KR102306313B1

KR102306313B1 - Hybrid finger unit and gripper having the hybrid finger unit

Info

Publication number: KR102306313B1
Application number: KR1020200002656A
Authority: KR
Inventors: 구자춘; 이정수; 조영준; 송은정
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2021-09-29
Also published as: KR20210089467A

Abstract

하이브리드 핑거유닛 및 이를 구비한 그리퍼에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 하이브리드 핑거유닛은: 내부의 압력변화에 연동되어 동작되는 액추에이터부, 및 액추에이터부에 연동되어 동작되는 스티프닝부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Disclosed are a hybrid finger unit and a gripper having the same. The hybrid finger unit of the present invention is characterized in that it includes: an actuator unit operated in association with an internal pressure change, and a stiffening unit operated in association with the actuator unit.

Description

Hybrid finger unit and gripper having the same

본 발명은 하이브리드 핑거유닛 및 이를 구비한 그리퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 손가락[finger]의 강성과 엔드 이펙터(end-effector)의 위치를 독립적으로 제어함으로써, 소프트 로봇[robot having soft gripper]의 장점인 적응성을 강화하여 리지드 로봇[robot having rigid gripper]으로는 잡을 수 없는 모양이 불규칙한 물체, 말랑말랑한 물체, 깨지기 쉬운 물체를 모두 파지할 수 있고, 복수 개의 챔버로 구성되어 있어 리지드 로봇처럼 다양한 곡률 변화를 통해 크기와 모양이 다양한 물체를 더욱 안정적으로 파지할 수 있으며, 기존의 재밍 메커니즘(jamming mechanism)에 백본(back-bone)을 결합하여 휘어진 상태에서도 강성이 유지될 수 있도록 함으로써 다양한 무게의 물체들도 파지를 할 수 있도록 하는 하이브리드 핑거유닛 및 이를 구비한 그리퍼에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid finger unit and a gripper having the same, and more particularly, by independently controlling the rigidity of a finger and the position of an end-effector, By strengthening the adaptability, which is an advantage, it can grip irregularly shaped objects, soft objects, and fragile objects that cannot be gripped by a rigid robot [robot having rigid gripper]. Through the change, objects of various sizes and shapes can be gripped more stably, and objects of various weights can be held by combining the back-bone with the existing jamming mechanism so that rigidity can be maintained even in a bent state. It relates to a hybrid finger unit capable of gripping the teeth and a gripper having the same.

일반적으로 매니퓰레이터(Manipulator)는, 인간의 상지(上肢)와 유사한 기능을 보유하며, 그 선단 부위에 해당하는 기계 손(mechanical hand) 등에 의해 물체를 파지하거나 작업을 할 수 있는 장치이다.In general, a manipulator is a device that has a function similar to that of a human upper extremity, and can grip an object or work with a mechanical hand corresponding to a tip portion thereof.

종래의 재밍 매니퓰레이터(Jamming Manipulator)는 가변성 강성을 갖는 장치로 입자와 멤브레인으로 구성되며, 음압의 여부에 따라서 강성이 변화된다.A conventional jamming manipulator is a device having variable rigidity, and is composed of particles and a membrane, and the rigidity is changed according to the presence or absence of negative pressure.

음압에 의해 멤브레인의 내측의 기압이 변화되며, 이로 인하여 입자가 이동되어 서로 접한 상태에서 마찰력에 의해 이동이 구속되는 재밍 효과에 의해 강성을 갖는다.The air pressure inside the membrane is changed by the negative pressure, which causes the particles to move and have rigidity due to the jamming effect in which the movement is restricted by frictional force while in contact with each other.

특히, 전 세계적으로 4차 산업 혁명과 함께 농업 분야에 로봇(robot)을 도입함으로써, 농업의 자동화를 위한 연구 개발이 다양하게 진행되고 있다. 전 세계 인구의 지속적으로 증가함에 따른 식량 부족 문제가 대두되고 있어 농산물의 생산량을 높이기 위해 농업을 자동화하는 것은 필요하다.In particular, by introducing robots into the agricultural field along with the 4th industrial revolution worldwide, research and development for automation of agriculture is being conducted in various ways. As the world's population continues to grow, the problem of food shortage is emerging, so it is necessary to automate agriculture to increase the production of agricultural products.

또한, 고령화 사회가 진행됨에 따라 농업에 투여되는 인력 부족 현상이 발생되고, 이러한 문제를 해결하기 위해 농업, 특히 과수를 채취하는데 로봇의 사용이 더욱 요구된다.In addition, as an aging society progresses, there is a shortage of manpower administered to agriculture.

과수(예를 들어, 사과, 배, 감, 파프리카 등)를 수확하는 작업은 농업의 한 분야로 과수를 수확하는 작업을 자동화하면, 과수 수확량을 높일 수 있고, 전 세계의 식량 문제를 해결하는데 기여할 수 있다. 과수를 수확하는 작업을 자동화하기 위해서는 로봇의 엔드 이펙터가 매우 중요한 역할을 한다. 일반적으로 과수는 매우 다양한 모양과 크기를 갖기 때문에, 과수의 모양과 크기에 관계없이 과수를 파지하고 줄기의 위치에 관계없이 줄기를 절단하여 과수의 손상 없이 과수를 수확하는 것은 농업의 자동화를 위해 매우 중요한 기술이다.Harvesting fruit trees (e.g., apples, pears, persimmons, paprika, etc.) can In order to automate the task of harvesting fruit trees, the robot's end effector plays a very important role. In general, fruit trees have a wide variety of shapes and sizes, so harvesting a fruit tree without damage to the fruit tree by gripping the fruit tree regardless of the shape and size of the fruit tree and cutting the stem regardless of the location of the stem is very important for automation of agriculture. It is an important skill.

그러나, 기존의 로봇의 엔드 이펙터로써 다양한 곡률 변화가 가능한 소프트 그리퍼는 관절 부분에 SMP(Shape Memory Polymer), SMA(Shape Memeory Alloy를 주로 사용하여 곡률을 제어하였기 때문에 휘어진 동안에는 관절 부분의 강성이 작아 외력에 의한 곡률 유지가 불가능하고, 열에 의한 상변화를 통해 강성이 변화하는 메커니즘이기 때문에 강성 변화가 느려 강성을 제어하기 힘들어 다양한 물체를 파지하기에 부적합한 문제점이 있다.However, as an end effector of the existing robot, the soft gripper, which can change the curvature, mainly uses SMP (Shape Memory Polymer) and SMA (Shape Memeory Alloy) for the joint part to control the curvature. It is impossible to maintain the curvature due to the heat wave, and since it is a mechanism in which the rigidity is changed through a phase change by heat, the rigidity change is slow and it is difficult to control the rigidity, so it is not suitable for gripping various objects.

그리고, 기존의 가변성 메커니즘인 재밍 메커니즘은 소프트 그리퍼와 결합되어 사용되지 않았으며, 휘어진 경우에서는 강성을 유지하기 어렵다는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다. In addition, the jamming mechanism, which is an existing variable mechanism, was not used in combination with a soft gripper, and there is a problem in that it is difficult to maintain rigidity when bent. Therefore, there is a need to improve it.

관련기술로는 한국등록특허공보 제10-2021078호(발명의 명칭: 로봇의 엔드 이펙터, 등록일: 2019.09.05.)에 제안된 바 있다.As a related technology, it has been proposed in Korean Patent Publication No. 10-2021078 (title of invention: end effector of robot, registration date: 2019.09.05.).

상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.The above-described technical configuration is a background technique for helping understanding of the present invention, and does not mean a conventional technique widely known in the art to which the present invention pertains.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 손가락[finger]의 강성과 엔드 이펙터(end-effector)의 위치를 독립적으로 제어함으로써, 소프트 로봇의 장점인 적응성을 강화하여 리지드 로봇으로는 잡을 수 없는 모양이 불규칙한 물체, 말랑말랑한 물체, 깨지기 쉬운 물체를 모두 파지할 수 있고, 복수 개의 챔버로 구성되어 있어 리지드 로봇처럼 다양한 곡률 변화를 통해 크기와 모양이 다양한 물체를 더욱 안정적으로 파지할 수 있으며, 기존의 재밍 메커니즘에 백본(back-bone)을 결합하여 휘어진 상태에서도 강성이 유지될 수 있도록 함으로써 다양한 무게의 물체들도 파지가 가능하도록 한 하이브리드 핑거유닛 및 이를 구비한 그리퍼를 제공하는 것이다.The present invention was created to improve the above problems, and an object of the present invention is to strengthen the adaptability, which is an advantage of a soft robot, by independently controlling the rigidity of the finger and the position of the end-effector. As a result, it can grip irregularly shaped objects, soft objects, and fragile objects that cannot be grasped by rigid robots. A hybrid finger unit capable of holding objects of various weights by combining a back-bone with an existing jamming mechanism to maintain rigidity even in a bent state, and a gripper having the same is to provide

본 발명에 따른 하이브리드 핑거유닛은: 내부의 압력변화에 연동되어 동작되는 액추에이터부; 및 상기 액추에이터부에 연동되어 동작되는 스티프닝부를 포함한다.A hybrid finger unit according to the present invention includes: an actuator unit operated in association with a change in internal pressure; and a stiffening unit operated in conjunction with the actuator unit.

상기 스티프닝부는, 내부공간을 형성하는 가변몸체; 상기 내부공간의 변형에 따른 방향성을 설정하는 코어관절부; 및 상기 코어관절부에 의해 설정된 방향으로 상기 가변몸체의 변형을 유도하는 내기배출부를 포함한다.The stiffening unit may include a variable body forming an inner space; a core joint for setting a direction according to the deformation of the inner space; And it includes a bet discharge unit for inducing deformation of the variable body in the direction set by the core joint portion.

상기 코어관절부는, 상기 가변몸체에 축 방향으로 일측 내부에 위치하는 제 1마디; 상기 가변몸체에 축 방향으로 타측 내부에 위치하는 제 2마디; 상기 가변몸체에 축 방향으로 상기 제 1마디와 상기 제 2마디 사이에 위치하는 연결마디; 상기 제 1마디와 상기 연결마디를 연결하며 관절 역할을 하는 전측관절부; 및 상기 연결마디와 상기 제 2마디를 연결하며 관절 역할을 하는 후측관절부를 포함한다.The core joint portion, a first joint located inside the one side in the axial direction of the variable body; a second joint located inside the other side of the variable body in the axial direction; a connecting joint positioned between the first joint and the second joint in the axial direction of the variable body; an anterior joint part connecting the first joint and the connecting joint and serving as a joint; and a posterior joint part that connects the connecting node and the second node and serves as a joint.

상기 내기배출부는, 상기 가변몸체 내부의 내기를 배출하는 석션부재; 및 상기 석션부재가 설정된 압력으로 일정한 양만큼의 내기를 배출하도록 제어하는 석션제어부를 포함한다.The bet discharge unit, a suction member for discharging the bet inside the variable body; and a suction control unit for controlling the suction member to discharge a certain amount of bet at a set pressure.

상기 가변몸체는 변형 방향성 설정을 위해 일측면에 요철부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The variable body is characterized in that it has a concave-convex part on one side for setting the deformation direction.

상기 액추에이터부는, 상기 가변몸체가 일측 방향으로 휘도록 유도하는 베이스패드; 상기 베이스패드의 타측면에 구비되어, 변형되는 상기 베이스패드를 지지하는 서포팅부재; 및 변형되는 상기 가변몸체를 지지하도록 상기 베이스패드 또는 상기 베이스패드와 상기 서포팅부재에 외기를 공급하는 외기공급부를 포함한다.The actuator unit may include: a base pad for guiding the variable body to be bent in one direction; a supporting member provided on the other side of the base pad to support the deformed base pad; and an outdoor air supply unit for supplying outdoor air to the base pad or the base pad and the supporting member to support the deformable body.

상기 서포팅부재는, 상기 베이스패드의 축 방향으로 하측끼리 연결되고 상측이 분리된 복수 개의 산부;를 포함한다.The supporting member includes a plurality of peaks connected to each other in the axial direction of the base pad and separated from the upper side.

상기 베이스패드는 상기 외기공급부와 연통되는 복수의 외기유입홀 및 상기 서포팅부재와 연통되는 복수의 외기배출홀을 구비하고, 상기 서포팅부재는 유입되는 외기를 선택적으로 안내하도록 상기 외기배출홀 각각에 연결되도록 구획되는 서브채널을 구비하며, 상기 베이스패드는 복수의 상기 외기유입홀 각각과 대응되게 구비되는 메인채널을 구비하는 것을 특징으로 한다.The base pad has a plurality of outdoor air inlet holes communicating with the outdoor air supply unit and a plurality of outdoor air outlet holes communicating with the supporting member, and the supporting member is connected to each of the outdoor air outlet holes to selectively guide the introduced outdoor air. and sub-channels partitioned so as to be possible, and the base pad has a main channel provided to correspond to each of the plurality of outdoor air inlet holes.

상기 외기공급부는, 상기 베이스패드의 외기를 공급하는 블로워부재; 및 상기 블로워부재를 제어하는 블로워제어부를 포함한다.The outdoor air supply unit, a blower member for supplying the outdoor air of the base pad; and a blower control unit for controlling the blower member.

본 발명에 따른 그리퍼는: 고정연결체; 상기 고정연결체에 방사상으로 벌어지도록 복수 개 구비되는 브라켓; 및 상기 브라켓에 구비되고, 외력에 의해 내측으로 변형되며 대상물을 잡는 하이브리드 핑거유닛을 포함한다.A gripper according to the present invention includes: a fixed connector; a plurality of brackets provided radially to the fixed connection body; and a hybrid finger unit provided on the bracket, deformed inward by an external force, and grabbing an object.

상기 하이브리드 핑거유닛은, 내부의 압력변화에 연동되어 동작되는 액추에이터부; 및 상기 액추에이터부에 연동되어 동작되는 스티프닝부를 포함한다.The hybrid finger unit may include an actuator unit operated in association with a change in internal pressure; and a stiffening unit operated in conjunction with the actuator unit.

본 발명에 따른 하이브리드 핑거유닛 및 이를 구비한 그리퍼는, 손가락[finger]의 강성과 엔드 이펙터(end-effector)의 위치를 독립적으로 제어함으로써, 소프트 로봇의 장점인 적응성을 강화하여 리지드 로봇으로는 잡을 수 없는 모양이 불규칙한 물체, 말랑말랑한 물체, 깨지기 쉬운 물체를 모두 파지할 수 있고, 복수 개의 챔버로 구성되어 있어 리지드 로봇처럼 다양한 곡률 변화를 통해 크기와 모양이 다양한 물체를 더욱 안정적으로 파지할 수 있으며, 기존의 재밍 메커니즘에 백본(back-bone)을 결합하여 휘어진 상태에서도 강성이 유지될 수 있도록 함으로써 다양한 무게의 물체들도 파지를 할 수 있다.The hybrid finger unit and the gripper having the same according to the present invention strengthen the adaptability, which is an advantage of the soft robot, by independently controlling the rigidity of the finger and the position of the end-effector, so that the rigid robot can hold the gripper. It can grip irregularly shaped objects, soft objects, and fragile objects. It is composed of a plurality of chambers, so it can more reliably grip objects of various sizes and shapes through various curvature changes, like a rigid robot. , by combining a back-bone with the existing jamming mechanism so that rigidity can be maintained even in a bent state, objects of various weights can be gripped.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛을 갖는 그리퍼의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼의 종단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼의 하이브리드 핑거유닛을 이용하여 다양한 대상물을 잡는(grip) 상태를 보인 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛의 확대 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛의 저면 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛의 액추에이터부의 구성을 보인 요부 확대도이다.1 is a perspective view of a gripper having a hybrid finger unit according to an embodiment of the present invention.
2 is a front view of a gripper according to an embodiment of the present invention.
3 is a longitudinal cross-sectional view of a gripper according to an embodiment of the present invention.
4 to 6 are front views illustrating a state of gripping various objects using a hybrid finger unit of a gripper according to an embodiment of the present invention.
7 is an enlarged perspective view of a hybrid finger unit according to an embodiment of the present invention.
8 is an exploded perspective view of a hybrid finger unit according to an embodiment of the present invention.
9 is a bottom exploded perspective view of a hybrid finger unit according to an embodiment of the present invention.
10 is an enlarged view showing the configuration of the actuator part of the hybrid finger unit according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛 및 이를 구비한 그리퍼를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛을 갖는 그리퍼의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼의 종단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼의 하이브리드 핑거유닛을 이용하여 다양한 대상물을 잡는(grip) 상태를 보인 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛의 확대 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛의 분해 사시도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛의 저면 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛의 액추에이터부의 구성을 보인 요부 확대도이다.
도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼(100)는 고정연결체(110), 브라켓(120) 및 하이브리드 핑거유닛(200)을 포함한다. 일 실시예로서, 그리퍼(100)는 진공압(Vacuum pressure)으로 구동되는 가변성 강성 매니퓰레이터일 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼(100)는 기존의 복잡한 메커니즘보다 더 간단하고 안전하게 강성조절을 할 수 있고, 기존 소프트 로봇의 제한적인 구동 조건을 넘어서 실제 산업에서 이용이 가능하다.
고정연결체(110)는 그리퍼(100)를 로봇의 엔드 이펙터 등에 연결 조립하기 위해 구비된다. 물론, 고정연결체(110)는 다양한 형상 및 다양한 재질로 적용 가능하다.
브라켓(120)은 고정연결체(110)에서 일측으로 방사상으로 벌어지도록 복수 개가 구비된다. 본 실시예에서 브라켓(120)은 다양한 형상으로 변형 가능하다.
또한, 하이브리드 핑거유닛(200)은 브라켓(120) 각각에 분리 가능하도록 구비되고, 외력에 의해 내측으로 변형되며 다양한 형태의 대상물(2a,2b,2c)을 잡는 역할을 한다. 편의상, 다양한 형태의 대상물(2a,2b,2c)은 3가지의 서로 다른 형상으로 도시한다.
물론, 브라켓(120) 및 하이브리드 핑거유닛(200)의 개수는 한정하지 않는다.
한편, 하이브리드 핑거유닛(200)은 액추에이터부(700) 및 스티프닝부(300)를 포함한다.
스티프닝부(300)는 하이브리드 핑거유닛(200) 각각이 사이에 놓인 다양한 형태의 대상물(2a,2b,2c)을 잡을 수 있도록 대상물(2a,2b,2c) 방향으로 움직이게 된다.
액추에이터부(700)는 스티프닝부(300)의 일측에 배치되어, 스티프닝부(300)의 변형에 따른 방향성을 설정하는 역할을 한다. 다시 말해서, 외기가 액추에이터부(700)에 유입(석션)됨에 따라, 액추에이터부(700)가 스티프닝부(300)의 변형 방향을 설정하고, 스티프닝부(300)는 외기가 배기됨으로써 강성이 보강된다. 그래서, 스티프닝부(300)는 대상물(2a,2b,2c)을 안정적으로 잡을 수 있다.
이때, 액추에이터부(700)는 내부의 압력변화에 연동되어 동작되고, 스티프닝부(300)는 액추에이터부(700)에 연동되어 동작된다.
특히, 액추에이터부(700)는 스티프닝부(300)의 가변몸체(400)를 지지함으로써 대상물(2a,2b,2c)을 잡는 가변몸체(400)를 휘도록 유도하고, 가변몸체(400)를 지지하는 역할을 한다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛(200)은 압력 변화에 따라 구동되고, 강성을 갖는다.
스티프닝부(300)는 가변몸체(400), 코어관절부(500) 및 내기배출부(600)를 포함한다.
가변몸체(400)는 가요성 또는 탄성 변형성을 갖는 재질로 이루어지고, 내부공간(410)을 형성한다.
코어관절부(500)는 가변몸체(400)의 내부공간(410)에 축 삽입되고, 가변몸체(400)의 변형에 따른 방향성을 설정하는 역할을 한다.
내기배출부(600)는 내부공간(410)의 내기(內氣)를 강제 배출시킴으로써, 코어관절부(500)에 의해 설정된 방향으로 가변몸체(400)의 변형을 유도하는 역할을 한다.
일 실시예로서, 가변몸체(400)는 내부의 압력변화에 따라 내부의 부피가 가변되는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고, 가변몸체(400)는 형상을 지탱하며, 음(-)압에 의해 내부공간(410)의 부피를 변화 시킬 수 있는 탄성이 큰 멤브레인(Membrane)으로 이루어질 수 있다. 특히, 가변몸체(400)는 코어관절부(500)를 감싸는 막 형상인 것으로 한다. 가변몸체(400)는 비닐, 니트릴, 라텍스, 폴리에틸렌 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이때, 가변몸체(400)는 내부에 코어관절부(500)와 함께 복수 개의 파티클(particle,430)이 구비된다. 파티클(430)은 구(球) 형상으로 이루어지고, 진공압 상태에서 가변몸체(400)의 내부공간(410)에서 서로 접하면서 마찰력에 의한 재밍(Jamming) 효과로 강성이 증대된다. 또한, 코어관절부(500)와 파티클(430)의 작용으로 인해, 재밍 효과가 일어났을 경우, 외력에 대한 포스 체인의 안전성을 향상시켜 기존 보다 더 큰 강성을 가질 수 있다. 즉, 가변몸체(400)의 내부공간(410)에 음압이 없을 경우, 파티클(430) 각각은 자유롭게 움직일 수 있다. 내부공간(410)에 진공압인 음압이 부여되면, 탄성체인 가변몸체(400)가 수축하며, 파티클(430) 각각은 움직임이 제한되며 군집하는 현상이 발생한다. 이로써, 가변몸체(400)의 내부공간(410)에 충진된 구 형상의 파티클(430)은 서로 접하면서 힘의 이동경로를 이루는 포스 체인(Force chain)을 형성한다. 물론, 본 발명에 따른 일 실시예의 파티클(430)은 크기, 재질 및 개수에 한정하지 않는다. 그리고 파티클(430)은 가변몸체(400)의 내부공간(410) 전체에 걸쳐 구비될 수도 있고, 특정 영역에 한정되어 구비될 수도 있다.
일 실시예에 따른 파티클(430)은 관절몸체의 축 방향으로 양측에 위치하며, 재밍 효과로 인한 강성이 구현될 때 외부 힘에 대한 반발력으로 상호 간에 형성되는 포스 체인(Force chain)의 연결이 안정적으로 유지되도록 한다. 코어관절부(500)의 둘레면과 가변몸체(400)의 내측면 사이에 복수 개의 파티클(430)이 위치하며, 코어관절부(500)가 파티클(430)을 지지함으로써 포스 체인의 거리가 짧게 된다.
한편, 코어관절부(500)는 복수 개의 관절을 구비하고, 가변몸체(400)의 내부공간(410)에 위치하며, 가변몸체(400)가 휘어졌을 때 포스 체인의 길이를 짧게 하여 강성을 강화시키는 역할을 한다. 특히, 코어관절부(500)는 필요에 따라 단일 지점 또는 복수의 지점에서 굽어지는 형상을 갖는다. 코어관절부(500)는 사람의 팔꿈치나 무릎과 같이 한 방향으로만 굽혀질 수도 있고, 필요에 따라 양 방향으로도 굽혀질 수 있다. 편의상, 복수 개인 가변몸체(400) 각각에 구비된 코어관절부(500)는 대상물(2a,2b,2c)을 잡을 수 있도록 대상물(2a,2b,2c) 방향으로 굽혀지거나, 그 반대 방향으로 복원되는 것으로 도시한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 코어관절부(500)는 비정형인 대상물(2a,2b,2c)(도 4, 도 5 및 도 6 참고)을 잡을 수 있고, 강도가 상이한 다양한 재질의 대상물(2a,2b,2c)을 잡을 수 있도록 외부의 제어에 의해 굽혀지는 부위를 달리할 수 있다. 편의상, 대상물(2a,2b,2c)은 서로 다른 3가지 형태인 것으로 도시한다. 이를 위해, 코어관절부(500)는 제 1마디(510), 제 2마디(520), 연결마디(530), 전측관절부(540) 및 후측관절부(550)를 포함한다.
제 1마디(510)는 가변몸체(400)의 축 방향으로 일측 내부에 위치한다. 특히, 제 1마디(510)는 각 가변몸체(400)의 단부에 위치하여 대상물(2a,2b,2c)을 잡고 들어 올릴 때 가장 큰 가압력이 작용하게 된다.
제 2마디(520)는 가변몸체(400)의 축 방향으로 타측 내부에 위치한다. 이때, 제 2마디(520)는 대응되는 브라켓(120)에 분리 가능하게 결합된다.
연결마디(530)는 가변몸체(400)에 축 방향으로 제 1마디(510)와 제 2마디(520) 사이에 위치한다.
이에 따라, 제 1마디(510), 제 2마디(520) 및 연결마디(530)는 코어관절부(500) 중 대상물(2a,2b,2c)을 가압하는 힘을 발생시킨다.
전측관절부(540)는 가변몸체(400)에 축 방향으로, 상호 힌지 가능하게 연결되는 복수 개의 전측단위관절(542)로 이루어져 제 1마디(510)와 연결마디(530)를 연결하며 관절 역할을 한다. 이에 따라, 제 1마디(510)는 복수 개의 전측단위관절(542)로 인해 연결마디(530)에 대해 비교적 정밀하게 굽혀질 수 있게 된다.
후측관절부(550)는 가변몸체(400)에 축 방향으로, 상호 힌지 가능하게 연결되는 복수 개의 후측단위관절(552)로 이루어져 연결마디(530)와 제 2마디(520)를 연결하며 관절 역할을 한다. 이로써, 연결마디(530)는 복수 개의 후측단위관절(552)로 인해 제 2마디(520)에 대해 비교적 정밀하게 굽혀질 수 있게 된다.
물론, 전측단위관절(542)과 후측단위관절(552)은 구비되는 개수에 한정하지 않는다.
특히, 대응되는 제 1마디(510)와 일측 최외측의 전측단위관절(542)은 관절 역할이 가능하도록 상호 힌지 연결되고, 이웃한 전측단위관절(542)은 상호 힌지 연결되며, 대응되는 타측 최외측의 전측단위관절(542)과 연결마디(530)는 상호 힌지 연결된다.
일 실시예로서, 제 1마디(510)는 제 1힌지핀(512)을 구비하고, 일측 최외측의 전측단위관절(542)은 제 1힌지핀(512)을 수용하는 전측단위힌지홈(544)을 형성한다. 각 전측단위관절(542)은 일측에 전측단위힌지홈(544)을 형성하고, 타측에 전측단위힌지핀(546)을 구비한다. 아울러, 연결마디(530)는 타측 최외측의 전측단위관절(542)의 전측단위힌지핀(546)을 수용하도록 일측에 연결힌지홈(532)을 형성한다.
마찬가지로, 연결마디(530)는 타측에 연결힌지핀(534)을 구비하고, 일측 최외측의 후측단위관절(552)은 연결힌지핀(534)을 수용하는 후측단위힌지홈(554)을 형성한다. 각 후측단위관절(552)은 일측에 후측단위힌지홈(554)을 형성하고, 타측에 후측단위힌지핀(556)을 구비한다. 아울러, 제 2마디(520)는 타측 최외측의 후측단위관절(552)의 후측단위힌지핀(556)을 수용하도록 일측에 제 2힌지홈(522)을 형성한다. 이때, 전측단위관절(542)과 후측단위관절(552)은 제 1마디(510), 제 2마디(520) 및 연결마디(530)보다 크기가 작게 형성되어 원활한 관절 역할을 수행할 수 있도록 한다. 특히, 코어관절부(500)는 대략 중앙 부위에 전측단위관절(542)과 후측단위관절(552)보다 부피가 큰 연결마디(530)를 배치함으로써, 다양한 형상의 대상물(2a,2b,2c)을 잡는 힘을 충분히 발휘할 수 있게 된다. 물론, 제 1마디(510), 전측단위관절(542), 연결마디(530), 후측단위관절(552) 및 제 2마디(520)는 다양한 형상으로 변형 가능하고, 상호 다양한 구성으로 힌지 가능하게 연결될 수 있다.
한편, 내기배출부(600)는 석션부재(610) 및 석션제어부(620)를 포함한다.
석션부재(610)는 가변몸체(400) 내부의 내기를 배출하는 역할을 한다. 특히, 석션부재(610)는 브라켓(120)을 통해 가변몸체(400)의 축 방향으로 후측에 연결된다. 이때, 석션부재(610)는 흡입펌프 등 다양하게 적용 가능하다. 특히, 석션부재(610)는 제 2마디(520)에 직접적으로 연결될 수 있다.
석션제어부(620)는 석션부재(610)가 설정된 압력으로 일정량 양만큼의 내기를 배출하도록 제어하는 역할을 한다. 이에 따라, 석션제어부(620)의 제어에 따라, 석션부재(610)는 가변몸체(400)의 내기의 배출량을 조절함으로써, 가변몸체(400)는 내부의 압력변화에 따라 내부공간(410)의 부피가 가변된다. 이때, 코어관절부(500)를 구성하는 제 1마디(510), 전측단위관절(542), 연결마디(530), 후측단위관절(552) 및 제 2마디(520)가 대상물(2a,2b,2c)을 향하는 일방향으로만 회동되도록(접히도록) 움직임으로써, 가변몸체(400)는 코어관절부(500)에 연동되어 대상물(2a,2b,2c) 방향으로 굽혀지게 된다. 아울러, 가변몸체(400)는 변형의 방향성 설정을 위해 대상물(2a,2b,2c)을 향하는 일측면에 요철부(420)를 구비할 수 있다. 물론, 요철부(420)는 다양한 형상으로 적용 가능하다.
내기배출부(600)는 가변몸체(400) 각각에 일대일 대응되게 구비될 수도 있고, 하나 구비되어 가변몸체(400) 전체에 동시에 연결될 수도 있다.
한편, 액추에이터부(700)는 베이스패드(710), 서포팅부재(720) 및 외기공급부(730)를 포함한다.
베이스패드(710)는 가변몸체(400)의 타측면에 면접되고, 가변몸체(400)보다 강성을 갖는 재질로 이루어져 가변몸체(400)가 타측 방향으로 절곡 변형되는 것을 방지하며 일측 방향으로 휘도록 유도하는 역할을 한다. 특히, 베이스패드(710)는 축 방향으로 타측이 브라켓(120)에 고정된 채 가변몸체(400)의 타측면을 지지한다. 이때, 베이스패드(710)는 가변몸체(400)의 타측면에 접착되거나 부착될 수도 있고, 가변몸체(400)의 타측면에 단순히 접할 수도 있다. 물론, 베이스패드(710)는 다양한 형상 및 다양한 재질로 적용 가능하다.
서포팅부재(720)는 베이스패드(710)의 타측면에 구비되어, 변형되는 베이스패드(710)를 지지하는 역할을 한다. 즉, 서포팅부재(720)가 공급되는 외기에 의해 베이스패드(710)의 변형을 지지하고, 변형된 상태를 유지하도록 한다. 서포팅부재(720)는 베이스패드(710)의 타측면에 단순히 접할 수도 있고, 본딩 등에 의해 접착되거나 부착될 수도 있다. 아울러, 베이스패드(710)와 서포팅부재(720)가 일체로 제작될 수도 있다. 이때, 서포팅부재(720)는 베이스패드(710)의 타측면에 배치되어 베이스패드(710)의 변형에 연동되어 원활하게 휘어질 수 있도록 복수 개의 산부(722)를 포함한다. 즉, 서포팅부재(720)는 베이스패드(710)의 축 방향으로 하측끼리 연결되고 상측이 분리된 복수 개의 산부(722)를 구비한다. 이에 따라, 서포팅부재(720)는 서로 분리된 산부(722)에 의해 베이스패드(710) 측으로 충분히 휠 수 있게 된다. 특히, 서포팅부재(720)는 베이스패드(710)와 동일한 경질일 수도 있고, 상이한 경질로 이루어질 수도 있다. 물론, 산부(722)는 다양한 형상으로 변형 가능하다.
또한, 베이스패드(710)는 일단으로 개방되는 외기유입홀(712a,712b,712c)을 하나 이상 형성하고, 외기유입홀(712a,712b,712c)은 외기공급부(730)와 연결된다. 베이스패드(710)는 외기유입홀(712a,712b,712c) 각각과 대응되게 메인채널(714a,714b,714c)을 내부에 형성한다. 이때, 메인채널(714a,714b,714c)은 베이스패드(710) 내부에서 서로 구획되어 독립적으로 형성된다.
아울러, 베이스패드(710)는 메인채널(714a,714b,714c)에 대응되는 외기배출홀(716a,716b,716c)을 타측면으로 개방되게 형성한다. 이때, 외기배출홀(716a,716b,716c)은 대응되는 산부(722)의 내부에 형성된 서브채널(726)로 유입된다. 특히, 모든 산부(722)가 대응되는 외기배출홀(716a,716b,716c)과 연결되도록 내부에 서브채널(726)을 형성하여 외기의 유입을 허용한다. 다시 말해서, 베이스패드(710)는 외기공급부(730)와 연통되는 복수의 외기유입홀(712a,712b,712c) 및 서포팅부재(720)와 연통되는 복수의 외기배출홀(716a,716b,716c)을 구비하고, 서포팅부재(720)는 유입되는 외기를 선택적으로 안내하도록 외기배출홀(716a,716b,716c) 각각에 연결되도록 구획되는 서브채널(726)을 구비한다. 이때, 외기배출홀(716a,716b,716c)은 베이스패드(710)에 섹션별로 구획됨에 따라 외기의 공급 위치에 따라, 가변몸체(400)가 다양한 모양의 대상물(2a,2b,2c)을 잡을 수 있다. 즉, 가변몸체(400)는 가변 강성 보강이 된다.
따라서, 내기배출부(600)가 가변몸체(400)의 내기를 강제 배출하며 코어관절부(500)를 대상물(2a,2b,2c) 방향으로 휘어지게 하는 동작에 연동되어, 외기공급부(730)가 대응되는 외기유입홀(712a,712b,712c)을 통해 베이스패드(710)의 메인채널(714a,714b,714c)과 서포팅부재(720)의 서브채널(726) 내부로 외기를 공급함으로써, 베이스패드(710)와 서포팅부재(720)는 가변몸체(400)와 함께 가변몸체(400)의 휘는 방향으로 휘어지게 된다.
반대로, 내기배출부(600)가 작동을 정지하거나 가변몸체(400) 내부로 외기를 강제로 공급하고, 외기공급부(730)가 작동을 정지하거나 베이스패드(710)와 서포팅부재(720) 내부의 외기를 강제로 배출할 경우, 가변몸체(400), 코어관절부(500), 베이스패드(710) 및 서포팅부재(720)는 초기 상태로 복귀하게 된다.
특히, 가변몸체(400), 베이스패드(710) 및 서포팅부재(720)는 상호 연동되어 동일 방향으로 변형될 수 있도록, 상호 면접촉된 상태로 구속되는 것으로 한다. 이때, 외기공급부(730)는 블로워부재(732) 및 블로워제어부(734)를 포함한다.
블로워부재(732)는 베이스패드(710)의 일단에서 대응되는 외기유입홀(712a,712b,712c)로 외기를 공급하는 역할을 한다. 이를 위해, 블로워부재(732)는 송풍기 등 다양하게 적용 가능하다.
블로워제어부(734)는 베이스패드(710)의 해당 외기유입홀(712a,712b,712c)을 통해 설정 위치로 설정 양만큼의 외기를 일정한 압력으로 강제 공급하도록 제어하는 역할을 한다.
여기서, ‘설정 위치’는 베이스패드(710)에 축 방향을 따라 베이스패드(710)의 내부의 서로 다른 위치에 형성된 외기유입홀(712a,712b,712c) 중 적어도 어느 한 홀을 통해 베이스패드(710)의 내부의 해당 위치로 외기를 공급하는 것을 의미한다.
즉, 석션제어부(620)와 블로워제어부(734)를 통해 내기의 배출량과 외기의 공급량이 제어됨에 따라, 본 발명에 따른 하이브리드 핑거유닛(200)은 경도가 상이하고 다양한 크기의 대상물(2a,2b,2c)을 파손이나 변형시키지 않은 채 잡고 들어 올릴 수 있다. 아울러, 스티프닝부(300)는 액추에이터부(700)의 일측에 배치되며, 액추에이터부(700)의 동작에 연동되어 방향성이 설정된다.
한편, 베이스패드(710)는, 사람의 손가락처럼, 전측관절부(540)와 후측관절부(550)가 상이한 변형을 유도하도록 외기유입홀(712a,712b,712c)을 복수 개 형성하고, 메인채널(714a,714b,714c)을 외기유입홀(712a,712b,712c)과 일대일 대응되게 형성하며, 외기배출홀(716a,716b,716c)을 메인채널(714a,714b,714c)과 일대일 대응되게 형성한다. 아울러, 외기배출홀(716a,716b,716c)은 베이스패드(710)의 타측면에 축 방향을 따라 서로 다른 위치(위상차이)에 개방되도록 형성한다. 편의상, 외기유입홀(712a,712b,712c)과 메인채널(714a,714b,714c) 및 외기배출홀(716a,716b,716c)은 3개 형성되는 것으로 도시한다. 이에 따라, 외기가 3개의 외기유입홀(712a,712b,712c) 중 공급되는 위치에 따라 베이스패드(710)는 휘는 정도를 달리한다.(도 4, 도 5 및 도 6 참고) 특히, 외기가 외기유입홀(712c)로 공급된 후 베이스패드(710)의 타측면에서 최하측에 개방 형성된 외기배출홀(716c)을 통해, 해당 부위의 서포팅부재(720) 내부로 공급시, 베이스패드(710)는 제 1바디(510)와 전측관절부(540)를 집중 지지하게 된다. 그리고, 외기가 모든 외기유입홀(712a,712b,712c)로 동시에 공급되어 베이스패드(710)의 내부에 고르게 충진시, 베이스패드(710)와 서포팅부재(720)는 코어관절부(500)를 축 방향으로 전체에 걸쳐 지지한다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛(200)은 다양한 형상의 대상물(2a,2b,2c)을 잡고 들어 올릴 수 있다.
이때, 서포팅부재(720)는, 베이스패드(710)의 메인채널(714a,714b,714c)과 마찬가지로, 내부에 서로 구획된 서브채널(726)을 형성한다. 그리고, 서브채널(726) 각각은 메인채널(714a,714b,714c)과 일대일로 연결된다.
따라서, 예로서, 외기가 외기유입홀(712c)로 공급된 후 베이스패드(710)의 타측면에서 최하측에 개방 형성된 외기배출홀(716c)을 통해, 해당 부위의 서포팅부재(720)의 대응되는 서브채널(726) 내부로 공급되고, 내기배출부(600)가 가변몸체(400)의 내기를 강제 배출함에 따라, 베이스패드(710)와 서포팅부재(720)는 축 방향을 따라 하부가 가변몸체(400)와 함께 가변몸체(400)의 휘는 방향으로 휘어지게 되고, 전측관절부(540)에 의해 하이브리드 핑거유닛(200)은 다양한 형상의 대상물(2a,2b,2c)의 하측을 잡고 들어 올릴 수 있게 된다.
아울러, 외기배출홀(716a,716b,716c)에 대응되는 서브채널(726)이 3개로 구획될 수 있다.
이를 위해, 서포팅부재(720)는 각 외기배출홀(716a,716b,716c)에 대응되도록 복수 개인 산부(722)를 구획하기 위해 구획부재(724)를 구비할 수 있다. 결과적으로, 서포팅부재(720)는 외기배출홀(716a,716b,716c) 각각에 연결되도록 구획되는 서브채널(726)을 형성하여 외기를 선별적으로 유입 안내함에 따라 베이스패드(710)를 부분적으로 지지할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 핑거유닛(200)의 작동상태를 상세히 설명한다.
가변몸체(400)의 내부공간(410)의 압력이 음압으로 설정되면, 연질의 가변몸체(400)가 축 방향으로 굳어지거나 굽어지는 형상으로 굳어진다.
가변몸체(400)의 내측 압력이 대기압보다 작아지므로, 가변몸체(400)가 내측으로 압착되어 복수 개의 파티클(430)이 구속되어 이동이 방지된다. 따라서, 파티클(430) 각각은 서로 접한 상태가 된다. 이때, 코어관절부(500)는 제 1마디(510), 제 2마디(520), 연결마디(530), 복수 개의 전측단위관절(542) 및 복수 개의 후측단위관절(552)로 구성됨으로써, 가변몸체(400)의 형상 변형에 의해 형상이 변형된다.
코어관절부(500)와 가변몸체(400)의 사이에 위치하는 파티클(430)은 서로 접하며 외력에 대비한 포스 체인이 짧게 형성되도록 유도하므로 입자간의 끊어지는 형상을 최소화 할 수 있으며 보다 안정적인 강성을 얻을 수 있다.
아울러, 액추에이터부(700)에 포함되는 베이스패드(710)와 서포팅부재(720)가 가변몸체(400) 및 코어관절부(500)의 굽힘 변형을 부분적 및 전체적으로 지지함으로써, 가변몸체(400)와 코어관절부(500)는 더욱 안정적으로 대상물(2a,2b,2c)을 잡은 상태를 유지하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 핑거유닛(200)은 재밍 효과를 달성하기 위한 기본적인 요소인 가변몸체(400), 코어관절부(500), 베이스패드(710), 서포팅부재(720) 및 파티클(430)의 구성을 통해 휘어진 상태에서도 재밍 효과로 인한 강성이 안정적으로 유지 할 수 있도록 하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 가변몸체(400)의 내측에 구비된 코어관절부(500)가 가변몸체(400)와 함께 굽어지며 파티클(430)을 지지하므로, 재밍 효과로 인한 강성의 효율을 증가시키며 직선상태의 강성과 휘어진 상태의 강성을 안정적으로 유지할 수 있다. 또한 본 발명은 산업현장에서 사람의 관절에 부착하여 몸의 부담을 덜어주는 서포터 역할을 구현 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Hereinafter, a hybrid finger unit and a gripper having the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.
In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
1 is a perspective view of a gripper having a hybrid finger unit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the gripper according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a gripper according to an embodiment of the present invention. is a longitudinal section.
4 to 6 are front views illustrating a state of gripping various objects using a hybrid finger unit of a gripper according to an embodiment of the present invention.
7 is an enlarged perspective view of a hybrid finger unit according to an embodiment of the present invention, FIG. 8 is an exploded perspective view of a hybrid finger unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a hybrid finger unit according to an embodiment of the present invention. It is an exploded perspective view of the bottom of the finger unit.
10 is an enlarged view showing the configuration of the actuator part of the hybrid finger unit according to an embodiment of the present invention.
1 to 10 , the gripper 100 according to an embodiment of the present invention includes a fixed connector 110 , a bracket 120 , and a hybrid finger unit 200 . As an embodiment, the gripper 100 may be a variable rigidity manipulator driven by vacuum pressure. In addition, the gripper 100 according to an embodiment of the present invention can adjust rigidity more simply and safely than existing complex mechanisms, and can be used in actual industry beyond the limited driving conditions of existing soft robots.
The fixed connector 110 is provided to connect and assemble the gripper 100 to an end effector of the robot. Of course, the fixed connection body 110 is applicable to various shapes and various materials.
A plurality of brackets 120 are provided so as to spread radially to one side from the fixed connector 110 . In this embodiment, the bracket 120 is deformable in various shapes.
In addition, the hybrid finger unit 200 is detachably provided on each of the brackets 120, is deformed inward by an external force, and serves to hold various types of objects 2a, 2b, and 2c. For convenience, objects 2a, 2b, and 2c of various shapes are shown in three different shapes.
Of course, the number of the bracket 120 and the hybrid finger unit 200 is not limited.
Meanwhile, the hybrid finger unit 200 includes an actuator unit 700 and a stiffening unit 300 .
The stiffening unit 300 is moved in the direction of the objects 2a, 2b, and 2c so that the hybrid finger units 200 can hold various types of objects 2a, 2b, and 2c placed therebetween.
The actuator unit 700 is disposed on one side of the stiffening unit 300 , and serves to set the direction according to the deformation of the stiffening unit 300 . In other words, as the outside air flows into (suction) the actuator unit 700, the actuator unit 700 sets the deformation direction of the stiffening unit 300, and the stiffening unit 300 is stiffened by exhausting the outside air. . Thus, the stiffening unit 300 can stably hold the objects 2a, 2b, and 2c.
At this time, the actuator unit 700 is operated in association with the internal pressure change, and the stiffening unit 300 is operated in association with the actuator unit 700 .
In particular, the actuator unit 700 induces bending the variable body 400 to hold the objects 2a, 2b, and 2c by supporting the variable body 400 of the stiffening unit 300, and supports the variable body 400. plays a role At this time, the hybrid finger unit 200 according to an embodiment of the present invention is driven according to a change in pressure and has rigidity.
The stiffening unit 300 includes a variable body 400 , a core joint unit 500 and a bet discharge unit 600 .
The variable body 400 is made of a material having a flexible or elastic deformability, and forms an inner space 410 .
The core joint part 500 is axially inserted into the inner space 410 of the variable body 400 , and serves to set the direction according to the deformation of the variable body 400 .
The bet discharge unit 600 serves to induce the deformation of the variable body 400 in the direction set by the core joint part 500 by forcibly discharging the bet (內气) of the internal space 410 .
As an embodiment, the variable body 400 may be formed in various shapes within a technical concept in which an internal volume is varied according to a change in internal pressure. In addition, the variable body 400 supports the shape and may be formed of a membrane with high elasticity that can change the volume of the inner space 410 by negative (-) pressure. In particular, it is assumed that the variable body 400 has a membrane shape surrounding the core joint part 500 . The variable body 400 is characterized in that at least one of vinyl, nitrile, latex, and polyethylene.
At this time, the variable body 400 is provided with a plurality of particles (particle, 430) together with the core joint part 500 therein. The particles 430 are made in a spherical shape, and in a vacuum pressure state, while in contact with each other in the inner space 410 of the variable body 400, the rigidity is increased due to the jamming effect by the frictional force. In addition, due to the action of the core joint part 500 and the particles 430, when a jamming effect occurs, the safety of the force chain against external force can be improved to have greater rigidity than before. That is, when there is no negative pressure in the internal space 410 of the variable body 400, each of the particles 430 can move freely. When a negative pressure, which is a vacuum pressure, is applied to the inner space 410 , the elastic variable body 400 contracts, and each of the particles 430 is restricted in movement and clustering occurs. Accordingly, the spherical particles 430 filled in the internal space 410 of the variable body 400 form a force chain forming a movement path of the force while in contact with each other. Of course, the particles 430 of one embodiment according to the present invention are not limited to the size, material, and number. In addition, the particles 430 may be provided throughout the internal space 410 of the variable body 400 or may be provided limited to a specific area.
Particles 430 according to an embodiment are located on both sides in the axial direction of the joint body, and when rigidity due to the jamming effect is implemented, the connection of the force chain formed with each other as a repulsive force against an external force is stable. to be maintained as A plurality of particles 430 are positioned between the circumferential surface of the core joint part 500 and the inner surface of the variable body 400 , and the distance of the force chain is shortened by the core joint part 500 supporting the particles 430 .
On the other hand, the core joint part 500 has a plurality of joints, is located in the inner space 410 of the variable body 400, and shortens the length of the force chain when the variable body 400 is bent to strengthen the rigidity. plays a role In particular, the core joint part 500 has a shape that is bent at a single point or a plurality of points as needed. The core joint part 500 may be bent in only one direction, such as a person's elbow or knee, or may be bent in both directions as needed. For convenience, the core joint part 500 provided in each of the plurality of variable body 400 is bent in the direction of the object 2a, 2b, 2c so as to hold the object 2a, 2b, 2c, or is restored in the opposite direction. shown as
In addition, the core joint part 500 according to an embodiment of the present invention can hold an atypical object (2a, 2b, 2c) (refer to FIGS. 4, 5 and 6), and can hold various materials with different strength ( 2a, 2b, 2c), the bending part can be changed by external control so that it can be grasped. For convenience, the objects 2a, 2b, and 2c are shown in three different shapes. To this end, the core joint part 500 includes a first joint 510 , a second joint 520 , a connecting joint 530 , an anterior joint part 540 , and a rear joint part 550 .
The first segment 510 is located inside one side in the axial direction of the variable body 400 . In particular, the first joint 510 is located at the end of each variable body 400, the largest pressing force is applied when holding the object (2a, 2b, 2c) and lifting.
The second segment 520 is located inside the other side in the axial direction of the variable body 400 . At this time, the second joint 520 is detachably coupled to the corresponding bracket 120 .
The connecting node 530 is located between the first node 510 and the second node 520 in the axial direction of the variable body 400 .
Accordingly, the first joint 510, the second joint 520, and the connecting joint 530 generates a force for pressing the object (2a, 2b, 2c) of the core joint portion (500).
The anterior joint part 540 is composed of a plurality of anterior unit joints 542 that are hingedly connected to the variable body 400 in the axial direction, and connects the first joint 510 and the connecting joint 530 and serves as a joint. do. Accordingly, the first joint 510 can be bent relatively precisely with respect to the connecting joint 530 due to the plurality of anterior unit joints 542 .
The posterior joint part 550 is composed of a plurality of posterior unit joints 552 that are hingeably connected to the variable body 400 in the axial direction, and connects the connecting node 530 and the second joint 520 and serves as a joint. do. Accordingly, the connecting joint 530 can be bent relatively precisely with respect to the second joint 520 due to the plurality of posterior unit joints 552 .
Of course, the front unit joint 542 and the rear unit joint 552 are not limited to the number provided.
In particular, the corresponding first joint 510 and the outermost anterior unit joint 542 on one side are hinged to each other to enable a joint role, and the adjacent anterior unit joint 542 is hinged to each other, and the corresponding other side most The outer frontal unit joint 542 and the connecting node 530 are hinged to each other.
As an embodiment, the first joint 510 is provided with a first hinge pin 512, and the front unit joint 542 on the outermost side of the first side unit hinge groove 544 for receiving the first hinge pin 512. ) to form Each front unit joint 542 is provided with a front unit hinge groove 544 on one side, and a front unit hinge pin 546 on the other side. In addition, the connecting node 530 forms a hinge groove 532 connected to one side to receive the front unit hinge pin 546 of the front unit joint 542 of the other side.
Similarly, the connecting node 530 is provided with a hinge pin 534 connected to the other side, and the rear unit joint 552 on the outermost side forms a rear unit hinge groove 554 for accommodating the connection hinge pin 534. . Each rear unit joint 552 forms a rear unit hinge groove 554 on one side, and has a rear unit hinge pin 556 on the other side. In addition, the second joint 520 forms a second hinge groove 522 on one side to accommodate the rear unit hinge pin 556 of the rear unit joint 552 of the other side. At this time, the anterior unit joint 542 and the posterior unit joint 552 are formed to be smaller in size than the first joint 510 , the second joint 520 and the connecting joint 530 to perform a smooth joint role. . In particular, the core joint part 500 arranges a connecting node 530 that is larger than the anterior unit joint 542 and the posterior unit joint 552 in approximately the central region, thereby forming objects 2a, 2b, and 2c of various shapes. You will be able to exert enough gripping power. Of course, the first joint 510, the anterior unit joint 542, the connecting joint 530, the posterior unit joint 552, and the second joint 520 can be deformed into various shapes and can be hinged in various configurations. can be connected
On the other hand, the bet discharge unit 600 includes a suction member 610 and a suction control unit (620).
The suction member 610 serves to discharge the bet inside the variable body 400 . In particular, the suction member 610 is connected to the rear side in the axial direction of the variable body 400 through the bracket 120 . At this time, the suction member 610 can be applied in various ways, such as a suction pump. In particular, the suction member 610 may be directly connected to the second node 520 .
The suction control unit 620 serves to control the suction member 610 to discharge a certain amount of bet at a set pressure. Accordingly, according to the control of the suction control unit 620, the suction member 610 by adjusting the discharge amount of the bet of the variable body 400, the variable body 400 according to the pressure change inside the internal space (410) volume is variable. At this time, the first joint 510, the anterior unit joint 542, the connecting joint 530, the posterior unit joint 552 and the second joint 520 constituting the core joint part 500 are the objects 2a, 2b, By moving so as to be rotated (folded) only in one direction toward 2c), the variable body 400 is interlocked with the core joint part 500 to be bent in the direction of the objects 2a, 2b, and 2c. In addition, the variable body 400 may be provided with a concave-convex portion 420 on one side facing the object (2a, 2b, 2c) for setting the direction of the deformation. Of course, the concavo-convex portion 420 can be applied in various shapes.
The bet discharge unit 600 may be provided in a one-to-one correspondence with each of the variable body 400 , and may be provided with one and connected to the entire variable body 400 at the same time.
Meanwhile, the actuator unit 700 includes a base pad 710 , a supporting member 720 , and an outdoor air supply unit 730 .
The base pad 710 is interviewed on the other side of the variable body 400 and is made of a material having a rigidity than that of the variable body 400 to prevent the variable body 400 from being bent and deformed in the other direction and to be bent in one direction. serves to induce In particular, the base pad 710 supports the other side of the variable body 400 while the other side is fixed to the bracket 120 in the axial direction. In this case, the base pad 710 may be adhered or attached to the other side of the variable body 400 , or may simply be in contact with the other side of the variable body 400 . Of course, the base pad 710 is applicable to various shapes and various materials.
The supporting member 720 is provided on the other side of the base pad 710 and serves to support the deformed base pad 710 . That is, the supporting member 720 supports the deformation of the base pad 710 by the supplied external air and maintains the deformed state. The supporting member 720 may simply contact the other side of the base pad 710 , or may be adhered or attached by bonding or the like. In addition, the base pad 710 and the supporting member 720 may be integrally manufactured. In this case, the supporting member 720 is disposed on the other side of the base pad 710 and includes a plurality of ridges 722 so as to be smoothly curved in association with the deformation of the base pad 710 . That is, the supporting member 720 includes a plurality of ridges 722 connected to each other in the axial direction of the base pad 710 and separated from the upper side. Accordingly, the supporting member 720 can be sufficiently bent toward the base pad 710 by the peaks 722 separated from each other. In particular, the supporting member 720 may be of the same rigidity as the base pad 710 or may be made of a different rigidity. Of course, the peak 722 can be deformed into various shapes.
In addition, the base pad 710 forms one or more outdoor air inlet holes 712a, 712b, and 712c that are opened at one end, and the outdoor air inlet holes 712a, 712b and 712c are connected to the outdoor air supply unit 730 . The base pad 710 has main channels 714a, 714b, and 714c formed therein to correspond to the outside air inlet holes 712a, 712b, and 712c, respectively. In this case, the main channels 714a, 714b, and 714c are formed independently of each other by being partitioned from each other in the base pad 710 .
In addition, the base pad 710 forms outdoor air exhaust holes 716a, 716b, and 716c corresponding to the main channels 714a, 714b, and 714c to be opened to the other side. At this time, the outdoor air discharge holes 716a, 716b, and 716c are introduced into the sub-channel 726 formed in the corresponding mountain portion 722 . In particular, the sub-channel 726 is formed therein so that all the peaks 722 are connected to the corresponding outdoor air discharge holes 716a, 716b, and 716c to allow the inflow of outside air. In other words, the base pad 710 includes a plurality of outdoor air inlet holes 712a, 712b, and 712c communicating with the outdoor air supply unit 730 and a plurality of outdoor air outlet holes 716a, 716b and 716c communicating with the supporting member 720 ). and the supporting member 720 has a sub-channel 726 partitioned to be connected to each of the outdoor air exhaust holes 716a, 716b, and 716c to selectively guide the incoming outside air. At this time, as the outdoor air discharge holes 716a, 716b, and 716c are sectioned on the base pad 710 by section, the variable body 400 catches objects 2a, 2b, and 2c of various shapes according to the supply position of the outside air. can That is, the variable body 400 becomes variable rigidity reinforcement.
Therefore, the bet discharge unit 600 is interlocked with the operation of forcibly discharging the bet of the variable body 400 and bending the core joint part 500 in the direction of the object (2a, 2b, 2c), the outdoor air supply unit 730 is By supplying external air into the main channels 714a, 714b, 714c of the base pad 710 and the sub-channel 726 of the supporting member 720 through the corresponding outdoor air inlet holes 712a, 712b, 712c, the base pad The 710 and the supporting member 720 are bent in the bending direction of the variable body 400 together with the variable body 400 .
Conversely, the bet discharge unit 600 stops the operation or forcibly supplies outside air into the variable body 400, and the outside air supply unit 730 stops the operation or the base pad 710 and the supporting member 720 inside. When external air is forcibly discharged, the variable body 400 , the core joint part 500 , the base pad 710 , and the supporting member 720 return to their initial states.
In particular, the variable body 400 , the base pad 710 , and the supporting member 720 are interlocked and are constrained in a state in which they are in surface contact with each other so that they can be deformed in the same direction. In this case, the outdoor air supply unit 730 includes a blower member 732 and a blower control unit 734 .
The blower member 732 serves to supply outdoor air from one end of the base pad 710 to the corresponding outdoor air inlet holes 712a, 712b, and 712c. To this end, the blower member 732 is variously applicable, such as a blower.
The blower control unit 734 serves to control to forcibly supply a set amount of outside air at a constant pressure to a set position through the corresponding outdoor air inlet holes 712a, 712b, and 712c of the base pad 710 .
Here, the 'set position' refers to the base pad 710 through at least one of the outdoor air inlet holes 712a, 712b, and 712c formed at different positions inside the base pad 710 along the axial direction through the base pad ( 710) means to supply external air to the corresponding position inside the unit.
That is, as the discharge amount of the bet and the supply amount of outside air are controlled through the suction control unit 620 and the blower control unit 734 , the hybrid finger unit 200 according to the present invention has different hardness and various sizes of objects 2a and 2b. ,2c) can be held and lifted without breaking or deforming. In addition, the stiffening unit 300 is disposed on one side of the actuator unit 700 , and the directionality is set by interlocking with the operation of the actuator unit 700 .
On the other hand, the base pad 710, like a human finger, forms a plurality of outdoor air inlet holes 712a, 712b, and 712c so that the anterior joint 540 and the posterior joint 550 induce different deformations, and the main channel ( 714a, 714b, and 714c are formed to correspond one-to-one with the outdoor air inlet holes 712a, 712b, and 712c, and the outdoor air exhaust holes 716a, 716b, 716c are formed to correspond one-to-one with the main channels 714a, 714b, 714c . In addition, the outdoor air discharge holes 716a, 716b, and 716c are formed on the other side of the base pad 710 to be opened at different positions (phase difference) along the axial direction. For convenience, the outdoor air inlet holes 712a, 712b, 712c, the main channels 714a, 714b, and 714c, and the outdoor air outlet holes 716a, 716b, and 716c are illustrated as being formed in three. Accordingly, the degree of bending of the base pad 710 varies depending on the position at which the outside air is supplied among the three outside air inlet holes 712a, 712b, and 712c. (See FIGS. 4, 5, and 6) In particular, the outside air After being supplied to the outdoor air inlet hole 712c, the base pad 710 is supplied to the inside of the supporting member 720 of the corresponding portion through the outdoor air outlet hole 716c that is opened and formed at the lowermost side from the other side of the base pad 710. ) intensively supports the first body 510 and the anterior joint 540 . And, when the outside air is supplied to all the outside air inlet holes (712a, 712b, 712c) at the same time to evenly fill the inside of the base pad 710, the base pad 710 and the supporting member 720 are the core joint part 500. direction throughout. Accordingly, the hybrid finger unit 200 according to an embodiment of the present invention can hold and lift objects 2a, 2b, and 2c of various shapes.
At this time, the supporting member 720 forms sub-channels 726 partitioned from each other therein, similarly to the main channels 714a, 714b, and 714c of the base pad 710 . In addition, each of the sub-channels 726 is connected to the main channels 714a, 714b, and 714c on a one-to-one basis.
Therefore, for example, after the outside air is supplied to the outside air inlet hole 712c, through the outside air discharge hole 716c that is opened at the lowermost side from the other side of the base pad 710, the corresponding portion of the supporting member 720 As the sub-channel 726 is supplied to the inside, and the bet discharge unit 600 forcibly discharges the bet of the variable body 400, the base pad 710 and the supporting member 720 have a variable lower portion along the axial direction. The body 400 is bent in the bending direction of the variable body 400 together with the hybrid finger unit 200 by the front joint part 540 to hold and lift the lower side of the objects 2a, 2b, and 2c of various shapes. be able to
In addition, the sub-channels 726 corresponding to the outdoor air exhaust holes 716a, 716b, and 716c may be divided into three.
To this end, the supporting member 720 may include a partition member 724 to partition the plurality of peaks 722 to correspond to each of the outdoor air discharge holes 716a, 716b, and 716c. As a result, the supporting member 720 forms a sub-channel 726 that is partitioned to be connected to each of the outdoor air discharge holes 716a, 716b, and 716c, and selectively guides the inflow of the outside air, thereby partially supporting the base pad 710. can support
Hereinafter, an operating state of the hybrid finger unit 200 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
When the pressure of the internal space 410 of the variable body 400 is set to a negative pressure, the flexible variable body 400 is hardened in the axial direction or hardened in a curved shape.
Since the inner pressure of the variable body 400 is smaller than the atmospheric pressure, the variable body 400 is compressed inward to restrain the plurality of particles 430 and prevent movement. Accordingly, each of the particles 430 is in contact with each other. At this time, the core joint part 500 is composed of a first joint 510 , a second joint 520 , a connecting joint 530 , a plurality of anterior unit joints 542 and a plurality of posterior unit joints 552 , thereby variable The shape is deformed by the shape deformation of the body 400 .
The particles 430 positioned between the core joint part 500 and the variable body 400 are in contact with each other and induce a short force chain to be formed against an external force, so that the broken shape between the particles can be minimized and more stable rigidity can be obtained. can
In addition, the base pad 710 and the supporting member 720 included in the actuator part 700 partially and fully support the bending deformation of the variable body 400 and the core joint part 500, so that the variable body 400 and the core The joint part 500 more stably maintains the holding state of the objects 2a, 2b, and 2c.
Hybrid finger unit 200 according to an embodiment of the present invention is a basic element for achieving a jamming effect, the variable body 400, the core joint part 500, the base pad 710, the supporting member 720 and the particles ( 430), the rigidity due to the jamming effect can be stably maintained even in a bent state.
As described above, according to an embodiment of the present invention, since the core joint part 500 provided on the inside of the variable body 400 is bent together with the variable body 400 and supports the particles 430, It increases the efficiency of rigidity and can stably maintain the rigidity of the straight state and the rigidity of the bent state. In addition, the present invention can implement the role of a supporter that relieves the burden on the body by attaching to the joint of a person in the industrial field.
Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

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100: 그리퍼 110: 고정연결체
120: 브라켓 200: 하이브리드 핑거유닛
300: 스티프닝부 400: 가변몸체
430: 파티클 500: 코어관절부
510: 제 1마디 520: 제 2마디
530: 연결마디 540: 전측관절부
550: 후측관절부 600: 내기배출부
700: 액추에이터부 710: 베이스패드
712a,712b,712c: 외기유입홀
714a,714b,714c: 메인채널 716a,716b,716c: 외기배출홀
720: 서포팅부재 722: 산부
726: 서브채널 730: 외기공급부
732: 블로워부재 734: 블로워제어부100: gripper 110: fixed connection
120: bracket 200: hybrid finger unit
300: stiffening unit 400: variable body
430: particle 500: core joint part
510: measure 1 520: measure 2
530: connecting node 540: anterior joint
550: rear joint 600: bet discharge part
700: actuator unit 710: base pad
712a, 712b, 712c: outside air inlet hole
714a, 714b, 714c: main channel 716a, 716b, 716c: outdoor air exhaust hole
720: supporting member 722: obstetrics
726: sub-channel 730: external air supply unit
732: blower member 734: blower control unit

Claims

an actuator unit operated in association with a change in internal pressure; and
It includes a stiffening unit operated in conjunction with the actuator unit,
The stiffening unit may include a variable body forming an inner space;
a core joint for setting a direction according to the deformation of the inner space; and
Hybrid finger unit, characterized in that it comprises a bet discharge unit for inducing deformation of the variable body in the direction set by the core joint portion.

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According to claim 1, The core joint portion,
a first joint located inside one side of the variable body in the axial direction;
a second joint located inside the other side of the variable body in the axial direction;
a connecting joint positioned between the first joint and the second joint in the axial direction of the variable body;
an anterior joint part connecting the first joint and the connecting joint and serving as a joint; and
Hybrid finger unit, characterized in that it includes a posterior joint part that connects the connecting joint and the second joint and serves as a joint.

According to claim 1, wherein the bet discharge unit,
a suction member for discharging the bet inside the variable body; and
and a suction control unit for controlling the suction member to discharge a certain amount of bet at a set pressure.

5. The method of any one of claims 1, 3 and 4,
The variable body is a hybrid finger unit, characterized in that provided with a concave-convex portion on one side for setting the direction of deformation.

The method according to any one of claims 1, 3 and 4, wherein the actuator unit comprises:
a base pad for guiding the variable body to be bent in one direction;
a supporting member provided on the other side of the base pad to support the deformed base pad; and
and an external air supply unit supplying external air to the base pad or the base pad and the supporting member to support the deformable body.

7. The method of claim 6,
The supporting member may include a plurality of ridges connected at lower sides in an axial direction of the base pad and separated at upper sides.

7. The method of claim 6,
The base pad includes a plurality of outdoor air inlet holes communicating with the outdoor air supply unit and a plurality of outdoor air outlet holes communicating with the supporting member,
The supporting member has a sub-channel partitioned to be connected to each of the outdoor air discharge holes to selectively guide the incoming outdoor air,
The base pad is a hybrid finger unit, characterized in that it has a main channel provided to correspond to each of the plurality of outdoor air inlet holes.

According to claim 6, The outdoor air supply unit,
a blower member for supplying external air of the base pad; and
Hybrid finger unit comprising a blower control unit for controlling the blower member.

fixed connection;
a plurality of brackets provided radially to the fixed connection body; and
A hybrid finger unit provided on the bracket, deformed inward by an external force, and grabbing an object,
The hybrid finger unit may include an actuator unit operated in association with a change in internal pressure; and
It includes; a stiffening unit operated in conjunction with the actuator unit;
The stiffening unit may include a variable body forming an inner space;
a core joint for setting a direction according to the deformation of the variable body; and
Gripper comprising a; bet discharge unit for inducing deformation of the variable body in the direction set by the core joint portion.

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11. The method of claim 10,
The actuator unit may include: a base pad for guiding the variable body to be bent in one direction;
a supporting member provided on the other side of the base pad to support the deformed base pad; and
and an external air supply unit supplying external air to the base pad or the base pad and the supporting member to support the deformable body.