KR102448138B1 - 픽킹 핸드 로봇 - Google Patents

Abstract

픽킹 핸드 로봇이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽킹 핸드 로봇은, 위치 제어가 가능한 로봇 암; 로봇 암의 단부에 돌출 가능하게 결합되며, 로봇 암의 단부로부터 하부 방향으로 돌출되어 픽킹(picking)을 원하는 제품을 향해 접근하고, 제품의 상부를 픽킹하여 픽킹된 제품을 로봇 암의 단부 측으로 끌어올리는 픽킹 유닛; 및 로봇 암의 단부에 결합되며, 픽킹 유닛에 의해 픽킹된 제품을 로봇 암의 단부 측으로 끌어올린 상태에서, 픽킹된 제품의 측부에 접촉하는 단부면이 중앙을 향하는 상태를 유지하면서 픽킹된 제품의 측부로 접근하여 픽킹된 제품을 접촉 지지하는 그립퍼 유닛을 포함을 포함한다.

Description

픽킹 핸드 로봇{Picking Hand Robot}

본 발명은, 픽킹 핸드 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 진공 흡착 패드 유닛을 이용하여 제품을 픽킹하고 추가적으로 마련되는 그립퍼 유닛을 사용하여 제품의 측면을 접촉 지지함으로써, 픽킹된 제품의 롤링 현상을 방지하고 로봇에 의해 이송하는 중에 제품이 낙하하는 것을 방지하여 픽킹 이송 에러율을 현저하게 줄일 수 있는 픽킹 핸드 로봇에 관한 것이다.

물류라는 용어는 물적 유통(physical distribution)의 줄임말로서, 생산자로부터 소비자에게 제품, 재화를 효과적으로 옮겨주는 기능 또는 활동의 총칭이다. 일반적으로 포장, 하역, 수송, 보관 및 정보와 같은 여러 활동을 말한다.

통상적으로 제품, 재화를 수송하는 데는 포장, 보관, 집하/적재, 수송, 하역/배달, 보관 등의 여러 과정을 거친다. 어떠한 수송수단을 이용하든 이러한 과정을 거치지 않고는 제품, 재화의 이동은 불가능하다. 이러한 이동의 전체를 종합적으로 보는 것이 물적 유통(물류)인 것이다.

근래에 들어서는 대량생산, 대량판매, 대량소비가 시대의 추세가 되었으며, 그 사이를 잇는 물자의 흐름을 효율화할 필요성이 커졌기 때문에 물류의 중요성이 점차 커지고 있다.

근대기업에서는 상적 유통활동, 즉 거래의 부분만이 아니라, 제품을 소비자의 손에까지 정확하고 신속하게 배달할 물류 활동이 중요한 부분으로서 부각되었다. 즉 경제발전과 함께, 생산비용의 인하만을 추구하다가는 격심한 기업경쟁에서 이길 수가 없으며, 유통비도 가능한 한 절감되도록 해야 한다는 견해가 대두되었다.

현재, 물류 합리화의 수단으로서, 대도시 주변에 배달 센터, 트럭 터미널, 창고단지 등을 집중적으로 들어서게 하는 유통 센터의 건설, 컨테이너나 팔레트를 이용하여 수송의 일관화를 꾀하는 유닛 로드 시스템(unit load system)의 추진, 각 수송기관의 유기적 결합으로 수송의 효율화를 지향하는 협동일관수송 등이 진행되고 있으며, 국가에서 조성하고 있는 곳도 있다.

이와 같이, 물류라는 용어는 대단히 광범위한 용어이기는 하지만, 특정한 물품이나 물건(이하, 이들을 통틀어 제품이라 함)을 유통시키는 유통사의 환경으로 그 의미를 적용해 볼 때, 제품을 소스 박스(source tote)에서 타겟 박스(target tote)로 옮겨 담는 등의 일련의 행위를 물류라고도 볼 수 있다.

한편, 픽킹 핸드 로봇(Picking hand robot)은 다양한 물류 시스템에 적용되어 해당 제품을 들어 옮기는 역할을 한다. 물론, 픽킹 로봇은 물류 시스템 외에도 다양한 제조설비나 무인 창고 시스템 등에 적용되기도 한다.

이러한 픽킹 로봇은 제품을 흡착하기 위한 수단으로서 흡착 패드 또는 진공 흡착 패드 유닛을 사용하였다.

흡착 패드를 이용한 픽킹 작업에 있어서, 포장재 내부의 유동이 심한 제품의 경우에는 로봇이 제품을 이송할 때에 롤링 현상이 발생하게 되어 제품의 이송 중에 흡착이 풀려서 픽킹 에러를 발생시키는 문제점이 있으며, 이로 인하여 물동량이 감소하게 된다.

또한, 하나의 흡착 패드 사용하는 경우에는 제품의 크기에 따라 로봇 이송 중에 발생하는 제품의 롤링 현상으로 인하여 흡착이 풀려 제품이 낙하할 수 있으므로 픽킹 이송 에러율이 높아질 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0791004호, (2007.12.26.)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 진공 흡착 패드 유닛을 이용하여 제품을 픽킹하고 추가적으로 마련되는 그립퍼 유닛을 사용하여 제품의 측면을 접촉 지지함으로써, 픽킹된 제품의 롤링 현상을 방지하고 로봇에 의해 이송하는 중에 제품이 낙하하는 것을 방지하여 픽킹 이송 에러율을 현저하게 줄일 수 있는 픽킹 핸드 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 위치 제어가 가능한 로봇 암; 상기 로봇 암의 단부에 돌출 가능하게 결합되며, 상기 로봇 암의 단부로부터 하부 방향으로 돌출되어 픽킹(picking)을 원하는 제품을 향해 접근하고, 상기 제품의 상부를 픽킹하여 픽킹된 제품을 상기 로봇 암의 단부 측으로 끌어올리는 픽킹 유닛; 및 상기 로봇 암의 단부에 결합되며, 상기 픽킹 유닛에 의해 픽킹된 제품을 상기 로봇 암의 단부 측으로 끌어올린 상태에서, 상기 픽킹된 제품의 측부에 접촉하는 단부면이 중앙을 향하는 상태를 유지하면서 상기 픽킹된 제품의 측부로 접근하여 상기 픽킹된 제품을 접촉 지지하는 그립퍼 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 픽킹 핸드 로봇이 제공될 수 있다.

상기 픽킹 유닛은, 진공 흡착 및 진공 해제에 의해 상기 제품의 상부를 흡착하거나 탈착하여 상기 제품을 픽킹하는 진공 흡착 픽킹 유닛이며, 상기 그립퍼 유닛은, 상기 진공 흡착 픽킹 유닛이 상기 제품의 상부를 흡착하고 있을 때, 상기 진공 흡착 픽킹 유닛의 흡착 방향과 교차하는 상기 제품의 측면 방향으로 접근하여 상기 제품에 각각 접촉하는 복수의 핑거 모듈을 포함할 수 있다.

상기 그립퍼 유닛은, 상기 진공 흡착 픽킹 유닛을 둘러싸도록 등각도를 이루며 상호 이격 배치되는 세 개의 핑거 모듈을 포함할 수 있다.

상기 핑거 모듈은, 수직 방향으로 배치된 상태로 상기 제품을 향해 접근 및 이격 가능하게 마련되며, 상기 제품의 적어도 일부와 접촉하여 상기 제품을 가압 지지하는 지지 관절; 일단부는 상기 로봇 암의 단부에 상대 회동 가능하게 결합되고, 타단부는 상기 지지 관절의 일측에 상대 회동 가능하게 결합되어, 상기 지지 관절의 상기 제품을 향한 접근 및 이격 동작을 구동시키는 구동 관절; 및 상기 로봇 암의 단부에 대한 상기 구동 관절의 회동 동작과, 상기 구동 관절에 대한 상기 지지 관절의 회동 동작을 링크하여 구동시키는 관절 구동부를 포함하며, 상기 지지 관절의 단부면은 중앙을 향하는 상태를 유지하면서 상기 진공 흡착 픽킹 유닛의 흡착 방향과 교차하는 상기 제품의 측면 방향으로 접근하여 상기 픽킹된 제품을 접촉 지지할 수 있다.

상기 관절 구동부는, 상기 로봇 암의 단부에 결합되는 서보 모터; 상기 서보 모터와 상기 구동 관절 사이에 결합되는 제1 풀리; 상기 구동 관절과 상기 지지 관절 사이에 결합되는 제2 풀리; 및 상기 제1 풀리와 상기 제2 풀리를 연결하는 타이밍 벨트를 포함할 수 있다.

상기 지지 관절은, 지지 관절 본체; 및 상기 지지 관절 본체의 단부에 회동 가능하게 결합되며, 상기 지지 관절이 상기 제품을 접촉 지지할 때, 상기 지지 관절 본체의 내측으로 회동하여 상기 제품의 적어도 일부를 접촉 지지하는 지지 핑거를 포함할 수 있다.

상기 지지 관절은, 상기 지지 관절 본체에 일단부가 결합되고 상기 지지 핑거에 타단부가 결합되어 상기 제품과 직접 접촉하는 그립 벨트를 더 포함하며, 상기 지지 핑거는 상기 그립 벨트가 상기 제품에 접촉되어 변형됨에 따라 발생하는 인력에 의해 상기 지지 관절 본체의 내측으로 회동할 수 있다.

상기 핑거 모듈은, 상기 그립 벨트에 결합되며, 상기 지지 관절에 의해 상기 제품에 가해지는 압력을 측정하기 위한 압전 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 진공 흡착 픽킹 유닛은, 상대 이동에 의해 상기 로봇 암의 단부로부터 돌출 가능하게 마련되며, 내부에 진공 공간을 형성하는 진공 파이프 모듈; 상기 진공 파이프 모듈의 하부에 결합되어 상기 제품을 흡착하는 진공 흡착 패드; 및 상기 진공 파이프 모듈의 상부에 결합되어 상기 진공 파이프 모듈을 이동시키는 진공 파이프 구동 모듈을 포함할 수 있다.

상기 진공 파이프 구동 모듈은, 구동 모터; 상기 진공 파이프 모듈과 나란하게 배치되며, 상기 구동 모터와 연결되어 정역회전 가능한 볼 스크류; 상기 볼 스크류에 상대 이동 가능하게 연결되어 상기 볼 스크류의 회전에 의하여 직선으로 이동하되, 상기 진공 파이프 모듈의 상부에 결합되어 상기 진공 파이프 모듈과 함께 직선으로 이동되는 이동 블럭; 및 상기 진공 파이프 모듈과 나란하게 배치되어 상기 이동 블럭의 직선 이동을 가이드하는 가이드 샤프트를 포함할 수 있다.

상기 진공 파이프 구동 모듈은, 상기 구동 모터가 설치되며, 상기 볼 스크류 및 상기 가이드 샤프트가 관통하여 결합되는 고정 블럭; 및 상기 구동 모터와 상기 볼 스크류를 연결하여 상기 구동 모터의 회전력을 상기 볼 스크류에 전달하는 구동 벨트를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 진공 흡착 패드 유닛을 이용하여 제품을 픽킹하고 추가적으로 마련되는 그립퍼 유닛을 사용하여 제품의 측면을 접촉 지지함으로써, 픽킹된 제품의 롤링 현상을 방지하고 로봇에 의해 이송하는 중에 제품이 낙하하는 것을 방지하여 픽킹 이송 에러율을 현저하게 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽킹 핸드 로봇을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 로봇 암의 단부에 결합된 진공 흡착 픽킹 유닛과, 그립퍼 유닛 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 그립퍼 유닛 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 그립퍼 유닛의 작동 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 픽킹 핸드 로봇에 의해 제품을 픽킹하는 과정을 설명하기 위해 구분 동작들을 도시한 도면들이다.
도 8은 픽킹 핸드 로봇에 의해 크기가 다른 제품을 픽킹한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 픽킹 핸드 로봇을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 로봇 암의 단부에 결합된 진공 흡착 픽킹 유닛과, 그립퍼 유닛 부분을 확대하여 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 그립퍼 유닛 부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 4는 그립퍼 유닛의 작동 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5 내지 도 7은 픽킹 핸드 로봇에 의해 제품을 픽킹하는 과정을 설명하기 위해 구분 동작들을 도시한 도면들이고, 도 8은 픽킹 핸드 로봇에 의해 크기가 다른 제품을 픽킹한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 픽킹 로봇 핸드는, 로봇 암(100)과, 픽킹 유닛(300)과, 그립퍼 유닛(500)을 포함한다.

로봇 암(100)은, 도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 다수의 관절을 구비하는 구조로 마련되어 로봇 암의 단부를 원하는 위치에 원하는 각도로 접근할 수 있도록 위치 제어가 가능한 장치이다.

이러한 로봇 암(100)은 로봇 암의 단부를 픽킹을 원하는 제품의 상부에 수직으로 접근시킴으로써 후술할 구조의 진공 흡착 픽킹 유닛(300)과, 그립퍼 유닛(500)에 의해 제품을 픽킹할 준비를 하며, 픽킹이 끝난 후에는 픽킹된 제품을 원하는 위치로 이동시켜 주는 역할을 한다.

본 발명이 도 1에 도시된 로봇 암(100)의 형태에 한정되는 것은 아니며, 로봇 암(100)이 배치되는 위치, 작업 환경 및 픽킹을 원하는 제품의 형태 등 다양한 조건에 대응하여 다양한 형태로 마련될 수 있을 것이다.

한편, 픽킹 유닛(300)은 로봇 암(100)의 단부(101)에 돌출 가능하게 결합되며, 로봇 암(100)의 단부로부터 하부 방향으로 돌출되어 픽킹(picking)을 원하는 제품을 향해 접근하고, 제품의 상부를 픽킹하여 픽킹된 제품을 로봇 암(100)의 단부 측으로 끌어올리는 역할을 한다.

본 실시 예에 따르면, 픽킹 유닛은 진공 흡착 및 진공 해제에 의해 제품의 상부를 흡착하거나 탈착하여 제품을 픽킹하는 진공 흡착 픽킹 유닛(300)이며, 도 2에 자세히 도시된 바와 같이, 진공 파이프 모듈(310)과, 진공 흡착 패드(330)와, 진공 파이프 구동 모듈(350)을 포함한다.

진공 파이프 모듈(310)은 상대 이동에 의해 로봇 암(100)의 단부로부터 돌출 가능하게 마련되며, 내부에 진공 공간을 형성하는 역할을 한다.

진공 흡착 패드(330)는 진공 파이프 모듈(310)의 하부에 결합되어 제품을 흡착하는 역할을 한다.

진공 파이프 구동 모듈(350)은 진공 파이프 모듈(310)의 상부에 결합되어 진공 파이프 모듈(310)을 이동시킴으로써, 픽킹을 원하는 제품을 향해 진공 흡착 패드(330)를 접근 및 이격시키는 역할을 한다.

즉 본 발명에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 진공 흡착 픽킹 유닛(300)의 진공 파이프 구동 모듈(350)이 진공 파이프 모듈(310)을 이동시킴으로써, 진공 흡착 패드(330)를 박스(B)에 배치된 픽킹을 원하는 제품(P)으로 접근시키게 된다.

이 때, 진공 흡착 패드(330)를 후술할 그립퍼 유닛(500)으로부터 이격시켜 제품에 접근하게 함으로써, 그립퍼 유닛(500)과 함께 제품이 배치되는 박스(B)의 내부로 이동하지 않고 진공 흡착 패드(330)의 최소 면적으로 제품(P)에 다가갈 수 있으므로, 박스(B) 내부에 다수의 제품이 담겨있는 경우에도 그립퍼 유닛(500)에 의해 방해받지 않으면서 픽킹 작업을 진행할 수 있게 된다.

이러한 진공 파이프 구동 모듈(350)은, 도 2에 자세히 도시된 바와 같이, 구동 모터(351)와, 볼 스크류(352)와, 이동 블럭(353)과, 가이드 샤프트(354)와, 고정 블럭(355)과, 구동 벨트(356)를 포함한다.

볼 스크류(352)는 진공 파이프 모듈(310)과 나란하게 배치되며, 구동 모터(351)와 연결되어 정역회전 가능하게 마련된다.

이동 블럭(353)은 볼 스크류(352)에 상대 이동 가능하게 연결되어 볼 스크류(352)의 회전에 의하여 직선으로 이동하되, 진공 파이프 모듈(310)의 상부에 결합되어 진공 파이프 모듈(310)과 함께 직선으로 이동된다.

가이드 샤프트(354)는 진공 파이프 모듈(310)과 나란하게 배치되어 이동 블럭(353)의 직선 이동을 가이드하는 역할을 한다.

본 발명의 일 실시 예에서는, 도 2에 자세히 도시된 바와 같이, 두 개의 가이드 샤프트(354)와 볼 스크류(352)가 진공 파이프 모듈(310)을 둘러싸며 등각도를 이루도록 상호 이격 배치되어 마련되었으나, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니며, 진공 흡착 픽킹 유닛(300)과 그립퍼 유닛(500)의 크기 및 무게 또는 픽킹을 원하는 제품의 크기 및 무게에 따라 가이드 샤프트(354)가 추가로 마련될 수 있는 구조 등 다양한 구조로 마련될 수 있을 것이다.

고정 블럭(355)은 구동 모터(351)가 설치되며, 볼 스크류(352) 및 가이드 샤프트(354)가 관통하여 결합되어 고정된다.

구동 벨트(356)는 구동 모터(351)와 볼 스크류(352)를 연결하여 구동 모터(351)의 회전력을 볼 스크류(352)에 전달하는 역할을 한다.

이하에서는, 도 2와 도 5 내지 도 7을 참조하여, 이러한 구조를 가진 진공 파이프 구동 모듈(350)에 의해 진공 흡착 픽킹 유닛(300)이 작동하는 방식에 대하여 설명한다.

먼저, 도 2 및 도 6에 도시된 상태의 진공 흡착 픽킹 유닛(300)은, 진공 파이프 모듈(310)이 돌출되지 않은 상태이며, 진공 흡착 패드(330)와 후술할 그립퍼 유닛(500)이 나란하게 배치된 상태이다.

여기서, 진공 파이프 구동 모듈(350)의 구동 모터(351)가 회전하여 구동 벨트(356)를 통해 볼 스크류(352)를 정회전시키게 되면, 볼 스크류(352)에 상대 이동 가능하게 연결된 이동 블럭(353)이 볼 스크류(352)의 회전에 의하여 하부 방향을 향해 직선으로 이동하게 된다.

그리고 이동 블럭(353)이 하부 방향을 향해 이동하게 되면서, 동시에 이동 블럭(353)에 결합된 진공 파이프 모듈(310)도 함께 하부 방향을 향해 직선 이동하므로, 결과적으로 도 6에 도시된 바와 같이, 진공 흡착 패드(330)가 그립퍼 유닛(500)으로부터 이격되면서 박스(B) 내에 배치된 픽킹을 원하는 제품(P)을 향해 접근하게 된다.

이후에는 진공 파이프 모듈(310)에 연결된 진공 펌프(미도시)가 작동하여 진공에 의해 진공 흡착 패드(330)에 제품(P)을 픽킹하게 된다.

진공 흡착 패드(330)가 제품을 픽킹한 상태로 그립퍼 유닛(500)을 향해 접근하는, 도 6에 도시된 상태에서 도 7에 도시된 상태로의 이동은, 구동 모터(351)가 반대로 회전하여 구동 벨트(356)를 통해 볼 스크류(352)를 역회전시키게 되면, 이동 블럭(353)이 볼 스크류(352)의 회전에 의하여 상부 방향을 향해 직선으로 이동함으로써 이루어지게 된다.

한편, 그립퍼 유닛(500)은 로봇 암(100)의 단부(101)에 결합되며, 진공 흡착 픽킹 유닛(300)에 의해 픽킹된 제품을 로봇 암(100)의 단부 측으로 끌어올린 상태에서, 픽킹된 제품의 측부에 접촉하는 단부면이 중앙을 향하는 상태를 유지하면서 픽킹된 제품의 측부로 접근하여 픽킹된 제품을 접촉 지지하는 역할을 한다.

이러한 그립퍼 유닛(500)은 진공 흡착 픽킹 유닛(300)이 제품의 상부를 흡착하고 있을 때, 진공 흡착 픽킹 유닛(300)의 흡착 방향과 교차하는 제품의 측면 방향으로 접근하여 제품에 각각 접촉하는 복수의 핑거 모듈(500a, 500b, 500c)을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도 3에 자세히 도시된 바와 같이, 그립퍼 유닛(500)은 진공 흡착 픽킹 유닛(300)을 둘러싸도록 등각도를 이루며 상호 이격 배치되는 세 개의 핑거 모듈(500a, 500b, 500c)을 포함한다.

다만, 본 발명에 따른 그립퍼 유닛(500)의 형태가 여기에 한정되는 것은 아니며, 픽킹을 원하는 제품의 크기 및 무게 등 다양한 조건에 대응하여 마련되는 핑거 모듈의 갯수와 상호 이격 배치되는 간격 및 각도 등은 다양하게 변경될 수 있을 것이다.

세 개의 핑거 모듈(500a, 500b, 500c)은 모두 동일한 구조를 가지므로, 이하에서는 하나의 핑거 모듈(500a)을 기준으로 설명한다.

핑거 모듈(500a)은 지지 관절(510a)과, 구동 관절(530a)과, 관절 구동부(550a)를 포함한다.

지지 관절(510a)은 수직 방향으로 배치된 상태로 제품을 향해 접근 및 이격 가능하게 마련되며, 제품의 적어도 일부와 접촉하여 제품을 가압 지지하는 역할을 한다.

본 발명에 따르면, 지지 관절(510a)의 지지 관절 본체(511a)가 항상 수직 방향으로 배치된 상태로 이동하게 된다.

즉, 도 4에 자세히 도시된 바와 같이, 구동 관절(530a)이 상방향으로 경사지게 위치할 때의 지지 관절 본체(511a)와, 구동 관절(530a')이 수평으로 위치할 때의 지지 관절 본체(511a')와, 구동 관절(530a)이 하방향으로 수직으로 위치할 때의 지지 관절 본체(511a")는 항상 동일하게 수직 방향으로 배치된 상태를 유지하면서 이동하게 된다.

이렇게 지지 관절 본체(511a)가 수직 방향으로 배치된 상태로 이동함으로써, 제품을 접촉 지지하기 위하여 제품의 측면으로 접근할 때 제품의 측면에 수직한 방향으로 접근할 수 있게 된다.

제품의 측면으로 접근할 때 제품의 측면에 수직한 방향으로 접근하는 방식은, 전술한 진공 흡착 픽킹 유닛(300)의 흡착 방향과 교차하는 방향으로 제품으로 접근하게 되므로, 진공 흡착 픽킹 유닛(300)의 흡착력에 영향을 주지 않는 이점이 있다.

예를 들어, 일반적으로 사용되는 회동 방식의 핑거 그립에서는 회동점을 중심으로 회동하는 핑거가 제품의 측면에 수직한 방향으로 접촉할 수 없고, 경사지게 접촉하기 때문에 진공 흡착 방향과 경사진 방향으로 제품으로 접근하여 접촉하면서, 진공 흡착 방향과 반대 방향으로 힘을 가할 수 있으므로, 흡착력을 낮추어 제품을 낙하시킬 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 지지 관절(510a)이 수직 방향으로 배치된 상태로 제품을 향해 접근 및 이격 가능하게 마련함으로써, 진공 흡착 픽킹 유닛(300)의 흡착력에 영향을 주지 않으므로, 픽킹된 제품의 롤링 현상을 방지하고 로봇에 의해 이송하는 중에 제품이 낙하하는 것을 방지하여 픽킹 이송 에러율을 현저하게 줄일 수 있게 된다.

지지 관절(510a)은 지지 관절 본체(511a)와, 지지 핑거(513a)와, 그립 벨트(515a)와, 압전 센서(미도시)를 포함한다.

지지 핑거(513a)는 지지 관절 본체(511a)의 단부에 회동 가능하게 결합되며, 지지 관절(510a)이 제품을 접촉 지지할 때, 지지 관절 본체(511a)의 내측으로 회동하여 제품의 적어도 일부를 접촉 지지하는 역할을 한다.

그립 벨트(515a)는 지지 관절 본체(511a)에 일단부가 결합되고 지지 핑거(513a)에 타단부가 결합되어 제품과 직접 접촉하는 부분이다.

지지 핑거(513a)는 그립 벨트(515a)가 제품에 접촉되어 변형됨에 따라 발생하는 인력에 의해 지지 관절 본체(511a)의 내측으로 회동하게 된다.

이하에서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 그립 벨트(515a)와 지지 핑거(513a)가 작동하는 방식에 대하여 설명한다.

먼저, 도 5 및 도 6에 도시된 상태의 핑거 모듈(500a)에서 그립 벨트(515a)는 제품(P)과 접촉하지 않은 상태이다.

여기서 그립 벨트(515a)는 수직 방향으로 직선을 이루며 배치되어 있으며, 따라서 지지 관절 본체(511a)의 단부에 회동 가능하게 결합되는 지지 핑거(513a)도 그립 벨트(515a)에 의해 당겨지지 않은 상태이므로, 지지 핑거(513a)는 지지 관절 본체(511a) 및 그립 벨트(515a)와 직선을 이루며 배치되어 있다.

다음으로, 도 7에 도시된 상태는 핑거 모듈(500a)의 지지 관절 본체(511a)가 구동 관절(530a)에 의해 제품(P)을 향해 접근하면서, 그립 벨트(515a)가 제품의 적어도 일부를 접촉 지지하는 상태이다.

여기서 그립 벨트(515a)는 제품(P)을 접촉 지지하므로 곡선을 이루며 구부러진 형태로 배치되어 있으며, 따라서 지지 관절 본체(511a)의 단부에 회동 가능하게 결합되는 지지 핑거(513a)는 구부러진 그립 벨트(515a)에 의해 당겨진 상태이므로, 지지 핑거(513a)는 지지 관절 본체(511a)의 내측으로 회동하여 제품의 적어도 일부를 접촉 지지하는 상태가 된다.

따라서 본 발명에 따르면, 그립 벨트(515a)가 제품의 측면의 적어도 일부를 접촉 지지할 뿐만 아니라, 이와 동시에, 그립 벨트(515a)가 지지 핑거(513a)를 지지 관절 본체(511a)의 내측으로 회동시키면서 제품의 하부의 적어도 일부를 접촉 지지하는 상태가 됨으로써, 그립 벨트(515a)와 지지 핑거(513a)가 동시에 제품을 접촉 지지할 수 있으므로, 픽킹된 제품의 롤링 현상을 방지하고 로봇에 의해 이송하는 중에 제품이 낙하하는 것을 방지하여 픽킹 이송 에러율을 현저하게 줄일 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 그립 벨트(515a)는 제품(P)과의 접촉에 의해 휘어질 수 있도록 어느 정도 탄성력을 지니며, 제품(P)을 보다 정확하게 접촉 지지할 수 있도록 마찰 계수가 높은 재질로 마련될 수 있을 것이다.

압전 센서(미도시)는 그립 벨트(515a)에 결합되며, 지지 관절(510a)에 의해 제품에 가해지는 압력을 측정하고, 측정된 압력에 기초하여 제품에 미리 결정된 압력 이상의 압력이 가해지지 않도록 관절 구동부(550a)의 작동을 제어할 수 있도록 해준다.

구동 관절(530a)은 일단부는 로봇 암(100)의 단부에 상대 회동 가능하게 결합되고, 타단부는 지지 관절(510a)의 일측에 상대 회동 가능하게 결합되어, 지지 관절(510a)의 제품을 향한 접근 및 이격 동작을 구동시키는 역할을 한다.

그리고, 관절 구동부(550a)는 로봇 암(100)의 단부에 대한 구동 관절(530a)의 회동 동작과, 구동 관절(530a)에 대한 지지 관절(510a)의 회동 동작을 링크하여 구동시키는 역할을 한다.

이러한 관절 구동부(550a)는, 도 3에 자세히 도시된 바와 같이, 로봇 암(100)의 단부에 결합되는 서보 모터(551a)와, 서보 모터(551a)와 구동 관절(530a) 사이에 결합되는 제1 풀리(552a)와, 구동 관절(530a)과 지지 관절(510a) 사이에 결합되는 제2 풀리(553a)와, 제1 풀리(552a)와 제2 풀리(553a)를 연결하는 타이밍 벨트(554a)를 포함한다.

관절 구동부(550a)의 작동에 대하여 설명하면, 서보 모터(551a)가 구동 관절(530a)과 제1 풀리(552a)를 동시에 회전시키게 되면, 제1 풀리(552a)와 타이밍 벨트(554a)에 의해 연결된 제2 풀리(553a)가 동시에 회전하면서, 제2 풀리(553a)에 결합된 지지 관절(510a)이 동시에 회전하게 된다.

이렇게 타이밍 벨트(554a)에 의해 연결된 제1 풀리(552a)와 제2 풀리(553a)를 동시에 회전시킴으로써, 로봇 암(100)의 단부에 대한 구동 관절(530a)의 회동 동작과, 구동 관절(530a)에 대한 지지 관절(510a)의 회동 동작을 링크하여 구동시킬 수 있게 된다.

그리고, 로봇 암(100)의 단부에 대한 구동 관절(530a)의 회동 동작과, 구동 관절(530a)에 대한 지지 관절(510a)의 회동 동작을 링크시킴으로써, 도 4에 자세히 도시된 바와 같이, 구동 관절(530a)이 상방향으로 경사지게 위치할 때의 지지 관절 본체(511a)와, 구동 관절(530a')이 수평으로 위치할 때의 지지 관절 본체(511a')와, 구동 관절(530a)이 하방향으로 수직으로 위치할 때의 지지 관절 본체(511a")는 항상 동일하게 수직 방향으로 배치된 상태를 유지하면서 이동할 수 있게 된다.

결국 이러한 작동 구조에 의해, 지지 관절(510a)이 수직 방향으로 배치된 상태로 지지 관절(510a)의 단부면은 중앙을 향하는 상태를 유지하면서 진공 흡착 픽킹 유닛(300)의 흡착 방향과 교차하는 제품의 측면 방향으로 접근하여 픽킹된 제품을 접촉 지지할 수 있으므로, 진공 흡착 픽킹 유닛(300)의 흡착력에 영향을 주지 않을 수 있으며, 픽킹된 제품의 롤링 현상을 방지하고 로봇에 의해 이송하는 중에 제품이 낙하하는 것을 방지하여 픽킹 이송 에러율을 현저하게 줄일 수 있게 된다.

이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여, 전술한 구조를 가진 픽킹 로봇 핸드의 전체적인 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 로봇 암(100)의 위치 제어에 의해 로봇 암의 단부를 박스(B)에 배치된 픽킹을 원하는 제품(P)의 상부에 수직으로 접근시킴으로써, 진공 흡착 픽킹 유닛(300)과, 그립퍼 유닛(500)에 의해 제품을 픽킹할 준비를 하게 된다.

다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 진공 흡착 픽킹 유닛(300)의 진공 파이프 구동 모듈(350)이 진공 파이프 모듈(310)을 이동시킴으로써, 진공 흡착 패드(330)를 박스(B)에 배치된 픽킹을 원하는 제품(P)으로 접근시키게 된다.

이 때, 진공 흡착 패드(330)를 그립퍼 유닛(500)으로부터 이격시켜 제품에 접근하게 함으로써, 그립퍼 유닛(500)과 함께 제품이 배치되는 박스(B)의 내부로 이동하지 않고 진공 흡착 패드(330)의 최소 면적으로 제품(P)에 다가갈 수 있으므로, 박스(B) 내부에 다수의 제품이 담겨있는 경우에도 그립퍼 유닛(500)에 의해 방해받지 않으면서 픽킹 작업을 진행할 수 있게 된다.

이후에는 진공 파이프 모듈(310)에 연결된 진공 펌프(미도시)가 작동하여 진공에 의해 진공 흡착 패드(330)에 제품(P)을 픽킹하게 되고, 진공 흡착 픽킹 유닛(300)의 진공 파이프 구동 모듈(350)이 진공 파이프 모듈(310)을 상방향으로 이동시킴으로써, 진공 흡착 패드(330)가 제품(P)을 픽킹한 상태로 박스(B)로 부터 이격되어 상승하게 된다.

마지막으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제품(P)을 픽킹한 상태의 진공 흡착 패드(330)가 그립퍼 유닛(500)의 위치까지 상승하게 되면, 진공 흡착 픽킹 유닛(300)의 흡착력에 영향을 주지 않도록 지지 관절(510a)이 수직 방향으로 배치된 상태로 제품을 향해 접근하여 제품의 측면을 접촉 지지하게 된다.

이 때, 그립 벨트(515a)가 제품의 측면의 적어도 일부를 접촉 지지할 뿐만 아니라, 이와 동시에, 그립 벨트(515a)가 지지 핑거(513a)를 지지 관절 본체(511a)의 내측으로 회동시키면서 제품의 하부의 적어도 일부를 접촉 지지하는 상태가 됨으로써, 그립 벨트(515a)와 지지 핑거(513a)가 동시에 제품을 접촉 지지할 수 있으므로, 픽킹된 제품의 롤링 현상을 방지하고 로봇에 의해 이송하는 중에 제품이 낙하하는 것을 방지하여 픽킹 이송 에러율을 현저하게 줄일 수 있게 된다.

한편, 도 8은 픽킹 핸드 로봇에 의해 크기가 다른 제품을 픽킹한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

여기에 도시된 제품(P')을 픽킹한 모습은, 도 5 내지 도 7의 경우와 달리, 그립퍼 유닛(500)의 핑거 모듈의 가동 구간을 넘어서는 크기를 가지는 제품(P')을 픽킹하는 모습이 도시되었다.

즉, 도 4에 도시된 지지 관절 본체가 상호 이격될 수 있는 최대한의 거리를 넘어가는 제품(P')을 픽킹하는 경우에는, 전술한 바와 같이 그립퍼 유닛(500)에 의해 제품(P')의 측면부를 접촉 지지할 수 없게 된다.

그러나, 도 8에 도시된 바와 같이, 진공 흡착 패드(330)에 의해 제품(P')의 상부를 진공 흡착한 상태에서, 그립퍼 유닛(500)의 지지 핑거(513a)를 의해 제품(P')의 상부에 접촉시킴으로써, 픽킹된 제품(P')을 이송할 때에 제품(P')의 롤링 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

따라서, 핑거 모듈의 가동 구간을 넘어서는 크기를 가지는 제품(P')이라도, 그립퍼 유닛을 사용하여 제품의 상면을 접촉 지지함으로써, 보다 안정적으로 제품을 픽킹할 수 있다.

여기서, 지지 핑거(513a)가 제품(P')의 상부에 접촉할 때에, 전술한 압전 센서(미도시)에 의해 압력을 측정하는 방식으로 지지 핑거(513a)가 회동하는 정도를 측정함으로써, 지지 관절(510a)에 의해 제품에 가해지는 압력을 측정하고, 측정된 압력에 기초하여 제품의 상부에 미리 결정된 압력 이상의 압력이 가해지지 않도록 관절 구동부(550a)의 작동을 제어할 수 있도록 해준다.

이와 같이, 본 실시 예에 따르면, 진공 흡착 패드 유닛을 이용하여 제품을 픽킹하고 추가적으로 마련되는 그립퍼 유닛을 사용하여 제품의 측면을 접촉 지지함으로써, 픽킹된 제품의 롤링 현상을 방지하고 로봇에 의해 이송하는 중에 제품이 낙하하는 것을 방지하여 픽킹 이송 에러율을 현저하게 줄일 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 로봇 암 300 : 진공 흡착 픽킹 유닛
310 : 진공 파이프 모듈 330 : 진공 흡착 패드
350 : 진공 파이프 구동 모듈 351 : 구동 모터
352 : 볼 스크류 353 : 이동 블럭
354 : 가이드 샤프트 355 : 고정 블럭
356 : 구동 벨트 500 : 그립퍼 유닛
500a, 500b, 500c : 핑거 모듈 510a : 지지 관절
511a : 지지 관절 본체 513a : 지지 핑거
515a : 그립 벨트 530a : 구동 관절
550a : 관절 구동부

Claims (11)

1. 위치 제어가 가능한 로봇 암;
   상기 로봇 암의 단부에 돌출 가능하게 결합되며, 상기 로봇 암의 단부로부터 하부 방향으로 돌출되어 픽킹(picking)을 원하는 제품을 향해 접근하고, 상기 제품의 상부를 픽킹하여 픽킹된 제품을 상기 로봇 암의 단부 측으로 끌어올리되, 진공 흡착 및 진공 해제에 의해 상기 제품의 상부를 흡착하거나 탈착하여 상기 제품을 픽킹하는 진공 흡착 픽킹 유닛; 및
   상기 로봇 암의 단부에 결합되며, 상기 픽킹 유닛에 의해 픽킹된 제품을 상기 로봇 암의 단부 측으로 끌어올린 상태에서, 상기 픽킹된 제품의 측부에 접촉하는 단부면이 중앙을 향하는 상태를 유지하면서 상기 픽킹된 제품의 측부로 접근하여 상기 픽킹된 제품을 접촉 지지하는 그립퍼 유닛을 포함하며,
   상기 그립퍼 유닛은,
   상기 진공 흡착 픽킹 유닛이 상기 제품의 상부를 흡착하고 있을 때, 상기 진공 흡착 픽킹 유닛의 흡착 방향과 교차하는 상기 제품의 측면 방향으로 접근하여 상기 제품에 각각 접촉하되, 상기 진공 흡착 픽킹 유닛을 둘러싸도록 등각도를 이루며 상호 이격 배치되는 세 개의 핑거 모듈을 포함하고,
   상기 핑거 모듈은,
   수직 방향으로 배치된 상태로 상기 제품을 향해 접근 및 이격 가능하게 마련되며, 상기 제품의 적어도 일부와 접촉하여 상기 제품을 가압 지지하는 지지 관절;
   일단부는 상기 로봇 암의 단부에 상대 회동 가능하게 결합되고, 타단부는 상기 지지 관절의 일측에 상대 회동 가능하게 결합되어, 상기 지지 관절의 상기 제품을 향한 접근 및 이격 동작을 구동시키는 구동 관절; 및
   상기 로봇 암의 단부에 대한 상기 구동 관절의 회동 동작과, 상기 구동 관절에 대한 상기 지지 관절의 회동 동작을 링크하여 구동시키는 관절 구동부를 포함하며,
   상기 관절 구동부에 의해 상기 구동 관절의 회동 동작과, 상기 지지 관절의 회동 동작이 링크되어 구동됨으로써, 상기 지지 관절이 수직 방향으로 배치되고 상기 지지 관절의 단부면은 중앙을 향하는 상태를 유지하면서 상기 제품을 향해 상하 방향으로 접근 및 이격 가능하며, 상기 지지 관절의 단부면이 상기 진공 흡착 픽킹 유닛의 흡착 방향과 교차하는 상기 제품의 측면 방향으로 접근하여 상기 픽킹된 제품을 접촉 지지하는 것을 특징으로 하는 픽킹 핸드 로봇.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 관절 구동부는,
   상기 로봇 암의 단부에 결합되는 서보 모터;
   상기 서보 모터와 상기 구동 관절 사이에 결합되는 제1 풀리;
   상기 구동 관절과 상기 지지 관절 사이에 결합되는 제2 풀리; 및
   상기 제1 풀리와 상기 제2 풀리를 연결하는 타이밍 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽킹 핸드 로봇.
6. 제1항에 있어서,
   상기 지지 관절은,
   지지 관절 본체; 및
   상기 지지 관절 본체의 단부에 회동 가능하게 결합되며, 상기 지지 관절이 상기 제품을 접촉 지지할 때, 상기 지지 관절 본체의 내측으로 회동하여 상기 제품의 적어도 일부를 접촉 지지하는 지지 핑거를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽킹 핸드 로봇.
7. 제6항에 있어서,
   상기 지지 관절은,
   상기 지지 관절 본체에 일단부가 결합되고 상기 지지 핑거에 타단부가 결합되어 상기 제품과 직접 접촉하는 그립 벨트를 더 포함하며,
   상기 지지 핑거는 상기 그립 벨트가 상기 제품에 접촉되어 변형됨에 따라 발생하는 인력에 의해 상기 지지 관절 본체의 내측으로 회동하는 것을 특징으로 하는 픽킹 핸드 로봇.
8. 제7항에 있어서,
   상기 핑거 모듈은,
   상기 그립 벨트에 결합되며, 상기 지지 관절에 의해 상기 제품에 가해지는 압력을 측정하기 위한 압전 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 픽킹 핸드 로봇.
9. 제1항에 있어서,
   상기 진공 흡착 픽킹 유닛은,
   상대 이동에 의해 상기 로봇 암의 단부로부터 돌출 가능하게 마련되며, 내부에 진공 공간을 형성하는 진공 파이프 모듈;
   상기 진공 파이프 모듈의 하부에 결합되어 상기 제품을 흡착하는 진공 흡착 패드; 및
   상기 진공 파이프 모듈의 상부에 결합되어 상기 진공 파이프 모듈을 이동시키는 진공 파이프 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 픽킹 핸드 로봇.
10. 제9항에 있어서,
    상기 진공 파이프 구동 모듈은,
    구동 모터;
    상기 진공 파이프 모듈과 나란하게 배치되며, 상기 구동 모터와 연결되어 정역회전 가능한 볼 스크류;
    상기 볼 스크류에 상대 이동 가능하게 연결되어 상기 볼 스크류의 회전에 의하여 직선으로 이동하되, 상기 진공 파이프 모듈의 상부에 결합되어 상기 진공 파이프 모듈과 함께 직선으로 이동되는 이동 블럭; 및
    상기 진공 파이프 모듈과 나란하게 배치되어 상기 이동 블럭의 직선 이동을 가이드하는 가이드 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽킹 핸드 로봇.
11. 제10항에 있어서,
    상기 진공 파이프 구동 모듈은,
    상기 구동 모터가 설치되며, 상기 볼 스크류 및 상기 가이드 샤프트가 관통하여 결합되는 고정 블럭; 및
    상기 구동 모터와 상기 볼 스크류를 연결하여 상기 구동 모터의 회전력을 상기 볼 스크류에 전달하는 구동 벨트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 픽킹 핸드 로봇.

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