KR102542530B1 - 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치 및 이를 이용한 물체 그리핑 방법 - Google Patents

Abstract

그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치 및 이를 이용한 물체 그리핑 방법이 개시된다. 서로 마주보는 제1 및 제2 그리핑 핑거의 하부와 서로 마주보는 제1 및 제2 캐비티 벽으로 측방이 둘러싸이고 캐비티 막으로 상방이 둘러싸인 캐비티 공간이 마련된다. 제1 및 제2 그리핑 핑거의 상단에는 캐비티 막과 평행하게 그리핑 막이 고착된다. 캐비티 벽, 그리핑 핑거, 캐비티 막, 그리핑 막은 형상의 변형과 회복이 가역적으로 이루어지는 탄성 소재로 만들어진다. 캐비티 벽은 그리핑 핑거보다 탄성계수가 낮고, 상부 캐비티 벽은 하부 캐비티 벽도다 탄성계수가 낮다. 그리핑 핑거부 내의 캐비티 공간의 압력을 강하하면 캐비티 공간이 수축하면서 캐비티 벽 부분 중 상부가 하부보다 먼저 수축하게 되고, 결과적으로 그리핑 핑거가 오므라든다. 이에 따라, 캐비티 공간 위쪽의 최상단에 배치된 그리핑 막이 함몰되어 접히면서 물체를 그리핑할 수 있다.

Description

그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치 및 이를 이용한 물체 그리핑 방법 {Gripping Membrane-based Object Gripping Apparatus And Object Gripping Method Using The Same}

본 발명은 물체를 그리핑하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원단, 섬유 원단 등과 같은 쉬트형 물체, 원통형 물체 등 다양한 물체를 압력 차로 변형되는 그리핑 막을 이용하여 그리핑하는 장치와 이를 이용한 물체 그리핑 방법에 관한 것이다.

의류 제조용 원단을 이용하여 의류를 제조하는 과정은 여러 가지 제조 공정을 포함한다. 그 의류 제조 공정은 원단을 한 장씩 잡아 재단기나 재봉 기계 등에 옮기거나 정렬하는 과정을 비롯한 수많은 공정들을 포함한다. 의류제조에 사용되는 섬유 원단은 거의 대부분이 잘 접히거나 가해지는 힘에 따라 손쉽게 모양이 변형되는 소프트한 속성을 가진다. 이런 속성 때문에 섬유 원단을 다루는 작업이 쉽지 않다. 섬세하고 정교한 취급이나 작업이 필요한 경우가 많다. 게다가 의류 제조를 위해 의류 원단을 다루는 섬세한 작업을 할 수 있는 하드웨어 기술 개발이 충분히 뒷받침되지 못하고 있다. 이런 이유 때문에 의류 제조 공정의 상당 부분은 자동화 되지 못하고 여전히 작업자들의 수동 작업에 의존하고 있다.

봉제 공정에 투입될 섬유 원단은 여러 장이 한 뭉치로 적층되어 있고, 한 장씩 집어내어 사용하는 것이 일반적이다. 소프트한 원단을 낱장으로 집어내는 공정은 뭉치로 쌓여있는 원단 중에서 한 장만을 집어내고 이를 다시 원하는 지점에서 내려놓을 수 있게 제어하는 것이 중요하다. 이 과정에서 원단이 손상 되거나 오염되는 가능성을 최소화 하는 것 또한 중요하다.

섬유 원단을 낱장으로 집어내어 원하는 위치로 이송하는 작업은 아직 기계를 이용한 자동화가 실현되지 못하고 있다. 이 작업에는 여전히 많은 작업 인력이 투입되고 있다. 이러한 필수불가결한 인력 사용 때문에 봉제 공정 전반이 불완전하게 자동화되어 있는 실정이다. 이 작업은 의류 생산시스템의 유기적인 설계 및 최적화를 가로막는 장애들 중 하나이다. 미래 의류 산업의 핵심은 디자인, 생산, 물류, 유통을 모두 아우르는 자동화와 지능화에 있다. 하지만 이것은 섬유 원단의 낱장 파지와 이송의 비자동화로 인해 제약을 받고 있다. 뿐만 아니라 생산성 향상에 제한이 생기고 원가도 상승하게 되는 등 노동력과 인건비의 절감이 효율적으로 이루어지지 못하는 문제점을 야기한다.

이런 문제들을 해결하기 위해 섬유 원단 등을 한 장씩 그리핑하는 기술을 개발하려는 시도들이 늘고 있다. 섬유 원단을 그리핑하는 종래 기술로는 진공 석션컵 기반 그리퍼, 바늘 기반 원단 그리퍼, 그리고 정전기 기반 그리퍼 등이 알려져 있다. 진공 석션컵 기반 그리퍼는 원단 공기 투과도에 영향을 많이 받아 원단 종류마다 진공 압을 제어해야 하고, 공기 투과도가 높은 원단은 그리핑이 안정적으로 일어나지 않는다. 바늘 기반 원단 그리퍼는 납작하고 단단한 접촉면 뒤로 설치되어 있는 바늘이 가이드를 따라 제어되어 접촉면과 원단을 순차적으로 관통하며 원단에 삽입되고, 다시 바늘이 회수되면서 원단을 분리하는 방식으로 원단을 그리핑할 수 있다.

이 기술은 현재 신발 밑창 등을 집어 올리는 공정에 활용되고 있다. 하지만, 가이드에 설치된 제어가 용이한 바늘은 그 직경의 크기가 의류 원단에 활용되기에는 지나치게 커서 원단에 눈에 띄는 구멍을 내는 등 손상을 입힐 수 있어 원단에 그리퍼로서 사용하는 데는 한계가 있다. 정전기 기반 그리퍼는 정전기를 이용해서 원단을 그리핑하는데, 동작 속도가 느려서 대량 생산 공정에 투입하기에 적합하지 않으므로 사업화가 어렵다.

1. 대한민국 특허등록번호 제10-1988219호(원단을 파지하는 방법과 장치)

본 발명은 상기 종래기술들의 단점들을 보완하기 위한 것으로서, 상기 문제점을 해결하기 위해 압력 차이로 접힐 수 있는 그리핑 막을 활용하여 그리핑 대상 물체의 속성에 제한을 적게 받으며 그리핑 시 그 대상 물체에 손상을 가하지 않으면서 신속 정확하게 그 물체를 그리핑할 수 있는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 또한 이러한 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치를 이용하여 원단의 표면이나 엣지, 및 다른 종류의 물체를 그리핑하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기 일 목적을 달성하기 위한 예시적인 실시예들의 일 측면에 따르면, 그리핑 핑거부와 베이스부를 포함하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치가 제공된다. 상기 그리핑 핑거부는 형상의 변형과 회복이 가역적으로 이루어지는 탄성 소재로 만들어지고, 내부에 마련된 캐비티 공간의 기압 강하에 따른 형상 변화로 인해 상기 캐비티 공간 위쪽의 최상단에 배치된 그리핑 막이 펴진 상태에서 상기 캐비티 공간 쪽으로 함몰되어 접히면서 물체를 그리핑할 수 있고, 상기 기압 강하가 해소되면 원래의 형상으로 복귀하면서 상기 물체의 그리핑을 해제하도록 구성된다. 상기 베이스부는 상기 그리핑 핑거부의 저면과 일체로 결합되어 상기 그리핑 핑거부를 밑에서 받쳐주고, 내부에 상기 캐비티 공간과 연결되는 관통공이 마련된다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 그리핑 핑거부는 제1 및 제2 캐비티 벽, 제1 및 제2 그리핑 핑거, 캐비티 막, 그리고 그리핑 막을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 캐비티 벽은 상기 캐비티 공간의 마주보는 두 측방을 막아주도록 제1 방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거는 상기 캐비티 공간의 마주보는 나머지 두 측방을 막아주도록 상기 제1 방향과 직교하는 제2방향을 따라 이격 배치되고, 각각의 하부가 상기 제1 및 제2 캐비티 벽과 각각 일체로 결합되어 상기 캐비티 공간의 모든 측방을 막아주고, 각각의 나머지 상부는 상기 제1 및 제2 캐비티 벽보다 소정 길이만큼 더 길게 연장되어 서로 마주보도록 구성될 수 있다. 상기 캐비티 막은 상기 캐비티 공간의 상방을 완전히 덮으면서 가장자리 부분이 상기 제1 및 제2 캐비티 벽의 상단 및 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거의 하부와 상부의 경계선에 일체로 고착될 수 있다. 상기 그리핑 막은 마주보는 양쪽 모서리가 제1 및 제2 그리핑 핑거의 상단에 각각 고착되어 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거 사이의 상기 캐비티 막의 상부 공간을 덮도록 배치될 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽을 구성하는 탄성소재는 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거를 구성하는 탄성소재에 비해 더 낮은 탄성계수를 가지고, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽은 상부가 하부보다 더 낮은 탄성계수를 가질 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽 각각은 2단 구조로 적층된 하부 및 상부 캐비티 벽을 포함하되, 상기 상부 캐비티 벽을 구성하는 제1 탄성소재의 탄성계수가 상기 하부 캐비티 벽을 구성하는 제2 탄성소재의 탄성계수에 비해 더 낮을 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽은 단일의 탄성 소재로 구성되며, 각각의 하부는 상부에 비해 더 두꺼울 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽은 각각은 상기 하부 캐비티 벽과 상기 상부 캐비티 벽간의 두께 차이가 불연속적으로 변하는 계단형 구조, 또는 하부에서 상부로 가면서 연속적으로 얇아지는 구조, 또는 이 두 가지 구조를 조합한 구조일 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 캐비티 공간 내부의 기압이 외부의 대기압보다 낮아질 때, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽이 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거보다 더 크게 수축 변형되고, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽의 상부가 하부보다 더 크게 수축 변형되어, 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거의 상부가 서로 더 근접하도록 오므라들면서 상기 그리핑 막이 상기 캐비티 공간 쪽으로 함몰되어 접히도록 구성될 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 탄성 소재는 실리콘 고무, 천연 또는 합성으로 제조되는 고무, 실리콘, 탄성을 지닌 폴리머류 중에서 선택되는 적어도 어느 한 가지일 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 물체 그리핑 장치는 상기 그리핑 막에 내장되거나 접합되어 접힌 상태의 상기 그리핑 막에 의해 그리핑된 물체의 개수를 검출할 수 있는 센서를 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 센서는 상기 그리핑 막과 함께 접히거나 펼쳐질 수 있는 탄성 기판; 및 상기 탄성 기판이 펴진 상태에서는 동일평면에 위치하지만 접힌 상태에서 서로 마주보도록 상기 탄성 기판 상에 배치된 제1 및 제2 전극판을 포함하여, 상기 제1 및 제2 전극판 사이의 정전용량 값을 계측함으로써 상기 그리핑 막에 의해 그리핑된 물체의 개수를 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 물체 그리핑 장치는 상기 베이스부의 관통공에 연결되어 물체를 그리핑하기 위해 상기 캐비티 공간 내의 기압을 강하시키고, 그 물체의 그리핑 상태를 해제하기 위해 상기 캐비티 공간 내의 기압 강하를 해제할 수 있도록 구성된 진공 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 일 목적을 달성하기 위한 예시적인 실시예들의 다른 측면에 따르면, 상기 그리핑 핑거부와 상기 베이스부 외에 센서를 더 포함하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치가 제공된다. 상기 센서는 상기 그리핑 막에 내장되거나 접합되어 접힌 상태의 상기 그리핑 막에 의해 그리핑된 물체의 개수를 검출할 수 있도록 구성된다. 상기 그리핑 핑거부는, 상기 캐비티 공간의 마주보는 두 측방을 막아주도록 제1 방향을 따라 이격 배치된 제1 및 제2 캐비티 벽; 상기 캐비티 공간의 마주보는 나머지 두 측방을 막아주도록 상기 제1 방향과 직교하는 제2방향을 따라 이격 배치되고, 각각의 하부가 상기 제1 및 제2 캐비티 벽과 각각 일체로 결합되어 상기 캐비티 공간의 모든 측방을 막아주고, 각각의 나머지 상부는 상기 제1 및 제2 캐비티 벽보다 소정 길이만큼 더 길게 연장되어 서로 마주보도록 구성된 제1 및 제2 그리핑 핑거; 상기 캐비티 공간의 상방을 완전히 덮으면서 가장자리 부분이 상기 제1 및 제2 캐비티 벽의 상단 및 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거의 하부와 상부의 경계선에 일체로 고착되는 캐비티 막; 및 마주보는 양쪽 모서리가 제1 및 제2 그리핑 핑거의 상단에 각각 고착되어 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거 사이의 상기 캐비티 막의 상부 공간을 덮도록 배치되는 그리핑 막을 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 예시적인 실시예들의 일 측면에 따르면, 위에서 언급된 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치를 이용하여 물체를 그리핑하는 방법이 제공된다. 상기 물체 그리핑 방법은 그리핑 대상 물체인 원단의 에지 부분에 상기 그리핑 막의 가운데 부분을 접촉시키는 단계; 공기압 조절 기능을 갖는 진공장치를 이용하여 상기 캐비티 공간의 기압을 강하시켜 상기 캐비티 공간의 상부를 수축되게 함으로써 제1 및 제2 그리핑 핑거가 오므라지면서 상기 그리핑 막이 상기 캐비티 공간 쪽으로 함몰되어 접히면서 상기 원단의 에지 부분을 끌어들이는 단계; 및 상기 캐비티 공간의 기압 강하를 계속 유지하여 상기 그리핑 막이 완전히 반으로 접혀 밀착되면서 상기 원단의 에지 부분을 견고하게 엣지 리프팅 하는 방식으로 그리핑하여 원하는 위치로 이동시키는 단계를 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 예시적인 실시예들의 다른 측면에 따르면, 상기 물체 그리핑 방법은 상기 그리핑 막의 전체 영역을 그리핑 대상 물체인 원단의 표면에 접촉시키는 단계; 공기압 조절 기능을 갖는 진공장치를 상기 캐비티 공간의 기압을 강하시켜 상기 캐비티 공간의 상부가 수축되게 함으로써 제1 및 제2 그리핑 핑거가 오므라지면서 상기 그리핑 막이 상기 캐비티 공간 쪽으로 함몰되어 접히면서 상기 원단의 접촉 부분을 접어서 끌어들이는 단계; 및 상기 캐비티 공간의 기압 강하를 계속 유지하여 상기 그리핑 막이 완전히 반으로 접혀 밀착되면서 끌어들인 접힌 원단 부분을 견고하게 핀칭(pinching)하는 방식으로 그리핑하여 원하는 위치로 이동시키는 단계를 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 예시적인 실시예들의 또 다른 측면에 따르면, 상기 물체 그리핑 방법은 상기 그리핑 막을 그리핑 대상 물체의 표면에 접촉시키는 단계; 공기압 조절 기능을 갖는 진공장치를 상기 캐비티 공간의 기압을 강하시켜 상기 캐비티 공간의 상부가 수축되게 함으로써 제1 및 제2 그리핑 핑거가 오므라지면서 상기 그리핑 막이 상기 캐비티 공간 쪽으로 함몰되어 접히면서 상기 물체를 내부로 끌어들이는 단계; 및 상기 캐비티 공간의 기압 강하를 계속 유지하는 것에 의해 상기 그리핑 막이 상기 물체의 표면과의 접촉 면적을 넓혀 견고하게 그리핑하여 원하는 위치로 이동시키는 단계를 포함한다.

이처럼, 본 발명의 실시예들에 따른 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치와 방법은 그리퍼 내부 공간인 캐비티에서 압력 강하(진공)가 발생하면 그리핑 핑거가 원단을 핀칭하는 방식을 사용한다. 캐비티 공간이 수축하면서 상대적으로 탄성계수가 낮은 캐비티 벽 부분이 수축하게 되고, 결과적으로 그리핑 핑거가 오므라드는 작동 과정을 가진다. 그리핑 핑거가 오므라드는 동시에, 그리핑 막이 함몰되어 접히면서 원단을 그리핑한다.

본 발명의 실시예들에 따른 그리핑 장치에 있어서, 그리핑 막은 예컨대 자연산 또는 합성 고분자 고무, 실리콘 고무, 실리콘 등과 같은 탄성 소재로 만든 유연하고 소프트한 막이므로 대상 물체인 원단 등을 손상이나 오염 없이 집을 수 있다. 얇은 고분자 고무막으로 만든 그리핑 막(멤브레인)은 원단의 재질이나 속성에 제약받지 않고 다수의 원단이 쌓여있는 원단 더미에서 한 장씩 신속하고 효율적으로 집어 올릴 수 있다. 또한, 그리핑 막 내부에 내장된 원단 센서를 이용하여 그리핑된 원단의 개수 판별이 가능하다.

실시예들에 따른 그리핑 장치는 예컨대 실리콘 고무, 천연 또는 합성으로 제조되는 고무, 실리콘, 탄성 폴리머류 등의 탄성 소재를 이용하여 예컨대 몰딩 공정으로 제작될 수 있다. 액상형인 이런 탄성 소재를 몰드에 주입하여 그리핑 장치를 제작할 수 있으므로 반복적으로 대량 생산이 가능하다.

실시예들에 따른 그리핑 장치는 섬유 원단, 피혁, 기타 유연성 있는 얇은 물품은 물론, 구형, 원통형, 타원형 등 다른 여러 가지 형태의 물품들을 핀칭 또는 엣지 리프팅 등과 같은 방식으로 그리핑할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 그리핑 장치를 로봇 팔 등과 같은 다른 이송 장치와 결합하면, 원단을 낱장으로 파지하여 원하는 위치로 이송할 수 있다. 따라서 의류 생산 공정의 자동화에 일조할 수 있고, 단순한 작업에 소모되는 비용 및 인력을 효과적으로 절감할 수 있어 경제적이다. 또한, 본 발명은 의류 스마트 팩토리 구축에 활용되어 의류 공정 전 범위를 아우르는 자동화를 가능케 하는 데 유용하게 활용할 수 있게 된다. 이를 통해 생산시스템의 유기성이 증진되고 생산성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 그리핑 장치의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 그리핑 장치에서 절단선 A-A'를 따라서 본 단면도이다.
도 3은 도 1의 그리핑 장치 내 캐비티 압력 감소에 의해 그리핑 핑거부의 형상 변화가 일어나는 것을 나타낸다.도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 그리핑 장치의 외관을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 그리핑 장치에서 절단선 B-B'를 따라서 본 단면도이다.
도 6은 도 1의 그리핑 장치를 이용하여 원단의 가운데 부분을 그리핑하는 동작 과정을 도시한다.
도 7은 도 1의 그리핑 장치를 이용하여 원단의 엣지 부분을 그리핑하는 엣지 리프팅 동작 과정을 도시한다.
도 8은 도 1의 그리핑 장치를 이용하여 원통형 물품을 그리핑하는 동작 과정을 도시한다.
도 9는 도 1의 그리핑 장치에 원단 센서가 부가된 본 발명의 제3 실시예에 따른 그리핑 장치를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 그리핑 장치의 원단 센서가 그리핑된 원단을 인식하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 그리핑 장치에서 원단 두께 및 수에 따른 원단센서의 정전용량 크기에 관한 실험결과를 예시한다.
도 12는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 그리핑 장치에서 그리핑 막의 효과를 테스트한 결과를 나타낸다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 제1 실시예에 따른 그리핑 장치의 외관을 도시한다. 도 2는 도 1의 그리핑 장치에서 절단선 A-A'를 따라서 본 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 제1 실시예에 따른 그리핑 장치(10)를 설명한다. 그리핑 장치(10)는 그리핑 핑거부(14)와 베이스부(12)를 포함할 수 있다.

그리핑 핑거부(14)는 저부에 마련된 캐비티 공간(26) 내부의 압력 저하에 따른 형상 변화로 인해 상부의 맨 앞에 배치된 그리핑 막(18)이 펴진 상태에서 상기 저부 쪽으로 함몰되어 접힘상태로 변할 수 있고, 상기 압력 저하가 해소되면 상기 형상 변화가 해소되어 그 그리핑 막(18)이 펴진 상태로 회복될 수 있도록 구성될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 그리핑 핑거부(14)는 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b), 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b), 그리핑 막(18), 그리고 캐비티 막(20)을 포함할 수 있다. 그리핑 핑거부(14)는 형상의 변형과 원상회복이 가역적으로 이루어질 수 있는 탄성 소재로 만들어질 수 있다. 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)은 캐비티 공간(26)의 마주보는 두 측방을 막아주도록 y축 방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)는 캐비티 공간(26)의 마주보는 나머지 두 측방을 막아주도록 x축 방향(y축 방향과 직교)을 따라 이격 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 하부는 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)과 각각 일체로 결합되어 캐비티 공간(26)의 모든 측방을 막아주고, 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 나머지 상부는 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)보다 소정 길이만큼 더 길게 연장되어 서로 마주보도록 구성될 수 있다. 캐비티 막(20)은 캐비티 공간(26)의 상방을 완전히 덮으면서 가장자리 부분이 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)의 상단 및 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 하부와 상부의 경계선에 일체로 고착될 수 있다. 그리핑 막(18)은 마주보는 양쪽 모서리가 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 상단에 각각 고착되어 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b) 사이의 캐비티 막(20)의 상부 공간을 덮도록 배치될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 그리핑 핑거부(14)의 구성요소들 즉, 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b), 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b), 그리핑 막(18), 그리고 캐비티 막(20)은 탄성 소재로 제작될 수 있다. 또한, 그리핑 핑거부(54) 외에, 베이스부(52)도 탄성 소재로 제조될 수 있다. 적합한 탄성 소재의 예로는 실리콘 고무, 천연 또는 합성으로 제조되는 고무, 실리콘, 탄성을 지닌 폴리머류(예컨대 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane), 또는 폴리디메틸실록산에 상응하는 탄성을 갖는 폴리머 등) 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 국한 되는 것은 아니다. 일예로, 그리핑 막(18)은 예컨대 실리콘 고무로 제작하고, 그리핑 핑거(16a, 16b)와 캐비티 벽(24a, 24b), 캐비티 막(20) 등은 예컨대 고무로 제작할 수도 있다. 그리핑 핑거부(14) 및/또는 베이스부(12)는 예컨대 캐스팅 방식으로 제조할 수 있는 폴리머류를 사용하여 제작될 수도 있다.

예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)는 제1 방향(x방향)을 따라 소정 간격(d) 이격된 채 서로 마주보면서 나란히 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b) 각각은 소정의 폭(w)과 높이(h₂)를 갖는 사각형 부재이고, yz 평면에 평행하게 배치될 수 있다. 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)는 형상의 변형과 원상회복력이 우수한 탄성 소재로 만들어질 수 있다. 이런 탄성 소재로 만들어진 그리핑 핑거(16a, 16b)는 인가되는 외력에 의해 자체의 형상이 용이하게 변경될 수 있고, 그 외력이 제거되면 원래의 형상으로 회복될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b) 각각은 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b) 사이의 좌우측 끝에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 이격 간격(d)과 실질적으로 동일한 길이를 가지면서 x축 방향으로 선형으로 연장되고, 제1 또는 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 제1 높이(h₁)보다 낮은 제2 높이(h₂)를 가질 수 있다. 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)은 제2 방향(y 방향)을 따라 소정 간격, 예컨대 제1 또는 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 폭(w) 만큼 이격되어 서로 마주보면서 나란히 배치될 수 있다. 도시된 것처럼, 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)은 사각형 모양을 가질 수 있지만, 캐비티 공간(26) 바깥으로 완만하게 또는 뾰족하게 휘어진 사각형 판 형상일 수도 있다.

예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)와 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)은 동일한 평면(xy 평면) 상에서 수직으로 직립된 형태로 배치될 수 있다. 그리고 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b) 각각의 소정 높이의 하부(즉, 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)의 높이(h₁) 만큼의 하부)와 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)은 서로의 모서리 부분끼리 연결되어 그 내부에 사각형 공간이 마련될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 높이(h₁) 만큼의 하부와 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)은 그 사각형 공간을 둘러싸는 네 측면의 벽체를 형성할 수 있다. 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b) 각각의 높이(h₁) 위쪽의 나머지 상부(h₂-h₁)는 그리핑 막(18)을 통해 원단을 직접 파지하는 실질적인 핑거로서 기능하는 부분이다.

예시적인 실시예에서, 캐비티 막(20)은 가로 및 세로의 길이가 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 이격 간격(d)과 폭(w)과 실질적으로 동일한 크기의 사각형 막일 수 있다. 캐비티 막(20)은 네 모서리가 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 상단과 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 측벽에 각각 고착되어, 상기 사각형 공간을 완전히 덮어 상부를 폐쇄하도록 배치될 수 있다.

이로써, 상기 사각형 공간은 측면 벽체와 캐비티 막(20)으로 둘러싸인 공간일 수 있다. 그 측면 벽체는 서로 마주보는 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b) 각각의 하부와, 서로 마주보는 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)을 포함할 수 있다. 캐비티 막(20)은 상기 캐비티 공간의 상방을 폐쇄하도록 덮으면서 가장자리 부분이 상기 측면 벽체의 상단에 고착될 수 있다. 이에 의해 그 사각형 공간은 4 측방과 상방이 폐쇄되고 하방 쪽만 개방된 캐비티 공간(26)으로 형성될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 그리핑 막(18)은 가로 및 세로의 길이가 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 이격 간격(d)과 폭(w)과 실질적으로 동일한 크기의 사각형 막일 수 있다. 그리핑 막(18)은 마주보는 양쪽 모서리부가 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 상단에 고착되어, 캐비티 막(20)보다 소정 높이(h₂-h₁)만큼 더 높은 위치에서 캐비티 막(20)과 나란히 배치될 수 있다.

베이스부(12)는 상면이 그리핑 핑거부(14)의 저면과 일체로 결합되어 그리핑 핑거부(14)를 밑에서 받쳐주고, 내부에 캐비티 공간(26)과 연결되는 관통공이 마련될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 베이스부(12)는 그리핑 핑거부(14) 밑에 배치되고, 그리핑 핑거부(14)의 저면이 베이스부(12)의 상면과 일체로 연결되어 그리핑 핑거부(14)를 밑에서 받쳐줄 수 있다. 베이스부(12)는 중앙 부분에 수직방향(z축 방향)으로 관통하는 관통공(27)이 마련될 수 있다. 그 관통공(27)은 그리핑 핑거부(14) 내부의 캐비티 공간(26)과 연통된다. 관통공(27)을 에워싸는 베이스부(12)의 벽체부는 캐비티 벽(24a, 24b)과 그리핑 핑거(16a, 16b)의 두께보다 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 캐비티 공간(26) 내부와 외부 간의 압력차가 생겼을 때, 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)가 효과적으로 오므라들 수 있도록 하기 위해 2가지 방안이 제공될 수 있다.

첫 번째 방안으로, 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)은 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)보다 상대적으로 더 낮은 탄성계수를 가진 탄성 재질로 구성할 수 있다. 이런 탄성 재질로 구성하면, 동일한 힘에 가해졌을 때 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)이 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)에 비해 더 크게 변형될 수 있다.

두 번째 방안으로, 예시적인 실시예에서, 도 1 내지 도 2에 도시된 것과 같이 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b) 각각은 2단 구조로 적층된 하부 및 상부 캐비티 벽을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b) 각각에 있어서, 제1 및 제2 상부 캐비티 벽(22a, 22b)을 구성하는 탄성소재는 제1 및 제2 하부 캐비티 벽(23a, 23b)을 구성하는 탄성소재에 비해 더 낮은 탄성계수를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 캐비티 벽(24a)은 베이스 부(12)의 상면에 고착된 제1 하부 캐비티 벽(23a)과 그 위에 적층된 제1 상부 캐비티 벽(22a)을 포함하는 2단 구조의 캐비티 벽으로 구성될 수 있다. 마찬가지로, 제2 캐비티 벽(24b)도 제1 캐비티 벽(24a)과 동일하게, 베이스 부(12)의 상면에 고착된 제2 하부 캐비티 벽(23b)과 그 위에 적층된 제2 상부 캐비티 벽(22b)을 포함하는 2단 구조의 캐비티 벽으로 구성될 수 있다. 이 때, 그 2단 구조의 제1 캐비티 벽(24a)과 제2 캐비티 벽(24b) 각각은 예컨대 경도가 다른 2가지의 탄성 재질로 구성될 수 있다. 그 탄성 재질은 예컨대, 실리콘, 고무(합성 고무, 천연 고무), 실리콘 고무 등일 수 있다.

이와 같이, 제1 및 제2 하부 캐비티 벽(23a, 23b)이 제1 및 제2 상부 캐비티 벽(22a, 22b)보다 더 높은 탄성계수를 가지므로, 이들에 동일한 힘이 인가될 때 제1 및 제2 상부 캐비티 벽(22a, 22b)이 제1 및 제2 하부 캐비티 벽(23a, 23b)보다 더 크게 변형될 수 있다. 위 두 가지 방안은 캐비티 공간(26) 내부의 기압 강하로 인해 캐비티 공간(26)의 내부 압력(P_c)이 캐비티 공간(26) 외부의 대기압(P_a)보다 낮아지면, 캐비티 공간(26)을 둘러싸고 있는 벽 즉, 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)이 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)보다 더 크게 수축 변형될 수 있고, 또한 상부 캐비티 벽(22a, 22b)이 하부 캐비티 벽(23a, 23b)보다 더 크게 수축 변형될 수 있다. 그에 따라 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 하부가 그리핑 핑거의 상부(16a, 16b)보다 먼저 캐비티 공간(26) 내로 함몰되는 현상이 방지되어, 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 상부가 서로 더 근접하도록 효과적으로 오므라들게 한다.

도 3은 도 1의 그리핑 장치(10) 내 캐비티 공간(26)의 압력 감소에 의해 물체를 그리핑할 수 있도록 그리핑 핑거부(16a, 16b)의 형상 변화가 일어나는 것을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 캐비티 공간(26)의 내부 압력(P_c)이 캐비티 공간(26) 외부의 대기압(P_a)과 동일한 경우에는 (A)와 같이 그리핑 핑거부(14)는 원래의 형상을 유지한다. 그렇지만 (B)에 도시된 것처럼, 캐비티 공간(26)의 내부의 압력(P_c)이 외부 압력(P_a)에 비해 낮아지면, 캐비티 공간(66)을 둘러싸고 있는 구성요소들 즉, 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)과 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b), 그리고 캐비티 막(20) 등이 캐비티 공간(66)의 중앙으로 향하는 압력을 받게 된다. 이 때, 캐비티 벽들의 위와 같은 탄성 계수 차이로 인해 제1 및 제2 캐비티 벽(24a, 24b)이 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)에 비해 상대적으로 더 많이 수축됨과 동시에, 제1 및 제2 상부 캐비티 벽(22a, 22b)이 제1 및 2 하부 캐비티 벽(23a, 23b)에 비해 더 많이 수축된다. 그에 따라, 캐비티 공간(26) 중 상부 공간이 하부 공간에 비해 더 많이 수축되는 형상 변화가 일어나게 되고, 그 결과 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 상부가 오므라지면서 서로 가까워지고 그리핑 막(18)이 빈 공간(28) 안으로 함몰되면서 접히게 된다. 이 과정에서 그리핑 막(18)은 자신과 접촉된 물체를 그리핑할 수 있게 된다.

여기서, 캐비티 공간(26) 내의 공기압 강하는 공압펌프, 압축기, 압축 공기발생기 등과 같은 외부의 진공 장치(45)로 발생시킬 수 있다. 캐비티 공간(26) 내부의 압력(P_c) 조절을 통한 물체의 그리핑을 제어하는 기술에 관해서는 대한민국 특허등록번호 제10-1988219호(원단을 파지하는 방법과 장치)의 도 3과 명세서에 원단 자동 파지 및 이송장치의 구성과 설명으로부터 파악될 수 있으므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 그리핑 장치의 외관을 도시하고, 도 5는 도 4에 도시된 그리핑 장치에서 절단선 B-B'를 따라서 본 단면도이다.

도 4 및 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 그리핑 장치(50)는 제1 실시예와 마찬가지로 베이스부(52)와 이 베이스부(52)의 상면에 일체로 고착된 그리핑부(54)를 포함할 수 있다. 베이스부(52)는 제1 실시예의 베이스부(12)와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 그리핑부(54)는 제1 및 제2 그리핑 핑거(56a, 56b), 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b), 그리핑 막(58), 그리고 캐비티 막(60)을 포함할 수 있다.

제2 실시예의 그리핑부(54)는 후술할 캐비티 벽(64a, 64b)의 구성에서의 차이점을 제외하고는 제1 실시예의 그리핑부(14)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 즉, 제1 및 제2 그리핑 핑거(56a, 56b)는 제1 방향(x축 방향)을 따라 서로 이격되어 마주보면서 나란히 베이스부(52)의 상면에 직립 고착될 수 있다. 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b)은 제1 방향과 직교하는 제2 방향(y축 방향)을 따라 서로 이격되어 마주보면서 나란히 베이스부(52)의 상면에 고착됨과 동시에 제1 및 제2 그리핑 핑거(56a, 56b)의 하부(높이 h₁)의 모서리와 일체로 연결될 수 있다. 캐비티 막(60)은 네 모서리가 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b)의 상면과 제1 및 제2 그리핑 핑거(56a, 56b)의 내측벽(높이 h₁)에 각각 고착될 수 있다. 그에 따라, 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b)과 제1 및 제2 그리핑 핑거(56a, 56b)의 하부(높이 h₁)로 둘러싸인 사각형 공간이 마련되고, 그 사각형 공간은 캐비티 막(60)으로 덮여 하부만 개방된 캐비티 공간(66)이 형성될 수 있다. 그리핑 막(58)은 제1 및 제2 그리핑 핑거(56a, 56b)의 상단에 고착되어 캐비티 막(60)과 평행을 이룬다. 이러한 구성은 제1 실시예와 실질적으로 동일하다.

제2 실시예에 따른 그리핑 장치(50)가 제1 실시예의 그리핑 장치(50)와 다른 점은 그리핑부(54)의 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b)의 구성이다. 하부 캐비티 벽의 탄성계수가 상부 캐비티 벽의 탄성계수보다 더 크도록 하기 위해, 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b)은 단일의 탄성 소재로 형성되며, 그 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b)의 하부 캐비티 벽(63a, 63b)의 두께는 상부 캐비티 벽(62a, 62b)의 두께보다 더 두껍게 형성할 수 있다. 일예로, 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b) 각각은 대략 가운데 높이 지점에서 하부와 상부의 두께 차이로 인한 단턱이 형성된 계단 형상으로 형성될 수 있다.

제2 실시예에 따른 그리핑 장치(50)는 그리핑 핑거부(54)를 단일 소재로 제작할 수 있는 장점이 있다. 나아가, 그리핑 핑거부(54) 뿐만 아니라 베이스부(52)까지 모두 단일 소재로 제작할 수도 있다. 그 단일 소재로 적합한 것은 탄성 소재로서, 예컨대 실리콘 고무, 천연 또는 합성으로 제조되는 고무, 실리콘 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 국한 되는 것은 아니다. 그리핑 핑거부(54) 및/또는 베이스부(52)는 예컨대 캐스팅 방식으로 제조할 수 있는 탄성을 지닌 폴리머류를 사용하여 제작될 수도 있다.

도 5에 예시된 것처럼 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b)의 상하부의 두께 변화가 불연속적일 수도 있지만, 다른 예로는 하부에서 상부로 가면서 두께 변화가 연속적으로 좁아질 수도 있고, 이 두 가지를 조합한 형태로 상하부의 두께를 결정할 수도 있다. 이렇게 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b)의 하부에 비해 상부의 두께를 얇게 만들면, 하부와 상부 간의 탄성 계수 차이가 생길 수 있다.

이 경우에도, 도 3에서 설명한 것과 마찬가지로, 캐비티 공간(66) 내에 압력(P_c)이 강하되어 캐비티 외부의 압력(P_c)보다 낮아지면, 캐비티 공간(66)을 둘러싸고 있는 구성요소들 즉, 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b)과 제1 및 제2 그리핑 핑거(56a, 56b), 그리고 캐비티 막(60) 등이 캐비티 공간(66)의 중앙으로 향하는 압력을 받게 된다. 이때, 그리핑 핑거부(54)를 구성하는 구성요소들의 탄성 계수의 차이로 인해 제1 및 제2 캐비티 벽(64a, 64b)이 제1 및 제2 그리핑 핑거(56a, 56b)에 비해 상대적으로 더 많이 수축됨과 동시에, 제1 및 제2 상부 캐비티 벽(62a, 62b)이 제1 및 2 하부 캐비티 벽(63a, 63b)에 비해 더 많이 수죽된다. 그에 따라, 캐비티 공간(66) 중 상부 공간이 하부 공간에 비해 더 많이 수축되면서 그리핑 막(58)이 빈 공간(68) 안으로 함몰되면서 접히게 된다.

도 6에는 도 1의 그리핑 장치(10)를 이용하여 적층된 섬유 원단(30)의 최상위 원단 한 장의 가운데 부분을 그리핑하는 동작 과정이 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 그리핑 장치(10)의 캐비티 공간(26)은 연결 호스(29)를 통해 공압조절이 가능한 진공장치(45)와 연통될 수 있고, 또한 그리핑 장치(10)는 예컨대 로봇팔과 같은 이송부(47)에 장착될 수 있다. 이러한 작동 환경은 후술할 도 7 및 도 8도 마찬가지이다. 그리핑 장치(10)의 그리핑 핑거부(14)가 섬유 원단(30)의 표면과 접촉한 상태에서(도 6의 (A) 참조) 공기압 조절 기능을 갖는 진공장치(45)를 이용하여 캐비티 공간(26)을 진공 분위기로 만들면, 도 3과 관련하여 앞에서 설명한 것처럼, 캐비티 공간(26) 내부와 외부 간의 압력차에 의해 캐비티 공간(26)의 상부가 수축되고, 그에 따라 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)의 상부 가 오므라들면서 서로 접근하고 그리핑 막(18)이 캐비티 공간(26) 쪽으로 함몰되어 접히게 된다(도 6의 (B) 참조). 이와 같은 핀칭 과정에서 캐비티 공간(26)의 기압 강하를 계속하여, 그리핑 막(18)과 접촉된 최상위 원단(30-1) 한 장이 접히면서 그리핑 막(18)을 따라서 함몰되어 접히면서 그리핑 막(18)에 의해 견고하게 핀칭하는 방식으로 그리핑될 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 섬유 원단(30)의 그리핑이 완료된다(도 6의 (C) 참조). 이송부(47)를 작동시켜 그리핑된 원단(30-1)을 원하는 위치로 이동할 수 있다.

그리핑 장치(10)는 섬유 원단(30)의 가운데 부분뿐만 아니라 엣지 부분도 그리핑할 수 있고, 섬유 원단이 아닌 다른 종류의 물체도 그리핑할 수 있다. 이와 관련하여, 도 7은 도 1의 그리핑 장치를 이용하여 원단의 엣지 부분을 그리핑하는 엣지 리프팅(edge lifting)동작 과정을 도시한다. 도 8은 도 1의 그리핑 장치를 이용하여 원통형 물체를 그리핑하는 동작 과정을 도시한다.

먼저, 도 7을 참조하면, 섬유 원단(30-2)의 엣지 부분을 그리핑하는 과정도 앞의 경우와 거의 동일하다. 그리핑 막(18)의 가운데 부분을 섬유 원단(30-2)의 엣지 부분에 접촉시킨 상태에서 진공장치(45)를 이용하여 캐비티 공간(26)의 압력을 낮추어 캐비티 공간(26)의 상부가 수축되게 할 수 있다. 이에 의해 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)가 오므라지면서 그리핑 막(18)이 캐비티 공간(26) 쪽으로 함몰되어 접히게 된다. 그와 같은 변형 과정에서 그리핑 막(18)이 섬유 원단(30-2)의 엣지 부분을 끌어들일 수 있고, 캐비티 공간(26)의 기압 강하를 계속 유지하면 그리핑 막(18)이 완전히 반으로 접혀 밀착되면서 그 섬유 원단(30-2)의 엣지 부분을 그리핑할 수 있다. 이송부(47)를 작동하여 그 섬유 원단(30-2)을 엣지 리프팅하여 원하는 위치로 이동시킬 수 있다.

또한, 도 8을 참조하면, 그리핑 막(18)을 원통형 물체(35)의 표면에 접촉시킨 상태에서 진공장치(45)를 이용하여 캐비티 공간(26)의 압력을 낮추어 캐비티 공간(26)의 상부가 수축되게 할 수 있다. 이에 의해 제1 및 제2 그리핑 핑거(16a, 16b)가 오므라지면서 그리핑 막(18)이 캐비티 공간(26) 쪽으로 함몰되는 과정에서 원통형 물체(35)를 끌어당길 수 있다. 캐비티 공간(26)의 기압 강하를 계속하면, 그리핑 막(18)이 원통형 물체(35)의 외면과의 접촉면적을 넓혀 그리핑할 수 있게 된다. 도 8은 원통형 물체를 예로 하였지만, 다른 형상의 물품 예컨대 구형 또는 타원체형 물품도 같은 방식으로 그리핑할 수 있다. 그 그리핑 상태에서 이송부(47)를 작동하여 그 물체를 원하는 위치로 이동시킬 수 있다.

도 6 내지 도 8과 관련하여 제1 실시예에 따라 그리핑 장치(10)를 이용한 그리핑 동작을 도시하고 설명하였지만, 제2 실시예에 따른 그리핑 장치(50)와 후술할 제3 실시예에 따른 그리핑 장치(70)를 이용한 그리핑 동작도 실질적으로 동일한 방식과 과정으로 수행될 수 있다. 캐비티 벽을 서로 다른 탄성계수를 가진 두 가지 탄성 소재를 사용하여 구성한 것이나, 한 가지 탄성 소재만으로 구성하되 그것의 두께 및 형상에 변화를 준 것이나 실질적으로 동일한 방식으로 그리핑 동작이 이루어질 수 있다.

한편, 도 9는 도 1의 그리핑 장치에 원단 센서가 부가된 본 발명의 제3 실시예에 따른 그리핑 장치를 도시한 사시도이다.

도 9를 참조하면, 제3 실시예에 따른 그리핑 장치(70)는 도 1의 그리핑 장치(10)와 비교할 때 그리핑 막(78)의 구성에서 차이가 있다. 그 차이점은 바로 그리핑 막(78)에 원단 센서(80)가 내장되어 그리핑 막(78)으로 그리핑된 원단 장수 검출을 할 수 있도록 구성된 점이다. 원단 센서(80)는 제2 실시예에 따른 그리핑 장치(50)의 그리핑 막에도 이와 같은 형태로 부가될 수 있음은 물론이다. 원단 센서(80)는 그리핑 막(78)에 접합된 형태로 부가될 수도 있다.

예시적인 실시예에서, 원단 센서(80)는 원단 센서(80)는 전도성 실리콘 기반 센서일 수 있다. 일예로, 상기 원단 센서(80)는 그리핑 막(78)과 함께 접히거나 펼쳐질 수 있도록 탄성을 갖는 탄성 기판과, 탄성 기판이 펴진 상태에서는 동일평면에 위치하지만 접힌 상태에서 서로 마주보도록 상기 탄성 기판 상에 배치된 제1 및 제2 전극판(80a, 80b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극판(80a)(80b) 각각은 두 개의 도전판을 포함하는데, 도시되지는 않았지만 그 두 도전판은 서로 연결된 상태로 제1 및 제2 전극(80a, 80b) 간의 정전용량이 계측될 수 있다.

정전용량 계측기(비도시)를 제1 전극(80a)과 제2 전극(80b)에 연결하여 정전용량을 계측할 수 있다. 원단 센서(80)는 하나의 축전기와 유사한 원리로 해석할 수 있다. 도 10의 (A)처럼 원단 센서(80)가 평편하게 펴진 상태와 도 10의 (B)처럼 그리핑 막(78)과 원단 센서(80)가 반으로 접히면서 원단 더미(90)의 맨 위 원단(90-1)을 그리핑한 상태 간에 원단 센서(80)의 두 전극(80a, 80b) 사이의 정전용량의 크기는 크게 달라진다. 이 점에 착안하여, 원단 센서(80)의 두 전극(80a, 80b) 사이의 정전용량 값을 측정함으로써 그리핑 막(78) 사이에 그리핑된 원단의 장수를 판별할 수 있다.

원단 센서(80)의 동작 원리는 다음과 같다. 그리핑 막(78)과 원단(90-1)과의 접촉 후 캐비티 공간(26)에 진공이 가해지면, 그리핑 막(78)이 함몰되면서 도 10의 (B)와 같이 원단 센서(80)의 2개의 전극(80a, 80b)이 접히면서 서로 마주 보게 된다. 이때, 원단 센서(80)의 정전용량 값은 마주보는 2개의 전극(80a, 80b) 사이의 거리에 따라 결정된다. 예를 들어, 원단 센서(80)의 2개의 전극(80a, 80b)이 접힌 상태이지만 그리핑 막(78)이 원단을 그리핑하지 못한 경우엔 원단 센서(80)의 두 전극(80a, 80b) 사이 거리가 매우 가까워져서 정전용량이 높게 측정되고, 그리핑 막(78) 사이에 그리핑된 원단 장수가 많아질수록 원단 센서(80)의 두 전극(80a, 80b) 간 거리가 증가하면서 정전용량은 감소한다.

원단	두께 (mm)	공기투과도 (CFM)	재질
#1	0.190	30	면
#2	0.188	150	면 (25%), 폴리에스터 (75%)
#3	0.242	739	폴리에스터
#4	0.053	0.9	폴리에스터
#5	0.235	>1500	폴리에스터

도 11은 예시적인 실시예들에 따른 그리핑 장치에서 원단의 두께 및 수에 따른 원단센서(80)의 정전용량 크기에 관한 실험결과를 예시한다. 표 1은 원단 센서(80)의 성능 평가 실험에 사용한 원단 특성을 보여준다. 아래와 같이 원단 특성에 따라 정전용량 차이를 확인할 수 있다.

도 11을 참조하면, 빈 막대그래프, 빗금 막대그래프, 그리고 음영 막대그래프는 두께가 다른 5 종류의 원단(#1-#5) 각각에 대하여 그리핑 막(78)에 원단이 한 장도 그리핑되지 않았을 때, 1장만 그리핑되었을 때, 그리고 2장이 그리핑되었을 때의 원단 센서(80)의 정정용량을 각각 측정한 결과이다. 각 원단에 있어서, 그리핑된 원단의 장수가 증가함에 따라 원단 센서(80)의 정전용량이 점점 감소한다. 또한, 두께가 가장 두꺼운 원단(#5)이 그리핑되었을 때의 정전용량의 값은 두께가 가장 얇은 원단(#4)이 그리핑되었을 때의 정전용량의 값에 비해 작다.

도 12는 예시적인 실시예들에 따른 그리핑 장치에서 그리핑 막의 효과를 테스트한 결과를 나타낸다.

도 12를 참조하면, (A)의 그래프는 그리핑 막(18, 58, 78)이 그리핑하는 가요성 쉬트(flexible sheet)(예를 들어, 가요성 섬유 원단 등)의 두께와 그리핑 힘의 상관관계를 보여준다. 예컨대 그리핑 막이 0.393 mm의 두께를 가질 때가 그 보다 더 얇은 두께(0.144mm) 또는 더 두꺼운 두께(0.687mm)를 가질 때에 비해 더 큰 그리핑 힘을 가지고, 또한 그리핑 막이 없을 때 보다도 더 큰 그리핑 힘을 가진다. 즉, 그리핑 막은 최적의 두께를 가질 때, 가장 큰 그리핑 힘을 가짐을 알 수 있다.

도 12의 (B)의 그래프는 진공장치(45)가 그리핑 장치에 가한 진공 압력과 그리핑 힘의 상관관계를 보여준다. 그리핑 막의 두께에 상관없이 캐비티 공간에 가해지는 진공 압력이 클수록 그리핑 막의 그리핑 힘이 커지는 것을 확인할 수 있다.

도 12의 (C)의 그래프는 그리핑 막의 엣지 리프팅(edge lifting) 성능을 보여주고 있다. 엣지 리프팅이란 도 7에 예시된 것처럼 그리핑 장치의 그리핑 막이 원단의 가장자리를 접힘 없이 그리핑하여 들어올리는 것이다. (C)의 그래프에 보이는 바와 같이 그리핑 막이 존재하면 원단의 접힘 없이 엣지 리프팅을 실행하는 영역이 넓게 존재하고, 그리핑 막이 존재하지 않을 경우 엣지 리프팅구현이 불가능한 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예들에 따른 원단 그리핑 장치(10, 50, 80)들은 예컨대 실리콘 고무, 천연 또는 합성으로 제조되는 고무, 실리콘, 탄성 폴리머류 등의 탄성 소재를 이용하여 예컨대 몰딩 공정으로 제작될 수 있다. 액상형인 이런 탄성 소재를 몰드에 주입하여 그리핑 장치를 제작할 수 있으므로 반복적으로 대량 생산이 가능하다.

본 발명의 실시예들에 따른 그리핑 장치에 있어서, 그리핑 막은 예컨대 자연산 또는 합성 고분자 고무, 실리콘 고무, 실리콘 등과 같은 탄성 소재로 만든 유연하고 소프트한 막이므로 원단의 손상이나 오염 없이 원단을 집을 수 있다. 얇은 고분자 고무막으로 만든 그리핑 막(멤브레인)은 원단의 재질이나 속성에 제약받지 않고 원단의 낱장 분리가 가능하다. 또한, 그리핑 막 내부에 원단 센서를 내장하여 그리핑된 원단의 개수 판별이 가능하다.

본 발명의 실시예들에 따른 그리핑 장치는 섬유 원단, 피혁, 기타 유연성 있는 얇은 물품, 또는 구형, 원통형, 타원형 등 여러 가지 형태의 물품 등과 같이 여러 가지 다양한 물품들을 핀칭 또는 엣지 리프팅 등과 같은 방식으로 그리핑하여 이동시키는 기술로 활용될 수 있다. 예컨대 의류 생산 공정 중 단순 반복 작업의 자동화나 원단 이송 및 봉제 지원 등의 작업에 범용적으로 활용될 수 있다. 일예로 의류 제작 품질 향상을 위해 원단 고유 번호를 부여하는 작업인 넘버링 작업에 활용할 수 있다. 넘버링 작업에서는 원단 더미에서 원단을 낱장 분리하는 기술이 주요하므로, 본 발명의 실시예들에 따른 그리핑 장치는 이 작업을 자동으로 수행하는 데 매우 유용하게 이용될 수 있다. 이렇게 본 발명의 실시예들에 따른 그리핑 장치를 원단 넘버링 작업에 활용할 경우 인력 의존성을 낮추고 공정 속도 향상 및 불량률 저하를 가능하게 할 수 있다. 이처럼 본 기술은 섬유 원단을 관리하는 전반적인 공정에 널리 활용할 수 있으며, 시장에 적용될 경우 의류 생산 공정의 자동화를 지원하여 생산 속도 및 효율 향상, 품질 개선 등의 이점으로 의류 시장 활성화에 기여할 것으로 보인다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

10, 50, 70: 그리핑 장치 12, 52: 베이스부
14, 54: 그리핑 핑거부 16a, 56a: 제1 그리핑 핑거
16b, 56b: 제2 그리핑 핑거 18, 58: 그리핑 막
20, 60: 캐비티 막 24a, 64a: 제1 캐비티 벽
24b, 64b: 제2 캐비티 벽 26, 66: 캐비티 공간
45: 진공 장치 80: 센서

Claims (21)

1. 형상의 변형과 회복이 가역적으로 이루어지는 탄성 소재로 만들어지고, 내부에 마련된 캐비티 공간의 기압 강하에 따른 형상 변화로 인해 상기 캐비티 공간 위쪽의 최상단에 배치된 그리핑 막이 펴진 상태에서 상기 캐비티 공간 쪽으로 함몰되어 접히면서 물체를 그리핑할 수 있고, 상기 기압 강하가 해소되면 원래의 형상으로 복귀하면서 상기 물체의 그리핑을 해제하도록 구성된 그리핑 핑거부; 및
   상기 그리핑 핑거부의 저면과 일체로 결합되어 상기 그리핑 핑거부를 밑에서 받쳐주고, 내부에 상기 캐비티 공간과 연결되는 관통공이 마련된 베이스부를 구비하고,
   상기 그리핑 핑거부는, 상기 캐비티 공간의 마주보는 두 측방을 막아주도록 제1 방향을 따라 이격 배치된 제1 및 제2 캐비티 벽; 상기 캐비티 공간의 마주보는 나머지 두 측방을 막아주도록 상기 제1 방향과 직교하는 제2방향을 따라 이격 배치되고, 각각의 하부가 상기 제1 및 제2 캐비티 벽과 각각 일체로 결합되어 상기 캐비티 공간의 모든 측방을 막아주고, 각각의 나머지 상부는 상기 제1 및 제2 캐비티 벽보다 소정 길이만큼 더 길게 연장되어 서로 마주보도록 구성된 제1 및 제2 그리핑 핑거; 상기 캐비티 공간의 상방을 완전히 덮으면서 가장자리 부분이 상기 제1 및 제2 캐비티 벽의 상단 및 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거의 하부와 상부의 경계선에 일체로 고착되는 캐비티 막; 및 마주보는 양쪽 모서리가 제1 및 제2 그리핑 핑거의 상단에 각각 고착되어 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거 사이의 상기 캐비티 막의 상부 공간을 덮도록 배치되는 그리핑 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽을 구성하는 탄성소재는 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거를 구성하는 탄성소재에 비해 더 낮은 탄성계수를 가지고, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽은 상부가 하부보다 더 낮은 탄성계수를 가지는 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽 각각은 2단 구조로 적층된 하부 및 상부 캐비티 벽을 포함하되, 상기 상부 캐비티 벽을 구성하는 제1 탄성소재의 탄성계수가 상기 하부 캐비티 벽을 구성하는 제2 탄성소재의 탄성계수에 비해 더 낮은 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽은 단일의 탄성 소재로 구성되며, 각각의 하부는 상부에 비해 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽은 각각은 하부 캐비티 벽과 상부 캐비티 벽간의 두께 차이가 불연속적으로 변하는 계단형 구조, 또는 하부에서 상부로 가면서 연속적으로 얇아지는 구조, 또는 이 두 가지 구조를 조합한 구조인 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 캐비티 공간 내부의 기압이 외부의 대기압보다 낮아질 때, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽이 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거보다 더 크게 수축 변형되고, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽의 상부가 하부보다 더 크게 수축 변형되어, 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거의 상부가 서로 더 근접하도록 오므라들면서 상기 그리핑 막이 상기 캐비티 공간 쪽으로 함몰되어 접히도록 구성된 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 탄성 소재는 실리콘 고무, 천연 또는 합성으로 제조되는 고무, 실리콘, 탄성을 지닌 폴리머류 중에서 선택되는 적어도 어느 한 가지인 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 그리핑 막에 내장되거나 접합되어 접힌 상태의 상기 그리핑 막에 의해 그리핑된 물체의 개수를 검출할 수 있는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 센서는 상기 그리핑 막과 함께 접히거나 펼쳐질 수 있는 탄성 기판; 및 상기 탄성 기판이 펴진 상태에서는 동일평면에 위치하지만 접힌 상태에서 서로 마주보도록 상기 탄성 기판 상에 배치된 제1 및 제2 전극판을 포함하여, 상기 제1 및 제2 전극판 사이의 정전용량 값을 계측함으로써 상기 그리핑 막에 의해 그리핑된 물체의 개수를 검출할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 베이스부의 관통공에 연결되어 물체를 그리핑하기 위해 상기 캐비티 공간 내의 기압을 강하시키고, 그 물체의 그리핑 상태를 해제하기 위해 상기 캐비티 공간 내의 기압 강하를 해제할 수 있도록 구성된 진공 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
12. 삭제
13. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽을 구성하는 탄성소재는 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거를 구성하는 탄성소재에 비해 더 낮은 탄성계수를 가지고, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽은 상부가 하부보다 더 낮은 탄성계수를 갖는 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽 각각은 2단 구조로 적층된 하부 및 상부 캐비티 벽을 포함하되, 상기 상부 캐비티 벽을 구성하는 제1 탄성소재의 탄성계수가 상기 하부 캐비티 벽을 구성하는 제2 탄성소재의 탄성계수에 비해 더 낮은 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽은 단일의 탄성 소재로 구성되며, 각각의 하부는 상부에 비해 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
16. 제13항에 있어서, 상기 캐비티 공간 내부의 기압이 외부의 대기압보다 낮아질 때, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽이 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거보다 더 크게 수축 변형되고, 상기 제1 및 제2 캐비티 벽의 상부가 하부보다 더 크게 수축 변형되어, 상기 제1 및 제2 그리핑 핑거의 상부가 서로 더 근접하도록 오므라들면서 상기 그리핑 막이 상기 캐비티 공간 쪽으로 함몰되어 접히도록 구성된 것을 특징으로 하는 그리핑 막 기반 물체 그리핑 장치.
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