KR102546397B1 - 다자유도 로봇 그리퍼 - Google Patents

다자유도 로봇 그리퍼 Download PDF

Info

Publication number
KR102546397B1
KR102546397B1 KR1020210170610A KR20210170610A KR102546397B1 KR 102546397 B1 KR102546397 B1 KR 102546397B1 KR 1020210170610 A KR1020210170610 A KR 1020210170610A KR 20210170610 A KR20210170610 A KR 20210170610A KR 102546397 B1 KR102546397 B1 KR 102546397B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
joint
driving unit
tip
lower joint
actuator
Prior art date
Application number
KR1020210170610A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230083350A (ko
Inventor
김의겸
이준호
박동일
정현목
박종우
조영수
한병길
송성혁
김병인
도현민
최태용
박찬훈
김휘수
김두형
경진호
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020210170610A priority Critical patent/KR102546397B1/ko
Publication of KR20230083350A publication Critical patent/KR20230083350A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102546397B1 publication Critical patent/KR102546397B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
    • B25J15/0206—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers
    • B25J15/022—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers actuated by articulated links
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0009—Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B25J15/10—Gripping heads and other end effectors having finger members with three or more finger members
    • B25J15/103—Gripping heads and other end effectors having finger members with three or more finger members for gripping the object in three contact points

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

본 발명은 다자유도 로봇 그리퍼에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 다자유도 로봇 그리퍼는 적어도 둘 이상의 그립 모듈; 및 상기 그립 모듈의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 그립 모듈은 베이스 바디; 하부 관절; 상기 베이스 바디에 대한 상기 하부 관절의 움직임을 발생시키는 제1 구동부; 상기 하부 관절과 상기 제1 구동부 사이의 제1 관절부; 상기 하부 관절에 링크 결합되는 팁 관절; 상기 하부 관절에 대한 상기 팁 관절의 움직임을 발생시키는 제2 구동부; 상기 팁 관절과 상기 제2 구동부 사이의 제2 관절부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부를 제어하여 상기 팁 관절이 핀칭(pinching) 동작 및 상기 팁 관절이 평행 파지 동작을 하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

다자유도 로봇 그리퍼{MULTI-FREEDOM ROBOT GRIPPER}
본 발명은 다자유도 로봇 그리퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇암 등의 말단에 장착되어 다양한 파지 작업을 수행할 수 있는 다자유도 로봇 그리퍼에 관한 것이다.
서비스 로봇 및 산업용 로봇 등 자동화를 위한 로봇의 수요가 증대되고 있다. 특히, 로봇에는 로봇암 말단에 부착되어 부품 등의 물건을 파지하는 그리퍼가 많이 사용된다. 현재에는 작업의 종류에 따라 특수화된 그리퍼를 사용하기 때문에, 일련의 서로 다른 공정을 수행하기 위해서는 해당 작업에 특수화된 여러 가지 종류의 그리퍼가 필요한 실정이다.
예를 들어, 산업 현장에서는 평행하게 움직이는 평행 파지 그리퍼가 널리 사용되고 있다. 또한, 핀칭(pinching)으로 작은 물체를 섬세하게 조작하는 그리퍼들도 있는데, 대부분 1 자유도의 그리퍼를 사용한다. 따라서, 다양한 작업을 위해서는 툴체인저를 쓰거나 그리퍼를 탈장착해서 사용해야 하기 때문에 작업 효율이 떨어진다. 나아가, 이러한 그리퍼를 바꿔가면서 사용하더라도 종래 평행 파지 그리퍼 및 핀칭 그리퍼는 움직임에 제약이 크기 때문에 확장성이 떨어진다.
이에, 평행 파지 및 핀칭 파지를 포함하는 다양한 파지 및 움직임이 가능한 다자유도 로봇 그리퍼를 제안하고자 한다.
대한민국 공개특허 제2021-0102623호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하부 관절 및 팁 링크로 구성되는 그립 모듈의 각 링크를 개별 제어하여 핀칭 그립 동작 및 평행 파지 동작을 포함하는 다양한 파지 동작 및 다자유도 움직임이 가능한 다자유도 로봇 그리퍼를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 적어도 둘 이상의 그립 모듈; 및 상기 그립 모듈의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 그립 모듈은 베이스 바디; 하부 관절; 상기 베이스 바디에 대한 상기 하부 관절의 움직임을 발생시키는 제1 구동부; 상기 하부 관절과 상기 제1 구동부 사이의 제1 관절부; 상기 하부 관절에 링크 결합되는 팁 관절; 상기 하부 관절에 대한 상기 팁 관절의 움직임을 발생시키는 제2 구동부; 상기 팁 관절과 상기 제2 구동부 사이의 제2 관절부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부를 제어하여 상기 팁 관절이 핀칭(pinching) 동작 및 상기 팁 관절이 평행 파지 동작을 하도록 제어하는 다자유도 로봇 그리퍼에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 하부 관절 및 상기 팁 관절이 일체로 핀칭 동작을 하도록 제어할 수 있다.
여기서, 상기 그립 모듈은 대향하는 위치에 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
여기서, 상기 그립 모듈은 원주 방향으로 배치될 수 있다.
여기서, 상기 제1 구동부는 모터, 상기 모터의 동작에 따라 상하 직선 운동을 하는 이동 블록을 포함하는 제1 액츄에이터와 제 2 액츄에이터를 포함하고, 상기 제1 관절부는 상기 베이스 바디에 회동 가능하게 연결되어 회동 프레임을 포함하고, 상기 하부 관절의 하단부의 일측은 상기 회동 프레임에 연결되고 타측의 좌우는 상기 제1 액츄에이터 및 상기 제2 액츄에이터에 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제1 관절부는 상기 하부 관절과 상기 제1 액츄에이터의 이동 블록 사이에 각각 회동 가능하게 연결되는 제1 링크바 및 상기 하부 관절과 상기 제2 액츄에이터의 이동 블록 사이에 각각 회동 가능하게 연결되는 제2 링크바를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 구동부는 모터, 상기 모터의 동작에 따라 상하 직선 운동을 하는 이동 블록을 포함하고, 상기 제2 관절부는 중심이 상기 하부 관절의 하단부 타측에 회전 가능하게 연결되고, 일단부는 상기 제2 구동부에 회전 가능하게 연결되는 벨 크랭크; 및 상기 벨 크랭크의 타단부와 상기 팁 관절 사이를 회전 가능하게 연결하는 연결 링크를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 관절부는 상기 벨 크랭크와 상기 이동 블록 사이에 각각 회전 가능하게 연결되는 제3 링크바를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 제1 구동부를 제어하여 상기 하부 관절 하단부를 중심으로 좌우 내전(adduction) 및 외전(abduction) 움직임을 하도록 제어할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다자유도 로봇 그리퍼에 따르면 그리퍼의 교체 없이 핀칭 그립 동작 및 평행 파지 동작을 포함하는 다자유도의 움직임이 가능하다는 장점이 있다.
일련의 공정 작업 시 특수화된 동작을 하는 복수의 그리퍼를 사용하거나 그리퍼를 교체 장착하지 않고, 단일 그리퍼로 다양한 파지 작업을 할 수 있다는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다자유도 로봇 그리퍼의 그립 모듈 배치관계를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 다자유도 로봇 그리퍼의 그립 모듈 배치관계를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 형태로 배치된 다자유도 로봇 그리퍼의 사시도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 핀칭 동작을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 또 다른 핀칭 동작을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 평행 파지 동작을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 좌우 이동 동작을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 사시도이다.
도 9는 도 8의 측면도이다.
도 10은 도 8의 제 1 관절부 및 제 2 관절부를 확대하여 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 kinematic 드로잉을 도시한다.
도 12 내지 도 14는 상기 kinematic 드로잉을 기초로 그립 모듈의 동작을 시뮬레이션한 결과를 도시한다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 다자유도 로봇 그리퍼를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다자유도 로봇 그리퍼의 그립 모듈 배치관계를 도시하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 다자유도 로봇 그리퍼의 그립 모듈 배치관계를 도시하는 도면이고, 도 3은 도 2의 형태로 배치된 다자유도 로봇 그리퍼의 사시도를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다자유도 로봇 그리퍼는 적어도 둘 이상의 그립 모듈(100) 및 이를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
그립 모듈(100)은 로봇 암 등에 장착되는 고정된 하우징인 베이스 바디(110), 베이스 바디(110)에 대하여 상대적으로 움직이는 하부 관절(120), 베이스 바디(110)에 대한 하부 관절(120)의 움직임을 발생시키는 제1 구동부, 제1 구동부로부터 동력을 전달받아 하부 관절(120)과 제1 구동부 사이의 관절 운동을 하도록 하는 제1 관절부(140), 하부 관절(120)에 링크 결합되는 팁 관절(150), 하부 관절(120)에 대한 팁 관절(150)의 움직임을 제어하는 제2 구동부(160), 하부 관절(120)과 팁 관절(150) 사이의 관절 운동을 하도록 하는 제2 관절부(170)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 그립 모듈(100)의 상세 구성은 도 8 내지 도 10을 참조로 후술하기로 한다.
제어부는 제1 구동부 및 제2 구동부(160)를 제어하여 하부 관절(120) 및 팁 관절(150)을 구동시킬 수 있으며, 제1 구동부 및 제2 구동부(160)의 동작 제어에 따라 핀칭 동작 및 평행 파지 동작을 포함하여 다자유도의 다양한 파지 동작을 구현할 수 있다. 참고로, 하부 관절(120)과 팁 관절(150)의 파지면에는 패드(P)가 장착될 수 있다.
본 발명에서 그립 모듈(100a, 100b, 100c)은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 복수의 그립 모듈(100)이 서로 대향하는 위치에 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 각 그립 모듈(100a, 100b, 100c)의 하부 관절(120) 및 팁 관절(150)은 서로 대향하는 방향으로 관절부에 의해 회전 운동을 하며 이동 할 수 있어서 대향하는 그립 모듈(100) 사이에 위치하는 물체를 파지할 수 있다. 도면에서는 일측에 하나의 그립 모듈(100a)이 배치되고, 대향하는 타측에는 두 개의 그립 모듈(100b, 100c)이 배치된 형태를 도시하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도시되어 있는 것과 달리 대향하는 그립 모듈(100)의 개수가 같을 수도 있다.
또한, 본 발명에서 그립 모듈(100)은 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 복수의 그립 모듈(100a, 100b, 100c)이 원주 방향으로 배치될 수 있다. 이때, 복수의 그립 모듈(100a, 100b, 100c)은 등 간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 도면에서는 3개의 그립 모듈(100a, 100b, 100c)이 원주 방향으로 배치된 것을 도시하나, 배치되는 그립 모듈(100)의 개수는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1의 경우와 마찬가지로 복수의 그립 모듈(100a, 100b, 100c) 중앙에 위치하는 물체를 파지할 수 있다.
도 4 내지 도 7에는 제어부에 의한 제어로 본 발명의 그립 모듈(100)에 의해 구현되는 기본 동작을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 핀칭 동작을 도시하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 또 다른 핀칭 동작을 도시하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 평행 파지 동작을 도시하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 좌우 이동 동작을 도시하는 도면이다.
도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 본 발명에서 제어부는 제1 구동부와 제2 구동부(160)에 의해 하부 관절(120)과 팁 관절(150)을 동시에 구동시키며 하부 관절(120)과 팁 관절(150) 사이가 일직선의 형태로 일정한 형상을 유지시키며 내측 및 외측 방향으로 회전시킬 수 있다. 따라서, 도 1 및 도 2와 같이 배치되는 복수의 그립 모듈(100a, 100b, 100c)에 대하여 제어부가 도 4와 같이 동작을 제어하면 핀칭 동작으로 그립 모듈(100a, 100b, 100c) 사이에 위치하는 물체를 핀칭 동작으로 파지하거나 핸들링할 수 있다.
또한, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 본 발명에서 제어부는 하부 관절(120)은 고정시키고 제2 구동부(160)에 의해 팁 관절(150)만 구동시키며 하부 관절(120)에 대하여 팁 관절(150)만 회전시킬 수 있다. 따라서, 도 1 및 도 2와 같이 배치되는 복수의 그립 모듈(100)에 대하여 제어부가 도 5와 같이 동작을 제어하면 핀칭 동작으로 그립 모듈(100a, 100b, 100c) 사이에 위치하는 물체를 파지하거나 핸들링할 수 있다.
도 4의 경우 하부 관절(120)과 팁 관절(150)이 함께 핀칭 동작을 하므로 비교적 큰 물체를 핀칭 동작으로 핸들링할 수 있고, 도 5의 경우에는 팁 관절(150)만 핀칭 동작을 하므로 도 4와 비교하여 비교적 작은 물체를 핀칭 동작으로 핸들링할 수 있다.
또한, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 본 발명에서 제어부는 제1 구동부와 제2 구동부(160)에 의해 하부 관절(120)과 팁 관절(150)을 동시에 구동시키며 팁 관절(150)의 자세가 고정된 상태로 수평으로 이동시킬 수 있다. 도시되어 있는 것과 같이 팁 관절(150)은 수직으로 세워져 있는 상태로 전후 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 도 1 및 도 2와 같이 배치되는 복수의 그립 모듈(100a, 100b, 100c)에 대하여 제어부가 도 6과 같이 동작을 제어하면 평행 파지 동작으로 그립 모듈(100a, 100b, 100c) 사이에 위치하는 물체를 파지하거나 핸들링할 수 있다. 핀칭 동작과 비교하여 평행 파지의 경우 넓적하거나 비교적 큰 물체를 파지할 수 있다.
나아가, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 본 발명에서 제어부는 팁 관절(150)은 고정시키고 제1 구동부에 의해 하부 관절(120)만 구동시키며 하부 관절(120)과 팁 관절(150)을 하부 관절(120)의 하단부를 중심으로 좌우로 회전하여 내전(adduction) 및 외전(abduction) 움직임을 발생시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 다자유도 로봇 그리퍼는 핀칭 동작 및 평행 파지 동작 외에 도 4 내지 도 7을 참조로 전술한 기본 동작을 조합하여 다양한 동작을 구현할 수 있다.
이하, 전술한 그립 모듈(100)의 구체적 구조를 도 8 내지 도 10을 참조로 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 사시도이고, 도 9는 도 8의 측면도이고, 도 10은 도 8의 제 1 관절부 및 제 2 관절부를 확대하여 도시하는 도면이다.
도시되어 있는 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈(100)은 베이스 바디(110), 하부 관절(120), 제1 구동부, 제1 관절부(140), 팁 관절(150), 제2 구동부(160), 제2 관절부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
베이스 바디(110)는 본 발명에 따른 그립 모듈(100)의 세부 구성요소가 고정되는 기초 하우징으로 상기 베이스 바디(110)는 로봇 암 등에 장착될 수 있다. 이때, 하부 관절(120)은 베이스 바디(110)를 기준으로 움직임을 갖는다.
하부 관절(120)은 베이스 바디(110)를 기준으로 회동 하는 부재로서, 물체를 파지 하기 위해 하단부를 중심으로 내 외부로 회전하는 움직임(도면에서 X축을 중으로 하는 회전 움직임) 및 하단부를 중심으로 좌우로 회전하는 움직임(도면에서 Y축을 중심으로 하는 회전 움직임)을 갖는다.
제1 구동부는 모터(131), 볼스크류(133), 이동 블록(134)을 포함하는 제1 액츄에이터(130)와 제2 액츄에이터(130-1)로 구성될 수 있다. 제1 액츄에이터(130)와 제2 액츄에이터(130-1)는 구성이 동일하고, 나란히 병렬로 배치될 수 있다. 모터(131)는 베이스 바디(110) 하단부에 고정될 수 있으며, 볼스크류(133)는 모터(131)에 의해 동력을 전달 받아 회전하고, 볼스크류(133)에 체결된 이동 블록(134)은 볼스크류(133)의 회전 방향에 따라서 상하로 움직일 수 있다.
이때, 베이스 바디(110)에는 이동 블록(134)의 상하 이동을 가이드하는 LM 가이드(135)가 형성될 수 있다. 볼스크류(133)의 회전에 의해 이동 블록(134)이 볼스크류(133)를 따라 상하 직선 이동을 할 때 회전 방향으로 강한 모멘트를 받는데, 이동 블록(134)을 가이드하는 LM 가이드(135)를 배치시킴에 따라서 모터(131)로부터 동력을 전달 받아 상하 이동할 때 이동 블록(134)의 구동 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 볼스크류(133)와 모터(131) 사이에는 커플링(132)이 배치될 수 있다. 커플링(132)은 모터(131)의 축과 볼스크류(133) 사이가 일직선으로 연결되지 않고 소정의 유격이 있더라도 모터(131)와 볼스크류(133) 사이에 안정적으로 동력을 전달할 수 있도록 하여 기구적 안정성을 향상시킨다.
제1 관절부(140)는 제1 구동부에 의해 베이스 바디(110)에 대하여 하부 관절(120)을 회동시킨다.
보다 구체적으로 제1 관절부(140)는 회동 프레임(141)을 포함할 수 있다. 회동 프레임(141)은 U자 형태로 형성되어 중간부는 베이스 바디(110)에 대하여 유니버셜 조인트로 회동 가능하게 연결되고, 양 끝단은 하부 관절(120)의 하단부 일측과 X축 방향으로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이때, 하부 관절(120)의 하단부 타측 좌우는 각각 제1 액츄에이터(130) 및 제2 액츄에이터(130-1)와 연결되어 동력을 전달 받을 수 있다.
또한, 제1 관절부(140)는 하부 관절(120)의 하단부와 제1 액츄에이터(130)의 이동 블록(134) 사이에 회동 가능하게 연결되는 제1 링크바(142) 및 하부 관절(120)의 하단부와 제2 액츄에이터(130-1)의 이동 블록(134-1) 사이에 회동 가능하게 연결되는 제2 링크바(142)를 더 포함할 수 있다.
이때, 제1 링크바(142)와 하부 관절(120) 사이 및 제2 링크바(142)와 하부 관절(120) 사이의 결합 부위 및 제1 링크바(142)와 제1 액츄에이터(130)의 이동 블록(134) 사이의 결합 부위 및 제1 링크바(142)와 제2 액츄에이터(130)의 이동 블록(134-1) 사이의 결합 부위에는 로드 엔드 베어링(R)으로 연결하여 제1 링크바(142)와 제2 링크바(142)의 양단을 회동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 제1 액츄에이터(130)와 제2 액츄에이터(130-1)가 동일하게 구동되지 않아 회동 프레임(141)이 Y축을 중심으로 회전하는 움직임을 하더라도 Z축 방향으로 연장된 액츄에이터(130, 130-1)와 Y축을 중심으로 회전하는 하부 관절(120) 사이의 연결 및 구동력 전달이 이루어질 수 있다.
이와 같은 제1 구동부 및 제1 관절부(140)의 구성에 의해 하부 관절(120)을 회동시킬 수 있다. 이때, 병렬 배치되는 2 개의 액츄에이터(130, 130-1)의 움직임의 조합에 의해 하부 관절(120)을 하단부를 중심으로 X축 방향으로 회전시키거나 Y축 방향으로 회전시킬 수 있다.
제1 액츄에이터(130)와 제2 액츄에이터(130-1)가 이동 블록(134, 134-1))을 각각 좌우 동일하게 이동시킬 경우 회동 프레임(141)에 대하여 하부 관절(120)의 하단부 연결 부위가 X축을 중심으로 한 회전 움직임을 하게 되고, 제1 액츄에이터(130)와 제2 액츄에이터(130-1)가 이동 블록(134, 134-1)을 좌우 동일하게 이동시키지 않을 경우 회동 프레임(141)이 베이스 바디(110)에 대해 Y축을 중심으로 한 회전 움직임을 하게 되어, 회동 프레임(141)에 연결되는 하부 관절(120)로 Y축을 중심으로 한 회전 움직임을 하게 되어, 도 7에 도시된 좌우 움직임을 구현할 수 있다.
제2 구동부(160)는 하부 관절(120)에 대하여 팁 관절(150)을 회전시킨다.
팁 관절(150)은 하부 관절(120)에 대하여 회전 가능하게 연결된다. 보다 구체적으로 하부 관절(120) 상단부의 일지점에 팁 관절(150) 하단부 일지점을 핀 등으로 연결하여 연결 지점을 중심으로 팁 관절(150)이 하부 관절(120)에 대해 X축 방향으로 회전할 수 있다.
제2 구동부(160)는 하부 관절(120)에 대하여 팁 관절(150)을 회전시키는 동력을 발생 및 전달한다. 제2 구동부(160)는 모터(161), 모터(161)에 의해 회전하는 볼스크류(163), 볼스크류(163)에 체결되어 볼스크류(163)의 회전에 따라 아래 위로 움직이는 이동 블록(164)으로 이루어지며 Z축 방향으로 구동되는 하나의 리니어 액츄에이터로 구성될 수 있다.
제1 구동부와 마찬가지로 이동 블록(164)의 상하 이동을 가이드하도록 가이드 레일과 가이드 블록을 포함하는 LM 가이드(165)가 형성될 수 있고, 볼스크류(163)와 모터(161)의 축 사이에는 커플링(162)이 배치될 수 있다.
제2 구동부(160)는 제1 구동부 일측에 배치된다. 보다 자세히는, 제1 구동부보다 베이스 바디(110) 쪽에 가깝게 위치하며, 제1 구동부를 구성하는 2개의 액츄에이터(130, 130-1) 일측 중앙에 배치될 수 있다.
제2 관절부(170)는 벨 크랭크(171) 및 연결 링크(173)를 포함하여 구성될 수 있다.
벨 크랭크(171)의 중심으로 하부 관절(120)의 하단부에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 도 10에 도시되어 있는 것과 같이 하부 관절(120)의 하단부는 'ㄷ'자 형태의 프레임 형태로 형성될 수 있는데, 상기 프레임 양단은 회동 프레임(141)에 회전 가능하게 연결되고, 프레임 중앙부에 벨 크랭크(171)가 회전 가능하게 연결될 수 있다. 벨 크랭크(171) 양단부 중 아래쪽 일단부는 제2 구동부(160)에 연결되고, 타단부는 연결 링크(173)에 연결된다.
벨 크랭크(171)는 제2 구동부(160)의 구동력을 팁 관절(150)로 전달하여, 하부 관절(120)에 대하여 팁 관절(150)을 X축을 중심으로 회전시킬 수 있다.
상기 벨 크랭크(171)의 일단부와 제2 구동부(160)의 이동 블록(134) 사이에는 제3 링크바(172)에 의해 회전 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 팁 관절(150)은 하부 관절(120)의 상단부에 회전 가능하게 연결되고, 팁 관절(150)과 하부 관절(120) 사이에는 연결 링크(173)가 양단이 회전 가능하게 연결된다. 연결 링크(173)의 상단부는 팁 관절(150)과 하부 관절(120) 사이의 연결 지점보다 회전방향 쪽으로 이격된 지점에 회전 가능하게 연결되고, 연결 링크(173)의 하단부는 벨 크랭크(171)의 위쪽 타단부와 회전 가능하게 연결될 수 있다.
이와 같이 연결된 제2 구동부(160)와 제2 관절부(170)에 의해 하부 관절(120)과 별도로 팁 관절(150)을 X축 방향을 회전시킬 수 있다. 제2 구동부(160)가 작동하여 제3 링크바(172)를 아래로 당기면 벨 크랭크(171)가 시계 반대 방향으로 회전하며 연결 링크(173)를 아래 방향으로 당겨서 하부 관절(120)과 별도로 팁 관절(150)을 시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 반대로 제2 구동부(160)가 작동하여 제3 링크바(172)를 위로 이동시키면 반대 방향으로 팁 관절(150)을 회전시킬 수 있다.
이때, 제어부에 의해 제1 구동부가 작동하여 하부 관절(120)이 X축을 중심으로 회전을 하더라도 제2 구동부(160)를 함께 동작시켜 탑 링크와 하부 관절(120) 사이에 상대적인 움직임이 없는 상태로 동작시켜, 도 4에서와 같은 핀칭 동작을 구현할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 모듈의 kinematic 드로잉을 도시하고, 도 12 내지 도 14는 상기 kinematic 드로잉을 기초로 그립 모듈의 동작을 시뮬레이션한 결과를 도시한다.
도 11의 좌측은 전술한 우측의 그립 모듈(100)에 대한 kinematic 드로잉을 도시한다. 우측의 붉은색 영역에 대응하는 제1 구동부 및 제1 관절부(140)는 붉은색으로, 우측의 푸른색 영역에 대응하는 제2 구동부(160) 및 제2 관절부(170)는 푸른색으로, 우측의 연두색 영역에 대응하는 팁 관절(150) 및 연결 링크(173)는 연두색으로 나타내었고, d1, d2는 제1 구동부를 구성하는 이동 블록(134, 134-1))의 위치 및 d3는 제2 구동부(160)를 구성하는 이동 블록(164)의 위치, l1, l2, l3는 각각 제1 링크바(142), 제2 링크바(142), 제3 링크바(162)를 나타낸다.
도 12는 상기와 같이 드로잉되는 구조에 대하여 제1 구동부와 제2 구동부(160)에 의한 팁 관절(150)의 위치 변화를 시뮬레이션한 결과이다. 우측 박스에 도시된 바와 같이 d1, d2가 27.18이고, d3가 38.62일 때, 하부 관절(120)과 팁 관절(150)이 일자로 직립된 형태이고, 이를 기준으로 가장 좌측의 그림은 d3를 38.62로 고정시키고(즉, 제2 구동부(160)를 고정시키고, 제1 구동부에 의해 d1과 d2를 변화시킬 때 팁 관절(150)의 전후 방향 이동 거리를 나타낸다. 시뮬레이션 결과에 따르면 전방(forward)으로 26.73, 후방(backward)으로 -60.21로 최대 이동함을 확인할 수 있다. 반대로, d1, d2를 27.18로 고정시키고, d3를 변화시키면 팁 관절(150)의 전후 방향 이동 거리가 전방으로 최대 20.80, 후방으로 43.60임을 확인할 수 있다.
또한, 도 13에서는 하부 관절(120)과 팁 관절(150)을 일체로 핀칭 동작을 시킬 때의 d1, d2, d3의 값을 나타낸다. 시뮬레이션 결과에 따르면 핀칭 각도는 0도에서 53도 정도 까지 변경시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 14에서는 평행 파지를 위해 팁 관절(150)을 자세를 유지하며 수평 방향으로 이동시킬 때의 시뮬레이션 결과를 도시한다.
이와 같이, 상기 시뮬레이션 결과를 기초로, 본 발명에 따른 그립 모듈(100)은 핀칭 동작 및 평행 파지 동작 시 동작 범위 및 이를 위한 제1 구동부 및 제2 구동부(160)의 제어 값을 구할 수가 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 그립 모듈
110: 베이스 바디
120: 하부 관절
130: 제1 액츄에이터
130-1: 제2 액츄에이터
131: 모터
132: 커플링
133: 볼스크류
134: 이동 블록
135: LM 가이드
140: 제1 관절부
141: 회동 프레임
142: 제1 링크바, 제2 링크바
150: 팁 관절
160: 제2 구동부
161: 모터
162: 커플링
163: 볼스크류
164: 이동 블록
165: LM 가이드
170: 제2 관절부
171: 벨 크랭크
172: 제3 링크바
173: 연결 링크

Claims (9)

  1. 적어도 둘 이상의 그립 모듈; 및 상기 그립 모듈의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 그립 모듈은
    베이스 바디; 하부 관절; 상기 베이스 바디에 대한 상기 하부 관절의 움직임을 발생시키는 제1 구동부; 상기 하부 관절과 상기 제1 구동부 사이의 제1 관절부; 상기 하부 관절에 링크 결합되는 팁 관절; 상기 하부 관절에 대한 상기 팁 관절의 움직임을 발생시키는 제2 구동부; 상기 팁 관절과 상기 제2 구동부 사이의 제2 관절부를 포함하고,
    상기 제1 구동부는 모터, 상기 모터의 동작에 따라 상하 직선 운동을 하는 이동 블록을 포함하는 제1 액츄에이터와 제 2 액츄에이터를 포함하고,
    상기 제1 관절부는 상기 베이스 바디에 회동 가능하게 연결되는 회동 프레임을 포함하고,
    상기 하부 관절의 하단부의 일측은 상기 회동 프레임에 연결되고 타측의 좌우는 상기 제1 액츄에이터 및 상기 제2 액츄에이터에 연결되고,
    상기 제2 구동부는 모터, 상기 모터의 동작에 따라 상하 직선 운동을 하는 이동 블록을 포함하고,
    상기 제2 관절부는 중심이 상기 하부 관절의 하단부 타측에 회전 가능하게 연결되고, 일단부는 상기 제2 구동부에 회전 가능하게 연결되는 벨 크랭크; 및 상기 벨 크랭크의 타단부와 상기 팁 관절 사이를 회전 가능하게 연결하는 연결 링크를 포함하는데,
    상기 제어부는 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부를 제어하여 상기 팁 관절이 핀칭(pinching) 동작 및 상기 팁 관절이 평행 파지 동작을 하도록 제어하는 다자유도 로봇 그리퍼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 하부 관절 및 상기 팁 관절이 일체로 핀칭 동작을 하도록 제어하는 다자유도 로봇 그리퍼.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 그립 모듈은 대향하는 위치에 서로 마주보도록 배치되는 다자유도 로봇 그리퍼.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 그립 모듈은 원주 방향으로 배치되는 다자유도 로봇 그리퍼.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 관절부는 상기 하부 관절과 상기 제1 액츄에이터의 이동 블록 사이에 각각 회동 가능하게 연결되는 제1 링크바 및 상기 하부 관절과 상기 제2 액츄에이터의 이동 블록 사이에 각각 회동 가능하게 연결되는 제2 링크바를 더 포함하는 다자유도 로봇 그리퍼.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 관절부는 상기 벨 크랭크와 상기 이동 블록 사이에 각각 회전 가능하게 연결되는 제3 링크바를 더 포함하는 다자유도 로봇 그리퍼.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 구동부를 제어하여 상기 하부 관절 하단부를 중심으로 좌우 내전(adduction) 및 외전(abduction) 움직임을 하도록 제어하는 다자유도 로봇 그리퍼.
KR1020210170610A 2021-12-02 2021-12-02 다자유도 로봇 그리퍼 KR102546397B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210170610A KR102546397B1 (ko) 2021-12-02 2021-12-02 다자유도 로봇 그리퍼

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210170610A KR102546397B1 (ko) 2021-12-02 2021-12-02 다자유도 로봇 그리퍼

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230083350A KR20230083350A (ko) 2023-06-12
KR102546397B1 true KR102546397B1 (ko) 2023-06-26

Family

ID=86770040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210170610A KR102546397B1 (ko) 2021-12-02 2021-12-02 다자유도 로봇 그리퍼

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102546397B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140265401A1 (en) * 2011-11-25 2014-09-18 Robotiq Inc. Gripper having a two degree of freedom underactuated mechanical finger for encompassing and pinch grasping
JP5929215B2 (ja) * 2012-01-17 2016-06-01 セイコーエプソン株式会社 ロボットハンド及びロボット装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5929215B2 (ja) * 1982-04-12 1984-07-19 吉田 一夫 粒状の魚卵子を腹子状魚卵体に成形する方法
KR102271362B1 (ko) * 2019-12-13 2021-07-01 한국기계연구원 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 이를 포함하는 로봇 핸드
KR102316229B1 (ko) 2020-02-12 2021-10-22 (주)아스토 정전기적 부착력을 이용한 그리퍼, 이를 이용한 비정형 물체 피킹 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140265401A1 (en) * 2011-11-25 2014-09-18 Robotiq Inc. Gripper having a two degree of freedom underactuated mechanical finger for encompassing and pinch grasping
JP5929215B2 (ja) * 2012-01-17 2016-06-01 セイコーエプソン株式会社 ロボットハンド及びロボット装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230083350A (ko) 2023-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101862023B1 (ko) 적응형 파지가 가능한 로봇 핸드용 그리퍼
EP1320448B1 (en) A manipulator to move an object in the space with at least three arms
CN100586666C (zh) 一种四自由度并联机构
CN102166749B (zh) 2-prr&pprr三自由度空间并联机器人机构
US20200047333A1 (en) Coupled Positioners
US11221642B2 (en) Manipulating device
US10814478B2 (en) Joint module and multi-joint modular robot arm
WO2024087920A1 (zh) 一种绳驱操作手柄
CN211073623U (zh) 一种实训用机械臂
US20240342929A1 (en) Robot hand
KR102546397B1 (ko) 다자유도 로봇 그리퍼
KR20130028113A (ko) 직렬-병렬 링크 기구 기반의 하이브리드 6 자유도 로봇 매니퓰레이터
KR102108674B1 (ko) 회전운동 전달 메카니즘이 구비된 병렬로봇
US20230010862A1 (en) An agile robot arm for positioning a tool with controlled orientation
JP4062040B2 (ja) 微小運動制御方法および微小運動ステージ
CN101497193B (zh) 一种激光加工机器人机构
JP2012192499A (ja) パラレルリンクロボット
CN118106977A (zh) 一种绳线驱动式机械手
KR101812026B1 (ko) 6축 다관절 로봇
Budde et al. Workspace enlargement of a triglide robot by changing working and assembly mode
KR20200061059A (ko) 초정밀 소형 병렬 로봇 매니퓰레이터
Angeles Design Challenges in the Development of Fast Pick-and-place Robots
CN111093912B (zh) 采用平行连杆机构的作业装置
KR20230110608A (ko) 다관절 작동 키네마틱
JP2006159406A (ja) 水平アームを有するロボット

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant