KR102616158B1

KR102616158B1 - 복수의 진공-존을 포함하는 진공 그리퍼 장치

Info

Publication number: KR102616158B1
Application number: KR1020230097942A
Authority: KR
Inventors: 조호영
Original assignee: (주)브이텍
Priority date: 2023-07-27
Filing date: 2023-07-27
Publication date: 2023-12-20

Abstract

본 발명은 진공 흡착·이송 시스템에 사용되는 그리퍼 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 복수의 동심 진공-존을 가지는 몸체, 상기 몸체의 하부에 각 진공-존에 소통하도록 연결된 패드, 일측에 각 진공-존과 연통하는 배출구가 형성된 진공 커버를 포함하여 이루어진다. 그리고 각 진공-존에 대응하여 진공펌프가 개별 구비되며, 선택된 진공-존 대응 진공펌프에 압축공기가 고속으로 공급되고 배출될 때, 해당 진공-존에 연통한 패드가 배기되는 것이다. 바람직하게, 상기 그리퍼 장치는 상·하 구동하여 상기 패드의 어레이를 둘러싸게 되는 외곽-패드 구조를 더 포함한다.

Description

복수의 진공-존을 포함하는 진공 그리퍼 장치 {Vacuum gripper device with multiple vacuum-zones}

본 발명은 진공이송 시스템에서 대상 물품을 흡착 파지하기 위하여 사용되는 진공 그리퍼 장치에 관한 것이다.

일반적으로 진공이송 시스템이란 고속의 압축공기로 작동하는 진공펌프를 이용하여 흡착 패드의 내부 공기를 강제로 배출시키며, 이때 패드 내부에 발생하는 진공 및 부압으로 물품을 흡착 파지한 후, 로보틱 수단을 구동하여 정해진 위치로 이송시키는 시스템을 말한다. 이 구조에서 상기 패드는 별도의 몸체에 결합하여 소위 '진공 그리퍼 장치'를 구성한다.

설계에 따라 상기 진공펌프는 몸체의 외부 또는 내부에 배치될 수 있으며, 여기에서 상기 그리퍼 장치를 구성하는 패드는 이송 대상이 되는 물품의 형상, 모양, 무게 등 특성에 따라 단일 또는 복수로 구비된다.

단일 방식은 그 설치 및 조작이 간편한 장점이 있으나 패드 내에 진공누설이 생기는 경우 소정의 흡착력이 생성되지 않거나 상실되어 물품의 파지가 불가능한 문제가 있다. 이에 비하면, 소형 패드를 복수 배열하여 구성된 어레이 방식의 경우는 일부 패드에서 진공누설이 생기더라도 정상적으로 작용하는 나머지 패드에 의하여 물품의 파지가 가능한 장점이 있다. 다만, 상기 어레이 방식에서는 패드의 개별적 및 전체적 흡착력이 약한 문제가 있다.

상기 어레이 방식에 관하여, 등록특허공보 제10-2319367호 및 제10-2291521호는 각각 다수의 패드가 독립하여 구비되는 것 및 다수의 패드가 일체형으로 형성된 것을 개시한다.

한편, 종래의 진공 그리퍼 장치는, 그 적용된 패드가 단일 방식인지 또는 어레이 방식인지를 불문하고, 물품의 표면에 대한 흡착범위 및 흡착력이 정해져 있어서 이용상의 유연성 내지 확장성이 없다. 즉, 여기에서는 장치의 흡착 특성이 선택적·가변적으로 제어되지 않으며, 따라서 현장에서 활용 폭이 좁을 수밖에 없고 결과적으로 이송의 작업성을 떨어뜨리는 문제가 있다.

<선행기술문헌>

등록특허공보 제10-1019948호

등록특허공보 제10-1195176호

등록특허공보 제10-2319367호

등록특허공보 제10-2291521호

국제특허공보 W0 2021/145685 A1

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 패드 어레이 방식을 기반으로 흡착성을 선택적 및 가변적으로 제어할 수 있도록 설계함으로써, 진공이송의 대상이 되는 물품의 형태적·물리적 특성에 따라 유연하게 대응할 수 있는 진공 그리퍼 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 진공 그리퍼 장치는:

단면 'U'-형의 내부 바닥면 상에 형성되어 내부 공간을 복수의 동심(同心) 진공-존으로 구분하는 격벽과, 각 진공-존의 바닥면을 관통하여 형성된 배기-홀을 포함하는 몸체;

상기 몸체의 하부에 각 배기-홀과 연통하여 설치된 패드;

상기 몸체에 대한 캡 부재로서, 그 일측에 각 진공-존과 연통하는 배출구가 형성된 진공 커버; 및

상기 각 진공-존에 대응하여 개별적으로 구비되는 진공펌프;

를 포함하며,

물품 특성에 따라 복수의 진공-존 중에서 선택된 진공-존이 대응 진공펌프의 작용으로 배기될 때, 그 진공-존에 연통한 패드가 배기되는 것;

을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 진공 그리퍼 장치는:

상기 진공펌프가 몸체의 각 배기-홀 또는 각 진공-존에 개별 장착되며;

상기 선택된 진공-존에 압축공기가 고속으로 공급되고 상기 진공펌프를 통과하여 배출될 때, 상기 패드가 배기되는 것;

을 특징으로 한다.

또한, 상기 그리퍼 장치는:

상기 장치의 외측에 동축 배치되는 실린더, 상기 실린더 내에서 상·하 구동하는 원통형 피스톤, 상기 피스톤의 하단부에 체결되어 하강시 상기 패드의 전체를 둘러싸는 진공 제3-존을 생성하게 되는 외곽-패드로 구성되는 가변부;

를 더 포함하며,

상기 피스톤이 하강하고, 상기 선택된 진공-존에 압축공기가 고속 공급되고 배출구를 통하여 배출될 때, 그 진공-존에 연통한 외곽-패드가 배기되는 것;

을 특징으로 한다.

상기 피스톤은 압축공기의 압력에 의하여 하강하고, 스프링 탄력에 의하여 원위치 복귀하도록 설계된다.

또한, 상기 그리퍼 장치는:

복수의 패드를 연결하여, 연결된 각 패드가 자기 위치에서 물품의 표면 형상에 최적 대응하도록 하는 형상 유도 와이어;

를 포함한다.

본 발명의 진공 그리퍼 장치는 격벽에 의하여 동심으로 구분된 복수의 진공-존을 구비하며 하나 이상의 진공-존을 개별적·선택적으로 작동시킬 수 있도록 구성된다. 따라서 물품의 특성에 따라 유연하게 대응하여 사용할 수 있는 효과가 있다. 또한, 외곽-패드를 가변적으로 구성함으로써 예컨대 더 넓은 흡착범위 또는 더 큰 흡착력이 요구되는 작업에서도 유용하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

결과적으로, 본 발명의 진공 그리퍼 장치는 진공이송의 대상이 되는 물품의 형태적·물리적 특성에 따라 작업현장에서 유연하게 대응하여 사용할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 진공 그리퍼 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 'A-A'선 단면도.
도 3은 도 2의 몸체 부분의 분해 사시도.
도 4는 도 1의 저면도.
도 5는 도 2의 작용을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 2의 '형상 유도 와이어' 관련 구성을 나타내는 도면.
도 7은 도 2의 다른 작용을 설명하기 위한 도면.

이상 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명의 '복수의 진공-존을 포함하는 진공 그리퍼 장치'(이하 '그리퍼 장치'라 함)의 특징과 작용효과는, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 바람직한 실시 예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 도면에서 본 발명에 따른 그리퍼 장치가 부호 100으로 표시되어 있다.

도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 그리퍼 장치(100)는 내부에 복수의 진공-존(12,13)이 형성된 몸체(10)를 중심으로, 그 하부에 형성되는 패드 어레이(20)와 그 상부에 체결되는 진공 커버(30) 및 적정 배치되는 진공펌프(40)를 포함하여 소정의 진공이송 시스템을 구성한다.

구체적으로, 상기 몸체(10)는 단면 'U'-형의 내부 바닥면 상에 형성되어 내부 공간(S)을 복수의 동심 진공-존(12,13)으로 구분하는 격벽(11)과, 각 진공-존(12,13)의 바닥면을 관통하여 형성된 복수의 배기-홀(14)을 포함한다. 본 실시 예에서, 상기 공간(S)은 격벽(11)에 의하여 내측의 제1-존(12)과 외측의 제2-존(13)으로 구분되며, 각 배기-홀(14)에는 물품(W)의 표면에 접촉하는 흡착용 패드(21)가 연결된다.

상기 패드(21)는 각 배기-홀(14)에 일대일 대응으로 연결되며, 전체로써 패드 어레이(20)를 구성한다.

한편, 상기 진공 커버(30)는 몸체(10)에 대한 캡 또는 커버 부재로 그 일측에는 각 진공-존(12,13)과 연통하는 공용의 공기 배출구(31)가 형성된다. 바람직하게, 상기 커버(30)의 내부에는 각 진공-존(12,13)과 상기 배출구(31) 간 형성된 공용 챔버(32)가 형성되며, 상기 진공-존(12,13)을 통과한 공기가 이 챔버(32)를 지나 배출구(31)를 통해 외부로 배출되도록 한다. 다만, 설계에 따라서 이 구성은 생략되거나 또는 변형될 수도 있다.

상기 진공펌프(40)는 각 진공-존(12,13)에 대응하여 개별적으로 구비된다. 다른 진공 시스템과 마찬가지로, 본 발명의 상기 그리퍼 장치(100)는 고속의 압축공기에 의하여 작동하는 진공펌프(40)를 포함하며, 여기에서 상기 진공펌프(40)는 각 진공-존(12,13)마다 구비되는 것이다. 진공 시스템을 구동함에 있어 먼저 각 진공-존(12,13)이 선택되는데, 이 선택은 흡착의 대상이 된 물품(W)의 형태적·물리적 특성을 고려하여 수동 또는 자동으로 최적 결정될 수 있다.

그리하여 적정 선택된 진공-존(12,13)에 대응하는 진공펌프(40)에 압축공기가 공급되고 고속으로 통과하면서, 그 진공-존(12,13) 및 그에 연통한 패드(21)가 배기되는 것이다. 여기에서, 상기 진공펌프(40)는 내부에 구비된 다단 노즐(41)을 압축공기가 고속으로 통과할 때 측벽의 통공(42)을 통하여 주변공기를 흡인하고 외부로 배출시키는 통상의 에어 펌프이다.

본 실시 예에서, 상기 진공펌프(40)는 몸체(10)의 각 배기-홀(14) 또는 각 진공-존(12,13)에 장착된다. 도면에서 부호 33, 34는 상기 커버(30)의 상면에 형성되고 각 제1-존(12) 및 제2-존(13)으로 연장되는 압축공기 공급구이다. 이 구성에서는, 이상에서 적정 선택된 진공-존(12,13)에 압축공기가 공급구(33,34)를 통하여 고속으로 공급되고 진공펌프(40)를 통과하여 배출될 때, 그 진공-존(12,13) 및 그에 연통한 패드(21)가 배기되는 것이다.

구체적으로, 본 실시 예에서 상기 진공펌프(40)는 각 배기-홀(14) 또는 진공-존(12,13)에 장착된다. 다만, 다른 실시 예에서는 상기 몸체(10)의 외부에 별도로 배치되고 각 진공-존(12,13)에 연결될 수도 있다. 그렇다고 하더라도, 진공 시스템을 콤팩트하게 설계한다는 측면에서 본 실시 예에 설명한 상기 진공펌프(40) 및 공급구(33,34)의 위치는 중요한 의미가 있다고 할 수 있다.

또한, 상기 그리퍼 장치(100)는 몸체(10)의 외측에 상·하 구동 가능하게 설치되며, 필요에 따라 동작하여 대상 물품(W)에 흡착력을 제공하는 가변부(50)를 더 포함하여 이루어진다.

구체적으로, 상기 가변부(50)는 커버(30)의 외측에 동축으로 배치되는 실린더(51), 상기 실린더(51) 내에서 상·하 구동하는 원통형 피스톤(52) 및 상기 피스톤(52)의 하단부에 체결되어 하강시 상기 패드 어레이(20)의 전체를 둘러싸는 진공 제3-존(56)을 생성하게 되는 외곽-패드(53)를 포함하여 구성된다. 이에, 선택된 진공-존(12,13)에 압축공기가 고속으로 공급되고 배출구(31)를 통하여 배출될 때, 해당 진공-존(12,13)에 연통한 외곽-패드(53) 내부의 진공 제3-존(56)이 배기되는 것이다.

여기에서 상기 피스톤(52)은, 압축공기 압력에 의하여 하강하고 스프링(54) 탄력에 의하여 원위치 복귀하도록 설계된다.

도면에서 부호 35는 상기 커버(30)의 상면에 형성되고 상기 피스톤(52)의 헤드 부분으로 연장되는 압축공기 공급구이다. 또한, 부호 55는 외곽-패드(53)가 물품(W)에 접촉한 상태에서 수축하면서 불안정하게 흔들리는 것을 방지하기 위한 스토퍼이다. 상기 스토퍼(55)는 피스톤(52)의 하단부에 고정된 브래킷으로부터 하방으로 설치되며, 바람직하게 스크루 또는 다른 방식으로 높낮이 조정이 가능하게 구성된다.

도 5를 참조하면, 특정 물품(W)을 흡착 파지하기 위한 작업에서 먼저 각 물품(W)에 대하여 적정 선택된 진공-존(12,13)으로 압축공기가 공급될 것이다. 예컨대 물품(W)의 표면 사이즈가 작은 경우는 제1-존(12)이 선택될 것이고, 그보다 좀 더 큰 경우는 제1-존(12) 및 제2-존(13)이 동시 선택될 것이다. 그 외에, 물품(W)의 표면 행태에 따라서는 제2-존(13)이 단독 선택될 수도 있다.

도면은 제1-존(12) 및 제2-존(13)을 포함한 진공-존(12,13) 모두에 압축공기가 공급되는 경우를 나타낸 것이다.

상기 각 공급구(33,34)를 통하여 인가된 압축공기(화살표 ① 참조)가 각 진공-존(12,13)을 경유하고 진공펌프(40)를 고속으로 통과(화살표 ② 참조)하여 외부로 배출되며, 이때 각 패드(21)의 내부공기가 진공펌프(40)의 통공(42)을 통해 그 내부로 유인되고 압축공기와 함께 배출(화살표 ③ 참조)되는 것이다. 이 과정에서 각 패드(21)의 내부에는 진공 및 부압이 생성되며, 그 생성 부압에 의하여 물품(W)이 흡착 및 파지되는 것이다.

이때 각 패드(21)는 그 유연성으로 인하여 물품(W) 표면에 대하여 견고한 자세를 유지하지 못하고 불안정하게 될 수 있다. 도 6을 참조하면, 이에 대한 대책으로 본 실시 예에서는, 상기 패드 어레이(20)를 구성하는 복수의 패드(21)를 연결하는 형상 유도 와이어(22)를 구성하여, 그 연결된 각 패드(21)가 자기 위치에서 물품(W)의 표면 형상에 최적 대응하도록 한다. 바람직하게, 상기 와이어(22)가 패드(21)를 손상시킬 것을 대비하여, 각 패드(21)에 보강살(23)을 형성하고 상기 와이어(22)가 그 보강살(23)을 통과하도록 구성한다.

도 7을 참조하면, 상기 가변부(50)는 피스톤(52)의 헤드 부분을 가압하는 압축공기의 공급에 의하여 작동한다. 즉, 공급구(35)를 통하여 압축공기가 인가(화살표 ④ 참조)되면 상기 피스톤(52)이 하강(화살표 ⑤ 참조)하며, 피스톤(52) 하단부에 체결된 외곽-패드(53)가 함께 하강하여 물품(W)의 표면에 접촉함으로써 물품(W)에 대한 넓은 범위의 대응력을 제공한다.

그리하여 상기 외곽-패드(53) 내부의 진공 제3-존(56)은 상기한 구조의 그리퍼 장치(100)가 도 5와 같이 동작하는 것을 전제로 배기될 수가 있다. 즉, 일단 선택된 진공-존(12,13)에 압축공기가 고속으로 공급되고 배출구(31)를 통하여 배출될 때, 그 진공-존(12,13)에 연통한 외곽-패드(53)의 진공 제3-존(56)이 배기(화살표 ⑥ 참조)되는 것이다. 이때 외곽-패드(53)의 배기는 내측의 패드(21)를 통하여 또는 직접 이루어질 수 있다.

이상과 같이 각 패드(21) 및 외곽-패드(53)에 생성된 부압으로 물품(W)을 흡착 파지하며 그 이송이 완료되면, 상기 공급구(33,34,35)를 통한 압축공기의 공급이 중단될 것이다. 그리고 물품(W)의 신속한 분리를 위하여, 상기 커버(30)의 일측에서 상기 챔버(32)로 연장되는 진공 파기용 압축공기 공급구(도 1의 부호 36)가 개방될 것이다.

100. 그리퍼 장치
10. 몸체
11. 격벽 12. 진공-존, 제1-존
13. 진공-존, 제2-존
14. 배기-홀
20. 패드 어레이
21. 패드
22. 와이어 23. 보강살
30. 커버
31. 배출구 32. 챔버
33,34,35,36. 공급구
40. 진공펌프
41. 노즐 42. 통공
50. 가변부
51. 실린더 52. 피스톤
53. 외곽-패드 54. 스프링
55. 스토퍼 56. 제3-존
S. 공간
W. 물품

Claims

단면 'U'-형의 내부 바닥면 상에 형성되어 내부 공간(S)을 복수의 동심 진공-존(12,13)으로 구분하는 격벽(11), 각 진공-존(12,13)의 바닥면을 관통하여 형성된 배기-홀(14)을 포함하는 몸체(10);
상기 몸체(10)의 하부에 각 배기-홀(14)과 연통하여 설치되는 패드(21);
상기 몸체(10)에 대한 캡 부재로서, 그 일측에 각 진공-존(12,13)과 연통하는 공용의 공기 배출구(31)가 형성된 진공 커버(30); 및
각 진공-존(12,13)에 대응하여 개별적으로 구비되는 진공펌프(40);
를 포함하며,
물품 특성에 따라 복수의 진공-존(12,13) 중에서 선택된 진공-존(12,13)이 대응 진공펌프(40)의 작용으로 배기될 때, 그 진공-존(12,13)에 연통한 패드(14)가 배기되는 것;
을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 진공펌프(40)는, 몸체(10)의 각 배기-홀(14) 또는 각 진공-존(12,13)에 개별 장착되며;
상기 선택된 진공-존(12,13)에 압축공기가 고속으로 공급되고 상기 진공펌프(40)를 통과하여 배출될 때, 상기 패드(21)가 배기되는 것;
을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 커버(30)는 그 내부에 각 진공-존(12,13)과 상기 배출구(31) 간에 형성되는 공용의 챔버(32)를 포함하는 것;
을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 커버(30)는, 그 일면에 형성되고 각 제1-존(12) 및 제2-존(13)으로 연장되는 압축공기 공급구(33,34)를 포함하는 것;
을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 진공 그리퍼 장치는:
상기 장치의 외측에 동축 배치되는 실린더(51), 상기 실린더(51) 내에서 상·하 구동하는 원통형 피스톤(52), 상기 피스톤(52)의 하단부에 체결되어 하강시 상기 패드(21)의 전체를 둘러싸는 진공 제3-존(56)을 생성하게 되는 외곽-패드(53)로 구성되는 가변부(50);
를 더 포함하며,
상기 피스톤(52)이 하강하고, 압축공기가 선택된 진공-존(12,13) 대응 진공펌프(40)를 통과할 때, 그 진공-존(12,13)에 연통하는 제3-존(56)이 배기되는 것;
을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
제5항에 있어서,
상기 피스톤(52)은:
상기 커버(30)의 일면에 형성된 공급구(35)로 공급된 압축공기 압력에 의하여 하강하고, 스프링(54) 탄력에 의하여 원위치 복귀하도록 설계된 것;
을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
제5항에 있어서,
상기 가변부(50)는, 피스톤(52)의 하단부에 고정된 브래킷으로부터 하방으로 설치되는 스토퍼(55)를 포함하는 것;
을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 진공 그리퍼 장치는:
복수의 패드(21)를 연결하는 형상 유도 와이어(22)를 구비하여, 그 연결된 각 패드(21)가 자기 위치에서 물품(W)의 표면 형상에 최적 대응하도록 한 것;
을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
제8항에 있어서,
상기 각 패드(21)에 보강살(23)을 형성하고 상기 와이어(22)가 보강살(23)을 통과하도록 구성된 것;
을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.