KR20100017393A - 진공 그립핑 장치 - Google Patents

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KR20100017393A
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프레벤 케이. 호르넷
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파쎄 이노베이션즈, 엘.씨.
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Abstract

그립퍼는 불규칙적이고 변형 가능한 작업물을 파지하여, 이 작업물을 패키징 상태, 가공 상태, 또는 미가공 상태에 상관없이 들어올려 유지하고, 자재 핸들링, 조립, 패키징 및 기타 로봇을 이용한 자동화된 취급 기능을 목적으로 이 작업물을 조작한다. 작업물에 리프팅 힘을 제공하여 이 작업물의 신속한 이동을 용이하게 하기 위해 가요성 그립핑 후드를 통해 다수의 지점에서 진공이 발생된다. 조명 장치 어레이 및 단편화된 미러로 이루어진 이중 링 어레이가 균일한 조명을 제공하여 조작될 작업물에 대한 그립핑 후드의 정확한 위치설정을 보장한다.

Description

진공 그립핑 장치{VACUUM GRIPPING APPARATUS}
본 출원은 2007년 4월 26일자로 출원되어 공동 계류중인 미국 가특허 출원 번호 60/926,329를 우선권으로 주장하며, 상기 특허 출원의 전체 개시 내용이 본 명세서에 발명의 일부로서 원용되어 있다.
본 발명은, 불규칙적이고 변형 가능한 작업물을 파지하여, 이 작업물을 패키징 상태, 가공 상태, 또는 미가공 상태에 상관없이 들어올려 유지하고, 자재 핸들링, 조립, 패키징 및 기타 로봇을 이용한 자동화된 취급 기능을 목적으로 이 작업물을 조작하는 분야에 관한 것이다.
ISO는, 산업용 로봇을, 3개 이상의 축으로 프로그래밍할 수 있는, 자동 조절되고 재프로그래밍 가능한 다용도 처리기(manipulator)로서 정의하고 있다. 산업용 로봇의 움직임 제어는 높은 수준의 복잡성 및 유연성에 도달하였지만, 로봇 시스템의 가장 중요한 요소, 엔드 이펙터(end effector) 또는 EOAT(end-of-arm-tooling)에 관련한 문제점들이 다수의 산업 분야에서의 산업용 로봇의 채용을 저해하고 있었다.
통상의 엔드 이펙터는 용접 장치, 페인트 분무기, 그라인더 및 데버링(deburring) 장치, 및 그립퍼(gripper)를 포함한다. 엔드 이펙터 및 특히 그립 핑 타입은 복잡도가 높은 것이 대부분이며, 취급되는 작업물에 부합하도록 커스토마이즈(customize) 정도가 크다. 엔드 이펙터는 제품을 위치시키고, 조작하며, 위치설정함에 있어서 로봇 시스템을 지원하기 위해 다양한 센서를 이용할 수도 있다. 그러나, 폭넓은 상업적인 채용을 위해 요구되는 규모의 경제성을 발생하기 위해 불규칙적인 물체를 취급하고 충분히 넓은 사용 범위에 적합한 그립핑 장치를 생산함에 있어서의 고유의 문제점으로 인해 이 분야에서의 기술은 낙후되어 있다.
이에 대한 다수의 해법 또한 마찬가지로 부적절한 소프트웨어를 가지므로, 천연 제품을 취급하려고 할 때에 예기치 않은 부작용을 초래한다. 성공적인 산업용 로봇 실현에 중요한 요소인 머신 비전 소프트웨어(machine vision software)는 실제 산업 환경에서 겪게되는 부적합하거나 불규칙적인 조명에 의해 제약을 받게 되는 경우가 있다. 그러므로, 더 우수한 그립핑 장치가 요구된다.
본 발명에 따른 장치는, 가공된 상태 또는 가공되지 않은 원료 상태의 야채, 과일, 돼지고기, 가금류 및 육류 또는 비음식물 등의 불규칙적이고 변형 가능한 작업물을 파지하여, 들어올리고, 유지하며, 패킹하고, 이동시킬 것이다. 본 장치는 자재 핸들링, 조립, 패키징 및 기타 로봇을 이용하여 자동화된 조작 기능을 위해 백(bag)을 조작할 수 있다. 본 장치는 또한 고속 로봇 핸들링에 의해 발생하는 극도의 가속력을 견뎌내기에 충분한 마찰력 및 유지력을 보장하여 외측 표면에 공기 침투 가능한 랩퍼(wrapper) 또는 통기 구멍을 갖거나 갖지 않는 랩핑되거나 또는 불규칙하게 형성된 물체를 그립핑할 수 있다.
본 장치는, 로봇 아암에 의해 조작될 수 있는 진공 그립핑 장치와, 그립퍼의 위치설정에 대한 정보를 제공하기 위한 광학 시스템을 포함한다. 그립퍼는, 효과적인 실제 패킹 동작을 위해 크기와 형상이 상이한 다양한 작업물의 조작 및 고속의 수직 및 수평 가속으로의 이들의 이동을 가능하게 하는 확고하고 견고하면서 부드러운 그립핑을 용이하게 한다.
적응형 동작에 의해, 본 장치는 인캡슐레이트된 제품(encapsulated product)의 최대 면적에 걸쳐 그립퍼 힘을 균일하게 분배한다. 본 장치는 제 위치에 있는 진공 핸들링 기구의 기능을 모니터링하는 방법을 통합한다. 본 장치는 또한 패키징 또는 작업물이 전체적으로 채워지는지 아니면 부분적으로만 채워지는지에 상관없이 백에 담겨진 제품에 대한 자동 제품 핸들링 성능을 용이하게 한다.
그립핑 장치는 베이스 플레이트에 탑재된 가요성 후드(flexible hood)를 갖는다. 후드는 멤브레인 및 원주 립(circumferential lip)을 포함한다. 그립핑 멤브레인은 실리콘 또는 연성의 열가소성 혼합물과 같은 연성 재료로 구성되며, 이들 재료는 멤브레인이 작업물의 불규칙한 표면을 순응(conform)하도록 하여 작업물의 표면과 그립퍼의 립 사이의 공기 압력의 차이가 발생하도록 한다. 후드는, 후드의 립(lip)이 멤브레인 중합체보다 높은 용융 온도를 갖는 중합체로 몰딩되는 열가소성 순차 몰딩 프로세스를 적용함으로써 몰딩될 것이다. 때때로, 이것은 비용에 있어서 효율적인 방법이며, 립 멤브레인과 베이스 간의 우수한 접착을 제공한다. 가요성 그립핑 후드 내의 채널을 통과하는 소형의 가요성 튜브(진공 채널 핑거)가 형성된다.
베이스 플레이트는 진공 라인을 수용하기 위해 커다란 중앙 구멍을 갖는다. 후드의 상단에 있는 중앙 개구에서, 또한 후드의 에지에 근접한 복수의 지점에 그립핑 힘을 제공하는 개방 단부까지 후드의 벽부를 따라 연장하는 가요성 튜브 또는 핑거를 통해, 흡착이 발생된다. 음식에 관련 응용에서, 이들 튜브는, 채널을 개방 상태로 하지만 높은 진공 레벨이 생성될 때에 붕괴하지 않도록 충분히 강하게 몰딩한 후에 제거될 것이다. 이에 의해, 튜브와 멤브레인 사이의 갈라짐 위험(delamination risk) 및 작업물 또는 패키징 내에 이물질을 떨어뜨릴 가능성을 감소시킨다.
초기에는 베이스 플레이트의 립 주변에 공기 흐름이 유입된다. 립이 작업물 위에 위치될 때까지는 공기 흐름이 발생하지 않는다. 대략 80% 진공을 이용하는 경우에는, 충분한 진공 레벨이 대략 1/10초 내에 생성될 수 있다. 이것은 작업물과 그립퍼의 립에 갑작그런 충격(shock)을 발생시킨다. 대략 5/100초 내에, 작업물이 베이스 플레이트의 립에 대해 트랩된다. 이 때, 베이스 플레이트 주변의 공기 흐름이 차단되고, 가요성 튜브 아래에만 공기 흐름이 존재한다. 이에 의해 가요성 재료로 형성되어 있는 그립퍼의 립이 작업물의 형상을 변형시키게 되어, 작업물의 복수의 지점에서 타이트한 연결이 발생된다.
작업물의 표면과 그립퍼 멤브레인의 부착 표면 사이의 작은 갭이 폐쇄되어 있는 지점에서는, 일반적으로 높은 공기 흐름에 대한 추가의 필요성이 없으며, 감소된 진공은 통상적으로 20 내지 40 퍼센트 사이에서 유지될 것이다. 립의 테두리 주변에 낮은 기압이 없어도, 로봇을 이용한 장치에 의한 작업물의 신속한 이동 시에, 작업물은 진공에서 벗어날 것이다. 중앙 개구 및 주변 튜브를 포함한 그립퍼의 커다란 면적은 정상적인 세트의 흡착 컵(suction cup)처럼 작용한다. 대부분의 경우, 작업물은 후드에 대해 타이트하게 될 것이며, 대략 300 ㎠의 테두리 면적(rim area)을 갖는 그립퍼 멤브레인에 대해 20 내지 100 킬로그램 정도의 리프팅 용량을 제공한다. 이 커다란 그립핑 힘은 벨트 또는 작업 표면으로부터 로봇을 이용한 장치에 의한 작업물의 고속의 가속을 용이하게 하므로, 재료 핸들링 시스템의 전체적인 효율을 현저히 증가시킨다.
통상적으로, 스트랩된 백(한쪽 끝이 묶여진 백)을 포함하는 작업물에 적용될 때에, 그립퍼는 대략 8/100초 내에 전형적인 자재 컨베이어 벨트로부터 작업물을 99% 이상의 성공률로 들어올릴 수 있다. 그립퍼 디자인은 스트랩된 백 또는 플래터 필로우 백(flatter pillow bag)에 대해 상이한 구성으로 최적화될 수도 있다. 이러한 최적화에서, 그립퍼 립의 형상은 개략적인 형상 및 립 길이를 상이한 유형의 백에 대해 매칭시키기 위해 대략적으로 수정된다. 소비자 및 산업 제품의 표준 패키징에서 사용된 상이한 군의 백에 대해 다수의 그립퍼 구성이 형성될 수 있다. 시스템은 조작될 패키징의 유형에 대해 적합한 립 시스템으로 변경함으로써 용이하게 커스토마이제이션이 가능하도록 구성될 수 있다.
시스템의 대화식 제어를 제공하기 위해 3가지의 상이한 기술이 이용될 수 있다. 높이 진공 센서가 그립퍼의 위치를 설정한다. 이 센서는 플레이트 상의 압력을 검출하여 위치설정 아암의 이동을 위한 제어 피드백을 제공한다. 앞에서 나타낸 바와 같이, 가요성 원주 튜브가 더해진 멤브레인과 갭은 커다란 면적의 분배된 그립핑 표면을 제공한다. 본 시스템은 작업물 또는 작업물을 담고 있는 백을 신속하게 이동할 수 있게 되기 전에 풀 그립(full grip)을 제공하는 것이 바람직하다. 잡업편을 이동시킨 후에 작업물의 신속한 릴리즈(release)를 위해 베이스 플레이트 또는 가요성 튜브 내의 진공 개구 아래로 압축 공기가 힘을 받도록 할 수도 있다. 이들 포지티브 압력 라인은 메인 이동 아암 내측에 존재하여도 된다.
그립퍼를 작업물에 대해 정확하게 위치시키는 것을 용이하게 하기 위해, 본 장치는 특유의 조명 및 카메라 시스템을 통합한다. 작업물을 로봇을 이용한 조작 장치에 보내는 경로 상의 특정 위치 위에 일정하거나 또는 스트로브 가능한(strobe-able) 광원의 원형 어레이가 지원된다. 조명 어레이를 시스템의 다른 요소 또는 오염 영향으로부터 고립된 상태로 유지하면서, 컨트래스트가 높은 균일한 조명을 제공하기 위해, 광원의 어레이가 하나 이상의 미러 어레이를 향해 아래쪽과 위쪽으로 지향된다. 미러 어레이는 광을 작업물의 원주 둘레에서 아래쪽과 안쪽으로 반사시키도록 조명 어레이의 개개의 소스와 정렬된다.
이러한 조명 방법은 통상적으로 조명 및 컨트래스트의 균일성을 제공한다. 작업물이 로봇 아암을 향해 통과할 때에 작업 경로 위에 위치된 디지털 카메라가 작업물의 하나 이상의 이미지를 취할 수 있다. 고속 스트로보스코프 조명 수단을 이용함으로써 작업물이 이동 중인 때에도 선명한 이미지(sharp image)를 생성할 수 있을 것이다. 카메라에 의해 캡쳐된 이미지는 컴퓨터에 저장될 수도 있다. 본 장치는 머신 비전 소프트웨어로 하여금 플랫폼 또는 이동 벨트 상의 백에 대해 정확하고 신속하게 위치확인할 수 있도록 하는 범용의 비주얼 캡쳐 시스템을 통합한다. 제품 형상은 다양하게 변화하며, 이로써 본 시스템은 크기, 형상, 직물구조, 컬러 및 다른 시각적 특징의 폭넓은 변동에 대해 적합하게 될 것이다.
균일한 조명은 크기, 형상, 패키징 기술, 및 기타 요인에 기초하여 모델 작업물의 사전 저장된 이미지와 비교될 수 있는 하이 콘트래스트 디지털 이미지를 생성한다. 사전 저장된 이미지는 그 특정 유형의 작업물에 대한 최적화된 그립핑 위치와 연관되어질 수 있다. 종래 기술로 공지된 바와 같이 비주얼 이미지 로봇 제어 소프트웨어를 이용하면, 로봇 아암은 작업 경로 상의 작업물의 배향에 상관없이 최적화된 위치에서 작업물을 잡도록 그립퍼를 위치설정할 수 있다. 이 방식은 정확도와 속도를 증가시키며, 하강 시간 및 위치설정에서의 에러로 인한 작업물에의 손상을 제거한다.
도 1은 본 발명의 장치를 통합한 패킹 시스템의 제1 측면 사시도이다.
도 1a는 본 발명의 장치를 통합한 패킹 시스템의 제2 측면 사시도이다.
도 2는 도 1의 장치에 통합된 광학 조명 및 카메라 시스템의 측면도이다.
도 2a는 도 1의 장치에 통합된 광학 조명 및 카메라 시스템의 평면도이다.
도 2b는 도 1의 장치에 통합된 광학 조명 및 카메라 시스템의 배선 프레임 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 장치를 위한 가요성 그립핑 어셈블리 및 스위블 어댑터(swivel adapter)의 상면 사시도이다.
도 3a는 도 3에 도시된 가요성 그립핑 어셈블리 및 스위블 어댑터의 하면 사 시도이다.
도 4는 그립퍼 어셈블리의 분해도이다.
도 5는 회전되지 않았을 때의 그립핑 어셈블리를 유지하는 로봇 아암의 측면도이다.
도 5a는 180도 회전 시의 그립핑 어셈블리를 유지하는 로봇 아암의 측면도이다.
도 6은 그립퍼 어셈블리의 다른 실시예의 사시도이다.
도 6a는 도 6의 다른 그립퍼 어셈블리의 밑면도이다.
본 발명의 장치의 기타 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
본 발명의 진공 그립핑 장치는 불규칙적이고 변형 가능한 작업물을 파지하여, 이 작업물을 패키징 상태, 가공 상태, 또는 미가공 상태에 상관없이 들어올려 유지하고, 자재 핸들링, 조립, 패키징 및 기타 로봇을 이용한 자동화된 취급 기능을 목적으로 이 작업물을 조작하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 장치는 작업물에 대한 그립퍼의 정확한 위치설정을 위해 작업물에 조명을 가한다.
호스를 통해 그립퍼에 연결된 전기적으로 작동되는 고속 및 고진공 유량 밸브를 진공 탱크로부터 진공 흡착력이 생성된다. 그립퍼 어셈블리는 작업물에 대해 그립퍼를 위치시키기 위해 촉각 및/또는 시각 피드백을 통합하는 실시간 컴퓨터 처리된 컨트롤러에 의해 제어될 수 있는 로봇 아암을 이용하여 이동된다. 본 장 치(100)는 본 기술 분야에 알려진 바와 같은 머신 비전 소프트웨어를 갖는 시각적 위치설정 시스템을 포함한다.
도 1 및 도 1a는 로봇을 이용한 자재 핸들링 장치(100)를 도시하고 있다. 본 장치는 컨베이어 또는 작업 표면(110)이 통과하는 지지 프레임워크를 갖는다. 작업물(114)은 작업 표면 위에 위치되거나 작업 표면을 따라 이송된다. 본 장치(100)는 작업물을 그립핑 어셈블리(130)가 탑재되는 로봇 아암(124)을 이용하여 컨테이너(120) 내에 위치시킨다. 그립핑 어셈블리는 작업물을 들어올리고, 조작하며, 이동시키고, 용기 내에 위치시키며, 이 용기는 그 후에 컨베이어 트랙(132)을 따라 본 장치로부터 멀리 이송될 것이다. 본 장치(100)는 흡착력 또는 진공 힘을 진공 라인(136)을 통해 그립퍼 어셈블리(130)에 제공하기 위한 진공 펌프(134)를 포함한다. 진공 라인 내의 진공 힘은 밸브(138)에 의해 제어될 수 있으며, 진공 라인은 필터(140)를 포함할 수도 있다. 작업물을 작업 표면 상에 위치시키기 위해 디지털 카메라(144), 광원 어레이(146), 및 반사 미러(148)의 이중 어레이가 이용된다.
도 2, 도 2a, 및 도 2b는 광학 조명 및 카메라 시스템(160)을 도시하고 있다. 발광 다이오드(LED)(166) 등의 광원이 작업 표면(110) 위에 탑재된다. LED 어레이(166)는 우수한 판별을 위해 주변 광과는 상이한 파장의 광을 사용할 수도 있다. 광파장은 작업물의 요소(백 또는 패키지의 디자인 요소와 같은), 작업물의 테두리, 및 컨베이어 또는 작업 표면(110) 간의 컨트래스트를 찾고자 변화될 수도 있다. LED 어레이 및 카메라(144)는 밀봉된 인클로저 내에 위치될 수도 있으며, 이로써 작업물의 조작 동안에 또는 필요 시 식품 취급 산업에서와 같은 세척 또는 감염차단을 위한 구간에서 작업물에 대해 사용된 세척 시스템의 스트림 또는 스프레이와 같은, 광학 시스템에 적합하지 않을 환경에서도 시스템이 효과적으로 작동할 수 있게 된다.
비주얼 시스템(160)은 미러(172)로 이루어진 2개의 단편화된 링(170)을 채용한다. LED(166)로부터의 광선(174)은 링 모두에서 반사하여 작업물(114)의 커다란 높이 범위에 걸쳐 균일한 조명을 제공한다. 그러므로, 2개의 링 구성에서의 미러의 스태틱 어레이(static array)는 카메라에 의해 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 머신 비전 소프트웨어에 의한 처리를 위한 디지털 포맷으로 캡쳐되는 시각 정보의 범용 소스(universal source)를 제공할 것이다. 어레이에서의 미러의 개수 및 위치 또는 각도가 변화될 수 있기는 하지만, 하나의 최적화된 시스템이 다양한 사용 범위를 위해 유지되어, 상이한 용도를 위해 독립적으로 최적화되는 시스템으로 인한 높은 비용을 방지할 수 있도록 근사적으로 작동한다. 최적화된 시스템을 제공함에 있어서, 이중 링 구성은 단일 링 어레이 구성을 포함한 종래 기술에 비해 장점을 제공한다.
어레이 내의 미러(172)는 조명에서의 광학적 허상을 방지하기 위한 높이로 정렬된다. 백 또는 다른 작업물(114)이 수직축 둘레를 회전할 것이기 때문에, 비주얼 시스템(160)은 배향에 상관없이 동일한 이미지를 발생하도록 모든 각도로부터의 발광을 제공한다. 미러 어레이(170)는 작업물의 형상, 크기, 백 디자인 또는 그래픽, 및 작업 경로를 따른 작업물의 배향에 거의 무관하게 일반적인 해법을 제 공한다. 미러 어레이는 또한 사전 프로그래밍된 한계치를 벗어난 과도한 데이터로 소프트웨어에 과부하를 주지 않으므로 넓은 범위의 머신 비전 소프트웨어 및 시스템으로 광학 출력의 사용을 용이하게 한다. 미러(172)는 파손 또는 부식에 대한 저항이 중요한 요소인 다양한 범위의 환경에서 사용하기 위해 스테인레스 스틸로 이루어질 수도 있다.
도 3, 도 3a 및 도 4는 베이스 플레이트(182)에 탑재된 가요성 후드(180)를 포함하는 가요성 그립퍼 어셈블리(130)를 도시하고 있다. 일실시예에서, 스위블 어댑터(184)는 베이스 플레이트와 툴 센터 부착 포인트(188) 사이에 탑재된다. 일실시예에서, 그립퍼 후드(180)는, 이전에 몰딩된 부분이 재삽입되도록 하고 새로운 재료층이 원래 부분의 둘레를 형성하도록 하는 오버몰딩 프로세스를 이용하여 생성된다. 이것은, 본 기술 분야에서 립-멤브레인과 베이스 플레이트 간의 우수한 접착을 제공하는 가격 효율적 방법으로서 알려져 있기 때문에, 후드(180)의 립(190)이 후드의 멤브레인(192)을 위해 사용된 중합체보다 높은 용융 온도를 갖는 중합체로 몰딩되는 열가소성 순차 몰딩 프로세스를 적용함으로써 행해질 것이다.
진공 포트(198)를 통해 그립퍼 어셈블리 내에 진공이 형성될 수 있도록 하기 위해 중앙 개구(194)가 그립퍼 어셈블리(130) 및 베이스 플레이트(182)를 통과한다. 그립퍼 어셈블리(130)는 툴 센터 부착 포인트(188)를 통해 로봇 아암(124) 상의 툴 센터 부착으로 결합되도록 구성된다. 그립퍼 어셈블리는 그립퍼 어셈블리가 진공 포트에 독립적으로 회전되도록 스위블 어댑터(184)를 통해 로봇 아암에 연결될 수도 있다. 이 대안은 그립퍼 어셈블리 및 작업물(114)의 회전 이동이 진공 호 스(136) 또는 다른 제어 라인의 이동 없이 조작될 수 있도록 하므로, 마모 및 재료 피로를 감소시킨다.
그립퍼 후드 멤브레인(192)은 실리콘 또는 연성의 열가소성 혼합물과 같은 연성 재료로 구성되며, 이들 재료는 멤브레인이 작업물(114)의 불규칙한 표면을 충분히 근접하여 순응하도록 하여 공기역학의 법칙 및 공기 흐름이 충분한 인력(drawing force)을 생성하도록 하고, 이로써 진공(낮은 압력)이 립(190)의 내면을 작업물의 표면에 견고하지만 부드럽게 부착하도록 할 것이다. 이러한 수단에 의해, 2개의 결합 표면 간의 초기 누설 갭(진공 흐름이 가해지기 전의)이 닫혀질 것이므로, 작업물의 인캡슐레이트된 표면과 립 간에 공기 압력차가 발생될 것이다. 낮은 압력이 그립퍼 내부에서 이루어질 때의 멤브레인의 예측 가능하지 않고 또한 일상적이지 않은(무질서한) 변형을 방지하기 위해, 도함수 d(f(θ,z)/d(θ)가 일정하다는 규칙을 만족시킴으로써 멤브레인의 수평 곡률이 정해지며, 여기서 f는 멤브레인의 수평 곡률이고, θ는 수직 회전축 부근에서의 회전 각도이며, 도함수 d(f(θ,z)/d(θ)는 정점에서 z=0이고 아래를 향하기 때문에 S-자 형상 함수로서 알려진 1주기의 코사인 모양과 유사한 연속 함수이다.
자연적인 중력과 합산된, 그립퍼 어셈블리(130)가 부착되는 로봇 아암(124)의 움직임 궤적의 법선 평면에 투영된 면적은, 그립퍼 어셈블리의 비례 유지력(proportional holding force)을 규정할 것이다. 그립퍼 멤브레인(192)의 외형은 이 면적을 최대화하도록 최적화되는 것이 바람직하며, 이로써 그립퍼 유지 용량 또한 최적화된다. 이 원리는 해파리 및 문어의 빨판의 형상으로부터 채용되어 있 다.
도 3a 및 도 4에 도시된 바와 같이, 개방 단부를 갖는 소형의 가요성 진공 채널 튜브 또는 핑거(200)가 그립핑 후드(130)에 형성된 채널(204)을 통해 돌출한다. 진공 채널 핑거는 그립퍼 후드에 일체로 몰딩되거나, 또는 별도의 개별 채널로 형성되어 후드 또는 베이스 플레이트(182)에 연결될 수도 있다. 도 4에 예시된 실시예에서, 저부 베이스 플레이트 어셈블리(208)는 베이스 플레이트(182)에 연결되며, 이 저부 베이스 플레이트 어셈블리는 통상적으로 그립퍼 후드의 내측에 "부유(float)"하고 있고, 진공 힘을 먼저 멤브레인의 내측에 분배하고, 그리고나서 핑거(200)에 분배한다.
후드(180)의 상단에 있는 중앙 개구(194)에서 또한 가요성 진공 채널 핑거(200)를 통해 진공 펌프(134)에 의해 흡착이 생성되어, 그립퍼 어셈블리(130)에 인접한 복수의 지점에서 그링핑 힘을 제공한다. 음식에 관련된 응용에서, 진공 핑거는 채널(204)을 개방 상태로 하지만 높은 진공 레벨이 생성될 때에 붕괴하지 않도록 충분히 강하게 몰딩한 후에 제거될 것이다. 높은 진공 레벨 하에서의 붕괴 및 폐쇄에 대항하기 위해 너브(nub)(214)가 채널(204) 사이의 그립퍼 어셈블리에 추가되거나 그립퍼 어셈블리에 몰딩될 수도 있다. 이 너브는 핑거(200)와 멤브레인(192) 사이의 갈라짐 위험(delamination risk) 및 처리 동안에 수반되는 작업물을 떨어뜨릴 가능성을 감소시킨다.
초기에는 베이스 플레이트(182)의 립(190) 주변에 공기 흐름이 유입된다. 립이 작업물(114) 위에 위치될 때까지는 통상적으로 공기 흐름이 거의 없거나 전혀 없게 된다. 최대 80% 진공을 발생할 수 있는 진공 펌프(134) 또는 다른 소스를 이용하면, 작업물의 초기 그립핑을 제공하기에 충분한 진공 레벨이 대략 1/10초 내에 생성될 수 있다. 이것은 작업물과 그립퍼 어셈블리(130)의 립(190)에 갑작그런 충격(shock)을 발생시킨다. 대략 5/100초 내에, 작업물이 베이스 플레이트의 립에 대해 트랩된다.
이 때, 베이스 플레이트(182) 주변의 공기 흐름이 베이스 플레이트에 맞닿아 있는 작업물(114)에 의해 차단되므로, 흡착 기류가 진공 채널 핑거(200)를 통과한다. 이에 의해 가요성 재료로 형성되어 있는 그립퍼 멤브레인(192)이 작업물의 일반적인 형상을 변형시키게 된다. 이로써 항공기의 날개에 적용되는 동일한 유체 역학의 원리에 따라 높은 진공 기류에 의해 생성되는 끌림(drag)으로 인해 작업물의 복수의 지점에서 충밀한 연결이 발생된다.
폐쇄된 체적으로부터 공기를 빼냄으로써 폐쇄된 체적과 그 주변의 대기 간의 압력차가 발생된다. 이 폐쇄된 체적이 후드 멤브레인(192)의 표면과 작업물(114)에 의해 경계가 정해지면, 대기압이 2개의 물체를 함께 프레스할 것이다. 유지력의 크기는 2개의 물체에 의해 공유된 표면적과 진공 레벨에 좌우된다. 산업 상의 진공 시스템에서, 진공 펌프 또는 진공 발생기가 시스템으로부터 공기를 제거하여 압력차를 생성한다.
용기로부터 모든 공기 분자를 제거하는 것이 불가능하지는 않지만 어렵기 때문에, 완전한 진공이 달성될 수 없다. 그러므로, 단위 시간당 더 많은 공기가 제거될 때, 압력차가 증가하며, 가능한 진공 힘이 더 커지게 된다. 대표적인 실제 응용의 이상적이지 않은 작업 조건에서, 진공 속도(리터/초)는 흡착 컵(suction cup)과 시료 간의 현저한 누출이 존재하는 경우 진공 레벨에서의 요구된 초단기 시간 상승 및 실제 유지 진공의 양자에 대한 결정 인자가 될 것이다. 이 상황에서, 진공 레벨 Δp는 옴의 법칙의 공기 역학적 유사식(aerodynamic analogue)에 의해 결정된다:
Figure 112009072795115-PCT00001
여기서, dV/dt 는 체적 펌핑 속도이고, R은 진공 시스템에서의 전체 공기역학 저항이다. 바람직하게는, R은 적절한 크기의 핑거, 진공 부분, 및 연결부를 선택함으로써 최소화된다. 본 장치(100)에서, 본 발명의 모든 부분이 대표적으로는 배출(evacuation)에 관련되므로, 흐름에 대한 저항은 최소로 되어야 한다. 인캡슐레이트된 진공의 어떠한 비율(fraction)은, 흐름에 대한 저항성을 나타내어 음의 게이지 압력(negative gauge pressure)과 동등하게 하는 부분 진공을 유지한다. 이상적인 진공 컵에 대해, 유지력은 다음과 같이 정의된다:
Figure 112009072795115-PCT00002
여기서, Patm은 대기압(Pa)이고,
Pvac는 진공 압력(Pa)이고,
Ac는 진공 컵 면적(㎡)이다.
예컨대, 0.4 bar(40000 Pa)의 진공 레벨을 갖는 0.3 ㎡의 체적은 로봇 아암 에 의해 가속되지 않는 1.2 kN 또는 120 Kg을 제공하거나, 또는 어떤 안전 마진 계수를 적용하지 않고서도 고속 산업용 로봇의 대표적인 4G 가속을 나타내는 30 kg을 제공한다.
물체의 느슨하게 패키징된 백의 상당히 동적이면서 무질서한 동작으로 인해, 로봇에 의한 시료의 고속의 높은 가속 핸들링을 달성하기 위해 필요한 합성힘(resultant force)의 범위에 관한 고려가 이루어진다. 작업물(114)이 액체 물질을 포함하고 있을 때, 정확한 배치(컴퓨터 비전 기술을 이용한) 및 신뢰할 수 있는 백 재료 성질을 규명하기 위해 특별한 주의가 취해진다. 이러한 결정은 상황에 특정되는 것이지만, 본 기술 분야에 공지된 기술에 의해 해결될 수도 있다. 요구된 진공 힘이 수직축과 수평축 모두에서 결정되어, 병렬축 구조를 갖는 SCARA(Selective Compliant Assembly Robot Arm) 로봇 구성에 용이하게 적용될 수 있으며, 이 구성은 더 적은 점유 면적을 요구하고 더욱 간편한 장착을 제공하는 필적하는 카티션 시스템(cartesian system)보다 일반적으로 더욱 고속이고 더욱 명확하다. 유관절 로봇(articulated robot)의 경우에, 수평에서 벗어난 회전 및 배치 방향의 신속한 변경이 고려되도록 하기 위해 동적 벡터 결정(dynamic vector determination)이 수행된다.
작업물(114)을 들어올림에 있어서, 수직 힘 조건은 다음과 같이 정의될 것이다:
Figure 112009072795115-PCT00003
여기서, alift 는 들어올림 가속이고,
ag 는 중력으로 인한 가속이며,
"Safety Factor"는 일반적으로 수평 들어올림에 대해서는 4이다.
유사하게, 수평 힘 조건은 다음과 같이 정의될 것이다:
Figure 112009072795115-PCT00004
여기서,
Figure 112009072795115-PCT00005
는 모든 수직 로봇 축에서부터의 모든 회전에서 기원하는 원심력 기여도 및 선형 가속 성분 양자를 포함한다. 수평 변위에 대해 일반적으로 2의 안전 계수(safety factor)가 적용된다. 건조 마찰(dry friction)은 다음과 같이 주어질 것이다:
Figure 112009072795115-PCT00006
마찰 계수
Figure 112009072795115-PCT00007
는 동적 마찰과 정적 마찰 동작 양자를 합성한 것이며, 그립퍼와 물체 간의 속도차가 영(0)과 동일할 때에 최대가 된다. 건조 마찰
Figure 112009072795115-PCT00008
이 실제 응용에서는 실질적으로 제한되기 때문에, 안전 곱 계수(safety multiplication factor)가 표시된다. 이들 계수 레벨은 상업적인 흡착 컵의 공급자에 의해 또한 흡착 컵의 접착 표면의 계면에 기하학적으로 부합하는 강성의 작업물에 기초하여 경험적으로 또는 실험적으로 구해진다.
후드(180)의 내면에 밀접하게 순응하지 않는 접촉 표면을 갖는 작업물(114) 에 대해서는, 기본적인 진공 리프트 수식은 유용한 모델을 제공하지 못하며, 경험적인 안전 계수가 적용되어야 하므로, 실질적으로 달성 가능하지 않은 진공 요구량을 초래한다. 이러한 시나리오는 식품과 비식품 모두의 천연 제품의 분야에서 발견된다. 또한, 포테이토 필로우 백(potato pillow bag)과 같은 백에 사전 패키징된 상품은, 순수하게 기본 진공 리프트 원리 및 수식에 맞도록 규정된다. 이러한 사전 패키징된 백의 형태의 다양성은 무한하지는 않지만 이론적으로는 매우 크다.
기본 진공 흡착 컵 원리를 적용하여 과도한 크기의 백 내의 사전 패키징된 상품을 파지하는 것은, 로봇 핸들링에 관련하여 매우 어려운 도전을 유발한다. 로봇 아암(124)에 의한 그립핑 어셈블리(130)의 가속으로 인해 백에 가해지는 힘은, 중력으로 인해 가속을 현저하게 초과할 수도 있다. 이들 영역에서의 핸들링 공정에서 기본적인 용량 요구량이 크기 때문에, - 그 값은 핸들링 처리의 속도가 사용자의 투자 수익률(return on investment)에 직접 관련되므로 핸들링 처리의 속도에 기초함 - , 본 장치(100)는 처리 속도에 중점을 두고 설계되어야 한다. 이것은 백의 강도 및 패키징된 작업물에 손상을 줄 위험에 대하여 가능한 최대 범위의 가속을 이용한다는 것을 의미한다. 본 발명의 장치는 이러한 요구된 정도의 가속 및 속도 성능을 제공하여 그립핑 어셈블리가 장착된 로봇 어플라이언스를 이용함으로써 높은 투자 수익률을 발생한다.
다수의 패키징 방식의 함정(pitfall)을 방지하기 위한 대안은 진공 패키징을 이용하는 것이다. 이 방식은, 패키징된 상품을 서로 뒤섞이지 않도록 하여 적절한 정렬 상태로 유지하는 데 도움을 줄 수도 있지만, 총비용을 증가시키고 또한 동작 속도를 느리게 한다. 본 발명의 장치(100)는 진공 패키징 방식에서 수반되는 불편함 및 추가 비용 없이 유사한 정밀도의 핸들링을 가능하게 한다. 통상적인 실사용 응용(예컨대, 백에 담긴 감자)의 예인, 복수의 상품을 담고 있는 루즈 백(loose bag)을 포함하는 작업물(114)을 핸들링할 필요성은, 호환 가능한 파지 메트롤로지(grasping metrology) 및 장치에 대한 필요성을 야기하였으며, 이 필요성은 본 발명의 장치에 의해 해소된다.
어떠한 작업 환경에서, 가금류 가슴 또는 전신 치킨과 같은 작업물(114)은 수평 작업 공간 또는 컨베이어로부터 픽업되고, 후크 또는 콘(cone)에 수직으로 매달려져야 한다. 이러한 경우, 수평으로부터 수직으로의 재배향이 로봇 아암(124)에 의해 수행되어야 한다. 로봇 아암이 수직으로 매달려 있는 종래의 구성에서, 이것은 적어도 5개의 축에서의 조작을 필요로 하는 경우가 있다.
도 5 및 도 5a에 예시된 바와 같이, 본 발명의 장치(100)는 다른 방식을 제공한다. 로봇 아암(124)은 수직에서 45도 각도로 매달려 있고, 그랩퍼 어셈블리(130)는 멤브레인(192)의 림(220)과 부착면(218) 사이에 45도 기울기로 탑재될 것이다. 이것은 스위블 어댑터(184)를 이용하여 그립퍼 어셈블리(130)를 단순하게 회전시킴으로써 수평에서 수직으로의 재배열을 제공하는 장점을 갖는다. 그 결과의 설계는 단지 4개의 축으로 조작하도록 설계되는 덜 복잡하고 저렴한 로봇 아암을 이용하여 수평-수직 재배향을 제공한다. 도 5는 수평과 수직 사이에서 45도의 각도에 있는 그립퍼 어셈블리의 축을 갖는 그립퍼 어셈블리(130)를 도시하고 있으며, 그립퍼 어셈블리가 0도 회전하면, 이에 의해 작업물(114)의 수평 픽업 또는 릴 리즈를 위해 그립퍼 어셈블리의 위치를 설정한다. 도 5a는, 도 5에 도시된 수평 픽업 위치로부터 로봇 아암(124)의 배향을 변경하지 않고서도, 그립퍼 어셈블리(130)를 180도의 회전으로 회전시킴으로써 작업물(114)의 수직 픽업 또는 릴리즈를 위해 그립퍼 어셈블리(130)를 위치설정하는 것을 도시하고 있다.
도 6 및 도 6a에 도시된 바와 같이, 그립퍼 후드(130)는 진공 핑거(200)가 후드의 내측으로 상당히 연장하도록 설계될 수도 있다. 본 실시예에 따르면, 후드는 사이드 힙(side hip)(230)을 포함하고, 너무 작아서 패키징될 전체 작업물(114)을 커버하도록 확장하지 못하는 크기의 테두리(220)를 갖는다. 그 결과, 후드의 내측에 진공 힘이 가해지고, 테두리가 작업물과 접촉하게 될 때에, 후드가 작업물을 변형시켜, 더 큰 멤브레인의 변형과 동등하지 않다 하더라도 유사한 변형을 야기한다. 진공 핑거는 리프팅을 지원하기 위해 작업물을 그립핑하기 위한 위치에 있다. 이 디자인은 또한 가죽 또는 백의 막(bag foil)을 벗겨낼 위험을 감소시킬 것이며, 그렇지 않으면 다른 이러한 재료에 대해서, 그립퍼 어셈블리(130) 내측으로 트랩되어 복잡한 릴리즈 시나리오를 발생한다.
본 발명의 장치(100)의 주요 용도가 주로 로봇 조작에 의한 공간적인 핸들링을 위해 작업물(144)에 대한 리프트 및 유지력의 생성에 관한 것이지만, 이 방법은 파지 방법의 단계를 제어하는 조작자에 의해 수행될 수 있다. 이와 달리, 조작자 제어와 자동 제어의 조합도 가능하다.
그립퍼 어셈블리(130)로부터 수명 데이터를 추적하여 저장할 수 있도록, RFID(무선 주파수 식별) 칩이 그립퍼 어셈블리 또는 로봇 아암(124)에 직접 부착되 거나 몰딩될 수도 있다. 이 RFID 태그는 해당 기술 분야에 공지된 바와 같이 수동 타입 또는 능동 타입 중의 하나가 가능하며, 장비의 하나의 부분이 상이한 유형의 핸들링 또는 패키징 업무에 대해 복수의 상이한 그립퍼를 사용하도록 구성된 경우에는 그 업무에 대해 올바른 그립퍼 어셈블리가 장착되도록 보장하고 이것을 조작자에게 알려주기 위해 이용될 수도 있다.
그립퍼 어셈블리(130)는, 현재의 진공 레벨을 감지하고 그 레벨의 측정치를 전기 신호로 변환하는 센서 피드백을 이용하는 컬러 키네마틱 트랜스듀서(color kinematic transducer)가 장착될 수도 있다. 이 신호는 그 후 멀티 칼라 LED, OLED(유기 발광 다이오드), 또는 조명 폴리머를 구동할 수도 있다. 이러한 유형의 광학 피드백 시스템을 이용하면, 설치, 서비스, 또는 작동 스탭(staff)이 그립퍼 어셈블리의 현재의 진공 레벨(파지 힘)을 관측할 수 있고, 이러한 시각적인 피드백을 시스템 최적화, 문제해결 과정, 또는 다른 용도에 적용할 수 있다.
인간의 눈 및 인간의 시각 인지 속도는 통상적으로 디지털 숫자 디스플레이(digital numeric display)와 같은 다른 측정 시스템보다 우월하다. 로봇 패키징 시스템 및 관련 어플리케이션에 의해 사용된 속도의 범위가 비교적 높기 때문에, 컬러 키네마틱 피드백은 대표적인 종래의 디스플레이를 능가하는 순간 모니터링 성능을 제공한다. 또한, LED 피드백이 그립퍼 어셈블리(130) 또는 스위블 어댑터(184)로부터 기원한다는 사실은 표시기와 그립퍼의 실제 동작이 동시에 관찰될 수 있도록 한다.
전술한 실시예는 해볼 만한 불규칙한 물체를 파지 및 릴리즈하기에는 적합하 지만, 그 원리는 간략하거나 단단한 물체에도 유효하다. 그립퍼 어셈블리(130)에 의해 효과적으로 파지되어 이송될 수 있는 작업물(114)의 유형은 백에 담겨진 과일 및 야채와, 사탕, 숯, 연탄 등의 분리되어 있는 품목을 담고 있는 백(bag)과, 백 내의 알갱이화된 제품(granulated product)과, 심지어는 미가공되거나 또는 가공된 상태의 가금류, 생선 또는 육류 조각 등의 매우 다양한 패키징된 물체를 포함한다. 본 발명의 장치(100)는 또한 비교적 무거운 작업물의 고속 및 가속에서의 핸들링을 가능하게 하며, 이러한 핸들링은 립(220)의 인열 강도(tear strength) 및 공구 부품과 조작기의 강성에 의해서만 제한된다. 그립퍼 어셈블리는 최대 15 킬로그램 무게의 상품으로 성공적으로 테스트되었지만, 실질적인 한계치는 상당히 높을 것으로 보인다.
본 발명의 장치(100)는 느슨하게 담겨진 재료를 포함한 작업물(114)에 대해 사용될 수도 있지만, 필수적인 디자인은 유사하면서도 기하학적으로 상이한 작업물에도 적용된다. 그러므로, 본 발명은 종래 기술에 비해 여러 가지의 장점을 갖는다. 본 명세서에 설명되고 도면에 예시된 발명은 본 발명의 다른 실시예를 구성하도록 수정될 수 있음을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예가 예시 및 기술되었지만, 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고서도 당업자에 의해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (27)

  1. 불규칙한 물체를 파지 및 릴리즈(grasp and release)하도록 구성된 진공 그립핑(gripping) 장치에 있어서,
    베이스 및 복수의 채널을 포함하는 일체형의 가요성 그립핑 후드로서, 상기 베이스는 제1 중앙 개구를 중심으로 형성되고, 립(lip)에 의해 둘러싸인 소정 형상의 원주를 가지며, 상기 립은 상기 베이스의 원주 둘레를 연장하고, 또한 소정의 변형 윤곽(profile)을 발생하는 전반적으로 코사인 형상의 곡선을 따라 원주 테두리까지 하방으로 연장하며, 상기 복수의 채널은 상기 후드 내에 형성되며, 각각의 채널은 상기 제1 중앙 개구로부터 방사상으로 외측으로 상기 립 아래에 상기 테두리로부터의 소정 거리까지 통과하며, 상기 립은 상기 후드와 불규칙한 형상의 작업물 간의 압력차가 생성될 때에 상기 립과 상기 테두리가 상기 작업물에 순응하기에 적합하도록 충분한 가요성을 나타내며, 상기 채널의 각각은 돌기에 의해 인접 채널과 떨어지게 되는, 일체형의 가요성 그립핑 후드;
    상기 후드의 상기 베이스에 탑재되고, 제2 중앙 개구를 갖는 립 베이스;
    상기 제1 중앙 개구 및 상기 제2 중앙 개구를 통과하는 진공 라인; 및
    각각 근거리 단부 및 원거리 단부를 가지며, 각각 하나의 상기 채널에 장착됨으로써 상기 후드에 고정되는 복수의 가요성 공동(hollow) 튜브형 진공 채널 핑거
    를 포함하는 그립퍼(gripper)와;
    상기 그립퍼가 연결되는 툴 센터 포인트를 가지며, 그립될 작업물에 인접하여 상기 그립퍼를 위치시키기 위해 촉각 및 시각 피드백을 통합한 실시간 컴퓨터화된(computerized) 컨트롤러에 의해 제어할 수 있는 로봇 아암과;
    제1 및 제2 단부를 갖는 하나 이상의 진공 호스로서, 상기 제1 단부가 상기 제1 중앙 개구 및 상기 제2 중앙 개구를 통해 상기 핑거의 상기 근거리 단부와 연통하고, 상기 제2 단부가 진공 소스에 연결되고, 상기 제1 중앙 개구에 근접한 상기 후드 안쪽에서 흡착력을 제공하며, 이 흡착력을 상기 진공 호스를 통해 상기 핑거의 상기 원거리 단부에 제공함으로써 상기 후드의 상기 테두리에 근접한 복수의 지점에서 흡착 그립핑이 가능하도록 구성되며, 이에 의해 흡착의 초기 적용 시에, 진공 힘의 대부분이 상기 제1 중앙 개구를 통해 가해지며, 이에 따라 상기 작업물의 일부분이 상기 제1 중앙 개구를 향해 이동하게 되며, 그 후 진공 힘이 상기 핑거를 통해 지향되어, 상기 후드가 상기 작업물의 표면을 중심으로 이 표면에 순응하도록 변형되는, 하나 이상의 진공 호스와;
    상기 진공 호스 내의 흡착 레벨을 제어하기 위해, 전자적으로 작동되는 고속 및 높은 진공의 유량 밸브와;
    상기 로봇 아암의 위치 정보를 제공하기 위한 광학 시스템으로서,
    상기 작업물에 조명을 가하기 위한 복수의 발광 다이오드;
    상기 발광 다이오드로부터의 광을 반사하여 상기 작업물에 균일한 조명을 제공하는, 단편화된 복수 개가 모여 링 형상을 이루고 있는 미러;
    상기 작업물의 소정의 이미지 정보를 기록하기 위한 대물 렌즈를 갖는 카메라;
    상기 카메라에 의해 캡쳐된 이미지를 저장하기 위한 메모리
    를 포함하며, 상기 발광 다이오드가 상기 미러를 통해 상기 작업물에 조명을 가하여 상기 카메라가 상기 작업물의 이미지를 촬상하도록 하고, 그 후 불규칙한 작업물의 기하학적인 특징을 상기 이미지로부터 추출하여, 유사한 특징 및 소정의 그립핑 오프셋 위치를 갖는 사전에 정해진 기하학적 모델과 비교하며, 이에 의해 상기 로봇 아암이 소정의 오프셋 위치에 대해 상기 그립퍼를 정렬시키도록 배향되는, 광학 시스템과;
    흡착력에 의해 안전한 유지력(safety holding force)이 달성되었다는 것을 상기 컨트롤러에게 신호로 알려주고, 또한 유지력을 모니터하여 이 유지력이 소정 레벨 아래로 떨어지면 응답하는 센서
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 립 베이스에 연결되고, 상기 후드의 원주 내측에서 부유(floating)되어 있는 저부 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 립 베이스 내에 형성되어 상기 작업물의 느슨한 부분이 상기 제1 중앙 개구를 메우는 것을 방지하는 장애물(obstacle)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    그립될 작업물에 인접하여 상기 그립퍼를 위치시키기 위해 피드백을 통합하는, 상기 로봇 아암용의 실시간 컴퓨터화된(computerized) 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 아암과 상기 그립퍼 사이에 탑재되어, 상기 진공 호스의 회전 없이 소정 축을 중심으로 하는 상기 그립퍼의 회전을 가능하게 하는 스위블 어댑터(swivel adapter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진공 호스 내의 진공 힘의 레벨을 조절하기 위한 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 소정 파장의 스펙트럼을 갖는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  8. 진공 그립핑 장치에 있어서,
    베이스 및 복수의 채널을 포함하는 가요성 그립핑 후드로서, 상기 베이스는 제1 중앙 개구를 중심으로 형성되고, 립(lip)에 의해 둘러싸인 소정의 원주를 가지며, 상기 립은 상기 베이스의 원주 둘레를 연장하고, 또한 원주 테두리까지 하방으로 연장하며, 상기 복수의 채널은 상기 제1 중앙 개구로부터 방사상으로 외측으로 상기 립 아래에 상기 테두리로부터의 소정 거리까지 통과하며, 상기 후드와 작업물 간의 압력차가 생성될 때에 상기 립과 상기 테두리가 상기 작업물에 순응하기에 적합하도록 구성되는, 가요성 그립핑 후드;
    상기 후드의 상기 베이스에 탑재되고, 제2 중앙 개구를 갖는 립 베이스;
    상기 제1 중앙 개구 및 상기 제2 중앙 개구를 통과하는 진공 라인; 및
    각각 근거리 단부 및 원거리 단부를 가지며, 각각 하나의 상기 채널에 장착됨으로써 상기 후드에 고정되는 복수의 채널 핑거
    를 포함하는 그립퍼(gripper)와;
    상기 그립퍼가 연결되는 툴 센터 포인트를 갖는 로봇 아암과;
    상기 제1 중앙 개구 및 상기 제2 중앙 개구를 통해 상기 핑거의 상기 근거리 단부와 연통하며, 진공 소스에 연결되고, 상기 제1 중앙 개구에 근접한 상기 후드 안쪽에서 흡착력을 제공하며, 이 흡착력을 진공 호스를 통해 상기 핑거의 상기 원거리 단부에 제공함으로써 상기 후드의 상기 테두리에 근접한 복수의 지점에서 흡 착 그립핑이 가능하도록 구성되며, 이에 의해 적용 시에, 진공 힘이 먼저 상기 제1 중앙 개구를 통해 가해져, 상기 작업물의 일부분이 상기 제1 중앙 개구를 향해 이동하게 되며, 그 후 진공 힘이 상기 핑거를 따라 지향되어, 상기 후드가 상기 작업물의 표면을 중심으로 이 표면에 순응하도록 변형되는, 하나 이상의 진공 호스
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 후드는 소정의 변형 윤곽(profile)을 발생하는 전반적으로 코사인 형상의 곡선을 따라 원주 테두리까지 하방으로 연장하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    각각의 상기 채널은 돌기에 의해 인접 채널과 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 핑거는 후드 채널로 일체 몰딩되는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 립 베이스에 연결되고, 상기 후드의 원주 내측에서 부유되어 있는 저부 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 립 베이스 내에 형성되어 상기 작업물의 느슨한 부분이 상기 제1 중앙 개구를 메우는 것을 방지하는 장애물(obstacle)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    그립될 작업물에 인접하여 상기 그립퍼를 위치시키기 위해 피드백을 통합하는, 상기 로봇 아암용의 실시간 컴퓨터화된(computerized) 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 로봇 아암과 상기 그립퍼 사이에 탑재되어, 상기 진공 호스의 회전 없이 소정 축을 중심으로 하는 상기 그립퍼의 회전을 가능하게 하는 스위블 어댑터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  16. 제8항에 있어서,
    진공 힘을 모니터하여, 유지력이 소정 레벨 아래로 떨어지면 응답하는 센서 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 진공 호스 내의 진공 힘의 레벨을 조절하기 위한 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  18. 제8항에 있어서,
    상기 작업물에 조명을 가하기 위한 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 반사하여 상기 작업물에 조명을 가하는, 하나 이상의 단편화된 링 형상의 미러; 및
    상기 작업물의 소정의 이미지 정보를 기록하기 위한 대물 렌즈를 갖는 카메라
    를 포함하는 광학 시스템
    을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 미러는 동심 미러의 스태틱 어레이(static array)를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 광은 상기 미러에 의해 반사되어 상기 작업물을 가파른 각도(steep angle)로 때려 반사를 방지하고 컨트래스트를 최대화하는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 광원은 상기 작업물에 조명을 가하여 상기 카메라가 상기 작업물의 이미지를 촬상하도록 하고, 그 후 작업물의 기하학적인 특징을 상기 이미지로부터 추출하여, 유사한 특징 및 소정의 그립핑 오프셋 위치를 갖는 사전에 정해진 기하학적 모델과 비교하며, 이에 의해 상기 로봇 아암이 소정의 오프셋 위치에 대해 상기 그립퍼를 정렬시키도록 배향되는 것을 특징으로 하는 진공 그립핑 장치.
  22. 로봇 아암의 위치 정보를 제공하는 광학 시스템에 있어서,
    작업물에 조명을 가하기 위한 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 반사하여 상기 작업물에 조명을 가하는, 하나 이상의 단편화된 링 형상의 미러; 및
    상기 작업물의 소정의 이미지 정보를 기록하기 위한 대물 렌즈를 갖는 카메라
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 광원은 복수의 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 광원은 소정 파장의 스펙트럼을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 미러는 깨어짐 또는 부식에 대해 저항성을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 카메라에 의해 캡쳐된 이미지를 저장하기 위한 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 광원은 상기 미러를 통해 상기 작업물에 조명을 가하여 상기 카메라가 상기 작업물의 이미지를 촬상하도록 하고, 그 후 불규칙한 작업물의 기하학적인 특징을 상기 이미지로부터 추출하여, 유사한 특징 및 소정의 그립핑 오프셋 위치를 갖는 사전에 정해진 기하학적 모델과 비교하며, 이에 의해 상기 로봇 아암이 소정의 오프셋 위치에 대해 상기 그립퍼를 정렬시키도록 배향되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
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