KR20110003488U - 교육용 로봇의 그리퍼 - Google Patents

Abstract

본 고안은 다양한 형상을 지닌 물체를 쉽게 잡을 수 있는 교육용 로봇의 그리퍼에 관한 것이다. 본 고안에 따른 교육용 로봇그리퍼는 복수의 핑거 및 핑거구동부를 포함하여 구성된다. 핑거는 내측면이 대상물체와 접촉하는 접촉위치 및 내측면이 대상물체와 떨어지는 이격위치 사이에서 이동가능하며, 핑거구동부는 상기 복수의 핑거를 구동시킨다. 본 고안에 따르면, 다양한 크기나 형상을 가진 물체를 잡을 수 있는 그리퍼를 제공함으로써 어린이나 청소년 등이 쉽게 로봇을 제작할 수 있게 하여 로봇에 대한 흥미 및 교육적 효과를 얻을 수 있다.

그리퍼, 로봇, 교육용, 롤링구동부, 피치구동부

Description

교육용 로봇의 그리퍼{A robot gripper for education}

본 고안은 다양한 형상을 지닌 물체를 쉽게 잡을 수 있는 교육용 로봇의 그리퍼에 관한 것이다.

현대의 로봇 기술은 산업용 및 비산업용 등의 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 최근에는 산업용 로봇 못지 않게 비산업용 로봇의 수요가 폭증하고 있으며, 특히 로봇 산업이 미래의 국가 성장 동력 산업으로 꼽히면서, 어린이나 청소년을 대상으로 한 교육용 로봇의 수요 또한 증가하고 있다. 이에 따라, 등록실용신안 제20-0420977호, 제20-0385790호 등 다수의 특허, 실용신안 출원 및 등록이 행해지고 있다.

또한, 최근들어 로봇을 이용한 로봇 배틀, 로봇 축구, 라인트레이서 경연대회 등의 여러가지 대회가 자주 행해지고 있다. 이러한 로봇 대회 중에서 대표적으로 국제기능올림픽의 모바일로보틱스 분야와 같이, 공이나 캔 등의 물체를 집어서 일정 공간으로 이동시키는 로봇 대회 또한 개최되고 있는데, 대회 규정 상에 정해진 물체의 형상을 고려하여 물체를 가장 잘 잡을 수 있도록 참가자가 물체를 잡는 그리퍼(gripper)의 구조를 디자인하는 것이 통상적이다.

기계적 그리퍼(mechanical gripper) 또는 표준 그리퍼는 물체를 잡기 위한 메커니즘에 의해 구동되는 기계적 손가락(mechanical finger)을 이용한 말단장치이다. 집계(jaws)라고도 하는 손가락(finger)은 실제로 대상 물체에 접촉하는 그리퍼의 부속물이다. 그리퍼 메커니즘의 기능은 다양한 형태로 그리퍼에 입력되는 에너지를 그리퍼가 물체를 잡을 수 있는 운동을 할 수 있도록 변환하는 것이다. 그리퍼 기구는 손가락을 열고 닫는 것이 가능해야 하고, 물체를 잡고 유지할 만큼의 충분한 힘을 가할 수 있어야 한다. 그리퍼 기구에 입력되는 힘은 로봇으로부터 공급되며, 대부분 공압, 유압, 전기, 또는 스프링에 의해 구동되는 기계적인 요소 등에 의해 가해진다.

그리퍼는 부품을 잡기 위해 그 부품의 내면과 외면의 기하학적 형상을 이용한다. 기계적 그리퍼에서는 부품을 잡기 위한 손가락 또는 집게의 수가 다양하다. 가장 보편적으로 사용되는 것은 2개의 그리퍼 손가락을 가지는 형태이지만, 부품을 잡기 위해 물체의 중심점을 이용하는 경우에는 3개 또는 4개의 손가락 링크를 가지는 그리퍼도 사용되고 있다.

그리퍼, 특히 기계적 그리퍼는 통상 특허등록 제10-0679686호, 제10-0593411호 등과 같이 특정 대상물체를 잡는 것을 대상으로 한 산업용 그리퍼에 대한 것이 대부분이다.

상기와 같이 교육용을 위한 그리퍼의 수요가 증가하고 있지만, 기계적 그리퍼에 대한 특허나 실용신안의 출원 및 등록은 특정 대상물체에 대한 산업용 그리퍼에 집중되고 있다.

교육용 그리퍼는 대상물체, 특히 대회에서 규정하는 물체의 모양에 따라 직접 제작하는 것이 일반적이나, 이는 번거럽고 어려운 작업으로 오히려 로봇에 대한 흥미를 감소시키고, 로봇에 쉽게 접근하는데 제약이 될 수 있다.

로봇의 작동 원리를 이해하고 로봇에 대한 흥미를 유발하기 위해서는 범용화된 로봇 그리퍼의 개발이 요구되며, 이를 위해서는 다양한 형상의 물체를 몇 가지 파라미터만 조정하여 잡을 수 있도록 해야한다.

본 고안은 다양한 형상의 물체를 잡을 수 있는 교육용 그리퍼를 제공함에 목적이 있다.

본 고안에 따른 교육용 로봇그리퍼는 복수의 핑거 및 핑거구동부를 포함하여 구성된다. 핑거는 내측면이 대상물체와 접촉하는 접촉위치 및 내측면이 대상물체와 떨어지는 이격위치 사이에서 이동가능하며, 핑거구동부는 상기 복수의 핑거를 구동시킨다.

또한, 상기의 교육용 로봇그리퍼에 있어서, 상기 핑거는 대상물체와 접촉하는 내측면이 바깥으로 볼록한 곡면 형상을 지닌 제1핑거부와 상기 제1핑거부의 하 부에 위치하고 대상물체와 접촉하는 내측면이 편평한 형상을 지닌 제2핑거부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 교육용 로봇그리퍼에 있어서, 상기 핑거는 한 쌍이며, 상기 핑거의 제2핑거부가 서로 맞닿아 접촉하는 최대접촉위치 및 서로 떨어지는 이격위치 사이에서 이동가능한 것이 바람직하다.

또한, 상기의 교육용 로봇그리퍼에 있어서, 상기 핑거는 한 쌍이며, 상기 핑거의 제2핑거부가 서로 맞닿아 접촉하는 최대접촉위치 및 서로 떨어지는 이격위치 사이에서 이동가능한 것이 바람직하다.

또한, 상기의 교육용 로봇그리퍼에 있어서, 상기 핑거구동부는 핑거구동모터를 포함하며, 상기 핑거는 상기 핑거구동모터의 출력축을 중심으로 피봇운동하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 교육용 로봇그리퍼에 있어서, 아암, 상기 아암의 일단부와 연결되어 상기 아암을 피봇구동시키는 피치구동부, 상기 아암의 타단부와 연결되며, 상기 그리퍼를 상기 아암의 길이 방향과 평행한 축을 중심으로 회전운동시키는 롤링구동부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 고안에 따르면, 다양한 크기나 형상을 가진 물체를 잡을 수 있는 그리퍼를 제공함으로써 어린이나 청소년 등이 쉽게 로봇을 제작할 수 있게 하여 로봇에 대한 흥미 및 교육적 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 교육용 그리퍼의 개략적인 사시도이고, 도 2는 핑거의 정면도 및 측면도이며, 도 3은 대상물체를 잡은 형상을 도시한 그리퍼의 정면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 그리퍼(100)는 한 쌍의 핑거(10), 한 쌍의 핑거구동모터(20), 브라켓(30), 롤링구동부(40), 아암(50), 피치구동부(60)를 구비한다.

핑거(10)는 대상물체(1)와 직접 접촉하여 마찰력을 이용해 대상물체(1)를 잡는 부분이다. 핑거(10)는 알루미늄 등과 같은 금속, 플라스틱 등의 재료를 사용하여 제작할 수 있고, 형상은 도 2와 같다. 도 2를 참조하면, 핑거(10)는 핑거구동모터(20)와 결합되는 부분이 상부에 위치하고, 그 하부로 대상물체(1)가 닿게 되는 내측면의 형상이 곡면인 부분인 제1핑거부(11)가 위치하게 되며, 그 하부로 대상물체가 닿게 되는 내측면의 형상이 편평한 부분인 제2핑거부(12)가 위치하게 된다. 이렇게 제1핑거부(11)와 제2핑거부(12)를 구비함으로써, 도 3(a)와 같이 큰 물체뿐만 아니라 도 3(b)와 같이 작은 물체를 잡을 수 있어 다양한 크기의 물체를 잡기에 편리하다. 제1핑거부(11)와 제2핑거부(12)의 내측면에는 대상물체(1)와의 마찰력을 증가시키기 위해, 고무나 스펀지 등을 부착할 수 있다.

핑거구동모터(20)는 핑거(10)에 동력을 전달하여 핑거(10) 사이에 위치한 대상물체(1)에 핑거(10)를 접촉하게끔 하는 장치이다. 핑거구동모터(20)는 몸체가 브라켓(30)에 고정되며, 출력축은 핑거(10)의 단부와 결합된다. 핑거구동모터는 DC서보모터 등 다양한 형태의 모터가 사용될 수 있으며, 핑거(10)가 닫히는 속도 및 힘 의 조절을 위해 감속기를 더 구비할 수 있다.

브라켓(30)은 핑거구동모터(20)를 고정하는 구조물이다. 브라켓(30)은 핑거구동모터 사이의 출력축의 거리를 조절할 수 있도록 다양한 위치에 핑거구동모터(20)를 고정할 수 있도록 함이 바람직하다. 또한, 대상물체(1)의 크기에 따라 다양한 크기의 브라켓(30)이 사용될 수 있다.

롤링구동부(40)는 브라켓(30)의 상부에 위치하고, 브라켓(30)에 출력축이 연결되어 브라켓(30)을 회전구동할 수 있게 동력을 전달하는 역할을 한다. 롤링구동부(40)는 모터 등으로 구성될 수 있으며, 감속기를 더 부가할 수도 있다.

피치구동부(60)는 모터 등으로 이루어질 수 있으며, 출력축을 기준점으로 하여 롤링구동부(40)가 선회운동할 수 있도록 아암(50)을 피봇구동시킨다.

아암(50)은 일단부는 롤링구동부(40)의 몸체와 연결되고, 타단부는 피치구동부(60)의 출력축과 연결되어 피치구동부(60)의 힘을 롤링구동부(40)에 전달하는 역할을 한다.

상기와 같이 구성되는 그리퍼(100)는 피치구동부(60) 및 롤링구동부(40)를 구동시켜 한 쌍의 핑거(10)의 내측에 대상물체(1)를 위치시키고, 핑거구동모터(20)에 신호를 보내 핑거(10)를 대상물체(1) 방향으로 오므려 대상물체(1)에 핑거(10)를 접촉시켜 대상물체(1)를 잡게 된다. 도 3을 참조하면, 크기가 상대적으로 큰 대상물체(1)를 잡을 경우에는 도 3(a)와 같이 제1핑거부(11)가 대상물체(1)와 접촉하게 되고, 크기가 상대적으로 작은 대상물체(1)를 잡을 경우에는 도 3(b)와 같이 제2핑거부(12)가 대상물체(1)와 접촉하게 된다. 이와 같이, 제1핑거부(11)와 제2핑거 부(12)로 구성되어 있어 다양한 크기의 물체를 안정적으로 잡을 수 있게 된다.

도 4는 핑거를 최대한 오므렸을 때, 제2핑거부가 서로 맞닿게 되는 그리퍼의 정면도이다. 이하, 도 4를 참조해 이 실시예를 설명하기로 한다.

잡을 수 있는 대상물체(1)의 크기는 핑거(10)의 제1핑거부(11)의 곡률과 핑거구동모터(20) 사이의 출력축 간의 간격(d)에 의해 정해진다. 도 3(b)에 도시한 대상물체(1)보다 작은 대상물체를 잡기 위해서는 도 4에 도시한 바와 같이, 핑거구동모터(20) 사이의 출력축 간의 간격(d)을 줄이고, 제1핑거부(11)에 형성된 곡면의 곡률을 작게 하여야 한다. 도 4는 제2핑거부(12)가 서로 맞닿게 되는 실시예를 도시하고 있으며, 이 실시예와 같이 실시하는 경우 도 4(b)와 같이 가장 작은 대상물체(1)를 잡을 수 있게 된다.

상기와 같이, 핑거구동모터(20) 사이의 출력축 간의 간격(d)을 조정할 수 있게 하고, 제1핑거부(11)의 곡률을 다르게 한 핑거를 제공한다면, 대상물체(1)의 크기에 따라 다양한 그리퍼(100)를 쉽게 제작할 수 있다.

이상, 본 고안을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 고안은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 고안의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

도 1은 본 고안의 교육용 그리퍼의 개략적인 사시도

도 2는 핑거의 정면도 및 측면도

도 3은 대상물체를 잡은 형상을 도시한 그리퍼의 정면도

도 4는 핑거를 최대한 오므렸을 때, 제2핑거부가 서로 맞닿게 되는 그리퍼의 정면도

<도면의 주요부분에 대한 설명>

10...핑거 20...핑거구동모터

21...제1핑거부 22...제2핑거부

30...브라켓 40...롤링구동부

50...아암 60...피치구동부

Claims (6)

1. 다양한 크기 및 형상을 가지는 대상물체를 잡는 교육용 로봇그리퍼에 있어서,

   내측면이 대상물체와 접촉하는 접촉위치 및 내측면이 대상물체와 떨어지는 이격위치 사이에서 이동가능한 복수의 핑거;및

   상기 복수의 핑거를 구동시키는 핑거구동부;

   를 포함하는 교육용 로봇 그리퍼.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 핑거는,

   대상물체와 접촉하는 내측면이 바깥으로 볼록한 곡면 형상을 지닌 제1핑거부; 및

   상기 제1핑거부의 하부에 위치하고 대상물체와 접촉하는 내측면이 편평한 형상을 지닌 제2핑거부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 로봇그리퍼.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 복수의 핑거구동부를 고정시키며, 상기 핑거구동부의 출력축의 간격의 조정이 가능한 브라켓을 더 포함하는 교육용 로봇그리퍼.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 핑거는 한 쌍이며,

   상기 핑거의 제2핑거부가 서로 맞닿아 접촉하는 최대접촉위치 및 서로 떨어지는 이격위치 사이에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 교육용 로봇그리퍼.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 핑거구동부는 핑거구동모터를 포함하며, 상기 핑거는 상기 핑거구동모터의 출력축을 중심으로 피봇운동하는 것을 특징으로 하는 교육용 로봇그리퍼.
6. 제 5항에 있어서,

   아암;

   상기 아암의 일단부와 연결되어 상기 아암을 피봇구동시키는 피치구동부;및

   상기 아암의 타단부와 연결되며, 상기 그리퍼를 상기 아암의 길이 방향과 평행한 축을 중심으로 회전운동시키는 롤링구동부;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 로봇그리퍼.

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