KR20120021542A - 매니퓰레이터 헤드 및 이를 구비하는 매니퓰레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 매니퓰레이터 헤드는, 상기 매니퓰레이터에 결합되는 헤드연결부와, 상기 헤드연결부에 결합되고, 상기 헤드연결부에 일단이 고정되어, 고정되는 일단의 중심을 기준으로 회전이 가능하도록 형성되는 제3축과, 일단은 상기 제3축에 결합되고, 타단은 복수의 고리로 형성되는 제2회전부를 포함하는 헤드베이스와, 상기 헤드베이스의 고리에 결합되도록 형성되는 제2축과 제2축에 직각방향으로 형성되는 제1축을 포함하는 복합축 및 일단은 상기 복합축의 제1축에 결합되도록 형성되는 복수의 고리로 형성되는 제1회전부를 구비하고, 타단은 상기 가공물과 접촉하는 접촉면을 가지는 접촉부를 포함함으로써, 작업대상물의 형상의 변형이나 표면의 손상을 최소화하면서, 단조작업시 작업대상물을 고정할 수 있다.

Description

매니퓰레이터 헤드 및 이를 구비하는 매니퓰레이터{MANIPULATOR HEAD AND MANIPULATOR HAVING THE SAME}

본 발명의 실시예들은 단조프레스 작업을 할 때 작업대상물을 고정하는 매니퓰레이터 헤드 및 이를 구비하는 매니퓰레이터와 관련된다.

매니퓰레이터는 단조프레스 작업을 할 때 작업대상물을 잡아주는 집게 역할을 하는 설비이다.

일반적으로 단조작업 공정에서는 작업대상물을 고정하고 프레스를 이용하여 가공을 하게 된다. 작업대상물이 고온인 경우에는, 작업대상을 고정하는 매니퓰레이터의 고정부가 고온에 의하여 변형되는 경우가 발생하기도 한다.

또한, 작업대상물이 고하중인 경우에는 고정을 위하여 작업대상물에 외력이 가해지는데, 이런 외력에 의하여 작업대상물의 표면이 지나치게 손상되거나, 외형에 변형이 발생하기도 한다.

또한, 프레스 등의 수단에 의하여 작업대상물에 지속적으로 하중이나 외력이 가해져, 작업대상물에 대한 매니퓰레이터 고정부가 풀리는 경우에는 작업대상물 또는 매니퓰레이터 자체에 손상이 발생하므로 이를 방지할 필요가 있다.

따라서, 단조작업시 고온 또는 고하중의 작업대상물을 지지할 수 있는 매니퓰레이터가 고려될 수 있다.

본 발명의 일실시예들은 단조작업시 고온에도 작업대상물을 고정할 수 있으며, 작업대상물의 표면을 손상시키거나, 형상의 변화를 최소화하면서도 고하중의 작업대상물을 지지할 수 있는 매니퓰레이터를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 매니퓰레이터 헤드는, 일단은 가공물과 접촉하는 접촉면을 가지며, 타단은 수용부를 구비하는 접촉부와, 상기 수용부에 결합되며, 복수의 축들을 구비하고, 상기 가공물을 고정하기 위하여 상기 접촉부가 접촉하는 경우, 상기 가공물의 표면의 형상을 따라 상기 축들을 중심으로 회전하여 상기 접촉부를 지지하는 지지암(Arm)부 및 일단은 상기 지지암부에 결합되며, 타단은 상기 매니퓰레이터에 결합되는 헤드연결부를 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 수용부는 복수의 고리들로 형성되는 제1회전부를 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 지지암부는, 제1축과 제2축을 구비하며, 제1축은 상기 제1회전부에 결합되는 복합축과, 상기 제2축에 결합되는 복수의 고리들을 포함하는 제2회전부가 구비되는 헤드베이스 및 일단은 상기 헤드베이스에 결합되고, 타단은 헤드연결부에 고정되는 제3축을 포함하여 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1축, 상기 제2축 또는 상기 제3축은 서로 직각으로 형성되며, 각각의 축을 중심축으로 하여 회전가능하게 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제3축은 그 외주면에 베어링이 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제3축은 상기 가공물과 접촉시에도, 회전되지 않도록, 상기 헤드연결부 및 상기 헤드베이스와 일체로 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 헤드베이스는 상기 제1회전부와 결합되는 결합부를 더 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 지지암부는, 상기 헤드연결부와 결합하며 원통형상을 하는 몸체를 구비하고, 일단은 볼의 형상을 갖는 피봇축으로 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 접촉부는, 상기 피봇축의 볼의 형상을 갖는 일단이 내삽되는 홀을 구비하고, 일면에는 상기 가공물과 접촉하는 접촉면을 구비하여 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 접촉부에 상기 가공물과 접촉하는 일면에 요철이 구비되고, 측면에는 돌출부들이 구비된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 접촉부는 일면에 요철이 구비되는 복수의 헤드팁들을 더 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 복수의 헤드팁들의 재질은 텅스텐 중합금으로 형성된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 복수의 헤드팁들은 반구형의 형상을 가지고, 상기 요철은 원주방향 또는 길이방향으로 홈파기를 하여 형성된다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 매니퓰레이터는 축방향 이동수단을 구비하는 매니퓰레이터 본체 및 상기한 축방향 이동수단과 결합되고, 상기한 매니퓰레이터 헤드를 하나 이상 구비하여 이루어진다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 매니퓰레이터 헤드는 불균일한 작업대상물의 표면 형상에 맞게 3차원 회전하여 작업대상물을 잡음으로써, 작업대상물과 매니퓰레이터 헤드의 접촉부위를 증가시켜 미끄러짐을 방지할 수 있다.

이로 인하여, 작업대상물의 형상의 변형이나 표면의 손상을 최소화하면서, 단조작업시 작업대상물을 고정할 수 있다.

또한, 헤드 팁 부분만 고강도 내열성의 소재를 사용함으로써, 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래의 매니퓰레이터 고정용 헤드의 개념도.
도 2a 는 도1의 고정용 헤드와 대상물과의 접촉모습을 도시한 개념도.
도 2b 내지 도 2d는 도1의 고정용 헤드에 의하여 자유 단조가 진행되는 상태의 사진.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따르는 매니퓰레이터 적응형 헤드의 개념도.
도 4a는 도3의 분해사시도.
도 4b는 도3의 평면도.
도 4c는 도3의 측면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따르는 매니퓰레이터 적응형 헤드에 의하여 자유 단조가 진행되는 상태의 사진.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따르는 매니퓰레이터 적응형 헤드의 개념도.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따르는 매니퓰레이터 적응형 헤드의 개념도.

이하, 본 발명의 일실시예에 따르는 매니퓰레이터 헤드 및 이를 구비하는 매니퓰레이터의 작동방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 종래의 매니퓰레이터 고정용 헤드(200)의 개념도이고, 도 2a 는 도 1의 고정용 헤드(200)와 작업 대상물(300)과의 접촉모습을 도시한 개념도이며, 도 2b 내지 도 2d는 도 1의 고정용 헤드(200)에 의하여 자유 단조가 진행되는 상태의 사진이다.

도 1을 참조하면, 종래의 매니퓰레이터 고정용 헤드(200)는 헤드부(230), 헤드베이스(220), 지지축(210)을 포함한다. 지지축(210)은 매니퓰레이터 본체로부터 돌출되고, 축방향으로 힘을 가하여 작업대상물(300)을 지지하게 된다.

도 2a 내지 도 2c에서 도시된 바와 같이, 종래의 매니퓰레이터 고정용 헤드(200)를 사용하면, 매니퓰레이터 고정용 헤드(200)와 작업대상물(300)의 형상의 차이에 의하여 작업대상물(300)에 작용되는 힘이 불균형한 점이 발생한다. 이로 인하여 자유 단조 작업이 진행될수록, 작업대상물(300)의 표면에 매니퓰레이터 고정용 헤드(200)에 의하여 표면 결함이 발생한다. 또한 작업대상물(300)의 표면과 헤드부(230)의 접촉면이 서로 달라 힘의 불균형에 의하여 작업대상물(300)의 형상이 불규칙적으로 변화한다.

본 발명의 일실시예들은 상기와 같은 문제점에서 착안하여, 고하중의 작업대상물(300)을 고온에서 단조 성형할 때, 불균일한 작업대상물(300)의 표면 형상에 따라 헤드부(150)가 능동적으로 움직이는 매니퓰레이터 헤드(100)를 제공하고자 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따르는 매니퓰레이터 헤드(100)의 개념도이고, 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 각각 도3의 분해사시도, 평면도, 및 측면도이며, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따르는 매니퓰레이터 헤드(100)에 의하여 자유 단조가 진행되는 상태의 사진이다.

도시에 의하면, 본 발명의 일실시예(제1실시예)에 따르는 매니퓰레이터 헤드(100)는 헤드연결부(110), 헤드베이스(130)와 축(120, 140)을 포함하는 지지암(arm)부 및 헤드부(150)를 포함한다.

헤드연결부(110)는 매니퓰레이터와 결합하고, 매니퓰레이터의 이동수단과 결합하여 z축방향으로 힘을 전달한다.

축 중 제3축(120)은 일단은 헤드연결부(110)에 내삽되고, 타단은 헤드베이스(130)와 결합한다. 이로 인하여, 작업대상물(300)을 고정시키기 위하여 헤드부(150)가 z축방향으로 이동하여 가압되는 경우, 헤드부(150)와 접촉하는 작업대상물(300)의 형상에 따라, 헤드베이스(130) 및 이와 결합한 헤드부(150)가 제3축(120)의 중심축인 z축을 중심으로 회전한다.

또한, 제3축(120)은 원활한 회전을 위하여, 외주면을 따라 베어링(121)이 형성된다.

헤드베이스(130)는 판모양으로 형성되어, 헤드부(150)와 결합하고 헤드부(150)의 회전을 지지하며, 매니퓰레이터로부터 축방향 힘을 전달한다. 또한 헤드베이스(130)에는 동일한 판모양의 형상을 가진 결합부(131)를 포함한다. 결합부(131)는 y축방향으로 회전되는 제2축(142)을 지지하는 고리형상의 제2회전부(132)를 포함하여 형성된다.

축은 제3축(120) 이외에 헤드부(150)의 x방향 회전 또는 y방향 회전이 가능하도록, 두축이 동시에 구비된 복합축(140)으로 형성된다. 복합축(140)으로 인하여 설계의 단순화 및 부품의 저가화를 이룰 수 있다.

헤드부(150)는 헤드부(150)를 z축의 양방향으로 이동시켜, 작업대상물(300)을 고정할 수 있도록 집게 형상을 갖으며, 작업대상물(300)과 접촉하는 일면은 돌기가 형성되어 있는 접촉부(152)를 포함한다. 또한 헤드부(150)는 제1축(141)과 결합되도록 고리모양으로 형성되는 제1회전부(151)를 포함한다.

또한 헤드부(150)의 집게 형상을 가진 접촉부(152)의 일측 또는 양측에는 헤드팁(153)들이 형성될 수 있다. 헤드팁(153)들은 반구형의 형상을 가지고, 요철을 구비하고 있다. 헤드팁(153)들은 원주방향 또는 길이방향으로 홈파기를 하여 형성되는 것이 바람직한데, 작업대상물(300)이 헤드부(150)로부터 미끄러지지 않고 고정을 하기 위함이다. 또한 작업대상물(300)을 고정하기 위하여 측방향으로 가압하는 경우 균일한 압력을 가하기 위함이다.

헤드팁(153)들은 고온의 작업대상물(300)과 직접 접촉하므로, 고온의 작업도중 헤드팁(153)들의 파손을 억제하기 위하여 텅스텐 중합금 재질로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르는 매니퓰레이터 헤드(100)의 작용원리는 다음과 같다.

매니퓰레이터 헤드(100)로 작업대상물(300)을 고정할 때, 헤드연결부(110)의 z축방향 이동에 따라 헤드팁(153)들이 작업대상물(300)과 먼저 닿고, 점점 축방향 힘이 증가하면 작업대상물(300)의 표면 형상에 따라 복합축(140) 및 제3축(120)이 회전하게 된다. 이로써, 축들과 연결된 헤드베이스(130) 또는 헤드부(150)가 회전하면서, 작업대상물(300)과의 접촉면적이 늘어나면서 작업대상물(300)을 고정하게 된다.

본 발명에 따르는 매니퓰레이터 헤드(100)의 다른 일실시예(제2실시예)는 다음과 같다. 본 실시예에서는 앞선 실시예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따르는 매니퓰레이터 헤드(100)의 개념도이다.

도시에 의하면, 제2실시예에 따르는 매니퓰레이터 헤드(100)는, 앞서 상술한 매니퓰레이터 헤드(100)의 지지암부에서 제3축(120)이 회전하지 않도록 고정축을 사용하는 것이다. 제1실시예와 비교하면, 헤드부(150)가 z축의 중심을 따라 회전하지 않음으로 해서, 작업대상물(300)과 접촉하는 접촉면은 줄어들 수 있지만, 회전하지 않음으로 인하여 작업대상물(300)을 구속하는 힘은 더 강한 이점이 있다.

본 발명에 따르는 매니퓰레이터 헤드(100)의 다른 일실시예(제3실시예)는 다음과 같다. 본 실시예에서는 앞선 실시예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따르는 매니퓰레이터 헤드(100)의 개념도이다.

도시에 의하면, 제3실시예에 따르는 매니퓰레이터 헤드(100)는, 헤드연결부(110), 지지암부로서 피봇축(160) 및 홀을 구비하는 헤드부(170)를 포함한다.

피봇축(160)은 일단은 헤드연결부(110)와 결합하고, 타단은 구(ball)로 형성되어, 후술하는 홀을 구비하는 헤드부(170)와 결합한다.

홀을 구비하는 헤드부(170)는 접촉부(152) 및 피봇축(160)의 일단의 구와 결합되도록 홀(171)을 구비한다. 상기와 같은 구성으로 인하여, 복수의 축을 구비하지 않고도, 작업대상물(300)을 잡을 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르는 매니퓰레이터는 축방향 이동수단(미도시)을 구비하고, 매니퓰레이터에서 프레스 가공이 이루어지는 곳을 중심으로 축방향 이동수단과 결합하는 상기한 매니퓰레이터 헤드(100)를 하나 이상 포함하여 형성된다.

매니퓰레이터는 상기한 매니퓰레이터 헤드(100)를 일면에서만 사용하고, 다른 면에서는 기존의 고정용 헤드를 사용하여 구성될 수 있으며, 각 면마다 상기한 각기 다른 실시예들에 따른 매니퓰레이터 헤드(100)를 사용하여 구성할 수 있다.

예를 들어, 상기한 매니퓰레이터 헤드(100)를 일면에서만 사용하고, 다른 면에서는 기존의 고정용 헤드를 사용하여 구성되는 매니퓰레이터는 일면은 평평하고 타면은 불규칙적인 외형을 가진 작업대상물(300)을 용이하게 고정할 수 있다.

상기와 같은 매니퓰레이터 헤드 및 이를 구비하는 매니퓰레이터는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (14)

1. 가공물을 고정하는 매니퓰레이터의 헤드에 있어서,
   일단은 상기 가공물과 접촉하는 접촉면을 가지며, 타단은 수용부를 구비하는 접촉부;
   상기 수용부에 결합되며, 복수의 축들을 구비하고, 상기 가공물을 고정하기 위하여 상기 접촉부가 접촉하는 경우, 상기 가공물의 표면의 형상을 따라 상기 축들을 중심으로 회전하여 상기 접촉부를 지지하는 지지암(Arm)부; 및
   일단은 상기 지지암부에 결합되며, 타단은 상기 매니퓰레이터에 결합되는 헤드연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수용부는 복수의 고리들로 형성되는 제1회전부인 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
3. 제2항에 있어서, 상기 지지암부는,
   제1축과 제2축을 구비하며, 제1축은 상기 제1회전부에 결합되는 복합축과;
   상기 제2축에 결합되는 복수의 고리들을 포함하는 제2회전부가 구비되는 헤드베이스; 및
   일단은 상기 헤드베이스에 결합되고, 타단은 헤드연결부에 고정되는 제3축을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1축, 상기 제2축 또는 상기 제3축은 서로 직각으로 형성되며, 각각의축을 중심축으로 하여 회전가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제3축은 그 외주면에 베어링이 형성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제3축은 상기 가공물과 접촉시에도, 회전되지 않도록, 상기 헤드연결부 및 상기 헤드베이스와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
   상기 헤드베이스는 상기 제1회전부와 결합되는 결합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
8. 제 1항에 있어서, 상기 지지암부는,
   상기 헤드연결부와 결합하며 원통형상을 하는 몸체를 구비하고, 일단은 볼의 형상을 갖는 피봇축으로 형성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
9. 제 8항에 있어서, 상기 접촉부는,
   상기 피봇축의 볼의 형상을 갖는 일단이 내삽되는 홀을 구비하고, 일면에는 상기 가공물과 접촉하는 접촉면을 구비하여 형성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
10. 제 1항, 제 6항 또는 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉부에 상기 가공물과 접촉하는 일면에 요철이 구비되고, 측면에는 돌출부들이 구비되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 접촉부는 일면에 요철이 구비되는 복수의 헤드팁들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 복수의 헤드팁들의 재질은 텅스텐 중합금인 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
13. 제 11항에 있어서,
    상기 복수의 헤드팁들은 반구형의 형상을 가지고, 상기 요철은 원주방향 또는 길이방향으로 홈파기를 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터 헤드.
14. 축방향 이동수단을 구비하는 매니퓰레이터 본체; 및
    상기한 축방향 이동수단과 결합되고, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항을 따르는 매니퓰레이터 헤드를 하나 이상 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.

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