KR20130055783A - 웨지 그리퍼 장치 - Google Patents

Abstract

웨지 그리퍼가 제공된다.　 웨지 그리퍼는 프레임, 상기 프레임에 고정된 고정웨지, 구동유닛, 상기 구동유닛에 연결되어 상기 고정웨지에 대해　선형 운동하는 이동웨지,　및 상기 고정웨지와 상기 이동웨지 사이에 배치된 마찰력 감소유닛을 포함한다.　 이와 같이 구성되어, 작은 사이즈의 저가 모터를 사용하면서도 동일한 그리핑력을 생성할 수 있으며, 더 나아가 시스템 차원에서 자중 대비 가반하중을 높일 수 있게 된다.

Description

웨지 그리퍼 장치{Wedge Gripper Device}

본 발명은 웨지 그리퍼 장치에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 작은 사이즈의 저가 모터를 사용하면서도 동일한 그리핑력을 생성할 수 있으며, 더 나아가 시스템 차원에서 자중 대비 가반하중을 높일 수 있는 웨지 그리퍼 장치에 관한 것이다.

최근 들어 대량 정전 사태와 같이 에너지 부족사태에 기인한 에너지효율이 높은 장치에 대한 수요가 많이 늘어나고 있다. 이러한 수요는 여러 산업분야는 물론 로봇분야에서도 고효율 장치에 대한 수요로 귀결되고 있다. 이의 일환으로 로봇 매니퓰레이터(Manipulator) 및 작업툴(EOAT ; End Of Arm Tool)장치의 경우, 무게 대비 핸들링할 수 있는 대상체 무게의 비를 나타내는 “자중(Weight) : 가반하중(Payload)”, 즉 작은 자중으로 큰 중량의 대상체를 핸들링하는 능력이 중요한 이슈가 되고 있다. 이는 큰 자중을 가지지만 핸들링할 수 있는 가반하중이 작은 그리퍼의 경우 에너지 효율측면에서 바람직하지 않음을 나타낸다.

따라서, 구동부에 자기배력 효과를 가지는 웨지 구조를 활용하여 작은 출력의 모터로 큰 그리핑력을 발생시켜 높은 자중 대 가반하중 비를 가지게 되는 고효율 웨지그리퍼(Wedge Gripper)에 대한 연구가 시급한 실정이라고 하겠다.

따라서, 본 발명의 목적은 작은 사이즈의 저가 모터를 사용하면서도 동일한 그리핑력을 생성할 수 있는 웨지 그리퍼 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시스템 차원에서 자중 대비 가반하중을 높일 수 있는 웨지 그리퍼 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 웨지 그리퍼는 프레임, 상기 프레임에 고정된 고정웨지, 구동유닛, 상기 구동유닛에 연결되어 상기 고정웨지에 대해　선형 운동하는 이동웨지,　및 상기 고정웨지와 상기 이동웨지 사이에 배치된 마찰력 감소유닛을 포함한다.

상기 마찰력 감소유닛은 롤러인 것이 좋으며, 상기 구동유닛은 회전모터 및 상기 회전모터에 연결되어, 회전 운동을 선형으로 변형하는 볼 스크류인 것이 바람직하다.

또한, 상기 이동웨지와 상기 마찰력 감소유닛은 서로 수평인 면과 일정 각도를 이루면서 접촉하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되어, 작은 사이즈의 저가 모터를 사용하면서도 동일한 그리핑력을 생성할 수 있으며, 더 나아가 시스템 차원에서 자중 대비 가반하중을 높일 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 작은 사이즈의 저가 모터를 사용하면서도 동일한 그리핑력을 생성할 수 있다.

또한, 시스템 차원에서 자중 대비 가반하중을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 웨지 그리퍼를 일시점에서 바라본 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 그리핑시의 웨지 그리퍼의 자유도이다.
도　3은 본 발명에 따른 웨지 그리퍼가 매니퓰레이터(Manipulator)에 장착된 사시도이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 웨지 그리퍼를 일시점에서 바라본 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 웨지 그리퍼(100)는 프레임(110)이 형성되어 있는데, 그 형상은 대략 ㄷ 자 형상이라고 할 수 있다. 그 내부에 고정 웨지(120)가 고정되어 있다. 프레임(110)의 상측에는 회전모터(150)가 장착되어 있고, 회전모터(150)의 회전축에는 볼 스크류(140)가 연결되어 있다. 볼 스크류(140)는 회전모터(150)의 회전력을 선형운동으로 변형시킨다. 볼 스크류(140)는 이동웨지(130)에 연결되어 있어서, 결국 회전모터(150)는 이동웨지(130)를 선형 운동시키게 된다. 이동웨지(130)와 고정웨지(110) 사이에는 마찰력을 감소시키기 위해 롤러(160)가 구비된다.

다음, 배력 효율을 논의하기 위해 도 2를 제시한다. 도 2는 본 발명에 따른 그리핑시의 웨지 그리퍼의 자유도이다.

이에 도시된 바와 같이, 정역학적 해석을 통해, 입력 요소인 구동력(

) 대비 출력요소인 그리핑력 (

)의 비를 다음과 같이 수학식 1로 산출할 수 있다.

[수학식 1]

즉 웨지 그리퍼에서 출력요소인 그리핑력(

)은

와 구동력(

)의 곱임을 알 수 있다. 여기에서

는 이동웨지와 핸들링 대상체간의 마찰계수이다.

는 기하학적인 웨지 각도를 의미한다. 여기에서 (1)식의 분모인

를 1이하로 설계할수록

가 커지게 되고, 아울러

의 값이 0에 가깝도록 설계할수록

가 매우 큰 값을 가짐을 알 수 있다. 즉 아주 작은 구동력(

)으로 큰 그리핑력 (

)을 발생시키게 된다. 따라서 아주 작은 출력의 모터로도 웨지구조를 사용함으로써 큰 그리핑력을 발생 시킬 수 있음을 알 수 있다.

직관적인 접근을 위한 케이스 스터디를 위해 마찰계수(

)를 0.5로 두고, 설계요소인 웨지각도(

)를 0.464rad으로 설계하면

는 다음의 수학식 2와 같이 1134.9를 가지게 된다.

[수학식 2]

동일한 그리핑력 (

)을 발생시키는데 있어, 웨지 구조를 사용하는 메커니즘이 웨지 구조를 사용하지 않은 메커니즘보다 효율적임을 알 수 있다. 또한 큰 출력의 모터는 고가임은 물론 큰 부피와 무게를 가지는 반면, 고안한 웨지 구조를 사용하는 웨지그리퍼는 작은 사이즈와 작은 출력을 가지는 저가의 모터로도 동일한 그리핑력을 생성할 수 있게 되고, 더 나아가 시스템 차원에서 자중 대비 가반하중을 높이는 데 기여가 된다.

도　3은 본 발명에 따른 웨지 그리퍼가 매니퓰레이터(Manipulator)에 장착된 사시도이다.

도 1에서 설명한 바와 같이, 프레임(110)에 고정 웨지(120)가 고정되어 있고, 프레임(110)의 상측에는 회전모터(150)가 장착되어 있으며, 회전모터(150)의 회전축에는 볼 스크류(140)가 연결되어 있다. 볼 스크류(140)는 회전모터(150)의 회전력을 선형운동으로 변형시킨다. 볼 스크류(140)는 이동웨지(130)에 연결되어 있어서, 결국 회전모터(150)는 이동웨지(130)를 선형 운동시키게 된다. 이동웨지(130)와 고정웨지(120) 사이에는 마찰력을 감소시키기 위해 롤러(160)가 구비된다.

이때, 매니퓰레이터(200)는 고정웨지(120)에 연결되어 있어서, 본 발명에 따른 그리퍼 장치(100)가 로봇의 핑거로 기능할 수 있게 한다.

이와 같이 구성되어, 작은 사이즈의 저가 모터를 사용하면서도 동일한 그리핑력을 생성할 수 있으며, 더 나아가 시스템 차원에서 자중 대비 가반하중을 높일 수 있게 된다.

100: 그리퍼 장치 110: 프레임
120: 고정웨지 130: 이동웨지
140: 볼 스크류 150: 회전모터
160: 롤러 200: 매니퓰레이터

Claims (4)

1. 프레임;
   상기 프레임에 고정된 고정웨지;
   구동유닛;
   상기 구동유닛에 연결되어 상기 고정웨지에 대해　선형 운동하는 이동웨지; 및
   상기 고정웨지와 상기 이동웨지 사이에 배치된 마찰력 감소유닛;
   을 포함하는 웨지 그리퍼.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마찰력 감소유닛은 롤러인 것을 특징으로 하는 웨지 그리퍼.
3. 제1항에 있어서,
   상기 구동유닛은,
   회전 모터; 및
   상기 회전모터에 연결되어, 회전 운동을 선형으로 변형하는 볼 스크류;
   인 것을 특징으로 하는 웨지 그리퍼.
4. 제1항에 있어서,
   상기 이동웨지와 상기 마찰력 감소유닛은 서로 수평인 면과 일정 각도를 이루면서 접촉되는 것을 특징으로 하는 웨지 그리퍼.

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