KR20130099864A

KR20130099864A - 로봇 핸드용 프레임 및 로봇 핸드

Info

Publication number: KR20130099864A
Application number: KR1020130021031A
Authority: KR
Inventors: 신이치 다케무라; 도시로 에무라; 다이스케 우치다
Original assignee: 제이엑스 닛코닛세키에너지주식회사
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-09-06
Also published as: JP2013180357A; CN103287005B; TWI603822B; CN103287005A; TW201338940A; JP5778600B2

Abstract

(과제) 진동 감쇠 특성을 향상시킬 수 있는 로봇 핸드용 프레임 및 로봇 핸드를 제공한다.
(해결 수단) 로봇 핸드 (1) 에 있어서는, CFRP 층 (11) 과 CFRP 층 (12) 의 사이에 제진층 (13) 을 배치하여 이루어지는 포크 (10) 를 사용하고 있으므로, 진동 감쇠 특성이 향상된다. 특히, 로봇 핸드 (1) 에 있어서는, 포크 (10) 에 추가하여 프레임 (20) 에 있어서도, 동일한 구조를 채용하고 있다. 요컨대, 로봇 핸드 (1) 에 있어서는, CFRP 층 (21) 과 CFRP 층 (12) 의 사이 및 CFRP 층 (22) 과 CFRP 층 (23) 의 사이에 제진층 (24) 및 제진층 (25) 을 배치하여 이루어지는 프레임 (20) 을 사용하고 있다. 그래서, 이 로봇 핸드 (1) 에 의하면 진동 감쇠 특성이 한층 더 향상된다.

Description

로봇 핸드용 프레임 및 로봇 핸드 {FRAME FOR ROBOT HAND AND ROBOT HAND}

본 발명은, 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 구비하는 로봇 핸드용 프레임 및 로봇 핸드에 관한 것이다.

종래, 예를 들어 특허문헌 1 에 기재된 로봇 핸드가 알려져 있다. 특허문헌 1 에 기재된 로봇 핸드는, 대상물을 반송하는 산업용 로봇의 아암 선단에 부착되는 로봇 핸드로서, 대상물을 지지하는 지지부 (포크) 와 그 지지부를 유지 고정시키는 홀더부 (프레임) 를 구비하고 있다. 그리고, 그 로봇 핸드의 포크는, 서로 적층된 제 1 및 제 2 의 탄소 섬유 강화 플라스틱층과, 그들 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 사이에 배치되고 그들 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 구성하는 매트릭스 수지보다 낮은 강성을 갖는 유연성 수지층을 구비하고 있다.

일본 공개특허공보 2009-160685호

상기 서술한 바와 같이, 특허문헌 1 에 기재된 로봇 핸드는 그 포크에 있어서, 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 사용함으로써 강성을 확보하면서, 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 사이에 유연성 수지층을 배치함으로써 진동 감쇠 특성의 향상을 도모하고 있다. 이와 같이 산업용 로봇의 로봇 핸드에 있어서는, 반송의 대상물을 확실히 유지시키기 위해서, 강성의 확보와 함께 진동 감쇠 특성의 향상이 요망되고 있다.

본 발명은, 그러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 진동 감쇠 특성을 향상시킬 수 있는 로봇 핸드용 프레임 및 로봇 핸드를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 대상물을 반송하기 위한 로봇 핸드에 있어서, 대상물이 재치 (載置) 되는 복수의 포크를 유지시키는 프레임의 진동 감쇠 특성을 향상시킴으로써, 로봇 핸드 전체의 진동 감쇠 특성을 향상시킬 수 있음을 알아냈다. 본 발명은 그러한 견지에 기초하여 이루어진 것이다.

즉, 본 발명에 관련된 로봇 핸드용 프레임은, 대상물을 반송하기 위한 로봇 핸드에 사용되고, 대상물이 재치되는 복수의 포크를 유지시키는 장척 관상의 로봇 핸드용 프레임으로서, 장척 관상으로 형성된 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층과, 장척 관상으로 형성되고 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되도록 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 내측에 배치된 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층과, 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층과 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 사이에 배치된 제 1 제진층을 구비하고, 제 1 제진층은 제 1 및 제 2 의 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 구성하는 매트릭스 수지의 강성보다 낮은 강성의 점탄성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 로봇 핸드용 프레임에 있어서는, 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층과 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 사이에, 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 구성하는 매트릭스 수지보다 강성이 낮은 점탄성 재료로 이루어지는 제 1 제진층이 배치되어 있으므로, 진동 감쇠 특성이 향상된다. 따라서, 이 로봇 핸드용 프레임을 로봇 핸드에 적용하면, 그 로봇 핸드 전체의 진동 감쇠 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명에 관련된 로봇 핸드용 프레임에 있어서는, 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층에 있어서의 제 1 제진층에 접합되는 층의 탄소 섬유의 배향 방향과, 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층에 있어서의 제 1 제진층에 접합되는 층의 탄소 섬유의 배향 방향은, 당해 로봇 핸드용 프레임의 길이 방향에 대해 대칭인 것으로 할 수 있다. 이와 같이 당해 로봇 핸드용 프레임의 길이 방향에 대해 탄소 섬유의 배향 방향이 서로 대칭인 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 사이에 제진층을 배치하면, 당해 로봇 핸드용 프레임의 길이 방향을 따른 비틀림 진동을 적합하게 감쇠시킬 수 있다.

본 발명에 관련된 로봇 핸드용 프레임에 있어서는, 점탄성 재료의 저장 탄성률은 0.1 MPa 이상 2500 MPa 이하인 것으로 할 수 있다. 이와 같이 제진층을 구성하는 점탄성 재료의 저장 탄성률이 2500 MPa 이하이면 충분한 진동 감쇠 특성이 얻어지고, 0.1 MPa 이상이면 강성의 저하가 적다.

본 발명에 관련된 로봇 핸드용 프레임에 있어서는, 제 1 제진층은 미리 제 1 제진층에 첩착 (貼着) 된 수지 필름을 개재하여 제 1 및 제 2 의 탄소 섬유 강화 플라스틱층에 접합되어 있고, 수지 필름은 제 1 및 제 2 의 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 구성하는 매트릭스 수지와 동일한 재료로 이루어지는 것으로 할 수 있다. 이 경우, 각 탄소 섬유 강화 플라스틱층과 제진층을 강고하게 접합시킬 수 있다.

여기서, 본 발명에 관련된 로봇 핸드는 대상물을 반송하기 위한 로봇 핸드로서, 상기 로봇 핸드용 프레임과, 로봇 핸드용 프레임에 유지되어 있고 대상물이 재치되는 장척 관상의 복수의 포크를 구비하고, 복수의 포크는 각각 장척 관상으로 형성되고 서로 적층된 제 3 및 제 4 의 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 로봇 핸드는 상기 로봇 핸드용 프레임을 구비하고 있다. 따라서, 이 로봇 핸드에 의하면 진동 감쇠 특성이 향상된다.

본 발명에 관련된 로봇 핸드에 있어서는, 복수의 포크는, 각각 제 3 탄소 섬유 강화 플라스틱층과 제 4 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 사이에 배치된 제 2 제진층을 갖고, 제 2 제진층은 제 3 및 제 4 의 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 구성하는 매트릭스 수지의 강성보다 낮은 강성의 점탄성 재료로 이루어지는 것으로 할 수 있다. 이 경우, 프레임 및 포크의 양방에 제진층을 형성함으로써, 로봇 핸드 전체의 진동 감쇠 특성이 한층 더 향상된다.

본 발명에 의하면, 진동 감쇠 특성을 향상시킬 수 있는 로봇 핸드용 프레임 및 로봇 핸드를 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 관련된 로봇 핸드의 제 1 실시형태의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 영역 (AR1) 의 확대도이다.
도 3 은 도 2 에 도시된 III-III 선을 따른 포크의 단면도이다.
도 4 는 도 2 에 도시된 IV-IV 선을 따른 프레임의 단면도이다.
도 5 는 도 1 에 도시된 프레임의 제조 방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 6 은 본 발명에 관련된 로봇 핸드의 제 2 실시형태에 있어서의 프레임의 부분 단면도이다.
도 7 은 실시예 및 비교예에 관련된 로봇 핸드의 진동 감쇠 특성의 평가 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8 은 비교예 1 에 관련된 로봇 핸드의 진동 감쇠 특성의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 실시예 1 에 관련된 로봇 핸드의 진동 감쇠 특성의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10 은 실시예 2 에 관련된 로봇 핸드의 진동 감쇠 특성의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11 은 실시예 3 에 관련된 로봇 핸드의 진동 감쇠 특성의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12 는 실시예 4 에 관련된 로봇 핸드의 진동 감쇠 특성의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 관련된 로봇 핸드용 프레임 및 로봇 핸드의 일 실시형태에 대해 도면을 참조하며 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서는, 동일 또는 상당하는 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명을 생략한다. 또, 이하의 도면 중의 치수 비율은 실제의 것과는 상이한 경우가 있다.

[제 1 실시형태]

도 1 은 본 발명에 관련된 로봇 핸드의 제 1 실시형태의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 1 에 도시된 로봇 핸드 (1) 는 예를 들어 소정의 대상물 (OB) 을 반송하기 위한 산업용 로봇에 사용된다. 대상물 (OB) 은, 예를 들어 2.5 m×2.2 m 정도 크기의 LCD (액정 디스플레이) 기판 등이다. 로봇 핸드 (1) 는, 그러한 대상물 (OB) 이 재치되는 복수 (여기서는 4 개) 의 포크 (10) 와, 포크 (10) 의 각각을 유지시키는 프레임 (로봇 핸드용 프레임) (20) 을 구비하고 있다. 포크 (10) 및 프레임 (20) 은 장척의 사각형 관상을 나타내고 있다.

도 2 는 도 1 에 도시된 영역 (AR1) 의 확대도이다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 포크 (10) 는 그 일단부 (10a) 를 프레임 (20) 의 개구 (20h) 로부터 프레임 (20) 의 내부에 삽입한 상태에서, SUS 플레이트 등의 금속판 (PL) 을 개재하여 프레임 (20) 에 고정되어 있다. 또한, 로봇 핸드 (1) 에 있어서는, 포크 (10) 의 개수를 대상물 (OB) 의 치수에 따라 적절히 변경할 수 있다. 또, 그 포크 (10) 의 개수에 따라 프레임 (20) 의 치수를 적절히 변경할 수 있다.

도 3 은 도 1 의 III-III 선을 따른 포크의 모식적인 단면도이다. 특히, 도 3 의 (b) 는 도 3 의 (a) 에 도시된 영역 (AR2) 의 확대도이다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 포크 (10) 는 탄소 섬유 강화 플라스틱 (이하 「CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics」라고 한다) 층 (제 3 탄소 섬유 강화 플라스틱층) (11) 및 CFRP 층 (제 4 탄소 섬유 강화 플라스틱층) (12) 을 갖고 있다. CFRP 층 (11, 12) 은 장척의 사각형 관상을 나타내고 있고 서로 적층되어 있다. CFRP 층 (11) 및 CFRP 층 (12) 은 복수의 탄소 섬유 프리프레그를 적층시킴으로써 구성되어 있다.

또, 포크 (10) 는 제진층 (제 2 제진층) (13) 을 갖고 있다. 제진층 (13) 은 CFRP 층 (11) 과 CFRP 층 (12) 의 사이에 배치되어 있다. 특히, 제진층 (13) 은 포크 (10) 의 상벽부 (10a) 및 하벽부 (10b) 에 있어서 CFRP 층 (11) 과 CFRP 층 (12) 의 사이에 배치되어 있고, 포크 (10) 의 측벽부 (10c, 10d) 에는 배치되어 있지 않다. 제진층 (13) 은 장척의 사각형상을 나타내고 있고, CFRP 층 (11, 12) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되어 있다. 제진층 (13) 은 CFRP 층 (11, 12) 을 구성하는 매트릭스 수지의 강성보다 낮은 강성의 점탄성 재료로 구성된다. 제진층 (13) 을 구성하는 점탄성 재료에 대해서는 후술한다. 또한, 4 개의 포크 (10) 는 각각 서로 동일한 구성으로 되어 있다.

CFRP 층 (11) 및 CFRP 층 (12) 을 구성하기 위한 탄소 섬유 프리프레그로는, 예를 들어 JX 닛코 닛세키 에너지 (주) 제조 탄소 섬유 프리프레그 (평직 프리프레그) FMP61-2026A (CF：토레 (주) 제조 PAN 계 230GPaCF (상품명：트레카 T300), 매트릭스 수지：130 ℃ 경화 에폭시, CF 겉보기 중량 (AFW)：198 g/㎡, 수지 함유율：40.0 중량％, 프리프레그 두께 (MPT)：0.237 ㎜), JX 닛코 닛세키 에너지 (주) 제조 탄소 섬유 프리프레그 (일방향 프리프레그) E8026C-25N (CF：닛폰 그라파이트 화이버 (주) 제조 피치계 고탄성 780GPaCF (상품명：그라노크 XN-80), 매트릭스 수지：130 ℃ 경화 에폭시, CF 겉보기 중량 (AFW)：250 g/㎡, 수지 함유율：31.4 중량％, 프리프레그 두께 (MPT)：0.209 ㎜) 및 JX 닛코 닛세키 에너지 (주) 탄소 섬유 프리프레그 (일방향 프리프레그) B24N35C125 (CF：미츠비시 레이욘 (주) 제조 PAN 계 230GPaCF (상품명 파이로필 TR30S), 매트릭스 수지：130 ℃ 경화 에폭시, CF 겉보기 중량：125 g/㎡, 수지 함유율：35.0 중량％, 프리프레그 두께 (MPT)：0.126 ㎜) 등을 사용할 수 있다.

도 4 는 도 2 의 IV-IV 선을 따른 프레임의 모식적인 단면도이다. 특히, 도 4 의 (b) 는 도 4 의 (a) 에 도시된 영역 (AR3) 의 확대도이다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 프레임 (20) 은 CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층) (21), CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층, 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층) (22) 및 CFRP 층 (제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층) (23) 을 갖고 있다.

CFRP 층 (21) 은 장척의 사각형 관상으로 형성되어 있다. CFRP 층 (22) 은, 장척의 사각형 관상으로 형성되어 있고, CFRP 층 (21) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되도록 CFRP 층 (21) 의 내측에 배치되어 있다. CFRP 층 (23) 은 장척의 사각형 관상으로 형성되어 있고, CFRP 층 (22) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되도록 CFRP 층 (22) 의 내측에 배치되어 있다. CFRP 층 (21 ∼ 23) 은 복수의 탄소 섬유 프리프레그를 적층시킴으로써 구성된다.

또, 프레임 (20) 은 제진층 (제 1 제진층) (24, 25) 을 갖고 있다. 제진층 (24) 은 CFRP 층 (21) 과 CFRP 층 (22) 의 사이에 배치되어 있다. 제진층 (24) 은 장척의 사각형 관상을 나타내고 있고, CFRP 층 (21, 22) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되어 있다. 제진층 (25) 은 CFRP 층 (22) 과 CFRP 층 (23) 의 사이에 배치되어 있다. 제진층 (25) 은 장척의 사각형 관상을 나타내고 있고, CFRP 층 (22, 23) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되어 있다. 제진층 (24, 25) 은 CFRP 층 (21 ∼ 23) 을 구성하는 매트릭스 수지의 강성보다 낮은 강성의 점탄성 재료로 구성된다. 제진층 (24, 25) 을 구성하는 점탄성 재료에 대해서는 후술한다.

CFRP 층 (21) 은 제진층 (24) 에 접합된 접합층 (21a) 을 포함한다. CFRP 층 (22) 은 제진층 (24) 에 접합된 접합층 (22a) 과 제진층 (25) 에 접합된 접합층 (22b) 을 포함한다. CFRP 층 (23) 은 제진층 (25) 에 접합된 접합층 (23b) 을 포함한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 접합층 (21a, 22b) 의 탄소 섬유의 배향 방향 (D1) 과 접합층 (22a, 23b) 의 탄소 섬유의 배향 방향 (D2) 은, 프레임 (20) 의 소정 면내 (예를 들어 상면 (20s)) 에서 프레임 (20) 의 길이 방향 (Dx) 에 대해 서로 대칭으로 되어 있다 (예를 들어, 배향 방향 (D1) 및 배향 방향 (D2) 은 상면 (20s) 내에 있어서 길이 방향 (Dx) 으로부터 45°(-45°) 및 -45°(45°) 로 되어 있다).

CFRP 층 (21 ∼ 23) 을 구성하는 탄소 섬유 프리프레그로는, 상기 서술한 FMP61-2026A 및 B24N35C125 에 추가하여, 예를 들어 JX 닛코 닛세키 에너지 (주) 제조 탄소 섬유 프리프레그 (일방향 프리프레그) B24N33C269 (CF：미츠비시 레이욘 (주) 제조 PAN 계 230GPaCF (상품명：파이로필 TR30S), 매트릭스 수지：130°경화 에폭시, CF 겉보기 중량：269 g/㎡, 수지 함유율：33.4 중량％, 프리프레그 두께 (MPT)：0.263 ㎜) 및 JX 닛코 닛세키 에너지 (주) 제조 탄소 섬유 프리프레그 (일방향 프리프레그) E6026E-26K (CF 닛폰 그라파이트 화이버 (주) 제조 피치계 고탄성 600GPaCF (상품명：그라노크 XN-60), 매트릭스 수지：130°경화 에폭시, CF 겉보기 중량 (AWF)：260 g/㎡, 수지 함유율：27.5 중량％) 등을 사용할 수 있다.

상기 서술한 제진층 (13) 및 제진층 (24, 25) 을 구성하는 점탄성 재료는, 25 ℃ 에서의 저장 탄성률이 0.1 MPa 이상 2500 MPa 이하의 범위인 것이 바람직하고, 0.1 MPa 이상 250 MPa 이하의 범위인 것이 더욱 바람직하고, 0.1 MPa 이상 100 MPa 이하의 범위인 것이 한층 더 바람직하다. 제진층 (13) 및 제진층 (24, 25) 을 구성하는 점탄성 재료의 저장 탄성률이 2500 MPa 이하이면, 충분한 진동 감쇠 특성을 얻을 수 있고, 0.1 MPa 이상이면, 포크 (10) 및 프레임 (20) 의 강성 저하가 적어, 산업용 부품으로서 요구되는 성능을 만족시킬 수 있다.

또, 제진층 (13) 및 제진층 (24, 25) 을 구성하는 점탄성 재료는, 탄소 섬유 프리프레그를 열경화시켜 포크 (10) 및 프레임 (20) 을 제작하기 때문에, 그 제작시에 발생되는 열에 대해 안정적인 것이 바람직하다. 또한, 제진층 (13) 및 제진층 (24, 25) 을 구성하는 점탄성 재료는, 포크 (10) 및 프레임 (20) 의 각 CFRP 층과의 접착성이 우수한 것이 바람직하다.

이상과 같은 관점에서, 제진층 (13) 및 제진층 (24, 25) 을 구성하는 점탄성 재료는, 예를 들어 스티렌-부타디엔 고무 (SBR), 클로로프렌 고무 (CR), 부틸 고무 (IIR), 니트릴 고무 (NBR) 및 에틸렌 프로필렌 고무 (EPM, EPDM) 등의 고무, 그리고, 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 폴리 우레탄 수지 및 유연 사슬을 갖는 폴리머인 고무나 엘라스토머 등을 첨가함으로써 탄성률을 낮춘 에폭시 수지 등의 CFRP 에 비해 유연한 재료로 할 수 있다.

이와 같은 프레임 (20) 은 상기 서술한 바와 같은 탄소 섬유 프리프레그 등을 직방체상의 심재에 감아 적층시킨 후에 열경화시킴으로써 제작할 수 있다. 특히, 도 5 의 (a) 에 도시된 바와 같이, 하나의 탄소 섬유 프리프레그 (30) 를 심재 (40) 의 소정 부분 (P1) 에서 오버랩시키도록 심재 (40) 에 감은 경우에는, 도 5 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 다른 탄소 섬유 프리프레그 (31) 를, 심재 (40) 의 다른 소정 부분 (P2) 에서 오버랩시키도록 심재 (40) 에 감거나 하여, 탄소 섬유 프리프레그의 오버랩 지점을 중첩시키지 않도록 하면, 프레임 (20) 의 두께에 편차가 생기는 것을 피할 수 있다.

또, 도 5 의 (c) 에 도시된 바와 같이, 하나의 탄소 섬유 프리프레그 (32) 를, 심재 (40) 의 소정 부분 (P3) 에서 맞대도록 심재 (40) 에 감은 경우에는, 도 5 의 (d) 에 도시된 바와 같이, 다른 탄소 섬유 프리프레그 (33) 를, 심재 (40) 의 다른 소정 부분 (P4) 에서 맞대도록 심재 (40) 에 감거나 하여, 탄소 섬유 프리프레그의 맞댐 지점을 어긋나게 하면, 프레임 (20) 의 강도에 편차가 생기는 것을 피할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 로봇 핸드 (1) 에 의하면, 포크 (10) 에 있어서, CFRP 층 (11) 과 CFRP 층 (12) 의 사이에 제진층 (13) 을 배치하고 있으므로, 진동 감쇠 특성이 향상된다. 특히, 본 실시형태에 관련된 로봇 핸드 (1) 에 의하면, 프레임 (20) 에 있어서도, CFRP 층 (21) 과 CFRP 층 (22) 의 사이 및 CFRP 층 (22) 과 CFRP 층 (23) 의 사이에 제진층 (24) 및 제진층 (25) 을 배치하고 있으므로, 진동 감쇠 특성이 한층 더 향상된다.

또, 프레임 (20) 에 있어서는, 접합층 (21a) 의 탄소 섬유의 배향 방향과 접합층 (22a) 의 탄소 섬유의 배향 방향을, 프레임 (20) 의 길이 방향에 대해 대칭으로 하고 있다. 또, 접합층 (22b) 의 탄소 섬유의 배향 방향과 접합층 (23b) 의 탄소 섬유의 배향 방향을, 프레임 (20) 의 길이 방향에 대해 대칭으로 하고 있다. 그래서, 이 로봇 핸드 (1) 에 의하면, 프레임 (20) 의 길이 방향을 따른 비틀림 진동을 적합하게 감쇠시킬 수 있다.

[제 2 실시형태]

본 발명에 관련된 로봇 핸드의 제 2 실시형태는, 프레임 (20) 대신에 도 6 에 도시된 프레임 (로봇 핸드용 프레임) (50) 을 구비하는 점에서, 제 1 실시형태에 관련된 로봇 핸드 (1) 와 상이하다. 본 실시형태에 관련된 프레임 (50) 은, 제진층의 층수가 프레임 (20) 과 상이하다. 즉, 제 1 실시형태에 관련된 프레임 (20) 이 2 층의 제진층을 구비하고 있는 반면에, 제 2 실시형태에 관련된 프레임 (50) 은 4 층의 제진층을 구비하고 있다.

프레임 (50) 의 구조에 대해 상세하게 설명한다. 프레임 (50) 은, CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층) (51), CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층, 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층) (52), CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층, 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층) (53), CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층, 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층) (54) 및 CFRP 층 (제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층) (55) 을 갖고 있다.

CFRP 층 (51) 은 장척의 사각형 관상으로 형성되어 있다. CFRP 층 (52) 은 장척의 사각형 관상으로 형성되어 있고, CFRP 층 (51) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되도록 CFRP 층 (51) 의 내측에 배치되어 있다. CFRP 층 (53) 은, 장척의 사각형 관상으로 형성되어 있고, CFRP 층 (52) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되도록 CFRP 층 (52) 의 내측에 배치되어 있다. CFRP 층 (53) 은, 장척의 사각형 관상으로 형성되어 있고, CFRP 층 (52) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되도록 CFRP 층 (52) 의 내측에 배치되어 있다.

CFRP 층 (54) 은 장척의 사각형 관상으로 형성되어 있고, CFRP 층 (53) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되도록 CFRP 층 (53) 의 내측에 배치되어 있다. CFRP 층 (55) 은 장척의 사각형 관상으로 형성되어 있고, CFRP 층 (54) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되도록 CFRP 층 (54) 의 내측에 배치되어 있다. CFRP 층 (51 ∼ 55) 은 CFRP 층 (21 ∼ 23) 과 동일하게 하여 복수의 탄소 섬유 프리프레그를 적층시킴으로써 구성된다.

또, 프레임 (50) 은 제진층 (제 1 제진층) (56 ∼ 59) 을 갖고 있다. 제진층 (56) 은 CFRP 층 (51) 과 CFRP 층 (52) 의 사이에 배치되어 있다. 제진층 (56) 은 장척의 사각형 관상을 나타내고 있고, CFRP 층 (51, 52) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되어 있다. 제진층 (57) 은 CFRP 층 (52) 과 CFRP 층 (53) 의 사이에 배치되어 있다. 제진층 (57) 은 장척의 사각형 관상을 나타내고 있고, CFRP 층 (52, 53) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되어 있다. 제진층 (58) 은 CFRP 층 (53) 과 CFRP 층 (54) 의 사이에 배치되어 있다. 제진층 (58) 은, 장척의 사각형 관상을 나타내고 있고, CFRP 층 (53, 54) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되어 있다.

제진층 (59) 은 CFRP 층 (54) 과 CFRP 층 (55) 의 사이에 배치되어 있다. 제진층 (59) 은 장척의 사각형 관상을 나타내고 있고, CFRP 층 (54, 55) 의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되어 있다. 제진층 (56 ∼ 59) 은 제진층 (24, 25) 과 동일한 재료로 구성할 수 있다. 즉, 제진층 (56 ∼ 59) 은 CFRP 층 (51 ∼ 55) 을 구성하는 매트릭스 수지의 강성보다 낮은 강성의 점탄성 재료로 구성할 수 있다.

CFRP 층 (51) 은 제진층 (56) 에 접합된 접합층 (51a) 을 포함한다. CFRP 층 (52) 은 제진층 (56) 에 접합된 접합층 (52a) 과 제진층 (57) 에 접합된 접합층 (52b) 을 포함한다. CFRP 층 (53) 은, 제진층 (57) 에 접합된 접합층 (53b) 과 제진층 (58) 에 접합된 접합층 (53c) 을 포함한다. CFRP 층 (54) 은 제진층 (58) 에 접합된 접합층 (54c) 과 제진층 (59) 에 접합된 접합층 (54d) 을 포함한다. CFRP 층 (55) 은 제진층 (59) 에 접합된 접합층 (55d) 을 포함한다.

CFRP 층 (51 ∼ 55) 을 구성하는 탄소 섬유 프리프레그로는, 상기 서술한 CFRP 층 (21 ∼ 23) 을 구성하는 탄소 섬유 프리프레그와 동일한 것을 사용할 수 있다. 단, 접합층 (51a, 52b, 53c, 54d) 의 탄소 섬유의 배향 방향과 접합층 (52a, 53b, 54c, 55d) 의 탄소 섬유의 배향 방향은, 상기 서술한 접합층 (21a, 22b) 과 접합층 (22a, 23b) 과 같이 프레임 (50) 의 소정 면내에서 프레임 (50) 의 길이 방향에 대해 서로 대칭으로 되어 있다.

이상 설명한 제 2 실시형태에 관련된 로봇 핸드에 있어서도, 제 1 실시형태에 관련된 로봇 핸드 (1) 와 동일한 이유에서, 진동 감쇠 특성이 향상된다. 특히, 제 2 실시형태에 관련된 로봇 핸드에 의하면, 프레임의 제진층의 수를 증가시킴으로써, 진동 감쇠 특성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

이상의 실시형태는, 본 발명에 관련된 로봇 핸드용 프레임 및 로봇 핸드의 일 실시형태를 설명한 것이다. 따라서, 본 발명에 관련된 로봇 핸드용 프레임 및 로봇 핸드는 상기 서술한 것에 한정되지 않는다. 본 발명에 관련된 로봇 핸드용 프레임 및 로봇 핸드는 특허 청구 범위에 기재된 각 청구항의 요지를 변경하지 않는 범위에서, 상기 서술한 것을 임의로 변형한 것으로 할 수 있다.

예를 들어, 상기 서술한 각 제진층 (제진층 (13, 24, 25, 56 ∼ 59)) 은 미리 각 제진층에 첩착된 수지 필름을 개재하여 각 CFRP 층 (CFRP 층 (11, 12, 21 ∼ 23, 51∼ 55) 에 접합되어 있어도 된다. 그 경우에는, 그 수지 필름을, 각 CFRP 층을 구성하는 매트릭스 수지와 동일한 재료로 구성하면, 각 제진층과 각 CFRP 층을 강고하게 접합시킬 수 있게 된다.

또, 프레임 (20, 50) 에 있어서의 제진층의 층수는, 원하는 프레임 (20, 50) 의 강성과 진동 감쇠 특성의 균형 면에서 예를 들어 1 층 ∼ 10 층 정도의 범위에서 임의로 변경할 수 있다. 또한, 포크 (10) 는 반드시 제진층 (13) 을 구비하고 있지 않아도 된다.

실시예

계속해서, 본 발명에 관련된 로봇 핸드의 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 이하에 나타낸 바와 같이 비교예 1, 실시예 1 ∼ 4 의 각각에 관련된 로봇 핸드를 준비하고, 그 진동 감쇠 특성을 평가하였다.

비교예 1 에 관련된 로봇 핸드는 제 1 실시형태에 관련된 로봇 핸드 (1) 에 대해 포크 및 프레임이 제진층을 구비하고 있지 않은 점에서 상이하다. 요컨대, 비교예 1 에 관련된 로봇 핸드는 하기 표 1 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그만을 적층시켜 구성되는 4 개의 포크와 하기 표 2 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그만을 적층시켜 구성되는 프레임을 구비하고 있다.

또한, 이하의 표에 있어서 「각도」란, 포크나 프레임의 길이 방향에 대한 탄소 섬유의 배향 각도 (배향 방향) 를 나타내고 있다. 예를 들어 「각도」가 「0°／90°」라 함은, 그 탄소 섬유 프리프레그에 있어서, 포크나 프레임의 길이 방향에 대해 0°의 각도로 배향된 탄소 섬유와 90°의 각도로 배향된 탄소 섬유가 평직되어 있음을 나타내고 있다.

실시예 1 에 관련된 로봇 핸드는 제 1 실시형태에 관련된 로봇 핸드 (1) 에 대해 포크가 제진층을 구비하고 있지 않은 점에서 상이하다 (바꾸어 말하면, 실시예 1 에 관련된 로봇 핸드는 프레임만이 제진층을 구비하고 있다). 요컨대, 실시예 1 에 관련된 로봇 핸드는 상기 표 1 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그만을 적층시켜 구성되는 4 개의 포크와, 하기 표 3 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그와 2 층의 제진 시트 (제진층) 를 적층시켜 구성되는 프레임을 구비하고 있다. 또한, 여기서는, 제진 시트로서 SBR 시트 (아스크 공업 주식회사 제조 (상품명：아스나시트, 두께：0.15 ㎜)) 를 사용하였다.

실시예 2 에 관련된 로봇 핸드는 제 1 실시형태에 관련된 로봇 핸드 (1) 와 동일한 구성을 갖고 있다 (바꾸어 말하면, 실시예 2 에 관련된 로봇 핸드는 포크 및 프레임이 제진층을 구비하고 있다). 요컨대, 실시예 2 에 관련된 로봇 핸드는 하기 표 4 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그와 제진 시트를 적층시켜 얻어지는 상하벽부와 상기 표 1 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그만을 적층시켜 얻어지는 1 쌍의 측벽부로 구성되는 4 개의 포크와, 상기 표 3 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그와 2 층의 제진 시트를 적층시켜 구성되는 프레임을 구비하고 있다.

실시예 3 에 관련된 로봇 핸드는 제 2 실시형태에 관련된 로봇 핸드에 대해 포크가 제진층을 구비하고 있지 않은 점에서 상이하다 (바꾸어 말하면, 실시예 3 에 관련된 로봇 핸드는 프레임만이 제진층을 구비하고 있다). 요컨대, 실시예 3 에 관련된 로봇 핸드는 상기 표 1 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그만을 적층시켜 구성되는 4 개의 포크와, 하기 표 5 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그와 4 층의 제진 시트를 적층시켜 구성되는 프레임을 구비하고 있다.

실시예 4 에 관련된 로봇 핸드는 제 2 실시형태에 관련된 로봇 핸드와 동일한 구성을 갖고 있다 (바꾸어 말하면, 실시예 4 에 관련된 로봇 핸드는 포크 및 프레임이 제진층을 구비하고 있다). 요컨대, 실시예 4 에 관련된 로봇 핸드는 상기 표 4 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그와 제진 시트를 적층시켜 얻어지는 상하벽부와 상기 표 1 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그만을 적층시켜 얻어지는 1 쌍의 측벽부로 구성되는 4 개의 포크와, 상기 표 5 에 나타낸 바와 같이 복수의 탄소 섬유 프리프레그와 4 층의 제진 시트를 적층시켜 구성되는 프레임을 구비하고 있다.

또한, 실시예 1 ∼ 4 에 관련된 로봇 핸드의 프레임에 있어서, 제진 시트를 사이에 두고 제진 시트에 접합되는 1 쌍의 탄소 섬유 프리프레그는, 그 탄소 섬유의 배향 각도가, 예를 들어 45°와 -45°와 같이 프레임의 길이 방향에 대해 대칭으로 되어 있다.

또, 이상의 비교예 1 및 실시예 1 ∼ 4 에 있어서는, 각 표에 나타낸 순서로 (숫자의 내림차순으로) 탄소 섬유 프리프레그 등을 직방체상의 심재에 감아 적층시키고, 탄소 섬유 프리프레그의 외측으로부터 PP 나 PET 등의 열수축 테이프를 감거나 알루미늄이나 철 등의 금속제의 외형을 꽉 누른 상태에서 진공 백 안에 넣음으로써 탄소 섬유 프리프레그 등을 고정시키면서 열경화시킨 후에, 심재를 빼냄으로써, 두께 약 5 ㎜ 정도의 사각형 관상의 프레임을 얻었다.

이상과 같이 하여 준비한 비교예 1 및 실시예 1 ∼ 4 에 관련된 각 로봇 핸드에 대해 진동 감쇠 특성의 평가를 실시하였다. 여기서의 진동 감쇠 특성의 평가 방법은 이하와 같다. 즉, 도 7 에 도시된 바와 같이, 먼저 중앙 2 개의 포크 (10) 에 미리 2.7 kgf 의 추 (60) 를 매달아 두고, 그 매달은 실 (61) 을 절단함으로써, 각 로봇 핸드에 진동을 주었다. 그 상태에서, 각 로봇 핸드의 프레임 (20) 의 양단의 구부러짐을, 레이저 변위계 (70) 로 측정하였다.

도 8 은 비교예 1 에 관련된 로봇 핸드의 진동 감쇠 특성의 평가 결과를 나타내는 그래프이고, 도 9 는 실시예 1 에 관련된 로봇 핸드의 진동 감쇠 특성의 평가 결과를 나타내는 그래프이고, 도 10 은 실시예 2 에 관련된 로봇 핸드의 진동 감쇠 특성의 평가 결과를 나타내는 그래프이고, 도 11 은 실시예 3 에 관련된 로봇 핸드의 진동 감쇠 특성의 평가 결과를 나타내는 그래프이고, 도 12 는 실시예 4 에 관련된 로봇 핸드의 진동 감쇠 특성의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.

도 8 에 도시된 평가 결과와 도 9 에 도시된 평가 결과를 비교하면, 비교예 1 에 관련된 로봇 핸드보다 실시예 1 에 관련된 로봇 핸드가, 포크 선단 구부러짐이 신속하게 감쇠되었음을 알 수 있다. 즉, 프레임에 2 층의 제진 시트를 형성한 실시예 1 에 관련된 로봇 핸드에 의하면, 포크 및 프레임에 제진 시트를 형성하지 않은 비교예 1 에 관련된 로봇 핸드와 비교하여 진동 감쇠 특성이 향상되었다.

또, 도 9 에 도시된 평가 결과와 도 10 에 도시된 평가 결과를 비교하면, 실시예 1 에 관련된 로봇 핸드보다 실시예 2 에 관련된 로봇 핸드가, 포크 선단 구부러짐이 보다 신속하게 감쇠되었음을 알 수 있다. 즉, 프레임에 2 층의 제진 시트를 형성한 후에 포크에도 제진 시트를 형성한 실시예 2 에 관련된 로봇 핸드에 의하면, 프레임에만 2 층의 제진 시트를 형성한 실시예 1 에 관련된 로봇 핸드와 비교하여 진동 감쇠 특성이 더 향상되었다.

또한, 도 8 에 도시된 평가 결과와 도 11 에 도시된 평가 결과를 비교하면, 비교예 1 에 관련된 로봇 핸드보다 실시예 3 에 관련된 로봇 핸드가, 포크 선단 구부러짐이 신속하게 감쇠되었음을 알 수 있다. 즉, 프레임에 4 층의 제진 시트를 형성한 실시예 3 에 관련된 로봇 핸드에 의하면, 포크 및 프레임에 제진 시트를 형성하지 않은 비교예 1 에 관련된 로봇 핸드와 비교하여 진동 감쇠 특성이 향상되었다. 특히, 도 9 에 도시된 평가 결과와 도 11 에 도시된 평가 결과를 비교하면, 실시예 1 에 관련된 로봇 핸드보다 실시예 3 에 관련된 로봇 핸드가, 진동 감쇠 특성이 향상되었음을 알 수 있다. 즉, 제진 시트를 2 층에서 4 층으로 함으로써, 진동 감쇠 특성이 더 향상되었음을 알 수 있다.

또한, 도 11 에 도시된 평가 결과와 도 12 에 도시된 평가 결과를 비교하면, 실시예 3 에 관련된 로봇 핸드보다 실시예 4 에 관련된 로봇 핸드가, 포크 선단 구부러짐이 한층 더 신속하게 감쇠되었음을 알 수 있다. 즉, 프레임에 4 층의 제진 시트를 형성한 후에 포크에도 제진 시트를 형성한 실시예 4 에 관련된 로봇 핸드에 의하면, 프레임에만 4 층의 제진 시트를 형성한 실시예 3 에 관련된 로봇 핸드와 비교하여 진동 감쇠 특성이 한층 더 향상되었다.

이상과 같은 평가 결과를 감안하면, 로봇 핸드에 있어서, 프레임에 제진층을 형성함으로써 진동 감쇠 특성이 개선됨을 알 수 있었다. 한편, 프레임의 제진층을 2 층에서 4 층으로 늘림으로써, 진동 감쇠 특성이 더 개선됨을 알 수 있었다.

1…로봇 핸드
10…포크
11…CFRP 층 (제 3 탄소 섬유 강화 플라스틱층)
12…CFRP 층 (제 4 탄소 섬유 강화 플라스틱층)
13…제진층 (제 2 제진층)
20…프레임 (로봇 핸드용 프레임)
21…CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층)
22…CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층, 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층)
23…CFRP 층 (제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층)
24, 25…제진층 (제 1 제진층)
50…프레임 (로봇 핸드용 프레임)
51…CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층)
52…CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층, 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층)
53…CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층, 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층)
54…CFRP 층 (제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층, 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층)
55…CFRP 층 (제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층)
56, 57, 58, 59…제진층 (제 1 제진층)
OB…대상물

Claims

대상물을 반송하기 위한 로봇 핸드에 사용되고, 상기 대상물이 재치되는 복수의 포크를 유지하는 장척 관상의 로봇 핸드용 프레임으로서,
장척 관상으로 형성된 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층과,
장척 관상으로 형성되고 상기 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되도록 상기 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 내측에 배치된 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층과,
상기 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층과 상기 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 사이에 배치된 제 1 제진층을 구비하고,
상기 제 1 제진층은 상기 제 1 및 제 2 의 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 구성하는 매트릭스 수지의 강성보다 낮은 강성의 점탄성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드용 프레임.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층에 있어서의 상기 제 1 제진층에 접합되는 층의 탄소 섬유의 배향 방향과, 상기 제 2 탄소 섬유 강화 플라스틱층에 있어서의 상기 제 1 제진층에 접합되는 층의 탄소 섬유의 배향 방향은 당해 로봇 핸드용 프레임의 길이 방향에 대해 대칭인 것을 특징으로 하는 로봇 핸드용 프레임.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 점탄성 재료의 저장 탄성률은 0.1 MPa 이상 2500 MPa 이하인 것을 특징으로 하는 로봇 핸드용 프레임.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 제진층은 미리 상기 제 1 제진층에 첩착 (貼着) 된 수지 필름을 개재하여 상기 제 1 및 제 2 의 탄소 섬유 강화 플라스틱층에 접합되어 있고,
상기 수지 필름은 상기 제 1 및 제 2 의 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 구성하는 매트릭스 수지와 동일한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드용 프레임.
대상물을 반송하기 위한 로봇 핸드로서,
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 로봇 핸드용 프레임과,
상기 로봇 핸드용 프레임에 유지되어 있고 상기 대상물이 재치되는 장척 관상의 복수의 포크를 구비하고,
상기 복수의 포크는 각각 장척 관상으로 형성되고 서로 적층된 제 3 및 제 4 의 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 갖는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 포크는 각각 상기 제 3 탄소 섬유 강화 플라스틱층과 상기 제 4 탄소 섬유 강화 플라스틱층의 사이에 배치된 제 2 제진층을 갖고,
상기 제 2 제진층은 상기 제 3 및 제 4 의 탄소 섬유 강화 플라스틱층을 구성하는 매트릭스 수지의 강성보다 낮은 강성의 점탄성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.