KR20180088299A - 무한 회전형 핸드를 포함하는 파지 장치 및 이를 이용한 파지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파지 장치 및 이를 사용한 파지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집게형 파지 장치 및 이를 사용한 얼음 파지 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 파지 방식은 크기를 알 수 없는 얼음을 별도의 센서 없이 리니어 모터의 특성만을 이용하여 적정한 힘으로 안전하게 파지하고, 얼음과 접촉하는 부위의 재질을 열전도율에 따라 다르게 선정하여 얼음을 정확하고 안전하게 파지하는 기술을 이용하여 얼음을 정확하고 안전하게 파지하게 한다.

Description

무한 회전형 핸드를 포함하는 파지 장치 및 이를 이용한 파지 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GRASPING ICE}

본 발명은 무한 회전형 핸드를 포함하는 파지 장치 및 이를 이용한 파지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집게형 무한 회전형 핸드를 포함하는 파지 장치 및 이를 이용한 파지 방법에 관한 것이다.

크기를 알 수 없는 물체를 파지하기 위해서는 원래 그리퍼에 물체가 닿았는지를 확인하고 적정한 힘으로 잡고있는지 알기 위한 센서가 필요하다. 하지만 무한회전형 핸드는 특성상 많은 전선이 지나다닐 수 없고 많은 센서를 설치한다고 해도 회전하는 중에 신호 값을 잃거나 변형될 우려가 있다. 그리고 센서를 추가할수록 비용 또한 증가하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 파지 방식은 다음과 같은 기술을 갖는다.

크기를 알 수 없는 물체 특히, 얼음을 별도의 센서 없이 리니어 모터의 특성만을 이용하여 적정한 힘으로 안전하게 파지한다.

얼음과 접촉하는 부위의 재질을 열전도율에 따라 다르게 선정하여 얼음을 정확하고 안전하게 파지한다.

위의 두가지 기술을 이용하여 얼음을 정확하고 안전하게 파지하게 한다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 파지 장치는 선형 액추에이터로써 서로 맞은편에 위치하는 물체의 양측부에 각각 접근하여 상기 물체를 가압하는 파지부; 및 상기 파지부가 물체와 접촉 후 상기 선형 액추에이터로부터 전달되는 압력을 저장하는 탄성부재를 포함한다.

구체적으로, 상기 파지 장치는 액추에이터; 상기 액추에이터에 의해 구동되는 샤프트; 상기 샤프트의 단부측에 설치되어 상기 액추에이터로부터 전달되는 힘을 저장하는 탄성부재; 및 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 파지부를 포함하고, 상기 파지부는 상기 액추에이터에 의해 물체의 양측으로 각각 접근하여 상기 물체를 파지하고, 상기 한 쌍의 파지부 중 어느 하나는 상기 탄성부재와 연결되어, 상기 파지부가 상기 물체와 접촉된 이후에는 상기 탄성부재에 저장된 힘에 의해 물체를 가압하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파지 장치는 상기 샤프트의 단부측에 고정되도록 설치된 제1 아암; 일단부에서 상기 탄성부재가 연결된 제2 아암; 및 상기 제1 아암에 연결되고, 상기 샤프트와 평행한 파지축을 더 포함하고, 상기 제2 아암은 상기 파지축의 안내에 따라 축방향으로 움직이도록 배치되고, 상기 제2 아암의 타단부에 상기 파지부가 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 파지 장치의 파지부는 접촉 부재 및 상기 접촉 부재상에 돌출된 복수의 첨단부를 포함할 수 있으며, 바람직하게, 상기 접촉 부재는 아세탈 수지로 구성되고, 상기 복수의 첨단부는 스테인리스로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 파지 장치를 이용하여 물체를 파지하기 위한 파지 방법으로서, 상기 파지부는 상기 물체와 접촉할 때까지 상기 액추에이터에 의해 물체를 향하여 이동하는 단계; 상기 액추에이터를 한계치까지 구동시키는 단계; 상기 액추에이터의 회로가 차단되어, 상기 파지부가 물체와 접촉되어 있는 상태로 복귀하는 단계; 및 상기 액추에이터를 상기 한계치의 소정의 비율로 출력하여, 물체를 파지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

1. 별도의 센서를 사용하지 않고 리니어 모터의 특성만을 이용하여 부정확한 크기의 얼음을 안정적으로 파지 하였는지 확인할 수 있다.

2. 열전도율이 다른 재질을 적용하여 얼음의 크기에 맞춰 모터에 적정한 힘을 가할 수 있으며, 녹거나 미끌림으로 인해 얼음을 놓치는 상황을 미연에 예방할 수 있다.

3. 육각 형태의 얼음뿐만 아니라 구 형태 등 다양한 형태의 얼음을 안전하게 파지할 수 있다.

4. 별도의 센서를 사용하지 않음으로 인해 비용 절감효과와 기구의 복잡성을 줄일 수 있다.

5. 전기적 센서와 전선을 최소화하여 얼음이 녹음으로 인해 발생하는 물에 의한 합선, 쇼트 등을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파지 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 파지 장치의 정면도이다.
도 3은 구 형태의 얼음을 파지하고 있는 도 1에 도시된 파지 장치의 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 파지 장치의 사시도이다.
도 5는 구 형태의 얼음을 파지하고 있는 도 1에 도시된 파지 장치의 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 파지 장치(1)가 (정육면체 또는 구형의) 얼음(2)을 파지하고 있는 것을 도시하고 있다. 먼저, 본 발명에 따른 파지 장치는 물체(2)를 파지 하기 위한 힘을 제공하는 액추에이터(본 실시예에서는 리니어 모터) (10) 및 물체를 파지하는 한 쌍의 파지부(13, 13’)를 포함한다. 이때, 물체(2)를 파지하기 위한 동력의 전달 순서는 리니어 모터(10) - 모터(10)에 의해 구동되는 샤프트(11) - 탄성부재 (즉, 스프링)(12) - 파지부(13)이다.

구체적으로, 리니어 모터(10)에 의해 샤프트(11)는 선형 운동을 하게 되고, 이 샤프트(11)의 단부측에는 제1 아암(14)이 설치되어 있으며, 샤프트(11)와 리니어 모터(10) 사이에는 제2 아암(15)이 설치되어 있다. 또한, 샤프트(11)의 단부측에는 리니어 모터(10)로부터 전달되는 힘을 저장하는 스프링(12)이 리니어 모터(10)를 향하여 설치되어 있고, 스프링(12)의 일단부는 제1 아암과 고정되어 있으며, 스프링(12)의 타단부는 제2 아암(15)에 고정되어 있다. 따라서, 스프링(12)에 저장된 힘은 제2 아암(15)으로 전달될 수 있다.

이때, 제1 아암(14)은 샤프트(11)에 고정되어 있으며, 제2 아암(15)은 샤프트(11)에 고정되어 있지 않으므로, 제1 아암(14)은 샤프트(11)의 선형 운동에 종속되나, 제2 아암은 샤프트(11)의 운동과는 독립적으로 샤프트(11)의 축방향으로 움직일 수 있다.

또한, 제1 및 제2 아암(14, 15)은 한 쌍의 파지부(13, 13’) 중 어느 하나(13)와 파지축(132)에 의해 연결되어 있으며, 파지축(132)의 일단부는 제1 아암(14)과 고정되어 연결된다. 반면, 제2 아암(15)은 파지축(132)에 고정되어 있지 않으며, 파지축(132)의 안내에 따라 축방향으로 움직이게 된다. 본 실시예에서 파지부(13)는 제2 아암(15)에 설치되어 있으며, 따라서, 스프링(12)에 저장된 힘을 제2 아암(15)을 통하여 전달 받는다.

본 발명에 따른 파지 장치(1)의 작동 순서는 얼음(2)을 파지할 때 얼음(2)의 크기를 모르므로 파지부(13)가 얼음에 닿을 때까지 리니어 모터(10)를 가동하여 파지부(13)를 오므린다. 즉, 파지부(13)가 얼음(2)에 접촉할 때까지는 제1 아암에 의하여 파지부(13)가 오므려지므로, 스프링(12) 상에는 힘이 전달되지 않는다. 그러다가 한 쌍의 파지부 (13, 13’)가 얼음(2)에 접촉하여 더 이상 파지부(13)가 오므려질 수 없게 된다. 그러나, 파지부(13)가 더 이상 오므려질 수 없어도 모터(10)는 계속 구동하게 되어 모터(10)에 무리한 힘이 가해지게 되고, 모터에서 출력되는 힘은 스프링(12)을 압축하게 되므로, 스프링(12) 상에 일정량 흡수가 된다. 하지만 스프링(12)이 압축됨에도 불구하고 리니어 모터(10)는 파지부(13)를 계속 오므리려고 구동하고, 리니어 모터(10)가 감당할 수 있는 한계치를 넘어가게 되면 리니어 모터(10)는 기구부를 보호하기 위해 회로를 차단하게 되어 있다. 회로가 차단되면 모터(10)에 의해 구동되는 샤프트(11)는 파지부(13)를 조이던 힘을 잃고, 스프링(12)은 다시 원상태로 돌아오게 된다. 그러면 파지부(13)는 얼음(2)을 꽉 잡지는 않지만 얼음(2)에 닿아 있는 상태가 된다. 그 때 다시 모터(10)에 신호를 인가하여 스프링 변형량에 대한 다음의 <수학식 1> 및 모터(10) 한계치을 이용해 적당량 조여주게 되면 파지부(13)는 (12)의 압축력에 의해 적절한 힘으로 얼음(2)을 안전하게 파지한다.

[수학식 1]

(

: 스프링 길이 변화량, F: 힘, k: 스프링 상수)

이러한 리니어 모터(10)의 특성 및 상기 <수학식 1>을 이용하여, 부정확한 크기의 얼음을 안정적으로 파지할 수 있다.

예를 들어, 하기 기구부에 사용된 모터(10)와 스프링(12)의 스펙을 참조로 하여 설명하면,

- 리니어 모터 Thrust 한계치 (모터 스펙 참조): 40 N

- 스프링 상수 (스프링 스펙 참조): 19.61 N/mm 인 경우,

스프링 길이 변화량은,

= 40(N) / 19.61(N/mm) = 2.039mm 이다. 즉, 스프링은 약 2.039mm가 압축 되었을 때 40N의 힘(리니어 모터 Thrust 한계치)이 걸린다.

그러므로 처음 조일 때는 스프링(12)이 약 2.039mm 이상이 압축되면 모터(10)가 회로를 차단하게 되고, 조이던 힘이 풀리게 된다. 또한, 이 때 스프링(12)도 원래 상태로 돌아오게 된다. 그 후에 스프링(12)이 리니어 모터(10) 한계치의 3/4 정도인 30N 의 힘을 저장할 수 있도록 리니어 모터(10)에 신호를 인가하여 약 1.57mm정도 다시 조여주게 되면 첨단부(131)가 얼음(2)에 파고들어서 얼음(2)을 약 30N의 힘으로 단단히 파지하게 된다. 그리고 스프링(12)이 1.57mm정도 압축되어 있으므로 얼음(2)이 녹거나 첨단부(131)가 조금 더 파고들어도 안전한 파지가 가능하게 된다. 또한, 압축된 스프링(12)은 약 30N 정도의 힘으로 얼음(2)을 조이고 있으므로 진동이나 충격으로부터 얼음(2)을 안전하게 파지하고 있을 수 있다.

이러한 특성은 육각형(Hexagon)의 얼음뿐만 아니라 구(Sphere) 형태의 얼음(2)에도 동일한 힘으로 적용됨을 알 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 한 쌍의 파지부(13, 13’)는 집게형 그리퍼(집게 모양의 형태로 단순하며 효율이 좋은 그립퍼 방식)로 얼음(2)을 집는 부분에는 송곳형태의 첨단부(131)이 6개 박혀 있다. 이때, 첨단부(131)는 스테인리스로 구성될 수 있다. 즉, 스테인리스는 부식에 강한 금속으로 식기 등에 많이 쓰이며 열 전도율이 높아 상온에 있던 스테인리스 재질의 첨단부(131)가 얼음(2)에 닿으면 얼음(2)이 빠른 속도로 녹아 들어가 짧은 시간 내에 첨단부(131)가 얼음(2)에 박히게 된다. 첨단부(131)가 얼음(2)에 계속 파고들면 안되므로 3mm만 파고들게 하기 위하여 첨단부(131)의 길이를 3mm로 하고 뒤쪽에는 열 전도율이 낮아 닿아도 얼음이 잘 녹지 않는 수지 계열의 아세탈수지(Poly Oxy Methylene)로 구성된 접촉 부재(130)를 댄다. 이러한 구조로 제작하게 되면 뾰족한 스테인리스의 첨단부(131)만 얼음(2)에 박히고 얼음(2)이 아세탈수지로 구성된 접촉 부재(130)에 닿게 되면 더 이상 파고 들어가기를 멈추게 되어 얼음(2)이 계속 녹는 것을 방지하게 된다.

이러한 특성은 육각형(Hexagon)의 얼음뿐만 아니라 구(Sphere) 형태의 얼음에도 동일하게 적용됨을 알 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 파지 장치
2: 물체(얼음)
10: 선형 액추에이터(리니어 모터)
11: 샤프트
12: 탄성부재(스프링)
13, 13': 한 쌍의 파지부
14: 제1 아암
15: 제2 아암
130: 접촉 부재
131: 첨단부
132: 파지축

Claims (5)

1. 선형 액추에이터;
   상기 액추에이터에 의해 구동되는 샤프트;
   상기 샤프트의 단부측에 설치되어 상기 액추에이터로부터 전달되는 힘을 저장하는 탄성부재; 및
   서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 파지부를 포함하고,
   상기 파지부는 상기 액추에이터에 의해 물체의 양측으로 각각 접근하여 상기 물체를 파지하고,
   상기 한 쌍의 파지부 중 어느 하나는 상기 탄성부재와 연결되어, 상기 파지 부가 상기 물체와 접촉된 이후에는 상기 탄성부재에 저장된 힘에 의해 물체를 가압하는 것을 특징으로 하는 파지 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 샤프트의 단부측에 고정되도록 설치된 제1 아암;
   일단부에서 상기 탄성부재가 연결된 제2 아암; 및
   상기 제1 아암에 연결되고, 상기 샤프트와 평행한 파지축을 더 포함하고,
   상기 제2 아암은 상기 파지축의 안내에 따라 축방향으로 움직이도록 배치되고, 상기 제2 아암의 타단부에 상기 파지부가 설치되는 것을 특징으로 하는 파지 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 파지부는 접촉 부재 및 상기 접촉 부재상에 돌출된 복수의 첨단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파지 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 접촉 부재는 아세탈 수지로 구성되고, 상기 복수의 첨단부는 스테인리스로 구성되는 것을 특징으로 하는 파지 장치.
5. 선형 액추에이터;
   상기 액추에이터에 의해 구동되는 샤프트;
   상기 샤프트의 단부측에 설치되어 상기 액추에이터로부터 전달되는 힘을 저장하는 탄성부재; 및
   서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 파지부를 포함하고,
   상기 한 쌍의 파지부 중 어느 하나는 상기 탄성부재와 연결되어, 상기 파지부가 상기 물체와 접촉된 이후에는 상기 탄성부재에 저장된 힘에 의해 물체를 가압하는 파지 장치를 이용하여 물체를 파지하기 위한 파지 방법으로서,
   상기 파지부는 상기 물체와 접촉할 때까지 상기 액추에이터에 의해 물체를 향하여 이동하는 단계;
   상기 액추에이터를 한계치까지 구동시키는 단계;
   상기 액추에이터의 회로가 차단되어, 상기 파지부가 물체와 접촉되어 있는 상태로 복귀하는 단계; 및
   상기 액추에이터를 상기 한계치의 소정의 비율로 출력하여, 물체를 파지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파지 방법.

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