KR20200130460A - 로봇용 그리퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 액추에이터에 의하여 대칭형으로 배치되는 복수의 핑거가 동시에 이동하여 동작성 및 제어성이 우수한 로봇용 그리퍼를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 산업용 로봇에 장착되어 공작물을 그리핑하는 로봇용 그리퍼에 있어서, 전체 구조를 지지하는 베이스; 상기 베이스에 장착되어 외부 동력에 의하여 동작하는 액추에이터; 상기 베이스 하면에 배치되는 4개의 핑거; 및 상기 액추에이터의 동작을 변환하여 상기 4개의 핑거를 중심점을 향하여 동시에 모이거나, 동시에 벌어지게 이송시키는 변환장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

로봇용 그리퍼

본 발명은 로봇용 그리퍼에 관한 것으로 더욱 상세하게는 구동이 우수한 로봇용 그리퍼에 관한 것이다.

일반적으로, 로봇은 인간을 대신하여 위험한 작업환경에서의 작업, 단순반복작업, 혹은 큰 힘이 필요한 작업을 수행하도록 안출된 것으로, 산업현장은 물론 최근에는 의료, 군사, 우주, 또는 농업 등의 분야에까지 적용되고 있다.

특히 산업용 로봇은 가장 왕성하게 활용되고 있는 분야로 예를 들면, 용접, 조립, 도장, 검사 및 이송분야(로딩/언로딩)에 널리 사용되고 있다.

여기서 이송로봇의 경우는 이송대상물을 용이하게 픽업 및 이송할 수 있도록 작업환경, 이송대상물의 크기 및 무게 등을 고려한 다양한 구조의 로봇용 그리퍼가 제안되고 있다. 예를 들면, 공개특허 제1988-12139호, 공개특허 제1992-7759호, 공개특허 제1992-17776호, 공개특허 제1998-70949호 및 공개특허 제2001-88718호 등을 들 수 있다.

상기 기술들에는 로봇의 일반적인 그리퍼 형태나 특수 목적을 위한 그리퍼의 설계에 대한 내용이 기재되어 있다. 예를 들면, 평판형 핑거 2개로 구성된 것으로서, 그리퍼가 수평으로 닫히는 형태이거나, 또는 가위와 같이 정점을 축으로 작동하도록 구성되어 있다.

상기와 같은 그리퍼의 구조는 잡을 수 있는 물체의 크기가 제한되거나 복수의 액추에이터를 요구하고 또한 내부에 웜기어 또는 캠과 같은 구성을 포함하고 있어 그 구성이 복잡한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 단일 액추에이터에 의하여 대칭형으로 배치되는 복수의 핑거가 동시에 이동하여 동작성 및 제어성이 우수한 로봇용 그리퍼를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 산업용 로봇에 장착되어 공작물을 그리핑하는 로봇용 그리퍼에 있어서, 전체 구조를 지지하는 베이스; 상기 베이스에 장착되어 외부 동력에 의하여 동작하는 액추에이터; 상기 베이스 하면에 배치되는 4개의 핑거; 및 상기 액추에이터의 동작을 변환하여 상기 4개의 핑거를 중심점을 향하여 동시에 모이거나, 동시에 벌어지게 이송시키는 변환장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 액추에이터는 회전식 액추에이터인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 액추에이터는 피니언을 구동하고, 상기 변환장치는 하나의 핑거에 2개의 이송체가 결합하여 전체 4개의 이송체를 포함하고, 상기 이송체는 상기 피니언에 의하여 동작하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 이송체는 상기 피니언과 치합하는 랙을 포함하는 랙부와 상기 랙부의 끝단에 랙부의 길이방향과 수직 방향으로 부착되며, 양끝단은 각각 다른 핑거와 결합하는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 이송체 두개는 상기 피니언과 치합하면서 서로 대칭형으로 배치되는 하나의 조합 구성이고, 나머지 조합 구성은 이전 조합 구성과 다른 평면에서 90도 회전된 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 핑거는 상단에 형성되는 상단부를 포함하고, 상기 상단부에는 서로 다른 높이에서 90방향으로 회전된 형태로 형성되는 2개의 결합홀을 포함하고, 상기 결합홀에는 각각 다른 이송체의 결합부가 삽입되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 핑거는 상기 하단부에서 연장되는 원형 단면의 연결부에 형성되고, 상기 연결부는 이송 시 상기 베이스 하면에 형성되는 대각선 형태의 슬릿에 의하여 가이드되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 핑거는 상기 연결부에 결합하는 그립부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 액추에이터는 선형 액추에이터인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 변환장치는 상기 베이스에 회전 가능하게 고정되는피니언과 상기 피니언과 치합하는 랙을 포함하는 랙부와 상기 랙부의 끝단에 랙부의 길이방향과 수직 방향으로 부착되며, 양끝단은 각각 다른 핑거와 결합하는 결합부를 포함하는 4개의 이송체를 포함하고, 상기 이송체 중 하나의 이송체는 상기 선형 액추에이터에 의하여 이송되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 이송체 두개는 상기 피니언과 치합하면서 서로 대칭형으로 배치되는 하나의 조합 구성이고, 나머지 두개의 이송체에 의한 조합 구성은 이전 조합 구성과 다른 평면에서 90도 회전된 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로봇용 그리퍼는 베이스, 액추에이터, 상기 액추에이터에 의하여 이송되는 이송체, 상기 이송체에 결합하고, 상기 베이스에 수직으로 배치되고, 중심점을 향하여 수평 방향으로 동시에 이송하는 복수의 핑거를 포함하여 구성되어, 핑거의 동작성이 우수하고, 액추에이터와 동작과 핑거의 이송이 선형적인 관계로 제어성도 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇용 그리퍼의 구성도이며,
도 2는 도 1의 동작 상태를 나타내는 설명도이며,
도 3은 도 1에서 공작물을 그리핑하는 상태를 나타내는 설명도이며,
도 4는 도 1에 도시된 핑거의 구성도이며,
도 5는 도 1에 도시된 변환장치의 구성도이며,
도 6은 도 5에 도시된 이송체의 구성도이며,
도 7은 도 6의 이송체 2개의 조합한 구성도이며,
도 8은 도 5의 동작 상태도이며,
도 9는 도 1의 다른 실시예이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 로봇용 그리퍼(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스(10), 상기 베이스(10) 내부에 배치되는 변환장치(20), 상기 베이스(10) 상단에 배치되어 상기 변환장치(20)를 구동시키는 액추에이터(80), 상기 베이스(10) 하단에 배치되어 상기 변환장치(20)와 결합하여 변환장치(20)의 동작에 따라 이송하는4개의 핑거(90)를 포함하여 구성된다.

상기 액추에이터(80)가 가동하는 경우, 상기 핑거(90)는 도 2에 도시된 바와 같이, 중심점을 향하여 동시에 이동하거나, 또는 중심점에서 동시에 멀어지는 방향으로 이송한다.

상기 4개의 핑거(90)는 정사각형의 각 꼭지점에 각각 위치하고, 서로 대각선 방향으로 이송한다.

상기와 같이 동작하는 로봇용 그리퍼(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 기둥 형상의 공작물의 끝단을 그립하여 이동시킬 수 있으며, 구 형상 역시 그립할 수 있는 특징이 있으며, 대칭형 공작물인 구형상, 정육면체, 원통 기둥 등과 같은 경우 공작물의 중심과 핑거(90)들의 중심점이 서로 일치되는 효과가 있다.

또한, 직사각형 단면을 갖는 공작물의 경우에는 서로 마주보는 2개의 핑거(90)가 그립하므로, 이송할 수 있으며, 이 역시 중심점이 서로 일치한다.

그리고, 상기 핑거(90)는 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 90도 각도로 배치되어 관통형성되는 2개의 결합홀(91)을 포함하며, 상기 2개의 결합홀(91)은 서로 간섭을 방지하기 위하여 다른 높이로 형성된다.

또한 상기 핑거(90)는 상기 결합홀(91)이 형성된 상단부(92)와 상단부(92) 하부에 형성되는 연결부(93) 및 상기 연결부(93) 하단에 형성되는 그립부(94)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 상단부(92)는 90도로 배치되는 결합홀(91)이 형성되는 어떠한 형태로 구현 가능하나, 방향성과 가공성을 고려하는 경우 사각 기둥 형태로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 연결부(93)는 상기 상단부(92) 및 그립부(94)에 비하여 작은 직경을 갖는 원형 단면의 기둥으로 형성하는 것이 바람직하다.

특히 상기 베이스(10) 하단에 상기 핑거(90)의 이동을 안내하는 슬릿(11)이 형성되는 경우 상기 연결부(93)는 상기 슬릿(11)에 수용 가능한 크기의 원형 단면으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 그립부(94)는 삼각형 단면 형상으로 구성하나, 필요한 경우 다른 형상으로 구성 가능하며, 또한 상기한 바와 같이, 길이 방향으로 곡선을 형태로도 구성 가능하다.

필요한 경우 상기 그립부(94)는 상기 연결부(93)와 분리 및 결합 가능하도록 구성하는 경우, 수행하는 작업의 종류에 따라 적절한 형상의 그립부(94)를 선택할 수 있는 효과를 제공한다.

한편, 상기 베이스(10) 내부에는 변환장치(20)가 배치되며, 상기 변환장치(20)는 상기 액추에이터(80)의 회전을 상기 핑거(90)들의 동시 이송으로 변환해주는 역할을 수행하는 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 동일한 형상의 4개의 이송체(30)를 포함하여 구성된다.

여기서 서로 대칭형 형태로 배치되는 2개의 이송체(30)가 하나의 조합으로 동일한 평면에 구성되고, 나머지 2개의 이송체(90) 역시 서로 대칭형태로 구성되되, 다른 이송체(30) 조합과는 90도로 회전된 상태에서 다른 평면에 배치된다.

한편, 상기 이송체(30)는 도 6에 도시된 바와 같이, 수직으로 배치되어 액추에이터(80)의 피니언(81)과 치합하는 랙(33)이 형성된 랙부(31)와 상기 랙부(31)의 일끝단에 수평으로 배치되고 양측에 핑거(90)가 슬라이딩 가능하도록 결합하는 결합부(32)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 랙부(31)는 사각형 단면으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 베이스(10)에 랙부(31) 길이방향으로 슬라이딩 가능하게 결합한다.

한편, 상기 이송체(30)의 결합부(32)는 원형 단면 형상으로 구성하는 것이 바람직하며, 상기 결합부(32)는 상기 핑거(90)에 형성된 두개의 결합홀(91) 중 동일한 방향의 결합홀(91)에 삽입된다. 물론 상기 결합부(32)의 양끝단에 각각 핑거(90)의 결합홀(91)이 결합한다.

한편, 상기 결합부(32)는 도 6에 도시된 바와 같이, 피니언(81)의 중심에서 연장되어 상기 결합부(32)와 수직으로 교차하는 지점에서 좌우측의 길이가 동일하도록 구성한다. 따라서, 랙(33)이 형성된 방향의 결합부(32)의 길이가 상대적으로 길게 형성된다.

한편, 상기 이송체(30)는 2개가 피니언(81)을 중심으로 서로 대칭 형태로 도 7에 도시된 바와 같이 배치되고, 각 이송체(30)의 결합부(32) 끝단에는 각각 핑거(90)가 결합한다.

따라서 동일 평면에 배치되는 이송체(30) 조합은 상기 피니언(81)이 회전하는 경우, 서로 엇갈리게 운동하므로, 서로 마주보는 핑거(90)는 서로 가까이 이송하거나, 멀어지는 방향으로 이송한다.

한편, 상기 도 7 구성에서 다른 평면으로 2개의 이송체(30)를 추가하면, 도 8과 같이 구성된다.

이때 상기 피니언(81)은 상하단 평면 모두에 연장되는 형태로 구성되며, 상기 피니언(81)의 회전에 의하여 4개의 핑거(90)는 대각선 방향으로 모이거나 멀어지는 형태로 운동한다.

또한, 상기 액추에이터(80)는 별도의 에너지원에 의하여 상기 피니언(81)을 회전시키는 구성이나, 필요한 경우 내부에 감속기를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 하나의 핑거(90)에 형성된 2개의 결합홀(91)의 높이 차이는 2개의 이송체(30) 조합이 각각 다른 평면에 형성될 때 2개 평면의 높이 차이와 동일하다.

한편, 상기 액추에이터(80)는 선형 액추에이터로 구성될 수 있다. 이때 상기 피니언(81)은 상기 베이스(10)에 회전 가능하도록 결합하고, 상기 선형 액추에이터(80)는 도 9에 도시된 바와 같이, 베이스(10)의 측면에 고정되고, 작동부가 하나의 이송체(30)와 결합하도록 구성된다.

따라서 상기 액추에이터(80)가 구동하면 하나의 이송체(30)가 이송하고, 상기 이송체(30)의 이송에 따라 상기 피니언(81)이 회전하여 나머지 이송체(30)를 이송시켜 결국 모든 핑거(90)가 동시에 이송한다.

상기와 같은 구성은 액추에이터(80)를 베이스(10) 측면에 배치할 수 있으므로, 그리퍼(100)의 높이를 낮게 구성할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 로봇용 그리퍼를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10: 베이스 11: 슬릿
20: 변환장치 30: 이송체
31: 랙부 32: 결합부
33: 랙 80: 액추에이터
81: 피니언 90: 핑거
91: 결합홀 92: 상단부
93: 연결부 94: 그립부
100: 로봇용 그리퍼

Claims (11)

1. 산업용 로봇에 장착되어 공작물을 그리핑하는 로봇용 그리퍼에 있어서,
   전체 구조를 지지하는 베이스;
   상기 베이스에 장착되어 외부 동력에 의하여 동작하는 액추에이터;
   상기 베이스 하면에 배치되는 4개의 핑거; 및
   상기 액추에이터의 동작을 변환하여 상기 4개의 핑거를 중심점을 향하여 동시에 모이거나, 동시에 벌어지게 이송시키는 변환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 그리퍼.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 액추에이터는 회전식 액추에이터인 것을 특징으로 하는 로봇용 그리퍼.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 액추에이터는 피니언을 구동하고, 상기 변환장치는 하나의 핑거에 2개의 이송체가 결합하여 전체 4개의 이송체를 포함하고, 상기 이송체는 상기 피니언에 의하여 동작하는 것을 특징으로 하는 로봇용 그리퍼.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 이송체는 상기 피니언과 치합하는 랙을 포함하는 랙부와 상기 랙부의 끝단에 랙부의 길이방향과 수직 방향으로 부착되며, 양끝단은 각각 다른 핑거와 결합하는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 그리퍼.
   
5. 청구항 4에 있어서, 이송체 두개는 상기 피니언과 치합하면서 서로 대칭형으로 배치되는 하나의 조합 구성이고, 나머지 조합 구성은 이전 조합 구성과 다른 평면에서 90도 회전된 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇용 그리퍼.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 핑거는 상단에 형성되는 상단부를 포함하고, 상기 상단부에는 서로 다른 높이에서 90방향으로 회전된 형태로 형성되는 2개의 결합홀을 포함하고, 상기 결합홀에는 각각 다른 이송체의 결합부가 삽입되는 것을 특징으로 하는 로봇용 그리퍼.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 핑거는 상기 하단부에서 연장되는 원형 단면의 연결부에 형성되고, 상기 연결부는 이송 시 상기 베이스 하면에 형성되는 대각선 형태의 슬릿에 의하여 가이드되는 것을 특징으로 하는 로봇용 그리퍼.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 핑거는 상기 연결부에 결합하는 그립부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 그리퍼.
   
9. 청구항 1에 있어서, 상기 액추에이터는 선형 액추에이터인 것을 특징으로 하는 로봇용 그리퍼.
   
10. 청구항 9에 있어서, 상기 변환장치는 상기 베이스에 회전 가능하게 고정되는피니언과 상기 피니언과 치합하는 랙을 포함하는 랙부와 상기 랙부의 끝단에 랙부의 길이방향과 수직 방향으로 부착되며, 양끝단은 각각 다른 핑거와 결합하는 결합부를 포함하는 4개의 이송체를 포함하고, 상기 이송체 중 하나의 이송체는 상기 선형 액추에이터에 의하여 이송되는 것을 특징으로 하는 로봇용 그리퍼.
    
11. 청구항 10에 있어서, 이송체 두개는 상기 피니언과 치합하면서 서로 대칭형으로 배치되는 하나의 조합 구성이고, 나머지 두개의 이송체에 의한 조합 구성은 이전 조합 구성과 다른 평면에서 90도 회전된 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇용 그리퍼.

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