KR20220122690A - 그리핑 장치, 로봇 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 오브젝트(7;19)를 그리핑하기 위한 로봇을 위한 그리핑 장치는, 그리퍼 요소들(9;15)이 그리핑 장치의 그리핑 핑거들(8;13)상에 회전 가능하게 마운트된다.

Description

그리핑 장치, 로봇 및 제어 방법

본 발명은 오브젝트를 그리핑하는 그리핑 장치, 특히 로봇 및 매니퓰레이터(manipulators)를 위한, 이를 이용한 로봇, 그리고 로봇의 그리핑 장치에 의하여 오브젝트를 그리핑하기 위한 제어 방법(control method)에 관한 것이다.

2개의 선으로 이동 가능한(linearly movable) 그리퍼들(grippers) 또는 핑거 요소들(finger elements)을 갖는 평행 그리퍼들(parallel grippers)과 같은, 적어도 3개의 핑거 요소들을 갖는 센트릭 그리퍼들(centric grippers)과 같은 또는 로봇을 위한 오프셋 방식(offset manner)으로 클램프(clamped) 되는 그리퍼들을 갖는 각도 그리퍼들(angular grippers)과 같은 그리퍼 장치는 설계의 다양한 종류가 알려져 있다. 그리핑 장치는 또한 선형 또는 클로 그립(linear or claw grip)이 가능한 방식으로 설계될 수 있고, 그것에서 오브젝트는 오직 2개의 개별적인 포인트에서 그리핑 장치의 그리퍼들에 의해 그립되고, 또는 그것은 그들이 그리퍼들 또는 공간적인 그립(spatial grip)과 함께 오브젝트를 본질적으로 (essentially) 완벽하게 둘러싸는(encloses) 그립을 가능하게 하고, 필요한 경우, 그것에서 그리핑 장치의 그리퍼들 또는 핑거 요소들이 그립되는 오브젝트의 윤곽(contour)에 조정(adapt)한다.

WO 2013/075245 A1로부터, 예를 들어, 그리핑 장치는 평행 또는 센트릭 그리퍼와 같이 설계될 수 있는 것으로 알려져 있으며, 그것에서 그리퍼들은 더블 암(double arms)과 같이 설계되며, 평행 사변형 가이드(parallelogram guide)를 갖는 준 트랜스미션(transmission) 또는 기어(quasi transmission or gear)를 실현하기 위하여다. 이는 한편으로는 서로를 향한 그리퍼들의 선형 이동(linear movement)에 의하여 오브젝트가 홀드(hold)되는 것, 또는 다른 한편으로 오브젝트 주의에서 틸트되도록(tilt) 그리퍼의 상부 원위 단부를 허용하는 것에 의하여 부분적으로 둘러싸는 방식으로 곡선의 오브젝트(curved objects)를 그립하는 것이 가능하게 한다. 그리핑(gripping)의 어느 타입이 궁극적으로 사용되는 지는 그립되는 오브젝트의 크기와 형상(size and shape) 그리고 설계의 결과처럼 확립된(established) 핑거 요소들 사이의 평형 평면(equilibrium plane), 즉 트랜스미션(transmission)에 의존한다. 원칙적으로, 이것은 유연하게 가능하며, 오브젝트의 순응성 그리핑(adaptive gripping), 비록 유연한 그리고 조정 가능한(adaptive) 능력(capabilities)이 설계에 의해 상당히 제한되더라도 불구한다. 기어 또는 레버(lever) 요소, 스위블 조인트(swivel joints), 스프링(springs) 및 액츄에이터(actuators)를 갖는 트랜스미션의 기계적 설계는 복잡하고 민감하며(susceptible) 그리고 또한 전체 그리핑 장치의 높은 중량으로 이어진다.

그리핑 장치를 위한 유사한 기계적 설계가 WO 2016/141266 A1에서 개시되고, 여기서 핑거들의 레버 요소들(lever elements)은 어쩌면 내장된 촉각센서(embedded tactile sensors)와, 유연한 재료(flexible material)로부터 하나로 통제되도록(monolithically) 제조될 수 있다.

평행 사변형 기어에 유사한 핑거 요소들을 위한 가이드를 갖는 다른 그리핑 장치가, 예를 들면, WO 2016/037288 A1와 US Patent No. 9,533,419로부터 알려졌다. US patent에 보여진 그리핑 장치는 또한 각각의 일련의 오브젝트 구성을 대향하는 내측 표면들(inner surfaces)이 서로에게 상대적으로(relative) 움직일 수 있게 관련되고, 그래서 유연한 그리핑과 그립되는 오브젝트의 윤곽에 조정될 수 있는 그리핑이 허용된다.

DE 10 2009 015 975 B4으로부터 알려진 그리핑 장치는, 핑거 요소들 또는 그리퍼들이 두개의 굴곡진(flexurally) 유연한 표면들, 그들의 자유단(free ends)에서 서로를 향해 연결되고 상각형 배열(triangular arrangement)을 형성하도록 서로로부터 거리를 두고 그리퍼 베이스(gripper base)에 고정된(fastened) 표면들을 갖는 소위 핀 빔 요소들(fin beam elements)과 같이 설계된다. 2 개의 표면들은 서로에 대하여 평행하게 연장된 복수의 박막층(plurality of lamellae extending parallel)을 통하여 서로에게 연결되고, 그것의 각각은 관절로 연결(articulated)되거나 또는 물리적인 연결 방식(materially interlocking manner)으로 그것의 끝쪽 영역(end regions)에 표면들로 탄력 있게(resiliently) 연결되고, 그래서 오브젝트가 그립될 때 표면들은 오브젝트의 표면에 일치(conform)되고, 때문에 표면은 박막층을 통하여 서로를 향해 상대적으로 움직일 수 있다. 그러나, 이러한 그리핑 장치의 유연한 특성(flexible characteristics)은 설계에 의하여 제한된다. 게다가, 그리핑을 위해, 핑거 요소들은 그들 전체가 작동되고(actuated) 그리고 따라서 변형 가능한(deformable) 방식으로 이동되어야 하며, 추가적인 토크와 힘이 메커니즘에 작용하게 한다.

그러나, 상술한 그리핑 장치의 어느 것도 매우 섬세한 것(filigree) 그리고, 더욱이, 강성이 없는(not rigid), 특히 본질적으로(intrinsically) 유연하거나 탄성있는, 천(fabrics), 섬유(textiles), 포일(foils), 종이 또는 유사물과 같은 평평한 오브젝트를 그리핑하는 것이 스스로 가능하지 않으며, 그래서 그리핑 핑거들이 물체의 위에서 수직 하방으로 그 후 측면으로 이동되는 알려진 그리핑 기술(parallel grip; 평행 그립)은 적합(suitable)하지 않다. 전술한 것처럼 그러한 그리핑 장치의 본질적인 탄성(elasticity)은, 만일 조금이라도 있다면, 평행 그립의 이런 유형을 위해 오직 설계된다. 그러나, 그리핑의 이러한 유형을 일반적으로 평형한, 부드러운 오브젝트에 실패하고, 때문에 평행하게 접근하는 핑거들 위에 존재하는 물체의 섹션(section)은 그들에 의해 단단히(securely) 파지될(grasped) 수 없다. 게다가, 이것은 그리핑 핑거들이 평행하게 움직일 때 문제되며, 그들이 평지(flat)에 놓일 때(rest), 그들의 전단(front ends)을 갖는 유연한 오브젝트, 오브젝트는 그들 스스로 배치되고, 그러나 핑거들 상의 그리퍼 턱(gripper jaws)들에 의해 그립될 수 없으므로 그들은 실제로 들어올릴 수 없다. 뿐만 아니라, 오브젝트가 부서지고 찢어질(crushed and torn) 위험이 있다. 제어 기술의 측면에서, 평행 그리퍼에 의하여 유연하고, 평평한 오브젝트의 안전하며, 비-파괴적인 그리핑은 실행될 수 없거나 또는, 전혀 그렇지 않은 경우라도, 오직 불균형적으로 높은 노력(disproportionately high effort)을 수반한다.

평행 그리퍼들은 강성을 가진 오브젝트의 그리핑을 위해 주로 설계된다. 짧은 시간 동안 진공을 생성하는 동안 그러한 오브젝트를 들어올리기 위한 석션 컵(suction cups)의 사용은 원칙적으로 가능하지만, 이는 비용과 유지를 발생시키는 추가적인 미디어 라인(media lines)을 필요로 하고 그리고 매니퓰레이터(manipulator)를 따라 라우트되(routed)어야 하며, 일반적으로 외부상에, 그리고 또한 로봇의 이동성을 제한한다.

이에 기초하여, 본 발명의 목표는 개선된 그리핑 장치를 제공하고, 특히 경량 구조의 로봇(robots of lightweight construction)을 위한, 쉽게 동작되고, 다용도(versatile)에 사용되고, 더욱이, 제조하는데 저렴하고, 특히, 주로 평평(mainly flat)하고 본질적으로 유연한 모양의 오브젝트의 그리핑을 허용한다.

이러한 목적은 청구항 제1 항에 따른 그리핑 장치에 의해 또한 청구항 제14 항에 따른 방법에 의하여 해결된다.

따라서, 본 발명은 물체를 그리핑하기 위한 그리핑 장치를 제안하고, 각각 그리핑 핑거(gripping finger)를 가지고 릴리즈 포지션(release position)과 오브젝트를 그리핑하는 그리핑 포지션(gripping position) 사이를 제어된 움직임에 의해 이송 가능한 적어도 2 이상의 그리핑 유닛들을 포함하고, 여기서 그리핑 유닛들 각각은 그리핑 포지션에서 그립되는 오브젝트와의 접합점(abutment)으로 운반될 수 있는 그리퍼 요소들(gripper elements)을 포함하고, 그리고 그리퍼 요소들은 그리핑 핑거들의 원위 단부(distal ends)에 회전 가능하게 마운트된다(are rotatably mounted).

특히, 본 발명에 따른 그리핑 장치는 평평한 베이스(base)로부터 고정되지 않거나 또는 강성이 아닌 오브젝트(non-fixed or non-rigid objects)를 그리핑(gripping)하기 위해 제공된다.

본 발명에서 말하는 강성이 아닌 오브젝트는 여기에서 본질적으로 유연(pliable)하거나 탄성이 있는 물체로 이해되고 임의 종류의 섬유(textiles), 직물 웹(fabric webs), 플라스틱 필름, 종이 시트, 절연 소재(insulating materials), 및 그와 유사한 것과 같은, 평평한 확장(planar extension)을 갖는다.

그리퍼 요소들은 독립적인 요소들(independent elements)로서 그리핑 핑거들 상에 제공되고, 그래서 일종의 회전 턱(rotary jaws)으로 말하자면, 본 발명에 따른 회전 가능한 지지체(rotatable support)에 의하면 그리퍼 요소들이 그립되는 오브젝트와 접촉할 때, 예를 들어 컨베이어 벨트와 같은, 평평한 지지체(flat support)로부터 일반적으로 들어 올려지게(picked up) 되는 것을 허용하고, 지지체와 관련된 이러한 물체는 스스로 그리퍼 요소들이 중간 저장소(intermediate storage) 아래에 또는 오브젝트의 클램핑(clamping) 아래에 구를(roll) 수 있는 접합점(abutment)의 유형처럼 행동한다.

클래핌의 기초가 되는 힘은, 즉 그리퍼 핑거들이 추가적인 그리퍼 요소들, 게다가 서로를 향하여 그리핑 핑거들의 측면 움직임을 통하여 물체 또는 지지체와 함께 작용하는 힘, 힘(which)은 오브젝트와 그리퍼 요소들 사이의 마찰의 영향(frictional effect) 때문에 이것들 그리퍼 요소들의 회전적 움직임을 이끌고(leads), 임피던스 제어(impedance-controlled) 그리고 그러므로 특히 경량 설계의, 민감한 로봇(sensitive robot)에 의해 선호되는 방식으로 수행될 수 있다. 그러한 로봇의 제어 행동(control behavio)은, 이것(which)은 이런 함수(function)로 조정될(tuneed) 수 있고, 섬유와 같은, 부드러운 소재의 비-파괴적인 그리핑을 가능하게 한다. 특히, 로봇은 그리퍼 요소들이 그러한 오브젝트 상에 적절히 놓였는지(resting) 여부 그리고 오브젝트가 서로를 향한 그리핑 핑거들의 평행 운동의 코스에서 회전되는 그리핑 요소들에 의하여 실제로 그립되었는지 여부를 "감지(feel)" 가능할 수 있다.

그리핑 장치의 일 실시예는, 그리핑 요소들이 서로를 향하여 그리고 그리퍼 요소들이 그리핑 포지션에 도달하여 서로와 함께 접촉될 때 그립되는 오브젝트로부터 멀어지게 회전 가능하게 구성된다.

그리핑 장치의 선호되는 실시예에 있어서, 그리퍼 요소들은 제1 섹션(first section)을 가지고, 그것의 외부 윤곽은 그리퍼 요소들 사이의 접촉이 그들이 서로를 향해 움직인 이후 선형적인 방식(linear manner)으로 일어나는(takes place) 방식으로 그것의 회전축에 대하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 회전축(axis of rotation)에 대한 제1 섹션의 외부 윤곽은 그러므로 부분적으로 수학적 나선형(mathematical spiral)의 형상을 따르고, 이것은 상호 접촉 포인트(mutual contact point)가 양 그리퍼 요소들의 회전의 축들에 의하여 발생되는 공통 평면(common plane) 상에 위치되는 것을 특징으로 하고, 아르키메데스 나선(an Archimedes spiral)과 같다.

또한, 본 발명에 따른 그리퍼 요소들은 제2 섹션(second section)을 포함할 수 있고, 그것의 외부 윤곽은 그리핑 포지션이 완료된 때, 그리퍼 요소들의 추가 회전이 방지되는, 방식으로 회전축에 대하여 설계되고, 특히, 그리핑 포지션이 완료된 때, 그리퍼 요소들은 오브젝트의 맞물림(engagement)을 갖는 평면 방식(planar manner)으로 적어도 일부가 서로에 대향하게 놓인다.

의도된 회전의 방향으로 오브젝트와 접촉될 때 회전 운동(rotational movement)을 지지하기 위하여, 그리퍼 요소들은 편향(biased)될 수 있다. 또한, 그리퍼 요소들은 접촉하지 않을 때 그리퍼 요소들의 회전을 방지하도록 배치된 장치(device)를 포함할 수 있다. 그립된 오브젝트의 해제(release)와 또한 그리퍼 요소들이 그들의 초기 포지션(initial position)로 복귀하는(return) 것에 도음을 주기 위하여, 이 장치는 그리퍼 요소들을 그리퍼 요소들 사이에서 더 이상 접촉이 없을 때 서로로부터 멀어지게 회전하도록 야기하기 위하여 또한 배치될 수 있다.

기계적 정지(mechanical stop) 또는 유사한 메커니즘을 갖는 조합 안의 토션 스프링(torsion spring)은 회전 운동이 그리퍼 요소들이 상호 접촉되는 것 이전에 시작되지 않게 보장하는 것을 생각할 수 있고(conceivable), 즉 예를 들어 작업면(work surface) 또는 그립된 오브젝트와의 충돌의 이벤트 같은, 뜻하지 않은 회전(accidental rotation)은 근본적으로 방지된다.

또한, 본 발명에 따른 대안적인 실시예에서, 그리퍼 요소들 중 적어도 하나는 액츄에이터에 의해 회전적으로 구동 가능하게 설계된다. 이러한 방식으로, 그리퍼 요소와 평평한 오브젝트와의 마찰적인 맞물림(frictional engagement)을 통하여, 예를 들어, 이런 목적을 위한 접합점(abutment)으로서 그 다음 제공하는, 대향하는 그리퍼 요소들과 관련된 능동적으로 적용된 회전(actively applied rotation)에 의하여, 후자를 배치하고 따라서 들어올리는(lift) 것은, 가능하다.

이런 목적으로, 그리핑 핑거들이 예를 들면 그리핑 핑거 안쪽으로 가이드되는(guided) 벨트 구동부(belt drive)같은, 그리퍼 요소들을 구동하기 위한 기어 메커니즘을 갖는 것을 고려할 수 있다(conceivable).

만약 그리퍼 요소의 외부 표면이 고무 코팅(rubber coating), 너브를 가질 수 있는 것(possibly with nubs), 박막(lamellae) 또는 그 유사체와 같은, 마찰 강화 코팅 및/또는 구조(friction-enhancing coating and/or structure)를 갖는 다면, 원칙적으로, 섬유(textiles) 또는 매끈한 필름(smooth films) 같은, 매끈한 오브젝트(smooth objects)를 그리핑하는 것에 이점이 있다.

본 발명은 또한 상술한 어느 하나의 실시예에 따른 그리핑 장치를 포함하는 로봇, 바람직하게는 인간-로봇 협동(human-robot collaboration; HRC)의 과정에 사용을 위한 경량 구조에 관련된다.

이런 맥락에서, 본 발명은 또한 상술한 실시예 중 어느 하나에 따른 그리핑 장치를 포함하는 로봇에 의하여 바람직하게는 본질적으로 유연한 오브젝트(inherently pliant object)를 그리핑하기 위한 제어 방법에 관련되고, 이하의 단계를 포함함:

- 그리퍼 요소들이 오브젝트 상에 놓일 때까지 오브젝트 쪽으로 로봇에 의하여 그리핑 장치를 이동시키는(moving) 단계;

- 그리퍼 요소들이 상호 접촉될 때까지 서로를 향하여 그리핑 핑거들을 이동시키는 단계; 및

- 오브젝트를 그리핑하는 동안 그리퍼 요소들이 회전되는 방식으로 서로를 향해 그리핑 핑거들을 더욱 이동시키는 단계.

본 발명에 따른 그리퍼 요소들은 그들이 접촉할 때 서로를 향해 자동적으로 회전하는 그리핑 핑거의 원위 단부에 그런 형상 및 그런 베어링을 포함하고, 서로를 향한 그리핑 핑거들의 천천한 선형 움직임(a slow linear movement)은, 그립되는 오브젝트의 중량에 의존하여 조절될(adjusted) 수 있는 것으로서, 큰 노력 없이 회전하는 회전식 턱(rotary jaws) 사이에 오브젝트를 픽업하기 충분하다. 서로를 향한 그리핑 핑거의 움직임은, 특히 회전식 턱들이 접촉될 때, 능동적 구동(active drive)을 갖는 설계를 위한 임피던스를 위해 제어될 수 있으며, 이런 제어는 그리핑 장치를 가이딩하는 로봇의 추가적인 제어와 상응되게 조화(coordinated)될 수 있다.

상기 방법은 그리퍼 요소들이 오브젝트의 맞물림 하에 그들의 섹션들과 접촉될 때까지 서로를 향해 그리핑 핑거를 추가적으로 이동시키는 단계를 추가적인 단계로 포함할 수 있으며, 상기 섹션은 그리퍼 요소들의 추가적인 회전을 허용하지 않게 구성된다.

특히, 본 발명에 따른 방법은 단계들이 임피던스 제어된(impedance-controlled) 및/또는 민감하게 제어된(sensitively controlled) 로봇에 의해 수행될 수 있는 것을 특징으로 하고, 사용되는 그리핑 장치에 대한 그것의 제어는 따라서 이런 측면(respect)으로 설정된다(set up).

본 발명에 따른 과제 해결 원리(solutuions)는 그립되는 오브젝트의 유연한 특징(flexible nature)의 이용(exploitation)에 기초된다. 회전, 마찰-집중적 표면(friction-intensive surface)을 통하여 그리핑 디바이스의 핑거들의 그리퍼 요소들 사이에서 오브젝트를 "당김(pulling)"에 의하여, 메커니즘은 특히 비파괴적 그리핑을, 적절히 보장한다.

회전 운동을 구현하기 위하여, 로봇 그리퍼의 그리퍼 요소들은 그들의 축들 주변으로 피봇(pivot)할 수 있고, 축들(which)은 서로에 대하여 평행하고 오브젝트가 배치된 평면에 평행하다. 유연한 오브젝트와 접촉하는 그리퍼 요소들의 각각의 표면의 외부 윤각은 두 축의 공통 평면(common plane) 상에 배치된 접촉점(contact point)을 갖는 아르키메데스 나선형(Archimedean spiral)과 같은, 수학적 나선형의 형태를 따른다. 그리퍼의 선형적 모션이 활성화되고(activated) 핑거들이 닫히면, 회전식 그리퍼 요소들 또는 회전식 턱들은 접촉하고 힘이 초과된다. 기계적 레버는 회전식 턱들이 그들 각각의 축 주변에서 반대 방향으로 회전하도록 야기한다. 오브젝트는 지지체 안으로 핑거들 사이에서 변형되고 그리핑 힘(gripping force)의 제어에 의하여, 적절한 그립이 보장된다. 확실한 각도를 지난(through) 회전 이후에, 바람직하게는 반 바퀴(half a turn), 평평한 모양의 수직 접촉 표면(flat shaped vertical contact surface)은 도달되고(reached) 회전식 턱의 회전은 자동적으로 정지된다(stopped).

본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 여기에서, 도면을 수반하여 설명된 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 그리핑 장치의 예이다;
도 2 내지 5는 본 발명에 따른 그리핑 장치의 제1 실시예를 보여주며, 각 도면은 본 발명에 따른 방법의 그리핑 단계를 나타냄;
도 6은 본 발명에 따른 그리핑 장치의 제2 실시예를 도식적으로 보여준다; 그리고
도 7a 내지 b는 제2 실시예에 의한 그리핑 프로세스를 예시적으로 보여준다.

도 1은 임피던스-제어된 로봇의 멀티-링크 매니퓰레이터(multi-link manipulator)의 원위 단부에 부착될 수 있는 종래 그리핑 장치의 예시를 보여준다.

그리핑 장치는 베이스(1), 로봇 암으로 부착을 위한 플랜지(2)를 갖는, 베이스(which) 내에 그리핑 핑거들(4)을 위한 구동 메커니즘과, 가이드(drive mechanism and a guide)가 배치되고, 구동 메커니즘과 가이드(which)는 도시되지 않았으며, 및 서로를 향해 선형적으로 이동될 수 있으며 그들의 원위 단부에 그리퍼 턱들(gripper jaws)(5)을 포함하는 그리핑 핑거들(4)의 구동을 제어하기 위한 커넥션(connection)(3)으로 구성된다. 도시된 바와 같이, 이런 그리핑 핑거들(4)은 오직 평행 그립을 허용하며, 평평한 표면에 배치된, 섬유와 같이, 평평한 것, 부드러운 오브젝트를 그립할 수 없다.

도 2내지 5는 본 발명에 따른 그리핑 장치의 제1 실시예를 보여주며, 그런 오브젝트의 그립을 간단한 방식으로 실현할 수 있다.

도 2에서, 그리핑 장치는 본 발명에 따른 제1 실시예로 보여지고, 여기서 수직 화살표로 지시된 바와 같이, 그리핑 장치 내의 조건(condition)은 도시된 것처럼 그립되기 위한 유연한 오브젝트(flexible object) 상에 놓여진다.

그립되는 부드럽고 평평한 오브젝트(7)은, 섬유 직물(textile fabric), 평평한 지지체(6) 상에 배치된다.

그리핑 장치는 또한 수평 화살표에 의해 지시된 것처럼, 서로에 대하여 평행하게 움직여질 수 있는 두 개의 그리핑 핑거들(8)을 포함한다.

그들의 원위 단부에서, 양 그리핑 핑거들(8) 각각은 회전식 턱(9)으로 형성된 회전 가능하게 마운트된 그리퍼 요소를 포함하고, 회전식 턱(which)은 오브젝트(7)와 접촉되도록 의도된 그들의 외곽 표면 상에 마찰 강화 코팅(friction-enhancing coating)(10)을 갖게 구비된다.

그리핑 핑거들(8)의 평행 운동(parallel movement)의 결과로 회전식 턱(9)이 그들이 서로를 향해 움질 때 이미 회전하는 것을 시작하는 것을 방지하기 위하여,

회전을 방지하는 수단(11)이, 예를 들어, 적절한 치수로 된 단 방향 스프링(appropriately dimensioned one-way spring)처럼 제공되고 설계된다.

보여지는 바와 같이, 서로를 향한 회전식 턱들(9)의 움직임은 그들 사이의 압축(compression) 때문에 오브젝트(7)가 살짝 포개지도록(pile up slightly) 야기한다.

로봇 시스템(미도시)에 의한 수직 방향 힘의 초과(eceeding) 그리고 회전식 턱(9)의 닫힘(closing)에 의해서, 유연한 오브젝트(7)는 이미 회전식 턱들(9) 사이에서 압축되고 축적된다(compressed and accumulated). 이 상태에서, 두 개의 토션 스프링(torsion springs)(11)은 회전식 턱들(9)의 회전을 방지한다.

모든 도 2 내지 5 안에서 보여지는 바와 같이, 회전식 턱들(9)의 제1 섹션(9.1) 안에서 외부 윤곽은 아르키메데스 나선형(Archimedes spiral)의 선을 따르며, 그래서 선형적 움직임(linear motion)이 진행되고, 회전식 턱들(9)은 회전식 턱들(9)의 베어링의 피봇 포인트(pivot points)(D)에 의해 형성된 공통 평면 상에 놓여진 점(K)에서 상호접촉된다.

이것은, 본 발명에 따르면, 도 3에 보여진 것처럼, 그들이 점(K)에서 서로 접촉되자 마자 회전식 턱들(9)이 회전을 시작하도록 야기하고, 그리고 여기서, 마찰 및 접착력의 결과로서, 더욱더 많은 오브젝트(7)의 소재가 그들이 회전하는 것을 지속함으로서 회전식 턱들(9) 사이에서 들어올려지며 그들의 섹션(9.1)은 오브젝트(7)의 중간 지지체(intermediate support)와 서로에 대하여 구르고(roll), 도 4에 보여진 것처럼, 이것은 서로를 향한 그리핑 핑거들(8)의 추가적인 선형적인 움직임에 의해 유발된다.

도 5는 그리핑 핑거들(8)이 그들의 닫힘 포지션(closed position)으로 최종적으로 도달되고 회전식 턱들(9)이 그들의 최종 그리핑 포지션으로 도달된 것을 보여준다. 그들의 제1 섹션(9.1)에 따르면, 회전의 방향에 보여지는 것처럼, 회전식 턱(9)은 제2 섹션(9.2)를 포함하고, 도 4에 지시된 것처럼, 제2 섹션(which)은 선형적인 설계이다.

최종 그리핑 포지션에서, 이런 섹션(9.2)은 서로에 대하여 평평하게 놓이고, 이 포인트에서 오브젝트(7)를 둘러싼다. 이것은 증가된 마찰 맞물림을 갖는 2 차원적 하중(two-dimensional load)안에서 초래하고(results), 여기서 오브젝트(7)는 단단히 홀드(held)될 수 있다. 이런 그리핑 포지션에서, 오브젝트(7)는 이제 로봇에 의해 들어 올려지고 목표 포지션(target position)으로 이송될 수 있고, 그것은 그리고 그들의 초기 포지션(starting position)으로 돌아가 그리핑 핑거들(8)이 선형적으로 떨어지게 이동하는 것과 회전식 턱들(9)이 반대 방향으로 회전하는 것에 의하여 릴리즈되고(released), 만약 필요한 경우 스프링 수단(11)에 의하여 지지 된다.

본 발명에 따른 그리핑 장치에 의한 그리핑의 보여진 메커니즘은 오브젝트(7)의 유연성에 이점을 갖는다. 이것은 정밀한 그리핑 포지션에 의존하지 않으며 그러므로 시각적 오류(visual errors)에 대하여 더욱 견고하고(robust), 예를 들어 만일 추가적인 광학 센서는 로봇과 결합(conjunction)으로 사용된다. 임의의 디자인의, 바람직하게는 평면의(planar), 유연한 오브젝트의 알맞고 비 파괴적인 그리핑은 그리핑 핑거(8)의 선형적 움직임에 대한 주로(predominantly) 힘의 제어에 의하여 본 발명에 따라 수행된다.

대안적으로, 그러나, 그리핑 핑거들의 원위 단부에서 그리퍼 요소들이 능동적으로 활동되는 것이 또한 제공될 수 있다. 이러한 목적으로, 도 6 내지 7b는 본 발명에 따른 제2 실시예를 도식적으로 보여준다.

여기서, 기어 및 구동 메커니즘(12)이 사용되며, 이것은 그리핑 디바이스의 적어도 하나의 그리핑 핑거(13)와 베이스(14) 내에 임의의 소망되는 방식으로 설계될 수 있다.

예를 들어, 도 6에 보여지는 바와 같이, 회전식 턱(15)은 그리핑 핑거(13)의 내부에 배치되는 벨트 구동부(belt drive)(16)에 의해 구동될 수 있고, 이것은 베이스(14)의 내부에 랙(18) 상에 롤링하는 기어(17)에 의하여 차례로 작동되고(in turn is actuated), 그리하여 그리핑 핑거(13)가 그들 스스로 서로를 향하거나 멀어지게 선형적으로 움직여질 때 회전을 야기한다.

도 7a 내지 b에 보이는 것처럼, 서로를 향한 그리핑 핑거들(13)의 선형적 운동과 회전식 턱들(15)의 동시(simultaneous) 회전 운동은, 화살표에 의해 각각의 케이스에 지시된 것처럼, 유연한 오브젝트(19)를 상응하는 포인트에서 축적(accumulated)되고 회전식 턱들(15) 사이에서 위로 당겨져서 그리하여 그립되게 한다. 그리핑 장치의 이런 디자인은 이런 타입의 무거운 오브젝트(19)를 위해 적절하며, 그것에 의하여 그리핑 장치는 적철히 큰 치수를 갖게될 수 있다.

여기서, 마찬가지로, 이점은 그립되는 오브젝트가 유연한 성질을 갖는 것이 이용된다. 높은 마찰을 갖는 회전 표면을 통한 그리핑 핑거들의 회전식 턱들 사이에서 오브젝트가 당겨지는 것에 의해, 메커니즘은 적절하고 비 파괴적인 그리핑을 보장한다. 회전식 턱들(15)의 회전 운동은 그리핑 핑거들(13)의 선형 운동에 커플링되고(coupled), 그래서 추가적인 모터가 필요 없다. 오브젝트(19)는 회전식 턱들(16) 사이에서 변형되고 실제 그립핑 힘(actual gripping force)은 그리핑 핑거들(13)의 선형 운동에 의하여 조절된다(controlled). 그리핑 핑거들(13) 사이 거리 조절에 의하여, 실패된 그리핑 시도들(failed gripping attempts)은 쉽게 탐지되고 반응될 수 있다.

그리핑 장치의 상술한 설명에 따른 실시예들은 예를 들어, 그리핑 장치와 로봇에 의하여, 평평한, 섬세한(filigree) 오브젝트의 그리핑 "감지(sensomg)"같은 실행이 가능한 임피던스 제어에 상응하는 것을 갖는 HRC-robot과 사용을 위해 특히 적합하다.

Claims (16)

1. 오브젝트(7;19)를 그리핑하는(gripping) 그리핑 장치에 있어서,
   각각 그리핑 핑거(gripping finger)(8;13)를 포함하며 릴리즈 포지션(release position)과 상기 오브젝트(7;19)를 그리핑하는 그리핑 포지션(gripping position) 사이를 제어된 동작(controlled movement)에 의해 이송 가능한(transferable) 적어도 두 개의 그리핑 유닛들(gripping units)을 포함하고,
   상기 그리핑 유닛들은 상기 그리핑 포지션에서 그립될 수 있도록 상기 오브젝트(7;19)와 접촉될 수 있는 그리퍼 요소들(gripper elements)(9;15)을 각각 포함하고,
   상기 그리퍼 요소들(9;15)은 상기 그리핑 핑거들(8;13)의 원위단(distal ends)에 회전 가능하게 마운트된 것을 특징으로 하는 그리핑 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 그리퍼 요소들(9)은 상기 그리핑 포지션에 도달하여(upon reaching the gripping position) 상기 그리퍼 요소들(9)이 상호 접촉할(come into mutual contact) 때 서로를 향하여 그리고 그립되는 상기 오브젝트(7)로부터 멀어지는(away from) 방향으로 회전되도록 구성되는 그리핑 장치.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 그리퍼 요소들(9)은 제1 섹션(9.1)을 포함하고, 상기 제1 섹션(which)의 외부 윤곽(outer contour)은 상기 그리퍼 요소들(its)의 회전축(D)에 대하여 상기 그리퍼 요소들(9) 사이의 접촉이 선형적으로 야기(takes place linearly)되는 방식으로 구성되는 그리핑 장치.
   
4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
   상기 회전축(D)에 대하여 제1 섹션(9.1)의 외부 윤곽은 수학적 나선형(a mathematical spiral)의 형태(shape)를 부분적으로 따르는(partially follows) 그리핑 장치.
   
5. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
   상기 그리퍼 요소들(9)은 제2 섹션(9.2)를 포함하고, 상기 그리퍼 요소들(its)의 회전축(D)에 관하여 상기 제2 섹션(which)의 외부 윤곽은, 상기 그리핑 포지션이 완료된(completed) 때, 상기 그리퍼 요소들(9)의 추가적인 회전이 방지되는 방식으로 설계되는 그리핑 장치.
   
6. 제5 항에 있어서,
   여기서(whrein), 상기 그리핑 포지션이 완료된 때, 상기 그리퍼 요소들(9)은 상기 오브젝트(7)의 물림(engagement)과 함께 대향하는 서로에 대하여(opposite one another) 적어도 일부분이 평평하게 놓이는(lie) 그리핑 장치.
   
7. 제1 항 내지 제6 항에 있어서, 상기 그리퍼 요소들(9)은 편향된(biased) 그리핑 장치.
   
8. 제2 항 내지 제7 항에 있어서,
   상기 그리퍼 요소들(9)은 상기 그리퍼 요소들(these)이 서로 접촉되지 않을 때 상기 그리퍼 요소들(9)의 회전을 방지하도록 배치된(arranged) 수단(11)을 포함하는 그리핑 장치.
   
9. 제8 항에 있어서,
   상기 장치(11)는 상기 그리퍼 요소들(9) 사이의 접촉이 더 이상 없을 때 상기 그리퍼 요소들(9)이 서로로부터 멀어지게 회전하는 것을 야기하도록(to cause) 더욱 조정된(adapted) 그리핑 장치.
   
10. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 그리퍼 요소들(15)은 회전 가능하게 구동 가능한 그리핑 장치.
    
11. 제10 항에 있어서,
    상기 그리핑 핑거들(13)은 상기 그리퍼 요소들(15)을 구동하기 위한 기어 메커니즘(12)(gear mechanism)을 포함하는 그리핑 장치.
    
12. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그리퍼 요소들(9;15)의 상기 외부 표면(outer surface)은 마찰-강화 코팅(friction-enhancing coating)(10) 및/또는 구조(structure)를 포함하는 그리핑 장치.
    
13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따른 그리핑 장치를 포함하는 로봇.
    
14. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 그리핑 장치를 갖는 로봇에 의하여 오브젝트(7)를 그리핑하는 방법에 있어서,
    -상기 그리퍼 요소들(9)이 상기 오브젝트(7) 상에 놓일(come to rest) 때까지 상기 로봇에 의하여 상기 오브젝트(7)를 향해 상기 그리핑 장치를 이동시키는(moving) 단계;
    - 상기 그리퍼 요소들(9)이 상호 접촉될 때까지 상기 그리퍼 핑거들(8)을 서로를 향해 이동시키는 단계; 및
    - 상기 그리퍼 요소들(9)이 상기 오브젝트(7)를 그리핑하는 동안 회전되게 설정되는(are set) 방식으로 상기 그리퍼 핑거들(8)을 서로를 향해 추가적으로 이동시키는 단계;를 특징으로 하는 방법.
    
15. 제14 항에 있어서,
    - 상기 오브젝트(7)의 물림 하에 상기 그리퍼 요소들(9)이 상기 그리퍼 요소들(their)의 섹션(9.2)과 접합점(abutment)으로 올 때 까지(come into) 상기 그리핑 핑거들(8)을 서로에 대하여 추가적으로 이동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 섹션(9.2)은 상기 그리퍼 요소들(9)의 추가 회전을 허용하지 않게 구성되는 방법.
    
16. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 단계들은 임피던스-제어된(impedance-controlled) 및/또는 민감하게 제어된(sensitively controlled) 로봇에 의하여 이행되는 방법.
    

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