KR20240030765A - 그리퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 팜 파트; 상기 팜 파트에 연결되며, 물체를 쥐도록 서로 가까워지거나 쥐고 있던 물체를 놓도록 서로 멀어지는 제1 핑거와 제2 핑거를 구비하는 핑거 파트; 및 근사 직선을 따라 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거를 움직이게 하도록 선형 운동 기반 또는 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와, 이중 평행사변형 기구의 조합으로 이루어지는 링크 파트를 포함하고, 상기 선형 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구는 링크의 한 쪽 끝을 제1 방향의 선형으로 움직이게 하여 상기 링크의 다른 쪽 끝을 제2 방향의 근사 직선을 따라 움직이게 하고, 상기 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구는 링크의 한 쪽 끝을 곡선을 따라 움직이게 하여 상기 링크의 다른 쪽 끝을 근사 직선을 따라 움직이게 하는, 그리퍼를 제공한다.

Description

그리퍼{GRIPPER}

본 발명은 로봇 팔의 말단에 부착해 물체를 파지하는 등의 작업을 수행하는 그러퍼에 관한 것이다.

로봇 팔이 물체를 파지하고 활용하기 위해서는 다양한 물체를 잡을 수 있는 범용 그리퍼(gripper)가 필요하다. 상용 평행 그리퍼는 그 크기가 크고 무거우며, 상용 각도 그리퍼는 손가락 끝이 앞뒤로 움직여 바닥에 놓인 물체를 직관적으로 잡기 어려운 문제가 있다. 또한, 그리퍼를 안전하게 사용하기 위해 동작 중 전원이 꺼지더라도 물체를 놓치지 않아야 하고, 편하게 사용하기 위해서는 파지한 물체를 쉽게 빼내는 동작이 필요하다.

대부분의 직선운동 기구를 활용한 평행 그리퍼(parallel gripper)는 LM가이드, 리드 스크류 등의 직선운동 기구를 사용한다. 이로 인해 핑거가 움직이는 스트로크가 그리퍼의 전체 크기 이내로 제한되며, 그리퍼의 크기가 커지고 무겁다는 단점이 있다. 평행 그리퍼의 예시는 대한민국 등록특허공보 제10-0569031호에 개시되어 있다.

회전 관절을 갖는 각도 그리퍼(angular gripper)는 개폐 시 핑거가 앞뒤로 움직이게 되어 거리 조절이 직관적이지 않고, 바닥에 놓인 물체를 직관적으로 잡기 어려운 단점이 있다. 각도 그리퍼의 예시는 US 7,172,230 B2에 개시되어 있다.

한편, 대부분의 그리퍼는 역구동이 불가능한 기구 또는 역구동이 가능한 기구 중 어느 하나의 형태만 가지고 있다. 역구동이 불가능한 그리퍼는 전원이 차단된 때에도 물체의 파지를 유지할 수 있는 장점이 있으나 물체의 파지를 해제할 수 없어서 사용이 불편하다. 역구동이 가능한 그리퍼는 필요시 파지한 물체를 꺼내서 그리퍼를 재설정하는 등 사용성이 좋지만 전원이 차단되면 잡고 있던 물체를 놓쳐서 떨어뜨리는 위험이 있다.

본 발명의 목적은, 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구에 의해 핑거 파트가 평행 운동하면서, 수동 클러치가 적용되어 필요 시 신속하게 물체를 파지 해제할 수 있는 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼를 제안하는 것이다.

구체적으로, 일 실시예에 따른 본 발명의 목적은 평행 그리퍼와 각도 그리퍼의 단점을 극복하기 위해 스코트-러셀 근사 평행운동 기구를 활용하여 별도의 직선운동 기구 없이도 핑거의 평행운동이 가능한 로봇용 평행 그리퍼를 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 본 발명의 목적은 그리퍼의 말단과 물체의 파지점까지의 거리가 최소화되어 그리퍼의 가반하중을 최대로 활용할 수 있으며, 전체적인 그리퍼 크기는 최소화하면서 핑거 파트의 스트로크는 최대화하는, 로봇용 평행 그리퍼를 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 본 발명의 목적은 그리퍼가 평상시 역구동이 불가능한 기구로 동작하여 전원이 꺼져도 물체를 놓치지 않는 장점을 가지면서, 수동식 클러치 버튼을 누르면 그리퍼의 동작을 손으로 역구동이 가능하여 필요시 파지 된 물체를 편하게 꺼낼 수 있는, 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼를 제공하는 것이다.

본 발명에서 제안하는 그리퍼는, 팜 파트; 상기 팜 파트에 연결되며, 물체를 쥐도록 서로 가까워지거나 쥐고 있던 물체를 놓도록 서로 멀어지는 제1 핑거와 제2 핑거를 구비하는 핑거 파트; 및 근사 직선을 따라 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거를 움직이게 하도록 선형 운동 기반 또는 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와, 이중 평행사변형 기구의 조합으로 이루어지는 링크 파트를 포함하고, 상기 선형 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구는 링크의 한 쪽 끝을 제1 방향의 선형으로 움직이게 하여 상기 링크의 다른 쪽 끝을 제2 방향의 근사 직선을 따라 움직이게 하고, 상기 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구는 링크의 한 쪽 끝을 곡선을 따라 움직이게 하여 상기 링크의 다른 쪽 끝을 근사 직선을 따라 움직이게 한다.

상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거가 서로 가까워지거나 서로 멀어지는 방향은 상기 그리퍼의 폭 방향으로 정의되고, 상기 폭 방향에 직교하는 방향은 상기 그리퍼의 길이 방향으로 정의되며, 상기 길이 방향에서 상기 스코트-러셀 근사 평행운동 기구가 위치하는 범위 내에 상기 이중 평행사변형 기구가 위치한다.

상기 스코트-러셀 근사 평행운동 기구에 속하는 어느 하나의 링크에 상기 길이 방향의 힘이 전달되거나, 상기 이중 평행사변형 기구에 속하는 어느 하나의 링크에 회전력이 전달됨에 따라 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거가 서로 가까워지거나 서로 멀어진다.

상기 이중 평행사변형 기구를 형성하는 제1 평행사변형 기구와 제2 평행사변형 기구는 각 평행사변형의 하변에 해당하는 하변 링크를 공유하고, 상기 제1 평행사변형 기구를 정의하는 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축은 상기 팜 파트에 연결되며, 상기 제2 평행사변형 기구를 정의하는 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축은 상기 핑거 파트에 연결된다.

상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거가 서로 가까워지거나 서로 멀어지는 방향은 상기 그리퍼의 폭 방향으로 정의되고, 상기 폭 방향에 직교하는 방향은 상기 그리퍼의 길이 방향으로 정의되며, 상기 하변 링크가 상기 길이 방향에서 상기 제1 평행사변형의 상변에 가까워짐에 따라 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거가 서로 멀어지고, 상기 하변 링크가 상기 길이 방향에서 상기 제1 평행사변형의 상변으로부터 멀어짐에 따라 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거가 서로 가까워진다.

상기 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 상기 제2 평행사변형 기구는, 어느 하나의 링크와 상기 어느 하나의 링크에 연결되는 두 회전축을 공유한다.

상기 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 상기 제2 평행사변형 기구에 의해 공유되는 상기 어느 하나의 링크에는 핀이 결합되고, 상기 팜 파트에는 상기 핀의 이동 궤적을 형성하는 무빙 가이드가 구비되며, 상기 무빙 가이드에는 선형 또는 곡선의 그루브가 형성되거나 선형 또는 곡선의 홀이 형성된다.

상기 무빙 가이드는 상기 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 상기 제2 평행사변형 기구에 의해 공유되는 상기 어느 하나의 링크의 양쪽에 형성되고, 상기 어느 하나의 링크의 일 측에 배치되는 무빙 가이드는 상기 팜 파트의 커버에 그루브로 형성되고, 상기 어느 하나의 링크의 타 측에 배치되는 무빙 가이드는 상기 팜 파트의 내측에 배치되는 가이드 구조물에 홀로 형성된다.

상기 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축과 상기 팜 파트의 상대 위치는 고정되고, 상기 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축과 상기 핑거 파트의 상대 위치는 고정되며, 상기 하변 링크는 다른 링크를 통해 상기 팜 파트 또는 상기 핑거 파트에 연결되며, 상기 하변 링크와 상기 팜 파트와의 상대 위치는 가변된다.

상기 하변 링크는 제1 하변 회전축과 제2 하변 회전축에 각각 회전 가능하게 연결되고, 상기 제1 평행사변형 기구는, 상기 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 어느 하나와 상기 제1 하변 회전축에 회전 가능하게 연결되는 제1-1 링크; 및 상기 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 다른 하나와 상기 제2 하변 회전축에 회전 가능하게 연결되는 제1-2 링크를 포함하고, 상기 제2 평행사변형 기구는, 상기 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 어느 하나와 상기 제1 하변 회전축에 회전 가능하게 연결되는 제2-1 링크; 및 상기 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 다른 하나와 상기 제2 하변 회전축에 연결되는 제2-2 링크를 포함한다.

상기 하변 링크, 상기 제1-1 링크, 상기 제1-2 링크, 상기 제2-1 링크 및 상기 제2-2 링크 중 적어도 하나는 비선형으로 형성된다.

상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거는 서로 대칭적으로 형성되고, 상기 링크 파트는 서포트 링크를 포함하며, 상기 서포트 링크의 일 측은 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거 중 어느 하나에 속하는 제1-1 링크와 제1-2 링크 중 어느 하나의 회전축에 회전 가능하게 연결되고, 상기 서포트 링크의 타 측은 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거 중 다른 하나에 속하는 제2-1 링크와 제2-2 링크 중 어느 하나의 회전축에 회전 가능하게 연결된다.

상기 서포트 링크는 상기 서포트 링크가 연결되지 않는 회전축과의 간섭을 회피하도록 비선형으로 형성된다.

상기 그리퍼는, 모터; 상기 모터의 출력축에 결합되는 웜 기어; 및 상기 웜 기어와 맞물려 회전하며, 상기 출력축의 연장 방향에 교차하는 회전축을 중심으로 회전하는 웜 휠을 포함하고, 상기 이중 평행사변형 기구를 형성하는 제1 평행사변형 기구와 제2 평행사변형 기구 중 어느 하나의 링크는 상기 웜 휠과 함께 회전되어 상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는다.

상기 웜 휠은 중공부를 구비하고, 상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크의 적어도 일부는 상기 웜 휠의 중공부에 삽입된다.

상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크의 외주면과 상기 웜 휠의 내주면의 서로 마주보는 위치에는 각각 볼 수용부가 형성되고, 상기 볼 수용부에 수용되는 볼이 가압되어 상기 웜 휠의 내주면에 밀착되면 상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크와 상기 웜 휠이 함께 회전되고, 상기 볼에 가해지던 외력이 해제되어 상기 볼이 상기 웜 휠의 내주면으로부터 이격되면 상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크와 상기 웜 휠이 따로 회전된다.

상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크에는 상기 웜 휠의 중공부와 대응되는 위치에 개구부가 형성되고, 상기 웜 휠의 중공부와, 상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크의 개구부를 관통하도록 배치되는 클러치 샤프트의 외주면에는 상기 볼을 가압하는 돌기가 형성된다.

상기 클러치 샤프트는 상기 클러치 샤프트를 상기 팜 파트의 외측으로 밀어내는 탄성부재에 의해 가압되어 상기 팜 파트의 외부에 부분적으로 노출되고, 상기 클러치 샤프트가 상기 팜 파트의 외부에서 누름 조작되지 않은 상태에서는, 상기 클러치 샤프트의 외주면에 형성되는 돌기가 상기 볼을 가압하여 상기 웜 휠의 내주면에 밀착시키며, 상기 클러치 샤프트가 상기 팜 파트의 외부에서 누름 조작되는 상태에서는, 상기 돌기와 상기 볼의 상대 위치에 변화가 발생하여 상기 클러치 샤프트가 상기 볼을 가압하던 힘이 해제된다.

상기 돌기는 경사부를 갖는다.

상기 클러치 샤프트는 상기 탄성부재에 의한 상기 클러치 샤프트의 이동을 제한하는 스토퍼를 더 포함한다.

상술한 해결수단을 통해 얻게 되는 본 발명의 효과는 다음과 같다.

본 발명에서 제공하는 로봇용 평행 그리퍼에 의하면, 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구를 활용하여 별도의 직선운동 기구 없이도 핑거의 평행운동이 가능하다.

본 발명에서 제공하는 로봇용 평행 그리퍼에 의하면, 그리퍼의 말단과 물체의 파지점까지의 거리가 최소화되어 그리퍼의 가반하중을 최대로 활용할 수 있으며, 전체적인 그리퍼 크기는 최소화하면서 핑거 파트의 스트로크는 최대화가 가능하다.

수동식 클러치가 적용된 본 발명의 로봇용 평행 그리퍼에 의하면, 그리퍼가 평상시 역구동이 불가능한 기구로 동작하여 전원이 꺼져도 물체를 놓치지 않는 장점을 가지면서, 수동식 클러치 버튼을 누르면 그리퍼의 동작을 손으로 역구동이 가능하여 필요 시 파지 된 물체를 용이하게 파지 해제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼의 핑거 파트가 닫힌 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼의 핑거 파트가 열린 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼의 핑거 파트가 열린 상태를 나타내고 링크 파트를 상세히 보여주는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼의 동력 파트를 상세히 나타내는 사시도이다.
도 6의 (a), (b) 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼의 클러치 샤프트에 의해 볼이 가압 된 상태를 나타내는 수평 단면도, 수직 단면도이다.
도 7의 (a), (b) 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼의 클러치 샤프트가 조작되어 볼에 가압하던 힘이 해제된 상태를 나타내는 수평 단면도, 수직 단면도이다.
도 8은 선형 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명에 관련된 로봇에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, 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.

또한, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼(1)의 핑거 파트(30)가 닫힌 상태를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼(1)의 핑거 파트(30)가 열린 상태를 나타내는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼(1)의 핑거 파트(30)가 열린 상태를 나타내고 링크 파트(10)를 상세히 보여주는 정면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼(1)의 분해도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼(1)의 동력 파트(40)를 상세히 나타내는 사시도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼(1)는 링크 파트(10), 팜 파트(20), 핑거 파트(30) 및 동력 파트(40)를 포함할 수 있다.

팜 파트(20)는 복수 개의 커버(21)와 복수 개의 가이드 구조물(22)을 구비할 수 있다. 복수 개의 커버(21)는 서로 이격되어 마주보도록 배치될 수 있다. 링크 파트(10)와 동력 파트(40)는 복수 개의 커버(21)에 의해 형성되는 공간 내에 구비된다. 팜 파트(20)는 링크 파트(10)와 동력 파트(40)를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다.

하나의 가이드 구조물(22)은 하나의 커버(21)에 고정될 수 있다. 서로 다른 가이드 구조물(22)은 서로 다른 커버(21)에 고정된다. 가이드 구조물(22)에 대한 상세 설명은 후술한다.

핑거 파트(30)는 팜 파트(20)에 연결되며, 제1 핑거(31)와 제2 핑거(32)를 구비할 수 있다. 제1 핑거(31)와 제2 핑거(32)는 서로 대칭적으로 형성될 수 있다. 제1 핑거(31)와 제2 핑거(32)는 어느 물체(예를 들어, 기계 부속품)를 쥐도록(파지하도록) 서로 가까워지거나, 쥐고 있던 상기 어느 물체를 놓도록(파지 해제하도록) 서로 멀어질 수 있다.

핑거 파트(30)는 중량을 감소시키기 위해 다공형 구조 또는 허니컴 구조로 형성될 수 있고, 다른 구조의 형상으로도 형성될 수 있다. 본 발명에서는 핑거 파트(30)의 형상을 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 핑거 파트(30)는 내부가 채워진 형상으로 형성될 수도 있다.

이 명세서에서 제1 핑거(31)와 제2 핑거(32)가 서로 가까워지거나 서로 멀어지는 방향은 그리퍼(1)의 폭 방향으로 정의될 수 있다. 상기 폭 방향에 직교하는 방향은 그리퍼(1)의 길이 방향으로 정의될 수 있다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 폭 방향은 x방향과 같고, 상기 길이 방향은 y방향과 같을 수 있다.

링크 파트(10)는 라인(근사 직선, 또는 곡률이 매우 작은 곡선)을 따라 제1 핑거(31)와 제2 핑거(32)를 움직이게 하도록 스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)와 이중 평행사변형 기구(100)의 조합으로 이루어질 수 있다. 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구에 대하여는 도 8과 도 9를 참조하여 먼저 설명한다.

도 8은 선형 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구를 설명하기 위한 도면이다.

스코트-러셀 근사 평행운동 기구는 서로 연결된 제1 링크와 제2 링크로 형성된다. 제1 링크의 어느 한 끝 점을 제2 링크의 어느 한 끝 점에 가까워지도록 이동시키거나 멀어지도록 이동시키면, 제1 링크와 제2 링크 간의 연결 구조에 의해 제1 링크의 다른 한 끝 점이 직선운동 내지 근사 직선운동 하게 된다.

예를 들어 도 8의 (a)를 참조하면 점 1과 점 3을 연결하는 링크와, 점 2와 점 4를 연결하는 링크가 점 3의 위치에서 서로 회전 가능하게 연결된다. 이와 같은 구조에서 점 2를 점 1에 가까워지도록 선형 이동시키면, 점 4는 그리퍼의 폭 방향을 따라 근사 직선운동 하게 된다.

근사 직선운동이란, 완벽하게 직선을 따르지는 않지만, 직선에 가깝게 경사진 방향으로 운동하거나, 곡률이 매우 작은 곡선을 따라 운동하는 것을 가리킨다.

위 설명에서 점 2와 점 4를 연결하는 링크는 제1 링크, 점 1과 점 3을 연결하는 링크는 제2 링크에 해당한다. 점 1의 위치는 고정되어 있으며, 점 2가 점 1에 가까워지도록 선형 이동되면, 제1 링크는 그리퍼의 폭 방향을 향하는 직선과의 각도(제1 링크가 도 3에서 X축과 이루는 각도)가 점점 작아지는 방향으로 회전하게 된다. 그리고 제2 링크는 점 1을 중심으로 반시계 방향으로 회전하게 된다.

이와 같은 구성의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구는 후술하게 될 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 구분되기 위해 선형 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구로 이름할 수 있다. 본 발명에서 스코트-러셀 근사 평행운동 기구라 함은 선형 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구를 모두 포함하는 개념이다.

선형 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구는 링크의 한 쪽 끝을 제1 방향의 선형으로 움직이게 하여 상기 링크의 다른 쪽 끝을 제2 방향의 근사 직선을 따라 움직이게 하는 기구로 정의될 수 있다. 여기서 제1 방향과 제2 방향은 서로 다른 방향에 해당하며, 예를 들어 제1 방향은 그리퍼의 길이 방향(Y축 방향), 제2 방향은 그리퍼의 폭 방향(X축 방향)에 해당한다.

다음으로, 이중 평행사변형 기구는 이중으로 마련된 평행사변형 기구를 가리킨다. 평행사변형 기구는 평행사변형 내지 근사 평행사변형의 각 꼭지점에 위치한 회전축과, 각 회전축에 연결되는 링크들로 형성된다. 각 링크들은 회전 가능하게 연결되어 있어 어느 하나의 링크가 회전하게 되면 다른 링크까지도 같이 회전하게 된다.

예를 들어, 도 8의 (b)를 참조하면, 점 7, 점 8, 점 3, 점 1을 꼭지점으로 하는 제1 평행사변형에는 각 꼭지점마다 회전축이 배치된다. 점 7과 점 8을 연결하는 위치, 점 8과 점 3을 연결하는 위치, 점 3과 점 1을 연결하는 위치에는 각각 링크가 회전 가능하게 배치되어 점들을 서로 연결한다.

평행사변형은 하변, 상변, 그리고 하변과 상변의 양 끝을 연결하는 빗변으로 묘사될 수 있다. 제1 평행사변형의 하변과 두 빗변의 위치에는 각각 링크가 배치되며, 상변에는 링크가 배치되지 않을 수 있다. 이와 같이 제1 평행사변형에 배치되는 각 점들의 회전축과. 각 회전축을 연결하는 링크들은 제1 평행사변형 기구로 이름할 수 있다.

또한, 점 9, 점 8, 점 3, 점 4를 꼭지점으로 하는 제2 평행사변형에는 각 꼭지점마다 회전축이 배치된다. 점9와 점 8을 연결하는 위치, 점 8과 점 3을 연결하는 위치, 점 3과 점 4를 연결하는 위치에는 각각 링크가 회전 가능하게 배치되어 점들을 서로 연결한다.

제2 평행사변형의 하변과 두 빗변의 위치에 각각 링크가 배치되며, 상변에는 링크가 배치되지 않을 수 있다. 이와 같이 제2 평행사변형에 배치되는 각 점들의 회전축과. 각 회전축을 연결하는 링크들은 제2 평행사변형 기구로 이름할 수 있다.

제1 평행사변형 기구와 제2 평행사변형 기구는 각 평행사변형의 하변에 해당하는 하변 링크를 공유한다. 하변 링크란 도 8의 (b)에서 점 8의 회전축과 점 3의 회전축을 연결하도록 배치되는 링크를 가리킨다. 하변 링크의 공유에 의해 제1 평행사변형 기구와 제2 평행사변형 기구는 이중 평행사변형 기구로 정의된다. 이중 평행사변형 기구에서 제1 평행사변형 기구와 제2 평행사변형 기구 중 어느 하나에 움직임이 발생하게 되면, 공유되는 하변 링크에 의해 다른 하나에도 움직임이 발생하게 된다.

제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축은 팜 파트에 연결된다. 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점이란, 점 7과 점 1에 위치하는 회전축을 가리킨다. 그리고 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축은 핑거 파트에 연결된다. 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점이란, 점 9와 점 4에 위치하는 회전축을 가리킨다.

이와 달리 하변 링크는 팜 파트나 핑거 파트에 직접 연결되지는 않는다. 따라서, 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구의 조합 움직임이 발생하더라도, 점 7과 팜 파트의 상대 위치, 점 1과 팜 파트와의 상대 위치, 점 9와 핑거 파트의 상대 위치, 점 4와 핑거 파트의 상대 위치는 변화하지 않는다. 반면, 하변 링크는 팜 파트나 핑거 파트와 직접 연결되지 않으므로, 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구의 조합 움직임이 발생하게 되면, 하변 링크와 팜 파트의 상대 위치, 하변 링크와 핑거 파트의 상대 위치에는 변화가 발생하게 된다.

스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구가 조합되었다 함은 어느 하나의 링크가 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구에 각각 공유되어 두 기구가 함께 움직이는 것을 가리킨다. 도 8의 (a)와 (b)를 참조하면, 어느 하나의 링크는 점 2, 점 3, 점 4에 모두 연결되어 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구에 공유된다. 이에 따라, 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구는 함께 움직이게 된다.

선형 운동 기반의 스코트-러셀 평행운동 기구에 속하는 어느 하나의 링크에 그리퍼의 길이 방향 힘이 전달되면, 점 2의 위치는 점 1의 위치와 가깝게 선형으로 이동하게 된다. 힘을 전달받은 링크는 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구에 의해 공유되는 링크다.

점 2, 점 3, 점 4에 모두 연결되어 있으므로, 점 2의 위치가 점 1의 위치와 가깝게 선형으로 이동하게 되면, 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구의 움직임이 발생하여, 점 9와 점 4는 그리퍼의 폭 방향으로 근사 평행운동하게 된다.

다만, 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구의 조합 움직임을 만드는 원동력이 반드시 점 2의 선형 이동으로 제한되는 것은 아니다. 예컨대 이중 평행사변형 기구의 어느 한 회전축을 중심으로 링크가 회전하게 되면 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구의 조합 움직임이 발생할 수 있다.

도 9는 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구를 설명하기 위한 도면이다.

곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구란 링크의 한 쪽 끝을 곡선을 따라 움직이게 하여 상기 링크의 다른 쪽 끝을 근사 직선을 따라 움직이게 하는 기구를 가리킨다. 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구는 수정된(modified) 스코트-러셀 근사 평행운동 기구로 이름하기도 한다.

곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구는, 선형 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 큰 차이가 있는 것은 아니다. 다만, 점 2의 위치가 그리퍼의 길이 방향으로 선형 운동 하는 것이 아니라, 점 2’의 위치가 점 8 주변의 원호 또는 곡선을 따라 곡선 운동한다는 점에서 차이가 있다.

도 9의 (a)를 참조하면, 점 1과 점 3을 연결하는 링크와, 점 2’와 점 4를 연결하는 링크가 점 3의 위치에서 서로 회전 가능하게 연결된다. 이와 같은 구조에서 점 2’를 곡선을 따라 이동시키면, 점 4는 그리퍼의 폭 방향을 따라 근사 직선운동 하게 된다. 위 설명에서 점 2'와 점 4를 연결하는 링크는 제1 링크, 점 1과 점 3을 연결하는 링크는 제2 링크에 해당한다.

그 외 이중 평행사변형 기구에 대한 설명은 도 8의 설명으로 갈음될 수 있다.

곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구나 이중 평행사변형 기구에 속하는 링크에 회전력이 전달됨에 따라 핑거 파트의 제1 핑거와 제2 핑거가 서로 가까워지거나 멀어지게 된다. 이때 도 9의 (b)를 참조하면, 제1 핑거나 제2 핑거가 움직이는 힘은 F = (τ / l) × cos(θ)로 계산될 수 있다. 여기서 τ 는 점 1과 점 3을 연결하는 링크의 토크, l은 점 1과 점 3을 연결하는 링크의 길이, θ 는 점 1과 점 3을 연결하는 링크의 회전 각도를 가리킨다.

위와 같은 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구의 조합은, 선형 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 이중 평행사변형 기구의 조합에 비해 장점을 갖는다. 그것은 그리퍼의 길이 방향에서 팜 파트의 길이가 짧아질 수 있으므로, 로봇의 가반하중 유지에 유리하다는 것이다.

다시 도 8와 도 9를 도 1 내지 도 5와 함께 참조하면, 본 발명에서는 그리퍼의 길이 방향에서 스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)가 위치하는 범위 내에 이중 평행사변형 기구(100)가 위치될 수 있다. 이와 같은 배치에서는 이중 평행사변형 기구(100)가 스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)에 조합되더라도 그리퍼(1)의 길이 방향에서 그리퍼(1)의 길이가 확대되지 않으므로, 전체적으로 그리퍼(1)의 길이를 짧게 유지할 수 있어 로봇의 가반하중 유지에 유리하다. 만약, 스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)가 위치하는 범위 밖에 이중 평행사변형 기구(100)가 위치하게 된다면, 그리퍼(1)의 길이가 확대되어 로봇의 가반하중 유지에 불리하게 된다.

앞설 설명된 바와 같이 도면을 참조하면, 제1 평행사변형 기구(110)를 정의하는 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축은 팜 파트(20)에 연결될 수 있다. 제2 평행사변형 기구(120)를 정의하는 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축은 핑거 파트(30)에 연결될 수 있다.

구체적으로 도 3을 참조하면, 제1 평행사변형 기구(110)를 정의하는 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치한 제1-1 회전축(101)과 제1-2 회전축(102)은 팜 파트(20) 내에 위치한 동력 파트(40)와 팜 파트(20)의 커버(21) 중 적어도 하나에 연결될 수 있다. 제2 평행사변형 기구(120)를 정의하는 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 제2-1 회전축(201)과 제2-2 회전축(202)은 핑거 파트(30)의 제1 핑거(31)의 하부에 연결될 수 있다.

이와 같은 구조에 의해 제1 평행사변형 기구(110)를 정의하는 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축과 팜 파트(20)의 상대 위치는 고정될 수 있다. 그리고, 제2 평행사변형 기구(120)의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축과 핑거 파트(30)의 상대 위치는 고정될 수 있다.

구체적으로, 일 측에 따르면, 제1-1 회전축(101)과 동력 파트(40)의 상대 위치, 제1-1 회전축(101)과 팜 파트(20)의 커버(21)의 상대 위치는 고정될 수 있다. 그리고, 제1-2 회전축(102)과 동력 파트(40)의 상대 위치, 제1-2 회전축(102)과 팜 파트(20)의 커버(21)의 상대 위치는 고정될 수 있다.

또한, 제2-1 회전축(201)과 제1 핑거(31)의 상대 위치, 제2-2 회전축(202)과 제1 핑거(31)의 상대 위치는 고정될 수 있다.

제1 평행사변형 기구(110)의 하부와 제2 평행사변형 기구(120)의 하부는 중첩되도록 배치될 수 있고, 제1 평행사변형 기구(110)와 제2 평행사변형 기구(120)는 제1 평행사변형의 하변과 제2 평행사변형의 하변에 해당하는 하변 링크(130)를 공유할 수 있다.

하변 링크(130)는 다른 링크를 통해 팜 파트(20) 또는 핑거 파트(30)에 연결될 수 있다. 여기서, 다른 링크는 후술하게 될 제1-1 링크(111), 제1-2 링크(112), 제2-1 링크(121) 및 제2-2 링크(122)를 의미할 수 있으며, 이들의 도면부호는 도 3에 기재되어 있다.

하변 링크(130)는 제1 하변 회전축(301)과 제2 하변 회전축(302)에 각각 회전 가능하게 연결될 수 있다. 즉 하변 링크(130)는 제1 하변 회전축(301)과 제2 하변 회전축(302) 각각에 회전 조인트(revolute joint)로 연결된 것으로, 하변 링크(130)는 직선 또는 곡선 병진 운동이 가능하다. 설계의 경우에 따라서 하변 링크(130)의 운동 유형은 회전 운동으로도 변경될 수 있다.

하변 링크(130)와 팜 파트(20)와의 상대 위치, 하변 링크(130)와 핑거 파트(30)의 상대 위치는 가변될 수 있다. 예를 들어, 팜 파트(20)가 고정되어 있을 때, 핑거 파트(30)를 움직이기 위해서 하변 링크(130)가 이동을 하면, 팜 파트(20)에 대한 하변 링크(130)의 상대 위치는 변경된다.

제1 평행사변형 기구(110)는 제1-1 링크(111) 및 제1-2 링크(112)를 포함할 수 있다. 제2 평행사변형 기구(120)는 제2-1 링크(121) 및 제2-2 링크(122)를 포함할 수 있다.

제1-1 링크(111)는 제1 평행사변형 기구(110)를 정의하는 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 어느 하나인 제1-1 회전축(101)과 제1 하변 회전축(301)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 다시 말해, 제1-1 링크(111)의 일단은 제1-1 회전축(101)에, 타단은 제1 하변 회전축(301)에 회전 조인트로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

제1-2 링크(112)는 제1 평행사변형 기구(110)를 정의하는 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 다른 하나인 제1-2 회전축(102)과 제2 하변 회전축(302)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 다시 말해, 제1-2 링크(112)의 일단은 제1-2 회전축(102)에, 타단은 제2 하변 회전축(302)에 회전 조인트로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

그리고, 제2-1 링크(121)는 제2 평행사변형 기구(120)를 정의하는 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 어느 하나인 제2-1 회전축(201)과 제1 하변 회전축(301)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 다시 말해, 제2-1 링크(121)의 일단은 제2-1 회전축(201)에, 타단은 제1 하변 회전축(301)에 회전 조인트로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

제2-2 링크(122)는 제2 평행사변형 기구(120)를 정의하는 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 다른 하나인 제2-2 회전축(202)과 제2 하변 회전축(302)에 연결될 수 있다. 다시 말해, 제2-2 링크(122)는 일단은 제2-2 회전축(202)에, 타단은 제2 하변 회전축(302)에 연결될 수 있다.

제1 평행사변형과 제2 평행사변형은 하변을 서로 공유하므로, 제1-1 링크(111)의 타단, 제2-1 링크(121)의 타단 및 하변 링크(130)의 일단은 제1 하변 회전축(301)에 의해 회전 조인트로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 제1-2 링크(112)의 타단, 제2-2 링크(122)의 타단 및 하변 링크(130)의 타단은 제2 하변 회전축(302)에 의해 회전 조인트로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)와 제2 평행사변형 기구(120)는, 제2-2 링크(122)와, 상기 제2-2 링크(122)에 연결되는 두 회전축(202, 302)을 공유할 수 있다. 스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)와 제2 평행사변형 기구(120)에 의해 공유되는 제2-2 링크(122)에는 핀(123)이 결합될 수 있다. 제2-2 링크(122)의 하측은 양 갈래로 형성되어, 어느 하나의 갈래(일 측)와 다른 하나의 갈래(타 측) 각각에 핀(123)이 결합될 수 있다.

팜 파트(20)에는 핀(123)의 이동 궤적을 형성하는 복수 개의 무빙 가이드(211, 222)가 구비될 수 있다. 복수 개의 무빙 가이드(211, 222)는 스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)와 제2 평행사변형 기구(120)에 의해 공유되는 제2-2 링크(122)의 양쪽에 형성될 수 있다. 구체적으로, 팜 파트(20)의 커버(21)에 제1 무빙 가이드(211)가 배치되고, 팜 파트(20)의 가이드 구조물(22)에 제2 무빙 가이드(222)가 배치될 수 있다.

제2-2 링크(122)의 일 측에 배치되는 제1 무빙 가이드(211)는 팜 파트(20)의 커버(21)에 선형 또는 곡선의 그루브로 형성될 수 있다. 제2-2 링크(122)의 타 측에 배치되는 제2 무빙 가이드(222)는 팜 파트(20)의 내측에 배치되는 가이드 구조물(22)에 선형 또는 곡선의 홀로 형성될 수 있다.

무빙 가이드(211, 222)는 링크 파트(10)의 움직임을 방해하지 않도록 링크 파트(10)의 움직임 범위 밖에 위치한다. 구체적으로 도 3을 참조하면, 제1 핑거(31)의 움직임을 구현하는 링크(122)에 연결되는 핀(123)은 팜 파트(20)의 우측 부분에서 움직이며, 무빙 가이드(211, 222)는 팜 파트(20)의 좌측 부분에 위치한다. 제2 핑거(32)는 제1 핑거(31)와 대칭되므로, 제2 핑거(32)의 움직임을 구현하는 링크에 연결되는 핀과, 그 핀의 움직임을 가이드 하는 무빙 가이드의 좌우 위치는 상기 무빙 가이드(211, 222)와 반대된다.

동력 파트(40)는 팜 파트(20)에 내장되어 스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)와, 이중 평행사변형 기구(100)를 움직이는 동력을 제공한다. 동력 파트(400)에서 제공되는 동력은 스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)와, 이중 평행사변형 기구(100) 중 적어도 하나의 링크 또는 적어도 하나의 회전축에 전달되어 링크를 움직이게 한다.

예를 들어 도 1 내지 도 5를 참조하면, 동력 파트(40)에서 발생된 동력이 제1-1 링크(111)를 회전시키고, 이로 인해 하변 링크(130)는 그리퍼(1)의 길이 방향으로 이동될 수 있다. 하변 링크(130)가 상기 그리퍼(1)의 길이 방향에서 제1 평행사변형의 상변에 가까워짐에 따라 스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)와 이중 평행사변형 기구(100)가 함께 움직여 제1 핑거(31)와 제2 핑거(32)가 서로 멀어지게 될 수 있다. 또한, 하변 링크(130)가 상기 길이 방향에서 제1 평행사변형의 상변으로부터 멀어짐에 따라 스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)와 이중 평행사변형 기구(100)가 함께 움직여 제1 핑거(31)와 제2 핑거(32)가 서로 가까워지게 될 수 있다.

이때 제1 핑거(31)와 제2 핑거(32)는 근사 직선운동을 하면서 서로 가까워지거나 서로 멀어지게 된다. 종래의 평행 그리퍼에서 핑거의 스트로크가 그리퍼의 좌우 폭으로 제한되었던 것과 달리, 본 발명의 제1 핑거(31)와 제2 핑거(32)의 스트로크는 그리퍼(1)의 좌우 폭에 제한되지 않고 그보다 넓은 범위까지 확대될 수 있다.

또한, 종래의 각도 그리퍼에서는 핑거의 끝 부분이 그리퍼의 앞뒤로 움직여 파지 물체와의 거리 조절이 직관적이 않고, 이로 인해 파지의 부정확성이 발생했던 것과 달리, 본 발명의 제1 핑거(31)와 제2 핑거(32)는 근사 직선운동을 하게 되므로, 본 발명에 의하면 파지 물체와의 거리 조절이 직관적이고, 파지의 정확성이 보다 향상된다.

한편, 하변 링크(130), 제1-1 링크(111), 제1-2 링크(112), 제2-1 링크(121) 및 제2-2 링크(122)는 반드시 선형으로 형성되어야 하는 것은 아니다. 예컨대 하변 링크(130), 제1-1 링크(111), 제1-2 링크(112), 제2-1 링크(121) 및 제2-2 링크(122) 중 적어도 하나는 비선형으로 형성될 수 있다. 여기서 비선형이란 전체적으로 곡선이거나, 직선과 곡선이 혼합된 형태를 모두 가리킨다. 이는 링크들의 간섭을 제거하고, 좁은 공간에서 링크들의 운동을 최적화하기 위함이다.

한편, 링크 파트(10)는 서포트 링크(300)를 포함할 수 있다. 서포트 링크(300)의 일 측은 제1 핑거(31)에 속하는 제1-2 링크(112)의 제1-2 회전축(102)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 그리고, 서포트 링크(300)의 타 측은 제2 핑거(32)에 속하는 제2-2 링크의 하부 회전축에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 서포트 링크(300) 또한 서포트 링크(300)가 연결되지 않는 회전축과의 간섭을 회피하도록 비선형으로 형성될 수 있다.

일 실시예에 따른 그리퍼(1)의 제1 핑거(31)에 연결된 링크 파트(10)와 제2 핑거(32)의 링크 파트는 서로 선대칭 되어 배치될 수 있다. 또한, 제1 핑거(31)의 링크 파트(10)에 연결된 팜 파트(20)와 제2 핑거(32)의 링크 파트에 연결된 팜 파트는 서로 선대칭 되어 배치될 수 있다.

따라서, 제1 핑거(31)의 움직임 구현을 위해 이상에서 설명된 링크 파트(10)의 구조나 배치에 대한 설명은 제1 핑거(32)의 움직임을 구현하기 위한 링크 파트의 구조나 배치에도 적용될 수 있으며, 다만 그 위치나 배치 등은 대칭적으로 적용될 수 있다.

다음으로는 그리퍼(1)에 적용되는 클러치 구조에 대하여 설명한다.

도 6의 (a), (b) 각각은 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼(1)의 클러치 샤프트(45)에 의해 볼(441)이 가압 된 상태를 나타내는 수평 단면도, 수직 단면도이다. 도 7의 (a), (b) 각각은 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼(1)의 클러치 샤프트(45)가 조작되어 볼(441)에 가압하던 힘이 해제된 상태를 나타내는 수평 단면도, 수직 단면도이다.

이하에서는 일 실시예에 따른 그리퍼(1)의 동력 파트(40)에 대해 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 동력 파트(40)는 모터(41), 웜 기어(42), 웜 휠(43) 및 수동식 클러치를 포함할 수 있다. 상기 수동식 클러치는 볼 수용부(44), 클러치 샤프트(45) 및 탄성부재(46)를 구비할 수 있다. 클러치 샤프트(45)는 사용자의 수동적인 힘에 의해 움직이므로 수동식 클러치라고 명명했으나, 이에 국한되지 않고 클러치 샤프트(45)에 자동 제어기를 연결하여 자동적으로 클러치 샤프트(45)가 움직임으로써 자동식 클러치로도 구성될 수 있다.

모터(41)는 전기적 에너지에 의해 회전력을 발생시킬 수 있으나, 다른 유형의 에너지로도 회전력을 발생시킬 수 있다. 웜 기어(42)는 모터(41)의 출력축(411)에 결합될 수 있다. 모터(41)의 출력축(411)에는 감속기(49)가 결합될 수 있으며, 웜 기어(42)는 감속기(49)를 통해 모터(41)의 회전력을 전달받을 수 있다.

웜 휠(43)은 웜 기어(42)와 맞물려 회전하며, 출력축(411)의 연장 방향에 교차하는 회전축(431)을 중심으로 회전될 수 있다. 웜 기어(42)와 웜 휠(43)의 맞물림에 의해 동력의 회전 방향이 전환된다.

모터(41)에서 발생된 동력은 링크 파트(10)의 제1-1 회전축(101)에 전달된다. 제1 평행사변형 기구와 제2 평행사변형 기구 중 어느 하나의 링크는 웜 휠(43)과 함께 회전 되어 상기 웜 휠(43)로부터 동력(회전력)을 전달받게 된다. 도면을 기준으로 동력을 전달받게 되는 링크는 제1-1 링크(111)에 해당한다.

웜 휠(43)은 일 측에 배치되는 중공부(432)를 구비할 수 있다. 웜 휠(43)로부터 회전력을 전달받는 제1-1 링크(111)의 적어도 일부는 웜 휠(43)의 중공부(432)에 삽입될 수 있다.

웜 휠(43)로부터 회전력을 전달받는 제1-1 링크(111)의 외주면과 웜 휠(43)의 내주면의 서로 마주보는 위치에는 각각 볼 수용부(44, 433)가 형성될 수 있다. 제1-1 링크(111)에 형성되는 볼 수용부(44)는 홀의 형태로 한정되나, 웜 휠(43)에 형성되는 볼 수용부(433)는 홀의 형태 외에 반구 등 부분적으로 리세스된 형태도 가능하다.

볼 수용부(44)에 수용되는 볼(441)이 가압되면, 웜 휠(43)의 내주면에 밀착되면 웜 휠(43)로부터 회전력을 전달받는 제1-1 링크(111)와 웜 휠(43)이 함께 회전될 수 있다.

역으로, 볼(441)에 가해지던 외력이 해제되어 볼(441)이 웜 휠(43)의 볼 수용부(433)로부터 빠져나와 웜 휠(43)의 내주면으로부터 이격되면, 웜 휠(43)로부터 회전력을 전달받는 제1-1 링크(111)와 웜 휠(43)이 따로 회전될 수 있다.

웜 휠(43)로부터 회전력을 전달받는 제1-1 링크(111)에는 웜 휠(43)의 중공부(432)와 대응되는 위치에 개구부(113)가 형성될 수 있다. 웜 휠(43)의 중공부(432)와, 웜 휠(43)로부터 회전력을 전달받는 제1-1 링크(111)의 개구부(113)를 관통하도록 배치되는 클러치 샤프트(45)의 외주면에는 볼(441)을 가압하는 돌기(451)가 형성될 수 있다. 또한, 돌기(451)는 경사부(452)를 가질 수 있다. 경사부(452)는 볼(441)을 연속적으로 완만하게 이동시키는 역할을 수행할 수 있다.

클러치 샤프트(45)는 탄성부재(46)에 의한 클러치 샤프트(45) 이동을 제한하는 스토퍼(453)를 더 포함할 수 있다. 스토퍼(453)는 클러치 샤프트(45)의 외주면을 따라 방사 방향으로 돌출 형성된다. 스토퍼(453)가 제1-1링크(111)나, 링 형태의 부재에 걸림에 따라 개구부(113)의 영역 내에서 클러치 샤프트(45)가 이탈되지 않으며, 클러치 샤프트(45)의 위치가 볼(441)을 정위치로 이동시키기에 적합한 위치로 결정될 수 있다.

클러치 샤프트(45)는 클러치 샤프트(45)를 팜 파트(20)의 외측으로 밀어내는 탄성부재(46)에 의해 가압되어 팜 파트(20)의 외부에 부분적으로 노출될 수 있다. 부분적으로 노출된 클러치 샤프트(45)의 일단에는 클러치 샤프트(45)를 가압할 수 있는 버튼(B)이 배치될 수 있다. 버튼(B)은 누름 조작될 수 있다.

클러치 샤프트(45)가 팜 파트(20)의 외부에서 누름 조작되지 않은 상태에서는, 클러치 샤프트(45)의 외주면에 형성되는 돌기(451)가 볼(441)을 가압하여 웜 휠(43)의 볼 수용부(433)에 밀착시킬 수 있다. 이로 인해, 웜 휠(43)과 제1-1 링크(111)는 함께 회전될 수 있다.

반면에, 클러치 샤프트(45)가 팜 파트(20)의 외부에서 누름 조작되는 상태에서는, 돌기(451)와 볼(441)의 상대 위치에 변화가 발생하여 클러치 샤프트(45)가 볼(441)을 가압하던 힘이 해제될 수 있다. 이로 인해, 볼(441)은 웜 휠(43)의 볼 수용부(433)로부터 이탈되고, 웜 휠(43)과 제1-1 링크(111)는 따로 회전될 수 있다.

이로써, 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼(1)에 의하면, 스코트-러셀 근사 평행운동 기구(200)를 활용하여 별도의 직선운동 기구 없이도 핑거 파트(30)의 평행운동이 가능하다.

또한, 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼(1)에 의하면, 그리퍼(1)의 말단과 어느 한 물체의 파지점까지의 거리가 최소화되어 그리퍼(1)의 가반하중을 최대로 활용할 수 있으며, 전체적인 그리퍼(1) 크기는 최소화하면서 핑거 파트(30)의 스트로크는 최대화가 가능하다.

또한, 일 실시예에 따른 수동식 클러치가 적용된 로봇용 평행 그리퍼(1)에 의하면, 그리퍼(1)가 평상시 역구동이 불가능한 기구로 동작하여 전원이 꺼져도 어느 한 물체를 놓치지 않는 장점을 가지면서, 수동식 클러치의 버튼(B)을 누르면 그리퍼(1)의 동작을 사용자의 힘으로 역구동이 가능하여 필요시 파지 된 어느 한 물체를 용이하게 파지 해제할 수 있다.

전술한 내용은 단지 예시적인 것에 불과하며, 설명된 실시예들의 범주 및 기술적 사상을 벗어남이 없이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

1: 그리퍼
10: 링크 파트
100: 이중 평행사변형 기구
110: 제1 평행사변형 기구
111: 제1-1 링크
112: 제1-2 링크
113: 개구부
101: 제1-1 회전축
102: 제1-2 회전축
120: 제2 평행사변형 기구
121: 제2-1 링크
122: 제2-2 링크
123: 핀
201: 제2-1 회전축
202: 제2-2 회전축
130: 하변 링크
301: 제1 하변 회전축
302: 제2 하변 회전축
200: 스코트-러셀 근사 평행운동 기구
300: 서포트 링크
20: 팜 파트
21: 커버
211: 제1 무빙 가이드
22: 가이드 구조물
222: 제2 무빙 가이드
30: 핑거 파트
31: 제1 핑거
32: 제2 핑거
40: 동력 파트
41: 모터
411: 출력축
42: 웜 기어
43: 웜 휠
431: 웜 휠의 회전축
432: 중공부
433: 웜 휠의 볼 수용부
44: 제1-1 링크의 볼 수용부
441: 볼
45: 클러치 샤프트
451: 돌기
452: 경사부
453: 스토퍼
46: 탄성부재
B: 버튼

Claims (20)

1. 팜 파트;
   상기 팜 파트에 연결되며, 물체를 쥐도록 서로 가까워지거나 쥐고 있던 물체를 놓도록 서로 멀어지는 제1 핑거와 제2 핑거를 구비하는 핑거 파트; 및
   근사 직선을 따라 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거를 움직이게 하도록 선형 운동 기반 또는 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와, 이중 평행사변형 기구의 조합으로 이루어지는 링크 파트를 포함하고,
   상기 선형 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구는 링크의 한 쪽 끝을 제1 방향의 선형으로 움직이게 하여 상기 링크의 다른 쪽 끝을 제2 방향의 근사 직선을 따라 움직이게 하고,
   상기 곡선 운동 기반의 스코트-러셀 근사 평행운동 기구는 링크의 한 쪽 끝을 곡선을 따라 움직이게 하여 상기 링크의 다른 쪽 끝을 근사 직선을 따라 움직이게 하는,
   그리퍼.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거가 서로 가까워지거나 서로 멀어지는 방향은 상기 그리퍼의 폭 방향으로 정의되고,
   상기 폭 방향에 직교하는 방향은 상기 그리퍼의 길이 방향으로 정의되며,
   상기 길이 방향에서 상기 스코트-러셀 근사 평행운동 기구가 위치하는 범위 내에 상기 이중 평행사변형 기구가 위치하는,
   그리퍼.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 스코트-러셀 근사 평행운동 기구에 속하는 어느 하나의 링크에 상기 길이 방향의 힘이 전달되거나, 상기 이중 평행사변형 기구에 속하는 어느 하나의 링크에 회전력이 전달됨에 따라 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거가 서로 가까워지거나 서로 멀어지는,
   그리퍼.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 이중 평행사변형 기구를 형성하는 제1 평행사변형 기구와 제2 평행사변형 기구는 각 평행사변형의 하변에 해당하는 하변 링크를 공유하고,
   상기 제1 평행사변형 기구를 정의하는 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축은 상기 팜 파트에 연결되며,
   상기 제2 평행사변형 기구를 정의하는 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축은 상기 핑거 파트에 연결되는,
   그리퍼.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거가 서로 가까워지거나 서로 멀어지는 방향은 상기 그리퍼의 폭 방향으로 정의되고,
   상기 폭 방향에 직교하는 방향은 상기 그리퍼의 길이 방향으로 정의되며,
   상기 하변 링크가 상기 길이 방향에서 상기 제1 평행사변형의 상변에 가까워짐에 따라 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거가 서로 멀어지고,
   상기 하변 링크가 상기 길이 방향에서 상기 제1 평행사변형의 상변으로부터 멀어짐에 따라 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거가 서로 가까워지는,
   그리퍼.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 상기 제2 평행사변형 기구는, 어느 하나의 링크와 상기 어느 하나의 링크에 연결되는 두 회전축을 공유하는,
   그리퍼.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 상기 제2 평행사변형 기구에 의해 공유되는 상기 어느 하나의 링크에는 핀이 결합되고,
   상기 팜 파트에는 상기 핀의 이동 궤적을 형성하는 무빙 가이드가 구비되며,
   상기 무빙 가이드에는 선형 또는 곡선의 그루브가 형성되거나 선형 또는 곡선의 홀이 형성되는,
   그리퍼.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 무빙 가이드는 상기 스코트-러셀 근사 평행운동 기구와 상기 제2 평행사변형 기구에 의해 공유되는 상기 어느 하나의 링크의 양쪽에 형성되고,
   상기 어느 하나의 링크의 일 측에 배치되는 무빙 가이드는 상기 팜 파트의 커버에 그루브로 형성되고,
   상기 어느 하나의 링크의 타 측에 배치되는 무빙 가이드는 상기 팜 파트의 내측에 배치되는 가이드 구조물에 홀로 형성되는,
   그리퍼.
   
9. 제4항에 있어서,
   상기 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축과 상기 팜 파트의 상대 위치는 고정되고,
   상기 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축과 상기 핑거 파트의 상대 위치는 고정되며,
   상기 하변 링크는 다른 링크를 통해 상기 팜 파트 또는 상기 핑거 파트에 연결되며, 상기 하변 링크와 상기 팜 파트와의 상대 위치는 가변되는,
   그리퍼.
   
10. 제4항에 있어서,
    상기 하변 링크는 제1 하변 회전축과 제2 하변 회전축에 각각 회전 가능하게 연결되고,
    상기 제1 평행사변형 기구는,
    상기 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 어느 하나와 상기 제1 하변 회전축에 회전 가능하게 연결되는 제1-1 링크; 및
    상기 제1 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 다른 하나와 상기 제2 하변 회전축에 회전 가능하게 연결되는 제1-2 링크를 포함하고,
    상기 제2 평행사변형 기구는,
    상기 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 어느 하나와 상기 제1 하변 회전축에 회전 가능하게 연결되는 제2-1 링크; 및
    상기 제2 평행사변형의 상변의 양 끝 꼭지점에 위치하는 두 회전축 중 다른 하나와 상기 제2 하변 회전축에 연결되는 제2-2 링크를 포함하는,
    그리퍼.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 하변 링크, 상기 제1-1 링크, 상기 제1-2 링크, 상기 제2-1 링크 및 상기 제2-2 링크 중 적어도 하나는 비선형으로 형성되는,
    그리퍼.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거는 서로 대칭적으로 형성되고,
    상기 링크 파트는 서포트 링크를 포함하며,
    상기 서포트 링크의 일 측은 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거 중 어느 하나에 속하는 제1-1 링크와 제1-2 링크 중 어느 하나의 회전축에 회전 가능하게 연결되고,
    상기 서포트 링크의 타 측은 상기 제1 핑거와 상기 제2 핑거 중 다른 하나에 속하는 제2-1 링크와 제2-2 링크 중 어느 하나의 회전축에 회전 가능하게 연결되는,
    그리퍼.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 서포트 링크는 상기 서포트 링크가 연결되지 않는 회전축과의 간섭을 회피하도록 비선형으로 형성되는,
    그리퍼.
    
14. 제1항에 있어서,
    상기 그리퍼는,
    모터;
    상기 모터의 출력축에 결합되는 웜 기어; 및
    상기 웜 기어와 맞물려 회전하며, 상기 출력축의 연장 방향에 교차하는 회전축을 중심으로 회전하는 웜 휠을 포함하고,
    상기 이중 평행사변형 기구를 형성하는 제1 평행사변형 기구와 제2 평행사변형 기구 중 어느 하나의 링크는 상기 웜 휠과 함께 회전되어 상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는,
    그리퍼.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 웜 휠은 중공부를 구비하고,
    상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크의 적어도 일부는 상기 웜 휠의 중공부에 삽입되는,
    그리퍼.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크의 외주면과 상기 웜 휠의 내주면의 서로 마주보는 위치에는 각각 볼 수용부가 형성되고,
    상기 볼 수용부에 수용되는 볼이 가압되어 상기 웜 휠의 내주면에 밀착되면 상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크와 상기 웜 휠이 함께 회전되고,
    상기 볼에 가해지던 외력이 해제되어 상기 볼이 상기 웜 휠의 내주면으로부터 이격되면 상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크와 상기 웜 휠이 따로 회전되는,
    그리퍼.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크에는 상기 웜 휠의 중공부와 대응되는 위치에 개구부가 형성되고,
    상기 웜 휠의 중공부와, 상기 웜 휠로부터 회전력을 전달받는 링크의 개구부를 관통하도록 배치되는 클러치 샤프트의 외주면에는 상기 볼을 가압하는 돌기가 형성되는,
    그리퍼.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 클러치 샤프트는 상기 클러치 샤프트를 상기 팜 파트의 외측으로 밀어내는 탄성부재에 의해 가압되어 상기 팜 파트의 외부에 부분적으로 노출되고,
    상기 클러치 샤프트가 상기 팜 파트의 외부에서 누름 조작되지 않은 상태에서는, 상기 클러치 샤프트의 외주면에 형성되는 돌기가 상기 볼을 가압하여 상기 웜 휠의 내주면에 밀착시키며,
    상기 클러치 샤프트가 상기 팜 파트의 외부에서 누름 조작되는 상태에서는, 상기 돌기와 상기 볼의 상대 위치에 변화가 발생하여 상기 클러치 샤프트가 상기 볼을 가압하던 힘이 해제되는,
    그리퍼.
    
19. 제18항에 있어서,
    상기 돌기는 경사부를 갖는,
    그리퍼.
    
20. 제18항에 있어서,
    상기 클러치 샤프트는 상기 탄성부재에 의한 상기 클러치 샤프트의 이동을 제한하는 스토퍼를 더 포함하는,
    그리퍼.