WO2012153944A2 - 진공 그리퍼 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공이송 시스템에 적용되는 그리퍼 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는, 중앙 배출통로를 가지는 몸체의 측면 하단부에서 상기 배출통로의 하단 흡입구 측으로 연결되는 공급통로를 포함한다. 특히 상기 몸체의 하부에는, 상기 공급통로의 끝 부분에 라운드(R)를 제공하여 압축공기를 배출통로에서 상향으로만 이동시키는 에어 가이드가 제공된다. 따라서 압축공기의 작은 일부라도 하측 패드부로 흐르는 불필요한 흐름이 생기지 않으며, 결과적으로 신속하고 효율적인 대상물 흡착이 이루어지는 효과가 있다.

Description

[규칙 제91조에 의한 정정 25.05.2012]　진공 그리퍼 장치

본 발명은 진공 그리퍼 장치에 관한 것으로, 주로 진공이송 시스템에 적용되는 그리퍼 장치에 관한 것이다.

진공이송 시스템이란 고속으로 공급되는 압축공기를 이용하여 그리퍼의 내부공간을 배기(排氣)함으로써 그 공간에 진공 및 부압을 발생시키고, 그 발생된 부압에 의하여 대상물이 파지되면 로보틱(robotic) 메카니즘을 작동시켜 대상물을 정해진 위치로 이송시키는 구조를 말한다. 본 발명은 상기 시스템에 적용되는 그리퍼 장치에 관한 것이다.

전통적으로, 진공 그리퍼는 중앙에 홀이 형성된 몸체와 내부 배기공간을 갖는 패드로 이루어진다. 상기 패드는 몸체의 하단부에 결합되며, 이때 상기 홀과 배기공간은 서로 연통한다. 진공이송 시스템에서 상기 홀에는 진공 이젝터(ejector) 펌프가 연결되며, 고속의 압축공기가 상기 펌프를 통과할 때 상기 배기공간 내의 공기가 상기 홀 및 펌프를 경유하여 외부로 배출되는 것이다.

상기한 형태의 그리퍼는 대상물의 조건에 따라 단일로 또는 복수의 조합으로 사용되며, 그립-파워(grip-power)가 좋은 장점이 있다. 그러나 이 그리퍼를 이용하기 위하여는 이젝터 펌프를 별도 구비해야 하며, 따라서 시스템의 구축 및 동작이 복잡해지는 단점이 있다.

도 1은 대한민국 공개특허 제2011-19881호에 개시된 '셀 피커'(cell-picker)를 나타낸다. 상기 피커는 중앙의 공급통로(2) 및 상기 공급통로(2)의 하부에서 외측으로 연장된 배출통로(3)를 갖는 몸체(1)와, 상기 몸체(1)의 하부에 결합되고 구멍(4)을 통하여 상기 배출통로(3)와 연통하는 흡착 플레이트(5)로 이루어진다.

고속의 압축공기가 공급통로(2)를 통하여 하향 공급되고 계속하여 폭이 좁은 배출통로(3)를 통과할 때, 플레이트(5) 내부공간의 공기가 상기 구멍(4)을 통하여 배출통로(3)로 흡입된 후 압축공기와 함께 외부로 배출된다(화살표 ⓐ 참조). 그러면서 플레이트(5) 내부공간에 진공 및 부압이 발생하고, 이에 대상물이 플레이트(5)의 바닥면에 흡착되는 것이다(화살표 ⓑ 참조).

이 피커에서 상기 몸체(1)는 진공 이젝터로서의 기능을 수행한다. 따라서 이 피커를 이용함으로써, 시스템 구성을 단순화할 수 있는 장점이 있다. 또한 이 특허의 명세서 기재에 따르면, 상기 피커는 비교적 얇고 경량인 대상물 예컨대 솔라-셀의 진공 그립에 효과적으로 적용될 수 있다고 한다. 그러나 여기에는 다음의 중요한 문제가 있다.

첫째, 공급되는 압축공기의 적어도 일부가 구멍(4)을 통해 직접 플레이트(5) 내부로 흘러들어가게 되는데, 이로 인하여: 사용되는 압축공기의 양에 비해 얻어지는 진공 및 부압이 약한 문제; 진공 도달속도가 느린 문제; 대상물에 대한 흡입력이 약한 문제 등이 있으며, 개시된 피커로서는 이러한 문제들을 해결할 수 있는 설계가 구조적으로 불가능하게 여겨진다.

둘째, 공급되는 압축공기가 가능한 좁게 설계된 배출통로(3)을 통과하면서 플레이트(5)를 배기하는데, 이로 인하여: 실제 구현이 어렵고 불순물에 의해 통로가 막혀버리는 문제가 있으며; 만약에 배출통로(3)를 확장하고자 한다면 상기한 첫째의 문제가 더욱 커질 것이므로, 개시된 피커 구조로서는 이 문제 또한 해결할 수가 없을 것으로 보인다.

도 2는 미국 특허공개공보 US 2010/25905호에 개시된 '진공 그리퍼'(vacuum gripper)를 나타낸다. 개시된 그리퍼는 상기 피커와 비교하여 'inlet'과 'outlet'이 바꾸어 있을 뿐, 서로 유사한 구성을 갖는다.

*고속의 압축공기가 몸체(6)의 하단부 외측의 좁은 공급통로(7)를 통하여 공급되고 계속하여 중앙 배출통로(8)를 상측으로 통과할 때, 플레이트(5) 내부공간의 공기가 배출통로(8)로 흡입된 후 압축공기와 함께 외부로 배출된다(화살표 ⓒ 참조). 그러면서 플레이트(5) 내부공간(S)에 진공 및 부압이 발생하고, 이에 대상물이 플레이트(5)의 바닥면에 흡착되는 것이다(화살표 ⓓ 참조).

이 그리퍼에서 상기 몸체(6)는 진공 이젝터로서의 기능을 수행하며, 따라서 이 그리퍼를 이용함으로써 시스템 구성을 단순화할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 구조에서도, 상기 피커와 마찬가지로, 공급되는 압축공기의 적어도 일부가 직접 플레이트(5) 내부로 흘러 들어가게 된다.

이 특허의 명세서 기재에 따르면, 상기 공급통로(7)와 배출통로(8)가 접하게 되는 몸체(6)의 하단 슬리브 부분을 라운드(R) 처리함으로써, 압축공기가 배출통로(8)를 상향하여 이동한다는 것이다. 그러나 압축 공기류는 실제로 상기 라운드(R)에 의하여 확산될 뿐 일방향 즉 상향으로 완전 유도되지 않으며, 더욱이 상기 내부공간(S)에 부압이 형성되면서부터 불필요한 역류 공기류(화살표 ⓔ 참조)가 현저하게 발생하게 된다.

따라서 이 그리퍼에서도 상기한 피커의 비효율의 문제점이 그대로 노출되는 것이다.

본 발명은 상기한 종래 진공 그리퍼의 문제점을 해결하고자 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 얇고 경량인 대상물의 안정적인 이송에 적합하게 사용될 수 있는 진공 그리퍼 장치를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 불필요한 공기류 형성을 방지함으로써, 부압의 발생 및 대상물 파지를 효율적이고 신속하게 수행할 수 있는 그리퍼 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 그리퍼 장치는:

하면의 흡입구에서 내부 배출통로를 통하여 측면 또는 상면의 배출구로 연결되는 배출라인과, 측면 하부의 유입구에서 공급통로를 통하여 상기 흡입구 측으로 연결되는 공급라인을 포함하는 몸체;

상기 몸체의 하부에 결합되며, 중심 통공의 가장자리가 융기되고 상기 흡입구의 내측에 동축적으로 배치됨으로써, 상기 공급라인 끝 부분의 하부에서 상향의 경사 또는 라운드를 제공하게 되는 링 형상의 에어 가이드;

상기 가이드의 하부에 배치되며, 내부 배기공간과 상기 몸체의 배출통로가 상기 통공 및 흡입구를 통하여 서로 연통하게 되는 흡착 패드부;

를 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 배출통로는 흡입구에 비하여 확대된 내측 공간을 갖는다. 한편, 상기 공급통로는 구경이 점차 확장되는 형태로 형성되거나 또는 이 형태를 구성하기 위한 내장 노즐을 포함한다.

본 발명의 그리퍼 장치에 따르면, 고속의 압축공기는 배출통로를 상향(上向) 이동하면서 흡입구 측에 압력강하를 일으키며, 이에 패드부의 내부공간이 배기된다. 특히 상기 가이드가 압축공기의 방향성을 강제적으로 결정해 줌으로써, 압축공기의 작은 일부라도 하측 패드부로 향하는 불필요한 흐름이 생기지 않는다. 따라서 종래의 그리퍼들에 비하여, 본 발명의 그리퍼 장치는 부압의 발생 및 대상물 파지를 효율적이고 신속하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 그리퍼의 단면도.

도 2는 종래 다른 그리퍼의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 그리퍼 장치의 사시도.

도 4는 도 3의 'A-A'선 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 그리퍼 장치의 작용을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100. 진공 그리퍼 장치

10. 몸체 11. 흡입구

12. 배출통로 13. 배출구

14. 유입구 15. 공급통로

16. 노즐 20. 에어 가이드

21. 통공 22. 홀

30. 흡착 패드부 31. 배기공간

32. 흡착홀 33. 플레이트

34. 볼트

이상 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명의 특징과 효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 도 3 이하의 도면에서, 본 발명의 그리퍼 장치는 부호 100으로 표시된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 그리퍼 장치(100)는 몸체(10)와, 에어 가이드(20) 및 흡착 패드부(30)로 이루어진다. 상기 가이드(20)는 몸체(10)의 하부에 나사식으로 결합되어 있으며, 상기 패드부(30)는 가이드(20)의 하부에 볼트(34)로 체결되어 있다. 다만, 당연하겠지만 본 발명이 이러한 체결 방식에 한정되는 것은 아니다.

상기 몸체(10)는 압축공기의 공급라인과 배출라인을 모두 포함한다.

먼저, 상기 배출라인은 몸체(10) 하면의 흡입구(11)에서 내부 중앙의 배출통로(12)를 통하고, 계속하여 측면 또는 상면의 배출포트(13)로 연결되는 일련의 에어 라인이다. 도시된 바와 같이 상기 배출통로(12)는 흡입구(11) 측에 비하여 점차 확장된 내측 공간을 갖는다.

다음, 상기 공급라인은 몸체(10) 측면 하부의 유입구(14)에서 측벽 공급통로(15)를 통하고, 계속하여 상기 배출라인의 흡입구(11) 측으로 연결되는 일련의 에어 라인이다. 바람직하게, 상기 공급통로(15)는 구경이 점차 확장되는 형태로 형성되거나 또는 이 형태를 구성하기 위하여 내부에 장착된 하나 이상의 노즐(16)을 포함한다.

상기 몸체(10)에서 각 개구(13,14)의 수나 위치, 각 통로(12,15)의 형태나 구경 등은 전체 그리퍼 장치(100)의 규모, 무게, 대상물의 종류 등에 따라 다양하고 자유롭게 설계될 수 있을 것이다. 또한 상기한 각 통로(12,15)의 점진 확장형태는 단위시간당 유속과 유량을 향상시키기 위한 설계로서, 단순 일자형 통로에 비하여, 그리퍼 장치(100)에서 도달할 수 있는 진공도 및 속도를 향상시켜 준다.

상기 가이드(20)는 중심에 통공(21)이 형성된 링 형상의 부재이며, 상기 몸체(10)의 공급라인 및 배출라인과 유기적으로 배치된다. 구체적으로 상기 가이드(20)는, 통공(21)의 가장자리가 융기되고 상기 흡입구(11)의 내측에 동축적으로 배치됨으로써, 상기 공급라인 끝 부분의 하부에서 상향의 경사 또는 라운드(R)를 제공하게 된다. 다시 말해, 상기 공급라인은 가이드(20)로부터 제공된 라운드(R)에 의하여 그 단부가 상향하면서 배출통로(12)로 연결되는 것이다.

이러한 가이드(20) 및 공급라인의 형태는 공기류의 흐름을 완전하게 강제한다는 측면에서, 도 2에서 단순히 몸체(6)의 하단 슬리브 부분을 라운드(R) 처리하여 공기류를 확산시키는 것과는 상당한 차이가 있다.

부호 22는 상측 공급통로(15)와 하측 배기공간(31)을 연통시키기 위하여 가이드(20) 면에 형성된 작은 홀이다. 배기는 중앙의 큰 홀인 흡입구(11) 뿐만 아니라 이 작은 홀(22)을 통하여도 수행되는데, 이에 따라 배기의 속도 및 배기에 따른 진공레벨이 향상되는 장점이 생긴다.

상기 패드부(30)는 내부 배기공간(31)을 갖는 통상의 흡착 패드가 모두 적용될 수 있다. 상기 패드부(30)는 몸체(10) 및 가이드(20)의 하부에 체결되며, 이때 내부 배기공간(31)과 상기 몸체(10)의 배출통로(12)는 통공(21) 및 흡입구(11)를 통하여 서로 연통하게 된다. 부호 34는 상기 흡착 패드부(30)를 가이드(20)의 하부에 체결시키기 위하여 제공된 볼트이다.

본 실시예에서, 상기 패드부(30)는 다수의 흡착홀(32)이 형성된 하부 플레이트(33)를 포함한다. 이 흡착홀(32)은 상기 배기공간(31)과 일체로 연결되어 하나의 공간을 형성하게 된다.

상기한 형태의 흡착 플레이트(33)는 아주 얇고 변형이 쉬운 재질의 대상물 또는 작은 손상이라도 허용되지 않는 대상물을 안전하게 흡착시키기 위하여 적용될 수 있다. 한편 상기 플레이트(33)는 대상물이 직접 접촉하는 면이므로, 바람직하게 고형화된 상태에서 재질이 단단하고 정전기를 일으키지 않는 것으로 알려진 PEEK (polyetheretherketone) 또는 POM(polyoxymethylene) 수지로 성형된다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 진공 그리퍼 장치(100)는 고속의 압축공기에 의하여 작동한다. 먼저 압축공기는 몸체(10)의 유입구(14) 및 공급통로(15)로 공급되고 가이드(20)의 라운드(R)에 부딪쳐, 배출통로(12)를 상향으로 경유(화살표 ① 참조)한 다음, 배출구(13)를 통하여 외부로 배출된다(화살표 ③ 참조).

여기에서 특기할 것은, 상기 공급된 압축공기는 몸체(10)의 하부에 결합된 가이드(20)에 의하여 모두 배출통로(12)를 상향하여 외부로 배출된다는 점이다. 즉 본 발명에서는 가이드(20)가 압축공기의 방향성을 강제적으로 미리 "상향"으로 결정해 줌으로써, 압축공기의 작은 일부라도 하향 배치된 패드부(30)의 내부 배기공간(31)으로 흐르게 될 여지가 없게 되는 것이다.

이와 같이 압축공기가 공급 및 배출되는 과정에서, 상기 배출통로(12)의 흡입구(11) 및 홀(22) 부분에서 집중된 압력강하가 발생한다. 이에 패드부(30)의 배기공간(31) 내의 공기가 통공(21) 및 흡입구(11)를 통하여 배출통로(12) 측으로 유인되고(화살표 ② 참조), 배출구(13)를 통하여 압축공기와 함께 외부로 배출된다(화살표 ③ 참조). 배기 면에서는 흡입구(11)를 통한 배기가 주된 작용이기는 하지만, 본 실시예에서는 상기 홀(22) 부분을 통하여도 동시에 배기가 이루어진다.

부연하면, 홀(22)을 통한 일차 배기공기는 압축공기에 합류되며 이에 흡입구(11) 부분에서는 더 많은 흡입 에너지가 작용한다. 따라서 상기 홀(22)은 에너지 효율 면에서 상당한 의미가 있다.

Claims (5)

1. 하면의 흡입구에서 내부 배출통로를 통하여 측면 또는 상면의 배출구로 연결되는 배출라인과, 측면 하부의 유입구에서 공급통로를 통하여 상기 흡입구 측으로 연결되는 공급라인을 포함하는 몸체;

   상기 몸체의 하부에 결합되며, 중심 통공의 가장자리가 융기되고 상기 흡입구의 내측에 동축적으로 배치됨으로써, 상기 공급라인 끝 부분의 하부에서 상향의 경사 또는 라운드를 제공하게 되는 링 형상의 에어 가이드;

   상기 가이드의 하부에 배치되며, 내부 배기공간과 상기 몸체의 배출통로가 상기 통공 및 흡입구를 통하여 서로 연통하게 되는 흡착 패드부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 공급통로는 구경이 점차 확장되는 형태로 형성되거나 또는 상기 형태를 구성하기 위한 내장 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 가이드는 상기 공급통로와 배기공간을 연통시키는 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 패드부는 다수의 흡착홀이 형성된 하부 플레이트를 포함하며, 상기 흡착홀은 상기 배기공간과 일체로 연결되어 하나의 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 플레이트는 PEEK(polyetheretherketone) 또는 POM(polyoxymethylene) 수지로 성형된 것을 특징으로 하는 진공 그리퍼 장치.

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