WO2022154206A1

WO2022154206A1 - 로봇-툴링 진공 그리퍼 장치

Info

Publication number: WO2022154206A1
Application number: PCT/KR2021/009247
Authority: WO
Inventors: 조호영
Original assignee: (주)브이텍
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2022-07-21
Also published as: KR102232675B1

Abstract

본 발명은 진공이송 시스템에서 로봇 암에 장착되고 대상 물품을 파지하도록 동작하는 진공 그리퍼 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 에어 회로부를 포함하는 박스형 몸체, 상기 몸체에 착탈 가능하게 체결되는 지지부 및 상기 지지부에 슬라이드 이동 및 분리 가능하게 체결되는 그립부를 포함한다. 상기 그립부는 서로 소통하도록 형성된 진공 펌프와 흡착 패드를 포함하며, 상기 진공 펌프는 회로부를 통하여 공급된 압축공기에 의해 흡착 패드를 배기하도록 작동한다. 이에 따르면 로봇 장착을 위한 진공 시스템 설계를 콤팩트하게 구현할 수 있으며, 현장의 상황에 따라 유연하고 탄력적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.

Description

로봇-툴링 진공 그리퍼 장치

본 발명은 진공이송 시스템에서 로봇 아암에 장착되고 대상 물품을 파지하도록 동작하는 진공 그리퍼 장치에 관한 것이다.

소위 UR(Universal Robot) 로봇은 보통 다관절 아암을 포함하는 로봇으로서 현재 다양한 산업분야에 적용되고 있으며, 주로 물품을 파지하여 일정한 위치로 반복 이송하는 협업 시스템의 개념을 가지게 된다. 그러므로 이 시스템에서 상기 로봇의 헤드 부분에는 소정 그리퍼 장치가 장착되는데, 그 작동 원리에 따라 자석형 그리퍼, 집게형 그리퍼, 흡착형 그리퍼 등이 사용된다.

그 중에서도, 흡착형 진공 그리퍼는 물품의 종류에 상관없이 적용될 수 있으며 물품 표면을 스크래치 등으로부터 안전하게 보호할 수 있다는 장점이 있기 때문에 실제로 다양한 산업분야에 광범위하게 적용되고 있다.

도 1을 참조하여 간략하게 살펴보면, 일반적으로 진공 그리퍼(1)는 호스(2)를 통해 진공 펌프(3)의 흡입 포트(4)로 연결되는 진공 챔버(5)와, 상기 진공 챔버(5)의 하부에 연결되는 복수의 흡착 패드(6)로 이루어진다. 고속의 압축공기가 진공 펌프(3)를 통과할 때 상기 패드(6)의 내부 공기가 상기 진공 챔버(5)를 경유하여 진공 펌프(3) 내부로 유인되고 압축공기와 함께 배출되면서 상기 패드(6) 내부에는 부압이 생성되며, 이 부압에 의하여 물품(7)이 패드(6)에 흡착되는 것이다. 그리고 이 물품(7)은 로봇 등 자동화 시스템에 의하여 정해진 위치나 장소로 이송될 것이다.

상기 진공 그리퍼(1)는 다관절 로봇 암의 헤드 부분 또는 엔드-이펙터(end-effector)에 장착되는 것인데, 이 경우 상기 진공 챔버(5)를 이용하여 장착할 수 있으며 다르게는, 상기 패드(6) 부분에 브래킷 등 연결 수단을 부가하여 장착할 수도 있다. 어느 경우이든 진공 흡착형 그리퍼로서 물품 이송 시스템에서 효과적으로 작용할 수 있을 것이다.

그러나 이 진공 그리퍼(1)는: 크게 보아,

상기 진공 챔버(5) 및 그 연결된 진공 펌프(3)의 설치 및 작동을 위한 구성이 복잡하며 달리 콤팩트하게 설계될 수도 없는 문제; 및

실제 작업시 경우에 따라 요구되는 적정의 진공·부압 용량에 대하여 즉시 탄력적으로 대응할 수 없는 문제;

가 있다.

<선행기술문헌>

등록특허공보 제10-1411546호

등록특허공보 제10-1116191호

등록특허공보 제10-0963871호

등록특허공보 제10-1482394호

등록특허공보 제10-1659517호

본 발명은 상기한 종래의 진공 그리퍼의 문제들을 해결하고자 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 진공 그리퍼의 구성 및 로봇 장착을 위한 설계를 콤팩트하고 간편하게 구현할 수 있으며, 또한 경우에 따른 적정 진공·부압 용량 또는 그립 형태 등에 대하여 현장에서 즉시 유연하고 탄력적으로 대응할 수 있는 로봇-툴링 진공 그리퍼 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 그리퍼 장치는:

진공이송 시스템에서 로봇 암에 장착되고 대상 물품을 파지하도록 동작하는 진공 그리퍼 장치에 있어서,

상기 로봇 암에 체결되는 접속부;

상기 접속부 단부에 일체로 구성되며, 진공 펌프에 압축공기를 공급하기 위한 에어 회로부를 포함하는 박스형 몸체;

상기 몸체의 일측에 착탈 가능하게 체결되는 지지부; 및

상기 지지부에 체결되는 연결부와, 상기 연결부 하측에 서로 소통하도록 형성된 진공 펌프와 흡착 패드를 포함하는 그립부;

를 포함하며,

상기 진공 펌프는, 상기 회로부를 통하여 공급된 압축공기에 의해 상기 흡착 패드를 배기하도록 작동하는 것;

을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 그립부는 지지부에 레일-슬라이드 방식으로 위치 이동 및 분리 가능하게 장착된다.

구체적으로, 상기 회로부는:

상기 몸체의 표면 측에 각 형성된 압축공기 공급 포트와 배출 포트; 및

상기 몸체의 내부에서 공급 포트와 배출 포트를 연결하는 통로;

를 포함하며,

상기 배출 포트는 별도의 공급 라인을 통하여 상기 그립부 진공 펌프의 에어 유입구로 연결된다.

한편, 상기 배출 포트는 복수로 구비될 수 있으며, 이 경우 상기 통로는 각 배출 포트로 연장되는 복수의 분기로를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 회로부는:

상기 통로에 배치되는 에어 밸브와;

상기 에어 밸브를 개폐하여, 상기 통로를 통한 압축공기의 흐름을 인가 또는 차단하는 전자 밸브;

를 더 포함한다.

상기 통로가 복수 분기로를 포함하는 경우, 상기 에어 밸브와 전자 밸브는 각 분기로에 배치될 수 있다.

위에서 상기 전자 밸브는, 상기 몸체 상에 구비된 접속 커넥터를 통해 입력된 상기 로봇 측 신호에 의해 작동한다.

본 발명의 그리퍼 장치는 에어 회로부를 포함하는 몸체와 거기에 착탈 가능하게 결합되는 지지부를 갖는 한편, 상기 지지부를 이용하여 진공 펌프를 포함하여 구성된 그립부가 위치 이동 및 분리 가능하게 장착된다.

따라서 본 발명에 따르면:

진공 그리퍼 장치의 구성 및 로봇 장착을 위한 시스템 설계를 콤팩트하고 간편하게 구현할 수 있는 효과가 있으며; 동시에

현장 상황에 따라 요구되는 적정 진공·부압 용량 또는 그립 형태·자세 등에 대하여 즉시 유연하고 탄력적으로 대응할 수 있는;

각별한 효과가 있다.

도 1은 종래 진공 그리퍼의 구성 개념도.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 진공 그리퍼 장치의 외형 사시도.

도 3은 도 2의 저면 사시도.

도 4는 도 3의 분해상태 사시도.

도 5는 도 3의 분해상태 단면도.

도 6은 도 2의 몸체의 내부를 보인 사시도.

도 7은 도 6의 단면도.

도 8은 도 7의 작용도.

[부호의 설명]

100. 그리퍼 장치

10. 접속부

20. 몸체21. 회로부

22. 공급 포트23. 배출 포트

24. 통로25. 공급 라인

26a,26b. 분기로

27. 에어 밸브28. 전자 밸브

29. 커넥터

30. 지지부31. 본체

32. 홈33. 볼트

33a. 볼트 머리34. 락-핀

34a. 돌출 핀35. 관통공

36. 레일

40. 그립부41. 연결부

42. 진공 펌프42a. 유입구

42b. 배출구43. 흡착 패드

44. 하우징45. 진공 카트리지

46. 소통공

이상 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명 '로봇-툴링 진공 그리퍼 장치'(이하 '그리퍼 장치')의 특징과 작용효과는 이하에서 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하는 실시 예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 도 2 이하에서 부호 100은 본 발명의 방법에 따른 그리퍼 장치를 나타낸다.

도 2 내지 5를 참조하면, 본 발명의 그리퍼 장치(100)는 다른 장치에 연결되는 접속부(10)와, 상기 접속부(10)의 하측 단부에 일체로 구성된 박스형 몸체(20), 상기 몸체(20)의 하부에 착탈 가능하게 체결되는 지지부(30) 및 상기 지지부(30)의 하부에 체결되는 그립부(40)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 그리퍼 장치(100)는 기본적으로 진공이송 시스템에서 로봇 암(도시되지 않음)에 장착되고 대상 물품을 파지하도록 동작하는 장치이며, 이때 파지한 물품은 시스템에서 정해진 위치나 장소로 이송되는 것이다. 따라서 상기 그리퍼 장치(100)는 로봇 암에 체결되는 소정의 접속부(10)를 포함하는 것이다. 본 실시 예에서 상기 접속부(10)는 접속 플랜지(11)를 갖는 형태이지만, 그 형태는 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있을 것이다.

상기 몸체(20)는 상기 접속부(10)의 하측 단부에 일체로 구성되는 박스형 몸체로서, 상기 그립부(40)의 진공 펌프(42)에 압축공기를 공급하기 위한 에어 회로부(21)를 포함하여 이루어진다. 상기 회로부(21)는, 구체적으로, 상기 몸체(20)의 표면 측을 관통하여 각 형성된 압축공기 공급 포트(22)와 배출 포트(23), 상기 몸체(11) 내부에서 상기 공급 포트(22)와 배출 포트(23)를 연결하는 통로(24), 그리고 상기 배출 포트(23)로부터 진공 펌프(42) 측으로 연장되는 공급 라인(25)을 포함하여 구성된다.

여기에서 상기 '통로'는 단지 몸체(20)의 내부 공간일 수도 있으나, 본 실시 예에서는 별도의 관 형태로 설계되는 것으로 한다. 또한, 상기 공급 라인(24)은 구체적으로, 호스 부재로 구성되어 상기 몸체(20)의 배출 포트(23)로부터 진공 펌프(42)의 에어 유입구(42a) 측으로 연장된다.

상기 지지부(30)는 그 하부에 배치되는 그립부(40)를 지지하는 수단으로, 상기 몸체(20)의 하부에 착탈 가능하게 체결된다. 후술하는바, 바람직하게 상기 그립부(40) 역시 상기 지지부(30) 하부에 착탈 가능하게 체결되는 것이다. 따라서 예컨대 상기 그리퍼 장치(100)가 이송 시스템에서 반복적으로 사용됨에 따라 상기 그립부(40)의 교체가 필요하게 되는 경우:

상기 몸체(20)로부터 지지부(30)를 분리하거나, 또는

상기 지지부(30)로부터 그립부(40)를 분리;

한 후 필요한 조치를 함으로써, 실제 작업 현장에서도 즉각적이고 신속하게 문제를 해결할 수 있게 된다.

구체적으로, 상기 지지부(30)는 작은 원과 큰 원이 소위 아령 식으로 연결된 형태의 '8'자 홈(32)이 1 이상 형성된 본체(31)와, 상기 홈(32)을 관통하여 몸체(20) 하측 면에 체결되는 볼트(33)를 포함하며, 이때 상기 볼트(33)의 머리(33a) 부분은 그 평면이 상기 홈(32)의 작은 원보다 크고 큰 원보다 작다.

그러므로 상기 볼트(33)가 홈(32)의 작은 원에 대응하는 경우(도 3 및 도 5a 참조)에는 상기 본체(31)가 몸체(20)에 장착되며, 상기 볼트(33)가 홈(32)의 큰 원에 대응하는 경우(도 4 및 도 5b 참조)에는 상기 본체(31)가 몸체(20)로부터 분리되는 것이다. 이때 상기 홈(32)의 볼트(33) 대응 위치는 상기 본체(31)를 밀어 이동시켜 간편하게 조정할 수 있으며(화살표 ② 참조), 이러한 방법으로 상기 지지부(30)를 몸체(20)에 장착 또는 분리할 수 있다.

다만, 이 경우 그 대응 위치가 임의로 변경되는 일이 생길 수 있으므로 이를 방지하기 위한 수단으로 본 실시 예에서는 락-핀(34)을 구성한다. 상기 록-핀(34)은 몸체(20)의 하측 면에 탄력적으로 지지되고 그 단부의 돌출 핀(34a)이 상기 본체(31)의 관통공(35)을 통하여 돌출되도록 설치되는 것이다. 따라서 먼저 상기 록-핀(34)을 의도적으로 조작하지 않는 한 상기 본체(31)는 임의로 이동되지 않는다. 본 실시 예에서는 설계의 편의상 상기 관통공(35)이 홈(32)에 연결되도록 하였으나, 별개로 구비되어도 상관은 없을 것이다.

본 실시 예에서 상기 지지부(30)의 분리 동작을 전체적으로 보면, 먼저 상기 지지부(30)가 몸체(20)에 장착된 경우 상기 볼트(33)는 홈(32)의 작은 원에 대응하여 있다. 이 상태에서, 상기 돌출 핀(34a)을 눌러 지지부(30) 록킹(locking)을 해제한다(도 3 및 도 5a의 화살표 ① 참조). 이 상태에서 상기 본체(31)를 밀어 이동시켜 상기 볼트(33)가 홈(32)의 큰 원에 대응하도록 한다(도 4 및 도 5b의 화살표 ② 참조). 그러면 상기 지지부(30)는 몸체(20)로부터 자유롭게 되며, 따라서 상기 몸체(20)로부터 분리되는 것이다(도 4 및 도 5b의 화살표 ③ 참조).

전술한 바와 같이, 상기 지지부(30)는 그 하부에 배치되는 그립부(40)를 지지하는 수단이며, 본 실시 예에서는 이를 위하여 상기 본체(31)의 하부에 형성된 1 이상의 설치 가이드 레일(36)을 포함한다. 바람직하게, 상기 레일(36)은 'ㄷ'형의 슬라이드 레일이다.

상기 그립부(40)는 상기 지지부(30)에 체결되는 연결부(41)와, 상기 연결부(41) 하측에 서로 소통하도록 형성된 진공 펌프(42)와 흡착 패드(43)를 포함한다. 여기에서 상기 진공 펌프(42)는 구체적으로 하우징(44)의 내부에 장착된 노즐형 진공 카트리지(45)를 포함하며, 부호 46은 상기 카트리지(45)의 측벽에 형성된 흡착 패드(43) 간 소통공이다. 본 실시 예에서 하나의 그립부(40)에 두 개의 진공 펌프(42)가 에어 유입구(42a)를 공유하는 관계로 형성되어 있다. 다만, 이상의 그립부(40)의 구성은 본 출원인이 특허 제1659517호로 등록받은 것으로, 본 발명에서 특별한 것은 아니다.

바람직하게, 상기 그립부(40)는 지지부(30)에 레일-슬라이드 방식으로 위치 이동 및 분리 가능하게 장착된다. 구체적으로, 상기 지지부(30)는 'ㄷ'형의 슬라이드 레일(36)을 포함하며, 상기 연결부(41)는 그 단부가 레일(36)의 홈에 끼워져 레일(36)을 따라 슬라이드 이동하고 너트 부재로 조임/풀림 할 수 있도록 구성되어 있으므로, 상기 그립부(40)는 현장 상황별로 필요에 따라 레일(36) 상에서 그 위치가 변동될 수 있으며 그로부터 분리될 수도 있다.

이상의 구조에서, 상기 진공 펌프(42)는 회로부(21)를 통하여 공급된 압축공기에 의해 상기 흡착 패드(43)를 배기하도록 작동한다. 구체적으로, 먼저 압축공기는 상기 몸체(20)의 회로부(21)를 거쳐 - 공급 포트(22)로 공급되고 통로(24)를 경유하여 배출 포트(23)를 통해 - 배출된다. 이때 배출된 압축공기는 공급 라인(25)을 통과하여 상기 그립부(40) 진공 펌프(42)로 제공되며, 이후 상기 진공 펌프(42)는 잘 알려진 방식으로 흡착 패드(43)를 배기한다.

즉, 상기와 같이 고속의 압축공기가 진공 펌프(42)의 유입구(42a)로 공급되고 진공 카트리지(45)를 경유하여 배출구(42b)를 통하여 외부로 배출되며, 이때 흡착 패드(43)의 내부 공기가 진공 카트리지(45)의 소통공(46)을 통해 진공 펌프(42) 내부로 유인되고 상기 압축공기와 함께 외부로 배출된다. 따라서 상기 흡착 패드(43)의 내부에는 이송 대상 물품을 파지하기 위한 부압이 발생하는 것이다.

본 실시 예에서 상기 배출 포트(23)는 복수로 구비되며, 이 경우 그립부(40) 역시 각 배출 포트(23)에 대응하여 복수로 구비될 수 있다. 이는 대상 물품의 특성 즉 종류, 크기, 표면적, 무게, 형태 등에 따른 적정 부압의 생성 및 분배, 물품의 안정적인 파지가 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.

일반적으로 상기 에어 통로(24)는 소위 에어 밸브 및 솔레노이드 밸브 등 제어 수단을 이용함으로써 그 개폐가 제어될 수 있으며, 이 경우 상기 각 그립부(40)의 진공 펌프(42)는 일괄하여 그 동작이 제어된다. 다만, 이와 같이 배출 포트(23)가 복수로 구비되는 경우, 각 그립부(40) 및 진공 펌프(42)의 개별 제어가 필요할 수 있다.

도 6 내지 8을 참조하면, 상기 통로(24)는 각 배출 포트(23)로 연장되는 두 개의 분기로(26a,26b)를 포함하도록 설계되며, 상기 회로부(21)는 압축공기의 흐름을 제어하기 위한 수단으로서 각 분기로(26a,26b)에 배치되는 에어 벨브(27)와, 상기 에어 밸브(27)를 개폐하여 상기 통로(24) 및 각 분기로(26a,26b)를 통한 압축공기의 흐름을 인가 또는 차단하는 전자 밸브(28)을 포함한다.

초기의 대기 상태에서 상기 전자 밸브(28)에 작동 신호가 입력되면, 상기 공급 포트(22)를 통한 압축공기는(화살표 ④ 참조) 상기 에어 밸브(27)를 경유하고 전자 밸브(28)를 지나 상기 에어 밸브(27)를 가압하여 개방시키고(화살표 ⑤ 참조) 그 후부터 상기 압축공기는 개방된 에어 밸브(27) 및 각 분기로(26a,26b)를 통하여 배출 포트(23)로 이동하는 것이다.

도면에서는 각 분기로(26a,26b)의 제어 수단이 통일적으로 작동하는 것을 예시하였으나 개별적으로 동작할 수 있음 물론이며 이에 따라, 상기 통로(24)가 일괄 제어되는 경우에 비하여, 장치의 다양한 운용이 가능한 장점이 있는 것이다. 어느 경우이든지, 상기 전자 밸브(28)는 몸체(20) 상에 구비된 접속 커넥터(29)를 통해 입력된 상기 로봇 측 신호에 의해 동작한다.

Claims

진공이송 시스템에서 로봇 암에 장착되고 대상 물품을 파지하도록 동작하는 진공 그리퍼 장치에 있어서,

상기 로봇 암에 체결되는 접속부(10); 상기 접속부(10) 단부에 일체로 구성되며, 진공 펌프(42)에 압축공기를 공급하기 위한 에어 회로부(21)를 포함하는 박스형 몸체(20); 상기 몸체(20)의 일측에 착탈 가능하게 체결되는 지지부(30); 및 상기 지지부(30)에 체결되는 연결부(41)와, 상기 연결부(41) 하측에 서로 소통하도록 형성된 진공 펌프(42)와 흡착 패드(43)를 포함하는 그립부(40);

를 포함하며,

상기 진공 펌프(42)는, 상기 회로부(21)를 통하여 공급된 압축공기에 의해 상기 흡착 패드(43)를 배기하도록 작동하고;

상기 회로부(21)는, 상기 몸체(20)의 표면 측에 각 형성된 압축공기 공급 포트(22)와 배출 포트(23) 및 상기 몸체(20)의 내부에서 공급 포트(22)와 배출 포트(23)를 연결하는 통로(24)를 포함하며;

상기 배출 포트(23)는 별도의 공급 라인(25)을 통하여 상기 진공 펌프(42)의 에어 유입구(42a)로 연결되는 것;

을 특징으로 하는 로봇-툴링 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,

상기 지지부(30)는, 작은 원과 큰 원이 연결된 형태의 '8'자 홈(32)이 1 이상 형성된 본체(31)와, 상기 홈(32)을 관통하여 몸체(20)의 하측 면에 체결되는 볼트(33)를 포함하여 이루어지며;

이때 상기 볼트(33)는 그 머리(33a) 부분 평면이 상기 홈(32)의 작은 원보다 크고 큰 원보다 작게 형성되어;

상기 본체(31)를 밀어 볼트(33)의 대응 위치를 이동시키는 방법으로 상기 지지부(30)를 몸체(20)에 장착 또는 분리할 수 있는 것;

을 특징으로 하는 로봇-툴링 진공 그리퍼 장치.
제2항에 있어서,

상기 몸체(20)의 하측에 탄력적으로 지지되고 단부 돌출 핀(34a)이 상기 본체(31)의 관통공(35)을 통하여 돌출되어, 누름 방식으로 록(lock)을 해제하는 록-핀(34)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇-툴링 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,

상기 그립부(40)는 상기 지지부(30)에 형성된 레일(36)을 따라 레일-슬라이드 방식으로 위치 이동 및 분리 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 로봇-툴링 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,

상기 배출 포트(23)는 복수로 구비되며, 각 배출 포트(23)에 대응하여 상기 그립부(40)가 복수로 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇-툴링 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,

상기 통로(24)는 각 배출 포트(23)로 연장되는 복수의 분기로(26a,26b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇-툴링 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,

상기 회로부(21)는:

상기 통로(24)에 배치되는 에어 밸브(27)와;

상기 에어 밸브(27)를 개폐하여, 상기 통로(24)를 통한 압축공기의 흐름을 인가 또는 차단하는 전자 밸브(28);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇-툴링 진공 그리퍼 장치.
제6항에 있어서,

상기 회로부(21)는:

각 분기로(26a,26b)에 배치되는 에어 밸브(27)와;

상기 에어 밸브(27)를 개폐하여, 상기 통로(24) 및 각 분기로(26a,26b)를 통한 압축공기의 흐름을 인가 또는 차단하는 전자 밸브(28);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇-툴링 진공 그리퍼 장치.