WO2025110751A1 - 엔드 이펙터 유닛 - Google Patents

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WO2025110751A1
WO2025110751A1 PCT/KR2024/018503 KR2024018503W WO2025110751A1 WO 2025110751 A1 WO2025110751 A1 WO 2025110751A1 KR 2024018503 W KR2024018503 W KR 2024018503W WO 2025110751 A1 WO2025110751 A1 WO 2025110751A1
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plate
wires
gripping
end effector
shape
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PCT/KR2024/018503
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English (en)
French (fr)
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최현석
양기훈
전혜림
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Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Original Assignee
Korea Institute of Industrial Technology KITECH
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    • B25J15/0033—Gripping heads and other end effectors with gripping surfaces having special shapes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
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    • B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/104—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with cables, chains or ribbons

Definitions

  • the present invention relates to an end effector unit, and more particularly, to an end effector unit mounted on an automated transport means for gripping an object so as to transport it.
  • This invention refers to the research project of Manufacturing Base Technology Development (Project Unique Number: 1415187289, Project Number: KM230282) conducted with the support of the Korea Institute of Industrial Technology Planning and Evaluation with funds from the Ministry of Trade, Industry and Energy.
  • an end effector unit that grasps the object and a transport means such as an automated robot or mobility that can transport the grasped object from its current location to its destination are required.
  • An end effector unit mounted on a transport means and used to grip an object is a type of gripper, and generally grips the side of an object to be gripped by using a rigid mechanical part.
  • gripper When moving an object by a transport means, such an end effector unit must form a force (hereinafter referred to as “gripping force”) applied to the side of the object to be gripped to be greater than the load of the object so that the object does not slip off the end effector.
  • an appropriate end effector unit must be mounted on the transport means depending on the weight or shape of the object to be gripped.
  • each object has an irregular shape and different weight, so there is a problem in that it is difficult to select an appropriate end effector unit each time and mount it on the transport means by replacing it.
  • the conventional end effector unit is composed only of rigid mechanical parts, there is a problem that the object may be damaged by colliding with another adjacent object during the process of approaching the object during the gripping process, or the rigid mechanical parts may be easily damaged or broken.
  • crops such as the fruits or vegetables described above
  • the crops to be gripped may be damaged by colliding with another adjacent crop during the process of approaching the crop, thereby lowering the value of the crops.
  • the present invention is intended to solve various problems including the above-described problems, and to provide an end effector unit which implements a gripping mechanism in which a gripping portion is composed only of a flexible material, so as not to cause damage to a gripped object, and does not cause damage to the object or easily cause breakage or malfunction of its own parts even when colliding with another adjacent object in the process of approaching the object, and is inexpensive to manufacture and easy to maintain because it is implemented only with a flexible material.
  • these tasks are exemplary and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • an end effector unit may include: a first plate formed in a flat plate shape; a second plate formed in a flat plate shape and formed in a form in which the second plate is stacked vertically with the first plate so as to be able to slide forward and backward in a direction approaching the first plate or away from the first plate; a gripping portion formed in a dome shape overall to form a gripping space capable of gripping an object inside, the gripping portion including a plurality of wires having one end connected to the first plate and the other end connected to the second plate, and formed such that the middle of the length is formed to be bent in an arc shape to form an arch shape; and a driving portion that slides the second plate forward and backward.
  • the gripping portion can insert the object into the gripping space by the plurality of wires formed of a flexible material, and the plurality of wires are separated from each other by pressure caused by contact with the object when gripping the object.
  • the grip portion may be formed in a dome shape having a net structure, in which the plurality of wires formed of a flexible material are arranged in a circle based on the central axes of the first plate and the second plate, and each wire is arranged to be staggered from at least one other wire.
  • the grip section may be formed so that each wire, which has one end connected to the first plate and the other end connected to the second plate, is formed in a generally straight shape or an arc shape on a plane with the upper surface of the first plate as a plane so that the object can enter the grip space or be discharged from the grip space between the mesh structure of the grip section formed of a flexible material, so that the plurality of wires are not twisted.
  • the first plate may have a plurality of guide shafts formed along an outer surface
  • the second plate may be installed so as to be able to slide forward and backward in a direction closer to the first plate or away from the first plate along the plurality of guide shafts formed to extend in a vertical direction.
  • the driving unit can drive the second plate backward so that the length of the plurality of wires exposed on the first plate can gradually shorten in a holding state, and can drive the second plate forward so that the length of the plurality of wires exposed on the first plate can gradually lengthen in a release state.
  • the volume of the gripping space inside the dome shape gradually decreases, so that the object can be fixed inside the gripping space by the pressure received from the plurality of wires.
  • the push plate may further include a push plate formed in a flat plate shape, formed on an upper surface of the first plate, at least a portion of which penetrates the first plate and protrudes from a lower surface of the first plate, and when in the release state, rises to a predetermined height from the upper surface of the first plate by contact with the second plate driven forward by the driving unit, thereby pushing the object between the plurality of wires.
  • a push plate formed in a flat plate shape, formed on an upper surface of the first plate, at least a portion of which penetrates the first plate and protrudes from a lower surface of the first plate, and when in the release state, rises to a predetermined height from the upper surface of the first plate by contact with the second plate driven forward by the driving unit, thereby pushing the object between the plurality of wires.
  • the first plate is formed in a circular plate shape having a larger diameter than the push plate, and has a concave receiving groove formed on an upper surface in a shape corresponding to the shape of the push plate so as to receive the push plate, and the push plate may have a push axis formed to protrude in a pillar shape from the lower surface so as to penetrate the first plate in a direction toward the lower surface of the first plate from the receiving groove.
  • the device may further include a pneumatic device that sprays compressed air through a plurality of spray nozzles formed on the upper surface of the first plate so as to push the object between the plurality of wires by pneumatic pressure when in the release state.
  • the present invention may further include a sensor unit installed on the first plate or the second plate so as to measure a gripping force generated by pressure received by the object from the plurality of wires when in the gripping state.
  • the sensor unit may include a reaction force sensor that is installed on the first plate or the second plate so as to be connected to an end of at least one of the plurality of wires, and measures a reaction force due to tension applied to the plurality of wires when in the gripping state.
  • the sensor unit may include a pressure sensor installed in a receiving groove of the first plate that receives the push plate, and measuring a pressure applied to the push plate when in the gripping state.
  • the sensor unit may include a current sensor that is electrically connected to the driving unit that slides the second plate forward and backward, and measures a driving current applied to the driving unit when in the grip state.
  • the sensor unit may include a tensile sensor installed on a wire connecting the first plate and the second plate, the tensile sensor measuring a tensile force applied to the wire when in the gripping state.
  • the driving unit may include: a fixed plate fixedly installed on a plurality of guide shafts formed along an outer surface of the first plate so as to be positioned at the rear of the second plate based on the forward-backward sliding movement direction of the second plate; and a driving cylinder installed on the fixed plate to linearly apply a driving force to the second plate so as to drive the second plate forward-backward along the plurality of guide shafts.
  • the driving unit may include: a fixed plate fixedly installed on a plurality of guide shafts formed along an outer surface of the first plate so as to be positioned at the rear of the second plate based on a forward-backward sliding movement direction of the second plate; a ball screw formed to extend long in a rod shape between the first plate and the fixed plate; a rotary motor installed on the fixed plate to rotaryly drive the ball screw; and a ball nut installed on the second plate so as to be screw-coupled with the ball screw, the ball nut having screw threads formed on an outer diameter surface and penetrating the second plate, and moving linearly along the ball screw together with the second plate according to rotary driving of the ball screw.
  • the driving unit may include: a fixed plate fixedly installed on a plurality of guide shafts formed along an outer surface of the first plate so as to be positioned at the rear of the second plate based on the forward-backward sliding movement direction of the second plate; a tension spring installed between the first plate and the second plate and elastically applying a tensile force so that the second plate can move forward in a direction approaching the first plate; a rotational motor installed on the fixed plate and rotatingly driving the second plate; and a pulley installed on a rotational drive shaft of the rotational motor so that a wire connected to the second plate can be wound, and moving the second plate forward or backward according to unwinding or winding of the wire by the rotational driving of the rotational motor.
  • the driving unit may include: a fixed plate fixedly installed on a plurality of guide shafts formed along an outer surface of the first plate so as to be positioned at the rear of the second plate based on the forward-backward sliding movement direction of the second plate; a rack gear formed to extend in a rod shape between the first plate and the fixed plate; and a rotational motor having a pinion gear installed on the second plate to perform rotational driving and meshing with the rack gear on a rotational driving shaft, the rotational motor moving linearly along the rack gear together with the second plate according to rotational driving.
  • an end effector unit comprises: a first plate formed in a flat plate shape; a fixed plate fixedly installed to a plurality of guide shafts formed along an outer surface of the first plate so as to be positioned at the rear of the first plate on which an object is placed; a driving unit installed on the fixed plate; And a gripping unit having a dome shape overall to form a gripping space capable of gripping an object inside, including a plurality of wires, one end of which is connected to the first plate, the other end of which penetrates the first plate and is connected to the driving unit located at the rear of the first plate, and the middle of which is formed to be bent in an arc shape to form an arch shape;
  • the driving unit may include a plurality of pulleys, to which the other ends of the plurality of wires are respectively connected, and which adjust the lengths of the plurality of wires exposed on the first plate to become gradually longer or shorter according to the unwinding or winding of the plurality of wire
  • a plurality of wires each end of which is fixed to a first plate, which is a fixed plate, and a second plate, which is a movable plate that slides back and forth relative to the first plate, and which forms a dome shape overall, can be used to implement a gripping portion formed only of a flexible material.
  • the object accommodated inside is fixed by the pressure of the wires, and by gripping the object through contact between the flexible material wires and the object, damage to the object during the gripping process can be prevented.
  • the grip section is composed only of a flexible wire material, it does not cause damage to the object even when colliding with another adjacent object during the process of approaching the object for gripping, and its own parts are not easily damaged or broken. Since it is composed only of a flexible wire material, the manufacturing cost is low and maintenance can be easy.
  • a gripping part that is composed only of a flexible wire material and can fix and grip an object, especially when gripping soft crops such as fruits or vegetables, it is possible to prevent damage to the crops during the gripping process, and since the volume and shape of the gripping space are freely controlled during the gripping process with the flexible wire material, crops with irregular shapes and different weights can all be fixed and gripped with one gripping part without replacing the gripping part, thereby implementing an end effector unit that can automate crop harvesting work and reduce the harvesting time and cost of crops.
  • the scope of the present invention is not limited by these effects.
  • FIG. 1 and FIG. 2 are a front view and a plan view schematically showing a release state of an end effector unit according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 and FIG. 4 are a front view and a plan view schematically showing a holding state in which the end effector unit of FIG. 1 grips an object.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing one embodiment of a process for ejecting a gripped object when the end effector unit of FIG. 1 operates from a gripped state to a release state.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of a process for ejecting a gripped object when the end effector unit of FIG. 1 operates from a gripped state to a release state.
  • FIGS. 7 to 10 are front views each showing various embodiments of a driving unit included in the end effector unit of FIG. 1.
  • FIGS. 11 to 14 are front views each showing various embodiments of a sensor section included in the end effector unit of FIG. 1.
  • Figure 15 is an image showing the actual process of the end effector unit of Figure 1 gripping an object.
  • FIG. 1 and FIG. 2 are a front view and a plan view schematically showing a release state of an end effector unit (1000) according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 and FIG. 4 are a front view and a plan view schematically showing a holding state in which the end effector unit (1000) of FIG. 1 grips an object (1)
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a process in which a push plate (600) rises and discharges a gripped object (1) when the end effector unit (1000) of FIG. 1 operates from a holding state to a release state
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of a process in which the end effector unit (1000) of FIG.
  • FIGS. 7 to 10 are front views each showing various embodiments of the driving unit (400) included in the end effector unit (1000) of FIG. 1
  • FIGS. 11 to 14 are front views each showing various embodiments of the sensor unit (500) included in the end effector unit (1000) of FIG. 1
  • FIG. 15 is an image showing an actual process in which the end effector unit (1000) of FIG. 1 grips an object (1).
  • an end effector unit (1000) may largely include a first plate (100), a second plate (200), a gripping portion (300), and a driving portion (400).
  • the first plate (100) may be formed in an overall flat circular plate shape.
  • the second plate (200) may be formed in a flat circular plate shape with a size corresponding to that of the first plate (100), and may be formed in a form in which the second plate (200) is stacked vertically with the first plate (100) so that its central axis (X) is coaxial with the central axis (X) of the first plate (100), and may be installed so as to be able to slide forward and backward in a direction closer to the first plate (100) or away from the first plate (100).
  • first plate (100) and the second plate (200) may be structures having a circular plate shape with appropriate strength and durability that can support an object (1) to be gripped by the gripping portion (300) to be described later.
  • the first plate (100) and the second plate (200) may be structures formed by selecting one or more materials from among steel, stainless steel, aluminum, magnesium, zinc, and synthetic resin.
  • the first plate (100) and the second plate (200) are not necessarily limited to those in FIGS. 1 and 2, and members of a wide variety of materials that can support an object (1) to be gripped by the gripping portion (300) may be applied.
  • the first plate (100) is formed in a circular plate shape, and a plurality of guide shafts (120) may be formed along the outer surface.
  • the plurality of guide shafts (120) are formed to extend long in a vertical direction (a vertical direction based on FIG. 1) parallel to the forward and backward sliding movement direction of the second plate (200), and a plurality of them may be formed along the outer surface of the first plate (100), but may be radially arranged equiangularly based on the central axis (X) of the first plate (100).
  • the second plate (200) is formed so that a plurality of guide shafts (120) extending vertically from the first plate (100) pass through it, and can be installed so as to be able to slide forward and backward in a direction closer to the first plate (100) or away from the first plate (100) along the plurality of guide shafts (120) extending vertically.
  • the gripping portion (300) may be formed in an overall dome shape to form a gripping space (A) capable of gripping an object (1) inside, including a plurality of wires (310) that are formed to have an arc shape in the middle of their lengths, with one end connected to the first plate (100) and the other end connected to the second plate (200) by penetrating the first plate (100), and to form an arch shape overall.
  • the grip section (300) may be formed in a dome shape having a net structure, with a plurality of wires (310) formed of a flexible and elastic material arranged in a circle based on the central axis (X) of the first plate (100) and the second plate (200), and each wire arranged to be staggered from at least one other wire.
  • Such a gripping member (300) can be formed in a release state in which an object (1) can be inserted into a gripping space (A) or ejected from a gripping space (A) through the mesh structure of the gripping member (300) formed of a flexible and elastic material, as illustrated in FIG. 2, on a plane with the upper surface of the first plate (100) as a plane, each wire having one end connected to the first plate (100) and the other end connected to the second plate (200) by penetrating the first plate (100) is formed in a generally straight shape, so that a plurality of wires (310) can be formed so as to intersect each other but not be twisted.
  • each wire having one end connected to the first plate (100) and the other end penetrating the first plate (100) and connected to the second plate (200) may be formed generally in an arc shape, so that a plurality of wires (310) may be formed so as to intersect each other but not be twisted.
  • the gripping part (300) can insert the object (1) into the gripping space (A) through the space between the plurality of wires (310) formed of a flexible and elastic material, which are separated from each other by pressure due to contact with the object (1) when gripping the object (1).
  • the driving unit (400) can be installed on the lower side of the second plate (200) and connected to the second plate (200) so as to slide the second plate (200) forward and backward relative to the first plate (100).
  • the driving unit (400) may include a fixed plate (410) that is fixedly installed at the ends of a plurality of guide shafts (120) formed along the outer surface of the first plate (100) so as to be positioned at the rear of the second plate (200) based on the forward and backward sliding movement direction of the second plate (200), and a driving cylinder (420) that is installed on the fixed plate (410) and linearly applies a driving force to the second plate (200) so as to drive the second plate (200) forward and backward along the plurality of guide shafts (120).
  • a fixed plate (410) that is fixedly installed at the ends of a plurality of guide shafts (120) formed along the outer surface of the first plate (100) so as to be positioned at the rear of the second plate (200) based on the forward and backward sliding movement direction of the second plate (200)
  • a driving cylinder (420) that is installed on the fixed plate (410) and linearly applies a driving force to the second plate (200) so as to drive the second plate (
  • the driving unit (400) is connected to the second plate (200) at the lower side of the second plate (200) and can drive the second plate (200) forward and backward relative to the first plate (100).
  • the driving unit (400) can drive the second plate (200) forward toward the first plate (100) so that the length of the plurality of wires (310) exposed on the first plate (100) gradually increases and the volume of the gripping space (A) increases, so that the object (1) can enter the gripping space (A) between the mesh structure of the gripping unit (300) formed of a flexible and elastic material in the release state.
  • the driving unit (400) can drive the second plate (200) backward away from the first plate (100) to a position where the length of the plurality of wires (310) exposed on the first plate (100) gradually becomes shorter so that the volume of the holding space (A) decreases, so that the object (1) accommodated in the holding space (A) is fixed without being detached between the mesh structure of the holding unit (300) formed of a flexible and elastic material, as shown in FIGS. 3 and 4.
  • the volume of the grip section (300) can gradually decrease as the grip space (A) is flexibly transformed into a shape corresponding to the shape of the object (1) by a plurality of wires (310) formed of a flexible and elastic material.
  • the driving unit (400) drives the second plate (200) forward again in a direction closer to the first plate (100) to a position where the length of the plurality of wires (310) exposed on the first plate (100) gradually increases and the volume of the gripping space (A) increases, thereby forming the release state again and inducing the object (1) to be discharged between the mesh structure of the gripping unit (300) formed of a flexible and elastic material.
  • the end effector unit (1000) further includes a push plate (600) that, when in the release state, rises to a predetermined height (H) from the upper surface of the first plate (100) by contact with the second plate (200) driven forward by the driving unit (400) to push the object (1) between the plurality of wires (310), thereby making it easier to discharge the object (1) gripped by the gripping unit (300).
  • a push plate (600) that, when in the release state, rises to a predetermined height (H) from the upper surface of the first plate (100) by contact with the second plate (200) driven forward by the driving unit (400) to push the object (1) between the plurality of wires (310), thereby making it easier to discharge the object (1) gripped by the gripping unit (300).
  • the push plate (600) may be formed in a flat circular plate shape and formed on the upper surface of the first plate (100), and at least a portion thereof may be formed to penetrate the first plate (100) and protrude to the lower surface of the first plate (100).
  • the first plate (100) may be formed in a circular plate shape with a larger diameter than the push plate (600), and a concave receiving groove (110) may be formed on the upper surface in a shape corresponding to the shape of the push plate (600) so as to accommodate the push plate (600).
  • the push plate (600) may be formed with a push shaft (610) that protrudes from the lower surface in a pillar shape by penetrating the first plate (100) in a direction toward the lower surface of the first plate (100) in the receiving groove (110) so that it can come into contact with the second plate (200) that drives forward.
  • the push plate (600) is installed so as to be raised so as to be received in the receiving groove (110) of the first plate (100), and in the released state, the push shaft (610) formed to protrude from the lower surface comes into contact with the second plate (200) driven forward by the driving unit (400), and protrudes from the upper surface of the first plate (100) to a predetermined height (H) within the receiving groove (110), and in the gripping state, the push plate (600) can be installed so as to be lowered so that the upper surface is formed at the same height as the upper surface of the first plate (100) within the receiving groove (110).
  • the end effector unit (1000) when the end effector unit (1000) operates from a grip state to a release state, it may further include a pneumatic device (700) that sprays compressed air through a plurality of spray nozzles (710) formed on the upper surface of the first plate (100) so as to push the object (1) between a plurality of wires (310) by pneumatic pressure.
  • a pneumatic device (700) that sprays compressed air through a plurality of spray nozzles (710) formed on the upper surface of the first plate (100) so as to push the object (1) between a plurality of wires (310) by pneumatic pressure.
  • the pneumatic device (700) may be configured to include a pneumatic path (720) formed in a flow shape inside the first plate (100) to connect a plurality of spray nozzles (710) and to allow the compressed air to flow, a pneumatic line (730) connecting the pneumatic path (720) and the compressor so that the compressed air can be supplied from an external compressor (not shown), and a pneumatic valve (740) installed in the pneumatic line (730) to control the flow rate of the compressed air supplied through the pneumatic line (730).
  • a pneumatic path (720) formed in a flow shape inside the first plate (100) to connect a plurality of spray nozzles (710) and to allow the compressed air to flow
  • a pneumatic line (730) connecting the pneumatic path (720) and the compressor so that the compressed air can be supplied from an external compressor (not shown)
  • a pneumatic valve (740) installed in the pneumatic line (730) to control the flow rate of the compressed air supplied through the pneumatic line (730).
  • the driving unit (400) that drives the second plate (200) forward and backward in a direction closer to or away from the first plate (100) is exemplified as driving the second plate (200) forward and backward using a driving cylinder (420) installed in the fixed plate (410), but is not necessarily limited thereto, and various driving bodies that can linearly drive the second plate (200) forward and backward may be applied.
  • the driving unit (400) may include a fixed plate (410) that is fixedly installed at the ends of a plurality of guide shafts (120) formed along the outer surface of the first plate (100) so as to be positioned at the rear of the second plate (200) based on the forward and backward sliding movement direction of the second plate (200), a ball screw (430) that is formed to extend in a rod shape between the first plate (100) and the fixed plate (410), a rotation motor (M) that is installed in the fixed plate (410) to rotate the ball screw (430), and a ball nut (440) that is installed in the second plate (200) so as to be screw-connected with the ball screw (430) that penetrates the second plate (200) and has screw threads formed on the outer diameter surface.
  • a fixed plate (410) that is fixedly installed at the ends of a plurality of guide shafts (120) formed along the outer surface of the first plate (100) so as to be positioned at the rear of the second plate (200) based on the forward and backward sliding
  • the rotation motor (M) included in the driving unit (400) is a motor that generates rotational driving force, and can be driven by selecting any one of an AC motor, a DC motor, a stepping motor, a servo motor, a hydraulic motor, and a pneumatic motor.
  • the rotation motor (M) is not necessarily limited to FIG. 6, and various types of motors that can rotate and drive the ball screw (430) can be applied.
  • the rotary motor (M) may be connected to the ball screw (430) through a reducer so as to drive the ball screw (430) to rotate at a predetermined gear ratio.
  • the driving unit (400) is installed on the second plate (200), and the ball screw (430) and the ball nut (440) screw-coupled thereto are rotated by the rotation motor (M) so that the second plate (200) can be moved forward and backward along the ball screw (430) together with the second plate (200) according to the rotational drive of the ball screw (430), thereby moving the second plate (200) forward in a direction closer to the first plate (100) or backward in a direction away from the first plate (100).
  • the driving unit (400) may include a fixed plate (410) that is fixedly installed at the ends of a plurality of guide shafts (120) formed along the outer surface of the first plate (100) so as to be positioned at the rear of the second plate (200) based on the forward and backward sliding movement direction of the second plate (200), a tension spring (450) that is installed between the first plate (100) and the second plate (200) and elastically applies a tensile force so that the second plate (200) can move forward in a direction closer to the first plate (100), a rotation motor (M) that is installed on the fixed plate (410) to drive rotation, and a pulley (460) that is installed on the rotation drive shaft of the rotation motor (M) so that a wire (W) connected to the second plate (200) can be wound.
  • a fixed plate (410) that is fixedly installed at the ends of a plurality of guide shafts (120) formed along the outer surface of the first plate (100) so as to be positioned at the rear of the second
  • the rotation motor (M) included in the driving unit (400) may be the same as the rotation motor (M) that rotates the ball screw (430) described above. Therefore, a detailed description is omitted.
  • the driving unit (400) can move the second plate (200), which is elastically tensioned by the tension spring (450) in a direction closer to the first plate (100), forward in the direction closer to the first plate (100), or move backward in the direction away from the first plate (100), according to the unwinding or winding of the wire (W) by the pulley (460) that is rotationally driven by the rotation motor (M).
  • the driving unit (400) may include a fixed plate (410) that is fixedly installed at the ends of a plurality of guide shafts (120) formed along the outer surface of the first plate (100) so as to be positioned at the rear of the second plate (200) based on the forward and backward sliding movement direction of the second plate (200), a rack gear (470) that is formed to extend long in a rod shape between the first plate (100) and the fixed plate (410), and a rotary motor (M) that is installed with a pinion gear (480) that meshes with the rack gear (470) on a rotary driving shaft.
  • a fixed plate (410) that is fixedly installed at the ends of a plurality of guide shafts (120) formed along the outer surface of the first plate (100) so as to be positioned at the rear of the second plate (200) based on the forward and backward sliding movement direction of the second plate (200)
  • a rack gear (470) that is formed to extend long in a rod shape between the first plate (100) and
  • the rotation motor (M) included in the driving unit (400) may be the same as the rotation motor (M) that rotates the ball screw (430) described above. Therefore, a detailed description is omitted.
  • the driving unit (400) is installed on the rotational drive shaft of the rotational motor (M) and the pinion gear (480) meshes with the rack gear (470), so that the second plate (200) can be moved forward in a direction closer to the first plate (100) or moved backward in a direction away from the first plate (100) by moving linearly along the rack gear (470) together with the second plate (200) according to the rotational drive of the rotational motor (M).
  • the driving unit (400) may be directly connected to a plurality of wires (310) without the second plate (200).
  • the gripping part (300) may be formed in a dome shape overall to form a gripping space (A) capable of gripping an object inside, including a plurality of wires (310) that are formed such that one end is connected to the first plate (100), the other end penetrates the first plate (100) and is connected to the driving part (400) located at the rear of the first plate (100), and the middle of the length is formed to be bent in an arc shape to form an arch shape.
  • a gripping space (A) capable of gripping an object inside, including a plurality of wires (310) that are formed such that one end is connected to the first plate (100), the other end penetrates the first plate (100) and is connected to the driving part (400) located at the rear of the first plate (100), and the middle of the length is formed to be bent in an arc shape to form an arch shape.
  • the driving unit (400) may include a fixed plate (410) that is fixedly installed on a plurality of guide shafts (120) that are formed to extend long toward the rear of the first plate (100) along the outer surface of the first plate (100) so that the driving unit (400) can be positioned at the rear of the first plate (100) on which an object (1) is placed in front, and a plurality of pulleys (490) that are installed on the fixed plate (410) so that the other ends of the plurality of wires (310) are respectively connected, and the lengths of the plurality of wires (310) exposed on the first plate (100) can be gradually lengthened or shortened according to the unwinding or winding of the plurality of wires (310) by the rotational drive.
  • a plurality of pulleys (490) may be connected to individual rotary motors and rotate individually, or may be connected to one rotary motor by a combination of gears, a combination of belts and pulleys, or a combination of chains and sprockets and rotate together.
  • the end effector unit (1000) may further include a sensor unit (500) installed on the first plate (100) or the second plate (200) so as to measure a gripping force generated by pressure received by the object (1) from a plurality of wires (310) when in the gripping state.
  • a sensor unit (500) installed on the first plate (100) or the second plate (200) so as to measure a gripping force generated by pressure received by the object (1) from a plurality of wires (310) when in the gripping state.
  • the sensor unit (500) may include a reaction force sensor (510) that is installed on the second plate (200) so as to be connected to an end of at least one of the plurality of wires (310) and measures a reaction force due to tension generated in the plurality of wires (310) when in the gripping state.
  • a reaction force sensor (510) that is installed on the second plate (200) so as to be connected to an end of at least one of the plurality of wires (310) and measures a reaction force due to tension generated in the plurality of wires (310) when in the gripping state.
  • the gripping force generated by the pressure received by the object (1) from the plurality of wires (310) is measured based on the reaction force measured by the reaction force sensor (510), so that the driving unit (400) appropriately controls the forward and backward driving amount of the second plate (200) relative to the first plate (100), thereby appropriately controlling the length of the plurality of wires (310) of the gripping portion (300) exposed on the first plate (100), thereby preventing the object (1) from being separated from the gripping portion (300) due to an excessively small gripping force during the gripping process, or conversely, damage to the object (1) caused by the gripping portion (300) due to an excessively large gripping force.
  • reaction force sensor (510) is installed on the second plate (200) as an example, but is not necessarily limited to FIG. 11, and may be installed on the first plate (100) and connected to the end of at least one of the plurality of wires (310).
  • This sensor unit (500) includes a wide variety of sensors in addition to the aforementioned force sensor (510), and can measure the gripping force generated by the pressure received by the object (1) from a plurality of wires (310) based on the sensing values thereof.
  • the sensor unit (500) may include a pressure sensor (520) that is installed in the receiving groove (110) of the first plate (100) that receives the push plate (600) and measures the pressure applied to the push plate (600) when in the grip state.
  • the sensor unit (500) can measure the gripping force generated by the pressure received by the object (1) from the plurality of wires (310) based on the pressure measured by the pressure sensor (520) in the gripping state.
  • the pressure sensor (520) is installed in the receiving groove (110) of the first plate (100) as an example, but is not necessarily limited to FIG. 12, and may be installed on the lower surface of the push plate (600) to measure the pressure applied to the push plate (600) when in the gripping state.
  • the sensor unit (500) may include a current sensor (530) that is electrically connected to the driving unit (400) that slides the second plate (200) back and forth, and measures the driving current applied to the driving unit (400) when in the gripping state.
  • a current sensor 530
  • the sensor unit (500) can measure the gripping force generated by the pressure received by the object (1) from the plurality of wires (310) by considering the driving load applied to the driving unit (400) based on the driving current measured by the current sensor (520) in the gripping state.
  • the sensor unit (500) may include a tensile sensor (540) that is installed on a wire (W) connecting the first plate (100) and the second plate (200) and measures a tensile force applied to the wire (W) when in a grip state.
  • a tensile sensor (540) that is installed on a wire (W) connecting the first plate (100) and the second plate (200) and measures a tensile force applied to the wire (W) when in a grip state.
  • the sensor unit (500) can measure the gripping force generated by the pressure received by the object (1) from the plurality of wires (310) based on the tensile force measured by the tensile sensor (540) in the gripping state.
  • a plurality of wires (310) having both ends fixed to a first plate (100) which is a fixed plate and a second plate (200) which is a movable plate that slides back and forth relative to the first plate (100) and forms a dome shape overall can be used to implement a gripping portion (300) formed only of a flexible material.
  • the object (1) accommodated inside is fixed by the pressure of the plurality of wires (310), and by gripping the object (1) through contact between the flexible wires and the object (1), damage to the object (1) can be prevented during the gripping process.
  • the gripping part (300) is composed only of a flexible wire material, it does not cause damage to the object (1) even when colliding with another adjacent object in the process of approaching the object for gripping, and its own parts are not easily damaged or broken. Since it is composed only of a flexible wire material, the manufacturing cost is low and maintenance can be easy.
  • a gripping part (300) that is composed only of a flexible material wire and is capable of fixing and gripping an object (1), especially, as shown in FIG. 15, even when gripping soft crops such as fruits or vegetables, damage to the crops can be prevented during the gripping process, and since the volume and shape of the gripping space (A) can be freely controlled during the gripping process with the flexible material wire, crops with irregular shapes and different weights can all be fixed and gripped with one gripping part (300) without replacing the gripping part (300).
  • an end effector unit (1000) when mounted on an automated robot of mobility that can move in farmland, an end effector unit (1000) can be implemented that can automate crop harvesting work, thereby reducing crop harvesting time and cost.
  • the end effector unit (1000) is mounted on an automated robot of mobility that can move on a farmland for the purpose of automating crop harvesting work, but it is not necessarily limited thereto and can be applied to all automated processes that require grasping of an object (1).

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Abstract

본 발명은 자동화 이송 수단에 장착되어 물체를 이송할 수 있도록 파지하는 엔드 이펙터 유닛에 관한 것으로서, 제 1 플레이트와, 상기 제 1 플레이트와 상하로 적층된 형태로 형성되어, 상기 제 1 플레이트와 가까워지는 방향 또는 상기 제 1 플레이트와 멀어지는 방향으로 전후진 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 제 2 플레이트와, 일단이 상기 제 1 플레이트와 연결되고 타단이 상기 제 2 플레이트와 연결되되, 길이 중간이 원호 형상으로 밴딩되게 형성되어 아치(Arch) 형상을 이루도록 형성되는 복수의 선재를 포함하여, 내부에 물체를 파지할 수 있는 파지 공간을 형성하도록 전체적으로 돔(Dome) 형상으로 형성되는 파지부 및 상기 제 2 플레이트를 전후진 슬라이딩 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.

Description

엔드 이펙터 유닛
본 발명은 엔드 이펙터 유닛에 관한 것으로서, 더 상세하게는 자동화 이송 수단에 장착되어 물체를 이송할 수 있도록 파지하는 엔드 이펙터 유닛에 관한 것이다.
본 발명은 산업통상자원부 재원으로 한국산업기술기획평가원의 지원을 받아 수행한 제조기반기술개발(과제고유번호: 1415187289호, 과제번호: KM230282호)의 연구과제를 참조한다.
이송 대상 물체의 위치를 옮기기 위해서는 물체를 파지하는 엔드 이펙터 유닛과, 파지된 물체를 현위치에서 목적지로 이송할 수 있는 자동화 로봇이나, 모빌리티와 같은 이송 수단이 필요하다.
이송 수단에 장착되어 물체를 파지하는 엔드 이펙터 유닛은, 일종의 그리퍼(Gripper)로서, 일반적으로, 강체의 기계부품을 이용하여 파지하고자 하는 물체의 측면을 가압하여 파지한다. 이러한, 엔드 이펙터 유닛은, 이송 수단에 의해 물체를 이동시킬 때, 물체가 엔드 이펙터에서 미끄러져 떨어지지 않도록, 물체의 측면에 가하는 힘(이하, '악력(握力)'이라 함)을 물체의 하중보다 크게 형성해야 한다.
그러나, 이러한 종래의 엔드 이펙터 유닛은, 강체의 기계 부품을 이용하여 물체의 측면을 가압하는 방식으로서, 파지하고자 하는 물체가 과일이나 채소와 같이 무른 재질일 경우, 엔드 이펙터 유닛의 악력에 의해 파지 과정에서 물체가 쉽게 손상되는 문제점이 있었다.
또한, 파지하고자 하는 물체의 무게 또는 형상에 따라 적절한 엔드 이펙터 유닛을 이송 수단에 장착해야 하는데, 상술한 과일이나, 채소와 같은 농작물(Crop)의 경우, 개체 마다 형태가 비정형적이고 무게 또한 상이하여, 매번 적절한 엔드 이펙터 유닛을 선택하여 이송 수단에 교체하여 장착하기 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 엔드 이펙터 유닛은, 강체의 기계 부품으로만 구성되어, 파지 과정 중 물체에 접근하는 과정에서, 인접한 다른 물체와 충돌하여 물체에 손상을 발생시키거나, 강체의 기계 부품의 파손이나 고장이 쉽게 발생할 수 있는 문제점이 있었다. 예컨대, 상술한 과일이나, 채소와 같은 농작물의 경우, 다수의 개체가 모여있는 형태로 열리게 되어, 종래의 엔드 이펙터 유닛을 이용하여 농작물을 수확할 경우, 파지하고자 하는 농작물에 접근하는 과정에서 인접한 다른 농작물과 충돌하여 농작물에 손상을 발생시킴으로써, 농작물의 가치를 하락시킬 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 파지 부분이 유연한(Flexible) 재질로만 구성된 파지 기구를 구현하여, 파지한 물체에 손상을 발생시키지 않고, 물체에 접근하는 과정에서 인접한 다른 물체와의 충돌에도 물체에 손상을 발생시키거나, 자체 부품의 파손이나 고장이 쉽게 발생하지 않으며, 유연한 재질로만 구현되어 제작 비용이 저렴하고, 유지보수가 용이한 엔드 이펙터 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔드 이펙터 유닛이 제공된다. 상기 엔드 이펙터 유닛은, 평평한 플레이트(Plate) 형상으로 형성되는 제 1 플레이트; 평평한 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 제 1 플레이트와 상하로 적층된 형태로 형성되어, 상기 제 1 플레이트와 가까워지는 방향 또는 상기 제 1 플레이트와 멀어지는 방향으로 전후진 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 제 2 플레이트; 일단이 상기 제 1 플레이트와 연결되고 타단이 상기 제 2 플레이트와 연결되되, 길이 중간이 원호 형상으로 밴딩되게 형성되어 아치(Arch) 형상을 이루도록 형성되는 복수의 선재를 포함하여, 내부에 물체를 파지할 수 있는 파지 공간을 형성하도록 전체적으로 돔(Dome) 형상으로 형성되는 파지부; 및 상기 제 2 플레이트를 전후진 슬라이딩 이동시키는 구동부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 파지부는, 유연한(Flexible) 재질로 형성되는 상기 복수의 선재에 의해, 상기 물체를 파지 시, 상기 물체와의 접촉에 의한 압력으로 서로 멀어지도록 벌어지는 상기 복수의 선재 사이의 공간으로 상기 물체를 상기 파지 공간으로 삽입시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 파지부는, 유연한 재질로 형성되는 상기 복수의 선재가 상기 제 1 플레이트 및 상기 제 2 플레이트의 중심축을 기준으로 원형으로 배열되고, 각각의 선재가 적어도 하나의 다른 선재와 서로 엇갈리게 배치되어, 그물(Net) 구조를 가지는 돔(Dome) 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 파지부는, 유연한 재질로 형성되는 상기 파지부의 상기 그물 구조 사이로 상기 물체가 상기 파지 공간으로 진입하거나, 상기 파지 공간으로부터 배출될 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 상면을 평면으로 하는 평면도 상에서, 일단이 상기 제 1 플레이트에 연결되고 타단이 상기 제 2 플레이트에 연결되는 각각의 선재가 대체적으로 일직선 형태 또는 원호 형태로 형성되어, 상기 복수의 선재가 꼬이지 않도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 플레이트는, 외측면을 따라 복수의 가이드 샤프트가 형성되고, 상기 제 2 플레이트는, 상하 방향으로 길게 연장되게 형성된 상기 복수의 가이드 샤프트를 따라 상기 제 1 플레이트와 가까워지는 방향 또는 상기 제 1 플레이트와 멀어지는 방향으로 전후진 슬라이딩 이동 가능하게 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구동부는, 파지(Holding) 상태에서, 상기 제 1 플레이트 상으로 노출된 상기 복수의 선재의 길이가 점점 짧아질 수 있도록 상기 제 2 플레이트를 후진 구동시키고, 릴리즈(Release) 상태에서, 상기 제 1 플레이트 상으로 노출된 상기 복수의 선재의 길이가 점점 길어질 수 있도록 상기 제 2 플레이트를 전진 구동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 파지부는, 상기 파지 상태 시, 상기 복수의 선재의 길이가 점점 짧아지는 과정에서 상기 돔 형상 내부의 상기 파지 공간의 체적이 점점 작아짐에 따라, 상기 물체가 상기 복수의 선재들로부터 받는 압력에 의해 상기 파지 공간 내부에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 평평한 플레이트 형상으로 형성되어 상기 제 1 플레이트의 상면에 형성되고, 적어도 일부분이 상기 제 1 플레이트를 관통하여 상기 제 1 플레이트의 하면으로부터 돌출되게 형성되어, 상기 릴리즈 상태 시, 상기 구동부에 의해 전진 구동하는 상기 제 2 플레이트와의 접촉으로 상기 제 1 플레이트의 상면으로부터 소정의 높이로 상승하여, 상기 물체를 상기 복수의 선재들 사이로 밀어내는 푸시 플레이트;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 플레이트는, 상기 푸시 플레이트 보다 큰 지름을 가지는 원형의 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 푸시 플레이트를 수용할 수 있도록, 상면에 상기 푸시 플레이트의 형상과 대응되는 형상으로 오목하게 수용홈부가 형성되고, 상기 푸시 플레이트는, 상기 수용홈부에서 상기 제 1 플레이트의 하면을 향하는 방향으로 상기 제 1 플레이트를 관통하도록, 하면으로부터 기둥 형상으로 돌출되게 푸시축이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 릴리즈 상태 시, 상기 물체를 공압에 의해 상기 복수의 선재들 사이로 밀어낼 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 상면에 형성된 복수의 분사 노즐을 통해 압축공기를 분사하는 공압 장치;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 파지 상태 시, 상기 물체가 상기 복수의 선재들로부터 받는 압력에 의해 발생하는 파지력을 측정할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트 또는 상기 제 2 플레이트에 설치되는 센서부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 센서부는, 상기 복수의 선재들 중 적어도 어느 하나의 선재의 단부에 연결될 수 있도록, 상기 제 1 플레이트 또는 상기 제 2 플레이트에 설치되어, 상기 파지 상태 시, 상기 복수의 선재에 가해지는 장력에 의한 반력을 측정하는 반력 센서;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 센서부는, 푸시 플레이트를 수용하는 상기 제 1 플레이트의 수용홈부에 설치되어, 상기 파지 상태 시, 상기 푸시 플레이트에 가해지는 압력을 측정하는 압력 센서;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 센서부는, 상기 제 2 플레이트를 전후진 슬라이딩 이동시키는 상기 구동부와 전기적으로 연결되어, 상기 파지 상태 시, 상기 구동부에 인가되는 구동 전류를 측정하는 전류 센서;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 센서부는, 상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트 사이를 연결하는 와이어에 설치되어, 상기 파지 상태 시, 상기 와이어에 가해지는 인장력을 측정하는 인장 센서;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구동부는, 상기 제 2 플레이트의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 상기 제 2 플레이트의 후방에 위치할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트; 및 상기 제 2 플레이트를 상기 복수의 가이드 샤프트를 따라 전후진 구동시킬 수 있도록, 상기 고정 플레이트에 설치되어 상기 제 2 플레이트에 선형으로 구동력을 인가하는 구동 실린더;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구동부는, 상기 제 2 플레이트의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 상기 제 2 플레이트의 후방에 위치할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트; 상기 제 1 플레이트와 상기 고정 플레이트 사이에서 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 볼 스크류; 상기 고정 플레이트에 설치되어 상기 볼 스크류를 회전 구동시키는 회전 모터; 및 상기 제 2 플레이트를 관통하고 외경면에 나사산이 형성된 상기 볼 스크류와 나사 결합될 수 있도록 상기 제 2 플레이트에 설치되고, 상기 볼 스크류의 회전 구동에 따라 상기 제 2 플레이트와 함께 상기 볼 스크류를 따라 선형으로 이동하는 볼 너트;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구동부는, 상기 제 2 플레이트의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 상기 제 2 플레이트의 후방에 위치할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트; 상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트 사이에 설치되어, 상기 제 2 플레이트가 상기 제 1 플레이트와 가까워지는 방향으로 전진 이동할 수 있도록, 탄성적으로 인장력을 가하는 인장 스프링; 상기 고정 플레이트에 설치되어 회전 구동하는 회전 모터; 및 상기 제 2 플레이트와 연결된 와이어가 감길 수 있도록 상기 회전 모터의 회전 구동축에 설치되고, 상기 회전 모터의 회전 구동에 의한 상기 와이어의 풀림 또는 감김에 따라 상기 제 2 플레이트를 전진 이동 또는 후진 이동 시키는 도르래(Pulley);를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구동부는, 상기 제 2 플레이트의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 상기 제 2 플레이트의 후방에 위치할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트; 상기 제 1 플레이트와 상기 고정 플레이트 사이에서 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 랙 기어(Rack gear); 및 상기 제 2 플레이트에 설치되어 회전 구동하고, 회전 구동축에 상기 랙 기어와 치합되는 피니언 기어(Pinion gear)가 설치되어, 회전 구동에 따라 상기 제 2 플레이트와 함께 상기 랙 기어를 따라 선형으로 이동하는 회전 모터;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 엔드 이펙터 유닛이 제공된다. 상기 엔드 이펙터 유닛은, 평평한 플레이트(Plate) 형상으로 형성되는 제 1 플레이트; 물체가 안착되는 상기 제 1 플레이트의 후방에 위치할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트; 상기 고정 플레이트에 설치되는 구동부; 및 일단이 상기 제 1 플레이트와 연결되고, 타단이 상기 제 1 플레이트를 관통하여 상기 제 1 플레이트의 후방에 위치한 상기 구동부와 연결되되, 길이 중간이 원호 형상으로 밴딩되게 형성되어 아치(Arch) 형상을 이루도록 형성되는 복수의 선재를 포함하여, 내부에 물체를 파지할 수 있는 파지 공간을 형성하도록 전체적으로 돔(Dome) 형상으로 형성되는 파지부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 복수의 선재의 타단이 각각 연결되고, 회전 구동에 의한 상기 복수의 선재의 풀림 또는 감김에 따라 상기 제 1 플레이트 상으로 노출된 상기 복수의 선재의 길이가 점점 길어지거나, 점점 짧아질 수 있도록 조절하는 복수의 도르래(Pulley);를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정판인 제 1 플레이트와, 제 1 플레이트를 기준으로 상대적으로 전후진 슬라이딩 이동하는 이동판인 제 2 플레이트에 양단이 각각 고정되어 전체적으로 돔 형상을 이루는 복수의 선재를 이용하여, 유연한 재질로만 형성되는 파지부를 구현할 수 있다.
또한, 제 2 플레이트의 후진 슬라이딩 이동에 따라 제 1 플레이트 상으로 노출된 유연한 재질의 복수의 선재의 길이가 점점 짧아지는 과정에서 내부에 수용된 물체가 선재의 압력을 받아 고정되어, 유연한 재질의 선재와 물체와의 접촉으로 물체를 파지함으로써, 파지 과정에서의 물체의 손상 발생을 방지할 수 있다.
또한, 파지부가 유연한 재질의 선재로만 구성됨으로써, 파지를 위해 물체에 접근하는 과정에서 인접한 다른 물체와의 충돌에도 물체에 손상을 발생시키지 않고, 자체 부품의 파손이나 고장이 쉽게 발생하지 않으며, 유연한 재질의 선재로만 구성되어 제작 비용이 저렴하고, 유지보수가 용이할 수 있다.
이와 같이, 유연한 재질의 선재로만 구성되어 물체를 고정 및 파지할 수 있는 파지부를 구현하여, 특히, 과일이나 채소와 같이 무른 재질의 농작물을 파지할 경우에도, 파지 과정에서 농작물에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 유연한 재질의 선재로 파지 과정에서 파지 공간의 체적 및 형상이 자유롭게 제어되어, 개체 마다 형태가 비정형적이고 무게가 상이한 농작물을 파지부의 교체 없이 하나의 파지부로 모두 고정 및 파지할 수 있어, 농작물 수확 작업의 자동화를 구현하여 농작물의 수확 시간 및 비용을 절감할 수 있는 엔드 이펙터 유닛을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 이펙터 유닛의 릴리즈(Release) 상태를 개략적으로 나타내는 정면도 및 평면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 엔드 이펙터 유닛이 물체를 파지한 파지(Holding) 상태를 개략적으로 나타내는 정면도 및 평면도이다.
도 5는 도 1의 엔드 이펙터 유닛이 파지 상태에서 릴리즈 상태로 동작 시 파지한 물체를 배출시키는 과정의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1의 엔드 이펙터 유닛이 파지 상태에서 릴리즈 상태로 동작 시 파지한 물체를 배출시키는 과정의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7 내지 도 10은 도 1의 엔드 이펙터 유닛에 포함된 구동부의 여러 실시예들을 각각 나타내는 정면도들이다.
도 11 내지 도 14는 도 1의 엔드 이펙터 유닛에 포함된 센서부의 여러 실시예들을 각각 나타내는 정면도들이다.
도 15는 도 1의 엔드 이펙터 유닛이 물체를 파지하는 실제 과정을 나타내는 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 이펙터 유닛(1000)의 릴리즈(Release) 상태를 개략적으로 나타내는 정면도 및 평면도이고, 도 3 및 도 4는 도 1의 엔드 이펙터 유닛(1000)이 물체(1)를 파지한 파지(Holding) 상태를 개략적으로 나타내는 정면도 및 평면도이며, 도 5는 도 1의 엔드 이펙터 유닛(1000)이 파지 상태에서 릴리즈 상태로 동작 시 푸시 플레이트(600)가 상승하여 파지한 물체(1)를 배출시키는 과정의 일 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 1의 엔드 이펙터 유닛(1000)이 파지 상태에서 릴리즈 상태로 동작 시 파지한 물체(1)를 배출시키는 과정의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 7 내지 도 10은 도 1의 엔드 이펙터 유닛(1000)에 포함된 구동부(400)의 여러 실시예들을 각각 나타내는 정면도들이고, 도 11 내지 도 14는 도 1의 엔드 이펙터 유닛(1000)에 포함된 센서부(500)의 여러 실시예들을 각각 나타내는 정면도들이며, 도 15는 도 1의 엔드 이펙터 유닛(1000)이 물체(1)를 파지하는 실제 과정을 나타내는 이미지이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 이펙터 유닛(1000)은, 크게, 제 1 플레이트(100)와, 제 2 플레이트(200)와, 파지부(300) 및 구동부(400)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 플레이트(100)는, 전체적으로 평평한 원형의 플레이트(Plate) 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 플레이트(200)는, 제 1 플레이트(100)와 대응되는 크기의 평평한 원형의 플레이트 형상으로 형성되어, 그 중심축(X)이 제 1 플레이트(100)의 중심축(X)과 동축을 이루도록 제 1 플레이트(100)와 상하로 적층된 형태로 형성되고, 제 1 플레이트(100)와 가까워지는 방향 또는 제 1 플레이트(100)와 멀어지는 방향으로 전후진 슬라이딩 이동 가능하게 설치될 수 있다.
예컨대, 제 1 플레이트(100) 및 제 2 플레이트(200)는, 후술될 파지부(300)에 의해 파지될 물체(1)를 지지할 수 있는 적절한 강도와 내구성을 갖는 원형의 플레이트 형상을 가지는 구조체일 수 있다. 이러한, 제 1 플레이트(100) 및 제 2 플레이트(200)는, 스틸, 스테인레스, 알루미늄, 마그네슘, 아연 및 합성수지 중 어느 하나 이상의 재질을 선택하여 구성되는 구조체일 수 있다. 그러나, 제 1 플레이트(100) 및 제 2 플레이트(200)는, 반드시 도 1 및 도 2에 국한되지 않고, 파지부(300)에 의해 파지될 물체(1)를 지지할 수 있는 매우 다양한 재질의 부재들이 적용될 수 있다.
더욱 구체적으로, 제 1 플레이트(100)는, 원형의 플레이트 형상으로 형성되고, 외측면을 따라 복수의 가이드 샤프트(120)가 형성될 수 있다. 복수의 가이드 샤프트(120)는, 제 2 플레이트(200)의 전후진 슬라이딩 이동 방향과 평행한 상하 방향(도 1 기준 상하 방향)으로 길게 연장되게 형성되어, 복수개가 제 1 플레이트(100)의 외측면을 따라 형성되되, 제 1 플레이트(100)의 중심축(X)을 기준으로 방사상으로 등각 배치될 수 있다.
제 2 플레이트(200)는, 제 1 플레이트(100)로부터 상하 방향으로 길게 연장된 복수의 가이드 샤프트(120)가 관통되도록 형성되어, 상하 방향으로 길게 연장되게 형성된 복수의 가이드 샤프트(120)를 따라 제 1 플레이트(100)와 가까워지는 방향 또는 제 1 플레이트(100)과 멀어지는 방향으로 전후진 슬라이딩 이동 가능하게 설치될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 파지부(300)는, 일단이 제 1 플레이트(100)와 연결되고 타단이 제 1 플레이트(100)를 관통하여 제 2 플레이트(200)와 연결되되, 길이 중간 부분이 원호 형상으로 밴딩되게 형성되어 전체적으로 아치(Arch) 형상을 이루도록 형성되는 복수의 선재(310)를 포함하여, 내부에 물체(1)를 파지할 수 있는 파지 공간(A)을 형성하도록 전체적으로 돔(Dome) 형상으로 형성될 수 있다.
예컨대, 파지부(300)는, 유연하고 탄성적인 재질로 형성되는 복수의 선재(310)가 제 1 플레이트(100) 및 제 2 플레이트(200)의 중심축(X)을 기준으로 원형으로 배열되고, 각각의 선재가 적어도 하나의 다른 선재와 서로 엇갈리게 배치되어, 그물(Net) 구조를 가지는 돔(Dome) 형상으로 형성될 수 있다.
이러한, 파지부(300)는, 유연하고 탄성적인 재질로 형성되는 파지부(300)의 상기 그물 구조 사이를 통해, 파지 공간(A)으로 물체(1)를 삽입시키거나, 파지 공간(A)으로부터 물체(1)를 배출할 수 있는 릴리즈(Release) 상태를 기준으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 플레이트(100)의 상면을 평면으로 하는 평면도 상에서, 일단이 제 1 플레이트(100)에 연결되고 타단이 제 1 플레이트(100)를 관통하여 제 2 플레이트(200)에 연결되는 각각의 선재가 대체적으로 일직선 형태로 형성되어, 복수의 선재(310)가 서로 교차하되 꼬이지 않도록 형성될 수 있다.
그러나, 상기 릴리즈 상태에서의 파지부(300)의 형태는 반드시 도 2에 국한되지 않고, 일단이 제 1 플레이트(100)에 연결되고 타단이 제 1 플레이트(100)를 관통하여 제 2 플레이트(200)에 연결되는 각각의 선재가 대체적으로 원호 형태로 형성되어, 복수의 선재(310)가 서로 교차하되 꼬이지 않도록 형성될 수도 있다.
이러한, 상기 릴리즈 상태에서, 파지부(300)는, 유연하고 탄성적인 재질로 형성되는 복수의 선재(310)에 의해, 물체(1)를 파지 시, 물체(1)와의 접촉에 의한 압력으로 서로 멀어지도록 벌어지는 복수의 선재(310) 사이의 공간으로 물체(1)를 파지 공간(A)으로 삽입시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 구동부(400)는, 제 2 플레이트(200)를 제 1 플레이트(100)를 기준으로 상대적으로 전후진 슬라이딩 이동시킬 수 있도록, 제 2 플레이트(200)의 하측에서, 제 2 플레이트(200)와 연결되게 설치될 수 있다.
예컨대, 구동부(400)는, 제 2 플레이트(200)의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 제 2 플레이트(200)의 후방에 위치할 수 있도록, 제 1 플레이트(100)의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트(120)의 단부에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트(410) 및 제 2 플레이트(200)를 복수의 가이드 샤프트(120)를 따라 전후진 구동시킬 수 있도록, 고정 플레이트(410)에 설치되어 제 2 플레이트(200)에 선형으로 구동력을 인가하는 구동 실린더(420)를 포함할 수 있다.
이러한, 구동 실린더(420)는, 전동 실린더나, 유압 실린더나, 공압 실린더 등, 제 2 플레이트(200)에 선형으로 구동력을 인가할 수 있는 모든 종류의 실린더가 적용될 수 있다.
이와 같이, 구동부(400)는, 제 2 플레이트(200)의 하측에서 제 2 플레이트(200)와 연결되어, 제 2 플레이트(200)를 제 1 플레이트(100)를 기준으로 상대적으로 전후진 구동시킬 수 있다.
이에 따라, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 구동부(400)는, 상기 릴리즈 상태에서, 유연하고 탄성적인 재질로 형성되는 파지부(300)의 그물 구조 사이로 물체(1)가 파지 공간(A)으로 진입할 수 있도록, 제 1 플레이트(100) 상으로 노출된 복수의 선재(310)의 길이가 점점 길어져 파지 공간(A)의 체적이 증가하는 위치로 제 2 플레이트(200)를 제 1 플레이트(100)와 가까워지는 방향으로 전진 구동시킬 수 있다.
이와는 반대로, 파지(Holding) 상태에서, 구동부(400)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 유연하고 탄성적인 재질로 형성되는 파지부(300)의 그물 구조 사이로 파지 공간(A)에 수용된 물체(1)가 이탈되지 않고 고정될 수 있도록, 제 1 플레이트(100) 상으로 노출된 복수의 선재(310)의 길이가 점점 짧아져 파지 공간(A)의 체적이 감소하는 위치로 제 2 플레이트(200)를 제 1 플레이트(100)와 멀어지는 방향으로 후진 구동시킬 수 있다.
이에 따라, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 파지부(300)는, 상기 파지 상태 시, 제 1 플레이트(100) 상으로 노출된 복수의 선재(310)의 길이가 점점 짧아지는 과정에서 상기 돔 형상 내부의 파지 공간(A)의 체적이 점점 작아짐에 따라, 물체(1)가 복수의 선재(310)들로부터 받는 압력에 의해 파지 공간(A) 내부에 고정될 수 있다.
이때, 파지부(300)는, 유연하고 탄성적인 재질로 형성되는 복수의 선재(310)들에 의해, 파지 공간(A)이 물체(1)의 형상과 대응되는 형상으로 유연하게 변형되면서 체적이 점점 작아질 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 파지된 물체(1)를 다시 내려놓을 경우, 구동부(400)는, 제 1 플레이트(100) 상으로 노출된 복수의 선재(310)의 길이가 점점 길어져 파지 공간(A)의 체적이 증가하는 위치로 제 2 플레이트(200)를 제 1 플레이트(100)와 가까워지는 방향으로 다시 전진 구동시킴으로써, 다시 상기 릴리즈 상태를 형성하여, 유연하고 탄성적인 재질로 형성되는 파지부(300)의 그물 구조 사이로 물체(1)가 배출되도록 유도할 수 있다.
이때, 엔드 이펙터 유닛(1000)은, 상기 릴리즈 상태 시, 구동부(400)에 의해 전진 구동하는 제 2 플레이트(200)와의 접촉으로 제 1 플레이트(100)의 상면으로부터 소정의 높이(H)로 상승하여, 물체(1)를 복수의 선재(310)들 사이로 밀어내는 푸시 플레이트(600)를 더 포함하여, 파지부(300)에 파지된 물체(1)의 배출을 더욱 용이하게 할 수 있다.
이러한, 푸시 플레이트(600)는, 평평한 원형의 플레이트 형상으로 형성되어 제 1 플레이트(100)의 상면에 형성되고, 적어도 일부분이 제 1 플레이트(100)를 관통하여 제 1 플레이트(100)의 하면으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
예컨대, 제 1 플레이트(100)는, 푸시 플레이트(600) 보다 큰 지름을 가지는 원형의 플레이트 형상으로 형성되고, 푸시 플레이트(600)를 수용할 수 있도록, 상면에 푸시 플레이트(600)의 형상과 대응되는 형상으로 오목하게 수용홈부(110)가 형성될 수 있다.
또한, 푸시 플레이트(600)는, 전진 구동하는 제 2 플레이트(200)와 접촉할 수 있도록, 수용홈부(110)에서 제 1 플레이트(100)의 하면을 향하는 방향으로 제 1 플레이트(100)를 관통하여, 하면으로부터 기둥 형상으로 돌출되게 푸시축(610)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 푸시 플레이트(600)는, 제 1 플레이트(100)의 수용홈부(110)에 수용되어, 상기 릴리즈 상태에서는, 하면으로부터 돌출되게 형성된 푸시축(610)이 구동부(400)에 의해 전진 구동하는 제 2 플레이트(200)와 접촉하여, 수용홈부(110) 내에서 제 1 플레이트(100)의 상면으로부터 소정의 높이(H)로 돌출되도록 상승 가능하게 설치되고, 상기 파지 상태에서, 수용홈부(110) 내에서 그 상면이 제 1 플레이트(100)의 상면과 동일한 높이로 형성되도록 하강 가능하게 설치될 수 있다.
또한, 엔드 이펙터 유닛(1000)이 파지 상태에서 릴리즈 상태로 동작 시, 상술한 푸시 플레이트(600)에 의한 물체(1)의 배출 방법 이외에도, 다양한 배출 방법이 사용될 수 있다.
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터 유닛(1000)이 파지 상태에서 릴리즈 상태로 동작 시, 물체(1)를 공압에 의해 복수의 선재(310)들 사이로 밀어낼 수 있도록, 제 1 플레이트(100)의 상면에 형성된 복수의 분사 노즐(710)을 통해 압축공기를 분사하는 공압 장치(700)를 더 포함할 수도 있다.
이를 위해, 공압 장치(700)는, 제 1 플레이트(100)의 내부에 유로 형상으로 형성되어 복수의 분사 노즐(710)을 연통시키고 상기 압축공기를 유동시키는 공압 유로(720)와, 외부의 컴프레셔(미도시)로부터 상기 압축공기를 공급할 수 있도록, 공압 유로(720)와 상기 컴프레셔 사이를 연결하는 공압 라인(730) 및 공압 라인(730)에 설치되어, 공압 라인(730)을 통해 공급되는 상기 압축공기의 유량을 조절하는 공압 밸브(740)를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서, 제 2 플레이트(200)를 제 1 플레이트(100)와 가까워지는 방향 또는 제 1 플레이트(100)와 멀어지는 방향으로 전후진 구동시키는 구동부(400)는, 고정 플레이트(410)에 설치된 구동 실린더(420)를 이용하여 제 2 플레이트(200)를 전후진 구동시키는 것으로 예를 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고, 제 2 플레이트(200)를 선형으로 전후진 구동시킬 수 있는 다양한 구동체가 적용될 수 있다.
예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 구동부(400)는, 제 2 플레이트(200)의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 제 2 플레이트(200)의 후방에 위치할 수 있도록, 제 1 플레이트(100)의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트(120)의 단부에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트(410)와, 제 1 플레이트(100)와 고정 플레이트(410) 사이에서 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 볼 스크류(430)와, 고정 플레이트(410)에 설치되어 볼 스크류(430)를 회전 구동시키는 회전 모터(M) 및 제 2 플레이트(200)를 관통하고 외경면에 나사산이 형성된 볼 스크류(430)와 나사 결합될 수 있도록 상기 제 2 플레이트(200)에 설치되는 볼 너트(440)를 포함할 수도 있다.
여기서, 구동부(400)에 포함된 회전 모터(M)는, 회전 구동력을 발생시키는 모터로서, AC 모터, DC 모터, 스탭핑 모터, 서보 모터, 유압 모터, 공압 모터 중 어느 하나를 선택하여 구동할 수 있다. 그러나, 회전 모터(M)는, 반드시 도 6에 국한되지 않고, 볼 스크류(430)를 회전 구동시킬 수 있는 매우 다양한 종류의 모터들이 적용될 수 있다.
또한, 도시되진 않았지만, 회전 모터(M)는, 소정의 기어비로 볼 스크류(430)를 회전 구동시킬 수 있도록, 감속기를 통해 볼 스크류(430)와 연결될 수도 있다.
이와 같이, 구동부(400)는, 제 2 플레이트(200)에 설치되어, 회전 모터(M)에 의해 회전 구동되는 볼 스크류(430)와 나사 결합된 볼 너트(440)가, 볼 스크류(430)의 회전 구동에 따라 제 2 플레이트(200)와 함께 볼 스크류(430)를 따라 선형으로 전후진 이동함으로써, 제 2 플레이트(200)를 제 1 플레이트(100)와 가까워지는 방향으로 전진 이동시키거나, 제 1 플레이트(100)와 멀어지는 방향으로 후진 이동시킬 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 구동부(400)는, 제 2 플레이트(200)의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 제 2 플레이트(200)의 후방에 위치할 수 있도록, 제 1 플레이트(100)의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트(120)의 단부에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트(410)와, 제 1 플레이트(100)와 제 2 플레이트(200) 사이에 설치되어, 제 2 플레이트(200)가 제 1 플레이트(100)와 가까워지는 방향으로 전진 이동할 수 있도록, 탄성적으로 인장력을 가하는 인장 스프링(450)과, 고정 플레이트(410)에 설치되어 회전 구동하는 회전 모터(M) 및 제 2 플레이트(200)와 연결된 와이어(W)가 감길 수 있도록 회전 모터(M)의 회전 구동축에 설치되는 도르래(Pulley)(460)를 포함할 수도 있다.
여기서, 구동부(400)에 포함된 회전 모터(M)는, 상술한 볼 스크류(430)를 회전 구동시키는 회전 모터(M)와 동일할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이, 구동부(400)는, 회전 모터(M)에 의해 회전 구동되는 도르래(460)에 의한 와이어(W)의 풀림 또는 감김에 따라, 인장 스프링(450)에 의해 제 1 플레이트(100)와 가까워지는 방향으로 탄성적으로 인장력을 받는 제 2 플레이트(200)를 제 1 플레이트(100)와 가까워지는 방향으로 전진 이동시키거나, 제 1 플레이트(100)와 멀어지는 방향으로 후진 이동시킬 수 있다.
이외에도, 도 9에 도시된 바와 같이, 구동부(400)는, 제 2 플레이트(200)의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 제 2 플레이트(200)의 후방에 위치할 수 있도록, 제 1 플레이트(100)의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트(120)의 단부에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트(410)와, 제 1 플레이트(100)와 고정 플레이트(410) 사이에서 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 랙 기어(Rack gear)(470) 및 회전 구동축에 랙 기어(470)와 치합되는 피니언 기어(Pinion gear)(480)가 설치된 회전 모터(M)를 포함할 수도 있다.
여기서, 구동부(400)에 포함된 회전 모터(M)는, 상술한 볼 스크류(430)를 회전 구동시키는 회전 모터(M)와 동일할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이, 구동부(400)는, 회전 모터(M)의 회전 구동축에 설치되어 랙 기어(470)와 치합되는 피니언 기어(480)가, 회전 모터(M)의 회전 구동에 따라 제 2 플레이트(200)와 함께 랙 기어(470)를 따라 선형으로 이동함으로써, 제 2 플레이트(200)를 제 1 플레이트(100)와 가까워지는 방향으로 전진 이동시키거나, 제 1 플레이트(100)와 멀어지는 방향으로 후진 이동시킬 수 있다.
이외에도, 도 10에 도시된 바와 같이, 구동부(400)는, 제 2 플레이트(200) 없이, 복수의 선재(310)들과 직결될 수도 있다.
예컨대, 파지부(300)는, 일단이 제 1 플레이트(100)와 연결되고, 타단이 제 1 플레이트(100)를 관통하여 제 1 플레이트(100)의 후방에 위치한 구동부(400)와 연결되되, 길이 중간이 원호 형상으로 밴딩되게 형성되어 아치(Arch) 형상을 이루도록 형성되는 복수의 선재(310)를 포함하여, 내부에 물체를 파지할 수 있는 파지 공간(A)을 형성하도록 전체적으로 돔(Dome) 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 구동부(400)는, 전방에 물체(1)가 안착되는 제 1 플레이트(100)의 후방에 위치할 수 있도록, 제 1 플레이트(100)의 외측면을 따라 제 1 플레이트(100)의 후방으로 길게 연장되게 형성된 복수의 가이드 샤프트(120)에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트(410) 및 고정 플레이트(410)에 설치되어 복수의 선재(310)들의 타단이 각각 연결되고, 회전 구동에 의한 복수의 선재(310)들의 풀림 또는 감김에 따라 제 1 플레이트(100) 상으로 노출된 복수의 선재(310)의 길이가 점점 길어지거나, 점점 짧아질 수 있도록 조절하는 복수의 도르래(Pulley)(490)을 포함할 수 있다.
여기서, 도시되진 않았지만 복수의 도르래(490)는, 개별적인 회전 모터에 연결되어 개별적으로 회전 동작하거나, 기어 조합이나, 벨트와 풀리의 조합이나, 체인과 스프로킷의 조합에 의해 하나의 회전 모터에 연결되어 함께 회전 동작할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 이펙터 유닛(1000)은, 상기 파지 상태 시, 물체(1)가 복수의 선재(310)들로부터 받는 압력에 의해 발생되는 파지력을 측정할 수 있도록, 제 1 플레이트(100) 또는 제 2 플레이트(200)에 설치되는 센서부(500)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 센서부(500)는, 복수의 선재(310)들 중 적어도 어느 하나의 선재의 단부에 연결될 수 있도록, 제 2 플레이트(200)에 설치되어, 상기 파지 상태 시, 복수의 선재(310)에 발생하는 장력에 의한 반력을 측정하는 반력 센서(510)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 파지 상태 시, 반력 센서(510)에서 측정되는 상기 반력을 기초로 물체(1)가 복수의 선재(310)들로부터 받는 압력에 의해 발생되는 파지력을 측정하여, 구동부(400)가 제 1 플레이트(100) 대비 제 2 플레이트(200)의 전후진 구동량을 적절히 조절하여, 제 1 플레이트(100) 상으로 노출된 파지부(300)의 복수의 선재(310) 들의 길이를 적절히 조절함으로써, 파지 과정에서 지나치게 작은 파지력으로 물체(1)가 파지부(300)로부터 이탈하거나, 반대로, 지나치게 큰 파지력으로 파지부(300)에 의해 물체(1)에 손상이 발생하는 것을 방지하는 효과를 가질 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서, 반력 센서(510)는, 제 2 플레이트(200)에 설치되는 것으로 예를 들었지만, 반드시 도 11에 국한되지 않고, 제 1 플레이트(100)에 설치되어 복수의 선재(310)들 중 적어도 어느 하나의 선재의 단부에 연결될 수도 있다.
이러한, 센서부(500)는, 상술한 반력 센서(510) 이외에도, 매우 다양한 센서를 포함하여, 그 센싱값을 기초로 물체(1)가 복수의 선재(310)들로부터 받는 압력에 의해 발생되는 파지력을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 12에 도시된 바와 같이, 센서부(500)는, 푸시 플레이트(600)를 수용하는 제 1 플레이트(100)의 수용홈부(110)에 설치되어, 상기 파지 상태 시, 푸시 플레이트(600)에 가해지는 압력을 측정하는 압력 센서(520)를 포함할 수도 있다.
이에 따라, 센서부(500)는, 상기 파지 상태 시, 압력 센서(520)에서 측정되는 상기 압력을 기초로 물체(1)가 복수의 선재(310)들로부터 받는 압력에 의해 발생되는 파지력을 측정할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서, 압력 센서(520)는, 제 1 플레이트(100)의 수용홈부(110)에 설치되는 것으로 예를 들었지만, 반드시 도 12에 국한되지 않고, 푸시 플레이트(600)의 하면에 설치되어 상기 파지 상태 시, 푸시 플레이트(600)에 가해지는 압력을 측정할 수도 있다.
또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 센서부(500)는, 제 2 플레이트(200)를 전후진 슬라이딩 이동시키는 구동부(400)와 전기적으로 연결되어, 상기 파지 상태 시, 구동부(400)에 인가되는 구동 전류를 측정하는 전류 센서(530)를 포함할 수도 있다.
이에 따라, 센서부(500)는, 상기 파지 상태 시, 전류 센서(520)에서 측정되는 상기 구동 전류를 기초로 구동부(400)에 걸리는 구동 부하를 고려하여, 물체(1)가 복수의 선재(310)들로부터 받는 압력에 의해 발생되는 파지력을 측정할 수 있다.
이외에도, 도 14에 도시된 바와 같이, 센서부(500)는, 제 1 플레이트(100)와 제 2 플레이트(200) 사이를 연결하는 와이어(W)에 설치되어, 파지 상태 시, 와이어(W)에 가해지는 인장력을 측정하는 인장 센서(540)를 포함할 수도 있다.
이에 따라, 센서부(500)는, 상기 파지 상태 시, 인장 센서(540)에서 측정되는 상기 인장력을 기초로 물체(1)가 복수의 선재(310)들로부터 받는 압력에 의해 발생되는 파지력을 측정할 수 있다.
따라서, 본 발명의 여러 실시예들에 따른 엔드 이펙터 유닛(1000)에 따르면, 고정판인 제 1 플레이트(100)와, 제 1 플레이트(100)를 기준으로 상대적으로 전후진 슬라이딩 이동하는 이동판인 제 2 플레이트(200)에 양단이 각각 고정되어 전체적으로 돔 형상을 이루는 복수의 선재(310)를 이용하여, 유연한 재질로만 형성되는 파지부(300)를 구현할 수 있다.
또한, 도 15에 도시된 바와 같이, 제 2 플레이트(200)의 후진 슬라이딩 이동에 따라 제 1 플레이트(100) 상으로 노출된 유연한 재질의 복수의 선재(310)의 길이가 점점 짧아지는 과정에서 내부에 수용된 물체(1)가 복수의 선재(310)의 압력을 받아 고정되어, 유연한 재질의 선재와 물체(1)와의 접촉으로 물체(1)를 파지함으로써, 파지 과정에서의 물체(1)의 손상 발생을 방지할 수 있다.
또한, 파지부(300)가 유연한 재질의 선재로만 구성됨으로써, 파지를 위해 물체(1)에 접근하는 과정에서 인접한 다른 물체와의 충돌에도 물체에 손상을 발생시키지 않고, 자체 부품의 파손이나 고장이 쉽게 발생하지 않으며, 유연한 재질의 선재로만 구성되어 제작 비용이 저렴하고, 유지보수가 용이할 수 있다.
그러므로, 유연한 재질의 선재로만 구성되어 물체(1)를 고정 및 파지할 수 있는 파지부(300)를 구현하여, 특히, 도 15에 도시된 바와 같이, 과일이나 채소와 같이 무른 재질의 농작물을 파지할 경우에도, 파지 과정에서 농작물에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 유연한 재질의 선재로 파지 과정에서 파지 공간(A)의 체적 및 형상이 자유롭게 제어되어, 개체 마다 형태가 비정형적이고 무게가 상이한 농작물을 파지부(300)의 교체 없이 하나의 파지부(300)로 모두 고정 및 파지할 수 있다.
이에 따라, 농지에서 이동 가능한 모빌리티의 자동화 로봇에 장착될 경우, 농작물 수확 작업의 자동화를 구현하여, 농작물의 수확 시간 및 비용을 절감할 수 있는 엔드 이펙터 유닛(1000)을 구현할 수 있다.
상술한 실시예에서, 농작물 수확 작업의 자동화를 위해, 엔드 이펙터 유닛(1000)이 농지에서 이동 가능한 모빌리티의 자동화 로봇에 장착되는 것으로 예를 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고, 물체(1)의 파지가 필요한 모든 자동화 공정에 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 평평한 플레이트(Plate) 형상으로 형성되는 제 1 플레이트;
    평평한 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 제 1 플레이트와 상하로 적층된 형태로 형성되어, 상기 제 1 플레이트와 가까워지는 방향 또는 상기 제 1 플레이트와 멀어지는 방향으로 전후진 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 제 2 플레이트;
    일단이 상기 제 1 플레이트와 연결되고 타단이 상기 제 2 플레이트와 연결되되, 길이 중간이 원호 형상으로 밴딩되게 형성되어 아치(Arch) 형상을 이루도록 형성되는 복수의 선재를 포함하여, 내부에 물체를 파지할 수 있는 파지 공간을 형성하도록 전체적으로 돔(Dome) 형상으로 형성되는 파지부; 및
    상기 제 2 플레이트를 전후진 슬라이딩 이동시키는 구동부;
    를 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파지부는,
    유연한(Flexible) 재질로 형성되는 상기 복수의 선재에 의해, 상기 물체를 파지 시, 상기 물체와의 접촉에 의한 압력으로 서로 멀어지도록 벌어지는 상기 복수의 선재 사이의 공간으로 상기 물체를 상기 파지 공간으로 삽입시키는, 엔드 이펙터 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파지부는,
    유연한 재질로 형성되는 상기 복수의 선재가 상기 제 1 플레이트 및 상기 제 2 플레이트의 중심축을 기준으로 원형으로 배열되고, 각각의 선재가 적어도 하나의 다른 선재와 서로 엇갈리게 배치되어, 그물(Net) 구조를 가지는 돔(Dome) 형상으로 형성되는, 엔드 이펙터 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 파지부는,
    유연한 재질로 형성되는 상기 파지부의 상기 그물 구조 사이로 상기 물체가 상기 파지 공간으로 진입하거나, 상기 파지 공간으로부터 배출될 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 상면을 평면으로 하는 평면도 상에서, 일단이 상기 제 1 플레이트에 연결되고 타단이 상기 제 2 플레이트에 연결되는 각각의 선재가 대체적으로 일직선 형태 또는 원호 형태로 형성되어, 상기 복수의 선재가 꼬이지 않도록 형성되는, 엔드 이펙터 유닛.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트는,
    외측면을 따라 복수의 가이드 샤프트가 형성되고,
    상기 제 2 플레이트는,
    상하 방향으로 길게 연장되게 형성된 상기 복수의 가이드 샤프트를 따라 상기 제 1 플레이트와 가까워지는 방향 또는 상기 제 1 플레이트와 멀어지는 방향으로 전후진 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는, 엔드 이펙터 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    파지(Holding) 상태에서, 상기 제 1 플레이트 상으로 노출된 상기 복수의 선재의 길이가 점점 짧아질 수 있도록 상기 제 2 플레이트를 후진 구동시키고, 릴리즈(Release) 상태에서, 상기 제 1 플레이트 상으로 노출된 상기 복수의 선재의 길이가 점점 길어질 수 있도록 상기 제 2 플레이트를 전진 구동시키는, 엔드 이펙터 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 파지부는,
    상기 파지 상태 시, 상기 복수의 선재의 길이가 점점 짧아지는 과정에서 상기 돔 형상 내부의 상기 파지 공간의 체적이 점점 작아짐에 따라, 상기 물체가 상기 복수의 선재들로부터 받는 압력에 의해 상기 파지 공간 내부에 고정되는, 엔드 이펙터 유닛.
  8. 제 6 항에 있어서,
    평평한 플레이트 형상으로 형성되어 상기 제 1 플레이트의 상면에 형성되고, 적어도 일부분이 상기 제 1 플레이트를 관통하여 상기 제 1 플레이트의 하면으로부터 돌출되게 형성되어, 상기 릴리즈 상태 시, 상기 구동부에 의해 전진 구동하는 상기 제 2 플레이트와의 접촉으로 상기 제 1 플레이트의 상면으로부터 소정의 높이로 상승하여, 상기 물체를 상기 복수의 선재들 사이로 밀어내는 푸시 플레이트;
    를 더 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트는,
    상기 푸시 플레이트 보다 큰 지름을 가지는 원형의 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 푸시 플레이트를 수용할 수 있도록, 상면에 상기 푸시 플레이트의 형상과 대응되는 형상으로 오목하게 수용홈부가 형성되고,
    상기 푸시 플레이트는,
    상기 수용홈부에서 상기 제 1 플레이트의 하면을 향하는 방향으로 상기 제 1 플레이트를 관통하도록, 하면으로부터 기둥 형상으로 돌출되게 푸시축이 형성되는, 엔드 이펙터 유닛.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 릴리즈 상태 시, 상기 물체를 공압에 의해 상기 복수의 선재들 사이로 밀어낼 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 상면에 형성된 복수의 분사 노즐을 통해 압축공기를 분사하는 공압 장치;
    를 더 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 파지 상태 시, 상기 물체가 상기 복수의 선재들로부터 받는 압력에 의해 발생하는 파지력을 측정할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트 또는 상기 제 2 플레이트에 설치되는 센서부;
    를 더 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 복수의 선재들 중 적어도 어느 하나의 선재의 단부에 연결될 수 있도록, 상기 제 1 플레이트 또는 상기 제 2 플레이트에 설치되어, 상기 파지 상태 시, 상기 복수의 선재에 가해지는 장력에 의한 반력을 측정하는 반력 센서;
    를 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    푸시 플레이트를 수용하는 상기 제 1 플레이트의 수용홈부에 설치되어, 상기 파지 상태 시, 상기 푸시 플레이트에 가해지는 압력을 측정하는 압력 센서;
    를 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 제 2 플레이트를 전후진 슬라이딩 이동시키는 상기 구동부와 전기적으로 연결되어, 상기 파지 상태 시, 상기 구동부에 인가되는 구동 전류를 측정하는 전류 센서;
    를 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트 사이를 연결하는 와이어에 설치되어, 상기 파지 상태 시, 상기 와이어에 가해지는 인장력을 측정하는 인장 센서;
    를 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제 2 플레이트의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 상기 제 2 플레이트의 후방에 위치할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트; 및
    상기 제 2 플레이트를 상기 복수의 가이드 샤프트를 따라 전후진 구동시킬 수 있도록, 상기 고정 플레이트에 설치되어 상기 제 2 플레이트에 선형으로 구동력을 인가하는 구동 실린더;
    를 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제 2 플레이트의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 상기 제 2 플레이트의 후방에 위치할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트;
    상기 제 1 플레이트와 상기 고정 플레이트 사이에서 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 볼 스크류;
    상기 고정 플레이트에 설치되어 상기 볼 스크류를 회전 구동시키는 회전 모터; 및
    상기 제 2 플레이트를 관통하고 외경면에 나사산이 형성된 상기 볼 스크류와 나사 결합될 수 있도록 상기 제 2 플레이트에 설치되고, 상기 볼 스크류의 회전 구동에 따라 상기 제 2 플레이트와 함께 상기 볼 스크류를 따라 선형으로 이동하는 볼 너트;
    를 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제 2 플레이트의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 상기 제 2 플레이트의 후방에 위치할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트;
    상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트 사이에 설치되어, 상기 제 2 플레이트가 상기 제 1 플레이트와 가까워지는 방향으로 전진 이동할 수 있도록, 탄성적으로 인장력을 가하는 인장 스프링;
    상기 고정 플레이트에 설치되어 회전 구동하는 회전 모터; 및
    상기 제 2 플레이트와 연결된 와이어가 감길 수 있도록 상기 회전 모터의 회전 구동축에 설치되고, 상기 회전 모터의 회전 구동에 의한 상기 와이어의 풀림 또는 감김에 따라 상기 제 2 플레이트를 전진 이동 또는 후진 이동 시키는 도르래(Pulley);
    를 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제 2 플레이트의 전후진 슬라이딩 이동 방향을 기준으로 상기 제 2 플레이트의 후방에 위치할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트;
    상기 제 1 플레이트와 상기 고정 플레이트 사이에서 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 랙 기어(Rack gear); 및
    상기 제 2 플레이트에 설치되어 회전 구동하고, 회전 구동축에 상기 랙 기어와 치합되는 피니언 기어(Pinion gear)가 설치되어, 회전 구동에 따라 상기 제 2 플레이트와 함께 상기 랙 기어를 따라 선형으로 이동하는 회전 모터;
    를 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
  20. 평평한 플레이트(Plate) 형상으로 형성되는 제 1 플레이트;
    물체가 안착되는 상기 제 1 플레이트의 후방에 위치할 수 있도록, 상기 제 1 플레이트의 외측면을 따라 형성된 복수의 가이드 샤프트에 고정적으로 설치되는 고정 플레이트;
    상기 고정 플레이트에 설치되는 구동부; 및
    일단이 상기 제 1 플레이트와 연결되고, 타단이 상기 제 1 플레이트를 관통하여 상기 제 1 플레이트의 후방에 위치한 상기 구동부와 연결되되, 길이 중간이 원호 형상으로 밴딩되게 형성되어 아치(Arch) 형상을 이루도록 형성되는 복수의 선재를 포함하여, 내부에 물체를 파지할 수 있는 파지 공간을 형성하도록 전체적으로 돔(Dome) 형상으로 형성되는 파지부;를 포함하고,
    상기 구동부는,
    상기 복수의 선재의 타단이 각각 연결되고, 회전 구동에 의한 상기 복수의 선재의 풀림 또는 감김에 따라 상기 제 1 플레이트 상으로 노출된 상기 복수의 선재의 길이가 점점 길어지거나, 점점 짧아질 수 있도록 조절하는 복수의 도르래(Pulley);
    를 포함하는, 엔드 이펙터 유닛.
PCT/KR2024/018503 2023-11-24 2024-11-21 엔드 이펙터 유닛 Pending WO2025110751A1 (ko)

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