KR100500974B1 - 다수의 그립 지점을 갖는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 그립 지점을 갖는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 다량의 동일한 반복 작업을 하며 작업 도중 수시로 대상 작업물이 변경되는 기계장치에서 대상 작업물을 파지하기 위해 각 작업 대상물마다 별도의 파지용 어태치먼트가 필요한 작업물 이송용 그립퍼 장치에 있어서, 로봇 또는 프레스의 로더/언로더에 설치되어 파지장치의 각각의 그립퍼가 부착되는 위치가 3차원 공간 상에서 프로그램에 의해 설정된 임의의 위치로 이동이 가능한 상태에서 작업 대상물의 크기와 형상에 따라 파지점의 위치를 변경하여 위치를 고정한 후, 지속적으로 반복 작업을 수행하는 파지장치를 적어도 하나 또는 그 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치가 제시된다.

따라서, 다수의 파지점을 가지며 각 지점이 독립적으로 또는 일부 연동되어 3차원 공간에서 그립 위치를 조절할 수 있는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치로서 대상 작업물의 변경시 수동조작 또는 미리 입력된 프로그램에 따라 자동으로 대상물의 크기와 형상에 따라 그립퍼의 위치를 적절히 조절할 수 있다.

Description

다수의 그립 지점을 갖는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치{Flexible gripper apparatus with multiple gripping points for parts handling}

본 발명은 다수의 그립 지점을 갖는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치에 관한 것이다. 특히, 기존의 이송시스템(loader/unloader)에서 대상 작업물이 변경될시 작업자의 조작이나 제어기의 신호를 이용하여 대상 작업물에 적합하게 자동적으로 형상을 변경하여 하나의 장치만으로도 대응할 수 있는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치에 관한 것이다.

또한, 작업 대상물이 작업이 끝났거나 다음 작업을 위하여 대기할 때 역시 다양한 형상의 작업물을 적치하기 위하여 작업물을 고정하는 지그의 형상이 변경되도록 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치에 관한 것이다.

자동차 공장에서 사용되는 대량 생산용 프레스 작업의 경우 일반적으로 로더와 이에 부착된 파지장치를 이용하여 프레스 외부에서 대상물을 파지한 다음, 프레스의 상하 금형사이로 대상물을 이동한 후 프레스 아래 금형 위에 작업물을 올려 놓게 된다. 로더가 원래의 위치로 복귀하여 다음 대상물을 파지하는 동안 프레스 작업이 이루어지고 언로더와 이에 부착된 파지장치가 작업물을 빼내게 된다.

이 때, 상기 로더/언로더의 작업 형태는 일반적으로 파지를 위하여 아래/위로 이동한 후 프레스에 대상물을 넣거나 집어내는 방향으로 움직이는 수직면 상의 2차원 공간운동을 한다. 로더/언로더 끝에는 보통 메인 붐이 설치되고 메인 붐에는 작업물에 따른 다양한 형상의 어태치먼트가 설치된다.

작업 대상물은 다양한 크기의 3차원 형상을 가지므로 이를 파지하기 위한 어태치먼트는 일반적으로 복잡한 사슴뿔과 같은 형상으로서 작업물의 크기와 형상에 따라 다양한 구조를 가지며 여기에는 일반적으로 다수의 진공컵이 장착되어 작업물을 파지한다. 작업물의 크기가 작을 시는 1 ~ 2개 정도의 진공컵이 사용되기도 하지만 작업물이 크고 형상이 복잡할 시에는 많은 수의 진공컵이 사용된다.

즉, 도 1에 도시된 기존의 프레스 작업의 한 예를 살펴보면, 부호 10은 로더(loader)이며 그 끝에는 메인 붐(boom)(12)이 설치되어 있으며, 상기 붐(12)에는 4개의 진공 컵(14a,14b,14c,14d)을 갖는 어태치먼트(attachment)(16)가 부착되어 프레스로 작업 대상물을 이동한다.

이 때, 작업 대상물의 크기가 크고 형상이 복잡할 경우 어태치먼트(16)의 형상이 3차원으로 사슴뿔과 같이 복잡한 형상이 되며, 여기에 부착되는 진공컵(14a,14b,14c,14d)은 수직방향 뿐만 아니라 일부는 좌우 방향으로 각도를 갖게 된다. 또한, 작업 대상물의 크기가 작을 시는 1 ~ 2개 정도의 진공컵이 사용되기도 하지만 작업물이 크고 형상이 복잡할 시에는 많은 수의 진공컵이 사용된다.

다품종 다량 생산을 하는 자동차 회사 등에서의 프레스 작업에는 일반적으로 5 ~ 6대의 프레스가 직렬 배치되며, 각 프레스마다 별도로 로더/언로더가 설치된다. 각 프레스에서 작업이 진행됨에 따라 대상물의 형상이 바뀌므로 각 로더/언로더에 부착된 어태치먼트의 형상 또한 모두 다를 뿐만 아니라 가공되는 제품의 종류가 매우 다양하므로 작업 중 수시로 금형을 교환하게 된다. 이때 각각의 금형에 맞도록 제작된 어태치먼트도 함께 교환한다. 또한, 이미 생산중단된 차량의 경우에도 A/S용 제품을 생산하여야 하므로 프레스 주변에서 보관, 관리해야 하는 어태치먼트의 가지수는 크게 증가하게 된다.

그런데, 이러한 다양한 어태치먼트를 제작하고 수시로 교환하거나 유지보수하는 작업은 생산 효율을 떨어뜨리게 되며, 그 제작비용도 증가되고 또한 신속한 교환을 위하여 프레스 주변에 이를 보관하여야 함으로써 넓은 적재 공간을 확보해야 하는 문제들이 있다.

또한, 다수의 어태치먼트에서 수시로 발생하는 진공컵의 파손과 같은 불량 발생에 따른 교환이나 진공컵의 각도 조정 등의 유지보수에 비용과 시간이 많이 소모된다.

한편, 언로더로 프레스에서 빼낸 작업물은 다음 프레스로 넣어지기 위하여 다음 프레스의 로더가 이를 잡을 수 있도록 정해진 대기 위치 또는 다음 프레스의 작업을 위하여 회전으로 작업물의 방향을 바꾸거나 다음 로더가 파지하기 좋은 위치로 이동하는 트랜스퍼 장치 위에 놓이게 된다.

이 때, 작업물의 다양한 형상과 크기로 인하여 상기의 대기 위치 또는 트랜스퍼 장치에도 적절한 형상으로 지그가 세팅되어야 한다. 지그는 일반적으로 많은 구멍이 있는 기본 프레임의 적절한 위치에 고정시키게 되나, 고정된 구멍 위치로 인하여 작업의 유연성이 떨어지고 이에 따라 다수의 다양한 형태의 지그를 준비하여야 하는 문제가 있다. 또한 금형 교환시 이러한 지그들도 수동으로 교환되어야 함으로 이의 조정작업이 생산성을 저하시키게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다수의 파지점을 가지며 각 지점이 독립적으로 또는 일부 연동되어 3차원 공간에서 파지 위치를 조절할 수 있는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 대상 작업물의 변경시 수동조작 또는 미리 입력된 프로그램에 따라 자동으로 대상물의 크기와 형상에 따라 그립퍼의 위치가 조절되도록 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은 다량의 동일한 반복 작업을 하며 작업 도중 수시로 대상 작업물이 변경되는 기계장치에서 대상 작업물을 파지하기 위해 각 작업 대상물마다 별도의 파지용 어태치먼트가 필요한 작업물 이송용 그립퍼 장치에 있어서,

로봇 또는 프레스의 로더/언로더에 설치되어 파지장치의 각각의 그립퍼가 부착되는 위치가 3차원 공간 상에서 프로그램에 의해 설정된 임의의 위치로 이동이 가능한 상태에서 작업 대상물의 크기와 형상에 따라 파지점의 위치를 변경하여 위치를 고정한 후, 지속적으로 반복 작업을 수행하는 파지장치를 적어도 하나 또는 그 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치가 제공된다.

본 발명의 주요 설계 포인트는 프레스의 금형 교환 작업이 이루어지는 동안 자동으로 세팅이 끝나도록 하여 전체 교환시간을 감소시키도록 함과 동시에 로더/언로더의 부담을 줄이기 위하여 최대한 경량화시키면서도 전체 강성을 유지시키는 것이다.

이를 위해 세팅 시간을 금형 교환작업의 시간을 고려하여 그 시간내에서 최대한 길게 잡도록 하여 전체적인 감속비를 최대로 함으로써 모터의 출력을 가능한 작게 하도록 하여 모터의 크기와 무게를 줄이도록 하였으며, 모터 구동에 사용되는 가이드들이 전체 강성에서 중요한 역할을 하도록 하였다.

또한, 프레스 작업의 경우 상하 금형간의 최소 간격 보다 전체 시스템의 크기가 작아야 하며, 작업 속도를 높이기 위하여 실제 작업시에는 상부 금형이 상사점에 도달하기 이전에 로더/언로더가 일부 벌려진 틈사이로 들어가는 경우가 빈번하므로 이를 고려하여 전체 시스템의 높이를 최소화 하여야 하는 요구 조건을 만족하여야 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치의 기본 구조를 나타낸 도면이다. 도 3 내지 도 8은 본 발명에 따라 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치의 다양한 실시예들이다. 도 9는 작업물을 적재하는 실제 작업의 한 예를 나타낸 도면이다. 도 10은 2차원 평면으로 운동하는 기구의 유닛상에 작업물을 고정하는 플랜지를 가진 지그의 한 예를 나타낸 도면이다. 도 11은 지그에 다양한 가지를 여러각도로 부착한 한 예를 나타낸 도면이다.

본 발명에서는 종래의 어태치먼트 부분의 개선을 위한 것으로서 다수의 진공컵 또는 전자석을 장착하여 형상변경이 가능한 어태치먼트 구조를 채택하였다. 즉, 작업 대상물의 크기와 형상에 따라 유연하게 구조를 변경하여 미리 프로그램된대로 최적의 형상으로 구조를 변경하고, 필요한 개수 만큼의 진공컵(또는 전자석)을 가동하여 작업 대상물의 파지 작업을 수행한다. 여기서, 진공컵(또는 전자석)은 흡착기로서 사용된다.

이를 위하여 각각의 진공컵의 위치는 서로 독립된 또는 일부가 연동된 형태로 구성되어 공간 상에서 3차원으로 위치를 잡게 된다. 진공컵은 작업 대상물의 표면 경사가 크지 않을 경우 볼소켓 구조와 같이 수동적으로 회전이 가능한 구조로써 작업 대상물에 접촉시 볼소켓 조인트의 회전으로 작업물의 경사를 수용함이 가능하다.

또한, 작업 대상물의 파지 부위의 경사가 상대적으로 크거나 기타 필요시에는 2축 회전이 가능한 구조로 설계하여 제어기의 신호를 이용하여 미리 회전을 한 후 회전형태를 고정시키고 난 후 작업을 수행하게 된다.

이러한 방식의 기본적인 구조는 도 2에 도시된 3축 유닛(24)과 같이 진공컵(26)을 수직방향으로 이동시키는 자유도를 갖는 각각의 진공컵(26)에 수평방향으로 움직이는 구조(1축 유닛(20) 및 2축 유닛(22))를 결합한 형태로서 이를 진공컵(26)의 숫자 만큼 다수를 갖는 형상이 되며, 추가로 진공컵(26)에 작업물의 표면 경사를 수용할 수 있는 2자유도의 회전운동을 추가할 수 있는 구조이다.

상기와 같이 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치의 기본적인 구조(도 2)를 바탕으로 수평방향의 2자유도(1,2축)의 운동을 추가하는 방법은 매우 다양하게 구성할 수가 있다. 이어서, 본 발명의 다양한 예를 실시예(제 1 내지 제 6 실시예)를 참조하여 설명하기로 한다.

< 제 1실시예 >

도 3과 같이, 1축을 직선으로 움직이는 유닛에 2축을 직선으로 움직이는 유닛를 결합한 형태이며, 이를 확장하여 1축의 유닛에 다수의 2축 유닛을 결합할 수 있으며, 결합 방법은 도면에서 위아래로 자유롭게 설정할 수 있다.

< 제 2실시예 >

도 3에 도시된 기본 구조를 이용하여 구조를 좀 더 단순화하기 위하여 도 4와 같이, 2개의 2축이 연동되어 1축에 연결되는 구조를 가질 수 있다. 이 경우 자유도 제한으로 진공컵의 움직임이 일부 제한되나, 대상 작업물의 형태에 따라서 더욱 효율적일 수 있다.

< 제 3실시예 >

도 5와 같이, 도 3 및 도 4의 축을 2개 이상 병렬로 연결하여 작업 범위를 확장가능하게 할 수 있다.

< 제 4실시예 >

1,2축의 경우 2차원 평면상을 움직이므로 2개 이상의 회전 조인트를 이용하면 평면에 위치를 잡는 것이 가능하게 되어 도 6의 (a),(b),(c)와 같이 구성할 수 있다. 수직 유닛의 개수 만큼 도 6과 같이 별도의 붐에 연결이 가능하여 붐과의 연결은 한 점 또는 여러 점에서 연결이 가능하다.

< 제 5실시예 >

도 7에 도시된 바와 같이, 붐과의 연결을 회전 조인트로 하고, 1축 상을 직선 유닛으로 구성할 수 있다. 이 경우 1축 상에 다수의 직선 유닛 장착도 가능하며 도 6의 (b),(c)와 같이 여러 개의 1축을 붐에 연결 가능하다.

< 제 6실시예 >

도 8의 (a),(b),(c)와 같이, 1축은 붐에 연결된 축이며 1축상에 다수의 2축이 회전 조인트로 연결된 구조로 가능하다. 이 경우 동작의 자유도를 증가시키기 위하여 2축은 다수의 회전 조인트 구조 또는 직선 유닛으로 설치할 수 있다.

이 때, 1,2축 운동이 수평면에서 운동하는 구조이나 프레스 작업과 달리 일반 작업물의 핸들링시에는 상하 공간의 제약이 작으므로 이 경우는 곤충의 다리와 같이 회전 조인트를 가지고 상하 방향으로 움직이며 메인 붐에 연결된 부위에서 수평면 상으로 회전하는 자유도를 갖는 구조도 가능하다.

한편, 작업물의 적재하는 장치는 도 9에 도시된 바와 같이, 작업대상물이 테이블의 지그(30) 위에 놓여져 있으며, 밑쪽에는 작업 대기중인 다양한 지그(32)가 나타나 있다.

본 발명에서는 도 10에서와 같이, 수평면을 X-Y 테이블과 같은 2차원 평면으로 운동하는 기구 위에 작업물을 고정하는 플랜지를 가진 지그를 설치하여 작업물의 크기에 따라 2차원 운동으로 크기를 맞추고 지그를 위치한다.

이 때, 지그를 상하로 움직이거나 여러 개의 플랜지를 설치하면 작업물의 형상 적응이 쉬어지고 도 11에서와 같이 지그에 다양한 가지를 여러 각도로 부착하여, 예컨대 지그를 90도씩 회전하도록 설계하면 더욱 다양한 작업물의 형상을 수용할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 다수의 파지점을 가지며 각 지점이 독립적으로 또는 일부 연동되어 3차원 공간상에서 위치를 조절할 수 있는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치는 대상 작업물의 변경시 수동조작 또는 미리 입력된 프로그램에 의하여 자동으로 대상물의 크기와 형상에 따라 그립퍼의 위치가 조절되도록 함으로써 로더/언로더 당 하나의 그립퍼 시스템만을 사용하게 하여 어태치먼트의 교환시간과 이에 소요되는 인건비를 줄일 수 있다.

또한, 어태치먼트의 제작 및 유지 보수비용을 절감하고, 프레스 주변의 저장공간을 절약하며, 기존 생산 제품이나 이미 생산이 중단되었으나 필요한 A/S 부품 등의 다양한 제품에 대하여 대응할 수 있다.

또한, 신제품의 투입시에도 미리 이를 프로그램화 하여 즉시 현장 대응하는 등 전체 프레스 시스템의 운영 효율과 생산비를 대폭 단축할 수 있다. 이와 더불어 프레스 사이에 작업물이 놓여지는 대기 위치에서도 자동으로 형상이 적절하게 변경될 수 있는 지그를 도입하면 하나의 시스템으로 전체 작업물에 대응할 수 있다.

도 1은 기존의 프레스 작업의 한 예이다.

도 2는 본 발명에 따른 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치의 기본 구조를 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 8은 본 발명에 따라 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치의 다양한 실시예들이다.

도 9는 본 발명에 따라 작업물을 적재하는 실제 작업의 한 예를 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명에 따라 2차원 평면으로 운동하는 기구의 유닛상에 작업물을 고정하는 플랜지를 가진 지그의 한 예를 나타낸 도면이다.

도 11은 본 발명에 따라 지그에 다양한 가지를 여러각도로 부착한 한 예를 나타낸 도면이다.

Claims (11)

1. 작업물을 파지하여 이송시키는 반복 작업 도중, 작업물의 형상과 크기가 변경되는 경우 상기 작업물의 적절한 파지를 위하여 파지점의 개수와 위치가 고정된 전용 그립퍼로 매번 교체가 필요한 자동화 공장 내의 작업물 파지 이송장치에 있어서,

   이송장치에 연결 장착되어, 작업 대상물의 크기와 형상에 따라 적절하게 파지점의 위치를 변경하고 유지함으로써 전용 그립퍼로의 교체가 불필요하도록 하기 위하여 장착된 다수의 흡착기의 위치와 방향을 3차원 공간 상에서 임의로 설정할 수 있도록 함을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 흡착기로서 진공컵 또는 전자석이 사용되는 것을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 작업 대상물을 파지하는 경우 뿐만 아니라 작업물이 놓여지는 받침대도 다양한 형상과 크기의 작업물을 적절히 지지할 수 있는 위치로 지지점이 자동 변경됨을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 작업물의 형상과 크기에 따라 수평면의 위치를 조절하기 위하여, 지지용 지그로서 작업물 방향으로 다수개의 플랜지 형상을 사용함을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 각각의 지그는 회전 자유도를 갖으며, 하나의 지그에 다수의 방향으로 설치된 다수의 플랜지를 수평운동에 회전운동을 추가하여 사용함을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치.
6. 작업물 이송용 유연 그리퍼 장치에 있어서,

   1,2,3축 유닛이 독립적으로 직선 운동이 가능하고, 3축 유닛의 끝단에는 흡착기가 장착되는 유닛을 하나의 축에 적어도 2개 이상을 설치하여 파지 위치를 3차원 공간에서 독립적으로 또는 일부 연동되어 위치를 조절함을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 각 유닛의 이송 부위 결합 방향은 위쪽 또는 아래쪽 방향으로 자유롭게 설정함을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치.
8. 청구항 6에 있어서, 상기 1축 유닛에 설치된 각각의 이송 부위에 2개의 2축 을 설치한 구조를 하나의 축에 2개 이상을 설치하며, 흡착기의 위치를 3차원 공간에서 독립적으로 움직일 수 있도록 함을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 각 축의 유닛별로 이송부의 숫자를 달리하며, 1축의 끝 부위는 한 점 또는 여러 점의 연결이 가능한 것을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치.
10. 청구항 6에 있어서, 상기 1축을 직선으로 움직이는 유닛에 2축을 직선으로 움직이는 유닛을 결합된 형태를 선택적으로 2개 이상의 병렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치.
11. 청구항 1에 있어서, 상기 흡착기는 개별로 2자유도의 회전운동이 가능한 것을 특징으로 하는 작업물 이송용 유연 그립퍼 장치.