KR101382641B1 - 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안정적이고 효율적인 픽 앤 플레이스 작업(Pick and Place)을 수행할 수 있는 대상체의 그리핑과 석션이 가능한 작업툴에 관한 것이며, 이를 위하여 한 쌍의 흡착판; 흡착판이 일단에 장착되고, 일단에서 수직 방향으로 연장되어 형성되는 한 쌍의 파지부; 한 쌍의 파지부와 결합하고 파지부 사이의 간격을 조절하여 대상체를 파지하는 구동부; 및 한 쌍의 파지부와 구동부 사이에 배치되며, 대상체 파지 시 발생되는 반력을 흡수하는 완충부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴을 제공한다.

Description

대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴{GRIPPING DEVICE HAVING GRIPPING FUNCTION AND SUCTION FUNCTION OF OBJECT}
본 발명은 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안정적이고 효율적인 픽 앤 플레이스 작업(Pick and Place)을 수행할 수 있는 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴에 관한 것이다.
로봇 매니퓰레이터는 그동안 성능과 신뢰도가 꾸준히 향상되어 Pick and Place, Welding, Painting, 조립 작업 등 산업용 로봇으로 응용이 활성화되었고 공장 자동화를 위한 주요 기반을 형성해왔다.
엔드이펙터(End-Effector)는 로봇의 팔을 구성하는 매니퓰레이터(Manipulator)의 끝에 장착되는 핸들링 대상체와 물리적 접촉을 통해 요구 작업을 수행할 수 있도록 기능이 구현되어 있다.
최근에는 힘, 접촉 및 촉각, 근접, 시각 센서 등 외부 센서를 이용하여 작업 상태를 감지하고 인식하여 예측하기 어려운 다양한 상황에 로봇 스스로 대응할 수 있도록 기술이 발전 되고 있다.
현재 로봇은 산업용 로봇뿐만 아니라 수술, 안내, 청소, 군사, 엔터테인먼트 등 다양한 형태로 인간을 보조하는 로봇으로 개발되고 있다. 또한, 인간과의 상호작용을 통하여 정보, 지식 및 오락을 제공하면서 동반자의 역할을 수행하는 지능형 서비스 로봇으로 발전해 가고 있다.
또한, 이동성만을 가지는 이동로봇의 한계점을 극복하기 위해 인간의 팔과 유사한 로봇 매니퓰레이터가 장착되어 자신과 외부의 상태를 인지하고 판단하여 행동하며, 인간과의 상호작용을 통해 상황에 맞추어 이동하며 작업하는 Mobile Manipulation 기술이 현재 꾸준히 연구되고 있다.
Mobile Manipulation 기술은 물체의 파지 및 이동을 위한 작업계획 기술, 경로 및 제어기술, 다양한 센서 제작 기술 및 센서정보의 융합 기술, 부품 제작 기술들을 필요로 한다.
대한민국 공개실용신안공보 제2010-0008158호는 작업물을 안정적으로 파지하여 이송할 수 있도록 구성되는 물류 자동화 장비의 그리핑 장치에 관하여 기술하고 있으며, 일반적으로 그리핑 방식이 사용되는 작업툴을, 도 1을 참조하여 이를 설명하면 다음과 같다.
종래 기술 1의 물류 자동화 장비의 그리핑 장치(100)는 작업물(140)을 좌우 양측에서 그리핑하도록 대향 배치되는 제1그리퍼(110)와, 제1그리퍼(110)를 상호 클로즈 및 오픈시키는 제1구동기구(130)와 작업물(140)을 전후 양측에서 그리핑하도록 대향 배치되는 제2그리퍼(120)와, 제2그리퍼(120)를 상호 클로즈 및 오픈시키는 제2구동기구(미도시)를 포함한다.
제1 및 제2구동장치(130, 미도시)는 제1그리퍼(110) 및 제2그리퍼(120)에 각각 연결되는 한 쌍의 랙(132)과, 한 쌍의 랙(132) 사이에 개재되어 회전 작동으로 랙(132)을 상호 반대방향으로 왕복 이동시키는 피니언(134)으로 구성된다.
작업물(140)을 원하는 소정 위치로 이송시키기 위해 그리핑 장치(100)가 작업물(140)의 위치로 접근한 다음 작업물(140)을 좌우 양측에서 잡아주기 위해 제1그리퍼(110)가 그리핑하게 되는데, 이 때 상기 제1그리퍼(110)에 연결된 한 쌍의 랙(132)과 랙 사이에 개재된 피니언(134)의 회전 작동으로 랙(132)을 상호 반대방향으로 왕복시켜 상호 클로즈되어 작업물(140)을 그리핑하게 된다.
동일한 방법으로 작업물(140)을 전후 양측에서 잡아주기 위해 제2그리퍼(120)가 그리핑하게 되는데, 이때 제2그리퍼(120)에 연결된 랙(미도시)과 랙 사이에 개재된 피니언(미도시)의 회전 작동으로 랙(미도시)을 상호 반대 방향으로 왕복시켜 클로즈되어 작업물(140)을 그리핑하게 된다.
대한민국 공개특허공보 제2011-0016192호는 공압으로 작동하는 피커 실린더 장치를 이용하여 회로기판 상에 또는 이송용 트레이 내에 칩 부품을 연속 실장할 경우 사용하는 부품 픽업 및 이송을 위한 피커 실린더를 구비한 반도체 부품 픽업 이송 장치에 관하여 기술하고 있으며, 석션 기능을 갖는 피커 실린더 장치를, 도 2를 참조하여 이를 설명하면 다음과 같다.
종래 기술 2의 피커 실린더(200)는 하부로 다수 개 배치 정렬되는 진공패드(210)와, 진공패드(210)를 고정 지지하는 피커 실린더 가이드부(220)와, 피커 실린더 가이드부(220)를 고정 지지하면서 공압 제공에 따른 공압 유로를 형성하고 상부에는 X축 이동 레일을 따라 X축 변위 이동이 가능하도록 가이드 돌기를 형성하고 있는 상부몸체(230)로 구성된다.
종래 기술 2의 피커 실린더(200)는 진공패드(210)가 부품 픽업 시 필요한 공기 흡입(air suction) 세기를 조절하기 위하여 진공센서(미도시) 및 진공 센서모듈(미도시)이 구비된다.
그러나 종래 기술 1과 2는 물체나 부품을 픽업하기 위하여 그리핑 방식이나 석션 방식 중 한 가지 방식으로만 픽업이 가능하다. 따라서 단순 정형물이 아닌 픽업 시 물체의 형상이 변형이 있는 유연물의 픽업시에는 종래 기술 1의 그리핑 방식보다는 종래 기술 2의 석션 방식이 더 용이하다.
따라서, 종래 기술 1의 그리핑 방식이나 종래 기술 2의 석션 방식으로는 대체물의 픽업이 이루어질 수 없을 경우에는 별도의 툴-체인지(tool-change)가 이루어져야 한다는 문제점이 있었다.
한편, 종래 기술 1에서는 그리핑 시 제1그리퍼와 랙 사이에 발생되는 반력에 의해 백래쉬(backlash)가 발생한다는 문제점이 있었다.
대한민국 공개실용신안공보 제2010-0008158호(공개일자 2010년 8월 16일) 대한민국 공개특허공보 제2011-0016192호(공개일자 2011년 2월 17일)
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 그리핑이 가능한 한 쌍의 파지부 하부에 석션 작업이 가능한 흡착판을 장착함으로써, 정형물과 유연물에 대하여 별도의 툴-체인지 없이 그리핑과 석션 작업을 동시에 할 수 있는 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴을 제공한다.
또한, 석션작업 시 부품의 크기에 따라 핸들링 부품별 흡착판의 간격조절이 가능한 석션용 작업툴을 사용함으로써, 보다 안정적이고 효율적인 픽 앤 플레이스 작업을 수행할 수 있다.
또한, 그리핑 시 발생되는 반력에 의한 백래쉬의 발생을 방지할 수 있는 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴을 제공한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 한 쌍의 흡착판; 흡착판이 일단에 장착되고, 일단에서 수직 방향으로 연장되어 형성되는 한 쌍의 파지부; 한 쌍의 파지부와 결합하고 파지부 사이의 간격을 조절하여 대상체를 파지하는 구동부; 및 한 쌍의 파지부와 구동부 사이에 배치되며, 대상체 파지 시 발생되는 반력을 흡수하는 완충부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 구동부는, 모터에 의하여 회전되는 피니언 기어; 및 피니언 기어와 맞물려 회전력에 의해 좌우로 이동하는 한 쌍의 랙 기어;를 포함하여 부품의 크기에 따라 핸들링 부품별 흡착판의 간격 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 한 쌍의 랙 기어 각각은 한 쌍의 파지부 각각의 타단에 결합되어 직각이 되는 수평 방향으로 연장되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 피니언 기어를 중심으로 한 쌍의 랙 기어가 마주보도록 배치되어 피니언 기어의 회전시 서로 반대 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 구동부에서 랙 기어와 파지부는 볼트에 의해 결합되며, 랙 기어와 파지부 사이의 볼트에 완충 부재가 링 형상으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 대상체는 정형물과 유연물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴에 따르면, 한 쌍의 파지부와, 한 쌍의 파지부의 하단부에 흡착판, 한 쌍의 파지부와 결합하는 구동부가 구비되며, 구동부는 랙앤피니언 방식을 사용함으로써, 흡착판에 의하여 비닐 등에 씌워져 그리핑 시 형상이 변하는 유연물의 조작이 용이하며, 랙앤피니언 방식의 높은 동력 전달 효율로 파지부의 그리핑 작업도 동시에 할 수 있다.
또한, 석션작업 시 부품의 크기에 따라 핸들링 부품별 흡착판의 간격조절이 가능하여 안정적이고 효율적인 픽 앤 플레이스 작업을 수행할 수 있다.
또한, 랙 기어와 파지부 조립시 랙 기어와 파지부 사이에 완충부재가 삽입되어 그리핑 작업시 발생되는 반력을 흡수할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 그리핑 작업을 수행하고 있는 작업툴을 도시한 도;
도 2는 종래 기술에 따른 석션 작업을 수행하고 있는 작업툴을 도시한 도;
도 3은 본 발명에 따른 작업툴의 분해 사시도;
도 4는 도 3에 따른 작업툴의 결합 사시도;
도 5는 도 3에 따른 작업툴에 장착된 구동부와 파지부의 결합 상태를 도시한 사시도; 및
도 6a 및 도 6b는 그리핑과 석션 작업을 수행하고 있는 작업툴의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 작업툴의 분해 사시도이며, 도 4는 도 3에 따른 작업툴의 결합 사시도이다.
작업툴(300)은 대상체를 파지하기 위한 한 쌍의 파지부(310), 대상체를 흡착하기 위한 한 쌍의 흡착판(320), 및 한 쌍의 파지부(310)의 간격을 조절하는 구동부(330), 몸체부(340)를 포함한다.
한 쌍의 파지부(310)는 수직방향으로 연장되고, 대상체를 파지하기 위하여 서로 대향하도록 배치되어 좌우로 구동된다. 한 쌍의 흡착판(320) 각각은 한 쌍의 파지부(310) 각각의 하단부에 장착된다.
구동부(330)는 샤프트(332), 피니언 기어(334), 랙 기어(336), 및 구동모터(338)로 구성된다.
랙 기어(336)는 파지부(310)를 좌·우로 구동시키기 위하여 파지부(310)와 볼트(314)에 의해 결합되며, 랙 기어(336)와 파지부(310) 사이에는 링형상의 완충부재(312)가 배치된다.
더욱 상세하게는, 한 쌍의 랙 기어(336)와 한 쌍의 파지부(310)의 일 측면에는 볼트가 삽입되는 구멍이 형성된다. 먼저, 볼트(314)는 랙 기어(336)에 형성된 구멍을 통과하고, 다음은 완충부재(312)의 링을 통과한 후, 파지부(310)에 형성된 구멍에 삽입되며, 이에 한 쌍의 랙 기어(336)와 한 쌍의 파지부(310)가 볼트(314)에 의해 결합된다.
도 5는 도 3에 따른 작업툴에 장착된 구동부와 파지부의 결합 상태를 도시한 사시도로서, 구동부와 파지부의 자세한 결합 관계를 설명한다.
구동부(330)는 길이방향으로 연장되게 형성되는 샤프트(332), 원형으로 원 둘레에 기어가 형성되고, 샤프트(332)의 끝단에 장착되는 피니언 기어(334), 피니언 기어(334)와 맞물려 회전력에 의해 좌·우로 이동하는 한 쌍의 랙 기어(336), 및 샤프트(332)에 연결되어 피니언 기어(334)를 구동시키는 구동모터(338)로 이루어진다.
한 쌍의 랙 기어(336) 각각은 한 쌍의 파지부(310) 각각에 결합되도록 대응되게 한 쌍으로 구비되는데, 여기서 파지부(310)가 대상체(350)를 파지할 때 발생하는 힘에 의해 파지부(310)와 랙 기어(336) 사이에 반력이 발생되고, 이 반력을 흡수하기 위하여 완충 부재(312)가 볼트(314)에 의해 결합되는 파지부(310)와 랙 기어(336) 사이에 배치된다.
볼트 결합되는 파지부(310)와 랙 기어(336), 및 완충 부재(312)의 결합 방법은 도 3 및 도 4를 참조하여 앞서 기술된 상세한 설명을 참조한다.
여기서, 완충 부재(312)는 탄성을 가지는 스펀지와 같은 재료로 제작하는 것이 바람직하며, 그 중에서도 합성 고무나 합성 수지 등으로 만들어져 단면이 원형인 링형의 O-링을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 한 쌍의 랙 기어(336)는 파지부(310)의 상단부와 결합되어 파지부(310)와 직각이 되는 방향, 즉 수평방향으로 연장되게 형성된다.
한 쌍의 파지부(310)가 서로 마주보도록 설치되기 때문에, 한 쌍의 랙 기어(336) 또한 서로 대향하도록 구비되고, 서로 대향하는 랙 기어(336) 사이에 피니언 기어(334)가 랙 기어(336)와 맞물리도록 개재된다.
도 6a 및 도 6b는 그리핑과 석션 작업을 수행하고 있는 작업툴의 단면도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 대상체(350)를 원하는 소정의 위치로 이송시키기 위하여 작업툴(300)이 대상체(350)의 위치로 접근한다. 작업툴(300)에서 한 쌍의 파지부(310)가 대상체(350)를 좌우에서 파지하기 위하여 한 쌍의 파지부(310) 사이의 간격이 구동부(330), 즉 랙앤피니언에 의하여 조절된다.
모터(338)에 의해 샤프트(332)가 회전하게 되고, 이 회전에 의해 샤프트(332) 끝단에 장착되어 있는 피니언 기어(334)가 회전하게 된다. 피니언 기어(334)가 회전하면, 피니언 기어(334)와 맞물리는 한 쌍의 랙 기어(336)가 각각 좌우로 이동하게 되고, 한 쌍의 랙 기어(336) 각각이 좌우로 이동하면, 랙 기어(336)와 결합된 한 쌍의 파지부(310)도 각각 좌우로 이동하게 된다.
여기서, 한 쌍의 파지부(310)를 좌우로 이동시키기 위하여 한 쌍의 랙 기어(336)는 서로 반대 방향으로 구동된다. 피니언 기어(334)가 한 방향으로 회전하면, 피니언 기어(334)와 맞물린 한 쌍의 랙 기어(336)가 피니언 기어(334)와 맞물려 슬라이딩하면서 한 쌍의 랙 기어(336) 각각이 좌우로 이동하고, 랙 기어(336)에 장착된 한 쌍의 파지부(310)의 간격이 넓어지게 된다.
피니언 기어(334)가 다른 방향으로 회전하면, 피니언 기어(334)와 맞물린 한 쌍의 랙 기어(336)가 서로 대향하는 위치 즉, 초기 위치로 이동하게 되고, 랙 기어(336)에 장착된 한 쌍의 파지부(310)의 간격이 좁아지게 된다. 따라서 이 구동에 의해 한 쌍의 파지부(310)가 대상체(350)를 파지할 수 있다.
이때, 한 쌍의 파지부(310) 사이의 간격이 대상체(350)를 파지할 수 있는 소정의 간격으로 넓어지면, 제어부(미도시)를 통하여 랙 기어(336)의 이동을 멈출 수 있고, 이에 한 쌍의 파지부(310) 사이의 이동을 제어할 수 있다.
그러나 대상체(350)가 그리핑 방식으로 작업할 수 없는 단순 정형물이 아닌 비닐에 포장되어 있는 유연물과 같은 대상체(350)는 석션 방식으로 작업이 이루어진다. 이와 관련된 구동 방법은 다음 도 6b를 참조하여 설명한다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 유연물과 같은 대상체(350)를 원하는 소정의 위치로 이송시키기 위하여 작업툴(300)이 대상체(350)의 위치로 접근한다. 한 쌍의 흡착판(320)이 대상체(350) 표면을 흡착한다.
흡착대상인 대상체(350)의 크기가 한 쌍의 흡착판(320) 사이의 초기 간격으로 파지할 수 없는 크기인 경우에는 랙앤피니언에 의해 한 쌍의 흡착판(320) 사이의 간격을 조절하여 크기가 큰 대상체(350)를 흡착할 수 있다.
한 쌍의 파지부(310) 사이의 간격은 제어부에 의해 제어될 수 있다. 크기가 큰 대상체(350)를 흡착판(320)이 흡착할 경우, 모터(338)에 의해 샤프트(332)가 회전하게 되고, 이 회전에 의해 샤프트(332) 끝단에 장착되어 있는 피니언 기어(334)가 회전하게 된다.
피니언 기어(334)가 한 방향으로 회전하면, 피니언 기어(334)와 맞물리는 한 쌍의 랙 기어(336) 각각이 좌우로 슬라이딩하면서 이동하고, 랙 기어(336)와 결합된 한 쌍의 파지부(310)와 한 쌍의 파지부(310) 하단부에 장착된 한 쌍의 흡착판(320) 사이의 간격도 넓어진다.
이때, 흡착판(320) 사이의 간격이 대상체(350)를 흡착할 수 있는 소정의 간격으로 넓어지면, 제어부(미도시)를 통하여 랙 기어(336)의 이동을 멈출 수 있고, 이에 한 쌍의 파지부(310)의 이동과 한 쌍의 흡착판(320) 사이의 이동을 제어할 수 있다.
대상체(350)의 크기에 따라 한 쌍의 흡착판(320) 사이의 간격이 결정이 되면, 흡착판(320)은 대상체(350) 표면에 접촉하고, 압축공기는 솔레노이드 밸브(342)를 통하여 진공발생기(344)로 흐르며, 진공발생기(344)를 지나면서 공기가 흡입되어 흡착판(320)이 대상체(350)를 흡착할 수 있다.
따라서, 대상체(350)의 크기에 따라 흡착판(320)의 간격 조절이 가능하기 때문에 보다 안정적이고 효율적인 픽 앤 플레이스 작업을 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 대상체의 그리핑과 석션이 가능한 작업툴은 한 쌍의 파지부와, 한 쌍의 파지부의 하단부에 흡착판, 한 쌍의 파지부와 결합하는 구동부가 구비되며, 구동부는 랙앤피니언 방식을 사용함으로써, 흡착판에 의하여 비닐 등에 씌워져 그리핑 시 형상이 변하는 유연물의 조작이 용이하며, 랙앤피니언 방식의 높은 동력 전달 효율로 파지부의 그리핑 작업도 동시에 할 수 있다.
또한, 한 쌍의 파지부와 한 쌍의 흡착판이 구동부에 의해 간격 조절이 가능하기 때문에 대상체의 크기에 따라 흡착판의 간격을 조절하여 대상체를 흡착할 수 있어, 안정적이고 효율적인 픽 앤 플레이스 작업을 수행할 수 있다.
또한, 랙 기어와 파지부 조립시 랙 기어와 파지부 사이에 완충부재가 삽입되어 그리핑 작업시 발생되는 반력을 흡수할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 본 발명의 암레스트 스커트에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형 실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.
300 : 작업툴 310 : 파지부
312 : 완충부재 314 : 볼트
320 : 흡착판 330 : 구동부
332 : 샤프트 334 : 피니언 기어
336 : 랙 기어 338 : 모터
340 : 몸체 342 : 솔레노이드 밸브
344 : 진공발생기 350 : 대상체

Claims (6)

  1. 한 쌍의 흡착판;
    상기 흡착판이 일단에 장착되고, 상기 일단에서 수직 방향으로 연장되어 형성되는 한 쌍의 파지부;
    상기 한 쌍의 파지부와 결합하고 상기 파지부 사이의 간격을 조절하여 대상체를 파지하는 구동부; 및
    상기 한 쌍의 파지부와 상기 구동부 사이에 배치되며, 상기 대상체 파지 시 발생되는 반력을 흡수하는 완충부재;를 포함하고,
    상기 구동부는,
    모터에 의하여 회전되는 피니언 기어; 및
    상기 피니언 기어와 맞물려 회전력에 의해 좌우로 이동하는 한 쌍의 랙 기어;를 포함하여 부품의 크기에 따라 핸들링 부품별 흡착판의 간격 조절이 가능하고,
    상기 구동부에서 상기 랙 기어와 상기 파지부는 볼트에 의해 결합되며, 상기 랙 기어와 상기 파지부 사이의 상기 볼트에 상기 완충 부재가 링 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 랙 기어 각각은 상기 한 쌍의 파지부 각각의 타단에 결합되어 직각이 되는 수평 방향으로 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 피니언 기어를 중심으로 상기 한 쌍의 랙 기어가 마주보도록 배치되어 상기 피니언 기어의 회전시 서로 반대 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 대상체는 정형물과 유연물을 포함하는 것을 특징으로 하는 대상체의 그리핑과 석션 기능을 갖는 작업툴.



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