KR102013519B1 - 로봇암용 그리퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대상물이 그리퍼로부터 이탈되어 재파지하는 경우 산업용 로봇의 재이동 과정없이 대상물을 파지함으로써 소요되는 시간을 줄여 생산량을 유지시키고, 파지된 대상물이 대상물의 하중에 의해 이탈되지 않음으로써 대상물이 이탈시 그리퍼에 의해 손상되는 현상을 방지하여 불량률을 낮추며, 대상물을 안정적으로 파지할 수 있는 로봇암용 그리퍼에 관한 것으로, 로봇암의 말단에 설치되는 베이스와, 상기 베이스에 설치되어 대상물을 파지하는 그리퍼부와, 상기 그리퍼부가 상기 대상물을 파지하도록 파지력을 제공하는 구동부와, 상기 그리퍼부가 상기 대상물을 파지하도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 그리퍼부는 일측이 상기 베이스에 고정 결합되고, 상기 대상물이 내부로 삽입되어 지지될 수 있도록 타측이 'ㄷ'자 형상으로 개구된 고정그리퍼와, 상기 고정그리퍼의 타측에 회전 가능하게 설치되고, 상기 고정그리퍼의 타측 내부로 삽입된 상기 대상물을 상기 고정그리퍼의 내부 방향으로 압박하여 고정시키는 회전그리퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

로봇암용 그리퍼{GRIPPER FOR ROBOT ARM}

본 발명은 산업용 로봇의 말단에 설치되어 작업이 완료된 대상물을 파지하여 선택된 장소로 이동시키는 그리퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대상물을 파지하는 과정에서 기계적 진동, 기계적 오차 및 외부환경 등과 같은 요인에 의해 파지된 대상물을 놓치게 되는 경우 산업용 로봇을 대상물을 파지하기 위한 위치로 재이동시키는 과정없이 대상물을 재파지할 수 있는 로봇암용 그리퍼에 관한 것이다.

현대 산업사회의 다양한 분야에서 있어서 제품의 생산성을 증가시키고, 제품의 품질을 향상시키며, 제품의 생산비용을 절감시키기 위하여 산업자동화의 중요성이 부각되고 있다. 특히, 산업용 로봇(R)은 부품의 조립, 부품의 이송, 물체의 선별 등의 다양한 분야에서 이용되고 있다.

이러한 산업용 로봇(R)의 말단에는 산업용 로봇(R)이 설치되는 장소에서 수행되어지는 작업과 대응되는 작업용 툴이 설치되는데, 일반적으로 작업이 완료된 대상물(O)을 다음 작업이 수행되는 작업공정라인으로 이동시키기 위하여 대상물(O)을 파지할 수 있는 그리퍼(Gripper)가 설치된다.

상기 그리퍼는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 로봇암(RA)의 말단에 설치되는 베이스(10)와, 상기 베이스(10)에 설치되어 대상물(O)을 파지하는 그리퍼부를 포함하여 이루어진다. 이때, 베이스(10)의 내부에 그리퍼부(20)가 대상물을 파지하도록 파지력을 생성하는 구동부가 설치된다.

상기 그리퍼부는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 측단면상 'ㄴ'자 형상으로 형성되어 세로변 각각이 서로 마주보도록 각각 설치되는 한 쌍의 그리퍼(20)를 포함하여 이루어진다. 따라서, 그리퍼(20)의 세로변 각각이 근접 또는 이격되어 대상물(O)의 외측면을 접촉함으로써 대상물(O)을 파지하게 된다.

이때, 그리퍼(20) 각각이 대상물(O)을 파지하는 과정은 다음과 같다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 산업용 로봇(R)을 파지하고자 하는 대상물(O)이 놓인 위치로 이동시킨다. 여기서, 그리퍼(20) 각각은 산업용 로봇(R)이 대상물(O)이 놓인 위치로 이동하는 경우 대상물(O)이 그리퍼(20) 각각의 사이에 위치시키기 위하여 최대로 이격되어 이동하게 된다.

다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이 산업용 로봇(R)이 이동하여 그러퍼(20) 각각의 사이에 대상물(O)을 위치시킨 후 그리퍼(20) 각각이 근접하여 대상물(O)의 외측면을 접촉하게 된다. 이후, 산업용 로봇(R)이 대상물(O)이 놓인 위치로부터 상방으로 이동하게 되면 대상물(O)을 파지하는 작업이 완료된다. 상기 작업이 완료된 후 산업용 로봇(R)이 선택된 장소 즉, 대상물(O)을 다음 공정라인으로 이동시킨 후 그리퍼(20) 각각이 이격되어 대상물(O)을 놓게 되면 대상물(O)의 이동 작업이 완료된다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이 그리퍼(20) 각각이 근접하여 대상물(O)을 파지하는 경우 산업용 로봇(R)의 기계적 진동, 구동부의 기계적 오차 및 외부환경 요인에 의해 대상물(O)이 그리퍼(20) 각각으로부터 이탈되는 현상이 발생하게 된다. 상기 현상의 경우 일반적으로 그리퍼(20) 각각이 근접하여 대상물(O)의 외측면과 접촉한 후 산업용 로봇(R)이 대상물(O)이 놓인 위치로부터 상방으로 이동할 때 발생하게 되는데, 이는 작업대의 상부에 위치하는 대상물(O)을 그러퍼부가 파지하게 됨으로 그리퍼(20) 각각이 대상물(O)의 외측면과의 접촉 여부는 판단할 수 있지만, 대상물(O)의 하중을 고려한 접촉력 즉, 대상물(O)을 대상물(O)이 놓인 위치로부터 상방으로 이동시키기 위한 충분한 파지력을 생성하지 못하여 발생하게 된다.

따라서, 그리퍼(20) 각각으로부터 이탈된 대상물(O)을 재파지하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 산업용 로봇(R)이 대상물(O)이 놓인 위치로 재이동한 후 그리퍼(20) 각각이 이격되어 그리퍼(20) 각각의 사이에 대상물을 위치시키게 된다. 이후, 그리퍼(20) 각각이 근접하여 대상물(O)의 외측면과 접촉하여 대상물(O)을 재파지 하게 된다.

즉, 대상물(O)을 재파지하기 위하여 산업용 로봇(R)이 재이동함으로써 소요되는 시간이 발생하게 되어 생산량이 감소하는 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 그리퍼(20) 각각이 근접하여 대상물(O)의 외측면과 접촉하는 파지력을 상승시키게 되면 그리퍼(20) 각각에 의해 대상물(O)이 손상되거나 또는 대상물(O)에 의하여 그러퍼(20) 각각이 손상되는 현상이 발생하게 된다.

또한, 그리퍼(20) 각각의 파지력을 상승하여 대상물(O)이 손상되는 현상을 방지하기 위하여 그리퍼(20) 각각의 세로변 내측면에 충격을 흡수하는 패드나 또는 마찰력을 상승시키는 접촉부재를 설치하게 된다. 하지만, 이 경우 그리퍼(20) 각각이 대상물(O)을 파지한 후 대상물(O)이 놓인 위치로부터 상방으로 이동하는 과정에서는 대상물(O)이 그리퍼(20) 각각으로부터 이탈되는 현상이 발생하지 않지만, 산업용 로봇(R)의 로봇암(RA)이 작업대로부터 이탈하여 다음 공정작업 라인으로 이동하는 경우 산업용 로봇(R)의 이동속도, 기계적 진동 및 움직임에 의하여 그리퍼(20) 각각에 파지된 대상물(O)이 그리퍼(20) 각각으로부터 이탈되는 문제점이 발생하게 된다.

뿐만 아니라 그리퍼(20) 각각의 근접 또는 이격 움직임을 정밀하게 제어하기 위해서는 제어과정이 복잡해지게 되는 이는, 그리퍼(20) 각각의 반응속도를 감소시킬 뿐만 아니라 복잡한 제어 알고리즘을 처리하는 제어부가 필요하게 됨으로써 장치의 설치비용이 증가하게 되어 생산되는 제품의 생산비용이 증가하는 문제가 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 대상물이 그리퍼로부터 이탈되어 재파지하는 경우 산업용 로봇의 재이동 과정없이 대상물을 파지함으로써 소요되는 시간을 줄여 생산량을 유지시키고, 파지된 대상물이 대상물의 하중에 의해 이탈되지 않음으로써 대상물이 이탈시 그리퍼에 의해 손상되는 현상을 방지하여 불량률을 낮추며, 대상물을 안정적으로 파지할 수 있는 로봇암용 그리퍼를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 로봇암용 그리퍼는, 로봇암의 말단에 설치되는 베이스와, 상기 베이스에 설치되어 대상물을 파지하는 그리퍼부와, 상기 그리퍼부가 상기 대상물을 파지하도록 파지력을 제공하는 구동부와, 상기 그리퍼부가 상기 대상물을 파지하도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 그리퍼부는 일측이 상기 베이스에 고정 결합되고, 상기 대상물이 내부로 삽입되어 지지될 수 있도록 타측이 'ㄷ'자 형상으로 개구된 고정그리퍼와, 상기 고정그리퍼의 타측에 회전 가능하게 설치되고, 상기 고정그리퍼의 타측 내부로 삽입된 상기 대상물을 상기 고정그리퍼의 내부 방향으로 압박하여 고정시키는 회전그리퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정그리퍼는, 타측에 평행하게 돌출 형성된 받음부재 및 회전지지부재를 포함하고, 상기 회전그리퍼는, 상기 고정그리퍼의 회전지지부재 상단에 회전 가능하게 결합되는 회전조인트와, 일단이 상기 회전조인트로부터 연장되어 상기 회전조인트와 함께 회전하고, 회전시 상기 고정그리퍼의 개구된 타측을 폐쇄하는 회전링크와, 상기 회전링크의 타단에 갈고리 형상으로 돌출 형성되고, 상기 대상물이 상기 회전링크와 접촉하는 경우 상기 대상물을 상기 회전지지부재 방향으로 끌어오는 걸림부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동부는, 상기 베이스에 설치된 구동모터와, 상기 구동모터의 출력축에 결합되어 상기 구동모터의 회전에 따라 함께 회전하는 모터풀리와, 상기 회전그리퍼의 회전조인트에 결합되어 함께 회전시키는 그리퍼풀리와, 상기 모터풀리 및 그리퍼풀리를 연결하고, 상기 모터풀리의 회전 구동력을 상기 그리퍼풀리로 전달하는 회전벨트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전그리퍼의 회전링크에 설치되고, 상기 대상물이 상기 회전링크에 접촉되는지 여부를 감지하는 접촉감지센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 접촉감지센서로부터 신호를 전달받고, 상기 대상물이 상기 고정그리퍼의 타측 내부에 상기 회전그리퍼에 의해 파지되는지 여부를 판단하는 접촉여부판단부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 접촉여부판단부에서 상기 대상물이 상기 그리퍼부에 파지된 것으로 판단된 경우 상기 회전그리퍼의 회전링크가 일정한 접촉력으로 상기 대상물을 압박 고정하도록 상기 구동모터를 제어하고, 상기 접촉여부판단부에서 상기 대상물이 상기 그리퍼부에 파지되지 않은 것으로 판단된 경우 상기 접촉감지센서에서 상기 대상물의 접촉신호를 생성할 때까지 상기 회전그리퍼를 계속하여 회전 구동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로봇암용 그리퍼는, 고정그리퍼와 회전그리퍼를 통하여 대상물이 그리퍼부로부터 이탈되는 현상을 방지함으로써 대상물을 재파지하기 위하여 소요되는 시간을 감소시켜 제품의 생산량을 유지시킬 수 있다.

또한, 회전그리퍼가 회전조인트, 회전링크 및 걸림부재로 구성되고, 고정그리퍼가 'ㄷ'자 형상으로 형성되어 걸림부재가 대상물을 끌어오고, 회전링크가 대상물을 고정그리퍼의 내부 방향으로 이동시켜 대상물을 감싸듯이 파지함으로써 대상물을 파지하기 위하여 대상물에 가하는 파지력을 감소시켜 대상물의 손상을 줄이게 되고, 생상되는 제품의 불량률을 낮출 수 있게 된다.

또한, 회전그리퍼가 고정그리퍼의 타측에 회전 가능하게 설치되고, 회전그리퍼가 대상물을 끌어오는 방식으로 대상물을 파지함으로써 대상물이 그리퍼부로부터 이탈되는 경우 회전그리퍼의 회전 운동만으로 대상물을 재파지할 수 있게 되어 대상물을 재파지하는데 소요되는 시간을 줄일 뿐만 아니라 제품의 생산량을 유지시킬 수 있다.

또한, 회전그리퍼의 회전 움직임을 통하여 대상물을 파지함으로써 제어 알고리즘이 단순화 되어 그리퍼부의 반응속도를 증가시키고, 그리퍼의 설치 비용을 절감시킬 수 있다.

또한, 접촉감지센서와 접촉여부판단부를 통하여 그리퍼부에 대상물이 파지되는지 여부를 판단함으로써 그리퍼부의 구동을 최소화시켜 대상물을 파지하는데 소요되는 시간을 감소시킬 뿐만 아니라 회전그리퍼가 대상물을 압박 고정하는 접촉력을 제어함으로써 대상물의 손상을 최소화시켜 생산되는 제품의 불량률을 낮출 수 있게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 그리퍼를 도시한 정면도 이고,
도 2는 도 1의 실시예 중 그리퍼가 산업용 로봇의 로봇암 말단에 설치되어 대상물을 파지하기 위해 이동하는 과정을 도시한 개념도이며,
도 3은 도 2의 실시예 중 그리퍼가 대상물을 파지한 후 작업대의 상방으로 작업로봇이 이동하는 과정을 도시한 개념도이고,
도 4는 도 3의 실시예 중 대상물이 그리퍼부로부터 이탈되어 작업대에 놓이는 과정을 도시한 개념도이며,
도 5는 도 4의 실시예 중 이탈된 대상물을 재파지하기 위하여 로봇암 및 그리퍼부 각각이 재이동하는 과정을 도시한 개념도이고,
도 6은 본 발명에 따른 로봇암용 그리퍼를 도시한 사시도이며,
도 7은 도 6의 실시예를 분해 도시한 분해 사시도이고,
도 8은 도 6의 실시예 중 회전그리퍼가 대상물을 끌어와 고정그리퍼의 내부 방향으로 이동시키는 과정을 도시한 개념도이며,
도 9는 도 8의 실시예 중 회전그리퍼가 대상물을 고정그리퍼의 내부 방향으로 압박하여 고정시키는 과정을 도시한 개념도이고,
도 10은 회전그리퍼의 회전링크에 접촉감지센서가 설치된 상태를 도시한 정면도이며,
도 11 및 도 12는 도 10의 실시예 중 대상물의 접촉상태에 따른 접촉감지센서의 작동상태를 도시한 상태도이고,
도 13은 본 발명에 따른 로봇암용 그리퍼의 구성을 블럭으로 도시한 블럭도이며,
도 14는 도 13의 실시예 중 접촉감시센서 및 접촉여부판단부를 통하여 그리퍼부에 대상물이 접촉된 상태를 판단하는 과정을 도시한 블럭도이고,
도 15는 도 6의 실시예 중 산업용 로봇의 로봇암 말단에 그리퍼가 설치되어 대상물을 파지하기 위해 이동하는 과정을 도시한 개념도이며,
도 16은 도 15의 실시예 중 회전그리퍼가 대상물을 고정그리퍼의 내부 방향으로 끌어오는 상태를 도시한 상태도이고,
도 17은 도 16의 실시예 중 대상물이 그리퍼부로부터 이탈된 상태를 도시한 개념도이며,
도 18은 도 17의 실시예 중 회전그리퍼의 회전 구동만으로 대상물을 재파지하는 과정을 도시한 개념도이고,
도 19는 도 18의 실시예 중 대상물이 그리퍼부의 내부에 재파지된 상태를 도시한 개념도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 로봇암용 그리퍼의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 로봇암용 그리퍼는, 도 6 내지 도 14에 도시된 바와 같이 베이스(100), 그리퍼부(200), 구동부(300), 제어부(400) 및 접촉감지센서(500)를 포함하여 이루어진다.

베이스(100)는 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이 로봇암(RA)의 말단에 설치되어 후술하는 그러퍼부(200) 및 구동부(300) 각각이 로봇암(RA)의 움직임과 동일하게 움직이도록 결합시키게 된다. 이때, 베이스(100)의 하부가 로봇암(RA)의 말단에 설치됨으로 산업용 로봇(R)에 로봇암용 그리퍼가 설치되면 베이스(100)의 상방이 산업용 로봇(R)이 설치된 장소의 바닥면을 향하게 된다. 즉, 파지하고자 하는 대상물(O)이 베이스(100)의 상부에 위치하게 되는 것이다. 또한, 대상물(O)을 기준으로 대상물(O)의 상방에 베이스(100)가 위차하게 되는 것이다.

그리퍼부(200)는 도 6 내지 도 12에 도시된 바와 같이 상기 베이스(100)에 설치되어 대상물(O)을 파지하는데, 이때, 대상물(O)의 좌우 외측면 각각을 압박 지지하여 파지하는 종래 기술과 달리 대상물(O)의 손상을 최소화시키기 위하여 대상물(O)을 감싸듯이 파지하고, 대상물(O)이 그리퍼부(200)로부터 이탈되는 경우 로봇암(RA)의 재이동 과정없이 대상물(O)을 재파지하도록 그리퍼부(200)는 고정그리퍼(210) 및 회전그리퍼(220)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 고정그리퍼(210)는 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이 일측이 상기 베이스(100)에 고정 결합되고, 상기 대상물(O)이 내부로 삽입되어 지지될 수 있도록 타측이 'ㄷ'자 형상으로 개구된 형상으로 형성된다. 이때, 고정그리퍼(200)는 타측에 평행하게 돌출 형성된 받음부재(211) 및 회전지지부재(212)로 구성된다. 예컨대, 고정그리퍼(210)의 상부 가로변이 받음부재(211)일 경우 고정그리퍼(200)의 하부 가로변이 회전지지부재(212)로 형성되고, 반대로 고정그리퍼(210)의 하부 가로변이 받음부재(211)일 경우 고정그리퍼(200)의 상부 가로변이 회전지지부재(212)로 형성된다.

이는 후술하는 회전그리퍼(220)가 설치되는 위치에 따라 받음부재(211) 및 회전지지부재(212) 각각이 형성되는 위치가 달라지게 되는 것이다. 즉, 회전그리퍼(220)가 설치되는 위치가 고정그리퍼(210)의 회전지지부재(212)가 되고, 회전그리퍼(220)가 설치되지 않는 위치가 받음부재(211)가 되는 것이다.

이때, 고정그리퍼(211)의 받음부재(211) 및 회전지지부재(212) 각각이 돌출된 길이는 동일하게 형성될 수도 있고, 서로 다른 길이를 가지도록 형성될 수도 있다. 또한, 파지하는 경우 고정그리퍼(210)의 형상 특징상 파지하고자 하는 대상물(O)이 고정그리퍼(210)의 내부 방향 즉, 받음부재(211) 및 회전지지부재(212) 각각의 사이에 위치하게 됨으로 파지하고자 하는 대상물(O)의 외형 크기에 따라 받음부재(211) 및 회전지지부재(212) 각각이 돌출 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 로봇암(RA)이 대상물(O)을 파지하기 위하여 대상물(O)의 상방으로 이동하는 경우 대상물(O)이 고정그리퍼(210)의 받음부재(211) 및 회전지지부재(212) 각각의 사이에 위치하도록 산업용 로봇(R)이 로봇암(RA)의 말단을 이동하게 된다.

다음으로 회전그리퍼(220)는 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이 상기 고정그리퍼(210)의 타측에 회전 가능하게 설치되고, 상기 고정그리퍼(210)의 타측 내부로 삽입된 상기 대상물(O)을 상기 고정그리퍼(210)의 내부 방향으로 압박하여 고정시키게 된다. 따라서, 회전그리퍼(220)는 파지하고자 하는 대상물(O)의 하부와 접촉하여 대상물(O)을 고정그리퍼(210)의 내부 방향으로 끌어오게 되는 것이다. 이때, 회전그리퍼(220)는 대상물(O)을 고정그리퍼(210)의 내부 방향으로 끌어오기 위하여 회전조인트(221), 회전링크(222) 및 걸림부재(223)를 포함하여 이루어지고 각각의 구성은 다음과 같다.

먼저, 회전조인트(221)는 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이 상기 고정그리퍼(210)의 회전지지부재(212) 상단에 회전 가능하게 결합된다. 이때, 고정그리퍼(210)의 받음부재(211)가 돌출 형성된 방향을 좌측방향, 고정그리퍼(210)의 회전지지부재(212)가 돌출 형성된 방향을 우측방향이라 정의하는 경우 회전조인트(221)는 고정그리퍼(210)의 회전지지부재(212) 전방이나 또는 후방에 회전 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 회전조인트(221)는 고정그리퍼(210)의 회전지지부재(212) 전후방이 아니라 회전지지부재(212)의 중심에 설치될 수도 있다. 이때, 고정그리퍼(210)의 받음부재(211) 및 회전지지부재(212) 각각은 후술하는 회전링크(222)가 회전 구동하는 경우 회전링크(222)가 통과하여 회전할 수 있는 회전링크구동홈이 각가 함몰 형성된다.

다음으로, 회전링크(222)는 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이 일단이 상기 회전조인트(221)로부터 연장되어 상기 회전조인트(221)와 함께 회전하고, 회전시 상기 고정그리퍼(210)의 개구된 타측을 폐쇄하게 된다. 이때, 회전링크(222)의 일단은 회전조인트(221)의 상방으로 돌출되어 연장되어 형성된다. 즉, 회전링크(222)는 세로변이 짧은 '┓'자 형상으로 형성되어 세로변이 상기 회전조인트(221)에 연장되어 형성되고, 가로변이 고정그리퍼(210)의 개구된 타측을 폐쇄하게 된다.

따라서, 대상물(O)을 파지하는 경우 회전링크(222)가 고정그리퍼(210)의 회전지지부재(212)의 외측 고정그리퍼(210)의 하부에서 상부 방향으로 회전 구동하여 대상물(O)의 측면으로 이동하게 되고, 이후, 회전조인트(221)가 계속하여 회전하게 되면 회전링크(222)가 대상물(O)의 하방으로 이동하여 대상물(O)을 고정그리퍼(210)의 내부 방향 즉, 대상물(O)을 상방으로 들어올리게 되는 것이다.

이때, 회전링크(222)의 두께는 파지하고자 하는 대상물(O)의 외형의 크기에 따라 적절한 두께를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 회전링크(222)와 대상물(O)이 접촉하는 회전링크(222)의 접촉면에 대상물(O)과의 충격을 감소시켜 대상물(O)의 손상을 감소시키고, 대상물(O)과의 마찰력을 높여 파지력을 상승시킬 수 있는 접촉패드를 설치할 수도 있다.

마지막으로 걸림부재(223)는 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이 상기 회전링크(222)의 타단에 갈고리 형상으로 돌출 형성되고, 상기 대상물(O)이 상기 회전링크(222)와 접촉하는 경우 상기 대상물(O)을 상기 회전지지부재(212) 방향으로 끌어오게 된다. 따라서, 걸림부재(223)는 대상물(O)을 파지하기 위해 회전링크(222)가 대상물(O)의 하방으로 회전 이동하는 경우 갈고리 형상을 따라 상기 대상물(O)이 회전링크(222)의 길이 방향으로 이동시켜 대상물(O)이 회전링크(222)의 길이 내에 위치시키게 되는 것이다.

또한, 걸림부재(223)는 상기 대상물(O)과 회전링크(222)가 접촉된 경우 대상물(O)이 회전링크(222)를 따라 회전그리퍼(220)로부터 이탈되지 않도록 대상물(O)의 이동을 제한하게 되어 대상물(O)이 그리퍼부(200)로부터 이탈되는 현상을 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

따라서, 회전그리퍼(220)의 회전조인트(221), 회전링크(222) 및 걸림부재(223) 각각을 통하여 그리퍼부(200)가 대상물(O)을 감싸듯이 파지할 수 있게 되어 대상물(O)의 손상을 줄이게 되고, 또한 대상물(O)이 그리퍼부(200)로부터 이탈되는 경우 대상물(O)을 재파지하기 위하여 로봇암(RA)이 대상물(O)이 위치하는 곳을 재이동하는 과정없이 회전그리퍼(220)의 회전 구동만으로 대상물(O)을 재파지할 수 있게 되어 재파지하는데 소요되는 시간을 절감시켜 생산량을 유지시킬 수 있게 되는 것이다.

계속하여 구동부(300)는 도 6 내지 도 12에 도시된 바와 같이 상기 그리퍼부(200)가 상기 대상물(O)을 파지하도록 파지력을 제공하는데 이때, 구동부(300)는 구동모터(310), 모터풀리(320), 그리퍼풀리(330) 및 회전벨트(340)를 포함하여 이루어지고, 각각의 구성들은 다음과 같다.

먼저, 구동모터(310)는 도 6 내지 도 10 및 도 12에 도시된 바와 같이 상기 베이스(100)에 설치되는데 이때, 구동모터(310)는 베이스(100)의 내부에 설치될 수도 있고, 외부에 설치될 수도 있다. 또한, 파지하고자 하는 대상물(O)의 재질이나 또는 외형 크기에 따라 회전그리퍼(220)가 충분한 파지력을 제공할 수 있는 구동모터(310)를 선정하는 것이 바람직하다.

다음으로 모터풀리(320)는 도 6 내지 도 10 및 도 12에 도시된 바와 같이 상기 구동모터(310)의 출력축에 결합되어 상기 구동모터(310)의 회전에 따라 함께 회전하게 된다. 이때, 모터풀리(320)의 직경에 따라 회전그리퍼(220)의 파지력을 변경할 수 있게 된다. 예컨대, 모터풀리(320)의 직경이 후술하는 그리퍼풀리(330)의 직경보다 큰 경우 모터풀리(320)의 회전수에 대하여 그리퍼풀리(330)의 회전수가 상대적으로 많아지게 되어 회전그리퍼(220)의 회전 속도는 상승되지만 파지력이 낮아지게 된다. 따라서, 이 경우는 대상물(O)이 작고 많은 양의 대상물(O)을 이동하는 작업에 적용되는 것이 바람직하다.

반대로, 모터풀리(320)의 직경이 후술하는 그리퍼풀리(330)의 직경보다 작은 경우 모터풀리(320)의 회전수에 대하여 그리퍼풀리(330)의 회전수가 상개적으로 적어지게 되어 회전그리퍼(220)의 회전 속도는 낮아지게 되지만, 파지력이 높아지게 된다. 따라서, 이 경우는 대상물(O)의 하중이 커서 높은 파지력이 필요한 경우 적용되는 것이 바람직하다.

계속하여 그리퍼풀리(330)는 도 6 내지 도 12에 도시된 바와 같이 상기 회전그리퍼(220)의 회전조인트(221)에 결합되어 함께 회전시키게 된다. 이때, 그리퍼 풀리(330)의 직경에 따라 회전그리퍼(220)의 파지력을 변경할 수 있게 된다. 예컨대, 그리퍼풀리(330)의 직경이 모터풀리(320)의 직경보다 큰 경우 모터풀리(320)의 회전수에 대하여 그리퍼풀리(330)의 회전수가 상대적으로 적어지게 된다. 따라서, 회전그리퍼(220)의 회전 속도는 감소되지만, 파지력이 상승하게 된다.

반대로, 그리퍼풀리(330)의 직겨이 모터풀리(320)의 직경보다 작은 경우 모터풀리(320)의 회전수에 대하여 그러풀리(330)의 회전수가 상대적으로 많아지게 된다. 따라서, 회전그리퍼(220)의 회전 속도는 상승하게 되지만, 파지력이 감소하게 된다.

즉, 모터풀리(320) 및 그리퍼풀리(330)의 직경은 로봇암(RA)의 말단에 설치된 그리퍼를 통하여 파지하고자 하는 대상물(O)의 종류에 따라 선택적으로 변경하여 사용할 수 있다.

마지막으로 회전벨트(340)는 도 6 내지 도 12에 도시된 바와 같이 상기 모터풀리(320) 및 그리퍼풀리(330)를 연결하고, 상기 모터풀리(320)의 회전 구동력을 상기 그리퍼풀리(330)로 전달하게 된다. 이때, 회전벨트(340)는 종래에 일반적으로 사용되는 타이밍벨트와 동일한 벨트를 지칭한다.

제어부(400)는 도 14에 도시된 바와 같이 상기 그리퍼부(200)가 상기 대상물(O)을 파지하도록 상기 구동부(300)를 제어하는데 이때, 구동부(300)의 구동모터(310)를 제어하게 된다. 따라서, 제어부(400)를 통하여 구동모터(310)을 제어함으로써 회전그리퍼(220)의 회전 구동을 제어할 수 있게 되는 것이다.

하지만, 이때 제어부(400)는 기설정된 입력값을 통하여 구동모터(310)의 회전을 제어하거나 또는 사용자가 수동으로 입력값을 입력하여 구동모터(310)의 회전을 제어하게 된다. 따라서, 대상물(O)을 파지하는 경우 회전그리퍼(220)가 대상물(O)을 고정그리퍼(210)의 내부 방향으로 이동시키는 과정에서 대상물(O)이 그리퍼부(200)로부터 이탈하여도 대상물(O)의 파지 여부를 판단할 수 없어 로봇암(RA)이 대상물(O)이 파지되지 않은 그리퍼부(200)를 다음 공정작업 라인이나 또는 선택된 장소로 이동시키게 된다.

또한, 대상물(O)이 파지된 경우 회전그리퍼(220)의 정밀한 접촉력을 제어할 수 없게 됨으로 대상물(O)이 손상되는 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 접촉감지센서(500)를 더 포함할 수 있다.

접촉감지센서(500)는 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 상기 회전그리퍼(220)의 회전링크(222)에 설치되고, 상기 대상물(O)이 상기 회전링크(222)에 접촉되는지 여부를 감지하게 된다. 이때, 접촉감지센서(500)는 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 대상물(O)과 회전링크(222)가 접촉시 발생하는 압력을 측정하는 압력센서이거나 또는 대상물(O)과 회전링크(222)가 접촉시 대상물(O)이 회전링크(222)에 작용하는 하중에 의해 회전링크(222)가 미소변형하는 변형량을 측정하는 스트레인게이지일 수도 있다.

더욱이 접촉감지센서(500)는 대상물(O)과 1차적으로 접촉되는 회전링크(222)에 설치될 수도 있지만, 고정그리퍼(210)의 회전지지부재(212)의 내측면에 설치되어 대상물(O)의 파지 여부를 감지할 수도 있다. 따라서, 접촉감지센서(500)를 통하여 그리퍼부(200)에 대상물(O)의 접촉 여부를 감지할 수 있게 되는 것이다.

이에 따라 제어부(400)는 도 13에 도시된 바와 같이 상기 접촉감지센서(500)로부터 신호를 전달받고, 상기 대상물(O)이 상기 고정그리퍼(210)의 타측 내부에 상기 회전그리퍼(220)에 의해 파지되는지 여부를 판단하는 접촉여부판단부(410)를 더 포함할 수도 있다.

따라서, 접촉여부판단부(410) 및 접촉감지센서(500)를 통하여 최종적으로 그리퍼부(200)에 대상물(O)의 파지 여부를 판단할 수 있게 되는 것이다.

예컨대, 접촉감지센서(500)가 회전링크(222)에 설치된 경우 접촉여부판단부(410) 및 접촉감지센서(500)를 통하여 그리퍼부(200)가 대상물(O)을 파지하는 과정은 다음과 같다.

먼저, 도 11에 도시된 바와 같이 회전그리퍼(220)가 회전 구동하여 대상물(O)과 접촉하게 되고, 대상물(O)이 회전그리퍼(220)의 회전링크(222)에 가하는 하중에 의해 접촉감지센서(500)에서 대상물(O) 회전그리퍼(220)에 접촉된 상태를 감지하게 된다.

다음으로, 접촉감지센서(500)가 신호를 생성하게 되고, 상기 신호를 제어부(400)의 접촉여부판단부(410)로 전송하게 된다. 상기 접촉여부판단부(410)는 접촉감지센서(500)로부터 신호를 송신받아 그리퍼부(200)가 대상물(O)의 파지 여부를 판단하게 되고, 이후 도 12에 도시된 바와 같이 회전그리퍼(220)가 대상물(O)을 고정그리퍼(210)의 내부 방향으로 압박하여 고정시켜 최종적으로 대상물(O)을 파지하게 되는 것이다.

더욱이, 이 경우 제어부(400)는 도 14에 도시된 바와 같이 상기 접촉여부판단부(410)에서 상기 대상물이 상기 그리퍼부(200)에 파지된 것으로 판단된 경우 상기 회전그리퍼(220)의 회전링크(222)가 일정한 접촉력으로 상기 대상물(O)을 압박 고정하도록 상기 구동모터(310)를 제어하고, 상기 접촉여부판단부(410)에서 상기 대상물(O)이 상기 그리퍼부(200)에 파지되지 않은 것으로 판단된 경우 상기 접촉감지센서(500)에서 상기 대상물(O)의 접촉신호를 생성할 때까지 상기 회전그리퍼(220)를 계속하여 회전 구동하도록 제어하게 된다.

따라서, 대상물(O)을 파지하는 경우 대상물(O)과 회전그리퍼(220)가 접촉하여 접촉감지센서(500)에 대상물(O)의 접촉이 감지되면 접촉여부판단부(410)에서 접촉감지센서(500)로부터 신호를 송신받아 대상물(O)의 파지 여부를 판단하게 되고 이후 제어부(400)에서 구동모터(310)를 제어하여 회전그리퍼(220)의 회전을 제어하게 되는 것이다.

예컨대, 대상물(O)과 회전그리퍼(220)가 접촉하게 되면 접촉감지센서(500)에서 대상물(O)의 접촉을 감지하게 되고, 이후 접촉여부판단부(410)에서 대상물(O)의 파지 여부를 판단하게 되어 최종적으로 제어부(400)에서 구동모터(310)를 제어하게 된다. 또한, 대상물(O)과 회전그리퍼(220)가 접촉한 후 대상물(O)이 그리퍼부(200)로부터 이탈하게 되면 접촉감지센서(500)에서 접촉시 발생하는 신호가 형성되지 않게 되고, 접촉여부판단부(410)에서 대상물(O)이 파지되지 않은 상태로 판단하게 되어 최종적으로 제어부(400)에서 구동모터(310)를 계속하여 회전시키게 되는 것이다. 즉, 대상물(O)이 그리퍼부(200)로부터 이탈하게 되면 회전그리퍼(200)를 계속하여 회전시켜 이탈된 대상물(O)을 재파지하게 되는 것이다.

이때, 접촉감지센서(500)에서 접촉여부만을 감지하지 않고 접촉력 또는 회전그리퍼(200)의 변형량을 측정하는 경우 대상물(O)과 회전그리퍼(220)가 접촉하여 회전그리퍼(220)가 대상물(O)을 고정그리퍼(210)의 내부 방향으로 이동시키는 과정과 회전그리퍼(220)가 대상물(O)을 고정그리퍼(210)의 내부에 위치시킨 후 압박 접촉하는 과정을 제어부(400)에서 판단할 수 있게 되어 구동모터(310)의 회전력을 제어함으로써 회전그리퍼(220)의 파지력을 조절하여 대상물(O)이 회전그리퍼(220)에 의해 손상되는 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

이하에서는 도 15 내지 도 19를 참조하여 본 발명에 따른 로봇암용 그리퍼의 바람직한 작동과정을 설명하되 중복되는 설명은 생략한다.

먼저, 도 15에 도시된 바와 같이 산업용 로봇(R)의 로봇암(RA) 말단에 본 발명에 따른 로봇암용 그리퍼가 설치되고, 로봇암(RA)이 파지하고자 하는 대상물(O)의 상방으로 이동하게 된다. 이때, 그리퍼부(200)의 회전그리퍼(220)는 회전하여 회전그리퍼(220)의 걸림부재(223)가 그리퍼부(200)의 일측 즉, 산업용 로봇(R)의 상방을 향하게 되어 고정그리퍼(210)의 타측이 개구된 상태가 된다.

계속하여 도 16에 도시된 바와 같이 로봇암(RA)의 이동이 완료되고, 고정그리퍼(210)의 내부에 대상물(O)이 위치하게 되면 구동모터(310)가 회전하여 회전그리퍼(220)를 회전 구동시키게 된다. 상기 회전그리퍼(220)가 회전하여 대상물(O)의 하부와 접촉하게 되면 접촉감지센서(500)에서 접촉을 감지하게 되고, 이후 접촉여부판단부(410)에서 접촉감지센서(500)로부터 신호를 송신받아 대상물(O)의 접촉을 판단하게 되어 최종적으로 제어부(400)에서 구동모터(310)를 계속하여 회전시키게 된다.

이때, 대상물(O)이 그리퍼부(200)로부터 이탈되지 않고 고정그리퍼(210)와 회전그리퍼(220) 각각과 접촉되어 파지되게 되면 구동모터(310)의 회전에 의해 회전그리퍼(220)가 계속하여 회전하게 되고, 접촉감지센서(500)에서 대상물(O)이 고정그리퍼(210)와 접촉되지 않고, 회전그리퍼(220)와 접촉된 상태보다 상대적으로 더 높은 신호를 생성하게 된다.

이후 접촉여부판단부(410)에서 접촉감지센서(500)로부터 신호를 송신받아 대상물(O)이 최종적으로 파지된 상태임을 판단하게 되고, 제어부(400)에서 일정한 회전력을 유지하도록 구동모터(310)의 회전을 제어하게 된다. 따라서, 대상물(O)이 그리퍼부(200)로부터 이탈되지 않을 정도의 파지력을 유지한 상태로 그리퍼부(200)가 대상물(O)을 파지하게 되고, 로봇암(RA)이 대상물(O)을 다음 공정작업 라인으로 이동시키게 된다.

상기 파지된 대상물(O)의 이동이 완료되게 되면, 구동모터(310)를 반대 방향으로 회전 구동시켜 회전그리퍼(220)를 회전시키게 되고, 이후 대상물(O)이 회전그리퍼(220)의 회전링크(222)를 따라 이동하게 되어 대상물(O)을 원하는 위치에 이동시키는 작업 종료되게 된다.

만약, 도 17에 도시된 바와 같이 대상물(O)이 그리퍼부(200)로부터 이탈하게 되면 접촉감지센서(500)에서 감지된 신호가 사라지게 되고, 접촉여부판단부(410)에서 대상물(O)이 그리퍼부(200)로부터 이탈된 상태를 판단하게 된다.

이후, 도 18에 도시된 바와 같이 제어부(400)에서 구동모터(310)를 계속하여 회전시켜 상기 회전그리퍼(220)가 대상물(O)의 하부로 이동시키게 되고, 대상물(O)이 회전그리퍼(220)와 접촉하게 되어 상기 상술한 파지 과정을 다시 수행하게 되어 도 19에 도시된 바와 같이 대상물(O)을 재파지하게 된다.

따라서, 대상물(O)이 그리퍼부(200)로부터 이탈하게 되면 재파지하기 위하여 로봇암(RA)을 재이동시키는 과정없이 대상물(O)을 재파지할 수 있게 되는 것이다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

R : 산업용 로봇
RA: 로봇암
O : 대상물
100 : 베이스
200 : 그리퍼부
210 : 고정그리퍼
211 : 받음부재 212 : 회전지지부재
220 : 회전그리퍼 221 : 회전조인트
222 : 회전링크 223 : 걸림부재
300 : 구동부
310 : 구동모터 320 : 모터풀리
330 : 그리퍼풀리 340 : 회전벨트
400 : 제어부 410 : 접촉여부판단부
500 : 접촉감지센서

Claims (6)

1. 로봇암의 말단에 설치되는 베이스와, 상기 베이스에 설치되어 대상물을 파지하는 그리퍼부와, 상기 그리퍼부가 상기 대상물을 파지하도록 파지력을 제공하는 구동부와, 상기 그리퍼부가 상기 대상물을 파지하도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 그리퍼부는, 일측이 상기 베이스에 고정 결합되고, 상기 대상물이 내부로 삽입되어 지지될 수 있도록 타측이 'ㄷ'자 형상으로 개구된 고정그리퍼와, 상기 고정그리퍼의 타측에 360도로 정역회전 가능하게 설치되고, 정회전시 상기 고정그리퍼의 타측 내부로 삽입된 상기 대상물을 상기 고정그리퍼의 내부 방향으로 압박하여 고정시키며, 역회전시 상기 고정그리퍼의 타측 내부로 삽입된 상기 대상물의 압박 고정을 해제시키면서 상기 고정그리퍼의 외부 방향으로 인출시키는 회전그리퍼를 포함하고,
   상기 고정그리퍼는,
   타측에 평행하게 돌출 형성된 받음부재 및 회전지지부재를 포함하고,
   상기 회전그리퍼는,
   상기 고정그리퍼의 회전지지부재 상단에 정역회전 가능하게 결합되는 회전조인트와, 일단이 상기 회전조인트로부터 연장되어 상기 회전조인트와 함께 정역회전하고, 정회전시 상기 고정그리퍼의 개구된 타측을 폐쇄하면서 상기 고정그리퍼의 내부로 삽입된 상기 대상물을 파지하며, 역회전시 상기 고정그리퍼의 개구된 타측을 개방하는 회전링크와, 상기 회전링크의 타단에 갈고리 형상으로 돌출 형성되고, 상기 대상물이 상기 회전링크와 접촉하는 경우 상기 대상물을 상기 회전지지부재 방향으로 끌어오는 걸림부재를 포함하고,
   상기 구동부는,
   상기 베이스에 설치되어 정역회전하는 구동모터와, 상기 구동모터의 출력축에 결합되어 상기 구동모터의 회전에 따라 함께 회전하는 모터풀리와, 상기 회전그리퍼의 회전조인트에 결합되어 함께 회전시키는 그리퍼풀리와, 상기 모터풀리 및 그리퍼풀리를 연결하고, 상기 모터풀리의 회전 구동력을 상기 그리퍼풀리로 전달하는 회전벨트를 포함하고,
   상기 회전그리퍼의 회전링크에 설치되고, 상기 대상물이 상기 회전링크에 접촉되는지 여부를 감지하는 접촉감지센서를 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 접촉감지센서로부터 신호를 전달받고, 상기 대상물이 상기 고정그리퍼의 타측 내부에 상기 회전그리퍼에 의해 파지되는지 여부를 판단하는 접촉여부판단부를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 회전그리퍼의 정회전에 따라 상기 접촉여부판단부에서 상기 대상물이 상기 그리퍼부에 파지된 것으로 판단된 경우 상기 회전그리퍼의 회전링크가 일정한 접촉력으로 상기 대상물을 압박 고정하도록 상기 구동모터를 제어하고, 상기 접촉여부판단부에서 상기 대상물이 상기 그리퍼부에 파지되지 않은 것으로 판단된 경우 상기 접촉감지센서에서 상기 대상물의 접촉신호를 생성할 때까지 상기 회전그리퍼를 계속하여 정회전 구동시키는 것을 특징으로 하는 로봇암용 그리퍼.
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