KR102525827B1

KR102525827B1 - 세로형 진공 그리퍼 장치

Info

Publication number: KR102525827B1
Application number: KR1020220170704A
Authority: KR
Inventors: 조호영
Original assignee: (주)브이텍
Priority date: 2022-12-08
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2023-04-26
Also published as: WO2024122758A1

Abstract

본 발명은 세로형 진공 그리퍼 장치에 관한 것이다. 이 그리퍼 장치는 종-방향으로 장착된 에어 이젝터를 내장하는 원통형 몸체, 상기 몸체 하단에 체결되는 커넥터, 상기 커넥터에 연결되는 흡착 패드를 포함한다. 특히 상기 몸체는 복수의 에어 공급구가 형성된 상부 커버, 하부 바닥면 상에 상기 이젝터와 평행하게 형성되는 관으로 내부가 패드의 내부공간과 연통하는 파기관, 측면 하부에 형성된 에어 배출구, 상기 바닥면에 형성되어 상측 몸체와 하측 패드의 내부공간을 연통시키는 통로를 포함하며, 이에 제1-공급구→이젝터→배출구로 연장되는 진공유로와, 제2-공급구→파기관→패드 내부공간으로 연장되는 파기유로가 형성된다.

Description

세로형 진공 그리퍼 장치 {Vertical type vacuum gripper device}

본 발명은 진공 그리퍼 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 진공 이송 시스템에서 고속의 압축공기에 의해 작용하여 대상물을 흡착 파지하는데 사용되는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 진공 그리퍼 장치는 속이 빈 형태의 몸체, 상기 몸체의 일측 흡입포트에 연결되는 흡착 패드, 상기 몸체의 내부에 장착되는 진공 이젝터(ejector)를 포함하여 이루어진다. 상기 패드가 대상물 표면에 접촉한 상태에서, 압축공기가 상기 이젝터를 고속으로 통과할 때 상기 패드의 내부 공기가 이젝터 내부로 유인되고 압축공기와 함께 외부로 배출되며, 이 과정에서 상기 패드의 내부에 진공 및 부압이 발생하는 것이다.

대상물은 위 발생한 부압에 의하여 상기 패드에 흡착되며, 자동화 또는 로보틱 시스템에 의하여 정해진 위치로 이송될 것이다.

한 예로, 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0131617호에는 '진공 그리퍼 장치'가 개시되어 있다. 이 개시를 통해 알 수 있듯이, 진공 그리퍼 장치는 내부 이젝터 기준 횡-방향 즉 '가로형'의 박스 형태로 구성되며, 여기에 패드는 박스의 측면 포트에 직-하방으로 연결되는 것이 보통이다. 이 방식의 '가로형' 장치는 설치시 공간을 많이 차지하여 경제적이지 않은 한편, 다수 밀접한 매니폴드 형식으로는 사용하기 어려운 적용상의 한계가 있다.

다른 예로, 대한민국 등록특허공보 제10-1157542호(미국특허 제9,151,300호)에는 '인-라인 진공펌프'가 개시되어 있다. 여기 개시된 인-라인 진공펌프는 내부 이젝터 기준 종-방향 즉 '세로형'의 원통 형태로 구성되며, 여기에 패드는 원통의 단부에 직-하방으로 연결된다.

개시된 '세로형' 장치는 상술한 '가로형' 장치에 비해 그 설치 및 적용에 있어 이점이 있을 것이다. 그러나 여기에는:

상기 패드에 진공을 생성하고 필요에 따라 진공을 파기하기 위한 설계가 복잡하고 운용이 번거롭고;

장치의 내부에 에어-밸브 즉 체크밸브(check valve)를 설치 및 운용하기가 매우 까다로운;

등의 문제가 있다. 한편으로는,

장치에 사용되는 이젝터 수를 가변하기 어렵기 때문에 실제 현장에서 요구되는 그립 특성에 대응할 수도 없는;

문제도 있다.

<선행기술문헌>

공개특허공보 제10-2009-0131617호

등록특허공보 제10-1157542호

등록특허공보 제10-1659517호

등록특허공보 제10-1019948호

본 발명은 '세로형' 진공 그리퍼 장치에 관한 것으로, 상기한 종래의 세로형 진공 그리퍼 장치의 문제점을 해결하고자 제안된 것이다.

본 발명의 목적은, 진공의 생성 및 파기를 위한 설계를 단순화함으로써 간편하게 제작 및 운용할 수 있는 세로형 진공 그리퍼 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 장치 내부에 각 밸브를 최적 배치함으로써 그 밸브의 설치 및 운용이 효과적인 세로형 진공 그리퍼 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 장치에 적용된 이젝터의 수를 가변할 수 있도록 함으로써 현장에서 요구되는 장치의 그립(grip) 특성에 탄력적으로 대응할 수 있는 세로형 진공 그리퍼 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 진공 그리퍼 장치는:

종-방향으로 장착된 에어 이젝터를 내장하는 원통형 몸체, 상기 몸체 하단에 체결되는 커넥터, 상기 커넥터에 연결되는 흡착 패드를 포함하는 장치로서,

상기 몸체는:

복수의 에어 공급구가 형성된 상부 커버;

하부 바닥면 상에 상기 이젝터와 평행하게 형성되는 관으로, 관 내부가 패드의 내부공간과 연통하는 파기관;

측면 하부에 형성된 에어 배출구; 및

상기 바닥면에 형성되어, 상측 몸체와 하측 패드의 내부공간을 서로 연통시키는 통로;

를 포함하며,

제1-공급구로부터 상기 이젝터를 경유하여 배출구로 연장되는 진공유로와, 제2-공급구로부터 상기 파기관을 경유하여 패드 내부공간으로 연장되는 파기유로를 형성하는 것;

을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 커넥터는:

상기 패드 내부공간을 파기관 및 통로와 각 소통시키는 제1-홀과 제2-홀이 형성된 링형 부재로서, 상기 바닥면으로부터 소정 간격을 두고 설치되며;

상기 제2-홀에는, 패드 내부공간에서 통로를 향하는 방향으로만 공기 흐름을 허용하는 체크밸브가 구비되고, 그 체크밸브가 상기 간격의 범위 내에서 상·하 유동함으로써 제2-홀을 개폐하는 것;

을 특징으로 한다.

한편, 상기 제1-홀에는, 파기관에서 패드 내부공간을 향하는 방향으로만 공기의 흐름을 허용하는 체크밸브가 구비되고, 그 체크밸브가 압축공기 압력에 의하여 상·하 유동함으로써 제1-홀을 개폐하는 것;

을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 몸체는:

상기 파기관의 주변, 더욱 구체적으로는, 상기 파기관을 중심으로 하여 그 주변으로 형성되는 복수의 이젝터 거치대를 포함하며;

각 이젝터가 상기 거치대에 착탈 가능하게 제공됨으로써;

진공 그리퍼 장치 내 적용 이젝터 수를 가변할 수 있도록 한 것;

을 특징으로 한다.

한편, 상기 몸체는:

상기 이젝터 및 파기관과 평행하게 형성되며, 바닥면을 관통하여 패드 내부공간과 연통하는 압력관;

상기 압력관으로부터 커버 일측으로 연장되어, 패드 내부공간의 압력(-kPa)을 직접 측정할 수 있도록 형성된 센서 연결구;

를 더 포함한다.

본 발명의 진공 그리퍼 장치에 따르면 이젝터, 파기관, 압력관 등 장치의 주요 요소들이 모두 몸체 내에서 세로-방향으로 평행하게 형성되며 동시에 몸체 상단의 커버를 통하여 연장되도록 설계된다. 따라서 장치 전체의 제작 및 운용이 간편해지는 효과가 있다. 또한, 커넥터 구조를 이용하여 체크밸브를 적소에 쉽게 배치할 수 있는 효과가 있다. 한편, 에어 이젝터를 거치대에 착탈 가능하게 설치되도록 함으로써 현장 상황에 따라 그 개수를 적절하게 가변할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 진공 그리퍼 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 분해도.
도 3은 도 1의 평면도.
도 4는 도 3의 'A-A' 단면도.
도 5는 도 3의 'B-B' 단면도.
도 6은 도 4를 이용한 '진공' 작용도.
도 7은 도 5를 이용한 '파기' 작용도.

이상에 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명 '세로형 진공 그리퍼 장치'(이하 '진공 그리퍼 장치')의 특징과 작용효과는, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 본 발명의 바람직한 실시 예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 전체 도면에서, 본 발명의 진공 그리퍼 장치가 부호 10으로 표시된다.

도 1 내지 5를 참조하면, 본 발명의 진공 그리퍼 장치(10)는 종-방향으로 장착된 에어 이젝터(11)를 내장하는 원통형 몸체(12)와, 상기 몸체(12) 하단에 체결되는 커넥터(13), 상기 커넥터(13)에 연결되는 흡착 패드(14)를 포함하여 이루어진다. 여기에서 상기 이젝터(11)는 측벽에 통공(11a)이 형성된 통상의 에어 이젝터이다. 도면에서 상기 패드(14)는 커넥터(13)에 직접 연결되어 있지만, 호스 등을 이용하여 커넥터(13)로부터 원거리에 위치될 수도 있을 것이다.

구체적으로, 상기 몸체(12)는:

복수의 에어 공급구(15a,15b)가 형성된 상부 커버(16);

하부 바닥면(17) 상에 상기 이젝터(11)와 평행하게 형성되는 관으로, 관 내부가 패드(14) 내부공간과 연통하는 파기관(18);

측면 하부에 형성된 에어 배출구(19); 및

상기 바닥면(17)에 형성되어, 상측 몸체(11)와 하측 패드(14)의 내부공간을 서로 연통시키는 통로(20);

를 포함하여 이루어진다.

그리하여, 상기 커버(16)의 제1-공급구(15a)로부터 상기 이젝터(11)를 경유하여 배출구(19)로 연장되는 진공유로(21)와, 상기 커버(16)의 제2-공급구(15b)로부터 상기 파기관(18)을 경유하여 패드(14)의 내부공간으로 연장되는 파기유로(22)를 각각 형성하는 것이다.

상기 커넥터(13)는 패드(14)의 내부공간을 파기관(18) 및 통로(20)와 각각 소통시키는 제1-홀(23)과 제2-홀(24)이 형성된 링형 부재로서, 상기 바닥면(17)으로부터 소정 간격(d)을 두고 그 하방에 설치된다. 그리고 상기 제2-홀(24)에는, 패드(14) 내부공간에서 통로(20)를 향하는 방향으로만 공기 흐름을 허용하는 체크밸브(25)가 구비되며, 그 체크밸브(25)가 상기 간격(d)의 범위 내에서 상·하 유동함으로써 제2-홀(24)을 개폐할 수 있다.

여기에서 상기 제2-홀(24)의 체크밸브(25)는 유연 고무판이다.

한편, 상기 제1-홀(23)에는, 파기관(18)에서 패드(14) 내부공간을 향하는 방향으로만 공기의 흐름을 허용하는 체크밸브(26)가 구비되고, 그 체크밸브(26)가 압축공기의 압력에 의하여 상·하 유동함으로써 제1-홀(23)을 개폐한다. 여기에서 상기 제1-홀(23)의 체크밸브(26)는 스프링 탄력으로 지지되는 밸브이다.

본 실시 예에서 상기 몸체(12)는, 파기관(18)을 중심으로 하여 그 주변으로 형성되는 복수의 이젝터 거치대(27)를 포함한다. 그리고 각 이젝터(11)가 상기 거치대(27)에 착탈 가능하게 제공됨으로써 진공 그리퍼 장치(10) 내에 적용되는 이젝터(11)의 수를 적정 가변할 수 있다. 예컨대 대상물(W)이 크고 무거운 것이라면 이젝터(11) 수를 늘리고 반대로 대상물이 비교적 가벼운 것이라면 이젝터(11) 수를 줄이는 방식으로 조절할 수 있을 것이다.

한편, 상기 몸체(12)는:

상기 이젝터(11) 및 파기관(18)과 평행하게 형성되며, 바닥면(17)을 관통하여 패드(14) 내부공간과 연통하는 압력관(28);

상기 압력관(28)으로부터 커버(16) 일측으로 연장되어, 패드(14) 내부공간의 압력(-kPa)을 직접 측정할 수 있도록 형성된 센서 연결구(29);

를 더 포함한다.

상기 연결구(29) 센서는 진공 이송 시스템에서 패드(14)의 내부공간이 대상물(W)을 파지할 수 있는 적정 진공 및 부압에 도달했는지를 판단하고 그에 따라 압축공기의 공급여부를 판단하는데 유익한 정보를 제공할 수 있다.

부호 30은 소위 '소음기'(silencer)로서, 상기 몸체(12)의 외벽에 에어 배출구(19) 주위를 감싸면서 장착되며, 내부에는 나선형 흡음재(31)가 배치되고 끝단에는 상기 흡음재(31)에 의하여 형성된 나선형 패스(path)와 소통하는 토출공(32)이 형성된다. 상기 소음기(30) 구조는 배출구(19)를 최대한 길게 연장하는 효과가 있으며, 배기 저항을 최소화하면서 에어 배출시 발생하는 노이즈를 효과적으로 흡수 및 제거할 수 있다.

본 실시 예에서 상기 소음기(30)는 회전 가능하게 장착되며, 이로써 에어의 토출 방향을 임의로 조정할 수가 있다. 장착 편의상, 상기 소음기(30)는 두 파트로 구성되어 몸체(12)의 좌·우에서 조립되는 것으로 한다.

이상에서, 상기 제1-공급구(15a), 제-공급구(15b) 및 센서 연결구(29)는 몸체(12)의 커버(16) 상에 서로 인접하여 배치되며(도 3 참조), 압축공기가 제1-공급구(15a) 또는 제2-공급구(15b)로 공급됨으로써 흡착 패드(14) 내 진공이 형성 또는 파기된다.

도 6을 참조하면, 먼저 패드(14)가 작업 대상물(W) 표면에 접촉한 상태에서, 압축공기가 제1-공급구(15a)로 공급되며(화살표 ① 참조), 공급된 압축공기는 제1-공급구(15a)→이젝터(11)→배출구(19)로 연장되는 진공유로(21)를 고속으로 통과하여 외부로 배출된다(화살표 ②,③,④ 참조).

이 과정에서 상기 이젝터(11) 측벽의 통공(11a) 부분에서 압력강하가 발생하며, 이에 패드(14)의 내부공기가 커넥터(13) 제2-홀(24) 및 바닥면(17) 통로(20)를 차례로 통과하여 몸체(11) 내부로 이동하고 계속하여 이젝터(11) 내부로 유인되어, 상기 압축공기와 함께 외부로 배출된다(화살표 ④,⑤ 참조). 이러한 방식으로 상기 패드(14) 내부공간의 배기가 진행되면서 패드(14)의 내부공간에는 진공 및 부압이 발생하며, 그 발생한 부압에 의하여 대상물(W)이 상기 패드(14)에 흡착 파지될 수 있는 것이다.

이 배기과정에서 대상물(W)의 표면에 있던 불순물들이 패드(14) 내부공간으로부터 제2-홀(24)→통로(20)→이젝터(11)→배출구(19)로 연장되는 흡입유로에 간섭하여 배기를 방해할 수 있다. 이에 본 실시 예에서는 최적 위치에 에어 필터(33)를 배치한다. 도면에서 상기 필터(33)는 패드(14) 내측에 배치되는 것으로 하였으나, 커넥터(13) 내측 또는 패드(14)와 커넥터(13) 사이에 배치될 수 있을 것이다.

예컨대, 상기 패드(14)의 진공압이 적정한 수준에 도달하면 연결구(29) 센서 신호에 의해 압축공기 공급이 중단될 수 있으며 이때 상기 체크밸브(25)가 하-방향 유동하여 커넥터(13) 제2-홀(24)을 차단할 것이다.

적정 진공압 수준에서 상기 대상물(W)이 패드(14)에 흡착되면 몸체(11)에 연결된 자동화 또는 로보틱 시스템에 의하여 정해진 지점으로 이송될 것이다. 그리고 그 이송이 완료되면 패드(14)와 대상물(W)이 분리되고, 상기 패드(14)는 후속의 작업을 위하여 준비될 것이다. 다만, 작업의 생산성을 위하여 상기 패드(14)는 대상물(W)로부터 신속하게 분리될 필요가 있다.

도 7을 참조하면, 상기 대상물(W)의 이송이 완료되면 압축공기는 다른 공급구 즉, 제2-공급구(15b)로 공급되며(화살표 ⑥ 참조), 공급된 압축공기는 제2-공급구(15b)→파기관(18)→패드(14)의 내부공간으로 연장된 파기유로(22)를 차례로 흐른다(화살표 ⑦,⑧ 참조). 이 과정에서, 상기 필터(33)의 저면에 부착된 불순물이 공급된 압축공기의 직하방 압력에 의하여 제거된다.

요컨대, 상기 제2-공급구(15a)로 공급된 압축공기는 파기유로(22)를 통해 패드(14)의 내부공간으로 직접 공급되고, 이에 패드(14)의 내부공간에 형성되었던 진공 및 부압이 순간적으로 파기되며, 따라서 패드(14)는 대상물(W)로부터 신속하게 분리될 수 있는 것이다. 이와 같이 패드(14)가 분리되면 압축공기의 공급은 중단되며, 이때 상기 체크밸브(26)가 스프링 탄력으로 상-방향 유동하여 커넥터(13) 제1-홀(23)을 차단할 것이다.

이상 기재를 통하여 알 수 있듯이, 본 발명의 진공 그리퍼 장치(10)는:

상기 이젝터(11), 파기관(18), 압력관(28) 등 장치(10)의 주요 구성요소들이 모두 몸체(12) 내에서 종-방향으로 평행하게 형성되는 동시에 몸체(12) 상단의 커버(16)를 통하여 연장되며;

커넥터(13) 구조를 이용하여 밸브(25,26)를 적소에 배치하며;

이젝터(11)를 거치대(27)에 착탈 가능하게 설치되도록 함으로써 현장 상황에 따라 그 개수를 적절히 가변할 수 있도록;

설계된다.

10. 진공 그리퍼 장치
11. 이젝터 11a. 통공
12. 몸체 13. 커넥터
14. 패드
15a. 제1-공급구 15b. 제2-공급구
16. 커버 17. 바닥면
18. 파기관 19. 배출구
20. 통로
21. 진공유로 22. 파기유로
23. 제1-홀 24. 제2-홀
25,26. 체크밸브
27. 거치대 28. 압력관
29. 연결구
30. 소음기 31. 흡음재
32. 토출공 33. 필터
d. 간격
W. 대상물

Claims

종-방향으로 장착된 에어 이젝터(11)를 내장하는 원통형 몸체(12), 상기 몸체(12) 하단에 체결되는 커넥터(13), 상기 커넥터(13)에 연결되는 흡착 패드(14)를 포함하는 장치로서,
상기 몸체(12)는:
복수의 에어 공급구(15a,15b)가 형성된 상부 커버(16), 하부 바닥면(17) 상에 상기 이젝터(11)와 평행하게 형성되는 관으로 관 내부가 흡착 패드(14)의 내부공간과 연통하는 파기관(18), 측면 하부에 형성된 에어 배출구(19) 및 상기 바닥면(17)에 형성되어 상측 몸체(12)와 하측 흡착 패드(14)의 내부공간을 서로 연통시키는 통로(20)를 포함하며;
제1-공급구(15a)로부터 이젝터(11)를 경유하여 에어 배출구(19)로 연장되는 진공유로(21)와, 제2-공급구(15b)로부터 파기관(18)을 경유하여 흡착 패드(14) 내부공간으로 연장되는 파기유로(22)를 형성하며;
상기 파기관(18)의 주변에 형성된 복수의 이젝터 거치대(27)를 포함하며, 각 이젝터(11)가 상기 거치대(27)에 착탈 가능하게 제공됨으로써 몸체(12) 내 적용 이젝터(11) 개수를 가변할 수 있도록 한 것;
을 특징으로 하는 세로형 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 커넥터(13)는 상기 흡착 패드(14) 내부공간을 파기관(18) 및 통로(20)와 각 소통시키는 제1-홀(23)과 제2-홀(24)이 형성된 링형 부재로서, 상기 바닥면(17)으로부터 소정 간격(d)을 두고 설치되며;
상기 제2-홀(24)에는, 흡착 패드(14) 내부공간에서 통로(20)를 향하는 방향으로만 공기 흐름을 허용하는 체크밸브(25)가 구비되고, 그 체크밸브(25)가 상기 간격(d)의 범위 내에서 상·하 유동함으로써 제2-홀(24)을 개폐하는 것;
을 특징으로 하는 세로형 진공 그리퍼 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1-홀(23)에는, 파기관(18)에서 흡착 패드(14) 내부공간을 향하는 방향으로만 공기의 흐름을 허용하는 체크밸브(26)가 구비되고, 그 체크밸브(26)가 압축공기 압력에 의하여 상·하 유동함으로써 제1-홀(23)을 개폐하는 것;
을 특징으로 하는 세로형 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체(12)는 파기관(18)을 중심으로 하여, 그 주변으로 형성되는 복수의 이젝터 거치대(27)를 포함하는 것;
을 특징으로 하는 세로형 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체(12)는:
상기 이젝터(11) 및 파기관(18)과 평행하게 형성되며, 바닥면(17)을 관통하여 흡착 패드(14) 내부공간과 연통하는 압력관(28);
상기 압력관(28)으로부터 커버(14) 일측으로 연장되는 센서 연결구(29);
를 더 포함하여,
흡착 패드(14) 내부공간의 압력(-kPa)을 직접 측정할 수 있도록 된 것;
을 특징으로 하는 세로형 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체(12)의 외벽에 에어 배출구(19) 주위를 감싸면서 장착되는 소음기(30)를 더 포함하며, 상기 소음기(30)는:
내부에 나선형 흡음재(31)가 배치되고, 끝단에는 상기 흡음재(31)에 의하여 형성된 나선형 패스와 소통하는 에어 토출공(32)이 형성된 것;
을 특징으로 하는 세로형 진공 그리퍼 장치.
제6항에 있어서,
상기 소음기(30)는 회전 가능하게 장착되어, 토출공의 방향을 임의로 조정할 수 있도록 구성된 것;
을 특징으로 하는 세로형 진공 그리퍼 장치.
제6항에 있어서,
상기 소음기(30)는 두 파트로 구성되어 몸체(12)의 좌·우에서 조립되는 것을 특징으로 하는 세로형 진공 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 흡착 패드(14) 내측, 커넥터(13) 내측 또는 상기 흡착 패드(14)와 커넥터(13) 사이에 에어 필터(33)가 배치된 것을 특징으로 하는 세로형 진공 그리퍼 장치.