KR102559673B1 - 유니버셜 그리퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유니버셜 그리퍼에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 유니버셜 그리퍼는 일단이 개방되고 내부에 공간이 형성된 하우징, 상기 하우징 내부에 배치되는 탄성체, 긴 막대형상으로 일단부가 상기 탄성체에 고정되고, 수평 방향으로 복수 개 배치되어 대상체와 접촉하는 적어도 일부는 탄성 이동을 하는 핀 및 상기 핀을 수평 방향으로 내측으로 가압하여 상기 대상체를 고정시키는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유니버셜 그리퍼{UNIVERSAL GRIPPER}

본 발명은 유니버셜 그리퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대상체의 크기 또는 형상과 상관없이 대상체를 파지하여 볼팅(bolting) 등의 작업을 할 수 있는 유니버셜 그리퍼에 관한 것이다.

산업용 로봇을 이용한 자동화 공정에 있어서 볼팅 작업은 매우 중요한 공정 중 하나이다. 하지만, 볼트는 크기와 형상이 매우 다양하여, 볼트의 형상 또는 크기에 따른 전용 툴이 사용되는 실정이다. 즉, 볼트의 형상 또는 크기에 따라 끝단의 전용 툴을 교체하여 사용하는데, 이는 자동화 관점에서 큰 단점으로 작용한다.

종래 다양한 크기와 형상의 볼트를 파지하여 볼팅 작업을 할 수 있도록 하는 유니버셜 소켓(universal socket)이라는 제품이 알려져 있다. 하지만, 유니버셜 소켓은 강하게 볼트를 고정하기 어렵기 때문에 볼트가 헛도는 경우가 매우 많아서 범용적으로 사용되지 못하고 있다. 특히, 볼트의 헤드 형상이 원형에 가까울수록 볼팅 작업을 할 때 헛도는 문제가 쉽게 발생할 수 있다.

따라서, 볼트를 강하게 파지하여 다양한 볼트를 핸들링할 수 있는 기술이 필요하다.

미국 등록특허 제5,806,385호

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대상체의 형상에 따라서 수평 방향으로 배치된 복수의 핀 중 적어도 일부가 탄성 이동을 하여 위치가 변화하고, 대상체의 형상에 따라 핀이 탄성 이동한 상태에서 탄성 이동하지 않은 핀을 수평 방향으로 가압시켜 강력하게 파지하여 볼팅 등의 작업을 할 수 있는 유니버셜 그리퍼를 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 일단이 개방되고 내부에 공간이 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되는 탄성체; 긴 막대형상으로 일단부가 상기 탄성체에 고정되고, 수평 방향으로 복수 개 배치되어 대상체와 접촉하는 적어도 일부는 탄성 이동을 하는 핀; 및 상기 핀을 수평 방향으로 내측으로 가압하여 상기 대상체를 고정시키는 가압부를 포함하는 유니버셜 그리퍼에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 핀 사이는 이격되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 가압부는 복수의 핀 외측에 배치되어 외력에 의해 수평 방향으로 움직여 상기 핀을 가압하는 가압 플레이트를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 가압 플레이트의 상단부는 상기 탄성체에 고정될 수 있다.

여기서, 복수의 상기 핀은 원형으로 배치될 수 있다.

여기서, 상기 가압 플레이트는 원호 면으로 형성되어 원주 방향으로 복수 개 배치될 수 있다.

여기서, 상기 가압부는 상기 가압 플레이트를 향하여 경사지게 배치되어 경사 방향으로 상하 이동을 하며 상기 가압 플레이트를 가압하는 가압바를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 가압 플레이트의 외측면과 접촉하는 상기 가압바의 하단부는 상기 가압 플레이트의 외측면과 면접촉을 하도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 가압부는 내부에 상기 탄성체를 수용하고 상기 하우징 내측에 배치되며 외력에 의해 회전하며, 하단부 외측면에는 중심축 방향으로 나사산이 형성된 경사면이 형성되는 회전부를 더 포함하고, 상기 회전부의 외측에 배치되는 상기 가압바는 상기 회전부의 하단부와 나사 결합을 하여 상기 회전부의 회전에 의해 경사 방향으로 상하 이동을 할 수 있다.

여기서, 상기 하우징에는 상기 가압바의 이동을 가이드하는 경사홈이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 가압부는 상기 회전부의 회전 중심 축 상에 고정되어 상기 회전부를 회전시키는 제 1 기어; 상기 제 1 기어와 기어 결합을 하는 제 2 기어; 및 상기 제 2 기어를 회전시키며, 상기 하우징 상단으로 돌출되는 구동축을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 구동축의 상단부에는 사용자가 상기 구동축을 회전시키는 회전손잡이가 형성될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 유니버셜 그리퍼에 따르면 대상체의 다양한 크기 또는 형상에 상관 없이 강력하게 파지하여 볼팅 등의 작업을 할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유니버셜 그리퍼의 사시도이다.
도 2와 도 3은 도 1을 서로 다른 방향으로 절개한 단면도이다.
도 4는 핀 주위에 가압 플레이트의 배치 형태를 도시하는 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 유니버셜 그리퍼를 이용하여 볼팅을 하는 동작을 설명하는 도면이다.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 유니버셜 그리퍼를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유니버셜 그리퍼의 사시도이고, 도 2와 도 3은 도 1을 서로 다른 방향으로 절개한 단면도이고, 도 4는 핀 주위에 가압 플레이트의 배치 형태를 도시하는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유니버셜 그리퍼는 하우징(110), 탄성체(120), 핀(130) 및 가압부를 포함하여 구성될 수 있다.

하우징(110)은 일단이 개방되고 내부에 공간이 형성되어, 내부에 탄성체(120), 핀(130), 가압부 등의 구성 요소가 배치된다.

하우징(110)은 조립의 편의를 위해 개방된 일단을 형성하며 내부에 탄성체(120), 핀(130), 가압부의 회전부(143) 등이 배치되는 하부 하우징(111)과, 하부 하우징(111) 상단에 결합되어 하부 하우징(111) 상단을 마감하며 내부에 가압부를 구성하는 제 1 기어(145) 및 제 2 기어(146) 등이 배치되는 상부 하우징(115)으로 분리 형성될 수 있다.

하부 하우징(111)의 하단부 내측면은 후술하는 회전부(143)의 경사면(1431)에 대응하도록 축방향으로 아래로 경사진 경사면(1111)이 형성될 수 있다.

하우징(110)의 내부의 중공 공간은 후술하는 회전부(143)가 회전할 수 있도록 대체로 원통 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 하부 하우징(111)의 하단부는 축방향으로 경사진 경사면(1111)으로 형성되므로, 상기 하우징 하단부의 내부 공간은 원뿔대의 형상을 가질 수 있다.

도시되어 있는 것과 같이 하부 하우징(111) 상단부에 단턱이 형성되어 단턱을 통해 하부 하우징(111)과 상부 하우징(115)은 나사 결합으로 조립될 수 있다.

탄성체(120)는 하우징(110) 내부에 배치되어 핀(130)을 탄성 이동시킨다. 보다 자세히는 하우징(110) 내부 중심에 고정부(150)가 고정되는데, 고정부(150)의 하단부 내측 공간에 탄성체(120)가 배치될 수 있다.

고정부(150) 상단부는 상부 하우징(115)과 함께 나사 결합에 의해 고정될 수 있다. 고정부(150) 상단부는 원통형으로 형성되어 외주면에 제 1 기어(145)가 회전 가능하게 결합될 수 있다. 또한, 고정부(150)의 중간부 외측에는 베어링(160)이 고정되어 후술하는 회전부(143)는 고정부(150)를 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 고정부(150)의 하단부는 내부가 비워지며 하단이 개방된 형태의 중공이 형성되는데, 상기 중공 내부에 탄성체(120)가 배치된다.

핀(130)은 긴 막대 형상으로 형성되어 상단부가 탄성체(120)에 고정될 수 있다. 이때, 핀(130)은 복수 개로 배치된다. 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 핀(130)은 원형의 면을 형성하도록 수평 방향으로 복수 개 배치될 수 있는데, 배치 형상은 반드시 원형에 한정되는 것은 아니다.

이때, 탄성체(120)는 핀(130) 후단에 고정되는 스프링으로 형성될 수도 있으나, 본 실시예에서는 고무와 같은 탄성 재질의 물질로 형성된다.

대상체를 가압하는 경우 대상체와 접촉하는 핀(130)은 탄성체(120)에 의해 탄성 이동을 할 수 있다. 상기 대상체는 일 예로 볼트(200) 일 수 있는데, 후술하는 내용에는 대상체가 볼트(200)인 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.

복수의 핀(130) 중 볼트 헤드(201)와 접촉한 핀(130)들이 상부로 이동한 상태에서 가압부에 의해 핀(130)을 수평 방향으로 가압하여 핀(130)과 볼트(200) 사이의 마찰력을 강화시켜 볼트 헤드(201)를 강력하게 파지할 수 있다. 이때, 복수의 핀(130) 사이를 소정 간격 이격 배치시킴으로써 핀(130)이 수평 방향으로 소정 거리 움직일 수 있도록 하여 파지력을 더욱 높일 수 있다. 물론, 핀(130) 사이의 이격 거리가 너무 큰 경우에는 가압에 의해 핀(130)에 손상이 발생할 수 있으므로, 이를 고려하여 이격 거리를 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 핀(130) 사이의 이격 거리는 핀(130)의 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 볼트 헤드(201)와 접촉이 되는 중앙 부위의 핀(130) 사이의 이격 거리를 상대적으로 작게 하고 반경 방향 외측 부위의 핀(130) 사이의 이격 거리는 상대적으로 크게 배치시켜 핀(130)의 수평 방향 움직임 범위가 넓어지도록 할 수도 있다.

가압부는 핀(130)을 수평 방향으로 내측으로 가압하여 대상체를 고정시킨다. 가압부는 가압 플레이트(141), 가압바(142), 회전부(143)를 포함하여 구성될 수 있다.

가압 플레이트(141)는 복수의 핀(130) 외측에 배치되어 외력에 의해 수평 방향으로 움직여 핀(130)을 가압시킨다. 상기 가압 플레이트(141)의 상단부도 탄성체(120)에 고정될 수 있다. 이때, 가압 플레이트(141)의 하단부는 고정되지 않아 자유단으로 고정된 상단부을 중심으로 내측으로 탄성 이동을 하여 핀(130)을 가압시킬 수 있다.

도 4에 도시되어 있는 것과 같이 복수의 핀(130)이 원형으로 배치되는 경우 가압 플레이트(141)는 원호면으로 형성되어 원주 방향으로 복수 개 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 원주 방향으로 3 개의 가압 플레이트(141)가 형성되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

가압 플레이트(141)의 하단은 핀(130) 하단과 같은 위치에 있거나 핀(130) 하단보다 약간 짧게 형성되는 것이 바람직하다. 가압 플레이트(141)의 하단이 핀(130) 하단보다 아래에 위치하는 경우 가압 플레이트(141)의 하단이 볼팅을 하는 바닥면과 접촉하여 볼팅을 하는데 간섭을 일으킬 수 있기 때문이다.

가압바(142)는 가압 플레이트(141)의 외측에서 가압 플레이트(141)를 향하여 이동하여 가압 플레이트(141)를 가압한다. 이때, 가압바(142)는 가압 플레이트(141)를 향하여 축방향 아래로 경사지게 배치되어 경사 방향으로 상하 이동을 할 수 있다.

가압바(142)는 후술하는 회전부(143)의 하단부에 형성된 나사산과 나사 결합을 하여 회전부(143)의 회전에 의해 경사 방향으로 상하 이동을 할 수 있다.

하우징(110)에는 가압바(142)의 이동을 가이드하도록 하우징(110)을 경사지게 관통하는 경사홈(1112)이 형성될 수 있다. 따라서, 가압바(142)는 경사홈(1112) 내부에 삽입된 상태로 경사홈(1112)을 따라 안내되어 상하 이동을 할 수 있다.

도 4에서와 같이 가압 플레이트(141)가 복수 개 형성되는 경우 원주 방향을 따라 가압바(142)도 복수 개 배치될 수 있다.

가압 플레이트(141) 외측면과 접촉하는 가압바(142)의 하단부는 가압 플레이트(141)의 외측면과 면접촉을 하도록 가압 플레이트(141)의 외측면 형상에 따라 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 가압 플레이트(141)의 외측면이 원호면으로 형성되는 경우 가압바(142) 하단부의 접촉면도 이에 대응하도록 원호면으로 형성되어 면접촉에 의해 접촉 면적을 넓혀 가압 플레이트(141)를 넓은 면적에서 가압하도록 하는 것이 바람직하다.

회전부(143)는 내부에 탄성체(120)를 수용하고 하우징(110) 내측에 배치되며 외력에 의해 회전한다. 보다 자세히는, 탄성체(120)를 내부에 수용하는 고정부(150)와 하부 하우징(111) 사이에 배치된다. 고정부(150) 외측에서 회전부(143)가 회전할 수 있도록 고정부(150)의 중간부 외측과 회전부(143) 사이에는 베어링(160)이 배치될 수 있다.

회전부(143)의 하단부 외측면에는 중심축을 향하여 아래로 경사진 경사면(1431)이 형성되고, 상기 경사면(1431)에는 나사산이 형성된다. 따라서, 상기 나사산은 가압바(142)의 그리퍼 내측을 향하는 면에 형성된 나사산과 나사 결합되어, 회전부(143)의 회전 방향에 따라서 가압바(142)를 경사 방향으로 상하 이동시킬 수가 있다.

제 1 기어(145)는 회전부(143)의 회전 중심 축 상에 고정되어 회전부(143)를 회전시킨다. 도시되어 있는 것과 같이, 제 1 기어(145)는 상부 하우징(115) 내부에서 고정부(150) 상단부를 둘러싸도록 결합되고, 회전부(143)와 나사 결합될 수 있다. 따라서, 제 1 기어(145)가 고정부(150)를 중심으로 회전할 때 고정부(150) 외측의 회전부(143)를 함께 회전시킬 수 있다.

제 1 기어(145)의 일측에는 제 1 기어(145)와 기어결합을 하는 제 2 기어(146)가 배치되며, 제 2 기어(146)의 중심에는 제 2 기어(146)를 회전시키는 구동축(147)이 결합될 수 있다. 구동축(147)은 상부로 연장되어 하우징(110) 상단으로 돌출될 수 있다.

구동축(147) 상단부에는 사용자가 잡아 구동축(147)을 회전시키는 회전손잡이(148)가 고정될 수 있다. 사용자가 회전손잡이(148)를 잡아 회전시키면 구동축(147)의 회전에 의해 제 2 기어(146)를 회전시키고, 제 2 기어(146)가 회전함에 따라서 제 2 기어(146)와 기어결합을 하는 제 1 기어(145) 및 회전부(143)를 회전시킬 수 있다. 따라서, 회전손잡이(148)의 회전 방향에 따라서 회전부(143)의 회전 방향을 다르게 제어할 수 있고, 이에 따라 가압바(142)의 이동 방향을 상하로 제어할 수가 있다.

본 실시예에서는 구동축(147)에 회전손잡이(148)가 결합되어 사용자가 회전손잡이(148)를 직접 수동으로 회전시켜 가압바(142)의 움직임을 제어하나, 구동축(147)에 모터(미도시)를 고정시켜 모터의 동작에 따라 자동으로 가압바(142)의 움직임을 제어할 수도 있다.

하우징(110) 상부로 돌출되는 구동축(147)이 회전 운동을 할 수 있도록 구동축(147)과 상부 하우징(115) 사이에도 베어링(170)이 배치될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 유니버셜 그리퍼를 이용한 볼팅 동작을 설명하기로 한다.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 유니버셜 그리퍼를 이용하여 볼팅을 하는 동작을 설명하는 도면이다.

본 발명에 따른 유니버셜 그리퍼를 이용한 동작은 볼팅에 제한되는 것은 아니고 다양한 크기와 형상의 대상체를 파지하여 수행하는 다른 동작을 수행할 수도 있다.

먼저, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 초기 상태에는 복수의 핀(130)이 모두 탄성 이동을 하지 않은 상태이고, 가압바(142)도 가압 플레이트(141)를 가압하지 않아 가압 플레이트(141)가 핀(130)을 수평 방향으로 가압하지 않는다.

도 6에 도시되어 있는 것과 같이 볼트 헤드(201) 위에서 핀(130)을 누르면 볼트 헤드(201)와 접촉하는 핀(130)은 상부로 탄성 이동을 할 수 있다. 이때, 볼트 헤드(201) 형상이 각형을 가진다면 이 상태에서도 볼팅 작업이 가능하다. 하지만, 볼트 헤드(201) 형상이 원형에 가까워질수록 볼팅 작업을 위해 하우징(110)을 회전시키면 핀(130) 내에서 볼트 헤드(201)가 쉽게 헛돌아서 원활하게 볼팅 작업을 할 수가 없다.

다음, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이 회전손잡이(148)를 일 방향으로 회전시켜 구동축(147), 제 2 기어(146), 제 1 기어(145), 회전부(143)를 순차적으로 회전시킬 수 있다. 이때, 회전부(143) 하단부 외측 경사면(1431)에서 나사 결합을 하는 가압바(142)를 경사 방향으로 상하 이동시킬 수가 있다.

가압바(142)를 경사 방향으로 아래로 이동시킴에 따라서 가압바(142)가 가압 플레이트(141)와 접촉하여 가압하게 되어, 하단부가 자유단으로 형성되는 가압 플레이트(141)가 수평 방향으로 움직여 핀(130)을 수평 방향으로 가압하게 된다. 따라서, 핀(130)들 사이의 이격 거리가 줄어들면서 핀(130)이 볼트 헤드(201) 외측면을 마찰력으로 강하게 지지할 수가 있다.

이와 같이, 가압바(142)를 경사 방향으로 아래로 이동시켜 핀(130)으로 볼트 헤드(201)를 강하게 지지한 상태에서 하우징(110)을 회전시켜 볼팅 작업을 수행할 수가 있다.

볼팅 작업이 끝나면 다시 회전손잡이(148)를 타 방향으로 회전시켜 가압바(142)를 경사방향 위로 이동시켜 핀(130)과 볼트 헤드(201) 사이의 결합을 해제할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

110: 하우징
111: 하부 하우징
1111: 경사면
1112: 경사홈
115: 상부 하우징
120: 탄성체
130: 핀
141: 가압 플레이트
142: 가압바
143: 회전부
1431: 경사면
145: 제 1 기어
146: 제 2 기어
147: 구동축
148: 회전손잡이
150: 고정부
160: 베어링
170: 베어링
200: 볼트
201: 볼트 헤드

Claims (12)

1. 일단이 개방되고 내부에 공간이 형성된 하우징;
   상기 하우징 내부에 배치되는 탄성체;
   긴 막대형상으로 일단부가 상기 탄성체에 고정되고, 수평 방향으로 복수 개 배치되어 대상체와 접촉하는 적어도 일부는 탄성 이동을 하는 핀; 및
   상기 핀을 수평 방향으로 내측으로 가압하여 상기 대상체를 고정시키는 가압부를 포함하고,
   상기 가압부는
   복수의 핀 외측에 배치되어 외력에 의해 수평 방향으로 움직여 상기 핀을 가압하는 가압 플레이트;
   상기 가압 플레이트를 향하여 경사지게 배치되어 경사 방향으로 상하 이동을 하며 상기 가압 플레이트를 가압하는 가압바; 및
   내부에 상기 탄성체를 수용하고 상기 하우징 내측에 배치되며 외력에 의해 회전하며, 하단부 외측면에는 중심축 방향으로 나사산이 형성된 경사면이 형성되는 회전부를 포함하고,
   상기 회전부의 외측에 배치되는 상기 가압바는 상기 회전부의 하단부와 나사 결합을 하여 상기 회전부의 회전에 의해 경사 방향으로 상하 이동을 하는 유니버셜 그리퍼.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 핀 사이는 이격되는 유니버셜 그리퍼.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가압 플레이트의 상단부는 상기 탄성체에 고정되는 유니버셜 그리퍼
5. 제 1 항에 있어서,
   복수의 상기 핀은 원형으로 배치되는 유니버셜 그리퍼.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 가압 플레이트는 원호 면으로 형성되어 원주 방향으로 복수 개 배치되는 유니버셜 그리퍼.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 가압 플레이트의 외측면과 접촉하는 상기 가압바의 하단부는 상기 가압 플레이트의 외측면과 면접촉을 하도록 형성되는 유니버셜 그리퍼.
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징에는 상기 가압바의 이동을 가이드하는 경사홈이 형성되는 유니버셜 그리퍼.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압부는
    상기 회전부의 회전 중심 축 상에 고정되어 상기 회전부를 회전시키는 제 1 기어;
    상기 제 1 기어와 기어 결합을 하는 제 2 기어; 및
    상기 제 2 기어를 회전시키며, 상기 하우징 상단으로 돌출되는 구동축을 더 포함하는 유니버셜 그리퍼.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동축의 상단부에는 사용자가 상기 구동축을 회전시키는 회전손잡이가 형성되는 유니버셜 그리퍼.

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