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KR20240175941A - 빈 피킹 및 선반 피킹이 가능한 하이브리드 그리퍼 - Google Patents

빈 피킹 및 선반 피킹이 가능한 하이브리드 그리퍼 Download PDF

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KR20240175941A
KR20240175941A KR1020230076248A KR20230076248A KR20240175941A KR 20240175941 A KR20240175941 A KR 20240175941A KR 1020230076248 A KR1020230076248 A KR 1020230076248A KR 20230076248 A KR20230076248 A KR 20230076248A KR 20240175941 A KR20240175941 A KR 20240175941A
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KR
South Korea
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pair
suction cup
fingers
driving unit
link
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020230076248A
Other languages
English (en)
Inventor
엄승환
정희연
김춘수
이이삭
이윤행
Original Assignee
(주)에이딘로보틱스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)에이딘로보틱스 filed Critical (주)에이딘로보틱스
Priority to KR1020230076248A priority Critical patent/KR20240175941A/ko
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Abstract

일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼는 석션 컵, 상기 석션 컵의 주위에 배치되며 한 쌍의 핑거, 상기 석션 컵을 전후진시키는 제1구동부, 상기 한 쌍의 핑거가 물체를 파지하도록 서로 접근 또는 이격시키는 제2구동부 및 상기 한 쌍의 핑거를 상기 석션 컵에 대해 이동시키는 제3구동부 및 상기 제3구동부는 빈 피킹 시 상기 한 쌍의 핑거의 위치와 선반 피킹 시 상기 한 쌍의 핑거의 위치가 상기 석션 컵에 대해 달라지도록 상기 한 쌍의 핑거를 이동시킨다.

Description

빈 피킹 및 선반 피킹이 가능한 하이브리드 그리퍼 {Hybrid gripper capable of bin picking and shelf picking}
본 발명은 빈 피킹 및 선반 피킹이 가능한 하이브리드 그리퍼에 관한 발명이다.
물류 시장은 온라인 시장이 성장함에 따라 폭발적으로 규모가 커지고 있으며, 물류 업체들은 수요를 따라잡기 위해 무인화 및 자동화에 힘쓰고 있다. 그 대표적인 예로서 로봇을 이용해 물품 분류 및 이송을 자동화하는 솔루션이 개발되고 있다. 자동화된 로봇은 빈 피킹(bin picking)과 선반 피킹(shelf picking)을 통해 물류 작업을 실시한다.
빈 피킹은 물체들이 무작위로 쌓여있는 사각 용기 등의 형상을 갖는 빈(bin)으로부터 로봇이 물체를 피킹하는 동작이다. 반면 선반 피킹은 수직 방향으로 적층되어 있는 선반에 적재된 물체들을 로봇이 피킹하는 동작이다. 빈 피킹의 경우, 로봇의 그리퍼의 파지력이 중력 방향의 반대 방향으로만 지지할 수 있으면 충분한 장점이 있으나 물체들이 빈에 무작위로 쌓여 있고 수직 방향으로 빈이 적재될 수 없어 공간 활용성이 떨어진다. 반면 선반 피킹은 선반이 수직 방향으로 적재될 수 있어 공간 활용성이 뛰어난 반면, 그리퍼가 물체를 파지했을 때 물체에 가해지는 전단 방향으로의 힘까지 지지할 수 있어야 하기 때문에 그리퍼가 무거운 물체를 파지하기 어려운 문제가 있다.
미국공개특허공보 US 2018-0065806 A1
일 실시예에 따른 빈 피킹 및 선반 피킹이 가능한 그리퍼는 빈 피킹과 선반 피킹이 모두 가능한 하이브리드 그리퍼로서, 빈 피킹 시에는 그리퍼의 핑거와 석션 컵의 파지점이 동일 평면 상에 위치하고 선반 피킹 시에는 핑거가 석션 컵의 아래로 회전하여 물체를 안정적으로 지지할 수 있는 하이브리드 그리퍼를 제공한다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼는 석션 컵, 상기 석션 컵의 주위에 배치되며 한 쌍의 핑거, 상기 석션 컵을 전후진시키는 제1구동부, 상기 한 쌍의 핑거가 물체를 파지하도록 서로 접근 또는 이격시키는 제2구동부 및 상기 한 쌍의 핑거를 상기 석션 컵에 대해 이동시키는 제3구동부 및 상기 제3구동부는 빈 피킹 시 상기 한 쌍의 핑거의 위치와 선반 피킹 시 상기 한 쌍의 핑거의 위치가 상기 석션 컵에 대해 달라지도록 상기 한 쌍의 핑거를 이동시킨다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼에 있어서, 상기 제3구동부는 빈 피킹 시 상기 한 쌍의 핑거가 상기 석션 컵을 중심으로 대향하고 상기 한 쌍의 핑거의 베이스의 중심과 상기 석션 컵의 중심축이 동일한 평면에 위치하도록 이동시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼에 있어서, 상기 제3구동부는 선반 피킹 동작 시 상기 한 쌍의 핑거가 상기 석션 컵에 대해 아래에 위치하여 상기 석션 컵이 물체를 파지한 상태에서 물체의 저면을 지지하도록 이동시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼에 있어서, 상기 제2구동부는 구동 모터, 상기 구동 모터에 의해 회전하는 인풋 기어, 상기 인풋 기어의 일측 및 타측과 각각 연결되는 한 쌍의 피니언, 상기 한 쌍의 피니언과 각각 연결되며 상기 한 쌍의 핑거 중 하나와 연결되는 제1아웃풋 기어 및 상기 인풋 기어의 회전축에 장착되어 상기 인풋 기어와 동일하게 회전하며 상기 한 쌍의 핑거 중 다른 하나와 연결되는 제2아웃풋 기어를 포함하고, 상기 제2구동부는 상기 구동 모터가 작동하면 상기 제1아웃풋 기어와 상기 제2아웃풋 기어가 반대 방향으로 회전하는 동축 반전 메커니즘으로서 상기 한 쌍의 핑거를 서로 접근 또는 이격시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼에 있어서, 상기 한 쌍의 핑거는 파지부 및 회전부를 각각 포함하고, 상기 파지부는 상기 제3구동부에 의해 복수 개의 승강링크가 승강하면서 구동링크가 베이스 및 접촉부를 연결하는 복수 개의 회전링크를 회전시키도록 하여, 상기 접촉부가 물체를 파지하거나 릴리즈하도록 하고, 상기 회전부는 상기 제2구동부에 의해 기어링크가 회전하면 상기 기어링크와 연결된 고정링크가 회전하면서 상기 베이스를 회전시켜 상기 핑거를 회전시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼는 석션 컵과 핑거를 통해 물체를 안정적으로 파지할 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼는 빈 피킹과 선반 피킹에 따라 핑거의 위치를 다르게 제어하여 물체를 안정적으로 파지할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼를 포함하는 로봇을 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼를 개략적으로 나타낸다.
도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 핑거의 파지 동작을 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른 석션 컵과 핑거의 베이스의 위치를 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따른 제2구동부를 나타낸다.
도 7 내지 도 9는 일 실시예에 따른 핑거의 회전 동작을 나타낸다.
도 10 및 도 11은 일 실시예에 따른 회전 가이드를 포함하는 핑거의 회전 동작을 나타낸다
도 12 내지 도 15는 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼의 빈 피킹 동작을 나타낸다.
도 16 내지 도 19는 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼의 선반 피킹 동작을 나타낸다.
본 발명은 다양한 실시예와 변형예를 포함하며, 이하에서는 특정 실시예를 도면에 나타내고 발명의 설명에서 설명한다. 본 발명은 설명된 실시예로 한정되지 않으며 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 발명의 설명 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 의미하고, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다. 이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
본 명세서에서 특별히 한정하지 않는 이상, "또는"은 구성요소 "A" 및 "B"를 택일적으로 포함하는 경우뿐만 아니라 "A"와 "B"를 모두 포함하는 경우를 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)를 포함하는 로봇(1)을 나타내고, 도 2는 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)를 개략적으로 나타내고, 도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 핑거(200)의 파지 동작을 나타낸다. 도 3 및 도 4는 설명의 편의를 위해 석션 컵(100)을 삭제하고 핑거(200)를 나타냈다.
도 5는 일 실시예에 따른 석션 컵(100)과 핑거(200)의 베이스(215)의 위치를 나타내고, 도 6은 일 실시예에 따른 제2구동부(400)를 나타내고, 도 7 내지 도 9는 일 실시예에 따른 핑거(200)의 회전 동작을 나타내고, 도 10 및 도 11은 일 실시예에 따른 회전 가이드(240)를 포함하는 핑거(200)의 회전 동작을 나타낸다.
하이브리드 그리퍼(10)는 물류 시설 등에 구비되어 물류 운반을 수행한다. 하이브리드 그리퍼(10)는 크기와 모양이 정형화된 물체를 운반하거나, 크기와 모양이 다양한 랜덤 피스 피킹을 수행할 수 있다. 하이브리드 그리퍼(10)는 박스나 컨테이너 등과 같은 빈(bin)으로부터 물체를 집거나 빈에 물체를 집어넣을 수 있다. 또한 하이브리드 그리퍼(10)는 선반에 적재된 물체를 집거나 선반에 물체를 집어넣을 수 있다.
하이브리드 그리퍼(10)는 로봇 암(20) 및 컨트롤러(30)와 함께 로봇(1)에 포함될 수 있다. 로봇(1)은 물류 공장에서 작업자와 함께 물류 운반 작업을 실시하는 협동 로봇일 수 있다. 또는 로봇(1)은 의료 기기이거나 제조 로봇으로 이용될 수 있다.
일 실시예로 하이브리드 그리퍼(10)는 석션 컵(100), 석션 컵(100)의 주위에 배치되며 한 쌍의 핑거(200), 석션 컵(100)을 전후진시키는 제1구동부(300), 한 쌍의 핑거(200)가 물체를 파지하도록 서로 접근 또는 이격시키는 제2구동부(400), 한 쌍의 핑거(200)를 석션 컵(100)에 대해 이동시키는 제3구동부(500), 제3구동부(500)는 빈 피킹 시 한 쌍의 핑거(200)의 위치와 선반 피킹 시 한 쌍의 핑거(200)의 위치가 석션 컵(100)에 대해 달라지도록 한 쌍의 핑거(200)를 이동시킬 수 있다.
로봇 암(20)은 로봇(1)의 관절로서 복수 개의 회전축을 구비할 수 있다. 일 실시예로 로봇 암(20)은 6축 로봇으로서 일단은 작업 영역에 장착되고 타단에는 하이브리드 그리퍼(10)가 배치될 수 있다. 로봇 암(20)은 컨트롤러(30)와 유무선으로 연결되어 컨트롤러(30)의 지시를 받아 동작할 수 있다. 컨트롤러(30)는 로봇(1)의 동작을 제어하기 위해 프로세서, 메모리, 통신 장치 등을 포함할 수 있다. 컨트롤러(30)는 로봇 암(20)의 회전 및 위치 제어와 하이브리드 그리퍼(10)의 석션 컵(100)과 핑거(200)의 동작을 제어할 수 있다.
하이브리드 그리퍼(10)는 석션 컵(100), 핑거(200), 제1구동부(300), 제2구동부(400), 제3구동부(500) 및 하우징(600)을 포함할 수 있다.
석션 컵(100)은 하이브리드 그리퍼(10)의 일측에 배치되어 물체를 흡착하여 지지한다. 석션 컵(100)은 하이브리드 그리퍼(10)의 중심축 상에 배치되며 길이 방향(도 2의 Y축 방향)으로 전진 및 후진하면서 물체를 파지할 수 있다. 석션 컵(100)은 한 쌍의 핑거(200) 사이에 배치되며 단독으로 물체를 파지하거나 한 쌍의 핑거(200)가 물체를 파지한 후 또는 물체를 파지하기 전에 미리 물체를 파지하여 한 쌍의 핑거(200)와 함께 물체를 파지할 수 있다. 석션 컵(100)은 빈 피킹과 선반 피킹 모두에 이용될 수 있다.
석션 컵(100)은 제1구동부(300)에 의해 전진 및 후진할 수 있으며 가장 내측으로 당겨진 상태인 초기 위치에서는 선단이 한 쌍의 핑거(200)보다 길이 방향으로 안쪽에 위치할 수 있다. 그리고 물체를 파지하기 위해 석션 컵(100)이 가장 외측으로 돌출된 상태에서는 선단이 한 쌍의 핑거(200)보다 길이 방향으로 더 돌출될 수 있다.
석션 컵(100)은 제1구동부(300)에 의해 회전할 수 있다. 석션 컵(100)은 길이 방향(Y축 방향)으로 중심축을 기준으로 회전하거나 폭 방향(X축 방향)으로 중심축을 기준으로 회전하여 물체를 파지할 수 있다.
석션 컵(100)은 도시하지 않은 음압원과 연결될 수 있다. 석션 컵(100)의 단부에는 물체와 안정적으로 접촉하기 위한 탄성 재질의 접촉부가 형성될 수 있다. 상기 접촉부는 주름이 형성된 벨로우즈 구조를 가질 수 있다.
일 실시예로 석션 컵(100)은 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 센서는 석션 컵(100)의 선단 또는 상기 벨로우즈 구조를 지지하는 지지부 등에 배치될 수 있다. 상기 센서는 물체(O)를 감지하고 물체(O)와 석션 컵(100) 사이의 거리를 측정하여 컨트롤러(30)로 전달할 수 있다. 컨트롤러(30)는 상기 센서가 감지한 정보에 기초해 제1구동부(300)를 통해 석션 컵(100)의 위치를 제어할 수 있다.
핑거(200)는 하우징(600)의 일측과 타측에 한 쌍 배치되어 물체를 파지하고 지지할 수 있다. 일 실시예로 핑거(200)는 물체를 직접 파지하여 운반하거나 석션 컵(100)이 물체를 파지한 상태에서 물체가 이탈되지 않도록 받칠 수 있다. 빈 피킹 시 핑거(200)는 물체를 직접 파지하고, 선반 피킹 시 핑거(200)는 석션 컵(100)을 보조하여 석션 컵(100)이 파지한 물체를 지지할 수 있다.
핑거(200)는 석션 컵(100)을 향해 오므려졌다 펴졌다를 반복하면서 물체를 파지할 수 있다. 물체가 한 쌍의 핑거(200) 사이에 위치한 상태에서 한 쌍의 핑거(200)가 서로를 향해 접근하여 물체를 파지할 수 있다. 또한 한 쌍의 핑거(200)는 석션 컵(100)의 주위를 회전할 수 있으며 석션 컵(100)에 의해 파지된 물체를 받치도록 석션 컵(100)을 기준으로 일측에 배치될 수 있다.
일 실시예로 핑거(200)는 파지부(210) 및 회전부(220)를 포함할 수 있다.
일 실시예로 한 쌍의 핑거(200)는 파지부(210) 및 회전부(220)를 각각 포함하고, 파지부(210)는 제3구동부(500)에 의해 복수 개의 승강링크가 승강하면서 구동링크(213)가 베이스(215) 및 접촉부(217)를 연결하는 복수 개의 회전링크를 회전시키도록 하여, 접촉부(217)가 물체를 파지하거나 릴리즈하도록 할 수 있다. 또한 회전부(220)는 제2구동부(400)에 의해 기어링크(221)가 회전하면 기어링크(221)와 연결된 고정링크(222)가 회전하면서 베이스(215)를 회전시켜 핑거(200)를 회전시킬 수 있다.
파지부(210)는 한 쌍의 핑거(200)가 물체를 파지하기 위한 동작을 구현하기 위한 부분으로서 제3구동부(500)에 의해 작동할 수 있다. 제3구동부(500)가 작동하면 파지부(210)가 오므려졌다 펴지면서 물체를 파지하고 릴리즈할 수 있다.
일 실시예로 파지부(210)는 복수 개의 승강링크로서 제1승강링크(211), 제2승강링크(212), 구동링크(213), 복수 개의 회전링크로서 제1회전링크(214), 제2회전링크(216), 제3회전링크(218), 베이스(215) 및 접촉부(217)를 포함할 수 있다.
제1승강링크(211)는 제3구동부(500)와 연결되며 제3구동부(500)가 작동하면 길이 방향(Y축 방향)으로 승강할 수 있다. 제1승강링크(211)는 하이브리드 그리퍼(10)의 폭 방향(X축 방향)으로 중심부에 1개 배치될 수 있다. 제1승강링크(211)는 제2승강링크(212)와 연결되는 지지링크(L)를 통해 길이 방향으로 승강할 수 있다. 제2승강링크(212)는 지지링크(L)를 통해 제1승강링크(211)의 일측과 타측에 회전 가능하게 한 쌍 배치될 수 있다. 제3구동부(500)의 동작 시 제2승강링크(212)는 제1승강링크(211)에 대해 회전하지 않으며, 제1승강링크(211)와 함께 승강할 수 있다. 제2승강링크(212)는 지지링크(L)를 통해 베이스(215)와 연결될 수 있다.
구동링크(213)는 한 쌍의 제2승강링크(212)에 회전 가능하게 한 쌍 배치되며, 한 쌍의 제2승강링크(212)가 승강하면 함께 승강하면서 회전할 수 있다. 구동링크(213)의 일단은 제2승강링크(212)와 연결되고 타단은 제1회전링크(214)와 연결될 수 있다. 제2승강링크(212)가 승강하면 구동링크(213)도 승강하면서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하여 제1회전링크(214)를 회전시킬 수 있다.
제1회전링크(214)는 구동링크(213), 베이스(215) 및 제3회전링크(218)와 연결될 수 있다. 제1회전링크(214)의 일단은 베이스(215)의 일단에 회전 가능하게 연결되고, 제1회전링크(214)의 타단은 제3회전링크(218)의 일단에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 또한 제1회전링크(214)의 양단 사이의 위치에 구동링크(213)가 회전 가능하게 연결될 수 있다. 따라서 구동링크(213)가 반시계 방향으로 회전하면 제1회전링크(214)는 베이스(215)에 연결된 일단을 기준으로 반시계 방향으로 회전하고, 제1회전링크(214)의 타단에 연결된 제3회전링크(218)가 회전하면서 파지 동작이 이루어질 수 있다. 반대로 구동링크(213)가 시계 방향으로 회전하면 제1회전링크(214)는 베이스(215)에 연결된 타단을 기준으로 시계 방향으로 회전하고, 제1회전링크(214)의 타단에 연결된 제3회전링크(218)가 회전하면서 릴리즈 동작이 이루어질 수 있다.
일 실시예로 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1회전링크(214)는 구동링크(213)와 연결되는 지점에서 외측으로 구부러진 형상을 가질 수 있다. 따라서 제1회전링크(214)가 회전하면서 핑거(200)의 다른 구성요소와 간섭하지 않을 수 있다.
베이스(215)는 지지링크(L)를 통해 제2승강링크(212)와 연결되어 있으며, 일단은 제1회전링크(214)의 일단과 연결되고, 타단은 제2회전링크(216)의 타단과 연결되어 있다. 베이스(215)는 제3구동부(500)가 동작하더라도 승강하지 않으며 핑거(200)의 파지 동작의 기준이 된다.
제2회전링크(216)는 일단이 베이스(215)의 타단에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 접촉부(217)의 일단에 회전 가능하게 연결된다.
접촉부(217)는 물체와 직접 접촉하는 부분으로서, 일단은 제2회전링크(216)와 회전 가능하게 연결되고 타측은 제3회전링크(218)의 타단에 연결될 수 있다. 접촉부(217)가 제3회전링크(218)와 연결되는 지점은 접촉부(217)의 길이 방향으로 단부가 아닌 그보다 내측에 위치한 지점일 수 있다. 접촉부(217)는 제3회전링크(218)의 회전에 의해 물체를 향해 이동하거나 물체에서 이격될 수 있다.
접촉부(217)는 물체와 접촉 위치에 따라 위치가 바뀔 수 있다. 예를 들어 접촉부(217)는 길이 방향으로 중심부에 물체와 접촉할 경우, 회전하지 않고 그대로 물체를 파지할 수 있다. 또는 접촉부(217)는 길이 방향으로 중심부보다 아래에서 물체와 접촉할 경우, 반시계 방향으로 회전하면서 물체를 내측으로 감쌀 수 있다. 또는 접촉부(217)는 길이 방향으로 중심부보다 위에서 물체와 접촉할 경우, 시계 방향으로 회전하면서 외측으로 벌어져 물체를 지지할 수 있다. 물체와 접촉부(217)의 접촉 위치에 따라 제2회전링크(216)가 회전하면서 접촉부(217)의 위치가 결정될 수 있다.
접촉부(217)는 물체와 접촉하는 내측면에 미끄럼 방지 부재가 배치될 수 있다. 또한 접촉부(217)에는 센서부(230)가 구비되어 물체를 감지할 수 있다.
일 실시예로 접촉부(217)는 강체로 이루어질 수 있다. 다른 실시예로 접촉부(217)는 변형 가능한 재질로 이루어질 수 있다. 접촉부(217)는 고무나 벨트 등과 같은 탄성이 있거나 변형 가능한 재질로 이루어져 물체의 형상에 따라 변형될 수 있다. 또는 접촉부(217)는 허니컴(honeycomb) 구조 또는 어제틱(auxetic) 구조를 포함하여 물체를 파지할 때 변형 가능할 수 있다.
제3회전링크(218)는 일단이 제1회전링크(214)의 타단에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 접촉부(217)의 일측에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
파지부(210)의 동작을 아래와 같이 설명한다.
먼저 도 3에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 파지부(210)가 벌어진 상태에서 한 쌍의 파지부(210)를 모으기 위해 제3구동부(500)가 작동하면 제1승강링크(211)가 상승한다. 그리고 제1승강링크(211)의 일측과 타측에 각각 연결된 한 쌍의 제2승강링크(212)가 상승하고 이에 따라 한 쌍의 구동링크(213)도 상승한다. 한 쌍의 구동링크(213)는 상승하면서 내측으로 회전하게 되고, 한 쌍의 구동링크(213)와 각각 연결된 한 쌍의 제1회전링크(214)도 베이스(215)를 중심으로 내측으로 회전한다. 그리고 도 4에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 제3회전링크(218)가 내측으로 회전하면서 한 쌍의 접촉부(217)가 내측으로 모여 물체를 파지할 수 있다. 한 쌍의 제2회전링크(216)는 한 쌍의 접촉부(217)의 위치에 따라 종속적으로 이동하며, 접촉부(217)가 물체와 접촉하는 위치에 따라 회전하면서 접촉부(217)의 적응형 모션을 구현할 수 있다. 또한 도 4에 나타낸 바와 같이, 파지부(210)는 전술한링크 구조를 포함함으로써 한 쌍의 접촉부(217)가 매우 근접한 위치까지 이동하여 물체를 파지할 수 있다. 따라서 석션 컵(100)이 상대적으로 작은 크기의 물체를 파지한 상태에서도 한 쌍의 접촉부(217)가 유격 없이 물체와 접촉할 수 있다.
일 실시예에 따른 핑거(200)는 빈 피킹 시 베이스(215)의 중심과 석션 컵(100)의 중심이 동일한 평면 상에 위치할 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 석션 컵(100)의 길이 방향(Y축 방향) 중심축과 한 쌍의 베이스(215)의 두께 방향(Z축 방향) 중심은 동일한 평면 P에 위치할 수 있다. 또한 한 쌍의 접촉부(217)는 한 쌍의 베이스(215)와 각각 두께 방향으로 중심이 일치할 수 있다. 즉, 석션 컵(100)이 물체와 접촉하는 중심과 핑거(200)가 물체를 파지하는 중심이 동일한 평면 상에 위치함으로써, 석션 컵(100)과 함께 핑거(200)가 안정적으로 물체를 파지할 수 있다. 일 실시예로 한 쌍의 핑거(200)는 빈 피킹 시 오므려지거나 벌어진 상태 모두 석션 컵(100)이 물체와 접촉하는 중심과 한 쌍의 베이스(215)(또는 한 쌍의 접촉부(217))의 중심, 즉, 핑거(200)가 물체를 파지하는 중심이 동일한 평면 P에 위치할 수 있다.
회전부(220)는 한 쌍의 핑거(200)를 회전시켜 석션 컵(100)이 물체를 파지했을 때 물체의 일측을 지지하여 석션 컵(100)의 파지 동작을 보조할 수 있다. 회전부(220)의 회전축은 석션 컵(100)의 중심축과 이격하여 배치될 수 있다. 회전부(220)의 회전축은 도 7의 축 AX2이며 석션 컵(100)의 중심축인 AX1의 아래에 위치할 수 있다. 회전부(220)는 축 AX2를 중심으로 한 쌍의 핑거(200)를 회전시켜, 한 쌍의 핑거(200)가 석션 컵(100)을 중심으로 대향하도록 배치되거나, 석션 컵(100)의 아래에 위치하도록 할 수 있다.
일 실시예로 회전부(220)는 기어링크(221) 및 고정링크(222)를 포함할 수 있다.
기어링크(221)는 제2구동부(400)와 연결되도록 한 쌍 배치될 수 있다. 한 상의 기어링크(221)는 일측에 제2구동부(400)의 기어와 맞물리는 기어를 구비하며 제2구동부(400)가 회전함에 따라 회전할 수 있다.
고정링크(222)는 한 쌍의 기어링크(221)와 연결되도록 한 쌍 배치될 수 있다. 또한 한 쌍의 고정링크(222)는 지지링크(L)를 통해 한 쌍의 베이스(215)와 각각 연결될 수 있다. 따라서 제2구동부(400)에 작동하여 한 쌍의 기어링크(221)가 회전하면 한 쌍의 고정링크(222)가 회전하면서 한 쌍의 베이스(215)도 회전하게 된다. 따라서 한 쌍의 핑거(200) 전체가 회전할 수 있다.
회전부(220)의 상세한 동작은 후술한다.
일 실시예로 핑거(200)는 센서부(230)를 더 포함할 수 있다. 센서부(230)는 핑거(200)의 일측에 배치되어 물체와 핑거(200)의 거리, 핑거(200)가 물체를 파지했는지 여부, 핑거(200)가 물체를 파지하는 힘 등을 감지할 수 있다. 센서부(230)는 핑거(200)의 파지부(210) 및/또는 회전부(220)에 배치될 수 있으며, 일 실시예로 파지부(210)의 한 쌍의 접촉부(217)에 각각 위치할 수 있다.
센서부(230)는 접촉부(217)의 내측면에 배치되거나 내측면과 인접하게 배치될 수 있다. 일 실시예로 접촉부(217)가 물체를 파지하면 가압되어 온(on)되고 접촉부(217)가 물체를 릴리즈하면 오프(off)되는 스위치 타입의 센서일 수 있다. 센서부(230)는 물체를 감지하면 컨트롤러(30)로 감지 신호를 전달하고, 컨트롤러(30)는 물체가 손상되지 않도록 핑거(200)가 물체를 파지하는 힘을 조절할 수 있다.
일 실시예로 센서부(230)는 접촉부(217)와 물체 간의 거리를 측정할 수 있다. 센서부(230)는 ToF 센서, 정전용량형 센서 및 전자기 센서 중 하나 이상을 포함하며, 접촉부(217)와 물체 간의 거리를 측정해 컨트롤러(30)로 전달할 수 있다. 일 실시예로 센서부(230)는 접촉부(217)를 가압하는 힘과 토크를 측정하는 힘토크 센서일 수 있다. 컨트롤러(30)는 센서부(230)가 측정한 접촉부(217)와 물체 사이 거리 또는 접촉부(217)가 물체를 가압하는 힘과 토크에 기초해 핑거(200)의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예로 핑거(200)는 회전 가이드(240)를 더 포함할 수 있다.
회전 가이드(240)는 핑거(200)의 일측에 배치되어 회전부(220)의 동작에 따른 핑거(200)의 위치를 가이드할 수 있다. 회전 가이드(240)는 회전부(220)의 일측에 하나 이상 배치되며, 도 3 및 도 4에 나타낸 복수 개의 지지링크(L)가 삽입되는 복수 개의 홈을 포함할 수 있다. 일 실시예로 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 회전 가이드(240)는 제1홈(241) 및 제2홈(242)을 포함할 수 있다. 제1홈(241)은 회전 가이드(240)의 외측 가장자리를 따라 2열로 배치되며 핑거(200)의 회전 위치를 제한할 수 있다. 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 핑거(200)가 서로 이격된 상태에서 제2구동부(400)가 작동하면 한 쌍의 핑거(200)가 제1홈(241)과 제2홈(242)을 따라 회전하면서 아래로 모이게 된다. 회전 가이드(240)는 회전부(220)에 의해 핑거(200)가 회전할 때 흔들리지 않고 안정적으로 회전할 수 있도록 하며, 핑거(200)의 회전 위치를 제한하는 스토퍼로서 기능할 수 있다.
제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 이동시킬 수 있다. 제1구동부(300)는 하우징(600)의 내부에 배치되며 석션 컵(100)을 길이 방향으로 전후진시킬 수 있다. 제1구동부(300)가 석션 컵(100)을 물체를 향해 이동시켜 석션 컵(100)이 물체와 접촉하면, 음압원이 작동하여 석션 컵(100)이 물체를 흡착하여 지지할 수 있다. 그리고 제1구동부(300)가 석션 컵(100)을 후진시켜 물체를 끌어당길 수 있다. 또한 제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 회전시킬 수 있다. 석션 컵(100)이 물체를 향해 전진한 상태에서 물체가 기울어져 있어 물체의 면과 석션 컵(100)의 단부 사이에 유격이 있는 경우, 제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 회전시켜 물체의 면과 접촉하도록 할 수 있다.
제1구동부(300)가 석션 컵(100)을 이동시키는 메커니즘은 특별히 한정하지 않는다. 제1구동부(300)는 하나 이상의 모터, 하나 이상의 모터와 연결되는링크 또는 텔레스코픽 구조, 기어 등을 포함할 수 있다.
제2구동부(400)는 핑거(200)를 이동시킬 수 있다. 제2구동부(400)는 한 쌍의 핑거(200)를 물체를 향해 이동하고 서로 이격되도록 이동시켜 물체를 파지하고 릴리즈할 수 있다. 제2구동부(400)는 하우징(600)의 내부에 배치될 수 있다.
일 실시예로 제2구동부(400)는 구동 모터(410), 인풋 기어(420), 피니언(430), 제1아웃풋 기어(440) 및 제2아웃풋 기어(450)를 포함할 수 있다.
구동 모터(410)의 일측에 인풋 기어(420)가 장착될 수 있다. 인풋 기어(420)는 구동 모터(410)와 동일한 방향으로 회전하며 회전축 S를 포함한다. 인풋 기어(420)의 일측과 타측에는 각각 한 쌍의 피니언(430)이 연결될 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 인풋 기어(420)와 한 쌍의 피니언(430)은 베벨 기어를 이룰 수 있다. 인풋 기어(420)가 일 방향으로 회전하면 한 쌍의 피니언(430)은 서로 반대 방향으로 회전하고, 한 쌍의 피니언(430)과 맞물린 제1아웃풋 기어(440)는 인풋 기어(420)와 반대 방향으로 회전할 수 있다. 제2아웃풋 기어(450)는 인풋 기어(420)의 회전축 S의 단부에 배치되며 인풋 기어(420)와 일체로 회전할 수 있다. 따라서 인풋 기어(420)는 제1아웃풋 기어(440)와 반대 방향으로 회전할 수 있다.
제1아웃풋 기어(440)는 핑거(200)의 회전부(220)에 포함된 한 쌍의 기어링크(221) 중 하나와 연결되고, 제2아웃풋 기어(450)는 다른 하나의 기어링크(221)와 연결될 수 있다. 따라서 구동 모터(410)가 작동하면 제1아웃풋 기어(440)와 제2아웃풋 기어(450)가 서로 반대 방향으로 회전하고, 제1아웃풋 기어(440)와 제2아웃풋 기어(450)와 각각 맞물린 한 쌍의 기어링크(221)가 반대 방향으로 회전하게 된다. 구동 모터(410), 인풋 기어(420), 제1아웃풋 기어(440), 제2아웃풋 기어(450)는 모두 동축으로 배치될 수 있다. 이와 같이 하이브리드 그리퍼(10)는 동축으로 배치된 제1아웃풋 기어(440) 및 제2아웃풋 기어(450)가, 구동 모터(410)가 작동하면 반대 방향으로 회전하는 동축 반전 메커니즘을 갖는 제2구동부(400)로 한 쌍의 핑거(200)를 회전시킬 수 있다.
다음 핑거(200)의 회전 동작을 설명한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 핑거(200)가 석션 컵(100)을 기준으로 서로 대향하도록 배치되어 있다. 이 상태에서 제2구동부(400)가 한 쌍의 핑거(200)를 오므려 물체를 지지하기 위해 작동할 수 있다. 먼저 구동 모터(410)가 회전하면 동일한 방향으로 인풋 기어(420)가 회전하고, 인풋 기어(420)와 맞물린 한 쌍의 피니언(430)이 서로 반대 방향으로 회전한다. 그리고 한 쌍의 피니언(430)과 맞물린 제1아웃풋 기어(440)가 인풋 기어(420)의 반대 방향으로 회전하게 된다. 따라서 제1아웃풋 기어(440)와 맞물려 있는 하나의 기어링크(221)가 회전하고, 해당 기어링크(221)와 연결되어 있는 하나의 베이스(215)가 회전하면서 하나의 핑거(200)가 회전할 수 있다. 또한 인풋 기어(420)의 회전축 S에 장착된 제2아웃풋 기어(450)가 인풋 기어(420)와 동일한 방향, 그리고 제1아웃풋 기어(440)와 반대 방향으로 회전하게 된다. 따라서 제2아웃풋 기어(450)와 맞물려 있는 다른 하나의 기어링크(221)가 회전하고, 해당 기어링크(221)와 연결되어 있는 다른 하나의 베이스(215)가 회전하면서 다른 하나의 핑거(200)가 회전할 수 있다. 이에 따라 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 핑거(200)가 축 AX2를 중심으로 회전하여 석션 컵(100) 아래에 위치할 수 있다.
제3구동부(500)는 핑거(200)의 승강시켜 핑거(200)의 파지 동작을 실시한다. 제3구동부(500)는 하우징(600)의 내부에 배치되며, 파지부(210)를 승강시켜 한 쌍의 핑거(200)가 오므려졌다 펴지면서 물체를 파지하고 릴리즈하도록 한다. 제3구동부(500)가 핑거(200)를 승강시키는 메커니즘은 특별히 한정하지 않는다. 제3구동부(500)는 하나 이상의 모터, 하나 이상의 모터와 연결되는링크 또는 텔레스코픽 구조, 기어 등을 포함할 수 있다.
일 실시예로 제3구동부(500)는 빈 피킹 시 한 쌍의 핑거(200)가 석션 컵(100)을 중심으로 대향하고 한 쌍의 핑거(200)의 베이스(215)의 중심과 석션 컵(100)의 중심축 AX1이 동일한 평면 P에 위치하도록 이동시킬 수 있다.
일 실시예로 제3구동부(500)는 선반 피킹 동작 시 한 쌍의 핑거(200)가 석션 컵(100)에 대해 아래에 위치하여 석션 컵(100)이 물체를 파지한 상태에서 물체의 저면을 지지하도록 이동시킬 수 있다.
하우징(600)은 하이브리드 그리퍼(10)의 다른 구성을 지지 및 보유한다. 하우징(600)의 내부에는 제1구동부(300), 제2구동부(400) 및 제3구동부(500)가 배치되며, 하우징(600)의 좌우측에 각각 한 쌍의 핑거(200)가 배치될 수 있다. 또한 하우징(600)의 선단에 석션 컵(100)이 배치될 수 있다. 하우징(600)의 일단은 로봇 암(20)에 연결될 수 있다. 하우징(600)의 형상은 하이브리드 그리퍼(10)가 적용되는 분야와 목적에 따라 적절히 변경될 수 있다.
일 실시예로 하이브리드 그리퍼(10)는 물체를 감지하기 위한 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 센서는 하우징(600)의 일측에 배치되어 물체를 감지하고 물체(O)의 위치 및 형상에 관한 정보를 컨트롤러(30)에 전달할 수 있다. 상기 센서는 광학 센서, 레이저 센서, 전자기 센서, 초음파 센서, 카메라 등일 수 있다.
도 12 내지 도 15는 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)의 빈 피킹 동작을 나타낸다.
먼저 하이브리드 그리퍼(10)가 빈(B)에 적재된 물체(O)를 피킹하기 위해 이동한다. 하이브리드 그리퍼(10)는 석션 컵(100)이 아래를 향해도록 배치될 수 있다(도 12). 여기서 하이브리드 그리퍼(10)에 구비된 센서가 물체(O)를 감지하고 물체(O)의 위치 및 형상에 관한 정보를 컨트롤러(30)에 전달하면, 컨트롤러(30)가 로봇 암(20)을 제어하여 하이브리드 그리퍼(10)의 위치를 조절할 수 있다.
다음 제1구동부(300)가 작동하여 석션 컵(100)을 물체(O)를 향해 이동시킨다(도 13). 제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 하강시켜 석션 컵(100)이 물체(O)와 접촉하도록 하고, 석션 컵(100)이 물체(O)와 접촉하면 음압원이 작동하여 석션 컵(100)이 물체(O)를 파지할 수 있다. 여기서 제1구동부(300는 석션 컵(100)을 회전시켜 석션 컵(100)이 물체(O)를 안정적으로 파지할 수 있도록 할 수 있다. 또한 석션 컵(100)에 배치된 센서가 석션 컵(100)과 물체(O) 사이 거리, 물체(O) 파지 여부 등을 감지할 수 있다.
석션 컵(100)이 물체(O)를 파지하면 제1구동부(300)가 다시 작동하여 석션 컵(100)을 당길 수 있다(도 14). 제1구동부(300)는 핑거(200)가 물체(O)를 파지할 수 있는 위치까지 석션 컵(100)을 당길 수 있다. 일 실시예로 제1구동부(300)는 석션 컵(100)의 단부가 핑거(200)의 접촉부(217)보다 내측에 위치하도록 석션 컵(100)을 당길 수 있다.
다음 제2구동부(400)가 작동하여 한 쌍의 핑거(200)가 물체(O)를 향해 이동한다(도 15). 한 쌍의 핑거(200)는 석션 컵(100)이 파지하는 물체(O)를 향해 오므려져, 물체(O)의 양 측면을 파지할 수 있다. 일 실시예로 핑거(200)의 센서부(230)가 측정한 물체(O)와 핑거(200) 사이의 거리, 핑거(200)가 물체(O)와 접촉했는지 여부, 핑거(200)가 물체(O)에 가하는 힘과 토크 등에 기초해 제2구동부(400)가 한 쌍의 핑거(200)를 제어할 수 있다.
석션 컵(100)과 한 쌍의 핑거(200)가 물체(O)를 파지하면, 로봇 암(20)이 작동하여 하이브리드 그리퍼(10)가 다른 위치로 이동한다. 그리고 반대 순서로 제1구동부(300) 및 제2구동부(400)가 동작하여 물체(O)를 릴리즈할 수 있다.
도 16 내지 도 19는 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)의 선반 피킹 동작을 나타낸다.
먼저 하이브리드 그리퍼(10)가 선반(S)에 적재된 물체(O)를 피킹하기 위해 이동한다. 하이브리드 그리퍼(10)는 석션 컵(100)이 물체(O)를 향해 지면과 평행하게 배치될 수 있다(도 16). 여기서 하이브리드 그리퍼(10)에 구비된 센서가 물체(O)를 감지하고 물체(O)의 위치 및 형상에 관한 정보를 컨트롤러(30)에 전달하면, 컨트롤러(30)가 로봇 암(20)을 제어하여 하이브리드 그리퍼(10)의 위치를 조절할 수 있다.
다음 제3구동부(500)가 작동하여 한 쌍의 핑거(200)를 석션 컵(100)에 대해 회전시킨다(도 17). 한 쌍의 핑거(200)는 석션 컵(100)에 대해 아래로 회전하여, 한 쌍의 핑거(200)가 물체(O)를 직접 파지하지 않고 석션 컵(100)이 파지한 물체(O)를 지지할 수 있다.
다음 제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 물체(O)를 향해 이동시킨다(도 18). 제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 돌출시켜 석션 컵(100)이 물체(O)와 접촉하도록 하고, 석션 컵(100)이 물체(O)와 접촉하면 음압원이 작동하여 석션 컵(100)이 물체(O)를 파지할 수 있다. 여기서 제1구동부(300는 석션 컵(100)을 회전시켜 석션 컵(100)이 물체(O)를 안정적으로 파지할 수 있도록 할 수 있다. 또한 석션 컵(100)에 배치된 센서가 석션 컵(100)과 물체(O) 사이 거리, 물체(O) 파지 여부 등을 감지할 수 있다.
석션 컵(100)이 물체(O)를 파지하면 제1구동부(300)가 다시 작동하여 석션 컵(100)을 당길 수 있다(도 19). 제1구동부(300)는 물체(O)가 핑거(200)에 안착되는 위치까지 석션 컵(100)을 당길 수 있다. 일 실시예로 제1구동부(300)는 석션 컵(100)의 단부가 핑거(200)의 접촉부(217)보다 내측에 위치하도록 석션 컵(100)을 당길 수 있다. 여기서 물체(O)는 일면이 석션 컵(100)에 의해 흡착 지지되고, 저면은 한 쌍의 핑거(200)에 의해 지지될 수 있다. 따라서 선반 피킹 시 무거운 물체(O)도 하이브리드 그리퍼(10)가 안정적으로 파지할 수 있다.
석션 컵(100)과 한 쌍의 핑거(200)가 물체(O)를 파지하면, 로봇 암(20)이 작동하여 하이브리드 그리퍼(10)가 다른 위치로 이동한다. 그리고 반대 순서로 제1구동부(300) 및 제2구동부(400)가 동작하여 물체(O)를 릴리즈할 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)는 석션 컵(100)과 핑거(200)로 물체(O)를 흡착 및 파지하여 물체(O)를 안정적으로 지지할 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)는 빈 피킹과 선반 피킹 동작 모두에 이용될 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)는 빈 피킹 시 핑거(200)의 베이스(215)의 중심과 석션 컵(100)의 중심축이 동일한 평면 상에 위치하여, 물체(O)를 안정적으로 파지할 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)는 선반 피킹 시 핑거(200)가 석션 컵(100)의 아래로 회전하여, 석션 컵(100)이 물체(O)를 흡착한 상태에서 핑거(200)가 물체(O)를 받쳐, 고중량의 물체(O)를 안정적으로 지지할 수 있다.
이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.
본 발명은 다양한 실시예와 변형예를 포함하며, 이하에서는 특정 실시예를 도면에 나타내고 발명의 설명에서 설명한다. 본 발명은 설명된 실시예로 한정되지 않으며 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 발명의 설명 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 의미하고, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다. 이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
본 명세서에서 특별히 한정하지 않는 이상, "또는"은 구성요소 "A" 및 "B"를 택일적으로 포함하는 경우뿐만 아니라 "A"와 "B"를 모두 포함하는 경우를 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)를 포함하는 로봇(1)을 나타내고, 도 2는 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)를 개략적으로 나타내고, 도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 핑거(200)의 파지 동작을 나타낸다. 도 3 및 도 4는 설명의 편의를 위해 석션 컵(100)을 삭제하고 핑거(200)를 나타냈다.
도 5는 일 실시예에 따른 석션 컵(100)과 핑거(200)의 베이스(215)의 위치를 나타내고, 도 6은 일 실시예에 따른 제2구동부(400)를 나타내고, 도 7 내지 도 9는 일 실시예에 따른 핑거(200)의 회전 동작을 나타내고, 도 10 및 도 11은 일 실시예에 따른 회전 가이드(240)를 포함하는 핑거(200)의 회전 동작을 나타낸다.
하이브리드 그리퍼(10)는 물류 시설 등에 구비되어 물류 운반을 수행한다. 하이브리드 그리퍼(10)는 크기와 모양이 정형화된 물체를 운반하거나, 크기와 모양이 다양한 랜덤 피스 피킹을 수행할 수 있다. 하이브리드 그리퍼(10)는 박스나 컨테이너 등과 같은 빈(bin)으로부터 물체를 집거나 빈에 물체를 집어넣을 수 있다. 또한 하이브리드 그리퍼(10)는 선반에 적재된 물체를 집거나 선반에 물체를 집어넣을 수 있다.
하이브리드 그리퍼(10)는 로봇 암(20) 및 컨트롤러(30)와 함께 로봇(1)에 포함될 수 있다. 로봇(1)은 물류 공장에서 작업자와 함께 물류 운반 작업을 실시하는 협동 로봇일 수 있다. 또는 로봇(1)은 의료 기기이거나 제조 로봇으로 이용될 수 있다.
일 실시예로 하이브리드 그리퍼(10)는 석션 컵(100), 석션 컵(100)의 주위에 배치되며 한 쌍의 핑거(200), 석션 컵(100)을 전후진시키는 제1구동부(300), 한 쌍의 핑거(200)가 물체를 파지하도록 서로 접근 또는 이격시키는 제2구동부(400), 한 쌍의 핑거(200)를 석션 컵(100)에 대해 이동시키는 제3구동부(500), 제3구동부(500)는 빈 피킹 시 한 쌍의 핑거(200)의 위치와 선반 피킹 시 한 쌍의 핑거(200)의 위치가 석션 컵(100)에 대해 달라지도록 한 쌍의 핑거(200)를 이동시킬 수 있다.
로봇 암(20)은 로봇(1)의 관절로서 복수 개의 회전축을 구비할 수 있다. 일 실시예로 로봇 암(20)은 6축 로봇으로서 일단은 작업 영역에 장착되고 타단에는 하이브리드 그리퍼(10)가 배치될 수 있다. 로봇 암(20)은 컨트롤러(30)와 유무선으로 연결되어 컨트롤러(30)의 지시를 받아 동작할 수 있다. 컨트롤러(30)는 로봇(1)의 동작을 제어하기 위해 프로세서, 메모리, 통신 장치 등을 포함할 수 있다. 컨트롤러(30)는 로봇 암(20)의 회전 및 위치 제어와 하이브리드 그리퍼(10)의 석션 컵(100)과 핑거(200)의 동작을 제어할 수 있다.
하이브리드 그리퍼(10)는 석션 컵(100), 핑거(200), 제1구동부(300), 제2구동부(400), 제3구동부(500) 및 하우징(600)을 포함할 수 있다.
석션 컵(100)은 하이브리드 그리퍼(10)의 일측에 배치되어 물체를 흡착하여 지지한다. 석션 컵(100)은 하이브리드 그리퍼(10)의 중심축 상에 배치되며 길이 방향(도 2의 Y축 방향)으로 전진 및 후진하면서 물체를 파지할 수 있다. 석션 컵(100)은 한 쌍의 핑거(200) 사이에 배치되며 단독으로 물체를 파지하거나 한 쌍의 핑거(200)가 물체를 파지한 후 또는 물체를 파지하기 전에 미리 물체를 파지하여 한 쌍의 핑거(200)와 함께 물체를 파지할 수 있다. 석션 컵(100)은 빈 피킹과 선반 피킹 모두에 이용될 수 있다.
석션 컵(100)은 제1구동부(300)에 의해 전진 및 후진할 수 있으며 가장 내측으로 당겨진 상태인 초기 위치에서는 선단이 한 쌍의 핑거(200)보다 길이 방향으로 안쪽에 위치할 수 있다. 그리고 물체를 파지하기 위해 석션 컵(100)이 가장 외측으로 돌출된 상태에서는 선단이 한 쌍의 핑거(200)보다 길이 방향으로 더 돌출될 수 있다.
석션 컵(100)은 제1구동부(300)에 의해 회전할 수 있다. 석션 컵(100)은 길이 방향(Y축 방향)으로 중심축을 기준으로 회전하거나 폭 방향(X축 방향)으로 중심축을 기준으로 회전하여 물체를 파지할 수 있다.
석션 컵(100)은 도시하지 않은 음압원과 연결될 수 있다. 석션 컵(100)의 단부에는 물체와 안정적으로 접촉하기 위한 탄성 재질의 접촉부가 형성될 수 있다. 상기 접촉부는 주름이 형성된 벨로우즈 구조를 가질 수 있다.
일 실시예로 석션 컵(100)은 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 센서는 석션 컵(100)의 선단 또는 상기 벨로우즈 구조를 지지하는 지지부 등에 배치될 수 있다. 상기 센서는 물체(O)를 감지하고 물체(O)와 석션 컵(100) 사이의 거리를 측정하여 컨트롤러(30)로 전달할 수 있다. 컨트롤러(30)는 상기 센서가 감지한 정보에 기초해 제1구동부(300)를 통해 석션 컵(100)의 위치를 제어할 수 있다.
핑거(200)는 하우징(600)의 일측과 타측에 한 쌍 배치되어 물체를 파지하고 지지할 수 있다. 일 실시예로 핑거(200)는 물체를 직접 파지하여 운반하거나 석션 컵(100)이 물체를 파지한 상태에서 물체가 이탈되지 않도록 받칠 수 있다. 빈 피킹 시 핑거(200)는 물체를 직접 파지하고, 선반 피킹 시 핑거(200)는 석션 컵(100)을 보조하여 석션 컵(100)이 파지한 물체를 지지할 수 있다.
핑거(200)는 석션 컵(100)을 향해 오므려졌다 펴졌다를 반복하면서 물체를 파지할 수 있다. 물체가 한 쌍의 핑거(200) 사이에 위치한 상태에서 한 쌍의 핑거(200)가 서로를 향해 접근하여 물체를 파지할 수 있다. 또한 한 쌍의 핑거(200)는 석션 컵(100)의 주위를 회전할 수 있으며 석션 컵(100)에 의해 파지된 물체를 받치도록 석션 컵(100)을 기준으로 일측에 배치될 수 있다.
일 실시예로 핑거(200)는 파지부(210) 및 회전부(220)를 포함할 수 있다.
일 실시예로 한 쌍의 핑거(200)는 파지부(210) 및 회전부(220)를 각각 포함하고, 파지부(210)는 제3구동부(500)에 의해 복수 개의 승강링크가 승강하면서 구동링크(213)가 베이스(215) 및 접촉부(217)를 연결하는 복수 개의 회전링크를 회전시키도록 하여, 접촉부(217)가 물체를 파지하거나 릴리즈하도록 할 수 있다. 또한 회전부(220)는 제2구동부(400)에 의해 기어링크(221)가 회전하면 기어링크(221)와 연결된 고정링크(222)가 회전하면서 베이스(215)를 회전시켜 핑거(200)를 회전시킬 수 있다.
파지부(210)는 한 쌍의 핑거(200)가 물체를 파지하기 위한 동작을 구현하기 위한 부분으로서 제3구동부(500)에 의해 작동할 수 있다. 제3구동부(500)가 작동하면 파지부(210)가 오므려졌다 펴지면서 물체를 파지하고 릴리즈할 수 있다.
일 실시예로 파지부(210)는 복수 개의 승강링크로서 제1승강링크(211), 제2승강링크(212), 구동링크(213), 복수 개의 회전링크로서 제1회전링크(214), 제2회전링크(216), 제3회전링크(218), 베이스(215) 및 접촉부(217)를 포함할 수 있다.
제1승강링크(211)는 제3구동부(500)와 연결되며 제3구동부(500)가 작동하면 길이 방향(Y축 방향)으로 승강할 수 있다. 제1승강링크(211)는 하이브리드 그리퍼(10)의 폭 방향(X축 방향)으로 중심부에 1개 배치될 수 있다. 제1승강링크(211)는 제2승강링크(212)와 연결되는 지지링크(L)를 통해 길이 방향으로 승강할 수 있다. 제2승강링크(212)는 지지링크(L)를 통해 제1승강링크(211)의 일측과 타측에 회전 가능하게 한 쌍 배치될 수 있다. 제3구동부(500)의 동작 시 제2승강링크(212)는 제1승강링크(211)에 대해 회전하지 않으며, 제1승강링크(211)와 함께 승강할 수 있다. 제2승강링크(212)는 지지링크(L)를 통해 베이스(215)와 연결될 수 있다.
구동링크(213)는 한 쌍의 제2승강링크(212)에 회전 가능하게 한 쌍 배치되며, 한 쌍의 제2승강링크(212)가 승강하면 함께 승강하면서 회전할 수 있다. 구동링크(213)의 일단은 제2승강링크(212)와 연결되고 타단은 제1회전링크(214)와 연결될 수 있다. 제2승강링크(212)가 승강하면 구동링크(213)도 승강하면서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하여 제1회전링크(214)를 회전시킬 수 있다.
제1회전링크(214)는 구동링크(213), 베이스(215) 및 제3회전링크(218)와 연결될 수 있다. 제1회전링크(214)의 일단은 베이스(215)의 일단에 회전 가능하게 연결되고, 제1회전링크(214)의 타단은 제3회전링크(218)의 일단에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 또한 제1회전링크(214)의 양단 사이의 위치에 구동링크(213)가 회전 가능하게 연결될 수 있다. 따라서 구동링크(213)가 반시계 방향으로 회전하면 제1회전링크(214)는 베이스(215)에 연결된 일단을 기준으로 반시계 방향으로 회전하고, 제1회전링크(214)의 타단에 연결된 제3회전링크(218)가 회전하면서 파지 동작이 이루어질 수 있다. 반대로 구동링크(213)가 시계 방향으로 회전하면 제1회전링크(214)는 베이스(215)에 연결된 타단을 기준으로 시계 방향으로 회전하고, 제1회전링크(214)의 타단에 연결된 제3회전링크(218)가 회전하면서 릴리즈 동작이 이루어질 수 있다.
일 실시예로 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1회전링크(214)는 구동링크(213)와 연결되는 지점에서 외측으로 구부러진 형상을 가질 수 있다. 따라서 제1회전링크(214)가 회전하면서 핑거(200)의 다른 구성요소와 간섭하지 않을 수 있다.
베이스(215)는 지지링크(L)를 통해 제2승강링크(212)와 연결되어 있으며, 일단은 제1회전링크(214)의 일단과 연결되고, 타단은 제2회전링크(216)의 타단과 연결되어 있다. 베이스(215)는 제3구동부(500)가 동작하더라도 승강하지 않으며 핑거(200)의 파지 동작의 기준이 된다.
제2회전링크(216)는 일단이 베이스(215)의 타단에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 접촉부(217)의 일단에 회전 가능하게 연결된다.
접촉부(217)는 물체와 직접 접촉하는 부분으로서, 일단은 제2회전링크(216)와 회전 가능하게 연결되고 타측은 제3회전링크(218)의 타단에 연결될 수 있다. 접촉부(217)가 제3회전링크(218)와 연결되는 지점은 접촉부(217)의 길이 방향으로 단부가 아닌 그보다 내측에 위치한 지점일 수 있다. 접촉부(217)는 제3회전링크(218)의 회전에 의해 물체를 향해 이동하거나 물체에서 이격될 수 있다.
접촉부(217)는 물체와 접촉 위치에 따라 위치가 바뀔 수 있다. 예를 들어 접촉부(217)는 길이 방향으로 중심부에 물체와 접촉할 경우, 회전하지 않고 그대로 물체를 파지할 수 있다. 또는 접촉부(217)는 길이 방향으로 중심부보다 아래에서 물체와 접촉할 경우, 반시계 방향으로 회전하면서 물체를 내측으로 감쌀 수 있다. 또는 접촉부(217)는 길이 방향으로 중심부보다 위에서 물체와 접촉할 경우, 시계 방향으로 회전하면서 외측으로 벌어져 물체를 지지할 수 있다. 물체와 접촉부(217)의 접촉 위치에 따라 제2회전링크(216)가 회전하면서 접촉부(217)의 위치가 결정될 수 있다.
접촉부(217)는 물체와 접촉하는 내측면에 미끄럼 방지 부재가 배치될 수 있다. 또한 접촉부(217)에는 센서부(230)가 구비되어 물체를 감지할 수 있다.
일 실시예로 접촉부(217)는 강체로 이루어질 수 있다. 다른 실시예로 접촉부(217)는 변형 가능한 재질로 이루어질 수 있다. 접촉부(217)는 고무나 벨트 등과 같은 탄성이 있거나 변형 가능한 재질로 이루어져 물체의 형상에 따라 변형될 수 있다. 또는 접촉부(217)는 허니컴(honeycomb) 구조 또는 어제틱(auxetic) 구조를 포함하여 물체를 파지할 때 변형 가능할 수 있다.
제3회전링크(218)는 일단이 제1회전링크(214)의 타단에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 접촉부(217)의 일측에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
파지부(210)의 동작을 아래와 같이 설명한다.
먼저 도 3에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 파지부(210)가 벌어진 상태에서 한 쌍의 파지부(210)를 모으기 위해 제3구동부(500)가 작동하면 제1승강링크(211)가 상승한다. 그리고 제1승강링크(211)의 일측과 타측에 각각 연결된 한 쌍의 제2승강링크(212)가 상승하고 이에 따라 한 쌍의 구동링크(213)도 상승한다. 한 쌍의 구동링크(213)는 상승하면서 내측으로 회전하게 되고, 한 쌍의 구동링크(213)와 각각 연결된 한 쌍의 제1회전링크(214)도 베이스(215)를 중심으로 내측으로 회전한다. 그리고 도 4에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 제3회전링크(218)가 내측으로 회전하면서 한 쌍의 접촉부(217)가 내측으로 모여 물체를 파지할 수 있다. 한 쌍의 제2회전링크(216)는 한 쌍의 접촉부(217)의 위치에 따라 종속적으로 이동하며, 접촉부(217)가 물체와 접촉하는 위치에 따라 회전하면서 접촉부(217)의 적응형 모션을 구현할 수 있다. 또한 도 4에 나타낸 바와 같이, 파지부(210)는 전술한링크 구조를 포함함으로써 한 쌍의 접촉부(217)가 매우 근접한 위치까지 이동하여 물체를 파지할 수 있다. 따라서 석션 컵(100)이 상대적으로 작은 크기의 물체를 파지한 상태에서도 한 쌍의 접촉부(217)가 유격 없이 물체와 접촉할 수 있다.
일 실시예에 따른 핑거(200)는 빈 피킹 시 베이스(215)의 중심과 석션 컵(100)의 중심이 동일한 평면 상에 위치할 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 석션 컵(100)의 길이 방향(Y축 방향) 중심축과 한 쌍의 베이스(215)의 두께 방향(Z축 방향) 중심은 동일한 평면 P에 위치할 수 있다. 또한 한 쌍의 접촉부(217)는 한 쌍의 베이스(215)와 각각 두께 방향으로 중심이 일치할 수 있다. 즉, 석션 컵(100)이 물체와 접촉하는 중심과 핑거(200)가 물체를 파지하는 중심이 동일한 평면 상에 위치함으로써, 석션 컵(100)과 함께 핑거(200)가 안정적으로 물체를 파지할 수 있다. 일 실시예로 한 쌍의 핑거(200)는 빈 피킹 시 오므려지거나 벌어진 상태 모두 석션 컵(100)이 물체와 접촉하는 중심과 한 쌍의 베이스(215)(또는 한 쌍의 접촉부(217))의 중심, 즉, 핑거(200)가 물체를 파지하는 중심이 동일한 평면 P에 위치할 수 있다.
회전부(220)는 한 쌍의 핑거(200)를 회전시켜 석션 컵(100)이 물체를 파지했을 때 물체의 일측을 지지하여 석션 컵(100)의 파지 동작을 보조할 수 있다. 회전부(220)의 회전축은 석션 컵(100)의 중심축과 이격하여 배치될 수 있다. 회전부(220)의 회전축은 도 7의 축 AX2이며 석션 컵(100)의 중심축인 AX1의 아래에 위치할 수 있다. 회전부(220)는 축 AX2를 중심으로 한 쌍의 핑거(200)를 회전시켜, 한 쌍의 핑거(200)가 석션 컵(100)을 중심으로 대향하도록 배치되거나, 석션 컵(100)의 아래에 위치하도록 할 수 있다.
일 실시예로 회전부(220)는 기어링크(221) 및 고정링크(222)를 포함할 수 있다.
기어링크(221)는 제2구동부(400)와 연결되도록 한 쌍 배치될 수 있다. 한 상의 기어링크(221)는 일측에 제2구동부(400)의 기어와 맞물리는 기어를 구비하며 제2구동부(400)가 회전함에 따라 회전할 수 있다.
고정링크(222)는 한 쌍의 기어링크(221)와 연결되도록 한 쌍 배치될 수 있다. 또한 한 쌍의 고정링크(222)는 지지링크(L)를 통해 한 쌍의 베이스(215)와 각각 연결될 수 있다. 따라서 제2구동부(400)에 작동하여 한 쌍의 기어링크(221)가 회전하면 한 쌍의 고정링크(222)가 회전하면서 한 쌍의 베이스(215)도 회전하게 된다. 따라서 한 쌍의 핑거(200) 전체가 회전할 수 있다.
회전부(220)의 상세한 동작은 후술한다.
일 실시예로 핑거(200)는 센서부(230)를 더 포함할 수 있다. 센서부(230)는 핑거(200)의 일측에 배치되어 물체와 핑거(200)의 거리, 핑거(200)가 물체를 파지했는지 여부, 핑거(200)가 물체를 파지하는 힘 등을 감지할 수 있다. 센서부(230)는 핑거(200)의 파지부(210) 및/또는 회전부(220)에 배치될 수 있으며, 일 실시예로 파지부(210)의 한 쌍의 접촉부(217)에 각각 위치할 수 있다.
센서부(230)는 접촉부(217)의 내측면에 배치되거나 내측면과 인접하게 배치될 수 있다. 일 실시예로 접촉부(217)가 물체를 파지하면 가압되어 온(on)되고 접촉부(217)가 물체를 릴리즈하면 오프(off)되는 스위치 타입의 센서일 수 있다. 센서부(230)는 물체를 감지하면 컨트롤러(30)로 감지 신호를 전달하고, 컨트롤러(30)는 물체가 손상되지 않도록 핑거(200)가 물체를 파지하는 힘을 조절할 수 있다.
일 실시예로 센서부(230)는 접촉부(217)와 물체 간의 거리를 측정할 수 있다. 센서부(230)는 ToF 센서, 정전용량형 센서 및 전자기 센서 중 하나 이상을 포함하며, 접촉부(217)와 물체 간의 거리를 측정해 컨트롤러(30)로 전달할 수 있다. 일 실시예로 센서부(230)는 접촉부(217)를 가압하는 힘과 토크를 측정하는 힘토크 센서일 수 있다. 컨트롤러(30)는 센서부(230)가 측정한 접촉부(217)와 물체 사이 거리 또는 접촉부(217)가 물체를 가압하는 힘과 토크에 기초해 핑거(200)의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예로 핑거(200)는 회전 가이드(240)를 더 포함할 수 있다.
회전 가이드(240)는 핑거(200)의 일측에 배치되어 회전부(220)의 동작에 따른 핑거(200)의 위치를 가이드할 수 있다. 회전 가이드(240)는 회전부(220)의 일측에 하나 이상 배치되며, 도 3 및 도 4에 나타낸 복수 개의 지지링크(L)가 삽입되는 복수 개의 홈을 포함할 수 있다. 일 실시예로 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 회전 가이드(240)는 제1홈(241) 및 제2홈(242)을 포함할 수 있다. 제1홈(241)은 회전 가이드(240)의 외측 가장자리를 따라 2열로 배치되며 핑거(200)의 회전 위치를 제한할 수 있다. 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 핑거(200)가 서로 이격된 상태에서 제2구동부(400)가 작동하면 한 쌍의 핑거(200)가 제1홈(241)과 제2홈(242)을 따라 회전하면서 아래로 모이게 된다. 회전 가이드(240)는 회전부(220)에 의해 핑거(200)가 회전할 때 흔들리지 않고 안정적으로 회전할 수 있도록 하며, 핑거(200)의 회전 위치를 제한하는 스토퍼로서 기능할 수 있다.
제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 이동시킬 수 있다. 제1구동부(300)는 하우징(600)의 내부에 배치되며 석션 컵(100)을 길이 방향으로 전후진시킬 수 있다. 제1구동부(300)가 석션 컵(100)을 물체를 향해 이동시켜 석션 컵(100)이 물체와 접촉하면, 음압원이 작동하여 석션 컵(100)이 물체를 흡착하여 지지할 수 있다. 그리고 제1구동부(300)가 석션 컵(100)을 후진시켜 물체를 끌어당길 수 있다. 또한 제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 회전시킬 수 있다. 석션 컵(100)이 물체를 향해 전진한 상태에서 물체가 기울어져 있어 물체의 면과 석션 컵(100)의 단부 사이에 유격이 있는 경우, 제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 회전시켜 물체의 면과 접촉하도록 할 수 있다.
제1구동부(300)가 석션 컵(100)을 이동시키는 메커니즘은 특별히 한정하지 않는다. 제1구동부(300)는 하나 이상의 모터, 하나 이상의 모터와 연결되는링크 또는 텔레스코픽 구조, 기어 등을 포함할 수 있다.
제2구동부(400)는 핑거(200)를 이동시킬 수 있다. 제2구동부(400)는 한 쌍의 핑거(200)를 물체를 향해 이동하고 서로 이격되도록 이동시켜 물체를 파지하고 릴리즈할 수 있다. 제2구동부(400)는 하우징(600)의 내부에 배치될 수 있다.
일 실시예로 제2구동부(400)는 구동 모터(410), 인풋 기어(420), 피니언(430), 제1아웃풋 기어(440) 및 제2아웃풋 기어(450)를 포함할 수 있다.
구동 모터(410)의 일측에 인풋 기어(420)가 장착될 수 있다. 인풋 기어(420)는 구동 모터(410)와 동일한 방향으로 회전하며 회전축 S를 포함한다. 인풋 기어(420)의 일측과 타측에는 각각 한 쌍의 피니언(430)이 연결될 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 인풋 기어(420)와 한 쌍의 피니언(430)은 베벨 기어를 이룰 수 있다. 인풋 기어(420)가 일 방향으로 회전하면 한 쌍의 피니언(430)은 서로 반대 방향으로 회전하고, 한 쌍의 피니언(430)과 맞물린 제1아웃풋 기어(440)는 인풋 기어(420)와 반대 방향으로 회전할 수 있다. 제2아웃풋 기어(450)는 인풋 기어(420)의 회전축 S의 단부에 배치되며 인풋 기어(420)와 일체로 회전할 수 있다. 따라서 인풋 기어(420)는 제1아웃풋 기어(440)와 반대 방향으로 회전할 수 있다.
제1아웃풋 기어(440)는 핑거(200)의 회전부(220)에 포함된 한 쌍의 기어링크(221) 중 하나와 연결되고, 제2아웃풋 기어(450)는 다른 하나의 기어링크(221)와 연결될 수 있다. 따라서 구동 모터(410)가 작동하면 제1아웃풋 기어(440)와 제2아웃풋 기어(450)가 서로 반대 방향으로 회전하고, 제1아웃풋 기어(440)와 제2아웃풋 기어(450)와 각각 맞물린 한 쌍의 기어링크(221)가 반대 방향으로 회전하게 된다. 구동 모터(410), 인풋 기어(420), 제1아웃풋 기어(440), 제2아웃풋 기어(450)는 모두 동축으로 배치될 수 있다. 이와 같이 하이브리드 그리퍼(10)는 동축으로 배치된 제1아웃풋 기어(440) 및 제2아웃풋 기어(450)가, 구동 모터(410)가 작동하면 반대 방향으로 회전하는 동축 반전 메커니즘을 갖는 제2구동부(400)로 한 쌍의 핑거(200)를 회전시킬 수 있다.
다음 핑거(200)의 회전 동작을 설명한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 핑거(200)가 석션 컵(100)을 기준으로 서로 대향하도록 배치되어 있다. 이 상태에서 제2구동부(400)가 한 쌍의 핑거(200)를 오므려 물체를 지지하기 위해 작동할 수 있다. 먼저 구동 모터(410)가 회전하면 동일한 방향으로 인풋 기어(420)가 회전하고, 인풋 기어(420)와 맞물린 한 쌍의 피니언(430)이 서로 반대 방향으로 회전한다. 그리고 한 쌍의 피니언(430)과 맞물린 제1아웃풋 기어(440)가 인풋 기어(420)의 반대 방향으로 회전하게 된다. 따라서 제1아웃풋 기어(440)와 맞물려 있는 하나의 기어링크(221)가 회전하고, 해당 기어링크(221)와 연결되어 있는 하나의 베이스(215)가 회전하면서 하나의 핑거(200)가 회전할 수 있다. 또한 인풋 기어(420)의 회전축 S에 장착된 제2아웃풋 기어(450)가 인풋 기어(420)와 동일한 방향, 그리고 제1아웃풋 기어(440)와 반대 방향으로 회전하게 된다. 따라서 제2아웃풋 기어(450)와 맞물려 있는 다른 하나의 기어링크(221)가 회전하고, 해당 기어링크(221)와 연결되어 있는 다른 하나의 베이스(215)가 회전하면서 다른 하나의 핑거(200)가 회전할 수 있다. 이에 따라 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 핑거(200)가 축 AX2를 중심으로 회전하여 석션 컵(100) 아래에 위치할 수 있다.
제3구동부(500)는 핑거(200)의 승강시켜 핑거(200)의 파지 동작을 실시한다. 제3구동부(500)는 하우징(600)의 내부에 배치되며, 파지부(210)를 승강시켜 한 쌍의 핑거(200)가 오므려졌다 펴지면서 물체를 파지하고 릴리즈하도록 한다. 제3구동부(500)가 핑거(200)를 승강시키는 메커니즘은 특별히 한정하지 않는다. 제3구동부(500)는 하나 이상의 모터, 하나 이상의 모터와 연결되는링크 또는 텔레스코픽 구조, 기어 등을 포함할 수 있다.
일 실시예로 제3구동부(500)는 빈 피킹 시 한 쌍의 핑거(200)가 석션 컵(100)을 중심으로 대향하고 한 쌍의 핑거(200)의 베이스(215)의 중심과 석션 컵(100)의 중심축 AX1이 동일한 평면 P에 위치하도록 이동시킬 수 있다.
일 실시예로 제3구동부(500)는 선반 피킹 동작 시 한 쌍의 핑거(200)가 석션 컵(100)에 대해 아래에 위치하여 석션 컵(100)이 물체를 파지한 상태에서 물체의 저면을 지지하도록 이동시킬 수 있다.
하우징(600)은 하이브리드 그리퍼(10)의 다른 구성을 지지 및 보유한다. 하우징(600)의 내부에는 제1구동부(300), 제2구동부(400) 및 제3구동부(500)가 배치되며, 하우징(600)의 좌우측에 각각 한 쌍의 핑거(200)가 배치될 수 있다. 또한 하우징(600)의 선단에 석션 컵(100)이 배치될 수 있다. 하우징(600)의 일단은 로봇 암(20)에 연결될 수 있다. 하우징(600)의 형상은 하이브리드 그리퍼(10)가 적용되는 분야와 목적에 따라 적절히 변경될 수 있다.
일 실시예로 하이브리드 그리퍼(10)는 물체를 감지하기 위한 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 센서는 하우징(600)의 일측에 배치되어 물체를 감지하고 물체(O)의 위치 및 형상에 관한 정보를 컨트롤러(30)에 전달할 수 있다. 상기 센서는 광학 센서, 레이저 센서, 전자기 센서, 초음파 센서, 카메라 등일 수 있다.
도 12 내지 도 15는 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)의 빈 피킹 동작을 나타낸다.
먼저 하이브리드 그리퍼(10)가 빈(B)에 적재된 물체(O)를 피킹하기 위해 이동한다. 하이브리드 그리퍼(10)는 석션 컵(100)이 아래를 향해도록 배치될 수 있다(도 12). 여기서 하이브리드 그리퍼(10)에 구비된 센서가 물체(O)를 감지하고 물체(O)의 위치 및 형상에 관한 정보를 컨트롤러(30)에 전달하면, 컨트롤러(30)가 로봇 암(20)을 제어하여 하이브리드 그리퍼(10)의 위치를 조절할 수 있다.
다음 제1구동부(300)가 작동하여 석션 컵(100)을 물체(O)를 향해 이동시킨다(도 13). 제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 하강시켜 석션 컵(100)이 물체(O)와 접촉하도록 하고, 석션 컵(100)이 물체(O)와 접촉하면 음압원이 작동하여 석션 컵(100)이 물체(O)를 파지할 수 있다. 여기서 제1구동부(300는 석션 컵(100)을 회전시켜 석션 컵(100)이 물체(O)를 안정적으로 파지할 수 있도록 할 수 있다. 또한 석션 컵(100)에 배치된 센서가 석션 컵(100)과 물체(O) 사이 거리, 물체(O) 파지 여부 등을 감지할 수 있다.
석션 컵(100)이 물체(O)를 파지하면 제1구동부(300)가 다시 작동하여 석션 컵(100)을 당길 수 있다(도 14). 제1구동부(300)는 핑거(200)가 물체(O)를 파지할 수 있는 위치까지 석션 컵(100)을 당길 수 있다. 일 실시예로 제1구동부(300)는 석션 컵(100)의 단부가 핑거(200)의 접촉부(217)보다 내측에 위치하도록 석션 컵(100)을 당길 수 있다.
다음 제2구동부(400)가 작동하여 한 쌍의 핑거(200)가 물체(O)를 향해 이동한다(도 15). 한 쌍의 핑거(200)는 석션 컵(100)이 파지하는 물체(O)를 향해 오므려져, 물체(O)의 양 측면을 파지할 수 있다. 일 실시예로 핑거(200)의 센서부(230)가 측정한 물체(O)와 핑거(200) 사이의 거리, 핑거(200)가 물체(O)와 접촉했는지 여부, 핑거(200)가 물체(O)에 가하는 힘과 토크 등에 기초해 제2구동부(400)가 한 쌍의 핑거(200)를 제어할 수 있다.
석션 컵(100)과 한 쌍의 핑거(200)가 물체(O)를 파지하면, 로봇 암(20)이 작동하여 하이브리드 그리퍼(10)가 다른 위치로 이동한다. 그리고 반대 순서로 제1구동부(300) 및 제2구동부(400)가 동작하여 물체(O)를 릴리즈할 수 있다.
도 16 내지 도 19는 일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)의 선반 피킹 동작을 나타낸다.
먼저 하이브리드 그리퍼(10)가 선반(S)에 적재된 물체(O)를 피킹하기 위해 이동한다. 하이브리드 그리퍼(10)는 석션 컵(100)이 물체(O)를 향해 지면과 평행하게 배치될 수 있다(도 16). 여기서 하이브리드 그리퍼(10)에 구비된 센서가 물체(O)를 감지하고 물체(O)의 위치 및 형상에 관한 정보를 컨트롤러(30)에 전달하면, 컨트롤러(30)가 로봇 암(20)을 제어하여 하이브리드 그리퍼(10)의 위치를 조절할 수 있다.
다음 제3구동부(500)가 작동하여 한 쌍의 핑거(200)를 석션 컵(100)에 대해 회전시킨다(도 17). 한 쌍의 핑거(200)는 석션 컵(100)에 대해 아래로 회전하여, 한 쌍의 핑거(200)가 물체(O)를 직접 파지하지 않고 석션 컵(100)이 파지한 물체(O)를 지지할 수 있다.
다음 제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 물체(O)를 향해 이동시킨다(도 18). 제1구동부(300)는 석션 컵(100)을 돌출시켜 석션 컵(100)이 물체(O)와 접촉하도록 하고, 석션 컵(100)이 물체(O)와 접촉하면 음압원이 작동하여 석션 컵(100)이 물체(O)를 파지할 수 있다. 여기서 제1구동부(300는 석션 컵(100)을 회전시켜 석션 컵(100)이 물체(O)를 안정적으로 파지할 수 있도록 할 수 있다. 또한 석션 컵(100)에 배치된 센서가 석션 컵(100)과 물체(O) 사이 거리, 물체(O) 파지 여부 등을 감지할 수 있다.
석션 컵(100)이 물체(O)를 파지하면 제1구동부(300)가 다시 작동하여 석션 컵(100)을 당길 수 있다(도 19). 제1구동부(300)는 물체(O)가 핑거(200)에 안착되는 위치까지 석션 컵(100)을 당길 수 있다. 일 실시예로 제1구동부(300)는 석션 컵(100)의 단부가 핑거(200)의 접촉부(217)보다 내측에 위치하도록 석션 컵(100)을 당길 수 있다. 여기서 물체(O)는 일면이 석션 컵(100)에 의해 흡착 지지되고, 저면은 한 쌍의 핑거(200)에 의해 지지될 수 있다. 따라서 선반 피킹 시 무거운 물체(O)도 하이브리드 그리퍼(10)가 안정적으로 파지할 수 있다.
석션 컵(100)과 한 쌍의 핑거(200)가 물체(O)를 파지하면, 로봇 암(20)이 작동하여 하이브리드 그리퍼(10)가 다른 위치로 이동한다. 그리고 반대 순서로 제1구동부(300) 및 제2구동부(400)가 동작하여 물체(O)를 릴리즈할 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)는 석션 컵(100)과 핑거(200)로 물체(O)를 흡착 및 파지하여 물체(O)를 안정적으로 지지할 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)는 빈 피킹과 선반 피킹 동작 모두에 이용될 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)는 빈 피킹 시 핑거(200)의 베이스(215)의 중심과 석션 컵(100)의 중심축이 동일한 평면 상에 위치하여, 물체(O)를 안정적으로 파지할 수 있다.
일 실시예에 따른 하이브리드 그리퍼(10)는 선반 피킹 시 핑거(200)가 석션 컵(100)의 아래로 회전하여, 석션 컵(100)이 물체(O)를 흡착한 상태에서 핑거(200)가 물체(O)를 받쳐, 고중량의 물체(O)를 안정적으로 지지할 수 있다.
이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 석션 컵;
    상기 석션 컵의 주위에 배치되며 한 쌍의 핑거;
    상기 석션 컵을 전후진시키는 제1구동부
    상기 한 쌍의 핑거가 물체를 파지하도록 서로 접근 또는 이격시키는 제2구동부; 및
    상기 한 쌍의 핑거를 상기 석션 컵에 대해 이동시키는 제3구동부; 및
    상기 제3구동부는 빈 피킹 시 상기 한 쌍의 핑거의 위치와 선반 피킹 시 상기 한 쌍의 핑거의 위치가 상기 석션 컵에 대해 달라지도록 상기 한 쌍의 핑거를 이동시키는, 하이브리드 그리퍼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3구동부는 빈 피킹 시 상기 한 쌍의 핑거가 상기 석션 컵을 중심으로 대향하고 상기 한 쌍의 핑거의 베이스의 중심과 상기 석션 컵의 중심축이 동일한 평면에 위치하도록 이동시키는, 하이브리드 그리퍼.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3구동부는 선반 피킹 동작 시 상기 한 쌍의 핑거가 상기 석션 컵에 대해 아래에 위치하여 상기 석션 컵이 물체를 파지한 상태에서 물체의 저면을 지지하도록 이동시키는, 하이브리드 그리퍼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2구동부는
    구동 모터;
    상기 구동 모터에 의해 회전하는 인풋 기어;
    상기 인풋 기어의 일측 및 타측과 각각 연결되는 한 쌍의 피니언;
    상기 한 쌍의 피니언과 각각 연결되며 상기 한 쌍의 핑거 중 하나와 연결되는 제1아웃풋 기어; 및
    상기 인풋 기어의 회전축에 장착되어 상기 인풋 기어와 동일하게 회전하며 상기 한 쌍의 핑거 중 다른 하나와 연결되는 제2아웃풋 기어;를 포함하고,
    상기 제2구동부는 상기 구동 모터가 작동하면 상기 제1아웃풋 기어와 상기 제2아웃풋 기어가 반대 방향으로 회전하는 동축 반전 메커니즘으로서 상기 한 쌍의 핑거를 서로 접근 또는 이격시키는, 하이브리드 그리퍼.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 핑거는
    파지부; 및
    회전부;를 각각 포함하고,
    상기 파지부는 상기 제3구동부에 의해 복수 개의 승강링크가 승강하면서 구동링크가 베이스 및 접촉부를 연결하는 복수 개의 회전링크를 회전시키도록 하여, 상기 접촉부가 물체를 파지하거나 릴리즈하도록 하고,
    상기 회전부는 상기 제2구동부에 의해 기어링크가 회전하면 상기 기어링크와 연결된 고정링크가 회전하면서 상기 베이스를 회전시켜 상기 핑거를 회전시키는, 하이브리드 그리퍼.
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