Gripper

말단장치 : James G. Keramas : 기계적 그리퍼 (mechanical gripper) 또는 표준 그리퍼는 물체를 잡기 위한 메커니즘에 의해 구동되는 기계적 손가락(mechanical finger) 을 이용한 말단장치이다. 집계(jaws)라고도 하는 손가락(finger)은 실제로 대상 물체에 접촉하는 그리퍼의 부속물이다.  

이 그리퍼의 손가락은 그리퍼에 부착할 수 있는 형태와 그리퍼와 통합된 모듈 형태가 있다. 그리퍼에 부착할 수 있는 형태의 그리퍼 손가락은 그리퍼와 분리할 수 있고, 다른 형태의 그리퍼 손가락으로 대체할 수 있기 때문에 작업의 효율성을 높일 수 있다. 

그리퍼 매커니즘의 기능은 다양한 형태로 그리퍼에 입력되는 에너지를 그리퍼가 물체를 잡을 수 있는 운동을 할 수 있도록 변환하는 것이다. 그리퍼 기구는 손가락을 열고 닫는 것이 가능해야 하고, 물체를 잡고 유지할 만큼의 충분한 힘을 가할 수 있어야 한다. 그리퍼 기구에 입력되는 힘은 로봇으로부터 공급되며, 대부분 공압, 유압, 전기, 또는 스프링에 의해 구동되는 기계적인 요소 등에 의해 가해진다. 

그리퍼 기구를 이용해서 부품을 잡고 유지하는 방법은 크게 두 가지로 나뉜다. 첫 번째 방법은 그리퍼 손가락 사이에 물체를 위치시키는 물리적인 제약조건을 이용하는 것이다. 이와 같은 방법은 그리퍼 손가락들이 어느 정도까지는 작업대상 부품을 둘러싸야 한다. 이것은 일반적으로 그리퍼 손가락의 접촉표면의 작업대상 부품의 기하학적인 형상에 따라 설계되어야 가능해진다. 부품을 잡는 두 번째 방법은 그리퍼 손가락과 작업대상 부품 사이의 마찰력을 이용하는 것이다. 이와 같은 접근방법은 작업주기 동안 그리퍼가 물체를 잡고 있을 때에 발생할 수 있는 중력, 가속력 등과 같은 외압도 강인하게 부품을 잡고 유지할 수 있는 충분한 힘을 그리퍼 손가락에 공급해야 한다. 

부품에 접촉되는 그리퍼의 손가락 또는 손가락에 부착되어 있는 패드는 부품과의 마찰계수를 높이기 위해 일반적으로 부드러운 재질을 이용해서 제작한다. 부드러운 재질을 이용함으로써 대상 물체의 표면을 보호하는 역할도 한다. 

마찰력을 이용한 그리퍼의 경우 비교적 간단하고 경제성 면에서 장점이 있다. 그러나 손가락의 마찰표면과 평행한 방향으로 그리퍼가 부품에 대해 충분한 힘을 가하지 않으면 잡혀 있던 부품이 그리퍼에서 미끄러지는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 미끄러짐을 방지하기 위해서 작업대상 부품의 중량보다 훨씬 큰 힘을 그리퍼 손가락에 가할 수 있도록 설계되어야 한다. 

기계적 그리퍼는 두 가지 형태의 닫힘 운동으로 구분할 수 있다. 즉, 첫 번째로는 그리퍼 손가락의 회전운동(angular closing) 이며, 두 번째로는 병진운동(parallel closing) 형태이다. 몇몇 그리퍼는 그 응용범위에 따라 필요한 사양으로 손가락의 집게(jaws)의 특수한 부분을 제거하기도 하고 가공하기도 한다. 

그리퍼는 부품을 잡기 위해 그 부품의 내면과 외면의 기하학적 형상을 이용한다. 기계적 그리퍼에서는 부품을 잡기 위한 손가락 또는 집게의 수가 다양하다. 가장 보편적으로 사용되는 것은 2개의 그리퍼 손가락을 가지는 형태이지만, 부품을 잡기 위해 물체의 중심점을 이용하는 경우에는 3개 또는 4개의 손가락 링크를 가지는 그리퍼도 사용되고 있다. 손가락의 개수에 따른 대상 물체의 내부 표면을 잡기 위한 내부 그리퍼와 외부 표면을 잡기 위한 로봇의 움직임에 따라 프로그램적인 명령에 의해 열림운동과 닫힘운동을 수행해야 한다. 

로봇 제어기는 그리퍼의 정확한 운동을 위해 전기적인 신호를 공급한다. 대부분의 그리퍼는 공압원을 이용해서 열림과 닫힘을 수행하지만 제한적인 범위 내에서는 유압 또는 기계적 요소인 스프링을 이용하기도 한다. 즉, 열림운동의 경우에는 스프링 힘을 이용하고, 닫힘운동의 경우에 그리퍼 손가락에 힘을 가해서 닫힘운동을 수행하는 경우도 있고, 이 반대로 열림운동의 경우에 그리퍼 손가락에 힘을 가해서 열림운동을 수행하고, 닫힘운동을 수행할 때에는 스프링 힘을 이용하는 그리퍼도 있다. 이와 같이 여러 가지 형태의 그리퍼가 있으며 사용하고자 하는 목적에 맞게 그리퍼를 선택해야 한다. 

전기에 의해 구동되는 그리퍼 집게는 닫힘과 열림운동을 제공하는 솔레노이드 또는 DC 서보모터를 이용해서 비교적 가벼운 물체를 잡는 데 사용이 된다. 서보모터는 다양한 대상 물체를 잡을 때 각각의 경우 쥐는 압력을 적절히 조절할 수 있을 경우 더욱 더 빈번히 사용될 것이다. 촉각 또는 접촉을 감지하는 기능을 갖춘 센서는 효과적인 그리퍼 개발을 위해서는 더욱 발전적으로 개발되어야 한다. 다양한 센서와 마이크로프로세서를 기반으로 한 보정기능, 계산기능, 의사결정기능을 갖춘 새로운 개념의 그리퍼가 개발되고 있다. 말단장치는 로봇 설계에서 중요한 요소중의 하나이다. 일반적으로 기계적 그리퍼의 가격은 로봇 가격의 약 5~10 % 정도이지만 특수한 그리퍼의 경우는 로봇 가격의 약 20 %를 넘는 경우도 있다.