Design and Manufacturing of a Gripper for Grasping Various Shapes for Dishes Based on a Linkage-Belt Hybrid Mecahnism

Abstract

With advancements in robotics technology, robotic automation is accel- erating in various fields around the world. And due to the special situation of COVID-19, robot solutions to replace human labor are being sought in various fields. As a result, robots have expanded into the service industry. The goal of this research is to lay the foundation for automating the food recovery process using robots. In this paper, we propose a gripper with a connected belt hybrid finger mechanism for plate retrieval tasks. Robotic plate retrieval grippers face a variety of challenges, the main one being the variety of types and sizes of plates to be collected. Therefore, a gripper that can adapt to various shapes and sizes is needed. To solve this, the Linkage-Belt Hybrid (LBH) gripper was designed. Compare with various grippers such as bar gripper, robot hand, linkage gripper, and soft gripper. The LBH gripper is designed to address the challenges faced by plate re- trieval grippers and undergoes structural analysis through static force analysis- based simulations. Additionally, through various experiments related to gripper performance, it is confirmed that the hybrid gripper shows superior perfor- mance compared to other grippers. These results contribute to the design of a new gripper in the form of a connected belt hybrid that is adaptable to a variety of grasping objects.|전 세계적으로 로봇 공학 기술의 발전에 따라 로봇 자동화가 다양한 분야에서 가속화되고 있습니다. 자동화는 반복적인 공정의 정밀성을 통해 높은 효율을 달성할 수 있게 해주는 산업 분야에서 많이 쓰이고 있다. 그러나 기술력의 발달로 인하여 서비스 산업 분야에서도 관심을 보이고 있다. 이에 더하여 COVID-19이라는 상황의 특수성은 많은 분야에서 인력의 대체를 원하게 하였고, 따라서 앞선 로봇의 기술 발전과 맞물려 서비스 산업에도 진출하게 된 것이다. 지금까지는 서빙과 조리에 이르는 부분만이 로봇이 진출하여 대체하고 있지만 본 연구는 이에 더하여 식기를 수거하는 과정까지 로봇으로 자동화를 하고자 하는 기초를 닦는다.

본 논문은 식기 수거작업을 위한 링키지-벨트 하이브리드 형태의 손가락 메커니즘을 가진 그리퍼를 제안한다. 식기 수거용 로봇에 활용되는 그리퍼는 여러가지 문제점을 마주하게 되는데, 이 중 가장 큰 문제점은 수거해야하는 식기가 가지고 있는 다양한 형상과 크기라고 판단한다. 따라서 다양한 형상과 크기에 적응할 수 있는 그리퍼가 필요하다. 이를 해결하기 위하여 LBH 그리퍼가 제안되었다. 기존의 다른 Bar-type 그리퍼, 로봇손, 링키지 그리퍼, 소프트 그리퍼 등 많은 형태가 있지만 제시된 문제를 해결하는데에는 부족한 부분이 있다.

LBH 그리퍼는 접시 회수 그리퍼가 직면할 수 있는 다양한 문제를 해결할 수 있도록 설계되었으며 스태틱 힘 분석을 기반으로 한 시뮬레이션을 통하여 구조 분석을 진행한다. 또한 그리퍼 성능과 관렪된 다양한 실험을 통하여 하이브리드 형태의 그리퍼가 Bar-type, 링키지, 그리고 소프트 그리퍼에 비해 우수한 성능을 나타내는 것을 검증한다. 이러한 결과는 다양한 식기에 적응할 수 있는 새로운 형태의 그리퍼에 대한 설계를 제안한다.