KR100605750B1 - A intelligent bed robot with a pressure sensor attached mattress and a supporting robot arm - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇에 관한 것으로, 특히 압력센서를 통한 능동적인 환자의 실시간 모니터링과 이를 통하여 로봇팔을 이용한 실질적인 보조역할을 할 수 있는 시스템을 갖춘 침대형 지능로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a bed-type intelligent robot equipped with a mattress and a support robot arm with a pressure sensor, and in particular, a system capable of real-time monitoring of active patients through a pressure sensor and a practical assistant role using the robot arm. It is about a bed-type intelligent robot equipped.

본 발명의 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇은 침대 위에 있는 사람의 위치, 자세, 및 움직임을 실시간으로 모니터링하여 보조하는 압력센서 부착 매트리스; 상기 매트리스의 모니터링으로부터 얻어진 정보를 얻어 침대 위에 있는 사람을 지지하는 지지형 로봇팔; 상기 지지형 로봇팔에 부착되어 사용되며, 사용하지 않는 경우에는 침대형 지능 로봇 아래쪽 공간으로 이동하여 감추어 질 수 있는 선반; 및 상기 침대 위에 있는 사람에게 서비스를 제공하기 위하여 침대의 전 영역을 이동하는 이동레일;을 포함한다.Bed type intelligent robot equipped with a pressure sensor mattress and a support robot arm of the present invention includes a pressure sensor mattress that monitors and assists the position, posture, and movement of a person on a bed in real time; A support robot arm for supporting a person on a bed by obtaining information obtained from monitoring of the mattress; A shelf which is attached to the support robot arm and used when not in use, and which can be hidden by moving to a space below the bed type intelligent robot; And a moving rail moving the entire area of the bed to provide a service to the person on the bed.

따라서, 본 발명의 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇은 사용자에게 보다 친숙하고 편리한 다양한 서비스를 제공할 수 있는 인공지능 침대 로봇을 제공하여 인간친화적인 시스템에 관한 기반 기술을 확보함으로써 다른 로봇 시스템에도 적용할 수 있는 기대효과가 발생한다.Therefore, the bed-type intelligent robot equipped with the pressure sensor mattress and the supporting robot arm of the present invention provides an artificial bed robot that can provide a variety of services that are more familiar and convenient to the user. This ensures that the expected effect can be applied to other robotic systems.

압력센서 부착 매트리스, 지지형 로봇팔, 선반, 이동레일, 지능 로봇Mattress with Pressure Sensor, Supported Robot Arm, Shelf, Moving Rail, Intelligent Robot

Description

압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇{A intelligent bed robot with a pressure sensor attached mattress and a supporting robot arm} A intelligent bed robot with a pressure sensor attached mattress and a supporting robot arm}             

도 1은 종래의 인공지능 침대 로봇을 사시도로 나타낸 것이다. 1 is a perspective view of a conventional artificial intelligence bed robot.

도 2는 종래의 인공지능 침대 로봇을 측면도로 나타낸 것이다. Figure 2 shows a side view of a conventional artificial intelligence bed robot.

도 3은 종래의 침대 로봇을 평면도로 나타낸 것이다.3 is a plan view of a conventional bed robot.

도 4(a)∼(c)는 종래의 전신운동부재의 작동상태를 나타낸 것이다.Figure 4 (a) to (c) shows the operating state of the conventional whole body movement member.

도 5는 종래의 제1지압부재를 나타낸 것이다. Figure 5 shows a conventional first pressure member.

도 6은 종래의 제1지압부재의 작동상태를 나타낸 것이다. Figure 6 shows the operating state of the conventional first pressure member.

도 7은 종래의 제2지압부재를 나타낸 것이다.Figure 7 shows a conventional second acupressure member.

도 8은 종래의 제3지압부재를 단면도로 나타낸 것이다. 8 is a cross-sectional view of a conventional third pressure member.

도 9(a)~(b)는 종래의 제3지압부재의 작동상태를 나타낸 것이다.9 (a) to 9 (b) show an operating state of a conventional third pressure member.

도 10은 종래의 제어수단을 블럭도로 나타낸 것이다.10 shows a block diagram of a conventional control means.

도 11은 본 발명에 따른 침대형 지능 로봇을 정면도로 나타낸 것이다.11 is a front view showing a bed-type intelligent robot according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 침대형 지능 로봇을 사시도로 나타낸 것이다.12 is a perspective view of a bed-type intelligent robot according to the present invention.

도 13은 본 발명에 따른 압력센서가 부착된 침대 매트리스를 나타낸 것이다.Figure 13 shows a bed mattress with a pressure sensor according to the present invention.

도 14는 본 발명에 따른 지지형 로봇팔을 나타낸 것이다.Figure 14 shows a supported robot arm according to the present invention.

도 15는 본 발명에 따른 로봇팔용 이동레일을 나타낸 것이다.Figure 15 shows a moving rail for a robot arm according to the present invention.

본 발명은 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇에 관한 것으로, 특히 압력센서를 통한 능동적인 환자의 실시간 모니터링과 이를 통하여 로봇팔을 이용한 실질적인 보조역할을 할 수 있는 시스템을 갖춘 침대형 지능로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a bed-type intelligent robot equipped with a mattress and a support robot arm with a pressure sensor, and in particular, a system capable of real-time monitoring of active patients through a pressure sensor and a practical assistant role using the robot arm. It is about a bed-type intelligent robot equipped.

이하, 종래의 인공지능 침대 로봇에 관한 기술을 실시 예를 통하여 첨부한 도 1 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a description will be given in detail of the related art artificial bed robot with reference to FIGS. 1 to 10.

종래의 인공지능 침대 로봇은 이송수단, 제1지압부재, 제2지압부재, 전신운동부재, 제3지압부재 및 제어수단으로 구성된다. Conventional AI bed robot is composed of a transfer means, a first acupressure member, a second acupressure member, a whole body movement member, a third acupressure member and a control means.

상기 이송수단은 제1지압부재 및 제3지압부재를 지지하며 각 부재를 사용자가 원하는 위치로 이송시키기 위한 것으로서, 종래의 침대 형태로 형성된 본체(1)의 일측면 양쪽 끝단에 고정판(2)을 설치하고, 이 고정판(2)의 사이에 안내관(3)을 설치하며, 이 안내관(3)에는 이송부(6)를 이송가능하게 결합한다. The conveying means supports the first and third acupressure members and transfers each member to a desired position by the user. The fixing plates 2 are provided at both ends of one side of the main body 1 formed in a conventional bed shape. The guide tube 3 is installed between the fixing plates 2, and the transfer section 6 is coupled to the guide tube 3 so as to be transportable.

상기 이송부(6)의 양측으로는 별도의 이송용 로프(5)를 고정시키는데, 이 로프(5)는 상기 고정판(2)에 각각 고정된 롤러(4)에 감아주어 롤러(4)의 회전에 따라 로프(5)가 당겨지거나 밀리면서 이송부(6)가 연동되도록 하였으며, 상기 일측의 롤러(4)에는 제1모터(8)의 회전축을 결합하여 제1모터(8)가 구동할 경우에 롤러(4)가 연동되도록 하였다. On both sides of the conveying section 6, a separate conveying rope 5 is fixed, which is wound around the rollers 4 fixed to the fixing plates 2, respectively. The conveying part 6 is interlocked while the rope 5 is pulled or pushed along, and the roller 4 when the first motor 8 is driven by engaging the rotating shaft of the first motor 8 to the roller 4 on one side. (4) was to be interlocked.

상기 제1모터(8)는 후설하는 제어수단의 제어에 의해 구동하게 된다. The first motor 8 is driven by the control of the control means to be installed later.

한편, 상기 이송부(6)의 상측으로는 'ㄱ'모양으로 형성되어 그 상단에 수평부(7a)를 갖도록 된 메인지지대(7)를 설치하는데, 이 메인지지대(7)는 제1 및 제3 지압부재가 설치된다. On the other hand, the upper side of the conveying portion 6 is formed in a 'b' shape is provided with a main support (7) to have a horizontal portion (7a) on the upper end, the main support (7) is the first and third Acupressure member is installed.

상기 제1지압부재는 인체의 등이나 척추와 같이 비교적 넓은 부위를 폭넓게 지압하기 위한 것으로서, The first acupressure member is for wide acupressure on a relatively wide area such as the back or spine of the human body,

상기 수평부(7a)의 일측으로 힌지축(11)을 형성하고, 이 힌지축(11)에 중심지지대(12)의 중간부분을 결합하여 중심지지대(12)가 힌지축(11)을 중심으로 시이소 작동하도록 하며, 상기 중심지지대(12)의 일측끝단 하측으로는 그 끝단에 인체를 눌러주기 위한 비교적 넓은 면적의 지압부(13)가 형성된 탄성체(14)를 결합하고, 중심지지대(12)의 타측끝단에는 제1작동간(15)을 힌지 결합하되 이 제1작동간(15)의 하부에는 랙기어(15a)를 형성한다. The hinge shaft 11 is formed at one side of the horizontal portion 7a, and the center support 12 is coupled to the hinge shaft 11 to the middle portion of the center support 12 to the hinge axis 11. Seesaw operation, the lower side of one end of the center support 12 is coupled to the elastic body 14 formed with a relatively large area of the pressure portion 13 for pressing the human body at its end, the center of the support 12 The other end is hinged to the first operation section 15, but the rack gear (15a) is formed in the lower portion of the first operation interval (15).

상기 지압부(13)는 직사각형 모양에 공기 주머니가 있고, 자석이 붙은 지압고무로서 형성하는 것이 바람직하다. The acupressure part 13 has an air bag in a rectangular shape, and is preferably formed as acupressure rubber with a magnet.

그리고, 상기 랙기어(15a)는 별도의 구동기어(16)와 맞물리도록 구성하고, 이 구동기어(16)는 제2모터(15)의 정역회전에 연동되도록 하여 구동기어(16)의 회전방향에 따라 랙기어(15a)가 형성된 제1작동간(15)이 승하강하도록 구성하였다. In addition, the rack gear 15a is configured to be engaged with a separate drive gear 16, and the drive gear 16 is interlocked with the normal and reverse rotation of the second motor 15 to rotate the drive gear 16. According to the rack gear (15a) is formed so as to move up and down the first operation (15).

상기 제1작동간(15)이 승하강하면 이와 연결된 중심지지대(12)가 시이소작동하게 됨에 따라 지압부(13)가 승하강하여 인체를 지압하게 된다. When the first operation period 15 is raised and lowered, as the center support 12 connected thereto is operated by the seesaw, the acupressure unit 13 is raised and lowered to pressure the human body.

상기 지압부(13)의 저면에는 인체를 부드럽게 눌러줄 수 있도록 부드러운 재질로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 탄성체(14)의 내경 상단과 하단에는 그 중간부분이 절단된 보강재(14a)가 내설된다. The bottom surface of the acupressure part 13 is preferably formed of a soft material so as to gently press the human body, the reinforcing material (14a) is cut in the middle of the upper and lower ends of the inner diameter of the elastic body (14).

상기 제2지압부재는 인체의 특정부분 즉, 한방의 경혈부위를 선택적으로 지압하기 위한 것으로서, 상기 수평부(7a)의 일측으로 수평케이스(32)를 설치하되, 이 수평케이스(32) 내부에는 일단에 랙기어(31a)가 형성된 제2작동간(31)을 출몰가능하게 형성하고, 제3모터(34)의 회전축에 축지된 제2 구동기어(33)를 상기 랙기어(31a)에 맞물리도록 하므로서, 제3모터(34)의 정역회전에 따라 제2 작동간(31)이 전후진하도록 구성하였다. The second acupressure member is for selectively acupressure a specific part of the human body, that is, one acupuncture points, and installs a horizontal case 32 to one side of the horizontal portion 7a, but in the horizontal case 32 A second operation section 31 having a rack gear 31a formed at one end thereof is formed to be retractable, and the second drive gear 33 held by the rotating shaft of the third motor 34 is engaged with the rack gear 31a. As the second motor 34 rotates forward and backward, according to the forward and reverse rotation of the third motor 34.

그리고, 상기 제2작동간(31)의 끝단에는 수직케이스(36)를 수직방향으로 설치하되, 이 수직케이스(36)의 내부에는 일단에 랙기어(35a)가 형성된 지압봉(35)을 출몰가능하게 형성하고, 제4모터(38)의 회전축에 축지된 제3구동기어(37)를 상기 랙기어(35a)에 맞물리도록 구성하므로서, 제4모터(38)의 정역회전시 상기 지압봉(35)이 승하강하여 인체를 눌러주도록 구성하였다. And, the vertical case 36 is installed in the vertical direction at the end of the second operation period 31, the inside of the vertical case 36 is capable of wandering the pressure rods 35 having a rack gear 35a formed at one end thereof. And the third driving gear 37 held on the rotation shaft of the fourth motor 38 to be engaged with the rack gear 35a, so that the acupressure rod 35 at the forward and reverse rotation of the fourth motor 38. It is configured to push up and down the human body.

상기 지압봉(35)의 중간부분에는 지압봉(35)이 인체를 과도하게 눌러주는 것을 방지하기 위해 단지형의 탄성체(35b)를 형성하며, 지압시 한방의 쑥뜸과 같은 효과를 얻기 위해 지압봉(35)의 내부 공간에 팬(35c)과 열선(35d)을 설치할 수도 있다. In the middle portion of the shiatsu bar 35, the shiatsu bar 35 forms an elastic body 35b in order to prevent excessive pressure on the human body, and the shiatsu bar 35 to obtain an effect such as moxa moxibustion during acupressure. The fan 35c and the heating wire 35d may be installed in the inner space of the.

상기 전신운동부재는 인체의 전체적인 자율신경을 적절히 운동시켜 신체리듬 을 활성화시키는 것으로서, 상기 본체(1)의 중앙 상단에 사람이 누울 수 있는 판형태의 받침판(41)을 설치하되, 이 받침판(41)을 복수개의 링크(42)를 이용해서 본체(1)에 결합하여 받침판(41)이 본체(1)에 결합된 상태에서 전후진 할 수 있도록 구성한다. The whole body movement member is to activate the body rhythm by appropriately exercising the overall autonomic nerve of the human body, the support plate 41 in the form of a plate that a person can lie down on the top of the center of the main body 1, the support plate 41 ) Is coupled to the main body 1 using the plurality of links 42 so that the support plate 41 can be moved back and forth in the state coupled to the main body 1.

그리고, 별도의 연결봉(43)을 이용해서 어느 한쌍의 링크(42)를 상호 연결하고, 상기 연결봉(43)의 중간부에는 제3작동간(46)의 일측 끝단을 결합함과 동시에 제3작동간(46)의 타측 끝단은 회전판(44)의 일면에 돌출 형성된 결합돌기(44a)에 결합하여 회전판(44)이 회전할 때 제3작동간(46)이 연동되면서 연결봉(43)을 전후진시켜 받침판(41)이 연동되어 전후진하도록 구성하였다. In addition, a pair of links 42 are connected to each other by using a separate connecting rod 43, and the third portion of the connecting rod 43 is coupled to one end of the third operation section 46 at the same time. The other end of the liver 46 is coupled to the engaging projection 44a protruding from one surface of the rotating plate 44 to advance and retract the connecting rod 43 while the third operating section 46 is interlocked when the rotating plate 44 rotates. The support plate 41 is configured to interlock and move forward and backward.

상기 회전판(44)은 제5모터(45)의 회전축에 축지시켜 제5모터(45)가 구동함에 따라 회전판(44)이 연동회전하도록 구성한다. The rotating plate 44 is configured to be axially rotated on the rotating shaft of the fifth motor 45 so that the rotating plate 44 interlocks as the fifth motor 45 drives.

상기 제3지압부재는 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이, 지지대(7)의 일측 상단에 지지케이스(51)를 형성하고, 이 지지케이스(51)의 내부에 제6모터(52)의 구동시 연동 회전하는 스크류(53)를 형성하는데, 이 스크류(53)는 그 중앙부를 중심으로 일측은 왼나사 타측은 오른나사를 형성하고, 상기 스크류(53)의 축상에는 별도의 이송체(54)(55)를 설치하여 스크류(53)의 회전방향에 따라 2개의 이송체(54)(55)가 서로 반대방향으로 이동되도록 구성하였다. As shown in FIGS. 8 and 9, the third acupressure member forms a support case 51 on one side upper end of the support 7, and the sixth motor 52 of the support case 51. In operation, a screw 53 is formed to be interlocked and rotated. The screw 53 forms a left screw on one side of the screw and a right side screw on the axis of the screw 53, and a separate feeder 54 on the shaft of the screw 53. A 55 is installed so that the two conveying bodies 54 and 55 are moved in opposite directions according to the rotational direction of the screw 53.

그리고, 상기 각각의 이송체(54)(55)의 하측으로는 사용자의 다리를 지압하기 위한 지압손(60)을 형성하였는데, 이 지압손(60)은 각각의 이송체(54)(55) 하측으로 고정관(61)을 길게 형성하고, 이 고정관(61)의 끝단 양측에는 대각선 방향으로 상향 경사진 안내홈(62)이 중앙부에 형성된 별도의 안내판(63)을 형성한다. In addition, below the respective conveying bodies 54 and 55, acupressure hand 60 for acupressure the user's leg is formed, which is the respective conveying body 54 and 55. As shown in FIG. The fixing tube 61 is formed long downward, and the guide groove 62 inclined upwardly in a diagonal direction is formed at both ends of the fixing tube 61 to form a separate guide plate 63 formed at the center thereof.

상기 고정관(61)의 내부에는 그 상측에 랙기어(64)가 형성되고 그 하단 양측에 결합돌기(65)가 형성된 이동관(66)을 내설하고, 상기 랙기어(64)에는 모터(54a)(55a)의 회전축상에 결합되어 연동되는 구동기어(69)가 맞물리도록 하여 상기 구동기어(69)의 회전 방향에 따라 상기 이동관(66)이 상,하 방향으로 연동되도록 하였다. Inside the fixed tube 61, a rack gear 64 is formed on the upper side thereof, and a moving tube 66 having a coupling protrusion 65 formed on both sides of the lower end thereof is installed, and the rack gear 64 has a motor 54a ( The driving gear 69 coupled to and interlocked on the rotating shaft of 55a is engaged so that the moving tube 66 is interlocked in the up and down directions according to the rotation direction of the drive gear 69.

한편, 상기 이동관(66)의 하단에는 사용자의 다리를 지압하기 위한 집게(67)를 형성하는데, 이 집게(67)의 끝단은 상기 결합돌기(65)에 힌지결합하고, 그 중간부에는 안내돌기(68)를 돌출시켜 상기 안내홈(62)에 삽입되도록 하므로서, 상기 이동관(66)이 상,하 방향으로 이동될 때 상기 안내돌기(68)가 안내홈(62)을 따라 이동되면서 집게(67)가 벌어지거나 오므려져 사람이 손으로 다리를 안마하는 것과 같이 사람의 다리를 지압하도록 하였다. On the other hand, the lower end of the moving tube 66 is formed with a forceps 67 for acupressure the user's leg, the end of the forceps 67 is hinged to the engaging projection 65, the middle of the guide projections By protruding the 68 to be inserted into the guide groove 62, the guide projection 68 is moved along the guide groove 62 when the moving tube 66 is moved in the up and down direction, the tongs 67 ) Or to squeeze, so that a person's legs are acupressure, just as a man massages his legs by hand.

한편, 상기 제어수단은, 상기 구성된 이송수단, 제1 및 제2지압부재, 전신운동부재, 및 제3지압부재 등을 구동시키기 위한 것으로서, 온/오프, 모드선택 및 작동시간 설정을 위한 다수의 기능키이가 구비된 키이부(21)와 실시간을 계수하는 타이머(22)와 제1지압부재의 중심지지대(12)와 탄성체(14) 사이에 설치되어 지압부(13)가 인체를 누르는 압력을 감지하는 압력센서(23)를 구비하고, 사용자의 키이부(21) 입력에 따라 본 장치의 온/오프, 작동모드선택 및 작동시간을 설정하며, 상기 압력센서(23)에서 감지되는 지압 압력에 따라 제1모터(8) 내지 제8모터(55a)가 정상적으로 구동되도록 제어하는 제어부(24)를 구성한다. On the other hand, the control means, for driving the configured conveying means, the first and second acupressure member, the whole body movement member, the third acupressure member, etc., a plurality of on / off, mode selection and operation time setting It is installed between the key portion 21 provided with a function key, a timer 22 for counting real time, and a central support 12 of the first acupressure member 12 and the elastic body 14 so that the acupressure portion 13 presses the human body. It is provided with a pressure sensor 23 for sensing, and set the on / off, the operation mode selection and the operating time of the device according to the input of the user's key 21, to the pressure pressure detected by the pressure sensor 23 Accordingly, the controller 24 controls the first motor 8 to the eighth motor 55a to be driven normally.

그리고, 상기 제어부(24)의 제어신호에 따라 실질적으로 각 모터를 구동시키는 모터구동부(25)를 더 구성하여 제어수단을 구성한다.In addition, the control unit is configured by further configuring a motor driving unit 25 for substantially driving each motor in accordance with the control signal of the control unit 24.

그러나, 종래의 인공지능 침대 로봇은 환자, 노약자 및 거동이 불편한 사람을 대상으로 하는 전동침대로써 상체 및 다리부분의 높낮이 각도를 자유롭게 조절할 수 있는 기능을 갖추었으나, 간단한 상하절곡 기능을 갖춘 가장 기본적인 기능만을 갖춘 문제점이 있다.However, the conventional AI bed robot is an electric bed for patients, the elderly and people who are inconvenient to move, equipped with a function that can freely adjust the height angle of the upper body and legs, but the most basic function with a simple up and down bending function There is a problem with only.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명은 단순한 전동침대의 형태를 벗어나 사용자에게 보다 친숙하고 편리한 다양한 서비스를 제공할 수 있는 인공지능 침대 로봇을 제공하고자 하는 것이다.
Therefore, the present invention is to solve the above problems, the present invention is to provide an artificial intelligence bed robot that can provide a variety of services more familiar and convenient to the user beyond the form of a simple electric bed.

본 발명은 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇에 관한 것으로, 특히 압력센서를 통한 능동적인 환자의 실시간 모니터링과 이를 통하여 로봇팔을 이용한 실질적인 보조역할을 할 수 있는 시스템을 갖춘 침대형 지능로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a bed-type intelligent robot equipped with a mattress and a support robot arm with a pressure sensor, and in particular, a system capable of real-time monitoring of active patients through a pressure sensor and a practical assistant role using the robot arm. It is about a bed-type intelligent robot equipped.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail.

도 11은 본 발명에 따른 침대형 지능 로봇을 정면도로 나타낸 것이고, 도 12는 본 발명에 따른 침대형 지능 로봇을 사시도로 나타낸 것이다. 본 발명의 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇은 침대 위에 있는 사람의 위치, 자세, 및 움직임을 실시간으로 모니터링하여 보조하는 압력센서 부착 매트리스(100); 상기 매트리스(100)의 모니터링으로부터 얻어진 정보를 얻어 침대 위에 있는 사람을 지지하는 지지형 로봇팔(200); 상기 지지형 로봇팔(200)에 부착되어 사용되며, 사용하지 않는 경우에는 침대형 지능 로봇 아래쪽 공간으로 이동하여 감추어 질 수 있는 선반(300); 및 상기 침대 위에 있는 사람에게 서비스를 제공하기 위하여 침대의 전 영역을 이동하는 이동레일(400)을 포함한다.11 is a front view of the bed-type intelligent robot according to the present invention, Figure 12 is a perspective view of the bed-type intelligent robot according to the present invention. Bed type intelligent robot equipped with a pressure sensor mattress and a support robot arm of the present invention includes a pressure sensor mattress 100 for monitoring and assisting in real time the position, posture, and movement of a person on a bed; Supported robot arm 200 for supporting the person on the bed by obtaining the information obtained from the monitoring of the mattress (100); A shelf 300 attached to the supported robot arm 200 and used to be hidden by moving to a space below the bed-type intelligent robot when not in use; And a moving rail 400 which moves the entire area of the bed to provide a service to the person on the bed.

도 13은 본 발명에 따른 압력센서가 부착된 침대 매트리스(100)를 나타낸 것이다.사용자가 침대에 누워 있다 일어날 때 사용자의 의도를 파악하여 지능형 침대 로봇의 3단 절곡을 사용하여 이를 보조할 필요가 있다. 또한, 사용자가 액티브 가이드 시스템(active guide system)을 이용하는 경우에는 사용자의 위치를 파악할 필요가 있다. 이를 위해 침대의 매트리스 부분에 14×24개의 압력센서를 매트리스 전면에 부착한다. 압력센서의 경우에 빠른 반응속도와 높은 해상도를 가진다는 측면에서 기타 온도센서 등에 비해 큰 장점을 가진다.Figure 13 illustrates a bed mattress 100 with a pressure sensor according to the present invention. When the user is lying on the bed, it is necessary to grasp the user's intention and use the three-stage bending of the intelligent bed robot to assist it. have. In addition, when the user uses an active guide system, it is necessary to know the location of the user. To do this, 14 x 24 pressure sensors are attached to the mattress front of the bed. The pressure sensor has a big advantage over other temperature sensors in terms of fast response speed and high resolution.

사용자의 위치와 움직임을 알기 위해 침대 위에 부착된 336개의 센서를 실시간으로 센싱을 해야한다. 또한, 침대의 구조가 3단 절곡이 가능한 형태이므로, 침대의 형태가 가변되더라도 하드웨어가 손상을 받지 않도록 절곡 별로 프로세서를 부착하여야 한다. 따라서, 3개의 센싱용 프로세서를 부착하여 이를 주컴퓨터로 데이터를 전송할 수 있도록 하였다.In order to know the position and movement of the user, the 336 sensors attached to the bed need to be sensed in real time. In addition, since the structure of the bed can be bent in three stages, the processor should be attached to each bending so that the hardware is not damaged even if the shape of the bed is variable. Therefore, three sensing processors were attached to transmit the data to the host computer.

상기 매트리스(100)에는 사용자 정보를 인식할 수 있는 알고리즘을 적용해야 한다. 확률론 기반의 실시간 신호처리를 위해서 PCA(Principal Component Analysis) 알고리즘을 정보처리 알고리즘으로 사용하였다. 상기 PCA 알고리즘은 침대로부터 나오는 센서정보를 이미지로 보아 일반적으로 이미지 처리에 들어가는 필터링 기법과 확률적 접근법을 동시에 행한다. 센서가 주는 데이터의 값에 노이즈가 많이 섞일 뿐만 아니라, 로봇팔(200)을 실시간으로 경로를 설정하고 제어를 해야 하기 때문에 계산량이 적은 알고리즘을 필요하기 때문이다. 본 알고리즘을 적용하기 위해서 선행되어야 하는 작업은 데이터베이스를 제작하여 실시간으로 들어오는 침대 이미지를 분류하는 작업을 거쳐야 한다. 따라서, 환자의 침대 위에서의 위치 및 자세정보를 담은 데이터베이스를 제작해야 한다. 그러면, 본 발명에 PCA 알고리즘을 적용하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다.The mattress 100 should apply an algorithm for recognizing user information. Principal Component Analysis (PCA) algorithm is used as information processing algorithm for probabilistic based real-time signal processing. The PCA algorithm looks at the sensor information coming out of the bed as an image and performs both a filtering technique and a probabilistic approach. This is because not only a lot of noise is mixed in the value of the data given by the sensor, but also because the robot arm 200 needs to set and control the path in real time, a computational algorithm is required. In order to apply this algorithm, the work to be done must go through the task of creating a database and classifying the incoming bed image in real time. Therefore, a database containing position and posture information on the patient's bed should be produced. Next, a method of applying the PCA algorithm to the present invention will be described.

먼저, 패턴분류를 위한 매트리스의 표본 압력패턴을 결정한다. 즉, 사람이 누워있는 자세 및 앉은 자세 등의 인식대상 패턴을 결정하고 압력센서 데이터를 추출한다.First, the sample pressure pattern of the mattress for pattern classification is determined. In other words, the recognition target patterns such as the lying posture and sitting posture are determined, and the pressure sensor data is extracted.

다음으로, 압력센서 데이터의 공분산(covariance)을 계산하여 특징점을 추출한다. 상기 특징점은 각 제세의 패턴을 구분짓는 주요한 정보로서 이용된다.Next, the feature points are extracted by calculating the covariance of the pressure sensor data. The feature point is used as the main information for distinguishing each defibrillation pattern.

다음으로, 각 패턴 데이터 간의 정보분류를 최대화할 수 있도록 특징점의 갯수를 결정한다.Next, the number of feature points is determined to maximize the information classification between each pattern data.

다음으로, 새로 들어오는 압력센서 데이터를 미리 결정한 상기 특징점과 비교를 함으로써 패턴인식을 실행한다. 이를 통하여 현재 사용자의 자세를 결정할 수 있 으며, 인식된 결과를 바탕으로 한 사용자의 자세가 어떻게 변화하는 가를 통하여 움직임 정보를 예측할 수 있게 된다.Next, pattern recognition is performed by comparing newly incoming pressure sensor data with the predetermined feature point. Through this, the posture of the current user can be determined, and the motion information can be predicted through how the posture of the user changes based on the recognized result.

도 14는 본 발명에 따른 지지형 로봇팔(200)을 나타낸 것이다. 로봇팔(200)은 침대 좌우 측면에 하나씩 제공되어 침대 전 영역을 서비스할 수 있는 로봇팔로서 설계된다. 또한, 선반(300)이 상기 지지형 로봇팔(200)에 부착되어 사용되며, 사용하지 않는 경우에는 침대형 지능 로봇 아래쪽 공간으로 이동하여 감추어 질 수 있다. 당초에 좌우 각각 4개의 모터와 2개의 토크 센서로 구성하려 하였으나, 시스템의 크기가 비대해지고 이를 운용하기 위한 구성의 복잡성 및 전력의 과다 소비 등과 같은 문제점의 발생으로 같은 기능을 가지면서 전력소비를 최소화할 수 있도록 시스템을 변경하여 설계하였다. 따라서, 2개의 좌우 모터 및 2개의 토크 센서를 이용하여 사용자의 의도정보를 인지하고, 인지된 결과와 침대 매트리스로부터 나오는 사용자 위치정보를 조합하여 로봇팔의 움직임 경로와 방향을 결정하게 된다. 각각의 로봇팔에 대해서 2 자유도의 움직임과 2 자유도 움직임 파악이 필요하므로 상기와 같은 최소한의 시스템 구성으로 원하는 기능을 해결할 수 있게 되는 것이다. 전체 시스템이 AC를 사용하고, 본 로봇팔을 위해서 24V의 전압만을 변환하면 되므로 시스템의 전력 효율성도 높은 편이다.14 shows a support robot arm 200 according to the present invention. Robot arm 200 is provided as a robot arm that can be provided on the left and right sides of the bed to service the entire area of the bed. In addition, the shelf 300 is attached to the supported robot arm 200, and when not in use, it may be hidden by moving to the space below the bed-type intelligent robot. Initially, the motors were configured with four motors and two torque sensors, respectively, but the size of the system was enlarged and problems such as the complexity of the configuration and the excessive consumption of power to minimize the power consumption were the same. The system was designed by changing the system. Accordingly, the intention information of the user is recognized by using two left and right motors and two torque sensors, and the movement path and direction of the robot arm are determined by combining the recognized result and the user position information from the bed mattress. Since each robot arm needs 2 degrees of freedom motion and 2 degrees of freedom motion grasping, it is possible to solve the desired function with the minimum system configuration as described above. The whole system uses AC, and only 24V voltage needs to be converted for the robot arm.

도 15는 본 발명에 따른 로봇팔용 이동레일(400)을 나타낸 것이다. 로봇팔용 이동레일(400)은 환자의 지지와 식판이나 독서대 이송과 같은 서비스를 제공하기 위하여 침대의 전 영역을 움직일 수 있어야 한다. 따라서, 침대 하단부에 설치된 식판, 독서대 거치대에 이르기까지 약 2500mm에 해당되는 거리를 움직일 수 있어야 하고 이를 위해서 무거운 힘에 견딜 수 있는 재질로 레일을 제작하여야 한다. 그 이유는 환자가 로봇팔(200)에 체중을 지지할 수 있기 때문에 이를 받쳐 줄 수 있어야 하기 때문이다. 또한, 레일의 길이가 길기 때문에 기계적 진동에 의한 소음이 생길 수 있어 이를 방지하기 위한 기계적 완충기를 포함해야 한다.Figure 15 shows the mobile arm 400 for a robot arm in accordance with the present invention. The mobile arm 400 for the robot arm should be able to move the entire area of the bed to provide services such as patient support and plate or reading table transfer. Therefore, it should be possible to move the distance of about 2500mm from the plate to the bottom of the bed, the reading stand holder for this purpose and to make a rail made of a material that can withstand heavy force. The reason is that the patient can support the weight because the robot arm 200 can support it. In addition, since the length of the rail may be a noise due to mechanical vibration may include a mechanical shock absorber to prevent this.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇은 사용자에게 보다 친숙하고 편리한 다양한 서비스를 제공할 수 있는 인공지능 침대 로봇을 제공하여 인간친화적인 시스템에 관한 기반 기술을 확보함으로써 다른 로봇 시스템에도 적용할 수 있는 기대효과가 발생한다.As described above, the bed-type intelligent robot equipped with the mattress and the support robot arm with the pressure sensor according to the present invention provides an artificial bed robot that can provide a variety of services that are more familiar and convenient to the user. By securing the underlying technology, the expected effect can be applied to other robotic systems.

Claims (7)

침대 위에 있는 사람의 위치, 자세, 및 움직임을 실시간으로 모니터링하여 침대 위에 있는 사람을 보조하는 압력센서 부착 매트리스;A mattress with a pressure sensor to assist a person on the bed by monitoring in real time the position, posture, and movement of the person on the bed; 2개의 좌우모터와 2개의 토크센서로 구성되고, 상기 매트리스의 모니터링으로부터 얻어진 정보를 얻어 침대 위에 있는 사람을 지지하는 지지형 로봇팔;A support robot arm composed of two left and right motors and two torque sensors to support a person on a bed by obtaining information obtained from monitoring of the mattress; 상기 지지형 로봇팔에 부착되어 사용되며, 사용하지 않는 경우에는 침대형 지능 로봇 아래쪽 공간으로 이동하여 감추어 질 수 있는 선반; 및A shelf which is attached to the support robot arm and used when not in use, and which can be hidden by moving to a space below the bed type intelligent robot; And 상기 침대 위에 있는 사람에게 서비스를 제공하기 위하여 상기 로봇팔의 이동 경로를 유도하는 이동레일;A moving rail for guiding a moving path of the robot arm to provide a service to a person on the bed; 를 포함하는 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇.Bed type intelligent robot equipped with a pressure sensor attached mattress and supporting robot arm. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 압력센서 부착 매트리스는 3단 절곡을 사용하여 침대 위에 있는 사람을 보조하는 것을 특징으로 하는 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇.The pressure sensor attached mattress is a bed-type intelligent robot equipped with a pressure sensor attached mattress and a supporting robot arm, characterized in that the use of three-stage bending to assist the person on the bed. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 압력센서 부착 매트리스는 압력센서가 매트리스의 전면에 부착되는 것을 특징으로 하는 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇.The pressure sensor mattress is a bed-type intelligent robot equipped with a pressure sensor mattress and a support robot arm, characterized in that the pressure sensor is attached to the front of the mattress. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 3단 절곡이 가능하도록 절곡별로 3개의 센싱용 프로세서를 부착하는 것을 특징으로 하는 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇.Bed type intelligent robot equipped with a pressure sensor mattress and a supporting robot arm, characterized in that for attaching three sensing processors for each bending to enable the three-stage bending. 청구항 1에 있어서, 상기 압력센서 부착 매트리스는,The method according to claim 1, wherein the pressure sensor attached mattress, 패턴분류를 위한 사람의 인식대상 패턴을 결정하고, 압력센서 데이터를 결정하는 제1단계;Determining a recognition target pattern of a person for pattern classification and determining pressure sensor data; 상기 압력센서 데이터의 공분산(covariance)을 계산하여 특징점을 추출하는 제2단계;A second step of extracting feature points by calculating a covariance of the pressure sensor data; 각 패턴 데이터 간의 정보분류를 최대화할 수 있도록 상기 특징점의 갯수를 결정하는 제3단계; 및Determining a number of the feature points to maximize information classification between each pattern data; And 새로 들어오는 압력센서 데이터를 미리 결정한 상기 특징점과 비교를 함으로써 패턴인식을 실행하는 제4단계;A fourth step of performing pattern recognition by comparing new incoming pressure sensor data with the predetermined feature point; 를 포함하는 PCA(Principal Component Analysis) 알고리즘을 사용하여 침대 위의 사람을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 압력센서 부착 매트리스와 지지형 로봇팔이 장착된 침대형 지능 로봇. Bed type intelligent robot with a pressure sensor attached mattress and support robot arm, characterized in that for monitoring the person on the bed using a Principal Component Analysis (PCA) algorithm. ( 삭 제 )( delete ) ( 삭 제 )( delete )
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