KR100651639B1 - Foot pressure sensor of robot for assistant exoskeletal power - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 발바닥 압력 센서의 일구현예를 나타내는 분리 및 조립사시도,1a and 1b is an exploded and assembled perspective view showing an embodiment of the sole pressure sensor of the intelligent muscle and walking aid robot according to the present invention,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 발바닥 압력 센서의 다른 구현예를 나타내는 분리 및 조립사시도,2a and 2b is an exploded and assembled perspective view showing another embodiment of the sole pressure sensor of the intelligent muscle and walking aid robot according to the present invention,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 발바닥 압력센서가 적용되는 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇을 보여주는 사시도,3a and 3b is a perspective view showing an intelligent muscle strength and walking aid robot to which the sole pressure sensor of the present invention is applied,
도 4는 본 발명에 따른 발바닥 압력센서의 작용을 설명하는 개략도.Figure 4 is a schematic diagram illustrating the operation of the sole pressure sensor according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
10 : 발바닥 압력센서 12 : 에어튜브10: sole pressure sensor 12: air tube
14 : 실리콘패드 14a : 상부 실리콘패드14:
14b : 하부 실리콘패드 16 : 발판14b: Lower silicon pad 16: Scaffold
18 : 배출관 20 : 장착구18: discharge pipe 20: mounting hole
22 : 아크릴판22: acrylic plate
100 : 캐스터워커 102 : 본체100: caster walker 102: main body
104 : 주행체 106 : 액정 디스플레이104: traveling body 106: liquid crystal display
108 : 컴퓨터 200 : 입는 로봇108: computer 200: wearing robot
202 : 허리작동기구 204 : 힙조인트부202: waist operating mechanism 204: hip joint portion
206 : 허벅지 작동기구 208 : 무릎조인트부206: thigh actuator 208: knee joint portion
210 : 허리용 브레이스 212 : 허벅지용 브레이스210: waist brace 212: thigh brace
214 : 종아리용 브레이스 216 : 종아리작동기구214: calf brace 216: calf operating mechanism
218 : 발목 및 발바닥 작동기구 220 : 발목연결바218: ankle and sole operating mechanism 220: ankle connection bar
222 : 공압센서 224 : 신발222: pneumatic sensor 224: shoes
226 : 프레임 300 : 동력전달장치226 frame 300: power train
304 : 모터304: motor
본 발명은 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 발바닥 압력 센서에 관한 것으로서, 사용자가 직접 쉽게 입고 벗을 수 있는 착탈식의 입는 로봇(wearable robot)과, 이 입는 로봇에 움직임을 위한 동력을 전달하는 동력전달장치와, 이 동력전달장치가 포함된 일종의 보행보조수단인 캐스터워커(caster walker)로 구성되는 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇에 있어서, 입는 로봇의 발목 및 발바닥 작동기구의 신발 내부에 부착하여 사용자의 발바닥이 지면에 닿았는지 떨어졌는지를 감 지할 수 있도록 한 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 발바닥 압력 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a foot pressure sensor of an intelligent muscle strength and gait assist robot, a wearable robot that can be easily worn and removed by a user, and a power transmission device for transmitting power for movement to the wearable robot. And, in the intelligent muscle and walking assistance robot composed of a caster walker, a kind of walking aid including the power transmission device, the foot of the user is attached to the inside of the shoe of the robot's ankle and sole actuating mechanism It relates to an intelligent muscle strength and foot pressure sensor of a walking aid robot that can detect whether it has touched or dropped the ground.
일반적으로 외골격 근력 보조기는 인간과 로봇의 동기화를 이용한 입는 형태의 로봇을 말하며, 이러한 외골격 근력 보조기는 근육병 환자를 위한 재활 보조기구로부터 최근에는 노인 및 장애인을 위한 근력 보조 역할 및 무거운 군장을 지는 군인용 근력 증폭기 등으로 응용되고 있다.In general, an exoskeletal strength aid refers to a robot that is a type of robot using a synchronization between a human and a robot, and such an exoskeletal strength aid is a rehabilitation aid for a patient with muscle disease, and recently, a muscle support role for an elderly person and a disabled person and a military for a heavy military It is applied as a strength amplifier.
외골격 근력 보조기의 연구 분야에서 가장 큰 이슈는 얼마나 많은 힘을 보조할 수 있는냐에 있지만, 외골격 보조기의 실제 응용에서는 하지근력이 저하되어 외골격 보조기를 필요로 하는 노인이나 환자 등에게 얼마나 편안한 착용감을 주는냐가 더 중요하다 할 것이다.The biggest issue in the study of exoskeleton muscle braces is how much power it can support.However, in the actual application of exoskeleton braces, how much comfortable fit is given to the elderly or patients who need exoskeleton braces because their lower limb muscle strength decreases? Will be more important.
현재 개발되어 있는 외골격 보조기는 몇가지 문제점이 있다.Currently developed exoskeleton braces have some problems.
첫째, 사용자에 착용되는 부분에 서보모터 등과 같은 구동수단이 포함되어 있기 때문에 그 무게가 많이 나가고 부피가 커지게 되어, 실제로 착용하여 사용하는데 어려움이 있다.First, since a driving means such as a servo motor is included in the part worn by the user, the weight is increased and the volume becomes large, which makes it difficult to actually wear and use.
즉, 사용자에 착용되는 외골격 근력 보조기가 무겁고 부피가 크면, 노인이나 환자 등과 같이 근력이 크게 저하된 사람에게는 그 착용 자체가 어려운 문제점이 있다.That is, when the exoskeleton muscle brace worn by the user is heavy and bulky, there is a problem that the wear itself is difficult for a person whose muscle strength is greatly reduced, such as an elderly person or a patient.
사용자가 구동수단의 전원이 오프된 상태에서 외골격 보조기를 착용하게 되므로, 그 무게가 많이 나가면 착용에 어려움이 있고, 설사 착용을 하더라도 고중량의 무게로 인해 보행이나 여러가지 동작에 불편함을 느끼게 된다.Since the user wears the exoskeleton aid in a state in which the driving means is turned off, it is difficult to wear when the weight goes out a lot, and even when wearing diarrhea, the user feels uncomfortable to walk or to operate due to the weight of the heavy weight.
또한, 외골격 보조기의 부피가 크면, 사용자가 협소한 장소(예를들어, 화장실, 팔걸이 의자 등)를 지나거나 또는 앉는 등의 동작 자체가 주변 사물의 간섭으로 인해 불가한 문제점이 있다. In addition, when the volume of the exoskeleton assistive device is large, there is a problem that the operation itself, such as passing or sitting down a narrow place (for example, a toilet, an armrest chair, etc.) is impossible due to interference of surrounding objects.
둘째, 사용자가 원하는 동작을 감지하기 위한 센서가 사용자의 신체에 직접 부착되어야 하는 단점이 있다.Second, there is a disadvantage in that a sensor for detecting a user's desired motion must be directly attached to the user's body.
즉, 기존의 센서는 근육이 경직되는 특성을 이용하는 근육강화센서 또는 근전도(Electromyography, EMG) 센서로서, 신체에 직접 부착해야 하고, 로드 셀을 이용하므로 비용이 고가인 단점이 있다.In other words, the conventional sensor is a muscle strengthening sensor or electromyography (EMG) sensor using the characteristics that the muscle is rigid, must be attached directly to the body, there is a disadvantage that the cost is expensive because it uses a load cell.
또한, 상기 근전도(Electromyography, EMG) 센서를 이용한 행동예측방법은 좋은 성능을 보였으나, 이 센서를 직접 신체에 부착해야하는 불편함이 있으며, 센서의 부착 위치를 전문가가 아닌 경우에는 정확하게 찾기 어려운 단점이 있다.In addition, the behavior prediction method using the electromyography (EMG) sensor showed a good performance, but there is an inconvenience of attaching the sensor directly to the body, and it is difficult to find the exact position when the sensor is not an expert. have.
이와 같이, 기존의 근전도(EMG) 센서는 복잡한 필터링(filtering)을 거쳐야 하는 점, 센서 자체를 피부에 직접 부착을 해야 하는 점, 개인에 따라서 다른 경향을 보인다는 점, 개인에 대해서도 개인의 피로도에 따라서 다른 값이 나온다는 점 등의 문제점이 있다.As such, the conventional EMG sensor has to undergo complex filtering, attach the sensor directly to the skin, and tend to differ according to the individual. Therefore, there are problems such as different values.
셋째, 입는 로봇을 사용자가 착용한 상태에서 보행을 할 경우, 사용자의 발바닥이 지면에 닿았는지 떨어졌는지를 감지하여, 사용자의 걷기 등의 동작을 미리 예측해야 하는 바, 사용자의 발바닥이 지면에 닿았는지 또는 떨어졌는지를 감지하는 수단들은 고가이거나 사용자의 발에 불편함을 주게 되는 문제점이 있다.Third, when walking while the user wears the wearable robot, the user's sole should touch the ground or fall to detect the user's walking, etc., so that the user's foot touches the ground. Or means for detecting whether there is a problem that is expensive or inconvenience to the user's feet.
즉, 사용자의 발바닥이 지면에 닿았는지 또는 떨어졌는지를 감지하는 기존의 수단중 온/오프(on/off)식 스위치가 신발의 중창 등에 부착되는 바, 이 온/오프식 스위치는 사용자가 보행을 할 경우 온 또는 오프되는 신호를 제어부로 전송하여 사용자의 발바닥이 지면에 닿았는지 또는 떨어졌는지를 감지하게 되지만, 보행시 발바닥의 압력으로 인해 파손의 우려가 있고 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.That is, an on / off switch is attached to the midsole of a shoe, among the existing means of detecting whether the sole of the user touches or falls off the ground, and the on / off switch is used for walking by the user. In this case, the on or off signal is transmitted to the control unit to detect whether the user's sole is in contact with the ground or falls, but there is a problem of damage due to the pressure of the sole when walking and the durability is inferior.
또한, 사용자의 발바닥이 지면에 닿았는지 또는 떨어졌는지를 감지하는 기존의 다른 수단중 잘 알려진 FSR(Force Sensing Resistor) 센서를 사용하기도 하는데, 이 FSR센서는 일종의 촉각센서로서 실제 발바닥이 지면과 닿는 부분은 점이 아니라 소정의 면적(area)으로 볼 수 있기 때문에 정확한 감지를 도출하는데 어려움이 있다.It also uses the well-known Force Sensing Resistor (FSR) sensor, which is a well-known method of detecting whether the user's sole touches or falls off the ground. This FSR sensor is a tactile sensor. Since it can be seen as a predetermined area rather than a point, it is difficult to derive an accurate detection.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 새로운 구조의 발바닥 압력 센서를 제공하고자 것으로서, 사용자가 입고 벗으며 착용하게 되는 입는 로봇의 구성중 신발의 중창내에서 앞뒤로 설치되어, 사용자의 보행시 발바닥의 지면에 닿았는지 떨어졌는지를 용이하게 감지할 수 있는 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 발바닥 압력 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to provide a sole pressure sensor having a new structure in view of the above problems, the user is wearing and taken off and worn in the midsole of the shoe during the configuration of the wearing robot, the ground of the sole when the user walks An object of the present invention is to provide an intelligent muscle strength and foot pressure sensor of a walking aid robot that can easily detect whether it touches or falls.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 앞쪽과 뒤쪽에 장착구를 갖는 발판과; 발바닥 앞쪽과 뒤쪽에 의하여 가압되도록 동심원 구조로 말아져서 상기 발판 의 장착구에 안착되는 에어튜브와; 상기 에어튜브가 안착된 발판의 상면 및 저면에 부착되는 상부 및 하부 실리콘패드와; 상기 실리콘패드의 일측단부로 빼내어지는 에어튜브의 배출관으로 구성되어; 사용자가 착용하는 입는 로봇의 발바닥 작동기구의 프레임상에 장착되는 것을 특징으로 하는 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 발바닥 압력 센서를 제공한다.The present invention for achieving the above object and the footrest having a mounting hole in the front and rear; An air tube rolled up in a concentric manner so as to be pressed by the front and rear of the sole and seated on the mounting hole of the footrest; Upper and lower silicon pads attached to upper and lower surfaces of the scaffold on which the air tubes are seated; A discharge tube of the air tube drawn out to one end of the silicon pad; A foot pressure sensor of an intelligent muscle strength and walking assistance robot, which is mounted on a frame of a foot operating mechanism of a robot worn by a user, is provided.
바람직한 구현예로서, 상기 발판의 에어튜브 장착구에 에어튜브의 상면을 압력구배없이 눌러줄 수 있는 아크릴판이 더 부착된 것을 특징으로 한다.As a preferred embodiment, it is characterized in that the acryl plate that can be pressed to the upper surface of the air tube mounting hole of the scaffold without pressure gradient.
더욱 바람직한 구현예로서, 상기 에어튜브의 배출관에는 에어튜브의 압력 변화를 감지하는 동시에 이 압력변화를 전압단위로 입력받는 공압센서가 연결되고, 이 공압센서의 출력단은 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 제어용 컴퓨터와 유선 연결되는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the discharge tube of the air tube is connected to a pneumatic sensor that detects the pressure change of the air tube and at the same time receives the pressure change in units of voltage, the output terminal of the pneumatic sensor of the intelligent muscle and walking assistance robot It is characterized in that the wired connection with the control computer.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명에 따른 센서가 사용되는 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇에 대하여 살펴보기로 한다.First, the intelligent muscle strength and walking aid robot in which the sensor according to the present invention is used will be described.
첨부한 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 허벅지 압력센서가 적용되는 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇을 보여주는 사시도이다. 3A and 3B are perspective views illustrating an intelligent muscle power and walking assistance robot to which the thigh pressure sensor of the present invention is applied.
본 발명의 발바닥 압력센서가 유용하게 적용될 수 있는 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇은 크게 캐스터 워커(100)와, 착탈식의 입는 로봇(200)과, 동력전달장치(300) 등으로 구성된다.Intelligent muscle strength and walking aid robot that can be usefully applied to the foot pressure sensor of the present invention is largely composed of
상기 착탈식 입는 로봇(200)은 사용자의 신체(허리, 허벅지, 종아리 등)에 실제로 입거나 벗는 다수개의 브레이스와, 각 브레이스에 연동 가능하게 결합되는 근력 및 보행보조기구와, 이 근력 및 보행보조기구의 소정 위치에 장착되어 사람의 동작상태를 감지하는 다수개의 센서등을 포함하여 구성된다.The removable
상기 캐스터 워커(100)는 사용자의 신체 하중을 실을 수 있게 손 또는 팔을 올려 놓으며 균형을 잡을 수 있는 보행 보조기구로서, 상면에 정보 표시용 액정 디스플레이(106)가 부착되고 내부에는 본체(102)와, 주행용 모터 및 구름 가능한 바퀴가 저면에 장착되며 그 내부에는 컴퓨터(108)가 내장된 주행체(104) 등을 포함하여 구성된다.The
또한, 상기 동력전달장치(300)는 캐스터 워커(100)의 본체(102) 양측면에 전단부가 회전 가능하게 장착되고, 후단부는 상기 입는 로봇(200)에 동력을 전달할 수 있게 연결되는 부분으로서, 그 내부에는 입는 로봇(200)의 움직임을 위한 구동수단으로 모터(304)가 내설되어 있다.In addition, the
보다 상세하게는, 상기 입는 로봇(200)의 근력 및 보행보조기구는 사용자의 허리용 브레이스(210)와 결합되는 동시에 상기 동력전달장치(300)의 탈착블럭과 동력 전달 가능하게 연결되는 허리작동기구(202)와; 상기 허리작동기구(202)와 연결되어 힙과 허벅지간의 굽힘을 가능하게 하는 힙조인트부(204)와; 상기 힙조인트부(204)와 연결되어 허벅지를 그 길이방향을 따라 지지해주면서 허벅지용 브레이스(212)와 결합되는 허벅지작동기구(206)와; 상기 허벅지작동기구(206)의 하단과 연결되어 무릎의 굽힘을 가능하게 하는 무릎조인트부(208)와; 상기 무릎조인트부 (208)와 연결되어 종아리를 그 길이방향을 따라 지지해주면서 종아리용 브레이스(214)와 결합되는 종아리작동기구(216)와; 상기 종아리작동기구(216)와 연결되어 발목관절의 움직임 및 발디딤을 가능하게 해주는 발목 및 발바닥 작동기구(218)로 구성될 수 있다.More specifically, the muscle strength and walking aid mechanism of the
특히, 상기 발목 및 발바닥 작동기구(218)는 상기 종아리 작동기구에 회전 가능하게 결합되는 발목연결바(220)와, 상단은 상기 발목연결바에 연결되고 하단부는 사용자의 신발(224) 저면을 받쳐주도록 수직 절곡된 타입의 프레임(226)과, 상기 발목연결바(220)의 회전중심축에 내재되는 포텐셔미터와, 상기 신발이 올려지는 상기 프레임(226)상에 장착되어 상기 종아리 작동기구에 부착되어 있는 공압센서(222)에 압력 신호을 전달하는 본 발명의 발바닥 압력센서(10)로 구성된다.In particular, the ankle and
따라서, 사용자(근력이 약한 노약자 또는 환자 등)는 허리에 허리용 브레이스(210)를 착용하고, 허벅지에 허벅지용 브레이스(212)를 착용하며, 종아리에 종아리용 브레이스(214)를 착용함과 함께 신발을 착용함에 따라, 사용자의 신발(224)이 상기 발바닥작동기구(218)의 프레임(226)상에 부착된 발바닥 압력센서(10)에 올려진 상태가 된다.Therefore, the user (such as the elderly or the patient with weak muscles) wearing a
본 발명에 따른 발바닥 압력센서(10)는 상기 발목 및 발바닥 작동기구의 신발내에 장착되어, 사용자가 앉기, 서기, 걷기 등의 동작을 취하고자 할 때, 발바닥이 지면에 닿았는지 떨어졌는지를 압력의 변화로 감지하는 기능을 하게 된다.
즉, 사용자가 원하는 동작 즉, 걷기, 앉기, 서기 등의 동작을 취하고자 할 때에 사용자의 발바닥이 지면에 닿았는지 떨어졌는지에 대한 동작을 센싱하여 분석 하고, 이 센싱된 신호는 상기 캐스터 워커(100)의 컴퓨터(108)에 하나의 파라미터로 전송되며, 컴퓨터(108)에서는 사용자가 원하는 동작대로 입는 로봇(200)이 움직이도록 동력전달장치(300)의 모터 출력값을 연산 제어하는데 활용된다.That is, when the user wants to take a desired action, ie, walking, sitting, standing, or the like, the user's soles are sensed and analyzed by touching or falling on the ground, and the sensed signal is analyzed by the
여기서, 본 발명에 따른 발바닥 압력 센서의 구성을 살펴보면 다음과 같다.Here, looking at the configuration of the sole pressure sensor according to the present invention.
첨부한 도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 발바닥 압력 센서의 일구현예를 나타내는 분리 및 조립사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 발바닥 압력 센서의 다른 구현예를 나타내는 분리 및 조립사시도이다.1A and 1B are an exploded and assembled perspective view showing an embodiment of the sole pressure sensor of an intelligent muscle power and walking aid robot according to the present invention, and FIGS. 2A and 2B are intelligent muscle power and walking aid according to the present invention. Separation and assembly perspective view showing another embodiment of the sole pressure sensor of the robot.
일구현예로서, 본 발명의 발바닥 압력센서(10)는 상기한 입는 로봇(200)의 발바닥작동기구(218)의 프레임(226)상에 장착되는 것으로서, 에어튜브(12) 및 이 에어튜브(12)가 안착되는 발판(16), 실리콘패드(14) 등으로 구성된다.In one embodiment, the
즉, 상기 에어튜브(12)는 동심원 구조로 여러번 말아진 형상으로 구비되고, 상기 발판(16)은 앞쪽과 뒤쪽에 에어튜브(12)가 안착되는 장착구(20)가 형성된 구조로 구비되며, 상기 실리콘패드(14)는 상기 에어튜브(12)가 안착된 발판(16)의 상면 및 저면에 부착되는 상부 실리콘패드(14a)와 하부 실리콘패드(14b)로 구성된다.That is, the
상기 상부 및 하부 실리콘패드(14a,14b)는 에어튜브(12)를 커버하면서 그 테두리단이 발판(16)의 테두리면에 접착제 등으로 부착된다.The upper and
또한, 상기 실리콘패드(14)의 일측단부에는 에어튜브(12)의 배출관(18)이 연장된다.In addition, the
이에, 상기 발판(16)의 장착구(20)에 안착된 에어튜브(12)중 앞쪽 것은 사용 자의 발바닥 앞쪽 디딤에 의하여 가압되고, 뒤쪽 것은 발바닥의 뒤쪽 디딤에 의하여 가압되어진다.Thus, the front of the
상기 에어튜브(12)의 배출관(18)은 상기 발목 및 발바닥 작동기구(218)의 위쪽에 연결된 종아리 작동기구(216)에 부착된 공압센서(222)에 연결되는 바, 이 공압센서(222)는 상기 에어튜브(12)의 압력 변화를 감지하는 동시에 이 압력변화를 전압단위로 입력받게 되고, 또한 공압센서(222)의 출력단은 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 캐스터 워커(100)에 내장된 제어용 컴퓨터(108)에 신호 교환 가능하게 유선으로 연결된다.The
다른 구현예로서, 본 발명의 발바닥 압력센서(10)는 상기 발판(16)의 에어튜브 장착구(20)에 에어튜브(12)의 상면을 압력구배없이 눌러줄 수 있는 아크릴판(22)이 더 부착된 점에 특징이 있으며, 압력 감지 부분에 압력 구배가 생기는 문제로 인하여 아크릴판(22)을 부착 사용함에 따라 정확한 발바닥 압력값을 도출할 수 있다.In another embodiment, the
여기서, 상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 발바닥 감지센서에 대한 감지 동작을 설명하면 다음과 같다.Here, the sensing operation for the sole sensor of the present invention having the above structure will be described.
사용자가 걷기 등의 동작을 취하고자 할 때, 발바닥의 뒤꿈치부터 지면에 닿고 연이어 앞쪽 발바닥이 지면에 닿게 되며, 이를 발바닥 압력센서(10)에서 감지하게 된다.When the user wants to take an action such as walking, the heel of the sole touches the ground and the front sole touches the ground in succession, which is detected by the
이렇게 상기 발바닥 압력센서(10)에서 감지된 압력 변화는 상기 에어튜브(12)의 배출관(18)을 통하여 공압센서(222)로 전달되고, 이 공압센서(222)는 상기 에어튜브(12)의 압력 변화를 전압단위로 입력받게 된다.The pressure change detected by the
연이어, 상기 공압센서(222)의 출력단에서 감지 신호를 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 제어용 컴퓨터(108)의 DAQ 보드에 입력되고, 컴퓨터(108)에서는 공압센서(222)의 감지신호를 바탕으로 동력전달장치(200)에 구동 신호를 보내게 된다.Subsequently, at the output of the
이때, 상기 DAQ보드로 입력을 받아 퍼지 컨트롤(fuzzy control)을 통하여 착용자의 상황을 파악하고 그에 알맞은 동력을 전달할 수 있지만, 신호 자체에 아날로그 회로를 부착하여 신호 자체로 제어에 이용할 수 있고, 실제 공압센서에서 도출되는 신호는 노이즈 필터링이 거의 필요없기 때문에 이 신호에 SOC 방식이 적용된 기술을 이용한 제어도 가능하다.At this time, the input to the DAQ board can detect the situation of the wearer through the fuzzy control (fuzzy control) and can transmit the appropriate power, but by attaching an analog circuit to the signal itself can be used to control the signal itself, the actual pneumatic Since the signal from the sensor requires little noise filtering, it can also be controlled using SOC technology.
사용자의 신발(224)에 내설되어 발바닥의 앞부분 및 뒷부분이 지면에 닿거나 또는 떨어질 때의 압력 변화를 감지하는 발바닥 감지센서(10)의 감지 동작 뿐만아니라, 허벅지 압력센서(미도시됨)에 의한 허벅지 근육의 변화 감지, 상기 힙조인트부(204: 고관절)의 굽힙각을 측정하는 포텐셔미터, 상기 무릎조인트부(208: 슬관절)의 굽힘각을 측정하는 포텐셔미터, 발목관절의 각도를 측정하는 포텐셔미터 등의 감지신호를 종합적으로 판단하여 되어, 컴퓨터(108)에서 동력전달장치(300)에 구동신호를 보내게 된다.The thigh pressure sensor (not shown) as well as the sensing operation of the
아울러, 상기 발바닥 압력센서는 사용자의 발바닥 앞쪽 및 뒤쪽이 지면에 닿아있는지를 결정하는 온/오프 스위치 역할을 할 뿐만아니라, 지면과 발바닥이 닿아있을 때, 세튜레이션(saturation)이 되지 않기 때문에 미세하게 발바닥을 드는 시 점이 존재하는 바, 압력이 변화하는(갑자기 감소하거나 증가하는)시점에서 아직 발바닥이 지면에 계속 닿아있거나 닿으려고 하거나 하는 동작까지 감지할 수 있게 된다.In addition, the sole pressure sensor not only acts as an on / off switch for determining whether the front and rear of the sole of the foot is in contact with the ground, but also finely because it is not saturation when the ground and the sole are in contact with the ground. The presence of the sole raises the body's ability to detect when the sole is still or willing to touch the ground when the pressure changes (suddenly decreases or increases).
이때, 사용자가 일어선 자세에서 걷기 등의 동작시, 본 발명의 발바닥 압력센서(10)에서 발바닥이 지면에 닿았는지 또는 떨어졌는지를 용이하게 감지하여 사용자가 원하는 동작을 위한 하나의 파라미터로 작용하게 된다.At this time, when the user walks in a standing posture, the
즉, 첨부한 도 4는 실제 발바닥이 본 발명의 발바닥 압력센서에 어떻게 작용을 하는지를 보여주는 도면으로서, 발가락(toe) 바로 뒤쪽의 발바닥과, 뒤꿈치(heel)가 발바닥 압력센서와의 접촉을 통해서 작용한 힘이 에어튜브(12)로 전달이 되고, 이상기체 방정식에 의해 부피가 감소된 전체 에어튜브 내부에는 압력이 상승하게 된다.That is, Figure 4 is a view showing how the actual sole acts on the sole pressure sensor of the present invention, the sole just behind the toe (toe) and the heel (heel) through the contact with the sole pressure sensor Force is transmitted to the
따라서, 각 에어튜브(12)에서 감지된 압력변화가 공압센서(222)에서 전압 단위로 입력 받게 되므로, 발바닥의 앞부분 및 뒷부분이 지면에 닿아 있는지 떨어져 있는지를 판정할 수 있고 제어에 용이하게 이용할 수 있으며, 이때 상기 공압센서(222)는 5V의 전원이 공급되면 에어튜브(12)로부터의 공기의 압력에 따라서 0~5V 사이의 신호를 출력하며, 이 출력신호가 컴퓨터(108)의 DAQ 보드로 입력되어 발의 상태를 결정하는 파라미터로 활용되어진다.Therefore, since the pressure change sensed by each
일반적으로 본 발명에 적용된 포텐셔미터나 공압센서는 +5V의 전원이 공급되고 출력 신호선에서 0~5V 사이의 신호가 도출되는데, 센서를 다른 형식의 센서로 전환했을 때 그 전압값은 다르게 공급될 수 있음은 물론이다.In general, the potentiometer or pneumatic sensor applied to the present invention is supplied with + 5V power and a signal between 0 and 5V is derived from the output signal line. When the sensor is switched to another type of sensor, the voltage value may be supplied differently. Of course.
이에, 상기 컴퓨터(108)에서 동력전달장치(300)의 모터(304)에 알맞은 구동신호를 보내는 동시에 동력전달장치의 구동 토크에 따라 사용자가 입고 있는 입는 로봇이 사용자의 원하는 동작대로 움직이면서 사용자의 근력을 보조하게 된다.Accordingly, the
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 발바닥 압력센서에 의하면, 사용자가 입고 벗으며 착용하게 되는 입는 로봇의 구성중 발바닥작동기구의 프레임상에 설치되어 사용자의 보행시 발바닥이 지면에 닿았는지 떨어졌는지를 정확하게 감지할 수 있는 장점이 있다.As seen above, according to the foot pressure sensor of the intelligent muscle strength and walking aid robot according to the present invention, the user is wearing on and off the wear is installed on the frame of the sole operation mechanism during the configuration of the robot when walking the user There is an advantage that can accurately detect whether the sole touches the ground or dropped.
특히, 미세하게 발바닥을 드는 시점에서 이루어지는 압력의 변화(갑자기 감소하거나 증가하는)시점에서 아직 발바닥이 지면에 계속 닿아있거나 닿으려고 하거나 하는 동작까지 감지할 수 있다.In particular, it is possible to detect an operation in which the sole is still touching or attempting to touch the ground at the time of the pressure change (sudden decrease or increase) occurring at the time of lifting the sole.
또한, 본 발명의 발바닥 압력센서내의 에어튜브상에 아크릴판을 덧부착하여, 압력 감지 부분에 대한 압력구배없이 발바닥 압력을 정확하게 계측할 수 있다.In addition, by attaching an acrylic plate on the air tube in the sole pressure sensor of the present invention, the sole pressure can be accurately measured without a pressure gradient on the pressure sensing portion.
기존의 온/오프식 스위치 또는 FSR 센서에 비하여, 그 구조가 간단하면서도 우수한 압력 감지 성능을 나타나며, 제작비용이 저렴한 장점이 있다.Compared with the conventional on / off switch or FSR sensor, the structure is simple and shows excellent pressure sensing performance, and the manufacturing cost is low.
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