KR101212194B1

KR101212194B1 - 지능형 보행보조로봇

Info

Publication number: KR101212194B1
Application number: KR1020110087825A
Authority: KR
Inventors: 김정엽; 홍승원; 노종호; 문현기; 나성준
Original assignee: 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-12-13

Abstract

본 발명은 기존의 스트레치 센서를 사용한 보행 보조기가 노약자나 장애인, 거동이 불편한 환자가 보행시, 안전하게 몸을 지탱해주는 보조수단이 없어, 넘어져 낙상사고의 위험이 많고, 사용자가 좌측 또는 우측으로 이동시, 움직임 감지가 중복되어 정확한 보행방향과 보행속도가 제어기로 전달이 힘들어 오작동되는 문제점과, 사용자의 신체조건에 고려하지 않고, 일체형으로 제작되기 때문에 사전에 사용자의 신체조건에 맞게 주문제작해야 하므로, 제작시간이 오래걸리는 문제점을 개선하고자, 반호형 허리지지대, 팔거치대, 키버튼부, 기저귀형 받침대, 가변저항센서부, 전원공급부, 바퀴부, 제1 구동모터, 높낮이조절부, 컨트롤박스부로 구성됨으로서, 기저귀형 받침대의 허벅지좌측부 일측, 허벅지우측부 일측, 엉덩이 중앙 일측에서, 사용자의 움직임을 저항값 변화를 통해 센싱함으로서, 보행방향과 보행속도에 따라 제1 구동모터로 1:1맞춤형출력신호를 보낼 수 있어 사용자의 움직임에 따라 보행방향과 보행속도를 조절할 수 있고, 보행시 측면의 장애물을 초음파센서를 통해 감지할 수 있어 안전보행을 할 수 있으며, 사용자의 신체 사이즈에 맞게 기저귀형 받침대의 높낮이를 자동으로 조절할 수 있어 1대를 가지고 복수의 사용자가 사용할 수 있어 호환성이 우수하고, 무엇보다 1차 반호형 허리지지대, 2차 팔 거치대, 3차 기저귀형 받침대로 사용자의 몸을 지지할 수 있는 지능형 보행보조로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

지능형 보행보조로봇{WALKING ASSISTANCE ROBOT OF DEVELOPMENT FOR THE OLD AND THE WEAK}

본 발명은 보행방향과 보행속도에 따라 제1 구동모터로 1:1맞춤형출력신호를 보낼 수 있어 사용자의 움직임에 따라 보행방향과 보행속도를 조절할 수 있고, 사용자의 신체 사이즈에 맞게 기저귀형 받침대의 높낮이를 자동으로 조절함으로서, 노약자, 장애인, 거동이 불편한 환자에게 보행보조와 함께 재활치료를 도와 줄 수 있는 지능형 보행보조로봇에 관한 것이다.

일반적으로 고령화 사회란 총 인구 중에 65세 이상의 인구의 비율이 증가하는 사회를 말하며, 현재 사회의 선진화 및 BT(Bio Technology) 산업의 발전으로 인해 인간의 수명이 연장되어 고령화 사회를 예고하고 있다. 현재 우리나라의 경우에는 65세 이상 인구 및 구성비가 2010년 기준 11.0%를 보여준다. 현재 우리나라는 고령화 사회를 지나 2020년경에는 고령사회로의 진입이 예상되고 있다.

고령화 사회가 도래하면서 세계적으로 실버산업이 폭발적으로 증가하고 있으며, 특히 우리나라는 세계에서 가장 빠른 고령인구의 증가율을 보여 실버산업 시장이 급속하게 증가할 가능성이 높으며 85세 이상 초고령 인구의 증가로 요양보호를 요하는 노인이 증가하여 의료서비스, 사회서비스 등의 실버산업 발전을 촉진하고 있다.

현재 세계적으로 고령화가 진행되고 있는 시점에서 고령자 삶의 질(QOL : Quality Of Life) 향상을 통해 사회 참여를 도모하기 위해 필요한 분야로는 생명지원 분야, 생활지원 분야와 생활 활동지원 분야 등으로 구분할 수 있으며, 이에 필요한 기술로는 생체기능 대행 보조기술, 치료지원 기술, 자립지원 기술, 생체 계측 기술 등을 활용한 자립지원 기술 및 간호지원 기술이 요구된다. 이러한 자립지원 및 간호지원 기술은 전통적인 BT산업과 더불어 RT와 IT산업이 부각된 시스템 즉, 이동형 헬스케어 시스템 및 재택진료 시스템으로 발전하고 있다.

시중에 판매되고 있는 단순 보행보조기, 전동휠체어의 경우 다리가 불편한 사람들에게 단순 지지대 역할, 이동수단의 역할만 수행하였으며 하반신이 불편한 환자들이 발을 움직일 수 있도록 하는 역할은 하지 못한다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 국내공개특허공보 제10-2010-0109362호에서는 사용자의 신체에 연결되어 상기 사용자의 움직임을 감지하는 다수의 스트레치 센서; 및 상기 사용자가 움직임에 따라 그 움직인 방향으로 각 스트레치 센서마다 작용한 힘의 크기를 산출하고, 산출된 상기 힘의 크기 기반으로 보행 방향과 보행 속도를 결정하며, 결정된 상기 보행 방향과 상기 보행 속도를 기반으로 바퀴의 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 출력하는 제어기;로 이루어진 스트레치 센서를 사용한 보행 보조기 및 그 구동 방법이 제시된 바 있으나,

이는 노약자나 장애인, 거동이 불편한 환자가 보행시, 안전하게 몸을 지탱해주는 보조수단이 없어, 넘어져 낙상사고의 위험이 많고, 사용자가 좌측 또는 우측으로 이동시, 움직임 감지가 중복되어 정확한 보행방향과 보행속도가 제어기로 전달이 힘들어 오작동되는 문제점이 있었다.

또한, 사용자의 신체조건에 고려하지 않고, 일체형으로 제작되기 때문에 사전에 사용자의 신체조건에 맞게 주문제작해야 하므로, 제작비용이 비싼 문제점이 있었다.

국내공개특허공보 제10-2010-0109362호

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 보행방향과 보행속도에 따라 제1 구동모터로 1:1맞춤형출력신호를 보낼 수 있어 사용자의 움직임에 따라 보행방향과 보행속도를 조절할 수 있고, 보행시 측면의 장애물을 초음파센서를 통해 감지할 수 있어 안전보행을 할 수 있으며, 사용자의 신체 사이즈에 맞게 기저귀형 받침대의 높낮이를 자동으로 조절할 수 있어 1대를 가지고 복수의 사용자가 사용할 수 있어 호환성이 우수하고, 무엇보다 1차 반호형 허리지지대, 2차 팔 거치대, 3차 기저귀형 받침대로 사용자의 몸을 지지할 수 있는 지능형 보행보조로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 지능형 보행보조로봇은

반호형의 상하직립구조를 가진 복수개의 프레임으로 이루어지고 사용자의 허리높이까지 위치되어, 사용자가 서 있는 자세에서 사용자의 허리를 후면에서 1차로 지지하는 반호형 허리지지대(10)와,

반호형 허리지지대의 상단에 위치되어, 사용자의 팔을 거치시켜 사용자의 몸을 2차로 지지하는 팔거치대(20)와,

팔거치대 하단에 위치되어, 수동/자동의 동작과, 기저귀형 받침대의 높낮이를 조절하는 승하강의 동작을 선택하는 키버튼부(30)와,

기저귀형상으로 이루어져 반호형 허리지지대 내부공간에 위치되고, 사용자의 엉덩이와 체결되면서 사용자의 허리와 몸무게를 반호형 허리지지대 내부공간에서 3차로 지지하는 기저귀형 받침대(40)와,

기저귀형 받침대의 허벅지좌측부 일측, 허벅지우측부 일측, 엉덩이 중앙 일측에 위치되어, 사용자의 움직임을 저항값 변화를 통해 ADC로 컨버팅해서 센싱한 후 컨트롤박스부로 전달시키는 가변저항센서부(50)와,

반호형 허리지지대 하단 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 전원공급부(60)와,

반호형 허리지지대의 하단 바닥부 모서리에 위치되어, 사용자의 움직임에 따라 반호형 허리지지대를 전후좌우로 이동시키는 바퀴부(70)와,

바퀴부의 구동좌측바퀴 일측에 위치되어 컨트롤박스부의 제어하에 바퀴부의 구동좌측바퀴에 회전력을 발생시키는 제1 구동모터(80)와,

바퀴부 구동우측바퀴 일측에 위치되어 컨트롤박스부의 제어하에 바퀴부의 좌측바퀴에 회전력을 발생시키는 제2 구동모터(90)와,

기저귀형 받침대 일측에 위치되어 사용자의 신체 사이즈에 따라 컨트롤박스부의 제어하에 기저귀형 받침대의 높낮이를 조절시키는 높낮이조절부(100)와,

반호형 허리지지대의 하단쪽 중앙 일측에 위치되어, 가변저항센서부, 키버튼부, 전원공급부, 제1 구동모터, 제2 구동모터, 높낮이조절부와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 가변저항센서부를 통해 감지된 사용자의 움직임에 따른 저항값 변화량을 입력받아 적분제어한 후, 제1 구동모터와 제2 구동모터로 1:1맞춤형출력신호를 보내도록 제어하며, 키버튼부에서 눌러진 승하강 버튼신호에 따라 높낮이조절부로 승하강 출력신호를 보내도록 제어하는 컨트롤박스부(110)로 구성됨으로서 달성된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 별도의 핸들이나 조향수단없이 사용자의 움직임에 따라 보행방향과 보행속도를 조절할 수 있어, 상품성과 경제성이 우수하고, 보행시 측면의 장애물을 초음파센서를 통해 감지할 수 있어 기존 장치에 비해 80%의 안전보행을 할 수 있으며, 사용자의 신체 사이즈에 맞게 기저귀형 받침대의 높낮이를 자동으로 조절할 수 있어 1대를 가지고 복수의 사용자가 사용할 수 있어 호환성이 우수하고, 무엇보다 1차 반호형 허리지지대, 2차 팔 거치대, 3차 기저귀형 받침대로 사용자의 몸을 지지할 수 있어, 기존 장치에 비해 보행사고율을 70%로 낮출 수 있는 좋은 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지능형 보행보조로봇(1)의 구성요소를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 지능형 보행보조로봇(1) 중 가변저항센서부(50)의 구성요소를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 제2 반호형 허리지지대(12)에 기저귀형받침대(40)가 구성된 것을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 기저귀형 받침대의 허벅지좌측부와 제2 반호형 허리지지대의 좌측연결부 사이, 기저귀형 받침대의 허벅지우측부와 제2 반호형 허리지지대의 우측연결부 사이, 기저귀형 받침대의 엉덩이부와 제2 반호형 허리지지대의 엉덩이연결부 사이에 제1,2,3가변저항센서부가 결합되어 구성된 것을 도시한 내부사시도,
도 5는 본 발명에 따른 제3 반호형 허리지지대에 컨트롤박스부가 구성된 것을 도시한 일실시예도,
도 6은 본 발명에 따른 컨트롤박스부에 리드스크류봉, 웜기어, 제3 구동모터로 이루어진 높낮이조절부가 구성된 것을 평면방향에서 도시한 일실시예도,
도 7은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 컨트롤박스부에 리드스크류봉, 웜기어, 제3 구동모터로 이루어진 높낮이조절부가 구성된 것을 정면방향에서 도시한 일실시예도,
도 8은 본 발명에 따른 반호형 허리지지대 측면 일측에 장애물을 감지하는 초음파센서가 형성된 것을 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 진동모터의 구성을 도시한 일실시예도,
도 10은 본 발명에 따른 지능형 보행보조로봇(1)을 도시한 일실시예도,
도 11은 본 발명에 따른 높낮이조절부를 통해 사용자의 신체 사이즈에 따라 컨트롤박스부의 제어하에 기저귀형 받침대의 높낮이를 조절시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 12는 본 발명에 따른 지능형 보행보조로봇(1)에 사용자가 기저귀형 받침대를 착용하여 전진모드와 후진모드를 수행하는 것을 도시한 일실시예도,
도 13은 본 발명에 따른 비상정지버튼(12d)의 위치를 도시한 일실시예도,
도 14는 본 발명에 따른 부저(17c)의 구성을 도시한 일실시예도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 지능형 보행보조로봇(1)의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 반호형 허리지지대(10), 팔거치대(20), 키버튼부(30), 기저귀형 받침대(40), 가변저항센서부(50), 전원공급부(60), 바퀴부(70), 제1 구동모터(80), 제2 구동모터(90), 높낮이조절부(100), 컨트롤박스부(110)로 구성된다.

먼저, 본 발명에 따른 반호형 허리지지대(10)에 관해 설명한다.

상기 반호형 허리지지대(10)는 반호형의 상하직립구조를 가진 복수개의 프레임으로 이루어지고 사용자의 허리높이까지 위치되어, 사용자가 서 있는 자세에서 사용자의 허리를 후면에서 1차로 지지하는 역할을 한다.

이는 제1 반호형 허리지지대(11), 제2 반호형 허리지지대(12), 제3 반호형 허리지지대(13), 세로형 지지봉(14), 서스펜션형 지지대(15), 사각틀 지지대(16)로 구성된다.

본 발명에 따른 반호형 허리지지대는 중공홈이 복수개로 형성된 알루미늄 프로파일(3030)로 구성된다.

상기 제1 반호형 허리지지대(11)는 상단에 위치되어 팔거치대를 거치시키면서 지지하는 역할을 한다.

상기 제2 반호형 허리지지대(12)는 제1 반호형 허리지지대 하단에 위치되어 키버튼부를 거치시키고, 기저형받침대의 후단 중앙 일측과 좌우측면 일측을 지지하면서 높이조절부의 동작에 따라 세로형 지지봉을 기준으로 관통되면서 승하강된다.

이는 일측에 비상정지버튼(12d)이 구성된다.

여기서, 비상정지버튼(12d)은 도 13에 도시된 바와 같이, 사용자의 손이 닿기 쉬운 곳(제2 반호형 허리지지대 하단)에 위치시켜 사용자의 보행이 어렵거나, 측면에 장애물이 감지되었을 때, 응급상황이 발생되었을 때, 모드의 구동을 정지시킨다.

상기 제3 반호형 허리지지대(13)는 제2 반호형 허리지지대 하단에 위치되어, 높낮이조절부, 컨트롤박스부를 수용하면서 복수개의 세로형 지지봉을 지지하는 역할을 한다.

상기 세로형 지지봉(14)은 제2 반호형 허리지지대를 관통하여 제1 반호형 허리지지대와 제3 반호형 허리지지대에 세로방향으로 고정되어 제1 반호형 허리지지대, 제3 반호형 허리지지대를 세로방향에서 지지하는 역할을 한다.

상기 서스펜션형 지지대(15)는 제3 반호형 허리지지대 하단에 위치되어 바퀴부와 세로방향으로 연결시키고, 외부의 충격을 탄력적으로 흡수하는 역할을 한다.

상기 사각틀 지지대(16)는 서스펜션형 지지대의 하단 일측에 사각틀 형상으로 이루어져 전원부를 수용하면서 외압에 의해 흔들리지 않도록 지지하는 역할을 한다.

또한, 본 발명에 따른 반호형 허리지지대(10)는 장애물을 감지시켜주는 장애물 감지부(17)가 구성된다.

상기 장애물 감지부(17)는 외부방향 측면 좌우측 일측에 장애물을 감지하는 초음파센서(17a)와, 초음파센서로부터 감지된 신호에 따라 팔거치대쪽으로 진동을 일으켜 사용자에게 인식시켜주는 진동모터(17b)와, 측면 또는 후면 일측에 위치되어, 보행시, 측면 일측에 장애물이 감지되면, 진동모터를 대신하여 부저음을 발생시켜 사용자로 하여금 장애물을 인식시키는 부저(17c)로 구성된다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 반호형 허리지지대(10)의 외부방향 측면 좌우측 일측에 장애물을 감지하는 초음파센서(17a)가 형성된다.

또한, 도 14에서 도시한 바와 같이, 상기 부저(17c)는 측면 또는 후면 일측에 위치되어, 보행시, 측면 일측에 장애물이 감지되면, 진동모터를 대신하여 부저음을 발생시켜 사용자로 하여금 장애물을 인식시킨다.

다음으로, 본 발명에 따른 팔거치대(20)에 관해 설명한다.

상기 팔거치대(20)는 반호형 허리지지대의 상단에 위치되어, 사용자의 팔을 거치시켜 사용자의 몸을 2차로 지지하는 역할을 한다.

이는 스폰지와 가죽커버로 구성된다.

또한, 내부에 장애물감지부의 진동모터가 구성되어, 보행시, 측면 일측에 장애물이 감지되면, 진동모터에 의해 진동을 발생시켜 사용자로 하여금 장애물을 인식시킨다.

다음으로, 본 발명에 따른 키버튼부(30)에 관해 설명한다.

상기 키버튼부(30)는 팔거치대 하단에 위치되어, 수동/자동의 동작과, 기저귀형 받침대의 높낮이를 조절하는 승하강의 동작을 선택하는 역할을 한다.

이는 누름버튼으로 이루어져, 전진모드선택버튼, 후진모드선택버튼, 상승모드선택버튼, 하강모드선택버튼이 구성된다.

본 발명에 따른 키버튼부에서 눌러진 모드별 선택버튼신호는 컨트롤박스부의 입력단자로 입력된다.

다음으로, 본 발명에 따른 기저귀형 받침대(40)에 관해 설명한다.

상기 기저귀형 받침대(40)는 기저귀형상으로 이루어져 반호형 허리지지대 내부공간에 위치되고, 사용자의 엉덩이와 체결되면서 사용자의 허리와 몸무게를 반호형 허리지지대 내부공간에서 3차로 지지하는 역할을 한다.

이는 도 3에서 도시한 바와 같이, 기저귀형상의 본체로 이루어지고, 본체의 허벅지 좌측부 일측이 제2 반호형 허리지지대의 좌측 연결부에 결합되고, 본체의 허벅지 우측부 일측이 제2 반호형 허리지지대의 우측 연결부에 결합되며, 본체의 엉덩이부가 제2 반호형 허리지지대의 엉덩이 연결부에 결합된다.

본 발명에 따른 기저귀형 받침대는 제2 반호형 허리지지대의 좌측 연결부, 우측 연결부, 엉덩이 연결부에 결합시, 고리형 벨트결합되도록 구성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 가변저항센서부(50)에 관해 설명한다.

상기 가변저항센서부(50)는 기저귀형 받침대의 허벅지좌측부 일측, 허벅지우측부 일측, 엉덩이 중앙 일측에 위치되어, 사용자의 움직임을 저항값 변화를 통해 ADC(analog-digital converter)로 컨버팅해서 센싱한 후 컨트롤박스부로 전달시키는 역할을 한다.

이는 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 가변저항센서(51), 제2 가변저항센서(52), 제3 가변저항센서(53)로 구성된다.

상기 제1 가변저항센서(51)는 원통드럼형상의 몸체(51a)로 이루어지고, 회전축(51b)이 기저귀형 받침대의 허벅지좌측부(41)와 제2 반호형 허리지지대의 좌측연결부(12a) 사이에 결합되어 형성되고, 사용자의 좌측움직임을 저항값 변화를 통해 ADC로 컨버팅해서 센싱한 후, 센서구리판(+,-)(51c)을 통해 컨트롤박스부로 전달시키는 역할을 한다.

상기 제2 가변저항센서(52)는 원통드럼형상의 몸체(52a)로 이루어지고, 회전축(52b)이 기저귀형 받침대의 허벅지우측부(42)와 제2 반호형 허리지지대의 우측연결부(12b) 사이에 결합되어 형성되고, 사용자의 우측움직임을 저항값 변화를 통해 ADC로 컨버팅해서 센싱한 후, 센서구리판(+,-)(52c)을 통해 컨트롤박스부로 전달시키는 역할을 한다.

상기 제3 가변저항센서(53)는 원통드럼형상의 몸체(53a)로 이루어지고, 회전축(53b)이 기저귀형 받침대의 엉덩이부(43)와 제2 반호형 허리지지대의 엉덩이연결부(12c) 사이에 결합되어 형성되고, 사용자가 전진 또는 후행시, 엉덩이 움직임을 저항값 변화를 통해 ADC로 컨버팅해서 센싱한 후, 센서구리판(+,-)(53c)을 통해 컨트롤박스부로 전달시키는 역할을 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 전원공급부(60)에 관해 설명한다.

상기 전원공급부(60)는 반호형 허리지지대 하단 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 역할을 한다.

이는 AC 12V 배터리팩으로 구성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 바퀴부(70)에 관해 설명한다.

상기 바퀴부(70)는 반호형 허리지지대의 하단 바닥부 모서리에 위치되어, 사용자의 움직임에 따라 반호형 허리지지대를 전후좌우로 이동시키는 역할을 한다.

이는 구동바퀴(71)와 종동바퀴(72)로 구성된다.

상기 구동바퀴(71)는 구동좌측바퀴(71a)와 구동우측바퀴(71b)로 구성되고, 사용자가 반호형 허리지지대에 위치된 상태에서 후단 바닥쪽에 위치되어, 자동모드시 제1 구동모터의 회전력에 의해 회전되고, 수동모드시 사용자의 전진방향과 후진방향의 힘에 의해 전진과 후진을 한다.

상기 종동바퀴(72)는 사용자가 반호형 허리지지대에 위치된 상태에서 전단 바닥쪽에 위치되어, 사용자의 움직임에 따라 반호형 허리지지대를 전후좌우로 이동시킨다.

다음으로, 본 발명에 따른 제1 구동모터(80)에 관해 설명한다.

상기 제1 구동모터(80)는 바퀴부의 구동좌측바퀴 일측에 위치되어 컨트롤박스부의 제어하에 바퀴부의 구동좌측바퀴에 회전력을 발생시키는 역할을 한다.

이는 스텝모터, DC모터 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 제2 구동모터(90)에 관해 설명한다.

상기 제2 구동모터(90)는 바퀴부 구동우측바퀴 일측에 위치되어 컨트롤박스부의 제어하에 바퀴부의 좌측바퀴에 회전력을 발생시키는 역할을 한다.

이는 스텝모터, DC모터 중 어느 하나가 선택되어 구성된다.

다음으로, 본 발명에 따른 높낮이조절부(100)에 관해 설명한다.

상기 높낮이조절부(100)는 기저귀형 받침대 일측에 위치되어 사용자의 신체 사이즈에 따라 컨트롤박스부의 제어하에 기저귀형 받침대의 높낮이를 조절시키는 역할을 한다.

이는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 리드스크류봉(101), 웜기어(102), 제3 구동모터(103)로 구성된다.

상기 리드스크류봉(101)은 제1 반호형 허리지지대의 하단 중앙 일측과 수직방향으로 동일선상에 연결되고, 제2 반호형 허리지지대와 연결되어 제3 구동모터에 의해 스크류 회전되면서 제2 반호형 허리지지대를 승하강시키는 역할을 한다.

상기 웜기어(102)는 리드스크류봉과 90°각도로 결합되면서 제3 구동모터의 회전력을 리드스크류봉으로 전달시키는 역할을 한다.

상기 제3 구동모터(103)는 웜기어의 회전축으로 회전력을 전달시키는 역할을 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 컨트롤박스부(110)에 관해 설명한다.

상기 컨트롤박스부(110)는 반호형 허리지지대의 하단쪽 중앙 일측에 위치되어, 가변저항센서부, 키버튼부, 전원공급부, 제1 구동모터, 제2 구동모터, 높낮이조절부와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 가변저항센서부를 통해 감지된 사용자의 움직임에 따른 저항값 변화량을 입력받아 적분제어한 후, 제1 구동모터와 제2 구동모터로 1:1맞춤형출력신호를 보내도록 제어하며, 키버튼부에서 눌러진 승하강 버튼신호에 따라 높낮이조절부로 승하강 출력신호를 보내도록 제어하는 역할을 한다.

이는 ATmega 128의 마이컴부가 포함되어 구성된다.

즉, 입력단자 일측에 가변저항센서부가 연결되어, 가변저항센서부를 통해 기저귀형받침대의 허벅지좌측부, 허벅지우측부, 엉덩이부에서 감지된 사용자의 움직임을 저항값 변화량으로 입력받고, 입력단자 타측에 키버튼부가 연결되어, 키버튼부에서 눌러진 전진모드선택신호, 후진모드선택신호, 상승모드선택신호, 하강모드선택신호를 입력받고, 출력단자 일측에 제1 구동모터가 연결되어, 사용자의 움직임에 따라 적분제어해서 연산된 1:1맞춤형출력신호가 제1 구동모터로 출력되며, 출력단자 타측에 제2 구동모터가 연결되어, 사용자의 움직임에 따라 적분제어해서 연산된 1:1맞춤형출력신호가 제2 구동모터로 출력되며, 출력단자 타측에 높낮이조절부의 제3구동모터로 PWM 출력신호를 보내어 기저귀형 받침대를 승하강시키도록 구성된다.

본 발명에 따른 마이컴부는 입력단자 일측에 가변저항센서를 통해 감지된 사용자의 움직임에 따른 보행속도를 입력받는다.

또한, 마이컴부는 장애물과의 거리가 대략 50cm정도가 되면 보행보조로봇의 구동을 자동으로 정지시키는 자동정지모드가 포함되어 구성된다.

본 발명에 따른 컨트롤박스부(110)는 키버튼부에서 눌러진 전진모드선택신호에 따라 제1 구동모터 및 제2 구동모터를 시계방향으로 회전시켜 전진방향으로 구동시키는 전진모드(111)와, 키버튼부에서 눌러진 후진모드선택신호에 따라 제1 구동모터 및 제2 구동모터를 반시계방향으로 회전시켜 후진방향으로 구동시키는 후진모드(112)와, 키버튼부에서 눌러진 상승모드선택신호에 따라 제3 구동모터를 시계방향으로 회전시켜 리드스크류봉을 상승시키는 상승모드(113)와, 키버튼부에서 눌러진 하강모드선택신호에 따라 제3 구동모터를 반시계방향으로 회전시켜 리드스크류봉을 하강시키는 하강모드(114)로 설정된다.

이하, 본 발명에 따른 지능형 보행보조로봇의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.

[ 전진모드 ]

먼저, 도 12에 도시한 바와 같이, 반호형 허리지지대(10)에 사용자가 정위치한 후, 기저귀형 받침대를 착용한다.

이어서, 사용자의 팔을 팔거치대에 거치시킨 후, 키버튼부의 전진모드선택버튼을 누르면 컨트롤박스부가 구동된다.

이어서, 컨트롤박스부의 제어하에 제1 구동모터와 제2 구동모터를 시계방향으로 동일한 속도로 회전시켜 전진방향으로 구동시킨다.

이어서, 사용자가 전진하다가 우측방향으로 방향이 변경되면, 제2 가변저항센서에서 감지된 우측방향 움직임에 따른 저항값 변화량을 컨트롤박스부로 입력시킨다.

이때, 컨트롤박스부에서 우측방향 움직임에 따른 저항값 변화량을 적분제어한 후, 제2 구동모터로 제1 구동모터보다 1.5배~2배의 회전속도를 출력시키라는 PWM 신호를 보낸다.

이로 인해, 지능형 보행보조로봇이 사용자의 우측방향 움직임에 따라 우측방향으로 구동된다.

[ 후진모드 ]

이어서, 사용자의 팔을 팔거치대에 거치시킨 후, 키버튼부의 후진모드선택버튼을 누르면 컨트롤박스부가 구동된다.

이어서, 컨트롤박스부의 제어하에 제1 구동모터와 제2 구동모터를 반시계방향으로 동일한 속도로 회전시켜 후진방향으로 구동시킨다.

이어서, 사용자가 후진하다가 좌측방향으로 방향이 변경되면, 제1 가변저항센서에서 감지된 좌측방향 움직임에 따른 저항값 변화량을 컨트롤박스부로 입력시킨다.

이때, 컨트롤박스부에서 좌측방향 움직임에 따른 저항값 변화량을 적분제어한 후, 제1 구동모터로 제2 구동모터보다 1.5배~2배의 회전속도를 출력시키라는 PWM 신호를 보낸다.

이로 인해, 지능형 보행보조로봇이 사용자의 좌측방향 움직임에 따라 좌측방향으로 구동된다.

[ 높낮이조절부의 승강모드 ]

먼저, 도 11에 도시한 바와 같이, 반호형 허리지지대(10)에 사용자가 정위치한 후, 기저귀형 받침대를 착용한다.

이때, 기저귀형받침대가 사용자의 엉덩이 부위보다 낮게 위치해 있다면, 키버튼부의 상승모드선택버튼을 누른다.

이어서, 컨트롤박스부로 키버튼부의 상승모드선택신호가 입력되면, 제3 구동모터를 시계방향으로 회전시켜, 웜기어를 통해 리드스크류봉을 상승시킨다.

[ 높낮이조절부의 하강모드 ]

이때, 기저귀형받침대가 사용자의 엉덩이 부위보다 높게 위치해 있다면, 키버튼부의 하강모드선택버튼을 누른다.

이어서, 컨트롤박스부로 키버튼부의 하강모드선택신호가 입력되면, 제3 구동모터를 반시계방향으로 회전시켜, 웜기어를 통해 리드스크류봉을 하강시킨다.

10 : 반호형 허리지지대 20 : 팔거치대
30 : 키버튼부 40 : 기저귀형 받침대
50 : 가변저항센서부 60 : 전원공급부
70 : 바퀴부 80 : 제1 구동모터
90 : 제2 구동모터 100 : 높낮이조절부
110 : 컨트롤박스부

Claims

반호형의 상하직립구조를 가진 복수개의 프레임으로 이루어지고 사용자의 허리높이까지 위치되어, 사용자가 서 있는 자세에서 사용자의 허리를 후면에서 1차로 지지하는 반호형 허리지지대(10)와,
반호형 허리지지대의 상단에 위치되어, 사용자의 팔을 거치시켜 사용자의 몸을 2차로 지지하는 팔거치대(20)와,
팔거치대 하단에 위치되어, 수동/자동의 동작과, 기저귀형 받침대의 높낮이를 조절하는 승하강의 동작을 선택하는 키버튼부(30)와,
기저귀형상으로 이루어져 반호형 허리지지대 내부공간에 위치되고, 사용자의 엉덩이와 체결되면서 사용자의 허리와 몸무게를 반호형 허리지지대 내부공간에서 3차로 지지하는 기저귀형 받침대(40)와,
기저귀형 받침대의 허벅지좌측부 일측, 허벅지우측부 일측, 엉덩이 중앙 일측에 위치되어, 사용자의 움직임을 저항값 변화를 통해 ADC로 컨버팅해서 센싱한 후 컨트롤박스부로 전달시키는 가변저항센서부(50)와,
반호형 허리지지대 하단 일측에 위치되어, 각 기기에 전원을 공급시키는 전원공급부(60)와,
반호형 허리지지대의 하단 바닥부 모서리에 위치되어, 사용자의 움직임에 따라 반호형 허리지지대를 전후좌우로 이동시키는 바퀴부(70)와,
바퀴부의 구동좌측바퀴 일측에 위치되어 컨트롤박스부의 제어하에 바퀴부의 구동좌측바퀴에 회전력을 발생시키는 제1 구동모터(80)와,
바퀴부 구동우측바퀴 일측에 위치되어 컨트롤박스부의 제어하에 바퀴부의 좌측바퀴에 회전력을 발생시키는 제2 구동모터(90)와,
기저귀형 받침대 일측에 위치되어 사용자의 신체 사이즈에 따라 컨트롤박스부의 제어하에 기저귀형 받침대의 높낮이를 조절시키는 높낮이조절부(100)와,
반호형 허리지지대의 하단쪽 중앙 일측에 위치되어, 가변저항센서부, 키버튼부, 전원공급부, 제1 구동모터, 제2 구동모터, 높낮이조절부와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 가변저항센서부를 통해 감지된 사용자의 움직임에 따른 저항값 변화량을 입력받아 적분제어한 후, 제1 구동모터와 제2 구동모터로 1:1맞춤형출력신호를 보내도록 제어하며, 키버튼부에서 눌러진 승하강 버튼신호에 따라 높낮이조절부로 승하강 출력신호를 보내도록 제어하는 컨트롤박스부(110)로 구성되는 것을 특징으로 하는 지능형 보행보조로봇.
제1항에 있어서, 상기 반호형 허리지지대(10)는
상단에 위치되어 팔거치대를 거치시키면서 지지하는 제1 반호형 허리지지대(11)와,
제1 반호형 허리지지대 하단에 위치되어 키버튼부를 거치시키고, 기저형받침대의 후단 중앙 일측과 좌우측면 일측을 지지하면서 높이조절부의 동작에 따라 세로형 지지봉을 기준으로 관통되면서 승하강되는 제2 반호형 허리지지대(12)와,
제2 반호형 허리지지대 하단에 위치되어, 높낮이조절부, 컨트롤박스부를 수용하면서 복수개의 세로형 지지봉을 지지하는 제3 반호형 허리지지대(13)와,
제2 반호형 허리지지대를 관통하여 제1 반호형 허리지지대와 제3 반호형 허리지지대에 세로방향으로 고정되어 제1 반호형 허리지지대, 제3 반호형 허리지지대를 세로방향에서 지지하는 세로형 지지봉(14)과,
제3 반호형 허리지지대 하단에 위치되어 바퀴부와 세로방향으로 연결시키고, 외부의 충격을 탄력적으로 흡수하는 서스펜션형 지지대(15)와,
서스펜션형 지지대의 하단 일측에 사각틀 형상으로 이루어져 전원부를 수용하면서 외압에 의해 흔들리지 않도록 지지하는 사각틀 지지대(16)로 구성되는 것을 특징으로 하는 지능형 보행보조로봇.
제1항에 있어서, 상기 반호형 허리지지대(10)는
측면 일측에 장애물을 감지하는 초음파센서가 형성되고, 초음파센서로부터 감지된 신호에 따라 팔거치대쪽으로 진동을 일으켜 사용자에게 인식시켜주는 진동모터가 형성되어 장애물을 감지시켜주는 장애물 감지부(17)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 지능형 보행보조로봇.
제1항에 있어서, 상기 높낮이조절부(100)는
제1 반호형 허리지지대의 하단 중앙 일측과 수직방향으로 동일선상에 연결되고, 제2 반호형 허리지지대와 연결되어 제2 구동모터에 의해 스크류 회전되면서 제2 반호형 허리지지대를 승하강시키는 리드스크류봉(110)과,
리드스크류봉과 90°각도로 결합되면서 제2 구동모터의 회전력을 리드스크류봉으로 전달시키는 웜기어(120)와,
웜기어의 회전축으로 회전력을 전달시키는 제2 구동모터(130)로 구성되는 것을 특징으로 하는 지능형 보행보조로봇.
제1항에 있어서, 상기 가변저항센서부(50)는
원통드럼형상의 몸체(51a)로 이루어지고, 회전축(51b)이 기저귀형 받침대의 허벅지좌측부(41)와 제2 반호형 허리지지대의 좌측연결부(12a) 사이에 결합되어 형성되고, 사용자의 좌측움직임을 저항값 변화를 통해 ADC로 컨버팅해서 센싱한 후, 센서구리판(+,-)(51c)을 통해 컨트롤박스부로 전달시키는 제1 가변저항센서(51)와,
원통드럼형상의 몸체(52a)로 이루어지고, 회전축(52b)이 기저귀형 받침대의 허벅지우측부(42)와 제2 반호형 허리지지대의 우측연결부(12b) 사이에 결합되어 형성되고, 사용자의 우측움직임을 저항값 변화를 통해 ADC로 컨버팅해서 센싱한 후, 센서구리판(+,-)(52c)을 통해 컨트롤박스부로 전달시키는 제2 가변저항센서(52)와,
원통드럼형상의 몸체(53a)로 이루어지고, 회전축(53b)이 기저귀형 받침대의 엉덩이부(43)와 제2 반호형 허리지지대의 엉덩이연결부(12c) 사이에 결합되어 형성되고, 사용자가 전진 또는 후행시, 엉덩이 움직임을 저항값 변화를 통해 ADC로 컨버팅해서 센싱한 후, 센서구리판(+,-)(53c)을 통해 컨트롤박스부로 전달시키는 제3 가변저항센서(53)로 구성되는 것을 특징으로 하는 지능형 보행보조로봇.