KR101227533B1 - 착용 로봇 및 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 착용 로봇은 착용 수단을 통해 신체에 착용되는 로봇 골격, 상기 착용 수단에서 상기 신체에 접촉되는 부위에 설치되는 공기 팩 및 상기 공기 팩의 공기압을 감지하고 감지된 공기압과 설정값을 비교하는 공기압 비교부를 포함함으로써, 착용자 보호와 로봇 제어에 최적화되도록 착용 상태를 개선할 수 있다.

Description

착용 로봇 및 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법{WEARABLE ROBOTIC SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING WEARABLE STATE}

본 발명은 착용 로봇 및 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 착용 상태를 개선함으로써 착용 로봇의 신뢰성 있는 제어와 착용자 보호가 가능한 착용 로봇 및 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법에 관한 것이다.

특정 재활 로봇은 환자가 일반인의 일어서기, 걷기, 앉기 등의 활동을 할 수 있도록 설계되고 있다. 이를 위해 재활 로봇은 환자가 착용할 수 있는 착용 로봇의 형태를 띄게 되는데, 착용 로봇의 특성상 신체 전부 또는 일부를 로봇 골격에 착용시킬 필요가 있다.

하지만, 환자는 신체 특정 부위가 불완전하여 일반인이 로봇을 착용하는 것과 동일한 상태로 로봇을 착용하는 것이 어렵다. 특히, 신체의 감각 기능이 저하된 환자의 경우 착용 부위가 덜 조여졌는지 과하게 조여졌는지에 대한 감각적 확인이 불가능하다.

착용 로봇의 특성상 착용 상태가 올바르게 이루어지지 않으면, 착용자의 안전을 보장할 수 없을 뿐만 아니라 착용 로봇의 제어 또한 신뢰성 있게 이루어질 수 없다.

특히, 일반인에 근접한 활동을 환자에게 제공하기 위한 직립식 착용 로봇에서는 착용 상태가 매우 중요한 문제가 된다.

일반인의 경우에도 다양한 목적의 착용 로봇을 이용할 수 있다. 이때 감각적 확인을 통해 착용 상태를 어느 정도 조절할 수 있으나, 이때의 조절이 착용자 안전 및 로봇 제어에 최적화된 것이라는 보장은 없다. 따라서, 일반인에게도 착용 로봇을 올바르게 착용시킬 수 있는 수단을 제공할 필요가 있다.

본 발명은 착용 상태를 개선함으로써 착용 로봇의 신뢰성 있는 제어와 착용자 보호가 가능한 착용 로봇 및 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 착용 로봇은 착용 수단을 통해 신체에 착용되는 로봇 골격, 상기 착용 수단에서 상기 신체에 접촉되는 부위에 설치되는 공기 팩 및 상기 공기 팩의 공기압을 감지하고 감지된 공기압과 설정값을 비교하는 공기압 비교부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 비교 결과를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 비교 결과 상기 감지된 공기압이 상기 설정값을 만족하지 못한 경우 상기 감지된 공기압이 상기 설정값을 만족하도록 상기 공기 팩 내부의 공기량을 조절하는 공기압 조절부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 사용자 입력에 의해 상기 공기압 비교부를 구동시키는 구동 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동 제어부는 사용자 입력에 의해 상기 설정값을 변경할 수 있는 설정값 변경부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동 제어부는 상기 설정값의 상한값을 저장하고, 상기 변경된 설정값이 상기 상한값을 초과하는 경우 상기 상한값으로 상기 설정값을 변경할 수 있다.

한편, 본 발명의 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법은 로봇 골격을 신체에 착용시키는 착용 수단에서 신체에 접촉되는 부위에 설치되는 공기 팩의 공기압을 감지하는 단계, 상기 감지된 공기압을 설정값과 비교하는 단계 및 상기 감지된 공기압이 상기 설정값을 만족하도록 상기 공기 팩 내부의 공기량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 감지 단계와 상기 비교 단계의 사이에, 사용자의 착용 완료 입력 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 비교 단계 이후의 단계는 상기 착용 완료 입력이 이루어진 경우에만 수행될 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명의 착용 로봇 및 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법은 착용 수단에서 신체와 접촉되는 부위에 공기압을 감지하고 조절할 수 있는 공기 팩을 설치함으로써 착용자 보호와 로봇 제어에 최적화되도록 착용 상태를 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 착용 로봇을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 장착 로봇의 예로서 직립 보행식 장착 로봇을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법을 나타낸 흐름도.

이하, 본 발명의 착용 로봇 및 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 착용 로봇을 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 착용 로봇은 착용 수단(111)을 통해 신체에 착용되는 로봇 골격(110), 상기 착용 수단에서 상기 신체에 접촉되는 부위에 설치되는 공기 팩(130) 및 상기 공기 팩의 공기압을 감지하고 감지된 공기압과 설정값을 비교하는 공기압 비교부(150)를 포함하고 있다.

로봇 골격(110)은 착용 로봇에서 뼈대를 형성하는 요소로, 모터 등의 구동 요소에 의해 다양한 운동이 가능하도록 설계될 수 있다.

로봇 골격을 착용하기 위해서는 벨트와 같은 착용 수단(111)을 통해 신체에 로봇 골격을 고정시킬 필요가 있다. 착용이 완료된 로봇 골격이 신체에 접촉되도록 설계할 수도 있으나 기계적 힘에 의해 구동되는 로봇 골격과의 접촉으로 인한 사고를 방지하기 위해 로봇 골격은 신체에 접촉하지 않도록 설계될 수도 있다. 다만 어느 경우라도 벨트 등의 착용 수단은 신체에 접촉하게 된다

기존에는 착용 수단을 통한 로봇의 착용 상태가 올바른지의 판단을 착용자의 감각에 의존하고 있다. 이 경우 착용자 안전과 로봇 제어에 최적화된 착용 상태를 만족하기는 현실상 어렵다. 더욱이 감각 기능이 저하된 환자의 경우 이러한 판단 자체가 불가능하다. 따라서 이러한 문제를 해소하기 위해 공기 팩(130)이 이용된다.

공기 팩(130)은 착용 수단 중 신체에 접촉되는 부위에 설치된다. 예를 들어 착용 수단이 도 1과 같은 벨트 형태라면 신체에 접촉되는 벨트 안쪽에 공기 팩이 설치된다. 공기 팩의 크기, 평균 두께, 설치 개수, 설치 위치 및 설치 면적은 로봇 골격과 관련하여 다양하게 변경될 수 있다. 공기 팩은 착용 수단에서 신체에 접촉되는 부위에 설치되므로 착용 로봇에서 신체와 직접 접촉되어지는 부위는 공기 팩이 된다.

공기 팩은 내부에 공기가 수납되어 있으므로 완충 작용을 통해 착용자의 신체를 보호하면서도 견고한 착용이 이루어지도록 한다. 이때 신체에 무리가 가지 않도록 함과 동시에 견고한 착용이 이루어지도록 하는 공기 팩 내부의 공기압을 적정 공기압이라 칭하기로 한다.

공기압은 공기 팩 외부에서 가해지는 압력과 공기 팩 내부의 공기량에 의해 결정된다. 따라서, 공기 팩 내부의 공기량이 일정하고 똑같은 조임 상태로 착용 수단을 이용한다면 착용자에 따라 적정 공기압을 만족하지 못할 수 있다. 예를 들어 체형이 큰 착용자가 이용할 때는 공기 팩 외부 압력이 증가하여 공기압이 증가되고, 체형이 작은 착용자가 이용할 때는 공기 팩 외부 압력이 감소하여 공기압이 감소되기 때문이다.

결과적으로 착용자의 입장에서는 적정 공기압을 만족시키기 위해 착용 수단의 조임 상태를 조절할 수밖에 없다. 물론, 공기 팩으로 인하여 공기 팩을 설치하지 않은 기존의 착용 로봇에 비하여 착용자의 보호와 로봇 제어에 유리하지만 착용 수단의 조임 상태가 착용자 또는 착용을 돕는 보조자의 감각에 의존하여 이루어지는 점을 고려하면 적정 공기압을 만족시키기에는 한계가 있음을 알 수 있다. 이와 같은 한계를 극복하기 위해 공기압 비교부(150)가 이용된다.

공기압 비교부(150)는 공기 팩의 공기압과 설정값을 비교한다. 공기 팩의 공기압을 감지하기 위해 공기 팩 내부에는 공기압 센서가 설치될 수 있다. 또한, 공기압 센서와 공기압 비교부를 연결하는 배선이 설치될 수 있다.

설정값은 적정 공기압으로 추정되는 값으로 공기압 비교부의 구동 전에 착용자 또는 착용 보조자에 의해 설정된다. 설정값은 적정 공기압인 것이 바람직하나 적정 공기압 역시 일부 감각적 요소가 포함된 값이므로 정확한 적정 공기압의 책정은 어렵다. 따라서, 적정 공기압일 것으로 추정되는 값을 설정값으로 선정한다. 따라서, 설정값은 설정자에 따라 다를 수 있다.

공기압 비교부는 공기 팩의 공기압과 설정값의 비교 결과를 출력하게 되며, 비교 결과를 이용하여 설정값을 만족하는 공기압을 유지할 수 있는 다양한 방안을 적용 가능하도록 한다.

설정값을 만족하는 공기압을 유지하기 위하여 장착 로봇은 공기압 비교부의 비교 결과를 표시하는 표시부(170)를 더 포함할 수 있다.

표시부(170)는 LCD 등의 시각적 표시 수단과 스피커와 같은 청각적 표시 수단 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 공기압 비교부의 결과를 시각 또는 음성으로 출력한다.

이와 같은 표시부를 통해 착용자 또는 착용 보조자에게 설정값과 현재의 공기압을 알려주게 됨으로써, 공기압이 설정값을 만족하도록 착용 수단의 조임 정도를 조절하도록 유도한다.

이와 다른 방안으로 설정값을 만족하는 공기압을 유지하기 위하여 장착 로봇은 공기압 조절부(190)를 더 포함할 수 있다.

공기압 조절부(190)는 공기압 비교부의 비교 결과 감지된 공기압이 설정값을 만족하지 못한 경우 감지된 공기압이 설정값을 만족하도록 공기 팩 내부의 공기량을 조절할 수 있다.

이를 위해 장착 로봇은 공개 팩 내부의 공기량을 물리적으로 조절하는 공기 펌프를 포함할 수 있으며, 공기압 조절부(190)는 이때의 공기 펌프를 제어한다. 공기 펌프는 공기 호스(air hose)로 공기 팩에 연결될 수 있다.

이상의 표시부와 공기압 조절부는 어느 하나만 설치되어도 무방하며, 경우에 따라 두개 모두 설치될 수 있다.

한편, 착용 로봇은 사용자 입력에 의해 상기 공기압 비교부를 구동시키는 구동 제어부(180)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 착용 로봇은 공기압 비교부의 구동 후 표시부 또는 공기압 조절부 중 적어도 하나가 구동되는데, 이때 공기압 비교부의 구동 시점을 결정할 필요가 있다. 공기압 비교부를 항상 구동되도록 하는 것도 가능하나 전력 손실이 예상된다.

따라서, 공기압 비교부를 구동시키는 구동 제어부(180)를 마련하고 착용자 또는 착용 보조자의 입력이 있을 경우 구동 제어부로 하여금 공기압 비교부를 구동시키도록 할 수 있다. 이때 사용자(착용자 또는 착용 보조자)는 장착 로봇의 장착을 완료한 상태에서 소정 입력부를 조작함으로써 구동 제어부를 구동시킨다. 이를 위해 구동 제어부는 버튼, 터치 스크린과 같이 사용자의 입력을 받을 수 있는 입력부를 구비할 수 있다. 경우에 따라서는 음성 인식 장치를 입력부로서 이용할 수 있다.

한편, 착용자의 신체 구조가 유사한 경우, 예를 들어 해당 장착 로봇이 170cm 이상 180cm 이하의 성인 남자만이 장착하도록 설계된 경우 설정값은 다양한 실험을 통해 적정 공기압에 근사한 최적의 값으로 고정될 수 있다. 그러나, 다양한 착용자를 대상으로 하는 착용 로봇의 경우 설정값을 변경할 필요가 있다.

이를 위해 착용 로봇에 포함되는 구동 제어부는 사용자 입력에 의해 설정값을 변경할 수 있는 설정값 변경부(미도시)를 포함할 수 있다.

다만, 설정값을 변경하는 경우 사용자의 부주의 또는 사용이 숙달되지 못함을 이유로 설정값을 과하게 변경할 수 있다. 설정값이 과하면 공기 팩에 의해 신체에 가해지는 압력이 증가하게 되므로 착용자를 해할 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해 구동 제어부(180)는 설정값의 상한값을 저장하고, 사용자에 의해 변경된 설정값이 상한값을 초과하는 경우 상한값으로 상기 설정값을 강제로 변경할 수 있다. 이때 상한값은 다양한 실험을 통해 적정한 수준으로 설정될 수 있다.

이상에 따르면, 공기 팩의 공기압과 적정 공기압으로 추정되는 설정값의 비교 결과를 이용하여 착용자를 보호하고 로봇을 신뢰성 있게 제어할 수 있는 상태로 로봇을 착용할 수 있다. 더욱이 로봇 운행 중 착용자에게 가해지는 충격을 공기 팩이 일부 흡수함으로써 착용자의 편의성 향상과 보호에 보다 충실할 수 있다.

도 2는 본 발명의 장착 로봇의 예로서 직립 보행식 장착 로봇을 나타낸 개략도이다.

살펴보면, 로봇 골격(110)에서 신체의 머리, 허리, 허벅지, 무릅, 발에 해당하는 부위에 벨트의 형태로 착용 수단(111)이 마련되어 있으며, 각 착용 수단의 안쪽에는 공기 팩(130, 파란색 부분으로 편의상 바깥쪽에 표시)이 설치되어 있다. 직립 보행식 장착 로봇의 경우 착용 상태가 헐거우면 착용자가 미끄러져 로봇 골격, 착용 수단에 의해 해를 입을 수 있으며, 로봇의 제어가 정확하게 이루어지지 않아 로봇과 함께 넘어지는 등의 위험이 발생할 수 있다. 반대로 착용 상태가 꽉 조이면 착용자의 혈액 순환을 방해하여 문제가 될 수 있다.

그러나, 착용 수단 안쪽에 설치된 공기 팩과 공기압 비교부를 통해 최적의 상태로 착용 수단을 조일 수 있으므로, 이와 같은 문제를 예방할 수 있다.

도 3은 본 발명의 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 로봇 골격을 신체에 착용시키는 착용 수단에서 신체에 접촉되는 부위에 설치되는 공기 팩의 공기압을 감지한다(S 510). 공기압 감지는 자동으로 이루어지거나, 구동 제어부의 입력부를 통해 사용자의 입력이 있는 경우에 이루어질 수 있다.

상기 감지된 공기압을 설정값과 비교한다(S 520). 공기압을 감지하는 것은 착용자의 착용 상태, 다시 말해 착용자의 신체가 착용 수단에 의해 적정하게 조여지고 있는지를 알아내기 위함이다. 이때 적정하게 조여진 상태를 나타내는 설정값을 감지된 공기압과 비교함으로써 현재의 착용 상태를 판단할 수 있다. 공기압과 설정값이 같으면(S 521) 종료하고, 공기압이 설정값보다 크면(S 522) 공기압 조절부를 통해 공기 팩으로부터 공기를 유출시켜 공기압을 감소시킨다(S 531). 이렇게 공기압을 감소시키면서 설정값과 비교한다. 공기압이 설정값보다 작으면(S 522) 공기압 조절부를 통해 공기 팩으로 공기를 유입시켜 공기압을 증가시킨다(S 532). 이때도 공기압을 증가시키면서 설정값과 비교한다. 즉, 상기 감지된 공기압이 상기 설정값을 만족하도록 상기 공기 팩 내부의 공기량을 제어한다(S 530).

한편, 공기압을 감지하는 단계(S 510)와 공기값을 설정값과 비교하는 단계(S 520)의 사이에, 사용자의 착용 완료 입력 여부를 판단하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 경우 상기 비교 단계 이후의 단계(S 520, S 530)는 상기 착용 완료 입력이 이루어진 경우에만 수행될 수 있다.

한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

정상인 또는 환자의 활동을 보조하기 위한 착용 로봇에 적용할 수 있다.

특히, 다양한 착용자를 대상으로 하는 착용 로봇에 적용하는 것이 유리하다.

110...로봇 골격 111...착용 수단
130...공기 팩 150...공기압 비교부
170...표시부 180...구동 제어부
190...공기압 조절부

Claims (8)

1. 착용 수단을 통해 신체에 착용되는 로봇 골격;
   상기 착용 수단에서 상기 신체에 접촉되는 부위에 설치되는 공기 팩; 및
   상기 공기 팩의 공기압을 감지하고 감지된 공기압과 설정값을 비교하는 공기압 비교부;및
   상기 비교 결과를 표시하는 표시부를 더 포함하며,
   상기 비교 결과 상기 감지된 공기압이 상기 설정값을 만족하지 못한 경우 상기 감지된 공기압이 상기 설정값을 만족하도록 상기 공기 팩 내부의 공기량을 조절하는 공기압 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용 로봇.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   사용자 입력에 의해 상기 공기압 비교부를 구동시키는 구동 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용 로봇.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 구동 제어부는 사용자 입력에 의해 상기 설정값을 변경할 수 있는 설정값 변경부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용 로봇.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 구동 제어부는 상기 설정값의 상한값을 저장하고,
   상기 변경된 설정값이 상기 상한값을 초과하는 경우 상기 상한값으로 상기 설정값을 변경하는 것을 특징으로 하는 착용 로봇.
   
7. 로봇 골격을 신체에 착용시키는 착용 수단에서 신체에 접촉되는 부위에 설치되는 공기 팩의 공기압을 감지하는 단계;
   상기 감지된 공기압을 설정값과 비교하는 단계; 및
   상기 감지된 공기압이 상기 설정값을 만족하도록 상기 공기 팩 내부의 공기량을 제어하는 단계;
   를 포함하는 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 감지 단계와 상기 비교 단계의 사이에,
   사용자의 착용 완료 입력 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고,
   상기 비교 단계 이후의 단계는 상기 착용 완료 입력이 이루어진 경우에만 수행되는 것을 특징으로 하는 착용 로봇의 착용 상태 제어 방법.
   

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