KR101250324B1 - 발바닥 센서부를 구비한 착용 로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 골반 구조부에서 각각 연결되는 한 쌍의 다리 구조부가 형성된 착용 로봇으로서, 상기 한 쌍의 다리 구조부의 단부에 형성되어 착용자의 발을 수용하는 신발 착용부와, 착용자의 뒤꿈치가 위치하는 상기 신발 착용부의 후방 밑창에 형성되어, 착용자의 뒤꿈치와 접촉하는 제1 접촉면과 지면과 접촉하는 제2 접촉면을 포함하여 압력 정보를 획득하는 발바닥 센서부를 포함하는 착용 로봇을 제공하여, 보행 시 지면을 지지하는데 있어서 이질감을 최소화하는 유리한 효과를 제공한다.

Description

발바닥 센서부를 구비한 착용 로봇{Wearable robot with foot sensor}
본 발명은 착용 로봇에 관한 것으로, 지면과 접촉할 때, 발생하는 압력 정보를 획득하는 발바닥 센서부를 구비한 착용 로봇에 관한 것이다.
착용 로봇이란, 사용자가 착용하여 근력을 지원하도록 사용자와 로봇의 동기화를 이용한 입는 형태의 로봇을 의미한다. 이러한 착용 로봇은 상지 근력 지원 타입과 하지 근력 지원 타입으로 구분할 수 있으며, 하지 근력 지원 타입의 경우, 보행 시 발생하는 하중을 보상하기 위한 외골격 시스템으로 구성될 수 있다.
이러한 하지 근력 지원 타입의 착용 로봇은, 높은 하중의 군장을 착용하거나 특수 군사 장비를 착용하고 장시간 전술 이동 또는 작전을 수행하는 군인, 또는 보행 시 근력 보조가 필요한 장애인 및 노약자, 또는 높은 하중의 장비를 취급하는 산업 근로자 등에 매우 유용하게 사용될 수 있다.
이때, 착용 로봇에는 보행 하고자 하는 사용자의 의도 또는 보행 구간을 감지하기 위한 센서부가 마련될 수 있다. 특히, 이러한 센서부는 발바닥의 지지 구간의 변화를 감지하기 위해. 사용자의 발에 착용하는 군화 또는 운동화 등에 설치될 수 있다. 이하, 이를 발바닥 센서부라 칭한다.
이때, 발바닥 센서부는 통상적으로 사용자가 착용하는 군화 또는 운동화 아래에 설치되기 때문에, 보행 시 지면을 지지하는데 있어서 사용자가 이질감을 느끼게 되고 전체적으로 착용 로봇과 이질감을 느끼게 된다.
특히, 험지에서 훈련 또는 군사 작전을 수행하는 군인의 경우, 지면에 대한 감각이 떨어지기 때문에 기동력이 저하되고 종국적으로 작전 수행 능력이 저하시키는 문제가 발생한다.
대한민국 공개특허공보 제2011-0076418(2011.07.06)
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보행 시 지면을 지지하는데 있어서 이질감을 최소화할 수 있는 발바닥 센서부를 구비한 착용 로봇을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 쉽게 교체 가능한 발바닥 센서부를 구비한 착용 로봇을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 골반 구조부에서 각각 연결되는 한 쌍의 다리 구조부가 형성된 착용 로봇으로서, 상기 한 쌍의 다리 구조부의 단부에 형성되어 착용자의 발을 수용하는 신발 착용부와, 착용자의 뒤꿈치가 위치하는 상기 신발 착용부의 후방 밑창에 형성되어, 착용자의 뒤꿈치와 접촉하는 제1 접촉면과 지면과 접촉하는 제2 접촉면을 포함하여 압력 정보를 획득하는 발바닥 센서부를 포함하는 착용 로봇을 제공한다.
바람직하게는, 상기 발바닥 센서부는, 상기 제1 접촉면이 형성되고 상기 신발 착용부에 결합하는 몸체와, 상기 제2 접촉면이 형성되고, 압력 센서가 형성되는 저면부 및 상기 몸체 및 상기 저면부 사이에 형성되어, 상기 몸체에서 전달되는 압력을 상기 저면부에 전달하는 힘 전달부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 몸체 및 상기 저면부는 말굽 형태로 이루어 질 수 있다.
바람직하게는, 제1 접촉면은 말굽 형태의 상기 몸체의 내측 저면에서 내향하여 확장 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 몸체는 상기 신발 착용부에 탈 부착 가능하게 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 힘 전달부는, 상기 몸체 및 상기 저면부를 연결하는 적어도 하나의 컬럼부와, 각각의 상기 컬럼부에 끼워져, 높이 방향으로 복원력을 제공하는 탄성부재를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 몸체 및 상기 저면부는 말굽 형태로 이루어 지고 상기 힘 전달부는 상기 말굽 형태를 따라 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 발바닥 센서부는 상기 신발 안착부에 탈 부착 가능하게 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 착용 로봇에 따르면, 신발 착용부의 후방 밑창을 착용자의 뒤꿈치 및 지면을 접촉하는 발바닥 센서부로 구비함으로써, 보행 시 지면을 지지하는데 있어서 이질감을 최소화하는 유리한 효과를 제공한다.
또한 본 발명에 따른 착용 로봇에 따르면, 발바닥 센서부를 말굽 형태로 구성하고 복원력을 제공하는 탄성부재를 구비한 힘 전달부를 구비함으로써, 보행시 지면과의 이질감을 최소화하는 유리한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 착용 로봇에 따르면, 말굽 형태의 발바닥 센서부의 교체가 가능하도록 구성하여 유지 보수의 편의성을 높인 유리한 효과를 제공한다.
도 1은 하지 근력 지원 타입의 착용 로봇을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 착용 로봇을 도시한 도면,
도 3은 도 2에서 도시한 발바닥 센서부를 도시한 도면,
도 4는 도 3에서 도시한 발바닥 센서부의 분해 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 착용자의 뒤꿈치가 닿는 착용 로봇의 신발 착용부의 후방 솔(sole)부분을 발바닥 센서로 구성하여 지면을 지지하는데 있어서 이질감을 최소화하는 기술적 특징이 있다.
도 1은 하지 근력 지원 타입의 착용 로봇을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 착용 로봇을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 1 및 도 2를 병행 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 착용 로봇(100)은 신발 착용부(110)와, 신발 착용부(110)의 후방 솔(sole)부분에 형성되는 발바닥 센서부(120)를 포함한다.
신발 착용부(110)는, 착용자의 발을 수용하는 것으로, 착용자의 발과 접촉하는 동시에 지면과 직접 접촉하는 솔(sole)이 형성된다. 하지 근력 지원 타입의 착용 로봇은 골반 구조(10)에서 각각 연결되는 한 쌍의 다리 구조부(20)가 형성된다. 신발 착용부(110)는 다리 구조부(20)의 단부에 형성된다. 여기서는 다리 구조부(20)는 복수 개의 관절과 링크로 구성될 수 있고, 관절 또는 링크를 구동시키는 액츄에이터와 그 콘트롤러가 설치될 수 있다.
발바닥 센서부(120)는 지면을 지지함으로써 발생하는 압력 정보를 감지하는 역활을 한다. 도 3은 도 2에서 도시한 발바닥 센서부를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에서 도시한 발바닥 센서부의 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 이러한 발바닥 센서부(120)는 상술한 신발 착용부(110)의 후방 밑창에 형성된다. 구체적으로, 착용자의 뒤꿈치와 접촉하는 제1 접촉면(121a)과 지면과 접촉하는 제2 접촉면(122a)을 포함하여 착용자의 발바닥과 지면을 연결하여 지면에 대한 지지 감각을 착용자에게 전달한다.
일실시예에 있어서, 도 3을 참조하면, 발바닥 센서부(120)는 말굽 형태로 구성되어 신발 착용부(110)의 후방 밑창의 일부로 구성될 수 있다. 이러한 발바닥 센서부(120)는, 외부 골격을 이루는 몸체(121)와, 저면부(122)와, 힘 전달부(123)를 포함한다.
몸체(121)는 상술한 신발 착용부(110)와 직접적으로 결합하고 말굽 형태의 골격을 이룬다. 그리고, 몸체(121)에는 제1 접촉면(121a)이 형성된다. 제1 접촉면(121a)은 말굽 형태의 몸체(121)의 저면에서 소정의 폭으로 내향하여 연장 형성될 수 있다. 이러한 제1 접촉면(121a)에는 착용자의 발바닥이 닿는다. 이에 착용자의 하중 또는 가압력이 제1 접촉면(121a)을 통해 발바닥 센서부(120) 전체에 전달된다. 한편, 몸체(121)는 신발 착용부(110)에 탈 부착 가능하게 결합하여 발바닥 센서부(120)의 교체를 용이하게 할 수 있다.
저면부(122)에는 지면과 직접적으로 접촉하는 제2 접촉면(122a)이 형성된다. 일실시예에 있어서, 저면부(122)는 상술한 몸체(121)에 대응하여 말굽 형태로 구성되고 테프론 소재로 구성되는 다층 구조의 플레이트로 구성될 수 있다. 이때, 최하단에 위한 저면부(122)에 압력 센서가 설치될 수 있다. 그리고, 제2 접촉면(122a)은 저면부(122)의 최하단 플레이트의 하면에 형성될 수 있다.
힘 전달부(123)는 상술한 몸체(121)와 저면부(122) 사이에 위치하여 착용자의 하중 또는 가압력을 압력센서가 설치된 저면부(122)에 전달하는 역활을 한다. 일실시예 있어서, 이러한 힘 전달부(123)는, 몸체(121) 및 저면부(122)를 물리적으로 연결하는 복수 개의 컬럼부(123a)와, 컬럼부(123a)에 끼워져 착용자의 하중 또는 가압력에 대항하는 복원력을 제공하는 탄성부재(123b)를 포함할 수 있다. 한편, 힘 전달부(123)는 말굽 형태를 따라 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 이러한, 힘 전달부(123)는 착용자가 지면을 지지하는데 있어서, 이질감을 최소화 한다.
이렇게 신발 착용부(110)의 일부로서 장착되어 지면과의 지지 감각을 전달함과 동시에 복원력을 제공하는 발바닥 센서부(120)를 구비함으로써, 착용자의 이질감을 최소화하면서도 지면에 대한 지지로 발생하는 압력 정보를 감지할 수 있다. 감지된 압력 정보를 활용하여 착용자의 무게 중심과 지면의 지지 상태를 추정할 수 있으며, 이를 통해 착용 로봇의 성능을 높일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 신발 착용부
120 : 발바닥 센서부
121 : 몸체
122 : 저면부
123 : 힘 전달부
121a : 제1 접촉면
122a : 제2 접촉면
123a : 컬럼부
123b : 탄성부재

Claims (8)

  1. 골반 구조부에서 각각 연결되는 한 쌍의 다리 구조부가 형성된 착용 로봇으로서,
    상기 한 쌍의 다리 구조부의 단부에 형성되어 착용자의 발을 수용하는 신발 착용부;
    착용자의 뒤꿈치가 위치하는 상기 신발 착용부의 후방 밑창에 형성되어, 착용자의 뒤꿈치와 접촉하는 제1 접촉면과 지면과 접촉하는 제2 접촉면을 포함하여 압력 정보를 획득하는 발바닥 센서부를 포함하고,
    상기 발바닥 센서부는, 상기 제1 접촉면이 형성되고 상기 신발 착용부에 결합하는 몸체와, 상기 제2 접촉면이 형성되고 압력 센서가 형성되는 저면부 및, 상기 몸체 및 상기 저면부 사이에 형성되어 상기 몸체 및 상기 저면부를 연결하는 적어도 하나의 컬럼부와 각각의 상기 컬럼부에 끼워져 높이 방향으로 복원력을 제공하는 탄성부재를 포함하여 상기 몸체에서 전달되는 압력을 상기 저면부에 전달하는 힘 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용 로봇.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 몸체 및 상기 저면부는 말굽 형태로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 착용 로봇.
  4. 제3 항에 있어서,
    제1 접촉면은 말굽 형태의 상기 몸체의 내측 저면에서 내향하여 확장 형성되는 것을 특징으로 착용 로봇.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 신발 착용부에 탈 부착 가능하게 형성되는 것을 특징으로 착용 로봇.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 몸체 및 상기 저면부는 말굽 형태로 이루어 지고 상기 힘 전달부는 상기 말굽 형태를 따라 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 착용 로봇.
  8. 제1 항, 제3항 내지 제5 항 및 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발바닥 센서부는 상기 신발 안착부에 탈 부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 착용 로봇.
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