KR101278579B1

KR101278579B1 - 지능형 보행 보조 로봇

Info

Publication number: KR101278579B1
Application number: KR1020110045089A
Authority: KR
Inventors: 홍영기; 안상진; 권기찬
Original assignee: 주식회사 로보테크
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2013-06-25
Anticipated expiration: 2031-05-13
Also published as: KR20120126934A

Abstract

본 발명은 스스로 보행이 불편한 환자, 또는 하지근력이 약화된 노약자(이하 "사용자" 라고 한다)들의 보행을 보조하거나 재활을 돕는 보행 보조 로봇에 있어서, 사용자의 건강상태에 따라 로봇에 하중을 실어 사용자의 가고자 하는 의지를 파악하여 사용자와 동일하게 움직이거나, 탑승용 의자에 탑승하여 이동할 수 있도록 한 것으로,
본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇은,
보행 보조 로봇에 있어서,
주행모터에 의해 구동되는 바퀴 및 캐스터와, 바퀴의 제동장치와, 전방의 장애물 유무를 검출하는 초음파 및 레이저 센서와, 배터리와, 제어부가 장착되는 하부 프레임과,
하부 프레임을 가로질러 회동가능하게 형성되는 지지바에 장착되는 탑승용 의자와,
탑승용 의자에 탑승하는 사용자 발을 올려놓을 수 있도록 형성되는 발판과,
하부 프레임 상에 대향되게 형성되는 서포터에 승강가능하게 결합되는 승강편에 장착되는 아암패드와, 아암패드 상에 장착되며 사용자 하중을 아암패드에 실어 로봇을 따라 보행할 경우 파지하여 주행모터 구동을 제어하는 핸들바와, 아암패드 상에 장착되는 디스플레이부를 구비하는 상부 프레임을 포함한다.

Description

지능형 보행 보조 로봇{intelligent walking assistance robot}

본 발명은 지능형 보행 보조 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스스로 보행이 불편한 환자, 또는 하지근력이 약화된 노약자(이하 "사용자" 라고 한다)들의 보행을 보조하거나 재활을 돕는 보행 보조 로봇에 있어서, 사용자의 건강상태에 따라 로봇에 하중을 실어 사용자의 가고자 하는 의지를 파악하여 사용자와 동일하게 움직이거나, 탑승용 의자(이하 "의자" 라고 한다)에 탑승하여 이동할 수 있도록 한 지능형 보행 보조 로봇에 관한 것이다.

일반적으로, 보행 보조 로봇은 스스로 보행이 불편한 환자, 또는 하지근력이약한 노약자 등의 보행을 보조하고, 근력 증강 등을 통한 재활을 도울 수 있도록 사용되고 있으며, 이러한 용도로 사용되는 로봇은 사용자 하중을 로봇에 기댄채로 로봇을 따라 보행하게 되므로 로봇의 손잡이를 붙잡을 수 있도록 큰 힘이 요구된다. 이로 인해 환자 또는 노약자들의 체력이 약할 경우 로봇으로부터 이탈되어 넘어지는 등의 안전사고를 초래할 수 있는 문제점을 갖는다. 또한 사용자가 로봇의 도움을 받아 보행하는 도중에 긴급상황(사용자의 몸에 이상이 발생되는 경우를 말함)으로 인해 계속하여 걷지못할 경우 휠체어와 같은 탑승할 수 있는 기능이 요구되는 바, 전술한 로봇에는 휠체어 형태의 탑승기능이 구비되지않아 실용성 및 효율성이 떨어지는 실정이다.

본 발명의 실시예는, 스스로 보행이 불편한 환자, 노약자와 같은 사용자의 건강상태에 따라 로봇에 하중을 실어, 사용자의 가고자 하는 의지를 파악하여 사용자와 동일하게 움직이거나 의자에 탑승하여 이동할 수 있게 되므로, 사용자의 보행 보조 및 재활에 실질적인 도움을 주어 장비의 기능성 및 효율성을 극대화할 수 있도록 한 지능형 보행 보조 로봇과 관련된다.

본 발명의 실시예는, 로봇을 따라 이동하는 도중에 의자에 탑승하게될 상황발생시, 절첩가능한 의자를 사용자가 직접 의자를 전개시켜 탑승하므로 편리성 및 실용성을 제공할 수 있도록 한 지능형 보행 보조 로봇과 관련된다.

본 발명의 실시예는, 의자에 탑승시 팔걸이에 장착된 조이스틱을 조정하여 주행가능하고, 로봇을 따라 이동할 경우 핸들바를 파지하여 보행하게 되므로, 순간적인 판단능력이 상대적으로 떨어지는 사용자들이 유용하게 활용할 수 있도록 한 지능형 보행 보조 로봇과 관련된다.

본 발명의 실시예는, 장비의 구조 간단화 및 컴팩트화로 인해 협소한 공간, 통로에서도 제한받지않고 방향전환할 수 있도록 한 지능형 보행 보조 로봇과 관련된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇은,

보행 보조 로봇에 있어서,

주행모터에 의해 구동되는 바퀴 및 캐스터와, 바퀴의 제동장치와, 전방의 장애물 유무를 검출하는 초음파 및 레이저 센서와, 배터리와, 제어부가 장착되는 하부 프레임과,

하부 프레임을 가로질러 회동가능하게 형성되는 지지바에 장착되는 탑승용 의자와,

탑승용 의자에 탑승하는 사용자 발을 올려놓을 수 있도록 형성되는 발판과,

하부 프레임 상에 대향되게 형성되는 서포터에 승강가능하게 결합되는 승강편에 장착되는 아암패드와, 아암패드 상에 장착되며 사용자 하중을 아암패드에 실어 로봇을 따라 보행할 경우 파지하여 주행모터 구동을 제어하는 핸들바와, 아암패드 상에 장착되는 디스플레이부를 구비하는 상부 프레임을 포함한다.

더욱 바람직한 실시예에 의하면, 전술한 탑승용 의자에 탑승하는 사용자 허리를 지탱할 수 있도록 하부 프레임 상에 연장형성되는 등받이를 포함한다.

전술한 탑승용 의자를 절첩시킬 수 있는 수단은,

지지바 양측에 형성되는 플레이트와, 플레이트에 각각 장착되는 볼플런저와, 지지바 양단을 회동가능하게 지지하는 하우징에 형성되며 지지바 회동으로 탑승용 의자가 세워질 경우 볼플런저가 착탈가능하게 고정되는 요홈과, 지지바 회동으로 탑승용 의자를 눕혀 사용할 경우 탑승용 의자의 돌출부를 지지하는 서포터용 프레임을 포함한다.

전술한 하부 프레임에 장착되며, 탑승용 의자에 탑승하여 주행모터 구동을 조정하는 조이스틱이 장착되는 팔 걸이부를 포함한다.

전술한 제동장치는,

바퀴 회전축에 장착되는 라쳇기어와, 바퀴를 지지하는 외측 풋마스터 내측면에 회동가능하게 각각 형성되며 라쳇기어의 안착홈에 안착되어 바퀴를 제동시키는 제동용 핀이 바퀴쪽으로 돌출형성되는 제동용 몸체와, 외측 풋마스터에 형성되고 제동용 몸체에 형성된 요홈에 착탈가능하게 결합되는 볼플런저와, 제동용 몸체에 형성되는 손잡이를 포함한다.

전술한 발판을 절첩시킬 수 있는 수단은,

바퀴를 지지하는 내측 풋마스터 내측면에 회동가능하게 각각 형성되는 발판과, 사용자 발을 올려놓기 위해 수평방향으로 회동되는 발판이 안착되도록 내측 풋마스터 상면에 형성되는 안착홈과, 내측 풋마스터 내측면에 형성된 지지판과 발판에 각각 고정되며 안착홈으로부터 이탈되어 수직방향을 유지하는 발판을 탄성지지하는 탄성부재를 포함한다.

전술한 바퀴를 지지하는 내,외측 풋마스터에 각각 연장형성되는 프레임에 하단이 장착되고, 프레임과 대향되는 하부 프레임에 상단이 장착되는 쇽압소버를 포함한다.

전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇은 아래와 같은 이점을 갖는다.

사용자들의 건강상태에 따라 로봇에 하중을 실어, 사용자의 가고자 하는 의지를 파악하여 사용자와 동일하게 움직이거나 의자에 탑승하여 이동할 수 있어 사용자의 보행 보조 및 재활에 실질적인 도움을 주게되므로, 장비의 기능을 극대화하여 신뢰성을 갖게되어 장비의 경쟁력을 높일 수 있다.

또한, 로봇을 따라 이동하는 도중에 의자에 탑승하게될 상황발생시, 절첩가능한 의자를 사용자가 직접 의자를 전개시켜 탑승할 수 있다.

또한, 의자에 탑승시 팔걸이에 장착된 조이스틱을 조정하여 주행가능하고, 로봇을 따라 이동할 경우 핸들바를 파지하여 보행하게 되므로, 순간적인 판단능력이 떨어지는 사용자들이 조이스틱 또는 핸들바를 간단하게 조작할 수 있어 편리성을 제공한다.

또한, 장비의 구조 간단화 및 컴팩트화로 인해 협소한 공간, 통로에서도 제한받지않고도 로봇의 주행, 방향 전환 등을 용이하게 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇의 사시도,
도 2(a,b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇에서, 탑승용 의자의 절첩됨을 설명하기 위한 도면,
도 3(a,b)은 본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇에서, 제동장치를 설명하기 위한 도면,
도 4(a,b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇에서, 발판의 절첩됨을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇의 제1사용상태도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇의 제2사용상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 1 내지 도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇은,

보행 보조 로봇에 있어서,

주행모터(일 예로서 가감속 및 정,역회전 제어가 가능한 DC모터가 사용될 수 있다)에 의해 구동되는 바퀴(10) 및 캐스터(11)와, 바퀴(10)의 제동장치와, 전방의 장애물 유무를 검출하여 검출신호를 전송하는 초음파 센서 및 레이저 센서(12)와, 배터리(미도시됨)와, 센서로부터의 검출신호에 따라 주행모터 구동을 제어하는 제어부(미도시됨)가 장착되는 하부 프레임(15)과,

하부 프레임(15)을 가로질러 회동가능하게 형성되는 지지바(16)에 장착되는 탑승용 의자(17)와,

탑승용 의자(17)에 탑승하는 사용자 발을 올려놓을 수 있도록 형성되는 발판(18)과,

하부 프레임(15) 상에 대향되게 형성되는 한 쌍의 서포터(19)에 승강가능하게 결합되는 승강편(19a)에 장착되는 아암패드(arm pad)(21)와, 아암패드(21) 상에 장착되며, 사용자 하중을 아암패드(21)에 실어 로봇을 따라 보행할 경우 파지하여 주행모터 구동을 제어하는 한 쌍의 핸들바(20)와, 아암패드(21) 상에 장착되는 디스플레이부(일 예로서 LCD가 사용되며, 주행모터의 제어상태를 표시하게 된다)(22)를 구비하는 상부 프레임(23)을 포함한다.

이때, 전술한 탑승용 의자(17)에 탑승하는 사용자 허리를 지탱할 수 있도록 하부 프레임(15) 상에 연장형성되는 등받이(24)를 포함한다.

도 1 및 도 2(a,b)에서와 같이, 전술한 탑승용 의자(17)를 절첩시킬 수 있는 수단은,

지지바(16) 양측에 형성되는 플레이트(25)와, 플레이트(25)에 각각 장착되는 볼플런저(26)와, 지지바(16) 양단을 회동가능하게 지지하는 하우징(27)에 형성되며 지지바(16) 회동으로 탑승용 의자(17)가 세워질 경우 볼플런저(26)가 착탈가능하게 고정되는 요홈(28)과, 지지바(16) 회동으로 탑승용 의자(17)를 눕혀 사용할 경우 탑승용 의자(17)의 돌출부(17a)를 지지함에 따라, 탑승용 의자(17) 수평방향을 유지하는 서포터용 프레임(29)을 포함한다.

전술한 하부 프레임(15)에 장착되며, 탑승용 의자(17)에 탑승하여 주행모터구동을 조정하는 조이스틱(30)이 장착되는 팔 걸이부(31)를 포함한다.

도 1 및 도 3(a,b)에서와 같이, 전술한 제동장치는,

바퀴(10) 회전축에 장착되는 라쳇기어(32)와, 바퀴(10)를 지지하는 외측 풋마스터(33) 내측면에 회동가능하게 각각 형성되며 라쳇기어(32)의 안착홈(32a)에 안착되어 바퀴(10)를 제동시키는 제동용 핀(34)이 바퀴(10)쪽으로 돌출형성되는 제동용 몸체(35)와, 외측 풋마스터(33)에 형성되고 제동용 몸체(35)에 형성된 요홈(35a)에 착탈가능하게 결합되는 볼플런저(36)와, 제동용 몸체(35)에 형성되는 손잡이(37)를 포함한다.

도 1 및 도 4(a,b)에서와 같이, 전술한 발판(18)을 절첩시킬 수 있는 수단은,

바퀴(10)를 지지하는 내측 풋마스터(38) 내측면에 회동가능하게 각각 형성되는 발판(18)과, 사용자 발을 올려놓기 위해 수평방향으로 회동되는 발판(18)이 안착되도록 내측 풋마스터(38) 상면에 형성되는 안착홈(38a)과, 내측 풋마스터(38) 내측면에 형성된 지지판(39)과 발판(18)에 각각 고정되며 안착홈(38a)으로부터 이탈되어 수직방향을 유지하는 발판(18)을 탄성지지하는 탄성부재(일 예로서 인장코일스프링이 사용됨)(40)를 포함한다.

전술한 바퀴(10)를 지지하는 내,외측 풋마스터(33,38)에 각각 연장형성되는 프레임(41)에 하단이 장착되고, 프레임(41)과 대향되는 하부 프레임(15)에 상단이 장착되는 쇽압소버(42)를 포함한다.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇의 사용예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5에서와 같이, 스스로 보행이 불편한 환자, 하지근력이 약한 노약자 등의 사용자들이 로봇에 하중을 실어 로봇을 따라 보행하는 경우를 설명한다. 전술한 ∩자 형상으로 배치된 아암패드(21) 상에 사용자 팔을 올려놓아 하중을 실은 후, 아암패드(21) 상에 장착된 핸들바(20)를 각각 파지함에 따라(일 예로서, 미도시된 밀고 당기는 힘을 검출하는 로드셀(load cell) 등의 센서에 의해 핸들바(20)를 파지하여 밀게되는 경우 전진으로 인식하고, 핸들바(20)를 파지하여 잡아당길 경우 후진으로 인식하게 된다), 주행모터(일 예로서 PWM(pulse width modulation) 제어를 통해 주행 방향과 속도를 제어할 수 있음)에 의해 구동되는 바퀴(10) 및 캐스터(11)에 의해 전진 또는 후진 방향으로 서행 주행하는 로봇을 따라 보행할 수 있게 된다.

이때, 전술한 바퀴(10) 제동장치는 풀린 상태를 유지하고(즉 제동용 핀(34)이 라쳇기어(32)의 안착홈(32a)으로부터 이탈된 상태임), 탑승용 의자(17)는 수직방향으로 세워진 상태를 유지한다(즉 지지바(16) 양측에 형성된 플레이트(25)에 장착된 볼플런저(26)가 하우징(27)에 형성된 요홈(28)에 결합된 상태임).

따라서, 사용자가 바퀴(10) 구동으로 인해 주행하는 로봇의 아암패드(21)에 사용자 하중을 실은 상태에서, 로봇을 따라 보행하는 도중에 전방에 장애물이 놓여 있는 경우, 하부 프레임(15) 상에 장착된 초음파 센서(일 예로서, 40KHz의공칭주파수를 갖고 있어 음파가 장재물에 반사되어 돌아오는 시간을 계산하여 거리를 검출하게 되며, 주로 지면에 놓여 있는 낮은 높이의 장애물을 감지함) 및 레이저 센서(일 예로서 지면으로부터 일정높이를 유지하여 놓여있는 장애물을 감지함)(12)에 의해 장애물 유무를 검출한 후 검출신호를 제어부(14)에 전송함에 따라, 주행모터 구동을 정지시켜 핸들바(20)의 조작으로 로봇의 주행방향을 전진 또는 후진으로 방향 전환할 수 있다.

도 6에서와 같이, 노약자 등의 사용자들이 로봇을 따라 보행하는 도중에 탑승용 의자(17)에 탑승하거나, 보행이 불가능한 환자가 탑승용 의자(17)에 탑승 후 주행하는 경우를 설명한다. 즉 사용자가 탑승용 의자(17)에 탑승하고, 내측 풋마스트(38)에 대향되게 장착된 발판(18) 위에 발을 올려 놓으며, 팔걸이부(31)에 장착된 조이스틱(30)을 조정함에 따라 구동모터의 속도를 조정하여 전진 또는 후진방향으로 주행할 수 있게 된다.

즉, 전술한 지지바(16) 양측의 플레이트(25)에 장착된 볼플런저(26)를 하우징(27)에 형성된 요홈(28)으로부터 이탈시킨 후, 지지바(16)를 회전시켜 탑승용 의자(17)를 수평방향으로 눕힌다. 이때 수평방향을 유지하는 탑승용 의자(17)에 사용자가 탑승할 경우, 사용자의 하중으로 인해 탑승용 의자(17)에 연장형성된 한 쌍의 돌출부(17a)가 서포터용 프레임(29)에 걸쳐지므로, 탑승용 의자(17)는 수평을 유지할 수 있다. 이때 팔걸이부(31)에 장착된 조이스틱(joy-stick)(30) 조작에 의해 주행모터 구동을 제어하여 전진 방향 또는 후진 방향으로 주행할 수 있다.

한편, 사용자에 의해 발판(18)을 힌지핀을 중심축으로 하여 각각 회동시켜 내측 풋마스터(38)에 각각 형성된 요홈(38a)에 안착시킴에 따라(이때 탄성부재(40)에 인장력이 발생됨), 수평방향을 유지하는 한 쌍의 발판(18) 위에 발을 올려놓을 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 주행하는 로봇을 구동모터 정지로 인해 멈춰지는 로봇을 제동장치에 의해 정지상태를 유지할 수 있다. 즉 외측 풋마스터(33)에 장착된 볼플런저(36)를 제동용 몸체(35)에 형성된 요홈(35a)으로부터 이탈시킨 후, 제동용 몸체(35)의 손잡이(37)를 파지하여 제동용 핀(34)이 라쳇기어(32)의 안착홈(32a)에 안착되도록 제동용 몸체(35)를 회동시킨다. 즉 제동용 핀(34)을 라쳇기어(32)의 안착홈(32a)에 안착시킨 후 볼플런저(36)를 요홈(35a)에 안착시킴에 따라, 바퀴(10)를 제동시킬 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 보행 보조 로봇에 의하면, 사용자들의 건강상태에 따라 로봇에 하중을 실어, 사용자의 가고자 하는 의지를 파악하여 사용자와 동일하게 움직이거나 의자에 탑승하여 이동할 수 있어 사용자의 보행 보조 및 재활에 실질적인 도움을 주게된다. 협소한 공간에서도 제한받지않고도 로봇의 주행, 방향 전환 등을 용이하게 수행할 수 있다. 의자에 탑승시 팔걸이에 장착된 조이스틱 조정으로 주행하고 로봇을 따라 이동할 경우 핸들바를 파지하여 보행하게 되므로, 순간적인 판단능력이 떨어지는 사용자들이 조이스틱 또는 핸들바를 간단하게 조작할 수 있다.

10; 바퀴
12; 레이저 센서
16; 지지바
18; 발판
20; 핸들바
22; 디스플레이부
24; 등받이
26; 볼플런저
28; 요홈
30; 조이스틱
32; 라쳇기어
34; 제동용 핀
36; 볼플런저
38; 내측 풋마스터
40; 탄성부재
42; 쇽압소버

Claims

주행모터에 의해 구동되는 바퀴 및 캐스터와, 바퀴의 제동장치와, 전방의 장애물 유무를 검출하는 초음파 및 레이저 센서와, 배터리와, 제어부가 장착되는 하부 프레임과,
상기 하부 프레임을 가로질러 회동가능하게 형성되는 지지바에 장착되는 탑승용 의자와,
상기 탑승용 의자에 탑승하는 사용자 발을 올려놓을 수 있도록 형성되는 발판과,
상기 하부 프레임 상에 대향되게 형성되는 서포터에 승강가능하게 결합되는 승강편에 장착되는 아암패드와, 아암패드 상에 장착되며 사용자 하중을 아암패드에 실어 로봇을 따라 보행할 경우 파지하여 주행모터 구동을 제어하는 핸들바와, 아암패드 상에 장착되는 디스플레이부를 구비하는 상부 프레임을 포함하는 지능형 보행 보조 로봇에 있어서:
상기 탑승용 의자에 탑승하는 사용자 허리를 지탱할 수 있도록 상기 하부 프레임 상에 연장형성되는 등받이를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 보행 보조 로봇.
삭제
제1항에 있어서, 상기 탑승용 의자를 절첩시킬 수 있는 수단은,
상기 지지바 양측에 형성되는 플레이트와, 플레이트에 각각 장착되는 볼플런저와, 상기 지지바 양단을 회동가능하게 지지하는 하우징에 형성되며 지지바 회동으로 탑승용 의자가 세워질 경우 볼플런저가 착탈가능하게 고정되는 요홈과, 지지바 회동으로 탑승용 의자를 눕혀 사용할 경우 탑승용 의자의 돌출부를 지지하는 서포터용 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 보행 보조 로봇.
제1항에 있어서, 상기 하부 프레임에 장착되며, 상기 탑승용 의자에 탑승하여 상기 주행모터 구동을 조정하는 조이스틱이 장착되는 팔 걸이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 보행 보조 로봇.
제1항에 있어서, 상기 제동장치는,
상기 바퀴 회전축에 장착되는 라쳇기어와, 상기 바퀴를 지지하는 외측 풋마스터 내측면에 회동가능하게 각각 형성되며 상기 라쳇기어의 안착홈에 안착되어 바퀴를 제동시키는 제동용 핀이 바퀴쪽으로 돌출형성되는 제동용 몸체와, 상기 외측 풋마스터에 형성되고 상기 제동용 몸체에 형성된 요홈에 착탈가능하게 결합되는 볼플런저와, 상기 제동용 몸체에 형성되는 손잡이를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 보행 보조 로봇.
제1항에 있어서, 상기 발판을 절첩시킬 수 있는 수단은,
상기 바퀴를 지지하는 내측 풋마스터 내측면에 회동가능하게 각각 형성되는 발판과, 사용자 발을 올려놓기 위해 수평방향으로 회동되는 발판이 안착되도록 상기 내측 풋마스터 상면에 형성되는 안착홈과, 상기 내측 풋마스터 내측면에 형성된 지지판과 상기 발판에 각각 고정되며 안착홈으로부터 이탈되어 수직방향을 유지하는 발판을 탄성지지하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 보행 보조 로봇.
삭제