KR101282859B1 - Walking assistant robot and method for controling using the same - Google Patents

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Abstract

고가의 센서를 요구하지 않음과 동시에 사용자의 정확한 보행 의도를 파악 가능하도록 구현된 보행보조로봇 및 제어 방법이 개시된다. 보행보조로봇은 사용자의 보행의도를 파악하여 보행을 어시스트하도록 구현된 것으로서, 사용자의 팔 동작을 감지하여 사용자의 보행 의도를 파악하고, 사용자의 보행 의도를 바탕으로 사용자의 걸음걸이를 제어하도록 구성된다. 따라서, 팔의 움직임을 감지하는 센서부가 저렴한 가격으로 구현 가능하고 사용자의 보행 의도 파악이 용이하며 사용자가 조작법을 익히기 쉬울 뿐 아니라 보행보조로봇을 거부감 없이 사용할 수 있다.Disclosed are a walking aid robot and a control method implemented to enable a user to accurately grasp a walking intention while not requiring an expensive sensor. The walking aid robot is implemented to assist walking by grasping the walking intention of the user, and detects the user's arm movement to grasp the walking intention of the user and controls the user's gait based on the walking intention of the user. do. Therefore, the sensor unit for detecting the movement of the arm can be implemented at a low price, easy to grasp the walking intention of the user, easy to learn the operation method by the user, and can use the walking aid robot without reluctance.

Description

보행보조로봇 및 제어 방법{WALKING ASSISTANT ROBOT AND METHOD FOR CONTROLING USING THE SAME}WALKING ASSISTANT ROBOT AND METHOD FOR CONTROLING USING THE SAME}

본 발명은 보행보조로봇 및 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자의 보행의도를 파악하여 보행을 어시스트하도록 구현된 보행보조로봇 및 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a walking aid robot and a control method, and more particularly, to a walking aid robot and a control method implemented to assist walking by grasping a walking intention of a user.

일반적으로, 보행보조로봇은 보행이 불편한 장애인이나 노약자가 쉽게 걸음을 걸을 수 있도록 도와주는 로봇으로서, 보행보조로봇의 효과적인 사용을 위해서는 사용자의 보행 의도를 얼마나 정확하게 파악하는가와 보행보조로봇을 사용하기 편리한가가 중요한 요소가 된다.In general, a walking aid robot is a robot that helps a person with a disability or an elderly person who can not walk easily to walk, how to accurately understand the walking intention of the user and how easy to use the walking aid robot for effective use of the walking aid robot? Is an important factor.

종래의 보행보조로봇 제어 장치는 조이스틱과 같은 조작기를 사용하거나 사용자의 신발에 센서를 부착하여 지면 반력을 측정하고 이를 바탕으로 사용자의 보행 의도를 파악하여 보행보조로봇의 걸음걸이를 제어하는 방식으로 구현된 것이었다.Conventional walking aid robot control device is implemented by using a manipulator such as a joystick or by attaching a sensor to the user's shoes to measure the ground reaction force and to grasp the walking intention of the user based on the control of the gait of the walking aid robot It was.

즉, 종래의 보행보조로봇은 로봇부와, 조작부 및 제어부로 구성된다. 로봇부는 사용자의 보행보조를 위한 기구로서 모터, 실린더 등으로 구성되며, 조작부는 사용자가 직접 보행 명령을 내리기 위한 것으로서 조이스틱 등으로 구성된다. 제어부는 조작부의 보행 명령에 따라 로봇부를 구동시키기 위한 것이다. 아울러, 조작부는 센서부로 대체될 수 있으며, 센서부는 사용자의 보행 의도를 파악하도록 신발에 장착되어 지면 반력을 측정한다. 이 경우, 조작부와 센서부는 각각 단독으로 사용되거나 함께 사용될 수 있다.That is, the conventional walking aid robot is composed of a robot unit, an operation unit and a control unit. The robot unit is a mechanism for assisting the walking of the user, and is composed of a motor, a cylinder, and the like, and the operation unit is configured to give a walking command to the user directly and is composed of a joystick. The control unit is for driving the robot unit in accordance with a walking command of the operation unit. In addition, the operation unit may be replaced by a sensor unit, the sensor unit is mounted on the shoe to determine the walking intention of the user to measure the ground reaction force. In this case, the operation unit and the sensor unit may be used alone or together.

하지만, 종래의 보행보조로봇은 조이스틱을 이용하여 보행보조로봇을 제어하는 경우, 조작법을 익히는데 많은 시간이 소요되고 조작법이 자연스러운 보행동작과 상이하므로 사용자에게 거부감을 주는 문제점이 있었다. 아울러, 지면 반력을 측정하는 센서부를 통해 사용자의 보행 의도를 파악하여 보행보조로봇을 제어하는 경우, 고가의 센서 사용에 따른 비용 문제 및 정확한 보행 의도 파악이 어렵다는 문제점 등이 있었다.However, in the conventional walking aid robot, when controlling the walking aid robot using a joystick, it takes a lot of time to learn the operation method, and the operation method is different from the natural walking motion, thereby causing a problem for the user. In addition, when controlling the walking aid robot by grasping the walking intention of the user through the sensor unit for measuring the ground reaction force, there was a problem that it is difficult to determine the cost and accurate walking intention due to the use of expensive sensors.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 고가의 센서를 요구하지 않음과 동시에 사용자의 정확한 보행 의도를 파악 가능하도록 구현된 보행보조로봇 및 제어 방법을 제공한다.In order to solve such a conventional problem, the present invention provides a walking aid robot and a control method implemented so as not to require an expensive sensor and at the same time can grasp the user's precise walking intention.

본 발명에 따른 보행보조로봇은 사용자의 보행의도를 파악하여 보행을 어시스트하도록 구현된 것으로서, 사용자의 팔 동작을 감지하여 사용자의 보행 의도를 파악하고, 사용자의 보행 의도를 바탕으로 사용자의 걸음걸이를 제어하도록 구성된다.Walking aid robot according to the present invention is implemented to assist the walking by grasping the walking intention of the user, to detect the user's arm movement to grasp the walking intention of the user, based on the walking intention of the user It is configured to control.

이 경우, 본 발명에 따른 보행보조로봇은 사용자의 보행 보조를 위한 기구로 구성되는 로봇부와, 사용자의 팔 동작을 감지하기 위한 센서부 및 상기 센서부로부터 감지된 사용자의 팔 동작으로부터 보행 의도를 파악하고 상기 로봇부를 구동시키는 제어부를 포함한다.In this case, the walking aid robot according to the present invention is a robot unit consisting of a mechanism for aiding the walking of the user, a sensor unit for detecting the user's arm motion and the intention to walk from the user's arm motion detected from the sensor unit It includes a control unit for grasping and driving the robot unit.

또한, 상기 센서부는 사용자의 양팔 부위에 착용되도록 한 쌍으로 이루어지며, 사용자의 팔에 고정되기 위한 밴드를 구비한다.In addition, the sensor unit is made of a pair to be worn on both arms of the user, and has a band for fixing to the user's arm.

또한, 상기 센서부는 사용자의 보행 모드를 시작하기 위한 보행모드 시작스위치 및 사용자의 보행 모드를 종료하기 위한 보행모드 종료스위치를 포함하고, 상기 보행모드 종료스위치는 조작 시 사용자의 보행 모드를 종료하거나 일정 시간 동안 사용자의 팔 동작이 발생하지 않을 경우 사용자의 보행 모드를 종료하도록 구성된다.The sensor unit may include a walking mode start switch for starting a walking mode of a user and a walking mode ending switch for ending a walking mode of a user, wherein the walking mode ending switch ends or stops a walking mode of a user during an operation. The user is configured to exit the walking mode of the user when the user's arm movement does not occur during the time.

한편, 본 발명에 따른 보행보조로봇 제어 방법은 사용자의 보행의도를 파악하여 보행을 어시스트하도록 구현된 것으로서, 사용자의 팔 동작을 감지하여 사용자의 보행 의도를 파악하고, 상기 사용자의 보행 의도를 바탕으로 사용자의 걸음걸이를 제어하도록 구성된다.On the other hand, the walking aid robot control method according to the present invention is implemented to assist the walking by grasping the walking intention of the user, by detecting the user's arm motion to determine the walking intention of the user, based on the walking intention of the user It is configured to control the gait of the user.

본 발명에 따른 보행보조로봇 및 제어 방법은 팔의 움직임을 감지하는 센서부가 저렴한 가격으로 구현 가능하고 사용자의 보행 의도 파악이 용이하며 사용자가 조작법을 익히기 쉬울 뿐 아니라 보행보조로봇을 거부감 없이 사용할 수 있는 매우 유용한 발명이다.The walking aid robot and the control method according to the present invention can be implemented at a low price of the sensor unit for detecting the movement of the arm, easy to grasp the walking intention of the user, the user can easily learn the operation method and can use the walking aid robot without objection It is a very useful invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행보조로봇을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행보조로봇의 센서부를 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행보조로봇의 사용 예를 도시한 것이다.1 shows a walking aid robot according to an embodiment of the present invention,
Figure 2 illustrates a sensor unit of the walking aid robot according to an embodiment of the present invention,
Figure 3 illustrates an example of the use of the walking aid robot according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면에 따라서 보행보조로봇 및 제어 방법의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the technical configuration of the walking aid robot and the control method according to the accompanying drawings in detail as follows.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행보조로봇을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행보조로봇의 센서부를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행보조로봇의 사용 예를 도시한 것이다.Figure 1 shows a walking aid robot according to an embodiment of the present invention, Figure 2 shows a sensor unit of the walking aid robot according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an embodiment of the present invention It shows an example of the use of the walking aid robot according to.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행보조로봇은 사용자(99)의 보행의도를 파악하여 보행을 어시스트하도록 구현된 것으로서, 사용자(99)의 팔 동작을 감지하여 사용자(99)의 보행 의도를 파악하고, 사용자(99)의 보행 의도를 바탕으로 사용자(99)의 걸음걸이를 제어하도록 구성되어 있다.As shown in Figures 1 to 3, the walking aid robot according to an embodiment of the present invention is implemented to assist the walking by grasping the walking intention of the user 99, the arm motion of the user 99 It is configured to detect the walking intention of the user 99 and to control the gait of the user 99 based on the walking intention of the user 99.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행보조로봇은 로봇부(10)와, 센서부(30) 및 제어부(20)를 포함한다.That is, the walking assistance robot according to an embodiment of the present invention includes a robot unit 10, a sensor unit 30, and a controller 20.

로봇부(10)는 사용자(99)의 보행 보조를 위한 기구로 구성되는 것으로서, 보행 동작을 위한 관절과 모터, 유공압 실린더 등의 액추에이터 및 다리와의 결합을 위한 벨트 등의 부품으로 구성된다. 이러한 로봇부(10)는 관절과 액추에이터의 동작에 의해 사용자의 보행 동작을 어시스트한다.The robot unit 10 is configured as a mechanism for assisting the walking of the user 99, and is composed of a joint, a component for walking, an actuator, such as a motor, a pneumatic cylinder, and a component such as a belt for coupling a leg. The robot unit 10 assists the walking operation of the user by the operation of the joint and the actuator.

센서부(30)는 사용자(99)의 팔 동작을 감지하기 위한 것으로서, 사용자(99)의 팔 동작에 의해 이로부터 사용자(99)의 보행 의도를 인지한다. 센서부(30)는 사용자(99)의 왼팔 및 오른팔에 장착되기 위한 한 쌍으로 구성되며, 한 쪽에는 보행 모드의 시작과 종료를 설정할 수 있는 스위치가 장착된다. The sensor unit 30 detects the arm motion of the user 99, and recognizes the walking intention of the user 99 from the arm motion of the user 99. Sensor unit 30 is composed of a pair for mounting on the left and right arms of the user 99, one side is equipped with a switch for setting the start and end of the walking mode.

즉, 센서부(30)는 도 2에 도시된 것처럼, 센서부 본체(33)에 보행모드 시작스위치(31) 및 보행모드 종료스위치(32)를 구비하고, 센서부 본체(33)를 사용자(99)의 팔을 감싸 고정하기 위한 밴드(34)를 포함한다. 보행모드 시작스위치(31)는 사용자의 보행 모드를 시작하기 위한 것으로, 표시 램프 등의 디스플레이 모듈을 구비하며, 움직이는 팔의 방향, 속도 등의 동작을 기반으로 사용자(99)의 보행 의도를 인지한다. 아울러, 보행모드 종료스위치(32)는 사용자의 보행 모드를 종료하기 위한 것으로, 보행 모드가 종료된 상태에서는 사용자(99)가 팔을 움직이더라도 이를 보행 의도로 인지하지 않는다. 또한, 보행모드 종료스위치(32)는 조작 시 사용자의 보행 모드를 종료하거나, 일정 시간 동안 사용자(99)의 팔 동작이 발생하지 않을 경우 사용자의 보행 모드를 종료하도록 구성된다.That is, as shown in FIG. 2, the sensor unit 30 includes a walking mode start switch 31 and a walking mode end switch 32 in the sensor unit main body 33, and the sensor unit main body 33 is used by a user ( And a band 34 for wrapping and fixing the arm of 99. The walking mode start switch 31 is for starting a walking mode of a user, and includes a display module such as an indicator lamp and recognizes a walking intention of the user 99 based on an operation such as a direction and a speed of a moving arm. . In addition, the walking mode end switch 32 is to end the walking mode of the user. In the state where the walking mode is terminated, even if the user 99 moves the arm, it is not recognized as a walking intention. In addition, the walking mode end switch 32 is configured to end the walking mode of the user during the operation, or to end the walking mode of the user when the arm movement of the user 99 does not occur for a predetermined time.

제어부(20)는 상기 센서부(30)로부터 감지된 사용자(99)의 팔 동작으로부터 보행 의도를 파악하고, 상기 로봇부(10)를 구동시킨다.The controller 20 determines the walking intention from the arm motion of the user 99 sensed by the sensor unit 30, and drives the robot unit 10.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행보조로봇 제어 방법은 사용자(99)의 보행의도를 파악하여 보행을 어시스트하도록 구현된 것으로서, 사용자(99)의 팔 동작을 감지하여 사용자(99)의 보행 의도를 파악하고, 사용자(99)의 보행 의도를 바탕으로 사용자(99)의 걸음걸이를 제어하도록 구성된다.On the other hand, the walk assistance robot control method according to an embodiment of the present invention is implemented to assist the walking by grasping the walking intention of the user 99, by detecting the arm motion of the user 99 of the user 99 It is configured to identify the walking intention and to control the gait of the user 99 based on the walking intention of the user 99.

즉, 보행보조로봇을 착용하고 사용자(99)가 보행 모드를 시작하면, 사용자(99)의 팔 동작으로부터 보행 의도를 파악하여 보행보조로봇이 구동된다. 센서부(30) 및 로봇부(10)는 "오른팔-왼다리", "왼팔-오른다리"가 짝을 이루어 동작되며, 팔 동작의 크기와 속도에 따라 보행보조로봇의 걸음 폭과 속도가 비례하여 동작된다.That is, when the walking assistance robot is worn and the user 99 starts the walking mode, the walking assistance robot is driven by grasping the walking intention from the arm motion of the user 99. The sensor unit 30 and the robot unit 10 are operated by pairing the "right arm-left leg" and "left arm-leg", and the walking width and speed of the walking aid robot are proportional to each other according to the size and speed of the arm motion. Is operated.

결국, 센서부(30)를 사용자(99)의 양 손복에 시계처럼 착용하고 사용자(99)의 팔 동작을 센서부(30)를 통해 감지하며, 팔 동작의 형태에 따라 보행보조로봇의 걸음걸이와 속도를 제어한다. 이 경우, 사람의 자연스러운 보행동작은 "오른팔과 왼발" 및 "왼팔과 오른발"이 함께 움직인다. 따라서, 오른발을 앞으로 내디딜 때에는 자연스럽게 왼팔을 앞으로 흔들고, 왼발을 앞으로 내디딜 때에는 오른팔을 앞으로 흔드는 동작이 자연스럽게 이루어진다.As a result, the sensor unit 30 is worn on both hands of the user 99 like a watch, and the arm movement of the user 99 is detected through the sensor unit 30, and the gait of the walking aid robot according to the shape of the arm movement. And control the speed. In this case, the natural walking motion of the person moves the "right arm and left foot" and "left arm and right foot" together. Therefore, when the right foot is forward, the left arm is naturally shaken forward, and when the left foot is forward, the right arm is naturally shaken.

또한, 보행 속도에 따라 빠른 걸음을 걸을 때에는 팔 동작도 빠르게 움직이고 느린 걸음을 걸을 때에는 팔 동작도 느리게 움직인다. 이러한 자연스러운 보행동작을 이용하여 양팔에 각각의 팔 동작을 감지할 수 있는 센서부(30)를 장착하여 오른팔이 앞으로 움직이면 왼발을 내딛고 왼팔을 앞으로 움직이면 오른발을 내딛도록 보행보조로봇을 제어한다. 아울러, 팔의 움직이는 속도에 비례하여 보행보조로봇의 보행속도를 제어하도록 함으로써, 사용자(99)가 보행보조로봇을 사용할 때 최대한 자연스러운 보행 동작이 가능하도록 한다. In addition, according to the walking speed, the arm movement moves quickly when walking fast and the arm movement moves slowly when walking slow. Using the natural walking motion, the sensor unit 30 is mounted on both arms to detect the respective arm motions. The right foot moves forward to control the walking aid robot to step out the left foot and to move the left foot forward. In addition, by controlling the walking speed of the walking aid robot in proportion to the moving speed of the arm, when the user 99 uses the walking aid robot to enable the most natural walking operation.

이러한 팔 동작을 감지하여 보행 의도를 파악하는 구조는 신발에 센서를 장착하여 보행 의도를 파악하는 구조에 비해 센싱 방법에 있어 저렴한 센서를 사용가능함에 따라, 저가로 구현 가능하고 더욱 정확한 사용자의 보행 의도를 파악할 수 있다.The structure of detecting the walking intention by detecting the movement of the arm can be implemented at a lower cost and more accurate user's walking intention as the sensor can be used in the sensing method than the structure in which the sensor is attached to the shoe to detect the walking intention. Can be identified.

지금까지 본 발명에 따른 보행보조로봇 및 제어 방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.So far, the walking aid robot and the control method according to the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. will be. Accordingly, the scope of the true technical protection should be determined by the technical idea of the appended claims.

10 : 로봇부 20 : 제어부
30 : 센서부 31 : 보행모드 시작스위치
32 : 보행모드 종료스위치 34 : 밴드
99 : 사용자10: robot unit 20: control unit
30: sensor 31: walk mode start switch
32: walk mode end switch 34: band
99: user

Claims (5)

사용자(99)의 보행의도를 파악하여 보행을 어시스트하도록 구현된 보행보조로봇에 있어서,
사용자(99)의 팔 동작을 감지하여 사용자(99)의 보행 의도를 파악하고, 사용자(99)의 보행 의도를 바탕으로 사용자(99)의 걸음걸이를 제어하도록 구성되며,
사용자(99)의 보행 보조를 위한 기구로 구성되는 로봇부(10)와, 사용자(99)의 팔 동작을 감지하기 위한 센서부(30) 및 상기 센서부(30)로부터 감지된 사용자(99)의 팔 동작으로부터 보행 의도를 파악하고 상기 로봇부(10)를 구동시키는 제어부(20)를 포함하고;
상기 센서부(30)는 사용자(99)의 양팔 부위에 착용되도록 한 쌍으로 이루어지며, 사용자(99)의 팔에 고정되기 위한 밴드(34)를 구비하고,
상기 센서부(30)는 사용자의 보행 모드를 시작하기 위한 보행모드 시작스위치(31) 및 사용자의 보행 모드를 종료하기 위한 보행모드 종료스위치(32)를 포함하고, 상기 보행모드 종료스위치(32)는 조작 시 사용자의 보행 모드를 종료하거나 일정 시간 동안 사용자(99)의 팔 동작이 발생하지 않을 경우 사용자의 보행 모드를 종료하도록 구성된 것을 특징으로 하는 보행보조로봇.In the walking aid robot implemented to assist the walking by grasping the walking intention of the user 99,
It is configured to detect the arm movement of the user 99 to grasp the walking intention of the user 99, and to control the gait of the user 99 based on the walking intention of the user 99,
The robot unit 10 configured as a mechanism for assisting the walking of the user 99, the sensor unit 30 for sensing the arm motion of the user 99, and the user 99 detected from the sensor unit 30. A control unit 20 for identifying a walking intention from the arm motion of the driving unit and driving the robot unit 10;
The sensor unit 30 is formed in a pair to be worn on both arms of the user 99, and has a band 34 to be fixed to the arm of the user 99,
The sensor unit 30 includes a walking mode start switch 31 for starting a walking mode of a user and a walking mode ending switch 32 for ending a walking mode of a user, and the walking mode ending switch 32. The walking assistance robot, characterized in that configured to end the walking mode of the user when the user's arm movement does not occur for a certain time or exit the walking mode of the user. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 사용자(99)의 보행의도를 파악하여 보행을 어시스트하도록 구현된 보행보조로봇의 제어 방법에 있어서,
사용자(99)의 팔 동작을 감지하여 사용자(99)의 보행 의도를 파악하고, 사용자(99)의 보행 의도를 바탕으로 사용자(99)의 걸음걸이를 제어하도록 구성되며,
사용자(99)의 보행 보조를 위한 기구로 구성되는 로봇부(10)와, 사용자(99)의 팔 동작을 감지하기 위한 센서부(30) 및 상기 센서부(30)로부터 감지된 사용자(99)의 팔 동작으로부터 보행 의도를 파악하고 상기 로봇부(10)를 구동시키는 제어부(20)를 포함하고;
상기 센서부(30)는 사용자(99)의 양팔 부위에 착용되도록 한 쌍으로 이루어지며, 사용자(99)의 팔에 고정되기 위한 밴드(34)를 구비하고,
상기 센서부(30)는 사용자의 보행 모드를 시작하기 위한 보행모드 시작스위치(31) 및 사용자의 보행 모드를 종료하기 위한 보행모드 종료스위치(32)를 포함하고, 상기 보행모드 종료스위치(32)는 조작 시 사용자의 보행 모드를 종료하거나 일정 시간 동안 사용자(99)의 팔 동작이 발생하지 않을 경우 사용자의 보행 모드를 종료하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 제어 방법.In the control method of the walking aid robot implemented to assist the walking by grasping the walking intention of the user 99,
It is configured to detect the arm movement of the user 99 to grasp the walking intention of the user 99, and to control the gait of the user 99 based on the walking intention of the user 99,
The robot unit 10 configured as a mechanism for assisting the walking of the user 99, the sensor unit 30 for sensing the arm motion of the user 99, and the user 99 detected from the sensor unit 30. A control unit 20 for identifying a walking intention from the arm motion of the driving unit and driving the robot unit 10;
The sensor unit 30 is formed in a pair to be worn on both arms of the user 99, and has a band 34 to be fixed to the arm of the user 99,
The sensor unit 30 includes a walking mode start switch 31 for starting a walking mode of a user and a walking mode ending switch 32 for ending a walking mode of a user, and the walking mode ending switch 32. The walking assisted robot control method, characterized in that configured to end the walking mode of the user when the operation of the user exits the walking mode or the user (99) for a certain time.
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