KR101490617B1 - 근력 전달 장치 및 이를 포함하는 근력 지원 로봇 - Google Patents

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최일섭
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Abstract

근력 전달 장치 및 이를 포함한 근력 지원 로봇이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치는 로봇 프레임의 일측에 제공되어 로봇의 작동을 제어하기 위한 작동신호를 발생하는 근력 전달 장치로서, 상기 로봇 프레임의 일측을 축으로 회전 가능하게 제공되는 내부 프레임; 상기 내부 프레임의 단부에 제공되어 작업자의 움직임을 매개로 상기 내부 프레임을 회전시키는 지지부재; 상기 로봇 프레임의 양측에 회전연결부재를 매개로 회전 가능하게 제공되어 상기 내부 프레임과 선택적으로 접촉되며 조작력을 전달하는 한 쌍의 전달부재; 및 상기 전달부재의 회전에 의해 전달된 조작력이 입력되는 한 쌍의 조작 인식부를 포함한다.

Description

근력 전달 장치 및 이를 포함하는 근력 지원 로봇 {MUSCULAR STRENGHT TRANSMISSION APPARATUS AND ASSIST MUSCULAR STRENGHT SUPPORTING ROBOT HAVING THE SAME}
본 발명은 무거운 물체를 이동시키기 위한 로봇장치에 사용되는 근력전달장치 및 이를 이용한 근력 지원 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작업자가 착용하여 무거운 물체를 이동시 작업자의 근력을 증가시키도록 한 근력 전달 장치 및 이를 이용한 근력 지원 로봇장치에 관한 것이다.
일반적으로 무거운 물체를 이동하기 위해서는 작업자의 근력이 사용된다. 이러한 근력은 작업자의 신체적 능력에 따라 상이하게 나타난다. 또한, 물체의 무게가 작업자의 근력이 이동 가능한 범위를 넘거나, 작업자의 작업부하를 경감하기 위해서는 기중기 등의 장치가 사용되고 있다.
이러한 기중기는 설치 장소의 제약 등이 있고, 이동 범위가 제한적이고, 간단하고 일시적인 작업이 이루어지는 곳에서는 사용이 제한적이다.
최근에는 작업자가 착용한 상태로, 착용자의 동작의도를 기반으로 동작하여 프레임에 연계된 액츄에이터를 작동하여 작업자의 물리적인 힘을 증폭시키는 근력 지원 로봇에 대한 연구개발이 이루어지고 있다.
특히, 제철소를 포함하는 철강 및 중공업 분야에서는 인간의 힘으로 다루기 힘든 고부하의 하중을 다루거나 프로그램화되어진 기계의 동작으로 수행하기 힘든 비 정형화된 반복 작업을 처리하기 위한 근력 지원 로봇의 개발이 요구되고 있다.
이러한 근력 지원 로봇은, 힘들고, 더럽고, 위험한 작업, 예컨대 3D(Difficult, Dirty, Dangerous)작업 기피화 현상과 생산인력 감소에 따른 작업 생산성 향상을 목적으로 하고, 아울러 위험한 작업환경으로부터 작업자를 보호하는 역할을 기대할 수 있다.
기본적으로 근력 지원 로봇은 상지로봇과 하지로봇으로 나누어진다. 상지로봇은 팔관절과 어깨관절이 연계되어 작업자의 직접적인 동작을 수행하고, 하지로봇은 상지로봇과 무거운 하중을 지지하고, 로봇을 이동시키는 역할을 한다.
도 1과 도 2는 종래 기술에 따른 근력 전달 장치를 도시한 사시도와 측면도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 이러한 근력 지원 로봇(1) 중 하지로봇에서는 작업자의 동작의도를 파악하기 위해서 다수의 근력 전달 장치(10)를 포함한다.
종래의 근력 전달 장치(10)는 힘/토크 센서(12)를 포함하며, 작업자의 신체에 연결하기 위한 다리 움직임 지지부재(14)를 포함한다.
힘/토크 센서(12)는 로봇 프레임(2)에 설치되며, 다리 움직임 지지부재(14)에 의해 전달되는 힘의 방향과 크기를 측정한다.
다리 움직임 지지부재(14)는 사람의 다리모양과 흡사하게 형성되며, 작업자의 신체에 연결된 상태에서 작업자의 움직임에 따라 다방면으로 움직이면서 힘/토크 센서(12)에 힘을 전달하고, 센서 입력 값은 동력장치의 출력으로 연결된다.
이와 같이, 근력 전달 장치(10)는 로봇 프레임(2)에 설치되는 다수의 힘/토크 센서(12)를 이용하여 작업자와 로봇 프레임(2) 사이에 작용하는 힘의 흐름을 직관적으로 측정할 수 있고, 이 크기를 계산한 후 근력 지원 로봇(1)의 관절 등에 제공된 관절 동력장치에 전달할 수 있다.
하지만, 비상상황이 발생하여 작업자가 넘어지거나, 장애물에 충돌하는 경우와 같이 작업자와 근력 지원 로봇(1) 사이에 과도한 힘이 발생하는 경우, 근력 전달 장치(10), 특히 힘/토크 센서(12)를 보호할 수 있는 장치가 없어 힘/토크 센서(12)의 파손을 초래할 수 있다.
더 자세하게는 도 3과 도 4에서 근력 전달 장치(10)에 대하여 설명한다. 근력 전달 장치(10)의 힘/토크 센서(12)는 도면과 같이 3개 방향의 힘을 측정할 수 있고, 추가로 3개 방향에 대한 토크도 측정 가능하다.
이러한 근력 전달 장치(10)는 각각의 힘/토크 센서(12)에 측정되는 신호를 조합하여 여러 방향으로 제공되는 힘과 그 세기를 측정할 수 있으며, 이를 통해 근력 지원 로봇(1)의 각 관절에 적절한 명령을 전달하여 관절 동력장치를 제어한다.
한편, 근력 전달 장치(10)는 힘/토크 센서(12)를 이용하여 작업자의 움직임 의도를 직관적으로 검출하는 경우, 로봇이 움직이지 않는 정적인 상태에서는 힘의 방향이 전달되는데 아무런 문제가 없지만 로봇이 움직이는 과정에서는 작업자와 힘/토크 센서(12) 사이 혹은 힘/토크 센서(12)와 로봇 프레임(2) 사이에 작용, 반작용의 반복되는 힘이 작용하기 때문에 동작 오류가 발생할 확률이 아주 높다.
또한, 작업자가 다리 지지부재(14)를 통하여 직접 센서(12)에 힘을 전달할 경우 센서(12)와 로봇 프레임(2) 사이에는 y방향으로 힘이 흐르게 된다. 힘/토크 센서(12)는 내부에 다수의 스트레인 게이지(strain gauge)가 부착되어 변형량을 측정함으로써, 작업자로부터 다리 지지부재(14)로 전달된 힘을 검출할 수 있다.
하지만, 근력 전달 센서(10)의 힘/토크 센서(12)가 측정할 수 있는 허용범위 이상의 힘이 흐를 경우, 힘/토크 센서(12) 내의 스트레인 게이지가 과도하게 변형되어 센서(12)의 고장을 초래하게 될 수도 있다.
만약 근력 지원 로봇(1)과 작업자의 동작이 일치하지 않아서 로봇(1)이 넘어지거나, 혹은 장애물에 부딪히는 경우에는 작업자가 센서(12)를 통하여 로봇 프레임(2)에 힘을 전달하는 것 이외에 정반대로 로봇 프레임(2)에서 센서를 통하여 작업자에게 힘이 전달된다. 즉, 작업자가 근력 전달 센서(10)를 이용하여 로봇 프레임(2)을 이동시키는 과정에서 로봇(1)이 넘어지거나, 혹은 장애물에 부딪힘에 따라 작업자의 동작의도와 반대로 발생하는 반발력이 발생할 수 있으며, 이러한 반발력에 의해 작업자가 의도하지 않은 동작 인식이 근력 전달 장치(10)에 입력될 수 있다.
또한, 근력 전달 장치(10)에서 힘의 전달방향의 통로가 되는 힘/토크 센서(12)는 양 방향 힘의 전달에 취약하여, 힘 측정의 오류를 발생시키거나, 부서지게 된다. 즉, 작업자와 로봇 프레임(2)과의 동작에서 측정범위 이상의 힘이 발생하게 되며 힘/토크 센서(12)에 집중될 수 있으며, 이러한 힘의 집중에 의해 센서(12)의 고장을 초래하는 것이다. 또한, x방향 또는 z방향과 같이 센서(12)측에 원치 않은 힘이 발생하여 센서(12)와 프레임(2)의 연결부위에 θ방향으로 토크가 작용하며 센서(12)의 파손을 초래할 수도 있다.
또한, 종래의 근력 전달 장치(10)는 작업자가 원치 않은 입력신호를 발생할 수 있으며, 이에 따라 로봇(1)이 제멋대로 움직이는 경우가 발생할 우려가 있다. 또한, 종래의 근력 전달 장치(10)는 작업자가 센서(12)에 가하는 힘 이외에 로봇(1)의 움직임을 통한 역방향의 힘, 즉 로봇 프레임(2)이 작업자에게 가하는 반력이 동시에 발생하기 때문에 작업자의 동작 의도를 파악하는데 오류가 발생할 확률이 높다.
또한, 작업자와 로봇 프레임(2)을 체결장치를 통하여 직접적으로 연결할 경우 힘/토크 센서(12)의 신호가 민감하기 때문에 작업자의 작은 움직임이 발생하더라도 로봇(1)이 반응하는 현상이 생겨 로봇 구동장치의 진동 현상이 발생한다.
이와 같이, 종래의 근력 지원 로봇(10)은 작업자의 동작의도를 정확하게 파악하는데 한계가 있어 이에 대한 보완이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 작업자로의 동작 의도를 정확하게 반영할 수 있도록 하고, 오작동을 방지하며, 고가의 센서를 사용하지 않아 제조비용 절감 및 유지 비용을 절감할 수 있도록 개선된 근력 전달 장치 및 이를 포함한 근력 지원 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치는 로봇 프레임의 일측에 제공되어 로봇의 작동을 제어하기 위한 작동신호를 발생하는 근력 전달 장치로서, 작업자의 움직임 방향에 대응하여 움직이도록 상기 로봇 프레임의 일측을 축으로 회전 가능하게 제공되는 내부 프레임; 상기 내부 프레임의 단부에 제공되어 작업자의 움직임에 의해 접촉되며 조작력이 발생되도록 상기 내부 프레임을 회전시키는 지지부재; 상기 로봇 프레임의 양측에 회전연결부재를 매개로 회전 가능하게 제공되어 상기 지지부재에 의해 회전된 상기 내부 프레임과 접촉되며 조작력을 전달하도록 작업자의 각 움직임 방향으로 배치되는 한 쌍의 전달부재; 및 상기 전달부재의 회전에 의해 전달된 각 움직임 방향의 조작력이 입력되도록 상기 한 쌍의 전달부재와 각각 대응되게 제공되는 한 쌍의 조작 인식부;를 포함한다.
여기서, 상기 조작 인식부는 상기 로봇 프레임의 타측에 제공되어 상기 전달부재의 회전시 가압되며 신호를 발생하는 로드셀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지부재는 작업자의 움직임이 발생하는 방향으로 형성되는 걸림부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지부재에 제공되어 작업자의 인체에 고정 유지하는 클램핑 수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부 프레임 또는 상기 전달부재중 적어도 하나에 제공되는 제1접촉패드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전달부재 또는 상기 조작 인식부 중 적어도 하나에 제공되는 제2접촉패드를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 근력 지원 로봇은 작업자의 외골격과 대응하게 제공되어 복수의 관절을 매개로 움직일 수 있도록 연계되는 복수의 로봇 프레임을 포함하는 로봇 본체; 상기 로봇 본체로 작업자의 작동 의도를 전달하기 위한 전술된 근력 전달 장치; 및 상기 근력 전달 장치에 발생하는 조작신호에 따라 상기 로봇 프레임을 움직이도록 작동하는 복수의 액츄에이터;를 포함한다.
여기서, 상기 액츄에이터는 상기 관절을 회전시키도록 제공되는 모터구동부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 액츄에이터는 인접하는 로봇 프레임 사이에 제공되어 유/공압에 의해 신축 작동하는 작동로드 및 실린더를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업자의 동작 의도를 정확하게 반영하여 로봇 프레임을 작동시킬 수 있고, 이에 따라 더욱 정밀한 작업이 가능하며, 작업과정에서 작업자의 동작 의도를 잘못 인식함에 따른 오작동을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예는 고가의 힘/토크 센서를 대체하여 작업자의 동작 의도를 파악하는 로드셀을 이용하여 조작 인식부의 비용을 저렴하게 구축할 수 있도록 하여, 제조 비용을 절감할 수 있으며, 이에 따른 조작 인식부의 파손 등으로 교체에 따른 유지 비용도 줄일 수 있다.
또한, 본 실시예는 조작 인식부로 과도한 힘이 발생시 이 힘을 완충할 수 있도록 하여 조작 인식부의 보호가 가능하며, 파손을 미연에 방지할 수 있어 이에 따른 유지/관리에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
또한, 본 실시예는 근력 지원 로봇의 이동시 장애물 등과 충격됨에 따라 작업자의 움직임이 제한되며 의도하지 않은 방향으로 조작 신호가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따른 로봇의 오작동을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 근력 전달 장치를 도시한 사시도.
도 2는 종래 기술에 따른 근력 전달 장치를 도시한 측면도.
도 3은 종래 기술에 따른 근력 전달 장치의 센서를 도시한 사시도.
도 4는 종래 기술에 따른 근력 전달 장치의 센서를 확대한 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 로봇의 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 로봇에 제공되는 근력 전달 장치의 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 로봇에 제공되는 근력 전달 장치의 분해 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 로봇에 제공되는 근력 전달 장치를 후면에서 본 사시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 로봇에 제공되는 근력 전달 장치를 정면 상부에서 본 사시도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치의 평면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치의 일방향으로 작동한 상태의 평면도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치의 일방향으로 작동한 상태의 정면도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치의 타방향으로 작동한 상태의 평면도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치의 타방향으로 작동한 상태의 정면도.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 로봇의 개념도이다.
도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 근력 지원 로봇(100)은 작업자가 착용한 상태로 작동하는 장치로, 작업자와의 협업 동작이 필수 불가결하다. 더욱이 근력 지원 로봇(100)은 외골격 형태를 가지고, 작업자의 움직임을 바탕으로 한 설계가 이루어지기 때문에 작업자와의 동작 일치성이 매우 중요하다. 즉, 작업자의 동작 의도를 정확히 반영하여 작업자가 의도하는 방향으로 원활히 이동해야 한다.
이러한 근력 지원 로봇(100)은 작업자의 근력을 증폭시켜 작업자의 근력 부하를 경감시키고, 근골격계 질환을 예방하는데 사용될 수 있다. 더욱이 이러한 근력 지원 로봇(100)은 3D 환경에서 활용성이 기대되는 기술로, 일례로 제철소의 고로 설비 등에 내화물을 축조 작업시 활용되는 내화물 축조용 근력 지원 로봇(100)일 수 있다.
이러한, 근력 지원 로봇(100)은 작업자의 팔, 다리 등의 외골격과 대응하게 제공되는 복수의 로봇 프레임(105)을 포함하는 로봇 본체를 포함할 수 있다.
또한, 이러한 복수의 로봇 프레임(105)은 연결부에 제공되는 복수의 관절(107)을 매개로 움직일 수 있도록 연계될 수 있다. 또한, 로봇 프레임(105)은 작업자가 착용 가능한 형태로 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 로봇 프레임(105)은 복수의 관절(107) 등을 매개로 작업자의 관절 움직임 구성과 흡사하게 설계되며, 이에 따라 작업자가 움직이는 방향대로 같이 움직이며 힘을 보조할 수 있다.
이를 위해, 근력 지원 로봇(100)은 작업자의 작동 의도를 전달하기 위한 근력 전달 장치(110) 및 이러한 근력 전달 장치(110)에 발생하는 조작신호에 따라 로봇 프레임(105)을 움직이도록 작동하는 복수의 액츄에이터를 포함할 수 있다.
또한, 로봇 본체에는 배터리 또는 케이블 등을 통해 전원을 공급하는 전력공급수단이 마련될 수 있고, 근력 전달 장치(110) 등으로부터 발생하는 조작신호에 따라 액츄에이터를 제어하기 위한 제어부 등을 포함할 수 있다.
더불어, 본 실시예에서 액츄에이터는 모터 구동부를 포함할 수 있다. 모터 구동부는 로봇 프레임(105) 사이에 연계되는 관절(107)을 회전시키도록 제공되며, 이와 같이 관절(107)의 회전을 통해 로봇 프레임(105)을 움직이도록 구동력을 발생할 수 있다. 모터 구동부는 관절(107)에 내장될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 근력 지원 로봇(100)은 모터 구동부 외에도 유/공압 방식의 액츄에이터에 의해 로봇 프레임(105)을 움직이는 것도 가능하다.
이를 위해 액츄에이터는 유/공압을 발생하는 펌프 및, 이에 의해 발생된 유/공압에 의해 신축 작동하는 작동로드와 실린더를 포함할 수 있으며, 작동로드의 일단 및 실린더의 타단이 인접하는 로봇 프레임(105) 사이에 연결되어 신장 또는 압축에 의해 로봇 프레임(105)을 움직이는 것도 가능하다.
한편, 본 실시예에서 작업자의 동작 의도를 전달하는 근력 전달 장치(110)는 로봇의 작동을 제어하기 위한 작동신호를 발생시킬 수 있다. 본 실시예에서 근력 전달 장치(110)의 설치 위치는 한정되지 않지만, 작업자의 동작 의도를 직접적으로 로봇으로 전달하기 위해 로봇 프레임(105)의 일측에 제공되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 로봇에 제공되는 근력 전달 장치의 사시도이다. 또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 로봇에 제공되는 근력 전달 장치의 분해 사시도이다. 또한, 도 8과 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 로봇에 제공되는 근력 전달 장치를 후면과 정면 상부에서 본 사시도이다.
도 6 내지 도 9를 참고하면, 본 실시예에서 근력 전달 장치(110)는 로봇 프레임(105)의 일측을 축으로 회전 가능하게 제공되는 내부 프레임(112)을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 로봇 프레임(105)은 작업자의 외측에 착용토록 제공되며, 내부 프레임(112)은 작업자의 동작 의도의 전달을 위해 로봇 프레임(105)의 내측면에 제공될 수 있다.
또한, 내부 프레임(112)은 로봇 프레임(105) 사이에는 베어링이 제공되어, 회전 과정에서 발생하는 마찰을 저감토록 제공될 수 있다.
일례로, 근력 지원 로봇(100) 중 하지로봇의 경우 로봇 프레임(105)은 작업자의 다리 측면에 위치할 수 있고, 내부 프레임(112)은 작업자의 다리가 전, 후로 이동하는 방향으로 회전 가능하게 제공될 수 있다.
또한, 내부 프레임(112)의 단부에는 작업자의 움직임을 매개로 내부 프레임(112)을 회전시키는 지지부재가 제공될 수 있다.
예컨대, 지지부재는 작업자의 다리의 전, 후면에 위치되어 작업자의 다리가 전, 후로 이동시, 작업자의 다리 전, 후에 걸리며 함께 움직이게 되며, 이에 따라 지지부재에 연결된 내부 프레임(112)이 회전 이동하게 된다.
지지부재는 작업자의 움직임이 발생하는 방향으로 돌출되어 형성되는 걸림부(114)를 포함할 수 있다. 바람직하게는 걸림부(114)는 작업자의 조작력을 발생하는 인체부위와 대응되는 형태, 예컨대 작업자 다리가 움직이는 전, 후방향을 덮도록 제공된 반원형 부재로 제공될 수 있다.
또한, 지지부재는 작업자의 인체에 고정 상태를 안정적으로 유지하기 위한 클램핑 수단을 더 포함하는 것도 가능하다. 일례로 클램핑 수단은 벨트, 스트랩 등을 포함할 수 있다. 이러한 클램핑 수단은 작업자의 허벅지나 정강이 등을 용이하게 고정 유지시킬 수 있다.
또한, 로봇 프레임(105)의 양측에는 내부 프레임(112)의 회전 이동시 선택적으로 접촉되는 한 쌍의 전달부재(116)가 제공될 수 있다.
이 전달부재(116)는 로봇 프레임(105)의 양측에 회전 연결부재를 매개로 회전 가능하게 제공될 수 있다. 이러한, 전달부재(116)는 작업자의 다리가 전, 후로 이동할 경우, 로봇 프레임(105)의 전방 또는 후방에 위치한 전달부재(116)를 선택하여 접촉하며 조작력을 전달한다.
회전 연결부재는 로봇 프레임(105)의 양측에 제공된 힌지부재(106) 및 이 힌지부재(106)와 전달부재(116)를 관통하여 연결하는 핀부재(106a)를 포함할 수 있다.
또한, 근력 전달 장치(110)는 한 쌍의 전달부재(116)의 선택적 회전에 의해 전달된 조작력이 입력되는 한 쌍의 조작 인식부(120)를 포함할 수 있다.
조작 인식부(120)는 로봇 프레임(105)의 타측에 제공되어 전달부재(116)의 회전에 의해 전달되는 작업자의 동작 신호를 인식할 수 있다.
이를 위해 조작 인식부(120)는 예컨대 로봇 프레임(105)의 외측면에 제공될 수 있다.
본 실시예에서 조작 인식부(120)는 가압에 의해 신호를 발생하는 로드셀(load cell)(120)을 포함할 수 있다. 로드셀(120)은 전달부재(116)가 회전에 의해 가압하는 방향으로 배치될 수 있다.
이러한 로드셀(120)은 힘/토크 센서(도 1의 12)에 비하여 가격이 저렴하며, 이에 따라 모든 힘/토크 센서(12)를 로드셀(120)로 대체함에 따라 전체적인 근력 지원 로봇(100)의 제작비용을 절감할 수 있다. 또한, 조작 인식부(120)는 고장이 쉽게 일어날 수 있는 부분중의 하나로, 일례로 사용되는 로드셀(120)은 상대적으로 저렴하고 구조가 간단하여 쉽게 대체할 수 있을 뿐만 아니라 수리도 용이한 장점이 있다. 또한, 로드셀(120)은 큰 힘을 제어할 수 있는 용량으로 사용될 수 있으며, 이에 작업자와 로봇 프레임(105)간의 큰 힘이 전달되어도 견딜 수 있다.
바람직하게는 전달부재(116)는 조작 인식부(120)와 접촉하는 단부에 로봇 프레임(105)측으로 꺾인 꺾임부(118)가 형성될 수 있다…
또한, 조작 인식부(120)인 로드셀(120)은 로봇 프레임(105)의 외측면에서 바깥을 보는 방향으로 설치되어, 전달부재(116)의 꺾임부(118)에 접촉 가능하게 제공될 수 있다.
본 실시예에서 작업자의 움직임이 지지부재에 의해 내부 프레임(112)으로 제공되고, 내부 프레임(112)을 매개로 회전하며 운동력이 발생하는 방향의 전달부재(116)를 회전시키게 되면, 전달부재(116)의 꺾임부(118)가 조작 인식부(120)인 로드셀(120)을 가압함에 따라 작업자의 동작 의도가 파악될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 내부 프레임(112)과 전달부재(116) 사이에는 제1접촉패드(113)가 제공될 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 제1접촉패드(113)는 내부 프레임(112)의 단부 양측에 설치될 수 있으며, 내부 프레임(112)의 회전시 전달부재(116)와 실질적으로 접촉할 수 있다.
제1접촉패드(113)는 소정의 탄성을 갖는 재질, 예컨대 고무 재질로 제공될 수 있으며, 이에 따라 작업자가 근력 지원 로봇(100)을 작동하는 과정에서 장애물 등에 충돌시 제1접촉패드(113)가 충격을 완충하여 작업자에게 전달되는 충격을 경감할 수 있고, 이에 따라 작업자가 충격 등에 의해 원치 않는 작동신호를 발생하는 것을 방지할 수 있다.
더불어, 전달부재(116)와 조작 인식부(120) 사이에는 제2접촉패드(119)가 제공될 수 있다.
제2접촉패드(119)는 소정의 탄성을 갖는 재질, 예컨대 고무 재질로 제공될 수 있다. 따라서, 제2접촉패드(119)는 작업자에 의해 순간적으로 큰 힘, 일례로 갑작스런 충격 등에 의해 조작력이 전달될 경우, 전달부재(116)의 꺾임부(118)가 조작 인식부(120)를 충격함에 따른 파손 등의 사고를 예방할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치의 평면도이다. 또한, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치의 일방향으로 작동한 상태의 평면도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치의 일방향으로 작동한 상태의 정면도이다. 또한, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치의 타방향으로 작동한 상태의 평면도이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 전달 장치의 타방향으로 작동한 상태의 정면도이다.
근력 전달 장치(110)는 로봇 프레임(105)에 제공되는 두 개의 조작 인식부(120), 즉 로드셀(120)을 이용하여 작업자로부터 발생하는 힘의 방향과 세기를 측정할 수 있다.
이러한 근력 전달 장치(110)를 포함하는 근력 지원 로봇(100)은 작업자가 착용한 상태로 작동이 가능하며, 작업자의 근력을 기계적으로 증폭하여 고로 설비의 내화물 구축 등과 같이 무거운 소재를 이동시키는데 활용될 수 있다.
이때, 작업자는 인체의 일부, 예컨대 다리를 지지부재의 걸림부(116)에 닿도록 하여 동작 의도를 전달할 수 있다. 즉, 작업자는 다리를 일방향으로 회전하게 되면, 걸림부(116)가 작업자의 다리와 함께 이동하며 내부 프레임(112)을 스윙 회전시킨다.
그리고, 이러한 회전에 의해 작업자의 다리가 움직인 방향의 내부 프레임(112)의 일측, 즉 제1접촉패드(113)가 전달부재(116)를 밀게 된다. 전달부재(116)는 로봇 프레임(105)에 힌지 부재(106)를 매개로 결합되며, 이를 중심으로 시소 운동하며 움직임을 전달한다. 또한, 전달부재(116)는 이러한 움직임에 의해 꺾임부(118)가 조작 인식부(120), 예컨대 로드셀(120)을 가압하는 방향으로 움직인다. 그리고, 꺾임부(118)는 전달부재(116)의 회전이 진행됨에 따라 제2접촉패드(119)가 로드셀(120)을 가압하게 되고, 로드셀(120)을 이에 따른 압력변화를 측정하여 작업자의 작업 의도, 즉 세기 등을 판단하여 로봇 프레임(105) 및 이를 포함하는 근력 지원 로봇(100)을 움직이게 된다.
한편, 본 실시예에서 두 개의 조작 인식부(120)에 제공되는 로드셀(120)은, 작업자의 일방향 운동에 대해 각각의 로드셀(120)이 가압되는 구조로, 동시에 두 개의 로드셀(120)이 눌려지지 않는다.
따라서, 본 실시예에서 작업자의 다리가 움직이는 방향으로만 로봇 프레임(105)이 움직이므로, 오작동의 우려가 없으며, 1개의 조작 입력부, 즉 로드셀(120)에는 한쪽 방향의 움직임에 대한 입력 신호만이 전달되므로, 움직임 방향에 대한 간섭이 발생하지 않는다.
본 발명의 명세서, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100: 근력 지원 로봇 105: 로봇 프레임
107: 관절 110: 근력 전달 장치
112: 내부 프레임 113: 제1접촉패드
114: 걸림부 116: 전달부재
118: 꺾임부 119: 제2접촉패드
120: 조작 인식부(로드셀)

Claims (10)

  1. 로봇 프레임의 일측에 제공되어 로봇의 작동을 제어하기 위한 작동신호를 발생하는 근력 전달 장치로서,
    작업자의 움직임 방향에 대응하여 움직이도록 상기 로봇 프레임의 일측을 축으로 회전 가능하게 제공되는 내부 프레임;
    상기 내부 프레임의 단부에 제공되어 작업자의 움직임에 의해 접촉되며 조작력이 발생되도록 상기 내부 프레임을 회전시키는 지지부재;
    상기 로봇 프레임의 양측에 회전연결부재를 매개로 회전 가능하게 제공되어 상기 지지부재에 의해 회전된 상기 내부 프레임과 접촉되며 조작력을 전달하도록 작업자의 각 움직임 방향으로 배치되는 한 쌍의 전달부재; 및
    상기 전달부재의 회전에 의해 전달된 각 움직임 방향의 조작력이 입력되도록 상기 한 쌍의 전달부재와 각각 대응되게 제공되는 한 쌍의 조작 인식부;
    를 포함하는 근력 전달 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조작 인식부는 상기 로봇 프레임의 타측에 제공되어 상기 전달부재의 회전시 가압되며 신호를 발생하는 로드셀을 포함하는 근력 전달 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지부재는 작업자의 움직임이 발생하는 방향으로 형성되는 걸림부를 포함하는 근력 전달 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부재에 제공되어 작업자의 인체에 고정 유지하는 클램핑 수단을 더 포함하는 근력 전달 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 프레임 또는 상기 전달부재중 적어도 하나에 제공되는 제1접촉패드를 포함하는 근력 전달 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전달부재 또는 상기 조작 인식부 중 적어도 하나에 제공되는 제2접촉패드를 포함하는 근력 전달 장치.
  7. 작업자의 외골격과 대응하게 제공되어 복수의 관절을 매개로 움직일 수 있도록 연계되는 복수의 로봇 프레임을 포함하는 로봇 본체;
    상기 로봇 본체로 작업자의 작동 의도를 전달하기 위한 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 근력 전달 장치; 및
    상기 근력 전달 장치에 발생하는 조작신호에 따라 상기 로봇 프레임을 움직이도록 작동하는 복수의 액츄에이터;
    를 포함하는 근력 지원 로봇.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 관절을 회전시키도록 제공되는 모터구동부를 포함하는 근력 지원 로봇.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 액츄에이터는 인접하는 로봇 프레임 사이에 제공되어 유/공압에 의해 신축 작동하는 작동로드 및 실린더를 포함하는 근력 지원 로봇.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 근력 지원 로봇은 고로설비의 내화물 축조용 근력 지원 로봇인 것을 특징으로 하는 근력 지원 로봇.
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