KR101497672B1 - 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조 - Google Patents

로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조 Download PDF

Info

Publication number
KR101497672B1
KR101497672B1 KR20130122600A KR20130122600A KR101497672B1 KR 101497672 B1 KR101497672 B1 KR 101497672B1 KR 20130122600 A KR20130122600 A KR 20130122600A KR 20130122600 A KR20130122600 A KR 20130122600A KR 101497672 B1 KR101497672 B1 KR 101497672B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
type
support
ankle
supporting
guide rail
Prior art date
Application number
KR20130122600A
Other languages
English (en)
Inventor
이상룡
이춘영
강오현
허근섭
김인환
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR20130122600A priority Critical patent/KR101497672B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101497672B1 publication Critical patent/KR101497672B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/008—Manipulators for service tasks
    • B25J11/0085—Cleaning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus ; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0255—Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved in a plane substantially parallel to the body-symmetrical-plane
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • A61H3/008—Using suspension devices for supporting the body in an upright walking or standing position, e.g. harnesses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B23/00—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body
    • A63B23/035—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously
    • A63B23/04—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously for lower limbs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure

Abstract

본 발명은 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에 관한 것으로, 로봇 슈트에 사용되는 하퇴부 및 발 지지구조에 있어서, 넓적다리 일부를 감싸고 지지하는 넓적다리 지지부; 무릎에 위치하고, 상기 넓적다리 지지부와 하방으로 연결되어, 상기 무릎 이하에서 피치(PITCH) 방향의 회동이 가능하도록 회동축으로 구성되는 무릎 관절부; 수평 지지대 및 수직 지지대로 구성된 "ㅍ"형 구조로서, 상기 무릎 관절부의 하단이 상부 상기 수평 지지대와 맞물려 상기 수평 지지대를 따라 요(YAW) 방향으로 회동 가능한 하퇴 지지부; 상기 하퇴지지부의 하단과 연결되고, 상단에 위치하여 롤(ROLL) 방향의 회동을 가이드하는 C형 롤 방향 가이드 레일과 상기 C형 롤 방향 가이드 레일과 수직으로 하단에 연장되어 피치 방향의 회동을 가이드 하는 C형 피치 방향 가이드 레일로 구성된 발목 지지부; 및 상기 C형 피치 방향 가이드 레일을 따라 피치 방향으로 회동 가능한 판형 발바닥 지지부를 포함한다.
이와 같은 본 발명을 제공하면, 이와 같은 본 발명을 제공하면, 링 타입의 다 자유도를 갖는 관절 구조를 구성하여, 착용자가 착용한 후의 움직임이 자유롭고 자연스러울 뿐만 아니라, 안정적이고 편리한 체결 구조를 갖게 되어 착용감 및 사용자 편의성을 높일 수 있게 된다.

Description

로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조{MULTI-DOF RING TYPED LEG SUPPORTING STRUCTURE FOR ROBOT SUIT}
본 발명은 로봇 슈트에 사용되는 하지 지지구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다 자유도를 갖는 링타입 관절 구조를 통해 착용자의 움직임을 자유롭게 하고 근력지원을 할 수 있을 뿐만 아니라 착용감 및 안정성이 높은 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조 관한 것이다.
일반적으로, 인체 착용형 근력지원로봇은 착용한 착용자가 움직이고자하는 동기신호의 형태에 따라 크게 생체신호 입력형, 힘센서 입력형, 근경도센서 입력형 및 센서 혼합형 로봇 등으로 나뉘며, 사용하는 액츄에이터의 형태에 따라 크게 모터 구동형, 유압실린더 구동형, 인공근육 구동형 등으로 분류된다.
착용자 동기 신호 입력의 측면에서, 생체신호 입력형은 착용자의 직접적인 근육신호를 이용하기 때문에 빠른 응답성을 기대할 수 있다. 그러나, 통상 외골격로봇 착용시 생체신호 취득을 위한 부착물들을 추가로 착용해야하는 번거로운 문제점이 있다.
또한, 근경도센서 입력형은 근육의 팽창정도를 측정하여 로봇동기 신호로 사용하기 때문에 착용자의 움직이고자 하는 동기신호를 직접적으로 획득할 수 있으나, 근육팽창정도가 착용자 마다 일정치 않기 때문에 착용자에 따라 일정 수준 이상의 동작성능을 확보할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 장착된 액츄에이터에 의한 분류에서 유압구동형 액츄에이터 시스템은 유압실린더의 직선운동을 관절의 회전운동으로 변환해야하는 측면에서 어깨 관절과 같이 한 관절에서 높은 자유도를 구현하거나 넓은 범위의 관절동작을 구현하는데 제한이 있으며, 인공근육을 장착한 시스템은 액츄에이터의 팽창을 통한 길이 수축 특성을 이용하기 때문에 액츄에이터 팽창시의 착용자 및 외골격 로봇의 주변 기기들과의 간섭을 초래하는 문제점이 있다.
이처럼, 종래의 착용형 하지 근력지원 로봇슈트에 있어서, 움직임을 측정하는 측정장치 및 이를 통한 근력지원 액츄에이터를 구성하는 것이 상술한 문제와 같이 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
또한, 자연스러운 보행을 위해 액츄에이터와의 동력전달 차단을 선택적으로 하기가 용이하지 않고, 착용자의 인체에 갑작스런 변화로 인한 충격을 완화하기 위한 댐핑구조가 반응이 느리고, 댐핑력을 용이하게 조절할 수 없는 문제점이 있었다.
그리고, 종래의 하지 근력지원 로봇 슈트의 하지 지지구조는 고정되어 체결되는 구조로서, 무릎 관절 및 발목 관절 등 관절 부위의 다 자유도 구조를 충분히 지지할 수 없고, 그 구조가 복잡하여 착용자의 움직임이 부자연스러우며 사람의 키 또는 체형이 다른 사람이 공용할 수 있는 싸이즈 변화의 유연성이 떨어질 뿐만 아니라, 착용감 및 사용자 편의성이 높지 않다는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1222916호
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 과제는 다 자유도의 회동 구조를 갖는 구조를 제안하여 착용자의 움직임을 자유롭게 하고 근력지원을 할 수 있을 뿐만 아니라 착용감 및 안정성이 높은 로봇 슈트에 적용되는 근력지원 하지 지지구조를 제공하고자 함이다.
상술한 과제를 해결하고자 하는 본 발명의 특징은 로봇 슈트에 사용되는 하퇴부 및 발 지지구조에 있어서, 넓적다리 일부를 감싸고 지지하는 넓적다리 지지부; 무릎에 위치하고, 상기 넓적다리 지지부와 하방으로 연결되어, 상기 무릎 이하에서 피치(PITCH) 방향의 회동이 가능하도록 회동축으로 구성되는 무릎 관절부; 수평 지지대 및 수직 지지대로 구성된 "ㅍ"형 구조로서, 상기 무릎 관절부의 하단이 상부 상기 수평 지지대와 맞물려 상기 수평 지지대를 따라 요(YAW) 방향으로 회동 가능한 하퇴 지지부; 상기 하퇴지지부의 하단과 연결되고, 상단에 위치하여 롤(ROLL) 방향의 회동을 가이드하는 C형 롤 방향 가이드 레일과 상기 C형 롤 방향 가이드 레일과 수직으로 하단에 연장되어 피치 방향의 회동을 가이드 하는 C형 피치 방향 가이드 레일로 구성된 발목 지지부; 및 상기 C형 피치 방향 가이드 레일을 따라 피치 방향으로 회동 가능한 판형 발바닥 지지부를 포함한다.
여기서, 상기 하퇴 지지부의 피치(PITCH) 및 요(YAW) 방향의 회동과, 상기 발목지지부의 롤(ROLL) 방향 및 피치(PITCH) 방향의 회동은 모터 구동으로 근력지원되는 것이 바람직하고, 상기 넓적다리 지지부와 상기 무릎 관절부가 적어도 하나의 막대로 연결되고, 상기 막대에 리니어 모터가 장착되어 이격거리 조절이 가능한 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는 상기 하퇴 지지부의 하단 수평부와 연결되는 수직막대와, 상기 연결막대의 하단에 고정 연결된 C형 수평부로 구성된 발목 연결부를 더 포함하되, 상기 C형 수평부의 양 끝단이 상기 발목 지지부의 롤 방향 가이드 레일과 연결되어, 상기 롤 방향 가이드 레일을 따라 회동 가능한 것일 수 있고, 상기 발목 연결부의 상기 수직막대에 리니어 모터를 설치하여 상기 하퇴 지지부와 상기 발목 지지부 사이의 이격거리를 조절할 수 있는 것일 수 있다.
더하여, 상기 발바닥 지지부는, 발가락 받침부와 발바닥 받침부가 적어도 하나의 연결막대로 연결되고, 상기 연결막대에 리니어 모터가 설치되어 상기 발바닥 지지부의 길이를 조절할 수 있는 것이 바람직하고, 상기 발가락 받침부와 상기 연결막대는 회동할 수 있는 힌지구조로 연결된 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명을 제공하면, 링 타입의 다 자유도를 갖는 관절 구조를 구성하여, 착용자가 착용한 후의 움직임이 자유롭고 자연스러울 뿐만 아니라, 안정적이고 편리한 체결 구조를 갖게 되어 착용감 및 사용자 편의성을 높일 수 있게 된다.
또한, 착용자에 맞게 싸이즈를 편리하게 조절할 수 있게 함으로써, 다양한 사람에게 맞는 로봇 슈트에 사용되는 하지 지지구조를 제공하고, 각 자유도의 회동구조에 모터 등의 액츄에이터를 통해 근력을 지원할 수 있는 구조를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조의 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 무릎 관절부의 피치(PITCH) 방향의 회동 구조를 나타낸 모식도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 하퇴 지지부의 요 방향의 회동 구조를 나타낸 모식도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 발목 지지부의 롤(ROLL) 회동 구조를 나타낸 모식도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 발목 지지부의 피치(PITCH) 방향 회동 구조를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 각 방향 회동을 구동하는 근력지원 구조를 나타낸 모식도이고,
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 발바닥 지지부의 구조를 나타낸 도면으로서, 싸이즈 조절 구조(도 7)와 발가락 회동 구조(도 8)를 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.
이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조는, 넓적다리 일부를 감싸고 지지하는 넓적다리 지지부(100); 무릎에 위치하고, 상기 넓적다리 지지부(100)와 하방으로 연결되어, 상기 무릎 이하에서 피치(PITCH) 방향의 회동이 가능하도록 회동축(250)으로 구성되는 무릎 관절부(200); 수평 지지대 및 수직 지지대로 구성된 "ㅍ"형 구조로서, 상기 무릎 관절부(200)의 하단이 상부 상기 수평 지지대와 맞물려 상기 수평 지지대를 따라 요(YAW) 방향으로 회동 가능한 하퇴 지지부(300); 상기 하퇴지지부의 하단과 연결되고, 상단에 위치하여 롤(ROLL) 방향의 회동을 가이드하는 C형 롤 방향 가이드 레일과 상기 C형 롤 방향 가이드 레일과 수직으로 하단에 연장되어 피치 방향의 회동을 가이드 하는 C형 피치 방향 가이드 레일로 구성된 발목 지지부(400); 및 상기 C형 피치 방향 가이드 레일을 따라 피치 방향으로 회동 가능한 판형 발바닥 지지부(500)를 포함한다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 넓적다리 지지부(100)와 하퇴 지지부(300)가 무릎 관절부(200)의 회동축(250)을 통해 연결되고, 상기 회동축(250)을 통해 상기 무릎 관절 하부가 피치 방향으로의 회동이 가능하도록 하여 착용자의 무릎을 구부리는 경우의 움직임을 자연스럽게 지지할 수 있게 된다.
그리고, 상기 무릎 관절부(200)의 하단과 하퇴 지지부(300)의 상단을 연결하여, 요(YAW) 방향으로 회동이 가능하도록 하는 구조를 제안하여, 착용자가 다리 축을 중심으로 발을 벌리는 동작을 하는 경우, 하퇴가 요(YAW) 방향으로 회동하는 것을 지지하는 구조를 형성한다. 또한, 하퇴 지지부(300)와 발목 지지부(400)와 C형 롤 방향 가이드 레일이 체결되어 발목에서 롤 방향의 움직임을 지지하게 된다.
이와 같이 본 발명의 로봇슈트에 사용되는 하지 지지구조로서, 무릎 부위에서 피치(PITCH) 및 요(YAW) 방향의 회동이 가능한 관절 구조와, 발목 및 발 부위에서 롤(ROLL) 방향의 회동이 가능한 관절 구조를 제안하여, 착용한 후의 움직임이 자유롭고 자연스러울 뿐만 아니라, 안정적이고 편리한 체결 구조를 제공하여 착용감 및 사용자 편의성을 높일 수 있는 지지구조를 제공한다. 또한, 착용자에 맞게 허리 싸이즈를 편리하게 조절할 수 있게 함으로써, 다양한 사람에게 맞는 로봇 슈트에 사용되는 하지 지지구조를 제공할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 무릎 관절부(200)의 피치(PITCH) 방향의 회동 구조를 나타낸 모식도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 무릎 관절부(200)는 넓적다리 지지부(100)와 하퇴 지지부(300)가 회동축(250)에 연결되는 구조로서, 착용자가 무릎을 안쪽으로 구부리는 경우의 움직임을 지지하기 위한 구조이다. 이와 같은 무릎관절의 움직임은 피치 한쪽 방향의 회동구조로서, 회동축(250)에 의해 넓적다리 지지부(100)가 고정된 상태에서 하퇴 지지부(300)가 피치 방향으로 회동할 수 있는 구조를 제안한다.
보다 구체적으로 무릎 관절부(200)는, 넓적다리 지지부(100)와 연결되는 상부 관절부 및 하퇴 지지부(300)와 연결되는 하부 관절부가 회동축(250)으로 연결된 구조이다. 즉 상부 관절부의 하단부는 2개의 플레이트가 이격되어 있고 끝단에 홀이 형성된 구조이고, 하부 관절부의 상단은 상기 2개의 플레이트에 삽입되는 구조로서 상기 홀에 회동축(250)이 삽입되어 하퇴 지지부(300)가 피치(PITCH) 방향의 한쪽으로 회동되고, 다른 한쪽으로는 더 이상 회동할 수 없도록 걸림턱이 형성된 구조이다. 이와 같이 착용자의 하체에서 무릎관절에서의 회동을 지지하고 필요에 따라 회동을 근력지원하는 구조를 제안함으로써, 사용자의 편의성 및 안정감을 높일 수 있는 구조를 제안한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 하퇴 지지부(300)의 요 방향의 회동 구조를 나타낸 모식도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 하퇴 지지부(300)는 수평 지지대(310) 및 수직 지지대(330)로 구성된 "ㅍ"형 구조로서, 상기 무릎 관절부(200)의 하단이 상부 상기 수평 지지대(310)와 맞물려 상기 수평 지지대(310)를 따라 요(YAW) 방향으로 회동 가능한 구조이다.
상단의 수평 지지대(310)는 길이 방향으로 가이드 레일 구조를 형성하여 무릎 관절부(200)의 하부 관절부 끝단과 맞물려 회동할 수 있는 구조이고, 상기 상단 수평지지대와 하단 수평 지지대(313)가 이격되어 2개의 수직 지지대(330)로 연결된 "ㅍ"형 구조를 제안한다. 이와 같은 요(YAW) 방향의 회동 구조는 착용자가 다리 축을 중심으로 양발을 벌려 오픈한 경우의 회동으로, 상단 수평지지대는 외측으로 굽어져 회동라인을 형성하여 가이드 레일의 역할을 수행하고, 하퇴 지지부(300)가 고정된 무릎 관절부(200)를 중심으로 회동하는 구조이다.
하퇴 지지부(300)의 하단 수평지지대(313)는 발목 연결부와 연결되어 발목 지지부(400)와 연결되게 된다. 발목 연결부의 구조는 상기 하퇴 지지부(300)의 하단 수평지지대(313)와 연결되는 수직막대와, 상기 수직대의 하단에 고정 연결된 C형 수평부로 구성된 발목 연결부를 더 포함하되, 상기 C형 수평부의 양 끝단이 상기 발목 지지부(400)의 롤 방향 가이드 레일과 연결되어, 상기 롤 방향 가이드 레일을 따라 회동 가능한 구조이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 발목 지지부(400)의 롤(ROLL) 회동 구조를 나타낸 모식도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 발목 지지부(400)는 상기 발목 연결부(370)의 하단과 연결되고, 상단에 위치하여 롤(ROLL) 방향의 회동을 가이드하는 C형 롤 방향 가이드 레일(410)과 상기 C형 롤 방향 가이드 레일(410)과 수직으로 하단에 연장되어 피치 방향의 회동을 가이드 하는 C형 피치 방향 가이드 레일(430)로 구성된다.
즉, 발목 지지부(400)는 타원 평면을 단축을 중심으로 굽어져 있는 구조로서, C형 롤 방향 가이드 레일(410) 사이에 발목이 위치하는 구조로서, 발목이 좌우로 움직이는 경우의 회동에 해당하는 롤(ROLL) 방향의 회동과, 발목이 전후방으로 움직이는 경우의 회동에 해당하는 피치(PITCH) 방향의 회동이 가능한 구조를 제안한다.
여기서 롤 방향의 회동 구조는 도 4에 나타낸 바와 같이, 발목 연결부(370)의 C형 수평부가 C형 롤 방향 가이드 레일(410)을 따라 회동할 수 있는 구로서, 발목의 외측에서 발목 연결부(370)가 지지한 상태에서 발목을 중심으로 좌우로 회동하는 경우 상기 롤 방향 가이드레일을 따라 상기 발목 연결부(370)가 회동할 수 있는 구조를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 발목 지지부(400)의 피치(PITCH) 방향 회동 구조를 나타낸 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 발의 양쪽 측면에 위치하는 C형 피치 방향 가이드 레일(430)과 판 형상의 발바닥 지지부(500)가 연결된 구조로서, C형 피치 방향 가이드 레일(430) 내측에 레일 구조가 형성되고, 발바닥 지지부(500)의 양측면이 상기 레일 구조에 체결되는 구조로서, 이로써, 착용자가 발을 고정한 상태에서 전방 또는 후방으로 움직이는 경우 상기 C형 피치 방향 가이드 레일(430)이 회동하는 구조이다.
그러므로, 이와 같은 구조는 발목의 움직임을 보다 유연하고 자연스럽게 지지할 수 있을 뿐만 아니라 필요에 따라 모터 구동으로 근력을 지원할 수 있도록 하여 근력 지원 로봇 슈트로의 기능을 효과적으로 수행할 수 있게 된다. 또한 간단한 링 타입의 가이드 레일 구조를 제안하여 다 자유도를 갖는 발목 관절의 움직임을 지지할 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 각 방향 회동을 구동하는 근력지원 구조를 나타낸 모식도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 넓적다리 지지부(100)와 하퇴 지지부(300)가 회동축(250)을 갖는 무릎 관절부(200)로 연결하되, 회동축(250)에 구동 모터를 장착하여 근력을 지원할 수 있고, 무릎 관절부(200)의 하부 관절부와 하퇴 지지부(300)의 상단 수평지지대의 체결 구조에 모터를 장착하여 근력을 지원할 수 있는 구조를 제안한다.
그리고, 발목 지지부(400)에서 발목 연결부(370)의 C형 수평부 및 C형 롤 방향 가이드 레일(410)의 연결부위와, 발목 지지부(400)의 C형 피치 가이드 레일과 발바닥 지지부(500)의 연결부위에 모터를 장착하여 근력을 지원할 수 있는 구조를 제안한다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 하퇴 지지부(300)와 발목 연결부(370)의 연결 부위에 리니어 모터를 장착하여 이격 거리를 조절할 수 있도록 하여 착용자의 싸이즈에 맞게 착용할 수 있도록 하여 사용자 편의성을 높일 수 있는 구조를 제안한다.
이와 같은 모터 구동에 의한 각 자유도의 회동 구조에 근력을 지원함으로써, 착용자가 힘을 들이지 않고도 인체 구조에서 오는 관절부위의 각 방향으로 자유롭게 움직일 수 있고, 싸이즈 조절을 쉽게하는 구조를 제안하여 착용자의 편의성 및 안정성을 높일 수 있게 된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조에서 발바닥 지지부(500)의 구조를 나타낸 도면으로서, 싸이즈 조절 구조(도 7)와 발가락 회동 구조(도 8)를 나타낸다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 발바닥 지지부(500)는 상기 발바닥 지지부(500)는, 발가락 받침부(510)와 발바닥 받침부(530)가 적어도 하나의 연결막대로 연결되고, 상기 연결막대에 리니어 모터가 설치되어 상기 발바닥 지지부(500)의 길이를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 사용자마다 발 싸이즈가 다르므로, 다양한 사용자 또는 착용자에 맞게 발가락 받침부(510)와 발바닥 받침부(530)를 연결막대로 연결하여 이격 거리를 조절할 수 있는 구조를 제안함으로써, 사용자 편의성을 높일 수 있게 된다.
그리고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 발바닥 지지부(500)는 발가락의 상하 움직임을 지지할 수 있도록 발가락 받침부(510)와 발바닥 바침부의 연결 구조를 회동할 수 있는 힌지 구조를 제안하여, 발가락 받침부(510)가 피치(PITCH) 방향으로 회동할 수 있도록 하여 사용자 편의성을 높일 수 있게 된다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
100: 넓적다리 지지부, 200: 무릎 관절부, 300: 하퇴 지지부,
400: 발목 지지부, 500: 발바닥 지지부

Claims (7)

  1. 로봇 슈트에 사용되는 하퇴부 및 발 지지구조에 있어서,
    넓적다리 일부를 감싸고 지지하는 넓적다리 지지부;
    무릎에 위치하고, 상기 넓적다리 지지부와 하방으로 연결되어, 상기 무릎 이하에서 피치(PITCH) 방향의 회동이 가능하도록 회동축으로 구성되는 무릎 관절부;
    수평 지지대 및 수직 지지대로 구성된 "ㅍ"형 구조로서, 상기 무릎 관절부의 하단이 상부 상기 수평 지지대와 맞물려 상기 수평 지지대를 따라 요(YAW) 방향으로 회동 가능한 하퇴 지지부;
    상기 하퇴 지지부의 하단과 연결되고, 상단에 위치하여 롤(ROLL) 방향의 회동을 가이드 하는 C형 롤 방향 가이드 레일과 상기 C형 롤 방향 가이드 레일과 수직으로 하단에 연장되어 피치 방향의 회동을 가이드 하는 C형 피치 방향 가이드 레일로 구성된 발목 지지부; 및
    상기 C형 피치 방향 가이드 레일을 따라 피치 방향으로 회동 가능하고, 발가락 받침부와 발바닥 받침부가 적어도 하나의 연결막대로 연결되고, 상기 연결막대에 리니어 모터가 설치되어 길이를 조절할 수 있는 판형 발바닥 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하퇴 지지부의 피치(PITCH) 및 요(YAW) 방향의 회동과, 상기 발목지지부의 롤(ROLL) 방향 및 피치(PITCH) 방향의 회동은 모터 구동으로 근력지원되는 것을 특징으로 하는 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 넓적다리 지지부와 상기 무릎 관절부가 적어도 하나의 막대로 연결되고, 상기 막대에 리니어 모터가 장착되어 이격거리 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하퇴 지지부의 하단 수평부와 연결되는 수직막대와, 상기 연결막대의 하단에 고정 연결된 C형 수평부로 구성된 발목 연결부를 더 포함하되,
    상기 C형 수평부의 양 끝단이 상기 발목 지지부의 롤 방향 가이드 레일과 연결되어, 상기 롤 방향 가이드 레일을 따라 회동 가능한 것을 특징으로 하는 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발목 연결부의 상기 수직막대에 리니어 모터를 설치하여 상기 하퇴 지지부와 상기 발목 지지부 사이의 이격거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발가락 받침부와 상기 연결막대는 회동할 수 있는 힌지구조로 연결된 것을 특징으로 하는 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조.




KR20130122600A 2013-10-15 2013-10-15 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조 KR101497672B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130122600A KR101497672B1 (ko) 2013-10-15 2013-10-15 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130122600A KR101497672B1 (ko) 2013-10-15 2013-10-15 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101497672B1 true KR101497672B1 (ko) 2015-03-03

Family

ID=53025977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130122600A KR101497672B1 (ko) 2013-10-15 2013-10-15 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101497672B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112937719A (zh) * 2021-02-05 2021-06-11 重庆工程职业技术学院 一种行走机器人腿部结构
CN113232009A (zh) * 2021-05-21 2021-08-10 河北工业大学 一种多位姿的辅助支撑外骨骼
KR20220032314A (ko) * 2020-09-07 2022-03-15 국방과학연구소 착용로봇의 발목관절 시스템 및 발목관절 시스템이 적용된 착용로봇
KR20220067255A (ko) * 2020-11-17 2022-05-24 주식회사 피치랩 자유도가 개선된 무릎 보조 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012501425A (ja) * 2008-08-28 2012-01-19 レイセオン カンパニー 生体模倣機械継ぎ手
KR101222914B1 (ko) * 2010-12-29 2013-01-16 경북대학교 산학협력단 보행용 발목 보조기구 및 이를 이용한 하지 근력지원 로봇슈트.
KR101290174B1 (ko) * 2011-10-26 2013-07-30 한양대학교 에리카산학협력단 근력 지원용 착용형 로봇

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012501425A (ja) * 2008-08-28 2012-01-19 レイセオン カンパニー 生体模倣機械継ぎ手
KR101222914B1 (ko) * 2010-12-29 2013-01-16 경북대학교 산학협력단 보행용 발목 보조기구 및 이를 이용한 하지 근력지원 로봇슈트.
KR101290174B1 (ko) * 2011-10-26 2013-07-30 한양대학교 에리카산학협력단 근력 지원용 착용형 로봇

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220032314A (ko) * 2020-09-07 2022-03-15 국방과학연구소 착용로봇의 발목관절 시스템 및 발목관절 시스템이 적용된 착용로봇
KR102394360B1 (ko) * 2020-09-07 2022-05-06 국방과학연구소 착용로봇의 발목관절 시스템 및 발목관절 시스템이 적용된 착용로봇
KR20220067255A (ko) * 2020-11-17 2022-05-24 주식회사 피치랩 자유도가 개선된 무릎 보조 장치
KR102465509B1 (ko) * 2020-11-17 2022-11-11 주식회사 피치랩 자유도가 개선된 무릎 보조 장치
CN112937719A (zh) * 2021-02-05 2021-06-11 重庆工程职业技术学院 一种行走机器人腿部结构
CN113232009A (zh) * 2021-05-21 2021-08-10 河北工业大学 一种多位姿的辅助支撑外骨骼
CN113232009B (zh) * 2021-05-21 2022-10-11 河北工业大学 一种多位姿的辅助支撑外骨骼

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107411939B (zh) 一种单侧下肢残疾人士专用助力康复机器人
KR101937012B1 (ko) 하지 관절 보조용 외골격 시스템
CN108309694B (zh) 一种足部驱动式下肢康复训练装置
CN109009866B (zh) 可坐式下肢外骨骼康复机器人
RU2414207C2 (ru) Устройство, облегчающее ходьбу
CN103505342B (zh) 一种外骨骼式步态康复训练装置
CN106901947B (zh) 可穿戴式下肢外骨骼助力行走机器人机构
CN105943316B (zh) 一种具有回力结构的人体下肢外骨骼
CN108553271A (zh) 一种磁流变阻尼器坐卧式下肢康复机器人
KR20150134770A (ko) 보행보조장치
KR101497672B1 (ko) 로봇 슈트용 다 자유도 링타입 하지 지지구조
CN110123589A (zh) 一种针对偏瘫患者的轻质可穿戴下肢康复助行外骨骼
KR20180023708A (ko) 운동 보조 장치
JP2018525239A (ja) ヒト外骨格のための汎用テンセグリティ関節
KR20120076082A (ko) 보행용 발목 보조기구 및 이를 이용한 하지 근력지원 로봇슈트.
KR20110083143A (ko) 착용형 로봇
CN203436523U (zh) 十自由度下肢助行装置
CN103349603A (zh) 十自由度下肢助行器
JP2014530078A (ja) 下肢用外骨格
CN106112988A (zh) 用于连接四肢外骨骼机构的人体躯干机械外骨骼装置
JP2012187385A (ja) 装着型動作支援装置
KR101694848B1 (ko) 환자의 재활 치료를 돕는 보행 재활 로봇
CN113478466A (zh) 一种兼具负载传导及步行节能的无源下肢外骨骼
CN104905934A (zh) 一种新型偏瘫站立训练床
CN115300864A (zh) 一种用于横向行走康复的髋关节外骨骼

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180109

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190201

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200203

Year of fee payment: 6