KR101526947B1 - 외골격형 글로브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 외골격형 글로브는, 장갑 형태의 외피, 상기 외피 상의 인체의 손가락 관절 사이에 대응되는 위치에 구비된 가이드, 상기 가이드를 따라 연장된 와이어, 인체의 손가락의 파지(grasp) 움직임을 감지하는 복수의 센서, 및 상기 복수의 센서의 감지 결과에 따라, 상기 와이어의 연장 길이를 제어하여 인체의 손가락 관절이 움직이도록 하는 구동모듈을 포함한다.

Description

외골격형 글로브{Exoskeleton-Type Glove}

본 발명은 외골격형 글로브에 관한 것이다.

신체의 일부분이 없거나, 신체의 일부를 움직이지 못하는 사람들의 신체 기능을 보조하기 위하여, 또는 신체 자체의 기능을 향상시키기 위해 입거나 장착하는 형태의 보조 기구가 다수 개발되고 있다. 특히, 손가락의 움직임을 보조하기 위해 장갑 형태로 손에 끼워서 착용하는 보조 기구가 개발되고 있다.

종래의 장갑 형태 보조 기구는 외골격(Exoskeleton) 구조를 이용하여 각 손가락의 각 관절마다 그 관절을 움직이는 구동부(actuator)를 구비하고 그 관절의 움직이는 변위 또는 각도를 감지하는 센서를 구비하는 것이 일반적이다.

한국공개특허 제10-2014-0037741호

본 발명은 인체의 손가락의 파지 움직임을 감지하여 자동으로 파지 동작을 시작하거나 종료할 수 있는 외골격형 글로브를 제공하기 위함이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 외골격형 글로브는, 장갑 형태의 외피, 상기 외피 상의 인체의 손가락 관절 사이에 대응되는 위치에 구비된 가이드, 상기 가이드를 따라 연장된 와이어, 인체의 손가락의 파지(grasp) 움직임을 감지하는 복수의 센서, 및 상기 복수의 센서의 감지 결과에 따라, 상기 와이어의 연장 길이를 제어하여 인체의 손가락 관절이 움직이도록 하는 구동모듈을 포함한다.

그리고, 상기 인체의 파지 움직임은, 개방(open) 움직임 및 폐쇄(close) 움직임을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 복수의 센서는, 상기 외피 내에 인체의 손가락 끝의 하부와 대향하여 구비되어, 상기 인체의 손가락의 파지 움직임 중 폐쇄 움직임의 시작을 감지하는 센서를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 복수의 센서는, 상기 외피 상의 인체의 손가락 끝의 하부에 대응되는 위치에 구비되어, 상기 인체의 손가락의 파지 움직임 중 폐쇄 움직임의 종료를 감지하는 센서를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 복수의 센서는, 상기 외피 내에 인체의 손가락 끝의 상부와 대향하여 구비되어, 상기 인체의 손가락의 파지 움직임 중 개방 움직임의 시작을 감지하는 센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 외피 상에 상기 외피의 표면과 이격되어 배치된 고정판을 더 포함하고, 상기 복수의 센서는, 상기 고정판의 하부에 인체의 손가락의 첫마디와 대향하여 구비되어, 상기 인체의 손가락의 파지 움직임 중 개방 움직임의 종료를 감지하는 센서를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 복수의 센서는 버튼식 센서일 수 있다.

본 발명의 외골격형 글로브에 따르면, 인체의 손가락의 파지 움직임을 감지하고, 감지 결과에 따라 와이어의 연장 길이를 제어하여 자동으로 파지 동작을 시작하거나 종료할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브의 전체 모습을 나타낸 평면도;
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브에 있어서, 각 구성의 연결 모습을 개념적으로 나타낸 평면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브에 있어서, 각 구성의 연결 모습을 개념적으로 나타낸 저면도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브에 있어서, 복수의 센서가 구비된 모습을 나타낸 측면도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브를 구동하여 파지 동작 중 폐쇄 동작을 수행하는 모습을 나타낸 측면도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브를 구동하여 파지 동작 중 개방 동작을 수행하는 모습을 나타낸 측면도이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브의 전체 모습을 나타낸 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브(100)는 가이드(130)와, 와이어(120)와, 구동모듈(110)을 포함한다.

상기 가이드(130)는 인체의 손가락 관절 사이에 대응되는 위치에 구비되며, 손가락 관절 외 타 다른 부분에도 구비될 수 있다. 그리고, 상기 가이드(130)는 와이어(120)의 소정 위치마다 구비되어 상기 와이어(120)를 고정시키는 동시에, 슬라이딩 이동 가능하도록 한다.

즉, 상기 와이어(120)는 가이드(130)에 의해 소정의 경로를 따라 연장될 수 있다. 본 실시예의 경우, 도시되지는 않았으나 상기 가이드(130)는 상기 와이어(120)가 관통하는 관통홀이 형성되어 와이어(120)의 이탈을 방지하면서도 와이어(120)가 길이 방향을 따라 이동 가능하도록 한다. 본 실시예 외에도 상기 가이드(130)의 형상 및 구조, 설치되는 위치 등은 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 실시예에서는 각 손가락 관절에 구비된 가이드(130)가 외부로 노출되지 않도록 보호커버(132)가 각 관절에 구비되었다.

상기 구동모듈(110)은 상기 와이어(120)를 제어하여 인체의 손가락 관절을 움직이도록 제어하는 액추에이터(112)를 포함하며, 인체의 손등 측에 구비된다. 이와 같이 본 발명의 외골격형 글로브(100)는 구동모듈(110)이 손등 측에 위치되므로, 구동모듈(110)의 각 구성이 분산되지 않아 장치를 보다 간소화시킬 수 있으며, 구동모듈(110)에 의해 손가락 관절의 움직임이 방해되는 것을 방지할 수 있다.

이때, 상기 액추에이터(112)는 회전모터 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 회전에 따라 상기 와이어(120)를 감거나 풀어 와이어(120)의 연장 길이를 조절할 수 있도록 형성된다. 즉, 상기 구동모듈(110)은 상기 와이어(120)의 연장 길이 조절에 따라 인체의 손가락 관절을 제어할 수 있다. 그리고, 상기 와이어(120)를 감을 수 있도록 액추에이터(112)의 일측에는 고정케이스(140)의 풀리(114)가 연결된다.

또한, 상기 액추에이터(112)는 상기 와이어(120)의 개수에 따라 복수 개가 구비될 수 있다. 본 실시예에서 상기 와이어(120)는 인체의 손가락 중 4개의 손가락 외측 및 내측에 각각 대응되도록 총 8개가 형성되며, 상기 액추에이터(112)는 각 손가락의 외측 및 내측에 대응되는 와이어(120)들을 동시에 제어할 수 있도록 총 4개가 구비된다.

다만, 상기 와이어(120)의 개수 및 상기 액추에이터(112)의 개수는 설계에 따라 다양하게 변화될 수 있음은 물론이다.

한편, 본 실시예의 경우, 상기 구동모듈(110)은 상기 액추에이터(112)를 손등 측에 고정시키는 고정케이스(140)를 더 포함한다. 상기 고정케이스(140)는 상기 액추에이터(112)를 용이하게 고정시킬 수 있도록 한다.

또한, 본 실시예에서, 상기 구동모듈(110), 와이어(120) 및 가이드(130)는 장갑 형태의 외피(102)에 구비되는 형태일 수 있다. 즉 상기 외피(102)는 장갑 형태의 외관을 제공하며, 이에 따라 사용자가 용이하게 착용이 가능하도록 하고, 각 구성요소를 안정적으로 고정시킨다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브(100)에 있어서, 각 구성의 연결 모습을 개념적으로 나타낸 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브(100)에 있어서, 각 구성의 연결 모습을 개념적으로 나타낸 저면도이다.

도 2 및 도 3를 참조하면, 전술한 바와 같이, 본 실시예에서 상기 구동모듈(110)은 총 4개의 액추에이터(112)를 포함한다. 그리고, 상기 와이어(120)는 하나의 손가락 내측 및 외측에 각각 구비된 한 쌍이 하나의 액추에이터(112)에 대응되도록 형성된다.

본 실시예에서는 구체적으로, 제1액추에이터(112a)는 약지에, 제2액추에이터(112b)는 엄지에, 제3액추에이터(112c)는 검지에, 제4액추에이터(112d)는 중지에 대응된다. 또한, 각각의 액추에이터는 각 손가락의 외측으로 연장되는 제1와이어(120a)와, 각 손가락의 내측으로 연장되는 제2와이어(120b)와 연결된다.

그리고, 상기 제1와이어(120a)는 제1풀리(114a)에, 상기 제2와이어(120b)는 제2풀리(114b)에 감긴 상태로 구비되어, 상기 액추에이터(120)가 어느 일 방향으로 회전될 경우 상기 제1와이어(120a)는 풀리고, 상기 제2와이어(120b)가 감길 수 있다. 이와 같은 경우에는 손가락을 오므라들도록 제어할 수 있으며, 상기 액추에이터(120)가 반대로 회전될 경우에는 손가락이 펴지도록 제어할 수 있을 것이다.

한편, 본 실시예의 경우 상기 액추에이터(120)는 손등 측에 구비되므로, 복수의 제2와이어(120b)는 손등 측에서부터 손의 측부를 감싸도록 경로를 형성하여 손바닥 측으로 연장될 수 있다. 도 2 및 도 3에서 A, B, C, D는 각각의 제2와이어(120b)가 연결되는 부분을 나타낸 것이다. 이와 같이 하여 제2와이어(120b)가 손가락의 움직임에 방해되지 않도록 할 수 있다.

본 실시예는 어디까지나 하나의 예시로서, 상기 액추에이터(120)의 개수, 액추에이터(120) 및 와이어(120)의 연결 관계, 각 와이어(120)의 연장 경로 등은 제한 없이 다양하게 설계될 수 있음은 물론이다.

본 실시예에서, 외골격형 글로브(100)는 수동 모드 및/또는 자동 모드로 구동할 수 있다.

수동 모드로 구동하는 경우, 사용자는 조이스틱(미도시)을 조작하여 외골격형 글로브(100)를 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 조이스틱에는 개방 버튼 및/또는 폐쇄 버튼 등의 조작 버튼이 구비될 수 있다.

자동 모드로 구동하는 경우, 외피(102)의 손바닥 부분에 적외선 센서 등의 물체 감지 센서(미도시)가 구비되고, 소정의 물체가 물체 감지 센서에 의해 감지되는 때에 외골격형 글로브(100)가 파지 동작을 수행할 수 있다. 또는, EMG(Electromyography) 센서가 인체의 팔뚝 등에 배치되어, 팔뚝 근육의 전기적 활성도를 감지하고, 감지 결과에 따라 외골격형 글로브(100)가 파지 동작을 수행할 수 있다. 휨(flex) 센서가 인체의 손가락을 따라 배치되고, 몇몇 손가락의 미세한 움직임을 감지하고, 감지 결과에 따라 외골격형 글로브(100)가 파지 동작을 수행할 수 있을 것이다.

한편, 외골격형 글로브(100)의 파지 동작을 복수의 동작으로 구분하고, 각각의 동작을 감지하기 위한 센서를 외피(102)에 배치하여, 외골격형 글로브(100)의 파지 동작을 제어할 수도 있다. 이하에서는, 이러한 방법이 적용된 외골격형 글로브(100)를 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브에 있어서, 복수의 센서가 구비된 모습을 나타낸 측면도이다.

도 4를 참조하면, 인체의 손가락의 파지(grasp) 움직임을 감지하는 복수의 센서(151~154)가 구비된다. 예를 들어, 복수의 센서(151~154)는 버튼식 센서일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 접촉, 압력, 움직임 등을 감지할 수 있는 다양한 센서가 채용될 수 있을 것이다.

인체의 손가락의 파지 움직임은 개방(open) 움직임 및 폐쇄(close) 움직임을 포함할 수 있다. 구체적으로, 파지 움직임은 개방 움직임의 시작 및 종료, 폐쇄 움직임의 시작 및 종료로 구분될 수 있다. 개방 움직임의 시작 및 종료는 물체의 파지를 위해 손가락을 오므리는 움직임과 관련되고, 폐쇄 움직임의 시작 및 종료는 물체의 파지를 해제하기 위해 손가락을 펴는 움직임과 관련된다.

외골격형 글로브(100)의 파지 동작도, 인체의 손가락의 파지 움직임에 대응하여 수행될 수 있다.

외피(102) 내에 인체의 손가락 끝의 하부와 대향하여 구비된 센서(151)는 인체의 손가락의 파지 움직임 중 폐쇄 움직임의 시작을 감지할 수 있다.

외피(102) 상의 인체의 손가락 끝의 하부에 대응되는 위치에 구비된 센서(152)는 인체의 손가락의 파지 움직임 중 폐쇄 움직임의 종료를 감지할 수 있다.

외피(102) 내에 인체의 손가락 끝의 상부와 대향하여 구비된 센서(153)는 인체의 손가락의 파지 움직임 중 개방 움직임의 시작을 감지할 수 있다.

한편, 고정케이스(140)로부터 고정판(141)이 연장되어 배치될 수 있다. 고정판(141)은 외피(102)의 표면과 소정의 거리로 이격되도록 배치될 수 있다. 고정판(141)은 인체의 손등에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 고정판(141)은 고정케이스(140)와 별개로 형성되거나, 일체로 형성될 수 있다.

그리고, 고정판(141)의 하부에 인체의 손가락의 첫마디와 대향하여 구비된 센서(154)는 인체의 손가락의 파지 움직임 중 개방 움직임의 종료를 감지할 수 있다.

복수의 센서(151~154)는 인체의 손가락 중 검지 손가락에 배치될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 센서(151~154)는 인체의 손가락 중 엄지 손가락을 제외한 4개의 손가락의 전부 또는 일부에 배치될 수도 있으며, 설계에 따라 다양하게 변화될 수 있다.

구동모듈(110)의 액추에이터(112)는 복수의 센서(151~154)의 감지 결과에 따라 일 방향 또는 타방향으로 회전하거나, 회전을 정지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브를 구동하여 파지 동작 중 폐쇄 동작을 수행하는 모습을 나타낸 측면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브를 구동하여 파지 동작 중 개방 동작을 수행하는 모습을 나타낸 측면도이다.

도 5를 참조하면, 사용자의 손가락 끝의 하부가 센서(151)를 누르면, 센서(151)는 이를 파지 움직임 중 폐쇄 움직임의 시작으로 감지할 수 있다. 이에 따라, 폐쇄 동작의 시작을 위해서, 구동모듈(110)의 액추에이터(112)가 일 방향으로 회전하여, 손바닥 측의 와이어(120)를 감고, 손등 측의 와이어(120)를 풀어 사용자의 손가락이 오므라들도록 한다.

이후, 사용자의 손가락이 오므라듬에 따라 물체(M) 또는 사용자의 다른 손가락(즉, 엄지 손가락)이 센서(152)를 누르면, 센서(152)는 이를 파지 움직임 중 폐쇄 움직임의 종료로 감지할 수 있다. 이에 따라, 폐쇄 동작의 종료를 위해서, 구동모듈(110)의 액추에이터(112)가 일 방향으로의 회전을 정지하게 된다. 즉, 구동모듈(110)의 액추에이터(112)는 물체(M)의 파지가 완료되어 물체(M)가 센서(152)를 누를 때까지 일 방향으로의 회전을 계속하게 되는 것이다.

도 6을 참조하면, 사용자의 손가락 끝의 상부가 센서(153)를 누르면, 센서(152)는 이를 파지 움직임 중 개방 움직임의 시작으로 감지할 수 있다. 이에 따라, 개방 동작의 시작을 위해서, 구동모듈(110)의 액추에이터(112)가 타 방향으로 회전하여, 손바닥 측의 와이어(120)를 풀고, 손등 측의 와이어(120)를 감아 사용자의 손가락이 펴지도록 한다.

이후, 사용자의 손가락이 펴짐에 따라 사용자의 손가락의 첫마디가 센서(154)를 누르면, 센서(154)는 이를 파지 움직임 중 개방 움직임의 종료로 감지할 수 있다. 이에 따라, 개방 동작의 종료를 위해서, 구동모듈(110)의 액추에이터(112)가 타 방향으로의 회전을 정지하게 된다. 즉, 구동모듈(110)의 액추에이터(112)는 물체(M)의 파지의 해제가 완료되어, 손가락의 첫마디가 센서(154)를 누를 때까지 타 방향으로의 회전을 계속하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격형 글로브(100)는 사용자가 소정의 물체(M)를 그립하는 것을 보조할 수 있다. 이는 사용자가 신체 기능을 상실한 경우에도 정상 생활을 위해 사용될 수도 있으며, 또는 사용자의 근력을 초과하는 무게를 가지는 물체(M)를 그립하는 경우에도 용이하게 사용될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 외골격형 글로브 102: 외피
110: 구동모듈 112: 액추에이터
114: 풀리 120: 와이어
130: 가이드 132: 보호커버
140: 고정케이스 141: 고정판
151~154: 센서 M: 물체
H: 손

Claims (7)

1. 장갑 형태의 외피;
   상기 외피 상의 인체의 손가락 관절 사이에 대응되는 위치에 구비된 가이드;
   상기 가이드를 따라 연장된 와이어;
   상기 인체의 손가락이 위치하는 상기 외피의 단부에 구비되어, 상기 인체의 손가락의 파지 움직임 중 개방(open) 움직임 또는 폐쇄(close) 움직임 중 적어도 어느 하나의 움직임에 대한 시작 또는 종료를 감지하는 복수의 센서; 및
   상기 복수의 센서의 감지 결과에 따라, 상기 와이어의 연장 길이를 제어하여 인체의 손가락 관절이 움직이도록 하는 구동모듈;을 포함하는,
   외골격형 글러브.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 센서는,
   상기 외피 내에 인체의 손가락 끝의 하부와 대향하여 구비되어, 상기 인체의 손가락의 파지 움직임 중 폐쇄 움직임의 시작을 감지하는 센서를 포함하는,
   외골격형 글러브.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 센서는,
   상기 외피 상의 인체의 손가락 끝의 하부에 대응되는 위치에 구비되어, 상기 인체의 손가락의 파지 움직임 중 폐쇄 움직임의 종료를 감지하는 센서를 포함하는,
   외골격형 글러브.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 센서는,
   상기 외피 내에 인체의 손가락 끝의 상부와 대향하여 구비되어, 상기 인체의 손가락의 파지 움직임 중 개방 움직임의 시작을 감지하는 센서를 포함하는,
   외골격형 글러브.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 외피 상에 상기 외피의 표면과 이격되어 배치된 고정판을 더 포함하고,
   상기 복수의 센서는,
   상기 고정판의 하부에 인체의 손가락의 첫마디와 대향하여 구비되어, 상기 인체의 손가락의 파지 움직임 중 개방 움직임의 종료를 감지하는 센서를 포함하는,
   외골격형 글러브.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 센서는,
   버튼식 센서를 포함하는,
   외골격형 글러브.

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