KR101566338B1

KR101566338B1 - 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조

Info

Publication number: KR101566338B1
Application number: KR1020140155936A
Authority: KR
Inventors: 조백규; 한화택
Original assignee: 국민대학교산학협력단
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2015-11-05

Abstract

본 발명은 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨어러블 로봇을 착용한 상태로 스텝퍼와 같은 재활기구를 안정적으로 사용하기 위하여 로봇의 발판과 재활기구의 페달을 분리가능하게 고정할 수 있도록 하며, 특히 기구적 메커니즘을 이용하여 고정함으로써 로봇의 발판을 안정적으로 페달에 탈부착시킬 수 있는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조에 관한 것이다.
본 발명은 로봇의 발판이 페달의 길이방향을 따라 마련된 레일에 끼워져 걸린 상태로 스토퍼에 의해 이동이 제한됨에 따라 발판이 페달에 용이하고 견고하게 고정될 수 있으므로 웨어러블 로봇을 착용한 상태로 재활기구를 안정적으로 이용할 수 있다.

Description

기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조{CONNECTING STRUCTURE OF REHABILITATION EQUIPMENT FOR WEARABLE ROBOT USING MECHANICAL MECHANISM}

본 발명은 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨어러블 로봇을 착용한 상태로 스텝퍼와 같은 재활기구를 안정적으로 사용하기 위하여 로봇의 발판과 재활기구의 페달을 분리가능하게 고정할 수 있도록 하며, 특히 기구적 메커니즘을 이용하여 고정함으로써 로봇의 발판을 안정적으로 페달에 탈부착시킬 수 있는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조에 관한 것이다.

일반적으로 로봇(Robot)은 응용분야별로 산업용, 의료용, 우주용, 해저용 등으로 분류될 수 있고, 구조적 특징별로는 사이보그, 안드로이드, 휴머노이드, 웨어러블 로봇 등으로 분류될 수 있다.

사이보그(Cyborg)는 "Cybernetic"과 "Organism"의 합성어로, 유기체로부터 뇌 이외의 신체기관을 기계로 개조한 경우를 말하고, 안드로이드(Android)는 인간을 닮은 것이라는 뜻의 그리스어에서 유래된 것으로, 인간과 같은 외관을 가지며 인간처럼 사고하고 행동하는 로봇을 말한다.

휴머노이드(Humanoid)는 안드로이드의 상위개념으로, 외형적으로 로봇임을 알아볼 수 있는 경우를 말하고, 웨어러블(Wearable) 로봇은 인체에 장착하여 사용되는 것을 말한다.

여기서, 웨어러블 로봇의 경우에는 수술이나 재활훈련 등의 의료용과 군사용 및 산업용 등으로 개발되어 사용되고 있다.

의료적인 목적으로 사용되는 웨어러블 로봇은, 주로 하지마비환자나 거동이 불편한 노인, 장애인 등이 원활하게 보행할 수 있도록 하기 위하여 사용되고 있으며, 대한민국 등록특허공보 제10-1099521호 "웨어러블 로봇보행 슈트"(이하, 선행기술이라 함)와 같이 사용자의 생체신호를 감지하여 분석하고, 분석된 정보에 기초하여 사용자의 움직임을 보조하도록 동작될 수 있다.

한편, 환자의 효과적인 재활을 위해서는 스텝퍼나 사이클 등과 같은 재활운동기구를 이용하는 것이 바람직하다.

그런데, 선행기술을 포함한 대부분의 의료용 웨어러블 로봇은 재활기구의 페달과 체결될 수 있는 수단이 결여되어 있어서 재활기구의 안정적인 이용이 불가능하고, 오히려 안전사고가 발생할 우려가 있어서 오히려 사용자에게 위험한 상황을 초래하게 되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1099521호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 웨어러블 로봇의 발판과 재활기구의 페달을 기구적인 구조를 통해 분리가능하게 고정함으로써 발판과 페달을 용이하고 안정적으로 분리 및 고정할 수 있는 기구적인 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조를 제공하기 위함이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조는, 인체에 착용되어 사용자의 생체신호를 감지하면서 사용자의 움직임을 보조하며, 사용자의 발이 안착된 상태로 지지되는 발판을 갖는 웨어러블 로봇; 사용자의 재활운동을 위한 재활기구에 구비되어 상기 웨어러블 로봇의 발판과 결합되면서 동일체를 이루는 페달; 상기 페달의 길이방향을 따라 구비되어 상기 발판의 일부분이 끼워져 걸리는 레일; 및 상기 레일에 끼워진 상기 발판의 이동을 제한하는 스토퍼;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

예컨대, 상기 레일은, 상기 페달의 양측에 앵글형태를 이루면서 길이방향을 따라 구비되어 상기 발판의 양단부가 끼워져 슬라이드되는 발판슬롯;을 포함하여 구성될 수 있다.

이와 달리, 상기 레일은, 상기 페달의 상면에 길이방향을 따라 돌출형성되는 상광하협 형태의 슬라이딩돌기;를 포함하며, 상기 발판은, 상기 슬라이딩돌기와 동일한 형태를 이루면서 저면에 길이방향을 따라 홈형태로 형성되어 상기 슬라이딩돌기에 끼워져 걸리는 슬라이딩홈;이 형성된 것을 특징으로 하는 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.

예컨대, 상기 스토퍼는, 상기 페달과 동일체를 이루면서 돌출형성되어 상기 레일의 일단부를 차폐하는 걸림턱; 및 상기 레일에 끼워진 상기 발판을 상기 페달에 고정하면서 상기 발판이 상기 걸림턱의 타측방향으로 이동하는 것을 방지하는 고정부재;를 포함하여 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 고정부재는, 상기 발판을 관통한 상태로 상기 페달에 끼워지거나 체결되면서 상기 발판의 이동을 구속하는 걸쇠;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 스토퍼는, 상기 걸림턱에 일단부가 차폐된 상기 레일의 타단부를 개폐가능하게 차폐하면서 상기 고정부재에 의해 상기 발판과 함께 고정되는 차폐부재;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 차폐부재는, 상기 걸림턱의 타측에서 상기 페달에 힌지결합되어 상기 힌지를 중심으로 피벗회전하면서 상기 레일의 타단부를 차폐하는 앵글형태의 차폐도어;를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 웨어러블 로봇은, 상기 발판이 구비된 상태로 인체의 하반신에 대응하여 동작되며, 생체신호 감지센서를 통해 사용자의 움직임을 감지하면서 관절구동모듈을 통해 사용자의 움직임을 보조하는 2족보행모듈; 및 상기 2족보행모듈에 구비되어 사용자의 신체 일부분에 분리가능하게 착용되는 적어도 하나의 착용모듈;을 포함하여 구성될 수 있다.

전술한 해결수단에 의한 본 발명에 따른 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조에 의하면, 로봇의 발판이 페달의 길이방향을 따라 마련된 레일에 끼워져 걸린 상태로 스토퍼에 의해 이동이 제한됨에 따라 발판이 페달에 용이하고 견고하게 고정될 수 있으므로 웨어러블 로봇을 착용한 상태로 재활기구를 안정적으로 이용할 수 있다.

구체적으로, 발판의 양단부가 발판슬롯을 따라 끼워져 걸린 상태로 발판의 전후방이 스토퍼를 구성하는 걸림턱 및 고정부재에 의해 이동이 제한되므로 발판이 페달에 고정된 상태로 분리되지 않으며, 고정부재가 걸쇠로 구성됨에 따라 발판의 고정 및 분리가 용이하다.

또한, 차폐부재를 구성하는 차폐도어를 통해 레일을 차폐할 경우에는 발판을 더욱 안정적으로 페달에 고정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조의 전체구성을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 레일 및 스토퍼를 나타내는 사시도.
도 3은 레일의 다른 실시예를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 스토퍼를 나타내는 종단면도.

이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 웨어러블 로봇(A)을 착용한 상태로 재활기구(B)를 안정적으로 이용하기 위한 것으로, 발판(10)을 갖는 웨어러블 로봇(A), 재활기구(B)를 구성하는 페달(20), 레일(50) 및 스토퍼(60)를 포함하여 구성될 수 있다.

웨어러블 로봇(A)은 사용자의 신체에 착용된 상태로 사용자의 움직임을 보조하는 기구로써, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 발이 안착된 상태로 지지되는 발판(10)을 갖는다. 즉, 사용자는 발판(10)에 올라선 상태로 웨어러블 로봇(A)을 착용하게 된다.

예컨대, 웨어러블 로봇(A)은 도 1에 도시된 바와 같이 발판(10)을 갖는 2족보행모듈(100) 및 착용모듈(200)로 구성되어 사용자의 하반신에 착용될 수 있다.

2족 보행모듈(100)은 미도시된 생체신호 감지센서를 통해 사용자의 움직임을 감지하며, 복수의 관절구동모듈(111 내지 114)(121 내지 124)의 구동에 따라 사용자의 움직임을 보조한다.

이러한 2족 보행모듈(100)은 생체신호 감지센서와 복수의 관절구동모듈(111 내지 114)(121 내지 124)에 연결되는 제어모듈(300)의 제어프로그램을 통해 작동할 수 있다.

착용모듈(200)은 사용자가 착용가능하도록 2족보행모듈(200)에 결합되는 것으로, 사용자의 허리에 착용하는 허리착용밴드(210) 및 사용자의 발목에 착용하는 발목착용밴드(220)를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 착용모듈(200)에는 사용자의 착용여부를 감지하기 위한 착용감지센서(미도시)가 구성될 수 있다. 여기서, 착용감지센서는 접촉감지센서, 압력센서 등 다양한 센서로 구성될 수 있고, 센서의 특성에 따라 착용모듈(200)의 허리착용밴드(210) 및 발목착용밴드(220)에 다양하게 설치될 수 있다.

여기서 제어모듈(300)은 착용모듈(200)의 착용감지센서를 통해 사용자의 착용여부를 판단하고, 착용여부에 따라 웨어러블모드(Wearable mode) 또는 휴머노이드모드(Humanoid mode)로 동작될 수 있다.

예컨대, 제어모듈(300)은 사용자가 착용모듈(200)을 착용한 경우, 웨어러블모드로 판단하고 사용자의 생체신호를 감지하여 사용자의 동작에 따라 2족보행모듈(100)의 동작을 제어할 수 있다.

다른 예로, 제어모듈(400)은 사용자가 착용모듈(200)을 착용하지 않은 경우, 휴머노이드모드로 판단하고 사용자의 호출에 따라 현재 위치에서 사용자의 위치까지 이동하도록 2족보행모듈(100)의 동작을 제어할 수 있다.

이때, 제어모듈(300)은 지도기반주행(Map-based navigation)방식, 지도작성기반주행방식(Map building-based navigation), 사물인식주행방식 및 재귀반사광학주행방식 중 적어도 하나의 방식으로 2족보행모듈(100)의 동작을 제어할 수 있다.

한편, 발판(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 2족보행모듈(100)의 하단의 양측에 제각기 결합되어 사용자의 발이 안착되며, 사용자의 움직임에 따라 관절구동모듈(111)(121)을 통해 각도가 조절되거나 회전한다.

페달(20)은 스텝퍼나 사이클과 같은 재활기구(B)에 구비되는 것으로써, 도 1에 도시된 바와 같이 발판(10)과 동일한 형태로 구성되는 것이 바람직하며, 발판(10)이 밀착될 수 있도록 편평면을 갖는다.

레일(50)은 페달(20)의 길이방향을 따라 형성되어 발판(10)이 슬라이드 상태로 끼워져 걸리는 구성요소이다.

이러한 레일(50)은 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 발판슬롯(51)으로 구성될 수 있다.

발판슬롯(51)은 도 2에 도시된 바와 같이 페달(20)의 양측에 길이방향을 따라 홈을 형성하여 발판(10)이 끼워져 걸릴 수 있도록 한 것으로, 페달(20)의 양측에 앵글형태로 구비되어 발판(10)이 슬라이드 되면서 끼워지는 슬롯을 형성한다.

이러한 발판슬롯(51)은 도시된 도시된 바와 같이 페달(20)과 동일체로 형성될 수 있으며, 별도로 제작되어 페달(20)의 양측에 고정될 수도 있다.

스토퍼(60)는 레일(50)에 끼워져 걸린 상태로 슬라이드되는 발판(10)의 이동을 제한함으로써 발판(10)을 페달(20)에 구속하는 구성요소이다.

예컨대, 스토퍼(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 걸림턱(61) 및 고정부재(63)를 포함하여 구성될 수 있다.

걸림턱(61)은 도 2에 도시된 바와 같이 레일(50)을 구성하는 발판슬롯(51)의 일단부를 차폐하는 형태로 돌출되어 발판슬롯(51)에 끼워진 발판(10)을 가로막는다.

이러한 걸림턱(61)은 도 2에 도시된 바와 같이 단턱형태로 돌출될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 앵글형태로 돌출되어 발판(20)의 일부분을 수용할 수도 있다.

고정부재(63)는 걸럼턱(61)의 타측으로 발판(10)이 이동하는 것을 제한하기 위한 부재로써, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이 걸쇠로 구성될 수 있다.

걸쇠(63)는 도시된 바와 같이 발판(10)을 관통한 상태로 페달(20)에 끼워져 걸리면서 발판(10)의 이동을 구속한다.

이러한 걸쇠(63)는 도 2에 사시도로 도시된 바와 같이 노브를 갖는 봉으로 구성되어 발판(10) 및 페달(20)에 끼워져 걸릴 수 있으며, 도 2에 단면도로 도시된 바와 같이 나사로 구성되어 발판(10)을 관통한 상태로 페달(20)에 체결될 수도 있다.

여기서, 걸쇠(63)는 나사로 구성될 경우, 페달(20)에 체결되면서 노브를 통해 발판(10)을 가압하므로 좀 더 안정적으로 발판(10)을 페달(20)에 고정할 수 있다.

종합하면, 발판(10)은 레일(50)을 구성하는 발판슬롯(51)에 끼워져 걸린 상태로 스토퍼(60)를 구성하는 걸림턱(61) 및 걸쇠(63)에 의해 이동이 제한됨에 따라 페달(20)에 일체적으로 고정되며, 이에 따라 사용자는 웨어러블 로봇(A)을 착용한 상태로 재활기구(B)를 안정적으로 이용할 수 있다.

한편, 전술한 레일(50)은 도 3에 도시된 바와 같이 슬라이딩돌기(53)로 구성될 수도 있다.

슬라이딩돌기(53)는 도 3에 도시된 바와 같이 페달(20)의 상면에 길이방향을 따라 돌출형성된다.

이러한 슬라이딩돌기(53)는 도 3에 단면도로 도시된 바와 같이 상광하협의 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 단수로 구성되어 페달(20)의 중앙에 형성되거나 복수를 이루면서 페달(20)의 상면에 형성될 수도 있다.

여기서, 발판(10)은 레일(50)이 슬라이딩돌기(53)로 구성될 경우, 저면의 길이방향을 따라 슬라이딩돌기(53)와 동일한 형태를 이루는 슬라이딩홈(55)이 형성된다.

즉, 발판(10)은 슬라이딩홈(55)을 통해 슬라이딩돌기(53)에 끼워져 걸린 상태로 걸림턱(61) 및 걸쇠(63)에 의해 이동이 제한됨에 따라 페달(20)에 일체적으로 고정된다.

한편, 본 발명의 스토퍼(60)는 도 4에 도시된 바와 같이 차폐부재(65)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

차폐부재(65)는 걸림턱(61)의 타단부, 즉 레일(50)의 타단부를 개폐가능하게 차폐하면서 고정부재를 구성하는 걸쇠(63)에 의해 발판(10)과 함께 고정되는 구성요소이다.

차폐부재(65)는 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이 차폐도어(65a)를 포함하여 구성될 수 있다.

차폐도어(65a)는 도시된 바와 같이 힌지(65b)를 통해 페달(20)에 힌지결합되어 힌지(65b)를 중심으로 피벗회전하면서 걸림턱(61)의 타측을 차폐한다.

이러한 차폐도어(65a)는 도시된 바와 같이 발판(10)의 일부분을 수용할 수 있도록 앵글형태로 구성될 수 있으며, 전술한 걸쇠(63)에 의해 발판(10)과 함께 관통되어 걸리면서 고정된다.

이에 따라, 발판(10)은 차폐도어(65a)와 함께 걸쇠(63)를 통해 고정됨에 따라 좀 더 안정적이고 견고하게 페달(20)에 고정될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조에 의하면, 로봇(A)의 발판(10)이 페달(20)의 길이방향을 따라 마련된 레일(50)에 끼워져 걸린 상태로 스토퍼(60)에 의해 이동이 제한됨에 따라 발판(10)이 페달(20)에 용이하고 견고하게 고정될 수 있으므로 웨어러블 로봇(A)을 착용한 상태로 재활기구(B)를 안정적으로 이용할 수 있다.

구체적으로, 발판(10)의 양단부가 발판슬롯(51)을 따라 끼워져 걸린 상태로 발판(10)의 전후방이 스토퍼(60)를 구성하는 걸림턱(61) 및 고정부재(63)에 의해 이동이 제한되므로 발판(10)이 페달(20)에 고정된 상태로 분리되지 않으며, 고정부재(63)가 걸쇠로 구성됨에 따라 발판(10)의 고정 및 분리가 용이하다.

또한, 차폐부재(65)를 구성하는 차폐도어(65a)를 통해 레일(50)을 차폐할 경우에는 발판(10)을 더욱 안정적으로 페달(20)에 고정할 수 있다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

A : 웨어러블 로봇 B : 재활기구
10 : 발판 20 : 페달
50 : 레일 51 : 발판슬롯
53 : 슬라이딩돌기 55 : 슬라이딩홈
60 : 스토퍼 61 : 걸림턱
63 : 고정부재(걸쇠) 65 : 차폐부재
65a : 차폐도어 65b : 힌지
100 : 2족보행모듈 200 : 착용모듈
300 : 제어모듈

Claims

인체에 착용되어 사용자의 생체신호를 감지하면서 사용자의 움직임을 보조하며, 사용자의 발이 안착된 상태로 지지되는 발판을 갖는 웨어러블 로봇;
사용자의 재활운동을 위한 재활기구에 구비되어 상기 웨어러블 로봇의 발판과 결합되면서 동일체를 이루는 페달;
상기 페달의 길이방향을 따라 구비되어 상기 발판의 일부분이 끼워져 걸리는 레일; 및
상기 레일에 끼워진 상기 발판의 이동을 제한하는 스토퍼;를 포함하고,
상기 스토퍼는,
상기 페달과 동일체를 이루면서 돌출형성되어 상기 레일의 일단부를 차폐하는 걸림턱;
상기 레일에 끼워진 상기 발판을 상기 페달에 고정하면서 상기 발판이 상기 걸림턱의 타측방향으로 이동하는 것을 방지하는 고정부재; 및
상기 걸림턱에 일단부가 차폐된 상기 레일의 타단부를 개폐가능하게 차폐하면서 상기 고정부재에 의해 상기 발판과 함께 고정되는 차폐부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.
청구항 1에 있어서,
상기 레일은,
상기 페달의 양측에 앵글형태를 이루면서 길이방향을 따라 구비되어 상기 발판의 양단부가 끼워져 슬라이드되는 발판슬롯;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.
청구항 1에 있어서,
상기 레일은,
상기 페달의 상면에 길이방향을 따라 돌출형성되는 상광하협 형태의 슬라이딩돌기;를 포함하며,
상기 발판은,
상기 슬라이딩돌기와 동일한 형태를 이루면서 저면에 길이방향을 따라 홈형태로 형성되어 상기 슬라이딩돌기에 끼워져 걸리는 슬라이딩홈;이 형성된 것을 특징으로 하는 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 고정부재는,
상기 발판을 관통한 상태로 상기 페달에 끼워지거나 체결되면서 상기 발판의 이동을 구속하는 걸쇠;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 차폐부재는,
상기 걸림턱의 타측에서 상기 페달에 힌지결합되어 상기 힌지를 중심으로 피벗회전하면서 상기 레일의 타단부를 차폐하는 앵글형태의 차폐도어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.
청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5 및 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 웨어러블 로봇은,
상기 발판이 구비된 상태로 인체의 하반신에 대응하여 동작되며, 생체신호 감지센서를 통해 사용자의 움직임을 감지하면서 관절구동모듈을 통해 사용자의 움직임을 보조하는 2족보행모듈; 및
상기 2족보행모듈에 구비되어 사용자의 신체 일부분에 분리가능하게 착용되는 적어도 하나의 착용모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기구적 메커니즘을 이용한 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.