KR101569103B1

KR101569103B1 - 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조

Info

Publication number: KR101569103B1
Application number: KR1020140155937A
Authority: KR
Inventors: 조백규; 한화택
Original assignee: 국민대학교산학협력단
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2015-11-13

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 자기력을 이용함으로써 로봇의 발판을 용이하게 페달과 탈부착시킬 수 있는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조에 관한 것이다.
본 발명은 발판 패스너를 구성하는 전자석이 페달에 마련되어 컨트롤러의 제어에 따른 자기력을 통해 웨어러블 로봇의 발판을 고정함에 따라 발판의 고정 및 분리가 용이하며, 이에 따라 웨어러블 로봇을 착용한 상태로 재활기구를 안정적으로 이용할 수 있다.

Description

웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조{CONNECTING STRUCTURE OF REHABILITATION EQUIPMENT FOR WEARABLE ROBOT }

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 자기력을 이용함으로써 로봇의 발판을 용이하게 페달과 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 분리가능하게 고정함으로써 재활기구의 안정적인 사용을 도모할 수 있는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조를 제공하기 위함이 그 목적이다.

특히, 자기력을 이용하여 발판을 고정함으로써 발판의 고정이나 분리가 용이하며, 발판이 페달에 밀착됨에 따라 자동으로 자기력을 제공하면서 발판을 고정할 수 있는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조를 제공하기 위함이 그 목적이다.

또한, 사용자의 하중과 같이 페달에 가해지는 외력에 따라 자기력의 세기를 가변시킬 수 있으며, 발판의 슬립을 방지함으로써 더욱 안정적으로 발판을 고정할 수 있는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조를 제공하기 위함이 다른 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 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; 및 상기 발판과 상기 재활기구의 페달을 분리가능하게 고정시키는 발판 패스너;를 포함하며, 상기 발판 패스너는, 상기 발판을 금속재로 형성하고, 상기 페달의 동일체로 구비되어 자기력을 제공하면서 상기 금속재의 발판을 상기 페달에 밀착된 상태로 고정하는 전자석; 및 상기 전자석의 자기력을 제어하면서 상기 발판의 고정을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발판 패스너는, 상기 페달에 밀착되는 상기 발판을 감지하여 상기 컨트롤러에 감지신호를 인가하는 발판감지센서;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 발판감지센서는, 상기 발판의 중심과 상기 페달의 중심이 일치하는지를 감지할 수 있다.

그리고, 상기 발판 패스너는, 상기 페달에 가해지는 외력의 세기를 감지하여 상기 컨트롤러에 감지신호를 인가하는 외력디텍터;를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 외력디텍터에서 감지된 상기 외력에 따라 상기 전자석의 자기력 세기를 제어할 수 있다.

예컨대, 상기 외력디텍터는, 상기 페달에 가해지는 하중을 감지하는 하중센서 또는 상기 페달의 운동속도를 감지하는 속도센서 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.

또한, 상기 발판 패스너는, 상기 페달에 밀착상태로 고정되는 상기 발판의 슬립을 방지하는 논슬립;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 논슬립은, 상기 페달의 외곽에 돌출형성되어 상기 발판의 테두리에 걸리면서 상기 발판의 수평이동을 구속하는 걸림돌기;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 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조에 의하면, 발판 패스너를 구성하는 전자석이 페달에 마련되어 컨트롤러의 제어에 따른 자기력을 통해 웨어러블 로봇의 발판을 고정함에 따라 발판의 고정 및 분리가 용이하며, 이에 따라 웨어러블 로봇을 착용한 상태로 재활기구를 안정적으로 이용할 수 있다.

또한, 페달에 구비된 발판감지센서가 발판을 감지하여 컨트롤러에 감지신호를 제공하므로 발판과 페달이 자동으로 고정될 수 있으며, 발판감지센서가 발판의 중심과 페달의 중심이 일치되는 것을 감지하므로 발판이 안정적으로 자동고정될 수 있다.

또한, 페달에 가해지는 사용자의 하중이나 페달의 운동속도와 같은 외력이 외력디텍터에 의해 감지되면서 외력의 세기에 따라 전자석의 자기력의 세기가 제어되므로 발판의 고정이 견고하게 유지될 수 있다.

또한, 논슬립을 구성하는 걸림돌기가 페달에 구비됨에 따라 발판의 슬립이 방지될 수 있으므로 발판이 페달과 분리되는 안전사고를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조의 전체구성을 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 발판패스너를 나타내는 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 발판패스너의 다른 실시예를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 구성을 나타내는 블록도.

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 1에 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) 및 발판 패스너(30)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 발판에 올라 선 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.

이러한 발판(10)은 후술되는 전자석(510)의 자기력을 통해 원활하게 고정될 수 있도록 금속재로 구성되는 것이 바람직하다.

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.

발판 패스너(30)는 금속재의 발판(10)을 재활기구(B)의 페달(20)에 분리가능하게 고정시키는 구성요소이다.

이러한 발판 패스너(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 전자석(510) 및 컨트롤러(520)를 포함하여 구성될 수 있다.

전자석(510)은 도 1에 도시된 바와 같이 페달(20)에 동일체로 설치되며, 컨트롤러(520)의 전류공급에 의해 자화되면서 페달(20)의 표면에 자기력을 제공한다.

이에 따라, 금속재의 발판(10)은 전자석(510)의 자기력에 의해 페달(20)의 표면에 밀착된 상태로 고정될 수 있다.

컨트롤러(520)는 발판(10)과 페달(20)의 고정이나 분리를 제어하기 위한 구성요소로써, 전자석(510)에 전류공급을 단속하면서 전자석(510)의 자기력을 제어함으로써 발판(10)을 페달(20)에 고정하거나 분리시킨다.

이러한 컨트롤러(520)는 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 재활기구(B)에 부착되는 컨트롤패널로 구성될 수 있으며, 이와 달리 무선리모컨으로 구성되거나 별도의 서버와 통신하면서 전자석(510)을 제어할 수 있다.

이에 따라, 사용자는 웨어러블 로봇(A)을 착용한 상태로 페달(20)에 올라서서 컨트롤러(520)를 제어하면서 전자석(510)의 자기력을 통해 발판(10)과 페달(20)을 고정함으로써 재활기구(A)를 안전하게 이용할 수 있으며, 사용 후에는 컨트롤러(520)를 통해 전자석(510)의 자기력을 소멸시켜서 발판(10)을 페달(20)에서 분리시킨다.

한편, 본 발명의 발판 패스너(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 발판감지센서(525)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

발판감지센서(525)는 페달(20)에 발판(10)이 밀착됨에 따라 발판(10)을 자동으로 페달(20)에 고정시키기 위한 구성요소이다.

구체적으로, 발판감지센서(525)는 페달(20)에 밀착되는 발판(10)을 감지하여 컨트롤러(520)에 감지신호를 인가함으로써 컨트롤러(520)에 의한 전자석(510)의 제어를 통해 발판(10)을 페달(20)에 고정시킨다.

이러한 발판감지센서(525)는 예컨대, 적외선 센서나 포토센서 또는 광센서로 구성될 수 있으며, 이외에도 당업자의 요구에 따라 다양하게 적용될 수 있으므로 특정구성에 한정하지 않는다.

여기서, 발판감지센서(525)는 발판(10)의 중심과 페달(20)이나 전자석(510)의 중심이 일치하였을 경우에만 컨트롤러(520)에 감지신호를 인가하는 것이 바람직하다. 발판(10)과 페달(20)의 중심이 일치되지 않은 상태에서 서로 고정되었을 경우에는 불안정한 상태로 재활기구(B)를 이용하게 됨에 따라 안전사고의 위험이 크기 때문이다.

또한, 본 발명의 발판 패스너(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 외력디텍터(530)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

외력디텍터(530)는 페달(20)에 가해지는 외력에 따라 전자석(510)의 자기력 세기를 조절하기 위한 구성요소이다.

여기서, 페달(20)에는 사용자의 체중에 따라 서로 다른 하중이 가해지게 되며, 재활기구(B)의 운동속도에 따라 서로 다른 외력이 가해지게 된다.

외력디텍터(530)는 이와 같이 페달(20)에 가해지는 외력의 세기를 감지하여 컨트롤러(520)에 인가한다.

예컨대, 외력디텍터(530)는 도 4에 도시된 바와 같이 페달(20)에 가해지는 하중을 감지하여 컨트롤러(520)에 제공하거나 하중센서(531)나 페달(20)의 운동속도를 감지하여 컨트롤러(520)에 제공하는 속도센서(532)로 구성될 수 있다.

이에 따라 컨트롤러(520)는 외력디텍터(530)에서 감지되는 외력의 세기에 따라 전자석(510)의 자기력 세기를 제어함으로써 발판(10)을 좀 더 안정적으로 페달(20)에 고정시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 발판 패스너(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 논슬립(540)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

논슬립(540)은 페달(20)에 밀착상태로 고정된 발판(10)의 슬립을 방지하기 위한 구성요소로써, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 페달(20)의 외곽에 돌출된 걸림돌기(541)로 구성될 수 있다.

걸림돌기(541)는 도 3에 도시된 바와 같이 페달(20)의 테두리를 따라 돌출되거나 사방의 일부분에 돌출될 수 있으며, 발판(10)의 테두리에 걸림에 따라 발판(10)의 수평이동을 구속한다.

이에 따라, 발판(10)은 미끄러짐이 방지된 상태로 페달(20)에 고정될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조에 의하면, 발판 패스너(30)를 구성하는 전자석(510)이 페달(20)에 마련되어 컨트롤러(520)의 제어에 따른 자기력을 통해 웨어러블 로봇(A)의 발판(10)을 고정함에 따라 발판(10)의 고정 및 분리가 용이하며, 이에 따라 웨어러블 로봇(A)을 착용한 상태로 재활기구(B)를 안정적으로 이용할 수 있다.

또한, 페달(20)에 구비된 발판감지센서(525)가 발판을 감지하여 컨트롤러에 감지신호를 제공하므로 발판과 페달이 자동으로 고정될 수 있으며, 발판감지센서(525)가 발판(10)의 중심과 페달(20)의 중심이 일치되는 것을 감지하므로 발판(20)이 안정적으로 자동고정될 수 있다.

또한, 페달(20)에 가해지는 사용자의 하중이나 페달(20)의 운동속도와 같은 외력이 외력디텍터(530)에 의해 감지되면서 외력의 세기에 따라 전자석(510)의 자기력의 세기가 제어되므로 발판의 고정이 견고하게 유지될 수 있다.

또한, 논슬립(540)을 구성하는 걸림돌기(541)가 페달(20)에 구비됨에 따라 발판(10)의 슬립이 방지될 수 있으므로 발판(10)이 페달(20)과 분리되는 안전사고를 방지할 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
30 : 발판패스너 100 : 2족보행모듈
200 : 착용모듈 300 : 제어모듈
510 : 전자석 520 : 컨트롤러
525 : 발판감지센서 530 : 외력디텍터
531 : 하중센서 532 : 속도센서
540 : 논슬립 541 : 걸림돌기

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; 및
상기 발판과 상기 재활기구의 페달을 분리가능하게 고정시키는 발판 패스너;를 포함하며,
상기 발판 패스너는,
상기 발판을 금속재로 형성하고,
상기 페달의 동일체로 구비되어 자기력을 제공하면서 상기 금속재의 발판을 상기 페달에 밀착된 상태로 고정하는 전자석;
상기 전자석의 자기력을 제어하면서 상기 발판의 고정을 제어하는 컨트롤러; 및
상기 페달에 구비되어 상기 페달에 밀착되는 상기 발판을 감지하여 상기 컨트롤러에 감지신호를 인가하는 발판감지센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 발판감지센서는,
상기 발판의 중심과 상기 페달의 중심이 일치하는지를 감지하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.
청구항 1에 있어서,
상기 발판 패스너는,
상기 페달에 가해지는 외력의 세기를 감지하여 상기 컨트롤러에 감지신호를 인가하는 외력디텍터;를 더 포함하며,
상기 컨트롤러는,
상기 외력디텍터에서 감지된 상기 외력에 따라 상기 전자석의 자기력 세기를 제어하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.
청구항 4에 있어서,
상기 외력디텍터는,
상기 페달에 가해지는 하중을 감지하는 하중센서 또는 상기 페달의 운동속도를 감지하는 속도센서 중 적어도 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.
청구항 1에 있어서,
상기 발판 패스너는,
상기 페달에 밀착상태로 고정되는 상기 발판의 슬립을 방지하는 논슬립;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.
청구항 6에 있어서,
상기 논슬립은,
상기 페달의 외곽에 돌출형성되어 상기 발판의 테두리에 걸리면서 상기 발판의 수평이동을 구속하는 걸림돌기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.
청구항 1 및 청구항 3 내지 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 웨어러블 로봇의 재활기구 체결구조.