KR101656087B1 - 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치는, 트래드밀부; 및 상기 트래드밀부 하부에 배치되면서 트래드밀부와 연결되는 다축구동부; 를 포함하며, 상기 다축구동부는 중심을 향하여 서로 마주보도록 설치되는 것으로서 각기 개별작동이 가능한 적어도 3개 이상의 다축구동장치들의 조합으로 이루어진다.

Description

착용형 근력증강로봇의 기동시험장치{ROBOT ACTION TESTING APPARATUS FOR WEARABLE ROBOT TO INCREASE MUSCULAR POWER}
본 발명은 인체 착용형 근력증강로봇의 실제 보행 환경을 모사할 수 있는 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치에 관한 것이다.
국방기술 분야에서는 작전의 위험성, 어려움 등의 이유로 장비 무인화에 대한 필요성이 증가하고 있다. 이에 따라 각종 임무를 수행할 수 있는 무인화 장비로서 착용로봇이 개발되고 있다. 착용로봇은 보행 시험장치를 통해 보행 테스트를 하게 된다. 그러나 대부분의 착용로봇 보행 시험장치는 단순한 트래드밀(Treadmill 러닝머신) 형태로 구성되거나 제한적인 종경사만을 제공한다. 따라서 정형화되어 있는 평지 보행 또는 일정한 경사면 보행만을 모사할 수 있다. 소형 장비의 테스트베드 용도로 모터나 유압의 동력으로 특정 플랫폼의 종경사와 횡경사를 만들어 주는 장비들이 개발되어 있지만 정적인 환경만을 모사하는 경우가 많다. 이처럼 기존 착용로봇의 보행시험장치는 실제 보행 환경을 모사하기에 적합하지 않다. 또한, 공압이나 유압의 동력으로 트래드밀 하단에 힘을 전달하는 방법으로 종방향, 횡방향으로 경사면을 생성해 주는 경우 장비의 무게가 증가하고 응답성 또한 비교적 좋지 않아 동적인 보행환경을 모사하기에는 어려움이 많다. 따라서 구조가 비교적 단순한 전기모터의 동력을 이용하여 동적인 보행 환경을 모사할 수 있는 착용로봇 기동시험장치의 개발이 시급한 실정이다.
일례로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0047493호는 "이동성능 시험 장치"를 개시한다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예는 다축구동부를 이용하여 트래드밀의 종경사와 횡경사를 생성함으로써, 실제 보행 환경을 모사할 수 있도록 한 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치를 제공하고자 한다.
전술한 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치는, 트래드밀부; 및 상기 트래드밀부 하부에 배치되면서 트래드밀부와 연결되는 다축구동부; 를 포함하며, 상기 다축구동부는 중심을 향하여 서로 마주보도록 설치되는 것으로서, 각기 개별작동이 가능한 적어도 3개 이상의 다축구동장치들의 조합으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 트래드밀부는 좌측 트레드밀; 및 상기 좌측 트레드밀에 대향하여 우측에 배치되는 우측 트래드밀; 을 포함할 수 있다.
또한, 상기 좌측 트레드밀과 우측 트레드밀은 지면반력측정장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 다축구동장치들은 베이스프레임 위에 설치될 수 있다.
또한, 상기 다축구동부는 3개의 다축구동장치들의 조합으로 이루어지며 서로 마주보도록 120도 등간격으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 다축구동장치는 동력발생장치가 구비되는 본체; 상기 동력발생장치를 중심으로 본체의 양측면으로 노출되는 동력발생장치 축; 상부가 상기 동력발생장치 축에 연결되는 링크; 상기 링크의 하부에 연결되는 연결부재; 및 상단에 트래드밀부와 연결되는 유니버셜 조인트가 구비되고, 양단이 상기 양측 연결부재에 연결되는 승강프레임; 을 포함할 수 있다.
또한, 상기 동력발생장치는 모터일 수 있다.
또한, 상기 승강프레임은 상기 본체의 상면과 양측면을 감싸는 형태로 설치될 수 있다.
또한, 상기 각 다축구동장치들의 본체 상면은 연결프레임에 의해 연결될 수 있다.
또한, 상기 동력발생장치는 감속기와 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치에 의하면, 다축구동부를 이용하여 트래드밀의 종경사와 횡경사를 생성함으로써, 실제 보행 환경을 모사할 수 있다.
또한, 3개로 구성되는 다축구동장치에 구비되는 모터의 회전 각도에 의해 상단 트래드밀부의 종경사와 횡경사를 다양하게 생성할 수 있다.
또한, 미리 측정한 실제 야외 보행시 획득한 실험자의 발바닥면의 각도와 속도 데이터를 다축구동장치에 동기화시킴으로써 개발이나 시험평가 시 외부 보행 환경을 모사할 수 있다.
또한, 트래드밀부에 구비되는 지면반력측정장치를 이용하여 다양한 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 착용형 근력증강로봇의 개발에 있어 시간과 비용을 단축시킬 수 있고 시험평가 시 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 좌, 우 트래드밀에 구비된 지면반력측정장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 측면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 연결프레임이 결합된 다축구동부를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 연결프레임이 분리된 상태의 다축구동부를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다축구동장치의 확대도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다축구동장치의 분리 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트래드밀부의 기울진 상태를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트래드밀부가 종방향으로 기울어진 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트래드밀부가 횡방향으로 기울어진 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트래드밀부의 수직 상승 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 트래드밀부가 수직 상승된 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치의 구성을 설명한다.
도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치는, 트래드밀부(100), 하부에서 트래드밀부(100)를 지지하는 다축구동부(200) 및 다축구동부(200)가 설치되는 베이스프레임(300)을 포함한다.
구체적으로 트래드밀부(100)는 시험자가 착용형 근력증강로봇를 착용하고 걷거나 뛸 수 있는 러닝머신이다. 도 2에 도시된 바와 같이 트래드밀부(100)는 좌측 트래드밀(110) 및 좌측 트래드밀(110)에 대향하여 우측에 구비되는 우측 트래드밀(120)을 포함한다. 좌측 트래드밀(110)과 우측 트래드밀(120)은 지면반력측정장치(130)를 포함한다. 지면반력측정장치(130)는 좌측 트래드밀(110)과 우측 트래드밀(120)의 러닝머신 벨트 안쪽에 위치한다. 지면반력측정장치(130, FORCE PLATFORM)는 이미 알려진 장치로서 상세한 구성 설명은 생략한다.
다축구동부(200)는 트래드밀부(100) 하부에 배치된다. 다축구동부(200)는 트래드밀부(100)와 연결된다. 다축구동부(200)는 다축구동장치(210)들의 조합으로 이루어진다. 다축구동장치(210)들은 베이스프레임(300) 위에 설치된다.
도 5, 6에 도시된 바와 같이 다축구동장치(210)들은 중심을 향하여 서로 마주보도록 설치된다. 다축구동장치(210)들은 도 5, 6과 같이 3개로 구성되는 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정되는 것은 결코 아니며, 예컨대 다축구동장치(210)는 3개 이상으로 구성될 수도 있다.
3개로 구성되는 다축구동장치(210)는 각기 개별작동이 가능하다. 3개로 구성되는 다축구동장치(210)들은 도 5와 같이 연결프레임(220)에 의해 연결된다. 연결프레임(220)은 3방향으로 돌출되는 끝단부가 3개의 다축구동장치(210) 본체(211) 상면에 연결된다. 3개로 구성되는 다축구동장치(210)는 연결프레임(220)에 의해 안정된 결합상태를 유지할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 3개로 이루어지는 다축구동장치(210)들은 중심을 향하여 서로 마주보도록 120도 등간격으로 배치된다.
도 8, 9에 도시된 바와 같이, 다축구동장치(210)는 동력발생장치(212)가 구비되는 본체(211), 동력발생장치(212)를 중심으로 본체(211)의 양측으로 노출되는 동력발생장치 축(213), 동력발생장치 축(213)에 연결되는 링크(214), 링크(214)에 연결되는 연결부재(215) 및 양단이 양측 연결부재(215)에 연결되는 승강프레임(216)을 포함한다.
구체적으로 동력발생장치(212)는 모터일 수 있다. 동력발생장치(212)의 작동에 의해 동력발생장치 축(213)이 회전한다. 동력발생장치(212)는 일부분이 본체(211) 일측면으로 노출될 수 있다. 동력발생장치(212)는 감속기(218)와 연결될 수 있다.
동력발생장치 축(213)은 동력발생장치(212)를 중심으로 본체(211) 좌우 양측면으로 노출 설치된다. 동력발생장치 축(213)은 동력발생장치(212)와 연결되어 동력발생장치(212)의 구동시 회전한다.
링크(214)는 좌우 양측 동력발생장치 축(213)에 각각 설치된다. 링크(214) 상부는 동력발생장치 축(213)에 연결된다. 링크(214) 하부는 연결부재(215)에 연결된다.
승강프레임(216)은 "∩"와 같은 구조로 형성된다. 승강프레임(216)의 상단에는 유니버셜 조인트(217)가 구비된다. 유니버셜 조인트(217)는 트래드밀부(100)의 저면에 연결된다. 승강프레임(216)의 양쪽 끝단 부위는 양측 연결부재(215)에 연결된다. 승강프레임(216)은 본체(211)의 상면과 양측면을 감싸는 형태로 설치된다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치의 작용을 설명한다.
도 10과 같이 3개로 구성되는 다축구동장치(210)의 작동에 의해 트래드밀부(100)이 종방향으로 기울어지게 하거나 또는 횡방향으로 기울어지게 할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 3개로 구성되는 다축구동장치(210)들 중 정면에 위치하는 다축구동장치(210)의 작동을 통해 트래드밀부(100)가 종방향으로 기울어지게 할 수 있다. 구체적으로 정면 다축구동장치(210)에 구비되는 동력발생장치(212)가 구동하면 정면 다축구동장치(210)의 좌우 양측의 동력발생장치 축(213)이 회전한다. 동력발생장치 축(213)이 회전함에 따라 이와 연결된 링크(214) 하단이 상향으로 회전하고 동시에 승강프레임(216)이 상승한다. 이에 트래드밀부(100)는 전방이 상승되어 종방향으로 기울어지게 된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 3개로 구성되는 다축구동장치(210)들 중 좌측 또는 우측에 위치하는 다축구동장치(210)의 작동을 통해 트래드밀부(100)가 횡방향으로 기울어지게 할 수 있다. 구체적으로 좌측 또는 우측 다축구동장치(210)에 구비되는 동력발생장치(212)가 구동하면 좌측 또는 우측 다축구동장치(210)의 좌우 양측의 동력발생장치 축(213)이 회전한다. 동력발생장치 축(213)이 회전함에 따라 이와 연결된 링크(214) 하단이 상향으로 회전하고 동시에 승강프레임(216)이 상승한다. 이에 트래드밀부(100)는 좌측 또는 우측이 상승되어 횡방향으로 기울어지게 된다.
도 13에서 도 14와 같이 트래드밀부(100)를 수직 상승시킬 수도 있다. 구체적으로 3개로 구성되는 다축구동장치(210)들 모두가 동시에 작동하면 트래드밀부(100)는 수평상태로 수직 상승한다. 즉, 3개의 다축구동장치(210)에 구비되는 동력발생장치(212)가 동시에 구동하면 각 다축구동장치(210)의 좌우 양측에 마련된 동력발생장치 축(213)이 회전한다. 동력발생장치 축(213)이 회전함에 따라 이와 연결된 링크(214) 하단이 상향으로 회전하고 동시에 승강프레임(216)이 상승한다. 3개의 다축구동장치(210)에 구비되는 승강프레임(216)이 동시에 상승함에 따라 트래드밀부(100)는 도 13에서 도 14와 같이 수평상태로 수직 상승하게 된다.
한편, 좌, 우측 트래드밀(110, 120)의 러닝머신 벨트 속도를 조절함으로써 착용형 근력증강로봇을 착용한 실험자 좌, 우측 발이 지면에 닿는 환경을 모사할 수 있다.
살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치는, 다축구동부를 이용하여 트래드밀의 종경사와 횡경사를 생성함으로써, 실제 보행 환경을 모사할 수 있다. 또한, 3개로 구성되는 다축구동장치에 구비되는 모터의 회전 각도에 의해 상단 트래드밀부의 종경사와 횡경사를 다양하게 생성할 수 있다. 또한, 미리 측정한 실제 야외 보행시 획득한 실험자의 발바닥면의 각도와 속도 데이터를 다축구동장치에 동기화시킴으로써 개발이나 시험평가 시 외부 보행 환경을 모사할 수 있다. 또한, 트래드밀부에 구비되는 지면반력측정장치를 이용하여 다양한 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 착용형 근력증강로봇의 개발에 있어 시간과 비용을 단축시킬 수 있고 시험평가 시 신뢰성을 높일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100:트래드밀부 110:좌측 트레드밀
120:우측 트래드밀 130:지면반력측정장치
200:다축구동부 210:다축구동장치
211:본체 212:동력발생장치
213:동력발생장치 축 214:링크
215:연결부재 216:승강프레임
217:유니버셜 조인트 218:감속기
220:연결프레임 300:베이스프레임

Claims (10)

  1. 트래드밀부; 및 상기 트래드밀부 하부에 배치되면서 트래드밀부와 연결되는 다축구동부; 를 포함하며,
    상기 다축구동부는 중심을 향하여 서로 마주보도록 설치되는 것으로서, 각기 개별작동이 가능한 적어도 3개 이상의 다축구동장치들의 조합으로 이루어지고,
    상기 다축구동장치는 동력발생장치가 구비되는 본체; 상기 동력발생장치를 중심으로 본체의 양측면으로 노출되는 동력발생장치 축; 상부가 상기 동력발생장치 축에 연결되는 링크; 상기 링크의 하부에 연결되는 연결부재; 및 상단에 트래드밀부와 연결되는 유니버셜 조인트가 구비되고, 양단이 상기 양측 연결부재에 연결되는 승강프레임; 을 포함하는 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 트래드밀부는,
    좌측 트레드밀; 및
    상기 좌측 트레드밀에 대향하여 우측에 배치되는 우측 트래드밀;
    을 포함하는 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 좌측 트레드밀과 우측 트레드밀은,
    지면반력측정장치를 포함하는 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다축구동장치들은,
    베이스프레임 위에 설치되는 것을 특징으로 하는 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 다축구동부는,
    3개의 다축구동장치들의 조합으로 이루어지며 서로 마주보도록 120도 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 동력발생장치는,
    모터인 것을 특징으로 하는 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 승강프레임은,
    상기 본체의 상면과 양측면을 감싸는 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 다축구동장치들의 본체 상면은,
    연결프레임에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 동력발생장치는,
    감속기와 연결되는 것을 특징으로 하는 착용형 근력증강로봇의 기동시험장치.
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