KR101864506B1 - 착용형 손 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 착용형 손 로봇에 관한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 착용형 손 로봇은, 사용자의 손가락에 장착되어 와이어를 통해 전달되는 외력에 의해 사용자의 손가락을 구부릴 수 있고, 본체를 포함하며, 상기 본체는, 검지 및 중지에 끼워지는 핑거 캡과, 상기 핑거 캡으로부터 연장되고 가요성(flexible)을 가지는 암 스트랩(arm strap)과, 상기 암 스트랩으로부터 연장되는 손등지지부와 손바닥지지부와, 상기 손등지지부와 상기 손바닥지지부를 사용자의 손등과 손바닥에 각각 위치하도록 고정하는 체결부를 구비하는 손 지지부재와, 상기 손등지지부와 상기 손바닥지지부에 각각 연결되고, 손목 둘레에 고정되는 텐던 고정용 지지부(tendon anchoring support)를 포함한다.

Description

착용형 손 로봇{Wearable Type Hand Robot}

본 발명은 착용형 손 로봇에 관한 것이다.

신체의 골격은 남아 있으나 마비와 같은 신경 장애로 인해 신체의 일부를 움직이지 못하는 사람들을 돕기 위하여 입는 형태의 로봇(wearable type robot)이 다수 개발되었다.

특히 손가락을 움직이지 못하는 사람들을 돕기 위하여 장갑처럼 손에 끼워서 착용하는 형태의 착용형 손 로봇이 개발되고 있다.

종래의 장갑 형태의 입는 로봇은 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. 이와 같이 손가락의 움직이는 부분에 구동부 또는 센서가 설치되면 착용형 손 로봇의 부피가 매우 커지고 무게도 무거워 진다. 이와 같은 복잡한 구조로 인해 제작 비용도 매우 높아지는 문제가 있다. 또한, 복잡한 구조와 큰 부피로 인해 사용자가 착용하기도 불편하고 사용하기도 매우 불편한 문제점이 있다.

또한, 종래의 착용형 손 로봇은 섬유재질로 형성되어 와이어가 당겨질 때 손가락을 경유하는 와이어가 손의 피부에 파고들어 고통을 발생시킬 수 있고, 와이어가 피부에 닿아 구동시 부상의 위험이 있었다.

또한, 종래의 착용형 손 로봇은 섬유재질로 형성되므로 사용자의 땀이나 오물에 의해 오염되기 쉬워 자주 세탁해야 하는 문제점이 있으며 건조하는 동안에는 착용형 손 로봇을 사용자가 사용할 수 없는 문제점이 있다. 그리고 세탁이 용이 하지 않고 완전한 방수가 불가하여 청결에 문제가 있었다.

또한, 종래의 착용형 손 로봇은 사용자의 손 또는 손가락의 사이즈에 맞춰 제작해야 하므로 그 생산성이 떨어져 제품의 생산단가를 높여 가격 경쟁력을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

또한, 기존의 손목 고정부는 단단한 물질로 제작이 되어 구동시 손목 특정 부분에 강한 힘을 인가하여 욕창 등 부상의 위험이 있다.

또한, 기존 로봇의 스트랩은 별도의 부품으로 제작되어 조립되는 방식으로 제작되었다. 손으로 조립을 하는 방식으로 제작되어 일관성 있는 제조가 불가능한 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-1263933호(발명의 명칭: 장갑형 입는 로봇)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구동부에 의해 당겨지거나 풀어지는 와이어에 의해 사용자의 손에 상처가 발생하는 것을 방지하고, 사용자의 손 크기에 맞춰 장착이 가능하며, 세척 및 건조가 용이한 착용형 손 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 착용형 손 로봇은, 사용자의 손가락에 장착되어 와이어를 통해 전달되는 외력에 의해 사용자의 손가락을 구부릴 수 있고, 본체를 포함하며, 상기 본체는, 검지 및 중지에 끼워지는 핑거 캡과, 상기 핑거 캡으로부터 연장되고 가요성(flexible)을 가지는 암 스트랩(arm strap)과, 상기 암 스트랩으로부터 연장되는 손등지지부와 손바닥지지부와, 상기 손등지지부와 상기 손바닥지지부를 사용자의 손등과 손바닥에 각각 위치하도록 고정하는 체결부를 구비하는 손 지지부재와, 상기 손등지지부와 상기 손바닥지지부에 각각 연결되고, 손목 둘레에 고정되는 텐던 고정용 지지부(tendon anchoring support)를 포함한다.

또한, 상기 본체와는 별도로 구비되고, 외전(abduction) 동작 생성을 위해 엄지 지지부재를 더 포함한다.

또한, 상기 엄지 지지부재는 열가소성 플라스틱에 폴리머 코팅 되어 있으며, 엄지를 감싸는 엄지접촉부와, 상기 텐던 고정용 지지부에 탈착 가능한 스트랩을 구비한다.

또한, 상기 암 스트랩은 그 단면이 U자형으로 형성된 복수 개의 단위 스트랩으로 구성되고, 이들 단위 스트랩은 가요성 소재로 연결되어 있다.

또한, 상기 착용형 손 로봇은 상기 검지의 끝부분을 향해 연장되다가 상기 검지를 감싼 후 상기 검지의 뿌리 방향으로 연장되는 제1 와이어와, 상기 중지의 끝부분을 향해 연장되다가 상기 중지를 감싼 후 상기 중지의 뿌리 방향으로 연장되는 제2 와이어와, 상기 검지의 끝부분을 향해 연장되다가 상기 검지를 감싼 후 상기 검지의 뿌리 방향으로 연장되고, 방향을 전환하여 다시 상기 중지의 끝부분을 향해 연장되다가 상기 중지의 뿌리 방향으로 연장되는 제3 와이어를 더 포함한다.

또한, 상기 제1 와이어는 상기 텐던 고정용 지지부의 제1 튜브, 상기 손등지지부의 제1 튜브, 상기 암 스트랩의 제1 튜브를 차례로 통과하면서 연장된 후 상기 핑거 캡의 검지의 지문부를 감싼 후 상기 암 스트랩의 제1 튜브, 상기 손등지지부의 제1 튜브, 상기 텐던 고정용 지지부의 제1 튜브를 차례로 통과하면서 연장된다.

또한, 상기 제2 와이어는 상기 텐던 고정용 지지부의 제2 튜브, 상기 손등지지부의 제2 튜브, 상기 암 스트랩의 제2 튜브를 차례로 통과하면서 연장된 후 상기 핑거 캡의 검지의 지문부를 감싼 후 상기 암 스트랩의 제2 튜브, 상기 손등지지부의 제2 튜브, 상기 텐던 고정용 지지부의 제2 튜브를 차례로 통과하면서 연장된다.

또한, 상기 제3 와이어는 상기 텐던 고정용 지지부의 제3 튜브, 상기 손바닥지지부의 제11 튜브, 검지용 상기 암 스트랩의 일측에 형성된 제7 튜브를 차례로 통과하여 연장된 후 상기 핑거 캡의 검지의 손톱부를 감싼 후, 검지용 상기 암 스트랩의 타측에 형성된 제8 튜브, 상기 손바닥지지부의 제12 튜브, 상기 텐던 고정용 지지부의 제4 튜브를 차례로 통과하여 연장된 후 방향을 전환하여 상기 텐던 고정용 지지부의 제5 튜브, 상기 손바닥지지부의 제13 튜브, 중지용 상기 암 스트랩의 일측에 형성된 제9 튜브를 차례로 통과하여 연장된 후 중지용 상기 핑거 캡의 중지의 손톱부를 감싼 후, 중지용 상기 암 스트랩의 타측에 형성된 제10 튜브, 상기 손바닥지지부의 제13 튜브, 상기 텐던 고정용 지지부의 제6 튜브를 차례로 통과하여 연장한다.

또한, 상기 체결부는 사용자의 손을 감은 후 상기 손등지지부에 자성 결합된다.

또한, 상기 손등지지부에는 자석이 배치되고, 사용자의 손 크기에 맞게 상기 손등지지부의 자석에 자성 결합될 수 있는 하나 이상의 자석이 상기 체결부의 일단에 구비된다.

또한, 상기 엄지 지지부재는 사용자의 손에 착용시, 상기 스트랩은 상기 엄지접촉부을 감싸면서 상기 텐던 고정용 지지부에 고정될 수 있다.

또한, 상기 스트랩에는 복수 개의 구멍이 서로 이격되게 형성되어 있고, 상기 텐던 고정용 지지부에서 상기 손등지지부와 상기 손바닥지지부 사이에 위치하는 부분에는 상기 복수 개의 구멍에 선택적으로 끼워질 수 있는 하나 이상의 돌기부가 형성된다.

또한, 상기 제3 와이어는 테플론 튜브(teflon tube)로 감싸져 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 암 스트랩으로 인해, 사용자의 손에 따른 DIP 조인트(distal interphalangeal joint)와 PIP 조인트(proximal interphalangeal joint)의 위치에 큰 상관없이, 동일한 착용형 손 로봇으로도 다양한 사람의 손에 적용 가능하다.

또한, 본 발명의 손 지지부재에 의할 경우 간단히 탈,부착 가능한 방식이 되었기 때문에 장애인 혼자서도 쉽게 착용할 수 있다.

또한, 본 발명의 텐던 고정용 지지부는 폴리머 재질로 구성되어 손목 주위를 부드럽게 감싸 고정 시킬 수 있게 되며 손에 부가되는 하중을 온전히 고르게 분산시킬 수 있는 강점이 있다. 그리고 원활하게 사용자의 손목 길이에 맞게 텐던 고정용 지지부의 둘레를 조절할 수 있게 되었고, 그로 인해서 착용감뿐만 아니라 텐던 고정용 지지부가 더 잘 고정이 될 수 있게 되었다. 또한, 압력 분산 효과를 얻을 수 있어 부상 방지에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명의 엄지 지지부재(200)는 패시브 방식(passive thumb)을 띠고 있으며 열을 가할 경우 원하는 모양으로 자유로운 성형이 가능해서 다양한 사람들에게 적용할 수 있다. 그리고 물체를 잡기 적합한 모양(abduction 모션 생성)으로 엄지가 고정이 되어서 물체를 원활히 잡을 수 있으며, 엄지 지지부재를 본체와 별개의 파트로 구성하고, 본체에는 검지와 중지만 들어가게 함으로써, 손 로봇의 구동부의 구조가 단순화 될 수 있다. 또한, 본 발명의 엄지 지지부재는 폴리머, 천 등으로 제작될 수 있으며, 형태에 이에 한정되지 않고 다른 형태로도 제작될 수 있다.

또한, 제3 와이어는 이중 테플론 튜브(double tubing) 방식을 사용하여 피부와 테플론 간에 직접적인 접촉이 없어짐에 따라서 강한 장력이 걸린 와이어로 인해 피부가 쓸리거나 상처를 입는 경우를 사전에 방지할 수 있다.

이 외에도, 후술하는 본 발명의 실시예에 상세히 설명된 바와 같이 다양한 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 착용형 손 로봇의 주요 구성을 나타내는 도면이다(손등 방향).
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 착용형 손 로봇의 주요 구성을 나타내는 도면이다(손바닥 방향).
도 3은 도 1의 엄지 지지부재를 나타낸다.
도 4는 도 1의 검지의 암 스트랩을 측면에서 바라본 도면이다.
도 5는 도 1의 착용형 손 로봇을 사용자의 손에 장착하는 모습을 나타내는 것으로서, 핑거 캡을 손가락 끝에 끼우는 모습을 나타낸다.
도 6은 도 1의 착용형 손 로봇을 사용자의 손에 장착하는 모습을 나타내는 것으로서, 핑거 캡을 손가락 끝에 끼워진 상태를 나타낸다.
도 7은 도 1의 착용형 손 로봇을 사용자의 손에 장착하는 모습을 나타내는 것으로서, 체결부의 자석을 손등지지부의 자석에 자성 결합하기 전의 모습을 나타낸다.
도 8 및 도 9는 도 1의 착용형 손 로봇을 사용자의 손에 장착하는 모습을 나타내는 것으로서, 엄지 지지부재를 사용자의 엄지에 끼운 후 스트랩을 텐던 고정용 지지부에 고정하는 모습을 나타낸다.
도 10은 도 1의 착용형 손 로봇을 사용자의 손에 장착 완료한 모습을 나타낸다.
도 11은 엄지 지지부재가 착용되지 않은 상태에서 엄지의 물체를 잡는 동작을 보여주고(좌측), 엄지 지지부재가 착용된 상태에서 엄지의 물체를 잡는 개선된 동작을 보여준다(우측).
도 12는 도 1의 착용형 손 로봇에서 제3 와이어가 테플론 튜브로 감싸져 있으므로 인한 안정성 증대 효과를 보여준다.
도 13은 도 1의 착용형 손 로봇의 구동부가 작동한 상태의 한 모습을 보여준다.

이하에서는 본 발명의 한 실시예에 따른 착용형 손 로봇(이하, '착용형 손 로봇'이라 함)에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에 설명되는 실시예로 한정되지 않는다.

도 1에 도시된 바와 같이, 착용형 손 로봇은 사용자의 손가락에 장착되어 와이어(5,6,7)를 통해 전달되는 외력에 의해 사용자의 손가락을 구부릴 수 있고, 본체(100)를 포함한다.

본체(100)는, 핑거 캡(finger cap)(1), 암 스트랩(flexion moment arm strap)(2), 손 지지부재(3), 텐던 고정용 지지부(tendon anchoring support)(4)를 구비한다. 본체(100) 및 후술하는 엄지 지지부재(200)는 예시적으로, 폴리머 소재로 제작될 수 있다.

구체적으로, 핑거 캡(1)은 검지 및 중지에 각각 끼워진다. 본 실시예에서는 검지 및 중지에 끼워지는 것으로 예시적으로 설명하고 있으나, 필요에 따라서는 나머지 손가락에도 추가적으로 끼워질 수 있을 것이다.

암 스트랩(2)은 핑거 캡(1)으로부터 연장되고 손가락을 구부리거나 펼 때 이에 따라 움직일 수 있도록 가요성(flexibilitye)를 가진다. 도 3 및 도 4 등에 도시된 바와 같이, 암 스트랩(2)은 그 단면이 U자형으로 형성된 복수 개의 단위 스트랩(21)으로 구성되고, 이들 단위 스트랩(21)은 가요성 소재로 서로 연결되어 있다.

이러한 구성을 가진 암 스트랩(2)으로 인해, 사용자의 손에 따른 DIP 조인트(distal interphalangeal joint)와 PIP 조인트(proximal interphalangeal joint) 의 위치에 큰 상관 없이, 동일한 착용형 손 로봇으로도 다양한 사람의 손에 적용 가능하다. 또한, 복수 개의 단위 스트랩(21) 구성을 통하여, 손가락을 구부리거나 펼 때 더욱 자연스러운 움직임이 가능하고 힘의 분산이 이루어져 각각의 단위 스트랩(21)이 힘을 덜 받게 되어서 덜 찢어지게 된다.

손 지지부재(3)는 암 스트랩(2)으로부터 연장되는 손등지지부(31)과, 손바닥지지부(32)와, 손등지지부(31)와 손바닥지지부(32)를 사용자의 손등과 손바닥에 각각 위치하도록 고정하는 체결부(33)를 구비한다.

여기서, 체결부(33)는 손등지지부(31)와 손바닥지지부(32)를 연결하고 손바닥지지부(32)로 일측으로부터 소정의 길이만큼 연장되게 형성되어 있다. 그리고 체결부(33)는 끈 모양으로 형성되어 있고, 사용자의 손을 감은 후, 손등지지부(31)에 자성 결합될 수 있다. 이를 위하여, 손등지지부(31)에는 자석(313)이 배치되고, 사용자의 손 크기에 맞게 손등지지부(31)의 자석(313)에 자성 결합될 수 있는 하나 이상의 자석(331)이 체결부(33)의 일단에 구비된다. 본 실시예에서는 2개의 자석(331)이 체결부(33)의 일단에 배치된 형상이 예시되어 있다.

이와 같이, 손 지지부재(3)는 자석을 이용해서 간단히 탈,부착이 가능하다. 즉 착용 시에는 자석을 이용해서 적절한 길이로 부착시켜서 고정하고, 벗을 때는 자석 부분을 떼어서 오픈 루프(open loop)로 만들어서 벗으면 된다. 또한, 착용이 간편한데, 예컨대 손 지지부재가 하나의 동그란 원형으로 이루어진 경우, 그 안에 손을 밀어 넣어야 하기 때문에 장애인이 혼자서 착용이 힘들다. 그러나 본 실시예의 손 지지부재(3)에 의할 경우 간단히 탈,부착 가능한 방식이 되었기 때문에 장애인 혼자서도 쉽게 착용이 가능하다.

또한, 손 지지부재(3)의 둘레 길이 조절이 가능하다. 본 실시예에서는 자석이 두 단계로 걸쳐서 있기 때문에 필요에 따라, 손 크기에 따라서 손 지지부재(3)의 둘레 길이 조정이 가능해졌다. 물론, 추가로 자석을 더 장착할 경우, 두 단계가 아닌 더 많은 단계로도 활용 가능할 것이다. 물론, 자성 결합 외 다른 결합 수단을 사용하는 것도 가능하다.

텐던 고정용 지지부(4)는 손등지지부(31)와 손바닥지지부(32)를 서로 연결하고 손등지지부(31) 및 손바닥지지부(32)의 일측으로부터 각각 소정의 길이만큼 연장되며, 사용자의 손에 장착 시 손목 둘레에 고정된다. 본 실시예에서는 텐던 고정용 지지부(4)는 벨트 형상으로 되어 있는데, 구체적으로 손등지지부(31)로부터 돌출되어 있는 부위에는 고리부가 형성되고, 손바닥지지부(32)로부터 연장되어 있는 부위에는 고리부가 삽입되는 복수 개의 구멍이 뚫려 있어, 사용자의 손목 굵기에 맞게 조절 가능하다. 본 실시예에서는 예시적으로 2개의 텐던 고정용 지지부(4)가 소경의 간격으로 이격되게 장착되어 있다.

텐던 고정용 지지부(4)는 나머지 파트와 마찬가지로 폴리머(polymer) 재질로 구성될 수 있다.

이러한 구성을 가진 텐던 고정용 지지부(4)는 착용형 손 로봇을 구동하는 동안 손에 잘 고정되도록 하기 위한 역할이며, 이에 따라 힘이 손목에 전달이 많이 된다. 그런데 기존에 사용하던 딱딱한 지지부는 고정된 부분 중 일부만이 손과 닿아 특정 부위에 힘이 많이 전달되는 문제점이 있었고, 따라서 사용자에게 욕창이나 피부 쓸림 등 부상의 위험이 있었다. 하지만, 본 발명의 텐던 고정용 지지부(4)는 폴리머 재질로 구성되어 손목 주위를 부드럽게 감싸 고정 시킬 수 있게 되며 손에 부가되는 하중을 온전히 고르게 분산시킬 수 있는 강점이 있다.

또한, 사용자가 딱딱한 것을 직접 착용함으로 인해 발생하는 불편함(촉감이 불편하거나 딱딱한 부분이 살을 쓸어서 다치거나 등등)이 폴리머로 변경이 되면서 사라지게 되었다. 또한, 원활하게 사용자의 손목 길이에 맞게 텐던 고정용 지지부의 둘레를 조절할 수 있게 되었고, 그로 인해서 착용감뿐만 아니라 텐던 고정용 지지부가 더 잘 고정이 될 수 있게 되었다. 또한, 기존의 벨크로를 사용함으로 인해 발생하는 문제점(시간이 지나면 벨크로의 접착력이 약해지는 문제, 옷이 벨크로에 엉켜 들어가는 문제, 청결 문제 등)이 해결될 수 있다.

이와 같이, 후술하는 엄지 지지부재(200) 구성을 통하여, 엄지의 경우 구동되지 않고 패시브 방식(passive)으로 구성되고, 본체(100) 중 핑거 캡(1)만 제외하고 나머지 구성요소들은 하나의 파트(일체)로 모두 연결되어 있다. 이를 통하여, 제작이 간편하게 되며, 여러 개의 폴리머 몰드(polymer mold)를 만들어서 일일이 부은 후에 다시 조립을 거치는 과정이 없이, 하나의 폴리머 몰드에 부어서 만들 수 있게 되어서 제작이 간편하고 시간 역시 적게 걸린다. 또한, 하나의 파트로 되면서 로봇 자체가 더 견실해졌다. 즉, 여러 파트들을 추가적으로 덧붙이게 되면 접착 부분이 견실성이 떨어지게 되는데, 하나의 파트로 완성함으로써 착용 부분의 견실성이 전체적으로 올라갔다.

한편, 착용형 손 로봇은 도 3에 도시된 바와 같이, 본체(100)와는 별도로 구비되는 엄지 지지부재(200)를 더 포함한다. 즉, 엄지 지지부재(200)는 본체(100)와는 별도의 파트로 구비된다.

여기서, 엄지 지지부재(200)는 열가소성(thermo plastic) 플라스틱에 폴리머 코팅 되어 있으며, 엄지를 감싸는 엄지접촉부(201)와, 텐던 고정용 지지부(4)에 탈착 가능한 스트랩(202)를 구비한다.

즉, 본 실시예에서, 엄지 지지부재(200)는 물체를 잡기에 적합한 방식으로 엄지를 고정해 주는 방식을 취했다. 폴리머 안에 열가소성 플라스틱(thermo-plastic)을 넣어서 패시브 엄지(passive thumb)을 제작하였다. 열을 가하면 모양이 자유롭게 변할 수 있고 원하는 모양을 만들고 식힐 경우 그 모양으로 고정이 되어서 엄지를 원하는 모양으로 지지해주는 역할을 할 수 있다. 또한, 다시 열을 가할 경우 원하는 모양으로 자유로운 성형이 가능해서 다양한 사람들에게 적용할 수 있다.

또한, 스트랩(202)에는 복수 개의 구멍(2021)이 형성되고 있고, 텐던 고정용 지지부(4)의 손등지지부(31)와 상기 손바닥지지부(32) 사이에 위치하는 부분에는 엄지 지지부재(200)의 복수 개의 구멍(2021)에 선택적으로 끼워질 수 있는 하나 이상의 돌기부(47)가 형성되어 있다. 본 실시예에서는 예시적으로 2개의 돌기부(47)가 구비되어 있다.

이러한 구성을 가진 엄지 지지부재(200)는 다음과 같은 효과가 있다.

물체를 집기가 이전보다 수월해졌다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 물체를 잡기 적합한 모양(abduction 동작 생성)으로 엄지가 고정이 되어서 물체를 원활히 잡을 수 있다.

또한, 장갑이 간편해졌다. 즉, 엄지 지지부재(200)를 본체(100)와 별개의 파트로 구성하고, 본체에는 검지와 중지만 들어가게 함으로써, 손 로봇의 구동부(미도시)의 구조를 단순화할 수 있고, 본체의 디자인이 세련되게 훨씬 간편하게 되었다.

또한, 본 실시예의 엄지 지지부재(200)는 반복 사용 및 변형이 가능하다. 즉, 기존의 열가소성 플라스틱의 경우 한 번 열을 가해서 모양을 변형하면 늘어났던 부분은 영구변형(plastic deformation)이 생겨 다시 원상태로 돌아오지 못한다. 그러나 열가소성 플라스틱에 얇게 폴리머를 코팅함으로써 영구변형이 일어나는 것을 막고, 열을 가하면 다시 원래 상태로 돌아올 수 있다. 추가로 여러 번 변형도 가능하게 되어서 일회용이 아닌 다양한 사람들에게 반복적으로 사용 가능하다. 여러 번 사용하는 것은 병원과 같이 많은 사람이 사용해야 하는 환경에서 중요하며 또한 개인이 사용하여도 시간이 지남에 따라 손에 다시 맞출 필요가 있을 때 유용하다.

한편, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 착용형 손 로봇은 제1 와이어(5), 제2 와이어(6), 제3 와이어(7)를 구비한다.

제1 와이어(5)는 검지의 끝부분을 향해 연장되다가 검지를 감싼 후 검지의 뿌리 방향으로 연장된다. 제1 와이어(5)는 검지를 펴주는 일명, 폄 와이어(extension wire)에 해당한다.

구체적으로, 제1 와이어(5)는 텐던 고정용 지지부(4)의 제1 튜브(41), 손등지지부(31)의 제1 튜브(311), 암 스트랩(2)의 제1 튜브(21)를 차례로 통과하면서 연장된 후 핑거 캡(1)의 검지의 지문부를 감싼 후 방향을 전환하여 암 스트랩(2)의 제1 튜브(21), 손등지지부(31)의 제1 튜브(311), 텐던 고정용 지지부(4)의 제1 튜브(41)를 차례로 통과하면서 연장된다.

제2 와이어(6)는 중지의 끝부분을 향해 연장되다가 중지를 감싼 후 중지의 뿌리 방향으로 연장된다. 제2 와이어(6)는 중지를 펴주는 폄 와이어(extension wire)에 해당한다.

구체적으로, 제2 와이어(6)는 텐던 고정용 지지부(4)의 제2 튜브(42), 손등지지부(31)의 제2 튜브(312), 암 스트랩(2)의 제2 튜브(22)를 차례로 통과하면서 연장된 후 핑거 캡(1)의 중지의 지문부를 감싼 후 방향을 전환하여 암 스트랩(2)의 제2 튜브(22), 손등지지부(31)의 제2 튜브(312), 텐던 고정용 지지부(4)의 제2 튜브(42)를 차례로 통과하면서 연장된다.

제3 와이어(7)는 검지의 끝부분을 향해 연장되다가 검지를 감싼 후 검지의 뿌리 방향으로 연장되고, 방향을 전환하여 다시 중지의 끝부분을 향해 연장되다가 중지의 뿌리 방향으로 연장된다. 제3 와이어(7)는 검지, 중지를 굽혀주는 굽힘 와이어(flexion wire)에 해당한다.

구체적으로, 제3 와이어(7)는 텐던 고정용 지지부(4)의 제3 튜브(46), 손바닥지지부(32)의 제11 튜브(321), 검지용 암 스트랩(2)의 일측에 형성된 제7 튜브(23)를 차례로 통과하여 연장된 후 핑거 캡(1)의 검지의 손톱부를 감싼 후, 검지용 상기 암 스트랩(2)의 타측에 형성된 제8 튜브(24), 손바닥지지부(32)의 제12 튜브(322), 텐던 고정용 지지부(4)의 제4 튜브(45)를 차례로 통과하여 연장된 후 방향을 전환하여 텐던 고정용 지지부(4)의 제5 튜브(44), 손바닥지지부(32)의 제13 튜브(323), 중지용 암 스트랩(2)의 일측에 형성된 제9 튜브(25)를 차례로 통과하여 연장된 후 중지용 핑거 캡(1)의 중지의 손톱부를 감싼 후, 중지용 암 스트랩(2)의 타측에 형성된 제10 튜브(26), 손바닥지지부(32)의 제13 튜브(324), 텐던 고정용 지지부(4)의 제6 튜브(43)를 차례로 통과하여 연장한다.

한편, 상술된 각 구성요소의 튜브는 와이어가 지나갈 수 있는 통로를 의미한다. 이를 위해, 각 구성요소에 별도의 튜브가 삽입될 수도 있고, 단순히 홀이 형성되어 있을 수도 있으며, 튜브는 이러한 2가지 경우를 모두 포함하는 의미로 본 실시예에서는 사용된다.

여기서, 제3 와이어(7)는 테플론 튜브(teflon tube)로 감싸져 있다. 즉, 제3 와이어를 일단 얇은 테플론 튜브로 감싼 뒤, 더욱 큰 테플론 튜브를 사용하여 감싸는 방식, 일명 이중 튜브(double tubing) 방식을 사용하였다.

이를 통하여, 피부와 테플론 간에 직접적인 접촉이 없어짐에 따라서 강한 장력이 걸린 와이어로 인해 생길 수 있는 문제가 사라졌다. 즉, 강한 장력이 걸린 와이어와 피부와의 직접적인 접촉으로 인해서 피부가 쓸리거나 상처를 입는 경우가 발생할 수 있으나, 본 실시예에서는 이중 튜브를 통해 이러한 문제를 사전에 방지하였다.

물론, 이러한 구성은 제3 와이어뿐만 아니라, 제1,2 와이어에도 적용될 수 있으며, 로봇에서 사람 피부에 직접적으로 와이어가 닿는 경우를 완전히 차단하여 부상의 위험을 미연에 방지할 수 있다.

이하에서는 도 5 내지 도 10를 참조하여 상술한 바와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 착용형 손 로봇의 작용에 대해 설명한다.

먼저, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 핑거 캡(1)이 사용자의 검지 및 중지에 끼워진다. 그리고 암 스트랩(2)은 핑거 캡(1)이 끼워진 손가락의 마디를 제외한 나머지 마디에 끼워진다. 이때 암 스트랩(2)은 사용자의 손가락의 길이에 따라 늘어나거나 줄어들며 사용자의 손가락에 맞춰진다.

손 지지부재(3)의 손등지지부(31)는 손등에 배치하고 손바닥지지부(32)는 손바닥에 배치한 다음, 텐던 고정용 지지부(4)를 이용해 사용자의 손 크기에 맞춰 길이를 조절해 손목 둘레에 고정한다. 구체적으로는 사용자의 손 크기에 맞게 손바닥지지부(32)로부터 연장되어 있는 부위에 형성된 복수 개의 구멍에 손등지지부(31)로부터 돌출되어 있는 고리부를 끼워 고정하면 된다.

다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 손 지지부재(3)의 체결부(33)를 사용자의 손 크기에 맞게 손을 감싼 후, 손등지지부(31)의 자석(313)에 자성 결합시켜 고정한다.

다음, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 엄지 지지부재(200)의 엄지접촉부(201)를 엄지에 끼우고, 엄지 지지부재(200)의 스트랩(202)이 엄지접촉부(201)를 한 번 감싸도록 한 후 텐던 고정용 지지부(4)에 고정한다. 이를 위해 엄지 지지부재의 스트랩(202)에는 복수 개의 구멍이 소정 간격으로 형성되고, 텐던 고정용 지지부(4)에는 이들 구멍에 선택적으로 끼워 고정될 수 있는 돌기부(47)가 형성되어 있음은 상술한 바 있다.

물론, 착용형 손 로봇을 사용자의 손에 장착하는 과정은 사용자에 따라 그 순서가 변경 가능하다.

한편, 제1 와이어(5), 제2 와이어(6), 제3 와이어(7)는 이미 설명한 방식대로 착용형 손 로봇의 각 부분을 경유하도록 설치된 상태이다.

착용형 손 로봇이 사용자의 손에 장착 완료된 상태에서 구동부(엑추에이터, 미도시)가 작동하기 전에는 제1 와이어(5), 제2 와이어(6), 제3 와이어(7)가 모두 장력이 가해지지 않은 상태이다.

이와 같은 상태에서 사용자가 잡고자 하는 물체에 인접하게 손가락을 위치시킨다.

다음, 구동부를 작동시켜 제3 와이어(7)를 잡아당겨 검지와 중지를 물체를 향해 구부린다. 이때 제3 와이어(7)는 검지와 중지를 순차적으로 경유하므로 제3 와이어(7)가 당겨지면 검지와 중지를 선택적으로 먼저 물체를 향해 구부러지게 할 수 있다. 예를 들면, 도 1 기준으로 제일 우측에 있는 제3 와이어(7;71)를 잡아당기면 검지가 먼저 구부러지게 되고 이때 검지가 물체에 접촉되면 검지는 더 이상 구부러지지 않고 중지가 물체를 향해 구부러지게 된다. 반대로, 도 1 기준으로 제일 좌측에 있는 제3 와이어(7;72)를 잡아당기면 중지가 먼저 구부러지게 되고 이때 중지가 물체에 접촉되면 중지는 더 이상 구부러지지 않고 검지가 물체를 향해 구부러지게 된다.

제3 와이어(7)에 의해 손가락이 구부려지면 암 스트랩(2)은 손가락의 관절을 따라 함께 구부려지면서 신장되며 사용자의 손가락에 접촉한 상태를 유지한다. 상술한 과정을 통해 사용자의 엄지와 검지 및 중지가 물체를 잡을 수 있게 된다. 이때, 구동부는 제1 와이어(5) 및 제2 와이어(6)에 의해 제3 와이어(7)의 구동에 간섭이 발생하지 않도록 제3 와이어(7)가 당겨지는 만큼 이에 연동하여 제1 와이어(5) 및 제2 와이어(6)를 적절하게 풀어준다.

반대로, 손가락을 펴줄 때에는 구동부를 작동시켜 당겨진 제3 와이어(7)를 풀어줌과 동시에 제1 와이어(5) 및 제2 와이어(6)를 당겨 구부러진 검지 및 중지를 각각 펴준다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 착용형 손 로봇은 제3 와이어(7)가 구동부에 의해 당겨지며 사용자의 손을 가압해 사용자의 피부에 파고들거나 마찰로 인해 찰과상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다(도 12 참조).

또한, 패시브 방식의 엄지 지지부재(200)를 활용하여, 더욱 향상된 물체 파지 효과(thumb abduction for better grasping)를 얻을 수 있다(도 11 참조)

또한, 탄성에 의해 신축 가능한 암 스트랩(2)은 사용자의 손가락 길이에 따라 신축 가능한 상태로 장착될 수 있으므로 사용자의 손가락 길이에 따라 암 스트랩(2)의 크기를 다양하게 생산할 필요가 없어 생산비용이 절감된다는 장점이 있다.

한편, 상술한 와이어의 배치는 이에 국한되지 않고 동일 기능을 수행하기 위해 다양한 방식으로 배치될 수 있을 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100...본체,
1...핑거 캡,
2...암 스트랩(arm strap), 21...단위 스트랩
3...손 지지부재,
31...손등지지부, 32...손바닥지지부
33...체결부,
4...텐던 고정용 지지부(tendon anchoring support)
200...엄지 지지부재,
201...엄지접촉부, 202...스트랩
5...제1 와이어,
6...제2 와이어,
7...제3 와이어,

Claims (12)

1. 사용자의 손가락에 장착되어 와이어를 통해 전달되는 외력에 의해 사용자의 손가락을 구부릴 수 있고, 본체를 포함하는 착용형 손 로봇으로서,
   상기 본체는,
   검지 및 중지에 끼워지는 핑거 캡;
   상기 핑거 캡으로부터 연장되고 가요성을 가지는 암 스트랩(arm strap);
   상기 암 스트랩으로부터 연장되는 손등지지부과, 손바닥지지부와, 상기 손등지지부와 상기 손바닥지지부를 사용자의 손등과 손바닥에 각각 위치하도록 고정하는 체결부를 구비하는 손 지지부재;
   상기 손등지지부와 상기 손바닥지지부에 각각 연결되고, 손목 둘레에 고정되는 텐던 고정용 지지부(tendon anchoring support);
   를 포함하며,
   상기 본체와는 별도로 구비되고, 외전(abduction) 동작 생성을 위해 엄지 지지부재를 더 포함하며,
   상기 엄지 지지부재는 열가소성 플라스틱에 폴리머 코팅 되어 있으며, 엄지를 감싸는 엄지접촉부와, 상기 텐던 고정용 지지부에 탈착 가능한 스트랩을 구비하는
   착용형 손 로봇.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 암 스트랩은 그 단면이 U자형으로 형성된 복수 개의 단위 스트랩으로 구성되고, 이들 단위 스트랩은 가요성 소재로 연결되어 있는 착용형 손 로봇.
4. 제1항에서,
   상기 착용형 손 로봇은
   상기 검지의 끝부분을 향해 연장되다가 상기 검지를 감싼 후 상기 검지의 뿌리 방향으로 연장되는 제1 와이어와,
   상기 중지의 끝부분을 향해 연장되다가 상기 중지를 감싼 후 상기 중지의 뿌리 방향으로 연장되는 제2 와이어와,
   상기 검지의 끝부분을 향해 연장되다가 상기 검지를 감싼 후 상기 검지의 뿌리 방향으로 연장되고, 방향을 전환하여 다시 상기 중지의 끝부분을 향해 연장되다가 상기 중지의 뿌리 방향으로 연장되는 제3 와이어
   를 더 포함하는
   착용형 손 로봇.
5. 제4항에서,
   상기 제1 와이어는 상기 텐던 고정용 지지부의 제1 튜브, 상기 손등지지부의 제1 튜브, 상기 암 스트랩의 제1 튜브를 차례로 통과하면서 연장된 후 상기 핑거 캡의 검지의 지문부를 감싼 후 상기 암 스트랩의 제1 튜브, 상기 손등지지부의 제1 튜브, 상기 텐던 고정용 지지부의 제1 튜브를 차례로 통과하면서 연장되는, 착용형 손 로봇.
6. 제4항에서,
   상기 제2 와이어는 상기 텐던 고정용 지지부의 제2 튜브, 상기 손등지지부의 제2 튜브, 상기 암 스트랩의 제2 튜브를 차례로 통과하면서 연장된 후 상기 핑거 캡의 검지의 지문부를 감싼 후 상기 암 스트랩의 제2 튜브, 상기 손등지지부의 제2 튜브, 상기 텐던 고정용 지지부의 제2 튜브를 차례로 통과하면서 연장되는, 착용형 손 로봇.
7. 제4항에서,
   상기 제3 와이어는 상기 텐던 고정용 지지부의 제3 튜브, 상기 손바닥지지부의 제11 튜브, 검지용 상기 암 스트랩의 일측에 형성된 제7 튜브를 차례로 통과하여 연장된 후 상기 핑거 캡의 검지의 손톱부를 감싼 후, 검지용 상기 암 스트랩의 타측에 형성된 제8 튜브, 상기 손바닥지지부의 제12 튜브, 상기 텐던 고정용 지지부의 제4 튜브를 차례로 통과하여 연장된 후 방향을 전환하여 상기 텐던 고정용 지지부의 제5 튜브, 상기 손바닥지지부의 제13 튜브, 중지용 상기 암 스트랩의 일측에 형성된 제9 튜브를 차례로 통과하여 연장된 후 중지용 상기 핑거 캡의 중지의 손톱부를 감싼 후, 중지용 상기 암 스트랩의 타측에 형성된 제10 튜브, 상기 손바닥지지부의 제13 튜브, 상기 텐던 고정용 지지부의 제6 튜브를 차례로 통과하여 연장하는, 착용형 손 로봇.
8. 제1항에서,
   상기 체결부는 사용자의 손을 감은 후 상기 손등지지부에 자성 결합되는 착용형 손 로봇.
9. 제8항에서,
   상기 손등지지부에는 자석이 배치되고, 사용자의 손 크기에 맞게 상기 손등지지부의 자석에 자성 결합될 수 있는 하나 이상의 자석이 상기 체결부의 일단에 구비되는 착용형 손 로봇.
10. 제1항에서,
    상기 엄지 지지부재는 사용자의 손에 착용시, 상기 스트랩은 상기 엄지접촉부를 감싸면서 상기 텐던 고정용 지지부에 고정될 수 있는 착용형 손 로봇.
11. 제10항에서,
    상기 스트랩에는 복수 개의 구멍이 서로 이격되게 형성되어 있고, 상기 텐던 고정용 지지부에서 상기 손등지지부와 상기 손바닥지지부 사이에 위치하는 부분에는 상기 복수 개의 구멍에 선택적으로 끼워질 수 있는 하나 이상의 돌기부가 형성된 착용형 손 로봇.
12. 제4항에서,
    상기 제3 와이어는 테플론 튜브(teflon tube)로 감싸져 있는 착용형 손 로봇.

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