KR101949312B1

KR101949312B1 - 착용로봇의 팔 장치

Info

Publication number: KR101949312B1
Application number: KR1020170157754A
Authority: KR
Inventors: 김대제; 권재성; 양우성; 양진호; 임현국
Original assignee: (주)한국미래기술
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2019-02-19

Abstract

착용자 팔의 하박 외측을 감싸며 위치가 고정된 베이스부; 일단부가 베이스부의 일측에 회전가능하도록 연결된 제1링크; 일단부가 베이스부의 타측에 회전가능하도록 연결된 제2링크; 착용자 팔의 하박 외측에서 양단이 제1링크와 제2링크의 타단부에 회전가능하도록 연결된 제3링크; 양단이 제3링크보다 착용자 팔의 하박을 향해 이격된 지점에서 제1링크와 제2링크의 타단부에 회전가능하도록 연결된 제4링크; 및 일측이 착용자 손등에 고정되어 착용자의 손과 함께 회전되는 손고정부;를 포함하는 착용로봇의 팔 장치가 소개된다.

Description

착용로봇의 팔 장치 {ARM UNIT FOR WEARABLE ROBOT}

본 발명은 착용자의 팔에서 HMI나 액추에이터로 활용되는 장치에 있어서, 착용자 팔의 롤링운동 또는 피칭운동시 그 회전의 중심이 팔의 내부에 있고, 이로 인하여 발생되는 이질적인 착용감을 개선하기 위한 착용로봇의 팔 장치에 관한 것이다.

외골격형 착용로봇의 경우 착용자 팔의 롤링이나 손목의 피칭을 구현하기 위해 복잡한 기구물을 갖는 것이 보통이다. 그러나 근본적으로, 착용자의 팔은 롤링시 그 회전의 중심이 내부에 있고, 그에 따라 외부에서 그 회전중심과 일치되어 원운동하도록 하는 것이 쉬운 일은 아니다.

따라서, 종래의 착용로봇들은 팔의 회전중심과 기구의 회전중심이 일치되지 않아 이질감이 느껴지고 제어적인 측면에서 노이즈가 많은 문제가 있었다. 또한, 회전중심을 일치시키고자 할 경우에도 기구물이 매우 복잡할 수 밖에 없는 문제가 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-1628397 B1

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 착용자의 팔에서 HMI나 액추에이터로 활용되는 장치에 있어서, 착용자 팔의 롤링운동 또는 피칭운동시 그 회전의 중심이 팔의 내부에 있고, 이로 인하여 발생되는 이질적인 착용감을 개선하기 위한 착용로봇의 팔 장치를 제공하고자 함이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용로봇의 팔 장치는, 착용자 팔의 하박 외측을 감싸며 위치가 고정된 베이스부; 일단부가 베이스부의 일측에 회전가능하도록 연결된 제1링크; 일단부가 베이스부의 타측에 회전가능하도록 연결된 제2링크; 착용자 팔의 하박 외측에서 양단이 제1링크와 제2링크의 타단부에 회전가능하도록 연결되고, 중앙부에는 착용자 팔의 하박을 향해 연장된 연장부가 형성된 제3링크; 제3링크와 동일한 형상이며, 중앙부에 연장부가 형성되고, 양단이 제3링크보다 착용자 팔의 하박을 향해 이격된 지점에서 제1링크와 제2링크의 타단부에 회전가능하도록 연결된 제4링크; 및 일측이 착용자 손등에 고정되어 착용자의 손과 함께 회전되며, 타측에 제3링크 연장부의 단부와 제4링크 연장부의 단부가 각각 회전가능하도록 연결된 손고정부;를 포함한다.

베이스부는 착용자 팔의 하박 외측에서 팔과 일정거리 이격된 상태로 팔을 감싸도록 형성될 수 있다.

베이스부는 착용자의 손목 이전 지점까지 연장되며, 제3링크와 제4링크는 착용자의 손목 지점에 위치될 수 있다.

베이스부의 일측과 타측은 착용자 팔을 향해 연장되고, 제1링크와 제2링크는 각각 베이스부 일측과 타측의 연장된 단부에 연결될 수 있다.

제1링크와 제2링크는 착용자의 팔을 기준으로 서로 반대방향에 배치될 수 있다.

제1링크와 제2링크는 착용자 팔의 롤링운동시 베이스부를 기준으로 각각 회전하되 서로 평행을 유지하며 회전할 수 있다.

제3링크와 제4링크는 착용자 팔의 롤링운동시 서로 평행을 유지하며 상하운동하고, 동시에 제1링크 및 제2링크와 상대회전할 수 있다.

제3링크의 연장부의 단부와 제4링크의 연장부의 단부를 연결하는 가상의 선은 착용자 팔 하박의 회전중심을 지날 수 있다.

제4링크의 연장부의 단부가 제3링크의 연장부의 단부보다 더 착용자의 팔을 향해 위치될 수 있다.

손고정부는 착용자의 손등에 고정된 착용파트 및 착용파트와 손등에 수직인 회전축을 기준으로 회전할 수 있도록 연결된 연결파트로 구성되며, 연결파트에 제3링크 연장부의 단부와 제4링크 연장부의 단부가 각각 회전가능하도록 연결될 수 있다.

착용파트는 착용자 손목의 피칭운동시 회전축을 기준으로 연결파트와 상대회전할 수 있다.

본 발명의 착용로봇의 팔 장치는, 착용자 팔의 하박에 밀착되어 고정된 하박부; 및 제3링크와 동일한 형상이며, 중앙부에 연장부가 형성되고, 양단이 제1링크와 제2링크의 타단부에 회전가능하도록 연결되며, 연장부의 단부가 하박부와 상대회전하도록 연결된 제5링크;를 더 포함할 수 있다.

제3링크 및 제4링크는 제1링크 및 제2링크의 전면부에 연결되고, 제5링크는 제1링크 및 제2링크의 후면부에 연결될 수 있다.

제5링크는 제3링크와 반대측으로 대칭되는 지점에서 제1링크 및 제2링크에 연결될 수 있다.

제3링크, 제4링크 및 제5링크는 착용자 팔의 롤링운동시 서로 평행을 유지하며 상하운동하고, 동시에 제1링크 및 제2링크와 상대회전할 수 있다.

본 발명의 착용로봇의 팔 장치에 따르면, 착용자의 팔에서 HMI나 액추에이터로 활용되는 장치에 있어서, 착용자 팔의 롤링운동 또는 피칭운동시 그 회전의 중심이 팔의 내부에 있고, 이로 인하여 발생되는 이질적인 착용감을 개선할 수 있다.

도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치의 롤링운동을 나타낸 도면.
도 4 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치의 롤링운동을 나타낸 또 다른 도면.
도 7 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치를 다양한 방향에서 바라본 도면.

도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치의 롤링운동을 나타낸 도면이고, 도 4 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치의 롤링운동을 나타낸 또 다른 도면이며, 도 7 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치를 다양한 방향에서 바라본 도면이다.

본 발명에 따른 착용로봇의 팔 장치는, 착용자 팔의 하박(A) 외측을 감싸며 위치가 고정된 베이스부(100); 일단부가 베이스부(100)의 일측(120)에 회전가능하도록 연결된 제1링크(200); 일단부가 베이스부(100)의 타측(140)에 회전가능하도록 연결된 제2링크(300); 착용자 팔의 하박(A) 외측에서 양단이 제1링크(200)와 제2링크(300)의 타단부에 회전가능하도록 연결되고, 중앙부에는 착용자 팔의 하박(A)을 향해 연장된 연장부(420)가 형성된 제3링크(400); 제3링크(400)와 동일한 형상이며, 중앙부에 연장부(520)가 형성되고, 양단이 제3링크(400)보다 착용자 팔의 하박(A)을 향해 이격된 지점에서 제1링크(200)와 제2링크(300)의 타단부에 회전가능하도록 연결된 제4링크(500); 및 일측이 착용자 손등에 고정되어 착용자의 손과 함께 회전되며, 타측에 제3링크(400) 연장부(420)의 단부와 제4링크(500) 연장부(520)의 단부가 각각 회전가능하도록 연결된 손고정부(700);를 포함한다.

본 발명의 착용로봇의 팔 장치는 착용자가 팔에 작용하는 타입이며, 용도의경우 착용자의 팔 및 손목 움직임을 감지하여 로봇에 전달하고, 로봇을 구동하기 위한 HMI(HUMAN MACHINE INTERFACE)로 사용이 가능하며, 또는 역으로 착용자의 팔이나 손목에 역감이나 근력을 보조하기 위한 적극적인 액추에이터로도 활용이 가능하다. 물론, HMI로의 활용을 위해서는 일부 링크에 회전각센서를 탑재해야 하고, 역감이나 보조력을 제공하기 위해서는 일부 링크에 모터 등의 구동장치가 추가되어야 한다.

본 발명은 이와 같이 착용자의 팔에서 HMI나 액추에이터로 활용되는 장치에 있어서, 착용자 팔의 롤링운동 또는 피칭운동시 그 회전의 중심이 팔의 내부에 있고, 이로 인하여 발생되는 이질적인 착용감을 개선하기 위한 기구적 구조를 제시한다.

도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치의 롤링운동을 나타낸 도면으로서, 베이스부(100)는 착용자 팔의 하박(A) 외측을 감싸며 위치가 고정된다. 베이스부(100)는 팔의 최외곽에 배치되며 도시되지 않은 팔 상박의 기구물 등에 고정되어 그 위치가 변화되지 않는 것이다. 구체적으로, 베이스부(100)는 착용자 팔의 하박(A) 외측에서 팔과 일정거리 이격된 상태로 팔을 감싸도록 형성될 수 있다.

한편, 이러한 베이스부(100)의 일측에는 제1링크(200)가 회전가능하도록 연결된다. 그리고 제2링크(300)는 일단부가 베이스부(100)의 타측에 회전가능하도록 연결된다. 또한, 제3링크(400)는 착용자 팔의 하박(A) 외측에서 양단이 제1링크(200)와 제2링크(300)의 타단부에 회전가능하도록 연결되고, 중앙부에는 착용자 팔의 하박(A)을 향해 연장된 연장부(420)가 형성된다.

제4링크(500) 역시 제3링크(400)와 동일한 형상이며, 중앙부에 연장부(520)가 형성되고, 양단이 제3링크(400)보다 착용자 팔의 하박(A)을 향해 이격된 지점에서 제1링크(200)와 제2링크(300)의 타단부에 회전가능하도록 연결된다.

그리고 마지막으로, 일측이 착용자 손등에 고정되어 착용자의 손과 함께 회전되며, 타측에 제3링크(400) 연장부(420)의 단부와 제4링크(500) 연장부(520)의 단부가 각각 회전가능하도록 연결된 손고정부(700)가 마련된다.

팔 하박(A)의 롤링운동시 실질적인 팔의 회전중심은 팔의 내부에 존재하게 되는데, 본 발명은 외부 기구물의 회전중심이 그 팔 내부의 회전중심(C)과 일치되도록 함으로써 착용자의 팔 하박(A)이 롤링을 하는 경우에도 외부 기구물에 의해 걸리거나 하는 등의 착용 이질감이 현저히 줄어들게 되는 것이다.

구체적으로, 도 1 내지 도 3은 이와 같은 롤링운동을 하는 과정을 나타낸다. 이 과정에서 살펴보면, 착용자의 오른 팔 하박(A)이 시계방향으로 회전하는 경우인데, 여기서 회전이 진행되면서 먼저 착용자의 손에 고정 내지 결박된 손고정부(700)가 함께 손(H)과 함께 롤링을 하게 된다. 손고정부(700)는 손등에 고정되었기 때문에 팔의 롤링 중심을 기준으로 손과 함께 롤링하게 된다.

그리고 손고정부(700)의 회전에 따라 제3링크(400)와 제4링크(500)의 연장부(420,520) 역시 원운동을 하게 된다. 이 경우 제3링크(400)의 연장부(420) 단부가 제4링크(500)의 연장부(520) 단부보다 팔의 중심에서 좀 더 멀리 떨어져 있기 때문에 제3링크(400)의 연장부(420) 단부는 그만큼 좀 더 큰 원을 그리며 운동하는 것을 볼 수 있다. 그리고 이러한 제3링크(400) 연장부와 제4링크(500) 연장부(420,520)의 운동에 따라 제3링크(400)와 제4링크(500) 역시 운동하게 되는데, 각각의 연장부(420,520) 단부의 회전량의 차이에 따라 제3링크(400)와 제4링크(500)는 서로간의 이격거리가 변화되며 동시에 평행인 상태로 상하 수직운동을 하게 된다. 그리고 제3링크(400)와 제4링크(500)의 운동에 따라 이를 연결하는 제1링크(200)와 제2링크(300) 역시 함께 회전을 하게 된다.

따라서, 도 1 내지 3의 과정을 보면, 착용자의 팔은 손과 함께 롤링운동을 하고 있고, 그에 따라 동일한 회전중심을 가지고 손고정부(700)도 원운동을 하고 있다. 그리고 그러함에도 불구하고 링크들의 연결구조에 의해 베이스부(100)는 고정된 위치를 유지할 수 있게 되는 것이다. 이에 따라 베이스부(100)를 고정하면서도 착용자는 롤링운동의 구현시 손고정부(700)에 의해 저지되거나 하는 등의 이질감을 느낄 수 없는 것이다. 또한 이질감이 없이 자연스럽게 함께 회전되기 때문에 롤링의 양을 측정하는 경우에도 오차가 현저히 줄어든다. 도시된 실시예의 경우 제1링크(200) 또는 제2링크(300)의 회전량을 측정하는 것만으로도 팔의 롤링 정도를 측정할 수 있게 된다.

한편, 베이스부(100)는 착용자의 손목 이전 지점까지 연장되며, 제3링크(400)와 제4링크(500)는 착용자의 손목 지점에 위치될 수 있다. 그리고, 베이스부(100)의 일측(120)과 타측(140)은 착용자 팔을 향해 연장되고, 제1링크(200)와 제2링크(300)는 각각 베이스부(100) 일측과 타측의 연장된 단부(122,142)에 연결될 수 있다. 이를 통해 제1링크(200)와 제2링크(300)는 좀 더 착용자의 팔에 가까워질 수 있고, 그에 따라 제1링크(200)와 제2링크(300)의 회전반경을 줄여 결국 베이스부(100)의 크기를 좀 더 작게 가져갈 수 있게 된다.

또한, 제1링크(200)와 제2링크(300)는 착용자의 팔을 기준으로 서로 반대방향에 배치될 수 있다. 그에 따라 팔의 180도 롤링 운동을 모두 구현할 수 있다.

제1링크(200)와 제2링크(300)는 착용자 팔의 롤링운동시 베이스부(100)를 기준으로 각각 회전하되 서로 평행을 유지하며 회전할 수 있다. 그리고, 제3링크(400)와 제4링크(500)는 착용자 팔의 롤링운동시 서로 평행을 유지하며 상하운동하고, 동시에 제1링크(200) 및 제2링크(300)와 상대회전할 수 있다. 이 과정은 도 4 내지 6을 통하여 좀 더 쉽게 관찰할 수 있다.

한편, 도 7과 같이, 제3링크(400)의 연장부(420)의 단부와 제4링크(500)의 연장부(520)의 단부는 함께 손고정부(700)의 연결파트(760)에 회전 가능하도록 연결되는데, 그 제3링크(400)의 연장부(420)의 단부와 제4링크(500)의 연장부(520)의 단부를 연결하는 가상의 선(L)은 착용자 팔 하박(A)의 내부에 존재하는 롤링시의 회전중심(C)을 지나게 된다. 따라서, 착용자는 팔의 롤링시 전혀 이질감을 느끼지 않고 부드럽게 기구물이 돌아나가는 것이다.

구체적으로, 손고정부(700)는 착용자의 손등에 고정된 착용파트(720) 및 착용파트(720)와 손등에 수직인 회전축(740)을 기준으로 회전할 수 있도록 연결된 연결파트(760)로 구성되며, 연결파트(760)에 제3링크(400) 연장부(420)의 단부와 제4링크(500) 연장부(520)의 단부가 각각 회전가능하도록 연결될 수 있다.

그리고, 착용파트(720)는 착용자 손목의 피칭운동시 회전축(740)을 기준으로 연결파트(760)와 상대회전할 수 있다. 이에 따라 착용자는 팔 하박(A)을 기준으로 손목을 피칭하는 운동을 구현할 수 있게 된다. 즉, 도 8의 상태에서, 손을 상하로 피칭하는 것이 가능한 것이다. 이 경우 손고정부(700)의 착용파트(720)는 회전축(740)을 기준으로 연결파트(760)와 상대회전이 된다.

한편, 본 발명의 착용로봇의 팔 장치는, 착용자 팔의 하박(A)에 밀착되어 고정된 하박(A)부; 및 제3링크(400)와 동일한 형상이며, 중앙부에 연장부(620)가 형성되고, 양단이 제1링크(200)와 제2링크(300)의 타단부에 회전가능하도록 연결되며, 연장부(620)의 단부가 하박(A)부와 상대회전하도록 연결된 제5링크(600);를 더 포함할 수 있다. 그리고, 제3링크(400) 및 제4링크(500)는 제1링크(200) 및 제2링크(300)의 전면부에 연결되고, 제5링크(600)는 제1링크(200) 및 제2링크(300)의 후면부에 연결될 수 있다. 또한, 제5링크(600)는 제3링크(400)와 반대측으로 대칭되는 지점에서 제1링크(200) 및 제2링크(300)에 연결될 수 있다. 그리고, 제3링크(400), 제4링크(500) 및 제5링크(600)는 착용자 팔의 롤링운동시 서로 평행을 유지하며 상하운동하고, 동시에 제1링크(200) 및 제2링크(300)와 상대회전할 수 있다. 이에 따라 착용자의 손뿐만 아니라 팔 하박(A)의 롤링도 함께 전달하게 되고, 기구물의 좀 더 안정적으로 롤링운동을 구현하게 된다.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 베이스부 200 : 제1링크
300 : 제2링크 400 : 제3링크
500 : 제4링크 600 : 제5링크
700 : 손고정부

Claims

착용자 팔의 하박 외측을 감싸며 위치가 고정된 베이스부(100);
일단부가 베이스부의 일측에 회전가능하도록 연결된 제1링크;
일단부가 베이스부의 타측에 회전가능하도록 연결된 제2링크;
착용자 팔의 하박 외측에서 양단이 제1링크와 제2링크의 타단부에 회전가능하도록 연결되고, 중앙부에는 착용자 팔의 하박을 향해 연장된 연장부가 형성된 제3링크;
제3링크와 동일한 형상이며, 중앙부에 연장부가 형성되고, 양단이 제3링크보다 착용자 팔의 하박을 향해 이격된 지점에서 제1링크와 제2링크의 타단부에 회전가능하도록 연결된 제4링크; 및
일측이 착용자 손등에 고정되어 착용자의 손과 함께 회전되며, 타측에 제3링크 연장부의 단부와 제4링크 연장부의 단부가 각각 회전가능하도록 연결된 손고정부;를 포함하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
베이스부는 착용자 팔의 하박 외측에서 팔과 일정거리 이격된 상태로 팔을 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
베이스부는 착용자의 손목 이전 지점까지 연장되며, 제3링크와 제4링크는 착용자의 손목 지점에 위치된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
베이스부의 일측과 타측은 착용자 팔을 향해 연장되고, 제1링크와 제2링크는 각각 베이스부 일측과 타측의 연장된 단부에 연결된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
제1링크와 제2링크는 착용자의 팔을 기준으로 서로 반대방향에 배치된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
제1링크와 제2링크는 착용자 팔의 롤링운동시 베이스부를 기준으로 각각 회전하되 서로 평행을 유지하며 회전하는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 6에 있어서,
제3링크와 제4링크는 착용자 팔의 롤링운동시 서로 평행을 유지하며 상하운동하고, 동시에 제1링크 및 제2링크와 상대회전하는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
제3링크의 연장부의 단부와 제4링크의 연장부의 단부를 연결하는 가상의 선은 착용자 팔 하박의 회전중심을 지나는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
제4링크의 연장부의 단부가 제3링크의 연장부의 단부보다 더 착용자의 팔을 향해 위치된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
손고정부는 착용자의 손등에 고정된 착용파트 및 착용파트와 손등에 수직인 회전축을 기준으로 회전할 수 있도록 연결된 연결파트로 구성되며, 연결파트에 제3링크 연장부의 단부와 제4링크 연장부의 단부가 각각 회전가능하도록 연결된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 10에 있어서,
착용파트는 착용자 손목의 피칭운동시 회전축을 기준으로 연결파트와 상대회전하는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
착용자 팔의 하박에 밀착되어 고정된 하박부; 및
제3링크와 동일한 형상이며, 중앙부에 연장부가 형성되고, 양단이 제1링크와 제2링크의 타단부에 회전가능하도록 연결되며, 연장부의 단부가 하박부와 상대회전하도록 연결된 제5링크;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 12에 있어서,
제3링크 및 제4링크는 제1링크 및 제2링크의 전면부에 연결되고, 제5링크는 제1링크 및 제2링크의 후면부에 연결된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 13에 있어서,
제5링크는 제3링크와 반대측으로 대칭되는 지점에서 제1링크 및 제2링크에 연결된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 12에 있어서,
제3링크, 제4링크 및 제5링크는 착용자 팔의 롤링운동시 서로 평행을 유지하며 상하운동하고, 동시에 제1링크 및 제2링크와 상대회전하는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.