KR101979707B1

KR101979707B1 - 착용로봇의 팔 장치

Info

Publication number: KR101979707B1
Application number: KR1020170157756A
Authority: KR
Inventors: 김대제; 권재성; 양우성
Original assignee: (주)한국미래기술
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2019-05-17
Also published as: WO2019102447A1

Abstract

착용자 손목의 롤링운동시 회전중심을 구속하지 않고 손목의 움직임에 따라 지속적으로 변화시킴으로써, 이질적인 착용감을 개선할 수 있는 착용로봇의 팔 장치가 소개된다.

Description

착용로봇의 팔 장치{ARM UNIT FOR WEARABLE ROBOT}

본 발명은 착용로봇의 팔 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 착용자 손목의 롤링운동시 회전중심을 구속하지 않고 손목의 움직임에 따라 지속적으로 변화시킴으로써, 이질적인 착용감을 개선할 수 있는 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.

또한, 종래에는 손목-하박-팔꿈치를 동시에 회전하기 위해서는 기구의 사이즈가 커지고 복잡한 문제점이 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, 착용자 손목의 롤링운동시 회전중심을 구속하지 않고 손목의 움직임에 따라 지속적으로 변화시킴으로써, 이질적인 착용감을 개선할 수 있는 착용로봇의 팔 장치를 제공하고자 함이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용로봇의 팔 장치는, 착용자 팔의 하박 외측에 배치되며 착용자 손목의 롤링시 절대 위치가 유지되는 베이스부; 착용자의 손등에 결합되어 착용자 손의 회전시 함께 회전되는 손고정부; 베이스부와 손고정부의 사이에 배치되며, 일단부가 베이스부의 상측에 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 손고정부의 하측에 회전가능하도록 연결된 제1링크; 및 베이스부와 손고정부의 사이에서 제1링크와 교차되도록 배치되며, 일단부가 베이스부의 하측에 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 손고정부의 상측에 회전가능하도록 연결된 제2링크;를 포함한다.

베이스부의 상측과 하측에는 각각 핀이 마련되어 있으며, 제1링크의 일단부가 베이스부의 상측 핀에 연결되고, 제2링크의 일단부가 베이스부의 하측 핀에 연결된 것을 특징으로 한다.

일단부가 제1링크의 타단부에 결합되고, 타단부가 제2링크의 타단부에 결합되어 착용자 손목의 롤링시 제1링크, 제2링크 및 손고정부를 지지하는 링크고정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제1링크의 타단부와 손고정부의 하측은 중심선이 일치되도록 고정되며, 제2링크의 타단부와 손고정부의 상측은 중심선이 일치되도록 고정된 것을 특징으로 한다.

착용자 손목의 롤링시 제1링크의 타단부와 손고정부의 하측 및 제2링크의 타단부와 손고정부의 상측은 베이스부로부터 이격거리가 변화되는 것을 특징으로 한다.

착용자 손등이 몸통을 향하는 방향으로 착용자 손목의 롤링시 제1링크의 타단부와 손고정부의 하측은 베이스부와 가까워지는 방향으로 이동하고, 제2링크의 타단부와 손고정부의 상측은 베이스부로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.

착용자 손등이 베이스부의 외측을 향하는 방향으로 착용자 손목의 롤링시 제1링크의 타단부와 손고정부의 하측은 베이스부로부터 멀어지는 방향으로 이동하고, 제2링크의 타단부와 손고정부의 상측은 베이스부와 가까워지는 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.

착용자 손목의 롤링시 제1링크의 타단부와 손고정부의 하측은 베이스부의 상측을 회전축으로 하여 회전하고, 제2링크의 타단부와 손고정부의 상측은 베이스부의 하측을 회전축으로 하여 회전하는 것을 특징으로 한다.

손고정부는, 착용자의 손등 및 손목에 밀착되어 고정된 제1파트, 일측이 제1링크의 타단부 및 제2링크의 타단부에 결합되어 착용자 손목의 롤링시 제1링크 및 제2링크와 함께 회전하고, 타측이 제1파트의 일측에 연결된 제2파트로 구성된 것을 특징으로 한다.

제2파트의 타측은 손목에 수직인 회전축을 기준으로 회전할 수 있도록 제1파트의 일측에 연결된 것을 특징으로 한다.

제1파트는 착용자 손목의 피칭운동시 회전축을 기준으로 제2파트와 상대회전하는 것을 특징으로 한다.

베이스부의 상측 핀과 하측 핀에는 각각 제1링크 및 제2링크의 회전각도를 측정할 수 있는 센서가 부착되어 있으며, 베이스부에는 센서를 통해 측정된 제1링크 및 제2링크의 회전각도로부터 착용자 손목의 롤링 각도를 산출하는 제어부가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 착용로봇의 팔 장치는, 착용자 팔의 하박 외측에 배치되며 착용자 손목의 롤링시 절대 위치가 유지되는 베이스부; 착용자의 손등에 결합되어 착용자 손의 회전시 함께 회전되는 손고정부; 및 베이스부와 손고정부의 사이에 길이방향으로 엇갈리게 배치되어 착용자 손목의 롤링시 손고정부와 함께 회전하는 복수의 링크;를 포함한다.

본 발명의 착용로봇의 팔 장치에 따르면, 착용자 손목의 롤링운동시 회전중심을 구속하지 않고 손목의 움직임에 따라 지속적으로 변화시킴으로써, 이질적인 착용감을 개선할 수 있다.

또한, 회전중심을 손목의 중앙에 설정하기 위한 별도의 기구가 없어 기구물을 소형화시킬 수 있고, 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치를 나타낸 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치의 롤링운동을 나타낸 도면.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치를 나타낸 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치의 롤링운동을 나타낸 도면이다.

먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치는, 착용자 팔의 하박 외측에 배치되며 착용자 손목의 롤링시 절대 위치가 유지되는 베이스부(100); 착용자의 손등에 결합되어 착용자 손의 회전시 함께 회전되는 손고정부(500); 베이스부(100)와 손고정부(500)의 사이에 배치되며, 일단부가 베이스부(100)의 상측에 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 손고정부(500)의 하측(B)에 회전가능하도록 연결된 제1링크(310); 및 베이스부(100)와 손고정부(500)의 사이에서 제1링크(310)와 교차되도록 배치되며, 일단부가 베이스부(100)의 하측에 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 손고정부(500)의 상측(T)에 회전가능하도록 연결된 제2링크(320);를 포함한다.

본 발명의 착용로봇의 팔 장치는 착용자가 팔에 착용하는 타입이며, 용도의 경우 착용자의 손목 움직임을 감지하여 로봇에 전달하고, 로봇을 구동하기 위한 HMI(HUMAN MACHINE INTERFACE)로 사용이 가능하며, 또는 역으로 착용자의 손목에 역감이나 근력을 보조하기 위한 적극적인 액추에이터로도 활용이 가능하다.

본 발명은 이와 같이 착용자의 팔에서 HMI나 액추에이터로 활용되는 장치에 있어서, 착용자 손목의 롤링 운동시 회전중심을 구속하지 않고 손목의 움직임에 따라 지속적으로 변화시킴으로써, 이질적인 착용감을 개선할 수 있는 착용로봇의 팔 장치를 제시한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치를 나타낸 도면으로서, 베이스부(100)는 착용자 팔의 하박 외측에 배치되며 착용자 손목의 롤링시 절대 위치가 유지된다. 베이스부(100)는 팔의 최외곽에 배치되며 도시되지 않은 팔 상박의 기구물 등에 고정되어 착용자 손목의 롤링시 그 위치가 변하지 않는 것이다.

베이스부(100)를 하박에 고정시키는 수단은 도면에는 도시하고 있지 않으나 본 발명의 일 실시예로서 밴드 또는 하박을 감싸는 형태의 고정수단일 수 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 베이스부(100)의 전단부에는 홈이 형성되어 있으며, 이 홈의 상측과 하측에는 각각 핀(120)이 마련되어 있다. 상측 핀(120)에는 제1링크(310)의 일단부가 연결되고, 하측 핀(120)에는 제2링크(320)의 일단부가 연결된다.

베이스부(100)의 상측 및 하측 핀(120)에는 각각 제1링크(310) 및 제2링크(320)의 회전각도를 측정할 수 있는 센서(140)가 부착되어 있고, 베이스부(100) 내부에는 센서(140)를 통해 측정된 제1링크(310) 및 제2링크(320)의 회전각도로부터 착용자 손목의 롤링 각도를 산출하는 제어부(미도시)가 마련되어 있다.

한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 역감이나 보조력을 제공하기 위해서는 베이스부(100) 내부에는 모터 등의 구동장치가 추가될 수 있다.

제1링크(310)는 베이스부(100)와 손고정부(500)의 사이에 배치되며, 일단부가 베이스부(100)의 상측에 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 손고정부(500)의 하측(B)에 회전가능하도록 연결된다. 제1링크(310)의 타단부와 손고정부(500)의 하측(B)은 중심선이 일치되도록 고정되어 타단부는 손목 롤링시 손고정부(500)의 하측(B)과 함께 회전하며, 회전반경이 동일하다.

제2링크(320)는 제1링크(310)와 동일한 형상이며, 베이스부(100)와 손고정부(500)의 사이에서 제1링크(310)와 교차되도록 배치되며, 일단부가 베이스부(100)의 하측에 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 손고정부(500)의 상측(T)에 회전가능하도록 연결된다. 제2링크(320)의 타단부와 손고정부(500)의 상측(T)은 중심선이 일치되도록 고정되어 타단부는 손고정부(500)의 상측(T)과 함께 회전하며, 회전반경이 동일하다.

도면에 도시된 링크 연결구조는 제1링크(310) 및 제2링크(320) 이외에 제3링크(330) 및 제4링크(340)를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 베이스부(100)와 손고정부(500)의 사이에 길이방향으로 엇갈리게 배치되어 착용자 손목의 롤링시 손고정부(500)와 함께 회전하는 복수의 링크를 포함할 수 있다.

한편, 도면에는 링크고정부(400)가 제3링크(330) 및 제4링크(340)에 연결된 형태를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예로서 일단부가 제1링크(310)의 타단부에 결합되고, 타단부가 제2링크(320)의 타단부에 결합되어 착용자 손목의 롤링시 제1링크(310), 제2링크(320) 및 손고정부(500)를 지지할 수 있다. 링크고정부(400)를 통해 착용자 손목의 롤링시 제1링크(310), 제2링크(320) 및 손고정부(500)가 일체가 되어 원할하게 회전할 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용로봇의 팔 장치의 롤링운동을 나타낸 도면으로서, 착용자 손목의 롤링시 제1링크(310)의 타단부와 손고정부(500)의 하측(B) 및 제2링크(320)의 타단부와 손고정부(500)의 상측(T)은 베이스부(100)로부터 이격거리가 변하게 된다.

구체적으로, 착용자 손등이 몸통을 향하는 방향으로 착용자 손목의 롤링시 도 3에 도시된 것과 같이 착용자 왼팔의 손목이 시계방향으로 회전하게 되는데, 이때 제1링크(310)의 타단부와 손고정부(500)의 하측(B)은 베이스부(100)와 가까워지는 방향으로 이동하고, 제2링크(320)의 타단부와 손고정부(500)의 상측(T)은 베이스부(100)로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 된다.

반대로, 착용자 손등이 베이스부(100)의 외측을 향하는 방향으로 착용자 손목의 롤링시, 도 4에 도시된 것과 같이 착용자 왼팔의 손목이 반시계방향으로 회전하게 되는데, 이때 제1링크(310)의 타단부와 손고정부(500)의 하측(B)은 베이스부(100)로부터 멀어지는 방향으로 이동하고, 제2링크(320)의 타단부와 손고정부(500)의 상측(T)은 베이스부(100)와 가까워지는 방향으로 이동하게 된다.

회전 관점에서 설명하면, 착용자 손목의 롤링시 제1링크(310)의 타단부와 손고정부(500)의 하측(B)은 베이스부(100)의 상측 핀(120)을 회전축으로 하여 회전하고, 제2링크(320)의 타단부와 손고정부(500)의 상측은 베이스부(500)의 하측 핀(120)을 회전축으로 하여 회전하게 된다. 구체적으로, 착용자 손등이 몸통을 향하는 방향으로 착용자 손목의 롤링시 도 3에 도시된 것과 같이 착용자 왼팔의 손목이 시계방향으로 회전하게 되는데, 제1링크(310)의 타단부와 손고정부(500)의 하측(B)은 베이스부(100)의 상측 핀(120)을 회전축으로 하여 시계방향으로 회전하고, 제2링크(320)의 타단부와 손고정부(500)의 상측(T)은 베이스부(500)의 하측 핀(120)을 회전축으로 하여 시계방향으로 회전하게 된다. 이때 제1링크(310)의 타단부와 손고정부(500)의 하측(B)의 회전반경보다 제2링크(320)의 타단부와 손고정부(500)의 상측(T)의 회전반경이 크다.

반대로, 착용자 손등이 베이스부(100)의 외측을 향하는 방향으로 착용자 손목의 롤링시, 도 4에 도시된 것과 같이 착용자 왼팔의 손목이 반시계방향으로 회전하게 되는데, 제1링크(310)의 타단부와 손고정부(500)의 하측(B)은 베이스부(100)의 상측 핀(120)을 회전축으로 하여 반시계방향으로 회전하고, 제2링크(320)의 타단부와 손고정부(500)의 상측(T)은 베이스부(500)의 하측 핀(120)을 회전축으로 하여 반시계방향으로 회전하게 된다. 이때 제1링크(310)의 타단부와 손고정부(500)의 하측(B)의 회전반경이 제2링크(320)의 타단부와 손고정부(500)의 상측(T)의 회전반경보다 크다.

이러한 제1링크(310), 제2링크(320), 손고정부(500)의 회전운동을 통해 착용자 손목의 롤링운동시 회전중심을 구속하지 않고 손목의 움직임에 따라 지속적으로 변화시킴으로써, 이질적인 착용감을 개선할 수 있다.

또한, 손목이 팔꿈치를 기준으로 회전함으로써 하박은 제외한 상태에서 손목 단독의 롤링이 가능하다.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 손고정부(500)는 착용자의 손등 및 손목에 밀착되어 고정된 제1파트(510), 일측(T, B)이 제1링크(310)의 타단부 및 제2링크(320)의 타단부에 결합되고, 타측이 제1파트(510)의 일측에 연결되는 제2파트(520)를 포함한다. 제2파트(520)의 일측은 착용자 손목의 롤링시 제1링크(310)의 타단부 및 제2링크(320)의 타단부와 함께 회전하게 되고, 타측은 손목에 수직인 회전축(530)을 기준으로 회전할 수 있도록 제1파트(510)의 일측에 연결되어, 제1파트(510)는 착용자 손목의 피칭운동시 제2파트(520)와 상대회전하게 된다. 이에 따라 착용자 손목의 롤링뿐만 아니라 피칭도 가능하여 회전중심에 구속되지 않고 움직임이 자연스럽게 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 310: 제1링크
320: 제2링크 330: 제3링크
340: 제4링크 400: 링크고정부
500: 손고정부

Claims

착용자 팔의 하박 외측에 배치되며 착용자 손목의 롤링시 절대 위치가 유지되는 베이스부;
착용자의 손등에 결합되어 착용자 손의 회전시 함께 회전되는 손고정부;
베이스부와 손고정부의 사이에 배치되며, 일단부가 베이스부의 상측에 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 손고정부의 하측에 회전가능하도록 연결된 제1링크; 및
베이스부와 손고정부의 사이에서 제1링크와 교차되도록 배치되며, 일단부가 베이스부의 하측에 회전가능하도록 연결되고, 타단부가 손고정부의 상측에 회전가능하도록 연결된 제2링크;를 포함하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
베이스부의 상측과 하측에는 각각 핀이 마련되어 있으며,
제1링크의 일단부가 베이스부의 상측 핀에 연결되고, 제2링크의 일단부가 베이스부의 하측 핀에 연결된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
일단부가 제1링크의 타단부에 결합되고, 타단부가 제2링크의 타단부에 결합되어 착용자 손목의 롤링시 제1링크, 제2링크 및 손고정부를 지지하는 링크고정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 3에 있어서,
제1링크의 타단부와 손고정부의 하측은 중심선이 일치되도록 고정되며,
제2링크의 타단부와 손고정부의 상측은 중심선이 일치되도록 고정된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 4에 있어서,
착용자 손목의 롤링시 제1링크의 타단부와 손고정부의 하측 및 제2링크의 타단부와 손고정부의 상측은 베이스부로부터 이격거리가 변화되는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 4에 있어서,
착용자 손등이 몸통을 향하는 방향으로 착용자 손목의 롤링시 제1링크의 타단부와 손고정부의 하측은 베이스부와 가까워지는 방향으로 이동하고, 제2링크의 타단부와 손고정부의 상측은 베이스부로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 4에 있어서,
착용자 손등이 베이스부의 외측을 향하는 방향으로 착용자 손목의 롤링시 제1링크의 타단부와 손고정부의 하측은 베이스부로부터 멀어지는 방향으로 이동하고, 제2링크의 타단부와 손고정부의 상측은 베이스부와 가까워지는 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 4에 있어서,
착용자 손목의 롤링시 제1링크의 타단부와 손고정부의 하측은 베이스부의 상측을 회전축으로 하여 회전하고, 제2링크의 타단부와 손고정부의 상측은 베이스부의 하측을 회전축으로 하여 회전하는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 1에 있어서,
손고정부는,
착용자의 손등 및 손목에 밀착되어 고정된 제1파트,
일측이 제1링크의 타단부 및 제2링크의 타단부에 결합되어 착용자 손목의 롤링시 제1링크 및 제2링크와 함께 회전하고, 타측이 제1파트의 일측에 연결된 제2파트로 구성된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 9에 있어서,
제2파트의 타측은 손목에 수직인 회전축을 기준으로 회전할 수 있도록 제1파트의 일측에 연결된 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 10에 있어서,
제1파트는 착용자 손목의 피칭운동시 회전축을 기준으로 제2파트와 상대회전하는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
청구항 2에 있어서,
베이스부의 상측 핀과 하측 핀에는 각각 제1링크 및 제2링크의 회전각도를 측정할 수 있는 센서가 부착되어 있으며,
베이스부에는 센서를 통해 측정된 제1링크 및 제2링크의 회전각도로부터 착용자 손목의 롤링 각도를 산출하는 제어부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 착용로봇의 팔 장치.
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