KR101981231B1

KR101981231B1 - 착용형 로봇의 인터페이스

Info

Publication number: KR101981231B1
Application number: KR1020180031432A
Authority: KR
Inventors: 강상훈; 김성신; 강현아
Original assignee: 울산과학기술원
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2019-05-22

Abstract

본 발명은 로봇 본체 측 말단에 결합되되 제1끼움 결합부를 포함하는 제1몸체부, 상기 제1몸체부에 결합되며 전부 또는 일부가 자성을 갖되 상기 자성이 조절 가능한 자기력 조절부를 포함하는 제1아암, 전부 또는 일부가 자성체로 형성되며, 상기 제1아암의 제1끼움 결합부와 끼움 결합되는 제2끼움 결합부를 포함하는 제2아암 및 상기 제1끼움 결합부와 상기 제2끼움 결합부의 사이에 개재되어, 상기 자기력 조절부의 상기 자성이 제거되면 상기 제1아암과 상기 제2아암이 분리되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함하는 착용형 로봇의 인터페이스를 제공한다.
따라서, 자성체의 자기력을 조절하여 제1아암과 제2아암의 분리 시, 제1아암과 제2아암 사이에 압축되어 개재되어 있는 탄성부재의 복원력에 의해 제1아암과 제2아암의 신속한 분리가 가능하여 위급상황에 빠르게 대처할 수 있다.

Description

착용형 로봇의 인터페이스{Interfaces of wearable robots}

본 발명은 착용형 로봇의 인터페이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자성체의 자기력 조절 및 탄성체의 복원력을 이용하여 위급 상황에서 제1아암과 제2아암의 빠른 분리가 가능한 착용형 로봇의 인터페이스에 관한 것이다.

현대사회에서 로봇은 극한 환경 내지 정밀 작업, 단순 작업이 요구되는 산업 현장에서 많이 사용되는 것은 물론, 신체의 임피던스 측정을 이용한 의료 진단, 재활/물리 치료, 근력 보조 목적 등을 위해 의료분야에서도 많이 사용되고 있다.

의료분야 등에서 사용하는 로봇은 일반적으로 사람의 손이나 팔, 다리 등에 착용하여 사용하는 경우가 많다. 그런데 착용형 로봇의 경우에는 로봇과 사람과의 밀접한 연결을 위해 테이핑 등의 방법으로 로봇의 착용부를 사람의 손목 등에 견고하게 고정하게 된다. 따라서 로봇 오작동이나 로봇 착용자의 의료적 응급 상황 등의 경우에는 로봇과 사람의 밀접한 연결을 해체하는 시간이 위급 상황을 초래하기에 충분하다.

그러므로 비상시 등에 로봇 파손 및 인명 사고 없이 로봇과 사람과의 밀접한 연결을 신속하고 안전하게 해체하기 위한 방안이 시급히 요구된다.

한국등록특허10-1241800호

본 발명은 자성체의 자기력 조절 및 탄성체의 복원력을 이용하여 위급 상황에서 제1아암과 제2아암의 빠른 분리가 가능한 착용형 로봇의 인터페이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 로봇 본체 측 말단에 결합되되 제1끼움 결합부를 포함하는 제1몸체부, 상기 제1몸체부에 결합되며 전부 또는 일부가 자성을 갖되 상기 자성이 조절 가능한 자기력 조절부를 포함하는 제1아암, 전부 또는 일부가 자성체로 형성되며, 상기 제1아암의 제1끼움 결합부와 끼움 결합되는 제2끼움 결합부를 포함하는 제2아암 및 상기 제1끼움 결합부와 상기 제2끼움 결합부의 사이에 개재되어, 상기 자기력 조절부의 상기 자성이 제거되면 상기 제1아암과 상기 제2아암이 분리되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함하는 착용형 로봇의 인터페이스를 제공한다.

본 발명에 따른 탈착이 용이한 로봇의 인터페이스는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 자성체의 자기력을 조절하여 제1아암과 제2아암의 분리 시, 제1아암과 제2아암 사이에 압축되어 개재되어 있는 탄성부재의 복원력에 의해 제1아암과 제2아암의 신속한 분리가 가능하여 위급상황에 빠르게 대처할 수 있다.

둘째, 자기력 조절부를 이용하여 간편하게 자기력을 조절함으로써, 제1아암과 제2아암을 쉽게 착탈 가능하다.

셋째, 제1아암과 제2아암의 결합 시 탄성체가 유격을 방지할 수 있기 때문에 로봇 본체의 섭동 등이 손실 없이 그대로 착용부로 전달될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇 인터페이스의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 착용형 로봇 인터페이스의 결합상태를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 착용형 로봇 인터페이스의 Ⅳ-Ⅳ선을 취한 분리 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 착용형 로봇 인터페이스의 Ⅳ-Ⅳ선을 취한 단면도이다.
도 5는 자기력 조절부의 스위치를 조작하여 자성을 조절하는 모습을 도시한 모식도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 인터페이스는 제1아암(arm)(110), 제2아암(arm)(120) 및 탄성부재(130)를 포함한다. 상기 제1아암(110)은 제1몸체부(111), 자기력 조절부(111a, 111b, 111c, 114), 제1끼움 결합부(112), 로봇 결합용 돌기(113)를 포함한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 제1몸체부(111), 상기 자기력 조절부(111a, 111b, 111c, 114), 상기 제1끼움 결합부(112)만을 포함할 수도 있다. 또한 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 제1아암(110)의 구성을 다른 구성으로 변경할 수도 있다.

상기 제1아암(110)은 상기 로봇 본체와 일체로 움직이거나 상기 로봇 본체의 섭동 등을 그대로 전달하는 등 상기 로봇 본체와 일체화 될 수 있도록 상기 로봇 본체 측 끝부분에 연결된다. 상기 제1아암(110)은 상기 로봇 본체의 끝부분과 동일 직경의 원통형으로 형성된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 형상으로 변경이 가능하다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 제1몸체부(111)는 원통형 형상으로 상기 제2아암(120)과 결합하는 제1끼움 결합부(112)를 포함하고, 내부에는 자성체가 포함되며, 일측에는 상기 자성체의 자기력을 조절하는 조절 스위치(114)가 형성된다. 상기 제1몸체부(111)의 일측에는 상기 자성체를 삽입하기 위한 홀이 형성된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1몸체부(111) 자체가 상기 자성체로 형성될 수도 있다. 상기 제1몸체부(111)는 전부 또는 일부가 자성을 가짐으로써, 상기 제1몸체부(111) 내부에 포함된 자성체의 자기력이 상기 제1몸체부(111)에 전달되면, 상기 제1몸체부(111)는 상기 자기력을 상기 제2아암(120)에 전달한다.

상기 제1몸체부(111)의 일 단에는 상기 제1끼움 결합부(112)가 형성된다. 또한 상기 제1끼움 결합부(112)의 반대쪽 일 단에는 상기 로봇 본체와 착탈 가능토록 상기 로봇 결합용 돌기(113)가 형성된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1끼움 결합부(112) 및 상기 로봇 결합용 돌기(113)의 형태는 변경이 가능하다.

상기 자기력 조절부(111a, 111b, 111c, 114)는 제1부재들(111b), 제2부재들(111c), 자석(111a), 조절 스위치(114)를 포함한다. 상기 제1부재들(111b)은 상기 제1몸체부 내에 삽입 고정되며, 한 쌍이 서로 이격된 상태로 마주 보도록 배치되는 자성체인 철(Fe)로 형성된다. 상기 제2부재들(111c)은 상기 제1몸체부(111) 내에서 상기 제1부재들(111b) 사이에 삽입 고정되며, 비자성체인 알루미늄(Al)으로 형성된다. 상기 자석(111a)은 N극 및 S극을 포함하고, 상기 제1부재들(111b)과 상기 제2부재(111c)에 회전 가능하게 삽입된다.

상기 조절 스위치(114)는 상기 제1몸체부(111)의 일측에 형성되고, 상기 자석(111a)과 연결된다. 상기 조절 스위치(114)를 돌리면 상기 자석(111a)은 상기 제1부재(111b) 및 상기 제2부재(112c) 내부의 홀에서 회전한다. 상기 회전에 의해 상기 자석(111a)의 N극과 S극의 방향이 수평면에 수직 또는 평행하게 바뀐다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 제1아암(110)과 상기 제2아암(120)의 착탈을 용이하게 하기 위한 다른 자기력 조절 방법이나 구성으로 변경이 가능하다.

도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 조절 스위치(114)는 상기 제1몸체부(111)의 일측에 형성되고, 좌우로 회전이 가능하다. 상기 조절 스위치(114)를 오프(OFF) 방향으로 회전하면, 상기 자석(111a)의 N극과 S극은 수평면과 수직으로 배치된다. 이때 상기 N극과 S극이 접촉하는 부분은 상기 제2부재(111c)인 상기 알루미늄으로 형성되어 있는바, 상기 자석(111a)의 자기력이 상기 제1부재들(111b) 및 상기 제2부재(111c)의 외부로 전달되지 않고 차단된다. 이에 반해, 상기 조절 스위치(114)를 온(ON) 방향으로 회전하면, 상기 자석(111a)의 N극과 S극은 수평면과 평행하게 배치된다. 이때 상기 N극과 S극이 접촉하는 부분은 상기 제1부재들(111b)인 상기 철(Fe)이 형성되어 있는바, 상기 자석(111a)의 자기력이 상기 제1부재들(111b) 및 상기 제2부재(111c)의 외부로 잘 전달된다. 또한 상기 조절 스위치(114)는 상기 온(ON) 및 오프(OFF) 외에도 상기 조절 스위치(114)의 회전량을 조절하여 자기력을 조절 가능하다.

상기 제1끼움 결합부(112)는 상기 제1몸체부(111)의 일 단에 끼움홈으로 형성된다. 상세하게는, 상기 제1끼움 결합부(112)는 상기 제1몸체부(111)의 일 단에 상기 제1끼움 결합부(112)와 제2끼움 결합부(122)의 끼움 방향으로 일정 깊이 개구된 끼움홈으로 형성된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 제1끼움 결합부(112)가 끼움돌기 형태로 형성되고, 상기 제2끼움 결합부(122)가 끼움홈 형태로 형성될 수도 있다. 상기 제1끼움 결합부(112)는 상기 제1몸체부(111)의 일 단에서 상기 자석(111a)이 상기 제1몸체부(111)의 내부에 배치되는 위치와 간섭되지 않는 위치까지 형성된다. 하지만 상기 제1끼움 결합부(112)는 상기 자석(111a)과 간섭하지 않는다면 얼마든지 홈의 깊이 조절이 가능하다.

상기 로봇 결합용 돌기(113)는 상기 로봇 본체측 단부에서 상기 로봇 본체를 향해 일정 깊이의 돌출 형상으로 형성된다. 상기 로봇 결합용 돌기(113)에는 착탈을 위한 나사산이 형성된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1아암(110)이 상기 로봇 본체와 일체로 이루어 질 수도 있고, 상기 로봇 결합용 돌기(113)가 다른 형상으로 변경 될 수도 있으며, 또한 상기 로봇 결합용 돌기(113)가 개구된 끼움홈 형상으로 형성될 수도 있다.

상기 제2아암(120)은 제2몸체부(121), 제2끼움 결합부(122) 및 착용부 결합홈(123)을 포함한다. 상기 제2아암(120)은 전부 또는 일부가 자성체로 형성된다. 상기 제2몸체부(121)는 상기 제1몸체부(111)에 대응되는 원통형 형상이다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 제1몸체부(111)와 대응될 수 있는 다른 형태로 변경이 가능하다. 상기 제2몸체부(121)의 일 단에는 상기 착용부 결합홈(123)이 상기 제1아암(110)과 상기 제2아암(120)의 끼움 결합방향으로 형성된다. 상기 착용부 결합홈(123)은 상기 제2아암(120)이 사람의 손목 등과 결합할 때 결합을 용이토록 하기 위해 형성된다. 상기 착용부 결합홈(123)은 나사산 형태로 형성된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 제2아암(120)과 사람의 손목 등을 결합하기 용이토록 하는 다른 형태의 착용부 결합홈(123)이 형성될 수도 있다. 하지만, 상기 제2아암(120)은 상기 제2몸체부(121) 및 상기 제2끼움 결합부(122)만을 포함할 수도 있다.

상기 제2끼움 결합부(122)는 상기 제2몸체부(121)에서 상기 착용부 결합홈(123)이 형성된 일 단과 반대쪽 일 단에 형성된다. 상기 제2끼움 결합부(122)는 원통형 끼움돌기로 형성된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1끼움 결합부(112)와 결합이 가능토록 하는 다른 형상으로 변경이 가능하다. 또한 상기 제1끼움 결합부(112)가 돌출 형상으로 형성되면 상기 제2끼움 결합부(122)는 개구된 결합홈 형상으로 형성될 수도 있다. 상기 제1아암(110)과 상기 제2아암(120)은 자기력으로 결합되므로 상기 제2끼움 결합부(122)에는 상기 제1끼움 결합부(112)와의 결합을 위한 별도의 나사산 등은 형성되지 않아도 된다. 따라서 나사산 등 복잡한 형상 가공이 없으므로 정밀한 제작이나 가공 과정이 요구되지 않아 용이하고 경제적으로 상기 제2끼움 결합부(122)를 제작할 수 있다.

상기 탄성부재(130)는 스프링으로 형성된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 용수철 또는 외력으로 압축되었다가 상기 외력이 제거되면 원상태로 돌아가려는 복원력을 갖는 다른 탄성부재로 변경이 가능하다. 상기 탄성부재(130)는 상기 제1끼움 결합부(112)와 상기 제2끼움 결합부(122)의 사이에 압축된 상태로 개재된다. 상기 탄성부재(130)는 상기 제1아암(110)과 상기 제2아암(120)이 자기력으로 결합된 상태에서, 상기 자기력이 해제되면서 분리되는 순간 상기 제1아암(110)과 상기 제2아암(120)이 순간적으로 빠르게 분리될 수 있도록 힘을 작용한다. 상기 힘은 상기 탄성 부재(130)가 압축되었다가 원상태로 돌아가려는 복원력이다.

따라서 상기 탄성 부재(130)가 존재하는 경우, 상기 탄성 부재(130)가 없는 경우에 비해 빠르게 상기 제1아암(110)과 상기 제2아암(120)을 분리시킬 수 있어서, 위급상황에 신속하게 대처할 수 있는 장점이 있다. 그러므로 상기 탄성부재(130)의 복원력의 크기가 더 큰 것을 사용함으로써 상기 제1아암(110)과 상기 제2아암(120)의 분리 속도를 높일 수도 있다.

상기 탄성 부재(130)는 끼움 돌기로 형성된 상기 제2끼움 결합부(122)의 끝부분 보다 작은 직경으로 형성된다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 탄성부재(130)가 상기 제2끼움 결합부(122)의 끝부분과 동일 또는 더 큰 직경으로 형성될 수도 있다. 상기 탄성부재(130)는 상기 제1끼움 결합부(112)와 상기 제2끼움 결합부(122) 사이에 개재되기만 하면 되므로, 상기 제1끼움 결합부(112) 또는 상기 제2끼움 결합부(122)의 끼움 돌기 등에 상기 탄성부재(130) 고정을 위한 별도의 홈 등을 가공할 필요가 없는 장점이 있다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇이 인터페이스의 작동을 상세히 살펴보면, 다음과 같다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 제2아암(120)의 제2끼움 결합부(122) 위에 상기 탄성 부재(130)를 올려놓고, 상기 자기력 조절부(111a, 111b, 111c, 114)가 포함된 상기 제1아암(110)을 상기 제2아암(120) 위에 결합한다. 이때, 상기 제1끼움 결합부(112)와 상기 제2끼움 결합부(122) 사이에 상기 탄성 부재(130)가 개재되도록 맞추어서 결합한다.

도 5를 참조하면, 상기 조절 스위치(114)를 온(ON) 방향으로 회전하면 상기 자석(111a)의 N극과 S극은 수평면과 평행하게 배치되고, 이 때 상기 철(Fe)이 상기 N극 및 S극과 접촉한다. 따라서 상기 자기력 조절부(111a, 111b, 111c, 114)는 상기 제1몸체부(111)로 자성을 전달하고 상기 제1몸체부(111)의 하부에 자성이 발생하여 상기 제2아암(120)과 자기적으로 결합한다. 이때 상기 제1끼움 결합부(112)와 상기 제2끼움 결합부(122)가 결합하면서 그 사이에 개재된 상기 탄성 부재(130)는 압축된다.

도2를 참조하면, 상기 제1아암(110)과 상기 제2아암(120)이 자기력에 의해 결합된 모습을 나타낸다. 도 5의 (a)와 같이 상기 조절 스위치(114)를 오프(OFF) 방향으로 회전하면 도 3에서와 같이 상기 제1아암(110)과 상기 제2아암(120) 사이의 자기력이 제거되고, 또한 압축되었던 탄성 부재(130)의 복원력이 작용하면서 상기 제1아암(110)과 상기 제2아암(120)이 빠르게 분리된다.

상기 작동 원리와 같이 상기 착용형 로봇의 인터페이스는 자기력을 이용하여 상기 조절 스위치(114)의 조절만으로 쉽게 결합 및 분리가 가능한 장점이 있다. 또한 상기 제1아암(110) 및 상기 제2아암(120) 사이에 개재된 상기 탄성 부재(130)의 복원력으로 인해 상기 제1아암(110)과 상기 제2아암(120)의 분리 속도가 자기력에만 의존하여 분리될 때보다 훨씬 빨라서 신속한 분리를 요하는 긴급 상황에도 기민하게 대처 가능한 장점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

110: 제1아암 111: 제1몸체부
111a: 자석 111b: 제1부재
111c: 제2부재 112: 제2끼움 결합부
113: 로봇 결합용 돌기 114: 조작부
120: 제2아암 121: 제2몸체부
122: 제2끼움 결합부 123: 착용부 결합 홈

Claims

로봇 본체 측 말단에 결합되되 제1끼움 결합부를 포함하는 제1몸체부, 상기 제1몸체부에 결합되며 전부 또는 일부가 자성을 갖되 상기 자성이 조절 가능한 자기력 조절부를 포함하는 제1아암;
전부 또는 일부가 자성체로 형성되며, 상기 제1아암의 제1끼움 결합부와 끼움 결합되는 제2끼움 결합부를 포함하는 제2아암; 및
상기 제1끼움 결합부와 상기 제2끼움 결합부의 사이에 개재되어, 상기 자기력 조절부의 상기 자성이 제거되면 상기 제1아암과 상기 제2아암이 분리되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함하는 착용형 로봇의 인터페이스.
청구항 1에 있어서,
상기 자기력 조절부는,
상기 제1몸체부 내에 삽입 고정되며, 자성체로 형성되고, 한 쌍이 서로 이격된 상태로 마주 보도록 배치되는 제1부재들;
상기 제1몸체부 내에서 상기 제1부재들 사이에 삽입 고정되며, 비자성체로 형성되는 제2부재;
상기 제1부재들과 상기 제2부재에 회전 가능하게 삽입되어 있으며, N극 및 S극을 포함하는 자석;
상기 N극과 상기 S극의 위치를 변화시키도록 상기 자석을 회전시켜서, 상기 자석의 자기력을 조절하는 조절 스위치를 포함하는 착용형 로봇의 인터페이스.
청구항 2에 있어서,
상기 제1부재들은 철(Fe)로 형성되고, 상기 제2부재는 알루미늄(Al)으로 형성되는 착용형 로봇의 인터페이스
청구항 2에 있어서,
상기 자기력 조절부는 상기 조절 스위치를 이용하여 온(ON) 또는 오프(OFF) 방식으로 상기 자기력을 조절하는 착용형 로봇의 인터페이스.
청구항 4에 있어서,
상기 조절 스위치가 온(on) 상태로 회전하면, 상기 자석의 N극 및 S극이 상기 제1부재와 각각 접촉하여 자기력을 전달시킴으로써 상기 제1아암과 상기 제2아암이 결합하고, 오프(off) 상태로 회전하면, 상기 자석의 N극 및 S극이 상기 제2부재와 각각 접촉하여 자기력이 차단됨으로써 상기 제1아암과 상기 제2아암이 분리되는 착용형 로봇의 인터페이스.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성부재는 압축된 상태로 상기 제1끼움 결합부와 상기 제2끼움 결합부의 사이에 개재되어 있는 착용형 로봇의 인터페이스.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성부재는 스프링 또는 용수철을 포함하는 착용형 로봇의 인터페이스.
청구항 1에 있어서,
상기 제1아암의 제1끼움 결합부와 상기 제2아암의 제2끼움 결합부 중 어느 하나는 상기 제1아암과 상기 제2아암의 끼움 결합방향으로 개구된 끼움홈으로 구비되고, 나머지 하나는 상기 끼움홈에 맞춰 끼워지고 분리될 수 있는 끼움 돌기로 구비되는 착용형 로봇의 인터페이스.
청구항 8에 있어서,
상기 끼움돌기의 끝단과 상기 끼움홈 사이에 상기 탄성부재가 개재되는 착용형 로봇의 인터페이스.
청구항 8에 있어서,
상기 탄성부재는, 상기 제1끼움 결합부와 결합하는 상기 끼움돌기 일 단의 직경보다 작은 직경으로 형성되는 착용형 로봇의 인터페이스.
청구항 8에 있어서,
상기 제1아암은, 상기 제2아암과 연결되는 단부에 상기 끼움홈이 형성되고, 상기 로봇 본체와 연결되는 단부에 상기 로봇 본체측과 착탈 가능토록 로봇 결합용 돌기가 돌출 형성되는 착용형 로봇의 인터페이스.
청구항 8에 있어서,
상기 제2아암에는 상기 착용부 반대쪽 단부에 상기 끼움돌기가 구비되고, 상기 착용부 측 단부에 상기 착용부와 착탈 가능토록 착용부 결합홈이 상기 제1아암과 상기 제2아암의 끼움 결합방향으로 형성되는 착용형 로봇의 인터페이스.