KR102122774B1 - 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체 및 그 착용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판에 관한 것으로, 착용자의 등에 밀착되는 등판, 상기 등판에 조립되는 로봇기둥을 포함하는 착용로봇용 등판 조립체에 있어서; 상기 등판의 착용면 반대쪽에 고정되고, 길이방향으로 다수의 구멍이 형성된 한 쌍의 등판고정브라켓; 상기 한 쌍의 등판고정브라켓 안쪽에 배치 고정된 한 쌍의 리니어가이드; 상기 리니어가이드를 따라 슬라이딩되고, 상기 등판고정브라켓에 위치고정될 수 있는 슬라이딩블럭; 상기 로봇기둥에 고정되고, 상기 슬라이딩블럭에 끼워져 상기 로봇기둥이 상기 등판에 대해 움직일 수 있도록 구비된 리니어부싱; 상기 로봇기둥의 양측면에 일체로 절곡 형성되고, 상기 등판고정브라켓과 일직선상으로 배치되어 볼트 혹은 나사를 통해 상호 결속될 수 있도록 안내하는 결합플랜지;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체를 제공한다.
본 발명에 따르면, 착용로봇의 등판 상하길이를 조절할 수 있어 착용감을 향상시키고, 불편을 해소하는 효과를 얻을 수 있고, 착용자가 어느 정도의 하중을 느끼는지를 측정할 수 있기 때문에 좀 더 고차원적인 로봇 구동 알고리즘을 구현할 수 있다.

Description

착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체 및 그 착용방법{BACK PLATE ASSEMBLY OF WEARABLE ROBOTS FOR COMFORT IMPROVEMENT AND WEARABLE METHOD THEREOF}

본 발명은 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체 및 그 착용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 착용자의 상체 길이에 맞춰 슬라이딩 가능하고, 하중에 따라 최적의 위치에 장착될 수 있도록 하여 착용감을 향상시킨 착용로봇의 등판 조립체 및 그 착용방법에 관한 것이다.

착용로봇은 인체와 유사한 관절 작용을 수행하는 링크들이 인체에 착용될 수 있는 형상으로 유기적으로 결합되어 제작된다. 이러한 착용로봇은 사용자에게 착용되어 상지 또는 하지 근력을 보조함으로써 별도의 외부 기계의 도움없이 사용자가 일반적인 인간의 근력 한계를 벗어나는 근력이 요구되는 고 하중 작업을 수행할 수 있도록 한다.

착용로봇과 관련된 선행기술로는 공개특허 제2013-0001409호, 공개특허 제2013-0029623호, 공개특허 제2013-0029621호 등 다수가 개시되어 있으며, 이를 테면 도 1과 같은 전신 착용로봇을 예시하자면, 상지단위링크(2a)들이 링크구동부(8)에 의해 회전 가능하게 연결되고 말단에 손착용부(3)가 결합된 상지링크(2), 하지단위링크(4a)들이 링크구동부(8)에 의해 회전 가능하게 연결되고 말단부에 발착용부(5)가 결합된 하지링크(4), 멜빵 등의 착용구(9a)가 구비되고 내부에 배터리와 제어부가 장착된 상체착용부(9), 팔과 다리에 각각 상지링크(2)와 하지링크(4)를 장착시키는 사지착용부(6), 상지 또는 하지 단위링크들의 단부를 관절작용을 하도록 회전가능하게 결합시키며 회전 구동력을 제공하는 링크구동부(8)를 포함하여 구성되고, 상기 제어부에는 기구학적 또는 역기구학적 제어 알고리즘이 탑재된다.

이러한 구성의 착용로봇은 사지착용부(6)와 착용구(9a)에 의해 사용자에게 착용된 후 링크구동부(8)의 구동력 제어를 포함하는 착용로봇의 기구학 및 역기구학적 제어 알고리즘에 의해 구동됨으로써, 사용자의 근력을 보조하여 사용자가 자신의 한계를 넘어서는 고 하중이 인가되는 작업을 용이하게 수행할 수 있도록 한다.

그러나, 착용형태 때문에 로봇이 사람에게 완벽하게 밀착 및 입혀지지 않으면 사람은 불편함을 느끼게 된다.

많은 부분이 이러한 문제를 야기 하겠지만, 특히 하네스와 연결되는 등판의 높낮이에 따라 사람이 느끼는 불편함이 크다. 이는 사람의 키가 천차만별이기 때문이다.

즉, 착용로봇은 사람이 착용하는 것이기 때문에 각 부(정강이, 허벅지, 골반 등)의 길이 조절이 매우 중요한 요소이며, 그 중에서 등판은 위치를 조절하려면 고정블록의 볼트를 풀고 다시 블록의 위치를 잡은 다음 볼트를 다시 조이는 수고를 반복해야 한다.

물론, 이러한 조절 기능이 없는 착용로봇들이 대다수이기는 하지만, 그나마 조절 기능을 가진 경우라도 상술한 수고로움 뿐만 아니라, 엄청난 불편을 초래한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 착용감을 방해하는 요인과 불필요한 위치 조절 절차를 해소하기 위해 등판에 슬라이딩 구조를 도입하고, 사람의 어깨 높이에 맞게 등판을 조절함으로써 불편을 해소하고 착용감을 높인 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체 및 그 착용방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 착용자의 등에 밀착되는 등판, 상기 등판에 조립되는 로봇기둥을 포함하고 상기 등판의 착용면 반대쪽에 고정되고, 길이방향으로 다수의 구멍이 형성된 한 쌍의 등판고정브라켓; 상기 한 쌍의 등판고정브라켓 안쪽에 배치 고정된 한 쌍의 리니어가이드; 상기 리니어가이드를 따라 슬라이딩되고, 상기 등판고정브라켓에 위치고정될 수 있는 슬라이딩블럭; 상기 로봇기둥에 고정되고, 상기 슬라이딩블럭에 끼워져 상기 로봇기둥이 상기 등판에 대해 움직일 수 있도록 구비된 리니어부싱; 상기 로봇기둥의 양측면에 일체로 절곡 형성되고, 상기 등판고정브라켓과 일직선상으로 배치되어 볼트 혹은 나사를 통해 상호 결속될 수 있도록 안내하는 결합플랜지;를 포함하는 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체에 있어서;
상기 슬라이딩블럭의 전면에는 가압돌기가 돌출되고, 상기 로봇기둥의 하측 일부에는 걸림공이 형성되며, 상기 로봇기둥의 하면에는 힘센서가 고정되고, 상기 힘센서의 상부에는 상기 가압돌기가 상기 걸림공 내부에 위치되고 상기 힘센서와 접촉될 수 있도록 배치되어 로봇기둥의 하중이 착용자에게 미치는 힘을 측정할 수 있도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체를 제공한다.

이때, 상기 등판의 착용면에는 탭 홀 브라켓이 밀착배치되고, 상기 탭 홀 브라켓에는 상기 등판고정브라켓과 리니어가이드가 상기 등판을 사이에 두고 각각 볼트 혹은 나사체결되어 고정되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 리니어가이드는 설치 조립의 용이성을 위해 다수개로 분절 형성된 것에도 그 특징이 있다.

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아울러, 본 발명은 상술한 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체를 착용하는 방법에 있어서; 등판에 슬라이딩블럭과 로봇기둥을 순차 조립하여 상호 슬라이딩 가능한 상태로 연결하는 등판 조립단계; 상기 조립단계 후 착용자가 등판을 임시 착용하여 힘센서에 걸리는 하중을 측정하고, 측정된 하중 정보를 이용하여 착용자의 신체조건에 맞는 제어로직을 구성하도록 설계인자로 반영하는 하중 측정단계; 상기 측정단계 후 착용자의 키를 분석하고, 걸리는 하중을 감안하여 착용자의 신체 조건에 맞춰 어깨 높이 부근에서 착용할 수 있도록 로봇기둥에 대해 등판을 상승시킨 후 볼트 혹은 너트를 이용하여 로봇기둥의 플랜지와 등판의 등판고정브라켓 사이를 견고히 체결 고정하는 고정위치 조절단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체 착용방법도 제공한다.

본 발명에 따르면, 착용로봇의 등판 상하길이를 조절할 수 있어 착용감을 향상시키고, 불편을 해소하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 착용자가 어느 정도의 하중을 느끼는지를 측정할 수 있기 때문에 좀 더 고차원적인 로봇 구동 알고리즘을 구현할 수 있다.

도 1은 종래 전신 착용로봇의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 착용로봇용 등판 조립체의 예시적인 조립 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 착용로봇용 등판 조립체의 예시적인 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 착용로봇용 등판 조립체의 도 3 반대 방향을 보인 예시적인 분해사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 착용로봇용 등판 조립체의 후면 분해예를 보인 모델링 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 착용로봇용 등판 조립체의 길이 조절예를 보인 모델링 도면이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체는 등판(100)을 포함한다.

상기 등판(100)은 착용자가 등에 짊어지는 것으로, 착용자의 등에 밀착되어 착용로봇의 기능을 구현할 수 있도록 하는 연결수단이다.

그리고, 상기 등판(100)의 전면, 즉 착용자의 등과 접하는 쪽 면에는 탭 홀 브라켓(110)이 구비되고, 그 반대면에는 각각 한 쌍의 등판고정브라켓(120)과 리니어가이드(130)가 구비된다.

이때, 상기 등판고정브라켓(120)과 리니어가이드(130)는 상기 등판(100)을 사이에 두고 볼트 혹은 나사를 통해 상기 탭 홀 브라켓(110)에 체결 고정되어 견고한 고정상태를 유지한다.

특히, 상기 등판고정브라켓(120)은 'ㄴ'형상의 앵글로서, 길이방향으로 일정간격을 두고 다수의 구멍이 형성되어 있어 볼트 혹은 나사 체결시 체결구멍 역할을 할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 리니어가이드(130)는 일정길이씩 분절된 형태를 갖춤으로써 조립설치의 용이성을 확보하도록 구성되며, 가이드 역할을 수행할 수 있도록 'ㄱ' 형상으로 형성되고 상기 한 쌍의 등판고정브라켓(120) 사이에 배치된다.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 리니어가이드(130)에 끼워져 슬라이딩될 수 있도록 슬라이딩블럭(200)이 구비된다.

상기 슬라이딩블럭(200)은 상단과 하단에 각각 연결브라켓(210)이 결합되어 상기 슬라이딩블럭(200)을 등판(100)에 고정할 수 있도록 하여 준다.

이를 위해, 상기 연결브라켓(210)은 'ㄷ' 형상으로 형성되고, 상기 한 쌍의 등판고정브라켓(120) 사이에 끼워진 후 상술한 구멍을 이용하여 볼트 혹은 나사를 통해 상호 체결 고정된다.

따라서, 상기 슬라이딩블럭(200)은 상단과 하단에 구비된 연결브라켓(210)이 각각 등판고정브라켓(120)에 고정됨으로써 등판(100)과 일체를 이루게 된다.

뿐만 아니라, 상기 슬라이딩블럭(200)의 전면에는 가압돌기(220)가 돌출된다.

상기 가압돌기(220)는 후술될 힘센서(S)를 가압하여 착용자에게 걸리는 하중을 검출할 수 있도록 하여 준다.

또한, 상기 슬라이딩블럭(200)은 양측면에 'ㄷ'형상의 가이드홈(230)이 형성되며, 가이드홈(230)을 형성하는 양측벽 중 어느 하나, 바람직하기로는 도 3의 도시상 등판(100) 쪽을 바라보는 측벽이 상기 리니어가이드(130)에 끼워져 이를 타고 슬라이딩될 수 있도록 구성됨으로써 슬라이딩블럭(200)의 고정위치를 편리하게 이동시킬 수 있도록 구성된다.

다른 한편, 상기 등판(100)에는 도 2,3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 슬라이딩블럭(200)을 매개로 로봇기둥(300)이 결합된다.

상기 로봇기둥(300)은 로봇의 일부로 로봇의 하중을 지지하는 역할을 한다.

그리고, 상기 로봇기둥(300)의 하부에는 지지브라켓(310)이 고정되고, 상기 지지브라켓(310)에는 힘센서(S)가 설치된다.

특히, 상기 힘센서(S)의 상측에는 간격을 두고 상기 가압돌기(220)가 배치되도록 하여 로봇기둥(300)이 등판(100)에 조립되었을 때 로봇기둥(300)의 하중이 힘센서(S)에 의해 측정되도록 구성된다.

다시 말해, 로봇기둥(300)이 조립된 상태에서 등판(100)을 들어 올리게 되면 로봇기둥(300)의 하중은 가압돌기(220)에 걸리게 되고, 가압돌기(220)는 슬라이딩블럭(200)과 일체로 형성되어 있으므로 슬라이딩블럭(200)이 리니어가이드(130)를 타고 하강하게 되고, 그 하강력은 가압돌기(220)와 접촉되는 힘센서(S)로 전달되어 힘센서(S)를 통해 하중을 계측할 수 있게 된다.

이렇게 측정된 하중은 착용자가 부담해야 할 부분이므로 이를 착용로봇의 제어로직과 연계하여 착용로봇의 동작설계시 반영되게 함으로써 보다 더 효율적이고 원활한 동작특성을 갖는 착용로봇을 구현할 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 로봇기둥(300)의 일부에는 걸림공(T)이 형성되고, 상기 걸림공(T)에는 상기 가압돌기(220)가 끼워져 그 속에서 움직일 수 있도록 구성되며, 상기 로봇기둥(300)이 등판(100)과 결속구조를 갖되 상하로 움직일 수 있어야 하므로 로봇기둥(300)의 일측면, 즉 슬라이딩블럭(200)을 바라보는 면상에는 리니어부싱(320)이 고정된다.

상기 리니어부싱(320)은 상기 가이드홈(230)의 일측벽에 끼워져 상호 미끄럼 운동할 수 있도록 구성된다.

아울러, 상기 로봇기둥(300)의 양측면에는 다수의 구멍이 형성된 절곡된 형태의 결합플랜지(F)가 구비되는데, 이 결합플랜지(F)의 구멍은 상기 로봇기둥(300)의 설치 위치가 결정되면 별도의 고정부재(미도시)를 결합플랜지(F)와 등판고정프라켓(120) 사이를 가로질러 덧대는 형태로 배치하고 볼트 혹은 나사를 이용하여 체결 고정함으로써 상호 견고한 고정상태를 이룰 수 있도록 구성된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같은 방식으로 착용될 수 있다.

먼저, 등판 조립단계가 수행된다.

상기 등판 조립단계는 등판(100)에 슬라이딩블럭(200)과 로봇기둥(300)을 순차 조립하여 상호 슬라이딩 가능한 상태로 연결하는 단계이다.

등판 조립이 완료되면, 착용자가 받을 하중을 측정하는 하중 측정단계가 수행된다.

상기 하중 측정단계는 로봇기둥(300)이 분리되지 않도록 조립된 상태에서 임시로 착용해 봄으로써 로봇기둥(300)이 착용자에게 미치는 하중을 미리 테스트하는 단계이다.

즉, 착용했을 때 로봇기둥(300)의 하중은 가압돌기(220)에 가해지고, 이로 인해 가압돌기(220)가 일체로 형성되어 있는 슬라이딩블럭(200)이 하방향으로 미끄러지는데 그와 동시에 가압돌기(220)의 하단이 힘센서(S)에 접촉되어 가압하게 되므로 이때 힘센서(S)는 그 가압력을 계측하고 신호를 송출함으로써 가압력의 크기가 힘으로 환산되어 나타나게 된다.

이에 따라, 설계자는 로봇기둥(300)에 의해 착용자가 부담할 하중을 미리 확인 후 착용자의 신체 조건에 맞도록 제어로직을 구현할 때 이를 반영할 수 있게 되어 제어효율을 높이고, 정확하고 신속한 동작을 갖는 고차원적인 로봇 구동 알고리즘을 구현할 수 있게 된다.

이후, 고정위치 조절단계가 수행된다.

상기 고정위치 조절단계는, 착용자의 키를 분석하고, 걸리는 하중을 감안하여 가장 착용하기 적합한 위치를 찾아 고정하는 단계로서, 도 6의 예시와 같이, 로봇기둥(300)에 대하여 등판(100)을 슬라이딩 상승시켜 적정 지점을 찾고, 적정지점이 확인되면 해당 지점에서 볼트 혹은 나사를 이용하여 로봇기둥(300)의 결합플랜지(F)와 등판(100)의 등판고정브라켓(120) 사이를 체결 고정하는 단계이다.

이와 같이 하면, 착용자의 어깨 높이에 맞게 등판(100)의 위치를 쉽고 빠르게 조절할 수 있어 착용시 불편을 느끼지 않으며, 보다 고차원적인 로봇 구동 알고리즘을 구현할 수 있게 된다.

100: 등판 200: 슬라이딩블럭
300: 로봇기둥

Claims (5)

1. 착용자의 등에 밀착되는 등판, 상기 등판에 조립되는 로봇기둥을 포함하고 상기 등판의 착용면 반대쪽에 고정되고, 길이방향으로 다수의 구멍이 형성된 한 쌍의 등판고정브라켓; 상기 한 쌍의 등판고정브라켓 안쪽에 배치 고정된 한 쌍의 리니어가이드; 상기 리니어가이드를 따라 슬라이딩되고, 상기 등판고정브라켓에 위치고정될 수 있는 슬라이딩블럭; 상기 로봇기둥에 고정되고, 상기 슬라이딩블럭에 끼워져 상기 로봇기둥이 상기 등판에 대해 움직일 수 있도록 구비된 리니어부싱; 상기 로봇기둥의 양측면에 일체로 절곡 형성되고, 상기 등판고정브라켓과 일직선상으로 배치되어 볼트 혹은 나사를 통해 상호 결속될 수 있도록 안내하는 결합플랜지;를 포함하는 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체에 있어서;
   상기 슬라이딩블럭의 전면에는 가압돌기가 돌출되고, 상기 로봇기둥의 하측 일부에는 걸림공이 형성되며, 상기 로봇기둥의 하면에는 힘센서가 고정되고, 상기 힘센서의 상부에는 상기 가압돌기가 상기 걸림공 내부에 위치되고 상기 힘센서와 접촉될 수 있도록 배치되어 로봇기둥의 하중이 착용자에게 미치는 힘을 측정할 수 있도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 등판의 착용면에는 탭 홀 브라켓이 밀착배치되고, 상기 탭 홀 브라켓에는 상기 등판고정브라켓과 리니어가이드가 상기 등판을 사이에 두고 각각 볼트 혹은 나사체결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 리니어가이드는 설치 조립의 용이성을 위해 다수개로 분절 형성된 것을 특징으로 하는 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 따른 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체를 착용하는 방법에 있어서;
   등판에 슬라이딩블럭과 로봇기둥을 순차 조립하여 상호 슬라이딩 가능한 상태로 연결하는 등판 조립단계;
   상기 조립단계 후 착용자가 등판을 임시 착용하여 힘센서에 걸리는 하중을 측정하고, 측정된 하중 정보를 이용하여 착용자의 신체조건에 맞는 제어로직을 구성하도록 설계인자로 반영하는 하중 측정단계;
   상기 측정단계 후 착용자의 키를 분석하고, 걸리는 하중을 감안하여 착용자의 신체 조건에 맞춰 어깨 높이 부근에서 착용할 수 있도록 로봇기둥에 대해 등판을 상승시킨 후 볼트 혹은 너트를 이용하여 로봇기둥의 플랜지와 등판의 등판고정브라켓 사이를 견고히 체결 고정하는 고정위치 조절단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 착용감 향상을 위한 착용로봇의 등판 조립체 착용방법.

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