KR102218260B1 - Robot for assisting muscular strength in walking - Google Patents

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전도영
장민수
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서강대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 다리 상부를 지지하는 다리 상부 유닛(11)과, 다리 하부를 지지하는 다리 하부 유닛(13)과, 다리 상부 유닛(11)과 다리 하부 유닛(13)을 힌지 연결시키는 무릎 관절 유닛(12)과, 다리 하부 유닛(13)과 연결되는 발판 유닛(15) 및, 다리 하부 유닛(13)과 발판 유닛(15)을 힌지 연결시키는 족 관절 유닛(14); 으로 구성되되, 다리 하부 유닛(13)에는 착용자의 근육 움직임을 통한 보행의도를 즉각 전달받는 의도 측정 센서(134)가 설치되어, 의도 측정 센서(134)가 받는 신호가 무릎 관절 유닛(12)으로 전달되면서 무릎 관절 유닛(12)을 가변시켜 착용자의 보행을 보조함으로써, 사용자의 보행 의도를 정확하고 신속하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라 보행이 시작된 직후가 아닌 보행 시작 직전에 보행 의도가 파악될 수 있음으로 인해 보행 초기의 갑작스런 근육과 관절의 경직을 방지시켜 줄 수 있으면서도, 동력 소모가 최소화 되면서도 강력한 토크를 낼 수 있고, 또한 모터로 인한 소음 문제가 최소화 될 수 있는 근력 및 보행보조 로봇을 제공하고자 한다.The present invention is a knee joint unit for hinge-connecting the upper leg unit 11 supporting the upper leg, the lower leg unit 13 supporting the lower leg, and the upper leg unit 11 and the lower leg unit 13 ( 12) and a footrest unit 15 connected to the lower leg unit 13, and a foot joint unit 14 for hinge-connecting the lower leg unit 13 and the footrest unit 15; Consisting of, the lower leg unit 13 is provided with an intention measurement sensor 134 that receives the walking intention immediately through the wearer's muscle movement, so that the signal received from the intention measurement sensor 134 is the knee joint unit 12 By varying the knee joint unit 12 while being transmitted to and assisting the wearer's walking, not only can the user's walking intention be accurately and quickly grasped, but also the walking intention can be grasped right before the start of the gait rather than immediately after the start of the gait. Because of this, it is possible to prevent sudden muscle and joint stiffness in the early stages of walking, while minimizing power consumption and generating strong torque, and also to provide a muscular and walking aid robot that can minimize noise problems caused by motors. .

Description

근력 및 보행보조 로봇{Robot for assisting muscular strength in walking}Robot for assisting muscular strength in walking

본 발명은 하지 근력을 보완하여 주는 보행 보조 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a walking assist robot that supplements the lower extremity muscle strength.

일반적으로, 보행 재활 로봇은 하지 마비나 근력 저하 등의 원인으로 거동이 불편해진 환자의 재활 치료에 사용되는 로봇이다.In general, the gait rehabilitation robot is a robot used for rehabilitation treatment of a patient whose movement is uncomfortable due to a cause of paralysis of the lower extremity or muscle strength.

고령화에 따른 뇌졸중으로 인한 중추 신경계 질환 환자들이 급속히 늘어나고 있다. 이러한 환자에게서 빈번히 발생하는 하지의 운동 능력 저하로 인해 환자가 서기, 걷기, 이동 등 일상생활의 여러 동작을 수행하는 것이 어려울 수 있다. 따라서 거동이 불편해진 환자의 재활 치료를 위한 보행 재활 기술의 개발이 지속적으로 이루어지는 추세이다.The number of patients with central nervous system disorders due to stroke due to aging is rapidly increasing. It may be difficult for the patient to perform various movements of daily life, such as standing, walking, and moving, due to a decrease in the motor ability of the lower limbs that frequently occurs in such patients. Therefore, the development of gait rehabilitation techniques for rehabilitation treatment of patients with discomfort is a trend.

특히 이처럼 재활 치료를 위한 경우에는 간호보조사가 주위에 없더라도 미약한 힘으로 걸음 동작을 수행할 수 있도록 간호보조사의 역할을 해 주는 도구나 장치가 필요할 수 있다.In particular, in the case of such rehabilitation treatment, a tool or device that plays the role of a nursing assistant may be needed so that the walking motion can be performed with a weak force even if the nursing assistant is not nearby.

그런데 종래의 하지 운동 기구들은 재활 환자들의 보행 의도를 간호보조사처럼 파악해 주지 못하므로 보조 기구라 하더라도 걸음의 전 동작을 재활 환자 스스로 수행할 때 소요되는 노고로 인해 특히 초기 재활 치료는 기구로는 수행하기 곤란한 경우가 대부분이다.However, since conventional lower extremity exercise devices cannot grasp the gait intention of rehabilitation patients like a nursing assistant, even if it is an auxiliary device, due to the hard work required when the rehabilitation patient performs the entire step by themselves, the initial rehabilitation treatment is especially performed with a device. In most cases it is difficult.

또한 종래에 개발된 근력 및 보행보조 관련 로봇은 관절 링크 내부나 또는 관절을 구동시키는 모터와 관절 링크 사이에 사용자가 보행하고자 하는 의도를 파악하기 위한 센서가 설치되므로, 모터의 구동으로 인한 관절의 회전 상황에서도 이를 사용자의 의도로 인식할 수 있어 사용자의 의도 파악에 많은 교란이 초래되므로 실효성이 떨어진다.In addition, in the conventionally developed muscle strength and walking aid-related robot, a sensor is installed in the joint link or between the motor driving the joint and the joint link to determine the intention of the user to walk, so the rotation of the joint due to the driving of the motor Even in a situation, it is possible to recognize this as the intention of the user, which causes a lot of disturbance in grasping the intention of the user, and thus its effectiveness is poor.

또한 종래에 개발된 근력 및 보행보조 관련 로봇은 관절마다 길고 둥근 모양의 모터와 리드 스크루와, 벨트, 풀리 구조의 동력전달 부재가 사용되어 작동될 때 심각한 소음이 발생되는 문제가 있다. 더욱이 이러한 소음원이 관절 부위마다 모두 사용됨으로 인해 상당한 동력 소모가 초래될 뿐만 아니라 소음 문제가 한층 심각한 상황이다.In addition, the conventionally developed robot related to muscle strength and walking aid has a problem that serious noise is generated when a motor and a lead screw having a long and round shape for each joint, a belt, and a power transmission member having a pulley structure are used to operate. Moreover, since these noise sources are all used for each joint, not only a considerable power consumption is caused, but also the noise problem is more serious.

따라서 사용자의 보행 의도를 정확하고 신속하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라 보행이 시작된 직후가 아닌 보행 시작 직전에 보행 의도가 파악될 수 있음으로 인해 보행 초기의 갑작스런 근육과 관절의 경직을 방지시켜 줄 수 있으면서도, 동력 소모가 최소화 되면서도 강력한 토크를 낼 수 있고, 또한 모터로 인한 소음 문제가 최소화 될 수 있는 근력 및 보행보조 로봇에 대한 개발이 절실하게 요청된다.Therefore, not only can the user's walking intention be accurately and quickly grasped, but also the walking intention can be grasped right before the start of the gait rather than immediately after the start of the gait, thereby preventing sudden muscle and joint stiffness at the beginning of the gait. There is an urgent need to develop a muscular strength and walking assist robot that can produce strong torque while minimizing power consumption and minimize noise problems caused by motors.

공개특허공보 제10-2015-0065943호(공개일자: 2015. 06. 15)Unexamined Patent Publication No. 10-2015-0065943 (published date: 2015. 06. 15)

등록특허공보 제10-1680740호(공고일자: 2016. 11. 30)Registered Patent Publication No. 10-1680740 (Notification date: 2016. 11. 30)

이에 본 발명은 사용자의 보행 의도를 정확하고 신속하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라 보행이 시작된 직후가 아닌 보행 시작 직전에 보행 의도가 파악될 수 있음으로 인해 보행 초기의 갑작스런 근육과 관절의 경직을 방지시켜 줄 수 있으면서도, 동력 소모가 최소화 되면서도 강력한 토크를 낼 수 있고, 또한 모터로 인한 소음 문제가 최소화 될 수 있는 근력 및 보행보조 로봇을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention not only can accurately and quickly grasp the user's walking intention, but also the walking intention can be grasped right before the start of the gait rather than immediately after the start of the gait, thereby preventing sudden muscle and joint stiffness in the initial stage of walking. It is possible to provide a muscular strength and walking assist robot that can generate strong torque while minimizing power consumption and minimize noise problems caused by motors.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇은 다리 상부를 지지하는 다리 상부 유닛(11)과, 다리 하부를 지지하는 다리 하부 유닛(13)과, 다리 상부 유닛(11)과 다리 하부 유닛(13)을 힌지 연결시키는 무릎 관절 유닛(12)과, 다리 하부 유닛(13)과 연결되는 발판 유닛(15) 및, 다리 하부 유닛(13)과 발판 유닛(15)을 힌지 연결시키는 족 관절 유닛(14)으로 구성되되, 상기 다리 하부 유닛(13)에는 착용자의 근육 움직임을 통한 보행의도를 즉각 전달받는 의도 측정 센서(134)가 설치됨으로써, 의도 측정 센서(134)가 받는 신호가 무릎 관절 유닛(12)으로 전달되어 무릎 관절 유닛(12)을 가변시켜 착용자의 보행을 보조하는 것을 특징으로 한다.The muscle strength and walking aid robot according to the present invention for achieving this purpose is the upper leg unit 11 supporting the upper leg, the lower leg unit 13 supporting the lower leg, and the upper leg unit 11 and the leg A knee joint unit 12 hingedly connecting the lower unit 13, a footrest unit 15 connected to the lower leg unit 13, and a foot hingedly connecting the lower leg unit 13 and the footrest unit 15 Consisting of a joint unit 14, the lower leg unit 13 is provided with an intention measurement sensor 134 that receives the walking intention immediately through the wearer's muscle movement, so that the signal received by the intention measurement sensor 134 is It is transmitted to the knee joint unit 12 and is characterized in that the knee joint unit 12 is variable to assist the wearer's walking.

여기서 상기 의도 측정 센서(134)는 바람직하게는 종아리 근육의 팽창 및 수축을 감지함으로써 보행 의도 신호를 생성시킨다.Here, the intention measurement sensor 134 preferably generates a walking intention signal by detecting the expansion and contraction of the calf muscle.

이 경우 상기 다리 하부 유닛(13)은 바람직하게는 다리 하부의 길이 방향에 대응되게 길게 형성되어 다리 하부의 측면에 배치되는 하부 측면 지지대(131)와, 하부 측면 지지대(131)의 측면에 설치되어 다리 하부가 체결되는 커프(132)로 이루어지며, 상기 커프(132)는 다리 하부의 일부 외면 형상에 대응되는 만곡 면이 형성된 접촉판(1321)과, 접촉판(1321)을 하부 측면 지지대(131)에 체결시키는 체결 바(1323)를 포함하며, 상기 의도 측정 센서(134)는 체결 바(1323)의 미세 움직임을 감지함으로써 종아리 근육의 팽창과 수축을 감지한다.In this case, the lower leg unit 13 is preferably formed on the side of the lower side support 131 and the lower side support 131 formed to be elongated to correspond to the length direction of the lower leg and disposed on the side of the lower leg. Consisting of a cuff 132 to which the lower leg is fastened, the cuff 132 includes a contact plate 1321 having a curved surface corresponding to the shape of a partial outer surface of the lower leg, and a contact plate 1321 having a lower side support 131 ), and the intention measurement sensor 134 detects the expansion and contraction of the calf muscle by detecting the fine movement of the fastening bar 1323.

이때 상기 체결 바(1323)는 바람직하게는 양 단 사이가 절곡되어 절곡 부위를 중심으로 해서 일단까지의 부위인 제1부위는 접촉 판(1321)의 정면에 결합되고, 절곡 부위를 중심으로 해서 타단 까지의 부위인 제2부위는 하부 측면 지지대(131)에 체결됨으로써, 종아리 근육의 팽창에 따라 접촉 판(1321)이 미세하게 전진 또는 후진 될 때 체결 바(1323)의 제2부위가 제2부위 자신의 길이방향을 따라 전진 또는 후진됨으로써 상기 의도 측정 센서(134)에 동작 신호를 발생시킨다.At this time, the fastening bar 1323 is preferably bent between both ends, and the first part, which is a part from the bent part to the one end, is coupled to the front side of the contact plate 1321, and the other end with the bent part as the center. The second part, which is the part up to, is fastened to the lower side support 131, so that the second part of the fastening bar 1323 becomes the second part when the contact plate 1321 is finely advanced or reversed according to the expansion of the calf muscle. By moving forward or backward along its own longitudinal direction, an operation signal is generated to the intention measurement sensor 134.

여기서 상기 하부 측면 지지대(131)의 측면에는 바람직하게는 내부에 체결 바(1323)가 삽입되도록 체결 레일(1331)이 형성된 연결구(133)가 고정 설치되고, 상기 의도 측정 센서(134)는 연결구(133)의 배후에 설치됨으로써, 상기 체결 레일(1331)로 삽입된 체결 바(1323)의 끝단 일부가 의도 측정 센서(134)의 일부에 삽입됨으로써, 의도 측정 센서(134)가 체결 바(1323)의 움직임을 감지한다.Here, a connector 133 in which a fastening rail 1331 is formed is preferably fixedly installed on the side of the lower side support 131 so that the fastening bar 1323 is inserted therein, and the intention measurement sensor 134 is a connector ( By being installed in the rear of 133, a part of the end of the fastening bar 1323 inserted into the fastening rail 1331 is inserted into a part of the intention measurement sensor 134, so that the intention measurement sensor 134 is connected to the fastening bar 1323. Detect the movement of

이때 상기 의도 측정 센서(134)는 바람직하게는 체결 바(1323) 끝단의 동작 거리가 보행 의사에 따른 종아리의 팽창 길이를 초과할 때에 보행 의사 신호를 발생시키도록 세팅된다.At this time, the intention measurement sensor 134 is preferably set to generate a walking intention signal when the operating distance of the end of the fastening bar 1323 exceeds the inflation length of the calf according to the walking intention.

한편, 상기 제1부위와 접촉 판(1321)의 정면과의 결합 부위에는 바람직하게는 평행이동 조절 레버(1322)가 설치되어, 제1부위의 길이방향을 따라 접촉 판(1321)의 결합 위치가 선택될 수 있다.On the other hand, a parallel movement control lever 1322 is preferably installed at a coupling portion between the first portion and the front surface of the contact plate 1321 so that the coupling position of the contact plate 1321 along the length direction of the first portion is Can be chosen.

그리고 상기 족 관절 유닛(14)에는 바람직하게는 보행 중에 족 관절에 추진력을 제공하는 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)이 설치된다.And the ankle joint unit 14 is preferably provided with a non-powered propulsion module (141, 142, 143, 144, 146) for providing a propulsion force to the ankle joint while walking.

여기서 상기 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)은 압축 스프링(143)의 탄성력으로 추진력을 제공하도록 바람직하게는 압축 스프링(143)이 내장된 피스톤(141)과 실린더(142)로 이루어진다.Here, the non-powered propulsion modules 141, 142, 143, 144, and 146 are preferably composed of a piston 141 and a cylinder 142 having a compression spring 143 embedded therein so as to provide a propulsive force with the elastic force of the compression spring 143.

이때 상기 족 관절 유닛(14)은 바람직하게는 상기 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)과, 다리 하부 유닛(13)과 발판 유닛(15)을 연결시키는 제1힌지(145)와, 실린더(142)를 다리 하부 유닛(13)과 상대 가변되게 연결시키는 제2힌지(144)와, 피스톤(141)을 발판 유닛(15)과 상대 가변되게 연결시키는 제3힌지(146)로 이루어짐으로써, 발판 유닛(15)이 다리 하부 유닛(13)에 대해 자유롭게 각도가 가변되더라도 실린더(142) 내부에서 피스톤(141)이 원활하게 작동된다.At this time, the foot joint unit 14 is preferably a first hinge 145 connecting the non-powered propulsion module 141, 142, 143, 144, 146, the lower leg unit 13 and the footrest unit 15, and the cylinder 142 By consisting of a second hinge 144 for relatively variable connection with the lower unit 13 and a third hinge 146 for relatively variable connection of the piston 141 to the footrest unit 15, the footrest unit 15 Even if the angle with respect to the lower leg unit 13 is freely varied, the piston 141 is smoothly operated inside the cylinder 142.

한편, 상기 무릎 관절 유닛(12)은 바람직하게는 다리 하부 유닛(13)의 상단에 고정 설치되는 하퇴부측 링크(121)와, 하퇴부측 링크(121)에 자유 회전 가능하게 결합되며 다리 상부 유닛(11)의 하단에 고정 설치되는 대퇴부측 링크(122) 및, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122)에 함께 결합되어 하퇴부측 링크(121)에 대해 대퇴부측 링크(122)를 회전 구동시키는 회전 구동 모듈로 이루어진다.Meanwhile, the knee joint unit 12 is preferably coupled to the lower leg side link 121 fixedly installed on the upper end of the leg lower unit 13 and the lower leg side link 121 to be freely rotatable, and the upper leg unit ( 11) is coupled to the femoral side link 122 fixedly installed at the bottom of the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 to rotate the femoral side link 122 with respect to the lower leg side link 121 It consists of a rotation drive module to let.

이 경우 상기 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122)는 바람직하게는 디스크 형태로 형성되고, 상기 회전 구동 모듈에 설치되어 하퇴부측 링크(121)에 대해 대퇴부측 링크(122)를 회전 구동시키는 모터는 플랫 타입 모터(123)이다.In this case, the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 are preferably formed in a disk shape, and installed in the rotation drive module to rotate the femoral side link 122 with respect to the lower leg side link 121 The motor is a flat type motor 123.

여기서 상기 플랫 타입 모터(123)와 대퇴부측 링크(122) 사이에는 바람직하게는 하모닉 드라이버(124)가 설치되며, 플랫 타임 모터의 회전 샤프트에는 엔코더(125)가 설치된다.Here, a harmonic driver 124 is preferably installed between the flat-type motor 123 and the femoral side link 122, and an encoder 125 is installed on the rotating shaft of the flat-time motor.

이때 상기 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 어느 하나에는 바람직하게는 원점 인식 돌기(1211)가 형성되고, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 나머지 하나에는 원점 인식 돌기(1211)가 삽입되어 가변되는 가이드 홈 형태의 원점 인식 홈(1221)이 형성되며, 원점 인식 홈(1221)의 일단에는 원점 인식 돌기(1211)의 삽입을 인식하는 원점 인식 센서가 설치됨으로써, 원점 인식 돌기(1211)가 원점 인식 홈(1221)의 일단에 접할 때 원점 인식 센서가 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 간의 원점 각도에 도달했음을 표시하는 전기 신호를 발생시킴으로써 원점 인식이 자동으로 이루어진다.At this time, an origin recognition protrusion 1211 is preferably formed in any one of the lower leg side link 121 and the femoral side link 122, and the other one of the lower leg side link 121 and the femur side link 122 has an origin. The recognition protrusion 1211 is inserted to form an origin recognition groove 1221 in the form of a guide groove that is variable, and at one end of the origin recognition groove 1221 an origin recognition sensor for recognizing the insertion of the origin recognition protrusion 1211 is installed. , When the origin recognition protrusion 1211 contacts one end of the origin recognition groove 1221, the origin recognition sensor generates an electric signal indicating that the origin angle between the lower leg side link 121 and the thigh side link 122 has been reached. Recognition takes place automatically.

특히 상기 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 어느 하나에는 바람직하게는 회전 제한 돌기(1212)가 형성되고, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 나머지 하나에는 회전 제한 돌기(1212)가 삽입되어 가변되는 가이드 홈 형태의 회전 제한 홈(1222)이 형성됨으로써, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 간의 회전 각도가 일정한 각도 내로 제한되어 착용자의 무릎 관절의 각도 변경이 안전한 각도로 제한된다.In particular, a rotation limiting protrusion 1212 is preferably formed on any one of the lower leg side link 121 and the femoral side link 122, and the remaining one of the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 rotates The limiting protrusion 1212 is inserted to form a rotation limiting groove 1222 in the form of a guide groove that is variable, so that the rotation angle between the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 is limited within a certain angle, and thus the wearer's knee joint The angle change of is limited to a safe angle.

또한 본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇은 다리 상부를 지지하는 다리 상부 유닛(11)과, 다리 하부를 지지하는 다리 하부 유닛(13)과, 다리 상부 유닛(11)과 다리 하부 유닛(13)을 힌지 연결시키는 무릎 관절 유닛(12)과, 다리 하부 유닛(13)과 연결되는 발판 유닛(15) 및, 다리 하부 유닛(13)과 발판 유닛(15)을 힌지 연결시키는 족 관절 유닛(14)으로 구성되되, 상기 족 관절 유닛(14)에는 보행 중에 족 관절에 추진력을 제공하는 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)이 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the muscle strength and walking aid robot according to the present invention includes an upper leg unit 11 supporting an upper leg, a lower leg unit 13 supporting a lower leg, and an upper leg unit 11 and a lower leg unit 13 The knee joint unit 12 hingedly connected, the footrest unit 15 connected to the lower leg unit 13, and the ankle joint unit 14 hingedly connecting the lower leg unit 13 and the footrest unit 15 Consisting of, the ankle joint unit 14 is characterized in that the non-powered propulsion module (141, 142, 143, 144, 146) for providing propulsion to the foot joint during walking is installed.

여기서 상기 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)은 압축 스프링(143)의 탄성력으로 추진력을 제공하도록 압축 스프링(143)이 내장된 피스톤(141)과 실린더(142)로 이루어진다.Here, the non-powered propulsion modules 141, 142, 143, 144, and 146 are composed of a piston 141 and a cylinder 142 in which a compression spring 143 is embedded so as to provide a propulsive force with the elastic force of the compression spring 143.

이때 상기 족 관절 유닛(14)은 바람직하게는 상기 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)과, 다리 하부 유닛(13)과 발판 유닛(15)을 연결시키는 제1힌지(145)와, 실린더(142)를 다리 하부 유닛(13)과 상대 가변되게 연결시키는 제2힌지(144)와, 피스톤(141)을 발판 유닛(15)과 상대 가변되게 연결시키는 제3힌지(146)로 이루어짐으로써, 발판 유닛(15)이 다리 하부 유닛(13)에 대해 자유롭게 각도가 가변되더라도 실린더(142) 내부에서 피스톤(141)이 원활하게 작동된다.At this time, the foot joint unit 14 is preferably a first hinge 145 connecting the non-powered propulsion module 141, 142, 143, 144, 146, the lower leg unit 13 and the footrest unit 15, and the cylinder 142 By consisting of a second hinge 144 for relatively variable connection with the lower unit 13 and a third hinge 146 for relatively variable connection of the piston 141 to the footrest unit 15, the footrest unit 15 Even if the angle with respect to the lower leg unit 13 is freely varied, the piston 141 is smoothly operated inside the cylinder 142.

또한 상기 무릎 관절 유닛(12)은 바람직하게는 다리 하부 유닛(13)의 상단에 고정 설치되는 하퇴부측 링크(121)와, 하퇴부측 링크(121)에 자유 회전 가능하게 결합되며 다리 상부 유닛(11)의 하단에 고정 설치되는 대퇴부측 링크(122) 및, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122)에 함께 결합되어 하퇴부측 링크(121)에 대해 대퇴부측 링크(122)를 회전 구동시키는 회전 구동 모듈로 이루어진다.In addition, the knee joint unit 12 is preferably coupled to the lower leg side link 121 fixedly installed on the upper end of the lower leg unit 13 and the lower leg side link 121 to be freely rotatable, and the upper leg unit 11 ) Is coupled to the femoral side link 122 fixedly installed at the lower end of the femoral side link 122 and the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 to rotate the femoral side link 122 with respect to the lower leg side link 121 It consists of a rotation drive module.

이 경우 상기 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122)는 바람직하게는 디스크 형태로 형성되고, 상기 회전 구동 모듈에 설치되어 하퇴부측 링크(121)에 대해 대퇴부측 링크(122)를 회전 구동시키는 모터는 플랫 타입 모터(123)이다.In this case, the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 are preferably formed in a disk shape, and installed in the rotation drive module to rotate the femoral side link 122 with respect to the lower leg side link 121 The motor is a flat type motor 123.

또한 상기 플랫 타입 모터(123)와 대퇴부측 링크(122) 사이에는 바람직하게는 하모닉 드라이버(124)가 설치되며, 플랫 타임 모터의 회전 샤프트에는 엔코더(125)가 설치된다.In addition, a harmonic driver 124 is preferably installed between the flat-type motor 123 and the femur side link 122, and an encoder 125 is installed on the rotating shaft of the flat-time motor.

이때 상기 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 어느 하나에는 원점 인식 돌기(1211)가 형성되고, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 나머지 하나에는 원점 인식 돌기(1211)가 삽입되어 가변되는 가이드 홈 형태의 원점 인식 홈(1221)이 형성되며, 원점 인식 홈(1221)의 일단에는 원점 인식 돌기(1211)의 삽입을 인식하는 원점 인식 센서가 설치됨으로써, 원점 인식 돌기(1211)가 원점 인식 홈(1221)의 일단에 접할 때 원점 인식 센서가 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 간의 원점 각도에 도달했음을 표시하는 전기 신호를 발생시킴으로써 원점 인식이 자동으로 이루어진다.At this time, an origin recognition protrusion 1211 is formed in any one of the lower leg side link 121 and the femoral side link 122, and the other one of the lower leg side link 121 and the femur side link 122 has an origin recognition protrusion ( 1211) is inserted to form an origin recognition groove 1221 in the form of a variable guide groove, and an origin recognition sensor is installed at one end of the origin recognition groove 1221 to recognize the insertion of the origin recognition protrusion 1211, thereby recognizing the origin. When the protrusion 1211 comes into contact with one end of the origin recognition groove 1221, the origin recognition sensor generates an electric signal indicating that the origin angle between the lower leg side link 121 and the thigh side link 122 has been reached, thereby automatically recognizing the origin. Consists of

특히 상기 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 어느 하나에는 바람직하게는 회전 제한 돌기(1212)가 형성되고, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 나머지 하나에는 회전 제한 돌기(1212)가 삽입되어 가변되는 가이드 홈 형태의 회전 제한 홈(1222)이 형성됨으로써, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 간의 회전 각도가 일정한 각도 내로 제한되어 착용자의 무릎 관절의 각도 변경이 안전한 각도로 제한된다.In particular, a rotation limiting protrusion 1212 is preferably formed on any one of the lower leg side link 121 and the femoral side link 122, and the remaining one of the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 rotates The limiting protrusion 1212 is inserted to form a rotation limiting groove 1222 in the form of a guide groove that is variable, so that the rotation angle between the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 is limited within a certain angle, and thus the wearer's knee joint The angle change of is limited to a safe angle.

본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇은 사용자의 보행 의도를 정확하고 신속하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라 보행이 시작된 직후가 아닌 보행 시작 직전에 보행 의도가 파악될 수 있음으로 인해 보행 초기의 갑작스런 근육과 관절의 경직을 방지시켜 줄 수 있으면서도, 동력 소모가 최소화 되면서도 강력한 토크를 낼 수 있고, 또한 모터로 인한 소음 문제가 최소화 될 수 있는 효과가 있다.The muscle strength and walking aid robot according to the present invention not only can accurately and quickly grasp the user's walking intention, but also the walking intention can be grasped immediately before the start of the gait rather than immediately after the start of the gait. Stiffness can be prevented, power consumption is minimized, and strong torque can be generated, and noise problems caused by the motor can be minimized.

도 1은 본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇의 전체 사시도,
도 2는 도 1에서 다리 상부 유닛(11)을 제외한 사시도,
도 3은 도 2에서 무릎 관절 유닛(12)의 작동 상태를 나타낸 측면도,
도 4는 도 3에서 족 관절 유닛(14)의 원리를 확대하여 나타낸 측면도,
도 5는 도 4의 족 관절 유닛(14)의 원리를 나타낸 개념도,
도 6은 도 2에서 족 관절 유닛(14)의 작동 상태를 나타낸 측면도,
도 7은 도 2에서 다리 하부 유닛(13)을 확대하여 나타낸 분해사시도,
도 8은 도 2에서 무릎 관절 유닛(12)을 확대하여 나타낸 일부 분해사시도,
도 9는 도 8의 전체 분해사시도,
도 10은 도 9에서 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122)의 정면도,
도 11은 본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇의 응용 사시도,1 is an overall perspective view of a muscle strength and walking aid robot according to the present invention,
Figure 2 is a perspective view excluding the upper leg unit 11 in Figure 1,
Figure 3 is a side view showing the operating state of the knee joint unit 12 in Figure 2,
Figure 4 is a side view showing an enlarged principle of the foot joint unit 14 in Figure 3,
Figure 5 is a conceptual diagram showing the principle of the foot joint unit 14 of Figure 4,
6 is a side view showing an operating state of the ankle joint unit 14 in FIG. 2,
7 is an exploded perspective view showing an enlarged view of the lower leg unit 13 in FIG. 2;
Figure 8 is a partial exploded perspective view showing an enlarged knee joint unit 12 in Figure 2,
9 is an overall exploded perspective view of FIG. 8;
10 is a front view of the lower leg side link 121 and the thigh side link 122 in FIG. 9;
11 is an application perspective view of a muscle strength and walking aid robot according to the present invention,

본 발명의 실시예에서 제시되는 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 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are exemplified only for the purpose of describing the embodiments according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described in the present specification, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇은 도 1에 도시된 바와 같이 다리 상부를 지지하는 다리 상부 유닛(11)과, 다리 하부를 지지하는 다리 하부 유닛(13)과, 다리 상부 유닛(11)과 다리 하부 유닛(13)을 힌지 연결시키는 무릎 관절 유닛(12)과 다리 하부 유닛(13)과 연결되는 발판 유닛(15) 및, 다리 하부 유닛(13)과 발판 유닛(15)을 힌지 연결시키는 족 관절 유닛(14)으로 구성되되, 다리 하부 유닛(13)에는 착용자의 근육 움직임을 통한 보행의도를 즉각 전달받는 의도 측정 센서(134)가 설치됨으로써, 의도 측정 센서(134)가 받는 신호가 무릎 관절 유닛(12)으로 전달되어 무릎 관절 유닛(12)을 가변시켜 착용자의 보행을 보조하도록 구성된다.As shown in FIG. 1, the muscle strength and walking aid robot according to the present invention includes an upper leg unit 11 supporting an upper leg, a lower leg unit 13 supporting a lower leg, and an upper leg unit 11 The knee joint unit 12 connecting the lower leg unit 13 to the hinge, the footrest unit 15 connecting the lower leg unit 13, and the foot connecting the lower leg unit 13 and the footrest unit 15 hinge Consisting of the joint unit 14, the lower leg unit 13 is provided with an intention measurement sensor 134 that immediately receives the walking intention through the wearer's muscle movement, so that the signal received by the intention measurement sensor 134 is It is transmitted to the joint unit 12 and is configured to vary the knee joint unit 12 to assist the wearer's walking.

이때 의도 측정 센서(134)는 도 2에 도시된 바와 같이 종아리 근육의 팽창 및 수축을 감지함으로써 보행 의도 신호를 생성시킨다.At this time, the intention measurement sensor 134 generates a walking intention signal by detecting the expansion and contraction of the calf muscle as shown in FIG. 2.

종래에는 보행자의 보행 의도 측정 센서(134)가 관절 링크에 내장되거나 또는 모터 회전축에 연동되게 설치됨으로 인해 보행자가 무릎 또는 발목 관절을 움직일 경우에만 보행 의도가 측정되었다. 이 경우 보행 의도가 측정되기 전에 이미 보행을 위한 근육의 팽창이 일어남으로써, 아직 근육과 관절이 제대로 단련되지 않은 상태에서 많은 무리가 순간적으로 발생될 수밖에 없었다.Conventionally, since the pedestrian's walking intention measurement sensor 134 is installed in the joint link or interlocked with the motor rotation axis, the walking intention is measured only when the pedestrian moves the knee or ankle joint. In this case, the expansion of the muscles for walking already occurred before the walking intention was measured, so that a large group was inevitably generated while the muscles and joints were not properly trained.

또한 관절 링크에 내장되거나 모터 회전축에 보행 의도 측정 센서(134)가 내장될 경우에는 모터의 회전으로 인한 링크의 동작이 일어날 때에도 사용자의 의도인 것으로 측정될 수 있어서 보행 의도와 관절 작동 간의 교란이 일어날 수 있는 문제가 있었다.In addition, when the sensor 134 for measuring the walking intention is built into the joint link or the motor rotation axis is built in, the movement of the link due to the rotation of the motor may be measured as the user's intention, so that disturbance between the walking intention and the joint operation occurs. There could be a problem.

이러한 점을 해결하고자 본 발명에서는 보행을 위해 근육이 팽창될 때 그 팽창을 이용하여 보행 의도가 측정됨으로써, 보행 시작 전에 보행 보조를 위한 모터 작동이 시작될 수 있어 보행자의 관절에 가해지는 무리가 최소화될 수 있을 뿐만 아니라, 관절의 동작과 보행 의도 파악 메커니즘이 분리됨으로 인해 모터 동작이 보행 의도 파악 과정에 초래할 수 있는 교란이 방지된다.In order to solve this problem, in the present invention, when the muscle is expanded for walking, the walking intention is measured using the expansion, so that the motor operation for walking assistance can be started before the start of walking, so that the burden on the joint of the pedestrian can be minimized. In addition, since the motion of the joint and the mechanism for determining the walking intention are separated, disturbances that may be caused by the motor movement in the process of determining the walking intention are prevented.

여기서 다리 하부 유닛(13)은 도 7에 도시된 바와 같이 다리 하부의 길이 방향에 대응되게 길게 형성되어 다리 하부의 측면에 배치되는 하부 측면 지지대(131)와, 하부 측면 지지대(131)의 측면에 설치되어 다리 하부가 체결되는 커프(132)로 이루어진다.Here, the lower leg unit 13 is formed long to correspond to the length direction of the lower leg and is disposed on the side of the lower leg as shown in FIG. 7, and the lower side support 131 and the side of the lower side support 131 It is installed and consists of a cuff 132 to which the lower leg is fastened.

커프(132)는 다리 하부의 일부 외면 형상에 대응되는 만곡 면이 형성된 접촉판(1321)과, 접촉 판(1321)을 하부 측면 지지대(131)에 체결시키는 체결 바(1323)를 포함한다. 이때 의도 측정 센서(134)는 체결 바(1323)의 미세 움직임을 감지함으로써 종아리 근육의 팽창과 수축을 감지하게 된다. The cuff 132 includes a contact plate 1321 having a curved surface corresponding to a shape of a partial outer surface of the lower part of the leg, and a fastening bar 1323 for fastening the contact plate 1321 to the lower side support 131. At this time, the intention measurement sensor 134 detects the expansion and contraction of the calf muscle by detecting the fine movement of the fastening bar 1323.

즉 접촉 판(1321)은 종아리의 반대편인 정강이뼈를 감싸는 부위에 착용된다. 따라서 접촉 판(1321)의 형태는 정강이뼈의 돌출 형상에 맞게 만곡 면이 형성된다.That is, the contact plate 1321 is worn on a portion surrounding the shin bone opposite the calf. Therefore, the shape of the contact plate 1321 is formed with a curved surface to match the protruding shape of the shin bone.

체결 바(1323)는 도 7에 도시된 바와 같이 양 단 사이가 절곡되어 절곡 부위를 중심으로 해서 일단까지의 부위인 제1부위는 접촉 판(1321)의 정면에 결합되고, 절곡 부위를 중심으로 해서 타단까지의 부위인 제2부위는 하부 측면 지지대(131)에 체결됨으로써, 종아리 근육의 팽창에 따라 접촉 판(1321)이 미세하게 전진 또는 후진 될 때 체결 바(1323)의 제2부위가 제2부위의 길이방향을 따라 전진 또는 후진됨으로써 상기 의도 측정 센서(134)에 동작 신호를 발생시킨다.As shown in FIG. 7, the fastening bar 1323 is bent between both ends and the first part, which is a part up to one end, is coupled to the front side of the contact plate 1321, with the bent part as the center. As a result, the second part, which is the part to the other end, is fastened to the lower side support 131, so that when the contact plate 1321 is finely advanced or reversed according to the expansion of the calf muscle, the second part of the fastening bar 1323 is By moving forward or backward along the longitudinal direction of the second part, an operation signal is generated in the intention measurement sensor 134.

즉 제1부위는 본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇(10)을 착용한 보행자의 정면을 가로막는 형태로 길이방향이 배치되고, 제2부위는 보행자의 정면으로부터 후면을 향하는 방향으로 길이방향이 배치된다. 따라서 종아리 근육의 팽창에 따라 제1부위가 전진 또는 후진되면 제2부위는 길이방향으로 가변됨으로써 의도 측정 센서(134)를 자극하여 신호를 발생시킨다.That is, the first part is arranged in a longitudinal direction in a form that blocks the front of a pedestrian wearing the muscular strength and walking aid robot 10 according to the present invention, and the second part is arranged in a direction from the front to the rear of the pedestrian. do. Therefore, when the first part is moved forward or backward according to the expansion of the calf muscle, the second part is changed in the longitudinal direction, thereby stimulating the intention measurement sensor 134 to generate a signal.

보다 구체적으로 하부 측면 지지대(131)의 측면에는 도 7에 도시된 바와 같이 내부에 체결 바(1323)가 삽입되도록 체결 레일(1331)이 형성된 연결구(133)가 고정 설치되고, 의도 측정 센서(134)는 연결구(133)의 배후에 설치됨으로써, 체결 레일(1331)로 삽입된 체결 바(1323)의 끝단 일부가 의도 측정 센서(134)의 일부에 삽입됨으로써, 의도 측정 센서(134)가 체결 바(1323)의 움직임을 감지하게 된다.More specifically, on the side of the lower side support 131, a connector 133 having a fastening rail 1331 formed therein so that the fastening bar 1323 is inserted therein, as shown in FIG. 7, is fixedly installed, and an intention measurement sensor 134 ) Is installed behind the connector 133, so that a part of the end of the fastening bar 1323 inserted into the fastening rail 1331 is inserted into a part of the intention measurement sensor 134, so that the intention measurement sensor 134 is The movement of (1323) is detected.

이때 의도 측정 센서(134)는 체결 바(1323) 끝단의 동작 거리가 보행 의사에 따른 종아리의 팽창 길이를 초과할 때에 보행 의사 신호를 발생시키도록 세팅될 수 있다. 따라서 보행의사가 없는 범위 내의 사소한 체결 바(1323)의 진동에 대해서는 보행 의사가 아닌 것으로 판단되어 본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇(10)의 작동이 시작되지 않는다.In this case, the intention measurement sensor 134 may be set to generate a walking intention signal when the operating distance of the end of the fastening bar 1323 exceeds the inflation length of the calf according to the walking intention. Therefore, it is determined that it is not a walking intention for the minor vibration of the fastening bar 1323 within a range in which there is no walking intention, and thus the operation of the muscle strength and walking assist robot 10 according to the present invention is not started.

그리고 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1부위와 접촉 판(1321)의 정면과의 결합 부위에는 평행이동 조절 레버(1322)가 설치되어, 제1부위의 길이방향을 따라 접촉 판(1321)의 결합 위치가 선택될 수 있다. 왜냐하면 사람마다 다리의 굵기가 다르므로 접촉 판(1321)의 측면과 하부 측면 지지대(131) 간의 거리가 조절 가능하여야 하기 때문이다.In addition, as shown in FIG. 7, a parallel movement control lever 1322 is installed at a joint portion between the first portion and the front surface of the contact plate 1321, so that the contact plate 1321 is formed along the length direction of the first portion. The bonding position can be selected. This is because the thickness of the legs is different for each person, so the distance between the side of the contact plate 1321 and the lower side support 131 must be adjustable.

한편, 본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇(10)에는 도 4에 도시된 바와 같이 족 관절 유닛(14)에, 보행 중에 족 관절에 추진력을 제공하는 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)이 설치될 수 있다.On the other hand, the muscle strength and walking assist robot 10 according to the present invention, as shown in Figure 4, the foot joint unit 14, a non-powered propulsion module (141, 142, 143, 144, 146) that provides propulsion to the foot joint during walking may be installed. .

종래의 보행 보조 로봇에는 종아리 부위와 발 부위를 연결시키는 관절에 대응되는 위치에 부착되는 관절 또한 로봇으로 구동됨으로 인해 과도한 동력이 필요할 뿐만 아니라 소음도 심한 문제가 있다.In the conventional walking assist robot, there is a problem in that the joint attached to the position corresponding to the joint connecting the calf portion and the foot portion is also driven by the robot, so that excessive power is required and noise is severe.

따라서 본 발명에서는 족 관절 유닛(14)에 동력이 필요 없으면서도 족 관절의 움직임에 추진력을 제공 해 줄 수 있는 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)이 설치되어 소요되는 동력이 현저하게 절감될 뿐만 아니라 주요한 소음발생 요인 중 하나가 제거되는 효과가 있다.Therefore, in the present invention, a non-powered propulsion module (141, 142, 143, 144, 146) that can provide propulsion to the movement of the ankle joint without the need for power in the ankle joint unit 14 is installed to significantly reduce the required power as well as generate major noise. It has the effect of removing one of the factors.

여기서 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)은 도 4에 도시된 바와 같이 압축 스프링(143)의 탄성력으로 추진력을 제공하도록 압축 스프링(143)이 내장된 피스톤(141)과 실린더(142)로 이루어진다.Here, the non-powered propulsion modules 141, 142, 143, 144, and 146 are composed of a piston 141 and a cylinder 142 in which a compression spring 143 is embedded so as to provide a driving force with an elastic force of the compression spring 143, as shown in FIG. 4.

이때 피스톤(141)과 실린더(142)가 다리 하부 유닛(13)이나 발판 유닛(15)에 고정 연결된다면 피스톤(141)의 동작이 극히 제한되거나 동작이 불가능할 수 있다.At this time, if the piston 141 and the cylinder 142 are fixedly connected to the lower leg unit 13 or the footrest unit 15, the operation of the piston 141 may be extremely limited or may be impossible to operate.

따라서 본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇(10)에서는 족 관절 유닛(14)은 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)과, 다리 하부 유닛(13)과 발판 유닛(15)을 연결시키는 제1힌지(145)와, 실린더(142)를 다리 하부 유닛(13)과 상대 가변되게 연결시키는 제2힌지(144)와, 피스톤(141)을 발판 유닛(15)과 상대 가변되게 연결시키는 제3힌지(146)로 이루어짐으로써, 발판 유닛(15)이 다리 하부 유닛(13)에 대해 자유롭게 각도가 가변되더라도 실린더(142) 내부에서 피스톤(141)이 원활하게 작동되게 구성될 수 있다.Therefore, in the muscular and walking aid robot 10 according to the present invention, the ankle joint unit 14 is a non-powered propulsion module 141, 142, 143, 144, 146 and a first hinge 145 connecting the lower leg unit 13 and the footrest unit 15 Wow, a second hinge 144 that connects the cylinder 142 to the lower leg unit 13 in a relatively variable manner, and a third hinge 146 that connects the piston 141 to the footrest unit 15 in a relatively variable manner. By doing so, even if the angle of the footrest unit 15 with respect to the lower leg unit 13 is freely varied, the piston 141 may be configured to operate smoothly within the cylinder 142.

이와 같이 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)이 구성될 경우 도 6을 참조하면, 보행 과정에서 땅을 짚은 발로 체중이 지지 되므로 땅을 짚은 발이 뒤로 물러설 때 족 관절이 펴지는 방향으로 힘을 받으므로 뒷발은 튀어 오르는 방향으로 힘을 받아 전진 방향으로 추진력을 받게 되고, 앞서 나간 발은 앞서 나가는 과정에서는 공중에 유지되지만 최선두에서 땅에 착지되는 순간 족 관절 유닛(14)이 펴지면서 다시 족 관절이 대략 90도를 이루는 방향으로 힘을 받게 된다. 이때 족 관절 유닛(14)이 착지되면서 펼쳐지는 것은 체중으로 인해 자연스럽게 펼쳐지지만, 족 관절 유닛(14)이 90도를 이루는 방향으로 힘을 받게 되면 앞서 나간 발의 수직 상부까지 신체가 이동되도록 힘을 받으므로 이 경우에서도 앞으로 전진되는 데에 추진력을 받게 된다.When the non-powered propulsion module (141, 142, 143, 144, 146) is configured in this way, referring to FIG. 6, the weight is supported by the foot on the ground during the walking process, so when the foot on the ground retreats back, it receives force in the direction in which the ankle joint is stretched. It receives force in the bounce direction and receives propulsion in the forward direction, and the foot that went out ahead is held in the air in the process of going ahead, but the moment it lands on the ground at the foremost, the ankle joint unit 14 is unfolded and the ankle joint is again approximately 90 degrees. You will receive strength in the direction of achieving At this time, when the ankle joint unit 14 lands and unfolds naturally due to the weight, when the ankle joint unit 14 receives force in the direction of 90 degrees, it receives force to move the body to the vertical upper part of the foot Therefore, even in this case, it will receive momentum to move forward.

따라서 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)은 별도의 전원 공급을 받지 않더라도 대략 90도 각도에서 평형을 이루는 피스톤(141)과 실린더(142)가 족 관절의 뒤쪽에 배치됨으로써 자연스럽게 전진 추진력을 받게 되어 소음 감소와 동력 소비의 절감과, 모터 및 모터의 동력을 전달시키는 복잡한 메커니즘이 설치될 필요가 없어 제작비용 및 유지보수 비용의 대폭 절감이 가능하다. Therefore, the non-powered propulsion module (141, 142, 143, 144, 146) naturally receives the forward propulsion force by being disposed at the rear of the ankle joint with the piston 141 and cylinder 142 balanced at an angle of approximately 90 degrees even without separate power supply, reducing noise and power. It is possible to reduce consumption and significantly reduce manufacturing cost and maintenance cost because there is no need to install a complex mechanism for transmitting the motor and the power of the motor.

한편, 본 발명에 다른 로봇에서는 도 8에 도시된 바와 같이 무릎 관절 유닛(12)은 다리 하부 유닛(13)의 상단에 고정 설치되는 하퇴부측 링크(121)와, 하퇴부측 링크(121)에 자유 회전 가능하게 결합되며 다리 상부 유닛(11)의 하단에 고정 설치되는 대퇴부측 링크(122) 및, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122)에 함께 결합되어 하퇴부측 링크(121)에 대해 대퇴부측 링크(122)를 회전 구동시키는 회전 구동 모듈로 이루어질 수 있다.On the other hand, in the robot according to the present invention, as shown in FIG. 8, the knee joint unit 12 is free to the lower leg side link 121 and the lower leg side link 121 fixedly installed on the upper end of the lower leg unit 13. The femoral side link 122 which is rotatably coupled and fixed to the lower end of the leg upper unit 11, and the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 are coupled together with respect to the lower leg side link 121 It may be made of a rotation driving module for rotating the femoral side link 122.

이때 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122)는 디스크 형태로 형성되고, 회전 구동 모듈에 설치되어 하퇴부측 링크(121)에 대해 대퇴부측 링크(122)를 회전 구동시키는 모터는 플랫 타입 모터(123)가 설치됨으로써, 두께가 대폭 감소되어 다리 측면에 밀접하게 배치되어 자연스럽게 작동될 수 있다.At this time, the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 are formed in a disk shape, and the motor that is installed in the rotation drive module to rotate the femoral side link 122 with respect to the lower leg side link 121 is a flat type motor. By installing 123, the thickness is greatly reduced, so that it is closely disposed on the side of the leg and can be operated naturally.

여기서 플랫 타입 모터(123)와 대퇴부측 링크(122) 사이에는 하모닉 드라이버(124)가 설치되며, 플랫 타임 모터의 회전 샤프트에는 엔코더(125)가 설치될 수 있다. 따라서 하모닉 드라이버(124)로 인해 모터가 고속 회전되지 않더라도 큰 토크로 보행 보조가 가능하고, 또한 모터가 고속 회전될 필요가 없으므로 소음이 큰 폭으로 감소될 수 있다.Here, a harmonic driver 124 is installed between the flat type motor 123 and the femoral side link 122, and an encoder 125 may be installed on the rotating shaft of the flat time motor. Therefore, even if the motor is not rotated at high speed due to the harmonic driver 124, walking assistance is possible with a large torque, and since the motor does not need to be rotated at high speed, noise can be greatly reduced.

또한 도 10에 도시된 바와 같이 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 어느 하나에는 원점 인식 돌기(1211)가 형성되고, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 나머지 하나에는 원점 인식 돌기(1211)가 삽입되어 가변되는 가이드 홈 형태의 원점 인식 홈(1221)이 형성되며, 원점 인식 홈(1221)의 일단에는 원점 인식 돌기(1211)의 삽입을 인식하는 원점 인식 센서가 설치됨으로써, 원점 인식 돌기(1211)가 원점 인식 홈(1221)의 일단에 접할 때 원점 인식 센서가 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 간의 원점 각도에 도달했음을 표시하는 전기 신호를 발생시킴으로써 원점 인식이 자동으로 이루어질 수 있다.In addition, as shown in FIG. 10, an origin recognition protrusion 1211 is formed in any one of the lower leg side link 121 and the femoral side link 122, and the rest of the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 An origin recognition groove 1221 in the form of a guide groove that is variable by inserting an origin recognition protrusion 1211 is formed in one, and an origin recognition sensor that recognizes the insertion of the origin recognition protrusion 1211 at one end of the origin recognition groove 1221 By being installed, when the origin recognition protrusion 1211 contacts one end of the origin recognition groove 1221, the origin recognition sensor generates an electrical signal indicating that the origin angle between the lower leg side link 121 and the thigh side link 122 has been reached. By doing so, origin recognition can be made automatically.

이처럼 원점 인식이 기계적으로 최단시간에 인식될 수 있으므로 회전각도의 제어가 신속하면서 오류 발생이 최소화 될 수 있다.As such, since the origin recognition can be mechanically recognized in the shortest time, the rotation angle can be quickly controlled and the occurrence of errors can be minimized.

또한 도 10에 도시된 바와 같이 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 어느 하나에는 회전 제한 돌기(1212)가 형성되고, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 중 나머지 하나에는 회전 제한 돌기(1212)가 삽입되어 가변되는 가이드 홈 형태의 회전 제한 홈(1222)이 형성됨으로써, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122) 간의 회전 각도가 일정한 각도 내로 제한되어 착용자의 무릎 관절의 각도 변경이 안전한 각도로 제한될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 10, a rotation limiting protrusion 1212 is formed on any one of the lower leg side link 121 and the femoral side link 122, and the rest of the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 In one, a rotation limiting groove 1222 in the form of a guide groove that is variable by inserting a rotation limiting protrusion 1212 is formed, so that the rotation angle between the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 is limited within a certain angle. Changes in the angle of the knee joint can be limited to a safe angle.

이러한 회전 각도를 제한시키는 구성은 원점 인식 홈(1221) 및 원점 인식 돌기(1211)와 연동되게 동일한 각도에서 서로 한계점이 일치되게 제작됨으로써, 원점 인식에 회전 각도 제한 구성이 보조적인 역할을 함으로써 원점 인식 돌기(1211)에 무리한 힘이 걸리는게 방지되면서 원점에서 정확하게 정지되는 작용이 가능하다.The configuration limiting the rotation angle is manufactured so that the limit points coincide with each other at the same angle so as to be linked with the origin recognition groove 1221 and the origin recognition protrusion 1211, so that the rotation angle limiting configuration plays a secondary role in the origin recognition. While preventing excessive force from being applied to the protrusion 1211, it is possible to accurately stop at the origin.

또한, 본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇(10)은 앞서 설명된 보행 의사를 인식하는 센서의 구성은 종래와 같이 설치되면서 다만 족 관절에 구비되는 무동력 추진모듈과, 무릎 관절에 구비되는 하모닉 드라이버(124) 및 플랫 타입 모터(123)의 구성만 별도로 설치되어 이루어질 수도 있다.In addition, the muscle strength and gait assist robot 10 according to the present invention has a configuration of a sensor for recognizing a walking intention described above, but a non-powered propulsion module provided in the ankle joint and a harmonic driver provided in the knee joint while being installed as in the prior art. Only the configurations of the 124 and the flat type motor 123 may be separately installed.

한편, 본 발명에 따른 근력 및 보행보조 로봇(10)은 도 11에 도시된 바와 같이 부속 기구와 함께 구성될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 근력 및 보조 보행 로봇은 전방 차륜부(60)와 후방 차륜부(70)가 각각 설치되고 전방 차륜부(60)를 구동시키는 구동부(50)와 함께 제어 패널이 구비된 제어부(30)와 프레임(40) 및 연결부(20)가 함께 설치되어 하지 재활의 가장 기초 단계에서도 체중이 지지 되면서 보행 재활 동작이 가능할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 11, the muscle strength and walking aid robot 10 according to the present invention may be configured with an accessory mechanism. As shown in Figure 11, the muscle strength and auxiliary walking robot according to the present invention is controlled with a driving unit 50 for driving the front wheel unit 60 and the rear wheel unit 70 are respectively installed and the front wheel unit 60 The control unit 30 equipped with the panel, the frame 40, and the connection unit 20 are installed together, so that the weight is supported even at the most basic stage of the lower limb rehabilitation, and a gait rehabilitation operation may be possible.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications and changes are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. It will be obvious to those who have the knowledge of.

10 : 근력 및 보행보조 로봇 11 : 다리 상부 유닛
12 : 무릎 관절 유닛 13 : 다리 하부 유닛
14 : 족 관절 유닛 15 : 발판 유닛
20 : 연결부 30 : 제어부
40 : 프레임 50 : 구동부
60 : 전방 차륜부 70 : 후방 차륜부
121 : 하퇴부측 링크 122 : 대퇴부측 링크
123 : 플랫 타입 모터 124 : 하모닉 드라이버
125 : 엔코더 126 : 커버
127 : 연결 샤프트 131 : 하부 측면 지지대
132 : 커프 133 : 연결구
134 : 의도 측정 센서 141 : 피스톤
142 : 실린더 143 : 압축 스프링
144 : 제2힌지 145 : 제1힌지
146 : 제3힌지 1211 : 원점 인식 돌기
1212 : 회전 제한 돌기 1221 : 원점 인식 홈
1222 : 회전 제한 홈 1321 : 접촉 판
1322 : 조절 레버 1323 : 체결 바
1331 : 체결 레일 1341 : 가변 홈
1342 : 감지 프로브10: muscle strength and walking aid robot 11: upper leg unit
12: knee joint unit 13: lower leg unit
14: foot joint unit 15: footrest unit
20: connection part 30: control unit
40: frame 50: drive unit
60: front wheel portion 70: rear wheel portion
121: lower leg side link 122: femoral side link
123: flat type motor 124: harmonic driver
125: encoder 126: cover
127: connection shaft 131: lower side support
132: cuff 133: connector
134: intention measurement sensor 141: piston
142: cylinder 143: compression spring
144: second hinge 145: first hinge
146: third hinge 1211: origin recognition protrusion
1212: rotation limiting projection 1221: origin recognition groove
1222: rotation limit groove 1321: contact plate
1322: adjustment lever 1323: fastening bar
1331: fastening rail 1341: variable groove
1342: detection probe

Claims (14)

다리 상부를 지지하는 다리 상부 유닛(11)과;
다리 하부를 지지하는 다리 하부 유닛(13)과;
다리 상부 유닛(11)과 다리 하부 유닛(13)을 힌지 연결시키는 무릎 관절 유닛(12)과;
다리 하부 유닛(13)과 연결되는 발판 유닛(15); 및,
다리 하부 유닛(13)과 발판 유닛(15)을 힌지 연결시키는 족 관절 유닛(14); 으로 구성되되,
상기 다리 하부 유닛(13)에는 착용자의 근육 움직임을 통한 보행의도를 즉각 전달받는 의도 측정 센서(134)가 설치됨으로써, 의도 측정 센서(134)가 받는 신호가 무릎 관절 유닛(12)으로 전달되어 무릎 관절 유닛(12)을 가변시켜 착용자의 보행을 보조하고,
상기 의도 측정 센서(134)는 종아리 근육의 팽창 및 수축을 감지함으로써 보행 의도 신호를 생성시키며,
상기 다리 하부 유닛(13)은 다리 하부의 길이 방향에 대응되게 길게 형성되어 다리 하부의 측면에 배치되는 하부 측면 지지대(131)와, 하부 측면 지지대(131)의 측면에 설치되어 다리 하부가 체결되는 커프(132)로 이루어지며,
상기 커프(132)는 다리 하부의 일부 외면 형상에 대응되는 만곡 면이 형성된 접촉판(1321)과, 접촉판(1321)을 하부 측면 지지대(131)에 체결시키는 체결 바(1323)를 포함하며,
상기 의도 측정 센서(134)는 체결 바(1323)의 미세 움직임을 감지함으로써 종아리 근육의 팽창과 수축을 감지하고,
상기 체결 바(1323)는 양 단 사이가 절곡되어 절곡 부위를 중심으로 해서 일단 까지의 부위인 제1부위는 접촉 판(1321)의 정면에 결합되고, 절곡 부위를 중심으로 해서 타단 까지의 부위인 제2부위는 하부 측면 지지대(131)에 체결됨으로써, 종아리 근육의 팽창에 따라 접촉 판(1321)이 미세하게 전진 또는 후진 될 때 체결 바(1323)의 제2부위가 제2부위 자신의 길이방향을 따라 전진 또는 후진됨으로써 상기 의도 측정 센서(134)에 동작 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 근력 및 보행보조 로봇.A leg upper unit 11 supporting an upper leg;
A leg lower unit 13 supporting a lower leg;
A knee joint unit 12 hingedly connecting the upper leg unit 11 and the lower leg unit 13;
A footrest unit 15 connected to the lower leg unit 13; And,
A foot joint unit 14 for hinge-connecting the lower leg unit 13 and the footrest unit 15; It consists of,
The lower leg unit 13 is provided with an intention measurement sensor 134 that immediately receives the walking intention through the wearer's muscle movement, so that a signal received from the intention measurement sensor 134 is transmitted to the knee joint unit 12 By varying the knee joint unit 12 to assist the wearer's walking,
The intention measurement sensor 134 generates a walking intention signal by detecting the expansion and contraction of the calf muscle,
The lower leg unit 13 is formed long to correspond to the length direction of the lower leg and is disposed on the side of the lower leg and is installed on the side of the lower side support 131 to fasten the lower leg. It consists of a cuff 132,
The cuff 132 includes a contact plate 1321 having a curved surface corresponding to a shape of a partial outer surface of the lower part of the leg, and a fastening bar 1323 for fastening the contact plate 1321 to the lower side support 131,
The intention measurement sensor 134 detects the expansion and contraction of the calf muscle by detecting the fine movement of the fastening bar 1323,
The fastening bar 1323 is bent between both ends, and the first part, which is the part from the bent part to the one end, is coupled to the front side of the contact plate 1321, and the part that is the part to the other end based on the bent part. The second part is fastened to the lower side support 131, so that when the contact plate 1321 is finely advanced or retracted according to the expansion of the calf muscle, the second part of the fastening bar 1323 is in the longitudinal direction of the second part itself. By moving forward or backward along the muscle strength and walking aid robot, characterized in that generating a motion signal to the intention measurement sensor (134). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 하부 측면 지지대(131)의 측면에는 내부에 체결 바(1323)가 삽입되도록 체결 레일(1331)이 형성된 연결구(133)가 고정 설치되고, 상기 의도 측정 센서(134)는 연결구(133)의 배후에 설치됨으로써, 상기 체결 레일(1331)로 삽입된 체결 바(1323)의 끝단 일부가 의도 측정 센서(134)의 일부에 삽입됨으로써, 의도 측정 센서(134)가 체결 바(1323)의 움직임을 감지하는 것을 특징으로 하는 근력 및 보행보조 로봇.The method of claim 1,
A connector 133 in which a fastening rail 1331 is formed is fixedly installed on the side of the lower side support 131 so that the fastening bar 1323 is inserted therein, and the intention measurement sensor 134 is behind the connector 133 By being installed in, a part of the end of the fastening bar 1323 inserted into the fastening rail 1331 is inserted into a part of the intention measurement sensor 134, so that the intention measurement sensor 134 detects the movement of the fastening bar 1323 Muscle strength and gait assistance robot, characterized in that. 제5항에 있어서,
상기 의도 측정 센서(134)는 체결 바(1323) 끝단의 동작 거리가 보행 의사에 따른 종아리의 팽창 길이를 초과할 때에 보행 의사 신호를 발생시키도록 세팅되는 것을 특징으로 하는 근력 및 보행보조 로봇.The method of claim 5,
The intent measurement sensor 134 is set to generate a walking intention signal when the operating distance of the end of the fastening bar 1323 exceeds the inflation length of the calf according to the walking intention. 제1항에 있어서,
상기 제1부위와 접촉 판(1321)의 정면과의 결합 부위에는 평행이동 조절 레버(1322)가 설치되어, 제1부위의 길이방향을 따라 접촉 판(1321)의 결합 위치가 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 근력 및 보행보조 로봇.The method of claim 1,
A parallel movement control lever 1322 is installed at a joint portion between the first portion and the front surface of the contact plate 1321 so that the coupling position of the contact plate 1321 can be selected along the longitudinal direction of the first portion. Muscle strength and walking aid robot characterized by. 제1항에 있어서,
상기 족 관절 유닛(14)에는 보행 중에 족 관절에 추진력을 제공하는 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)이 설치되는 것을 특징으로 하는 근력 및 보행보조 로봇.The method of claim 1,
In the ankle joint unit 14, a non-powered propulsion module (141, 142, 143, 144, 146) that provides propulsion to the ankle joint while walking is installed. 제8항에 있어서,
상기 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)은 압축 스프링(143)의 탄성력으로 추진력을 제공하도록 압축 스프링(143)이 내장된 피스톤(141)과 실린더(142)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 근력 및 보행보조 로봇.The method of claim 8,
The non-powered propulsion module (141, 142, 143, 144, 146) is a muscular strength and walking aid robot, characterized in that consisting of a piston 141 and a cylinder 142 in which a compression spring 143 is embedded so as to provide propulsion with the elastic force of the compression spring 143. 제9항에 있어서,
상기 족 관절 유닛(14)은 상기 무동력 추진 모듈(141,142,143,144,146)과, 다리 하부 유닛(13)과 발판 유닛(15)을 연결시키는 제1힌지(145)와, 실린더(142)를 다리 하부 유닛(13)과 상대 가변되게 연결시키는 제2힌지(144)와, 피스톤(141)을 발판 유닛(15)과 상대 가변되게 연결시키는 제3힌지(146)로 이루어짐으로써, 발판 유닛(15)이 다리 하부 유닛(13)에 대해 자유롭게 각도가 가변되더라도 실린더(142) 내부에서 피스톤(141)이 원활하게 작동되는 것을 특징으로 하는 근력 및 보행보조 로봇.The method of claim 9,
The ankle joint unit 14 includes a first hinge 145 connecting the non-powered propulsion module 141, 142, 143, 144, 146, the lower leg unit 13 and the footrest unit 15, and the cylinder 142 to the lower leg unit 13 ) And a second hinge 144 that is relatively variably connected to each other, and a third hinge 146 that relatively variably connects the piston 141 to the scaffolding unit 15, so that the scaffolding unit 15 is a lower leg unit (13) Even if the angle is freely variable with respect to the cylinder 142, the muscular strength and walking aid robot, characterized in that the piston 141 operates smoothly. 제1항에 있어서,
상기 무릎 관절 유닛(12)은 다리 하부 유닛(13)의 상단에 고정 설치되는 하퇴부측 링크(121)와, 하퇴부측 링크(121)에 자유 회전 가능하게 결합되며 다리 상부 유닛(11)의 하단에 고정 설치되는 대퇴부측 링크(122) 및, 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122)에 함께 결합되어 하퇴부측 링크(121)에 대해 대퇴부측 링크(122)를 회전 구동시키는 회전 구동 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 근력 및 보행보조 로봇.The method of claim 1,
The knee joint unit 12 is coupled to the lower leg side link 121 fixedly installed on the upper end of the lower leg unit 13 and the lower leg side link 121 to be freely rotatable, and at the lower end of the leg upper unit 11 It is a rotation driving module that is coupled to the femoral side link 122 and the lower leg side link 121 and the femoral side link 122 to be fixedly installed to rotate the femoral side link 122 with respect to the lower leg side link 121 Muscle strength and walking aid robot, characterized in that made. 제11항에 있어서,
상기 하퇴부측 링크(121)와 대퇴부측 링크(122)는 디스크 형태로 형성되고, 상기 회전 구동 모듈에 설치되어 하퇴부측 링크(121)에 대해 대퇴부측 링크(122)를 회전 구동시키는 모터는 플랫 타입 모터(123)인 것을 특징으로 하는 근력 및 보행보조 로봇.The method of claim 11,
The lower leg side link 121 and the femoral side link 122 are formed in a disk shape, and a motor that is installed in the rotation drive module to rotate the femoral side link 122 with respect to the lower leg side link 121 is a flat type. A muscular strength and walking aid robot, characterized in that the motor 123. 삭제delete 삭제delete
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