KR102256225B1 - Lower-Body Assistance Robot - Google Patents

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KR102256225B1
KR102256225B1 KR1020190149785A KR20190149785A KR102256225B1 KR 102256225 B1 KR102256225 B1 KR 102256225B1 KR 1020190149785 A KR1020190149785 A KR 1020190149785A KR 20190149785 A KR20190149785 A KR 20190149785A KR 102256225 B1 KR102256225 B1 KR 102256225B1
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KR
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joint actuator
lower leg
lower body
support
wearer
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KR1020190149785A
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Inventor
나병훈
권철민
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주식회사 엔젤로보틱스
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Abstract

The present invention relates to a lower body assistance robot which is worn on a lower body of a wearer, who has lowered or lost a lower body function, to assist lower body movement of the wearer. The lower body assistance robot provides assistance power to a hip joint, a knee joint and an ankle joint of a lower body of a wearer so as to enable independent walking. The lower body assistance robot can minimize the volume and weight of an exoskeleton mounted in a lower body of a wearer including actuators installed in individual joints.

Description

하체 보조로봇{Lower-Body Assistance Robot}Lower-Body Assistance Robot

본 발명은 하체 보조로봇에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 하체 기능이 저하되거나 상실된 착용자의 하체에 착용되어 착용자의 하체 움직임을 보조하기 위한 하체 보조로봇에 관한 것으로서, 착용자의 하체의 고관절, 무릎관절 및 발목관절에 보조력을 제공하여 독립 보행을 가능하게 하며, 착용자의 미보행 스탠딩 자세에서의 보조 지지력을 제공하며, 각각의 관절에 구비된 구동기를 포함한 착용자의 하체에 장착되는 외골격의 부피와 무게를 최소화할 수 있는 하체 보조로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a lower body auxiliary robot. In more detail, the present invention relates to a lower body assisting robot for assisting the movement of the lower body of the wearer by being worn on the lower body of the wearer whose lower body function is deteriorated or lost, and provides assistance to the hip, knee and ankle joints of the lower body The lower body auxiliary robot that enables independent walking, provides auxiliary support in the non-walking standing position of the wearer, and minimizes the volume and weight of the exoskeleton mounted on the lower body of the wearer including actuators provided in each joint. It is about.

선천적 장애 또는 사고나 질병 등의 후천적 요인에 의해 하체의 기능이 저하되거나 상실한 환자의 거동을 보조하는 수단으로서 착용형 보조로봇이 소개되고 있다.Wearable auxiliary robots are being introduced as a means of assisting the behavior of patients whose lower body functions are degraded or lost due to congenital disorders or acquired factors such as accidents or diseases.

착용형 하체 보조로봇은 하체의 기능이 저하되거나 하체 운동 기능을 상실한 착용자 하체 보조로봇에서 제공하는 보조력에 의하여 독립 보행을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the wearable lower body auxiliary robot is to enable independent walking by the assisting force provided by the wearer's lower body auxiliary robot whose lower body function is deteriorated or the lower body movement function is lost.

하체가 완전 마비된 장애인 또는 환자의 경우, 고관절, 슬관절 및 발목관절의 근력 또는 운동능력이 상실되어 모든 관절에 보조력이 제공되어야 한다.In the case of a disabled or patient whose lower body is completely paralyzed, the hip joint, knee joint, and ankle joint muscle strength or motor ability is lost, and assistance should be provided to all joints.

하체 보조로봇은 착용자의 신체를 감싸며 착용자의 신체 구조와 유사한 외골격 구조로 구성될 수 있다.The lower body auxiliary robot can be configured with an exoskeleton structure similar to that of the wearer's body and surrounds the wearer's body.

고관절, 슬관절 및 발목관절을 각각 보조하기 위해서는 각각의 관절에 보조력을 제공하기 위한 구동기가 요구되나, 고관절, 슬관절 및 발목관절의 구동기는 각각 연결되는 부품의 개수와 무게가 차이가 있으므로 이에 대한 고려가 필요하다.In order to support the hip, knee, and ankle joints, a actuator is required to provide assistance to each joint, but the actuators of the hip, knee, and ankle joints have differences in the number and weight of the connected parts, so take this into account. Need

예를 들어, 고관절 구동기는 그 하부에 착용자의 대퇴를 지지하는 대퇴 지지부 외에도 무릎관절 구동기 및 하퇴를 지지하는 하퇴 지지부와 발목관절 구동기 및 착용자의 발을 지지하는 족지지부 등이 연결되는 구조이므로 가장 큰 구동력이 요구된다. 반면, 발목관절 구동기의 경우 발목관절에만 보조력을 제공하는 구조로 구성되므로 고관절보다 상대적으로 요구되는 출력이 크지 않을 수 있다.For example, in the hip joint actuator, in addition to the femoral support that supports the wearer's thigh, the knee joint actuator and the lower leg support that supports the lower leg are connected to the ankle joint actuator and the foot support that supports the wearer's foot. Driving force is required. On the other hand, in the case of the ankle joint actuator, since it is configured with a structure that provides assistance only to the ankle joint, the required output may not be larger than that of the hip joint.

따라서, 이와 같은 동일한 구조의 구동기들을 고관절, 슬관절 및 발목관절에 순차적으로 장착하는 경우 하체 보조로봇의 무게와 크기가 지나치게 증가할 수 있다.Therefore, when the actuators of the same structure are sequentially mounted on the hip joint, knee joint, and ankle joint, the weight and size of the lower body auxiliary robot may be excessively increased.

착용형 하체 보조로봇은 착용자의 하체 거동, 즉 착용자의 보행을 충분히 보조하면서도 무게와 부피의 최소화 필요성은 충전식 배터리로 구동되는 착용형 로봇의 구동시간과도 관련된다.The wearable lower body assist robot sufficiently assists the wearer's lower body behavior, that is, the wearer's walking, while the need to minimize weight and volume is related to the driving time of the wearable robot driven by a rechargeable battery.

그리고, 관절 구동기는 주로 모터 등으로 구성되며, 각각의 관절 구동기의 무게 또는 부피가 최소화되고, 대퇴 지지부 및 하퇴 지지부가 슬림하게 구성되어도 관절 구동기의 축방향으로 부피가 증되되는 경우 로봇 착용자의 생활환경에서 주변 사물과의 간섭이 발생될 수 있으므로 바람직하지 않으므로, 각각의 관절 구동기를 슬림하게 구성함과 동시에 대퇴 지지부 또는 하퇴 지지부의 두께 편차 역시 최소화되어야 한다.In addition, the joint actuator is mainly composed of a motor, and the weight or volume of each joint actuator is minimized, and even if the femoral support part and the lower leg support part are configured to be slim, the living environment of the robot wearer is increased in the axial direction of the joint actuator. Since interference with surrounding objects may occur in the device, it is not desirable, so the thickness variation of the femoral support or the lower leg support should also be minimized while configuring each joint actuator to be slim.

그리고, 하체가 완전마비된 장애인 또는 환자의 경우 하체 근력으로 균형을 유지할 수 없으므로, 로봇을 착용한 상태에서 보행 동작 또는 스탠딩 동작을 수행하는 경우에도 지팡이 등이 균형유지 보조수단으로 사용될 수 있다.In addition, in the case of a disabled or patient whose lower body is completely paralyzed, the balance cannot be maintained by lower body muscle strength, so even when a walking or standing operation is performed while wearing a robot, a cane or the like can be used as a balance maintenance aid.

그러나, 지팡이 사용이 불가피한 보행 동작 이외에 스탠딩 동작에서도 지팡이를 사용하는 경우 상체 또는 팔에 가해지는 부담이 커 스탠딩 동작에서의 균형을 보조하기 위한 보조수단이 요구된다.However, when a cane is used in a standing motion in addition to a walking motion in which the use of a cane is inevitable, the burden on the upper body or arm is high, and an auxiliary means for assisting the balance in the standing motion is required.

대한민국 공개특허 제10-2013-0010609호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0010609

본 발명은 하체 기능이 저하되거나 상실된 착용자의 하체에 착용되어 착용자의 하체 움직임을 보조하기 위한 하체 보조로봇에 관한 것으로서, 착용자의 하체의 고관절, 무릎관절 및 발목관절에 보조력을 제공하여 독립 보행을 가능하게 하며, 착용자의 미보행 스탠딩 자세에서의 보조 지지력을 제공하며, 각각의 관절에 구비된 구동기를 포함한 착용자의 하체에 장착되는 외골격의 부피와 무게를 최소화할 수 있는 하체 보조로봇을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention relates to a lower body assisting robot for assisting the movement of the lower body of the wearer by being worn on the lower body of the wearer whose lower body function is deteriorated or lost, and provides an assistive force to the hip joint, knee joint and ankle joint of the lower body of the wearer to enable independent walking. It is possible to provide an auxiliary support force in the non-walking standing posture of the wearer, and to provide a lower body auxiliary robot that can minimize the volume and weight of the exoskeleton mounted on the lower body of the wearer including actuators provided in each joint. Make it the task to be solved.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 제어신호를 제공하는 컨트롤러 및 전원 제공을 위한 배터리를 포함하는 본체부, 상기 본체부가 후방에 장착되며, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 본체 프레임 및 상기 본체 프레임의 내측에 장착되며 착용자의 허리 영역에 장착되는 허리 착용부재를 포함하는 허리 지지부, 상기 허리 지지부의 본체 프레임의 단부에 장착되는 한 쌍의 고관절 구동기, 상기 고관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지부, 상기 대퇴 지지부 단부에 장착되는 한 쌍의 슬관절 구동기, 상기 슬관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지부, 상기 하퇴 지지부에 장착되며 리니어 모터를 구비하는 발목관절 구동기 및 상기 하퇴 지지부의 단부에 장착되어, 상기 발목관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 발목 회전 보조력을 제공하는 족지지부를 포함하는 하체 보조로봇을 제공할 수 있다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides a main body including a controller for providing a control signal and a battery for providing power, the main body mounted at the rear, and extending to a side area of the hip joint of the wearer, and the main body. A waist support unit including a waist wearing member mounted on the inner side of the frame and mounted on the wearer's waist region, a pair of hip joint actuators mounted at the ends of the body frame of the waist support unit, and driven by the hip joint actuator, and the wearer's thigh A femoral support that provides rotational assistance to the femoral support, a pair of knee joint actuators mounted at the ends of the femoral support, and driven by the knee joint actuator, the lower leg support that provides rotational assistance to the wearer's thigh, and mounted on the lower leg support, It is possible to provide a lower body auxiliary robot including an ankle joint actuator having a linear motor and a foot support portion mounted on an end of the lower leg support portion, driven by the ankle joint actuator, and providing an ankle rotation assist force of the wearer.

또한, 상기 하체 보조로봇은 상기 하체 보조로봇 착용자의 비보행 상태에서 전방으로 쓰러짐을 방지하기 위하여 구비되며, 상기 하퇴 지지부에 장착되고 구동모터 및 상기 구동모터에 의하여 구동되어 선택적으로 전방으로 전개되어 지면을 지지하기 위한 지지바를 포함하는 균형보조유닛을 더 포함할 수 있다.In addition, the lower body auxiliary robot is provided to prevent the lower body auxiliary robot from falling forward in a non-walking state, mounted on the lower leg support and driven by the driving motor and the driving motor to selectively deploy forward to the ground. It may further include a balance auxiliary unit including a support bar for supporting the.

여기서, 상기 컨트롤러는 상기 균형보조유닛의 지지바가 전개된 상태에서는 상기 대퇴 지지부와 상기 하퇴 지지부가 수직 방향에 대하여 미리 결정된 각도로 기울어지도록 고관절 구동기와 슬관절 구동기를 구동할 수 있다.Here, the controller may drive the hip joint actuator and the knee joint actuator so that the femoral support portion and the lower leg support portion are inclined at a predetermined angle with respect to the vertical direction when the support bar of the balance assist unit is deployed.

또한, 상기 고관절 구동기와 상기 슬관절 구동기는 하우징, 상기 하우징 내부에 구비되는 스테이터, 상기 스테이터 내부에 구비되는 로터, 상기 로터 내측에 구비되어 감속 및 토크 증폭을 수행하는 감속유닛 및 상기 감속유닛에 체결되며, 상기 대퇴 지지부 또는 상기 하퇴 지지부의 출력부재에 체결되어 구동력을 전달하는 구동유닛을 구비하며, 상기 하우징은 원통형으로 구성될 수 있다.In addition, the hip joint actuator and the knee joint actuator are coupled to a housing, a stator provided inside the housing, a rotor provided inside the stator, a reduction unit provided inside the rotor to perform deceleration and torque amplification, and the reduction unit. And a driving unit that is fastened to the femoral support or the output member of the lower leg support to transmit a driving force, and the housing may be configured in a cylindrical shape.

또한, 상기 고관절 구동기는 상기 허리 지지부를 구성하는 본체 프레임과 상기 허리 착용부재 사이에 장착된 상태로 상기 대퇴 지지부의 상단에 구비되는 출력부재와 체결될 수 있다.In addition, the hip joint actuator may be coupled to an output member provided at an upper end of the femoral support while being mounted between the body frame constituting the waist support and the waist wearing member.

그리고, 상기 슬관절 구동기는 상기 대퇴 지지부의 하단에 장착된 상태로 상기 하퇴 지지부를 구성하는 출력부재와 체결될 수 있다.In addition, the knee joint actuator may be coupled to an output member constituting the lower leg support unit while being mounted on the lower end of the femoral support unit.

또한, 상기 고관절 구동기와 상기 슬관절 구동기 사이의 대퇴 지지부는 상기 고관절 구동기와 상기 슬관절 구동기의 두께에 대응하는 내부공간을 형성하도록 하우징이 장착되며, 상기 하우징 내측에 상기 고관절 구동기, 상기 슬관절 구동기, 발목관절 구동기 또는 상기 균형보조유닛의 제어를 위하여 상기 컨트롤러와 연결되는 적어도 하나의 회로부가 구비될 수 있다.In addition, the femoral support portion between the hip joint actuator and the knee joint actuator is equipped with a housing to form an internal space corresponding to the thickness of the hip joint actuator and the knee joint actuator, and the hip joint actuator, the knee joint actuator, and an ankle joint inside the housing At least one circuit part connected to the controller may be provided to control the driver or the balance auxiliary unit.

여기서, 상기 하퇴 지지부는 상기 출력부재 내측 방향으로 체결되며, 착용자의 하퇴의 후방을 감싸는 하퇴 착용부재를 포함하고, 상기 하퇴 착용부재의 하단에 족지지부가 회전 가능하게 장착될 수 있다.Here, the lower leg support portion is fastened in the direction of the output member, includes a lower leg wearing member surrounding the rear of the lower leg of the wearer, and the foot support portion may be rotatably mounted on the lower end of the lower leg wearing member.

또한, 상기 족지지부는 상기 하퇴 지지부를 구성하는 하퇴 착용부재의 하단에 회전 가능하게 결합되며 족저면을 지지하는 족지지 프레임을 구비하고, 상기 하퇴 지지부를 구성하는 출력부재와 상기 족지지부를 구성하는 족지지 프레임을 상기 발목관절 구동기를 구성하는 리니어 모터로 연결할 수 있다.In addition, the foot support portion is rotatably coupled to the lower end of the lower leg wearing member constituting the lower leg support portion and includes a foot support frame for supporting the plantar surface, and an output member constituting the lower leg support portion and the foot support portion The foot support frame may be connected to a linear motor constituting the ankle joint actuator.

이 경우, 상기 발목관절 구동기를 구성하는 리니어 모터의 양단과 상기 하퇴 지지부를 구성하는 출력부재와 상기 족지지부를 구성하는 족지지 프레임을 각각 연결하는 연결부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.In this case, the lower body auxiliary robot, characterized in that it is provided with a connecting member for connecting each of the both ends of the linear motor constituting the ankle joint actuator and the output member constituting the lower leg support portion and the foot support frame constituting the foot support portion.

또한, 상기 하퇴 지지부를 구성하는 출력부재 또는 상기 연결부재에 상기 균형보조유닛의 지지바가 하방을 향하여 구동모터에 의하여 회전 가능하게 장착될 수 있다.In addition, the support bar of the balance auxiliary unit may be rotatably mounted to the output member or the connecting member constituting the lower leg support by a driving motor facing downward.

본 발명에 따른 하체 보조로봇에 따르면, 착용자의 관절영역(고관절, 슬관절, 발목관절)의 구동기 및 골격영역(대퇴부, 하퇴부, 족부) 지지부를 구비하여, 각 구성의 상호 유기적인 결합 및 구동으로, 하체의 거동이 불가능한 착용자가 보행 동작을 보조하여 착용자의 하체 거동을 가능하게 할 수 있다.According to the lower body auxiliary robot according to the present invention, it is provided with an actuator of the joint region (hip joint, knee joint, ankle joint) of the wearer and a support portion of the skeletal region (femur, lower leg, foot), by mutual organic coupling and driving of each component, The wearer who is unable to move the lower body can assist the walking motion to enable the wearer's lower body behavior.

또한, 본 발명에 따른 하체 보조로봇은 착용자의 고관절 영역 및 슬관절 영역에 구비된 구동기가 하체 보조로봇의 구동을 위한 충분한 보조력을 제공함과 동시에 부피와 무게는 최소화될 수 있다.In addition, in the lower body auxiliary robot according to the present invention, the actuator provided in the hip joint region and the knee joint region of the wearer provides sufficient assisting force for driving the lower body auxiliary robot, and at the same time, the volume and weight can be minimized.

또한, 본 발명에 따른 하체 보조로봇은 관절 구동기와 골격영역(대퇴부, 하퇴부, 족부) 지지부의 두께 편차가 최소화되어 주변 사물과의 간섭을 최소화할 수 있는 외골격 구조를 제공할 수 있다.In addition, the lower body auxiliary robot according to the present invention can provide an exoskeleton structure capable of minimizing interference with surrounding objects by minimizing the thickness deviation of the joint actuator and the skeletal region (femur, lower leg, foot) support.

또한, 본 발명에 따른 하체 보조로봇은 착용자의 미보행 상태, 예를 들면 스탠딩 동작 등에서 균형을 보조하는 수단으로서 균형보조유닛을 구비하여, 균형 유지를 위하여 착용자의 상체에 가해지는 부담을 경감시킬 수 있다.In addition, the lower body assisting robot according to the present invention is provided with a balance assisting unit as a means to assist balance in a non-walking state of the wearer, for example, a standing motion, so that the burden on the upper body of the wearer can be reduced to maintain balance. have.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇을 도시한다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇의 보행 동작의 예시를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇의 분해 사시도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇에 포함되는 고관절 구동기 및 슬관절 구동기를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇에 포함되는 고관절 구동기 및 슬관절 구동기의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 관절 구동기를 구성하는 감속유닛의 사시도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 관절 구동기를 구성하는 감속유닛의 분해도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇에서 하퇴 지지부, 족지지부 및 균형보조유닛을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇의 발목관절 구동기에 포함된 리니어 모터의 단면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇의 발목관절 구동기가 구동됨에 따라 구동되는 족지지부의 작동 상태를 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇에 적용되는 균형보조유닛을 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇에서 균형보조유닛이 작동되어 스탠딩 동작에서 균형을 보조하는 상태를 도시한다.
1 shows a lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention
2 shows an example of the walking motion of the lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view of a lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a hip joint actuator and a knee joint actuator included in the lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a hip joint actuator and a knee joint actuator included in the lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention.
6 shows a perspective view of a reduction unit constituting the joint actuator of the present invention.
7 shows an exploded view of a reduction unit constituting the joint actuator of the present invention.
8 shows a lower leg support, a foot support, and a balance assist unit in the lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view of a linear motor included in an ankle joint actuator of a lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating an operating state of a foot support that is driven as the ankle joint actuator of the lower body auxiliary robot is driven according to an embodiment of the present invention.
11 shows a balance assistance unit applied to the lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention.
12 illustrates a state in which a balance assist unit is operated in a lower body assist robot according to an embodiment of the present invention to assist balance in a standing operation.

이하에서는 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments described below are only described in detail enough to allow those of ordinary skill in the art to carry out the invention easily, and this does not mean that the protection scope of the present invention is limited. Does not. In addition, in describing various embodiments of the present invention, the same reference numerals are used for components having the same technical characteristics.

본 발명은 착용자의 하체 기능을 보조하는 하체 보조로봇에 관한 것으로서, 착용자의 신체 중 하체를 구성하는 고관절, 무릎관절, 발목관절에 회전 보조력을 제공하고, 이를 통해 대퇴부, 하퇴부 및 족부의 움직임을 허용하여, 선천적인 장애나 후천적인 요인에 의해 하체 기능을 상실한 착용차의 보행 등의 하체 거동을 가능하게 할 수 있다.The present invention relates to a lower body assisting robot that assists the lower body function of the wearer, and provides rotational assistance to the hip joint, knee joint, and ankle joint constituting the lower body of the wearer's body, and through this, the movement of the thigh, lower leg, and foot By allowing, it is possible to enable lower body behavior such as walking of a worn vehicle that has lost its lower body function due to a congenital disorder or an acquired factor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇을 도시한다.1 shows a lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇을 도시한 것으로서, 도 1의 (a)는 사시도이고, 도 1의 (b)는 측면도를 도시한다.Specifically, FIG. 1 shows a lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention, in which (a) of FIG. 1 is a perspective view, and (b) of FIG. 1 is a side view.

본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(1)은 제어신호를 제공하는 컨트롤러(미도시) 및 전원 제공을 위한 배터리(미도시)를 포함하는 본체부(100), 상기 본체부(100)가 후방에 장착되며, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 본체 프레임(210) 및 상기 본체 프레임(210)의 내측에 장착되며 착용자의 허리 영역에 장착되는 허리 착용부재(220)를 포함하는 허리 지지부(200)를 포함할 수 있다.The lower body auxiliary robot 1 according to an embodiment of the present invention includes a main body 100 including a controller (not shown) for providing a control signal and a battery (not shown) for providing power, and the main body 100 Is mounted at the rear, and includes a body frame 210 extending to the side area of the hip joint of the wearer, and a waist wearing member 220 mounted on the inner side of the body frame 210 and mounted on the waist area of the wearer ( 200) may be included.

상기 허리 지지부(200)는 상기 하체 보조로봇(1)을 착용자의 하체 상부인 허리영역에 장착을 가능하게 함과 동시에, 상기 본체부(100)는 상기 하체 보조로봇(1)을 착용한 착용자의 의도에 따라 상기 하체 보조로봇(1)의 구동을 제어하며, 구동을 위한 전원을 공급하는 기능을 할 수 있다.The waist support part 200 enables the lower body auxiliary robot 1 to be mounted on the upper waist region of the wearer, and at the same time, the body part 100 is provided by the wearer who wears the lower body auxiliary robot 1. It controls the driving of the lower body auxiliary robot 1 according to the intention, and may function to supply power for driving.

본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(1)은 상기 허리 지지부(200)의 본체 프레임(210)의 단부에 장착되는 한 쌍의 고관절 구동기(300), 상기 고관절 구동기(300)에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지부(400), 상기 대퇴 지지부(400) 단부에 장착되는 한 쌍의 슬관절 구동기(500), 상기 슬관절 구동기(500)에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지부(600), 상기 하퇴 지지부(600)에 장착되며 리니어 모터(710)를 구비하는 발목관절 구동기(700), 및 상기 하퇴 지지부(600)의 단부에 장착되어, 상기 발목관절 구동기(700)에 의하여 구동되며, 착용자의 발목 회전 보조력을 제공하는 족지지부(800)를 포함할 수 있다.The lower body auxiliary robot 1 according to an embodiment of the present invention is driven by a pair of hip joint actuators 300 mounted at the ends of the body frame 210 of the waist support portion 200, and the hip joint actuator 300 It is driven by the femoral support 400 providing rotational assistance to the wearer's thigh, a pair of knee joint actuators 500 mounted at the ends of the femoral support 400, and the knee joint actuator 500, and the wearer's The lower leg support 600 providing rotational assistance to the thigh, the ankle joint actuator 700 mounted on the lower leg support 600 and having a linear motor 710, and mounted at the end of the lower leg support 600 , It is driven by the ankle joint actuator 700, it may include a foot support portion 800 for providing an ankle rotation assisting force of the wearer.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(1)은 상기 본체부(100)가 상기 하체 보조로봇(1)의 구동을 제어하고, 착용자의 하체 각 구성에 대응되는 위치에, 상기 허리 지지부(200), 상기 고관절 구동기(300), 상기 대퇴 지지부(400), 상기 슬관절 구동기(500), 상기 하퇴 지지부(600), 상기 발목관절 구동기(700) 및 상기 족지지부(800)가 구비될 수 있다.As described above, in the lower body auxiliary robot 1 according to an embodiment of the present invention, the main body 100 controls the driving of the lower body auxiliary robot 1, and at a position corresponding to each configuration of the lower body of the wearer, the A waist support part 200, the hip joint actuator 300, the femoral support part 400, the knee joint actuator 500, the lower leg support part 600, the ankle joint actuator 700 and the foot support part 800 are provided. Can be.

즉, 본 발명에 따른 하체 보조로봇(1)은 착용자의 신체 중 하체 구성의 각 관절부 및 골격부에 해당되는 주요 신체 영역에 대응되는 구성을 모두 포함하고, 각각의 관절에 구비된 관절 구동기에 의하여 정상 신체와 마찬가지로 보조력을 제공하여, 상기 하체 보조로봇(1)을 착용한 완전 마비 장애인 또는 환자의 독립 보행 등의 하체 거동을 가능하게 한다.That is, the lower body auxiliary robot 1 according to the present invention includes all of the components corresponding to the main body regions corresponding to each joint part and the skeleton part of the lower body configuration among the wearer's body, and by a joint actuator provided in each joint. As with the normal body, assisting power is provided to enable the lower body behavior such as independent walking of a completely paralyzed disabled person or a patient wearing the lower body assisting robot (1).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇의 보행 동작의 예시를 도시한다. 구체적으로, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(1)의 보행 형태를 도시한 것으로, 도 2의 (a)는 사시도이고, 도 2의 (b)는 측면도를 도시한다.2 shows an example of the walking motion of the lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 2 shows a walking form of the lower body auxiliary robot 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2A is a perspective view, and FIG. 2B shows a side view.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(1)의 각 구성에 대해 보다 상세히 검토한다.Hereinafter, each configuration of the lower body auxiliary robot 1 according to an embodiment of the present invention will be reviewed in more detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇의 분해 사시도를 도시한다.3 is an exploded perspective view of a lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention.

상기 본체부(100)는 상기 하체 보조로봇(1)이 구동하기 위한 전원 및 제어신호를 제공할 수 있으며, 이를 통해 상기 하체 보조로봇(1)이 착용자의 보행 보조를 위해 기능할 수 있다.The body unit 100 may provide power and a control signal for driving the lower body auxiliary robot 1, and through this, the lower body auxiliary robot 1 may function to assist the wearer's walking.

구체적으로, 상기 본체부(100)는 상기 고관절 구동기(300), 상기 슬관절 구동기(500) 및 상기 발목관절 구동기(700) 등 상기 하체 보조로봇(1)에 구비된 복수의 구동장치에 전원을 공급하는 상기 배터리와, 착용자의 보행 주기 또는 보행 프로그램에 따른 제어신호를 상기 하체 보조로봇(1)에 구비된 복수의 구동장치에 인가하여 상기 하체 보조로봇(1)의 구동을 제어하는 제어신호 제공수단, 즉, 컨트롤러를 포함할 수 있다.Specifically, the main body 100 supplies power to a plurality of driving devices provided in the lower body auxiliary robot 1, such as the hip joint actuator 300, the knee joint actuator 500, and the ankle joint actuator 700. Control signal providing means for controlling driving of the lower body auxiliary robot 1 by applying a control signal according to the battery and the wearer's walking cycle or walking program to a plurality of driving devices provided in the lower body auxiliary robot 1 In other words, it may include a controller.

물론, 상기 컨트롤러는 하체 보조로봇(1)에 구비된 적어도 하나의 센서에 의하여 감지된 센서신호를 수신하고 이를 근거로 피드백 제어신호를 생성할 수 있다.Of course, the controller may receive a sensor signal detected by at least one sensor provided in the lower body auxiliary robot 1 and generate a feedback control signal based on the sensor signal.

상기 센서의 예로서는 족지지부 등에 장착되어 보행주기 판단을 위한 족저압 센서 등일 수 있다.An example of the sensor may be a plantar pressure sensor installed on a foot support or the like to determine a gait cycle.

상기 컨트롤러는 상기 하체 보조로봇(1) 착용자의 보행 주기 또는 보행 프로그램에 따라 하체 보조로봇(1)을 구동하는 복수의 구동장치, 즉, 상기 고관절 구동기(300), 상기 슬관절 구동기(500), 상기 발목관절 구동기(700)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.The controller includes a plurality of driving devices for driving the lower body auxiliary robot 1 according to a walking cycle or a walking program of the lower body auxiliary robot 1, that is, the hip joint actuator 300, the knee joint actuator 500, and the Power supplied to the ankle joint actuator 700 may be controlled.

여기서, 상기 하체 보조로봇(1)의 제어신호는 착용자의 보행 주기 또는 보행 프로그램에 따라 발생될 수도 있고, 착용자가 소지한 리모컨 등에 입력되어 제공될 수도 있다.Here, the control signal of the lower body auxiliary robot 1 may be generated according to a walking cycle or a walking program of the wearer, or may be input and provided to a remote control held by the wearer.

상기 허리 지지부(200)는 상기 본체부(100)를 상기 하체 보조로봇(1)에 장착시키는 기능을 함과 동시에, 착용자의 허리 부분에 상기 하체 보조로봇(1)에 대한 착용 기능을 제공할 수 있다.The waist support part 200 functions to mount the body part 100 to the lower body auxiliary robot 1, and at the same time, provides a wearing function for the lower body auxiliary robot 1 at the waist of the wearer. have.

구체적으로, 상기 허리 지지부(200)는 상기 본체부(100)가 후방에 장착되며, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 본체 프레임(210)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 본체 프레임(210)은 상기 본체부(100)의 장착 장소을 제공함으로써, 상기 본체부(100)를 상기 하체 보조로봇(1)에 일체화 시키는 기능을 할 수 있으며, 이와 함께, 상기 하체 보조로봇(1)을 착용하는 착용자의 양쪽 고관절 측면 영역으로 연장되도록 형성됨으로써, 착용자의 상기 하체 보조로봇(1)에 대한 착용영역의 틀을 제공할 수 있다.Specifically, the waist support part 200 may include a body frame 210 on which the body part 100 is mounted at the rear and extends to a side area of the hip joint of the wearer. That is, the body frame 210 may function to integrate the body part 100 with the lower body auxiliary robot 1 by providing a mounting place for the body part 100, and with this, the lower body assistance Since the robot 1 is formed to extend to both side areas of the hip joint of the wearer, the frame of the wearing area for the lower body auxiliary robot 1 of the wearer can be provided.

이어서, 상기 본체 프레임(210)의 내측에는 착용자의 허리 영역에 장착되는 허리 착용부재(220)를 포함할 수 있다. 상기 허리 착용부재(220)가 착용자의 양쪽 고관절 측면 영역과 허리 영역에 장착됨으로써, 착용자의 상기 하체 보조로봇(1)에 대한 착용을 가능하게 할 수 있다.Subsequently, the body frame 210 may include a waist wearing member 220 mounted on the wearer's waist region. The waist wearing member 220 may be mounted on both side areas of the hip joint and the waist area of the wearer, thereby enabling the wearer to wear the lower body auxiliary robot 1.

즉, 상기 허리 지지부(200)를 구성하는 본체 프레임(210)이 착용자의 후방 영역에 상기 본체부(100)를 장착 시키는 기능을 함과 동시에 상기 하체 보조로봇(1)에 대한 착용자의 착용영역 틀을 제공하고, 상기 허리 착용부재(220)는 상기 하체 보조로봇(1)에 대한 착용자의 직접적인 착용 기능을 제공할 수 있다.That is, the body frame 210 constituting the waist support part 200 functions to mount the body part 100 in the rear area of the wearer, and at the same time, the wearer's wearing area frame for the lower body auxiliary robot 1 In addition, the waist wearing member 220 may provide a direct wearing function of the wearer for the lower body auxiliary robot 1.

상기 허리 지지부(200)를 구성하는 본체 프레임(210)의 단부, 즉, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장된 상기 본체 프레임(210)의 단부에는 상기 고관절 구동기(300)가 장착될 수 있으며, 상기 고관절 구동기(300)는 상기 본체부(100)로부터 제공되는 전력 및 제어신호에 의하여 구동될 수 있다.The hip joint actuator 300 may be mounted at an end of the body frame 210 constituting the lumbar support 200, that is, the end of the body frame 210 extending to the side area of the hip joint of the wearer, and the hip joint The driver 300 may be driven by power and a control signal provided from the main body 100.

여기서, 상기 고관절 구동기(300)는 상기 허리 지지부(200)를 구성하는 본체 프레임(210)과 상기 허리 착용부재(220) 사이에 장착될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 고관절 구동기(300)는 상기 본체 프레임(210) 및 상기 허리 착용부재(220) 사이에 배치되면 관절 구동기가 외부로 돌출되는 두께가 최소화되고, 관절 구동기가 외골격 로봇의 골격 내부에 장착되는 효과를 얻을 수 있다.Here, the hip joint actuator 300 may be mounted between the body frame 210 constituting the waist support part 200 and the waist wearing member 220. In one embodiment of the present invention, when the hip joint actuator 300 is disposed between the body frame 210 and the waist wearing member 220, the thickness of the joint actuator protruding to the outside is minimized, and the joint actuator is an exoskeleton. You can get the effect of being installed inside the robot's skeleton.

이를 통해 상기 고관절 구동기(300)는 상기 본체 프레임(210) 및 상기 허리 작용부(220)의 단부를 기준으로 상기 대퇴 지지부(400)가 구동되도록 할 수 있으며, 이를 위해 상기 고관절 구동기(300)는 상기 대퇴 지지부(400)의 상단에 구비되는 출력부재(410)와 체결되어 구동력을 관절의 회전을 위한 관절 보조력으로 제공할 수 있다.Through this, the hip joint actuator 300 may allow the femoral support portion 400 to be driven with respect to the ends of the body frame 210 and the waist acting portion 220, and for this purpose, the hip joint actuator 300 It is coupled to the output member 410 provided on the upper end of the femoral support part 400 to provide a driving force as a joint assisting force for rotation of the joint.

이와 같이, 상기 고관절 구동기(300)는 상기 본체 프레임(210) 및 상기 허리 작용부(220) 사이에 장착되어 축방향으로 돌출되는 구성을 최소화하여 보행 움직임시 주변 사물과의 간섭을 최소화할 수 있다.In this way, the hip joint actuator 300 is mounted between the body frame 210 and the waist acting portion 220 to minimize a configuration protruding in the axial direction, thereby minimizing interference with surrounding objects during walking movement. .

상기 착용부재(220)는 충분한 강성을 갖는 플라스틱, 카본 또는 섬유 강화 플라스틱 등 다양한 재질이 적용될 수 있으며, 상기 착용부재(220)는 착용자의 신체 사이즈에 따라 맞춤형을 제공될 수 있다.The wearing member 220 may be made of various materials such as plastic, carbon, or fiber-reinforced plastic having sufficient rigidity, and the wearing member 220 may be customized according to the body size of the wearer.

상기 출력부재(410)는 상기 대퇴 지지부(400)와 상기 고관절 구동기(300)를 직접 연결하는 구성으로, 상기 고관절 구동기(300)로부터 제공되는 회전 구동력으로 상기 대퇴 지지부(400) 전체를 구동하는 구동력으로 활용할 수 있다The output member 410 is configured to directly connect the femoral support part 400 and the hip joint actuator 300, and a driving force for driving the entire femoral support part 400 with a rotational driving force provided from the hip joint actuator 300 Can be utilized as

상기 고관절 구동기(300)는 본체 프레임(210)에 볼트 등의 체결부재로 고정 장착되되, 상기 고관절 구동기(300)의 구동유닛(80, 도 5 참조)는 대퇴 지지부(400)의 출력부재(410)와 체결될 수 있다.The hip joint actuator 300 is fixedly mounted to the body frame 210 with a fastening member such as a bolt, and the driving unit 80 (refer to FIG. 5) of the hip joint actuator 300 is an output member 410 of the femoral support part 400 ) Can be concluded.

구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 고관절 구동기(300)가 상기 본체 프레임(210) 및 상기 허리 착용부재(220) 사이에 위치하고, 상기 출력부재(410)가 상기 본체 프레임(210) 외측으로 노출되도록 장착된 상기 고관절 구동기(300)의 구동유닛(80, 도 5 참조)와 결합될 수 있다.Specifically, as shown in Figure 1, the hip joint actuator 300 is located between the body frame 210 and the waist wearing member 220, the output member 410 is outside the body frame 210 It may be combined with the driving unit 80 (see FIG. 5) of the hip joint actuator 300 mounted to be exposed to the same.

상기 고관절 구동기(300)에 의해 구동되는 상기 대퇴 지지부(400)는 상기 하체 보조로봇(1) 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하도록 기능할 수 있다.The femoral support part 400 driven by the hip joint actuator 300 may function to provide rotational assistance to the thigh of the wearer of the lower body auxiliary robot 1.

도면에 도시되지 않았으나, 상기 대퇴 지지부(400)와 착용자의 대퇴를 고정하기 위한 대퇴 착용부재 또는 밴드 등의 고정수단이 더 구비될 수도 있다.Although not shown in the drawings, a fixing means such as a femoral wearing member or a band for fixing the femoral support part 400 and the wearer's thigh may be further provided.

도 3에 도시된 본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 대퇴 지지부(400)이 양단에는 상기 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500)가 장착될 수 있으며, 상기 하체 보조로봇(1) 착용자의 대퇴 골격과 대응되는 형태를 구성하도록 상기 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500) 사이 영역에 상기 대퇴 지지부(400)의 전체 골격 구조를 제공하기 위한 하우징(420)이 구비될 수 있다.In one embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 may be mounted at both ends of the femoral support part 400, and the lower body auxiliary robot 1 wearer A housing 420 for providing the entire skeletal structure of the femoral support part 400 may be provided in a region between the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 to configure a shape corresponding to the femoral skeleton of.

여기서, 상기 하우징(420) 내측에는 상기 고관절 구동기(300), 상기 슬관절 구동기(500) 또는 상기 발목관절 구동기(700)의 제어를 위해 상기 본체부(100)의 컨트롤러와 연결되는 적어도 하나의 기판 형태의 회로부와 배선 등이 배치될 수 있다.Here, the inner side of the housing 420 is in the form of at least one substrate connected to the controller of the main body 100 for controlling the hip joint actuator 300, the knee joint actuator 500, or the ankle joint actuator 700 The circuit unit and wiring may be arranged.

후술하는 바와 같이, 상기 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500)의 형태는 원통형으로 구성되고 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500)를 연결하는 하우징(420)은 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500)와 대응되는 두께를 가지므로 양 관절 구동기(300, 500)와 대퇴 지지부(400)는 전체적으로 외부 방향으로 돌출되지 않는 형상으로 구성되고, 대퇴 지지부(400)를 구성하는 하우징(420) 내부 공간은 컨트롤러, 회로부 등이 구비된 기판 또는 케이블 어셈블리 등이 배치되어, 외골격 구조 외측으로 노출되는 기판 또는 케이블 등을 생략할 수 있어 제품의 미관과 마감의 완성도를 향상시킬 수 있으며, 주변 사물과 간섭 또는 충돌로 인한 제품의 고정도 줄일 수 있다.As will be described later, the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 have a cylindrical shape, and the housing 420 connecting the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 is a hip joint actuator 300 And since it has a thickness corresponding to the knee joint actuator 500, both joint actuators 300 and 500 and the femoral support part 400 are generally configured in a shape that does not protrude outward, and the housing constituting the femoral support part 400 (420) In the inner space, a board or a cable assembly equipped with a controller, a circuit part, etc. are arranged, so that a board or cable exposed to the outside of the exoskeleton structure can be omitted, thereby improving the aesthetics and finish of the product. The degree of fixation of the product due to interference or collision with surrounding objects can be reduced.

상기 고관절 구동기(300)가 장착된 상기 대퇴 지지부(400)의 단부, 즉, 상기 하체 보조로봇(1) 착용자의 슬관절 영역과 대응대는 위치에는 상기 슬관절 구동기(500)가 장착될 수 있으며, 상기 슬관절 구동기(500)는 상기 고관절 구동기(300)와 마찬가지로 상기 본체부(100)로부터 전원을 공급받고 제어신호를 인가받아 구동될 수 있다.The knee joint actuator 500 may be mounted at the end of the femoral support part 400 on which the hip joint actuator 300 is mounted, that is, at a position corresponding to the knee joint region of the wearer of the lower body auxiliary robot 1, and the knee joint Like the hip joint actuator 300, the actuator 500 may be driven by receiving power from the main body 100 and receiving a control signal.

여기서, 상기 슬관절 구동기(500)는 상기 대퇴 지지부(400)의 하단에 장착된 상태로 상기 본체부(100)의 배터리로부터 전원을 인가받아 구동되어 상기 하퇴 지지부(600)를 구성하는 출력부재(610)에 보조력을 제공할 수 있다.Here, the knee joint actuator 500 is driven by receiving power from the battery of the main body 100 while being mounted on the lower end of the femoral support part 400, and the output member 610 constituting the lower leg support part 600 ) Can provide assistance.

상기 하퇴 지지부(600)를 구성하는 출력부재(610)는 상기 하퇴 지지부(600)의 상단에 구비될 수 있으며, 상기 고관절 구동기(300) 및 상기 대퇴 지지부(400) 간의 결합 구조와 동일한 방식으로 체결될 수 있다.The output member 610 constituting the lower leg support part 600 may be provided on the upper end of the lower leg support part 600, and is fastened in the same manner as the coupling structure between the hip joint actuator 300 and the femoral support part 400 Can be.

상기 하퇴 지지부(600)를 구성하는 출력부재(610)는 상기 슬관절 구동기(500)의 구동유닛에 체결되며, 상기 슬관절 구동기(500)로부터 전달받은 구동력을 상기 하퇴 지지부(600)의 회전 보조력으로 사용할 수 있다.The output member 610 constituting the lower leg support part 600 is fastened to the driving unit of the knee joint actuator 500, and the driving force received from the knee joint actuator 500 is used as the rotational assistance force of the lower leg support part 600. Can be used.

상기 슬관절 구동기(500) 및 상기 고관절 구동기(300)는 각각 상기 하퇴 지지부(600) 및 상기 대퇴 지지부(400)를 구동시키기 위해 구동되는 바, 이하 상기 슬관절 구동기(500) 및 상기 고관절 구동기(300)에 대해 더욱 자세히 검토한다.The knee joint actuator 500 and the hip joint actuator 300 are driven to drive the lower leg support part 600 and the femoral support part 400, respectively, hereinafter, the knee joint actuator 500 and the hip joint actuator 300 Review in more detail.

상기 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500)는 상기 하체 보조로봇(1)의 중량 및 착용자의 중량을 지지하면서 착용자의 움직임을 유도하도록 작동해야 하므로, 상기 하체 보조로봇(1)의 작동을 위한 충분한 구동력을 제공함과 동시에 부피 또는 두께 자체도 최소화 할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.The hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 must be operated to induce movement of the wearer while supporting the weight of the lower body auxiliary robot 1 and the weight of the wearer, so that the operation of the lower body auxiliary robot 1 is performed. It is desirable to be designed to minimize the volume or thickness itself while providing a sufficient driving force for this.

따라서 본 발명에 따른 하체 보조로봇(1)을 구성하는 상기 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500)는 부피가 최소화 되면서도 상기 하체 보조로봇(1)의 작동을 위한 충분한 구동력을 제공하도록 설계될 수 있다.Therefore, the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 constituting the lower body auxiliary robot 1 according to the present invention are designed to provide sufficient driving force for the operation of the lower body auxiliary robot 1 while minimizing the volume. I can.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇에 포함되는 고관절 구동기 및 슬관절 구동기의 구성을 도시한 것으로서, 도 4는 사시도이고, 도 5는 단면도를 도시한다.4 and 5 are diagrams showing the configuration of a hip joint actuator and a knee joint actuator included in the lower body auxiliary robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view and FIG. 5 is a cross-sectional view.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 고관절 구동기(300)와 상기 슬관절 구동기(500)는 하우징(10), 상기 하우징(10) 내부에 구비되는 스테이터(20), 상기 스테이터(20) 내부에 구비되는 로터(30), 상기 로터(30) 내측에 구비되어 감속 및 토크 증폭을 수행하는 감속유닛(40) 및 상기 감속유닛(40)에 체결되며, 상기 대퇴 지지부(400) 또는 상기 하퇴 지지부(600)의 출력부재(410, 610)에 체결되어 구동력을 전달하는 구동유닛(80)을 구비할 수 있다.4 and 5, the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 are provided in a housing 10, a stator 20 provided in the housing 10, and the stator 20 The rotor 30, which is provided inside the rotor 30, is fastened to the reduction unit 40 and the reduction unit 40 for performing deceleration and torque amplification, and the femoral support 400 or the lower leg support 600 ) May be provided with a driving unit 80 that is fastened to the output members 410 and 610 to transmit the driving force.

상기 하우징(10)은 상기 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500)의 전체 외형을 제공하는 것으로, 본 발명의 하나의 실시예에서, 두께가 직경보다 작은 납작한 원통형으로 구성될 수 있다.The housing 10 provides the overall appearance of the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500, and in one embodiment of the present invention, it may be configured as a flat cylindrical shape having a thickness smaller than a diameter.

본 발명에 따른 상기 고관절 구동기(300)와 상기 슬관절 구동기(500)는 로터 내부에 감속유닛(40)을 구비하여 관절 구동기의 축방향 두께를 최소화할 수 있으므로 착용형 로봇의 부피 증가를 최소화할 수 있다.The hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 according to the present invention have a reduction unit 40 inside the rotor to minimize the axial thickness of the joint actuator, thereby minimizing the increase in the volume of the wearable robot. have.

따라서, 상기 고관절 구동기(300) 및 슬관절 구동기(500)는 상기 하우징(10)의 일단부를 통해 상기 대퇴 지지부(400) 및 상기 하퇴 지지부(600)와 연결되어 상기 대퇴 지지부(400) 및 상기 하퇴 지지부(600)를 구동시킬 수 있다.Therefore, the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 are connected to the femoral support part 400 and the lower leg support part 600 through one end of the housing 10 to provide the femoral support part 400 and the lower leg support part. (600) can be driven.

여기서, 상기 고관절 구동기(300) 및 슬관절 구동기(500)는 상기 고관절 구동기(300) 및 슬관절 구동기(500)는 적어도 하나의 엔코더(60)를 구비할 수 있으며, 이를 통해 감지된 관절의 회전각 또는 속도를 참조하여 상기 하체 보조로봇(1)의 보행을 위해 상기 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500)의 구동을 제어할 수 있다.Here, the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 may include at least one encoder 60 in the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500, and the rotation angle of the joint detected through this It is possible to control the driving of the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 for walking of the lower body auxiliary robot 1 with reference to the speed.

상기 스테이터(20)는 원통형으로 형성된 상기 하우징(10)의 내부 원주면을 따라 구비될 수 있으며, 상기 본체부(100)의 배터리로부터 제공된 전력에 의해 전자기 계자를 발생시켜 상기 스테이터(20) 내부에 구비되는 상기 로터(30)를 회전시킬 수 있다.The stator 20 may be provided along the inner circumferential surface of the housing 10 formed in a cylindrical shape, and generate an electromagnetic field by power provided from the battery of the main body 100 so as to be inside the stator 20 The provided rotor 30 may be rotated.

상기 스테이터(20) 내부에 구비되는 로터(30)는 원통형 형태의 상기 하우징 및 상기 하우징 내측의 원주방향에 따라 구비되도록 상기 스테이터(20) 내측 원주방향을 따라 원통형 또는 링 형태로 구성될 수 있다.The rotor 30 provided inside the stator 20 may be configured in a cylindrical shape or a ring shape along the inner circumferential direction of the stator 20 so as to be provided in the cylindrical shape of the housing and in the circumferential direction inside the housing.

이어서, 상기 로터(30)의 내측에는 상기 감속유닛(40)이 구비될 수 있다. 상기 감속유닛(40)은 상기 로터(30)의 회전속도를 감속시켜 토크를 증폭시키는 역할을 수행한다.Subsequently, the reduction unit 40 may be provided inside the rotor 30. The reduction unit 40 serves to amplify torque by reducing the rotational speed of the rotor 30.

도 6 및 도 7은 본 발명의 관절 구동기를 구성하는 감속유닛(40)을 도시하며, 도 6은 사시도이고, 도 7은 분해도를 도시한다.6 and 7 show the reduction unit 40 constituting the joint actuator of the present invention, Figure 6 is a perspective view, Figure 7 shows an exploded view.

도 6은 본 발명의 관절 구동기를 구성하는 감속유닛(40)의 분해도를 도시한다.6 shows an exploded view of the reduction unit 40 constituting the joint actuator of the present invention.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 감속유닛(40)은 상기 로터(30)에 체결된 로터 연결부재(41)를 통해 상기 상기 로터(30)와 연결될 수 있다. 상기 로터 연결부재(41)에 고정된 회전축(도면부호 미표시)에 의해 전달되는 회전력을 전달받아 회전하는 선기어(42), 상기 선기어(42)의 외주면을 따라 회전 가능하게 구비되어 상기 선기어(42)로부터 회전력을 전달받아 회전하는 복수의 플래닛기어(43) 및 복수의 상기 플래닛기어(43)로부터 회전력을 전달받아 회전하는 제1 링부재(44)를 구비할 수 있다.6 and 7, the reduction unit 40 may be connected to the rotor 30 through a rotor connecting member 41 fastened to the rotor 30. A sun gear 42 that rotates by receiving a rotational force transmitted by a rotation shaft (not shown) fixed to the rotor connection member 41, and the sun gear 42 is rotatably provided along the outer circumferential surface of the sun gear 42 A plurality of planet gears 43 that rotate by receiving rotational force from the planet gears 43 and a first ring member 44 that rotates by receiving rotational force from the plurality of planet gears 43 may be provided.

상기 선기어(42)는 상기 로터(30)와 체결된 로터 연결부재(41)와 연결되어 상기 로터(30)의 회전에 따라 회전될 수 있으며, 이 경우, 상기 선기어(42)의 외주면과 맞물린 복수의 상기 플래닛 기어(43) 또한 회전될 수 있다.The sun gear 42 may be connected to the rotor connecting member 41 fastened to the rotor 30 and rotated according to the rotation of the rotor 30. In this case, a plurality of the sun gear 42 meshed with the outer circumferential surface of the sun gear 42 The planet gear 43 of the can also be rotated.

여기서, 복수의 상기 플래닛 기어(43)는 회전축 양단에 구비된 지지부재(f)를 통해 회전이 지지될 수 있다.Here, rotation of the plurality of planet gears 43 may be supported through support members f provided at both ends of the rotation shaft.

또한, 상기 플래닛 기어(43)는 'T'자 형태, 즉, 회전축을 기준으로 직경이 큰 영역(43-1)과 직경이 작은 영역(43-2)으로 구분될 수 있으며, 직경이 큰 영역(43-1)이 상기 선기어(42)와 맞물리도록 구성될 수 있다. In addition, the planet gear 43 may be divided into a'T' shape, that is, an area 43-1 having a large diameter and an area 43-2 having a small diameter based on the rotation axis, and the area having a large diameter (43-1) may be configured to mesh with the sun gear 42.

상기 플래닛기어(43)의 직경이 큰 영역(43-1)은 제2 링부재(45)의 내측에 위치하여 상기 제2 링부재(45)의 내측면과 맞물릴 수 있으며, 상기 플래닛 기어(43)의 직경이 작은 영역(43-2)은 상기 제1 링부재(44)의 내측에 위치하여 상기 제1 링부재(44)의 내측면과 맞물릴 수 있다.The area 43-1 of the planet gear 43 having a large diameter may be located inside the second ring member 45 and may mesh with the inner surface of the second ring member 45, and the planet gear ( The area 43-2 with a small diameter of 43 may be located inside the first ring member 44 and may be engaged with the inner surface of the first ring member 44.

따라서, 상기 선기어(42)가 회전되는 경우, 상기 선기어(42)와 맞물린 복수의 상기 플래닛기어(43)가 회전하며, 상기 플래닛기어(43)는 상기 선기어(42)와 맞물린 영역으로부터 회전축을 따라 직경이 작아지도록('43-1' → '43-2') 구성되므로, 복수의 상기 플래닛기어(43)는 상기 로터(30)로부터 선기어(42)로 전달된 구동 토크를 증폭시켜 상기 제1링부재(44)에 전달할 수 있다.Therefore, when the sun gear 42 is rotated, the plurality of planet gears 43 meshed with the sun gear 42 rotates, and the planet gear 43 along the rotation axis from the area meshed with the sun gear 42 Since the diameter is configured to be small ('43-1' → '43-2'), the plurality of planet gears 43 amplify the driving torque transmitted from the rotor 30 to the sun gear 42 to be the first It can be transmitted to the ring member 44.

이를 통해, 상기 구동유닛(80)과 연결된 상기 제1 링부재(44)는 상기 플래닛기어(43)로부터 구동력을 전달받아 구동하여 상기 구동유닛(80)을 구성하는 구동부재(81)을 회전시킬 수 있고, 상기 구동부재(81)와 체결된 구동판(83)은 대퇴 지지부 또는 하퇴 지지부를 구성하는 출력부재를 회전 구동시킬 수 있다.Through this, the first ring member 44 connected to the driving unit 80 is driven by receiving a driving force from the planet gear 43 to rotate the driving member 81 constituting the driving unit 80. In addition, the driving plate 83 coupled to the driving member 81 may rotate the output member constituting the thigh support or the lower leg support.

상기 감속유닛(40)은 복수의 기어(42, 43)를 포함하여 이들이 서로 맞물려 감속구조를 형성할 수 있으며, 이 경우, 복수의 기어(42, 43)는 일부가 서로 동일한 구동축을 공유하거나 서로 평행한 구동축으로 맞물려 구동되거나, 또는 이러한 구조들의 조합을 통해 다양한 형태로 설계될 수 있다.The reduction unit 40 may include a plurality of gears 42 and 43 and are meshed with each other to form a reduction structure. In this case, the plurality of gears 42 and 43 may partially share the same drive shaft or It may be driven by meshing with a parallel driving shaft, or may be designed in various forms through a combination of these structures.

따라서, 상기 본체부(100)를 구성하는 배터리로부터 제공된 전력에 의해 상기 스테이터(20) 내부에 위치한 상기 로터(30)가 회전될 수 있으며, 상기 감속유닛(40)을 구성하는 복수의 기어(42, 43)는 상기 로터(30)의 회전에 의해 회전되어 상기 로터(30)의 회전속도를 감속시켜 상기 로터(30)가 제공하는 토크를 증폭시킬 수 있다.Accordingly, the rotor 30 located inside the stator 20 may be rotated by power provided from the battery constituting the main body 100, and a plurality of gears 42 constituting the reduction unit 40 , 43) may be rotated by the rotation of the rotor 30 to reduce the rotational speed of the rotor 30 to amplify the torque provided by the rotor 30.

상기 감속유닛(40)은 상기 로터(30)의 외부에 순차적으로 구비되는 상기 스테이터(20) 및 상기 하우징(10)의 외부 영역으로 돌출되지 않고, 로터(30)의 내측에서 로터(30)의 외주면을 따라 구비되는 바, 상기 하우징(10)의 부피 비대화를 방지하면서도 상기 로터(30)로부터 전달된 토크를 효과적으로 증폭시킬 수 있다.The reduction unit 40 does not protrude to the outer regions of the stator 20 and the housing 10 which are sequentially provided outside the rotor 30, and the rotor 30 As provided along the outer circumferential surface, it is possible to effectively amplify the torque transmitted from the rotor 30 while preventing an enlargement of the volume of the housing 10.

또한, 상기 감속유닛(40)은 상기 대퇴 지지부(400) 및 상기 하퇴 지지부(600)의 구동에 필요한 동력 크기에 따라 상기 플래닛 기어(43) 및 상기 선기어(42) 등 복수 기어의 구성 조합을 다양하게 변경할 수 있으므로, 상기 하체 보조로봇(1)을 구성하는 상기 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500)가 최적의 구동력을 갖도록 설계될 수 있다.In addition, the reduction unit 40 has various combinations of configurations of a plurality of gears such as the planet gear 43 and the sun gear 42 according to the amount of power required to drive the femoral support part 400 and the lower leg support part 600 Therefore, the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 constituting the lower body auxiliary robot 1 may be designed to have an optimum driving force.

이어서, 상기 감속유닛(40)으로부터 증폭된 구동력을 전달받는 상기 구동유닛(80)는 원통형 형상의 상기 하우징(10)의 일면으로 노출되어 대퇴 지지부(400) 또는 상기 하퇴 지지부(600)의 출력부재(410, 610)와 체결되어 출력부재(410, 610)를 구동시킬 수 있다.Subsequently, the driving unit 80, which receives the amplified driving force from the reduction unit 40, is exposed to one surface of the housing 10 in a cylindrical shape, and the output member of the femoral support 400 or the lower support 600 It is fastened to 410 and 610 to drive the output members 410 and 610.

상기 대퇴 지지부(400) 단부에 장착되는 상기 슬관절 구동기(500)에는 상기 하퇴 지지부(600)가 장착되어, 상기 슬관절 구동기(500)의 구동에 의해 구동될 수 있으며, 이를 통해 상기 하체 보조로봇(1) 착용자의 대퇴에 대한 회전 보조력을 제공할 수 있다.The lower leg support 600 is mounted on the knee joint actuator 500 mounted at the end of the femoral support 400 to be driven by the driving of the knee joint actuator 500, through which the lower body auxiliary robot 1 ) It can provide rotational assistance for the wearer's thigh.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(1)에서 하퇴 지지부(600) 이하의 구성을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 8의 (a)는 사시도이고, 도 8의 (b)는 측면도를 도시한다.8 shows the configuration of the lower leg support 600 or less in the lower body auxiliary robot 1 according to an embodiment of the present invention. More specifically, (a) of FIG. 8 is a perspective view, and (b) of FIG. 8 is a side view.

상기 하퇴 지지부(600)는 상기 하퇴 지지부(610)가 상기 하체 보조로봇(1) 착용자의 하퇴 영역에 장착될 수 있도록 하퇴 착용부재(620)를 포함할 수 있다. 상기 하퇴 착용부재(620)는 상기 하퇴 지지부(600)를 구성하는 출력부재(610)의 내측 방향으로 체결되어 착용자의 하퇴 후방을 감싸도록 구비될 수 있다.The lower leg support part 600 may include a lower leg wearing member 620 so that the lower leg support part 610 can be mounted on the lower leg area of the wearer of the lower body auxiliary robot 1. The lower leg wearing member 620 may be fastened in the inner direction of the output member 610 constituting the lower leg support part 600 to surround the rear of the lower leg of the wearer.

따라서, 상기 하퇴 지지부(600)는 상기 슬관절 구동기(500)의 구동에 따라 상기 하퇴 지지부(600)를 구성하는 출력부재(610)가 상기 슬관절 구동기(500)의 출력축을 기준으로 회전하여 상기 하퇴 지지부(600)를 구동시켜 착용자의 하퇴의 움직임을 보조할 수 있다.Accordingly, in the lower leg support part 600, the output member 610 constituting the lower leg support part 600 is rotated based on the output shaft of the knee joint actuator 500 as the knee joint actuator 500 is driven, and the lower leg support part By driving 600, it is possible to assist the movement of the lower leg of the wearer.

상기 하퇴 지지부(600)에는 리니어 모터(710)를 구비하는 발목관절 구동기(700)가 장착될 수 있으며, 상기 발목관절 구동기(700)는 상기 본체부(100)를 구성하는 배터리로부터 전원을 인가받은 상기 리니어 모터(710)의 구동에따 구동될 수 있다.The lower leg support part 600 may be equipped with an ankle joint actuator 700 having a linear motor 710, and the ankle joint actuator 700 receives power from a battery constituting the body part 100. It may be driven according to the driving of the linear motor 710.

발목관절을 구동하기 위한 구동기를 고관절 구동기 또는 슬관절 구동기와 동일한 구동기를 채용하는 경우 충분한 구동력을 제공할 수 있으나, 발목관절 구동기, 슬관절 구동기 및 고관절 구동기 순서로 하중과 무게가 전달되는 외골격 로봇의 구조상 전체 로봇의 무게와 부피를 더욱 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다.If the same actuator as the hip joint actuator or the knee joint actuator is used as the actuator for driving the ankle joint, sufficient driving force can be provided.However, the entire structure of the exoskeleton robot in which the load and weight are transmitted in the order of the ankle joint actuator, the knee joint actuator and the hip joint actuator It can act as a factor that further increases the weight and volume of the robot.

따라서, 본 발명은 상대적으로 요구되는 토크의 크기가 작은 발목관절 구동을 위해서는 리니어 모터를 적용하여 로봇 전체의 무게와 비용을 절감할 수 있다.Accordingly, the present invention can reduce the weight and cost of the entire robot by applying a linear motor to drive an ankle joint having a relatively small required torque.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(10)의 발목관절 구동기(700)에 포함된 리니어 모터(710)의 단면도를 도시한다.9 is a cross-sectional view of a linear motor 710 included in the ankle joint actuator 700 of the lower body auxiliary robot 10 according to an embodiment of the present invention.

상기 발목관절 구동기(700)를 구성하는 리니어 모터(710)는 내부에 길이 방향으로 공간이 형성된 실린더바디(711)와, 일단이 상기 실린더바디(711)의 타단부로 삽입되어 상기 실린더바디(711)의 내부에서 상기 실린더바디(711)의 길이 방향으로 신축 구동되는 스크류샤프트(712)를 포함할 수 있다.The linear motor 710 constituting the ankle joint actuator 700 includes a cylinder body 711 having a space formed therein in the longitudinal direction, and one end is inserted into the other end of the cylinder body 711 to be inserted into the cylinder body 711. ) May include a screw shaft 712 that is extended and contracted in the longitudinal direction of the cylinder body 711.

여기서, 상기 실린더바디(711) 및 상기 스크류샤프트(712)는 각각 상기 족지지부(800) 또는 상기 하퇴 지지부(600)에 연결(힌지 결합)될 수 있다. Here, the cylinder body 711 and the screw shaft 712 may be connected (hinge-coupled) to the foot support portion 800 or the lower leg support portion 600, respectively.

즉, 상기 실린더바디(711) 및 상기 스크류샤프트(712)는 상기 족지지부(800) 또는 상기 하퇴 지지부(600)에 결합되되, 위치가 변경되어도 무방하다.That is, the cylinder body 711 and the screw shaft 712 are coupled to the foot support portion 800 or the lower leg support portion 600, but the position may be changed.

따라서, 상기 스크류샤프트(712)의 내측 단부에는 구동모터(713)가 장착되고, 상기 구동모터(713)는 커플러(714)를 매개로 외주면에 나사산이 형성된 스크류(715)를 회전시킬 수 있고, 상기 스크류(715)는 내주면에 나사산이 형성된 실린더바디(711)를 스크류샤프트(712)에 대하여 변위시켜 상기 발목관절 구동기(700)를 구성하는 리니어 모터(710)는 신축 구동될 수 있다.Accordingly, the driving motor 713 is mounted at the inner end of the screw shaft 712, and the driving motor 713 can rotate the screw 715 having a thread formed on the outer circumferential surface through the coupler 714, The screw 715 displaces the cylinder body 711 having a thread on the inner circumferential surface thereof with respect to the screw shaft 712 so that the linear motor 710 constituting the ankle joint actuator 700 may be telescopically driven.

이와 같은 리니어 모터(710)의 신축 구동에 의하여 상기 하퇴 지지부(600)에 대한 상기 족지지부(800)의 각도가 결정되어 착용자의 발목 회전을 지지할 수 있다.The angle of the foot support part 800 with respect to the lower leg support part 600 is determined by the expansion and contraction of the linear motor 710 to support rotation of the ankle of the wearer.

구체적으로, 도 8 또는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 하퇴 지지부(600)는 슬관절 구동기(500)의 구동유닛(80)에 체결되어 동력을 전달받는 출력부재(610)와 상기 출력부재(610)의 내측에 착용부재(620)가 고정되고, 상기 착용부재(620) 하부에 족지지부(800)가 힌지 결합될 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 8 or 10, the lower leg support 600 is coupled to the driving unit 80 of the knee joint actuator 500, the output member 610 and the output member 610 receiving power. ), the wearing member 620 is fixed to the inner side of the wearing member 620, the foot support portion 800 may be hinged to the lower portion of the wearing member 620.

구체적으로, 상기 족지지부(800)는 상기 하퇴 지지부(600)를 구성하는 하퇴 착용부재(620)의 하단의 연결부재(625)에 힌지 결합되며 족저면을 지지하는 족지지 프레임(810)을 구비할 수 있다.Specifically, the foot support portion 800 is hinged to the connection member 625 at the lower end of the lower leg wearing member 620 constituting the lower leg support portion 600 and includes a foot support frame 810 that supports the plantar surface. can do.

상기 리니어 모터(710)는 상기 하퇴 지지부(600)를 구성하는 출력부재(610) 및 상기 족지지부(800)를 구성하는 족지지 프레임(810)과 각각 연결부재(630, 820)를 매개로 연결될 수 있다. 상기 연결부재(630, 820)는 상기 출력부재(610) 및 상기 족지지 프레임(810) 각각에 연결된다.The linear motor 710 may be connected via an output member 610 constituting the lower leg support part 600 and a foot support frame 810 constituting the foot support part 800 and connection members 630 and 820, respectively. I can. The connecting members 630 and 820 are connected to each of the output member 610 and the foot support frame 810.

각각의 연결부재(630, 820)는 리니어 모터(710)의 양단과 힌지 결합되어 리니어 모터의 신축 구동시 하퇴 지지부(600)에 대하여 족지지부(800)를 회전 구동시킬 수 있다.Each of the connecting members 630 and 820 is hinge-coupled with both ends of the linear motor 710 to rotate the foot support part 800 with respect to the lower leg support part 600 when the linear motor is extended and contracted.

상기 발목관절 구동기(700)를 구성하는 리니어 모터(710)가 상기 하퇴 지지부(600)를 구성하는 출력부재(610)와 상기 족지지부(800)를 구성하는 족지지 프레임(810)을 각각의 연결부재로 연결함으로써, 상기 리니어 모터(710)가 구동될 경우 상기 족지지 프레임(800)은 상기 하퇴 착용부재(620)를 기준으로 회전 구동되어 발목 관절의 회전 보조력을 제공할 수 있다.The linear motor 710 constituting the ankle joint actuator 700 connects the output member 610 constituting the lower leg support part 600 and the foot support frame 810 constituting the foot support part 800, respectively By connecting with a member, when the linear motor 710 is driven, the foot support frame 800 may be driven to rotate based on the lower leg wearing member 620 to provide a rotational assist force of the ankle joint.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(1)의 발목관절 구동기(700)가 구동됨에 따라 구동되는 족지지부(800)를 도시한다.FIG. 10 shows a foot support part 800 that is driven as the ankle joint actuator 700 of the lower body auxiliary robot 1 is driven according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 하체 보조로봇(1)은 완전 마비 환자 또는 장애인을 위한 로봇임에도 불구하고, 발목관절 구동기(700)를 더 구비하여 상기 하체 보조로봇(1)의 보행 동작을 보다 안전하고 자연스럽게 구현할 수 있다. Although the lower body auxiliary robot 1 according to the present invention is a robot for a completely paralyzed patient or a disabled person, it is further provided with an ankle joint actuator 700 so that the walking motion of the lower body auxiliary robot 1 can be more safely and naturally implemented. have.

구체적으로, 본 발명에 따른 하체 보조로봇은 즉, 종래 소개된 완전 마비 환자용 하체 보조로봇과 달리 상기 발목관절 구동기를 구성하는 리니어 모터(710)는 상기 본체부(100)를 구성하는 컨트롤러의 제어신호에 따라 상기 족지지부(800)의 하면이 지면에 접촉하는 입각기 또는 지면에 접촉하지 않는 유각기에 따라 발목 관절을 구동시켜 장애물 구간 또는 층계 구간에서 발걸림, 특히 앞발 등이 장애물 또는 계단 모서리에 걸려 넘어지는 위험을 방지하여 보행 안정성을 향상시킬 수 있다.Specifically, the lower body auxiliary robot according to the present invention, that is, unlike the lower body auxiliary robot for a completely paralyzed patient introduced in the prior art, the linear motor 710 constituting the ankle joint actuator is a control signal of the controller constituting the main body 100 Accordingly, the ankle joint is driven according to the stance phase in which the lower surface of the foot support part 800 contacts the ground or the swing phase not in contact with the ground, so that the foot is caught in the obstacle section or the stair section, especially the forefoot, etc. It can improve walking stability by preventing the risk of tripping.

상기 발목관절 구동기(700)를 구성하는 상기 리니어 모터(710) 역시 상기 본체부(100)를 구성하는 배터리(100)로부터 전원을 공급받고 상기 콘트롤러로부터 보행 동작 또는 보행 주기에 따른 제어신호에 따라 상기 하퇴 지지부(600)를 기준으로 상기 족지지부(800)를 구동시킬 수 있다.The linear motor 710 constituting the ankle joint actuator 700 is also supplied with power from the battery 100 constituting the main body 100 and according to a control signal according to a gait motion or gait cycle from the controller. The foot support part 800 may be driven based on the lower leg support part 600.

상술한 바, 본 발명에 따른 하체 보조로봇(1)은 본체부(100), 허리 지지부(200), 고관절 구동기(300), 대퇴 지지부(400), 슬관절 구동기(500), 하퇴 지지부(600), 발목관절 구동기(700) 및 족지지부(800)를 포함하여 구성되어 작동함으로서, 하체 거동이 불편한 착용자의 보행을 보조할 수 있다.As described above, the lower body auxiliary robot 1 according to the present invention includes a body part 100, a waist support part 200, a hip joint actuator 300, a femoral support part 400, a knee joint actuator 500, and a lower leg support part 600. , By operating the ankle joint actuator 700 and the foot support unit 800 including the configuration, it is possible to assist the walking of the wearer inconvenient lower body movement.

이와 같이, 하체 기능이 저하되거나 상실된 착용자의 보행을 보조하는 로봇은 본 발명의 실시예와 같이 착용자의 하체 각 구성에 대응되는 구성이 세분화되고, 각 구성간 상호적인 결합 및 작동을 통해 하체 거동이 불편한 착용자가 정상인의 보행 형태를 모방할 수 있도록 구성될 필요가 있다.In this way, in the robot that assists the wearer's walking, whose lower body function is degraded or lost, the configuration corresponding to each configuration of the wearer's lower body is subdivided as in the embodiment of the present invention, and the lower body behavior is achieved through mutual coupling and operation between the components. It needs to be configured so that the uncomfortable wearer can imitate the walking pattern of a normal person.

또한, 착용자의 보행을 보조하는 로봇은 착용자에게 착용된 후의 보행 형태 뿐만 아니라, 착용자의 착용 용이성 및 미보행시 직립 안정성 등 까지 고려해서 설계될 필요가 있다.In addition, a robot that assists the wearer's walking needs to be designed in consideration of not only the walking type after being worn by the wearer, but also the wearer's ease of wearing and the upright stability when not walking.

일반적으로 완전마비 환자를 위한 착용형 로봇의 경우, 지팡이 등을 사용하여 균형을 유지하나 체중과 로봇의 무게가 팔 또는 상체에 큰 부담이 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(1)은 특정 상황에서 상기 하체 보조로봇(1)을 지면으로부터 지지하기 위한 균형보조유닛(900)을 더 포함할 수 있다.In general, in the case of a wearable robot for a completely paralyzed patient, a cane is used to maintain balance, but the weight and the weight of the robot may be a great burden on the arm or upper body. Accordingly, the lower body auxiliary robot 1 according to an embodiment of the present invention may further include a balance auxiliary unit 900 for supporting the lower body auxiliary robot 1 from the ground in a specific situation.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(1)에 적용되는 균형보조유닛(900)을 도시한다.11 shows a balance assistance unit 900 applied to the lower body auxiliary robot 1 according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(1)은 착용자의 비보행 상태에서 전방으로 쓰러짐을 방지하기 위하여 구비되며, 상기 하퇴 지지부(600)에 장착되고 구동모터(910) 및 상기 구동모터(910)에 의하여 구동되어 선택적으로 전방으로 전개되어 지면을 지지하기 위한 지지바(920)를 포함하는 균형보조유닛(900)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, the lower body auxiliary robot 1 according to an embodiment of the present invention is provided to prevent the wearer from falling forward in a non-walking state, and is mounted on the lower leg support part 600, and a driving motor 910 ) And a balance assistance unit 900 including a support bar 920 for supporting the ground by being driven by the driving motor 910 and selectively deployed forward.

보다 구체적으로 상기 균형보조유닛(900)의 지지바(920)는 상기 하퇴 지지부 (600)에 회전 가능하게 연결되어 하방을 향하도록 구비되며, 상기 균형보조유닛(900)을 구성하는 구동모터(910)에 의해 선택적으로 전방으로 전개될 수 있다.More specifically, the support bar 920 of the balance assist unit 900 is rotatably connected to the lower leg support part 600 to face downward, and a drive motor 910 constituting the balance assist unit 900 ) Can be selectively deployed forward.

여기서, 상기 균형보조유닛(900)의 지지바(920)는 상기 하퇴 지지부(600)를 중심으로 전방으로 회전하는 바, 상기 하퇴 지지부(600)를 중심으로 회전할 수 있다면 상기 하퇴 지지부(600) 중 연결되는 위치는 한정되지 않으며, 예를 들어, 상기 하퇴 지지부(600)를 구성하는 출력부재(610) 또는 상기 하퇴 지지부(600)와 상기 리니어 모터(710)를 연결하는 상기 연결부재(630)에 장착될 수 있다.Here, the support bar 920 of the balance assist unit 900 rotates forward around the lower leg support part 600, and if it can rotate around the lower leg support part 600, the lower leg support part 600 The connected position is not limited, for example, the output member 610 constituting the lower leg support part 600 or the connection member 630 connecting the lower leg support part 600 and the linear motor 710 Can be mounted on.

그리고, 본 발명에 따른 하체 보조로봇은 외골격 방식의 로봇으로 착용자의 하체의 외측을 감싸는 방식으로 구성된다.In addition, the lower body auxiliary robot according to the present invention is configured in a manner that surrounds the outer side of the wearer's lower body with an exoskeleton type robot.

따라서, 상기 균형보조유닛을 구성하는 지지바(920)는 대퇴 지지부(600)와 대략 동일 평면상에서 구동되도록 장착되는 것이 바람직하며, 하퇴 착용부재(620)는 상기 지지바(620) 내측에 배치되어 착용자의 하퇴를 지지하는 것이 바람직하다.Therefore, the support bar 920 constituting the balance auxiliary unit is preferably mounted to be driven on approximately the same plane as the femoral support 600, and the lower leg wearing member 620 is disposed inside the support bar 620 It is desirable to support the lower leg of the wearer.

상기 균형보조유닛(900)을 구성하는 구동모터(910)는 상기 지지바(920)를 회전시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 어떠한 형태로도 가능하나, 비한정적인 예로서, 웜기어 및 웜휠기어를 포함하여 구성될 수 있다.The driving motor 910 constituting the balance auxiliary unit 900 is not particularly limited and may be in any form as long as it can rotate the support bar 920, but as non-limiting examples, worm gears and worm wheel gears are used. It can be configured to include.

보다 구체적으로, 상기 구동모터(910)는 구동축에 웜기어(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기 웜기어는 웜휠케이스(911) 내부에 구비되어 상기 웜기어에 맞물리며 상기 구동모터(910)의 회전축과 수직한 구동축을 갖는 웜휠기어(미도시)를 구비할 수 있다.More specifically, the drive motor 910 may have a worm gear (not shown) on the drive shaft, and the worm gear is provided inside the worm wheel case 911 to mesh with the worm gear and perpendicular to the rotation axis of the drive motor 910 A worm wheel gear (not shown) having one drive shaft may be provided.

이러한 구조의 상기 구동모터(910)는 회전축 방향 변경이 가능하고 용이하고 지지바 또는 웜휠기어에 가해지는 회전 토크에 의하여 웜기어의 회전을 억제할 수 있으므로, 상기 하체 보조로봇(1)의 보행 안정성을 향상시킴과 동시에, 상기 균형보조유닛(900)의 지지바(920)를 전개 또는 복귀시킬 수 있다.Since the drive motor 910 of this structure is capable of changing the direction of the rotation axis and is easy and can suppress the rotation of the worm gear by the rotation torque applied to the support bar or the worm wheel gear, the walking stability of the lower body auxiliary robot 1 is improved. While improving, the support bar 920 of the balance auxiliary unit 900 may be deployed or restored.

상술한 균형보조유닛(900)을 통해 상기 하체 보조로봇(1)은 착용자의 리모컨 제어 또는 미보행 상태에서 자동적인 알고리즘에 의하여 지지바(920)가 전방으로 전개되어, 지면을 지지함으로서, 상기 하체 보조로봇(1) 착용자의 스탠딩 동작을 보조할 수 있다.The lower body assisting robot 1 through the above-described balance assist unit 900 has the support bar 920 deployed forward by an automatic algorithm under the remote control of the wearer or in a non-walking state to support the ground, so that the lower body The auxiliary robot 1 can assist the wearer's standing motion.

여기서, 상기 하퇴 지지부(600)를 구성하는 출력부재(610) 또는 상기 하퇴 지지부(600)와 상기 리니어 모터(710)를 연결하는 상기 연결부재(730) 등에 연결된 지지바(920)는 상기 하체 보조로봇(1)이 보행상태를 유지하여 전방으로 전개되지 않은 상황에서는 하방 말단부가 지면을 닿지 않는 범위의 길이로 구성될 수 있다.Here, the support bar 920 connected to the output member 610 constituting the lower leg support part 600 or the connection member 730 connecting the lower leg support part 600 and the linear motor 710 is provided to assist the lower body. In a situation where the robot 1 maintains a walking state and is not deployed forward, the lower end portion may be configured to have a length within a range that does not touch the ground.

즉, 상기 균형보조유닛(900)을 구성하는 지지바(920)는 미전개시에는 하방 말단부가 지면과 접촉하지 않아 상기 하체 보조로봇(1)의 보행을 방해지 않는 길이로 구성될 수 있다.That is, the support bar 920 constituting the balance assistance unit 900 may be configured to have a length that does not interfere with the walking of the lower body auxiliary robot 1 because the lower end portion does not contact the ground when it is not deployed.

상기 지지바는 스크류 방식으로 체결된 2개의 파이프 부재로 구성되어도 무방하다.The support bar may be composed of two pipe members fastened in a screw manner.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 하체 보조로봇(1)으로서, 균형보조유닛(900)이 구동된 형태를 도시한다.12 is a lower body auxiliary robot 1 according to an embodiment of the present invention, and shows a form in which the balance auxiliary unit 900 is driven.

상기 본체부(100)를 구성하는 컨트롤러는 상기 균형보조유닛(900)의 지지바(920)가 전개된 상태에서는 상기 대퇴 지지부(400)와 상기 하퇴 지지부(600)가 수직 방향에 대하여 미리 결정된 각도(θ 또는 θ’)로 기울어지도록 상기 고관절 구동기(300)와 슬관절 구동기(500)를 구동하여 스탠딩 동작의 안정성을 향상시킬 수 있다.The controller constituting the main body 100 is at a predetermined angle with respect to the vertical direction of the femoral support 400 and the lower leg support 600 when the support bar 920 of the balance auxiliary unit 900 is deployed. By driving the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 to incline at (θ or θ'), the stability of the standing motion may be improved.

따라서, 상기 하체 보조로봇(1)의 미보행 중 상기 균형유지수단(900)의 지지바(920)가 전방으로 전개된 경우에는 상기 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500)가 구동되어 상기 지지바(920)의 단부가 지면에 닿도록 하여 상기 하체 보조로봇(1)이 스탠딩 동작의 균형 유지를 위한 보조력을 제공받을 수 있다.Therefore, when the support bar 920 of the balance maintaining means 900 is deployed forward while the lower body assisting robot 1 is not walking, the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500 are driven and the By making the end of the support bar 920 contact the ground, the lower body auxiliary robot 1 may be provided with an assisting force for maintaining the balance of the standing motion.

여기서, 상기 지지바(920)의 기능은 상기 고관절 구동기(300) 및 상기 슬관절 구동기(500)의 구동에 따른 상기 하체 보조로봇(1)의 전체적인 골격 구조와 연관되는 바, 전방으로 전개되는 회전 범위가 제한될 수 있으며, 이는 위해 상기 균형유지수단(900)은 상기 지지바(920)의 전방 회전범위를 제한하는 지지바 스토퍼(930, 도 8(a) 참조)를 더 포함할 수 있다.Here, the function of the support bar 920 is related to the overall skeletal structure of the lower body auxiliary robot 1 according to the driving of the hip joint actuator 300 and the knee joint actuator 500, and a rotation range that extends forward May be limited, for this purpose, the balance maintaining means 900 may further include a support bar stopper 930 (refer to FIG. 8(a)) for limiting the forward rotation range of the support bar 920.

이상으로 본 발명에 따른 하체 보조로봇(1)에 대해 설명하였으며 다만, 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 실시예가 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.The lower body auxiliary robot 1 according to the present invention has been described above. However, those of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features. You will be able to understand. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting.

100 : 본체부
200 : 허리 지지부
300 : 고관절 구동기
400 : 대퇴 지지부
500 : 슬관절 구동기
600 : 하퇴 지지부
700 : 발목관절 구동기
800 : 족지지부
900 : 균형보조유닛
100: main body
200: waist support
300: hip joint actuator
400: femoral support
500: knee joint actuator
600: lower leg support
700: ankle joint actuator
800: foot support
900: balance auxiliary unit

Claims (12)

제어신호를 제공하는 컨트롤러 및 전원 제공을 위한 배터리를 포함하는 본체부;
상기 본체부가 후방에 장착되며, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 본체 프레임 및 상기 본체 프레임의 내측에 장착되며 착용자의 허리 영역에 장착되는 허리 착용부재를 포함하는 허리 지지부;
상기 허리 지지부의 본체 프레임의 단부에 장착되는 한 쌍의 고관절 구동기;
상기 고관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지부;
상기 대퇴 지지부 단부에 장착되는 한 쌍의 슬관절 구동기;
상기 슬관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지부;
상기 하퇴 지지부에 장착되며 리니어 모터를 구비하는 발목관절 구동기; 및
상기 하퇴 지지부의 단부에 장착되어, 상기 발목관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 발목 회전 보조력을 제공하는 족지지부;를 포함하는 하체 보조로봇.
A main body including a controller for providing a control signal and a battery for providing power;
A waist support unit including a body frame mounted on the rear of the body portion and extending to a side area of the hip joint of the wearer, and a waist wearing member mounted on the inside of the body frame and mounted on the waist area of the wearer;
A pair of hip joint actuators mounted at the ends of the body frame of the waist support portion;
A femoral support that is driven by the hip joint actuator and provides rotational assistance to the wearer's femur;
A pair of knee joint actuators mounted at the ends of the femoral support;
A lower leg support that is driven by the knee joint actuator and provides rotational assistance to the wearer's thigh;
An ankle joint actuator mounted on the lower leg support and having a linear motor; And
A lower body auxiliary robot comprising; a foot support unit mounted on an end of the lower leg support unit, driven by the ankle joint actuator, and providing an ankle rotation assist force of the wearer.
제1항에 있어서,
상기 하체 보조로봇 착용자의 비보행 상태에서 전방으로 쓰러짐을 방지하기 위하여 구비되며, 상기 하퇴 지지부에 장착되고 구동모터 및 상기 구동모터에 의하여 구동되어 선택적으로 전방으로 전개되어 지면을 지지하기 위한 지지바를 포함하는 균형보조유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.
The method of claim 1,
It is provided to prevent the lower body auxiliary robot from falling forward in a non-walking state, and is mounted on the lower leg support and is driven by a driving motor and the driving motor to selectively expand forward and include a support bar for supporting the ground. Lower body auxiliary robot, characterized in that it further comprises a balance assist unit.
제2항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 균형보조유닛의 지지바가 전개된 상태에서는 상기 대퇴 지지부와 상기 하퇴 지지부가 수직 방향에 대하여 미리 결정된 각도로 기울어지도록 고관절 구동기와 슬관절 구동기를 구동하는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.
The method of claim 2,
The controller drives the hip joint actuator and the knee joint actuator so that the femoral support part and the lower leg support part are inclined at a predetermined angle with respect to a vertical direction when the support bar of the balance assist unit is deployed.
제1항에 있어서,
상기 고관절 구동기와 상기 슬관절 구동기는 하우징, 상기 하우징 내부에 구비되는 스테이터, 상기 스테이터 내부에 구비되는 로터, 상기 로터 내측에 구비되어 감속 및 토크 증폭을 수행하는 감속유닛 및 상기 감속유닛에 체결되며, 상기 대퇴 지지부 또는 상기 하퇴 지지부의 출력부재에 체결되어 구동력을 전달하는 구동유닛을 구비하며, 상기 하우징은 원통형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.
The method of claim 1,
The hip joint actuator and the knee joint actuator are coupled to a housing, a stator provided inside the housing, a rotor provided inside the stator, a reduction unit provided inside the rotor to perform deceleration and torque amplification, and the reduction unit, and the The lower body auxiliary robot, characterized in that it is fastened to the femoral support portion or the output member of the lower leg support portion and provided with a driving unit for transmitting a driving force, wherein the housing is configured in a cylindrical shape.
제1항에 있어서,
상기 고관절 구동기는 상기 허리 지지부를 구성하는 본체 프레임과 상기 허리 착용부재 사이에 장착된 상태로 상기 대퇴 지지부의 상단에 구비되는 출력부재와 체결되는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.
The method of claim 1,
The hip joint actuator is mounted between the body frame constituting the waist support and the waist wearing member, and is coupled to an output member provided at an upper end of the thigh support.
제2항에 있어서,
상기 슬관절 구동기는 상기 대퇴 지지부의 하단에 장착된 상태로 상기 하퇴 지지부를 구성하는 출력부재와 체결되는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.
The method of claim 2,
The lower body auxiliary robot, characterized in that the knee joint actuator is coupled to an output member constituting the lower leg support while being mounted on the lower end of the femoral support.
제2항에 있어서,
상기 고관절 구동기와 상기 슬관절 구동기 사이의 대퇴 지지부는 상기 고관절 구동기와 상기 슬관절 구동기의 두께에 대응하는 내부공간을 형성하도록 하우징이 구비되며, 상기 하우징 내측에 상기 고관절 구동기, 상기 슬관절 구동기, 발목관절 구동기 또는 상기 균형보조유닛의 제어를 위하여 상기 컨트롤러와 연결되는 회로부가 구비된 적어도 하나의 기판 또는 케이블 어셈블리가 수용되는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.
The method of claim 2,
The femoral support portion between the hip joint actuator and the knee joint actuator is provided with a housing to form an internal space corresponding to the thickness of the hip joint actuator and the knee joint actuator, and the hip joint actuator, the knee joint actuator, the ankle joint actuator or The lower body auxiliary robot, characterized in that at least one substrate or cable assembly provided with a circuit unit connected to the controller is accommodated to control the balance auxiliary unit.
제6항에 있어서,
상기 하퇴 지지부는 상기 출력부재 내측 방향으로 체결되며, 착용자의 하퇴의 후방을 감싸는 하퇴 착용부재를 포함하고, 상기 하퇴 착용부재의 하단에 족지지부가 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.
The method of claim 6,
The lower leg support portion is fastened in the direction of the output member, and includes a lower leg wearing member surrounding the rear of the lower leg of the wearer, and the foot support portion is rotatably mounted on the lower end of the lower leg wearing member.
제6항에 있어서,
상기 족지지부는 상기 하퇴 지지부를 구성하는 하퇴 착용부재의 하단에 회전 가능하게 결합되며 족저면을 지지하는 족지지 프레임을 구비하고, 상기 하퇴 지지부를 구성하는 출력부재와 상기 족지지부를 구성하는 족지지 프레임을 상기 발목관절 구동기를 구성하는 리니어 모터로 연결하는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.
The method of claim 6,
The foot support portion is rotatably coupled to a lower end of the lower leg wearing member constituting the lower leg support portion and includes a foot support frame supporting the plantar surface, and an output member constituting the lower leg support portion and a foot support constituting the foot support portion Lower body auxiliary robot, characterized in that connecting the frame to the linear motor constituting the ankle joint actuator.
제9항에 있어서,
상기 발목관절 구동기를 구성하는 리니어 모터의 양단과 상기 하퇴 지지부를 구성하는 출력부재와 상기 족지지부를 구성하는 족지지 프레임을 각각 연결하는 연결부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.
The method of claim 9,
The lower body auxiliary robot, characterized in that the lower body auxiliary robot, characterized in that it is provided with a connecting member for connecting each of the both ends of the linear motor constituting the ankle joint actuator and the output member constituting the lower leg support portion and the foot support frame constituting the foot support portion.
제10항에 있어서,
상기 하퇴 지지부를 구성하는 출력부재 또는 상기 연결부재에 상기 균형보조유닛의 지지바가 하방을 향하여 구동모터에 의하여 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.
The method of claim 10,
The lower body auxiliary robot, characterized in that the support bar of the balance auxiliary unit is rotatably mounted to the output member or the connection member constituting the lower leg support by a driving motor facing downward.
제2항에 있어서,
상기 균형보조유닛을 구성하는 지지바는 대퇴 지지부와 동일 평면상에 장착되고, 상기 하퇴 지지부를 구성하는 하퇴 착용부재는 상기 지지바 내측에 구비되는 것을 특징으로 하는 하체 보조로봇.


The method of claim 2,
The support bar constituting the balance assist unit is mounted on the same plane as the thigh support, and the lower leg wearing member constituting the lower leg support is provided inside the support bar.


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