KR102293693B1 - 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기에 관한 것으로 보다 상세하게는, 외골격 로봇의 일측에 설치되는 보조아암과, 상기 보조아암의 일측에 구비되고 상기 외골격 로봇의 일측 끝단에 설치되는 4절링크부; 상기 4절링크부의 일측에 링크결합되는 조인트부; 일측은 상기 4절링크부의 타측에 링크결합되고, 타측은 상기 조인트부와 연결되는 이동프레임과, 상기 이동프레임의 중앙에 형성되는 지지부에 삽입되는 볼스크류; 상기 이동프레임의 일측에 구비되는 제1풀리; 상기 제1풀리와 일정간격 이격되어 구비되는 제2풀리; 상기 제2풀리와 축결합되고, 상기 제1풀리와 구동밸트로 연결되어 상기 제1풀리에 구동력을 전달하는 엑추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기{Series elastic actuator installed on the auxiliary arm of the lower extremity exoskeleton robot}

본 발명은 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보조아암의 끝단에 설치되고, 4절 링크의 일측과 타측에 각각 링크 결합되는 직렬 탄성 구동기를 통해 직선운동을 수행하여 클램핑되는 사물과 사용자 간의 일정거리를 조절하기 위한 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기에 관한 것이다.

일반적으로 외골격 시스템 중에서 특히 팔에 장착되는 외골격 장치는 착용이 간편하고 응급 시에 탈착이 용이하도록 구성되어야 하며, 사용자의 근력과 움직임에 따라 무리한 힘이 가해지지 않도록 정밀한 작동과 구동 감지가 필요하다.

이러한 외골격 장치는 팔의 골격에 대응하는 프레임이 팔의 근육 움직임에 따라 원할하게 움직일 수 있도록 구성되어야 하는 바, 팔의 움직임과 동일한 움직임이 가능하도록 복수의 프레임과 링크 및 프레임과 링크 구동에 필요한 모터를 구비한다.

한편, 외골격 장치에서 모터를 포함한 구동계를 구성하는 가장 간단한 방법은 프레임에 구동 주체인 엑추에이터를 직접 장착하는 것이나, 이 경우 전체적인 무게가 늘어나게 되어 구동력이 큰 엑추에이터가 필요하고, 결과적으로 외골격 장치의 전체적인 무게가 늘어나게 되는 문제점이 있다.

여기서, 종래기술 중, 직렬탄성 구동기가 아닌 일반적인 구동기는 외부의 힘을 측정하기 위해 고가의 장비인 Force-torque sensor (F-T sensor)를 사용함으로 인해 경제적인 문제점 또한 있다.

이에 따라, 외골격 장치 보조아암의 전체 무게 경감과 경제성 확보를 위해 외력을 쉽게 측정하고 큰 힘을 낼 수 있는 직렬 탄성 구동 방식이 주로 사용되고 있다.

직렬 탄성 직선 구동기의 경우, 당기는 힘과 미는 힘에 대한 길이 측정을 위하여 탄성체를 모터의 양쪽에 연결해야 하므로 설계가 복잡해지는 문제점이 발생되었다.

도 1은 종래의 직렬탄성 구동기를 도시한 구성도로서, 모터-탄성체-부하 순서로 구성되는 것을 알 수 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1701695호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 보조아암의 끝단 즉, 하지 외골격 로봇에 직접 설치되고, 4절 링크의 일측과 타측에 각각 링크 결합되는 직렬 탄성 구동기를 통해 직선운동을 수행하여 클램핑되는 사물과 사용자 간의 일정거리를 조절하기 위한 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 제1프레임의 일측에는 압축스프링의 길이를 검출하는 엔코더가 구비되어 압축스프링의 길이를 검출하고 검출값에 따라 이동프레임을 볼스크류의 길이방향으로 조절하여 클램핑되는 사물과 사용자 간의 일정거리를 조절하기 위한 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 본 발명은 외골격 로봇의 일측에 설치되는 보조아암과, 상기 보조아암의 일측에 구비되고 상기 외골격 로봇의 일측 끝단에 설치되는 4절링크부;

상기 4절링크부의 일측에 링크결합되는 조인트부;

일측은 상기 4절링크부의 타측에 링크결합되고, 타측은 상기 조인트부와 연결되는 이동프레임과, 상기 이동프레임의 중앙에 형성되는 지지부에 삽입되는 볼스크류;

상기 이동프레임의 일측에 구비되는 제1풀리;

상기 제1풀리와 일정간격 이격되어 구비되는 제2풀리;

상기 제2풀리와 축결합되고, 상기 제1풀리와 구동밸트로 연결되어 상기 제1풀리에 구동력을 전달하는 엑추에이터;

를 포함하는 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기가 제공될 수 있다.

또한, 상기 조인트부는,

상기 4절링크부의 일측에 링크결합되는 제1프레임;

상기 제1프레임의 타측에 구비되는 제2프레임;

상기 제1프레임과 상기 제2프레임의 사이에 구비되는 구동축;

상기 구동축에 삽입되는 압축스프링;

을 포함하는 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기가 제공될 수 있다.

또한, 상기 압축스프링은,

상기 이동프레임을 기준으로 일측방향에 구비되는 제1압축스프링;

상기 이동프레임을 기준으로 타측방향에 구비되는 제2압축스프링;

으로 구분되는 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1프레임의 일측에는 상기 압축스프링의 일측과 대응되도록 위치되어 상기 압축스프링의 길이를 검출하는 엔코더가 구비되는 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1프레임의 일측 끝단에는 상기 4절링크부의 일측과 링크결합을 위한 제1결합구가 구비되는 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기가 제공될 수 있다.

또한, 상기 볼스크류의 일측 끝단에는 상기 4절링크부의 타측과 링크결합을 위한 제2결합구가 구비되는 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기가 제공될 수 있다.

본 발명인 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기에 따르면, 보조아암의 끝단 즉, 하지 외골격 로봇에 직접 설치되고, 4절 링크의 일측과 타측에 각각 링크 결합되는 직렬 탄성 구동기를 통해 직선운동을 수행하여 클램핑되는 사물과 사용자 간의 일정거리를 조절하는 효과가 있다.

또한, 제1프레임의 일측에는 압축스프링의 길이를 검출하는 엔코더가 구비되어 압축스프링의 길이를 검출하고 검출값에 따라 이동프레임을 볼스크류의 길이방향으로 조절하여 클램핑되는 사물과 사용자 간의 일정거리를 조절하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 직렬 탄성 구동기를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기를 도시한 일 측면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기를 도시한 평면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 탄성 구동기를 외골격 로봇의 보조아암에 설치된 개략도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 탄성 구동기를 외골격 로봇의 보조아암에 설치된 확대 개략도이다.

이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도 1은 종래의 직렬 탄성 구동기를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기를 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기를 도시한 일 측면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기를 도시한 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 탄성 구동기를 외골격 로봇의 보조아암에 설치된 개략도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 탄성 구동기를 외골격 로봇의 보조아암에 설치된 확대 개략도이다.

도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기는 크게, 4절링크부(100)와, 조인트부(200)와, 볼스크류(300)와, 제1풀리(400)와,제2풀리(500) 및 엑추에이터(600)를 포함하는 구성이다.

먼저, 상기 4절링크부(100)는, 외골격 로봇(20)의 일측에 설치되는 보조아암(30)과, 상기 보조아암(30)의 일측에 구비되고 상기 외골격 로봇(20)의 일측 끝단에 설치되는 구성이다.

즉, 본 발명은 도 2와 같이 탄성체-모터-부하 순으로 설치되는 것이고, 더욱 상세하게는, 직렬 탄성 구동기(10)를 상기 외골격 로봇(20)의 일측 끝단과 직접 설치됨으로서 상기 직렬 탄성 구동기(10)의 설계 복잡성을 단순화하였다.

이러한, 상기 4절링크부(100)는 4개의 모서리에 각각의 링크가 형성되어 직렬 탄성 구동기(10)의 동작에 따라 상기 4절링크부(100)의 모서리 각도가 변형하게 된다.

즉, 상기 직렬 탄성 구동기(10)의 동작에 의해 상기 4절링크부(100)의 모서리 각도 즉, 열림각과 닫침각으로 변형되어 상기 4절링크부(100)의 각 링크의 각도가 조절되는 것이다.

이때, 상기 4절링크부(100)와 링크결합되는 상기 조인트부(200)와 상기 볼스크류(300)는 상기 4절링크부(100)의 대각선 방향으로 설치되는 것이 바람직한데, 상기 조인트부(200)와 상기 볼스크류(300)와 링크결합되는 위치 이외의 링크는, 상기 조인트부(200)와 상기 볼스크류(300)의 동작에 따라 각도가 변형하게 되는 것이다.

또한, 상기 4절링크부(100)는 상기 보조아암(30)의 관절동작의 변형에 따라 다양하게 변형실시될 수 있음을 밝혀둔다.

상기 조인트부(200)는, 상기 4절링크부(100)의 일측에 링크결합되는 구성이다.

이러한, 상기 조인트부(200)는 크게, 제1프레임(210)과, 제2프레임(220)과, 구동축(230)과, 압축스프링(240)을 포함하는 구성이다.

더욱 상세하게는, 상기 조인트부(200)는 상기 4절링크부(100)의 일측에 링크결합되는 제1프레임(210)과, 상기 제1프레임(210)의 타측에 구비되는 제2프레임(220)과, 상기 제1프레임(210)과 상기 제2프레임(220)의 사이에 구비되는 구동축(230)과, 상기 구동축(230)에 삽입되는 압축스프링(240)으로 구성된다.

상기 제1프레임(210)은, 상기 4절링크부(100)의 일측에 링크결합되는데, 더욱 상세하게는, 상기 제1프레임(210)의 일측 끝단에는 상기 4절링크부(100)의 일측과 링크결합을 위한 제1결합구(260)가 구비되어 상기 4절링크부(100)의 일측과 상호 링크결합되는 것이다.

이러한, 상기 제1프레임(210)의 타측 끝단은 이하 설명될 구동축(230)이 고정되고, 상기 구동축(230)의 외주면에는 이하 설명될 압축스프링(240)이 삽입되어 상기 압축스프링(240)의 수축과 팽창을 지지할 수 있다.

이때, 상기 제1프레임(210)의 일측에는 상기 압축스프링(240)의 일측과 대응되도록 위치되어 상기 압축스프링(240)의 길이를 검출하는 엔코더(250)가 더 구비될 수 있다.

이러한, 상기 엔코더(250)는 상기 직렬 탄성 구동기(10)에 외력이 가해졌을 경우, 상기 압축스프링(240)이 수축과 팽창하게 되는데, 이때, 상기 엔코더(250)가 상기 압축스프링(240)의 길이를 측정하게 된다.

이후, 상기 직렬 탄성 구동기(10)와 연결되어 제어하는 별도의 제어부(미도시)를 통해 상기 압축스프링(240)의 수축과 팽창시의 길이를 상기 엔코더(250)에서 측정하여 검출신호를 전달받아 이하 설명될 엑추에이터(600)를 구동하게 되는데, 상기 엑추에이터(600)와 축결합된 제2풀리(500)의 구동력으로 제1풀리(400)를 회전함과 동시에 상기 이동프레임(310)을 상기 볼스크류(300)의 길이방향으로 이동시켜 클램핑되는 사물과 사용자 간의 일정거리를 조절하게 되는 것이다.

상기 제2프레임(220)은, 상기 제1프레임(210)의 타측에 구비되어 이하 설명될 구동축(230)이 고정되고, 상기 구동축(230)의 외주면에는 이하 설명될 압축스프링(240)이 삽입되어 상기 압축스프링(240)의 수축과 팽창을 지지할 수 있다.

상기 구동축(230)은, 상기 제1프레임(210)과 상기 제2프레임(220)의 사이에 구비되는데, 상기 구동축(230)의 외주면은 이하 설명될 상기 압축스프링(240)이 삽입되고, 상기 압축스프링(240)이 상기 구동축(230)의 길이방향으로 수축과 팽창될 수 있다.

이때, 상기 구동축(230)은 적어도 하나 이상 구비될 수 있고, 상기 구동축(230)이 구비되는 갯수에 따라 이하 설명될 압축스프링(240)이 대응되게 삽입되는 것이 바람직하다.

상기 압축스프링(240)은, 상기 구동축(230)에 삽입되어 상기 구동축(230)의 길이방향으로 수축과 팽창되는데, 여기서, 상기 압축스프링(240)은, 상기 이동프레임(310)을 기준으로 일측방향에 구비되는 제1압축스프링(241)과, 상기 이동프레임(310)을 기준으로 타측방향에 구비되는 제2압축스프링(242)으로 구분되는 것이 바람직하다.

상기 제1압축스프링(241)은, 상기 이동프레임(310)을 기준으로 일측방향에 구비되는데, 더욱 상세하게는, 상기 제1프레임(210)과 상기 이동프레임(310)의 일측 사이에 구비되는 것이다.

상기 제2압축스프링(242)은, 상기 이동프레임(310)을 기준으로 타측방향에 구비되는데, 더욱 상세하게는, 상기 제2프레임(220)과 상기 이동프레임(310)의 타측 사이에 구비되는 것이다.

이때, 상기 압축스프링(240)은 적어도 하나 이상 구비될 수 있고, 상기 구동축(230)이 구비되는 갯수에 대응되도록 삽입되는 것이 바람직하다.

이렇게, 상기 이동프레임(310)을 기준으로 일측과 타측에 각각 상기 제1압축스프링(241)과 상기 제2압축스프링(242)이 구비됨으로서 상기 이동프레임(310)의 이동에 따라 각각 상기 구동축(230)의 길이방향으로 수축과 팽창될 수 있는 것이다.

상기 볼스크류(300)는, 일측은 상기 4절링크부(100)의 타측에 링크결합되고, 타측은 상기 조인트부(200)와 연결되는 이동프레임(310)과, 상기 이동프레임(310)의 중앙에 형성되는 지지부(320)에 삽입되는 구성이다.

여기서, 상기 볼스크류(300)의 일측은 상기 4절링크부(100)의 타측에 링크결합되는데, 상기 볼스크류(300)의 일측 끝단에는 상기 4절링크부(100)의 타측과 링크결합을 위한 제2결합구(330)가 구비되어 상기 4절링크부(100)의 일측과 상호 링크결합되는 것이다.

이러한, 상기 볼스크류(300)는 길이방향 외주면에 나사산이 형성되어 이하 설명될 제1풀리(400)의 중앙 내주면에 형성된 나사산과 나사결합하게 되어 이하 설명될 엑추에이터(600)의 구동력에 의해 상기 제1풀리(400)가 상기 볼스크류(300)의 길이방향을 따라 이동되는 것이다.

상기 이동프레임(310)은, 중앙에 지지부(320)가 형성되고, 상기 지지부(320)에 상기 볼스크류(300)가 삽입되어 상기 볼스크류(300)의 길이방향을 따라 이동되는 구성이다.

여기서, 상기 지지부(320)는 상기 이동프레임(310)의 중앙에 형성되어 상기 볼스크류(300)를 수용함과 동시에 상기 볼스크류(300)가 이탈되지 않도록 가이드하기 위한 구성으로, 이때, 상기 지지부(320)의 내주면에는 테프론 코팅하여 상기 볼스크류(300)의 접촉으로 인한 스크레치나 마모를 방지할 수 있다.

이러한, 상기 이동프레임(310)은 이하 설명될 상기 제1풀리(400)의 회전으로 인하여 구동력이 발생하게 되는데, 이러한 구동력에 의해 상기 이동프레임(310)이 상기 볼스크류(300)의 길이방향을 따라 이동하게 되는 것이다.

즉, 상기 제1풀리(400)의 이동에 의해 상기 이동프레임(310)이 상기 제1압축스프링(241)과 상기 제2압축스프링(242)을 수축과 팽창시키며 상기 볼스크류(300)의 길이방향을 따라 이동하게 되는 것이다.

상기 제1풀리(400)는, 상기 이동프레임의 일측에 구비되는 구성이다.

이러한, 상기 제1풀리(400)는 이하 설명될 제2풀리(500)와 구동밸트(B)를 매게로 연결되는데, 상기 제2풀리(500)에 구동력을 전달하는 엑추에이터(600)를 통해 회전하게 된다.

즉, 상기 제2풀리(500)와 축결합되는 상기 엑추에이터(600)가 회전하게 되면, 상기 제2풀리(500)가 회전하게 되고, 상기 제2풀리(500)와 구동밸트(B)와 연결되는 상기 제1풀리(400)가 회전되며 상기 볼스크류(300)의 길이방향을 따라 이동하게 되는 것이다.

상기 제2풀리(500)는, 상기 제1풀리(400)와 일정간격 이격되어 구비되는 구성이다.

이러한, 상기 제2풀리(500)는 이하 설명될 엑추에이터(600)의 회전에 의해 회전하게 된다.

즉, 상기 제1풀리(400)를 회전시키기 위하여 상기 제2풀리(500)와 축결합되는 상기 엑추에이터(600)가 회전하게 되면, 상기 제2풀리(500)가 회전하게 되고, 상기 제2풀리(500)와 구동밸트(B)와 연결되는 상기 제1풀리(400)가 회전되며 상기 이동프레임(310)이 상기 볼스크류(300)의 길이방향을 따라 이동하게 되는 것이다.

상기 엑추에이터(600)는, 상기 제2풀리(500)와 축결합되고, 상기 제1풀리(400)와 구동밸트(B)로 연결되어 상기 제1풀리(400)에 구동력을 전달하는 구성이다.

이러한, 상기 엑추에이터(600)는 상기 제2풀리(500)의 회전을 정밀하게 제어할 수 있는 각종 모터로 대체되어 상기 제2풀리(500)의 회전과 토크를 정밀하게 제어할 수 있음을 밝혀둔다.

이하에서는, 본 발명인 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기의 작동방법에 대해 설명하기로 한다.

상기 직렬 탄성 구동기(10)에 외력이 가해졌을 경우, 상기 압축스프링(240)이 수축과 팽창하게 되는데, 이때, 상기 엔코더(250)가 상기 압축스프링(240)의 길이를 측정하게 된다.

이때, 상기 압축스프링(240)이 상기 구동축(230)의 길이방향으로 수축과 팽창하게 되는데, 상기 압축스프링(240)은, 상기 구동축(230)에 삽입되어 상기 구동축(230)의 길이방향으로 수축과 팽창된다.

여기서, 상기 압축스프링(240)은, 상기 이동프레임(310)을 기준으로 일측방향에 구비되는 제1압축스프링(241)과, 상기 이동프레임(310)을 기준으로 타측방향에 구비되는 제2압축스프링(242)으로 구분되어 구비됨으로서 상기 이동프레임(310)의 이동에 따라 각각 상기 구동축(230)의 길이방향으로 수축과 팽창하게 된다.

이후, 상기 직렬 탄성 구동기(10)와 연결되어 제어하는 별도의 제어부(미도시)를 통해 상기 압축스프링(240)의 수축과 팽창시의 길이를 상기 엔코더(250)에서 측정하여 검출신호를 전달받아 이하 설명될 엑추에이터(600)를 구동하게 된다.

여기서, 상기 엑추에이터(600)가 동작하게 되면, 상기 엑추에이터(600)와 축결합된 제2풀리(500)가 회전하게 된다.

이와 동시에, 상기 제2풀리(500)와 구동밸트(B)와 연결되는 상기 제1풀리(400)가 회전되며 상기 이동프레임(310)이 상기 볼스크류(300)의 길이방향을 따라 이동하게 되는 것이다.

또한, 상기 제2풀리(500)의 회전에 의해, 상기 제1풀리(400)가 회전되고, 상기 제1풀리(400)에 의해 상기 이동프레임(310)이 이동하며 상기 압축스프링(240)을 수축과 팽창시키며 상기 볼스크류(300)의 길이방향으로 이동하게 되고, 상기 4절링크부(100)의 모서리 각도가 변형시켜 상기 보조아암(30)에 클램핑되는 사물과 사용자 간의 일정거리를 조절하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명인 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기에 따르면, 보조아암의 끝단 즉, 하지 외골격 로봇에 직접 설치되고, 4절 링크의 일측과 타측에 각각 링크 결합되는 직렬 탄성 구동기를 통해 직선운동을 수행하여 클램핑되는 사물과 사용자 간의 일정거리를 조절하는 효과가 있다.

또한, 제1프레임의 일측에는 압축스프링의 길이를 검출하는 엔코더가 구비되어 압축스프링의 길이를 검출하고 검출값에 따라 이동프레임을 볼스크류의 길이방향으로 조절하여 클램핑되는 사물과 사용자 간의 일정거리를 조절하는 효과가 있다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10 : 직렬 탄성 구동기 20 : 외골격 로봇
30 : 보조아암 100 : 4절링크부
200 : 조인트부 210 : 제1프레임
220 : 제2프레임 230 : 구동축
240 : 압축스프링 241 : 제1압축스프링
242 : 제2압축스프링 250 : 엔코더
260 : 제1결합구 300 : 볼스크류
310 : 이동프레임 320 : 지지부
330 : 제2결합구 400 : 제1풀리
500 : 제2풀리 600 : 엑추에이터
B : 구동밸트

Claims (6)

1. 외골격 로봇의 일측에 설치되는 보조아암과, 상기 보조아암의 일측에 구비되고 상기 외골격 로봇의 일측 끝단에 설치되는 4절링크부;
   상기 4절링크부의 일측에 링크결합되는 제1프레임과, 상기 제1프레임의 타측에 구비되는 제2프레임과, 상기 제1프레임과 상기 제2프레임의 사이에 구비되는 구동축과, 상기 구동축에 삽입되는 이동프레임과, 상기 구동축에 삽입되고 상기 이동프레임을 기준으로 일측방향에 구비되는 제1압축스프링과 상기 이동프레임을 기준으로 타측방향에 구비되는 제2압축스프링으로 구분되는 압축스프링을 포함하는 조인트부;
   일측은 상기 4절링크부의 타측에 링크결합되고, 타측은 상기 이동프레임의 중앙에 형성되는 지지부에 삽입되는 볼스크류;
   상기 이동프레임의 일측에 구비되는 제1풀리;
   상기 제1풀리와 일정간격 이격되어 구비되고, 상기 제1풀리와 구동밸트를 매개로 연결되는 제2풀리;
   상기 제2풀리와 축결합되고, 상기 제2풀리를 회전시켜 상기 제1풀리에 구동력을 전달하는 엑추에이터;
   를 포함하되,
   상기 제1프레임의 일측에는 상기 압축스프링의 일측과 대응되도록 위치되어 상기 압축스프링의 길이를 검출하는 엔코더가 구비되고,
   상기 제1프레임의 일측 끝단에는 상기 4절링크부의 일측과 링크결합을 위한 제1결합구가 구비되고,
   상기 볼스크류의 일측 끝단에는 상기 4절링크부의 타측과 링크결합을 위한 제2결합구가 구비되고,
   상기 지지부의 내주면에는 테프론이 코팅되는 것을 특징으로 하는 하지 외골격 로봇의 보조아암에 설치되는 직렬 탄성 구동기.
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