KR102343388B1 - suit type robot structure for humanoid robot - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바닥면과 접촉하는 발 링크체와, 상기 발 링크체와 연결되는 발목 조인트부와, 상기 발목 조인트부의 상부에 형성되는 무릎 조인트부와, 상기 무릎 조인트부의 상부에 형성되는 힙 조인트부와, 상기 발목 조인트부와 상기 무릎 조인트부를 연결하는 제1 링크체와, 상기 무릎 조인트부와 상기 힙 조인트부를 연결하는 제2 링크체와, 상기 제1 링크체와 발 링크체 사이에 형성되고 상기 발 링크체와 상기 힙 조인트간의 전체 길이를 늘리거나 줄이는 형태로 조절하여 고관절 자유도를 보상하는 고관절 자유도 보상장치를 포함하는 슈트형 하지 로봇을 제공한다.The present invention includes a foot link body in contact with a floor surface, an ankle joint part connected to the foot link body, a knee joint part formed on an upper portion of the ankle joint part, and a hip joint part formed on an upper part of the knee joint part; a first link body connecting the ankle joint part and the knee joint part; a second link body connecting the knee joint part and the hip joint part; Provided is a suit-type lower extremity robot including a hip joint freedom compensator for compensating for hip joint freedom by adjusting an overall length between a link body and the hip joint to increase or decrease.

Description

고관절 자유도 보상 기능을 구비한 슈트형 하지 로봇{suit type robot structure for humanoid robot}Suit type robot structure for humanoid robot with hip joint freedom compensation function

본 발명은 슈트형 하지 로봇에 관한 것으로, 보다 자세하게는 착용자가 보행을 할 시, 로봇의 메인 프레임의 전장이 늘어나거나 줄어들어 착용자의 고관절의 자유도를 보상할 수 있게 하여, 사용자에게 편의성을 제공할 수 있는 슈트형 하지 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a suit-type lower extremity robot, and more particularly, when the wearer walks, the overall length of the main frame of the robot increases or decreases to compensate for the freedom of the wearer's hip joint, thereby providing convenience to the user. It is about a suit-type lower extremity robot.

일반적으로 착용형 외골격 시스템은 의료용, 상업용, 군사용 용도로 개발되어 이용되고 있는데, 착용자의 다리의 힘을 보조하거나 대신하도록 구성되어, 재활치료용으로 사용자의 운동성을 회복시키거나 착용자의 보행을 보조하기 위해 사용된다. 또한, 상업용 및 군사용 외골격 장치의 경우에는 부상 방지 및 사용자의 힘을 증강하는 데 이용되고 있다.In general, wearable exoskeleton systems have been developed and used for medical, commercial, and military purposes. used for In addition, in the case of commercial and military exoskeleton devices, it is being used to prevent injuries and enhance the user's strength.

이러한 착용형 외골격 시스템은 대부분 무릎 등 관절 부분에 구동장치가 설치되어 관절을 구동하여 보행 및 보행 보조가 가능하도록 구성되어 있다.Most of these wearable exoskeleton systems are configured such that a driving device is installed in the joint part, such as the knee, to drive the joint to enable gait and gait assistance.

그러나, 종래 기술의 착용형 외골격 시스템은 1 자유도 설계로 인해 인체의 자유도와 같은 보다 편안하고 우수한 외골격 시스템을 구현하는데 한계가 있는 문제점이 있다.However, the wearable exoskeleton system of the prior art has a limitation in implementing a more comfortable and excellent exoskeleton system, such as the degree of freedom of the human body, due to the one degree of freedom design.

이에 착용형 외골결 시스템 분야 등 로봇 분야는 많은 연구와 개발이 수행중에 있으나, 평탄한 면에서만 이동이 가능하고 계단, 문턱 등의 비평탄한 면을 통과할 수 없어 인간의 실생활에 널리 확장되어 사용되기 어렵다는 문제점이 있었다. Therefore, although a lot of research and development is being carried out in the field of robotics such as the wearable exoskeleton system, it is difficult to expand and use it widely in human life because it can only move on a flat surface and cannot pass through non-flat surfaces such as stairs and thresholds. There was a problem.

선행기술로서 현재 보행식 로봇은 다양한 지면에서 로봇 발을 지지하거나 자연스러운 걸음 동작 형성으로 로봇의 안정적인 걸음 동작을 형성하는 데 제약이 있다. As a prior art, the current walking robot has limitations in supporting the robot foot on various surfaces or forming a stable walking motion of the robot by forming a natural walking motion.

한국공개특허 10-2019-0005907호(2019년 1월 16일 공개)Korean Patent Publication No. 10-2019-0005907 (published on January 16, 2019)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 착용상태에서 이동시에 로봇의 메인 프레임의 전장이 늘어나거나 줄어들면서 착용자의 고관절의 자유도를 보상하여, 사용자에게 편의성을 제공할 수 있는 슈트형 하지 로봇을 제공한다.The present invention has been devised to solve the above-described problems, and the overall length of the robot's main frame increases or decreases when moving in a worn state, and the wearer's hip joint freedom is compensated for, thereby providing convenience to the user. We provide a lower extremity robot.

이를 위해, 본 발명은 바닥면과 접촉하는 발 링크체와; 상기 발 링크체와 연결되는 발목 조인트부와; 상기 발목 조인트부의 상부에 형성되는 무릎 조인트부와; 상기 무릎 조인트부의 상부에 형성되는 힙 조인트부와; 상기 발목 조인트부와 상기 무릎 조인트부를 연결하는 제1 링크체와; 상기 무릎 조인트부와 상기 힙 조인트부를 연결하는 제2 링크체와; 상기 제1 링크체와 발 링크체 사이에 형성되고 상기 발 링크체와 상기 힙 조인트간의 전체 길이를 늘리거나 줄이는 형태로 조절하여 고관절 자유도를 보상하는 고관절 자유도 보상장치;를 포함하는 슈트형 하지 로봇을 제공한다.To this end, the present invention includes a foot link body in contact with the floor surface; an ankle joint part connected to the foot link body; a knee joint portion formed on the ankle joint portion; a hip joint portion formed on the knee joint portion; a first link body connecting the ankle joint part and the knee joint part; a second link body connecting the knee joint part and the hip joint part; A suit-type lower extremity robot comprising a; a hip joint freedom compensation device formed between the first link body and the foot link body and adjusting the total length between the foot link body and the hip joint to increase or decrease the hip joint freedom. provides

또한, 상기 고관절 자유도 보상장치는 상기 제 1 링크체와 발 링크체 사이에 마름모꼴 형태의 보상 구조체를 형성하고, 상기 보상 구조체는 마름모꼴 형태의 각 꼭지점마다 제1 내지 제4 관절을 구비하고, 상기 제1 내지 제4 관절을 연결하는 제1 내지 제4 보상 링크을 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the hip joint freedom compensation device forms a rhombic compensation structure between the first link body and the foot link body, and the compensation structure has first to fourth joints at each vertex of the rhombic shape, and the It is characterized in that it has first to fourth compensation links connecting the first to fourth joints.

또한, 상기 보상 구조체는 사용자의 이동에 따라 자유도를 보상하도록 회전 모터 등을 이용하여 구동시키는 액츄에이터를 더 포함하고, 상기 액츄에이터는 와이어 구조체를 통해 상기 보상 구조체와 연결되어, 사용자의 이동에 따라 상기 마름모꼴 형태를 누르거나 당기는 형태로 자유도를 보상하는 것을 특징으로 한다.In addition, the compensation structure further includes an actuator that is driven using a rotation motor or the like to compensate for the degree of freedom according to the movement of the user, and the actuator is connected to the compensation structure through a wire structure, and the diamond shape according to the movement of the user It is characterized in that the degree of freedom is compensated for by pressing or pulling the shape.

또한, 상기 와이어 구조체는 상기 제2 관절과 상기 제3 관절을 연결하는 수평 와이어와, 상기 수평 와이어를 중심에서 수직 방향으로 연결한 수직 와이어를 구비하고, 사용자의 이동 상태에 따라 상기 액츄에이터를 통해 연결된 수직 와이어를 바닥면 방향에서 상향으로 당기는 장력을 가하거나 바닥면 방향에서 상향으로 별도의 힘을 인가하지 않아 상기 보상 구조체를 그대로 유지하는 방식으로 자유도를 보상하는 것을 특징으로 한다.In addition, the wire structure includes a horizontal wire connecting the second joint and the third joint, and a vertical wire connecting the horizontal wire in a vertical direction from the center, connected through the actuator according to the user's movement state It is characterized in that the degree of freedom is compensated in such a way that the compensation structure is maintained as it is by not applying a tension to pull the vertical wire upward in the direction of the floor surface or applying a separate force upward in the direction of the floor surface.

본 발명의 다른 실시예는, 바닥면과 접촉하는 발 링크체와; 상기 발 링크체와 연결되는 발목 조인트부와; 상기 발목 조인트부의 상부에 형성되는 무릎 조인트부와; 상기 무릎 조인트부의 상부에 형성되는 힙 조인트부와; 상기 발목 조인트부와 상기 무릎 조인트부를 연결하는 제1 링크체와; 상기 무릎 조인트부와 상기 힙 조인트부를 연결하는 제2 링크체와; 상기 힙 조인트부 및 제2 링크체와 연결되고 사용자 이동상태에 따라 회전 구동이 가능한 캠구조와; 상기 캠 구조의 회전 이동에 따라 지지점이 변하게 되면서 풀리 구동체를 통해 상기 발 링크체와 힙 조인트부 간의 전체 길이를 늘리거나 줄이는 형태로 조절하여 고관절 자유도를 보상하는 고관절 자유도 보상장치를 포함하는 슈트형 하지 로봇을 제공한다.Another embodiment of the present invention, a foot link body in contact with the floor surface; an ankle joint part connected to the foot link body; a knee joint portion formed on the ankle joint portion; a hip joint portion formed on the knee joint portion; a first link body connecting the ankle joint part and the knee joint part; a second link body connecting the knee joint part and the hip joint part; a cam structure connected to the hip joint part and the second link body and capable of rotational driving according to a user's movement state; A suit comprising a hip joint freedom compensation device for compensating for hip joint freedom by adjusting the total length between the foot link body and the hip joint part through a pulley actuator to increase or decrease the total length between the foot link body and the hip joint part while the support point changes according to the rotational movement of the cam structure We provide a lower extremity robot.

또한, 상기 고관절 자유도 보상장치는, 운동이나 힘을 전달하기 위해 상기 연결부와 상기 캠구조를 연결하는 와이어 구조체를 걸수 있도록 형성된 풀리 구동체와, 상기 제 1 링크체와 제2 링크체 사이에 형성되고 상기 무릎 조인트부를 통해 상기 제1 링크체와 제2 링크체의 양 지지축을 연결하여 연결부와, 상기 풀리 구동체를 지지하는 양측 고정점과, 상기 캠구조 및 상기 풀리 구동체를 연결하는 지지점을 형성하여 상기 풀리 구동체와 상기 캠구조를 지지하는 수평 지지판을 포함할 수 있다.In addition, the hip joint freedom compensator is formed between the first link body and the second link body, and a pulley driving body formed to hang a wire structure connecting the connection part and the cam structure in order to transmit motion or force. and a connection part by connecting both support shafts of the first link body and the second link body through the knee joint part, fixed points on both sides for supporting the pulley actuator, and a support point for connecting the cam structure and the pulley actuator. It may include a horizontal support plate formed to support the pulley driving body and the cam structure.

또한, 상기 연결부는 원호형으로 상기 와이어 구조체와 연결하는 제2 와이어를 더 포함하고, 상기 제1 링크체는 상기 제2 와이어에 사용자의 이동 상태에 따라 상기 풀리 구동체의 구동에 따라 장력을 인가하여 인가되는 장력에 따라 상기 제2 와이어의 길이를 변화시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the connection part further includes a second wire connected to the wire structure in an arc shape, and the first link body applies tension to the second wire according to the driving of the pulley driving body according to the user's moving state. to change the length of the second wire according to the applied tension.

본 발명은 착용형 외골격 시스템으로, 착용자가 보행을 할 시, 로봇의 메인프레임의 전장이 늘어나거나 줄어들면서 착용자 고관절의 자유도를 보상하여, 사용자의 편의성을 제공한다.The present invention is a wearable exoskeleton system, and when the wearer walks, the overall length of the robot's main frame increases or decreases, and the degree of freedom of the wearer's hip joint is compensated for, thereby providing user convenience.

또한, 고관절의 자유도 보상을 캠구조와 풀리 구동체를 이용하여 무동력으로 구현할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that the freedom compensation of the hip joint can be implemented without power using a cam structure and a pulley actuator.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈트형 하지 로봇(100)의 구성을 나타낸 개략도이며,
도 2a 및 도 2b는 상기 도 1의 슈트형 하지 로봇(100)에서 액츄에이터(150)를 통한 구동 상태를 나타낸 개략도이며,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈트형 하지 로봇(100)의 이동 상태에서 메인 프레임의 전장(전체 길이)이 늘어나거나 줄어들면서 발 구조체(111)가 스윙 하는 형태를 나타낸 도면,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슈트형 하지 로봇(200)의 구성을 나타낸 개략도이며,
도 5a 내지 도 5c는 상기 도 4의 슈트형 하지 로봇(200)에서 풀리 구동체(pully)(250)를 통한 구동 상태를 나타낸 개략도이다. 1A and 1B are schematic views showing the configuration of a suit-type lower extremity robot 100 according to an embodiment of the present invention,
2a and 2b are schematic views showing the driving state through the actuator 150 in the suit-type lower extremity robot 100 of Fig. 1,
3A to 3C are diagrams illustrating a form in which the foot structure 111 swings while the overall length (total length) of the main frame is increased or decreased in a moving state of the suit-type lower extremity robot 100 according to an embodiment of the present invention. ,
4a and 4b are schematic views showing the configuration of a suit-type lower extremity robot 200 according to another embodiment of the present invention,
5A to 5C are schematic views showing a driving state through a pulley driving body 250 in the suit-type lower extremity robot 200 of FIG. 4 .

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈트형 하지 로봇(100)의 구성을 나타낸 개략도이며, 도 2a 및 도 2b는 상기 도 1의 슈트형 하지 로봇(100)에서 액츄에이터(150)를 통한 구동 상태를 나타낸 개략도이며, 각각 도 1a 및 도 2a는 슈트형 하지 로봇의 정지 상태이며, 도 1b 및 도 2b는 정지 상태에서 슈트형 하지 로봇을 착용하여 이동한 상태를 나타낸 도면이다.1A and 1B are schematic views showing the configuration of a suit-type lower extremity robot 100 according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are an actuator 150 in the suit-type lower extremity robot 100 of FIG. 1 . It is a schematic view showing the driving state through the, respectively, FIGS. 1A and 2A are the stationary state of the suit-type lower extremity robot, and FIGS. 1B and 2B are views showing the state in which the suit-type lower extremity robot is moved in the stationary state.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈트형 하지 로봇(100)의 이동 상태에서 메인 프레임의 전장(전체 길이)이 늘어나거나 줄어드는 방향으로 다른 길이 만큼 이동하게 되면서 발 구조체(111)가 스윙 하는 형태를 나타낸 도면이다.3a to 3c show the foot structure 111 while moving by different lengths in the direction in which the overall length (total length) of the main frame increases or decreases in the moving state of the suit-type lower extremity robot 100 according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the shape of the swing.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슈트형 하지 로봇(100)은, 인간에 착용할 수 있는 외골격 시스템으로 구성될 수 있다.1 to 3 , the suit-type lower extremity robot 100 according to an embodiment of the present invention may be configured as an exoskeleton system that can be worn on a human.

이러한 본 발명의 슈트형 하지 로봇(100)에서 메인 프레임이 두 다리 모두에 착용하도록 구성되는데, 가령, 다리 스트랩(strap) 형태로 사람의 장단지와 기구를 결속하고, 보행시 사람의 장딴지를 기준으로 기구의 자유도를 구현할 수 있게 폐형식(closed) 링크 구조가 적용될 수 있다. 또한, 인체 착용 구조는 스트랩 형태에 한정되는 것은 아니며 공지의 착용 기술을 바탕으로 다양하게 구현할 수 있으므로 본 실시예에서는 이에 대한 설명은 생략하고 본 발명의 주요 구성 부분인 메인 프레임과 고관절 자유도 보상장치를 중심으로 설명한다.In the suit-type lower extremity robot 100 of the present invention, the main frame is configured to be worn on both legs, for example, by binding a person's long legs and an instrument in the form of a leg strap, and based on a person's calf when walking A closed link structure may be applied to implement the degree of freedom of the mechanism. In addition, the structure worn by the human body is not limited to the form of a strap and can be implemented in various ways based on known wearing technologies, so a description thereof is omitted in this embodiment, and the main frame and hip joint freedom compensator, which are main components of the present invention, are omitted. will be explained based on

본 발명의 슈트형 하지 로봇의 메인 프레임은 지면 등의 바닥면과 접촉하고 지지하는 발목 조인트부(ankle joint, 110)와, 상기 발목 조인트부(110)의 상부에 형성되는 무릎 조인트부(knee joint, 120)와, 상기 무릎 조인트부(120)의 상부에 형성되는 힙 조인트부(hip joint, 130)를 구비한다. The main frame of the suit-type lower extremity robot of the present invention includes an ankle joint 110 that contacts and supports a floor surface such as the ground, and a knee joint formed on the upper portion of the ankle joint 110 . , 120 , and a hip joint 130 formed on the knee joint 120 .

상기 발목 조인트부(110)는 지면 등의 바닥면과 접촉하는 발 링크체(111)와연결되고, 상기 발목 조인트부(110)와 상기 무릎 조인트부(120)는 연결 구조체로서 제1 링크체(121)를 통해 연결되고, 상기 무릎 조인트부(120)와 상기 힙 조인트부(130)는 연결 구조체로서 제2 링크체(131)를 통해 연결된다.The ankle joint part 110 is connected to a foot link body 111 in contact with a floor surface such as the ground, and the ankle joint part 110 and the knee joint part 120 are a first link body ( 121), and the knee joint part 120 and the hip joint part 130 are connected via a second link body 131 as a connecting structure.

이때, 상기 메인 프레임은 발 링크체(111), 제1 링크체(121), 제2 링크체(131)로 이루어지고, 이들은 관절 구조를 통해 서로 상대 회전 가능하게 연결된다.At this time, the main frame is composed of a foot link body 111, a first link body 121, and a second link body 131, which are connected to each other rotatably relative to each other through a joint structure.

가령, 제 1 링크체(121)와 제 2 링크체(131) 사이에는 제2 링크체(131)에 대하여 제1 링크체(121)를 회전시킬 수 있도록 관절구동장치로서 무릎 조인트부(120)가 구성될 수 있다. 그리고, 제1 링크체(121)와 발 링크체(111) 사이에도 관절구동장치로서 발목 조인트부(110)가 구성될 수 있다.For example, between the first link body 121 and the second link body 131, the knee joint unit 120 as a joint drive device to rotate the first link body 121 with respect to the second link body 131. can be configured. Also, the ankle joint unit 110 may be configured as a joint driving device between the first link body 121 and the foot link body 111 .

여기서, 관절구동장치로서 발목 조인트부(110), 무릎 조인트부(120), 힙 조인트부(130)는 가령, 힌지축, 캠구조를 이용한 소정 각도 조절이나 회전 구동이 가능하게 할 수 있다. 또한, 관절구동장치는 두 개의 지지축을 연결하여 자유로이 회전하도록 하는 연결부이며, 유니버셜 조인트(universal joint)가 사용될 수 있다. 게다가, 액추에이터, 즉, 회전 모터 등을 이용하여 제1 링크체(121) 또는 발 링크체(111)를 제1 링크체(121) 또는 제2 링크체(131)에 대하여 상대 회전시킬 수 있도록 구성할 수 있다. Here, as the joint drive device, the ankle joint unit 110 , the knee joint unit 120 , and the hip joint unit 130 may enable predetermined angle adjustment or rotational driving using, for example, a hinge shaft and a cam structure. In addition, the joint drive device is a connecting part that connects two support shafts to rotate freely, and a universal joint may be used. In addition, the first link body 121 or the foot link body 111 is configured to relatively rotate with respect to the first link body 121 or the second link body 131 using an actuator, that is, a rotation motor or the like. can do.

특히, 본 발명의 슈트형 하지 로봇에서 고관절 자유도 보상 장치는, 상기 제 1 링크체(121)와 발 링크체(111) 사이에 마름모꼴 형태의 보상 구조체(140)를 형성한다.In particular, in the suit-type lower extremity robot of the present invention, the hip joint freedom compensating device forms a rhombus-shaped compensation structure 140 between the first link body 121 and the foot link body 111 .

상기 보상 구조체(140)는 마름모꼴 형태의 각 꼭지점마다 제1 내지 제4 관절(141, 142, 143, 144)을 구비하고, 이들 제1 내지 제4 관절(141, 142, 143, 144)을 연결하는 제1 내지 제4 보상 링크(145, 146, 147, 148)을 구비한다.The compensation structure 140 has first to fourth joints 141, 142, 143, and 144 for each vertex of the rhombic shape, and connects the first to fourth joints 141, 142, 143, 144. and first to fourth compensation links 145 , 146 , 147 and 148 .

이때, 제4 관절(144)은 발목 조인트부(110)로 대체하는 형태로 구현할 수 있다.In this case, the fourth joint 144 may be implemented in a form that is replaced with the ankle joint unit 110 .

또한, 제1 관절(141)을 각각 제2 관절(142) 및 제3 관절과 연결하는 제1 보상 링크(145) 및 제2 보상 링크(146)를 형성하고, 제4 관절(144)을 각각 제2 관절(142) 및 제3 관절과 연결하는 제3 보상 링크(147) 및 제4 보상 링크(148)를 형성할 수 있다.In addition, the first joint 141 to form a first compensation link 145 and a second compensation link 146 for connecting the second joint 142 and the third joint, respectively, and the fourth joint 144, respectively A third compensation link 147 and a fourth compensation link 148 connected to the second joint 142 and the third joint may be formed.

또한, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 보상 구조체는(140)를 사용자의 이동에 따라 자유도를 보상하도록 회전 모터 등을 이용하여 구동시키는 보상 액츄에이터(150)를 더 구비할 수 있다. 이때, 보상 액츄에이터(150)는 와이어 구조체(160)를 통해 상기 보상 구조체(140)와 연결되어, 회전 모터 등을 이용하여 사용자의 이동에 따라 제1 내지 제4 보상 링크(145, 146, 147, 148)가 형성하는 마름모꼴 형태를 누르거나 당기는 형태로 자유도를 보상할 수 있다. 즉, 와이어 구조체(160)는 상기 제2 관절(142)과 상기 제3 관절(143)을 연결하는 수평 와이어(161)와, 상기 수평 와이어(161)를 중심에서 수직 방향으로 연결한 수직 와이어(162)를 구비하고, 사용자의 이동 상태에 따라 상기 액츄에이터(150)를 통해 연결된 수직 와이어(162)를 바닥면 방향에서 상향으로 당기는 장력(input force)을 가하거나 바닥면 방향에서 상향으로 별도의 힘을 인가하지 않아 보상 구조체(140)를 그대로 유지하여 자유도를 보상할 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 2A and 2B , the compensation structure may further include a compensation actuator 150 for driving the compensation structure 140 using a rotary motor or the like to compensate the degree of freedom according to the movement of the user. At this time, the compensation actuator 150 is connected to the compensation structure 140 through the wire structure 160, and the first to fourth compensation links 145, 146, 147, 148) can compensate for the degree of freedom by pressing or pulling the rhombic shape formed by That is, the wire structure 160 includes a horizontal wire 161 connecting the second joint 142 and the third joint 143, and a vertical wire connecting the horizontal wire 161 in a vertical direction from the center ( 162), and applies an input force that pulls the vertical wire 162 connected through the actuator 150 upward in the floor direction, or a separate force in the floor direction, depending on the user's movement state. The degree of freedom may be compensated by maintaining the compensation structure 140 as it is by not applying .

또한, 와이어 구조체(160), 로드 셀(151) 및 액추에이터(150)은 상대 움직임을 구속하지 않으면서 작동이 가능하도록 하는 구성이면, 실시 조건에 따라 연결 관계는 적절하게 설정하여 구성할 수 있다.In addition, if the wire structure 160 , the load cell 151 , and the actuator 150 are configured to operate without constraining relative movement, the connection relationship may be appropriately set according to the implementation conditions.

상기한 로드 셀(load cell)(151)은 와이어 구조체(160)과 연결되어 보행시와 같이 메인 프레임이 움직일 때 발생하고 가해지는 하중을 측정하여 제어기(미도시)에 전달할 수 있도록 구성된다.The load cell 151 is connected to the wire structure 160 and is configured to measure a load generated and applied when the main frame moves, such as when walking, and transmit it to a controller (not shown).

이러한 로드 셀(151)은 상기 와이어 구조체(160)를 통해 하중이 가해지면, 와이어 구조체와 보상 구조체(140)가 연결된 부분이 변형되고, 이 변형량을 전기신호로 변환하여 제어기에 입력될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.The load cell 151 is configured such that when a load is applied through the wire structure 160, the portion where the wire structure and the compensation structure 140 are connected is deformed, and the amount of deformation is converted into an electric signal to be input to the controller. It is preferable to be

또한, 상기한 액추에이터(150)는 와이어 구조체(160)와 연결된 보상 구조체(140)를 당기거나 밀어서 메인 프레임의 전체 길이(전장),즉 발목 구조체(111)에서 힙 조인트부(130)까지의 길이를 가변시킴으로써 고관절의 자유도를 조절할 수 있다.In addition, the actuator 150 pulls or pushes the compensation structure 140 connected to the wire structure 160 to pull or push the entire length (full length) of the main frame, that is, the length from the ankle structure 111 to the hip joint part 130 . The degree of freedom of the hip joint can be controlled by changing the

이렇게 메인 프레임의 전장(전체 길이)이 늘어나거나 줄어들도록 리니어 액추에이터를 이용하여 구성될 수 있다.In this way, the overall length (total length) of the main frame may be increased or decreased by using a linear actuator.

리니어 액추에이터(linear actuator)는 직동(直動)운동을 구현하는 장치로서, 회전식의 교류 모터를 직선상으로 늘인 구조의 리니어 액추에이터, 또는 회전식 모터와 랙 앤 피니언 기구를 사용한 리니어 액추에이터, 전자석을 기계적 운동에 이용하는 솔레노이드 방식의 리니어 액추에이터 등을 이용하여 구성할 수 있다.A linear actuator is a device that implements a linear motion. A linear actuator with a structure in which a rotating AC motor is stretched in a straight line, or a linear actuator using a rotary motor and a rack-and-pinion mechanism, or an electromagnet is mechanically moved. It can be configured using a solenoid-type linear actuator used for

또한, 액츄에이터와 와이어 구조체를 직렬로 연결하여 전장의 길이 변화를 측정할 수 있도록 하는 장치를 말하는데, 이러한 액츄에이터는 인간형 로봇, 보조근력장치에서 발목, 무릎, 팔에 사용되어 인간의 근육처럼 신축성 조절을 통해 높은 에너지 효율을 낼 수 있게 하는 핵심적인 요소에 해당된다.In addition, it refers to a device that connects an actuator and a wire structure in series to measure the change in the length of the electric field. It is a key factor that enables high energy efficiency through

도 1a 및 도 2a는 슈트형 하지 로봇의 정지 상태를 나타낸 것으로, 액츄에이터(150)를 통해 연결된 수직 와이어(162)를 바닥면 방향에서 상향으로 당기는 장력(input force)을 가하여 최대한으로 보상 구조체(140)에 상부 방향으로 당기는 힘을 인가한다.1A and 2A show the stationary state of the suit-type lower extremity robot, by applying an input force that pulls the vertical wire 162 connected through the actuator 150 upward in the direction of the floor surface to the maximum compensation structure 140 ), apply a pulling force in the upward direction.

도 1b 및 도 2b는 정지 상태에서 착용하여 이동한 상태를 나타낸 도면으로, 바닥면 방향에서 상향으로 별도의 힘을 인가하지 않아 보상 구조체(140)를 그대로 유지하여 고관절의 자유도를 보상할 수 있다.1B and 2B are views illustrating a state of movement while being worn in a stationary state. Since a separate force is not applied upward in the direction of the floor, the compensation structure 140 can be maintained as it is, thereby compensating for the degree of freedom of the hip joint.

즉, 슈트형 하지 로봇(100)의 이동 상태에서 메인 프레임의 전장(전체 길이)이 줄어들어 다른 길이 만큼 이동하게 되면서(L1 ＞ L2 ), 사용자가 슈트형 하지 로봇을 착용한 상태에서 보행을 쉽게 하고 고관절의 자유도를 보상하게 된다.That is, in the moving state of the suit-type lower extremity robot 100, the overall length (total length) of the main frame is reduced and moved by a different length (L 1 > L 2 ), and the user can walk while wearing the suit-type lower extremity robot. It is easy and compensates for the degree of freedom of the hip joint.

가령, 자유도(degree of freedom)란 관절에서 허용되는 독립적인 움직임 방향의 수를 말하는데, 무릎 관절과 다음으로 두번째로 큰 고관절은 상당히 자유로운 운동을 하는 관절이다. 이러한 고관절은 골반뼈의 비구라는 절구통에 끼워진 절구같은 모양을 하고 있기 때문에, 신전과 굴곡 운동 외에 좌우로 움직이는 내전과 외전, 회전인 내회전과 외회전을 하는 등 매우 자유로운 운동을 한다.For example, the degree of freedom refers to the number of independent movement directions allowed in a joint. Because the hip joint is shaped like a mortar inserted into the acetabulum of the pelvic bone, in addition to extension and flexion movements, the hip joint performs very free movements such as adduction and abduction, and internal and external rotation, which are rotations.

따라서, 스쿼트나 런지 등의 중심과 협업에 관계된 동작을 통해서 골반과 고관절의 움직임은 매우 중요하므로, 인간의 움직임과 같은 유사한 운동을 위해서는 고관절의 자유도 보상이 중요하다.Therefore, the movement of the pelvis and the hip joint is very important through movements related to the center and cooperation, such as squats or lunges, and thus, compensation for the freedom of the hip joint is important for similar movements such as human movement.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈트형 하지 로봇(100)의 이동 상태에서 메인 프레임의 전장이 늘어나거나 줄어들게 되면서 발 구조체(111)이 스윙 하는 형태를 나타낸 도면이다.3A to 3C are views illustrating the swinging form of the foot structure 111 as the overall length of the main frame is increased or decreased in the moving state of the suit-type lower extremity robot 100 according to an embodiment of the present invention.

즉, 사용자의 보행 사이클에 따라 메인 프레임의 전장(전체 길이가 줄어드는 방향으로 다른 길이 만큼 이동하게 되면서(L1 ＞ L2 ), (a) 오른 다리의 발 앞꿈치가 들리면서 보행이 시작되고, (b) 오른 다리의 발 뒷꿈치가 앞으로 나아가고, (c) 오른 다리의 발 앞꿈치가 지면에 닿고 발 뒷꿈치가 들리면서, 보행의 사이클에 따른 스윙이 이루어진다.That is, according to the user's gait cycle, the overall length of the main frame (as the total length is reduced by a different length (L 1 > L 2 ), (a) the heel of the right leg is lifted, b) The heel of the right leg moves forward, (c) The heel of the right leg touches the ground and the heel lifts, resulting in a swing according to the gait cycle.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슈트형 하지 로봇(200)의 구성을 나타낸 개략도이며, 도 5a 및 도 5b는 상기 도 4의 슈트형 하지 로봇(200)에서 풀리 구동체(pully)(250)를 통한 구동 상태를 나타낸 개략도이며, 각각 도 4a 및 도 5a는 슈트형 하지 로봇(200)의 정지 상태이며, 도 4b 및 도 5b는 정지 상태에서 슈트형 하지 로봇(200)을 착용하여 이동한 상태를 나타낸 도면이다.4A and 4B are schematic views showing the configuration of a suit-type lower extremity robot 200 according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 5A and 5B are a pulley driving body ( pully) 250 is a schematic diagram showing the driving state through, respectively, FIGS. 4A and 5A are the stationary state of the suit-type lower extremity robot 200, and FIGS. 4B and 5B are the suit-type lower extremity robot 200 in the stationary state. It is a drawing showing the state of being worn and moved.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 슈트형 하지 로봇(200)은, 인간에 착용할 수 있는 외골격 시스템으로 구성될 수 있다.4 and 5 , the suit-type lower extremity robot 200 according to another embodiment of the present invention may be configured as an exoskeleton system that can be worn on a human.

이러한 본 발명의 슈트형 하지 로봇(200)에서 메인 프레임이 두 다리에 착용하도록 구성되는데, 가령, 다리 스트랩(strap) 형태로 사람의 장단지와 기구를 결속하고, 보행시 사람의 장딴지를 기준으로 기구의 자유도를 구현할 수 있게 폐형식(closed) 링크 구조가 적용될 수 있다. 또한, 인체 착용 구조는 스트랩 형태에 한정되는 것은 아니며 공지의 착용 기술을 바탕으로 다양하게 구현할 수 있으므로 본 실시예에서는 이에 대한 설명은 생략하고 본 발명의 주요 구성 부분인 메인 프레임과 고관절 자유도 보상장치를 중심으로 설명한다.In the suit-type lower extremity robot 200 of the present invention, the main frame is configured to be worn on both legs, for example, by binding a person's long legs and an instrument in the form of a leg strap, and based on a person's calf when walking, the instrument A closed link structure can be applied to implement the degree of freedom of . In addition, the structure worn by the human body is not limited to the form of a strap and can be implemented in various ways based on known wearing technologies, so a description thereof is omitted in this embodiment, and the main frame and hip joint freedom compensator, which are main components of the present invention, are omitted. will be explained based on

본 발명의 다른 실시예에 따른 슈트형 하지 로봇(200)의 메인 프레임은 지면 등의 바닥면과 접촉하고 지지하는 발목 조인트부(ankle joint, 210)와, 상기 발목 조인트부(210)의 상부에 형성되는 무릎 조인트부(knee joint, 220)와, 상기 무릎 조인트부(220)의 상부에 형성되는 힙 조인트부(hip joint, 230)를 구비한다. The main frame of the suit-type lower extremity robot 200 according to another embodiment of the present invention includes an ankle joint 210 that contacts and supports a floor surface such as the ground, and an upper portion of the ankle joint 210 . It includes a knee joint portion formed (knee joint, 220), and a hip joint portion (hip joint, 230) formed on the knee joint portion (220).

상기 발목 조인트부(210)는 지면 등의 바닥면과 접촉하는 발 링크체(211)와연결되고, 상기 발목 조인트부(210)와 상기 무릎 조인트부(220)는 연결 구조체로서 제1 링크체(221)를 통해 연결되고, 상기 무릎 조인트부(220)와 상기 힙 조인트부(230)는 연결 구조체로서 제2 링크체(231)를 통해 연결된다.The ankle joint part 210 is connected to a foot link body 211 in contact with a floor surface such as the ground, and the ankle joint part 210 and the knee joint part 220 are a first link body ( 221 , and the knee joint part 220 and the hip joint part 230 are connected via a second link body 231 as a connection structure.

이때, 상기 메인 프레임은 발 링크체(211), 제1 링크체(221), 제2 링크체(231)로 이루어지고, 이들은 관절 구조를 통해 서로 상대 회전 가능하게 연결된다.In this case, the main frame is composed of a foot link body 211 , a first link body 221 , and a second link body 231 , which are connected to each other rotatably relative to each other through a joint structure.

가령, 제 1 링크체(221)와 제 2 링크체(231) 사이에는 제2 링크체(231)에 대하여 제1 링크체(221)를 회전시킬 수 있도록 관절구동장치로서 무릎 조인트부(220)가 구성될 수 있다. 그리고, 제1 링크체(221)와 발 링크체(211) 사이에도 관절구동장치로서 발목 조인트부(210)가 구성될 수 있다.For example, between the first link body 221 and the second link body 231, the knee joint part 220 as a joint drive device to rotate the first link body 221 with respect to the second link body 231. can be configured. Also, the ankle joint unit 210 may be configured as a joint driving device between the first link body 221 and the foot link body 211 .

여기서, 관절구동장치로서 발목 조인트부(210), 무릎 조인트부(220), 힙 조인트부(230)는 가령, 힌지축, 캠구조를 이용한 소정 각도 조절이나 회전 구동이 가능하게 할 수 있다. 또한, 관절구동장치는 두 개의 지지축을 연결하여 자유로이 회전하도록 하는 연결부이며, 유니버셜 조인트(universal joint)가 사용될 수 있다. 게다가, 액추에이터, 즉, 회전 모터 등을 이용하여 구현될 수 있다.Here, the ankle joint unit 210 , the knee joint unit 220 , and the hip joint unit 230 as a joint drive device may enable predetermined angle adjustment or rotational driving using, for example, a hinge shaft and a cam structure. In addition, the joint drive device is a connecting part that connects two support shafts to rotate freely, and a universal joint may be used. In addition, it may be implemented using an actuator, that is, a rotation motor or the like.

특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 슈트형 하지 로봇에서 고관절 자유도 보상 장치는, 상기 제 1 링크체(221)와 제2 링크체(231) 사이에 형성되고 상기 무릎 조절부(220)를 통해 상기 제1 링크체(221)와 제2 링크체(231)의 양 지지축을 연결하여 연결부로서 막대형 연결체(240)와; 힙 조인트부(230) 및 제2 링크체(231)와 연결되고 사용자 이동상태에 따라 회전 구동이 가능한 캠구조(270)와; 운동이나 힘을 전달하기 위해 상기 막대형 연결체(240)와 상기 캠구조(270)를 연결하는 와이어 구조체(260)를 걸수 있도록 형성된 풀리 구동체(250)와; 상기 풀리 구동체(250)를 지지하는 양측 고정점(233)과 상기 캠구조(270)와 상기 풀리 구동체(250)를 연결하는 지지점(271)을 형성하여 상기 풀리 구동체(250)와 상기 캠구조(270)를 지지하는 수평 지지판(232)을 구비한다.In particular, in the suit-type lower extremity robot according to another embodiment of the present invention, the hip joint freedom compensating device is formed between the first link body 221 and the second link body 231 and includes the knee adjustment unit 220 . a rod-shaped connecting body 240 as a connecting part by connecting both the supporting shafts of the first link body 221 and the second link body 231 through; a cam structure 270 connected to the hip joint part 230 and the second link body 231 and capable of rotational driving according to the user's movement state; a pulley driving body 250 formed to hang a wire structure 260 connecting the rod-shaped connecting body 240 and the cam structure 270 in order to transmit motion or force; Both fixed points 233 for supporting the pulley actuator 250 and support points 271 for connecting the cam structure 270 and the pulley actuator 250 are formed to form the pulley actuator 250 and the pulley actuator 250 . A horizontal support plate 232 for supporting the cam structure 270 is provided.

이때, 사용자의 이동 상태에 따라 힙 조인트부(230)와 연결된 캠구조(270)는 도 4a의 정지상태에서 도 4b의 이동상태에 따라 회전 이동하게 되고, 상기 캠 구조와 풀리 구동체(250)가 연결되는 지지점(271)을 중심에서 우측 방향으로 이동시켜 전체 메인 프레임은 전체 길이(전장)가 중력방향에서 변화하게 된다. 여기서, 캠구조(270)는 지지점(271)에서 연결된 와이어 구조체(260)가 중력 방향의 위치 이동에 따라 길이 변경을 용이하게 하도록 회전축의 중심에서 장축과 단축으로 길이가 서로 다른 타원형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 캠 구조는 타원 형태에 한정되는 것이 아니라 원형으로 회전축의 중심에서 길이가 일정한 형태가 아니면, 직사각형태의 막대형으로 장방형 구조도 가능하다.At this time, according to the user's movement state, the cam structure 270 connected to the hip joint part 230 rotates according to the movement state of FIG. 4B from the stationary state of FIG. 4A, and the cam structure and the pulley actuator 250. By moving the supporting point 271 to which is connected in the right direction from the center, the overall length (full length) of the entire main frame changes in the direction of gravity. Here, the cam structure 270 is formed in an elliptical shape with different lengths from the center of the rotation axis to the major axis and the minor axis so that the wire structure 260 connected at the support point 271 can easily change the length according to the positional movement in the direction of gravity. it is preferable At this time, the cam structure is not limited to an elliptical shape, and if the length is not constant at the center of the rotation shaft in a circular shape, a rectangular structure in a rectangular bar shape is also possible.

또한, 풀리 구동체(250)는 상기 지지점(271) 변경에 따라 와이어 구조체(260)를 구동시켜 연결된 막대형 연결체(240)를 당기거나 밀어서 메인 프레임의 전체 길이(전장),즉 발목 구조체(211)에서 힙 조인트부(230)까지의 길이를 가변시킴으로써 고관절의 자유도를 조절할 수 있다.In addition, the pulley actuator 250 drives the wire structure 260 according to the change in the support point 271 to pull or push the connected rod-type connector 240 to the full length (full length) of the main frame, that is, the ankle structure ( By varying the length from 211 to the hip joint part 230, the degree of freedom of the hip joint can be adjusted.

이렇게 풀리 구동체(250)는 와이어 구조체(260)와 연결하여 메인 프레임의 전장(전체 길이)이 늘어나거나 줄어드는 방향으로 다른 길이만큼 이동하게 한다.In this way, the pulley driving body 250 is connected to the wire structure 260 to move by a different length in a direction in which the overall length (total length) of the main frame is increased or decreased.

이는 도 2에서 설명한 액츄에이터와 달리 캠구조 형태이므로 무동력으로도 가능한 장점이 있다.Unlike the actuator described in FIG. 2 , this is a cam structure type, so it has the advantage of being able to do it without power.

도 4a 및 도 5a(확대도면 도 5b)는 슈트형 하지 로봇의 정지 상태를 나타낸 것으로, 풀리 구동체(250)를 통해 연결된 와이어 구조체(260)가 막대형 연결부(240)를 당기는 장력은 중력 방향의 축중심의 지지점(271)과 양측의 고정점(233)을 통해 고정 유지된 상태에 있다.4A and 5A (enlarged view FIG. 5B ) show the stationary state of the suit-type lower extremity robot, the tension in which the wire structure 260 connected through the pulley driving body 250 pulls the rod-shaped connection part 240 is in the direction of gravity It is in a state of being fixed and maintained through the support point 271 of the axial center and the fixing points 233 of both sides.

이어, 도 4b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 캠구조(270)의 회전 이동에 따라 지지점(271)이 축중심에서 우측 방향으로 이동하면(이동에 따라 사용자가 앞 발차기한 상태가 되면), 풀리 구동체(250)를 통해 연결된 와이어 구조체(260)가 막대형 연결부를 평행을 유지하도록 당기는 장력이 발생하여 막대형 연결부(240)를 들어 올리게 된다. Then, as shown in FIGS. 4B and 5C, when the support point 271 moves from the center of the axis to the right according to the rotational movement of the cam structure 270 (when the user kicks in front according to the movement), The wire structure 260 connected through the pulley driving body 250 generates a tension pulling the rod-shaped connection part to keep it parallel, thereby lifting the rod-shaped connection part 240 .

도 4b 및 도 5c를 참조하면, 정지 상태에서 착용하여 이동한 상태를 나타낸 도면으로, 슈트형 하지 로봇(200)의 이동 상태에서 메인 프레임의 전장(전체 길이)가 줄어드는 방향으로 다른 길이 만큼 이동하게 되면서(L1 ＞ L2 ), 사용자가 슈트형 하지 로봇을 착용한 상태에서 보행을 쉽게 하고 고관절의 자유도를 보상하게 된다.4b and 5c, it is a view showing a state in which it is worn and moved in a stationary state. In the moving state of the suit-type lower extremity robot 200, it moves by a different length in the direction in which the overall length (total length) of the main frame decreases. (L 1 > L 2 ), the user can easily walk while wearing the suit-type lower extremity robot and compensate for the degree of freedom of the hip joint.

도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 막대형 구조체(240)에는 원호형으로 외부의 와이어 구조체(260)와 내부로 연결하는 제2 와이어(241)와, 상기 제2 와이어(241)에 사용자의 이동 상태에 따라 풀리 구동체(250)의 구동에 따라 장력을 인가하는 연결부로서 제1 링크체(221)가 구비된다. 또한, 제1 막대형 구조체(240)는 외부의 제1 와이어(260)을 통해 힙 지지판(232) 상의 지지점(271) 및 측면의 고정점(233)에 연결되고, 내부의 제2 와이어(241)는 제1 와이어(260)와 연결되어 상기 캠구조(270)의 회전 이동에 따라 풀리 구동체(250)의 구동에 따라 상기 제2 와이어(241)의 곡률 반경이 변경되고 전체 길이도 변화하게 된다.As shown in Figures 5b and 5c, the rod-shaped structure 240 has a second wire 241 connected to the outer wire structure 260 and the inside in an arc shape, and the second wire 241 The first link body 221 is provided as a connection part that applies tension according to the driving of the pulley driving body 250 according to the user's moving state. In addition, the first rod-shaped structure 240 is connected to the support point 271 on the hip support plate 232 and the fixing point 233 of the side through the first wire 260 of the outside, and the second wire 241 inside ) is connected to the first wire 260 so that the radius of curvature of the second wire 241 is changed and the overall length is also changed according to the driving of the pulley actuator 250 according to the rotational movement of the cam structure 270 . do.

즉, 도 5b는 도 5a의 정지상태의 확대 도면이며, 정지상태에서는 내부의 제2 와이어(241)의 구부림 정도가 크게 변화하지 않고(길이 변화도 없음), 도 5c는 이동상태에서 제2 와이어(241)가 텐션의 증가에 따라 구부림의 정도가 커지게 되고 제2 와이어(241)의 길이도 중심에서 양측에서 큰 기울기를 가지고 변하게 되어 길이가 늘어나게 된다.That is, FIG. 5B is an enlarged view of the stationary state of FIG. 5A, and in the stationary state, the degree of bending of the internal second wire 241 does not change significantly (there is no change in length), and FIG. 5C is the second wire in the moving state As the tension of 241 increases, the degree of bending increases, and the length of the second wire 241 also changes with a large inclination at both sides from the center, thereby increasing the length.

이와 같이, 풀리 구동체(250)는 캠구조(270)의 회전 이동에 따라 제1 와이어(260)를 수평방향으로 당기게 되어 제2 와이어(241)에도 장력(tension)이 인가되어 구부림 상태(곡률 반경)의 변경 정도가 커지게 되고 제2 와이어(241)의 길이를 증가시켜 고관절의 자유도를 보상한다.In this way, the pulley driving body 250 pulls the first wire 260 in the horizontal direction according to the rotational movement of the cam structure 270 , so that tension is also applied to the second wire 241 to a bent state (curvature). radius) is increased and the length of the second wire 241 is increased to compensate for the degree of freedom of the hip joint.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the technical ideas described in the embodiments of the present invention may be implemented independently, or may be implemented in combination with each other. In addition, although the present invention has been described through the embodiments described in the drawings and detailed description of the invention, these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various modifications and equivalent other embodiments therefrom. It is possible. Accordingly, the technical protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

100,200: 슈트형 하지 로봇
110, 210: 발목 조인트부
120, 220: 무릎 조인트부
130, 230: 힙 조인트부100,200: suit-type lower extremity robot
110, 210: ankle joint part
120, 220: knee joint part
130, 230: hip joint part

Claims (7)

바닥면과 접촉하는 발 링크체와;
상기 발 링크체와 연결되는 발목 조인트부와;
상기 발목 조인트부의 상부에 형성되는 무릎 조인트부와;
상기 무릎 조인트부의 상부에 형성되는 힙 조인트부와;
상기 발목 조인트부와 상기 무릎 조인트부를 연결하는 제1 링크체와;
상기 무릎 조인트부와 상기 힙 조인트부를 연결하는 제2 링크체와;
상기 제1 링크체와 발 링크체 사이에 형성되고 상기 발 링크체와 상기 힙 조인트부 간의 전체 길이를 늘리거나 줄이는 형태로 조절하여 고관절 자유도를 보상하는 고관절 자유도 보상장치를 포함하고,
상기 고관절 자유도 보상장치는 상기 제 1 링크체와 발 링크체 사이에 마름모꼴 형태의 보상 구조체를 형성하고,
상기 보상 구조체는, 마름모꼴 형태의 각 꼭지점마다 제1 내지 제4 관절을 구비하고, 상기 제1 내지 제4 관절을 연결하는 제1 내지 제4 보상 링크을 구비하고, 사용자의 이동에 따라 자유도를 보상하도록 구동시키는 액츄에이터를 구비하며,
상기 액츄에이터는 와이어 구조체를 통해 상기 보상 구조체와 연결되어, 사용자의 이동에 따라 상기 마름모꼴 형태를 누르거나 당기는 형태로 자유도를 보상하는 것을 특징으로 하는 슈트형 하지 로봇. a foot link body in contact with the floor surface;
an ankle joint part connected to the foot link body;
a knee joint portion formed on an upper portion of the ankle joint portion;
a hip joint portion formed on an upper portion of the knee joint portion;
a first link body connecting the ankle joint part and the knee joint part;
a second link body connecting the knee joint part and the hip joint part;
a hip joint freedom compensator formed between the first link body and the foot link body and adjusting the total length between the foot link body and the hip joint part to increase or decrease the hip joint freedom compensating device,
The hip joint freedom compensation device forms a rhombus-shaped compensation structure between the first link body and the foot link body,
The compensation structure includes first to fourth joints for each vertex of the rhombic shape, and first to fourth compensation links connecting the first to fourth joints to compensate the degree of freedom according to the movement of the user. It has an actuator to drive it,
The actuator is connected to the compensation structure through a wire structure, suit-type lower extremity robot, characterized in that for compensating the degree of freedom in the form of pressing or pulling the diamond shape according to the movement of the user. 제1항에 있어서,
상기 와이어 구조체는 상기 제2 관절과 상기 제3 관절을 연결하는 수평 와이어와, 상기 수평 와이어를 중심에서 수직 방향으로 연결한 수직 와이어를 구비하고,
사용자의 이동 상태에 따라 상기 액츄에이터를 통해 연결된 수직 와이어를 바닥면 방향에서 상향으로 당기는 장력을 가하거나 바닥면 방향에서 상향으로 별도의 힘을 인가하지 않아 상기 보상 구조체를 그대로 유지하는 방식으로 자유도를 보상하는 것을 특징으로 하는 슈트형 하지 로봇.According to claim 1,
The wire structure includes a horizontal wire connecting the second joint and the third joint, and a vertical wire connecting the horizontal wire in a vertical direction from the center,
Depending on the user's moving state, the degree of freedom is compensated in a way that maintains the compensation structure as it is by not applying a tension to pull the vertical wire connected through the actuator upward in the direction of the floor or applying a separate force upward in the direction of the floor. A suit-type lower extremity robot, characterized in that 제2항에 있어서,
상기 와이어 구조체를 통해 하중이 가해지면 상기 와이어 구조체와 상기 보상 구조체가 연결된 부분이 변형되고, 이 변형량을 전기신호로 변환하여 제어기에 입력하는 로드셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈트형 하지 로봇. 3. The method of claim 2,
When a load is applied through the wire structure, the portion connected to the wire structure and the compensation structure is deformed, and the suit-type lower extremity robot further comprises a load cell that converts the deformation amount into an electric signal and inputs it to a controller. 제1항에 있어서,
상기 제4관절은 상기 발목 조인트로 대체하는 형태로 구현하는 것을 특징으로 하는 슈트형 하지 로봇.According to claim 1,
The fourth joint is a suit-type lower extremity robot, characterized in that it is implemented in a form that is replaced with the ankle joint. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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