KR102451158B1

KR102451158B1 - 관절 구동시스템

Info

Publication number: KR102451158B1
Application number: KR1020210036394A
Authority: KR
Inventors: 이동찬
Original assignee: 주식회사 헥사휴먼케어
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2022-10-06
Also published as: KR20220131597A

Abstract

개시된 본 발명에 의한 관절 구동시스템은, 인체의 관절 움직임을 지지하도록 상호 링크 연결되는 적어도 한 쌍의 링크를 포함하는 링크부, 적어도 한 쌍의 링크 중 어느 하나에 마련되어, 관절의 구동력을 보조하는 구동부, 구동부와 선택적으로 연결되어, 구동부의 구동력을 저장 또는 출력하는 저장부 및, 구동부와 저장부를 상호 연결 또는 분리되도록 가이드하는 가이드부를 포함하며, 저장부는 저장된 구동력을 출력하여 링크부의 링크 동작을 위한 근력을 보조한다. 이러한 구성에 의하면, 근력 지원 모드 및 보행 모드의 전환이 용이하게 사용성을 향상시킬 수 있다.

Description

관절 구동시스템{JOINT DRIVING SYSTEM}

본 발명은 관절 구동시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 간단한 조작으로 보행 및 근력지원 모드 전환이 용이하여 사용성을 향상시킬 수 있는 관절 구동시스템에 관한 것이다.

일반적인 근력 보조 시스템은 외골격이 착용자의 인체에 직접적으로 힘을 보조함으로써, 착용자는 외골격에 의해 큰 힘을 낼 수 있도록 지원받는다. 근력 증강 시스템은 외골격을 사용하여 착용자의 힘을 증폭함으로써, 사람이 수행하기 힘든 작업을 외골격의 고하중 동작 성능을 통해 작업수행이 가능하도록 한다. 이러한 외골격 시스템들은 무거운 중량물을 운반하거나 조작하는 산업현장 및 군사 작전환경에 적용을 목적으로 개발되고 있다. 이러한 수동형 외골격의 근력지원은 가스 스프링이나 코일스프링의 탄성력을 이용하기 때문에, 기본적인 하중지지를 위한 강성이 설정되어 근력지원에는 용이하나 보행 및 근력지원 이외의 작업을 수행시 불편함이 발생한다.

한편, 인체의 관절 운동을 보조할 수 있는 외골격 로봇 또는 웨어러블 로봇(Wearable robot)에는 각 관절 부위의 움직임을 보조하기 위한 관절 구동시스템이 적용된다. 이러한 관절 구동시스템 중 수동형 구동방식은 사용자가 직접 움직임을 통하여 관절 부위를 움직이게 됨으로써, 근력 소모량이 증가된다.

이에 따라, 근래에는 관절 구동시스템을 사용하는 사용자의 근력 소모량을 저감시켜 사용성을 향상시키기 위한 연구가 지속적으로 요구되고 있는 추세이다.

대한민국 등록특허공보 제1469539호 대한민국 등록특허공보 제2084168호

본 발명의 목적은 간단한 조작으로 보행 모드 및 근력 지원 모드에 대한 모드 전환이 용이하여 사용성을 향상시킬 수 있는 관절 구동시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 관절 구동시스템은, 인체의 관절 움직임을 지지하도록 상호 링크 연결되는 적어도 한 쌍의 링크를 포함하는 링크부, 상기 적어도 한 쌍의 링크 중 어느 하나에 마련되어, 상기 관절의 구동력을 보조하는 구동부, 상기 구동부와 선택적으로 연결되어, 상기 구동부의 구동력을 저장 또는 출력하는 저장부 및, 상기 구동부와 저장부를 상호 연결 또는 분리되도록 가이드하는 가이드부를 포함하며, 상기 저장부는 저장된 상기 구동력을 출력하여 상기 링크부의 링크 동작을 위한 근력을 보조한다.

또한, 상기 링크부는 근력 및 보행 지원이 가능한 외골격 로봇 또는 웨어러블 로봇(Wearable robot) 중 어느 하나에 마련되는 복수의 링크들 중 적어도 한 쌍을 포함할 수 있다.

또한, 상기 링크부는, 인체의 고관절과 연결되는 대퇴부를 지지하는 제1링크 및, 상기 제1링크와 상기 고관절의 관절축에 대응되는 링크축으로 링크 연결되는 제2링크를 포함하며, 상기 제2링크는 외골격을 포함할 수 있다.

또한, 상기 저장부는 상기 제1링크에 마련된 안착공간에 안착되어, 상기 제1링크의 움직임에 연동할 수 있다.

또한, 상기 구동부는 상기 링크부의 회전에 연동하도록 상기 제2링크에 축 결합되어 자세 유지되는 캠 또는 기어 세트를 포함하며, 상기 저장부는, 상기 제1링크의 회전에 연동하여 상기 캠의 프로파일(Profile) 또는 상기 기어 세트를 따라 회전되는 팔로워 및 상기 팔로워의 회전에 연동하여 직선 방향으로 구동되어, 상기 구동력을 탄성에너지로 저장 또는 출력하는 저장부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 저장부재는 가스 스프링 또는 압축 코일 스프링을 포함할 수 있다.

또한, 상기 팔로워는 상기 캠의 프로파일 또는 상기 기어 세트에 밀착되어 회전되는 팔로워 롤러 또는 팔로워 기어를 포함하며, 상기 팔로워 및 저장부재는 일체로 마련되어 상기 링크부의 링크축 인근에 마련된 안착공간에 삽입되어 안착될 수 있다.

또한, 상기 가이드부는 근력 지원 모드에서 상기 구동부에 대해 상기 저장부를 간섭시키는 간섭 위치 및, 보행 모드에서 상기 구동부에 대해 상기 저장부를 비간섭시키는 비간섭 위치 사이에서 이동시키는 레버를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가이드부는, 일측이 상기 저장부와 연결되어 움직임 가능한 레버 및, 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 간섭되는 간섭 위치 및 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 상기 레버를 작동시키는 작동부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 레버의 일단은 상기 링크부에 힌지 연결되고 타단은 상기 일단으로부터 절곡되어 연장되는 조작단으로 마련되되, 상기 작동부재는, 상기 레버의 일단을 중심으로 회전되는 상기 조작단의 움직임을 가이드하는 가이더 및 상기 가이더를 따라 상기 제2레버의 조작단을 이동시키는 스위치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가이더는 상기 스위치의 이동을 탄성 지지하도록 탄성력을 가질 수 있다.

또한, 상기 가이더는 상기 조작단의 움직임 궤적을 따라 길이 방향으로 연장되되, 중간에 곡률진 밴딩영역을 구비하는 판 스프링을 포함할 수 있다.

또한, 상기 조작단에는 상기 스위치와 연결되어 상기 가이더를 따라 회전되는 스위치 롤러가 마련되며, 상기 가이더의 양 끝단에는 상기 스위치 롤러가 안착되는 제1 및 제2롤러홈이 마련될 수 있다.

또한, 상기 구동부는, 상기 링크부와 연결되어 상기 관절의 구동을 보조하는 구동력을 발생시키는 구동원, 상기 구동원의 구동력에 의해 회전되는 적어도 하나의 구동기어, 상기 적어도 하나의 구동기어와 맞물려 상기 구동력을 상기 저장부로 전달하는 적어도 하나의 전달부재 및, 상기 적어도 하나의 전달부재 중 어느 하나와 연결되어 회전되는 피동기어를 포함하며, 상기 구동원은 모터를 포함하고, 상기 전달부재는 기어 또는 벨트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가이드부는, 상기 저장부의 일측을 지지하는 회전 가이더, 상기 회전 가이더와 상기 저장부를 사이에 두고 마주하여, 상기 저장부의 타측을 지지하는 저장 가이더 및, 상기 피동기어의 회전에 연동하여 상기 저장부의 압축 및 팽창 방향으로 상기 회전 가이더의 움직임을 가이드하는 회전바를 포함하며, 상기 구동부로부터 상기 구동력이 전달되지 않을 경우에는, 상기 저장 가이더는 상기 저장부에 대해 상기 회전바를 따라 자유 움직임이 가능하고, 상기 구동부로부터 상기 구동력이 전달될 경우에는, 상기 회전바를 따라 움직이는 상기 회전 가이더에 의해 상기 저장부가 상기 저장 가이더를 향해 압축되거나 팽창될 수 있다.

또한, 상기 저장부는 상기 피동기어의 회전에 연동하며 탄성력이 압축 또는 팽창되어, 상기 구동력을 저장하거나 출력하는 압축 코일 스프링을 포함하고, 상기 회전바는 스크류(Screw)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전 가이더의 위치는 가변 가능하며, 상기 회전 가이더의 위치에 따라 자유장 대비 상기 저장부의 초기 압축하중이 변경될 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 측면에 의한 관절 구동시스템은, 인체의 관절축에 대응되는 링크축을 중심으로 상호 링크 연결되는 적어도 한 쌍의 링크를 포함하는 링크부, 근력지원 모드에서 구동력을 제공하도록, 상기 적어도 한 쌍의 링크 중 어느 하나에 마련되는 구동부, 상기 구동부의 프로파일을 따라 이동하면서, 상기 링크부의 구동력을 저장 또는 출력하는 저장부 및, 보행 모드 및 근력 지원 모드에 따라, 상기 구동부와 저장부를 상호 연결 또는 분리되도록 가이드하는 가이드부를 포함하며, 상기 저장부는 상기 보행 모드에서는 상기 구동력을 저장하고, 상기 근력 지원 모드에서는 저장된 상기 구동력을 출력하여 상기 링크부의 링크 동작을 위한 근력을 보조한다.

또한, 상기 링크부는, 인체의 고관절과 연결되는 대퇴부를 지지하는 제1링크 및 상기 제1링크와 상기 링크축으로 링크 연결되는 제2링크를 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동부는 상기 제2링크에 축 결합되어 자세 유지되는 캠 또는 기어 세트를 포함하며, 상기 저장부는, 상기 제1링크의 회전에 연동하여 상기 캠의 프로파일(Profile) 또는 기어 세트를 따라 회전되는 팔로워 및 상기 팔로워의 회전에 연동하여 직선 방향으로 구동되어, 상기 구동력을 탄성에너지로 저장 또는 출력하는 저장부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 팔로워는 상기 캠의 프로파일 또는 기어 세트에 밀착되어 회전되는 팔로워 롤러 또는 팔로워 기어를 포함하고, 상기 팔로워 및 저장부재는 일체로 마련되어 상기 링크부의 링크축 인근에 마련된 안착공간에 삽입되어 안착되며, 상기 저장부재는 가스 스프링 또는 압축 코일 스프링을 포함할 수 있다.

또한, 상기 가이드부는, 일측이 상기 저장부와 연결되어 움직임 가능한 레버 및, 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 간섭되는 간섭 위치 및 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 상기 레버를 작동시키는 작동부재를 포함하며, 상기 근력 지원 모드에서 상기 레버는 상기 간섭 위치에 위치하고, 상기 보행 모드에서 상기 레버는 상기 비간섭 위치에 위치할 수 있다.

또한, 상기 레버의 일단은 상기 링크부에 힌지 연결되고 타단은 상기 일단으로부터 절곡되어 연장되는 조작단으로 마련되되, 상기 작동부재는, 상기 레버의 일단을 중심으로 회전되는 상기 조작단의 움직임을 가이드하는 가이더 및, 상기 가이더를 따라 상기 제2레버의 조작단을 이동시키는 스위치를 포함하며, 상기 가이더는 상기 조작단의 움직임 궤적을 따라 길이 방향으로 연장되되, 중간에 곡률진 밴딩영역을 구비하는 판 스프링을 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동부는, 상기 링크부와 연결되어 상기 근력지원 모드에서 구동력을 발생시키는 구동원, 상기 구동원의 구동력에 의해 회전되는 적어도 하나의 구동기어, 상기 적어도 하나의 구동기어와 맞물려 상기 구동력을 상기 저장부로 전달하는 적어도 하나의 전달부재 및, 상기 적어도 하나의 전달부재 중 어느 하나와 연결되어 회전되는 피동기어를 포함하며, 상기 구동원은 모터를 포함하고, 상기 전달부재는 기어 또는 벨트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가이드부는, 상기 저장부의 일측을 지지하는 회전 가이더, 상기 회전 가이더와 상기 저장부를 사이에 두고 마주하여, 상기 저장부의 타측을 지지하는 저장 가이더 및, 상기 피동기어의 회전에 연동하여 상기 저장부의 압축 및 팽창 방향으로 상기 회전 가이더의 움직임을 가이드하는 회전바를 포함하며, 상기 보행 모드에서 상기 저장 가이더는 상기 저장부에 대해 상기 회전바를 따라 자유 움직임이 가능하고, 상기 근력지원 모드에서 상기 회전바를 따라 움직이는 상기 회전 가이더에 의해 상기 저장부가 상기 저장 가이더를 향해 압축되거나 팽창될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 보행 모드와 근력 지원 모드시에 대한 모드 전환이 간단한 조작으로 이루어질 수 있어, 사용자의 사용성을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 보행 모드와 같은 일반적인 관절 구동시에는 저장부가 자유장상태로써 하중이 작용하지 않아 자유로운 움직임이 발생할 수 있으며, 수화물을 드는 것과 같은 근력 지원 모드에서는 발생된 구동력을 전달받아 저장부가 압축되어 비선형 가변강성에 의해 하중을 변경할 수 있다. 그로 인해, 사용자의 동작에 따라 보행 모드와 근력지원 모드를 용이하게 변경하여 강성을 조정할 수 있어, 사용성, 작업성 및 보행성 향상에 유리하다.

둘째, 일반 보행시에는 불필요한 구동력 저장을 해제시킬 수 있어, 장기간 사용에도 보행시 가해지는 하중에 따른 불편함을 해소할 수 있다.

셋째, 저장부와 연결된 레버의 조작단을 가이더를 따라 스위치가 이동시킴에 있어서, 스위치의 움직임을 밴딩영역을 구비하는 가이더가 탄성 지지할 수 있어 작은 힘으로도 조작이 용이하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 관절 구동시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 구동부, 저장부 및 가이드부를 개략적으로 확대 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 가이드부의 동작을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 가이드부에 의해 저장부가 구동부에 대해 비간섭 위치로 이동된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 가이드부에 의해 저장부가 구동부에 대해 간섭 위치로 이동된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 도 2에 도시된 가이드부의 조작부재 동작을 순차적으로 도시한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 관절 구동시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다. 그리고,
도 10은 도 9에 도시된 다른 실시예에 의한 관절 구동시스템을 개략적으로 도시한 정면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 관절 구동시스템(1)은 링크부(10), 구동부(20), 저장부(30) 및 가이드부(40)를 포함한다.

본 발명에서 설명하는 관절 구동시스템(1)은 인체의 상지 및 하지의 근력을 지원하거나 보행을 지원할 수 있는 외골격 로봇 또는 웨어러블 로봇(Wearable robot)에 적용되는 것으로 예시한다. 보다 구체적으로, 본 실시예에 의한 관절 구동시스템(1)은 어깨(shoulder) 및 팔꿈치(elbow)를 포함하는 상지 및 엉덩이 고관절(hip), 무릎(knee) 및 발목(ankle)를 포함하는 하지의 움직임을 지원하기 위한 외골격 및 웨어러블 로봇의 각 부위별 링크들 사이에서의 구동력을 제공할 수 있다. 참고로, 본 실시예에서는 관절 구동시스템(1)이 인체의 고관절과 연결되는 대퇴부의 연결 부위에 장착되어 고관절 연결 부위에 대한 근력 및 보행을 보조하는 웨어러블 로봇에 적용되는 것으로 예시한다.

한편, 본 발명에서 설명하는 관절 구동시스템(1)은 뼈와 뼈 사이의 연결 부분인 관절에 대한 재활 치료에 적용되는 것으로 예시하나, 근력 보조나 감각장치(Haptic device)를 위한 다양한 착용형 외골격 로봇에도 적용될 수 있음은 당연하다.

링크부(10)는 인체의 관절 움직임을 지지하도록 상호 링크 연결되는 적어도 한 쌍의 링크(11)(12)를 포함한다. 본 실시예에서는 관절 구동시스템(1)이 인체의 고관절 움직임을 보조하기 위한 것으로 예시하며, 이를 위해 링크부(10)는 제1 및 제2링크(11)(12)를 포함한다.

제1링크(11)는 인체의 고관절과 연결되는 대퇴부를 지지하며, 제2링크(12)는 링크축(10a)으로 제1링크(11)와 링크 연결된다. 여기서, 제2링크(12)는 제1링크(11)와 링크 연결되는 외골격일 수 있다. 이때, 제1 및 제2링크(11)(12)를 상호 링크 연결하는 링크축(10a)은 고관절의 관절축(미도시)에 대응될 수 있다.

구동부(20)는 적어도 한 쌍의 링크 즉, 제1 및 제2링크(11)(12) 중 어느 하나에 마련되어, 관절의 구동력을 보조한다. 이러한 구동부(20)는 외골격 링크인 제2링크(12)에 캠축(23)으로 연결되는 캠(21)을 포함한다. 여기서, 캠(21)은 도 2의 도시와 같이, 반경 길이가 불균일하도록 직경이 상대적으로 확장된 노즈(22)를 구비하는 원동체이며, 외주면을 따라 프로파일(profile)(24)이 형성된다. 여기서, 캠(21)은 제2링크(12)에 캠축(23)이 연결된 자세가 그대로 유지된다.

한편, 구동부(20)는 캠(21)을 포함하는 것으로만 한정하지 않으며, 제1 및 제2링크(11)(12) 중 어느 하나에 축 연결되는 기어 세트(미도시)로 마련될 수 있다. 이때, 구동부(20)가 기어 세트로 마련될 경우, 기어 세트(미도시)를 구성하는 기어의 크기, 개수 등은 한정사항이 아니다.

저장부(30)는 구동부(20)의 회전에 연동하여 링크부(10)의 구동력을 저장 또는 출력한다. 이러한 저장부(30)는 도 2의 도시와 같이, 팔로워(31) 및 저장부재(32)를 포함한다.

팔로워(31)는 링크부(10)의 회전에 연동하여 캠(21)의 프로파일(24) 또는 미도시된 기어 세트를 따라 회전된다. 이러한 팔로워(31)는 도 2의 도시와 같이, 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)에 밀착되는 팔로워 롤러 또는 팔로워 기어를 포함한다. 이하에서는 팔로워(31)가 캠(21)의 프로파일(24)에 밀착되는 팔로워 롤러인 것으로 예시한다.

저장부재(32)는 팔로워(31)의 회전에 연동하여 직선 방향으로 구동되어, 구동력을 탄성에너지로 저장 또는 출력한다. 여기서, 저장부재(32)와 팔로워(31)는 상호 일체로 마련된다. 그로 인해, 팔로워(31)가 반경 길이가 불균일한 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)를 따라 회전됨으로써, 저장부재(32)를 직선 구동시킨다.

여기서, 저장부재(32)는 가스 스프링 또는 압축 코일 스프링을 포함한다. 그로 인해, 팔로워(31)가 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)에 간섭됨에 연동하여 저장부재(32)가 압축되어 탄성에너지를 저장하며, 압축력이 해제되면 저장된 탄성에너지를 근력 보조를 위해 출력한다.

한편, 팔로워(31)와 저장부재(32)는 일체로 마련된 상태로 하우징(33)에 감싸 지지된다. 여기서, 하우징(33)은 원통 형상을 가지며, 하우징(33)의 내부에는 저장부재(32)가 내장되고, 외부에는 저장부재(32)와 일체로 연결된 팔로워(31)가 노출되도록 지지된다.

또한, 하우징(33)에 지지되는 팔로워(31) 및 저장부재(32)는 제1링크(11)의 링크축(10a) 인근에 소정 깊이 인입되어 마련된 안착공간(14)에 삽입되어 안착된다. 여기서, 저장부재(32)가 제1링크(11)에 마련된 안착공간(14)의 내부에 삽입되고, 저장부재(32)에 일체로 마련된 팔로워(31)가 안착공간(14)의 외부로 노출되어 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)에 밀착된다. 이에 따라, 안착공간(14)의 인입된 깊이는 대략 저장부재(32)의 길이에 대응됨이 좋다.

참고로, 제1레버(11)에 마련된 안착공간(14)은 덮개(14a)에 커버되어 보호된다.

가이드부(40)는 구동부(20)와 저장부(30)가 연결 또는 분리되도록 가이드한다. 여기서, 가이드부(40)는 구동부(20)에 대해 저장부(30)가 간섭되는 간섭 위치와, 구동부(20)로부터 저장부(30)가 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 저장부(30)를 움직임 가능하게 가이드한다. 이때, 간섭 위치는 관절 구동시스템(1)의 근력 보조 모드에 대응되고, 비간섭 위치는 보행 모드에 대응된다. 이에 따라, 가이드부(40)는 근력 보조 모드와 보행 모드 사이에서 모드 전환되도록 가이드한다.

가이드부(40)는 도 2의 도시와 같이, 레버(41) 및 조작부재(42)를 포함한다.

레버(41)는 일측이 저장부(30)와 연결되어 움직임 가능하다. 이러한 레버(41)는 일단이 레버축(411)을 중심으로 회전 가능하도록 마련된다. 이때, 레버축(411)은 도 2의 도시와 같이, 제1링크(11)에 마련된 안착공간(14)에 결합될 수 있으나, 저장부(30)의 하우징(33)에 결합될 수도 있다.

레버(41)는 연결체(412)를 사이에 두고 저장부(30)의 하우징(33)과 연결된다. 그로 인해, 레버(41)의 움직임에 연결체(412)로 연결된 하우징(33)이 함께 움직일 수 있게 된다. 그러나, 레버(41)가 연결체(412)와 같은 연결수단 없이, 레버(41)의 일측이 저장부(30)의 하우징(33)에 직접 연결되는 변형예도 가능하다.

또한, 레버(41)는 일단으로부터 절곡되어 연장되는 조작단(413)을 포함한다. 조작단(413)은 후술할 조작부재(42)에 의해 작동되어 구동부(20)에 대해 저장부(30)가 간섭되는 간섭 위치 및 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 회전된다. 이러한 조작단(413)은 레버(41)의 일단으로부터 소정 각도 경사지도록 절곡되어 연장됨으로써, 하우징(33)이 삽입된 안착공간(14)으로부터 외부를 향해 돌출되어 노출된된다.

이러한 구성을 가지는 레버(41)는 도 3 내지 도 5의 도시와 같이, 하우징(33)과 연결체(412)로 연결된 상태로 조작단(413)을 작동시켜, 캠(21) 또는 기어 세트(미도시)와 팔로워(31) 사이가 접촉되거나 분리될 수 있다. 이러한 가이드부(40)의 동작은 관절 구동시스템(1)의 구동 설명과 함께, 보다 자세히 후술한다.

조작부재(42)는 간섭 위치와 비간섭 위치 사이에서 레버(41)를 작동시킨다. 이러한 조작부재(42)는 도 2, 도 6 내지 도 8의 도시와 같이, 가이더(43) 및 스위치(44)를 포함한다.

가이더(43)는 레버(41)의 조작단(413)의 움직임 궤적을 따라 마련된다. 여기서, 가이더(43)는 후술할 스위치(44)의 이동을 탄성 지지하도록 탄성력을 가진다. 보다 구체적으로, 가이더(43)는 레버(41)의 조작단(413)의 움직임 궤적에 대응되도록 길이 방향으로 연장된 형상을 가지되, 중간에 곡률진 밴딩영역(431)을 구비하여 후술할 스위치(44)에 간섭되어 탄성력을 압축 및 복원할 수 있는 판 스프링을 포함한다.

한편, 가이더(43)는 케이스(45)의 내부에 마련되어 보호된다.

스위치(44)는 가이더(43)를 따라 레버(41)의 조작단(413)을 이동시킨다. 즉, 스위치(44)는 조작단(413)에 연결된 일종의 버튼으로써, 사용자가 스위치(44)를 파지한 상태로 가이더(43)를 따라 이동시킴으로써, 연결된 레버(41)를 작동시킨다. 이러한 스위치(44)의 일측은 사용자에 의해 조작 가능하도록 케이스(45)의 외부로 노출되며, 타측은 케이스(45)의 내부에 마련된 레버(41)의 조작단(413)과 연결된다.

여기서, 스위치(44)는 레버(41)의 조작단(413)에 마련된 스위치 롤러(441)와 연결된다. 스위치 롤러(441)는 스위치(44)의 조작에 연동하여 가이더(43)를 따라 회전한다. 이때, 가이더(43)의 양단에는 스위치 롤러(441)가 안착될 수 있도록 라운딩된 제1 및 제2롤러홈(432)(433)이 마련된다. 이러한 제1 및 제2롤러홈(432)(433)은 스위치 롤러(441)의 외경에 대응됨으로써, 제1 및 제2롤러홈(433)에 안착된 스위치 롤러(441)가 스위치(44)를 통해 외력이 가해지기 전까지 유동되지 않고 안착된 자세를 유지할 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 관절 구동시스템(1)의 구동 동작을 도 1 내지 도 8을 참고하여 설명하면, 다음과 같다.

도 1 내지 도 3의 도시와 같이, 링크부(10)의 제1링크(11)가 링크축(10a)을 중심으로 회전되면, 제2링크(12)에 자세 유지되도록 연결된 구동부(20)의 캠(21) 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)를 따라 제1링크(11)의 회전에 연동하는 팔로워(31)가 이동한다.

한편, 사용자가 수화물을 드는 것과 같은 스쿼드 자세를 취할 경우 즉, 근력지원 모드에서는 인체의 관절 축에 대응되는 링크축(10a)에 마련된 팔로워(31)가 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)를 따라 도 3과 같이 간섭된다. 즉, 스쿼드 자세와 같이 근력 보조가 필요한 근력 보조 모드에서는, 캠(21) 또는 기어 세트(미도시)와 팔로워(31)가 상호 접촉된 간섭 위치 상태를 유지한다. 이때, 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)를 따라 회전되는 팔로워(31)의 움직임에 연동하여 일체로 마련된 저장부재(32)가 직선 방향으로 간섭됨으로써, 탄성 에너지를 저장한다. 이렇게 저장부재(32)에 저장되는 탄성에너지는 사용자가 근력 지원 자세를 취할 수 있는 구동력으로 소모된다.

도 3과 같은 간섭 위치 상태로 사용자가 보행할 경우, 사용자의 직접 움직임을 통하여 관절부의 움직임이 발생되어, 지속되는 보행에 사용 불편감을 유발할 수 있다. 이 경우, 사용자는 도 4의 도시와 같이, 레버(41)를 비간섭 위치로 이동시켜 보행 모드로 전환시킨다.

보다 구체적으로, 도 6과 같이 레버(41)의 조작단(413)과 연결된 조작부재(42)의 스위치(44)를 사용자가 파지한 상태로, 도 7 및 도 8과 같이 가이더(43)를 따라 이동하도록 조작시킨다. 여기서, 조작단(413)에 스위치(44)와 연결되도록 마련된 스위치 롤러(441)가 안착된 제1롤러홈(432)을 벗어나 가이더(43)의 길이 방향을 따라 제2롤러홈(433)까지 이동하여 안착된다. 이때, 가이더(43)의 밴딩영역(431)을 조작단(413)에 마련된 스위치 롤러(441)가 경유하여 가이더(43)가 상대적으로 압축된다. 또한, 스위치 롤러(441)가 밴딩영역(431)을 벗어나면, 가이더(43)의 탄성 복원력에 간섭되어 스위치 롤러(441)를 제2롤러홈(433)으로 작은 힘으로도 용이하게 이동시킨다.

참고로, 제2롤러홈(433)에서 제1롤러홈(432)으로 스위치 롤러(441)를 이동시키는 스위치(44)의 조작 동작시에도 가이더(43)는 탄성력에 의해 동일하게 가이드한다.

도 8과 같이 스위치(44)에 의해 레버(41)의 조작단(413)이 제1롤러홈(432)에서 제2롤러홈(433)까지 이동하면, 도 4와 같이 레버(41)와 연결된 저장부(30)가 소정 각도(a) 회전된다. 그로 인해, 저장부(30)는 구동부(20)에 대한 간섭 위치를 벗어나 비간섭 위치에 위치함으로써, 사용자의 보행을 간섭하지 않는다. 이때, 저장부(30)가 비간섭 위치로 이동함으로써, 캠(21) 또는 기어 세트(미도시)와 직접적인 접촉이 해제되어 저장부(30)에는 탄성 에너지가 저장되지 않는다.

이 후, 사용자가 다시 근력 보조가 필요할 경우, 도 8과 같이 제2롤러홈(433)에 위치한 스위치 롤러(441)가 도 6과 같이 제1롤러홈(432)으로 이동하도록 레버(41)와 연결된 스위치(44)를 조작시킨다. 그로 인해, 도 5와 같이, 구동부(20)에 대해 저장부(30)가 다시 접촉되는 간섭 위치로 이동하게 된다.

참고로, 제1링크(11)의 움직임에 연동하여 제2링크(12)에 결합된 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)를 따라 이동하는 팔로워(31)의 움직임에 별개로, 캠(21) 또는 기어 세트(미도시)는 자세가 일정하게 유지된다. 그로 인해, 캠(21) 또는 기어 세트(미도시)가 연결된 제2링크(12)가 지지하는 인체 부위 예컨대, 상체에 가해지는 부담은 유지하게 된다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 관절 구동시스템(100)이 개략적으로 도시된다.

도 9 및 도 10의 도시와 같이, 다른 실시예에 의한 관절 구동시스템(100)은 링크부(10), 구동부(120), 저장부(130) 및 가이드부(140)를 포함한다.

참고로, 다른 실시예에 의한 링크부(10)는 도 1을 참고하여 설명한 일 실시예에 의한 제1 및 제2링크(11)(12)를 포함하는 링크부(10)와 동일 구성을 가지므로, 자세한 설명 및 도시는 생략한다. 또한, 링크부(10)의 참조부호도 일 실시예와 동일하게 부여하여 설명한다.

구동부(120)는 링크부(10)와 연결되어, 근력지원 모드에서 관절의 구동력을 보조한다. 다른 실시예에 의한 구동부(120)는 구동원(121), 적어도 하나의 구동기어(122), 적어도 하나의 전달부재(123) 및 피동기어(124)를 포함한다.

구동원(121)은 링크부(10)와 연결되어 관절의 구동을 보조하는 구동력을 발생시킨다. 본 실시예에서는 구동원(121)이 제1링크(11)에 마련되며, 구동력을 발생시키는 모터를 포함하는 것으로 예시한다.

구동기어(122)는 구동원(121)의 구동력에 의해 회전되도록 적어도 하나 마련된다. 본 실시예에서는 구동기어(122)가 도 10의 도시와 같이, 구동원(121)의 구동축(121a)에 동축 설치되어 회전되는 것으로 예시한다.

전달부재(123)는 적어도 하나의 구동기어(122)와 맞물려 구동력을 저장부(130)로 전달한다. 이러한 전달부재(123)는 기어 또는 벨트로 마련되어 구동기어(122)와 저장부(130) 사이의 구동력 전달을 상호 연결시킬 수 있다. 본 실시예에서는 전달부재(123)가 하나의 기어로 마련되는 것으로 예시하나, 한정사항은 아니다.

한편, 구동부(120)의 구동원(121)과 구동기어(122)는 구동 지지 베어링(125)에 의해 회전 구동력이 지지될 수 있다.

피동기어(124) 적어도 하나의 전달부재(123) 중 어느 하나와 연결되어 회전된다. 이러한 피동기어(124)는 구동부(120)의 구동력에 피동됨으로써, 구동부(120)의 구동력을 후술할 저장부(130)로 제공한다.

저장부(130)는 링크부(10)의 회전에 연동하는 구동부(120)와 선택적으로 연결되어, 링크부(10)의 구동력을 저장 또는 출력한다. 이러한 저장부(130)는 피동기어(131)의 회전에 연동하여 탄성력이 압축 또는 팽창됨으로써, 구동력을 저장 또는 출력하는 압축 코일 스프링을 포함한다. 그러나, 저장부(130)가 압축 코일 스프링을 포함하는 것으로 꼭 한정하지 않으며, 저장부(130)가 다양한 탄성수단 중 어느 하나로 변경되거나 하나 이상 마련되는 변형예도 가능하다.

한편, 저장부(130)는 저장 지지체(131)에 의해 일측이 지지됨으로써, 제1링크(11)에 대해 안착되어 지지될 수 있다.

가이드부(140)는 구동부(120)와 저장부(130)를 상호 연결 또는 분리되도록 가이드한다. 다른 실시예에서는 가이드부(140)가 구동부(120)의 구동력에 연동하여 저장부(130)를 압축 또는 팽창시키도록 가이드한다. 이를 위해, 다른 실시예에 의한 가이드부(140)는 회전 가이더(141), 저장 가이더(142) 및 회전바(143)를 포함한다.

회전 가이더(141)는 압축 코일 스프링을 포함하는 저장부(130)의 일측이 안착되어 지지하며, 원반 형상을 가진다.

저장 가이더(142)는 회전 가이더(141)와 저장부(130)를 사이에 두고 마주한다. 이러한 저장 가이더(142)는 회전 가이더(141)와 마주한 상태로 저장부(130)의 타측을 지지한다. 한편, 저장 가이더(142)는 제1링크(11)에 고정될 수 있다.

회전바(143)는 피동기어(124)의 회전에 연동하여 저장부(130)의 압축 또는 팽창 방향으로 회전 가이더(141)의 움직임을 가이드한다. 이러한 회전바(143)는 외면에 나사산이 마련되는 일종의 스크류(Screw)이며, 회전 가이더(141)는 스크류를 포함하는 회전바(143)의 나사산을 따라 회전되어 이동되는 일종의 너트(Nut)일 수 있다.

이러한 구성을 가지는 가이드부(140)는 구동부(120)의 구동력에 연동하여 저장부(130)가 구동력을 저장 또는 출력하도록 가이드한다. 보다 구체적으로, 가이드부(140)는 저장부(130)의 일측과 타측이 각각 회전 가이더(141) 및 저장 가이더(142)에 의해 고정된 상태이며, 회전바(143)의 회전 움직임에 연동하여 회전 가이더(141)가 회전바(143)를 따라 이동하여 저장부(130)를 압축 또는 팽창시키게 된다. 또한, 구동부(120)로부터 구동력이 전달되지 않을 경우인 일반적인 보행 모드에서, 저장 가이더(142)는 저장부(130)에 대해 회전바(143)를 따라 자유 움직임 가능하도록 비구속된 상태이다.

한편, 회전 가이더(141)의 위치는 가변 가능하며, 회전 가이더(141)의 위치에 따라 자유장 대비 저장부(130)의 초기 압축하중이 변경될 수 있다. 이러한 회전 가이더(141)의 위치 및 개수는 도 9 및 도 10의 도시로만 한정되지 않는다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 관절 구동시스템(100)의 구동 동작을 도 9 및 도 10을 참고하여 설명한다.

우선, 일반적인 보행 모드에서는 압축 코일 스프링을 포함하는 저장부(130)은 자유장 상태로써, 구동부(120)의 하중이 작용되지 않는다. 그로 인해, 가이드부(140)의 저장 가이더(142)가 자유 움직임이 가능한 상태로써, 저장 가이더(142)가 저장부(130)가 장착된 방향에 대해 자유 움직임이 가능하다. 이때, 저장부(130)가 저장 가이더(142)의 자유 움직임에 압축되어 구동력을 저장할 수 있다.

반면에, 수화물을 드는 동작과 같은 근력지원 모드에서는 모터를 포함하는 구동원(121)으로부터 구동력이 발생되어 구동기어(122), 전달부재(123) 및 피동기어(124)를 통해 구동력이 저장부(130)측으로 전달된다. 이때, 피동기어(124)가 구동력에 의해 피동되어 회전함으로써, 피동기어(124)와 맞물린 회전바(143)가 저장 지지체(131)에 대해 회전하여, 회전 가이더(141)가 회전바(143)를 따라 위치 이동된다.

그로 인해, 회전 가이더(141)는 저장부(130)를 압축시키도록 이동함으로써, 저장부(130)에 구동력이 저장되어 관절 구동시의 하중을 지지하게 된다. 여기서, 저장부(130)가 비선형 권선 꼬임 형태로 마련된 경우, 비선형 가변강성을 가질 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1, 100: 관절 구동시스템 10: 링크부
11: 제1링크 12: 제2링크
20, 120: 구동부 21: 캠
24: 프로파일 30, 130: 저장부
31: 팔로워 32: 저장부재
40, 140: 가이드부 41: 레버
42: 조작부재 43: 가이더
44: 스위치 45: 케이스
121: 구동원 122: 구동기어
123: 전달부재 124: 피동기어
141: 회전 가이더 142: 저장 가이더
143: 회전바

Claims

인체의 관절 움직임을 지지하도록 상호 링크 연결되는 적어도 한 쌍의 링크를 포함하는 링크부;
상기 적어도 한 쌍의 링크 중 어느 하나에 마련되어, 상기 관절의 구동력을 보조하는 구동부;
상기 구동부와 선택적으로 연결되어, 상기 구동부의 구동력을 저장 또는 출력하는 저장부; 및
상기 구동부와 저장부를 상호 연결 또는 분리되도록 가이드하는 가이드부;
를 포함하며,
상기 저장부는 저장된 상기 구동력을 출력하여 상기 링크부의 링크 동작을 위한 근력을 보조하는 관절 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 링크부는 근력 및 보행 지원이 가능한 외골격 로봇 또는 웨어러블 로봇(Wearable robot) 중 어느 하나에 마련되는 복수의 링크들 중 적어도 한 쌍을 포함하는 관절 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 링크부는,
인체의 고관절과 연결되는 대퇴부를 지지하는 제1링크; 및
상기 제1링크와 상기 고관절의 관절축에 대응되는 링크축으로 링크 연결되는 제2링크;
를 포함하며,
상기 제2링크는 외골격을 포함하는 관절 구동시스템.
제3항에 있어서,
상기 저장부는 상기 제1링크에 마련된 안착공간에 안착되어, 상기 제1링크의 움직임에 연동하는 관절 구동시스템.
제3항에 있어서,
상기 구동부는 상기 링크부의 회전에 연동하도록 상기 제2링크에 축 결합되어 자세 유지되는 캠 또는 기어 세트를 포함하며,
상기 저장부는,
상기 제1링크의 회전에 연동하여 상기 캠의 프로파일(Profile) 또는 상기 기어 세트를 따라 따라 회전되는 팔로워; 및
상기 팔로워의 회전에 연동하여 직선 방향으로 구동되어, 상기 구동력을 탄성에너지로 저장 또는 출력하는 저장부재;
를 포함하는 관절 구동시스템.
제5항에 있어서,
상기 저장부재는 가스 스프링 또는 압축 코일 스프링을 포함하는 관절 구동시스템.
제5항에 있어서,
상기 팔로워는 상기 캠의 프로파일 또는 상기 기어 세트에 밀착되어 회전되는 팔로워 롤러 또는 팔로워 기어를 포함하며,
상기 팔로워 및 저장부재는 일체로 마련되어 상기 링크부의 링크축 인근에 마련된 안착공간에 삽입되어 안착되는 관절 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 가이드부는 근력 지원 모드에서 상기 구동부에 대해 상기 저장부를 간섭시키는 간섭 위치 및, 보행 모드에서 상기 구동부에 대해 상기 저장부를 비간섭시키는 비간섭 위치 사이에서 이동시키는 레버를 포함하는 관절 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 가이드부는,
일측이 상기 저장부와 연결되어 움직임 가능한 레버; 및
상기 구동부에 대해 상기 저장부가 간섭되는 간섭 위치 및 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 상기 레버를 작동시키는 작동부재;
를 포함하는 관절 구동시스템.
제9항에 있어서,
상기 레버의 일단은 상기 링크부에 힌지 연결되고 타단은 상기 일단으로부터 절곡되어 연장되는 조작단으로 마련되되,
상기 작동부재는,
상기 레버의 일단을 중심으로 회전되는 상기 조작단의 움직임을 가이드하는 가이더; 및
상기 가이더를 따라 상기 레버의 조작단을 이동시키는 스위치;
를 포함하는 관절 구동시스템.
제10항에 있어서,
상기 가이더는 상기 스위치의 이동을 탄성 지지하도록 탄성력을 가지는 관절 구동시스템.
제10항에 있어서,
상기 가이더는 상기 조작단의 움직임 궤적을 따라 길이 방향으로 연장되되, 중간에 곡률진 밴딩영역을 구비하는 판 스프링을 포함하는 관절 구동시스템.
제10항에 있어서,
상기 조작단에는 상기 스위치와 연결되어 상기 가이더를 따라 회전되는 스위치 롤러가 마련되며,
상기 가이더의 양 끝단에는 상기 스위치 롤러가 안착되는 제1 및 제2롤러홈이 마련되는 관절 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 링크부와 연결되어 상기 관절의 구동을 보조하는 구동력을 발생시키는 구동원;
상기 구동원의 구동력에 의해 회전되는 적어도 하나의 구동기어;
상기 적어도 하나의 구동기어와 맞물려 상기 구동력을 상기 저장부로 전달하는 적어도 하나의 전달부재; 및
상기 적어도 하나의 전달부재 중 어느 하나와 연결되어 회전되는 피동기어;
를 포함하며,
상기 구동원은 모터를 포함하고, 상기 전달부재는 기어 또는 벨트를 포함하는 관절 구동시스템.
제14항에 있어서,
상기 가이드부는,
상기 저장부의 일측을 지지하는 회전 가이더;
상기 회전 가이더와 상기 저장부를 사이에 두고 마주하여, 상기 저장부의 타측을 지지하는 저장 가이더; 및
상기 피동기어의 회전에 연동하여 상기 저장부의 압축 및 팽창 방향으로 상기 회전 가이더의 움직임을 가이드하는 회전바;
를 포함하며,
상기 구동부로부터 상기 구동력이 전달되지 않을 경우에는, 상기 저장 가이더는 상기 저장부에 대해 상기 회전바를 따라 자유 움직임이 가능하고,
상기 구동부로부터 상기 구동력이 전달될 경우에는, 상기 회전바를 따라 움직이는 상기 회전 가이더에 의해 상기 저장부가 상기 저장 가이더를 향해 압축되거나 팽창되는 관절 구동시스템.
제15항에 있어서,
상기 저장부는 상기 피동기어의 회전에 연동하며 탄성력이 압축 또는 팽창되어, 상기 구동력을 저장하거나 출력하는 압축 코일 스프링을 포함하고,
상기 회전바는 스크류(Screw)를 포함하는 관절 구동시스템.
제15항에 있어서,
상기 회전 가이더의 위치는 가변 가능하며, 상기 회전 가이더의 위치에 따라 자유장 대비 상기 저장부의 초기 압축하중이 변경되는 관절 구동시스템.
인체의 관절축에 대응되는 링크축을 중심으로 상호 링크 연결되는 적어도 한 쌍의 링크를 포함하는 링크부;
근력지원 모드에서 구동력을 제공하도록, 상기 적어도 한 쌍의 링크 중 어느 하나에 마련되는 구동부;
상기 구동부의 프로파일을 따라 이동하면서, 상기 구동부의 구동력을 저장 또는 출력하는 저장부; 및
보행 모드 및 상기 근력 지원 모드에 따라, 상기 구동부와 저장부를 상호 연결 또는 분리되도록 가이드하는 가이드부;
를 포함하며,
상기 저장부는 상기 보행 모드에서는 상기 구동력을 저장하고, 상기 근력 지원 모드에서는 저장된 상기 구동력을 출력하여 상기 링크부의 링크 동작을 위한 근력을 보조하는 관절 구동시스템.
제18항에 있어서,
상기 링크부는,
인체의 고관절과 연결되는 대퇴부를 지지하는 제1링크; 및
상기 제1링크와 상기 링크축으로 링크 연결되는 제2링크;
를 포함하는 관절 구동시스템.
제19항에 있어서,
상기 구동부는 상기 제2링크에 축 결합되어 자세 유지되는 캠 또는 기어 세트를 포함하며,
상기 저장부는,
상기 제1링크의 회전에 연동하여 상기 캠의 프로파일(Profile) 또는 상기 기어 세트를 따라 회전되는 팔로워; 및
상기 팔로워의 회전에 연동하여 직선 방향으로 구동되어, 상기 구동력을 탄성에너지로 저장 또는 출력하는 저장부재;
를 포함하는 관절 구동시스템.
제20항에 있어서,
상기 팔로워는 상기 캠의 프로파일 또는 상기 기어 세트에 밀착되어 회전되는 팔로워 롤러 또는 팔로워 기어를 포함하고,
상기 팔로워 및 저장부재는 일체로 마련되어 상기 링크부의 링크축 인근에 마련된 안착공간에 삽입되어 안착되며,
상기 저장부재는 가스 스프링 또는 압축 코일 스프링을 포함하는 관절 구동시스템.
제18항에 있어서,
상기 가이드부는,
일측이 상기 저장부와 연결되어 움직임 가능한 레버; 및
상기 구동부에 대해 상기 저장부가 간섭되는 간섭 위치 및 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 상기 레버를 작동시키는 작동부재;
를 포함하며,
상기 근력 지원 모드에서 상기 레버는 상기 간섭 위치에 위치하고, 상기 보행 모드에서 상기 레버는 상기 비간섭 위치에 위치하는 관절 구동시스템.
제22항에 있어서,
상기 레버의 일단은 상기 링크부에 힌지 연결되고 타단은 상기 일단으로부터 절곡되어 연장되는 조작단으로 마련되되,
상기 작동부재는,
상기 레버의 일단을 중심으로 회전되는 상기 조작단의 움직임을 가이드하는 가이더; 및
상기 가이더를 따라 상기 레버의 조작단을 이동시키는 스위치;
를 포함하며,
상기 가이더는 상기 조작단의 움직임 궤적을 따라 길이 방향으로 연장되되, 중간에 곡률진 밴딩영역을 구비하는 판 스프링을 포함하는 관절 구동시스템.
제23항에 있어서,
상기 조작단에는 상기 스위치와 연결되어 상기 가이더를 따라 회전되는 스위치 롤러가 마련되며,
상기 가이더의 양 끝단에는 상기 스위치 롤러가 안착되는 제1 및 제2롤러홈이 마련되는 관절 구동시스템.
제18항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 링크부와 연결되어 상기 근력지원 모드에서 구동력을 발생시키는 구동원;
상기 구동원의 구동력에 의해 회전되는 적어도 하나의 구동기어;
상기 적어도 하나의 구동기어와 맞물려 상기 구동력을 상기 저장부로 전달하는 적어도 하나의 전달부재; 및
상기 적어도 하나의 전달부재 중 어느 하나와 연결되어 회전되는 피동기어;
를 포함하며,
상기 구동원은 모터를 포함하고, 상기 전달부재는 기어 또는 벨트를 포함하는 관절 구동시스템.
제25항에 있어서,
상기 가이드부는,
상기 저장부의 일측을 지지하는 회전 가이더;
상기 회전 가이더와 상기 저장부를 사이에 두고 마주하여, 상기 저장부의 타측을 지지하는 저장 가이더; 및
상기 피동기어의 회전에 연동하여 상기 저장부의 압축 및 팽창 방향으로 상기 회전 가이더의 움직임을 가이드하는 회전바;
를 포함하며,
상기 보행 모드에서 상기 저장 가이더는 상기 저장부에 대해 상기 회전바를 따라 자유 움직임이 가능하고,
상기 근력지원 모드에서 상기 회전바를 따라 움직이는 상기 회전 가이더에 의해 상기 저장부가 상기 저장 가이더를 향해 압축되거나 팽창되는 관절 구동시스템.
제26항에 있어서,
상기 저장부는 상기 피동기어의 회전에 연동하며 탄성력이 압축 또는 팽창되어, 상기 구동력을 저장하거나 출력하는 압축 코일 스프링을 포함하고,
상기 회전바는 스크류(Screw)를 포함하는 관절 구동시스템.
제26항에 있어서,
상기 회전 가이더의 위치는 가변 가능하며, 상기 회전 가이더의 위치에 따라 자유장 대비 상기 저장부의 초기 압축하중이 변경되는 관절 구동시스템.