KR102478080B1

KR102478080B1 - Walking assistanc robot system and control method therefor

Info

Publication number: KR102478080B1
Application number: KR1020160061510A
Authority: KR
Inventors: 신완재
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2022-12-16
Also published as: KR20170131747A

Abstract

클러치를 사용하여야 하는 하반신 마비 환자용 보행 보조 로봇의 구동 시 적절한 무게 균형이 유지된 상태인지 판단한 이후 로봇을 구동시킴으로써 보행 안전성을 향상시킬 수 있는 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법이 개시된다. 상기 보행 보조 로봇 시스템은, 착용자의 하지에 고정되는 링크와 링크 사이의 관절 및 상기 관절을 구동하는 관절구동부를 포함하는 보행 보조 로봇; 상기 착용자가 양손으로 잡은 상태로 상기 보행 보조 로봇의 보행 방향 전방에서 상기 착용자를 지지하는 좌우 클러치; 상기 착용자의 다리에 의한 지면반력과 상기 클러치에 의한 지면반력을 각각 검출하는 복수의 센서; 및 상기 복수의 센서에서 각각 검출된 지면반력에 기반하여 상기 착용자의 보행의도를 판단하고 판단된 보행의도에 따라 상기 관절구동부를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.Disclosed are a walking assistance robot system capable of improving walking safety by driving the walking aid robot after determining whether an appropriate weight balance is maintained when driving the walking aid robot for a paraplegic patient who needs to use a clutch, and a control method thereof. The walking assistance robot system may include a walking assistance robot including a link fixed to a wearer's lower extremity, a joint between the links, and a joint driving unit for driving the joint; Left and right clutches supporting the wearer in the front direction of the walking assistance robot while holding the wearer with both hands; a plurality of sensors each detecting a ground reaction force by the wearer's leg and a ground reaction force by the clutch; and a controller that determines the wearer's walking intention based on the ground reaction force detected by the plurality of sensors and controls the joint driving unit according to the determined walking intention.

Description

Walking assist robot system and its control method

본 발명은 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클러치를 사용하여야 하는 하반신 마비 환자용 보행 보조 로봇의 구동 시 적절한 무게 균형이 유지된 상태인지 판단한 이후 로봇을 구동시킴으로써 보행 안전성을 향상시킬 수 있는 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a walking assistance robot system and a control method thereof, and more particularly, to improve walking safety by driving the robot after determining whether an appropriate weight balance is maintained when driving a walking assistance robot for a paraplegic patient who must use a clutch. It relates to a walking assistance robot system that can be improved and a control method thereof.

일반적으로, 하반신 마비 환자는 스스로 다리를 움직여 보행을 하는 것이 불가능하므로, 이동을 위해서 휠체어를 이용하거나 보행 보조 로봇을 착용하여야 한다. 특히, 하반신 마비 환자는 하체를 움직일 수 없으므로 보행 보조 로봇 자체로만 직립 및 보행을 유지하는데 어려움이 있어 클러치를 보조 수단으로 사용하고 있다.In general, paraplegic patients are unable to walk by moving their legs, so they must use a wheelchair or wear a walking assistance robot for movement. In particular, since paraplegic patients cannot move their lower body, it is difficult to maintain upright posture and walking with only the walking assistance robot itself, so a clutch is used as an auxiliary means.

하반신 마비 환자용 보행 보조 로봇은 착용자가 보행 명령을 스위치 등을 이용하여 입력하면 동작을 개시하는데, 착용자가 보행 명령 스위치를 이용하여 보행 명령을 입력하기 이전에 적절한 보행 준비자세가 갖춰지지 않는 경우 균형을 잡지 못하고 넘어지는 사고가 발생할 수 있다.A walking assistance robot for paraplegic patients starts an operation when the wearer inputs a walking command using a switch, etc. Failure to catch and fall accidents may occur.

특히, 착용자가 보행 명령 스위치를 오작동하는 경우에는 전혀 보행을 위한 준비가 이루어지지 않은 상태이므로 착용자가 예측할 수 없는 자세로 낙상하게 되고 심지어 손에는 클러치를 쥐고 있는 상태이므로, 착용자도 큰 부상을 입게 될 뿐만 아니라 클러치로 주변의 사람들을 타격하게 되는 큰 사고를 유발시킬 수 있다.In particular, when the wearer malfunctions the walking command switch, the wearer is not prepared for walking at all, so the wearer falls in an unpredictable posture, and even the clutch is held in the hand, so the wearer may be seriously injured. In addition, it can cause a big accident that hits people around you with the clutch.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the background art above are only for improving understanding of the background of the present invention, and should not be taken as an admission that they correspond to prior art already known to those skilled in the art.

이에 본 발명은, 하반신 마비 환자용으로 클러치를 갖는 보행 보조 로봇에 있어서, 안정적인 보행이 가능하도록 적절한 무게 균형이 유지된 상태인지 판단한 이후 로봇을 구동시킴으로써 보행 안전성을 향상시키고 착용자의 낙상이나 주변 사람들을 타격하는 사고를 미연에 방지할 수 있는 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.Therefore, the present invention, in a walking assistance robot having a clutch for a paraplegic patient, determines whether an appropriate weight balance is maintained to enable stable walking, and then drives the robot to improve walking safety and to prevent the wearer from falling or hitting people around him. It relates to a walking assistance robot system and its control method that can prevent accidents in advance.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,As a means for solving the above technical problem, the present invention,

착용자의 하지에 고정되는 링크와 링크 사이의 관절 및 상기 관절을 구동하는 관절구동부를 포함하는 보행 보조 로봇;A walking assistance robot including links fixed to the wearer's lower extremities, joints between the links, and a joint driving unit for driving the joints;

상기 착용자가 양손으로 잡은 상태로 상기 보행 보조 로봇의 보행 방향 전방에서 상기 착용자를 지지하는 좌우 클러치;Left and right clutches supporting the wearer in the front direction of the walking assistance robot while holding the wearer with both hands;

상기 착용자의 다리에 의한 지면반력과 상기 클러치에 의한 지면반력을 각각 검출하는 복수의 센서; 및a plurality of sensors each detecting a ground reaction force by the wearer's leg and a ground reaction force by the clutch; and

상기 복수의 센서에서 각각 검출된 지면반력에 기반하여 상기 착용자의 보행의도를 판단하고 판단된 보행의도에 따라 상기 관절구동부를 제어하는 컨트롤러;a controller for determining a gait intention of the wearer based on the ground reaction force detected by each of the plurality of sensors and controlling the joint driving unit according to the determined gait intention;

를 포함하는 보행 보조 로봇 시스템을 제공한다.It provides a walking assistance robot system comprising a.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 착용자로부터 보행 명령을 입력 받으면 상기 좌우 클러치에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 제1 기준값 보다 큰 경우 보행 준비가 완료된 것으로 판단할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the controller may determine that preparation for walking is completed when a sum of ground reaction forces detected by the left and right clutches is greater than a preset first reference value upon receiving a walk command from the wearer.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 제2 기준값 보다 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the controller may drive the driving unit so that the other leg moves forward when the sum of the ground reaction force by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is greater than a preset second reference value.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 상기 제2 기준값 보다 크고, 상기 일측의 클러치에 의한 지면반력이 상기 일측의 다리에 의한 지면반력 보다 더 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the controller is configured such that the sum of the ground reaction forces by one of the left and right clutches and the leg is greater than the preset second reference value, and the ground reaction force by the clutch on the one side is caused by the leg on the one side. When greater than the ground reaction force, the driving unit may be driven so that the other leg moves forward.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 클러치에 설치된 센서는 상기 클러치와 지면이 접촉하는 접촉면에 설치되거나, 상기 착용자의 손으로 상기 클러치를 쥐는 클러치 손잡이에 설치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the sensor installed in the clutch may be installed on a contact surface where the clutch and the ground come into contact, or may be installed on a clutch handle holding the clutch with the wearer's hand.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,As another means for solving the above technical problem, the present invention,

착용자의 하지에 고정되는 링크와 링크 사이의 관절 및 상기 관절을 구동하는 구동부를 포함하는 보행 보조 로봇과, 상기 착용자가 양손으로 잡은 상태로 상기 보행 보조 로봇의 보행 방향 전방에서 상기 착용자를 지지하는 좌우 클러치 및 상기 착용자의 다리에 의한 지면반력과 상기 클러치에 의한 지면반력을 각각 검출하는 복수의 센서를 포함하는 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법에 있어서,A walking assistance robot including a link fixed to a wearer's lower extremity, a joint between the links, and a drive unit for driving the joint, and left and right supporting the wearer in the front direction of walking of the walking assistance robot while the wearer holds the joint with both hands. In the control method of a walking assistance robot system including a clutch and a plurality of sensors for detecting the ground reaction force by the wearer's leg and the ground reaction force by the clutch, respectively,

컨트롤러에서, 상기 착용자로부터 보행 명령을 입력 받으면 상기 좌우 클러치에서 검출된 지면반력의 합에 기반하여 보행 준비 완료 여부를 판단하는 단계; 및determining, in a controller, whether preparation for walking is complete based on a sum of ground reaction forces detected by the left and right clutches when a walking command is received from the wearer; and

상기 컨트롤러에서, 보행 준비가 완료된 것으로 판단된 경우, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합에 기반하여 상기 구동부를 구동하는 단계;driving the driving unit based on a sum of ground reaction forces by a clutch and a leg on one side of left and right sides when it is determined that preparation for walking is completed by the controller;

를 포함하는 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법을 제공한다.It provides a control method of a walking aid robot system comprising a.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 판단하는 단계는, 상기 착용자로부터 보행 명령을 입력 받으면 상기 좌우 클러치에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 제1 기준값 보다 큰 경우 보행 준비가 완료된 것으로 판단할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the determining step, when a walking command is received from the wearer and the sum of the ground reaction forces detected by the left and right clutches is greater than a preset first reference value, it may be determined that preparation for walking is completed. .

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구동하는 단계는, 보행 준비가 완료된 것으로 판단된 경우, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 제2 기준값 보다 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the driving step, when it is determined that preparation for walking is completed, when the sum of the ground reaction force by the clutch and leg on one side of the left and right sides is greater than a preset second reference value, the other leg moves The driving unit may be driven to move forward.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구동하는 단계는, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 상기 제2 기준값 보다 크고, 상기 일측의 클러치에 의한 지면반력이 상기 일측의 다리에 의한 지면반력 보다 더 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the driving step, the sum of the ground reaction force by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is greater than the second reference value set in advance, and the ground reaction force by the clutch on the one side is greater than the leg on the one side When greater than the ground reaction force by , the driving unit may be driven so that the other leg moves forward.

상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 착용자에 의해 보행 명령이 입력되면 양 클러치와 양 발의 지면반력을 검출하여 적절한 보행 준비가 완료된 상태인지 판단하고서 로봇을 구동함으로써, 착용자가 넘어지는 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the walking assistance robot system and its control method having the above-described problem solving means, when a walking command is input by the wearer, the ground reaction force of both clutches and both feet is detected to determine whether appropriate preparation for walking is completed, and then the robot is driven. By doing so, there is an effect of preventing an accident in which the wearer falls.

또한, 상기 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 클러치를 쥐고 있는 상태에서 착용자가 넘어짐에 따라 주변의 사람들까지 타격하는 사고 또한 예방할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the walking assistance robot system and its control method, there is an effect of preventing an accident in which even people around are hit as the wearer falls while holding the clutch.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 4, 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어 방법에서 클러치와 발의 지면반력을 상태 별로 도시한 도면이다.1 and 2 are diagrams illustrating a walking assistance robot system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a control method of a walking assistance robot system according to an embodiment of the present invention.
4, 5a and 5b are diagrams showing the ground reaction force of the clutch and the feet for each state in the walking assistance robot system and its control method according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a walking assistance robot system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention according to various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템을 도시한 도면이다.1 and 2 are diagrams illustrating a walking assistance robot system according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템은, 착용자(H)의 하지에 착용되는 보행 보조 로봇(21r, 21l)과 착용자(H)가 손을 이용하여 쥐고서 지면을 지지하는 클러치(11r, 11l)과 보행 보조 로봇(21r, 21l) 또는 착용자(H)의 발에 설치되어 착용자(H)의 다리에 의해 지면에 가해지는 하중(지면반력)을 검출하고 클러치(11r, 11l)에 설치되어 클러치(11r, 11l)에 의해 지면에 가해지는 하중(지면반력)을 검출하는 복수의 센서(예를 들어, 힘 센서)(FR, FL, CR, CL)와, 복수의 센서(111r, 111l, 211r, 211l)에 의해 검출된 힘을 이용하여 착용자(H)의 보행 준비 상태를 판단하고 전진하는 다리를 결정하여 보행 보조 로봇(21r, 21l)을 구동 제어하는 컨트롤러(21)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the walking assistance robot system according to an embodiment of the present invention includes walking assistance robots 21r and 21l worn on the lower extremities of the wearer H and the wearer H using their hands. It is installed on the clutches 11r and 11l that hold and support the ground and the walking assistance robots 21r and 21l or the feet of the wearer H to detect the load (ground reaction force) applied to the ground by the legs of the wearer H A plurality of sensors (e.g., force sensors) (FR, FL, CR, CL) installed in the clutches 11r and 11l to detect a load (ground reaction force) applied to the ground by the clutches 11r and 11l, and , Using the force detected by the plurality of sensors 111r, 111l, 211r, 211l, the wearer H's walking preparation state is determined and the moving leg is determined to drive and control the walking assistance robots 21r and 21l. A controller 21 may be included.

보행 보조 로봇(21r, 21l)은 복수의 링크와 링크를 상호 연결하는 관절과 관절을 구동하는 모터 또는 액추에이터를 포함하는 관절 구동부(31)를 포함한다. 도 1에 도시된 예는 보행 보조 로봇을 매우 간략하게 기본적인 구성만으로 도시한 것으로, 착용자(H)의 양 다리에 각각 두 개의 링크와 그 링크를 연결하는 관절을 도시하고 있으나, 실제 하반신 마비 환자용 보행 보조 로봇은 더욱 복잡한 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 고관절이나 발목에 해당하는 관절을 가질 수도 있으며 등을 지지하기 위한 바디부를 구비할 수도 있고 착용자의 발을 안착하기 위한 구조까지 포함할 수도 있다.The walking assistance robots 21r and 21l include a plurality of links, a joint driving unit 31 including joints interconnecting the links, and motors or actuators that drive the joints. The example shown in FIG. 1 shows the walking assistance robot with only the basic configuration very briefly, showing two links on both legs of the wearer H and joints connecting the links, respectively, but actually walking for paraplegic patients. Assistive robots may have more complex structures. For example, it may have a joint corresponding to a hip joint or an ankle, may have a body part for supporting the back, and may even include a structure for seating the wearer's feet.

이러한 보행 보조 로봇(21r, 21l)은 착용자(H)의 하지에 결박되어 고정됨으로써 보행자의 하지에 힘을 부여할 수 있게 된다.These walking assistance robots 21r and 21l are bound and fixed to the lower limbs of the wearer H, so that force can be applied to the lower limbs of the pedestrian.

이상에서 설명한 것 이외에도, 보행 보조 로봇(21r, 21l)은, 관절 구동부(31)의 구동량(회전량)을 검출하기 위한 엔코더와 같은 추가적인 센서 등도 포함할 수 있다.In addition to what has been described above, the walking assistance robots 21r and 21l may also include an additional sensor such as an encoder for detecting the driving amount (rotation amount) of the joint drive unit 31 .

클러치(11r, 11l)는 착용자(H)가 손으로 쥐고 양 다리보다 전방에서 상체를 지지하기 위한 것이다. 클러치(11r, 11l)의 손잡이 부분 등에는 착용자(H)가 보행 명령을 입력하기 위한 수단(스위치 등)이 구비될 수 있으며, 스위치를 통해 입력되는 보행 명령은 컨트롤러(21)로 입력되어 컨트롤러(21)가 힘의 균형 상태를 판단하고 보행 보조 로봇의 관절 구동부(31)를 구동하기 위한 신호로 사용될 수 있다.The clutches 11r and 11l are held by the wearer H by hand and are for supporting the upper body in front of both legs. A means (such as a switch) for the wearer H to input a walking command may be provided on the handle portion of the clutches 11r and 11l, and the walking command input through the switch is input to the controller 21 and the controller ( 21) may be used as a signal for determining a force balance state and driving the joint drive unit 31 of the walking assistance robot.

복수의 센서(111r, 111l, 211r, 211l)는 착용자(H)의 다리가 지면에 가하는 하중(힘, 지면반력)을 검출하기 위한 힘센서(예를 들어, 로드셀) 및 클러치(11r, 11l)가 지면에 가하는 하중(힘, 지면반력)을 검출하기 위한 힘센서(예를 들어, 로드셀)을 포함한다.The plurality of sensors 111r, 111l, 211r, and 211l include force sensors (eg, load cells) and clutches 11r and 11l for detecting loads (force, ground reaction force) applied to the ground by the legs of the wearer H. includes a force sensor (eg, a load cell) for detecting a load (force, ground reaction force) applied to the ground.

다리에 의한 지면반력을 검출하는 힘센서(211r, 211l)는 착용자(H)의 신발의 바닥부에 설치될 수 있다. 다른 예로, 보행 보조 로봇이 착용자의 발을 안착하기 위한 발 구조를 포함하는 경우에는 보행 보조 로봇이 갖는 발 구조물의 바닥부에 힘센서(211r, 211l)가 설치될 수도 있다.The force sensors 211r and 211l for detecting the ground reaction force by the legs may be installed on the bottom of the shoe of the wearer H. As another example, when the walking assistance robot includes a foot structure for seating the wearer's feet, the force sensors 211r and 211l may be installed on the bottom of the foot structure of the walking assistance robot.

또한, 클러치(11r, 11l)에 설치되는 힘센서(111r, 111l)도 클러치가 지면과 접촉하는 접촉부에 설치되거나, 손잡이에 설치되어 손으로 지면을 지지하는 힘을 검출할 수도 있다.In addition, the force sensors 111r and 111l installed in the clutches 11r and 11l may also be installed in contact portions where the clutches come into contact with the ground, or may be installed in handles to detect the force of supporting the ground by hand.

컨트롤러(21)는 복수의 센서(111r, 111l, 211r, 211l)에서 각각 검출된 지면의 반력에 기반하여 착용자의 보행의도를 판단하고 판단된 보행의도에 따라 보행보조 로봇의 관절 구동부(31)를 제어한다.The controller 21 determines the wearer's walking intention based on the reaction force of the ground detected by the plurality of sensors 111r, 111l, 211r, and 211l, respectively, and determines the joint drive unit 31 of the walking aid robot according to the determined walking intention. ) to control.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템의 작용은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법에 대한 설명을 통해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The operation of the walking assistance robot system according to an embodiment of the present invention having the above structure will be more clearly understood through the description of the control method of the walking assistance robot system according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다. 또한, 도 4, 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어 방법에서 클러치와 발의 지면반력을 상태 별로 도시한 도면이다.3 is a flowchart illustrating a control method of a walking assistance robot system according to an embodiment of the present invention. 4, 5a and 5b are diagrams showing the ground reaction force of the clutch and the feet for each state in the walking assistance robot system and its control method according to an embodiment of the present invention.

먼저, 컨트롤러(21)가 착용자(H)에 의한 보행 명령을 입력 받으면(S11), 컨트롤러(21)는 좌우 클러치(11r, 11l)에서 검출된 지면반력의 크기를 확인한다(S12). 예를 들어, 컨트롤러(21)는 좌우 클러치(11r, 11l)에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 기준값(k1)보다 큰지 확인한다(S12). First, when the controller 21 receives a walking command from the wearer H (S11), the controller 21 checks the magnitude of the ground reaction force detected by the left and right clutches 11r and 11l (S12). For example, the controller 21 checks whether the sum of the ground reaction forces detected by the left and right clutches 11r and 11l is greater than a preset reference value k1 (S12).

이는, 클러치를 사용하는 경우, 사용자가 상체를 기울여 클러치로 지면을 안정적으로 지지한 이후 하지를 이용하여 걸음을 시작하는 점을 감안한 것으로, 두 클러치(11r, 11l)에 충분한 힘이 작용되고 있지 않은 경우에는 보행을 할 준비가 적절하게 이루어지지 않은 것으로 판단하기 위함이다.This is in consideration of the fact that when using the clutch, the user tilts the upper body to stably support the ground with the clutch and then starts walking using the lower extremity, and it is assumed that sufficient force is not applied to the two clutches 11r and 11l. In this case, it is to determine that the preparation for walking is not properly made.

만약, 착용자(H)에 의한 보행 명령을 입력되었으나 좌우 클러치(11r, 11l)에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 기준값(k1)보다 작다면, 컨트롤러(21)는 보행 준비가 되지 않은 것으로 판단하고 보행 준비를 새로이 할 것을 경고할 수 있다.If a walking command is input by the wearer H, but the sum of the ground reaction forces detected by the left and right clutches 11r and 11l is smaller than the preset reference value k1, the controller 21 determines that the walk is not ready and warn to renew walking preparations.

단계(S12)에서 보행 준비가 적절하게 이루어진 것으로 판단하는 예가 도 4에 도시된다.An example of determining that preparation for walking is appropriately made in step S12 is shown in FIG. 4 .

이어, 단계(S12)에서 좌우 클러치(11r, 11l)에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 기준값(k1)보다 크다면, 컨트롤러(21)는 보행 준비가 적절하게 완료된 것으로 판단하고, 좌우측 중 일측(도 3에서는 좌측의 예를 도시함)의 다리 및 클러치에서 검출되는 하중(지면반력)의 크기를 판단한다(S13). 예를 들어, 컨트롤러(21)는 좌우측 중 일측의 다리 및 클러치에서 검출되는 하중(지면반력)의 크기가 사전 설정된 제2 기준값(k2) 보다 큰지 판단한다.Then, in step S12, if the sum of the ground reaction forces detected by the left and right clutches 11r and 11l is greater than the preset reference value k1, the controller 21 determines that preparation for walking is appropriately completed, and one of the left and right The magnitude of the load (ground reaction force) detected from the leg and clutch (Fig. 3 shows the example on the left) is determined (S13). For example, the controller 21 determines whether the magnitude of the load (ground reaction force) detected by one of the left and right legs and the clutch is greater than a preset second reference value k2.

이는, 클러치를 사용하는 보행의 경우, 사용자가 두 다리 중 하나를 전진시키고자 할 때 전진시키고자 하는 다리의 반대쪽으로 체중을 싣게 된다는 점을 감안한 것이다.This is in consideration of the fact that in the case of walking using a clutch, when a user tries to move one of his legs forward, he puts his weight on the opposite side of the leg he wants to move forward.

도 3에 도시된 단계(S13)에서 판단된 예가 도 5a에 도시된다. 컨트롤러(21)에 의해 좌측 클러치와 좌측 다리에 의해 하중이 실려있어 두 하중의 합이 사전 설정된 제2 기준값(k2) 보다 큰 것으로 판단된 경우에는, 도 5a와 같이 컨트롤러(21)가 보행 보조 로봇의 우측 다리에 구비되는 관절구동부를 제어하여 우측 다리가 전방으로 전진하도록 제어할 수 있다(S15).An example determined in step S13 shown in FIG. 3 is shown in FIG. 5A. When it is determined that the load is loaded by the left clutch and the left leg by the controller 21 and the sum of the two loads is greater than the preset second reference value k2, the controller 21 operates the walking assistance robot as shown in FIG. 5A. It is possible to control the right leg to move forward by controlling the joint driving unit provided in the right leg of (S15).

만약, 단계(S13)에서 좌측 클러치와 좌측 다리에 의한 하중을 검출한 값이 제2 기준값(k2) 보다 크지 않다면, 컨트롤러(21)는 우측 클러치와 우측 다리에 의한 하중을 검출한 값과 또 다른 기준값(k4, 제2 기준값(k2)와 같은 값이 될 수 있음)을 비교한다.If, in step S13, the detected value of the load due to the left clutch and the left leg is not greater than the second reference value k2, the controller 21 sets another value different from the detected value of the load due to the right clutch and the right leg. A reference value (k4, which may be the same value as the second reference value k2) is compared.

도 3에 도시된 단계(S14)에서 판단된 예가 도 5b에 도시된다. 컨트롤러(21)에 의해 우측 클러치와 우측 다리에 의해 하중이 실려있어 두 하중의 합이 사전 설정된 기준값(k4) 보다 큰 것으로 판단된 경우에는, 도 5ㅠ와 같이 컨트롤러(21)가 보행 보조 로봇의 우측 다리에 구비되는 관절구동부를 제어하여 좌측 다리가 전방으로 전진하도록 제어할 수 있다(S16).An example determined in step S14 shown in FIG. 3 is shown in FIG. 5B. When it is determined that the load is loaded by the right clutch and the right leg by the controller 21 and the sum of the two loads is greater than the preset reference value k4, the controller 21 controls the walking assistance robot as shown in FIG. It is possible to control the left leg to move forward by controlling the joint driving unit provided in the right leg (S16).

한편, 본 발명의 일 실시형태에서는, 더욱 안전한 제어를 위해, 단계(S13)에서 좌측 클러치와 좌측 다리에 의한 하중을 검출한 값이 제2 기준값(k2) 보다 큰 것으로 판단한 이후 우측 다리를 전진하도록 제어하기 전에, 컨트롤러(21)가 좌측 클러치에 의한 지면반력(하중)과 좌측 다리에 의한 지면반력(하중)을 비교한다(S21). 컨트롤러(21)는 좌측 클러치에 의한 지면반력(하중)이 좌측 다리에 의한 지면반력(하중)보다 충분히 큰 경우(도 3이 예에서는 k3(1보다 큰 양수) 배가 되는 경우에 우측 다리를 전진시킨다(S15).On the other hand, in one embodiment of the present invention, for more safe control, after determining that the detected value of the load by the left clutch and the left leg is greater than the second reference value k2 in step S13, the right leg is moved forward. Before control, the controller 21 compares the ground reaction force (load) by the left clutch and the ground reaction force (load) by the left leg (S21). The controller 21 advances the right leg when the ground reaction force (load) by the left clutch is sufficiently greater than the ground reaction force (load) by the left leg (in the example of FIG. 3, k3 (a positive number greater than 1) is doubled) (S15).

이는 좌측으로 하중이 실린 상태이더라도, 좌측 클러치보다 상대적으로 후방에 위치한 좌측 다리에 체중이 실린 상태에서 우측 다리가 전진하게 되면 착용자(H)가 뒤로 넘어질 수 있음을 감안한 것이다.This is in consideration of the fact that the wearer H may fall backward when the right leg moves forward while the weight is on the left leg located relatively rearward than the left clutch even when the load is loaded to the left side.

마찬가지로, 단계(S14)에서 우측 클러치와 우측 다리에 의한 하중을 검출한 값이 기준값(k4) 보다 큰 것으로 판단한 이후 좌측 다리를 전진하도록 제어하기 전에, 컨트롤러(21)가 우측 클러치에 의한 지면반력(하중)과 우측 다리에 의한 지면반력(하중)을 비교한다(S22). 컨트롤러(21)는 우측 클러치에 의한 지면반력(하중)이 우측 다리에 의한 지면반력(하중)보다 충분히 큰 경우(도 3이 예에서는 k5(1보다 큰 양수) 배가 되는 경우에 좌측 다리를 전진시킨다(S15).Similarly, after determining that the detected value of the load by the right clutch and the right leg in step S14 is greater than the reference value k4, before controlling the left leg to move forward, the controller 21 determines the ground reaction force by the right clutch ( load) and the ground reaction force (load) by the right leg (S22). The controller 21 advances the left leg when the ground reaction force (load) by the right clutch is sufficiently greater than the ground reaction force (load) by the right leg (in the example of FIG. 3, k5 (a positive number greater than 1) is doubled) (S15).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법은, 착용자에 의해 보행 명령이 입력되면 양 클러치와 양 발의 지면반력을 검출하여 적절한 보행 준비가 완료된 상태인지 판단하고서 로봇을 구동함으로써, 착용자가 넘어지는 사고를 미연에 방지할 수 있다.As described above, the walking assistance robot system and its control method according to various embodiments of the present invention, when a walking command is input by the wearer, detects the ground reaction force of both clutches and both feet to determine whether an appropriate walking preparation is completed By driving the robot while doing so, an accident in which the wearer falls can be prevented in advance.

또한, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 클러치를 쥐고 있는 상태에서 착용자가 넘어짐에 따라 주변의 사람들까지 타격하는 사고 또한 예방할 수 있다.In addition, according to the walking assistance robot system and its control method according to various embodiments of the present invention, it is possible to prevent an accident in which people around the wearer fall down while holding the clutch.

본 발명은 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the present invention has been shown and described in relation to specific embodiments, it is known in the art that the present invention can be variously improved and changed without departing from the technical spirit of the present invention provided by the claims below. It will be self-evident to those skilled in the art.

11r, 11l: 클러치 21r, 21l: 보행 보조 로봇
111r, 111l, 211r, 211l: 힘센서(로드셀)
21: 컨트롤러 31: 관절 구동부11r, 11l: clutch 21r, 21l: walking assistance robot
111r, 111l, 211r, 211l: force sensor (load cell)
21: controller 31: joint drive unit

Claims

A walking assistance robot including links fixed to the wearer's lower extremities, joints between the links, and a joint driving unit for driving the joints;
Left and right clutches supporting the wearer in the front direction of the walking assistance robot while holding the wearer with both hands;
a plurality of sensors each detecting a ground reaction force by the wearer's leg and a ground reaction force by the clutch; and
a controller for determining a gait intention of the wearer based on the ground reaction force detected by each of the plurality of sensors and controlling the joint driving unit according to the determined gait intention;
including,
The controller, when the sum of the ground reaction force by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is greater than the second reference value, and the ground reaction force by the clutch on the one side is greater than the ground reaction force by the leg on the other side, A walking assistance robot system, characterized in that for driving the joint driving unit so that the leg moves forward.

The method of claim 1,
Wherein the controller determines that preparation for walking is completed when a sum of ground reaction forces detected by the left and right clutches is greater than a preset first reference value upon receiving a walking command from the wearer.

delete

The method of claim 1,
The walking aid robot system, characterized in that the sensor installed in the clutch is installed on a contact surface where the clutch and the ground come into contact, or installed on a clutch handle holding the clutch with the wearer's hand.

A walking assistance robot including a link fixed to the wearer's lower extremity, a joint between the links, and a joint driving unit for driving the joint, and supporting the wearer in the front direction of the walking assistance robot while the wearer holds the wearer with both hands In the control method of a walking assistance robot system including left and right clutches and a plurality of sensors for detecting the ground reaction force by the wearer's leg and the ground reaction force by the clutch, respectively,
determining, in a controller, whether preparation for walking is complete based on a sum of ground reaction forces detected by the left and right clutches when a walking command is received from the wearer; and
driving the joint drive unit based on a sum of ground reaction forces by a clutch and a leg on one side of left and right sides when it is determined that preparation for walking is completed by the controller;
including,
In the driving step, when the sum of the ground reaction forces by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is greater than a preset second reference value, and the ground reaction force by the clutch on the one side is greater than the ground reaction force by the leg on the one side, A control method of a walking assistance robot system, characterized in that for driving the joint driving unit so that the other leg moves forward.

The method of claim 6,
In the step of determining, when a walking command is received from the wearer and the sum of the ground reaction forces detected by the left and right clutches is greater than a preset first reference value, it is determined that preparation for walking is completed. method.

delete