KR102498970B1 - Bidirectional power transmission device and exoskeleton robot including the same - Google Patents
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Abstract
Description
이하의 설명은 양방향 동력 전달 장치 및 이를 포함하는 외골격 로봇에 관한 것이다.The following description relates to a bidirectional power transmission device and an exoskeleton robot including the same.
인체 보조를 돕기 위해 많은 외골격 로봇들이 개발되어 왔다. 그중 능동 구동 방식의 외골격 로봇은 전기식/유압식 구동기를 이용하여 인체가 필요로 하는 힘을 지원한다. 또한 최근 와이어 등을 이용해 유연하게 힘을 내는 외골격 로봇들이 개발되고 있는 실정이다.Many exoskeleton robots have been developed to help assist the human body. Among them, the active-driven exoskeleton robot uses electric/hydraulic actuators to support the force required by the human body. In addition, exoskeleton robots that flexibly generate force using wires have recently been developed.
기존 능동 외골격 로봇의 연구는 지원하고자 하는 관절마다 구동기가 배치되어 구동력을 이용해 인체를 보조한다. 하지만 인체의 보행 등을 지원할 때 관절의 특정 각도 영역에서 특정 시간 동안만 유효한 지원을 하고 나머지 영역에서는 큰 지원을 하지 않는 특성이 있었다.In the existing research on active exoskeleton robots, actuators are placed for each joint to be supported to assist the human body using driving force. However, when supporting the walking of the human body, there was a characteristic that effective support was provided only for a specific time in a specific angular area of the joint and no significant support was provided in the other areas.
특히 와이어 등을 사용하여 인체의 관절(발목, 무릎, 엉덩관절, 팔꿈치 등)을 보조하는 경우, 관절 이동의 모든 구간에 동력이 필요한 것이 아닌 특정 구간 혹은 방향(굽히는 동작 혹은 펴는 동작 등)에서만 동력전달이 요구되고 나머지 구간에서는 와이어의 특성상 보조하지 못하고 그저 운동에 맞추어 따라가는 것이 요구된다.In particular, when assisting joints (ankle, knee, hip joint, elbow, etc.) of the human body using wires, etc., power is not required for all sections of joint movement, but only in a specific section or direction (bending or stretching) Transmission is required, and in the rest of the section, it is not possible to assist due to the nature of the wire, and it is required to simply follow the movement.
이 경우 동력의 낭비가 발생하게 된다. 또한 인체의 팔 또는 다리와 같은 다관절구조를 보조할 경우, 관절 당 모터가 하나씩 사용되게 되면 보조장치의 비용 및 무게가 늘어나게 되어 보조장치의 운용성을 저해하는 요소로 작용하였다.In this case, power is wasted. In addition, when a multi-joint structure such as an arm or leg of the human body is assisted, when one motor is used per joint, the cost and weight of the assistive device increase, which acts as a factor impeding the operability of the assistive device.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above background art is possessed or acquired by the inventor in the process of deriving the present invention, and cannot necessarily be said to be known art disclosed to the general public prior to filing the present invention.
일 실시 예의 목적은 양방향 동력 전달 장치 및 이를 포함하는 외골격 로봇을 제공하는 것이다.An object of one embodiment is to provide a bi-directional power transmission device and an exoskeleton robot including the same.
사용자의 서로 다른 제 1 부분 및 제 2 부분 각각에 연결되어 힘을 전달하는 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치는, 슬라이딩 방향을 따라서 연장된 슬라이딩 공간을 구비하는 하우징; 상기 슬라이딩 방향을 따라서 상기 슬라이딩 공간을 가로지르는 슬라이딩 레일; 상기 슬라이딩 레일을 따라서 이동 가능하게 설치되는 제 1 슬라이더; 일단은 상기 제 1 슬라이더에 연결되고 타단은 상기 하우징 외부로 연장되어 상기 사용자의 제 1 부분에 연결되는 제 1 구동 와이어; 상기 슬라이딩 레일을 따라서 이동 가능하게 설치되는 제 2 슬라이더; 일단은 상기 제 2 슬라이더에 연결되고 타단은 상기 하우징 외부로 연장되어 상기 사용자의 제 2 부분에 연결되는 제 2 구동 와이어; 및 상기 하우징에 설치되고 상기 제 2 슬라이더를 상기 슬라이딩 레일을 따라서 슬라이딩 구동시키는 구동 액추에이터를 포함할 수 있다.A bi-directional power transmission device according to an embodiment connected to different first and second parts of a user to transmit force includes a housing having a sliding space extending along a sliding direction; a sliding rail crossing the sliding space along the sliding direction; a first slider movably installed along the sliding rail; a first drive wire having one end connected to the first slider and the other end extending out of the housing and connected to a first part of the user; a second slider movably installed along the sliding rail; a second drive wire having one end connected to the second slider and the other end extending out of the housing and connected to a second part of the user; and a driving actuator installed in the housing and slidingly driving the second slider along the sliding rail.
상기 제 1 슬라이더는, 상기 제 2 슬라이더에 대해 상대적으로 상기 슬라이딩 방향 중 제 1 구동 방향으로 이격되어 위치하고, 상기 제 1 구동 와이어는 상기 제 1 슬라이더에 고정된 상태로 제 1 구동 방향을 따라서 상기 하우징의 외부로 연장되고, 상기 제 2 구동 와이어는 상기 제 2 슬라이더에 고정된 상태로 상기 슬라이딩 방향 중 상기 제 1 구동 방향의 반대 방향인 제 2 구동 방향을 따라서 상기 하우징 외부로 연장될 수 있다.The first slider is positioned to be spaced apart from the second slider in a first driving direction among the sliding directions, and the first driving wire is fixed to the first slider and extends to the housing along the first driving direction. , and the second driving wire may extend outside the housing along a second driving direction opposite to the first driving direction among the sliding directions while being fixed to the second slider.
상기 구동 액추에이터의 구동에 의해 상기 제 2 슬라이더가 제 1 구동 방향으로 슬라이딩하여 상기 제 1 슬라이더와 접촉할 경우, 상기 제 1 슬라이더와 상기 제 2 슬라이더는 서로 결합되어 같이 슬라이딩 구동될 수 있다.When the second slider slides in the first driving direction and contacts the first slider by the driving of the driving actuator, the first slider and the second slider may be coupled to each other and driven together.
상기 제 1 슬라이더는, 상기 슬라이딩 레일에 이동 가능하게 설치되는 제 1 바디; 및 상기 제 1 바디로부터 상기 제 2 구동 방향으로 돌출 형성되는 그리퍼를 포함하고, 상기 제 2 슬라이더는, 상기 슬라이딩 레일에 이동 가능하게 설치되는 제 2 바디; 및 상기 제 2 바디에 형성되고 상기 그리퍼와 접촉할 경우 체결 가능한 파지 단차를 포함할 수 있다.The first slider may include a first body movably installed on the sliding rail; and a gripper protruding from the first body in the second driving direction, wherein the second slider includes: a second body movably installed on the sliding rail; and a gripping step that is formed on the second body and can be fastened when in contact with the gripper.
상기 하우징은, 상기 슬라이딩 방향을 기준으로 상기 슬라이딩 공간의 구간 중 설정 위치에 설치되어, 상기 설정 위치 상에서 상기 제 1 슬라이더와 간섭되어 상기 제 1 슬라이더의 슬라이딩 이동을 제한하되, 상기 제 2 슬라이더에는 간섭되지 않는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.The housing is installed at a set position in the section of the sliding space based on the sliding direction, and interferes with the first slider on the set position to limit the sliding movement of the first slider, but interferes with the second slider. A stopper that does not become may be further included.
상기 하우징은, 상기 슬라이딩 방향에 수직한 측부에 상기 슬라이딩 공간에 연통되도록 관통 형성되고, 상기 슬라이딩 방향을 따라서 연장되는 가이드 슬롯을 더 포함하고, 상기 제 1 슬라이더는, 상기 제 1 바디로부터 상기 슬라이딩 방향의 축에서 멀어지는 방향으로 돌출 형성되어 상기 가이드 슬롯에 수용되는 가이드 핀을 더 포함하고, 상기 스토퍼는, 상기 슬라이딩 방향을 기준으로 상기 가이드 슬롯의 구간 중 설정 위치에서 상기 가이드 핀과 간섭되도록 설치될 수 있다.The housing further includes a guide slot formed through a side perpendicular to the sliding direction so as to communicate with the sliding space and extending along the sliding direction, and the first slider extends from the first body in the sliding direction. Further comprising a guide pin protruding in a direction away from the axis of and accommodated in the guide slot, wherein the stopper is installed to interfere with the guide pin at a set position among the sections of the guide slot based on the sliding direction there is.
상기 가이드 슬롯은, 상기 스토퍼는 상기 슬라이딩 방향을 따라서 복수개로 서로 이격된 위치에서 상기 스토퍼가 설치될 수 있는 복수의 홈을 포함하고, 상기 스토퍼는, 상기 복수의 홈 중 상기 설정 위치 상의 홈에 탈부착 가능하게 설치될 수 있다.The guide slot includes a plurality of grooves in which the stopper can be installed at a plurality of grooves spaced apart from each other along the sliding direction, and the stopper is detachable from the groove on the set position among the plurality of grooves can possibly be installed.
상기 구동 액추에이터의 구동에 의해 상기 제 2 슬라이더가 제 1 구동 방향으로 슬라이딩하여 상기 제 1 슬라이더와 접촉할 경우, 상기 그리퍼와 상기 파지 단차는 서로 스냅 핏 방식으로 결합되고, 상기 제 2 슬라이더에 결합된 상기 제 1 슬라이더가 상기 제 2 구동 방향으로 슬라이딩하여 상기 스토퍼에 접촉할 경우, 상기 스토퍼와 상기 제 1 슬라이더가 간섭됨에 따라서 상기 제 2 슬라이더가 상기 제 1 슬라이더로부터 분리될 수 있다.When the second slider slides in the first driving direction by the driving of the driving actuator and contacts the first slider, the gripper and the gripping step are coupled to each other in a snap fit manner, coupled to the second slider When the first slider slides in the second driving direction and contacts the stopper, the second slider may be separated from the first slider due to interference between the stopper and the first slider.
일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치는, 상기 슬라이딩 공간 중, 상기 제 1 슬라이더가 슬라이딩 하는 구간 중 적어도 하나 이상의 지점에 설치되어 상기 제 1 슬라이더의 움직임을 계측하는 제 1 센서; 상기 슬라이딩 공간 중, 상기 제 1 센서보다 상대적으로 상기 제 2 구동 방향으로 이격된 적어도 하나 이상의 지점에 설치되어 상기 제 2 슬라이더의 움직임을 계측하는 제 2 센서; 상기 제 1 슬라이더에 부착되어 상기 제 2 슬라이더와의 결합 여부를 계측하는 제 3 센서; 및 상기 제 1 센서, 제 2 센서 또는 제 3 센서에서 계측된 신호에 기초하여 사용자의 운동 상태를 파악하고, 상기 운동 상태에 기초하여 상기 구동 액추에이터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The bidirectional power transmission device according to an embodiment includes: a first sensor installed at at least one point of a section in which the first slider slides in the sliding space to measure a movement of the first slider; a second sensor installed at at least one point in the sliding space, relatively spaced from the first sensor in the second driving direction, to measure the movement of the second slider; a third sensor attached to the first slider to measure whether or not it is engaged with the second slider; and a controller configured to determine an exercise state of the user based on a signal measured by the first sensor, the second sensor, or the third sensor, and to control driving of the driving actuator based on the exercise state.
사용자의 보행 운동을 보조하는 일 실시 예에 따른 외골격 로봇은, 사용자의 허벅지 부분에 고정되는 근위 고정부; 상기 허벅지 부분으로부터 연결되는 사용자의 발 뒤꿈치 부분에 고정되는 원위 고정부; 및 상기 근위 고정부 및 원위 고정부 각각에 연결되어 보행에 필요한 힘을 전달하는 양방향 동력 전달 장치를 포함할 수 있다.An exoskeleton robot according to an embodiment for assisting a user's walking motion includes a proximal fixing unit fixed to a user's thigh; a distal fixing part fixed to a user's heel part connected from the thigh part; and a bi-directional power transmission device connected to each of the proximal and distal fixing parts to transmit power required for walking.
상기 양방향 동력 전달 장치는, 슬라이딩 방향을 따라서 연장된 슬라이딩 공간을 구비하는 하우징; 상기 슬라이딩 방향을 따라서 상기 슬라이딩 공간을 가로지르는 슬라이딩 레일; 상기 슬라이딩 레일을 따라서 이동 가능하게 설치되는 제 1 슬라이더; 일단은 상기 제 1 슬라이더에 연결되고 타단은 상기 하우징 외부로 연장되어 상기 근위 고정부에 연결되는 제 1 구동 와이어; 상기 슬라이딩 레일을 따라서 이동 가능하게 설치되는 제 2 슬라이더; 일단은 상기 제 2 슬라이더에 연결되고 타단은 상기 하우징 외부로 연장되어 상기 원위 고정부에 연결되는 제 2 구동 와이어; 및 상기 하우징에 설치되고 상기 제 2 슬라이더를 상기 슬라이딩 레일을 따라서 슬라이딩 구동시키는 구동 액추에이터를 포함할 수 있다.The bi-directional power transmission device includes a housing having a sliding space extending along a sliding direction; a sliding rail crossing the sliding space along the sliding direction; a first slider movably installed along the sliding rail; a first driving wire having one end connected to the first slider and the other end extending out of the housing and connected to the proximal fixing part; a second slider movably installed along the sliding rail; a second driving wire having one end connected to the second slider and the other end extending out of the housing and connected to the distal fixing part; and a driving actuator installed in the housing and slidingly driving the second slider along the sliding rail.
상기 하우징은 상기 사용자의 등뒤에 착용 가능하게 고정되고, 상기 슬라이딩 방향이 지면과 수직한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 할 수 있다.The housing may be wearably fixed to the user's back, and the sliding direction may be oriented in a direction perpendicular to the ground.
상기 제 1 슬라이더는, 상기 제 2 슬라이더에 대해 상대적으로 상기 슬라이딩 방향 중 상측 방향인 제 1 구동 방향으로 이격되어 위치하고, 상기 제 1 구동 와이어는 상기 제 1 슬라이더에 고정된 상태로 제 1 구동 방향을 따라서 상기 하우징의 외부로 연장되어 상기 근위 고정부에 연결되고, 상기 제 2 구동 와이어는 상기 제 2 슬라이더에 고정된 상태로 상기 슬라이딩 방향 중 하측 방향인 제 2 구동 방향을 따라서 상기 하우징 외부로 연장되어 상기 원위 고정부에 연결될 수 있다.The first slider is spaced apart from the second slider in a first driving direction, which is an upward direction among the sliding directions, and the first driving wire is fixed to the first slider and is positioned in the first driving direction. Therefore, it extends to the outside of the housing and is connected to the proximal fixing part, and the second driving wire extends outside the housing along a second driving direction, which is a downward direction among the sliding directions, while being fixed to the second slider, It may be connected to the distal fixation part.
상기 양방향 동력 전달 장치는, 상기 슬라이딩 공간 중, 상기 제 1 슬라이더가 슬라이딩 하는 구간 중 적어도 하나 이상의 지점에 설치되어 상기 제 1 슬라이더의 움직임을 계측하는 제 1 센서; 상기 슬라이딩 공간 중, 상기 제 1 센서보다 상대적으로 상기 제 2 구동 방향으로 이격된 적어도 하나 이상의 지점에 설치되어 상기 제 2 슬라이더의 움직임을 계측하는 제 2 센서; 및 상기 제 1 슬라이더에 부착되어 상기 제 2 슬라이더와의 결합 여부를 계측하는 제 3 센서;를 더 포함하고, 상기 외골격 로봇은, 상기 제 1 센서, 제 2 센서 또는 제 3 센서에서 계측된 신호에 기초하여 사용자의 보행 상태를 파악하고, 상기 보행 상태에 기초하여 상기 구동 액추에이터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The bi-directional power transmission device may include: a first sensor installed at at least one point of a section in which the first slider slides in the sliding space to measure a movement of the first slider; a second sensor installed at at least one point in the sliding space, relatively spaced from the first sensor in the second driving direction, to measure the movement of the second slider; and a third sensor attached to the first slider to measure whether or not it is engaged with the second slider, wherein the exoskeleton robot responds to signals measured by the first sensor, the second sensor, or the third sensor. Based on the walking state of the user, and based on the walking state, the control unit for controlling the driving of the driving actuator may further include.
상기 제 1 슬라이더는, 상기 슬라이딩 레일에 이동 가능하게 설치되는 제 1 바디; 및 상기 제 1 바디로부터 하측 방향으로 돌출 형성되는 그리퍼를 포함하고, 상기 제 2 슬라이더는, 상기 슬라이딩 레일에 이동 가능하게 설치되는 제 2 바디; 및 상기 제 2 바디에 형성되고 상기 그리퍼와 접촉할 경우 체결 가능한 파지 단차를 포함하고, 상기 구동 액추에이터의 구동에 의해 상기 제 2 슬라이더가 상측으로 슬라이딩하여 상기 제 1 슬라이더와 접촉할 경우, 상기 그리퍼와 상기 파지 단차는 서로 스냅 핏 방식으로 결합될 수 있다.The first slider may include a first body movably installed on the sliding rail; and a gripper protruding downward from the first body, wherein the second slider includes: a second body movably installed on the sliding rail; and a gripping step formed on the second body and capable of being fastened when in contact with the gripper, and when the second slider slides upward by the driving of the driving actuator and contacts the first slider, the gripper and The gripping steps may be coupled to each other in a snap fit manner.
상기 제 1 센서, 제 2 센서 또는 제 3 센서에서 계측된 신호에 기초하여 상기 제어부가 상기 근위 고정부 및 상기 원위 고정부가 설치된 사용자의 다리의 보행 상태가 입각기(stance phase)에 있는 것으로 판단할 경우, 상기 제어부는 상기 구동 액추에이터를 구동을 통해, 상기 제 2 슬라이더를 상측 방향으로 슬라이딩하여 상기 제 1 슬라이더와 접촉시킨 상태로 함께 상측으로 슬라이딩 구동시킬 수 있다.Based on the signal measured by the first sensor, the second sensor, or the third sensor, the control unit determines that the gait state of the user's legs installed with the proximal fixing unit and the distal fixing unit is in a stance phase. In this case, the control unit may slide the second slider upward by driving the driving actuator and slide the second slider upward together in a state of being in contact with the first slider.
상기 제어부가 상기 근위 고정부 및 상기 원위 고정부가 설치된 사용자의 다리의 보행 상태가 입각기(stance phase)의 종료 시점에 있는 것으로 판단할 경우, 상기 제어부는 상기 구동 액추에이터를 통해 상기 제 2 슬라이더를 하측 방향으로 구동시켜, 상기 제 1 슬라이더가 하측으로 슬라이딩되도록 함으로써, 상기 제 1 구동 와이어를 인장시켜 상기 원위 고정부에 고정된 사용자의 발을 지면으로부터 상측으로 들어 올리도록 보조할 수 있다.When the control unit determines that the gait state of the user's legs installed with the proximal fixing unit and the distal fixing unit is at the end of the stance phase, the control unit moves the second slider downward through the drive actuator. By driving the first slider in a direction to slide the first slider downward, the first driving wire may be tensioned to assist in lifting the user's foot fixed to the distal fixing unit upward from the ground.
상기 하우징은, 상기 슬라이딩 방향을 기준으로 상기 슬라이딩 공간의 구간 중 설정 위치에 설치되어, 상기 설정 위치 상에서 상기 제 1 슬라이더와 간섭되어 상기 제 1 슬라이더의 슬라이딩 이동을 제한하되, 상기 제 2 슬라이더에는 간섭되지 않는 스토퍼를 더 포함하고, 상기 제 2 슬라이더에 결합된 상기 제 1 슬라이더가 하측으로 슬라이딩하여 상기 스토퍼에 접촉할 경우, 상기 스토퍼와 상기 제 1 슬라이더가 간섭됨에 따라서 상기 제 2 슬라이더가 상기 제 1 슬라이더로부터 분리될 수 있다.The housing is installed at a set position in the section of the sliding space based on the sliding direction, and interferes with the first slider on the set position to limit the sliding movement of the first slider, but interferes with the second slider. and a stopper that does not function, and when the first slider coupled to the second slider slides downward and contacts the stopper, the stopper and the first slider interfere, so that the second slider moves to the first slider. It can be separated from the slider.
일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치 및 이를 포함하는 외골격 로봇에 의하면 하나의 구동 액추에이터를 이용하여 2 개의 독립적인 와이어를 통해 서로 다른 신체 부분 상으로 동력을 전달할 수 있어서, 구조를 컴팩트하고 경량으로 설계하기 유리한 이점이 존재한다.According to the bidirectional power transmission device and the exoskeleton robot including the same according to an embodiment, power can be transmitted to different body parts through two independent wires using one drive actuator, so the structure is designed to be compact and lightweight The following advantageous advantages exist.
도 1은 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치를 포함하는 외골격 로봇을 착용한 사용자의 모습을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 내부의 슬라이더 구조를 나타내는 사시도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 외골격 로봇을 착용한 사용자의 보행 단계에 따라 양방향 동력 전달 장치의 구동 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 내부 슬라이더가 결합된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 외골격 로봇을 착용한 사용자의 보행 단계에 따라 양방향 동력 전달 장치의 구동 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 내부 슬라이더가 최대로 상승된 상태를 도시하는 정면도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 완충부를 나타내는 후면 사시도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 외골격 로봇을 착용한 사용자의 보행 단계에 따라 양방향 동력 전달 장치의 구동 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 내부 슬라이더가 결합된 상태로 구동되는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 내부 슬라이더가 서로 분리된 상태를 도시하는 정면도이다.1 is a view showing a user wearing an exoskeleton robot including a bi-directional power transmission device according to an embodiment.
2 is a block diagram of a bi-directional power transmission device according to an embodiment.
3 is a perspective view showing the structure of a bi-directional power transmission device according to an embodiment.
4 is a perspective view illustrating an internal slider structure of a bi-directional power transmission device according to an exemplary embodiment.
5 is a diagram illustrating a driving state of a bi-directional power transmission device according to walking steps of a user wearing an exoskeleton robot according to an embodiment.
6 is a perspective view illustrating a state in which an inner slider of a bi-directional power transmission device is coupled according to an exemplary embodiment.
7 is a diagram illustrating a driving state of a bi-directional power transmission device according to walking steps of a user wearing an exoskeleton robot according to an embodiment.
8 is a front view illustrating a state in which an inner slider of the bi-directional power transmission device is maximally raised according to an exemplary embodiment.
9 is a rear perspective view illustrating a shock absorber according to an embodiment.
10 is a diagram illustrating a driving state of a bi-directional power transmission device according to walking steps of a user wearing an exoskeleton robot according to an embodiment.
11 is a perspective view illustrating a state in which an inner slider of a bi-directional power transmission device is driven in a coupled state according to an embodiment.
12 is a front view illustrating a state in which inner sliders of the bi-directional power transmission device are separated from each other according to an exemplary embodiment.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function hinders understanding of the embodiment, the detailed description will be omitted.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element may be directly connected or connected to the other element, but there may be another element between the elements. It should be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions will be omitted to the extent of overlap.
도 1은 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치를 포함하는 외골격 로봇을 착용한 사용자의 모습을 나타내는 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 블록도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 내부의 슬라이더 구조를 나타내는 사시도이다.1 is a diagram showing a user wearing an exoskeleton robot including a bi-directional power transmission device according to an embodiment, FIG. 2 is a block diagram of a bi-directional power transmission device according to an embodiment, and FIG. 3 is an embodiment. It is a perspective view showing the structure of a bi-directional power transmission device according to an embodiment, and FIG. 4 is a perspective view showing a slider structure inside the bi-directional power transmission device according to an embodiment.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 외골격 로봇(1)은 사용자의 신체에 착용된 상태로 서로 다른 부위의 관절에 각각 독립적으로 연결되는 와이어를 개별적으로 구동하는 양방향 동력 전달 장치(11)를 포함할 수 있고, 이를 통해 각각의 이관절 동작에 필요한 힘을 제공할 수 있다.1 to 4, the
이하의 설명에서, 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치(11)와 이를 포함하는 외골격 로봇(1)은 사용자의 다리의 허벅지 부분과 발 뒤꿈치 부분에 각각 연결되어 사용자의 보행 시 고관절, 무릎 관절 또는 발목 관절의 운동에 필요한 힘을 전달하는 구성으로 설명될 것이다.In the following description, the bidirectional
다만, 이는 하나의 예시일 뿐 본 발명의 양방향 동력 전달 장치(11)와 외골격 로봇(1)은 사용자의 다른 신체 부위 또는 다른 관절 부위에 연결되어 다양한 관절 운동의 보조를 수행할 수 있다는 점을 밝혀둔다.However, it is revealed that this is only an example and that the bidirectional
일 실시 예에 따른 외골격 로봇(1)은 사용자에 착용되고 하나의 구동원을 통해 적어도 하나 이상의 관절 운동에 필요한 힘을 제공하는 양방향 동력 전달 장치(11)와, 운동을 보조할 사용자의 관절을 기준으로 상대적으로 근위 부분에 고정되어 양방향 동력 전달 장치(11)에 연결되는 근위 고정부(12)와, 상기 관절을 기준으로 상대적으로 원위 부분에 고정되어 양방향 동력 전달 장치(11)에 연결되는 원위 고정부(13)와, 양방향 동력 전달 장치(11)의 구동을 제어하여 근위 고정부(12) 또는 원위 고정부(13)에 선택적으로 힘을 제공하는 제어부(14)를 포함할 수 있다.An
도 1과 같이, 외골격 로봇(1)이 사용자의 보행 운동을 보조하도록 설치되는 경우, 양방향 동력 전달 장치(11)는 사용자에게 착용되는 형태로 장비될 수 있다. 예를 들어, 양방향 동력 전달 장치(11)는 사용자의 등 또는 허리 뒤로 착용되는 가방의 형태를 가질 수 있다.As shown in FIG. 1 , when the
이 경우, 근위 고정부(12)는 사용자의 허벅지 부분에 고정될 수 있고, 원위 고정부(13)는 사용자의 종아리 또는 발 뒤꿈치 부위에 고정될 수 있다.In this case, the proximal fixing
일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치(11)는, 사용자의 서로 다른 제 1 부분 및 제 2 부분 각각에 연결되어 힘을 전달할 수 있다.The bi-directional
도 1 내지 도 4와 같이 양방향 동력 전달 장치(11)가 사용자의 보행을 보조하는 구성일 경우, 이상의 서로 다른 제 1 부분 및 제 2 부분은 근위 고정부(12)와 원위 고정부(13)일 수 있다.As shown in FIGS. 1 to 4 , when the bi-directional
일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치(11)는 하우징(111), 슬라이딩 레일(112), 제 1 슬라이더(113), 제 1 구동 와이어(115a), 제 1 와이어 가이드(116a), 구동 액추에이터(119), 제 2 슬라이더(114), 제 2 구동 와이어(115b), 제 2 와이어 가이드(116b), 완충부(117), 제 1 센서(118a), 제 2 센서(118b) 및 제 3 센서(118c)를 포함할 수 있다.The bidirectional
하우징(111)은, 사용자의 신체에 착용되는 케이스형 부재일 수 있다. 예를 들어, 도 1과 같이 하우징(111)은 가방의 형태로 사용자에게 고정될 수 있는 별도의 스트랩 부재를 구비할 수 있다.The
예를 들어, 하우징(111)은 내부에서 제 1 슬라이더(113) 및 제 2 슬라이더(114)가 슬라이딩될 수 있는 슬라이딩 공간(1111)과, 하우징(111)의 외부에 슬라이딩 공간(1111)이 노출되도록 연통되는 공간으로 형성되고 제 1 슬라이더(113)의 가이드 핀(1133)을 수용하여 슬라이딩 방향을 따라서 가이드 핀(1133)을 가이드하는 가이드 슬롯(1112)과, 슬라이딩 방향을 기준으로 가이드 슬롯(1112)의 구간 중에 설치되어 가이드 핀(1133)과 간섭됨으로써 제 1 슬라이더(113)의 슬라이딩 구동 변위를 제한하는 스토퍼(1113)를 포함할 수 있다.For example, the
슬라이딩 방향은 제 1 슬라이더(113) 및 제 2 슬라이더(114)가 슬라이딩 레일(112)을 따라서 1축 병진 운동을 하는 방향으로서, 제 1 슬라이더(113)가 제 2 슬라이더(114)에 대해 상대적으로 이격되어 있는 제 1 구동 방향과, 반대로 제 2 슬라이더(114)가 제 1 슬라이더(113)에 대해 상대적으로 이격되어 있는 제 2 구동 방향을 포함할 수 있다.The sliding direction is a direction in which the
예를 들어, 외골격 로봇(1)이 사용자의 보행 운동을 보조하는 구성일 경우, 도 1내지 4와 같이, 하우징(111)은 제 1 구동 방향은 상측으로, 그리고 제 2 구동 방향은 하측으로 배향된 구조로 사용자에게 장착될 수 있다. For example, when the
가이드 슬롯(1112)은 하우징(111)의 측부에 관통되고 슬라이딩 방향을 따라서 연장된 슬롯 구멍일 수 있다. 예를 들어, 가이드 슬롯(1112)은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 슬라이딩 방향을 기준으로 하우징(111)의 마주보는 측벽에 형성될 수 있고, 이에 따라 제 1 슬라이더(113)의 가이드 핀(1133) 역시 슬라이딩 방향을 기준으로 양측으로 각각 돌출되는 한 쌍의 대칭적인 구조를 가질 수 있다.The
스토퍼(1113, 도 11 참조)는 슬라이딩 방향으로 연장된 가이드 슬롯(1112)의 설정 위치상에 설치되어, 가이드 슬롯(1112)에 삽입된 상태로 슬라이딩 방향으로 이동하는 가이드 핀(1133)의 이동을 제한할 수 있다.The stopper (1113, see FIG. 11) is installed on a set position of the
예를 들어, 스토퍼(1113)는, 가이드 슬롯(1112)의 설정 위치 상에 설치되어, 제 1 슬라이더(113)와는 간섭될 수 있어서 제 1 슬라이더(113)의 슬라이딩 이동을 제한할 수 있지만, 제 2 슬라이더(114)에는 간섭되지 않을 수 있다.For example, the
예를 들어, 제 2 슬라이더(114)에 결합된 제 1 슬라이더(113)가 제 2 구동 방향(하측 방향)으로 슬라이딩하여 스토퍼(1113)에 접촉할 경우, 스토퍼(1113)와 제 1 슬라이더(113)가 서로 간섭됨에 따라서 제 2 슬라이더(114)는 제 1 슬라이더(113)로부터 제 2 구동 방향(하측 방향)으로 분리될 수 있다.For example, when the
예를 들어, 스토퍼(1113)는 가이드 슬롯(1112)의 구간 중, 사용자가 설정된 위치에 개재하여 설치할 수 있도록, 가이드 슬롯(1112)에 탈부착 가능하게 설치될 수 있다. For example, the
예를 들어, 가이드 슬롯(1112) 및 가이드 핀(1133)이 슬라이딩 축을 기준으로 서로 대향하는 형태의 한 쌍의 구조로 형성될 경우, 스토퍼(1113) 역시 한 쌍의 가이드 슬롯(1112)에서 서로 마주보는 위치에 설치되는 한 쌍의 구성을 가질 수 있다.For example, when the
이상의 경우, 가이드 슬롯(1112, 도 11 참조)은 슬라이딩 방향을 따라서 복수개로 서로 이격된 위치에서 스토퍼(1113)가 설치될 수 있는 복수의 홈을 포함할 수 있다.In the above case, the guide slot (1112, see FIG. 11) may include a plurality of grooves in which the
이상의 구조에 의하면, 스토퍼(1113)는 슬라이딩 공간(1111) 중 사용자가 원하는 설정된 위치에서 제 1 슬라이더(113)의 슬라이딩 이동을 제한할 수 있기 때문에, 양방향 동력 전달 장치(11)를 통해 보조하는 운동의 종류 또는 사용자의 신체 구조적 특성에 따라, 스토퍼(1113)를 적합한 위치에 설치할 수 있는 이점이 존재한다.According to the above structure, since the
슬라이딩 레일(112)은, 슬라이딩 방향을 따라서 슬라이딩 공간(1111)을 가로지르도록 연장되는 부재로서, 제 1 슬라이더(113) 및 제 2 슬라이더(114)에 연결되어 제 1 슬라이더(113) 및 제 2 슬라이더(114)가 슬라이딩 방향을 따라서 구동할 수 있도록 가이드할 수 있다.The sliding
제 1 슬라이더(113)는, 제 1 구동 와이어(115a)에 연결된 상태로 슬라이딩 레일(112)을 따라 슬라이딩 구동될 수 있다. 예를 들어, 제 1 슬라이더(113)는 제 2 슬라이더(114)와 같은 슬라이딩 레일(112)을 따라 이동할 수 있고, 제 1 슬라이더(113)는 슬라이딩 방향 중 제 2 슬라이더(114)로부터 멀어지는 제 1 구동 방향(도면 상의 상측 방향)으로 제 1 구동 와이어(115a)로부터 연결될 수 있다.The
예를 들어, 제 1 슬라이더(113)는, 슬라이딩 레일(112)에 가이드되어 슬라이딩 방향을 따라서 이동하는 제 1 바디(1131)와, 제 1 바디(1131)에 고정되어 하우징(111) 외부로부터 연결되는 제 1 구동 와이어(115a)의 일단을 고정적으로 파지하는 제 1 와이어 고정부(1132)와, 제 1 바디(1131)로부터 슬라이딩 축에서 멀어지는 방향으로 돌출 형성되어 가이드 슬롯(1112)을 통과하는 가이드 핀(1133)과, 제 1 바디(1131)에서 제 2 슬라이더(114)를 마주보는 방향으로 돌출 형성되어 제 2 슬라이더(114)와 접촉할 경우 제 2 슬라이더(114)에 맞물려서 고정적으로 파지하는 그리퍼(1134)를 포함할 수 있다.For example, the
가이드 핀(1133)은, 도 1 내지 도 4와 같이 제 1 바디(1131)로부터 하우징(111)의 외측으로 돌출 형성되는 한 쌍의 부재로 형성되어, 하우징(111)의 대향하는 양 측부에 형성된 한 상의 가이드 슬롯(1112)에 각각 삽입된 상태로 제 1 바디(1131)와 함께 슬라이딩 방향을 따라서 슬라이딩 될 수 있다.The guide pins 1133 are formed as a pair of members protruding from the
그리퍼(1134)는 제 1 바디(1131)로부터 제 2 구동 방향으로 돌출 형성되어, 제 2 슬라이더(114)의 파지 단차(1143)에 맞물린 상태로 결합될 수 있다.The
예를 들어, 그리퍼(1134)의 단부는, 제 2 슬라이더(114)의 파지 단차(1143) 부분의 단차 형상에 대응 또는 형합되는 형상의 단차가 형성될 수 있다.For example, the end of the
예를 들어, 그리퍼(1134)는 도 4에 도시되는 바와 같이 슬라이딩 방향에 수직한 방향으로 이격되어 제 2 슬라이더(114)를 양측으로 파지할 수 있는 한 쌍의 돌출형 부재일 수 있다.For example, as shown in FIG. 4 , the
예를 들어, 슬라이딩 방향에 수직한 방향을 따라서 이격된 한 쌍의 가이드 핀(1133)과 한 쌍의 그리퍼(1134)는 서로 각각의 위치에서 연결될 수 있다. 다시 말하면, 슬라이딩 축을 기준으로 일 방향으로 이격된 위치에 설치된 어느 하나의 그리퍼(1134)와 어느 하나의 가이드 핀(1133)은 서로 연결되어 있고, 타 방향으로 이격된 위치에 설치된 나머지 하나의 그리퍼(1134)와 나머지 하나의 가이드 핀(1133) 역시 서로 연결된 구조를 가질 수 있다.For example, a pair of
예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 가이드 핀(1133)은 제 1 구동 방향(상측 방향)으로 갈수록 제 1 바디로부터 멀어지는 방향으로 비스듬한 각도로 돌출 형성될 수 있고, 한 쌍의 가이드 핀(1133) 각각으로부터 연결되는 한 쌍의 그리퍼(1134)는 슬라이딩 방향에 평행한 제 2 구동 방향으로 돌출 형성되는 구조를 가질 수 있다.For example, as shown in FIGS. 3 and 4, the pair of
이상의 구조에 의하면, 도 11 및 도 12에 도시되는 바와 같이, 결합된 상태의 제 1 슬라이더(113)와 제 2 슬라이더(114)가 상사점에 도달한 이후, 제 2 구동 방향(하측 방향)으로 슬라이딩하여 가이드 핀(1133)이 스토퍼(1113)에 간섭되는 지점에 이르렀을 경우, 한 쌍의 그리퍼(1134) 각각으로부터 연결되는 한 쌍의 가이드 핀(1133)은 각각 제 1 구동 방향을 따라서 비스듬한 각도로 절곡된 형상을 갖기 때문에, 한 쌍의 스토퍼(1113)는 한 쌍의 가이드 핀(1133)을 각각 안쪽 방향으로 밀어내는 방향으로의 힘을 제공할 수 있다.According to the above structure, as shown in FIGS. 11 and 12, after the
이와 동시에, 한 쌍의 스토퍼(1113) 각각은 한 쌍의 가이드 핀(1133) 각각이 내측으로 회전하도록 만드는 지렛대의 받침점 역할을 수행함으로써, 가이드 핀(1133)으로부터 연결되는 한 쌍의 그리퍼(1134) 각각이 외측으로 벌어지도록 하여 그리퍼(1134)와 파지 단차(1143) 사이의 파지 상태가 쉽게 해제될 수 있게 한다.At the same time, each of the pair of
제 1 구동 와이어(115a)는, 일단은 제 1 슬라이더(113)에 연결되고, 타단은 제 1 와이어 가이드(116a)를 따라 하우징(111) 외부로 안내되어 근위 고정부(12)에 연결될 수 있다.The
이상의 구조에 의하면, 제 1 슬라이더(113)가 슬라이딩 공간(1111) 내에서 슬라이딩 구동됨에 따라서, 제 1 구동 와이어(115a)를 매개로 제 1 슬라이더(113)와 근위 고정부(12) 사이에서 힘이 전달될 수 있다.According to the above structure, as the
예를 들어, 하우징(111)의 외부를 기준으로, 제 1 구동 와이어(115a)는 제 1 구동 방향으로부터 하우징(111)을 통과하여 슬라이딩 공간(1111)으로 진입할 수 있고, 슬라이딩 공간(1111) 내부에서도 제 1 구동 방향으로부터 제 1 슬라이더(113)의 제 1 와이어 고정부(1132)에 연결될 수 있다.For example, based on the exterior of the
슬라이딩 공간(1111)에서 제 1 구동 와이어(115a)의 일단은 제 1 슬라이더(113)의 제 1 와이어 고정부(1132)에 고정된 상태로 제 1 구동 방향으로 연장되고, 하우징(111)In the sliding
제 1 구동 방향(도면 상의 상측)으로부터 하우징(111)을 통과하여 슬라이딩 공간(1111) 내부로 From the first driving direction (upper side in the drawing) through the
제 1 와이어 가이드(116a)는, 하우징(111)의 외측으로 제 1 구동 와이어(115a)가 근위 고정부(12)까지 안내하도록 감싸는 튜브형 부재일 수 있다.The
예를 들어, 제 1 와이어 가이드(116a)는 하우징(111)의 부분 중 제 1 구동 방향으로부터 외부로 연장될 수 있다.For example, the
구동 액추에이터(119)는, 슬라이딩 공간(1111)에 설치되어 슬라이딩 레일(112)을 따라서 제 2 슬라이더(114)를 슬라이딩 구동시킬 수 있다.The driving
예를 들어, 구동 액추에이터(119)는 제 2 슬라이더(114)를 제 1 구동 방향으로 슬라이딩 구동시킬 수 있다.For example, the driving
예를 들어, 구동 액추에이터(119)는 슬라이딩 레일(112)에 설치되는 모터일 수 있고, 이 경우 슬라이딩 레일(112)은 제 2 슬라이더(114)에 스크류 방식 또는 리니어 가이드 방식으로 결합될 수 있다.For example, the driving
제 2 슬라이더(114)는, 제 2 구동 와이어(115b)에 연결된 상태로 슬라이딩 레일(112)을 따라 슬라이딩 구동될 수 있다. 예를 들어, 제 2 슬라이더(114)는 구동 액추에이터(119)의 구동에 따라 슬라이딩 레일(112)에 의해 안내되어 슬라이딩 방향으로 슬라이딩 구동될 수 있다.The
예를 들어, 제 2 슬라이더(114)는 슬라이딩 방향 중 제 1 슬라이더(113)로부터 멀어지는 제 2 구동 방향(도면 상의 하측 방향)에서 제 2 구동 와이어(115b)로부터 연결될 수 있다.For example, the
예를 들어, 제 2 슬라이더(114)는, 슬라이딩 레일(112)에 가이드되어 슬라이딩 방향을 따라서 이동하는 제 2 바디(1141)와, 제 2 바디(1141)에 고정되어 하우징(111) 외부로부터 연결되는 제 2 구동 와이어(115b)의 일단을 고정적으로 파지하는 제 2 와이어 고정부(1142)와, 제 2 바디(1141)에 형성되고 제 1 슬라이더(113)와 접촉할 경우 제 1 슬라이더(113)의 그리퍼(1134)에 맞물리도록 형성되는 파지 단차(1143)를 포함할 수 있다.For example, the
파지 단차(1143)는 제 1 슬라이더(113)의 그리퍼(1134)와 체결될 수 있도록, 제 2 바디(1141)의 측부에 형성될 수 있다.The
예를 들어, 제어부(14)가 구동 액추에이터(119)를 구동하여 제 2 슬라이더(114)를 제 1 구동 방향(상측 방향)으로 슬라이딩 시켜 제 1 슬라이더(113)와 접촉시킬 경우, 그리퍼(1134)와 파지 단차(1143)는 서로 스냅 핏(snap-fit) 방식으로 결합될 수 있다.For example, when the
예를 들어, 그리퍼(1134)가 한 쌍의 구성으로 형성됨에 따라서, 파지 단차(1143)는 마찬가지로 제 2 바디(1141)의 양측에 각각 형성되는 한 쌍의 구성으로 형성될 수 있다.For example, as the
예를 들어, 그리퍼(1134)는 제 2 슬라이더(114)가 제 1 슬라이더(113)가 접촉할 경우, 한 쌍의 그리퍼(1134)가 제 2 슬라이더(114)의 제 2 바디(1141)의 양측을 감싸는 상태로 접근하여 제 2 바디(1141)의 양측에 각각 형성된 파지 단차(1143)에 결합되는 스냅 핏 방식을 통해 결합될 수 있다.For example, when the
제 2 구동 와이어(115b)는, 일단은 제 2 슬라이더(114)에 연결되고, 타단은 제 2 와이어 가이드(116b)를 따라 하우징(111) 외부로 안내되어 원위 고정부(13)에 연결될 수 있다.The
이상의 구조에 의하면, 제 2 슬라이더(114)가 슬라이딩 공간(1111) 내에서 슬라이딩 구동됨에 따라서, 제 2 구동 와이어(115b)를 매개로 제 1 슬라이더(113)와 근위 고정부(12) 사이에서 힘이 전달될 수 있다.According to the above structure, as the
제 2 와이어 가이드(116b)는, 하우징(111)의 외측으로 제 2 구동 와이어(115b)가 원위 고정부(13)까지 안내하도록 감싸는 튜브형 부재일 수 있다.The
예를 들어, 하우징(111)의 외부를 기준으로, 제 2 구동 와이어(115b)는 제 2 구동 방향으로부터 하우징(111)을 통과하여 슬라이딩 공간(1111)으로 진입할 수 있고, 슬라이딩 공간(1111) 내부에서도 제 2 구동 방향으로부터 제 2 슬라이더(114)의 제 2 와이어 고정부(1142)에 연결될 수 있다.For example, based on the outside of the
예를 들어, 제 2 와이어 가이드(116b)는 하우징(111)의 부분 중 제 2 구동 방향으로부터 외부로 연장될 수 있다.For example, the
완충부(117)는, 슬라이딩 공간(1111) 중 제 1 구동 방향의 단부에 설치되어, 제 1 슬라이더(113)가 제 1 구동 방향으로의 최대 변위로 슬라이딩될 경우, 슬라이딩 공간(1111) 내에서의 충돌을 완충할 수 있다.The
예를 들어, 완충부(117)는, 하우징(111)의 부분 중 제 1 구동 방향을 마주하는 부분에 설치되는 완충 프레임(1172)과, 완충 프레임(1172)에 설치되고 슬라이딩 방향을 따라서 하우징(111)을 관통하여 적어도 일부가 슬라이딩 공간(1111)으로 돌출 형성되는 완충 바(1171)와, 완충 프레임(1172)에 설치되어 완충 바(1171)에 탄성력을 제공하는 완충 스프링(1173)을 포함할 수 있다.For example, the
제 1 센서(118a)는, 슬라이딩 공간(1111) 중 제 1 슬라이더(113)가 슬라이딩 하는 구간 중 적어도 하나 이상의 지점에 설치되어 제 1 슬라이더(113)의 슬라이딩 위치 또는 운동 상태를 계측할 수 있다.The
제 2 센서(118b)는, 슬라이딩 공간(1111) 중 제 2 슬라이더(114)가 슬라이딩 하는 구간 중 적어도 하나 이상의 지점에 설치되어 제 2 슬라이더(114)의 슬라이딩 위치 또는 운동 상태를 계측할 수 있다.The
제 3 센서(118c)는, 제 1 슬라이더(113)에 설치되어 제 2 슬라이더(114)와의 결합 상태를 계측할 수 있다.The
예를 들어, 제 3 센서(118c)는 제 1 슬라이더(113)의 후면에 설치되어 제 2 슬라이더(114)와의 상대적인 거리를 측정하는 센서일 수 있다.For example, the
제어부(14)는 제 1 센서(118a), 제 2 센서(118b) 또는 제 3 센서(118c)에서 계측된 신호에 기초하여 사용자의 운동 상태를 파악할 수 있고, 운동 상태에 기초하여 상기 구동 액추에이터의 구동을 제어할 수 있다.The
예를 들어, 외골격 로봇(1)이 도 1 내지 도 12에 도시된 바와 같이 사용자의 보행을 보조하는 구성일 경우, 제어부는 제 1 센서(118a), 제 2 센서(118b) 또는 제 3 센서(118c)를 통해 계측된 신호에 기초하여 근위 고정부(12) 및 원위 고정부(13)가 연결된 사용자 다리의 보행 상태를 파악할 수 있다.For example, when the
다른 예로, 제어부(14)는 양방향 동력 전달 장치(11)의 내부 구성으로 포함될 수 있고, 자체적으로 제 1 센서(118a), 제 2 센서(118b) 또는 제 3 센서(118c)에서 계측된 신호에 기초하여 구동 액추에이터(119)의 구동을 제어할 수 있다는 점을 밝혀둔다.As another example, the
도 5는 일 실시 예에 따른 외골격 로봇을 착용한 사용자의 보행 단계에 따라 양방향 동력 전달 장치의 구동 상태를 나타내는 도면이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 내부 슬라이더가 결합된 상태를 도시하는 사시도이고, 도 7은 일 실시 예에 따른 외골격 로봇을 착용한 사용자의 보행 단계에 따라 양방향 동력 전달 장치의 구동 상태를 나타내는 도면이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 내부 슬라이더가 최대로 상승된 상태를 도시하는 정면도이고, 도 9는 일 실시 예에 따른 완충부를 나타내는 후면 사시도이다.5 is a diagram showing a driving state of a bi-directional power transmission device according to walking steps of a user wearing an exoskeleton robot according to an embodiment, and FIG. 6 is a state in which an internal slider of the bi-directional power transmission device is coupled according to an embodiment. FIG. 7 is a view showing a driving state of a bi-directional power transmission device according to a walking step of a user wearing an exoskeleton robot according to an embodiment, and FIG. 8 is a diagram of a bi-directional power transmission device according to an embodiment. This is a front view showing a state in which the inner slider is maximally raised, and FIG. 9 is a rear perspective view showing a shock absorber according to an embodiment.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 외골격 로봇(1)을 착용한 사용자가 보행 과정 중 발이 지면에 닿아 있는 입각기(stance phase) 과정에서 양방향 동력 전달 장치(11)의 구동 과정을 확인할 수 있다.5 to 9, the driving process of the bi-directional
제어부(14)는 제 1 센서(118a), 제 2 센서(118b) 또는 제 3 센서(118c)에서 계측된 신호에 기초하여 근위 고정부(12) 및 원위 고정부(13)가 설치된 사용자의 다리의 보행 상태가 입각기(stance phase) 및 유각기(swing phase) 중 어느 보행 상태에 있는지 판단할 수 있다.The
먼저 도 1과 사용자가 앞으로 디딤발을 내민 상태를 기준으로 도 5와 같이 반대쪽 발을 전방으로 스윙하면서 전진하는 과정에서 제어부(14)는 구동 액추에이터(119)를 구동하여 제 2 슬라이더(114)를 제 1 구동 방향(도면의 상측 방향)으로 슬라이딩 시킬 수 있고, 이에 따라 제 2 구동 와이어(115b)는 인장되어 근위 고정부(12)를 뒤쪽에서 잡아당김으로써, 사용자의 대퇴 관절을 후방으로 굴곡 되도록 힘을 보조할 수 있다.First, in the process of moving forward while swinging the opposite foot forward as shown in FIG. 5 based on FIG. 1 and the state in which the user puts the foot forward, the
이후, 구동 액추에이터(119)의 지속적인 구동에 의해서 제 2 슬라이더(114)는 제 1 구동 방향으로 슬라이딩 구동될 수 있고, 결국 제 2 슬라이더(114)는 제 1 슬라이더(113)의 위치까지 이동하여 서로 접촉됨과 동시에, 도 6에 도시되는 바와 같이 제 1 슬라이더(113)의 그리퍼(1134)가 제 2 슬라이더(114)의 파지 단차(1143)에 스냅 핏(snap-fit) 결합을 통해 맞물리게 되어 서로에 대해 결합될 수 있다.Thereafter, the
이후, 도 7과 같이 사용자가 디딤발을 뒤로 밀어내는 과정까지 제 2 슬라이더(114)는 제 1 슬라이더(113)와 결합된 상태로 구동 액추에이터(119)의 구동에 의해 제 1 구동 방향으로의 최대 상사점까지 슬라이딩 될 수 있고, 이에 따라 제 2 슬라이더(114)는 도 8과 같이 슬라이딩 공간(1111)의 제 1 구동 방향의 단부로부터 돌출 형성된 완충 바(1171)에 접촉하여 완충 바(1171)를 제 1 구동 방향으로 밀어낼 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 7 , the
예를 들어, 제어부(14)는 제 1 슬라이더(113) 및 제 2 슬라이더(114)가 상사점에 도달했는지 여부를 통해 사용자의 다리의 보행 상태가 입각기(stance phase)의 종료 시점을 판단할 수 있고, 제어부(14)가 입각기가 종료되는 시점이라고 판단할 경우 구동 액추에이터(119)의 구동 방향을 전환할 수 있다.For example, the
이처럼, 제 1 슬라이더(113) 및 제 2 슬라이더(114)가 상사점에 도달하게 될 경우, 근위 고정부(12)는 최대한 후방으로 당겨짐에 따라서, 사용자의 대퇴 관절 역시 최대의 후방 굴곡 각도를 이루도록 보조되어, 도 7과 같이 디딤발의 발끝으로 하여금 지면을 밀어내는 자세를 형성할 수 있다.In this way, when the
도 9에 도시되는 바와 같이, 완충 바(1171)가 제 1 구동 방향으로 밀어짐에 따라서 완충 프레임(1172)에 설치된 완충 스프링(1173)은 완충 바(1171)에 의해 슬라이딩 방향으로 압축되어 완충 바(1171)에 제 2 구동 방향으로의 복원력을 형성하여 제 1 슬라이더(113) 및 제 2 슬라이더(114)의 슬라이딩 운동을 완충시킬 수 있다.As shown in FIG. 9, as the
이상의 구조에 의하면, 구동 액추에이터(119)의 구동 방향이 전환된 직후, 제 1 슬라이더(113) 및 제 2 슬라이더(114)는 완충 스프링(1173)의 복원력과 구동 액추에이터(119)에 의해 서로 결합된 상태로 제 2 구동 방향(하측 방향)으로 슬라이딩되기 시작하게 되면서, 제 1 슬라이더(113)로부터 연결되는 제 1 구동 와이어(115a)가 인장되어 원위 고정부(13)를 당기게 되며, 이를 통해 사용자의 발목 관절이 후방으로 굴곡되도록 보조함으로써 결과적으로 사용자의 발끝으로 하여금 지면을 후방으로 밀어내는 발끝 밀기(toe off) 동작을 수행하도록 보조할 수 있다.According to the above structure, immediately after the driving direction of the driving
도 10은 일 실시 예에 따른 외골격 로봇을 착용한 사용자의 보행 단계에 따라 양방향 동력 전달 장치의 구동 상태를 나타내는 도면이고, 도 11은 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 내부 슬라이더가 결합된 상태로 구동되는 모습을 나타내는 사시도이고, 도 12는 일 실시 예에 따른 양방향 동력 전달 장치의 내부 슬라이더가 서로 분리된 상태를 도시하는 정면도이다.10 is a diagram showing a driving state of a bi-directional power transmission device according to walking steps of a user wearing an exoskeleton robot according to an embodiment, and FIG. 11 is a state in which an internal slider of the bi-directional power transmission device is coupled according to an embodiment. 12 is a front view showing a state in which the inner sliders of the bi-directional power transmission device are separated from each other according to an embodiment.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 일 실시 예에 따른 외골격 로봇(1)을 착용한 사용자가 보행 과정 중 한쪽 발이 지면으로부터 떨어진 상태로 전진하는 유각기(swing phase) 과정에서 양방향 동력 전달 장치(11)의 구동 과정을 확인할 수 있다.10 to 12, in a swing phase in which a user wearing an
입각기에서 사용자의 디딤발이 지면을 밀어낸 이후, 해당 디딤발은 지면으로부터 떨어지게 되며, 이후 제 1 슬라이더(113) 및 제 2 슬라이더(114)는 도 10에 도시되는 바와 같이 서로 결합된 상태로 중력 및 구동 액추에이터(119)의 구동에 의해 제 2 구동 방향으로 슬라이딩 된다.After the user's stepping foot pushes the ground in the stance phase, the corresponding stepping foot is separated from the ground, and then the
이에 따라, 제 2 구동 와이어(115b)에 인가되던 인장력이 해제됨에 따라서, 후방으로 당겨졌던 근위 고정부(12), 즉 사용자의 허벅지 부분은 자연스럽게 전방으로 나아가고, 반대로 제 1 슬라이더(113)는 제 1 구동 와이어(115a)를 인장시킴으로써 원위 고정부(13), 즉 사용자의 발 끝으로 하여금 지면으로부터 이격되도록 들어올릴 수 있다.Accordingly, as the tensile force applied to the
이상의 구조에 의하면, 입각기가 종료된 사용자의 다리가 지면으로부터 떨어져 전방으로 스윙하는 과정에서, 발 끝이 하측으로 처지게 되어 지면과 간섭되지 않도록 지면으로부터 발을 들어올리는 힘을 제공할 수 있다.According to the above structure, in the process of swinging the user's leg away from the ground after the stance phase is finished, the toe tip droops downward to provide a force to lift the foot from the ground so as not to interfere with the ground.
이후, 도 10과 같이 사용자가 다리를 전방으로 내미는 과정에서, 제 1 슬라이더(113)는 제 2 슬라이더(114)와 결합된 상태로 제 2 구동 방향(하측 방향)으로 슬라이딩되어, 도 11과 같이 제 1 슬라이더(113)의 가이드 핀(1133)이 가이드 슬롯(1112)에 설치된 스토퍼(1113)에 간섭되는 위치까지 도달하게 될 수 있다.Thereafter, in the process of the user pushing the leg forward as shown in FIG. 10, the
이와 동시에, 제 2 슬라이더(114)는 자체 중력과 더불어, 사용자의 대퇴 관절이 전방으로 굴곡 운동함에 따라서, 근위 고정부(12)가 제 2 구동 와이어(115b)를 잡아 당기는 인장력을 통해, 지속적으로 제 2 구동 방향(하측 방향)으로의 힘이 인가될 수 있다.At the same time, the
따라서, 결합된 상태로 슬라이딩 레일(112)을 따라서 함께 이동하였던 제 1 슬라이더(113)와 제 2 슬라이더(114)는, 제 2 구동 방향으로 슬라이딩 구동되는 과정에서 제 1 슬라이더(113)의 가이드 핀(1133)이 스토퍼(1113)와 간섭되는 시점에서 다시 분리될 수 있고, 도 11과 같이 제 2 슬라이더(114)는 제 1 슬라이더(113)와 분리되어 제 2 구동 방향을 따라 슬라이딩 될 수 있다.Therefore, the
이와 동시에, 제 1 슬라이더(113)가 제 1 구동 와이어(115a)를 인장시키던 힘이 해제됨에 따라, 지면으로부터 들어올려졌던 원위 고정부(13), 즉 사용자의 발은 다시 지면을 디딜 수 있도록 지면을 향해 이동될 수 있다.At the same time, as the force that the
결과적으로, 사용자는 전술한 도 1과 같이 전방으로 다리를 전진시키는 동시에 지면을 딛게 되는 상태가 되면서 해당 사용자의 다리는 유각기가 종료되고 다시 입각기에 접어들 수 있다.As a result, as shown in FIG. 1 described above, the user's leg moves forward while simultaneously stepping on the ground, and the user's leg may end the swing phase and enter the stance phase again.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the described method, and/or components of the described structure, device, etc. may be combined or combined in a different form from the described method, or other components or equivalents may be used. Appropriate results can be achieved even if substituted or substituted by
Claims (18)
슬라이딩 방향을 따라서 연장된 슬라이딩 공간을 구비하는 하우징;
상기 슬라이딩 방향을 따라서 상기 슬라이딩 공간을 가로지르는 슬라이딩 레일;
상기 슬라이딩 레일을 따라서 이동 가능하게 설치되는 제 1 슬라이더;
일단은 상기 제 1 슬라이더에 연결되고 타단은 상기 하우징 외부로 연장되어 상기 사용자의 제 1 부분에 연결되는 제 1 구동 와이어;
상기 슬라이딩 레일을 따라서 이동 가능하게 설치되는 제 2 슬라이더;
일단은 상기 제 2 슬라이더에 연결되고 타단은 상기 하우징 외부로 연장되어 상기 사용자의 제 2 부분에 연결되는 제 2 구동 와이어; 및
상기 하우징에 설치되고 상기 제 2 슬라이더를 상기 슬라이딩 레일을 따라서 슬라이딩 구동시키는 구동 액추에이터를 포함하는 양방향 동력 전달 장치.
In the bi-directional power transmission device that is connected to each of the different first and second parts of the user to transmit force,
a housing having a sliding space extending along a sliding direction;
a sliding rail crossing the sliding space along the sliding direction;
a first slider movably installed along the sliding rail;
a first drive wire having one end connected to the first slider and the other end extending out of the housing and connected to a first part of the user;
a second slider movably installed along the sliding rail;
a second drive wire having one end connected to the second slider and the other end extending out of the housing and connected to a second part of the user; and
and a driving actuator installed in the housing and slidingly driving the second slider along the sliding rail.
상기 제 1 슬라이더는, 상기 제 2 슬라이더에 대해 상대적으로 상기 슬라이딩 방향 중 제 1 구동 방향으로 이격되어 위치하고,
상기 제 1 구동 와이어는 상기 제 1 슬라이더에 고정된 상태로 제 1 구동 방향을 따라서 상기 하우징의 외부로 연장되고,
상기 제 2 구동 와이어는 상기 제 2 슬라이더에 고정된 상태로 상기 슬라이딩 방향 중 상기 제 1 구동 방향의 반대 방향인 제 2 구동 방향을 따라서 상기 하우징 외부로 연장되는 양방향 동력 전달 장치.
According to claim 1,
The first slider is spaced apart from the second slider in a first driving direction among the sliding directions,
The first driving wire extends to the outside of the housing along a first driving direction while being fixed to the first slider,
The second driving wire is fixed to the second slider and extends outside the housing along a second driving direction opposite to the first driving direction among the sliding directions.
상기 구동 액추에이터의 구동에 의해 상기 제 2 슬라이더가 제 1 구동 방향으로 슬라이딩하여 상기 제 1 슬라이더와 접촉할 경우, 상기 제 1 슬라이더와 상기 제 2 슬라이더는 서로 결합되어 같이 슬라이딩 구동되는 것을 특징으로 하는 양방향 동력 전달 장치.
According to claim 2,
When the second slider slides in the first driving direction by the driving of the driving actuator and contacts the first slider, the first slider and the second slider are coupled to each other and driven together to slide. power train.
상기 제 1 슬라이더는,
상기 슬라이딩 레일에 이동 가능하게 설치되는 제 1 바디; 및
상기 제 1 바디로부터 상기 제 2 구동 방향으로 돌출 형성되는 그리퍼를 포함하고,
상기 제 2 슬라이더는,
상기 슬라이딩 레일에 이동 가능하게 설치되는 제 2 바디; 및
상기 제 2 바디에 형성되고 상기 그리퍼와 접촉할 경우 체결 가능한 파지 단차를 포함하는 양방향 동력 전달 장치.
According to claim 3,
The first slider,
a first body movably installed on the sliding rail; and
And a gripper protruding from the first body in the second driving direction,
The second slider,
a second body movably installed on the sliding rail; and
A bi-directional power transmission device comprising a gripping step formed on the second body and capable of being fastened when in contact with the gripper.
상기 하우징은,
상기 슬라이딩 방향을 기준으로 상기 슬라이딩 공간의 구간 중 설정 위치에 설치되어, 상기 설정 위치 상에서 상기 제 1 슬라이더와 간섭되어 상기 제 1 슬라이더의 슬라이딩 이동을 제한하되, 상기 제 2 슬라이더에는 간섭되지 않는 스토퍼를 더 포함하는 양방향 동력 전달 장치.
According to claim 4,
the housing,
A stopper installed at a set position in the section of the sliding space based on the sliding direction and interfering with the first slider on the set position to limit the sliding movement of the first slider, but not interfering with the second slider. A bi-directional power transmission device further comprising.
상기 하우징은,
상기 슬라이딩 방향에 수직한 측부에 상기 슬라이딩 공간에 연통되도록 관통 형성되고, 상기 슬라이딩 방향을 따라서 연장되는 가이드 슬롯을 더 포함하고,
상기 제 1 슬라이더는,
상기 제 1 바디로부터 상기 슬라이딩 방향의 축에서 멀어지는 방향으로 돌출 형성되어 상기 가이드 슬롯에 수용되는 가이드 핀을 더 포함하고,
상기 스토퍼는, 상기 슬라이딩 방향을 기준으로 상기 가이드 슬롯의 구간 중 설정 위치에서 상기 가이드 핀과 간섭되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 동력 전달 장치.
According to claim 5,
the housing,
Further comprising a guide slot formed through a side perpendicular to the sliding direction to communicate with the sliding space and extending along the sliding direction,
The first slider,
Further comprising a guide pin protruding from the first body in a direction away from the axis of the sliding direction and accommodated in the guide slot;
The stopper is a two-way power transmission device, characterized in that installed to interfere with the guide pin at a set position in the section of the guide slot based on the sliding direction.
상기 가이드 슬롯은,
상기 스토퍼는 상기 슬라이딩 방향을 따라서 복수개로 서로 이격된 위치에서 상기 스토퍼가 설치될 수 있는 복수의 홈을 포함하고,
상기 스토퍼는, 상기 복수의 홈 중 상기 설정 위치 상의 홈에 탈부착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 동력 전달 장치.
According to claim 6,
The guide slot,
The stopper includes a plurality of grooves in which the stopper can be installed at a plurality of grooves spaced apart from each other along the sliding direction,
The stopper is a two-way power transmission device, characterized in that detachably installed in the groove on the set position among the plurality of grooves.
상기 구동 액추에이터의 구동에 의해 상기 제 2 슬라이더가 제 1 구동 방향으로 슬라이딩하여 상기 제 1 슬라이더와 접촉할 경우, 상기 그리퍼와 상기 파지 단차는 서로 스냅 핏 방식으로 결합되고,
상기 제 2 슬라이더에 결합된 상기 제 1 슬라이더가 상기 제 2 구동 방향으로 슬라이딩하여 상기 스토퍼에 접촉할 경우, 상기 스토퍼와 상기 제 1 슬라이더가 간섭됨에 따라서 상기 제 2 슬라이더가 상기 제 1 슬라이더로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 양방향 동력 전달 장치.
According to claim 5,
When the second slider slides in a first driving direction by the driving of the driving actuator and comes into contact with the first slider, the gripper and the gripping step are coupled to each other in a snap-fit manner,
When the first slider coupled to the second slider slides in the second driving direction and contacts the stopper, the second slider is separated from the first slider as the stopper and the first slider interfere. A bidirectional power transmission device, characterized in that.
상기 슬라이딩 공간 중, 상기 제 1 슬라이더가 슬라이딩 하는 구간 중 적어도 하나 이상의 지점에 설치되어 상기 제 1 슬라이더의 움직임을 계측하는 제 1 센서;
상기 슬라이딩 공간 중, 상기 제 1 센서보다 상대적으로 상기 제 2 구동 방향으로 이격된 적어도 하나 이상의 지점에 설치되어 상기 제 2 슬라이더의 움직임을 계측하는 제 2 센서;
상기 제 1 슬라이더에 부착되어 상기 제 2 슬라이더와의 결합 여부를 계측하는 제 3 센서; 및
상기 제 1 센서, 제 2 센서 또는 제 3 센서에서 계측된 신호에 기초하여 사용자의 운동 상태를 파악하고, 상기 운동 상태에 기초하여 상기 구동 액추에이터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 양방향 동력 전달 장치.
According to claim 4,
a first sensor installed at at least one point of a section in which the first slider slides in the sliding space to measure a motion of the first slider;
a second sensor installed at at least one point in the sliding space, relatively spaced from the first sensor in the second driving direction, to measure the movement of the second slider;
a third sensor attached to the first slider to measure whether or not it is engaged with the second slider; and
A bi-directional power transmission device further comprising a control unit that determines a user's movement state based on a signal measured by the first sensor, the second sensor, or the third sensor, and controls driving of the driving actuator based on the movement state .
사용자의 허벅지 부분에 고정되는 근위 고정부;
상기 허벅지 부분으로부터 연결되는 사용자의 발 뒤꿈치 부분에 고정되는 원위 고정부; 및
상기 근위 고정부 및 원위 고정부 각각에 연결되어 보행에 필요한 힘을 전달하는 양방향 동력 전달 장치를 포함하고,
상기 양방향 동력 전달 장치는,
슬라이딩 방향을 따라서 연장된 슬라이딩 공간을 구비하는 하우징;
상기 슬라이딩 방향을 따라서 상기 슬라이딩 공간을 가로지르는 슬라이딩 레일;
상기 슬라이딩 레일을 따라서 이동 가능하게 설치되는 제 1 슬라이더;
일단은 상기 제 1 슬라이더에 연결되고 타단은 상기 하우징 외부로 연장되어 상기 근위 고정부에 연결되는 제 1 구동 와이어;
상기 슬라이딩 레일을 따라서 이동 가능하게 설치되는 제 2 슬라이더;
일단은 상기 제 2 슬라이더에 연결되고 타단은 상기 하우징 외부로 연장되어 상기 원위 고정부에 연결되는 제 2 구동 와이어; 및
상기 하우징에 설치되고 상기 제 2 슬라이더를 상기 슬라이딩 레일을 따라서 슬라이딩 구동시키는 구동 액추에이터를 포함하는 외골격 로봇.
In the exoskeleton robot that assists the walking motion of the user,
A proximal fixing unit fixed to the user's thigh;
a distal fixing part fixed to a user's heel part connected from the thigh part; and
A bi-directional power transmission device connected to each of the proximal fixing part and the distal fixing part to transmit power required for walking,
The bi-directional power transmission device,
a housing having a sliding space extending along a sliding direction;
a sliding rail crossing the sliding space along the sliding direction;
a first slider movably installed along the sliding rail;
a first driving wire having one end connected to the first slider and the other end extending out of the housing and connected to the proximal fixing part;
a second slider movably installed along the sliding rail;
a second driving wire having one end connected to the second slider and the other end extending out of the housing and connected to the distal fixing part; and
and a driving actuator installed in the housing and slidingly driving the second slider along the sliding rail.
상기 하우징은 상기 사용자의 등뒤에 착용 가능하게 고정되고, 상기 슬라이딩 방향이 지면과 수직한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇.
According to claim 10,
The exoskeleton robot of claim 1 , wherein the housing is wearably fixed to the back of the user, and the sliding direction is oriented in a direction perpendicular to the ground.
상기 제 1 슬라이더는, 상기 제 2 슬라이더에 대해 상대적으로 상기 슬라이딩 방향 중 상측 방향인 제 1 구동 방향으로 이격되어 위치하고,
상기 제 1 구동 와이어는 상기 제 1 슬라이더에 고정된 상태로 제 1 구동 방향을 따라서 상기 하우징의 외부로 연장되어 상기 근위 고정부에 연결되고,
상기 제 2 구동 와이어는 상기 제 2 슬라이더에 고정된 상태로 상기 슬라이딩 방향 중 하측 방향인 제 2 구동 방향을 따라서 상기 하우징 외부로 연장되어 상기 원위 고정부에 연결되는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇.
According to claim 12,
The first slider is spaced apart from the second slider in a first driving direction, which is an upward direction among the sliding directions,
The first driving wire extends to the outside of the housing along a first driving direction in a state fixed to the first slider and is connected to the proximal fixing part;
The exoskeleton robot of claim 1 , wherein the second driving wire is fixed to the second slider and extends out of the housing along a second driving direction, which is a downward direction among the sliding directions, and is connected to the distal fixing part.
상기 양방향 동력 전달 장치는,
상기 슬라이딩 공간 중, 상기 제 1 슬라이더가 슬라이딩 하는 구간 중 적어도 하나 이상의 지점에 설치되어 상기 제 1 슬라이더의 움직임을 계측하는 제 1 센서;
상기 슬라이딩 공간 중, 상기 제 1 센서보다 상대적으로 상기 제 2 구동 방향으로 이격된 적어도 하나 이상의 지점에 설치되어 상기 제 2 슬라이더의 움직임을 계측하는 제 2 센서; 및
상기 제 1 슬라이더에 부착되어 상기 제 2 슬라이더와의 결합 여부를 계측하는 제 3 센서;를 더 포함하고,
상기 외골격 로봇은,
상기 제 1 센서, 제 2 센서 또는 제 3 센서에서 계측된 신호에 기초하여 사용자의 보행 상태를 파악하고, 상기 보행 상태에 기초하여 상기 구동 액추에이터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 외골격 로봇.
According to claim 13,
The bi-directional power transmission device,
a first sensor installed at at least one point of a section in which the first slider slides in the sliding space to measure a motion of the first slider;
a second sensor installed at at least one point in the sliding space, relatively spaced from the first sensor in the second driving direction, to measure the movement of the second slider; and
A third sensor attached to the first slider to measure whether or not it is engaged with the second slider;
The exoskeleton robot,
The exoskeleton robot further comprises a control unit that determines a walking state of the user based on a signal measured by the first sensor, the second sensor, or the third sensor, and controls driving of the driving actuator based on the walking state.
상기 제 1 슬라이더는,
상기 슬라이딩 레일에 이동 가능하게 설치되는 제 1 바디; 및
상기 제 1 바디로부터 하측 방향으로 돌출 형성되는 그리퍼를 포함하고,
상기 제 2 슬라이더는,
상기 슬라이딩 레일에 이동 가능하게 설치되는 제 2 바디; 및
상기 제 2 바디에 형성되고 상기 그리퍼와 접촉할 경우 체결 가능한 파지 단차를 포함하고,
상기 구동 액추에이터의 구동에 의해 상기 제 2 슬라이더가 상측으로 슬라이딩하여 상기 제 1 슬라이더와 접촉할 경우, 상기 그리퍼와 상기 파지 단차는 서로 스냅 핏 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇.
15. The method of claim 14,
The first slider,
a first body movably installed on the sliding rail; and
And a gripper protruding downward from the first body,
The second slider,
a second body movably installed on the sliding rail; and
It is formed on the second body and includes a gripping step that can be fastened when in contact with the gripper,
The exoskeleton robot of claim 1 , wherein, when the second slider slides upward and contacts the first slider by the driving of the driving actuator, the gripper and the gripping step are coupled to each other in a snap-fit manner.
상기 제 1 센서, 제 2 센서 또는 제 3 센서에서 계측된 신호에 기초하여 상기 제어부가 상기 근위 고정부 및 상기 원위 고정부가 설치된 사용자의 다리의 보행 상태가 입각기(stance phase)에 있는 것으로 판단할 경우, 상기 제어부는 상기 구동 액추에이터를 구동을 통해, 상기 제 2 슬라이더를 상측 방향으로 슬라이딩하여 상기 제 1 슬라이더와 접촉시킨 상태로 함께 상측으로 슬라이딩 구동시키는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇.
15. The method of claim 14,
Based on the signal measured by the first sensor, the second sensor, or the third sensor, the control unit determines that the gait state of the user's legs installed with the proximal fixing unit and the distal fixing unit is in a stance phase. , the control unit slides the second slider upward by driving the drive actuator, and slides and drives the second slider upward together in a state of being in contact with the first slider.
상기 제어부가 상기 근위 고정부 및 상기 원위 고정부가 설치된 사용자의 다리의 보행 상태가 입각기(stance phase)의 종료 시점에 있는 것으로 판단할 경우, 상기 제어부는 상기 구동 액추에이터를 통해 상기 제 2 슬라이더를 하측 방향으로 구동시켜, 상기 제 1 슬라이더가 중력에 의해 하측으로 슬라이딩되도록 함으로써, 상기 제 1 구동 와이어를 인장시켜 상기 원위 고정부에 고정된 사용자의 발을 지면으로부터 상측으로 들어 올리도록 보조하는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇.
17. The method of claim 16,
When the control unit determines that the gait state of the user's legs installed with the proximal fixing unit and the distal fixing unit is at the end of the stance phase, the control unit moves the second slider downward through the drive actuator. driven in the direction so that the first slider slides downward by gravity, thereby tensioning the first driving wire to assist in lifting the user's foot fixed to the distal fixing part upward from the ground. exoskeleton robot.
상기 하우징은,
상기 슬라이딩 방향을 기준으로 상기 슬라이딩 공간의 구간 중 설정 위치에 설치되어, 상기 설정 위치 상에서 상기 제 1 슬라이더와 간섭되어 상기 제 1 슬라이더의 슬라이딩 이동을 제한하되, 상기 제 2 슬라이더에는 간섭되지 않는 스토퍼를 더 포함하고,
상기 제 2 슬라이더에 결합된 상기 제 1 슬라이더가 하측으로 슬라이딩하여 상기 스토퍼에 접촉할 경우, 상기 스토퍼와 상기 제 1 슬라이더가 간섭됨에 따라서 상기 제 2 슬라이더가 상기 제 1 슬라이더로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇.18. The method of claim 17,
the housing,
A stopper installed at a set position in the section of the sliding space based on the sliding direction and interfering with the first slider on the set position to limit the sliding movement of the first slider, but not interfering with the second slider. contain more,
When the first slider coupled to the second slider slides downward and contacts the stopper, the second slider is separated from the first slider as the stopper and the first slider interfere exoskeleton robot.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210105150A KR102498970B1 (en) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Bidirectional power transmission device and exoskeleton robot including the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020210105150A KR102498970B1 (en) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Bidirectional power transmission device and exoskeleton robot including the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR102498970B1 true KR102498970B1 (en) | 2023-02-13 |
Family
ID=85202897
Family Applications (1)
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KR1020210105150A KR102498970B1 (en) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Bidirectional power transmission device and exoskeleton robot including the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102498970B1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107259661A (en) * | 2017-07-16 | 2017-10-20 | 北京工业大学 | A kind of flexible power-assisted coat of wearable lower limb |
KR101836413B1 (en) * | 2016-10-28 | 2018-03-09 | 재단법인대구경북과학기술원 | Tendon device of suit type exoskeleton for human power assistance |
-
2021
- 2021-08-10 KR KR1020210105150A patent/KR102498970B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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KR101836413B1 (en) * | 2016-10-28 | 2018-03-09 | 재단법인대구경북과학기술원 | Tendon device of suit type exoskeleton for human power assistance |
CN107259661A (en) * | 2017-07-16 | 2017-10-20 | 北京工业大学 | A kind of flexible power-assisted coat of wearable lower limb |
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