KR102508865B1 - Wearable Robot Having Structure To Minimize Acceleration Impact - Google Patents

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Abstract

가속 충격량 최소화 구조를 포함하는 웨어러블 로봇이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 로봇은, 다수의 절곡조인트가 착용자의 관절과 대응되는 위치에 구비된 의복 형태의 슈트; 상기 절곡조인트에 내장되고 제어부의 제어신호에 따라 구동되는 조인트 구동부; 슈트의 내측면에 장착되고, 착용자의 신체와 직접 접촉하는 구조이며, 슈트의 내측면에 장착된 제1 탄성복원부재에 의해 슈트의 내측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 착용자의 신체의 움직임에 따라 슈트 내측면과의 이격 거리가 변경되는 내측 움직임 검출부; 슈트의 외측면에 장착되고, 외부 물체와 직접 접촉하는 구조이며, 슈트의 외측면에 장착된 제2 탄성복원부재에 의해 슈트의 외측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 외부 물체의 접촉 가압력에 따라 슈트 외측면과의 이격 거리가 변경되는 외측 움직임 검출부; 상기 슈트의 내부에 탑재되고, 내측 움직임 검출부와 외측 움직임 검출부를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 조인트 구동부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.A wearable robot including an acceleration impact minimization structure is disclosed. A wearable robot according to an embodiment of the present invention includes a suit in the form of a garment in which a plurality of bending joints are provided at positions corresponding to the wearer's joints; a joint driving unit built into the bending joint and driven according to a control signal from a control unit; It is mounted on the inner surface of the suit and has a structure in direct contact with the wearer's body, and is spaced apart from the inner surface of the suit by a predetermined length by the first elastic restoring member mounted on the inner surface of the suit, and the movement of the wearer's body An inner motion detection unit that changes the separation distance from the inner surface of the suit according to; It is mounted on the outer surface of the suit and has a structure in direct contact with an external object. An outer movement detection unit in which the separation distance with the outer surface of the chute is changed according to; A control unit mounted inside the suit and controlling the operation of the joint drive unit based on data obtained through the inner motion detector and the outer motion detector.

Description

가속 충격량 최소화 구조를 포함하는 웨어러블 로봇{Wearable Robot Having Structure To Minimize Acceleration Impact}Wearable robot having structure to minimize acceleration impact

본 발명은 웨어러블 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가속 충격량 최소화 구조를 포함하는 웨어러블 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a wearable robot, and more particularly, to a wearable robot including a structure for minimizing an acceleration impulse.

일반적으로 보행 보조장치는 보행이 불편한 환자나 노약자의 재활을 돕거나 거동을 보조하기 위하여 사용되는 수단이다.In general, a walking assistance device is a means used to assist a patient or an elderly person who has difficulty walking in rehabilitation or to assist their behavior.

종래의 보행 보조장치는 착용자의 움직임에 따라 동작하는 단순한 메커니즘으로 되어 있었으나, 최근 개발된 보행 보조장치는 컴퓨터와 인체공학적 메커니즘을 접목하여 보다 편리하고 근력 증강 효과가 우수한 장점을 가지고 있다.Conventional walking aids are simple mechanisms that operate according to the movement of the wearer, but recently developed walking aids combine computers and ergonomic mechanisms to provide more convenience and excellent strength enhancing effects.

상기와 같은 보행 보조장치는 크게 3가지 분야로 나눌 수 있는데 첫째, 인체의 몸을 기대어 움직일 때 착용자의 몸무게를 대신 지지해주고 상체의 힘을 이용하여 균형을 잡아주는 형태의 보조장치 분야와, 둘째, 걸을 수 없는 사람의 보행을 가능하게 해주는 휠체어 분야와, 셋째, 쉽게 걷지 못하는 사람의 하지 관절에 액추에이터를 부착하여 근력을 보조해주는 착용형 로봇 분야로 나눌 수 있다.The walking aids as described above can be largely divided into three fields. First, the field of assistive devices in the form of supporting the wearer's weight instead and balancing them using the strength of the upper body when moving while leaning on the human body, and second, It can be divided into a wheelchair field that enables people who cannot walk to walk, and a wearable robot field that assists muscle strength by attaching actuators to the lower extremity joints of people who cannot walk easily.

상기와 같은 종래의 보행 보조장치의 일 예로 한국등록특허 제716597호에는 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇이 개시되어 있다.As an example of the above conventional walking assistance device, Korea Patent Registration No. 716597 discloses an intelligent muscular strength and walking assistance robot.

상기 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇은, 도 1에 도시된 바와 같이, 착용자의 하체에 착용하는 외골격과, 모터에 의해 주행하는 캐스터워커와, 외골격과 캐스터워커를 연결하는 암으로 이루어진다. 외골격은 좌우측 다리 프레임에 각각 고관절부와 슬관절부가 설치되는 한편, 착용자가 착용하는 허리 브레이스, 허벅지 브레이스, 종아리 브레이스가 다리 프레임에 결합되는 구성을 가진다. 바퀴가 달린 캐스터워커는 별도의 주행용 모터에 의해 구동되며 착용자가 손으로 잡고 지탱할 수 있는 손잡이를 구비하고 있다. 캐스터워커에 설치되어 외골격에 연결되는 암은 외골격의 고관절부와 슬관절부를 각각 구동할 수 있도록 모터와 기어 등으로 구성되는 구동장치를 내장하고 있다.As shown in FIG. 1 , the intelligent muscle strength and walking assistance robot includes an exoskeleton worn on the wearer's lower body, a caster walker driven by a motor, and an arm connecting the exoskeleton and the caster walker. The exoskeleton has a configuration in which hip and knee joints are installed on the left and right leg frames, respectively, while waist braces, thigh braces, and calf braces worn by the wearer are coupled to the leg frames. The caster walker with wheels is driven by a separate driving motor and has a handle that the wearer can hold and support. The arm installed on the caster walker and connected to the exoskeleton has a built-in driving device composed of a motor and a gear to drive the hip and knee joints of the exoskeleton, respectively.

이러한 종래의 보행 보조장치 내지 로봇은 캐스터워커가 자체적으로 주행하면서 암의 구동장치를 통해 외골격의 고관절부와 슬관절부를 동작시키기 때문에 보행 보조뿐만 아니라 근력 증강을 통한 재활에 매우 유용하다고 할 수 있다.These conventional walking assistance devices or robots can be said to be very useful for rehabilitation through muscle strength enhancement as well as walking assistance because the caster walker moves on its own and operates the hip and knee joints of the exoskeleton through the driving device of the arm.

그러나, 종래의 보행 보조장치는 구동장치의 구조가 지나치게 복잡하여 백래시(backlash)로 인한 제어의 어려움이 있으며, 계단 등의 지형에서 사용하기 어려운 문제점이 있고, 휴대하기에도 매우 어려운 문제점이 있다.However, conventional walking assistance devices have difficulties in control due to backlash due to an excessively complex structure of the driving device, and are difficult to use in terrain such as stairs, and are very difficult to carry.

또한, 종래의 보행보조장치를 포함한 웨어러블 로봇을 이용하여 외부 물건을 파지하거나 밀거나 들어올릴 경우, 외부 물건의 무게를 착용자가 정확히 파악하 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 이로 인해, 착용자는 웨어러블 로봇을 이용하여 미세한 힘 조절이 곤란하고, 빠른 속도로 이동할 수 없다는 문제점을 가지고 있다.In addition, when grasping, pushing, or lifting an external object using a wearable robot including a conventional walking aid, the wearer cannot accurately grasp the weight of the external object. Due to this, the wearer has a problem in that it is difficult to finely adjust force using the wearable robot and cannot move at high speed.

종래 기술에 따른 웨어러블 로봇은, 착용자의 움직임 패턴을 이용하여 다음 움직임을 예측하는 기술이 적용되어 있으나, 다양한 움직임에 한계가 따르는 문제점이 있으며, 이로 인해 입력해야 할 정보와 변수가 많아져 제어 방법에 있어 문제가 발생하고 있다.Wearable robots according to the prior art are applied with a technology for predicting the next movement using the wearer's movement pattern, but there is a problem in that various movements are limited. There is a problem happening.

또한, 종래 기술에 따른 웨어러블 로봇의 경우, 착용자의 신체 표면에 밀착해서 착용하는 구조로서, 보행 시, 외부 물건과 접촉할 시, 외부 물건을 들어올릴 시에 외부로부터 인가되는 힘이 가속되어 착용자의 신체에 충격을 가할 수 있다. 또한, 착용자의 급작스런 움직임에 의해서도 착용자의 신체와 웨어러블 로봇의 슈트가 서로 부딪혀 착용자의 신체에 충격을 가할 수 있다.In addition, in the case of the wearable robot according to the prior art, it is a structure that is worn in close contact with the wearer's body surface, and the force applied from the outside is accelerated when walking, when in contact with an external object, or when lifting an external object, so that the wearer's It can cause shock to the body. Also, even when the wearer makes a sudden movement, the wearer's body and the suit of the wearable robot collide with each other, so that an impact may be applied to the wearer's body.

따라서, 상기 언급한 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a technique capable of solving the above-mentioned problems according to the prior art.

한국등록특허공보 제10-1099521호 (등록일자: 2011년12월21일)Korean Registered Patent Publication No. 10-1099521 (registration date: December 21, 2011)

본 발명의 목적은, 일반인을 대상으로, 움직임 및 균형 제어에서 기계적 시스템의 의존성을 줄이고 착용자의 능력에 더 많은 할당량을 줄 수 있는 웨어러블 로봇을 제공하고,An object of the present invention is to provide a wearable robot that can reduce dependence on mechanical systems in movement and balance control and give more allocation to the capabilities of the wearer, targeting the general public,

본 발명의 또 다른 목적은, 하반신 마비환자나 근력이 약한 노인 및 근력이 저하된 환자를 대상으로, 착용자가 보행할 수 있도록 신체를 변형 없이 안정되게 고정 지지하여 보행할 수 있도록, 착용자의 고속이동 및 자연스러운 움직임을 구현함으로써 신체에 무리를 주지 않는 구조를 포함하는 웨어러블 로봇을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a high-speed movement of the wearer so that the wearer can stably support and walk without deformation of the body so that the wearer can walk, targeting paraplegic patients, elderly people with weak muscle strength, and patients with reduced muscle strength. and to provide a wearable robot including a structure that does not burden the body by implementing natural movements.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 웨어러블 로봇은, 다수의 절곡조인트가 착용자의 관절과 대응되는 위치에 구비되고, 다수의 절곡조인트에 절곡 각도, 절곡 각속도, 절곡 토크를 검출하는 검출센서가 탑재된 의복 형태의 슈트; 상기 절곡조인트에 내장되고 제어부의 제어신호에 따라 구동되는 조인트 구동부; 슈트의 내측면에 장착되고, 착용자의 신체와 직접 접촉하는 구조이며, 슈트의 내측면에 장착된 제1 탄성복원부재에 의해 슈트의 내측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 착용자의 신체의 움직임에 따라 슈트 내측면과의 이격 거리가 변경되는 내측 움직임 검출부; 슈트의 외측면에 장착되고, 외부 물체와 직접 접촉하는 구조이며, 슈트의 외측면에 장착된 제2 탄성복원부재에 의해 슈트의 외측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 외부 물체의 접촉 가압력에 따라 슈트 외측면과의 이격 거리가 변경되는 외측 움직임 검출부; 상기 슈트의 내부에 탑재되고, 내측 움직임 검출부와 외측 움직임 검출부를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 조인트 구동부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 구성일 수 있다.In order to achieve this object, a wearable robot according to an aspect of the present invention has a plurality of bending joints provided at positions corresponding to the wearer's joints, and detects bending angles, bending angular velocities, and bending torques at the plurality of bending joints. A suit in the form of a garment equipped with a sensor; a joint driving unit built into the bending joint and driven according to a control signal from a control unit; It is mounted on the inner surface of the suit and has a structure in direct contact with the wearer's body, and is spaced apart from the inner surface of the suit by a predetermined length by the first elastic restoring member mounted on the inner surface of the suit, and the movement of the wearer's body An inner motion detection unit that changes the separation distance from the inner surface of the suit according to; It is mounted on the outer surface of the suit and has a structure in direct contact with an external object. An outer movement detection unit in which a separation distance with the outer surface of the chute is changed according to; A controller mounted inside the suit and controlling the operation of the joint drive unit based on data acquired through the inner motion detector and the outer motion detector.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 슈트는, 착용자의 관절로부터 일측방으로 소정 거리만큼 이격되어 착용자의 신체의 일부를 감싸는 구조로 장착되는 제1착용부; 및 상기 제1착용부와 절곡조인트에 의해 결속되고, 착용자의 관절로부터 타측방으로 소정 거리만큼 이격되어 착용자의 신체의 일부를 감싸는 구조로 장착되는 제2착용부;를 포함하는 구성일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the suit, a first wearing portion that is spaced apart from the wearer's joint in one direction by a predetermined distance is mounted in a structure that surrounds a part of the wearer's body; and a second wearing part coupled to the first wearing part by a bent joint and spaced apart from the wearer's joint in the other direction by a predetermined distance to surround a part of the wearer's body.

이 경우, 상기 내측 움직임 검출부와 외측 움직임 검출부는, 서로 반대방향을 향하도록 한 쌍으로 장착되고, 상기 내측 움직임 검출부는 슈트의 내주면을 따라 착용자의 신체 일부를 감싸는 형태로 연속적으로 장착되고, 상기 외측 움직임 검출부는 슈트의 외주면을 감싸는 형태로 연속적으로 장착도리 수 있다.In this case, the inside motion detection unit and the outside motion detection unit are mounted as a pair facing opposite directions, and the inside motion detection unit is continuously mounted along the inner circumferential surface of the suit to cover a part of the wearer's body. The motion detection unit may be continuously mounted in a form surrounding the outer circumferential surface of the suit.

또한, 상기 내측 움직임 검출부와 외측 움직임 검출부는, 착용자의 신체 일부를 감싸는 형태의 링 구조일 수 있다.Also, the inner motion detector and the outer motion detector may have a ring structure surrounding a part of the wearer's body.

이때, 상기 내측 움직임 검출부와 외측 움직임 검출부는, 착용자의 신체 일부를 감싸는 형태를 이루도록 다수의 판상형 구조물이 하나의 군을 형성하는 구조일 수 있다.In this case, the inner motion detecting unit and the outer motion detecting unit may have a structure in which a plurality of plate-shaped structures form a group to form a shape surrounding a part of the wearer's body.

또한, 상기 내측 움직임 검출부와 외측 움직임 검출부를 구성하는 다수의 판상형 구조물은, 서로 소정 크기의 탄성복원력을 가지는 결속부재로 연결될 수 있다.In addition, the plurality of plate-like structures constituting the inner motion detection unit and the outer motion detection unit may be connected to each other by a binding member having an elastic restoring force of a predetermined size.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 내측 움직임 검출부로부터 착용자의 신체가 움직이는 방향과 속도를 검출하고, 외측 움직임 검출부로부터 외부 물체와의 접촉 위치와 가압력 크기를 검출하며, 검출된 데이터를 바탕으로 조인트 구동부의 작동 방향과 회전 토크 크기를 결정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control unit detects the moving direction and speed of the wearer's body from the inner motion detector, detects the contact position with the external object and the amount of pressing force from the outer motion detector, and stores the detected data Based on this, it is possible to determine the operating direction of the joint drive unit and the magnitude of the rotational torque.

이 경우, 상기 제어부는, 검출된 데이터를 바탕으로 조인트 구동부의 회전 토크 크기를 계산하는 과정에서, 기설정된 증폭상수를 곱하여 회전 토크 크기를 계산하며, 상기 증폭상수는, 외측 움직임 검출부로부터 검출되는 압력데이터 값과 비례하여 증가하고, 해당 절곡조인트가 위치하는 착용자의 관절의 종류에 따라 서로 다르게 설정될 수 있다.In this case, in the process of calculating the rotational torque of the joint drive unit based on the detected data, the control unit calculates the rotational torque by multiplying a preset amplification constant, and the amplification constant is the pressure detected by the external motion detection unit. It increases in proportion to the data value, and may be set differently according to the type of wearer's joint where the corresponding bending joint is located.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내측 움직임 검출부는, 착용자의 신체 일부를 감싸는 형태를 이루도록 다수의 판상형 구조물이 하나의 군을 형성하는 구조이고, 슈트의 내측면과 이격된 길이는 착용자의 신체 부위별로 서로 다르게 설정되며, 상기 외측 움직임 검출부는, 슈트의 외측면 일부를 감싸는 형태를 이루도록 다수의 판상형 구조물이 하나의 군을 형성하는 구조이고, 슈트의 외측면과 이격된 길이는 착용자의 신체 부위별로 서로 다르게 설정될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the inner motion detection unit has a structure in which a plurality of plate-like structures form a group so as to surround a part of the wearer's body, and the length spaced apart from the inner surface of the suit is the wearer's body. It is set differently for each part, and the outer motion detection unit has a structure in which a plurality of plate-like structures form a group so as to surround a part of the outer surface of the suit, and the length separated from the outer surface of the suit is a part of the wearer's body. It can be set differently for each.

또한, 상기 내측 움직임 검출부는, 슈트의 내측면과 이격된 길이는 착용자의 관절로부터 멀어질수록 증가하고, 착용자의 관절로부터 가까워질수록 감소하며, 상기 외측 움직임 검출부는, 슈트의 내측면과 이격된 길이는 착용자의 관절로부터 멀어질수록 증가하고, 착용자의 관절로부터 가까워질수록 감소하는 구성일 수 있다.In addition, the inner motion detection unit, the distance from the inner surface of the suit increases the distance from the wearer's joint, and the wearer's joint distance decreases, the outer motion detection unit, spaced apart from the inner surface of the suit The length may increase as it moves away from the wearer's joint and decrease as it approaches the wearer's joint.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 웨어러블 로봇에 따르면, 다수의 절곡조인트와 조인트 구동부가 구비된 슈트에 특정 구조의 내측 움직임 검출부 및 외측 움직임 검출부를 구비하고, 내측 움직임 검출부와 슈트 사이에 소정 길이의 갭을 형성하고, 외측 움직임 검출부와 슈트 사이에 소정 길이의 갭을 형성함으로써, 착용자의 움직임에 따른 움직임 방향과 속도를 검출함에 있어 갭을 통해 가속 충격을 흡수함과 동시에 연산 시간을 확보할 수 있고, 이를 통해 착용자의 고속이동 및 자연스러운 움직임을 구현할 수 있어, 결과적으로 움직임 및 균형 제어에서 기계적 시스템의 의존성을 줄이고 착용자의 능력에 더 많은 할당량을 줄 수 있으며, 착용자의 신체에 무리를 주지 않는 웨어러블 로봇을 제공할 수 있다.As described above, according to the wearable robot of the present invention, the inner motion detection unit and the outer motion detection unit having a specific structure are provided in a suit equipped with a plurality of bending joints and joint driving units, and a predetermined length is provided between the inner motion detection unit and the suit. By forming a gap and forming a gap of a predetermined length between the outer motion detector and the suit, in detecting the direction and speed of the wearer's motion, acceleration shock can be absorbed through the gap and calculation time can be secured. , Through this, it is possible to implement high-speed movement and natural movement of the wearer, resulting in less dependence on mechanical systems in movement and balance control, more allocation to the wearer's abilities, and a wearable robot that does not strain the wearer's body. can provide.

또한, 본 발명의 웨어러블 로봇에 따르면, 착용자의 관절을 중심으로 일측에 배치되는 제1착용부와 타측에 배치되는 제2착용부를 구비하고, 제1착용부와 제2착용부에 링구조의 내측 움직임 검출부와 외측 움직임 검출부를 특정 형태로 배치함으로써, 착용자의 움직임의 방향과 속도를 정확하고 연속적으로 검출할 수 있고, 검출된 후 내측 움직임 검출부와 외측 움직임 검출부의 위치 복원을 효과적으로 구현할 수 있어, 착용자의 고속이동 및 자연스러운 움직임을 구현할 수 있어, 결과적으로 착용자의 신체에 무리를 주지 않는 웨어러블 로봇을 제공할 수 있다.In addition, according to the wearable robot of the present invention, a first wearing part disposed on one side and a second wearing part disposed on the other side with the wearer's joint as the center, and the first wearing part and the second wearing part have inner sides of the ring structure. By arranging the motion detection unit and the lateral motion detection unit in a specific form, it is possible to accurately and continuously detect the direction and speed of the wearer's movement, and after detection, the position restoration of the internal motion detection unit and the lateral motion detection unit can be effectively implemented, so that the wearer's It is possible to implement high-speed movement and natural movement of the body, and as a result, it is possible to provide a wearable robot that does not put too much strain on the wearer's body.

또한, 본 발명의 웨어러블 로봇에 따르면, 착용자의 신체 일부를 감싸는 형태를 이루도록 다수의 판상형 구조물이 하나의 군을 형성하는 구조로 내측 움직임 검출부와 외측 움직임 검출부를 구성함으로써, 착용자의 신체 표면의 움직임을 다양한 방향으로 검출할 수 있고, 검출된 데이터를 바탕으로 착용자의 움직임의 방향과 속도를 더욱 정확하고 정밀하게 검출할 수 있으며, 결과적으로, 착용자의 고속이동 및 자연스러운 움직임을 구현할 수 있고, 이와 동시에 착용자의 신체에 무리를 주지 않는 웨어러블 로봇을 제공할 수 있다.In addition, according to the wearable robot of the present invention, the inner motion detector and the outer motion detector are configured in a structure in which a plurality of plate-like structures form a group so as to surround a part of the wearer's body, thereby detecting the movement of the wearer's body surface. It can be detected in various directions, and based on the detected data, the direction and speed of the wearer's movement can be more accurately and precisely detected, and as a result, the wearer's high-speed movement and natural movement can be realized, and at the same time, the wearer's It is possible to provide a wearable robot that does not put too much strain on the human body.

또한, 본 발명의 웨어러블 로봇에 따르면, 증폭상수값을 해당 절곡조인트가 위치하는 착용자의 관절의 종류에 따라 다르게 설정하고, 슈트의 내측면과 이격된 길이를 착용자의 신체 부위별로 서로 다르게 설정함으로써, 착용자의 신체 표면을 손상할 수 있는 가속 충격이 발생하는 것을 원천적으로 차단함과 동시에 착용자의 움직임을 효과적으로 검출할 수 있어, 결과적으로, 착용자의 고속이동 및 자연스러운 움직임을 구현할 수 있고, 이와 동시에 착용자의 신체에 무리를 주지 않는 웨어러블 로봇을 제공할 수 있다.In addition, according to the wearable robot of the present invention, the value of the amplification constant is set differently according to the type of the wearer's joint where the corresponding bending joint is located, and the length spaced apart from the inner surface of the suit is set differently for each part of the wearer's body, It is possible to fundamentally block the occurrence of acceleration impact that can damage the wearer's body surface and effectively detect the wearer's movement, and as a result, it is possible to implement the wearer's high-speed movement and natural movement, and at the same time, the wearer's It is possible to provide a wearable robot that does not put too much strain on the body.

도 1은 종래 기술에 따른 웨어러블 슈트를 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 슈트, 내측 움직임 검출부, 외측 움직임 검출부를 나타내는 단면 모식도이다.
도 4는 도 3의 A부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 슈트, 내측 움직임 검출부, 외측 움직임 검출부를 나타내는 단면 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇을 나타내는 측면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 웨어러블 로봇이 착용자의 신체에 착용되는 모습을 나타내는 측면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 웨어러블 로봇의 내측 움직임 검출부와 외측 움직임 검출부의 이격된 길이를 비교하여 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇이 적용될 수 있는 분야를 나타내는 사진이다.
1 is a side view showing a wearable suit according to the prior art.
2 is a configuration diagram showing a wearable robot according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional schematic diagram illustrating a wearable robot suit, an inner motion detector, and an outer motion detector according to an embodiment of the present invention.
4 is an enlarged view of part A of FIG. 3 .
5 is a schematic cross-sectional view illustrating a wearable robot suit, an inner motion detector, and an outer motion detector according to another embodiment of the present invention.
6 is a side view illustrating a wearable robot according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side view illustrating a state in which the wearable robot shown in FIG. 6 is worn on a wearer's body.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a comparison between the distanced lengths of the inner and outer motion detectors of the wearable robot shown in FIG. 6 .
9 is a photograph showing a field to which the wearable robot according to an embodiment of the present invention can be applied.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Prior to this, terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings, but should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention.

본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case where a member is in contact with another member, but also a case where another member exists between the two members. Throughout this specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇을 나타내는 구성도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 슈트, 내측 움직임 검출부, 외측 움직임 검출부를 나타내는 단면 모식도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3의 A부분 확대도가 도시되어 있다.FIG. 2 is a configuration diagram showing a wearable robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional schematic diagram showing a suit, an inner motion detector, and an outer motion detector of the wearable robot according to an embodiment of the present invention. 4, an enlarged view of part A of FIG. 3 is shown.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨어러블 로봇(100)은, 특정 구조의 슈트(110), 조인트 구동부(120), 내측 움직임 검출부(130), 외측 움직임 검출부(140) 및 제어부(160)를 포함하는 구성일 수 있다.Referring to these drawings, the wearable robot 100 according to the present embodiment includes a suit 110 having a specific structure, a joint drive unit 120, an inside motion detection unit 130, an outside motion detection unit 140, and a control unit 160. It may be a configuration that includes.

이 경우, 본 실시예에 따르면, 다수의 절곡조인트(111)와 조인트 구동부(120)가 구비된 슈트(110)에 특정 구조의 내측 움직임 검출부(130) 및 외측 움직임 검출부(140)를 구비하고, 내측 움직임 검출부(130)와 슈트(110) 사이에 소정 길이의 갭을 형성하고, 외측 움직임 검출부(140)와 슈트(110) 사이에 소정 길이의 갭을 형성함으로써, 착용자의 움직임에 따른 움직임 방향과 속도를 검출함에 있어 갭을 통해 가속 충격을 흡수함과 동시에 연산 시간을 확보할 수 있고, 이를 통해 착용자의 고속이동 및 자연스러운 움직임을 구현할 수 있어, 결과적으로 움직임 및 균형 제어에서 기계적 시스템의 의존성을 줄이고 착용자의 능력에 더 많은 할당량을 줄 수 있으며, 착용자의 신체에 무리를 주지 않는 웨어러블 로봇을 제공할 수 있다.In this case, according to the present embodiment, the chute 110 equipped with the plurality of bending joints 111 and the joint drive unit 120 is provided with an inside motion detection unit 130 and an outside motion detection unit 140 having a specific structure, By forming a gap of a predetermined length between the inner motion detection unit 130 and the suit 110 and forming a gap of a predetermined length between the outer motion detection unit 140 and the suit 110, the movement direction according to the wearer's movement and In detecting the speed, it is possible to absorb the acceleration shock through the gap and secure the calculation time at the same time, and through this, it is possible to implement the wearer's high-speed movement and natural movement, resulting in reduced dependence on the mechanical system in movement and balance control. It is possible to give more quota to the wearer's ability and to provide a wearable robot that does not put too much strain on the wearer's body.

구체적으로, 슈트(110)는 착용자의 신체의 일부를 감싸는 의복 형태의 구성으로서, 착용자의 관절과 대응되는 위치에 절곡조인트(111)가 구비되고, 다수의 절곡조인트(111)에 절곡 각도, 절곡 각속도, 절곡 토크를 검출하는 검출센서가 탑재된 구조임이 바람직하다. 이때, 절곡조인트(111)에는 제어부(160)의 제어신호에 따라 구동되는 조인트 구동부(120)가 내장될 수 있다.Specifically, the suit 110 is a clothing-type configuration that surrounds a part of the wearer's body, and is provided with a bending joint 111 at a position corresponding to the wearer's joint, and a plurality of bending joints 111 have a bending angle and bending It is preferable to have a structure in which a detection sensor for detecting angular velocity and bending torque is mounted. At this time, the joint driving unit 120 driven according to the control signal of the control unit 160 may be incorporated in the bending joint 111 .

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)는, 각각 슈트(110)의 내측면과 외측면에 각각 독립적으로 장착되는 구성이다.As shown in FIGS. 3 and 4 , the inner motion detection unit 130 and the outer motion detection unit 140 according to the present embodiment are configured to be independently mounted on the inner and outer surfaces of the suit 110, respectively. .

구체적으로, 내측 움직임 검출부(130)는, 슈트(110)의 내측면에 장착되어 착용자의 신체와 직접 접촉하는 구조로서, 슈트(110)의 내측면에 장착된 제1 탄성복원부재(151)에 의해 슈트(110)의 내측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 착용자의 신체의 움직임에 따라 슈트(110) 내측면과의 이격 거리가 변경될 수 있다.Specifically, the inner motion detection unit 130 is a structure that is mounted on the inner surface of the suit 110 and directly contacts the body of the wearer, and is attached to the first elastic restoring member 151 mounted on the inner surface of the suit 110. It is arranged spaced apart from the inner surface of the suit 110 by a predetermined length, and the distance between the suit 110 and the inner surface may be changed according to the movement of the wearer's body.

또한, 외측 움직임 검출부(140)는, 슈트(110)의 외측면에 장착되어 외부 물체와 직접 접촉하는 구조로서, 슈트(110)의 외측면에 장착된 제2 탄성복원부재(152)에 의해 슈트(110)의 외측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 외부 물체의 접촉 가압력에 따라 슈트(110) 외측면과의 이격 거리가 변경될 수 있다.In addition, the outer motion detection unit 140 is a structure that is mounted on the outer surface of the suit 110 to directly contact an external object, and is mounted on the outer surface of the suit 110 by the second elastic restoring member 152 mounted on the suit It is disposed spaced apart from the outer surface of the 110 by a predetermined length, and the distance between the chute 110 and the outer surface may be changed according to the contact pressure of the external object.

본 실시예에 따른 제어부(160)는, 슈트(110)의 내부에 탑재되는 구성으로서, 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 조인트 구동부(120)의 작동을 제어할 수 있다.The control unit 160 according to the present embodiment is a configuration mounted inside the suit 110, and controls the joint driving unit 120 based on data obtained through the inside motion detection unit 130 and the outside motion detection unit 140. operation can be controlled.

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(160)는 내측 움직임 검출부(130)로부터 착용자의 신체가 움직이는 방향과 속도를 검출할 수 있다. 또한, 제어부(160)는, 외측 움직임 검출부(140)로부터 외부 물체와의 접촉 위치와 가압력 크기를 검출하며, 검출된 데이터를 바탕으로 조인트 구동부(120)의 작동 방향과 회전 토크 크기를 결정할 수 있다. 경우에 따라서, 착용자의 단순 움직임의 경우 외부 물체와의 접촉에 의해 검출 데이터가 부재하므로, 외측 움직임 검출부(140)로부터 검출되는 데이터를 생략하거나 무시하여 조인트 구동부(120)의 작동 방향과 회전 토크 크기를 결정할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 4 , the control unit 160 may detect the moving direction and speed of the wearer's body from the inner motion detection unit 130 . In addition, the control unit 160 may detect a contact position with an external object and a magnitude of pressing force from the external motion detection unit 140, and may determine an operating direction and a rotational torque magnitude of the joint driving unit 120 based on the detected data. . In some cases, since detection data is absent due to contact with an external object in the case of a simple movement of the wearer, the data detected from the external movement detection unit 140 is omitted or ignored to operate the joint driving unit 120 and the amount of rotational torque. can decide

이때, 제어부(160)는, 검출된 데이터를 바탕으로 조인트 구동부(120)의 회전 토크 크기를 계산하는 과정에서, 기설정된 증폭상수를 곱하여 회전 토크 크기를 계산할 수 있다. 상기 언급한 증폭상수는, 외측 움직임 검출부(140)로부터 검출되는 압력데이터 값과 비례하여 증가하고, 해당 절곡조인트(111)가 위치하는 착용자의 관절의 종류에 따라 서로 다르게 설정됨이 바람직하다.In this case, the control unit 160 may calculate the rotational torque by multiplying the rotational torque by a predetermined amplification constant in the process of calculating the rotational torque of the joint driving unit 120 based on the detected data. The above-mentioned amplification constant increases in proportion to the value of the pressure data detected by the external motion detection unit 140, and is preferably set differently according to the type of wearer's joint where the corresponding bending joint 111 is located.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 제어부(160)는 내부에 데이터 저장부(161)를 탑재할 수 있다. 데이터 저장부(161)에는 제어부(160)의 제어 신호에 의해 구동되는 조인트 구동부(120)의 구동 프로그램이 저장되어 있으며, 착용자의 착용 위치, 신체 사이즈, 체중 등의 데이터가 저장될 수 있다. 제어부(160)는 데이터 저장부(161)에 저장된 데이터를 이용하여 웨어러블 로봇(100)를 구성하는 각 구성을 제어하게 된다. 경우에 따라서, 착용자의 움직임을 실시간으로 기록하여 움직임 패턴을 도출해 낸 후, 해당 패턴에 따라 착용자가 움직일 경우, 해당 패턴에 대응하는 제어신호를 조인트 구동부(120)에 전달하여 웨어러블 로봇(100)의 더욱 자연스러운 움직임을 구현할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the control unit 160 according to the present embodiment may mount a data storage unit 161 therein. The data storage unit 161 stores a drive program of the joint drive unit 120 driven by a control signal of the control unit 160, and may store data such as a wearer's wearing position, body size, weight, and the like. The control unit 160 controls each component constituting the wearable robot 100 using the data stored in the data storage unit 161 . In some cases, after deriving a movement pattern by recording the movement of the wearer in real time, when the wearer moves according to the pattern, a control signal corresponding to the pattern is transmitted to the joint driving unit 120 so that the wearable robot 100 More natural movements can be realized.

도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 슈트, 내측 움직임 검출부, 외측 움직임 검출부를 나타내는 단면 모식도가 도시되어 있다.5 is a cross-sectional schematic diagram illustrating a suit, an inner motion detector, and an outer motion detector of a wearable robot according to another embodiment of the present invention.

도 5를 도 2와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)는, 착용자의 신체 일부를 감싸는 형태를 이루도록 다수의 판상형 구조물(130a, 140a)이 하나의 군을 형성하는 구조일 수 있다.Referring to FIG. 5 together with FIG. 2 , the inner motion detecting unit 130 and the outer motion detecting unit 140 according to the present embodiment include a plurality of plate-like structures 130a and 140a so as to surround a part of the wearer's body. It may be a structure forming a group of

구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 내측 움직임 검출부(130)는, 착용자의 신체 일부를 감싸는 형태를 이루도록 다수의 판상형 구조물(130a)이 하나의 군을 형성하는 구조이다. 이때, 내측 움직임 검출부(130)는, 슈트(110)의 내측면과 이격된 길이는 착용자의 신체 부위별로 서로 다르게 설정됨이 바람직하다. 또한, 외측 움직임 검출부(140)는, 슈트(110)의 외측면 일부를 감싸는 형태를 이루도록 다수의 판상형 구조물(140a)이 하나의 군을 형성하는 구조이다. 이때, 슈트(110)의 외측면과 이격된 길이는 착용자의 신체 부위별로 서로 다르게 설정됨이 바람직하다.Specifically, as shown in FIG. 5 , the inner motion detection unit 130 has a structure in which a plurality of plate-like structures 130a form a group to form a shape surrounding a part of the wearer's body. At this time, it is preferable that the length of the inner motion detection unit 130 and the inner surface of the suit 110 is set differently for each part of the wearer's body. In addition, the outer motion detection unit 140 has a structure in which a plurality of plate-like structures 140a form a group so as to form a shape surrounding a portion of the outer surface of the suit 110 . At this time, it is preferable that the outer surface and the spaced length of the suit 110 be set differently for each part of the wearer's body.

더욱 바람직하게, 도 5에 도시된 바와 같이, 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)를 구성하는 다수의 판상형 구조물은, 소정 크기의 탄성복원력을 가지는 결속부재(130b, 140b)로 서로 연결될 수 있다. 이때, 결속부재(130b, 140b)는, 외부로부터 착용자의 신체방향 내측으로 이물질이 침투할 수 없도록, 방수 및 방진 소재로 구성되거나, 그러한 물질이 외부면에 증착 또는 코팅 처리된 소재로 구성될 수 있다.More preferably, as shown in FIG. 5 , the plurality of plate-like structures constituting the inner motion detection unit 130 and the outer motion detection unit 140 are connected to each other by binding members 130b and 140b having elastic restoring force of a predetermined size. can be connected At this time, the binding members 130b and 140b may be made of a waterproof and dustproof material or a material having such a material deposited or coated on the outer surface so that foreign substances cannot penetrate from the outside to the inside of the wearer's body direction. there is.

이 경우, 본 실시예에 따르면, 착용자의 신체 일부를 감싸는 형태를 이루도록 다수의 판상형 구조물이 하나의 군을 형성하는 구조로 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)를 구성함으로써, 착용자의 신체 표면의 움직임을 다양한 방향으로 검출할 수 있고, 검출된 데이터를 바탕으로 착용자의 움직임의 방향과 속도를 더욱 정확하고 정밀하게 검출할 수 있으며, 결과적으로, 착용자의 고속이동 및 자연스러운 움직임을 구현할 수 있고, 이와 동시에 착용자의 신체에 무리를 주지 않는 웨어러블 로봇을 제공할 수 있다.In this case, according to the present embodiment, the inner motion detecting unit 130 and the outer motion detecting unit 140 are configured in a structure in which a plurality of plate-like structures form a group so as to surround a part of the wearer's body. The movement of the body surface can be detected in various directions, and based on the detected data, the direction and speed of the wearer's movement can be more accurately and precisely detected, and as a result, the wearer's high-speed movement and natural movement can be realized. At the same time, it is possible to provide a wearable robot that does not put too much strain on the wearer's body.

더욱 구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 내측 움직임 검출부(130)는, 슈트(110)의 내측면과 이격된 길이는 착용자의 관절로부터 멀어질수록 증가하고, 착용자의 관절로부터 가까워질수록 감소하도록 장착됨이 바람직하다. 또한, 외측 움직임 검출부(140)는, 슈트(110)의 외측면과 이격된 길이는 착용자의 관절로부터 멀어질수록 증가하고, 착용자의 관절로부터 가까워질수록 감소하도록 장착됨이 바람직하다.More specifically, as shown in FIG. 8, the inner motion detection unit 130, the length of the suit 110 spaced apart from the inner surface increases as it moves away from the wearer's joints, and decreases as it gets closer to the wearer's joints. It is preferable to be installed so that In addition, the outer motion detection unit 140 is preferably mounted such that the length of the outer surface and the spaced distance of the suit 110 increases as it moves away from the wearer's joint and decreases as it approaches the wearer's joint.

이 경우, 본 실시예에 따르면, 증폭상수값을 해당 절곡조인트가 위치하는 착용자의 관절의 종류에 따라 다르게 설정하고, 슈트(110)의 내측면과 이격된 길이를 착용자의 신체 부위별로 서로 다르게 설정함으로써, 착용자의 신체 표면을 손상할 수 있는 가속 충격이 발생하는 것을 원천적으로 차단함과 동시에 착용자의 움직임을 효과적으로 검출할 수 있어, 결과적으로, 착용자의 고속이동 및 자연스러운 움직임을 구현할 수 있고, 이와 동시에 착용자의 신체에 무리를 주지 않는 웨어러블 로봇을 제공할 수 있다.In this case, according to the present embodiment, the value of the amplification constant is set differently according to the type of joint of the wearer where the corresponding bending joint is located, and the length separated from the inner surface of the suit 110 is set differently for each part of the wearer's body. By doing so, it is possible to fundamentally block the occurrence of acceleration shock that can damage the wearer's body surface and at the same time effectively detect the wearer's movement, and as a result, it is possible to implement the wearer's high-speed movement and natural movement, and at the same time It is possible to provide a wearable robot that does not put too much strain on a wearer's body.

도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇을 나타내는 측면도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 도시된 웨어러블 로봇이 착용자의 신체에 착용되는 모습을 나타내는 측면도가 도시되어 있다.6 is a side view showing the wearable robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a side view showing the wearable robot shown in FIG. 6 being worn on a wearer's body.

이들 도면을 도 2와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 슈트(110)는 다수의 착용부(110a, 110b)로 구성될 수 있다. 예를 들어 착용자의 가슴을 포함한 몸통을 감싸는 구조의 착용부, 팔의 일부 또는 전체를 감싸는 구조의 착용부, 발의 일부 또는 전체를 감싸는 구조의 착용부, 착용자의 관절 주위를 감싸는 구조의 착용부 일 수 있다.Referring to these drawings together with FIG. 2 , the suit 110 according to this embodiment may be composed of a plurality of wearing parts 110a and 110b. For example, a wearable part with a structure covering the torso including the wearer's chest, a wearing part with a structure that covers part or all of an arm, a wearing part with a structure that covers part or all of a foot, and a wearing part with a structure that wraps around a wearer's joints can

도 6 및 도 7에는 착용자의 관절 주위를 감싸는 구조의 착용부(110a, 110b)를 포함하는 웨어러블 로봇(100)에 대해 도시되어 있다.6 and 7 show a wearable robot 100 including wearable parts 110a and 110b having a structure wrapping around a wearer's joints.

구체적으로, 본 실시예에 따른 웨어러블 로봇(100)은, 착용자의 관절로부터 일측방과 타측방에 서로 소정 거리만큼 이격되어 착용자의 신체의 일부를 감싸는 구조로 장착되는 제1착용부(110a) 및 제2착용부(110b)를 포함하는 구성일 수 있다. 이때, 제1착용부(110a)와 제2착용부(110b)는 착용자의 관절과 인접하여 배치되는 절곡조인트(111)에 의해 결속될 수 있다.Specifically, the wearable robot 100 according to this embodiment includes a first wearing part 110a mounted in a structure that surrounds a part of the wearer's body by being spaced apart from each other by a predetermined distance from one side and the other side of the wearer's joint, and It may be configured to include the second wearing part 110b. At this time, the first wearing part 110a and the second wearing part 110b may be bound by a bending joint 111 disposed adjacent to the wearer's joint.

앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)는, 서로 반대방향을 향하도록 한 쌍으로 장착됨이 바람직하다. 이때, 내측 움직임 검출부(130)는 슈트(110)의 내주면을 따라 착용자의 신체 일부를 감싸는 형태로 연속적으로 장착될 수 있다. 이와 동시에, 외측 움직임 검출부(140)는 슈트(110)의 외주면을 감싸는 형태로 연속적으로 장착됨이 바람직하다.As described above, it is preferable that the inside motion detection unit 130 and the outside motion detection unit 140 according to the present embodiment are mounted as a pair facing opposite directions. At this time, the inner motion detection unit 130 may be continuously mounted along the inner circumferential surface of the suit 110 in a form surrounding a part of the wearer's body. At the same time, the outer motion detection unit 140 is preferably continuously mounted in a form surrounding the outer circumferential surface of the suit 110.

도 6 및 도 7에는 착용자의 신체 일부를 감싸는 구조의 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)만을 도시하였으나, 경우에 따라서 착용자의 손가락 또는 팔을 감쌀 수 있는 링 구조일 수 있다. 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)의 구조는 착용하고자 하는 부위의 크기와 형태 및 설계자의 의도에 따라 다양한 구조로 변경될 수 있음은 물론이다.6 and 7 show only the inner motion detecting unit 130 and the outer motion detecting unit 140, which have structures surrounding a part of the wearer's body, but may be a ring structure that can cover a finger or arm of the wearer in some cases. Of course, the structures of the inner motion detection unit 130 and the outer motion detection unit 140 can be changed into various structures according to the size and shape of the part to be worn and the designer's intention.

이 경우, 본 실시예에 따르면, 착용자의 관절을 중심으로 일측에 배치되는 제1착용부(110a)와 타측에 배치되는 제2착용부(110b)를 구비하고, 제1착용부(110a)와 제2착용부(110b)에 링구조의 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)를 특정 형태로 배치함으로써, 착용자의 움직임의 방향과 속도를 정확하고 연속적으로 검출할 수 있고, 검출된 후 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)의 위치 복원을 효과적으로 구현할 수 있어, 착용자의 고속이동 및 자연스러운 움직임을 구현할 수 있어, 결과적으로 착용자의 신체에 무리를 주지 않는 웨어러블 로봇을 제공할 수 있다.In this case, according to the present embodiment, a first wearing part 110a disposed on one side around the wearer's joint and a second wearing part 110b disposed on the other side, and the first wearing part 110a and By arranging the inner motion detector 130 and the outer motion detector 140 in a specific form on the second wearing part 110b, the direction and speed of the wearer's motion can be accurately and continuously detected, and the detected Afterward, it is possible to effectively restore the positions of the inner motion detection unit 130 and the outer motion detection unit 140, so that high-speed movement and natural motion of the wearer can be implemented, and as a result, a wearable robot that does not put too much strain on the wearer's body can be provided. can

도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇이 적용될 수 있는 분야를 나타내는 사진이 도시되어 있다.9 shows a picture showing a field to which the wearable robot according to an embodiment of the present invention can be applied.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 웨어러블 로봇은 착용자의 착용 위치와 착용 형태 및 활용 분야에 따라 다양한 분야에 적용될 수 있다.As shown in FIG. 9 , the wearable robot according to this embodiment can be applied to various fields according to the wearer's wearing position, wearing type, and application field.

구체적으로, 어깨 및 상체에 착용되는 경우 작업, 재활 분야에 활용될 수 있고, 팔에 착용되는 경우, 작업, 일상 및 게임 분야에 활용될 수 있으며, 손에 착용되는 경우, 재활, 일상 및 게임 분야에 활용될 수 있다.Specifically, when worn on the shoulder and upper body, it can be used in work and rehabilitation fields. When worn on the arm, it can be used in work, daily life and game fields. When worn on the hand, it can be used in rehabilitation, daily life and game fields. can be utilized for

도 9에 도시된 여러 분야는 하나의 실시예일 뿐 이에 한정되지 않음은 물론이다.Of course, the various fields shown in FIG. 9 are only one embodiment and are not limited thereto.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the above detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. However, it should be understood that the present invention is not limited to the particular forms mentioned in the detailed description, but rather it is understood to include all modifications, equivalents and substitutes within the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. It should be.

즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.That is, the present invention is not limited to the specific embodiments and descriptions described above, and anyone having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can make various modifications without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. is possible, and such variations fall within the protection scope of the present invention.

10: 착용자 신체
11: 착용자의 관절
12: 착용자의 허벅지
13: 착용자의 종아리
100: 웨어러블 로봇
110: 슈트
111: 절곡조인트
110a: 제1착용부
110b: 제2착용부
120: 조인트 구동부
130: 내측 움직임 검출부
130a: 판상형 구조물
130b: 결속부재
140: 외측 움직임 검출부
140a: 판상형 구조물
140b: 결속부재
151: 제1 탄성복원부재
152: 제2 탄성복원부재
160: 제어부
161: 데이터 저장부
10: wearer's body
11: wearer's joints
12: wearer's thigh
13: wearer's calf
100: wearable robot
110: suit
111: bending joint
110a: first wearing part
110b: second wearing part
120: joint driving unit
130: inner movement detection unit
130a: plate-like structure
130b: binding member
140: external movement detection unit
140a: plate-like structure
140b: binding member
151: first elastic restoring member
152: second elastic restoring member
160: control unit
161: data storage unit

Claims (5)

다수의 절곡조인트(111)가 착용자의 관절과 대응되는 위치에 구비되고, 다수의 절곡조인트(111)에 절곡 각도, 절곡 각속도, 절곡 토크를 검출하는 검출센서가 탑재된 의복 형태의 슈트(110);
상기 절곡조인트(111)에 내장되고 제어부(160)의 제어신호에 따라 구동되는 조인트 구동부(120);
슈트(110)의 내측면에 장착되고, 착용자의 신체와 직접 접촉하는 구조이며, 슈트(110)의 내측면에 장착된 제1 탄성복원부재(151)에 의해 슈트(110)의 내측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 착용자의 신체의 움직임에 따라 슈트(110) 내측면과의 이격 거리가 변경되는 내측 움직임 검출부(130);
슈트(110)의 외측면에 장착되고, 외부 물체와 직접 접촉하는 구조이며, 슈트(110)의 외측면에 장착된 제2 탄성복원부재(152)에 의해 슈트(110)의 외측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 외부 물체의 접촉 가압력에 따라 슈트(110) 외측면과의 이격 거리가 변경되는 외측 움직임 검출부(140); 및
상기 슈트(110)의 내부에 탑재되고, 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 조인트 구동부(120)의 작동을 제어하는 제어부(160);
를 포함하고,
상기 슈트(110)는,
착용자의 관절로부터 일측방으로 소정 거리만큼 이격되어 착용자의 신체의 일부를 감싸는 구조로 장착되는 제1착용부(110a); 및
상기 제1착용부(110a)와 절곡조인트(111)에 의해 결속되고, 착용자의 관절로부터 타측방으로 소정 거리만큼 이격되어 착용자의 신체의 일부를 감싸는 구조로 장착되는 제2착용부(110b);
를 포함하고,
상기 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)는, 서로 반대방향을 향하도록 한 쌍으로 장착되고,
상기 내측 움직임 검출부(130)는 슈트(110)의 내주면을 따라 착용자의 신체 일부를 감싸는 형태로 연속적으로 장착되고,
상기 외측 움직임 검출부(140)는 슈트(110)의 외주면을 감싸는 형태로 연속적으로 장착되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇.
A plurality of bending joints 111 are provided at positions corresponding to the joints of the wearer, and a plurality of bending joints 111 are equipped with detection sensors for detecting bending angles, bending angular velocities, and bending torques. Suit 110 in the form of clothing ;
a joint driving unit 120 built into the bending joint 111 and driven according to a control signal from the control unit 160;
It is mounted on the inner surface of the suit 110 and has a structure in direct contact with the wearer's body, and the inner surface of the suit 110 and the predetermined an inner motion detection unit 130 that is spaced apart from each other by a length and changes a distance from the inner surface of the suit 110 according to the movement of the wearer's body;
It is mounted on the outer surface of the chute 110 and has a structure in direct contact with an external object. Is arranged spaced apart by, according to the contact pressing force of the external object chute 110, the outer movement detection unit 140 in which the separation distance with the outer surface is changed; and
A control unit 160 mounted inside the suit 110 and controlling the operation of the joint driving unit 120 based on data obtained through the inner motion detecting unit 130 and the outer motion detecting unit 140;
including,
The chute 110,
A first wearing part 110a spaced apart from the wearer's joint by a predetermined distance in one direction and mounted in a structure that surrounds a part of the wearer's body; and
A second wearing part 110b coupled to the first wearing part 110a by a bending joint 111 and mounted in a structure that surrounds a part of the wearer's body by being spaced apart by a predetermined distance from the wearer's joint to the other side;
including,
The inside motion detection unit 130 and the outside motion detection unit 140 are mounted as a pair facing opposite directions,
The inner motion detection unit 130 is continuously mounted along the inner circumferential surface of the suit 110 in a form surrounding a part of the wearer's body,
The wearable robot, characterized in that the outer motion detection unit 140 is continuously mounted in a form surrounding the outer circumferential surface of the suit (110).
삭제delete 다수의 절곡조인트(111)가 착용자의 관절과 대응되는 위치에 구비되고, 다수의 절곡조인트(111)에 절곡 각도, 절곡 각속도, 절곡 토크를 검출하는 검출센서가 탑재된 의복 형태의 슈트(110);
상기 절곡조인트(111)에 내장되고 제어부(160)의 제어신호에 따라 구동되는 조인트 구동부(120);
슈트(110)의 내측면에 장착되고, 착용자의 신체와 직접 접촉하는 구조이며, 슈트(110)의 내측면에 장착된 제1 탄성복원부재(151)에 의해 슈트(110)의 내측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 착용자의 신체의 움직임에 따라 슈트(110) 내측면과의 이격 거리가 변경되는 내측 움직임 검출부(130);
슈트(110)의 외측면에 장착되고, 외부 물체와 직접 접촉하는 구조이며, 슈트(110)의 외측면에 장착된 제2 탄성복원부재(152)에 의해 슈트(110)의 외측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 외부 물체의 접촉 가압력에 따라 슈트(110) 외측면과의 이격 거리가 변경되는 외측 움직임 검출부(140); 및
상기 슈트(110)의 내부에 탑재되고, 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 조인트 구동부(120)의 작동을 제어하는 제어부(160);
를 포함하고,
상기 제어부(160)는,
내측 움직임 검출부(130)로부터 착용자의 신체가 움직이는 방향과 속도를 검출하고,
외측 움직임 검출부(140)로부터 외부 물체와의 접촉 위치와 가압력 크기를 검출하며,
검출된 데이터를 바탕으로 조인트 구동부(120)의 작동 방향과 회전 토크 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇.
A plurality of bending joints 111 are provided at positions corresponding to the joints of the wearer, and a plurality of bending joints 111 are equipped with detection sensors for detecting bending angles, bending angular velocities, and bending torques. Suit 110 in the form of clothing ;
a joint driving unit 120 built into the bending joint 111 and driven according to a control signal from the control unit 160;
It is mounted on the inner surface of the suit 110 and has a structure in direct contact with the wearer's body, and the inner surface of the suit 110 and the predetermined an inner motion detection unit 130 that is spaced apart from each other by a length and changes a distance from the inner surface of the suit 110 according to the movement of the wearer's body;
It is mounted on the outer surface of the chute 110 and has a structure in direct contact with an external object. Is arranged spaced apart by, according to the contact pressing force of the external object chute 110, the outer movement detection unit 140 in which the separation distance with the outer surface is changed; and
A control unit 160 mounted inside the suit 110 and controlling the operation of the joint driving unit 120 based on data obtained through the inner motion detecting unit 130 and the outer motion detecting unit 140;
including,
The controller 160,
Detecting the direction and speed of movement of the wearer's body from the inner movement detector 130;
Detecting the contact position with the external object and the magnitude of the pressing force from the external motion detection unit 140,
A wearable robot characterized in that the operating direction and rotational torque of the joint driving unit 120 are determined based on the detected data.
제3항에 있어서,
상기 제어부(160)는,
검출된 데이터를 바탕으로 조인트 구동부(120)의 회전 토크 크기를 계산하는 과정에서, 기설정된 증폭상수를 곱하여 회전 토크 크기를 계산하며,
상기 증폭상수는, 외측 움직임 검출부(140)로부터 검출되는 압력데이터 값과 비례하여 증가하고, 해당 절곡조인트(111)가 위치하는 착용자의 관절의 종류에 따라 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇.
According to claim 3,
The controller 160,
In the process of calculating the rotational torque of the joint drive unit 120 based on the detected data, the rotational torque is calculated by multiplying the preset amplification constant,
The amplification constant increases in proportion to the pressure data value detected from the external motion detection unit 140, and is set differently depending on the type of wearer's joint where the corresponding bending joint 111 is located Wearable robot, characterized in that.
다수의 절곡조인트(111)가 착용자의 관절과 대응되는 위치에 구비되고, 다수의 절곡조인트(111)에 절곡 각도, 절곡 각속도, 절곡 토크를 검출하는 검출센서가 탑재된 의복 형태의 슈트(110);
상기 절곡조인트(111)에 내장되고 제어부(160)의 제어신호에 따라 구동되는 조인트 구동부(120);
슈트(110)의 내측면에 장착되고, 착용자의 신체와 직접 접촉하는 구조이며, 슈트(110)의 내측면에 장착된 제1 탄성복원부재(151)에 의해 슈트(110)의 내측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 착용자의 신체의 움직임에 따라 슈트(110) 내측면과의 이격 거리가 변경되는 내측 움직임 검출부(130);
슈트(110)의 외측면에 장착되고, 외부 물체와 직접 접촉하는 구조이며, 슈트(110)의 외측면에 장착된 제2 탄성복원부재(152)에 의해 슈트(110)의 외측면과 소정 길이만큼 이격되어 배치되며, 외부 물체의 접촉 가압력에 따라 슈트(110) 외측면과의 이격 거리가 변경되는 외측 움직임 검출부(140); 및
상기 슈트(110)의 내부에 탑재되고, 내측 움직임 검출부(130)와 외측 움직임 검출부(140)를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 조인트 구동부(120)의 작동을 제어하는 제어부(160);
를 포함하고,
상기 내측 움직임 검출부(130)는, 착용자의 신체 일부를 감싸는 형태를 이루도록 다수의 판상형 구조물(130a)이 하나의 군을 형성하는 구조이고, 슈트(110)의 내측면과 이격된 길이는 착용자의 신체 부위별로 서로 다르게 설정되며,
상기 외측 움직임 검출부(140)는, 슈트(110)의 외측면 일부를 감싸는 형태를 이루도록 다수의 판상형 구조물(140a)이 하나의 군을 형성하는 구조이고, 슈트(110)의 외측면과 이격된 길이는 착용자의 신체 부위별로 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇.
A plurality of bending joints 111 are provided at positions corresponding to the joints of the wearer, and a plurality of bending joints 111 are equipped with detection sensors for detecting bending angles, bending angular velocities, and bending torques. Suit 110 in the form of clothing ;
a joint driving unit 120 built into the bending joint 111 and driven according to a control signal from the control unit 160;
It is mounted on the inner surface of the suit 110 and has a structure in direct contact with the wearer's body, and the inner surface of the suit 110 and the predetermined an inner motion detection unit 130 that is spaced apart from each other by a length and changes a distance from the inner surface of the suit 110 according to the movement of the wearer's body;
It is mounted on the outer surface of the chute 110 and has a structure in direct contact with an external object. Is arranged spaced apart by, according to the contact pressing force of the external object chute 110, the outer movement detection unit 140 in which the separation distance with the outer surface is changed; and
A control unit 160 mounted inside the suit 110 and controlling the operation of the joint driving unit 120 based on data obtained through the inner motion detecting unit 130 and the outer motion detecting unit 140;
including,
The inner motion detector 130 has a structure in which a plurality of plate-like structures 130a form a group so as to surround a part of the wearer's body, and the length spaced apart from the inner surface of the suit 110 is the wearer's body. Each part is set differently,
The outer motion detector 140 has a structure in which a plurality of plate-like structures 140a form a group so as to surround a portion of the outer surface of the suit 110, and has a length spaced apart from the outer surface of the suit 110. is a wearable robot characterized in that it is set differently for each part of the wearer's body.
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