KR102510656B1 - 유연 착용 로봇 - Google Patents

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김광태
김용철
우한승
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Abstract

사용자의 보행 운동을 보조하기 위한 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇은, 사용자의 허벅지 부분을 감싸도록 착용되는 허벅지 스트랩; 사용자의 정강이 부분을 감싸도록 착용되는 정강이 스트랩; 사용자의 등 또는 허리 부분 뒤로 착용되고 사용자의 보행 운동을 보조하기 위한 구동력을 제공하는 구동부; 일단은 상기 허벅지 스트랩에 연결되고 타단은 상기 구동부에 연결되어 장력을 인가받을 수 있는 제 1 구동 와이어; 일단은 상기 정강이 스트랩에 연결되고 타단은 상기 구동부에 연결되어 장력을 인가받을 수 있는 제 2 구동 와이어; 및 상기 구동부의 구동을 제어하여 상기 제 1 구동 와이어 및 상기 제 2 구동 와이어 중 어느 하나 이상의 구동 와이어에 장력을 선택적으로 인가할 수 있는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

유연 착용 로봇{FLEXIBLE WEARABLE ROBOT}
이하의 설명은 유연 착용 로봇에 관한 것이다.
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 있으며, 그중 유연 착용로 봇은 기존 외골격형과는 다르게 착용자에게 보조력을 전달하기 위해 와이어 또는 탄성 밴드 등 유연한 재질을 활용하는 착용로봇 장치이다.
기존 하지 유연 착용 로봇은 시스템 중량 및 크기의 제한으로 발목, 무릎, 엉덩 관절 등 하나의 구동장치로 특정 하나의 관절을 보조할 수 있게 개발되고 있다. 따라서, 발목, 무릎, 엉덩 관절을 동시에 보조하기 위해서는 총 6개의 구동기가 필요하며, 이에 따른 모터드라이버 등 부가 장치로 인한 크기가 커지며 다수의 구동기 작동으로 인한 배터리 소모가 큰 단점이 존재하였다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 유연 착용 로봇을 제공하는 것이다.
사용자의 보행 운동을 보조하기 위한 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇은, 사용자의 허벅지 부분을 감싸도록 착용되는 허벅지 스트랩; 사용자의 정강이 부분을 감싸도록 착용되는 정강이 스트랩; 사용자의 등 또는 허리 부분 뒤로 착용되고 사용자의 보행 운동을 보조하기 위한 구동력을 제공하는 구동부; 일단은 상기 허벅지 스트랩에 연결되고 타단은 상기 구동부에 연결되어 장력을 인가받을 수 있는 제 1 구동 와이어; 일단은 상기 정강이 스트랩에 연결되고 타단은 상기 구동부에 연결되어 장력을 인가받을 수 있는 제 2 구동 와이어; 및 상기 구동부의 구동을 제어하여 상기 제 1 구동 와이어 및 상기 제 2 구동 와이어 중 어느 하나 이상의 구동 와이어에 장력을 선택적으로 인가할 수 있는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 허벅지 스트랩은, 상기 구동부로부터 연결되는 상기 제 1 구동 와이어의 단부가 연결되고, 사용자의 기준으로 상기 허벅지 스트랩의 부분 중 후방에 설치되는 허벅지 고정부; 및 상기 구동부로부터 상기 정강이 스트랩을 향해 연장하는 제 2 구동 와이어를 감싸도록 수용하고, 사용자의 기준으로 상기 허벅지 스트랩의 부분 중 전방에 설치되는 전방 와이어 통로;를 포함하고, 상기 정강이 스트랩은, 상기 구동부로부터 연결되는 상기 제 2 구동 와이어의 단부가 연결되고, 사용자의 기준으로 상기 정강이 스트랩의 부분 중 전방에 설치되는 정강이 고정부;를 포함할 수 있다.
상기 구동부는, 회전 구동력을 형성하는 구동 액추에이터; 상기 구동 액추에이터에 연결되어 회전 구동되는 회전 샤프트; 상기 제 1 구동 와이어의 일단이 고정된 상태로 상기 회전 샤프트에 의해 회전 가능하게 설치되는 제 1 와이어 조작부; 및 상기 제 2 구동 와이어의 일단이 고정된 상태로 상기 회전 샤프트에 의해 회전 가능하게 설치되는 제 2 와이어 조작부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제 1 와이어 조작부 및 상기 제 2 와이어 조작부 중 어느 하나 이상의 와이어 조작부를 선택적으로 구동할 수 있다.
상기 제 1 와이어 조작부는, 상기 제 1 구동 와이어의 일측이 걸어진 상태로 회전 가능하게 설치되는 제 1 도르래; 및 상기 회전 샤프트에 설치되고 상기 제어부의 구동에 의해 선택적으로 상기 제 1 도르래와 맞물리도록 연결되어 회전 구동력을 전달하는 제 1 클러치 기어;를 포함하고, 상기 제 2 와이어 조작부는, 상기 제 2 구동 와이어의 일측이 걸어진 상태로 회전 가능하게 설치되는 제 2 도르래; 및 상기 회전 샤프트에 설치되고 상기 제어부의 구동에 의해 선택적으로 상기 제 2 도르래와 맞물리도록 연결되어 회전 구동력을 전달하는 제 2 클러치 기어;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제 1 클러치 기어 및 상기 제 2 클러치 기어 중 어느 하나 이상의 클러치 기어를 선택적으로 구동하여 상기 제 1 구동 와이어 또는 상기 제 2 구동 와이어에 선택적으로 장력을 인가할 수 있다.
상기 제 1 도르래 및 상기 제 2 도르래 각각은, 내주면을 따라서 톱니가 형성된 내치 기어부를 포함하고, 상기 제 1 클러치 기어 및 상기 제 2 클러치 기어 각각은, 상기 회전 샤프트에 수직한 방향으로 선형 구동하여 상기 제 1 도르래 및 상기 제 2 도르래 각각의 상기 내치 기어부에 선택적으로 맞물릴 수 있는 제 1 클러치부 및 제 2 클러치부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇은, 상기 허벅지 스트랩과 상기 정강이 스트랩 사이를 연결하는 링크 구조로 형성되어 사용자의 무릎 관절 운동을 가이드하는 가이드 프레임;을 더 포함하고, 상기 허벅지 스트랩에 연결되는 상기 가이드 프레임의 부분은, 상기 전방 와이어 통로의 후방에 평행한 상태로 맞닿도록 설치될 수 있다.
상기 가이드 프레임은, 상기 허벅지 스트랩에 고정되어 상기 정강이 스트랩을 향해 돌출되는 상부 프레임; 상기 정강이 스트랩에 고정되어 상기 허벅지 스트랩을 향해 돌출되는 하부 프레임; 및 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 각각의 돌출부를 상호 회전 가능하게 연결하는 조인트부;를 포함하고, 상기 조인트부는 외주면을 따라서 상기 제 2 구동 와이어가 걸릴수 있도록 홈이 형성된 도르래 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇은, 사용자의 발 뒤꿈치 부분에 착용되는 발목 고정부; 일단은 상기 정강이 스트랩에 연결되고 타단은 상기 구동부에 연결되어 장력을 인가받을 수있는 제 3 구동 와이어; 및 상기 허벅지 스트랩 및 상기 정강이 스트랩 사이에서 연장하는 상기 제 3 구동 와이어를 감싸는 와이어 가이드;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 구동부의 구동을 제어하여 상기 제 1 구동 와이어, 상기 제 2 구동 와이어 및 상기 제 3 구동 와이어 중 어느 하나 이상의 구동 와이어에 장력을 선택적으로 인가할 수 있다.
상기 허벅지 스트랩은, 상기 구동부로부터 상기 정강이 스트랩을 향해 연장하는 제 3 구동 와이어를 감싸도록 수용하고, 사용자의 기준으로, 상기 허벅지 스트랩의 부분 중 후방에 설치되는 후방 와이어 통로;를 더 포함하고, 상기 정강이 스트랩은, 상기 구동부로부터 상기 허벅지 스트랩을 통과하여 상기 발목 고정부를 향해 연장하는 상기 제 3 구동 와이어를 감싸도록 수용하고, 사용자의 기준으로, 상기 정강이 스트랩의 부분 중 후방에 설치되는 하부 와이어 통로;를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇은, 상기 허벅지 스트랩, 상기 정강이 스트랩 및 상기 발목 고정부 중 어느 하나 이상에 설치되는 관성 센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는, (i) 상기 관성 센서에서 계측되는 신호에 기초하여 사용자가 보행하는 지면의 경사 정도를 판단할 수 있고, (ii) 상기 경사 정도에 기초하여 상기 제 1 구동 와이어, 상기 제 2 구동 와이어 및 상기 제 3 구동 와이어 중 상기 경사 정도를 갖는 지면에서의 보행에 필요한 관절 운동을 보조하는 적어도 하나 이상의 구동 와이어를 구동할 수 있다.
사용자의 보행 운동을 보조하기 위한 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇은, 사용자의 허벅지 부분을 감싸도록 착용되는 허벅지 스트랩; 사용자의 정강이 부분을 감싸도록 착용되는 정강이 스트랩; 사용자의 발 뒤꿈치 부분에 착용되는 발목 고정부; 사용자의 등 또는 허리 부분 뒤로 착용되고 사용자의 보행 운동을 보조하기 위한 구동력을 제공하는 구동부; 상기 구동부로부터 연결되어 장력을 인가받을 수 있는 구동 와이어; 일단은 상기 허벅지 스트랩에 고정되고 타단은 상기 허벅지 스트랩 외부로 노출되는 제 1 체결 와이어; 일단은 상기 정강이 스트랩에 고정되고 타단은 상기 허벅지 스트랩을 통과하여 외부로 노출되는 제 2 체결 와이어; 일단은 상기 발목 고정부에 고정되고 타단은 상기 정강이 스트랩 및 허벅지 스트랩을 순차적으로 통과하여 외부로 노출되는 제 3 체결 와이어를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇은, 상기 허벅지 스트랩과 상기 정강이 스트랩 사이를 연결하는 링크 구조로 형성되어 사용자의 무릎 관절 운동을 가이드하는 가이드 프레임;을 더 포함하고, 상기 가이드 프레임은, 상기 허벅지 스트랩에 고정되어 상기 정강이 스트랩을 향해 돌출되는 상부 프레임; 상기 정강이 스트랩에 고정되어 상기 허벅지 스트랩을 향해 돌출되는 하부 프레임; 및 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 각각의 돌출부를 상호 회전 가능하게 연결하는 조인트부;를 포함하고, 상기 조인트부는 외주면을 따라서 상기 제 2 체결 와이어가 걸릴수 있도록 홈이 형성된 도르래 형상을 가질 수 있다.
상기 구동 와이어는, 상기 제 1 체결 와이어, 상기 제 2 체결 와이어 또는 상기 제 3 체결 와이어에 탈착가능하게 체결될 수 있다.
상기 구동 와이어는, 상기 구동부 외부로 돌출되는 단부에 후크 형상의 체결 단부;를 포함하고, 상기 제 1 체결 와이어, 상기 제 2 체결 와이어 또는 상기 제 3 체결 와이어는, 상기 허벅지 스트랩 외부로 노출된 단부에 상기 체결 단부와 체결될 수 있는 고리 형상의 체결 부재;를 포함할 수 있다.
상기 구동 와이어는, 상기 구동부 외부로 돌출되는 단부에 자석 부재를 구비하는 체결 단부;를 포함하고, 상기 제 1 체결 와이어, 상기 제 2 체결 와이어 또는 상기 제 3 체결 와이어는, 상기 허벅지 스트랩 외부로 노출된 단부에 상기 체결 단부와 결합될 수 있도록 자석 부재를 구비하는 체결 부재;를 포함할 수 있다.
상기 구동 와이어는, 상기 구동부 외부로 돌출되는 단부에 측방향으로 돌출 형성되는 돌출부를 구비하는 체결 단부를 포함하고, 상기 제 1 체결 와이어, 상기 제 2 체결 와이어 또는 상기 제 3 체결 와이어는, 상기 허벅지 스트랩 외부로 노출된 단부에 상기 체결 단부의 상기 돌출부를 맞물리도록 수용하여 결합될 수 있는 슬롯 형상의 홈을 구비하는 체결 부재;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇에 의하면, 사용자가 보행 운동에 필요한 관절 운동을 보조하는 와이어를 선택적으로 구동/연결할 수 있어서, 구동 장치를 컴팩트하고 경량으로 구성할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇에 의하면, 단일 구동기로 발목, 무릎, 대퇴 관절을 상황에 맞춰 특정 관절을 선택적으로 보조하는 것이 가능하여 시스템 크기, 중량, 에너지소모 관점에서 유리하다.
도 1은 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇을 착용한 사용자의 모습을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇의 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇의 구동부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇의 클러치 작동 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇을 착용한 사용자의 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇의 구동부를 도시하는 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 구동 와이어의 체결 구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 구동 와이어의 체결 구조를 나타내는 도면이다.
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.
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.
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.
도 1은 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇을 착용한 사용자의 모습을 나타내는 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇의 블록도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇을 나타내는 도면이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇의 구동부의 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇의 클러치 작동 구성을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇(1)은 사용자의 하지에 착용 가능하게 설치되어 다수의 관절에 선택적으로 보조력을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇(1)은 허벅지 스트랩(11), 정강이 스트랩(12), 발목 고정부(13), 구동부(14), 제 1 구동 와이어(w1), 제 2 구동 와이어(w2), 제 3 구동 와이어(w3), 가이드 프레임(15), 와이어 가이드(16) 및 제어부(17)를 포함할 수 있다.
허벅지 스트랩(11)은, 사용자의 허벅지 부분을 감싸도록 착용될 수 있다. 예를 들어, 허벅지 스트랩(11)은 유연성이 있는 경량의 폴리머 또는 섬유 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 허벅지 스트랩(11)은 구동부(14)로부터 연결되는 제 1 구동 와이어(w1)의 단부가 연결되는 허벅지 고정부(112)와, 구동부(14)로부터 정강이 스트랩(12)을 향해 연장되는 제 2 구동 와이어(w2)가 통과하는 전방 와이어 통로(113)와, 구동부(14)로부터 정강이 스트랩(12)을 향해 연장되는 제 3 구동 와이어(w3)가 통과하는 후방 와이어 통로(114)를 포함할 수 있다.
허벅지 고정부(112)는, 허벅지 스트랩(11)을 착용하는 사용자의 기준으로, 허벅지 스트랩(11)의 부분 중 후방에 설치될 수 있다.
예를 들어, 사용자가 지면상에 직립하게 서있는 상태를 기준으로 구동부(14)로부터 허벅지 고정부(112)로 연결되는 제 1 구동 와이어(w1)는 상대적으로 연직 방향에 평행한 방향으로 연장될 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 구동부(14)로부터 제 1 구동 와이어(w1)에 인가된 장력으로 하여금, 허벅지 스트랩(11)이 설치된 사용자의 허벅지 부분에 연결된 대퇴 관절을 신장시키도록 보조력을 제공할 수 있다.
전방 와이어 통로(113)는 사용자의 허벅지의 길이 방향을 따라서 연장되는 통로를 구비할 수 있다. 예를 들어, 전방 와이어 통로(113)는 허벅지 스트랩(11)을 착용하는 사용자의 기준으로, 허벅지 고정부(112)의 부분 중 전방에 설치될 수 있다.
예를 들어, 전방 와이어 통로(113)는 구동부(14)로부터 연결되는 제 2 구동 와이어(w2)가 전방 와이어 통로(113)를 통과한 이후에, 정강이 스트랩(12)의 정강이 고정부(122)로 연결되도록 안내함으로써, 제 2 구동 와이어(w2)의 구동에 따라 정강이 스트랩(12)에 인가되는 제 2 구동 와이어(w2)의 장력의 방향을 가이드할 수 있다.
후방 와이어 통로(114)는 사용자의 허벅지의 길이 방향을 따라서 연장되는 통로를 구비할 수 있다. 예를 들어, 후방 와이어 통로(114)는 허벅지 스트랩(11)을 착용하는 사용자의 기준으로, 허벅지 스트랩(11)의 부분 중 후방에 설치될 수 있다.
예를 들어, 후방 와이어 통로(114)는 구동부(14)로부터 연결되는 제 3 구동 와이어(w3)가 후방 와이어 통로(114)를 통과한 이후에, 정강이 스트랩(12)의 하부 와이어 통로(123)를 통과하도록 안내할 수 있다.
정강이 스트랩(12)은, 사용자의 정강이 부분을 감싸도록 착용될 수 있다. 예를 들어, 정강이 스트랩(12)은 유연성이 있는 경량의 폴리머 또는 섬유 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 정강이 스트랩(12)은 구동부(14)로부터 연결되는 제 2 구동 와이어(w2)의 단부가 연결되는 정강이 고정부(122)와, 구동부(14)로부터 발목 고정부(13)를 향해 연장되는 제 3 구동 와이어(w3)가 통과하는 하부 와이어 통로(123)를 포함할 수 있다.
정강이 고정부(122)는, 정강이 스트랩(12)을 착용하는 사용자의 기준으로, 정강이 스트랩(12)의 부분 중 전방에 설치될 수 있다.
하부 와이어 통로(123)는 사용자의 종아리의 길이 방향을 따라서 연장되는 통로를 구비할 수 있다. 예를 들어, 하부 와이어 통로(123)는 정강이 스트랩(12)을 착용하는 사용자의 기준으로, 정강이 스트랩(12)의 부분 중 후방에 설치될 수 있다.
예를 들어, 하부 와이어 통로(123)는 구동부(14)로부터 연결되는 제 3 구동 와이어(w3)가 하부 와이어 통로(123)를 통과한 이후에, 발목 고정부(13)로 연결되도록 안내함으로써, 제 3 구동 와이어(w3)의 구동에 따라 발목 고정부(13)에 인가되는 제 3 구동 와이어(w3)의 장력의 방향을 가이드할 수 있다.
발목 고정부(13)는, 사용자의 발 뒤꿈치 부분에 고정적으로 설치되어 구동부(14)로부터 연결되는 제 3 구동 와이어(w3)의 단부가 연결될 수 있다.
예를 들어, 발목 고정부(13)는 사용자의 발에 착용 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 발목 고정부(13)는 사용자의 신발 중 발 뒤꿈치 부분에 설치될 수 있다.
구동부(14)는, 사용자의 관절 운동을 보조하기 위한 구동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 구동부(14)는 제 1 구동 와이어(w1), 제 2 구동 와이어(w2) 또는 제 3 구동 와이어(w3)를 선택적으로 인장시킬 수 있다.
예를 들어, 구동부(14)는 사용자의 등 또는 허리 부분에 착용될 수 있다. 예를 들어 구동부(14)는 도 1과 같이 사용자의 등 뒤로 메어지도록 착용될 수 있다.
예를 들어, 구동부(14)는 사용자에 착용되는 하우징(141)과, 구동력을 형성하는 구동 액추에이터(142)와, 구동 액추에이터(142)에 연결되어 회전하는 회전 샤프트(143)와, 제 1 구동 와이어(w1)의 일단이 고정된 상태로 걸어지고 회전 샤프트(143)에 회전 가능하게 연결되는 제 1 와이어 조작부(144a)와, 제 2 구동 와이어(w2)의 일단이 고정된 상태로 걸어지고 회전 샤프트(143)에 회전 가능하게 연결되는 제 2 와이어 조작부(144b)와, 제 3 구동 와이어(w3)의 일단이 고정된 상태로 걸어지고 회전 샤프트(143)에 회전 가능하게 연결되는 제 3 와이어 조작부(144c)를 포함할 수 있다.
하우징(141)은, 사용자에 착용 가능하게 설치되고 구동 액추에이터(142)를 수용하는 내부 공간을 갖는 케이스형 부재일 수 있다. 예를 들어, 하우징(141)은 사용자의 등 후방 또는 허리 후방에 설치될 수 있다.
예를 들어, 하우징(141)은, 내부 공간에서 제 1 구동 와이어(w1)가 외부로 통과하는 연장되는 부분을 감싸는 제 1 와이어 튜브(1412)와, 제 2 구동 와이어(w2)가 외부로 통과하는 연장되는 부분을 감싸는 제 2 와이어 튜브(1413)와, 제 3 구동 와이어(w3)가 외부로 통과하는 연장되는 부분을 감싸는 제 3 와이어 튜브(1414)를 포함할 수 있다.
구동 액추에이터(142)는 제 1 구동 와이어(w1), 제 2 구동 와이어(w2) 또는 제 3 구동 와이어(w3)를 구동하기 위한 구동력을 형성할 수 있다. 예를 들어, 구동 액추에이터(142)는 회전 샤프트(143)에 연결되어 회전 구동하는 모터일 수 있다.
제 1 와이어 조작부(144a)는, 제 1 구동 와이어(w1)가 걸어지는 제 1 도르래(1441a)와, 회전 샤프트(143)에 설치되고 제어부(17)의 구동에 의해 선택적으로 제 1 도르래(1441a)와 맞물리도록 연결되는 제 1 클러치 기어(1442a)와, 제 1 도르래(1441a)의 회전 변위를 감지하는 제 1 센서(1443a)를 포함할 수 있다.
제 1 도르래(1441a)는, 제 1 구동 와이어(w1)를 감도록 회전함에 따라서 제 1 구동 와이어(w1)에 장력을 인가할 수 있다.
예를 들어, 제 1 도르래(1441a)의 회전축은 회전 샤프트(143)의 회전축과 평행할 수 있다. 예를 들어, 도 4, 도 5a 및 도 5b에 도시되는 바와 같이 제 1 도르래(1441a)의 회전축은 회전 샤프트(143)의 회전축과 동심을 이룰 수 있다.
예를 들어, 제 1 도르래(1441a)는 도 4 내지 도 5b에 도시되는 바와 같이 내주면을 따라 톱니가 형성된 내치 기어부(14411)를 포함할 수 있다.
제 1 클러치 기어(1442a)는, 회전 샤프트(143)에 결합된 상태로 회전 가능하고, 제어부(17)에 구동에 의해 선택적으로 제 1 도르래(1441a)의 내치 기어부(14411)에 맞물리도록 이동하는 제 1 클러치부(14421a)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 클러치부(14421a)는 도 4 내지 도 5b에 도시되는 바와 같이 회전 샤프트(143)에 수직한 방향으로 선형 이동 가능한 선형 구동부일 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 도 5a 및 도 5b에 도시되는 바와 같이 제어부(17)의 구동에 의해, 제 1 클러치부(14421a)가 회전 샤프트(143)에 수직한 방향을 따라서 이동하여 제 1 도르래(1441a)의 내치 기어부(14411)에 맞물릴 때까지 돌출되도록 구동될 수 있고, 이후, 제 1 클러치부(14421a)가 제 1 도르래(1441a)에 맞물리게 되면서 회전 샤프트(143)의 회전력이 제 1 도르래(1441a)로 전달될 수 있다.
제 1 클러치 기어(1442a)에 의하면, 제어부(17)의 구동에 의해 제 1 클러치부(14421a)가 선택적으로 제 1 도르래(1441a)에 맞물리도록 연결됨에 따라서, 구동 액추에이터(142) 구동을 통해 제 1 구동 와이어(w1)에 인가되는 장력을 선택적으로 조절할 수 있다.
다른 예로, 제 1 클러치 기어(1442a)는 선택적으로 회전 샤프트(143)와 제 1 도르래(1441a) 사이에 설치되어 선택적으로 제 1 도르래(1441a)에 전달되는 회전력을 인가 또는 차단하는 전동식 클러치치의 구성이라면
제 2 와이어 조작부(144b)는, 제 2 구동 와이어(w2)가 걸어지는 제 2 도르래(1441b)와, 회전 샤프트(143)에 설치되고 제어부(17)의 구동에 의해 선택적으로 제 2 도르래(1441b)와 맞물리도록 연결되는 제 2 클러치 기어(1442b)와, 제 2 도르래(1441b)의 회전 변위를 감지하는 제 2 센서(1443b)를 포함할 수 있다.
제 3 와이어 조작부(144c)는, 제 3 구동 와이어(w3)가 걸어지는 제 3 도르래(1441c)와, 회전 샤프트(143)에 설치되고 제어부(17)의 구동에 의해 선택적으로 제 3 도르래(1441c)와 맞물리도록 연결되는 제 3 클러치 기어(1442c)와, 제 3 도르래(1441c)의 회전 변위를 감지하는 제 3 센서(1443c)를 포함할 수 있다.
제 2 클러치 기어(1442b)와 제 2 도르래(1441b) 사이의 결합 구조 및/또는 제 3 클러치 기어(1442c)와 제 3 도르래(1441c) 사이의 결합 구조는, 도 5a 및 도5b의 제 1 클러치 기어(1442a)와 제 1 도르래(1441a) 사이의 전술한 결합 구조를 포함할 수 있으므로, 구체적인 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
제 1 구동 와이어(w1)는, 구동부(14)로부터 허벅지 스트랩(11)의 허벅지 고정부(112)로 연결될 수 있다.
제 2 구동 와이어(w2)는, 구동부(14)로부터 허벅지 스트랩(11)의 전방 와이어 통로(113)를 통과한 이후 정강이 스트랩(12)의 정강이 고정부(122)로 연결될 수 있다.
제 3 구동 와이어(w3)는, 구동부(14)로부터 허벅지 스트랩(11)의 후방 와이어 통로(114)와 정강이 스트랩(12)의 하부 와이어 통로(123)를 순차적으로 통과한 이후, 발목 고정부(13)로 연결될 수 있다.
가이드 프레임(15)은, 허벅지 스트랩(11)과 정강이 스트랩(12) 사이에 연결되는 2절 링크 구조일 수 있다. 또는, 가이드 프레임은 4절 링크 등의 구조일 수도 있다.
예를 들어, 가이드 프레임(15)은 허벅지 스트랩(11)에 고정되는 상부 프레임(151)과, 정강이 스트랩(12)에 고정되는 하부 프레임(152)과, 상부 프레임(151) 및 하부 프레임(152)을 상호 회전 가능하게 연결하는 조인트부(153)를 포함할 수 있다.
상부 프레임(151)은 도 1 및 도 3에 도시되는 바와 같이 허벅지 스트랩(11)의 길이 방향을 따라서 연장되는 링크 구조를 가질 수 있고, 상단부가 정강이 스트랩(12)를 향해 돌출되도록 연장될 수 있다.
예를 들어, 상부 프레임(151)은 전방 와이어 통로(113)와 평행하게 맞닿도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시되는 바와 같이 상부 프레임(151)은 전방 와이어 통로(113)의 후방에 평행한 상태로 맞닿도록 설치될 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 허벅지 스트랩(11)의 하측으로 돌출되는 전방 와이어 통로(113) 및 제 2 구동 와이어(w2)의 부분이 불필요하게 변형되는 것을 방지하도록 지지하는 동시에, 전방 와이어 통로(113)를 통과한 제 2 구동 와이어(w2)가 조인트부(153)의 외주면에 형성된 도르래 부분에 안정적으로 걸릴수 있도록 제 2 구동 와이어(w2)의 경로를 가이드하는 역할을 할 수 있다.
하부 프레임(152)은 도 1 및 도 3에 도시되는 바와 같이 정강이 스트랩(12)의 길이 방향을 따라서 연장되는 링크 구조를 가질 수 있고, 상단부가 허벅지 스트랩(11)을 향해 돌출되도록 연장될 수 있다.
예를 들어, 하부 프레임(152)은 정강이 고정부(122)와 맞닿도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 하부 프레임(152)은 정강이 고정부(122)의 후방에 맞닿은 상태로 설치될 수 있다.
조인트부(153)는 허벅지 스트랩(11)로부터 돌출된 상부 프레임(151)의 단부와 정강이 스트랩(12)으로부터 돌출된 하부 프레임(152)의 단부를 관절 구동 가능하게 연결하는 힌지 조인트 구성을 포함할 수 있다.
예를 들어, 조인트부(153)는 외주면을 따라서 제 2 구동 와이어(w2)가 걸릴수 있도록 홈이 형성된 도르래 부분을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 가이드 프레임(15)에 의하면, 허벅지 스트랩(11)과 정강이 스트랩(12)을 착용한 사용자의 무릎 관절 운동을 가이드 하는 동시에, 허벅지 스트랩(11)과 정강이 스트랩(12) 사이에서 연결되는 제 2 구동 와이어(w2)를 안정적인 위치를 갖도록 지지할 수 있으며, 더불어 제 2 구동 와이어(w2)가 조인트부(153)의 도르래 부분에 감긴 상태로 경유되도록 안내함으로써 제 2 구동 와이어(w2)에 인가된 장력으로 하여금 상부 프레임(151)과 하부 프레임(152)이 신장되도록, 즉 사용자의 허벅지 부분과 정강이 부분 사이의 무릎 관절이 신장되도록 보조하는 힘을 제공할 수 있다.
와이어 가이드(16)는, 허벅지 스트랩(11)과 정강이 스트랩(12) 사이에서 연장하는 제 3 구동 와이어(w3)를 감싸는 가요성의 튜브형 부재일 수 있다.
예를 들어, 와이어 가이드(16)는 허벅지 스트랩(11)의 후방 와이어 통로(114)와 정강이 스트랩(12)의 하부 와이어 통로(123) 사이에서 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이, 와이어 가이드(16), 후방 와이어 통로(114) 및 하부 와이어 통로(123)는 일체로 연결되는 단일의 튜브형 부재로 형성될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
제 3 구동 와이어(w3)가 후방 와이어 통로(114), 와이어 가이드(16) 및 하부 와이어 통로(123)를 통과하여 발목 고정부(13)에 연결되는 구성에 의하면, 제 3 구동 와이어(w3)가 허벅지 스트랩(11) 및 정강이 스트랩(12)를 통과하여 발목 고정부(13)로 연결되는 구간에서 외부에 간섭되거나 필요 이상으로 변형되는 것을 방지하도록 지지하는 동시에, 하부 와이어 통로(123)를 통과한 제 3 구동 와이어(w3)가 사용자의 정강이의 길이 방향에 상대적으로 평행한 배향을 갖는 상태로 발목 고정부(13)로 연결되도록 가이드함으로써, 제 3 구동 와이어(w3)에 인가된 장력으로 하여금 사용자의 정강이와 발 사이의 발목 관절이 신장되도록 보조하는 힘을 제공할 수 있다.
제어부(17)는, 구동부(14)의 구동을 제어하여 제 1 구동 와이어(w1), 제 2 구동 와이어(w2) 및 제 3 구동 와이어(w3) 중 적어도 하나 이상의 와이어를 선택적으로 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 구동 액추에이터(142)의 구동을 통해 제 1 와이어 조작부(144a), 제 2 와이어 조작부(144b) 또는 제 3 와이어 조작부(144c)를 회전시키기 위한 회전 구동력을 조절할 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 제 1 와이어 조작부(144a)의 제 1 클러치부(14421a)의 구동을 제어하여 구동 액추에이터(142)와 제 1 도르래(1441a) 사이에서 전달되는 회전 동력을 선택적으로 차단하거나 이어줄 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 제 2 와이어 조작부(144b)의 제 2 클러치 기어(1442b)의 구동을 제어하여 구동 액추에이터(142)와 제 2 도르래(1441b) 사이에서 전달되는 회전 동력을 선택적으로 차단하거나 이어줄 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 제 3 와이어 조작부(144c)의 제 3 클러치 기어(1442c)의 구동을 제어하여 구동 액추에이터(142)와 제 3 도르래(1441c) 사이에서 전달되는 회전 동력을 선택적으로 차단하거나 이어줄 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 제 1 센서(1443a), 제 2 센서(1443b) 또는 제 3 센서(1443c)에서 계측되는 신호에 기초하여, 제 1 내지 제 3 구동 와이어들(w1, w2, w3) 각각의 구동 상태를 감지할 수 있고, 이를 통해 해당 허벅지 스트랩(11) 또는 정강이 스트랩(12)이 설치된 사용자의 다리의 보행 상태를 판단할 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 제 1 센서(1443a), 제 2 센서(1443b) 또는 제 3 센서(1443c)에서 계측되는 신호에 기초하여, 사용자의 다리의 보행 상태가 입각기(stance phase) 및 유각기(swing phase) 중 어느 보행 상태에 있는지 또는 나아가 어떤 세부 보행 단계를 진행하고 있는지를 파악할 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 제어부(17)는 사용자의 보행 상태에 또는 보행 단계에 기초하여, 제 1 구동 와이어(w1) 내지 제 3 구동 와이어(w3) 중, 해당 보행 상태 또는 세부 보행 단계에서 필요한 관절 운동을 보조하는 구동 와이어를 선택적으로 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 제 1 센서(1443a), 제 2 센서(1443b) 또는 제 3 센서(1443c)에서 계측되는 신호에 기초하여, 사용자가 보행하는 지면의 경사를 파악할 수 있다. 예를 들어, 제어부(17)는 사용자가 보행하는 지면이 평지에 해당하는지, 계단 또는 오르막길에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 제어부(17)는 사용자가 보행하는 지면의 경사를 판단하여, 제 1 구동 와이어(w1), 제 2 구동 와이어(w2) 및 제 3 구동 와이어(w3) 중 해당 경사를 갖는 지면에서의 보행에 필요한 관절 운동을 보조하는 적어도 하나 이상의 구동 와이어를 선택적으로 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 사용자가 평지에서 보행하는 것으로 판단할 경우, 상대적으로 발목 관절과 대퇴 관절을 중점적으로 보조하도록 제어할 수 있고, 사용자가 계단 또는 경사진 오르막길을 오르는 것으로 판단할 경우, 무릎 관절을 중점적으로 보조하도록 제어함으로써, 보행하는 지면의 상태에 기초하여 최적화된 보조력을 효과적으로 제공할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇을 착용한 사용자의 모습을 나타내는 도면이고, 도 7은 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇의 구동부를 도시하는 도면이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇(2)은 사용자의 하지에 착용 가능하게 설치되어 다수의 관절에 선택적으로 보조력을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇(2)은 도 1 내지 도 5에 도시된 유연 착용 로봇(2)의 구성과 달리 하나의 구동 와이어(244)를 통해 선택적으로 허벅지 스트랩(21), 정강이 스트랩(22) 또는 발목 고정부(23)에 탈착 가능하게 체결하여 선택된 관절에 해당하는 보조력을 제공하는 구성을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇(2)은 사용자의 허벅지 부분을 감싸도록 착용되는 허벅지 스트랩(21)과, 사용자의 정강이 부분을 감싸도록 착용되는 정강이 스트랩(22)과, 사용자의 발 뒤꿈치 부분에 고정적으로 설치되어 발목 고정부(23)와, 사용자의 관절 운동을 보조하기 위한 구동력을 제공하는 구동부(24)와, 구동부(24)로부터 연결되어 장력을 인가받는 구동 와이어(244)와, 일단은 허벅지 스트랩(21)에 고정되고 타단은 허벅지 스트랩(21) 외부로 노출되는 제 1 체결 와이어(c1)와, 일단은 정강이 스트랩(22)에 고정되고 타단은 허벅지 스트랩(21)을 통과하여 외부로 노출되는 제 2 체결 와이어(c2)와, 일단은 발목 고정부(23)에 고정되고 타단은 정강이 스트랩(22)과 허벅지 스트랩(21)을 통과하여 허벅지 스트랩(21) 외부로 노출되는 제 3 체결 와이어(c3)와, 허벅지 스트랩(21)과 정강이 스트랩(22) 사이의 관절 운동을 가이드하는 가이드 프레임(25)과, 허벅지 스트랩(21)과 정강이 스트랩(22) 사이를 통과하는 제 3 체결 와이어(c3)를 감싸는 와이어 가이드(26)와, 사용자의 운동 상태를 계측하기 위한 관성 센서(28)와, 구동부(24)의 구동을 제어하여 구동 와이어(244)를 통해 사용자의 보행에 필요한 보조력을 제공하는 제어부(27)를 포함할 수 있다.
허벅지 스트랩(21)은, 사용자의 허벅지 부분을 감싸도록 착용될 수 있다. 예를 들어, 허벅지 스트랩(21)은 유연성이 있는 경량의 폴리머 또는 섬유 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 허벅지 스트랩(21)은 제 1 체결 와이어(c1)의 단부가 연결되는 허벅지 고정부(212)와, 구동부(24)로부터 정강이 스트랩(22)을 향해 연장되는 제 2 체결 와이어(c2)가 통과하는 전방 와이어 통로(213)와, 구동부(24)로부터 정강이 스트랩(22)을 향해 연장되는 제 3 체결 와이어(c3)가 통과하는 후방 와이어 통로(214)를 포함할 수 있다.
정강이 스트랩(22)은, 사용자의 정강이 부분을 감싸도록 착용될 수 있다. 예를 들어, 정강이 스트랩(22)은 유연성이 있는 경량의 폴리머 또는 섬유 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 정강이 스트랩(22)은 구동부(24)로부터 연결되는 제 2 체결 와이어(c2)의 단부가 연결되는 정강이 고정부(222)와, 구동부(24)로부터 발목 고정부(23)를 향해 연장되는 제 3 체결 와이어(c3)가 통과하는 하부 와이어 통로(223)를 포함할 수 있다.
발목 고정부(23)는, 사용자의 발 뒤꿈치 부분에 고정적으로 설치되어 구동부(24)로부터 연결되는 제 3 체결 와이어(c3)의 단부가 연결될 수 있다.
예를 들어, 발목 고정부(23)는 사용자의 발에 착용 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 발목 고정부(23)는 사용자의 신발 중 발 뒤꿈치 부분에 설치될 수 있다.
구동부(24)는, 사용자의 관절 운동을 보조하기 위한 구동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 구동부(24)는 제 1 체결 와이어(c1), 제 2 체결 와이어(c2) 또는 제 3 체결 와이어(c3)와 선택적으로 연결되어 해당 와이어를 인장시킬 수 있다.
구동부(24)는 사용자에 착용되는 하우징(241)과, 구동력을 형성하는 구동 액추에이터(242)와, 구동 액추에이터(242)에 연결되어 회전하는 회전 샤프트(243)와, 회전 샤프트(243)에 회전 가능하게 연결되는 구동 도르래(245)와, 일단은 구동 도르래(245)에 고정되어 감겨지고 하우징(241) 내부로 돌출되어 연장되는 타단은 제 1 체결 와이어(c1), 제 2 체결 와이어(c2) 또는 제 3 체결 와이어(c3)에 탈착 가능하게 체결되는 구동 와이어(244)와, 구동 도르래(245)의 회전 변위를 감지하기 위한 회전 감지 센서(246)와, 구동 와이어(244)가 하우징(241)을 통과하여 외부로 돌출되는 부분을 감싸도록 가이드하는 와이어 튜브(247)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 구동 와이어(244)는, 구동부(24) 외부로 돌출되는 타단이 제 1 체결 와이어(c1), 제 2 체결 와이어(c2) 또는 제 3 체결 와이어(c3)와 탈착 가능하게 체결될 수 있는 후크 형상의 체결 단부(2441)를 포함할 수 있다.
제 1 체결 와이어(c1)는, 일단은 허벅지 고정부(212)에 고정되고 타단은 허벅지 스트랩(21)의 상측으로 돌출될 수 있다.
예를 들어, 제 1 체결 와이어(c1)는 허벅지 스트랩(21) 외부로 노출되어 구동 와이어(244)에 탈착 가능하게 체결되는 제 1 체결 부재(c11)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 체결 부재(c11)는 구동 와이어(244)의 후크 형상의 체결 단부(2441)와 체결될 수 있도록 고리 형상의 부재로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제 1 체결 부재(c11)는, 구동 와이어(244)에 의한 구동에 있어서 제 1 체결 와이어(c1)에 인가되는 초기 장력을 조절하기 위해 개재되는 스프링을 더 포함할 수 있다.
제 2 체결 와이어(c2)는, 일단은 정강이 고정부(222)에 고정되고 타단은 전방 와이어 통로(213)를 통과한 이후, 허벅지 스트랩(21)의 상측으로 노출될 수 있다.
예를 들어, 제 2 체결 와이어(c2)는 허벅지 스트랩(21) 외부로 노출되어 구동 와이어(244)에 탈착 가능하게 체결되는 제 2 체결 부재(c21)를 포함할 수 있다.
제 3 체결 와이어(c3)는, 일단은 발목 고정부(23)에 고정되고 타단은 하부 와이어 통로(223) 및 후방 와이어 통로(214)를 순차적으로 통과한 이후, 허벅지 스트랩(21)의 상측으로 노출될 수 있다.
예를 들어, 제 3 체결 와이어(c3)는 허벅지 스트랩(21) 외부로 노출되어 구동 와이어(244)에 탈착 가능하게 체결되는 제 3 체결 부재(c31)를 포함할 수 있다.
가이드 프레임(25)은, 허벅지 스트랩(21)과 정강이 스트랩(22) 사이에 연결되는 2절 링크 구조일 수 있다. 또는, 가이드 프레임은 4절 링크 등의 구조일 수도 있다.
예를 들어, 가이드 프레임(25)은 허벅지 스트랩(21)에 고정되는 상부 프레임(251)과, 정강이 스트랩(22)에 고정되는 하부 프레임(252)과, 상부 프레임(251) 및 하부 프레임(252)을 상호 회전 가능하게 연결하는 조인트부(253)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 가이드 프레임(25)은, 허벅지 스트랩(21)의 하측으로 돌출되는 전방 와이어 통로(213) 및 제 2 체결 와이어(c2)의 부분이 불필요하게 변형되는 것을 방지하도록 지지하는 동시에, 전방 와이어 통로(213)를 통과한 제 2 체결 와이어(c2)가 조인트부(253)의 외주면에 형성된 도르래 부분에 안정적으로 걸릴수 있도록 제 2 체결 와이어(c2)의 경로를 가이드하는 역할을 할 수 있다.
와이어 가이드(26)는, 허벅지 스트랩(21)과 정강이 스트랩(22) 사이에서 연장하는 제 3 체결 와이어(c3)를 감싸는 가요성의 튜브형 부재일 수 있다.
예를 들어, 와이어 가이드(26)는 허벅지 스트랩(21)의 후방 와이어 통로(214)와 정강이 스트랩(22)의 하부 와이어 통로(223) 사이에서 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 6과 같이, 와이어 가이드(26), 후방 와이어 통로(214) 및 하부 와이어 통로(223)는 일체로 연결되는 단일의 튜브형 부재로 형성될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
관성 센서(28)는 구동부(24), 허벅지 스트랩(21), 정강이 스트랩(22) 및 발목 고정부(23) 중 어느 하나 이상에 설치되는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서일 수 있다.
제어부(27)는, 구동부(24)의 구동을 제어하여 제 1 체결 와이어(c1), 제 2 체결 와이어(c2) 또는 제 3 체결 와이어(c3)를 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(27)는 회전 감지 센서(246) 또는 관성 센서(28)에서 계측되는 신호에 기초하여, 사용자가 보행하는 지면의 경사를 파악할 수 있다. 예를 들어, 제어부(27)는 사용자가 보행하는 지면이 평지에 해당하는지, 계단 또는 오르막길에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 제어부(27)는 사용자가 보행하는 지면의 경사를 판단하여, 해당 경사를 갖는 지면에서의 보행에 최적화된 보조력을 조절하여 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 착용 로봇(2)에 의하면, 사용자가 구동 와이어(244)를 제 1 체결 와이어(c1), 제 2 체결 와이어(c2) 및 제 3 체결 와이어(c3) 중 하나의 체결 와이어를 선택하여 체결할 수 있어서, 사용자의 하지 관절 중 원하는 관절에서의 보조력을 선택적으로 제공받을 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 구동 와이어의 체결 구조를 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면 일 실시 예에 따른 구동 와이어(344)와 제 1 체결 와이어(c1) 사이의 탈착가능한 체결 구조를 확인할 수 있다.
예를 들어, 구동 와이어(344)의 체결 단부(3441)와 제 1 체결 와이어(c1)의 제 1 체결 부재(c11)는 각각 서로 탈착 가능하게 결합하도록 접합하는 자석 부재(M)를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하여 구동 와이어(344)가 제 1 체결 와이어(c1)와의 체결 구조를 설명하였지만, 이상의 구조는 전술한 제 2 체결 와이어(c2) 또는 제 3 체결 와이어(c3)에도 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
도 9는 일 실시 예에 따른 구동 와이어의 체결 구조를 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면 일 실시 예에 따른 구동 와이어(444)와 제 1 체결 와이어(c1) 사이의 탈착가능한 체결 구조를 확인할 수 있다.
예를 들어, 구동 와이어(444)의 체결 단부(4441)와 제 1 체결 와이어(c1)의 제 1 체결 부재(c11)는 서로 결합된 상태에서 서로 맞물려 결합하는 돌출부(p)와 홈(s)을 구비할 수 있다.
예를 들어, 제 1 체결 단부(4441)는 측방향으로 돌출 형성되는 돌출부(p)를 포함할 수 있다
예를 들어, 제 1 체결 부재(c11)는 제 1 체결 단부(4441)와 결합될 경우, 돌출부(p)가 삽입되어 수용될 수 있는 슬롯 형상의 홈(s)을 구비할 수 있다.
예를 들어, 홈(s)은 돌출부(p)가 수용된 상태를 유지시키기 위해 도 9와 같이 절곡된 형상을 가질 수 있다.
도 9를 참조하여 구동 와이어(444)가 제 1 체결 와이어(c1)와의 체결 구조를 설명하였지만, 이상의 구조는 전술한 제 2 체결 와이어(c2) 또는 제 3 체결 와이어(c3)에도 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
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.

Claims (16)

  1. 사용자의 보행 운동을 보조하기 위한 유연 착용 로봇에 있어서,
    사용자의 허벅지 부분을 감싸도록 착용되는 허벅지 스트랩;
    사용자의 정강이 부분을 감싸도록 착용되는 정강이 스트랩;
    사용자의 등 또는 허리 부분 뒤로 착용되고 사용자의 보행 운동을 보조하기 위한 구동력을 제공하는 구동부;
    일단은 상기 허벅지 스트랩에 연결되고 타단은 상기 구동부에 연결되어 장력을 인가받을 수 있는 제 1 구동 와이어;
    일단은 상기 정강이 스트랩에 연결되고 타단은 상기 구동부에 연결되어 장력을 인가받을 수 있는 제 2 구동 와이어; 및
    상기 구동부의 구동을 제어하여 상기 제 1 구동 와이어 및 상기 제 2 구동 와이어 중 어느 하나 이상의 구동 와이어에 장력을 선택적으로 인가할 수 있는 제어부;를 포함하고,
    상기 허벅지 스트랩은,
    상기 구동부로부터 연결되는 상기 제 1 구동 와이어의 단부가 연결되고, 사용자의 기준으로 상기 허벅지 스트랩의 부분 중 후방에 설치되는 허벅지 고정부; 및
    상기 구동부로부터 상기 정강이 스트랩을 향해 연장하는 제 2 구동 와이어를 감싸도록 수용하고, 사용자의 기준으로 상기 허벅지 스트랩의 부분 중 전방에 설치되는 전방 와이어 통로;를 포함하고,
    상기 정강이 스트랩은,
    상기 구동부로부터 연결되는 상기 제 2 구동 와이어의 단부가 연결되고, 사용자의 기준으로 상기 정강이 스트랩의 부분 중 전방에 설치되는 정강이 고정부;를 포함하고,
    상기 구동부는,
    회전 구동력을 형성하는 구동 액추에이터;
    상기 구동 액추에이터에 연결되어 회전 구동되는 회전 샤프트;
    상기 제 1 구동 와이어의 일단이 고정된 상태로 상기 회전 샤프트에 의해 회전 가능하게 설치되는 제 1 와이어 조작부; 및
    상기 제 2 구동 와이어의 일단이 고정된 상태로 상기 회전 샤프트에 의해 회전 가능하게 설치되는 제 2 와이어 조작부;를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제 1 와이어 조작부 및 상기 제 2 와이어 조작부 중 어느 하나 이상의 와이어 조작부를 선택적으로 구동하는, 유연 착용 로봇.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 와이어 조작부는,
    상기 제 1 구동 와이어의 일측이 걸어진 상태로 회전 가능하게 설치되는 제 1 도르래; 및
    상기 회전 샤프트에 설치되고 상기 제어부의 구동에 의해 선택적으로 상기 제 1 도르래와 맞물리도록 연결되어 회전 구동력을 전달하는 제 1 클러치 기어;를 포함하고,
    상기 제 2 와이어 조작부는,
    상기 제 2 구동 와이어의 일측이 걸어진 상태로 회전 가능하게 설치되는 제 2 도르래; 및
    상기 회전 샤프트에 설치되고 상기 제어부의 구동에 의해 선택적으로 상기 제 2 도르래와 맞물리도록 연결되어 회전 구동력을 전달하는 제 2 클러치 기어;를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제 1 클러치 기어 및 상기 제 2 클러치 기어 중 어느 하나 이상의 클러치 기어를 선택적으로 구동하여 상기 제 1 구동 와이어 또는 상기 제 2 구동 와이어에 선택적으로 장력을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는, 유연 착용 로봇.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 도르래 및 상기 제 2 도르래 각각은, 내주면을 따라서 톱니가 형성된 내치 기어부를 포함하고,
    상기 제 1 클러치 기어 및 상기 제 2 클러치 기어 각각은, 상기 회전 샤프트에 수직한 방향으로 선형 구동하여 상기 제 1 도르래 및 상기 제 2 도르래 각각의 상기 내치 기어부에 선택적으로 맞물릴 수 있는 제 1 클러치부 및 제 2 클러치부를 포함하는, 유연 착용 로봇.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 허벅지 스트랩과 상기 정강이 스트랩 사이를 연결하는 링크 구조로 형성되어 사용자의 무릎 관절 운동을 가이드하는 가이드 프레임;을 더 포함하고,
    상기 허벅지 스트랩에 연결되는 상기 가이드 프레임의 부분은, 상기 전방 와이어 통로의 후방에 평행한 상태로 맞닿도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 유연 착용 로봇.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가이드 프레임은,
    상기 허벅지 스트랩에 고정되어 상기 정강이 스트랩을 향해 돌출되는 상부 프레임;
    상기 정강이 스트랩에 고정되어 상기 허벅지 스트랩을 향해 돌출되는 하부 프레임; 및
    상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 각각의 돌출부를 상호 회전 가능하게 연결하는 조인트부;를 포함하고,
    상기 조인트부는 외주면을 따라서 상기 제 2 구동 와이어가 걸릴수 있도록 홈이 형성된 도르래 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 유연 착용 로봇.
  8. 제 1 항에 있어서,
    사용자의 발 뒤꿈치 부분에 착용되는 발목 고정부;
    일단은 상기 정강이 스트랩에 연결되고 타단은 상기 구동부에 연결되어 장력을 인가받을 수있는 제 3 구동 와이어; 및
    상기 허벅지 스트랩 및 상기 정강이 스트랩 사이에서 연장하는 상기 제 3 구동 와이어를 감싸는 와이어 가이드;를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 구동부의 구동을 제어하여 상기 제 1 구동 와이어, 상기 제 2 구동 와이어 및 상기 제 3 구동 와이어 중 어느 하나 이상의 구동 와이어에 장력을 선택적으로 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는, 유연 착용 로봇.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 허벅지 스트랩은,
    상기 구동부로부터 상기 정강이 스트랩을 향해 연장하는 제 3 구동 와이어를 감싸도록 수용하고, 사용자의 기준으로, 상기 허벅지 스트랩의 부분 중 후방에 설치되는 후방 와이어 통로;를 더 포함하고,
    상기 정강이 스트랩은,
    상기 구동부로부터 상기 허벅지 스트랩을 통과하여 상기 발목 고정부를 향해 연장하는 상기 제 3 구동 와이어를 감싸도록 수용하고, 사용자의 기준으로, 상기 정강이 스트랩의 부분 중 후방에 설치되는 하부 와이어 통로;를 더 포함하는, 유연 착용 로봇.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 허벅지 스트랩, 상기 정강이 스트랩 및 상기 발목 고정부 중 어느 하나 이상에 설치되는 관성 센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는, (i) 상기 관성 센서에서 계측되는 신호에 기초하여 사용자가 보행하는 지면의 경사 정도를 판단할 수 있고, (ii) 상기 경사 정도에 기초하여 상기 제 1 구동 와이어, 상기 제 2 구동 와이어 및 상기 제 3 구동 와이어 중 상기 경사 정도를 갖는 지면에서의 보행에 필요한 관절 운동을 보조하는 적어도 하나 이상의 구동 와이어를 구동하는 것을 특징으로 하는, 유연 착용 로봇.
  11. 사용자의 보행 운동을 보조하기 위한 유연 착용 로봇에 있어서,
    사용자의 허벅지 부분을 감싸도록 착용되는 허벅지 스트랩;
    사용자의 정강이 부분을 감싸도록 착용되는 정강이 스트랩;
    사용자의 발 뒤꿈치 부분에 착용되는 발목 고정부;
    사용자의 등 또는 허리 부분 뒤로 착용되고 사용자의 보행 운동을 보조하기 위한 구동력을 제공하는 구동부;
    상기 구동부로부터 연결되어 장력을 인가받을 수 있는 구동 와이어;
    일단은 상기 허벅지 스트랩에 고정되고 타단은 상기 허벅지 스트랩 외부로 노출되는 제 1 체결 와이어;
    일단은 상기 정강이 스트랩에 고정되고 타단은 상기 허벅지 스트랩을 통과하여 외부로 노출되는 제 2 체결 와이어;
    일단은 상기 발목 고정부에 고정되고 타단은 상기 정강이 스트랩 및 허벅지 스트랩을 순차적으로 통과하여 외부로 노출되는 제 3 체결 와이어를 포함하는, 유연 착용 로봇.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 허벅지 스트랩과 상기 정강이 스트랩 사이를 연결하는 링크 구조로 형성되어 사용자의 무릎 관절 운동을 가이드하는 가이드 프레임;을 더 포함하고,
    상기 가이드 프레임은,
    상기 허벅지 스트랩에 고정되어 상기 정강이 스트랩을 향해 돌출되는 상부 프레임;
    상기 정강이 스트랩에 고정되어 상기 허벅지 스트랩을 향해 돌출되는 하부 프레임; 및
    상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 각각의 돌출부를 상호 회전 가능하게 연결하는 조인트부;를 포함하고,
    상기 조인트부는 외주면을 따라서 상기 제 2 체결 와이어가 걸릴수 있도록 홈이 형성된 도르래 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 유연 착용 로봇.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동 와이어는,
    상기 제 1 체결 와이어, 상기 제 2 체결 와이어 또는 상기 제 3 체결 와이어에 탈착 가능하게 체결되는 것을 특징으로 하는, 유연 착용 로봇.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 구동 와이어는,
    상기 구동부 외부로 돌출되는 단부에 후크 형상의 체결 단부;를 포함하고,
    상기 제 1 체결 와이어, 상기 제 2 체결 와이어 또는 상기 제 3 체결 와이어는,
    상기 허벅지 스트랩 외부로 노출된 단부에 상기 체결 단부와 체결될 수 있는 고리 형상의 체결 부재;를 포함하는, 유연 착용 로봇.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 구동 와이어는,
    상기 구동부 외부로 돌출되는 단부에 자석 부재를 구비하는 체결 단부;를 포함하고,
    상기 제 1 체결 와이어, 상기 제 2 체결 와이어 또는 상기 제 3 체결 와이어는,
    상기 허벅지 스트랩 외부로 노출된 단부에 상기 체결 단부와 결합될 수 있도록 자석 부재를 구비하는 체결 부재;를 포함하는, 유연 착용 로봇.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 구동 와이어는,
    상기 구동부 외부로 돌출되는 단부에 측방향으로 돌출 형성되는 돌출부를 구비하는 체결 단부를 포함하고,
    상기 제 1 체결 와이어, 상기 제 2 체결 와이어 또는 상기 제 3 체결 와이어는,
    상기 허벅지 스트랩 외부로 노출된 단부에 상기 체결 단부의 상기 돌출부를 맞물리도록 수용하여 결합될 수 있는 슬롯 형상의 홈을 구비하는 체결 부재;를 포함하는, 유연 착용 로봇.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101693976B1 (ko) * 2015-04-08 2017-01-09 현대자동차주식회사 근력 보조 장치
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