KR102609639B1 - 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇에 관한 것으로서, 선택적인 근력보조가 가능한 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇에 있어서, 직렬탄성구동기; 및 직렬탄성구동기와 와이어로 연결되고, 하나 이상의 관절을 포함하는 하단프레임;을 포함하고, 하단프레임은, 와이어가 관절을 경유하며 연장되고, 와이어를 통해 직렬탄성구동기로부터 전달되어 발생하는 보조근력의 정도가 결정되는, 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇이 제공된다.

Description

직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇{WEARABLE ROBOT INCLUDING SERIES ELASTIC ACTUATOR}
본 발명은 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇에 관한 것이다.
웨어러블 로봇은 착용자의 움직임을 보조해주는 장치로 다양한 산업 및 의료분야에서 사용되고 있으나, 착용후 사용자로부터 제한적인 움직임이 보다 개선되어야 한다는 요구가 있는 것이 현실이다. 제한적인 움직임을 유발하는 요소 중 하나는 근력보조에 대한 취약함이다. 이는 착용형 로봇의 자중은 물론 산업분야나 의료분야에서 사용자의 보행을 보조하거나 무거운 물건을 들고 옮기는 과정에서 취하는 동작에 따라 오히려 저해되거나 비효율적으로 작용할 수 있다. 특히, 산업분야에서 물건의 무게를 극복하는데 있어서 사용자의 근력을 보조하는 기능이 없거나 비효율적인 개입이 이루어질 수 있는데, 이러한 비효율적 개입이 지속적으로 발생하여 사용자의 움직임을 저해하는 방향으로도 동력이 작용하므로 다소 비효율적으로 개입하게 되는 것이다. 따라서, 보다 효과적으로 사용자의 제어에 따라 개입할 수 있는 웨어러블 로봇이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제 10-1517058 호 (2015. 04. 27)
본 발명의 일 실시예는 사용자가 웨어러블 로봇을 착용하고 근력이 요구되는 상황에서 선택적으로 근력을 보조할 수 있는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 사용자가 웨어러블 로봇을 톨해 수동 또는 반자동으로 근력을 보조할 수 있는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇에 관한 것으로서, 선택적인 근력보조가 가능한 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇에 있어서, 직렬탄성구동기; 및 직렬탄성구동기와 와이어로 연결되고, 하나 이상의 관절을 포함하는 하단프레임;을 포함하고, 하단프레임은, 와이어가 관절을 경유하며 연장되고, 와이어를 통해 직렬탄성구동기로부터 전달되어 발생하는 보조근력의 정도가 결정되는, 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇이 제공된다.
그리고, 하단프레임은, 직렬탄성구동기와 연결되는 지지대; 지지대 및 직렬탄성구동기 중 하나 이상과 연결되어 연장되는 베이스부; 및 베이스부와 일단이 연결되어 사용자의 대퇴부를 따라 연장되는 제1레그부;를 포함하되, 베이스부와 제1레그부의 연결지점에 제1관절이 형성되고, 제1관절에 와이어가 도달하여 제1관절의 회동에 의해 와이어에 텐션이 발생된다.
또한, 하단프레임은, 제1레그부의 타단에 연결되고 사용자의 정강이를 따라 연장되는 제2레그부를 더 포함하고, 제1레그부와 제2레그부가 연결지점에 제2관절이 형성되고, 와이어는 제1관절을 경유하여 제2관절에 도달하며, 제1관절 및 제2관절 중 하나 이상의 회동에 의해 와이어에 텐션이 발생될 수 있다.
또한, 직렬탄성구동기는, 탄성체와 직간접적으로 연결되고 직선왕복이동에 의해 탄성체의 위치를 결정하는 왕복블록; 및 왕복블록과 일측이 핀연결되어 직선왕복이동될 수 있고, 타측은 기 결정된 회동궤적을 따라 왕복이동되는 연결블록;을 포함할 수 있다.
또한, 연결블록의 타측과 핀연결되고, 연결블록의 타측이 기 결정된 회동궤적에 안내되어 선택적인 이동이 될 수 있도록 외측으로 노출된 레버를 더 포함할 수 있다.
그리고, 연결블록의 타측과 핀연결되는 회동블록, 회동블록와 회전중심이 연결되어 회동블록을 회동시키는 회동체 및 회동체를 회전시키는 모터부를 더 포함할 수 있다.
또한, 모터부와 유선 또는 무선으로 연결되어 모터의 회전방향을 선택적으로 결정함으로써 탄성체의 위치가 결정되도록 하는 리모트부를 더 포함할 수 있다.
또한, 제2관절부의 회동은 제1레그부의 제1치합부 및 제2레그부의 제2치합부 간의 치합에 의해 이루어지고, 제1치합부 및 제2치합부 중 적어도 한 측에는 제1레그부 및 제2레그부 간에 형성되는 예각 및 둔각을 포함하는 각도범위의 각도가 감소될수록 반사각 측으로 돌출되는 돌출양이 증가되는 편심블록을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자가 웨어러블 로봇을 착용하고 근력이 요구되는 상황에서 선택적으로 근력을 보조할 수 있는 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 사용자가 웨어러블 로봇을 톨해 수동 또는 반자동으로 근력을 보조할 수 있는 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇을 포함할 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇을 나타낸 것으로서, 도 1(a)는 반자동으로 구동되는 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇을 나타낸 사시도이고, 도 1(b)는 수동으로 구동되는 직렬탄성구동기를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동으로 구동되는 직렬탄성구동기의 단면도를 나타낸 것으로서, 도 2(a)는 레버를 조작하여 탄성체를 인출한 것을 나타낸 것이고, 도 2(b)는 레버를 조작하여 탄성체를 인입한 것을 나타낸 것이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 반자동을 구동되는 직렬탄성구동기의 인입 및 인출을 나탄낸 것으로서, 도 3(a)는 모터의 회전을 통해 탄성체가 인출된 상태를 나타낸 것이고, 도 3(b)는 모터의 회전을 통해 탄성체가 인입된 상태를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리모트부를 더 포함하는 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1관절을 나타낸 도면으로서, 도 5(a)는 와이어에 장력이 미발생 또는 낮은 수준으로 발생하고 있는 상태를 나타낸 것이고, 5(b)는 와이어에 장력이 크게 발생한 상태를 나타낸 것이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2관절을 나타낸 도면으로서, 도 6(a)는 와이어에 장력이 미발생 또는 낮은 수준으로 발생하고 있는 상태를 나타낸 것이고, 6(b)는 제1레그부 및 제2레그부 간에 이루는 각도가 증가됨으로써 편심블록에 의해 와이어의 연장경로가 증가되어 장력이 증가되는 것을 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬탄성구동기(100)를 포함하는 웨어러블 로봇(10)을 나타낸 것으로서, 도 1(a)는 반자동으로 구동되는 직렬탄성구동기(100)를 포함하는 웨어러블 로봇(10)을 나타낸 사시도이고, 도 1(b)는 수동으로 구동되는 직렬탄성구동기(100)를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예는 선택적인 근력보조가 가능한 직렬탄성구동기(100)를 포함하는 웨어러블 로봇(10)(이하, 웨어러블 로봇(10))에 관한 것이다. 상기 웨어러블 로봇(10)은 하단프레임(200)과 직렬탄성구동기(100)를 포함한다. 여기서 하단프레임(200)은 직렬탄성구동기(100)와 와이어(202)로 연결되고, 하나 이상의 관절을 포함하며, 와이어(202)가 관절을 경유하며 연장되고 와이어(202)를 통해 직렬탄성구동기(100)로부터 전달되어 발생하는 보조근력의 정도가 결정될 수 있다.
구체적으로, 하단프레임(200)은 직렬탄성구동기(100)와 연결되는 지지대(201), 베이스부(210) 및 제1레그부(220)를 포함할 수 있다. 여기서 지지대(201)는 사용자가 웨어러블 로봇(10)을 착용시 골반의 후측부에 위치되며, 베이스부(210)와 연결될 수 있다. 그리고 지지대(201) 및 직렬탄성구동기(100) 중 하나 이상과 연결되어 연장되는 베이스부(210)는 사용자의 후방에서 측방으로 하향연장될 수 있다. 또한, 베이스부(210)와 일단이 연결되어 사용자의 대퇴부를 따라 연장되는 제1레그부(220)는 사용자의 허벅지를 전방으로부터 지지하는 지지대(201)가 마련될 수 있다.
상기 베이스부(210)와 제1레그부(220)의 연결지점에 제1관절(205a)이 형성되고, 제1관절(205a)에 와이어(202)가 도달하여 제1관절(205a)의 회동에 의해 와이어(202)에 텐션이 발생된다. 상기 와이어(202)는 직렬탄성구동기(100)로부터 연장되고 베이스부(210) 및 제1레그부(220)의 연장방향을 따라 베이스부(210) 및 제1레그부(220)의 내측 또는 외측으로 안내될 수 있다. 와이어(202)는 적어도 제1레그부(220)와 베이스부(210) 간의 연결지점까지 도달하여 고정될 수 있고, 다른 경우에는 제1레그부(220)와 제2레그부(230)의 연결지점까지 도달될 수 있다.
여기서 제2레그부(230)는 제1레그부(220)와 연결되고 사용자의 무릎부터 발까지 연장되는 구간을 따라 배치되는 구성이며, 이는 선택적인 구성일 수 있다. 바람직하게는 제2레그부(230)를 포함하는 경우, 제2레그부(230)의 단부(예를 들어 지면을 향하는 측)에는 도시된 바와 같이 보행부(240)가 더 마련될 수 있다. 보행부(240)는 사용자의 발바닥이 닿는 구성이고, 웨어러블 로봇(10)을 착용시 가해지는 웨어러블 로봇(10)의 자중을 포함한 하중의 적어도 일부를 지면으로부터 지지할 수 있도록 한다.
나아가, 하단프레임(200)은 베이스부(210)와 제1레그부(220)가 연결된 연결지점에 제1관절(205a)이 형성되고, 제1레그부(220)와 제2레그부(230)가 연결된 연결지점에 제2관절(206a)이 형성될 수 있다. 와이어(202)는 제1관절(205a)을 경유하여 제2관절(206a)에 도달하며, 제1관절(205a) 및 제2관절(206a) 중 하나 이상의 회동에 의해 장력이 발생될 수 있다. 상기 장력은 직렬탄성구동기(100)의 탄성체(113)를 통해 제1관절(205a) 및 제2관절(206a) 중 하나 이상이 회동 전의 상태로 복귀하는 보조력으로서 사용자에게 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 직렬탄성구동기(100)는 와이어(202)와 연결된 탄성체(113)의 위치를 와이어(202)가 인장되고 완화되는 방향으로 위치를 변경시킴으로써 탄성체(113)로부터 발생되는 탄성을 조절할 수 있고 이를 통해 사용자에게 전달하는 상기 보조력의 크기를 제어할 수 있다. 이러한 탄성체(113)의 위치변경은 모터를 통해 반자동으로 동작되는 경우와 레버(161)를 통해 수동으로 동작되는 경우에 대하여 이하의 도 2 및 도 3에서 각각 설명하기로 한다.
도 2를 통해 개시한 실시예는 수동조작이 가능한 직렬탄성구동기(100)에 관한 것이고, 도 3을 통해 개시한 실시예는 반자동조작이 가능한 직렬탄성구동기(100)에 관한 것이다. 각 실시예는 공통적으로 직렬탄성구동기(100)가 탄성체(113)와 직간접적으로 연결되고 직선왕복이동에 의해 탄성체(113)의 위치를 결정하는 왕복블록(123) 및 왕복블록(123)과 일측이 핀연결되어 직선왕복이동될 수 있고 타측은 기 결정된 회동궤적을 따라 왕복이동되는 연결블록(124)을 포함할 수 있다. 보다 구체적인 예시를 통한 설명을 위해 도 2 및 도 3을 참조하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동으로 구동되는 직렬탄성구동기(100)의 단면도를 나타낸 것으로서, 도 2(a)는 레버(161)를 조작하여 탄성체(113)를 인출한 것을 나타낸 것이고, 도 2(b)는 레버(161)를 조작하여 탄성체(113)를 인입한 것을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 또한, 연결블록(124)의 타측과 핀연결되고, 연결블록(124)의 타측이 기 결정된 회동궤적에 안내되어 선택적인 이동이 될 수 있도록 외측으로 노출된 레버(161)를 더 포함할 수 있다.
도 2(a)를 참조하면, 직렬탄성구동기(100)는 와이어(202)가 연결된 탄성체(113)를 와이어(202)의 견인여부를 결정함으로써 위치변화를 수행할 수 있다. 이때 본 실시예의 경우에는 레버(161)가 조작됨으로써 상기 견인여부가 결정될 수 있다.
구체적으로 탄성체(113)와 연결된 와이어(202)는 왕복블록(123)에 연결되고, 왕복블록(123)이 왕복가능한 홈을 따라 이동될 때 왕복블록(123)과 일단이 핀연결을 통해 연결된 연결블록(124)의 타단은 레버(161)와 연결될 될 수 있다. 레버(161)는 왕복블록(123)이 왕복되는 방향의 동일선 상에 위치된 기 결정된 위치를 회동중심으로 하여 회동될 수 있다. 상기 회동은 가이드장공(161a)의 안내에 따라 이동되는 레버(161)로부터 돌출된 돌출부에 의해 일정한 회전궤적을 갖는 회동이 수행될 수 있다.
여기서 레버(161)의 회동은 기 결정된 각도 구간에서 이루어지면 상기 각도 구간의 양단에서는 레버(161)가 고정될 수 있는 고정수단에 의해 고정될 수 있다. 이는 알려진 다양한 방법에 의해 레버(161)의 고정이 이루어질 수 있으므로 고정의 방법에 대하여 제한된 바 없다.
전술한 레버(161)의 회동을 통한 탄성체(113)의 위치변화는 제1관절(205a) 또는 제2관절(206a)로부터 인장되는 와이어(202)로부터 탄성체(113)의 탄성력을 달리 발생시킬 수 있다 이는 와이어(202) 및 탄성체(113)가 연장된 전체 구간이 탄성체(113)의 위치에 따라 변경되게 되고, 상기 전체 구간이 길게 형성될수록 탄성체(113)로부터 발생되는 탄성력이 크게 발생하게 된다. 따라서, 일 예로서 사용자가 보다 큰 하중에 대하여 근력이 요구되는 경우 레버(161)를 조작함으로써 탄성체(113)의 위치를 변경하여 보조력을 지지받을 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 반자동을 구동되는 직렬탄성구동기(100)의 인입 및 인출을 나탄낸 것으로서, 도 3(a)는 모터의 회전을 통해 탄성체(113)가 인출된 상태를 나타낸 것이고, 도 3(b)는 모터의 회전을 통해 탄성체(113)가 인입된 상태를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 연결블록(124)의 타측과 핀연결되는 회동블록(125), 회동블록(125)와 회전중심이 연결되어 회동블록(125)을 회동시키는 회동체(126) 및 회동체(126)를 회전시키는 모터부를 더 포함할 수 있다. 즉, 직렬탄성구동기(100)는 와이어(202)가 연결된 탄성체(113)를 와이어(202)의 견인여부를 결정함으로써 위치변화를 수행할 수 있는데, 이때 본 실시예의 경우에는 모터부가 구동됨으로써 상기 견인여부가 결정될 수 있다.
구체적으로 탄성체(113)와 연결된 와이어(202)는 왕복블록(123)에 연결되고, 왕복블록(123)이 왕복가능한 홈을 따라 이동될 때 왕복블록(123)과 일단이 핀연결을 통해 연결된 연결블록(124)의 타단은 회동블록(125)과 연결될 될 수 있다. 회동블록(125)은 일단이 연결블록(124)과 핀연결되고, 타단이 회동체(126)와 연결될 수 있다. 회동체(126)는 모터부의 동력을 전달받아 회전되는 구조체로서, 모터부의 회전중심과 동축으로 위치될 수도 있고, 설계에 따라 치합되는 관계로 연동되어 비동축상에 회전중심이 위치될 수도 있다. 여기서 회동축의 회동은 모터부의 회동각도에 의해 결정되는 것이며 모터부는 회동가능한 각도가 기 결정될 수 있다.
전술한 회동체(126)의 회동을 통한 탄성체(113)의 위치변화는 제1관절(205a) 또는 제2관절(206a)로부터 인장되는 와이어(202)로부터 탄성체(113)의 탄성력을 달리 발생시킬 수 있다 이는 와이어(202) 및 탄성체(113)가 연장된 전체 구간이 탄성체(113)의 위치에 따라 변경되게 되고, 상기 전체 구간이 길게 형성될수록 탄성체(113)로부터 발생되는 탄성력이 크게 발생하게 된다. 따라서, 일 예로서 사용자가 보다 큰 하중에 대하여 근력이 요구되는 경우 레버(161)를 조작함으로써 탄성체(113)의 위치를 변경하여 보조력을 지지받을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리모트부(180)를 더 포함하는 직렬탄성구동기(100)를 포함하는 웨어러블 로봇(10)을 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 모터부와 유선 또는 무선으로 연결되어 모터의 회전방향을 선택적으로 결정함으로써 탄성체(113)의 위치가 결정되도록 하는 리모트부(180)를 더 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이 리모트부(180)는 제1제어버튼(181) 및 제2제2버튼을 포함할 수 있다. 여기서 제1 및 제2로 구분한 것은 서로 다른 기능을 수행할 수 있도록 제어하는 일 수단으로서 구분하기 위한 것이고, 하나의 버튼을 연속하여 누르는 횟수 누른 상태를 지속상 시간 등 서로 상이한 조작에 의해 제어신호를 전달할 수도 있다.
상기 제1제어버튼(181)을 누르면 예를 들어 정회전으로 모터가 회전하게 되고, 정회전으로 회전되는 모터는 기 결정된 구간만큼 회전되어 탄성체(113)를 인출한 상태를 유지함으로써 제1탄성력이 와이어(202)를 통해 발생하도록 할 수 있다. 상기 제2제어버튼(182)을 누르면 역회전으로 모터가 회전하게 되고, 정회전으로 회전되는 모터는 기 결정된 구간만큼 회전되어 탄성체(113)를 인입한 상태를 유지함으로써 제2탄성력이 와이어(202)를 통해 발생하도록 할 수 있다. 여기서 제1탄성력은 제2탄성력보다 작게 형성되어, 각각의 탄성력은 와이어(202)를 통해 차등적인 견인력이 발생하게 된다.
물론, 전술한 바와 같이 탄성체(113)가 인입된 상태에서의 제2탄성력이 보다 크게 작용하여 와이어(202)를 통해 사용자에게 탄성전달방향(ED)을 따라 더 큰 보조력을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1관절(205a)을 나타낸 도면으로서, 도 5(a)는 와이어(202)에 장력이 미발생 또는 낮은 수준으로 발생하고 있는 상태를 나타낸 것이고, 5(b)는 와이어(202)에 장력이 크게 발생한 상태를 나타낸 것이다. 여기서 크고 작음은 단지 서로 상대적인 크기를 나타내는 것이며 특정 수치범위를 한정하거나 한정하지 않는 것과는 무관하다.
도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 제1관절(205a)은 웨어러블 로봇(10)을 착용한 사용자가 일반적으로 기립한 상태로 있을 때의 베이스부(210)와 제1레그부(220) 간의 각도를 나타낸 것으로 권취부(210a)에 와이어(202)가 소정길이 권취된 상태일 수 있다. 이는 제1관절(205a)을 기준으로 베이스부(210) 및 제1레그부(220)의 각도가 변화하는 과정에서 보다 권취구간이 증가될 수 있다. 상기 권취구간은 와이어(202)와 권취부(210a) 간의 접촉면적을 의미하며 상기 제1관절(205a)을 기준으로 제1레그부(220)가 회동하면서 증가될 수 있다.
즉, 귄취부의 외주를 따라 와이어(202)는 인장되기 때문에 장력이 발생하고 와이어(202)와 연결된 탄성체(113)는 탄성력이 발생할 수 밖에 없게 된다. 따라서, 제1관절(205a)을 기준으로 제1레그부(220)가 회동되는 각도가 클수록 탄성체(113)에 발생하는 탄성력이 증가될 수 밖에 없게 된다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2관절(206a)을 나타낸 도면으로서, 도 6(a)는 와이어(202)에 장력이 미발생 또는 낮은 수준으로 발생하고 있는 상태를 나타낸 것이고, 6(b)는 제1레그부(220) 및 제2레그부(230) 간에 이루는 각도가 증가됨으로써 편심블록(230a)에 의해 와이어(202)의 연장경로가 증가되어 장력이 증가되는 것을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 제2관절(206a)부의 회동은 제1레그부(220)의 제1치합부 및 제2레그부(230)의 제2치합부 간의 치합에 의해 이루어지고, 제1치합부 및 제2치합부 중 적어도 한 측에는 제1레그부(220) 및 제2레그부(230) 간에 형성되는 예각 및 둔각을 포함하는 각도범위의 각도가 감소될수록 반사각 측으로 돌출되는 돌출양이 증가되는 편심블록(230a)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면, 제2관절(206a)은 웨어러블 로봇(10)을 착용한 사용자가 일반적으로 기립한 상태로 있을 때의 제1레그부(220)와 제2레그부(230) 간의 각도를 나타낸 것으로 제2레그부(230) 측에 와이어(202)가 소정길이 권취된 상태일 수 있다. 물론, 와이어(202)가 제2레그부(230)까지 연장되는 경우에는 미권취되고 제2레그부(230) 측에 단부가 결합된 상태일 수도 있다.
한편, 제2관절(206a)을 기준으로 제1레그부(220) 및 제2레그부(230) 간의 각도가 변화하는 과정에서 권취구간이 증가 또는 권취구간의 형성될 수 있다. 상기 권취구간은 와이어(202)와 제2레그부(230)의 편심블록(230a) 간의 접촉면적을 의미하며 상기 제2관절(206a)을 기준으로 제2레그부(230)가 회동하면서 증가될 수 있다.
즉, 편심블록(230a)의 외주를 따라 와이어(202)는 인장되므로 와이어(202)에 장력이 발생하고 와이어(202)와 연결된 탄성체(113)는 탄성력이 발생할 수 밖에 없게 된다. 따라서, 제2관절(206a)을 기준으로 제2레그부(230)가 회동되는 각도가 클수록 탄성체(113)에 발생하는 탄성력이 증가될 수 밖에 없게 된다. 여기서 탄성력이 증가하는 정도는 제1관절(205a) 측에 마련된 권취부(210a)와 같이 반경이 동일한 원형보다 편심형태로 형성된 편심블록(230a)의 경우에 보다 적극적으로 와이어(202)에 장력을 발생시킬 수 있다.
본 실시예를 통한 설명에 의하면 제2관절(206a) 측에만 편심블록(230a)이 적용되었으나, 제1관절(205a) 측의 권취부(210a)도 편심형이 적용될 수 있음은 물론이다.
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이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 웨어러블 로봇
100 : 구동모듈
110 : 탄성부
111 : 제1연결부
112 : 제2연결부
113, 151 : 탄성체
120 : 구동부
121 : 커버부
122 : 구동블록
123, 163 : 왕복블록
124, 162 : 연결블록
125 : 회동블록
126 : 회동체
150 : 실린더
152 : 연결부
160 : 레버하우징
161 : 레버
161a : 가이드장공
180 : 리모트부
181 : 제1제어버튼
182 : 제2제어버튼
200 : 하단프레임
201 : 지지대
202 : 와이어
205a : 제1관절
205b : 지지블록
206a : 제2관절
206b : 제2커버부
210 : 베이스부
210a : 권취부
220 : 제1레그부
221 : 제1치합부
220a : 제1커버부
230 : 제2레그부
230a : 편심블록
231 : 제2치합부
240 : 보행부
ES : 탄성구간
VS : 가변구간
TD : 탄성전달방향

Claims (8)

  1. 선택적인 근력보조가 가능한 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇에 있어서,
    상기 직렬탄성구동기; 및
    상기 직렬탄성구동기와 와이어로 연결되고, 하나 이상의 관절을 포함하는 하단프레임;을 포함하고,
    상기 하단프레임은,
    상기 와이어가 상기 관절을 경유하며 연장되고, 상기 와이어를 통해 상기 직렬탄성구동기로부터 전달되어 발생하는 보조근력의 정도가 결정되되,
    상기 직렬탄성구동기는,
    탄성체와 직간접적으로 연결되고 직선왕복이동에 의해 상기 탄성체의 위치를 결정하는 왕복블록; 및
    상기 왕복블록과 일측이 핀연결되어 직선왕복이동될 수 있고, 타측은 기 결정된 회동궤적을 따라 왕복이동되는 연결블록;을 포함하는 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하단프레임은,
    상기 직렬탄성구동기와 연결되는 지지대;
    상기 지지대 및 상기 직렬탄성구동기 중 하나 이상과 연결되어 연장되는 베이스부; 및
    상기 베이스부와 일단이 연결되어 사용자의 대퇴부를 따라 연장되는 제1레그부;를 포함하되,
    상기 베이스부와 상기 제1레그부의 연결지점에 제1관절이 형성되고, 상기 제1관절에 상기 와이어가 도달하여 상기 제1관절의 회동에 의해 상기 와이어에 텐션이 발생되는, 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 하단프레임은,
    상기 제1레그부의 타단에 연결되고 상기 사용자의 정강이를 따라 연장되는 제2레그부를 더 포함하고,
    상기 제1레그부와 상기 제2레그부가 연결지점에 제2관절이 형성되고, 상기 와이어는 상기 제1관절을 경유하여 상기 제2관절에 도달하며, 상기 제1관절 및 상기 제2관절 중 하나 이상의 회동에 의해 상기 와이어에 텐션이 발생되는, 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇.
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  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결블록의 상기 타측과 핀연결되고, 상기 연결블록의 상기 타측이 상기 기 결정된 회동궤적에 안내되어 선택적인 이동이 될 수 있도록 외측으로 노출된 레버를 더 포함하는, 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결블록의 상기 타측과 핀연결되는 회동블록, 상기 회동블록와 회전중심이 연결되어 상기 회동블록을 회동시키는 회동체 및 상기 회동체를 회전시키는 모터부를 더 포함하는, 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 모터부와 유선 또는 무선으로 연결되어 모터의 회전방향을 선택적으로 결정함으로써 상기 탄성체의 위치가 결정되도록 하는 리모트부를 더 포함하는, 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2관절의 회동은 상기 제1레그부의 제1치합부 및 상기 제2레그부의 제2치합부 간의 치합에 의해 이루어지고,
    상기 제1치합부 및 상기 제2치합부 중 적어도 한 측에는 상기 제1레그부 및 상기 제2레그부 간에 형성되는 예각 및 둔각을 포함하는 각도범위의 각도가 감소될수록 반사각 측으로 돌출되는 돌출양이 증가되는 편심블록을 더 포함하는, 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇.
KR1020210172156A 2021-08-12 2021-12-03 직렬탄성구동기를 포함하는 웨어러블 로봇 KR102609639B1 (ko)

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JP6781091B2 (ja) * 2017-03-28 2020-11-04 本田技研工業株式会社 肢体動作支援装置

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