KR20110083143A

KR20110083143A - Wearable robot

Info

Publication number: KR20110083143A
Application number: KR1020100003206A
Authority: KR
Inventors: 김효곤; 이종원; 장재호; 박상덕; 손웅희
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2011-07-20

Abstract

PURPOSE: A wearable robot is provided to allow free rotation of wearer's femur because the rotation center of robot's femur is approximate to the rotation center of the wearer's femur. CONSTITUTION: A wearable robot comprises pelvis members(11,15), upper femur members(21,25), lower femur members(31,35), shinbone members(41,45), and foot members(51,55). The upper femur members are coupled in the left and right ends of the pelvis members and rotated back and forth. The lower femur members are coupled to the upper femur members. The shinbone members are coupled in the lower femur members and rotated back and forth. The foot members are coupled to the shinbone members and allowed to rotate. The upper and lower femur members are rotated relative to each other around a point separated to the inner side from a vertical center line.

Description

Wearable robots {Wearable robot}

본 발명은 착용형 로봇에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 인체의 하반신에 착용되어 인체의 근력을 지원하는 착용형 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a wearable robot. More specifically, the present invention relates to a wearable robot that is worn on the lower body of the human body to support the muscle strength of the human body.

로봇 기술이 발달하면서 인체에 착용되어 인체의 근력을 지원하는 착용형 로봇이 개발되고 있다.As robot technology is developed, a wearable robot that is worn on the human body and supports the muscle strength of the human body has been developed.

일반적으로 이러한 근력 지원을 위한 인체 착용형 로봇은 착용자가 움직이고자 하는 동기 신호를 받아 구동하도록 형성되며, 구동력 확보를 위한 모터, 유압 실린더 등을 구비한다.In general, the human body wearable robot for supporting the muscle strength is formed to be driven by receiving a synchronization signal to be worn by the wearer, and includes a motor, a hydraulic cylinder, and the like for securing driving force.

종래의 착용형 로봇은 사람의 골반에 해당하는 골반 부재, 사람의 대퇴골에 해당하는 대퇴골 부재를 포함한다. 대퇴골 부재는 골반 부재의 외측 단에 회전 가능하게 체결된다.The conventional wearable robot includes a pelvic member corresponding to the human pelvis and a femur member corresponding to the human femur. The femur member is rotatably fastened to the outer end of the pelvic member.

그런데 종래의 착용형 로봇은 대퇴골 부재가 골반 부재에 체결되는 지점을 중심으로 회전 가능하도록 설계된다. 즉, 종래의 착용형 로봇에서는 대퇴골 부재가 그 수직 중심을 중심으로 제 자리에서 회전 가능하도록 설치된다. 그러나 실제 착용자의 대퇴골은 착용형 로봇의 대퇴골 부재의 내측에 위치하게 되므로 착용자의 대퇴골의 회전 중심이 대퇴골 부재의 회전 중심으로부터 내측으로 이격된 상태가 된다. 이에 따라 착용자의 대퇴골이 회전할 때 그 회전 중심이 실제 사람의 자연스러운 회전 중심으로부터 외측으로 이격되기 때문에, 착용자의 대퇴골 회전이 부자유스럽고 불편하게 된다.
However, the conventional wearable robot is designed to be rotatable about a point where the femur member is fastened to the pelvic member. That is, in the conventional wearable robot, the femur member is installed to be rotatable in place about its vertical center. However, the actual wearer's femur is located inside the femoral member of the wearable robot, so that the rotational center of the wearer's femur is spaced inward from the rotational center of the femur member. Accordingly, when the wearer's femur rotates, the center of rotation of the wearer is spaced outward from the natural person's natural rotational center, so that the wearer's femur rotation becomes inconvenient and inconvenient.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대퇴골 부재의 회전 중심이 착용자의 실제 대퇴골의 회전 중심에 근사하여 착용자가 대퇴골 회전을 자연스럽게 할 수 있도록 하는 착용형 로봇을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems described above, the problem to be solved by the present invention is that the center of rotation of the femur member to approximate the center of rotation of the wearer's actual femur to allow the wearer to naturally rotate the femur It is to provide a wearable robot.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 착용형 로봇은, 골반 부재, 상기 골반 부재의 좌측 단 및 우측 단에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 상부 대퇴골 부재, 상기 상부 대퇴골 부재에 체결되는 하부 대퇴골 부재, 상기 하부 대퇴골 부재에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 경골 부재, 그리고 상기 경골 부재에 회동 가능하게 체결되는 발 부재를 포함한다. 상기 상부 대퇴골 부재와 하부 대퇴골 부재는 수직 중심선에서 내측으로 이격된 지점을 중심으로 상대 회전하도록 서로 체결된다.Wearable robot according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, to the upper femur member, the upper femur member is rotatably fastened in the front and rear direction to the left end and the right end of the pelvis member, the pelvis member A lower femur member to be fastened, a tibial member fastened to the lower femur member in a forward and backward direction, and a foot member pivotally fastened to the tibial member. The upper femur member and the lower femur member are fastened to each other so as to rotate relative to a point spaced inward from the vertical centerline.

상기 상부 대퇴골 부재는 원호 형상으로 형성된 가이드 부재를 포함할 수 있고, 상기 하부 대퇴골 부재는 상기 가이드 부재의 원호 형상을 따라 왕복 이동할 수 있도록 상기 가이드 부재에 체결되는 롤러를 포함할 수 있다.The upper femur member may include a guide member formed in an arc shape, and the lower femur member may include a roller fastened to the guide member so as to reciprocate along an arc shape of the guide member.

본 발명에 의하면, 착용형 로봇이 상부 대퇴골 부재와 하부 대퇴골 부재를 구비하고 하부 대퇴골 부재가 상부 대퇴골 부재의 회전 중심으로부터 내측으로 이격된 회전 중심을 가짐으로써 착용형 로봇의 대퇴골의 회전 중심이 착용자의 실제 대퇴골의 회전 중심에 근사할 수 있으므로, 착용자가 착용형 로봇을 착용한 상태에서 보다 자연스럽게 대퇴골을 회전시킬 수 있다.According to the present invention, the wearable robot has an upper femur member and a lower femur member, and the lower femur member has a rotation center spaced inward from the rotation center of the upper femur member so that the rotational center of the femur of the wearable robot is Since it can be approximated to the actual center of rotation of the femur, the wearer can rotate the femur more naturally while wearing the wearable robot.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇의 후면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇의 상부 대퇴골 부재와 하부 대퇴골 부재를 연결하는 부분의 확대 사시도이다.1 is a perspective view of a wearable robot according to an embodiment of the present invention.
2 is a rear perspective view of the wearable robot according to the exemplary embodiment of the present invention.
Figure 3 is an enlarged perspective view of a portion connecting the upper femur member and the lower femur member of the wearable robot according to an embodiment of the present invention.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇은 인체의 하반신에 착용되어 착용자의 근력을 지원하는 역할을 하는 장비이다. 도면에는 명시적으로 도시되지 않았으나, 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇은 구동력을 제공하기 위한 모터나 유압 장치 등을 포함할 수 있다.Wearable robot according to an embodiment of the present invention is equipment that serves to support the wearer's muscle strength is worn on the lower body of the human body. Although not explicitly shown in the drawings, the wearable robot according to the embodiment of the present invention may include a motor or a hydraulic device for providing a driving force.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇은 골반 부재(11, 15)를 포함한다.First, referring to FIG. 1, a wearable robot according to an embodiment of the present invention includes pelvic members 11 and 15.

골반 부재(11, 15)는 좌측 및 우측에 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 착용자의 골반 후면을 지지할 수 있는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 골반 부재(11, 15)는 내측 단이 서로 마주하도록 배치되며, 외측단으로 갈수록 전방으로 휘어져 전체적으로 아치 형상을 갖도록 형성될 수 있다.Pelvic members (11, 15) may be provided in a pair on the left and right, it may be formed in a shape that can support the pelvis back of the wearer. For example, the pelvic members 11 and 15 may be disposed such that the inner ends thereof face each other, and may be bent forward toward the outer ends to have an overall arch shape.

이때, 두 한 쌍의 골반 부재(11, 15)는 연결 부재(12)에 의해 서로 연결될 수 있으며, 이때 연결 부재(12)는 피봇(pivot) 부재(13, 16)에 의해 골반 부재(11, 15)에 각각 피봇 가능하게 연결될 수 있다. 따라서 한 쌍의 골반 부재(11, 15)는 서로 상대 회전 가능하게 연결되며 이에 따라 착용자의 좌측 및 우측 골반의 상하 운동이 원활하게 된다.In this case, the two pairs of pelvic members 11 and 15 may be connected to each other by the connecting member 12, where the connecting member 12 is pivoted by the pivot members 13 and 16. 15) can be pivotally connected respectively. Therefore, the pair of pelvic members 11 and 15 are rotatably connected to each other, so that the up and down movement of the wearer's left and right pelvis is smooth.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 착용형 로봇은 상부 대퇴골 부재(21, 25)와 하부 대퇴골 부재(31, 35)를 포함한다.On the other hand, wearable robot according to an embodiment of the present invention includes an upper femur member (21, 25) and a lower femur member (31, 35).

도면에 도시된 바와 같이, 상부 대퇴골 부재(21, 25)는 각각 골반 부재(11, 15)의 좌측 단 및 우측 단에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결된다. 예를 들어, 상부 대퇴골 부재(21, 25)는 피봇 부재(22, 26)에 의해 골반 부재(11, 15)에 각각 전후 방향으로 회동 가능하게 연결된다. 이에 따라 착용자는 대퇴골을 골반뼈에 대해 전후 방향으로 자유롭게 회동할 수 있다.As shown in the figure, the upper femur members 21 and 25 are rotatably fastened in the front-rear direction to the left and right ends of the pelvic members 11 and 15, respectively. For example, the upper femur members 21 and 25 are pivotally connected to the pelvic members 11 and 15 by the pivot members 22 and 26 in the front-rear direction, respectively. Accordingly, the wearer can freely rotate the femur in the front-back direction with respect to the pelvic bone.

하부 대퇴골 부재(31, 35)는 상부 대퇴골 부재(21, 25)에 각각 체결된다. 이때, 상부 대퇴골 부재(21, 25)와 하부 대퇴골 부재(31, 35)는 수직 중심선에서 내측으로 이격된 지점을 중심으로 상대 회전할 수 있도록 체결된다. 즉, 하부 대퇴골 부재(31, 35)가 상부 대퇴골 부재(21, 25)의 수직 중심선에서 내측으로 이격된 수직선을 중심으로 상부 대퇴골 부재(21, 25)를 중심으로 상대 회전할 수 있게 된다.The lower femur members 31 and 35 are fastened to the upper femur members 21 and 25, respectively. At this time, the upper femur members 21 and 25 and the lower femur members 31 and 35 are fastened so as to rotate relative to a point spaced inward from the vertical center line. That is, the lower femur members 31 and 35 may be relatively rotated about the upper femur members 21 and 25 about the vertical lines spaced inward from the vertical center lines of the upper femur members 21 and 25.

도 2 및 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 상부 대퇴골 부재(21, 25)는 원호 형상으로 형성된 가이드 부재(24, 28)를 포함한다. 원호 형상의 가이드 부재(24, 28)는 상부 대퇴골 부재(21, 25)의 하단에서 내측으로 연장되는 지지 부재(23, 27)의 상면과 하면에 각각 레일(rail) 형태로 형성될 수 있다. 이때, 원호 형상의 가이드 부재(24, 28)가 형성하는 가상의 원의 중심을 지나는 수직선은 상부 대퇴골 부재(21, 25)의 수직 중심선에서 내측으로 이격되게 배치된다.2 and 3, the upper femur members 21 and 25 include guide members 24 and 28 formed in an arc shape. The arc-shaped guide members 24 and 28 may be formed in a rail shape on the upper and lower surfaces of the support members 23 and 27 extending inwardly from the lower ends of the upper femur members 21 and 25, respectively. At this time, the vertical line passing through the center of the imaginary circle formed by the arc-shaped guide members 24 and 28 is disposed to be spaced inward from the vertical center line of the upper femur members 21 and 25.

한편, 하부 대퇴골 부재(31, 35)는 상기한 상부 대퇴골 부재(21, 25)의 가이드 부재(24, 28)의 원호 형상을 따라 왕복 이동할 수 있도록 가이드 부재(24, 28)에 체결되는 롤러(roller)(34, 38)를 구비한다.Meanwhile, the lower femur members 31 and 35 are rollers fastened to the guide members 24 and 28 so as to reciprocate along the arc shape of the guide members 24 and 28 of the upper femur members 21 and 25 ( rollers (34, 38).

이때, 롤러(34, 38)는 하부 대퇴골 부재(31, 35)의 상단에서 내측으로 연장되어 형성되는 지지 부재(32, 36)에 고정되는 고정 블록(33, 37)에 고정될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 지지 부재(32, 36)의 내측 끝단에 형성되는 고정 블록(33, 37)에 롤러(34, 38)가 각각 체결된다. 이때, 도면에 도시된 바와 같이, 롤러(34, 38)는 복수로 구비되며, 롤러(34, 38)의 중심부를 따라 형성되는 함몰부에 가이드 부재(24, 28)가 삽입된 상태로 롤러(34, 38)와 가이드 부재(24, 28)가 체결된다. 이에 따라 고정 블록(33, 37)과 지지 부재(32, 36)가 가이드 부재(24, 28)의 원호 형상과 동일한 궤적을 따라 왕복 이동할 수 있으며, 이에 따라 하부 대퇴골 부재(31, 35)도 원호 운동을 할 수 있으며 이때 하부 대퇴골 부재(31, 35)는 가이드 부재(24, 28)의 원호 형상이 형성하는 가상의 원의 수직선을 중심으로 회동하게 된다. 따라서, 하부 대퇴골 부재(31, 35)는 상부 대퇴골 부재(21, 25)의 수직 중심선에서 내측으로 이격된 지점을 중심으로 상부 대퇴골 부재(21, 25)에 대해서 상대 회전한다.In this case, the rollers 34 and 38 may be fixed to the fixing blocks 33 and 37 fixed to the supporting members 32 and 36 extending inwardly from the upper ends of the lower femur members 31 and 35. That is, as shown in FIG. 2, the rollers 34 and 38 are fastened to the fixing blocks 33 and 37 formed at the inner ends of the support members 32 and 36, respectively. In this case, as shown in the figure, the rollers 34 and 38 are provided in plurality, and the rollers (with the guide members 24 and 28 inserted into the recesses formed along the centers of the rollers 34 and 38). 34 and 38 and the guide members 24 and 28 are fastened. As a result, the fixing blocks 33 and 37 and the supporting members 32 and 36 can reciprocate along the same trajectory as the arc shape of the guide members 24 and 28, and thus the lower femur members 31 and 35 are also circular arcs. In this case, the lower femur members 31 and 35 are rotated about a vertical line of an imaginary circle formed by the arc shapes of the guide members 24 and 28. Thus, the lower femoral members 31 and 35 rotate relative to the upper femur members 21 and 25 about a point spaced inward from the vertical centerline of the upper femur members 21 and 25.

종래의 착용형 로봇은 대퇴골 부재가 골반 부재를 중심으로 회전할 수 있도록 구성됨으로써, 대퇴골 부재의 회전 중심과 착용자의 대퇴골의 회전 중심이 서로 이격되게 되어 대퇴골 회전 시에 착용자의 거동이 자연스럽지 못했던 데 반해, 본 발명의 실시예에 따르면 하부 대퇴골 부재(31, 35)가 상부 대퇴골 부재(21, 25)의 수직 중심선에서 내측으로 이격된 지점을 중심으로 상대 회전함으로써, 하부 대퇴골 부재(31, 35)의 회전 중심과 실제 착용자의 대퇴골의 회전 중심이 근접하게 설계될 수 있으며, 그에 따라 착용자의 대퇴골 회전이 용이하고 자연스러워질 수 있다.The conventional wearable robot is configured such that the femur member can rotate about the pelvic member, so that the rotation center of the femur member and the rotation center of the wearer's femur are separated from each other, so that the wearer's behavior is not natural when the femur rotation is performed. In contrast, according to the embodiment of the present invention, the lower femur members 31 and 35 are rotated relative to a point spaced inward from the vertical centerline of the upper femur members 21 and 25, thereby lowering the femur members 31 and 35. The center of rotation of the thigh and the rotation center of the actual wearer's femur can be designed in close proximity, thereby making the wearer's femur rotation easy and natural.

한편, 경골 부재(41, 45)가 하부 대퇴골 부재(31, 35)의 하단에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결된다. 경골 부재(41, 45)는 착용자의 경골(즉, 정강이뼈)에 해당하고 이를 지지하는 부분이다.On the other hand, the tibial members 41 and 45 are rotatably fastened in the front-rear direction to the lower ends of the lower femur members 31 and 35. Tibia members 41 and 45 correspond to and support the wearer's tibia (ie, tibia).

도 1에 도시된 바와 같이, 경골 부재(41, 45)는 피봇 부재(42, 46)에 의해 하부 대퇴골 부재(31, 35)에 전후 방향으로 회동 가능하게 설치될 수 있으며, 이때 경골 부재(41, 45)의 상단에 고정되는 브라켓(43, 47)이 구비되고 이 브라켓(43, 47)과 하부 대퇴골 부재(31, 35)가 피봇 부재(42, 46)에 의해 회동 가능하게 체결됨으로써 경골 부재(41, 45)가 하부 대퇴골 부재(31, 35)에 회동 가능하게 체결될 수 있다.As shown in FIG. 1, the tibial members 41 and 45 may be rotatably installed in the front and rear directions on the lower femur members 31 and 35 by the pivot members 42 and 46. , The brackets 43 and 47 fixed to the upper end of the brackets 43 and 47 and the lower femur members 31 and 35 are pivotally fastened by the pivot members 42 and 46 so that the tibial member (41, 45) can be rotatably fastened to the lower femur members (31, 35).

그리고 경골 부재(41, 45)에 회동 가능하게 체결되는 발 부재(51, 55)가 구비된다. 발 부재(51, 55)는 착용자의 발에 해당하는 부분이며, 착용자의 발이 발 부재(51, 55)에 올려지게 된다.And the foot members 51 and 55 which are rotatably fastened to the tibial members 41 and 45 are provided. The foot members 51 and 55 correspond to the foot of the wearer, and the foot of the wearer is placed on the foot members 51 and 55.

도 1에 도시된 바와 같이, 발 부재(51, 55)는 피봇 부재(52, 56)에 의해 경골 부재(41, 45)에 전후 방향으로 회동 가능하게 설치될 수 있으며, 이때 발 부재(51, 55)에 고정되는 브라켓(53, 57)이 구비되고 이 브라켓(53, 57)과 경골 부재(41, 45)가 피봇 부재(52, 56)에 의해 회동 가능하게 체결됨으로써 발 부재(51, 55)가 경골 부재(41, 45)에 회동 가능하게 체결될 수 있다.As shown in FIG. 1, the foot members 51 and 55 may be rotatably installed in the front and rear directions to the tibial members 41 and 45 by the pivot members 52 and 56. Brackets 53 and 57 fixed to 55 are provided, and the brackets 53 and 57 and the tibial members 41 and 45 are pivotally fastened by the pivot members 52 and 56 so that the foot members 51 and 55 are rotated. ) May be rotatably fastened to the tibial members 41 and 45.

위에서 설명한 착용형 로봇의 서로 회동 가능한 부재들의 상대 회동을 위한 구동력을 제공하기 위한 모터나 유압장치 등의 구동장치가 구비될 수 있으며, 이러한 구동장치 그 자체는 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.A driving device such as a motor or a hydraulic device for providing a driving force for the relative rotation of the rotatable members of the wearable robot described above may be provided, and such a driving device itself is obvious in the art to which the present invention pertains. Detailed description thereof will be omitted.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and it is recognized that the present invention is easily changed and equivalent by those skilled in the art to which the present invention pertains. Includes all changes and modifications to the scope of the matter.

11, 15: 골반 부재 21, 25: 상부 대퇴골 부재
31, 35: 하부 대퇴골 부재 24, 28: 가이드 부재
34, 38: 롤러 41, 45: 경골 부재
51, 55: 발 부재11, 15: pelvic member 21, 25: upper femur member
31, 35: lower femur member 24, 28: guide member
34, 38: roller 41, 45: tibia member
51, 55: foot member

Claims

Pelvic Member,
An upper femur member rotatably fastened to the left and right ends of the pelvic member in a forward and backward direction,
A lower femur member fastened to the upper femur member,
Tibia member rotatably fastened to the lower femur member in the front and rear direction, and
To include a foot member rotatably coupled to the tibia member,
The upper femur member and the lower femur member are fastened to each other so as to rotate relative to a point spaced inward from the vertical centerline.

In claim 1,
The upper femur member includes a guide member formed in an arc shape,
The lower femur member includes a roller fastened to the guide member to reciprocate along an arc shape of the guide member.