KR20120025571A

KR20120025571A - 착용식 수중 근력 증강 로봇

Info

Publication number: KR20120025571A
Application number: KR1020120011552A
Authority: KR
Inventors: 석상호
Original assignee: 석상호
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2012-03-15

Abstract

(가) 기술분야
착용식 수중 근력 증강 로봇 디자인과 기술.
(나) 해결하고자 하는 과제
물속에서는 물의 저항과 계속해서 팔다리를 움직여야 하기 때문에 체력이 빨리 소모된다. 스킨 스쿠버 다이버들이 물속에서 빠른 속도로 장시간 이동하기 어렵다.
(다) 과제의 해결 수단
착용식 로봇 기술을 응용하여 물속에서 착용할 수 있는 로봇을 디자인하였다. 센서를 이용하여 착용자의 움직임을 미리 예측하여 원하는 방향으로 발차기를 원활하게 할 수 있도록 하여, 작은 힘으로도 물속에서 빠른 속도로 이동할 수 있도록 도와 주도록 한다. 자동차의 회생 제동 기술을 응용해 제품을 사용하면서 동시에 충전도 되는 구조를 적용하였다.
(라) 효과
물속에서 몸의 부담 없이 이동거리의 제약을 줄일 수 있다. 또한, 더 빨리 이동할 수 있다. 상어나 돌고래와 같은 빠른 속도의 어류와도 비슷한 속도로 이동하면서 관찰하는 것도 가능해진다.

Description

착용식 수중 근력 증강 로봇{Wearable robot in the underwater}

본 발명은 착용식 슈트와 착용식 근력 증강 로봇을 이용하여 물속에서 자유롭게 유영할 수 있도록 하는 착용식 로봇에 대한 발명입니다.

모터 기술과 센서 기술 이것을 구동하는 배터리를 이용해 사람의 움직임을 감지해 자동으로 근력을 보조해주고, 증강해 주는 기술을 발명에 적절히 활용하였다. 자동차의 회생 제동 기술을 응용해 제품을 사용하면서 동시에 충전도 되는 구조를 적용하였다. 또한, 보조적으로 바닷물을 이용하여 화학적으로 전지를 재충전하는 아쿠아 배터리 기술도 응용하였다.

물속에서는 물의 저항과 계속해서 팔다리를 움직여야 하기 때문에 체력이 빨리 소모된다. 스킨 스쿠버 다이버들이 물속에서 빠른 속도로 장시간 이동하기 어렵다. 생명을 유지하기 위해 부피가 크고 무거운 공기통 같은 장비를 가지고 들어가기 때문에 아무리 물속이라 하더라도 노약자나 어린이들에게는 큰 부담이 된다.

착용식 로봇 기술을 응용하여 물속에서 착용할 수 있는 외골격 로봇을 디자인한다. 로봇과 인간의 자연스러운 결합을 위한 새로운 인터페이스를 적용한다. 동기 신호 취득용 센서 시스템으로 인간의 의도를 판단하는 지능형 제어 시스템을 탑재한다. 이를 통해 착용자의 움직임을 미리 예측하여 원하는 방향으로 발차기를 원활하게 할 수 있도록 한다. 이때 고출력 엑추레이터를 이용하여, 동작을 원활히 지원할 수 있게 하고, 작은 힘으로도 물속에서 빠른 속도로 이동할 수 있도록 한다. 고효율, 고출력 독립 구동원 및 자동차의 회생 제동 기술을 응용해, 동시에 충전이 되는 구조를 적용하여 장시간 사용이 가능하도록 한다.

물속에서는 많은 장비가 필요하기 때문에 속도와 이동거리에 제약을 받을 수밖에 없다. 많은 장비로 인해 이동속도가 떨어지며, 다시 수면 위로 올라올 때 그만큼 중력의 영향을 받게 된다. 또한, 공기통의 용량도 고려해야 하기 때문에 실제로 물속에서 유영할 수 있는 시간은 그리 많지 않다. 하지만, 착용식 수중 근력 증강 로봇을 이용하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

1. 물속에서 이동거리의 제약을 줄일 수 있다. 또한, 더 빨리 이동할 수 있다. 상어나 돌고래와 같은 빠른 속도의 어류와도 비슷한 속도로 이동하면서 관찰하는 것도 가능해진다.

2. 더 많은 짐을 가지고 물속에서 활동할 수 있다. 기기의 도움으로 몸의 부담이 줄어들기 때문이다. 따라서 더 큰 용량의 공기통도 사용할 수 있기 때문에 물속에서 유영 시간도 증가 된다.

3. 기존에 개발되어 있는 추진기의 기능을 대체 할 수 있다. 기존 추진기는 부피가 너무 크고 지상에서 보관 및 이동이 어렵다. 그리고 사람이 추진되는 물의 저항을 받으면서 앞으로 나가야 하기 때문에 속도도 느리고 다시 되돌아 올 때를 대비해야 하기 때문에 거리상 제약이 따르게 된다. 만약 추진기의 전기가 다 떨어지게 되면 작동하지 않는 추진기를 버리고 되돌아가던지, 추진기를 가지고 힘들게 헤엄쳐 돌아와야 하는 단점도 있다.

제1도는 로봇을 위한 잠수복
제2도는 팔에 착용하는 수중 근력 증강 로봇
제3도는 발에 착용하는 수중 근력 증강 로봇
제4도는 잠수복의 커넥트 포스트
제5도는 핀 디자인

이에 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 각각 다음과 같다.

첨부된 도 1은 잠수복과 일체형의 착용식 수중 근력 증강 로봇 디자인을 설명하는 도면이다. 착용식 로봇은 인체의 움직임을 추적하여 사람이 움직이는 방향이나 원하는 방향으로 근력을 보조해주는 장치이다. 따라서 센서의 위치와 성능이 중요하다. 그래서 잠수복과 센서를 일체화시키고 파워 로드를 이용해 등 쪽 배터리 팩에서 전원을 공급받을 수 있도록 했다. 센서를 더욱 몸에 밀착시킬 수 있도록 하였다. 이를 통해 센서들이 물속에서도 더 정확한 측정값을 얻을 수 있도록 하여, 착용식 로봇이 인체에 더 민감하게 반응할 수 있도록 하였다.

도 2는 팔에 착용하는 수중 근력 증강 로봇 디자인에 대한 설명이다. 외골격 메커니즘을 갖추고 있다. 로봇을 우선 손목에 끼우고 어깨와 팔꿈치 부분을 잠수복과 연결해 착용자의 근력을 보조해주게 된다.

도 3은 발에 착용하는 수중 근력 증강 로봇 디자인에 대한 설명이다. 외골격 메커니즘을 갖추고 있다. 핀(오리발)에 우선 발을 끼우고 무릎 옆 부분과 골반 옆 부분을 잠수복과 연결해 착용자의 근력을 보조해주게 된다.

도 4는 착용식 로봇과 인체를 이어 주는 잠수복에는 8개의 커넥트 포스트 기능과 구조를 적용 한 것을 보여주는 도면이다. 커넥트 포스트를 이용해 로봇에 전원과 센서에서 측정했던 데이터를 로봇에 전송해, 로봇과 사람을 더욱 일체화시켜 원활한 작동이 이루어질 수 있도록 했다. 그리고 커넥트 포스트를 이용해 간단하게 끼우는 구조를 적용하여 더 쉽게 로봇의 탈부착이 가능해지도록 했다.

도 5는 핀에 2중 링크 구조를 적용한 것을 설명하고 있다. 그리고 사용자가 인위적으로 발차기를 하지 않아도 자이로 센서에 의해 자동으로 핀이 움직이면서 물속에서 균형을 쉽게 잡을 수 있도록 디자인했다.

a: 센서의 장착 위치
b: 파워 로드
c: 커넥트 포스트
d: 2중 링크 구조
k: 팔과 연결되는 부분
r: 다리와 연결되는 부분
p: 핀(오리발)
z: 외골격 메커니즘 착용식 로봇 몸체

Claims

수중이나 수면에서 수영이나 유영 시, 발차기와 팔 동작에 대한 근력을 보조해주는 착용식 수중 근력 증강 로봇 기술과 디자인.
센싱과 전원 공급의 기능이 있으면서 로봇의 탈부착을 쉽게 할 수 있도록 해주고, 신호와 전원을 공급해 주는 커넥트 포스트가 적용된 잠수복.
착용식 수중 근력 증강 로봇의 핀 구조와 기능. 발차기를 하지 않더라도 센서에 의해 자동으로 핀이 움직이면서 균형을 잡거나 앞으로 나갈 수 있도록 하는 기술.