KR20120053894A - 착용식 로봇 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 착용식 로봇 구조에 관한 것으로서, 특히 힌지 결합된 원통 현상의 결합부(200)가 팔, 다리 형상의 샤프트암(100)에 장착되는 착용식 로봇이 구비되되; 상기 결합부(200) 내측에는 촉각센서(210)가 장착되어 상기 착용식 로봇을 착용한 사용자의 움직임을 감지하며, 상기 샤프트암(100)에는 제어부(101)가 구비되어 상기 촉각센서(210)를 통해 감지된 사용자의 움직임 의도를 파악하여, 촉각센서(210)에 의해 사용자의 움직임 의도를 미리 파악함으로써 작동 신뢰도를 향상시켜 상품성과 사용 편의성을 증대시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

착용식 로봇 구조{Wearable robot structure}

본 발명은 착용식 로봇 구조에 관한 것으로서, 특히 착용식 로봇 구동에 있어서 인간과 로봇 사이의 상호작용을 개선하기 위한 착용식 로봇 구조에 관한 것이다.

일반적으로 외골격 근력 보조기는 인간과 로봇의 동기화를 이용한 입는 형태의 착용식 로봇을 말하며, 이러한 착용식 로봇은 근육병 환자를 위한 재활 보조기구로부터 최근에는 노인 및 장애인을 위한 근력 보조 역할 및 무거운 군장을 지는 군인용 근력 증폭기, 외과수술환자(개복환자) 및 오랫동안 병원 생활을 한 내과 환자 등의 보행 보조 등으로 응용되고 있다.

착용식 로봇의 연구 분야에서 가장 큰 이슈는 얼마나 많은 힘을 보조할 수 있는냐에 있지만, 외골격 보조기의 실제 응용에서는 하지근력이 저하되어 외골격 보조기를 필요로 하는 노인이나 환자 등에게 얼마나 편안한 착용감을 주는냐가 더 중요하다 할 것이다.

그러나, 현재 개발되어 있는 착용식 로봇은 몇 가지 문제점이 있다.

첫째, 사용자에 착용되는 부분에 서보모터 등과 같은 구동수단이 포함되어 있기 때문에 그 무게가 많이 나가고 부피가 커지게 되어, 실제로 착용하여 사용하는데 어려움이 있다.

즉, 사용자에 착용되는 착용식 로봇이 무겁고 부피가 크면, 노인이나 환자 등과 같이 근력이 크게 저하된 사람에게는 그 착용 자체가 어려운 문제점이 있다.

사용자가 구동수단의 전원이 오프된 상태에서 착용식 로봇을 착용하게 되므로, 그 무게가 많이 나가면 착용에 어려움이 있고, 설사 착용을 하더라도 고중량의 무게로 인해 보행이나 여러 가지 동작에 불편함을 느끼게 된다.

또한, 착용식 로봇의 부피가 크면, 사용자가 협소한 장소(예를들어, 화장실, 팔걸이 의자 등)를 지나거나 또는 앉는 등의 동작 자체가 주변 사물의 간섭으로 인해 불가한 문제점이 있다.

둘째, 사용자가 원하는 동작을 감지하기 위한 센서가 사용자의 신체에 직접 부착되어야 하는 단점이 있다.

즉, 기존의 센서는 근육이 경직되는 특성을 이용하는 근육강화센서 또는 근전도(Electromyography, EMG) 센서로서, 신체에 직접 부착해야 하고, 로드 셀을 이용하므로 비용이 고가인 단점이 있다.

또한, 상기 근전도(Electromyography, EMG) 센서를 이용한 행동예측방법은 좋은 성능을 보였으나, 이 센서를 직접 신체에 부착해야하는 불편함이 있으며, 센서의 부착 위치를 전문가가 아닌 경우에는 정확하게 찾기 어려운 단점이 있다.

또한, 상기 근전도(EMG) 센서 장비 자체가 고가이며 측정을 위해서, 그 설치작업이 매우 복잡한 단점이 있다.

이와 같이, 기존의 근전도(EMG) 센서는 복잡한 필터링(filtering)을 거쳐야 하는 점과, 센서 자체를 피부에 직접 부착을 해야 하는 점과, 개인에 따라서 다른 경향을 보인다는 점과, 개인에 대해서도 개인의 피로도에 따라서 다른 값이 나온다는 점과, 장비자체가 고가라는 점 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 착용식 로봇 구조에 관한 것으로서, 특히 착용식 로봇 구동에 있어서 인간과 로봇 사이의 상호작용을 개선하기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 힌지 결합된 원통 현상의 결합부가 팔, 다리 형상의 샤프트암에 장착되는 착용식 로봇이 구비되되; 상기 결합부 내측에는 촉각센서가 장착되어 상기 착용식 로봇을 착용한 사용자의 움직임을 감지하며, 상기 샤프트암에는 제어부가 구비되어 상기 촉각센서를 통해 감지된 사용자의 움직임 의도를 파악함으로써 달성된다.

이상과 같은 본 발명은 촉각센서에 의해 사용자의 움직임 의도를 미리 파악함으로써 작동 신뢰도를 향상시켜 상품성과 사용 편의성을 증대시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1의 (a)는 본 발명의 착용식 로봇 구조에서 상측부를 도시하는 도면,
도 1의 (b)는 본 발명의 착용식 로봇 구조에서 하측부를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 착용식 로봇 구조의 실시예를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 착용식 로봇 구조에서 팔부위에 장착된 결합부와 촉각센서를 도시하는 도면.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 착용식 로봇 구조에 관한 것으로, 도 1은 본 발명의 착용식 로봇 구조에서 상측부와 하측부를 도시하는 도면이며, 도 2는 본 발명의 착용식 로봇 구조의 실시예를 도시하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 착용식 로봇 구조에서 팔부위에 장착된 결합부와 촉각센서를 도시하는 도면이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 착용식 로봇 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 샤프트암(100)에 형성된 결합부(200)에 사람의 팔, 다리가 삽입되어 착용이 가능하도록 하며, 상기 결합부(200) 내측에 촉각센서(210)가 장착되어 착용식 로봇을 착용한 사용자의 움직임을 감지하고, 상기 샤프트암(100)에는 제어부(101)가 구비되어 촉각센서(210)를 통해 감지된 사용자의 움직임 의도를 파악하여 작동 신뢰도를 향상시키게 되는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

이하 본 발명의 착용식 로봇 구조에 대한 각 구성요소를 첨부한 도면을 참조하여 하나씩 살펴보면 다음과 같다.

우선 본 발명은 사람의 팔, 다리 형상으로 이루어진 샤프트암(100)이 착용식 로봇에 장착되는 것을 기본으로 한다.

여기서, 상기 샤프트암(100)에는 다수의 회동부가 형성되어 사람의 팔꿈치 또는 무릎부분에 대응하는 위치에서는 굴절이 이루어질 수 있게 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 샤프트암(100)에는 결합부(200)가 형성되며, 상기 결합부(200)는 힌지 결합된 원통 형상으로 이루어져 사람의 팔, 다리가 삽입되어 착탈이 가능하도록 한다.

이때, 결합부(200) 내측에는 촉각센서(210)가 장착되어 착용식 로봇을 착용한 사용자의 움직임을 감지하게 된다.

또한, 샤프트암(100)에는 제어부(101)가 구비되어 촉각센서(210)를 통해 감지된 사용자의 움직임 의도(힘 전달에 의한 근육 이동 방향)를 파악하게 된다.

한편, 착용식 로봇의 샤프트암(100)은 팔 형상의 상측부(110)와 다리 형상의 하측부(120)로 이루어져, 상기 상측부(110) 샤프트암(100)의 결합부(200)는 전완과 상완에 장착되고, 상기 하측부(120) 샤프트암(100)의 결합부(200)는 상퇴와 하퇴에 장착된다.

여기서, 전완은 사람의 손부터 팔꿈치 사이의 부위이며, 상완은 팔꿈치부터 어깨 사이의 부위이며, 상퇴는 허벅지부터 무릎 사이의 부위이며, 하퇴는 무릎부터 발 사이의 부위이다.

이때, 샤프트암(100)에는 상측부(110)와 하측부(120)를 연결하는 연결부(130)가 구비되되, 상기 연결부(130)는 등받이 형상으로 구비되게 한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 촉각센서(210)는 플렉서블(flexible)한 유연기판에 제작되도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 샤프트암(100)에 형성된 결합부(200)에 사람의 팔, 다리가 삽입되어 착용이 가능하도록 하며, 상기 결합부(200) 내측에 촉각센서(210)가 장착되어 착용식 로봇을 착용한 사용자의 움직임을 감지하고, 상기 샤프트암(100)에는 제어부(101)가 구비되어 촉각센서(210)를 통해 감지된 사용자의 움직임 의도를 파악한다.

한편, 팔 형상의 상측부(110)와 다리 형상의 하측부(120)로 이루어진 샤프트암(100)은 연결부(130)를 통해 상기 상측부(110)와 하측부(120)가 상호 연결되되, 상기 연결부(130)는 등받이 형상으로 구비되어 상기 상측부(110)와 하측부(120)를 연결하는 동시에 착용식 로봇을 착용한 사용자가 등받이 형상의 연결부(130)에 기댈 수 있게 하여 편의성을 향상시킬 수 있게 한다.

이때, 촉각센서(210)는 플렉서블(flexible)한 유연기판에 제작되도록 하여 샤프트암(100)의 결합부(200)에 장착되는 촉각센서(210)가 착용식 로봇을 착용한 사람의 피부에 닿더라도 착용상의 불편함을 느끼지 못하도록 착용감을 향상시키도록 한다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 착용식 로봇은 상기 착용식 로봇을 착용한 사용자가 움직임을 가하려고 하면 샤프트암(100)의 결합부(200)에 장착된 촉각센서(210)를 통해 사용자의 움직임 의도(힘 전달에 의한 근육 이동 방향)를 감지하여 제어부(101)로 전달하게 되고, 상기 제어부(101)로 전달된 사용자의 움직임 의도는 신호 및 데이터로 변환 후 착용식 로봇의 구동부(미도시)로 전달되어 최종적으로 착용식 로봇이 작동하게 되는 것이다.

여기서, 구동부(미도시)에 의한 착용식 로봇의 작동은 본 발명의 특허청구범위에 속하지 않으며, 또한 상기 구동부는 모터에 의한 작동으로 공지된 일반화 기술이기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 착용식 로봇 구조는 힌지 결합된 원통 현상의 결합부가 팔, 다리 형상의 샤프트암에 장착되는 착용식 로봇이 구비되되; 상기 결합부 내측에는 촉각센서가 장착되어 상기 착용식 로봇을 착용한 사용자의 움직임을 감지하며, 상기 샤프트암에는 제어부가 구비되어 상기 촉각센서를 통해 감지된 사용자의 움직임 의도를 파악하여, 촉각센서에 의해 사용자의 움직임 의도를 미리 파악함으로써 작동 신뢰도를 향상시켜 상품성과 사용 편의성을 증대시키는데 탁월한 이점을 가진 발명인 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 샤프트암 101 : 제어부
110 : 상측부 120 : 하측부
130 : 연결부 200 : 결합부
210 : 촉각센서

Claims (4)

1. 힌지 결합된 원통 현상의 결합부가 팔, 다리 형상의 샤프트암에 장착되는 착용식 로봇이 구비되되;
   상기 결합부 내측에는 촉각센서가 장착되어 상기 착용식 로봇을 착용한 사용자의 움직임을 감지하며, 상기 샤프트암에는 제어부가 구비되어 상기 촉각센서를 통해 감지된 사용자의 움직임 의도를 파악하는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇 구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 착용식 로봇의 샤프트암은 팔 형상의 상측부와 다리 형상의 하측부로 이루어져, 상기 상측부 샤프트암의 결합부는 전완과 상완에 장착되고, 상기 하측부 샤프트암의 결합부는 상퇴와 하퇴에 장착되는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇 구조.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 샤프트암에는 상측부와 하측부를 연결하는 연결부가 구비되되, 상기 연결부는 등받이 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇 구조.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 촉각센서는 유연기판에 제작되어 상기 결합부에 장착되는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇 구조.

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