KR20120059305A

KR20120059305A - 착용식 로봇의 어깨관절 구조

Info

Publication number: KR20120059305A
Application number: KR1020100120981A
Authority: KR
Inventors: 천주영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-06-08
Also published as: KR101628397B1

Abstract

본 발명은 착용식 로봇의 어깨관절 구조에 관한 것으로서, 특히 중앙에 가이드홈(101)이 관통 형성된 슬라이딩부(100)와; 상기 슬라이딩부(100)와 연결되어 전후방향으로 이동 가능한 피치구동모터(110)와; 일측은 상기 피치구동모터(110)와 연결되어 상기 가이드홈(101)에 삽입되며, 타측은 상기 슬라이딩부(100) 외측에 구비되는 링크부(200)와; 슬라이딩부(100) 외측에 구비된 상기 링크부(200)의 끝단에 연결되는 롤구동모터(210)와; 상기 롤구동모터(210)와 연결되어 회동 가능하게 구비되는 회전암(220)으로 구성되어, 사람이 수행하기에 어려운 작업을 착용식 로봇에 의해 원활하게 수행할 수 있게 하여 작업성을 향상시키는 동시에 상품성과 사용 편의성을 증대시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

착용식 로봇의 어깨관절 구조{Shoulder articulation structure of wearable robot}

본 발명은 착용식 로봇의 어깨관절 구조에 관한 것으로서, 특히 어깨에 무리를 가하는 작업 시 착용식 로봇을 통해 작업 환경을 개선하되, 이러한 작업 보조를 원활하게 수행할 수 있도록 착용식 로봇의 어깨관절의 특징을 사람과 유사하기 모사하기 위한 착용식 로봇의 어깨관절 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 제어의 용이성 및 기구적 특이점을 피하기 위하여 사람의 어깨 움직임을 단순했기 때문에 특정 자세를 취하는 경우 동작에 한계가 존재하게 되며, 또한 대부분의 착용식 로봇이 무거운 물체를 바닥에서 일정 높이까지 들어 올리는 기능적 요소에 초점을 맞추어 설계 및 디자인 되어 있기 때문에 사람의 어깨관절 이상 높이에 대한 작업은 수행할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 착용식 로봇의 어깨관절 구조에 관한 것으로서, 특히 어깨에 무리를 가하는 작업 시 착용식 로봇을 통해 작업 환경을 개선하되, 이러한 작업 보조를 원활하게 수행할 수 있도록 착용식 로봇의 어깨관절의 특징을 사람과 유사하기 모사하기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 중앙에 가이드홈이 관통 형성된 슬라이딩부와; 상기 슬라이딩부와 연결되어 전후방향으로 이동 가능한 피치구동모터와; 일측은 상기 피치구동모터와 연결되어 상기 가이드홈에 삽입되며, 타측은 상기 슬라이딩부 외측에 구비되는 링크부와; 슬라이딩부 외측에 구비된 상기 링크부의 끝단에 연결되는 롤구동모터와; 상기 롤구동모터와 연결되어 회동 가능하게 구비되는 회전암으로 구성함으로써 달성된다.

이상과 같은 본 발명은 사람이 수행하기에 어려운 작업을 착용식 로봇에 의해 원활하게 수행할 수 있게 하여 작업성을 향상시키는 동시에 상품성과 사용 편의성을 증대시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조에서 피치구동모터 부분을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조에서 피치구동모터 부분의 작동상태를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조에서 롤구동모터 부분을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조에서 롤구동모터 부분의 작동상태를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조의 작동상태를 도시하는 도면.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조에 관한 것으로, 도 1은 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조를 도시하는 도면이며, 도 2는 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조에서 피치구동모터 부분을 도시하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조에서 피치구동모터 부분의 작동상태를 도시하는 도면이다.

또한, 도 4는 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조에서 롤구동모터 부분을 도시하는 도면이며, 도 5는 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조에서 롤구동모터 부분의 작동상태를 도시하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조의 작동상태를 도시하는 도면이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 제1구동기어(102)가 구비된 슬라이딩부(100) 상면에는 제2구동기어(111)가 구비된 피치구동모터(110)가 전후방향으로 이동할 수 있게 장착되며, 일측이 상기 슬라이딩부(100)의 가이드홈(101)에 삽입되어 피치구동모터(110)와 동일 경로로 이동하게 되는 링크부(200)의 타측에는 회전 가능한 롤구동모터(210)가 구비되어 상기 롤구동모터(210)와 연결된 회전암(220)을 회동시킬 수 있게 하여 사람이 수행하기에 어려운 작업을 착용식 로봇에 의해 원활하게 수행할 수 있게 하는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

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

우선 본 발명은 착용식 로봇에 장착된 복수의 모터가 슬라이딩과 회동이 가능하게 하여 사람의 어깨관절에 근접할 수 있게 하는 것을 기본으로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 슬라이딩부(100)는 중앙 내부에 가이드홈(101)이 관통 형성된 패널 형상으로 구비된다.

이때, 상기 슬라이딩부(100)의 내측면은 착용 시 사람의 어깨가 견착될 수 있게 곡면 형상으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 피치구동모터(110)는 원기둥 형상으로 이루어져 외주면이 회동 가능하게 구비되는 것으로, 상기 피치구동모터(110)의 외주면이 슬라이딩부(100)에 연결되어 대응하도록 한다.

이에 따라, 피치구동모터(110)가 작동하게 되면 외주면이 슬라이딩부(100)와 연결되어 있기 때문에 상기 피치구동모터(110)가 슬라이딩부(100)를 따라 전후방향으로 이동할 수 있게 된다.

이때, 슬라이딩부(100) 상면에는 제1구동기어(102)가 구비되며, 피치구동모터(110) 외주면에는 제2구동기어(111)가 구비되도록 하여, 상기 피치구동모터(110)가 슬라이딩부(100)를 따라 전후방향으로 이동하는 것이 가능하게 하는 것이 바람직하다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 링크부(200)는 바 형상으로 구비되는 것으로, 일측은 피치구동모터(110)와 연결된 상태에서 슬라이딩부(100)의 가이드홈(101)에 삽입되며, 타측은 상기 슬라이딩부(100) 외측에 위치하게 된다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 롤구동모터(210)는 원기둥 형상으로 이루어지되 도면상 좌우측에 해당하는 상하면이 회동 가능하게 구비되는 것으로, 상기 롤구동모터(210)의 상하면 중 일측면이 슬라이딩부(100) 외측에 구비된 링크부(200)의 끝단에 연결되어 대응하도록 한다.

회전암(220)은 바 형상으로 구비되는 것으로, 롤구동모터(210)의 일측과 연결되어 상기 롤구동모터(210) 작동 시 상기 회전암(220)이 회동할 수 있게 된다.

이때, 롤구동모터(210)에 회전 가능하게 구비되는 회전암(220)의 끝단에는 하프 파이프 형상의 상완지지부(221)가 형성되어 로봇 착용 시 어깨 및 팔꿈치에 대한 보조능력 확장이 가능하게 하여 작업 효율성을 향상시킬 수 있게 하는 것이 바람직하다.

여기서, 상완은 팔꿈치부터 어깨 사이의 부위이다.

한편, 전원부(미도시)가 구비되도록 하여 전원 공급이 가능하게 하는 동시에, 상기 전원부를 통해 피치구동모터(110)와 롤구동모터(210)의 작동이 이루어질 수 있게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전원부(미도시)는 휴대용 충전배터리로 대체될 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제1구동기어(102)가 구비된 슬라이딩부(100) 상면에는 제2구동기어(111)가 구비된 피치구동모터(110)가 전후방향으로 이동할 수 있게 장착되며, 일측이 상기 슬라이딩부(100)의 가이드홈(101)에 삽입되어 피치구동모터(110)와 동일 경로로 이동하게 되는 링크부(200)의 타측에는 회전 가능한 롤구동모터(210)가 구비되어 상기 롤구동모터(210)와 연결된 회전암(220)을 회동시킬 수 있게 함으로써, 착용식 로봇이 사람의 어깨관절에 근접할 수 있게 한다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 롤구동모터(210)에 회전 가능하게 구비되는 회전암(220)의 끝단에는 하프 파이프 형상의 상완지지부(221)가 형성되어 로봇 착용 시 어깨 및 팔꿈치에 대한 보조능력 확장이 가능하게 하여 작업 효율성을 향상시킬 수 있게 한다.

또한, 피치구동모터(110)와 롤구동모터(210)에 전원을 공급하기 위한 전원부(미도시)는 휴대용 충전배터리로 대체될 수 있게 함으로써 사용 편의성을 향상시킬 수 있게 한다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조는 상기 착용식 로봇을 착용한 사용자가 어깨를 움직이는 경우 피치구동모터(110)와 롤구동모터(210)의 동작에 따라 전후방향 슬라이딩 또는 회전하여 작업보조 역할을 수행할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 착용식 로봇의 어깨관절 구조는 중앙에 가이드홈이 관통 형성된 슬라이딩부와; 상기 슬라이딩부와 연결되어 전후방향으로 이동 가능한 피치구동모터와; 일측은 상기 피치구동모터와 연결되어 상기 가이드홈에 삽입되며, 타측은 상기 슬라이딩부 외측에 구비되는 링크부와; 슬라이딩부 외측에 구비된 상기 링크부의 끝단에 연결되는 롤구동모터와; 상기 롤구동모터와 연결되어 회동 가능하게 구비되는 회전암으로 구성되어 사람이 수행하기에 어려운 작업을 착용식 로봇에 의해 원활하게 수행할 수 있게 하여 작업성을 향상시키는 동시에 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 : 슬라이딩부 101 : 가이드홈
102 : 제1구동기어 110 : 피치구동모터
111 : 제2구동기어 200 : 링크부
210 : 롤구동모터 220 : 회전암
221 : 상완지지부

Claims

중앙에 가이드홈이 관통 형성된 슬라이딩부와;
상기 슬라이딩부와 연결되어 전후방향으로 이동 가능한 피치구동모터와;
일측은 상기 피치구동모터와 연결되어 상기 가이드홈에 삽입되며, 타측은 상기 슬라이딩부 외측에 구비되는 링크부와;
슬라이딩부 외측에 구비된 상기 링크부의 끝단에 연결되는 롤구동모터와;
상기 롤구동모터와 연결되어 회동 가능하게 구비되는 회전암으로 구성되어 사람의 어깨에 장착 시 작업 보조 기능을 수행할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇의 어깨관절 구조.
제 1항에 있어서,
상기 슬라이딩부 상면에는 제1구동기어가 구비되며, 상기 피치구동모터 외주면에는 제2구동기어가 구비되어, 상기 피치구동모터가 상기 슬라이딩부를 따라 이동할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇의 어깨관절 구조.
제 1항에 있어서,
상기 롤구동모터에 회전 가능하게 구비되는 회전암 끝단에는 하프 파이프 형상의 상완지지부가 형성되어 로봇 착용 시 하박에 대한 보조능력 확장이 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇의 어깨관절 구조.
제 1항에 있어서,
전원 공급이 가능한 전원부가 추가로 구비되도록 하여 상기 피치구동모터와 롤구동모터의 작동이 이루어질 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇의 어깨관절 구조.
제 4항에 있어서,
상기 전원부는 휴대용 충전배터리로 이루어질 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇의 어깨관절 구조.
제 1항에 있어서,
상기 슬라이딩부의 내측면은 착용 시 사람의 어깨가 견착될 수 있게 곡면 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 착용식 로봇의 어깨관절 구조.