KR20120102190A - 하지근력지원용 착용형 로봇 - Google Patents

하지근력지원용 착용형 로봇 Download PDF

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KR20120102190A
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Abstract

본 발명에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇은, 중량물이 장착되는 상체 착용부; 상기 상체 착용부의 하측에 배치되고 상기 상체 착용부에 연결되는 제1 프레임; 상기 제1 프레임의 하측에 배치되고 인체의 대퇴골에 대응되는 제2 프레임; 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 수동형 관절구조로 연결하는 고관절부; 및 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 회전 이동을 안내하되, 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 회전 각도를 제1 회전 각도와 제2 회전 각도 사이에서 구속하는 가이드 기구부를 포함한다.

Description

하지근력지원용 착용형 로봇{WEARABLE ROBOT FOR ASSISTING THE MUSCULAR STRENGTH OF LOWER EXTREMITY}
본 발명은, 착용형 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ㅈ중량물을 이송하기 위한 하지근력지원용 착용형 로봇에 관한 것이다.
군수, 물류, 산업현장, 재난극복 분야에서 근력지원을 위한 착용형 로봇 시스템이 많이 개발되고 있는데, 이러한 로봇 시스템은 중량물의 이송을 위하여 하지 착용형 로봇 시스템의 형태로 개발되고 있다.
일반적으로, 하지근력지원용 착용형 로봇은 중량물 이송 및 보상을 위해서 고관절, 슬관절, 족관절의 모든 관절을 능동형 관절구조로 구성하고 있다. 그러나, 이처럼 모든 관절을 능동형 관절구조로 구성하는 경우에는 구동 모터나 유압 시스템의 무게로 인해 로봇 전체의 무게 증가하고 에너지 소모가 많다는 문제점이 있다. 또한, 보행시 다 자유도의 제어기를 사용하여야 하며 중량물을 짊어진 경우 중량물의 하중에 대한 보상 대책을 모터나 유압 시스템을 통해서 구현되어야 하므로 제어의 어려움이 따르게 된다. 즉, 모든 관절을 능동형 관절구조로 구성하는 하지근력지원용 착용형 로봇은 관절의 제어와 에너지의 효율 측면에서 바람직하지 못하다.
이에 따라, 최근에는 능동형 관절구조와 수동형 관절구조를 혼합하여 사용하는 하지근력지원용 로봇에 대한 개발이 진행되고 있다. 예컨대, 슬관절은 능동형 관절구조로 구성하고 고관절과 족관절은 수동형 관절구조로 구성할 수 있다.
그런데, 위와 같이 능동형 관절구조와 수동형 관절구조를 혼합한 하지근력지원용 착용형 로봇에 있어서, 고관절을 수동형 관절구조로 구성하는 경우에는 장착된 중량물의 하중에 의한 고관절의 움직임이 발생할 수 있다. 그리고 이러한 고관절의 움직임은 중량물의 하중을 지지하고 있는 프레임의 처짐을 야기하여 결과적으로 중량물의 하중이 로봇을 구성하는 프레임들을 통해 지면으로 분산되지 못하고 착용자의 인체에 가해지는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 능동형 관절구조와 수동형 관절구조를 혼합한 하지근력지원용 착용형 로봇에 있어서 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 기구적 메커니즘에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 보행시 요구되는 고관절부의 동작 범위를 충분히 확보하면서도 장착된 중량물의 하중이 사용자의 인체에 가해지지 않도록 중량물을 지지하여 보상할 수 있는 하지근력지원용 착용형 로봇을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 중량물이 장착되는 상체 착용부; 상기 상체 착용부의 하측에 배치되고 상기 상체 착용부에 연결되는 제1 프레임; 상기 제1 프레임의 하측에 배치되고 인체의 대퇴골에 대응되는 제2 프레임; 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 수동형 관절구조로 연결하는 고관절부; 및 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 회전 이동을 안내하되, 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 회전 각도를 제1 회전 각도와 제2 회전 각도 사이에서 구속하는 가이드 기구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇에 의해 달성된다.
상기 가이드 기구부는, 상기 제1 회전 각도에서 상기 중량물의 하중에 의한 상기 고관절부의 움직임을 저지하는 탄성체를 포함할 수 있다.
상기 가이드 기구부는, 상기 탄성체를 포함하는 가이드 실린더로 마련될 수 있다.
상기 가이드 실린더는, 상기 탄성체가 내부에 구비되고, 상기 제1 프레임 및 상기 고관절부 중 어느 하나에 결합되는 실린더; 및 상기 실린더에 대해 신축 가능하고, 상기 제1 프레임 및 상기 고관절부 중 다른 하나에 결합되는 실린더 로드를 포함할 수 있다.
상기 실린더 로드는, 상기 제1 회전 각도에서 상기 탄성체에 의해 지지되고, 상기 제2 회전 각도에서 상기 실린더의 일 측벽에 의해 지지될 수 있다.
상기 실린더 로드는, 상기 실린더 내부에 위치한 단부에 플랜지부가 구비되고, 상기 탄성체는, 상기 플랜지부와 상기 실린더의 타 측벽 사이에 배치될 수 있다.
상기 탄성체는, 코일 스프링을 포함할 수 있다.
상기 실린더는, 일 측이 개방된 실린더 본체; 및 상기 실린더 본체의 개방된 일 측을 개폐하는 실린더 덮개를 포함할 수 있다.
상기 플랜지부는, 상기 탄성체의 교체가 용이하도록 상기 실린더 로드에서 분리 가능하게 상기 실린더 로드에 결합될 수 있다.
상기 하지근력지원용 착용형 로봇은, 상기 제2 프레임의 하측에 배치되고 상기 제2 프레임에 대해 위치 조정이 가능하게 상기 제2 프레임에 결합되는 가변 프레임; 상기 가변 프레임의 일 측면에 마련되는 가이드 레일; 및 상기 가이드 레일 상에서 슬라이딩 이동 가능하게 상기 가이드 레일에 결하되고 착용자의 허벅지에 체결되는 벨트가 장착되는 벨트위치조정블록을 더 포함할 수 있다.
상기 가변 프레임은, 상기 제2 프레임의 내부에 삽입된 상태에서 상기 제2 프레임과 결합되고, 상기 제2 프레임은, 상기 가이드 레일과 간섭하지 않도록 상기 가이드 레일을 노출시키기 위한 개구부가 형성될 수 있다.
본 발명은, 수동형 관절구조를 갖는 고관절부를 통해 상호 연결되는 제1 프레임과 제2 프레임에 있어서, 제1 프레임에 대한 제2 프레임의 회전 각도를 제1 회전 각도와 제2 회전 각도 사이에서 구속하고, 제1 회전 각도에서 장착된 중량물의 하중에 의한 고관절부의 움직임을 저지하는 가이드 기구부를 고관절부에 적용함으로써, 보행시 요구되는 고관절부의 동작 범위를 충분히 확보하면서도 장착된 중량물의 하중이 사용자의 인체에 가해지지 않도록 중량물을 지지하여 보상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 주요 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 하지근력지원용 착용형 로봇에서 인체의 하지에 착용되는 부분을 외측에서 바라본 도면이다.
도 3은 도 1의 하지근력지원용 착용형 로봇에서 인체의 하지에 착용되는 부분을 내측에서 바라본 도면이다.
도 4 내지 도 6은 도 1의 하지근력지원용 착용형 로봇에서 가이드 실린더의 구성 및 작동 원리를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7은 도 1의 하지근력지원용 착용형 로봇에서 가이드 실린더의 분해 사시도이다.
도 8 및 도 9는 도 1의 하지근력지원용 착용형 로봇에서 고관절부에 대한 가이드 실린더의 작용을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 도 8 및 도 9에서 가이드 실린더의 작용효과를 쉽게 이해할 수 있도록 가이드 실린더를 제거한 상태에서 중량물의 하중에 의한 제1 프레임의 처짐을 보여주는 도면이다.
도 11은 도 3에 도시된 가변 프레임 조립체의 개략적인 사시도이다.
도 12는 도 3의 A-A선에 따른 개략적인 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 주요 구성을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 하지근력지원용 착용형 로봇에서 인체의 하지에 착용되는 부분을 외측에서 바라본 도면이고, 도 3은 도 1의 하지근력지원용 착용형 로봇에서 인체의 하지에 착용되는 부분을 내측에서 바라본 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇은, 상체 착용부(110), 제1 프레임(120), 제2 프레임(130), 고관절부(140) 및 가이드 기구부(150)를 포함한다. 여기서, 제1 프레임(120), 제2 프레임(130), 고관절부(140) 및 가이드 기구부(150)는 사람의 양쪽 다리에 각각 대응하도록 좌우 한 쌍으로 마련된다.
상체 착용부(110)는 이송하고자 하는 중량물이 장착되는 부분으로, 도 1에 도시된 바와 같이 사람의 상체에 착용하기 쉽도록 구성된다. 구체적으로, 상체 착용부(110)는 어깨끈, 벨트 등을 구비하여 가방을 메듯이 사람의 상체에 안정감 있게 착용할 수 있다. 다만, 상체 착용부(110)는 도 1에 도시된 구조에 한정되지 아니하고 적절하게 변경될 수 있다.
제1 프레임(120)은 인체의 골반에 대응되는 부분으로 상체 착용부(110)에 장착된 중량물의 하중을 받쳐주고 이를 제2 프레임(130) 등을 거쳐 지면에 전달한다. 상체 제1 프레임(120)은 상체 착용부(110)의 하측에 배치된 상태에서 그 상단부가 상체 착용부(110)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 프레임(120)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 세로 프레임(121), 가로 프레임(123) 및 결합 프레임(125)을 포함할 수 있다. 세로 프레임(121)과 가로 프레임(123)은 전체적으로 'ㄴ'자로 절곡 연장된 구조를 가질 수 있다. 결합 프레임(125)은 세로 프레임(121)으로부터 상체 착용부(110)를 향하여 연장되어 상체 착용부(110)에 결합될 수 있다. 한편, 제1 프레임(120)은 상체 착용부(110)에 장착된 중량물의 하중을 안정적으로 지지하도록 충분한 강성을 갖는 재질 및 형상으로 제작되는 것이 바람직하다.
제2 프레임(130)은 인체의 대퇴골에 대응되는 부분으로, 제1 프레임(120)의 하측에 배치된 상태에서 고관절부(140)를 통해 제1 프레임(120)에 결합된다. 이러한 제2 프레임(130)은 제1 프레임(120)을 지지하되, 제1 프레임(120)에 대해 소정의 범위 내에서 회전 가능하도록 구성된다. 한편, 제2 프레임(130)의 하측에는 인체의 무릎 부분에 대응되는 제3 프레임(170)이 배치될 수 있다. 제3 프레임(170)에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 슬관절부(175)가 구비될 수 있는데, 이러한 슬관절부(175)는 인체의 근력을 보조 또는 증폭하기 위해, 구동 모터에 의해 작동되는 능동형 관절구조를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제2 프레임(130)과 제3 프레임(170)은 사용자마다 다른 다리 길이에 대응할 수 있도록 가변 프레임 조립체(160)를 통해 연결되는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다. 또한, 첨부된 도면들에는 도시되지 않았지만, 제3 프레임(170)의 하단부에는 인체의 발목 부분에 대응되는 발목관절 프레임(미도시)이 결합될 수 있다. 이에 따라, 상체 착용부(110)에 장착된 중량물의 하중은 제1 프레임(120), 제2 프레임(130), 제3 프레임(170) 및 발목관절 프레임(미도시)을 순차적으로 거쳐 지면으로 전달될 수 있다. 한편, 발목관절 프레임은 수동형 관절구조를 갖는 것이 바람직하다.
고관절부(140)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130)을 수동형 관절구조로 연결한다. 즉, 고관절부(140)는 그 회전축을 중심으로 제2 프레임(130)이 제1 프레임(120)에 대해 회전할 수 있도록 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130)을 상호 연결한다. 구체적으로, 고관절부(140)는 대략 디스크 형태로 제1 프레임(120)의 가로 프레임(123) 내측에 회전 가능하게 장착되고, 그 일 측에는 제2 프레임(130)의 상단부가 결합될 수 있다. 이때, 고관절부(140)는 구동 모터를 사용하지 않는 수동형 관절구조로 마련된다.
가이드 기구부(150)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 제1 프레임(120)과 고관절부(140)를 연결하여 제1 프레임(120)에 대한 제2 프레임(130)의 회전 이동을 안내한다. 그리고, 가이드 기구부(150)는 제1 프레임(120)에 대한 제2 프레임(130)의 회전 각도를 미리 정해진 범위 내에서 구속한다. 본 실시예에서 가이드 기구부(150)는 첨부된 도면들에 도시된 바와 같이 가이드 실린더(150)로 마련된다. 다만, 본 발명에서 가이드 기구부는 본 실시예에서 개시된 가이드 실린더(150)의 구조에 한정되지 아니하고, 이하에서 상세하게 설명할 가이드 실린더(150)에 대응되는 기능 및 작용효과를 발휘할 수 있는 다른 다양한 구조로 구현될 수 있다. 이하, 도 4 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 가이드 기구부의 일 예로서 가이드 실린더(150)의 구성 및 작동 원리 등을 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 6은 도 1의 하지근력지원용 착용형 로봇에서 가이드 실린더의 구성 및 작동 원리를 설명하기 위한 단면도들이고, 도 7은 도 1의 하지근력지원용 착용형 로봇에서 가이드 실린더의 분해 사시도이다. 도 8 및 도 9는 도 1의 하지근력지원용 착용형 로봇에서 고관절부에 대한 가이드 실린더의 작용을 설명하기 위한 도면들이다. 도 10은 도 8 및 도 9에서 가이드 실린더의 작용효과를 쉽게 이해할 수 있도록 가이드 실린더를 제거한 상태에서 중량물의 하중에 의한 제1 프레임의 처짐을 보여주는 도면이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 가이드 실린더(150)는 실린더(151,152), 실린더 로드(153), 플랜지부(154) 및 탄성체인 코일 스프링(155)을 포함한다. 여기서, 실린더(151,152)는 제1 프레임(120)의 세로 프레임(121)에 일단부가 결합되고 실린더 로드(153)는 고관절부(140)에 형성된 힌지 브라켓(143)에 결합된다. 이와 다르게, 제1 프레임(120)에 실린더 로드(153)가 결합되고 고관절부(140)에 실린더(151,152)가 결합될 수도 있다. 다시 말해서, 실린더(151,152)는 제1 프레임(120) 및 고관절부(140) 중 어느 하나에 결합되고 실린더 로드(153)는 제1 프레임(120) 및 고관절부(140) 중 다른 하나에 결합될 수 있다.
실린더(151,152)는 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 일 측(도 4에서 우측)이 개방된 실린더 본체(151)와, 실린더 본체(151)의 개방된 일 측을 개폐하는 실린더 덮개(152)를 포함한다. 이때, 실린더 덮개(152)는 볼트(B1)에 의해 실린더 본체(151)에 대해 결합될 수 있다. 즉, 실린더 덮개(152)는 볼트(B1)를 체결 해제함으로써 실린더 본체(151)로부터 분리될 수 있고 이에 따라 실린더 본체(121)의 일 측은 개방될 수 있는 것이다. 다만, 실린더 본체(151)와 실린더 덮개(152)의 결합 구조는 볼트 결합 구조에 한정되지 아니하고 적절히 변경될 수 있다. 실린더 로드(153)는 소정의 스트로크 길이를 갖도록 실린더(151,152)에 대해 신축 가능하게 구성된다. 플랜지부(154)는 실린더(151,152) 내부에 위치한 실린더 로드(153)의 단부(도 4에서 우측 단부)에 마련된다. 이때, 플랜지부(154)는 실린더 로드(153)로부터 분리 가능하도록 볼트(B2)에 의해 실린더 로드(153)에 대해 결합될 수 있다. 다만, 실린더 로드(153)와 플랜지부(154)의 결합 구조는 볼트 결합 구조에 한정되지 아니하고 적절히 변경될 수 있다. 탄성체인 코일 스프링(155)은 실린더(151,152)의 내부에 구비된다. 코일 스프링(155)은 실린더(151,152)의 개방된 일 측과 반대되는 타 측벽(도 4에 좌측 측벽)과 플랜지부(154) 사이에 배치될 수 있다. 코일 스프링(155)의 일 단부(도 4에서 좌측 단부)는 실린더(151,152)의 측벽에 고정되는 고정단으로 마련되고 코일 스프링(155)의 타 단부(도 4에서 우측 단부)는 자유단으로 마련된다. 실린더 로드(153)는 실린더(151,152)의 내부에서 코일 스프링(155)을 관통한다.
이에 따라, 실린더 로드(153)는 플랜지부(154)가 코일 스프링(155)에 의해 지지되는 제1 위치(도 5의 위치)와, 플랜지부(154)가 실린더(151,152)의 일 측벽(도 4에서 우측 측벽, 즉 실린더 덮개(152)를 구성하는 측벽)에 의해 지지되는 제2 위치(도 6의 위치) 사이에서 이동하게 된다. 이때, 코일 스프링(155)은 제1 위치에서 실린더 로드(153)에 작용하는 힘을 지지할 수 있도록 충분한 강성을 갖는 것을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 코일 스프링(155)의 길이에 따라 실린더 로드(153)의 이동 구간 혹은 가이드 실린더(150)의 스트로크 길이는 달라질 수 있다. 다만, 본 발명에서 탄성체는 본 실시예에서 개시된 코일 스프링(155)에 한정되지 아니하며, 충분한 강성을 갖는 다른 다양한 구조로 구현될 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 가이드 실린더(150)는 제1 프레임(120)에 대한 제2 프레임(130)의 회전 이동을 안내하되, 제1 프레임(120)에 대한 제2 프레임(130)의 회전 각도를 제1 회전 각도(α)와 제2 회전 각도(β) 사이에서 구속할 수 있다(도 8 및 도 9 참조). 이때, 제1 회전 각도(α) 및 제2 회전 각도(β)는 착용자의 보행시 요구되는 고관절부(140)의 동작 범위를 고려하여 각각 80도 및 140도 정도로 설정되는 것이 바람직하지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
구체적으로, 도 8의 제1 회전 각도(α)에서 가이드 실린더(150)는 도 5에 도시된 바와 같이 실린더 로드(153)에 구비된 플랜지부(154)가 충분한 강성을 갖는 코일 스프링(155)에 의해 지지되므로, 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130) 사이의 각도가 제1 회전 각도(α) 미만으로 좁혀지지 않는다. 이에 따라, 상체 착용부(110)에 장착된 중량물의 하중에 의한 고관절부(140)의 움직임이 발생하지 않게 된다. 즉, 코일 스프링(155)은 제1 회전 각도(α)에서 상체 착용부(110)에 장착된 중량물의 하중에 의한 고관절부(140)의 움직임을 저지함으로써, 도 10에 도시된 바와 같은 제1 프레임(120)의 처짐이 발생하지 않도록 한다. 결과적으로, 상체 착용부(110)에 장착된 중량물의 하중은 제1 프레임(120)에서 끊어지지 않고 제2 프레임(130)으로 정상적으로 전달되어 지면으로 분산되므로, 장착된 중량물의 하중이 착용자의 인체에 가해지는 것을 방지할 수 있다. 특히, 본 실시예는 제1 회전 각도(α)에서 중량물의 하중에 의한 고관절부(140)의 움직임을 저지하는 수단이 탄성체인 코일 스프링(155)으로 마련되기 때문에, 보행시 중량물의 하중에 의한 충격을 완화시킬 수 있다.
반면, 도 9의 제2 회전 각도(β)에서 가이드 실린더(150)는 도 6에 도시된 바와 같이 실린더 로드(153)에 구비된 플랜지부(154)가 실린더(151,152)의 일 측벽에 의해 지지되므로, 제1 프레임(120)과 제2 프레임(130) 사이의 각도가 제2 회전 각도(β)를 초과하여 넓혀지지 않는다.
이처럼, 본 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇은, 제1 프레임(120)에 대한 제2 프레임(130)의 회전 각도를 미리 정해진 범위 내에서, 즉 제1 회전 각도(α)와 제2 회전 각도(β) 사이에서 구속하되, 제1 회전 각도(α)에서 상체 착용부(110)에 장착된 중량물의 하중에 의한 고관절부(140)의 움직임을 저지하는 가이드 실린더(150)를 고관절부(140)에 적용함으로써, 보행시 요구되는 고관절부(140)의 동작 범위를 충분히 확보하면서도 장착된 중량물의 하중이 사용자의 인체에 가해지지 않도록 중량물을 지지하여 보상할 수 있다.
한편, 가이드 실린더(150)의 코일 스프링(155)은 상체 착용부(110)에 장착된 중량물의 하중의 크기에 따라 요구되는 강성이 달라지므로, 장착하고자 하는 중량물의 하중 범위에 따라 실린더(151,152)의 내부에 구비된 코일 스프링(155)을 교체하는 작업이 필요하다. 또한, 가이드 실린더(150)의 스트로크 길이는 고관절부(140)의 동작 범위를 결정하는데, 요구되는 고관절부(140)의 동작 범위가 달라지면 가이드 실린더(150)의 스트로크 길이 또한 달라져야 하므로, 가이드 실린더(150)의 스트로크 길이에 영향을 주는 코일 스프링(155)의 길이 및/또는 실린더 로드(153)의 길이를 변경할 필요가 있다. 그런데, 본 실시예에 따른 가이드 실린더(150)는 전술한 바와 같이, 실린더(151,152)의 일 측을 개방할 수 있는 구조와, 플랜지부(154)가 실린더 로드(153)에서 분리될 수 있는 구조를 가지므로, 위와 같은 코일 스프링(155)의 교체 작업, 더 나아가 실린더 로드(153)의 교체 작업을 용이하게 진행할 수 있다는 이점이 있다.
도 11은 도 3에 도시된 가변 프레임 조립체의 개략적인 사시도이고, 도 12는 도 3의 A-A선에 따른 개략적인 단면도이다.
도 3, 도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇은 가변 프레임 조립체(160)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 가변 프레임 조립체(160)는 가변 프레임(161), 가이드 레일(163) 및 벨트위치조정블록(165)을 포함할 수 있다.
가변 프레임(161)은 제2 프레임(130)의 하측에 배치되고 제2 프레임(130)에 대해 위치 조정이 가능하게 제2 프레임(130)에 결합된다. 구체적으로, 가변 프레임(161)은 제2 프레임(130)의 내부에 형성된 공간에 삽입된 상태에서 적절한 위치에서 볼트에 의해 제2 프레임(130)에 결합될 수 있다. 다만, 제2 프레임(130)에 대한 가변 프레임(161)의 위치 조정은 가변 프레임(161)과 제2 프레임(130)을 체결하는 볼트를 푼 상태에서 가능하다. 이에 따라, 제2 프레임(130)에 대한 가변 프레임(161)의 위치를 조정함으로써, 제2 프레임(130)으로부터 노출되는 가변 프레임(161)의 길이를 착용자의 다리 길이 알맞게 조절할 수 있다.
가이드 레일(163)은 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 가변 프레임(161)의 일 측면에 마련되고 상하 방향으로 연장된다. 한편, 제2 프레임(130)은 가변 프레임(161)에 삽입된 상태에서 가이드 레일(163)과 간섭하지 않도록 도 3에 도시된 바와 같이 가이드 레일(163)을 노출시키기 위한 개구부(131)가 형성될 수 있다.
벨트위치조정블록(165)은 착용자의 허벅지에 체결되는 벨트(미도시)가 장착되는 부분으로, 가이드 레일(163) 상에서 슬라이드 이동 가능하게 가이드 레일(163)에 결합된다. 한편, 벨트위치조정블록(165)은 가이드 레일(163) 상에서 적절한 위치가 결정되면 볼트 등에 의해 가이드 레일(163)에 체결됨으로써 그 위치가 고정될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇은, 착용자의 다리 길이에 알맞게 제2 프레임(130)에 대한 가변 프레임(161)의 위치를 조정할 수 있음은 물론, 제2 프레임(130)에 대한 가변 프레임(161)의 위치가 결정된 상태에서 벨트위치조정블록(165)을 슬라이딩 이동시켜 착용자의 허벅지 부위에 벨트(미도시)가 위치하도록 함으로써, 착용자마다 달라지는 다리 길이에 효과적으로 대응할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110 : 상체 착용부
120 : 제1 프레임
130 : 제2 프레임
140 : 고관절부
150 : 가이드 기구부(가이드 실린더)
151 : 실린더 본체
152 : 실린더 덮개
153 : 실린더 로드
154 : 플랜지부
155 : 탄성체(코일 스프링)
161 : 가변 프레임
163 : 가이드 레일
165 : 벨트위치조정블록

Claims (11)

  1. 중량물이 장착되는 상체 착용부;
    상기 상체 착용부의 하측에 배치되고 상기 상체 착용부에 연결되는 제1 프레임;
    상기 제1 프레임의 하측에 배치되고 인체의 대퇴골에 대응되는 제2 프레임;
    상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 수동형 관절구조로 연결하는 고관절부; 및
    상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 회전 이동을 안내하되, 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 회전 각도를 제1 회전 각도와 제2 회전 각도 사이에서 구속하는 가이드 기구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 기구부는,
    상기 제1 회전 각도에서 상기 중량물의 하중에 의한 상기 고관절부의 움직임을 저지하는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가이드 기구부는,
    상기 탄성체를 포함하는 가이드 실린더로 마련되는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가이드 실린더는,
    상기 탄성체가 내부에 구비되고, 상기 제1 프레임 및 상기 고관절부 중 어느 하나에 결합되는 실린더; 및
    상기 실린더에 대해 신축 가능하고, 상기 제1 프레임 및 상기 고관절부 중 다른 하나에 결합되는 실린더 로드를 포함하는 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실린더 로드는,
    상기 제1 회전 각도에서 상기 탄성체에 의해 지지되고, 상기 제2 회전 각도에서 상기 실린더의 일 측벽에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 실린더 로드는, 상기 실린더 내부에 위치한 단부에 플랜지부가 구비되고,
    상기 탄성체는, 상기 플랜지부와 상기 실린더의 타 측벽 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 탄성체는,
    코일 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 실린더는,
    일 측이 개방된 실린더 본체; 및
    상기 실린더 본체의 개방된 일 측을 개폐하는 실린더 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 플랜지부는,
    상기 탄성체의 교체가 용이하도록 상기 실린더 로드에서 분리 가능하게 상기 실린더 로드에 결합되는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 프레임의 하측에 배치되고 상기 제2 프레임에 대해 위치 조정이 가능하게 상기 제2 프레임에 결합되는 가변 프레임;
    상기 가변 프레임의 일 측면에 마련되는 가이드 레일; 및
    상기 가이드 레일 상에서 슬라이딩 이동 가능하게 상기 가이드 레일에 결하되고 착용자의 허벅지에 체결되는 벨트가 장착되는 벨트위치조정블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
  11. 제11항에 있어서,
    상기 가변 프레임은, 상기 제2 프레임의 내부에 삽입된 상태에서 상기 제2 프레임과 결합되고,
    상기 제2 프레임은, 상기 가이드 레일과 간섭하지 않도록 상기 가이드 레일을 노출시키기 위한 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
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