KR20150094427A

KR20150094427A - 착용형 로봇 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20150094427A
Application number: KR1020140015687A
Authority: KR
Inventors: 권성구
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2015-08-19
Also published as: US20150224013A1; US9707146B2

Abstract

일 실시 예에 따른 착용형 로봇은 착용자의 보행 동작을 보조하는 기구부, 착용자의 몸통에 마련되어 상기 착용자의 팔 이동 방향을 검출하는 검출부 및 상기 검출부를 이용하여 검출된 상기 착용자의 팔 이동 방향에 기초하여 상기 착용자의 보행 의도를 판단하고, 판단된 상기 착용자의 보행 의도에 대응되는 보조 토크를 출력하도록 상기 기구부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

착용형 로봇 및 그 제어 방법{Wearable robot and method for controlling the same}

착용형 로봇 및 그 제어 방법이 개시된다. 더욱 상세하게는, 착용자의 의도에 따라 보행을 적절하게 보조하는 착용형 로봇 및 그 제어 방법이 개시된다.

현재 장애인 및 노약자의 거동 시 근력을 보조하여 거동을 도와주거나, 근육병 환자를 위한 재활치료용 또는 무거운 군장을 지는 군인용 또는 무거운 짐을 드는 산업현장용 등의 다양한 목적을 갖는 착용형 로봇(wearable robot)의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

일반적으로 이러한 근력 지원을 위한 착용형 로봇은 상지 거동을 위한 상지 보조 로봇과 하지 거동을 위한 하지 보조 로봇을 포함할 수 있다. 이중, 하지 보조 로봇은 착용자의 하반신에 착용하는 로봇으로 엉덩이(hip) 및 무릎(knee) 등의 관절에 보조 토크를 인가하여 착용자의 근력 부하를 줄이기 위한 장치이다. 이와 같은 하지 근력 보조를 위한 착용형 로봇은 착용자가 일상생활을 할 수 있도록 평지/경사면 보행, 계단 오르내리기 및 앉기/일어서기 등과 같은 다양한 동작을 보조할 수 있다.

착용자의 의도를 명확하게 판단하여 적절한 보행 보조를 수행하는 착용형 로봇 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

또한, 일 실시 예에 따른 착용형 로봇의 제어 방법은 착용자의 팔 움직임을 검출하는 단계, 검출된 상기 팔 움직임에 기초하여 상기 착용자의 팔 이동 방향을 판단하는 단계, 상기 착용자의 팔 이동 방향에 기초하여 상기 착용자의 보행 의도를 판단하는 단계 및 상기 보행 의도에 대응되는 보조 토크를 출력하는 단계를 포함한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 착용형 로봇의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 착용형 로봇의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 착용형 로봇의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4는 착용자의 한쪽 팔이 앞에서 뒤로 이동할 때 그 움직임을 검출하는 예를 도시한 개념도이다.
도 5는 착용자의 한쪽 팔이 뒤에서 앞으로 이동할 때 그 움직임을 검출하는 예를 도시한 개념도이다.
도 6은 제1 센서 및 제2 센서에서 앞뒤로 이동하는 착용자의 한쪽 팔을 검출한 신호를 도시한 도면이다.
도 7은 앞 또는 뒤로 이동하는 착용자의 양쪽 팔을 검출하는 일 예를 도시한 개념도이다.
도 8은 앞 또는 뒤로 이동하는 착용자의 양쪽 팔을 검출하는 다른 예를 도시한 개념도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 착용형 로봇의 제어 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 착용형 로봇 및 그 제어 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 실시 예에서는 착용형 로봇 중, 하지 근력 보조 로봇을 예를 들어 본 발명에 대하여 설명할 것이나, 본 발명이 특별히 하지 근력 보조 로봇에만 적용되는 것은 아니며, 착용자의 근력을 보조하는 모든 착용형 로봇에 적용될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시 예에 따른 착용형 로봇의 외관을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 착용형 로봇은 크게 기구부(100), 제어부(200) 및 검출부(300)를 포함할 수 있다.

기구부(100)는 착용자의 보행 보조를 위한 기구로 구성된 것으로서, 보행 동작을 위한 관절 및 모터, 유공압 실린더 등의 액추에이터 및 다리와의 결합을 위한 벨트 등의 부품으로 구성될 수 있다. 이러한 기구부(100)는 관절과 액추에이터의 동작에 의해 착용자의 보행 동작을 보조할 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 기구부(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 허리 착용부(101), 지지부(102), 관절부(103) 및 고정부(104) 등을 포함할 수 있다.

허리 착용부(101)는 착용자의 허리에 착용되는 부분으로, 착용자의 허리 형상 또는 사이즈에 따라 변형되도록 구현될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 이에 따라, 허리 착용부(101)는 착용자의 체형에 따라 신체의 허리를 변형 없이 안정되게 지지할 수 있다.

도 1에 구체적으로 도시하지는 않았으나, 본 실시 예에 따른 허리 착용부(101)는 착용자의 허리를 안정되게 지지하는 허리 지지대(미도시)와 착용자의 배 부분을 감싸도록 형성된 밴드부(미도시)를 포함할 수 있다.

이와 같이 밴드(미도시)와 허리 지지대(미도시)로 이루어진 허리 착용부(101)는 착용자 허리 부분의 배와 등을 감쌀 수 있으므로, 착용자의 허리에 가해지는 하중 부담을 최소화할 수 있다.

지지부(102)는 착용자가 보행할 수 있도록 지지하는 역할을 하는 것으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 일정 길이를 갖는 제1 지지프레임(102a) 및 제2 지지프레임(102b)으로 구성될 수 있다. 이때, 제1 지지프레임(102a) 및 제2 지지프레임(102b)은 판(plate) 상의 바(bar) 타입으로 형성될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

여기에서, 제1 지지프레임(102a)은 착용자의 무릎 상부에 위치하여 일단은 상술한 허리 착용부(101)와 연결되고, 타단은 제2 지지프레임(102b)과 연결될 수 있다. 또한, 제2 지지프레임(102b)은 착용자의 무릎 하부에 위치하여 일단은 제1 지지프레임(102a)과 연결되고, 타단은 신발부(105)에 연결될 수 있다.

이때, 제1 지지프레임(102a) 일단과 허리 착용부(101)의 연결 부분, 제1 지지프레임(102a) 타단과 제2 지지프레임(102b) 일단의 연결 부분 및 제2 지지프레임(102b) 타단과 신발부(105)의 연결 부분은 서로 회전 가능하도록 연결될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 각 연결 부분은 적어도 1 자유도(Degree Of Free, DOF)를 가질 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 여기에서, 자유도(DOF)란 순기구학(forward kinematics) 또는 역기구학(inverse kinematics)에서의 자유도를 말한다. 기구의 자유도란 기구의 독립적인 운동의 수, 또는 각 링크 간의 상대 위치의 독립된 운동을 결정하는 변수의 수를 말한다. 예를 들어, x축, y축, z축으로 이루어진 3차원 공간상의 물체는, 물체의 공간적인 위치를 결정하기 위한 3 자유도(각 축에서의 위치)와, 물체의 공간적인 자세(orientation)를 결정하기 위한 3 자유도(각 축에 대한 회전 각도) 중에서 하나 이상의 자유도를 갖는다. 구체적으로, 물체가 각각의 축을 따라 이동 가능하고, 각각의 축을 기준으로 회전 가능하다고 한다면, 이 물체는 6 자유도를 갖는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 제1 지지프레임(102a) 및 제2 지지프레임(102b)은 착용자의 다리 길이에 대응되는 길이로 조절 가능하다.

관절부(103)는 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 관절(103a), 제2 관절(103b) 및 제3 관절(103c)을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 관절(103a)은 상술한 제1 지지프레임(102a) 일단과 허리 착용부(101)의 연결 부위에 마련되어 힙과 허벅지 간의 굽힘을 가능하게 하는 역할을 하고, 제2 관절(103b)은 제1 지지프레임(102a) 타단과 제2 지지프레임(102b) 일단의 연결 부위에 마련되어 무릎의 굽힘을 가능하게 하는 역할을 하며, 제3 관절(103c)은 제2 지지프레임(102b) 타단과 신발부(105)의 연결 부위에 마련되어 발목의 굽힘을 가능하게 하는 역할을 한다.

도 1에 도시하지는 않았으나, 제1 관절(103a), 제2 관절(103b) 및 제3 관절(103c)에는 각각 구동부(110, 도 2 참조)가 마련될 수 있다.

구동부(110)는 상술한 제1 관절(103a), 제2 관절(103b) 및 제3 관절(103c) 각각에 회전 운동을 위한 구동력을 전달하는 구성으로, 예로써, 구동부(110)는 각 연결 부분에 구비된 한 쌍의 기어(미도시) 및 한 쌍의 기어 중 어느 한 기어의 축에 연결되어 제어부(200)로부터 전기적 신호를 받아 구동되는 구동모터(미도시)를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 구동모터(미도시) 대신 공, 유압 실린더 등이 사용될 수도 있다.

이러한 구동부(110)로부터 전달되는 구동력에 의해 제1 지지프레임(102a) 및 제2 지지프레임(102b)이 허리, 무릎, 발목을 기준으로 움직일 수 있고, 이에 따라, 힙과 허벅지 간, 무릎 및 발목을 굽힐 수 있다.

또한, 도 1에 도시하지는 않았으나, 각 관절(103)의 관절 각을 검출하기 위한 관절 각 측정 센서를 더 포함할 수 있다. 이러한 관절 각 측정 센서로는 엔코더(encoder) 또는 포텐쇼미터(potentiometer) 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 관절 각 측정 센서는 구체적으로 구동부(110)의 구동모터(미도시)에 마련될 수 있다.

고정부(104)는 제1 지지프레임(102a) 및 제2 지지프레임(102b)을 각각 착용자의 하지에 고정시키기 위한 부분으로, 밴드 또는 벨트 등으로 구현될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 고정부(104)를 이용하여 제1 지지프레임(102a) 및 제2 지지프레임(102b)을 각각 무릎 상부 및 하부에 고정시킴으로써, 움직이는 제1 지지프레임(102a) 및 제2 지지프레임(102b)이 착용자의 하지 근력을 안정적으로 보조할 수 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 기구부(100)는 신발부(105)를 더 포함할 수 있다. 신발부(105)는 착용자의 발을 감싸며 착용자의 보행 상태를 판단할 수 있도록 하는 구성이다.

구체적으로, 신발부(105)는 도 1에 도시한 바와 같이, 착용자의 발을 감싸 발을 보호하는 한편, 착용자의 보행 상태를 측정하는 역할을 하는 구성으로, 신발부(105)의 측면은 상술한 바와 같이 제2 지지프레임(102b) 타단과 회전 가능하게 결합될 수 있다.

또한, 제2 지지프레임(102b)과 결합되는 신발부(105)의 상부에는 와이어 등을 이용하여 제2 관절(103b)용 구동부(110)의 구동모터(미도시)와 연결되도록 함으로써, 상기 구동모터(미도시)의 구동에 의해 변환되는 각도에 따라 발목의 굽힘 각도가 결정될 수 있다.

또한, 도 1에 도시하지는 않았으나, 신발부(105)의 바닥면에는 GRF 측정 센서가 마련될 수 있다. 여기에서, GRF 측정 센서는 지면으로부터 착용자의 발바닥에 작용하는 지면 반력을 측정하는 구성이다. 여기에서, 지면 반력은 지면 위에서 중력 혹은 신체 내의 내력이 지면을 향해 작용할 때, 그와 크기가 같고 방향은 반대인 지면으로부터 신체를 향해 작용하는 힘을 의미한다. 즉, 착용자가 바닥을 딛는 힘으로 이해될 수 있다.

본 실시 예에서 GRF 측정 센서로는 포스 센싱 레지스터(Force Sensing Resister, FSR), 압력 센서 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 신발부(105)에는 착용자가 쉽고 간편하게 신고 벗을 수 있도록 상부에 밸크로 파스너, 똑딱이 등과 같은 체결수단(미도시)을 더 포함하여 원터치형 고정 구조가 이루어질 수 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 기구부(100)는 동력을 제공하기 위한 전원부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 착용자의 자유로운 보행을 위해 전원부(미도시)로 배터리가 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

검출부(300)는 착용자의 팔 움직임을 검출하기 위한 구성이다.

구체적으로, 본 실시 예에서 검출부(300)는 앞 또는 뒤로 이동하는 착용자의 한쪽 팔 또는 양쪽 팔을 검출하기 위한 구성으로, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 여기에서 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)로는 근접 센서, 홀 센서 및 거리 센서 중 적어도 하나가 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)로 홀 센서가 사용되는 경우에는 홀 효과를 발생시키기 위한 자성체가 착용자의 팔에 추가로 마련될 수 있다.

또한, 본 실시 예에서 검출부(300)는 도 1에 도시한 바와 같이, 착용자의 몸통에 마련될 수 있다. 구체적으로, 검출부(300)는 착용자의 팔이 앞뒤로 이동하는 것을 용이하게 검출하기 위해 착용자 몸통의 앞뒤가 아닌 옆에 마련될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 여기에서, 몸통의 옆은 배나 등이 아닌 옆구리 부분 예를 들어, 허리 또는 골반 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 착용자의 팔이 앞뒤로 이동하는 것을 검출할 수 있는 위치라면 어디든 포함할 수 있다.

또한, 본 실시 예에서 검출부(300)는 도 1에 도시한 바와 같이 착용자의 몸통 양 옆에 각각 마련되어 착용자의 양쪽 팔이 앞 또는 뒤로 이동하는 것을 모두 검출할 수도 있고, 착용자의 몸통 한쪽 옆에만 마련되어 착용자의 한쪽 팔이 앞 또는 뒤로 이동하는 것을 검출할 수도 있다.

이때, 검출부(300)가 착용자의 몸통 한쪽 옆에 마련되는 경우, 검출부(300)는 도 2에 도시한 바와 같이, 두 개의 센서를 모두 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 검출부(300)가 착용자의 몸통 양쪽 옆에 각각 마련되는 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 검출부(300)는 착용자의 몸통 왼쪽 옆에 마련되는 제1 검출부(300A) 및 착용자의 몸통 오른쪽 옆에 마련되는 제2 검출부(300B)를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 검출부(300A) 및 제2 검출부(300B)는 각각 하나의 센서만을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상술한 바와 같이, 검출부(300)가 착용자의 몸통 한쪽 옆에만 마련되어 착용자의 한쪽 팔에 대한 이동 방향을 검출하였다면, 다른 쪽 팔에 대한 이동 방향은 검출된 한쪽 팔의 이동 방향에 기초하여 추정할 수 있다.

일반적으로 걷는 동작은 양쪽 다리를 번갈아 앞으로 이동시킴으로써 수행되는데, 이때 양쪽 팔은 각각 같은 쪽 다리의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동하게 된다. 예를 들어, 왼쪽 다리를 앞으로 이동할 때 왼쪽 팔은 앞에서 뒤로 이동하고, 오른쪽 다리를 앞으로 이동할 때 왼쪽 팔은 뒤에서 앞으로 이동하게 된다. 한편, 오른쪽 다리를 앞으로 이동할 때 오른쪽 팔은 앞에서 뒤로 이동하고, 왼쪽 다리를 앞으로 이동할 때 오른쪽 팔은 뒤에서 앞으로 이동하게 된다.

즉, 사람이 걸을 때에는 왼쪽 다리와 오른쪽 팔이 같은 방향으로 이동하고, 오른쪽 다리와 왼쪽 팔이 같은 방향으로 이동하게 되어, 왼쪽 팔과 오른쪽 팔은 서로 반대 방향으로 이동하는 것이 자연스럽다. 이에 따라, 한쪽 팔의 이동 방향을 검출하면 다른 쪽 팔의 이동 방향은 용이하게 추정할 수 있는 것이다. 이에 대한 구체적인 방법에 대해서는 추후 상세히 설명할 것이다.

이상, 일 실시 예에 따른 착용형 로봇의 외관을 설명하였다. 이후부터는 착용형 로봇의 각 구성에 대하여 설명할 것이다.

도 2는 일 실시 예에 따른 착용형 로봇의 구성을 도시한 블럭도이며, 도 3은 다른 실시 예에 따른 착용형 로봇의 구성을 도시한 블럭도이다. 여기에서, 일 실시 예에 따른 착용형 로봇은 검출부(300)가 착용자의 몸통 한쪽 옆에 마련되고, 다른 실시 예에 따른 착용형 로봇은 검출부(300)가 착용자의 몸통 양쪽 옆에 각각 마련된 것을 의미할 수 있다.

도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 착용형 로봇은 검출부(300), 제어부(200) 및 기구부(100)를 포함할 수 있다.

검출부(300)는 상술한 바와 같이, 착용자의 팔 움직임을 검출하기 위한 구성이다. 여기에서, 착용자의 팔 움직임이란 구체적으로 팔 이동 방향 즉, 착용자의 팔이 앞 또는 뒤로 이동하는 것으로 이해될 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 검출부(300)는 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)를 포함할 수 있으나, 센서의 개수가 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)로는 근접 센서, 홀 센서 및 거리 센서 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)로 홀 센서가 사용되는 경우에는 홀 효과를 발생시키기 위해 착용자의 팔 부위에 홀 센서가 인식할 수 있는 자성체(미도시)가 추가로 마련될 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 본 실시 예에서 검출부(300)는 착용자의 몸통에 마련될 수 있으며, 구체적으로는 몸통 옆 부분에 마련될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 검출부(300)는 몸통 옆 부분 중 구체적으로 허리 또는 골반 부위에 마련될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 착용자의 팔 움직임을 검출할 수 있는 부위라면 어디든 마련될 수 있을 것이다.

또한, 본 실시 예에서 검출부(300)는 착용자의 몸통 한쪽 옆에만 마련될 수 있다. 착용자의 몸통 한쪽 옆에 마련된 검출부(300)를 이용하여 앞 또는 뒤로 이동하는 착용자의 한쪽 팔을 검출하는 예를 도 4 및 도 5에 각각 도시하였다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 검출부(300)가 착용자의 몸통 한쪽 옆에 마련된 경우, 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)는 일정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 센서(310)는 착용자의 몸통 앞쪽에 인접하도록 배치되고, 제2 센서(320)는 착용자의 몸통 뒤쪽에 인접하도록 배치될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 각 센서가 이와 같이 배치되는 것은 착용자의 팔이 앞으로 이동하는 순간 또는 뒤로 이동하는 순간을 용이하게 판단할 수 있도록 하기 위함이다. 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

도 4에 도시한 바와 같이 착용자가 몸통보다 뒤쪽에 위치해 있던 왼쪽 다리를 앞으로 이동시킬 때, 몸통보다 앞쪽에 위치해 있던 왼쪽 팔은 뒤로 이동하게 된다. 이때, 몸통 앞쪽에 인접하도록 배치된 제1 센서(310)에서 먼저 뒤쪽으로 이동하는 왼쪽 팔이 검출되고, 이어서 몸통 뒤쪽에 인접하도록 배치된 제2 센서(320)에서 뒤쪽으로 이동하는 왼쪽 팔이 검출될 수 있다.

즉, 제1 센서(310)가 몸통 앞쪽에 인접하도록, 제2 센서(320)가 몸통 뒤쪽에 인접하도록 배치되어 있는 것은 사전에 이미 설정된 상태에서, 제1 센서(310)에서 먼저 신호가 검출되고 이어서 제2 센서(320)에서 신호가 검출되면 팔은 앞에서 뒤로 이동하는 중인 것으로 판단할 수 있고, 반대로, 제2 센서(320)에서 먼저 신호가 검출되고 이어서 제1 센서(310)에서 신호가 검출되면 팔은 뒤에서 앞으로 이동하는 중인 것으로 판단할 수 있는 것이다. 이는 후술될 제어부(200)에서 수행될 수 있으며, 추후 제어부(200) 동작 설명 시 상세히 서술할 것이다.

한편, 다른 실시 예로서 검출부(300)는 착용자의 몸통 양쪽 옆에 각각 마련될 수도 있다. 이때, 검출부(300)는 도 3에 도시한 바와 같이, 착용자의 왼팔 움직임을 검출하기 위해 착용자의 몸통 왼쪽에 마련된 제1 검출부(300A)와 착용자의 오른팔 움직임을 검출하기 위해 착용자의 몸통 오른쪽에 마련된 제2 검출부(300B)를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 제1 검출부(300A) 및 제2 검출부(300B)는 각각 하나의 센서 즉, 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 검출부(300A)에 포함된 제1 센서(310)와 제2 검출부(300B)에 포함된 제2 센서(320)는 도 7에 도시한 바와 같이 서로 대칭되는 위치에 배치될 수도 있고 또는, 도 8에 도시한 바와 같이 서로 대각선이 되는 위치에 배치될 수도 있다.

예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)는 각각 착용자의 몸통 앞쪽에 인접한 위치에 서로 대칭되도록 배치되어 착용자의 몸통 앞쪽으로 이동하는 왼쪽 팔과 오른쪽 팔을 각각 검출할 수 있다. 이때, 도 7에서는 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)가 모두 착용자의 몸통 앞쪽에 인접한 위치에 배치된 것으로 도시하고 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 착용자의 몸통 뒤쪽에 인접한 위치에 배치되어 착용자의 몸통 뒤쪽으로 이동하는 왼쪽 팔과 오른쪽 팔을 검출하도록 구현하는 것 역시 가능할 것이다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)는 각각 착용자의 몸통 앞쪽 및 뒤쪽에 인접하게 배치되어 착용자의 몸통 앞쪽으로 이동하는 왼쪽 팔과 착용자의 몸통 뒤쪽으로 이동하는 오른쪽 팔을 동시에 검출할 수 있다.

제어부(200)는 본 실시 예에 따른 착용형 로봇의 전반적인 동작을 제어하는 구성이다.

본 실시 예에서 제어부(200)는 상술한 검출부(300)를 이용하여 검출된 착용자의 팔 움직임에 기초하여 착용자의 보행 의도를 판단하고, 판단된 보행 의도에 대응되는 보조 토크를 출력하도록 하는 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 기구부(100)로 전송할 수 있다. 여기에서, 팔 움직임이란 전술한 바와 같이, 팔의 이동 방향 즉, 팔이 앞으로 이동하거나 뒤로 이동하는 것을 의미할 수 있다.

일반적으로 사람이 걷는 동작을 수행할 때에는 양쪽 다리를 번갈아 앞으로 이동시키게 되는데, 이때, 양쪽 팔은 각각 같은 쪽 다리의 이동 방향과는 반대 방향으로 자연스럽게 이동하게 된다. 예를 들어, 왼쪽 다리를 앞으로 이동할 때 왼쪽 팔은 뒤로 이동하고, 오른쪽 다리를 앞으로 이동할 때 왼쪽 팔은 앞으로 이동하며, 오른쪽 다리를 앞으로 이동할 때 오른쪽 팔은 뒤로 이동하고, 왼쪽 다리를 앞으로 이동할 때 오른쪽 팔은 앞으로 이동하게 되는 것이다.

즉, 사람의 자연스러운 보행 동작은 "오른팔과 왼다리" 및 "왼팔과 오른다리"가 함께 같은 방향으로 움직이는 것이다. 또한, 빠른 걸음으로 걸을 때에는 팔 움직임이 빨라지고, 느린 걸음으로 걸을 때에는 팔 움직임이 느려질 수 있다. 이때, 팔 움직임이 빨라지고 느려지는 것은 팔이 앞뒤로 이동하는 주기가 빨라지고 느려지는 것으로 이해될 수 있다.

이에 따라, 본 실시 예에서 제어부(200)는 검출부(300)를 이용하여 검출된 신호에 기초하여 착용자의 오른팔 또는 왼팔이 앞으로 이동하는지 또는 뒤로 이동하는지를 판단하여 대응되는 쪽의 다리를 앞으로 이동시키는데 필요한 보조 토크를 출력하도록 기구부(100)를 제어할 수 있다. 또한, 오른팔 또는 왼팔의 이동 주기에 기초하여 보행 속도를 제어할 수 있다. 이에 대하여, 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 4 및 도 5를 참조하여 착용자의 몸통 한쪽 옆에 검출부(300)가 마련된 경우에 착용자의 팔 움직임을 검출하고 보행 의도를 판단하여 보행 보조를 제어하는 방법에 대하여 설명한다. 이때, 도 4 및 도 5에서는 착용자의 몸통 왼쪽 옆에 검출부(300)가 마련된 경우를 도시하고 있으나, 검출부(300)가 마련되는 위치는 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 착용자의 몸통 오른쪽 옆에 마련되는 것 역시 가능할 것이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 착용자가 화살표 방향으로 보행 중일 때, 몸통 앞쪽에 위치해 있다가 뒤로 이동하는 왼쪽 팔은 제1 센서(310)에 의해 먼저 검출될 수 있고, 이후 계속 뒤로 이동하는 왼쪽 팔은 제2 센서(320)에 의해 검출될 수 있다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 뒤쪽 최고지점을 지난 후 앞으로 이동하는 왼쪽 팔은 다시 제2 센서(320)에 의해 검출될 수 있고, 이후 계속 앞으로 이동하는 왼쪽 팔은 제1 센서(310)에 의해 검출될 수 있다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 앞쪽 최고지점을 지난 후 뒤로 이동하는 왼쪽 팔은 다시 제1 센서(310)에 의해 검출될 수 있다.

상술한 바와 같이 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)에서 앞뒤로 반복하여 이동하는 착용자의 왼쪽 팔을 검출한 결과를 도 6에 도시하였다. 도 6을 살펴보면, 제1 센서(310)의 신호 ①은 착용자의 몸통 중심부를 지나 앞으로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당하고, 제1 센서(310)의 신호 ②는 착용자의 몸통 앞쪽 최고지점을 지난 후 다시 뒤로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당하며, 제2 센서(320)의 신호 ③은 착용자의 몸통 중심부를 지나 뒤쪽으로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당하고, 제2 센서(320)의 신호 ④는 착용자의 몸통 뒤쪽 최고지점을 지난 후 다시 앞으로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당할 수 있다.

마찬가지로, 제1 센서(310)의 신호 ⑤는 착용자의 몸통 중심부를 지나 앞으로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당하고, 제1 센서(310)의 신호 ⑥은 착용자의 몸통 앞쪽 최고지점을 지난 후 다시 뒤로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당하며, 제2 센서(320)의 신호 ⑦은 착용자의 몸통 중심부를 지나 뒤쪽으로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당하고, 제2 센서(320)의 신호 ⑧은 착용자의 몸통 뒤쪽 최고지점을 지난 후 다시 앞으로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당할 수 있다.

이때, 제1 센서(310)의 신호 ①이 검출된 시점부터 신호 ⑤가 검출된 시점까지, 제1 센서(310)의 신호 ②가 검출된 시점부터 신호 ⑥이 검출된 시점까지, 제2 센서(320)의 신호 ③이 검출된 시점부터 신호 ⑦이 검출된 시점까지 및 제2 센서(320)의 신호 ④가 검출된 시점부터 신호 ⑧이 검출된 시점까지를 팔의 이동 주기로 볼 수 있다.

이에 따라, 제어부(200)는 제1 센서(310) -> 제2 센서(320)(② -> ③) 순서로 신호가 검출되면, 착용자의 왼쪽 팔이 앞에서 뒤로 이동하고 있는 중인 것으로 판단할 수 있고, 제2 센서(320) -> 제2 센서(320)(③ -> ④ 또는 ⑦ -> ⑧) 순서로 신호가 검출되면, 착용자의 왼쪽 팔이 뒤쪽 최고지점을 찍고 다시 앞으로 이동하고 있는 중인 것으로 판단할 수 있으며, 제2 센서(320) -> 제1 센서(310)(④ -> ⑤) 순서로 신호가 검출되면, 착용자의 왼쪽 팔이 뒤에서 앞으로 이동하고 있는 중인 것으로 판단할 수 있고, 제1 센서(310) -> 제1 센서(310)(① -> ② 또는 ⑤ -> ⑥) 순서로 신호가 검출되면, 착용자의 왼쪽 팔이 앞쪽 최고지점을 찍고 다시 뒤로 이동하고 있는 중인 것으로 판단할 수 있다.

한편, 검출부(300)가 착용자 몸통 한쪽에 마련된 경우, 제어부(200)는 검출된 한쪽 팔의 이동 방향에 기초하여 다른 쪽 팔의 이동 방향을 추정할 수 있다. 즉, 도 4 및 도 5와 같이 착용자 몸통 왼쪽 옆에 검출부(300)가 마련되면, 검출부(300)를 이용하여 왼쪽 팔의 이동 방향을 검출할 수 있고, 검출된 왼쪽 팔의 이동 방향에 기초하여 오른쪽 팔의 이동 방향을 추정할 수 있는 것이다. 또한, 이와는 반대로 착용자 몸통 오른쪽 옆에 검출부(300)가 마련되었다면, 검출부(300)를 이용하여 오른쪽 팔의 이동 방향을 검출할 수 있고, 검출된 오른쪽 팔의 이동 방향에 기초하여 왼쪽 팔의 이동 방향을 추정할 수 있다.

예를 들어, 제어부(200)는 제1 센서(310) -> 제2 센서(320) 순서로 신호가 검출되면, 착용자의 왼쪽 팔이 앞에서 뒤로 이동하고 있는 중인 것으로 판단하고, 이러한 판단에 기초하여 착용자의 오른쪽 팔은 뒤에서 앞으로 이동하고 있는 중인 것으로 추정할 수 있다. 또한, 제2 센서(320) -> 제2 센서(320) 순서로 신호가 검출되면, 착용자의 왼쪽 팔은 뒤쪽 최고지점을 찍고 다시 앞으로 이동하고 있는 중인 것으로 판단하고, 이러한 판단에 기초하여 착용자의 오른쪽 팔은 앞쪽 최고지점을 찍고 다시 뒤로 이동하고 있는 중인 것으로 추정할 수 있다.

또한, 제2 센서(320) -> 제1 센서(310) 순서로 신호가 검출되면, 착용자의 왼쪽 팔은 뒤에서 앞으로 이동하고 있는 중인 것으로 판단하고, 이러한 판단에 기초하여 착용자의 오른쪽 팔은 앞에서 뒤로 이동하고 있는 중인 것으로 추정할 수 있다. 또한, 제1 센서(310) -> 제1 센서(310) 순서로 신호가 검출되면, 착용자의 왼쪽 팔은 앞쪽 최고지점을 찍고 다시 뒤로 이동하고 있는 중인 것으로 판단하고, 이러한 판단에 기초하여 착용자의 오른쪽 팔은 뒤쪽 최고지점을 찍고 다시 앞으로 이동하고 있는 중인 것으로 추정할 수 있다.

이는, 전술한 바와 같이, 사람이 걸을 때 양쪽 팔은 각각 서로 반대 방향으로 이동하는 것이 자연스럽고 일반적이기 때문이다.

이와 같은 방법으로 제어부(200)는 착용자의 양쪽 팔이 각각 앞으로 이동하는지 또는 뒤로 이동하는지를 판단할 수 있고, 앞에서 뒤로 이동하는 팔과 반대쪽에 위치한 다리는 지지하는 동시에 뒤에서 앞으로 이동하는 팔과 반대쪽에 위치한 다리를 앞으로 이동시키는데 필요한 보조 토크를 출력하도록 기구부(100)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 판단 결과 착용자의 왼쪽 팔이 뒤에서 앞으로 이동하고, 오른쪽 팔이 앞에서 뒤로 이동하는 것으로 판단되면, 제어부(200)는 착용자의 왼쪽 다리는 지지하면서 오른쪽 다리를 앞으로 이동시키는데 필요한 보조 토크를 출력하도록 하는 제어 신호를 기구부(100)로 전송하고, 반대로 착용자의 오른쪽 팔이 뒤에서 앞으로 이동하고, 왼쪽 팔이 앞에서 뒤로 이동하는 것으로 판단되면, 제어부(200)는 착용자의 오른쪽 다리는 지지하면서 왼쪽 다리를 앞으로 이동시키는데 필요한 보조 토크를 출력하도록 하는 제어 신호를 기구부(100)로 전송할 수 있다.

또한, 도 7 및 도 8을 참조하여 검출부(300)가 착용자의 몸통 양쪽 옆에 마련된 경우에 착용자의 팔 움직임을 검출하고 보행 의도를 판단하여 보행 보조를 제어하는 방법에 대하여 설명한다. 이때, 전술한 바와 같이, 착용자의 몸통 양쪽 옆에 모두 검출부(300)가 마련되는 경우, 검출부(300)는 착용자의 몸통 왼쪽 옆에 마련되어 착용자의 왼쪽 팔의 움직임을 검출하는 제1 검출부(300A) 및 착용자의 몸통 오른쪽 옆에 마련되어 착용자의 오른쪽 팔의 움직임을 검출하는 제2 검출부(300B)를 포함할 수 있다.

또한, 제1 검출부(300A) 및 제2 검출부(300B)는 각각 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)를 포함하고 있으며, 제1 센서(310)는 착용자의 왼쪽 팔을 검출하고, 제2 센서(320)는 착용자의 오른쪽 팔을 검출하는데 사용될 수 있다.

이때, 제1 센서(310)와 제2 센서(320)는 전술한 바와 같이 서로 대칭되는 위치에 배치되거나 또는 서로 대각선이 되는 위치에 배치될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)는 모두 착용자의 몸통 앞쪽에 인접하는 위치에 서로 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 이때, 도 7에서는 각 센서가 착용자의 몸통 앞쪽에 인접하는 위치에 배치된 것으로 도시하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 각각의 센서는 착용자의 몸통 뒤쪽에 인접하는 위치에 서로 대칭이 되도록 배치되는 것 역시 가능할 것이다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 센서(310)는 착용자의 몸통 앞쪽에 인접하는 위치, 제2 센서(320)는 착용자의 몸통 뒤쪽에 인접하는 위치에 서로 대각선이 되도록 배치될 수 있다. 이때, 도 8에서는 제1 센서(310)가 몸통 앞쪽에 인접하는 위치에 배치되고, 제2 센서(320)가 몸통 뒤쪽에 인접하는 위치에 배치된 것으로 도시하고 있으나, 반대로 제1 센서(310)가 몸통 뒤쪽에 인접하는 위치에 배치되고, 제2 센서(320)가 몸통 뒤쪽에 인접하는 위치에 배치되는 것 역시 가능할 것이다.

상술한 바와 같이 착용자의 몸통 왼쪽 옆 및 오른쪽 옆에 각각 마련된 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)를 이용하여 착용자의 왼팔 및 오른팔이 각각 앞 또는 뒤로 이동하는 것을 검출할 수 있다.

예를 들어, 도 7을 참조하면, 제2 센서(320)의 신호 ①은 착용자의 몸통 앞쪽 최고지점을 지난 후 다시 뒤로 이동하는 오른쪽 팔을 검출한 신호에 해당하고, 제1 센서(310)의 신호 ②는 착용자의 몸통 중심부를 지나 앞으로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당하며, 제1 센서(310)의 신호 ③은 착용자의 몸통 앞쪽 최고지점을 지난 후 다시 뒤로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당할 수 있다.

이에 따라, 도 7에 도시한 바와 같이 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)가 착용자의 몸통 양쪽 옆에 대칭적으로 마련된 경우, 제어부(200)는 제2 센서(320) -> 제1 센서(310)(① -> ②) 순서로 신호가 검출되면 착용자의 왼쪽 팔은 앞으로 이동하는 중이고, 오른쪽 팔은 뒤로 이동하는 중인 것으로 판단할 수 있고, 제1 센서(310) -> 제1 센서(310)(② -> ③) 순서로 신호가 검출되면 착용자의 왼쪽 팔은 앞쪽 최고지점을 지난 후 뒤로 이동하는 중이고, 오른쪽 팔은 뒤쪽 최고지점을 지난 후 앞으로 이동하는 중인 것으로 판단할 수 있으며, 제1 센서(310) -> 제2 센서(320) 순서로 신호가 검출되면 착용자의 왼쪽 팔은 뒤로 이동하는 중이고, 오른쪽 팔은 앞으로 이동하는 중인 것으로 판단할 수 있고, 제2 센서(320) -> 제2 센서(320) 순서로 신호가 검출되면 착용자의 오른쪽 팔은 앞쪽 최고지점을 지난 후 뒤로 이동하는 중이고, 왼쪽 팔은 뒤쪽 최고지점을 지난 후 앞으로 이동하는 중인 것으로 판단할 수 있다.

또한, 도 8을 참조하면, 제1 센서(310)의 신호 ①은 착용자의 몸통 옆 중심부를 지나 앞으로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당하고, 제1 센서(310)의 신호 ②는 착용자의 몸통 앞쪽 최고지점을 지난 후 다시 뒤로 이동하는 왼쪽 팔을 검출한 신호에 해당하며, 제2 센서(320)의 신호 ③은 착용자의 몸통 옆 중심부를 지나 뒤로 이동하는 오른쪽 팔을 검출한 신호에 해당하고, 제2 센서(320)의 신호 ④는 착용자의 몸통 뒤쪽 최고지점을 지난 후 다시 앞으로 이동하는 오른쪽 팔을 검출한 신호에 해당할 수 있다. 이때, 도 8에서는 신호 ①과 신호 ③이 동시에 검출되고, 신호 ②와 신호 ④가 동시에 검출되는 것으로 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위해 간단하게 표현한 것일 뿐 각각의 신호가 검출되는 시점은 서로 동일하지 않을 수 있음은 자명할 것이다. 즉, 신호 ① 및 신호 ②가 검출되는 시점은 각각 신호 ③ 및 신호 ④보다 빠를 수도 있고 느릴 수도 있다.

이에 따라, 도 8에 도시한 바와 같이 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)가 착용자의 몸통 양쪽 옆에 대각선으로 마련된 경우, 제어부(200)는 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)에서 신호가 검출되면 착용자의 왼쪽 팔은 앞으로 이동하고, 오른쪽 팔은 뒤로 이동하는 것으로 판단할 수 있다.

예를 들어, 판단 결과 착용자의 왼팔이 뒤에서 앞으로 이동하고, 오른팔이 앞에서 뒤로 이동하는 것으로 판단되면, 제어부(200)는 착용자의 왼쪽 다리는 지지하면서 오른쪽 다리를 앞으로 이동시키는데 필요한 보조 토크를 출력하도록 하는 제어 신호를 기구부(100)로 전송하고, 반대로 착용자의 오른팔이 뒤에서 앞으로 이동하고, 왼팔이 앞에서 뒤로 이동하는 것으로 판단되면, 제어부(200)는 착용자의 오른쪽 다리는 지지하면서 왼쪽 다리를 앞으로 이동시키는데 필요한 보조 토크를 출력하도록 하는 제어 신호를 기구부(100)로 전송할 수 있다.

기구부(100)는 착용자의 보행 보조를 위한 기구로 구성된 것으로서, 보행 동작을 위한 관절 및 모터, 유공압 실린더 등과 같은 액추에이터 및 다리와의 결합을 위한 벨트 등의 부품으로 구성될 수 있다. 이러한 기구부(100)는 관절과 액추에이터의 동작에 의해 착용자의 보행 동작을 보조할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시하지는 않았으나, 기구부(100)는 앞서 말한 바와 같이, 허리 착용부(101), 지지부(102), 관절부(103), 고정부(104) 및 신발부(105)를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 각 구성에 대해서는 이미 위에서 설명하였으므로, 여기에서는 생략한다.

기구부(100)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 구동부(110)를 포함할 수 있다. 구동부(110)는 상술한 관절부(103)에 회전 운동을 위한 구동력을 전달하는 구성이다. 이때, 구동부(110)는 관절부(103)의 개수에 대응되는 개수로 마련될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시하지는 않았으나, 본 실시 예에 따른 착용형 로봇은 모드 변환부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

모드 변환부(미도시)는 보행 모드, 자세 모드, 보행 속도 등을 선택할 수 있는 구성이다. 구체적으로, 모드 변환부(미도시)는 평평한 노면, 거친 노면 및 계단 등에 대한 보행 모드를 선택할 수 있도록 하는 보행 모드 변환부(미도시)와 앉기, 서기 및 경사면 등에 대한 자세를 선택할 수 있도록 하는 자세 모드 변환부(미도시) 및 빠르게, 느리게, 보통 등과 같은 보행 속도를 선택할 수 있도록 하는 보행 속도 변환부(미도시)를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

이상, 일 실시 예에 따른 착용형 로봇의 구성에 대하여 설명하였다. 본 실시 예에 따른 착용형 로봇은 기존의 BCI(Brain Computer Interface)용 장비인 뇌전도 측정 장치를 이용하여 착용자의 두피로부터 전기신호를 측정하고, 측정된 전기신호 중 보행과 관련된 전기신호를 추출하여 평균주파수를 연산하고, 연산된 평균주파수를 이용하여 착용자의 현재 보행 속도를 추정할 수 있다. 이에 따라, 기구부에 보행 속도를 측정하기 위한 별도의 장치를 설치하지 않아도 되므로, 더욱 간편하게 착용자의 보행 속도를 추정할 수 있다.

이후부터는 착용형 로봇의 제어 방법에 대하여 설명할 것이다.

도 9는 일 실시 예에 따른 착용형 로봇의 제어 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다. 도 9를 참조하여 본 실시 예에 따른 착용형 로봇의 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

우선, 착용자의 팔 움직임을 검출한다(S910). 여기에서, '팔 움직임'은 구체적으로 팔의 이동 방향 즉, 팔이 앞 또는 뒤로 이동하는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 본 단계는 상술한 검출부(300)를 이용하여 수행될 수 있다.

예를 들어, 착용자의 몸통 한쪽 옆 또는 양쪽 옆에 센서를 포함하는 검출부(300)를 마련하고, 몸통 옆을 스치면서 앞 또는 뒤로 이동하는 팔을 검출하는 것이다. 이때, 검출부(300)가 착용자의 몸통 한쪽 옆에 마련되는 경우에는 몸통 앞쪽에 인접하여 배치되는 제1 센서(310) 및 몸통 뒤쪽에 인접하여 배치되는 제2 센서(320)를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 검출부(300)가 착용자의 몸통 양쪽 옆에 마련되는 경우에는 몸통 양쪽 옆에 각각 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)가 배치될 수 있다.

이중, 검출부(300)가 착용자의 몸통 한쪽 옆에 마련된 경우, 상술한 단계 S910에서는 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)에서 앞 또는 뒤로 이동하는 착용자의 한쪽 팔을 검출할 수 있다. 또한, 검출부(300)가 착용자의 몸통 양쪽 옆에 마련된 경우, 상술한 단계 S910에서는 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)에서 각각 앞 또는 뒤로 이동하는 양쪽 팔을 검출할 수 있다.

이때, 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)로는 근접 센서, 홀 센서 및 거리 센서 중 적어도 하나의 센서가 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 제1 센서(310) 및 제2 센서(320)로 홀 센서가 사용되는 경우에는 홀 효과를 발생시키기 위한 자성체(미도시)가 착용자의 팔에 마련될 수 있다.

다음, 검출부(300)를 이용하여 검출된 신호에 기초하여 착용자의 팔의 이동 방향을 판단한다(S920). 이때, 착용자의 팔의 이동 방향을 판단하는 것은 착용자의 팔이 앞으로 이동하는지 또는 뒤로 이동하는지를 판단하는 것으로 이해될 수 있다.

본 단계는 제어부(200)에서 수행될 수 있으며, 제어부(200)에서 검출부(300)를 이용하여 검출된 신호에 기초하여 착용자의 왼쪽 팔 및 오른쪽 팔이 각각 앞으로 이동하는지 또는 뒤로 이동하는지를 판단하는 방법에 대해서는 이미 위에서 상세히 설명하였으므로 여기에서는 생략한다.

다음, 제어부(200)는 단계 S920을 통해 판단된 착용자의 팔 이동 방향에 기초하여 착용자의 보행 의도를 판단하고, 판단된 보행 의도에 대응되는 보조 토크를 출력하도록 하는 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 기구부(100)로 전송할 수 있다.

즉, 제어부(200)는 검출부(300)를 이용하여 검출된 신호에 기초하여 착용자의 양쪽 팔이 각각 앞으로 이동하는지 또는 뒤로 이동하는지를 판단할 수 있고, 앞에서 뒤로 이동하는 팔과 반대쪽에 위치한 다리는 지지하는 동시에 뒤에서 앞으로 이동하는 팔과 반대쪽에 위치한 다리를 앞으로 이동시키는데 필요한 보조 토크를 출력하도록 기구부(100)를 제어할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예들을 설명하였다. 전술한 실시 예들에서 착용형 로봇을 구성하는 일부 구성요소들은 일종의 '모듈(module)'로 구현될 수 있다. 여기에서, '모듈'은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행할 수 있다. 그러나, 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다.

일 예로서 모듈은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다. 게다가, 상기 구성요소들 및 모듈들은 디바이스 내에서 하나 또는 그 이상의 CPU를 실행할 수 있다.

본 발명의 일부 실시 예들은 전술한 실시 예의 적어도 하나의 처리 요소를 제어하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 코드/명령을 포함하는 매체 예를 들면, 컴퓨터 판독 가능한 매체를 통해 구현될 수도 있다. 상기 매체는 상기 컴퓨터 판독 가능한 코드의 저장 및/또는 전송을 가능하게 하는 매체/매체들에 대응할 수 있다.

상기 컴퓨터 판독 가능한 코드는, 매체에 기록될 수 있을 뿐 아니라, 인터넷을 통해 전송될 수도 있는데, 상기 매체는 예를 들어, ROM, RAM, CD-ROM, 마그네틱 테이프, 플로피 디스크, 광학 기록 매체, 인터넷을 통한 데이터 전송(data transmission)과 같은 반송파(carrier wave)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 매체는 비일시적인 컴퓨터로 판독 가능한 매체일 수도 있다. 상기 매체들은 분산 네트워크일 수도 있으므로, 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드는 분산 방식으로 저장 및 전송되고 실행될 수 있다. 또한, 더 나아가, 일 예로써, 처리 요소는 프로세서 또는 컴퓨터 프로세서를 포함할 수 있고, 상기 처리 요소는 하나의 디바이스 내에 분산 및/또는 포함될 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 기구부
101: 허리 착용부
102: 지지부
102a: 제1 지지프레임
102b: 제2 지지프레임
103: 관절부
103a: 제1 관절
103b: 제2 관절
103c: 제3 관절
104: 고정부
105: 신발부
110: 구동부
200: 제어부
300 : 팔 동작 검출부

Claims

착용자의 보행 동작을 보조하는 기구부;
착용자의 몸통에 마련되어 상기 착용자의 팔 이동 방향을 검출하는 검출부; 및
상기 검출부를 이용하여 검출된 상기 착용자의 팔 이동 방향에 기초하여 상기 착용자의 보행 의도를 판단하고, 판단된 상기 착용자의 보행 의도에 대응되는 보조 토크를 출력하도록 상기 기구부를 제어하는 제어부
를 포함하는 착용형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 검출부는 상기 착용자의 몸통 한쪽 옆에 마련되는 착용형 로봇.
제2항에 있어서,
상기 검출부는,
상기 착용자의 몸통 앞쪽에 인접하여 배치된 제1 센서; 및
상기 착용자의 몸통 뒤쪽에 인접하여 배치된 제2 센서
를 포함하는 착용형 로봇.
제3항에 있어서,
상기 검출부가 상기 착용자의 몸통 왼쪽 옆에 마련된 경우,
상기 제어부는 상기 제1 센서에서 신호가 검출되면 상기 착용자의 왼쪽 팔이 앞으로 이동한 것으로 판단하고, 상기 제2 센서에서 신호가 검출되면 상기 착용자의 왼쪽 팔이 뒤로 이동한 것으로 판단하는 착용형 로봇.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 착용자의 왼쪽 팔이 앞으로 이동한 것으로 판단되면, 상기 착용자의 왼쪽 다리는 지지하는 동시에 오른쪽 다리를 앞으로 이동시키는데 필요한 보조 토크를 출력하도록 상기 기구부를 제어하는 착용형 로봇.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 착용자의 왼쪽 팔이 뒤로 이동한 것으로 판단되면, 상기 착용자의 오른쪽 팔은 앞으로 이동한 것으로 추정하고, 상기 착용자의 오른쪽 다리는 지지하는 동시에 왼쪽 다리를 앞으로 이동시키는데 필요한 보조 토크를 출력하도록 상기 기구부를 제어하는 착용형 로봇.
제3항에 있어서,
상기 제1 센서 및 제2 센서는 근접 센서, 홀 센서 및 거리 센서 중 적어도 하나를 포함하는 착용형 로봇.
제7항에 있어서,
상기 제1 센서 및 제2 센서가 홀 센서인 경우,
홀 효과를 발생시키기 위해 상기 착용자의 팔에 마련되는 자성체를 더 포함하는 착용형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 검출부는,
상기 착용자의 몸통 한쪽 옆에 마련된 제1 검출부; 및
상기 착용자의 몸통 다른 쪽 옆에 마련된 제2 검출부
를 포함하는 착용형 로봇.
제9항에 있어서,
상기 제1 검출부에 포함되어 상기 착용자의 한쪽 팔의 움직임을 검출하는 제1 센서; 및
상기 제2 검출부에 포함되어 상기 착용자의 다른 쪽 팔의 움직임을 검출하는 제2 센서
를 더 포함하는 착용형 로봇.
제10항에 있어서,
상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 서로 대칭되는 위치에 배치되는 착용형 로봇.
제10항에 있어서,
상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 서로 대각선이 되는 위치에 배치되는 착용형 로봇.
착용자의 팔 움직임을 검출하는 단계;
검출된 상기 팔 움직임에 기초하여 상기 착용자의 팔 이동 방향을 판단하는 단계;
상기 착용자의 팔 이동 방향에 기초하여 상기 착용자의 보행 의도를 판단하는 단계; 및
상기 보행 의도에 대응되는 보조 토크를 출력하는 단계
를 포함하는 착용형 로봇의 제어 방법.
제13항에 있어서,
상기 착용자의 팔 움직임을 검출하는 단계는 상기 착용자의 몸통에 마련된 검출부를 이용하여 수행되는 착용형 로봇의 제어 방법.
제13항에 있어서,
상기 착용자의 팔 이동 방향을 판단하는 단계는,
상기 착용자의 양쪽 팔 중 적어도 한쪽의 팔이 앞으로 이동하는지 또는 뒤로 이동하는지를 판단하는 단계를 포함하는 착용형 로봇의 제어 방법.
제15항에 있어서,
상기 착용자의 보행 의도를 판단하는 단계에서,
상기 착용자의 양쪽 팔 중 적어도 한쪽의 팔이 앞으로 이동하는 경우에는 상기 앞으로 이동하는 팔과 반대쪽에 위치한 다리를 앞으로 이동시키는 것을 상기 착용자의 보행 의도로 판단하는 착용형 로봇의 제어 방법.
제15항에 있어서,
상기 착용자의 보행 의도를 판단하는 단계에서,
상기 착용자의 양쪽 팔 중 적어도 한쪽의 팔이 뒤로 이동하는 경우에는 상기 뒤로 이동하는 팔과 같은 쪽에 위치한 다리를 앞으로 이동시키는 것을 상기 착용자의 보행 의도로 판단하는 착용형 로봇의 제어 방법.