KR20150139505A

KR20150139505A - 매니퓰레이터 기구

Info

Publication number: KR20150139505A
Application number: KR1020157025104A
Authority: KR
Inventors: 조스 메우레만
Original assignee: 무그 비브
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-12-11
Also published as: CA2906261A1; CN105121101A; AU2014247305B2; CN105121101B; GB201305989D0; US10449669B2; JP6180618B2; EP2981396B1; WO2014161726A1; CA2906261C; AU2014247305A1; US20160031079A1; JP2016522090A; EP2981396A1

Abstract

예를 들어, 걸음걸이 훈련을 위한 매니퓰레이터(110)는 2차원 작업 공간을 제공하기 위해 추가적인 자유도를 가진 에반스 기구로부터 구성된다.

Description

매니퓰레이터 기구{MANIPULATOR MECHANISM}

본 발명은 매니퓰레이터(manipulator)에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 본 발명은 단부 작용기(end effector)를 포함한 2 자유도 매니퓰레이터와 관련되고, 상기 단부 작용기는 평면의 작업 공간에서 사실상 수직인 두 개의 직선 방향들을 따라 분리되는 방향(uncoupled sense)으로 이동할 수 있다.

2 자유도 매니퓰레이터는 다수의 용도를 가진다. 예를 들어, 상기 매니퓰레이터들은 로봇 암(robot arm) 또는 기계 공구와 같은 단부 작용기의 조종작업에서 이용되어 대상물을 집어 올리고 배열하거나 부품에 대해 제조작업을 수행한다.

2 자유도 매니퓰레이터는, 재활훈련이 시행되는 환자에게 지지 및/또는 보조 하중을 제공하기 위해 재활 로봇을 이용할 때, 적용될 수 있다. 상기 매니퓰레이터는 대상자의 신체 부분에 부착되고 걸음걸이 훈련과 같은 재활 훈련과정 동안 보조하중 및 지지력(support)를 제공하기 위해 이용될 수 있다.

예를 들어, 2 자유도 매니퓰레이터는 대상자의 골반에 연결되어 대상자의 중량을 지탱할 수 있고 미리 정해진 걸음걸이 신호를 제공하여 보행을 보조할 수 있다. 상기 매니퓰레이터는 문헌 제 US 2007/0016116호에 도시된다. 상기 문헌에서, 공압으로 구동되는 한 쌍의 매니퓰레이터들이 실린더들의 장치를 이용하여 대상자의 골반으로 하중을 발생시킨다. 특히, 대상자의 전후 운동(fore- aft)은 전후 방향으로 장착된 공압 실린더들에 의해 제공되고, 횡 방향 운동은 횡 방향으로 배열된 공압 실린더들에 의해 제공된다. 상기 장치가 가지는 문제점에 의하면, 횡 방향 실린더들 때문에 매니퓰레이터의 폭이 커진다. 그 결과, 설치작업이 어려워지고, 횡 방향으로 연장되는 공압 실린더들은 정상적인 걸음걸이 운동시 대상자의 팔과 충돌할 수 있다. 또한, 매니퓰레이터의 크기에 비해 작업 공간은 매우 작다.

2차원 카테시안 미끄럼 경로(slideway)를 포함한 종래기술의 2 자유도 매니퓰레이터에 의하면, 상기 미끄럼 경로내에서 캐리지(carriage)가 제1 레일상에서 제1 방향으로 미끄럼운동하고, 상기 제1 레일은 평행한 두 개의 또 다른 레일들사이에서 제1방향과 수직인 제2방향으로 미끄럼 운동할 수 있다. 상기 시스템들은 문제점을 가진다.

한 가지 문제점에 의하면, 상기 작업 공간을 둘러싸는 장비는 상당한 크기를 가진다. 이것은 일반적으로, 상기 매니퓰레이터와 공작물 또는 대상자가 충돌할 수 있기 때문에 여러 적용예들에서 바람직하지 못하고, 매니퓰레이터가 걸음걸이 훈련을 위해 이용되는 경우에 상기 레일들은 대상자의 팔과 충돌할 수 있다.

상기 시스템이 가지는 또 다른 문제점에 의하면, 부품들사이에 형성된 미끄럼 조인트들은 마모되고 오염되기 쉽기 때문에 일반적으로 바람직하지 못하다.

또한, 상기 시스템에서 상기 캐리지를 상기 제1 레일상에서 이동시키기 위해 모터가 제공된다. 상기 제1 레일에 부착되고 상기 캐리지를 이동시키기 위해 배열되는 모터가 구성되면 제1 레일은 높은 관성을 가져서 평행한 레일들위를 이동할 때 바람직하지 못하다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하거나 적어도 감소시키는 것이다.

본 발명의 제1 특징에 의하면,

직선의 에반스 기구를 형성하기 위해 배열된

프레임,

제1 링크,

제2 링크 및,

제1 커플러를 포함하여 제1 커플러상의 위치가 궤적의 일부분에 대해 제1 방향으로 직선을 형성하는 매니퓰레이터로서,

상기 제2 링크는 크랭크에 의해 상기 프레임에 부착되어, 크랭크의 작동은 제1 커플러상의 상기 위치를 제1방향과 수직인 제2방향으로 이동시키는 매니퓰레이터가 제공된다.

본 발명을 따르는 에반스 기구내에서 구동기 암(driver arms)들 중 한 개의 장착된 단부에 추가의 자유도가 제공된다. 추가된 크랭크의 작동에 의해 상기 에반스 기구가 가지는 정상적인 선형 자유도와 수직인 자유도를 가진 운동이 제공된다. 상기 배열은 많은 장점들을 가진다. 우선, 기구의 대부분이 작업공간 위부에 배열되고 작업 공간의 후방에 배열된다. 다음에, 상기 배열은, 종래기술에 따르는 선형 조인트(linear joints)들이 가지는 문제점을 가지지 않는 회전 조인트만을 이용한다.

본 발명의 선호되는 실시예에 의하면, L1은 커플러의 회전축 및 크랭크의 회전축사이에서 제2 링크를 따라 형성된 거리이고,

L2는 제1 링크의 회전축 및 커플러의 회전축사이에서 커플러를 따라 형성된 거리이며,

L3는 커플러의 회전축 및 최종 위치사이에서 커플러를 따라 형성된 거리이고,

L2는, L2² = L1 * L3에 의해 결정된 값의 10% 내에 있도록 상기 매니퓰레이터가 구성된다.

그 결과 최종 위치가 형성하는 상당 부분의 운동은 직선과 매우 유사하다.

상기 기구는 제1 모터를 가지고 상기 매니퓰레이터와 관절 연결되도록 구성되어 상기 제1 커플러상의 위치를 상기 제1방향으로 이동시키는 제1 작동 조립체를 포함하는 것이 선호된다. 상기 제1 작동 조립체는 제1 작동 조립체의 크랭크에 의해 구동되는 제3링크를 포함하고, 상기 크랭크는 제1 모터에 의해 구동되며, 상기 제1 커플러를 구동하기 위해 상기 제3링크가 상기 제1 모터내에 배열되는 것이 선호된다.

상기 제3 링크는 상기 제1 링크 및 제2 링크사이에서 상기 제1 커플러에 부착되는 것이 선호된다.

상기 매니퓰레이터는, 상기 제1 커플러에 연결되고 제1 커플러와 함께 이동하도록 구성된 제2 커플러 및,

상기 제1 및 제2 커플러들을 연결하는 최종 작동기를 포함하는 것이 선호된다.

그 결과 더욱 안정된 기구가 제공되고 점 하중뿐만 아니라 토크를 전달하는 최종 작동기가 이용될 수 있다. 상기 제1 및 제2 커플러들은 상기 최종 작동기로부터 떨어진 커플러 연결기에 의해 연결되는 것이 선호된다. 상기 제1 및 제2 커플러들은 최종 작동기 및 커플러 연결기에 의해 연결되어 평행한 링크구조의 두 개의 평행 측부들을 형성하는 것이 선호된다.

상기 매니퓰레이터는 상기 제2 커플러에 연결된 추가의 제2 링크를 포함하고, 상기 제2 링크는 또 다른 크랭크에 의해 상기 프레임에 부착되어, 상기 크랭크의 작동은 상기 제2 커플러상의 위치를 제2 방향을 따라 사실상 직선으로 이동시킨다.

상기 크랭크와 상기 추가의 크랭크는 동기화된 운동을 위해 배열되는 것이 선호된다. 상기 크랭크와 상기 추가의 크랭크는 공통의 작동 조립체에 의해 구동될 수 있고, 상기 제1 모터는 공통의 푸시 로드에 의해 상기 크랭크와 상기 추가의 크랭크를 구동할 수 있다.

본 발명을 따르는 예시적인 실시예가 하기 도면들을 참고하여 설명된다.

도 1은 공지된 에반스 기구를 개략적으로 도시한 측면도.
도 2는, 본 발명을 따르는 제1 기구를 개략적으로 도시한 측면도.
도 3a 내지 도 3e는 도 2에 도시된 기구의 운동 범위를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는, 본 발명을 따르는 제2 기구를 개략적으로 도시한 측면도.
도 5는 도 4에 도시된 기구의 적용예를 개략적으로 도시한 측면도.

도 1을 참고할 때 공지된 에반스 기구(Evans mechanism)(10)가 개략적으로 도시된다. 상기 에반스 기구(10)는, 이용시 고정되는 프레임(12)을 포함한다. 도 1에 도시된 프레임(12)의 서로 다른 영역들이 서로 강하게 부착된다.

제1 링크(14)가 제공되고, 상기 제1 링크(14)의 제1 단부에 위치한 제1 조인트(16)에서 상기 프레임(12)에 상기 제1 링크가 피봇회전하게 연결된다.

커플러(coupler)(18)가 제공되고, 상기 커플러는 제2 회전 조인트(20)에 의해 상기 제1 링크(14)의 제2 단부 및 상기 커플러(18)의 제1 단부에 피봇회전하게 연결된다.

제2 링크(22)는, 제2 링크의 제1 단부에서 제3 회전 조인트(24)에 의해 프레임(12)과 피봇회전하게 연결된다. 상기 제2 링크(22)의 제2 단부는 제4 회전 조인트(26)에 의해 상기 커플러(18)와 피봇회전하게 연결된다.

도 1에서 L1은, 제2 링크(22)상에서 제3 및 제4 조인트(24,26)들사이에 형성되는 거리이다. L2는 상기 커플러(18)상에서 상기 제2 조인트(20)로부터 제4 조인트(26)까지 형성된 거리이고, L3은 상기 제 4 조인트(26) 및 최종 위치(28)(즉, 조종되어야 하는 위치)사이에 형성된 거리이다. 상기 기구는, L2² = L1 * L3 이 되도록 구성되어 상기 최종 위치(28)를 위한 가장 정확한 직선 운동을 제공한다.

상기 링크(14,22)들을 상기 프레임(12)과 연결시키는 제1 회전 조인트(16) 및 제 3 회전 조인트(24)들이 서로 떨어져 위치한다. 또한, 회전 조인트(16,20,24,26)들은, 상기 제1 및 제2 링크(14,22)들이 서로 대략 90도를 형성하도록 배열된다.

상기 프레임(12), 제1 및 제2 링크(14,22)와 상기 커플러(18)는 종래기술에서 에반스 기구( Evans mechanism)로서 알려진 네 개의 막대 링크 기구를 형성한다. 상기 커플러(18)는 상기 제1 회전 조인트(20)로부터 제4 회전 조인트(26)를 지나 최종 위치(28)까지 연장된다. 상기 제1 링크(14)가 상기 제1 회전 조인트(14) 주위에서 시계방향으로 회전하고, 제2 링크(22)가 제3 회전 조인트(24) 주위를 회전할 때 상기 최종 위치(28)는 방향(D1)으로 선형운동을 형성한다.

(L2² = L1* L3에 의해 설명되는) 기구의 기하학에 의하면, 작동하는 동안 상기 최종 위치(28)가 가지는 궤적의 상당한 부분에 대해 사실상 직선 운동이거나 대략적으로 직선 운동이 관찰된다. 상기 기구가 도 1에 도시된 위치를 훨씬 초과하여 작동하여 상기 최종 위치(28)의 경로는 직선 방향(D1)으로부터 떨어져 벗어나게 되지만 상기 기구가 가지는 상당한 비율의 운동과정동안 휘어지면, 상기 경로는 직선을 형성한다. 따라서, 상기 에반스 기구는 또한 "직선 기구(straight line mechanism)"라고 알려져있다.

상기 에반스 기구는 몇 가지 방법으로 작동될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 상기 에반스 기구(10)는 별도의 작동 조립체(30)에 의해 작동된다.

상기 작동 조립체(30)는, 상기 프레임(12)에 장착되는 제1 모터(32)를 포함한다. 상기 모터(32)는, 크랭크(34)가 주위에서 구동되는 제5회전 조인트(36)를 형성한다. 제3 링크(38)가 제6회전 조인트(40)에 의해 상기 크랭크(34)의 자유 단부와 연결되고 제7회전 조인트(42)에서 상기 커플러와 연결된다. 상기 제7 회전 조인트(42)는 상기 커플러(18)상에서 상기 제4 회전 조인트(26) 및 제2 회전 조인트(20)사이에 배열된다. 작동 조립체(30)를 이용하여, 상기 모터(32)는 상기 크랭크(34)를 구동하고 다음에 제3 링크(38)에 의해 상기 커플러(18)를 가압하거나 끌어당겨서 상기 에반스 기구를 작동시키고 상기 최종 위치(28)를 방향(D1)으로 구동한다.

다른 형태의 작동 조립체가 가능하며, 예를 들어, 상기 제1 또는 제2 링크(14,22)의 회전운동이 상기 제1 또는 제3 회전 조인트(16, 24)에 모터를 제공하여 형성될 수 있다. 상기 조인트(16)에 모터를 제공하는 것은 운동 범위에 따라 문제를 일으킬 수도 있다. 상기 커플러(18)와 제2 링크(22)가 평행하게 배열되는 위치에서 상기 조인트(16)의 회전운동은 상기 조인트의 회전 중심에서 토크에 의해 불가능할 수 있다.

도 1의 에반스 기구는 1 자유도의 매니퓰레이터로서 이용될 수 있다. 본 발명에 의해 2 자유도 기구가 제공된다. 이것은 도 2에 도시된 장치에 의해 달성된다. 도 2에 도시된 도면부호들은 공통의 특징부들에 대해 도 1에 도시된 도면부호들과 유사하며 100이 추가된다.

본 발명을 따르는 2 자유도 기구(110)는, 프레임(112), 제1 회전 조인트(116)에 의해 상기 프레임(12)과 연결되고 제2 회전 조인트(120)에 의해 커플러(118)와 연결되는 제1 링크(114)를 포함한다. 제2 링크(122)는 제4 회전 조인트(126)에 의해 상기 커플러(118)와 연결된다. 작동 조립체(30)와 사실상 유사한 작동 조립체(130)는 제1 모터(132)를 가지고, 상기 제1 모터는 제5 회전 조인트(136), 상기 모터에 의해 구동되는 제1 크랭크(134) 및 상기 크랭크상의 제6 회전 조인트(140) 및 상기 커플러(118)상의 제7 회전 조인트(142)사이에 연결된 제3 링크(138)를 형성한다.

상기 제2회전 링크(122)는, 상기 프레임(12)에 직접 부착되는 대신에, 제3 회전 조인트(124)에서 제2 크랭크(144)에 연결되고 다음에 상기 크랭크는 상기 프레임(112)에 장착된 제2 모터(146)에 의해 구동되며, 상기 제2 모터는 제8 회전 조인트(125)를 형성한다.

상기 제2 크랭크(144)가 정지된 위치에 있을 때, 기구(110)는 사실상 도 1의 에반스 기구와 동일하게 작동한다. 상기 기구가 제1 모터(132)에 의해 작동될 때, 상기 커플러(118)의 최종 위치(128)는 방향(D1)으로 이동한다.

도 2를 참고할 때 L1은, 상기 제2 링크(122)에서 제3 및 제4 조인트(134,126)들사이에 형성된 거리이다. L2는 상기 커플러(118)상에서 상기 제2 조인트(120)로부터 제4 조인트(126)까지 형성된 거리이고, L3은 상기 제4 조인트(126) 및 상기 최종 위치(128) (조종되어야 하는 위치)사이에 형성된 거리이다. 상기 기구는, L2² = L1 * L3 이 되도록 구성되어 상기 최종 위치(128)를 위한 가장 정확한 직선 운동을 제공한다.

그러나 상기 제2 크랭크(144)는, 사실상 방향(D1)과 수직인 방향(D2)을 따라 상기 커플러(118)의 최종 위치(128)를 이동시키기 위해 구동될 수도 있다. 따라서, 상기 최종 위치(128)가 두 개의 정상적인 방향(normal direction)을 따라 선형으로 운동하는 이차원 작업 공간(W)이 형성된다.

도 2에 도시된 위치 주위의 운동범위에 대하여 D1 및 D2는 사실상 직선이고 수직이다. 상기 작업 공간(W)으로부터 벗어나는 운동은 점진적으로 작은 직선 거동을 발생시킨다.

도 3a를 참고할 때, 도 2의 기구와 유사한 기구가 도시되고, 기구의 운동범위는 제1 및 제2 크랭크(134, 144)들의 양쪽 자유도들이 가지는 유한 갯수의 각도들에 걸쳐서 형성된다. 도 3을 참고할 때 상기 제1 크랭크(134)는 상기 링크(114)와 동일한 위치에서 프레임(12)에 부착되지만, 이것은 상기 기구의 운동학에 상당한 영향을 주지 못한다.

각(φ1)은 제1 크랭크(134)가 도 3a에 도시된 중심위치로부터 형성되는 각도를 나타내고, 각(φ2)은 제2 크랭크(144)가 도 3a에 도시된 중심위치로부터 형성되는 각도를 나타낸다.

도 3a은 작업 공간(W) 내부의 한 위치에 있는 기구(110)를 도시한다. 도 3b를 참고할 때, 상기 작업 공간(W)의 제1 코너에서 상기 기구(110)가 배열되는 위치를 지나서 최종 위치(128)의 운동은 상대적으로 덜 선형적이다. 도 3b의 위치에서 각(φ1은 -30도이고 각(φ2)은 40도이다. 유사하게, 도 3c에서(φ1 = -30, φ2= -40), 도 3d( φ1= 30, φ2= 40) 및 도 3e(φ1= 30, φ2= -40)에서 운동이 발생하려는 순간에 있는 기구(110)가 도시되고, 이후에 상기 기구의 운동은 상당히 덜 선형적으로 형성되고 즉, 정의된 작업 공간(W)을 벗어난다.

각각의 도 3a 내지 도 3c의 격자선들로부터 알 수 있듯이, 상기 최종 위치(128)의 운동은 상대적으로 선형적이고 상기 카테시안 미끄럼 매니퓰레이터와 같은 2 자유도 매니퓰레이터에 대한 양호한 근사치를 제공한다.

도 2 및 도 3a 내지 도 3e에 도시된 실시예에서, 푸시 로드(pushrod)를 상기 최종 위치(128)에 대해 (상기 기구(110)로부터 멀어지는) 방향(D1)으로 부착하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 걸음걸이 재활 로봇에서, 상기 푸시 로드는 대상자의 등 하부에 부착될 수 있다. 상기 설명과 같이, 상기 로봇들은 대상자를 안내해야 하고 따라서 대상자로부터 기구로 작용하는 하중을 견뎌야 한다.

상기 푸시 로드를 제공하기 위해, 상기 최종 위치의 회전운동을 구속하거나 작용 위치(effective point)를 상기 기구 외측에 배열하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 도 4를 참고할 때, 최종 작동기(end effector)의 회전운동을 구속하여 푸시 로드에 의해 대상자로부터 작용하는 하중에 대해 더욱 양호하게 응답하는 기구(210)가 도시된다. 상기 기구는 도 2에 도시된 기구(110)와 공유하는 일부 부품들을 가진다. 상기 부품들이 100이 추가된 도면부호들을 가진다.

기구(210)는, 제 1 단부에서 제1 회전 조인트(216)에 의해 피봇회전하게 부착되고 제2 단부에서 제2 회전 조인트(220)에 의해 제1 커플러(218)에 부착되는 프레임(212)을 포함한다.

제 2 링크(222)는 제3 회전 조인트(224)에 의해 (아래에서 상세하게 설명되는) 제1 록커(rocker)(248)에 연결되고 제4 회전 조인트(226)에 의해 제1 커플러(218)에 연결된다. 상기 기구(110)에서와 같이, 작동 조립체(230)는 제5 회전 조인트(236)를 형성하는 제1 모터(232), 상기 제1 모터(232)에 의해 구동되는 제1 크랭크(234) 및 제6 회전 조인트(240)에 의해 크랭크(234)에 연결되고 제7 회전 조인트(242)에 의해 커플러(218)에 연결되는 제3 링크(238)를 포함한다.

프레임(212)과 연결되고 제8 회전 조인트(225)를 형성하는 모터(254)를 포함한 제2 작동 조립체(252)가 제공된다. 상기 조립체(252)는, 크랭크(256) 및 제9 회전 조인트(259)에 의해 크랭크(256)에 연결된 푸시 로드(258)를 포함한다.

제1 록커(248)는, 회전운동을 위해 제10 회전 조인트(250)에 의해 프레임(21)에 장착되는 부재이다. 상기 제1 록커(248)는, 푸시 로드(258)에 의해 제10 회전 조인트(250) 주위에서 회전하며 구동되고, 상기 푸시 로드는 제11 회전 조인트(260)에 의해 상기 제1 록커(248)에 연결된다. 상기 제1 록커(248)상의 각 조인트(224, 250, 260)들은 서로 이격되어 삼각형의 정점을 형성한다.

상기 제1 록커와 동일하지만 제1 록커로부터 떨어져 위치한 제2 록커(262)가, 제12 회전 조인트(264)에 의해 상기 프레임(212)에 부착된다. 푸시 로드(258)는 상기 제1 록커(248)를 지나 연장되어 제13 회전 조인트(265)에서 상기 제2 로커(262)를 구동한다. 상기 제2 로커는 또한 아래에서 설명되는 제14 회전 조인트(276)를 포함한다.

상기 제1 커플러(218)와 평행하고 일반적으로 오프셋 배열된 제2 커플러(266)가 제공된다. 상기 제2 커플러(266)는 제1 중간 링크(268) 및 최종 작동기(284)(즉 푸시 로드)에 의해 제1 커플러(218)와 연결되어 평행한 링크구조를 형성(즉, 마주보는 부재들이 항상 평행하게 배열)한다. 제1 중간 링크(268)는 조인트(220)와 근접한 위치에서 제15 회전 조인트(270)에 의해 제1 록커(218)과 연결되고 제16 회전 조인트(272)에 의해 제2 록커(262)와 연결된다. 제14 회전 조인트(276)에 의해 제2 록커(262)에 부착되고 제17 회전 조인트(278)에 의해 제2 커플러(266)에 연결되는 제4 링크(274)에 의해 상기 제2 커플러(266)가 구동된다.

최종 작동기(284)는 제18 회전 조인트(228)에 의해 제1 커플러(218)와 연결되고 제19 회전 조인트(280)에 의해 제2 커플러(266)와 연결된다.

이용시, 상기 기구(210)는 도 2의 기구와 매우 동일하게 작동될 수 있다. 제2 모터(254)가 정지상태에 있을 때, 제1 모터(232)는 정상적인 에반스 기구에 따라 즉 선형 방향(D1)으로 최종 작동기(284)를 구동한다. 두 개의 커플러(218,266)들이 제1 중간 부재(268) 및 최종 작동기(284)에 의해 구속되기 때문에, 상기 두 개의 커플러들은 운동 범위에 걸쳐서 평행한 상태로 유지된다.

제2 및 제4 링크(222,274)들을 통해 수직하중을 제공하기 위해 상기 록커(248,262)들을 구동하는 모터(254)에 의해 방향(D2)으로 운동이 제공된다. 상기 장치가 가지는 장점에 의하면, 상기 최종 작동기(284)는 방향(D1과 평행하고 수평으로 유지되어 최종 작동기는 모든 회전운동을 원하는 대로 견딜 수 있다. 다시 말해 기구(210)는 상기 최종 작동기(284)상의 모든 위치에 하중을 작용할 수 있다. 상기 기구는 원하는 위치에 작동위치를 제공하기 위한 적합한 모든 형상을 가질 수 있다. 상기 시스템은 또한 본질적으로 강한 구조를 가져서 유리하다.

상기 록커(248,262)를 대신해서 동기화된 한 쌍의 모터/크랭크 조립체들이 이용될 수 있다.

도 5를 참고할 때, 상기 기구(210)는 재활환자를 위한 하니스(harness)(300)에 연결된다. 상기 기구(210)는 도시된 것처럼 수평면상에 배열되어, 대상자 또는 환자의 키는 지면과 수직으로 위치한다. 따라서, 방향(D1)은 대상자의 전후 방향이고 방향(D2)은 좌우측 방향이다. 상기 프레임(212)은 상기 대상자가 운동기구(treadmill)위에서 보행할 때 정지된 상태로 제공되거나 선택적으로 이동할 수 있어서 환자 또는 대상자가 보행할 수 있다. 특히 걸음걸이 재활훈련시, 상기 시스템들은 환자를 지지하거나 원하는 대로 입력 하중을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 특히, 본 발명의 기구는 입장 제어(admittance control)를 이용하는 시스템과 이용하기에 특히 적합하여 상기 기구는 효과적으로 "투명"하거나 원하는 대로 원기 회복을 위한 하중 또는 입력 하중을 제공하도록 구성될 수 있다.

110,210.......매니퓰레이터,
112,212.......프레임,
114,214.......제1 링크,
122,222.......제2 링크,
118,218.......제1 커플러,
128,228.......위치,
144,248.......크랭크.

Claims

직선의 에반스 기구를 형성하기 위해 배열된
프레임(112, 212),
제1 링크(114, 214),
제2 링크(122,222) 및,
제1 커플러(118, 218)를 포함하여 제1 커플러상의 위치(128,228)가 궤적의 일부분에 대해 제1 방향(D1)으로 직선을 형성하는 매니퓰레이터로서,
상기 제2 링크(122,222)는 크랭크(144, 248)에 의해 상기 프레임에 부착되어, 크랭크의 작동은 제1 커플러상의 상기 위치를 제1 방향과 수직인 제2 방향(D2)으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터(110,210).
제 1 항에 있어서, L1은 커플러(118,218)의 회전축 및 크랭크(144,248)의 회전축사이에서 제2 링크(122,222)를 따라 형성된 거리이고,
L2는 제1 링크(114,214)의 회전축 및 커플러의 회전축사이에서 커플러(118,218)를 따라 형성된 거리이며,
L3는 커플러(118,218)의 회전축 및 최종 위치(128, 228)사이에서 커플러(118,218)를 따라 형성된 거리이고,
L2는, L2² = L1 * L3에 의해 결정된 값의 10% 내에 있도록 상기 매니퓰레이터가 구성되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제1 모터(132, 232)를 가지고 상기 매니퓰레이터와 관절연결되도록 구성되어 상기 제1 커플러상의 위치를 상기 제1 방향으로 이동시키는 제1 작동 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
제 3 항에 있어서, 상기 제1 작동 조립체는 제1 작동 조립체의 크랭크(134, 234)에 의해 구동되는 제3 링크(138, 238)를 포함하고, 상기 크랭크는 제1 모터(132, 232)에 의해 구동되며, 상기 제1 커플러를 구동하기 위해 상기 제3 링크가 상기 제1 모터내에 배열되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
제 4 항에 있어서, 상기 제3 링크는 상기 제1 링크(114,214) 및 제2 링크(122,222)사이에서 상기 제1 커플러(118,218)에 부착되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
전항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 커플러(218)에 연결되고 제1 커플러와 함께 이동하도록 구성된 제2 커플러(266) 및,
상기 제1 및 제2 커플러들을 연결하는 최종 작동기(284)를 포함하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
제 6 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커플러들은 상기 최종 작동기로부터 떨어진 커플러 연결기(268)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
제 7 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커플러(218,266)들은 최종 작동기(284) 및 커플러 연결기(268)에 의해 연결되어 평행한 링크구조의 두 개의 평행 측부들을 형성하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
제 6 항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 커플러(266)에 연결된 추가의 제2 링크(274)를 포함하고, 상기 제2 링크(274)는 또 다른 크랭크(262)에 의해 상기 프레임에 부착되어, 상기 크랭크의 작동은 상기 제2 커플러상의 위치를 제 2 방향(D2)을 따라 사실상 직선으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
제 9 항에 있어서, 상기 크랭크(248)와 상기 추가의 크랭크(262)는 동기화된 운동을 위해 배열되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
제 9항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 크랭크(248)와 상기 추가의 크랭크(262)는 공통의 작동 조립체에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
제11항에 있어서 제4항을 따를 때, 상기 제1 모터는 공통의 푸시 로드(258)에 의해 상기 크랭크(248)와 상기 추가의 크랭크(262)를 구동하는 것을 특징으로 하는 매니퓰레이터.
전항들 중 어느 한 항을 따르는 매니퓰레이터를 포함한 재활 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항을 따르는 매니퓰레이터를 포함한 걸음걸이 훈련장치.
첨부된 도면들을 따르거나 참고하여 설명되는 매니퓰레이터, 재활 장치 및/또는 걸음걸이 훈련장치.