KR20160023955A

KR20160023955A - 착용형 로봇

Info

Publication number: KR20160023955A
Application number: KR1020140108840A
Authority: KR
Inventors: 유호; 한경룡; 최일섭
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2016-03-04
Also published as: KR101630929B1; CN105364908A; US9623554B2; US20160052127A1; CN105364908B

Abstract

본 발명은 로봇몸체의 동작 시 로봇몸체의 자세를 유지시키는 고관절수단을 구비하는 착용형 로봇에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 착용형 로봇은 로봇몸체와, 상기 로봇몸체의 양측에 배치되어 상기 로봇몸체를 이동시키는 보행형 주행수단, 그리고 상기 로봇몸체에 구비되고 상기 주행수단이 양측에 체결되어 상기 주행수단의 움직임에 대응하여 상기 로봇몸체의 자세를 유지시키는 고관절수단을 포함한다. 이러한 구성으로, 동작 시 로봇몸체의 자세를 유지할 수 있어 보다 안정적으로 로봇을 운용할 수 있고, 로봇의 자세를 안정적으로 유지하여 사용자의 안전을 보장할 수 있어 작업능률을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

착용형 로봇{WEARABLE ROBOT}

본 발명은 착용형 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇몸체의 동작 시 로봇몸체의 자세를 유지시키는 고관절수단을 구비하는 착용형 로봇에 관한 것이다.

최근 들어 사용자가 착용하여 이용할 수 있는 착용형 로봇이 개발되고 있다. 착용형 로봇이라 함은 근력지원로봇이나 의료용 재활로봇 등이 그 좋은 예가 된다.

근력지원로봇은 착용형 로봇으로서 사용자와 협업하여 작업을 수행할 수 있는 장치이다. 사용자의 근력을 보조하거나 증강시켜 고 하중물 작업에 적용할 수 있고, 작업자의 근 골격계 질환을 예방한다.

착용형 근력 보조 혹은 증강 로봇은 제철소 전로(Converter)의 전로 축조 과정에 적용될 수 있다. 전로의 내부에는 수만개의 내화 벽돌을 쌓아 고온의 쇳물로부터 전로의 내벽을 보호한다. 전로의 바닥부와 중간부는 축조 장치가 있기 때문에 이를 이용하여 내화물을 쌓지만 제일 윗부분(cone)에서는 축조 장치를 활용할 수가 없어 모든 벽돌을 사람의 힘으로만 의존하여 쌓고 있다. 내화물의 무게는 약 25 ~ 50 Kg 정도이며 수천개의 내화 벽돌을 들고 이동하는 과정 중에 작업자의 근골격계 질환이나, 안전 사고가 발생할 수 있는 위험을 내재하고 있다.

이를 보조하기 위하여 착용형 근력지원로봇이 내화물 축조 작업에 적용될 수 있는데, 근력지원로봇의 양팔 끝에 공압을 이용한 흡착기를 이용하여 내화물을 파지한 후 이동하는 것이다.

도 1은 이러한 착용형 로봇을 개략적으로 도시해 보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 착용형 로봇(1)은 사용자(p)가 착용할 수 있는 몸체(2)와 사용자(p)의 움직임에 대응하여 움직일 수 있도록 복수 개의 관절부가 마련되어 있다. 그리고, 착용형 로봇(1)의 양팔(3) 끝에 공압을 이용하여 내화물(m)을 흡착하여 이송할 수 있는 흡착기(4)를 구비하고 있다. 이러한 구성으로 상기 흡착기(4)에 고 하중의 내화물(m)을 흡착하여 설치 장소로 이동한 후 원하는 위치에 설치할 수 있다.

하지만, 상기 착용형 로봇을 이용하는 경우 그 관절 자유도가 사람의 자유도만큼 자유롭지 않아서 내화물을 들어올리고, 이동하고, 내려놓는 움직임에는 그 한계점을 보여준다.

특히, 고 하중물인 내화물을 들고 이동을 하는 경우에 하지부가 흔들림에 따라 상지부도 같이 흔들리게 되어 중심을 잃고 넘어지는 현상이 많이 발생한다. 허리나 엉덩이가 고정되어 있는 경우에 하지부가 흔들리면 이에 연결된 상지부는 더 많이 흔들리게 되는 문제점이 있다.

도 2는 착용형 로봇의 동작 상태를 개략적으로 도시해 보인 도면이다. 도 2를 참조하면, (a)는 착용형 로봇이 일반적인 기립상태이고, (b)는 한쪽으로 기울어져 있는 상태이고, (c)는 보행하는 상태이다. 도 2의 (b)에서 하지부가 한쪽으로 기울어지면 전체적인 로봇몸체의 무게중심이 기울어진 쪽으로 이동하게 되어 균형을 유지하기 어렵다. 도 3의 (c)에서 착용형 로봇이 보행하는 경우 들어올려진 다리의 반대 다리 쪽으로 기울어지면서 무게중심이 이동하게 되어 전체적인 균형을 유지하기 어려운 문제점이 있다.

상기와 같이 근력지원로봇의 상지부가 흔들리는 현상을 방지하기 위하여 하지부의 좌우 움직임을 의도적으로 제한하면 자연스러운 무게 중심의 이동을 하기가 어렵고 또한 보행 동작을 만들어 내기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 탄성력을 구비하는 고관절수단을 마련하여 동작 시 로봇몸체의 자세를 유지할 수 있는 착용형 로봇을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용형 로봇은, 로봇몸체; 상기 로봇몸체의 양측에 배치되어, 상기 로봇몸체를 이동시키는 보행형 주행수단; 및 상기 로봇몸체에 구비되고 상기 주행수단이 양측에 체결되어, 상기 주행수단의 움직임에 대응하여 상기 로봇몸체의 자세를 유지시키는 고관절수단;을 포함한다.

상기 고관절수단은, 상기 주행수단이 각각 체결되는 제1 프레임 및 제2 프레임; 및 상기 로봇몸체에 체결되고 상기 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 체결되어, 상기 제1 프레임과 제2 프레임이 지면에 대하여 수직한 상태를 유지하도록 탄성력을 부가하는 탄성부;를 구비한다.

상기 탄성부는, 지면에 대하여 평행하도록 상기 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 회동되게 설치되는 제1 링크부재; 상기 제1 링크부재에 평행하도록 상기 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 회동되게 설치되는 제2 링크부재; 및 상기 제1 링크부재와 제2 링크부재 간을 체결하는 탄성부재;를 구비할 수도 있다.

그리고, 상기 탄성부재는, 상기 제1 링크부재와 제2 링크부재에 대하여 수직한 방향으로 체결될 수도 있다.

또한, 상기 탄성부재는, 상기 제1 링크부재와 제2 링크부재가 서로 다른 방향으로 이동하면, 탄성력에 의하여 상기 제1 링크부재와 제2 링크부재가 원위치로 회복되도록 작동할 수도 있다.

나아가, 상기 탄성부재는, 일정한 간격으로 복수 개로 체결될 수도 있다.

이와 더불어, 상기 제1 링크부재 또는 제2 링크부재 중 적어도 어느 하나는, 상기 로봇몸체와 체결되는 체결부;를 구비할 수도 있다.

본 발명에 의한 착용형 로봇에 따르면, 탄성력을 구비하는 고관절수단을 마련하여 동작 시 로봇몸체의 자세를 유지할 수 있어 보다 안정적으로 로봇을 운용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명에 의하면, 착용형 로봇의 자세를 안정적으로 유지하여 사용자의 안전을 보장할 수 있어 작업능률을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 흡착기를 구비한 착용형 로봇을 개략적으로 도시해 보인 사시도,
도 2는 종래의 착용형 로봇의 동작 상태를 개략적으로 도시해 보인 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 착용형 로봇을 개략적으로 도시해 보인 정면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 착용형 로봇의 요부를 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 사시도,
도 5는 도 4에 도시해 보인 구성을 분리하여 개략적으로 도시해 보인 분리 사시도,
도 6의 (a)는 도 4에 도시해 보인 구성의 제1 동작 상태를 개략적으로 도시해 보인 동작 상태도,
도 6의 (b)는 도 4에 도시해 보인 구성의 제2 동작 상태를 개략적으로 도시해 보인 동작 상태도이다.

본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 착용형 로봇에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 고관절수단이 구비된 착용형 로봇을 개략적으로 도시해 보인 도면이다. 그리고, 도 4는 상기 고관절수단을 개략적으로 도시해 보인 사시도 이고, 도 5는 상기 고관절수단을 분리하여 개략적으로 도시해 보인 분리 사시도이며, 도 6의 (a) 및 (b)는 고관절수단의 동작 상태를 도시해 보인 동작 상태도이다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 의한 착용형 로봇(10)은 로봇몸체(200)와, 상기 로봇몸체(200)의 양측에 배치되어 상기 로봇몸체(200)를 이동시키는 보행형 주행수단(300), 그리고 상기 로봇몸체(200)에 구비되고 상기 주행수단(300)이 양측에 체결되어 상기 주행수단(300)의 움직임에 대응하여 상기 로봇몸체(200)의 자세를 유지시키는 고관절수단(100)을 포함한다.

상기 로봇몸체(200)는 사용자가 착용할 수 있도록 마련된다. 도 3에는 로봇몸체(200)를 본 발명의 주요특징이 잘 개시될 수 있도록 간략히 도시하였지만, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자가 착용할 수 있도록 마련된다.

상기 주행수단(300)은 고관절수단(100)의 양측에 설치되고, 도면에 도시되지는 않았지만 사용자의 양 다리에 각각 체결되도록 구성된다. 또한, 복수의 관절부와 액츄에이터를 구성하여 사용자의 보행 시 함께 동작하도록 제어된다.

도 4 내지 도 5를 참조하면, 상기 고관절수단(100)은 상기 주행수단(300)이 각각 체결되는 제1 프레임(110) 및 제2 프레임(120)과, 상기 제1 프레임(110) 및 제2 프레임(120)에 탄성력을 부가하는 탄성부(130)로 구비된다.

상기 제1 프레임(110)은 평판형상으로 마련되고, 상기 주행수단(300, 도 3 참조)이 체결되는 전면부(111)와 후면에는 상기 탄성부(130)가 체결되는 회동축(112, 113)이 마련된다.

상기 회동축은(112, 113)은 상측부에 구비되는 제1 회동축(112)과 하측부에 구비되는 제2 회동축(113)으로 복수 열로 구비된다. 물론, 회동축의 수가 이에 한정되는 것은 아니고, 사용자의 필요에 따라 달라질 수 있다.

상기 제2 프레임(120)은 상기에서 설명한 제1 프레임(110)과 동일한 형상으로 상기 제1 프레임(110)과 상기 탄성부(130)를 중심으로 대칭되도록 배치된다.

상기 탄성부(130)는 지면에 대하여 평행하도록 상기 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이에 회동되게 설치되는 제1 링크부재(140)와, 상기 제1 링크부재(140)와 평행하도록 상기 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120) 사이에 회동되게 설치되는 제2 링크부재(150), 그리고 상기 제1 링크부재(140)와 제2 링크부재(150) 간을 체결하는 탄성부재(160)로 구비된다. 본 발명에서는 링크부재가 상하로 평행하게 두 개로 구비된 실시예로 설명하고 있지만, 링크부재의 수가 이에 한정되는 것은 아니고, 프레임에 마련되어 있는 회동축의 수에 대응하여 마련된다.

상기 제1 링크부재(140)는 링크몸체(141)와, 상기 제1 프레임(110)의 제1 회동축(112)에 삽입되어 회동되는 제1 좌측홀(142)과, 제2 프레임(120)의 제2 회동축(122)에 삽입되어 회동되는 제1 우측홀(143)과, 상기 탄성부재(160)의 일측이 체결되도록 돌출 형성되는 탄성부재 지지부(144)로 구비된다. 그리고 상기 제1 링크부재(140)는 로봇몸체(200, 도 3 참조)와 체결되는 복수 개의 로봇몸체 체결부(145)를 더 구비할 수 있다.

상기 제2 링크부재(150)는 링크몸체(151)와, 상기 제1 프레임(110)의 제2 회동축(113)에 삽입되어 회동되는 제2 좌측홀(152)과, 제2 프레임(120)의 제2 회동축(123)에 삽입되어 회동되는 제2 우측홀(153)과, 상기 탄성부재(160)의 타측이 체결되도록 돌출 형성되는 탄성부재 지지부(154)로 구비된다.

그리고, 상기 제1 링크부재(140) 및 제2 링크부재(150)는 도면에 도시된 바와 같이, 탄성부재 지지부를 복수 개로 구비하여 복수 개의 탄성부재(160)를 체결할 수도 있다.

상기 제1 링크부재(140)의 탄성부재 지지부(144)와 상기 제2 링크부재(150)의 탄성부재 지지부(154)는 상기 탄성부재(160)가 상기 제1 링크부재(140) 및 제2 링크부재(150)의 길이 방향에 대하여 수직한 방향으로 배치되도록 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1 및 제2 프레임(110, 120)과 상기 제1 및 제2 링크부재(140, 150)는 서로 회동할 수 있도록 체결되며, 상호 원활한 회동을 위하여 상기 제1 및 제2 프레임의 회동축(112, 113, 122, 123)과 상기 제1 및 제2 링크부재의 홀(142, 143, 152, 153) 사이에는 베어링(170)이 각각 체결되는 것이 바람직하다.

또한, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 링크부재(140, 150)와 동일한 구성이 더 마련되어 상기 제1 및 제2 프레임(110, 120)에 복수 열로 체결될 수도 있다.

이러한 구성으로, 본 발명의 고관절수단(100)의 동작 상태를 설명한다.

도 6을 참조하면, 로봇몸체의 주행상태에 의하여 상기 고관절수단(100)이 좌측 및 우측으로 기울어지는 상태를 도시한 도면이다. 여기서, 제1 링크부재(140)는 로봇몸체에 체결되어 고정되는 구성이고, 제2 링크부재(150)가 상기 고정된 제1 링크부재(140)에 대하여 좌측 및 우측으로 이동하는 것을 기준으로 설명한다. 그리고, 도 6에는 주행수단이 도시되어 있지 않지만, 도 3에 도시되어 있는 로봇몸체(200)와 주행수단(300)이 체결되어 있는 것을 예를 들어 설명한다.

도 6의 (a)는 도면을 기준으로 우측의 주행수단을 지지하여 좌측의 주행수단이 들어올려진 경우의 상태이다. 이러한 동작 상태에서는 제2 링크부재(150)가 좌측으로 이동하게 되고 로봇몸체의 무게 중심이 우측으로 이동하게 되어, 제1 및 제2 프레임(110, 120)이 기울어 진다.

이러한 상태에서 제1 링크부재(140)와 제2 링크부재(150) 간에 체결되어 있는 탄성부재(160)의 탄성력에 의해서 상기 제2 링크부재(150)를 원래의 위치로 되돌리는 방향으로 힘을 가하게 되고, 결과적으로 제1 및 제2 프레임(110, 120)이 지면에 대하여 수직한 상태가 되도록 힘을 가하게 된다.

도 6의 (b)는 도면을 기준으로 좌측의 주행수단을 지지하여 우측의 주행수단이 들어올려진 경우의 상태이다. 이러한 동작 상태에서는 제2 링크부재(150)가 우측으로 이동하게 되고 로봇몸체의 무게 중심이 좌측으로 이동하게 되어, 제1 및 제2 프레임(110, 120)이 기울어 진다.

상기와 동일하게 탄성부재(160)의 탄성력에 의해서 상기 제2 링크부재(150)를 원래의 위치로 되돌리는 방향으로 힘을 가하게 되고, 결과적으로 제1 및 제2 프레임(110, 120)이 지면에 대하여 다시 수직한 상태가 되도록 힘을 가하게 된다.

따라서, 본 발명의 고관절수단(100)에 의하여 이동한 로봇몸체의 무게 중심을 원래 위치로 보다 원활하게 이동할 수 있도록 구동하여, 로봇몸체의 전체적인 균형을 유지할 수 있다.

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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

100 : 고관절수단 110 : 제1 프레임
120 : 제2 프레임 130 : 탄성부
140 : 제1 링크부재 150 : 제2 링크부재
160 : 탄성부재 170 : 베어링
200 : 로봇몸체 300 : 주행수단

Claims

로봇몸체;
상기 로봇몸체의 양측에 배치되어, 상기 로봇몸체를 이동시키는 보행형 주행수단; 및
상기 로봇몸체에 구비되고 상기 주행수단이 양측에 체결되어, 상기 주행수단의 움직임에 대응하여 상기 로봇몸체의 자세를 유지시키는 고관절수단;
을 포함하는 착용형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 고관절수단은,
상기 주행수단이 각각 체결되는 제1 프레임 및 제2 프레임; 및
상기 로봇몸체에 체결되고 상기 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 체결되어, 상기 제1 프레임과 제2 프레임이 지면에 대하여 수직한 상태를 유지하도록 탄성력을 부가하는 탄성부;
를 구비하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇.
제2항에 있어서,
상기 탄성부는,
지면에 대하여 평행하도록 상기 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 회동되게 설치되는 제1 링크부재;
상기 제1 링크부재에 평행하도록 상기 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 회동되게 설치되는 제2 링크부재; 및
상기 제1 링크부재와 제2 링크부재 간을 체결하는 탄성부재;
를 구비하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇.
제3항에 있어서,
상기 탄성부재는,
상기 제1 링크부재와 제2 링크부재에 대하여 수직한 방향으로 체결되는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇.
제4항에 있어서,
상기 탄성부재는,
상기 제1 링크부재와 제2 링크부재가 서로 다른 방향으로 이동하면, 탄성력에 의하여 상기 제1 링크부재와 제2 링크부재가 원위치로 회복되도록 작동하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇.
제4항에 있어서,
상기 탄성부재는,
일정한 간격으로 복수 개로 체결되는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇.
제3항에 있어서,
상기 제1 링크부재 또는 제2 링크부재 중 적어도 어느 하나는,
상기 로봇몸체와 체결되는 체결부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇.