KR20170111702A - 하지재활로봇용 슬라이드장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하지재활로봇의 한부분에 해당하는 하지재활로봇용 슬라이드장치에 관한 것으로서, 사용자가 길이조절을 위해 회전운동을 가해주는 손잡이; 상기 손잡이의 회전에 따라 좌측 또는 우측방향으로 회전하는 피니언기어; 상기 피니언기어의 상,하부에 위치하여, 상기 피니언기어의 회전운동을 직선운동으로 바꿔주는 한쌍의 랙기어; 각각의 상기 랙기어의 후면에 부설되어 길이조절은 가능하되, 운동방향을 제한하는 LM가이드; 상기 LM가이드 일측에 상기 모터와 결합하여 관절부의 역할을 하는 모터결합부;를 포함하여 구성되며, 신체길이(혹은 대퇴부 길이)에 맞도록 손쉽게 길이조절이 가능하고 미세조절이 또한 가능하여 하지재활로봇을 이용하는데 편하다는 장점을 가지고 있는 하지재활로봇용 슬라이드장치에 관한 것이다.

Description

하지재활로봇용 슬라이드장치 {Slide Device}

본 발명은 하지재활로봇용 슬라이드장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 몸통베이스, 한쌍의 림부재부 및 복수의 모터달린 관절부로 이루어진 하지재활로봇에 있어서, 사용자의 신체길이에 따라서 자유롭게 길이조절이 가능하며, 특히 미세길이조절이 가능하여 누구나가 하지재활로봇을 사용할 수 있도록 한 하지재활로봇용 슬라이드장치에 관한 것이다.

외골격 로봇(Exoskeleton robot, 또는 하지재활로봇이라고도 하므로 이하에서는 하지재활로봇으로 명칭을 통일하여 사용함)은 1960년대 미 해군이 처음 개발하였는데, 본래 목적은 팔에 로봇을 장착해 무거운 포탄을 쉽게 옮기는 것이었다. 본격적인 모델은 2004년 미 국방부의 지원을 받아 버클리대가 만든 버클리 다리골격(BLEEX)이며, 또 일본의 파워로더(Powerloader), 이탈리아 피사대학이 개발한 보이 익스덴더(Body Extender)도 무거운 짐을 옮길 수 있도록 제작되었다.

이러한 하지재활로봇이 질병이나 사고로 하지가 마비되거나 약해진 환자들에게 외골격 시스템으로 도입됨에 따라 재활 치료는 물론 보다 정상에 가까운 일상생활이 가능하도록 환자들을 돕고 있다.

환자에게 적용한 대표적인 외골격 로봇의 예로 이스라엘 재활 치료 의료기 전문회사 아르고 메디컬 테크놀로지사에서 만들어 상업화한 리워크이다.

리워크는 하반신이 마비된 환자들이 스스로 걷고, 앉았다 일어나며, 계단을 오르내릴 수 있게 해주는 획기적인 첨단 보행 보조기이다.

리워크는 로봇 다리를 조정하는 본체와 배터리가 들어 잇는 배낭 형태의 백팩, 왼쪽 가슴에 착용해 걷는 땅의 경사 각도를 측정하는 센서, 양다리 부분의 동작감지 센서, 양다리 바깥쪽에 설치된 동력장치 등으로 이뤄지며, 양다리와 상체에 붙인 동작 감지 센서가 사용자의 상, 하체에서 일어나는 미세한 움직임을 감지해 백팩 내 본체에 데이터를 전송하면 이를 바탕으로 다리의 동력장치를 움직이게 동작을 조절한다.

경사 감지 센서는 경사 각도를 측정해 사용자가 쓰러지지 않고 균형을 유지하도록 도와주며, 왼쪽 팔목에 장착한 원격조정장치는 자동차의 기어처럼 ‘일어나기, 앉기, 걷기, 계단 오르기’등 4가지 움직임을 결정할 수 있다.

상기 리워크와 관련된 국내 특허는 한국공개특허 제10-2013-0105867호, 한국공개특허 제10-2015-0010714호, 한국공개특허 제10-2015-0033616호, 한국공개특허 제10-2015-0110633호에 개시되어 있다.

상기 리워크를 사용하는데 있어서 가장 중요한 부분 중에서 하나는 사용자의 신체길이에 맞도록 조절이 용이해야 한다는 점이다. 하지만, 도 1을 참조하면, 리워크의 경우 사용자의 대퇴부의 길이에 맞게 지지 세그먼트(혹은 대퇴부 세그먼트)의 길이를 조절하는 방식으로 일정간격으로 형성된 구멍과 그 구멍에 끼워지는 핀을 이용하여 길이조절을 하도록 되어 있었다.

이런 경우에 핀이 삽입될 수 있는 지정된 위치(구멍)에서만 고정이 될 수 있기 때문에 세밀한 길이조절이 불가능하다는 문제점이 있었다. 또한 비슷한 신체사이즈를 가지고 있더라도 사람들마다 대퇴부의 길이는 상이함에 따라서 사용자에가 꼭 맞는 하지재활로봇을 제공하기가 어려운 문제점이 있었다.

한국공개특허 제10-2013-0105867호 한국공개특허 제10-2015-0010714호 한국공개특허 제10-2015-0033616호 한국공개특허 제10-2015-0110633호

본 발명의 목적은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 사용자의 신체길이(혹은 대퇴부 길이)에 맞도록 손쉽기 길이조절이 가능한 하지재활로봇용 슬라이드장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 사용자의 신체길이(혹은 대퇴부 길이)에 맞도록 미세조절이 가능한 하지재활로봇용 슬라이드 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 사용자가 길이조절을 위해 회전운동을 가해주는 손잡이; 상기 손잡이의 회전에 따라 좌측 또는 우측방향으로 회전하는 피니언기어; 상기 피니언기어의 상,하부에 위치하여, 상기 피니언기어의 회전운동을 직선운동으로 바꿔주는 한쌍의 랙기어; 각각의 상기 랙기어의 후면에 부설되어 길이조절은 가능하되, 운동방향을 제한하는 LM가이드; 상기 LM가이드 일측에 상기 모터와 결합하여 관절부의 역할을 하는 모터결합부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 LM가이드는, 각각의 상기 랙기어의 후면에 일정거리가 떨어진채 수평하게 위치하는 가이드레일과, 상기 랙기어와 가이드레일 사이에 적어도 하나 이상이 위치하여, 상기 가이드레일의 운동방향을 제한하며 상기 가이드레일의 흔들림도 방지해주는 가이드블록으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 손잡이의 회전을 방지하여, 임의로 길이가 변경되는 것을 방지하는 스토퍼가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬라이드장치가 외부로 노출되지 않도록 보호하는 케이스가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 본 발명은 사용자의 신체길이(혹은 대퇴부 길이)에 맞도록 손쉽게 길이조절이 가능하다는 장점이 있다.

또한, 사용자의 신체길이(혹은 대퇴부 길이)에 맞도록 미세조절이 가능하여 하지재활로봇을 이용하는데 편하다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 하지재활로봇의 길이조절부분의 모습이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하지재활로봇용 슬라이드장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하지재활로봇용 슬라이드장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 슬라이드장치가 적용된 하지재활로봇의 모습이다.

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 중 도 1은 종래의 하지재활로봇의 길이조절부분의 모습, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하지재활로봇용 슬라이드장치의 사시도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하지재활로봇용 슬라이드장치의 단면도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 슬라이드장치가 적용된 하지재활로봇의 모습이다.

본 발명인 하지재활로봇용 슬라이드장치(100)는 상기 하지재활로봇(200)의 여러 부분 중에서 사용자의 신체길이(특히, 대퇴부의 길이)에 맞추는 장치이다. 일반적으로 대퇴부라고 하면, 또 다른 명칭으로는 넓적다리로써, 엉덩관절(고관절)과 무릎관절(슬관절)의 사이를 말한다.

위에서 설명했듯이 대퇴부(혹은 넓적다리)는 엉덩관절과 무릎관절의 사이로써, 사람마다 길이가 상이하며, 대퇴부를 기준으로 위쪽에는 엉덩관절이 있고, 아래쪽에는 무릎관절이 있는 부분으로 상기 하지재활로봇(200)에 있어서는 중요한 부분이다.

그 이유로는 꺾이는 관절부분이 제대로 꺾이지 않을 경우, 착용하고 있는 하지재활로봇이 오히려 사용자의 움직임을 방해하게 되며, 이로 인하여 착용하고 있는 하지재활로봇이 불편하게 느껴질 수 있다.

일반적으로 맞춤제작을 할 경우에는 사용자의 신체에 딱 맞는 하지재활로봇을 착용할 수는 있지만, 국내 혹은 국외의 수많은 사람들의 신체지수를 일일이 측정하여 제작한다는 것은 쉽지 않다.

이로 인하여 기성복을 제작하듯이, 상기 하지재활로봇(200)을 정해진 규격으로 제작하되, 사용자의 신체길이(혹은 대퇴부의 길이)에 맞춰 입을 수 있도록 하는 장치가 바로 상기 하지재활로봇용 슬라이드장치(100)이다.

이하에서는 상기 하지재활로봇용 슬라이드장치(100)(혹은 슬라이드장치(100))에 대해서 알아보도록 하겠다.

도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하지재활로봇용 슬라이드장치(100)는, 몸통베이스부(미도시), 한쌍의 림부재부 및 복수의 모터(160)달린 관절부로 이루어진 하지재활로봇(200)에 적용되며, 상기 모터(160)와 모터(160)사이에 위치하여, 사용자의 신체길이에 따라서 길이조절이 가능하도록 하는 상기 하지재활로봇용 슬라이드장치(100)에 관한 것이다.

상기 슬라이드장치(100)는, 사용자가 길이조절을 위해 회전운동을 가해주는 손잡이(110); 상기 손잡이(110)의 회전에 따라 좌측 또는 우측방향으로 회전하는 피니언기어(120); 상기 피니언기어(120)의 상,하부에 위치하여, 상기 피니언기어(120)의 회전운동을 직선운동으로 바꿔주는 한쌍의 랙기어(130); 각각의 상기 랙기어(130)의 후면에 부설되어 길이조절은 가능하되, 운동방향을 제한하는 LM가이드(140); 상기 LM가이드(140) 일측에 상기 모터(160)와 결합하여 관절부의 역할을 하는 모터결합부(150);를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 LM가이드(140)는, 각각의 상기 랙기어(130)의 후면에 일정거리가 떨어진 채 수평하게 위치하는 가이드레일(141)과, 상기 랙기어(130)와 가이드레일(141) 사이에 적어도 하나 이상이 위치하여, 상기 가이드레일(141)의 운동방향을 제한하며 상기 가이드레일(141)의 흔들림도 방지해주는 가이드블록(142)으로 이루어진다.

상기 하지재활로봇용 슬라이드장치(100)에 있어서, 길이조절을 할 수 있도록 하는 핵심장치는 바로 상기 피니언기어(120)와 랙기어(130)이다.

통상적으로 피니언기어와 랙기어는 별도로 부르지 않고 랙과 피니언(rack and pinion)으로 랙과 피니언의 맞물림에 의하여 회전 운동을 직성 운동으로 바꾸는데 사용하는 장치이다.

이를 이용하여, 사용자는 상기 손잡이(110)를 회전시키면, 상기 손잡이(110)의 회전에 따라서 상기 피니언기어(120)가 회전하게 되며, 상기 피니언기어(120)의 회전방향에 따라서 상기 랙기어(130)는 상대 피니언기어(120)의 회전방향에 대응되는 직선방향으로 이동하게 된다.

또한, 상기와 같이 직선운동을 하는데 있어서 상기 LM가이드(140)도 필요하다. 통상적으로 상기 LM가이드(140)는 가이드레일(141)과 가이드블록(142)으로 구성되며, 상기 LM가이드(140)는 레일이나 블록을 고정한 후 반대편에 물체를 안착하는데 사용하며, 이때, 레일과 블록은 마찰력이 매우 낮아 부드럽게 움직일 수 있다. 이러한 점을 이용하여, 본 발명에서는 상기 LM가이드(140)를 이용하여 손쉽게 길이조절이 가능하도록 하였다.

상기 LM가이드(140)는 상기 가이드레일(141)과 가이드블록(142)으로 이루어지며, 상기 가이드레일(141)은 레일의 역할을 하며, 상기 가이드블록(142)은 부드러운 길이조절과 상기 가이드레일(141)의 운동방향을 제한하며, 하나의 상기 가이드블록(142)으로도 제작이 가능하나 길이가 늘어났을 때, 받침점과 작용점의 거리가 길어지게 되면 흔들림이 발생할 수 있어, 바람직하게는 두 개의 상기 가이드블록(142)을 활용하여 상기 가이드레일(141)의 상하운동 및 좌우 흔들림을 방지해주는 역할을 한다.

이렇게 이루어진 상기 슬라이드장치(100)의 양측은 상기 모터(160)와 결합하게 된다. 통상적으로 로봇의 관절은 인간의 관절과 같은 움직임이 필요한 곳을 상기 모터(160)를 사용하여 구현하게 되는데, 이를 위해 상기 슬라이드장치(100)의 양측에도 각각 상기 모터(160)와 결합할 수 있는 모터결합부(150)를 형성하였다.

상기와 같이 구성된 상기 슬라이드장치(100)는 사용자의 신체길이(혹은 대퇴부의 길이)에 손쉽게 맞출 수 있으며, 미세길이도 조절이 가능하기에 누구나가 편리하게 사용할 수 있다.

추가적으로 상기 손잡이(110)가 외부의 환경에 의해 사용자의 의사와 상관없이 임의적으로 회전되는 것을 방지하기 위해 스토퍼(170)를 더 구성하였으며, 상기 슬라이드장치(100)가 외부로 그대로 노출될 경우 미관상 좋지 않으며, 외부로부터 오염등으로 부식이나 내구성에 문제가 발생할 수 있기에 케이스(미도시)를 더 포함하여 구성할 수도 있다.

이상에서와 같이 본 발명을 바람직한 실시 예를 이용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

100 : 슬라이드장치
110 : 손잡이
120 : 피니언기어
130 : 랙기어
140 : LM가이드
141 : 가이드레일
142 : 가이드블록
150 : 모터결합부
160 : 모터부
170 : 스토퍼
200 : 하지재활로봇

Claims (4)

1. 사용자가 길이조절을 위해 회전운동을 가해주는 손잡이;
   상기 손잡이의 회전에 따라 좌측 또는 우측방향으로 회전하는 피니언기어;
   상기 피니언기어의 상,하부에 위치하여, 상기 피니언기어의 회전운동을 직선운동으로 바꿔주는 한쌍의 랙기어;
   각각의 상기 랙기어의 후면에 부설되어 길이조절은 가능하되, 운동방향을 제한하는 LM가이드;
   상기 LM가이드 일측에 상기 모터와 결합하여 관절부의 역할을 하는 모터결합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지재활로봇용 슬라이드장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 LM가이드는,
   각각의 상기 랙기어의 후면에 일정거리가 떨어진채 수평하게 위치하는 가이드레일과, 상기 랙기어와 가이드레일 사이에 적어도 하나 이상이 위치하여, 상기 가이드레일의 운동방향을 제한하며 상기 가이드레일의 흔들림도 방지해주는 가이드블록으로 이루어진 것을 특징으로 하는 하지재활로봇용 슬라이드장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 손잡이의 회전을 방지하여, 임의로 길이가 변경되는 것을 방지하는 스토퍼가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 하지재활로봇용 슬라이드장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 슬라이드장치가 외부로 노출되지 않도록 보호하는 케이스가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 하지재활로봇용 슬라이드장치.

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