KR20170131747A - Walking assistanc robot system and control method therefor - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a walking assistance robot system capable of improving walking stability by operating a robot after determining whether a proper weight balance is maintained when operating a walking assistance robot for a paraplegic patient who requires usage of a crutches, and a control method thereof. The walking assistance robot system comprises: a walking assistance robot including links fixated to a wearer lower limb, joints between links, and a joint operation unit to operate the joints; a left and right crutches to support a wearer in front of a walking direction of the walking assistance robot in a state of being held by both hands of the wearer; a plurality of sensors to detect each ground reaction force caused by legs of the wearer and a ground reaction force caused by the crutches; and a controller to determine a walking intention of the wearer based on each ground reaction force detected from the sensors, and controlling the joint operation unit in accordance with the determined walking intention.

Description

보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법{WALKING ASSISTANC ROBOT SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREFOR}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a walking assist robot system,

본 발명은 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클러치를 사용하여야 하는 하반신 마비 환자용 보행 보조 로봇의 구동 시 적절한 무게 균형이 유지된 상태인지 판단한 이후 로봇을 구동시킴으로써 보행 안전성을 향상시킬 수 있는 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a walking assist robot system and a control method thereof, and more particularly, to a walking assist robot for a lower limb paraplegic patient who needs to use a clutch, The present invention relates to a walking assistant robot system and a control method thereof.

일반적으로, 하반신 마비 환자는 스스로 다리를 움직여 보행을 하는 것이 불가능하므로, 이동을 위해서 휠체어를 이용하거나 보행 보조 로봇을 착용하여야 한다. 특히, 하반신 마비 환자는 하체를 움직일 수 없으므로 보행 보조 로봇 자체로만 직립 및 보행을 유지하는데 어려움이 있어 클러치를 보조 수단으로 사용하고 있다.In general, a paraplegic patient can not move his leg by himself, so a wheelchair or a walking-assist robot should be worn for movement. Particularly, since the paraplegic patient can not move the lower body, the walking assist robot itself is difficult to maintain standing and walking, and the clutch is used as an auxiliary means.

하반신 마비 환자용 보행 보조 로봇은 착용자가 보행 명령을 스위치 등을 이용하여 입력하면 동작을 개시하는데, 착용자가 보행 명령 스위치를 이용하여 보행 명령을 입력하기 이전에 적절한 보행 준비자세가 갖춰지지 않는 경우 균형을 잡지 못하고 넘어지는 사고가 발생할 수 있다.The walking assist robot for the paraplegic patient of the lower half starts the operation when the wearer inputs a walking command by using a switch or the like. If the wearer does not have a proper walking ready posture before the walking command is inputted by using the walking command switch, Failure to catch can cause an accident.

특히, 착용자가 보행 명령 스위치를 오작동하는 경우에는 전혀 보행을 위한 준비가 이루어지지 않은 상태이므로 착용자가 예측할 수 없는 자세로 낙상하게 되고 심지어 손에는 클러치를 쥐고 있는 상태이므로, 착용자도 큰 부상을 입게 될 뿐만 아니라 클러치로 주변의 사람들을 타격하게 되는 큰 사고를 유발시킬 수 있다.Particularly, when the wearer malfunctions the gait command switch, the wearer is in a state in which the wearer can not predict the gait because the gait is not prepared for walking at all, and even the wearer holds the clutch in the hand. In addition, it can cause a big accident to hit people around by the clutch.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.

이에 본 발명은, 하반신 마비 환자용으로 클러치를 갖는 보행 보조 로봇에 있어서, 안정적인 보행이 가능하도록 적절한 무게 균형이 유지된 상태인지 판단한 이후 로봇을 구동시킴으로써 보행 안전성을 향상시키고 착용자의 낙상이나 주변 사람들을 타격하는 사고를 미연에 방지할 수 있는 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention provides a walking assist robot having a clutch for a lower limb paralysis patient, wherein after determining whether an appropriate balance of weight is maintained to enable stable walking, the robot is driven to improve walking safety, And a method of controlling the same. 2. Description of the Related Art

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

착용자의 하지에 고정되는 링크와 링크 사이의 관절 및 상기 관절을 구동하는 관절구동부를 포함하는 보행 보조 로봇;A walking assist robot including a joint between a link fixed to a wearer's lower limb and a joint and a joint driving part for driving the joint;

상기 착용자가 양손으로 잡은 상태로 상기 보행 보조 로봇의 보행 방향 전방에서 상기 착용자를 지지하는 좌우 클러치;A left and right clutch that supports the wearer in front of a walking direction of the walking-assist robot in a state where the wearer is held with both hands;

상기 착용자의 다리에 의한 지면반력과 상기 클러치에 의한 지면반력을 각각 검출하는 복수의 센서; 및A plurality of sensors each detecting a ground reaction force caused by the wearer's foot and a ground reaction force caused by the clutch; And

상기 복수의 센서에서 각각 검출된 지면반력에 기반하여 상기 착용자의 보행의도를 판단하고 판단된 보행의도에 따라 상기 관절구동부를 제어하는 컨트롤러;A controller for determining the walking intention of the wearer on the basis of the ground reaction force detected by the plurality of sensors and controlling the joint driving part according to the determined walking intention;

를 포함하는 보행 보조 로봇 시스템을 제공한다.And a walking assist robot system.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 착용자로부터 보행 명령을 입력 받으면 상기 좌우 클러치에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 제1 기준값 보다 큰 경우 보행 준비가 완료된 것으로 판단할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the walking command is input from the wearer, the controller can determine that the walking preparation is completed when the sum of the floor reaction forces detected by the left and right clutches is larger than a predetermined first reference value.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 제2 기준값 보다 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the sum of the ground reaction forces caused by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is larger than a predetermined second reference value, the controller can drive the driving unit so that the other leg is advanced.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 상기 제2 기준값 보다 크고, 상기 일측의 클러치에 의한 지면반력이 상기 일측의 다리에 의한 지면반력 보다 더 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the controller is configured such that the sum of the ground reaction forces caused by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is larger than the predetermined second reference value, and the ground reaction force by the clutch on one side When the ground reaction force is larger than the ground reaction force, the driver can be driven so that the other leg is advanced.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 클러치에 설치된 센서는 상기 클러치와 지면이 접촉하는 접촉면에 설치되거나, 상기 착용자의 손으로 상기 클러치를 쥐는 클러치 손잡이에 설치될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a sensor provided on the clutch may be installed on a contact surface where the clutch comes into contact with the ground, or may be installed in a clutch handle holding the clutch with the wearer's hand.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,According to another aspect of the present invention,

착용자의 하지에 고정되는 링크와 링크 사이의 관절 및 상기 관절을 구동하는 구동부를 포함하는 보행 보조 로봇과, 상기 착용자가 양손으로 잡은 상태로 상기 보행 보조 로봇의 보행 방향 전방에서 상기 착용자를 지지하는 좌우 클러치 및 상기 착용자의 다리에 의한 지면반력과 상기 클러치에 의한 지면반력을 각각 검출하는 복수의 센서를 포함하는 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법에 있어서,A walking assist robot including a joint between a link and a link fixed to a wearer's lower limb, and a driving part for driving the joint; and a left and right supporting robot for supporting the wearer in front of the walking- A control method of a walking assist robot system including a plurality of sensors each detecting a ground reaction force caused by a clutch and a leg of the wearer and a ground reaction force caused by the clutch,

컨트롤러에서, 상기 착용자로부터 보행 명령을 입력 받으면 상기 좌우 클러치에서 검출된 지면반력의 합에 기반하여 보행 준비 완료 여부를 판단하는 단계; 및Determining whether or not the walking preparation is completed based on the sum of the floor reaction forces detected by the left and right clutches when the controller receives a walking command from the wearer; And

상기 컨트롤러에서, 보행 준비가 완료된 것으로 판단된 경우, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합에 기반하여 상기 구동부를 구동하는 단계;Driving the driving unit based on the sum of the ground reaction forces caused by the clutch and the leg on one side of the right and left sides when it is determined that the preparation for walking is completed;

를 포함하는 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법을 제공한다.And a control method of the walking-assist robot system.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 판단하는 단계는, 상기 착용자로부터 보행 명령을 입력 받으면 상기 좌우 클러치에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 제1 기준값 보다 큰 경우 보행 준비가 완료된 것으로 판단할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of judging may include determining that the walking preparation is completed when the sum of the ground reaction forces detected by the left and right clutches is greater than a predetermined first reference value when the walking command is input from the wearer .

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구동하는 단계는, 보행 준비가 완료된 것으로 판단된 경우, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 제2 기준값 보다 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the walking preparation is determined to be completed, when the sum of the ground reaction forces caused by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is greater than a predetermined second reference value, The driving unit can be driven to advance.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구동하는 단계는, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 상기 제2 기준값 보다 크고, 상기 일측의 클러치에 의한 지면반력이 상기 일측의 다리에 의한 지면반력 보다 더 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the driving step includes a step in which the sum of the ground reaction forces caused by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is larger than the predetermined second reference value, It is possible to drive the driving unit such that the other leg is advanced.

상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 착용자에 의해 보행 명령이 입력되면 양 클러치와 양 발의 지면반력을 검출하여 적절한 보행 준비가 완료된 상태인지 판단하고서 로봇을 구동함으로써, 착용자가 넘어지는 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the walking assist robot system and the control method therefor, when the walking command is inputted by the wearer, it is judged whether or not the appropriate walking preparation is completed by detecting both the clutches and the ground reaction forces of both feet, Thereby, there is an effect that the accident that the wearer falls can be prevented in advance.

또한, 상기 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 클러치를 쥐고 있는 상태에서 착용자가 넘어짐에 따라 주변의 사람들까지 타격하는 사고 또한 예방할 수 있는 효과가 있다.Further, according to the walking-assist robot system and the control method therefor, it is possible to prevent an accident that the person around him or her is hit by the wearer in the state of holding the clutch.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 4, 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어 방법에서 클러치와 발의 지면반력을 상태 별로 도시한 도면이다.1 and 2 are views showing a walking-assistance robot system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart showing a control method of the walking-assist robot system according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4, 5A and 5B are diagrams showing ground reaction forces of the clutch and the foot in the walking-assist robot system and the control method thereof, according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a walking assist robot system according to an embodiment of the present invention and its control method according to various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템을 도시한 도면이다.1 and 2 are views showing a walking-assistance robot system according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템은, 착용자(H)의 하지에 착용되는 보행 보조 로봇(21r, 21l)과 착용자(H)가 손을 이용하여 쥐고서 지면을 지지하는 클러치(11r, 11l)과 보행 보조 로봇(21r, 21l) 또는 착용자(H)의 발에 설치되어 착용자(H)의 다리에 의해 지면에 가해지는 하중(지면반력)을 검출하고 클러치(11r, 11l)에 설치되어 클러치(11r, 11l)에 의해 지면에 가해지는 하중(지면반력)을 검출하는 복수의 센서(예를 들어, 힘 센서)(FR, FL, CR, CL)와, 복수의 센서(111r, 111l, 211r, 211l)에 의해 검출된 힘을 이용하여 착용자(H)의 보행 준비 상태를 판단하고 전진하는 다리를 결정하여 보행 보조 로봇(21r, 21l)을 구동 제어하는 컨트롤러(21)를 포함할 수 있다.1 and 2, a walking assist robot system according to an embodiment of the present invention includes a walking assist robot 21r, 21l worn on the base of a wearer H and a wearer H, (Ground reaction force) applied to the ground by the legs of the wearer H, which are provided on the feet of the clutches 11r, 111 and the walking-assist robots 21r, 21l or the wearer H holding the ground, A plurality of sensors (for example, force sensors) FR, FL, CR, CL which are provided on the clutches 11r, 11l and detect a load (ground reaction force) applied to the ground by the clutches 11r, , The walking preparation state of the wearer H is judged by using the force detected by the plurality of sensors 111r, 111l, 211r and 211l, and the legs for going forward are determined to drive and control the walking-assist robots 21r and 21l And may include a controller 21.

보행 보조 로봇(21r, 21l)은 복수의 링크와 링크를 상호 연결하는 관절과 관절을 구동하는 모터 또는 액추에이터를 포함하는 관절 구동부(31)를 포함한다. 도 1에 도시된 예는 보행 보조 로봇을 매우 간략하게 기본적인 구성만으로 도시한 것으로, 착용자(H)의 양 다리에 각각 두 개의 링크와 그 링크를 연결하는 관절을 도시하고 있으나, 실제 하반신 마비 환자용 보행 보조 로봇은 더욱 복잡한 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 고관절이나 발목에 해당하는 관절을 가질 수도 있으며 등을 지지하기 위한 바디부를 구비할 수도 있고 착용자의 발을 안착하기 위한 구조까지 포함할 수도 있다.The walking-assist robots 21r and 21l include joints for interconnecting a plurality of links and links, and a joint drive part 31 including motors or actuators for driving the joints. In the example shown in FIG. 1, the walking assist robot is shown with a very simple basic configuration, and two links and joints connecting the links are shown on both legs of the wearer H, The secondary robot can have a more complicated structure. For example, it may have a joint corresponding to the hip or ankle, may include a body part for supporting the back, and may include a structure for seating the wearer's foot.

이러한 보행 보조 로봇(21r, 21l)은 착용자(H)의 하지에 결박되어 고정됨으로써 보행자의 하지에 힘을 부여할 수 있게 된다.These walking-assist robots 21r and 21l are fixedly fixed to the lower surface of the wearer H, so that it is possible to apply a force to the pedestrian's foot.

이상에서 설명한 것 이외에도, 보행 보조 로봇(21r, 21l)은, 관절 구동부(31)의 구동량(회전량)을 검출하기 위한 엔코더와 같은 추가적인 센서 등도 포함할 수 있다.In addition to the above, the walking-assist robots 21r and 21l may also include additional sensors such as an encoder for detecting the amount of drive (rotation) of the joint drive part 31. [

클러치(11r, 11l)는 착용자(H)가 손으로 쥐고 양 다리보다 전방에서 상체를 지지하기 위한 것이다. 클러치(11r, 11l)의 손잡이 부분 등에는 착용자(H)가 보행 명령을 입력하기 위한 수단(스위치 등)이 구비될 수 있으며, 스위치를 통해 입력되는 보행 명령은 컨트롤러(21)로 입력되어 컨트롤러(21)가 힘의 균형 상태를 판단하고 보행 보조 로봇의 관절 구동부(31)를 구동하기 위한 신호로 사용될 수 있다.The clutches 11r and 111 are for holding the wearer H by hand and supporting the upper body in front of both legs. (A switch or the like) for inputting a gait command by the wearer H may be provided on the grip portion of the clutches 11r and 11l and the gait command input via the switch may be input to the controller 21 21 can be used as a signal for judging the balance state of the force and for driving the joint driving part 31 of the walking assist robot.

복수의 센서(111r, 111l, 211r, 211l)는 착용자(H)의 다리가 지면에 가하는 하중(힘, 지면반력)을 검출하기 위한 힘센서(예를 들어, 로드셀) 및 클러치(11r, 11l)가 지면에 가하는 하중(힘, 지면반력)을 검출하기 위한 힘센서(예를 들어, 로드셀)을 포함한다.The plurality of sensors 111r, 111l, 211r and 211l are connected to a force sensor (for example, a load cell) and clutches 11r and 11l for detecting loads (forces, ground reaction forces) applied to the ground by the legs of the wearer H, And a force sensor (for example, a load cell) for detecting a load (force, ground reaction force) applied to the ground surface.

다리에 의한 지면반력을 검출하는 힘센서(211r, 211l)는 착용자(H)의 신발의 바닥부에 설치될 수 있다. 다른 예로, 보행 보조 로봇이 착용자의 발을 안착하기 위한 발 구조를 포함하는 경우에는 보행 보조 로봇이 갖는 발 구조물의 바닥부에 힘센서(211r, 211l)가 설치될 수도 있다.The force sensors 211r and 211l for detecting the ground reaction force due to the legs can be installed at the bottom of the shoe of the wearer H. [ As another example, when the walking assist robot includes a foot structure for seating the wearer's foot, force sensors 211r and 211l may be installed at the bottom of the foot structure of the walking assist robot.

또한, 클러치(11r, 11l)에 설치되는 힘센서(111r, 111l)도 클러치가 지면과 접촉하는 접촉부에 설치되거나, 손잡이에 설치되어 손으로 지면을 지지하는 힘을 검출할 수도 있다.The force sensors 111r and 111l provided on the clutches 11r and 111 may be provided on the contact portion where the clutch contacts the ground or may be provided on the handle to detect the force supporting the ground by hand.

컨트롤러(21)는 복수의 센서(111r, 111l, 211r, 211l)에서 각각 검출된 지면의 반력에 기반하여 착용자의 보행의도를 판단하고 판단된 보행의도에 따라 보행보조 로봇의 관절 구동부(31)를 제어한다.The controller 21 determines the walking intention of the wearer based on the reaction forces of the ground detected by the plurality of sensors 111r, 111l, 211r and 211l, and controls the joint driving part 31 ).

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템의 작용은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법에 대한 설명을 통해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The operation of the walking-assist robot system according to an embodiment of the present invention having the above-described configuration can be more clearly understood by explaining a control method of the walking-assist robot system according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다. 또한, 도 4, 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어 방법에서 클러치와 발의 지면반력을 상태 별로 도시한 도면이다.3 is a flowchart showing a control method of the walking-assist robot system according to an embodiment of the present invention. 4, 5A and 5B are diagrams showing the ground reaction force of the clutch and the foot according to each of the states in the walking-assist robot system and the control method thereof according to the embodiment of the present invention.

먼저, 컨트롤러(21)가 착용자(H)에 의한 보행 명령을 입력 받으면(S11), 컨트롤러(21)는 좌우 클러치(11r, 11l)에서 검출된 지면반력의 크기를 확인한다(S12). 예를 들어, 컨트롤러(21)는 좌우 클러치(11r, 11l)에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 기준값(k1)보다 큰지 확인한다(S12). First, when the controller 21 receives a walking command by the wearer H (S11), the controller 21 confirms the size of the ground reaction force detected by the left and right clutches 11r and 111 (S12). For example, the controller 21 checks whether the sum of the ground reaction forces detected by the left and right clutches 11r and 11l is greater than a predetermined reference value k1 (S12).

이는, 클러치를 사용하는 경우, 사용자가 상체를 기울여 클러치로 지면을 안정적으로 지지한 이후 하지를 이용하여 걸음을 시작하는 점을 감안한 것으로, 두 클러치(11r, 11l)에 충분한 힘이 작용되고 있지 않은 경우에는 보행을 할 준비가 적절하게 이루어지지 않은 것으로 판단하기 위함이다.This is based on the fact that when the clutch is used, the user tilts the upper body to stably support the ground with the clutch, and then starts to walk using the lower limb. When the two clutches 11r and 11l are not sufficiently powered In this case, it is judged that the preparation for walking is not properly performed.

만약, 착용자(H)에 의한 보행 명령을 입력되었으나 좌우 클러치(11r, 11l)에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 기준값(k1)보다 작다면, 컨트롤러(21)는 보행 준비가 되지 않은 것으로 판단하고 보행 준비를 새로이 할 것을 경고할 수 있다.If the sum of the ground reaction forces detected by the left and right clutches 11r and 11l is smaller than the predetermined reference value k1 after the walking command by the wearer H is input, the controller 21 determines that the user is not ready to walk And warn them to prepare for a new walk.

단계(S12)에서 보행 준비가 적절하게 이루어진 것으로 판단하는 예가 도 4에 도시된다.An example in which it is determined in step S12 that the walking preparation is appropriately made is shown in Fig.

이어, 단계(S12)에서 좌우 클러치(11r, 11l)에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 기준값(k1)보다 크다면, 컨트롤러(21)는 보행 준비가 적절하게 완료된 것으로 판단하고, 좌우측 중 일측(도 3에서는 좌측의 예를 도시함)의 다리 및 클러치에서 검출되는 하중(지면반력)의 크기를 판단한다(S13). 예를 들어, 컨트롤러(21)는 좌우측 중 일측의 다리 및 클러치에서 검출되는 하중(지면반력)의 크기가 사전 설정된 제2 기준값(k2) 보다 큰지 판단한다.If the sum of the ground reaction forces detected by the right and left clutches 11r and 11l is greater than the predetermined reference value k1 in step S12, the controller 21 determines that the preparation for walking is appropriately completed, (Ground reaction force) detected by the legs and the clutch of the vehicle (shown in the example of the left side in Fig. 3) (S13). For example, the controller 21 determines whether the magnitude of the load (ground reaction force) detected at the legs and clutches of one of the right and left sides is greater than a predetermined second reference value k2.

이는, 클러치를 사용하는 보행의 경우, 사용자가 두 다리 중 하나를 전진시키고자 할 때 전진시키고자 하는 다리의 반대쪽으로 체중을 싣게 된다는 점을 감안한 것이다.This is taken into account in the case of a walk using a clutch, when the user wants to advance one of the two legs, he weighs the opposite side of the leg to be advanced.

도 3에 도시된 단계(S13)에서 판단된 예가 도 5a에 도시된다. 컨트롤러(21)에 의해 좌측 클러치와 좌측 다리에 의해 하중이 실려있어 두 하중의 합이 사전 설정된 제2 기준값(k2) 보다 큰 것으로 판단된 경우에는, 도 5a와 같이 컨트롤러(21)가 보행 보조 로봇의 우측 다리에 구비되는 관절구동부를 제어하여 우측 다리가 전방으로 전진하도록 제어할 수 있다(S15).An example determined in the step S13 shown in Fig. 3 is shown in Fig. 5A. When it is determined that the load is loaded by the left clutch and the left leg by the controller 21 and the sum of the two loads is larger than the predetermined second reference value k2, The right leg can be controlled to advance forward by controlling the joint driving part provided at the right leg of the body (S15).

만약, 단계(S13)에서 좌측 클러치와 좌측 다리에 의한 하중을 검출한 값이 제2 기준값(k2) 보다 크지 않다면, 컨트롤러(21)는 우측 클러치와 우측 다리에 의한 하중을 검출한 값과 또 다른 기준값(k4, 제2 기준값(k2)와 같은 값이 될 수 있음)을 비교한다.If the value detected by the left clutch and the left leg in step S13 is not larger than the second reference value k2, the controller 21 determines that the load detected by the right clutch and the right leg is different from the value detected by the right clutch (Which may be the same value as the reference value k4 and the second reference value k2).

도 3에 도시된 단계(S14)에서 판단된 예가 도 5b에 도시된다. 컨트롤러(21)에 의해 우측 클러치와 우측 다리에 의해 하중이 실려있어 두 하중의 합이 사전 설정된 기준값(k4) 보다 큰 것으로 판단된 경우에는, 도 5ㅠ와 같이 컨트롤러(21)가 보행 보조 로봇의 우측 다리에 구비되는 관절구동부를 제어하여 좌측 다리가 전방으로 전진하도록 제어할 수 있다(S16).An example determined in step S14 shown in Fig. 3 is shown in Fig. 5B. When it is determined by the controller 21 that the load is loaded by the right clutch and the right leg and the sum of the two loads is larger than the preset reference value k4, And controls the joint drive unit provided on the right leg to control the left leg to advance forward (S16).

한편, 본 발명의 일 실시형태에서는, 더욱 안전한 제어를 위해, 단계(S13)에서 좌측 클러치와 좌측 다리에 의한 하중을 검출한 값이 제2 기준값(k2) 보다 큰 것으로 판단한 이후 우측 다리를 전진하도록 제어하기 전에, 컨트롤러(21)가 좌측 클러치에 의한 지면반력(하중)과 좌측 다리에 의한 지면반력(하중)을 비교한다(S21). 컨트롤러(21)는 좌측 클러치에 의한 지면반력(하중)이 좌측 다리에 의한 지면반력(하중)보다 충분히 큰 경우(도 3이 예에서는 k3(1보다 큰 양수) 배가 되는 경우에 우측 다리를 전진시킨다(S15).On the other hand, in an embodiment of the present invention, for more secure control, after determining that the value detected by the load on the left clutch and the left leg is greater than the second reference value k2 in step S13, Before the control, the controller 21 compares the ground reaction force (load) by the left clutch with the ground reaction force (load) by the left leg (S21). The controller 21 advances the right leg when the ground reaction force (load) by the left clutch is sufficiently larger than the ground reaction force (load) by the left leg (in Fig. 3, k3 (S15).

이는 좌측으로 하중이 실린 상태이더라도, 좌측 클러치보다 상대적으로 후방에 위치한 좌측 다리에 체중이 실린 상태에서 우측 다리가 전진하게 되면 착용자(H)가 뒤로 넘어질 수 있음을 감안한 것이다.This is because even if the load is applied to the left side, the wearer H may fall back when the right leg is advanced in a state in which the left leg is positioned relatively rearward than the left clutch.

마찬가지로, 단계(S14)에서 우측 클러치와 우측 다리에 의한 하중을 검출한 값이 기준값(k4) 보다 큰 것으로 판단한 이후 좌측 다리를 전진하도록 제어하기 전에, 컨트롤러(21)가 우측 클러치에 의한 지면반력(하중)과 우측 다리에 의한 지면반력(하중)을 비교한다(S22). 컨트롤러(21)는 우측 클러치에 의한 지면반력(하중)이 우측 다리에 의한 지면반력(하중)보다 충분히 큰 경우(도 3이 예에서는 k5(1보다 큰 양수) 배가 되는 경우에 좌측 다리를 전진시킨다(S15).Similarly, in step S14, after it is determined that the value detected by the load detected by the right clutch and the right leg is larger than the reference value k4, the controller 21 controls the ground reaction force Load) and the ground reaction force (load) by the right leg are compared (S22). The controller 21 advances the left leg when the ground reaction force (load) by the right clutch is sufficiently larger than the ground reaction force (load) by the right leg (in Fig. 3, k5 (S15).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법은, 착용자에 의해 보행 명령이 입력되면 양 클러치와 양 발의 지면반력을 검출하여 적절한 보행 준비가 완료된 상태인지 판단하고서 로봇을 구동함으로써, 착용자가 넘어지는 사고를 미연에 방지할 수 있다.As described above, the walking assist robot system and the control method thereof according to various embodiments of the present invention are configured such that when a walking command is input by a wearer, the floor reaction force of both clutches and both feet is detected to judge whether or not proper walking preparation is completed So that the accident that the wearer falls can be prevented in advance.

또한, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 보행 보조 로봇 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 클러치를 쥐고 있는 상태에서 착용자가 넘어짐에 따라 주변의 사람들까지 타격하는 사고 또한 예방할 수 있다.Further, according to the walking assist robot system and the control method therefor according to various embodiments of the present invention, it is also possible to prevent an accident that the wearer falls and hits people around the wearer in a state of holding the clutch.

본 발명은 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the present invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as hereinafter claimed It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

11r, 11l: 클러치 21r, 21l: 보행 보조 로봇
111r, 111l, 211r, 211l: 힘센서(로드셀)
21: 컨트롤러 31: 관절 구동부11r, 11l: clutch 21r, 21l: walking-assist robot
111r, 111l, 211r, 211l: force sensor (load cell)
21: controller 31: joint drive part

Claims (9)

착용자의 하지에 고정되는 링크와 링크 사이의 관절 및 상기 관절을 구동하는 관절구동부를 포함하는 보행 보조 로봇;
상기 착용자가 양손으로 잡은 상태로 상기 보행 보조 로봇의 보행 방향 전방에서 상기 착용자를 지지하는 좌우 클러치;
상기 착용자의 다리에 의한 지면반력과 상기 클러치에 의한 지면반력을 각각 검출하는 복수의 센서; 및
상기 복수의 센서에서 각각 검출된 지면반력에 기반하여 상기 착용자의 보행의도를 판단하고 판단된 보행의도에 따라 상기 관절구동부를 제어하는 컨트롤러;
를 포함하는 보행 보조 로봇 시스템.A walking assist robot including a joint between a link fixed to a wearer's lower limb and a joint and a joint driving part for driving the joint;
A left and right clutch that supports the wearer in front of a walking direction of the walking-assist robot in a state where the wearer is held with both hands;
A plurality of sensors each detecting a ground reaction force caused by the wearer's foot and a ground reaction force caused by the clutch; And
A controller for determining the walking intention of the wearer on the basis of the ground reaction force detected by the plurality of sensors and controlling the joint driving part according to the determined walking intention;
Wherein the robot is a walking robot. 청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 착용자로부터 보행 명령을 입력 받으면 상기 좌우 클러치에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 제1 기준값 보다 큰 경우 보행 준비가 완료된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the controller determines that the walking preparation is completed when the sum of the floor reaction forces detected by the left and right clutches is greater than a predetermined first reference value when the walk instruction is input from the wearer. 청구항 1 또는 2항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 제2 기준값 보다 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇 시스템.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the controller drives the driving unit such that the other leg is advanced when the sum of the ground reaction force caused by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is larger than a predetermined second reference value. 청구항 1 또는 2항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 상기 제2 기준값 보다 크고, 상기 일측의 클러치에 의한 지면반력이 상기 일측의 다리에 의한 지면반력 보다 더 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇 시스템.The method according to claim 1 or 2,
When the sum of the ground reaction forces caused by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is larger than the predetermined second reference value and the ground reaction force caused by the clutch on one side is larger than the ground reaction force caused by the leg on one side, And the driving unit is driven so as to advance the legs of the walking assist robot system. 청구항 1에 있어서,
상기 클러치에 설치된 센서는 상기 클러치와 지면이 접촉하는 접촉면에 설치되거나, 상기 착용자의 손으로 상기 클러치를 쥐는 클러치 손잡이에 설치된 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the sensor provided on the clutch is mounted on a contact surface where the clutch is in contact with the ground or is mounted on a clutch handle holding the clutch with the hand of the wearer. 착용자의 하지에 고정되는 링크와 링크 사이의 관절 및 상기 관절을 구동하는 구동부를 포함하는 보행 보조 로봇과, 상기 착용자가 양손으로 잡은 상태로 상기 보행 보조 로봇의 보행 방향 전방에서 상기 착용자를 지지하는 좌우 클러치 및 상기 착용자의 다리에 의한 지면반력과 상기 클러치에 의한 지면반력을 각각 검출하는 복수의 센서를 포함하는 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법에 있어서,
컨트롤러에서, 상기 착용자로부터 보행 명령을 입력 받으면 상기 좌우 클러치에서 검출된 지면반력의 합에 기반하여 보행 준비 완료 여부를 판단하는 단계; 및
상기 컨트롤러에서, 보행 준비가 완료된 것으로 판단된 경우, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합에 기반하여 상기 구동부를 구동하는 단계;
를 포함하는 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법.A walking assist robot including a joint between a link and a link fixed to a wearer's lower limb, and a driving part for driving the joint; and a left and right supporting robot for supporting the wearer in front of the walking- A control method of a walking assist robot system including a plurality of sensors each detecting a ground reaction force caused by a clutch and a leg of the wearer and a ground reaction force caused by the clutch,
Determining whether or not the walking preparation is completed based on the sum of the floor reaction forces detected by the left and right clutches when the controller receives a walking command from the wearer; And
Driving the driving unit based on the sum of the ground reaction forces caused by the clutch and the leg on one side of the right and left sides when it is determined that the preparation for walking is completed;
And a control system for controlling the walking robot. 청구항 6에 있어서,
상기 판단하는 단계는, 상기 착용자로부터 보행 명령을 입력 받으면 상기 좌우 클러치에서 검출된 지면반력의 합이 사전 설정된 제1 기준값 보다 큰 경우 보행 준비가 완료된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법.The method of claim 6,
Wherein the judging step determines that the walking preparation is completed when the sum of the ground reaction forces detected by the left and right clutches is greater than a predetermined first reference value when the walking command is inputted from the wearer Way. 청구항 6에 있어서,
상기 구동하는 단계는, 보행 준비가 완료된 것으로 판단된 경우, 좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 제2 기준값 보다 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법.The method of claim 6,
The driving step includes driving the driving unit such that when the sum of the ground reaction force caused by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is greater than a predetermined second reference value, A method for controlling a walking assist robot system. 청구항 8에 있어서, 상기 구동하는 단계는,
좌우측 중 일측의 클러치 및 다리에 의한 지면반력의 합이 사전 설정된 상기 제2 기준값 보다 크고, 상기 일측의 클러치에 의한 지면반력이 상기 일측의 다리에 의한 지면반력 보다 더 큰 경우, 타측의 다리가 전진하도록 상기 구동부를 구동하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇 시스템의 제어방법.
9. The method of claim 8,
When the sum of the ground reaction forces caused by the clutch and the leg on one side of the left and right sides is larger than the predetermined second reference value and the ground reaction force by the clutch on one side is larger than the ground reaction force caused by the one side of the leg, And the driving unit is driven to drive the robot arm.
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