KR20190114627A

KR20190114627A - 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190114627A
Application number: KR1020180037619A
Authority: KR
Inventors: 이상룡; 강오현; 윤정환; 이학
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-10-10
Also published as: KR102067124B1

Abstract

본 발명에 따른 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치는, 관절 운동이 가능하도록 서로 연결되는 제 1 링크체 및 제 2 링크체와; 상기 제 1 링크체와 제 2 링크체 사이에 연결되되, 제 1 링크체와는 구속되지 않고, 제 2 링크체와는 구속되게 연결되는 관절 축과; 상기 관절 축을 중심으로 상기 제 1 링크체에 대하여 제 2 링크체를 회전시키는 관절 구동수단과; 상기 관절 축에 연결되어 상기 제 1 링크체와 제 2 링크체 사이의 탄성력을 제공하는 가변 탄성체와; 상기 제 1 링크체 쪽에 설치되어 상기 가변 탄성체의 반력을 조절하는 조절 액추에이터를 포함함으로써, 사용자가 원하는 수준의 역감을 설정하여 보다 편안하게 움직일 수 있도록 하여 치료 효과 및 착용 성능을 높일 수 있다.

Description

외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치 및 방법{Reaction force adjusting device and method using variable stiffness actuator of exoskeleton system}

본 발명은 의료용 보행 기구 등으로 이용되는 착용형 외골격 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 착용형 외골격 시스템은 의료용, 상업용, 군사용 용도로 개발되어 이용되고 있다.

의료용 외골격 장치는 착용자의 다리의 힘을 보조하거나 대신하도록 구성되어, 재활치료용으로 사용자의 운동성을 회복시키거나 착용자의 보행을 보조하기 위해 사용된다. 또 상업용 및 군사용 외골격 장치의 경우에는 부상 방지 및 사용자의 힘을 증강하는 데 이용되고 있다.

이러한 착용형 외골격 시스템은 대부분 무릎 등 관절 부분에 구동장치가 설치되어 관절을 구동하여 보행 및 보행 보조가 가능하도록 구성되어 있다.

그러나, 종래 기술의 착용형 외골격 시스템은 사용자가 원하는 수준의 역감 즉, 반력을 적절하게 조절할 수 있는 장치가 구성되어 있지 않기 때문에 보다 편안하고 우수한 외골격 시스템을 구현하는데 한계가 있는 문제점이 있다.

한국 공개특허 제10-2017-0052374호 한국 등록특허 제10-1368817호 한국 등록특허 제10-0890430호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 관절 부분에 제공되는 반력을 적절하게 조절할 수 있도록 구성함으로써 사용자가 원하는 수준의 역감을 설정하여 보다 편안하게 움직일 수 있도록 하여 치료 효과 및 착용 성능을 높일 수 있는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치는, 관절 운동이 가능하도록 서로 연결되는 제 1 링크체 및 제 2 링크체와; 상기 제 1 링크체와 제 2 링크체 사이에 연결되되, 제 1 링크체와는 구속되지 않고, 제 2 링크체와는 구속되게 연결되는 관절 축과; 상기 관절 축을 중심으로 상기 제 1 링크체에 대하여 제 2 링크체를 회전시키는 관절 구동수단과; 상기 관절 축에 연결되어 상기 제 1 링크체와 제 2 링크체 사이의 탄성력을 제공하는 가변 탄성체와; 상기 제 1 링크체 쪽에 설치되어 상기 가변 탄성체의 반력을 조절하는 조절 액추에이터를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 링크체와 상기 관절 축에 연결되어 반력을 측정하는 반력 측정수단과, 상기 반력 측정수단의 측정 신호를 입력받고 사용자의 반력 설정에 따라 조절 액추에이터에 제어 신호를 출력하는 제어부를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 관절 구동수단은 상기 제 1 링크체와 제 2 링크체가 연결된 관절부 안쪽에 배치되고, 상기 가변 탄성체 및 상기 조절 액추에이터는 상기 관절부 바깥쪽 일측에 배치되며, 상기 반력 측정수단은 상기 관절부의 바깥쪽에 타측에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 반력 측정수단은 토크 센서로 구성될 수 있다.

상기 제 1 링크체와 제 2 링크체 중 어느 한쪽 링크체는 다른 링크체에 삽입된 상태에서 상기 관절 축으로 연결되게 구성될 수 있다.

상기 관절 구동수단은 상기 제 1 링크체에 지지된 관절 액추에이터가 상기 관절 축에 구비된 구동 기어를 회전시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 가변 탄성체는, 상기 관절 축에 연결된 내측 회전체와, 상기 내측 회전체의 바깥쪽에 위치되어 상기 조절 액추에이터에 의해 회전하는 외측 회전체와, 상기 내측 회전체와 외측 회전체 사이에 구비되어 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 내측 회전체는 십자형 구조로 형성되어 중앙부에 상기 관절 축이 연결될 수 있다.

상기 탄성 부재는 상기 내측 회전체의 십자형 구조의 각변과 외측 회전체 사이에 4개가 설치될 수 있다.

상기 탄성 부재는 상기 내측 회전체에 연결되는 부분이 힌지 구조로 연결되는 것이 바람직하다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 방법은, 상기한 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치를 이용하는 것으로, 사용자가 원하는 수준의 목표 스프링 반력을 설정하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계의 반력 설정에 따라 상기 조절 액추에이터를 구동하여 가변 탄성체의 반력을 조절하는 제 2 단계와; 상기 반력 측정수단을 이용하여 상기 제 2 단계에서 조절된 반력을 측정하여 측정 스프링 반력이 목표 스프링 반력과 동일한가를 판단하고 측정 스프링 반력이 목표 스프링 반력이 아니면 가변 탄성체의 반력을 다시 조절하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계에서 목표 스프링 반력과 측정 스프링 반력이 동일하면 상기 관절 구동수단을 구동하여 상기 제 1 링크체에 대하여 제 2 링크체를 목표 위치로 회전시켜 관절 운동을 실시하는 제 4 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

본 발명에 따른 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치 및 방법은, 골격 관절 부분에 제공되는 반력을 적절하게 조절할 수 있도록 구성되기 때문에 사용자가 원하는 수준으로 반력 조절하고, 역감을 설정하여 사용 조건에 맞는 외골격의 작동이 가능하여 착용자의 치료 효과 및 착용 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치가 구비된 외골격 시스템이 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치가 도시된 주요부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치가 도시된 주요 부분 분해 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에서 관절 운동 전의 상태가 도시된 도면으로서,
도 4는 반력 조절 장치의 측면도,
도 5는 가변 탄성 액추에이터의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에서 관절 운동할 때의 상태가 도시된 도면으로서,
도 6은 반력 조절 장치의 측면도,
도 7은 가변 탄성 액추에이터의 사시도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에서 가변 탄성 액추에이터가 작동하여 반력이 조절된 상태의 반력 조절 장치의 측면도로서,
도 8은 관절 운동 전의 상태도,
도 9는 관절 운동할 때의 상태도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격 시스템의 반력 조절 방법이 도시된 순서도이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치가 도시된 도면으로서, 도 1은 반력 조절 장치의 사시도, 도 2는 반력 조절 장치가 주요부 사시도, 도 3은 반력 조절 장치가 주요 부분 분해 사시도이다.

이들 도면을 참조하면, 외골격 시스템은 메인 프레임(10)의 하부 양쪽에 인간의 다리 모양으로 두 개의 외골격부(20)가 구성된다.

이와 같이 메인 프레임(10)과 두 개의 외골격부(20)로 이루어진 외골격 시스템은 인간의 신체에 착용하도록 구성될 수 있는 바, 인체 착용 구조는 공지의 착용 기술을 바탕으로 다양하게 구현할 수 있으므로 본 실시예에서는 이에 대한 설명은 생략하고 본 발명의 주요 구성 부분인 반력 조절 장치를 중심으로 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치는, 관절 운동이 가능하도록 서로 연결되는 제 1 링크체(22) 및 제 2 링크체(24)와, 이 제 1 링크체(22)와 제 2 링크체(24) 사이에 연결되는 관절 축(30; 도 3)과, 이 관절 축(30)을 중심으로 제 1 링크체(22)에 대하여 제 2 링크체(24)를 회전시키는 관절 구동수단(40)과, 관절 축(30)에 연결되어 제 1 링크체(22)와 제 2 링크체(24) 사이의 관절 운동에 대한 탄성력을 제공하는 가변 탄성체(50)와, 제 1 링크체(22) 쪽에 설치되어 가변 탄성체(50)의 반력을 조절하는 조절 액추에이터(60)와, 제 1 링크체(22)와 관절 축(30)에 연결되어 반력을 측정하는 반력 측정수단(70)과, 이 반력 측정수단(70)의 측정 신호를 입력받고 사용자의 반력 설정에 따라 조절 액추에이터(60)에 제어 신호를 출력하는 제어부(100)와, 이 제어부(100)에 사용자가 원하는 수준의 반력 또는 역감을 입력하는 반력 설정부(110)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 반력 조절 장치의 주요 구성 부분에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 제 1 링크체(22) 및 제 2 링크체(24)는 직선 막대형 구조로 형성되고, 내부는 공간을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

제 1 링크체(22)는 메인 프레임(10)에 상대 회전이 가능하도록 구성될 수 있다.

제 2 링크체(24)는 제 1 링크체(22)에 관절 축(30)으로 연결되는데, 도 3에서와 같이 제 2 링크체(24)의 관절 연결부(24a)가 제 1 링크체(22)의 관절 연결부(22a) 안쪽에 삽입된 상태에서 관절 축(30)이 관통하는 방식으로 연결되게 구성될 수 있다. 물론, 반대로 제 1 링크체(22)의 관절 연결부가 제 2 링크체(24)의 관절 연결부 안쪽에 삽입된 상태로 연결되게 구성하는 것도 가능하다.

한편, 도 1을 참조하면, 제 2 링크체(24)는 하단부에 관절구동장치(25)를 통해 발 링크체(26)와 연결되게 구성될 수 있다.

다음, 상기 관절 축(30)은, 도 3을 참조하면, 상호 결합된 제 1 링크체(22)와 제 2 링크체(24)를 관통하여 설치되는데, 제 1 링크체(22)와는 상대 회전이 가능하도록 베어링 등이 개재되어 자유롭게 회전할 수 있도록 이루어지고, 제 2 링크체(24)와는 키홈 등을 통해 서로 구속되게 연결되는 것이 바람직하다.

다음, 상기 관절 구동수단(40)은 제 1 링크체(22)와 제 2 링크체(24)가 결합된 관절부의 안쪽에 배치되어 제 1 링크체(22)에 대하여 제 2 링크체(24)를 회전시켜 움직일 수 있도록 구성된다.

이러한 관절 구동수단(40)은 제 1 링크체(22)의 안쪽에 설치된 관절 액추에이터(42)와, 관절 축(30)에 구비되어 관절 액추에이터(42)에 의해 회전하는 구동 기어(45)를 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 관절 구동수단(40)이 작동하기 전에는 도 4 및 도 5에서와 같이 제 1 링크체(22) 및 제 2 링크체(24)가 수직 방향으로 있다가, 관절 구동수단(40)가 작동하게 되면, 도 6 및 도 7에서와 같이 관절 액추에이터(42)가 구동 기어(45)를 통해 관절 축(30)을 회전시키고, 이때 관절 축(30)에 구속된 제 2 링크체(24)도 함께 회전하면서 관절 운동이 이루어질 수 있게 된다. 이때 아래에서 설명될 가변 탄성체(50)의 내측 회전체(52)가 관절 축(30)이 회전함에 따라 탄성 부재(56)를 압축하면서 함께 회전하게 된다.

여기서 관절 액추에이터(42)는 구동 기어(45)를 정밀하게 회전시키는 스텝 모터 등으로 구성되는 것이 바람직하다.

다음, 상기 가변 탄성체(50)는 관절부의 바깥쪽 일측에 구성되어 관절 작동시에 반력을 조절할 수 있도록 구성된다.

이러한 가변 탄성체(50)는, 관절 축(30)에 결합되게 설치된 내측 회전체(52)와, 이 내측 회전체(52)의 바깥쪽에 위치되어 조절 액추에이터(60)에 의해 회전하는 외측 회전체(54)와, 내측 회전체(52)와 외측 회전체(54) 사이에 구비되어 탄성력을 제공하는 탄성 부재(56)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 내측 회전체(52)는 십자형 구조로 형성될 수 있고, 그 중앙부에 관절 축(30)이 결합될 수 있도록 구성되어, 관절 축(30)이 회전함에 따라 외측 회전체(54)의 안쪽에서 회전할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 탄성 부재(56)는 내측 회전체(52)의 십자형 구조의 각변과 외측 회전체(54) 사이에 4개가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 순차적으로 설치된다.

이러한 탄성 부재(56)는 압축 코일 스프링으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 탄성력을 제공하는 수단이면 공지의 탄성 부재를 이용하여 다양하게 구성할 수 있다.

다만, 탄성 부재(56)는 내측 회전체(52)에 연결되는 부분이 힌지(58) 구조로 연결되는 것이 바람직하다. 이는 탄성 부재(56)의 끝단부가 내측 회전체(52)의 안쪽에서 힌지(58)로 연결되어 내측 회전체(52)가 회전할 때 탄성 부재(56)의 연결 부분이 힌지(58)를 중심으로 회전함에 따라 탄성 부재(56)가 굽혀지지 않은 상태에서 탄성력을 제공할 수 있도록 구성된다.

또한, 내측 회전체(52)에 탄성 부재(56)가 삽입되는 부분에는 내측 회전체(52)가 작동할 때 간섭 발생이 최소화되도록 내측 회전체(52)의 각변의 길이 방향으로 길게 형성된 스프링 홀(52a)이 형성되는 것이 바람직하다.

외측 회전체(54)는 제 1 링크체(22)에 상대 회전 가능하게 지지되게 설치되는 것이 바람직하다. 이를 위해 도면에 예시하지는 않았지만, 제 1 링크체(22)에 설치된 탄성 하우징 내에 외측 회전체(54)가 지지됨과 아울러 회전하도록 구성될 수 있다.

다음, 조절 액추에이터(60)는 제어부(100)의 신호에 따라 외측 회전체(54)를 회전시켜 내측 회전체(52)와의 상대 회전 위치를 조절함으로써 탄성 부재(56)의 반력을 조절하도록 구성된다.

이러한 조절 액추에이터(60)는 외측 회전체(54)를 회전시킬 수 있는 장치이면 공지의 회전 구동 기구를 선택하여 적절하게 구성할 수 있다. 예를 들면 스텝 모터로 구성하여 기어 전달 구조를 통해 외측 회전체(54)를 원하는 정도로 회전시킬 수 있을 것이다.

다음, 반력 측정수단(70)은 제 1 링크체(22)와 제 2 링크체(24)가 연결된 관절부의 바깥쪽 타측 즉, 상기 가변 탄성체(50)의 반대쪽에 배치되어 가변 탄성체(50)의 반력 또는 관절 작동시의 역감을 측정할 수 있도록 구성된다.

이러한 반력 측정수단(70)은 토크 센서(72)로 구성되는 것이 바람직한 바, 센서 하우징은 제 1 링크체(22)에 고정되고, 센서 하우징의 내부에 구성되는 회전체는 관절 축(30)에 결합되어 상대 회전에 따른 토크 등을 측정할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

다음, 제어부(100)는 반력 측정수단(70)의 측정 신호를 입력받고 동시에 반력 설정부(110)를 통해 입력되는 사용자의 반력 설정에 따라 조절 액추에이터(60)에 제어 신호를 출력하여 반력을 조절할 수 있도록 구성된다.

즉, 제어부(100)는 반력 설정부(110) 및 반력 측정수단(70)으로부터 신호를 입력받아, 이미 입력된 반력 생성 알고리즘을 바탕으로 입력 신호에 따른 목표 반력(역감) 생성 알고리즘을 생성하여, 조절 액추에이터(60)에 출력하여 목표 반력을 추종할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 제어부(100)는 관절 구동수단(40)을 포함한 착용형 외골격 시스템의 반력 조절 장치의 모든 부분을 제어할 수 있도록 구성될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 메인 프레임(10)에 설치되어 구성될 수 있다.

다음, 반력 설정부(110)는 제어부(100)에 사용자가 원하는 수준의 반력 또는 역감을 입력하도록 구성될 수 있다.

이러한 반력 설정부(110)는 버튼식, 다이얼식, 터치식 등 실시 조건에 따라 다양한 입력 방식으로 구성할 수 있을 것이다.

본 실시예에서는 반력 설정부(110)가 메인 프레임(10)에 설치된 구성을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 유선 또는 무선의 리모컨 방식으로 구성하는 것도 가능하다.

이제, 도 10 등을 참조하여, 상기와 같은 본 발명의 착용형 외골격 시스템의 반력 조절 장치를 이용한 반력 조절 방법에 대하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 외골격 시스템의 반력 조절 방법이 도시된 순서도이다.

반력 설정부(110)를 통해 사용자가 원하는 수준의 목표 스프링 반력을 증가하는 쪽으로 설정하면, 제어부(100)에서 사용자의 반력 설정에 따라 기 설정된 반력 생성 알고리즘을 실행하여 조절 액추에이터(60)를 구동한다. 이때 도 8에서와 같이 조절 액추에이터(60)에 의해 외측 회전체(54)가 회전되어 탄성 부재(56)의 스프링 반력이 증가한다.

이와 같이 하여 가변 탄성체(50)의 반력이 증가하면 반대쪽에 위치한 반력 측정수단(70)에서 스프링 반력을 측정하여 측정 스프링 반력이 목표 스프링 반력보다 크면 외측 회전체(54)를 반대로 회전시켜 반력을 감소시킨다. 물론, 측정 스프링 반력이 목표 스프링 반력보다 작으면 외측 회전체(54)를 더 회전시켜 스프링 반력을 증가시킨다.

이와 같은 방법으로 목표 스프링 반력에 따른 가변 탄성체(50)의 스프링 반력을 조절하여, 측정 스프링 반력과 목표 스프링 반력이 동일해지면, 제어부(100)에서 관절 구동수단(40)의 관절 액추에이터(42)를 구동하여 도 9에서와 같이 제 2 링크체(24)를 제 1 링크체(22)에 대하여 목표 위치로 회전시킨다. 이때 가변 탄성체(50)의 내측 회전체(52)도 탄성 부재(56)를 압축하면서 동시에 회전됨에 따라 목표 스프링 반력이 작용하게 된다.

상기한 본 발명의 실시예에서는 무릎 관절의 외골격 구조를 중심으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 팔꿈치 등 다른 외골격 구조에도 동일 유사하게 구성하여 적용할 수 있음은 물론이다.

또한, 가상현실 기기의 착용형 시스템에도 적용 가능하며, 외골격 구조를 갖는 로봇 등에도 적용하여 구현할 수 있다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 메인 프레임 20 : 외골격부
22 : 제 1 링크체 24 : 제 2 링크체
26 : 발 링크체 30 : 관절 축
40 : 관절 구동수단 42 : 관절 액추에이터
45 : 구동 기어 50 : 가변 탄성체
52 : 내측 회전체 54 : 외측 회전체
56 : 탄성 부재 58 : 힌지
60 : 조절 액추에이터 70 : 반력 측정수단
100 : 제어부 110 : 반력 설정부

Claims

관절 운동이 가능하도록 서로 연결되는 제 1 링크체 및 제 2 링크체와;
상기 제 1 링크체와 제 2 링크체 사이에 연결되되, 제 1 링크체와는 구속되지 않고, 제 2 링크체와는 구속되게 연결되는 관절 축과;
상기 관절 축을 중심으로 상기 제 1 링크체에 대하여 제 2 링크체를 회전시키는 관절 구동수단과;
상기 관절 축에 연결되어 상기 제 1 링크체와 제 2 링크체 사이의 탄성력을 제공하는 가변 탄성체와;
상기 제 1 링크체 쪽에 설치되어 상기 가변 탄성체의 반력을 조절하는 조절 액추에이터를 포함한 것을 특징으로 하는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 링크체와 상기 관절 축에 연결되어 반력을 측정하는 반력 측정수단과, 상기 반력 측정수단의 측정 신호를 입력받고 사용자의 반력 설정에 따라 조절 액추에이터에 제어 신호를 출력하는 제어부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 관절 구동수단은 상기 제 1 링크체와 제 2 링크체가 연결된 관절부 안쪽에 배치되고,
상기 가변 탄성체 및 상기 조절 액추에이터는 상기 관절부 바깥쪽 일측에 배치되며,
상기 반력 측정수단은 상기 관절부의 바깥쪽에 타측에 배치된 것을 특징으로 하는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 반력 측정수단은 토크 센서로 구성된 것을 특징으로 하는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 링크체와 제 2 링크체 중 어느 한쪽 링크체는 다른 링크체에 삽입된 상태에서 상기 관절 축으로 연결되게 구성된 것을 특징으로 하는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 관절 구동수단은 상기 제 1 링크체에 지지된 관절 액추에이터가 상기 관절 축에 구비된 구동 기어를 회전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가변 탄성체는, 상기 관절 축에 연결된 내측 회전체와, 상기 내측 회전체의 바깥쪽에 위치되어 상기 조절 액추에이터에 의해 회전하는 외측 회전체와, 상기 내측 회전체와 외측 회전체 사이에 구비되어 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함한 것을 특징으로 하는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 내측 회전체는 십자형 구조로 형성되어 중앙부에 상기 관절 축이 연결된 것을 특징으로 하는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 탄성 부재는 상기 내측 회전체의 십자형 구조의 각변과 외측 회전체 사이에 4개가 설치된 것을 특징으로 하는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 탄성 부재는 상기 내측 회전체에 연결되는 부분이 힌지 구조로 연결된 것을 특징으로 하는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치를 이용하는 것으로,
사용자가 원하는 수준의 목표 스프링 반력을 설정하는 제 1 단계와;
상기 제 1 단계의 반력 설정에 따라 상기 조절 액추에이터를 구동하여 가변 탄성체의 반력을 조절하는 제 2 단계와;
상기 반력 측정수단을 이용하여 상기 제 2 단계에서 조절된 반력을 측정하여 측정 스프링 반력이 목표 스프링 반력과 동일한가를 판단하고 측정 스프링 반력이 목표 스프링 반력이 아니면 가변 탄성체의 반력을 다시 조절하는 제 3 단계와;
상기 제 3 단계에서 목표 스프링 반력과 측정 스프링 반력이 동일하면 상기 관절 구동수단을 구동하여 상기 제 1 링크체에 대하여 제 2 링크체를 목표 위치로 회전시켜 관절 운동을 실시하는 제 4 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 방법.