KR20220044010A - Power Assistive Robot for Human Upper Limb - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인체에 결합되어 사용되는 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인체의 상지(팔)에 결합되어 사용될 수 있는 것이며, 인체의 상지의 근력을 보조하거나 인체의 상지의 재활에 사용될 수 있는 상지보조로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a robot used in combination with a human body, and more particularly, it can be used by being coupled to the upper limb (arm) of the human body, and can be used to assist the muscle strength of the upper limb of the human body or to be used for the rehabilitation of the upper limb of the human body. It is about the upper extremity assisting robot.
재활로봇(rehabilitation robot)은, 인체에 착용되어 사용될 수 있으며, 상지 재활로봇, 하지 재활로봇, 보행 재활로봇 등 다양한 형태로 개발되고 있다.Rehabilitation robots, which can be worn on the human body and used, are being developed in various forms such as upper extremity rehabilitation robots, lower extremity rehabilitation robots, and gait rehabilitation robots.
인체에 착용되어 사용되는 로봇은, 재활의 목적 이외에도, 인체의 근력의 보조를 위해서도 사용될 수 있다.The robot worn on the human body may be used for the purpose of rehabilitation, as well as assisting the muscle strength of the human body.
재활로봇과 관련하여 한국등록특허 제10-1930418호(이하, '선행문헌')는 '상지 재활 로봇'을 개시한다.In relation to the rehabilitation robot, Korean Patent Registration No. 10-1930418 (hereinafter, 'prior literature') discloses an 'upper limb rehabilitation robot'.
상기 선행문헌의 상지 재활 로봇은, 인체 상지 중 손목 자유도를 제외한 4개의 자유도(어깨, 팔꿈치)를 가지도록 기구적으로 고안되었으며, 사용자의 상지에 밀착 결합하여 각 관절의 동작에 대응하여 작동이 가능하다. The upper extremity rehabilitation robot of the prior literature is mechanically designed to have four degrees of freedom (shoulder, elbow) excluding the wrist degree of freedom among the upper extremities of the human body, and it is closely coupled to the user's upper extremity and operates in response to the motion of each joint. It is possible.
상기 선행문헌의 상지 재활 로봇은, 인체의 관절과 로봇의 관절이 서로 일치하도록 설계함으로써 관절별 재활운동을 가능하도록 기구적으로 고안되었다. 즉, 상기 상지 재활 로봇은, 인체의 관절 자유도에 직접적으로 대응하는 로봇 자유도를 가지도록 고안하였다. The upper extremity rehabilitation robot of the prior literature was designed mechanically to enable joint rehabilitation exercise by designing the joints of the human body and the joints of the robot to coincide with each other. That is, the upper extremity rehabilitation robot was designed to have a robot degree of freedom that directly corresponds to the joint degree of freedom of the human body.
다만, 인체의 상지는 로봇 메커니즘보다 많은 자유도를 가지고 있을 뿐만 아니라, 상박과 하박의 길이 및 관절의 회전 범위 등과 같은 설계 인자들의 개인차가 존재하기 때문에 사람과 로봇의 회전축을 완벽하게 일치시키는 것은 현실적으로 불가능하다. However, since the upper limbs of the human body have more degrees of freedom than the robot mechanism, and there are individual differences in design factors such as the length of the upper and lower arms and the range of rotation of the joints, it is practically impossible to perfectly match the rotation axes of the human and the robot. Do.
사람과 로봇의 관절 및 회전축 불일치는 체결부(사람과 로봇이 체결되는 부분)에서의 슬립 또는 각도 불일치를 야기할 수 있으며, 이는 사용자에게 이질감을 느끼게 만들 수 있다. 또한 로봇 관절의 수가 증가함에 따라 설계 복잡도 및 제작비용 증가를 초래할 수 있으며, 제어의 어려움이 증가될 수 있다.Mismatch of the joint and rotation axis between the human and the robot may cause slip or angular mismatch at the fastening part (the part where the human and robot are fastened), which may make the user feel different. In addition, as the number of robot joints increases, design complexity and manufacturing cost may increase, and control difficulties may increase.
본 개시는, 인체 상지와 로봇의 관절의 모든 회전축을 일치시키는 대신, 인체와 로봇이 서로 결합되는 체결부의 위치와 방위를 구현할 수 있는 로봇 메커니즘에 의하여 구조적으로 단순화될 수 있는 상지보조로봇을 기술한다.The present disclosure describes an upper extremity assisting robot that can be structurally simplified by a robot mechanism that can implement the position and orientation of the coupling part where the human body and the robot are coupled to each other, instead of making all rotation axes of the human upper extremities and the robot's joints coincide. .
본 개시는, 중력보상이 이루어지도록 2개의 능동액추에이터를 포함하면서, 하나의 능동액추에이터의 회전축이 어깨 보다 낮은 지점에 위치하고, 다른 하나의 능동액추에이터의 회전축이 팔꿈치 보다 낮은 지점에 위치하며, 6자유도를 가지는 상지보조로봇을 기술한다.The present disclosure includes two active actuators so that gravity compensation is achieved, the axis of rotation of one active actuator is located at a point lower than the shoulder, and the axis of rotation of the other active actuator is located at a point lower than the elbow, and has 6 degrees of freedom. Branch describes an upper extremity assisting robot.
본 개시는, 인체의 하박에서만 로봇과의 결합이 이루어지고, 인체의 하박의 내회전 특성 및 외회전 특성이 자연스럽게 이루어질 수 있는 수단을 갖는 상지보조로봇을 기술한다. The present disclosure describes an upper extremity assisting robot that is coupled with the robot only in the lower arm of the human body, and has a means by which the internal and external rotation characteristics of the lower arm of the human body can be made naturally.
본 개시는, 부하측(load)에 외력이 작용하여 모터와 부하측 사이에 상대회전이 발생할 때, 모멘트암이 일정하고 상대회전에 따른 각도를 직접 측정할 수 있는 회전형 직렬 탄성 액추에이터를 포함하는 상지보조로봇을 기술한다.The present disclosure provides upper extremity support including a rotation type elastic actuator in which a moment arm is constant and can directly measure an angle according to the relative rotation when an external force is applied to the load side and a relative rotation occurs between the motor and the load side describe the robot.
본 출원에서 기술되는 주제의 한 측면에 따른 상지보조로봇은, 제1 지지프레임, 회전프레임, 제1 아암, 제2 아암, 체결부, 제1 액추에이터 및 제2 액추에이터를 포함하여 이루어질 수 있다. The upper extremity assistance robot according to one aspect of the subject matter described in the present application may include a first support frame, a rotation frame, a first arm, a second arm, a fastening unit, a first actuator, and a second actuator.
상기 상지보조로봇은 연결프레임을 포함하여 이루어질 수 있다.The upper extremity assisting robot may include a connection frame.
상기 회전프레임은, 연직방향의 제1 로봇회전축을 중심으로 상기 제1 지지프레임에 회전가능하게 결합된다.The rotation frame is rotatably coupled to the first support frame about the first robot rotation axis in the vertical direction.
상기 제1 아암은, 수평방향의 제2 로봇회전축을 중심으로 상기 회전프레임과 상대회전가능하게 이루어진다.The first arm is configured to be relatively rotatable with the rotation frame about a second horizontal axis of rotation of the robot.
상기 제2 아암은, 수평방향의 제3 로봇회전축을 중심으로 상기 제1 아암과 상대회전가능하게 이루어지고, 이동지점을 포함하여 이루어진다.The second arm is configured to be rotatable relative to the first arm about a third robot rotation axis in the horizontal direction, and includes a moving point.
상기 연결프레임은, 상기 이동지점을 지나고 수평방향인 제4 로봇회전축을 중심으로 상기 제2 아암에 회전가능하게 결합될 수 있다.The connection frame may be rotatably coupled to the second arm about a fourth robot rotation axis in a horizontal direction passing through the moving point.
상기 체결부는, 상기 제4 로봇회전축에 직교하는 제5 로봇회전축을 중심으로 상기 연결프레임에 회전가능하게 결합될 수 있다.The coupling part may be rotatably coupled to the connection frame about a fifth robot rotation axis orthogonal to the fourth robot rotation axis.
상기 체결부는, 상기 이동지점을 중심으로 전방향으로(in all directions) 회전가능하게 상기 제2 아암에 결합될 수 있다.The fastening part may be coupled to the second arm to be rotatable in all directions about the moving point.
상기 제1 액추에이터는, 회전형 직렬 탄성 액추에이터로 이루어지고, 상기 회전프레임과 상기 제1 아암의 조인트를 이룰 수 있다.The first actuator may be a rotary type series elastic actuator, and may form a joint between the rotary frame and the first arm.
상기 제2 액추에이터는, 회전형 직렬 탄성 액추에이터로 이루어지고, 상기 제1 아암과 상기 제2 아암의 조인트를 이룰 수 있다.The second actuator may be a rotary series elastic actuator, and may form a joint between the first arm and the second arm.
상기 상지보조로봇에서, 상기 체결부만 사용자의 상지에 결합되고, 상기 체결부는 상기 사용자의 하박을 밀착되게 지지하도록 이루어질 수 있다.In the upper extremity assisting robot, only the fastening part may be coupled to the upper limb of the user, and the fastening part may be configured to closely support the lower arm of the user.
일부 구현들에서, 상기 체결부는 연결프레이트 및 전방플레이트를 포함하여 이루어질 수 있다.In some implementations, the fastening portion may include a connecting plate and a front plate.
상기 연결플레이트는 상기 제2 아암에 연결되는 부분이다. 상기 연결플레이트는, 상기 사용자의 하박에 접촉하는 면이 오목한 곡면을 이룰 수 있다.The connecting plate is a portion connected to the second arm. The connection plate, a surface in contact with the user's lower arm may form a concave curved surface.
상기 전방플레이트는, 상기 연결플레이트로부터 상기 사용자의 팔목쪽을 향하여 연장된다. 상기 전방플레이트는, 상기 사용자의 하박에 접촉하는 면이 오목한 곡면을 이룰 수 있다.The front plate extends from the connection plate toward the wrist of the user. The front plate, a surface in contact with the user's lower arm may form a concave curved surface.
상기 상지보조로봇은 체결밴드를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The upper extremity assisting robot may further include a fastening band.
상기 체결밴드는, 상기 체결부에 고정되게 결합되고, 상기 사용자의 하박을 둘러싸도록 이루어질 수 있다.The fastening band may be fixedly coupled to the fastening portion and surround the user's lower arm.
상기 상지보조로봇은, 의자를 포함하여 이루어질 수 있다.The upper extremity assisting robot may include a chair.
상기 의자는, 상기 사용자가 앉을 수 있도록 이루어진 착석부가 구비된다.The chair is provided with a seating unit configured to allow the user to sit.
일부 구현들에서, 상기 제1 지지프레임은, 상기 의자의 뒤쪽에서 좌우방향을 따라 이루어진다.In some implementations, the first support frame is formed along a left and right direction at the back of the chair.
일부 구현들에서, 상기 제1 로봇회전축은 상기 사용자의 어깨보다 좌우방향의 바깥쪽에 위치하고, 상기 제2 로봇회전축은 상기 사용자의 어깨보다 아래에 위치한다.In some implementations, the first robot axis of rotation is located outside the user's shoulder in the left and right direction, and the second robot axis of rotation is located below the user's shoulder.
일부 구현들에서, 상기 제2 로봇회전축이 상기 제1 로봇회전축의 앞쪽 또는 좌우방향의 바깥쪽에 위치하도록, 상기 제1 로봇회전축과 상기 제2 로봇회전축은 수평방향에서 서로 이격된다.In some implementations, the first robot rotation axis and the second robot rotation axis are spaced apart from each other in a horizontal direction so that the second robot rotation axis is located in front of or outside the first robot rotation axis in the left and right direction.
일부 구현들에서, 상기 제2 로봇회전축의 높이는 상기 사용자의 어깨보다 낮도록 이루어지고, 상기 제2 로봇회전축에서 상기 제3 로봇회전축까지의 길이는, 상기 사용자와 어깨에서 팔꿈치까지의 길이보다 길게 이루어진다.In some implementations, a height of the second robot axis of rotation is lower than the user's shoulder, and a length from the second axis of rotation of the robot to the third axis of rotation of the robot is longer than a length from a shoulder to an elbow with the user. .
상기 상지보조로봇은 베이스플레이트 및 높이조절장치를 포함하여 이루어질 수 있다.The upper extremity assisting robot may include a base plate and a height adjusting device.
상기 베이스플레이트는, 상기 제1 지지프레임의 하측에 위치한다.The base plate is located below the first support frame.
상기 높이조절장치는, 상기 베이스플레이트에 고정되게 연결되는 제1 연결바, 및 상기 제1 지지프레임에 고정되게 연결되고 상기 제1 연결바를 상대로 승강하는 제2 연결바를 포함하고, 상기 제1 연결바를 상대로 한 상기 제2 연결바의 높이가 조정 및 고정되도록 이루어질 수 있다.The height adjusting device includes a first connecting bar fixedly connected to the base plate, and a second connecting bar fixedly connected to the first support frame and elevating against the first connecting bar, the first connecting bar The height of the second connecting bar against the other may be adjusted and fixed.
일부 구현들에서, 상기 제2 로봇회전축과 상기 제3 로봇회전축 간의 길이는 350~450mm이고, 상기 제3 로봇회전축과 상기 이동지점 간의 길이는 230~330mm로 이루어진다. 일부 구현들에서, 상기 제2 로봇회전축과 상기 제3 로봇회전축 간의 길이는 400mm이고, 상기 제3 로봇회전축과 상기 이동지점 간의 길이는 280mm로 이루어진다. In some implementations, the length between the second robot axis of rotation and the third robot axis of rotation is 350-450 mm, and the length between the third robot axis of rotation and the moving point is 230-330 mm. In some implementations, the length between the second robot axis of rotation and the third axis of rotation of the robot is 400 mm, and the length between the third axis of rotation of the robot and the moving point is 280 mm.
일부 구현들에서, 상기 회전프레임을 상대로 한 상기 제1 아암의 회전각도 범위는, 상기 제3 로봇회전축이 상기 제2 로봇회전축의 연직 하방에 위치한 상태를 기준으로, 전방으로 120°이고, 후방으로 40°이도록 이루어진다.In some implementations, the range of the rotation angle of the first arm with respect to the rotation frame is 120° forward and backward with respect to the state in which the third robot rotation axis is positioned vertically below the second robot rotation axis. It is made to be 40°.
일부 구현들에서, 상기 제1 아암을 상대로 한 상기 제2 아암의 회전각도 범위는, 상기 이동지점이 상기 제3 로봇회전축의 연직 하방에 위치한 상태를 기준으로, 전방으로 140°이도록 이루어진다.In some implementations, the rotation angle range of the second arm with respect to the first arm is configured such that the moving point is 140° forward with respect to a state in which the moving point is located vertically below the third robot rotation axis.
상기 제1 지지프레임은, 상기 제1 로봇회전축을 이루는 제1 지점, 및 상기 제1 지점과 수평방향으로 이격된 제2 지점을 포함한다.The first support frame includes a first point forming the first robot rotation axis, and a second point spaced apart from the first point in a horizontal direction.
상기 상지보조로봇은, 복수 개의 바퀴 및 제2 지지프레임을 포함하여 이루어질 수 있다.The upper extremity assisting robot may include a plurality of wheels and a second support frame.
상기 바퀴는 상기 베이스플레이트의 하측에 고정되고, 상기 상지보조로봇이 바닥면 위에서 이동하도록 지지한다.The wheel is fixed to the lower side of the base plate, and supports the upper extremity assisting robot to move on the floor surface.
상기 의자는, 상기 제2 지점의 바로 앞에 위치하고, 상기 베이스플레이트의 상측에 고정된다.The chair is located right in front of the second point and is fixed to the upper side of the base plate.
상기 제2 지지프레임은, 상기 의자의 뒤쪽 중앙에 위치하고, 하측이 상기 베이스플레이트에 고정되고, 상측이 상기 제1 지지프레임의 상기 제2 지점에 결합된다.The second support frame is located in the center of the back of the chair, the lower side is fixed to the base plate, and the upper side is coupled to the second point of the first support frame.
일부 구현들에서, 상기 제1 지지프레임은 상기 제2 지지프레임을 기준으로 회전가능하게 이루어진다.In some implementations, the first support frame is rotatable with respect to the second support frame.
일부 구현들에서, 상기 제1 액추에이터와 상기 제2 액추에이터 각각은, 제1 바디, 모터, 풀리, 제2 바디, 와이어, 제1 조정장치, 제2 조정장치, 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함하여 이루어진다.In some implementations, the first actuator and the second actuator each include a first body, a motor, a pulley, a second body, a wire, a first adjuster, a second adjuster, a first spring, and a second spring is done by
상기 모터는, 고정자 및 회전자를 포함하고, 상기 고정자가 상기 제1 바디에 고정된다.The motor includes a stator and a rotor, and the stator is fixed to the first body.
상기풀리는, 상기 회전자의 회전시 제1 로봇회전축을 중심으로 회전하도록 이루어지고, 상기 제1 로봇회전축을 중심으로 원호를 이루는 안착부가 구비된다.The pulley is made to rotate about a first robot rotation axis when the rotor is rotated, and a seating portion forming an arc about the first robot rotation axis is provided.
상기 제2 바디는, 상기 제1 로봇회전축을 중심으로 회전가능하게 이루어진다.The second body is made to be rotatable about the first robot rotation axis.
상기 와이어는, 상기 안착부를 둘러 굽어지는(curved around) 중앙부와, 상기 중앙부의 양단에서 각각 연장되어 직선을 이루는 제1 연장부와 제2 연장부를 구비한다.The wire includes a central portion curved around the seating portion, and first and second extension portions extending from both ends of the central portion to form a straight line.
상기 제1 조정장치는, 상기 제1 연장부와 함께 이동하도록 상기 제1 연장부에 결합된다.The first adjustment device is coupled to the first extension to move together with the first extension.
상기 제2 조정장치는, 상기 제2 연장부와 함께 이동하도록 상기 제2 연장부에 결합된다.The second adjustment device is coupled to the second extension to move together with the second extension.
상기 제1 스프링은, 상기 와이어가 당겨지도록 상기 제2 바디로부터 상기 제1 조정장치를 탄력지지하고, 예압된 상태로 조립된다.The first spring elastically supports the first adjustment device from the second body so that the wire is pulled, and is assembled in a preloaded state.
상기 제2 스프링은, 상기 와이어가 당겨지도록 상기 제2 바디로부터 상기 제2 조정장치를 탄력지지하고, 예압된 상태로 조립된다.The second spring elastically supports the second adjustment device from the second body so that the wire is pulled, and is assembled in a preloaded state.
일부 구현들에서, 상기 풀리는, 상기 안착부에서 상기 제1 회전축쪽으로 오목한 고정홈을 포함하고, 상기 와이어는, 상기 중앙부의 중앙에서 상기 고정홈으로 삽입되는 고정부를 포함한다.In some implementations, the pulley includes a fixing groove concave from the seating portion toward the first rotation axis, and the wire includes a fixing portion inserted into the fixing groove from the center of the central portion.
일부 구현들에서, 상기 직렬 탄성 액추에이터는, 상기 고정부가 상기 고정홈에 고정되도록 상기 고정홈에서 상기 풀리에 체결되어 상기 고정부에 밀착되는 고정핀을 포함한다.In some implementations, the series elastic actuator includes a fixing pin fastened to the pulley in the fixing groove to be in close contact with the fixing part so that the fixing part is fixed to the fixing groove.
일 실시예에서, 상지보조로봇에서 체결부가 하박과 함께 이동하며 체결부가 이동지점을 상대로 회전한다. 이때, 제1 아암, 제2 아암, 제2 로봇회전축 및 제3 로봇회전축 각각의 거동은, 사용자의 상박, 하박, 어깨 및 팔꿈치의 거동에 대응되는 것이 아니고, 제1 아암, 제2 아암, 제2 로봇회전축 및 제3 로봇회전축 각각은 사용자의 상지 외측으로 이격되어 이동 및 회전한다. 본 발명의 실시예에서는, 상지보조로봇의 관절과 사용자의 관절이 서로 일치되지 않고, 상지보조로봇의 거동과 사용자의 상지의 거동이 서로 일치되지 않으며, 상지보조로봇과 사용자 간의 관절의 일치 및 거동의 일치를 위한 설계 또는 제어가 불필요하다. 그리고, 체결부의 위치와 방위를 구현할 수 있으며, 상지의 자유도에 부합하는 상지보조로봇을 제공할 수 있다.In one embodiment, in the upper extremity assisting robot, the fastening part moves together with the lower arm and the fastening part rotates with respect to the moving point. At this time, the behavior of each of the first arm, the second arm, the second robot axis of rotation, and the third robot axis of rotation does not correspond to the behavior of the user's upper arm, lower arm, shoulder, and elbow, and does not correspond to the behavior of the user's upper arm, lower arm, shoulder, and elbow. Each of the 2nd robot rotation axis and the 3rd robot rotation axis moves and rotates spaced apart from the user's upper extremities. In the embodiment of the present invention, the joints of the upper extremity assisting robot and the user's joints do not match each other, the behavior of the upper extremity assisting robot and the user's upper extremity do not match each other, and the matching and behavior of the joints between the upper extremity assisting robot and the user There is no need to design or control for the matching of In addition, the position and orientation of the fastening portion can be implemented, and an upper extremity assisting robot can be provided that conforms to the degree of freedom of the upper extremities.
일 실시예에서, 상지보조로봇은, 상술한 제1 지지프레임, 회전프레임, 제1 아암, 제2 아암, 체결부, 제1 액추에이터 및 제2 액추에이터를 포함하여 이루어진다. 상술한 바와 같이, 제1 액추에이터 및 제2 액추에이터는 회전형 직렬 탄성 액추에이터로 이루어진다. 회전프레임과 제1 아암의 회전축을 이루는 제2 로봇회전축의 높이는 사용자의 어깨보다 낮도록 이루어지고, 제2 로봇회전축에서 제3 로봇회전축까지의 길이는, 사용자와 어깨에서 팔꿈치까지의 길이보다 길게 이루어진다. 이에 따라, 중력보상이 이루어지도록 2개의 능동액추에이터를 포함하면서, 하나의 능동액추에이터의 회전축이 어깨 보다 낮은 지점에 위치하고, 다른 하나의 능동액추에이터의 회전축이 팔꿈치 보다 낮은 지점에 위치하며, 능동액추에이터의 수를 최소하하고, 6자유도를 가지는 상지보조로봇을 제공할 수 있다.In an embodiment, the upper extremity assisting robot includes the above-described first support frame, rotation frame, first arm, second arm, fastening unit, first actuator, and second actuator. As described above, the first actuator and the second actuator are made of a rotary series elastic actuator. The height of the second robot axis of rotation constituting the axis of rotation of the rotating frame and the first arm is lower than the user's shoulder, and the length from the second axis of rotation of the robot to the axis of rotation of the third robot is longer than the length from the user and the shoulder to the elbow. . Accordingly, while including two active actuators to compensate for gravity, the rotation axis of one active actuator is located at a point lower than the shoulder, and the rotation axis of the other active actuator is located at a point lower than the elbow, and the number of active actuators It is possible to minimize and provide an upper extremity assisting robot having 6 degrees of freedom.
일 실시예에서, 사용자의 하박을 지지하는 체결부는, 제2 아암을 상대로 2축회전하거나 모든 방향에서 회전하도록 이루어지고, 사용자의 하박은 체결부에 밀착된 상태에서 체결부를 상대로 회전할 수 있다. 이에 따라, 인체의 하박에서만 로봇과의 결합이 이루어지고, 인체의 하박의 내회전 및 외회전 특성이 자연스럽게 이루어질 수 있는 상지보조로봇을 제공할 수 있다.In one embodiment, the fastening unit for supporting the user's lower arm is made to rotate biaxially or rotates in all directions with respect to the second arm, and the user's lower arm may rotate against the fastening unit in a state in close contact with the fastening unit. Accordingly, it is possible to provide an upper extremity assisting robot that is coupled with the robot only on the lower arm of the human body and can naturally perform internal rotation and external rotation characteristics of the lower arm of the human body.
일 실시예에서, 제1 액추에이터와 제2 액추에이터 각각은, 제1 바디, 모터, 풀리, 제2 바디, 와이어, 제1 조정장치, 제2 조정장치, 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함하여 이루어진다. 와이어의 고정부는 풀리의 고정홈에 고정되고, 와이어의 중앙부는 풀리의 안착부를 둘러 굽어지고, 와이어의 제1 연장부와 제2 연장부는 중앙부의 양단에서 각각 연장되어 직선을 이루며 제1 조정장치 및 제2 조정장치를 통하여 제2 바디에 결합된다. 제2 바디에 외력(제1 회전축을 중심으로 제2 바디가 제1 바디를 상대로 회전하도록 작용하는 외력)이 작용하면, 풀리와 제2 바디 간의 상대회전이 이루어진다. 이때, 제1 스프링과 제2 스프링 중 어느 하나는 압축되고 다른 하나는 인장되며, 제1 연장부와 제2 연장부는 각각의 라인이 이루는 방향을 따라 이동한다. 제1 스프링과 제2 스프링의 스프링 상수, 상기 상대회전 각도를 확인하여, 상기 외력에 따른 토크를 측정할 수 있다. 이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터에서는, 제1 회전축을 중심으로 토크가 발생될 때, 와이어와 풀리 간의 미끄러짐이 없고, 모멘트암이 일정하고 상대회전에 따른 각도를 직접 측정할 수 있으며, 정확하고 용이하게 토크를 측정할 수 있다.In one embodiment, each of the first and second actuators comprises a first body, a motor, a pulley, a second body, a wire, a first adjuster, a second adjuster, a first spring and a second spring. . The fixing part of the wire is fixed to the fixing groove of the pulley, the central part of the wire is bent around the seating part of the pulley, and the first extension part and the second extension part of the wire are respectively extended from both ends of the central part to form a straight line, a first adjusting device and It is coupled to the second body through the second adjustment device. When an external force (external force acting to rotate the second body relative to the first body about the first rotational axis) is applied to the second body, relative rotation is made between the pulley and the second body. At this time, any one of the first spring and the second spring is compressed and the other is tensioned, and the first extension part and the second extension part move along a direction formed by each line. By checking the spring constant and the relative rotation angle of the first spring and the second spring, the torque according to the external force may be measured. As such, in the series elastic actuator according to the embodiment of the present invention, when torque is generated about the first rotational axis, there is no slip between the wire and the pulley, the moment arm is constant, and the angle according to the relative rotation can be directly measured. , it is possible to measure the torque accurately and easily.
도 1은 상지보조로봇을 도시한 사시도이다.
도 2a는 상지보조로봇과 사용자의 하박이 체결된 모습을 도시한 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 상지보조로봇를 도시한 도면이다.
도 2c는 도 2a와 다른 실시예에 따른 상지보조로봇과 사용자의 하박이 체결된 모습을 도시한 사시도이다.
도 3은 상지보조로봇에서 회전프레임을 상대로 한 제1 아암의 회전각도범위를 나타내는 도면이고, 도 4는 상지보조로봇에서 제1 아암을 상대로 한 제2 아암의 회전각도범위를 나타내는 도면이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c는 각각, 서로 다른 방향에서 바라본 상지보조로봇의 사용상태를 도시한 도면이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c는 각각, 사용자가 상지(팔)를 내리고 있을 때 서로 다른 방향에서 바라본 상지보조로봇(1)의 사용상태를 도시한 도면이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c는 각각, 사용자가 상지(팔)를 앞쪽으로 뻗고 있을 때 서로 다른 방향에서 바라본 상지보조로봇의 사용상태를 도시한 도면이다.
도 8a, 도 8b, 도 8c는 각각, 사용자가 상지(팔)를 위쪽으로 뻗고 있을 때 서로 다른 방향에서 바라본 상지보조로봇의 사용상태를 도시한 도면이다.
도 9a, 도 9b, 도 9c는 각각, 사용자가 상지(팔)를 가슴앞에서 굽히고 있을 때 서로 다른 방향에서 바라본 상지보조로봇의 사용상태를 도시한 도면이다.
도 10은 높이조절장치가 구비된 상지보조로봇을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 제1 지지프레임이 제2 지지프레임을 상대로 회전하는 상지보조로봇을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(제1 액추에이터 또는 제2 액추에이터)를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 액추에이터의 사용상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 14는 도 12에 도시된 액추에이터를 도시한 분해사시도이고, 도 15는 도 14의 액추에이터의 일부의 구성을 도시한 분해사시도이다.
도 16a는 도 12에 도시된 액추에이터를 도시한 단면도이고, 도 16b는 액추에이터를 이루는 구성들과 제어부와의 관계를 개념적이고 개략적으로 도시한 도면이다.
도 17은 별도의 외력이 작용하지 않은 상태에서 액추에이터를 도시한 단면도이다.
도 18a는 도 17의 액추에이터에서 제2 바디가 제1 바디를 상대로 시계방향으로 회전하도록 외력이 작용한 상태를 도시한 단면도이고, 도 18b는 도 17의 액추에이터에서 제2 바디가 제1 바디를 상대로 반시계방향으로 회전하도록 외력이 작용한 상태를 도시한 단면도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터를 도시한 사시도이고, 도 20은 도 19에 도시된 액추에이터의 사용상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a perspective view showing an upper extremity assisting robot.
Figure 2a is a perspective view showing a state in which the upper limb assistance robot and the user's lower arm are fastened.
FIG. 2B is a view showing the upper extremity assisting robot shown in FIG. 2A.
Figure 2c is a perspective view showing a state in which the upper limb assistance robot and the user's lower arm are fastened according to an embodiment different from that of Figure 2a.
3 is a view showing the rotation angle range of the first arm with respect to the rotating frame in the upper extremity assisting robot, and FIG. 4 is a view showing the rotation angle range of the second arm against the first arm in the upper extremity assisting robot.
5A, 5B, and 5C are diagrams illustrating the use of the upper extremity assisting robot when viewed from different directions, respectively.
6A, 6B, and 6C are diagrams illustrating the use state of the upper
7A, 7B, and 7C are diagrams illustrating the use of the upper extremity assisting robot when viewed from different directions when the user extends the upper extremity (arm) forward, respectively.
8A, 8B, and 8C are diagrams illustrating the use of the upper extremity assisting robot as viewed from different directions when the user extends the upper extremity (arm) upward, respectively.
9A, 9B, and 9C are views showing the use of the upper extremity assisting robot when viewed from different directions when the user bends the upper extremity (arm) in front of the chest, respectively.
10 is a diagram schematically showing an upper extremity assisting robot equipped with a height adjusting device.
11A and 11B are diagrams schematically illustrating an upper extremity assisting robot in which a first support frame rotates with respect to a second support frame.
12 is a perspective view illustrating an actuator (a first actuator or a second actuator) according to an embodiment of the present invention.
13 is a cross-sectional view schematically illustrating a state of use of the actuator shown in FIG. 12 .
FIG. 14 is an exploded perspective view showing the actuator shown in FIG. 12 , and FIG. 15 is an exploded perspective view showing the configuration of a part of the actuator of FIG. 14 .
FIG. 16A is a cross-sectional view illustrating the actuator shown in FIG. 12 , and FIG. 16B is a diagram schematically and conceptually illustrating a relationship between components constituting the actuator and a control unit.
17 is a cross-sectional view illustrating the actuator in a state in which a separate external force is not applied.
18A is a cross-sectional view illustrating a state in which an external force is applied so that the second body rotates clockwise with respect to the first body in the actuator of FIG. 17, and FIG. 18B is a second body against the first body in the actuator of FIG. 17 It is a cross-sectional view showing a state in which an external force is applied to rotate counterclockwise.
19 is a perspective view illustrating an actuator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a cross-sectional view schematically illustrating a state of use of the actuator shown in FIG.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, embodiments according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals refer to like elements throughout the detailed description.
본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it is understood that it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "결합"되어 있다고 언급된 때에는, 달리 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합되어 있거나, 또는 그 다른 구성요소에 고정되게 결합되어 있거나, 또는 그 다른 구성요소에 상대이동 없도록 결합되어 있을 수 있다.When an element is referred to as being "coupled" to another element, unless otherwise specifically limited, it is directly coupled to the other element or fixedly coupled to the other element; or It may be coupled to other components so that they do not move relative to each other.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
도 1은 상지보조로봇(1)을 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing an upper extremity assisting robot (1).
도 2a는 상지보조로봇(1)과 사용자(H)의 하박(FA)이 체결된 모습을 도시한 사시도이다.Figure 2a is a perspective view showing a state in which the upper limb assistance robot (1) and the lower arm (FA) of the user (H) are fastened.
도 2b는 도 2a에 도시된 상지보조로봇(1)를 도시한 도면이다.FIG. 2B is a view showing the upper
도 2c는 도 2a와 다른 실시예에 따른 상지보조로봇(1)과 사용자(H)의 하박(FA)이 체결된 모습을 도시한 사시도이다.Figure 2c is a perspective view showing a state in which the upper limb assistance robot (1) and the lower arm (FA) of the user (H) are fastened according to an embodiment different from that of Figure 2a.
도 3은 상지보조로봇(1)에서 회전프레임(30)을 상대로 한 제1 아암(40)의 회전각도범위를 나타내는 도면이고, 도 4는 상지보조로봇(1)에서 제1 아암(40)을 상대로 한 제2 아암(50)의 회전각도범위를 나타내는 도면이다.3 is a view showing the rotation angle range of the
도 5a, 도 5b, 도 5c는 각각, 서로 다른 방향에서 바라본 상지보조로봇(1)의 사용상태를 도시한 도면이다.5A, 5B, and 5C are views showing the use state of the upper
본 발명의 실시예는 상지보조로봇(1)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인체의 상지(팔)에 결합되어 사용될 수 있는 것이며, 인체의 상지의 근력을 보조하거나 인체의 상지의 재활에 사용될 수 있는 상지보조로봇(1)에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to the upper
이에 따라, 상지보조로봇(1)은, 적어도 어느 한 부분(체결부(90))에서 인체의 상지에 고정되게 결합된다.Accordingly, the upper
본 발명의 실시예에 따른 상지보조로봇(1)은, '상지근력보조로봇' 또는 '상지재활로봇(Upper Limb Rehabilitation Robot)' 등으로도 칭하여질 수 있다.The upper
인체의 상지는 높은 자유도를 가지고 있다. 또한, 사용자(H) 개인의 신체적 차이로 인하여 인체와 로봇의 관절 또는 회전축을 일치시키는 것은 매우 어렵다. 인체와 로봇의 회전축 불일치로 인하여 체결부(90)에서 슬립 및 비틀림이 발생할 경우 사용자(H)는 이질감에 의한 불편함을 느끼거나 불필요한 부하를 받을 수 있다. The upper extremities of the human body have a high degree of freedom. In addition, it is very difficult to match the joint or rotation axis of the human body and the robot due to the individual physical difference of the user (H). When slip or torsion occurs in the
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명의 실시예에서는 인체 상지와 상지보조로봇(1)의 관절의 모든 회전축을 일치시키는 대신, 채결부의 위치와 방위를 구현할 수 있도록 로봇 메커니즘을 고안함으로써 상지보조로봇(1)을 구조적으로 단순화 하였다.In order to solve this problem, in the embodiment of the present invention, instead of matching all the rotation axes of the joints of the upper
본 발명의 실시예에 따른 상지보조로봇(1)은, 사용자(H)의 상지에 체결되어 사용된다. 상지보조로봇(1)의 앞쪽방향(X1), 좌측방향(Y1), 및 상측방향(Z1)은 각각, 달리 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 사용자(H)의 신체를 기준으로 한 방향으로 이해될 수 있을 것이다. 상지보조로봇(1)의 앞쪽방향(X1), 뒤쪽방향, 좌측방향(Y1) 및 우측방향은 각각 지면(바닥면(B))과 평행한 방향으로 이해될 수 있고, 수평방향과 평행한 방향으로 이해될 수 있다. 상지보조로봇(1)의 상측방향(Z1) 및 하측방향은 지면(바닥면(B))과 수직한 방향으로 이해될 수 있고, 연직방향과 평행한 방향으로 이해될 수 있다. 상지보조로봇(1)의 앞쪽방향(X1), 좌측방향(Y1), 및 상측방향(Z1)은 각각 서로 직교하는 방향으로 이해될 수 있다.The upper
앞쪽방향(X1)은 전후방향과 평행한 방향이고, 좌측방향(Y1)은 좌우방향과 평행한 방향이고, 상측방향(Z1)은 상하방향과 평행한 방향이다.The front direction X1 is a direction parallel to the front-rear direction, the left direction Y1 is a direction parallel to the left-right direction, and the upper direction Z1 is a direction parallel to the vertical direction.
본 발명의 실시예에 따른 상지보조로봇(1)은, 제1 지지프레임(20), 회전프레임(30), 제1 아암(40), 제2 아암(50), 체결부(90), 제1 액추에이터(70) 및 제2 액추에이터(80)를 포함하여 이루어질 수 있다. The upper
상지보조로봇(1)은 연결프레임(60)을 포함하여 이루어질 수 있다.The upper
상지보조로봇(1)은, 베이스플레이트(10), 의자(12) 및 제2 지지프레임(13)을 포함하여 이루어질 수 있다.The upper
베이스플레이트(10)는 상지보조로봇(1)의 기초를 이룬다. 베이스플레이트(10)는 수평방향을 따라 평평하게 이루어질 수 있다. 베이스플레이트(10)는 수평방향을 따라 평평한 판 형태로 이루어질 수 있다. 상지보조로봇(1)을 이루는 다른 구성들은, 베이스플레이트(10)에 결합되어 고정되거나 베이스플레이트(10)를 상대로 움직이도록 결합될 수 있다.The
상지보조로봇(1)은 이동가능하게 이루어질 수 있으며, 이를 위하여 상지보조로봇(1)은 복수 개의 바퀴(11)를 포함하여 이루어질 수 있다.The upper
바퀴(11)는 베이스플레이트(10)의 하측에 결합될 수 있다. 바퀴(11)는 베이스플레이트(10)의 저면에 결합될 수 있다. 일 실시예에서 바퀴(11)는 4개로 구비되고, 각 바퀴(11)가 베이스플레이트(10)의 각 꼭지점 부분에 인접하여 결합될 수 있다.The
의자(12)는 베이스플레이트(10)의 상측에 고정되게 결합된다. 의자(12)에는 사용자(H)가 앉을 수 있도록 착석부(12a)가 구비된다.The
제2 지지프레임(13)은 대체로 상하로 길게 이루어진다. 제2 지지프레임(13)은 연직방향을 따라 길게 이루어질 수 있다.The
제2 지지프레임(13)은 의자(12)의 뒤에 위치할 수 있다. 제2 지지프레임(13)은 좌우방향에서 정 중앙에 위치할 수 있다. 즉, 사용자(H)가 의자(12)에 앉았을 때, 제2 지지프레임(13)은 사용자(H)의 척추를 따라 형성될 수 있다.The
제2 지지프레임(13)은, 그 하측을 이루는 하측부(13a)가 베이스플레이트(10)에 고정되고, 그 상측을 이루는 상측부(13b)가 제1 지지프레임(20)에 고정될 수 있다.In the
제1 지지프레임(20)은 수평방향을 따라 길게 이루어진다. 제1 지지프레임(20)은 좌우방향을 따라 길게 이루어질 수 있다.The
제1 지지프레임(20)은 제1 지점(21)과 제2 지점(22)을 포함하여 이루어진다. 제1 지점(21)과 제2 지점(22)은 제1 지지프레임(20)의 양쪽 단부를 이룰 수 있다.The
제1 지점(21)과 제2 지점(22)은 수평방향에서 서로 이격된다. 제1 지점(21)과 제2 지점(22)은 좌우방향에서 서로 이격된다.The
제1 지지프레임(20)은 제2 지점(22)에서 제2 지지프레임(13)에 결합된다. The
제1 지지프레임(20)은 제2 지점(22)에서 제2 지지프레임(13)의 상측부(13b)에 고정되게 결합될 수 있다.The
일 실시예에서, 제1 지지프레임(20)은 제2 지지프레임(13)을 상대로 좌측으로 돌출된 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 지점(21)이 제2 지지프레임(13)을 상대로 좌측으로 돌출된 형태로 이루어질 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 상지보조로봇(1)은 사용자(H)의 왼팔에 결합되어 사용될 수 있다.In one embodiment, the
다른 실시예에서, 제1 지지프레임(20)은 제2 지지프레임(13)을 상대로 우측으로 돌출된 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 지점(21)이 제2 지지프레임(13)을 상대로 우측으로 돌출된 형태로 이루어질 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 상지보조로봇(1)은 사용자(H)의 오른팔에 결합되어 사용될 수 있다.In another embodiment, the
제1 지지프레임(20)은 제2 지점(22)에서 제2 지지프레임(13)의 상측부(13b)를 상대로 회전가능하게 결합될 수 있다. 이에 대한 추가적인 설명은 후술한다.The
회전프레임(30)은, 연직방향의 제1 로봇회전축(RA1)을 중심으로 제1 지지프레임(20)에 회전가능하게 결합된다. 제1 로봇회전축(RA1)은 제1 지점(21)을 상하로 지나는 회전축이다. 즉, 회전프레임(30)은 제1 지지프레임(20)의 제1 지점(21)에서 제1 로봇회전축(RA1)을 중심으로 회전하도록 이루어진다.The
제1 로봇회전축(RA1) 부분은 상지보조로봇(1)에서 하나의 관절을 이룬다. 제1 로봇회전축(RA1) 부분은 상지보조로봇(1)에서 하나의 수동관절을 이룰 수 있다. 여기서, 수동관절은, 능동액추에이터에 대응되는 것으로 이해될 수 있으며, 별도의 동력이 작용하지 않으며, 작용하는 외력에 따라 자유롭게 상대회전이 이루어질 수 있는 관절로 이해될 수 있다. A portion of the first robot rotation axis RA1 forms one joint in the upper
상지보조로봇(1)은, 제1 로봇회전축(RA1)에서 제1 지지프레임(20)과 회전프레임(30) 간의 원활한 회전을 위하여 베어링을 포함하여 이루어질 수 있다.The upper
회전프레임(30)은 수평방향을 따라 소정을 길이를 갖도록 이루어진다. 따라서, 회전프레임(30)이 제1 로봇회전축(RA1)을 상대로 회전하면서, 회전프레임(30)의 상당부분이 제1 지지프레임(20)보다 앞에 위치할 수 있고, 또는 회전프레임(30)의 상당부분이 제1 지지프레임(20)보다 좌측 또는 우측의 바깥쪽에 위치할 수 있다.The rotating
제1 아암(40)은 소정의 길이를 갖도록 이루어고, 그 일측 단부가 회전프레임(30)에 회전가능하게 결합되고, 그 타측 단부가 제2 아암(50)에 회전가능하게 결합된다.The
제1 아암(40)은, 그 내부에 상지보조로봇(1)을 이루는 다른 구성들이 수용될 수 있도록 아암하우징(41)을 포함한다. 아암하우징(41)은 그 내부에 수용공간이 구비된다. 일 실시예에서, 아암하우징(41)의 수용공간에 제1 액추에이터 및 제2 액추에이터의 작동 및 제어를 위한 구성들이 수용될 수 있다. 아암하우징(41)의 수용공간(내부공간)에 후술할 제어부(101)가 수용될 수 있다. 아암하우징(41)의 수용공간에 제1 액추에이터 및 제2 액추에이터에 전원을 공급하는 전원공급장치 또는 배터리가 구비될 수 있다.The
제1 액추에이터(70)는 회전프레임(30)과 제1 아암(40)의 사이에서 회전프레임(30)과 제1 아암(40)의 조인트를 이룬다. 즉, 제1 액추에이터(70)를 중심으로 회전프레임(30)과 제1 아암(40)이 대향되게 결합되고, 제1 액추에이터(70)를 중심으로 회전프레임(30)과 제1 아암(40)이 서로 상대회전한다.The
제1 아암(40)은 회전프레임(30)에 제2 로봇회전축(RA2)을 중심으로 상대회전가능하게 이루어진다.The
제2 로봇회전축(RA2)은 제1 액추에이터(70)의 회전중심을 이루는 회전축이고 수평방향과 평행하게 이루어진다. The second robot rotation axis RA2 is a rotation axis forming the rotation center of the
제1 액추에이터(70)는 상지보조로봇(1)에서 하나의 관절을 이룬다. 제1 액추에이터(70)는, 중력보상이 이루어지도록, 능동액추에이터로 이루어진다. 제1 아암(40)의 일측에 중력방향의 하중이 작용하여 제1 로봇회전축(RA1)을 중심으로 토크가 발생할 때, 상기 하중에 저항하는 동력이 상기 제1 액추에이터(70)에 의해 발생되도록 이루어질 수 있다. The
상지보조로봇(1)에서, 제1 로봇회전축(RA1)은 사용자(H)의 어깨(HS)보다 좌우방향의 바깥쪽에 위치하도록 이루어질 수 있다.In the upper
이를 위하여, 제1 지지프레임(20)은, 제1 지점(21)과 제2 지점(22) 간의 길이가 사용자(H)의 어깨넓이의 절반길이보다 길도록 이루어질 수 있다. To this end, the
상지보조로봇(1)을 사용하는 사용자(H)의 어깨넓이의 절반길이가 d1일 때, 제1 지점(21)과 제2 지점(22) 간의 길이는 d1의 1.2배~2배의 크기로 이루어질 수 있다.When the half length of the shoulder width of the user (H) using the upper
상지보조로봇(1)을 사용하는 그룹의 사용자(H)들의 평균 어깨넓이의 절반길이가 d2일 때, 제1 지점(21)과 제2 지점(22) 간의 길이는 d1의 1.2배~2배의 크기로 이루어질 수 있다.When the half length of the average shoulder width of the users (H) of the group using the upper
제1 지점(21)과 제2 지점(22) 간의 길이는 300~500mm로 이루어질 수 있다.A length between the
상지보조로봇(1)에서, 제2 로봇회전축(RA2)은 사용자(H)의 어깨(HS)보다 아래에 위치하도록 이루어질 수 있다.In the upper
이를 위하여, 바닥으로부터 제2 로봇회전축(RA2)까지의 높이가 사용자(H)의 어깨높이보다 낮도록, 각 구성들의 높이가 정하여질 수 있다.To this end, the height of each component may be determined such that the height from the floor to the second robot rotation axis RA2 is lower than the shoulder height of the user H.
바닥면(B)으로부터, 상지보조로봇(1)을 사용하는 사용자(H)의 어깨(HS)까지의 높이가 d3일 때, 바닥면(B)으로부터 제2 로봇회전축(RA2)까지의 높이는 d3의 0.7배~0.9배의 크기로 이루어질 수 있다.When the height from the floor (B) to the shoulder (HS) of the user (H) using the upper
바닥면(B)으로부터, 상지보조로봇(1)을 사용하는 그룹의 사용자(H)들의 어깨높이의 평균값이 d4일 때, 바닥면(B)으로부터 제2 로봇회전축(RA2)까지의 높이는 d4의 0.7배~0.9배의 크기로 이루어질 수 있다.When the average value of the shoulder heights of the users (H) of the group using the upper
바닥면(B)으로부터 제2 로봇회전축(RA2)까지의 높이는 800~120mm로 이루어질 수 있다.The height from the bottom surface B to the second robot rotation axis RA2 may be 800 to 120 mm.
제2 아암(50)은 소정의 길이를 갖도록 이루어고, 그 일측 단부가 제1 아암(40)에 회전가능하게 결합되고, 그 타측 단부가 체결부(90)에 회전가능하게 결합된다.The
제2 액추에이터(80)는 제1 아암(40)과 제2 아암(50)의 사이에서 제1 아암(40)과 제2 아암(50)의 조인트를 이룬다. 즉, 제2 액추에이터(80)를 중심으로 제1 아암(40)과 제2 아암(50)이 대향되게 결합되고, 제2 액추에이터(80)를 중심으로 제1 아암(40)과 제2 아암(50)이 서로 상대회전한다.The
제2 아암(50)은 제1 아암(40)에 제3 로봇회전축(RA3)을 중심으로 상대회전가능하게 이루어진다.The
제3 로봇회전축(RA3)은 제2 액추에이터(80)의 회전중심을 이루고, 수평방향과 평행하게 이루어진다. The third robot rotation axis RA3 forms a rotation center of the
제2 액추에이터(80)는 상지보조로봇(1)에서 하나의 관절을 이룬다. 제2 액추에이터(80)는, 중력보상이 이루어지도록, 능동액추에이터로 이루어진다. 제2 아암(50)의 일측에 중력방향의 하중이 작용하여 제2 로봇회전축(RA2)을 중심으로 토크가 발생할 때, 상기 하중에 저항하는 동력이 상기 제2 액추에이터(80)에 의해 발생되도록 이루어질 수 있다. The
제2 아암(50)은 이동지점(51)을 포함하여 이루어진다.The
이동지점(51)은 제2 아암(50)의 일측 단부를 이룰 수 있다.The moving
제1 아암(40)을 상대로 제2 아암(50)이 회전하면서 이동지점(51)은 제3 로봇회전축(RA3)을 중심으로 회전한다.As the
일 실시예에서, 제2 로봇회전축(RA2)에서 제3 로봇회전축(RA3)까지의 길이는, 사용자(H)와 어깨(HS)에서 팔꿈치(HE)까지의 길이보다 길게 이루어진다.In one embodiment, the length from the second robot rotation axis RA2 to the third robot rotation axis RA3 is longer than the length from the user H and the shoulder HS to the elbow HE.
상지보조로봇(1)을 사용하는 사용자(H)의 상박(HA)의 길이(어깨(HS)에서 팔꿈치(HE)까지의 길이)가 d5일 때, 제2 로봇회전축(RA2)에서 제3 로봇회전축(RA3)까지의 길이는 d5의 1.1배~2배의 크기로 이루어질 수 있다.When the length of the upper arm (HA) of the user (H) using the upper extremity assistance robot (1) (the length from the shoulder (HS) to the elbow (HE)) is d5, the third robot at the second robot rotation axis (RA2) The length to the rotation shaft RA3 may be 1.1 times to 2 times larger than d5.
상지보조로봇(1)을 사용하는 그룹의 사용자(H)들의 상박(HA)의 길이의 평균이 d6일 때, 제2 로봇회전축(RA2)에서 제3 로봇회전축(RA3)까지의 길이는 d6의 1.1배~2배의 크기로 이루어질 수 있다.When the average of the lengths of the upper arms (HA) of the users (H) of the group using the upper
일부 구현들에서, 제2 로봇회전축(RA2)과 제3 로봇회전축(RA3) 간의 길이(ad1)는 350~450mm이고, 제3 로봇회전축(RA3)과 이동지점(51) 간의 길이(ad2)는 230~330mm로 이루어질 수 있다. In some implementations, the length ad1 between the second robot rotation axis RA2 and the third robot rotation axis RA3 is 350 to 450 mm, and the length ad2 between the third robot rotation axis RA3 and the moving
일부 구현들에서, 제2 로봇회전축(RA2)과 제3 로봇회전축(RA3) 간의 길이(ad1)는 400mm이고, 제3 로봇회전축(RA3)과 이동지점(51) 간의 길이(ad2)는 280mm로 이루어질 수 있다. In some implementations, the length ad1 between the second robot rotation axis RA2 and the third robot rotation axis RA3 is 400 mm, and the length ad2 between the third robot rotation axis RA3 and the moving
일부 구현들에서, 회전프레임(30)을 상대로 한 제1 아암(40)의 회전각도 범위는, 회전프레임(30)이 수평방향으로 놓이고 제3 로봇회전축(RA3)이 제2 로봇회전축(RA2)의 연직 하방에 위치한 상태를 기준으로, 전방으로 120°이고(도 3에서 반시계방향으로 120°), 후방으로 40°(도 3에서 시계방향으로 40°)이도록 이루어진다.(도 3 참조) 이를 위하여 제1 액추에이터(70)에는 회전각도의 범위를 제안하는 제1 스토퍼장치(75)가 구비될 수 있다.In some implementations, the rotation angle range of the
제1 스토퍼장치(75)에 의하여, 제2 로봇회전축(RA2)를 중심으로 회전프레임(30)과 제1 아암(40)이 이루는 각도는 50°~210°사이에서 변형될 수 있다. By the
제1 스토퍼장치(75)는 제1 걸림부(75a)와 제2 걸림부(75b)를 포함하여 이루어질 수 있다.The
제1 걸림부(75a)는 회전프레임(30)과 고정되고 제2 걸림부(75b)는 제1 아암(40)과 고정될 수 있으며, 회전프레임(30)과 제1 아암(40)이 제2 로봇회전축(RA2)을 중심으로 서로 회전할 때 제1 걸림부(75a)와 제2 걸림부(75b)는 서로 걸리면서 회전프레임(30)과 제1 아암(40)의 회전각도를 제안하도록 이루어질 수 있다.The
제1 걸림부(75a)와 제2 걸림부(75b)는 각각 2개씩 구비될 수 있으며, 이에 따라, 제1 스토퍼장치(75)는 회전프레임(30)과 제1 아암(40) 간의 회전이 소정의 각도범위에서 이루어지도록 제안할 수 있다.Each of the first and
일부 구현들에서, 제1 아암(40)을 상대로 한 제2 아암(50)의 회전각도 범위는, 제3 로봇회전축(RA3)이 제2 로봇회전축(RA2)의 연직 하방에 위치하도록 제1 아암(40)이 연직방향으로 놓이고, 이동지점(51)이 제3 로봇회전축(RA3)의 연직 하방에 위치한 상태를 기준으로, 전방으로 140°(도 4에서 반시계방향으로 140°)이도록 이루어진다.(도 4 참조) 이를 위하여 제2 액추에이터(80)에는 회전각도의 범위를 제안하는 제2 스토퍼장치(85)가 구비될 수 있다.In some implementations, the range of rotation angles of the
제2 스토퍼장치(85)에 의하여, 제3 로봇회전축(RA3)을 중심으로 제1 아암(40)과 제2 아암(50)이 이루는 각도는 40°~180°사이에서 변형될 수 있다. By the
제2 스토퍼장치(85)는 제3 걸림부(85a)와 제4 걸림부(85b)를 포함하여 이루어질 수 있다.The
제3 걸림부(85a)는 제1 아암(40)과 고정되고 제4 걸림부(85b)는 제2 아암(50)과 고정될 수 있으며, 제1 아암(40)과 제2 아암(50)이 제3 로봇회전축(RA3)을 중심으로 서로 회전할 때 제3 걸림부(85a)와 제4 걸림부(85b)는 서로 걸리면서 제1 아암(40)과 제2 아암(50)의 회전각도를 제안하도록 이루어질 수 있다.The
제3 걸림부(85a)와 제4 걸림부(85b)는 각각 2개씩 구비될 수 있으며, 이에 따라, 제2 스토퍼장치(85)는 제1 아암(40)과 제2 아암(50) 간의 회전이 소정의 각도범위에서 이루어지도록 제안할 수 있다.Two of the third and
체결부(90)는 이동지점(51)에서 제2 아암(50)에 결합된다. The
체결부(90)와 제2 아암(50)은 서로 상대회전 가능하게 결합된다. The
본 발명의 실시예에 따른 상지보조로봇(1)은 제2 아암(50)과 체결부(90)의 결합을 매개하는 연결프레임(60)을 포함하여 이루어질 수 있다.The upper
연결프레임(60)은, 이동지점(51)을 지나고 수평방향인 제4 로봇회전축(RA4)을 중심으로 제2 아암(50)에 회전가능하게 결합된다.The
그리고 체결부(90)는, 제4 로봇회전축(RA4)에 직교하는 제5 로봇회전축(RA5)을 중심으로 연결프레임(60)에 회전가능하게 결합될 수 있다.And the
제4 로봇회전축(RA4) 부분 및 제5 로봇회전축(RA5) 부분은 각각 상지보조로봇(1)에서 하나의 관절을 이룬다. 제4 로봇회전축(RA4) 부분 및 제5 로봇회전축(RA5) 부분은 각각 상지보조로봇(1)에서 하나의 수동관절을 이룰 수 있다. The fourth robot axis of rotation (RA4) and the fifth robot axis of rotation (RA5) form a joint in the upper extremity assisting robot (1), respectively. The fourth robot axis of rotation (RA4) and the fifth robot axis of rotation (RA5) may form one manual joint in the upper extremity assisting robot (1), respectively.
상지보조로봇(1)은, 제4 로봇회전축(RA4)에서 제2 아암(50)과 연결프레임(60) 간의 원활한 회전을 위하여 베어링을 포함하여 이루어질 수 있다.The upper
또한, 상지보조로봇(1)은, 제5 로봇회전축(RA5)에서 연결프레임(60)과 체결부(90) 간의 원활한 회전을 위하여 베어링을 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the upper
한편, 체결부(90)는, 이동지점(51)을 중심으로 전방향으로(in all directions) 회전가능하게 제2 아암(50)에 결합될 수 있다. 이를 위하여, 조인트수단(65)을 매개로 하여 제2 아암(50)과 체결부(90)가 서로 결합될 수 있다.(도 2c 참조) 일 실시예에서, 상기 조인트수단(65)은 볼조인트로 이루어질 수 있고, 다른 실시예에서, 상기 조인트수단(65)은 유니버셜조인트로 이루어질 수 있다.Meanwhile, the
제1 액추에이터(70) 및 제2 액추에이터(80)는, 회전형 직렬 탄성 액추에이터로 이루어질 수 있다. 이에 대한 추가적인 설명은 후술하기로 한다.The
체결부(90)는 사용자(H)의 하박(FA)에 밀착되도록 이루어진다. 체결부(90)는 사용자(H)가 하박(FA)을 앞으로 뻗었을 때 하박(FA)의 아래쪽을 지지하도록 이루어질 수 있다.The
체결부(90)는 비교적 납작한 판 형태로 이루어질 수 있고, 특히, 오목한 곡면을 이루는 판 형태로 이루어질 수 있다.The
체결부(90)는 하박(FA)의 길이방향(팔꿈치(HE)에서 팔목(HW)을 향하는 방향)을 따라 오목한 고면을 이루는 체결면을 포함하여 이루어질 수 있다.The
체결부(90)는 연결플레이트(90a) 및 전방플레이트(90b)로 구분될 수 있다.The
연결플레이트(90a)와 전방플레이트(90b)는 서로 일체로 이루어질 수 있다.The
연결플레이트(90a)는 제2 아암(50)에 연결되는 부분이다. 연결플레이트(90a)는, 사용자(H)의 하박(FA)에 접촉하는 면이 오목한 곡면을 이룰 수 있다.The
전방플레이트(90b)는, 연결플레이트(90a)로부터 사용자(H)의 팔목(HW)쪽을 향하여 연장된다. 전방플레이트(90b)는, 사용자(H)의 하박(FA)에 접촉하는 면이 오목한 곡면을 이룰 수 있다.The front plate (90b) extends from the connection plate (90a) toward the wrist (HW) side of the user (H). The
상지보조로봇(1)은 체결밴드(95)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 체결밴드(95)는 복수 개로 구비될 수 있다.The upper
체결밴드(95)는, 그 일측이 체결부(90)에 고정되게 결합되고, 사용자(H)의 하박(FA)을 둘러싸도록 이루어질 수 있다.The
실시예에 따라 체결밴드(95)는 천, 가죽 또는 고무 등을 포함하여 이루어질 수 있다.According to an embodiment, the
체결밴드(95)는, 하박(FA)을 밀착되게 둘러싼 상태가 유지되도록, 벨크로(velcro, 등록상표), 단추, 후크, 버클 등의 체결수단을 포함하여 이루어질 수 있다.The
체결밴드(95)를 통하여 하박(FA)은 체결부(90)와 안정되게 결합되고 체결부(90)와 함께 이동할 수 있다. 즉, 상지보조로봇(1)에서, 하박(FA)의 위치 및 방위에 맞게 체결부(90)의 위치 및 방위를 구현할 수 있다.Through the
하박(FA)의 내회전 또는 외회전 동작시, 자뼈(Ulna)와 노뼈(Radius)가 교차하며 회전을 발생시키기 때문에 체결부(90)에서 하박(FA)이 상지보조로봇(1)과 단단하게 고정되더라도, 체결부(90)를 상대로 하박(FA)의 회전이 이루어질 수 있다. 즉, 체결부(90)의 길이방향(하박(FA)의 길이방향)을 중심축(제6 로봇회전축(RA6))으로 하여 하박(FA)의 회전 동작이 이루어질 수 있다.During the internal rotation or external rotation of the lower arm FA, the Ulna and Radius intersect to generate rotation, so even if the lower arm FA is firmly fixed with the upper
이처럼, 하박(FA)이 체결부(90)와 밀착되게 결합된 상태에서 하박(FA)은 제6 로봇회전축(RA6)을 중심으로 회전할 수 있다.In this way, in a state in which the lower arm FA is closely coupled to the
도 6a, 도 6b, 도 6c는 각각, 사용자(H)가 상지(팔)를 내리고 있을 때 서로 다른 방향에서 바라본 상지보조로봇(1)의 사용상태를 도시한 도면이다.6A, 6B, and 6C are diagrams illustrating the use state of the upper
도 7a, 도 7b, 도 7c는 각각, 사용자(H)가 상지(팔)를 앞쪽으로 뻗고 있을 때 서로 다른 방향에서 바라본 상지보조로봇(1)의 사용상태를 도시한 도면이다.7A, 7B, and 7C are diagrams illustrating the use of the upper
도 8a, 도 8b, 도 8c는 각각, 사용자(H)가 상지(팔)를 위쪽으로 뻗고 있을 때 서로 다른 방향에서 바라본 상지보조로봇(1)의 사용상태를 도시한 도면이다.8A, 8B, and 8C are diagrams illustrating the use of the upper
도 9a, 도 9b, 도 9c는 각각, 사용자(H)가 상지(팔)를 가슴앞에서 굽히고 있을 때 서로 다른 방향에서 바라본 상지보조로봇(1)의 사용상태를 도시한 도면이다.9A, 9B, and 9C are views illustrating the use of the upper
도 5a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이, 사용자(H)의 팔(우측팔)은 체결부(90)와 체결된 상태에서 여러 위치 및 방위에 놓일 수 있고, 이때, 상지보조로봇(1)과 사용자(H)의 간섭이 없으며, 사용자(H)는 팔을 자유롭고 자연스럽게 움직일 수 있다.As shown in FIGS. 5A to 9C , the arm (right arm) of the user H can be placed in various positions and orientations in a state in which it is fastened with the
그리고, 상지보조로봇(1)에서 체결부(90)가 하박(FA)과 함께 이동하며 체결부(90)가 이동지점(51)을 상대로 회전한다. 이때, 제1 아암(40), 제2 아암(50), 제2 로봇회전축(RA2) 및 제3 로봇회전축(RA3) 각각의 거동은, 사용자(H)의 상박(HA), 하박(FA), 어깨(HS) 및 팔꿈치(HE)의 거동에 대응되는 것이 아니고, 제1 아암(40), 제2 아암(50), 제2 로봇회전축(RA2) 및 제3 로봇회전축(RA3) 각각은 사용자(H)의 상지 외측으로 이격되어 이동 및 회전한다. In addition, in the upper
본 발명의 실시예에서는, 상지보조로봇(1)의 관절과 사용자(H)의 관절이 서로 일치되지 않고, 상지보조로봇(1)의 거동과 사용자(H)의 상지의 거동이 서로 일치되지 않으며, 상지보조로봇(1)과 사용자(H) 간의 관절의 일치 및 거동의 일치를 위한 설계 또는 제어가 불필요하다. In the embodiment of the present invention, the joint of the upper
그리고, 상지보조로봇(1)에서 체결부(90)의 위치와 방위를 구현할 수 있으며, 상지의 자유도에 부합하는 상지보조로봇(1)을 제공할 수 있다.In addition, the position and orientation of the
도 10은 높이조절장치(15)가 구비된 상지보조로봇(1)을 개략적으로 도시한 도면이다.10 is a diagram schematically showing the upper
일 실시예에 따른 상지보조로봇(1)은 높이조절장치(15)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 상술한 제2 지지프레임(13)은, 상하방향의 전체길이가 가변되도록, 하측부(13a)를 상대로 상측부(13b)가 상하로 승강하도록 이루어질 수 있다.The upper
높이조절장치(15)는 제1 연결바(15a), 제2 연결바(15b)를 포함하여 이루어진다. The
제1 연결바(15a) 및 제2 연결바(15b)는 각각 상하방향을 따라 소정의 길이를 갖는다. 제1 연결바(15a)는 베이스플레이트(10)에 고정되게 연결되고, 제2 연결바(15b)는 제1 지지프레임(20)에 고정되게 연결된다.The first connecting
제1 연결바(15a)는 제2 지지프레임(13)의 하측부(13a)에 고정되고, 제2 연결바(15b)는 제2 지지프레임(13)의 상측부(13b)에 고정될 수 있으며, 제2 연결바(15b)가 제1 연결바(15a)를 상대로 승강하도록 제1 연결바(15a)와 제2 연결바(15b)가 서로 결합될 수 있다.The first connecting
높이조절장치(15)의 제1 연결바(15a) 및 제2 연결바(15b)는 제2 지지프레임(13)의 내부에 구비될 수 있다.The first connecting
높이조절장치(15)는, 제1 연결바(15a)를 상대로 한 제2 연결바(15b)의 높이가 조정 및 고정되도록 이루어질 수 있다. 이를 위하여, 높이조절장치(15)는 가스식 높이조절장치(15) 형태로 이루어질 수 있다. 높이조절장치(15)는 높이조절장치의 작동을 위한 레버(15c)를 포함하여 이루어질 수 있다.The
여기서, 가스식 높이조절장치(15)는, 가스가 챔버를 이동하면서 실린더를 상대로 피스톤이 이동하도록 이루어진 장치로서, 의자(12), 테이블 등의 높이조절을 위하여도 사용되는 장치를 말한다. 가스식 높이조절장치(15)는 유럽공개공보 EP 0133524 A3, 한국등록실용신안공보 KR 20-0096764 Y1, 한국등록특허공보 KR 10-0351589 B1 등에도 소개되어 있으며, 이는 공지의 수단이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.Here, the gas-type
상지보조로봇(1)이 높이조절장치(15)를 포함하여 이루어짐으로써, 제1 액추에이터(70)가 사용자(H)의 어깨(HS)보다 낮은 지점에 위치하고, 제2 액추에이터(80)가 팔꿈치(HE)보다 낮은 지점에 위치하도록 용이하게 조절할 수 있으며, 이에 따라, 상지와 상지보조로봇(1)의 간섭을 효과적으로 배제하고, 6자유도를 가지는 상지보조로봇(1)을 제공할 수 있다.As the upper
도 11a 및 도 11b는 제1 지지프레임(20)이 제2 지지프레임(13)을 상대로 회전하는 상지보조로봇(1)을 개략적으로 도시한 도면이다.11A and 11B are views schematically illustrating the upper
본 발명의 실시예에 따른 상지보조로봇(1)에서, 제1 지지프레임(20)은 제2 지점(22)에서 제2 지지프레임(13)의 상측부(13b)를 상대로 회전가능하게 결합될 수 있다. 제1 지지프레임(20)은 제2 지점(22)을 상하로 지나는 중앙회전축(RA7)(상하방향의 중앙회전축(RA7))을 중심으로 제2 지지프레임(13)의 상측부(13b)에 회전가능하게 결합될 수 있다.In the upper
즉, 제1 지점(21)이 제2 지지프레임(13)을 상대로 우측으로 돌출된 상태에서, 제1 지점(21)이 제2 지지프레임(13)을 상대로 좌측으로 돌출되도록 제1 지지프레임(20)을 회전시킬 수 있다.That is, in a state in which the
제1 지점(21)이 제2 지지프레임(13)을 상대로 우측으로 돌출된 상태에서 회전프레임(30)을 제1 지지프레임(20)을 상대로 회전시켜 제1 아암(40), 제2 아암(50) 등이 제1 지지프레임(20)의 앞에 위치하도록 조정할 수 있고, 이때, 체결부(90)는 사용자(H)의 우측 팔에 체결될 수 있다. 그리고 제2 지지프레임(13)을 상대로 제1 지지프레임(20)을 회전시켜, 제1 지점(21)이 제2 지지프레임(13)을 상대로 좌측으로 돌출된 상태에서도 회전프레임(30)을 제1 지지프레임(20)을 상대로 회전시켜 제1 아암(40), 제2 아암(50) 등이 제1 지지프레임(20)의 앞에 위치하도록 조정할 수 있으며, 이때, 체결부(90)는 사용자(H)의 좌측 팔에 체결될 수 있다.In a state where the
즉, 본 발명의 실시예에 따른 상지보조로봇(1)은 필요에 따라 사용자(H)의 좌측팔 또는 우측팔에 체결되어 사용되도록 이루어질 수 있다.That is, the upper
본 발명의 실시예에 따른 제1 액추에이터(70) 및 제2 액추에이터(80)는 회전형 직렬 탄성 액추에이터로 이루어진다. 직렬 탄성 액추에이터(Series Elastic Actuator, SEA)는 액추에이터와 직렬로 연결된 부하 사이에 스프링과 같은 탄성 성분이 결합된 장치이다.The
본 발명의 실시예에 따른 제1 액추에이터(70)와 제2 액추에이터(80)는 서로 동일한 형태 및 구조로 이루어질 수 있으며, 이하에서는, 제1 액추에이터(70)와 제2 액추에이터(80)를 액추에이터(70, 80)로 칭하며, 제1 액추에이터(70)와 제2 액추에이터(80)를 함께 설명한다.The
이하에서, 첨부된 도면에 표시된 제1 방향(X2), 제2 방향(Y2) 및 제3 방향(Z2)은 각각 서로 직교하는 방향이다. 액추에이터(70, 80) 및 이를 이루는 각 구성들에 대한 설명에 있어서 각 방향은, 달리 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 액추에이터(70, 80)에 별도의 외력이 작용하지 않은 상태(제1 바디(110)와 제2 바디(120)의 상대회전이 없는 상태)를 기준으로 한 방향이다.Hereinafter, the first direction X2 , the second direction Y2 , and the third direction Z2 shown in the accompanying drawings are directions orthogonal to each other, respectively. In the description of the
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(70, 80)를 도시한 사시도이다.12 is a perspective
도 13은 도 12에 도시된 액추에이터(70, 80)의 사용상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.13 is a cross-sectional view schematically illustrating a state of use of the
도 14는 도 12에 도시된 액추에이터(70, 80)를 도시한 분해사시도이고, 도 15는 도 14의 액추에이터(70, 80)의 일부의 구성을 도시한 분해사시도이다.14 is an exploded perspective view showing the
도 16a는 도 12에 도시된 액추에이터(70, 80)를 도시한 단면도이고, 도 16b는 액추에이터(70, 80)를 이루는 구성들과 제어부(101)와의 관계를 개념적이고 개략적으로 도시한 도면이다.16A is a cross-sectional view illustrating the
본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(70, 80)는 회전형 직렬 탄성 액추에이터(Rotary Type Series Elastic Actuator)로 이루어진다.
상술한 바와 같이, 액추에이터(70, 80)는, 상지보조로봇(1)의 관절(joint)에 적용되어 사용된다. As described above, the
액추에이터(70, 80)는, 제1 바디(110), 모터(200), 휠(410), 제2 바디(120), 와이어(420), 제1 조정장치(500), 제2 조정장치(600), 제1 스프링(560) 및 제2 스프링(660)을 포함하여 이루어질 수 있다. The
액추에이터(70, 80)는, 감속기(300), 제1 엔코더(150), 제2 엔코더(160), 제1 베어링(130) 및 제2 베어링(140)을 포함하여 이루어질 수 있다.The
제1 바디(110)와 제2 바디(120)는 제1 회전축(S1)을 중심으로 서로 회전가능하게 결합된다. The
제1 회전축(S1)은, 제2 로봇회전축(RA2)과 동일한 회전축일 수 있고, 또는 제3 로봇회전축(RA3)과 동일한 회전축일 수 있다.The first rotation shaft S1 may be the same rotation axis as the second robot rotation axis RA2, or may be the same rotation axis as the third robot rotation axis RA3.
제1 바디(110)와 제2 바디(120)는 액추에이터(70, 80)의 전체적인 외형을 이룰 수 있으며, 액추에이터(70, 80)를 이루는 다른 구성들을 지지할 수 있도록 단단하게 이루어진다. 액추에이터(70, 80)를 이루는 구성들은 이러한 제1 바디(110) 또는 제2 바디(120)에 고정되게 결합될 수 있고, 또는 제1 바디(110) 또는 제2 바디(120)를 상대로 이동하도록 제1 바디(110) 또는 제2 바디(120)에 결합될 수 있다.The
제1 바디(110)는, 제1 내측케이스(111), 제2 내측케이스(112) 및 제1 브라켓(113)을 포함하여 이루어질 수 있다. The
제1 내측케이스(111)와 제2 내측케이스(112)는 서로 조합되어 하우징 형태인 제1 하우징(111, 112)을 이룬다. The first
제1 내측케이스(111)와 제2 내측케이스(112)는 서로 고정되게 결합되면서 제1 하우징(111, 112)을 이룰 수 있다. 제1 내측케이스(111)와 제2 내측케이스(112)는, 제1 회전축(S1)을 중심으로 원형 형태로 이루어질 수 있다.The first
제1 하우징(111, 112)은 그 내부에 공간이 구비되고, 제1 하우징(111, 112)의 내부 공간에 모터(200)가 수용된다. The
제1 하우징(111, 112)은 제1 회전축(S1)을 중심으로 원형 형태로 이루어질 수 있고, 제1 회전축(S1)의 길이방향을 따라 소정의 길이를 갖는다.The
제1 브라켓(113)은, 제1 내측케이스(111)에 고정될 수 있고, 또는 제2 내측케이스(112)에 고정될 수 있다. 제1 브라켓(113)은 제1 내측케이스(111) 또는 제2 내측케이스(112)와 일체로 이루어질 수 있다.The
제1 브라켓(113)은 제1 내측케이스(111) 또는 제2 내측케이스(112)의 외측으로 돌출된다. The
액추에이터(70, 80)가 제1 액추에이터(70)를 이룰 때, 제1 브라켓(113)은 회전프레임(30)에 고정되게 결합될 수 있다.When the
액추에이터(70, 80)가 제2 액추에이터(80)를 이룰 때, 제1 브라켓(113)은 제2 아암(50)에 고정되게 결합될 수 있다.When the
제2 바디(120)는, 제1 외측케이스(121), 제2 외측케이스(122) 및 제2 브라켓(123)을 포함하여 이루어질 수 있다. The
제1 외측케이스(121)는, 제1 하우징(111, 112)을 기준으로 휠(410)(풀리(410b))의 반대쪽에서 제1 하우징(111, 112)의 어느 한쪽에 위치한다. 제1 외측케이스(121)는 제1 내측케이스(111)의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 제1 외측케이스(121)는 제1 회전축(S1)을 중심으로 원형 형태로 이루어질 수 있다.The first
제2 외측케이스(122)는, 휠(410)(풀리(410b))를 기준으로 제1 외측케이스(121)의 반대쪽에 위치하여 제1 외측케이스(121)에 고정된다. 제2 외측케이스(122)는 풀리(410b)의 바깥쪽에 위치할 수 있다. 제2 외측케이스(122)는 제1 회전축(S1)을 중심으로 원형 형태로 이루어질 수 있다.The second
제1 외측케이스(121), 제2 외측케이스(122) 및 제2 브라켓(123)은 서로 조합되어 하우징 형태인 제2 하우징(121, 122, 123)을 이룬다.The first
제1 외측케이스(121), 제2 외측케이스(122) 및 제2 브라켓(123)은 서로 고정되게 결합되면서 제2 하우징을 이룰 수 있다. The first
제2 하우징은 그 내부에 공간이 구비되고, 제2 하우징의 내부 공간에 제1 하우징(111, 112)이 수용된다. 제1 외측케이스(121)와 제2 외측케이스(122)의 사이에 제1 내측케이스(111)와 제2 내측케이스(112)가 위치한다. 제1 외측케이스(121)와 제2 외측케이스(122)의 사이에 제1 하우징(111, 112)(또한 제1 하우징(111, 112) 내부에 결합되는 모터(200)를 포함함), 감속기(300) 및 휠(410)(풀리(410b))가 위치한다.The second housing has a space therein, and the
제2 하우징은 제1 회전축(S1)을 중심으로 원형 형태로 이루어질 수 있고, 제1 회전축(S1)의 길이방향을 따라 소정의 길이를 갖는다.The second housing may have a circular shape about the first rotational shaft S1 and has a predetermined length along the longitudinal direction of the first rotational shaft S1.
제2 브라켓(123)은 제1 외측케이스(121) 및/또는 제2 외측케이스(122)에 고정될 수 있고, 또는 제1 외측케이스(121) 또는 제2 외측케이스(122)와 일체로 이루어질 수 있다.The
제2 브라켓(123)은 제1 외측케이스(121) 또는 제2 외측케이스(122)의 외측으로 돌출된다.The
액추에이터(70, 80)가 제1 액추에이터(70)를 이룰 때, 제2 브라켓(123)은 제1 아암(40)에 고정되게 결합될 수 있다.When the
액추에이터(70, 80)가 제2 액추에이터(80)를 이룰 때, 제2 브라켓(123)은 제1 아암(40)에 고정되게 결합될 수 있다.When the
본 발명의 실시예에 따른 모터(200)는, 직류모터, 교류모터, 동기전동기, 유도전동기, BLDC모터, 또는 스텝모터 등으로 이루어질 수 있다.The
모터(200)는 고정자(210), 회전자(220) 및 회전샤프트(230)를 포함하여 이루어질 수 있다. 회전샤프트(230)는 회전자(220)의 중앙에 고정되며, 회전자(220)와 함께 회전한다.The
모터(200)의 고정자(210)가 제1 바디(110)의 내부에서 제1 바디(110)에 고정되고, 모터(200)의 작동시 회전자(220) 및 회전샤프트(230)는 제1 바디(110)를 상대로 회전한다. 회전자(220) 및 회전샤프트(230)는 제1 회전축(S1)을 회전축으로 하여 회전한다.The
모터(200)의 고정자(210) 및 회전자(220)는 제1 바디(110) 내부에 수용되고, 회전샤프트(230)는 제1 바디(110)의 외부로 돌출되며 감속기(300)에 고정결합된다.The
회전샤프트(230)는 축방향의 양쪽에서 제1 하우징(111, 112)에 회전가능하게 지지될 수 있다. 이를 위하여, 액추에이터(70, 80)는 제1 내부베어링(171) 및 제2 내부베어링(172)을 포함하여 이루어질 수 있다.The
제1 내부베어링(171)과 제2 내부베어링(172)은 각각 제1 회전축(S1)을 그 중심축으로 한다.The first
제1 내부베어링(171)은 제1 내측케이스(111)와 회전샤프트(230) 사이에 결합되고, 제2 내부베어링(172)은 제2 내츠케이스와 회전샤프트(230) 사이에 결합된다. The first
감속기(300)는 서로 맞물려 회전하는 기어들의 조합으로 이루어질 수 있다. 감속기(300)는 제1 회전축(S1)을 그 중심축으로 하여, 그 적어도 일부의 구성들이 회전하도록 이루어질 수 있다.The
감속기(300)는 모터(200)의 회전자(220)와 휠(410)(풀리(410b))을 연결하도록 이루어진다. 감속기(300)는 모터(200)의 회전샤프트(230)와 휠(410)(풀리(410b))을 연결하도록 이루어진다. 감속기(300)는, 회전자(220)(회전샤프트(230))의 회전력이 휠(410)(풀리(410b))로 전달되도록 하며, 회전자(220)(회전샤프트(230))의 회전속도는 감속기(300)를 거치면서 감속되어 휠(410)(풀리(410b))로 전달된다.The
일 실시예에서 감속기(300)는 유성 기어 장치(planetary gear system) 형태로 이루어질 수 있다.In one embodiment, the
다른 실시예에서 감속기(300)는 하모닉 감속기(harmonic gearing, Strain wave gearing)로 이루어질 수 있다.In another embodiment, the
감속기(300)가 하모닉 감속기로 이루어질 때, 감속기(300)는 웨이브 제너레이터(wave generator, 310), 플렉스 스플라인(flex spline, 330), 서큘러 스플라인(circular spline, 320)을 포함하여 이루어질 수 있다.When the
플렉스 스플라인(330)과 서큘러 스플라인(320)에는, 서로 맞물리는 톱니가 각각 형성된다. The
웨이브 제너레이터(310)는 타원형으로 이루어질 수 있고, 회전샤프트(230)에 고정되어 회전샤프트(230)와 함께 회전한다. 체결플레이트(340)이 웨이브 제너레이터(310)와 회전샤프트(230) 사이에 고정되게 결합됨으로써, 웨이브 제너레이터(310)와 회전샤프트(230)가 서로 고정될 수 있다. 웨이브 제너레이터(310)는 베어링을 포함하여 이루어질 수 있다.The
플렉스 스플라인(330)은 웨이브 제너레이터(310)의 외주면에 결합되며, 웨이브 제너레이터(310)에 의해 타원형으로 휘어질 수 있다. 플렉스 스플라인(330)의 외주면에 톱니(제1 톱니)가 형성되고, 플렉스 스플라인(330)이 서큘러 스플라인(320) 내측에서 회전하면서, 플렉스 스플라인(330)의 외주면에 형성된 톱니(제1 톱니)가 서큘러 스플라인(320)의 내주면에 형성된 톱니(제2 톱니)와 서로 맞물린다.The
감속기(300)가 하모닉 감속기로 이루어질 때, 비교적 큰 감속비를 가질 수 있으며, 백래시가 없으며, 소형화 및 경량화에 유리한 감속기(300)를 형성할 수 있다. When the
서큘러 스플라인(320)은 제1 바디(110)(제1 내측케이스(112))에 고정되게 결합될 수 있고, 플렉스 스플라인(330)은 휠(410)(베이스(410a))에 고정되게 결합될 수 있다. 따라서, 모터(200)가 작동하면, 웨이브 제너레이터(310)가 회전샤프트(230)와 함께 회전하고, 플렉스 스플라인(330)은 휠(410)(풀리(410b))과 함께 제1 바디(110)를 상대로 회전하게 된다.The
휠(410)은, 회전자(220)의 회전시 제1 회전축(S1)을 중심으로 회전한다. The
휠(410)은 대체로 제1 회전축(S1)을 중심으로 한 원형 형태로 이루어진다. The
휠(410)은 베이스(410a)와 풀리(410b)를 포함하여 이루어진다. 베이스(410a)와 풀리(410b)는 서로 일체로 이루어질 수 있고, 제1 회전축(S1)을 중심으로 각각 원형 형태로 이루어진다.The
베이스(410a)의 외경은 풀리(410b)의 외경보다 크게 이루어질 수 있다. 베이스(410a)는 풀리(410b)보다 모터(200) 쪽에 더 가깝게 형성될 수 있다.The outer diameter of the
휠(410)의 베이스(410a)는 감속기(300)의 플렉스 스플라인(330)에 고정되게 결합된다.The
휠(410)에는 그 중앙을 관통하는 구멍인 풀리홀(414)이 형성된다. 즉, 풀리홀(414)은 베이스(410a)와 풀리(410b)의 중앙을 관통한다.A
풀리(410b)의 외주면에는 안착부(411)가 형성된다. 안착부(411)는 오목한 골(groove) 형태로 이루어진다. 안착부(411)는 제1 회전축(S1)을 중심으로 한 원호 형태로 이루어진다. A
일 실시예에서 안착부(411)는 완전한 원을 이룰 수 있고(안착부(411)가 이루는 각도범위가 360°임), 다른 실시예에서 안착부(411)는 원의 일부를 이룰 수 있다(안착부(411)가 이루는 각도범위가 360°보다 작은 각도 범위임). In one embodiment, the
일 실시예에서 안착부(411)는 제1 회전축(S1)을 중심으로 연속된 원호를 이룰 수 있다. 다른 실시예에서 안착부(411)는 제1 회전축(S1)을 중심으로 불연속의 원호(곡률반경이 동일한 서로 구분된 복수 개의 원호)를 이룰 수 있다.In one embodiment, the
풀리(410b)에는 고정홈(413)이 형성될 수 있다.A fixing
고정홈(413)은, 안착부(411)에서 제1 회전축(S1) 쪽으로 오목한 홈 형태로 이루어진다. 고정홈(413)은, 안착부(411)보다 제1 회전축(S1)에 더 가깝게 위치한다.The fixing
와이어(420)는 금속으로 이루어지거나 금속을 포함하여 이루어질 수 있다. 와이어(420)는 강선(steel wire)을 포함하여 이루어질 수 있고, 복수 개의 강선이 서로 뭉쳐지거나 나선형으로 조합된 형태로 이루어질 수 있다.The
와이어(420)는, 액추에이터(70, 80)에 결합되지 않은 상태에서 그 길이방향을 따라 일직선 형태로 길게 펼쳐질 수 있으며, 그 길이방향을 따라 단면이 일정하거나 대체로 일정한 형태로 이루어질 수 있다. The
와이어(420)는 그 전체 구간에 걸쳐 일부 또는 전부가 휘어질 수 있다.The
와이어(420)는 중앙부(422), 제1 연장부(425) 및 제2 연장부(426)를 포함한다. 와이어(420)는 고정부(421), 제1 연결부(423), 제2 연결부(424), 제1 절곡부(427) 및 제2 절곡부(428)를 포함하여 이루어진다.The
고정부(421), 중앙부(422), 제1 연결부(423), 제2 연결부(424)는, 제1 연장부(425), 제2 연장부(426), 제1 절곡부(427) 및 제2 절곡부(428)는 서로 일체로 이루어진다.The fixing
액추에이터(70, 80)를 형성하는 와이어(420)는 전체적으로 U자 형태로 휘어진다. The
중앙부(422)는, U자 형태로 휘어지는 와이어(420)에서 중간의 곡선의 구간을 이룬다. 중앙부(422)는 안착부(411)에 삽입되어 풀리(410b)의 외주면에 밀착된다. 풀리(410b)에 결합된 중앙부(422)는, 안착부(411)가 형성하는 곡률과 동일한 곡률를 가지며 휘어진다.The
중앙부(422)는, 오목한 골 형태인 안착부(411)에 삽입되어 풀리(410b)와 결합된다. 이에 따라, 중앙부(422)는 풀리(410b)의 반경방향으로 돌출되지 않으면서 풀리(410b)에 결합될 수 있으므로, 액추에이터(70, 80)를 이루는 다른 구성들과 중앙부(422)가 서로 간섭되는 것이 방지되고, 중앙부(422)가 풀리(410b)에서 이탈하는 것이 방지되고, 액추에이터(70, 80)의 작동시 와이어(420)가 일정한 방향으로 이동할 수 있으며, 와이어(420)와 풀리(410b)의 미끄러짐이 더욱 방지되면서 안정적인 결합이 유지된다.The
고정부(421)는 와이어(420)의 가장 가운데 부분을 이룰 수 있다. 중앙부(422)는 고정부(421)를 중심으로 양쪽으로 양분된다. 즉, 중앙부(422)는 고정부(421)을 중심으로 양쪽으로 각각 연장된다.The fixing
고정부(421)는 고정홈(413)으로 삽입되도록 이루어진다. 고정부(421)는, 중앙부(422)가 이루는 곡선(호)과 다르게, 중앙부(422)에서 휘어지거나 꺾이며 고정홈(413)에 삽입된다.The fixing
액추에이터(70, 80)는 고정핀(415)을 포함하여 이루어진다. 고정핀(415)은, 고정홈(413)에서 풀리(410b)에 체결되어 고정된다. The
고정핀(415)과 풀리(410b) 사이에 고정홈(413)에 삽입된 고정부(421)가 단단히 끼이며, 이에 따라 고정부(421)가 풀리(410b)의 고정홈(413)에 고정된다. 와이어(420)의 고정부(421)는 풀리(410b)의 고정홈(413)을 이탈하지 않고 휠(410)에 고정된다.The fixing
제1 연장부(425)는 중앙부(422)의 어느 한쪽 끝에서 연장되고, 제2 연장부(426)는 중앙부(422)의 다른 한쪽 끝에서 연장된다. 고정부(421) 및 중앙부(422)를 중심으로 제1 연장부(425)와 제2 연장부(426)는 서로 반대쪽으로 연장되는 부분이다.The
제1 연장부(425) 및 제2 연장부(426)는 직선 형태를 이룬다. The
제1 연장부(425)와 제2 연장부(426)는 서로 평행하게 이루어질 수 있다.The
제1 연장부(425)와 제2 연장부(426)는 각각 제1 회전축(S1)의 방향과 직교하는 방향과 평행하게 이루어질 수 있다. 제1 연장부(425)와 제2 연장부(426)는 각각 제1 방향(X2)을 따라 평행하게 이루어질 수 있다. The
그리고, 제1 연장부(425)와 제2 연장부(426)는 제2 방향(Y2)에서 서로 이격될 수 있다. 제1 연장부(425)와 제2 연장부(426)의 이격 거리는, 안착부(411)가 이루는 원호의 직경(2r)과 동일하게 이루어질 수 있다.Also, the
제1 회전축(S1)은 제3 방향(Z2)과 평행하게 이루어질 수 있다. The first rotation axis S1 may be formed parallel to the third direction Z2.
제1 연결부(423)는 중앙부(422)와 제1 연장부(425)를 연결하는 부분이다. 즉, 중앙부(422), 제1 연결부(423) 및 제1 연장부(425) 순서로 연결된다. The
액추에이터(70, 80)가 작동함에 있어서, 상기 제1 연결부(423)는 직선 형태일 수 있고, 또는 곡선 형태일 수 있으며, 또는 일부는 직선형태이고 다른 일부는 곡선형태일 수 있다.When the
제2 연결부(424)는 중앙부(422)와 제2 연장부(426)를 연결하는 부분이다. 즉, 중앙부(422), 제2 연결부(424) 및 제2 연장부(426) 순서로 연결된다. The
액추에이터(70, 80)가 작동함에 있어서, 제2 연결부(424)는 직선 형태일 수 있고, 또는 곡선 형태일 수 있으며, 또는 일부는 직선형태이고 다른 일부는 곡선형태일 수 있다.In operation of the
제1 절곡부(427)는 제1 연장부(425)에서 연장되며 와이어(420)의 어느 한쪽 단부를 이루고, 제2 절곡부(428)는 제2 연장부(426)에서 연장되며 와이어(420)의 다른 한쪽 단부를 이룬다.The first
제1 절곡부(427)는 제1 연장부(425)에서 꺾인 형태로 이루어지고, 제2 절곡부(428)는 제2 연장부(426)에서 꺾인 형태로 이루어진다.The first
액추에이터(70, 80)는 제1 조정하우징(550) 및 제2 조정하우징(650)을 포함하여 이루어질 수 있다.The
제1 조정하우징(550)은 외측으로 개구된 용기 형태로 이루어진다. 제1 조정하우징(550)은 제1 방향(X2)과 평행한 방향을 따라 개구된 용기 형태로 이루어질 수 있다. The
제1 조정하우징(550)에는 제1 방향(X2)을 따라 관통된 구멍(551)이 형성되고, 이러한 구멍(551)을 통하여 와이어(420)의 제1 연장부(425)가 제1 조정하우징(550)을 관통하며 끼워진다.A through
일 실시예에서, 제1 조정하우징(550)은 제2 바디(120)에 고정되게 결합될 수 있다.In one embodiment, the
제2 조정하우징(650)은 외측으로 개구된 용기 형태로 이루어진다. 제2 조정하우징(650)은 제1 방향(X2)과 평행한 방향을 따라 개구된 용기 형태로 이루어질 수 있다.The
제2 조정하우징(650)에는 제2 방향(Y2)을 따라 관통된 구멍(651)이 형성되고, 이러한 구멍(651)을 통하여 와이어(420)의 제2 연장부(426)가 제2 조정하우징(650)을 관통하며 끼워진다.A through
일 실시예에서, 제2 조정하우징(650)은 제2 바디(120)에 고정되게 결합될 수 있다.In an embodiment, the
제1 조정하우징(550)과 제2 조정하우징(650)은 서로 동일하게 이루어질 수 있고, 또는 서로 대칭 형태로 이루어질 수 있다.The
제1 스프링(560)과 제2 스프링(660)은 각각 코일 스프링 형태로 이루어질 수 있다. 제1 스프링(560)과 제2 스프링(660)은, 서로 동일한 크기, 재질, 모양을 갖도록 이루어질 수 있다. 제1 스프링(560)과 제2 스프링(660)은, 서로 동일한 스프링 상수를 갖도록 이루어질 수 있다.Each of the
제1 스프링(560)은 제1 조정하우징(550) 내부에 수용되고, 제2 스프링(660)은 제2 조정하우징(650) 내부에 수용된다.The
제1 조정장치(500)는, 제1 연장부(425)와 함께 이동하도록 제1 연장부(425)에 결합된다. 제1 조정장치(500)는 제1 연장부(425)에 고정되게 결합될 수 있다.The
제1 조정장치(500)는, 제1 텐셔너(510), 제1 와이어고정편(520) 및 제1 조정너트(530)를 포함한다. 제1 조정장치(500)는 제1 보조너트(540)를 포함하여 이루어질 수 있다.The
제1 텐셔너(510)는 제1 네크부(511), 제1 헤드부(513) 및 제1 중앙홀(515)을 포함하여 이루어진다.The
제1 네크부(511)는 제1 방향(X2)과 평행한 방향을 따라 길게 이루어지고, 제1 방향(X2)을 그 단면이 대체로 일정하게 이루어질 수 있다. 제1 네크부(511)는 그 외주면에 나사산이 형성된다. 제1 네크부(511)는, 그 일부가 제1 조정하우징(550) 내부에 위치하고, 코일스프링 형태로 이루어지는 제1 스프링(560)의 중앙에 끼워진다. The
제1 헤드부(513)는 제1 네크부(511)의 외측에서 직경이 확장되는 형태로 이루어진다.The
제1 중앙홀(515)은 제1 방향(X2)과 평행한 방향을 따라 제1 텐셔너(510)의 중앙을 관통하는 구멍이다. 즉, 제1 중앙홀(515)은, 제1 네크부(511) 및 제1 헤드부(513)를 관통하는 구멍 형태로 이루어진다.The first
와이어(420)의 제1 연장부(425)는 상기 제1 중앙홀(515)에 삽입되어 제1 텐셔너(510)에 고정된다.The
제1 와이어고정편(520)은 제1 텐셔너(510)의 제1 헤드부(513) 외측에 위치하며 제1 헤드부(513)와 고정되게 결합된다. 제1 와이어고정편(520)과 제1 헤드부(513)가 결합될 때, 제1 와이어고정편(520)과 제1 헤드부(513) 사이에 와이어(420)의 제1 절곡부(427)가 눌려 개재되면서, 와이어(420)의 제1 절곡부(427)와 제1 조정장치(500) 간의 고정이 이루어진다.The first
제1 헤드부(513)의 외측면에는, 제1 방향(X2)과 직교하는 방향을 따라 오목한 홈인 제1 슬롯(513a)이 형성될 수 있다. 제1 절곡부(427)는 제1 슬롯(513a)에 삽입될 수 있고, 이러한 상태에서 와이어(420)의 제1 절곡부(427)가 제1 와이어고정편(520)과 제1 헤드부(513) 사이에서 눌려 고정될 수 있다.A
제1 조정너트(530)는 대체로 너트와 같은 형태로 이루어지고, 제1 네크부(511)의 외주면에 나사결합된다. The
제1 조정너트(530)는 그 일부가 제1 조정하우징(550) 내부에 삽입되며, 제1 조정너트(530)의 외주면이 제1 조정하우징(550)의 내주면에 밀착된다. 제1 조정너트(530)는, 제1 방향(X2)과 평행한 방향을 따라 제1 조정하우징(550)을 상대로 이동(왕복이동)할 수 있다. A portion of the
제1 조정하우징(550) 내부에 수용된 제1 스프링(560)은 그 일측 단부가 제1 조정하우징(550)의 내측면에 지지되고 타측 단부가 제1 조정너트(530)에 접촉하며 지지된다.The
제1 네크부(511)를 상대로 제1 조정너트(530)를 회전시키면, 제1 방향(X2)과 평행한 방향을 따라 제1 네크부(511)가 이동하며, 이에 따라 제1 스프링(560)의 압축정도를 조정할 수 있고, 와이어(420)(제1 연결부(423) 및 제1 연장부(425) 등)의 장력을 조정할 수 있다. 이때, 제1 텐셔너(510)는 회전되지 않으므로 와이어(420)(제1 연결부(423) 및 제1 연장부(425) 등)가 꼬이는 것이 방지된다.When the
제1 보조너트(540)는 너트와 같은 형태로 이루어지고 제1 네크부(511)의 외주면에 나사결합될 수 있다. 제1 보조너트(540)는 제1 조정너트(530)와 밀착된 상태에서 제1 네크부(511)에 결합될 수 있으며, 이에 따라 제1 조정너트(530)와 제1 네크부(511) 간의 나사풀림이 방지될 수 있고, 제1 조정너트(530)가 제1 네크부(511)에 안정되게 결합될 수 있다.The first
제1 스프링(560)은 예압된 상태로 제1 조정장치(500)와 제1 조정하우징(550)에 결합된다. 코일 스프링 형태로 이루어지는 제1 스프링(560)은 일정부분 압축된 형태로 제1 조정장치(500)와 제1 조정하우징(550)에 결합되며, 이에 따라 와이어(420)의 중앙부(422), 제1 연결부(423) 및 제1 연장부(425)에는 소정의 장력이 작용한다.The
제2 조정장치(600)는, 제2 연장부(426)와 함께 이동하도록 제2 연장부(426)에 결합된다. 제2 조정장치(600)는 제2 연장부(426)에 고정되게 결합될 수 있다.The
제2 조정장치(600)는, 제2 텐셔너(610), 제2 와이어고정편(620) 및 제2 조정너트(630)를 포함한다. 제2 조정장치(600)는 제2 보조너트(640)를 포함하여 이루어질 수 있다.The
제2 텐셔너(610)는 제2 네크부(611), 제2 헤드부(613) 및 제2 중앙홀(615)을 포함하여 이루어진다.The
제2 네크부(611)는 제1 방향(X2)과 평행한 방향을 따라 길게 이루어지고, 제1 방향(X2)을 그 단면이 대체로 일정하게 이루어질 수 있다. 제2 네크부(611)는 그 외주면에 나사산이 형성된다. 제2 네크부(611)는, 그 일부가 제2 조정하우징(650) 내부에 위치하고, 코일스프링 형태로 이루어지는 제2 스프링(660)의 중앙에 끼워진다. The
제2 헤드부(613)는 제2 네크부(611)의 외측에서 직경이 확장되는 형태로 이루어진다.The
제2 중앙홀(615)은 제1 방향(X2)과 평행한 방향을 따라 제2 텐셔너(610)의 중앙을 관통하는 구멍이다. 즉, 제2 중앙홀(615)은, 제2 네크부(611) 및 제2 헤드부(613)를 관통하는 구멍 형태로 이루어진다.The second
와이어(420)의 제2 연장부(426)는 상기 제2 중앙홀(615)에 삽입되어 제2 텐셔너(610)에 고정된다.The
제2 와이어고정편(620)은 제2 텐셔너(610)의 제2 헤드부(613) 외측에 위치하며 제2 헤드부(613)와 고정되게 결합된다. 제2 와이어고정편(620)과 제2 헤드부(613)가 결합될 때, 제2 와이어고정편(620)과 제2 헤드부(613) 사이에 와이어(420)의 제2 절곡부(428)가 눌려 개재되면서, 와이어(420)의 제2 절곡부(428)와 제2 조정장치(600) 간의 고정이 이루어진다.The second
제2 헤드부(613)의 외측면에는, 제1 방향(X2)과 직교하는 방향을 따라 오목한 홈인 제2 슬롯(613a)이 형성될 수 있다. 제2 절곡부(428)는 제2 슬롯(613a)에 삽입될 수 있고, 이러한 상태에서 와이어(420)의 제2 절곡부(428)가 제2 와이어고정편(620)과 제2 헤드부(613) 사이에서 눌려 고정될 수 있다.A
제2 조정너트(630)는 대체로 너트와 같은 형태로 이루어지고, 제2 네크부(611)의 외주면에 나사결합된다. The
제2 조정너트(630)는 그 일부가 제2 조정하우징(650) 내부에 삽입되며, 제2 조정너트(630)의 외주면이 제2 조정하우징(650)의 내주면에 밀착된다. 제2 조정너트(630)는, 제1 방향(X2)을 따라 제2 조정하우징(650)을 상대로 이동(왕복이동)할 수 있다. A portion of the
제2 조정하우징(650) 내부에 수용된 제2 스프링(660)은 그 일측 단부가 제2 조정하우징(650)의 내측면에 지지되고 타측 단부가 제2 조정너트(630)에 접촉하며 지지된다.The
제2 네크부(611)를 상대로 제2 조정너트(630)를 회전시키면, 제1 방향(X2)과 평행한 방향을 따라 제2 네크부(611)가 이동하며, 이에 따라 제2 스프링(660)의 압축정도를 조정할 수 있고, 와이어(420)(제2 연결부(424) 및 제2 연장부(426) 등)의 장력을 조정할 수 있다. 이때, 제2 텐셔너(610)는 회전되지 않으므로 와이어(420)(제2 연결부(424) 및 제2 연장부(426) 등)가 꼬이는 것이 방지된다.When the
제2 보조너트(640)는 너트와 같은 형태로 이루어지고 제2 네크부(611)의 외주면에 나사결합될 수 있다. 제2 보조너트(640)는 제2 조정너트(630)와 밀착된 상태에서 제2 네크부(611)에 결합될 수 있으며, 이에 따라 제2 조정너트(630)와 제2 네크부(611) 간의 나사풀림이 방지될 수 있고, 제2 조정너트(630)가 제2 네크부(611)에 안정되게 결합될 수 있다.The second
제2 스프링(660)은 예압된 상태로 제2 조정장치(600)와 제2 조정하우징(650)에 결합된다. 코일 스프링 형태로 이루어지는 제2 스프링(660)은 일정부분 압축된 형태로 제2 조정장치(600)와 제2 조정하우징(650)에 결합되며, 이에 따라 와이어(420)의 중앙부(422), 제2 연결부(424) 및 제2 연장부(426)에는 소정의 장력이 작용한다.The
제1 베어링(130)과 제2 베어링(140)은 각각 제1 회전축(S1)을 그 중심축으로 한다.The
제1 베어링(130)은 제1 하우징(111, 112)과 제1 외측케이스(121) 사이에 결합된다. 특히, 제1 베어링(130)은 제1 내측케이스(111)와 제1 외측케이스(121) 사이에 결합된다. 제1 베어링(130)은 제1 바디(110)와 제2 바디(120) 간의 상대회전이 원활히 이루어지도록 한다.The
제2 베어링(140)은 풀리(410b)와 제2 외측케이스(122) 사이에 결합되고, 제2 베어링(140)은 풀리(410b)와 제2 바디(120) 간의 상대회전이 원활히 이루어지도록 한다. 제2 베어링(140)은 풀리(410b)의 풀리홀(414)에 삽입되는 형태로 풀리(410b)에 결합될 수 있다.The
제1 회전축(S1)의 축방향에서, 제1 베어링(130)과 제2 베어링(140)은, 모터(200) 및 감속기(300)의 외측에서 제1 바디(110)와 제2 바디(120)의 상대회전을 지지한다. 회전동력을 발생시키는 모터(200)와 회전동력을 전달하는 감속기(300)의 바깥쪽에서 제1 베어링(130)과 제2 베어링(140)이 제1 바디(110)와 제2 바디(120) 간의 상대회전을 지지함으로써, 제1 바디(110)와 제2 바디(120)의 안정적인 상대회전이 이루어질 수 있다.In the axial direction of the first rotational shaft S1 , the
본 발명의 실시예에서 설명되는 엔코더(150, 160)는 통상의 엔코더(encoder)와 같이 이루어질 수 있다. 엔코더(encoder)는 모션 또는 위치를 측정하는 전자장치로 이루어진다. 본 발명의 실시예에서 각 엔코더는 특정한 구성의 회전 여부 및 회전 각도 등을 측정하도록 이루어질 수 있다.The
본 발명의 실시예에서 설명되는 엔코더는, 펄스 트레인의 형태로 진기 신호를 제공하는 광학 센서를 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 설명되는 엔코더는 회전형 엔코더(rotary encoder)로 이루어질 수 있으며, 회전축에 대한 회전각도를 측정하도록 이루어질 수 있다.The encoder described in the embodiment of the present invention may use an optical sensor that provides a vibratory signal in the form of a pulse train. The encoder described in the embodiment of the present invention may be configured as a rotary encoder, and may be configured to measure a rotation angle with respect to a rotation axis.
제1 엔코더(150)는, 제1 하우징(111, 112)에 고정되어, 제1 회전축(S1)을 중심으로 회전하는, 회전자(220) 또는 회전샤프트(230)의 회전을 감지하도록 이루어질 수 있다.The
제2 엔코더(160)는, 제2 외측케이스(122) 내부에 구비되어, 제1 회전축(S1)을 중심으로 회전하는, 풀리(410b)와 제2 바디(120) 간의 상대회전각도를 측정하도록 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 제2 엔코더(160)는 제2 외측케이스(122) 내부에 고정되어, 제2 바디(120)를 상대로 회전하는 풀리(410b)의 회전각도를 측정하도록 이루어질 수 있다.The
액추에이터(70, 80)는 제어부(101)를 포함하여 이루어질 수 있고, 또는 별도의 제어부(101)와 결합되도록 이루어질 수 있다.The
상기 제어부(101)는, 데이터를 처리할 수 있는 장치 또는 컴퓨터 프로그램을 포함하여 이루어질 수 있다. 제어부(101)는 컴퓨터 시스템의 중앙 처리 장치(Central Processing Unit)를 포함하여 이루어질 수 있다.The
이러한 제어부(101)는 모터(200)와 연결되어 모터(200)의 작동을 제어하도록 이루어질 수 있다.The
또한 제어부(101)는, 제1 엔코더(150) 및 제2 엔코더(160)와 연결되고, 제1 엔코더(150) 및 제2 엔코더(160)로부터의 정보를 수신한다.Also, the
제어부(101)는, 제1 엔코더(150) 및 제2 엔코더(160)에 의해 제공되는 정보에 의하여, 제1 바디(110)를 상대로 한 제2 바디(120)의 회전각도를 파악할 수 있고, 풀리(410b)와 제2 바디(120) 간의 상대회전각도를 파악할 수 있다.The
액추에이터(70, 80)에서 모터(200)가 작동할 때, 제2 바디(120)는 풀리(410b)와 함께 회전한다. 즉, 와이어(420), 제1 조정장치(500) 및 제2 조정장치(600)에 의해 결합된 제2 바디(120)와 풀리(410b)는 제1 바디(110)를 상대로 함께 회전하며, 이때, 제2 바디(120)와 풀리(410b) 간의 상대회전은 이루어지지 않을 수 있다.When the
액추에이터(70, 80)에서 모터(200)가 작동하지 않고 액추에이터(70, 80)에 별도의 외력이 작용할 때, 제2 바디(120)는 풀리(410b) 및 제1 바디(110)와 상대회전할 수 있으며, 이하에서는 이를 설명한다.When the
도 17은 별도의 외력이 작용하지 않은 상태에서 액추에이터(70, 80)를 도시한 단면도이다.17 is a cross-sectional view illustrating the
도 18a는 도 17의 액추에이터(70, 80)에서 제2 바디(120)가 제1 바디(110)를 상대로 시계방향으로 회전하도록 외력이 작용한 상태를 도시한 단면도이고, 도 18b는 도 17의 액추에이터(70, 80)에서 제2 바디(120)가 제1 바디(110)를 상대로 반시계방향으로 회전하도록 외력이 작용한 상태를 도시한 단면도이다.18A is a cross-sectional view illustrating a state in which an external force is applied so that the
도 17과 같이 별도의 외력이 작용하지 않은 상태에서도, 제1 스프링(560)과 제2 스프링(660)은 예압되어 조립된다. As shown in FIG. 17 , even in a state where a separate external force is not applied, the
제1 스프링(560)이 x0만큼 압축되어 제1 조정장치(500) 및 제1 조정하우징(550) 사이에서 결합될 수 있고, 제2 스프링(660) 또한 x0만큼 압축되어 제2 조정장치(600) 및 제2 조정하우징(650) 사이에서 결합될 수 있다.The
제1 스프링(560)의 스프링상수 및 제2 스프링(660)의 스프링상수를 각각 k라고 하면, 제1 스프링(560)은 k·x0 만큼의 탄성력을 저장하고, 제2 스프링(660) 또한 k·x0 만큼의 탄성력을 저장한다.If the spring constant of the
제1 조정너트(530)와 제1 조정하우징(550) 간에 작용하는 마찰력을 무시할 때, 제1 연장부(425)에 작용하는 장력(F01)은 k·x0이다.When ignoring the frictional force acting between the
또한, 제2 조정너트(630)와 제2 조정하우징(650) 간에 작용하는 마찰력을 무시할 때, 제2 연장부(426)에 작용하는 장력(F02)은 k·x0이다.In addition, when ignoring the frictional force acting between the
제1 회전축(S1)을 중심으로 안착부(411)가 이루는 원호 까지의 반경을 r이라고 할 때, 제1 회전축(S1)을 중심으로 작용하는 토크(τ1)는 다음의 [식 1]과 같이 표현될 수 있다.When the radius from the first rotational axis S1 to the arc formed by the
[식 1] τ1=F01·r+ F02·r[Equation 1] τ1=F01·r+ F02·r
F01과 F02는 그 크기가 서로 동일하고 방향이 반대이므로, 제1 회전축(S1)을 중심으로 작용하는 토크(τ1)는 0이 된다.Since F01 and F02 have the same size and opposite directions, the torque τ1 acting about the first rotation axis S1 becomes zero.
도 17의 상태에서 도 18a과 같이, 제1 바디(110)를 상대로 제2 바디(120)가 소정의 각도(Δθ1)만큼 시계방향으로 회전하도록 외력(F1)이 작용하면, 제1 스프링(560)은 압축되고 제2 스프링(660)은 인장된다. As shown in FIG. 18A in the state of FIG. 17 , when an external force F1 acts to rotate the
본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(70, 80)에서, 와이어(420)의 중앙부(422)는 오목한 골 형태의 안착부(411)에 수용되어 있으며, 와이어(420)의 고정부(421)가 고정홈(413)에 안정되게 고정되어 있으므로, 제1 바디(110)를 상대로 제2 바디(120)가 회전할 때, 와이어(420)와 풀리(410b) 간의 미끄러짐이 방지된다. In the
와이어(420)의 제1 연결부(423)는 Δθ1·r만큼 안착부(411)에 밀착되고, 제1 연장부(425)는 Δθ1·r만큼 이동한다. 즉, 제1 연장부(425) 쪽에서 와이어(420)의 직선을 이루는 부분의 길이가 Δθ1·r만큼 짧아진다.The
제2 연결부(424)와 연결되는 쪽에서 와이어(420)의 중앙부(422)는 Δθ1·r만큼 안착부(411)에 이격되고, 제2 연장부(426)는 Δθ1·r만큼 이동한다. 즉, 제2 연장부(426) 쪽에서 와이어(420)의 직선을 이루는 부분의 길이가 Δθ1·r만큼 길어진다.The
Δθ1·r을 x1이라고 하면, 제1 스프링(560)이 x0+x1만큼 압축되고, 제2 스프링(660)은 x0-x1만큼 압축된다. (x0>x1 임) 즉, 제1 스프링(560)이 x1만큼 더 압축되고, 제2 스프링(660)은 x1만큼 덜 압축된다.When Δθ1·r is x1, the
이때, 제1 스프링(560)에는 k(x0+x1) 만큼의 탄성력이 저장되고, 제2 스프링(660)에는 k(x0-x1) 만큼의 탄성력이 저장된다.At this time, the elastic force of k(x0+x1) is stored in the
제1 조정너트(530)와 제1 조정하우징(550) 간에 작용하는 마찰력을 무시할 때, 제1 연장부(425)에 작용하는 장력(F11)은 k(x0+x1)이고, 제2 조정너트(630)와 제2 조정하우징(650) 간에 작용하는 마찰력을 무시할 때, 제2 연장부(426)에 작용하는 장력(F12)은 k(x0-x1)이다.When the frictional force acting between the
제1 회전축(S1)을 중심으로 작용하는 토크(τ2)는 다음의 [식 2]와 같이 표현될 수 있다.The torque τ2 acting about the first rotation shaft S1 may be expressed as in [Equation 2] below.
[식 2] τ2=F11·r+ F12·r[Equation 2] τ2=F11·r+ F12·r
F11과 F12는 그 방향이 서로 반대이므로, 상기 토크(τ2)는 다음의 [식 3]과 같이 표현될 수 있다.Since the directions F11 and F12 are opposite to each other, the torque τ2 can be expressed as in [Equation 3] below.
[식 3] τ2=k(x0+x1)r-k(x0-x1)r[Equation 3] τ2=k(x0+x1)r-k(x0-x1)r
따라서, 상기 토크(τ2)는 2k·x1·r의 값을 갖는다. Accordingly, the torque τ2 has a value of 2k·x1·r.
도 17의 상태에서 도 18b과 같이, 제1 바디(110)를 상대로 제2 바디(120)가 소정의 각도(Δθ2)만큼 반시계방향으로 회전하도록 외력(F2)이 작용하면, 제1 스프링(560)은 인장되고 제2 스프링(660)은 압축된다. As shown in FIG. 18b in the state of FIG. 17, when an external force F2 acts to rotate the
제1 연결부(423)와 연결되는 와이어(420)의 중앙부(422)는 Δθ2·r만큼 안착부(411)에서 이격되고, 제1 연장부(425)는 Δθ2·r만큼 이동한다. 즉, 제1 연장부(425) 쪽에서 와이어(420)의 직선을 이루는 부분의 길이가 Δθ2·r만큼 길어진다.The
와이어(420)의 제2 연결부(424)는 Δθ2·r만큼 안착부(411)에 밀착되고, 제2 연장부(426)는 Δθ2·r만큼 이동한다. 즉, 제2 연장부(426) 쪽에서 와이어(420)의 직선을 이루는 부분의 길이가 Δθ2·r만큼 짧아진다.The
Δθ2·r을 x2이라고 하면, 제1 스프링(560)이 x0-x2만큼 압축되고, 제2 스프링(660)은 x0+x2만큼 압축된다. (x0>x2 임) 즉, 제1 스프링(560)이 x2만큼 덜 압축되고, 제2 스프링(660)은 x2만큼 더 압축된다.When Δθ2·r is x2, the
이때, 제1 스프링(560)에는 k(x0-x2) 만큼의 탄성력이 저장되고, 제2 스프링(660)에는 k(x0+x2) 만큼의 탄성력이 저장된다.At this time, the elastic force of k(x0-x2) is stored in the
제1 조정너트(530)와 제1 조정하우징(550) 간에 작용하는 마찰력을 무시할 때, 제1 연장부(425)에 작용하는 장력(F21)은 k(x0-x2)이고, 제2 조정너트(630)와 제2 조정하우징(650) 간에 작용하는 마찰력을 무시할 때, 제2 연장부(426)에 작용하는 장력(F22)은 k(x0+x2)이다.When the frictional force acting between the
제1 회전축(S1)을 중심으로 작용하는 토크(τ2)는 다음의 [식 4]와 같이 표현될 수 있다.The torque τ2 acting about the first rotation shaft S1 may be expressed as in [Equation 4] below.
[식 4] τ3=F21·r+ F22·r[Equation 4] τ3=F21·r+ F22·r
F21과 F22는 그 방향이 서로 반대이므로, 상기 토크(τ3)는 다음의 [식 5]와 같이 표현될 수 있다.Since the directions of F21 and F22 are opposite to each other, the torque τ3 can be expressed as in [Equation 5] below.
[식 5] τ3=-k(x0-x2)r+k(x0+x2)r[Equation 5] τ3=-k(x0-x2)r+k(x0+x2)r
따라서, 상기 토크(τ3)는 2k·x2·r의 값을 갖는다. Accordingly, the torque τ3 has a value of 2k·x2·r.
제1 스프링(560)과 제2 스프링(660)의 스프링 상수는 미리 알 수 있고, 제1 바디(110)를 상대로 한 제2 바디(120)의 상대회전 각도는 제1 엔코더(150)에 의하여 확인할 수 있으므로, 작용하는 토크를 용이하고 정확하게 도출할 수 있다.The spring constants of the
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(70, 80)에서는, 제1 회전축(S1)을 중심으로 토크가 발생될 때 모멘트암(r)이 일정하고, 제1 바디(110)를 상대로 한 제2 바디(120)의 상대회전에 따른 각도를 직접 측정할 수 있으며, 정확하고 용이하게 토크를 측정할 수 있다.As such, in the
본 발명의 실시예에서는, 제1 조정장치(500)에서 제1 조정너트(530)를 상대로 제1 텐셔너(510)를 회전시켜 제1 스프링(560)의 압축정도를 조정할 수 있고, 제2 조정장치(600)에서 제2 조정너트(630)를 상대로 제2 텐셔너(610)를 회전시켜 제2 스프링(660)의 압축정도를 조정할 수 있다. 이에 따라, 와이어(420)의 제1 연장부(425)와 제2 연장부(426)에 작용하는 장력의 크기가 서로 동일하도록 조정할 수 있고, 또한, 서로 다르도록 조정할 수 있다. In the embodiment of the present invention, the degree of compression of the
액추에이터(70, 80)에 별도의 외력이 작용하지 않는 상태에서, 와이어(420)의 제1 연장부(425)와 제2 연장부(426)에 작용하는 장력의 크기가 서로 동일하도록 제1 조정장치(500)와 제2 조정장치(600)를 조정함으로써, 풀리(410b)와 제2 바디(120) 간의 상대회전 각도를 확인하여 작용하는 토크를 측정할 수 있다.In a state in which a separate external force is not applied to the
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(70, 80)를 도시한 사시도이고, 도 20은 도 19에 도시된 액추에이터(70, 80)의 사용상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.19 is a perspective view showing the
일 실시예에서, 제1 조정하우징(550)은, 제1 연장부(425)의 연장선을 이루는 제2 회전축(S2)을 중심으로 하여 제2 바디(120)에 회전가능하게 고정될 수 있다.In one embodiment, the
일 실시예에서, 제2 조정하우징(650)은, 제2 연장부(426)의 연장선을 이루는 제3 회전축(S3)을 중심으로 하여 제2 바디(120)에 회전가능하게 고정될 수 있다.In one embodiment, the
또한, 제1 조정장치(500)는 제2 회전축(S2)을 중심으로 회전가능하도록 이루어질 수 있고, 제2 조정장치(600)는 제3 회전축(S3)을 중심으로 회전가능하도록 이루어질 수 있다. Also, the
제1 연장부(425)가 제2 회전축(S2)을 기준으로 일부 회전하더라도, 제1 연장부(425)에 작용하는 장력은 그대로 일정하게 유지될 수 있으며, 제2 바디(120), 제1 연장부(425), 제1 조정장치(500) 및 제1 조정하우징(550) 간의 결합관계가 그대로 유지된다. Even if the
또한, 제2 연장부(426)가 제3 회전축(S3)을 기준으로 일부 회전하더라도, 제2 연장부(426)에 작용하는 장력은 그대로 일정하게 유지될 수 있으며, 제2 바디(120), 제2 연장부(426), 제2 조정장치(600) 및 제2 조정하우징(650) 간의 결합관계가 그대로 유지된다. In addition, even if the
즉, 제1 연장부(425), 제1 조정장치(500) 또는 제1 조정하우징(550)이 제2 회전축(S2)을 기준으로 회전하거나, 제2 연장부(426), 제2 조정장치(600) 또는 제2 조정하우징(650)이 제3 회전축(S3)을 기준으로 회전하더라도, 외력의 작용시 토크의 측정에는 영향을 미치지 않으며, 정확한 토크의 측정이 이루어진다. That is, the
본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(70, 80)에서, 제1 조정장치(500) 또는 제1 조정하우징(550)은, 제1 연장부(425)(제2 회전축(S2))을 중심축으로 하여 회전대칭 형태로 이루어지지 않을 수 있으며, 또한, 제2 조정장치(600) 또는 제2 조정하우징(650)은, 제2 연장부(426)(제3 회전축(S3))을 중심축으로 하여 회전대칭 형태로 이루어지지 않을 수 있다.In the
이때, 액추에이터(70, 80)가 로봇의 아암에 조립되어 사용될 때, 다른 장치들과의 간섭이 이루어지지 않도록, 또한 사용범위 또는 가동범위에 제약이 없도록, 제1 조정장치(500) 및 제1 조정하우징(550)을 제2 회전축(S2)을 기준으로 일부 회전시킬 수 있으며, 제2 조정장치(600) 및 제2 조정하우징(650)을 제3 회전축(S3)을 기준으로 일부 회전시킬 수 있다.At this time, when the
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(70, 80)는, 회전형 액추에이터(70, 80)의 설치 및 조립 등의 제약을 해소 또는 완화할 수 있고, 정확한 토크의 측정이 이루어질 수 있다.As such, the
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다른 구체적인 실시예로 다양하게 수정 및 변형할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 할 것이다.In the foregoing, specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, but the present invention is not limited to the described embodiments, and those of ordinary skill in the art may make various changes to other specific embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention. It will be appreciated that modifications and variations are possible. Accordingly, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be defined by the technical idea described in the claims.
1 : 상지보조로봇
10 : 베이스플레이트
11 : 바퀴
12 : 의자
13 : 제2 지지프레임
13a : 하측부
13b : 상측부
15 : 높이조절장치
15a : 제1 연결바
15b : 제2 연결바
20 : 제1 지지프레임
21 : 제1 지점
22 : 제2 지점
30 : 회전프레임
40 : 제1 아암
50 : 제2 아암
60 : 연결프레임
65 : 볼조인트
70 : 제1 액추에이터
80 : 제2 액추에이터
90 : 체결부
90a : 연결플레이트
90b : 전방플레이트
95 : 체결밴드
110 : 제1 바디
111 : 제1 내측케이스
112 : 제2 내측케이스
113 : 제1 브라켓
120 : 제2 바디
121 : 제1 외측케이스
122 : 제2 외측케이스
123 : 제2 브라켓
130 : 제1 베어링
140 : 제2 베어링
150 : 제1 엔코더
160 : 제2 엔코더
171 : 제1 내부베어링
172 : 제2 내부베어링
200 : 모터
210 : 고정자
220 : 회전자
230 : 회전샤프트
300 : 감속기
410 : 휠
410a : 베이스
410b : 풀리
411 : 안착부
413 : 고정홈
415 : 고정핀
420 : 와이어
421 : 고정부
422 : 중앙부
423 : 제1 연결부
424 : 제2 연결부
425 : 제1 연장부
426 : 제2 연장부
427 : 제1 절곡부
428 : 제2 절곡부
500 : 제1 조정장치
510 : 제1 텐셔너
511 : 제1 네크부
513 : 제1 헤드부
515 : 제1 중앙홀
520 : 제1 와이어고정편
530 : 제1 조정너트
540 : 제1 보조너트
550 : 제1 조정하우징
560 : 제1 스프링
600 : 제2 조정장치
610 : 제2 텐셔너
611 : 제2 네크부
613 : 제2 헤드부
615 : 제2 중앙홀
620 : 제2 와이어고정편
630 : 제2 조정너트
640 : 제2 보조너트
650 : 제2 조정하우징
660 : 제2 스프링
RA1 : 제1 로봇회전축
RA2 : 제2 로봇회전축
RA3 : 제3 로봇회전축
RA4 : 제4 로봇회전축
RA5 : 제5 로봇회전축
RA6 : 제6 로봇회전축
H : 사용자
HA : 상박
FA : 하박
HS : 어깨
HE : 팔꿈치1: upper extremity assisting robot 10: base plate
11: wheel 12: chair
13:
13b: upper part 15: height adjustment device
15a: first connecting
20: first support frame 21: first point
22: second point 30: rotating frame
40: 1st arm 50: 2nd arm
60: connection frame 65: ball joint
70: first actuator 80: second actuator
90: fastening
90b: front plate 95: fastening band
110: first body
111: first inner case 112: second inner case
113: first bracket 120: second body
121: first outer case 122: second outer case
123: second bracket 130: first bearing
140: second bearing 150: first encoder
160: second encoder 171: first internal bearing
172: second inner bearing 200: motor
210: stator 220: rotor
230: rotary shaft 300: reducer
410:
410b: pulley 411: seating part
413: fixing groove 415: fixing pin
420: wire 421: fixed part
422: central part 423: first connection part
424: second connection part 425: first extension part
426: second extension 427: first bent part
428: second bent part 500: first adjustment device
510: first tensioner 511: first neck portion
513: first head 515: first central hole
520: first wire fixing piece 530: first adjusting nut
540: first auxiliary nut 550: first adjustment housing
560: first spring 600: second adjustment device
610: second tensioner 611: second neck portion
613: second head portion 615: second central hole
620: second wire fixing piece 630: second adjusting nut
640: second auxiliary nut 650: second adjustment housing
660: second spring
RA1: first axis of rotation of robot RA2: axis of second rotation of robot
RA3 : 3rd robot rotation axis RA4 : 4th robot rotation axis
RA5: 5th robot rotation axis RA6: 6th robot rotation axis
H: user
HA: upper arm FA: lower arm
HS: Shoulder HE: Elbow
Claims (12)
연직방향의 제1 로봇회전축을 중심으로 상기 제1 지지프레임에 회전가능하게 결합된 회전프레임;
수평방향의 제2 로봇회전축을 중심으로 상기 회전프레임과 상대회전가능하게 이루어진 제1 아암;
수평방향의 제3 로봇회전축을 중심으로 상기 제1 아암과 상대회전가능하게 이루어지고, 이동지점을 포함하는 제2 아암;
상기 이동지점을 지나고 수평방향인 제4 로봇회전축을 중심으로 상기 제2 아암에 회전가능하게 결합된 연결프레임;
상기 제4 로봇회전축에 직교하는 제5 로봇회전축을 중심으로 상기 연결프레임에 회전가능하게 결합되는 체결부;
회전형 직렬 탄성 액추에이터로 이루어지고, 상기 회전프레임과 상기 제1 아암의 조인트를 이루는 제1 액추에이터; 및
회전형 직렬 탄성 액추에이터로 이루어지고, 상기 제1 아암과 상기 제2 아암의 조인트를 이루는 제2 액추에이터를 포함하고,
상기 체결부만 사용자의 상지에 결합되고, 상기 체결부는 상기 사용자의 하박을 밀착되게 지지하도록 이루어지는,
상지보조로봇.a first support frame;
a rotation frame rotatably coupled to the first support frame about a first robot rotation axis in a vertical direction;
a first arm rotatable relative to the rotation frame about a second robot rotation axis in the horizontal direction;
a second arm rotatable relative to the first arm about a third robot rotation axis in the horizontal direction and including a moving point;
a connection frame rotatably coupled to the second arm about a fourth robot rotation axis in a horizontal direction passing through the moving point;
a fastening part rotatably coupled to the connection frame about a fifth robot rotation axis orthogonal to the fourth robot rotation axis;
a first actuator comprising a rotary series elastic actuator and forming a joint between the rotary frame and the first arm; and
A rotation type series elastic actuator comprising a second actuator forming a joint of the first arm and the second arm;
Only the fastening part is coupled to the upper limb of the user, and the fastening part is made to closely support the user's lower arm,
Upper extremity assisting robot.
연직방향의 제1 로봇회전축을 중심으로 상기 제1 지지프레임에 회전가능하게 결합된 회전프레임;
수평방향의 제2 로봇회전축을 중심으로 상기 회전프레임과 상대회전가능하게 이루어진 제1 아암;
수평방향의 제3 로봇회전축을 중심으로 상기 제1 아암과 상대회전가능하게 이루어지고, 이동지점을 포함하는 제2 아암;
상기 이동지점을 중심으로 전방향으로(in all directions) 회전가능하게 상기 제2 아암에 결합되는 체결부;
회전형 직렬 탄성 액추에이터로 이루어지고, 상기 회전프레임과 상기 제1 아암의 조인트를 이루는 제1 액추에이터; 및
회전형 직렬 탄성 액추에이터로 이루어지고, 상기 제1 아암과 상기 제2 아암의 조인트를 이루는 제2 액추에이터를 포함하고,
상기 체결부만 사용자의 상지에 결합되고, 상기 체결부는 상기 사용자의 하박을 밀착되게 지지하도록 이루어지는,
상지보조로봇.a first support frame;
a rotation frame rotatably coupled to the first support frame about a first robot rotation axis in a vertical direction;
a first arm rotatable relative to the rotation frame about a second robot rotation axis in the horizontal direction;
a second arm rotatable relative to the first arm about a third robot rotation axis in the horizontal direction and including a moving point;
a fastening part coupled to the second arm to be rotatable in all directions about the moving point;
a first actuator comprising a rotary series elastic actuator and forming a joint between the rotary frame and the first arm; and
A rotation type series elastic actuator comprising a second actuator forming a joint of the first arm and the second arm;
Only the fastening part is coupled to the upper limb of the user, and the fastening part is made to closely support the user's lower arm,
Upper extremity assisting robot.
상기 체결부는,
상기 제2 아암에 연결되고, 상기 사용자의 하박에 접촉하는 면이 오목한 곡면을 이루는 연결플레이트; 및
상기 연결플레이트로부터 상기 사용자의 팔목쪽을 향하여 연장되고, 상기 사용자의 하박에 접촉하는 면이 오목한 곡면을 이루는 전방플레이트를 포함하고,
상기 상지보조로봇은,
상기 체결부에 고정되게 결합되고, 상기 사용자의 하박을 둘러싸도록 이루어지는 체결밴드를 더 포함하는,
상지보조로봇.3. The method of claim 1 or 2,
The fastening part,
a connection plate connected to the second arm and having a surface in contact with the user's lower arm forming a concave curved surface; and
and a front plate extending from the connection plate toward the wrist of the user and forming a concave curved surface with a surface in contact with the user's lower arm,
The upper extremity assisting robot,
Further comprising a fastening band fixedly coupled to the fastening portion, and configured to surround the user's lower arm,
Upper extremity assisting robot.
상기 상지보조로봇은,
상기 사용자가 앉을 수 있도록 이루어진 착석부가 구비된 의자를 포함하고,
상기 제1 지지프레임은, 상기 의자의 뒤쪽에서 좌우방향을 따라 이루어지고,
상기 제1 로봇회전축은 상기 사용자의 어깨보다 좌우방향의 바깥쪽에 위치하고,
상기 제2 로봇회전축은 상기 사용자의 어깨보다 아래에 위치하는,
상지보조로봇.3. The method of claim 1 or 2,
The upper extremity assisting robot,
and a chair provided with a seating unit configured to allow the user to sit;
The first support frame is formed along the left and right direction from the back of the chair,
The first robot rotation axis is located outside the user's shoulder in the left and right direction,
The second robot rotation axis is located below the user's shoulder,
Upper extremity assisting robot.
상기 제2 로봇회전축이 상기 제1 로봇회전축의 앞쪽 또는 좌우방향의 바깥쪽에 위치하도록, 상기 제1 로봇회전축과 상기 제2 로봇회전축은 수평방향에서 서로 이격되고,
상지보조로봇.3. The method of claim 1 or 2,
The first robot rotation axis and the second robot rotation axis are spaced apart from each other in a horizontal direction so that the second robot rotation axis is located in front of or outside the left and right direction of the first robot rotation axis,
Upper extremity assisting robot.
상기 제2 로봇회전축의 높이는 상기 사용자의 어깨보다 낮도록 이루어지고,
상기 제2 로봇회전축에서 상기 제3 로봇회전축까지의 길이는, 상기 사용자와 어깨에서 팔꿈치까지의 길이보다 길게 이루어지는,
상지보조로봇.3. The method of claim 1 or 2,
The height of the second robot axis of rotation is made to be lower than the shoulder of the user,
The length from the second robot rotation axis to the third robot rotation axis is made longer than the length from the user and the shoulder to the elbow,
Upper extremity assisting robot.
상기 제1 지지프레임의 하측에 위치하는 베이스플레이트; 및
상기 베이스플레이트에 고정되게 연결되는 제1 연결바, 및 상기 제1 지지프레임에 고정되게 연결되고 상기 제1 연결바를 상대로 승강하는 제2 연결바를 포함하고, 상기 제1 연결바를 상대로 한 상기 제2 연결바의 높이가 조정 및 고정되도록 이루어진 높이조절장치를 포함하는,
상지보조로봇.3. The method of claim 1 or 2,
a base plate positioned below the first support frame; and
A first connecting bar fixedly connected to the base plate, and a second connecting bar fixedly connected to the first support frame and elevating against the first connecting bar, wherein the second connecting bar is connected to the first connecting bar Containing a height adjustment device configured to adjust and fix the height of the bar,
Upper extremity assisting robot.
상기 제2 로봇회전축과 상기 제3 로봇회전축 간의 길이는 350~450mm이고,
상기 제3 로봇회전축과 상기 이동지점 간의 길이는 230~330mm인,
상지보조로봇.3. The method of claim 1 or 2,
A length between the second robot axis of rotation and the third axis of rotation of the robot is 350 to 450 mm,
The length between the third robot rotation axis and the moving point is 230 to 330 mm,
Upper extremity assisting robot.
상기 회전프레임을 상대로 한 상기 제1 아암의 회전각도 범위는, 상기 제3 로봇회전축이 상기 제2 로봇회전축의 연직 하방에 위치한 상태를 기준으로, 전방으로 120°이고, 후방으로 40°이고,
상기 제1 아암을 상대로 한 상기 제2 아암의 회전각도 범위는, 상기 이동지점이 상기 제3 로봇회전축의 연직 하방에 위치한 상태를 기준으로, 전방으로 140°인,
상지보조로봇.3. The method of claim 1 or 2,
The rotation angle range of the first arm with respect to the rotation frame is 120° forward and 40° backward, based on a state in which the third robot rotation axis is positioned vertically below the second robot rotation axis,
The rotation angle range of the second arm with respect to the first arm is 140° forward with respect to the state in which the moving point is located vertically below the third robot rotation axis,
Upper extremity assisting robot.
상기 제1 지지프레임은,
상기 제1 로봇회전축을 이루는 제1 지점; 및
상기 제1 지점과 수평방향으로 이격된 제2 지점을 포함하고,
상기 상지보조로봇은,
상기 제1 지지프레임의 하측에 위치하는 베이스플레이트;
상기 베이스플레이트의 하측에 고정된 복수 개의 바퀴;
상기 제2 지점의 바로 앞에 위치하고, 상기 사용자가 앉을 수 있도록 이루어진 착석부가 구비되고, 상기 베이스플레이트의 상측에 고정된 의자; 및
상기 의자의 뒤쪽 중앙에 위치하고, 하측이 상기 베이스플레이트에 고정되고, 상측이 상기 제1 지지프레임의 상기 제2 지점에 결합되는 제2 지지프레임을 포함하고,
상기 제1 지지프레임은 상기 제2 지지프레임을 기준으로 회전가능하게 이루어지는,
상지보조로봇.3. The method of claim 1 or 2,
The first support frame,
a first point forming the first robot axis of rotation; and
Including a second point spaced apart from the first point in the horizontal direction,
The upper extremity assisting robot,
a base plate positioned below the first support frame;
a plurality of wheels fixed to the lower side of the base plate;
a chair positioned right in front of the second point, provided with a seating unit configured to allow the user to sit, and fixed to an upper side of the base plate; and
It is located in the center of the back of the chair, the lower side is fixed to the base plate, and the upper side comprises a second support frame coupled to the second point of the first support frame,
The first support frame is made rotatably based on the second support frame,
Upper extremity assisting robot.
상기 제1 액추에이터와 상기 제2 액추에이터 각각은,
제1 바디;
고정자 및 회전자를 포함하고, 상기 고정자가 상기 제1 바디에 고정되는 모터;
상기 회전자의 회전시 제1 로봇회전축을 중심으로 회전하도록 이루어지고, 상기 제1 로봇회전축을 중심으로 원호를 이루는 안착부가 구비되는 풀리;
상기 제1 로봇회전축을 중심으로 회전가능하게 이루어지는 제2 바디;
상기 안착부를 둘러 굽어지는(curved around) 중앙부와, 상기 중앙부의 양단에서 각각 연장되어 직선을 이루는 제1 연장부와 제2 연장부가 구비되는 와이어;
상기 제1 연장부와 함께 이동하도록 상기 제1 연장부에 결합되는 제1 조정장치;
상기 제2 연장부와 함께 이동하도록 상기 제2 연장부에 결합되는 제2 조정장치;
상기 와이어가 당겨지도록 상기 제2 바디로부터 상기 제1 조정장치를 탄력지지하는 예압된 제1 스프링; 및
상기 와이어가 당겨지도록 상기 제2 바디로부터 상기 제2 조정장치를 탄력지지하는 예압된 제2 스프링;을 포함하는,
상지보조로봇.3. The method of claim 1 or 2,
Each of the first actuator and the second actuator,
a first body;
a motor including a stator and a rotor, wherein the stator is fixed to the first body;
a pulley configured to rotate about a first robot rotation axis when the rotor is rotated, and provided with a seating portion forming an arc around the first robot rotation axis;
a second body rotatable about the first robot rotation axis;
a wire having a central portion curved around the seating portion, and a first extension portion and a second extension portion extending from both ends of the central portion to form a straight line;
a first adjustment device coupled to the first extension to move together with the first extension;
a second adjustment device coupled to the second extension to move together with the second extension;
a first spring preloaded for resiliently supporting the first adjustment device from the second body so that the wire is pulled; and
A preloaded second spring resiliently supporting the second adjustment device from the second body so that the wire is pulled.
Upper extremity assisting robot.
상기 풀리는, 상기 안착부에서 상기 제1 회전축쪽으로 오목한 고정홈을 포함하고,
상기 와이어는, 상기 중앙부의 중앙에서 상기 고정홈으로 삽입되는 고정부를 포함하고,
상기 직렬 탄성 액추에이터는, 상기 고정부가 상기 고정홈에 고정되도록 상기 고정홈에서 상기 풀리에 체결되어 상기 고정부에 밀착되는 고정핀을 포함하는,
상지보조로봇.12. The method of claim 11,
The pulley includes a fixing groove concave toward the first rotation shaft in the seating portion,
The wire includes a fixing part inserted into the fixing groove from the center of the central part,
The series elastic actuator includes a fixing pin that is fastened to the pulley in the fixing groove to be in close contact with the fixing part so that the fixing part is fixed to the fixing groove,
Upper extremity assisting robot.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200126670A KR102460869B1 (en) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | Power Assistive Robot for Human Upper Limb |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020200126670A KR102460869B1 (en) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | Power Assistive Robot for Human Upper Limb |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220044010A true KR20220044010A (en) | 2022-04-06 |
KR102460869B1 KR102460869B1 (en) | 2022-10-31 |
Family
ID=81211749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020200126670A KR102460869B1 (en) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | Power Assistive Robot for Human Upper Limb |
Country Status (1)
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KR (1) | KR102460869B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230087893A (en) * | 2021-12-10 | 2023-06-19 | 대한민국(국립재활원장) | Upper limb assistance device capable of moving point of application of load compensation spring |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20150048433A (en) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | 한양대학교 에리카산학협력단 | Exercising Apparatus for Joint |
KR20180013420A (en) * | 2016-07-29 | 2018-02-07 | 건국대학교 글로컬산학협력단 | Rehabilitation apparatus of ischemic stroke patient's arm |
KR101930418B1 (en) | 2017-04-25 | 2018-12-18 | 한국기계연구원 | Upper limb rehabilitation robot |
KR20190139804A (en) * | 2017-06-30 | 2019-12-18 | 주식회사 네오펙트 | Robot for upper limbs rehabilitation |
-
2020
- 2020-09-29 KR KR1020200126670A patent/KR102460869B1/en active IP Right Grant
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KR102460869B1 (en) | 2022-10-31 |
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