KR20220125405A - 공기압을 이용한 근력보조시스템 및 이의 착용자 의도 검출방법 - Google Patents

공기압을 이용한 근력보조시스템 및 이의 착용자 의도 검출방법 Download PDF

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KR20220125405A
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Abstract

본 발명은 증감되는 공기압을 실시간으로 계측하기 위한 공기압 수용부가 착용자의 동작에 의해 증감되는 공기압을 실시간으로 계측하고 계측된 공기압을 기반으로 착용자의 동작에 대한 위치, 방향, 크기 등을 파악 및 예측하고 추후 착용자의 예상되는 동작을 추정하며 추정된 결과에 따라 구동부의 구동을 제어하여 착용자의 근력을 보조하는 공기압을 이용한 근력보조시스템 및 이의 착용자 의도 검출방법을 제공한다.

Description

공기압을 이용한 근력보조시스템 및 이의 착용자 의도 검출방법{A muscular strength assistance system using pneumatic pressure and wearer's intention detection method thereof}
본 발명은 공기압을 이용한 근력보조시스템 및 이의 착용자 의도 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증감되는 공기압을 실시간으로 계측한 공기압 계측정보를 기반으로 착용자의 의도를 검출하여 착용자의 근력을 보조하는 공기압을 이용한 근력보조시스템 및 이의 착용자 의도 검출방법에 관한 것이다.
최근에는 작업자의 편의를 위한 다양한 기술이 개발 중이다. 산업 현장에는 무거운 물체를 이동시키거나 무거운 물체의 작업을 수행해야 하는 작업이 많고, 이는 사람의 힘만으로는 작업을 진행하기가 어렵다.
이러한 고하중의 물건을 취급 시 사람에 작용하는 부하를 감소시키고, 작업 편의성을 증가시킬 수 있는 기술이 개발 중이며, 최근에는 작업자가 로봇을 직접 착용하여 로봇을 조작해줌으로써 고하중의 물건을 용이하게 다룰 수 있는 착용식 로봇이 개발되고 있다.
이러한 착용식 로봇은 사용자가 가하는 조작력에 기반하여 로봇의 제어가 적절히 이루어지도록 설계되며, 이를 위해서는 로봇의 관절마다 착용자의 의도를 파악할 수 있는 토크센서나 각도센서 등을 설치하고, 그 의도에 따라 각 관절의 모터 등을 구동하여 로봇을 통해 근력을 지원받는 형식으로 이루어진다.
그러나, 로봇의 관절마다 모터를 구비할 경우 원가가 매우 높아지고 특히 모터의 무게로 인하여 로봇 자체의 무게가 증대되어 비효율적이며 제어가 어려운 문제점이 있었다.
이에 따라 착용식 로봇의 제어방법을 통해 사용자의 로봇 구동 의도를 판단할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
(특허문헌 1) 공개특허공보 제10-2020-0052209호(2020.05.14.)
(특허문헌 2) 등록특허공보 제10-1227533호(2013.01.23.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 착용자의 팔, 다리 및 허리 중 적어도 어느 한 곳에 적어도 하나의 공기압 수용부를 착용시키고 공기압 계측부가 착용자의 동작에 의해 서로 눌려지는 적어도 하나의 공기압 수용부의 내부에 있는 공기압을 실시간으로 계측하며 의도파악부가 계측된 공기압의 증감을 비교한 결과를 기반으로 착용자의 의도파악정보를 추정하고 제어부가 의도파악정보를 기반으로 구동부를 제어하여 착용자의 근력을 보조하는 공기압을 이용한 근력보조시스템 및 이의 착용자 의도 검출방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 착용자의 팔 및 다리 중 적어도 어느 하나에 착용되는 적어도 하나의 공기압 수용부, 상기 공기압 수용부와 연통하는 호스부 및 상기 호스부와 연통하여 상기 공기압 수용부의 공기압을 계측한 공기압 계측정보를 실시간으로 생성하는 공기압 계측부를 포함하는 공기압 측정장치; 및 상기 착용자의 팔, 다리, 허리 및 등에 착용되고, 상기 공기압 계측부로부터 전송되는 상기 공기압 계측정보를 이용하여 상기 착용자의 근력을 보조하는 근력보조로봇;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 근력보조로봇은, 상기 착용자의 팔에 착용되는 암부; 상기 착용자의 다리에 착용되는 레그부; 상기 레그부와 연결되고 상기 착용자의 허리에 장착되는 허리착용부; 상기 암부와 상기 허리착용부를 연결하고 상기 착용자의 등에 착용되는 등착용부; 상기 공기압 계측부로부터 전송되는 상기 공기압 계측정보의 증감을 비교하여 상기 착용자의 의도를 파악한 의도파악정보를 생성하는 의도파악부; 상기 의도파악부로부터 전송되는 상기 의도파악정보를 기반으로 상기 착용자의 의도에 상응하는 구동제어신호를 생성하는 제어부; 및 상기 암부와 상기 레그부에 장착되고 상기 제어부로부터 전송되는 상기 구동제어신호에 따라 구동하여 상기 암부 및 상기 레그부 중 적어도 어느 하나로 구동력을 전달함으로써 상기 착용자의 근력을 보조하는 적어도 하나의 구동부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공기압은 제1 공기압, 제2 공기압, 제3 공기압 및 제4 공기압을 포함하고, 상기 공기압 수용부는, 상기 착용자의 팔 및 다리 중 적어도 어느 하나에 착용되는 탈착부재; 상기 탈착부재의 외측면에 형성되고 상기 제1 공기압을 수용하는 제1 에어포켓; 상기 제1 에어포켓과 인접한 상기 탈착부재의 외측면에 형성되고 상기 제2 공기압을 수용하는 제2 에어포켓; 상기 제2 에어포켓과 인접한 상기 탈착부재의 외측면에 형성되고 상기 제3 공기압을 수용하는 제3 에어포켓; 및 상기 제3 에어포켓과 인접한 상기 탈착부재의 외측면에 형성되고 상기 제4 공기압을 수용하는 제4 에어포켓;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 호스부는, 상기 제1 에어포켓 및 상기 공기압 계측부와 연통하여 상기 제1 공기압을 상기 공기압 계측부로 이동시키는 제1 호스; 상기 제2 에어포켓 및 상기 공기압 계측부와 연통하여 상기 제2 공기압을 상기 공기압 계측부로 이동시키는 제2 호스; 상기 제3 에어포켓 및 상기 공기압 계측부와 연통하여 상기 제3 공기압을 상기 공기압 계측부로 이동시키는 제3 호스; 및 상기 제4 에어포켓 및 상기 공기압 계측부와 연통하여 상기 제4 공기압을 상기 공기압 계측부로 이동시키는 제4 호스;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공기압 계측정보는 제1 공기압 계측정보, 제2 공기압 계측정보, 제3 공기압 계측정보 및 제4 공기압 계측정보를 포함하고, 상기 공기압 계측부는 상기 제1 호스를 따라 유입되는 상기 제1 공기압을 계측한 상기 제1 공기압 계측정보, 상기 제2 호스를 따라 유입되는 상기 제2 공기압을 계측한 상기 제2 공기압 계측정보, 상기 제3 호스를 따라 유입되는 상기 제3 공기압을 계측한 상기 제4 공기압 계측정보 및 상기 제4 호스를 따라 유입되는 상기 제4 공기압을 계측한 상기 제4 공기압 계측정보를 생성하여 상기 의도파악부로 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 암부는, 우측 상완부 부재 및 상기 우측 상완부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 우측 하완부 부재를 포함하는 우측 암부; 및 좌측 상완부 부재 및 상기 좌측 상완부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 좌측 하완부 부재를 포함하는 좌측 암부;를 포함하고, 상기 적어도 하나의 구동부 중 2개의 구동부는 상기 우측 상완부 부재 및 상기 좌측 상완부 부재에 결합되어 상기 구동제어신호에 따라 상기 우측 상완부 부재 및 상기 좌측 상완부 부재로 구동력을 전달함으로써 상기 착용자의 팔에 필요한 근력을 보조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 레그부는, 우측 대퇴부 부재 및 상기 우측 대퇴부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 우측 정강이 부재를 포함하는 우측 레그부; 및 좌측 대퇴부 부재 및 상기 좌측 대퇴부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 좌측 정강이 부재를 포함하는 좌측 레그부;를 포함하고, 상기 적어도 하나의 구동부 중 다른 2개의 구동부는 상기 우측 대퇴부 부재 및 상기 좌측 대퇴부 부재에 결합되어 상기 구동제어신호에 따라 상기 우측 대퇴부 부재 및 상기 좌측 대퇴부 부재로 구동력을 전달함으로써 상기 착용자의 다리에 필요한 근력을 보조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 의도파악부는 상기 공기압 계측정보의 증감을 비교하여 상기 착용자가 근력을 작용시킨 위치를 파악하고 상기 착용자가 작용시킬 근력의 크기 및 방향을 추정한 상기 의도파악정보를 생성하여 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 (a) 공기압 측정장치가 착용자의 팔 및 다리 중 적어도 어느 하나에 착용되는 단계; (b) 근력보조로봇이 상기 착용자에 착용되는 단계; (c) 상기 공기압 측정장치에 구비된 공기압 계측부가 상기 공기압 측정장치에 구비된 공기압 수용부의 공기압을 실시간으로 계측한 공기압 계측정보를 생성하는 단계; (d) 상기 근력보조로봇이 상기 공기압 계측부로부터 전송되는 상기 공기압 계측정보의 증감을 비교하여 상기 착용자의 의도를 파악한 의도파악정보를 생성하는 단계; 및 (e) 상기 근력보조로봇이 상기 의도파악정보를 기반으로 상기 착용자의 의도와 상응하도록 구동하여 상기 착용자의 근력을 보조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템의 착용자 의도 검출방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 근력보조로봇에 구비된 암부가 상기 착용자의 팔에 착용되는 단계; (b2) 상기 근력보조로봇에 구비된 레그부가 상기 착용자의 다리에 착용되는 단계; (b3) 상기 근력보조로봇에 구비된 허리착용부가 상기 착용자의 허리에 착용되는 단계; 및 (b4) 상기 근력보조로봇에 구비된 등착용부가 상기 착용자의 등에 착용되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 공기압 수용부 중 적어도 일부가 상기 착용자의 동작에 의해 수축되는 단계; (c2) 상기 공기압 측정장치가 상기 공기압 수용부 중 적어도 일부에서 수축된 공기압을 상기 공기압 측정장치에 구비된 공기압 계측부로 이동시키는 단계; 및 (c3) 상기 공기압 계측부가 상기 수축된 공기압을 실시간으로 계측한 공기압 계측정보를 생성하여 상기 근력보조로봇에 구비된 의도파악부로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 의도파악부가 상기 공기압 계측부로부터 전송되는 상기 공기압 계측정보를 수신하는 단계; (d2) 상기 의도파악부가 상기 공기압 계측정보의 증감을 비교하는 단계; 및 (d3) 상기 의도파악부가 상기 비교된 공기압 계측정보를 기반으로 상기 착용자가 근력을 작용시킨 위치를 파악하고 상기 착용자가 작용시킬 근력의 크기 및 방향을 추정한 상기 의도파악정보를 생성하여 상기 근력보조로봇에 구비된 제어부로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (e) 단계는, (e1) 상기 제어부가 상기 의도파악부로부터 전송되는 상기 의도파악정보를 수신하는 단계; (e2) 상기 제어부가 상기 의도파악정보를 기반으로 구동제어신호를 생성하여 상기 근력보조로봇에 구비된 구동부로 전송하는 단계; 및 (e3) 상기 구동부가 상기 제어부로부터 전송되는 상기 구동제어신호에 따라 구동하여 상기 암부 및 상기 레그부 중 적어도 어느 하나로 구동력을 전달하여 상기 착용자의 근력을 보조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 착용자의 팔, 다리 및 허리 중 적어도 어느 한 곳에 적어도 하나의 공기압 수용부를 착용시키고 공기압 계측부가 착용자의 동작에 의해 서로 눌려지는 적어도 하나의 공기압 수용부의 내부에 있는 공기압을 실시간으로 계측하며 의도파악부가 계측된 공기압의 증감을 비교한 결과를 기반으로 착용자의 의도파악정보를 추정하고 제어부가 의도파악정보를 기반으로 구동부를 제어하여 착용자의 근력을 보조함으로써 적은 비용으로도 착용자의 의도를 파악할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템에 구비된 공기압 측정장치의 공기압 수용부, 호스부 및 공기압 계측부를 나타낸 일 방향에서의 사시도이다.
도 3은 도 2의 공기압 수용부를 나타낸 일 방향에서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템에 구비된 근력로봇장치 및 근력로봇장치에 장착되는 공기압 수용부를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템에서 착용자의 팔에 착용된 공기압 수용부를 이용하여 의도를 검출하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 6의 (a), (b), (c)는 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템을 통해 공기압을 계측하고 계측된 공기압을 기반으로 구동부를 구동시키는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템의 착용자 의도 검출방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
1. 공기압을 이용한 근력보조시스템(300)
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템(300)을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템(300)은 공기압 측정장치(100) 및 근력보조로봇(200)을 포함한다.
공기압 측정장치(100)는 공기압 수용부(110), 호스부(120) 및 공기압 계측부(130)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템에 구비된 공기압 측정장치의 공기압 수용부, 호스부 및 공기압 계측부를 나타낸 일 방향에서의 사시도이다. 도 3은 도 2의 공기압 수용부를 나타낸 일 방향에서의 단면도이다.
공기압 수용부(110)는 착용자의 팔 및 다리 중 적어도 어느 하나에 착용되고, 적어도 하나가 형성된다.
추가적으로 공기압 수용부(110)는 착용자의 허리에도 적용이 될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기한 공기압 수용부(110)는 탈착부재(111), 제1 에어포켓(112), 제2 에어포켓(113), 제3 에어포켓(114) 및 제4 에어포켓(115)을 포함한다.
탈착부재(111)는 착용자의 팔 및 다리 중 적어도 어느 하나에 착용된다. 구체적으로 탈착부재(111)는 직물 재질로 이루어지는 사각형상으로 착용자의 팔 및 다리 중 적어도 어느 하나를 둘러싸면서 착탈 가능한 구조를 가진다.
추가적으로 탈착부재(111)는 착용자의 허리에도 적용되어 착용자의 허리를 둘러싸도록 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기한 탈착부재(111)의 외측면에는 제1 내지 제4 에어포켓(112, 113, 114, 115)가 시계방향으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 공기압은 제1 공기압, 제2 공기압, 제3 공기압 및 제4 공기압을 포함한다.
제1 에어포켓(112)은 탈착부재(111)의 외측면에 형성되고 제1 공기압을 수용한다.
제2 에어포켓(113)은 제1 에어포켓(112)과 인접한 탈착부재(111)의 외측면에 형성되고 제2 공기압을 수용한다.
제3 에어포켓(114)은 제2 에어포켓(113)과 인접한 탈착부재의 외측면(111)에 형성되고 제3 공기압을 수용한다.
제4 에어포켓(115)은 제3 에어포켓(114)과 인접한 탈착부재(111)의 외측면에 형성되고 제4 공기압을 수용한다.
전술한 제1 내지 제4 에어포켓(112, 113, 114, 115)은 내부에 공기를 수용할 수 있도록 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 주머니 형태를 가질 수 있으며, 이에 따른 제1 내지 제4 에어포켓(112, 113, 114, 115)은 탈착부재(111)의 외측면과 이루는 내부공간에 공기압을 수용한다.
또한, 제1 내지 제4 에어포켓(112, 113, 114, 115)은 착용자의 팔이나 다리가 구부러질 때, 착용자의 동작으로 인해 잘 눌려져 공기압의 증감 여부를 쉽게 확인할 수 있도록 길이방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.
호스부(120)는 공기압 수용부(110)와 연통한다. 상기한 호스부(120)는 제1 호스(121), 제2 호스(122), 제3 호스(123) 및 제4 호스(124)를 포함한다.
제1 호스(121)는 제1 에어포켓(112) 및 공기압 계측부(130)와 연통하여 제1 공기압을 공기압 계측부(130)로 이동시키는 통로이다.
제2 호스(122)는 제2 에어포켓(113) 및 공기압 계측부(130)와 연통하여 제2 공기압을 공기압 계측부(130)로 이동시키는 통로이다.
제3 호스(123)는 제3 에어포켓(114) 및 공기압 계측부(130)와 연통하여 제3 공기압을 공기압 계측부(130)로 이동시키는 통로이다.
제4 호스(124)는 제4 에어포켓(115) 및 공기압 계측부(130)와 연통하여 제4 공기압을 공기압 계측부(130)로 이동시키는 통로이다.
상기한 제1 내지 제4 호스(121, 122, 123, 14)의 일단은 제1 내지 제4 에어포켓(112, 113, 114, 115)와 연통하고, 제1 내지 제4 호스(121, 122, 123, 14)의 타단은 공기압 계측부(130)와 연통한다.
공기압 계측부(130)는 호스부(120)와 연통하여 공기압 수용부(110)의 공기압을 계측한 공기압 계측정보를 실시간으로 생성한다.
여기서, 공기압 계측정보는 제1 공기압 계측정보, 제2 공기압 계측정보, 제3 공기압 계측정보 및 제4 공기압 계측정보를 포함한다.
구체적으로 공기압 계측부(130)는 제1 호스(121)를 따라 유입되는 제1 공기압을 계측한 제1 공기압 계측정보, 제2 호스(122)를 따라 유입되는 제2 공기압을 계측한 제2 공기압 계측정보, 제3 호스(123)를 따라 유입되는 제3 공기압을 계측한 제4 공기압 계측정보 및 제4 호스(124)를 따라 유입되는 제4 공기압을 계측한 제4 공기압 계측정보를 생성하여 의도파악부(250)로 전송한다.
즉, 공기압 계측부(130)는 제1 내지 제4 에어포켓(112, 113, 114, 115)와 각각 연통하는 제1 내지 제4 호스(121, 122, 123, 124)를 통해 유입되는 제1 내지 제4 공기압을 개별적으로 계측하여 착용자의 팔, 다리 및 허리의 어느 위치에서 착용자의 근력이 작용하는지를 공기압의 증감을 통해 계측한다.
예를 들어, 제1 에어포켓(112)에 공기가 가득 채워져 있을 경우의 공기압에서 제1 에어포켓(112)의 공기압이 감소할 경우, 공기압 계측부(130)는 상기한 공기압의 감소를 계측하고 계측된 제1 공기압 계측정보를 의도파악부(250)로 전송하는 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템에 구비된 근력로봇장치 및 근력로봇장치에 장착되는 공기압 수용부를 나타낸 개념도이다.
근력보조로봇(200)은 암부(210), 레그부(220), 허리착용부(230), 등착용부(240), 의도파악부(250), 제어부(260) 및 구동부(270)를 포함한다.
암부(210)는 착용자의 팔에 착용되는 웨어러블 기기이다. 상기한 암부(210)는 우측 암부(211) 및 좌측 암부(212)를 포함한다.
우측 암부(211)는 우측 상완부 부재 및 우측 상완부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 우측 하완부 부재를 포함한다.
우측 상완부 부재는 후술되는 등착용부(230)의 일측에 결합된다.
좌측 암부(212)는 좌측 상완부 부재 및 좌측 상완부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 좌측 하완부 부재를 포함한다.
좌측 상완부 부재는 후술되는 등착용부(230)의 타측에 결합된다.
레그부(220)는 착용자의 다리에 착용된다. 상기한 레그부(220)는 우측 레그부(221) 및 좌측 레그부(222)를 포함한다.
우측 레그부(221)는 우측 대퇴부 부재 및 우측 대퇴부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 우측 정강이 부재를 포함한다.
우측 대퇴부 부재는 허리착용부(230)의 일측에 결합된다.
좌측 레그부(222)는 좌측 대퇴부 부재 및 좌측 대퇴부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 좌측 정강이 부재를 포함한다.
좌측 대퇴부 부재는 허리착용부(230)의 타측에 결합된다.
허리착용부(230)는 레그부(220)와 연결되고 착용자의 허리에 장착된다.
등착용부(240)는 암부(210)와 허리착용부(230)를 연결하고 착용자의 등 및 어깨에 착용된다.
상기한 암부(210), 레그부(220), 허리착용부(230) 및 등착용부(240)는 착용자의 근력 보조를 위해 착용자가 착용할 수 있는 웨어러블 기기로서, 공지기술에 해당하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다만, 상기한 암부(210), 레그부(220), 허리착용부(230) 및 등착용부(240)에 대한 설명은 착용자의 동작에 의해 눌려지는 공기압 수용부(110)가 어느 곳에 위치하는지를 설명하기 위한 것이다.
의도파악부(250)는 공기압 계측부(130)로부터 전송되는 공기압 계측정보의 증감을 비교하여 착용자의 의도를 파악한 의도파악정보를 생성한다.
구체적으로 의도파악부(250)는 공기압 계측정보의 증감을 비교하여 착용자가 근력을 작용시킨 위치를 파악하고 착용자가 작용시킬 근력의 크기 및 방향을 추정한 의도파악정보를 생성하여 제어부(260)로 전송한다.
착용자가 작용시킬 근력의 크기는 의도파악부(250)가 제1 내지 제4 에어포켓(112, 113, 114, 115)에 공기압이 가득차 있을 경우에 대한 기설정된 제1 내지 제4 공기압에서 공기압 계측부(130)에 의해 계측된 제1 내지 제4 공기압을 비교할 때, 증감되는 정도에 따라 추정할 수 있다.
착용자가 작용시킬 근력의 방향은 의도파악부(250)가 공기압 수용부(110)가 착용자의 팔, 다리 및 허리를 둘러싸면서 착용자의 팔, 다리 및 허리에 착용될 때, 착용자가 팔, 다리 및 허리의 관절운동을 하는 방향이 정해져 있으므로 이를 통해 추정할 수 있다.
제어부(260)는 의도파악부(250)로부터 전송되는 의도파악정보를 기반으로 착용자의 의도에 상응하는 구동제어신호를 생성한다.
구동부(270)는 암부(210)와 레그부(220)에 장착되고 제어부(260)로부터 전송되는 구동제어신호에 따라 구동하여 암부(210) 및 레그부(220) 중 적어도 어느 하나로 구동력을 전달함으로써 착용자의 근력을 보조한다.
보다 상세하게, 적어도 하나의 구동부(270) 중 2개의 구동부(270)는 우측 상완부 부재 및 좌측 상완부 부재에 결합되어 구동제어신호에 따라 우측 상완부 부재 및 좌측 상완부 부재로 구동력을 전달함으로써 착용자의 팔에 필요한 근력을 보조한다.
한편, 적어도 하나의 구동부(270) 중 다른 2개의 구동부(270)는 우측 대퇴부 부재 및 좌측 대퇴부 부재에 결합되어 구동제어신호에 따라 우측 대퇴부 부재 및 좌측 대퇴부 부재로 구동력을 전달함으로써 착용자의 다리에 필요한 근력을 보조한다.
이를 위한 구동부(270)는 적어도 하나가 형성되는 것이 바람직하며, 추가적으로 구동부(270)는 허리착용부(230)에도 장착되어 착용자의 허리에 필요한 근력을 보조할 수 있다.
즉, 본 발명에서 공기압 수용부(110) 및 구동부(270)는 상술한 착용자의 팔, 다리 및 허리뿐만 아니라 착용자의 신체 중 관절운동함에 따라 근력의 보조가 필요한 곳에 착용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템에서 착용자의 팔에 착용된 공기압 수용부를 이용하여 의도를 검출하는 과정을 나타낸 개념도이다. 도 6의 (a), (b), (c)는 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템을 통해 공기압을 계측하고 계측된 공기압을 기반으로 구동부를 구동시키는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 5, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 착용자는 착용자의 팔 중 상완근 및 하완근에 각각 공기압 수용부(110)를 착용한다.
다음, 도 5, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 공기압 수용부(110)에 공기압이 가득차 있는 정상 상태에서 착용자가 팔을 접으면, 2개의 공기압 수용부(110)가 눌리면서 공기압의 변화가 생기게 된다.
다음, 공기압 계측부(130)는 상기한 공기압 수용부(110)의 공기압을 계측한 공기압 계측정보를 생성하여 의도파악부(250)로 전송한다.
다음, 의도파악부(250)는 공기압 계측정보를 기반으로 의도파악정보를 생성한 후 제어부(260)로 전송하면, 제어부(260)가 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 구동부(270)로 구동제어신호를 전송하여 구동부(270)를 구동시킴에 따라 착용자의 근력을 보조할 수 있도록 제어한다.
2. 공기압을 이용한 근력보조시스템의 착용자 의도 검출방법
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템의 착용자 의도 검출방법을 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템의 착용자 의도 검출방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기압을 이용한 근력보조시스템의 착용자 의도 검출방법은 (a) 공기압 측정장치(100)가 착용자의 팔 및 다리 중 적어도 어느 하나에 착용되는 단계(S100), (b) 근력보조로봇(200)이 착용자에 착용되는 단계(S200), (c) 공기압 측정장치(100)에 구비된 공기압 계측부(130)가 공기압 측정장치(100)에 구비된 공기압 수용부(110)의 공기압을 실시간으로 계측한 공기압 계측정보를 생성하는 단계(S300), (d) 근력보조로봇(200)이 공기압 계측부(130)로부터 전송되는 공기압 계측정보의 증감을 비교하여 착용자의 의도를 파악한 의도파악정보를 생성하는 단계 및 (e) 근력보조로봇(200)이 의도파악정보를 기반으로 착용자의 의도와 상응하도록 구동하여 착용자의 근력을 보조하는 단계를 포함한다.
상기 (a) 단계에서는, 착용자가 팔, 다리, 허리 등에 공기압 수용부(110)를 착용한다.
다음, 상기 (b) 단계는, (b1) 근력보조로봇(200)에 구비된 암부(210)가 착용자의 팔에 착용되는 단계, (b2) 근력보조로봇(200)에 구비된 레그부(210)가 착용자의 다리에 착용되는 단계, (b3) 근력보조로봇(200)에 구비된 허리착용부(230)가 착용자의 허리에 착용되는 단계 및 (b4) 근력보조로봇(200)에 구비된 등착용부(240)가 착용자의 등에 착용되는 단계를 포함한다.
다음, 상기 (c) 단계는, (c1) 공기압 수용부(110) 중 적어도 일부가 착용자의 동작에 의해 수축되는 단계, (c2) 공기압 측정장치(200)가 공기압 수용부(110) 중 적어도 일부에서 수축된 공기압을 공기압 측정장치(200)에 구비된 공기압 계측부(130)로 이동시키는 단계 및 (c3) 공기압 계측부(130)가 수축된 공기압을 실시간으로 계측한 공기압 계측정보를 생성하여 근력보조로봇(200)에 구비된 의도파악부(250)로 전송하는 단계를 포함한다.
다음, 상기 (d) 단계는, (d1) 의도파악부(250)가 공기압 계측부(130)로부터 전송되는 공기압 계측정보를 수신하는 단계, (d2) 의도파악부(250)가 공기압 계측정보의 증감을 비교하는 단계 및 (d3) 의도파악부(250)가 비교된 공기압 계측정보를 기반으로 착용자가 근력을 작용시킨 위치를 파악하고 착용자가 작용시킬 근력의 크기 및 방향을 추정한 의도파악정보를 생성하여 근력보조로봇에 구비된 제어부(260)로 전송하는 단계를 포함한다.
다음, 상기 (e) 단계는, (e1) 제어부(260)가 의도파악부로부터 전송되는 의도파악정보를 수신하는 단계, (e2) 제어부(260)가 의도파악정보를 기반으로 구동제어신호를 생성하여 근력보조로봇(200)에 구비된 구동부(270)로 전송하는 단계 및 (e3) 구동부(270)가 제어부(260)로부터 전송되는 구동제어신호에 따라 구동하여 암부(210) 및 레그부(220) 중 적어도 어느 하나로 구동력을 전달하여 착용자의 근력을 보조하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 공기압 측정장치
110: 공기압 수용부
111: 탈착부재
112: 제1 에어포켓
113: 제2 에어포켓
114: 제3 에어포켓
115: 제4 에어포켓
120: 호스부
121: 제1 호스
122: 제2 호스
123: 제3 호스
124: 제4 호스
130: 공기압 계측부
200: 근력보조로봇
210: 암부
211: 우측 암부
212: 좌측 암부
220: 레그부
221: 우측 레그부
222: 좌측 레그부
230: 허리착용부
240: 등착용부
250: 의도파악부
260: 제어부
270: 구동부
300: 공기압을 이용한 근력보조시스템

Claims (13)

  1. 착용자의 팔 및 다리 중 적어도 어느 하나에 착용되는 적어도 하나의 공기압 수용부, 상기 공기압 수용부와 연통하는 호스부 및 상기 호스부와 연통하여 상기 공기압 수용부의 공기압을 계측한 공기압 계측정보를 실시간으로 생성하는 공기압 계측부를 포함하는 공기압 측정장치; 및
    상기 착용자의 팔, 다리, 허리 및 등에 착용되고, 상기 공기압 계측부로부터 전송되는 상기 공기압 계측정보를 이용하여 상기 착용자의 근력을 보조하는 근력보조로봇;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 근력보조로봇은,
    상기 착용자의 팔에 착용되는 암부;
    상기 착용자의 다리에 착용되는 레그부;
    상기 레그부와 연결되고 상기 착용자의 허리에 장착되는 허리착용부;
    상기 암부와 상기 허리착용부를 연결하고 상기 착용자의 등에 착용되는 등착용부;
    상기 공기압 계측부로부터 전송되는 상기 공기압 계측정보의 증감을 비교하여 상기 착용자의 의도를 파악한 의도파악정보를 생성하는 의도파악부;
    상기 의도파악부로부터 전송되는 상기 의도파악정보를 기반으로 상기 착용자의 의도에 상응하는 구동제어신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 암부와 상기 레그부에 장착되고 상기 제어부로부터 전송되는 상기 구동제어신호에 따라 구동하여 상기 암부 및 상기 레그부 중 적어도 어느 하나로 구동력을 전달함으로써 상기 착용자의 근력을 보조하는 적어도 하나의 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 공기압은 제1 공기압, 제2 공기압, 제3 공기압 및 제4 공기압을 포함하고,
    상기 공기압 수용부는,
    상기 착용자의 팔 및 다리 중 적어도 어느 하나에 착용되는 탈착부재;
    상기 탈착부재의 외측면에 형성되고 상기 제1 공기압을 수용하는 제1 에어포켓;
    상기 제1 에어포켓과 인접한 상기 탈착부재의 외측면에 형성되고 상기 제2 공기압을 수용하는 제2 에어포켓;
    상기 제2 에어포켓과 인접한 상기 탈착부재의 외측면에 형성되고 상기 제3 공기압을 수용하는 제3 에어포켓; 및
    상기 제3 에어포켓과 인접한 상기 탈착부재의 외측면에 형성되고 상기 제4 공기압을 수용하는 제4 에어포켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 호스부는,
    상기 제1 에어포켓 및 상기 공기압 계측부와 연통하여 상기 제1 공기압을 상기 공기압 계측부로 이동시키는 제1 호스;
    상기 제2 에어포켓 및 상기 공기압 계측부와 연통하여 상기 제2 공기압을 상기 공기압 계측부로 이동시키는 제2 호스;
    상기 제3 에어포켓 및 상기 공기압 계측부와 연통하여 상기 제3 공기압을 상기 공기압 계측부로 이동시키는 제3 호스; 및
    상기 제4 에어포켓 및 상기 공기압 계측부와 연통하여 상기 제4 공기압을 상기 공기압 계측부로 이동시키는 제4 호스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 공기압 계측정보는 제1 공기압 계측정보, 제2 공기압 계측정보, 제3 공기압 계측정보 및 제4 공기압 계측정보를 포함하고,
    상기 공기압 계측부는 상기 제1 호스를 따라 유입되는 상기 제1 공기압을 계측한 상기 제1 공기압 계측정보, 상기 제2 호스를 따라 유입되는 상기 제2 공기압을 계측한 상기 제2 공기압 계측정보, 상기 제3 호스를 따라 유입되는 상기 제3 공기압을 계측한 상기 제4 공기압 계측정보 및 상기 제4 호스를 따라 유입되는 상기 제4 공기압을 계측한 상기 제4 공기압 계측정보를 생성하여 상기 의도파악부로 전송하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 암부는,
    우측 상완부 부재 및 상기 우측 상완부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 우측 하완부 부재를 포함하는 우측 암부; 및
    좌측 상완부 부재 및 상기 좌측 상완부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 좌측 하완부 부재를 포함하는 좌측 암부;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 구동부 중 2개의 구동부는 상기 우측 상완부 부재 및 상기 좌측 상완부 부재에 결합되어 상기 구동제어신호에 따라 상기 우측 상완부 부재 및 상기 좌측 상완부 부재로 구동력을 전달함으로써 상기 착용자의 팔에 필요한 근력을 보조하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 레그부는,
    우측 대퇴부 부재 및 상기 우측 대퇴부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 우측 정강이 부재를 포함하는 우측 레그부; 및
    좌측 대퇴부 부재 및 상기 좌측 대퇴부 부재의 끝단과 연결되어 관절운동하는 좌측 정강이 부재를 포함하는 좌측 레그부;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 구동부 중 다른 2개의 구동부는 상기 우측 대퇴부 부재 및 상기 좌측 대퇴부 부재에 결합되어 상기 구동제어신호에 따라 상기 우측 대퇴부 부재 및 상기 좌측 대퇴부 부재로 구동력을 전달함으로써 상기 착용자의 다리에 필요한 근력을 보조하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 의도파악부는 상기 공기압 계측정보의 증감을 비교하여 상기 착용자가 근력을 작용시킨 위치를 파악하고 상기 착용자가 작용시킬 근력의 크기 및 방향을 추정한 상기 의도파악정보를 생성하여 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템.
  9. (a) 공기압 측정장치가 착용자의 팔 및 다리 중 적어도 어느 하나에 착용되는 단계;
    (b) 근력보조로봇이 상기 착용자에 착용되는 단계;
    (c) 상기 공기압 측정장치에 구비된 공기압 계측부가 상기 공기압 측정장치에 구비된 공기압 수용부의 공기압을 실시간으로 계측한 공기압 계측정보를 생성하는 단계;
    (d) 상기 근력보조로봇이 상기 공기압 계측부로부터 전송되는 상기 공기압 계측정보의 증감을 비교하여 상기 착용자의 의도를 파악한 의도파악정보를 생성하는 단계; 및
    (e) 상기 근력보조로봇이 상기 의도파악정보를 기반으로 상기 착용자의 의도와 상응하도록 구동하여 상기 착용자의 근력을 보조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템의 착용자 의도 검출방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 근력보조로봇에 구비된 암부가 상기 착용자의 팔에 착용되는 단계;
    (b2) 상기 근력보조로봇에 구비된 레그부가 상기 착용자의 다리에 착용되는 단계;
    (b3) 상기 근력보조로봇에 구비된 허리착용부가 상기 착용자의 허리에 착용되는 단계; 및
    (b4) 상기 근력보조로봇에 구비된 등착용부가 상기 착용자의 등에 착용되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템의 착용자 의도 검출방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c1) 상기 공기압 수용부 중 적어도 일부가 상기 착용자의 동작에 의해 수축되는 단계;
    (c2) 상기 공기압 측정장치가 상기 공기압 수용부 중 적어도 일부에서 수축된 공기압을 상기 공기압 측정장치에 구비된 공기압 계측부로 이동시키는 단계; 및
    (c3) 상기 공기압 계측부가 상기 수축된 공기압을 실시간으로 계측한 공기압 계측정보를 생성하여 상기 근력보조로봇에 구비된 의도파악부로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템의 착용자 의도 검출방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 의도파악부가 상기 공기압 계측부로부터 전송되는 상기 공기압 계측정보를 수신하는 단계;
    (d2) 상기 의도파악부가 상기 공기압 계측정보의 증감을 비교하는 단계; 및
    (d3) 상기 의도파악부가 상기 비교된 공기압 계측정보를 기반으로 상기 착용자가 근력을 작용시킨 위치를 파악하고 상기 착용자가 작용시킬 근력의 크기 및 방향을 추정한 상기 의도파악정보를 생성하여 상기 근력보조로봇에 구비된 제어부로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템의 착용자 의도 검출방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    (e1) 상기 제어부가 상기 의도파악부로부터 전송되는 상기 의도파악정보를 수신하는 단계;
    (e2) 상기 제어부가 상기 의도파악정보를 기반으로 구동제어신호를 생성하여 상기 근력보조로봇에 구비된 구동부로 전송하는 단계; 및
    (e3) 상기 구동부가 상기 제어부로부터 전송되는 상기 구동제어신호에 따라 구동하여 상기 암부 및 상기 레그부 중 적어도 어느 하나로 구동력을 전달하여 상기 착용자의 근력을 보조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 근력보조시스템의 착용자 의도 검출방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100651638B1 (ko) * 2005-12-30 2006-12-01 서강대학교산학협력단 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 허벅지 압력 센서

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100651638B1 (ko) * 2005-12-30 2006-12-01 서강대학교산학협력단 지능형 근력 및 보행 보조용 로봇의 허벅지 압력 센서

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