KR20220131597A - Joint driving system - Google Patents

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KR20220131597A
KR20220131597A KR1020210036394A KR20210036394A KR20220131597A KR 20220131597 A KR20220131597 A KR 20220131597A KR 1020210036394 A KR1020210036394 A KR 1020210036394A KR 20210036394 A KR20210036394 A KR 20210036394A KR 20220131597 A KR20220131597 A KR 20220131597A
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이동찬
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주식회사 헥사휴먼케어
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Abstract

According to the disclosed invention, a joint driving system comprises: a link unit having at least one pair of links connected and linked to each other to support joint movement of a human body; a driving unit provided at one of the pair of links to assist driving force of a joint; a storage unit selectively connected to the driving unit to store or output the driving force of the driving unit; and a guide unit guiding the driving unit and the storage unit to be connected to or separated from each other. The storage unit outputs the stored driving force to assist muscular strength for linking operation of the link unit. According to the configuration, the usability can be improved to facilitate switching between a muscular strength assistance mode and a walking mode.

Description

관절 구동시스템{JOINT DRIVING SYSTEM}Joint drive system {JOINT DRIVING SYSTEM}

본 발명은 관절 구동시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 간단한 조작으로 보행 및 근력지원 모드 전환이 용이하여 사용성을 향상시킬 수 있는 관절 구동시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a joint drive system, and more particularly, to a joint drive system capable of improving usability by easily switching between walking and muscle strength support modes through simple manipulation.

일반적인 근력 보조 시스템은 외골격이 착용자의 인체에 직접적으로 힘을 보조함으로써, 착용자는 외골격에 의해 큰 힘을 낼 수 있도록 지원받는다. 근력 증강 시스템은 외골격을 사용하여 착용자의 힘을 증폭함으로써, 사람이 수행하기 힘든 작업을 외골격의 고하중 동작 성능을 통해 작업수행이 가능하도록 한다. 이러한 외골격 시스템들은 무거운 중량물을 운반하거나 조작하는 산업현장 및 군사 작전환경에 적용을 목적으로 개발되고 있다. 이러한 수동형 외골격의 근력지원은 가스 스프링이나 코일스프링의 탄성력을 이용하기 때문에, 기본적인 하중지지를 위한 강성이 설정되어 근력지원에는 용이하나 보행 및 근력지원 이외의 작업을 수행시 불편함이 발생한다.In a general muscle strength assisting system, the exoskeleton directly assists the wearer's body, so that the wearer is supported to generate a large force by the exoskeleton. The muscular strength enhancement system uses the exoskeleton to amplify the wearer's strength, so that a task that is difficult for a human to perform can be performed through the high-load operation performance of the exoskeleton. These exoskeleton systems are being developed for the purpose of application in industrial sites and military operation environments that transport or manipulate heavy loads. Since such passive exoskeleton strength support uses the elastic force of gas springs or coil springs, basic stiffness for load support is set, so it is easy to support muscle strength, but inconvenience occurs when performing tasks other than walking and strength support.

한편, 인체의 관절 운동을 보조할 수 있는 외골격 로봇 또는 웨어러블 로봇(Wearable robot)에는 각 관절 부위의 움직임을 보조하기 위한 관절 구동시스템이 적용된다. 이러한 관절 구동시스템 중 수동형 구동방식은 사용자가 직접 움직임을 통하여 관절 부위를 움직이게 됨으로써, 근력 소모량이 증가된다. On the other hand, an exoskeleton robot or a wearable robot capable of assisting the joint movement of the human body is applied with a joint driving system for assisting the movement of each joint region. Among these joint drive systems, the passive drive method allows the user to move the joint area through direct movement, thereby increasing muscle power consumption.

이에 따라, 근래에는 관절 구동시스템을 사용하는 사용자의 근력 소모량을 저감시켜 사용성을 향상시키기 위한 연구가 지속적으로 요구되고 있는 추세이다.Accordingly, in recent years, research for improving usability by reducing the muscle power consumption of users using the joint drive system is a trend that is continuously required.

대한민국 등록특허공보 제1469539호Republic of Korea Patent Publication No. 1469539 대한민국 등록특허공보 제2084168호Republic of Korea Patent Publication No. 2084168

본 발명의 목적은 간단한 조작으로 보행 모드 및 근력 지원 모드에 대한 모드 전환이 용이하여 사용성을 향상시킬 수 있는 관절 구동시스템을 제공하기 위한 것이다. It is an object of the present invention to provide a joint driving system capable of improving usability by easily switching modes for walking mode and muscle strength support mode by simple manipulation.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 관절 구동시스템은, 인체의 관절 움직임을 지지하도록 상호 링크 연결되는 적어도 한 쌍의 링크를 포함하는 링크부, 상기 적어도 한 쌍의 링크 중 어느 하나에 마련되어, 상기 관절의 구동력을 보조하는 구동부, 상기 구동부와 선택적으로 연결되어, 상기 구동부의 구동력을 저장 또는 출력하는 저장부 및, 상기 구동부와 저장부를 상호 연결 또는 분리되도록 가이드하는 가이드부를 포함하며, 상기 저장부는 저장된 상기 구동력을 출력하여 상기 링크부의 링크 동작을 위한 근력을 보조한다. The joint drive system according to the present invention for achieving the above object is provided in any one of a link portion including at least a pair of links connected to each other to support the joint movement of the human body, and the at least one pair of links, the A driving unit that assists the driving force of the joint, a storage unit selectively connected to the driving unit to store or output the driving force of the driving unit, and a guide unit for guiding the driving unit and the storage unit to be interconnected or separated from each other, wherein the storage unit is stored By outputting the driving force, a muscle strength for the link operation of the link unit is supported.

또한, 상기 링크부는 근력 및 보행 지원이 가능한 외골격 로봇 또는 웨어러블 로봇(Wearable robot) 중 어느 하나에 마련되는 복수의 링크들 중 적어도 한 쌍을 포함할 수 있다. In addition, the link unit may include at least one pair of a plurality of links provided in any one of an exoskeleton robot or a wearable robot capable of supporting muscle strength and walking.

또한, 상기 링크부는, 인체의 고관절과 연결되는 대퇴부를 지지하는 제1링크 및, 상기 제1링크와 상기 고관절의 관절축에 대응되는 링크축으로 링크 연결되는 제2링크를 포함하며, 상기 제2링크는 외골격을 포함할 수 있다. In addition, the link unit includes a first link that supports the femur connected to the hip joint of the human body, and a second link that is linked to the first link with a link shaft corresponding to the joint axis of the hip joint, and the second link The link may include an exoskeleton.

또한, 상기 저장부는 상기 제1링크에 마련된 안착공간에 안착되어, 상기 제1링크의 움직임에 연동할 수 있다. In addition, the storage unit may be seated in a seating space provided in the first link and interlock with the movement of the first link.

또한, 상기 구동부는 상기 링크부의 회전에 연동하도록 상기 제2링크에 축 결합되어 자세 유지되는 캠 또는 기어 세트를 포함하며, 상기 저장부는, 상기 제1링크의 회전에 연동하여 상기 캠의 프로파일(Profile) 또는 상기 기어 세트를 따라 회전되는 팔로워 및 상기 팔로워의 회전에 연동하여 직선 방향으로 구동되어, 상기 구동력을 탄성에너지로 저장 또는 출력하는 저장부재를 포함할 수 있다. In addition, the driving unit includes a cam or gear set that is axially coupled to the second link to interlock with the rotation of the link unit and maintains the posture, and the storage unit is linked to the rotation of the first link to the profile of the cam. ) or a follower rotated along the gear set and a storage member that is driven in a linear direction in association with the rotation of the follower to store or output the driving force as elastic energy.

또한, 상기 저장부재는 가스 스프링 또는 압축 코일 스프링을 포함할 수 있다. In addition, the storage member may include a gas spring or a compression coil spring.

또한, 상기 팔로워는 상기 캠의 프로파일 또는 상기 기어 세트에 밀착되어 회전되는 팔로워 롤러 또는 팔로워 기어를 포함하며, 상기 팔로워 및 저장부재는 일체로 마련되어 상기 링크부의 링크축 인근에 마련된 안착공간에 삽입되어 안착될 수 있다. In addition, the follower includes a follower roller or a follower gear rotated in close contact with the profile of the cam or the gear set, and the follower and the storage member are integrally provided and inserted into a seating space provided near the link shaft of the link unit to be seated can be

또한, 상기 가이드부는 근력 지원 모드에서 상기 구동부에 대해 상기 저장부를 간섭시키는 간섭 위치 및, 보행 모드에서 상기 구동부에 대해 상기 저장부를 비간섭시키는 비간섭 위치 사이에서 이동시키는 레버를 포함할 수 있다. In addition, the guide unit may include a lever for moving between an interference position for interfering with the storage unit with respect to the driving unit in the muscle strength support mode and a non-interference position for non-interfering with the storage unit with respect to the driving unit in the walking mode.

또한, 상기 가이드부는, 일측이 상기 저장부와 연결되어 움직임 가능한 레버 및, 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 간섭되는 간섭 위치 및 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 상기 레버를 작동시키는 작동부재를 포함할 수 있다. In addition, the guide unit operates the lever between a lever having one side connected to the storage unit and movable, and an interference position where the storage unit interferes with the driving unit and a non-interference position where the storage unit does not interfere with the driving unit. It may include an operating member that makes

또한, 상기 레버의 일단은 상기 링크부에 힌지 연결되고 타단은 상기 일단으로부터 절곡되어 연장되는 조작단으로 마련되되, 상기 작동부재는, 상기 레버의 일단을 중심으로 회전되는 상기 조작단의 움직임을 가이드하는 가이더 및 상기 가이더를 따라 상기 제2레버의 조작단을 이동시키는 스위치를 포함할 수 있다. In addition, one end of the lever is hinged to the link unit and the other end is provided as an operation end bent and extended from the one end, and the operation member guides the movement of the operation end rotated around one end of the lever. and a switch for moving the operation end of the second lever along the guider and the guider.

또한, 상기 가이더는 상기 스위치의 이동을 탄성 지지하도록 탄성력을 가질 수 있다. In addition, the guider may have an elastic force to elastically support the movement of the switch.

또한, 상기 가이더는 상기 조작단의 움직임 궤적을 따라 길이 방향으로 연장되되, 중간에 곡률진 밴딩영역을 구비하는 판 스프링을 포함할 수 있다. In addition, the guider may include a leaf spring extending in the longitudinal direction along the movement trajectory of the operation end, the leaf spring having a curved bending area in the middle.

또한, 상기 조작단에는 상기 스위치와 연결되어 상기 가이더를 따라 회전되는 스위치 롤러가 마련되며, 상기 가이더의 양 끝단에는 상기 스위치 롤러가 안착되는 제1 및 제2롤러홈이 마련될 수 있다. In addition, a switch roller connected to the switch and rotating along the guider may be provided at the manipulation end, and first and second roller grooves in which the switch roller is seated may be provided at both ends of the guider.

또한, 상기 구동부는, 상기 링크부와 연결되어 상기 관절의 구동을 보조하는 구동력을 발생시키는 구동원, 상기 구동원의 구동력에 의해 회전되는 적어도 하나의 구동기어, 상기 적어도 하나의 구동기어와 맞물려 상기 구동력을 상기 저장부로 전달하는 적어도 하나의 전달부재 및, 상기 적어도 하나의 전달부재 중 어느 하나와 연결되어 회전되는 피동기어를 포함하며, 상기 구동원은 모터를 포함하고, 상기 전달부재는 기어 또는 벨트를 포함할 수 있다. In addition, the driving unit is connected to the link unit to generate a driving force that assists in driving the joint, at least one driving gear rotated by the driving force of the driving source, and meshing with the at least one driving gear to generate the driving force. At least one transmission member for transmitting to the storage unit, and a driven gear connected to any one of the at least one transmission member to rotate, the driving source includes a motor, and the transmission member includes a gear or a belt. can

또한, 상기 가이드부는, 상기 저장부의 일측을 지지하는 회전 가이더, 상기 회전 가이더와 상기 저장부를 사이에 두고 마주하여, 상기 저장부의 타측을 지지하는 저장 가이더 및, 상기 피동기어의 회전에 연동하여 상기 저장부의 압축 및 팽창 방향으로 상기 회전 가이더의 움직임을 가이드하는 회전바를 포함하며, 상기 구동부로부터 상기 구동력이 전달되지 않을 경우에는, 상기 저장 가이더는 상기 저장부에 대해 상기 회전바를 따라 자유 움직임이 가능하고, 상기 구동부로부터 상기 구동력이 전달될 경우에는, 상기 회전바를 따라 움직이는 상기 회전 가이더에 의해 상기 저장부가 상기 저장 가이더를 향해 압축되거나 팽창될 수 있다. In addition, the guide unit may include a rotation guider supporting one side of the storage unit, a storage guider facing the rotation guider and the storage unit between the storage unit and a storage guider supporting the other side of the storage unit, and the storage in conjunction with the rotation of the driven gear. and a rotation bar for guiding the movement of the rotation guider in the negative compression and expansion direction, and when the driving force is not transmitted from the driving unit, the storage guider is free to move along the rotation bar with respect to the storage unit, When the driving force is transmitted from the driving unit, the storage unit may be compressed or expanded toward the storage guider by the rotation guider moving along the rotation bar.

또한, 상기 저장부는 상기 피동기어의 회전에 연동하며 탄성력이 압축 또는 팽창되어, 상기 구동력을 저장하거나 출력하는 압축 코일 스프링을 포함하고, 상기 회전바는 스크류(Screw)를 포함할 수 있다. In addition, the storage unit may include a compression coil spring that interlocks with the rotation of the driven gear and compresses or expands the elastic force to store or output the driving force, and the rotating bar may include a screw.

또한, 상기 회전 가이더의 위치는 가변 가능하며, 상기 회전 가이더의 위치에 따라 자유장 대비 상기 저장부의 초기 압축하중이 변경될 수 있다. In addition, the position of the rotation guider is variable, and the initial compressive load of the storage unit relative to the free field may be changed according to the position of the rotation guider.

본 발명의 바람직한 다른 측면에 의한 관절 구동시스템은, 인체의 관절축에 대응되는 링크축을 중심으로 상호 링크 연결되는 적어도 한 쌍의 링크를 포함하는 링크부, 근력지원 모드에서 구동력을 제공하도록, 상기 적어도 한 쌍의 링크 중 어느 하나에 마련되는 구동부, 상기 구동부의 프로파일을 따라 이동하면서, 상기 링크부의 구동력을 저장 또는 출력하는 저장부 및, 보행 모드 및 근력 지원 모드에 따라, 상기 구동부와 저장부를 상호 연결 또는 분리되도록 가이드하는 가이드부를 포함하며, 상기 저장부는 상기 보행 모드에서는 상기 구동력을 저장하고, 상기 근력 지원 모드에서는 저장된 상기 구동력을 출력하여 상기 링크부의 링크 동작을 위한 근력을 보조한다. The joint drive system according to another preferred aspect of the present invention is a link portion including at least a pair of links interconnected with each other about a link axis corresponding to the joint axis of the human body, to provide a driving force in a muscle strength support mode, the at least A driving unit provided in any one of the pair of links, a storage unit that stores or outputs the driving force of the link unit while moving along the profile of the driving unit, and interconnects the driving unit and the storage unit according to a walking mode and a muscle strength support mode or a guide unit for guiding the separation, wherein the storage unit stores the driving force in the walking mode, and outputs the stored driving force in the muscle strength support mode to assist the muscle strength for the link operation of the link unit.

또한, 상기 링크부는, 인체의 고관절과 연결되는 대퇴부를 지지하는 제1링크 및 상기 제1링크와 상기 링크축으로 링크 연결되는 제2링크를 포함할 수 있다. In addition, the link unit may include a first link that supports the femur connected to the hip joint of the human body, and a second link that is linked to the first link and the link shaft by the link shaft.

또한, 상기 구동부는 상기 제2링크에 축 결합되어 자세 유지되는 캠 또는 기어 세트를 포함하며, 상기 저장부는, 상기 제1링크의 회전에 연동하여 상기 캠의 프로파일(Profile) 또는 기어 세트를 따라 회전되는 팔로워 및 상기 팔로워의 회전에 연동하여 직선 방향으로 구동되어, 상기 구동력을 탄성에너지로 저장 또는 출력하는 저장부재를 포함할 수 있다. In addition, the driving unit includes a cam or gear set that is shaft-coupled to the second link to maintain the posture, and the storage unit rotates along a profile or gear set of the cam in association with the rotation of the first link. and a storage member that is driven in a linear direction in association with the rotation of the follower and the follower to store or output the driving force as elastic energy.

또한, 상기 팔로워는 상기 캠의 프로파일 또는 기어 세트에 밀착되어 회전되는 팔로워 롤러 또는 팔로워 기어를 포함하고, 상기 팔로워 및 저장부재는 일체로 마련되어 상기 링크부의 링크축 인근에 마련된 안착공간에 삽입되어 안착되며, 상기 저장부재는 가스 스프링 또는 압축 코일 스프링을 포함할 수 있다. In addition, the follower includes a follower roller or a follower gear that is rotated in close contact with the profile or gear set of the cam, and the follower and the storage member are integrally provided and inserted into a seating space provided near the link shaft of the link unit and seated. , the storage member may include a gas spring or a compression coil spring.

또한, 상기 가이드부는, 일측이 상기 저장부와 연결되어 움직임 가능한 레버 및, 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 간섭되는 간섭 위치 및 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 상기 레버를 작동시키는 작동부재를 포함하며, 상기 근력 지원 모드에서 상기 레버는 상기 간섭 위치에 위치하고, 상기 보행 모드에서 상기 레버는 상기 비간섭 위치에 위치할 수 있다. In addition, the guide unit operates the lever between a lever having one side connected to the storage unit and movable, and an interference position where the storage unit interferes with the driving unit and a non-interference position where the storage unit does not interfere with the driving unit. and an actuating member to actuate, wherein in the muscle strength support mode, the lever is positioned at the interference position, and in the walking mode, the lever may be positioned at the non-interference position.

또한, 상기 레버의 일단은 상기 링크부에 힌지 연결되고 타단은 상기 일단으로부터 절곡되어 연장되는 조작단으로 마련되되, 상기 작동부재는, 상기 레버의 일단을 중심으로 회전되는 상기 조작단의 움직임을 가이드하는 가이더 및, 상기 가이더를 따라 상기 제2레버의 조작단을 이동시키는 스위치를 포함하며, 상기 가이더는 상기 조작단의 움직임 궤적을 따라 길이 방향으로 연장되되, 중간에 곡률진 밴딩영역을 구비하는 판 스프링을 포함할 수 있다. In addition, one end of the lever is hinged to the link unit and the other end is provided as an operation end bent and extended from the one end, and the operation member guides the movement of the operation end rotated around one end of the lever. and a switch for moving the operation end of the second lever along the guider, wherein the guider extends in the longitudinal direction along the movement trajectory of the operation end, the plate having a curved bending area in the middle It may include a spring.

또한, 상기 조작단에는 상기 스위치와 연결되어 상기 가이더를 따라 회전되는 스위치 롤러가 마련되며, 상기 가이더의 양 끝단에는 상기 스위치 롤러가 안착되는 제1 및 제2롤러홈이 마련될 수 있다. In addition, a switch roller connected to the switch and rotating along the guider may be provided at the manipulation end, and first and second roller grooves in which the switch roller is seated may be provided at both ends of the guider.

또한, 상기 구동부는, 상기 링크부와 연결되어 상기 근력지원 모드에서 구동력을 발생시키는 구동원, 상기 구동원의 구동력에 의해 회전되는 적어도 하나의 구동기어, 상기 적어도 하나의 구동기어와 맞물려 상기 구동력을 상기 저장부로 전달하는 적어도 하나의 전달부재 및, 상기 적어도 하나의 전달부재 중 어느 하나와 연결되어 회전되는 피동기어를 포함하며, 상기 구동원은 모터를 포함하고, 상기 전달부재는 기어 또는 벨트를 포함할 수 있다. In addition, the driving unit may include a driving source connected to the link unit to generate a driving force in the muscle strength support mode, at least one driving gear rotated by the driving force of the driving source, and meshing with the at least one driving gear to store the driving force. At least one transmission member for transmitting to the unit, and a driven gear connected to any one of the at least one transmission member to rotate, the driving source may include a motor, and the transmission member may include a gear or a belt. .

또한, 상기 가이드부는, 상기 저장부의 일측을 지지하는 회전 가이더, 상기 회전 가이더와 상기 저장부를 사이에 두고 마주하여, 상기 저장부의 타측을 지지하는 저장 가이더 및, 상기 피동기어의 회전에 연동하여 상기 저장부의 압축 및 팽창 방향으로 상기 회전 가이더의 움직임을 가이드하는 회전바를 포함하며, 상기 보행 모드에서 상기 저장 가이더는 상기 저장부에 대해 상기 회전바를 따라 자유 움직임이 가능하고, 상기 근력지원 모드에서 상기 회전바를 따라 움직이는 상기 회전 가이더에 의해 상기 저장부가 상기 저장 가이더를 향해 압축되거나 팽창될 수 있다. In addition, the guide unit may include a rotation guider supporting one side of the storage unit, a storage guider facing the rotation guider and the storage unit between the storage unit and a storage guider supporting the other side of the storage unit, and the storage in conjunction with the rotation of the driven gear. and a rotation bar for guiding the movement of the rotation guider in negative compression and expansion directions, wherein in the walking mode, the storage guider is free to move along the rotation bar with respect to the storage unit, and the rotation bar in the muscle strength support mode The storage unit may be compressed or expanded toward the storage guider by the rotation guider moving accordingly.

또한, 상기 저장부는 상기 피동기어의 회전에 연동하며 탄성력이 압축 또는 팽창되어, 상기 구동력을 저장하거나 출력하는 압축 코일 스프링을 포함하고, 상기 회전바는 스크류(Screw)를 포함할 수 있다. In addition, the storage unit may include a compression coil spring that interlocks with the rotation of the driven gear and compresses or expands the elastic force to store or output the driving force, and the rotating bar may include a screw.

또한, 상기 회전 가이더의 위치는 가변 가능하며, 상기 회전 가이더의 위치에 따라 자유장 대비 상기 저장부의 초기 압축하중이 변경될 수 있다. In addition, the position of the rotation guider is variable, and the initial compressive load of the storage unit relative to the free field may be changed according to the position of the rotation guider.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 보행 모드와 근력 지원 모드시에 대한 모드 전환이 간단한 조작으로 이루어질 수 있어, 사용자의 사용성을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 보행 모드와 같은 일반적인 관절 구동시에는 저장부가 자유장상태로써 하중이 작용하지 않아 자유로운 움직임이 발생할 수 있으며, 수화물을 드는 것과 같은 근력 지원 모드에서는 발생된 구동력을 전달받아 저장부가 압축되어 비선형 가변강성에 의해 하중을 변경할 수 있다. 그로 인해, 사용자의 동작에 따라 보행 모드와 근력지원 모드를 용이하게 변경하여 강성을 조정할 수 있어, 사용성, 작업성 및 보행성 향상에 유리하다.According to the present invention having the above configuration, first, mode switching between the walking mode and the muscle strength support mode can be performed through a simple operation, so that the usability of the user can be improved. More specifically, during general joint operation such as walking mode, the storage unit is in a free field state and no load is applied, so free movement may occur. The load can be changed by the variable stiffness. Therefore, the stiffness can be adjusted by easily changing the walking mode and the muscle strength support mode according to the user's motion, which is advantageous in improving usability, workability, and gait.

둘째, 일반 보행시에는 불필요한 구동력 저장을 해제시킬 수 있어, 장기간 사용에도 보행시 가해지는 하중에 따른 불편함을 해소할 수 있다. Second, it is possible to release unnecessary driving force storage during general walking, so that inconvenience caused by the load applied during walking can be eliminated even in long-term use.

셋째, 저장부와 연결된 레버의 조작단을 가이더를 따라 스위치가 이동시킴에 있어서, 스위치의 움직임을 밴딩영역을 구비하는 가이더가 탄성 지지할 수 있어 작은 힘으로도 조작이 용이하다. Third, when the switch moves the operation end of the lever connected to the storage along the guider, the guider having the bending area can elastically support the movement of the switch, so that it is easy to operate even with a small force.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 관절 구동시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 구동부, 저장부 및 가이드부를 개략적으로 확대 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 가이드부의 동작을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 가이드부에 의해 저장부가 구동부에 대해 비간섭 위치로 이동된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 가이드부에 의해 저장부가 구동부에 대해 간섭 위치로 이동된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 도 2에 도시된 가이드부의 조작부재 동작을 순차적으로 도시한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 관절 구동시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다. 그리고,
도 10은 도 9에 도시된 다른 실시예에 의한 관절 구동시스템을 개략적으로 도시한 정면도이다.
1 is a perspective view schematically showing a joint drive system in a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic enlarged perspective view of a driving unit, a storage unit, and a guide unit shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an operation of the guide unit shown in FIG. 2 .
4 is a diagram schematically illustrating a state in which the storage unit is moved to a non-interfering position with respect to the driving unit by the guide unit shown in FIG. 3 .
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a state in which the storage unit is moved to an interference position with respect to the driving unit by the guide unit shown in FIG. 4 .
6 to 8 are views sequentially illustrating the operation of the operation member of the guide unit shown in FIG. 2 .
9 is a perspective view schematically showing a joint drive system according to another preferred embodiment of the present invention. and,
Figure 10 is a front view schematically showing a joint drive system according to another embodiment shown in Figure 9.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to such embodiments, and the spirit of the present invention may be proposed differently by addition, change, and deletion of components constituting the embodiment, but this is also included in the spirit of the invention will become

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 관절 구동시스템(1)은 링크부(10), 구동부(20), 저장부(30) 및 가이드부(40)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , the joint driving system 1 according to a preferred embodiment of the present invention includes a link unit 10 , a driving unit 20 , a storage unit 30 , and a guide unit 40 .

본 발명에서 설명하는 관절 구동시스템(1)은 인체의 상지 및 하지의 근력을 지원하거나 보행을 지원할 수 있는 외골격 로봇 또는 웨어러블 로봇(Wearable robot)에 적용되는 것으로 예시한다. 보다 구체적으로, 본 실시예에 의한 관절 구동시스템(1)은 어깨(shoulder) 및 팔꿈치(elbow)를 포함하는 상지 및 엉덩이 고관절(hip), 무릎(knee) 및 발목(ankle)를 포함하는 하지의 움직임을 지원하기 위한 외골격 및 웨어러블 로봇의 각 부위별 링크들 사이에서의 구동력을 제공할 수 있다. 참고로, 본 실시예에서는 관절 구동시스템(1)이 인체의 고관절과 연결되는 대퇴부의 연결 부위에 장착되어 고관절 연결 부위에 대한 근력 및 보행을 보조하는 웨어러블 로봇에 적용되는 것으로 예시한다. The joint driving system 1 described in the present invention is exemplified as being applied to an exoskeleton robot or a wearable robot capable of supporting the muscular strength of the upper and lower extremities of the human body or supporting walking. More specifically, the joint drive system 1 according to the present embodiment includes upper and lower extremities including a shoulder and an elbow, and a lower extremity including a hip, a knee and an ankle. It is possible to provide a driving force between the links for each part of the exoskeleton and the wearable robot to support movement. For reference, in this embodiment, the joint drive system 1 is exemplified as being applied to a wearable robot that is mounted on a connection portion of the femur connected to the hip joint of the human body and assists muscle strength and walking in the hip joint connection portion.

한편, 본 발명에서 설명하는 관절 구동시스템(1)은 뼈와 뼈 사이의 연결 부분인 관절에 대한 재활 치료에 적용되는 것으로 예시하나, 근력 보조나 감각장치(Haptic device)를 위한 다양한 착용형 외골격 로봇에도 적용될 수 있음은 당연하다.On the other hand, the joint drive system 1 described in the present invention is exemplified as being applied to rehabilitation treatment for a joint, which is a connection part between bones, but various wearable exoskeleton robots for muscle support or haptic device. Of course, it can also be applied to

링크부(10)는 인체의 관절 움직임을 지지하도록 상호 링크 연결되는 적어도 한 쌍의 링크(11)(12)를 포함한다. 본 실시예에서는 관절 구동시스템(1)이 인체의 고관절 움직임을 보조하기 위한 것으로 예시하며, 이를 위해 링크부(10)는 제1 및 제2링크(11)(12)를 포함한다. The link unit 10 includes at least a pair of links 11 and 12 that are interconnected to support the joint movement of the human body. In this embodiment, the joint drive system 1 is exemplified to assist the movement of the hip joint of the human body, and for this purpose, the link unit 10 includes first and second links 11 and 12 .

제1링크(11)는 인체의 고관절과 연결되는 대퇴부를 지지하며, 제2링크(12)는 링크축(10a)으로 제1링크(11)와 링크 연결된다. 여기서, 제2링크(12)는 제1링크(11)와 링크 연결되는 외골격일 수 있다. 이때, 제1 및 제2링크(11)(12)를 상호 링크 연결하는 링크축(10a)은 고관절의 관절축(미도시)에 대응될 수 있다. The first link 11 supports the femur connected to the hip joint of the human body, and the second link 12 is linked to the first link 11 by a link shaft 10a. Here, the second link 12 may be an exoskeleton linked to the first link 11 . In this case, the link shaft 10a connecting the first and second links 11 and 12 to each other may correspond to the joint shaft (not shown) of the hip joint.

구동부(20)는 적어도 한 쌍의 링크 즉, 제1 및 제2링크(11)(12) 중 어느 하나에 마련되어, 관절의 구동력을 보조한다. 이러한 구동부(20)는 외골격 링크인 제2링크(12)에 캠축(23)으로 연결되는 캠(21)을 포함한다. 여기서, 캠(21)은 도 2의 도시와 같이, 반경 길이가 불균일하도록 직경이 상대적으로 확장된 노즈(22)를 구비하는 원동체이며, 외주면을 따라 프로파일(profile)(24)이 형성된다. 여기서, 캠(21)은 제2링크(12)에 캠축(23)이 연결된 자세가 그대로 유지된다. The driving unit 20 is provided in at least one pair of links, that is, any one of the first and second links 11 and 12, and assists the driving force of the joint. The driving unit 20 includes a cam 21 connected to the second link 12 which is an exoskeleton link by a camshaft 23 . Here, the cam 21 is a cylinder having a nose 22 having a relatively enlarged diameter so that the radius length is non-uniform, as shown in FIG. 2 , and a profile 24 is formed along the outer circumferential surface. Here, the cam 21 maintains the posture in which the camshaft 23 is connected to the second link 12 .

한편, 구동부(20)는 캠(21)을 포함하는 것으로만 한정하지 않으며, 제1 및 제2링크(11)(12) 중 어느 하나에 축 연결되는 기어 세트(미도시)로 마련될 수 있다. 이때, 구동부(20)가 기어 세트로 마련될 경우, 기어 세트(미도시)를 구성하는 기어의 크기, 개수 등은 한정사항이 아니다. Meanwhile, the driving unit 20 is not limited to including the cam 21 , and may be provided as a gear set (not shown) axially connected to any one of the first and second links 11 and 12 . . In this case, when the driving unit 20 is provided as a gear set, the size and number of gears constituting the gear set (not shown) are not limited.

저장부(30)는 구동부(20)의 회전에 연동하여 링크부(10)의 구동력을 저장 또는 출력한다. 이러한 저장부(30)는 도 2의 도시와 같이, 팔로워(31) 및 저장부재(32)를 포함한다. The storage unit 30 stores or outputs the driving force of the link unit 10 in association with the rotation of the driving unit 20 . As shown in FIG. 2 , the storage unit 30 includes a follower 31 and a storage member 32 .

팔로워(31)는 링크부(10)의 회전에 연동하여 캠(21)의 프로파일(24) 또는 미도시된 기어 세트를 따라 회전된다. 이러한 팔로워(31)는 도 2의 도시와 같이, 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)에 밀착되는 팔로워 롤러 또는 팔로워 기어를 포함한다. 이하에서는 팔로워(31)가 캠(21)의 프로파일(24)에 밀착되는 팔로워 롤러인 것으로 예시한다. The follower 31 is rotated along the profile 24 of the cam 21 or a gear set not shown in association with the rotation of the link unit 10 . The follower 31 includes a follower roller or follower gear that is closely attached to the profile 24 of the cam 21 or a gear set (not shown), as shown in FIG. 2 . Hereinafter, the follower 31 is exemplified as a follower roller that is in close contact with the profile 24 of the cam 21 .

저장부재(32)는 팔로워(31)의 회전에 연동하여 직선 방향으로 구동되어, 구동력을 탄성에너지로 저장 또는 출력한다. 여기서, 저장부재(32)와 팔로워(31)는 상호 일체로 마련된다. 그로 인해, 팔로워(31)가 반경 길이가 불균일한 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)를 따라 회전됨으로써, 저장부재(32)를 직선 구동시킨다. The storage member 32 is driven in a linear direction in association with the rotation of the follower 31 , and stores or outputs the driving force as elastic energy. Here, the storage member 32 and the follower 31 are provided integrally with each other. Accordingly, the follower 31 is rotated along the profile 24 of the cam 21 or the gear set (not shown) of the non-uniform radial length, thereby linearly driving the storage member 32 .

여기서, 저장부재(32)는 가스 스프링 또는 압축 코일 스프링을 포함한다. 그로 인해, 팔로워(31)가 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)에 간섭됨에 연동하여 저장부재(32)가 압축되어 탄성에너지를 저장하며, 압축력이 해제되면 저장된 탄성에너지를 근력 보조를 위해 출력한다. Here, the storage member 32 includes a gas spring or a compression coil spring. Therefore, the storage member 32 is compressed to store elastic energy by interlocking with the follower 31 interfering with the profile 24 or the gear set (not shown) of the cam 21, and when the compressive force is released, the stored elastic energy is output for strength assistance.

한편, 팔로워(31)와 저장부재(32)는 일체로 마련된 상태로 하우징(33)에 감싸 지지된다. 여기서, 하우징(33)은 원통 형상을 가지며, 하우징(33)의 내부에는 저장부재(32)가 내장되고, 외부에는 저장부재(32)와 일체로 연결된 팔로워(31)가 노출되도록 지지된다. On the other hand, the follower 31 and the storage member 32 are wrapped and supported by the housing 33 in a state in which they are provided integrally. Here, the housing 33 has a cylindrical shape, and the storage member 32 is built in the housing 33 , and the follower 31 integrally connected with the storage member 32 is exposed to the outside.

또한, 하우징(33)에 지지되는 팔로워(31) 및 저장부재(32)는 제1링크(11)의 링크축(10a) 인근에 소정 깊이 인입되어 마련된 안착공간(14)에 삽입되어 안착된다. 여기서, 저장부재(32)가 제1링크(11)에 마련된 안착공간(14)의 내부에 삽입되고, 저장부재(32)에 일체로 마련된 팔로워(31)가 안착공간(14)의 외부로 노출되어 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)에 밀착된다. 이에 따라, 안착공간(14)의 인입된 깊이는 대략 저장부재(32)의 길이에 대응됨이 좋다. In addition, the follower 31 and the storage member 32 supported by the housing 33 are inserted and seated in the seating space 14 provided by inserting a predetermined depth near the link shaft 10a of the first link 11 . Here, the storage member 32 is inserted into the seating space 14 provided in the first link 11 , and the follower 31 provided integrally with the storage member 32 is exposed to the outside of the seating space 14 . to be in close contact with the profile 24 of the cam 21 or the gear set (not shown). Accordingly, it is good that the inserted depth of the seating space 14 roughly corresponds to the length of the storage member 32 .

참고로, 제1레버(11)에 마련된 안착공간(14)은 덮개(14a)에 커버되어 보호된다. For reference, the seating space 14 provided in the first lever 11 is covered and protected by the cover 14a.

가이드부(40)는 구동부(20)와 저장부(30)가 연결 또는 분리되도록 가이드한다. 여기서, 가이드부(40)는 구동부(20)에 대해 저장부(30)가 간섭되는 간섭 위치와, 구동부(20)로부터 저장부(30)가 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 저장부(30)를 움직임 가능하게 가이드한다. 이때, 간섭 위치는 관절 구동시스템(1)의 근력 보조 모드에 대응되고, 비간섭 위치는 보행 모드에 대응된다. 이에 따라, 가이드부(40)는 근력 보조 모드와 보행 모드 사이에서 모드 전환되도록 가이드한다. The guide unit 40 guides the driving unit 20 and the storage unit 30 to be connected or separated. Here, the guide unit 40 is located between the interference position where the storage unit 30 interferes with the driving unit 20 and the non-interference position where the storage unit 30 does not interfere from the driving unit 20 , the storage unit 30 . to guide the movement. At this time, the interference position corresponds to the muscle strength assistance mode of the joint drive system 1, and the non-interference position corresponds to the walking mode. Accordingly, the guide unit 40 guides the mode to be switched between the muscle strength assistance mode and the walking mode.

가이드부(40)는 도 2의 도시와 같이, 레버(41) 및 조작부재(42)를 포함한다. As shown in FIG. 2 , the guide unit 40 includes a lever 41 and an operation member 42 .

레버(41)는 일측이 저장부(30)와 연결되어 움직임 가능하다. 이러한 레버(41)는 일단이 레버축(411)을 중심으로 회전 가능하도록 마련된다. 이때, 레버축(411)은 도 2의 도시와 같이, 제1링크(11)에 마련된 안착공간(14)에 결합될 수 있으나, 저장부(30)의 하우징(33)에 결합될 수도 있다. One side of the lever 41 is connected to the storage unit 30 and is movable. One end of the lever 41 is provided to be rotatable about the lever shaft 411 . At this time, the lever shaft 411 may be coupled to the seating space 14 provided in the first link 11 as shown in FIG. 2 , but may also be coupled to the housing 33 of the storage unit 30 .

레버(41)는 연결체(412)를 사이에 두고 저장부(30)의 하우징(33)과 연결된다. 그로 인해, 레버(41)의 움직임에 연결체(412)로 연결된 하우징(33)이 함께 움직일 수 있게 된다. 그러나, 레버(41)가 연결체(412)와 같은 연결수단 없이, 레버(41)의 일측이 저장부(30)의 하우징(33)에 직접 연결되는 변형예도 가능하다. The lever 41 is connected to the housing 33 of the storage unit 30 with the connecting body 412 interposed therebetween. Accordingly, the housing 33 connected by the connector 412 can move together with the movement of the lever 41 . However, a modified example in which one side of the lever 41 is directly connected to the housing 33 of the storage unit 30 without a connecting means such as the connecting body 412 is also possible.

또한, 레버(41)는 일단으로부터 절곡되어 연장되는 조작단(413)을 포함한다. 조작단(413)은 후술할 조작부재(42)에 의해 작동되어 구동부(20)에 대해 저장부(30)가 간섭되는 간섭 위치 및 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 회전된다. 이러한 조작단(413)은 레버(41)의 일단으로부터 소정 각도 경사지도록 절곡되어 연장됨으로써, 하우징(33)이 삽입된 안착공간(14)으로부터 외부를 향해 돌출되어 노출된된다. In addition, the lever 41 includes an operation end 413 that is bent and extended from one end. The operation end 413 is operated by an operation member 42 to be described later to rotate between the interference position and the non-interference position where the storage unit 30 interferes with the driving unit 20 . The manipulation end 413 is bent and extended to be inclined at a predetermined angle from one end of the lever 41 , thereby protruding outward from the seating space 14 into which the housing 33 is inserted and exposed.

이러한 구성을 가지는 레버(41)는 도 3 내지 도 5의 도시와 같이, 하우징(33)과 연결체(412)로 연결된 상태로 조작단(413)을 작동시켜, 캠(21) 또는 기어 세트(미도시)와 팔로워(31) 사이가 접촉되거나 분리될 수 있다. 이러한 가이드부(40)의 동작은 관절 구동시스템(1)의 구동 설명과 함께, 보다 자세히 후술한다. The lever 41 having this configuration operates the operating end 413 in a state connected to the housing 33 and the connecting body 412, as shown in FIGS. 3 to 5, and the cam 21 or the gear set ( (not shown) and the follower 31 may be in contact or separated. The operation of the guide unit 40 will be described later in more detail along with the driving description of the joint drive system (1).

조작부재(42)는 간섭 위치와 비간섭 위치 사이에서 레버(41)를 작동시킨다. 이러한 조작부재(42)는 도 2, 도 6 내지 도 8의 도시와 같이, 가이더(43) 및 스위치(44)를 포함한다. The operation member 42 operates the lever 41 between the interference position and the non-interference position. The manipulation member 42 includes a guider 43 and a switch 44 as shown in FIGS. 2 and 6 to 8 .

가이더(43)는 레버(41)의 조작단(413)의 움직임 궤적을 따라 마련된다. 여기서, 가이더(43)는 후술할 스위치(44)의 이동을 탄성 지지하도록 탄성력을 가진다. 보다 구체적으로, 가이더(43)는 레버(41)의 조작단(413)의 움직임 궤적에 대응되도록 길이 방향으로 연장된 형상을 가지되, 중간에 곡률진 밴딩영역(431)을 구비하여 후술할 스위치(44)에 간섭되어 탄성력을 압축 및 복원할 수 있는 판 스프링을 포함한다. The guider 43 is provided along the movement trajectory of the operation end 413 of the lever 41 . Here, the guider 43 has an elastic force to elastically support the movement of the switch 44 to be described later. More specifically, the guider 43 has a shape extending in the longitudinal direction to correspond to the movement trajectory of the operation end 413 of the lever 41, and has a curved bending area 431 in the middle to provide a switch to be described later. (44) is interfered with and includes a leaf spring capable of compressing and restoring the elastic force.

한편, 가이더(43)는 케이스(45)의 내부에 마련되어 보호된다. On the other hand, the guider 43 is provided inside the case 45 is protected.

스위치(44)는 가이더(43)를 따라 레버(41)의 조작단(413)을 이동시킨다. 즉, 스위치(44)는 조작단(413)에 연결된 일종의 버튼으로써, 사용자가 스위치(44)를 파지한 상태로 가이더(43)를 따라 이동시킴으로써, 연결된 레버(41)를 작동시킨다. 이러한 스위치(44)의 일측은 사용자에 의해 조작 가능하도록 케이스(45)의 외부로 노출되며, 타측은 케이스(45)의 내부에 마련된 레버(41)의 조작단(413)과 연결된다. The switch 44 moves the operating end 413 of the lever 41 along the guider 43 . That is, the switch 44 is a kind of button connected to the operation end 413 , and the user operates the connected lever 41 by moving the guider 43 while holding the switch 44 . One side of the switch 44 is exposed to the outside of the case 45 so as to be operable by the user, and the other side is connected to the operation end 413 of the lever 41 provided inside the case 45 .

여기서, 스위치(44)는 레버(41)의 조작단(413)에 마련된 스위치 롤러(441)와 연결된다. 스위치 롤러(441)는 스위치(44)의 조작에 연동하여 가이더(43)를 따라 회전한다. 이때, 가이더(43)의 양단에는 스위치 롤러(441)가 안착될 수 있도록 라운딩된 제1 및 제2롤러홈(432)(433)이 마련된다. 이러한 제1 및 제2롤러홈(432)(433)은 스위치 롤러(441)의 외경에 대응됨으로써, 제1 및 제2롤러홈(433)에 안착된 스위치 롤러(441)가 스위치(44)를 통해 외력이 가해지기 전까지 유동되지 않고 안착된 자세를 유지할 수 있다. Here, the switch 44 is connected to the switch roller 441 provided on the operation end 413 of the lever 41 . The switch roller 441 rotates along the guider 43 in association with the operation of the switch 44 . At this time, first and second roller grooves 432 and 433 which are rounded so that the switch roller 441 can be seated are provided at both ends of the guider 43 . The first and second roller grooves 432 and 433 correspond to the outer diameter of the switch roller 441 , so that the switch roller 441 seated in the first and second roller grooves 433 moves the switch 44 . Through this, it is possible to maintain a settled posture without moving until an external force is applied.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 관절 구동시스템(1)의 구동 동작을 도 1 내지 도 8을 참고하여 설명하면, 다음과 같다. The driving operation of the joint drive system 1 according to the present invention having the above configuration will be described with reference to FIGS. 1 to 8 , as follows.

도 1 내지 도 3의 도시와 같이, 링크부(10)의 제1링크(11)가 링크축(10a)을 중심으로 회전되면, 제2링크(12)에 자세 유지되도록 연결된 구동부(20)의 캠(21) 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)를 따라 제1링크(11)의 회전에 연동하는 팔로워(31)가 이동한다. 1 to 3, when the first link 11 of the link unit 10 is rotated about the link shaft 10a, the driving unit 20 connected to the second link 12 to maintain the posture of the The follower 31 that cooperates with the rotation of the first link 11 moves along the cam 21 profile 24 or the gear set (not shown).

한편, 사용자가 수화물을 드는 것과 같은 스쿼드 자세를 취할 경우 즉, 근력지원 모드에서는 인체의 관절 축에 대응되는 링크축(10a)에 마련된 팔로워(31)가 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)를 따라 도 3과 같이 간섭된다. 즉, 스쿼드 자세와 같이 근력 보조가 필요한 근력 보조 모드에서는, 캠(21) 또는 기어 세트(미도시)와 팔로워(31)가 상호 접촉된 간섭 위치 상태를 유지한다. 이때, 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)를 따라 회전되는 팔로워(31)의 움직임에 연동하여 일체로 마련된 저장부재(32)가 직선 방향으로 간섭됨으로써, 탄성 에너지를 저장한다. 이렇게 저장부재(32)에 저장되는 탄성에너지는 사용자가 근력 지원 자세를 취할 수 있는 구동력으로 소모된다. On the other hand, when the user takes a squad posture such as lifting luggage, that is, in the muscle strength support mode, the follower 31 provided on the link shaft 10a corresponding to the joint axis of the human body is the profile 24 of the cam 21 or the gear Interference along a set (not shown) as shown in FIG. 3 . That is, in a strength assistance mode that requires strength assistance, such as a squad posture, the cam 21 or the gear set (not shown) and the follower 31 maintain an interference position state in which they are in contact with each other. At this time, the storage member 32 provided integrally in conjunction with the movement of the follower 31 rotated along the profile 24 or the gear set (not shown) of the cam 21 interferes in a linear direction, thereby storing elastic energy. do. The elastic energy stored in the storage member 32 in this way is consumed as a driving force that allows the user to take a muscle strength support posture.

도 3과 같은 간섭 위치 상태로 사용자가 보행할 경우, 사용자의 직접 움직임을 통하여 관절부의 움직임이 발생되어, 지속되는 보행에 사용 불편감을 유발할 수 있다. 이 경우, 사용자는 도 4의 도시와 같이, 레버(41)를 비간섭 위치로 이동시켜 보행 모드로 전환시킨다. When the user walks in the interference position as shown in FIG. 3 , the movement of the joint is generated through the user's direct movement, which may cause discomfort in the continuous walking. In this case, as shown in FIG. 4 , the user moves the lever 41 to the non-interference position to switch to the walking mode.

보다 구체적으로, 도 6과 같이 레버(41)의 조작단(413)과 연결된 조작부재(42)의 스위치(44)를 사용자가 파지한 상태로, 도 7 및 도 8과 같이 가이더(43)를 따라 이동하도록 조작시킨다. 여기서, 조작단(413)에 스위치(44)와 연결되도록 마련된 스위치 롤러(441)가 안착된 제1롤러홈(432)을 벗어나 가이더(43)의 길이 방향을 따라 제2롤러홈(433)까지 이동하여 안착된다. 이때, 가이더(43)의 밴딩영역(431)을 조작단(413)에 마련된 스위치 롤러(441)가 경유하여 가이더(43)가 상대적으로 압축된다. 또한, 스위치 롤러(441)가 밴딩영역(431)을 벗어나면, 가이더(43)의 탄성 복원력에 간섭되어 스위치 롤러(441)를 제2롤러홈(433)으로 작은 힘으로도 용이하게 이동시킨다. More specifically, in a state in which the user grips the switch 44 of the operating member 42 connected to the operating end 413 of the lever 41 as shown in FIG. 6, the guider 43 as shown in FIGS. 7 and 8 is manipulated to move. Here, the switch roller 441 provided to be connected to the switch 44 at the operation end 413 leaves the first roller groove 432 in which the guider 43 is seated and extends along the longitudinal direction of the guider 43 to the second roller groove 433 . move and settle At this time, the guider 43 is relatively compressed through the switch roller 441 provided on the operation end 413 through the bending area 431 of the guider 43 . In addition, when the switch roller 441 is out of the bending region 431 , it interferes with the elastic restoring force of the guider 43 to easily move the switch roller 441 into the second roller groove 433 with a small force.

참고로, 제2롤러홈(433)에서 제1롤러홈(432)으로 스위치 롤러(441)를 이동시키는 스위치(44)의 조작 동작시에도 가이더(43)는 탄성력에 의해 동일하게 가이드한다. For reference, even during the operation operation of the switch 44 for moving the switch roller 441 from the second roller groove 433 to the first roller groove 432 , the guider 43 guides the same by the elastic force.

도 8과 같이 스위치(44)에 의해 레버(41)의 조작단(413)이 제1롤러홈(432)에서 제2롤러홈(433)까지 이동하면, 도 4와 같이 레버(41)와 연결된 저장부(30)가 소정 각도(a) 회전된다. 그로 인해, 저장부(30)는 구동부(20)에 대한 간섭 위치를 벗어나 비간섭 위치에 위치함으로써, 사용자의 보행을 간섭하지 않는다. 이때, 저장부(30)가 비간섭 위치로 이동함으로써, 캠(21) 또는 기어 세트(미도시)와 직접적인 접촉이 해제되어 저장부(30)에는 탄성 에너지가 저장되지 않는다. When the operation end 413 of the lever 41 moves from the first roller groove 432 to the second roller groove 433 by the switch 44 as shown in FIG. 8, it is connected to the lever 41 as shown in FIG. The storage unit 30 is rotated by a predetermined angle (a). Therefore, the storage unit 30 is located in a non-interfering position outside the interference position with respect to the driving unit 20, thereby not interfering with the user's walking. At this time, by moving the storage unit 30 to the non-interference position, direct contact with the cam 21 or the gear set (not shown) is released, so that elastic energy is not stored in the storage unit 30 .

이 후, 사용자가 다시 근력 보조가 필요할 경우, 도 8과 같이 제2롤러홈(433)에 위치한 스위치 롤러(441)가 도 6과 같이 제1롤러홈(432)으로 이동하도록 레버(41)와 연결된 스위치(44)를 조작시킨다. 그로 인해, 도 5와 같이, 구동부(20)에 대해 저장부(30)가 다시 접촉되는 간섭 위치로 이동하게 된다. After that, when the user needs strength assistance again, as shown in FIG. 8, the switch roller 441 located in the second roller groove 433 moves to the first roller groove 432 as shown in FIG. 6 with the lever 41 and The connected switch 44 is operated. As a result, as shown in FIG. 5 , the storage unit 30 is moved to an interference position in which the driving unit 20 is in contact again.

참고로, 제1링크(11)의 움직임에 연동하여 제2링크(12)에 결합된 캠(21)의 프로파일(24) 또는 기어 세트(미도시)를 따라 이동하는 팔로워(31)의 움직임에 별개로, 캠(21) 또는 기어 세트(미도시)는 자세가 일정하게 유지된다. 그로 인해, 캠(21) 또는 기어 세트(미도시)가 연결된 제2링크(12)가 지지하는 인체 부위 예컨대, 상체에 가해지는 부담은 유지하게 된다. For reference, in response to the movement of the follower 31 moving along the profile 24 or gear set (not shown) of the cam 21 coupled to the second link 12 in conjunction with the movement of the first link 11 . Separately, the cam 21 or gear set (not shown) is held constant in posture. Accordingly, the load applied to the body part, for example, the upper body, supported by the second link 12 to which the cam 21 or the gear set (not shown) is connected is maintained.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 관절 구동시스템(100)이 개략적으로 도시된다. 9 and 10, the joint drive system 100 according to another preferred embodiment of the present invention is schematically shown.

도 9 및 도 10의 도시와 같이, 다른 실시예에 의한 관절 구동시스템(100)은 링크부(10), 구동부(120), 저장부(130) 및 가이드부(140)를 포함한다. As shown in FIGS. 9 and 10 , the joint drive system 100 according to another embodiment includes a link unit 10 , a driving unit 120 , a storage unit 130 , and a guide unit 140 .

참고로, 다른 실시예에 의한 링크부(10)는 도 1을 참고하여 설명한 일 실시예에 의한 제1 및 제2링크(11)(12)를 포함하는 링크부(10)와 동일 구성을 가지므로, 자세한 설명 및 도시는 생략한다. 또한, 링크부(10)의 참조부호도 일 실시예와 동일하게 부여하여 설명한다. For reference, the link unit 10 according to another embodiment has the same configuration as the link unit 10 including the first and second links 11 and 12 according to the embodiment described with reference to FIG. 1 . Therefore, detailed description and illustration will be omitted. In addition, the reference numerals of the link unit 10 will be described with the same reference numerals as in the embodiment.

구동부(120)는 링크부(10)와 연결되어, 근력지원 모드에서 관절의 구동력을 보조한다. 다른 실시예에 의한 구동부(120)는 구동원(121), 적어도 하나의 구동기어(122), 적어도 하나의 전달부재(123) 및 피동기어(124)를 포함한다. The driving unit 120 is connected to the link unit 10 to assist the driving force of the joint in the muscle strength support mode. The driving unit 120 according to another embodiment includes a driving source 121 , at least one driving gear 122 , at least one transmission member 123 , and a driven gear 124 .

구동원(121)은 링크부(10)와 연결되어 관절의 구동을 보조하는 구동력을 발생시킨다. 본 실시예에서는 구동원(121)이 제1링크(11)에 마련되며, 구동력을 발생시키는 모터를 포함하는 것으로 예시한다. The driving source 121 is connected to the link unit 10 to generate a driving force that assists in driving the joint. In the present embodiment, the driving source 121 is provided on the first link 11 and is exemplified as including a motor for generating a driving force.

구동기어(122)는 구동원(121)의 구동력에 의해 회전되도록 적어도 하나 마련된다. 본 실시예에서는 구동기어(122)가 도 10의 도시와 같이, 구동원(121)의 구동축(121a)에 동축 설치되어 회전되는 것으로 예시한다. At least one driving gear 122 is provided to be rotated by the driving force of the driving source 121 . In this embodiment, as shown in FIG. 10 , the driving gear 122 is coaxially installed on the driving shaft 121a of the driving source 121 to be rotated.

전달부재(123)는 적어도 하나의 구동기어(122)와 맞물려 구동력을 저장부(130)로 전달한다. 이러한 전달부재(123)는 기어 또는 벨트로 마련되어 구동기어(122)와 저장부(130) 사이의 구동력 전달을 상호 연결시킬 수 있다. 본 실시예에서는 전달부재(123)가 하나의 기어로 마련되는 것으로 예시하나, 한정사항은 아니다. The transmission member 123 is engaged with at least one driving gear 122 to transmit a driving force to the storage unit 130 . The transmission member 123 may be provided as a gear or a belt to interconnect the driving force transmission between the driving gear 122 and the storage unit 130 . In this embodiment, the transmission member 123 is exemplified as being provided as a single gear, but is not limited thereto.

한편, 구동부(120)의 구동원(121)과 구동기어(122)는 구동 지지 베어링(125)에 의해 회전 구동력이 지지될 수 있다. Meanwhile, the driving source 121 and the driving gear 122 of the driving unit 120 may be supported by rotational driving force by the driving support bearing 125 .

피동기어(124) 적어도 하나의 전달부재(123) 중 어느 하나와 연결되어 회전된다. 이러한 피동기어(124)는 구동부(120)의 구동력에 피동됨으로써, 구동부(120)의 구동력을 후술할 저장부(130)로 제공한다. The driven gear 124 is connected to any one of the at least one transmission member 123 and rotates. The driven gear 124 is driven by the driving force of the driving unit 120 to provide the driving force of the driving unit 120 to the storage unit 130 to be described later.

저장부(130)는 링크부(10)의 회전에 연동하는 구동부(120)와 선택적으로 연결되어, 링크부(10)의 구동력을 저장 또는 출력한다. 이러한 저장부(130)는 피동기어(131)의 회전에 연동하여 탄성력이 압축 또는 팽창됨으로써, 구동력을 저장 또는 출력하는 압축 코일 스프링을 포함한다. 그러나, 저장부(130)가 압축 코일 스프링을 포함하는 것으로 꼭 한정하지 않으며, 저장부(130)가 다양한 탄성수단 중 어느 하나로 변경되거나 하나 이상 마련되는 변형예도 가능하다. The storage unit 130 is selectively connected to the driving unit 120 linked to the rotation of the link unit 10 , and stores or outputs the driving force of the link unit 10 . The storage unit 130 includes a compression coil spring that stores or outputs the driving force by compressing or expanding the elastic force in association with the rotation of the driven gear 131 . However, the storage unit 130 is not necessarily limited to including a compression coil spring, and a modification in which the storage unit 130 is changed to any one of various elastic means or provided with one or more is also possible.

한편, 저장부(130)는 저장 지지체(131)에 의해 일측이 지지됨으로써, 제1링크(11)에 대해 안착되어 지지될 수 있다. Meanwhile, the storage unit 130 may be supported by being seated with respect to the first link 11 by being supported on one side by the storage support 131 .

가이드부(140)는 구동부(120)와 저장부(130)를 상호 연결 또는 분리되도록 가이드한다. 다른 실시예에서는 가이드부(140)가 구동부(120)의 구동력에 연동하여 저장부(130)를 압축 또는 팽창시키도록 가이드한다. 이를 위해, 다른 실시예에 의한 가이드부(140)는 회전 가이더(141), 저장 가이더(142) 및 회전바(143)를 포함한다. The guide unit 140 guides the driving unit 120 and the storage unit 130 to be interconnected or separated. In another embodiment, the guide unit 140 guides the storage unit 130 to compress or expand in association with the driving force of the driving unit 120 . To this end, the guide unit 140 according to another embodiment includes a rotation guider 141 , a storage guider 142 and a rotation bar 143 .

회전 가이더(141)는 압축 코일 스프링을 포함하는 저장부(130)의 일측이 안착되어 지지하며, 원반 형상을 가진다. The rotation guider 141 is supported by being seated on one side of the storage unit 130 including a compression coil spring, and has a disk shape.

저장 가이더(142)는 회전 가이더(141)와 저장부(130)를 사이에 두고 마주한다. 이러한 저장 가이더(142)는 회전 가이더(141)와 마주한 상태로 저장부(130)의 타측을 지지한다. 한편, 저장 가이더(142)는 제1링크(11)에 고정될 수 있다. The storage guider 142 faces the rotation guider 141 and the storage unit 130 therebetween. The storage guider 142 supports the other side of the storage unit 130 in a state facing the rotation guider 141 . Meanwhile, the storage guider 142 may be fixed to the first link 11 .

회전바(143)는 피동기어(124)의 회전에 연동하여 저장부(130)의 압축 또는 팽창 방향으로 회전 가이더(141)의 움직임을 가이드한다. 이러한 회전바(143)는 외면에 나사산이 마련되는 일종의 스크류(Screw)이며, 회전 가이더(141)는 스크류를 포함하는 회전바(143)의 나사산을 따라 회전되어 이동되는 일종의 너트(Nut)일 수 있다. The rotation bar 143 guides the movement of the rotation guider 141 in the compression or expansion direction of the storage unit 130 in association with the rotation of the driven gear 124 . The rotating bar 143 is a kind of screw having a thread on the outer surface, and the rotating guider 141 may be a kind of nut that is rotated and moved along the thread of the rotating bar 143 including the screw. have.

이러한 구성을 가지는 가이드부(140)는 구동부(120)의 구동력에 연동하여 저장부(130)가 구동력을 저장 또는 출력하도록 가이드한다. 보다 구체적으로, 가이드부(140)는 저장부(130)의 일측과 타측이 각각 회전 가이더(141) 및 저장 가이더(142)에 의해 고정된 상태이며, 회전바(143)의 회전 움직임에 연동하여 회전 가이더(141)가 회전바(143)를 따라 이동하여 저장부(130)를 압축 또는 팽창시키게 된다. 또한, 구동부(120)로부터 구동력이 전달되지 않을 경우인 일반적인 보행 모드에서, 저장 가이더(142)는 저장부(130)에 대해 회전바(143)를 따라 자유 움직임 가능하도록 비구속된 상태이다. The guide unit 140 having such a configuration guides the storage unit 130 to store or output the driving force in association with the driving force of the driving unit 120 . More specifically, the guide unit 140 is a state in which one side and the other side of the storage unit 130 are fixed by the rotation guider 141 and the storage guider 142, respectively, and in conjunction with the rotational movement of the rotation bar 143, The rotation guider 141 moves along the rotation bar 143 to compress or expand the storage unit 130 . In addition, in the general walking mode, which is a case in which the driving force is not transmitted from the driving unit 120 , the storage guider 142 is in an unconstrained state so as to be freely movable along the rotating bar 143 with respect to the storage unit 130 .

한편, 회전 가이더(141)의 위치는 가변 가능하며, 회전 가이더(141)의 위치에 따라 자유장 대비 저장부(130)의 초기 압축하중이 변경될 수 있다. 이러한 회전 가이더(141)의 위치 및 개수는 도 9 및 도 10의 도시로만 한정되지 않는다. Meanwhile, the position of the rotation guider 141 is variable, and the initial compressive load of the storage unit 130 compared to the free field may be changed according to the position of the rotation guider 141 . The position and number of the rotation guider 141 is not limited to the illustrations of FIGS. 9 and 10 .

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 관절 구동시스템(100)의 구동 동작을 도 9 및 도 10을 참고하여 설명한다. The driving operation of the joint drive system 100 according to another preferred embodiment of the present invention having the above configuration will be described with reference to FIGS. 9 and 10 .

우선, 일반적인 보행 모드에서는 압축 코일 스프링을 포함하는 저장부(130)은 자유장 상태로써, 구동부(120)의 하중이 작용되지 않는다. 그로 인해, 가이드부(140)의 저장 가이더(142)가 자유 움직임이 가능한 상태로써, 저장 가이더(142)가 저장부(130)가 장착된 방향에 대해 자유 움직임이 가능하다. 이때, 저장부(130)가 저장 가이더(142)의 자유 움직임에 압축되어 구동력을 저장할 수 있다. First, in the general walking mode, the storage unit 130 including the compression coil spring is in a free-field state, and the load of the driving unit 120 is not applied. Therefore, as the storage guider 142 of the guide unit 140 is in a state where free movement is possible, the storage guider 142 is free movement in the direction in which the storage unit 130 is mounted. In this case, the storage unit 130 may be compressed by the free movement of the storage guider 142 to store the driving force.

반면에, 수화물을 드는 동작과 같은 근력지원 모드에서는 모터를 포함하는 구동원(121)으로부터 구동력이 발생되어 구동기어(122), 전달부재(123) 및 피동기어(124)를 통해 구동력이 저장부(130)측으로 전달된다. 이때, 피동기어(124)가 구동력에 의해 피동되어 회전함으로써, 피동기어(124)와 맞물린 회전바(143)가 저장 지지체(131)에 대해 회전하여, 회전 가이더(141)가 회전바(143)를 따라 위치 이동된다. On the other hand, in the muscle strength support mode such as lifting luggage, driving force is generated from the driving source 121 including the motor, and the driving force is stored in the storage unit ( 130) side. At this time, as the driven gear 124 is driven by the driving force and rotates, the rotation bar 143 engaged with the driven gear 124 rotates with respect to the storage support 131 , and the rotation guider 141 rotates the rotation bar 143 . position is moved along

그로 인해, 회전 가이더(141)는 저장부(130)를 압축시키도록 이동함으로써, 저장부(130)에 구동력이 저장되어 관절 구동시의 하중을 지지하게 된다. 여기서, 저장부(130)가 비선형 권선 꼬임 형태로 마련된 경우, 비선형 가변강성을 가질 수 있다. Therefore, by moving the rotation guider 141 to compress the storage unit 130, the driving force is stored in the storage unit 130 to support the load during joint driving. Here, when the storage unit 130 is provided in a non-linear winding twist shape, it may have a non-linear variable rigidity.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. You will understand that it can be done.

1, 100: 관절 구동시스템 10: 링크부
11: 제1링크 12: 제2링크
20, 120: 구동부 21: 캠
24: 프로파일 30, 130: 저장부
31: 팔로워 32: 저장부재
40, 140: 가이드부 41: 레버
42: 조작부재 43: 가이더
44: 스위치 45: 케이스
121: 구동원 122: 구동기어
123: 전달부재 124: 피동기어
141: 회전 가이더 142: 저장 가이더
143: 회전바
1, 100: joint drive system 10: link part
11: first link 12: second link
20, 120: driving unit 21: cam
24: profile 30, 130: storage
31: follower 32: storage member
40, 140: guide part 41: lever
42: operation member 43: guider
44: switch 45: case
121: drive source 122: drive gear
123: transmission member 124: driven gear
141: rotation guider 142: storage guider
143: rotation bar

Claims (28)

인체의 관절 움직임을 지지하도록 상호 링크 연결되는 적어도 한 쌍의 링크를 포함하는 링크부;
상기 적어도 한 쌍의 링크 중 어느 하나에 마련되어, 상기 관절의 구동력을 보조하는 구동부;
상기 구동부와 선택적으로 연결되어, 상기 구동부의 구동력을 저장 또는 출력하는 저장부; 및
상기 구동부와 저장부를 상호 연결 또는 분리되도록 가이드하는 가이드부;
를 포함하며,
상기 저장부는 저장된 상기 구동력을 출력하여 상기 링크부의 링크 동작을 위한 근력을 보조하는 관절 구동시스템.
a link unit including at least a pair of links connected to each other to support joint movement of the human body;
a driving unit provided on any one of the at least one pair of links to assist the driving force of the joint;
a storage unit selectively connected to the driving unit to store or output the driving force of the driving unit; and
a guide part for guiding the driving part and the storage part to be connected or separated from each other;
includes,
The storage unit outputs the stored driving force to support the muscle strength for the link operation of the link unit.
제1항에 있어서,
상기 링크부는 근력 및 보행 지원이 가능한 외골격 로봇 또는 웨어러블 로봇(Wearable robot) 중 어느 하나에 마련되는 복수의 링크들 중 적어도 한 쌍을 포함하는 관절 구동시스템.
According to claim 1,
The link unit includes at least one pair of a plurality of links provided in any one of an exoskeleton robot or a wearable robot capable of muscle strength and gait support.
제1항에 있어서,
상기 링크부는,
인체의 고관절과 연결되는 대퇴부를 지지하는 제1링크; 및
상기 제1링크와 상기 고관절의 관절축에 대응되는 링크축으로 링크 연결되는 제2링크;
를 포함하며,
상기 제2링크는 외골격을 포함하는 관절 구동시스템.
According to claim 1,
The link part,
a first link for supporting the femur connected to the hip joint of the human body; and
a second link link-connected to the first link and a link axis corresponding to the joint axis of the hip joint;
includes,
The second link is a joint drive system comprising an exoskeleton.
제3항에 있어서,
상기 저장부는 상기 제1링크에 마련된 안착공간에 안착되어, 상기 제1링크의 움직임에 연동하는 관절 구동시스템.
4. The method of claim 3,
The storage unit is seated in the seating space provided in the first link, joint drive system that interlocks with the movement of the first link.
제3항에 있어서,
상기 구동부는 상기 링크부의 회전에 연동하도록 상기 제2링크에 축 결합되어 자세 유지되는 캠 또는 기어 세트를 포함하며,
상기 저장부는,
상기 제1링크의 회전에 연동하여 상기 캠의 프로파일(Profile) 또는 상기 기어 세트를 따라 따라 회전되는 팔로워; 및
상기 팔로워의 회전에 연동하여 직선 방향으로 구동되어, 상기 구동력을 탄성에너지로 저장 또는 출력하는 저장부재;
를 포함하는 관절 구동시스템.
4. The method of claim 3,
The driving unit includes a cam or gear set that is axially coupled to the second link to interlock with the rotation of the link unit and maintain the posture,
The storage unit,
a follower rotating along the profile of the cam or the gear set in association with the rotation of the first link; and
a storage member driven in a linear direction in association with the rotation of the follower to store or output the driving force as elastic energy;
A joint drive system comprising a.
제5항에 있어서,
상기 저장부재는 가스 스프링 또는 압축 코일 스프링을 포함하는 관절 구동시스템.
6. The method of claim 5,
The storage member is a joint drive system comprising a gas spring or a compression coil spring.
제5항에 있어서,
상기 팔로워는 상기 캠의 프로파일 또는 상기 기어 세트에 밀착되어 회전되는 팔로워 롤러 또는 팔로워 기어를 포함하며,
상기 팔로워 및 저장부재는 일체로 마련되어 상기 링크부의 링크축 인근에 마련된 안착공간에 삽입되어 안착되는 관절 구동시스템.
6. The method of claim 5,
The follower includes a follower roller or a follower gear rotated in close contact with the profile of the cam or the gear set,
The follower and the storage member are provided integrally and are inserted and seated in a seating space provided near the link shaft of the link unit.
제1항에 있어서,
상기 가이드부는 근력 지원 모드에서 상기 구동부에 대해 상기 저장부를 간섭시키는 간섭 위치 및, 보행 모드에서 상기 구동부에 대해 상기 저장부를 비간섭시키는 비간섭 위치 사이에서 이동시키는 레버를 포함하는 관절 구동시스템.
According to claim 1,
The guide unit joint drive system including a lever for moving between an interference position that interferes with the storage unit with respect to the driving unit in a muscle strength support mode, and a non-interference position that does not interfere with the storage unit with respect to the driving unit in a walking mode.
제1항에 있어서,
상기 가이드부는,
일측이 상기 저장부와 연결되어 움직임 가능한 레버; 및
상기 구동부에 대해 상기 저장부가 간섭되는 간섭 위치 및 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 상기 레버를 작동시키는 작동부재;
를 포함하는 관절 구동시스템.
According to claim 1,
The guide part,
a lever having one side connected to the storage unit and movable; and
an operation member for operating the lever between an interference position in which the storage unit interferes with the driving unit and a non-interference position in which the storage unit does not interfere with the driving unit;
A joint drive system comprising a.
제9항에 있어서,
상기 레버의 일단은 상기 링크부에 힌지 연결되고 타단은 상기 일단으로부터 절곡되어 연장되는 조작단으로 마련되되,
상기 작동부재는,
상기 레버의 일단을 중심으로 회전되는 상기 조작단의 움직임을 가이드하는 가이더; 및
상기 가이더를 따라 상기 제2레버의 조작단을 이동시키는 스위치;
를 포함하는 관절 구동시스템.
10. The method of claim 9,
One end of the lever is hingedly connected to the link part and the other end is provided as a manipulation end bent and extended from the one end,
The operating member is
a guider for guiding the movement of the operation end rotated around one end of the lever; and
a switch for moving the operation end of the second lever along the guider;
A joint drive system comprising a.
제10항에 있어서,
상기 가이더는 상기 스위치의 이동을 탄성 지지하도록 탄성력을 가지는 관절 구동시스템.
11. The method of claim 10,
The guider joint drive system having an elastic force to elastically support the movement of the switch.
제10항에 있어서,
상기 가이더는 상기 조작단의 움직임 궤적을 따라 길이 방향으로 연장되되, 중간에 곡률진 밴딩영역을 구비하는 판 스프링을 포함하는 관절 구동시스템.
11. The method of claim 10,
The guider joint drive system including a leaf spring extending in the longitudinal direction along the movement trajectory of the operation end, and having a curved bending area in the middle.
제1항에 있어서,
상기 조작단에는 상기 스위치와 연결되어 상기 가이더를 따라 회전되는 스위치 롤러가 마련되며,
상기 가이더의 양 끝단에는 상기 스위치 롤러가 안착되는 제1 및 제2롤러홈이 마련되는 관절 구동시스템.
According to claim 1,
A switch roller connected to the switch and rotated along the guider is provided at the operation end,
A joint drive system in which first and second roller grooves in which the switch roller is seated are provided at both ends of the guider.
제1항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 링크부와 연결되어 상기 관절의 구동을 보조하는 구동력을 발생시키는 구동원;
상기 구동원의 구동력에 의해 회전되는 적어도 하나의 구동기어;
상기 적어도 하나의 구동기어와 맞물려 상기 구동력을 상기 저장부로 전달하는 적어도 하나의 전달부재; 및
상기 적어도 하나의 전달부재 중 어느 하나와 연결되어 회전되는 피동기어;
를 포함하며,
상기 구동원은 모터를 포함하고, 상기 전달부재는 기어 또는 벨트를 포함하는 관절 구동시스템.
According to claim 1,
The driving unit,
a driving source connected to the link unit to generate a driving force that assists in driving the joint;
at least one driving gear rotated by the driving force of the driving source;
at least one transmission member engaged with the at least one driving gear to transmit the driving force to the storage unit; and
a driven gear connected to any one of the at least one transmission member and rotated;
includes,
The drive source includes a motor, and the transmission member is a joint drive system comprising a gear or a belt.
제14항에 있어서,
상기 가이드부는,
상기 저장부의 일측을 지지하는 회전 가이더;
상기 회전 가이더와 상기 저장부를 사이에 두고 마주하여, 상기 저장부의 타측을 지지하는 저장 가이더; 및
상기 피동기어의 회전에 연동하여 상기 저장부의 압축 및 팽창 방향으로 상기 회전 가이더의 움직임을 가이드하는 회전바;
를 포함하며,
상기 구동부로부터 상기 구동력이 전달되지 않을 경우에는, 상기 저장 가이더는 상기 저장부에 대해 상기 회전바를 따라 자유 움직임이 가능하고,
상기 구동부로부터 상기 구동력이 전달될 경우에는, 상기 회전바를 따라 움직이는 상기 회전 가이더에 의해 상기 저장부가 상기 저장 가이더를 향해 압축되거나 팽창되는 관절 구동시스템.
15. The method of claim 14,
The guide part,
a rotation guider supporting one side of the storage unit;
a storage guider that faces the rotation guider and the storage unit between them and supports the other side of the storage unit; and
a rotation bar for guiding the movement of the rotation guider in the direction of compression and expansion of the storage unit in association with the rotation of the driven gear;
includes,
When the driving force is not transmitted from the driving unit, the storage guider is capable of free movement along the rotating bar with respect to the storage unit,
When the driving force is transmitted from the driving unit, the storage unit is compressed or expanded toward the storage guider by the rotation guider moving along the rotation bar.
제15항에 있어서,
상기 저장부는 상기 피동기어의 회전에 연동하며 탄성력이 압축 또는 팽창되어, 상기 구동력을 저장하거나 출력하는 압축 코일 스프링을 포함하고,
상기 회전바는 스크류(Screw)를 포함하는 관절 구동시스템.
16. The method of claim 15,
The storage unit includes a compression coil spring interlocking with the rotation of the driven gear and compressing or expanding the elastic force to store or output the driving force,
The rotary bar joint drive system including a screw (Screw).
제15항에 있어서,
상기 회전 가이더의 위치는 가변 가능하며, 상기 회전 가이더의 위치에 따라 자유장 대비 상기 저장부의 초기 압축하중이 변경되는 관절 구동시스템.
16. The method of claim 15,
The position of the rotation guider is variable, and the joint drive system in which the initial compressive load of the storage unit is changed compared to the free field according to the position of the rotation guider.
인체의 관절축에 대응되는 링크축을 중심으로 상호 링크 연결되는 적어도 한 쌍의 링크를 포함하는 링크부;
근력지원 모드에서 구동력을 제공하도록, 상기 적어도 한 쌍의 링크 중 어느 하나에 마련되는 구동부;
상기 구동부의 프로파일을 따라 이동하면서, 상기 구동부의 구동력을 저장 또는 출력하는 저장부; 및
보행 모드 및 상기 근력 지원 모드에 따라, 상기 구동부와 저장부를 상호 연결 또는 분리되도록 가이드하는 가이드부;
를 포함하며,
상기 저장부는 상기 보행 모드에서는 상기 구동력을 저장하고, 상기 근력 지원 모드에서는 저장된 상기 구동력을 출력하여 상기 링크부의 링크 동작을 위한 근력을 보조하는 관절 구동시스템.
a link unit including at least a pair of links connected to each other through a link axis corresponding to the joint axis of the human body;
a driving unit provided on any one of the at least one pair of links to provide a driving force in the muscle strength support mode;
a storage unit configured to store or output the driving force of the driving unit while moving along the profile of the driving unit; and
a guide unit guiding the driving unit and the storage unit to be mutually connected or separated according to the walking mode and the muscle strength support mode;
includes,
The storage unit stores the driving force in the walking mode, and outputs the stored driving force in the muscle strength support mode to assist the muscle strength for the link operation of the link unit.
제18항에 있어서,
상기 링크부는,
인체의 고관절과 연결되는 대퇴부를 지지하는 제1링크; 및
상기 제1링크와 상기 링크축으로 링크 연결되는 제2링크;
를 포함하는 관절 구동시스템.
19. The method of claim 18,
The link part,
a first link for supporting the femur connected to the hip joint of the human body; and
a second link linked to the first link and the link shaft;
A joint drive system comprising a.
제19항에 있어서,
상기 구동부는 상기 제2링크에 축 결합되어 자세 유지되는 캠 또는 기어 세트를 포함하며,
상기 저장부는,
상기 제1링크의 회전에 연동하여 상기 캠의 프로파일(Profile) 또는 상기 기어 세트를 따라 회전되는 팔로워; 및
상기 팔로워의 회전에 연동하여 직선 방향으로 구동되어, 상기 구동력을 탄성에너지로 저장 또는 출력하는 저장부재;
를 포함하는 관절 구동시스템.
20. The method of claim 19,
The driving unit includes a cam or gear set that is shaft-coupled to the second link and maintained in the posture,
The storage unit,
a follower rotating along the profile of the cam or the gear set in association with the rotation of the first link; and
a storage member driven in a linear direction in association with the rotation of the follower to store or output the driving force as elastic energy;
A joint drive system comprising a.
제20항에 있어서,
상기 팔로워는 상기 캠의 프로파일 또는 상기 기어 세트에 밀착되어 회전되는 팔로워 롤러 또는 팔로워 기어를 포함하고,
상기 팔로워 및 저장부재는 일체로 마련되어 상기 링크부의 링크축 인근에 마련된 안착공간에 삽입되어 안착되며,
상기 저장부재는 가스 스프링 또는 압축 코일 스프링을 포함하는 관절 구동시스템.
21. The method of claim 20,
The follower includes a follower roller or a follower gear rotated in close contact with the profile of the cam or the gear set,
The follower and the storage member are provided integrally and are inserted and seated in a seating space provided near the link shaft of the link unit,
The storage member is a joint drive system comprising a gas spring or a compression coil spring.
제18항에 있어서,
상기 가이드부는,
일측이 상기 저장부와 연결되어 움직임 가능한 레버; 및
상기 구동부에 대해 상기 저장부가 간섭되는 간섭 위치 및 상기 구동부에 대해 상기 저장부가 비간섭되는 비간섭 위치 사이에서 상기 레버를 작동시키는 작동부재;
를 포함하며,
상기 근력 지원 모드에서 상기 레버는 상기 간섭 위치에 위치하고, 상기 보행 모드에서 상기 레버는 상기 비간섭 위치에 위치하는 관절 구동시스템.
19. The method of claim 18,
The guide part,
a lever having one side connected to the storage unit and movable; and
an operation member for operating the lever between an interference position in which the storage unit interferes with the driving unit and a non-interference position in which the storage unit does not interfere with the driving unit;
includes,
In the muscle strength support mode, the lever is positioned at the interference position, and in the walking mode, the lever is positioned at the non-interference position.
제22항에 있어서,
상기 레버의 일단은 상기 링크부에 힌지 연결되고 타단은 상기 일단으로부터 절곡되어 연장되는 조작단으로 마련되되,
상기 작동부재는,
상기 레버의 일단을 중심으로 회전되는 상기 조작단의 움직임을 가이드하는 가이더; 및
상기 가이더를 따라 상기 제2레버의 조작단을 이동시키는 스위치;
를 포함하며,
상기 가이더는 상기 조작단의 움직임 궤적을 따라 길이 방향으로 연장되되, 중간에 곡률진 밴딩영역을 구비하는 판 스프링을 포함하는 관절 구동시스템.
23. The method of claim 22,
One end of the lever is hingedly connected to the link part and the other end is provided as a manipulation end bent and extended from the one end,
The operating member is
a guider for guiding the movement of the operation end rotated around one end of the lever; and
a switch for moving the operation end of the second lever along the guider;
includes,
The guider is a joint drive system including a leaf spring extending in the longitudinal direction along the movement trajectory of the operation end, and having a curved bending area in the middle.
제23항에 있어서,
상기 조작단에는 상기 스위치와 연결되어 상기 가이더를 따라 회전되는 스위치 롤러가 마련되며,
상기 가이더의 양 끝단에는 상기 스위치 롤러가 안착되는 제1 및 제2롤러홈이 마련되는 관절 구동시스템.
24. The method of claim 23,
A switch roller connected to the switch and rotated along the guider is provided at the operation end,
A joint drive system in which first and second roller grooves in which the switch roller is seated are provided at both ends of the guider.
제18항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 링크부와 연결되어 상기 근력지원 모드에서 구동력을 발생시키는 구동원;
상기 구동원의 구동력에 의해 회전되는 적어도 하나의 구동기어;
상기 적어도 하나의 구동기어와 맞물려 상기 구동력을 상기 저장부로 전달하는 적어도 하나의 전달부재; 및
상기 적어도 하나의 전달부재 중 어느 하나와 연결되어 회전되는 피동기어;
를 포함하며,
상기 구동원은 모터를 포함하고, 상기 전달부재는 기어 또는 벨트를 포함하는 관절 구동시스템.
19. The method of claim 18,
The driving unit,
a driving source connected to the link unit to generate a driving force in the muscle strength support mode;
at least one driving gear rotated by the driving force of the driving source;
at least one transmission member engaged with the at least one driving gear to transmit the driving force to the storage unit; and
a driven gear connected to any one of the at least one transmission member and rotated;
includes,
The drive source includes a motor, and the transmission member is a joint drive system comprising a gear or a belt.
제25항에 있어서,
상기 가이드부는,
상기 저장부의 일측을 지지하는 회전 가이더;
상기 회전 가이더와 상기 저장부를 사이에 두고 마주하여, 상기 저장부의 타측을 지지하는 저장 가이더; 및
상기 피동기어의 회전에 연동하여 상기 저장부의 압축 및 팽창 방향으로 상기 회전 가이더의 움직임을 가이드하는 회전바;
를 포함하며,
상기 보행 모드에서 상기 저장 가이더는 상기 저장부에 대해 상기 회전바를 따라 자유 움직임이 가능하고,
상기 근력지원 모드에서 상기 회전바를 따라 움직이는 상기 회전 가이더에 의해 상기 저장부가 상기 저장 가이더를 향해 압축되거나 팽창되는 관절 구동시스템.
26. The method of claim 25,
The guide part,
a rotation guider supporting one side of the storage unit;
a storage guider that faces the rotation guider and the storage unit between them and supports the other side of the storage unit; and
a rotation bar for guiding the movement of the rotation guider in the direction of compression and expansion of the storage unit in association with the rotation of the driven gear;
includes,
In the walking mode, the storage guider is capable of free movement along the rotation bar with respect to the storage unit,
Joint drive system in which the storage unit is compressed or expanded toward the storage guider by the rotation guider moving along the rotation bar in the muscle strength support mode.
제26항에 있어서,
상기 저장부는 상기 피동기어의 회전에 연동하며 탄성력이 압축 또는 팽창되어, 상기 구동력을 저장하거나 출력하는 압축 코일 스프링을 포함하고,
상기 회전바는 스크류(Screw)를 포함하는 관절 구동시스템.
27. The method of claim 26,
The storage unit includes a compression coil spring interlocking with the rotation of the driven gear and compressing or expanding the elastic force to store or output the driving force,
The rotary bar joint drive system including a screw (Screw).
제26항에 있어서,
상기 회전 가이더의 위치는 가변 가능하며, 상기 회전 가이더의 위치에 따라 자유장 대비 상기 저장부의 초기 압축하중이 변경되는 관절 구동시스템.
27. The method of claim 26,
The position of the rotation guider is variable, and the joint drive system in which the initial compressive load of the storage unit is changed compared to the free field according to the position of the rotation guider.
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