KR20230091764A

KR20230091764A - 착용형 로봇

Info

Publication number: KR20230091764A
Application number: KR1020220098558A
Authority: KR
Inventors: 이연백; 최병준; 김용재; 노창현
Original assignee: (주)위로보틱스
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2022-08-08
Publication date: 2023-06-23
Also published as: KR20230092715A; KR20230092716A

Abstract

본 발명은 착용형 로봇에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 착용형 로봇은 보조력을 위한 동력을 발생시키는 구동기를 포함하고 허리 전방 또는 후방에 장착되는 본체부 및 상기 본체부의 좌우 양측에 회동 가능하게 결합되어 허벅지 전방 또는 후방으로 연장되어 고정되고, 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동하여 허벅지에 보조력을 전달하는 힘전달프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

착용형 로봇{WEARABLE ROBOT}

본 발명은 착용형 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신체에 착용되어 신체 움직임을 보조하는 착용형 로봇에 관한 것이다.

착용형 로봇은 1960년대부터 개발되기 시작하여 고부하, 고위험 작업자를 대상으로 근력증강, 신체보호를 위한 근력증강용 착용형 로봇, 노인 및 환자를 대상으로 거동을 보조하고 재활, 자세 교정을 하기 위한 착용형 보조 장치, 장애인 대상으로 신체 기능 대체하는 의족, 의수 등으로 개발되어 오고 있다.

착용형 로봇은 60년대 이후 군사/장애인 복지 등 비상업적 영역에서 시작하여 2010년 이후에는 상업적 영역인 재활/산업/건강부분으로 사업영역이 확장되어 개발되고 있다.

착용형 로봇은 사람이 착용한 상태에서 움직여야 하기 때문에 무게가 무겁고 부피가 크게 되면 사람의 움직임을 방해할 뿐만 아니라 제어가 잘못되었을 때 사람을 오히려 다치게 할 수 있다. 이러한 연유로, 무게가 무겁고 이동이 불편할 수 있지만 사람이 하지 못하는 고부하, 고위험 작업자를 도와주거나 걷지 못하는 사람을 걸을 수 있게 도와주는 등의 사용자의 니즈가 큰 분야에서 먼저 활용되었다.

산업/군사용 및 의료용이 아닌 상업적 영역에서 착용형 로봇을 적용하기 위해서는 착용자의 움직임을 제한하지 않으면서 착용자의 의도를 파악하는 것이 중요하다. 따라서, 착용형 로봇이 가벼울 뿐만 아니라 착용자의 의도를 빠르게 인식하여 착용자의 관절 움직임에 순응하여 움직여야 한다. 또한, 사람이 착용하고 움직여야 하므로 배터리 사용시간이 길어야 하는 등 전원관리시스템이 중요하다.

여러 가지 종류의 착용형 로봇 중에서도 착용자의 보행을 도와주는 착용형 로봇은 보행을 단순하게 도와주는 것 외에도 보행 효율 개선, 낙상 예방, 보행 교정, 관절부하 감소 등의 효과를 임상적으로 확인되고 있다. 사람의 활동 중에서 가장 많이 하는 것이 보행이기 때문에 보행을 돕는 착용형 로봇의 활용 가치는 높게 평가된다.

하지만 인간이 진화하면서 최적화되어 고효율 동작인 보행을 돕기 위해서는 장치의 무게가 더 가벼우면서도 보조력이 커야 한다. 나아가, 인체 관절의 가동범위를 제한하지 않음으로써 착용시 불편함이 최소화 되어야 하므로, 보행 특성(걷기, 계단 오르기, 달리기)뿐만 아니라 다양한 움직임에 맞추어 보조를 할 수 있어야 한다.

노인이나 병증환자뿐만 아니라 일반인들이 이동 시 사용할 수 있을 정도의 로봇으로써의 착용형 로봇이 되기 위해서는 앞서 얘기한 기술들이 더욱더 고도화되어야 한다.

대한민국 공개특허 제2022-0053349호

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조적으로 힘 전달 효과가 높아 비교적 파워가 약한 구동기를 사용하여도 보행시 강한 보조력을 전달시킬 수 있고, 가볍고 착용자의 움직임을 제한하지 않아 자유로운 움직임이 가능한 착용형 로봇을 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 보조력을 위한 동력을 발생시키는 구동기를 포함하고 허리 전방 또는 후방에 장착되는 본체부; 및 상기 본체부의 좌우 양측에 회동 가능하게 결합되어 허벅지 전방 또는 후방으로 연장되어 고정되고, 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동하여 허벅지에 보조력을 전달하는 힘전달프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 힘전달프레임은 길이가 가변될 수 있다.

여기서, 상기 힘전달프레임은 중첩되어 슬라이딩 이동을 하는 복수의 프레임으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 힘전달프레임은 복수의 링크로 형성되어 절곡될 수 있다.

여기서, 상기 힘전달프레임의 상단은 전후 방향 회전축을 중심으로 좌우 방향으로 회동하도록 힌지 결합될 수 있다.

여기서, 상기 본체부의 좌우 양측에 각각 결합되어 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동하는 회전 조인트부를 더 포함하고, 상기 힘전달프레임은 상기 회전 조인트부의 하단부에 전후 방향 회전축을 중심으로 좌우 방향으로 회동하도록 힌지 결합될 수 있다.

여기서, 상기 본체부는 두 개의 구동기; 및 상기 구동기를 내부에 수용하는 본체 하우징을 포함하고, 양측의 상기 힘전달프레임은 상기 구동기로부터 각각 동력을 전달받아 자유 회전할 수 있다.

여기서, 상기 본체부는 단일의 구동기; 상기 구동기를 둘러싸 내부에 수용하고 수평의 축 방향으로 자유 회전하는 구동기 프레임; 및 상기 구동기 및 상기 구동기 프레임을 내부에 수용하는 본체 하우징을 포함하고, 상기 본체부의 일측에 배치되는 힘전달프레임은 상기 구동기에서 동력을 전달 받아 회전하고, 상기 본체부의 타측에 배치되는 힘전달프레임은 구동기 프레임에 연결되어 자유 회전할 수 있다.

여기서, 상기 본체부는 단일의 구동기; 상기 구동기를 둘러싸 내부에 수용하는 본체 하우징을 포함하고, 상기 구동기는 상기 본체 하우징 내에서 수평으로 자유 회전하고, 상기 본체부의 일측에 배치되는 힘전달프레임은 상기 구동기에서 동력을 전달 받아 회전하고, 상기 본체부의 타측에 배치되는 힘전달프레임은 상기 구동기의 하우징에 연결되어 자유 회전할 수 있다.

여기서, 상기 본체부는 상기 구동기 프레임 외측에 장착되어 상기 본체 하우징에 대하여 상기 구동기 프레임을 회전시키는 베어링을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 본체부를 허리에 고정시키는 허리 착용부; 및 상기 힘전달프레임을 상기 허벅지에 고정시키는 허벅지 착용부를 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 착용형 로봇에 따르면 허벅지 전방 또는 후방에 장착되는 힘전달프레임이 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동함에 따라 보행 방향으로 직접 힘을 전달하여 힘 전달 효과가 높다는 장점이 있다.

또한, 힘 전달 효과가 높아서 단일 구동기를 사용하여 양쪽 다리에 강한 보조력을 전달시킬 수 있다는 장점도 있다.

또한, 힘전달프레임이 슬라이딩 이동하거나 링크 구조로 절곡되거나 전후 방향 회전축을 중심으로 좌우 방향으로 회동하도록 하여 착용자의 다양한 움직임을 제한하지 않고 순응하여 동작하기 때문에 착용감 및 보조력 전달 효과가 뛰어나다는 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 착용형 로봇의 착용 상태를 도시한다.
도 3은 도 1의 변형된 착용형 로봇의 착용 상태를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 착용형 로봇의 또 다른 착용 상태를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 분리 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 힘전달프레임의 슬라이딩 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 힘전달프레임의 링크 동작을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 힘전달프레임의 좌우 방향 힌지 움직임을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 보행 중 동작을 설명하는 도면이다.
도 10은 착용자의 동작 및 자세에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 동작을 설명하는 도면이다.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 착용형 로봇을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 착용형 로봇의 착용 상태를 도시하고, 도 3은 도 1의 변형된 착용형 로봇의 착용 상태를 도시하고, 도 4는 본 발명에 따른 착용형 로봇의 또 다른 착용 상태를 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇은 본체부(100) 및 힘전달프레임(200)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 허리 착용부(300) 및 허벅지 착용부(310)를 더 포함할 수 있다.

본체부(100)는 보조력을 위한 동력을 발생시키는 구동기(110)를 포함하고 허리 전방 또는 후방에 장착될 수 있다. 본체부(100)에는 구동기(110)에 전원을 공급하는 배터리(140)가 함께 장착될 수 있으나, 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 상기 배터리(140)를 포함하여 제어 기판(150)은 본체부(100)와 별도로 형성되어 허리의 다른 부위에 장착될 수도 있다.

허리 착용부(300)는 통상적인 벨트(또는 스크랩) 및 버클(또는 벨크로) 등으로 구성되어 본체부(100)를 고정시키고 허리를 감아 본체부(100)를 착용자의 허리 전방(도 2) 또는 허리 후방(도 4)에 창착시킬 수 있다. 이때, 착용자의 신체 사이즈에 맞게 허리 착용부(300)의 둘레 길이를 조절할 수 있다.

힘전달프레임(200)은 장치 본체부(100)의 양측에 회동 가능하게 결합되어 각각은 양측 허벅지를 따라서 연장되어 허벅지에 장착될 수 있다. 이때, 힘전달프레임(200)은 장치 본체부(100)의 고정 위치에 따라서 허벅지 전방 또는 후방에 배치될 수 있다. 힘전달프레임(200)은 본체부(100)의 구동기(110) 동작에 의해 회동축을 중심으로 전후 방향으로 회동하여 허벅지에 보조력을 전달할 수 있다.

힘전달프레임(200)은 긴 막대 형상으로 형성될 수 있고, 허벅지와 접촉하는 내측면은 허벅지에 밀착할 수 있도록 허벅지와 접촉하는 모양에 따라 곡면으로 형성될 수 있다. 또는, 도시된 실시예와 같이 힘전달프레임(200)은 본체부(100)에 회동 가능하게 결합되어 사각 또는 원형 단면으로 길게 연장되는 연장 프레임(210) 및 연장 프레임(210) 하단부에 고정되어 허벅지와 비교적 넓은 접촉 면적을 가지고 허벅지와 접촉하는 모양에 따라 내측면이 곡면으로 형성되고 힘전달프레임(200)을 허벅지에 고정시키는 허벅지 착용부(310)가 연결되는 고정 프레임(215)을 포함하여 구성될 수 있다.

허벅지 착용부(310)는 힘전달프레임(200)의 하단부에 연결되어 힘전달프레임(200)의 하단부를 허벅지에 고정시킬 수 있다. 허벅지 착용부(310)는 허리 착용부(300)와 마찬가지로 벨트(또는 스트랩) 및 버클(또는 벨크로) 등으로 구성될 수 있다. 도면에서는 힘전달프레임(200)의 하단부에 허벅지 착용부(310)가 형성되어 있으나 다른 위치에 형성되거나 힘전달프레임(200) 하단부 외 다른 위치에 추가로 형성될 수도 있다.

또한, 착용자의 허벅지 움직임 또는 자세를 감지하는 움직임 감지 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 제어 기판(150)은 감지 센서의 신호를 수신하여 착용자의 움직임을 예측하고, 이에 따라 본체부(100)의 구동기(110)를 제어하여 힘전달프레임(200)을 구동시켜 허벅지 움직임을 보조할 수 있다.

종래 보행을 보조하는 착용형 로봇의 일반적인 구조는 고관절 양측에 구동기(모터)가 있고, 배터리와 제어 기판은 허리에 배치되는 구조이며, 고관절 양측의 구동기에서 허벅지 측면으로 연장되는 힘전달프레임에 의해 보조력을 전달하는 구조이다. 힘전달프레임이 허벅지 측면으로 연장 배치되기 때문에, 힘전달프레임이 허벅지에 효과적으로 보조력을 전달하는 것이 어렵다.

하지만, 본 발명에서는 구동기(110)를 포함하는 본체부(100)가 허리 전방 또는 후방에 배치되고 보행 중 허벅지가 움직이는 전후 방향에 힘전달프레임(200)이 위치하므로 힘전달프레임(200)이 힘전달프레임(200)의 보조력을 허벅지에 효과적으로 전달시킬 수가 있다. 따라서, 기존의 구조에 비하여 효과적으로 보조력을 전달시킬 수 있으므로 비교적 작은 파워를 가지는 구동기(110)를 사용할 수 있고, 나아가 후술하는 바와 같이 단일의 구동기(110)를 이용하여 양측의 허벅지에 보조력을 전달시킬 수도 있어서 장치 무게를 줄일 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 상세 구성을 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 분리 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 힘전달프레임의 슬라이딩 동작을 설명하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 힘전달프레임의 링크 동작을 설명하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 힘전달프레임의 좌우 방향 힌지 움직임을 설명하는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 보행 중 동작을 설명하는 도면이고, 도 10은 착용자의 동작 및 자세에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 동작을 설명하는 도면이다.

본체부(100)는 단일의 구동기(110), 구동기 프레임(120) 및 본체 하우징(130)을 포함하여 구성될 수 있다.

구동기(110)는 회전 방향을 바꿀 수 있는 회전 모터로 구성될 수 있다. 회전 모터의 모터축(112)에는 일측 허벅지에 장착되는 힘전달프레임(200a)이 연결되어 힘전달프레임(200a)은 회전 모터의 동력에 의해 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동할 수가 있다.

구동기 프레임(120)은 긴 원통형으로 구동기(110)를 내부에 수용하고 수평의 축 방향으로 회전한다. 후술하는 바와 같이 구동기 프레임(120)은 회전 모터와 같은 별도의 구동기(110)를 통해 회전하지 않는다. 본체 하우징(130)은 구동기 프레임(120)을 내부에 수용한다.

본 실시예에서 본체 하우징(130)은 구동기 프레임(120)을 내부에 수용하도록 원통형 홀(132)이 수평 방향으로 형성되는 영역 및 배터리(140)와 제어 기판(150)이 장착되는 영역이 구분 형성될 수 있다.

본체 하우징(130)에 형성된 원통형 홀(132) 내에서 구동기 프레임(120)이 축 방향으로 자유 회전하도록 구동기 프레임(120) 외측과 원통형 홀(132) 사이에는 베어링(160)이 장착될 수 있다.

구동기 프레임(120) 내부에 위치하는 구동기(110)는 구동기 프레임(120) 내부에 고정될 수 있다. 따라서, 구동기 프레임(120)이 회전할 때 구동기(110)도 함께 회전할 수 있다.

구동기 프레임(120)의 타단에는 타측 허벅지에 장착되는 힘전달프레임(200b)이 연결되어 구동기 프레임(120)이 회전할 때 상기 힘전달프레임(200b)이 함께 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동할 수 있다.

도시되어 있는 것과 같이 구동기 프레임(120)의 타단에는 회전 조인트부(170b)가 결합될 수 있고, 회전 조인트부(170b)에 힘전달프레임(200b)이 고정될 수 있다. 또한, 회전 모터의 모터축(112)에도 회전 조인트부(170a)가 결합될 수 있다. 본 실시예에서는 모터축(112) 단부에 별도로 부쉬(165)가 결합되고, 부쉬(165)에 회전 조인트부(170a)가 결합된다.

모터축(112)의 외측면과 본체 하우징(130)의 원통형 홀(132) 사이 또는 부쉬(165)의 외측면과 본체 하우징(130)의 원통형 홀(132) 사이에는 베어링(162)이 별도 장착될 수도 있다.

한편, 도시되어 있지 않지만 구동기 프레임(120)이 별도로 구비되지 않을 수도 있다. 이때, 구동기 프레임(120) 대신에 긴 원통형의 구동기(110)가 본체 하우징(130)의 원통형 홀(132) 내에서 수평 방향으로 자유 회전할 수 있다. 구동기(110)의 외측면과 본체 하우징(130)의 원통형 홀(132) 사이에는 베어링이 별도 장착될 수 있다. 이 경우, 일측 허벅지에 장착되는 힘전달프레임(200a)은 구동기(110)의 회전력을 직접 전달받아 회전하도록, 예를 들어 구동기의 모터축(112)에 연결되어 구동기(110)의 출력으로 직접 회동할 수 있다. 타측 허벅지에 장착되는 힘전달프레임(200b)은 구동기(110)의 외형을 형성하는 하우징 타측에 연결되어 자유 회동할 수 있다.

좌우 양측의 회전 조인트부(170)의 하단부에는 힘전달프레임(200)이 전후 방향 회전축을 중심으로 좌우 방향으로 회동 가능하도록 힌지 결합될 수 있다. 회전 조인트부(170) 상단부 일측은 구동기 프레임(120) 타단 또는 부쉬(165)와 결합될 수 있고, 회전 조인트부(170) 하단부는 양측이 판상으로 연장된 형태(측면에서 보았을 때 'U'자 형태)로 형성되어 양측 판 사이에 힘전달프레임(200) 상단부가 전후 방향 회전축을 중심으로 좌우 방향으로 회동 가능하게 힌지 결합될 수 있다. 따라서, 도 8에 도시되어 있는 것과 같이 힘전달프레임(200)의 상단부를 축으로 양측의 판 사이에서 힘전달프레임(200)은 좌우 방향으로 회동이 가능하다.

따라서, 힘전달프레임(200)은 힌지 결합에 의해 좌우 방향으로 회동할 수 있고, 회전 조인트부(170)의 회전에 의해 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로도 회동할 수가 있다.

또한, 힘전달프레임(200)은 길이가 가변될 수 있다. 본 발명에서 본체부(100)는 고관절이 아닌 허리에 장착된다. 따라서, 의자에 앉거나 허리를 굽히는 경우와 같이 착용자의 자세 또는 움직임에 따라서 본체부(100) 양측과 힘전달프레임(200) 하단 사이의 직선 거리가 바뀔 수 있다. 이때, 힘전달프레임(200)의 길이가 고정되면 힘전달프레임(200)이 착용자의 움직임을 제한(방해)할 수 있다. 이때, 본 발명에서는 착용자의 자세 또는 움직임 따라서 순응하여 힘전달프레임(200)의 길이가 가변되도록 하여 힘전달프레임(200)이 착용자의 움직임을 제한하는 것을 방지할 수가 있다.

도 6에 도시되어 있는 것과 같이 힘전달프레임(200)은 중첩되어 슬라이딩 이동을 하는 복수의 프레임으로 형성될 수 있다. 따라서, 착용자의 자세 또는 움직임에 따라서 순응하여 힘전달프레임(200)의 양단 길이가 가변될 수 있다.

또는, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이 힘전달프레임(200)은 복수의 링크로 형성되어 착용자의 움직임에 따라서 순응하여 절곡되거나 펴지도록 구성될 수 있다. 이때 링크는 전후 방향으로 절곡되거나 좌우 방향으로 절곡되도록 링크 결합될 수 있다. 따라서, 착용자의 자세 또는 움직임에 따라서 순응하여 링크의 절곡양이 달라지기 때문에 힘전달프레임(200)이 착용자의 움직임을 제한하는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 착용형 로봇은 타측 허벅지를 기준으로 일측 허벅지를 보조하는 방식으로 보조력을 지지 및 발생시킨다. 즉, 타측 허벅지의 힘전달프레임(200b)은 구동기 프레임(120)과 연결되며, 일측 허벅지의 힘전달프레임(200a)은 구동기(110)의 회전력을 직접 받을 수 있도록, 예를 들면 구동기(110)의 모터축(112)에 연결되어 구동기(110)의 출력으로 직접 회전할 수 있다. 따라서, 구동기(110)가 동력을 발생시키면 타측 허벅지(다리)를 기준으로 일측 허벅지의 힘전달프레임(200a)은 일측 허벅지(다리)를 전방으로 벌리거나 후방으로 당기는 방향으로 동작하게 된다.

따라서, 도 9에 도시되어 있는 것과 같이 구동기(110)에서 발생하는 출력은 일측 허벅지의 힘전달프레임(200a)을 통해 일측 허벅지에 전달하게 되고, 반대쪽 허벅지에는 구동기(110) 회전력(출력)에 대한 반작용력이 보조력으로 전달될 수 있다. 즉, 단일 구동기(110)를 이용하여 양쪽 허벅지(다리)를 서로 반대 방향의 회전력으로 동시에 보조력을 전달시킬 수 있다. 이때, 일측 허벅지의 힘전달프레임(200a)에 작용하는 구동기(110)의 회전출력과 구동기(110) 회전력에 대하여 타측 허벅지의 힘전달프레임(200)에 작용하는 회전반작용력이 구동기 프레임(120)에서 서로 상쇄되어 보조력에 대한 반작용력만 착용자에게 전달될 수 있다. 따라서, 본체부(100)에는 작은힘만 전달되어 착용자가 느끼는 반발력이 작아 구조적으로 착용감이 개선될 수 있다.

또한, 도 10에 도시되어 있는 것과 같이 구동기 프레임(120)은 본체 하우징(130)의 원통형 홀(132) 내에서 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동할 수 있다. 이때, 구동기 프레임(120) 내부에 고정되는 구동기(110)도 구동기 프레임(120)과 함께 회전할 수 있다. 따라서, 착용자의 다양한 자세 및 움직임에 대하여 허리에 위치가 고정되는 본체 하우징(130)을 기준으로 구동기 프레임(120)의 회전 방향 기준 위치가 순응하여 바뀔 수 있으므로 착용자의 착용감이 향상될 수 있다.

예를 들어, 도 10의 (a)에 도시되어 있는 것과 같이 평지를 보행할 때, 도 10의 (b)에 도시되어 있는 것과 같이 계단을 올라가거나 내려갈 때, 도 10의 (c)에 도시되어 있는 것과 같이 의자에 앉았을 때, 허리에 위치가 고정되는 본체 하우징(130)에 대한 구동기 프레임(120)의 동작 기준 각도를 자세에 따라 순응하여 바뀔 수가 있다. 도 10의 (c)에서와 같이 의자에 앉았을 때에는 양 다리의 상대 움직임이 없으므로 구동기(110)의 출력 없이(보조력의 발생 없이) 구동기 프레임(120)이 본체 하우징(130) 내에서 자유 회전만 일어나게 된다.

또한, 전술한 바와 같이 힘전달프레임(200)은 힌지 결합되어 좌우로도 회전 가능하고 힘전달프레임(200)의 길이가 가변적으로 형성되거나 링크 구조로 형성되어, 착용자의 다양한 자세(허리를 전후 방향으로 굽히거나 의자에 착석하는 자세 등) 및 좌우로 벌리거나 오므리는 허벅지의 자세 등에 대하여 힘전달프레임(200)이 움직임을 제한하는 것이 아니라 순응하여 움직이도록 하여 착용형 로봇의 보조력 전달 효율 및 착용감을 개선시킬 수 있다.

전술한 실시예에서는 단일 구동기(110)에 의해 일측 허벅지에 고정되는 힘전달프레임(200a)에 보조력을 직접 전달하고 타측 허벅지에 고정되는 힘전달프레임(200b)에는 지지되는 다리에 의한 반작용력으로 보조력을 전달하는 구조이나, 도시되어 있지 않지만 두 개의 구동기를 구비하고 각 구동기가 양측의 힘전달프레임(200)을 각각 회전시키도록 구성될 수도 있다. 이때, 본체부(100)는 착용자의 허리에 고정되고 힘전달프레임(200)은 허벅지의 전방 또는 후방에 배치되므로 보조력의 힘전달 효율이 좋아서, 상대적으로 적은 파워의 구동기를 사용할 수가 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100: 본체부
110: 구동기
112: 모터축
120: 구동기 프레임
130: 본체 하우징
132: 홀
140: 배터리
150: 제어 기판
160: 베어링
162: 베어링
165: 부쉬
170: 회전 조인트부
200: 힘전달프레임
210: 연장 프레임
215: 고정 프레임
300: 허리 착용부
310: 허벅지 착용부

Claims

보조력을 위한 동력을 발생시키는 구동기를 포함하고 허리 전방 또는 후방에 장착되는 본체부; 및
상기 본체부의 좌우 양측에 회동 가능하게 결합되어 허벅지 전방 또는 후방으로 연장되어 고정되고, 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동하여 허벅지에 보조력을 전달하는 힘전달프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 힘전달프레임은 길이가 가변되는 착용형 로봇.
제2 항에 있어서,
상기 힘전달프레임은 중첩되어 슬라이딩 이동을 하는 복수의 프레임으로 형성되는 착용형 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 힘전달프레임은 복수의 링크로 형성되어 절곡되는 착용형 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 힘전달프레임의 상단은 전후 방향 회전축을 중심으로 좌우 방향으로 회동하도록 힌지 결합되는 착용형 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 본체부의 좌우 양측에 각각 결합되어 좌우 방향 회전축을 중심으로 전후 방향으로 회동하는 회전 조인트부를 더 포함하고,
상기 힘전달프레임은 상기 회전 조인트부의 하단부에 전후 방향 회전축을 중심으로 좌우 방향으로 회동하도록 힌지 결합되는 착용형 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 본체부는
두 개의 구동기; 및
상기 구동기를 내부에 수용하는 본체 하우징을 포함하고,
양측의 상기 힘전달프레임은 상기 구동기로부터 각각 동력을 전달받아 회전하는 착용형 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 본체부는
단일의 구동기;
상기 구동기를 둘러싸 내부에 수용하고 수평의 축 방향으로 자유 회전하는 구동기 프레임; 및
상기 구동기 및 상기 구동기 프레임을 내부에 수용하는 본체 하우징을 포함하고,
상기 본체부의 일측에 배치되는 힘전달프레임은 상기 구동기에서 동력을 전달 받아 회전하고,
상기 본체부의 타측에 배치되는 힘전달프레임은 구동기 프레임에 연결되어 자유 회전하는 착용형 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 본체부는
단일의 구동기;
상기 구동기를 둘러싸 내부에 수용하는 본체 하우징을 포함하고,
상기 구동기는 상기 본체 하우징 내에서 수평으로 자유 회전하고,
상기 본체부의 일측에 배치되는 힘전달프레임은 상기 구동기에서 동력을 전달 받아 회전하고,
상기 본체부의 타측에 배치되는 힘전달프레임은 상기 구동기의 하우징에 연결되어 자유 회전하는 착용형 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 본체부는
상기 구동기 프레임 외측에 장착되어 상기 본체 하우징에 대하여 상기 구동기 프레임을 회전시키는 베어링을 더 포함하는 착용형 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 본체부를 허리에 고정시키는 허리 착용부; 및
상기 힘전달프레임을 상기 허벅지에 고정시키는 허벅지 착용부를 더 포함하는 착용형 로봇.