KR20230143801A - 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇 및 이의 수동형 근력지원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 내부에 구동 공간을 구비하도록 상호 결합된 제1 및 제2구동 몸체; 사용자의 고관절 부위를 지지하는 제1거치부와 상기 제1구동 몸체를 연결시키는 제1연결부; 상기 사용자의 대퇴부 부위를 지지하는 제2거치부와 상기 제1구동 몸체를 상호 연결시키는 제2연결부; 상기 사용자의 복부 부위를 지지하는 제3거치부와 상기 제2구동 몸체를 상호 연결시키는 제3연결부; 및 상기 제1 및 제2구동 몸체 사이의 구동 공간에 마련되어 제1 및 제2구동 몸체 사이의 회전 및 탄성 복원력이 제공되도록 하는 회전가이드부;를 포함하는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇의 수동형 근력지원장치가 제공될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 간단한 조작으로 사용자의 근력 지원이 용이하여 사용성을 향상시킬 수 있다.

Description

고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇 및 이의 수동형 근력지원장치{EXOSKELETON ROBOT AND ITS PASSIVE MUSCLE SUPPORT APPARATUS}

본 발명은 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇 및 이의 수동형 근력지원장치에 관한 것에 관한 것으로서, 간단한 조작으로 근력 지원을 위한 탄성력 가변이 용이하며, 장착과 탈착이 간편한 사용 편의성을 향상시킬 수 있는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇 및 이의 수동형 근력지원장치에 관한 것이다.

일반적으로 근력 지원을 위한 수동형 외골격 로봇의 지지 거치부는 소정 하중물의 리프팅(Lifting) 동작시에 가슴부위를 밀어주거나, 등쪽에 위치하여 허리를 당겨주는 방식으로 근력 지원이 이루어진다. 이러한 관절 모듈은 가스 스프링, 코일 스프링, 태엽 스프링 등과 같은 스프링에 탄성에너지를 저장하여 근력 지원에 이용한다. 특히, 신체의 요추 및 천추 부위의 인대와 요추 관절 부위에 저장된 탄성력을 출력하여 하중물을 들어 올리거나 옮길 때에 사용자가 앞으로 굽히거나 뒤틀릴 때의 부하를 감소시켜 근력 지원 역할을 수행하게 된다.

한편, 근력 지원 외골격은 그 용도에 따라 지지 형태 및 위치에 따라 관절 모듈을 별도로 제작하여 사용자의 신체를 지지하는 거치부와 연결시켜야만 한다. 이에 따라, 근력 지원의 종류에 따라 개별적으로 외골격 로봇을 제조하게 되며, 사용자가 외골격 로봇의 착탈이 용이하지 않으며, 사용이 복잡하여 경제적으로 효율적인 사용성이 낮다. 따라서, 근래에는 외골격 로봇의 사용성을 향상시키기 위한 다양한 연구가 지속적으로 요구되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제1490617호(2015.01.30) 대한민국 등록특허공보 제1073525호(2011.10.07)

본 발명의 목적은 간단한 조작으로 근력 지원이 용이하면서도 착용성 향상에 따른 사용성이 우수한 외골격 로봇을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적이 달성된 외골격 로봇의 수동형 근력지원장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 작업자의 복부 위치를 지지토록 함으로써, 쪼그려 앉아서 작업하는 빈도가 높은 페인트공이나 바닥 작업 근로자들이 수시로 일어서고 앉기를 반복 시, 고관절의 근력을 지원하여 피로도를 낮추는 외골격 로봇의 수동형 근력지원장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 내부에 구동 공간을 구비하도록 상호 결합된 제1 및 제2구동 몸체;

사용자의 고관절 부위를 지지하는 제1거치부와 상기 제1구동 몸체를 연결시키는 제1연결부;

상기 사용자의 대퇴부 부위를 지지하는 제2거치부와 상기 제1구동 몸체를 상호 연결시키는 제2연결부;

상기 사용자의 복부 부위를 지지하는 제3거치부와 상기 제2구동 몸체를 상호 연결시키는 제3연결부; 및

상기 제1 및 제2구동 몸체 사이의 구동 공간에 마련되어 제1 및 제2구동 몸체 사이의 회전 및 탄성 복원력이 제공되도록 하는 회전가이드부;를 포함하는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇의 수동형 근력지원장치가 제공될 수 있다.

이때, 상기 제1연결부는 제1구동몸체의 중앙에 형성되는 피봇홀과 제1거치부의 장착홀을 차례로 관통하여 결합되는 축결합부재 및 상기 축결합부재의 단부를 제1거치부 내측에서 체결시켜 이탈을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제2연결부는, 제1구동 몸체의 하측으로부터 일정길이 직선방향으로 돌출 연장되고, 제2거치부의 제1연결부재의 타단이 삽입 결합되는 장공홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제3연결부는,

제2구동몸체의 외표면에 수직방향으로 형성되는 축가이드홀;

상기 축가이드홀에 삽탈 가능하게 결합되어 높낮이가 조절되는 승강샤프트와, 상기 승강샤프트 상단에 제3거치부의 제2연결부재가 결합되는 조인트부로 이루어지는 승강조인트부재; 및

상기 축가이드홀을 수평방향으로 관통하도록 착탈 결합되어 승강샤프트의 고정위치를 간섭하는 락킹핀;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 승강샤프트의 외면에는 길이방향으로 등 간격 배치되어 키홈 형태로 함몰되는 복수 개의 락킹홈들이 형성되고, 상기 락킹홈에 락킹핀이 수평방향으로 관통하여 키결합이 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 상기 회전가이드부는,

제1구동몸체의 구동공간 내경에 조립되는 베어링부재;

일면이 상기 베어링부재에 대면하여 베어링에 의한 회전운동이 지지되고 반대면이 제2구동몸체에 결합되어 함께 회전하는 스핀휠; 및

상기 베어링부재 내측에 설치되어 일단부가 제1구동몸체 측에 고정되고 타단부가 스핀휠에 고정되어 제1구동몸체와 제2구동몸체가 상대적으로 회동이 이루어질 때, 탄성 복원력이 제공되도록 하는 탄성체;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스핀휠은 일면 외주연에 복수개의 베어링볼들이 일정 간격 이격된 위치에 안착되도록 하는 볼 가이드홀들이 형성되고, 그 반대면에는 기어형태로 돌출되어 제2구동몸체 측에 치합되는 결합돌부가 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면,

사용자의 고관절 부위에 거치되는 제1거치부;

상기 사용자의 대퇴부 부위에 거치되는 제2거치부;

상기 사용자의 복부 부위에 거치되는 제3거치부; 및

근력 지원을 위한 탄성 에너지를 저장하여 구동력을 제공하는 제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 하나에 기재된 수동형 근력지원장치;를 포함하며,

상기 수동형 근력지원장치는 제1 내지 제3거치부를 각각 결합하는 제1연결부, 제2연결부, 제3연결부를 형성하는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇이 제공될 수 있다.

이때, 상기 제1거치부는 어깨(shoulder) 및 엘보우(elbow)를 지원하는 상지 및, 엉덩이(Hip), 무릎(knee) 및 발목(ankle)을 지원하는 하지를 각각 연결하는 복수의 링크가 연결될 수 있다.

또한, 상기 제1거치부는 상기 사용자의 고관절 부위에 밀착되도록 소정 면적을 가지는 적어도 한 쌍의 제1거치 몸체를 포함하며, 상기 제1거치 몸체는 상기 제1연결부가 연결되는 장착홀이 관통 형성되고, 복수의 링크들이 각각 연결되는 복수의 링크홀이 관통 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2거치부는 상기 사용자의 대퇴부 부위에 밀착되도록 곡률진 적어도 한 쌍의 제2거치 몸체를 포함하며, 상기 제2거치 몸체와 상기 제2연결부는 제1연결부재에 의해 상호 링크 연결될 수 있다.

또한, 상기 제3거치부는 상기 사용자의 복부 부위에 장착 또는 탈착 가능하게 밀착되는 제3거치 몸체를 포함하며, 상기 제3거치 몸체와 상기 제3연결부는 제2연결부재에 의해 상호 링크 연결될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 외골격 로봇을 착용한 사용자의 단순한 조작으로 수동형 근력지원장치가 탄성력을 변형시켜 탄성력을 저장시킬 수 있다. 그로 인해, 기존의 불필요한 관절 구동 동작 없이도 근력 지원에 필요한 구동력을 간단하게 저장 및 출력시킬 수 있고, 특히, 제3거치부를 통해서 작업자의 복부 위치를 지지토록 함으로써, 쪼그려 앉아서 작업하는 빈도가 높은 페인트공이나 바닥 작업 근로자들이 수시로 일어서고 앉기를 반복 시, 고관절의 근력을 지원하여 피로도를 낮추는 것은 물론, 작업자의 부상을 방지할 수 있다.

둘째, 간편한 수동 조작으로 인한 구성품을 간소화시킬 수 있어 사이즈 감소에 따른 착용성도 향상시킬 수 있으며, 경제적으로도 효율적이다.

셋째, 사용자의 다양한 사용 조건에 대응하여 사용자의 가슴 또는 등 부위와 연결되도록 지지형태를 용이하게 변경시킬 수 있음으로써, 착용 및 탈착이 용이함에 따른 사용성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 외골격 로봇을 사용자가 착용한 상태를 정면에서 바라본 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 외골격 로봇을 사용자가 착용한 상태를 측면에서 바라본 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 외골격 로봇을 사용자가 착용한 상태를 후면에서 바라본 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 외골격 로봇을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 외골격 로봇을 개략적으로 분해 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 수동형 근력지원장치를 분해하여 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.

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.

도 1 내지 도 3을 참고하면 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 외골격 로봇(1)을 사용자가 착용한 상태를 정면, 측면 및 후면에서 바라본 사시도가 개략적으로 도시된다. 또한, 도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 외골격 로봇(1)의 사시도가 개략적으로 도시된다.

참고로, 본 발명에서 설명하는 외골격 로봇(1)은 도 1 내지 도 3과 같이, 근력 지원을 위해 사용자(H)가 착용하는 것으로서, 소정 하중물을 들어 올리는 리프팅(Lifting) 동작 시 복부부위를 밀어주거나 고관절의 근력을 지원할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 요지인 외골격 로봇(1)에 적용되는 수동형 근력지원장치(100)와 관련된 주요 구성에 대해서만 자세히 설명한다.

도 1 내지 도 4의 도시와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 외골격 로봇(1)은 제1거치부(10), 제2거치부(20), 제3거치부(30) 및 수동형 근력지원장치(100)를 포함하여, 사용자(H)가 착용한다.

제1거치부(10)는 사용자(H)의 고관절 부위에 거치된다. 여기서, 제1거치부(10)는 도 2 및 도 3의 도시와 같이, 사용자(H)의 고관절 부위의 양측에 각각 거치되도록, 한 쌍으로 마련된다. 이러한 제1거치부(10)는 도 4의 도시와 같이, 제2 및 제3거치부(20)(30)와 연결되며, 후술할 수동형 근력지원장치(100)가 장착된다. 즉, 제1거치부(10)는 외골격 로봇(1)의 각 부위를 연결하는 복수의 링크(미도시)와 연결되며, 사용자(H)가 원활하게 근력 및 보행 지원을 위하여 수동형 근력지원장치(100)를 착용하기 위한 것이다.

이를 위해, 제1거치부(10)는 도 5의 도시와 같이, 고관절에 밀착될 수 있도록 소정 면적을 가지는 플레이트 형상의 제1거치 몸체(11)를 포함한다. 제1거치 몸체(11)에는 후술할 수동형 근력지원장치(100)가 장착되는 장착홀(12)이 관통 형성되며, 외골격 로봇(1)의 각 부위를 연결하는 복수의 링크(미도시)들과 연결되는 복수의 링크홀(13)들이 관통 형성된다.

여기서, 제1거치 몸체(11)는 대략 중심 부위가 관통되어 장착홀(12)이 마련된 형상을 가지며, 보다 구체적으로는 옆으로 기울어진 대략 'A'자 형상을 가질 수 있다. 또한, 옆으로 기울어진 'A'자 형상의 제1거치 몸체(11)의 각 단부에 복수의 링크홀(13)들이 관통 형성된다. 이러한 제1거치 몸체(11)의 형상은 일 예이며, 한정사항은 아니다.

참고로, 복수의 링크홀(13)들은 어깨(shoulder) 및 엘보우(elbow)를 지원하는 상지 및, 엉덩이(Hip), 무릎(knee) 및 발목(ankle)을 지원하는 하지를 각각 연결하는 적어도 하나의 링크(미도시)들이 각각 연결될 수 있다.

이러한 제1거치 몸체(11)의 형상, 장착홀(12) 및 링크홀(13)의 형성 위치, 개수 및 크기 등은 도시된 예로만 한정되지 않으며, 다양한 형상으로 변경 가능함은 당연하다.

이상과 같이 제1거치부(10)는 장착홀(12) 및 링크홀(13)들을 구비함으로써, 사용자(H)가 근력 및 보행지원을 위하여 후술할 수동형 근력지원장치(100)와 복수의 링크들의 착용을 가이드한다.

제2거치부(20)는 사용자(H)의 대퇴부 부위에 거치된다. 이러한 제2거치부(20)는 도 4의 도시와 같이, 사용자(H)의 곡률진 대퇴부 형상에 대응하여 곡률진 면 형상의 제2거치 몸체(21)를 포함하여, 사용자(H)의 대퇴부에 밀착될 수 있다. 이러한 제2거치부(20)는 사용자의 한 쌍의 다리에 대응하여 한 쌍의 제2거치 몸체(21)를 포함하여, 사용자(H)의 한 쌍의 대퇴부에 각각 밀착 거치된다.

한편, 제2거치부(20)는 후술할 수동형 근력지원장치(100)와 링크 연결되는 제1연결부재(22)를 포함한다. 이러한 제1연결부재(22)는 제2거치 몸체(21)에 일단이 고정되고, 타단이 수동형 근력지원장치(100)와 연결되는 와이어(Wire) 형상을 가질 수 있다. 이때, 제1연결부재(22)는 한 쌍의 제2거치 몸체(21)에 대응하여, 한 쌍으로 마련된다.

여기서, 제2거치부(20)와 연결되는 제1연결부재(22)는 근력 지원시 사용자의 고관절과 연결되는 복수의 링크 및 후술할 제3거치부(30)와의 상대적 움직임을 이용하여, 수동형 근력지원장치(100)와 연결되는 복수의 링크들과 연동된다. 이러한 제1연결부재(22)는 수동형 근력지원장치(100)에 대한 탄성 에너지의 저장 전환을 위한 일종의 간섭 링크이다.

제3거치부(30)는 사용자(H)의 복부 부위에 거치된다. 본 실시예에서는 제3거치부(30)가 도 1 내지 도 3의 도시와 같이, 사용자(H)의 복부에 거치되는 것으로 예시하나, 한정사항은 아니다. 이러한 제3거치부(30)는 도 4 및 도 5의 도시와 같이, 사용자(H)의 복부에 밀착되는 소정 면적을 가지는 제3거치 몸체(31)를 포함한다.

한편, 도 4의 도시와 같이, 제3거치부(30)는 제3거치 몸체(31)와 수동형 근력지원장치(100)를 상호 연결시키는 제2연결부재(32)를 포함한다. 이러한 제2연결부재(32)의 일단은 제3거치 몸체(31)에 고정되고 타단은 수동형 근력지원장치(100)와 연결되는 와이어 형상을 가진다. 이때, 제2연결부재(32)는 제3거치 몸체(31)의 양측과 각각 연결되도록 한 쌍으로 마련됨이 좋다. 여기서, 제2연결부재(32) 또한, 제1연결부재(22)와 마찬가지로 수동형 근력지원장치(100)에 대한 탄성 에너지의 저장 전환을 위한 일종의 간섭 링크이다.

수동형 근력지원장치(100)는 제1 내지 제3거치부(10)(20)(30)와 연동하도록 마련되어, 근력 지원을 위한 탄성 에너지를 저장하여 구동력을 제공한다. 여기서, 수동형 근력지원장치(100)는 제1거치부(10)에 장착되어, 제2 및 제3거치부(20)(30)와의 연결 각도에 따라 탄성 에너지가 저장된다.

이를 위해, 수동형 근력지원장치(100)는 도 6의 도시와 같이, 제1구동몸체(120), 제2구동몸체(130), 제1연결부(140), 제2연결부(150), 제3연결부(160), 및 회전가이드부(170)를 포함한다.

상기 제1구동 몸체(120)와 제2구동 몸체(130)는 상호 동축 회전 가능하게 결합된다.

이때, 상기 제1구동 몸체(120)는 구동 공간(121)을 구비하며, 제2구동 몸체(130)는 일종의 커버와 같이, 제1구동 몸체(120)에 마련된 구동 공간(121)을 커버하도록 마련된다.

상기 제1연결부(140)는 제1거치부(10)에 대해 제1구동 몸체(120)를 연결시키는 역할을 한다.

이러한, 제1연결부(140)는 제1구동몸체(120)의 중앙에 형성되는 피봇홀(123)과 제1거치부(10)의 장착홀(12)을 차례로 관통하여 결합되는 축결합부재(141) 및 상기 축결합부재(141)의 단부를 제1거치부(10) 내측에서 체결시켜 이탈을 방지하는 체결부재(143)로 형성될 수 있다.

또한, 상기 체결부재(143)와 제1거치부(10) 사이에는 마찰방지 가스켓(145)이 개재되어 축회동시 마찰에 의한 부품간 마모현상을 방지할 수 있다.

이때, 상기 마찰방지 가스켓(145)은 제1구동몸체(120)와 제1거치부(10) 사이에 개재되어 축회동시 마찰에 의한 부품간 마모현상을 방지할 수 있다.

이와 같은 제1연결부(140)의 축결합 구조를 통해서 제1거치부(10)에 제1구동 몸체(120)가 회전 가능하게 결합된다.

그리고, 상기 제1구동몸체(110)의 하부에는 제2연결부(150)가 형성되고, 상기 제2연결부(150)를 이용해 제2거치부(20)가 착탈 가능하게 결합된다.

이를 위해, 제2연결부(150)는 제1구동 몸체(120)의 하측으로부터 일정길이 직선방향으로 돌출 연장된다.

이때, 상기 제2연결부(150)는 제2거치부(20)의 제1연결부재(22)의 타단이 삽입 결합되는 장공홈(151)이 형성된다.

그리고, 상기 제2구동몸체(130)의 외표면에는 제3연결부(160)가 형성되고, 상기 제3연결부(160)를 이용해 제3거치부(30)가 착탈 가능하게 결합된다.

상기 제3연결부(160는, 제2구동몸체(130)의 외표면에 수직방향으로 축가이드홀(161)이 형성된다.

이때, 상기 축가이드홀(161)은 제2구동몸체(130)의 외표면에 대해 일정높이 돌출되는 형태로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 축가이드홀(161)에 삽탈 가능하게 승강조인트부재(163)이 결합된다.

상기 승강조인트부재(163)는 축가이드홀(161)에 축 결합되어 높낮이가 조절되는 승강샤프트(163a)와, 상기 승강샤프트(163a) 상단에 제3거치부(30)의 제2연결부재(32)가 결합되는 관체 형상의 조인트부(163b)로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 축가이드홀(161)을 수평방향으로 관통하도록 락킹핀(164)이 착탈 가능하게 결합된다.

상기 락킹핀(164)는 승강샤프트(163a)의 외면을 락킹시켜 높낮이 고정위치를 간섭하게 된다.

이때, 상기 승강샤프트(163a)의 외면에는 길이방향으로 등 간격 배치되어 키홈 형태로 함몰되는 복수 개의 락킹홈(163c)들이 형성될 수 있고, 상기 락킹홈(163c)에 락킹핀(164)이 수평방향으로 관통하여 키결합이 이루어지도록 함으로써, 승강조인트부재(163)의 높낮이가 조절되도록 할 수 있다.

이와 같은 승강조인트부재(163)의 높낮이 조절에 의해서 사용자의 신체(복부)를 지지하는 제3거치부(30)의 위치를 사용자의 신체조건에 맞춰 상, 하 방향으로 조절되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 제1구동몸체(120)와 제2구동몸체(130) 사이에는 회전가이드부(170)를 형성할 수 있다.

상기 회전가이드부(170)는 제1구동몸체(120)의 구동공간(121) 내경에 조립되는 베어링부재(171)와, 상기 일면이 상기 베어링부재(171)에 대면하여 베어링에 의한 회전운동이 지지되고 반대면이 제2구동몸체(130)에 결합되어 함께 회전하는 스핀휠(173)과, 상기 베어링부재(171) 내측에 설치되어 일단부가 제1구동몸체(120) 측에 고정되고 타단부가 스핀휠(173)에 고정되어 제1구동몸체(120)와 제2구동몸체(130)가 상대적으로 회동이 이루어질 때, 탄성 복원력이 제공되도록 하는 탄성체(175)로 구성된다.

상기 베어링부재(171)는 원형링 형태의 테두리에 복수개의 베어링볼(미도시)들이 구름 운동되는 원형의 트랙을 형성한다.

그리고, 상기 스핀휠(173)의 일면 외주연에는 복수개의 베어링볼(미도시)들이 일정 간격 이격된 위치에 안착되도록 하는 볼 가이드홀(173a)들이 형성되고, 스핀홀(173)의 반대면에는 기어형태로 돌출되어 제2구동몸체(130) 측에 치합되는 결합돌부(173b)가 형성될 수 있다.

이때, 제1 및 제2구동 몸체(120)(130) 사이의 구동 공간(121)에 마련되는 탄성체(175)는 토션 스프링 형태로 제공될 수 있다.

이와 같은, 상기 탄성체는 제2 및 제3연결부(150)(160) 중 적어도 어느 하나의 움직임에 연동하여 탄성력이 가변되도록 하는 것으로서, 이러한 탄성체를 코일형태의 토션 스프링으로 제공하는 경우, (토션 스프링)탄성체의 내측에 마련되는 내측 단부는 제1구동몸체(120) 측과 연결되어 제2연결부(150)의 움직임에 연동되도록 하고, 외측에 마련되는 외측 단부는 제2구동몸체(130) 측과 연결되어 제3연결부(160)의 움직임에 연동하도록 할 수 있다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 외골격 로봇(1)의 수동형 근력지원장치(100)의 수동 근력 지원 동작을 도 4 내지 도 6을 참고하여 설명한다.

도 4 및 도 5의 도시와 같이, 제1거치부(10)의 제1거치 몸체(11)에 관통 형성된 장착홀(12)에 수동형 근력지원장치(100)의 몸체부(110)가 장착된다. 이때, 제1거치 몸체(11)에 마련된 복수의 링크홀(13)에는 복수의 링크(미도시)가 연결된다.

이때, 제1거치부(10)의 장착홀(12)에는 제1구동몸체(120)를 내측에서 관통하는 제1연결부(140)의 축결합부재(141)가 관통 결합하고, 상기 축결합부재(141)의 단부를 체결부재(143)이 결합하여 제1거치부(10)와 제1구동몸체(120) 사이가 회동 가능한 상태로 결합하게 된다.

또한, 제1구동몸체(120)에 연장된 제2연결부(150)에 제2거치부(20)의 제1연결부재(22)가 축 결합되어 제2거치부(20)의 연결이 완료된다.

그리고, 제2구동몸체(130)에 형성된 제3연결부(160)에는 제3거치부(30)의 제2연결부재(32)가 축 결합되어 제3거치부(30)의 연결이 완료된다.

상기한 바와 같은 제1거치부(10), 제2거치부(20), 제3거치부(40), 근력지원장치(100)의 결합구조는 사용자의 좌, 우측에 대칭형태로 설치된다.

이렇게 수동형 근력지원장치(100)를 구비하는 외골격 로봇(1)을 사용자(H) 착용한 상태에서, 사용자(H)는 보행하거나 하중물을 들어 올리는 보행 또는 근력 지원 동작을 수행한다.

여기서, 외골격 로봇(1)을 착용한 사용자(H)가 수화물을 들어 올리기 위해서, 허리를 숙이거나 다리를 굽힐 경우, 사용자(H)의 대퇴부에 거치된 제2거치부(20)가 회전되고, 제2거치부(20)의 회전 움직임은 제1연결부재(22)를 통해 제2연결부(150)를 연동시킨다. 이러한 제2거치부(20)와 제2연결부(150)의 회전 동작에 연동하여, 탄성체(175)가 압축되어 탄성력이 저장된다.

이후, 사용자(H)가 수화물을 들어 올리고자 허리와 다리를 펴는 동작을 진행하게 되면, 탄성체(175)에 저장된 탄성 복원력이 작용하여 사용자(H)의 근력을 지원하게 되고, 이로써, 사용자(H)는 무리하지 않고 적은 힘으로 수화물을 들어 올릴 수 있게 되어 부상을 예방할 수 있게 된다.

이상과 같은 본 발명은 외골격 로봇(1)의 근력 지원시, 제1 내지 제3거치부(10)(20)(30)의 상대적인 움직임을 이용하여 수동형 근력지원장치(100)가 탄성력을 저장하여 근력을 지원하게 된다.

특히, 본 발명은 제3거치부(30)를 통해서 작업자의 복부 위치를 지지토록 함으로써, 쪼그려 앉아서 작업하는 빈도가 높은 페인트공이나 바닥 작업 근로자들이 수시로 일어서고 앉기를 반복 시, 고관절의 근력을 지원하여 피로도를 낮추는 것은 물론, 작업자의 부상을 방지할 수 있게 된다.

이로 인해, 사용자(H)가 관절부의 움직임을 통해 직접 하중을 부과하여 탄성부(170)를 변형시키는 기존의 방식과 달리, 사용자(H)의 움직임에 연동하여 탄성 에너지를 저장하여 근력을 적용할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 수동형 근력지원장치(100)로 인해 사용자(H)의 불필요한 움직임을 감소시킬 수 있으며, 적은 근력 소모량으로도 충분한 근력 지원이 가능하다.

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.

1: 외골격 로봇 H: 사용자
10: 제1거치부 20: 제2거치부
30: 제3거치부 100: 수동형 근력지원장치
120: 제1구동몸체 121: 구동공간
123: 피봇홀 130: 제2구동몸체
140: 제1연결부 141: 축결합부재
143: 체결부재 145: 마찰방지 가스켓
150: 제2연결부 151: 장공홈
160: 제3연결부 161: 축가이드홀
163: 승강조인트부재 163a: 승강샤프트
163b: 조인트부 163c: 락킹홈
164: 락킹핀 170: 회전가이드부
171: 베어링부재 173: 스핀휠
173a: 볼 가이드홀 173b: 결합돌부
175: 탄성체

Claims (11)

1. 내부에 구동 공간을 구비하도록 상호 결합된 제1 및 제2구동 몸체;
   사용자의 고관절 부위를 지지하는 제1거치부와 상기 제1구동 몸체를 연결시키는 제1연결부;
   상기 사용자의 대퇴부 부위를 지지하는 제2거치부와 상기 제1구동 몸체를 상호 연결시키는 제2연결부;
   상기 사용자의 복부 부위를 지지하는 제3거치부와 상기 제2구동 몸체를 상호 연결시키는 제3연결부; 및
   상기 제1 및 제2구동 몸체 사이의 구동 공간에 마련되어 제1 및 제2구동 몸체 사이의 회전 및 탄성 복원력이 제공되도록 하는 회전가이드부;
   를 포함하는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇의 수동형 근력지원장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1연결부는 제1구동몸체의 중앙에 형성되는 피봇홀과 제1거치부의 장착홀을 차례로 관통하여 결합되는 축결합부재 및 상기 축결합부재의 단부를 제1거치부 내측에서 체결시켜 이탈을 방지하는 체결부재로 형성되는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇의 수동형 근력지원장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2연결부는, 제1구동 몸체의 하측으로부터 일정길이 직선방향으로 돌출 연장되고, 제2거치부의 제1연결부재의 타단이 삽입 결합되는 장공홈이 형성되는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇의 수동형 근력지원장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제3연결부는,
   제2구동몸체의 외표면에 수직방향으로 형성되는 축가이드홀;
   상기 축가이드홀에 삽탈 가능하게 결합되어 높낮이가 조절되는 승강샤프트와, 상기 승강샤프트 상단에 제3거치부의 제2연결부재가 결합되는 조인트부로 이루어지는 승강조인트부재; 및
   상기 축가이드홀을 수평방향으로 관통하도록 착탈 결합되어 승강샤프트의 고정위치를 간섭하는 락킹핀;를 포함하는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇의 수동형 근력지원장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 승강샤프트의 외면에는 길이방향으로 등 간격 배치되어 키홈 형태로 함몰되는 복수 개의 락킹홈들이 형성되고, 상기 락킹홈에 락킹핀이 수평방향으로 관통하여 키결합이 이루어지는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇의 수동형 근력지원장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 회전가이드부는,
   제1구동몸체의 구동공간 내경에 조립되는 베어링부재;
   일면이 상기 베어링부재에 대면하여 베어링에 의한 회전운동이 지지되고 반대면이 제2구동몸체에 결합되어 함께 회전하는 스핀휠; 및
   상기 베어링부재 내측에 설치되어 일단부가 제1구동몸체 측에 고정되고 타단부가 스핀휠에 고정되어 제1구동몸체와 제2구동몸체가 상대적으로 회동이 이루어질 때, 탄성 복원력이 제공되도록 하는 탄성체;를 포함하는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇의 수동형 근력지원장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 스핀휠은 일면 외주연에 복수개의 베어링볼들이 일정 간격 이격된 위치에 안착되도록 하는 볼 가이드홀들이 형성되고, 그 반대면에는 기어형태로 돌출되어 제2구동몸체 측에 치합되는 결합돌부가 형성되는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇의 수동형 근력지원장치.
8. 사용자의 고관절 부위에 거치되는 제1거치부;
   상기 사용자의 대퇴부 부위에 거치되는 제2거치부;
   상기 사용자의 복부 부위에 거치되는 제3거치부; 및
   근력 지원을 위한 탄성 에너지를 저장하여 구동력을 제공하는 제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 하나에 기재된 수동형 근력지원장치;를 포함하며,
   상기 수동형 근력지원장치는 제1 내지 제3거치부를 각각 결합하는 제1연결부, 제2연결부, 제3연결부를 형성하는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1거치부는 상기 사용자의 고관절 부위에 밀착되도록 소정 면적을 가지는 적어도 한 쌍의 제1거치 몸체를 포함하며,
   상기 제1거치 몸체는 상기 제1연결부가 연결되는 장착홀이 관통 형성되고, 복수의 링크들이 각각 연결되는 복수의 링크홀이 관통 형성되는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제2거치부는 상기 사용자의 대퇴부 부위에 밀착되도록 곡률진 적어도 한 쌍의 제2거치 몸체를 포함하며,
    상기 제2거치 몸체와 상기 제2연결부는 제1연결부재에 의해 상호 링크 연결되는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇.
11. 제8항에 있어서,
    상기 제3거치부는 상기 사용자의 복부 부위에 장착 또는 탈착 가능하게 밀착되는 제3거치 몸체를 포함하며, 상기 제3거치 몸체와 상기 제3연결부는 제2연결부재에 의해 상호 링크 연결되는 고관절 근력을 지원하는 외골격 로봇.