KR20200118261A - Robot to support independent activities for the disabled - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 활동이 불편한 사람에게 도움을 줄 수 있는 지체장애인 독립활동 지원 로봇을 제공한다. 여기서, 지체장애인 독립활동 지원 로봇은 베이스 모듈 및 이동모듈을 포함한다. 베이스 모듈은 발판베이스와, 사용자의 하체 관절에 대응되도록 구비되는 복수의 하체관절조인트와 하체관절조인트를 연결하는 복수의 하체관절링크를 가지고 사용자의 하체 양측에 결합되도록 발판베이스의 상부에 한 쌍으로 구비되는 하부외골격부를 가진다. 이동모듈은 발판베이스에 결합되는 주행바퀴를 가지고, 베이스 모듈이 이동되도록 한다. 하부외골격부는 사용자가 앉을 수 있는 좌식모드 또는 사용자가 설 수 있는 스탠딩모드로 변환된다.An embodiment of the present invention provides an independent activity support robot for persons with physical disabilities that can help a person who is inconvenient in activity. Here, the robot supporting independent activities for the physically disabled includes a base module and a moving module. The base module has a footrest base and a plurality of lower body joint links that connect the lower body joints and a plurality of lower body joints provided to correspond to the user's lower body joints, and is a pair on the upper part of the footrest base to be coupled to both sides of the user's lower body. It has a lower exoskeleton part provided. The moving module has a driving wheel coupled to the footrest base, and allows the base module to move. The lower exoskeleton is converted into a sitting mode in which the user can sit or a standing mode in which the user can stand.
Description
본 발명은 지체장애인 독립활동 지원 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 활동이 불편한 사람에게 도움을 줄 수 있는 지체장애인 독립활동 지원 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a robot for supporting independent activities for persons with physical disabilities, and more particularly, to a robot for supporting independent activities for persons with physical disabilities, which can help people with disabilities.
로봇은 인간과 유사한 모습과 기능을 가진 자동기계로, 용도에 따라 산업용 로봇, 서비스용 로봇 및 특수목적용 로봇으로 구분할 수 있다.Robots are automatic machines with a human-like appearance and functions, and can be classified into industrial robots, service robots, and special purpose robots according to their use.
산업용 로봇은 산업 현장에서 인간을 대신하여 제품의 조립이나 검사 등을 담당하는 로봇이고, 서비스용 로봇은 청소, 환자보조, 장난감, 교육실습 등과 같이 인간 생활에 다양한 서비스를 제공하는 로봇이며, 특수목적용 로봇은 전쟁에서 사용되거나 우주, 심해, 원자로 등에서 극한 작업을 수행할 수 있는 로봇이다.Industrial robots are robots that are in charge of assembling or inspecting products on behalf of humans at industrial sites, and service robots are robots that provide various services to human life such as cleaning, patient assistance, toys, and educational practice, and are for special purposes. Robots are robots that can be used in wars or perform extreme tasks in space, deep sea, and nuclear reactors.
이러한 로봇은 조작방법에 따라, 인간이 직접 조작하는 수동조작형 로봇, 미리 설정된 순서에 따라 행동하는 시퀀스 로봇, 인간의 행동을 그대로 따라 하는 플레이백 로봇, 프로그램을 수시로 변경할 수 있는 수치제어 로봇 및 학습능력과 판단력을 지니고 있는 지능형 로봇으로 분류할 수 있다.These robots are manually operated robots that are directly manipulated by humans according to the operation method, sequence robots that act according to a preset sequence, playback robots that follow human behavior, numerical control robots that can change programs at any time, and learning. It can be classified as an intelligent robot with ability and judgment.
이 중 지능형 로봇은 외부환경을 인식하고, 스스로 상황을 판단하여, 자율적으로 동작하는 로봇을 의미한다. 기존의 로봇과 차별화되는 것은 상황판단 기능과 자율동작 기능이 추가된 것으로, 상황판단 기능은 다시 환경인식 기능과 위치인식 기능으로 나뉘고, 자율동작 기능은 조작제어 기능과 자율이동 기능으로 나눌 수 있다.Among them, an intelligent robot refers to a robot that recognizes the external environment, determines the situation by itself, and operates autonomously. What differentiates it from existing robots is the addition of a situation determination function and an autonomous operation function, and the situation determination function is divided into an environment recognition function and a location recognition function, and the autonomous operation function can be divided into an operation control function and an autonomous movement function.
장애인은 신체장애와 정신장애를 비롯해 장기간에 걸쳐 직업생활에 상당한 제약을 받는 자로, 여러 이유로 일상적인 활동에 제약을 받는 장애를 가진 사람을 말한다. 태어날 때부터 장애를 가지고 있는 선천적 장애인과, 사고나 노령화 등으로 나중에 장애를 가지게 되는 후천적 장애인으로 나눌 수 있다.A person with a disability is a person with a disability who is severely restricted in his or her professional life over a long period of time, including physical and mental disabilities, and is restricted from daily activities for various reasons. It can be divided into a congenital disabled person who has a disability from birth and an acquired disabled person who later has a disability due to an accident or aging.
장애인 중 신체장애에는 내부 및 외부신체장애로 나눌 수 있고, 외부로는 시각, 청각 등의 오감장애와 함께 팔과 다리 등의 상하체 장애인이 있다. 정신장애와 달리 신체장애 중에서도 상하체 장애인은 몸이 불편할 뿐, 생각하고 말하는 지적능력은 정상인과 동일하지만, 진학과 취업에서의 차별로 인해 저학력과 불안정고용이라는 문제를 가지고 있다.Among the disabled, physical disabilities can be divided into internal and external physical disabilities, and externally, there are upper and lower body disabilities such as arms and legs along with five sense disabilities such as sight and hearing. Unlike mental disorders, among physical disorders, upper and lower body disabilities are uncomfortable, and their intellectual abilities to think and speak are the same as those of normal people, but have problems of low education and unstable employment due to discrimination in admission and employment.
지능형 로봇의 응용 및 활용 방안으로서 몸은 불편하지만 생각하고 말하는 지적능력은 정상인과 동일한 상하체 장애인의 노동력을 지원할 수 있도록 제공할 필요가 있다.As an application and utilization plan of intelligent robots, the body is uncomfortable, but the intellectual ability to think and speak needs to be provided to support the same labor force of the upper and lower body disabled people as normal people.
이를 위해서는, 첫째 하체의 장애로 말미암아 이동이 어려우므로 사용자를 태우고 이동할 수 있는 기능이 필요하고, 둘째 상체의 장애로 인해 정밀한 조작이나 작업이 어려우므로 별도의 조작 없이도 뇌파 등에 의해 제어될 수 있는 기능 등 다양한 기능이 요구되므로, 이를 구현할 수 있는 기술이 필요한 실정이다. 이는 장애인뿐만 아니라, 노약자의 활동 지원을 위해서도 필요하다.For this purpose, firstly, it is difficult to move due to an obstacle in the lower body, so a function that can carry and move the user is required, and secondly, a function that can be controlled by brain waves without separate operation, etc., because precise operation or work is difficult due to an upper body failure. Since various functions are required, there is a need for technology to implement them. This is necessary not only for the disabled, but also for supporting the activities of the elderly.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 활동이 불편한 사람에게 도움을 줄 수 있는 지체장애인 독립활동 지원 로봇을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a robot supporting independent activities for persons with physical disabilities that can help people with disabilities.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 발판베이스와, 사용자의 하체 관절에 대응되도록 구비되는 복수의 하체관절조인트와 상기 하체관절조인트를 연결하는 복수의 하체관절링크를 가지고 사용자의 하체 양측에 결합되도록 상기 발판베이스의 상부에 한 쌍으로 구비되는 하부외골격부를 가지는 베이스 모듈; 그리고 상기 발판베이스에 결합되는 주행바퀴를 가지고, 상기 베이스 모듈이 이동되도록 하는 이동모듈을 포함하고, 상기 하부외골격부는 사용자가 앉을 수 있는 좌식모드 또는 사용자가 설 수 있는 스탠딩모드로 변환되는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention has a footrest base, a plurality of lower body joint joints provided to correspond to the user's lower body joints, and a plurality of lower body joint links connecting the lower body joint joints. A base module having a lower exoskeleton part provided in a pair on the upper part of the footrest base so as to be coupled to both sides of the lower body; And a moving module that allows the base module to move, and the lower exoskeleton unit is converted into a sitting mode in which a user can sit or a standing mode in which the user can stand, having driving wheels coupled to the footrest base. It provides robots that support complex activities.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이동모듈은 상기 발판베이스에 구비되고 상기 이동모듈의 주행 방향의 후방으로 위치되어 지면에 선택적으로 접촉되는 보조바퀴부를 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the moving module may have an auxiliary wheel part provided on the scaffolding base and positioned to the rear of the traveling direction of the moving module to selectively contact the ground.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이동모듈은 상기 발판베이스에 구비되는 차축과, 상기 차축의 양단부에 회전 가능하게 구비되고, 상기 주행바퀴와 상기 차축을 연결하는 주행바퀴축을 가지고, 상기 주행바퀴축은 상기 차축의 회전중심축과 각도를 이루도록 틸팅될 수 있으며, 상기 베이스 모듈의 좌우 전복방지를 위해 상기 주행바퀴의 접지 각도가 변형되도록 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the moving module has an axle provided on the scaffolding base and rotatably provided at both ends of the axle, and has a driving wheel shaft connecting the driving wheel and the axle, and the driving wheel shaft is The axle may be tilted to form an angle with the rotation center axis of the axle, and the ground angle of the driving wheel may be changed to prevent the base module from rolling over.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 베이스 모듈은 상기 하부외골격부의 배굴 시 회전 각도가 커지는 상기 하체관절조인트의 외굽면에 접하도록 상기 하부외골격부의 상단부로부터 하단부까지 연결되는 하체관절용 와이어와, 상기 하체관절용 와이어의 일단부에 연결되는 능동구동부와, 상기 하부외골격부가 상기 좌식모드 또는 상기 스탠딩모드로 변환되도록 상기 하체관절용 와이어에 가해지는 인장력을 변화시키기 위해 상기 능동구동부의 강성을 제어하는 강성제어부를 가지는 가변강성부를 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the base module includes a wire for lower body joints connected from the upper end of the lower exoskeleton to the lower end of the lower exoskeleton so as to contact the outer heel surface of the lower body joint joint whose rotation angle increases when the lower exoskeleton is retracted, and the lower body An active driving unit connected to one end of the joint wire, and a rigidity control unit for controlling the stiffness of the active driving unit to change the tensile force applied to the lower body joint wire so that the lower exoskeleton unit is converted to the sitting mode or the standing mode. It may have a variable rigidity portion having.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 강성제어부는 상기 능동구동부가 상기 좌식모드에서는 제1강성을 가지도록 하고, 상기 스탠딩모드에서는 상기 제1강성보다 큰 제2강성을 가지도록 제어할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the rigidity control unit may control the active driving unit to have a first rigidity in the sitting mode and a second rigidity greater than the first rigidity in the standing mode.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 베이스 모듈은 상기 하부외골격부의 상부에 힌지 연결되고, 사용자의 등을 지지하는 등받이부를 가지고, 상기 능동구동부 및 상기 가변강성부는 상기 등받이부에 설치될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the base module is hinge-connected to the upper part of the lower exoskeleton and has a backrest part supporting the user's back, and the active driving part and the variable rigidity part may be installed on the backrest part.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가변강성부는 상기 하체관절조인트에 구비되어 상기 하체관절조인트가 회전되도록 잠금을 해제하거나, 회전되지 않도록 잠그는 클러치를 더 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the variable stiffness portion may further include a clutch provided in the lower body joint joint to unlock or lock the lower body joint joint to rotate.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 베이스 모듈은 상기 하부외골격부에 구비되고 사용자의 하체를 감싸 사용자의 하체를 상기 하부외골격부에 고정시키는 지지밴드를 더 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the base module may further include a support band provided on the lower exoskeleton and surrounding the lower body of the user and fixing the lower body of the user to the lower exoskeleton.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 지지밴드는 사용자에게 가해지는 압력이 분산되도록 하는 완충소재를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the support band may include a cushioning material to distribute pressure applied to a user.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 베이스 모듈은 상기 이동모듈과 탈착되고, 상기 하부외골격부는 접혀서 운반모드로 변환될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the base module may be detached from the moving module, and the lower exoskeleton part may be folded to be converted into a transport mode.
본 발명의 실시예에 있어서, 사용자의 팔 관절에 대응되도록 구비되는 복수의 팔관절조인트와, 상기 팔관절조인트를 연결하는 복수의 팔관절링크를 가지는 상지모듈을 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a plurality of arm joint joints provided to correspond to the user's arm joints, and an upper limb module having a plurality of arm joint links connecting the arm joints may be further included.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상지모듈은 상기 팔관절링크에 일단이 결합되며, 타단에 상기 팔관절링크의 길이방향을 따라 이동 가능한 스프링 블록이 결합되는 탄성부와, 일단부는 상기 스프링 블록에 결합되고 타탄부는 상기 팔관절조인트에 결합되는 팔관절용 와이어와, 상기 팔관절링크에 구비되고 상기 팔관절용 와이어의 양단 사이를 지지하는 아이들 롤러와, 상기 팔관절링크에 구비되고 상기 아이들 롤러의 위치 및 상기 탄성부의 탄성력을 조절하는 보상토크 조절부를 가지는 자중보상부를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the upper limb module has one end coupled to the arm joint link, an elastic portion to which a spring block movable along the length direction of the arm joint link is coupled to the other end, and one end portion is coupled to the spring block. Combined and the tartan portion of the arm joint wire coupled to the arm joint joint, an idle roller provided on the arm joint link and supporting between both ends of the arm joint wire, and provided on the arm joint link and of the idle roller It may include a self-weight compensation unit having a compensation torque adjustment unit for adjusting the position and the elastic force of the elastic unit.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상지모듈은 상기 팔관절조인트에 구비되는 제1힌지축과 결합되고 상기 제1힌지축을 중심으로 양방향 회전하는 제1기어와, 상기 제1힌지축의 타단부에 결합되고 상기 제1기어와 독립적으로 양방향 회전하는 제2기어와, 일단부가 제1힌지축에 결합되고 상기 팔관절조인트의 외측으로 연장되는 제2힌지축의 타단부에 결합되며 상기 제1기어 및 상기 제2기어와 기어 결합되는 제3기어와, 상기 제1기어에 결합되고 수축 및 신장되면서 상기 제1기어를 회전시키는 제1구동부; 그리고 상기 제2기어에 결합되고, 수축 및 신장되면서 상기 제2기어를 회전시키는 제2구동부를 가지는 손 모사부를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the upper limb module is coupled to a first hinge shaft provided in the arm joint joint, a first gear rotating in both directions around the first hinge shaft, and coupled to the other end of the first hinge shaft. And a second gear that rotates in both directions independently of the first gear, and one end is coupled to the first hinge shaft and is coupled to the other end of the second hinge shaft extending outward of the arm joint joint, and the first gear and the second gear A third gear coupled to the second gear, and a first driving unit coupled to the first gear to rotate the first gear while being contracted and elongated; In addition, it may include a hand replicating part coupled to the second gear and having a second driving part that rotates the second gear while contracting and extending.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1구동부 및 상기 제2구동부는 형상기억합금 소재, 스프링, 열반응 소재 중 어느 하나 이상을 가지는 인공근육일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first driving unit and the second driving unit may be artificial muscles having at least one of a shape memory alloy material, a spring, and a heat reaction material.
본 발명의 실시예에 있어서, 사용자의 뇌파 정보를 기초로 상기 베이스 모듈, 상기 이동모듈 및 상기 상지모듈을 제어하는 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, it may include a brain-machine interface (BMI) based cognitive module that controls the base module, the movement module, and the upper limb module based on the user's brainwave information.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 주행바퀴의 강성은 상기 주행바퀴에 닿는 주변 구조물에 대응되게 변형될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the rigidity of the driving wheel may be deformed to correspond to a surrounding structure that contacts the driving wheel.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 주행바퀴는 상기 발판베이스에 구비되는 차축으로부터 동력을 전달받아 회전하는 동력전달부와, 상기 동력전달부에 결합되어 상기 동력전달부와 일체로 회전하는 유연지지부와, 상기 유연지지부의 외주면에 결합되어 상기 유연지지부와 일체로 회전하고, 강성이 조절되어 외력에 따라 변형되는 강성가변부와, 상기 강성가변부의 외주면에 결합되어 상기 강성가변부를 보호하는 유연지지프레임부와, 상기 동력전달부에 구비되어 충격을 감지하는 충격감지부와, 상기 충격감지부가 감지하는 충격의 크기를 기초로 상기 강성가변부의 강성이 조절되도록 제어하는 강성조절부를 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the driving wheel includes a power transmission unit that receives power from an axle provided on the footrest base and rotates, and a flexible support unit that is coupled to the power transmission unit and rotates integrally with the power transmission unit. , A stiffness variable portion that is coupled to the outer circumferential surface of the flexible support portion and rotates integrally with the flexible support portion and is deformed according to an external force by adjusting stiffness, and a flexible support frame portion that is coupled to the outer circumferential surface of the stiffness variable portion to protect the stiffness variable portion. And, it may have a shock sensing unit provided in the power transmission unit for sensing an impact, and a stiffness adjusting unit for controlling the stiffness of the stiffness variable portion to be adjusted based on the magnitude of the impact detected by the shock sensing unit.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 사용자가 안착되는 베이스 모듈; 그리고 상기 베이스 모듈에 결합되는 주행바퀴를 가지고, 상기 베이스 모듈이 이동되도록 하는 이동모듈을 포함하고, 상기 주행바퀴의 강성은 상기 주행바퀴에 닿는 주변 구조물에 대응되게 변형되는 것을 특징으로 하는 이동활동 지원로봇을 제공한다.On the other hand, in order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention is a base module in which the user is seated; And a moving module for moving the base module, having a driving wheel coupled to the base module, wherein the stiffness of the driving wheel is deformed to correspond to a surrounding structure contacting the driving wheel. Provide a robot.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 주행바퀴는 상기 베이스 모듈에 구비되는 차축으로부터 동력을 전달받아 회전하는 동력전달부와, 상기 동력전달부에 결합되어 상기 동력전달부와 일체로 회전하는 유연지지부와, 상기 유연지지부의 외주면에 결합되어 상기 유연지지부와 일체로 회전하고, 강성이 조절되어 외력에 따라 변형되는 강성가변부와, 상기 강성가변부의 외주면에 결합되어 상기 강성가변부를 보호하는 유연지지프레임부와, 상기 동력전달부에 구비되어 충격을 감지하는 충격감지부와, 상기 충격감지부가 감지하는 충격의 크기를 기초로 상기 강성가변부의 강성이 조절되도록 제어하는 강성조절부를 가질 수 있다. In an embodiment of the present invention, the driving wheel includes a power transmission unit that receives power from an axle provided in the base module and rotates, and a flexible support unit that is coupled to the power transmission unit and rotates integrally with the power transmission unit. , A stiffness variable portion that is coupled to the outer circumferential surface of the flexible support portion and rotates integrally with the flexible support portion and is deformed according to an external force by adjusting stiffness, and a flexible support frame portion that is coupled to the outer circumferential surface of the stiffness variable portion to protect the stiffness variable portion. And, it may have a shock sensing unit provided in the power transmission unit for sensing an impact, and a stiffness adjusting unit for controlling the stiffness of the stiffness variable portion to be adjusted based on the magnitude of the impact detected by the shock sensing unit.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이동모듈은 상기 이동모듈에 구비되고 상기 이동모듈의 주행 방향의 후방으로 선택적으로 위치되어 지면에 접촉되는 보조바퀴부를 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the moving module may have an auxiliary wheel part provided in the moving module and selectively positioned to the rear of the traveling direction of the moving module to contact the ground.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이동모듈은 상기 베이스 모듈에 구비되는 차축과, 상기 차축의 양단부에 회전 가능하게 구비되고, 상기 주행바퀴와 상기 차축을 연결하는 주행바퀴축을 가지고, 상기 주행바퀴축은 상기 차축의 회전중심축과 각도를 이루도록 틸트될 수 있으며, 상기 베이스 모듈의 좌우 전복방지를 위해 상기 주행바퀴의 접지 각도가 변형되도록 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the moving module has an axle provided in the base module and rotatably provided at both ends of the axle, and has a driving wheel shaft connecting the driving wheel and the axle, and the driving wheel shaft is The axle may be tilted to form an angle with the rotation center axis of the axle, and the ground angle of the driving wheel may be changed to prevent the base module from rolling over.
본 발명의 실시예에 있어서, 사용자의 팔 관절에 대응되도록 구비되는 복수의 팔관절조인트와, 상기 팔관절조인트를 연결하는 복수의 팔관절링크를 가지는 상지모듈을 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a plurality of arm joint joints provided to correspond to the user's arm joints, and an upper limb module having a plurality of arm joint links connecting the arm joints may be further included.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상지모듈은 상기 팔관절링크에 일단이 결합되며, 타단에 상기 팔관절링크의 길이방향을 따라 이동 가능한 스프링 블록이 결합되는 탄성부와, 일단부는 상기 스프링 블록에 결합되고 타탄부는 상기 팔관절조인트에 결합되는 팔관절용 와이어와, 상기 팔관절링크에 구비되고 상기 팔관절용 와이어의 양단 사이를 지지하는 아이들 롤러와, 상기 팔관절링크에 구비되고 상기 아이들 롤러의 위치 및 상기 탄성부의 탄성력을 조절하는 보상토크 조절부를 가지는 자중보상부를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the upper limb module has one end coupled to the arm joint link, an elastic portion to which a spring block movable along the length direction of the arm joint link is coupled to the other end, and one end portion is coupled to the spring block. Combined and the tartan portion of the arm joint wire coupled to the arm joint joint, an idle roller provided on the arm joint link and supporting between both ends of the arm joint wire, and provided on the arm joint link and of the idle roller It may include a self-weight compensation unit having a compensation torque adjustment unit for adjusting the position and the elastic force of the elastic unit.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상지모듈은 상기 팔관절조인트에 구비되는 제1힌지축과 결합되고 상기 제1힌지축을 중심으로 양방향 회전하는 제1기어와, 상기 제1힌지축의 타단부에 결합되고 상기 제1기어와 독립적으로 양방향 회전하는 제2기어와, 일단부가 제1힌지축에 결합되고 상기 팔관절조인트의 외측으로 연장되는 제2힌지축의 타단부에 결합되며 상기 제1기어 및 상기 제2기어와 기어 결합되는 제3기어와, 상기 제1기어에 결합되고 수축 및 신장되면서 상기 제1기어를 회전시키는 제1구동부; 그리고 상기 제2기어에 결합되고, 수축 및 신장되면서 상기 제2기어를 회전시키는 제2구동부를 가지는 손 모사부를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the upper limb module is coupled to a first hinge shaft provided in the arm joint joint, a first gear rotating in both directions around the first hinge shaft, and coupled to the other end of the first hinge shaft. And a second gear that rotates in both directions independently of the first gear, and one end is coupled to the first hinge shaft and is coupled to the other end of the second hinge shaft extending outward of the arm joint joint, and the first gear and the second gear A third gear coupled to the second gear, and a first driving unit coupled to the first gear to rotate the first gear while being contracted and elongated; In addition, it may include a hand replicating part coupled to the second gear and having a second driving part that rotates the second gear while contracting and extending.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1구동부 및 상기 제2구동부는 형상기억합금 소재, 스프링, 열반응 소재 중 어느 하나 이상을 가지는 인공근육일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first driving unit and the second driving unit may be artificial muscles having at least one of a shape memory alloy material, a spring, and a heat reaction material.
본 발명의 실시예에 있어서, 사용자의 뇌파 정보를 기초로 상기 베이스 모듈, 상기 이동모듈 및 상기 상지모듈을 제어하는 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, it may include a brain-machine interface (BMI) based cognitive module that controls the base module, the movement module, and the upper limb module based on the user's brainwave information.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 사용자의 하체 관절에 대응되도록 구비되는 복수의 하체관절조인트와 상기 하체관절조인트를 연결하는 복수의 하체관절링크를 가지고 사용자의 하체 양측에 결합되도록 한 쌍으로 구비되는 하부외골격부; 그리고 상기 하부외골격부의 배굴 시 회전 각도가 커지는 상기 하체관절조인트의 외굽면에 접하도록 상기 하부외골격부의 상단부로부터 하단부까지 연결되는 하체관절용 와이어와, 상기 하체관절용 와이어의 일단부에 연결되는 능동구동부와, 상기 하부외골격부가 동작되도록 상기 하체관절용 와이어에 가해지는 인장력을 변화시키기 위해 상기 능동구동부의 강성을 제어하는 강성제어부를 가지는 가변강성부를 포함하는 스탠딩 활동 지원로봇을 제공한다.On the other hand, in order to achieve the above technical problem, one embodiment of the present invention has a plurality of lower body joint joints provided to correspond to the lower body joints of the user and a plurality of lower body joint links connecting the lower body joints, both sides of the user's lower body A lower exoskeleton portion provided in a pair to be coupled to; And a lower body joint wire connected from the upper end to the lower end of the lower exoskeleton so as to contact the outer heel surface of the lower body joint joint when the lower exoskeleton part is retracted, and an active driving part connected to one end of the lower body joint wire. And, it provides a standing activity support robot including a variable stiffness unit having a stiffness control unit for controlling the stiffness of the active drive unit to change the tensile force applied to the lower body joint wire so that the lower exoskeleton unit is operated.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가변강성부는 상기 하체관절조인트에 구비되어 상기 하체관절조인트가 회전되도록 잠금을 해제하거나, 회전되지 않도록 잠그는 클러치를 더 가질 수 있다. In an embodiment of the present invention, the variable stiffness portion may further include a clutch provided in the lower body joint joint to unlock or lock the lower body joint joint to rotate.
본 발명의 실시예에 따르면, 베이스 모듈이 좌식모드 또는 스탠딩모드로 변환됨으로써, 좌식활동 및 스탠딩활동을 모두 지원할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the base module is converted to a sedentary mode or a standing mode, thereby supporting both sedentary and standing activities.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 주행바퀴가 변형 휠 메커니즘을 가짐으로써 장애물에 제한되지 않는 자유로운 이동이 가능할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, since the driving wheel has a deformable wheel mechanism, it is possible to freely move without being limited by an obstacle.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 주행바퀴를 포함하는 이동모듈에 전복 방지 메커니즘이 적용되어 전후좌우 전복이 효과적으로 방지될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a rollover prevention mechanism is applied to a moving module including a driving wheel, so that the front and rear, left and right rollovers can be effectively prevented.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 이동모듈이 분리형으로 구성되고, 베이스 모듈은 접이식으로 구성되어 손쉬운 분해 및 조립이 가능하여 독립적인 자가 승하차가 구현될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the moving module is configured in a separate type, and the base module is configured in a foldable manner, so that easy disassembly and assembly is possible, so that independent self-boarding and getting on and off can be implemented.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 지지밴드에 인체공학적 착용 메커니즘이 적용되어 착용감 및 일체감 등이 향상될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, an ergonomic wearing mechanism is applied to the support band, so that a fit and a sense of unity may be improved.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상지모듈에 하중 보상 기구 메커니즘이 적용되어 초경량 구동이 가능할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a load compensation mechanism mechanism is applied to the upper limb module to enable ultra-light driving.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈이 적용되어 중증장애인도 쉽게 조작이 가능할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a brain-machine interface (BMI)-based cognitive module may be applied so that even a severely handicapped person can easily operate.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합활동 지원로봇을 나타낸 것이다.
도 3은 도 1의 이동모듈의 작동예를 나타낸 것이다.
도 4는 도 1의 이동모듈의 주행바퀴를 나타낸 예시도이다.
도 5는 도 4의 주행바퀴를 작동예를 나타낸 예시도이다.
도 6은 도 4의 주행바퀴가 계단을 오를 때의 작동예를 나타낸 예시도이다.
도 7은 도 4의 주행바퀴를 이용한 주행예를 나타낸 예시도이다.
도 8은 도 4의 주행바퀴의 다른 활용예 나타낸 예시도이다.
도 9는 도 1의 이동모듈에서 보조바퀴부를 중심으로 나타낸 예시도이다.
도 10은 도 9의 보조바퀴부의 활용예를 나타낸 예시도이다.
도 11은 도 1의 하부외골격부의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 12는 가변강성부의 구동 메커니즘에 따른 에너지 소요를 설명하기 위한 예시도이다.
도 13은 도 1의 베이스 모듈의 좌식모드 및 스탠딩모드의 적용예를 나타낸 예시도이다.
도 14는 도 1의 베이스 모듈의 지지밴드를 설명하기 위한 예시도이다.
도 15는 도 1의 복합활동 지원로봇의 분해 및 조립 메커니즘을 설명하기 위한 예시도이다.
도 16은 도 1의 복합활동 지원로봇이 상지모듈을 포함한 상태를 나타낸 예시도이다.
도 16은 도 1의 복합활동 지원로봇이 상지모듈을 포함한 상태를 나타낸 예시도이다.
도 17은 도 16의 상지모듈의 사용예를 나타낸 예시도이다.
도 18은 도 16의 상지모듈에 포함되는 자중보상부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 19는 도 16의 상지모듈이 포함한 손 모사부를 나타낸 예시도이다.
도 20 및 도 21은 도 19의 작동예시도이다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 복합활동 지원로봇이 포함하는 뇌-기계 인터페이스(BMI: Brain machine Interface) 기반 인지모듈을 설명하기 위한 예시도이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 이동활동 지원로봇을 나타낸 예시도이다.1 and 2 show a complex activity support robot according to an embodiment of the present invention.
3 shows an example of operation of the moving module of FIG. 1.
4 is an exemplary view showing a driving wheel of the moving module of FIG. 1.
5 is an exemplary view showing an example of operating the driving wheel of FIG. 4.
6 is an exemplary view showing an operation example when the driving wheel of FIG. 4 climbs stairs.
7 is an exemplary view showing a driving example using the driving wheel of FIG. 4.
8 is an exemplary view showing another application example of the driving wheel of FIG. 4.
9 is an exemplary view showing an auxiliary wheel part in the moving module of FIG. 1 as a center.
10 is an exemplary view showing an example of application of the auxiliary wheel of FIG. 9.
11 is an exemplary view showing the configuration of the lower exoskeleton of FIG. 1.
12 is an exemplary diagram for explaining energy requirements according to a driving mechanism of a variable rigidity unit.
13 is an exemplary view showing an application example of a sitting mode and a standing mode of the base module of FIG. 1.
14 is an exemplary view for explaining a support band of the base module of FIG. 1.
15 is an exemplary view for explaining the disassembly and assembly mechanism of the complex activity support robot of FIG.
16 is an exemplary diagram showing a state in which the complex activity support robot of FIG. 1 includes an upper limb module.
16 is an exemplary diagram showing a state in which the complex activity support robot of FIG. 1 includes an upper limb module.
17 is an exemplary view showing an example of using the upper limb module of FIG. 16.
18 is an exemplary view for explaining a self-weight compensation unit included in the upper limb module of FIG. 16.
19 is an exemplary view showing a hand simulation unit included in the upper limb module of FIG. 16.
20 and 21 are operational exemplary diagrams of FIG. 19.
22 is an exemplary view illustrating a brain machine interface (BMI) based cognitive module included in a complex activity support robot according to an embodiment of the present invention.
23 is an exemplary view showing a mobile activity support robot according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected (connected, contacted, bonded)” to another part, it is not only “directly connected”, but also “indirectly connected” with another member in the middle. This includes cases where there are In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided, not excluding other components unless otherwise specified.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합활동 지원로봇을 나타낸 것이다.1 and 2 show a complex activity support robot according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 복합활동 지원로봇은 베이스 모듈(100) 그리고 이동모듈(200)을 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the complex activity support robot may include a
베이스 모듈(100)은 발판베이스(110) 및 하부외골격부(120)를 가질 수 있다.The
발판베이스(110)는 사용자의 발이 안착될 수 있는 부분일 수 있다.The
하부외골격부(120)는 발판베이스(110)에 안착된 사용자의 하체 양측에 결합되도록 발판베이스(110)의 상부에 한 쌍으로 구비될 수 있다. 본 발명에서 하체란 다리뿐만 아니라, 허리 부분을 포함하는 의미일 수 있다.The
하부외골격부(120)는 하체관절조인트(121)와 하체관절링크(125)를 가질 수 있다.The
하체관절조인트(121)는 사용자의 하체 관절에 대응되도록 복수로 구비될 수 있다. 즉, 하체관절조인트(121)는 인체의 발목관절, 무릎관절 및 고관절에 각각 대응되는 제1하체관절조인트(122), 제2하체관절조인트(123) 및 제3하체관절조인트(124)를 가질 수 있으며, 힌지 회전될 수 있다.The lower body joint joint 121 may be provided in plurality to correspond to the lower body joint of the user. That is, the
각각의 하체관절조인트(121)에는 내부에 토크를 출력하는 토크발생부(미도시)가 구비될 수 있으며, 토크발생부는 하체관절조인트의 토크량을 조절할 수 있다.Each of the lower body joints 121 may be provided with a torque generating unit (not shown) that outputs a torque therein, and the torque generating unit may adjust the amount of torque of the lower body joint joint.
발판베이스(110)에는 사용자의 발이 놓이는 풋스탭(111)이 구비될 수 있다. 그리고, 인체의 발목관절에 대응되는 하체관절조인트(121)는 풋스탭(111)과 연결될 수 있다.The
하체관절링크(125)는 복수로 구비될 수 있으며, 각각의 하체관절링크(126,127)는 하체관절조인트(122,123,124)를 연결할 수 있다. 즉, 하측의 제1하체관절링크(126)는 제1하체관절조인트(122) 및 제2하체관절조인트(123)를 연결할 수 있다. 그리고, 상측의 제2하체관절링크(127)는 제2하체관절조인트(123) 및 제3하체관절조인트(124)를 연결할 수 있다.The lower body
더하여, 베이스 모듈(100)은 하부외골격부(120)의 상부에 힌지 연결되고 사용자의 등을 지지하는 등받이부(128)를 가질 수 있다. 등받이부(128)는 제3하체관절조인트(124)와 연결될 수 있다.In addition, the
하부외골격부(120)는 사용자가 앉을 수 있는 좌식모드(도 1 참조) 또는 사용자가 설 수 잇는 스탠딩모드(도 2 참조)로 변환될 수 있다.The
좌식모드 및 스탠딩모드는 인체의 무릎관절에 대응되는 제2하체관절조인트(123) 및 인체의 고관절에 대응되는 제3하체관절조인트(124)가 회전되어 변환될 수 있다. 좌식모드에서 사용자는 하부외골격부(120)에 의해 앉은 상태를 유지할 수 있고, 스탠딩모드에서 사용자는 하부외골격부(120)에 의해 선 상태로 지지될 수 있다.The sitting mode and the standing mode may be converted by rotating the second lower body joint joint 123 corresponding to the knee joint of the human body and the third lower body joint joint 124 corresponding to the hip joint of the human body. In the sitting mode, the user can maintain a seated state by the
이동모듈(200)은 발판베이스(110)에 결합되는 주행바퀴(230)를 가질 수 있으며, 베이스 모듈(100)이 이동되도록 할 수 있다. The moving
도 3은 도 1의 이동모듈의 작동예를 나타낸 것이다.3 shows an example of operation of the moving module of FIG. 1.
도 1 및 도 2와 함께, 도 3을 더 포함하여 보는 바와 같이, 이동모듈(200)은 차축(210), 주행바퀴축(220) 및 주행바퀴(230)를 가질 수 있다.1 and 2, as shown further including FIG. 3, the moving
차축(210)은 발판베이스(110)에 구비될 수 있다.The
주행바퀴축(220)은 주행바퀴(230)의 회전 중심축일 수 있다. 주행바퀴축(220)은 차축(210)의 양단부에 회전 가능하게 구비될 수 있으며, 주행바퀴(230)와 차축(210)을 연결할 수 있다.The
주행바퀴축(220)은 차축(210)의 회전중심축과 각도를 이루도록 틸트될 수 있다. The
따라서, 주행바퀴(230)가 지면(10)에 수직하도록 마련되어 주행되는 상태에서(도 3의 (a) 참조) 외란이 발생되면 주행바퀴축(220)이 틸트되어 주행바퀴(230)의 접지 각도가 변형될 수 있다(도 3의 (b) 참조). 이때, 주행바퀴(230)는 주행바퀴(230)의 하측의 간격이 상측의 간격보다 더 멀어지도록 접지 각도가 변형될 수 있다. 이를 통해, 외란 발생 시 베이스 모듈(100)의 좌우 전복이 효과적 방지될 수 있다. 여기서, 외란이란 사용자의 몸이 기울어나 외부에서 외력이 가해지는 등 복합활동 지원로봇이 기울어지도록 하는 힘이 적용되는 것을 의미한다.Therefore, when the
복합활동 지원로봇은 고감도 균형 제어 기술 구현을 위한 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 센서에서 감지되는 정보를 활용하여 복합활동 지원로봇의 좌우 전복을 방지할 수 있는 위치 예측 알고리즘이 장착될 수 있다.The complex activity support robot may include a sensor (not shown) for implementing a highly sensitive balance control technology. In addition, a position prediction algorithm capable of preventing the left and right rollover of the complex activity support robot may be installed using information detected by the sensor.
도 4는 도 1의 이동모듈의 주행바퀴를 나타낸 예시도이고, 도 5는 도 4의 주행바퀴를 작동예를 나타낸 예시도이고, 도 6은 도 4의 주행바퀴가 계단을 오를 때의 작동예를 나타낸 예시도이다.FIG. 4 is an exemplary view showing a driving wheel of the moving module of FIG. 1, FIG. 5 is an exemplary view showing an example of operating the driving wheel of FIG. 4, and FIG. 6 is an example of operation when the driving wheel of FIG. 4 climbs stairs It is an exemplary diagram showing.
도 4 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 주행바퀴(230)는 동력전달부(231), 유연지지부(232), 강성가변부(233), 유연지지프레임부(234), 충격감지부(235) 그리고 강성조절부(236)를 가질 수 있다.As shown in Figs. 4 to 6, the
동력전달부(231)는 차축(210, 도 3 참조)으로부터 동력을 전달받아 회전할 수 있다. 충격감지부(235)는 동력전달부(231)에 구비되어 충격을 감지할 수 있다. 충격감지부(235)는 동력전달부(231)와 일체형성으로 형성될 수 있다. 충격감지부(235)는 주행바퀴(230)가 장애물에 충돌하거나 주행바퀴(230)에 일정 이상의 진동이 지속적으로 인가될 경우 이를 감지할 수 있다.The
유연지지부(232)는 동력전달부(231)에 결합되어 동력전달부(231)와 일체로 회전할 수 있다. 유연지지부(232)는 주행바퀴(230)가 주행 시 외부의 충격을 흡수할 수 있다.The
강성가변부(233)는 유연지지부(232)의 외주면에 결합되어 유연지지부(232)와 일체로 회전하고, 강성이 조절되어 외력에 따라 변형될 수 있다. 강성가변부(233)는 재밍(Jamming) 기반 가변 강성될 수 있는 구조를 가질 수 있다.The stiffness
강성가변부(233)는 강성이 변경되어 주행바퀴(230)에 닿는 주변 구조물에 대응되도록 변형될 수 있다. 강성가변부(233)는 변형 시 강성이 작아지고, 변형 후에는 강성이 커짐으로써 형상이 유지될 수 있다. The stiffness
유연지지프레임부(234)는 강성가변부(233)의 외주면에 결합되어 강성가변부(233)를 보호할 수 있다. The flexible
강성조절부(236)는 충격감지부(235)가 감지하는 충격의 크기를 기초로 강성가변부(233)의 강성이 조절되도록 제어할 수 있다.The
즉, 충격감지부(235)가 장애물의 충돌이나 주행바퀴(230)에 일정 이상의 진동이 지속적으로 인가되어 이를 감지하게 되면, 강성조절부(236)는 강성가변부(233)의 강성을 낮춰 강성가변부(233)의 형상이 변형되도록 할 수 있다. That is, when the
주행바퀴(230)가 주변 구조물(11)에 의해 가압되어 형상이 변형되면 강성조절부(236)는 강성가변부(233)의 강성을 크게 하여(도 5의 (a) 참조), 강성가변부(233)가 주변 구조물(11)에 대응되는 형상이 되도록 할 수 있다. 이 상태에서는 덜컹거림이 없이 주행바퀴(230)가 주변 구조물(11)을 타고 넘을 수 있다.When the
이후, 주행바퀴(230)가 주변 구조물(11)을 타고 넘더라도 일정 시간 동안 강성가변부(233)의 강성은 유지될 수 있다(도 5의 (b) 참조). 그러다가 강성가변부(233)에 가해지는 외력이 일정 이하가 되면 강성조절부(236)는 강성가변부(233)의 강성을 낮출 수 있다(도 5의 (c) 참조). 그리고 이 상태에서 시간이 경과하면 원래의 원형상태로 복원될 수 있다(도 5의 (d) 참조).Thereafter, even if the
충격감지부(235)는 지면 상태를 실시간으로 파악할 수 있으며, 이를 기초로 주행바퀴(230)의 강성이 실시간으로 제어되도록 할 수도 있다. 주행바퀴(230)의 이러한 작동예는 계단에서 주행할 때도 동일하게 적용될 수 있다. The
즉, 주행바퀴(230)가 계단을 오르는 경우, 앞의 계단(ST1)을 극복하면서(오르면서) 형상이 변형된 제1변형부(DF1)는 주행바퀴(230)가 뒤의 계단(ST2)을 오를 때에는 강성이 낮아질 수 있다. 그리고, 뒤의 계단(ST2)을 극복하는 과정 동안에는 제2변형부(DF2)는 강성이 높아져 계단에 의해 가압된 형상이 유지될 수 있다(도 6 참조). 계단 극복 시 주행바퀴(230)의 강성은 순차적으로 변화될 수 있으며, 이를 통해 주행바퀴(230)는 계단 형상에 맞게 형상이 변화될 수 있다. That is, when the
이처럼 주행바퀴(230)가 계단 형상에 대응되어 변형되면 복합활동 지원로봇의 자세 안정성이 향상될 수 있고, 전복이 방지될 수 있으며, 장애물에 재한되지 않은 자유로운 이동이 가능할 수 있다.As such, when the
도 7은 도 4의 주행바퀴를 이용한 주행예를 나타낸 예시도이다.7 is an exemplary view showing a driving example using the driving wheel of FIG. 4.
도 7의 (a)에서 보는 바와 같이, 주행바퀴(230)의 활용예는 계단을 오르거나 계단을 내려오는 경우뿐만 아니라, 도 7의 (b)에서 보는 바와 같이, 건널목을 건널 때 인도와 차도로 내려오거나 차도에서 인도로 올라갈 때와 같은 경우에도 유용할 수 있다.As shown in (a) of FIG. 7, examples of use of the
도 8은 도 4의 주행바퀴의 다른 활용예 나타낸 예시도이다.8 is an exemplary view showing another application example of the driving wheel of FIG. 4.
도 8에서 보는 바와 같이, 강성조절부(236, 도 4 참조)는 주행바퀴(230)가 주행하지 않는 상태에서도 강성가변부(233)의 강성을 조절하여 주행바퀴(230)의 형상이 변형되도록 할 수 있다.As shown in FIG. 8, the rigidity adjustment unit 236 (see FIG. 4) adjusts the rigidity of the stiffness
이를 활용하면, 사용자(20)가 하부외골격부(120)에 탑승 시와 같은 경우에 주행바퀴(230)의 하부의 형상을 변형시켜 주행바퀴(230)가 지면(10)에 닿는 점유면적이 증가하도록 하여 사용자(20)가 안정적으로 탑승하도록 도울 수 있다.By utilizing this, the occupied area of the
하부외골격부(120)는 인체의 무릎관절에 대응되는 제2하체관절조인트(123)를 회전시켜 상측의 제2하체관절링크(127) 및 등받이부(128)가 수평하게 되도록 함으로써 사용자(20)의 탑승을 돕기 위한 탑승모드로 변환될 수 있다.The
탑승모드를 통해 사용자(20)는 혼자서도 탑승이 용이할 수 있다. 그리고 탑승모드에서 이동모듈(200)은 사용자(20)가 탑승 시에 균열이 유지되도록 제어될 수 있다.Through the boarding mode, the
도 9는 도 1의 이동모듈에서 보조바퀴부를 중심으로 나타낸 예시도이다.9 is an exemplary view showing an auxiliary wheel part in the moving module of FIG. 1 as a center.
도 9에서 보는 바와 같이, 이동모듈(200)은 발판베이스(110)에 구비되고 이동모듈(200)의 주행 방향의 후방으로 선택적으로 위치되어 지면에 접촉되는 보조바퀴부(240)를 가질 수 있다.As shown in FIG. 9, the moving
보조바퀴부(240)는 회전바(241) 및 보조바퀴(242)를 가질 수 있다.The
회전바(241)는 일단부가 발판베이스(110)에 힌지 결합될 수 있다. 그리고 보조바퀴(242)는 회전바(241)의 타단부게 구비될 수 있다. One end of the
회전바(241)는 이동모듈(200)의 주행 방향의 후방으로 회전되어 보조바퀴(242)가 지면에 닿도록 할 수 있다.The
보조바퀴(242)는 주행바퀴(230)와 함께 복합활동 지원로봇을 3점 지지할 수 있다.The
보조바퀴부(240)는 복합활동 지원로봇이 정지되어 있거나 또는 주행 중에 외란이 발생되면 구동될 수 있다. 이를 위해, 이동모듈(200)은 보조바퀴부(240)의 작동을 통해 복합활동 지원로봇의 고감도 균형 제어 기술 구현을 위한 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 센서에서 감지되는 정보를 활용하여 보조바퀴부(240)의 작동을 제어하여 복합활동 지원로봇의 전후 전복을 방지할 수 있는 위치 예측 알고리즘이 장착될 수 있다.The
도 10은 도 9의 보조바퀴부의 활용예를 나타낸 예시도이다.10 is an exemplary view showing an example of application of the auxiliary wheel of FIG. 9.
도 10에서 보는 바와 같이, 보조바퀴부(240)는 주행바퀴(230)가 계단을 오르는 경우 작동되어 주행바퀴(230)의 후방에서 계단에 밀착되어 복합활동 지원로봇을 지지할 수 있다. 즉, 계단을 오를 때 하부외골격부(120)가 좌식모드가 되면 사용자의 하중에 의해 무게 중심이 후방으로 형성되어 뒤로 전복될 수 있는데, 보조바퀴부(240)가 작동하여 복합활동 지원로봇의 후방을 지지함으로써 균형이 맞춰질 수 있고 후방으로의 전복이 방지될 수 있다. As shown in FIG. 10, the
보조바퀴부(240)의 작동은 계단을 오를 때에 한정됨이 없이 다양한 경우에 이루어질 수 있으며, 이를 통해 예를 들면, 장애인 편의시설이 갖춰지지 않은 식당 등 장소나 시설물 등에서도 자유로운 접근이 가능하도록 도울 수 있다.The operation of the
도 11은 도 1의 하부외골격부의 구성을 나타낸 예시도인데, 도 11의 (a)는 하부외골격부가 좌식모드인 상태를 나타낸 것이고, 도 11의 (b)는 하부외골격부가 스탠딩모드인 상태를 나타낸 것이다. 도 12는 가변강성부의 구동 메커니즘에 따른 에너지 소요를 설명하기 위한 예시도이다.Figure 11 is an exemplary view showing the configuration of the lower exoskeleton of Figure 1, Figure 11 (a) shows a state in which the lower exoskeleton is in a sitting mode, and Figure 11 (b) shows a state in which the lower exoskeleton is in a standing mode. will be. 12 is an exemplary diagram for explaining energy requirements according to a driving mechanism of a variable rigidity unit.
도 1, 도 2, 도 11 및 도 12에서 보는 바와 같이, 베이스 모듈(100)은 가변강성부(130)를 가질 수 있다. 가변강성부(130)는 하부외골격부(120)의 동작을 제어할 수 있으며, 이를 통해, 하부외골격부(120)가 좌식모드 또는 스탠딩모드로 전환되도록 할 수 있다.1, 2, 11 and 12, the
가변강성부(130)는 하체관절용 와이어(131), 능동구동부(132) 및 강성제어부(133)를 가질 수 있다. The variable stiffness unit 130 may have a
하체관절용 와이어(131)는 하부외골격부(120)의 배굴 시 회전 각도가 커지는 하체관절조인트(121)의 외굽면에 접하도록 하부외골격부(120)의 상단부로부터 하단부까지 연결될 수 있다. 다시 말하면, 하체관절용 와이어(131)는 제1하체관절조인트(122)의 후방외굽면(122a)와, 제2하체관절조인트(123)의 전방외굽면(123a)과, 제3하체관절조인트(124)의 후방외굽면(124a)에 접하도록 연결될 수 있다. 하체관절용 와이어(131)는 길이가 가변되지 않을 수 있다.The lower body
능동구동부(132)는 하체관절용 와이어(131)의 일단부에 연결될 수 있다. 구체적으로, 능동구동부(132)는 등받이부(128)에 설치될 수 있다. 능동구동부(132)는 강성이 조절될 수 있으면 특정한 형태 및 소재로 한정되지는 않으며, 예를 들면, 스프링이 사용될 수 있다.The
강성제어부(133)는 하체관절용 와이어(131)에 가해지는 인장력을 변화시키기 위해 능동구동부(132)의 강성을 제어할 수 있다. 강성제어부(133)가 능동구동부(132)의 강성을 증가시키면 능동구동부(132)는 하체관절용 와이어(131)를 상측으로 당기게 된다. 그런데 하체관절용 와이어(131)는 길이가 변하지 않기 때문에 하체관절용 와이어(131)에 발생되는 인장력으로 인해 하체관절용 와이어(131)의 강성도 증가하게 되면서 직선형태로 펴지게 된다. 이에 따라, 제2하체관절조인트(123) 및 제3하체관절조인트(124)가 회전하게 되고, 제2하체관절링크(127)가 바로 서면서 좌식모드에서 스탠딩모드로 전환이 될 수 있다. 즉, 강성제어부(133)에 의해 능동구동부(132)는 좌식모드에서는 제1강성을 가지고, 스탠딩모드에서는 제1강성보다 큰 제2강성을 가지도록 제어될 수 있다.The
이러한 관절 메커니즘은 하체의 힘으로 스스로 기립이 어려운 사용자가 쉽게 기립하도록 효과적으로 도움을 줄 수 있다.Such a joint mechanism can effectively help a user who is difficult to stand on its own with the power of the lower body to easily stand.
스탠딩 모드에서 좌식모드로 전환할 경우에는, 강성제어부(133)가 능동구동부(132)의 강성이 제2강성에서 제1강성이 되도록 제어할 수 있다. 그러면 사용자의 하중에 의해 제2하체관절조인트(123) 및 제3하체관절조인트(124)가 회전하게 되고 제2하체관절링크(127)가 눕게 되면서 좌식모드로 전환될 수 있다.When switching from the standing mode to the sitting mode, the
제1하체관절조인트(122)에는 제1하체관절조인트(122)와 하체관절용 와이어(131)의 접촉반경을 제어하는 한 쌍의 제1보조가이드(136a)가 구비될 수 있고, 제2하체관절조인트(123)에는 제2하체관절조인트(123)와 하체관절용 와이어(131)의 접촉반경을 제어하는 한 쌍의 제2보조가이드(136b)가 구비될 수 있으며, 제3하체관절조인트(124)에는 제3하체관절조인트(124)와 하체관절용 와이어(131)의 접촉반경을 제어하는 한 쌍의 제3보조가이드(136c)가 구비될 수 있다.The first lower body joint 122 may be provided with a pair of first
이와 같이, 가변강성부(130)에는 바이-스테이블(Bi-stable) 구조 매커니즘이 적용되기 때문에, 최소 동력을 사용하여 동작을 구현할 수 있다(도 12 참조).In this way, since the bi-stable structure mechanism is applied to the variable stiffness unit 130, the operation can be implemented using the minimum power (see FIG. 12).
능동구동부(132) 및 가변강성부(130)는 등받이부(128)에 설치될 수 있다.The
한편, 가변강성부(130)는 클러치(135)를 더 가질 수 있다.Meanwhile, the variable rigidity unit 130 may further have a clutch 135.
클러치(135)는 하체관절조인트(121)에 구비되어 하체관절조인트(121)가 회전되도록 잠금을 해제하거나, 회전되지 않도록 잠글 수 있다. 따라서, 좌식모드 또는 스탠딩모드로 변환이 완료된 후 클러치(135)가 잠금되면, 더욱 안정적으로 모드가 유지될 수 있다.The clutch 135 may be provided on the lower body joint 121 to release the lock so that the
전술한 바와 같이, 각각의 하체관절조인트(122,123,124)에는 내부에 토크를 출력하는 토크발생부가 구비될 수 있다. 토크발생부는 하체관절조인트(121)의 토크량을 조절하여 하체관절용 와이어(131)에 의해 발생되는 회전력을 보조할 수 있으며, 이를 통해, 하체관절조인트(121)의 회전이 더욱 자연스럽고 안정적으로 이루어지도록 도울 수 있다.As described above, each of the lower body joints 122, 123, 124 may be provided with a torque generating unit that outputs a torque therein. The torque generating unit can assist the rotational force generated by the lower body
한편, 전술한 이동모듈(200, 도 1 참조)과 베이스 모듈(100, 도 1 참조) 중 발판베이스(110, 도 1 참조)를 생략하여 스탠딩 활동 지원로봇을 구현할 수 있다. 즉, 스탠딩 활동 지원로봇은 전술한 하부외골격부(120) 및 가변강성부(130)를 포함할 수 있다. 스탠딩 활동 지원로봇은 좌식모드 및 스탠딩모드로 동작되는 것에 한정되지 않고 보행모드로 더 동작될 수 있으며, 이를 통해, 사용자가 보행을 하는데 도움을 줄 수 있다.On the other hand, it is possible to implement a standing activity support robot by omitting the scaffolding base 110 (see FIG. 1) of the above-described movement module 200 (see FIG. 1) and the base module 100 (see FIG. 1). That is, the standing activity support robot may include the
도 13은 도 1의 베이스 모듈의 좌식모드 및 스탠딩모드의 적용예를 나타낸 예시도이다.13 is an exemplary view showing an application example of a sitting mode and a standing mode of the base module of FIG. 1.
도 13의 (a)에서 보는 바와 같이, 좌식모드에서는 사용자(20)는 낮은 위치가 되기 때문에 높이 있는 물건을 보거나 집는데 불편함이 있다. 이 경우, 좌식모드에서 스탠딩모드로 변환하게 되면, 도 13의 (b)에서 보는 바와 같이 사용자(20)는 높이 있는 물건을 보거나 잡는데 불편함이 해소될 수 있다.As shown in (a) of FIG. 13, in the sedentary mode, since the
도 14는 도 1의 베이스 모듈의 지지밴드를 설명하기 위한 예시도이다.14 is an exemplary view for explaining a support band of the base module of FIG. 1.
도 14에서 보는 바와 같이, 베이스 모듈(100)은 지지밴드(140)를 더 가질 수 있다.As shown in FIG. 14, the
지지밴드(140)는 하부외골격부(120)에 구비되고 사용자(20)의 하체를 감싸 사용자(20)의 하체를 하부외골격부(120)에 고정시킬 수 있다. 사용자(20)의 하체를 효과적으로 고정시키기 위해, 지지밴드(140)는 복수개가 구비될 수 있다. The
더하여, 지지밴드(140)는 등받이부(128)에도 구비되어 사용자의 몸체를 감싸 사용자의 몸체를 등받이부(128)에 고정시킬 수 있다.In addition, the
지지밴드(140)는 지지밴드(140)에 가해지는 압력을 분산시킬 수 있는 복합재 구조를 이룰 수 있다. 그리고, 지지밴드(140)는 특정 방향으로만 벤딩이 이루어지도록 하는 밴딩 방향성을 가지는 구성을 가질 수 있다. 또한, 지지밴드(140)는 벤딩 방향으로만 강성이 약하도록 강성의 방향성을 가질 수 있는 구성을 가질 수 있다.The
그리고, 지지밴드(140)는 완충소재를 포함할 수 있다. 이를 통해, 착용감이 향상될 수 있으며, 사용자(20)에게 가해지는 압력이 분산되도록 할 수 있기 때문에, 예를 들면 욕창 등이 방지될 수 있다. In addition, the
또한, 지지밴드(140)는 통풍성이 좋고, 온도 조절이 가능한 소재를 포함할 수 있다. In addition, the
지지밴드(140)는 사용자(20)와의 일체감이 구현될 수 있고, 사용자(20)를 하부외골격부(120)에 견고하게 고정시킬 수 있다면 도시된 바와 같이 폭이 가는 끈의 형태에 한정되는 것은 아니며, 폭이 충분히 넓은 면의 형태나, 바지와 같이 하체를 전체적으로 감쌀 수 있는 형태 등 다양한 형태의 적용이 가능하다. If the
또한, 지지밴드(140)는 다양한 파스너(Fastener)의 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들면, 벨크로, 지퍼, 스냅, 단추 등의 다양한 방식이 적용될 수 있다.In addition, the
도 15는 도 1의 복합활동 지원로봇의 분해 및 조립 메커니즘을 설명하기 위한 예시도이다.15 is an exemplary view for explaining the disassembly and assembly mechanism of the complex activity support robot of FIG.
도 15의 (a)에서 보는 바와 같이, 베이스 모듈(100)은 이동모듈(200)과 탈착될 수 있다. 구체적으로 베이스 모듈(100)과 이동모듈(200, 도 1 참조)이 분리되면 두 개의 주행바퀴(230)는 발판베이스(110)로부터 분리될 수 있다.As shown in (a) of FIG. 15, the
그리고, 도 15의 (b)에서 보는 바와 같이, 이동모듈(200)과 분리된 베이스 모듈(100)의 하부외골격부(120) 및 등받이부(128)는 접혀서 운반모드로 변환될 수 있다. And, as shown in (b) of FIG. 15, the
운반모드로 변환 시, 하부외골격부(120)의 제1하체관절링크(126) 및 제2하체관절링크(127)는 서로 포개지도록 접힐 수 있으며, 보조바퀴부(240)는 하부외골격부(120)의 내측에 위치될 수 있다. When converting to the transport mode, the first lower body
운반모드 시 하부외골격부(120)의 높이는 제1하체관절링크(126)의 높이에 대응되는 높이로 낮아질 수 있고, 하부외골격부(120)의 폭도 발판베이스(110)에 대응되는 폭 정도로 작아질 수 있다. In the transport mode, the height of the
종래의 휠체어를 사용하는 사용자는 운전을 위해 차량에 탑승해야 하는 경우가 발생하더라도, 부피가 크고 중량이 큰 휠체어를 차량의 트렁크와 같은 넓은 공간에 실어주기 위한 보호자가 없으면, 운전을 위해 차량에 탑승하기가 실질적으로 불가능하다.Even if a user using a conventional wheelchair has to board a vehicle for driving, if there is no guardian to load a bulky and heavy wheelchair in a large space such as the trunk of a vehicle, board the vehicle for driving. It is virtually impossible to do.
그러나, 본 발명에 따르면, 운전자가 좌식모드에서 차량의 운전석으로 옮겨 않고, 이후 운반모드로 변경하여 분리된 주행바퀴와, 부피가 작아지고 무게가 가벼워진 베이스 모듈(100)을 직접 쉽게 차량의 내부로 옮길 수가 있기 때문에, 독립 승차 및 하차가 가능할 수 있다. However, according to the present invention, the driver does not move from the sedentary mode to the driver's seat of the vehicle, and then changes to the transport mode to move the separated driving wheel and the
도 16은 도 1의 복합활동 지원로봇이 상지모듈을 포함한 상태를 나타낸 예시도이고, 도 17은 도 16의 상지모듈의 사용예를 나타낸 예시도이다.16 is an exemplary view showing a state in which the complex activity support robot of FIG. 1 includes an upper limb module, and FIG. 17 is an exemplary view showing an example of using the upper limb module of FIG. 16.
도 16 및 도 17에서 보는 바와 같이, 복합활동 지원로봇은 상지모듈(300)을 더 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 16 and 17, the complex activity support robot may further include an
상지모듈(300)은 사용자의 팔에 결합되어 사용자의 팔의 동작을 보조할 수 있다. 상지모듈(300)은 베이스 모듈(100)과 탈착될 수 있다.The
상지모듈(300)은 팔관절조인트(311) 및 팔관절링크(315)를 가질 수 있다.The
팔관절조인트(311)는 사용자의 팔 관절에 대응되도록 복수로 구비될 수 있다. 즉, 팔관절조인트(311)는 인체의 손목관절, 팔꿈치관절 및 어깨관절에 각각 대응되는 제1팔관절조인트(312), 제2팔관절조인트(313) 및 제3팔관절조인트(314)를 가질 수 있으며, 힌지 회전될 수 있다.The arm joint 311 may be provided in plurality to correspond to the user's arm joint. That is, the arm joint 311 includes a first arm joint 312, a second arm joint 313, and a third arm joint 314 respectively corresponding to the wrist joint, elbow joint, and shoulder joint of the human body. Can have, and the hinge can be rotated.
각각의 팔관절조인트(311)에는 내부에 토크를 출력하는 토크발생부(미도시)가 구비될 수 있으며, 토크발생부는 팔관절조인트의 토크량을 조절할 수 있다.Each arm joint 311 may be provided with a torque generating unit (not shown) that outputs a torque therein, and the torque generating unit may adjust the amount of torque of the arm joint.
팔관절링크(315)는 복수로 구비될 수 있으며, 각각의 팔관절링크(,)는 팔관절조인트(311)를 연결할 수 있다. 즉, 하측의 제1팔관절링크(316)는 제1팔관절조인트(312) 및 제2하체관절조인트(123)를 연결할 수 있다. 또한, 상측의 제2팔관절링크(317)는 제2팔관절조인트(313) 및 제3팔관절조인트(314)를 연결할 수 있다.The arm
그리고, 제3팔관절조인트(314)에는 사용자의 어깨를 받쳐주기 위한 어깨받침부(318)가 더 연결될 수 있다.In addition, a
또한, 상지모듈(300)은 팔고정밴드(319)를 가질 수 있다. 팔고정밴드(319)는 팔관절링크(315)에 구비되어 사용자의 팔을 팔관절링크(315)에 고정시킬 수 있다. 팔고정밴드(319)는 전술한 지지밴드(140)와 동일할 수 있다.In addition, the
도 18은 도 16의 상지모듈에 포함되는 자중보상부를 설명하기 위한 예시도이다.18 is an exemplary view for explaining a self-weight compensation unit included in the upper limb module of FIG. 16.
도 18에서 보는 바와 같이, 상지모듈은 자중보상부(320)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 18, the upper limb module may include a self-weight compensation unit 320.
그리고 자중보상부(320)는 탄성부(321), 팔관절용 와이어(323), 아이들 롤러(324) 및 보상토크 조절부(325)를 가질 수 있다.In addition, the self-weight compensation unit 320 may have an
팔관절링크(315)에는 길이방향을 따라 이동 가능한 스프링 블록(322)이 구비될 수 있으며, 탄성부(321)는 팔관절링크(315)에 일단이 결합되고 스프링 블록(322)에 타단이 결합될 수 있다.The arm
팔관절용 와이어(323)는 일단부는 스프링 블록(322)에 결합되고 타탄부는 팔관절조인트(311)에 결합될 수 있다. 아이들 롤러(324)는 팔관절링크(315)에 구비되고 팔관절용 와이어(323)의 양단 사이를 지지할 수 있다.The arm
보상토크 조절부(325)는 팔관절링크(315)에 구비되고 아이들 롤러(324)의 위치 및 탄성부(321)의 탄성력을 조절할 수 있다.The compensation
탄성부(321)는 팔관절링크(315)의 길이방향을 따라 배치된 코일 스프링일 수 있으며, 초기 압축 거리에 따라 탄성력이 조절될 수 있다.The
팔관절용 와이어(323)는 탄성부(321)와 팔관절조인트(311)를 연결하는 역할을 하며, 팔관절용 와이어(323)의 타측은 팔관절조인트(311)의 기준점(326)에 결합될 수 있다.The arm
보상토크 조절부(325)는 팔관절링크(315)에 결합되어 팔관절링크(315)의 길이방향으로 이동 및 고정이 가능할 수 있으며, 탄성부(321)의 일단을 지지할 수 있다. The compensation
아이들 롤러(324)는 팔관절링크(315)에 결합되고, 팔관절링크(315)의 길이방향을 따라 이동 및 고정이 가능하도록 형성될 수 있다.The
팔관절링크(315)는 팔관절조인트의 중심을 회전중심(327)으로 하여 회전되며, 무게중심(328)은 회전중심(327)으로부터 이격되어 배치되게 된다.The arm
탄성부(321)는 길이방향으로 압축되는 거리에 비례하여 탄성력의 크기가 달라질 수 있는데, 보상토크 조절부(325)는 팔관절링크(315)에 가해지는 무게가 증가하면 탄성부(321)의 초기 압축 거리가 증가되도록 하여 탄성력이 커지도록 함으로서 보상토크를 크게 할 수 있고, 반대로 가해지는 무게가 감소하면 탄성부(321)의 초기 압축 거리를 감소시켜 탄성력이 작아지도록 함으로써 보상토크를 작게 조절할 수 있다.The
이와 같이, 보상토크 조절부(325)는 팔관절링크에 가해지는 무게의 변화에 대응하여 탄성부(321)의 압축 및 신장 정도를 조절하여 최소의 동력으로도 요구되는 큰 보상토크를 구현하고, 보상토크의 크기를 용이하게 변화시킬 수 있으며, 이를 통해 가해지는 하중에 대해 적절한 보상토크를 발생시킬 수 있다.In this way, the compensation
이러한 자중보상부(320)는 상지모듈(300)에 가해지는 무게가 변하거나 팔관절조인트(311)로부터 무게 중심까지의 거리가 변하는 경우에도 이에 대하여 적절한 보상토크를 발생시킬 수 있어 원활한 자중 보상이 이루어질 수 있는 장점이 있다.This self-weight compensation unit 320 can generate an appropriate compensation torque even when the weight applied to the
도 19는 도 16의 상지모듈이 포함한 손 모사부를 나타낸 예시도이고, 도 20 및 도 21은 도 19의 작동예시도이다.19 is an exemplary view showing a hand replicating unit included in the upper limb module of FIG. 16, and FIGS. 20 and 21 are exemplary operation diagrams of FIG. 19.
도 16과 함께, 도 19 내지 도 21에서 보는 바와 같이, 상지모듈(300)은 손 모사부(330)를 포함할 수 있다. 손 모사부(330)는 손 부분을 손실한 장애인이 사용자인 경우 사용될 수 있다.Along with FIG. 16, as shown in FIGS. 19 to 21, the
손 모사부(330)는 제1기어(332), 제2기어(333), 제3기어(335), 제1구동부(336) 및 제2구동부(337)를 가질 수 있다.The
제1기어(332)는 팔관절조인트에 구비되는 제1힌지축(331)과 결합되고 제1힌지축(331)을 중심으로 양방향 회전할 수 있다. 구체적으로 제1힌지축(331)은 인체의 손목관절에 대응되는 제1팔관절조인트(312)에 구비될 수 있다.The
제2기어(333)는 제1힌지축(331)의 타단부에 결합되고 제1기어(332)와 독립적으로 양방향 회전할 수 있다.The
제3기어(335)는 일단부가 제1힌지축(331)에 결합되고 팔관절조인트(311)의 외측으로 연장되는 제2힌지축(334)의 타단부에 결합되며 제1기어(332) 및 제2기어(333)와 기어 결합될 수 있다.The
제1구동부(336)는 제1기어(332)에 결합되고 수축 및 신장되면서 제1기어(332)를 회전시킬 수 있다. 그리고, 제2구동부(337)는 제2기어(333)에 결합되고, 수축 및 신장되면서 제2기어(333)를 회전시킬 수 있다.The
따라서, 도 20의 (a)에서 보는 바와 같이, 손 모사부(330)에서 핸들(339)이 후방방향(BD)으로 회전되도록 하기 위해서는, 상대적으로 후방에 위치되는 제1-2구동부(336b) 및 제2-2구동부(337b)가 동시에 수축하고, 상대적으로 전방에 위치되는 제1-1구동부(336a) 및 제2-1구동부(337a)가 동시에 신장하면, 제1기어(332) 및 제2기어(333)는 동시에 후방방향으로 회전하게 되고, 제3기어(335)는 제2힌지축(334)과 함께 후방방향으로 회전할 수 있게 된다. 이에 따라, 핸들(339)도 후방방향(BD)으로 회전되게 되며, 이러한 동작은 손을 뒤로 젖히는 동작에 대응될 수 있다.Therefore, as shown in (a) of FIG. 20, in order to rotate the
다음으로, 도 20의 (b)에서 보는 바와 같이, 제3기어(335)가 전방방향(FD)으로 회전되도록 하기 위해서, 즉, 핸들(339)이 전방방향(FD)으로 회전되도록 하기 위해서는, 상대적으로 전방에 위치되는 제1-1구동부(336a) 및 제2-1구동부(337a)가 동시에 수축되고, 상대적으로 후방에 위치되는 제1-2구동부(336b) 및 제2-2구동부(337b)가 동시에 신장되면, 제1기어(332) 및 제2기어(333)가 동시에 전방방향으로 회전하게 되고, 제3기어(335)는 제2힌지축(334)과 함께 전방방향으로 회전할 수 있게 된다. 이에 따라, 핸들(339)도 전방방향(FD)으로 회전되게 되며, 이러한 동작은 손을 앞으로 숙이는 동작에 대응될 수 있다.Next, as shown in (b) of FIG. 20, in order to rotate the
다음으로, 도 21의 (a)에서 보는 바와 같이, 제3기어(335)가 수평 반시계방향인 제1회전방향(RD1)으로 회전되도록 하기 위해서, 즉, 핸들(339)이 제1회전방향(RD1)으로 회전되도록 하기 위해서는, 전방에 위치되는 제1-1구동부(336a)와 후방에 위치되는 제2-2구동부(337b)가 동시에 수축하고, 후방에 위치되는 제1-2구동부(336b) 및 전방에 위치되는 제2-1구동부(337a)가 동시에 신장하면, 제1기어(332)는 전방방향으로 회전하고 제2기어(333)는 후방방향으로 회전하게 되며, 제3기어(335)는 제2힌지축(334)을 중심으로 제1회전방향(RD1)으로 회전할 수 있게 된다. 이에 따라, 핸들(339)도 제1회전방향(RD1)으로 회전되게 되며, 이러한 동작은 손을 우측으로 돌리는 동작에 대응될 수 있다.Next, as shown in (a) of FIG. 21, in order to rotate the
다음으로, 도 21의 (b)에서 보는 바와 같이, 제3기어(335)가 제1회전방향의 반대방향인 제2회전방향(RD2)으로 회전되도록 하기 위해서, 즉, 핸들(339)이 제2회전방향(RD2)으로 회전되도록 하기 위해서는, 전방에 위치되는 제1-1구동부(336a)와 후방에 위치되는 제2-2구동부(337b)가 동시에 신장하고, 후방에 위치되는 제1-2구동부(336b) 및 전방에 위치되는 제2-1구동부(337a)가 동시에 수축하면, 제1기어(332)는 후방방향으로 회전하고 제2기어(333)는 전방방향으로 회전하게 되며, 제3기어(335)는 제2힌지축(334)을 중심으로 수평 시계방향인 제2회전방향(RD2)으로 회전할 수 있게 된다. 이에 따라, 핸들(339)도 제2회전방향(RD2)으로 회전되게 되며, 이러한 동작은 손을 좌측으로 돌리는 동작에 대응될 수 있다.Next, as shown in (b) of FIG. 21, in order to rotate the
제1구동부(336) 및 상기 제2구동부(337)는 형상기억합금 소재, 스프링, 열반응 소재 중 어느 하나 이상을 가지는 인공근육일 수 있으며, 이를 통해, 초경량의 구동 메커니즘이 구현될 수 있다.The
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 복합활동 지원로봇이 포함하는 뇌-기계 인터페이스(BMI: Brain machine Interface) 기반 인지모듈을 설명하기 위한 예시도이다.22 is an exemplary diagram illustrating a brain machine interface (BMI) based cognitive module included in a complex activity support robot according to an embodiment of the present invention.
도 22에서 보는 바와 같이, 복합활동 지원로봇은 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈(400)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 22, the complex activity support robot may include a brain-machine interface (BMI) based
뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈(400)은 사용자의 뇌파 정보를 기초로 베이스 모듈(100), 이동모듈(200) 및 상지모듈(300)을 제어할 수 있다. The brain-machine interface (BMI) based
뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈(400)은 사용자의 머리에 씌워지도록 마련될 수 있으며, 이러한 방식은 비침습을 기반으로 하기 때문에, 간편하게 탈부착이 가능하다.The brain-machine interface (BMI)-based
사용자는 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈(400)을 통해 이동모듈(200)이 이동, 정지, 조향 등의 동작을 하도록 제어할 수 있다. 또한, 사용자는 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈(400)을 통해 베이스 모듈(100)의 좌식모드, 스탠딩모드, 탑승모드, 운반모드 등의 동작 구현과, 하부외골격부(120)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 사용자는 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈(400)을 통해 상지모듈(300)이 팔 들기, 잡기, 놓기 등의 동작을 하도록을 제어할 수 있다. The user can control the
뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈(400)은 베이스 모듈(100), 이동모듈(200) 및 상지모듈(300)의 동력전달 및 신호체계를 통합하여 제어할 수 있다.The brain-machine interface (BMI) based
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 이동활동 지원로봇을 나타낸 예시도이다.23 is an exemplary view showing a mobile activity support robot according to an embodiment of the present invention.
도 23에서 보는 바와 같이, 이동활동 지원로봇은 베이스 모듈(1100) 및 이동모듈(1200)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 23, the mobile activity support robot may include a
베이스 모듈(1100)은 사용자가 안착되는 부분으로, 사용자가 앉을 수 있도록 형성될 수 있다.The
이동모듈(1200)은 베이스 모듈(1100)에 결합되는 주행바퀴(1230)를 가지고, 베이스 모듈(1100)이 이동되도록 할 수 있다. 이동모듈(1200)은 전술한 이동모듈(200, 도 1 참조)과 실질적으로 동일할 수 있다. The
즉, 이동활동 지원로봇은 전술한 이동모듈(200)과 동일한 기능을 하는 이동모듈(1200)을 가지는 휠체어일 수 있다.That is, the mobility activity support robot may be a wheelchair having a
그리고, 도시되지는 않았지만, 이동모듈(1200)은 이동모듈(1200)의 주행 방향의 후방으로 선택적으로 위치되어 지면에 접촉되는 보조바퀴부를 가질 수 있다. 보조바퀴부는 전술한 보조바퀴부(240, 도 9 참조)와 실질적으로 동일할 수 있다.Further, although not shown, the moving
더하여, 도시되지는 않았지만 이동활동 지원로봇은 상지모듈을 더 포함할 수 있다. 상지모듈은 전술한 상지모듈(300, 도 16 참조)과 실질적으로 동일할 수 있다.In addition, although not shown, the mobile activity support robot may further include an upper limb module. The upper limb module may be substantially the same as the upper limb module 300 (see FIG. 16) described above.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and the concept of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
100,1100: 베이스 모듈
110: 발판베이스
120: 하부외골격부
121: 하체관절조인트
125: 하체관절링크
130: 가변강성부
140: 지지밴드
200, 1200: 이동모듈
230,1230: 주행바퀴
240: 보조바퀴부
300: 상지모듈
311: 팔관절조인트
315: 팔관절링크
320: 자중보상부
330: 손 모사부
400: 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈100,1100: base module
110: scaffolding base
120: lower exoskeleton
121: lower body joint joint
125: lower body joint link
130: variable rigidity part
140: support band
200, 1200: moving module
230,1230: driving wheel
240: auxiliary wheel part
300: upper limb module
311: arm joint joint
315: arm joint link
320: self-weight compensation unit
330: hand simulation part
400: Brain-machine interface (BMI) based cognitive module
Claims (28)
상기 발판베이스에 결합되는 주행바퀴를 가지고, 상기 베이스 모듈이 이동되도록 하는 이동모듈을 포함하고,
상기 하부외골격부는 사용자가 앉을 수 있는 좌식모드 또는 사용자가 설 수 있는 스탠딩모드로 변환되는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.It has a footrest base, a plurality of lower body joint joints provided to correspond to the lower body joints of the user, and a plurality of lower body joint links connecting the lower body joint joints, and is provided as a pair on the upper part of the footrest base to be coupled to both sides of the lower body of the user. A base module having a lower exoskeleton portion that becomes; And
It has a driving wheel coupled to the footrest base, and includes a moving module to move the base module,
The lower exoskeleton unit is converted into a sitting mode in which the user can sit or a standing mode in which the user can stand.
상기 이동모듈은
상기 발판베이스에 구비되고 상기 이동모듈의 주행 방향의 후방으로 위치되어 지면에 선택적으로 접촉되는 보조바퀴부를 가지는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 1,
The moving module
A complex activity support robot, characterized in that it has an auxiliary wheel provided on the scaffolding base and positioned to the rear of the traveling direction of the moving module to selectively contact the ground.
상기 이동모듈은
상기 발판베이스에 구비되는 차축과,
상기 차축의 양단부에 회전 가능하게 구비되고, 상기 주행바퀴와 상기 차축을 연결하는 주행바퀴축을 가지고,
상기 주행바퀴축은 상기 차축의 회전중심축과 각도를 이루도록 틸팅될 수 있으며, 상기 베이스 모듈의 좌우 전복방지를 위해 상기 주행바퀴의 접지 각도가 변형되도록 하는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 1,
The moving module
An axle provided on the scaffolding base,
It is rotatably provided at both ends of the axle and has a driving wheel shaft connecting the driving wheel and the axle,
The driving wheel shaft may be tilted to form an angle with the rotation center axis of the axle, and the ground angle of the driving wheel is changed to prevent the base module from overturning.
상기 베이스 모듈은
상기 하부외골격부의 배굴 시 회전 각도가 커지는 상기 하체관절조인트의 외굽면에 접하도록 상기 하부외골격부의 상단부로부터 하단부까지 연결되는 하체관절용 와이어와,
상기 하체관절용 와이어의 일단부에 연결되는 능동구동부와,
상기 하부외골격부가 상기 좌식모드 또는 상기 스탠딩모드로 변환되도록 상기 하체관절용 와이어에 가해지는 인장력을 변화시키기 위해 상기 능동구동부의 강성을 제어하는 강성제어부를 가지는 가변강성부를 가지는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 1,
The base module is
A wire for lower body joints connected from the upper end of the lower exoskeleton to the lower end of the lower exoskeleton so as to contact the outer heel surface of the lower body joint joint, which increases when the lower exoskeleton is retracted,
An active driving part connected to one end of the lower body joint wire,
Complex activity support, characterized in that the lower exoskeleton part has a variable stiffness part having a stiffness control part that controls the stiffness of the active driving part to change the tension applied to the lower body joint wire so that the lower exoskeleton part is converted to the sitting mode or the standing mode robot.
상기 강성제어부는 상기 능동구동부가 상기 좌식모드에서는 제1강성을 가지도록 하고, 상기 스탠딩모드에서는 상기 제1강성보다 큰 제2강성을 가지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 4,
Wherein the stiffness control unit controls the active driving unit to have a first stiffness in the sitting mode and a second stiffness greater than the first stiffness in the standing mode.
상기 베이스 모듈은 상기 하부외골격부의 상부에 힌지 연결되고, 사용자의 등을 지지하는 등받이부를 가지고,
상기 능동구동부 및 상기 가변강성부는 상기 등받이부에 설치되는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 4,
The base module is hingedly connected to the upper part of the lower exoskeleton and has a backrest part supporting the user's back,
The active driving unit and the variable rigidity unit, characterized in that the complex activity support robot is installed on the back.
상기 가변강성부는
상기 하체관절조인트에 구비되어 상기 하체관절조인트가 회전되도록 잠금을 해제하거나, 회전되지 않도록 잠그는 클러치를 더 가지는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 4,
The variable rigidity part
A complex activity support robot, further comprising a clutch provided in the lower body joint joint to release the lock so that the lower body joint joint rotates or to lock the lower body joint joint so that it does not rotate.
상기 베이스 모듈은
상기 하부외골격부에 구비되고 사용자의 하체를 감싸 사용자의 하체를 상기 하부외골격부에 고정시키는 지지밴드를 더 가지는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 1,
The base module is
The complex activity support robot, further comprising a support band provided in the lower exoskeleton and surrounding the lower body of the user and fixing the lower body of the user to the lower exoskeleton.
상기 지지밴드는 사용자에게 가해지는 압력이 분산되도록 하는 완충소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 8,
The support band is a complex activity support robot, characterized in that it comprises a cushioning material to distribute the pressure applied to the user.
상기 베이스 모듈은 상기 이동모듈과 탈착되고,
상기 하부외골격부는 접혀서 운반모드로 변환되는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 1,
The base module is detached from the moving module,
The complex activity support robot, characterized in that the lower exoskeleton is folded and converted into a transport mode.
사용자의 팔 관절에 대응되도록 구비되는 복수의 팔관절조인트와, 상기 팔관절조인트를 연결하는 복수의 팔관절링크를 가지는 상지모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 1,
A complex activity support robot, further comprising: an upper limb module having a plurality of arm joints and a plurality of arm joint links connecting the arm joints and a plurality of arm joints provided to correspond to the user's arm joints.
상기 상지모듈은
상기 팔관절링크에 일단이 결합되며, 타단에 상기 팔관절링크의 길이방향을 따라 이동 가능한 스프링 블록이 결합되는 탄성부와,
일단부는 상기 스프링 블록에 결합되고 타탄부는 상기 팔관절조인트에 결합되는 팔관절용 와이어와,
상기 팔관절링크에 구비되고 상기 팔관절용 와이어의 양단 사이를 지지하는 아이들 롤러와,
상기 팔관절링크에 구비되고 상기 아이들 롤러의 위치 및 상기 탄성부의 탄성력을 조절하는 보상토크 조절부를 가지는 자중보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 11,
The upper limb module
One end is coupled to the arm joint link, an elastic portion to which a spring block movable along the length direction of the arm joint link is coupled to the other end,
One end portion is coupled to the spring block and the tartan portion is an arm joint wire coupled to the arm joint joint,
An idle roller provided on the arm joint link and supporting between both ends of the arm joint wire,
A complex activity support robot comprising a self-weight compensation unit provided on the arm joint link and having a compensation torque adjustment unit for adjusting the position of the idle roller and the elastic force of the elastic unit.
상기 상지모듈은
상기 팔관절조인트에 구비되는 제1힌지축과 결합되고 상기 제1힌지축을 중심으로 양방향 회전하는 제1기어와,
상기 제1힌지축의 타단부에 결합되고 상기 제1기어와 독립적으로 양방향 회전하는 제2기어와,
일단부가 제1힌지축에 결합되고 상기 팔관절조인트의 외측으로 연장되는 제2힌지축의 타단부에 결합되며 상기 제1기어 및 상기 제2기어와 기어 결합되는 제3기어와,
상기 제1기어에 결합되고 수축 및 신장되면서 상기 제1기어를 회전시키는 제1구동부; 그리고
상기 제2기어에 결합되고, 수축 및 신장되면서 상기 제2기어를 회전시키는 제2구동부를 가지는 손 모사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 11,
The upper limb module
A first gear coupled with a first hinge shaft provided in the arm joint joint and rotating in both directions around the first hinge shaft,
A second gear coupled to the other end of the first hinge shaft and rotating in both directions independently of the first gear,
A third gear having one end coupled to the first hinge shaft and coupled to the other end of the second hinge shaft extending outward of the arm joint joint, and gear-coupled with the first gear and the second gear,
A first driving part coupled to the first gear and rotating the first gear while contracting and extending; And
And a hand simulation unit coupled to the second gear and having a second driving unit configured to rotate the second gear while being contracted and extended.
상기 제1구동부 및 상기 제2구동부는 형상기억합금 소재, 스프링, 열반응 소재 중 어느 하나 이상을 가지는 인공근육인 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 13,
The first driving unit and the second driving unit is an artificial muscle having at least one of a shape memory alloy material, a spring, and a heat reaction material.
사용자의 뇌파 정보를 기초로 상기 베이스 모듈, 상기 이동모듈 및 상기 상지모듈을 제어하는 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 11,
A complex activity support robot comprising a brain-machine interface (BMI)-based cognitive module that controls the base module, the movement module, and the upper limb module based on the user's brainwave information.
상기 주행바퀴의 강성은 상기 주행바퀴에 닿는 주변 구조물에 대응되게 변형되는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method according to any one of claims 1 to 15,
The complex activity support robot, characterized in that the stiffness of the driving wheel is deformed to correspond to the surrounding structures contacting the driving wheel.
상기 주행바퀴는
상기 발판베이스에 구비되는 차축으로부터 동력을 전달받아 회전하는 동력전달부와,
상기 동력전달부에 결합되어 상기 동력전달부와 일체로 회전하는 유연지지부와,
상기 유연지지부의 외주면에 결합되어 상기 유연지지부와 일체로 회전하고, 강성이 조절되어 외력에 따라 변형되는 강성가변부와,
상기 강성가변부의 외주면에 결합되어 상기 강성가변부를 보호하는 유연지지프레임부와,
상기 동력전달부에 구비되어 충격을 감지하는 충격감지부와,
상기 충격감지부가 감지하는 충격의 크기를 기초로 상기 강성가변부의 강성이 조절되도록 제어하는 강성조절부를 가지는 것을 특징으로 하는 복합활동 지원로봇.The method of claim 16,
The driving wheel is
A power transmission unit that receives power from an axle provided in the scaffolding base and rotates,
A flexible support unit coupled to the power transmission unit and rotating integrally with the power transmission unit,
A stiffness variable portion that is coupled to the outer circumferential surface of the flexible support portion and rotates integrally with the flexible support portion, and the rigidity is adjusted to deform according to an external force;
A flexible support frame part coupled to the outer circumferential surface of the stiffness variable part to protect the stiffness variable part,
A shock sensing unit provided in the power transmission unit to detect an impact,
A complex activity support robot, characterized in that it has a stiffness control unit that controls the stiffness of the stiffness variable part to be adjusted based on the magnitude of the impact detected by the impact sensing unit.
상기 베이스 모듈에 결합되는 주행바퀴를 가지고, 상기 베이스 모듈이 이동되도록 하는 이동모듈을 포함하고,
상기 주행바퀴의 강성은 상기 주행바퀴에 닿는 주변 구조물에 대응되게 변형되는 것을 특징으로 하는 이동활동 지원로봇.A base module on which a user is seated; And
It has a driving wheel coupled to the base module, and includes a moving module to move the base module,
The mobility support robot, characterized in that the stiffness of the driving wheel is deformed to correspond to the surrounding structures contacting the driving wheel.
상기 주행바퀴는
상기 베이스 모듈에 구비되는 차축으로부터 동력을 전달받아 회전하는 동력전달부와,
상기 동력전달부에 결합되어 상기 동력전달부와 일체로 회전하는 유연지지부와,
상기 유연지지부의 외주면에 결합되어 상기 유연지지부와 일체로 회전하고, 강성이 조절되어 외력에 따라 변형되는 강성가변부와,
상기 강성가변부의 외주면에 결합되어 상기 강성가변부를 보호하는 유연지지프레임부와,
상기 동력전달부에 구비되어 충격을 감지하는 충격감지부와,
상기 충격감지부가 감지하는 충격의 크기를 기초로 상기 강성가변부의 강성이 조절되도록 제어하는 강성조절부를 가지는 것을 특징으로 하는 이동활동 지원로봇.The method of claim 18,
The driving wheel is
A power transmission unit that receives power from an axle provided in the base module and rotates,
A flexible support unit coupled to the power transmission unit and rotating integrally with the power transmission unit,
A stiffness variable portion that is coupled to the outer circumferential surface of the flexible support portion and rotates integrally with the flexible support portion, and the rigidity is adjusted to deform according to an external force;
A flexible support frame part coupled to the outer circumferential surface of the stiffness variable part to protect the stiffness variable part,
A shock sensing unit provided in the power transmission unit to detect an impact,
And a stiffness control unit for controlling the stiffness of the stiffness variable part to be adjusted based on the magnitude of the impact detected by the impact detection unit.
상기 이동모듈은
상기 이동모듈에 구비되고 상기 이동모듈의 주행 방향의 후방으로 선택적으로 위치되어 지면에 접촉되는 보조바퀴부를 가지는 것을 특징으로 하는 이동활동 지원로봇.The method of claim 18,
The moving module
And an auxiliary wheel part provided in the moving module and selectively positioned to the rear of the traveling direction of the moving module to contact the ground.
상기 이동모듈은
상기 베이스 모듈에 구비되는 차축과,
상기 차축의 양단부에 회전 가능하게 구비되고, 상기 주행바퀴와 상기 차축을 연결하는 주행바퀴축을 가지고,
상기 주행바퀴축은 상기 차축의 회전중심축과 각도를 이루도록 틸트될 수 있으며, 상기 베이스 모듈의 좌우 전복방지를 위해 상기 주행바퀴의 접지 각도가 변형되도록 하는 것을 특징으로 하는 이동활동 지원로봇.The method of claim 18,
The moving module
An axle provided in the base module,
It is rotatably provided at both ends of the axle and has a driving wheel shaft connecting the driving wheel and the axle,
The driving wheel shaft may be tilted to form an angle with the rotation center axis of the axle, and the ground angle of the driving wheel is changed to prevent the left and right rollover of the base module.
사용자의 팔 관절에 대응되도록 구비되는 복수의 팔관절조인트와, 상기 팔관절조인트를 연결하는 복수의 팔관절링크를 가지는 상지모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동활동 지원로봇.The method of claim 18,
A mobility activity support robot, further comprising: an upper limb module having a plurality of arm joints and a plurality of arm joint links connecting the arm joints and a plurality of arm joints provided to correspond to the user's arm joints.
상기 상지모듈은
상기 팔관절링크에 일단이 결합되며, 타단에 상기 팔관절링크의 길이방향을 따라 이동 가능한 스프링 블록이 결합되는 탄성부와,
일단부는 상기 스프링 블록에 결합되고 타탄부는 상기 팔관절조인트에 결합되는 팔관절용 와이어와,
상기 팔관절링크에 구비되고 상기 팔관절용 와이어의 양단 사이를 지지하는 아이들 롤러와,
상기 팔관절링크에 구비되고 상기 아이들 롤러의 위치 및 상기 탄성부의 탄성력을 조절하는 보상토크 조절부를 가지는 자중보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동활동 지원로봇.The method of claim 22,
The upper limb module
One end is coupled to the arm joint link, an elastic portion to which a spring block movable along the length direction of the arm joint link is coupled to the other end,
One end portion is coupled to the spring block and the tartan portion is an arm joint wire coupled to the arm joint joint,
An idle roller provided on the arm joint link and supporting between both ends of the arm joint wire,
And a self-weight compensation unit provided on the arm joint link and having a compensation torque adjustment unit for adjusting the position of the idle roller and the elastic force of the elastic unit.
상기 상지모듈은
상기 팔관절조인트에 구비되는 제1힌지축과 결합되고 상기 제1힌지축을 중심으로 양방향 회전하는 제1기어와,
상기 제1힌지축의 타단부에 결합되고 상기 제1기어와 독립적으로 양방향 회전하는 제2기어와,
일단부가 제1힌지축에 결합되고 상기 팔관절조인트의 외측으로 연장되는 제2힌지축의 타단부에 결합되며 상기 제1기어 및 상기 제2기어와 기어 결합되는 제3기어와,
상기 제1기어에 결합되고 수축 및 신장되면서 상기 제1기어를 회전시키는 제1구동부; 그리고
상기 제2기어에 결합되고, 수축 및 신장되면서 상기 제2기어를 회전시키는 제2구동부를 가지는 손 모사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동활동 지원로봇.The method of claim 22,
The upper limb module
A first gear coupled with a first hinge shaft provided in the arm joint joint and rotating in both directions around the first hinge shaft,
A second gear coupled to the other end of the first hinge shaft and rotating in both directions independently of the first gear,
A third gear having one end coupled to the first hinge shaft and coupled to the other end of the second hinge shaft extending outward of the arm joint joint, and gear-coupled with the first gear and the second gear,
A first driving part coupled to the first gear and rotating the first gear while contracting and extending; And
And a hand simulation unit coupled to the second gear and having a second driving unit configured to rotate the second gear while being contracted and extended.
상기 제1구동부 및 상기 제2구동부는 형상기억합금 소재, 스프링, 열반응 소재 중 어느 하나 이상을 가지는 인공근육인 것을 특징으로 하는 이동활동 지원로봇.The method of claim 24,
The first driving unit and the second driving unit are artificial muscles having at least one of a shape memory alloy material, a spring, and a heat reaction material.
사용자의 뇌파 정보를 기초로 상기 베이스 모듈, 상기 이동모듈 및 상기 상지모듈을 제어하는 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기반 인지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동활동 지원로봇.The method of claim 22,
A mobility activity support robot comprising a brain-machine interface (BMI) based cognitive module that controls the base module, the movement module, and the upper limb module based on the user's brainwave information.
상기 하부외골격부의 배굴 시 회전 각도가 커지는 상기 하체관절조인트의 외굽면에 접하도록 상기 하부외골격부의 상단부로부터 하단부까지 연결되는 하체관절용 와이어와, 상기 하체관절용 와이어의 일단부에 연결되는 능동구동부와, 상기 하부외골격부가 동작되도록 상기 하체관절용 와이어에 가해지는 인장력을 변화시키기 위해 상기 능동구동부의 강성을 제어하는 강성제어부를 가지는 가변강성부를 포함하는 스탠딩 활동 지원로봇.A lower exoskeleton portion provided in a pair to be coupled to both sides of the user's lower body with a plurality of lower body joint joints provided to correspond to the lower body joints of the user and a plurality of lower body joint links connecting the lower body joints; And
A wire for lower body joints connected from the upper end of the lower exoskeleton to the lower end of the lower exoskeleton so as to contact the outer heel surface of the lower body joint joint when the lower exoskeleton is retracted, and an active driving part connected to one end of the lower body joint wire , Standing activity support robot comprising a variable rigidity unit having a rigidity control unit for controlling the rigidity of the active driving unit to change the tensile force applied to the lower body joint wire so that the lower exoskeleton unit is operated.
상기 가변강성부는
상기 하체관절조인트에 구비되어 상기 하체관절조인트가 회전되도록 잠금을 해제하거나, 회전되지 않도록 잠그는 클러치를 더 가지는 것을 특징으로 하는 스탠딩 활동 지원로봇.The method of claim 27,
The variable rigidity part
A standing activity support robot, further comprising a clutch provided in the lower body joint joint to release the lock so that the lower body joint joint rotates or to lock the lower body joint joint so that it does not rotate.
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