KR101244851B1

KR101244851B1 - 하지근력지원용 착용형 로봇

Info

Publication number: KR101244851B1
Application number: KR1020110143860A
Authority: KR
Inventors: 한창수; 한정수
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-03-18

Abstract

하지근력지원용 착용형 로봇이 개시된다. 본 발명에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇은, 중량물을 수용하는 상체 착용부; 상기 상체 착용부에 연결되는 제1 프레임; 상기 제1 프레임에 연결되는 제2 프레임, 및 상기 제2 프레임과 스프링으로 연결되어 상기 제2 프레임 내에서 스프링의 신축에 따라 길이 방향으로 이동하는 제3 프레임을 포함하는 대퇴부부재; 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 수동형 관절구조로 연결하는 고관절부부재; 및 상기 고관절부부재와 상기 제3 프레임을 연결하고 상기 스프링의 신축 작용을 억제하는 쇼크 업소버(shock absorber)를 포함한다.

Description

하지근력지원용 착용형 로봇{Wearable robot for assisting the muscular strength of lower extremity}

본 발명은 착용형 로봇에 관한 것으로서, 특히 중량물을 이송하기 위한 하지근력지원용 착용형 로봇에 관한 것이다.

군수, 물류, 산업현장, 재난극복 분야에서 근력지원을 위한 착용형 로봇 시스템이 많이 개발되고 있는데, 이러한 로봇 시스템은 중량물의 이송을 위하여 하지 착용형 로봇 시스템의 형태로 개발되고 있다.

일반적으로, 하지근력지원용 착용형 로봇은 중량물 이송 및 보상을 위해서 고관절, 슬관절, 족관절의 모든 관절을 능동형 관절구조로 구성하고 있다. 그러나, 이처럼 모든 관절을 능동형 관절구조로 구성하는 경우에는 구동 모터나 유압 시스템의 무게로 인해 로봇 전체의 무게 증가하고 에너지 소모가 많다는 문제점이 있다. 또한, 보행시 다 자유도의 제어기를 사용하여야 하며 중량물을 짊어진 경우 중량물의 하중에 대한 보상 대책을 모터나 유압 시스템을 통해서 구현되어야 하므로 제어의 어려움이 따르게 된다. 즉, 모든 관절을 능동형 관절구조로 구성하는 하지근력지원용 착용형 로봇은 관절의 제어와 에너지의 효율 측면에서 바람직하지 못하다.

이에 따라, 최근에는 능동형 관절구조와 수동형 관절구조를 혼합하여 사용하는 하지근력지원용 로봇에 대한 개발이 진행되고 있다. 예컨대, 슬관절은 능동형 관절구조로 구성하고 고관절과 족관절은 수동형 관절구조로 구성할 수 있다.

그런데, 위와 같이 능동형 관절구조와 수동형 관절구조를 혼합한 하지근력지원용 착용형 로봇에 있어서, 고관절을 수동형 관절구조로 구성하는 경우에는 장착된 중량물의 하중에 의한 고관절의 움직임이 발생할 수 있다. 그리고 이러한 고관절의 움직임은 중량물의 하중을 지지하고 있는 프레임의 처짐을 야기하여 결과적으로 중량물의 하중이 로봇을 구성하는 프레임들을 통해 지면으로 분산되지 못하고 착용자의 인체에 가해지는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 능동형 관절구조와 수동형 관절구조를 혼합한 하지근력지원용 착용형 로봇에 있어서 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 기구적 메커니즘에 대한 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 스프링 구조를 가진 대퇴부부재 및 스프링의 신축 작용을 억제하는 쇼크 업소버(shock absorber)를 포함함으로써, 스프링의 진동 및 충격을 통해 인체의 고관절에 충격이 가해지는 것을 막아 주고, 중량물에 의해 고관절에 토크가 발생되는 경우 수동관절이 무게 때문에 움직이지 않도록 잡아줌으로써, 보행시 요구되는 고관절부의 동작 범위를 충분히 확보하면서도 장착된 중량물의 하중이 사용자의 인체에 가해지지 않도록 중량물을 지지하여 보상할 수 있는 하지근력지원용 착용형 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇은, 중량물을 수용하는 상체 착용부; 상기 상체 착용부에 연결되는 제1 프레임; 상기 제1 프레임에 연결되는 제2 프레임, 및 상기 제2 프레임과 스프링으로 연결되어 상기 제2 프레임 내에서 스프링의 신축에 따라 길이 방향으로 이동하는 제3 프레임을 포함하는 대퇴부부재; 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 수동형 관절구조로 연결하는 고관절부부재; 및 상기 고관절부부재와 상기 제3 프레임을 연결하고 상기 스프링의 신축 작용을 억제하는 쇼크 업소버(shock absorber)를 포함하여 구성된다.

상기 고관절부부재는, 상기 제3 프레임이 이동함에 따라 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부가 이동하도록 안내하는 쇼크 업소버 가이드를 포함할 수 있다.

상기 쇼크 업소버 가이드는, 상기 스프링이 압축되어 상기 제3 프레임이 이동함에 따라, 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부와 상기 고관절부부재의 회전축이 불일치하도록 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부의 이동을 안내할 수 있다.

상기 쇼크 업소버 가이드는, 상기 스프링이 인장되어 상기 제3 프레임이 이동함에 따라, 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부와 상기 고관절부부재의 회전축이 일치하도록 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부의 이동을 안내할 수 있다.

상기 고관절부부재는, 상기 중량물이 부하되는 방향에 대응하여 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부의 이동 방향을 변경할 수 있도록 상기 쇼크 업소버 가이드의 방향이 변경 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 고관절부부재는, 0도 초과 180도 미만의 범위에서 상기 쇼크 업소버 가이드의 방향이 변경 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 제3 프레임은, 상기 제2 프레임의 내측 면과 접촉하여 슬라이딩하는 슬라이더; 및 상기 슬라이더의 이동을 안내하는 슬라이딩 가이드를 포함할 수 있다.

상기 제2 프레임은, 상기 슬라이더 및 슬라이딩 가이드가 일정 범위 내에서만 슬라이딩할 수 있도록 구속하는 스토퍼(stopper)를 포함할 수 있다.

상기 제1 프레임은, 상기 상체 착용부에 대하여 좌우 요동 가능하게 결합될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 스프링 구조를 가진 대퇴부부재 및 스프링의 신축 작용을 억제하는 쇼크 업소버를 포함함으로써, 스프링의 진동 및 충격을 통해 인체의 고관절에 충격이 가해지는 것을 막아 주고, 중량물에 의해 고관절에 토크가 발생되는 경우 수동관절이 무게 때문에 움직이지 않도록 잡아줌으로써, 보행시 요구되는 고관절부의 동작 범위를 충분히 확보하면서도 장착된 중량물의 하중이 사용자의 인체에 가해지지 않도록 중량물을 지지하여 보상할 수 있는 하지근력지원용 착용형 로봇을 제공할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 하지근력지원용 착용형 로봇의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조에 있어서 중량물이 앞쪽에 위치하는 경우 입각기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조에 있어서 중량물이 뒤쪽에 위치하는 경우 입각기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조에 있어서 유각시의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조의 쇼크 업소버 가이드의 방향 변경을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇은 고관절 구조에 있어서는 인체 고관절의 움직임 중 신전(Extension)/굴곡(Flexion)과 외전(Abduction)/내전(Adduction) 동작에 대해서 관절 운동범위의 제한을 갖는 수동형 관절구조를 사용하여 구현할 수 있으며 보행시 발생되는 근력의 보조, 증강을 위하여 슬관절 구조에 있어서는 신전/굴곡 동작에 대해서 능동형 관절구조로 구성할 수 있다. 족관절 구조는 사람의 족관절보다 아래에 위치하며 지면과 가까운 거리에 설정하여 중량물의 무게가 지면으로 정확히 전달되도록 하며 수동형 관절로 구성할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇은 모든 관절의 능동형 관절구성을 통한 중량물 지지 대신 고관절과 족관절을 수동형 관절로 구성하여 무게를 지지하도록 한다.

도 1 및 도 2는 종래의 하지근력지원용 착용형 로봇의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 종래의 하지근력지원용 착용형 로봇은, 신체(1)의 허리 부분에 착용되는 벨트(2)가 결합되며 허리 부분의 형상 및 사이즈에 따라 유연하게 변형되는 허리 착용부(3)와, 신체(1)의 대퇴부에 위치하도록 허리 착용부(3)에 결합되는 한 쌍의 고관절부부재(4)와, 상단부는 고관절부부재(4)에 전후 방향으로 회전 가능하게 결합되고 다리 결합부(5)에 의해 신체(1)의 대퇴부에 고정되는 근력 지원부(6)와, 고관절부부재(4)에 대한 근력 지원부(6)의 회전력을 발생시키는 구동부(7)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 고관절부부재(4), 근력 지원부(6) 및 구동부(7)를 포함하는 고관절 구조는 인체의 근력을 보조 또는 증폭하기 위해, 구동 모터에 의해 작동되는 능동형 관절구조를 가지고 있다.

즉, 도 1을 참조하면, 종래의 하지근력지원용 착용형 로봇은, 슬관절부(8)를 포함하는 슬관절구조 뿐만 아니라 고관절 구조 모두 능동형 관절구조를 가지고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 능동형 관절구조를 가진 종래의 하지 근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조를 대체할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조는 상체 착용부(100), 제1 프레임(200), 대퇴부부재(300), 고관절부부재(400) 및 쇼크 업소버(500)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조는 일 실시예에 따른 것이고 도 3에 도시된 블록들은 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조는 벨트를 이용하여 연결함으로써 인체에 착용할 수 있다. 벨트는 사용자 별 사이즈 조정이 가능하도록 구성될 수 있다.

상체 착용부(100)는 이송하고자 하는 중량물을 수용하는 부분이다. 일 실시예에서, 상체 착용부(100)는 중량물이 장착되도록 구성될 수 있다. 상체 착용부(100)는 사람의 상체에 착용하기 쉽도록 구성된다. 구체적으로, 상체 착용부(110)는 어깨끈, 벨트 등을 구비하여 가방을 메듯이 사람의 상체에 안정감 있게 착용할 수 있다. 다만, 상체 착용부(100)는 도 3에 도시된 구조에 한정되지 아니하고 적절하게 변경될 수 있다.

제1 프레임(200)은 인체의 골반에 대응되는 부분으로 상체 착용부(100)에 장착된 중량물의 하중을 받쳐주고 이를 대퇴부부재(300) 등을 거쳐 지면에 전달한다. 제1 프레임(200)은 상체 착용부(100)의 하측에 배치된 상태에서 그 상단부가 상체 착용부(100)에 연결될 수 있다. 제1 프레임(120)은 상체 착용부(100)에 장착된 중량물의 하중을 안정적으로 지지하도록 충분한 강성을 갖는 재질 및 형상으로 제작될 수 있다. 또한, 제1 프레임(200)은 상체 착용부(100)에 대하여 좌우 요동 가능하게 결합되어, 외전/내전 동작(A)이 구현될 수 있다. 이를 위하여, 제1 프레임(200)은 상체 착용부(100)와 힌지 결합할 수 있다.

대퇴부부재(300)는 인체의 대퇴골에 대응되는 부분으로, 제1 프레임(200)의 하측에 배치된 상태에서 고관절부부재(400)를 통해 제1 프레임(200)에 결합된다. 이러한 대퇴부부재(300)는 제1 프레임(200)을 지지하되, 제1 프레임(200)에 대해 소정의 범위 내에서 회전 가능하도록 구성된다.

일 실시예에서, 대퇴부부재(300)는 제1 프레임(200)에 연결되는 제2 프레임(310), 및 제2 프레임(310)과 연결되어 제2 프레임(310) 내에서 길이 방향으로 이동하는 제3 프레임(320)을 포함할 수 있다. 여기서 제3 프레임(320)은 제2 프레임(310)과 스프링(330)으로 연결되어, 제2 프레임(310) 내에서 스프링(330)의 신축에 따라 길이 방향으로 이동할 수 있다. 제3 프레임(320)은 제2 프레임(310)의 내측 면과 접촉하여 슬라이딩하는 슬라이더(321) 및 슬라이더의 이동을 안내하는 슬라이딩 가이드(322)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 제3 프레임(320)은 길이 방향으로 안정적으로 이동할 수 있다. 또한, 제2 프레임(310)은 슬라이더(321) 및 슬라이딩 가이드(322)가 일정 범위 내에서만 슬라이딩할 수 있도록 구속하는 스토퍼(stopper)(311)를 포함함으로써, 제2 프레임(310)에서 제3 프레임(320)이 빠지지 않도록 할 수 있다.

한편, 대퇴부부재(300)의 하측에는 인체의 무릎 부분에 대응되는 무릎관절 프레임(미도시)이 배치될 수 있다. 무릎관절 프레임(미도시)에는 슬관절부(미도시)가 구비될 수 있는데, 이러한 슬관절부(미도시)는 인체의 근력을 보조 또는 증폭하기 위해, 구동 모터에 의해 작동되는 능동형 관절구조를 가질 수 있다. 또한, 첨부된 도면들에는 도시되지 않았지만, 무릎관절 프레임(미도시)의 하단부에는 인체의 발목 부분에 대응되는 발목관절 프레임(미도시)이 결합될 수 있다. 발목관절 프레임(미도시)은 수동형 관절구조를 가질 수 있다. 이와 같은 구조에 따라, 상체 착용부(100)에 장착된 중량물의 하중은 제1 프레임(200), 대퇴부부재(300), 무릎관절 프레임(미도시) 및 발목관절 프레임(미도시)을 순차적으로 거쳐 지면으로 전달될 수 있다.

고관절부부재(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 프레임(200)과 대퇴부부재(300)를 수동형 관절구조로 연결한다. 즉, 고관절부부재(400)는 그 회전축을 중심으로 대퇴부부재(300)가 제1 프레임(200)에 대해 회전할 수 있도록 제1 프레임(200)과 대퇴부부재(300)를 상호 연결한다. 구체적으로, 고관절부부재(400)는 대략 디스크 형태로 제1 프레임(120)의 내측에 회전 가능하게 장착되고, 그 일 측에는 대퇴부부재(300)의 상단부가 결합될 수 있다. 이때, 고관절부부재(400)는 구동 모터를 사용하지 않는 수동형 관절구조로 구비될 수 있다.

쇼크 업소버(500)는 고관절부부재(400)와 제3 프레임(320)을 연결하고 상기 스프링의 신축 작용을 억제한다. 즉, 쇼크 업소버(500)는 스프링(330)의 신축 작용으로 인한 진동 및 충격을 줄여주는 역할을 함으로써, 스프링(330)의 진동 및 충격을 통해 인체의 고관절에 충격이 가해지는 것을 막아 준다. 쇼크 업소버(500)의 스트로크 길이는 보행시 인체 관절 범위를 고려하여 결정된다. 즉, 쇼크 업소버(500)의 스트로크의 길이에 따라 고관절의 동작 범위가 결정되게 된다. 쇼크 업소버(500)는 부하되는 중량물의 무게에 대응하여 적절히 교체될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조는 중량물에 의해 고관절에 토크가 발생되는 경우 수동관절이 무게 때문에 움직이지 않도록 잡아주는 구성을 가질 수 있다. 이하 이와 같은 구성에 대해 도 3 내지 도 5의 실시예를 참고하여 설명하도록 한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조의 고관절부부재(400)는 제3 프레임(320)이 이동함에 따라 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부가 이동하도록 안내하는 쇼크 업소버 가이드(410)를 포함할 수 있다. 쇼크 업소버 가이드(410)의 길이는 중량물의 무게와 쇼크 업소버(500)의 사양에 따라서 결정될 수 있다.

고관절부부재(400)는 중량물이 부하되는 방향에 대응하여 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부의 이동 방향을 변경할 수 있도록 쇼크 업소버 가이드(410)의 방향이 변경 가능하며, 이는 이후에 다른 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조에 있어서 중량물이 앞쪽에 위치하는 경우 입각기의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조에 있어서 중량물이 뒤쪽에 위치하는 경우 입각기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 프레임(310)의 내부에 배치되는 쇼크 업소버(500)는 보행 입각기(stance phase)에서는 제2 프레임(310)의 내부의 스프링(330)이 압축되어, 대퇴부부재(300)의 길이의 변화가 생기게 되고, 이로 인하여 쇼크 업소버(500)의 위치가 변경되며 고관절부부재(400)의 회전축과 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부가 불일치하게 되어 모멘트 암(moment arm)(20, 20')이 발생하게 된다. 이를 통해서, 중량물(10, 10')의 무게가 지지될 수 있다. 즉, 중량물(10. 10')의 무게에 의해 발생하는 토크(30, 30')를 보상할 수 있다. 즉, 보행 입각기에서 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조의 쇼크 업소버 가이드(410)는 스프링(330)이 압축되어 제3 프레임(320)이 이동함에 따라, 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부와 고관절부부재(400)의 회전축이 불일치하도록 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부의 이동을 안내하는 역할을 한다.

도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조의 앞에 중량물(10)이 위치하여 토크(30)가 앞쪽으로 회전하는 방향으로 발생하게 되며, 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부가 쇼크 업소버 가이드(410)를 따라 앞쪽으로 이동하여 고관절부부재(400)의 회전축과 불일치하게 됨으로써 발생되는 모멘트 암(20)을 이용하여 토크(30)를 보상할 수 있다.

도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조의 뒤에 중량물(10')이 위치하여 토크(30')가 뒤쪽으로 회전하는 방향으로 발생하게 되며, 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부가 쇼크 업소버 가이드(410)를 따라 뒤쪽으로 이동하여 고관절부부재(400)의 회전축과 불일치하게 됨으로써 발생되는 모멘트 암(20')을 이용하여 토크(30')를 보상할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조는 다시 보행을 하고자 할 경우 움직이지 않도록 고정되어 있던 수동관절이 다시 움직일 수 있도록 하는 구성을 가질 수 있다. 이하 이와 같은 구성에 대해 도 6의 실시예를 참고하여 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조에 있어서 유각기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 보행 유각기(swing phase)에서는 제2 프레임(310)의 내부의 스프링(330)이 인장되어, 대퇴부부재(300)의 길이가 원래의 길이로 돌아가고 쇼크 업소버(500)의 위치도 제자리로 돌아가게 되어서 고관절부부재(400)의 회전축과 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부가 일치하게 되어 모멘트 암이 사라져서 보행에 영향을 미치지 않게 된다. 따라서, 보행시에는 고관절부부재(400)가 자유롭게 구동이 가능한 상태가 된다. 즉, 보행 유각기에서 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조의 쇼크 업소버 가이드(410)는 스프링(330)이 인장되어 제3 프레임(320)이 이동함에 따라, 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부와 고관절부부재(400)의 회전축이 일치하도록 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부의 이동을 안내하는 역할을 한다.

제2 프레임(310)의 내부에 배치되는 쇼크 업소버(500)는 보행 입각기(stance phase)에서는 제2 프레임(310)의 내부의 스프링(330)이 압축되어, 대퇴부부재(300)의 길이의 변화가 생기게 되고, 이로 인하여 쇼크 업소버(500)의 위치가 변경되며 고관절부부재(400)의 회전축과 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부가 불일치하게 되어 모멘트 암(moment arm)(20, 20')이 발생하게 된다. 이를 통해서, 중량물(10, 10')의 무게가 지지될 수 있다. 즉, 중량물(10. 10')의 무게에 의해 발생하는 토크(30, 30')를 보상할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조의 쇼크 업소버 가이드(410)는 스프링(330)이 압축되어 제3 프레임(320)이 이동함에 따라, 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부와 고관절부부재(400)의 회전축이 불일치하도록 쇼크 업소버(500)의 일단의 연결부의 이동을 안내하는 역할을 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조의 쇼크 업소버 가이드의 방향 변경을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하지근력지원용 착용형 로봇의 고관절 구조의 고관절부부재(400)는 중량물이 부하되는 방향에 대응하여 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부의 이동 방향을 변경할 수 있도록 쇼크 업소버 가이드(410)의 방향이 변경 가능하다. 일 실시예에서, 고관절부부재(400)는 도 7에 점선으로 도시된 바와 같이 고관절부부재(400)는 그 중심을 회전축으로 하여 회전함으로써, 쇼크 업소버 가이드(410)의 방향을 변경할 수 있다. 이때, 고관절부부재(400)는 0도 초과 180도 미만의 범위에서 상기 쇼크 업소버 가이드의 방향이 변경 가능하다.

이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.

100 : 상체 착용부 200 : 제1 프레임
300 : 대퇴부부재 310 : 제2 프레임
320 : 제3 프레임 400 : 고관절부부재
500 : 쇼크 업소버

Claims

중량물을 수용하는 상체 착용부;
상기 상체 착용부에 연결되는 제1 프레임;
상기 제1 프레임에 연결되는 제2 프레임, 및 상기 제2 프레임과 스프링으로 연결되어 상기 제2 프레임 내에서 스프링의 신축에 따라 길이 방향으로 이동하는 제3 프레임을 포함하는 대퇴부부재;
상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 수동형 관절구조로 연결하는 고관절부부재; 및
상기 고관절부부재와 상기 제3 프레임을 연결하고 상기 스프링의 신축 작용을 억제하는 쇼크 업소버(shock absorber)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 고관절부부재는,
상기 제3 프레임이 이동함에 따라 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부가 이동하도록 안내하는 쇼크 업소버 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
청구항 2에 있어서,
상기 쇼크 업소버 가이드는,
상기 스프링이 압축되어 상기 제3 프레임이 이동함에 따라, 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부와 상기 고관절부부재의 회전축이 불일치하도록 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부의 이동을 안내하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
청구항 2에 있어서,
상기 쇼크 업소버 가이드는,
상기 스프링이 인장되어 상기 제3 프레임이 이동함에 따라, 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부와 상기 고관절부부재의 회전축이 일치하도록 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부의 이동을 안내하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
청구항 2에 있어서,
상기 고관절부부재는,
상기 중량물이 부하되는 방향에 대응하여 상기 쇼크 업소버의 일단의 연결부의 이동 방향을 변경할 수 있도록 상기 쇼크 업소버 가이드의 방향이 변경 가능한 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
청구항 5에 있어서,
상기 고관절부부재는,
0도 초과 180도 미만의 범위에서 상기 쇼크 업소버 가이드의 방향이 변경 가능한 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 제3 프레임은,
상기 제2 프레임의 내측 면과 접촉하여 슬라이딩하는 슬라이더; 및
상기 슬라이더의 이동을 안내하는 슬라이딩 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
청구항 7에 있어서,
상기 제2 프레임은,
상기 슬라이더 및 슬라이딩 가이드가 일정 범위 내에서만 슬라이딩할 수 있도록 구속하는 스토퍼(stopper)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 프레임은,
상기 상체 착용부에 대하여 좌우 요동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 하지근력지원용 착용형 로봇.