KR101965070B1 - Elastic Structure Body, Elastic Actuator And Wearable Robot Having The Same - Google Patents

Elastic Structure Body, Elastic Actuator And Wearable Robot Having The Same Download PDF

Info

Publication number
KR101965070B1
KR101965070B1 KR1020170138445A KR20170138445A KR101965070B1 KR 101965070 B1 KR101965070 B1 KR 101965070B1 KR 1020170138445 A KR1020170138445 A KR 1020170138445A KR 20170138445 A KR20170138445 A KR 20170138445A KR 101965070 B1 KR101965070 B1 KR 101965070B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
elastic
motor
output member
driving
gear
Prior art date
Application number
KR1020170138445A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
공경철
우한승
Original Assignee
서강대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서강대학교산학협력단 filed Critical 서강대학교산학협력단
Priority to KR1020170138445A priority Critical patent/KR101965070B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101965070B1 publication Critical patent/KR101965070B1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B25J9/126—Rotary actuators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

The present invention relates to a wearable robot comprising: an elastic structure in which a size is minimized and a linearity of an elastic force according to the amount of deformation is improved; and an elastic driver having the elastic structure as a power transmitting means and minimizing a size or a weight. The wearable robot having an elastic actuator is capable of accurately supporting a walking force of a user to a sufficient size while minimizing a physical resistance of the elastic actuator in accordance with the user′s intent of operation.

Description

탄성구조체, 탄성구동기 및 이를 구비한 착용형 로봇{Elastic Structure Body, Elastic Actuator And Wearable Robot Having The Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an elastic structure, an elastic actuator, and a wearable robot having the elastic structure,

본 발명은 탄성구조체, 탄성구동기 및 이를 구비한 착용형 로봇에 대한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 크기가 최소화되고 변형량에 따른 탄성력의 선형성이 향상되는 탄성구조체, 상기 탄성구조체를 동력 전달수단으로 구비하며 크기 또는 무게가 최소화된 탄성구동기 및 상기 탄성구동기를 구비하고 사용자의 동작 의도에 따른 탄성 구동기의 물리적 저항을 최소화하면서도 사용자의 보행력을 충분한 크기로 정확하게 보조할 수 있는 착용형 로봇에 대한 것이다.The present invention relates to an elastic structure, an elastic actuator, and a wearable robot having the same. More specifically, the present invention relates to an elastic structure having a minimized size and improved linearity of an elastic force according to a deformation amount, an elastic driver having the elastic structure as a power transmission means and minimized in size or weight, The present invention relates to a wearable robot capable of accurately supporting a walking force of a user to a sufficient size while minimizing a physical resistance of an elastic actuator according to an operation intention.

최근 일상 생활이 불가능한 신체능력을 가진 장애인, 환자 또는 노약자를 위한 착용형 로봇 또는 체력이나 신체능력을 강화하기 위한 산업용 또는 군사용 착용형 로봇의 개발이 진행되고 있다. Recently, the development of wearable robots for persons with disabilities, patients or elderly people with physical abilities that can not be practiced in everyday life, or industrial or military wearable robots for enhancing physical strength or body abilities.

장애인, 환자 또는 노약자를 위한 착용형 로봇의 경우에는 신체 능력, 요구되는 보조력의 크기 또는 역할에 따라 완전마비 장애인용 착용형 로봇과 노약자 또는 부분마비 환자 또는 장애인용 착용형 로봇으로 분류될 수 있다.In the case of a wearable robot for the disabled, the patient, or the elderly, it can be classified as a wearable robot for persons with complete paralysis and a wearable robot for the elderly or partial paralysers or persons with disabilities, depending on the body ability, .

전자의 경우, 사용자에게 신체 능력이 없으므로, 사용자의 하지의 움직임에 대한 동작 의도 등은 로봇의 제어변수로 큰 의의가 없으므로, 착용형 로봇은 충분한 힘으로 사용자의 하지의 움직임을 대신하여 정확하게 보행 동작을 수행하면 될 수 있다.In the former case, since the user does not have physical ability, the motion intention of the user's lower limb is not significant as a control variable of the robot, so that the wearable robot can accurately exercise the walking motion As shown in FIG.

따라서, 전자의 착용형 로봇의 경우에는 요구되는 구동력의 크기가 크고 그에 따라 구동장치, 배터리 및 골격구조가 큰 경우가 많다.Therefore, in the case of an electronic wearing-type robot, the required driving force is large, and thus the driving device, the battery, and the skeletal structure are often large.

그러나, 후자의 착용형 로봇의 경우에는 사용자의 신체능력이 부족하여 이를 보조하기 위한 로봇이므로, 착용형 로봇의 크기와 무게가 최소화되고 사용자의 동작 의도에 따라 정확한 보조력을 제공하는 것이 관건이 될 수 있다.However, in the case of the latter type of wearable robot, the size and weight of the wearable robot are minimized, and it is important to provide an accurate auxiliary force according to a user's intention .

특히, 사용자의 움직임 또는 의도와 다른 로봇의 보조력 제공의 경우, 사용자의 불편함 또는 부상을 유발할 수 있으므로, 사용자의 움직임을 허용하면서도 사용자의 동작의도를 파악하여 정확하게 보조력을 제공할 필요가 있다. In particular, in the case of providing assistance force of the robot different from the user's motion or intention, it may cause inconvenience or injury of the user, so it is necessary to grasp the motion of the user while providing the motion of the user, have.

하지만 정확한 보조력 생성을 위해서는 상황에 따른 사용자의 근력의 측정이 필요하고, 일반적으로 사용자의 근력 등을 정밀하게 측정하기 위하여, 착용형 로봇에 사용되는 센서는 고가이고, 부피가 크며, 센서의 신호가 노이즈에 매우 민감하기 때문에 착용형 로봇 등의 모바일 환경에서 실용적으로 사용하기에 어려운 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 스프링과 같은 탄성체를 사용하는 탄성 구동기가 적용되는 경우가 있다.However, in order to accurately generate the assist force, it is necessary to measure the user's strength according to the situation, and in general, in order to precisely measure the strength of the user, the sensor used in the wearable robot is expensive, There is a problem that it is difficult to be practically used in a mobile environment such as a wearable robot because it is very sensitive to noise. In order to solve such a problem, an elastic actuator using an elastic body such as a spring may be applied.

즉, 모터 등과 구동축에 동력 전달수단으로 탄성부재를 구비하고, 탄성부재의 변형량을 기초로 사용자의 동작의도를 판단하여, 탄성부재의 변형량을 제거하는 방향으로 모터를 구동하여, 사용자가 느끼는 기계적 저항을 최소화하면서도 동작의도를 판단하여 그에 따른 보조 구동력을 제공할 수 있다.That is, a motor or the like and a drive shaft are provided with an elastic member as a power transmitting means. The motor is driven in a direction to remove the deformation amount of the elastic member by judging the degree of operation of the user based on the deformation amount of the elastic member, It is possible to determine the degree of operation while minimizing the resistance, and to provide the auxiliary driving force accordingly.

이러한, 탄성 구동기는 탄성부재의 변형량을 기초로 보조 구동력을 제공하므로, 사용자의 근력에 의한 탄성부재의 변형량의 선형성이 보장되어야 하고 Such an elastic actuator provides an auxiliary driving force based on the deformation amount of the elastic member, so that the linearity of the deformation amount of the elastic member due to the user's strength must be ensured

하체의 부분 마비 환자 또는 노약자를 위한 착용형 로봇의 경우, 무게와 크기를 최소화하기 위하여 착용형 로봇의 주요 구성인 구동장치의 경량화 및 소형화가 가능해야 하지만 이와 같은 탄성부재 또는 탄성 구동기가 소개된 바가 없다.In order to minimize the weight and size of the wearable robot for the partial paralysis of the lower body or for the elderly, it is necessary to make the driving device, which is the main constituent of the wearable robot, lighter and smaller. However, such an elastic member or elastic actuator none.

본 발명은 크기가 최소화되고 변형량에 따른 탄성력의 선형성이 향상되는 탄성구조체, 상기 탄성구조체를 동력 전달수단으로 구비하며 크기 또는 무게가 최소화된 탄성구동기 및 상기 탄성구동기를 구비하고 사용자의 동작 의도에 따른 탄성 구동기의 물리적 저항을 최소화하면서도 사용자의 보행력을 충분한 크기로 정확하게 보조할 수 있는 착용형 로봇을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention relates to an elastic structure in which the size is minimized and the linearity of an elastic force according to the amount of deformation is improved, an elastic driver having the elastic structure as a power transmission means and minimized in size or weight and the elastic driver, A wearable robot capable of accurately supporting a walking force of a user with a sufficient size while minimizing a physical resistance of an elastic actuator is provided.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 구동부재와 연결되는 제1 고정부; 출력부재와 연결되는 제2 고정부; 및, 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부 사이에서 탄성력을 제공하며, 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부를 연결하는 탄성부;를 구비하며, 상기 제1고정부, 상기 제2 고정부 및 상기 탄성부는 일체로 금속 재질로 구성되는 탄성구조체를 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a driving unit comprising: a first fixing unit connected to a driving member; A second fixing part connected to the output member; And an elastic part that provides an elastic force between the first fixing part and the second fixing part and connects the first fixing part and the second fixing part, wherein the first fixing part, the second fixing part, The fixing portion and the elastic portion may integrally provide an elastic structure composed of a metal material.

또한, 상기 탄성구조체의 탄성부는 골과 마루가 반복되는 주름구조로 구성되며, 상기 제1 고정부 및 상기 제2 고정부는 상기 주름구조의 골 방향 또는 마루 방향과 수직한 방향의 평면구조로 구성될 수 있다.In addition, the elastic portion of the elastic structure may have a corrugated structure in which the corrugation and the floor are repeated, and the first fixing portion and the second fixing portion may have a planar structure in a direction perpendicular to the valley direction or the floor direction of the corrugated structure .

이 경우, 상기 제1 고정부 양단에 2개의 탄성부의 일단이 연결되고, 각각의 탄성부의 타단에 제2 고정부가 구비될 수 있다.In this case, one end of the two elastic portions may be connected to both ends of the first fixing portion, and the second fixing portion may be provided at the other end of each elastic portion.

그리고, 상기 탄성구조체는 180도 이하의 각도 크기를 갖는 원호 형태로 구성되고, 상기 탄성구조체를 구성하는 상기 제1 고정부, 한 쌍의 상기 탄성부 및 한 쌍의 상기 제2 고정부는 각각 20도 내지 40도의 크기로 구성될 수 있다.The elastic structure is formed in an arc shape having an angular size of 180 degrees or less, and the first fixing portion, the pair of elastic portions, and the pair of second fixing portions constituting the elastic structure are each formed at an angle of 20 degrees To 40 degrees.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 회전축을 구비하고, 상기 회전축을 통해 구동력을 제공하는 모터; 상기 모터의 구동력에 의하여 구동되는 구동기어; 상기 구동기어에 연결되는 탄성구조체; 및, 상기 탄성구조체에 연결되는 출력부재;를 포함하고, 상기 구동기어 및 상기 출력부재는 상대적 회전 구동이 가능하고, 상기 구동기어 및 상기 출력부재의 회전축은 동축 상에 일치하되 상기 모터의 회전축과 평행한 것을 특징으로 하는 탄성구동기를 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a motor comprising: a motor having a rotating shaft and providing a driving force through the rotating shaft; A driving gear driven by a driving force of the motor; An elastic structure connected to the driving gear; And an output member connected to the elastic structure, wherein the drive gear and the output member are rotatable relative to each other, and the rotation shaft of the drive gear and the output member coaxially coincides with the rotation axis of the motor, It is possible to provide an elastic driver that is parallel.

이 경우, 상기 모터의 회전축과 연결되는 적어도 하나의 감속기어를 포함하며, 상기 모터 및 상기 구동기어에 사이에 연결되는 감속부를 더 포함할 수 있다.In this case, the motor may further include at least one reduction gear connected to the rotation shaft of the motor, and a deceleration unit connected between the motor and the drive gear.

그리고, 상기 탄성구조체는 원호 형태로 구성되어 상대 회전 구동이 가능한 상기 구동기어 및 상기 출력부재 사이에 개재되며, 상기 탄성구조체의 양단은 상기 출력부재 및 상기 구동기어 중 일측에 체결되고, 상기 탄성구조체의 중심부는 타측에 연결될 수 있다.The elastic structure is disposed between the driving gear and the output member which are formed in an arc shape and are capable of relative rotation, and both ends of the elastic structure are fastened to one side of the output member and the driving gear, Can be connected to the other side.

여기서, 상기 모터 또는 상기 출력부재의 회전각도, 회전속도 또는 회전방향을 감지하기 위한 적어도 하나의 엔코더 및 상기 엔코더에서 수집된 정보를 근거로 상기 모터를 제어하는 제어부를 더 포함될 수 있다.The apparatus may further include at least one encoder for sensing a rotation angle, a rotation speed, or a rotation direction of the motor or the output member, and a controller for controlling the motor based on the information collected by the encoder.

또한, 상기 제어부는 상기 출력부재가 회전하여 상기 탄성구조체에 탄성 변형이 발생한 경우에 상기 탄성구조체의 탄성 변형이 제거되는 방향으로 상기 모터가 구동되도록 제어할 수 있다.The control unit may control the motor to be driven in a direction in which elastic deformation of the elastic structure is removed when the output member rotates and elastic deformation occurs in the elastic structure.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 구동력을 제공하는 모터; 상기 모터의 구동력이 전달되는 탄성구조체; 상기 탄성구조체와 연결되어 전달된 구동력에 의하여 구동되는 출력부재;를 포함하고, 상기 출력부재가 회전하여 상기 탄성구조체에 탄성 변형이 발생한 경우에 탄성 변형을 제거하는 방향으로 상기 모터가 구동되는 제공하는 것을 특징으로 하는 탄성구동기를 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a motor including: a motor; An elastic structure to which a driving force of the motor is transmitted; And an output member connected to the elastic structure and driven by the transmitted driving force, wherein when the elastic member is elastically deformed by rotation of the output member, the motor is driven in a direction to remove the elastic deformation And an elastic driving unit.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 탄성구동기가 착용자의 고관절 및 슬관절에 구비되고, 착용자의 대퇴와 하퇴를 각각 지지하는 상부 프레임부 또는 하부 프레임부의 일단이 각각의 탄성구동기를 구성하는 출력부재에 장착되고,According to another aspect of the present invention, there is provided an elastic driving device comprising: an elastic driving unit that is provided in a hip joint and a knee joint of a wearer, and one end of an upper frame part or a lower frame part, Mounted on the member,

착용자의 보행시 각각의 탄성구동기의 출력부재는 각각의 상부 프레임부 또는 하부 프레임부를 회전 구동하여 착용자의 보행을 보조하는 것을 특징으로 하는 하체 보조를 위한 착용형 로봇를 제공할 수 있다.And the output member of each elastic driver during the walk of the wearer rotates the upper frame part or the lower frame part to assist the wearer in walking.

여기서, 상기 복수 개 의 탄성구동기 중 어느 하나의 탄성구동기를 구성하는 모터가 정지된 상태에서 해당 탄성구동기를 구성하는 출력부재가 회전하여 상기 탄성구조체에 탄성 변형이 발생한 경우, 상기 모터는 상기 탄성구조체의 탄성 변형을 제거하는 방향으로 상기 모터가 구동될 수 있다.When the motor constituting one of the plurality of elastic actuators is stopped and the output member constituting the elastic actuators is rotated to cause elastic deformation in the elastic structure, The motor can be driven in a direction to eliminate the elastic deformation of the motor.

전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면 착용형 로봇 등에 사용될 수 있는 탄성구동기에 있어서 착용자가 과도한 힘을 사용하지 않는 경우에도 착용자의 의도를 파악하여 보조력을 제공할 수 있다. According to the present invention having the above-described configuration, even when the wearer does not use excessive force in an elastic driver that can be used in a wearable robot or the like, an assist force can be provided by grasping the intention of the wearer.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 측면 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇의 정면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성구동기의 사시도 및 투시도를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 탄성구동기의 분해사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 탄성구동기를 구성하는 탄성구동모듈의 하나의 실시예의 전면 및 후면 사시도를 도시한다.
도 6은 도 5에 도시된 탄성구동모듈의 분해사시도를 도시한다.
도 7은 도 5에 도시된 탄성구동모듈을 구성하는 본 발명의 탄성구조체의 사시도를 도시한다.
도 8은 도 7에 도시된 탄성구조체(200)에 구동력이 인가에 따른 변형 상태를 도시한다. 1 is a side perspective view of a wearable robot according to an embodiment of the present invention.
2 shows a front view of a wearable robot according to an embodiment of the present invention.
3 shows a perspective view and a perspective view of an elastic actuator according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 shows an exploded perspective view of the elastic actuator shown in Fig.
Fig. 5 shows a front and rear perspective view of one embodiment of an elastic drive module constituting the elastic actuator of the present invention.
Figure 6 shows an exploded perspective view of the elastic drive module shown in Figure 5;
FIG. 7 is a perspective view of the elastic structure of the present invention constituting the elastic driving module shown in FIG.
Fig. 8 shows a deformed state according to application of a driving force to the elastic structure 200 shown in Fig.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇(1000)의 측면 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 로봇(1000)의 정면도이다.FIG. 1 is a side perspective view of a wearable robot 1000 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view of a wearable robot 1000 according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 명세서에서 상기 착용형 로봇(1000)은 장애인, 노약자 또는 환자(이하, '착용자'라 함)의 하체에 착용하여, 보행 동작을 보조하는 로봇일 수 있다. 여기서 보행 동작을 보조한다는 의미는 하체의 운동 기능이 일부 존재하는 착용자의 독립적인 보행을 가능하도록 고관절과 슬관절에 부족한 근력 등을 보전하기 위한 구동력을 제공한다는 의미이다.Referring to FIGS. 1 and 2, the wearable robot 1000 may be a robot that walks on the lower body of a person with a disability, an elderly person, or a patient (hereinafter referred to as a wearer) to assist a walking operation. Here, the meaning of assisting the gait operation means to provide the driving force to maintain the weakness in the hips and the knee so that the wearer who has a partial movement function can independently walk.

상기 착용형 로봇(1000)은 착용자의 허리 부위에 배치되는 본체(500)와, 상기 본체(500)에서 아래로 연장되어 착용자의 각각의 다리를 지지하는 한 쌍의 다리 유닛(600l, 600r)을 포함할 수 있다. The wearable robot 1000 includes a main body 500 disposed at a waist portion of a wearer and a pair of leg units 600l and 600r extending downward from the main body 500 to support respective legs of the wearer .

여기서, 상기 다리 유닛(600l, 600r)은 고관절과 슬관절에 각각 구비되어 대퇴와 하퇴에 보조 토크를 제공하여 착용자의 독립 보행을 보조할 수 있다.Here, the leg units 600l and 600r are provided in the hip joint and the knee joint, respectively, to provide an assist torque to the femur and the lower leg, thereby assisting the independent walking of the wearer.

따라서, 각각의 다리 유닛(600l, 600r)의 고관절과 슬관절 대응영역에는 구동 토크 제공을 위한 구동장치가 구비될 수 있다. 각각의 구동장치는 탄성부재 등을 매개로 구동력을 출력하는 탄성구동기로 구성될 수 있다. Therefore, a driving device for providing a driving torque may be provided in the hip and knee joint regions of the leg units 600l and 600r. Each of the driving devices may be constituted by an elastic driver for outputting a driving force via an elastic member or the like.

각각의 다리유닛은 탄성구동기(100a, 100b)와, 각각 탄성구동기(100a, 100b)에 연결되어 착용자의 대퇴와 하퇴를 지지 또는 보조하는 상부 및 하부 프레임부(410, 430) 그리고 하부 프레임부(430)와 연결되며 착용자의 발을 지지하는 족지지부(300)를 구비할 수 있다.Each of the leg units includes elastic actuators 100a and 100b and upper and lower frame members 410 and 430 connected to the elastic actuators 100a and 100b to support or support the wearer's femur and lower legs, And a foot support part 300 connected to the feet 430 for supporting the feet of the wearer.

상기 탄성구동기(100a, 100b)의 착용자의 고관절과 슬관절 관절부위에 각각 설치될 수 있으며, 제1 탄성구동기(100a)가 설치되고, 다리의 무릎 부위에 제2 탄성구동기(100b)가 설치될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 착용형 로봇은 착용자의 고관절과 슬관절에만 탄성구동기가 구비되는 예가 도시되었으나, 필요에 따라 발목관절에도 별도의 구동장치를 구비할 수 있다.The first elastic driver 100a and the second elastic driver 100b may be installed on the hip joints and the knee joints of the wearers of the elastic actuators 100a and 100b, have. Although the wearable robot shown in FIGS. 1 and 2 has an elastic actuator only in the wearer's hip joint and knee joint, a separate drive device may be provided in the ankle joint according to need.

그리고, 각각의 프레임부(410, 430)에는 착용자의 대퇴와 하퇴를 프레임부(410, 430)에 고정하기 위한 착용부(420)를 구비할 수 있으며, 각각의 탄성구동기에서 제공되는 구동력은 결국 착용부(420)를 통해 착용자의 대퇴 또는 하퇴에 전달되어 독립 보행을 보조하게 될 수 있다.Each of the frame parts 410 and 430 may have a wear part 420 for fixing the femur and the lower part of the wearer to the frame parts 410 and 430. The driving force provided by each elastic driver And is transmitted to the wearer's femur or lower leg through the wear part 420 to assist in independent walking.

착용형 로봇이 착용자의 움직임 또는 의도와 다른 로봇의 보조력 제공의 경우, 사용자의 불편함 또는 부상을 유발할 수 있으므로, 사용자의 움직임을 허용하면서도 사용자의 동작의도를 파악하여 정확하게 보조력을 제공할 필요가 있으므로 본 발명에 따른 착용형 로봇은 구동장치로서 탄성구동기를 적용한다.In the case of providing assistance force of the robot different from the wearer's motion or intention, the wearable robot may cause inconvenience or injury of the user, so that it is possible to grasp the motion of the user while allowing the movement of the user, The wearable robot according to the present invention employs an elastic driver as a drive device.

이하에서는 본 발명에 따른 착용형 로봇(1000)에 사용되는 탄성구동기(100)에 대해서 구체적으로 살펴보기로 한다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서 고관절 및 슬관절에 설치되는 탄성구동기는 각각 구동 시점 또는 구동력의 크기는 다를 수 있으나 그 구조의 공통점이 있으므로 이하에서 설명되는 탄성구동기는 고관절 또는 슬관절 영역에 각각 장착될 수 있는 구동장치로 이해되어야 한다.Hereinafter, the elastic actuator 100 used in the wearable robot 1000 according to the present invention will be described in detail. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the elastic actuators installed in the hip joint and the knee joint may have different driving points or driving forces, respectively. However, since the elastic actuators described below have a common structure, It should be understood as a driving device that can be mounted.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성구동기의 사시도 및 투시도를 도시한다. 도 4는 도 3에 도시된 탄성구동기의 분해사시도를 도시한다.3 shows a perspective view and a perspective view of an elastic actuator according to an embodiment of the present invention. Fig. 4 shows an exploded perspective view of the elastic actuator shown in Fig.

도 3의 (a)는 탄성구동기(100)의 사시도를 도시하며, 도 3의 (b)는 탄성구동기(100)의 투시도를 도시한다. Fig. 3 (a) shows a perspective view of the elastic actuator 100, and Fig. 3 (b) shows a perspective view of the elastic actuator 100. Fig.

또한, 도 4의 (a)는 탄성구동기(100)의 일방향 분해 사시도이고, 도 4의 (b)는 탄성구동기(100)의 타방향 분해 사시도를 도시한다.4A is an exploded perspective view of the elastic actuator 100 in one direction, and FIG. 4B is an exploded perspective view of the elastic actuator 100 in the other direction.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 탄성구동기(100)는 외관을 형성하는 하우징(110a, 110c)과, 상기 하우징(110a, 110c) 사이에 구비됨고 동시에 후술하는 탄성구동모듈(130) 및 감속부(160) 등 각종 구성요소의 장착공간으로 사용될 수 있는 베이스부재(110b)를 포함할 수 있다. 3 and 4, the elastic actuator 100 includes housings 110a and 110c for forming an outer appearance, and elastic driving modules 130 and 114, which are provided between the housings 110a and 110c, And a base member 110b that can be used as a mounting space for various components such as the unit 160.

상기 탄성구동기(100)는 구동력을 제공하는 모터(120), 상기 모터(120)의 회전속도를 감속하고 토크를 증대하기 위한 감속부(160), 상기 감속부(160)와 기어 방식으로 체결되며, 감속부(160)를 매개로 전달된 구동력을 출력으로 변환하여 전달하는 탄성구동모듈(130)을 포함하여 구성될 수 있다.The elastic driver 100 includes a motor 120 for providing a driving force, a deceleration unit 160 for reducing the rotation speed of the motor 120 and for increasing torque, And an elastic driving module 130 that converts the driving force transmitted through the deceleration unit 160 into an output and transmits the output.

상기 감속부(160) 및 상기 탄성구동모듈(130)은 상기 하우징(110a, 110c) 내의 상기 베이스부재(110b) 일면에 장착되어 기어 등이 외부로 노출되지 않도록 하고 상기 모터(120)는 상기 베이스부재(110b) 타면에 장착되어, 그 구동축(121)만 상기 베이스부재(110b)를 관통하여 상기 감속부(160)에 연결될 수 있다.The deceleration unit 160 and the elastic driving module 130 are mounted on one surface of the base member 110b in the housings 110a and 110c to prevent gears and the like from being exposed to the outside, Only the drive shaft 121 can be connected to the decelerator 160 through the base member 110b.

이 경우, 상기 모터(120)의 회전축의 회전각도를 감지하기 위하여 제1 엔코더(encoder)(e1)를 구비할 수 있다. 상기 제1 엔코더는 상기 모터(120) 측에 구비되어, 상기 회전축(121)이 회전하는 경우에 상기 회전축(121)의 회전각도를 감지하여 상기 착용형 로봇(1000)의 제어부(미도시, 중앙 컨트롤러)로 전송하게 될 수 있다. 상기 제어부는 상기 모터(120)의 구동을 제어하는 경우에 상기 제1 엔코더(e1)에서 감지된 회전각도 정보에 기초하여 탄성구동기의 모터(120)를 제어할 수 있다.In this case, a first encoder e1 may be provided to sense the rotation angle of the rotation shaft of the motor 120. [ The first encoder is provided on the motor 120 side and senses the rotation angle of the rotation shaft 121 when the rotation shaft 121 rotates to detect a rotation angle of the control unit Controller). The control unit may control the motor 120 of the elastic driving unit based on the rotation angle information sensed by the first encoder e1 when the driving of the motor 120 is controlled.

상기 모터(120)에서 제공되는 구동력은 상기 탄성구동모듈(130)로 전달되는데, 이때 상기 모터(120)와 상기 탄성구동모듈(130) 사이에 적어도 하나의 감속부(160)를 구비할 수 있다.The driving force provided by the motor 120 is transmitted to the elastic driving module 130. At this time, at least one deceleration portion 160 may be provided between the motor 120 and the elastic driving module 130 .

본 발명에서 상기 감속부(160)는 제1 감속부(160), 제2 감속부(162) 및 제3 감속부(164)의 3단의 감속부를 사용하는 것으로 도시되지만, 이에 한정되지는 않으며 탄성구동기가 적용되는 착용형 로봇의 종류, 요구되는 출력, 모터의 종류 등에 따라 다양한 조합이 사용될 수 있다.In the present invention, the deceleration unit 160 is shown using three deceleration units including the first deceleration unit 160, the second deceleration unit 162, and the third deceleration unit 164, but is not limited thereto Various combinations can be used depending on the type of the wearable robot to which the elastic actuator is applied, the required output, the type of the motor, and the like.

상기 감속부(160)는 상기 모터(120)의 회전축(121)의 회전 속도 및 구동 토크를 필요에 따라 변경할 수 있다. 즉, 모터의 구동력을 요구되는 비율로 증폭시켜 상기 탄성구동모듈(130)로 전달하게 될 수 있다.The deceleration unit 160 may change the rotation speed and the drive torque of the rotation shaft 121 of the motor 120 as needed. That is, the driving force of the motor may be amplified at a required ratio and transmitted to the elastic driving module 130.

상기 탄성구동모듈(130)은 상기 모터(120)에서 생성되어, 상기 감속부(160)에서 증폭된 구동력을 상기 출력부재(140)를 매개로 각각의 관절로 전달하게 될 수 있다.The elastic driving module 130 may generate the driving force amplified by the motor 120 and transmit the amplified driving force to the respective joints via the output member 140.

도 5는 본 발명의 탄성구동기(100)를 구성하는 탄성구동모듈(130)의 하나의 실시예의 전면 및 후면 사시도를 도시하며, 도 6은 도 5에 도시된 탄성구동모듈(130)의 분해사시도를 도시하며, 도 7은 도 5에 도시된 탄성구동모듈을 구성하는 본 발명의 탄성구조체의 사시도를 도시한다.5 is a front and rear perspective view of one embodiment of the elastic driving module 130 constituting the elastic driving device 100 of the present invention. FIG. 6 is an exploded perspective view of the elastic driving module 130 shown in FIG. And FIG. 7 shows a perspective view of the elastic structure of the present invention constituting the elastic driving module shown in FIG.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 모터(120)의 회전축(121)과 연결된 감속부(160)는 탄성구동모듈(130)을 구성하는 구동부재로서의 구동기어(170)와 연결되며, 상기 구동기어(170)는 상기 탄성구조체(200)에 연결됨과 동시에 상기 탄성구조체(200)는 출력부재(140)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 구동기어(170)가 상기 감속부(160)를 구성하는 어느 하나의 감속기어에 의하여 회전 구동되는 경우 상기 구동기어(170)의 구동력이 상기 탄성구조체(200)를 매개로 상기 출력부재(140)으로 전달될 수 있다.5 to 7, a deceleration unit 160 connected to the rotation shaft 121 of the motor 120 is connected to a driving gear 170 as a driving member of the elastic driving module 130, The gear 170 may be connected to the elastic structure 200 and the elastic structure 200 may be connected to the output member 140. Therefore, when the driving gear 170 is rotationally driven by any one of the reduction gears constituting the deceleration unit 160, the driving force of the driving gear 170 is transmitted to the output member 160 via the elastic structure 200, (Not shown).

이 경우, 상기 구동기어(170)와 상기 출력부재(140)는 각각의 회전축이 동축 상에 배치될 수 있다. 즉, 상기 구동기어(170)와 상기 출력부재(140)는 서로 중심이 일치하도록 배치될 수 있다. 이와 같이 상기 구동기어(170)와 출력부재(140)의 양 회전축이 동축 상에 적층되도록 배치되면, 상기 탄성구동기(100)의 부피를 최소화할 수 있으므로, 착용형 로봇(1000)의 경량화에 훨씬 유리하다.In this case, the rotation shaft of the driving gear 170 and the output member 140 may be disposed coaxially. That is, the driving gear 170 and the output member 140 may be disposed so that their centers are coincident with each other. The volume of the elastic driving unit 100 can be minimized when the driving shaft 170 and the output member 140 are stacked coaxially with each other so that the weight of the wearable robot 1000 is reduced It is advantageous.

한편, 상기 탄성구조체(200)는 상기 구동기어(170)와 상기 출력부재(140)에 각각 연결될 수 있다. The elastic structure 200 may be connected to the driving gear 170 and the output member 140, respectively.

구체적으로, 상기 구동기어(170)는 기어부(172)과, 파이프형 몸체부(175)와, 상기 파이프형 몸체부(175)에서 반경 반향으로 연장 형성되어, 상기 파이프형 몸체부(175)와 상기 기어부(172)를 연결하는 연결부(174)를 구비할 수 있다.Specifically, the driving gear 170 includes a gear portion 172, a pipe-shaped body portion 175, and a pipe-shaped body portion 175. The drive gear 170 extends radially from the pipe-shaped body portion 175, And a connecting portion 174 connecting the gear portion 172 with each other.

상기 구동기어(170)의 연결부(174)에는 제1 체결홀(174h)이 형성되어, 볼트 등의 체결부재에 의해 상기 구동기어(170)와 상기 탄성구조체(200)를 서로 연결할 수 있다.A first coupling hole 174h is formed in the coupling portion 174 of the driving gear 170 so that the driving gear 170 and the elastic structure 200 can be connected to each other by a coupling member such as a bolt.

한편, 상기 출력부재(140)는 상기 구동기어(170)와 별도로 상기 탄성구조체(200)와 연결될 수 있다.The output member 140 may be connected to the elastic structure 200 separately from the driving gear 170.

또한, 상기 탄성구동모듈(130)은 복수 개의 베어링부를 구비할 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 탄성구동모듈(130)은 제1 베어링부(150a), 제2 베어링부(150b) 및 제3 베어링부(150c)를 구비할 수 있다.In addition, the elastic driving module 130 may include a plurality of bearings. 5 and 6 may include a first bearing portion 150a, a second bearing portion 150b, and a third bearing portion 150c.

상기 출력부재(140) 및 상기 구동기어(170)는 상기 탄성구조체(200)를 매개로 연결되지만 각각 어느 정도의 회전이 보장되므로, 내측 하우징(110a) 및 베이스 부재(110b) 등과 마찰을 방지하기 위하여, 제1 베어링부(150a) 및 제3 베어링부(150c)가 상기 탄성구동모듈(130)과 각각의 내측 하우징(110a) 및 베이스 부재(110b) 방향으로 구비될 수 있으며, 상기 출력부재(140) 및 상기 구동기어(170) 사이에도 상기 출력부재(140) 및 상기 구동기어(170)의 상대 회전이 가능하도록 제2 베어링부(150b)가 구비될 수 있다.The output member 140 and the driving gear 170 are connected to each other via the elastic structure 200. Since the rotation of the output member 140 and the driving gear 170 is guaranteed to some extent, A first bearing part 150a and a third bearing part 150c may be provided in the direction of the elastic driving module 130 and the respective inner housing 110a and the base member 110b, The second bearing portion 150b may be provided between the driving gear 170 and the output gear 140 so that the output member 140 and the driving gear 170 can rotate relative to each other.

이 경우, 상기 제1 베어링(150a)는 상기 출력부재(140)의 파이프 형태의 출력부(141) 외주면을 감싸도록 구비되고, 상기 제2 베어링(150b)는 파이프형 몸체부(175)의 내주면과 후술하는 엔코더 자석 장착부(144) 외주면 사이에 장착될 수 있다.In this case, the first bearing 150a is disposed to surround the outer circumferential surface of the output portion 141 of the output member 140 of the output member 140, and the second bearing 150b is disposed on the inner circumferential surface of the pipe- And an outer circumferential surface of the encoder magnet mounting portion 144 described later.

이와 같은 구조에 의하여, 상기 출력부재(140) 및 상기 구동기어(170)는 각각의 독립적인 회전이 허용되는 구조로 구성될 수 있다. According to this structure, the output member 140 and the driving gear 170 can be configured to allow independent rotation of the output member 140 and the driving gear 170, respectively.

그리고, 상기 출력부재(140) 및 상기 구동기어(170)는 상호 독립적 회전이 허용되되 도 7에 도시된 상기 탄성구조체(200)의 서로 다른 부위에 각각 체결될 수 있다.The output member 140 and the driving gear 170 are allowed to rotate independently of each other and can be fastened to different portions of the elastic structure 200 shown in FIG.

상기 출력부재(140)는 상기 탄성구조체(200)와 연결되는 플랜지부(146)를 구비한다. 상기 플랜지부(146)는 한 개 또는 도면에 도시된 바와 같이 두 개로 구성될 수 있다. 상기 제1 플랜지부(146A)와 제2 플랜지부(146B)는 각각 제2 체결홀(148A, 148B)을 구비하여, 상기 제2 체결홀(148A, 148B)을 통해 상기 탄성구조체(200)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 출력부재(140)는 전술한 착용형 로봇(1000)의 관절(미도시)에 볼트 등으로 체결되는 체결홀(142)을 구비한다. 나아가, 상기 출력부재(140)의 중앙부에는 상기 출력부재(140)의 회전각도를 감지하는 제2 엔코더(e2)의 자석이 장착되는 엔코더 자석 장착부(144)를 구비할 수 있다.The output member 140 includes a flange portion 146 connected to the elastic structure 200. The flange portion 146 may be formed as one or two as shown in the drawing. The first flange portion 146A and the second flange portion 146B are provided with second fastening holes 148A and 148B respectively and are connected to the elastic structure 200 and the second fastening holes 150A through the second fastening holes 148A and 148B. Can be connected. The output member 140 has a fastening hole 142 that is fastened to the joint (not shown) of the wearable robot 1000 by bolts or the like. The output member 140 may include an encoder magnet mounting portion 144 mounted at a central portion thereof with a magnet of a second encoder e2 for sensing a rotation angle of the output member 140. [

전술한 제어부는 상기 모터(120)의 구동을 제어하는 경우에 상기 제1 엔코더와 제2 엔코더에서 감지된 회전각도, 회전방향 또는 회전속도 등의 정보에 따라 제어하게 될 수 있다.The control unit may control the driving of the motor 120 according to information about the rotation angle, the rotation direction, or the rotation speed sensed by the first encoder and the second encoder.

한편, 착용자가 전술한 착용형 로봇(1000)을 착용하고 능동적인 움직임을 수행하는 경우 그 움직임은 상기 출력부재(140)를 통해 탄성구조체(200)로 전달될 수 있다. Meanwhile, when the wearer wears the wearable robot 1000 and performs active motion, the movement can be transmitted to the elastic structure 200 through the output member 140. [

보행 보조를 위한 하체 보조를 위한 착용형 로봇 중 완전 마비 환자용 로봇의 경우에는 하체가 완전 마비 상태인 착용자의 동작이 불가능하므로 동작 의도 등을 판단할 필요가 없다.In the case of a fully paralyzed patient robot, it is not necessary to determine the operation intention because the operation of the wearer in a complete paralysis state is not possible in the case of a wearable robot for supporting the lower body for the assistant for the walking.

하체의 기능이 어느 정도 남아있는 환자를 위한 로봇으로 사용자의 움직임 또는 의도와 다른 로봇의 보조력이 제공되는 경우, 사용자의 불편함 또는 부상을 유발할 수 있으므로, 사용자의 움직임을 허용하면서도 사용자의 동작의도를 파악하여 정확하게 보조력을 제공할 필요가 있으므로, 본 발명에 따른 탄성 구동기는 탄성구조체를 구비한다.A robot for a patient whose function of the lower body remains to some extent is provided. If the motion or intention of the user is different from that of an assist force of the user, it may cause inconvenience or injury of the user. Therefore, Therefore, the elastic driver according to the present invention is provided with the elastic structure.

즉, 탄성구조체(200)는 사용자의 움직임에 따라 변형이 가능한 탄성부를 구비하고, 그 변형량을 통해 특정 관절에 대한 동작 의도를 파악하여 보행상황과 착용자의 의도를 분석하여 각각의 관절에 보조력을 제공할 수 있다. In other words, the elastic structure 200 has an elastic portion that can be deformed according to the user's motion. By analyzing the intention of the user to operate the specific joint through the amount of deformation, .

구체적으로 본 발명에서는 착용자의 미세한 움직임을 감지할 수 있으면서도 상대적으로 비용이 저렴한 착용형 로봇(1000)을 제공하기 위하여 탄성구조체(200)를 전술한 모터(120)와 출력부재(140) 사이에 장착하고, 탄성구조체(200)를 구동력 전달수단으로 사용함과 동시에 사용자의 동작 의도 구현 수단으로 활용할 수 있다.More specifically, in the present invention, the elastic structure 200 is mounted between the motor 120 and the output member 140 in order to provide a wearable robot 1000 that is capable of sensing the fine movement of the wearer and is relatively inexpensive. And the elastic structure 200 may be used as driving force transmission means and as a means for implementing the user's operation intention.

구체적으로, 전술한 착용형 로봇(1000)의 착용자가 스스로의 동작 의도에 따라 어느 정도 움직이고자 하는 경우에 상기 모터(120) 또는 감속부(160)가 구동되지 않아도, 미리 결정된 허용범위 내에서 상기 출력부재(140)를 회전시키고, 상기 출력부재(140)의 회전은 상기 탄성구조체(200)를 변형시킬 수 있다. More specifically, even if the wearer of the wearable robot 1000 wants to move to some extent according to his / her intention of his / her own motion, the motor 120 or the decelerator 160 may not be driven, Rotation of the output member 140 and rotation of the output member 140 may deform the elastic structure 200.

상기 출력부재(140)의 회전은 제2 엔코더(e2)를 통해 그 회전각 또는 회전방향이 감지되며, 상기 제2 엔코더(e2)에 의해 감지된 상기 출력부재(140)의 회전각도, 회전방향 또는 회전속도 등의 정보는 상기 모터(120) 측에 구비된 제1 엔코더(e1)를 통해 감지된 모터 등의 회전각도, 회전방향 또는 회전속도 등의 정보와 함께 제어부에 수집되어, 사용자의 동작 의도를 판단하기 위한 자료로 활용될 수 있다.The rotation angle of the output member 140 is sensed through the second encoder e2 and the rotational angle of the output member 140 sensed by the second encoder e2, Or rotation speed of the motor 120 are collected in the control unit together with information such as the rotation angle, the rotation direction or the rotation speed of the motor or the like sensed through the first encoder e1 provided on the motor 120 side, It can be used as data to judge intention.

상기 제어부에서 수집된 자료에 근거하여 모터(120)의 회전각 또는 회전방향과 무관하게 상기 출력부재(140)의 회전각 또는 회전방향의 변화량이 감지되면, 해당 변화 방향으로의 사용자의 동작 의도가 있다고 판단할 수 있다.If the amount of change in the rotation angle or the rotation direction of the output member 140 is detected regardless of the rotation angle or the rotation direction of the motor 120 based on the data collected by the control unit, .

모터와 감속부를 구성하는 기어 등을 사용하여 관절 등을 구동하는 로봇에 있어서, 모터의 구동과 무관하게 착용자의 움직임이 발생하는 경우, 착용자는 상당한 크기의 기계적 저항을 느끼거나 기계적 저항으로 인하여 움직임이 불가능할 수 있다.In a robot for driving joints or the like using gears constituting a motor and a decelerating portion, when a wearer's motion occurs regardless of the drive of the motor, the wearer feels mechanical resistance of a considerable size, It may not be possible.

따라서, 상기 탄성구조체(200)를 출력부재(140)와 구동기어(170) 사이에 장착하는 것은 사용자의 움직임에 대한 기계적 저항을 줄이는 효과도 있다.Therefore, mounting the elastic structure 200 between the output member 140 and the driving gear 170 also has the effect of reducing the mechanical resistance against the movement of the user.

결국 상기 탄성구조체(200)를 장착하면, 사용자의 움직임에 대한 기계적 저항을 줄임과 동시에 출력부재(140) 및 모터(120) 측에 각각 구비되는 엔코더를 통해 회전각도, 회전방향 또는 회전속도 등의 정보를 수집하여 사용자의 동작의도를 분석하기 위한 제어신호의 수집이 가능함을 의미한다.As a result, when the elastic structure 200 is mounted, the mechanical resistance against the movement of the user is reduced, and at the same time, the rotation of the output member 140 and the rotation of the motor 120 It means that it is possible to collect control signals for analyzing the user's motion intention by collecting information.

또한, 본 발명에 따른 착용형 로봇은 각각의 엔코더에서 수집된 정보를 통해 저저항-구동모드를 가능하게 한다.Furthermore, the wearable robot according to the present invention enables a low resistance-drive mode through the information collected from each encoder.

즉, 각각의 엔코더 등에서 수집된 회전각도, 회전방향 또는 회전속도 등의 정보를 활용하여, 상기 탄성구조체(200)의 변형량이 제거되는 방향으로 모터의 회전각도, 회전방향 또는 회전속도가 제어되면, 사용자의 동작 의도 또는 움직임에 따라 모터의 구동력이 제공되는 효과를 얻을 수 있으며, 이와 같은 효과는 저저항-구동모드의 동작을 가능하게 한다.That is, if the rotation angle, the rotation direction, or the rotation speed of the motor is controlled in the direction in which the deformation amount of the elastic structure 200 is removed by utilizing the information such as the rotation angle, the rotation direction, It is possible to obtain the effect that the driving force of the motor is provided according to the intention or motion of the user, and this effect enables the operation of the low resistance-drive mode.

상기 저저항-구동모드에서 착용자는 마치 착용형 로봇의 무게 또는 기계적 마찰이 없거나 크게 줄어든 상태 또는 동작 의도에 따라 추가적인 보조력을 제공받으며 움직임이 가능해진다.In the low-resistance-drive mode, the wearer is provided with an additional auxiliary force and is able to move according to the state of the wearing robot or the state in which there is no mechanical friction or a greatly reduced state or operation intention.

즉, 스스로의 동작이 어느 정도 가능한 착용자의 경우에는 이러한 저저항-구동모드에서 마치 로봇을 착용하지 않은 것과 같은 느낌으로 움직임이 가능해질 수 있다.That is, in the case of a wearer who can perform his / her own operation to some extent, the motion can be made in such a low resistance-drive mode as if the robot is not worn.

또한, 적극적인 보행 보조를 위한 보행보조-구동모드에서는 각각의 탄성구동기의 모터는 저저항-구동모드와 다른 충분한 구동력을 제공하여 착용자의 보행을 보조할 수 있다.Further, in the walking assist-driving mode for active walking assistance, each elastic driver motor can provide a sufficient driving force different from the low resistance-driving mode to assist the walking of the wearer.

정리하면, 상기 저저항-구동모드에서는 본 발명에 따른 탄성구동기(100)에서 상기 출력부재(140)의 회전으로 상기 탄성구조체(200)에 변형이 발생한 경우에 상기 변형을 제거하는 방향으로 상기 모터(120)가 구동력을 제공할 수 있으며, 보행보조-구동모드 등에서는 착용자의 움직임을 가이드 또는 안내하며 충분한 구동력을 제공할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 탄성구조체(200)의 하나의 실시예의 상세한 구조에 대하여 설명한다.In summary, in the low resistance-drive mode, when the elastic member 100 according to the present invention is deformed by the rotation of the output member 140 in the elastic structure 200, (120) can provide a driving force, and in a walking aiding-driving mode or the like, the wearer's guide can be guided or guided and a sufficient driving force can be provided. Hereinafter, the detailed structure of one embodiment of the elastic structure 200 according to the present invention will be described.

그리고, 보행보조-구동모드가 수행되는 과정에서도 갑자기 돌발상황, 예를 들면 로봇 착용자가 중심을 잃고 정상 보행을 하지 않는 경우에는 보행보조-구동모드가 정지되고, 로봇 착용자가 스스로의 신체 능력에 의하여 중심을 잡을 수 있도록 저저항-구동모드가 수행될 수 있다.In addition, even in the process of performing the walking assist-driving mode, when the sudden situation, for example, the wearer of the robot loses weight and does not perform the normal walking, the walking assist-driving mode is stopped, A low-resistance-drive mode can be performed to center.

따라서, 본 발명에 따른 탄성 구동기는 탄성 구조체를 구비하여 보행보조-구동모드가 수행되는 과정에서도 일시적으로 저저항-구동모드로 작동되도록 제어될 수 있으며, 이를 통해 사용자에게 최적의 보행 보조력을 제공하면서도 로봇 자체의 기계적 저항을 최소화하여 불편함을 최소화할 수 있다.Therefore, the elastic actuator according to the present invention can be controlled to operate in a low resistance-drive mode temporarily in the course of performing the walking assist-driving mode by providing the elastic structure, thereby providing the user with an optimal walking assist force The mechanical resistance of the robot itself can be minimized and the inconvenience can be minimized.

도 7은 본 발명에 따른 탄성구조체(200)의 사시도를 도시한다.7 shows a perspective view of an elastic structure 200 according to the present invention.

상기 탄성구조체(200)는 전체적으로 원호형 형상을 가질 수 있으며, 원호 방향으로 수축 또는 신장될 수 있다. 탄성부를 구비하는 탄성구조체(200)가 원호 형상으로 구성되는 경우, 변위량에 따라 비선형적 탄성 복원력이 발생되는 일반적인 코일 스프링 등과 달리 탄성력의 선형성이 향상될 수 있으므로, 탄성구조체(200)의 변형에 따른 모터의 구동력 제어가 용이해지는 장점을 가질 수 있다.The elastic structure 200 may have an overall arcuate shape and may be contracted or elongated in a circular arc direction. When the elastic structure 200 having the elastic part is formed in an arc shape, the linearity of the elastic force can be improved unlike a general coil spring or the like in which a nonlinear elastic restoring force is generated according to the amount of displacement, The driving force of the motor can be easily controlled.

상기 탄성구조체(200)는 상기 구동기어(170)와 상기 출력부재(140) 사이의 공간에 개재된 상태로 상기 구동기어(170)와 상기 출력부재(140)에 각각 체결되므로 납작한 스트립 형태로 구성되고, 상기 탄성구조체(200)에 의한 두께 증가가 거의 존재하지 않는다. 그리고, 상기 탄성구조체(200)가 납작한 스트립 형태로 구성되어 탄성구동기(100)가 더욱 슬림화될 수 있다. 상기 탄성구조체(200)는 열처리된 금속 재질로 일체로 구성될 수 있다.Since the elastic structure 200 is fastened to the driving gear 170 and the output member 140 while being interposed in the space between the driving gear 170 and the output member 140, And there is almost no increase in thickness by the elastic structure 200. Further, the elastic structure 200 is formed in a flat strip shape, so that the elastic driver 100 can be further slimmed. The elastic structure 200 may be integrally formed of a heat-treated metal material.

여기서, 상기 탄성구조체(200)는 상기 모터(120)의 구동력이 전달되는 구동기어(170)와 연결되는 제1 고정부(210), 각각의 관절(또는 대퇴부재 또는 하퇴부재가 장착)가 장착되며 출력부재(140)과 연결되는 제2 고정부(230) 및 상기 제1 고정부(210)와 상기 제2 고정부(230) 사이에서 탄성력을 제공하는 탄성부(250)를 포함하여 구비될 수 있으므로, 상기 탄성구조체(200)의 제1 고정부(210)는 전술한 바와 같이 상기 상기 구동기어(170)의 연결부(174)에 연결되어 구동기어(170)가 구동되는 경우 회전 토크를 상기 탄성구조체(200) 전체로 전달하는 역할을 수행할 수 있다.The elastic structure 200 includes a first fixing part 210 connected to the driving gear 170 through which the driving force of the motor 120 is transmitted, and respective joints (or a thigh member or a thigh member) A second fixing part 230 connected to the output member 140 and an elastic part 250 providing an elastic force between the first fixing part 210 and the second fixing part 230, The first fixing part 210 of the elastic structure 200 is connected to the coupling part 174 of the driving gear 170 as described above so that when the driving gear 170 is driven, To the entire structure 200.

그러나, 구동기어 또는 출력부재의 체결홀 등의 위치를 변경하여 상기 탄성구조체(200)의 제1 고정부(210)를 출력부재(140) 측에 체결하고 제2 고정부(230)를 구동기어(170) 측에 체결하는 방법으로 구성하는 방법도 가능하다.However, if the first fixing part 210 of the elastic structure 200 is coupled to the output member 140 side by changing the position of the coupling hole of the driving gear or the output member, And a method of fastening it to the side of the base plate 170 is also possible.

상기 탄성구조체(200)의 제1 고정부(210)를 매개로 전달된 구동토크는 제2 고정부(230)를 통해 출력부재(140)에 전달되어 각각의 관절의 구동 토크로 작용할 수 있다.The driving torque transmitted through the first fixing portion 210 of the elastic structure 200 may be transmitted to the output member 140 through the second fixing portion 230 and act as a driving torque of each joint.

상기 제1 고정부(210)에는 제1 연결홀(212)이 형성되어 볼트 등이 체결될 수 있다.A first connection hole 212 is formed in the first fixing part 210 so that a bolt or the like can be fastened.

한편, 상기 제1 고정부(210)는 탄성부(250)에 의해 제2 고정부(230)와 일체로 구성될 수 있다.Meanwhile, the first fixing part 210 may be integrally formed with the second fixing part 230 by the elastic part 250.

상기 탄성부(250A, 250B)는 반복적 형상을 갖는 주름이 구비되는 한 쌍의 주름구조 형태로 구성되어, 상기 제1 고정부(210) 양단에 2개의 탄성부(250A, 250B)의 일단이 연결되고, 각각의 탄성부(250A, 250B)의 타단에 제2 고정부(230)가 구비될 수 있으나, 상기 탄성구조체(200)에 구비되는 상기 탄성부의 개수는 증감이 가능하다. 즉, 탄성부의 개수가 1개 또는 3개 이상으로 구성될 수도 있다.The elastic portions 250A and 250B are formed in the shape of a pair of corrugated structures having wrinkles having a repetitive shape and one end of the two elastic portions 250A and 250B is connected to both ends of the first fixing portion 210 And the second fixing part 230 may be provided at the other end of each of the elastic parts 250A and 250B. However, the number of the elastic parts of the elastic structure 200 may be increased or decreased. That is, the number of the elastic portions may be one, or three or more.

상기 탄성구조체(200)의 탄성부(250A, 250B)는 골과 마루가 반복되는 주름구조로 구성되며, 상기 제1 고정부(210) 및 상기 제2 고정부(230)는 상기 주름구조의 골 방향 또는 마루 방향과 수직한 방향의 평면구조로 구성되어, 탄성구동기의 전체 두께를 슬림화할 수 있다.The elastic parts 250A and 250B of the elastic structure 200 are formed of a wrinkle structure in which the valleys and the floor are repeated. The first fixing parts 210 and the second fixing parts 230, Direction or a direction perpendicular to the direction of the floor, so that the overall thickness of the elastic actuator can be made slim.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 탄성구조체(200)는 180도 이하의 각도 크기를 갖는 원호 형태로 구성되고, 상기 탄성구조체를 구성하는 상기 제1 고정부, 한 쌍의 상기 탄성부 및 한 쌍의 상기 제2 고정부는 각각 20도 내지 40도의 크기 정도로 구성되는 것이 바람직함을 반복적인 실험을 통해 확인하였다.7, the elastic structure 200 is formed in an arc shape having an angular size of 180 degrees or less, and the first fixing part, the pair of elastic parts, and the second elastic part, which constitute the elastic structure, And the second fixing portions of the pair are preferably configured to have a size of about 20 to 40 degrees, respectively, through repetitive experiments.

도 7에 도시된 실시예에서, 상기 탄성부(250A, 250B)는 상기 제1 고정부(210)의 양측에 한 쌍이 구비되어 제1 탄성부(250A)와 제2 탄성부(250B)를 구비하고 이때 상기 제2 고정부(230)는 한 쌍의 상기 탄성부(250A, 250B)에 각각 연결될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 7, the elastic parts 250A and 250B are provided on both sides of the first fixing part 210 to have a first elastic part 250A and a second elastic part 250B And the second fixing part 230 may be connected to the pair of elastic parts 250A and 250B, respectively.

전술한 바와 같이, 상기 제1 고정부(210), 탄성부(250A, 250B) 및 제2 고정부(230)는 상기 출력부재(140)의 외주를 따라 곡선 형태 또는 원호 형태로 구성될 수 있다.The first fixing part 210, the elastic parts 250A and 250B and the second fixing part 230 may be curved or arcuate along the outer circumference of the output member 140 .

상기 탄성부(250A, 250B)는 금속재를 등을 수회 반복하여 절곡 또는 커팅하여 구동기어(170) 또는 출력부재(140)의 회전시 제공되는 구동토크에 대한 반발 탄성력을 제공하도록 형성될 수 있다. The elastic portions 250A and 250B may be formed to repeatedly bend or cut a metal material or the like to provide a repulsive elastic force against a driving torque provided when the driving gear 170 or the output member 140 rotates.

상기 제2 고정부(230)는 상기 출력부재(140)의 제2 체결홀(148A, 148B)과 연결되는 제2 연결홀(232A, 232B)을 구비할 수 있으며, 볼트 등의 부재가 상기 제2 체결홀(148A, 148B)과 상기 제2 연결홀(232A, 232B)을 관통하여 체결될 수 있다.The second fixing part 230 may include second connection holes 232A and 232B connected to the second fixing holes 148A and 148B of the output member 140. When the member such as a bolt And can be fastened through the second connection holes 148A and 148B and the second connection holes 232A and 232B.

전술한 바와 같이 상기 탄성구조체(200)가 상기 구동기어(170)와 출력부재(140)을 서로 연결하는 경우, 상기 탄성구조체(200)는 상기 모터(120) 또는 구동기어(170)의 회전에 관계없이 상기 출력부재(140)의 어느 정도의 회전을 허용할 수 있다.When the elastic structure 200 connects the driving gear 170 and the output member 140 to each other as described above, the elastic structure 200 is rotated by the rotation of the motor 120 or the driving gear 170 The output member 140 can be allowed to rotate to some extent regardless.

즉, 상기 탄성구조체(200)는 상기 제1 고정부(210)에 의해 상기 구동기어(170)와 연결되며, 상기 제1 고정부(210)와 탄성부(250A, 250B)로 연결된 상기 제2 고정부(230)에 의해 상기 출력부재(140)와 연결되므로, 도 5의 (a)에서 상기 출력부재(140)가 반시계 방향으로 회전하는 경우에 상기 출력부재(140)의 회전력은 상기 구동기어(170) 또는 상기 감속부(160)로 즉시 전달되지 않고 상기 탄성구조체(200)의 제1 탄성부(250A)를 압축시킴과 동시에 제2 탄성부(250B)를 신장 변형시킬 수 있다.That is, the elastic structure 200 is connected to the driving gear 170 by the first fixing part 210 and the second fixing part 210 is connected to the elastic parts 250A and 250B. When the output member 140 rotates in the counterclockwise direction in FIG. 5A, the rotational force of the output member 140 is transmitted to the output member 140 by the fixing unit 230, The first elastic part 250A of the elastic structure 200 can be compressed and the second elastic part 250B can be deformed without being immediately transferred to the gear 170 or the reduction part 160. [

그리고 각각의 탄성부의 변형과 함께 제2 엔코더(e2) 등에서 출력부재(140)의 회전을 감지하는 경우, 이는 사용자의 움직임 의도로 파악하여 각각의 주름구조의 변형을 제거하는 방향으로 모터를 구동시켜 구동력을 제공하여 저저항-구동모드를 제공하거나, 미리 결정된 보행 동작에 따라 보행보조-구동모드을 수행할 수 있다.When the rotation of the output member 140 is sensed by the second encoder e2 or the like together with the deformation of the respective elastic portions, the rotation of the output member 140 is detected by the user's motion intention and the motor is driven in a direction to remove the deformation of each wrinkle structure A driving force may be provided to provide a low resistance-driving mode, or a walking assist-driving mode may be performed according to a predetermined walking motion.

저저항-구동모드를 보다 상세하게 설명하면, 상기 제2 엔코더(e2)는 출력부재의 회전을 감지하고, 상기 제1 엔코더(e1)는 회전이 감지되지 않는 경우, 사용자의 움직임이 발생된 것으로 판단하여, 상기 모터(120)는 상기 출력부재(140)의 회전 방향으로 구동토크를 발생시키고 그 구동토크에 의하여 구동기어(170)를 회전시키면, 결국 모터(120)의 구동력은 상기 탄성구조체(200)를 매개로 출력부재(140)로 전달되어 사용자의 동작 의도에 따라 구동토크를 보조하여 사용자는 기계적 저항이 최소화됨과 더불어 의도한 동작에 대한 토크 보조를 받을 수 있다.More specifically, the second encoder e2 senses the rotation of the output member, and when the rotation of the first encoder e1 is not detected, it is determined that the movement of the user has occurred The motor 120 generates a driving torque in the rotation direction of the output member 140 and rotates the driving gear 170 by the driving torque so that the driving force of the motor 120 is transmitted to the elastic structure 200 to the output member 140 to assist the drive torque according to the intention of the user to minimize the mechanical resistance and to receive torque assistance for the intended operation.

즉, 본 발명에 따른 착용형 로봇은 전술한 탄성구동기(100)가 착용자의 좌우측 고관절 및 슬관절에 구비되고, 착용자의 대퇴와 하퇴를 각각 지지하는 상부 프레임부 또는 하부 프레임부의 일단이 각각의 탄성구동기를 구성하는 출력부재에 장착되는 것으로 가정할 때, 보행 보조 구동모드에서는 로봇 착용자의 각각의 관절의 탄성구동기는 보행 사이클에 맞춰 각각의 링크를 회전 구동시켜 사용자의 보행을 보조할 수 있다.That is, in the wearable robot according to the present invention, the above-described elastic driver 100 is provided in the left and right hip joints and the knee joint of the wearer, and one end of the upper frame part or the lower frame part, The elastic actuators of the respective joints of the wearer of the robot can rotate the respective links in accordance with the gait cycle to assist the user in walking.

또한, 저저항 보행모드에서는 복수 개의 탄성구동기가 먼저 구동되지 않지만 상기 복수 개 의 탄성구동기 중 어느 하나의 탄성구동기를 구성하는 모터가 정지된 상태에서 해당 탄성구동기를 구성하는 출력부재가 회전하여 상기 탄성구조체에 탄성 변형이 발생한 경우, 해당 관절이 지지하는 대퇴 또는 하퇴의 움직임이 발생된 경우에 해당하므로, 로봇 착용자의 동작 의도가 있는 것으로 판단하여, 해당 탄성구동기를 구성하는 모터는 해당 탄성구동기의 탄성구조체의 탄성 변형을 제거하는 방향으로 상기 모터가 구동시켜, 로봇 착용자가 느낄 수 있는 기계적 저항을 최소화 또는 추가적인 보조력을 제공하며 관절의 움직임이 가능하도록 할 수 있다.In addition, in the low resistance walking mode, the plurality of elastic actuators are not driven first, but when the motor constituting one of the plurality of elastic actuators is stopped, the output member constituting the elastic actuators rotates, It is determined that there is an intention to operate the robot wearer, and the motor constituting the elastic actuators is determined to have elasticity of the elastic actuators It is possible to drive the motor in a direction to eliminate the elastic deformation of the structure to minimize the mechanical resistance felt by the wearer of the robot or to provide an additional auxiliary force and enable movement of the joint.

그리고, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄성구동기(100)는 상기 출력부재(140)의 회전각도를 제한하는 회전각도 제한부(111)를 구비할 수 있다.3 (b), the elastic actuator 100 according to the present invention may include a rotation angle restricting unit 111 for restricting the rotation angle of the output member 140.

상기 회전각도 제한부(111)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 출력부재(140)에 인접하여 상기 하우징(110a, 110c)에 형성된 하나 이상의 고정홈(112)과, 상기 고정홈(112)에 착탈 가능하게 연결되어 상기 출력부재(140)의 회전각도를 제한하는 고정핀(113)을 구비할 수 있다.The rotation angle restricting unit 111 includes at least one fixing groove 112 formed in the housing 110a and 110c adjacent to the output member 140 as shown in FIG. And a fixing pin 113 detachably connected to the output member 140 to limit the rotation angle of the output member 140.

즉, 도 3와 같이 상기 고정핀(113)을 상기 고정홈(112)에 삽입하여 고정하는 경우에 상기 출력부재(140)의 플랜지부(146)가 회전하는 중에 상기 고정핀(113)과 서로 간섭되어 상기 출력부재(140)이 더 이상 회전하지 않도록 제한할 수 있고, 상기 고정홈(112)이 복수 개가 구비되어 회전각도의 제한 범위를 설정할 수 있으므로 사용자의 특성 또는 필요에 따라 회전각도의 범위를 제한할 수 있는 효과가 있다.3, when the fixing pin 113 is inserted into the fixing groove 112 and fixed, the flange 146 of the output member 140 is rotated with the fixing pin 113 The output member 140 can be prevented from rotating further, and a plurality of the fixing grooves 112 can be provided to set the limit range of the rotation angle. Therefore, the range of the rotation angle Can be limited.

도 8은 도 7에 도시된 탄성구조체(200)에 구동력이 인가에 따른 변형 상태를 도시한다. 구체적으로, 도 8(a)은 탄성구조체(200)에 탄성 변형이 발생되지 않은 상태를 도시하고, 도 8(b)는 탄성구조체(200)의 제1 고정부(210) 또는 제2 고정부(230)에 연결된 구동기어(170) 또는 출력부재(140)가 반시계 방향으로 회전되는 경우의 탄성구조체(200)가 변형된 상태를 도시한다.Fig. 8 shows a deformed state according to application of a driving force to the elastic structure 200 shown in Fig. 8 (a) shows a state in which no elastic deformation occurs in the elastic structure 200, and FIG. 8 (b) shows a state in which the first fixing part 210 or the second fixing part 210 of the elastic structure 200, The elastic structure 200 is deformed when the driving gear 170 or the output member 140 connected to the output shaft 230 is rotated counterclockwise.

본 발명에 따른 탄성구조체(200)는 구동기어(170) 또는 출력부재(140)의 회전에 따라 발생되는 구동토크를 출력부재(140) 또는 구동기어(170)로 전달하게 된다. The elastic structure 200 according to the present invention transmits the driving torque generated by the rotation of the driving gear 170 or the output member 140 to the output member 140 or the driving gear 170.

탄성구조체(200)가 변형 전 탄성부(250A, 250B)의 골과 마루 간의 각도는 각각 △t1 이나, 구동기어(170) 또는 출력부재(140)가 반시계 방향으로 회전되는 경우 탄성구조체(200)의 제1 탄성부(250A)의 인접한 골과 마루의 각도는 △t1 보다 작은 각도로 변경되어 압축되고, 제2 탄성부(250B)의 인접한 골과 마루의 각도는 △t1 보다 큰 △t2로 변경되어 신장된다.The angles between the valleys and the valleys of the elastic members 250A and 250B before and after the elastic structure 200 are Δt 1 respectively and when the driving gear 170 or the output member 140 is rotated counterclockwise, 200), the first angle of the bone and the floor adjacent the elastic portion (250A) is changed to an angle smaller than △ t 1 is compressed, the second angle of the bone and the floor adjacent the elastic portion (250B) is △ t is greater than one of the It is changed to △ t 2 is elongated.

즉, 주행모드에 따라 상기 탄성구조체(200)를 변형시키는 외력이 탄성구조체(200)의 제1 고정부(210) 또는 제2 고정부(230)에서 제공될 수 있고, 그에 따라 탄성구조체의 제1 탄성부(250A) 및 제2 탄성부(250B) 중 어느 하나을 압축시키고 다른 하나를 신장시킬 수 있다.That is, an external force for deforming the elastic structure 200 according to the traveling mode can be provided at the first fixing portion 210 or the second fixing portion 230 of the elastic structure 200, One of the first elastic portion 250A and the second elastic portion 250B may be compressed and the other one may be stretched.

보행보조-구동모드에서는 상기 탄성구조체(200)는 2개의 탄성부(250A, 250B)를 구비하지만 변형시와 미변형시의 변형 각도가 크지는 않아서 모터의 구동력이 구동기어(170)를 매개로 신속하게 출력부재(140)로 전달될 수 있고, 저저항-보행모드에서는 변형시와 미변형시의 변형 각도가 크지 않더라도 각각의 엔코더의 감도 등을 조절하면 사용자의 움직임이 발생하면 이를 즉시 감지하여 탄성구조체의 변형을 제거하는 방향으로 즉시 구동력을 발생시켜 로봇 착용자의 보조할 수 있다.In the walking assist-driving mode, the elastic structure 200 includes two elastic portions 250A and 250B, but the angle of deformation at the time of deformation and undrawn is not large, so that the driving force of the motor is transmitted through the driving gear 170 Can be quickly transmitted to the output member 140. In the low resistance-walking mode, even if the angle of deformation at the time of deformation and undrawn is not large, if the sensitivity of each encoder is adjusted, A driving force is immediately generated in the direction of removing the deformation of the elastic structure, so that the wearer of the robot can assist.

이와 같이 구동장치 내에 탄성구조체를 구비하여 사용자가 느끼는 기계적 저항을 최소화하면서도 특정 관절의 움직임에 대한 사용자의 의도의 파악이 가능하도록 로봇을 구성하여 주행모드에 따라 다양한 보행보조가 가능하게 된다.In this manner, the elastic structure is provided in the driving device to minimize the mechanical resistance felt by the user, and the robot can be configured to grasp the intention of the user with respect to the motion of the specific joint, thereby enabling various walking aids according to the driving mode.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. You can do it. It is therefore to be understood that the modified embodiments are included in the technical scope of the present invention if they basically include elements of the claims of the present invention.

100..탄성구동기
200..탄성구조체
1000..착용형 로봇100 .. elastic actuator
200 .. elastic structure
1000 .. Wearable Robot

Claims (12)

하체 보조를 위한 착용형 로봇에서 착용자의 대퇴와 하퇴를 각각 지지하는 상부 프레임부 또는 하부 프레임부를 구동하기 위하여 고관절 영역 또는 슬관절 영역에 장착되는 탄성구동기에 있어서,
회전축을 구비하고, 상기 회전축을 통해 구동력을 제공하는 모터;
상기 모터의 구동력에 의하여 구동되며, 원호 형태로 구성되는 기어부, 파이프형 몸체부, 상기 파이프형 몸체부 외측과 상기 기어부의 내측을 연결하는 3개의 연결부를 포함하는 구동기어;
제1 고정부, 상기 제1 고정부 외측에 구비되는 한 쌍의 주름 구조의 탄성부, 한 쌍의 상기 탄성부 외측에 각각 구비되는 한 쌍의 제2 고정부가 구비되며, 상기 제1 고정부, 상기 제2 고정부 및 상기 탄성부는 일체로 금속 재질로 180도 이하의 각도 크기를 갖는 원호 형태로 구성되며, 상기 제1 고정부는 상기 구동기어의 기어부 내측에서 상기 구동기어의 연결부 중 중심 연결부에 체결되는 탄성구조체;
파이프 형태의 출력부 및 상기 출력부 외측에 상기 탄성구조체의 제2 고정부에 각각 체결되는 한 쌍의 플랜지부를 구비하며, 상기 출력부는 상기 구동기어의 몸체부 내측에 삽입되고, 상기 플랜지부와 상기 제2 고정부는 상기 구동기어의 기어부 내측에서 체결되는 출력부재;
상기 모터 또는 상기 출력부재의 회전각도, 회전속도 또는 회전방향을 감지하기 위한 적어도 하나의 엔코더; 및,
상기 엔코더에서 수집된 정보를 근거로 상기 모터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 구동기어 및 상기 출력부재는 동축 상에서 상대적 회전 구동이 가능하고, 상기 구동기어 및 상기 출력부재의 회전축은 상기 모터의 회전축과 평행하고,
상기 탄성구조체는 상기 구동기어 및 상기 출력부재 사이에 개재된 상태로 상기 구동기어 및 상기 출력부재에 각각 체결되는 것을 특징으로 하는 탄성구동기.An elastic actuator mounted on a hip or knee area for driving an upper frame part or a lower frame part supporting a femur and a lower part of a wearer in a wearable robot for lower body assistance,
A motor provided with a rotation shaft and providing a driving force through the rotation shaft;
A driving gear which is driven by a driving force of the motor and includes a gear portion formed in an arc shape, a pipe-shaped body portion, and three connecting portions connecting the outside of the pipe-shaped body portion and the inside of the gear portion;
A first fixing part, an elastic part of a pair of corrugated structures provided outside the first fixing part, and a pair of second fixing parts respectively provided outside the pair of elastic parts, Wherein the second fixing portion and the elastic portion are integrally formed of a metal material in an arc shape having an angular size of 180 degrees or less and the first fixing portion is formed at an inner side of the gear portion of the driving gear, An elastic structure to be fastened;
And a pair of flange portions that are respectively coupled to the output portion and the output portion and are coupled to the second fixed portion of the elastic structure, respectively, the output portion being inserted into the body portion of the drive gear, The second fixing portion includes an output member coupled to the gear portion of the driving gear;
At least one encoder for sensing a rotation angle, a rotation speed or a rotation direction of the motor or the output member; And
And a controller for controlling the motor based on the information collected by the encoder,
Wherein the driving gear and the output member are rotatable relative to each other on a coaxial axis, the rotational axis of the driving gear and the output member is parallel to a rotational axis of the motor,
And the elastic structure is fastened to the drive gear and the output member in a state interposed between the drive gear and the output member. 제1항에 있어서,
상기 모터의 회전축과 연결되는 적어도 하나의 감속기어를 포함하며, 상기 모터 및 상기 구동기어에 사이에 연결되는 감속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성구동기.The method according to claim 1,
Further comprising at least one reduction gear connected to a rotation axis of the motor, and a reduction portion connected between the motor and the drive gear. 제1항에 있어서,
한 쌍의 상기 탄성부는 각각 골과 마루가 반복되는 주름구조로 구성되며, 상기 제1 고정부 및 상기 제2 고정부는 상기 주름구조의 골 또는 마루와 수직한 방향의 평면구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄성구동기.The method according to claim 1,
Wherein the pair of elastic portions are each formed of a pleated structure in which the valleys and the floor are repeated, and the first and second fixing portions are formed in a planar structure perpendicular to the corrugation or the floor of the corrugated structure Elastic actuators. 제3항에 있어서,
상기 탄성구조체를 구성하는 상기 제1 고정부, 한 쌍의 상기 탄성부 및 한 쌍의 상기 제2 고정부는 각각 20도 내지 40도의 크기로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄성구동기.The method of claim 3,
Wherein the first fixing part, the pair of elastic parts, and the pair of second fixing parts constituting the elastic structure are each configured to have a size of 20 degrees to 40 degrees. 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 출력부재가 회전하여 상기 탄성구조체에 탄성 변형이 발생한 경우에 상기 탄성구조체의 탄성 변형이 제거되는 방향으로 상기 모터가 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 탄성구동기.The method according to claim 1,
Wherein the control unit controls the motor to be driven in a direction in which elastic deformation of the elastic structure is removed when the output member rotates and elastic deformation occurs in the elastic structure. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 따른 탄성구동기가 착용자의 고관절 및 슬관절에 구비되고, 착용자의 대퇴와 하퇴를 각각 지지하는 상부 프레임부 또는 하부 프레임부의 일단이 각각의 탄성구동기를 구성하는 출력부재에 장착되고,
착용자의 보행시 각각의 탄성구동기의 출력부재는 각각의 상부 프레임부 또는 하부 프레임부를 회전 구동하여 착용자의 보행을 보조하는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇.An elastic driving device according to any one of claims 1 to 4, wherein one end of the upper frame portion or the lower frame portion, which supports the wearer's femur and lower leg, respectively, is provided in the hip joint and the knee joint of the wearer, Mounted on the output member,
Wherein the output member of each elastic driver during the walk of the wearer rotates and drives the upper frame part or the lower frame part to assist the walk of the wearer. 제6항에 있어서,
상기 복수 개의 탄성구동기 중 어느 하나의 탄성구동기를 구성하는 모터가 정지된 상태에서 해당 탄성구동기를 구성하는 출력부재가 회전하여 상기 탄성구조체에 탄성 변형이 발생한 경우, 상기 모터는 상기 탄성구조체의 탄성 변형을 제거하는 방향으로 상기 모터가 구동되는 것을 특징으로 하는 착용형 로봇.The method according to claim 6,
Wherein when the motor constituting one of the plurality of elastic actuators is stopped, and the elastic member is elastically deformed by rotation of the output member constituting the elastic actuators, the motor generates elastic deformation of the elastic structure And the motor is driven in a direction to remove the motor. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020170138445A 2017-10-24 2017-10-24 Elastic Structure Body, Elastic Actuator And Wearable Robot Having The Same KR101965070B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170138445A KR101965070B1 (en) 2017-10-24 2017-10-24 Elastic Structure Body, Elastic Actuator And Wearable Robot Having The Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170138445A KR101965070B1 (en) 2017-10-24 2017-10-24 Elastic Structure Body, Elastic Actuator And Wearable Robot Having The Same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101965070B1 true KR101965070B1 (en) 2019-04-02

Family

ID=66166935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170138445A KR101965070B1 (en) 2017-10-24 2017-10-24 Elastic Structure Body, Elastic Actuator And Wearable Robot Having The Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101965070B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102217337B1 (en) * 2019-11-29 2021-02-18 주식회사 엔젤로보틱스 Elastomer Gear Unit And Elastic Actuator Having The Same
KR102243557B1 (en) * 2019-11-07 2021-04-22 주식회사 엔젤로보틱스 Elastomer Gear Unit And Elastic Actuator Having The Same
KR102309407B1 (en) * 2020-04-17 2021-10-06 주식회사 엔젤로보틱스 Elastic Structure, Elastic Gear Unit And Joint Actuator Having the Same
KR20220060616A (en) 2020-11-04 2022-05-12 한국전기연구원 Wearable robotic apparatus for upper limb

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101084341B1 (en) * 2011-05-11 2011-11-16 주식회사 엔티리서치 Human power amplification device using force storing means
KR20150049856A (en) * 2013-10-31 2015-05-08 삼성전자주식회사 Wearable robot and control method for the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101084341B1 (en) * 2011-05-11 2011-11-16 주식회사 엔티리서치 Human power amplification device using force storing means
KR20150049856A (en) * 2013-10-31 2015-05-08 삼성전자주식회사 Wearable robot and control method for the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102243557B1 (en) * 2019-11-07 2021-04-22 주식회사 엔젤로보틱스 Elastomer Gear Unit And Elastic Actuator Having The Same
KR102217337B1 (en) * 2019-11-29 2021-02-18 주식회사 엔젤로보틱스 Elastomer Gear Unit And Elastic Actuator Having The Same
KR102309407B1 (en) * 2020-04-17 2021-10-06 주식회사 엔젤로보틱스 Elastic Structure, Elastic Gear Unit And Joint Actuator Having the Same
KR20220060616A (en) 2020-11-04 2022-05-12 한국전기연구원 Wearable robotic apparatus for upper limb

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Design and experimental verification of hip exoskeleton with balance capacities for walking assistance
KR101965070B1 (en) Elastic Structure Body, Elastic Actuator And Wearable Robot Having The Same
Huo et al. Lower limb wearable robots for assistance and rehabilitation: A state of the art
US11642271B2 (en) Modular and minimally constraining lower limb exoskeleton for enhanced mobility and balance augmentation
Hong et al. Lower extremity exoskeleton: review and challenges surrounding the technology and its role in rehabilitation of lower limbs
US7396337B2 (en) Powered orthotic device
Unluhisarcikli et al. Design and control of a robotic lower extremity exoskeleton for gait rehabilitation
CN109646245B (en) Steering mechanism for lower limb exoskeleton robot
KR20160027952A (en) User-coupled human-machine interface
KR100810004B1 (en) Force assistive wearable robot for wearing human body
JP6556867B2 (en) Performance evaluation apparatus and performance evaluation method for wearable motion assist device
CN110123496B (en) Upper limb movement function compensation equipment
Viteckova et al. Empowering lower limbs exoskeletons: State-of-the-art
Bhardwaj et al. Lower limb rehabilitation robotics: The current understanding and technology
Allemand et al. Design of a new lower extremity orthosis for overground gait training with the WalkTrainer
Taha et al. Preliminary investigation on the development of a lower extremity exoskeleton for gait rehabilitation: A Clinical Consideration
KR20080080035A (en) The wearable human power assisting and amplifying device for upper limbs
Hasan et al. State of the art technologies for exoskeleton human lower extremity rehabilitation robots
Andrade et al. Trajectory tracking impedance controller in 6-DoF lower-limb exoskeleton for over-ground walking training: Preliminary results
KR101949174B1 (en) Elastic Unit, Elastic Actuator And Wearable Robot Having The Same
KR102217337B1 (en) Elastomer Gear Unit And Elastic Actuator Having The Same
KR102168226B1 (en) Elastomer Gear Unit And Elastic Actuator Having The Same
Gu et al. SMAFO: Stiffness modulated Ankle Foot Orthosis for a patient with foot drop
Alqahtani et al. Exoskeletons for lower limb applications: A review
KR102243557B1 (en) Elastomer Gear Unit And Elastic Actuator Having The Same

Legal Events

Date Code Title Description
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant