KR102665995B1 - An Exoskeleton Device with a Safe Walking Function - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 외골격 장치는, 착용시에 인체의 등에 안착되는 본체(100)와 좌우측 회동체(200)를 포함하고, 상기 본체(100)는 메인 배터리(main-battery)와 보조 배터리(sub-battery)와 컨트롤러(controller)로 이루어지고, 상기 좌우측 회동체(200)는 중간 지지대(210)와 상기 중간 지지대의 상측에서 회동하는 상측 지지대(220)와, 상기 중간 지지대의 하측에서 회동하는 하측 지지대(230)를 포함하고, 상기 본체와 좌우측 회동체는 각각 좌측 및 우측 연결대(CC)로 연결된다. 상기 중간 지지대(210)에는 상측 구동부(210U)와 하측 구동부(210D)가 설치되고, 상기 상측 구동부(210U)는 상측 지지대(220)를 회전시키고, 상기 하측 구동부(210D)는 하측 지지대(230)를 회전시킨다.The exoskeleton device according to the present invention includes a main body 100 and left and right rotating bodies 200 that are placed on the back of the human body when worn, and the main body 100 includes a main-battery and an auxiliary battery (sub-battery). It consists of a battery and a controller, and the left and right rotating bodies 200 include a middle support 210, an upper support 220 that rotates on the upper side of the middle support, and a lower support that rotates on the lower side of the middle support. It includes (230), and the main body and the left and right rotating bodies are connected to left and right connecting bars (CC), respectively. An upper driver 210U and a lower driver 210D are installed on the middle support 210, the upper driver 210U rotates the upper support 220, and the lower driver 210D rotates the lower support 230. Rotate .
Description
본 발명은 외골격 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보행 도중에 외골격 장치에 설치된 전원부의 전력이 소모되어 구동모터의 회전축이 자유회전하는 것을 방지하기 위한 회귀 구동부를 갖는 외골격 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an exoskeleton device, and more specifically, to an exoskeleton device having a return drive unit to prevent the rotation shaft of the drive motor from freely rotating due to power consumption of the power supply installed in the exoskeleton device during walking.
최근 로봇기술의 발달로 인체의 움직임을 보조하는 근력보조 장치들이 개발되고 있다. 대부분의 근력보조 장치는 모터의 회전을 이용하여 움직임 동력을 발생시킨다.Recently, with the development of robotic technology, muscle assistance devices that assist human body movements are being developed. Most muscle assistance devices generate movement power using the rotation of a motor.
일예로, 공개특허공보 제10-2019-0004854호는 착용식 근력보조장치 및 그 제어방법을 개시하고 있다. 상기 선행기술문헌은 착용자의 상체를 지지하는 메인 바디와, 상기 메인 바디의 양측에 각각 배치된 복수의 다리 풀리와, 상기 다리 풀리에 각각 연결된 복수의 와이어부가 설치되어 있으며, 복수의 와이어부에 인장력을 제공하여 복수의 다리풀리 각각을 회전시키는 구동력을 구비하고 있다.For example, Patent Publication No. 10-2019-0004854 discloses a wearable muscle strength assist device and a control method thereof. The prior art document includes a main body supporting the wearer's upper body, a plurality of leg pulleys respectively disposed on both sides of the main body, and a plurality of wire parts respectively connected to the leg pulleys, and a tensile force applied to the plurality of wire parts. It is provided with a driving force to rotate each of the plurality of leg pulleys.
대부분의 근력보조 장치는 인체의 관절을 대신하기 위하여 배터리, 모터의 회전수를 감속하기 위한 감속기, 풀리 등을 구비하고 있고, 이들을 구동하기 위하여 미리 저장된 구동제어에 따라 구동력을 발생시키고 있다. Most muscle assist devices are equipped with a battery, a reducer to reduce the rotation speed of the motor, and a pulley to replace the joints of the human body, and generate driving force according to pre-stored drive control to drive them.
근력보조 장치에 설치되는 배터리는 구동모터와 회로부에 필요한 전력을 공급하고 있으나, 사용상태에 따라 보다 빨리 충전량이 낮아질 수 있다. 근력보조 장치에는 충전된 전력량이 소정 충전량 이하인 경우 경고신호를 출력하도록 하고 있으나, 착용자가 이를 인지하지 못할 수도 있다. 만약 배터리가 완전히 방전되면, 구동모터에 인가되는 전원이 차단되고, 구동모터의 회전축은 자유회전하게 된다. 이에 따라 구동모터에 의해 회전되고 있는 다리 지지체를 지지하지 못하게 되고, 착용자는 무게중심을 잃고 넘어질 수 있다.The battery installed in the muscle assistance device supplies the necessary power to the drive motor and circuit, but the charge may decrease more quickly depending on the usage conditions. The muscle strength assist device outputs a warning signal when the charged power amount is less than a predetermined charge amount, but the wearer may not be aware of this. If the battery is completely discharged, the power applied to the drive motor is cut off, and the rotation shaft of the drive motor rotates freely. As a result, the leg support being rotated by the drive motor cannot be supported, and the wearer may lose the center of gravity and fall.
본 발명은 외골격 장치를 착용한 착용자가 보행 도중에, 전원이 구동모터로 인가되지 않을 때, 회동체가 자유회전하는 것을 방지할 수 있는 외골격 장치를 제공하려는 데 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide an exoskeleton device that can prevent the rotating body from freely rotating when the wearer wearing the exoskeleton device is walking and power is not applied to the drive motor.
본 발명은 메인 전원이 구동모터에 인가되지 않을 때, 보조 전원을 사용하여 안전하게 자력으로 착지를 수행할 수 있는 외골격 장치를 제공하려는 데 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide an exoskeleton device that can safely land under its own power using auxiliary power when the main power is not applied to the drive motor.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 언급한 과제로 제한되지 않는다. 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned. Other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 따른 외골격 장치는, 착용시에 인체의 등에 안착되는 본체(100)와 좌우측 회동체(200)를 포함하고, 상기 본체(100)는 메인 배터리(main-battery)와 보조 배터리(sub-battery)와 컨트롤러(controller)로 이루어지고, 상기 좌우측 회동체(200)는 중간 지지대(210)와 상기 중간 지지대의 상측에서 회동하는 상측 지지대(220)와, 상기 중간 지지대의 하측에서 회동하는 하측 지지대(230)를 포함하고, 상기 본체와 좌우측 회동체는 각각 좌측 및 우측 연결대(CC)로 연결된다.The exoskeleton device according to the present invention includes a
또한, 상기 중간 지지대(210)에는 상측 구동부(210U)와 하측 구동부(210D)가 설치되고, 상기 상측 구동부(210U)는 상측 지지대(220)를 회전시키고, 상기 하측 구동부(210D)는 하측 지지대(230)를 회전시킨다.In addition, an
또한, 상기 컨트롤러는 보행모드부와 제동모드부를 포함하고, 상기 보행모드부는 보통속도모드, 빠른속도모드, 계단오름모드, 계단내림모드, 좌회전모드, 우회전모드와 같은 기계적 보행을 위한 구동을 제어하고, 상기 제동모드부(120)는 환자의 근력구동각도를 획득하고 기계적 보행구동의 보행각도에 대한 근력구동각도의 차각도(Rd)를 획득하는 보조구동데이터 획득모듈(121)과, 구동모터로 인가되는 메인전원을 검출하고 구동모터로 메인전원이 공급되지 않는 경우 이벤트 신호를 출력하는 메인전원 검출모듈(122)와, 상측 지지대와 중간 지지대가 이루는 상측절곡각도와 중간 지지대와 하측 지지대가 이루는 하측절곡각도를 검출하는 각도 검출모듈(123)과, 상기 이벤트 신호에 따라, 상기 검출된 상측 및 하측절곡각도를 기초로 하여, 상측 및 하측 구동부로 착지제어신호를 출력하는 착지제어모듈(124)로 이루어지고, 상기 메인전원이 구동모터로 인가되지 않을 때, 보조전원으로 착지제동을 수행한다.In addition, the controller includes a walking mode unit and a braking mode unit, and the walking mode unit controls driving for mechanical walking such as normal speed mode, fast speed mode, stair ascending mode, stair descending mode, left turn mode, and right turn mode. , the braking mode unit 120 includes an auxiliary drive data acquisition module 121 that acquires the patient's muscle drive angle and the difference angle (Rd) of the muscle drive angle with respect to the walking angle of the mechanical walking drive, and a drive motor. A main power detection module 122 that detects the applied main power and outputs an event signal when the main power is not supplied to the drive motor, the upper bending angle formed by the upper support and the middle support, and the lower side formed by the middle support and the lower support. An angle detection module 123 that detects the bending angle, and a landing control module 124 that outputs a landing control signal to the upper and lower driving units based on the detected upper and lower bending angles according to the event signal. When the main power is not applied to the driving motor, landing braking is performed using the auxiliary power.
또한, 상기 메인전원은 메인 배터리로부터 인가되는 전원이고, 상기 보조전원은 보조 배터리로부터 인가되는 전원일 수 있다.Additionally, the main power may be power supplied from a main battery, and the auxiliary power may be power supplied from an auxiliary battery.
또한, 상기 착지제어신호는 상기 상하측 절곡각도에 대응하는 보행상태 시점에서 이점두발착지상태 또는 일점두발착지상태까지의 보행궤적일 수 있다.Additionally, the landing control signal may be a walking trajectory from a walking state corresponding to the upper and lower bending angles to a two-point two-foot landing state or a one-point two-foot landing state.
제어장치의 고장, 배터리의 소모, 메인전원의 차단 등 다양한 이유로 구동모터로 전원이 인가되지 않은 경우에, 구동모터의 회전축은 자유회전하게 되고, 상기 자유회전에 의해 외골격 장치는 자중에 의해 무게중심을 잃게 된다. When power is not applied to the drive motor for various reasons such as failure of the control device, battery consumption, or main power cutoff, the rotation axis of the drive motor rotates freely, and the free rotation causes the exoskeleton device to shift its center of gravity due to its own weight. will lose.
본 발명에 따르면, 메인 전원이 공급되지 않은 상태에서, 보조 전원을 사용하여 회전축의 회전을 제어하여, 메인전원이 중단된 보행상태 시점에서 이점두발착지상태까지 구동모터를 구동한다. 이에 따라 외골격 장치를 착용하는 착용자는 자력에 의해 무게중심을 잃지 않고 안전하게 착지자세로 되돌아갈 수 있다.According to the present invention, when the main power is not supplied, the rotation of the rotation shaft is controlled using the auxiliary power, and the drive motor is driven from the walking state when the main power is stopped to the two-foot landing state. Accordingly, the wearer of the exoskeleton device can safely return to the landing position without losing the center of gravity due to magnetic force.
도 1은 본 발명에 따른 외골격 장치를 착용자가 착용한 상태를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 외골격 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 외골격 장치에 설치되는 회동체의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 보행모드에서 이루어지는 기계적 보행을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 제동모드부의 구성도이다.
도 6은 기계적 구동과 자유구동에서 측정된 지지대의 회동 각도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 착지제어방법을 나타낸 것이다.Figure 1 shows a state in which a wearer wears an exoskeleton device according to the present invention.
Figure 2 is a perspective view of an exoskeleton device according to the present invention.
Figure 3 is a perspective view of a rotating body installed in an exoskeleton device according to the present invention.
Figure 4 shows mechanical walking performed in walking mode according to the present invention.
Figure 5 is a configuration diagram of the braking mode unit according to the present invention.
Figure 6 shows the rotation angle of the support measured in mechanical drive and free drive.
Figure 7 shows a landing control method according to the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 표현될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. For convenience of explanation, components shown in the drawings may be exaggerated, omitted, or schematically represented.
본 발명은 보행상태에서 구동모터로 메인 전원이 인가되지 않을 때, 보조 전원을 사용하여 보행상태에서 직립상태로 변화시킬 수 있는 외골격 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an exoskeleton device that can change from a walking state to an upright state using auxiliary power when the main power is not applied to the drive motor in the walking state.
도 1은 본 발명에 따른 외골격 장치를 착용자가 착용한 상태를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 외골격 장치의 사시도이다.Figure 1 shows a state in which a wearer wears an exoskeleton device according to the present invention, and Figure 2 is a perspective view of the exoskeleton device according to the present invention.
본 발명에 따른 외골격 장치는 착용시에 인체의 등에 안착되는 본체(100)와 좌우측 회동체(200)를 포함한다. 도면을 참조하면, 상기 본체와 좌우측 회동체는 각각 좌측 및 우측 연결대(CC)로 연결된다. 상기 연결대는 본체의 하부에서 좌측 및 우측으로부터 연장된 후, 전측으로 절곡된 후 좌우측 회동체와 연결된다.The exoskeleton device according to the present invention includes a
상기 본체(100)는 메인 배터리(main-battery)와, 보조 배터리(sub-barrery)와, 컨트롤러(controller)로 이루어진다. 상기 메인 배터리는 구동모터로 구동전원을 공급하고, 상기 보조 배터리는 구동모터와 컨트롤러로 구동전원을 공급한다. 상기 메인 배터리는 충전방식으로 충전될 수 있고, 상기 보조 배터리는 메인 배터리로부터 충전될 수 있다.The
상기 컨트롤러(controller)는 회동체에 설치된 구동모터의 회전을 제어한다. 컨트롤러는 보행모드부와 제동모드부를 갖는다. 상기 보행모드부는 보통속도모드, 빠른속도모드, 계단오름모드, 계단내림모드, 좌회전모드, 우회전모드와 같은 미리 준비된 기계적 보행을 위한 구동을 수행하고, 상기 제동모드부는 메인전원이 구동모터로 인가되지 않을 때, 보조전원으로 착지제동을 수행한다. 상기 착지제동에 관하여는 후술한다.The controller controls the rotation of the drive motor installed on the rotating body. The controller has a walking mode section and a braking mode section. The walking mode unit performs driving for pre-prepared mechanical walking such as normal speed mode, fast speed mode, stair ascending mode, stair descending mode, left turn mode, and right turn mode, and the braking mode unit does not apply main power to the driving motor. When not in use, landing braking is performed using auxiliary power. The landing braking will be described later.
상기 좌우측 회동체(200)는 중간 지지대(210)와 상기 중간 지지대의 상측에서 회동하는 상측 지지대(220)와, 상기 중간 지지대의 하측에서 회동하는 하측 지지대(230)와, 상기 하측 지지대의 하부에 결합되는 풋안착대(240)를 포함한다.The left and right
도 3은 본 발명에 따른 외골격 장치에 설치되는 회동체의 사시도이다.Figure 3 is a perspective view of a rotating body installed in an exoskeleton device according to the present invention.
상기 좌우측 회동체의 중간 지지대(210)에는 상측 구동부(210U)와 하측 구동부(210D)가 설치된다. 상기 상측 구동부는 상측 지지대(220)를 회전시키고, 상기 하측 구동부는 하측 지지대(230)를 회전시킨다.An upper driving
상기 상측 및 하측 구동부(210U,210D)는 구동모터(211)와 감속기(212)를 포함할 수 있다. 상기 구동모터(211)는 회전력을 발생시키고, 감속기(212)는 구동모터의 회전수를 감소시키고 회전토크를 증가시킨다. The upper and
상기 하측 지지대(230)의 하부에는 풋안착대(240)가 결합된다. 풋안착대(240)는 착용자의 발목을 감싸는 안착고리(241)와, 상기 안착고리의 양측에 고정되고 착용자의 발바닥을 받치는 절곡대(242)로 이루어진다. 상기 안착고리(241)는 하측 지지대에 고정되는 고정 반원고리(241c)와 상기 고정 반원고리로부터 회동되는 회전 반원고리(241r)로 이루어질 수 있다. 실시예로서, 회전 반원고리를 고정 반원고리로부터 회동시키고, 착용자의 발목을 고정 반원고리의 내측에 안착시킨 후, 회전 반원 고리를 고정 반원고리에 닫아 체결할 수 있다.A
도 4는 본 발명에 따른 보행모드에서 이루어지는 기계적 보행을 나타낸 것이다.Figure 4 shows mechanical walking performed in walking mode according to the present invention.
도 4(a)는 직립상태를 나타낸 것이다. 상기 직립상태에서는 상측 지지대와 중간 지지대, 그리고 중간 지지대와 하측 지지대는 서로 180도 각도를 가진다. 도면을 참조하면, 직립상태에서 좌측 발을 지면으로부터 들어올려 소정의 보폭으로 전진한 후 착지한다 이어서, 도 4(b)에서, 좌측 발을 지면에 디딘 상태에서 우측 발을 들어올려 소정의 보폭으로 전진한 후, 도 4(c)에서, 좌우측 발이 소정의 보폭으로 이격된 상태에서 지면과 접촉한다. 최종적으로 도 4(e)에서 직립상태가 된다. 즉, 기계적 보행은 일점두발착지상태에서, 일점한발착지상태, 이점두발착지상태, 일점한발착지상태를 반복하고, 마지막으로 일점두발착지상태가 된다.Figure 4(a) shows the upright state. In the upright state, the upper support, middle support, and middle support and lower support have an angle of 180 degrees to each other. Referring to the drawing, in an upright state, lift the left foot from the ground, move forward at a predetermined stride, and then land. Next, in Figure 4(b), with the left foot on the ground, lift the right foot and move at a predetermined stride. After moving forward, in Figure 4(c), the left and right feet contact the ground while spaced apart at a predetermined stride length. Finally, it is in an upright state in Figure 4(e). In other words, mechanical walking repeats the one-point two-foot landing state, the one-point two foot landing state, the two two foot landing state, the one point one foot landing state, and finally becomes the one point two foot landing state.
이와 같은 착용자의 보행에 따르면, 직립상태인 일점두발착지상태를 제외하고, 나머지 보행상태에서는 구동모터가 구동하여, 상측, 중간, 하측 지지대는 서로 180도 미만의 각도를 가지게 된다. According to the wearer's walking, except for the upright one-point two-foot landing state, the drive motor is driven in the remaining walking states, so that the upper, middle, and lower supports have an angle of less than 180 degrees to each other.
본 발명에 따르면, 미리 저장된 보행모드에 따라, 중간 지지대에 설치된 상측 및 하측 구동부(210U,210D)를 제어한다. 이에 따라 중간 지지대와 상측 지지대 그리고 중간 지지대와 하측 지지대는 소정의 각도를 가지게 된다.According to the present invention, the upper and
도 5는 본 발명에 따른 제동모드부의 구성도이다.Figure 5 is a configuration diagram of the braking mode unit according to the present invention.
본 발명에 따른 제동모드부(120)는 구동모터로 인가되는 메인전원을 검출한다. 구동모터로 메인전원이 인가되지 않는 경우, 보조전원으로 착지제동을 수행한다.The braking mode unit 120 according to the present invention detects the main power applied to the driving motor. If main power is not applied to the drive motor, landing braking is performed using auxiliary power.
상기 제동모드부는 보조구동데이터 획득모듈(121)과, 메인전원 검출모듈(122)과, 각도 검출모듈(123)과, 착지제어모듈(124)과, 전원전환부(125)를 포함한다.The braking mode unit includes an auxiliary drive data acquisition module 121, a main power detection module 122, an angle detection module 123, a landing control module 124, and a power conversion unit 125.
상기 보조구동데이터 획득모듈(121)은 자유구동 상태에서 착지구동을 위한 보조구동데이터를 획득한다. The auxiliary drive data acquisition module 121 acquires auxiliary drive data for landing drive in a free drive state.
도 6은 기계적 구동과 자유구동에서 측정된 지지대의 회동 각도를 나타낸 것이다.Figure 6 shows the rotation angle of the support measured in mechanical drive and free drive.
보조구동데이터 획득모듈은 환자의 근력구동각도를 획득하고, 기계적 보행구동의 보행각도에 대한 근력구동각도의 차각도를 계산한다. 여기서, 기계적 보행구동은 전원이 정상적으로 공급되는 상태에서 구현되는 외골력 장치의 보행 구동을 말하며, 상기 근력 구동각은 외골력 장치의 구동부에 구동력이 인가되지 않은 상태 즉, 외골력 장치의 자유구동 상태에서 측정된 지지대의 각도를 말한다.The auxiliary drive data acquisition module acquires the patient's muscle drive angle and calculates the difference angle of the muscle drive angle with respect to the walking angle of the mechanical walking drive. Here, the mechanical walking drive refers to the walking drive of the exoskeleton force device implemented in a state where power is normally supplied, and the muscle force drive angle is a state in which no driving force is applied to the driving part of the exoskeleton force device, that is, a free drive state of the exoskeleton force device. It refers to the angle of the support measured at .
상기 보조구동데이터는 기계적 구동상태에서 구동되는 회동각도(Rd+Rp)와 자유구동 상태에서 환자의 근력을 사용한 회동각도(Rp)에 대한 차각도(Rd)와, 상기 차각도에 대응하는 모터의 토크값일 수 있다. 일 실시예에서, 보조구동데이터의 차각도(Rd)는 음(-)의 차각도는 0의 값이 부여될 수 있다.The auxiliary drive data includes the rotation angle (Rd+Rp) driven in a mechanical drive state, the difference angle (Rd) with respect to the rotation angle (Rp) using the patient's muscle strength in the free drive state, and the difference angle (Rd) of the motor corresponding to the difference angle. It may be a torque value. In one embodiment, the difference angle Rd of the auxiliary drive data may be given a negative (-) value and the difference angle may be given a value of 0.
도면에서, 도면부호 MP는 기계적 구동시 지지대의 회동각도를 나타내고, 도면부호 PP는 자유구동 상태에서 측정된 지지대의 회동각도를 나타낸다. 도면을 참조하면, 구간 0~0.75sec 구간에서는 차각도(Rd)가 양(+)의 값을 나타내고, 0.75~1 구간에서는 음(-)의 차각도 값을 나타낸다. 상기 양의 차각도를 갖는 구간은 부족한 근력상태를 보여주고, 음의 차각도를 갖는 구간에서는 보행에 충분한 근력상태를 보여준다. In the drawings, reference numeral MP represents the rotation angle of the support when mechanically driven, and reference numeral PP represents the rotation angle of the support measured in a free driving state. Referring to the drawing, in the
상기 메인전원 검출모듈(122)은 구동모터로 인가되는 메인 전원을 검출한다. 검출결과, 구동모터로 전원이 공급되지 않는 경우, 이벤트 신호를 생성한다. 상기 이벤트 신호는 착지제어모듈(124)과 전원전환모듈(125)로 출력된다.The main power detection module 122 detects the main power applied to the driving motor. As a result of detection, if power is not supplied to the drive motor, an event signal is generated. The event signal is output to the landing control module 124 and the power conversion module 125.
상기 각도 검출모듈(123)은 중간 지지대에 대한 상측 지지대와 하측 지지대가 이루는 상측 및 하측절곡각도를 검출한다. 구체적으로, 각도 검출모듈은 중간 지지대와 상측 지지대가 이루는 상측절곡각도를 검출한다. 또 각도 검출모듈은 중간 지지대와 하측 지지대가 이루는 하측절곡각도를 검출한다. 상기 검출된 상하측 절곡각도는 착지제어모듈로 출력된다.The angle detection module 123 detects the upper and lower bending angles formed by the upper and lower supports with respect to the middle support. Specifically, the angle detection module detects the upper bending angle formed by the middle support and the upper support. Additionally, the angle detection module detects the lower bending angle formed by the middle support and lower support. The detected upper and lower bending angles are output to the landing control module.
상기 착지제어모듈(124)은 이벤트 신호에 따라, 상기 검출된 상측 및 하측절곡각도를 기초로 하여, 상측 및 하측 구동부(210U,210D)로 착지제어신호를 출력한다. 상기 착지제어신호는 상기 상하측 절곡각도에 대응하는 보행상태 시점에서 이점두발착지상태 또는 일점두발착지상태까지의 보행궤적일 수 있다. 상기 착지제어신호에 따라, 상측 및 하측 구동부는 어느 한 시점의 보행상태에서 이점두발착지상태 또는 일점두발착지상태로 변화시킬 수 있다.The landing control module 124 outputs a landing control signal to the upper and
상기 전원전환모듈(125)은 이벤트 신호에 따라 상측 및 하측 구동부의 구동모터로 인가되는 전원을 메인전원에서 보조전원으로 스위칭한다. The power switching module 125 switches the power applied to the driving motors of the upper and lower driving units from the main power to the auxiliary power according to the event signal.
도 7은 본 발명에 따른 착지제어방법을 나타낸 것이다.Figure 7 shows a landing control method according to the present invention.
본 발명에 따른 착지제어방법은, 보조구동데이터를 획득하는 단계(S100)와, 구동모터로 인가되는 메인전원을 검출하고, 메인 전원이 검출되지 않는 경우, 이벤트 신호를 생성하는 단계(S200)와, 상기 이벤트 신호에 따라, 상하측 절곡각도를 획득한 후, 상기 상하측 절곡각도에 대응하는 보행상태 시점을 획득하는 단계(S300)와, 상기 획득된 보행상태 시점에서 이점두발착지상태까지의 보행궤적에 대응하는 착지제어신호를 계산하는 단계(S400)와, 상기 계산된 착지제어신호를 상측 및 하측 구동부로 출력하는 단계(S500)을 포함한다.The landing control method according to the present invention includes the steps of acquiring auxiliary drive data (S100), detecting the main power applied to the drive motor, and generating an event signal when the main power is not detected (S200) , according to the event signal, obtaining the upper and lower bending angles and then acquiring a walking state time point corresponding to the upper and lower bending angle (S300), and walking from the obtained walking state time point to the two-foot landing state. It includes calculating a landing control signal corresponding to the trajectory (S400) and outputting the calculated landing control signal to the upper and lower driving units (S500).
1. 보조구동데이터를 획득하는 단계(S100);1. Obtaining auxiliary drive data (S100);
이 단계는 보조구동데이터 획득모듈에서 수행된다. 우선, 보조구동데이터는 환자의 근력구동각도를 획득하고 기계적 보행구동의 보행각도에 대한 근력구동각도의 차각도(Rd)를 계산한다. 여기서 차각도가 음의 값을 갖는 경우 0의 값을 부여한다.This step is performed in the auxiliary drive data acquisition module. First, the auxiliary drive data obtains the patient's muscle drive angle and calculates the difference angle (Rd) of the muscle drive angle with respect to the walking angle of the mechanical walking drive. Here, if the difference angle has a negative value, a value of 0 is given.
2. 구동모터로 인가되는 메인전원을 검출하고, 메인 전원이 검출되지 않는 경우, 이벤트 신호를 생성하는 단계(S200);2. Detecting the main power applied to the driving motor and, if the main power is not detected, generating an event signal (S200);
이 단계는 메인전원 검출모듈에서 수행된다. 메인전원 검출모듈은 구동모터로 인가되는 메인전원을 검출한다. 컨트롤러의 보행모드부는 선택된 보행모드에 따라 구동모터를 구동한다. 상기 보행모드는 보통속도모드, 빠른속도모드, 계단오름모드, 계단내림모드, 좌회전모드, 우회전모드 등일 수 있으며, 각 모드들은 상측 지지대와 중간 지지대, 그리고 중간 지지대와 하측 지지대가 모두 180도 각도를 갖는 직립상태와, 상측 지지대와 중간 지지대, 그리고 중간 지지대와 하측 지지대가 모두 180도 미만의 각도를 갖는 보행상태를 가질 수 있다.This step is performed in the main power detection module. The main power detection module detects the main power applied to the drive motor. The walking mode part of the controller drives the driving motor according to the selected walking mode. The walking mode may be a normal speed mode, a fast speed mode, a stair ascending mode, a stair descending mode, a left turn mode, a right turn mode, etc., and in each mode, the upper support, the middle support, and the middle and lower supports all have an angle of 180 degrees. It can have an upright state, a walking state in which the upper support, middle support, and middle support and lower support all have angles of less than 180 degrees.
구동모터로 인가되는 메인전원은 보행모드를 동작하는 데 필요한 구동 에너지를 제공한다. 메인전원 검출모듈은 구동모터로 인가되는 전원의 on 상태와 off 상태를 검출한다. 상기 on 상태인 경우 정상구동상태일 수 있고, off 상태인 경우 메인 배터리가 완전히 방전된 상태일 수 있다. 또 외골격 장치를 착용한 착용자가 비상정지버튼을 누른 경우에 발생될 수도 있다. 이처럼, 구동모터로 인가되는 메인전원이 검출되지 않는 경우 이벤트 신호를 생성한다. 상기 이벤트 신호는 착지제어모듈(124)과 전원전환모듈(125)로 출력된다.The main power supplied to the drive motor provides the drive energy required to operate the walking mode. The main power detection module detects the on and off states of the power supplied to the drive motor. When in the on state, it may be in a normal driving state, and when in the off state, the main battery may be completely discharged. It can also occur when the wearer of the exoskeleton device presses the emergency stop button. In this way, an event signal is generated when the main power applied to the driving motor is not detected. The event signal is output to the landing control module 124 and the power conversion module 125.
3. 이벤트 신호에 따라, 상하측 절곡각도를 검출하고, 상기 상하측 절곡각도에 대응하는 보행상태 시점을 획득하는 단계(S300);3. Detecting the upper and lower bending angles according to the event signal and obtaining a walking state time point corresponding to the upper and lower bending angles (S300);
이 단계는 각도 검출모듈과 착지제어모듈에서 수행된다. 먼저, 각도검출모듈은 각도 검출모듈은 중간 지지대와 상측 지지대가 이루는 상측절곡각도와, 중간 지지대와 하측 지지대가 이루는 하측절곡각도를 검출한다. 이와 같이 검출된 각도는 착지제어모듈로 전송된다.This step is performed in the angle detection module and landing control module. First, the angle detection module detects the upper bending angle formed by the middle support and the upper support, and the lower bending angle formed by the middle support and the lower support. The angle detected in this way is transmitted to the landing control module.
이어서, 착지제어모듈은 상기 상하측 절곡각도에 대응하는 보행상태 시점을 획득한다. 이때, 보행상태 시점은 미리 선택된 보행모드의 보행궤적에서 획득될 수 있다.Subsequently, the landing control module acquires the walking state timing corresponding to the upper and lower bending angles. At this time, the walking state timing can be obtained from the walking trajectory of the pre-selected walking mode.
4. 획득된 보행상태 시점에서 이점두발착지상태까지의 보행궤적에 대응하는 착지제어신호를 계산하는 단계(S400);4. Calculating a landing control signal corresponding to the walking trajectory from the acquired walking state to the two-foot landing state (S400);
이 단계는 착지제어모듈에서 수행된다. 착지제어모듈은 앞서 획득된 보행상태 시점에서 이점두발착지상태까지의 보행궤적에 해등하는 착지궤적을 획득하고, 획득된 착지궤적을 착지제어신호로 변환한다.This step is performed in the landing control module. The landing control module acquires a landing trajectory equivalent to the walking trajectory from the previously acquired walking state to the two-foot landing state, and converts the acquired landing trajectory into a landing control signal.
5. 계산된 착지제어신호를 상측 및 하측 구동부로 출력하는 단계(S500);5. Outputting the calculated landing control signal to the upper and lower driving units (S500);
이 단계는 착지제어모듈과 상하측 구동부에서 수행된다. 착지제어모듈은 변환된 착지제어신호를 상하측 구동부로 출력한다. 이에 따라 상하측 구동부는 메인전원이 중단된 시점에서 이점두발착지상태까지의 잔여 보행궤적으로 외골격 장치를 구동한다.This step is performed by the landing control module and the upper and lower driving units. The landing control module outputs the converted landing control signal to the upper and lower driving units. Accordingly, the upper and lower driving units drive the exoskeleton device with the remaining walking trajectory from the point when the main power is stopped to the two-foot landing state.
제어장치의 고장, 배터리의 소모 등 다양한 이유로 구동모터로 전원이 인가되지 않은 경우에, 구동모터의 회전축은 자유회전하게 되고, 상기 자유회전에 의해 외골격 장치는 자중에 의해 무게중심을 잃게 된다. 본 발명에 따르면, 메인 전원이 공급되지 않은 상태에서, 보조 전원을 사용하여 회전축의 회전을 제어하여, 메인전원이 중단된 보행상태 시점에서 이점두발착지상태까지 구동모터를 구동한다. 이에 따라 외골격 장치를 착용하는 착용자는 자력에 의해 무게중심을 잃지 않고 안전하게 착지자세로 되돌아갈 수 있다.When power is not applied to the drive motor for various reasons such as failure of the control device, battery consumption, etc., the rotation axis of the drive motor rotates freely, and due to the free rotation, the exoskeleton device loses its center of gravity due to its own weight. According to the present invention, when the main power is not supplied, the rotation of the rotation shaft is controlled using the auxiliary power, and the drive motor is driven from the walking state when the main power is stopped to the two-foot landing state. Accordingly, the wearer of the exoskeleton device can safely return to the landing position without losing the center of gravity due to magnetic force.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.Above, the present invention has been described in detail through specific embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.
100 : 본체
120 : 제동모드부
121 : 보조구동데이터 획득모듈
122 : 메인전원 검출모듈
123 : 각도 검출모듈
124 : 착지제어모듈
125 : 전원전환모듈
200 : 회동체
210 : 중간 지지대
210U : 상측 구동부
220D : 하측 구동부
211 : 구동모터
212 : 감속기
220 : 상측 지지대
230 : 하측 지지대
240 : 풋안착대100: main body
120: Braking mode part
121: Auxiliary drive data acquisition module
122: Main power detection module
123: Angle detection module
124: Landing control module
125: Power conversion module
200: Rotating body
210: middle support
210U: upper driving part
220D: lower driving part
211: driving motor
212: reducer
220: upper support
230: lower support
240: Foot seating stand
Claims (5)
상기 본체(100)는 메인 배터리(main-battery)와 보조 배터리(sub-battery)와 컨트롤러(controller)로 이루어지고,
상기 좌우측 회동체(200)는 중간 지지대(210)와 상기 중간 지지대의 상측에서 회동하는 상측 지지대(220)와, 상기 중간 지지대의 하측에서 회동하는 하측 지지대(230)를 포함하고,
상기 중간 지지대(210)에는 상측 구동부(210U)와 하측 구동부(210D)가 설치되고,
상기 상측 구동부(210U)는 상측 지지대(220)를 회전시키고, 상기 하측 구동부(210D)는 하측 지지대(230)를 회전시키고,
상기 본체와 좌우측 회동체는 각각 좌측 및 우측 연결대(CC)로 연결되며,
상기 컨트롤러는 보행모드부와 제동모드부를 포함하고,
상기 보행모드부는 보통속도모드, 빠른속도모드, 계단오름모드, 계단내림모드, 좌회전모드, 우회전모드와 같은 기계적 보행을 위한 구동을 제어하고,
상기 제동모드부(120)는 환자의 근력구동각도를 획득하고 기계적 보행구동의 보행각도에 대한 근력구동각도의 차각도(Rd)를 획득하는 보조구동데이터 획득모듈(121)과, 구동모터로 인가되는 메인전원을 검출하고 구동모터로 메인전원이 공급되지 않는 경우 이벤트 신호를 출력하는 메인전원 검출모듈(122)와, 상측 지지대와 중간 지지대가 이루는 상측절곡각도와 중간 지지대와 하측 지지대가 이루는 하측절곡각도를 검출하는 각도 검출모듈(123)과, 상기 이벤트 신호에 따라, 상기 검출된 상측 및 하측절곡각도를 기초로 하여, 상측 및 하측 구동부로 착지제어신호를 출력하는 착지제어모듈(124)로 이루어지고,
상기 메인 배터리의 메인전원이 구동모터로 인가되지 않을 때, 상기 보조구동데이터를 이용하여 자유구동 상태에서 착지구동을 수행하는 것을 특징으로 하는 외골격 장치.
It includes a main body 100 and left and right rotating bodies 200 that are placed on the back of the human body when worn,
The main body 100 consists of a main-battery, a sub-battery, and a controller,
The left and right rotating bodies 200 include a middle support 210, an upper support 220 rotating on the upper side of the middle support, and a lower support 230 rotating on the lower side of the middle support,
An upper driving part 210U and a lower driving part 210D are installed on the middle support 210,
The upper driving unit 210U rotates the upper support 220, and the lower driving unit 210D rotates the lower support 230,
The main body and the left and right rotating bodies are connected to the left and right connecting bars (CC), respectively,
The controller includes a walking mode unit and a braking mode unit,
The walking mode unit controls driving for mechanical walking such as normal speed mode, fast speed mode, stair ascending mode, stair descending mode, left turn mode, and right turn mode,
The braking mode unit 120 is applied to an auxiliary drive data acquisition module 121 that acquires the patient's muscle drive angle and the difference angle (Rd) of the muscle drive angle with respect to the walking angle of the mechanical walking drive, and a drive motor. A main power detection module 122 that detects the main power supply and outputs an event signal when the main power is not supplied to the drive motor, the upper bending angle formed by the upper support and the middle support, and the lower bending angle formed by the middle support and lower support. It consists of an angle detection module 123 that detects the angle, and a landing control module 124 that outputs a landing control signal to the upper and lower driving units based on the detected upper and lower bending angles according to the event signal. under,
An exoskeleton device that performs a landing drive in a free drive state using the auxiliary drive data when the main power of the main battery is not applied to the drive motor.
상기 착지구동은 보조 배터리의 보조전원이 사용되고,
상기 보조구동데이터는 기계적 구동상태에서 구동되는 회동각도(Rd+Rp)와 자유구동 상태에서 환자의 근력을 사용한 회동각도(Rp)에 대한 차각도(Rd)와, 상기 차각도에 대응하는 모터의 토크값일 수 있고, 상기 차각도(Rd)는 음(-)의 차각도인 경우 0의 값이 부여되는 것을 특징으로 하는 외골격 장치.
In claim 1,
The landing drive uses auxiliary power from an auxiliary battery,
The auxiliary drive data includes the rotation angle (Rd+Rp) driven in a mechanical drive state, the difference angle (Rd) with respect to the rotation angle (Rp) using the patient's muscle strength in the free drive state, and the difference angle (Rd) of the motor corresponding to the difference angle. It may be a torque value, and the difference angle (Rd) is an exoskeleton device characterized in that a value of 0 is given when the difference angle is negative (-).
상기 착지제어신호는 상기 상하측 절곡각도에 대응하는 보행상태 시점에서 이점두발착지상태 또는 일점두발착지상태까지의 보행궤적인 것을 특징으로 하는 외골격 장치.
In claim 1 or claim 2,
The landing control signal is an exoskeleton device characterized in that it is a walking trajectory from a walking state corresponding to the upper and lower bending angle to a two-point two-foot landing state or a one-point two foot landing state.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |