KR20140064217A

KR20140064217A - 병렬 링크형 착용로봇

Info

Publication number: KR20140064217A
Application number: KR1020120131286A
Authority: KR
Inventors: 추정훈
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2014-05-28

Abstract

본 발명은 착용로봇의 허리부에 가해지는 하중을 지면으로 전달하여 착용로봇과 작업자의 허리부에 가해지는 하중을 경감시키고, 착용로봇의 자세에 따라 하지 착용부에 대한 상지 착용부의 기울기를 가변시켜 무게 균형을 유지함으로써 고관절부를 중심으로 하는 상지 착용부의 회전모멘트를 최소화시켜 자세 안정성을 향상시키는 병렬링크형 착용로봇에 관한 것으로, 상기 병렬 링크형 착용로봇은, 상지 착용부(B);와, 대퇴골격부(10)와 종아리골격부(20)는 슬관절부(60)에 의해 회전 가능하게 연결되고, 종아리골격부(20)와 신발착용부(30)는 발목관절부(80)에 의해 회전 가능하게 연결되도록 구성되며, 상기 상지착용부(B)와 고관절부(40)를 형성하도록 결합되는 하지 착용부(L);를 포함하여 구성되는 착용로봇에 있어서, 상기 하지 착용부(L)는, 상기 상지 착용부(B)의 상기 하지 착용부(L)에 대한 기울기를 조절하도록 하지착용부(L)와 병렬로 결합되는 길이 가변 가능한 병렬링크부를 더 포함하여 구성되어, 상기 하지 착용부의 골격 구조를 병렬로 구성하여 착용로봇의 허리부에 가해지는 하중을 지면으로 전달하는 것에 의해 착용로봇 및 작업자의 허리부에 가해지는 하중을 감소시키고, 상지 착용부의 기울기를 무게 중심이 균형을 이루도록 조절하는 것에 의해, 고관절부를 중심으로 하는 상지 착용부의 회전모멘트를 최소화시켜 착용로봇의 자세 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Description

병렬 링크형 착용로봇{WEARABLE ROBOT WITH PARALLEL LINKS}

본 발명은 착용로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 하지 착용부의 골격 구조를 병렬로 구성하여 착용로봇의 허리부에 가해지는 하중을 지면으로 전달하는 것에 의해 허리부에 가해지는 하중을 감소시키고, 상지 착용부의 기울기를 무게 중심이 균형을 이루도록 조절하는 것에 의해 고관절부를 중심으로 하는 상지 착용부의 회전모멘트를 최소화시켜 착용로봇의 자세 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 병렬 링크형 착용로봇에 관한 것이다.

일반적으로, 착용로봇은 인체와 유사한 관절 작용을 수행하는 링크들이 인체에 착용될 수 있는 형상으로 유기적으로 결합되어 제작된다. 이러한 착용로봇은 사용자에게 착용되어 상지 또는 하지 근력을 보조함으로써 별도의 외부 기계의 도움없이 사용자가 일반적인 인간의 근력 한계를 벗어나는 근력이 요구되는 고 하중 작업을 수행할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이 종래기술의 착용로봇이, 착용로봇을 착용한 작업자가 인간의 근력 한계를 벗어나는 근력이 요구되는 고 하중 작업을 수행할 수 있도록 하기 위해서는, 골격 구조에 인간의 근력을 보조하는 보조력을 제공하는 유압구동기 또는 구동 모터 등의 관절부의 회전력을 제공하는 보조 기구들이 장착된다.

도 1은 상술한 바와 같은 관절부의 회전력을 제공하기 위하여 유압구동기를 보조 기구로 구비한 종래기술의 착용로봇(1)의 개략적인 관절 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 관절부에 구동모터가 내장된 종래기술의 착용로봇(2)의 개략적인 관절 구조를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2의 종래기술의 착용로봇(1, 2)은 하지 착용로봇의 예를 나타내는 것으로, 상지 착용부(B)와 하지 착용부(L)로 구성된다. 하지 착용부(L)는 대퇴골격부(10), 종아리골격부(20), 신발착용부(30)로 구성된다. 그리고 하지 착용부(L)의 대퇴골격부(10)와 종아리골격부(20)는 슬관절부(60)에 의해 회전 가능하게 연결되고, 종아리골격부(20)와 신발착용부(30)는 발목관절부(80)에 의해 회전 가능하게 연결된다.

또한, 상지 착용부(B)와 하지 착용부(L)는 고관절부(40)에 의해 회전 가능하게 연결 구성된다.

이 경우, 도 1의 착용로봇(1)은 관절부의 회전 근력의 보조를 위해 유압식 고관절구동기(50)와 유압식 슬관절구동기(70)를 구비하여 유압력에 의해 작업자의 근력을 보조하도록 구성된다. 그리고 도 2의 착용로봇(2)은 고관절부(40), 슬관절부(60) 및 발목관절부(80)의 내부에 고관절구동모터(50a), 슬관절구동모터(70a)가 각각 같이 장착되어 모터 구동력에 의해 인간의 근력을 보조하도록 구성된다.

상술한 구성에서 상기 슬관절부(60)는 주로 착용로봇 전체를 지지하여 주는 기능을 수행하며, 고관절부(40)는 상체를 지지하면서 상체를 자유롭게 움직일 수 있도록 한다. 특히 고관절부(40)의 움직임으로 착용자가 자세를 잡게 된다.

그러나 상술한 종래기술의 도 1 및 도 2의 착용로봇(1, 2)들은 하지 착용부(L)가 독립적인 골격 구조를 이루고 있어, 착용 로봇의 허리부에 가해지는 하중이 신발착용부(30)를 통해 지면으로 전달되지 못하여 착용로봇의 허리부인 고관절부(40)로 집중되고, 이에 의해 작업자의 허리에 가해지는 하중이 가중되어 작업자의 부담이 커지는 문제점을 발생시킨다.

또한, 상술한 종래기술의 착용로봇(1,2)들은 경사각도에 따라 상지 착용부(B)의 기울기가 가변되지 않고, 항상 하지 착용부(L)에 대하여 일정한 각도를 가지게 되므로, 경사각도에 따른 무게 중심의 균형을 잡지 못하는 구조를 가진다. 따라서, 작업자가 착용로봇(1, 2)을 착용한 후, 착용로봇(1, 2)을 이용하여 중량물을 지고 경사부 등을 움직일 경우, 전체 무게중심이 앞이나 뒤로 쏠리는 현상이 발생하여, 고관절부(40)를 중심으로 하는 상지 착용부(B)의 회전 모멘트가 커지게 되어 전도될 위험성 또한 커지는 문제점을 가지게 된다.

또한, 전체 무게중심을 쉽게 잡기 위해 고관절 구동부의 구동력을 크게 하고자 해도 착용로봇 전체 무게가 증가하게 되어, 무게 중심의 균형을 맞추는 것이 어렵게 된다. 이에 따라 무게 중심의 균형을 맞출 수 있도록 하기 위해 고관절 구동부의 구동력 크기를 더욱 크게 하면 착용로봇의 하중이 증가하여 무게 중심의 균형을 맞추는 것이 더욱 어렵게 되는 악순환이 반복된다.

따라서, 종래기술의 착용로봇은 고관절 구동력 이상의 힘은 착용자가 부담하게 되는데, 일반적으로 착용자가 부담하는 무게의 한계가 40kg 내외로 전문가들이 보고 있기 때문에, 착용로봇을 착용하여 작업을 수행하는 작업자에게는 큰 부담으로 작용하는 문제점 또한 가진다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 착용로봇(1,2)들이 가지는 문제점을 해소하기 위하여, 하지 착용부(L)와 병렬로 배치되는 병렬링크부를 하지 착용부(L)에 부가하여, 착용로봇의 허리부(고관절부(40))에 가해지는 하중을 병렬링크부와 신발착용부(30)를 통해 지면으로 전달하도록 하여, 착용로봇의 허리에 가해지는 하중을 경감시키고, 이에 의해 작업자가 부담하는 하중을 경감시킬 수 있도록 하는 병렬링크형 착용로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 하지 착용부(L)와 병렬로 배치되는 병렬링크부의 길이를 가변시킬 수 있도록 하는 구성하고, 병렬링크부의 길이 가변에 따라 하지 착용부(L)에 대한 상지 착용부(B)의 기울기를 무게 중심의 균형을 유지하도록 조절할 수 있도록 하는 것에 의해, 고관절부(40)를 중심으로 하는 상지 착용부(B)의 회전 모멘트를 최소화시킴으로써, 착용로봇의 전도 위험을 최소화시킬 수 있도록 하는 병렬링크형 착용로봇을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇은, 상지 착용부(B);와, 대퇴골격부(10)와 종아리골격부(20)는 슬관절부(60)에 의해 회전 가능하게 연결되고, 종아리골격부(20)와 신발착용부(30)는 발목관절부(80)에 의해 회전 가능하게 연결되도록 구성되며, 상기 상지착용부(B)와 고관절부(40)를 형성하도록 결합되는 하지 착용부(L);를 포함하여 구성되는 착용로봇에 있어서,

상기 하지 착용부(L)는, 상기 상지 착용부(B)의 기울기를 조절하도록 하지착용부(L)와 병렬로 결합되는 길이 가변 가능한 병렬링크부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 병렬링크부는, 일 단부는 상기 상지 착용부(B)에 병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 회전 가능하게 결합되고, 하단부는 병렬링크슬관절부(160)를 형성하며 회전 가능하게 결합되는 대퇴골격부병렬링크;와, 상기 병렬링크슬관절부(160)에 상단부가 회전 가능하게 결합되고, 하단부는 상기 신발착용부(30)에 회전 가능하게 결합되는 종아리골격부병렬링크;를 포함하고,

상기 종아리골격부병렬링크는, 상기 병렬링크슬관절부(160)에 상단부가 회전 가능하게 결합되는 상부링크;와, 상기 상부링크의 하부에 배치되고 하단부는 상기 신발착용부(30)에 회전 가능하게 결합되는 하부링크;와, 상기 상부링크와 상기 하부링크의 길이를 가변시키도록 상기 상부링크와 상기 하부링크의 사이에 결합되는 길이조절부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 병렬링크부는, 또한, 일 단부는 상기 상지 착용부(B)에 병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 회전 가능하게 결합되고, 하단부는 병렬링크슬관절부(160)를 형성하며 회전 가능하게 결합되는 대퇴골격부병렬링크;와, 상기 병렬링크슬관절부(160)에 상단부가 회전 가능하게 결합되고, 하단부는 상기 신발착용부(30)에 회전 가능하게 결합되는 종아리골격부병렬링크;를 포함하고,

상기 대퇴골격부병렬링크는, 상단부가 상기 상지 착용부(B)에 회전 가능하게 결합되는 상부링크;와, 하단부가 상기 병렬링크슬관절부(160)에 회전 가능하게 결합되는 하부링크;와, 상기 상부링크와 상기 하부링크의 길이를 가변시키도록 상기 상부링크와 상기 하부링크의 사이에 결합되는 길이조절부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 병렬링크부는, 또한, 상기 고관절부(40)를 중심으로 회전되도록 결합되는 고관절부보조병렬링크(170);와, 상기 고관절부보조병렬링크(170)의 착용로봇의 뒤쪽으로 돌출된 단부에서 상기 고관절부보조병렬링크(170)와 상기 상지착용부(B)의 사이에 결합되는 고관절부유연구동기(180);와, 일단부는 상기 고관절부보조병렬링크(170)와 병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 결합되고, 타단부는 상기 병렬링크슬관절부(160)를 형성하며 종아리골격부병렬링크(120)의 상단부에 회전 가능하게 결합되는 대퇴골격부병렬링크;와, 일단부는 상기 병렬링크슬관절부(160)를 형성하며 결합되고, 타단부는 신발착용부(30)에 회전 가능하게 결합되는 종아리골격부병렬링크;를 포함하고,

상기 대퇴골격부병렬링크는, 상단부가 상기 고관절부보조병렬링크(170)와 병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 회전 가능하게 결합되는 상부링크;와, 하단부가 상기 병렬링크슬관절부(160)에 회전 가능하게 결합되는 하부링크;와, 상기 상부링크와 상기 하부링크의 길이를 가변시키도록 상기 상부링크와 상기 하부링크의 사이에 결합되는 길이조절부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 대퇴골격부병렬링크는, 또는 상기 종아리골격부병렬링크는, 탄성식 또는 유압식 댐퍼부(124)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 상부링크의 하단부와 상기 하부링크의 상단부는 서로 반대 방향의 수나사부 또는 암나사부로 형성되고,

상기 길이조절부의 상부와 하부에는 상기 상부링크의 하단부와 상기 하부링크의 상단부에 형성되는 나사부에 대응하는 암나사부 또는 수나사부가 형성되어, 상기 길이조절부의 회전에 따라 상부와 하부가 서로 반대 방향의 나사 회전을 수행하여 길이가 가변되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 길이조절부는 유압실린더 형태로 구성되고, 상기 상부링크와 상기 하부링크는 상기 유압실린더의 양측에 결합되어 전체 길이가 가변되는 실린더로드로 형성될 수도 있다.

상기 병렬링크부는, 또한, 상기 슬관절부(60)에 일단부가 회전 가능하게 결합되고 타단부는 상기 병렬링크슬관절부(160)에 회전 가능하게 결합되는 이격링크(165);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 하지 착용부(L)는, 또한, 상기 대퇴골격부(10)와 종아리골격부(20)의 배면에 결합되는 슬관절구동기(70)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 하지 착용부(L)는, 또한, 상기 슬관절부(60)의 내부에 장착되는 슬관절부구동모터(70a)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 병렬링크부는, 상기 하지 착용부(L)의 전면, 배면 또는 측면의 위치 중 어느 하나의 위치에 설치될 수 있다.

상술한 구조를 가지는 본 발명의 착용로봇은, 하지 착용부(L)와 병렬로 배치되는 병렬링크부를 하지 착용부(L)에 부가하여, 착용로봇의 허리부(고관절부(40))에 가해지는 하중을 병렬링크부와 신발착용부(30)를 통해 지면으로 전달하도록 하여, 착용로봇의 허리에 가해지는 하중을 경감시키고, 이에 의해 작업자가 부담하는 하중을 경감시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 착용로봇은 하지 착용부(L)와 병렬로 배치되는 병렬링크부의 길이를 가변시킬 수 있도록 하는 구성하고, 병렬링크부의 길이 가변에 따라 하지 착용부(L)에 대한 상지 착용부(B)의 기울기를 무게 중심의 균형을 유지하도록 조절할 수 있도록 하는 것에 의해, 착용로봇의 경사 각도에 무관하게 상지 착용부의 기울기를 지면에 대하여 무게 균형을 유지하는 위치로 유지시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 착용로봇은, 하지 착용부(L)와 병렬로 배치되는 병렬링크부의 길이를 가변시키는 것에 의해, 하지 착용부(L)에 대한 상지 착용부(B)의 기울기를 무게 중심의 균형을 유지하는 기울기를 가지도록 조절할 수 있어, 고관절부(40)를 중심으로 하는 상지 착용부(B)의 회전 모멘트를 최소화시킴으로써, 착용로봇의 전도 위험을 최소화시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 착용로봇은, 착용로봇의 경사 각도에 무관하게 상지 착용부(B)의 기울기를 지면에 대하여 무게 균형을 유지하는 위치로 유지시키게 되므로, 착용로봇을 착용한 작업자가 최소한의 힘만으로 균형을 잡을 수 있도록 함으로써, 작업자가 부담해야 하는 하중 부담을 최소화시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 착용로봇은, 착용로봇의 무게 중심의 균형을 일치시키는 것에 의해 관절부의 구동력이 작은 상태에서도 유효하게 구동할 수 있게 되므로, 구동력 제공을 위한 기구들의 크기와 용량을 줄일 수 있게 되고, 이에 따라, 착용로봇 전체의 무게와 크기를 현저히 줄일 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

도 1은 상술한 바와 같은 관절부의 회전력을 제공하기 위하여 유압구동기를 보조 기구로 구비한 종래기술의 착용로봇(1)의 개략적인 관절 구조를 나타내는 도면,
도 2는 관절부에 구동모터가 내장된 종래기술의 착용로봇(2)의 개략적인 관절 구조를 나타내는 도면,
도 3 및 도 4는 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇의 일 실시예에 따르는 길이조절부(125)를 구비한 수동고관절형 착용로봇(100)의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇의 다른 실시예에 따르는 탄성식 또는 유압식의 댐퍼부(124)를 구비한 수동고관절형 착용로봇(200)의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇의 또 다른 실시예에 따르는 길이조절부(125)를 구비하고, 슬관절구동모터(70a)에 의해 구동력을 발생시키는 수동고관절형 착용로봇(300)의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇의 또 다른 실시예에 따르는 유압식의 고관절부유연구동기(180)를 구비한 능동고관절형 착용로봇(400)의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇의 또 다른 실시예에 따르는 유압식의 고관절부유연구동기(180)를 구비하고, 병렬링크가 하지 착용부(L)의 뒤쪽에 배치된 능동고관절형 착용로봇(500)의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예의 설명에서, 종래기술과 동일한 구성에 대하여는 동일한 도면 부호화 구성명칭을 사용하며, 상지 착용부와 하지 착용부는 각각의 서로 다른 구성의 착용로봇의 구조에서 종래기술에서와 같이 상지 착용부는 B로 하지 착용부는 L로 도면 부호를 사용하여 설명한다.

본 발명의 병렬 링크 형 착용로봇은 도 3 내지 도 6의 수동고관절형 착용로봇(100, 200, 300)과 도 7 및 도 8의 능동고관절형 착용로봇(400, 500)으로 구성될 수 있다.

도 3 내지 도 6의 상기 수동고관절형 착용로봇(100, 200, 300)은 상지 착용부(B)의 중심의 위치를 조절하기 위한 가변링크로서의 다수의 병렬링크와, 병렬링크의 길이를 조절하는 길이조절부(125)와, 상체를 유연하게 잡아주는 탄성식 또는 유압식의 댐퍼부(124)를 포함하여 구성된다.

그리고 도 7 및 도 8의 상기 능동고관절형 착용로봇(400, 500)은 상체의 중심 위치와 착용자가 유연함을 느낄 수 있도록 유연제어를 수행하는 고관절부유연구동기(180)를 포함하여 구성된다.

먼저, 도 3 내지 도 6을 참조하여 수동고관절형 착용로봇(100, 200, 300)에 대하여 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇의 일 실시예에 따르는 길이조절부(125)를 구비한 수동고관절형 착용로봇(100)의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇의 다른 실시예에 따르는 탄성식 또는 유압식의 댐퍼부(124)를 구비한 수동고관절형 착용로봇(200)의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇의 또 다른 실시예에 따르는 길이조절부(125)를 구비하고, 슬관절구동모터(70a)에 의해 구동력을 발생시키는 수동고관절형 착용로봇(300)의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면이다.

도 3 내지 도 6의 병렬링크의 길이를 조절하는 길이조절부(125)를 구비한 수동고관절형 착용로봇(100, 200, 300)의 기본 골격구조는 종래기술과 같이, 상지 착용부(B)와 하지 착용부(L)로 구성된다.

상기 상지 착용부(B)는 L자 형상으로 형성되어, 내부에 제어부, 센서, 구동을 위한 유압유체탱크, 배터리 등이 장착되도록 구성된다.

상기 하지 착용부(L)는 대퇴골격부(10), 종아리골격부(20), 신발착용부(30)로 구성된다. 그리고 하지 착용부(L)의 대퇴골격부(10)와 종아리골격부(20)는 슬관절부(60)에 의해 회전 가능하게 연결되고, 종아리골격부(20)와 신발착용부(30)는 발목관절부(80)에 의해 회전 가능하게 연결된다. 또한, 상지 착용부(B)와 하지 착용부(L)는 고관절부(40)에 의해 회전 가능하게 연결 구성된다.

그리고 도 3 내지 도 5의 착용로봇(100, 200)은 단부가 각각 대퇴골격부(10)와 종아리골격부(20)의 뒷면 측에 결합되는 유압식 슬관절구동기(70)를 구비하여 유압력에 의해 작업자의 근력을 보조하도록 구성된다.

또한, 상지 착용부(B)와 하지 착용부(L)는 대퇴골격부병렬링크(110)가 결합되는 돌출부(40a)를 형성하도록 상지 착용부(B)의 안착부의 단부에서 일정 위치 내측의 위치에서 회전 가능하게 결합되어 형성되는 고관절부(40)에 의해 회전 가능하게 연결 구성된다.

그리고, 상기 슬관절부(60)에는 일단부가 회전 가능하게 결합되는 이격링크(165)가 장착되고, 이격링크(165)의 타 단부에는, 일단부가 상기 돌출부(40a)의 단부와 회전 가능하게 대퇴골격부병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 결합되는 대퇴골격부병렬링크(110)의 단부의 타단부가 병렬링크슬관절부(160)를 형성하도록 회전 가능하게 구성된다.

상술한 구성은 도 3 내지 도 5에서 동일하다.

차이점으로는, 도 3 및 도 4의 착용로봇은 길이조절부(125)를 구비한 수동고관절형 착용로봇(100)이다.

도 3 및 도 4의 길이조절부(125)를 구비한 수동고관절형 착용로봇(100)은, 대퇴골격부병렬링크(110)의 하단부에서 일단부가 병렬링크슬관절부(160)를 형성하고 타단부는 신발착용부(30)와 결합되는 제1종아리골격부병렬링크(120a)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 제1종아리골격부병렬링크(120a)는 전체 길이를 조절할 수 있도록 상부링크(121)와 하부링크(123) 및 상부링크(121)와 하부링크(123) 사이의 길이를 조절하도록 상부링크(121)와 하부링크(123)의 사이에서 결합되는 길이조절부(125)를 포함하여 구성된다.

이때 상기 상부링크(121)의 하단부와 상기 하부링크(123)의 상단부는 서로 반대 방향의 수나사부 또는 암나사부로 형성되고, 상기 길이조절부(125)의 상부와 하부에는 상기 상부링크(121)의 하단부와 상기 하부링크(123)의 상단부에 형성되는 나사부에 대응하는 나사부가 형성되어, 길이조절부(125)의 회전에 따라 상부와 하부가 서로 반대 방향의 나사 회전을 수행하여 제1종아리골격부병렬링크(120a)의 전체 길이가 신장 또는 수축되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 길이조절부(125)는 유압실린더 형태로 구성되고, 상기 상부링크(121)와 상기 하부링크(123)는 상기 유압실린더의 양측에 결합되는 실린더로드로 구성되어, 상기 제1종아리골격부병렬링크(120a)의 길이를 조절하도록 구성될 수도 있다.

상술한 구성의 나사식 또는 유압식의 길이조절 기능은 길이조절부(125)의 길이를 수동 또는 자동으로 제어하는 것에 의해 제1종아리골격부병렬링크(120a)의 길이를 수동 또는 자동으로 조절하도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기 병렬링크슬관절부(160)와 슬관절부(60)의 사이에는, 양단부가 각각이 회전 가능하도록 상기 병렬링크슬관절부(160)와 슬관절부(60)에 양측 단부 각각이 결합되는 이격링크(165)가 결합된다. 상기 이격링크(165)는 대퇴골격부(10)와 대퇴골격부병렬링크(110), 종아리골격부(20)와 제1종아리골격부병렬링크(120a)가 일정 간격을 유지하도록 한다.

상술한 구성을 가지는 도 3 및 도 4의 수동고관절형 착용로봇(100)은, 도 4와 같이, 하중체에 대한 작업을 수행하고자 하는 경우 길이조절부(125)를 이용하여 제1종아리병렬링크(120a)의 길이를 수축시킨다. 제1종아리병렬링크(120a)의 길이가 수축되면, 대퇴골격부병렬링크(110)가 돌출부(40a)를 고관절부(40)를 중심으로 시계 방향으로 회전시켜 상지 착용부(B)의 자세를 앞으로 기울어지도록 하여 무게 중심의 균형을 유지하도록 한다. 이에 의해 작업자가 착용로봇(100)을 착용한 상태에서 하중체를 들어올리거나, 운반하는 등의 작업을 수행하기 위하여 슬관절구동기(70)의 구동에 의해 하지 착용부(L)가 접혀지거나 펼쳐지는 경우에도 상지 착용부(B)는 항상 앞쪽으로 기울어진 상태를 유지하게 되어 항상 무게 중심의 균형이 유지된다.

도 5의 길이조절부(125)와 탄성식 또는 유압식의 댐퍼부(124)를 구비한 수동고관절형 착용로봇(200)은, 상부링크(121)와 길이조절부(125)와 하부링크(123)에 더하여 하부링크(123)의 하단부와 신발착용부(30)의 사이에 탄성식 또는 유압식의 충격을 흡수하는 댐퍼부(124)를 더 포함하는 제2종아리골격부병렬링크(120b)를 포함하여 구성된다.

상기 도 5의 착용로봇(200)은 상기 댐퍼부(124)에 의해 작업자가 착용로봇(200)을 착용한 상태에서 작업을 수행하는 경우, 착용로봇(200)의 구동 중에 발생하는 충격을 흡수하여 상지 착용부(B)로 전달되는 충격을 흡수하여, 상지 착용부(B)의 구동에 유연성을 제공한다.

도 6은 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇의 또 다른 실시예에 따르는 길이조절부(125)를 구비하고, 슬관절구동모터(70a)에 의해 구동력을 발생시키는 수동고관절형 착용로봇(300)의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면이다.

도 6의 착용로봇(300)은, 도 3 내지 도 5의 구성을 가지는 착용로봇(100, 200)에서 구동력을 제공하기 위한 슬관절구동기(70) 대신 슬관절부(60)에 장착되는 슬관절구동모터(70a)를 포함하여 구성된다.

상술한 구성을 가지는 도 6의 착용로봇(200)의 종아리병렬링크는 도 6에서 상부링크(121)와 하부링크(123)와 길이조절부(125)와 댐퍼부(124)를 포함하여 구성되는 제2종아리골격부병렬링크(120b)로 도시되어 있으나, 도 3 및 도 4의 제1종아리골격부병렬링크(120a)로 구성될 수도 있다.

도 6의 착용로봇(300)은 구동력을 슬관절구동모터(70a)에 의해 제공받는 것을 제외하고는 도 3 내지 도 5의 착용로봇(100, 200)과 동일한 구성 및 작용을 수행하므로 그 상세한 작용의 설명은 생략한다.

상술한 도 3 내지 도 6의 착용로봇(100, 200, 300)의 구성에서 대퇴골격부병렬링크(110)와 이격링크(165)와 상기 제1종아리골격부병렬링크(120a) 또는 제2종아리골격부병렬링크(120b)로 구성도는 병렬링크부가 하지 착용부(L)의 앞쪽에 배치 구성되는 것으로 도시하였으나, 상기 별령링크부는 상기 하지 착용부(L)의 뒤쪽에 배치되도록 구성될 수 있다. 이 경우 상기 대퇴골격부병렬링크(110)의 상단부는 고관절부(40)의 뒤쪽에서 상지 착용부(B)에 대퇴골격부병렬링크(110)의 상단부를 회전 가능하게 결합되고, 상기 제1종아리골격부병렬링크(120a) 또는 제2종아리골격부병렬링크(120b)의 하단부는 신발착용부(30)의 뒷꿈치를 돌출 형성하여 회전 가능하게 결합시키며, 병렬링크슬관절부(160)가 슬관절부(60)의 뒤쪽에 위치하도록 이격링크(165)를 결합시키게 된다.

다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하여 능동고관절형 착용로봇(400, 500)에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇의 또 다른 실시예에 따르는 유압식의 고관절부유연구동기(180)를 구비한 능동고관절형 착용로봇(400)의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 병렬 링크형 착용로봇의 또 다른 실시예에 따르는 유압식의 고관절부유연구동기(180)를 구비하고, 병렬링크가 하지 착용부(L)의 뒤쪽에 배치된 능동고관절형 착용로봇(500)의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면이다.

도 7 및 도 8의 착용로봇(400, 500) 또한 도 3 내지 도 6의 착용로봇과 같이, 상지 착용부(B)와 하지 착용부(L)로 구성된다.

상지 착용부(B)는 L자 형상으로 형성되어, 내부에 제어부, 센서, 구동을 위한 유압유체탱크, 배터리 등이 장착되도록 구성된다.

하지 착용부(L)는 대퇴골격부(10), 종아리골격부(20), 신발착용부(30)로 구성된다. 그리고 하지 착용부(L)의 대퇴골격부(10)와 종아리골격부(20)는 슬관절부(60)에 의해 회전 가능하게 연결되고, 종아리골격부(20)와 신발착용부(30)는 발목관절부(80)에 의해 회전 가능하게 연결된다. 또한, 상지 착용부(B)와 하지 착용부(L)는 고관절부(40)에 의해 회전 가능하게 연결 구성된다.

대퇴골격부(10)와 종아리골격부(20)의 뒷면 측에는 유압식 슬관절구동기(70)가 구비되어 구동력을 제공하도록 구성된다. 이와 달리 도 6과 같이, 슬관절구동기(70)를 대체하여 슬관절구동모터(70a)를 구비하도록 구성될 수도 있다.

이때, 상지 착용부(B)와 하지 착용부(L)는 고관절부(40)를 형성하며 회전 가능하게 단부끼리 연결된다.

그리고 고관절부보조병렬링크(170)가 고관절부(40)를 중심으로 회전 가능하게 고관절부(40)에 결합되고, 일단부는 대퇴골격부병렬링크(110)의 단부와 병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 회전 가능하게 결합된다. 그리고 상지 착용부(B)의 뒤쪽 하부에 위치하는 단부와 상지 착용부(B)의 사이에는 유압식의 고관절부유연구동기(180)가 결합 구성된다.

도 7 및 도 8의 착용로봇(400, 500)의 차이점을 설명하면, 도 7의 착용로봇(400)은, 상기 슬관절부(60)에 일단부가 회전 가능하게 결합되는 이격링크(165)가 장착되고, 이격링크(165)의 타 단부는 상기 돌출부(40a)의 단부와 회전 가능하게 대퇴골격부병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 결합되는 대퇴골격부병렬링크(110)의 단부의 타단부가 병렬링크슬관절부(160)를 형성하도록 회전 가능하게 결합된다. 또한 병렬링크슬관절부(160)와 신발착용부(30)의 사이에는 일단부는 병렬링크슬관절부(160)에 회전가능하게 결합되고 타단부는 신발착용부(30)에 회전 가능하게 결합되는 종아리골격부병렬링크(120)가 결합 구성된다. 이때 상기 종아리골격부병렬링크(120)는 제1종아리골격부병렬링크(120a) 또는제2종아리골격부병렬링크(120b)로 대체 구성될 수도 있다.

도 8의 착용로봇(500)은 도 7과 달리, 상기 대퇴골격부병렬링크(110), 이격링크(165), 종아리골격부병렬링크(120) 또는 제1종아리골격부병렬링크(120a) 또는 제2종아리골격부병렬링크(120b)로 구성되는 병렬링크부가 하지 착용부(L)의 뒤쪽에 구성된다.

상술한 구성을 가지는 도 7 및 도 8의 능동고관절형 착용로봇(400, 500)은, 슬관절구동기(70)(또는 슬관절구동모터(70a, 도 6 참조)의 구동에 의해 하지 착용부(L)가 펼쳐지거나 접혀지는 경우에 따라, 고관절부유연구동기(180)가 상지 착용부(B)를 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 상태를 유지함으로써 무게 중심의 균형을 유지하게 된다.

상술한 본 발명의 실시예의 착용로봇의 구성 중 상기 댐퍼부(124)는 유압식 댐퍼와 탄성식 댐퍼가 결합되는 복합댐퍼를 포함하여 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 착용로봇에서 슬관절구동기(70)는 슬관절구동모터(70a)로 대체 구성되고, 슬관절구동모터(70a)는 슬관절구동기(70)로 대체 구성되는 등 구동수단은 다양하게 변형 실시될 수 있다.

또한, 상술한 본원 발명의 실시예에서는 제1종아리골격부병렬링크(120a) 또는 제2종아리골격부병렬링크(120b)가 길이가 가변되는 것으로 하여 본 발명의 착용로봇을 설명하였으나, 본 발명의 착용로봇은, 대퇴골격부병렬링크(110)가, 상부링크와 하부링크 및 상부링크와 하부링크의 길이를 가변시키도록 상부링크와 하부링크에 결합되는 길이조절부를 포함하여 길이가 가변되도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기 대퇴골격부병렬링크(110)에도 댐퍼부(124)가 구비될 수도 있다.

상술한 본원 발명의 구성에서, 상기 병렬링크부는, 상기 하지 착용부(L)의 전면, 배면 또는 측면의 위치 중 어느 하나의 위치에 선택적으로 설치될 수 있다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 병렬링크형 착용로봇(100, 200, 300, 400, 500)들은, 무게 중심의 균형을 위해 착용자의 허리에서 받쳐야 할 하중을 병렬링크부의 구현으로 신발착용부(30)와 지면으로 전달되도록 함으로써, 작업자의 하중 부담을 최소화시킬 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 병렬링크형 착용로봇(100, 200, 300, 400, 500)들은, 병렬링크부의 길이를 가변시키는 것은 상지착용부(B) 무게 중심의 균형을 유지하도록 하므로, 고관절부(40)를 중심으로 하는 상지 착용부(B)의 회전 모멘트를 최소화시키는 것에 의해, 착용로봇의 전도 위험을 최소화시켜, 작업 안전성을 향상시키게 된다.

100, 200, 300: 수동고관절형 착용로봇
B: 상지 착용부 L: 하지 착용부
10: 대퇴골격부 20: 종아리골격부
30: 신발착용부 40: 고관절부 40a: 돌출부
50: 고관절유압구동기 60: 슬관절부
70: 슬관절구동기 70a: 슬관절구동모터
80: 발목관절부 110: 대퇴골격부병렬링크
120: 종아리골격부병렬링크 120a: 제1종아리골격부병렬링크
120b: 제2종아리골격부병렬링크 140b: 병렬링크관절부
160: 병렬링크슬관절부 165: 이격링크
170: 고관절부보조병렬링크 180: 고관절부유연구동기

Claims

상지 착용부(B);와, 대퇴골격부(10)와 종아리골격부(20)는 슬관절부(60)에 의해 회전 가능하게 연결되고, 종아리골격부(20)와 신발착용부(30)는 발목관절부(80)에 의해 회전 가능하게 연결되도록 구성되며, 상기 상지착용부(B)와 고관절부(40)를 형성하도록 결합되는 하지 착용부(L);를 포함하여 구성되는 착용로봇에 있어서,
상기 하지 착용부(L)는,
상기 상지 착용부(B)의 기울기를 조절하도록 하지착용부(L)와 병렬로 결합되는 길이 가변 가능한 병렬링크부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 링크형 착용로봇.
청구항 1에 있어서, 상기 병렬링크부는,
일 단부는 상기 상지 착용부(B)에 병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 회전 가능하게 결합되고, 하단부는 병렬링크슬관절부(160)를 형성하며 회전 가능하게 결합되는 대퇴골격부병렬링크;와,
상기 병렬링크슬관절부(160)에 상단부가 회전 가능하게 결합되고, 하단부는 상기 신발착용부(30)에 회전 가능하게 결합되는 종아리골격부병렬링크;를 포함하고,
상기 종아리골격부병렬링크는,
상기 병렬링크슬관절부(160)에 상단부가 회전 가능하게 결합되는 상부링크;와,
상기 상부링크의 하부에 배치되고 하단부는 상기 신발착용부(30)에 회전 가능하게 결합되는 하부링크;와,
상기 상부링크와 상기 하부링크의 길이를 가변시키도록 상기 상부링크와 상기 하부링크의 사이에 결합되는 길이조절부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 링크형 착용로봇.
청구항 1에 있어서, 상기 병렬링크부는,
일 단부는 상기 상지 착용부(B)에 병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 회전 가능하게 결합되고, 하단부는 병렬링크슬관절부(160)를 형성하며 회전 가능하게 결합되는 대퇴골격부병렬링크;와,
상기 병렬링크슬관절부(160)에 상단부가 회전 가능하게 결합되고, 하단부는 상기 신발착용부(30)에 회전 가능하게 결합되는 종아리골격부병렬링크;를 포함하고,
상기 대퇴골격부병렬링크는,
상단부가 상기 상지 착용부(B)에 회전 가능하게 결합되는 상부링크;와,
하단부가 상기 병렬링크슬관절부(160)에 회전 가능하게 결합되는 하부링크;와,
상기 상부링크와 상기 하부링크의 길이를 가변시키도록 상기 상부링크와 상기 하부링크의 사이에 결합되는 길이조절부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 링크형 착용로봇.
청구항 1에 있어서, 상기 병렬링크부는,
상기 고관절부(40)를 중심으로 회전되도록 결합되는 고관절부보조병렬링크(170);와,
상기 고관절부보조병렬링크(170)의 착용로봇의 뒤쪽으로 돌출된 단부에서 상기 고관절부보조병렬링크(170)와 상기 상지착용부(B)의 사이에 결합되는 고관절부유연구동기(180);와,
일단부는 상기 고관절부보조병렬링크(170)와 병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 결합되고, 타단부는 상기 병렬링크슬관절부(160)를 형성하며 종아리골격부병렬링크(120)의 상단부에 회전 가능하게 결합되는 대퇴골격부병렬링크;와,
일단부는 상기 병렬링크슬관절부(160)를 형성하며 결합되고, 타단부는 신발착용부(30)에 회전 가능하게 결합되는 종아리골격부병렬링크;를 포함하고,
상기 종아리골격부병렬링크는,
상기 병렬링크슬관절부(160)에 상단부가 회전 가능하게 결합되는 상부링크;와,
상기 상부링크의 하부에 배치되고 하단부는 상기 신발착용부(30)에 회전 가능하게 결합되는 하부링크;와,
상기 상부링크와 상기 하부링크의 길이를 가변시키도록 상기 상부링크와 상기 하부링크의 사이에 결합되는 길이조절부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 링크형 착용로봇.
청구항 1에 있어서, 상기 병렬링크부는,
상기 고관절부(40)를 중심으로 회전되도록 결합되는 고관절부보조병렬링크(170);와,
상기 고관절부보조병렬링크(170)의 착용로봇의 뒤쪽으로 돌출된 단부에서 상기 고관절부보조병렬링크(170)와 상기 상지착용부(B)의 사이에 결합되는 고관절부유연구동기(180);와,
일단부는 상기 고관절부보조병렬링크(170)와 병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 결합되고, 타단부는 상기 병렬링크슬관절부(160)를 형성하며 종아리골격부병렬링크(120)의 상단부에 회전 가능하게 결합되는 대퇴골격부병렬링크;와,
일단부는 상기 병렬링크슬관절부(160)를 형성하며 결합되고, 타단부는 신발착용부(30)에 회전 가능하게 결합되는 종아리골격부병렬링크;를 포함하고,
상기 대퇴골격부병렬링크는,
상단부가 상기 고관절부보조병렬링크(170)와 병렬링크고관절부(140b)를 형성하며 회전 가능하게 결합되는 상부링크;와,
하단부가 상기 병렬링크슬관절부(160)에 회전 가능하게 결합되는 하부링크;와,
상기 상부링크와 상기 하부링크의 길이를 가변시키도록 상기 상부링크와 상기 하부링크의 사이에 결합되는 길이조절부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 링크형 착용로봇.
청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대퇴골격부병렬링크는, 또는 상기 종아리골격부병렬링크는,
탄성식 또는 유압식 댐퍼부(124)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 링크형 착용로봇.
청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상부링크의 하단부와 상기 하부링크의 상단부는 서로 반대 방향의 수나사부 또는 암나사부로 형성되고,
상기 길이조절부의 상부와 하부에는 상기 상부링크의 하단부와 상기 하부링크의 상단부에 형성되는 나사부에 대응하는 암나사부 또는 수나사부가 형성되어,
상기 길이조절부의 회전에 따라 상부와 하부가 서로 반대 방향의 나사 회전을 수행하여 길이가 가변되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 링크형 착용로봇.
청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 길이조절부는 유압실린더 형태로 구성되고,
상기 상부링크와 상기 하부링크는 상기 유압실린더의 양측에 결합되어 전체 길이가 가변되는 실린더로드로 형성될 수도 있다.
청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병렬링크부는,
상기 슬관절부(60)에 일단부가 회전 가능하게 결합되고 타단부는 상기 병렬링크슬관절부(160)에 회전 가능하게 결합되는 이격링크(165);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 링크형 착용로봇.
청구항 1에 있어서, 상기 하지 착용부(L)는,
상기 대퇴골격부(10)와 종아리골격부(20)의 배면에 결합되는 슬관절구동기(70)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 링크형 착용로봇.
청구항 1에 있어서, 상기 하지 착용부(L)는,
상기 슬관절부(60)의 내부에 장착되는 슬관절부구동모터(70a)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬 링크형 착용로봇.
청구항 1에 있어서, 상기 병렬링크부는,
상기 하지 착용부(L)의 전면, 배면 또는 측면의 위치 중 어느 하나의 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 병렬 링크형 착용로봇.