KR20170006816A

KR20170006816A - 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치

Info

Publication number: KR20170006816A
Application number: KR1020150098032A
Authority: KR
Inventors: 배준범; 박연규; 유범재
Original assignee: 울산과학기술원; 재단법인 실감교류인체감응솔루션연구단
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2017-01-18
Also published as: KR101740310B1

Abstract

본 발명은 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치는, 손가락의 관절 부위와 끝마디 상에 분리되어 결합되는 관절 연결부; 상기 관절 연결부와 위치측정 케이블을 통해 연결된 센싱 모듈; 및 상기 센싱 모듈 상에 장착되어 상기 관절 연결부와 관절제어 케이블을 통해 연결된 모터;를 포함한다.

Description

케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치{A WEARABLE HAND EXOSKELETON SYSTEM USING CABLES}

본 발명은 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 다수의 케이블을 통해 손가락 움직임을 측정함과 아울러 손가락에 케이블 구동력을 전달하는 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치에 관한 것이다.

손은 촉각 센싱의 가장 풍부한 소스들 중 하나에 해당하기 때문에 손 없이는 정교하고 복잡한 조작이 달성될 수 없다. 손에 대한 착용가능 시스템의 개발을 위하여는, 비구속적인 손 움직임(unconstrained hand motion)의 분석이 선행되어야만 한다. 단순한 시스템으로 손가락 움직임을 측정하기 위한 광범위한 연구가 수행되어 왔다.

먼저, 광학 선형 엔코더(OLE)를 사용한 유사한 접근법이 시도되었지만, 손가락에 부착된 엔코더 및 광학 엔코더용 굵고 넓은 와이어 케이블은 손가락의 자연스러운 움직임을 방해할 수 있다.

또한, 3차원 자기 위치 센서가 손가락 관절 각도 측정에 적용되었으며, 이들은 손가락의 움직임을 3차원으로 측정할 수 있었다. 그러나, 요구되는 주변장치들이 비구속적 손의 움직임에 장애물이 될 수 있다. 그리고, 광섬유 센서 또한 각도 측정을 위해 사용되었다. 광섬유 센서는 쉬운 착용을 위한 장갑에 부착되었지만, 광 센서는 관절 각도를 측정하기 위하여 신중하게 구부려져야만 한다. 아울러, 레이저 다이오우드 및 광학 파워계와 같이 요구되는 주변장치들에 의해 그 이동성이 극히 제한되었다.

한편, 가요성 저항이 상업적으로 이용가능하며 해상도와 반복성에 있어서 양호한 성능을 보여주고는 있지만, 비용 측면에서 비효율적이고 손 외골격 시스템과 같은 다른 시스템과의 통합이 어렵다.

이와 같이, 광학 엔코더, 자기 위치 센서, 광섬유 센서 및 가요성 저항 등을 이용한 시도가 행해져 왔지만, 손의 제한된 공간으로 인하여, 컴팩트하고 단순한 측정 시스템 - 이는 비구속적으로 손가락의 움직임을 측정할 수 있어야만 함 - 이 완전히 개발되었다고는 볼 수 없다.

또한, 종래의 외골격(exoskeleton) 구조는 각 손가락의 관절마다 그 관절을 움직이는 구동부(actuator)를 구비하고, 관절의 움직이는 변위 또는 각도를 감지하는 센서를 구비하는 것이 일반적이나, 손가락이 움직이는 부분에 구동부 또는 센서가 설치되면 장갑형 외골격 장치의 부피가 매우 커지게 되고 무게도 무거워질 수 밖에 없다.

그리고, 복잡한 구조로 인하여 제작 비용도 증가하게 되고, 복잡한 구조와 큰 부피로 인하여 사용자가 착용하기가 어렵고 사용이 불편한 문제점이 지적되고 있다.

대한민국등록특허공보 제1263933호

따라서, 본 발명은 종래 외골격 장치에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 다수의 위치측정 케이블을 통해 손가락 움직임을 측정하고, 측정된 정보에 의한 모터 구동으로 관절제어 케이블의 장력을 조절할 수 있도록 한 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치가 제공됨에 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 손가락의 관절 부위와 끝마디 상에 분리되어 결합되는 관절 연결부와, 상기 관절 연결부와 위치측정 케이블을 통해 연결된 센싱 모듈 및 상기 센싱 모듈 상에 장착되어 상기 관절 연결부와 관절제어 케이블을 통해 연결된 모터를 포함하는 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치가 제공됨에 의해서 달성된다.

상기 관절 연결부는, 엄지 손가락을 제외한 각 손가락의 관절과 끝마디뼈에 결합되는 제1 관절연결부, 제2 관절연결부 및 제3 관절연결부로 구성되고, 엄지 손가락의 관절과 끝마디뼈에 결합되는 제2 관절연결부 및 제3 관절연결부로 구성된다.

또한, 상기 위치측정 케이블은 각 손가락의 상기 제1 관절연결부, 제2 관절 연결부 내지 제3 관절연결부에 개별적으로 연결되게 복수로 구성되며, 상기 복수의 위치측정 케이블은 서로 다른 길이를 가지며 상기 제1 관절연결부, 제2 관절연결부 내지 제3 관절연결부에 결합된다.

그리고, 상기 관절 연결부는, 상부에 상기 관절제어 케이블이 관통공에 삽입되어 지지되는 케이블 지지대가 돌출 형성되고, 하부에 상기 위치측정 케이블이 고정되거나 경유할 수 있는 케이블 안내홈이 형성된다.

상기 센싱 모듈은, 각 손가락에 대응되는 위치에 개별적으로 구분되어 장착되며, 상기 복수의 위치측정 케이블이 연결되어 내부에 설치된 포텐셔미터에 의해 가변 저항 변화를 감지하고, 상기 복수의 위치측정 케이블이 결합되는 상기 포텐셔미터와 스프링 및 상기 스프링의 탄성을 제어하는 스토퍼가 복수의 케이싱 내에 개별적으로 설치되고, 상기 복수의 케이싱이 수직 또는 수평으로 배열된다.

또한, 상기 모터는 상기 관절 연결부와 대응되는 위치에 풀리가 설치되며, 상기 관절제어 케이블이 상기 풀리에 권취되어 상기 관절 연결부와 연결됨에 의해서 상기 모터 구동시 상기 풀리를 통한 상기 관절제어 케이블의 풀림과 감김에 의해 장력이 조절된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치는 손가락에 장착된 각 관절 연결부에 개별적으로 위치측정 케이블이 연결됨에 따라 손가락의 14개 관절 각도를 정확하게 측정할 수 있고, 이에 따라 관절제어 케이블의 장력을 조절함으로써, 손가락에 가해지는 케이블의 힘 조절이 용이한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 각 관절 연결부가 독립적으로 설계되어 손가락의 움직임을 제한하지 않고, 각 관절 연결부의 구동이 케이블에 의해 이루어짐에 따라 소형의 구조체로 제작이 가능함과 아울러 가볍기 때문에 착용이 용이하며, 케이블의 길이 조절만으로 각 관절 연결부의 구동에 따른 힘 제어가 용이하도록 한 작용효과가 발휘될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 착용형 손 외골격 장치에 적용되는 센싱 모듈의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 외골격 장치에 적용되는 관절 연결부의 사시도.
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 착용형 손 외골격 장치에 적용 가능한 케이블들의 길이 변화 측정의 개략도로서,
도 4는 착용형 손 외골격 장치에서 손가락의 편 상태 구성도.
도 5는 착용형 손 외골격 장치에서 손가락의 굽힘 상태 구성도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

부가적으로, 각 도면에 걸쳐 표시된 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 본 발명의 설명된 실시예의 논의를 불필요하게 불명료하도록 하는 것을 피하기 위해 공지된 특징 및 기술의 상세한 설명은 생략될 수 있다. 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 착용형 손 외골격 장치에 적용되는 센싱 모듈의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블을 이용한 외골격 장치(100)는 관절 연결부(110)와, 관절 연결부(110)의 후방에 결합된 센싱 모듈(120) 및 센싱 모듈(120)의 상부에 부착된 모터(130)를 포함한다.

상기 관절 연결부(110)와 센싱 모듈(120)은 사용자가 손에 착용 가능한 장갑 등과 같은 착용형 부재 상에 결합되어 사용자의 손에 장착될 수 있으며, 장갑 외에 손에 착용 가능한 별도의 강체에 부착된 상태일 수 있다.

이때, 관절 연결부(110)는 각 손가락의 관절 부위와 끝마디 상에 분리되어 결합되며, 센싱 모듈(120)과 모터(130)는 다수의 관절 연결부(110) 후방에 결합될 수 있다. 즉, 관절 연결부(110)는 착용형 부재의 손가락 부위에 장착되고, 센싱 모듈(120)과 모터(130)는 손등 부위에 장착되는 것이 바람직하다.

상기 관절 연결부(110)의 결합 구조를 이해하기 위한 손가락의 구조를 간략히 살펴보면, 엄지를 제외한 손가락은 세 개의 뼈인 끝마디뼈, 중간마디뼈 및 첫마디뼈(distal, middle and proximal phalanx)와 세 개의 관절인 근위지절간 관절[proximal interphalangeal (PIP) joint], 중추지절 관절[metacarpophalangeal (MCP) joint] 및 원위지절간 관절[distal interphalangeal (DIP) joint]를 갖는다. 엄지는 오직 두 개의 뼈인 끝마디뼈와 첫마디뼈, 그리고 두 개의 관절인 지절간관절[interphalangeal (IP) joint]과 MCP 관절을 갖는다. 중수골(Metacarpal phalanx bones)는 수근중수관절[carpometacarpal (CMC) joint]에서 손목과 만난다. PIP와 DIP 관절을 포함하는 IP 관절은 굴곡/신장(flexion/extension) 움직임을 위해 1-자유도를 갖고, MCP 관절은 굴곡/신장 및 내전/외전(abduction/adduction) 움직임을 위해 2-자유도를 갖는다.

상기 손가락의 개략적인 구조를 토대로 상기 관절 연결부(110)는 엄지 손가락을 제외한 각 손가락의 PIP와 DIP 및 끝마디뼈에 결합 가능한 세 개의 관절 연결부(110)로 구성되며, 엄지 손가락은 IP 및 끝마디뼈에 결합 가능한 두 개의 관절 연결부(110)로 구성될 수 있다. 이하에서는 각 손가락의 PIP에 결합되는 관절 연결부를 제1 관절연결부(111), 각 손가락과 엄지 손가락의 DIP 및 IP에 결합되는 관절 연결부를 제2 관절연결부(112), 각 손가락과 엄지 손가락의 끝마디뼈에 결합되는 관절 연결부를 제3 관절연결부(113)로 명기하기로 한다.

상기 각 손가락의 관절 연결부(110)는 센싱 모듈(120) 및 모터(130)와 케이블(140)을 통해 연결된다. 상기 케이블(140)은 각 손가락의 관절 움직임과 마디의 위치를 측정하는 위치측정 케이블(141)과 각 손가락의 관절 연결부(110)에 적절한 장력을 유지하는 관절제어 케이블(142)로 구분된다.

이때, 상기 위치측정 케이블(141)은 일단부가 센싱 모듈(120)에 연결되고, 관절제어 케이블(142)은 일단부가 모터(130)에 연결될 수 있다. 상기 센싱 모듈(120)은 위치측정 케이블(141)을 통해 각 관절 연결부(110)에서 손가락의 굴곡과 신전에 관한 관절의 굽힘 각도를 측정할 수 있으며, 측정된 손가락의 움직임 정보에 의한 모터(130)를 구동시켜 관절제어 케이블(142)을 통해 각 관절 연결부(110)에 적절한 장력이 인가되도록 한다. 즉, 모터(130)의 구동력을 통해 각 관절 연결부(110)에 전달되는 힘이 제어되도록 할 수 있다. 상기 모터(130)는 위치측정 케이블(141)을 통해 측정된 손가락 움직임 정보에 따른 전류 제어에 의해 구동력의 강약이 제어될 수 있다.

상기 각 관절 연결부(110)에 결합된 관절제어 케이블(142)과 위치측정 케이블(141)은 각각 관절 연결부(110)의 상부측과 하부측을 경유하여 모터(130) 및 센싱 모듈(120)과 결합될 수 있다. 또한, 상기 위치측정 케이블(141)은 센싱 모듈(120)과 일단부가 결합된 복수의 위치측정 케이블(141)의 타단부가 제1 관절연결부(111), 제2 관절연결부(112) 및 제3 관절연결부(113)의 하부측에서 개별적으로 연결된다. 좀 더 구체적으로, 제1 내지 제3 관절연결부(111~113)에 연결되는 위치측정 케이블(141)은 서로 다른 길이를 가지며 일단부가 센싱 모듈(120)에 연결되어 각 손가락에 장착된 제1 내지 제3 관절연결부(111~113)의 위치를 개별적으로 측정하게 되고, 이 측정된 정보를 종합하여 손가락들의 굽힘 정도를 포함한 손가락 움직임 정보를 측정할 수 있다. 즉, 각 손가락의 14개 관절 각도를 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 상기 관절제어 케이블(142)은 모터(130)와 결합된 단일의 케이블이 제1 내지 제3 관절연결부(111~113)의 상부측을 경유하여 제3 관절연결부(113)의 단부에 결합되며, 위치측정 케이블(141)의 굴곡 정도에 따라 각 관절 연결부(111~113)에 적절한 장력이 전달되도록 할 수 있다. 즉, 위치측정 케이블(141)에 의해 손가락의 굽힘 정도가 크다고 판단되면 모터(130)를 구동시켜 관절제어 케이블(142)의 길이를 길게 하고, 손가락의 굽힘 정도가 작다고 판단되면 관절제어 케이블(142)의 길이를 짧게 유지시켜 손가락에 가해지는 장력을 조절할 수 있다. 관절제어 케이블(142)의 길이 조절은 모터(130)의 구동에 의해 이루어지게 되며 모터(130)의 구동과 관절제어 케이블(142)의 관계에 대해서는 아래에서 좀 더 자세하게 설명하기로 한다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 외골격 장치에 적용되는 관절 연결부의 사시도이다. 도 3에 도시된 관절 연결부(112)는 각 손가락의 관절 연결부들 중 DIP(원위지절간 관절, distal interphalangeal joint)에 결합되는 제2 관절연결부를 예로 들어 설명하고, 제1 및 제3 관절연결부에 대해서는 제2 관절연결부와 구체적인 형상에 차이가 있으나 기능적 요소는 동일함에 따라 구체적인 설명은 생략한다.

도 3에 도시된 제2 관절연결부(112)는 상부에 관절제어 케이블(142)이 관통하여 지지되는 케이블 지지대(112a)가 상향 돌출되고, 하부에 위치측정 케이블(141)의 경로를 안내하는 케이블 안내홈(112b)이 형성된다.

상기 케이블 지지대(112a)는 관통공(112c)을 통해 관절제어 케이블(142)이 결합됨에 의해서 손가락과 이격되게 케이블이 지지되도록 함으로써, 케이블에 의해 손가락의 움직임이 방해받지 않도록 할 수 있다. 또한, 제2 관절연결부(112) 하부의 케이블 안내홈(112b)의 일 지점에 위치측정 케이블(141)이 결합되고, 케이블 안내홈(112b)을 통해 전방의 제3 관절연결부(113)에 결합되는 케이블의 연결 경로를 안내할 수 있도록 한다.

이와 같이, 본 실시예에 채용되는 관절 연결구들은 각 손가락의 관절 부위와 끝마디측에 독립적인 부품의 형태로 부착됨에 따라 손가락의 관절 움직임을 제한하지 않으면서 관절 연결구들의 상부와 하부에 형성된 케이블 지지대(112a)와 케이블 안내홈(112b)을 통해 관절제어 케이블(142)과 위치측정 케이블(141)을 지지함과 아울러 경로 안내가 이루어짐으로써, 소형의 착용형 손 외골격 구조를 구성할 수 있다.

한편, 각 손가락의 관절 연결부들을 통해 결합된 위치측정 케이블(141)과 관절제어 케이블(142)은 관절 연결구들의 후방, 즉 손등측에 설치된 센싱 모듈(120) 및 모터(130)에 연결되는 데, 상기 위치측정 케이블(141)은 센싱 모듈(120)에 일단부가 결합되고, 관절제어 케이블(142)은 일단부가 모터(130)에 연결된다.

상기 센싱 모듈(120)은 각 손가락에 대응되는 위치에 5개로 구분되어 장착되며, 각 손가락에 장착된 제1 내지 제3 관절연결구(111~113)에 결합된 각기 다른 길이의 위치측정 케이블(141)이 연결된다. 이때, 센싱 모듈(120)은 내부에 포텐셔미터(도면 미도시)가 설치되고, 각 관절 연결구들에 연결된 위치측정 케이블(141)이 결합되어 가변 저항의 변화에 의해 케이블을 통한 관절 연결구들의 위치를 측정하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 센싱 모듈(120)은 내부에 포텐셔미터(121)와 스프링(122)이 결합되고, 스프링(122)의 일단부에 스프링의 탄성을 제어하기 위한 스토퍼(123)가 설치된다. 도 2에서는 2개의 위치측정 케이블(141)이 연결된 구조로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고 도 1과 같이 각 손가락에 제1 내지 제3 관절연결부(111~113)에 개별적으로 케이블이 연결된 경우에는 3개의 케이블이 센싱 모듈(120)에 결합될 수 있고, 각 케이블이 결합된 포텐셔미터의 배열은 수직 또는 수평으로 배열되거나 수직과 수평 배열이 조합된 배열 구조를 가질 수 있다.

위치측정 케이블(141)은 센싱 모듈(120)의 케이싱(124)을 관통하여 포텐셔미터(121)와 연결됨에 있어 그 사이에 개재된 스프링(122)의 탄성에 의해 적절한 장력이 유지될 수 있도록 한다.

또한, 상기 각 센싱 모듈(120) 상에는 개별적으로 모터(130)가 장착된다. 모터(130)는 전방에 풀리(131)가 설치되며, 모터(130)에 연결된 관절제어 케이블(142)은 풀리(131)에 권취되어 제1 관절연결부 내지 제3 관절연결부(111~113)에 결합된다. 이때, 모터(130)의 구동에 의해 풀리(131)에 권취된 관절제어 케이블(142)이 풀림과 감김을 반복하게 되고, 손가락의 관절 각도에 의한 풀림과 감김에 의해 손가락에 가해지는 관절제어 케이블(142)의 장력이 유지될 수 있도록 한다.

상기 모터(130)의 구동은 센싱 모듈(120)에 감지된 위치측정 케이블(141)의 움직임 정보에 의해 연동되는 바, 모터 드라이버(도면 미도시)에 의해 모터(130)에서 발생하는 전류를 측정하고, 모터(130)의 구동력과 관절제어 케이블(142)간의 장력 조절 관계를 계산하여 모터 내부의 전류를 제어함에 의해서 각 관절 연결부(111~113)에 전달될 수 있는 케이블의 장력이 제어되도록 한다.

이를 통해 손가락의 관절 움직임에 따른 가상현실에서 가상 물체를 만지거나 잡을 때 발생될 수 있는 악력의 느낌을 손가락에 전달할 수 있다.

다음, 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 착용형 손 외골격 장치에 적용 가능한 케이블들의 길이 변화 측정의 개략도로서, 도 4는 착용형 손 외골격 장치에서 손가락의 편 상태 구성도이고, 도 5는 착용형 손 외골격 장치에서 손가락의 굽힘 상태 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예의 외골격 장치는 가상 현실에서 손가락을 구부려 가상 물체를 만지거나 잡을 때 손가락 관절의 굽힘 정도에 따라 관절제어 케이블(142)에 소정의 장력이 가해지도록 하여 가상 물체를 잡는 느낌이 손가락에 전달되도록 한다.

이를 위하여, 가상 물체를 만지지 않을 경우에는 손가락에 아무 힘이 가해지지 않기 때문에 관절제어 케이블(142)에 별도의 장력이 가해지지 않은 상태로 길이 변화가 필요하다. 즉, 모터(130)에 연결된 관절제어 케이블(142)이 풀리(131)를 통해 감김과 풀림이 이루어짐으로써 관절제어 케이블(142)의 길이가 변화될 수 있다.

이때, 가상 물체를 만지거나 잡을 경우에는 관절제어 케이블(142)이 동일하게 풀리거나 감기면서 케이블의 길이 변화가 이루어지게 되나, 위치측정 케이블(141)을 통한 손가락 관절의 움직임을 포텐셔미터의 저항 변화에 의해 감지하여 손가락에 소정의 악력(힘)이 전달될 수 있는 관절제어 케이블(142)의 길이를 구할 수 있다.

관절제어 케이블(141)의 길이는 도 5에 도시된 바의 A₁, A₂, B, C의 좌표를 이용하여 두 점 사이의 길이를 계산하고, 손가락 관절의 움직임에 따른 외골격 구조의 전체적인 좌표는 회전 변환 매트릭스를 이용한 아래의 수학식 1을 통해 구할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

110. 관절 연결부
120. 센싱 모듈
121. 포텐셔미터
130. 모터
131. 풀리
141. 위치측정 케이블
142. 관절제어 케이블

Claims

손가락의 관절 부위와 끝마디 상에 분리되어 결합되는 관절 연결부;
상기 관절 연결부와 위치측정 케이블을 통해 연결된 센싱 모듈; 및
상기 센싱 모듈 상에 장착되어 상기 관절 연결부와 관절제어 케이블을 통해 연결된 모터;
를 포함하는 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치.
제1항에 있어서,
상기 관절 연결부는, 엄지 손가락을 제외한 각 손가락의 관절과 끝마디뼈에 결합되는 제1 관절연결부, 제2 관절연결부 및 제3 관절연결부로 구성되고, 엄지 손가락의 관절과 끝마디뼈에 결합되는 제2 관절연결부 및 제3 관절연결부로 구성된 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치.
제2항에 있어서,
상기 위치측정 케이블은 각 손가락의 상기 제1 관절연결부, 제2 관절 연결부 내지 제3 관절연결부에 개별적으로 연결되게 복수로 구성되며, 상기 복수의 위치측정 케이블은 서로 다른 길이를 가지며 상기 제1 관절연결부, 제2 관절연결부 내지 제3 관절연결부에 결합되는 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치.
제2항에 있어서,
상기 관절 연결부는, 상부에 상기 관절제어 케이블이 관통공에 삽입되어 지지되는 케이블 지지대가 돌출 형성되고, 하부에 상기 위치측정 케이블이 고정되거나 경유할 수 있는 케이블 안내홈이 형성된 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치.
제3항에 있어서,
상기 센싱 모듈은, 각 손가락에 대응되는 위치에 개별적으로 구분되어 장착되며, 상기 복수의 위치측정 케이블이 연결되어 내부에 설치된 포텐셔미터에 의해 가변 저항 변화를 감지하는 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치.
제5항에 있어서,
상기 센싱 모듈은, 상기 복수의 위치측정 케이블이 결합되는 상기 포텐셔미터와 스프링 및 상기 스프링의 탄성을 제어하는 스토퍼가 복수의 케이싱 내에 개별적으로 설치되고, 상기 복수의 케이싱이 수직 또는 수평으로 배열되는 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치.
제1항에 있어서,
상기 모터는, 상기 관절 연결부와 대응되는 위치에 풀리가 설치되며, 상기 관절제어 케이블이 상기 풀리에 권취되어 상기 관절 연결부와 연결됨에 의해서 상기 모터 구동시 상기 풀리를 통한 상기 관절제어 케이블의 풀림과 감김에 의해 장력이 조절되는 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 관절 연결부와 센싱 모듈은 손에 착용 가능한 장갑 또는 강체의 착용형 부재 상에 결합되는 케이블을 이용한 착용형 손 외골격 장치.