WO2024043733A2 - 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇 또는 착용형 로봇의 조작 장치 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a wearable robot or a wearable robot manipulation device that assists back muscle strength.
- the wearable robot market is showing high growth rates, especially in the areas of assistance and rehabilitation for the elderly, but demand for robots to improve productivity in industrial sites is increasing significantly.
- wearable robots are a technology that is likely to spread throughout the industry due to positive effects such as enabling flexible response to work environments in industrial sites, increasing productivity, and reducing worker risk and fatigue.
- world-famous automobile companies such as Ford in the United States, BMW and Audi in Germany, and BMW in France are proactively applying wearable robots to their automobile production lines.
- wearable robots In order for wearable robots to reach the commercialization stage, due to issues such as product cost, weight reduction, and efficiency, it must be developed as a wearable robot that assists only the core necessary joints/parts, rather than a full-body version of a wearable robot that assists all joints.
- passive mechanisms such as small actuators or springs can be applied to assist in the work of light/medium-heavy objects in logistics, manufacturing, and construction sites, etc., thereby reducing weight. It is possible to implement a system with excellent long-term wearability.
- the assistive force can be transmitted more efficiently by limiting the range of motion in which the assistive force can be transmitted by the wearable robot.
- the present invention proposes a lightweight work assistance robot that can be worn for a long time by applying a small actuator or passive mechanism and a mechanical locking function.
- the purpose of the present invention is to solve such conventional problems and provide a wearable robot that assists back strength and can adjust stiffness.
- the present invention provides an upper wearing portion worn on the upper body; a waist strength auxiliary unit that can be fixed to the upper wearing unit; And a lower wearing part connected to the lower end of the waist strength auxiliary part; wherein the lumbar strength auxiliary part includes a housing that can be fixed to the upper wearing part; a plurality of elastic members arranged in series or parallel within the housing; A moving part connected to the lower part of the elastic member and connected to the lower wearing part to slide up and down; and a rigidity control unit that adjusts the rigidity of the elastic member. It includes a wearable robot that assists lumbar muscle strength.
- the present invention further includes a clutch unit that limits the downward movement range of the movable unit, wherein the clutch unit includes a wire that horizontally winds the movable unit and extends to the upper left and right sides; a first fixing unit that secures one end of the wire; And a second fixing part that wraps and fixes the other end of the wire in the circumferential direction and is equipped with a reel spring on the rotation axis to elastically rotate. It includes a wearable robot that assists back strength.
- the plurality of elastic members of the lumbar strength assisting unit include a first elastic member and a second elastic member, the upper end of the first elastic member is fixed to the housing, the lower end is fixed to the slider, and the first elastic member is fixed to the housing. 2.
- the upper end of the elastic member is fixed to the slider, and the lower end of the elastic member is fixed to the moving unit, and includes a wearable robot that assists back strength.
- the present invention includes a wearable robot that assists back muscle strength, wherein the elastic coefficient of the second elastic member is greater than that of the first elastic member.
- the present invention has a locking protrusion formed on the upper surface of the slider in the direction of movement of the slider, and the rigidity adjusting unit includes a sliding cam that moves horizontally in the direction of movement of the slider from the upper side of the slider; And when the sliding cam moves, it contacts or releases the contact with the locking protrusion depending on the presence or absence of contact with the sliding cam, and further includes a locking portion that restrains or releases the restraint from moving the slider. Wearing to assist back strength. Includes a brother robot.
- the present invention includes a wearable robot that assists back muscle strength, wherein the rigidity adjusting unit further includes a cable connected to the slider, and a manipulation device that moves the slider by pulling or releasing the cable. .
- the clutch operation unit includes a gear row portion in which gears are formed in a circumferential direction on the second fixing portion; and a ratchet gear that engages or disengages the gears of the gear row portion to constrain or release the rotation of the second fixing portion. It includes a wearable robot that assists lumbar muscle strength.
- the present invention includes a wearable robot that assists back muscle strength, wherein the clutch operating unit further includes a cable connected to the ratchet gear, and an operating device that moves the ratchet gear by pulling or releasing the cable. do.
- the first fixing part is equipped with a reel spring on a rotation axis to elastically rotate, and the elasticity coefficient of the reel spring mounted on the first fixing part is greater than the elasticity coefficient value of the reel spring mounted on the second fixing part. It includes a wearable robot that assists back strength, characterized by its small size.
- the present invention is to assist back strength, further comprising a posture recognition sensor built into the waist strength assisting unit and measuring one or more of the waist bending angle, waist twisting angle, or waist bending angle of the wearer of the wearable robot. Includes wearable robots.
- the posture recognition sensor is connected to a user device or a communication network by wire or wirelessly, and transmits one or more of the measured waist bending angle, waist twisting angle, or waist bending angle to a server to assist back strength.
- a server to assist back strength.
- the present invention relates to a manipulation device for a wearable robot that assists waist muscles in manipulating a first manipulation target portion and a second manipulation object portion, comprising: a manipulation device housing; a plurality of first cables, one end of which is connected to the first manipulation target unit and the other end of which is fixed to the manipulation device housing; a second cable, one end of which is connected to the second manipulation target unit and the other end of which is fixed to the manipulation device housing; a rigidity adjustment button capable of pulling or releasing the plurality of first cables connected to the first manipulation target unit; and a clutch operation button capable of pulling or releasing the second cable connected to the second operation target portion, wherein the rigidity adjustment button includes a pressing portion that presses the first cable. It includes an operating device for a wearable robot that assists back muscles in manipulating the manipulation target unit and the second manipulation target unit.
- the present invention provides a first manipulation device housing, wherein the operating device housing includes an upper support portion and a lower support portion disposed to be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the plurality of first cables with the pressing portion interposed on the other side of the plurality of first cables. It includes an operating device for a wearable robot that assists back muscles in manipulating the target unit and the second manipulation target unit.
- the present invention includes an operating device for a wearable robot that assists lumbar muscle strength, wherein the rigidity adjustment button operates a first manipulation target portion and a second manipulation target portion capable of simultaneously pressing at least one of a plurality of first cables. do.
- the present invention further includes a connection bar hook, wherein the connection bar hook is a first manipulation target portion capable of constraining the position of the rigidity adjustment button at a position where the rigidity adjustment button moves in the direction of pressing the first cable. and a wearable robot manipulation device that operates the second manipulation target part and assists back muscle strength.
- the present invention provides a first operation in which the rigidity adjustment button and the connecting bar hook each consist of a plurality, the connecting bar hook is connected to the connecting bar and are integrally formed, and the rigidity adjustment button can simultaneously move in the direction of releasing the restraint. It includes a wearable robot manipulation device that manipulates the target unit and the second manipulation target unit and assists back muscle strength.
- the present invention further includes an operation lever that can slide in a direction parallel to the longitudinal direction of the second cable, and the position of the operation lever can be constrained at a position where the operation lever moves in the direction of pulling the second cable. It includes an operating device for a wearable robot that operates a first manipulation target portion and a second manipulation target portion and assists back muscle strength.
- the clutch operation button includes a first operation target portion further including a clutch operation button hook capable of constraining the position of the operation lever at a position where the operation lever moves in the direction in which the second cable is pulled. and a wearable robot manipulation device that operates the second manipulation target part and assists back muscle strength.
- the clutch unit operation button operates the first operation target unit and the second operation target unit, wherein the clutch unit operation button further includes a release button capable of moving the clutch unit operation button hook in the direction of releasing the restraint of the operation lever. It includes a control device for a wearable robot that assists back muscles.
- the present invention relates to a method of providing a user interface that displays information about the risk of back injury of a wearable robot that assists back muscle strength, wherein the wearer's waist bending angle and waist twisting angle are detected from a posture recognition sensor built into the wearable robot. , and receiving information regarding the wearer's risk of back injury, including the bending angle; generating information regarding the wearer's risk of back injury based on the received information; Creating a user interface that visualizes and displays the generated information; and displaying the generated user interface.
- the method includes a method of providing a user interface that displays information about the risk of back injury of a wearer of a wearable robot that assists back strength.
- the present invention provides a wearable robot that assists lumbar muscle strength, including visualizing and displaying the wearer's waist bending angle, waist twisting angle, and waist bending angle information in real time in the step of generating the user interface.
- a method for providing a user interface that displays information regarding risk of injury is included.
- the present invention provides a wearable robot that assists back strength, providing an x-axis time y-axis waist bending angle graph user interface or an x-axis time y-axis waist twisting angle graph user interface in the step of generating the user interface.
- a method of providing a user interface representing information regarding risk of back injury is included.
- the present invention relates to the step of generating the user interface, wherein at least one of the user interface providing the wearer's back injury risk illustration, the user interface providing the wearer's work pace information, the user interface providing the wearer's work balance information, and the user interface providing the wearer's back injury risk information. It includes a method of providing a user interface that displays information about the risk of back injury of the wearer of a wearable robot that assists back strength.
- the present invention provides a user interface that provides information on the wearer's total number of daily movements, a user interface that provides information on the wearer's total number of daily movements, a user interface that provides information on the wearer's daily load reduction, and a user interface that provides information on the wearer's daily load reduction amount, and a user interface that provides information on the wearer's wearable robot wearing time. It includes a method of providing a user interface that displays information about the risk of back injury of the wearer of a wearable robot that assists back strength, providing at least one of a user interface and a user interface that provides information on the wearer's daily motion safety score.
- the present invention provides a user interface that provides information on the wearer's safe movement ratio information, based on 100%, a user interface that provides information on the wearer's daily excessive back bending ratio, and a user interface that provides information on the wearer's daily long-time back bending ratio user interface, which provides information on the wearer's daily side waist bending ratio.
- an operating device for a wearable robot that can control the wearable robot to adjust its stiffness or limit its range of motion.
- an operating device for a wearable robot is provided that can be operated without restrictions on usage time, is lightweight and secures durability as there are no separate electronic operating elements, and is easy to maintain.
- the wearable robot's operating device is provided. There is an advantage that more diverse rigidities can be realized by using the actuator provided in the waist strength auxiliary unit.
- Figure 1 is a diagram analyzing the force-moment acting on the spine and erector spinae muscles during the operation of lifting an object.
- Figure 2 is a diagram analyzing the force-moment acting on the spine and erector spinae muscles during the operation of lifting an object when wearing the wearable robot that assists back strength according to the present invention.
- Figure 3 is a diagram showing a wearing state of a wearable robot that assists back muscle strength according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a diagram illustrating the detailed configuration of the back strength assisting unit of the wearable robot that assists back strength according to an embodiment of the present invention.
- Figure 5 is a conceptual diagram showing main parts of the back strength assisting unit of the wearable robot that assists back strength according to an embodiment of the present invention.
- FIGS. 6 to 9 are diagrams illustrating changes in the stiffness of the waist muscle auxiliary unit according to the control operation of the stiffness adjusting unit in FIG. 5.
- Figure 10 is a side cross-sectional view of the back strength assisting unit of the wearable robot that assists back strength according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 11 is a view separately illustrating only the elastic moving part in FIG. 10.
- FIG. 12 is a diagram illustrating the change in position of the sliding cam in each mode according to the control operation of the rigidity adjusting unit in FIG. 10.
- Figure 13 is a diagram illustrating the operation of restraining or releasing the movement of the slider according to the movement of the sliding cam.
- Figure 14 is a diagram explaining the operation of the clutch unit of the wearable robot that assists back muscle strength according to an embodiment of the present invention.
- Figure 15 is a diagram for explaining the clutch portion of the waist strength assisting unit of the wearable robot that assists waist strength according to another embodiment of the present invention.
- Figures 16 and 17 are diagrams showing the manipulation device of the wearable robot with the front cover of the manipulation device housing removed.
- Figure 18 is a diagram for explaining the configuration of the operating device of the wearable robot according to the present invention.
- Figures 19 to 23 are diagrams showing states in which each mode is set by pulling or releasing the first cable according to the operating device of the wearable robot of the present invention.
- Figure 24 is a diagram showing a state in which the pull of the second cable according to the operating device of the wearable robot of the present invention is released.
- Figure 25 is a diagram showing the state in which each mode is set by pulling or releasing the 1-1 cable or the 1-2 cable of the present inventor's operating device.
- Figure 26 is a block diagram for explaining the operation of the first manipulation target unit and the second manipulation target unit according to an embodiment of the present invention.
- Figure 27 is a diagram showing that the sensor of the wearable robot according to the present invention is built into the waist strength assisting unit.
- Figure 28 is a diagram showing a real-time wearer movement sensor user interface in the user interface that senses the movement of the wearable robot wearer according to the present invention.
- Figure 29 is a diagram showing a wearer movement analysis user interface in the user interface for analyzing the movements of the wearable robot wearer according to the present invention.
- Figure 30 is a diagram showing the wearer movement analysis report user interface in the result report user interface regarding the movement of the wearable robot wearer according to the present invention.
- Figure 31 is a diagram showing the wearer movement safety score report user interface in the result report user interface regarding the movement of the wearable robot wearer according to the present invention.
- Figure 32 is a diagram analyzing the force-moment applied to the waist due to the wearer's upper body and heavy object during the operation of lifting an object.
- Figure 33 is a diagram for explaining the clutch operation and rigidity adjustment operation of each switch of the rigidity adjustment button switch board according to the operation of the rigidity adjustment button according to an embodiment of the present invention.
- Figure 34 is a diagram for explaining the clutch operation of each switch of the rigidity adjustment button switch board according to the operation of the rigidity adjustment button according to an embodiment of the present invention.
- Figure 1 is a diagram analyzing the force-moment acting on the spine and erector spinae muscles during the operation of lifting an object
- Figure 2 shows the force-moment acting on the spine and erector spinae muscles during the operation of lifting an object when wearing the wearable robot according to the present invention. This is a drawing analyzing the force-moment.
- F muscle is the force acting on the spine and erector spinae muscles when lifting an object
- d muscle is the moment arm of the force acting on the spine and erector spinae muscles
- F upper-body is the weight of the upper body
- d upper-body is the moment arm for the weight of the upper body
- F weight is the weight of the object
- d weight is the moment arm for the weight of the object.
- the moment arm of the spinal joint is very small, so the spine and erector spinae muscles must support and lift the object with great force, and heavy load or repetitive work can put a strain on the musculoskeletal system.
- F band is the force acting on the band of the wearable robot
- ⁇ d band is the distance between the band and the body.
- the force acting on the band can be transmitted as auxiliary force, so the object can be lifted using less force from the spine and erector spinae muscles.
- Figure 3 is a diagram showing the wearing state of the wearable robot that assists back strength according to an embodiment of the present invention
- Figure 4 is a diagram showing the waist strength of the wearable robot that assists back strength according to an embodiment of the present invention.
- It is a diagram showing the detailed configuration of the auxiliary unit
- Figure 5 is a conceptual diagram showing the main parts of the lumbar muscle auxiliary unit of the wearable robot that assists lumbar muscle strength according to an embodiment of the present invention.
- the wearable robot that assists back strength may include an upper wearing part 110, a back strength assisting part 200, and a lower wearing part 120.
- the upper wearing part 110 is worn on the upper body and fixes the waist strength auxiliary part 200.
- the upper wearing part 110 may be fixed to the shoulder with both shoulder straps as shown, but the fixing form, position, and method of fixing the upper wearing part 110 are not limited to the form shown. Additionally, the upper wearing portion 110 may be made of a light and comfortable fabric material or a material with a cushioning function.
- the back strength assisting unit 200 is fixed to the upper wearing part 110 and is seated on the lower back, and assists the lower back strength in the motion of bending or straightening the waist.
- the lower wearing part 120 is worn below the waist and is connected to the lower part of the waist strength assisting part 200.
- the lower wearing part 120 may include a connection part 124 that connects the wearing part 122 worn on the body and the waist strength assisting part 200.
- the connection portion 124 may be formed of a strap made of a non-elastic material, but is not necessarily limited to this and may be formed of an elastic material.
- the wearing part 122 shows a structure that wraps the calves of both legs in the form of a belt and secures it with a buckle or Velcro.
- the fixing type, fixing position, and fixing method are limited to the form shown. That is not the case.
- the fixed location of the lower wearing part 120 may be the foot, thigh, or calf.
- connection portion 124 may be formed of a strap made of a non-elastic material, but is not necessarily limited to this and may be formed of an elastic material.
- a manipulation device 401 that operates the stiffness adjustment unit 230 or the clutch unit 390 to adjust the rigidity of the waist muscle assistance unit 200 is disposed in front of the body.
- the operating device 401 is provided with a stiffness adjustment button 310 and a clutch operation button 320 that adjust the stiffness of the waist muscle auxiliary unit 200 to MODE 0, MODE 1, MODE 2, and MODE 3, respectively. It can be.
- the manipulation device 401 and the waist muscle auxiliary unit 200 may be connected by a cable 330, the detailed configuration of which will be described later.
- the waist strength assisting unit 200 may include a first elastic member 205, a second elastic member 208, a moving part 210, a rigidity adjusting part 230, and a housing 290. there is. Additionally, it may further include a clutch unit 390. Specifically, the housing 290 may be fixed to the upper wearing portion 110 and may be of a detachable type, but is not limited thereto.
- the waist strength assisting unit 220 may be separated from the upper wearing unit 110, but may also be formed integrally with the upper wearing unit 110.
- the first elastic member 205 and the second elastic member 208 may be a plurality of elastic members arranged in series or parallel.
- the moving part 210 is connected to the lower end of the second elastic member 208 and the upper end of the connecting part 124 of the lower wearing part 120, and the second elastic member 208 and the lower wearing part 120 ) is located between the connection portions 124, and can slide up and down within the housing 290 according to the movement of the waist.
- the upper and lower directions may refer to the upper and lower directions based on the lumbar axis direction when the lumbar muscle auxiliary unit 200 is seated on the lower back.
- the housing 290 may be formed to guide the vertical sliding movement of the moving unit 210 .
- the moving unit 210 slides up and down, the first elastic member 205 or the second elastic member 208 stretches, and elastic force is stored in the first elastic member 205 or the second elastic member 208. It can be done, and the moving part 210 can be restored to its original position by the elastic force.
- the stiffness adjusting unit 230 can adjust the overall stiffness formed by the first elastic member 205 or the second elastic member 208 when the moving unit 210 moves.
- rigidity may mean elastic modulus.
- the moving unit 210 if the rigidity formed by the first elastic member 205 or the second elastic member 208 is small, the moving unit 210 is moved with a relatively small force when the waist moves, and the assisting force is relatively small. becomes smaller. Conversely, if the rigidity formed by the first elastic member 205 or the second elastic member 208 is high, the moving unit 210 moves with a relatively large force when the waist moves, and the assisting force becomes relatively large. In other words, the assisting force can be adjusted depending on the stiffness. Therefore, in the present invention, the rigidity can be adjusted according to the type of work of the wearer or the intensity of work to be assisted.
- the first elastic member 205 may be connected to the second elastic member 208 in series.
- the upper end of the first elastic member 205 may be fixed to the housing 290
- the lower end may be fixed to the slider 220
- the upper end of the second elastic member 208 may be fixed to the slider 220.
- the lower end of the second elastic member 208 may be fixed to the moving unit 210.
- the first elastic member 205, the slider 220, and the second elastic member 208 constitute an elastic moving part, and the drawing shows an embodiment in which three elastic moving parts are arranged in parallel.
- the number of elastic moving parts arranged in parallel is not limited to this, and only one elastic moving part may be arranged.
- the first elastic member 205 includes a 1-1 elastic member 205a, a 1-2 elastic member 205b, and a 1-3 elastic member 205c.
- the slider 220 may include a first slider 220a, a second slider 220b, and a third slider 220c, so that the 1-1 elastic member 205a, the 1- 2
- the upper end of the elastic member 205b and the 1-3 elastic member 205c may be fixed to the housing 290, and the lower end of the 1-1 elastic member 205a may be fixed to the first slider 220a.
- the lower end of the 1-2 elastic member 205b may be fixed to the second slider 220b, and the lower end of the 1-3 elastic member 205c may be fixed to the third slider 220c. .
- the second elastic member 208 may include a 2-1 elastic member 208a, a 2-2 elastic member 208b, and a 2-3 elastic member 208c, so that the 2-1 elastic member 208
- the lower ends of the elastic member 208a, the 2-2 elastic member 208b, and the 2-3 elastic member 208c may be fixed to the moving unit 210, and the lower ends of the 2-1 elastic member 208a may be fixed to the moving unit 210.
- the upper end may be fixed to the first slider 220a
- the upper end of the 2-2 elastic member 208b may be fixed to the second slider 220b
- the upper end of the 2-3 elastic member 208c may be fixed to the first slider 220a. It may be fixed to the third slider 220c.
- the elastic moving part has the first elastic member 205 and the second elastic member 208 in series with the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c interposed therebetween.
- the first elastic member 205 has an upper end fixed to the housing 290, and the lower end of the second elastic member 208 is fixed to the moving part 210. Accordingly, the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c can move up and down between the first elastic member 205 and the second elastic member 208.
- the first elastic member ( The elasticity of 205) and the second elastic member 208 may act simultaneously.
- the movement of the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c is restricted so that the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c are When vertical movement is not possible, in the case of the leftmost elastic moving part shown in FIG. 5, when the moving part 210 moves up and down, only the elasticity of the 2-1 elastic member 208a acts to move the first slider. Compared to the case where (220a) freely moves up and down without restraint, the overall elastic coefficient of the leftmost elastic moving part shown in FIG. 5 may be increased.
- the rigidity adjusting unit 230 can adjust the rigidity by restricting or releasing the movement of the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c.
- three elastic moving parts can be arranged in parallel. If the constraint conditions of the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c are different, The overall modulus of elasticity can be adjusted in more diverse ways.
- the elastic coefficients of the 1-1 elastic member 205a, the 1-2 elastic member 205b, and the 1-3 elastic member 205c are the 2-1 elastic member 208a, the 2- It may have an elastic modulus smaller than that of the second elastic member 208b and the second-third elastic member 208c.
- the elastic coefficients of the 1-1 elastic member 205a, the 1-2 elastic member 205b, and the 1-3 elastic member 205c can restore the position of the moving unit 210 to its original state. It can have a very small elastic modulus.
- the restraint of the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c is released by the rigidity adjusting unit 230, so that the first slider 220a, the second slider 220b , and the third slider 220c can freely move up and down without restraint, the 1-1 elastic member 205a, the 1-2 elastic member 205b, and the 1-3 elastic member have a very small elastic coefficient.
- the overall elastic coefficient value of the elastic moving part where the first elastic member 205 and the second elastic member 208 are connected in series by the elastic member 205c is very small, so that the rigidity is very small when the moving part 210 moves. You can lose.
- the movements of the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c are restricted by the rigidity adjusting unit 230, so that the first slider 220a, the second slider 220b, And if the third slider 220c cannot move up and down, only the elastic force of the second elastic member 208, which has a large elastic coefficient, acts when the moving part 210 moves, so the rigidity can be relatively increased.
- the first elastic member 205 and the second elastic member 208 may be formed of any one of a spring, an elastic band, and an elastic beam.
- the elastic beam may mean formed in a bar shape with an elastic material.
- FIGS. 6 to 9 are diagrams illustrating changes in the stiffness of the waist strength assisting unit 200 according to the control operation of the stiffness adjusting unit 230 in FIG. 5 .
- the moving part 210 moves up and down guided by the housing 290. You can move in any direction.
- the moving unit 210 moves by the control operation of the rigidity adjusting unit 230, the 1-1 elastic member 205a, the 1-2 elastic member 205b, and the 1-3 elastic member 205c.
- the overall rigidity formed by the 2-1st elastic member 208a, the 2-2nd elastic member 208b, and the 2-3rd elastic member 208c can be adjusted in various ways.
- the rigidity adjusting unit 230 controls the movements of the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c of the three elastic moving parts. do not bind Therefore, when the moving unit 210 moves, the 1-1 elastic member 205a, the 1-2 elastic member 205b, and the 1-3 elastic member 205c having elastic coefficients less than or equal to the threshold value.
- the elastic moduli below this value, k1, k2, and k3, act respectively, resulting in a rigidity mode with the lowest overall elastic modulus value among MODE0, MODE1, MODE2, and MODE3.
- the rigidity adjuster 230 restricts only the movement of the second slider 220b, and does not restrict the movement of the first slider 220a and the third slider 220c.
- the elastic moving unit having the first slider 220a and the third slider 220c includes the 1-1 elastic member 205a and the 1-3 elastic member 205c having an elastic coefficient less than or equal to a relatively small threshold value.
- ) may have an elastic modulus approximate to k1, k3
- the elastic modulus of the elastic moving part having the second slider 220b is the elastic modulus of the 2-2 elastic member 208b having an elastic modulus greater than a relatively large threshold value. It can have a coefficient k5.
- the rigidity adjusting unit 230 restricts only the movement of the second slider 220b, which will be described in detail in FIG. 13 below.
- the rigidity adjuster 230 does not restrict the movement of the second slider 220b, but can restrict the movement of the first slider 220a and the third slider 220c.
- the elastic coefficient of the elastic moving part having the first slider 220a and the third slider 220c is the same as that of the 2-1 elastic member 208a and the 2-3 elastic member having an elastic coefficient value greater than a relatively large threshold value. It has elastic moduli k4 and k6 of (208c), respectively, and the elastic modulus of the elastic moving part having the second slider 220b is that of the first-second elastic member 205b having an elastic modulus value less than a very small threshold value. It has an elastic modulus that approximates k2.
- the rigidity adjusting unit 230 does not restrict the movement of the second slider 220b, but restricts the movement of the first slider 220a and the third slider 220c, as shown in the figure below. This is described in detail in 13.
- the rigidity adjuster 230 can restrict the movements of the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c.
- the elastic coefficients of the three elastic moving parts are the 2-1 elastic member 208a, the 2-2 elastic member 208b, and the 2-3 elastic member 208c, which have elastic coefficients above a relatively large threshold. It has elastic modulus values of k4, k5, and k6, respectively. Therefore, the overall elastic coefficient for the three elastic moving parts arranged in parallel has a value of k4+k5+k6, resulting in the strongest rigidity mode, which is stronger than MODE 2.
- the rigidity adjusting unit 230 restrains the movements of the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c, as described in detail in FIG. 13 below. do.
- the left figure (a) and the right figure (b) show a case where the moving part 210 is located at the top and a case where the moving part 210 is located at the bottom in each mode.
- Figure 10 is a side cross-sectional view of the waist strength assisting part of the wearable robot that assists back strength according to an embodiment of the present invention
- Figure 11 is a diagram separately showing only the elastic moving part in Figure 10
- Figure 12 is a diagram showing only the elastic moving part in Figure 10. This is a diagram explaining the change in position of the sliding cam in each mode according to the control operation of the rigidity adjusting unit
- Figure 13 is a diagram explaining the operation of restraining or releasing the movement of the slider according to the movement of the sliding cam.
- the elastic movable part of the present invention may include a first elastic member 205, a second elastic member 208, and a slider 220.
- the upper ends of the 1-1 elastic member 205a, the 1-2 elastic member 205b, and the 1-3 elastic member 205c are located at the upper end of the housing 290. and the lower ends may be fixed to the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c, respectively.
- the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c may be formed in the shape of a long bar, and the 1-1 elastic member 205a and the 1-2 elastic member
- the member 205b and the 1-3 elastic member 205c are respectively inserted into the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c in the longitudinal direction, and the 1-1
- the lower ends of the elastic member 205a, the first-second elastic member 205b, and the first-third elastic member 205c are the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c, respectively.
- a 2-1 elastic member 208a At the lower ends of the first slider (220a), the second slider (220b), and the third slider (220c) are a 2-1 elastic member 208a, a 2-2 elastic member 208b, and a 2-3 elastic member, respectively.
- the upper end of the elastic member 208c may be connected, and the lower ends of the 2-1 elastic member 208a, the 2-2 elastic member 208b, and the 2-3 elastic member 208c may be connected to the moving unit 210, respectively. ) can be connected to.
- first elastic member 205 and the second elastic member 208 may be connected in series with the slider 220 in the middle.
- the elastic moving parts including the first elastic member 205, the second elastic member 208, and the slider 220 may be arranged in parallel as shown in FIG. 11.
- a locking protrusion 222 may be formed on the upper surface of the slider 220 in the direction of movement of the slider 220. At this time, as shown, a plurality of locking protrusions 222 may be formed in the longitudinal direction of the slider 220 and may be formed in a gear-like shape.
- the rigidity adjustment unit 230 may include a sliding cam 232, a locking unit 234, a 1-1 cable 330a, and a 1-2 cable 330b.
- the sliding cam 232 moves horizontally in the direction of movement of the slider 220 from the upper side of the slider 220.
- the upper side refers to the upper side when the moving direction of the slider 220 is viewed horizontally.
- the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable 330b may be connected to one side of the sliding cam 232.
- the other ends of the 1-1 cable (330a) and the 1-2 cable (330b) are connected to the operating device 401.
- the rigidity adjustment button 310 of the operating device 401 the 1-1 cable (330a) and the first-second cable (330b) may be pulled or released.
- the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable 330b may be pulled or released.
- the operating device 401 will be described in detail.
- the locking unit 234 exerts an elastic force pressing counterclockwise in the drawing around a predetermined axis by a torsion spring on the upper side of the slider 220, and the sliding cam 232
- the rotation angle varies depending on whether there is contact with the sliding cam 232, and the movement of the slider 220 is restricted by contact with the locking cam 222, or the contact with the locking cam 222 is released and the slider ( 220) can be released.
- the sliding cam 232a contacts the locking unit 234 and rotates the locking unit 234 clockwise to lock the locking unit.
- the connection between 234 and the locking protrusion 222 formed on the upper surface of the slider 220 may be released. Therefore, free movement of the slider 220 is possible.
- the sliding cam 232 and the locking unit 234 are arranged for each elastic moving part to restrain the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c of each elastic moving part. can be controlled individually.
- the sliding cam 232 is manually moved by pulling or restoring the 1-1 cable (330a) and the 1-2 cable (330b) to their original state by manipulating the rigidity adjustment button 310.
- the sliding cam 232 may be moved by the power of the motor.
- the configuration of the rigidity adjusting unit 230 which has the feature of restraining or releasing the movement of the slider 220, is not limited to the above-described structure.
- the rigidity can be adjusted by individually arranging three sliding cams 232 for each elastic moving part, but in this embodiment, two sliding cams ( The stiffness can be adjusted using 232a, 232b).
- the first sliding cam 232a is the first elastic moving part.
- the slider 220b may be configured to move horizontally above the upper side
- the second sliding cam 232b may be configured to move horizontally above the first slider 220a and the third slider 220c.
- the second sliding cam 232b is formed in a ' ⁇ ' shape, and both ends that are horizontal are disposed on the upper side of the first slider 220a and the third slider 220c, and the first slider 232b is formed in the space between the two ends.
- a sliding cam 232a may be disposed.
- a spring may be connected to the first sliding cam 232a and the second sliding cam 232b so that the sliding cam 232b can return to its original position.
- first sliding cam 232a and the second sliding cam 232b are not limited to the above and may be modified in various ways.
- the clutch unit 390 limits the downward movement range of the moving unit 210.
- the moving part 210 moves downward.
- the clutch part 390 blocks the downward movement of the moving part 210, thereby preventing the wearer from bending the waist beyond a certain range.
- the clutch function can be used to prevent the upper body from lowering further at a certain posture angle, or when working to lean forward.
- the clutch function may be used when greater rigidity than the maximum rigidity provided by the above-described first elastic member 205 and second elastic member 208 is required.
- Figure 14 is a diagram explaining the operation of the clutch unit of the wearable robot that assists back muscle strength according to an embodiment of the present invention.
- the clutch unit 390 may include a wire 350, a first fixing unit 260, and a clutch operating unit 280.
- the clutch operating unit 280 may include a second fixing unit 250, a gear train unit 252, and a ratchet gear 270.
- the wire 350 is horizontally wound around the moving part 210 and extends to the left and right upper parts, and both ends may be fixed to the first fixing part 260 and the second fixing part 250, respectively.
- Rollers 212 that guide the movement of the wire 350 may be disposed on both left and right sides of the moving unit 210.
- the first fixing part 260 and the second fixing part 250 are disposed left and right on the upper part of the housing 290 to fix one end and the other end of the wire 350, respectively.
- the second fixing part 250 is formed as a pulley and can be fixed by winding the other end of the wire 350 in the circumferential direction.
- a reel spring (not shown) may be mounted on the rotation axis of the second fixing part 250 to elastically rotate.
- the wire 350 wound around the second fixing part 250 is unwound, and the length of the wire 350 extending to the upper left and right sides of the moving part 210 may become longer.
- the second fixing part 250 rotates elastically, even if the moving part 210 moves due to the elastic force acting in the opposite direction, the wire 350 does not become loose and can maintain tension.
- the clutch operation unit 280 performs a clutch operation by restraining or releasing the rotation of the second fixing unit 250. If the clutch operating unit 280 blocks the rotation of the second fixing unit 250 when the moving unit 210 is at a predetermined position, the moving unit 210 can move above the position, but the wire 350 may move below the position. ) Movement may be restricted. Accordingly, the rotation of the second fixing unit 250 can be controlled by the clutch operating unit 280 to limit the downward movement range of the moving unit 210.
- the second fixing unit 250 may include a gear row unit 252 and a ratchet gear 270 in which gears are formed in the circumferential direction. Specifically, the ratchet gear 270 moves in a straight direction or rotates about one side to engage with or disengage with the gear of the gear row 252.
- the ratchet gear 270 is configured to rotate about one side.
- a second cable 330c is connected to one side of the ratchet gear 270, and the other end of the second cable 330c is connected to the operating device 401. can be connected
- the ratchet gear 270 can be rotated by pulling or releasing the second cable 330c. Accordingly, the gear engagement between the ratchet gear 270 and the gear train portion 252 is controlled by the rotation of the ratchet gear 270, thereby constraining or releasing the rotation of the second fixing portion 250.
- the clutch function is controlled manually by manipulating the clutch operation button 320, but the ratchet gear 270 is rotated using a motor or the second fixing part 250 is directly controlled using a motor. It can also be transformed by controlling rotation.
- the first fixing part 260 is also formed of a pulley like the second fixing part 250, and a reel spring is preferably mounted on the rotation axis so that the first fixing part 260 rotates elastically. do.
- a reel spring is preferably mounted on the rotation axis so that the first fixing part 260 rotates elastically. do.
- the first fixing part 260 is also formed as a pulley and has elasticity and rotates, so that when the clutch function operates, the first fixing part 260 winds the wire 350 and the wire 350 becomes loose. You can prevent it.
- the elasticity coefficient value of the reel spring mounted on the first fixing part 260 is smaller than the elasticity coefficient value of the reel spring mounted on the second fixing part 250.
- the reel spring of the second fixing part 250 moves with the wire ( Only when a force greater than the force pulling 350 is applied, the wire 350 wound around the second fixing part 250 is released and the moving part 210 can move downward. Conversely, when the moving part 210 moves upward, the first Since the second fixing part 250 pulls the wire 350 with a stronger elastic force than the fixing part 260, the wire 350 may be wound around the second fixing part 250. At this time, the wire 350 is not detected by the first fixing part 260.
- the second fixing part 250 is not rotated by the clutch operating unit 280, so the range in which the moving part 210 moves downward is limited, and when the moving part 210 moves upward, the second fixing part 250 does not rotate.
- the first fixing part 260 rotates due to the elastic force caused by the reel spring of the first fixing part 260, so that the wire 350 is wound around the first fixing part 260, so that the wire 350 is tight without being loose. It can be maintained.
- the rigidity adjustment function by the rigidity adjustment unit 230 and the clutch function by the clutch unit 390 can be operated independently.
- Figure 27 is a diagram showing that the posture recognition sensor of the wearable robot according to the present invention is built into the waist strength assisting unit.
- a posture recognition sensor 201 may be built into the waist strength assisting unit 200 of the wearable robot. Specifically, the posture recognition sensor 201 can set a three-dimensional coordinate system on the upper body of the wearer of the wearable robot and measure the angle and angular velocity of the coordinate system.
- the posture recognition sensor 201 may be connected to a separate user device or a separate communication network wired or wirelessly, and accordingly, through the user interface, the user interface user can check the status of the wearer of the wearable robot. By observing, the wearer's risk of back injury can be recognized.
- the posture recognition sensor 201 may be connected to a wide area communication network such as LoRa or Sigfox, and data measured through the posture recognition sensor 201 may be transmitted to an external server.
- Figure 28 is a diagram showing the wearer motion sensor user interface in the user interface that senses the movement of the wearable robot wearer according to the present invention.
- a wearer movement sensor user interface 500 and a wearer movement analysis user interface 500' may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement sensor user interface 500, the waist bends.
- An angle measurement user interface 501, a waist twist angle measurement user interface 502, and a waist bending angle measurement user interface 503 may be provided.
- the waist bending angle measurement user interface 501 can display the wearer's waist bending angle in real time when the posture recognition sensor 201 measures the wearer's waist bending angle, and the waist bending angle measurement user interface 501 In a predetermined area, the wearer's waist bending angle can be expressed in Arabic numerals, and in another predetermined area of the waist bending angle measurement user interface 501, the waist bending angle can be visualized and expressed as a figure. In this case, the waist bending angle can be visualized and expressed as a figure. A part of the shape may be displayed distinctly to correspond to the waist bending angle or the Arabic numeral, but the expression method is not limited thereto, and the shape may be a circle, oval, or polygon, but is not limited thereto.
- the waist twist angle measurement user interface 502 measures the angle or angular velocity at which the wearer's waist is twisted in real time when the posture recognition sensor 201 measures the angle or angular velocity at which the wearer's waist is twisted.
- the angle or angular velocity of twisting the wearer's waist can be expressed in Arabic numerals in a predetermined area of the waist twist angle measurement user interface 502, and in another predetermined area of the waist twist angle measurement user interface 502.
- the angle or angular velocity of twisting the waist can be visualized and expressed as a figure. In this case, part of the shape can be displayed distinctly to correspond to the angle or angular velocity of twisting the waist or the Arabic numerals, but the expression method is as follows.
- the shape may be circular, oval, or polygonal, but is not limited thereto. Additionally, in order to distinguish between the left and right directions of the angle or angular velocity that twists the wearer's waist, it can be expressed as positive and negative numbers.
- the bending angle measurement user interface 503 can display the bending angle on the wearer's left and right planes in real time when the posture recognition sensor 201 measures the bending angle on the wearer's left and right planes.
- the bending angle of the wearer on the left and right planes can be expressed in Arabic numerals
- the wearer's bending angle can be expressed in Arabic numerals. The bending angle can be visualized on the left and right planes and expressed as a figure.
- a part of the shape can be displayed distinctly to correspond to the bending angle or the Arabic numeral on the left and right planes, but the expression method is not limited to this.
- the shape may be circular, oval, or polygonal, but is not limited thereto. Additionally, in order to distinguish the left and right directions of the waist bending angle on the left and right planes of the wearer, it can be expressed as positive and negative numbers.
- Figure 29 is a diagram showing a wearer movement analysis user interface in the user interface for analyzing the movements of the wearable robot wearer according to the present invention.
- a wearer movement sensor user interface 500 and a wearer movement analysis user interface 500' may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement analysis user interface 500', x
- An axis-time y-axis waist bending angle graph user interface 501' and an x-axis time y-axis waist twisting angle graph user interface 502' may be provided.
- an x-axis time y-axis waist bending angle graph user interface 501' is provided,
- the bending angle graph user interface 501' may display the measured value of the waist bending angle of the wearer's upper body movement as a temporal trend, and simultaneously express the reference waist bending angle value set by the user interface user or the wearer, thereby changing the time. It is possible to visually express whether the wearer's motion exceeds the standard value.
- the x-axis time y-axis waist bending angle graph user interface 501' displays the waist bending angle value during the wearer's movement analysis time. If it exceeds 30 degrees, the number of occurrences of excess can be counted and expressed in Arabic numerals, etc. As in the example shown in Figure 29, if the number of occurrences of the waist bending angle value exceeding 30 degrees during the wearer's movement analysis time is 31, 31 can be expressed in Arabic numerals, but this is only an example and is not limited to this. no.
- the wearable robot when the reference waist bending angle value set by the user interface user or wearer is 30 degrees, the x-axis time y-axis waist bending angle graph user interface 501' If the waist bending angle value exceeds 30 degrees during the wearer's movement analysis time, the wearable robot can use the sound generation function to deliver a notification to the wearer or user.
- an x-axis time y-axis waist twist angle graph user interface 502' is provided, and
- the axial waist twist angle graph user interface 502' may show the waist twist angle measurement value of the wearable robot wearer's upper body movement as a temporal trend, and the reference waist twist angle value set by the user interface user or the wearable robot wearer.
- the reference twist angle value set by the user interface user or the wearer is 40 degrees left and right and -40 degrees
- the twist angle value exceeds 40 degrees or -40 degrees left or right
- the number of excess occurrences can be counted and expressed in Arabic numerals, etc.
- 21 can be expressed in Arabic numerals, but this is in the example. However, it is not limited to this.
- the wearable robot when the reference twist angle value set by the user interface user or wearer is 40 degrees and -40 degrees to the left and right, the x-axis time y-axis waist twist angle graph user interface (502') When the waist twist angle value of the wearable robot wearer exceeds 40 degrees and -40 degrees to the left and right, the wearable robot can use the sound generation function to deliver a notification to the wearer or user.
- the reference waist bending angle value set by the user interface user or the wearable robot wearer or the reference waist twisting angle value set by the user interface user or the wearable robot wearer is arbitrarily adjusted by the user interface user or the wearable robot wearer. and can be set, and can also be set by dividing them into multiple steps.
- the set angle value when the set angle value is divided into a plurality of step angles, it can be expressed as a level of musculoskeletal injury that can occur due to a back bending motion, and can also be expressed as specific examples such as safety, caution, risk, etc.
- the set angle value for a movement having positive and negative measurement values is applied simultaneously as a positive set angle value and a negative set angle value, and when worn, the set angle value is applied simultaneously. It can be used as a basis for judging whether the wearer of the robot moves within a range of motion with a low risk of musculoskeletal injury.
- Figure 32 is a diagram analyzing the force-moment applied to the waist due to the wearer's upper body and heavy object during the operation of lifting an object.
- the moment and force applied to the wearer's waist may specifically mean calculating the moment and force applied to the wearer's waist L5/S1 joint 510, shown in FIG. 32
- the muscle distance vector 512 can be assumed to be 0.1 m.
- the value refers to the position vector from the wearer's waist L5/S1 joint 510 to the center of gravity 511 of the wearer's upper body and the heavy object.
- the m value refers to the mass of the wearer's upper body and the heavy object
- the value means the linear acceleration of the wearer's upper body and the center of gravity 511 of the heavy object.
- the I value refers to the moment of inertia of the wearer's upper body and heavy objects.
- the value refers to the angular acceleration of the wearer's upper body and the heavy object. Accordingly, compressive force can be detected from the moment calculation formula.
- Figure 30 is a diagram showing the wearer movement analysis report user interface in the result report user interface regarding the movement of the wearable robot wearer according to the present invention.
- a wearer movement report user interface 500" may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement report user interface 500", the wearer back injury risk graphic user interface (520), a user interface for providing information on the wearer's work pace (521), a user interface for providing information on the wearer's work balance (522), and a user interface for providing information on the risk of back injury for the wearer (523) may be provided.
- a wearer movement report user interface (500") may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement report user interface (500"), the wearer's back injury risk illustration user An interface 520 may be provided.
- the wearer's back injury risk graphic user interface 520 can visually indicate which side of the wearer's waist L5/S1 joint 510 has a higher risk of injury due to the motion of twisting the waist, the left or right side. .
- the waist twisting angle can be extracted, normalized to the average twist range from the positive angle of 40 degrees to the negative angle of 40 degrees, and then the wearer's waist Based on the L5/S1 joint 510, the ratio of the injury risk applied to the left and right sides of the wearer's waist L5/S1 joint 510 is calculated, and the ratio is displayed in the wearer's back injury risk diagram user interface 520. It can be expressed.
- a wearer movement report user interface 500" may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement report user interface 500", wearer work pace information
- a provision user interface 521 may be provided.
- the wearer's work pace information providing user interface 521 may provide work pace information by estimating the wearer's workload for one hour. For a specific example, if it takes the wearer 15 seconds to perform one task such as bending the waist, the wearer will perform 240 movements in one hour, so as shown in FIG. 30, the wearer task pace information providing user interface 521 ) can be provided as 240 Lifts/Hour.
- a wearer movement report user interface 500" may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement report user interface 500", wearer work balance information
- a provision user interface 522 may be provided.
- the risk of injury inflicted to the left and right sides of the wearer's waist L5/S1 joint 510 It can represent the ratio of .
- the left and right sides of the wearer's waist L5/S1 joint 510 If the ratio of the risk of injury on the left and right sides is 4 to 6, it can be expressed as 4 / 6.
- a wearer movement report user interface 500" may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement report user interface 500", the wearer's risk of back injury
- An informational user interface 523 may be provided.
- the risk of back injury can be calculated by calculating the moment (M) using the moment calculation formula described above and substituting it into the following equation.
- the above equation is an equation for calculating the waist microdamage rate (D). After substituting the moment (M) into the above equation to obtain the waist microdamage rate (D), substituting it into the following equation, performing linear regression, and calculating the back injury risk (R) can be calculated.
- Figure 31 is a diagram showing the wearer movement safety score report user interface in the result report user interface regarding the movement of the wearable robot wearer according to the present invention.
- a wearer movement report user interface 500" may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement report user interface 500", information is provided on the total number of daily movements of the wearer.
- User interface 530 providing information on the wearer's safe movement rate User interface 531, providing information on the wearer's daily load reduction amount User interface 532, providing information on the wearer's wearable robot wearing time User interface 533, providing the wearer's daily movement safety score Informational user interface 534, wearer's daily excessive back bending rate informational user interface 535, wearer's daily prolonged back bending rate informational user interface 536, wearer's daily side side bending rate informational user interface 537, A user interface 538 may be provided that provides information on the wearer's daily lumbar twist rate.
- a wearer movement report user interface 500" may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement report user interface 500", information on the total number of daily movements of the wearer
- a user interface 530 may be provided, and the user interface 530 providing information on the total number of daily movements of the wearer may be provided in the form of Arabic numerals by calculating the total number of daily movements of the wearer. As shown in FIG. 31, when the wearer operates a total of 1,186 times per day, the user interface 530 providing information on the total number of movements per day of the wearer may be provided as 1,186.
- a wearer movement report user interface 500" may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement report user interface 500", wearer safety movement ratio information is provided.
- a user interface 531 may be provided.
- the user interface 531 which provides information on the wearer's safe movement rate information, is 100%
- the user interface 535 which provides information on the wearer's daily excessive back bending rate
- the user interface 536 which provides information on the wearer's daily long-time back bending rate. It may be calculated by subtracting the average of the ratios of the daily side waist bending ratio information providing user interface 537 and the wearer's daily waist twisting ratio information providing user interface 538.
- the wearer's daily excessive back bending rate information providing user interface 535 may visualize and display the rate of excessive back bending, and as shown in FIG. 31, the rate of excessive back bending is not excessive. In the case of 35%, it can be expressed as a bar graph.
- the user interface 536 which provides information on the wearer's daily long-term back bending rate, provides information such that when the proportion of the wearer's waist bending time of 1 second or more is 30% of the time of the wearer's back bending of less than 1 second, It can be expressed as a bar graph as shown in Figure 31, and the user interface 537, which provides information on the wearer's daily side bending rate, shows that the rate of the wearer bending the waist in the side direction is 20% of the case where the wearer bends the waist in the forward direction.
- the user interface 538 that provides information on the wearer's daily waist twisting rate is 60% for the case where the wearer does not twist the waist because the wearer moves the torso itself, It can be expressed as a bar graph.
- a wearer movement report user interface 500" may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement report user interface 500", information on the amount of daily load reduction for the wearer A provision user interface 532 may be provided.
- the user interface 532 which provides information on the wearer's daily load reduction amount, provides information on the total number of daily movements of the wearer, which is the total number of daily movements of the wearer.
- the Arabic numerals of the user interface 530 which provides information on the total number of daily movements of the wearer, are 6.64 kg, which is the load reduction effect due to the wearable robot. It may represent a value multiplied by , but the load reduction effect due to the wearable robot is not limited to 6.64 kg. Therefore, if the value of the load reduction effect due to the wearable robot changes, the user interface provides information on the amount of daily load reduction for the wearer.
- the values provided for 532 may also be different.
- a wearer movement report user interface 500" may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement report user interface 500", the wearer wearable robot wearing time
- An informational user interface 533 may be provided.
- the user interface 533 for providing information on the time the wearer wore the wearable robot may provide information about the time the wearer wore the wearable robot.
- a wearer movement report user interface 500" may be provided on the top bar of the user interface, and when the user taps the wearer movement report user interface 500", wearer daily motion safety score information
- a provision user interface 534 may be provided.
- the wearer's daily motion safety score information providing user interface 534 may provide a value obtained by subtracting the daily average of the wearer's back injury risk provided by the wearer's back injury risk information providing user interface 523 from 100.
- the wearer's daily motion safety score information providing user interface 534 It can be expressed as 52.
- Figure 15 is a diagram for explaining the clutch portion of the waist strength assisting unit of the wearable robot that assists waist strength according to another embodiment of the present invention.
- auxiliary force is transmitted to the waist muscle and rigidity is adjusted by the first elastic member 205 and the second elastic member 208, which are passive elements, whereas in the present embodiment, a small actuator 420 is used.
- the wearable robot that assists waist strength includes an upper wearing part 110, a waist strength assisting part 200, and a lower wearing part 120, and may further include a clutch part 390.
- Figure 15 is a diagram for explaining the clutch portion of the waist strength assisting unit of the wearable robot that assists waist strength according to another embodiment of the present invention.
- the waist strength assisting unit 200 may include a wire 410, a moving unit 210, and an actuator 420.
- the lower end of the wire 410 may be connected to the moving part 210 and the upper end may be connected to the actuator 420. Similar to the above-described embodiment, the moving part 210 can move up and down according to the movement of the waist, and the connection part 124 of the lower wearing part 120 can be connected to the moving part 210.
- the actuator 420 can actively adjust the rigidity of the wire 410 by adjusting the tension of the wire 410.
- the actuator 420 may be composed of a motor, a pneumatic actuator, a hydraulic actuator, etc. In this case, more diverse rigidities can be implemented than in the above-described embodiment.
- the length of the wire 420 between the actuator 420 and the moving part 210 is variable, and the wire ( When the length of 410) changes, a constant tension can be applied by the actuator 420. At this time, the tension value may be changed to adjust rigidity.
- the manipulation device 401 relates to a manipulation device 401 of a wearable robot for controlling the operations of the first manipulation object part 400 and the second manipulation object part 4100 provided in the wearable robot.
- the unit 400 may include a waist strength assisting unit 200 of the wearable lumbar assistance robot, and the second manipulation target unit 400' may include a clutch unit 390 of the wearable lumbar assistance robot.
- Figures 16 and 17 are diagrams showing the manipulation device of the wearable robot with the front cover of the manipulation device housing 300a removed.
- Figure 18 is a diagram for explaining the configuration of the operating device of the wearable robot according to the present invention.
- the manipulation device 401 includes a manipulation device housing 300a, a 1-1 cable 330a, a 1-2 cable 330b, a second cable 330c, and a clutch. It may include a sub-operation button 320, an operation lever 340, and a rigidity adjustment button 310.
- Figure 26 is a block diagram for explaining the operation of the first manipulation target unit and the second manipulation target unit according to an embodiment of the present invention.
- the first operation target unit 400 is switched to one of MODE1, MODE2, and MODE3 by pulling at least one of the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable 330b. It can be selected, and MODE0 can be selected by releasing both the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable 330b.
- the operating device housing (300a) includes a first rigidity adjustment button (310b), a second rigidity adjustment button (310c), a third rigidity adjustment button (310d), and a zero stiffness adjustment button (310a).
- the operation lever 340 and the clutch operation button 320 are each supported in a movable state, and the upper part has a penetration for introducing the first cables 330a, b and the second cable 330c into the internal space. A hole may be formed.
- This manipulation device housing 300a is preferably designed in a shape that a user can easily hold with his or her hand.
- the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable 330b can be arranged in parallel with each other, one end is connected to the first manipulation target unit 400, and the other end is connected to the manipulation device housing ( It can be fixed to the bottom of 300a).
- the other ends of the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable 330b are introduced into the interior of the operation device housing 300a through the upper through hole, and are connected to the inner bottom of the operation device housing 300a. Can be fixed on the side. Accordingly, the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable 330b may each be disposed to penetrate the inner space of the operating device housing 300a.
- the first rigidity adjustment button (310b), the second rigidity adjustment button (310c), the third rigidity adjustment button (310d), and the zero stiffness adjustment button (310a) are arranged side by side on one side of the manipulation device housing (300a).
- the manipulation is arranged so that at least one of the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable 330b connected to the first manipulation target unit 400 can be pulled or released depending on the movement position. It is supported in a movable state in the device housing 300a.
- the first rigidity adjustment button 310b may include a first pressing portion 310b'.
- the first pressing part 310b' may be placed on one side of the 1-1 cable 330a.
- the first rigidity adjustment button 310b is partially exposed to the outside of the manipulation device housing 300a and is connected to the 1-1 cable 330a on the manipulation device housing 300a while supporting the first pressing portion 310b'. ) can move in the direction of pressurization.
- the first rigidity adjustment button (310b) can move in a direction intersecting the extension direction of the 1-1 cable (330a).
- the first pressing portion (310b') presses the 1-1 cable (330a). Accordingly, one end of the 1-1 cable 330a connected to the first manipulation target unit 400 is pulled, and when the first rigidity adjustment button 310b returns to its original position, the first pressing unit 310b' ) may be spaced apart from the 1-1 cable (330a). Accordingly, the pulling state of the 1-1 cable 330a can be released.
- the first rigidity adjustment button 310b may be elastically supported in the backward direction by an elastic member (not shown) interposed between the operating device housing 300a and the first rigidity adjustment button 310b.
- the second rigidity adjustment button 310c may have the same configuration as the first rigidity adjustment button 310b. Unlike the first pressing portion (310b') of the first rigidity adjustment button (310b) that can be placed on one side of the 1-1 cable (330a), the second stiffness adjustment button (310c) is applied to the second pressing portion (310b'). There may be a difference in that the portion 310c' is disposed on one side of the first-second cable 330b.
- the third rigidity adjustment button 310d also has the same configuration as the first rigidity adjustment button 310b, and the third pressing portion 310c' is connected to one side of the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable. There may be differences in each arrangement on one side of the cable 330b.
- the third rigidity adjustment button 310d may have the same configuration as the first rigidity adjustment button 310b. Unlike the first pressing part 310b' and the second pressing part 310c', the third pressing part 310d' is connected to one side of the 1-1 cable 330a and one side of the 1-2 cable 330b. There may be differences in the points placed in each.
- the first rigidity adjustment button (310b), the second rigidity adjustment button (310c), and the third rigidity adjustment button (310d) are connected to the 1-1 cable (330a) and the 1-2 cable (330b). They may be spaced apart along the first axis direction (z-axis in FIG. 16) parallel to the longitudinal direction. Accordingly, the first stiffness control button 310b, the second stiffness control button 310c, and the third stiffness control button 310d move with respect to the second axis direction (x-axis in FIG. 1) intersecting the first axis. It can possibly be arranged. Accordingly, the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable 330b may be arranged to be spaced apart from each other with respect to the third axis direction (y-axis in FIG. 1) that intersects the first and second axes.
- Figures 20 to 25 are diagrams showing the state in which each mode is set by pulling or releasing the 1-1 cable 330a or the 1-2 cable 330b of the present inventor's operating device.
- an upper support portion 360a and a lower support portion 360b may be disposed in the inner space of the operating device housing 300a.
- the upper support part 360a and the lower support part 360b are first on both sides of the area corresponding to the first pressing part 310b', the second pressing part 310c', and the third pressing part 310d'.
- the other side of the -1 cable (330a) and the other side of the 1-2 cable (330b) can be supported.
- the upper support part 360a and the lower support part 360b which are spaced apart from each other, may support the other side of the 1-1 cable 330a at a position corresponding to the first pressing part 310b', and the second pressing part 310b' may support the other side of the 1-1 cable 330a.
- the upper support part 360a and the lower support part 360b which are spaced apart from each other, can support the other side of the 1-2 cable 330b, and are attached to the third pressing part 310d'.
- the upper support part 360a and the lower support part 360b which are spaced apart from each other, can support the other sides of the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable 330b.
- the first pressing part 310b', the second pressing part 310c', the third pressing part 310d', and the support part 360 are connected to the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable
- it may be in the form of a roller to minimize friction with the 1-1 cable 330a or the 1-2 cable 330b.
- the 0th stiffness control button (310a) is the 1st stiffness control button (310b), the 2nd stiffness control button (310c), or the 3rd stiffness control button (310d) is the 1-1 cable. While pressing at least one of the (330a) and the 1-2 cable (330b), the position of the first rigidity adjustment button (310b), the second rigidity adjustment button (310c), or the third rigidity adjustment button (310d) is adjusted. You can be detained or released.
- the 0th rigidity adjustment button (310a) is manually operated, and the connection bar hook 371, the first rigidity adjustment button (310b), the second rigidity adjustment button (310c), and the third stiffness adjustment button (310c) are manually operated.
- the engagement of the rigidity adjustment button (310d) can be released.
- the connection bar hook 371 has a 0th connection bar hook 371a located at a position corresponding to the 0th stiffness adjustment button 310a, and a first connection bar hook (371a) located at a position corresponding to the first stiffness adjustment button 310b.
- connection bar hook (371c) is located, the second connection bar hook (371c) is located at a position corresponding to the second rigidity adjustment button (310c), and the third connection bar hook (371d) is located at a position corresponding to the third rigidity adjustment button. can do.
- the first rigidity adjustment button (310b), the second rigidity adjustment button (310c), or the third rigidity adjustment button (310d) is engaged with each connecting bar hook 371 at a position moved in the pressing direction.
- the zeroth rigidity adjustment button (310a) releases the engagement of the first rigidity adjustment button (310b), the second rigidity adjustment button (310c), or the third rigidity adjustment button (310d) with each connecting bar hook (371). It can be moved in any direction.
- the connecting bar hooks 371 can be integrated by being connected to each other by the connecting bar 370.
- a plurality of connecting bar hooks 371 may descend from the first position to the second position and then move back to the first position.
- the first position is a position higher than the second position, and a position capable of restraining the first rigidity adjustment button (310b), the second rigidity adjustment button (310c), or the third rigidity adjustment button (310d). It can be.
- the second position may be a position where the restraint can be released.
- the 0th rigidity adjustment button 310a is When pressed by an external force, the connecting bar hook 371 is lowered to the second position and connected to the connecting bar hook 371 and the first stiffness adjustment button 310b, the second stiffness adjustment button 310c, or the third stiffness adjustment button ( The engagement of 310d) may be released. Preferably, it can be elastically supported toward the first position by an elastic member (not shown) interposed between the operating device housing 300a and the connecting bar hook 371.
- the 0th rigidity adjustment button (310a) can be pressed by an external force to move a plurality of connecting bar hooks (371a, b, c, d) connected to the connecting bar 370 to the second position.
- the 0th stiffness adjustment button ( 310a) may be configured in the same form as the first stiffness adjustment button (310b), the second stiffness adjustment button (310c), or the third stiffness adjustment button (310d), and is located on the upper side of the first stiffness adjustment button (310b). It can be arranged, and the zeroth connection bar hook (371a) can be additionally arranged in a position corresponding to the zeroth rigidity adjustment button (310a).
- the 0th rigidity adjustment button 310a can move the 0th connection bar hook 371a to the second position while advancing toward the 0th connection bar hook 371a, and the manipulation device housing 300a and It can be elastically supported in the backward direction by an elastic member (not shown) interposed between the zero stiffness adjustment button 310a.
- the first stiffness adjustment button 310b and the second stiffness adjustment button 310b When either the adjustment button (310c) or the third stiffness adjustment button (310d) is advanced, the first stiffness adjustment button (310b), the second stiffness adjustment button (310c), or the third stiffness adjustment button (310d) is moved forward.
- One pressing unit may pressurize either the 1-1 cable 330a or the 1-2 cable 330b.
- the connection ring portion of any one of the first stiffness adjustment button (310b), the second stiffness adjustment button (310c), and the third stiffness adjustment button (310d) is connected to each connection bar hook corresponding to each stiffness adjustment button ( It can be restrained by engaging with 371a,b,c,d).
- the connecting ring portion may be a part connected to the first rigidity adjustment button 310b, the second rigidity adjustment button 310c, and the third rigidity adjustment button 310d having a ring shape, and the operating device housing 300a ) can be located inside.
- Figure 26 is a block diagram for explaining the operation of the first manipulation target unit and the second manipulation target unit according to an embodiment of the present invention.
- the manipulation target portion may include a first manipulation target portion 400 and a second manipulation target portion 400'.
- the first manipulation target unit 400 may be the waist muscle assist unit 200 of the wearable lumbar assistance robot
- the second manipulation target unit 400' may be set as the clutch unit 390 of the wearable lumbar assistance robot.
- the second cable 330c is for controlling the second manipulation object part 400' of the wearable robot, and one end is connected to the second manipulation object part 400' and the other end is a manipulation device. It may be introduced into the internal space of the operating device housing 300a via a through hole of the housing 300a.
- the manipulation lever 340 is provided with a second cable on the other side of the manipulation device housing 300a while fixing the other end of the second cable 330c introduced into the manipulation device housing 300a. It is arranged to be movable in a direction parallel to the longitudinal direction of the cable 330c, so that the second cable 330c connected to the second manipulation target unit 400' can be pulled or released depending on the movement position.
- the operation lever 340 pulls or releases the second cable 330c while sliding in the longitudinal direction of the second cable 330c.
- the operation lever 340 pulls the second cable 330c. It would also be possible to apply various types of exercise methods, such as turning or rotating to release the pull.
- guide holes 380 that can limit the movement range of the manipulation lever 340 may be formed in the manipulation device housing 300a to be spaced apart from each other above and below the manipulation lever 340.
- the lever 340 is disposed within a plurality of guide holes 380 and can move up and down.
- the clutch operation button 320 is for restraining the position of the operation lever 340 while pulling the second cable 330c, and the clutch operation button 320 is used to control the second cable 330c.
- the clutch operation button hook 320a which can restrain the position of the operation lever 340 in the position moved in the direction of pulling the cable 330c, and the clutch operation button hook 320a are used to restrain the operation lever 340. It may include a release button 320b that can be moved in the release direction.
- the release button 320b may move in a direction intersecting the longitudinal direction of the second cable 330c on one side of the operating device housing 300a. Accordingly, the clutch operation button hook 320a engages with the operation lever 340 while the operation lever 340 moves downward to pull the second cable 330c, thereby constraining the position of the operation lever 340. This can be done, and the restraint on the operation lever 340 can be released while the release button 320b moves forward inside the housing.
- the release button 320b may be elastically supported in the backward direction by an elastic member (not shown) interposed between the manipulation device housing 300a and the manipulation lever 340, and the manipulation lever 340 is attached to the manipulation device housing. It may be elastically supported in the direction of releasing the pull of the second cable 330c by an elastic member (not shown) interposed between (300a) and the operating lever 340.
- Figures 19 to 23 are diagrams showing the state in which each mode is set by pulling or releasing the first cable (330a, b) according to the operating device of the wearable robot of the present invention
- Figure 24 is a view showing the state of setting each mode according to the operating device of the wearable robot of the present invention. This is a diagram showing the state in which the pull of the second cable (330 ⁇ ) is released according to the operating device.
- the user presses the first stiffness adjustment button 310b disposed on one side of the manipulation device housing 300a to set MODE1 for the first manipulation target part 400 of the wearable robot. You can.
- the first stiffness adjustment button (310b) moves forward in the direction intersecting the 1-1 cable (330a) by the user's operation
- the first pressing portion (310b') is operated.
- the 1-1 cable 330a disposed across the internal space of the device housing 300a can be moved laterally while being pressed.
- the first pressing part 310b ' in the process of advancing through the space between the upper support part 360a and the lower support part 360b, the length of the 1-1 cable (330a) located between the upper support part 360a and the lower support part 360b. increases, and accordingly, the 1-1 cable 330a connected to the first manipulation target unit 400 of the wearable robot is pulled and MODE1 can be selected.
- the support part 360 may include an upper support part 360a and a lower support part 360b, and the upper support part 360a and the lower support part 360b are used in the process of advancing the first pressing part 310b'. Both sides of the first pressing portion 310b' can be supported simultaneously.
- the first rigidity adjustment button 310b which moves forward by an external force, is operated by the first pressing part 310b' while pressing the 1-1 cable 330a.
- the forward position is restricted by engaging the connection bar hook 371b, the MODE1 setting state for the first manipulation target unit 400 can be maintained.
- the change in length (n) of the 1-1 cable (330a) can be obtained as follows.
- m refers to the upper support portion 360a in contact with the 1-1 cable (c1a) while the first pressing portion (310b') presses the 1-1 cable (330a) as shown in FIG. 19(b). It may be the gap between the contact point of the lower support part 360b and the contact point of the first pressing part 310b', and L is the distance between the first pressing part 310b' and the 1-1 cable 330a, as shown in FIG. 19(a). ) may be the gap between the contact point of the upper support part 360a and the lower support part 360b, which are in contact with the 1-1 cable 330a, and the contact point of the first pressing part 310b' in a state in which the cable is not pressed.
- d may be the distance moved by the first pressing part 310b' in Figure 19(b)
- r 1 may be the radius of the upper support part 360a and the lower support part 360b
- r 2 may be the 1 may be the radius of the pressing portion 310b'.
- k is the first pressure part 310b' located between the upper support part 360a and the lower support part 360b in a state in which the first pressing part 310b' presses the 1-1 cable 330a, as shown in FIG. 19(b).
- -1 It may be the length of the cable 330a.
- ⁇ 1 may be the angle of the area where the 1-1 cable 330a is in contact among the outer peripheral surfaces of the upper support portion 360a and the lower support portion 360b
- ⁇ 2 may be the angle of the first pressing portion 310b'.
- the angle is 1/2 of the area in contact with the 1-1 cable 330a among the outer circumferential surfaces
- n may be the amount of change in length of the 1-1 cable 330a.
- the user presses the second stiffness adjustment button 310c disposed on one side of the manipulation device housing 300a to set MODE2 for the first manipulation target part 400 of the wearable robot.
- the second pressing portion 310c' is 2
- the length of the first-second cable 330b located between the upper support part 360a and the lower support part 360b may increase.
- the 1-2 cable 330b of the wearable robot can be pulled to select MODE2, and the second rigidity adjustment button 310c, which has moved forward, is connected to the 1-2 cable by the second pressing part 310c'.
- the forward position is restricted by engaging the second connection bar hook 371c while pressing (330b)
- the MODE2 setting state for the first manipulation target unit 400 can be maintained.
- FIG. 20 In the process of selecting MODE2 from the selected state of MODE1 as shown in FIG. 21, when the second rigidity adjustment button (310c) is engaged with the second connection bar hook (371c), the second connection bar hook (371c) is moved to the second position. You can move to and then move to the first position.
- the plurality of connecting bar hooks 371 are connected by the connecting bar 370 and can be formed as one unit, in the process of engaging the second rigidity adjustment button 310c with the second connecting bar hook 371c, The first rigidity adjustment button 310b, which was previously restrained, may be released from restraint.
- the user presses the third rigidity adjustment button 310d disposed on one side of the manipulation device housing 300a to set MODE3 for the first manipulation target part 400 of the wearable robot. You can.
- the third pressing portion (310d') moves the 1-1 cable (330a) and the 1-2 cable (330b), respectively.
- the lengths of the 1-1 cable 330a and the 1-2 cable 330b located between the upper support part 360a and the lower support part 360b may increase. Accordingly, the 1-1 cable (330a) and the 1-2 cable (330b) can be pulled at the same time to select MODE3, and the third rigidity adjustment button (310d) that has moved forward is connected to the third connection bar hook (371d).
- the MODE3 setting state for the first operation target unit 400 can be maintained.
- the user presses the 0th stiffness adjustment button 310a disposed on one side of the manipulation device housing 300a to set the MODE0 for the first manipulation target part 400 of the wearable robot. It can be pressurized.
- the 0th rigidity adjustment button 310a which moves forward by an external force, can move the 0th connection bar hook 371a to the second position.
- the connecting bar hooks 371 are connected to each other through the zero connecting bar hook 371a and the connecting bar 370, each of the first rigidity adjustment button 310b to the third rigidity adjustment button 310d You can release the restraints on and through this, you can deselect MODE1, MODE2, and MODE3 that were previously selected.
- the zeroth stiffness control button (310a) moves backward as the elastic member elastically compressed during the advancement of the zeroth stiffness control button (310a) is elastically restored. It can be returned to its original position.
- the second manipulation target unit 400' of the wearable robot is deactivated while the second cable 330c is pulled, and activated when the second cable 330c is released.
- the user may press the manipulation lever 340 disposed on the other side of the manipulation device housing 300a to deactivate the second manipulation target portion 400' of the wearable robot.
- the manipulation lever 340 can move downward along the guide hole 380 of the manipulation device housing 300a while fixing the other end of the second cable 330c by the user's manipulation. Accordingly, the second cable 330c is pulled by moving the manipulation lever 340 in the downward direction while the other end is connected to the manipulation lever 340, and thus the second manipulation target portion of the wearable robot is The function of (400') may be disabled.
- the amount of change in length of the second cable 330c is set equal to the moving distance of the operation lever 340, the amount of change in length of the second cable 330c required to deactivate the function of the second operation target unit 400' The movement length of the operation lever 340 can be easily designed.
- the operation lever 340 which moves downward, engages with the clutch operation button hook 320a while pulling the second cable 330c, so that the lowering position may be restricted. Accordingly, the functionally deactivated state of the second manipulation target unit 400' of the wearable robot may be maintained.
- the user may press the release button 320b disposed on one side of the manipulation device housing 300a to activate the function of the second manipulation target unit 400' of the wearable robot.
- the release button 320b is arranged to move in a horizontal direction intersecting the second cable 330c, and can move forward in a direction to be recessed into the inside of the operating device housing 300a by an external force.
- the clutch operation button hook 320a moves together with the release button 320b and is separated from the operation lever 340, so that the restraint on the operation lever 340 can be released.
- the operation lever 340 is elastically supported in the upward direction by an elastic member (not shown), it can be separated from the clutch operation button hook 320a and move upward by the elastic force of the elastic member. Accordingly, the function of the second manipulation target unit 400' of the wearable robot can be activated by releasing the pull on the second cable 330c connected to the manipulation lever 340.
- the operation lever 340 is configured to be operated manually, and the power generated from the operation lever 340 is transmitted to the first operation target unit 400 and the second operation target through a cable.
- electronic elements such as batteries or drive motors can be excluded, which allows operation without restrictions on usage time, lightweight and durability, and easy maintenance. It can provide one advantage.
- Figure 33 is a diagram for explaining the clutch operation and rigidity adjustment operation of each switch of the rigidity adjustment button switch board according to the operation of the rigidity adjustment button according to an embodiment of the present invention.
- Figure 34 is a diagram for explaining the clutch operation of each switch of the rigidity adjustment button switch board according to the operation of the rigidity adjustment button according to an embodiment of the present invention.
- a 0th stiffness adjustment button switch (231a), a first stiffness adjustment button switch (231b), a second stiffness adjustment button switch (231c), and a third stiffness adjustment button switch (231c) A stiffness adjustment button switch (231d) may be located, and the zeroth stiffness adjustment button switch (231a) is the zeroth stiffness adjustment button (310a), and the first stiffness adjustment button switch (231b) is the first stiffness adjustment button (310b).
- the second stiffness control button switch 231c may correspond to the second stiffness control button 310c, and the third stiffness control button switch 231d may correspond to the third stiffness control button 310d.
- the zeroth stiffness adjustment button 310a when the user presses the zeroth stiffness adjustment button 310a, as the zeroth stiffness adjustment button switch 231a is pressed, an electrical signal is transmitted to the stiffness adjustment unit 230 wired or wirelessly. And, the small driver module 230' for rigidity adjustment operates by the transmitted electrical signal, so that the small driver module 230' for rigidity adjustment can drive the locking unit 234.
- the locking unit 234 exerts an elastic force pressing counterclockwise in the drawing around a predetermined axis by a torsion spring on the upper side of the slider 220, and the sliding cam 232 moves horizontally.
- the rotation angle changes depending on whether there is contact with the sliding cam 232, and the movement of the slider 220 is restricted by contact with the locking cam 222, or the contact with the locking cam 222 is released to prevent the slider 220 from moving.
- the restraints can be lifted.
- the sliding cam 232a contacts the locking unit 234 and rotates the locking unit 234 clockwise to lock the locking unit.
- the coupling between 234 and the locking protrusion 222 formed on the upper surface of the slider 220 may be released. Therefore, free movement of the slider 220 is possible.
- the small driver module 230' for rigidity adjustment drives the locking unit 234 by the operation of the manipulation device 401
- the small driver module 230' for rigidity adjustment can move the first cable 330a to the left, and the sliding cam 232 connected to the first cable 330a can move to the left to release the contact with the locking unit 234.
- the locking part 234 is rotated counterclockwise by the elastic force of the torsion spring formed on the rotation axis of the locking part 234, so that the distance between the locking part 234 and the locking protrusion 222 formed on the upper surface of the slider 220 is adjusted. By combining them, the movement of the slider 220b can be restricted.
- the sliding cam 232 and the locking unit 234 are arranged for each elastic moving part to restrain the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c of each elastic moving part. can be controlled individually.
- the small actuator module 230' for rigidity adjustment may individually control the restraints of the first slider 220a, the second slider 220b, and the third slider 220c of each elastic moving part.
- the small driver module 230' for rigidity adjustment operates by the transmitted electrical signal, so that the small driver module 230' for rigidity adjustment can drive the locking unit 234.
- This embodiment may also be applied to the second rigidity adjustment button 310c and the third rigidity adjustment button 310d.
- a clutch unit on button switch 233' and a clutch unit off button switch 235' are located on the clutch unit operation button switch board 231' shown in FIG. 33.
- the clutch unit on button switch 233' may correspond to the clutch unit on button 233
- the clutch unit off button switch 235' may correspond to the clutch unit off button 235.
- an electrical signal is transmitted wired or wirelessly to the small driver module 270' for clutch operation as the clutch unit on button switch 233' is pressed, and the transmitted The small driver module 270' for clutch operation operates by an electrical signal, so that the small driver module 270' for clutch operation can drive the ratchet gear 270.
- the small driver module 270' for clutch operation can rotate the ratchet gear 270, and the gear between the ratchet gear 270 and the gear train portion 252 is rotated by the rotation of the ratchet gear 270.
- the combination is controlled so that the rotation of the second fixing part 250 can be restricted or released.
- an electrical signal is transmitted to a small actuator for clutch operation as the clutch unit off button switch 235' is pressed. It is transmitted wired or wirelessly to the module 270', and the small driver module 270' for clutch operation operates by the transmitted electrical signal, so that the small driver module 270' for clutch operation drives the ratchet gear 270.
- the small driver module 270' for clutch operation can rotate the ratchet gear 270, and the gear between the ratchet gear 270 and the gear train portion 252 is rotated by the rotation of the ratchet gear 270.
- the combination is controlled so that the rotation of the second fixing part 250 can be restricted or released.
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Abstract
본 발명은 상체에 착용되는 상부 착용부; 상기 상부 착용부에 고정될 수 있는 허리 근력 보조부; 및 상기 허리 근력 보조부 하단부에 연결되는 하부 착용부;를 포함하고, 상기 허리 근력 보조부는 상기 상부 착용부에 고정될 수 있는 하우징; 상기 하우징의 내부에 직렬 또는 병렬로 배치되는 복수 개의 탄성 부재; 상기 탄성 부재 하부에 연결되고, 상기 하부 착용부와 연결되어 상하 슬라이딩 이동을 하는 이동부; 및 상기 탄성 부재의 강성을 조절하는 강성 조절부;를 포함하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇에 관한 것이다.
Description
본 발명은 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇 또는 착용형 로봇의 조작 장치에 관한 것이다.
착용형 로봇 시장은 노약자를 위한 보조 및 재활 분야를 중심으로 높은 성장률을 보이고 있으나, 산업 현장에서의 생산성 향상을 위한 로봇 수요가 크게 증가하는 중이다.
근골격계 질환 예방, 피로 감소 및 생산성 향상을 목적으로 착용형 로봇에 대한 관심 및 착용형 로봇의 실질적 적용이 물류, 건설, 제조, 서비스 등의 산업으로 확산되고 있다.
특히, 착용형 로봇은 산업 현장에서 작업 환경에 따른 유연한 대처가 가능한 점, 생산성을 높이는 점, 작업자의 위험 및 피로를 감소시키는 점 등의 긍정적 효과로 인해 산업 전반에 걸쳐 확산될 가능성이 높은 기술이다. 예를 들어, 세계 유명 자동차 회사인 미국의 포드, 독일의 BMW, 아우디, 프랑스 르노 등의 자동차 생산 라인에 착용형 로봇을 선제적으로 적용하고 있다.
이와 같이, 산업 현장 및 일상 생활 보조를 위한 착용형 로봇은 높은 관심과 수요가 있는 반면에, 개발되어 있는 착용형 로봇의 비싼 가격 및 무거운 무게, 불편한 착용감 등은 대중화의 걸림돌로 작용하고 있으며 폭넓게 보급되지 못하고 있는 현실이다.
따라서 착용형 로봇 대중화의 한계인 비싼 가격, 무겁고 복잡한 시스템, 불편한 착용감 등을 극복하고 저렴한 가격, 가볍고 단순한 시스템, 편안한 착용감을 갖는 단순/경량의 착용형 로봇의 개발이 요구되고 있다.
또한, 물류, 유통, 건설, 제조 작업 등에서는 팔, 어깨, 허리 등의 부위별 보조가 필요하며, 가볍고 편하며 제작 단가를 낮추기 위해 딱딱한 프레임의 비중을 줄이고 유연한 특성을 갖는 단순한 구조로 특정 신체 부위를 효과적으로 보조할 수 있는 방안을 마련하는 것이 중요하다.
착용형 로봇이 상용화 단계에 이르기 위해서는 제품 단가, 경량화, 효율 등의 이슈로 관절 전체를 도와주는 전신 버전의 착용형 로봇이 아닌 핵심적으로 필요한 관절/부분 만을 보조해주는 착용형 로봇으로 개발이 되어야 한다. 특히, 작업 보조형 착용형 로봇의 경우 고중량물을 취급하는 경우가 아니라면 물류, 제조, 건설 현장 등에서 경/중중량물의 작업 보조를 위하여 소형 구동기 또는 스프링과 같은 수동형 메커니즘의 적용이 가능하며 이를 통하여 경량화와 장시간 착용성이 우수한 시스템을 구현 가능하다.
이와 더불어 작업 환경에 따라서 보조력의 크기를 조절하는 것이 필요하며, 착용형 로봇에 의해 보조력을 전달 받을 수 있는 운동 범위를 제한하여 보다 효율적으로 보조력을 전달시킬 수 있다.
이에, 본 발명에서는 소형 구동기 또는 수동형 메커니즘과 기구적인 잠금 기능을 적용하여 경량의 장시간 착용이 가능한 작업 보조 로봇을 제안하고자 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 강성(stiffness)을 조절할 수 있는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상체에 착용되는 상부 착용부; 상기 상부 착용부에 고정될 수 있는 허리 근력 보조부; 및 상기 허리 근력 보조부 하단부에 연결되는 하부 착용부;를 포함하고, 상기 허리 근력 보조부는 상기 상부 착용부에 고정될 수 있는 하우징; 상기 하우징의 내부에 직렬 또는 병렬로 배치되는 복수 개의 탄성 부재; 상기 탄성 부재 하부에 연결되고, 상기 하부 착용부와 연결되어 상하 슬라이딩 이동을 하는 이동부; 및 상기 탄성 부재의 강성을 조절하는 강성 조절부;를 포함하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 포함한다.
본 발명은 상기 이동부의 하향 이동 범위를 제한하는 클러치부;를 더 포함하고, 상기 클러치부는 상기 이동부를 수평으로 감아 좌우 상부로 연장되는 와이어;상기 와이어의 일단을 고정시키는 제1 고정부; 및 상기 와이어의 타단을 원주 방향으로 감아 고정시키고, 탄성 회전하도록 회전축에 릴 스프링(reel spring)이 장착되는 제2 고정부;를 포함하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 포함한다.
본 발명은 상기 허리 근력 보조부의 복수 개의 탄성 부재는 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재를 포함하고, 상기 제1 탄성 부재의 상단은 상기 하우징에 고정되고, 하단은 상기 슬라이더에 고정되며, 상기 제2 탄성 부재의 상단은 상기 슬라이더에 고정되고, 하단은 상기 이동부에 고정되는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 포함한다.
본 발명은 상기 제2 탄성 부재의 탄성 계수값은 상기 제1 탄성 부재의 탄성 계수값보다 큰, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 포함한다.
본 발명은 상기 슬라이더의 상단면에는 상기 슬라이더의 이동 방향으로 걸림턱이 형성되고, 상기 강성 조절부는 상기 슬라이더의 상측에서 상기 슬라이더의 이동 방향으로 수평 이동하는 슬라이딩 캠; 및 상기 슬라이딩 캠이 이동할 때 상기 슬라이딩 캠과의 접촉 유무에 따라서 상기 걸림턱과 접촉하거나 접촉을 해제하여, 상기 슬라이더의 이동을 구속하거나 구속을 해제하는 락킹부를 더 포함하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 포함한다.
본 발명은 상기 강성 조절부는 상기 슬라이더와 연결되는 케이블을 더 포함하고, 상기 케이블을 당기거나 당김을 해제하여 상기 슬라이더를 이동시키는 조작 장치를 더 포함하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 포함한다.
본 발명은 상기 클러치 조작부는 상기 제2 고정부에 원주 방향으로 기어가 형성된 기어열부; 및 상기 기어열부의 기어와 기어결합을 하거나 기어결합을 해제하여, 상기 제2 고정부의 회전을 구속하거나 구속 해제하는 래칫 기어;를 포함하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 포함한다.
본 발명은 상기 클러치 조작부는 상기 래칫 기어와 연결되는 케이블을 더 포함하고, 상기 케이블을 당기거나 당김을 해제하여 상기 래칫 기어를 움직이는 조작 장치를 더 포함하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 포함한다.
본 발명은 상기 제1 고정부에는 탄성 회전하도록 회전축에 릴 스프링이 장착되고, 상기 제1 고정부에 장착되는 릴 스프링의 탄성 계수값이 상기 제2 고정부에 장착되는 릴 스프링의 탄성 계수값보다 작은 것을 특징으로 하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 포함한다.
본 발명은 상기 허리 근력 보조부에 내장되어, 상기 착용형 로봇의 착용자의 허리 굽힘 각도, 허리 비틀림 각도, 또는 허리 숙임 각도 중 어느 하나 이상을 측정하는 자세 인식 센서를 더 포함하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 포함한다.
본 발명은 상기 자세 인식 센서는 사용자 디바이스 또는 통신망과 유선 또는 무선으로 연결되고, 상기 측정한 허리 굽힘 각도, 허리 비틀림 각도, 또는 허리 숙임 각도 중 어느 하나 이상을 서버로 전송하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 포함한다.
본 발명은 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치에 있어서, 조작 장치 하우징; 일단은 상기 제1 조작 대상부에 연결되고 타단은 상기 조작 장치 하우징에 고정되는 복수 개의 제1 케이블; 일단은 상기 제2 조작 대상부에 연결되고 타단은 상기 조작 장치 하우징에 고정되는 제2 케이블; 상기 제1 조작 대상부에 연결된 상기 복수 개의 제1 케이블을 당기거나 당김을 해제할 수 있는 강성조절버튼; 및 상기 제2 조작 대상부에 연결된 상기 제2 케이블을 당기거나 당김을 해제할 수 있는 클러치부 동작버튼;을 포함하고, 상기 강성조절버튼은 상기 제1 케이블을 가압하는 가압부를 포함하는, 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치를 포함한다.
본 발명은 상기 조작 장치 하우징은 상기 복수 개의 제1 케이블의 타측에서 상기 가압부를 사이에 두고 상기 복수 개의 제1 케이블의 길이 방향에 대하여 상호 이격 배치되는 상단 지지부와 하단 지지부를 포함하는, 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치를 포함한다.
본 발명은 상기 강성조절버튼은 복수 개의 제1 케이블 중 적어도 어느 하나를 동시에 가압할 수 있는 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치를 포함한다.
본 발명은 연결바 후크를 더 포함하고, 상기 연결바 후크는 상기 강성조절버튼이 제1 케이블을 가압하는 방향으로 이동한 위치에서, 상기 강성조절버튼의 위치를 구속할 수 있는 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치를 포함한다.
본 발명은 상기 강성조절버튼과 상기 연결바 후크는 각각 복수 개로 이루어지고, 상기 연결바 후크는 연결바에 연결되어 일체로 구성되며, 상기 강성조절버튼에 의해 동시에 구속 해제방향으로 이동할 수 있는 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치를 포함한다.
본 발명은 상기 제2 케이블의 길이 방향과 나란한 방향으로 슬라이딩할 수 있는 조작 레버를 더 포함하며, 상기 조작 레버가 상기 제2 케이블을 당기는 방향으로 이동한 위치에서 상기 조작 레버의 위치를 구속할 수 있는 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치를 포함한다.
본 발명은 상기 클러치부 동작버튼은, 상기 조작 레버가 상기 제2 케이블을 당기는 방향으로 이동한 위치에서 상기 조작 레버의 위치를 구속할 수 있는 클러치부 동작버튼 후크를 더 포함하는 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치를 포함한다.
본 발명은 상기 클러치부 동작버튼은 상기 조작 레버의 구속을 해제하는 방향으로 상기 클러치부 동작버튼 후크를 이동시킬 수 있는 해제버튼을 더 포함하는 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치를 포함한다.
본 발명은 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇 착용자의 허리 부상 위험도에 관한 정보를 나타내는 사용자 인터페이스를 제공하는 방법에 있어서, 상기 착용형 로봇에 내장된 자세 인식 센서로부터 착용자의 허리 굽힘 각도, 허리 비틀림 각도, 및 허리 숙임 각도를 포함하는 착용자의 허리 부상 위험도에 관한 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 정보에 기초하여 착용자의 상기 허리 부상 위험도에 관한 정보를 생성하는 단계; 상기 생성된 정보를 시각화하여 나타내는 사용자 인터페이스를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 사용자 인터페이스를 디스플레이하는 단계;를 포함하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇 착용자의 허리 부상 위험도에 관한 정보를 나타내는 사용자 인터페이스를 제공하는 방법을 포함한다.
본 발명은 상기 사용자 인터페이스를 생성하는 단계;에서, 상기 착용자의 허리 굽힘 각도, 허리 비틀림 각도, 및 허리 숙임 각도 정보를 실시간으로 시각화하여 나타내는 것을 포함하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇 착용자의 허리 부상 위험도에 관한 정보를 나타내는 사용자 인터페이스를 제공하는 방법을 포함한다.
본 발명은 상기 사용자 인터페이스를 생성하는 단계;에서, x축 시간 y축 허리 굽힘 각도 그래프 사용자 인터페이스 또는 x축 시간 y축 허리 비틀림 각도 그래프 사용자 인터페이스를 제공하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇 착용자의 허리 부상 위험도에 관한 정보를 나타내는 사용자 인터페이스를 제공하는 방법을 포함한다.
본 발명은 상기 사용자 인터페이스를 생성하는 단계;에서, 착용자 허리 부상 위험 그림 사용자 인터페이스, 착용자 작업 페이스 정보 제공 사용자 인터페이스, 착용자 작업 균형 정보 제공 사용자 인터페이스, 및 착용자 허리부상 위험도 정보 제공 사용자 인터페이스 중 어느 하나 이상을 제공하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇 착용자의 허리 부상 위험도에 관한 정보를 나타내는 사용자 인터페이스를 제공하는 방법을 포함한다.
본 발명은 상기 사용자 인터페이스를 생성하는 단계;에서, 착용자 일일 총 동작 횟수 정보 제공 사용자 인터페이스, 착용자 안전 동작 비율 정보 제공 사용자 인터페이스, 착용자 일일 부하 절감 양 정보 제공 사용자 인터페이스, 착용자 착용형 로봇 착용 시간 정보 제공 사용자 인터페이스, 및 착용자 일일 동작 안전 점수 정보 제공 사용자 인터페이스 중 어느 하나 이상을 제공하는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇 착용자의 허리 부상 위험도에 관한 정보를 나타내는 사용자 인터페이스를 제공하는 방법을 포함한다.
본 발명은 상기 착용자 안전 동작 비율 정보 제공 사용자 인터페이스는 100%를 기준으로, 착용자 일일 과도한 허리 굽힘 비율 정보 제공 사용자 인터페이스, 착용자 일일 장시간 허리 구부림 비율 정보 제공 사용자 인터페이스, 착용자 일일 사이드 허리 구부림 비율 정보 제공 사용자 인터페이스 및 착용자 일일 허리 비틀기 비율 정보 제공 사용자 인터페이스의 값들 중 어느 하나 이상 또는 이들 중 둘 이상의 결합의 비율의 평균을 차감하여 계산되는, 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇 착용자의 허리 부상 위험도에 관한 정보를 나타내는 사용자 인터페이스를 제공하는 방법을 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇에 따르면 허리 근력을 이용하는 작업의 유형 또는 보조해야 하는 작업의 강도에 따라서 강성(stiffness)을 조절할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 작업의 유형에 따라서 착용자의 움직임 범위를 제한할 수 있는 클러치 기능이 있다는 장점도 있다.
또한, 강성 조절 기능과 클러치 기능이 독립적으로 조작 가능하다는 장점도있다.
본 발명에 따르면, 착용형 로봇에 구비된 강성(stiffness)을 조절하거나 움직임 범위를 제한하도록 제어할 수 있는 착용형 로봇의 조작 장치가 제공된다.
또한, 사용 시간에 제한 없이 조작 가능하고, 별도의 전자식 작동 요소가 존재하지 않아 경량화 및 내구성 확보가 가능할 뿐만 아니라, 유지 보수가 용이한 착용형 로봇의 조작 장치가 제공된다.또한, 착용형 로봇의 허리 근력 보조부에 구비된 액츄에이터를 이용하여, 더 다양한 강성을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 물체를 들어올리는 동작 시 척추 및 척추기립근에 작용하는 힘-모멘트를 분석하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 입었을 때 물체를 들어올리는 동작 시 척추 및 척추기립근에 작용하는 힘-모멘트를 분석하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 착용 상태를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 허리 근력 보조부의 상세 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 허리 근력 보조부의 주요부를 도시하는 개념도이다.
도 6 내지 9는 도 5에서 강성 조절부의 제어 동작에 따른 허리 근력 보조부의 강성의 변화를 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 허리 근력 보조부의 측단면도이다.
도 11은 도 10에서 탄성이동부만 별도로 도시하는 도면이다.
도 12는 도 10에서 강성 조절부의 제어 동작에 따른 각 모드에서 슬라이딩 캠의 위치 변화를 설명하는 도면이다.
도 13은 슬라이딩 캠의 이동에 따른 슬라이더의 이동을 구속하거나 구속 해제하는 동작을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 클러치부의 동작을 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 허리 근력 보조부의 클러치부를 설명하기 위한 도면이다.
도 16 내지 도 17은 조작 장치 하우징의 전면 커버를 제거한 착용형 로봇의 조작 장치를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명인 착용형 로봇의 조작 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 19 내지 도 23은 본 발명 착용형 로봇의 조작 장치에 따라 제1 케이블의 당김 또는 당김을 해제하여 각 모드를 설정한 상태를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명 착용형 로봇의 조작 장치에 따른 제2 케이블의 당김을 해제한 상태를 나타낸 도면이다.
도 25는 본 발명인 조작 장치의 제1-1 케이블 또는 제1-2 케이블의 당김 또는 당김을 해제하여 각 모드를 설정한 상태를 나타낸 도면이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부의 작동을 설명하기 위한 블록도이다.
도 27은 본 발명에 따른 착용형 로봇의 센서가 허리근력 보조부 내에 내장된 것을 나타내는 도면이다.
도 28은 본 발명에 따른 착용형 로봇 착용자의 움직임을 센싱하는 사용자 인터페이스에서 실시간 착용자 움직임 센서 사용자 인터페이스를 나타내는 도면이다.
도 29는 본 발명에 따른 착용형 로봇 착용자의 움직임을 분석하는 사용자 인터페이스에서 착용자 움직임 분석 사용자 인터페이스를 나타내는 도면이다.
도 30은 본 발명에 따른 착용형 로봇 착용자의 움직임에 관한 결과 레포트 사용자 인터페이스에서 착용자 움직임 분석 레포트 사용자 인터페이스를 나타내는 도면이다.
도 31은 본 발명에 따른 착용형 로봇 착용자의 움직임에 관한 결과 레포트 사용자 인터페이스에서 착용자 움직임 안전 점수 레포트 사용자 인터페이스를 나타내는 도면이다.
도 32는 물체를 들어올리는 동작 시 착용자의 상체 및 중량물로 인해 허리에 가해지는 힘-모멘트를 분석하는 도면이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 강성조절버튼 스위치 보드의 각각의 스위치를 강성조절버튼의 동작에 따른, 클러치 동작 및 강성조절 조작을 설명하기 위한 도면이다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 강성조절버튼 스위치 보드의 각각의 스위치를 강성조절버튼의 동작에 따른, 클러치 동작을 설명하기 위한 도면이다.
[규칙 제91조에 의한 정정 03.11.2023]
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실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 원리
도 1은 물체를 들어올리는 동작 시 척추 및 척추기립근에 작용하는 힘-모멘트를 분석하는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 착용형 로봇을 입었을 때 물체를 들어올리는 동작 시 척추 및 척추기립근에 작용하는 힘-모멘트를 분석하는 도면이다.
도 1에 도시되어 있는 것과 같이 물건을 들어올릴 때, 척추 및 척추기립근에 작용하는 힘-모멘트 사이의 관계식은 다음과 같다.
여기서, Fmuscle은 물건을 들어올릴 때 척추 및 척추기립근에 작용하는 힘이고, dmuscle은 척추 및 척추기립근에 작용하는 힘의 모멘트 암(moment arm)이고, Fupper-body는 상체의 무게이고, dupper-body는 상체 무게에 대한 모멘트 암이고, Fweight는 물건의 무게이고, dweight는 물건의 무게에 대한 모멘트 암이다.
상기 식에서 살펴보면, 물건을 들어올릴 때 상체의 무게 및 물건의 무게에 의한 모멘트 힘을 이겨낼 수 있는 모멘트 힘이 척추 및 척추기립근에 의해 작용해야 물건을 들어올릴 수 있다.
물건을 들어올릴 때 척추 관절의 모멘트 암이 매우 작기 때문에 척추 및 척추기립근에서 매우 큰 힘으로 버티며 물건을 들어올려야 하며, 부하가 큰 작업이나 반복 작업 시 근골격계에 무리가 올 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 것과 같이 등허리에 탄성 밴드나 늘어나지 않는 밴드를 장착하여 물건을 들어올릴 때, 척추 및 척추기립근에 작용하는 힘-모멘트 사이의 관계식은 다음과 같다.
여기서, Fband는 착용형 로봇의 밴드에 작용하는 힘이고, Δdband는 밴드와 바디 사이의 거리이다.
따라서, 두 식을 비교하면, 물건을 들어올릴 때 밴드에 작용하는 힘을 보조력으로 전달받을 수 있으므로 척추 및 척추기립근에서 보다 작은 힘을 이용하여 물건을 들어올릴 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 척추 근력을 보조하는 착용형 로봇의 상세 구성 및 동작을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 착용 상태를 도시하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 허리 근력 보조부의 상세 구성을 도시하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 허리 근력 보조부의 주요부를 도시하는 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇은 상부 착용부(110), 허리 근력 보조부(200) 및 하부 착용부(120)를 포함할 수 있다.
상부 착용부(110)는 상체에 착용되며 허리 근력 보조부(200)를 고정시킨다. 상부 착용부(110)는 도시되어 있는 것과 같이 양쪽 어깨띠로 어깨에 고정될 수 있는데, 상부 착용부(110)의 고정 형태, 고정 위치 및 고정 방법은 도시된 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상부 착용부(110)는 가볍고 착용감이 좋은 직물 소재로 형성되거나 쿠션 기능이 있는 소재로 형성될 수 있다.
허리 근력 보조부(200)는 상부 착용부(110)에 고정되어 등허리에 안착되고, 허리를 굽히거나 펴는 동작에 대하여 허리 근력을 보조한다.
하부 착용부(120)는 허리 아래에 착용되고 허리 근력 보조부(200) 하단부에 연결된다. 하부 착용부(120)는 신체에 착용되는 착용부(122)와 허리 근력 보조부(200) 사이를 연결하는 연결부(124)를 포함할 수 있다. 연결부(124)는 비탄성 재질의 스트랩으로 형성될 수 있는데, 반드시 이에 한정되지 않고 탄성 재질로 형성될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 착용부(122)는 양쪽 다리의 종아리를 벨트 형태로 감아 버클이나 밸크로 방식으로 고정시키는 구조를 도시하는데 고정 형태, 고정 위치 및 고정 방법은 도시된 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하부 착용부(120)의 고정 위치는 발 또는 허벅지 또는 종아리 일 수 있다.
또한, 허리 근력 보조부(200)의 하단부와 양쪽 다리의 각 착용부(122)는 하부 착용부(120)의 연결부(124)에 의해 연결될 수 있다. 연결부(124)는 비탄성 재질의 스트랩으로 형성될 수 있는데, 반드시 이에 한정되지 않고 탄성 재질로 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 신체 전방에는 허리 근력 보조부(200)의 강성을 조절하는 강성 조절부(230)를 동작시키거나, 클러치부(390)를 동작시키는 조작 장치(401)가 배치될 수 있다. 본 실시예에서 조작 장치(401)에는 허리 근력 보조부(200)의 강성을 MODE 0, MODE 1, MODE 2, MODE 3으로 조절하는 강성조절버튼(310) 및 클러치부 동작버튼(320)이 각각 배치될 수 있다. 조작 장치(401)와 허리 근력 보조부(200)는 케이블(330)로 연결될 수 있는데, 이에 대한 상세 구성은 후술하기로 한다.
본 발명에 따르면, 허리 근력 보조부(200)는 제1 탄성 부재(205), 제2 탄성 부재(208), 이동부(210), 강성 조절부(230), 및 하우징(290)을 포함할 수 있다. 또한, 클러치부(390)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 하우징(290)은 상부 착용부(110)에 고정될 수 있으며, 탈부착 형식일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 허리 근력 보조부(220)는 상부 착용부(110)와 분리될 수도 있으나, 일체로 형성되는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 제1 탄성 부재(205) 및 제2 탄성 부재(208)는 복수 개의 탄성 부재가 직렬 또는 병렬로 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이동부(210)는 제2 탄성 부재(208)의 하단과 하부 착용부(120)의 연결부(124) 상단에 연결되며, 제2 탄성 부재(208)와 하부 착용부(120)의 연결부(124) 사이에 위치하여, 허리의 움직임에 따라서 하우징(290) 내에서 상하 슬라이딩 이동을 할 수 있다. 이하 설명에서 별도의 설명이 없으면 상부 및 하부의 방향은 허리 근력 보조부(200)가 등허리에 안착되었을 때 허리축 방향 기준으로 상부 및 하부의 방향을 의미할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(290)은 이동부(210)의 상하 슬라이딩 이동을 가이드하도록 형성될 수 있다. 이동부(210)가 상하 슬라이딩 이동을 함에 따라서 제1 탄성 부재(205), 또는 제2 탄성 부재(208)가 늘어나 제1 탄성 부재(205), 또는 제2 탄성 부재(208)에 탄성력이 저장될 수 있고, 상기 탄성력에 의해 이동부(210)가 다시 원위치로 복구할 수 있다.
본 발명에 따르면, 강성 조절부(230)는 이동부(210)가 이동할 때 제1 탄성 부재(205), 또는 제2 탄성 부재(208)가 형성하는 전체 강성(stiffness)을 조절할 수 있다. 본 실시예에서 강성이라고 하면 탄성 계수를 의미할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 탄성 부재(205), 또는 제2 탄성 부재(208)가 형성하는 강성이 작으면 허리가 움직일 때 상대적으로 작은 힘으로 이동부(210)가 이동되며, 보조력은 상대적으로 작아진다. 반대로, 제1 탄성 부재(205), 또는 제2 탄성 부재(208)가 형성하는 강성이 크면 허리가 움직일 때 상대적으로 큰 힘으로 이동부(210)가 이동되며, 보조력은 상대적으로 커진다. 즉, 강성에 따라서 보조력을 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 착용자의 작업의 유형 또는 보조해야 하는 작업의 강도에 따라서 강성을 조절할 수 있다.
도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 탄성 부재(205)는 제2 탄성 부재(208)와 직렬로 연결될 수 있다. 이때, 제1 탄성 부재(205)의 상단은 하우징(290)에 고정될 수 있고 하단은 슬라이더(220)에 고정될 수 있으며, 제2 탄성 부재(208)의 상단은 슬라이더(220)에 고정될 수 있고, 제2 탄성 부재(208)의 하단은 이동부(210)에 고정될 수 있다. 제1 탄성 부재(205), 슬라이더(220) 및 제2 탄성 부재(208)가 탄성 이동부를 구성하는데, 도면에서는 상기 탄성 이동부가 3개 병렬로 배치되어 있는 실시예를 도시한다. 상기 탄성 이동부의 병렬 배치되는 개수는 이에 한정되지 않고 1개만 배치될 수도 있다.
구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 탄성 부재(205)는 제1-1 탄성 부재(205a), 제1-2 탄성 부재(205b), 및 제1-3 탄성 부재(205c)를 포함할 수 있으며, 슬라이더(220)는 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)를 포함할 수 있으므로, 제1-1 탄성 부재(205a), 제1-2 탄성 부재(205b), 제1-3 탄성 부재(205c)의 상단은 하우징(290)에 고정될 수 있고, 제1-1 탄성 부재(205a)의 하단은 제1 슬라이더(220a)에 고정될 수 있으며, 제1-2 탄성 부재(205b)의 하단은 제2 슬라이더(220b)에 고정될 수 있고, 제1-3 탄성 부재(205c)의 하단은 제3 슬라이더(220c)에 고정될 수 있다.
또한, 제2 탄성 부재(208)는 제2-1 탄성 부재(208a), 제2-2 탄성 부재(208b), 및 제2-3 탄성 부재(208c)를 포함할 수 있으므로, 제2-1 탄성 부재(208a), 제2-2 탄성 부재(208b), 및 제2-3 탄성 부재(208c)의 하단은 이동부(210)에 고정될 수 있으며, 제2-1 탄성 부재(208a)의 상단은 제1 슬라이더(220a)에 고정될 수 있고, 제2-2 탄성 부재(208b)의 상단은 제2 슬라이더(220b)에 고정될 수 있으며, 제2-3 탄성 부재(208c)의 상단은 제3 슬라이더(220c)에 고정될 수 있다.
이와 같이, 탄성이동부는 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)를 사이에 두고, 제1 탄성 부재(205) 및 제2 탄성 부재(208)가 직렬로 연결되는 형태를 가지며, 제1 탄성 부재(205)는 상단이 하우징(290)에 고정되며 제2 탄성 부재(208)는 하단이 이동부(210)에 고정된다. 따라서, 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)는 제1 탄성 부재(205)와 제2 탄성 부재(208) 사이에서 상하로 이동을 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)가 구속 없이 자유롭게 상하 이동이 가능한 경우, 이동부(210)가 상하 이동할 때 제1 탄성 부재(205)와 제2 탄성 부재(208)의 탄성이 동시에 작용할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 가장 좌측의 탄성 이동부의 경우, 제1 슬라이더(220a)가 구속 없이 자유롭게 상하 이동이 가능한 경우에 제1-1 탄성 부재(205a)의 탄성 계수 k1과 제2-1 탄성 부재(208a)의 탄성 계수 k4가 동시에 작용하므로, 도 5에 도시된 가장 좌측의 탄성 이동부의 전체 탄성 계수는 감소할 수 있다.
반대로, 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 이동을 구속하여 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)가 상하 이동을 할 수 없는 경우, 도 5에 도시된 가장 좌측의 탄성 이동부의 경우에, 이동부(210)가 상하 이동을 할 때 제2-1 탄성 부재(208a)의 탄성만 작용하여 제1 슬라이더(220a)가 구속 없이 자유롭게 상하 이동을 하는 경우에 비하여, 도 5에 도시된 가장 좌측의 탄성 이동부의 전체 탄성 계수가 커질 수 있다.
이와 같이, 강성 조절부(230)는 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 이동을 구속하거나 구속 해제하도록 하여 강성을 조절할 수 있다.
도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 탄성 이동부는 3개 병렬로 배치될 수 있는데, 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 구속 조건을 다르게 하면 전체 탄성 계수를 더욱 다양하게 조절할 수가 있다.
이 때, 제1-1 탄성 부재(205a), 제1-2 탄성 부재(205b), 및 제1-3 탄성 부재(205c)의 탄성 계수는 제2-1 탄성 부재(208a), 제2-2 탄성 부재(208b), 및 제2-3 탄성 부재(208c)의 탄성 계수보다 작은 탄성 계수를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제1-1 탄성 부재(205a), 제1-2 탄성 부재(205b), 및 제1-3 탄성 부재(205c)의 탄성 계수는 이동부(210)의 위치를 원상 복구시킬 수 있을 정도의 아주 작은 탄성 계수를 가질 수 있다.
이 경우, 강성 조절부(230)에 의해 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 구속이 해제되어 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)가 구속 없이 자유롭게 상하 이동을 할 수 있으면, 아주 작은 탄성 계수를 가지는 제1-1 탄성 부재(205a), 제1-2 탄성 부재(205b), 및 제1-3 탄성 부재(205c)에 의해 제1 탄성 부재(205) 및 제2 탄성 부재(208)이 직렬 연결되는 탄성 이동부의 전체 탄성 계수의 값이 아주 작아져 이동부(210)가 이동할 때 강성이 아주 작아질 수 있다.
반대로, 강성 조절부(230)에 의해 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 이동이 구속되어 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)가 상하 이동을 할 수 없으면, 이동부(210)가 이동할 때 큰 탄성 계수를 가지는 제2 탄성 부재(208)의 탄성력만 작용하므로 상대적으로 강성이 커질 수 있다.
본 실시예에서 제1 탄성 부재(205) 및 제2 탄성 부재(208)는 스프링, 탄성 밴드, 탄성 빔 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이때, 탄성 빔은 탄성 재질로 바 형태로 형성된 것을 의미할 수 있다.
이하, 3개의 탄성 이동부가 병렬 배치되는 구조에 대하여 강성 조절부(230)의 동작에 따른 강성의 변화를 도 6 내지 도 9를 참조로 설명하기로 한다.
도 6 내지 9는 도 5에서 강성 조절부(230)의 제어 동작에 따른 허리 근력 보조부(200)의 강성의 변화를 설명하는 도면이다.
도시된 바와 같이, 착용자가 허리를 굽히는 동작을 하면 제1 탄성 부재(205) 및 제2 탄성 부재(208)의 길이가 변하며, 이에 따라, 이동부(210)가 하우징(290)이 가이드하는 상하 방향으로 이동을 할 수 있다. 이때, 강성 조절부(230)의 제어 동작에 의해 이동부(210)가 이동할 때의 제1-1 탄성 부재(205a), 제1-2 탄성 부재(205b), 제1-3 탄성 부재(205c), 제2-1 탄성 부재(208a), 제2-2 탄성 부재(208b), 및 제2-3 탄성 부재(208c)가 형성하는 전체 강성을 다양하게 조절할 수 있다.
먼저, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이 MODE 0에서 강성 조절부(230)는 3개의 탄성 이동부의 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 이동을 모두 구속하지 않는다. 따라서, 이동부(210)가 이동할 때, 임계값 이하의 탄성 계수를 갖는 제1-1 탄성 부재(205a), 제1-2 탄성 부재(205b), 제1-3 탄성 부재(205c)의 임계값 이하의 탄성 계수인 k1, k2, k3가 각각 작용하여 MODE0, MODE1, MODE2, MODE3 중 가장 전체 탄성 계수값이 낮은 강성 모드를 가지게 된다.
도 7에 도시되어 있는 것과 같이 MODE 1에서 강성 조절부(230)는 제2 슬라이더(220b)의 이동만 구속시키고, 제1 슬라이더(220a), 및 제3 슬라이더(220c)의 이동은 구속하지 않는다. 따라서, 제1 슬라이더(220a), 및 제3 슬라이더(220c)를 갖는 탄성 이동부는 상대적으로 작은 임계값 이하의 탄성 계수를 가지는 제1-1 탄성 부재(205a), 제1-3 탄성 부재(205c)의 k1, k3에 근사하는 탄성 계수를 가질 수 있고, 제2 슬라이더(220b)를 갖는 탄성 이동부의 탄성 계수는 상대적으로 큰 임계값 이상의 탄성 계수를 가지는 제2-2 탄성 부재(208b)의 탄성 계수인 k5를 가질 수 있다.
따라서, 병렬 배치되는 3개의 탄성 이동부에 대하여 k1, k3 값은 전체 강성에 거의 영향을 미치지 않으므로, 전체 탄성 계수값은 k5 값에 근사하는 값을 가져 MODE 0 보다는 강성이 강한 중약 강성 모드를 가지게 된다. 구체적으로, MODE 1에서 강성 조절부(230)는 제2 슬라이더(220b)의 이동만 구속시키는 것과 관련하여, 이하 도 13에서 자세히 서술한다.
도 8에 도시되어 있는 것과 같이 MODE 2에서 강성 조절부(230)는 제2 슬라이더(220b)의 이동은 구속시키지 않고, 제1 슬라이더(220a) 및 제3 슬라이더(220c)의 이동을 구속시킬 수 있다. 따라서, 제1 슬라이더(220a) 및 제3 슬라이더(220c)를 갖는 탄성 이동부의 탄성 계수는 상대적으로 큰 임계값 이상의 탄성 계수값을 가지는 제2-1 탄성 부재(208a) 및 제2-3 탄성 부재(208c)의 탄성 계수인 k4, k6을 각각 가지게 되고, 제2 슬라이더(220b)를 갖는 탄성 이동부의 탄성 계수는 아주 작은 임계값 이하의 탄성 계수값을 가지는 제1-2 탄성 부재(205b)의 k2에 근사하는 탄성 계수를 가지게 된다.
따라서, 병렬 배치되는 3개의 탄성 이동부에 대하여 k2 값은 전체 강성에 거의 영향을 미치지 않으므로, 전체 탄성 계수는 k4+k6에 근사하는 값을 가져 MODE 1 보다는 강성이 강한 중강 강성 모드를 가지게 된다. 구체적으로, MODE 2에서 강성 조절부(230)는 제2 슬라이더(220b)의 이동은 구속시키지 않고, 제1 슬라이더(220a) 및 제3 슬라이더(220c)의 이동을 구속시키는 것과 관련하여, 이하 도 13에서 자세히 서술한다.
도 9에 도시되어 있는 것과 같이 MODE 3에서 강성 조절부(230)는 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 이동을 모두 구속시킬 수 있다. 따라서, 3 개의 탄성 이동부의 탄성 계수는 상대적으로 큰 임계값 이상의 탄성 계수를 가지는 제2-1 탄성 부재(208a), 제2-2 탄성 부재(208b), 및 제2-3 탄성 부재(208c)의 탄성 계수값인 k4, k5, k6을 각각 가지게 된다. 따라서, 병렬 배치되는 3개의 탄성 이동부에 대하여 전체 탄성 계수는 k4+k5+k6의 값을 가져 MODE 2 보다 강성이 강한 가장 강한 강성 모드를 가지게 된다. 구체적으로, MODE 3에서 강성 조절부(230)는 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 이동을 모두 구속시키는 것과 관련하여, 이하 도 13에서 자세히 서술한다.
참고로, 도 6 내지 도 9에서 좌측의 그림(a)과 우측의 그림(b)은 각 모드에서 이동부(210)가 상부에 위치하는 경우와 하부에 위치하는 경우를 도시한다.
이하, 본 실시예에 따른 강성 조절부(230)의 보다 자세한 구성을 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 허리 근력 보조부의 측단면도이고, 도 11은 도 10에서 탄성이동부만 별도로 도시하는 도면이고, 도 12는 도 10에서 강성 조절부의 제어 동작에 따른 각 모드에서 슬라이딩 캠의 위치 변화를 설명하는 도면이고, 도 13은 슬라이딩 캠의 이동에 따른 슬라이더의 이동을 구속하거나 구속 해제하는 동작을 설명하는 도면이다.
본 발명의 탄성 이동부는 제1 탄성 부재(205), 제2 탄성 부재(208), 슬라이더(220)를 포함할 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시되어 있는 것과 같이 제1-1 탄성 부재(205a), 제1-2 탄성 부재(205b), 및 제1-3 탄성 부재(205c)의 상단은 하우징(290) 상단부에 고정되고 하단은 각각 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)에 고정될 수 있다.
도시된 바와 같이, 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)는 긴 막대 형상으로 이루어질 수 있으며, 제1-1 탄성 부재(205a), 제1-2 탄성 부재(205b), 및 제1-3 탄성 부재(205c)가 각각 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c) 내부에 길이 방향으로 삽입되어, 제1-1 탄성 부재(205a), 제1-2 탄성 부재(205b), 및 제1-3 탄성 부재(205c)의 하단이 각각 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c) 내부에 고정되는 형태로 형성될 수 있다. 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 하단에는 각각 제2-1 탄성 부재(208a), 제2-2 탄성 부재(208b), 및 제2-3 탄성 부재(208c)의 상단이 연결될 수 있으며, 제2-1 탄성 부재(208a), 제2-2 탄성 부재(208b), 및 제2-3 탄성 부재(208c)의 하단은 각각 이동부(210)에 연결될 수 있다.
이와 같이 제1 탄성 부재(205), 제2 탄성 부재(208)는 슬라이더(220)를 중간에 두고 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 상기와 같이 제1 탄성 부재(205), 제2 탄성 부재(208), 슬라이더(220)를 포함하는 탄성 이동부는 도 11에서와 같이 병렬로 배치될 수 있다.
도 13에 도시되어 있는 것과 같이 슬라이더(220)의 상단면에는 슬라이더(220)의 이동 방향으로 걸림턱(222)이 형성될 수 있다. 이때, 걸림턱(222)은 도시되어 있는 것과 같이 슬라이더(220)의 길이 방향으로 복수 개 형성되어 기어와 같은 형태로 형성될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 강성 조절부(230)는 슬라이딩 캠(232), 락킹부(234), 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 슬라이딩 캠(232)은 슬라이더(220)의 상측에서 슬라이더(220)의 이동 방향으로 수평 이동한다. 여기서 상측이라고 하면 슬라이더(220)의 이동 방향을 수평으로 보았을 때의 상측을 의미한다. 이때, 슬라이딩 캠(232)의 일측에는 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)이 연결될 수 있다. 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)의 타단은 조작 장치(401)에 연결되는데, 조작 장치(401)의 강성조절버튼(310)의 조작에 따라서 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)은 당겨지거나 당겨짐이 해제될 수 있다. 예를 들어, 조작 장치(401)의 강성조절버튼(310) 중 어느 하나를 가압하면, 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)이 당겨지거나 당겨짐이 해제될 수 있다. 이하, 조작 장치(401)에 대하여 자세히 후술한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 락킹부(234)는 슬라이더(220)의 상측에서 비틀림 스프링에 의해 소정의 축을 중심으로 도면에서 반시계 방향으로의 압박하는 탄성력이 작용하고, 슬라이딩 캠(232)이 수평 이동을 할 때 슬라이딩 캠(232)과의 접촉 유무에 따라서 회전 각도가 달라져 걸림턱(222)과 접촉하여 슬라이더(220)의 이동을 구속하거나 걸림턱(222)과의 접촉이 해제되어 슬라이더(220)의 구속을 해제할 수 있다.
도 13(a)에 도시되어 있는 것과 같이 제1 케이블(330a)이 당겨지지 않은 상태에서는 슬라이딩 캠(232a)이 락킹부(234)와 접촉하여 락킹부(234)를 시계 방향으로 회전시켜 락킹부(234)와 슬라이더(220) 상단면에 형성된 걸림턱(222)과의 결합이 해제될 수 있다. 따라서, 슬라이더(220)의 자유 이동이 가능하다.
반면에, 도 13(b)에 도시되어 있는 것과 같이 조작 장치(401)의 동작으로 제1 케이블(330a)이 당겨지는 경우, 제1 케이블(330a)에 연결된 슬라이딩 캠(232)이 좌측으로 이동하여 락킹부(234)와의 접촉이 해제될 수 있다. 이때, 락킹부(234)의 회전축에 형성된 비틀림 스프링의 탄성력에 의해 락킹부(234)를 시계 반대 방향으로 회전시켜 락킹부(234)와 슬라이더(220) 상단면에 형성된 걸림턱(222) 사이가 결합하여 슬라이더(220b)의 이동을 구속시킬 수가 있다.
이때, 각각의 탄성 이동부에 대하여 슬라이딩 캠(232) 및 락킹부(234)를 배치시켜 각 탄성 이동부의 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 구속을 개별적으로 제어할 수 있다.
본 실시예에서는 강성조절버튼(310)의 조작으로 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)을 당기거나 원상 복구시켜 수동으로 슬라이딩 캠(232)을 이동시키는 구성을 개시하나, 모터의 동력으로 슬라이딩 캠(232)을 이동시킬 수도 있다. 또한, 슬라이더(220)의 이동을 구속하거나 구속 해제하는 특징을 가지는 강성 조절부(230)의 구성은 상술한 형태의 구조에 한정되는 것은 아니다.
도시되어 있는 것과 같이, 탄성 이동부가 3개 병렬로 배치되는 경우 각각의 탄성이동부에 대하여 3개의 슬라이딩 캠(232)을 개별적으로 배치시켜 강성을 조절할 수 있으나, 본 실시예에서는 2개의 슬라이딩 캠(232a, 232b)을 이용하여 강성을 조절할 수 있도록 한다.
도 11에 도시된 탄성 이동부를 왼쪽부터 순서대로 제1 탄성 이동부, 제2 탄성 이동부, 제3 탄성 이동부라고 할 때, 도 12에 도시되어 있는 것과 같이 제1 슬라이딩 캠(232a)은 제2 슬라이더(220b) 상측에서 수평 이동하고, 제2 슬라이딩 캠(232b)은 제1 슬라이더(220a), 및 제3 슬라이더(220c) 상측에서 수평 이동하도록 구성될 수 있다. 이때, 제2 슬라이딩 캠(232b)은 'ㄷ'자 형태로 형성되어 서로 수평인 양단부가 제1 슬라이더(220a), 및 제3 슬라이더(220c)의 상측에 배치되며, 상기 양단부 사이 공간에 제1 슬라이딩 캠(232a)이 배치될 수 있다.
따라서, 도 12(a)에서와 같이 조작 장치(401)의 제0 강성조절버튼(310a)을 누르면 제1 슬라이딩 캠(232a)에 연결된 제1-1 케이블(330a)과 제2 슬라이딩 캠(232b)에 연결된 제1-2 케이블(330b)이 모두 당겨지지 않아 제1 슬라이딩 캠(232a)과 제2 슬라이딩 캠(232b)은 모두 제2 탄성 이동부 내지 제3 탄성 이동부 상측에 배치되는 3 개의 락킹부(234)와 접촉하여 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)를 자유 이동시킬 수 있다.
또한, 도 12(b)에서와 같이 조작 장치(401)의 제1 강성조절버튼(310b)을 누르면 제1 슬라이딩 캠(232a)에 연결된 제1-1 케이블(330a)만 당겨져 제1 슬라이딩 캠(232a)만 도면 상측으로 이동하여 제1 슬라이딩 캠(232a)과 이에 대응하는 락킹부(234) 사이의 접촉이 해제되어 제2 슬라이더(220b)만 이동이 구속되고, 제1 슬라이더(220a), 및 제3 슬라이더(220c)는 자유 이동시킬 수 있다.
또한, 도 12(c)에서와 같이 조작 장치(401)의 제2 강성조절버튼(310c)을 누르면 제2 슬라이딩 캠(232b)에 연결된 제1-2 케이블(330b)만 당겨져 제2 슬라이딩 캠(232b)만 도면 상측으로 이동하여 제1 슬라이더(220a), 및 제3 슬라이더(220c)의 이동이 구속되고, 제2 슬라이더(220b)는 자유 이동시킬 수 있다.
나아가, 도 12(d)에서와 같이 조작 장치(401)의 제3 강성조절버튼(310d)을 누르면 제1 슬라이딩 캠(232a) 및 제2 슬라이딩 캠(232b)에 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)이 모두 당겨져 제1 슬라이딩 캠(232a)과 제2 슬라이딩 캠(232b)을 모두 도면 상측으로 이동시켜 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 이동을 모두 구속시킬 수 있다.
각각의 강성조절버튼(310)을 가압함에 따라, 강성 조절 모드가 바뀔 때, 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)이 당겨져 이동하는 제1 슬라이딩 캠(232a) 또는 제2 슬라이딩 캠(232b)이 원위치로 복귀할 수 있도록, 제1 슬라이딩 캠(232a)과 제2 슬라이딩 캠(232b)에는 스프링이 연결될 수 있다.
즉, 각각의 강성조절버튼(310)을 가압함에 따라, 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)이 당겨져 슬라이딩 캠(232a, 232b)이 이동할 때 상기 스프링에 탄성 에너지가 저장되고, 각각의 강성조절버튼(310)을 가압함에 따라, 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)의 당김 상태를 해제하면 저장된 탄성 에너지를 이용하여 원 위치로 슬라이딩 캠(232a, 232b)을 복귀시킬 수 있다.
제1 슬라이딩 캠(232a)과 제2 슬라이딩 캠(232b)의 형상 및 위치 관계는 전술한 내용에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
클러치부에 대한 설명
이하, 도 3, 도 4 및 도 14를 참조로 클러치부(390)에 대해 설명하기로 한다.
본 발명에 따르면, 클러치부(390)는 이동부(210)의 하향 이동 범위를 제한한다. 착용자가 허리를 숙이는 경우 이동부(210)가 아래로 이동을 하는데 클러치부(390)에 의해 이동부(210)의 하향 이동을 차단시켜 일정 범위 이상 허리를 굽히는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 물건을 들거나 이동시킬 때 임의의 자세 각도에서는 상체가 더 내려가지 않도록 하거나, 앞으로 기대는 작업을 할 때 클러치 기능을 사용할 수 있다. 또는, 전술한 제1 탄성 부재(205) 및 제2 탄성 부재(208)에 의한 최대 강성 보다 더 큰 강성이 요구되는 경우 클러치 기능을 사용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 클러치부의 동작을 설명하는 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 클러치부(390)는 와이어(350), 제1 고정부(260), 클러치 조작부(280)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 클러치 조작부(280)는 제2 고정부(250), 기어열부(252) 및 래칫 기어(270)를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 와이어(350)는 이동부(210)를 수평으로 감아 좌우 상부로 연장되어 양단은 제1 고정부(260) 및 제2 고정부(250)에 각각 고정될 수 있다. 이동부(210)의 좌우 양측에는 와이어(350)의 이동을 가이드하는 롤러(212)가 배치될 수 있다.
도시된 바와 같이, 제1 고정부(260)와 제2 고정부(250)는 하우징(290) 상단부에 좌우 배치되어 와이어(350)의 일단과 타단을 각각 고정시킨다. 이때, 제2 고정부(250)는 풀리(pulley)로 형성되어 와이어(350)의 타단을 원주 방향으로 감아 고정시킬 수 있다. 또한, 제2 고정부(250)의 회전축에는 탄성 회전하도록 릴 스프링(reel spring)(미도시)이 장착될 수 있다.
따라서, 이동부(210)가 하향 이동함에 따라서 제2 고정부(250)에 감긴 와이어(350)가 풀리며 이동부(210)의 좌우 상부로 연장되는 와이어(350)의 길이가 길어질 수 있다. 이때, 제2 고정부(250)는 탄성 회전을 하므로 반대 방향으로 작용하는 탄성력에 의해 이동부(210)가 이동하더라도 와이어(350)는 느슨해지지 않고 팽팽함을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 클러치 조작부(280)는 제2 고정부(250)의 회전을 구속하거나 구속을 해제하여 클러치 동작을 수행한다. 이동부(210)가 소정의 위치에 있을 때 클러치 조작부(280)가 제2 고정부(250)의 회전을 차단하면, 이동부(210)는 상기 위치 위로는 이동할 수 있으나 아래로는 와이어(350)에 의해 이동이 제한될 수 있다. 따라서, 클러치 조작부(280)에 의해 제2 고정부(250)의 회전을 제어하여 이동부(210)의 하향 이동 범위를 제한시킬 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 클러치 조작부(280)의 한가지 실시예로서, 제2 고정부(250)에 원주 방향으로 기어가 형성된 기어열부(252) 및 래칫 기어(270)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 래칫 기어(270)는 직선 방향으로 이동을 하거나 일측을 중심으로 회전하도록 하여 기어열부(252)의 기어와 기어 결합을 하거나 기어 결합을 해제하도록 한다.
도면에서 래칫 기어(270)는 일측을 중심으로 회전하도록 구성되는데, 래칫 기어(270)의 일측에는 제2 케이블(330c)이 연결되고, 제2 케이블(330c)의 타단은 조작 장치(401)에 연결될 수 있다. 강성조절버튼(310)과 마찬가지로 클러치부 동작버튼(320)을 누르거나 누름을 해제하면 제2 케이블(330c)을 당기거나 당김을 해제하여 래칫 기어(270)를 회전시킬 수 있다. 따라서, 래칫 기어(270)의 회전에 의해 래칫 기어(270)와 기어열부(252) 사이의 기어 결합이 제어되어 제2 고정부(250)의 회전을 구속하거나 구속 해제할 수 있다.
본 실시예에서는 클러치부 동작버튼(320)의 조작에 의해 수동으로 클러치 기능을 제어하도록 하나, 모터를 이용하여 래칫 기어(270)를 회전시키거나 모터를 이용하여 제2 고정부(250)를 직접 회전 제어하는 방법으로 변형시킬 수도 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 제1 고정부(260)도 제2 고정부(250)와 마찬가지로 풀리로 형성되며 제1 고정부(260)가 탄성 회전하도록 회전축에 릴 스프링이 장착되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이 제2 고정부(250)가 탄성 회전하기 때문에 이동부(210)가 이동할 때 와이어(350)는 느슨해지지 않고 팽팽함을 유지하며 제2 고정부(250)에 감긴 와이어(350)가 풀리거나 감길 수가 있다.
하지만, 클러치부(390)의 동작에 의해 제2 고정부(250)의 회전이 차단되면 제1 고정부(260)와 제2 고정부(250) 사이의 와이어(350) 길이가 고정되는데, 제1 고정부(260)가 와이어를 감지 않으면 이동부(210)가 상부로 이동하는 경우 와이어(350)가 느슨해져 와이어(350)가 엉키거나 배치 경로를 이탈할 수 있다. 이에, 본 발명에서 제1 고정부(260)도 풀리로 형성하고 탄성을 가지며 회전하도록 하여 클러치 기능이 동작할 때 제1 고정부(260)가 와이어(350)를 감아 와이어(350)가 느슨해지는 것을 방지할 수가 있다.
이 때, 제1 고정부(260)에 장착되는 릴 스프링의 탄성 계수값이 제2 고정부(250)에 장착되는 릴 스프링의 탄성 계수값보다 작은 것이 바람직하다.
제1 고정부(260)에 장착되는 릴 스프링의 탄성 계수값이 작기 때문에, 클러치 기능이 해제된 상태에서 이동부(210)가 아래로 이동할 때에는 제2 고정부(250)의 릴 스프링이 와이어(350)를 당기는 힘보다 큰 힘이 작용하여야 제2 고정부(250)에 감긴 와이어(350)가 풀려서 이동부(210)가 아래로 이동할 수가 있고, 반대로 이동부(210)가 위로 이동할 때에는 제1 고정부(260)보다 더 강한 탄성력으로 제2 고정부(250)가 와이어(350)를 당기기 때문에, 제2 고정부(250)에 와이어(350)가 감길 수 있다. 이때, 제1 고정부(260)에는 와이어(350)가 감지기 않는다.
또한, 클러치 기능이 작동된 상태에서는 클러치 조작부(280)에 의해 제2 고정부(250)는 회전하지 않아서 이동부(210)가 하향 이동하는 범위가 한정되며, 이동부(210)가 위로 이동할 때에는 제1 고정부(260)의 릴 스프링에 의한 탄성력으로 제1 고정부(260)가 회전하여 제1 고정부(260)에 와이어(350)가 감기게 되어 와이어(350)가 느슨해지지 않고 팽팽함을 유지할 수 있다.
본 발명에서 강성 조절부(230)에 의한 강성 조절 기능과 클러치부(390)에 의한 클러치 기능은 독립적으로 동작시킬 수 있다.
센서
도 27은 본 발명에 따른 착용형 로봇의 자세 인식 센서가 허리근력 보조부 내에 내장된 것을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 착용형 로봇의 허리 근력 보조부(200)에 자세 인식 센서(201)가 내장될 수 있다. 구체적으로, 자세 인식 센서(201)는 착용형 로봇의 착용자의 상체에 3차원 상의 좌표계를 설정하고, 좌표계의 각도 및 각속도를 측정할 수 있다.
도 28, 도 29
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 자세 인식 센서(201)는 별도의 사용자 디바이스 또는 별도의 통신망과 유무선으로 연결될 수 있고, 이에 따라, 사용자 인터페이스를 통해, 사용자 인터페이스 사용자는 착용형 로봇 착용자의 상태를 관찰하여, 착용자의 허리부상 위험도를 인식할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 자세 인식 센서(201)는 LoRa, Sigfox 등의 광역 통신망과 연결될 수 있으며, 자세 인식 센서(201)를 통해 측정된 데이터를 외부 서버로 전송할 수 있다.
도 28은 본 발명에 따른 착용형 로봇 착용자의 움직임을 센싱하는 사용자 인터페이스에서 착용자 움직임 센서 사용자 인터페이스를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 센서 사용자 인터페이스(500)와 착용자 움직임 분석 사용자 인터페이스(500')가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 센서 사용자 인터페이스(500)를 탭핑한 경우, 허리 굽힘 각도 측정 사용자 인터페이스(501), 허리 비틀림 각도 측정 사용자 인터페이스(502), 허리 숙임 각도 측정 사용자 인터페이스(503)가 제공될 수 있다.
구체적으로, 허리 굽힘 각도 측정 사용자 인터페이스(501)는 자세 인식 센서(201)가 착용자의 허리 굽힘 각도를 측정하면, 실시간으로 착용자의 허리 굽힘 각도를 나타낼 수 있고, 허리 굽힘 각도 측정 사용자 인터페이스(501)의 소정의 영역에는 착용자의 허리 굽힘 각도를 아라비아 숫자로 표현할 수 있으며, 허리 굽힘 각도 측정 사용자 인터페이스(501)의 또 다른 소정의 영역에는 허리 굽힘 각도를 시각화하여 도형으로 나타낼 수 있으며, 이 경우, 상기 도형의 일부를 상기 허리 굽힘 각도 또는 상기 아라비아 숫자에 대응하도록 구별되게 표시할 수 있으나, 표현 방법은 이에 한정되지 않으며, 상기 도형은 원형, 타원형, 다각형일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또 다른 일 실시 형태에 따르면, 허리 비틀림 각도 측정 사용자 인터페이스(502)는 자세 인식 센서(201)가 착용자의 허리를 비트는 각도 또는 각속도를 측정하면, 실시간으로 착용자의 허리를 비트는 각도 또는 각속도를 나타낼 수 있고 허리 비틀림 각도 측정 사용자 인터페이스(502)의 소정의 영역에는 착용자의 허리를 비트는 각도 또는 각속도를 아라비아 숫자로 표현할 수 있으며, 허리 비틀림 각도 측정 사용자 인터페이스(502)의 또 다른 소정의 영역에는 허리를 비트는 각도 또는 각속도를 시각화하여 도형으로 나타낼 수 있으며, 이 경우, 상기 도형의 일부를 상기 허리를 비트는 각도 또는 각속도 또는 상기 아라비아 숫자에 대응하도록 구별되게 표시할 수 있으나, 표현 방법은 이에 한정되지 않으며, 상기 도형은 원형, 타원형, 다각형일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 착용자의 허리를 비트는 각도 또는 각속도의 좌우 방향을 구분하기 위하여, 양과 음의 수치로 표현할 수도 있다.
또 다른 일 실시 형태에 따르면, 허리 숙임 각도 측정 사용자 인터페이스(503)는 자세 인식 센서(201)가 착용자의 좌우 평면 상에서 허리 숙임 각도를 측정하면, 실시간으로 착용자의 좌우 평면 상에서 허리 숙임 각도를 나타낼 수 있고, 허리 숙임 각도 측정 사용자 인터페이스(503)의 소정의 영역에는 착용자의 좌우 평면 상에서 허리 숙임 각도를 아라비아 숫자로 표현할 수 있으며, 허리 숙임 각도 측정 사용자 인터페이스(503)의 또 다른 소정의 영역에는 착용자의 좌우 평면 상에서 허리 숙임 각도를 시각화하여 도형으로 나타낼 수 있으며, 이 경우, 상기 도형의 일부를 상기 좌우 평면 상에서 허리 숙임 각도 또는 상기 아라비아 숫자에 대응하도록 구별되게 표시할 수 있으나, 표현 방법은 이에 한정되지 않으며, 상기 도형은 원형, 타원형, 다각형일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 착용자의 좌우 평면 상에서 허리 숙임 각도의 좌우 방향을 구분하기 위하여, 양과 음의 수치로 표현할 수도 있다.
도 29는 본 발명에 따른 착용형 로봇 착용자의 움직임을 분석하는 사용자 인터페이스에서 착용자 움직임 분석 사용자 인터페이스를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 센서 사용자 인터페이스(500)와 착용자 움직임 분석 사용자 인터페이스(500')가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 분석 사용자 인터페이스(500')를 탭핑한 경우, x축 시간 y축 허리 굽힘 각도 그래프 사용자 인터페이스(501'), x축 시간 y축 허리 비틀림 각도 그래프 사용자 인터페이스(502')가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 사용자가 착용자 움직임 분석 사용자 인터페이스(500')를 탭핑한 경우, x축 시간 y축 허리 굽힘 각도 그래프 사용자 인터페이스(501')가 제공되고, x축 시간 y축 허리 굽힘 각도 그래프 사용자 인터페이스(501')는 착용자의 상체 움직임의 허리 굽힘 각도 측정값을 시간적 추이로 도시할 수 있으며, 사용자 인터페이스 사용자 또는 착용자가 설정한 기준 허리 굽힘 각도값을 동시에 표현하여, 시간의 변화에서 착용자 동작의 기준 값 초과 여부를 시각적으로 표현할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 사용자 인터페이스 사용자 또는 착용자가 설정한 기준 허리 굽힘 각도값이 30도인 경우, x축 시간 y축 허리 굽힘 각도 그래프 사용자 인터페이스(501')는 착용자의 움직임 분석 시간 동안 허리 굽힘 각도값이 30도를 초과하는 경우, 초과 발생 횟수를 카운트하여 아라비아 숫자 등으로 표현할 수 있다. 도 29에 도시된 예와 같이, 착용자의 움직임 분석 시간 동안 허리 굽힘 각도값이 30도를 초과하는 발생 횟수가 31회인 경우, 아라비아 숫자로 31을 표현할 수 있으나, 이는 예시에 불과하므로 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 언급된 예시와 같이, 사용자 인터페이스 사용자 또는 착용자가 설정한 기준 허리 굽힘 각도값이 30도인 경우, x축 시간 y축 허리 굽힘 각도 그래프 사용자 인터페이스(501')는 착용자의 움직임 분석 시간 동안 허리 굽힘 각도값이 30도를 초과하는 경우, 착용형 로봇은 음향 발생 기능을 사용하여, 착용자 또는 사용자에게 알림을 전달할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태에 따르면, 사용자가 착용자 움직임 분석 사용자 인터페이스(500')를 탭핑한 경우, x축 시간 y축 허리 비틀림 각도 그래프 사용자 인터페이스(502')가 제공되고, x축 시간 y축 허리 비틀림 각도 그래프 사용자 인터페이스(502')는 착용형 로봇 착용자의 상체 움직임의 허리 비틀림 각도 측정값을 시간적 추이로 도시할 수 있으며, 사용자 인터페이스 사용자 또는 착용형 로봇 착용자가 설정한 기준 허리 비틀림 각도값을 동시에 표현하여, 시간의 변화에서 착용자 동작의 기준 값 초과 여부를 시각적으로 표현할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 사용자 인터페이스 사용자 또는 착용자가 설정한 기준 비틀림 각도값이 좌우로 40도, -40도인 경우, x축 시간 y축 허리 비틀림 각도 그래프 사용자 인터페이스(502')는 착용형 로봇 착용자의 허리 비틀림 각도값이 좌우로 40도, -40도를 초과하는 경우, 초과 발생 횟수를 카운트하여 아라비아 숫자 등으로 표현할 수 있다. 도 29에 도시된 예와 같이, 착용형 로봇 착용자의 허리 비틀림 각도값이 좌우로 40도, -40도를 초과하는 초과 발생 횟수가 21회인 경우, 아라비아 숫자로 21을 표현할 수 있으나, 이는 예시에 불과하므로 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 언급된 예시와 같이, 사용자 인터페이스 사용자 또는 착용자가 설정한 기준 비틀림 각도값이 좌우로 40도, -40도인 경우, x축 시간 y축 허리 비틀림 각도 그래프 사용자 인터페이스(502')는 착용형 로봇 착용자의 허리 비틀림 각도값이 좌우로 40도, -40도를 초과하는 경우, 착용형 로봇은 음향 발생 기능을 사용하여, 착용자 또는 사용자에게 알림을 전달할 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용자 인터페이스 사용자 또는 착용형 로봇 착용자가 설정한 기준 허리 굽힘 각도값 또는 사용자 인터페이스 사용자 또는 착용형 로봇 착용자가 설정한 기준 허리 비틀림 각도값은 사용자 인터페이스 사용자 또는 착용형 로봇 착용자가 임의로 조정 및 설정할 수 있으며, 다수의 단계로 나누어서 설정할 수도 있다.
구체적으로, 상기 설정 각도값이 다수의 단계 각도로 구분되는 경우, 허리 굽힘 동작으로 발생 가능한 근골격계의 상해 수준으로 표현할 수 있으며, 구체적인 예를 들어, 안전, 조심, 위험 등으로 표시될 수도 있다. 또한, x축 시간 y축 허리 비틀림 각도 그래프 사용자 인터페이스(502')와 같이, 양과 음의 측정값을 갖는 동작의 설정 각도값은 양의 설정 각도값과 음의 설정 각도값이 동시에 적용되며, 착용형 로봇 착용자가 근골격 상해 위험이 적은 동작 범위 내에서 움직임이 이루어지는 가에 대한 판단 근거로 사용될 수 있다.
자세 인식 센서 기반 허리부상 위험도 평가 방법
도 32는 물체를 들어올리는 동작 시 착용자의 상체 및 중량물로 인해 허리에 가해지는 힘-모멘트를 분석하는 도면이다.
도 32에 도시된 바와 같이, 착용자의 허리에 가해지는 모멘트 및 힘은 구체적으로 착용자의 허리 L5/S1 조인트(510)에 가해지는 모멘트 및 힘을 계산하는 것을 의미할 수 있으며, 도 32에 도시된 근육 거리 벡터(512)는 0.1m로 가정할 수 있다.
도 32에 도시된 바와 같이, 상기 모멘트 계산식에서 값은 착용자의 허리 L5/S1 조인트(510)로부터 착용자의 상체 및 중량물의 무게중심(511)까지의 포지션 벡터를 의미한다. 또한, 상기 모멘트 계산식에서 m값은 착용자의 상체 및 중량물의 질량을 의미하고, 값은 착용자의 상체 및 중량물의 무게중심(511)의 선형 가속도를 의미한다. I값은 착용자의 상체 및 중량물의 관성 모멘트를 의미하며, 값은 착용자의 상체 및 중량물의 각가속도를 의미한다. 이에 따라, 상기 모멘트 계산식에서 압축력(compressive force)을 검출할 수 있다.
도 30, 도 31
도 30은 본 발명에 따른 착용형 로봇 착용자의 움직임에 관한 결과 레포트 사용자 인터페이스에서 착용자 움직임 분석 레포트 사용자 인터페이스를 나타내는 도면이다.
도 30에 도시된 바와 같이, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")를 탭핑한 경우, 착용자 허리 부상 위험 그림 사용자 인터페이스(520), 착용자 작업 페이스 정보 제공 사용자 인터페이스(521), 착용자 작업 균형 정보 제공 사용자 인터페이스(522), 착용자 허리부상 위험도 정보 제공 사용자 인터페이스(523)가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")를 탭핑한 경우, 착용자 허리 부상 위험 그림 사용자 인터페이스(520)가 제공될 수 있다.
구체적으로, 착용자 허리 부상 위험 그림 사용자 인터페이스(520)는 허리를 비트는 동작에 따른 부상 위험도가 착용자의 허리 L5/S1 조인트(510)의 좌측과 우측 중 더 높은 측이 어디인지 시각적으로 나타낼 수 있다. 구체적으로, 착용자의 허리 굽힘 각도가 30도 이상인 경우, 허리를 비트는 각도를 추출할 수 있고, 평균 비틀림 범위인 양의 각도 40도부터 음의 각도 40도 범위에서 정규화를 시킨 후, 착용자의 허리 L5/S1 조인트(510)을 기준으로 하여, 착용자의 허리 L5/S1 조인트(510)의 좌측과 우측으로 가해지는 부상 위험도의 비율을 계산하여, 착용자 허리 부상 위험 그림 사용자 인터페이스(520)에 비율을 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태에 따르면, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")를 탭핑한 경우, 착용자 작업 페이스 정보 제공 사용자 인터페이스(521)가 제공될 수 있다.
구체적으로, 착용자 작업 페이스 정보 제공 사용자 인터페이스(521)는 1시간 동안의 착용자의 작업량을 추산하여 작업 페이스 정보를 제공할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 착용자가 허리 굽힘 등의 작업 1회 수행에 15초가 소요되는 경우, 1시간에 240회의 동작을 수행할 것이므로, 도 30에 도시된 바와 같이, 착용자 작업 페이스 정보 제공 사용자 인터페이스(521)는 240 Lifts/ Hour와 같이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태에 따르면, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")를 탭핑한 경우, 착용자 작업 균형 정보 제공 사용자 인터페이스(522)가 제공될 수 있다.
구체적으로, 상술한 착용자 허리 부상 위험 그림 사용자 인터페이스(520)의 착용자의 허리 L5/S1 조인트(510)을 기준으로 하여, 착용자의 허리 L5/S1 조인트(510)의 좌측과 우측으로 가해지는 부상 위험도의 비율을 나타낼 수 있다. 도 30에 도시된 바와 같이, 상술한 착용자 허리 부상 위험 그림 사용자 인터페이스(520)의 착용자의 허리 L5/S1 조인트(510)을 기준으로 하여, 착용자의 허리 L5/S1 조인트(510)의 좌측과 우측으로 가해지는 부상 위험도의 비율이 좌측과 우측이 4대 6의 비율인 경우, 4 / 6과 같이 표현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태에 따르면, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")를 탭핑한 경우, 착용자 허리부상 위험도 정보 제공 사용자 인터페이스(523)가 제공될 있다. 구체적으로, 허리부상 위험도는 상술한 모멘트 계산식을 통해 모멘트(M)를 계산하고, 이하의 식에 대입하여 허리부상 위험도를 계산할 수 있다.
상기 식은 허리 미세 손상률(D)을 구하는 식이며, 상기 식에 모멘트(M)를 대입하여 허리 미세 손상률(D)을 구한 후, 이하의 식에 대입하여, 선형 회귀를 시킨 후, 허리부상 위험도(R)를 계산할 수 있다.
도 31은 본 발명에 따른 착용형 로봇 착용자의 움직임에 관한 결과 레포트 사용자 인터페이스에서 착용자 움직임 안전 점수 레포트 사용자 인터페이스를 나타내는 도면이다.
도 31에 도시된 바와 같이, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")를 탭핑한 경우, 착용자 일일 총 동작 횟수 정보 제공 사용자 인터페이스(530), 착용자 안전 동작 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(531), 착용자 일일 부하 절감 양 정보 제공 사용자 인터페이스(532), 착용자 착용형 로봇 착용 시간 정보 제공 사용자 인터페이스(533), 착용자 일일 동작 안전 점수 정보 제공 사용자 인터페이스(534), 착용자 일일 과도한 허리 굽힘 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(535), 착용자 일일 장시간 허리 구부림 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(536), 착용자 일일 사이드 허리 구부림 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(537), 착용자 일일 허리 비틀기 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(538)가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")를 탭핑한 경우, 착용자 일일 총 동작 횟수 정보 제공 사용자 인터페이스(530)가 제공될 수 있고, 착용자 일일 총 동작 횟수 정보 제공 사용자 인터페이스(530)는 착용자의 일일 총 동작 횟수를 계산하여 아라비아 숫자의 형태로 제공될 수 있다. 도 31에 도시된 바와 같이, 착용자가 일일 총 1,186번 동작한 경우, 착용자 일일 총 동작 횟수 정보 제공 사용자 인터페이스(530)가 1,186과 같이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")를 탭핑한 경우, 착용자 안전 동작 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(531)가 제공될 수 있다.
구체적으로, 착용자 안전 동작 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(531)는 100%를 기준으로, 착용자 일일 과도한 허리 굽힘 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(535), 착용자 일일 장시간 허리 구부림 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(536), 착용자 일일 사이드 허리 구부림 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(537), 착용자 일일 허리 비틀기 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(538)의 비율의 평균을 차감하여 계산될 수 있다.
더욱 더 구체적으로, 착용자 일일 과도한 허리 굽힘 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(535)는 과도한 허리 굽힘 정도의 비율을 시각화하여 나타낼 수 있고, 도 31에 도시된 바와 같이, 과도한 허리 굽힘 비율이 과도하지 않은 허리 굽힘의 경우에 대하여 35%인 경우, 막대그래프로 표현할 수 있다.
또한, 착용자 일일 장시간 허리 구부림 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(536)는 착용자의 허리 구부림을 유지하는 시간이 1초 이상인 비율이 착용자의 허리 구부림을 유지하는 시간이 1초 미만인 경우에 대하여 30%인 경우, 도 31과 같이 막대그래프로 표현할 수 있으며, 착용자 일일 사이드 허리 구부림 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(537)는 착용자가 사이드 방향으로 허리를 구부리는 비율이 착용자가 정방향으로 허리를 구부리는 경우에 대하여 20%인 경우, 막대그래프로 표현할 수 있고, 착용자 일일 허리 비틀기 비율 정보 제공 사용자 인터페이스(538)는 착용자가 허리를 비트는 비율이 착용자가 몸통 자체를 움직이므로 허리를 비틀지 않는 경우에 대하여 60%인 경우, 막대그래프로 표현할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")를 탭핑한 경우, 착용자 일일 부하 절감 양 정보 제공 사용자 인터페이스(532)가 제공될 수 있다.
구체적으로, 착용자 일일 부하 절감 양 정보 제공 사용자 인터페이스(532)는 착용자의 일일 총 동작횟수인 착용자 일일 총 동작 횟수 정보 제공 사용자 인터페이스(530)의 아라비아 숫자에 착용형 로봇으로 인한 부하 절감 효과인 6.64kg을 곱한 값을 나타낸 것일 수 있으나, 착용형 로봇으로 인한 부하 절감 효과는 6.64kg에 한정되는 것은 아니므로, 착용형 로봇으로 인한 부하 절감 효과의 값이 달라지는 경우, 착용자 일일 부하 절감 양 정보 제공 사용자 인터페이스(532)에 제공되는 값도 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")를 탭핑한 경우, 착용자 착용형 로봇 착용 시간 정보 제공 사용자 인터페이스(533)가 제공될 수 있다. 구체적으로, 착용자 착용형 로봇 착용 시간 정보 제공 사용자 인터페이스(533)는 착용자가 착용형 로봇을 착용한 시간에 대한 정보를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 사용자 인터페이스 상단바에 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")가 제공될 수 있고, 사용자가 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스(500")를 탭핑한 경우, 착용자 일일 동작 안전 점수 정보 제공 사용자 인터페이스(534)가 제공될 수 있다.
구체적으로, 착용자 일일 동작 안전 점수 정보 제공 사용자 인터페이스(534)는 착용자 허리부상 위험도 정보 제공 사용자 인터페이스(523)에서 제공된 착용자 허리부상 위험도의 일일 평균을 100에서 뺀 값을 제공할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 착용자 허리부상 위험도 정보 제공 사용자 인터페이스(523)에서 제공된 착용자 허리부상 위험도의 일일 평균이 48인 경우, 도 31에 도시된 바와 같이, 착용자 일일 동작 안전 점수 정보 제공 사용자 인터페이스(534)에 52와 같이 표현될 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 허리 근력 보조부의 클러치부를 설명하기 위한 도면이다.
전술한 실시예에서는 수동 소자인 제1 탄성 부재(205) 및 제2 탄성 부재(208)에 의해 허리 근력에 보조력을 전달하며 강성을 조절하는 데 반하여, 본 실시예에서는 소형의 액츄에이터(420)를 이용하여 허리 근력에 보조력을 전달하여 동시에 강성을 조절할 수 있다.
본 실시예에서 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇은 상부 착용부(110), 허리 근력 보조부(200), 하부 착용부(120)를 포함하고, 클러치부(390)를 더 포함할 수 있다.
상부 착용부(110), 하부 착용부(120), 클러치부(390)의 구성은 전술한 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 허리 근력 보조부의 클러치부를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 허리 근력 보조부(200)는 와이어(410), 이동부(210), 액츄에이터(420)를 포함할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 와이어(410)의 하단은 이동부(210)에 연결되고 상단부는 액츄에이터(420)에 연결될 수 있다. 전술한 실시예와 마찬가지로 이동부(210)는 허리의 움직임에 따라서 상하로 이동할 수 있으며, 이동부(210)에 하부 착용부(120)의 연결부(124)가 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 액츄에이터(420)는 와이어(410)의 장력을 조절하여 와이어(410)의 강성을 능동적으로 조절할 수 있다. 구체적으로, 액츄에이터(420)는 모터, 공압을 이용한 구동기, 유압을 이용한 구동기 등으로 구성될 수 있다. 이 경우, 전술한 실시예보다 더 다양한 강성을 구현할 수 있다.
도 15에 도시되어 있는 것과 같이, 착용자의 움직임에 따라서 이동부(210)가 상하 이동을 할 때, 액츄에이터(420)와 이동부(210) 사이의 와이어(420)의 길이는 가변적이고, 와이어(410)의 길이가 바뀔 때 액츄에이터(420)에 의해 일정한 장력을 작용시킬 수 있다. 이때, 강성 조절을 위해 상기 장력 값은 바뀔 수가 있다.
조작 장치(401)에 관한 설명
이하, 조작 장치(401)의 작동 원리에 관하여 상세히 서술한다.
조작 장치(401)는 착용형 로봇에 마련되는 제1 조작대상부(400)와 제2 조작 대상부(4100의 동작 제어를 위한 착용형 로봇의 조작 장치(401)에 관한 것으로서, 제1 조작 대상부(400)는 착용형 허리보조 로봇의 허리 근력 보조부(200)를 포함할 수 있으며, 제2 조작 대상부(400')는 착용형 허리보조 로봇의 클러치부(390)를 포함할 수 있다.
도 16 내지 도 17은 조작 장치 하우징(300a)의 전면 커버를 제거한 착용형 로봇의 조작 장치를 나타내는 도면이다. 도 18은 본 발명인 착용형 로봇의 조작 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 조작 장치(401)는 조작 장치 하우징(300a), 제1-1 케이블(330a), 제1-2 케이블(330b), 제2 케이블(330c), 클러치부 동작버튼(320), 조작 레버(340), 강성조절버튼(310)을 포함할 수 있다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부의 작동을 설명하기 위한 블록도이다.
도 26에 도시된 바와 같이, 제1 조작 대상부(400)는 제1-1 케이블(330a)과 제1-2 케이블(330b) 중 적어도 어느 하나를 당기는 것에 의해 MODE1, MODE2, MODE3 중 어느 하나로 선택될 수 있고, 제1-1 케이블(330a)과 제1-2 케이블(330b)의 당김을 모두 해제하는 것에 의해 MODE0으로 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 조작 장치 하우징(300a)은 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 제3 강성조절버튼(310d), 제0 강성조절버튼(310a), 조작레버(340), 클러치부 동작버튼(320)를 각각 이동 가능한 상태로 지지하는 것으로서, 상단에는 제1 케이블(330a,b)과 제2 케이블(330c)을 내부 공간으로 도입하기 위한 관통홀이 형성될 수 있다. 이러한 조작 장치 하우징(300a)은 사용자가 손으로 쉽게 잡을 수 있는 형상으로 설계되는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)은 서로 나란하게 배치될 수 있고, 일단은 제1 조작 대상부(400)에 연결되고 타단은 조작 장치 하우징(300a)의 하단에 고정될 수 있다. 바람직하게는, 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)의 타단은 상단 관통홀을 통해 조작 장치 하우징(300a)의 내부에 도입되어, 조작 장치 하우징(300a)의 내부 하단측에 고정될 수 있다. 이에 따라 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)은 각각 조작 장치 하우징(300a)의 내부 공간을 관통하여 배치될 수 있다. 상기 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 제3 강성조절버튼(310d), 제0 강성조절버튼(310a)은 상기 조작 장치 하우징(300a)의 일측면에 나란하게 배치되고, 이동 위치에 따라 상기 제1 조작 대상부(400)에 연결된 제1-1 케이블(330a)과 제1-2 케이블(330b) 중 적어도 어느 하나를 당기거나 당김을 해제할 수 있도록 상기 조작 장치 하우징(300a)에 이동 가능한 상태로 지지된다.
제1 강성조절버튼
본 발명에 따르면, 제1 강성조절버튼(310b)은 제1 가압부(310b')를 포함할 수 있다. 제1 가압부(310b')는 제1-1 케이블(330a)의 일측에 배치될 수 있다. 제1 강성조절버튼(310b)은 그 일부가 조작 장치 하우징(300a)의 외부로 노출되고 제1 가압부(310b')를 지지한 상태로 조작 장치 하우징(300a) 상에서 제1-1 케이블(330a)을 가압하는 방향으로 이동할 수 있다. 바람직하게는, 제1 강성조절버튼(310b)은 제1-1 케이블(330a) 의 연장 방향과 교차하는 방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 강성조절버튼(310b)이 제1-1 케이블(330a)을 향해 전진하면 제1 가압부(310b')가 제1-1 케이블(330a)을 가압함에 따라 제1 조작 대상부(400)와 연결된 제1-1 케이블(330a)의 일단부가 당겨지는 상태가 되고, 제1 강성조절버튼(310b)이 원래의 위치로 복귀하면 제1 가압부(310b')가 제1-1 케이블(330a)로부터 이격될 수 있다. 이에 따라, 제1-1 케이블(330a)의 당김 상태를 해제할 수 있다. 바람직하게는, 제1 강성조절버튼(310b)은 조작 장치 하우징(300a)과 제1 강성조절버튼(310b) 사이에 개재되는 탄성부재(미도시)에 의해 후진 방향으로 탄성 지지될 수 있다.
제2 강성조절버튼
도 18에 도시된 바와 같이, 제2 강성조절버튼(310c)은 제1 강성조절버튼(310b)과 동일한 구성을 가질 수 있다. 제1 강성조절버튼(310b)의 제1 가압부(310b')가 제1-1 케이블(330a)의 일측에 배치될 수 있는 것 과는 달리, 제2 강성조절버튼(310c)은 제2 가압부(310c')가 제1-2케이블(330b)의 일측에 배치되는 점에 차이가 있을 수 있다. 또한, 제3 강성조절버튼(310d)은 역시 제1 강성조절버튼(310b)과 동일한 구성을 가지며, 제3 가압부(310c')가 제1-1 케이블(330a)의 일측과 제1-2 케이블(330b)의 일측에 각각 배치되는 점에 차이가 있을 수 있다.
제3 강성조절버튼
도 18에 도시된 바와 같이, 제3 강성조절버튼(310d)은 제1 강성조절버튼(310b)과 동일한 구성을 가질 수 있다. 제1 가압부(310b')와 제2 가압부(310c')와는 달리, 제3 가압부(310d')는 제1-1 케이블(330a)의 일측과 제1-2 케이블(330b)의 일측에 각각 배치되는 점에 차이가 있을 수 있다.
도시된 바와 같이, 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c) 및 제3 강성조절버튼(310d)은 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)의 길이 방향과 나란한 제1축 방향(도 16의 z축)을 따라 이격 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c) 및 제3 강성조절버튼(310d)이 제1 축과 교차하는 제2 축 방향(도 1의 x축)에 대하여 이동 가능하게 배치될 수 있다. 따라서, 제1-1 케이블(330a) 및 제1-2 케이블(330b)이 제1 축 및 제2 축과 교차하는 제3 축 방향(도 1의 y축)에 대하여 상호 이격 배치될 수 있다.
조작 장치의 각각의 모드에 관한 설명
도 20 내지 도 25는 본 발명인 조작 장치의 제1-1 케이블(330a) 또는 제1-2 케이블(330b)의 당김 또는 당김을 해제하여 각 모드를 설정한 상태를 나타낸 도면이다.
도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 조작 장치 하우징(300a)의 내부 공간에는 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b)가 배치될 수 있다. 구체적으로, 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b)는 제1 가압부(310b'), 제2 가압부(310c') 및 제3 가압부(310d')에 대응하는 부위의 양측에서 제1-1 케이블(330a)의 타측과 제1-2 케이블(330b)의 타측을 지지할 수 있다.
구체적으로, 제1 가압부(310b')에 대응하는 위치에는 상호 이격된 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b)가 제1-1 케이블(330a)의 타측을 지지할 수 있고, 제2 가압부(310c')에 대응하는 위치에는 상호 이격된 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b)가 제1-2 케이블(330b)의 타측을 지지할 수 있으며, 제3 가압부(310d')에 대응하는 위치에는 상호 이격된 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b)가 제1-1 케이블(330a)과 제1-2 케이블(330b)의 타측을 지지할 수 있다
바람직하게는, 제1 가압부(310b'), 제2 가압부(310c'), 제3 가압부(310d') 및 지지부(360)는 제1-1 케이블(330a)과 제1-2 케이블(330b) 중 어느 하나를 당기거나 당김을 해제하는 과정에서, 제1-1 케이블(330a) 또는 제1-2 케이블(330b)과의 마찰을 최소화하기 위해 롤러 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제0 강성조절버튼(310a)은 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c) 또는 제3 강성조절버튼(310d)이 제1-1 케이블(330a)과 제1-2 케이블(330b) 중 적어도 어느 하나를 가압한 상태에서 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c) 또는 제3 강성조절버튼(310d)의 위치를 구속 또는 구속 해제할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 제0 강성조절버튼(310a)은 수동으로 작동하여, 연결바 후크(371)와 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c) 및 제3 강성조절버튼(310d)의 맞물림을 해제시킬 수 있다. 연결바 후크(371)는 제0 강성조절버튼(310a)에 대응하는 위치에 제0 연결바 후크(371a)가 위치하고, 제1 강성조절버튼(310b)에 대응하는 위치에 제1 연결바 후크(371b)가 위치하며, 제2 강성조절버튼(310c)이 대응하는 위치에 제2 연결바 후크(371c)가 위치하고, 제3 강성조절버튼이 대응하는 위치에 제3 연결바 후크(371d)가 위치할 수 있다.
바람직하게는, 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 또는 제3 강성조절버튼(310d)이 가압 방향으로 이동한 위치에서 각각의 연결바 후크(371)와 맞물려있는 경우, 제0 강성조절버튼(310a)은 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c) 또는 제3 강성조절버튼(310d)과 각각의 연결바 후크(371)의 맞물림을 해제하는 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 연결바 후크(371)는 연결바(370)에 의해 서로 연결되어 일체화될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 또는 제3 강성조절버튼(310d)이 가압되어 전진하면, 복수의 연결바 후크(371)는 제1 위치에서 제2 위치로 하강하였다가 다시 제1 위치로 이동할 수 있다. 바람직하게는, 제1 위치는 제2 위치보다 상승된 위치이며, 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 또는 제3 강성조절버튼(310d)을 구속할 수 있는 위치일 수 있다. 또한, 제2 위치는 구속을 해제할 수 있는 위치일 수 있다.
따라서, 연결바 후크(371)와 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 또는 제3 강성조절버튼(310d)이 맞물려 있는 상태에서 제0 강성조절버튼(310a)이 외력에 의해 눌리면, 연결바 후크(371)는 제2 위치로 하강하여 연결바 후크(371)와 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 또는 제3 강성조절버튼(310d)의 맞물림이 해제될 수 있다. 바람직하게는, 조작 장치 하우징(300a)과 연결바 후크(371) 사이에 개재되는 탄성부재(미도시)에 의해 제1 위치를 향해 탄성 지지될 수 있다.
바람직하게는, 조작 장치 하우징(300a)과 연결바 후크(371) 사이에 개재되는 탄성부재(미도시)에 의해 제1 위치를 향해 탄성 지지될 수 있다.본 발명에 따르면, 제0 강성조절버튼(310a)은 외력에 의해 눌려져 연결바(370)로 연결된 복수의 연결바 후크(371a,b,c,d)를 제2 위치로 이동시킬 수 있다.도시된 바와 같이, 제0 강성조절버튼(310a)은 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 또는 제3 강성조절버튼(310d)과 동일한 형태로 구성될 수 있고, 제1 강성조절버튼(310b)의 상측에 배치될 수 있으며, 제0 연결바 후크(371a)는 제0 강성조절버튼(310a)에 대응하는 위치에 추가로 배치될 수 있다,
즉, 제0 강성조절버튼(310a)은 제0 연결바 후크(371a)를 향해 전진한 상태에서 제0 연결바 후크(371a)를 제2 위치로 이동시킬 수 있고, 조작 장치 하우징(300a)과 제0 강성조절버튼(310a) 사이에 개재되는 탄성부재(미도시)에 의해 후진 방향으로 탄성 지지될 수 있다.도본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 및 제3 강성조절버튼(310d) 중 어느 하나를 전진시키면, 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 또는 제3 강성조절버튼(310d) 중 어느 하나의 가압부가 제1-1 케이블(330a)과 제1-2 케이블(330b) 중 어느 하나를 가압할 수 있다. 이때, 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 및 제3 강성조절버튼(310d) 중 어느 하나의 연결 고리부는 각각의 강성조절버튼에 대응되는 각각의 연결바 후크(371a,b,c,d)와 맞물려 구속될 수 있다.
이어, 다른 강성조절버튼(310)을 선택하여 가압하면, 가압된 해당 강성조절버튼(310)이 연결바 후크(371)와 맞물리는 과정에서 일체화된 연결바 후크(371)가 동시에 제2 위치로 이동하였다가, 다시 제1 위치로 이동하게 되므로, 앞서 구속되어 있던 강성조절버튼(310)의 구속이 해제되고, 선택된 강성조절버튼(310)의 연결 고리부가 새롭게 구속될 수 있다. 바람직하게는, 연결 고리부는 고리 형태를 가진 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼(310c), 및 제3 강성조절버튼(310d)에 연결된 일부분일 수 있고, 조작 장치 하우징(300a) 내부에 위치할 수 있다.
제2 조작 대상부(400')의 제어
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부의 작동을 설명하기 위한 블록도이다.
도시된 바와 같이, 조작 대상부는 제1 조작 대상부(400)와 제2 조작 대상부(400')를 포함할 수 있다. 제1 조작 대상부(400)는 착용형 허리보조 로봇의 허리 근력 보조부(200)일 수 있고, 제2 조작 대상부(400')는 착용형 허리보조 로봇의 클러치부(390)로 설정될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 제2 케이블(330c)은 착용형 로봇의 제2 조작 대상부(400')의 제어를 위한 것으로서, 일단부는 제2 조작 대상부(400')에 연결되고 타단부는 조작 장치 하우징(300a)의 관통홀을 경유하여 조작 장치 하우징(300a) 내부 공간으로 도입될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 조작 레버(340)는 조작 장치 하우징(300a) 내부로 도입된 제2 케이블(330c)의 타단부를 고정한 상태로 조작 장치 하우징(300a)의 타측면에 제2 케이블(330c)의 길이 방향과 나란한 방향으로 이동 가능하게 배치되어 이동 위치에 따라 제2 조작 대상부(400')에 연결된 제2 케이블(330c)을 당기거나 당김을 해제할 수 있다.
본 실시예에서는 조작 레버(340)가 제2 케이블(330c)의 길이 방향으로 슬라이딩하면서 제2 케이블(330c)을 당기거나 당김을 해제하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 제2 케이블(330c)을 당기거나 당김 해제하기 위해 회동 또는 회전하는 등 다양한 방식의 운동 방식이 적용되는 것도 가능할 것이다.
도 24에 도시된 바와 같이, 조작 장치 하우징(300a)에는 조작 레버(340)의 이동범위를 제한할 수 있는 안내홀(380)이 조작 레버(340)의 상하에 이격하여 형성될 수 있으며, 조작 레버(340)는 복수의 안내홀(380) 내에 배치되어 상하로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 클러치부 동작버튼(320)은 조작 레버(340)가 제2 케이블(330c)을 당긴 상태의 위치를 구속하기 위한 것으로, 클러치부 동작버튼(320)은 제2 케이블(330c)을 당기는 방향으로 이동한 위치에서 조작 레버(340)의 위치를 구속할 수 있는 클러치부 동작버튼 후크(320a) 및 클러치부 동작버튼 후크(320a)를 조작 레버(340)의 구속을 해제하는 방향으로 이동시킬 수 있는 해제 버튼(320b)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 해제 버튼(320b)은 조작 장치 하우징(300a)의 일측면에서 제2 케이블(330c)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 클러치부 동작버튼 후크(320a)는 조작 레버(340)가 제2 케이블(330c)을 당기기 위해 하측 방향으로 이동하는 과정에서 조작 레버(340)와 맞물려 조작 레버(340)의 위치를 구속할 수 있고, 해제 버튼(320b)이 하우징 내측으로 전진하는 과정에서 조작 레버(340)에 대한 구속을 해제할 수 있다.
또한, 해제 버튼(320b)은 조작 장치 하우징(300a)과 조작 레버(340) 사이에 개재되는 탄성부재(미도시)에 의해 후진 방향으로 탄성 지지될 수 있고, 조작 레버(340)는 조작 장치 하우징(300a)과 조작 레버(340) 사이에 개재되는 탄성부재(미도시)에 의해 제2 케이블(330c)의 당김 해제하는 방향으로 탄성 지지될 수 있다.
도 19 내지 도 23은 본 발명 착용형 로봇의 조작 장치에 따라 제1 케이블(330a,b)의 당김 또는 당김을 해제하여 각 모드를 설정한 상태를 나타낸 도면이고, 도 24는 본 발명 착용형 로봇의 조작 장치에 따른 제2 케이블(330ㅊ)의 당김을 해제한 상태를 나타낸 도면이다
제1 케이블을 당기거나 당김을 해제하는 과정
먼저, 도 19 내지 도 23을 참조하여 제1 케이블(330a,b)을 당기거나 당김을 해제하는 과정에 대하여 설명한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 사용자는 착용형 로봇의 제1 조작 대상부(400)에 대한 MODE1 설정을 위해 조작 장치 하우징(300a)의 일측에 배치된 제1 강성조절버튼(310b)을 가압할 수 있다. 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 사용자의 조작에 의해 제1 강성조절버튼(310b)이 제1-1 케이블(330a)과 교차하는 방향으로 전진 이동하면, 제1 가압부(310b')가 조작 장치 하우징(300a)의 내부공간을 가로지르는 형태로 배치된 제1-1 케이블(330a)을 가압하면서 측방향으로 이동시킬 수 있다.
이때, 제1 가압부(310b')에 의해 가압되는 제1-1 케이블(330a)은 타측이 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b)에 의해 지지된 상태가 되므로, 제1 가압부(310b')가 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b) 사이의 공간을 경유하여 전진하는 과정에서, 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b) 사이에 위치하는 제1-1 케이블(330a)의 길이가 증가하게 되며, 이에 따라 착용형 로봇의 제1 조작 대상부(400)와 연결된 제1-1 케이블(330a)이 당겨져 MODE1이 선택될 수 있다. 구체적으로, 지지부(360)는 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b)를 포함할 수 있으며, 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b)는 제1 가압부(310b')의 전진하는 과정에서 제1 가압부(310b')의 양 측면을 동시에 지지할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 외력에 의해 전진 이동한 제1 강성조절버튼(310b)은 제1 가압부(310b')가 상기 제1-1 케이블(330a)을 가압한 상태에서, 제1 연결바 후크(371b)와 맞물려 전진 위치가 구속됨에 따라, 제1 조작 대상부(400)에 대한 MODE1 설정 상태가 유지될 수 있다. 구체적으로, 제1 강성조절버튼(310b)을 이용해 제1-1 케이블(330a)을 당기는 과정에서 제1-1 케이블(330a)의 길이 변화량(n)은 다음과 같이 구할 수 있다.
여기서, m은 도 19(b)와 같이 제1 가압부(310b')가 제1-1 케이블(330a)을 가압한 상태에서 제1-1케이블(c1a)과 접촉하는 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b)의 접점과 제1 가압부(310b')의 접점 사이의 간격일 수 있고, L은 도 19(a)와 같이 제1 가압부(310b')가 제1-1 케이블(330a)을 가압하지 않은 상태에서 제1-1 케이블(330a)과 접촉하는 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b)의 접점과 제1 가압부(310b')의 접점 사이의 간격일 수 있다.
또한, d는 도 19(b)에서 제1 가압부(310b')가 이동한 거리일 수 있고, r1은 상단 지지부(360a) 및 하단 지지부(360b)의 반지름일 수 있으며, r2는 제1 가압부(310b')의 반지름일 수 있다.
또한, k는 도 19(b)와 같이 제1 가압부(310b')가 제1-1 케이블(330a)을 가압한 상태에서 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b) 사이에 위치하는 제1-1 케이블(330a)의 길이일 수 잇다.
또한, θ1은 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b)의 외주면 중 제1-1 케이블(330a)이 접촉하고 있는 영역의 각도일 수 있고, θ2는 제1 가압부(310b')의 외주면 중 제1-1 케이블(330a)이 접촉하고 있는 영역의 1/2 각도이고, n은 제1-1 케이블(330a)의 길이 변화량일 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 사용자는 착용형 로봇의 제1 조작 대상부(400)에 대한 MODE2 설정을 위해 조작 장치 하우징(300a)의 일측에 배치된 제2 강성조절버튼(310c)을 가압할 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 외력에 의해 제2 강성조절버튼(310c)이 제1-2 케이블(330b)과 교차하는 방향으로 전진 이동하는 과정에서 제2 가압부(310c')가 제1-2 케이블(330b)을 가압함에 따라, 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b) 사이에 위치하는 제1-2 케이블(330b)의 길이가 증가할 수 있다.
이에 따라, 착용형 로봇의 제1-2 케이블(330b)이 당겨져 MODE2가 선택될 수 있으며, 전진 이동한 제2 강성조절버튼(310c)은 제2 가압부(310c')가 제1-2 케이블(330b)을 가압한 상태에서 제2 연결바 후크(371c)와 맞물려 전진 위치가 구속됨에 따라, 제1 조작 대상부(400)에 대한 MODE2 설정 상태가 유지될 수 있다.한편, 도 20과 같이 MODE1이 선택된 상태로부터 도 21과 같이 MODE2로 선택하는 과정에서는, 제2 강성조절버튼(310c)이 제2 연결바 후크(371c)와 맞물릴 때, 제2 연결바 후크(371c)가 제2 위치로 이동하였다가 제1 위치로 이동할 수 있다. 이 때, 복수의 연결바 후크(371)는 연결바(370)에 의해 연결되어 일체로 구성될 수 있으므로, 제2 강성조절버튼(310c)이 제2 연결바 후크(371c)와 맞물리는 과정에서 앞서 구속되어 있던 제1 강성조절버튼(310b)은 구속이 해제될 수 있다
도 22에 도시된 바와 같이, 사용자는 착용형 로봇의 제1 조작 대상부(400)에 대한 MODE3 설정을 위해 조작 장치 하우징(300a)의 일측에 배치된 제3 강성조절버튼(310d)을 가압할 수 있다.
도시된 바와 같이, 외력에 의해 제3 강성조절버튼(310d)이 전진 이동하는 과정에서 제3 가압부(310d')가 제1-1 케이블(330a)과 제1-2 케이블(330b)을 각각 가압함에 따라, 상단 지지부(360a)와 하단 지지부(360b) 사이에 위치하는 제1-1 케이블(330a)과 제1-2 케이블(330b)의 길이가 각각 증가할 수 있다. 이에 따라 제1-1 케이블(330a)과 제1-2 케이블(330b)이 동시에 당겨져 MODE3이 선택될 수 있고, 전진 이동한 제3 강성조절버튼(310d)은 제3 연결바 후크(371d)와 맞물려 전진 위치가 구속됨에 따라, 제1 조작 대상부(400)에 대한 MODE3 설정 상태가 유지될 수 있다
한편, 도 23에 도시된 바와 같이, 사용자는 착용형 로봇의 제1 조작 대상부(400)에 대한 MODE0 설정을 위해 조작 장치 하우징(300a)의 일측에 배치된 제0 강성조절버튼(310a)을 가압할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 외력에 의해 전진 이동한 제0 강성조절버튼(310a)은 제0연결바 후크(371a)를 제2 위치로 이동시킬 수 있다. 이 때, 연결바 후크(371)들은 제0 연결바 후크(371a)와 연결바(370)를 통해 서로 연결되어 있으므로, 각각의 제1 강성조절버튼(310b) 내지 제3 강성조절버튼(310d)에 대한 구속을 해제할 수 있으며, 이를 통해 사전에 선택되어 있던 MODE1, MODE2 및 MODE3의 선택을 해제할 수 있다
한편, 제0 강성조절버튼(310a)에 대한 외력을 해제하면, 제0 강성조절버튼(310a)의 전진 과정에서 탄성 압축된 탄성부재가 탄성 복원됨에 따라 제0 강성조절버튼(310a)이 후진하여 원위치로 복귀될 수 있다.
제2 케이블을 당기거나 당김을 해제하는 과정
도 24 및 도 25를 참조하여 제2 케이블(330c)을 당기거나 당김을 해제하는 과정에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는 착용형 로봇의 제2 조작 대상부(400')가 제2 케이블(330c)을 당긴 상태에서 비활성화되고, 제2 케이블(330c)의 당김을 해제한 상태에서 활성화되는 것으로 예를 들고, 도 24와 같이 조작 레버(340)를 이용해 제2 케이블(330c)을 당겨 제2 조작 대상부(400')를 비활성화하고, 도 25와 같이 클러치부 동작버튼(320)을 이용해 제2 케이블(330c)의 당김을 해제하여 제2 조작 대상부(400')를 활성화하는 것으로 예를 들어 설명한다.
도 24에 도시된 바와 같이, 사용자는 착용형 로봇의 제2 조작 대상부(400')의 비활성화를 위해 조작 장치 하우징(300a)의 타측에 배치된 조작 레버(340)를 가압할 수 있다.
도시된 바와 같이, 조작 레버(340)는 사용자의 조작에 의해 제2 케이블(330c)의 타단부를 고정한 상태로 조작 장치 하우징(300a)의 안내홀(380)을 따라 하측 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 제2 케이블(330c)은 타단부가 조작 레버(340)에 연결된 상태에서 조작 레버(340)의 하측 방향으로의 이동에 의해 당겨지게 되며, 이에 따라 착용형 로봇의 제2 조작 대상부(400')의 기능이 비활성화될 수 있다.
여기서, 제2 케이블(330c)의 길이 변화량은 조작 레버(340)의 이동 거리와 동일하게 설정되므로, 제2 조작 대상부(400')의 기능 비활성화에 요구되는 제2 케이블(330c)의 길이 변화량에 대하여 조작 레버(340)의 이동 길이를 용이하게 설계할 수 있다.
이어, 하측 방향으로 이동한 상기 조작 레버(340)는 제2 케이블(330c)을 당긴 상태로 클러치부 동작버튼 후크(320a)와 맞물려 하강 위치가 구속될 수 있다. 따라서, 착용형 로봇의 제2 조작 대상부(400')의 기능 비활성화 상태가 유지될 수 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 사용자는 착용형 로봇의 제2 조작 대상부(400')의 기능 활성화를 위해 조작 장치 하우징(300a)의 일측에 배치된 해제버튼(320b)을 가압할 수 있다.
본 발명에 따르면, 해제버튼(320b)은 제2 케이블(330c)과 교차하는 수평방향으로 이동할 수 있도록 배치되고, 외력에 의해 조작 장치 하우징(300a)의 내측으로 함몰되는 방향으로 전진 이동할 수 있다.
이 과정에서 클러치부 동작버튼 후크(320a)는 해제버튼(320b)과 함께 이동하면서 조작 레버(340)로부터 분리되므로 조작 레버(340)에 대한 구속이 해제될 수 있다. 이때, 조작 레버(340)는 도시되지 않은 탄성부재에 의해 상측 방향으로 탄성 지지되어 있으므로, 클러치부 동작버튼 후크(320a)와 분리되는 동시에 탄성부재의 탄성력에 의해 상측 방향으로 이동할 수 있다. 따라서 조작 레버(340)에 연결된 제2 케이블(330c)의 당김을 해제하여 착용형 로봇의 제2 조작 대상부(400')의 기능을 활성화할 수 있다.
상기와 같은 본 실시예에 따르면, 조작 레버(340)를 수동 방식으로 조작할 수 있도록 구성하고, 이러한 조작 레버(340)에서 발생한 동력이 케이블을 통해 1 조작 대상부(400)와 제2 조작 대상부(400')로 전달되도록 구성함으로서, 배터리나 구동 모터 등의 전자식 요소를 배제할 수 있고, 이를 통해 사용 시간의 제한 없이 조작이 가능하고, 경량화 및 내구성 확보가 가능할 뿐만 아니라, 유지 보수가 용이한 이점을 제공할 수 있다.
도 33, 도 34
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 강성조절버튼 스위치 보드의 각각의 스위치를 강성조절버튼의 동작에 따른, 클러치 동작 및 강성조절 조작을 설명하기 위한 도면이다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 강성조절버튼 스위치 보드의 각각의 스위치를 강성조절버튼의 동작에 따른, 클러치 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 33에 도시된 바와 같이, 강성조절버튼 스위치 보드(231) 상에 제0 강성조절버튼 스위치(231a), 제1 강성조절버튼 스위치(231b), 제2 강성조절버튼 스위치(231c), 제3 강성조절버튼 스위치(231d)가 위치할 수 있고, 제0 강성조절버튼 스위치(231a)는 제0 강성조절버튼(310a), 제1 강성조절버튼 스위치(231b)는 제1 강성조절버튼(310b), 제2 강성조절버튼 스위치(231c)는 제2 강성조절버튼(310c), 제3 강성조절버튼 스위치(231d)는 제3 강성조절버튼(310d)에 대응될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 사용자가 제0 강성조절버튼(310a)을 누르면, 제0 강성조절버튼 스위치(231a)가 눌림에 따라, 전기적인 신호가 강성 조절부(230)에 유무선으로 전송되고, 전송된 전기적인 신호에 의하여 강성 조절용 소형 구동기 모듈(230')이 동작하여 강성 조절용 소형 구동기 모듈(230')이 락킹부(234)를 구동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 락킹부(234)는 슬라이더(220)의 상측에서 비틀림 스프링에 의해 소정의 축을 중심으로 도면에서 반시계 방향으로의 압박하는 탄성력이 작용하고, 슬라이딩 캠(232)이 수평 이동을 할 때 슬라이딩 캠(232)과의 접촉 유무에 따라서 회전 각도가 달라져 걸림턱(222)과 접촉하여 슬라이더(220)의 이동을 구속하거나 걸림턱(222)과의 접촉이 해제되어 슬라이더(220)의 구속을 해제할 수 있다.
도 13(a)에 도시되어 있는 것과 같이 제1 케이블(330a)이 당겨지지 않은 상태에서는 슬라이딩 캠(232a)이 락킹부(234)와 접촉하여 락킹부(234)를 시계 방향으로 회전시켜 락킹부(234)와 슬라이더(220) 상단면에 형성된 걸림턱(222)과의 결합이 해제될 수 있다. 따라서, 슬라이더(220)의 자유 이동이 가능하다.
반면에, 도 13(b)에 도시된 바와 같이, 조작 장치(401)의 동작으로 강성 조절용 소형 구동기 모듈(230')이 락킹부(234)를 구동시키는 경우, 강성 조절용 소형 구동기 모듈(230')은 제1 케이블(330a)을 좌측으로 이동시킬 수 있고, 제1 케이블(330a)에 연결된 슬라이딩 캠(232)이 좌측으로 이동하여 락킹부(234)와의 접촉이 해제될 수 있다. 이때, 락킹부(234)의 회전축에 형성된 비틀림 스프링의 탄성력에 의해 락킹부(234)를 시계 반대 방향으로 회전시켜 락킹부(234)와 슬라이더(220) 상단면에 형성된 걸림턱(222) 사이가 결합하여 슬라이더(220b)의 이동을 구속시킬 수가 있다.
이때, 각각의 탄성 이동부에 대하여 슬라이딩 캠(232) 및 락킹부(234)를 배치시켜 각 탄성 이동부의 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 구속을 개별적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태에 따르면, 사용자가 제0 강성조절버튼(310a)을 누르면, 제0 강성조절버튼 스위치(231a)가 눌림에 따라, 전기적인 신호가 강성 조절부(230)에 유무선으로 전송되고, 전송된 전기적인 신호에 의하여 강성 조절용 소형 구동기 모듈(230')이 동작하여 강성 조절용 소형 구동기 모듈(230')이 락킹부(234) 자체를 구동시킬 수도 있다. 이에 따라, 강성 조절용 소형 구동기 모듈(230')이 각 탄성 이동부의 제1 슬라이더(220a), 제2 슬라이더(220b), 및 제3 슬라이더(220c)의 구속을 개별적으로 제어할 수도 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 사용자가 제1 강성조절버튼(310b)을 누르면, 제1 강성조절버튼 스위치(231b)가 눌림에 따라, 전기적인 신호가 강성 조절부(230)에 유무선으로 전송되고, 전송된 전기적인 신호에 의하여 강성 조절용 소형 구동기 모듈(230')이 동작하여 강성 조절용 소형 구동기 모듈(230')이 락킹부(234)를 구동시킬 수 있다. 본 실시예는 제2 강성조절버튼(310c), 제3 강성조절버튼(310d)에도 적용 가능할 것이다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 도 33에 도시된 클러치부 동작버튼 스위치 보드(231') 상에 클러치부 온 버튼 스위치(233') 및 클러치부 오프 버튼 스위치(235')가 위치할 수 있고, 클러치부 온 버튼 스위치(233')는 클러치부 온 버튼(233)과, 클러치부 오프 버튼 스위치(235')는 클러치부 오프 버튼(235)과 대응될 수 있다. 구체적으로, 클러치부 온 버튼(233)이 눌려지면, 클러치부 온 버튼 스위치(233')가 눌림에 따라, 전기적인 신호가 클러치 동작용 소형 구동기 모듈(270')에 유무선으로 전송되고, 전송된 전기적인 신호에 의하여 클러치 동작용 소형 구동기 모듈(270')이 동작하여 클러치 동작용 소형 구동기 모듈(270')이 래칫 기어(270)를 구동시킬 수 있다. 더욱 더 구체적으로, 클러치 동작용 소형 구동기 모듈(270')은 래칫 기어(270)를 회전시킬 수 있고, 래칫 기어(270)의 회전에 의해 래칫 기어(270)와 기어열부(252) 사이의 기어 결합이 제어되어 제2 고정부(250)의 회전을 구속하거나 구속 해제할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 도 34에 도시된 클러치부 오프 버튼(235)이 눌려지면, 클러치부 오프 버튼 스위치(235')가 눌림에 따라, 전기적인 신호가 클러치 동작용 소형 구동기 모듈(270')에 유무선으로 전송되고, 전송된 전기적인 신호에 의하여 클러치 동작용 소형 구동기 모듈(270')이 동작하여 클러치 동작용 소형 구동기 모듈(270')이 래칫 기어(270)를 구동시킬 수 있다. 더욱 더 구체적으로, 클러치 동작용 소형 구동기 모듈(270')은 래칫 기어(270)를 회전시킬 수 있고, 래칫 기어(270)의 회전에 의해 래칫 기어(270)와 기어열부(252) 사이의 기어 결합이 제어되어 제2 고정부(250)의 회전을 구속하거나 구속 해제할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
[부호의 설명]
110: 상부 착용부
120: 하부 착용부
122: 착용부
124: 연결부
200: 허리 근력 보조부
205: 제1 탄성 부재
208: 제2 탄성 부재
210: 이동부
212: 롤러
220: 슬라이더
222: 걸림턱
230: 강성 조절부
230': 강성 조절용 소형 구동기 모듈
231: 강성조절버튼 스위치 보드
231': 클러치부 동작버튼 스위치 보드
231a: 제0 강성조절버튼 스위치
231b: 제1 강성조절버튼 스위치
231c: 제2 강성조절버튼 스위치
231d: 제3 강성조절버튼 스위치
232: 슬라이딩 캠
233: 클러치부 온 버튼
233': 클러치부 온 버튼 스위치
234: 락킹부
235: 클러치부 오프 버튼
235': 클러치부 오프 버튼 스위치
250: 제2 고정부
252: 기어열부
260: 제1 고정부
270: 래칫 기어
270': 클러치 동작용 소형 구동기 모듈
290: 하우징
310: 강성조절버튼
320: 클러치부 동작버튼
330: 케이블
330a: 제1-1 케이블
330b: 제1-2 케이블
330c: 제2 케이블
350: 와이어
400: 제1 조작 대상부
400': 제2 조작 대상부
401: 조작 장치
410: 와이어
420: 액츄에이터
500: 착용자 움직임 센서 사용자 인터페이스
500": 착용자 움직임 레포트 사용자 인터페이스
500': 착용자 움직임 분석 사용자 인터페이스
501: 허리 굽힘 각도 측정 사용자 인터페이스
501': x축 시간 y축 허리 굽힘 각도 그래프 사용자 인터페이스
502: 허리 비틀림 각도 측정 사용자 인터페이스
502': x축 시간 y축 허리 비틀림 각도 그래프 사용자 인터페이스
503: 허리 숙임 각도 측정 사용자 인터페이스
510: 착용자의 허리 L5/S1 조인트
511: 착용자의 상체 및 중량물의 무게중심
512: 근육 거리 벡터
520: 착용자 허리 부상 위험 그림 사용자 인터페이스
521: 착용자 작업 페이스 정보 제공 사용자 인터페이스
522: 착용자 작업 균형 정보 제공 사용자 인터페이스
523: 착용자 허리부상 위험도 정보 제공 사용자 인터페이스
530: 착용자 일일 총 동작 횟수 정보 제공 사용자 인터페이스
531: 착용자 안전 동작 비율 정보 제공 사용자 인터페이스
532: 착용자 일일 부하 절감 양 정보 제공 사용자 인터페이스
533: 착용자 착용형 로봇 착용 시간 정보 제공 사용자 인터페이스
534: 착용자 일일 동작 안전 점수 정보 제공 사용자 인터페이스
535: 착용자 일일 과도한 허리 굽힘 비율 정보 제공 사용자 인터페이스
536: 착용자 일일 장시간 허리 구부림 비율 정보 제공 사용자 인터페이스
537: 착용자 일일 사이드 허리 구부림 비율 정보 제공 사용자 인터페이스
538: 착용자 일일 허리 비틀기 비율 정보 제공 사용자 인터페이스
Claims (22)
- 상체에 착용되는 상부 착용부;상기 상부 착용부에 고정될 수 있는 허리 근력 보조부; 및상기 허리 근력 보조부 하단부에 연결되는 하부 착용부;를 포함하고,상기 허리 근력 보조부는상기 상부 착용부에 고정될 수 있는 하우징;상기 하우징의 내부에 직렬 또는 병렬로 배치되는 복수 개의 탄성 부재;상기 탄성 부재 하부에 연결되고, 상기 하부 착용부와 연결되어 상하 슬라이딩 이동을 하는 이동부; 및상기 탄성 부재의 강성을 조절하는 강성 조절부;를 포함하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 1 항에 있어서,상기 이동부의 하향 이동 범위를 제한하는 클러치부;를 더 포함하고,상기 클러치부는상기 이동부를 수평으로 감아 좌우 상부로 연장되는 와이어;상기 와이어의 일단을 고정시키는 제1 고정부; 및상기 와이어의 타단을 원주 방향으로 감아 고정시키고, 탄성 회전하도록 회전축에 릴 스프링(reel spring)이 장착되는 제2 고정부;를 포함하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 1 항에 있어서,상기 허리 근력 보조부의 복수 개의 탄성 부재는 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재를 포함하고,상기 제1 탄성 부재의 상단은 상기 하우징에 고정되고,하단은 상기 슬라이더에 고정되며,상기 제2 탄성 부재의 상단은 상기 슬라이더에 고정되고,하단은 상기 이동부에 고정되는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 3 항에 있어서,상기 제2 탄성 부재의 탄성 계수값은 상기 제1 탄성 부재의 탄성 계수값보다 큰,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 3 항에 있어서,상기 슬라이더의 상단면에는 상기 슬라이더의 이동 방향으로 걸림턱이 형성되고,상기 강성 조절부는상기 슬라이더의 상측에서 상기 슬라이더의 이동 방향으로 수평 이동하는 슬라이딩 캠; 및상기 슬라이딩 캠이 이동할 때 상기 슬라이딩 캠과의 접촉 유무에 따라서 상기 걸림턱과 접촉하거나 접촉을 해제하여,상기 슬라이더의 이동을 구속하거나 구속을 해제하는 락킹부를 더 포함하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 5 항에 있어서,상기 강성 조절부는상기 슬라이더와 연결되는 케이블을 더 포함하고,상기 케이블을 당기거나 당김을 해제하여 상기 슬라이더를 이동시키는 조작 장치를 더 포함하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 2 항에 있어서,상기 클러치 조작부는 상기 제2 고정부에 원주 방향으로 기어가 형성된 기어열부; 및상기 기어열부의 기어와 기어결합을 하거나 기어결합을 해제하여, 상기 제2 고정부의 회전을 구속하거나 구속 해제하는 래칫 기어;를 포함하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 7 항에 있어서,상기 클러치 조작부는상기 래칫 기어와 연결되는 케이블을 더 포함하고,상기 케이블을 당기거나 당김을 해제하여 상기 래칫 기어를 움직이는 조작 장치를 더 포함하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 8 항에 있어서,상기 제1 고정부에는 탄성 회전하도록 회전축에 릴 스프링이 장착되고,상기 제1 고정부에 장착되는 릴 스프링의 탄성 계수값이 상기 제2 고정부에 장착되는 릴 스프링의 탄성 계수값보다 작은 것을 특징으로 하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 1 항에 있어서,상기 허리 근력 보조부에 내장되어,상기 착용형 로봇의 착용자의 허리 굽힘 각도, 허리 비틀림 각도, 또는 허리 숙임 각도 중 어느 하나 이상을 측정하는 자세 인식 센서를 더 포함하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 10 항에 있어서,상기 자세 인식 센서는사용자 디바이스 또는 통신망과 유선 또는 무선으로 연결되고,상기 측정한 허리 굽힘 각도, 허리 비틀림 각도, 또는 허리 숙임 각도 중 어느 하나 이상을 서버로 전송하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 상체에 착용되는 상부 착용부;상기 상부 착용부에 연결될 수 있는 허리 근력 보조부; 및상기 허리 근력 보조부 하단부에 연결될 수 있는 하부 착용부를 포함하고,상기 허리 근력 보조부는와이어;상기 와이어의 하단에 연결되고, 상기 하부 착용부와 연결되어 상하 슬라이딩 이동을 할 수 있는 이동부; 및상기 와이어에 인가되는 장력을 조절하기 위해 상기 와이어의 길이를 제어하는 액츄에이터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 12 항에 있어서,상기 허리 근력 보조부에 내장되어,상기 착용형 로봇의 착용자의 허리 굽힘 각도, 허리 비틀림 각도, 또는 허리 숙임 각도 중 어느 하나 이상을 측정하는,자세 인식 센서를 더 포함하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제 13 항에 있어서,상기 자세 인식 센서는사용자 디바이스 또는 통신망과 유선 또는 무선으로 연결되고,상기 측정한 허리 굽힘 각도, 허리 비틀림 각도, 또는 허리 숙임 각도 중 어느 하나 이상을 서버로 전송하는,허리 근력을 보조하는 착용형 로봇.
- 제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치에 있어서,조작 장치 하우징;일단은 상기 제1 조작 대상부에 연결되고 타단은 상기 조작 장치 하우징에 고정되는 복수 개의 제1 케이블;일단은 상기 제2 조작 대상부에 연결되고 타단은 상기 조작 장치 하우징에 고정되는 제2 케이블;상기 제1 조작 대상부에 연결된 상기 복수 개의 제1 케이블을 당기거나 당김을 해제할 수 있는 강성조절버튼; 및상기 제2 조작 대상부에 연결된 상기 제2 케이블을 당기거나 당김을 해제할 수 있는 클러치부 동작버튼;을 포함하고,상기 강성조절버튼은 상기 복수 개의 제1 케이블을 가압하는 가압부를 포함하는,제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치.
- 제 15 항에 있어서,상기 조작 장치 하우징은,상기 복수 개의 제1 케이블의 타측에서 상기 가압부를 사이에 두고 상기 복수 개의 제1 케이블의 길이 방향에 대하여 상호 이격 배치되는 상단 지지부와 하단 지지부를 포함하는,제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 강성조절버튼은,상기 복수 개의 제1 케이블 중 적어도 하나 이상을 가압할 수 있는,제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치.
- 제 17 항에 있어서,연결바 후크를 더 포함하고,상기 연결바 후크는 상기 강성조절버튼이 상기 복수 개의 제1 케이블 중 어느 하나 이상을 가압하는 방향으로 이동한 위치에서,상기 강성조절버튼의 위치를 구속할 수 있는,제 1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치.
- 제 18 항에 있어서,상기 강성조절버튼과 상기 연결바 후크는 각각 복수 개로 이루어지고,상기 연결바 후크는 연결바에 연결되어 일체로 구성되며,상기 강성조절버튼에 의해 동시에 구속 해제방향으로 이동할 수 있는,제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치.
- 제 15 항에 있어서,상기 제2 케이블의 길이 방향과 나란한 방향으로 슬라이딩할 수 있는 조작 레버를 더 포함하며,상기 조작 레버가 상기 제2 케이블을 당기는 방향으로 이동한 위치에서 상기 조작 레버의 위치를 구속할 수 있는,제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 클러치부 동작버튼은,상기 조작 레버가 상기 제2 케이블을 당기는 방향으로 이동한 위치에서,상기 조작 레버의 위치를 구속할 수 있는 클러치부 동작버튼 후크를 더 포함하는,제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치.
- 제 21 항에 있어서,상기 클러치부 동작버튼은,상기 조작 레버의 구속을 해제하는 방향으로 상기 클러치부 동작버튼 후크를 이동시킬 수 있는 해제버튼을 더 포함하는,제1 조작 대상부와 제2 조작 대상부를 조작하는 허리 근력을 보조하는 착용형 로봇의 조작 장치.
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