KR101937275B1

KR101937275B1 - 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체

Info

Publication number: KR101937275B1
Application number: KR1020170082305A
Authority: KR
Inventors: 조정산; 박병윤; 박상신; 김진탁; 박상덕
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-01-11
Anticipated expiration: 2037-06-29
Also published as: KR20190002017A

Abstract

본 발명은 상황에 따라 링크 구조체가 경직된 상태(rigid state) 또는 유연한 상태(flexible state)로 전환될 수 있도록 함에 따라 착용자가 넘어지는 상황과 같이 착용자의 신체를 구속함에 따른 안전사고를 방지할 수 있는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체는, 웨어러블 로봇의 이웃하는 조인트 사이에 구비되는 링크 구조체로서, 일측에 구비된 베이스 링크, 타측에 구비된 엔드 링크 및 상기 베이스 링크와 엔드 링크 사이에 직렬로 배열된 적어도 하나의 미들 링크를 포함한 링크부; 및 상기 베이스 링크, 미들 링크, 엔드 링크를 서로 압착시키는 압착구동력을 제공하여 상기 링크부가 경직된 상태가 되도록 하거나 상기 압착구동력을 해제하여 상기 링크부가 유연한 상태가 되도록 하는 압착구동부;를 포함하여 구성된다.

Description

웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체{LINK STRUCTURE FOR WEARABLE ROBOT}

본 발명은 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 상황에 따라 링크 구조체가 경직된 상태(rigid state) 또는 유연한 상태(flexible state)로 전환될 수 있도록 함에 따라 관절 및 뼈 구조가 다른데서 발생하는 이질감을 줄이고 안전사고를 방지할 수 있는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체에 관한 것이다.

최근 하지 근력이 저하된 노약자나 환자는 물론 일반인의 경우에도 보행 훈련을 위하여 하체에 착용하는 외골격 로봇과, 보행 중 사용자의 체중을 지지해 주는 갖는 캐스트 워커로 구성된 지능형 보행훈련 장치가 개발되고 있다.

한편, 위와 같은 외골격 로봇과 관련하여 한국등록특허 제10-1186540호에서는 고관절, 무릎관절 및 발목관절 부분에 모터 회동부를 구비하여 보행을 보조하는 착용식 외골격 로봇용 구조체에 대해 개시되어 있다.

그러나, 한국등록특허 제10-1186540호와 같은 종래의 외골격 로봇의 링크부재(20)는 딱딱한 막대 형태로 구성되어 있기 때문에, 사용자가 외골격 로봇을 착용하여 사용 중에 다리를 들어 옮길 때 공중에서 다리가 구속되어 있어 움직임이 자유롭지 못하며, 특히 넘어지면 딱딱한 링크로 인해 뼈가 부러지거나 인대가 손상되는 등의 사고를 당할 우려가 있다.

따라서, 사용자가 외골격 로봇을 착용하여 사용할 때, 사람의 관절 구조와 다른 외골격 로봇의 기구학적 구조가 상이한데서 발생하는 이질감을 줄이고, 특히 힘이 들어가지 않은 상태에서 자유롭게 움직이는 것을 방해하지 않으며, 특히 넘어지는 상황 등 특별한 상황일 경우에, 링크부재가 유연한 상태로 전환될 수 있도록 하는 기술이 요구된다.

한국등록특허 제10-1186540호(등록일자 2012년09월21일)

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 상황에 따라 링크 구조체가 경직된 상태(rigid state) 또는 유연한 상태(flexible state)로 전환될 수 있도록 함에 따라 관절 및 뼈 구조가 다른데서 발생하는 이질감을 줄이고 안전사고를 방지할 수 있는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체는, 웨어러블 로봇의 이웃하는 조인트 사이에 구비되는 링크 구조체로서, 일측에 구비된 베이스 링크, 타측에 구비된 엔드 링크 및 상기 베이스 링크와 엔드 링크 사이에 직렬로 배열된 적어도 하나의 미들 링크를 포함한 링크부; 및 상기 베이스 링크, 미들 링크, 엔드 링크를 서로 압착시키는 압착구동력을 제공하여 상기 링크부가 경직된 상태가 되도록 하거나 상기 압착구동력을 해제하여 상기 링크부가 유연한 상태가 되도록 하는 압착구동부;를 포함한다.

바람직하게, 상기 압착구동부는, 일단이 엔드 링크에 고정되고, 타단이 상기 미들 링크 및 상기 베이스 링크를 관통하여 연장된 와이어; 및 상기 와이어의 타단을 당겨 상기 링크부가 경직된 상태가 되도록 하거나 상기 와이어의 타단을 당김해제하여 상기 링크부가 유연한 상태가 되도록 하는 액추에이터;를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 와이어는 상기 링크부의 중앙에 하나로 구성되거나, 상기 링크부의 중앙을 기준으로 하여 복수개가 등각도로 배열되도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 와이어는 상기 베이스 링크와 상기 엔드 링크의 사이를 적어도 1회 왕복하도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 액추에이터는, 상기 베이스 링크의 외측에 일체로 형성된 실린더튜브; 및 상기 실린더튜브 내에서 유체 또는 기체의 압력에 의해 왕복 운동이 가능한 피스톤;을 포함하여 구성되며, 상기 와이어의 타단이 상기 피스톤에 고정되어 상기 피스톤이 상기 베이스 링크에서 이격시 상기 링크부가 경직된 상태가 되고, 상기 피스톤이 상기 베이스 링크에 근접시 상기 링크부가 유연한 상태가 되도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 베이스 링크, 미들 링크, 엔드 링크의 사이에는 마찰력 증대를 위한 고무재질의 탄성수단이 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 링크부의 외부에는 상기 링크부를 감싸서 보호하기 위한 유연한 재질의 보호스킨이 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 미들 링크의 일측면에는 반구형 볼록부가 형성되고, 상기 미들 링크의 타측면에는 상기 반구형 오목부가 형성되며, 상기 미들 링크의 반구형 볼록부에 대응하는 베이스 링크의 대응면에는 반구형 오목부가 형성되고, 상기 미들 링크의 반구형 오목부에 대응하는 엔드 링크의 대응면에는 반구형 볼록부가 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 미들 링크의 일측면에는 반원형 볼록부가 형성되고, 상기 미들 링크의 타측면에는 상기 반원형 오목부가 형성되며, 상기 미들 링크의 반원형 볼록부에 대응하는 엔드 링크의 대응면에는 반원형 오목부가 형성되고, 상기 미들 링크의 반원형 오목부에 대응하는 베이스 링크의 대응면에는 반원형 볼록부가 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 미들 링크와 베이스 링크의 반원형 볼록부의 지름 방향 일측 단부에는 경사홈부가 형성되고, 지름 방향 타측 단부에는 단턱부 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 베이스 링크와 엔드 링크는 판상으로 형성되고, 상기 미들 링크는 원통형상으로 형성되며, 상기 미들 링크의 사이에는 고무재질의 구형 탄성수단이 구비되고, 상기 와이어는 상기 미들 링크의 내부 및 상기 구형 탄성수단을 관통하도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 미들 링크의 일측면에는 반구형 볼록부가 형성되고, 상기 미들 링크의 타측면에는 상기 반구형 오목부가 형성되며, 상기 미들 링크의 반구형 볼록부에 대응하는 베이스 링크의 대응면에는 반구형 오목부가 형성되고, 상기 미들 링크의 반구형 오목부에 대응하는 엔드 링크의 대응면에는 반구형 볼록부가 형성되며, 상기 베이스 링크, 미들 링크 및 엔드 링크에는 와이어가 관통하기 위한 제1 관통홀, 제2 관통홀, 제3 관통홀, 제4 관통홀이 시계방향으로 등각 배열되어 형성되고, 상기 와이어의 일단은 상기 엔드 링크의 제1 관통홀 외측에 고정되어 위치되고, 상기 와이어의 타단은 상기 엔드 링크의 제4 관통홀 외측에 고정되어 위치되되, 상기 와이어의 일단에서 상기 엔드 링크의 제1 관통홀, 상기 미들 링크의 제1 관통홀, 상기 베이스 링크의 제1 관통홀을 순차 관통하여 외측으로 1차 연장된 후 상기 베이스 링크의 제2 관통홀, 상기 미들 링크의 제2 관통홀, 상기 엔드 링크의 제2 관통홀, 상기 엔드 링크의 제3 관통홀, 상기 미들 링크의 제3 관통홀, 상기 베이스 링크의 제3 관통홀을 순차 관통하여 외측으로 2차 연장된 후 상기 베이스 링크의 제4 관통홀, 상기 미들 링크의 제4 관통홀, 상기 엔드 링크의 제4 관통홀을 순차 관통하여 상기 와이어의 타단까지 연장형성되며, 상기 액추에이터는 상기 와이어의 제1 연장된 부분과 제2 연장된 부분에 연결되어 상기 와이어의 제1 연장된 부분과 제2 연장된 부분이 서로 꼬이도록 하여 상기 링크부가 경직된 상태가 되도록 하거나 상기 와이어의 제1 연장된 부분과 제2 연장된 부분의 꼬임을 해제하여 상기 링크부가 유연한 상태가 되도록 하는 줄 꼬임 구동기(Twisted String Actuator)로 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 상황에 따라 링크 구조체가 경직된 상태(rigid state) 또는 유연한 상태(flexible state)로 전환될 수 있도록 함에 따라 관절 및 뼈 구조가 다른데서 발생하는 이질감을 줄이고 착용자가 넘어지는 상황과 같이 착용자의 신체를 구속함에 따른 안전사고를 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 웨어러블 로봇을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체의 경직된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체의 유연한 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체의 적용예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체를 단면을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체의 단면을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체의 단면을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체를 구성하는 각 링크를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체의 경직된 상태를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체의 유연한 상태를 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체를 구성하는 각 링크를 도시한 도면이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체는, 도 4에 도시된 바와 같이, 웨어러블 로봇의 이웃하는 조인트(J1, J2, J3) 사이에 구비되는 링크 구조체로 적용될 수 있다.

예를 들어, 본 실시예의 링크 구조체는 골반부 조인트(J1)와 무릎부 조인트(J2)의 사이에 구비되거나, 무릎부 조인트(J2)와 발목부 조인트(J3)의 사이 등과 같이 이웃하는 조인트(J1, J2, J3) 사이를 연결하도록 구성될 수 있다.

본 실시예의 링크 구조체는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 링크부(100)와 압착구동부(200)를 포함하여 구성된다.

상기 링크부(100)는 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120)를 포함하여 구성되며, 상기 베이스 링크(110)는 링크부(100)의 일측에 구비되고, 상기 엔드 링크(120)는 링크부(100)의 타측에 구비되며, 상기 미들 링크(130)는 상기 베이스 링크(110)와 엔드 링크(120) 사이에 직렬로 배열되도록 구비된다.

상기 압착구동부(200)는 상기 링크부(100)의 상태가 경직된 상태(도 2의 상태) 또는 유연한 상태(도 3의 상태)가 되도록 구동시키는 부분으로서, 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120)를 서로 압착시키는 압착구동력을 제공하여 상기 링크부(100)가 경직된 상태가 되도록 하거나, 상기 압착구동력을 해제하여 상기 링크부(100)가 유연한 상태가 되도록 한다.

<제1실시예>

제1실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120)를 포함하는 링크부(100) 및 와이어(210), 액추에이터(220)를 포함하는 압착구동부(200)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 링크부(100)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 베이스 링크(110)와 엔드 링크(120) 사이에 직렬로 배열되어 복수로 구성된 미들 링크(130)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일측면에 반구형 볼록부(131)가 형성되고, 타측면에 반구형 오목부(132)가 형성되며, 이웃하는 미들 링크(130)는 반구형 볼록부(131)와 반구형 오목부(132)가 서로 마주하도록 직렬 배열된다.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 미들 링크(130)의 반구형 볼록부(131)에 대응하는 베이스 링크(110)의 대응면에는 반구형 오목부(111)가 형성되며, 상기 베이스 링크(110)의 반구형 오목부(111)와 상기 미들 링크(130)의 반구형 볼록부(131)가 서로 마주하도록 직렬 배열된다.

그리고, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 미들 링크(130)의 반구형 오목부(132)에 대응하는 엔드 링크(120)의 대응면에는 반구형 볼록부(122)가 형성되며, 상기 엔드 링크(120)의 반구형 볼록부(122)와 상기 미들 링크(130)의 반구형 오목부(132)가 서로 마주하도록 직렬 배열된다.

상술한 바와 같이, 반구형 오목부와 반구형 볼록부가 서로 마주하는 구조로 구성됨에 따라 상기 링크부(100)의 상태가 경직된 상태로 전환되는 과정에서, 반구형 오목부와 반구형 볼록부에 의해 가이드되면서 직렬 배열로 정렬될 수 있게 된다.

한편, 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120)의 사이에는 마찰력 증대를 위한 고무재질의 탄성수단(140)이 구비될 수 있다.

다음으로, 상기 압착구동부(200)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 압착구동부(200)를 구성하는 와이어(210)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 일단이 엔드 링크(120)의 중앙외부측에 고정되고, 타단이 상기 미들 링크(130)의 중앙부를 관통하여 상기 베이스 링크(110)의 중앙부로 연장되어 위치된다.

상기 와이어(210)는 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130)와 고정되어 있지 않으며, 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130)는 상기 와이어(210)가 관통된 상태로 상기 와이어(210)의 길이방향으로 위치 이동이 가능한 상태이다.

상기 와이어(210)의 타단은 상기 베이스 링크(110)의 중앙부를 관통하여 상기 압착구동부(200)를 구성하는 액추에이터(220)에 연결된다.

상기 액추에이터(220)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 링크(110)의 외측에 일체로 형성된 실린더튜브(221) 및 상기 실린더튜브(221) 내에서 유체 또는 기체의 압력에 의해 왕복 운동이 가능한 피스톤(222)을 포함하여 구성된다.

상기 와이어(210)의 타단은 상기 피스톤(222)의 중앙부에 고정되어 상기 피스톤(222)이 상기 베이스 링크(110)에서 이격시 상기 링크부(100)가 경직된 상태가 되고, 상기 피스톤(222)이 상기 베이스 링크(110)에 근접시 상기 링크부(100)가 유연한 상태가 될 수 있다.

즉, 상기 액추에이터(220)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1포트(P1)로 유압이 공급됨에 따라 상기 피스톤(222)이 상기 베이스 링크(110)에서 이격되어 상기 와이어(210)의 타단을 당김에 따라 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120)가 서로 압착되도록 하여 상기 링크부(100)가 경직된 상태가 되도록 할 수 있다.

또한, 상기 액추에이터(220)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2포트(P2)로 유압이 공급됨에 따라 상기 피스톤(222)이 상기 베이스 링크(110)에 근접하여 상기 와이어(210)의 타단을 당김해제함에 따라 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120) 간의 압착이 해제되도록 하여 상기 링크부(100)가 유연한 상태가 되도록 작동할 수 있다.

상술한 바와 같이, 링크부(100)와 압착구동부(200)로 구성된 링크 구조체는, 도 4에 도시된 바와 같이, 이웃하는 조인트(J1, J2, J3)를 서로 연결하도록 구성되며, 예를 들어, 본 실시예의 링크 구조체가 골반부 조인트(J1)와 무릎부 조인트(J2)의 사이 및 무릎부 조인트(J2)와 발목부 조인트(J3)의 사이에 각각 구비된 경우에, 웨어러블 로봇을 착용한 착용자의 다리가 입각시 시 링크부(100)가 경직된 상태가 되도록 압착구동부(200)가 상기 와이어(210)의 타단을 당기도록 동작하고, 착용자의 다리가 유각시 시 유연한 상태가 되도록 압착구동부(200)가 상기 와이어(210)의 타단을 당김해제하도록 동작할 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 링크부(100)의 외부에는 상기 링크부(100)를 감싸서 보호하기 위한 유연한 재질의 보호스킨(150)이 구비될 수 있다.

한편, 상기에서는, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 와이어(210)가 상기 링크부(100)의 중앙에 하나로 구성된 경우에 예시하였지만, 도 6의 (b) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 서로 분리 구성된 복수의 와이어(210)가 등각으로 배열되도록 구성될 수도 있음은 물론이다.

이때, 각각의 와이어(210)는 등각으로 배열되도록 구성되고, 각 와이어(210)의 일단은 엔드 링크(120)에 고정되고, 각 와이어(210)의 타단은 상기 미들 링크(130)를 관통하여 상기 베이스 링크(110)로 연장되어 위치된 후 상기 압착구동부(200)를 구성하는 액추에이터(220)의 피스톤(222)에 연결된다.

<제2실시예>

제2실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체는, 도 7에 도시된 바와 같이, 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120)를 포함하는 링크부(100)의 구성이 제1실시예와 상이하고, 와이어(210), 액추에이터(220)를 포함하는 압착구동부(200)는 제1실시예와 동일하게 구성된다.

구체적으로, 상기 베이스 링크(110)와 엔드 링크(120)는 판상으로 형성되고, 상기 미들 링크(130)는 원통형상으로 형성되며, 상기 미들 링크(130)의 사이에는 고무재질의 구형 탄성수단(140)이 구비된다.

상기 압착구동부(200)의 와이어(210)는 상기 미들 링크(130)의 내부 및 상기 구형 탄성수단(140)을 관통하도록 구성된다.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1포트(P1)로 유압이 공급됨에 따라 상기 피스톤(222)이 상기 베이스 링크(110)에서 이격되어 상기 와이어(210)의 타단을 당김에 따라 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 구형 탄성수단(140), 엔드 링크(120)가 서로 압착되도록 하여 상기 링크부(100)가 경직된 상태가 되도록 할 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2포트(P2)로 유압이 공급됨에 따라 상기 피스톤(222)이 상기 베이스 링크(110)에 근접하여 상기 와이어(210)의 타단을 당김해제함에 따라 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 구형 탄성수단(140), 엔드 링크(120) 간의 압착이 해제되도록 하여 상기 링크부(100)가 유연한 상태가 되도록 작동할 수 있다.

한편, 상기에서는, 도 6의 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 링크(110)와 엔드 링크(120)가 원형인 경우에 대해 예시하였지만, 도 6의 (f) 내지 (h)에 도시된 바와 같이, 직사각형, 삼각형, 정사각형 형태로 변형이 가능하다.

또한, 도 6의 (e) 및 (f)에 도시된 바와 같이, 미들 링크(130), 구형 탄성수단(140), 와이어(210) 그룹이 2그룹으로 구성된 경우 이외에도, 도 6의 (g) 및 (h)에 도시된 바와 같이, 등각 배열로 3그룹, 4그룹 등으로 구성될 수도 있다.

<제3실시예>

제3실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120)를 포함하는 링크부(100)의 구성과, 와이어(210), 액추에이터(220)를 포함하는 압착구동부(200)는 제1실시예와 상이하게 구성된다.

상기 미들 링크(130)의 일측면에는 반구형 볼록부(131)가 형성되고, 상기 미들 링크(130)의 타측면에는 상기 반구형 오목부(132)가 형성된다.

상기 미들 링크(130)의 반구형 볼록부(131)에 대응하는 베이스 링크(110)의 대응면에는 반구형 오목부(111)가 형성되고, 상기 미들 링크(130)의 반구형 오목부(132)에 대응하는 엔드 링크(120)의 대응면에는 반구형 볼록부(122)가 형성된다.

한편, 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130) 및 엔드 링크(120)에는 와이어(210)가 관통하기 위한 제1 관통홀(110h1, 120h1, 130h1), 제2 관통홀(110h2, 120h2, 130h2), 제3 관통홀(110h3, 120h3, 130h3), 제4 관통홀(110h4, 120h4, 130h4)이 시계방향으로 등각 배열되어 형성된다.

한편, 상기 와이어(210)는 하나로 구성되고, 제1 관통홀(110h1, 120h1, 130h1), 제2 관통홀(110h2, 120h2, 130h2), 제3 관통홀(110h3, 120h3, 130h3), 제4 관통홀(110h4, 120h4, 130h4)을 통해 상기 베이스 링크(110)와 상기 엔드 링크(120)의 사이를 왕복하여 연결하도록 구성된다.

구체적으로, 상기 와이어(210)의 일단은 상기 엔드 링크(120)의 제1 관통홀(120h1) 외측에 고정되어 위치되고, 상기 와이어(210)의 타단은 상기 엔드 링크(120)의 제4 관통홀(120h4) 외측에 고정되어 위치된다.

그리고, 상기 와이어(210)의 일단에서 상기 엔드 링크(120)의 제1 관통홀(120h1), 상기 미들 링크(130)의 제1 관통홀(130h1), 상기 베이스 링크(110)의 제1 관통홀(110h1)을 순차 관통하여 외측으로 1차 연장된 후 상기 베이스 링크(110)의 제2 관통홀(110h2), 상기 미들 링크(130)의 제2 관통홀(130h2), 상기 엔드 링크(120)의 제2 관통홀(120h2), 상기 엔드 링크(120)의 제3 관통홀(120h3), 상기 미들 링크(130)의 제3 관통홀(130h3), 상기 베이스 링크(110)의 제3 관통홀(110h3)을 순차 관통하여 외측으로 2차 연장된 후 상기 베이스 링크(110)의 제4 관통홀(110h4), 상기 미들 링크(130)의 제4 관통홀(130h4), 상기 엔드 링크(120)의 제4 관통홀(120h4)을 순차 관통하여 상기 와이어(210)의 타단까지 연장형성된다.

상기 와이어(210)는 각 링크(110, 120, 130)의 제5 관통홀(110h5, 120h5, 130h5)만을 관통하도록 구성될 수도 있음은 물론이다.

한편, 상기 액추에이터(220)는 줄 꼬임 구동기(223, Twisted String Actuator)로 구성된다.

구체적으로, 상기 줄 꼬임 구동기(223)는 구동축에 의해 회전하는 줄 꼬임 풀리(223-1)가 구비되며, 상기 줄 꼬임 풀리(223-1)를 관통하여 구성되어 양단이 풀리 형상으로 형성된 케이블 샤프트(223-2)가 구비된다.

상기 케이블 샤프트(223-2)의 양단에는 상기 와이어(210)의 제1 연장된 부분(210-1) 및 제2 연장된 부분(210-2)이 각각 걸려지게 된다.

따라서, 상기 줄 꼬임 구동기(223)의 구동축이 회전하게되면, 상기 줄 꼬임 풀리(223-1) 및 케이블 샤프트(223-2)가 회전하게 되고, 이에 따라 상기 와이어(210)의 제1 연장된 부분(210-1)과 제2 연장된 부분(210-2)이 서로 꼬이게 되어 길이가 짧아지게 됨에 따라 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120)가 서로 압착되도록 하여 상기 링크부(100)가 경직된 상태가 되도록 할 수 있다.

또한, 상기 줄 꼬임 구동기(223)의 구동축에 대한 회전력에 제거되면, 상기 줄 꼬임 풀리(223-1) 및 케이블 샤프트(223-2)의 회전력이 제거되며, 이에 따라 상기 와이어(210)의 제1 연장된 부분(210-1)과 제2 연장된 부분(210-2)의 꼬임이 자연적으로 풀릴 수 있는 상태가 됨에 따라 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120) 간의 압착이 해제되도록 하여 상기 링크부(100)가 유연한 상태가 되도록 작동할 수 있다.

<제4실시예>

제4실시예에 따른 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체는, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120)를 포함하는 링크부(100)의 구성이 상이하게 구성되고, 와이어(210), 액추에이터(220)를 포함하는 압착구동부(200)는 제1실시예와 동일하게 구성된다.

구체적으로, 상기 미들 링크(130)의 일측면에는 반원형 볼록부(131')가 형성되고, 상기 미들 링크(130)의 타측면에는 상기 반원형 오목부(132')가 형성된다.

한편, 상기 미들 링크(130)의 반원형 볼록부(131')에 대응하는 엔드 링크(120)의 대응면에는 반원형 오목부(121')가 형성되고, 상기 미들 링크(130)의 반원형 오목부(132')에 대응하는 베이스 링크(110)의 대응면에는 반원형 볼록부(112')가 형성된다.

그리고, 상기 미들 링크(130)의 반원형 볼록부(131')와 베이스 링크(110)의 반원형 볼록부(112')의 지름 방향 일측 단부에는 경사홈부(c)가 형성되고, 지름 방향 타측 단부에는 단턱부(d) 형성된다.

상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130) 및 엔드 링크(120)에는 와이어(210)가 관통하기 위한 제1 관통홀(110h1, 120h1, 130h1), 제2 관통홀(110h2, 120h2, 130h2), 제3 관통홀(110h3, 120h3, 130h3), 제4 관통홀(110h4, 120h4, 130h4)이 시계방향으로 등각 배열되어 형성된다.

한편, 제2 관통홀(110h2, 120h2, 130h2), 제3 관통홀(110h3, 120h3, 130h3)을 통과하는 제1 와이어(210a)와, 제1 관통홀(110h1, 120h1, 130h1), 제4 관통홀(110h4, 120h4, 130h4)을 통과하는 제2 와이어(210b)가 구비된다.

제1 와이어(210a)는 상기 베이스 링크(110)의 제2 관통홀(110h2), 제3 관통홀(110h3), 상기 미들 링크(120)의 제2 관통홀(120h2), 제3 관통홀(120h3), 상기 엔드 링크(130)의 제2 관통홀(130h2), 제3 관통홀(130h3)을 관통하여 연결하도록 구성된다.

제2 와이어(210b)는 상기 베이스 링크(110)의 제1 관통홀(110h1), 제4 관통홀(110h4), 상기 미들 링크(120)의 제1 관통홀(120h1), 제4 관통홀(120h4), 상기 엔드 링크(130)의 제1 관통홀(130h1), 제4 관통홀(130h4)을 관통하여 연결하도록 구성된다.

한편, 상기 제1 와이어(210a)의 상부는 롤러(r2)에 의해 지지되고, 상기 제2 와이어(210b)의 상부는 롤러(r1)에 의해 지지된다.

그리고, 상기 제1 와이어(210a)의 하부와 상기 제2 와이어(210b)의 하부는 상기 베이스 링크(110)로부터 일정 길이만큼 더욱 연장되도록 배출된다.

따라서, 제1 와이어(210a)의 하부 및 제2 와이어(210b)의 하부가 액추에이터의 피스톤(또는 액추에이터의 줄 꼬임 구동기)에 연결될 수 있다.

따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤이 상기 베이스 링크(110)에서 이격되어 상기 제1 와이어(210a)의 하부 및 제2 와이어(210b)의 하부를 각각 당김에 따라 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120)가 서로 압착되도록 하여 상기 링크부(100)가 일렬로 배열되어 경직된 상태가 되도록 할 수 있다.

또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤이 상기 베이스 링크(110)에 근접하여 상기 제1 와이어(210a)의 하부 및 제2 와이어(210b)의 하부를 각각 당김해제함에 따라 상기 베이스 링크(110), 미들 링크(130), 엔드 링크(120) 간의 압착이 해제되도록 하여 상기 링크부(100)가 유연한 상태가 되도록 작동할 수 있으며, 이때, 상기 링크부(100)를 일방향으로만 유연하게 움직일 수 있게 된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

100:링크부 110:베이스 링크
120:엔드 링크 130:미들 링크
140:탄성수단 150:보호스킨
200:압착구동부 210:와이어
220:액추에이터

Claims

웨어러블 로봇의 이웃하는 조인트 사이에 구비되는 링크 구조체로서,
일측에 구비된 베이스 링크, 타측에 구비된 엔드 링크 및 상기 베이스 링크와 엔드 링크 사이에 직렬로 배열된 적어도 하나의 미들 링크를 포함한 링크부; 및
상기 베이스 링크, 미들 링크, 엔드 링크를 서로 압착시키는 압착구동력을 제공하여 상기 링크부가 경직된 상태가 되도록 하거나 상기 압착구동력을 해제하여 상기 링크부가 유연한 상태가 되도록 하는 압착구동부;를 포함하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.
제1항에 있어서,
상기 압착구동부는,
일단이 엔드 링크에 고정되고, 타단이 상기 미들 링크 및 상기 베이스 링크를 관통하여 연장된 와이어; 및 상기 와이어의 타단을 당겨 상기 링크부가 경직된 상태가 되도록 하거나 상기 와이어의 타단을 당김해제하여 상기 링크부가 유연한 상태가 되도록 하는 액추에이터;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.
제2항에 있어서,
상기 와이어는 상기 링크부의 중앙에 하나로 구성되거나, 상기 링크부의 중앙을 기준으로 하여 복수개가 등각도로 배열되도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.
제2항에 있어서,
상기 와이어는 상기 베이스 링크와 상기 엔드 링크의 사이를 적어도 1회 왕복하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.
제2항에 있어서,
상기 액추에이터는,
상기 베이스 링크의 외측에 일체로 형성된 실린더튜브; 및 상기 실린더튜브 내에서 유체 또는 기체의 압력에 의해 왕복 운동이 가능한 피스톤;을 포함하여 구성되며,
상기 와이어의 타단이 상기 피스톤에 고정되어 상기 피스톤이 상기 베이스 링크에서 이격시 상기 링크부가 경직된 상태가 되고, 상기 피스톤이 상기 베이스 링크에 근접시 상기 링크부가 유연한 상태가 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.
제1항에 있어서,
상기 베이스 링크, 미들 링크, 엔드 링크의 사이에는 마찰력 증대를 위한 고무재질의 탄성수단이 구비된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.
제1항에 있어서,
상기 링크부의 외부에는 상기 링크부를 감싸서 보호하기 위한 유연한 재질의 보호스킨이 구비된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.
제1항에 있어서,
상기 미들 링크의 일측면에는 반구형 볼록부가 형성되고, 상기 미들 링크의 타측면에는 반구형 오목부가 형성되며,
상기 미들 링크의 반구형 볼록부에 대응하는 베이스 링크의 대응면에는 반구형 오목부가 형성되고, 상기 미들 링크의 반구형 오목부에 대응하는 엔드 링크의 대응면에는 반구형 볼록부가 형성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.
제1항에 있어서,
상기 미들 링크의 일측면에는 반원형 볼록부가 형성되고, 상기 미들 링크의 타측면에는 반원형 오목부가 형성되며,
상기 미들 링크의 반원형 볼록부에 대응하는 엔드 링크의 대응면에는 반원형 오목부가 형성되고, 상기 미들 링크의 반원형 오목부에 대응하는 베이스 링크의 대응면에는 반원형 볼록부가 형성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.
제9항에 있어서,
상기 미들 링크와 베이스 링크의 반원형 볼록부의 지름 방향 일측 단부에는 경사홈부가 형성되고, 지름 방향 타측 단부에는 단턱부 형성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.
제2항에 있어서,
상기 베이스 링크와 엔드 링크는 판상으로 형성되고, 상기 미들 링크는 원통형상으로 형성되며, 상기 미들 링크의 사이에는 고무재질의 구형 탄성수단이 구비되고, 상기 와이어는 상기 미들 링크의 내부 및 상기 구형 탄성수단을 관통하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.
제2항에 있어서,
상기 미들 링크의 일측면에는 반구형 볼록부가 형성되고, 상기 미들 링크의 타측면에는 반구형 오목부가 형성되며, 상기 미들 링크의 반구형 볼록부에 대응하는 베이스 링크의 대응면에는 반구형 오목부가 형성되고, 상기 미들 링크의 반구형 오목부에 대응하는 엔드 링크의 대응면에는 반구형 볼록부가 형성되며,
상기 베이스 링크, 미들 링크 및 엔드 링크에는 와이어가 관통하기 위한 제1 관통홀, 제2 관통홀, 제3 관통홀, 제4 관통홀이 시계방향으로 등각 배열되어 형성되고,
상기 와이어의 일단은 상기 엔드 링크의 제1 관통홀 외측에 고정되어 위치되고, 상기 와이어의 타단은 상기 엔드 링크의 제4 관통홀 외측에 고정되어 위치되되,
상기 와이어의 일단에서 상기 엔드 링크의 제1 관통홀, 상기 미들 링크의 제1 관통홀, 상기 베이스 링크의 제1 관통홀을 순차 관통하여 외측으로 1차 연장된 후 상기 베이스 링크의 제2 관통홀, 상기 미들 링크의 제2 관통홀, 상기 엔드 링크의 제2 관통홀, 상기 엔드 링크의 제3 관통홀, 상기 미들 링크의 제3 관통홀, 상기 베이스 링크의 제3 관통홀을 순차 관통하여 외측으로 2차 연장된 후 상기 베이스 링크의 제4 관통홀, 상기 미들 링크의 제4 관통홀, 상기 엔드 링크의 제4 관통홀을 순차 관통하여 상기 와이어의 타단까지 연장형성되며,
상기 액추에이터는 상기 와이어의 제1 연장된 부분과 제2 연장된 부분에 연결되어 상기 와이어의 제1 연장된 부분과 제2 연장된 부분이 서로 꼬이도록 하여 상기 링크부가 경직된 상태가 되도록 하거나 상기 와이어의 제1 연장된 부분과 제2 연장된 부분의 꼬임을 해제하여 상기 링크부가 유연한 상태가 되도록 하는 줄 꼬임 구동기(Twisted String Actuator)로 구성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체.