KR101186540B1 - 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자의 신발에 착용되는 신발 착용부가 각각 구비된 한 쌍의 다리 구조체 및 사용자의 허리에 착용되는 골반 구조체를 포함하여 사용자의 근력을 지원하는 외골격로봇에 구비되며, 상기 다리 구조체를 상기 골반 구조체에 회동 가능하게 연결하는 고관절 구조체에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체는, 상기 골반 구조체의 배면에서 일측부에 걸쳐 구비되며, 수평인 제1축을 기준으로 그 일단이 회동 가능하게 상기 골반 구조체의 배면에 설치되는 회동부재; 상기 제1축 상에 중심을 가진 호 형상으로 구비되어 상기 골반 구조체의 일측부에 고정되는 가이드부재; 상기 회동부재의 타단부에 설치되는 회동체; 및 수직인 제2축을 기준으로 회동 가능하게 상기 회동체에 구비되고, 수평이며 상기 제1축에 대해 직각을 이루는 제3축을 기준으로 회동 가능하게 상기 다리 구조체의 상단부가 연결되는 연결체;를 포함하되, 상기 회동부재는, 그 타단부가 상기 가이드부재를 따라 왕복 이송되게 구비된다.
본 발명에 의하면, 한 쌍의 다리 구조체 간의 폭을 조절하는 제1축을 중심으로 한 회동 방향에 있어서, 그 회동을 안내할 수 있도록 호 형상의 가이드부재가 구비됨으로써, 고관절 구조체에 인가되는 회전력, 굽힘력 등의 외력에 대해 안정성과 내구성이 향상되어 고중량물에 대한 양중작업 등의 고부하 작업도 안정적으로 진행할 수 있으며, 별도의 스토퍼가 구비되지 않고도 가이드부재의 양단을 지지하는 한 쌍의 지지대로써 다리 구조체의 회동 범위를 안정적으로 제한할 수 있다.

Description

착용식 외골격로봇용 고관절 구조체 {Coxa structure for wearable exoskeleton robot}

본 발명은 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다리 구조체의 회동에 있어서 고부하 작업을 안정적으로 진행할 수 있고, 그 내구성도 크게 향상될 수 있으며, 다리 구조체의 회동 범위도 안정적으로 제한할 수 있는 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 착용식 외골격로봇은 인체의 내골격 구조에 대응되는 외골격 구조의 외형으로 구현되고, 이를 착용한 사용자가 움직이고자 하는 생체 신호, 힘 센서 신호, 근경도 센서 신호 등의 동기 신호를 수신하면, 해당 동기 신호에 대응되는 모터, 유압실린더, 인공근육 등의 액추에이터를 작동시킴으로써, 사용자의 근력을 지원하는 로봇이다.

이러한 착용식 외골격로봇은 크게 사용자의 상반신 근육의 근력을 지원하는 상지 구조물 및 사용자의 하반신 근육의 근력을 지원하는 하지 구조물로 구분되는데, 여기서 하지 구조물의 경우, 사용자의 신발에 착용되는 신발 착용부가 각각 구비된 한 쌍의 다리 구조체, 한 쌍의 다리 구조체를 사용자의 허리에 착용되는 골반 구조체에 각각 회동 가능하게 연결하는 한 쌍의 고관절 구조체를 포함하여 이루어진다.

도 1은 이와 같은 하지 구조물에 해당하는 착용식 외골격로봇의 고관절 구조체(30)를 골반 구조체(10)에 조립된 상태로 도시한 사시도이다.

종래의 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체(30)는, 일단이 골반 구조체(10)에 수평인 제1축(1)을 기준으로 회동 가능하게 설치되는 긴 막대 형상의 회동부재(31), 이 회동부재(31)의 타단에 설치되는 회동체(32), 수직인 제2축(2)을 기준으로 회동 가능하게 회동체(32)의 하측에 설치되며 다리 구조체의 상단부가 제3축(3)을 기준으로 회동 가능하게 연결되는 연결체(33) 및 회동부재(31)의 회동 범위를 제한하도록 골반 구조체(10)에 설치되는 한 쌍의 스토퍼(34)로 이루어진다.

이와 같은 종래의 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체(30)는, 그 동작이 인체의 고관절과 최대한 유사하게 구현될 수 있도록 서로 직각을 이루는 세 개의 축(1, 2, 3)을 기준으로 각각 회동될 수 있게 설계되었다.

그러나 이 고관절 구조체(30)는 다리 구조체를 통해 인가되는 충격과 외력이 연결체(33)와 회동체(32)를 통해 회동부재(31)의 타단에 전달되면, 이 충격과 외력은 상당한 길이를 갖는 회동부재(31)를 거쳐 그 일단의 골반 구조체(10)와의 연결 부분에 집중 인가된다.

따라서 회동부재(31)와 골반 구조체(10)의 연결 부분은, 회동부재(31)를 통해 전달되면서 회동부재(31)의 길이로 인해 증폭되어 굽힘력, 회전력, 비틀림력 형태로 인가되는 충격과 외력에 의해, 그 내구성이 취약한 문제점이 있으며, 이러한 문제점은 사용자가 착용식 외골격로봇을 착용하고 고중량물에 대한 양중작업 등 고부하 작업을 진행할 때에 더욱 부각될 수 있다.

이를 보완하기 위해, 회동부재(31)와 골반 구조체(10)의 연결 부분에 고하중을 지지할 수 있는 큰 용량의 감속기나 추가적인 베어링을 설치하기도 하지만, 이 경우 로봇의 제조 단가와 중량이 상승하는 단점이 있다.

그리고 이처럼 긴 길이의 회동부재(31)의 동작이 회동부재(31)와 골반 구조체(10)의 연결 부분, 즉 한 점으로 지지된 상태로 이루어짐에 따라, 고부하 작업시에 회동부재(31)의 동작이 불안정해져서 이 회동부재(31)의 타단에 설치된 다리 구조체의 동작이 전체적으로 불안정해지는 문제점이 있다.

한편, 종래의 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 회동부재(31)의 회동 범위를 제한하는 한 쌍의 스토퍼(34)가 골반 구조체(10)의 회동부재(31) 일단의 상측과 하측에 각각 별도로 구비된다.

그런데 이 한 쌍의 스토퍼(34)는 외력이 인가되는 회동부재(31)와 회동체(32)의 연결 부분에서 멀리 이격된, 회동부재(31)와 골반 구조체(10)의 연결 부분에서 회동부재(31)와 간섭되게 구비되므로, 고부하 작업시에 스토퍼(34)에 의해 회동부재(31)의 회동 범위가 제한되더라도, 인가되는 힘에 의한 회동부재(31)의 변형이 회동부재(31)의 길이를 따라 누적되면서 그 회동 범위 제한이 불안정해지는 단점도 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 한 쌍의 다리 구조체의 폭을 조절하는 다리 구조체의 회동이 안정적으로 안내되어 이루어질 수 있으며, 다리 구조체의 회동 범위도 안정적으로 제한할 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 회동 범위의 안정적인 제한을 별도의 스토퍼를 구비하지 않고도 구현할 수 있는 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체를 제공하고자 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체는, 사용자의 신발에 착용되는 신발 착용부가 각각 구비된 한 쌍의 다리 구조체 및 사용자의 허리에 착용되는 골반 구조체를 포함하여 사용자의 근력을 지원하는 외골격로봇에 구비되며, 상기 다리 구조체를 상기 골반 구조체에 회동 가능하게 연결하는 고관절 구조체로서, 상기 골반 구조체의 배면에서 일측부에 걸쳐 구비되며, 수평인 제1축을 기준으로 그 일단이 회동 가능하게 상기 골반 구조체의 배면에 설치되는 회동부재; 상기 제1축 상에 중심을 가진 호 형상으로 구비되어 상기 골반 구조체의 일측부에 고정되는 가이드부재; 상기 회동부재의 타단부에 설치되는 회동체; 및 수직인 제2축을 기준으로 회동 가능하게 상기 회동체에 구비되고, 수평이며 상기 제1축에 대해 직각을 이루는 제3축을 기준으로 회동 가능하게 상기 다리 구조체의 상단부가 연결되는 연결체;를 포함하되, 상기 회동부재는, 그 타단부가 상기 가이드부재를 따라 왕복 이송되게 구비된다.

상기 가이드부재는, 그 상단 및 하단이 상기 골반 구조체의 일측에 구비된 한 쌍의 지지대에 각각 결합됨으로써, 상기 한 쌍의 지지대에 의해 상기 회동부재의 회동 범위가 제한되게 구비될 수 있다.

상기 한 쌍의 지지대는, 상기 회동부재의 타단부에 연결되어 상기 가이드부재를 따라 왕복 이송되는 이송체가 상기 가이드부재의 상단 또는 하단으로 이송될 때, 상기 이송체의 상측면 또는 하측면과 각각 면 접촉으로 간섭되게 구비될 수 있다.

상기 회동체는, 상기 가이드부재를 따라 왕복 이송되는 이송체와 상기 회동부재의 타단부를 서로 연결하도록 구비될 수 있다.

상기 이송체는, 상기 가이드부재의 폭 방향을 따라 상기 가이드부재를 감싸는 형상으로 구비되며, 그 내주면이 상기 가이드부재의 외주면과 면 접촉된 상태로 안정적으로 왕복 이송되게 구비될 수 있다.

이러한 본 발명의 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체에 의하면, 기존의 고관절 구조체에서 불안정했던 한 쌍의 다리 구조체 간의 폭을 조절하는 제1축을 중심으로 한 회동 방향에 있어서, 회동부재의 회동을 안내할 수 있도록 호 형상의 가이드부재가 구비됨으로써, 회동부재의 양단이 안정적으로 지지 회동될 수 있으므로 고관절 구조체에 인가되는 회전력, 굽힘력 등의 외력에 대해 회동 안정성과 내구성이 크게 향상될 수 있다.

그리고 회동부재를 가이드부재에 연결하는 이송체가 가이드부재를 감싸는 형상으로 구비되어 그 내주면이 가이드부재의 외주면과 넓게 면 접촉된 상태로 안정적으로 왕복 이송되게 구비됨으로써, 이러한 회동 안정성은 더욱 극대화될 수 있다.

이에 따라, 사용자는 고중량물에 대한 양중작업 등의 고부하 작업도 안정적으로 진행할 수 있고, 회동부재와 골반 구조체의 연결 부분에 인가되는 하중이 크게 감소함에 따라 고관절 구조체의 내구성도 향상될 수 있다. 게다가 이러한 내구성 향상은 고가의 대용량 감속기나 추가적인 베어링을 적용하는 기존의 방식에 비해, 저렴한 비용으로 달성될 수 있다.

또한, 제1축을 중심으로 한 회동 방향에 있어서, 별도의 스토퍼를 구비하지 않고도 가이드부재의 양단을 지지하는 한 쌍의 지지대로써 다리 구조체의 회동 범위를 안정적으로 제한할 수 있다.

특히, 회동부재를 가이드부재에 연결하는 이송체가 회동부재가 회동됨에 따라 가이드부재의 상단 또는 하단으로 이송될 때, 그 상측면 또는 하측면이 한 쌍의 지지대에 각각 면 접촉으로 간섭되게 구비됨으로써, 가이드부재의 상단과 하단에서의 회동 범위 제한이 더욱 안정적으로 이루어질 수 있다.

도 1은 종래의 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체를 골반 구조체에 조립된 상태로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체를 골반 구조체 및 다리 구조체와 조립된 상태로 도시한 사시도,
도 3은 도 2에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체를 더 상세히 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체를 골반 구조체 및 다리 구조체와 조립된 상태로 도시한 정면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체를 골반 구조체 및 다리 구조체와 조립된 상태로 도시한 배면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체를 골반 구조체 및 다리 구조체와 조립된 상태로 도시한 측면도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체를 골반 구조체에 조립된 상태로 도시한 평면도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체에 있어서, 다리 구조체가 제1축을 기준으로 안정적으로 회동하는 동작을 보여주는 배면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, '당업자'라 한다)가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 그 범위가 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체(100)의 구성 및 작용효과를 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체(100)는, 인체의 내골격 구조에 대응되는 외골격 구조의 외형으로 구현되고, 사용자가 움직이고자 하는 동기 신호를 수신하여, 해당 동기 신호에 대응되는 액추에이터를 작동시킴으로써, 사용자의 근력을 지원하는 착용식 외골격로봇에 한 쌍이 구비되어, 사용자의 신발에 착용되는 신발 착용부(21)가 각각 구비된 한 쌍의 다리 구조체(20)를 사용자의 허리에 착용되는 골반 구조체(10)에 각각 회동 가능하게 연결하는 고관절 구조체(100)에 관한 것이다.

이렇게 고관절 구조체(100)는 착용식 외골격로봇에 한 쌍이 구비되는 것이지만, 이하에서는 둘 중 하나의 고관절 구조체(100)에 국한한 것을 기준으로 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체(100)는, 회동부재(110), 가이드부재(120), 회동체(130) 및 연결체(140)를 포함하여 이루어진다.

상기 회동부재(110)는 사용자의 허리에 착용될 수 있게 인체의 허리 부분에 대응되는 형상을 가진 골반 구조체(10)의 배면에서 일측부에 걸쳐 구비된 형상을 갖는다. 이에 따라, 상기 회동부재(110)는 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 평면에서 바라보았을 때 골반 구조체(10)의 배면과 일측부를 잇는 'ㄱ'자 형상 또는 중심각이 약 60°정도 되는 원호 형상으로 구비된다. 그러나 이러한 회동부재(110)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 회동부재(110)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 골반 구조체(10)의 전후방향을 따라 수평인 제1축(1)을 기준으로 회동 가능하게 그 일단이 제1회동부(111)를 통해 골반 구조체(10)의 배면에 설치된다. 여기서 제1회동부(111)는 구성요소의 회동을 지지할 수 있는 베어링이나 회동을 지지하면서 동력을 인가할 수 있는 하모닉 감속기와 같은 감속기로 이루어질 수 있다.

이와 같은 회동부재(110)는 한 쌍의 다리 구조체(20) 간의 폭을 조정하도록 다리 구조체(20)가 제1축(1)을 중심으로 회동될 때, 다리 구조체(20)의 이 회동을 1차적으로 안내 지지하고, 제1회동부(111)가 감속기로 이루어질 때에 그 회전력을 다리 구조체(20)에 전달하는 역할을 한다.

상기 가이드부재(120)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1축(1) 상에 중심을 가진 원의 일부를 이루는 호 형상으로 구비되어 골반 구조체(10)의 일측부에 고정되어, 회동부재(110)의 타단의 동작을 안내함으로써, 다리 구조체(20)의 제1축(1)을 중심으로 한 회동의 2차적으로 안내 지지하는 역할을 한다.

이를 위해, 상기 회동부재(110)의 타단에는 후술되는 회동체(130)를 통해 이송체(112)가 설치되고, 이 이송체(112)는 가이드부재(120)를 따라 왕복 이송될 수 있도록 가이드부재(120)에 설치되는데, 여기서 이송체(112)는 가이드부재(120)의 폭 방향을 따라 가이드부재(120)를 완전히 감싸는 형상으로 구비되어 그 내주면이 가이드부재(120)의 외주면과 면 접촉되게 구비됨으로써, 가이드부재(120)를 따라 매우 안정적으로 왕복 이송될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 이송체(112)는 회동체(130)를 통해 회동부재(110)의 타단에 설치되게 구현되었으나, 회동부재(110)의 타단부에 직접 설치되게 구현될 수도 있으며, 상기 회동부재(110)의 타단에 이 같은 이송체(112)가 설치되지 않고, 회동부재(110)가 그 타단에 형성된 홈부와 같은 구조물을 통해 가이드부재(120)에 직접 설치될 수도 있다.

또한, 그 형상에 있어서도 상기 이송체(112)는 가이드부재(120)를 따라 왕복 이송할 수 있게 구비되면 족하고, 그 형상이 상술한 바와 같이 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 가이드부재(120)의 호 형상은, 상술한 제1축(1) 상에 중심을 가진 원이 제1축(1)에 대해 직각을 이루는 형태로 구현되었으나, 이에 한정되지 않고 해당 원이 제1축(1)에 대해 비스듬하게 구비되는 형태로 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 가이드부재(120)는 골반 구조체(10)의 일측에서 좀 더 배면 측으로 이동된 곳에 위치될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 가이드부재(120)는 그 단면이 직사각형으로 소정의 두께와 폭을 갖는 바(bar) 형태로 구비되었으나, 이에 한정되지 않고 그 단면이 원형인 막대 형태로 구비될 수도 있다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가이드부재(120)의 상단과 하단은 골반 구조체(10)의 일측에 한 쌍의 지지대(121)를 통해 각각 고정 지지됨으로써, 가이드부재(120)는 골반 구조체(10)로부터 일정 거리만큼 이격된 상태로 고정된다. 이에 따라, 상술한 바와 같이 이송체(112)가 가이드부재(120)의 폭 방향을 따라 가이드부재(120)를 완전히 감싸는 안정적인 형상으로 구비될 수 있는 것이다.

이러한 한 쌍의 지지대(121)는 가이드부재(120)를 고정함과 동시에 다리 구조체(20)의 제1축(1)을 중심으로 한 회동의 범위를 제한하는 역할을 수행한다.

구체적으로 설명하면, 다리 구조체(20)가 제1축(1)을 기준으로 회동됨에 따라 회동부재(110)가 회동되면, 회동부재(110)의 타단에 연결된 이송체(112)는 가이드부재(120)를 따라 왕복 이송되는데, 이 이송체(112)가 가이드부재(120)의 상단 또는 하단에 다다르면 한 쌍의 지지대(121)와 각각 접촉되며 간섭을 일으키게 된다.

이에 따라 이송체(112)는 가이드부재(120)의 길이를 넘어서 그 상측 또는 하측으로 더 이송될 수는 없게 되며, 이러한 이송체(112)의 이송 범위 제한을 통해 다리 구조체(20)의 제1축(1)을 기준으로 한 회동이 제한될 수 있다. 즉, 상기 가이드부재(120)를 지지하기 위한 한 쌍의 지지대(121)가 이송체(112)의 이송 범위를 제한하는 일종의 스토퍼의 역할도 겸하는 것이다.

여기서, 상기 이송체(112)의 상면과 상측에 위치한 지지대(121)의 하면, 이송체(112)의 하면과 하측에 위치한 지지대(121)의 상면은 각각 면 접촉되며 간섭되게 구비됨으로써, 이송체(112)의 상측과 하측의 이송 제한이 정확하게 이루어져 한 쌍의 지지대(121)에 의한 이송체(112)의 이송 범위 제한이 매우 안정적으로 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같은 한 쌍의 지지대(121)는 본 발명의 바람직한 실시예와 같이 골반 구조체(10)에 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 구비되어 골반 구조체(10)에 결합되는 형태로 구현될 수도 있다.

상기 회동체(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 회동부재(110)의 타단부에 설치되며, 수직인 제2축(2)을 기준으로 회동되게 그 하측에 설치되는 연결체(140)를 지지할 수 있도록 베어링이나 감속기와 같은 구조물을 내장한다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 회동체(130)는 회동부재(110)의 타단과 상술한 이송체(112)를 연결하는 역할도 한다. 이렇게 회동체(130)가 회동부재(110)의 타단 끝단에 설치되고, 이 회동부재(110)의 측부에 이송체(112)가 결합될 경우, 회동부재(110)의 길이를 최소화할 수 있고, 회동부재(110)의 전 길이를 모두 활용하여 그 양단을 각각 제1회동부(111)와 가이드부재(120)를 통해 안내 지지할 수 있으므로, 다리 구조체(20)의 제1축(1)을 중심으로 한 회동이 매우 안정적으로 이루어질 수 있다.

그러나 본 발명에 따른 고관절 구조체(100)는, 상기 회동체(130)가 회동부재(110)의 타단 끝단이 아닌 타단부에 설치되게 구현될 수 있고, 이송체(112)도 회동부재(110)에 직접 설치되게 구현될 수도 있다.

상기 연결체(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 베어링 또는 감속기로 이루어지는 제2회동부(141)를 통해 다리 구조체(20)의 상단과 결합되고, 수평이며 제1축(1)에 대해 직각을 이루는 제3축(3)을 기준으로 회동 가능하게 회동체(130)에 설치된다.

본 발명에 따른 고관절 구조체(100)에 있어서, 상기 회동체(130)와 연결체(140)의 형상 및 설치 위치는 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다.

이하, 도 3 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체(100)의 동작 및 사용 상태를 한 쌍의 다리 구조체(20) 간의 폭이 넓어지게 다리 구조체(20)가 제1축(1)을 기준으로 회동하는 것을 기준으로 구체적으로 설명한다.

우선, 한 쌍의 다리 구조체(20) 간의 폭이 넓어지도록 다리 구조체(20)가 측 방향으로 움직이면, 그 동작이 연결체(140)와 회동체(130)를 거쳐 이송체(112)에 전달된다.

그러면 이송체(112)는 이러한 다리 구조체(20)의 움직임에 따른 힘을 전달받아 가이드부재(120)를 따라 상측으로 이송되고, 회동부재(110)는 이송체(112)가 연결된 타단이 상승하도록 골반 구조체(10)에 대해 제1축(1)을 기준으로 회동된다.

즉, 상기 회동부재(110)는 그 일단이 제1회동부(111)에 의해 1차적으로 안내 지지되고, 그 타단은 가이드부재(120)에 의해 2차적으로 안내 지지되므로, 제1축(1)을 중심으로 매우 안정적으로 회동된다.

이때, 별도로 구비된 센서(미도시)가 이렇게 한 쌍의 다리 구조체(20) 간의 폭이 넓어지도록 다리 구조체(20)가 측 방향으로 움직이는 사용자의 신호를 감지하면, 이에 따라 제1회동부(111)를 이루는 감속기가 작동하여 회동부재(110)에 회전력을 인가하여 회동시킴으로써, 다리 구조체(20)를 측 방향으로 움직이는 동작을 구현하는 근력을 지원하게 된다.

물론, 제1회동부(111)는 베어링으로 이루어지고 별도의 유압실린더와 같은 액추에이터가 구비되는 경우에는, 이러한 유압실린더를 작동시켜 사용자의 근력을 지원하게 된다.

여기서, 상기 이송체(112)가 가이드부재(120)를 따라 상측으로 이송될 때에는, 가이드부재(120)를 완전히 감싸는 형상으로써 그 내주면이 가이드부재(120)의 외주면과 면 접촉되게 구비됨으로 인해, 가이드부재(120)를 따라 매우 안정적으로 이송되게 된다.

한편, 다리 구조체(20)가 측 방향으로 더 움직여서 이송체(112)가 가이드부재(120)의 상단에 다다르면, 이송체(112)의 상면이 가이드부재(120)를 지지하는 지지대(121)의 하면에 면 접촉으로써 간섭된다. 이에 따라, 다리 구조체(20)는 측 방향으로 더 움직일 수 없게 그 회동 범위가 안정적으로 제한된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체(100)에 의하면, 한 쌍의 다리 구조체(20) 간의 폭을 조절하는 제1축(1)을 중심으로 한 회동 방향에 있어서, 그 회동을 안내할 수 있도록 호 형상의 가이드부재(120)가 구비됨으로써, 고관절 구조체(100)에 인가되는 회전력, 굽힘력 등의 외력에 대해 안정성과 내구성이 향상되어 고중량물에 대한 양중작업 등의 고부하 작업도 안정적으로 진행할 수 있으며, 별도의 스토퍼가 구비되지 않고도 가이드부재(120)의 양단을 지지하는 한 쌍의 지지대(121)로써 다리 구조체(20)의 회동 범위를 안정적으로 제한할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부되어 있는 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 고관절 구조체 110 : 회동부재
111 : 제1회동부 112 : 이송체
120 : 가이드부재 121 : 지지대
130 : 회동체 140 : 연결체
141 : 제2회동부 1 : 제1축
2 : 제2축 3 : 제3축
10 : 골반 구조체 20 : 다리 구조체
21 : 신발 착용부

Claims (5)

1. 사용자의 신발에 착용되는 신발 착용부가 각각 구비된 한 쌍의 다리 구조체 및 사용자의 허리에 착용되는 골반 구조체를 포함하여 사용자의 근력을 지원하는 외골격로봇에 구비되며, 상기 다리 구조체를 상기 골반 구조체에 회동 가능하게 연결하는 고관절 구조체로서,
   상기 골반 구조체의 배면에서 일측부에 걸쳐 구비되며, 수평인 제1축을 기준으로 그 일단이 회동 가능하게 상기 골반 구조체의 배면에 설치되는 회동부재;
   상기 제1축 상에 중심을 가진 호 형상으로 구비되어 상기 골반 구조체의 일측부에 고정되는 가이드부재;
   상기 회동부재의 타단부에 설치되는 회동체; 및
   수직인 제2축을 기준으로 회동 가능하게 상기 회동체에 구비되고, 수평이며 상기 제1축에 대해 직각을 이루는 제3축을 기준으로 회동 가능하게 상기 다리 구조체의 상단부가 연결되는 연결체;를 포함하되,
   상기 회동부재는, 그 타단부가 상기 가이드부재를 따라 왕복 이송되게 구비된 것을 특징으로 하는 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드부재는,
   그 상단 및 하단이 상기 골반 구조체의 일측에 구비된 한 쌍의 지지대에 각각 결합됨으로써, 상기 한 쌍의 지지대에 의해 상기 회동부재의 회동 범위가 제한되는 것을 특징으로 하는 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 한 쌍의 지지대는,
   상기 회동부재의 타단부에 연결되어 상기 가이드부재를 따라 왕복 이송되는 이송체가 상기 가이드부재의 상단 또는 하단으로 이송될 때, 상기 이송체의 상측면 또는 하측면과 각각 면 접촉으로 간섭되게 구비된 것을 특징으로 하는 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체.
4. 제1항에 있어서,
   상기 회동체는,
   상기 가이드부재를 따라 왕복 이송되는 이송체와 상기 회동부재의 타단부를 서로 연결하도록 구비된 것을 특징으로 하는 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 이송체는,
   상기 가이드부재의 폭 방향을 따라 상기 가이드부재를 감싸는 형상으로 구비되며, 그 내주면이 상기 가이드부재의 외주면과 면 접촉된 상태로 안정적으로 왕복 이송되는 것을 특징으로 하는 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체.

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