KR100975557B1

KR100975557B1 - Robot for assisting the muscular strength of lower extremity and control method for walking of the same

Info

Publication number: KR100975557B1
Application number: KR1020080133917A
Authority: KR
Inventors: 한창수; 한정수; 장재호; 유승남; 이희돈; 이승훈; 김완수
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-08-13
Also published as: KR20100075269A

Abstract

본 발명은 인체 하지용 근력 보조 로봇과 이의 보행제어 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 인체 착용방식의 하지용 근력 보조 로봇과 이의 보행제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a muscle assisting robot for the human lower limbs and a walking control method thereof, and more particularly, to a muscle assisting robot for lower limbs of the human body wearing method and a walking control method thereof.

본 발명에 의한 인체 하지용 근력 보조 로봇은, 무릎의 상하를 에워싸며, 인체에 착용하기 위한 복수 개의 착용대가 구비된 보조기구; 상기 보조기구의 외측에 체결되며, 무릎 위치의 관절부와 상부골격 및 하부골격으로 이루어지는 외골격; 상기 외골격의 관절부의 외측에 체결되어 상부, 하부 골격을 회전운동시키는 액추에이터; 인체에 부착되어 근육의 부피 변화를 감지하는 센서; 및 상기 센서에서 출력되는 값을 기준으로 인체의 동작의지신호를 판단하여 상기 액추에이터에 동작신호를 보내는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Muscle strength assistance robot for human body according to the present invention, the upper and lower surrounding the knee, the auxiliary device provided with a plurality of wear for wearing on the human body; It is fastened to the outside of the auxiliary mechanism, the exoskeleton consisting of the joint portion of the knee position and the upper skeleton and the lower skeleton; An actuator coupled to the outside of the joint portion of the exoskeleton to rotate the upper and lower skeletons; A sensor attached to the human body and detecting a change in volume of the muscle; And a controller for determining an operation intention signal of the human body based on the value output from the sensor and sending an operation signal to the actuator.

근력 보조, 무릎 근력 보조, 로봇, 보행제어, 착용형 근력 보조 로봇 Strength Assist, Knee Strength Assist, Robot, Walking Control, Wearable Strength Assist Robot

Description

ROBOT FOR ASSISTING THE MUSCULAR STRENGTH OF LOWER EXTREMITY AND CONTROL METHOD FOR WALKING OF THE SAME}

일반적으로 인체 착용방식의 하지용 근력 보조 로봇은 사람의 다리 힘을 보조하여 보행을 도와주는 역할을 하는 것으로, 인간과 로봇의 동기화를 이용한 입는 형태의 로봇을 말한다.In general, the muscle strength assistance robot for a human body wearing method serves to assist walking by assisting human leg strength, and refers to a wearable robot using synchronization between a human and a robot.

이러한 인체 착용방식의 하지용 근력 보조 로봇은 근육병 환자를 위한 재활 보조기구로부터 발전하여 최근에는 노인 등을 위한 근력 보조 역할 및 무거운 군장을 지는 군인용 또는 무거운 짐을 드는 산업현장용 근력 증폭기, 외과수술환자 및 오랫동안 병원생활을 한 내과 환자 등의 보행보조 등에 응용되고 있다.The human body wear method of the lower limb strength assistance robot has been developed from the rehabilitation aids for muscle patients, and recently, the strength assistant role for the elderly and the like, the military strength amplifier for the military or the heavy field workers, the surgical patient and It is applied to pedestrian assistance for medical patients who have been in hospital for a long time.

최근에 기술의 발전과 함께 액추에이터의 소형화가 가능해지는 등 구조적인 부분에서 많은 발전이 있어왔다. 하지만, 보행 동작을 위한 일련의 시스템에 대하여는 여전히 많은 연구과제가 남아있다.Recently, many advances have been made in structural aspects such as miniaturization of actuators with the development of technology. However, much work remains for a series of systems for walking motion.

그 중에 대표적인 것이 센서의 문제이다. 일반적으로 인체 착용방식의 하지용 근력 보조 로봇에서 사용자가 어떠한 동작을 원하는지 여부는 인체의 변화를 감지하는 센서를 통하여 판단하여야 한다. 이를 위한 대표적인 방법이 근육이 경직되는 특성을 이용하는 근육강화센서 또는 근전도 센서를 이용하여 근육의 변화를 감지하는 방법이다. 하지만, 이러한 센서는 인체에 깊숙이 부착하여야 하고, 로드 셀을 이용하여 비용이 많이 드는 문제가 있기 때문에 개선의 노력이 이어지고 있다.One of them is a sensor problem. In general, whether the user wants in the lower body strength assistance robot for the human body wearing method should be determined through a sensor for detecting a change in the human body. A representative method for this is a method of detecting muscle changes using muscle strengthening sensors or electromyogram sensors using the characteristics of muscle rigidity. However, these sensors have to be deeply attached to the human body, and the use of the load cell has been a costly problem, the improvement efforts have been continued.

또 다른 문제로 동작의지신호를 규정하는 방법이 문제된다. 동작의지란 특정한 동작을 하고자 하는 사람의 의지를 말하는 데, 사람의 의지를 직접적으로 확인하는 기술이 없는 현실에서는 신체 특정분위의 변화를 통하여 의지를 유추하는 방법을 이용한다. 인체에 부착된 센서에서 감지되는 일정한 상황을 특정 동작에 대한 동작의지로 규정하고, 액추에이터에 신호를 보내는 것이다. 이때, 어떠한 경우를 특정 동작에 대한 동작의지로 규정하느냐에 따라서, 센서의 부착위치 등 전체적인 시스템이 결정된다. 이러한 동작의지신호 규정에 대하여는 계속적인 연구가 이어지고 있다.Another problem is how to define the operation will signal. Movement will refers to the will of a person who wants to perform a specific action. In the reality where there is no technology for directly identifying the will of a person, a method of inferring the will through the change of a specific quartile is used. A certain situation detected by a sensor attached to a human body is defined as a will for a specific motion, and a signal is sent to an actuator. In this case, the overall system, such as the attachment position of the sensor, is determined according to which case is defined as the operation intention for a specific operation. There is a continuous study on the operation will signal definition.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 근육의 부피변화를 감지하여 동작을 제어하는 인체 하지용 근력 보조 로봇과 이러한 인체 하지용 근력 보조 로봇의 보행을 제어하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been invented to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method for controlling the walking of the lower body muscle strength assistance robot for controlling the operation by sensing the volume change of the muscle and the lower body strength assistance robot for the lower body. do.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 인체 하지용 근력 보조 로봇은, 무릎의 상하를 에워싸며, 인체에 착용하기 위한 복수 개의 착용대가 구비된 보조기구; 상기 보조기구의 외측에 체결되며, 무릎 위치의 관절부와 상부골격 및 하부골격으로 이루어지는 외골격; 상기 외골격의 관절부의 외측에 체결되어 상부, 하부 골격을 회전운동시키는 액추에이터; 인체에 부착되어 근육의 부피 변화를 감지하는 센서; 및 상기 센서에서 출력되는 값을 기준으로 인체의 동작의지신호를 판단하여 상기 액추에이터에 동작신호를 보내는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the muscle strength assistance robot for the lower body according to the present invention includes: an auxiliary device provided with a plurality of wear stands surrounding the upper and lower sides of the knee and worn on the human body; It is fastened to the outside of the auxiliary mechanism, the exoskeleton consisting of the joint portion of the knee position and the upper skeleton and the lower skeleton; An actuator coupled to the outside of the joint portion of the exoskeleton to rotate the upper and lower skeletons; A sensor attached to the human body and detecting a change in volume of the muscle; And a controller for determining an operation intention signal of the human body based on the value output from the sensor and sending an operation signal to the actuator.

이때, 센서가 부착되는 위치는 전대퇴부와 종아리의 두 곳인 것이 좋으며, 전대퇴부와 종아리를 감싸도록 형성된 착용대에 센서가 설치될 수도 있다.At this time, the position where the sensor is attached is preferably two places of the front thigh and the calf, the sensor may be installed on the wearing band formed to surround the front thigh and the calf.

이러한 센서는 플렉서블한 기판 위에 병렬로 배치된 다수 개의 스위츠를 포함하여 이루어지고, 인체에 착용 시 표면의 곡면에 맞게 자연스럽게 휘어지면서 착용되어 근육의 부피변화에 따라 스위치가 눌리는 개수를 통해 근육이 활성화된 것으로 판단하는 센서일 수 있다.This sensor is composed of a plurality of switches arranged in parallel on a flexible substrate, and when worn on the human body is bent naturally worn to fit the surface of the surface, the muscle is activated through the number of switches pressed in accordance with the volume change of the muscle It may be a sensor that determines that.

또한, 본 발명에 의한 인체 하지용 근력 보조 로봇의 보행제어 방법은, 양쪽 다리에 각각 부착된 센서의 출력값을 측정하여 비교하는 비교단계; 및 상기 비교단계에서 센서의 출력이 작은 것으로 판단된 다리의 액추에이터에 동작신호를 보내는 동작단계를 포함하며; 상기한 두 단계를 반복하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the walking control method of the human body muscle strength assistance robot according to the present invention, a comparison step of measuring and comparing the output value of the sensors attached to each leg; And an operation step of sending an operation signal to an actuator of a leg determined that the output of the sensor is small in the comparison step; Characterized in that the configuration consisting of repeating the above two steps.

이때, 센서가 전대퇴부와 종아리 두 곳에 각각 부착되고 두 개의 센서에서 측정된 값을 함께 비교하는 것이 좋으며, 동작단계에서 액추에이터에 동작신호를 보낼 때 센서들이 부착된 부위의 근육들이 모두 활성화 된 것으로 판단될 때, 반대편 다리의 액추에이터에 동작신호를 보내는 것이 좋다.In this case, it is recommended that the sensors are attached to the two parts of the front thigh and the calf, respectively, and compare the measured values from the two sensors together. , It is better to send the operating signal to the actuator on the opposite leg.

그리고 비교단계에 앞서서, 센서의 출력값을 교정하는 교정단계를 실시할 수 있다.And before the comparison step, a calibration step of calibrating the output value of the sensor can be performed.

본 발명에 따르면, 부피변화를 감지하는 센서를 이용하여 근육의 활성화 여부를 판단함으로써 센서 제작에 들어가는 비용을 줄일 수 있으며, 전대퇴부와 종아리의 근육 활성화 여부를 동작의지로 판단함으로써 정확한 보행제어 시스템을 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, by using the sensor to detect the change in volume by reducing the cost of the sensor production by determining whether the muscle activation, the accurate gait control system by judging whether the muscles of the forearm and calf is activated by the operation will It is effective to provide.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 인체 하지용 근력 보조 로봇을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the muscle strength assistance robot for the human lower body of the present invention.

본 발명의 인체 하지용 근력 보조 로봇은 보조기구(100), 외골격(200), 액추 에이터(300), 센서(400) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.The muscle strength assistance robot for the human body of the present invention includes an auxiliary device 100, an exoskeleton 200, an actuator 300, a sensor 400, and a controller (not shown).

보조기구(100)는 사용자의 인체에 직접 착용하는 부분으로, 무릎의 상부와 하부에 걸치도록 구성된다. 보조기구(100)를 인체에 착용할 때, 인체에 고정할 수 있도록 착용대(110)를 구비하고 있다. 이러한 착용대(110)는 최소한 무릎의 상부와 하부에 각각 하나씩 형성되는 것이 좋으며, 다수 개가 형성될 수도 있다. The assistive device 100 is a part directly worn on the human body of the user, and is configured to be worn on the upper and lower portions of the knee. When the auxiliary device 100 is worn on the human body, the wearing table 110 is provided to be fixed to the human body. One such wear stand 110 is preferably formed at least in the upper and lower portions of the knee, respectively, a plurality of dogs may be formed.

외골격(200)은 보조기구(100)에 체결되며, 그 위치는 인체(다리)의 바깥쪽에 체결된다. 외골격(200)은 상부골격(220)과 하부골격(230)이 회전가능하도록 관절부(210)로 연결된다. 관절부(210)는 무릎의 옆에 위치하고, 상부골격(220)은 무릎의 위쪽에 위치하며, 하부골격(230)은 무릎의 아래쪽에 위치한다. 무릎을 굽히고 펴는 동작과 동일하게 관절부(210)를 중심으로 상부골격(220)과 하부골격(230)이 움직일 수 있다. 이러한 외골격(200)은 판상 또는 막대 형상 등으로 제작할 수 있으며, 본 발명은 그 형상에 특별히 제한되지 않는다.The exoskeleton 200 is fastened to the auxiliary mechanism 100, the position of which is fastened to the outside of the human body (leg). The exoskeleton 200 is connected to the joint portion 210 so that the upper skeleton 220 and the lower skeleton 230 is rotatable. Joint portion 210 is located next to the knee, the upper skeleton 220 is located above the knee, the lower skeleton 230 is located below the knee. The upper skeleton 220 and the lower skeleton 230 may move around the joint portion 210 in the same manner as the bending and straightening of the knee. The exoskeleton 200 may be manufactured in a plate shape or a rod shape, and the present invention is not particularly limited in shape.

액추에이터(300)는 외골격(200)의 관절부(210)에 체결되어, 상부골격(220)과 하부골격(230)의 회전운동에 대한 구동력을 제공하는 부분이다. Actuator 300 is fastened to the joint portion 210 of the exoskeleton 200, the portion providing a driving force for the rotational movement of the upper skeleton 220 and the lower skeleton 230.

센서(400)는 인체의 변화를 감지하는 부분이며, 본 발명에서는 특히 근육의 부피변화를 감지한다. 근육은 피부로 둘러싸인 내부에 위치하지만, 근육의 부피변화는 피부를 통하여서도 느낄 수 가 있는 것이 보통이다. 따라서 다리의 피부에 부착하는 센서(400)를 통해서 센서가 부착된 위치에 있는 근육의 부피변화를 감지할 수 있다. The sensor 400 is a part for detecting a change in the human body, and in particular, the sensor 400 detects a change in volume of the muscle. Muscles are located inside the skin, but the volume changes of muscles are usually felt through the skin. Therefore, the sensor 400 attached to the skin of the leg can detect the volume change of the muscle at the position where the sensor is attached.

근육의 부피변화를 감지하는 센서(400)는 다양한 구조로 제작될 수 있으며, 도 2에 도시된 것과 같이 휘어질 수 있는 기판(410)에 다수 개의 스위치(420)를 배치하는 구조가 가능하다. 이러한 센서(400)는 인체에 부착하면, 기판(410)이 휘어져 인체의 피부 형상에 맞춰 밀착되면서 부착된다. 이러한 센서(400)를 인체에 부착하면, 근육의 부피변화에 따라 스위치(420)를 누르는 양에서 변화가 생겨 출력값이 변하게 되므로 근육의 활성화 여부를 판단할 수 있다. 이때, 근육의 부피변화량은 사람에 따라 다르기 때문에, 사용에 앞서 센서(400)를 착용한 뒤 교정단계를 실시한다. 교정단계에서는 근육이 활성화되지 않은 상태에서의 센서 출력값과 근육이 활성화된 경우의 센서 출력값을 확인하여, 근육이 활성화된 경우에 해당하는 출력값을 설정한다. 이러한 과정을 통해 근육의 활성화 상태를 정량적으로 산출할 수 있다.Sensor 400 for detecting the volume change of the muscle may be manufactured in a variety of structures, it is possible to arrange a plurality of switches 420 on the flexible substrate 410 as shown in FIG. When the sensor 400 is attached to the human body, the substrate 410 is bent and attached while being in close contact with the skin shape of the human body. When the sensor 400 is attached to the human body, the output value changes due to a change in the amount of pressing the switch 420 according to the change in the volume of the muscle, thereby determining whether the muscle is activated. At this time, since the volume change amount of the muscle depends on the person, the correction step is performed after wearing the sensor 400 before use. In the calibration step, the sensor output value when the muscle is not activated and the sensor output value when the muscle is activated are checked, and an output value corresponding to the case where the muscle is activated is set. Through this process, the activation state of the muscle can be quantitatively calculated.

제어부(미도시)는 액추에이터(300) 및 센서(400)와 전기적으로 연결되며, 센서(400)의 출력값을 통해 동작의지신호를 판단하여 액추에이터(300)에 동작 신호를 보내는 부분이다. 또한, 제어부는 상기한 교정단계를 실시하거나 액추에이터(300)의 움직임을 프로그램화하는 부분이다.The controller (not shown) is electrically connected to the actuator 300 and the sensor 400, and is a part that sends an operation signal to the actuator 300 by determining an operation intention signal through an output value of the sensor 400. In addition, the control unit is a part for performing the above-described calibration step or program the movement of the actuator (300).

한편, 상기한 구조의 인체 하지용 근력 보조 로봇은 센서(400)의 부착위치가 매우 중요하다. 센서(400)의 부착위치와 관련하여서, 본 발명의 발명자들은 다양한 연구를 통해 다음 부분에 관심을 갖게 되었다. On the other hand, the muscle strength assistance robot for the lower body of the structure described above is very important attachment position of the sensor (400). Regarding the attachment position of the sensor 400, the inventors of the present invention have been interested in the following parts through various studies.

도 3은 전대퇴부와 종아리 부분을 나타내는 도면으로, 센서가 부착되는 위치이다. 전대퇴부(10)는 대퇴직근(12)과 내측광근(13) 및 외측광근(14)을 포함하는 대퇴사두근(15)이 위치하는 부분이다. 종아리(20)는 비복근(22)이 위치하는 부분이다. 3 is a view showing the fore femoral portion and the calf portion, the position where the sensor is attached. The total femoral muscle 10 is a part where the quadriceps muscle 15 including the femoral rectus muscle 12, the medial optical muscle 13, and the external optical muscle 14 is located. The calf 20 is the part where the gastrocnemius muscle 22 is located.

본 발명의 발명자들은 두 부분이 모두, 다리가 지면에 지지되고 있는 동안에는 근육이 활성화 상태에 있는 점에 주목하였다. 또한, 두 부분에 위치하는 근육들의 크기가 상당히 크기 때문에, 근육의 부피변화가 상당히 심해서 센서를 이용하기에 매우 좋다.The inventors of the present invention noted that both parts are in the active state while the legs are supported on the ground. In addition, since the muscles located in the two parts are quite large, the volume change of the muscles is so great that it is very good to use the sensor.

나아가, 전대퇴부(10)와 종아리(20) 부분은 보조기구(100)의 착용대(110)가 위치할 수 있는 위치이다. 센서(400)가 설치된 착용대(110)가 두 부분에 위치하도록 인체 하지용 근력 보조 로봇을 제작하면, 인체 하지용 근력 보조 로봇의 착용과 동시에 센서(400)를 부착하는 것이 되어 매우 편리하다.Furthermore, the front thigh 10 and the calf 20 are the positions where the wearing table 110 of the auxiliary device 100 can be located. When the wear table 110 having the sensor 400 installed is manufactured to be located at two parts, it is very convenient to attach the sensor 400 at the same time as wearing the muscle assist robot for the lower body.

보행동작을 제어하는 방법을 설명하기 위하여 보행동작의 특징을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the characteristics of the walking operation to explain the method of controlling the walking operation is as follows.

보행동작은 크게 두 개로 나누어 볼 수 있는데, '발이 지면에 닿아있는 구간'(이하 A구간)과 '발이 지면에서 떨어져있는 구간'(이하 B구간)이 그 두 가지이다. 이때, B구간에서 지면에서 떨어진 다리는 공중에서 무릎을 굽혔다가 펴는 동작을 하게 된다. The walking motion can be divided into two categories, 'the section where the foot touches the ground' (hereinafter section A) and 'the section where the foot is far from the ground' (hereafter section B). At this time, the legs apart from the ground in section B bends and stretches the knees in the air.

사람의 양 다리는 A구간과 B구간을 서로 교대로 지나가게 되는데, 정확하게는 한 쪽 다리의 A구간이 끝나고 조금 뒤에 다른 쪽 다리가 B구간에 접어들게 된다. Both legs will alternately pass section A and section B. Exactly, after one leg of section A, the other leg enters section B.

도 4는 보행 시 시간의 흐름에 따른 발의 위치와 센서의 출력값을 나타는 도면이며, 좌측 다리를 먼저 앞으로 내미는 경우에 대한 것이다. 양쪽 다리 각각의 상태를 A구간과 B구간으로 표시하고, 가운데 등호와 부등호는 센서 출력값의 크기를 비교한 것을 나타낸다.4 is a view showing the position of the foot and the output value of the sensor according to the passage of time when walking, the case where the left leg is extended forward. The state of each leg is displayed in section A and section B, and the middle equal sign and the inequality sign indicate the comparison of the magnitudes of the sensor output values.

먼저, 보행을 시작하기 전 정지상태에서는 양쪽 다리가 모두 지면을 지지하고 있는 A구간이며, 센서의 출력이 동일하다. 이는 센서가 설치된 네 곳의 근육들이 모두 활성화된 상태이기 때문이다.First, in the stop state before walking, both legs are section A supporting the ground, and the output of the sensor is the same. This is because all four muscles where the sensor is installed are active.

보행을 시작하기 위하여 좌측 다리를 앞으로 내밀려는 동작을 취하는 순간에는, 아직 왼발이 지면에 닿아 있기 때문에 좌측 다리도 여전히 A구간에 속한다. 다만, 좌측 다리를 앞으로 내밀기 위해서는 먼저 왼발을 지면에서 들어야하므로, 왼쪽 종아리(20)의 근육이 비활성화 되고 이는 센서출력의 비대칭으로 나타난다.At the moment when the left leg is pushed forward to start walking, the left leg is still in section A because the left foot is still touching the ground. However, in order to extend the left leg forward, the left foot must first be lifted from the ground, so that the muscles of the left calf 20 are deactivated and this appears as an asymmetry of the sensor output.

좌측 다리를 들어서 앞으로 내미는 동안에는 좌측 다리가 B구간에 속하며, 센서의 출력은 여전히 우측 다리가 우세하다.While lifting the left leg forward, the left leg belongs to segment B, and the output of the sensor still prevails on the right leg.

좌측 다리를 앞으로 움직여 왼발을 착지하는 순간부터 좌측 다리는 A구간에 속한다. 반면에, 센서의 출력은 좌측 다리의 출력이 우측 다리의 출력보다 강해지는 변화가 생긴다. 이는 보행을 지속하려는 경우 앞쪽에 위치하는 발에 체중을 싣기 때문에, 앞쪽에 위치하는 좌측 다리의 근육은 활성화가 되고 뒤쪽에 위치하는 우측 다리는 지면을 지지하는 힘이 약해져 우측 다리 근육은 비활성화 되는 것이다.From the moment you move your left leg forward to land your left foot, your left leg is in section A. On the other hand, the sensor output changes so that the output of the left leg is stronger than the output of the right leg. This means that if you want to keep walking, you put your weight on the front foot, so that the muscles of the left leg in front are activated, and the right leg in the back is weak in supporting the ground and the right leg muscles are inactive. .

우측 다리를 들어서 앞으로 내미는 동안에는 우측 다리가 B구간에 속하며, 센서의 출력은 여전히 좌측 다리가 우세하다.While lifting the right leg forward, the right leg belongs to segment B, and the output of the sensor still prevails on the left leg.

좌측 다리를 앞으로 움직여 왼발을 착지하는 순간부터 우측 다리가 A구간에 속하고, 보행을 지속하려는 경우라면 상기한 것과 같은 이유로 우측 다리의 센서 출력이 좌측 다리의 센서 출력보다 강해진다.If the right leg belongs to section A from the moment the left leg is moved forward to land the left foot, and the user wants to continue walking, the sensor output of the right leg becomes stronger than the sensor output of the left leg for the same reason as described above.

이어서, 좌측 다리를 들어서 앞으로 내미는 동안에는 좌측 다리가 B구간에 속하며, 센서의 출력은 여전히 우측 다리가 우세하다.Subsequently, while lifting the left leg forward, the left leg belongs to segment B, and the output of the sensor still prevails on the right leg.

마지막으로 왼발을 착지하면서 보행을 정지하는 경우를 확인한다. 왼발을 착지하는 순간에 좌측 다리가 A구간에 접어들게 되며, 양쪽 다리의 센서 출력이 동일한 값을 갖는다. 이는 보행을 정지하는 순간에는 양쪽 다리에 체중을 동일하게 분산하고, 양쪽 다리로 지면을 지지하기 때문이다.Finally, check the case of stopping walking while landing the left foot. At the moment of landing the left foot, the left leg enters section A, and the sensor outputs of both legs have the same value. This is because the weight is distributed equally on both legs at the moment of stopping walking, and the ground is supported by both legs.

이상의 내용을 간략하게 정리하면 다음과 같다.The above is briefly summarized as follows.

1) 전대퇴부와 종아리에 센서를 부착한 경우에 보행을 위해서는 양쪽 다리의 센서 출력값이 비대칭이 된다. 1) The sensor output value of both legs becomes asymmetrical for walking when the sensor is attached to the front thigh and calf.

2) 센서 출력값이 약한 쪽 다리가 조금 뒤에 발이 지면에서 떨어진다.2) The leg with the weak sensor output falls slightly behind the foot.

3) 보행을 지속하는 경우에 한쪽 다리의 센서 출력값만이 모두 활성화 상태를 나타낸다. 3) In the case of continuous walking, only the sensor output value of one leg shows the activated state.

4) 보행을 멈추는 순간에는 양쪽 다리의 센서 출력값이 모두 활성화 상태가 되어 다시 대칭을 이룬다.4) At the moment of stopping walking, the sensor output value of both legs is activated and symmetrical again.

상기한 내용을 토대로, 상기한 구조의 인체 하지용 근력 보조 로봇의 보행제 어 방법은, 양쪽 다리에서 측정된 센서의 출력값을 비교하는 비교단계(S1)와 동작신호를 보내는 동작단계(S2)를 포함하여 구성된다. On the basis of the above, the walking control method of the muscle assisting robot for the lower extremity of the structure, the comparison step (S1) for comparing the output value of the sensor measured from both legs and the operation step (S2) for sending an operation signal It is configured to include.

이때, 비교단계(S1)에 앞서서 센서를 사용자에게 부착하고 양발로 서있는 경우를 기준상태로 하여 센서의 출력을 교정하는 교정단계(S0)를 거치는 것이 좋다. 도 5는 교정단계를 포함하는 본 발명의 보행제어 방법을 나타내는 도면이다.At this time, it is preferable to go through the calibration step (S0) to calibrate the output of the sensor with the sensor attached to the user and standing with both feet before the comparison step (S1) as a reference state. 5 is a diagram illustrating a walking control method of the present invention including a calibration step.

비교단계(S1)에서는 먼저 양쪽 다리에 부착된 센서의 출력값을 비교한다. 그리고 비교된 양쪽다리의 출력값이 대칭인 경우에는 계속적으로 비교를 진행하고, 출력값이 비대칭인 경우에는 보행동작을 하는 것으로 판단하여 동작단계를 수행한다.In the comparison step S1, first, output values of sensors attached to both legs are compared. When the output values of the compared legs are symmetric, the comparison is continuously performed, and when the output values are asymmetric, it is determined that the walking operation is performed.

동작단계(S2)는 먼저 센서의 출력이 약한 다리를 판단한다. 상기에서 설명한 것과 같이 센서의 출력이 약한 다리는 근육이 비활성된 다리로, 공중에서 무릎을 굽히고 펴는 동작을 한다. 따라서 센서의 출력이 약한 다리에 채워진 액추에이터에 동작신호를 보내 무릎을 굽히고 펴는 동작을 하도록 한다. 이때, 액추에이터의 구동에 의한 외골격의 움직임은 미리 프로그램화 할 수 있다.Operation step (S2) first determines the legs of the weak output of the sensor. As described above, the legs with weak outputs of the sensor are inactive legs, and bend and straighten the knees in the air. Therefore, by sending an operation signal to the actuator filled in the leg with a weak output of the sensor to bend and straighten the knee. At this time, the movement of the exoskeleton by driving the actuator can be programmed in advance.

동작단계(S2)를 거친 후에는 다시 비교단계(S1)로 돌아가며, 이는 보행동작의 지속여부를 판단하기 위해서이다. After the operation step S2, the process returns to the comparison step S1 again, in order to determine whether the walking operation is continued.

동작신호에 의해 액추에이터가 한 번의 동작을 마친 뒤에, 양쪽 다리의 센서 출력값이 비대칭이라면 보행동작을 계속하는 것으로 판단하여 동작단계(S2)를 다시 실시하게 된다.After the actuator completes one operation by the operation signal, if the sensor output value of both legs is asymmetric, it is determined that the walking operation is continued and the operation step S2 is performed again.

이때, 다음의 동작신호를 보내는 타이밍은 한쪽 다리의 근육이 모두 활성화 된 것으로 센서의 출력값이 나타날 때이다. 앞서 살펴본 것과 같이 본 발명의 인체 하지용 근력 보조 로봇의 센서는 전대퇴부와 종아리의 두 곳에 부착되며, 이 두 곳은 다리에 체중을 싣고 있는 경우에 활성화되는 근육이 있는 부위이다. 또한, 보행동작 중에는 한쪽 다리를 지면에 딛고 난 뒤에 다른 쪽 다리를 들게 된다. 따라서 한 쪽다리가 두 개의 근육이 활성화된 상태의 센서 출력값을 나타내는 것은 다리에 체중을 실은 채 지면을 딛은 상태이며, 이는 조금 뒤에 반대쪽 다리가 공중에서 무릎을 굽히고 펴는 동작을 하는 것으로 판단할 수 있는 것이다.At this time, the timing of sending the next motion signal is when the muscles of one leg are activated and the output value of the sensor appears. As described above, the sensor of the lower body strength assisting robot of the present invention is attached to two places of the front thigh and the calf, and these two sites are the muscles that are activated when the weight is placed on the leg. In addition, during walking, one leg is raised on the ground and the other leg is lifted. Therefore, one leg showing sensor output with two muscles activated is on the ground with the weight on the leg, which can be judged a little later as the opposite leg bends and stretches the knee in the air. .

만약에 동작신호에 의해 액추에이터가 한 번의 동작을 마친 뒤에, 양쪽 다리의 센서 출력값이 대칭이라면 보행동작을 중지하는 것이므로 동작단계(S2)롤 진입하지 않는다.If after the actuator finishes one operation by the operation signal, if the sensor output value of both legs is symmetric, the walking operation is stopped, and thus the operation step (S2) does not enter.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에만 국한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해 정해지는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited only to the above-described embodiment, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various changes without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the specific embodiments, but should be construed as defined by the appended claims.

도 2는 본 발명의 인체 하지용 근력 보조 로봇에 사용하는 센서를 나타내는 도면이다.Figure 2 is a view showing a sensor used in the muscle strength assistance robot for lower body of the present invention.

도 3은 본 발명의 센서가 부착되는 인체의 부위를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a part of the human body to which the sensor of the present invention is attached.

도 4는 보행 시 시간의 흐름에 따른 발의 위치와 센서의 출력값을 나타는 도면이다.4 is a view showing the position of the foot and the output value of the sensor with the passage of time when walking.

도 5는 본 발명의 보행제어 방법을 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a walking control method of the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

10: 전대퇴부 20: 종아리10: fore thigh 20: calf

100: 보조기구 110: 착용대100: aid 110: wear

200: 외골격 210: 관절부200: exoskeleton 210: joint portion

220: 상부골격 230: 하부골격220: upper skeleton 230: lower skeleton

300: 액추에이터 400: 센서300: actuator 400: sensor

410: 기판 420: 스위치410: substrate 420: switch

Claims

An auxiliary device surrounding a top and a bottom of a knee, and having a plurality of wear stands for wearing on a human body;

It is fastened to the outside of the auxiliary mechanism, the exoskeleton consisting of the joint portion of the knee position and the upper skeleton and the lower skeleton;

An actuator coupled to the outside of the joint portion of the exoskeleton to rotate the upper and lower skeletons;

A sensor attached to the human body to sense changes in muscle volume and attached to two places of the anterior thigh and the calf; And

A control unit for determining an operation will signal of the human body based on a value output from the sensor and sending an operation signal to the actuator;

The sensor is composed of a plurality of switches arranged in parallel on a flexible substrate, when worn on the human body is bent naturally worn to fit the surface of the surface is activated by the number of switches pressed in accordance with the volume change of the muscle Muscle strength assistance robot for the human lower body, characterized in that it is judged to be.

delete

The method of claim 1,

The position of the wear table includes a fore femoral portion and a calf portion, wherein the sensor is installed on the wear table located on the fore femoral portion and the calf.

delete

A comparison step of measuring and comparing output values of sensors respectively attached to both legs; And

An operation step of sending an operation signal to an actuator of a leg determined that the output of the sensor is small in the comparison step;

Walking control method of the human body muscle strength assistance robot, characterized in that the configuration consisting of repeating the above two steps.

The method of claim 5,

The sensor is attached to each of the two thigh and calf, respectively, and the gait control method of the human body muscle strength assistance robot, characterized in that comparing the values measured by the two sensors in the comparison step.

The method of claim 6,

In the process of sending an operation signal to the actuator in the operation step,

When it is determined that all the muscles of the attached area of the sensor is activated, the motion control method of the human body lower body strength assistance robot, characterized in that for transmitting an operation signal to the actuator of the opposite leg.

The method of claim 7, wherein

Prior to the comparison step, the gait control method of the human body muscle strength assistance robot, characterized in that for performing a calibration step for calibrating the output value of the sensor.