KR102419344B1

KR102419344B1 - 로봇의족 및 로봇의족의 구동방법

Info

Publication number: KR102419344B1
Application number: KR1020200117820A
Authority: KR
Inventors: 우현수; 조장호; 김기영; 신민기
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2022-07-11
Also published as: KR20220035722A

Abstract

본 발명의 일실시예는 보다 안정적인 보행을 도울 수 있는 로봇의족 및 로봇의족의 구동방법을 제공한다. 여기서, 로봇의족은 발 조립체, 발목부, 와이어, 제1탄성부재 그리고 제2탄성부재를 포함한다. 발 조립체는 디딤부재 및 디딤부재의 후단부에 구비되는 발목 브래킷을 가진다. 발목부는 발목 브래킷에 회전 가능하게 구비된다. 와이어는 발목부의 하측에 구비되되, 후단부는 발목부에 연결되고, 디딤부재의 길이방향으로 연장 구비된다. 제1탄성부재는 일단부는 와이어의 전단부에 결합되고, 타단부는 발 조립체에 지지된다. 제2탄성부재는 일단부는 발 조립체에 지지되고, 타단부는 발목부에 지지된다. 제1탄성부재는 발목부가 전방 방향으로 회전하여 와이어가 디딤부재의 후방으로 당겨짐에 따라 압축된 후, 디딤부재가 지면을 찰 때 복원력을 발생하고, 제2탄성부재는 발목부가 후방 방향으로 회전하면 발목부에 의해 가압되어 압축되면서 회전 저항력을 제공한다.

Description

로봇의족 및 로봇의족의 구동방법{ROBOT ARTIFICIAL LEG AND METHOD OF OPERATING ROBOT ARTIFICIAL LEG}

본 발명은 로봇의족 및 로봇의족의 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보다 안정적인 보행을 도울 수 있는 로봇의족 및 로봇의족의 구동방법에 관한 것이다.

사람을 대신해 위험한 작업을 할 수 있는 로봇 및 사람의 수족을 대신 할 수 있는 의족에 대한 수요가 늘어나면서 무게 및 하중을 지탱하고 균형을 유지하기 위한 기본 관절장치의 성능으로써 적절한 토크의 생성 및 중량이 중요하다.

초기의 상용 의족들은 주로 미관적인 측면에서 절단된 신체 부위를 대신할 목적으로 개발되었으나, 점차 자연스러운 보행이 가능하고 사용자에게 과도한 신진대사 소모가 발생하지 않도록 하는 기능적인 측면에서도 중요한 역할을 하는 의족들이 개발되고 있다.

하지만, 자연스러운 보행을 위해서는 보행 추진력을 위한 구동력이 안정적이고 지속적으로 제공되어야 하는데, 기존의 로봇의족의 경우 구동력을 제공하는 모터의 작동이 중지될 경우 안정적인 보행을 도울 수 없는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제2005-0058417호(2005.06.16. 공개)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 보다 안정적인 보행을 도울 수 있는 로봇의족 및 로봇의족의 구동방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 디딤부재 및 상기 디딤부재의 후단부에 구비되는 발목 브래킷을 가지는 발 조립체; 상기 발목 브래킷에 회전 가능하게 구비되는 발목부; 상기 발목부의 하측에 구비되되, 후단부는 상기 발목부에 연결되고, 상기 디딤부재의 길이방향으로 연장 구비되는 와이어; 일단부는 상기 와이어의 전단부에 결합되고, 타단부는 상기 발 조립체에 지지되는 제1탄성부재; 그리고 일단부는 상기 발 조립체에 지지되고, 타단부는 상기 발목부에 지지되는 제2탄성부재를 포함하고, 상기 제1탄성부재는 상기 발목부가 전방 방향으로 회전하여 상기 와이어가 상기 디딤부재의 후방으로 당겨짐에 따라 압축된 후, 상기 디딤부재가 지면을 찰 때 복원력을 발생하고, 상기 제2탄성부재는 상기 발목부가 후방 방향으로 회전하면 상기 발목부에 의해 가압되어 압축되면서 회전 저항력을 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇의족을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 와이어의 전단부에 결합되고, 상기 제1탄성부재의 일단부가 밀착되며, 상기 와이어가 상기 디딤부재의 후방으로 당겨지면 상기 디딤부재의 후방으로 이동하면서 상기 제1탄성부재가 압축되도록 가압하는 제1결합부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발목부는 하부에 구비되는 지지 마운트를 가지고, 상기 지지 마운트는 상기 발목부의 하부에 서로 이격 구비되고, 상기 발목부의 회전중심축과 평행한 방향으로 관통 형성되는 제1힌지공을 가지는 한 쌍의 지지 플랜지와, 상기 한 쌍의 지지 플랜지를 연결하고, 상기 지지 플랜지 사이에 상기 와이어가 지나도록 형성되는 설치공간과 연결되게 관통 형성되는 조절공을 가지는 지지 블록을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 지지 마운트에 힌지 연결되고, 상기 와이어가 관통하도록 구비되는 제2결합부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2결합부는 상기 제1힌지공에 결합되는 힌지축이 결합되는 제2힌지공을 가지고, 상기 지지 플랜지에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 회전 플랜지와, 상기 한 쌍의 회전 플랜지를 연결하고, 상기 설치공간을 지나는 상기 와이어가 관통되는 제1관통공을 가지며, 상기 발목부가 후방 방향으로 회전하면 상기 제2탄성부재가 압축되도록 가압하는 가압구를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 설치공간에 구비되고, 상기 설치공간을 지나는 상기 와이어가 접촉되도록 형성되어 상기 와이어의 이동을 안내하는 안내홈을 가지는 안내 블록을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 안내 블록은 상기 힌지축이 결합되도록 관통 형성되는 제3힌지공을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 조절공을 관통하여 연장되는 상기 와이어의 후단부에 결합되는 스토퍼와, 상기 스토퍼와 연결되고 상기 조절공에 나사 결합되어 회전하면서 상기 와이어의 장력을 조절하는 조절구를 가지는 조절부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발 조립체는 상기 디딤부재의 상부에 구비되는 베이스부를 가지고, 상기 베이스부는 상기 디딤부재의 상부에 돌출 형성되는 베이스 블록과, 후단부는 상기 베이스 블록의 전면에 연결되고, 상기 제1탄성부재의 내측에서 상기 디딤부재의 전방으로 연장되는 제1로드를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 베이스부는 전단부는 상기 베이스 블록의 후면에 연결되고, 상기 제2탄성부재의 내측에서 상기 디딤부재의 후방으로 연장되는 제2로드를 더 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 와이어는 상기 베이스 블록, 상기 제1로드 및 상기 제2로드를 관통하여 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발목부는 상기 발목 브래킷에 회전력을 제공하는 구동모터를 포함하고, 상기 구동모터는 압축된 상기 제1탄성부재가 펴질 때, 상기 디딤부재가 지면을 차는 방향으로 회전되도록 하는 회전력을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발 조립체는 상기 디딤부재의 전단 하부에 형성되는 제1설치홈에 상기 디딤부재의 높이 방향으로 왕복 이동되도록 구비되는 제1플러그와, 상기 제1설치홈에 구비되고, 상기 제1플러그의 하부가 상기 디딤부재의 하부보다 돌출되도록 상기 제1플러그를 탄발 지지하는 제3탄성부재를 가지는 앞꿈치 충격완화부를 가질 수 있다.

한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 로봇의족을 구동하는 로봇의족의 구동방법으로서, 상기 디딤부재의 후단부가 지면에 닿고 상기 발목부가 후방 방향으로 회전되면서 상기 발목부에 의해 상기 제2탄성부재가 가압되어 압축되는 착지단계; 상기 디딤부재가 지면을 밟으면서 상기 발목부가 전방 방향으로 회전되고 상기 와이어가 후방으로 당겨짐에 따라 상기 제1탄성부재가 압축되는 디딤단계; 압축된 상기 제1탄성부재가 펴지면서 상기 발목부가 후방 방향으로 회전되고 상기 디딤부재가 지면을 차는 구름단계; 그리고 상기 디딤부재가 지면에서 떨어지는 유각단계를 포함하는 로봇의족의 구동방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발목부는 상기 발목 브래킷에 회전력을 제공하는 구동모터를 포함하고, 상기 구름단계에서, 상기 구동모터는 압축된 상기 제1탄성부재가 펴질 때, 상기 디딤부재가 지면을 차는 방향으로 회전되도록 하는 회전력을 더 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1결합부가 제1탄성부재를 가압하게 되면, 제1탄성부재는 압축되면서 제1결합부를 전방으로 밀어 내게 되고, 이에 따라 와이어가 전방으로 밀려나면서 발목부가 후방 방향 회전되도록 하는 회전력을 제공할 수 있다. 이를 통해 디딤부재의 상부 및 발목부 사이의 각도가 커지도록 할 수 있으며, 이는 디딤부재가 지면을 차는 힘이 증가되도록 하는 효과를 가져올 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2결합부가 제2탄성부재를 가압하게 되면, 제2탄성부재는 압축되면서 발목부의 후방 방향 회전에 저항하는 회전 저항력을 제공할 수 있다. 이를 통해, 디딤부재의 상부 및 발목부 사이의 각도가 급격하게 커지는 것이 방지될 수 있으며, 이는 디딤부재가 빠르게 펴지지 않도록 버티는 힘이 증가되도록 하는 효과를 가져올 수 있기 때문에, 로봇의족 착용자의 보다 안정적인 보행을 도울 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의족을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의족을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 로봇의족을 나타낸 분해사시도이다.
도 4는 도 2의 발목부의 지지 마운트 및 제2결합부를 중심으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의족의 작동예시도이다.
도 7은 도 2의 로봇의족의 앞꿈치 충격완화부를 중심으로 나타낸 분해사시도이다.
도 8은 도 2의 로봇의족의 뒤꿈치 충격완화부를 중심으로 나타낸 분해사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의족의 구동방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의족의 구동예를 설명하기 위한 예시도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 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 명세서에서, “포함하다” 또는 “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.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의족을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 로봇의족은 발 조립체(100), 발목부(200), 와이어(300), 제1탄성부재(400) 그리고 제2탄성부재(450)를 포함할 수 있다.

발 조립체(100)는 디딤부재(110) 및 발목 브래킷(120)을 가질 수 있다.

디딤부재(110)는 착용자의 발에 대응될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상, 디딤부재(110)의 방향을 기준으로 전단/전단부/전방/전방 방향, 후단/후단부/후방/후방 방향으로 설명한다. 즉, 디딤부재(110)의 앞꿈치 방향을 전단/전단부/전방/전방 방향으로, 뒤꿈치 방향을 후단/후단부/후방/후방 방향으로 하여 설명한다.

발목 브래킷(120)은 디딤부재(110)의 후단부에 구비될 수 있다.

발목부(200)는 발목 브래킷(120)에 회전 가능하게 구비될 수 있다. 발목 브래킷(120)은 착용자의 발목에 대응될 수 있다. 발목부(200)의 상부에는 착용자의 다리와 연결되는 연결체(700, 도 2 참조)가 구비될 수 있다.

와이어(300)는 발목부(200)의 하측에 구비되되, 후단부는 발목부(200)에 연결되고, 디딤부재(110)의 길이방향으로 연장 구비될 수 있다.

제1탄성부재(400)는 일단부는 와이어(300)의 전단부에 결합되고, 타단부는 발 조립체(100)에 지지될 수 있다. 그리고, 제2탄성부재(450)는 일단부는 발 조립체(100)에 지지되고, 타단부는 발목부(200)에 지지될 수 있다.

제2탄성부재(450)는 발목부(200)가 후방 방향으로 회전하면 발목부(200)에 의해 가압되어 압축되면서 회전 저항력을 제공할 수 있다.

그리고, 제1탄성부재(400)는 발목부(200)가 전방 방향으로 회전(R2)하여 와이어(300)가 디딤부재(110)의 후방으로 당겨짐에 따라 압축된 후, 디딤부재(110)가 지면을 찰 때 복원력을 발생할 수 있으며, 이를 통해, 디딤부재(110)가 지면을 차는 힘이 강해질 수 있다.

상세히, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의족을 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 로봇의족을 나타낸 분해사시도이다.

도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 디딤부재(110)의 후단부에는 제1결합홀(111)이 형성될 수 있다. 그리고, 발목 브래킷(120)에는 제1결합홀(111)에 대응되는 제1통공(121)이 형성될 수 있다. 제1체결부재(122)는 제1통공(121)을 통해 제1결합홀(111)에 결합될 수 있으며, 이를 통해, 발목 브래킷(120)은 디딤부재(110)에 견고하게 결합될 수 있다. 발목 브래킷(120)은 한 쌍이 디딤부재(110)의 후단부 양측에 이격되어 구비될 수 있다.

디딤부재(110)의 상부에는 고정홈(112)이 형성될 수 있으며, 고정홈(112)의 전방에는 요홈(113)이 형성될 수 있다.

발 조립체(100)는 베이스부(130)를 가질 수 있다. 그리고, 베이스부(130)는 베이스 블록(131) 및 제1로드(133)를 가질 수 있다.

베이스 블록(131)은 디딤부재(110)의 고정홈(112)에 고정되어 돌출될 수 있다.

제1로드(133)는 후단부가 베이스 블록(131)의 전면(132)에 연결될 수 있으며, 디딤부재(110)의 전방으로 연장될 수 있다.

그리고, 베이스부(130)는 제2로드(135)를 더 가질 수 있으며, 제2로드(135)는 전단부가 베이스 블록(131)의 후면(134, 도 6의 (b) 참조)에 연결될 수 있으며, 디딤부재(110)의 후방으로 연장될 수 있다. 제1로드(133) 및 제2로드(135)는 동일한 중심축을 가질 수 있으며, 제1로드(133), 베이스 블록(131) 및 제2로드(135)에는 중심축 방향으로 관통홀이 형성될 수 있고, 와이어(300)는 이 관통홀을 관통하여 구비될 수 있다.

로복의족은 제1결합부(500)를 포함할 수 있으며, 제1결합부(500)는 와이어(300)의 전단부에 결합될 수 있다.

제1결합부(500)는 조임구(510) 및 가압판(520)을 가질 수 있다.

조임구(510)는 와이어(300)의 전단부에 결합될 수 있다. 조임구(510)는 와이어(300)의 전단부를 조여 와이어(300)와 분리되지 않을 수 있다.

가압판(520)은 조임구(510)에 연결되도록 마련될 수 있다. 가압판(520)은 제1탄성부재(400)의 외측지름보다 큰 지름을 가지도록 형성될 수 있다.

제1탄성부재(400)는 베이스 블록(131) 및 가압판(520)의 사이에 구비될 수 있다. 그리고, 제1탄성부재(400)는 제1로드(133)를 감싸도록 마련될 수 있다. 제1탄성부재(400)는 디딤부재(110) 상부에 형성되는 요홈(113)에 위치될 수 있다. 그리고, 제1탄성부재(400)는 제1로드(133)를 통해 전방으로 연장되는 와이어(300)를 더 감쌀 수 있다. 제1탄성부재(400)의 후단부는 베이스 블록(131)의 전면(132)에 밀착되고, 전단부는 가압판(520)에 밀착될 수 있다.

제1탄성부재(400)는 코일 스프링일 수 있으며, 압축하려고 하는 힘에 저장하는 압축스프링일 수 있다. 와이어(300)가 디딤부재(110)의 후방으로 당겨지면 제1결합부(500)는 와이어(300)와 함께 후방으로 이동하게 되고 제1탄성부재(400)가 압축되도록 가압할 수 있다. 베이스 블록(131)은 디딤부재(110)에 고정된 상태이므로, 제1탄성부재(400)는 베이스 블록(131)을 기준으로 디딤부재(110)의 전방 방향으로 탄성복원력을 발생하게 된다.

한편, 발목부(200)는 하부에 구비되는 지지 마운트(210)를 가질 수 있다.

도 4는 도 2의 발목부의 지지 마운트 및 제2결합부를 중심으로 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 분해사시도이다.

도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 지지 마운트(210)는 지지 플랜지(211) 및 지지 블록(215)을 가질 수 있다.

지지 플랜지(211)는 한 쌍으로 형성될 수 있으며, 발목부(200)의 하부에 서로 이격되어 구비될 수 있다. 이에 따라 지지 플랜지(211)의 사이에는 설치공간(217)이 형성될 수 있으며, 설치공간(217)으로는 와이어(300)가 지날 수 있다. 지지 플랜지(211)는 제1힌지공(212)을 가질 수 있으며, 제1힌지공(212)은 발목부(200)의 회전중심축과 평행한 방향으로 관통 형성될 수 있다.

지지 블록(215)은 한 쌍의 지지 플랜지(211)를 연결하도록 형성될 수 있다. 지지 블록(215)은 설치공간(217)과 연결되게 관통 형성되는 조절공(216)을 가질 수 있으며, 조절공(216)의 내주면에는 나사산이 형성될 수 있다.

그리고, 로봇의족은 제2결합부(600)를 포함할 수 있다.

제2결합부(600)는 지지 마운트(210)에 힌지 연결될 수 있으며, 와이어(300)아 관통하도록 구비될 수 있다.

구체적으로, 제2결합부(600)는 회전 플랜지(610) 및 가압구(620)를 가질 수 있다.

회전 플랜지(610)는 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 제1힌지공(212)에 대응되도록 형성되는 제2힌지공(611)을 가질 수 있다. 제2힌지공(611) 및 제1힌지공(212)에는 힌지축(219)이 결합될 수 있으며, 이를 통해, 지지 마운트(210)가 고정된 상태에서도 제2결합부(600)는 힌지축(219)을 중심으로 회전될 수 있다.

가압구(620)는 한 쌍의 회전 플랜지(610)를 연결할 수 있으며, 설치공간(217)을 지나는 와이어(300)가 관통되도록 하는 제1관통공(621)을 가질 수 있다. 그리고, 제1관통공(621)에는 가이드 링(622)이 삽입될 수 있으며, 와이어(300)는 가이드 링(622)을 관통하여 마련될 수 있다.

도 3을 더 참조하면, 제2탄성부재(450)는 베이스 블록(131) 및 가압구(620)의 사이에 구비될 수 있다. 그리고, 제2탄성부재(450)는 제2로드(135)를 감싸도록 마련될 수 있다. 제2탄성부재(450)의 전단부는 베이스 블록(131)의 후면에 밀착되고, 후단부는 가압구(620)에 밀착될 수 있다.

제2탄성부재(450)도 코일 스프링일 수 있으며, 압축하려고 하는 힘에 저장하는 압축스프링일 수 있다. 가압구(620)가 디딤부재(110)의 전방으로 이동되면 가압구(620)는 제2탄성부재(450)가 압축되도록 가압할 수 있다. 베이스 블록(131)은 디딤부재(110)에 고정된 상태이므로, 압축되는 제2탄성부재(450)는 베이스 블록(131)을 기준으로 디딤부재(110)의 후방 방향으로 탄성복원력을 발생하게 된다.

그리고, 로봇의족은 안내 블록(250)을 포함할 수 있다. 안내 블록(250)은 설치공간(217)에 구비될 수 있다. 안내 블록(250)은 제3힌지공(251)을 가질 수 있으며, 안내 블록(250)이 설치공간(217)에 구비된 상태에서 힌지축(219)은 제3힌지공(251)을 관통할 수 있다. 따라서, 안내 블록(250)은 설치공간(217)에 견고하게 고정될 수 있다.

안내 블록(250)은 하부에 형성되는 안내홈(252)을 가질 수 있다. 안내홈(252)은 발목부(200)의 원주방향으로 형성될 수 있다. 안내홈(252)은 설치공간(217)의 와이어(300)가 접촉되도록 형성되어 와이어(300)가 안정적으로 이동되도록 안내할 수 있다.

그리고, 로봇의족은 조절부(270)를 포함할 수 있다.

조절부(270)는 스토퍼(271) 및 조절구(275)를 가질 수 있다.

스토퍼(271)는 조절공(216)을 관통하여 연장되는 와이어(300)의 후단부에 결합될 수 있으며, 스토퍼(271)는 와이어(300)의 후단부를 조여 와이어(300)가 분리되지 않도록 할 수 있다.

조절구(275)는 스토퍼(271)에 연결될 수 있다. 조절구(275)는 조절공(216)에 나사 결합될 수 있으며, 따라서, 조절공(216)에 결합된 조절구(275)가 회전하면 스토퍼(271)의 높이는 조절될 수 있다. 스토퍼(271)의 높이가 높아지도록 조절되면 와이어(300)는 후방으로 더 당겨지게 되고, 스토퍼(271)의 높이가 낮아지도록 조절되면 와이어(300)는 전방으로 더 늘어나게 되어 와이어(300)의 장력이 조절될 수 있다.

와이어(300)가 후방으로 당겨질수록 제1탄성부재(400)의 초기 상태는 제1결합부(500)에 의해 더 많이 압축된 상태가 될 수 있으며, 이에 따라, 초기 상태에서의 탄성복원력은 커지게 된다. 반대로, 와이어(300)가 전방으로 밀려날수록 제1결합부(500)에 의한 제1탄성부재(400)의 가압 정도가 더 작아지게 되어 초기 상태에서의 탄성복원력은 상대적으로 작아질 수 있다. 이러한 방법을 통해 로봇의족의 착용자에 적합한 제1탄성부재(400)의 초기 상태가 적절하게 설정될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의족의 작동예시도이다.

발목부(200) 및 디딤부재(110)의 초기상태에서(도 6의 (a) 참조), 발목부(200)가 후방 방향 회전(R1)하게 되면, 제2결합부(600)도 힌지축(219)을 중심으로 회전되면서 제2탄성부재(450)를 가압하게 된다. 그러면, 제2탄성부재(450)는 압축되면서 발목부(200)의 후방 방향 회전(R1)에 저항하는 회전 저항력을 제공할 수 있다. 즉, 디딤부재(110)의 상부 및 발목부(200) 사이의 각도가 급격하게 커지는 것이 방지될 수 있다. 이는 디딤부재(110)가 빠르게 펴지지 않도록 버티는 힘이 증가되도록 하는 효과를 가져올 수 있다(도 6의 (b) 참조).

그리고, 발목부(200)가 전방 방향 회전(R2)하게 되면, 조절부(270)는 와이어(300)를 후방으로 당기게 되고, 이에 따라 제1결합부(500)도 후방으로 이동하면서 제1탄성부재(400)를 가압하게 된다. 그러면, 제1탄성부재(400)는 압축되면서, 에너지를 축적할 수 있다. 축적되는 에너지는 제1결합부(500)를 전방으로 밀게 되고, 이에 따라 와이어(300)가 전방으로 밀려나면서 발목부(200)가 후방 방향 회전(R1)되도록 하는 회전력을 제공할 수 있다. 즉, 디딤부재(110)의 상부 및 발목부(200) 사이의 각도가 커지도록 할 수 있으며, 이는 디딤부재(110)가 지면을 차는 힘이 증가되도록 하는 효과를 가져올 수 있다(도 6의 (c) 참조).

한편, 발목부(200)는 발목 브래킷(120)에 회전력을 제공하는 구동모터를 포함할 수 있다. 구동모터는 압축된 제1탄성부재(400)가 펴질 때, 디딤부재(110)가 지면을 차는 방향으로 회전되도록 하는 회전력을 제공할 수 있으며, 이를 통해, 디딤부재(110)가 지면을 차는 힘이 더욱 강해지도록 할 수 있다. 물론, 구동모터는 디딤부재(110)가 빠르게 펴지지 않도록 버티는 힘이 증가되도록 하는 회전력을 제공할 수도 있다.

도 7은 도 2의 로봇의족의 앞꿈치 충격완화부를 중심으로 나타낸 분해사시도이다.

도 7에서 보는 바와 같이, 발 조립체(100)는 앞꿈치 충격완화부(140, 도 3 참조)를 가질 수 있다.

앞꿈치 충격완화부(140)는 제1플러그(141) 및 제3탄성부재(143)를 가질 수 있다.

제1플러그(141)는 디딤부재(110)의 전단 하부에 형성되는 제1설치홈(115)에 삽입될 수 있으며, 디딤부재(110)의 높이 방향으로 왕복 이동되도록 구비될 수 있다. 제1플러그(141)는 한 쌍의 제1후크(142)를 가질 수 있다.

제3탄성부재(143)는 제1설치홈에 구비될 수 있으며, 제1플러그(141)의 하부가 디딤부재(110)의 하부보다 돌출되도록 제1플러그(141)를 하측으로 탄발 지지할 수 있다.

그리고, 앞꿈치 충격완화부(140)는 제1고정부(144), 제1고정링(146) 및 제4탄성부재(147)를 더 가질 수 있다.

제1고정부(144)는 제1설치홈(115)에 삽입 고정될 수 있다. 제1고정부(144)는 제1플러그(141)의 상부에 구비될 수 있으며, 상부에는 제1스톱면(145)이 형성될 수 있다. 제1후크(142)는 제1스톱면(145)에 걸려 하측으로의 이동이 제한될 수 있으며, 이를 통해, 제1플러그(141)가 제1설치홈(115)에서 하측으로 빠지는 것이 방지될 수 있다. 제1플러그(141)의 하부가 디딤부재(110)의 하부보다 더 돌출된 상태에서, 보행 시 착지하게 되면 제1플러그(141)의 하부가 지면에 닿게 되면 제1플러그(141)는 상향 이동될 수 있으며, 제1후크(142)는 디딤부재(110)의 전단 상부에 관통 형성되는 호픈홀(116, 도 2 참조)을 통해 돌출될 수 있다. 그리고, 보행 시 디딤부재(110)가 들어 올려지게 되면 제3탄성부재(143)의 복원력에 의해 제1플러그(141)는 하향 이동될 수 있는데, 제1후크(142)가 제1스톱면(145)에 걸리게 됨으로써, 제1플러그(141)의 하향 이동이 제한될 수 있다.

제1고정링(146)은 제1설치홈(115)의 하부 및 제1플러그(141)의 하단부 테두리 사이에 구비되어 제1설치홈(115)으로부터 제1플러그(141)의 빠짐을 방지하고, 제1설치홈(115)으로 이물질이 들어가지 않도록 할 수 있다.

제4탄성부재(147)는 제1고정부(144) 및 제1플러그(141)의 사이에 더 구비되어 제1플러그(141)를 하측으로 탄발 지지하는 힘이 더욱 커지도록 할 수 있다. 앞꿈치 충격완화부(140)는 복수개가 마련될 수 있다.

도 8은 도 2의 로봇의족의 뒤꿈치 충격완화부를 중심으로 나타낸 분해사시도이다.

도 8에서 보는 바와 같이, 뒤꿈치 충격완화부(150)는 하우징(151), 제2플러그(155), 제5탄성부재(156), 제2고정부(157), 제2고정링(158) 및 제6탄성부재(159)를 가질 수 있다.

하우징(151)은 디딤부재(110)의 후단 하부에 구비될 수 있다. 하우징(151)에는 제2결합홀(153)이 형성될 수 있다. 그리고, 발목 브래킷(120)에는 제2결합홀(153)에 대응되는 제2통공(123)이 형성될 수 있다. 제2체결부재(124)는 제2통공(123)을 통해 제2결합홀(153)에 결합될 수 있으며, 이를 통해, 하우징(151)은 발목 브래킷(120)에 견고하게 결합될 수 있다.

제2플러그(155)는 하우징(151)에 형성되는 제2설치홈(152)에 삽입될 수 있으며, 하우징(151)의 높이 방향으로 왕복 이동되도록 구비될 수 있다.

제2플러그(155), 제5탄성부재(156), 제2고정부(157), 제2고정링(158) 및 제6탄성부재(159)는 앞꿈치 충격완화부(140)의 제1플러그(141), 제1고정부(144), 제1고정링(146) 및 제4탄성부재(147)와 동일하게 구성될 수 있다.

뒤꿈치 충격완화부(150)는 보호캡(160)을 더 가질 수 있다. 보호캡(160)에는 제3통공(161)이 형성될 수 있으며, 하우징(151)에는 제3통공(161)에 대응되는 제3결합홀이 형성될 수 있다. 제3체결부재(162)는 제3통공(161)을 통해 제3결합홀(154)에 결합될 수 있으며, 이를 통해, 보호캡(160)은 하우징(151)에 탈착될 수 있다.

이하에서는 로봇의족의 구동방법에 대해서 설명한다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의족의 구동방법을 나타낸 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇의족의 구동예를 설명하기 위한 예시도이다.

도 9 및 도 10에서 보는 바와 같이, 로봇의족의 구동방법은 착지단계(S810), 디딤단계(S820), 구름단계(S830) 그리고 유각단계(S840)를 포함할 수 있다.

착지단계(S810)는 디딤부재(110)의 후단부가 지면(10)에 닿고 발목부(200)가 후방 방향으로 회전(R1)되면서 발목부(200)에 의해 제2탄성부재(450)가 가압되어 압축되는 단계일 수 있다. 착지단계(S810)에서 압축되는 제2탄성부재(450)는 발목부(200)의 후방 방향 회전(R1)에 대한 저항력(F1)을 제공할 수 있으며, 이를 통해, 디딤부재(110)가 빠르게 펴지지 않게 되어 착용자가 좀 더 안정적으로 보행하도록 도울 수 있다. 특히, 발목부(200)가 구동모터를 포함하도록 이루어진 상태에서, 고장 등의 이유로 구동모터가 작동되지 않아 디딤부재(110)의 펴짐 속도를 조절하기 위한 토크가 발생되지 못하는 상황이 발생하더라도, 제2탄성부재(450)에 의한 회전 저항력(F1)에 의해 디딤부재(110)가 빠르게 펴지지 않게 되어 착용자가 좀 더 안정적으로 보행할 수 있다(도 10의 (a) 및 (b) 참조).

디딤단계(S820)는 디딤부재(110)가 지면(10)을 밟으면서 발목부(200)가 전방 방향으로 회전(R2)되고 와이어(300)가 후방으로 당겨짐에 따라 제1탄성부재(400)가 압축되는 단계일 수 있다(도 10의 (c) 단계).

구름단계(S830)는 압축된 제1탄성부재(400)가 펴지면서 발목부(200)가 후방 방향으로 회전(R1)되고 디딤부재(110)가 지면(10)을 차는 단계일 수 있다. 압축된 제1탄성부재(400)가 펴지면서 와이어(300)를 전방으로 당기게 되고, 이에 따라 발목부(200)는 후방 방향으로 회전(R1)될 수 있는데, 발목부(200)에는 착용자의 발이 결합되어 지지되는 상태이기 때문에, 압축된 제1탄성부재(400)가 펴지면서 발생하는 힘(F2)은 디딤부재(110)가 지면(10)을 차는 힘으로 작용할 수 있고, 뒤꿈치 부분부터 들어올려질(U) 수 있다(도 10의 (d) 참조).

구름단계(S830)에서, 발목부(200)의 구동모터는 압축된 제1탄성부재(400)가 펴질 때, 디딤부재(110)가 지면(10)을 차는 방향으로 회전되도록 하는 회전력을 더 제공할 수 있다.

유각단계(S840)는 디딤부재(110)가 지면에서 떨어지고, 로봇의족이 전체적으로 들어 올려지는(U) 단계일 수 있다(도 10의 (e) 참조).

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 발 조립체 110: 디딤부재
200: 발목부 210: 지지 마운트
250: 안내 블록 270: 조절부
300: 와이어 400: 제1탄성부재
450: 제2탄성부재 500: 제1결합부
600: 제2결합부

Claims

디딤부재 및 상기 디딤부재의 후단부에 구비되는 발목 브래킷을 가지는 발 조립체;
상기 발목 브래킷에 회전 가능하게 구비되는 발목부;
상기 발목부의 하측에 구비되되, 후단부는 상기 발목부에 연결되고, 상기 디딤부재의 길이방향으로 연장 구비되는 와이어;
일단부는 상기 와이어의 전단부에 결합되고, 타단부는 상기 발 조립체에 지지되는 제1탄성부재; 그리고
일단부는 상기 발 조립체에 지지되고, 타단부는 상기 발목부에 지지되는 제2탄성부재를 포함하고,
상기 제1탄성부재는 상기 발목부가 전방 방향으로 회전하여 상기 와이어가 상기 디딤부재의 후방으로 당겨짐에 따라 압축된 후, 상기 디딤부재가 지면을 찰 때 복원력을 발생하고,
상기 제2탄성부재는 상기 발목부가 후방 방향으로 회전하면 상기 발목부에 의해 가압되어 압축되면서 회전 저항력을 제공하며,
상기 발 조립체는 상기 디딤부재의 상부에 구비되는 베이스부를 가지고,
상기 베이스부는
상기 디딤부재의 상부에 돌출 형성되는 베이스 블록과,
후단부는 상기 베이스 블록의 전면에 연결되고, 상기 제1탄성부재의 내측에서 상기 디딤부재의 전방으로 연장되는 제1로드와,
전단부는 상기 베이스 블록의 후면에 연결되고, 상기 제2탄성부재의 내측에서 상기 디딤부재의 후방으로 연장되는 제2로드를 가지는 것을 특징으로 하는 로봇의족.
제1항에 있어서,
상기 와이어의 전단부에 결합되고, 상기 제1탄성부재의 일단부가 밀착되며, 상기 와이어가 상기 디딤부재의 후방으로 당겨지면 상기 디딤부재의 후방으로 이동하면서 상기 제1탄성부재가 압축되도록 가압하는 제1결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의족.
제1항에 있어서,
상기 발목부는 하부에 구비되는 지지 마운트를 가지고,
상기 지지 마운트는
상기 발목부의 하부에 서로 이격 구비되고, 상기 발목부의 회전중심축과 평행한 방향으로 관통 형성되는 제1힌지공을 가지는 한 쌍의 지지 플랜지와,
상기 한 쌍의 지지 플랜지를 연결하고, 상기 지지 플랜지 사이에 상기 와이어가 지나도록 형성되는 설치공간과 연결되게 관통 형성되는 조절공을 가지는 지지 블록을 가지는 것을 특징으로 하는 로봇의족.
제3항에 있어서,
상기 지지 마운트에 힌지 연결되고, 상기 와이어가 관통하도록 구비되는 제2결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의족.
디딤부재 및 상기 디딤부재의 후단부에 구비되는 발목 브래킷을 가지는 발 조립체;
상기 발목 브래킷에 회전 가능하게 구비되는 발목부;
상기 발목부의 하측에 구비되되, 후단부는 상기 발목부에 연결되고, 상기 디딤부재의 길이방향으로 연장 구비되는 와이어;
일단부는 상기 와이어의 전단부에 결합되고, 타단부는 상기 발 조립체에 지지되는 제1탄성부재;
일단부는 상기 발 조립체에 지지되고, 타단부는 상기 발목부에 지지되는 제2탄성부재; 그리고
제2결합부를 포함하고,
상기 제1탄성부재는 상기 발목부가 전방 방향으로 회전하여 상기 와이어가 상기 디딤부재의 후방으로 당겨짐에 따라 압축된 후, 상기 디딤부재가 지면을 찰 때 복원력을 발생하고,
상기 제2탄성부재는 상기 발목부가 후방 방향으로 회전하면 상기 발목부에 의해 가압되어 압축되면서 회전 저항력을 제공하며,
상기 발목부는,
상기 발목부의 하부에 서로 이격 구비되고 상기 발목부의 회전중심축과 평행한 방향으로 관통 형성되는 제1힌지공을 가지는 한 쌍의 지지 플랜지와, 상기 한 쌍의 지지 플랜지를 연결하고 상기 지지 플랜지 사이에 상기 와이어가 지나도록 형성되는 설치공간과 연결되게 조절공이 관통 형성되는 지지 블록을 가지는 지지 마운트를 포함하고,
상기 제2결합부는, 상기 지지 마운트에 힌지 연결되고 상기 와이어가 관통하도록 구비되며,
상기 제2결합부는,
상기 제1힌지공에 결합되는 힌지축이 결합되는 제2힌지공을 가지고, 상기 지지 플랜지에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 회전 플랜지와,
상기 한 쌍의 회전 플랜지를 연결하고, 상기 설치공간을 지나는 상기 와이어가 관통되는 제1관통공을 가지며, 상기 발목부가 후방 방향으로 회전하면 상기 제2탄성부재가 압축되도록 가압하는 가압구를 가지는 것을 특징으로 하는 로봇의족.
제5항에 있어서,
상기 설치공간에 구비되고, 상기 설치공간을 지나는 상기 와이어가 접촉되도록 형성되어 상기 와이어의 이동을 안내하는 안내홈을 가지는 안내 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의족.
제6항에 있어서,
상기 안내 블록은 상기 힌지축이 결합되도록 관통 형성되는 제3힌지공을 가지는 것을 특징으로 하는 로봇의족.
디딤부재 및 상기 디딤부재의 후단부에 구비되는 발목 브래킷을 가지는 발 조립체;
상기 발목 브래킷에 회전 가능하게 구비되는 발목부;
상기 발목부의 하측에 구비되되, 후단부는 상기 발목부에 연결되고, 상기 디딤부재의 길이방향으로 연장 구비되는 와이어;
일단부는 상기 와이어의 전단부에 결합되고, 타단부는 상기 발 조립체에 지지되는 제1탄성부재;
일단부는 상기 발 조립체에 지지되고, 타단부는 상기 발목부에 지지되는 제2탄성부재; 그리고
조절부를 포함하고,
상기 제1탄성부재는 상기 발목부가 전방 방향으로 회전하여 상기 와이어가 상기 디딤부재의 후방으로 당겨짐에 따라 압축된 후, 상기 디딤부재가 지면을 찰 때 복원력을 발생하고,
상기 제2탄성부재는 상기 발목부가 후방 방향으로 회전하면 상기 발목부에 의해 가압되어 압축되면서 회전 저항력을 제공하며,
상기 발목부는,
상기 발목부의 하부에 서로 이격 구비되고 상기 발목부의 회전중심축과 평행한 방향으로 관통 형성되는 제1힌지공을 가지는 한 쌍의 지지 플랜지와, 상기 한 쌍의 지지 플랜지를 연결하고 상기 지지 플랜지 사이에 상기 와이어가 지나도록 형성되는 설치공간과 연결되게 조절공이 관통 형성되는 지지 블록을 가지는 지지 마운트를 포함하고,
상기 조절부는,
상기 조절공을 관통하여 연장되는 상기 와이어의 후단부에 결합되는 스토퍼와, 상기 스토퍼와 연결되고 상기 조절공에 나사 결합되어 회전하면서 상기 와이어의 장력을 조절하는 조절구를 가지는 것을 특징으로 하는 로봇의족.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 와이어는 상기 베이스 블록, 상기 제1로드 및 상기 제2로드를 관통하여 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇의족.
제1항에 있어서,
상기 발목부는 상기 발목 브래킷에 회전력을 제공하는 구동모터를 포함하고, 상기 구동모터는 압축된 상기 제1탄성부재가 펴질 때, 상기 디딤부재가 지면을 차는 방향으로 회전되도록 하는 회전력을 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇의족.
디딤부재 및 상기 디딤부재의 후단부에 구비되는 발목 브래킷을 가지는 발 조립체;
상기 발목 브래킷에 회전 가능하게 구비되는 발목부;
상기 발목부의 하측에 구비되되, 후단부는 상기 발목부에 연결되고, 상기 디딤부재의 길이방향으로 연장 구비되는 와이어;
일단부는 상기 와이어의 전단부에 결합되고, 타단부는 상기 발 조립체에 지지되는 제1탄성부재; 그리고
일단부는 상기 발 조립체에 지지되고, 타단부는 상기 발목부에 지지되는 제2탄성부재를 포함하고,
상기 제1탄성부재는 상기 발목부가 전방 방향으로 회전하여 상기 와이어가 상기 디딤부재의 후방으로 당겨짐에 따라 압축된 후, 상기 디딤부재가 지면을 찰 때 복원력을 발생하고,
상기 제2탄성부재는 상기 발목부가 후방 방향으로 회전하면 상기 발목부에 의해 가압되어 압축되면서 회전 저항력을 제공하며,
상기 발 조립체는
상기 디딤부재의 전단 하부에 형성되는 제1설치홈에 상기 디딤부재의 높이 방향으로 왕복 이동되도록 구비되는 제1플러그와,
상기 제1설치홈에 구비되고, 상기 제1플러그의 하부가 상기 디딤부재의 하부보다 돌출되도록 상기 제1플러그를 탄발 지지하는 제3탄성부재를 가지는 앞꿈치 충격완화부를 가지는 것을 특징으로 하는 로봇의족.
제1항에 기재된 로봇의족을 구동하는 로봇의족의 구동방법으로서,
상기 디딤부재의 후단부가 지면에 닿고 상기 발목부가 후방 방향으로 회전되면서 상기 발목부에 의해 상기 제2탄성부재가 가압되어 압축되는 착지단계;
상기 디딤부재가 지면을 밟으면서 상기 발목부가 전방 방향으로 회전되고 상기 와이어가 후방으로 당겨짐에 따라 상기 제1탄성부재가 압축되는 디딤단계;
압축된 상기 제1탄성부재가 펴지면서 상기 발목부가 후방 방향으로 회전되고 상기 디딤부재가 지면을 차는 구름단계; 그리고
상기 디딤부재가 지면에서 떨어지는 유각단계를 포함하며,
상기 제2탄성부재는 상기 제2로드를 감싸도록 구비되고, 상기 착지단계에서 상기 제2탄성부재는 상기 제2로드를 감싼 상태에서 압축되고,
상기 제1탄성부재는 상기 제1로드를 감싸도록 구비되고, 상기 디딤단계에서 상기 제1탄성부재는 상기 제1로드를 감싼 상태에서 압축되며, 상기 구름단계에서 상기 제1탄성부재는 상기 제1로드를 감싼 상태에서 펴지는 것을 특징으로 하는 로봇의족의 구동방법.
제14항에 있어서,
상기 발목부는 상기 발목 브래킷에 회전력을 제공하는 구동모터를 포함하고,
상기 구름단계에서, 상기 구동모터는 압축된 상기 제1탄성부재가 펴질 때, 상기 디딤부재가 지면을 차는 방향으로 회전되도록 하는 회전력을 더 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇의족의 구동방법.