特開 2022-75499 外骨格型着用ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022075499

(43)【公開日】2022-05-18

(54)【発明の名称】外骨格型着用ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 11/00 20060101AFI20220511BHJP

   A61H 3/00 20060101ALI20220511BHJP

【ＦＩ】

B25J11/00 Z

A61H3/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021134332

(22)【出願日】2021-08-19

(31)【優先権主張番号】10-2020-0146019

(32)【優先日】2020-11-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】591251636

【氏名又は名称】現代自動車株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＨＹＵＮＤＡＩ ＭＯＴＯＲ ＣＯＭＰＡＮＹ

【住所又は居所原語表記】１２， Ｈｅｏｌｌｅｕｎｇ－ｒｏ， Ｓｅｏｃｈｏ－ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(71)【出願人】

【識別番号】500518050

【氏名又は名称】起亞株式会社

【住所又は居所原語表記】１２， Ｈｅｏｌｌｅｕｎｇ－ｒｏ， Ｓｅｏｃｈｏ－ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(71)【出願人】

【識別番号】513246872

【氏名又は名称】ソウル大学校産学協力団

【氏名又は名称原語表記】ＳＥＯＵＬ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｒ＆ＤＢ ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100196047

【弁理士】

【氏名又は名称】柳本 陽征

(72)【発明者】

【氏名】カン、ソクウォン

(72)【発明者】

【氏名】キム、ジュンホ

(72)【発明者】

【氏名】キム、ユンヨン

(72)【発明者】

【氏名】チョン、ジュヨン

(72)【発明者】

【氏名】ヒョン、トンジン

【テーマコード（参考）】

3C707

4C046

【Ｆターム（参考）】

3C707AS38

3C707BS22

3C707CX01

3C707CY01

3C707HS27

3C707HT12

3C707KS21

3C707KW07

3C707KX10

3C707MT05

3C707WK01

3C707WM22

3C707XK03

3C707XK15

3C707XK27

3C707XK49

3C707XK56

3C707XK74

4C046AA09

4C046AA25

4C046AA42

4C046BB08

4C046CC01

4C046DD02

4C046DD12

4C046DD38

4C046DD39

4C046EE02

(57)【要約】

【課題】回転中心を着用者関節の回転中心と一致させ、単一のアクチュエーターのみでも歩行に必要な屈曲及び伸展と外転及び内転モーメントを同時に補助することができ、より自然な運歩行補助ができるようにする外骨格型着用ロボットを提供する。
【解決手段】着用者の胴体に連結される第１固定部と、第１固定部に回転可能に連結される第１連結部と、第１連結部から離隔して配置され、第１連結部と第１リンク組立体を介して連結される第２連結部と、着用者の腕又は脚に連結され、第２連結部と第２リンク組立体を介して連結される第２固定部とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

着用者の胴体に連結される第１固定部と、
第１固定部に回転可能に連結される第１連結部と、
第１連結部から離隔して配置され、第１連結部と第１リンク組立体を介して連結される第２連結部と、
着用者の腕又は脚に連結され、第２連結部と第２リンク組立体を介して連結される第２固定部と、を含み、
第１リンク組立体、第２連結部及び第２リンク組立体を連結するそれぞれの連結点の回転中心が着用者の関節中心に向かうように配置されることを特徴とする、外骨格型着用ロボット。

【請求項2】

第１固定部は着用者の腰部に連結され、第２固定部は着用者の太ももに連結され、着用者の関節中心は股関節の中心であることを特徴とする、請求項１に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項3】

第１連結部と第２連結部、及び第１リンク組立体と第２リンク組立体を構成する複数のリンクは着用者の関節中心を取り囲む球形の一部である曲面形状であることを特徴とする、請求項１に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項4】

第１連結部は着用者の後方に配置され、一端が第１固定部の後面に回転可能に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項5】

第１リンク組立体は一対のリンクから構成され、第１リンク組立体は第１連結部及び第２連結部とともに４バーメカニズムを構成することを特徴とする、請求項１に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項6】

第２リンク組立体は一対のリンクから構成され、第２リンク組立体は第２連結部及び第２固定部とともに４バーメカニズムを構成することを特徴とする、請求項１に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項7】

第２連結部は、一側が第１リンク組立体を介して第１連結部に連結され、他側が第２リンク組立体を介して第２固定部に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項8】

第１連結部は着用者の後方に配置され、第２固定部は着用者の側方に配置され、第２連結部は第１連結部と第２固定部との間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項9】

第１リンク組立体の瞬間回転軸は着用者の関節中心から垂直方向に延びる垂直軸であり、第１リンク組立体の瞬間回転軸を中心に内旋及び外旋運動が具現されることを特徴とする、請求項１に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項10】

第２リンク組立体の瞬間回転軸は、外転又は内転及び屈曲又は伸展運動によって変化することを特徴とする、請求項１に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項11】

第２リンク組立体の瞬間回転軸は、着用者の関節中心に向かうことを特徴とする、請求項１０に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項12】

第１固定部は着用者の腰部に連結され、第２固定部は着用者の太ももに連結され、着用者の関節中心は股関節の中心であり、着用者の歩行立脚期に第２リンク組立体の瞬間回転軸は外転運動と伸展運動成分の和が示す方向から内転運動と屈曲運動成分の和が示す方向に変化することを特徴とする、請求項１１に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項13】

第１固定部と第１連結部を連結する連結点にはアクチュエーターが設けられ、アクチュエーターは第１固定部を基準に第１連結部に回転力を提供することを特徴とする、請求項１に記載の外骨格型着用ロボット。

【請求項14】

第１固定部、第１連結部、第１リンク組立体、第２連結部、第２リンク組立体及び第２固定部をそれぞれ連結する複数の連結点の少なくとも一つ以上の連結点には回転角センサーが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の外骨格型着用ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は外旋及び内旋方向の回転ジョイントを球形の４バーメカニズムに代替することによって回転中心を着用者関節の回転中心と一致させ、屈曲及び伸展方向の回転ジョイントを４バーメカニズムに代替することによって単一のアクチュエーターのみでも歩行に必要な屈曲及び伸展と外転及び内転モーメントを同時に補助することができ、より自然な運歩行補助ができるようにする外骨格型着用ロボットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

既存の外骨格ロボットのヒップジョイントメカニズムは回転ジョイントが直列で連結された形態であった。よって、ロボットのヒップジョイントの回転中心と着用者の股関節の回転中心が一致しなくて着心地が落ち、モーションの範囲が限定される問題があった。

【0003】

また、一つの駆動機のみ使う場合には屈曲及び伸展方向のモーメント補助のみ可能であったから、歩行に必要な屈曲及び伸展の他にも、外転及び内転モーメントの同時補助が不可能な問題があった。

【0004】

外転及び内転モーメントの同時補助のためには追加の駆動機が必要であったが、駆動機の追加によってロボットの重量が増大し、よって反応性が落ち、着用者に負担を加える問題があった。

【0005】

前記背景技術として説明した事項は本発明の背景に対する理解増進のためのものであるだけで、当該技術分野で通常の知識を有する者に既に知られた従来技術に相当することを認めるものと受け入れてはいけないであろう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第９６１０２０８Ｂ２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明はこのような問題点を解決するために提案されたものであり、外旋及び内旋方向の回転ジョイントを球形の４バーメカニズムに代替することによって回転中心を着用者関節の回転中心と一致させ、屈曲及び伸展方向の回転ジョイントを４バーメカニズムに代替することによって単一のアクチュエーターのみでも歩行に必要な屈曲及び伸展と外転及び内転モーメントを同時に補助することができ、より自然な運歩行補助ができるようにする外骨格型着用ロボットを提供しようとする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記の目的を達成するための本発明による外骨格型着用ロボットは、着用者の胴体に連結される第１固定部と、第１固定部に回転可能に連結される第１連結部と、第１連結部から離隔して配置され、第１連結部と第１リンク組立体を介して連結される第２連結部と、着用者の腕又は脚に連結され、第２連結部と第２リンク組立体を介して連結される第２固定部とを含み、第１リンク組立体、第２連結部及び第２リンク組立体を連結するそれぞれの連結点の回転中心が着用者の関節中心に向かうように配置されることができる。

【0009】

第１固定部は着用者の腰部に連結され、第２固定部は着用者の太ももに連結され、着用者の関節中心は股関節の中心であることができる。

【0010】

第１連結部と第２連結部、及び第１リンク組立体と第２リンク組立体を構成する複数のリンクは着用者の関節中心を取り囲む球形の一部である曲面形状であることができる。

【0011】

第１連結部は着用者の後方に配置され、一端が第１固定部の後面に回転可能に連結されることができる。

【0012】

第１リンク組立体は一対のリンクから構成され、第１リンク組立体は第１連結部及び第２連結部とともに４バーメカニズムを構成することができる。

【0013】

第２リンク組立体は一対のリンクから構成され、第２リンク組立体は第２連結部及び第２固定部とともに４バーメカニズムを構成することができる。

【0014】

第２連結部は、一側が第１リンク組立体を介して第１連結部に連結され、他側が第２リンク組立体を介して第２固定部に連結されることができる。

【0015】

第１連結部は着用者の後方に配置され、第２固定部は着用者の側方に配置され、第２連結部は第１連結部と第２固定部との間に配置されることができる。

【0016】

第１リンク組立体の瞬間回転軸は着用者の関節中心から垂直方向に延びる垂直軸であり、第１リンク組立体の瞬間回転軸を中心に内旋及び外旋運動が具現されることができる。

【0017】

第２リンク組立体の瞬間回転軸は、外転又は内転及び屈曲又は伸展運動によって変化することができる。

【0018】

第２リンク組立体の瞬間回転軸は、着用者の関節中心に向かうことができる。

【0019】

第１固定部は着用者の腰部に連結され、第２固定部は着用者の太ももに連結され、着用者の関節中心は股関節の中心であり、着用者の歩行立脚期に第２リンク組立体の瞬間回転軸は外転運動と伸展運動成分の和が示す方向から内転運動と屈曲運動成分の和が示す方向に変化することができる。

【0020】

第１固定部と第１連結部を連結する連結点にはアクチュエーターが設けられ、アクチュエーターは第１固定部を基準に第１連結部に回転力を提供することができる。

【0021】

第１固定部、第１連結部、第１リンク組立体、第２連結部、第２リンク組立体及び第２固定部をそれぞれ連結する複数の連結点の少なくとも一つ以上の連結点には回転角センサーが設けられることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明の外骨格型着用ロボットによれば、外旋及び内旋方向の回転ジョイントを球形の４バーメカニズムに代替することによって回転中心を着用者関節の回転中心と一致させ、屈曲及び伸展方向の回転ジョイントを４バーメカニズムに代替することによって単一のアクチュエーターのみでも歩行に必要な屈曲及び伸展と外転及び内転モーメントを同時に補助することができ、より自然な運歩行補助ができるようにする。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットを示す斜視図である。

【図2】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの拡大斜視図である。

【図3】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの外旋及び内旋動作を説明するための図である。

【図4】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの外旋及び内旋動作を説明するための図である。

【図5】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの外旋及び内旋動作を説明するための図である。

【図6】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの歩行立脚期に発生するモーメントの変化を示すグラフである。

【図7】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの歩行立脚期に発生するモーメントの変化を示すグラフである。

【図8】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの歩行立脚期に発生するモーメントの変化を示すグラフである。

【図9】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの歩行立脚期に発生するモーメントの変化を示す図である。

【図10】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの第２リンク組立体の歩行時の瞬間回転軸の変化を説明する図である。

【図11】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの第２リンク組立体の歩行時の瞬間回転軸の変化を説明する図である。

【図12】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの第２リンク組立体の歩行時の瞬間回転軸の変化を説明する図である。

【図13】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの第２リンク組立体の歩行時の瞬間回転軸の変化を説明する図である。

【図14】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの第２リンク組立体の歩行時の瞬間回転軸の変化を説明する図である。

【図15】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの第２リンク組立体の歩行時の瞬間回転軸の変化を説明する図である。

【図16】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの第２リンク組立体の歩行時の瞬間回転軸の変化を説明する図である。

【図17】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの第２リンク組立体の歩行時の瞬間回転軸の変化を説明する図である。

【図18】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの歩行立脚期に出力されるモーメントを示すグラフである。

【図19】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの歩行立脚期に出力されるモーメントを示すグラフである。

【図20】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットのサイズ調節機能を示す図である。

【図21】本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットのサイズ調節機能を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットを示す斜視図、図２は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの拡大斜視図、図３～図５は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの外旋及び内旋動作を説明するための図、図６～図８は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの歩行立脚期に発生するモーメントの変化を示すグラフ、図９は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの歩行立脚期に発生するモーメントの変化を示す図、図１０～図１７は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの第２リンク組立体の歩行時の瞬間回転軸の変化を説明する図、図１８及び図１９は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの歩行立脚期に出力されるモーメントを示すグラフ、図２０及び図２１は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットのサイズ調節機能を示す図である。

【0025】

本発明による外骨格型着用ロボットは、着用者の胴体に連結される第１固定部１００と、第１固定部１００に回転可能に連結される第１連結部２００と、第１連結部２００から離隔して配置され、第１連結部２００と第１リンク組立体３００を介して連結される第２連結部４００と、着用者の腕又は脚に連結され、第２連結部４００と第２リンク組立体５００を介して連結される第２固定部６００とを含み、第１リンク組立体３００、第２連結部４００、第２リンク組立体５００を連結するそれぞれの連結点の回転中心が着用者の関節中心に向かうように配置されることができる。

【0026】

本発明は外骨格型着用ロボットに関するものであり、着用者の外部で骨格を成して着用者の動きを支持する。したがって、外骨格ロボットでは、ロボットの回転中心ができるだけ着用者の回転中心と一致するようにすることが重要である。着用中心が互いに一致しない場合、異質感が感じられて着用者に不便さが発生することになる。

【0027】

具体的に、図１及び図２に示すように、本発明は、着用者の多様な部分に装着されて駆動可能であるが、特に第１固定部１００は部分１２０を介して着用者の腰部Ｗに連結され、第２固定部６００は部分６２０を介して着用者の太ももＬに連結され、着用者の関節中心は股関節の中心であることができる。これにより、着用者の歩行の際、着用者の脚部Ｌを補助するように構成されることができ、根本的に着用者の股関節の動きを補助することができるようにするものである。

【0028】

具体的に、第１固定部１００は着用者の腰部Ｗに連結される。第１固定部１００は着用者の腰部Ｗに固定されることにより、着用者の歩行の際にもその位置が維持される。そして、第１固定部１００には第１連結部２００が連結される。第１連結部２００はモーターＭを介して第１固定部１００に連結され、モーターＭの駆動の際、第１連結部２００が回転して着用者の歩行を補助する。

【0029】

このような第１連結部２００は着用者の後方に配置され、一端が第１固定部１００の後面に回転可能に連結されることができる。そして、第１連結部２００は左側と右側にそれぞれ配置されて左右の太ももをそれぞれ独立的に支持することができる。

【0030】

第１連結部２００の端部には、第１連結部２００から離隔して配置され、第１連結部２００と第１リンク組立体３００を介して連結された第２連結部４００が設けられる。第２連結部４００は中心が折れたバー（ｂａｒ）型のものであり、図示のように、一側が第１リンク組立体３００と連結され、他側が第２リンク組立体５００と連結される。そして、第１リンク組立体３００は一対のリンク３１０、３２０から構成され、第１リンク組立体３００は第１連結部２００及び第２連結部４００とともに４バーメカニズムを構成することができる。また、第２リンク組立体５００は一対のリンク５１０、５２０から構成され、第２リンク組立体５００は第２連結部４００及び第２固定部６００とともに４バーメカニズムを構成することができる。

【0031】

すなわち、第２連結部４００は４バーメカニズムを介して第１連結部２００及び第２固定部６００と連結される。そして、第２固定部６００は着用者の腕又は脚に連結され、第２連結部４００と第２リンク組立体５００を介して連結される。そして、第１リンク組立体３００、第２連結部４００、第２リンク組立体５００を連結するそれぞれの連結点の回転中心は着用者の関節中心に向かうように配置されることにより、ロボットの回転中心と着用者の関節の回転中心が一致して、ロボットの動作の際、着用者にとって異質感がないようにする。

【0032】

具体的に、第１連結部２００と第２連結部４００、及び第１リンク組立体３００と第２リンク組立体５００を構成する複数のリンクは着用者の関節中心を取り囲む球形の一部である曲面形状であることができる。すなわち、それぞれのリンクとパートが全て球形の曲面上に配置され、形状もその球形を取り囲むように曲面に形成されることにより、実際のロボットの回転中心が着用者関節の回転中心に位置するようにする。

【0033】

一方、第２連結部４００は、一側が第１リンク組立体３００を介して第１連結部２００に連結され、他側が第２リンク組立体５００を介して第２固定部６００に連結されることができる。そして、第１連結部２００は着用者の後方に配置され、第２固定部６００は着用者の側方に配置され、第２連結部４００は第１連結部２００と第２固定部６００との間に配置されることができる。

【0034】

また、第１リンク組立体３００の瞬間回転軸は着用者の関節中心から垂直方向に延びる垂直軸Ｘ１であり、第１リンク組立体３００の瞬間回転軸を中心に内旋及び外旋運動が具現されることができる。図３～図５は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの外旋及び内旋動作を説明するための図である。

【0035】

図３は第１連結部２００、第１リンク組立体３００及び第２連結部４００が成す第１の４バーメカニズムの模式図である。第１の４バーメカニズムは球形の座標上に配置されるものと理解することができ、図３のように概念的に表現することができる。図３のように、第２連結部（リンク）４００の第１連結部（リンク）２００に対する瞬間的な動きはジョイント３０４、３０１を通る球上の曲線とジョイント３０３、３０２を通る球上の曲線の交点と球の中心を連結する軸を基準に回転運動するものと理解することができる。すなわち、第１リンク組立体が４バーメカニズムを成し、この４バーメカニズムが球上で回転するから、究極に太ももＬの外旋及び内旋運動を具現するようになる。

【0036】

図４のように、第１連結部２００、第１リンク組立体３００及び第２連結部４００が成す第１の４バーメカニズムは垂直軸Ｘ１を基準に回転する外旋及び内旋動作を具現するようにする。これにより、図５のように、第１リンク組立体３００は着用者の尻の後方に位置しながらも股関節の内旋及び外旋動作ができるようにするため、着用者の脚の回転時にもかからないようにして異質感を減らし、動作範囲（Ｒａｎｇｅ Ｏｆ Ｍｏｔｉｏｎ、ＲＯＭ）を増大させることができる。

【0037】

図６～図８は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの歩行立脚期に発生するモーメントの変化を示すグラフである。ヒトの歩行周期は、立脚期（ｓｔａｎｃｅ ｐｈａｓｅ）と遊脚期（ｓｗｉｎｇ ｐｈａｓｅ）とからなっている。足で地を踏むことになる立脚期には身体が地面反力（ＧＲＦ：ｇｒｏｕｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）を受けるから、筋肉が発生させるモーメントが増大する。したがって、本発明のロボットは、まず立脚期に必要な股関節モーメントの方向を具現することができる構造を提示する。図６～図８は立脚期に必要な股関節のモーメントを示す。立脚期には、図６のように、外転モーメント（Ａｂｄｕｃｔｉｏｎ）の増大－減少－増大－減少が現れることが分かる。そして、図７のように、伸展－屈曲－伸展のモーメントが現れることが分かる。また、外旋及び内旋のモーメントは非常に小さく現れることが分かる。

【0038】

このようなモーメントの変化を総合すると、図９のように、回転（Ｒｏｔａｔｉｏｎ）成分の値は非常に小さく、外転（Ａｂｄｕｃｔｉｏｎ）成分の値が＋を維持するうちに伸展（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）成分の値が＋から－に変わることが分かる。すなわち、立脚期の間に股関節モーメントの軸方向は、概略的に、図９のように、伸展（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）／屈曲（Ｆｌｅｘｉｏｎ）軸と内転（Ａｄｄｕｃｔｉｏｎ）／外転（Ａｂｄｕｃｔｉｏｎ）軸がある平面内で変更され、外転（Ａｂｄｕｃｔｉｏｎ）方向と伸展（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）方向の中間から外転（Ａｂｄｕｃｔｉｏｎ）方向と屈曲（Ｆｌｅｘｉｏｎ）方向の中間に移動する形態を有する。

【0039】

図１０～図１７は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの第２リンク組立体の歩行の際、瞬間回転軸の変化を説明する図である。

【0040】

図１０及び図１１は後方に２０度伸展される場合を示し、図１２及び図１３は中立状態を示し、図１４及び図１５は前方に２０度屈曲される場合を示し、図１６及び図１７は前方に４０度屈曲される場合を示す。

【0041】

第２固定部６００のリンクと第２連結部４００のリンクは１自由度を有する球形の４バーメカニズム（ジョイント５０１、５０２、５０３、５０４）を介して連結されている。第２固定部６００の第２連結部４００に対する瞬間的な動作は、図１０及び図１１のように、ジョイント５０１、５０２を通る球上の曲線とジョイント５０４、５０３を通る球上の曲線の交点と球の中心を連結した軸Ｘ２を基準に回転運動するものと理解することができる。これにより、図１０～図１７のように、着用者が伸展から屈曲までの動作を行うとき、第２固定部６００の第２連結部４００に対する瞬間回転軸が内転（Ａｄｄｕｃｔｉｏｎ）軸と屈曲（Ｆｌｅｘｉｏｎ）軸との間から屈曲（Ｆｌｅｘｉｏｎ）軸の方向に移動した後、屈曲（Ｆｌｅｘｉｏｎ）軸と外転（Ａｂｄｕｃｔｉｏｎ）軸との間に移動する。

【0042】

図１８及び図１９は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットの歩行立脚期に出力されるモーメントを示すグラフで、歩行立脚期に必要なモーメント方向と股関節ジョイントメカニズムが歩行立脚期に着用者に加えることができる出力モーメントの方向を比較したグラフである。図１８はモーメント方向を球面座標（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ）で見るとき、Ｚ軸方向に成す角度であるφ値を示し、図１９はＸＹ平面での角度であるθ値を示す。そして、グラフで、ａはロボットの出力モーメントであり、ｂは着用者の歩行立脚期に必要なモーメントである。モーメントのサイズが大きい主要中間部分で出力モーメントと所要モーメントの角度がよく一致することを確認することができる。特に、φ値はモーメント成分のうち外転（ａｂｄｕｃｔｉｏｎ）方向モーメントと屈曲（ｆｌｅｘｉｏｎ）方向モーメントの比に関連し、主要区間（２０％～９０％）でほとんど一致することを確認することができる。すなわち、ここで提案する股関節ジョイントメカニズムを使えば、単一の駆動機のみ使っても歩行に必要な方向の３次元モーメントを具現することができることが分かる。

【0043】

これにより、第１固定部１００と第１連結部２００を連結する連結点にはアクチュエーターＭが設けられ、アクチュエーターＭは第１固定部１００を基準に第１連結部２００に回転力を提供することができる。このようなアクチュエーターＭはモーターを例として挙げることができ、単一のモーターＭのみでも外転／内転及び屈曲／伸展の動作の全部を自然に表現し、着用者の歩行に支持力を提供することが可能である。そして、それぞれの４バーメカニズムの動力学的分析及び逆運動学的分析のために、それぞれのメカニズムにリンク回転角を測定する回転角センサーＳ１、Ｓ２が設けられることができる。よって、第１固定部１００、第１連結部２００、第１リンク組立体３００、第２連結部４００、第２リンク組立体５００、及び第２固定部６００をそれぞれ連結する複数の連結点の少なくとも一つ以上の連結点には回転角センサーＳ１、Ｓ２が設けられることができる。

【0044】

図２０及び図２１は本発明の一実施例による外骨格型着用ロボットのサイズ調節機能を示す図である。図示のように、固定部には左右に一対の第１連結部２００が連結され、各第１連結部２００の間の距離は第１連結部２００のスライドによって調節可能である。これにより、着用者の体形に合うように第１連結部２００とモーターＭの側方向への位置調整が可能である。そして、着用者の太ももＬには部分６２０を介して第２固定部６００が連結され、第２固定部６００も着用者の太ももＬに結合される部分６２０との相対的な距離の調整が可能である。

【0045】

本発明の外骨格型着用ロボットによれば、外旋及び内旋方向の回転ジョイントを球形の４バーメカニズムに代替することによって回転中心を着用者関節の回転中心と一致させ、屈曲及び伸展方向の回転ジョイントを４バーメカニズムに代替することによって単一のアクチュエーターのみでも歩行に必要な屈曲及び伸展と外転及び内転モーメントを同時に補助することができ、より自然な運歩行補助ができるようにする。

【0046】

本発明の特定の実施例について示して説明したが、以下の特許請求範囲によって提供される本発明の技術的思想を逸脱しない範疇内で本発明が多様に改良及び変化可能であるというのは当該分野で通常の知識を有する者に明らかであろう。

【符号の説明】

【0047】

１００ 第１固定部
２００ 第１連結部
３００ 第１リンク組立体
３１０、３２０ リンク
４００ 第２連結部
５００ 第２リンク組立体
５０１、５０２、５０３、５０４ ジョイント
５１０、５２０ リンク
６００ 第２固定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】