KR20170070414A - 보행보조장치착용형 로봇장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

보행보조장치착용형 로봇장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

청각 피드백 기능을 가지는 착용형 로봇장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일 측면에 따른 착용형 로봇장치는, 프레임, 프레임에 구비되어 사용자로부터 가해지는 힘 정보를 수집하는 감지부, 감지부에서 수집된 정보에 기초해 착용형 로봇장치의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정하고, 상기 요구 토크량에 대응되는 소리를 결정하는 제어부 및 결정된 소리를 출력하는 출력부를 포함한다.

Description

보행보조장치착용형 로봇장치 및 그 제어 방법{WEARABLE ROBOT DEVICE AND CONTROLLING METHOD OF THE SAME}
청각 피드백 기능을 가지는 보행보조장치착용형 로봇장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
착용형 로봇 장치는 사용되는 분야에 따라 감퇴된 근력과 체중을 보조해주는 보조장치로 이용되거나, 큰 중량을 가진 물건을 운반하는 작업 등을 위해 사용자의 근력을 증폭해주고 중량물의 하중을 대신 지지해주는 증강장치로 이용될 수 있다.
이러한 착용형 로봇 장치의 경우 증강되는 힘의 물리적 총량 및 그 실시간 변화에 대해 일반적으로 해당 사용자 본인에게 시각디스플레이를 통해 간단히 안내하는 방법을 사용하였다. 그러나 이는 사용자가 직접 눈으로 확인하지 않을 경우 인식하기가 어렵고, 힘의 물리량에 해당하는 숫자를 보고도 그 개념을 쉽게 이해하기 어려워 여전히 상황 인지가 어려운 문제가 있었다.
일 측면에 따른 착용형 로봇장치 및 그 제어 방법에 의하면 착용형 로봇장치의 동작 모드에 따라 서로 다른 청각 피드백을 제공할 수 있다.
다른 측면에 따른 착용형 로봇장치 및 그 제어 방법에 의하면 착용형 로봇장치에 의해 증강되는 힘과 대응되는 청각 피드백을 제공할 수 있다.
일 측면에 따른 착용형 로봇 장치는, 프레임; 상기 프레임에 구비되어 사용자로부터 가해지는 힘 정보를 수집하는 감지부; 상기 감지부에서 수집된 정보에 기초해 착용형 로봇장치의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정하고, 상기 요구 토크량에 대응되는 소리를 결정하는 제어부; 및 상기 결정된 소리를 출력하는 출력부;를 포함한다.
또한, 제어부는, 상기 결정된 요구 토크량의 크기에 따라 상기 소리의 주파수, 강도 및 음색을 결정할 수 있다.
또한, 출력부는, 상기 결정된 요구 토크량의 크기에 따라 서로 다른 주파수, 강도 및 음색을 가지는 소리를 출력할 수 있다.
또한, 출력부는, 상기 착용형 로봇장치의 동작 모드에 따라 서로 다른 주파수, 강도 및 음색을 가지는 소리를 출력할 수 있다.
또한, 출력부는, 상기 착용형 로봇장치가 제 1 동작 모드로 동작하면 미리 설정된 제 1 주파수 대역의 소리를 출력하고, 상기 착용형 로봇장치가 제 2 동작 모드로 동작하면 미리 설정된 제 2 주파수 대역의 소리를 출력할 수 있다.
또한, 착용형 로봇장치의 동작 모드를 입력 받는 입력부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 착용형 로봇장치의 동작 모드에 따른 힘의 목표 값 정보가 저장된 메모리;를 더 포함할 수 있다.
또한, 제어부는, 상기 메모리에 저장된 힘의 목표 값 정보와 상기 감지부에서 수집된 사용자의 힘 정보의 차이에 기초해 상기 착용형 로봇장치의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정할 수 있다.
또한, 메모리는, 상기 요구 토크량의 크기에 따라 상기 출력부에서 출력되는 소리의 주파수, 강도 및 음색 정보를 저장할 수 있다.
또한, 감지부는, 상기 착용형 로봇장치의 엔드포인트(end point)에 구비될 수 있다.
또한, 감지부는, 사용자의 힘 정보를 수집하는 힘 센서를 포함할 수 있다.
다음으로, 일 측면에 따른 착용식 로봇 장치의 제어 방법은, 감지부에서 사용자의 힘 정보를 수집하는 단계; 상기 힘 정보에 기초해 착용형 로봇장치의 동작에 필요한 요구 토크 량을 결정하는 단계; 상기 요구 토크 량에 대응되는 소리를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 소리를 출력하는 단계;를 포함한다.
또한, 결정된 요구 토크 량에 대응되는 소리를 결정하는 단계는, 상기 결정된 요구 토크량의 크기에 따라 상기 소리의 주파수, 강도 및 음색을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 소리를 출력하는 단계는, 상기 결정된 요구 토크량의 크기에 따라 서로 다른 주파수, 강도 및 음색을 가지는 소리를 출력하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 소리를 출력하는 단계는, 상기 착용형 로봇 장치의 동작 모드에 따라 서로 다른 주파수, 강도 및 음색을 가지는 소리를 출력하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 소리를 출력하는 단계는, 상기 착용형 로봇장치가 제 1 동작 모드로 동작하면 미리 설정된 제 1 주파수 대역의 소리를 출력하고, 상기 착용형 로봇장치가 제 2 동작 모드로 동작하면 미리 설정된 제 2 주파수 대역의 소리를 출력하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 착용형 로봇장치의 동작 모드를 설정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 착용형 로봇장치의 동작에 필요한 요구 토크 량을 결정하는 단계는, 메모리에 저장된 힘의 목표 값 정보와 감지부에서 수집된 사용자의 힘 정보의 차이에 기초해 상기 착용형 로봇 장치의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
개시된 발명에 따른 착용형 로봇장치 및 그 제어 방법은 착용형 로봇장치의 동작 모드에 따라 청각 디스플레이로 제공 함으로써 착용형 로봇장치의 사용자가 시각 디스플레이를 확인해야 하는 번거로움을 줄일 수 있다. 구체적으로, 재활 모드에서는 전반적으로 가볍고 높은 효과음을 출력하도록 할 수 있으며, 반대로 근력증강 모드에서는 전반적으로 무겁고 낮은 효과음을 출력하도록 할 수 있다.
또한, 주위에 착용형 로봇장치의 동작 상태를 알려 사고를 미연에 방지하도록 할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치의 자유도를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치의 제어 블록도를 도시한 도면이다.
도 4는 착용형 로봇장치의 동작 모드에 따라 출력되는 소리의 주파수 대역의 결정 예를 도시한 도면이다.
도 5는 단일 동작 모드에서 착용형 로봇장치의 요구 토크 량의 크기에 따른 소리의 주파수 대역의 결정 예를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치의 제어 과정을 도시한 흐름도 이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 착용형 로봇장치 및 그 제어 방법에 대해 상세하게 설명한다.
개시된 발명에 따른 착용형 로봇장치는 사용자가 착용 가능하도록 마련된 것으로, 이하 착용형 로봇장치는 보행이 불편한 사용자의 거동을 보조하도록 마련된 보행보조장치, 작업 환경에서 작업자의 근력을 보조하도록 마련된 근력증강장치 등을 포함하는 개념으로 정의한다.
도 1은 일 실시예에 따른 착용형 로봇장치를 도시한 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치의 자유도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 착용형 로봇장치(100)는 사용자의 다리의 길이 방향으로 연장되어 사용자의 하중을 지지하는 프레임(10,20)을 포함할 수 있다. 프레임(10,20)은 사용자의 대퇴부를 지지하는 제1프레임(10) 및 사용자의 종아리를 지지하는 제2프레임(20)을 포함한다.
제1프레임(10)은 둔부관절(30)에 의해 허리고정장치(40)에 피봇가능하게 연결될 수 있다. 제1프레임(10)과 제2프레임(20)은 무릎 관절(50)에 의해 피봇가능하게 연결될 수 있다. 제2프레임(20)에는 사용자의 발에 고정되는 발 구조물(60)이 연결될 수 있다. 제2프레임(20)과 발 구조물(60)은 발목 관절(70)에 의해 피봇가능하게 연결될 수 있다.
착용형 로봇장치(100)는 둔부관절(30) 및 무릎 관절(50)에 구동력을 제공하는 구동원 및 착용형 로봇장치(100)의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 발 구조물(60)에는 센서가 구비되고, 센서에 의해 감지된 사용자의 동작 정보는 제어부로 전송될 수 있다. 제어부는 전송된 정보를 이용하여 둔부관절(30) 또는 무릎 관절(50)의 동작을 제어할 수 있다. 착용형 로봇장치(100)는 발목 관절(70)에 구동력을 제공하는 구동원을 더 포함할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 제1프레임(10)은 둔부관절(30)에 대해 3 자유도를 갖고 피봇될 수 있다. 3 자유도의 동작은 구동력을 전달받아 이루어지거나 무동력으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제1프레임(10)이 y축을 중심으로 피봇되는 1자유도의 동작은 동력을 전달받아 이루어지지만, 나머지 2자유도의 동작은 무동력으로 사용자의 움직임에 따라 이루어질 수 있다. 한편, 실시 예에 따라 3 자유도 동작 모두 동력을 전달 받아 이루어질 수도 있다. 제1프레임(10)은 와이어(11)의 단축 또는 신장에 의해 y축을 중심으로 피봇될 수 있다. 모터와 같은 구동원과 연결된 풀리(12)에는 와이어(11)가 감기고, 와이어(11)는 둔부관절(30)을 통해 제1프레임(10)과 연결될 수 있다. 일 예로 구동원이 풀리(12)를 회전시켜 와이어(11)가 풀리(12)에 감기도록 하면, 제1프레임(10)은 y축을 중심으로 피봇될 수 있다. 구동원이 풀리(12)를 회전시켜 와이어(11)가 풀리(12)로부터 풀리도록 하면, 제1프레임(10)은 앞선 경우와 반대 방향으로 y 축을 중심으로 피봇될 수 있다.
또한, 제2프레임(20)은 제1프레임(10)에 대해 1자유도를 갖고 피봇될 수 있다. 무릎 관절(50)에 의해 제1프레임(10)과 피봇가능하게 연결된 제2프레임(20)은 와이어(14)의 단축 또는 신장에 의해 피봇될 수 있다. 모터와 같은 구동원과 연결된 풀리(13)에는 와이어(14)가 감기고, 와이어(14)는 무릎 관절(50)를 통해 제2프레임(20)과 연결될 수 있다.
일 예로 구동원이 풀리(13)를 회전시켜 와이어(14)가 풀리(13)에 감기도록 하면, 제2프레임(20)은 y축을 중심으로 피봇될 수 있다. 구동원이 풀리(13)를 회전시켜 와이어(14)가 풀리(13)로부터 풀리면, 제2프레임(20)은 앞선 경우와 반대 방향으로 y축을 중심으로 피봇될 수 있다.
또한, 발 구조물(60)은 제2프레임(20)에 대해 3자유도를 갖고 피봇될 수 있다. 발 구조물(60)과 제2프레임(20)은 발목 관절(70)에 의해 피봇가능하게 연결될 수 있다. 발 구조물(60) 또는 제2프레임(20)은 사용자의 움직임에 따라 무동력으로 발목 관절(70)을 중심으로 피봇될 수 있다. 발 구조물(60) 또는 제2프레임(20)은 모터와 같은 구동원으로부터 구동력을 전달받아 발목 관절(70)을 중심으로 피봇될 수도 있다.
또한, 발 구조물(60)은 패시브 조인트(passive joint)를 중심으로 제 1자유도를 가지도록 마련될 수 있다. 패시브 조인트는 발 구조물(60)의 바닥 부분에 위치하는 자유도로, 사용자의 움직임에 따라 수동적으로 움직이는 자유도를 의미한다. 패시브 조인트는 사용자에게 보다 자연스러운 보행 자세를 갖출 수 있도록 하기 위해 마련되나 경우에 따라 생략될 수 있음은 물론이다.
제1프레임(10)에는 제1고정장치(90)가 연결될 수 있다. 제1고정장치(90)는 사용자의 대퇴부를 감싸서 제1프레임(10)을 사용자의 대퇴부에 장착시킬 수 있다. 제2프레임(20)에는 제2고정장치(91)가 연결될 수 있다. 제2고정장치(91)는 사용자의 종아리를 감싸서 제2프레임(20)을 사용자의 종아리에 장착시킬 수 있다.
사용자가 착용형 로봇장치(100)를 착용하면, 제1프레임(10) 또는 제2프레임(20)은 사용자의 다리의 길이 방향으로 연장되도록 구비될 수 있다. 제1프레임(10) 또는 제2프레임(20)은 복수의 링크가 연결되어 이루어질 수 있다. 복수의 링크는 리지드한 소재로 제조될 수 있다. 제1프레임(10) 또는 제2프레임(20)은 복수의 링크가 피봇 가능하게 연결되어 사용자의 신체 굴곡에 따라 유연하게 구부러질 수 있을 뿐만 아니라, 사용자의 하중을 안정적으로 지지할 수 있다.
한편, 도 1에서는 사용자의 하체에 착용 가능한 착용형 로봇장치(100)의 구성을 예로 들어 설명하였으나, 착용형 로봇장치(100)의 형태가 전술한 예에 한정되는 것은 아니며 당업자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
이하, 도 3을 참조하여 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치(100)의 구성에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치(100)의 제어 블록도를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치(100)는 입력부(110)와, 감지부(120)와, 메모리(130)와, 제어부(140)와, 출력부(150)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는 착용형 로봇장치(100)에 대한 사용자의 제어 명령을 입력 받을 수 있다. 사용자는 입력부(110)를 통해 착용형 로봇장치(100)의 모드를 설정할 수 있다. 착용형 로봇장치(100)는 사용자의 설정에 따라 제 1 모드와 제 2 모드를 포함하는 복수 개의 모드로 동작 가능할 수 있다.
일 예에 따르면, 제 1, 2 모드는 착용형 로봇장치(100)의 재활 모드 및 근력 증강 모드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하, 재활 모드는 재활 환자의 동작을 보조하는 경우 제공되는 모드로 정의하고, 근력 증강 모드는 공정 작업의 진행 시 작업자의 동작을 보조하는 경우 제공되는 모드로 정의하도록 한다. 한편, 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드의 예가 전술한 예 들에 한정되는 것은 아니며 설계자의 의도에 따라 다양한 방식으로 변형 가능할 수 있다.
입력부(110)는 사용자의 입력을 위해 각종 버튼이나 스위치, 키보드, 마우스, 트랙볼(track-ball) 등과 같은 하드웨어적인 입력 장치를 포함할 수 있으며, 실시 예에 따라 터치 패드(touch pad) 등과 같은 GUI(Graphic User Interface), 즉 소프트웨어적인 입력 장치를 포함할 수 있다. 입력부(110)가 터치 패드 형태로 마련될 경우 터치 패드는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel; TSP)로 구현되어 표시부와 상호 레이어 구조를 이룰 수 있다.
감지부(120)는 착용형 로봇장치(100)의 발 구조물(60) 에 구비되어 사용자로부터 가해지는 힘 정보를 수집할 수 있으며, 수집된 힘 정보를 제어부(140)로 전달할 수 있다. 감지부(120)는 사용자로부터 가해지는 힘 정보를 수집하도록 마련된 힘 센서를 포함할 수 있다. 다만, 감지부(120)에 적용 가능한 센서의 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
감지부(120)는 착용형 로봇장치(100)의 발 구조물(60)에 설치될 수 있다. 다만, 감지부(120)의 설치 위치가 이에 한정되는 것은 아니며, 감지부(120)는 제1프레임(10)과 제2프레임(20)을 연결하는 무릎 관절(50)을 포함한 착용형 로봇장치(100)의 엔드포인트(end point)에 설치될 수도 있다.
메모리(130)는 착용형 로봇장치(100)를 구동하고 제어하기 위한 제어 프로그램 또는 어플리케이션을 저장할 수 있다. 보다 상세하게, 메모리(130)는 감지부(120)에서 수집된 정보에 기초해 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정하고, 요구 토크 량에 대응되는 소리를 결정하기 위한 프로그램 등을 저장할 수 있다.
또한, 메모리(130)는 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드에 따른 힘의 목표 값 정보를 저장할 수 있다. 이하 힘의 목표 값이란 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드를 통해 구현하고자 하는 값을 의미한다. 일 예로 힘의 목표 값은 사전에 각 모드에 걸리는 일반인의 힘 정보를 취득하여 백 데이터를 구축하고, 구축된 백 데이터에 기초해 설정될 수 있다. 다만, 힘의 목표 값 설정 방식이 전술한 예에 한정되는 것은 아니며 사용자에 의해 임의로 결정될 수도 있다.
한편, 힘의 목표 값 정보는 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드에 따라 각각 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 동작 모드에 비해 제 2 동작 모드에서 사용자에게 더 강함 힘을 보조하여야 하는 경우, 제 1 동작 모드에서의 힘의 목표 값과 비교해 제 2 동작 모드의 힘의 목표 값이 더 높게 설정될 수 있다.
메모리(130)는 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드에 따른 소리 정보를 저장할 수 있다. 구체적으로, 메모리(130)는 착용형 로봇 장치(100)의 동작 모드에 따른 소리의 주파수, 강도 및 음색 정보를 저장할 수 있다.
일 예로, 메모리(130)는 착용형 로봇장치(100)가 제 1 동작 모드로 동작하는 경우에 따른 제 1 주파수 대역의 소리 정보를 저장할 수 있으며, 착용형 로봇장치(100)가 제 2 동작 모드로 동작하는 경우에 따른 제 2 주파수 대역의 소리 정보를 저장할 수 있다.
메모리(130)는 제어부(140)에서 결정된 요구 토크량의 크기에 따른 소리 정보를 저장할 수 있다. 구체적으로, 메모리(130)는 제어부(140)에서 결정된 요구 토크량의 크기에 따른 소리의 주파수, 강도 및 음색 정보를 저장할 수 있다.
메모리(130)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
제어부(140)는 착용형 로봇장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(140)는 착용형 로봇장치(100)의 각 구성, 즉 입력부(110), 감지부(120), 메모리(130) 및 출력부(150) 등을 제어할 수 있다. 제어부(140)는 집적 회로(integrated circuit)가 형성된 적어도 하나의 칩을 포함하는 각종 프로세서일 수 있다.
제어부(140)는 감지부(120)에서 수집된 정보에 기초해 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정하고, 결정된 요구 토크량에 대응되는 소리, 구체적으로 소리의 주파수, 강도 및 음색을 결정할 수 있다.
소리의 주파수, 강도 및 음색은 음의 특징을 나타내는 대표적인 요소들로, 소리의 주파수는 소리의 높낮이를 의미하고, 소리의 강도는 소리의 세기(즉, 소리의 에너지)를 의미하고, 음색은 소리의 맵시(즉, 음의 스펙트럼)를 의미한다.
일 예로, 소리는 착용형 로봇장치(100)의 동작 시 발생되는 기계음, 사람의 발소리 등을 포함할 수 있으며, 실시 예에 따라 미리 저장된 사람의 소리(예를 들어, 신음 소리 등)를 포함할 수도 있다.
이하, 설명의 편의상 제어부(140)가 소리의 주파수를 결정하는 과정에 대해 상세하게 설명하도록 한다. 실시 예에 따라 소리의 강도 및 음색을 결정하는 과정 역시 소리의 주파수를 결정하는 과정과 동일한 방식이 적용될 수 있으며, 이하 소리의 강도 및 음색 결정 과정과 관련해 소리의 주파수 결정 과정과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
제어부(140)는 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드에 따라 출력부(150)에서 출력되는 소리의 주파수 대역을 다르게 결정할 수 있다.
도 4는 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드에 따라 출력되는 소리의 주파수 대역의 결정 예를 도시한 도면이다. 이하, 설명의 편의상 착용형 로봇장치(100)가 재활 모드 또는 근력증강 모드로 동작하는 경우를 예로 들어 소리의 주파수 대역의 결정 예에 대해 설명하도록 한다.
도 4에 도시된 바를 참조하면, 착용형 로봇장치(100)가 재활 모드로 동작하면 출력부(150)에서 출력되는 소리의 주파수 대역은 제 1 주파수 대역으로 결정될 수 있으며, 착용형 로봇장치(100)가 근력증강 모드로 동작하면 출력부(150)에서 출력되는 소리신호의 주파수 대역은 제 2 주파수 대역으로 결정될 수 있다.
일반적으로 재활 모드에 비해 근력증강 모드에서 사용자에게 더 강한 힘을 보조하여야 하므로, 재활 모드에서 출력되는 소리의 주파수 대역은 근력증강 모드에서 출력되는 소리의 주파수 대역보다 높게 결정될 수 있다. 결과적으로, 재활 모드에서는 근력증강 모드에 비해 보다 밝고 경쾌한 소리가 출력되게 된다.
또한, 제어부(140)는 메모리(130)에 저장된 힘의 목표 값 정보와 감지부(120)에서 수집된 사용자의 힘 정보에 기초해 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정할 수 있다. 여기서 힘의 목표 값 정보는 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드에 따라 결정되는 값으로, 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량은 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드에 따라 다르게 결정될 수 있다.
착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량을 연산하는 방식은 다음의 식 1으로 나타낼 수 있다.
식 1
Frob = Fref - Fact
여기서 Frob은 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량을 의미하고, Fref는 메모리(130)에 저장된 힘의 목표 값 정보를 의미하고, Fact는 감지부(120)에서 수집된 사용자의 힘 정보를 의미한다.
제어부(140)는 결정된 요구 토크량의 크기에 따라 출력부(150)에서 출력되는 소리의 주파수를 결정할 수 있다.
도 5는 단일 동작 모드에서 착용형 로봇장치(100)의 요구 토크 량의 크기에 따른 소리의 주파수의 결정 예를 도시한 도면이다. 이하, 재활 모드를 예로 들어 착용형 로봇장치(100)의 요구 토크 량의 크기에 따른 소리의 주파수의 결정 예를 설명하도록 한다.
도 5에 도시된 바를 참조하면, 재활 모드에 대응되는 제 1 주파수 대역은 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량의 크기에 따라 복수 개의 구간으로 구획될 수 있다.
예를 들어, 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량의 크기는 10단계로 구분될 수 있으며, 이에 따라 재활 모드에 대응되는 제 1 주파수 대역은 f1 내지 f10을 포함하는 10구간으로 구분될 수 있다. 본 실시 예에서, 요구 토크 량의 크기가 커짐에 따라 요구 토크 량의 크기가 1단계에서 10단계로 증가될 수 있으며, 이에 대응되는 소리의 주파수는 f1에서 f10으로 결정될 수 있다.
한편, 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크 량의 범위는 착용형 로봇장치의 출력 토크를 기준으로 사용자에 의해 유동적으로 설정 가능할 수 있다. 예를 들어, 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크 량의 범위는 제 1 토크 내지 제 2 토크 범위 내에서 설정될 수 있으며, 사용자의 조작에 따라 토크 량의 설정 범위가 달라질 수 있다.
도 5에서는 설명의 편의상 재활 모드를 예로 들어 설명하였으나, 근력증강 모드에서 출력되는 소리 결정 방식 또한 재활 모드에서의 경우와 동일할 수 있다.
출력부(150)는 제어부(140)에서 결정된 소리를 출력할 수 있다. 보다 상세하게, 출력부(150)는 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드 및 제어부(140)에서 결정된 요구 토크량의 크기에 따라 서로 다른 주파수, 강도 및 음색을 가지는 소리를 출력할 수 있다.
일 예로, 출력부(150)는 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드에 따라 다른 주파수 대역의 소리를 출력할 수 있다. 출력부(150)에서 출력되는 소리의 주파수 범위는 약 1 내지 6 kHz 범위, 즉 사람의 귀에 잘 들리는 주파수 범위에 포함될 수 있다.
예를 들어, 출력부(150)는 착용형 로봇장치(100)가 제 1 동작 모드로 동작하면 미리 설정된 제 1 주파수 대역의 소리를 출력할 수 있으며, 착용형 로봇장치(100)가 제 2 동작 모드로 동작하면 미리 설정된 제 2 주파수 대역의 소리를 출력할 수 있다.
또한, 출력부(150)는 제어부(140)에서 결정된 요구 토크량의 크기에 따라 서로 다른 주파수를 가지는 소리를 출력할 수 있다.
전술한 바와 같이, 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량의 크기는 10단계로 구분될 수 있으며, 이에 따라 재활 모드에 대응되는 제 1 주파수 대역은 f1 내지 f10을 포함하는 10구간으로 구분될 수 있다. 본 실시 예에서, 요구 토크 량의 크기가 커짐에 따라 요구 토크 량의 크기가 1단계에서 10단계로 증가될 수 있으며, 이에 따라 출력부(150)에서 출력되는 소리의 주파수 역시 f1 에서 f10으로 증가될 수 있다.
또한, 출력부(150)는 요구 토크량의 출력 한계치에 따라 경고음을 출력할 수도 있다. 일 예로 요구 토크 량의 크기가 10단계에 해당하는 경우 출력부(150)는 미리 설정된 경고음을 출력할 수 있으며, 이로써 사용자에게 착용형 로봇장치(100)의 사용 중지 권고 경보를 제공할 수 있다.
이러한 출력부(150)는 스피커를 포함할 수 있다. 다만 출력부(150)의 예가 이에 한정되는 것은 아니며 당업자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내에서 청각 디스플레이를 제공할 수 있는 모든 구성을 포함할 수 있다.
이상으로, 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치(100)에 대해 설명하였다.
일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치(100)에 따르면 사용자의 의도에 따라 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드를 선택할 수 있으며, 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드에 따라 서로 다른 주파수 대역의 소리를 출력할 수 있다.
구체적으로, 착용형 로봇장치(100)의 재활 모드 선택 시 장치가 가볍고 빠르게 느껴지도록 높은 효과음을 제공할 수 있으며, 이로써 사용자의 심리적 요인을 자극하여 재활치료에 도움을 줄 수 있다. 반대로, 착용형 로봇장치(100)의 근력증강모드 선택 시, 육체적 작업 현장에서 장치가 무겁게 느껴지도록 낮은 효과음을 제공할 수 있다. 이로써, 현재 상태에 대한 정보를 사용자에게 청각적으로 알려줄 수 있으며, 결과적으로 사용자가 피드백 작용을 하도록 지원할 수 있다.
다음으로, 착용형 로봇장치(100)의 제어 방법의 실시 예에 대해 설명하도록 한다.
도 6은 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치(100)의 제어 과정을 도시한 흐름도 이다.
도 6에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치(100)의 제어 방법은 감지부(120)에서 사용자의 힘 정보를 수집하는 단계와(220), 힘 정보에 기초해 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정하는 단계와(230), 요구 토크량에 대응되는 소리의 주파수를 결정하는 단계와(240), 결정된 주파수에 대응되는 소리를 출력하는 단계(250)를 포함할 수 있다.
한편, 일 실시 예에 따른 착용형 로봇장치(100)가 복수 개의 모드로 동작 가능한 경우에는 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드를 설정하는 과정이 포함될 수 있다. 착용형 로봇장치(100)의 동작 모드는 재활 모드와, 근력증강 모드를 포함할 수 있으나 동작 모드의 예가 이에 한정되는 것은 아니다(210).
착용형 로봇장치(100)의 동작 모드가 설정되면 감지부(120)에서 사용자의 힘 정보를 수집하는 단계가 수행될 수 있다. 감지부(120)에서 사용자의 힘 정보를 수집하는 것은 힘 센서를 통해 사용자의 힘 정보를 수집하는 것을 포함할 수 있다(220).
사용자의 힘 정보가 수집되면 힘 정보에 기초해 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정하는 단계가 수행될 수 있다. 착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정하는 단계는, 메모리(130)에 저장된 힘의 목표 값 정보와 수집된 사용자의 힘 정보의 차이에 기초해 작업에 필요한 요구 토크량을 결정하는 것을 포함할 수 있다(230).
착용형 로봇장치(100)의 동작에 필요한 요구 토크량이 결정되면 결정된 토크량에 기초해 착용형 로봇장치(100)가 동작할 수 있으며, 이와 동시에 착용형 로봇장치(100)의 동작에 대응되는 소리가 출력되는 단계가 수행될 수 있다.
보다 상세하게, 착용형 로봇장치(100)의 동작에 대응되는 소리를 출력하는 단계는, 요구 토크량에 대응되는 소리의 주파수를 결정하고(240), 결정된 주파수에 대응되는 소리를 출력하는 것을 포함할 수 있다(250).
요구 토크량에 대응되는 소리의 주파수를 결정 시 요구 토크 량의 크기에 따라 소리의 주파수를 다르게 결정할 수 있으며 이하 전술한 바와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
또한, 결정된 주파수에 대응되는 소리의 출력 시 요구 토크 량의 크기에 따라 서로 다른 주파수의 소리를 출력할 수 있으며 이하 전술한 바와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
이상으로, 착용형 로봇장치 및 그 제어 방법의 실시 예에 대해 상세하게 설명하였다. 발명의 실시 예가 전술한 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니며 당해 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있는 범위 내에서 다양한 변경이 가능할 수 있다.
10: 제 1 프레임
20: 제 2 프레임
30: 둔부관절
50: 무릎 관절
60: 발 구조물
70: 발목 관절
90: 제1고정장치
100: 착용형 로봇장치
110: 입력부
120: 감지부
130: 메모리
140: 제어부
150: 출력부

Claims (20)

  1. 프레임;
    상기 프레임에 구비되어 사용자로부터 가해지는 힘 정보를 수집하는 감지부;
    상기 감지부에서 수집된 정보에 기초해 착용형 로봇장치의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정하고, 상기 요구 토크량에 대응되는 소리를 결정하는 제어부; 및
    상기 결정된 소리를 출력하는 출력부;를 포함하는 착용형 로봇장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 요구 토크량에 따라 상기 소리의 주파수, 강도 및 음색을 결정하는 착용형 로봇장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 결정된 요구 토크량에 따라 서로 다른 주파수, 강도 및 음색을 가지는 소리를 출력하는 착용형 로봇장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 착용형 로봇장치의 동작 모드에 따라 서로 다른 주파수, 강도 및 음색을 가지는 소리를 출력하는 착용형 로봇 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 착용형 로봇장치가 제 1 동작 모드로 동작하면 미리 설정된 제 1 주파수 대역의 소리를 출력하고,
    상기 착용형 로봇장치가 제 2 동작 모드로 동작하면 미리 설정된 제 2 주파수 대역의 소리를 출력하는 착용형 로봇장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 착용형 로봇장치의 동작 모드를 입력 받는 입력부;를 더 포함하는 착용형 로봇장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 착용형 로봇장치의 동작 모드에 따른 힘의 목표 값 정보가 저장된 메모리;를 더 포함하는 착용형 로봇장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 메모리에 저장된 힘의 목표 값 정보와 상기 감지부에서 수집된 사용자의 힘 정보의 차이에 기초해 상기 착용형 로봇장치의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정하는 착용형 로봇장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 요구 토크량의 크기에 따라 상기 소리의 주파수, 강도 및 음색을 결정하는 착용형 로봇장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 메모리는,
    상기 요구 토크량에 따라 상기 출력부에서 출력되는 소리의 주파수, 강도 및 음색 정보를 저장하는 착용형 로봇 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 착용형 로봇장치의 엔드포인트(end point)에 구비되는 착용형 로봇장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 감지부는,
    사용자의 힘 정보를 수집하는 힘 센서를 포함하는 착용형 로봇장치.
  13. 감지부에서 사용자의 힘 정보를 수집하는 단계;
    상기 힘 정보에 기초해 착용형 로봇장치의 동작에 필요한 요구 토크 량을 결정하는 단계;
    상기 요구 토크 량에 대응되는 소리를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 소리를 출력하는 단계;를 포함하는 착용형 로봇 장치의 제어 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 결정된 요구 토크 량에 대응되는 소리를 결정하는 단계는,
    상기 결정된 요구 토크량에 따라 상기 소리의 주파수, 강도 및 음색을 결정하는 것을 포함하는 착용형 로봇 장치의 제어 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 소리를 출력하는 단계는,
    상기 결정된 요구 토크량에 따라 서로 다른 주파수, 강도 및 음색을 가지는 소리를 출력하는 것을 포함하는 착용형 로봇 장치의 제어 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 소리를 출력하는 단계는,
    상기 착용형 로봇 장치의 동작 모드에 따라 서로 다른 주파수, 강도 및 음색을 가지는 소리를 출력하는 것을 포함하는 착용형 로봇 장치의 제어 방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 소리를 출력하는 단계는,
    상기 착용형 로봇장치가 제 1 동작 모드로 동작하면 미리 설정된 제 1 주파수 대역의 소리를 출력하고,
    상기 착용형 로봇장치가 제 2 동작 모드로 동작하면 미리 설정된 제 2 주파수 대역의 소리를 출력하는 것을 포함하는 착용형 로봇장치의 제어 방법.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 착용형 로봇장치의 동작 모드를 설정하는 단계;를 더 포함하는 착용형 로봇장치의 제어 방법.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 착용형 로봇장치의 동작에 필요한 요구 토크 량을 결정하는 단계는,
    메모리에 저장된 힘의 목표 값 정보와 감지부에서 수집된 사용자의 힘 정보의 차이에 기초해 상기 착용형 로봇 장치의 동작에 필요한 요구 토크량을 결정하는 것을 포함하는 착용형 로봇장치의 제어 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 요구 토크 량에 대응되는 소리를 결정하는 단계는,
    상기 요구 토크 량의 크기에 따라 상기 소리의 주파수, 강도 및 음색을 결정하는 것을 포함하는 착용형 로봇 장치의 제어 방법.
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