KR100862254B1 - 인체 모형의 골반 어셈블리 - Google Patents

인체 모형의 골반 어셈블리 Download PDF

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Abstract

차량 시트의 착좌감 평가용 인체 모형의 골반 어셈블리가 소개된다. 그 골반 어셈블리는, 요추(30) 하단이 연결되는 골반 플레이트(20)와, 골반 플레이트(20) 하부에 설치되어 허벅지 바(10)의 움직임을 골반 플레이트(20)에 전달하는 골반 유닛으로 구성된다. 골반 유닛은, 허벅지 바(10)의 수평 및 수직방향 회동을 허용하는 히프 조인트(40); 허벅지 바(10)의 상하방향 회동시 히프 조인트(40)와 함께 회전하는 회전축(60); 회전축(60)의 회전운동을 골반 플레이트(20)에 전달하여 적어도 골반 플레이트(20)의 상하방향 각도를 변화시키는 골반 각도 조절부재(60,100,200);를 포함한다. 이러한 골반 어셈블리는, 허벅지의 위치 또는 각도 변화에 따라, 골반 및 요추의 자세가 변화되는 인간의 골반 관절부와 유사하다.
인체 모형, 골반, 관절, 시트 평가

Description

인체 모형의 골반 어셈블리{Pelvis Assembly of a Dummy Model}
본 발명은 차량 시트의 착좌감 평가용 인체 모형의 골반 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 허벅지의 위치 또는 각도 변화에 따라, 골반 및 요추의 자세가 변화되는 인간의 골격 또는 관절 특성을 반영한 인체 모형의 골반 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인체 모형은 차량 시트의 착좌감 평가용으로서, 새로이 개발될 시트에 인간 대신 앉혀져 시트의 편안함/불편함(confort/disconfort)을 평가하기 위한 데이터를 얻는데 사용된다.
이러한 인체 모형은, 시트에 앉은 인간의 자세를 정확히 반영할 수 있어야 하는 바, 특히, 시트에 앉은 상태에서의 편안함/불편함을 결정하는 중요 요소인 척추와 관련한 인간의 골격, 관절 구조는 반드시 인체 모형에 반영될 필요가 있다. 이와 관련하여, 척추의 자세는 골반의 각도에 영향을 받으며, 또한 골반 각도는 허벅지의 위치에 영향을 받는다는 것에 주목할 필요가 있다.
도 1 및 도 2는 시트에 앉은 인간의 척추 자세를 도시한 도면이다.
도 1에서 보듯이, 허벅지(1)가 수평 보다 하향되는 경우, 골반(2)이 전방 측 으로 회전되어 척추, 특히 요추(3)는 전방 측, 즉 복부 측으로 휘어진 형상이 된다. 반면, 도 2에서 보듯이, 허벅지(1)의 위치가 수평 보다 상향되는 경우, 골반(2)이 후방 측으로 회전되어 요추(3)는 후방 측으로 휘어진 형상이 된다. 한편, 요추(3)와 비교하여 허벅지(1)의 각도 변화에 따른 흉추(4)의 형상의 변화가 적으며, 척추의 자세는 목(5)의 자세에도 영향을 미친다.
탑승객이 시트에 착좌 시, 쿠션의 각도는 허벅지의 각도에 직접적인 영향을 미친다. 그리고, 허벅지의 각도 내지 위치 변화는, 앞서 살펴본 바와 같이, 골반각도 및 요추의 형상에 영향을 미치고, 결과적으로 탑승객의 시트 착좌 자세에 영향을 미치게 된다. 따라서, 차량 시트의 착좌감 평가용 인체 모형에 있어서, 허벅지의 위치 또는 각도 변화에 따른 척추 자세의 변화를 반영하기 위한 골반 어셈블리가 필요하다고 할 것이다.
본 발명은 허벅지의 위치 또는 각도 변화에 따라, 척추, 특히 요추의 자세가 변화되는 인간의 골반 관절부의 특성을 반영한 인체 모형의 골반 어셈블리를 제공함을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인체 모형의 골반 어셈블리는, 요추 하단이 연결되는 골반 플레이트와, 이 골반 플레이트 하부에 설치되어 허벅지 바의 움직임을 골반 플레이트에 전달하는 골반 유닛을 포함한다.
상기 골반 유닛은, 허벅지 바 상단이 고정되며, 허벅지 바의 수평 및 수직방향 회동을 허용하는 히프 조인트; 이 히프 조인트에 일단이 수평방향으로 고정되며, 허벅지 바의 상하방향 회동시 히프 조인트와 함께 회전하는 회전축; 상기 회전축의 타단에 설치되며, 회전축의 회전운동을 골반 플레이트에 전달하여 적어도 골반 플레이트의 상하방향 각도를 변화시키는 골반 각도 조절부재;를 포함한다.
상기 골반 각도 조절부재는, 상기 회전축의 타단에 중앙부가 연결되며 회전축의 회전시 시소운동을 하는 전방 레버부와 후방 레버부를 구비하는 시소 레버와, 상기 전,후방 레버부에 각각 설치되고 하단은 이들 레버부에 고정되며 상단은 골반 플레이트에 연결되는 한 쌍의 스프링 부재를 포함할 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 전방 레버부가 상향될 때 골반 플레이트의 전단부가 상방향으로 들리며, 반대로, 후방 레버부가 상향될 때에는 골반 플레이트의 후단부가 상방향으로 들리게 된다. 골반 플레이트의 각도 변화에 따른 요추의 형상 변화를 가능하게 하기 위한 메카니즘은 본 출원인에 의해 별도로 특허 출원된 바 있다.
한편, 허벅지의 자세 변화에 따른 골반의 자세 변화는 반드시 1:1 매칭되지 않는다. 즉, 허벅지의 각도가 1°변한다고 해서 골반의 자세 또한 1°변화되는 것은 아니다. 따라서, 인체 모형의 설계에 있어, 이와 같은 허벅지와 골반 사이의 관계를 반영하는 것이 필요한데, 그것이 바로, 스프링 부재이다. 스프링 부재는 허벅지바의 상하 움직임에 따른 시소 레버의 시소 운동을 부분적으로 흡수한 후, 시소 레버의 레버부 위치 변화가 임계치 이상일 때 그 변화를 골반 플레이트에 전달한다.
상기 한 쌍의 스프링 부재의 텐션 또는 길이 조절이 가능하도록 골반 플레이트 상에는 한 쌍의 조절 볼트가 설치될 수 있다. 이 조절 볼트는, 인체 모형의 착좌 자세, 특히, 골반 플레이트의 최초 각도를 조절하는데 사용되거나, 허벅지바의 각도 변화량에 대한 골반 플레이트의 각도 변화량 비의 조절에 사용된다. 일례로, 전방 조절 볼트를 조여 전방 스프링 부재에 압축력을 가한 경우, 골반 플레이트의 전단부는 약간 하방향 내려간 상태가 되며, 또한, 전방 레버부의 각도 변화량에 대한 골반 플레이트의 각도 변화량의 비가 증가하게 된다. 전방 레버부의 각도 변화에 대하여 골반 플레이트가 보다 민감하게 반응하여, 골반 플레이트의 회전각이 커지게 되는 것이다.
또한, 상기 회전축 타단 측에는, 회전축의 회전각을 검출하는 각도 센서가 설치될 수 있다. 허벅지바의 상하 방향 회동량은 회전축의 회전량에 대응하며, 회전축의 회전량은 시소 레버의 상하방향 이동량에 대응한다. 따라서, 허벅지바의 각도 변화량에 대한 골반 플레이트의 각도 변화량의 비를 조절하고자 할 때, 위와 같은 각도 센서가 유용하다.
또한, 상기 히프 조인트는, 회전축의 일단이 고정되는 바디와, 이 바디에 회전 가능하게 결합되며 허벅지 바의 상단이 고정되는 수직 회전축을 포함하는 것일 수 있다. 이러한 히프 조인트의 구조에 따르면, 바디와 함께 회전하는 회전축에 의해 허벅지 바의 상하방향 회동이 가능하며, 수직 회전축에 의해 허벅지 바의 수평방향 회동이 가능하게 된다.
또한, 상기 골반 유닛은 골반 플레이트의 하부 좌우 양측에서 좌/우 허벅지 바에 개별적으로 연결되며, 골반 플레이트의 상하방향 각도는 좌/우 허벅지 바의 움직임에 따라 개별적으로 변화될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 인체 모형의 골반 어셈블리에 따르면, 허벅지의 위치 또는 각도 변화에 따라 골반 각도가 변화될 수 있다. 따라서, 허벅지의 위치 또는 각도 변화에 따라 척추의 자세를 변화시키는 것이 가능해진다. 이러한 골반 어셈블리는 인간의 골반 관절부와 매우 유사한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인체 모형의 골반 어셈블리에 대하여 살펴본다.
도 3은 실시예에 따른 골반 어셈블리가 적용될 인체 모형의 개략도이다.
인체 모형은 인간과 마찬가지로 사지와 척추(30,31), 목/ 머리(32)를 구비한다. 도 3에서 동그라미로 표시된 "A" 부분은 인간의 골반 관절부에 대응하는 골반 어셈블리이다.
인체 모형의 어깨 부위와 골반 플레이트(20)을 연결하는 로드(33)는, 인체 모형의 자세, 특히 척추(30,31)의 자세 변화를 일정 범위 내로 제한하기 위한 자세 제한 로드이다. 로드(33)가 어깨와 골반 플레이트(20)를 연결한 상태에서, 골반 플레이트(20)의 각도가 변화되면, 척추, 특히 요추(30)의 각도가 일정 범위 내에서 변화된다. 골반 플레이트(20)의 각도 변화는 허벅지 바(10)의 각도 변화와 관련된다.
도 4 및 도 5는 실시예에 따른 골반 어셈블리가 도시된 도면이다.
도 4에서 보듯이 로드(33)의 하단이 골반 플레이트(20)에 연결된다. 도 4에서 도시되지는 않았지만, 요추(30)의 하단 또한 골반 플레이트(20)에 연결된다. 골반 플레이트(20)의 각도 변화에 따라 척추, 특히 요추(30)의 형상이 변화될 수 있다.
도 4와 함께 도 5를 참조하여, 골반 어셈블리의 구조에 대하여 구체적으로 살펴본다.
크게 보아, 골반 어셈블리는, 골반 플레이트(20), 허벅지 바(10)의 위치 변화를 골반 플레이트(20)에 전달하기 위한 부재들이 설치된다
골반 플레이트(20)는 수평하게 설치된 평판으로서, 허벅지 바(20)의 움직임에 따라 요추(30)의 형상이 변화되도록 하는 매개 역할을 한다. 허벅지 바(20)의 상하 방향 위치 변화에 따라, 골반 플레이트(20)는 전단부가 들리거나 후단부가 들려진다.
골반 플레이트(20)의 하부에는 허벅지 바(10)의 위치 변화를 골반 플레이트(20)에 전달하기 위한 부재들, 예로서, 히프 조인트(40), 회전축(60), 골반 각도 조절부재(70,100,200) 등이 설치된다. 이들 부재는 골반 플레이트(20)의 좌/우에 각각 설치되는 바, 이하에서는 이 중 어느 하나에 대하여만 살펴본다.
히프 조인트(40)는 허벅지 바(10)의 수평방향 및 수직방향 움직임을 허용하기 위한 부재로서, 허벅지 바(10)의 상단이 히프 조인트(40)에 연결되며, 허벅지 바(10)와 수직한 방향으로 회전축(60)이 히프 조인트(40)에 결합된다. 보다 구체적 으로, 히프 조인트(40)의 바디(41)에 회전축(60)의 일단이 고정되어 있어, 이에 따라 허벅지 바(10)가 상하방향 회동하면 회전축(60)과 함께 히프 조인트(40)가 회전될 수 있다. 또한, 히프 조인트(40)의 바디(41)에 지지 플레이트(42)를 매개로 회전 가능하게 설치된 수직 회전축(43)에 허벅지 바(10)의 상단이 고정되어 있어, 이에 따라 허벅지 바(10)의 수평방향으로 회동될 수 있다.
히프 조인트(40) 안쪽에는 회전축(60)이 관통하는 조인트 하우징(50)이 배치된다. 회전축(60)과 조인트 하우징(50) 사이에는 베어링(50)이 개재되어 있기 때문에, 회전축(60)의 회전에도 불구하고 조인트 하우징(50)은 움직이지 않는다. 이러한, 조인트 하우징(50)은 히프 조인트(40)와 함께 회전하는 회전축(60)을 지지하는 기능을 한다.
회전축(60)은 수평방향으로 설치되며, 일단은 히프 조인트(40)에 연결되며, 타단에는 시소 레버(70)가 연결된다. 회전축(60)은 히프 조인트(40) 회전시 함께 회전되며, 이러한 회전축(60)의 회전 움직임은, 골반 각도 조절부재(70,100,200), 보다 직접적으로는 시소 레버(70)에 전달된다.
골반 각도 조절부재(70,100,200)는, 회전축(60)의 회전 움직임에 따라 골반 플레이트(20)의 각도를 조절하기 위한 부재로서, 시소 레버(70)와 스프링 부재(100,200)로 구성된다.
시소 레버(70)는, 회전축(60)이 관통하는 중앙부(70a)와, 이 회전축(60)을 기준으로 전방에 배치되는 전방 레버부(71) 및 후방에 배치되는 후방 레버부(72)로 구성된다. 회전축(60)은 중앙부(70a)를 관통하여 고정되어 있어, 회전축(60) 회전 시 시소 레버(70)는 시소 운동을 하며, 그 시소 운동은 스프링 부재(100,200)에 전달된다.
스프링 부재(100,200)는 하단 연결구(110,210)를 매개로 전방 레버부(71)와 후방 레버부(72)에 각각 수직하게 설치된다. 스프링 부재(100,200)의 하우징(101,201) 내부에는 스프링(미도시)이 설치되며, 하우징(101,201)의 상단에는 스프링의 압축/압축해제가 가능하도록 상단 연결구(120,220)가 설치된다. 상단 연결구(120,220)가 가압되면, 하우징(101,201) 내부의 스프링은 압축되며, 상단 연결구(120,220)에 의한 가압력이 해제되면 스프링은 원상 복귀될 수 있다.
한편, 스프링 부재(100,200)의 상단, 특히, 하우징(101,201)의 상단은 골반 플레이트(20)에 고정되며, 골반 플레이트(20) 상면에는 상단 연결구(120,220)의 가압/가압 해제가 가능하도록 조절 볼트(130,230)가 설치된다. 좌/우 허벅지 바(10)에 대하여 각각 1개씩의 시소 레버(70)가 설치되므로, 총4개의 조절 볼트(130,230)가 골반 플레이트(20) 상에 설치된다.
회전축(60)은 시소 레버(70)를 관통하여 시소 레버(70) 외부로 노출된다. 이 노출된 회전축(60)에는 센서 홀더(80)에 의해 지지되는 각도 센서(90)가 축방향으로 연결된다. 각도 센서(90)의 선단은 회전축(60)에 결합되어, 회전축(60) 회전시 그 회전량을 검출할 수 있다. 센서 홀더(80)와 회전축(60) 사이에는 베어링(90)이 개재된다.
도 1 및 도 2는 허벅지의 위치가 골반 및 척추 자세에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 골반 어셈블리가 적용될 인체 모형의 개략도,
도 4는 도 3에서 A로 표시된 골반 어셈블리 부위를 별도로 도시한 개략도,
도 5는 도 4에 도시된 골반 어셈블리의 개략적인 분해도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 허벅지 바 20: 골반 플레이트
30: 요추 31: 흉추
32: 목 33: 로드
40: 히프 조인트 41: 바디
42: 지지 플레이트 43: 수직 회전축
50: 조인트 하우징 51,81: 베어링
60: 회전축 70: 시소 레버
71,72: 레버부 80: 센서 홀더
90: 각도 센서 100,200: 스프링 부재
110,210: 하단 연결구 120,220: 상단 연결구
130,230: 조절 볼트

Claims (6)

  1. 요추(30) 하단이 연결되는 골반 플레이트(20);
    골반 플레이트(20) 하부에 설치되어 허벅지 바(10)의 움직임을 골반 플레이트(20)에 전달하는 골반 유닛으로서, 이 골반 유닛은,
    허벅지 바(10) 상단이 고정되며, 허벅지 바(10)의 수평 및 수직방향 회동을 허용하는 히프 조인트(40);
    상기 히프 조인트(40)에 일단이 수평방향으로 고정되며, 허벅지 바(10)의 상하방향 회동시 히프 조인트(40)와 함께 회전하는 회전축(60);
    상기 회전축(60)의 타단에 설치되며, 회전축(60)의 회전운동을 골반 플레이트(20)에 전달하여 적어도 골반 플레이트(20)의 상하방향 각도를 변화시키는 골반 각도 조절부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 모형의 골반 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 골반 각도 조절부재는,
    상기 회전축(60)의 타단에 중앙부가 연결되며, 회전축(60)의 회전시 시소운동을 하는 전방 레버부(71)와 후방 레버부(72)를 구비하는 시소 레버(70); 및
    상기 전,후방 레버부(71,72)에 각각 설치되고, 하단은 이들 레버부(71,72)에 고정되며 상단은 골반 플레이트(20)에 연결되는 한 쌍의 스프링 부재(100,200)를 포함하는 인체 모형의 골반 어셈블리.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 한 쌍의 스프링 부재(100,200)의 텐션 또는 길이 조절이 가능하도록 골반 플레이트(20) 상에는 한 쌍의 조절 볼트(130,230)가 설치되는 것을 특징으로 하는 인체 모형의 골반 어셈블리.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 회전축(60) 타단 측에는, 회전축(60)의 회전각을 검출하는 각도 센서(90)가 마련된 것을 특징으로 하는 인체 모형의 골반 어셈블리.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 히프 조인트(40)는, 회전축(60)의 일단이 고정되는 바디(41)와, 이 바디(41)에 회전 가능하게 결합되며 허벅지 바(10)의 상단이 고정되는 수직 회전축(42)을 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 모형의 골반 어셈블리.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 골반 유닛은 골반 플레이트(20)의 하부 좌우 양측에서 좌/우 허벅지 바(10)에 개별적으로 연결되며, 골반 플레이트(20)의 상하방향 각도는 좌/우 허벅지 바(10)의 움직임에 따라 개별적으로 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 인체 모형의 골반 어셈블리.
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