KR100936344B1 - 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치 - Google Patents

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Abstract

인간의 척추 관절의 특성이 거의 유사하게 모사된 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치가 소개된다. 그 척추 자세 조절장치는, 골반 플레이트(20); 서로를 연결하는 회전 중심부를 기준으로 전방과 후방에 조인트 스프링(9)이 설치된 복수개의 요추 조인트(10); 허벅지 바(50)의 상단이 연결된 허벅지 조인트(40); 허벅지 조인트(40)의 회전력을 골반 플레이트(20)에 전달하여 골반 플레이트(20)의 상하방향 각도를 변화시키는 골반 회동부재;를 포함한다.
차량, 컴포트, 성능시험, 더미, 척추, 조인트

Description

착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치{Apparatus For Adjusting Position Of Vertebral Column Of Dummy Model For Estimating Feeling Of Sitting In Seat}
본 발명은 새로이 개발될 시트에 인간 대신 앉혀져 시트의 편안함/불편함(confort/disconfort)을 평가하기 위한 데이터를 얻는데 사용되는 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치에 관한 것이다.
차량의 시트는 탑승자가 최대한 편안한 자세를 유지할 수 있도록 설계되며, 이러한 시트의 설계에는 시트의 착좌감 평가를 위한 더미가 사용된다.
이러한 더미는, 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 더미에 반영될 필요가 있다.
본 발명은 인간의 척추 관절의 특성이 거의 유사하게 모사된 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치는, 골반 플레이트; 상기 골반 플레이트 상에 서로 이격되어 적층되며, 서로를 연결하는 회전 중심부를 기준으로 전방과 후방에 조인트 스프링이 설치된 복수개의 요추 조인트; 상기 골반 플레이트의 하부에 회전 가능하게 설치되며, 허벅지 바의 상단이 연결된 허벅지 조인트; 및 허벅지 바의 상하방향 회동에 의해 야기되는 허벅지 조인트의 회전력을 골반 플레이트에 전달하여 골반 플레이트의 상하방향 각도를 변화시키는 골반 회동부재;를 포함한다.
상기 골반 회동부재는, 허벅지 조인트와 골반 플레이트를 연결하되, 어느 하나는 골반 플레이트 하면의 전방 측에 그리고 다른 하나는 골반 플레이트 하면의 후방 측에 연결된 골반 스프링을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 골반 스프링은 예압 또는 텐션의 조절이 가능한 것이 바람직하다.
각 요추 조인트는 좌우방향으로 관통하는 하우징 축을 매개로 회전 가능한 조인트 하우징을 구비하며, 서로 적층된 조인트 하우징들 사이에는 스페이서가 배치되며, 스페이서의 전방과 후방에 각각 조인트 스프링이 배치될 수 있다.
상기 조인트 하우징들 각각의 하단부는 아래에 놓인 다른 조인트 하우징의 하우징 축과 연결될 수 있다.
상기 스페이서는 중공으로서, 조인트 하우징의 하단부와 아래의 다른 조인트 하우징의 하우징 축은 이 스페이서를 관통하는 체결부재에 의해 체결될 수 있다.
상기 조인트 하우징들의 상면과 하면에는 각각 스페이서 및 조인트 스프링들의 단부가 안착되는 안착홈이 마련되며, 상기 스페이서가 안착되는 안착홈의 직경은 스페이서의 직경 보다 큰 것이 바람직하다.
상기 요추 조인트는 회전각 측정 센서가 설치될 수 있으며, 상기 스페이서는 탄성재질일 수 있다.
위와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치는, 시트에 앉은 인간의 상부자세 및 허벅지의 자세 변화에 따른 인간의 척추 관절의 특성이 거의 유사하게 모사하므로, 시트 컴포트/디스컴포트 성능시험을 정확하게 수행할 수 있게 된다.
먼저, 도 1을 참조하여 인체의 척추 구조에 대하여 살펴보면, 인체의 척추는 하부에 위치된 골반에 순차적으로 연결되어 있는 요추, 흉추 및 경추로 크게 구성된다. 요추, 흉추 및 경추는 각각 5개, 12개 및7개의 뼈로 구성된다.
시트에 앉은 인간의 상체 및 하체 자세변화에 따른 인체 척추의 자세변화를 살펴보면, 도 2 및 도 3에서 보듯이, 요추의 변형이 지배적임을 알 수 있다. 즉, 도 2에서 보듯이, 상체가 구부러지는 방향에 따라 요추가 후만곡(도 2의 (a) 참조) 되거나, 전만곡(도 2의 (b) 참조)된다. 또한, 도 3에서 보듯이, 허벅지의 위치가 수평 보다 상향되는 경우(도 3의 (a) 참조) 골반이 전방 측으로 회전되면서 요추가 후방 측으로 휘어지며, 허벅지가 수평 보다 하향되는 경우(도 3의 (b) 참조) 골반이 후방 측으로 회전되면서 요추가 전방으로 휘어진다. 요추의 변형에 비해 흉추의 변형은 상대적으로 미비하다.
한편, 척추가 전후방향으로 휘어질 때, 각 요추는 주변의 근육/인대에 의해 디스크가 변형되면서 관절을 중심으로 전후방향으로 회전한다. 이와 같은 요추는, 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 중심부를 기준으로 전방 측과 후방 측이 각각 스프링으로 지지되는 회전 조인트로 모델화할 수 있다. 예압을 받는 스프링의 탄성력을 극복해야만 회전 조인트가 전후방으로 회전될 수 있는 것이다.
도 5에는 위에서 언급된 척추 모델이 적용된 착좌감 평가용 더미의 일례가 도시되어 있다. 더미는 사지와 척추, 목/ 머리과 함께, 척추의 자세 변화를 일정 범위 내로 제한하기 위하여 더미의 어깨 부위와 골반 플레이트(20)을 연결하는 로드(60)를 구비한다. 이러한 더미의 골반 플레이트(20) 각도가 변화되면, 척추, 특히 요추 조인트(10)의 형상이 변형된다. 골반 플레이트(20)의 각도 변화는 허벅지 바(50)의 각도 변화와 관련된다.
도 6을 참조하여, 실시예에 따른 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치에 대하여 살펴본다
척추 자세 조절장치는, 골반 플레이트(20) 상에 복수개의 요추 조인트(10)가 적층되며, 골반 플레이트(20) 하부에 골반 스프링(30), 허벅지 조인트(40), 허벅지 바(50)가 설치된 구조로 이루어진다.
복수개의 요추 조인트(10)는 스페이서(미도시)를 이용하여 서로 이격되어 적층되는데, 스페이서의 전방과 후방에 각각 조인트 스프링(9)이 나란히 설치된다. 스페이서 및 요추 조인트(10)의 구조에 대하여는 후술한다.
골반 플레이트(20)의 하부에는 허벅지 조인트(40)가 회전축(41)을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 다른 예로서, 허벅지 조인트(40)는 회전축(41)과 함께 회전할 수 있다. 이 경우, 회전축(41)을 지지하는 베어링을 갖는 지지부재가 필요할 것이다. 이러한 허벅지 조인트(40)는, 2개의 골반 스프링(30)에 의해 골반 플레이트(20) 하면에 연결되며, 이에 상단이 연결된 허벅지 바(50)의 상하방향 회동을 허용한다.
골반 스프링(30)은 허벅지 바(50)의 상하방향 회동에 의해 야기되는 허벅지 조인트(40)의 회전 움직임을 골반 플레이트(20)에 전달하여, 골반 플레이트(20)의 자세를 변화시키기 위한 것이다. 도 6에서는 골반 회동부재에 대한 개념적 설명을 위해 단순 스프링으로 도시된 것일 뿐, 구체적인 골반 회동부재의 설계는 다양할 수 있음에 유의할 필요가 있다.
어쨌든, 도 6에서 골반 회동부재의 예로서 도시된 2개의 골반 스프링 중, 어느 하나는 골반 플레이트(20)의 전방 측에 연결되며, 다른 하나는 골반 플레이트(20)의 후방 측에 연결된다. 허벅지 조인트(40)가 시계방향으로 회전하면 전방 측 스프링이 압축력을 받아 골반 플레이트(20)의 전단부를 밀어 올리며, 후방 측 스프링은 인장된다. 허벅지 조인트(40)가 반시계 방향으로 회전하면, 그 반대의 현상이 발생된다. 바람직하게는, 골반 스프링(30)은 척추 자세 조절장치에 조립된 상태에서 예압 혹은 텐션이 조절될 수 있도록 구성된다. 허벅지 바(50)의 회동각에 대한 골반 플레이트(20)의 회동각을 조절하기 위함이다.
한편, 골반 플레이트(20)의 상면에 복수개의 요추 조인트(10)는 골반 플레이트(20)가 회전될 때 인체의 척추와 같이 자연스럽게 전만곡 또는 후만곡으로 변형될 수 있다.
앞서 설명한 도면과 함께 도 7 내지 도 9를 참조하여, 실시예에 따른 요추 조인트 및 이들 간의 연결구조에 대하여 대하여 살펴본다.
도 7에는 골반 플레이트(20)의 상면에 적층되는 요추 조인트(10)와 흉추 칼럼(70)이 도시되어 있다. 도 7에 도시된 요추 조인트(10)는 사람 요추의 L1번 뼈에 해당하고, 연결 조인트(71)는 사람 흉추의 T12번 뼈에 해당한다. 흉추 칼럼(70)의 하단은 연결 조인트(71)에 끼움 결합되며, 연결 조인트(71)의 하부에 요추 조인트(10)가 하우징 축(2)을 중심으로 회전 가능하게 결합된다. L2~L5번 뼈에 해당하는 요추 조인트들도 도 7에 도시된 요추 조인트와 같은 구조를 갖는다.
요추 조인트(10)와 연결 조인트(71) 사이에 배치된 2개의 조인트 스프링(9)은 서로 압축되거나 인장되면서, 요추 조인트(10)가 회전각도를 조절한다. 2개의 조인트 스프링(9) 사이에 배치된 스페이서(5a)는 요추 조인트(10)와 연결 조인트(71) 사이의 간격을 조절하며, 요추 조인트(10)의 회전 중심 기능을 한다. 이러한 스페이서(5)의 재질은 금속이거나, 혹은 승객 착좌 시 디스트의 눌림에 의한 자세 변화 등을 평가하기 위하여 우레탄 등의 유연제 및 탄성부재일 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 요추 조인트(10)의 구성에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.
요추 조인트(10)는, 하우징 축(2)에 조인트 하우징(8)이 회전 가능하게 결합되며, 일측에 조인트 하우징(8)의 회전각을 측정하기 위한 포텐시오 미터(1)가 설치된 구조로 이루어진다.
하우징 축(2)은 가로 방향으로 배치되며, 조인트 하우징(8)과의 사이에는 베어링(3)이 개재된다. 조인트 하우징(8)에 결합된 하우징 축(2)의 일측에는 포텐시요 미터(1)가 연결되며, 타측에는 베어링 이탈방지판(6)을 관통하는 고정볼트(7)가 결합된다. 한편, 하우징 축(2)의 중앙부에는 나사 가공된 체결홈(2a)이 형성된다.
조인트 하우징(8)은 상부에 조인트 스프링(9) 및 스페이서(5)가 안착되는 안착홈들(8b,8c)이 마련된다. 스페이서(5)를 위한 안착홈(8b)은 스페이서(5) 보다 큰 직경을 갖는 타원형의 형상을 갖는다. 이는 안착홈(8b) 상에 안착된 스페이서(5)에 의해 조인트 하우징들(8)이 회전 동작이 방해하지 않도록 하기 위함이다. 한편, 스페이서(5)가 안착된 안착홈(8b)의 하부로는 체결볼트(4)의 삽입을 위한 체결홀(8d)이 연장된다. 체결볼트(4)는 조인트 하우징(8)의 하단에 헤드가 걸침 고정되며, 그 선단은 중공의 스페이서(5)를 관통하여 하부에 배치된 조인트 하우징의 축에 체결된다. 미설명된 부호 8a는 하우징 축(2)이 관통하는 축홀이다.
도 8에서, 연결 조인트(71) 측의 체결부재(4a)는 스페이서(5a)를 관통하여 하부에 놓인 하우징 축(2)의 체결홈(2a)에 체결되며, 스페이서(5a)는 안착홈(8b)를 통하여 하우징 축(2) 중앙부 상에 안착된다. 그리고, 조인트 하우징(8) 측의 체결 부재(4)는 스페이서(5)를 관통하여 그 하부에 놓인 또 다른 조인트 축에 체결된다.
한편, 포텐시오 미터(1)는 서포트 홀더(1a)에 고정되며, 그 선단이 하우징 축(2)에 연결된다. 서포트 홀더(1a)는 조인트 하우징(8)에 고정되어 조인트 하우징(8)의 회전시 서포트 홀더(1a) 또한 회전한다. 조인트 하우징(8) 회전 시, 포텐시오 미터(1)가 하우징 축(2)에 대한 조인트 하우징(8)의 회전각을 검출한다.
도 1은 인체 척추 구조를 나타낸 도면.
도 2는 상체 자세의 변화에 따른 척추의 변형을 나타낸 측면도.
도 3은 하체 자세의 변화에 따른 척추의 변형을 나타낸 측면도.
도 4는 척추 관절 동작 원리를 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 척추 자세 조절장치가 설치가 적용된 착좌감 평가용 더미의 일례.
도 6는 본 발명에 따른 척추 자세 조절장치의 개념도.
도 7은 본 발명에 따른 척추 자세 조절장치의 요추 조인트와 흉추 칼럼을 도시한 도면,
도 8은 도 7에 도시된 부품들 중 일부의 분해 사시도,
도 9는 도 7에 도시된 요추 조인트의 개략적인 단면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1 : 포텐시오 미터 1a: 서포트 홀더
2 : 하우징 축 3: 베어링
4,4a: 체결부재 5,5a: 스페이서
8 : 조인트 하우징 8a: 축홀
8b,8c: 안착홈 8d: 체결홀
9: 조인트 스프링
10 : 요추 조인트 20 : 골반 플레이트
30 : 골반 스프링 40: 허벅지 조인트
41: 회전축 50: 허벅지 바
60: 로드 70: 흉추 칼럼
71: 연결 조인트

Claims (9)

  1. 골반 플레이트(20);
    상기 골반 플레이트(20) 상에 서로 이격되어 적층되며, 서로를 연결하는 회전 중심부를 기준으로 전방과 후방에 조인트 스프링(9)이 설치된 복수개의 요추 조인트(10);
    상기 골반 플레이트(20)의 하부에 회전 가능하게 설치되며, 허벅지 바(50)의 상단이 연결된 허벅지 조인트(40); 및
    상기 허벅지 바(50)의 상하방향 회동에 의해 야기되는 허벅지 조인트(40)의 회전력을 골반 플레이트(20)에 전달하여 골반 플레이트(20)의 상하방향 각도를 변화시키는 골반 회동부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 골반 회동부재(30)는, 허벅지 조인트(40)와 골반 플레이트(20)를 연결하되, 어느 하나는 골반 플레이트(20) 하면의 전방 측에 그리고 다른 하나는 골반 플레이트(20) 하면의 후방 측에 연결된 골반 스프링(30)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 골반 스프링(30)은 예압 또는 텐션의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 각 요추 조인트(10)는 좌우방향으로 관통하는 하우징 축(2)을 매개로 회전 가능한 조인트 하우징(8)을 구비하며, 서로 적층된 조인트 하우징들(8) 사이에는 스페이서(5)가 배치되며, 스페이서(5)의 전방과 후방에 각각 조인트 스프링(9)이 배치되는 것을 특징으로 하는 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 조인트 하우징들(8) 각각의 하단부는 아래에 놓인 다른 조인트 하우징(8)의 하우징 축(2)과 연결되는 것을 특징으로 하는 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 스페이서(5)는 중공으로서, 상기 조인트 하우징들(8) 중 어느 조인트 하우징과 그 하부 조인트 하우징은, 이들 사이에 배치된 스페이서(5)를 관통하는 체결부재가 상기 하부 조인트 하우징의 하우징 축(2)과 체결됨에 의해 서로 연결됨을 특징으로 하는 척추 자세 조절장치.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 조인트 하우징들(8)의 상면과 하면에는 각각 스페이서(5) 및 조인트 스프링들(9)의 단부가 안착되는 안착홈(8b,8c)이 마련되며, 상기 스페이서(5)가 안착되는 안착홈(8b)의 직경은 스페이서(5)의 직경 보다 큰 것을 특징으로 하는 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 요추 조인트(10)는 회전각 측정 센서가 설치된 것을 특징으로 하는 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치.
  9. 청구항 4에 있어서, 상기 스페이서(5)는 탄성재질인 것을 특징으로 하는 착좌감 평가용 더미의 척추 자세 조절장치.
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