KR101205461B1

KR101205461B1 - 자세에 따라 힘의 증폭율이 변화하는 근력증폭장치

Info

Publication number: KR101205461B1
Application number: KR1020110055456A
Authority: KR
Inventors: 김경환
Original assignee: 주식회사 엔티리서치
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-11-28

Abstract

본 발명은 기구의 자세 및 각도에 따라 힘의 증폭율과 속도가 변화하는 근력증폭장치를 개시한다. 본 발명에 따른 근력증폭장치는. 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합된 제1 링크와 제2 링크를 구비하고, 상기 제1 링크에 회전가능하게 결합된 연결프레임; 상기 연결프레임에 설치된 구동수단; 상기 연결프레임에 설치되어 상기 구동수단에 의해 회전하는 드럼; 상기 회전축을 캠축으로 하여 상기 제2링크에 고정된 캠; 상기 드럼의 회전력을 상기 캠으로 전달하는 동력전달수단을 포함한다.
본 발명에 따르면 동일한 출력에서도 기구의 자세 또는 각도에 따라 힘의 증폭율과 속도가 달라지며, 큰 힘이 필요한 자세에서는 높은 힘 증폭율을 발휘하여 상대적으로 느리게 동작하고, 적은 힘을 필요로 하는 자세에서는 상대적으로 적은 힘 증폭율로 빠르게 동작한다. 따라서 구동수단의 속도를 복잡하게 제어할 필요가 없으므로 높은 효율을 얻을 수 있고, 종래에 비해 소형, 경량의 구동수단을 사용할 수 있는 이점이 있다.

Description

자세에 따라 힘의 증폭율이 변화하는 근력증폭장치{Human power amplification device of which force amplification ratio varies according to positions}

본 발명은 사람의 근력을 보조하는 근력증폭장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 착용자의 자세에 따라 힘의 증폭율이 달라지도록 함으로써 일정한 출력에서도 큰 힘이 요구되는 자세에서는 더 큰 힘이 발휘되도록 하는 근력증폭장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업현장에서는 사람을 대신하여 무거운 자재를 이송하는 지게차, 크레인 등의 이송장비가 많이 사용되고 있지만, 이들 장비들은 비교적 넓은 이동공간 또는 설치공간이 요구되므로 그 사용범위가 매우 제한적이다.

따라서 이들 장비들을 사용할 수 없는 작업현장에서는 인력에 의존하여 자재 등을 옮길 수밖에 없는데, 이 경우 사람이 직접 무거운 자재를 옮겨야 하므로 높은 작업강도로 인해 작업능률이 낮음은 물론이고 산업재해의 위험도 매우 높은 문제가 있다.

최근에는 이러한 문제를 개선하기 위하여 작업자의 근력을 보조할 수 있는 근력증폭장치에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 일 예로서 최근 주목받고 있는 착용형 근력증폭장치는 사람이 착용할 수 있는 일종의 외골격 로봇으로서, 근경도센서신호, 힘센서신호, 생체신호 등에 기초하여 착용자가 의도하는 움직임 방향을 인식한 후 모터나 유압/공압실린더 등의 동력원을 이용하여 골격에 해당하는 링크를 설정된 각도 및 속도로 회전시킴으로써 착용자의 근력을 보조하는 역할을 한다.

도 1은 종래의 착용형 근력증폭장치의 링크 연결구조를 예시한 것으로서, 상부링크(1)와 하부링크(2)는 회전축(4)을 이용하여 회전가능하게 연결된다. 구동수단은 상부링크(1)에 장착된 모터(5), 모터(5)의 출력축에 연결된 감속기(6), 감속기(6)의 출력축에 장착된 구동풀리(7), 하부링크(2)에 고정된 종동풀리(8), 구동풀리(7)와 종동풀리(8)에 감겨지는 벨트 또는 와이어로프(도면에는 나타내지 않았음)를 포함한다. 따라서 모터(5)가 동작하면 종동풀리(9)가 회전하면서 하부링크(2)가 회전축(3)을 중심으로 회전운동을 하게 된다.

이러한 근력증폭장치의 동작속도와 힘은 모터(5)의 속도와 감속비에 의해 결정되며, 모터(5)가 일정한 속도로 회전하면 장치의 동작속도와 힘도 일정하게 유지된다.

그런데 회전축(4)을 중심으로 링크(1,2)를 회전시킬 때에는 자세에 따라 요구되는 힘의 크기가 다르다. 예를 들어 관절이 접힌 상태에서 펴는 동작을 하는 경우에는 동작초기에 훨씬 큰 힘이 요구되며, 따라서 링크(1,2)의 연결각도에 따라 장치의 힘 증폭율을 적절히 변경해 주는 것이 바람직하다.

종래에는 동작시 요구되는 최대 힘에 대응하는 높은 감속비의 감속기를 사용하고 이로 인해 동작속도가 저하되는 것을 보상하기 위하여 모터(5)의 속도를 제어하는 방법을 사용하였다. 그러나 모터(5) 등의 구동수단은 최고 효율을 발휘하는 속도가 존재하므로 속도를 가변시키면 얻을 수 있는 최대 힘이 줄어들어 효율이 저하되는 문제점이 있다.

또한 큰 힘을 발휘하기 위해서 큰 모터를 사용하면 구동수단의 부피와 중량이 증가할 수밖에 없고, 높은 감속비를 적용하면 속도가 너무 느려지는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 기구의 자세나 각도에 따라 힘의 증폭율과 감속비가 조절되도록 하여 일정한 출력에서도 큰 힘이 필요한 자세에서는 힘 증폭율이 증가하는 근력증폭장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합된 제1 링크와 제2 링크를 구비하고, 상기 제1 링크에 회전가능하게 결합된 연결프레임; 상기 연결프레임에 설치된 구동수단; 상기 연결프레임에 설치되어 상기 구동수단에 의해 회전하는 드럼; 상기 회전축을 캠축으로 하여 상기 제2링크에 고정된 캠; 상기 드럼의 회전력을 상기 캠으로 전달하는 동력전달수단을 포함하는 근력증폭장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합된 제1 링크와 제2 링크를 구비하고, 상기 제1 링크에 대해 고정된 구동수단; 상기 구동수단에 의해 회전하는 드럼; 상기 회전축을 캠축으로 하여 상기 제2링크에 고정된 캠; 상기 드럼의 회전력을 상기 캠으로 전달하는 동력전달수단을 포함하는 근력증폭장치를 제공한다.

본 발명에 따른 근력증폭장치에서, 상기 드럼은 상기 동력전달수단에 의해 상기 캠의 외주면에 밀착된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 근력증폭장치에서, 상기 동력전달수단은 상기 드럼과 상기 캠의 외주면에 감기고, 일단과 타단이 상기 캠에 고정되는 와이어로프인 것을 특징으로 할 수 있다. 이때 상기 와이어로프는 상기 드럼과 상기 캠의 외주면 사이에서 교차되도록 감긴 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 상기 드럼의 외주면 또는 상기 캠의 외주면에는 상기 와이어로프가 삽입되는 삽입홈이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 상기 캠에 고정된 고정블록; 상기 고정블록에 이동가능하게 결합되는 이동블록; 상기 고정블록과 상기 이동블록의 간격을 조절하는 간격조절볼트를 구비하는 클램프를 포함하며, 상기 와이어로프는 상기 이동블록과 상기 고정블록 중 하나의 블록에 감겨진 상태에서 상기 일단이 나머지 블록에 고정된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 근력증폭장치에서, 상기 동력전달수단은 상기 드럼과 상기 캠의 외주면에 감기는 벨트 또는 체인인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 근력증폭장치에서, 상기 동력전달수단은, 상기 캠의 외주면에 형성된 제1 기어; 상기 드럼에 형성되어 상기 제1 기어와 치합하는 제2 기어; 상기 제1기어와 상기 제2 기어의 치합상태를 유지시키는 구속수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 상기 캠에는 캠홀이 형성되고, 상기 동력전달수단은, 상기 캠홀의 내주면에 형성된 제1 기어; 상기 드럼에 형성되어 상기 제1 기어와 치합하는 제2 기어; 상기 제1 기어와 상기 제2 기어의 치합상태를 유지시키는 구속수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이때 상기 구속수단은 상기 제1 링크와 상기 연결프레임의 사이에 설치되거나 상기 연결프레임의 회전축에 설치되는 스프링인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면 동일한 출력에서도 기구의 자세 또는 각도에 따라 힘의 증폭율과 속도가 달라지며, 큰 힘이 필요한 자세에서는 높은 힘 증폭율을 발휘하여 상대적으로 느리게 동작하고, 적은 힘을 필요로 하는 자세에서는 상대적으로 적은 힘 증폭율로 빠르게 동작한다.

따라서 구동수단의 속도를 복잡하게 제어할 필요가 없으므로 높은 효율을 얻을 수 있고, 종래에 비해 소형, 경량의 구동수단을 사용할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 착용형 근력증폭장치의 링크연결구조를 나타낸 도면
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치를 나타낸 정면도 및 측면도
도 4는 제1 링크와 제2 링크의 연결부분을 나타낸 확대 사시도
도 5는 와이어로프 연결구조를 개략적으로 나타낸 도면
도 6은 드럼과 와이어로프에 의해 힘이 작용하는 모습을 나타낸 도면
도 7은 와이어로프가 캠에 고정된 모습을 나타낸 도면
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치의 여러 자세를 나타낸 도면
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치의 동작과정을 연속적으로 나타낸 도면
도 12는 캠의 외주면에 기어를 갖는 기구를 예시한 도면
도 13은 캠의 외주면에 기어를 갖는 기구의 변형예를 예시한 도면
도 14는 캠의 내측면에 기어를 갖는 기구를 예시한 도면

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치의 정면도와 측면도이다. 한편 도 2 및 도 3은 착용형 근력증폭장치의 하지골격을 나타낸 것이지만 본 발명이 하지골격에 국한되지는 않으므로 상지골격이나 링크연결구조를 갖는 다양한 근력증폭장치에 적용될 수 있음을 미리 밝혀 둔다.

본 발명에 따른 착용형 근력증폭장치는 제1 링크(101), 제1 회전축(A1)을 이용하여 제1 링크(101)에 회전가능하게 결합된 제2 링크(102), 제2 회전축(A2)을 이용하여 제2 링크(102)에 회전가능하게 결합된 제3 링크(103)를 포함한다. 하지골격인 경우에는 제1 링크(101)는 사람의 골반에 대응하는 것이고, 제2 링크(102)와 제3 링크(103)는 각각 대퇴골격과 하퇴골격에 대응하는 것이다.

제1 회전축(A1)을 중심으로 하는 제2 링크(102)의 회전운동은 제1 구동유닛(110)에 의해 이루어지고, 제2 회전축(A2)을 중심으로 하는 제3 링크(103)의 회전운동은 제2 구동유닛(120)에 의해 이루어진다.

제1 구동유닛(110)은 제1 연결축(B1)을 통해 제1 링크(101)에 회전가능하게 결합된 제1 연결프레임(111)에 설치된다. 구체적으로 살펴보면, 제1 연결프레임(111)의 일 측에는 모터(112), 감속기(113), 감속기(113)의 출력축에 연결된 구동풀리(114)가 장착되고 타 측에는 종동풀리(115)가 장착된다. 동력전달을 위하여 구동풀리(114)와 종동풀리(115)에는 벨트, 와이어로프, 체인 등(도면에는 나타내지 않았음)이 감겨진다,

모터(112)는 전동모터, 유압모터, 공압모터 등이 사용될 수 있고, 감속기(113)는 유성기어 등을 이용한 감속장치가 사용될 수 있다. 이것은 제2 구동유닛(120)의 모터(122)나 감속기(123)의 경우에도 마찬가지이다.

제2 구동유닛(120)은 제2 연결축(B2)을 통해 제2 링크(102)에 회전가능하게 결합된 제2 연결프레임(121)에 설치된다. 구체적으로 살펴보면, 제2 연결프레임(121)의 일 측에는 모터(122), 감속기(123), 감속기(123)의 출력축에 연결된 구동풀리(124)가 장착되고 타 측에는 종동풀리(125)가 장착된다. 마찬가지로 동력전달을 위하여 구동풀리(124)와 종동풀리(125)에는 벨트, 와이어로프, 체인 등(도면에는 나타내지 않았음)이 감겨진다, 다만 제2 구동유닛(120)에서는 구동풀리(124)의 구동축과 종동풀리(125)의 종동축이 서로 평행하지 않으므로 원활한 동력전달을 위해서는 와이어로프 등이 사용되는 것이 바람직할 것이다.

한편 제2 링크(102)의 상단에는 제1 캠(150)이 고정적으로 설치되고, 제1 캠(150)은 제1 회전축(A1)을 캠축으로 하여 회전운동을 한다. 제1 캠(150)의 위치가 제2 링크(102)의 상단에 한정되는 것은 아니다.

제1 캠(150)의 외주면은 적어도 일부분이 곡면으로 형성되는 것이 바람직하다. 이때 제1 캠(150)의 곡면은 그 중심이 제1 회전축(A1)의 중심과 일치하지 않아야 하며, 따라서 제1 캠(150)의 외주면과 제1 회전축(A1)까지의 거리는 적어도 상기 곡면에서는 연속적으로 변하게 된다.

제1 캠(150)의 외주면에는 와이어로프(W)가 설치된다. 와이어로프(W)의 일단은 제1 캠(150)의 외주면의 제1 지점에 고정되고, 타단은 제1 캠(150)의 외주면의 제2 지점에 고정된다. 와이어로프(W)의 단부는 클램프(도 4의 170 참조)에 의해 제1 캠(150)에 고정된다.

제1 캠(150)의 외주면은 제1 회전축(A1)과 평행한 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 캠(150)의 외주면에는 와이어로프(W)의 이탈을 방지하기 위한 삽입홈이 형성될 수도 있다.

또한 제3 링크(103)의 상단에는 제2 캠(160)이 고정적으로 설치되고, 제2 캠(160)은 제2 회전축(A2)을 캠축으로 하여 회전운동을 한다. 제2 캠(160)의 위치도 제2 링크(102)의 상단에 한정되는 것은 아니다.

제2 캠(160)에도 제1 캠(150)과 동일한 방식으로 와이어로프(W)가 설치된다. 제2 캠(160)의 형상은 제1 캠(150)과 동일할 수도 있으나, 링크의 연결각도에 따라 필요한 힘 증폭율이 제1 캠(150)과는 동일하지 않을 수 있으므로 제1 캠(150)과는 다른 형상을 가질 수도 있다.

이하에서는 제1 구동유닛(110)과 제1 캠(150)의 연결구조를 보다 상세히 살펴본다.

도 4 에 나타낸 바와 같이, 종동풀리(115)가 장착된 종동축(116)의 일단에는 드럼(118)이 결합되어 있으며, 와이어로프(W)는 그 중간부분이 상기 드럼(118)에 1회 이상 감겨진 상태에서 양단이 제1 캠(150)의 외주면에 고정된다.

와이어로프(W)는 도 5의 개략도에 나타낸 바와 같이 제1 캠(150)과 드럼(118)의 사이에서 서로 교차되도록 드럼(118)에 감는 것이 바람직하다. 교차되도록 감으면 와이어로프(W)가 차지하는 공간을 최소화하여 공간활용도를 높일 수 있기 때문이다. 그러나 감는 방법이 이에 한정되는 것은 아니므로 필요에 따라서는 와이어로프(W)를 다른 방식으로 감을 수도 있다.

이렇게 감긴 와이어로프(W)를 당겨서 양단을 제1 캠(150)에 고정시키면 드럼(118)과 제1 캠(150)의 외주면이 강하게 밀착된다. 와이어로프(W)가 드럼(118)과 제1 캠(150)의 밀착을 방해하지 않도록 도면에 나타낸 바와 같이 드럼(118)의 외주면에 와이어로프(W)가 삽입되는 삽입홈(119)을 형성하는 것이 바람직하다. 드럼(118)에 삽입홈(119)을 형성하지 않고 제1 캠(150)의 외주면에 삽입홈을 형성할 수도 있다.

이와 같이 와이어로프(W)를 이용하여 드럼(118)과 제1 캠(150)의 외주면을 강하게 밀착시키면, 도 6에 나타낸 바와 같이 모터(112)가 동작하여 드럼(118)이 회전하면 드럼(118)과 제1 캠(150)의 접촉부위가 힘의 작용점이 되어 제1 회전축(A1)을 중심으로 회전력(F×L)이 발생한다. 회전력의 크기는 거리(L)에 따라 달라지므로 캠(120)이 회전하면서 회전력이 달라지게 된다.

제2 구동유닛(120)과 제2 캠(160)의 연결구조는 제1 구동유닛(110)과 제1 캠(150)의 연결구조로부터 자명하게 이해될 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다

한편 와이어로프(W)를 고정하는 클램프(170)에는 장력조절수단을 구비하는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1 캠(150)에 고정된 고정블록(171), 고정블록(171)에 대해 이동가능하게 결합된 이동블록(172), 고정블록(171)의 일측에서 삽입되어 그 단부가 이동블록(172)에 접하는 간격조절볼트(174)를 이용하여 장력조절이 가능한 클램프(170)를 구성할 수 있다. 즉, 고정블록(171)을 중심으로 캠(150)의 곡면부의 반대쪽에 이동블록(172)을 위치시키고, 와이어로프(W)를 이동블록(172)에 감은 후에 그 일단을 고정블록(171)에 고정하면, 간격조절볼트(174)를 사용하여 고정블록(171)과 이동블록(172)의 거리를 조절함으로써 와이어로프(W)의 장력을 조절할 수 있다. 도면부호 175는 와이어로프(W)의 일단에 형성된 고정돌기이다. 클램프(170)의 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 도면부호 171을 이동블록으로 하고, 172를 고정블록으로 하여도 같은 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는 전술한 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치의 동작을 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

먼저 도 8은 사람이 쪼그려 앉은 자세와 비슷한 상태로서 대퇴골격에 해당하는 제2링크(102)와 하퇴골격에 해당하는 제3링크(103)가 접힌 상태를 나타낸 것이다. 이 상태를 도 9 및 도 10과 대비하면, 제1 캠(150)의 외주면에 정의되는 힘 작용점과 제1 회전축(A1)의 거리, 구체적으로는 종동축(116)에 구속된 드럼(도 6의 118 참조)의 외주면과 제1 회전축(A1) 사이의 거리가 도 9 및 도 10의 경우에 비해 훨씬 크다. 따라서 동일한 출력으로 모터(112)가 동작하여도 도 9 및 도 10의 상태에 비해 훨씬 큰 회전력(토오크)을 얻을 수 있다. 다만 제1 캠(150)으로 인해 감속비가 증가하여 속도는 느려진다.

마찬가지로 제2 캠(160)의 외주면에 정의되는 힘 작용점과 제2 회전축(A2) 간의 거리도 도 9 및 도 10의 경우에 비해 훨씬 크며, 따라서 동일한 출력으로 모터(122)가 동작하여도 도 9 및 도 10의 상태에 비해 훨씬 큰 회전력(토오크)을 얻을 수 있다. 즉, 각 캠(150,160)에는 각 회전축(A1,A2)으로부터 가장 먼 지점에서 힘이 작용하므로 높은 힘증폭율을 발휘하여 큰 회전력(토오크)을 얻을 수 있다.

전술한 상태에서 장치가 동작하여 제1 링크(101)에 대해 제2 링크(102)가 회전하고, 제2 링크(102)에 대해 제3 링크(103)가 회전하면, 제2 링크(102)와 제3 링크(103)에 각각 고정된 제1 캠(150)과 제2 캠(160)이 각 회전축(A1,A2)을 중심으로 회전하게 된다.

제1 캠(150)과 제2 캠(160)이 회전운동을 하면, 와이어로프(W)에 의해 각 캠(150,160)에 구속되어 있는 드럼의 위치도 조금씩 달라진다. 도 9는 본 발명의 근력증폭장치가 중간 정도 일어선 상태를 나타낸 것으로서, 도 8에 비해 각 회전축(A1,A2)과 힘 작용점 간의 거리가 크게 줄어든 것을 알 수 있다. 따라서 이 상태에서는 힘 증폭율이 도 8의 상태에 비해 작아져 회전력은 줄어들지만 캠(150,160)의 감속비가 작아지므로 동작속도는 더욱 빨라지게 된다.

도 10은 본 발명의 근력증폭장치가 거의 일어선 상태를 나타낸 것으로서, 각 회전축(A1, A2)과 힘 작용점 간의 거리가 도 9의 상태에 비해 더 줄어든 것을 알 수 있다. 따라서 이 상태에서는 도 9의 상태에 비해 힘 증폭율은 작아지지만 동작속도는 더 빨라지게 된다.

도 11은 본 발명의 근력증폭장치가 일어서는 동작을 연속적으로 나타낸 것으로서, 각 관절부에서 캠축과 힘 작용점간의 거리가 연속적으로 달라지고 이로 인해 힘 증폭율이 연속적으로 변하는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 일정한 출력에서도 큰 힘이 필요한 자세에서는 높은 힘 증폭율을 얻을 수 있고, 큰 힘이 필요하지 않은 자세에서는 힘 증폭율이 작아지는 대신 빠른 동작속도를 실현할 수 있다. 이러한 동작은 실제 사람의 동작원리와도 유사한 것이어서 착용자가 보다 자연스럽게 동작하는 것이 가능해진다.

이러한 효과는 모터의 출력이나 감속기의 감속비를 실시간으로 복잡하게 제어하지 않고, 캠(150,160)을 이용하는 구조적 특징만으로 얻어지므로 근력증폭장치의 동작효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 상대적으로 소형, 경량의 구동수단으로도 큰 힘을 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정될 수 있다.

예를 들어 앞에서는 종동풀리(115,125)의 종동축(116)에 와이어로프(W)가 감기는 드럼(118)을 장착하였으나, 필요에 따라서는 구동풀리(114,124)의 구동축에 드럼(118)을 장착할 수도 있다.

또한 이상에서는 제1 및 제2 연결프레임(111, 121)을 각각 제1링크(101) 및 제2 링크(102)에 회전 가능하게 연결하였으나 이와 달리 제1 및 제2 연결프레임(111, 121)을 제1링크(101) 및 제2 링크(102)에 각각 고정할 수도 있다. 이 경우에는 와이어로프(W)가 감기는 드럼이 각 캠(150, 160)에 밀착되면 각 캠(150,160)이 회전할 수 없으므로 드럼을 각 캠(150,160)의 회전을 방해하지 않는 위치로 이격시켜야 할 것이다.

또한 이상에서는 와이어로프를 이용하여 드럼과 캠을 연결하였으나, 와이어로프를 대신하여 벨트, 체인 등이 동력전달수단으로 사용될 수도 있다.

또한 도 12에 나타낸 바와 같이 캠(150)의 외주면에 기어(152)를 형성하고, 드럼(118)에도 이에 맞물리는 기어(117)를 형성함으로써 드럼(118)의 회전력을 캠(150)으로 전달할 수도 있다. 이 경우 캠(150)과 드럼(118)의 기어(152,119)가 항상 맞물릴 수 있도록 서로를 향해 힘을 가해주는 구속수단이 필요하다.

도 12에서는 인장스프링(180)의 일단과 타단을 각각 제1 링크(101)와 제1 연결프레임(111)에 연결하여, 드럼(118)이 인장스프링(180)의 복원력에 의해 캠(150)의 외주면에 밀착되도록 하였다.

그러나 이는 예시에 불과한 것이므로 스프링의 종류나 설치위치는 도시된 것과 달라질 수 있다. 예를 들어 인장스프링(180)의 일단을 제1 연결프레임(111)에 연결하고 타단을 제2 링크(102) 또는 캠(150)에 연결할 수도 있다. 또한 인장스프링(180)을 사용하지 않고, 제1 연결축(B1)에 토션스프링, 나선스프링 등을 설치하여 제1 연결프레임(111)이 항상 캠(150)쪽으로 회전력을 받도록 할 수도 있다. 또한 제1 연결프레임(111)과 기구의 다른 부분 사이에 스프링을 설치하여 이러한 효과를 얻을 수도 있다.

또한 도 13에 나타낸 바와 같이, 인장스프링(180)을 사용하지 않고 와이어로프(W)를 이용하여 캠(150)과 드럼(118)을 밀착시킬 수도 있다. 이 경우 와이어로프(W)가 기어(119,152)의 맞물림을 방해하지 않도록 캠(150)과 드럼(118)의 외주면에 형성된 기어 치형에는 와이어로프(W)가 삽입되는 홈을 형성하는 것이 바람직하다. 기어 치형에 홈을 형성하지 않고, 캠(150)과 드럼(118)에 형성된 기어 치형의 일측에 와이어로프(W)를 권취할 수도 있다.

이상에서는 캠(150)의 외주면에 기어(152)가 형성된 경우를 설명하였으나, 도 14에 나타낸 바와 같이 캠(150)에 캠홀(154)을 형성하고, 캠홀(154)의 내주면에 기어(152)를 형성하고, 이와 치합하는 기어(117)가 형성된 드럼(118)을 캠홀(154)에 삽입할 수도 있다.

캠홀(154)은 그 내주면이 캠의 역할을 하는 것이므로 기어가 형성된 내주면은 제1 회전축(A1) 까지의 거리가 일정하지 않고 연속적으로 변하도록 형성되어야 한다.

이 경우에도 드럼(118)의 기어(117)은 캠(150)의 기어(152)와 항상 맞물려야 하므로 드럼(118)에는 캠(150)의 기어가 형성된 내주면쪽으로 힘이 가해져야 한다. 이를 위해 제1 연결프레임(111)에 대하여 도면상 시계방향의 회전력을 가하는 토션스프링, 나선스프링 등을 제1 연결축(B1)에 설치할 수 있다. 이와 달리 제1 링크(101)와 제1 연결프레임(111)의 사이에 압축스프링(도면에 나타내지는 않았음)을 설치하여도 이러한 효과를 얻을 수 있다. 또한 제1 연결프레임(111)과 기구의 다른 부분 사이에 스프링을 설치하여 이러한 효과를 얻을 수도 있다.

제2 구동유닛(120)에서도 전술한 바와 같이 캠(150)과 드럼(118)에 서로 치합하는 기어를 형성할 수도 있음은 물론이다.

한편 도 14에는 드럼(118)의 기어(117)가 캠홀(154)의 좌측 내주면에 형성된 기어와 치합하는 경우를 나타내었으나, 캠홀(154)의 우측 내주면에 형성된 기어와 치합하도록 구성할 수도 있다. 이 경우에는 도 12에 나타낸 바와 같이 인장스프링(180)을 이용하여 기어의 치합상태를 유지시키는 것이 바람직하지만 이에 한정되지 않음은 물론이다.

한편 본 발명은 작업자가 착용한 채 사용하는 착용형 근력증폭장치의 기능 개선을 위하여 고안되었으나, 작업자가 손잡이 등을 잡고 조종하는 다른 형태의 근력증폭장치에도 적용될 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 더욱 다양한 형태로 변형 또는 수정될 수 있으며, 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 포함된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다 할 것이다.

101: 제1 링크 102: 제2링크
103: 제3 링크 110: 제1 구동유닛
111: 제1 연결프레임 112, 122: 모터
113,123: 감속기 114,124: 구동풀리
115,125: 종동풀리 116: 종동축
117: 기어 118: 드럼
119: 삽입홈 121: 제2 연결프레임
150: 제1 캠 152: 기어
154: 캠홀 160: 제2 캠
170: 클램프 171: 고정블록
172: 이동블록 174: 간격조절볼트
175: 고정돌기 180: 인장스프링
A1, A2: 제1, 제2 회전축 B1, B2: 제1, 제2 연결축
W: 와이어로프

Claims

회전축을 중심으로 회전가능하게 결합된 제1 링크와 제2 링크를 구비하는 근력증폭장치에 있어서,
상기 제1 링크에 회전가능하게 결합된 연결프레임;
상기 연결프레임에 설치된 구동수단;
상기 연결프레임에 설치되어 상기 구동수단에 의해 회전하는 드럼;
상기 회전축을 캠축으로 하여 상기 제2링크에 고정된 캠;
상기 드럼의 회전력을 상기 캠으로 전달하는 동력전달수단;
을 포함하는 근력증폭장치
회전축을 중심으로 회전가능하게 결합된 제1 링크와 제2 링크를 구비하는 근력증폭장치에 있어서,
상기 제1 링크에 대해 고정된 구동수단;
상기 구동수단에 의해 회전하는 드럼;
상기 회전축을 캠축으로 하여 상기 제2링크에 고정된 캠;
상기 드럼의 회전력을 상기 캠으로 전달하는 동력전달수단;
을 포함하는 근력증폭장치
제1항에 있어서,
상기 드럼은 상기 동력전달수단에 의해 상기 캠의 외주면에 밀착된 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동력전달수단은 상기 드럼과 상기 캠의 외주면에 감기고, 일단과 타단이 상기 캠에 고정되는 와이어로프인 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
제4항에 있어서,
상기 와이어로프는 상기 드럼과 상기 캠의 외주면 사이에서 교차되도록 감긴 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
제4항에 있어서,
상기 드럼의 외주면 또는 상기 캠의 외주면에는 상기 와이어로프가 삽입되는 삽입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
제4항에 있어서,
상기 캠에 고정된 고정블록;
상기 고정블록에 이동가능하게 결합되는 이동블록;
상기 고정블록과 상기 이동블록의 간격을 조절하는 간격조절볼트;
를 구비하는 클램프를 포함하며, 상기 와이어로프는 상기 이동블록과 상기 고정블록 중 하나의 블록에 감겨진 상태에서 상기 일단이 나머지 블록에 고정된 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동력전달수단은 상기 드럼과 상기 캠의 외주면에 감기는 벨트 또는 체인인 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
제1항에 있어서,
상기 동력전달수단은,
상기 캠의 외주면에 형성된 제1 기어;
상기 드럼에 형성되어 상기 제1 기어와 치합하는 제2 기어;
상기 제1기어와 상기 제2 기어의 치합상태를 유지시키는 구속수단
을 포함하는 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
제1항에 있어서,
상기 캠에는 캠홀이 형성되고, 상기 동력전달수단은,
상기 캠홀의 내주면에 형성된 제1 기어;
상기 드럼에 형성되어 상기 제1기어와 치합하는 제2 기어;
상기 제1 기어와 상기 제2 기어의 치합상태를 유지시키는 구속수단;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 구속수단은 상기 제1링크와 상기 연결프레임의 사이에 설치되거나 상기 연결프레임의 회전축에 설치되는 스프링인 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 구속수단은 상기 드럼과 상기 캠의 외주면에 감기고, 일단과 타단이 상기 캠에 고정되는 와이어로프인 것을 특징으로 하는 근력증폭장치