KR101324504B1 - 착용기구 및 이를 포함하는 근력증폭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 근력증폭장치에 사용되는 착용기구를 개시한다. 본 발명에 따른 착용기구는, 고정프레임; 회전축을 이용하여 상기 고정프레임에 고정되고, 상기 고정프레임의 외측으로 돌출되는 외측부와 상기 회전축을 중심으로 상기 외측부의 반대쪽에 위치하는 내측부를 구비하는 회전커버; 상기 고정프레임에 회전가능하게 연결된 제1연결부와, 상기 회전커버에 회전가능하게 연결된 제2연결부와, 상기 제1연결부와 상기 제2연결부의 사이에 설치되어 상기 회전커버가 회전하는 동안 변형과정과 복원과정을 거치는 스프링을 구비한 탄성수단을 포함한다.
본 발명에 따른 착용기구는 사용자가 혼자서도 쉽게 착용 및 분리할 수 있으므로 종래에 비해 사용편의성 및 안전성이 크게 개선될 수 있다.

Description

착용기구 및 이를 포함하는 근력증폭장치{Wearing device and human power amplification device comprising the same}

본 발명은 사람의 근력을 보조하는 근력증폭장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 사용자가 안정감 있게 착용할 수 있고 유사시 쉽게 이탈할 수 있는 착용기구와 유연성이 강화된 골격구조에 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.

그런데 착용형 근력증폭장치는 문자 그대로 사람이 착용하는 장치이므로 장치를 사용하기 위해서는 반드시 사용자의 상지(上肢) 및/또는 하지(下肢)를 근력증폭장치의 골격에 고정시켜야 한다.

종래에는 금속제 클램프, 벨트 등이 고정수단으로 주로 사용되어 왔는데 이들 고정수단은 사용자의 동작범위를 너무 제한하는 문제가 있다. 또한 종래의 고정수단을 사용하면 하지 착용형인 경우에는 사용자가 손으로 고정시킬 수 있지만 상지 착용형인 경우에는 다른 사람의 도움을 받거나 장치를 동작시켜야만 고정이 가능한 문제가 있었다.

이러한 문제는 고정수단의 잠금을 해제하는 경우에도 마찬가지로 발생하는데, 특히 착용형 근력증폭장치로부터 신속히 벗어나야 하는 비상상황이 발생하면 이러한 문제점으로 인해 위험이 초래될 수 있어 개선이 필요한 실정이다.

한편 착용형 근력증폭장치는 다수의 링크가 회전할 수 있게 연결된 골결구조를 기본적으로 갖추고 있는데 통상 하나의 관절에 하나의 구동장치를 결합한 형태의 1자유도만이 부여되어 있어서 사람의 실제 동작에 대응하는 유연성을 갖지 못하는 문제가 있다. 이로 인해 사람의 움직임이 장치의 골격에 속박되어 원하는 동작을 구현하기 어려워 동작속도 저하는 물론이고 동작오류가 초래되는 문제가 있다.

이러한 문제를 개선하기 위하여 어깨관절 등에 다수의 관절과 구동수단을 사용하여 3자유도 이상의 유연성을 제공하기도 하지만 이로 인해 장치의 부피, 중량, 제작비용 등이 증가할 수밖에 없으므로 모든 관절부분에 적용하기에는 어려움이 있다.

또한 종래의 착용형 근력증폭장치는 어깨 관절에 대응하는 골격에 3자유도를 부여하기 위하여 3개 회전축을 착용자의 어깨 관절의 중심에서 서로 직교하도록 배치하고 있다. 그러나 착용자마다 체격조건이 다르기 때문에 설계된 체격과 다른 착용자가 사용하면 장치의 회전축과 실제 인체의 관절축이 일치하지 않아 오히려 착용자의 동작을 방해하여 사용이 불편하므로 범용성의 한계를 드러내고 있는 실정이다.

또한 종래에는 상완의 회전이나 팔꿈치의 회전운동에 대응하기 위해 원통형의 외골격을 사용하고, 회전축 외부에 원호상의 레일을 설치해야 하는 등의 이유로 장치가 무겁고 거대해지는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 착용형 근력증폭장치에서 사용자가 보다 쉽게 착용 및 분리할 수 있는 착용기구를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한 간단한 구성으로 사용자가 보다 유연하게 움직일 수 있는 착용형 근력증폭장치의 골격구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 사람의 신체 일부를 감싸서 지지하는 착용기구로서, 고정프레임; 회전축을 이용하여 상기 고정프레임에 고정되고, 상기 고정프레임의 외측으로 돌출되는 외측부와 상기 회전축을 중심으로 상기 외측부의 반대쪽에 위치하는 내측부를 구비하는 회전커버; 상기 고정프레임에 회전가능하게 연결된 제1연결부와, 상기 회전커버에 회전가능하게 연결된 제2연결부와, 상기 제1연결부와 상기 제2연결부의 사이에 설치되어 상기 회전커버가 회전하는 동안 변형과정과 복원과정을 거치는 스프링을 구비한 탄성수단을 포함하는 착용기구를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 착용기구에서 상기 탄성수단의 상기 제2연결부는 상기 회전커버의 상기 내측부에 회전가능하게 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 착용기구에서 상기 탄성수단의 상기 제1연결부의 회전중심 및 상기 제2연결부의 회전중심을 잇는 선과, 상기 회전축의 회전중심과 상기 탄성수단의 상기 제2연결부의 회전중심을 잇는 선의 사이각(B)은 90도 보다 크고 180도 보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 착용기구의 상기 회전커버의 측단에는 스토퍼돌기가 형성되고, 상기 고정프레임에는 상기 스토퍼돌기의 회전경로에 대응하여 가이드홀이 형성되며, 상기 스토퍼돌기가 상기 가이드홀의 내부에서 이동함으로써 상기 회전커버의 회전범위가 제한되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 착용기구의 상기 회전축은 제1 회전축과 제2 회전축을 포함하고, 상기 회전커버는 상기 고정프레임의 일측에 상기 제1 회전축을 이용하여 연결되는 제1 회전커버와, 상기 고정프레임의 타측에 상기 제2 회전축을 이용하여 연결되는 제2 회전커버를 포함하며. 상기 탄성수단은 상기 제1 회전커버에 연결되는 제1 탄성수단과 상기 제2 회전커버에 연결되는 제2 탄성수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때 상기 제1회전축과 상기 제2회전축은 서로 평행하며, 상기 제1 탄성수단은 상기 제1회전커버의 내측부에 연결되고 상기 제2 탄성수단은 상기 제2 회전커버의 내측부에 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명은, 골격을 구성하는 링크와, 상기 링크에 결합되어 사람의 신체 일부를 감싸서 지지하는 착용기구를 포함하는 착용형 근력증폭장치에 있어서, 상기 착용기구는, 상기 링크에 고정되는 고정프레임; 회전축을 이용하여 상기 고정프레임에 고정되고, 상기 고정프레임의 외측으로 돌출되는 외측부와 상기 회전축을 중심으로 상기 외측부의 반대쪽에 위치하는 내측부를 구비하는 회전커버; 상기 고정프레임에 회전가능하게 연결된 제1연결부와, 상기 회전커버에 회전가능하게 연결된 제2연결부와, 상기 제1연결부와 상기 제2연결부의 사이에 설치되어 상기 회전커버가 회전하는 동안 변형과정과 복원과정을 거치는 스프링을 구비한 탄성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 근력증폭장치를 제공한다.

본 발명에 따른 착용기구는 사용자가 혼자서도 쉽게 착용 및 분리할 수 있으므로 종래에 비해 사용편의성 및 안전성이 크게 개선될 수 있고, 이를 통해 착용형 근력증폭장치의 사용편의성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 착용기구가 설치된 착용형 근력증폭장치의 일부분을 예시한 도면
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시예에 따른 착용기구의 사시도 및 측면도
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 실시예에 따른 착용기구의 동작을 순서대로 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 착용기구에서 탄성수단의 연결방법을 개략적으로 나타낸 개념도
도 7 및 도 8은 각각 탄성수단의 다른 연결방법을 나타낸 개념도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 착용기구의 변형예를 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 착용기구의 다른 변형예를 나타낸 도면
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치의 하지골격을 나타낸 도면
도 12는 허리프레임과 링크의 연결구조를 나타낸 도면
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 관절구조의 일 예를 나타낸 도면
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 관절구조를 다른 예를 나타낸 도면
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 하지골격의 움직임을 나타낸 도면
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치의 상지골격을 나타낸 도면
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치의 전신골격을 나타낸 도면

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 착용기구(100)가 장착된 착용형 근력증폭장치를 예시한 것이다. 착용형 근력증폭장치는 회전가능하게 연결된 다수의 링크(10)와 링크(10)를 회전시키는 구동수단(20)을 포함하며, 착용기구(100)는 다수의 링크(10) 중에서 적어도 하나의 링크에 장착된다.

본 발명에 따른 착용기구(100)는 도 2의 사시도 및 도 3의 측면도에 나타낸 바와 같이, 고정프레임(130), 제1 회전축(161)을 이용하여 고정프레임(130)에 회전가능하게 결합되고 외측부(112)가 고정프레임(130)의 외측으로 돌출된 제1 회전커버(110), 제2 회전축(162)을 이용하여 고정프레임(130)에 회전가능하게 결합되고 외측부(122)가 고정프레임(130)의 외측으로 돌출된 제2 회전커버(120), 제1 회전커버(110)의 내측부(111)와 고정프레임(130)의 사이에 설치된 제1 탄성수단(140), 제2 회전커버(120)의 내측부(121)와 고정프레임(130)의 사이에 설치된 제2 탄성수단(150)을 포함한다.

본 명세서에서 제1 회전커버(110)의 외측부(112)와 제2회전커버(120)의 외측부(122)는 각각 제1 및 제2 회전축(161, 162)을 중심으로 고정프레임(130)의 측방(도 2에서 우측방향)으로 돌출되는 부분을 의미하며, 내측부(111,121)는 각각 제1 및 제2 회전축(161, 162)을 중심으로 외측부(112, 122)의 반대쪽에 위치하는 부분을 의미한다.

제1 회전커버(110)와 제2 회전커버(120)의 외측부(112, 122)가 서로를 향해서 회전하면 사용자의 신체를 둘러싸서 착용상태가 되고, 서로 반대쪽으로 회전하면 간격이 벌어져 사용자가 빠져나올 수 있는 해제상태가 된다.

제1, 제2 회전커버(110, 120)의 외측부(112,122)의 각 단부에는 착용상태에서 서로 맞물리는 핑거(113,123)가 장착될 수도 있다.

고정프레임(130)의 양 측단에는 제1 측면판(131)과 제2 측면판(132)이 결합되며, 고정프레임(130)과 각 측면판(131,132)은 일체로 제작될 수도 있다.

제1, 제2 측면판(131,132)의 단부는 고정프레임(130)에 비해 측방으로 약간 돌출되며, 이렇게 돌출된 부분에 제1, 제2 회전축(161,162)의 단부가 결합된다. 각 측면판(131,132)에는 링크(도 1의 10)가 삽입 고정되는 링크삽입홀(102)이 형성되며, 고정프레임(130)의 내부에도 링크(10)가 관통하는 홀이나 기타 고정수단이 구비될 수 있다. 고정프레임(130)을 링크(10)에 고정하는 방식에는 특별한 제한이 없으므로 다양한 방법으로 고정하면 된다.

제1, 제2 측면판(131,132)에는 제1, 제2 회전커버(110,120)의 회전범위를 제한하는 수단이 설치될 수 있다. 제1 측면판(131)을 예를 들어 살펴보면, 도 2에 나타낸 바와 같이 제1 회전축(161)과 인접한 부분에 제1 가이드홀(171)이 형성되고 제2 회전축(162)과 인접한 부분에 제2 가이드홀(172)이 형성된다.

따라서 제1 회전커버(110)에 고정된 제1 스토퍼돌기(181)를 제1 가이드홀(171)에 삽입하면 제1 회전커버(110)의 회전범위를 제한할 수 있고, 제2 회전커버(120)에 고정된 제2 스토퍼돌기(182)를 제2 가이드홀(172)에 삽입하면 제2 회전커버(120)의 회전범위를 제한할 수 있다. 이때 제1, 제2 가이드홀(171, 172)은 각각 제1, 제2 스토퍼돌기(181, 1822)의 회전방향과 같은 방향으로 형성되어야 함은 물론이다. 안정적인 동작을 위해서는 제2 측면판(132)에도 동일한 방식으로 가이드홀을 형성하고 스토퍼돌기를 삽입하는 것이 바람직하지만 필요에 따라서는 제2 측면판(132)에는 가이드홀 등을 생략하는 것도 가능하다.

한편 고정프레임(130) 또는 제1, 제2 측면판(110,120)에 가이드홀을 형성하지 않고, 제1, 제2 회전커버(110,120)의 양 측단부에 돌출부를 형성하고 상기 돌출부에 가이드홀을 형성하고 가이드홀에 삽입되는 스토퍼돌기는 고정프레임(130)이나 제1, 제2 측면판(110,120)에 형성할 수도 있다.

제1 회전축(161)과 제2 회전축(162)은 서로 이격되어 평행하게 설치되는 것이 바람직하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 회전커버(110)와 제2 회전커버(120)의 형상이나 구조에 따라 평행하지 않게 설치될 수도 있다.

제1 탄성수단(140)은 고정프레임(130)에 회전가능하게 결합된 제1 연결부(141), 제1 회전커버(110)에 회전가능하게 결합된 제2 연결부(142), 제1 연결부(141)와 제2 연결부(142)의 사이에 설치된 스프링(143)을 포함한다. 제1, 제2 연결부(141,142)를 일단이 개구된 실린더 형상으로 제작하여 그 내부에 스프링(143)을 설치할 수도 있다. 제2 탄성수단(150)은 고정프레임(130)에 회전가능하게 결합된 제3 연결부(151), 제2 회전커버(110)에 회전가능하게 결합된 제4 연결부(152), 제3 연결부(151)와 제4 연결부(152)의 사이에 설치된 스프링(153)을 포함한다.

도 2는 제1, 제2 탄성수단(140,150)이 각각 제1, 제2 회전커버(110, 120)의 내측부(111,121)를 고정프레임(130)의 바깥쪽으로 밀고 있는 상태를 나타내고 있다.

그런데 제1 탄성수단(140)의 제2 연결부(142)와 제2 탄성수단(150)의 제4 연결부(152)는 각각 제1, 제2 회전커버(110, 120)의 내측부(111, 121)와 함께 회전하므로 제1, 제2 탄성수단(140,150)의 각 스프링(143,153)은 제1, 제2 회전커버(110, 120)가 회전하는 과정에서 압축과 신장을 거치게 된다. 예를 들어 초기 상태에서 제1, 제2 회전커버(110, 120)가 고정프레임(130)쪽으로 회전하면 각 스프링(143,153)은 압축되기 시작하고, 소정 각도를 회전하여 스프링(143,153)이 최대로 압축된 이후에는 복원력에 의해 스프링이 다시 신장된다.

따라서 사용자가 고정프레임(130)과 제1, 제2 회전커버(110,120)의 사이에 팔 또는 다리를 삽입한 상태에서 제1, 제2 회전커버(110,120)의 내측부(111,121)를 제1 및 제2 탄성수단(140,150)의 복원력보다 큰 힘으로 고정프레임(130)쪽으로 밀면 제1, 제2 회전커버(110,120)의 외측부(112,122)가 서로를 향해 회전하여 사용자의 팔이나 다리를 감싸면서 착용상태가 된다. 이러한 착용상태에서 제1 및 제2 탄성수단(140,150)의 복원력보다 큰 힘으로 제1 회전커버(110)와 제2 회전커버(120)의 외측부(112,122)를 바깥쪽으로 밀면 외측부(112,122)가 벌어지면서 착용상태에서 벗어날 수 있다.

이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 착용기구(100)의 동작을 설명한다.

먼저 도 3은 해제상태에 있는 착용기구(100)를 나타낸 것인데, 이러한 해제상태에서도 제1, 제2 탄성수단(140,150)의 스프링(143,153)은 약간 압축된 상태에 있다. 따라서 각 스프링(143,153)이 제1, 제2 회전커버(110,120)의 내측부(111,121)를 바깥쪽으로 밀고 있으며, 이로 인해 제1, 제2 회전커버(110, 120)의 외측부(112, 122)는 서로 벌어진 상태를 유지하게 된다.

근력증폭장치를 사용하기 위해서는 이 상태에서 사용자가 팔이나 다리를 제1 및 제2 회전커버(110,120)의 사이에 넣고, 제1, 제2 회전커버(110,120)의 내측부(111,121)를 고정프레임(130) 쪽으로 밀어야 한다. 이때 스프링(143,153)의 복원력보다 큰 힘으로 제1,제2 회전커버(110,120)의 내측부(111,121)에 힘을 가해야 함은 물론이다.

충분한 힘으로 밀면 제1, 제2 회전커버(110,120)의 내측부(111,121)가 각각 제1, 제2 회전축(161,162)을 중심으로 회전하면서 각 스프링(143,153)을 압축시킨다. 제1, 제2 회전커버(110, 120)의 내측부(111,121)가 소정 각도만큼 회전하면 도 4에 나타낸 바와 같이 각 스프링(143,153)이 최대로 압축된 상태가 된다.

이 상태에서는 사용자가 약간만 회전시키면, 더 이상 힘을 가하지 않아도 각 스프링(143,153)의 복원력이 작용하여 제1, 제2 회전커버(110,120)가 더 회전하게 되고, 결국 도 5에 나타낸 바와 같이 각 외측부(112,122)가 사용자의 팔이나 다리를 완전히 감싸면서 잠금상태가 된다.

사용을 마친 다음에는 각 스프링(143,153)의 복원력보다 큰 힘으로 제1, 제2 회전커버(110, 120)의 각 외측부(112,122)를 바깥쪽으로 밀어서 스프링이 도 4의 상태와 같이 최대로 압축될 때까지 회전시키면 이후 사용자가 더 이상 힘을 가하지 않아도 각 스프링(143,153)의 복원력이 작용하여 제1, 제2 회전커버(110,120)가 도 3과 같은 초기 상태로 복귀하면서 해제상태가 된다.

한편 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 탄성수단(140,150)을 제1 및 제2 회전커버(110,120)의 내측부(111,121)와 고정프레임(130)의 사이에서 서로 교차되는 방향으로 설치하였다. 이와 같이 제1, 제2 탄성수단(140,150)을 연결하면 제1, 제2 회전커버(110,110)의 회전범위를 최소화할 수 있으므로 착용기구(100)를 보다 소형으로 제작할 수 있는 이점이 있다.

도 6 및 도 7은 제1 탄성수단(140)의 각각 다른 연결 모습을 나타낸 개념도인데, 이 도면에서 알 수 있듯이 제1 회전축(161)과 제1 연결부(141)의 회전중심을 잇는 선과 제1 회전축(161)과 제2 연결부(142)의 회전중심을 잇는 선의 사이각(A)이 스프링(143)이 압축되었다가 신장되는 전환점에 도달하는데 필요한 회전각이다. 따라서 가급적 사이각(A)이 작아지도록 제1 탄성수단(140)을 연결하는 것이 바람직하다. 전환점에 도달하는데 너무 많은 각도를 회전해야 한다면 착용기구(100)가 지나치게 커질 수밖에 없기 때문이다.

다른 관점에서 보면, 제1 연결부(141)와 제2 연결부(142)의 각 회전중심을 잇는 선과 제1 회전축(161)과 제2 연결부(142)의 회전중심을 잇는 선의 사이각(B)이 클수록 스프링(143)이 전환점에 도달하는데 필요한 회전각이 작아진다. 따라서 사이각(B)은 가급적 90도 보다 큰 것이 바람직하고, 당연히 180도 보다는 작은 것이 바람직하다.

이러한 이유로 본 발명의 실시예에서는 제1 탄성수단(140)의 제2 연결부(142)를 착용기구(100)의 높이를 기준으로 제1 연결부(141)보다 높은 지점에서 제1 회전커버(110)의 내측부(111)에 연결하였다. 그리고 제1 회전커버(110)와 반대로 배치된 제2 회전커버(120)에 연결되는 제2 탄성수단(150)은 - 제1 탄성수단(140)과는 반대로 - 제3 연결부(151)보다 낮은 지점에서 제4 연결부(152)를 제2 회전커버(120)의 내측부(121)에 연결하였다.

한편 도 8에 나타낸 바와 같이 전술한 조건을 만족하면서도 제1 회전커버(110)의 외측부(112)에 제1 탄성수단(140)을 연결할 수도 있는데, 이 경우에는 착용자의 팔이나 다리를 삽입하는데 제1 탄성수단(140)이 방해될 수 있다. 따라서 이러한 위험이 없는 한도 내에서만 적용될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 착용기구(100)는 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있다. 예를 들어 도 9에 나타낸 바와 같이 제1 회전커버(110)의 외측부(112)에는 핑거(113)가 설치되고 제2 회전커버(120)에는 핑거가 생략되는 등 제1 회전커버(110)와 제2 회전커버(120)의 형상이 서로 다를 수도 있다.

또한 도 10에 나타낸 바와 같이 제1 회전커버(110)만을 고정프레임(130)에 회전 가능하게 결합하고, 제1 회전커버(110)와 마주보는 반대쪽에는 고정프레임(130)에 고정된 고정커버(190)를 설치할 수도 있다. 이러한 고정커버(190)는 고정프레임(130)과 일체로 제작될 수도 있다. 이 경우 제1 회전커버(110)의 내측부(111)에만 탄성수단(140)을 연결하면 된다.

또한 필요하다면 전술한 착용기구(100)에 걸쇠나 솔레노이드 등과 같은 별도의 잠금장치를 추가로 설치할 수도 있다. 또한 앞에서는 본 발명에 따른 착용기구(100)가 근력증폭장치에 사용되는 경우를 설명하였으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니므로 사람의 신체 일부를 감싸서 고정할 필요가 있는 다른 형태의 장치(예, 놀이기구나 차량의 안전바 등)에도 본 발명의 착용기구가 적용될 수 있을 것이다.

또한 도 1은 착용형 근력증폭장치의 상지골격을 나타낸 것이지만, 본 발명에 따른 착용기구(100)는 상지골격에만 적용되는 것은 아니므로 하지골격에도 적용될 수 있고, 링크연결구조를 갖는 다른 형태의 착용형 근력증폭장치에도 적용될 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치의 골격구조를 살펴본다.

먼저 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치의 하지골격을 나타낸 것이다, 도시된 바와 같이 본명에 따른 하지골격은 허리프레임(50)에 연결된 제1 하지링크(11), 제1 하지링크(11)에 회전 가능하게 연결된 제2 하지링크(12), 제2 하지링크(12)에 회전 가능하게 연결된 제3 하지링크(13), 일단은 허리프레임(50)에 연결되고 타단은 제1 하지링크(11)에 연결된 탄성수단(60), 제1 하지링크(11)와 제2 하지링크(12)를 연결하는 제1 관절부(200), 제2 하지링크(12)와 제3 하지링크(13)을 연결하는 제2 관절부(200)를 포함한다.

허리프레임(50)과 제1 하지링크(11)는 사람의 골반에 대응하는 것이고, 제2 하지링크(12)는 대퇴골격에 대응하는 것이고, 제3 하지링크(13)는 하퇴골격에 대응하는 것이다.

특히 본 발명의 실시예에 따른 골격구조에서는 제1 하지링크(11)가 허리프레임(50)에 고정되지 않고, 도 12에 나타낸 바와 같이 제1 하지링크(11)가 회전축(52)을 이용하여 허리프레임(50)에 회전 가능하게 연결되고, 제1 하지링크(11)의 회전범위를 제한하기 위하여 허리프레임(50)과 제1 하지링크(11)의 사이에 탄성수단(60)이 설치되는 점에 특징이 있다.

탄성수단(60)은 제1 하지링크(11)에 회전 가능하게 연결된 제1 연결부(61), 허리프레임(50)에 회전가능하게 연결된 제2 연결부(62), 제1 연결부(61)와 제2 연결부(62)의 사이에 설치되는 스프링(63)을 포함한다. 스프링(63)은 코일스프링, 판스프링 등일 수도 있고, 기타 탄성을 가지는 소재일 수 있다.

따라서 탄성수단(60)의 압축력보다 작은 힘이 가해지면 탄성수단(60)은 제1 하지링크(11)의 움직임을 구속하는 강체로서의 역할을 수행하고, 더 큰 힘이 가해지면 이를 흡수하여 분산시킴으로써 기구의 유연성과 안정성을 높이는 역할을 한다. 또한 제1 하지링크(11)가 작은 범위내에서 움직일 수 있게 되므로 별도 동력없이 고관절부분에 추가 자유도가 부여되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 제1 하지링크(11)와 제2 하지링크(12)를 연결하는 제1 관절부(200)에도 추가 자유도를 부여함으로써 하지골격의 유연성을 강화하였다.

즉, 도 13에 예시한 바와 같이, 제1 관절부(200)는 몸체(202), 몸체(202)의 일측에 형성된 제1 삽입홈(210), 몸체(202)의 타측에 형성된 제2 삽입홈(220)을 포함한다. 따라서 제1 회전축(212)을 이용하여 제1 삽입홈(210)에 삽입된 제1 하지링크(11)를 몸체(202)에 회전가능하게 결합하고, 제2 회전축(222)을 이용하여 제2 삽입홈(220)에 삽입된 제2 하지링크(12)를 몸체(202)에 회전가능하게 결합할 수 있다.

도 13에서는 제1, 제2 삽입홈(210, 220)이 몸체(202)의 일측과 타측에 각각 수평방향 및 수직방향으로 형성되고, 제1, 제2 회전축(212, 222)은 각각 수직방향 및 수평방향으로 체결되어 있다. 그러나 체결방법이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 14에 나타낸 바와 같이 수평방향의 제1 삽입홈(210)과 제2 삽입홈(220)을 각각 몸체(202)의 상단과 하단에 서로 직교하는 방향으로 형성한 후 각각 제1, 제2 회전축(212, 222)을 이용하여 제1, 제2 하지링크(11, 12)에 연결할 수도 있다. 이와 다른 방식으로 연결하는 것도 가능하다.

위 두 가지 실시예에서, 제2 회전축(222)은 제2 하지링크(12)가 제1 하지링크(11)에 대하여 수직방향으로 회전하는 동작(예, 고관절을 펴거나 접는 동작)에 대응하는 기본적인 자유도를 제공하며, 제1 회전축(212)은 제2 하지링크(12)가 제1 하지링크(11)에 대하여 수평방향으로 회전하는 동작(예, 사람이 다리를 벌리는 동작)에 대응하는 추가 자유도를 제공한다.

제2 하지링크(12)가 제1 하지링크(11)에 대하여 수평방향으로 회전하는 범위는 적당한 범위로 제한하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 도면에 나타내지는 않았지만, 제2 하지링크(12)의 회전범위를 제한하는 스토퍼 등을 몸체(202) 또는 제1 하지링크(11)에 설치할 수 있다.

예를 들어 착용기구(100)의 스토퍼돌기(181)와 유사한 방식으로 제1 하지링크(11)에 스토퍼돌기를 형성하고 몸체(202)에 스토퍼돌기가 삽입되는 가이드홀을 형성함으로써 회전범위를 제한할 수 있다. 이와 달리 몸체(202)나 제1 하지링크(11)의 소정 위치에 걸림턱을 형성하여 제2 하지링크(12)의 회전범위를 제한할 수도 있을 것이다. 또한 다른 방법으로서 몸체(202)와 제1 하지링크(11)의 사이에 또는 제1 하지링크(11)와 제2 하지링크(12)의 사이에 스프링 등의 복원수단을 설치하여 복원수단의 복원력에 의해 회전범위가 제한되도록 구현할 수도 있을 것이다.

이와 같이 본 발명에 따르면 허리프레임과 제1 하지링크의 연결부분, 제1 하지링크와 제2 하지링크가 연결되는 제1 관절부(200)에 제한된 범위의 추가 자유도가 부여되므로 도 15에 나타낸 바와 같이 착용형 근력증폭장치의 하지골격이 사람의 실제 동작에 대응하는 유연성을 발휘할 수 있게 된다. 이상에서는 하지골격에 추가 자유도가 부여된 경우를 설명하였으나, 전술한 구조는 상지골격의 관절부에도 적용될 수 있음은 물론이다.

다음으로 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치의 상지골격을 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 상지골격은, 착용자의 등에 밀착 또는 근접하여 하중을 지지하는 배면프레임(70), 제1 회전축(310)에 의해 배면프레임(70)에 회전가능하게 결합된 제1 상지링크(301), 제2 회전축(320)에 의해 제1 상지링크(301)에 회전가능하게 결합된 제2 상지링크(302), 제3 회전축(330)에 의해 제2 상지링크(302)에 회전가능하게 결합된 제3 상지링크(303), 제4 회전축(340)에 의해 제3 상지링크(303)에 회전가능하게 결합된 제4 상지링크(304), 제5 회전축(350)에 의해 제4 상지링크(304)에 회전가능하게 결합된 제5 상지링크(305)를 포함한다. 여기서 제1 내지 제5 상지링크는 착용자의 한쪽 팔에 대응하는 것이므로 도면에 나타낸 바와 같이 배면프레임(70)을 기준으로 하는 반대쪽도 동일한 링크 연결구조이어야 한다. 다만 재활치료 등과 같은 특수목적용 장치인 경우에는 한쪽 팔에 대응하는 구조만 가져도 될 것이다.

배면프레임(70)은 상단에 수평방향으로 결합되어 측방으로 약간 돌출된 어깨프레임(72)을 포함할 수 있으며, 이 경우 제1 상지링크(301)는 어깨프레임(72)에 연결될 수 있다. 이때 착용자의 체격에 맞게 골격을 조절하기 위하여 제1 회전축(310)의 위치를 어깨프레임(72)을 따라 이동할 수 있도록 연결할 수도 있다.

제1, 제2, 제3 회전축(310)은 3 자유도를 갖는 착용자의 어깨 관절에 대응하는 것으로서, 제1 회전축(310)은 상완(上脘)을 옆으로 벌리는 관절축에 대응하고, 제2 회전축(320)은 상완을 전방으로 올리거나 내리는 관절축에 대응하고, 제3 회전축(330)은 상완을 내전 또는 외전시키는 관절축에 대응한다. 내/외전 동작을 하는 제3 회전축(330)은 제3 상지링크(303)와 평행하게 배치된다.

제4, 제5 회전축(340,350)은 2 자유도를 갖는 착용자의 팔꿈치 관절에 대응하는 것으로서, 제4 회전축(340)은 전완(前脘)을 올리거나 내리는 관절축에 대응하고, 제5 회전축(350)은 전완을 내전 또는 외전시키는 관절축에 대응한다. 내/외전 동작을 하는 제5 회전축(350)은 제5 상지링크(305)와 평행하게 배치된다.

특히 본 발명의 실시예에서는 각 하지링크(11,12,13)와 각 상지링크(301,302,303,304,305)를 착용자의 신체로부터 일정 거리 떨어진 곳에 배치하고, 착용자의 관절축에 대응하는 각 회전축을 실제 착용자의 관절축과 평행하도록 배치한 점에 특징이 있다. 이렇게 하면 착용자의 신체 외부에서 골격이 충분한 변위를 가지고 움직일 수 있게 되어, 착용자의 동작이 방해되는 현상이 최소화되고 유연성을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한 어깨 관절에 해당하는 제1 내지 제3 회전축(310,320,330)을 한 점에서 직교하도록 배치하지 않고, 서로 이격된 위치에서 대응하는 관절축과 평행하도록 배치함으로써 기구적 구성을 보다 단순화시킬 수 있고 착용자의 체격에 상관없이 유연한 동작을 구현할 수 있게 된다.

그리고 종래에는 모든 회전축에 전동식, 공압식 또는 유압식의 구동장치를 사용하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 골격구조에서는 필요한 회전축만 구동장치를 연결하여 구동시키고, 구동장치가 연결되지 않은 회전축에는 목적에 따라 회전범위를 조절하는 수단을 설치할 수 있다.

회전범위 제한수단에는 앞서 설명한 바와 같이 스토퍼가 사용될 수도 있고, 스프링, 댐퍼 등과 같이 복원력이나 감쇠력을 이용하여 힘을 조절하는 장치가 사용될 수도 있고, 마찰력을 이용하여 회전력을 제한하는 장치가 사용될 수도 있다. 이와 같이 회전범위 제한수단을 사용함으로써 구동장치가 연결되지 않은 회전축에 대해 소정 변위의 추가적인 자유도를 부가하는 것이 가능해진다.

전술한 상지골격과 하지골격은 각각의 목적에 맞게 별개로 사용될 수도 있으나, 도 17에 나타낸 바와 같이 상지골격의 배면프레임(70)과 하지골격의 허리프레임(50)을 연결하면 전신 착용이 가능한 근력증폭장치로 사용될 수 있다.

한편 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.

11, 12, 13: 제1, 제2, 제3 하지링크
50: 허리프레임 52: 회전축
60: 탄성수단 70: 배면프레임
72: 어깨프레임 100: 착용기구
110, 120: 제1, 제2 회전커버 111, 121: 내측부
112, 122: 외측부 113, 123: 핑거
130: 고정프레임 131, 132: 제1, 제2 측판
140, 150: 제1, 제2 탄성수단 141, 151: 제1, 제3 연결부
142, 152: 제2, 제4 연결부 143, 153: 스프링
161, 162: 제1, 제2 회전축 171, 172: 제1, 제2 가이드홀
181,182: 제1, 제2 스토퍼돌기 190: 고정커버
200: 관절부 202: 몸체
210, 220: 제1, 제2 삽입홈 212, 222: 제1, 제2 회전축
301, 302, 303, 304, 305: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 상지링크
310, 320, 330, 340, 350: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 회전축

Claims (7)

1. 사람의 신체 일부를 감싸서 지지하는 착용기구로서,
   고정프레임;
   회전축을 이용하여 상기 고정프레임에 고정되고, 상기 고정프레임의 외측으로 돌출되는 외측부와 상기 회전축을 중심으로 상기 외측부의 반대쪽에 위치하는 내측부를 구비하는 회전커버;
   상기 고정프레임에 회전가능하게 연결된 제1연결부와, 상기 회전커버에 회전가능하게 연결된 제2연결부와, 상기 제1연결부와 상기 제2연결부의 사이에 설치되어 상기 회전커버가 회전하는 동안 변형과정과 복원과정을 거치는 스프링을 구비한 탄성수단
   을 포함하는 착용기구
2. 제1항에 있어서,
   상기 탄성수단의 상기 제2연결부는 상기 회전커버의 상기 내측부에 회전가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 착용기구
3. 제1항에 있어서,
   상기 탄성수단의 상기 제1연결부의 회전중심 및 상기 제2연결부의 회전중심을 잇는 선과, 상기 회전축의 회전중심과 상기 탄성수단의 상기 제2연결부의 회전중심을 잇는 선의 사이각(B)은 90도 보다 크고 180도 보다 작은 것을 특징으로 하는 착용기구
4. 제1항에 있어서,
   상기 회전커버의 측단에는 스토퍼돌기가 형성되고, 상기 고정프레임에는 상기 스토퍼돌기의 회전경로에 대응하는 가이드홀이 형성되며, 상기 스토퍼돌기가 상기 가이드홀의 내부에서 이동함으로써 상기 회전커버의 회전범위가 제한되는 것을 특징으로 하는 착용기구
5. 제1항에 있어서,
   상기 회전축은 제1 회전축과 제2 회전축을 포함하고,
   상기 회전커버는 상기 고정프레임의 일측에 상기 제1 회전축을 이용하여 연결되는 제1 회전커버와, 상기 고정프레임의 타측에 상기 제2 회전축을 이용하여 연결되는 제2 회전커버를 포함하며.
   상기 탄성수단은 상기 제1 회전커버와 상기 고정프레임의 사이에 설치되는 제1 탄성수단과, 상기 제2 회전커버와 상기 고정프레임의 사이에 설치되는 제2 탄성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용기구
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1회전축과 상기 제2회전축은 서로 평행하며, 상기 제1 탄성수단은 상기 제1회전커버의 내측부에 연결되고 상기 제2 탄성수단은 상기 제2 회전커버의 내측부에 연결된 것을 특징으로 하는 착용기구
7. 골격을 구성하는 링크와, 상기 링크에 결합되어 사람의 신체 일부를 감싸서 지지하는 착용기구를 포함하는 착용형 근력증폭장치에 있어서,
   상기 착용기구는,
   상기 링크에 고정되는 고정프레임;
   회전축을 이용하여 상기 고정프레임에 고정되고, 상기 고정프레임의 외측으로 돌출되는 외측부와 상기 회전축을 중심으로 상기 외측부의 반대쪽에 위치하는 내측부를 구비하는 회전커버;
   상기 고정프레임에 회전가능하게 연결된 제1연결부와, 상기 회전커버에 회전가능하게 연결된 제2연결부와, 상기 제1연결부와 상기 제2연결부의 사이에 설치되어 상기 회전커버가 회전하는 동안 변형과정과 복원과정을 거치는 스프링을 구비한 탄성수단
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 근력증폭장치

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