KR101637678B1

KR101637678B1 - 근력 보조장치

Info

Publication number: KR101637678B1
Application number: KR1020140121028A
Authority: KR
Inventors: 조규진; 박대근; 인현기; 이대영
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-07-08
Also published as: KR20160031603A

Abstract

본 발명은 사용자의 몸에 간단하게 착용되어 사용자가 신체 부위를 움직일 때의 관절 운동을 보조해 줄 수 있는 근력 보조장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 근력 보조장치는 제 1 뼈대부와 관절을 통해 연결되는 제 2 뼈대부를 움직이는 사용자의 관절 운동에 따른 근력을 보조해준다. 이러한 근력 보조장치는, 일단이 제 2 뼈대부에 결합되는 와이어와, 와이어의 움직임을 가이드하기 위해 와이어가 삽입되어 움직일 수 있는 내부 통로를 구비하고 제 1 뼈대부에 결합되는 와이어 가이드와, 와이어를 통해 제 2 뼈대부에 대해 제 1 뼈대부에 대한 제 2 뼈대부의 관절 운동 각도에 따라 변하는 지지력을 제공하는 지지력 발생유닛을 포함한다. 지지력 발생유닛은 와이어의 타단이 결합되어 제 2 뼈대부의 움직임에 연동하여 움직이는 연동부재와, 연동부재에 대해 와이어를 당기는 방향으로 힘을 발생시키도록 연동부재를 이동 가능하게 지지하기 위해 제 1 뼈대부나 제 1 뼈대부가 연결되는 사용자의 몸통부에 결합되는 당김력 발생기를 구비한다.

Description

근력 보조장치{Assisting device for muscle strength}

본 발명은 근력 보조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자의 몸에 간단하게 착용되어 사용자가 신체 부위를 움직일 때의 관절 운동을 보조해 줄 수 있는 근력 보조장치에 관한 것이다.

최근, 신체의 골격은 남아 있으나 마비와 같은 신경 장애로 인해 신체의 일부를 움직이지 못하는 사람들을 돕기 위하여 입는 형태의 근력 보조장치가 다수 개발되었다.

근력 보조장치는 사용자의 장애, 사용 관절의 종류 등에 따라 다양한 구조를 갖는다. 예컨대, 근육병이나 척수 손상 등으로 근력이 저하되어 본인의 팔의 무게도 버티지 못하여 손이나 팔을 움직이지 못하는 장애인이나 환자를 위해 중력 보상을 위한 근력 보조장치가 개발된 바 있다.

종래의 근력 보조장치는 대부분이 단단한 소재를 이용한 전통적인 기계 기술을 사용하여 제작된다. 대부분의 근력 보조장치들은 팔의 여러 부분들을 지지하기 위해 팔 옆으로 단단한 소재의 링크 구조가 있고, 팔을 고정하기 위한 커브 구조의 지지대로 장치가 구성된다. 그리고 복잡한 사람 관절 구조를 구동하기 위해서 다양한 메커니즘을 적용하여 링크 관절 구조를 사용한다. 또한 근력 보조를 위해 내부에 금속 스프링을 포함하고 있으며 전체 구조의 무게를 지지하기 위해 외부 의자나 벽 등에 고정하기 위한 체결 구조를 가지고 있다. 이러한 종래 근력 보조장치는 등록특허공보 제1241800호(2013. 03. 14.)에도 개시된 바 있다.

그런데 종래의 근력 보조장치는 구조의 특성 상 착용 부위의 구조 및 외부 지지 부분의 부피가 커지는 문제가 있다. 그리고 단단한 소재를 이용해 장치를 제작하다 보니 장치 자체의 무거운 무게를 지지하기 위해 의자나 외부 구조물에 장치를 설치하여야 해서 사용 장소에 제한이 많다. 또한 수요가 적고 다양한 경우가 발생할 수 있는 생활 보조기구의 특성상 저가의 맞춤형 제작이 필수이나, 종래 장치는 단단한 소재를 사용하므로 가공이 어렵고, 제조 단가가 고가이며, 맞춤 제작이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 필요성을 해결하기 위해 위하여 안출된 것으로, 기존에 발명되어 판매되고 있는 특정 동작에만 한정된 단순 보조 기구를 떠나 실제 사용자가 착용을 하여 다양한 동작을 하는데 도움이 될 수 있으며, 구조가 단순하고 제조 단가가 낮아 다양한 사용자가 쉽고 편리하게 접근해 사용할 수 있는 근력 보조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 근력 보조장치는 제 1 뼈대부와 관절을 통해 연결되는 제 2 뼈대부를 움직이는 사용자의 관절 운동에 따른 근력을 보조해주기 위해 상기 사용자에 착용되는 것으로, 일단이 상기 제 2 뼈대부에 결합되는 와이어; 상기 와이어의 움직임을 가이드하기 위해 상기 와이어가 삽입되어 움직일 수 있는 내부 통로를 구비하고 상기 제 1 뼈대부에 결합되는 와이어 가이드; 및 상기 와이어의 타단이 결합되어 상기 제 2 뼈대부의 움직임에 연동하여 움직이는 연동부재와, 상기 연동부재에 대해 상기 와이어를 당기는 방향으로 힘을 발생시키도록 상기 연동부재를 이동 가능하게 지지하기 위해 상기 제 1 뼈대부나 상기 제 1 뼈대부가 연결되는 상기 사용자의 몸통부에 결합되는 당김력 발생기를 구비하고, 상기 와이어를 통해 상기 제 2 뼈대부에 대해 상기 제 1 뼈대부에 대한 상기 제 2 뼈대부의 관절 운동 각도에 따라 변하는 지지력을 제공하는 지지력 발생유닛;을 포함하는 점에 특징이 있다.

본 발명에 의한 근력 보조장치는 사용자의 신체에 간편하게 착용되거나 분리될 수 있고, 사용자의 관절 운동하는 신체 부분에 관절 운동 각도에 따라 변하는 지지력을 제공한다. 따라서, 근력이 떨어진 사용자나 반복적으로 관절 운동을 해야 하는 사용자가 힘을 적게 들이고 관절 운동을 원활하게 수행할 수 있도록 돕는다.

또한 본 발명에 의한 근력 보조장치는 단단한 소재의 외골격 부재를 통해 근력을 보조해주는 종래 기술과 달리 사용자의 골격을 프레임으로 이용하고 와이어나 와이어 가이드 등 유연한 소재로 사용자의 근력을 보조해주기 때문에, 구조가 단순하고, 맞춤 제작이 용이하며, 제조 단가가 저렴하여 다양한 사용자들이 쉽고 편하게 접근하여 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의한 근력 보조장치는 가볍고 부피가 작아 사용자가 착용하는데 불편함이 적고, 착용한 상태로 일상 생활을 하는데 무리가 없다. 또한 관절 운동에 따른 신체 부위의 무게를 보상해주기 위해 단순 탄성체를 직렬로 연결하는 종래 기술과 비교하여 신체 부위의 관절 운동 각도에 따라 변하는 지지력을 신체 부위에 제공함으로써 사용자가 더욱 작은 힘으로 부드러운 관절 운동을 할 수 있도록 해준다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 근력 보조장치를 착용한 사용자의 뒷모습을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 근력 보조장치를 착용한 사용자의 옆모습을 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에 나타낸 근력 보조장치의 지지력 발생유닛을 분해하여 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 근력 보조장치의 작용을 설명하기 위한 것이다.
도 5는 도 4에 나타낸 근력 보조장치의 작용에 따른 지지력 발생유닛의 움직임 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 근력 보조장치의 지지력 발생유닛 및 그 작용을 설명하기 위한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 근력 보조장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 근력 보조장치를 착용한 사용자의 뒷모습을 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 근력 보조장치를 착용한 사용자의 옆모습을 나타낸 것이며, 도 3은 도 1에 나타낸 근력 보조장치의 지지력 발생유닛을 분해하여 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 3에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 근력 보조장치(100)는 와이어(110)와, 와이어 가이드(120)와, 지지력 발생유닛(130)을 포함한다. 본 실시예에 따른 근력 보조장치(100)는 사용자의 신체에 착용되어 사용자의 제 1 뼈대부(10)와 관절(20)을 통해 연결되는 제 2 뼈대부(30)의 관절 운동에 따른 근력을 보조해주어 근력이 떨어진 사용자가 관절 운동을 원활하게 수행할 수 있도록 돕는다. 이러한 근력 보조장치(100)의 작용은 제 2 뼈대부(30)의 관절 운동 각도(α)에 따른 위치 에너지에 따라 제 2 뼈대부(30)에 대한 지지력 발생유닛(130)의 지지력이 변하도록 지지력 발생 구조를 구현함으로써 달성할 수 있다.

이하 본 실시예를 설명함에 있어서, 근력 보조장치(100)가 사용자의 상완부관절 운동을 보조하는 것으로 예를 들어 설명한다. 이에 따라, 제 1 뼈대부(10)는 사용자의 어깨 부분이고, 제 2 뼈대부(30)는 사용자의 상완부이며, 관절(20)은 사용자의 어깨 관절이다.

와이어(110)는 그 일단이 제 2 뼈대부(30)의 중간에 결합된다. 와이어(110)를 제 2 뼈대부(30)에 결합하기 위해 와이어 고정부재(112)가 사용된다. 와이어 고정부재(112)는 와이어(110)의 일단이 고정된 상태에서 사용자의 제 2 뼈대부(30) 둘레의 피부 또는 제 2 뼈대부(30) 둘레에 착용된 의복에 결합됨으로써, 와이어(110)를 사용자의 제 2 뼈대부(30)에 고정할 수 있다. 와이어 고정부재(112)로는 벨트 구조나 벨크로 구조 등 사용자의 제 2 뼈대부(30)에 탈착식으로 결합될 수 있는 다양한 구조의 것이 이용될 수 있다. 와이어 고정부재(112)로 벨트 구조나 벨크로 구조 등 유연한 소재로 이루어지는 것을 이용하면, 사용자의 신체 움직임에 대한 제약이나 불편함을 줄이고, 신체 구조나 크기가 다른 다양한 사용자에 범용적으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 와이어(110)의 타단은 후술할 지지력 발생유닛(130)의 연동부재(131)에 결합된다. 이러한 와이어(110)는 지지력 발생유닛(130)에서 발생하는 지지력을 사용자의 제 2 뼈대부(30)에 전달한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 와이어 가이드(120)는 와이어(110)의 움직임을 가이드하기 위해 와이어(110)가 삽입되어 움직일 수 있는 내부 통로를 구비하는 관 형태로 형성된다. 이러한 와이어 가이드(120)는 제 2 뼈대부(30)에서 지지력 발생유닛(130)까지 연장된 와이어(110)가 그 와이어 가이드(120)를 경유하여 지나도록 배치된다. 도면에 나타내지는 않았으나, 와이어 가이드(120)의 내부에는 윤활재가 채워져 와이어(110)가 와이어 가이드(120) 내에서 원활하게 움직일 수 있도록 해줄 수 있다. 와이어 가이드(120)는 사용자의 제 1 뼈대부(10)에 결합된다.

와이어 가이드(120)를 제 1 뼈대부(10)에 결합하기 위해 와이어 가이드 고정부재(122)가 사용된다. 와이어 가이드 고정부재(122)는 와이어 가이드(120)의 일단이 고정된 상태에서 사용자의 제 1 뼈대부(10) 둘레의 피부 또는 제 1 뼈대부(10) 둘레에 착용된 의복에 결합됨으로써, 와이어 가이드(120)를 사용자의 제 1 뼈대부(10)에 고정할 수 있다. 와이어 가이드 고정부재(122)로는 벨트 구조나 벨크로 구조 등 사용자의 제 1 뼈대부(10)에 탈착식으로 결합될 수 있는 다양한 구조의 것이 이용될 수 있다. 와이어 가이드(120)의 타단은 지지력 발생유닛(130) 쪽으로 연장되어 또 다른 와이어 가이드 고정부재(124)에 의해 사용자의 제 1 뼈대부(10)가 연결되는 몸통부(40)에 결합된다. 또 다른 와이어 가이드 고정부재(124) 역시 벨트 구조나 벨크로 구조 등 사용자의 몸통부(40)에 탈착식으로 결합될 수 있는 다양한 구조의 것이 이용될 수 있다.

도면에는 와이어 가이드 고정부재(122)가 사용자의 제 1 뼈대부(10) 위에 착용되는 보호대(126)에 결합되어 와이어 가이드(120)의 일단을 보호대(126)를 통해 제 1 뼈대부(10)에 결합하는 것으로 나타냈다. 그러나 와이어 가이드 고정부재(122)는 보호대(126)에 의하지 않고 제 1 뼈대부(10)에 직접 결합되어 와이어 가이드(120)의 일단을 제 1 뼈대부(10)에 결합할 수 있다.

여기에서, 보호대(126)는 사용자의 제 1 뼈대부(10) 위에 착용되어 와이어(110)에 의해 사용자의 신체에 가해지는 하중을 분산시키는 역할을 한다. 즉, 보호대(126)는 와이어(110)의 방향이 전환되는 부분에서 와이어(110)를 떠받치도록 사용자의 신체와 와이어(110) 사이에 개재되어 와이어(110)를 통해 사용자의 신체에 가해지는 하중을 감소시켜 준다. 보호대(126)로는 플라스틱이나, 고무, 실리콘, 직물 등 완충 성능을 발휘할 수 있는 다양한 소재로 이루어진 것이 이용될 수 있다. 보호대(126)는 사용자의 신체에 얹혀지는 방법으로 사용자의 신체에 착용될 수도 있고, 벨트 구조나 벨크로 구조 등의 고정장치를 통해 사용자의 신체에 탈착식으로 착용될 수도 있다.

지지력 발생유닛(130)은 와이어(110)를 통해 제 2 뼈대부(30)에 대해 제 1 뼈대부(10)에 대한 제 2 뼈대부(30)의 관절 운동 각도(α)에 따라 변하는 지지력을 제공한다. 지지력 발생유닛(130)의 관절 각도(α)에 따라 변하는 지지력의 프로파일은 다양하게 설계될 수 있다. 지지력 발생유닛(130)은 와이어(110)를 통한 지지력 전달 시 발생하는 반작용력을 충분히 버틸 수 있도록 제 1 뼈대부(10)나 제 1 뼈대부(10)가 연결되는 사용자의 몸통부(40) 등 사용자의 다양한 신체 부위에 결합될 수 있다. 도면에서 지지력 발생유닛(130)은 사용자의 몸통부(40)에 결합되는 것으로 나타냈다.

지지력 발생유닛(130)을 사용자의 신체에 결합하기 위해 지지력 발생유닛 고정부재(138)가 사용된다. 지지력 발생유닛 고정부재(138)는 지지력 발생유닛(130)이 고정된 상태에서 사용자의 몸통부(40) 또는 몸통부(40) 둘레에 착용된 의복에 결합됨으로써, 지지력 발생유닛(130)을 사용자의 몸통부(40)에 고정할 수 있다. 지지력 발생유닛 고정부재(138)로는 벨트 구조나 벨크로 구조 등 유연하고 사용자의 신체에 탈착식으로 결합될 수 있는 다양한 구조의 것이 이용될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 지지력 발생유닛(130)은 와이어(110)의 타단이 결합되는 연동부재(131)와, 연동부재(131)를 이동 가능하게 지지하는 당김력 발생기(134)를 포함한다. 연동부재(131)는 와이어(110)와 결합됨으로써 제 2 뼈대부(30)의 움직임에 연동하여 움직인다. 연동부재(131)는 이동 자석(132)과, 이동 자석(132)의 양쪽 측부에 각각 결합되는 한 쌍의 슬라이더(133)를 포함한다. 이러한 연동부재(131)는 그 한 쌍의 슬라이더(133)가 당김력 발생기(134)에 슬라이드 가능하게 결합됨으로써 당김력 발생기(134)에 대해 직선 이동할 수 있다.

당김력 발생기(134)는 연동부재(131)에 대해 와이어(110)를 당기는 방향으로 힘을 발생시키도록 지지력 발생유닛 고정부재(138)를 통해 사용자의 몸통부(40)에 결합된다. 당김력 발생기(134)는 고정판(135)과, 가이드 레일(136)과, 고정 자석(137)을 포함한다. 고정판(135)은 그 일면이 사용자의 몸통부(40)와 마주하도록 몸통부(40)에 고정된다. 가이드 레일(136)은 연동부재(131)의 한 쌍의 슬라이더(133)와 결합될 수 있도록 고정판(135)에 상호 평행하게 한 쌍 마련된다. 연동부재(131)의 슬라이더(133)는 가이드 레일(136)에 슬라이드 가능하게 결합되어 가이드 레일(136)을 따라 직선 왕복 운동한다. 고정 자석(137)은 고정판(135)에 고정되고 연동부재(131)의 이동 자석(132)과 마주하도록 한 쌍의 가이드 레일(136) 사이에 배치된다. 이동 자석(132)과 고정 자석(137) 사이에 인력(引力)이 발생할 수 있도록 이동 자석(132)과 고정 자석(137)은 서로 다른 극끼리 마주하도록 배치된다. 물론, 연동부재(131)와 당김력 발생기(134)는 도시된 것과 같은 결합 구조 이외의 다양한 다른 결합 구조를 통해 연동부재(131)가 당김력 발생기(134)에 대해 이동하도록 결합될 수 있다.

연동부재(131)가 가이드 레일(136)을 따라 움직일 때 연동부재(131)의 이동 자석(132)과 당김력 발생기(134)의 고정 자석(137)이 겹치는 면적이 변하게 된다. 그리고 연동부재(131)의 이동 자석(132)과 당김력 발생기(134)의 고정 자석(137)이 겹치는 면적에 따라 당김력 발생기(134)에 의해 연동부재(131)에 가해지는 힘이 변하게 된다. 일반적으로, 자석 두 개를 서로 마주하도록 배치하면 두 개의 자석이 겹치는 면적이 50 ~ 60%에서 두 자석의 인력이 최대가 된다. 그리고 두 자석의 겹치는 면적이 그 보다 작아지거나 커지면 두 자석 사이의 인력은 감소하게 된다. 따라서, 제 2 뼈대부(30)의 움직임에 따라 연동부재(131)가 움직이면 연동부재(131)의 이동 자석(132)과 당김력 발생기(134)의 고정 자석(137) 사이의 인력이 변하게 되고, 지지력 발생유닛(130)이 와이어(110)를 통해 제 2 뼈대부(30)에 제공하는 지지력이 변하게 된다.

이하에서는, 본 실시예에 따른 근력 보조장치(100)의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 4의 (a) 및 도 5의 (a)에 나타낸 것과 같이, 근력 보조장치(100)를 착용한 사용자가 제 2 뼈대부(30)를 들어올리지 않은 상태에서 지지력 발생유닛(130)의 연동부재(131)는 당김력 발생기(134)에 대해 상승한 위치에 있게 된다. 이때, 연동부재(131)의 이동 자석(132)과 당김력 발생기(134)의 고정 자석(137)이 겹치는 면적은 상대적으로 작으며, 지지력 발생유닛(130)이 와이어(110)를 통해 제 2 뼈대부(30)에 제공하는 지지력도 상대적으로 작다.

이 상태에서 사용자가 제 2 뼈대부(30)를 들어올리기 시작하면 연동부재(131)의 이동 자석(132)은 그 자중과 당김력 발생기(134)의 고정 자석(137)과의 인력에 의해 하강하게 된다. 이때, 연동부재(131)의 이동 자석(132)과 당김력 발생기(134)의 고정 자석(137)이 겹치는 면적은 증가하고, 지지력 발생유닛(130)이 와이어(110)를 통해 제 2 뼈대부(30)에 제공하는 지지력도 증가하게 된다. 즉, 제 1 뼈대부(10)에 대한 제 2 뼈대부(30)의 관절 운동 각도(α)가 일정 크기(예컨대, 90도)까지 증가함에 따라 제 2 뼈대부(30)에 대한 지지력 발생유닛(130)의 지지력도 증가하게 된다. 도 4의 (b) 및 도 5의 (b)에 나타낸 것과 같이, 사용자가 제 2 뼈대부(30)를 90도 정도 들어올리면, 연동부재(131)의 이동 자석(132)과 당김력 발생기(134)의 고정 자석(137)이 겹치는 면적은 이들 사이의 인력이 최대가 되는 50 ~ 60%에 도달한다. 이때는 사용자가 제 2 뼈대부(30)를 들어올리기 위해 힘을 가장 많이 주어야 할 때로 지지력 발생유닛(130)이 와이어(110)를 통해 제 2 뼈대부(30)에 제공하는 지지력이 최대가 된다. 따라서, 사용자는 적은 힘으로 제 2 뼈대부(30)를 들어올리고 들어올린 상태를 유지할 수 있다.

반대로, 사용자가 제 2 뼈대부(30)를 내리면 와이어(110)가 연동부재(131)를 반대 방향으로 당겨 연동부재(131)가 상승하고, 이동 자석(132)과 고정 자석(137)의 겹침 면적의 감소로 제 2 뼈대부(30)에 대한 지지력 발생유닛(130)의 지지력이 감소하게 된다. 이때, 사용자가 제 2 뼈대부(30)로부터 힘을 완전히 빼더라도 제 2 뼈대부(30)에 대한 지지력 발생유닛(130)의 지지력이 서서히 감소하므로, 제 2 뼈대부(30)는 급속하게 하강하지 않고 서서히 하강하게 된다. 따라서, 사용자는 힘을 거의 들이지 않고 제 2 뼈대부(30)를 부드럽게 하강할 수 있다.

사람이 손이 하부를 향하도록 팔을 늘어뜨려 팔이 몸통과 평행할 때를 0도로 하고 손이 상부를 향하도록 팔을 들어올릴 때를 180도로 할 경우, 사람이 팔을 들어올릴 때 0도에서 90도까지는 필요한 힘이 증가하다가 90도 이상에서는 감소하게 된다. 따라서, 연동부재(131)의 이동 자석(132)과 당김력 발생기(134)의 고정 자석(137)을 적절하게 배치하면 와이어(110)를 통해 사용자의 팔에 제공하는 지지력을 사용자의 힘 프로파일에 맞춰 변화시킬 수 있다.

상술한 것과 같이, 본 실시예에 따른 근력 보조장치(100)는 사용자의 신체에 간편하게 착용되거나 분리될 수 있고, 제 2 뼈대부(30) 등 관절 운동하는 신체 부분에 관절 운동 각도(α)에 따라 변하는 지지력을 제공한다. 따라서, 근력이 떨어진 사용자나 반복적으로 관절 운동을 해야 하는 사용자가 힘을 작게 들이고 관절 운동을 원활하게 수행할 수 있도록 돕는다.

이러한 실시예에 따른 근력 보조장치(100)는 지지력 발생유닛(130)에 구비되는 이동 자석(132)과 고정 자석(137)이 서로 겹쳐지는 면적에 따라 지지력 발생유닛(130)이 제 2 뼈대부(30)에 제공하는 지지력이 변한다. 따라서, 이동 자석과 고정 자석의 크기나 자극 배치 구조를 다양하게 변경함으로써 지지력 발생유닛(130)에 의한 지지력의 프로파일을 다양하게 설계할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 근력 보조장치의 지지력 발생유닛(140) 및 그 작용을 설명하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 근력 보조장치는 상술한 근력 보조장치(100)와 비교하여 지지력 발생유닛(140)의 구조만 다른 것으로, 와이어(110)를 통해 제 2 뼈대부(30; 도 2 참조)에 대해 관절 운동 각도(α; 도 2 참조)에 따라 변하는 지지력을 제공한다. 이하에서, 와이어(110)나 와이어 가이드(120) 등 지지력 발생유닛(140) 이외의 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 6에 나타낸 지지력 발생유닛(140)은 와이어(110)의 타단이 결합되는 연동부재(141)와, 연동부재(141)를 회전 운동 가능하게 지지하는 당김력 발생기(144)를 포함한다. 연동부재(141)는 당김력 발생기(144)에 대해 회전하는 회전 디스크(142)를 포함한다. 와이어(110)의 타단은 회전 디스크(142)의 외주면에 마련된 와이어 고정부재(143)에 의해 회전 디스크(142)에 결합된다. 회전 디스크(142)가 회전함에 따라 와이어(110)는 회전 디스크(142)의 외주면에 감기거나 회전 디스크(142)에서 풀리게 된다.

당김력 발생기(144)는 연동부재(141)에 대해 와이어(110)를 당기는 방향으로 힘을 발생시키도록 지지력 발생유닛 고정부재(138; 도 4 참조)를 통해 사용자의 몸통부(40)에 결합된다. 당김력 발생기(144)는 고정판(145)과, 캠(146)과, 탄성부재(147)를 포함한다. 고정판(145)은 그 일면이 사용자의 몸통부(40; 도 2 참조)와 마주하도록 몸통부(40)에 고정된다. 캠(146)은 회전 디스크(142)의 중앙에 결합되어 회전 디스크(142)와 함께 고정판(145)에 설치된다. 고정판(145)에는 수직으로 회전축(148)이 구비되고, 회전 디스크(142)와 캠(146)은 이 회전축(148)에 대해 정방향 또는 역방향으로 회전하게 된다. 캠(146)의 외주면 일측에는 탄성부재(147)를 고정하기 위한 탄성부재 고정부재(149)가 구비된다. 탄성부재(147)는 와이어 형태의 신축 가능한 소재로 이루어진 것으로, 그 일단이 고정판(145)에 구비된 탄성부재 고정부재(150)에 결합되고 그 타단이 캠(146)의 탄성부재 고정부재(149)에 결합된다. 탄성부재(147)는 캠(146) 및 회전 디스크(142)를 통해 와이어(110)와 연결됨으로써 와이어(110)에 대해 당기는 방향으로 탄성력을 제공한다.

캠(146)이 회전함에 따라 탄성부재(147)는 캠(146)의 외주면에 감기거나 캠(146)에서 풀려나면서 그 길이가 변하게 된다. 그리고 탄성부재(147)의 길이 변화와 캠(146)의 회전 위치 변화에 따라 와이어(110)에 제공되는 지지력이 변하게 된다. 즉, 캠(146)이 회전하면서 캠(146)에 연결된 탄성부재(147)의 길이가 변하면, 캠(146)에 대한 탄성부재(147)의 작용력과 탄성부재(147)와 캠(146)의 중심 사이의 수직거리(모멘트 암)도 변하게 된다. 그리고 결과적으로, 회전 디스크(142)에 발생하는 토크가 변하여 와이어(110)에 걸리는 작용력의 프로파일이 바뀌게 된다. 이러한 지지력 발생유닛(140)에서 발생하는 지지력의 프로파일은 캠(146)의 크기나 구조, 회전 디스크(142)의 크기, 탄성부재(147)의 탄성계수 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 캠(146)의 구조나 회전 디스크(142)와의 결합 구조, 캠(146)과 탄성부재(147)와의 결합 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.

이 밖에 당김력 발생기(144)는 와이어(110)의 연장 방향이 전환되는 부분을 가이드하기 위한 복수의 방향 전환 가이드(151)를 더 포함한다. 방향 전환 가이드(151)는 롤러 형태로 이루어져 와이어(110)가 그 외주면에 접함으로써 완만하게 방향 전환할 수 있다. 방향 전환 가이드(151)를 이용하면 와이어(110)가 와이어 가이드(120)의 끝단을 직선으로 향하도록 와이어(110)의 경로를 적절하게 설계할 수 있다. 그리고 방향 전환 가이드(151)를 이용하면 와이어(110)의 지지력 발생유닛(140)에서 와이어 가이드(120)를 향해 연장되는 부분의 위치를 일정하게 할 수 있고, 와이어(110)가 회전 디스크(142)에 감기거나 회전 디스크(142)로부터 풀릴 때 와이어 가이드(120)에 대해 좌우 방향으로 충격을 주는 문제를 줄일 수 있다.

물론, 방향 전환 가이드(151)는 도시된 것과 같은 롤러 구조 이외에, U자형 등 다양한 형태의 굽은 튜브 구조로 이루어질 수 있다. 또한 방향 전환 가이드는 그 밖에 와이어(110)의 경로를 전환시킬 수 있는 다양한 다른 구조를 취할 수 있다.

상술한 것과 같은 지지력 발생유닛(140)은 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같은 지지력 발생유닛(130)과 같이 사용자의 몸통부(40)에 착용되어 사용자의 제 2 뼈대부(30)에 연결된 와이어(110)와 결합될 수 있다. 그리고 사용자가 제 2 뼈대부(30)를 움직여 제 2 뼈대부(30)로 와이어(110)를 당기는 힘과 탄성부재(147)의 탄성력에 의해 회전 디스크(142)와 캠(146)이 회전하게 되며, 이에 의해 지지력 발생유닛(140)에서 발생하는 지지력이 변하게 된다.

예컨대, 사용자가 제 2 뼈대부(30)를 들어올리기 전에 지지력 발생유닛(140)은 도 6의 (a)에 나타낸 것과 같은 상태가 될 수 있다. 이 상태에서 사용자가 제 2 뼈대부(30)를 들어올리면 캠(146) 및 회전 디스크(142)가 회전축(148)에 대해 회전하고 탄성부재(147)의 길이가 줄어들고, 탄성부재(147)와 캠(146)의 중심 사이의 수직거리(모멘트 암)가 변하여 와이어(110)를 통해 제 2 뼈대부(30)에 가해지는 지지력이 변하게 된다. 그리고 사용자가 제 2 뼈대부(30)를 일정 각도 이상 들어올릴 때 지지력 발생유닛(140)은 도 6의 (b)에 나타낸 것과 같은 상태가 될 수 있다. 이 상태에서 지지력 발생유닛(140)이 와이어(110)를 통해 제 2 뼈대부(30)에 지지력을 제공함으로써 사용자는 적은 힘으로 제 2 뼈대부(30)를 들어올린 상태를 유지할 수 있다.

이러한 본 실시예에 따른 근력 보조장치 역시, 도 1 및 도 2에 나타낸 근력 보조장치(100)와 같이 사용자의 신체에 간편하게 착용되거나 분리될 수 있고, 제 2 뼈대부(30) 등 관절 운동하는 신체 부분에 관절 운동 각도(α)에 따라 변하는 지지력을 제공한다. 따라서, 사용자가 작은 힘으로 관절 운동을 원활하게 수행할 수 있도록 돕는다.

이상 본 발명에 대하여 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명한 실시예로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 도면에는 본 발명에 의한 근력 보조장치가 사용자의 상완부 관절 운동을 보조하는 것으로 나타냈으나, 본 발명에 의한 근력 보조장치는 상완부 이외에 사용자의 다양한 신체 부위에 대한 관절 운동을 보조하는데 이용될 수 있다.

또한 도면에는 본 발명에 의한 근력 보조장치가 와이어(110)의 방향이 전환되는 부분에서 와이어(110)를 떠받치는 보호대(126)를 구비하는 것으로 나타냈으나, 보호대(126)는 생략될 수도 있다.

또한 도면에는 와이어 가이드(120)가 두 개의 와이어 가이드 고정부재(122)(124)를 통해 사용자의 신체에 결합되는 것으로 나타냈으나, 와이어 가이드(120)는 하나의 고정부재를 통해 사용자의 신체에 결합될 수도 있다.

10 : 제 1 뼈대부 20 : 제 2 뼈대부
30 : 관절 40 : 몸통부
100 : 근력 보조장치 110 : 와이어
112, 143 : 와이어 고정부재 120 : 와이어 가이드
122, 124 : 와이어 가이드 고정부재
126 : 보호대 130, 140 : 지지력 발생유닛
131, 141 : 연동부재 132 : 이동 자석
133 : 슬라이더 134, 144 : 당김력 발생기
135, 145 : 고정판 136 : 가이드 레일
137 : 고정 자석 138 : 지지력 발생유닛 고정부재
142 : 회전 디스크 146 : 캠
147 : 탄성부재 148 : 회전축
149, 150 : 탄성부재 고정부재 151 : 방향 전환 가이드

Claims

제 1 뼈대부와 관절을 통해 연결되는 제 2 뼈대부를 움직이는 사용자의 관절 운동에 따른 근력을 보조해주기 위해 상기 사용자에 착용되는 근력 보조장치에 있어서,
일단이 상기 제 2 뼈대부에 결합되는 와이어;
상기 와이어의 움직임을 가이드하기 위해 상기 와이어가 삽입되어 움직일 수 있는 내부 통로를 구비하고 상기 제 1 뼈대부에 결합되는 와이어 가이드; 및
상기 와이어의 타단이 결합되어 상기 제 2 뼈대부의 움직임에 연동하여 움직이는 연동부재와, 상기 연동부재에 대해 상기 와이어를 당기는 방향으로 힘을 발생시키도록 상기 연동부재를 이동 가능하게 지지하기 위해 상기 제 1 뼈대부나 상기 제 1 뼈대부가 연결되는 상기 사용자의 몸통부에 결합되는 당김력 발생기를 구비하고, 상기 와이어를 통해 상기 제 2 뼈대부에 대해 상기 제 1 뼈대부에 대한 상기 제 2 뼈대부의 관절 운동 각도에 따라 변하는 지지력을 제공하는 지지력 발생유닛;을 포함하고,
상기 연동부재는 이동 자석을 포함하고,
상기 당김력 발생기는 상기 이동 자석과 마주하도록 배치되어 상기 이동 자석의 움직임에 따라 상기 이동 자석과 겹치는 면적이 변하도록 상기 제 1 뼈대부나 상기 몸통부에 결합되는 고정 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 보조장치.
삭제
제 1 뼈대부와 관절을 통해 연결되는 제 2 뼈대부를 움직이는 사용자의 관절 운동에 따른 근력을 보조해주기 위해 상기 사용자에 착용되는 근력 보조장치에 있어서,
일단이 상기 제 2 뼈대부에 결합되는 와이어;
상기 와이어의 움직임을 가이드하기 위해 상기 와이어가 삽입되어 움직일 수 있는 내부 통로를 구비하고 상기 제 1 뼈대부에 결합되는 와이어 가이드; 및
상기 와이어의 타단이 결합되어 상기 제 2 뼈대부의 움직임에 연동하여 움직이는 연동부재와, 상기 연동부재에 대해 상기 와이어를 당기는 방향으로 힘을 발생시키도록 상기 연동부재를 이동 가능하게 지지하기 위해 상기 제 1 뼈대부나 상기 제 1 뼈대부가 연결되는 상기 사용자의 몸통부에 결합되는 당김력 발생기를 구비하고, 상기 와이어를 통해 상기 제 2 뼈대부에 대해 상기 제 1 뼈대부에 대한 상기 제 2 뼈대부의 관절 운동 각도에 따라 변하는 지지력을 제공하는 지지력 발생유닛;을 포함하고,
상기 연동부재는 상기 와이어를 감을 수 있도록 상기 와이어의 타단이 결합되는 회전 디스크를 포함하고,
상기 당김력 발생기는, 상기 제 1 뼈대부나 상기 몸통부에 일면이 마주하도록 결합되는 고정판과, 상기 회전 디스크와 결합되고 상기 회전 디스크와 함께 상기 고정판에 수직인 회전축에 대해 회전할 수 있도록 상기 고정판에 설치되는 캠과, 상기 캠의 회전에 따라 상기 캠에 감길 수 있도록 일단이 상기 고정판에 결합되고 타단이 상기 캠에 결합되어 상기 와이어에 대해 당기는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 보조장치.
제 3 항에 있어서,
상기 당김력 발생기는 상기 와이어의 연장 방향이 전환되는 부분을 가이드하기 위해 상기 고정판에 결합되는 방향 전환 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 보조장치.
제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 와이어의 방향이 전환되는 부분에서 상기 와이어를 떠받치도록 상기 사용자와 상기 와이어 사이에 개재되어 상기 와이어에 의해 상기 사용자에 가해지는 하중을 분산시키는 보호대;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근력 보조장치.