KR101652020B1 - 허리부 보조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 허리부 보조장치는, 이용자의 등부에 장착되며, 이용자의 전방으로의 틸팅에 대하여 추종 이동이 가능한 등프레임(14)과, 등장착부에 부착되며 이용자의 체간 전방측으로 연장되어 나와 이용자의 체간 전방측을 지지하는 어깨벨트(22)와, 이용자의 하지의 전방에 장착되는 대퇴 플레이트(18)와, 일단부가 대퇴 플레이트(18)에 연결되고, 타단부가 등프레임(14)과 상대이동이 가능하게 관절부(16)에 의해 연결되며, 상대이동시에 비굴곡형상을 유지할 수 있는 연결 프레임(20)과, 작동상태에 있어서, 이용자 전방으로의 등프레임(14)의 틸팅을 정지시키는 액추에이터(40)를 구비하고 있다.

Description

허리부 보조장치{LUMBAR SUPPORT DEVICE}

본 발명은 허리부 보조구조에 관한 것이다.

종래부터, 이용자의 상반신을 앞으로 구부리는 동작을 보조하기 위한 보조장치가 알려져 있다. 예컨대, 특허문헌 1에는, 허리 장착부, 등장착부, 이용자의 전방으로 틸팅(tilting)이 가능해지도록 등장착부를 허리 장착부에 연결하는 관절부, 및, 작동상태에 있어서 등장착부가 이용자의 전방으로 틸팅되는 것을 제어하는 제 1 액추에이터를 구비한 허리부 보조장치가 개시되어 있다.

특허문헌 1의 허리부 보조장치에서는, 더욱이, 이용자의 하지(下肢)에 장착되는 하지 장착부와, 허리 장착부를 하지 장착부에 강력히 체결하는 강력체결부재(tight binding member)를 설치하여, 등장착부와 동일한 방향으로의 허리 장착부의 회전을 규제하고 있다. 이러한 강력체결부재는, 고무튜브 등의 용이한 변형이 가능한 부재로 구성되어 있기 때문에, 이용자의 자세상태에 따라서는, 강력체결부재에 느슨함이 발생하거나 하지 장착부의 위치가 어긋나 있거나 하는 경우가 있다. 강력체결부재가 느슨해지거나 하지 장착부의 위치가 어긋난 상태인 채로 제 1 액추에이터가 작동하면, 제 1 액추에이터의 변위가 강력체결부재의 느슨함이나 하지 장착부의 위치 어긋남의 수정에 소비되어, 등장착부에 기립방향으로의 힘이 적절하게 전달되지 않는 경우가 있었다.

일본 특허공개공보 제2009-011818호

본 발명은 상기 사실을 고려하여, 허리부 보조장치를 장착한 상태에서 이용자의 앞으로 구부리는 동작을 안정적으로 보조할 수 있는 허리부 보조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 허리부 보조장치는, 이용자의 상반신에 장착되며, 이용자의 전방으로의 틸팅에 대하여 추종 이동이 가능한 상반신 장착부와, 상기 상반신 장착부에 부착되는 동시에, 이용자의 체간(體幹) 전방측 또는 체간 후방측으로 연장되어 나와 이용자의 체간 전방측 또는 체간 후방측을 지지하는 지지부와, 이용자의 하지의 적어도 전방에 장착되는 하지 장착부와, 일단부가 상기 하지 장착부에 연결되고, 타단부가 상기 상반신 장착부의 상기 추종이동을 허용하도록 상기 상반신 장착부와 상대이동이 가능하게 관절부에 의해 연결되며, 상기 상대이동시에 비(非)굴곡형상을 유지할 수 있는 연결부와, 작동상태에 있어서, 이용자의 전방으로의 틸팅에 대항하는 힘을 상기 상반신 장착부에 작용시키는 액추에이터를 구비한 것이다.

청구항 1에 기재된 허리부 보조장치에서는, 상반신 장착부가 이용자의 상반신(등부이거나 흉부여도 무방함)에 장착되어, 이용자의 전방으로의 틸팅에 대해 추종이동이 가능하게 되어 있다. 또한, 지지부가, 상반신 장착부에 부착되며, 이용자의 체간 전방측 또는 체간 후방측으로 연장되어 나와 이용자의 체간 전방측 또는 체간 후방측을 지지한다. 하지 장착부는, 이용자의 하지의 적어도 전방에 장착되어 있다.

연결부는, 일단부가 하지 장착부에 연결되고, 타단부가 상반신 장착부와 상대이동이 가능하도록 관절부로 연결되어 있다. 상반신 장착부와의 연결은, 상반신 장착부의 상기 추종이동을 허용하도록 실행되어 있다. 그리고, 연결부는, 이러한 상대이동시에 비굴곡형상을 유지할 수 있게 되어 있다.

이용자가 앞으로 구부리는 동작을 하면, 상반신 장착부는 이용자의 전방으로의 틸팅을 추종하여 이동한다. 이러한 앞으로 구부린 상태에서 액추에이터를 작동시키면, 상반신 장착부로 이용자의 전방으로의 틸팅에 대항하는 힘이 작용한다. 한편, 하지 장착부에 연결된 연결부는, 비굴곡형상을 유지하므로, 상반신 장착부와 반대방향의 힘이 작용하여, 상반신 장착부와 연결부에는 상대이동하는 방향으로 힘이 작용한다. 연결부의 타단은, 하지 장착부에 의해 소정의 위치에 유지되어 있기 때문에, 연결부의 반력(反力)을 이용하여 등장착부에 안정적으로 힘을 작용시킬 수가 있다.

상체의 무게를 상반신 장착부에 부착된 지지부 또는 상반신 장착부에 맡기는 이용자는, 전방으로의 틸팅에 대항하는 힘에 의해, 전방 틸팅 자세시의 부담이 경감된다.

청구항 2에 기재된 허리부 보조장치는, 상기 액추에이터가, 상기 상반신 장착부에 이용자의 기립방향으로의 힘을 작용시키는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 액추에이터가, 상반신 장착부에 이용자의 기립방향으로의 힘을 작용시킴으로써, 상술한 이용자의 전방 틸팅 자세시의 부담을 경감하는 것에 추가하여, 이용자의 기립동작에 대한 보조도 수행할 수가 있다.

청구항 3에 기재된 허리부 보조장치는, 상기 관절부가, 상기 상반신 장착부와 상기 연결부가 이용자의 좌우 방향을 따른 축둘레로 상대회전할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 허리부 보조장치에서는, 이용자의 앞으로 구부리는 동작시에, 상반신 장착부와 연결부가, 이용자의 좌우 방향을 따른 축둘레로 상대회전된다. 그리고, 액추에이터의 작동시에는, 상반신 장착부와 연결부에는, 앞으로 구부릴 때와는 반대방향으로 상대회전하는 방향으로 힘이 작용함으로써, 등장착부의 전방으로의 틸팅이 정지된다.

청구항 4에 기재된 허리부 보조장치는, 상기 연결부에는, 상기 관절부보다 상기 하지 장착부측에, 상기 하지 장착부와 상기 연결부를 이용자의 좌우 방향을 따른 축둘레로 상대회전할 수 있게 하는 제 2 관절부가 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재된 허리부 보조장치에서는, 이용자의 앞으로 구부리는 동작시에, 제 2 관절부에 있어서, 하지 장착부와 연결부가 이용자의 좌우 방향을 따른 축둘레로 상대회전할 수 있게 되어 있음에 따라, 상반신 장착부로부터 연결부를 통해 하지 장착부에 걸쳐, 보다 이용자의 앞으로 구부린 상태를 따른 형상으로 할 수가 있다.

청구항 5에 기재된 허리부 보조장치는, 상기 상반신 장착부와 상기 연결부가 이용자의 전후 방향을 따른 축둘레로 상대회전할 수 있게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 기재된 허리부 보조장치에 따르면, 연결부가 상반신 장착부에 대하여, 체간으로부터 멀어지는 방향으로 회전할 수 있게 되어, 이용자의 하지의 동작 자유도를 높일 수가 있다.

청구항 6에 기재된 허리부 보조장치는, 상기 관절부에 의해 상기 연결부 및 상반신 장착부에 연결되며, 이용자의 허리부에 장착되는 허리 장착부를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 기재된 허리부 보조장치에 따르면, 허리 장착부에 의해, 액추에이터의 작동시에, 상반신 장착부가 이용자의 전방측으로 이동하는 것이 저지되어, 전방 틸팅 자세에 대한 보조를 보다 안정적으로 수행할 수가 있다.

청구항 7에 기재된 허리부 보조장치는, 상기 연결부에 연결되며, 이용자의 둔부(臀部)에 장착되는 둔부 장착부를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재된 허리부 보조장치에 따르면, 둔부 장착부에 의해, 액추에이터의 작동시에, 상반신 장착부가 이용자의 전방측으로 이동하는 것이 저지되어, 전방 틸팅자세에 대한 보조를 보다 안정적으로 수행할 수가 있다.

청구항 8에 기재된 허리부 보조장치는, 상기 액추에이터가, 내부에 공기가 공급됨에 따라 단축되는 공기압식 액추에이터로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 액추에이터로서, 공기식 액추에이터를 이용하여, 상반신 장착부의 이용자 전방으로의 틸팅을 정지시킬 수가 있다.

또한, 본 발명의 액추에이터는, 청구항 9에 기재된 바와 같이, 상반신 장착부에 배치되어도 무방하고, 연결부에 배치되어도 무방하며, 그 양방에 배치되어도 무방하다.

청구항 10에 기재된 허리부 보조장치는, 상기 액추에이터의 일단으로부터 와이어가 연장되어 나오고, 상기 관절부에, 상기 와이어가 둘레부에 감긴 회전체가 설치되며, 상기 액추에이터의 작동 개시 당초부터 상기 와이어의 장력이 상기 상반신 장착부 및 상기 연결부에 작용하도록, 상기 액추에이터의 작동시에 상기 회전체와 상기 상반신 장착부 또는 상기 연결부를 고정하는 클러치 기구가 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 10에 기재된 허리부 보조장치는, 액추에이터의 일단으로부터 연장되어 나온 와이어가 회전체의 둘레부에 감겨 있다. 상반신 장착부와 연결부가 상대 이동하여, 양자의 위치 관계가 변화되기 때문에, 와이어 길이는, 감김분(分)도 포함하여 상대이동에 대응한 길이로 되어 있다. 이에, 액추에이터의 작동시에, 회전체를 상반신 장착부 또는 연결부에 고정함으로써, 와이어 길이에 관계없이, 와이어의 장력이 액추에이터의 작동 개시 당초부터 상반신 장착부 및 연결부에 작용하게 할 수가 있다.

청구항 11에 기재된 허리부 보조장치는, 상기 액추에이터의 일단으로부터 와이어가 연장되어 나오고, 상기 관절부에, 상기 와이어가 둘레부에 감긴 회전체가 설치되며, 상기 액추에이터의 작동 개시 당초부터 상기 와이어의 장력이 상기 상반신 장착부 및 상기 연결부에 작용하도록, 상기 와이어에 프리텐션(pretension)을 부가하는 프리텐션 부여기구를 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 11에 기재된 허리부 보조장치는, 액추에이터의 일단으로부터 연장되어 나온 와이어가 회전체의 둘레부에 감겨 있다. 상반신 장착부와 연결부가 상대 이동하여 양자의 위치관계가 변화되기 때문에, 와이어 길이는 감김분도 포함하여 상대이동에 대응한 길이로 되어 있다. 이에, 프리텐션 부여기구에 의해 와이어에 프리텐션을 부가함으로써, 와이어의 장력이 액추에이터의 작동 개시 당초부터 상반신 장착부 및 연결부에 작용하도록 할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 허리부 보조장치를 장착한 상태에서, 이용자의 전방 틸팅자세를 안정적으로 보조할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 사용상태를 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 사용상태를 나타내는 측면도이다.
도 4A는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치가 구비하는 액추에이터의 개략을 나타내는 도면이다.
도 4B는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치가 구비하는 액추에이터의 개략을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치가 구비하는 액추에이터의 급배기(給排氣)기구의 개략을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 개략 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 변형예의 개략 설명도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 다른 변형예의 개략 설명도이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 다른 변형예의 개략 설명도이다.
도 10A는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치로부터 허리 프레임부를 제거한 것의 동작을 설명하는 설명도이다.
도 10B는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치로부터 허리 프레임부를 제거한 것의 동작을 설명하는 설명도이다.
도 10C는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 동작을 설명하는 설명도이다.
도 10D는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 동작을 설명하는 설명도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 허리부 보조장치를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 사용상태를 나타내는 측면도이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 사용상태를 나타내는 측면도이다.
도 14는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 허리부 보조장치가 구비하는 액추에이터의 급배기기구의 개략을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 클러치 기구를 나타내는 분해 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 클러치 기구에 있어서, 풀리가 플레이트에 고정되어 있지 않은 상태를 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 클러치 기구에 있어서, 풀리가 플레이트에 고정되어 있는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 18은 공기압식 액추에이터의 수축률과 출력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 제 1, 제 2 실시형태의 변형예에 관한 허리부 보조장치의 사용 상태를 나타내는 측면도이다.
도 20은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 허리부 보조장치를 나타내는 사시도이다.
도 21은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 사용상태를 나타내는 측면도이다.
도 22는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 허리부 보조장치의 사용상태를 나타내는 측면도이다.
도 23은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 클러치부 부근의 확대도이다.
도 24는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 클러치부 부근의 확대도이다.
도 25는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 허리부 보조장치가 구비하는 액추에이터의 급배기기구의 개략을 나타내는 도면이다.
도 26은 본 발명의 제 3 실시형태의 변형예에 관한 허리부 보조장치의 사용상태를 나타내는 측면도이다.
도 27A는 본 발명의 제 3 실시형태의 변형예에 관한 상측 연결 프레임(96) 부근의 확대도이다.
도 27B는 본 발명의 제 3 실시형태의 변형예에 관한 상측 연결 프레임(96) 부근의 확대도이다.
도 27C는 본 발명의 제 3 실시형태의 변형예에 관한 상측 연결 프레임(96) 부근의 확대도이다.

[제 1 실시형태]

다음으로, 본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 도면을 참조하며 상세히 설명한다. 한편, 설명의 편의상, 도면중 화살표 FR로 나타내는 이용자의 전방측을 앞쪽으로 하고, 상하 좌우의 방향은, 이 전방측을 향해 보았을 경우의 방향을 기준으로 한다.

도 1~도 3에는, 제 1 실시형태에 관한 허리부 보조장치(10)가 도시되어 있다. 도 1에는, 미(未)장착상태의 허리부 보조장치(10)가 도시되어 있으며, 도 2 및 도 3에는, 이용자가 장착한 상태의 허리부 보조장치(10)가 도시되어 있다. 이들 도면에 나타낸 바와 같이, 허리부 보조장치(10)는, 상반신 장착부로서의 등프레임(back frame, 14), 전방지지부로서의 어깨벨트(shoulder straps, 22), 하지 장착부로서의 대퇴 플레이트(thigh plates, 18), 연결부로서의 연결 프레임(coupling frame, 20)을 구비하고 있다.

등프레임(14)은, 이용자의 등부에 장착되며, 좌우 한 쌍의 사이드 프레임부(side frame sections, 14A)와, 좌우 한 쌍의 사이드 프레임부(14A)를 결합하는 센터 프레임부(center frame sections, 14B,14C)를 구비하고 있다. 한편, 좌우 한 쌍의 사이드 프레임부(14A)는 좌우 대칭으로 구성되어 있다.

사이드 프레임부(14A)는, 길이가 긴 통형상으로 되어 있고, 이용자의 등부의 상하 방향을 따르도록 서로 이격되어 배치되어 있다. 사이드 프레임부(14A)의 하단에는, 하측 사이드부(14D)가 연결 고정되어 있다. 하측 사이드부(14D)는, 좌우 한 쌍의 사이드 프레임부(14A)의 각각의 하단으로부터 비스듬하게 전방으로 연장되어, 이용자의 허리부 좌우 양편에 배치된다.

센터 프레임부(14B)는, 좌우 한 쌍의 사이드 프레임부(14A)의 상단을 연결하도록 배치되어 있고, 센터 프레임부(14C)는, 좌우 한 쌍의 사이드 프레임부(14A)의 중간부를 연결하도록 배치되어 있다.

하측 사이드부(14D)에, 허리 장착부로서의 허리 프레임부(12)가 설치되어 있다. 허리 프레임부(12)는, 좌우 한 쌍의 하측 사이드부(14D)를 횡단하도록, 센터 프레임부(14B)와 거의 평행하게 배치되어 있다. 허리 프레임부(12)의 중앙에는, 허리판(12A)이 부착되어 있다. 허리 프레임부(12)의 ㄷ자형의 양측 선단은, 관절부(16)에 의해, 등프레임(14) 및 연결 프레임(20)과 상대회전이 가능하도록 연결되어 있다.

또, 하측 사이드부(14D)의 상단에는 활차(滑車)부(44)가 구성되어 있다. 활차부(44)에는, 후술하는 와이어(42)가 감기며, 와이어(42)의 방향을 이용자의 배면측으로부터 비스듬하게 전방측으로 인도하고 있다.

사이드 프레임부(14A)에는, 어깨 벨트(22)가 부착되어 있다. 어깨 벨트(22)는, 좌우 한 쌍이 설치되어 있으며, 각각의 일단이 센터 프레임부(14B)의 중앙에 부착되어 있고, 타단이 사이드 프레임부(14A)의 하단부에 각각 부착되어 있다. 좌우 한 쌍의 어깨 벨트(22)는, 중앙부에서 벨트(22A)에 의해 연결되며, 이용자의 상반신에 어깨 벨트(22)가 밀착되어, 등프레임(14)이 벗어나지 않도록 한다.

하측 사이드부(14D)의 하단에는, 관절부(16)가 구성되어 있다. 관절부(16)에 의해, 연결 프레임(20)과 등프레임(14)(하측 사이드부(14D))이 연결되어 있다. 관절부(16)의 전방에는, 허리 벨트(13)가 설치되어 있다. 허리 벨트(13)는, 좌우 한 쌍의 관절부(16)를 연결하도록 걸쳐지며, 이용자의 허리 앞에 배치된다. 관절부(16)의 상세에 대해서는 후술하기로 한다.

연결 프레임(20)은, 길이가 긴 형상으로 되어 있으며, 이용자의 하지를 따라 배치된다. 연결 프레임(20)은, 일단(상단)이, 관절부(16)에 의해 하측 사이드부(14D)와 연결되어 있다. 하측 사이드부(14D)와 연결 프레임(20)은, 이용자의 좌우 방향을 따른 회전축(S) 둘레로, 서로 상대회전이 가능하도록 연결되어 있다. 연결 프레임(20)은, 등프레임(14)과의 상대회전에 의해서도 굴곡되지 않는 강성(rigid) 부재로 구성되어 있다.

연결 프레임(20)의 타단측에는, 대퇴 플레이트(18)가 고정되어 있다. 대퇴 플레이트(18)는, 이용자의 하지의 전방을 덮는 만곡(彎曲)형상으로 되어 있다. 대퇴 플레이트(18)는 이용자의 하지의 전방에 배치된다.

관절부(16)는, 하측 사이드부(14D)의 하단부에 고정된 플레이트(26)와, 플레이트(26)로부터 어깨 폭방향 외측으로 세워져 설치된 회전 샤프트(28)와, 회전 샤프트(28)에 회전가능하게 지지된 원반형상의 회전체(24)를 구비하고 있다. 또한, 허리 프레임부(12)의 양단부(12B)가 배치되어 있다. 한편, 좌우 한 쌍의 관절부(16)는 좌우 대칭의 구성으로 되어 있다.

플레이트(26)는, 이용자의 허리의 측부(the sides of the lumbar region)에 위치하고, 회전 샤프트(28)는, 이용자의 허리의 측부로부터 어깨 폭방향 외측으로 연장되어 나와 있다. 회전체(24)의 축심에는, 회전 샤프트(28)가 상대회전이 가능하도록 끼움결합되는 원형구멍(도시생략)이 형성되며, 회전체(24)의 둘레면에는, 후술하는 와이어(42)가 감길 수 있는 홈(24A)이 형성되어 있다. 한편, 회전체(24)가 원반형상인 것은 필수적인 것은 아니며, 반원반(半圓盤)형상이나 타원반(楕圓盤) 형상 등이어도 무방하다.

플레이트(26)의 내측에는, 허리 프레임부(12)의 양단부(12B)가 배치되어 있다. 양단부(12B)는 회전 샤프트(28) 둘레로 회전가능하게 부착되어 있다.

회전체(24)에는, 연결 프레임(20)의 일단이 고정되며, 연결 프레임(20)은 회전체(24)와 함께 회전가능하게 되어 있다. 회전체(24)에 대하여 플레이트(26)가 좌측에서 볼 때 반시계방향으로 회전함에 따라, 등프레임(14)이 동일 방향으로 회동(回動)한다. 또한, 회전체(24)에 대하여 플레이트(26)가 좌측에서 볼 때 시계방향으로 회전함에 따라 등프레임(14)이 동일 방향으로 회동한다.

이때, 대퇴 플레이트(18)가 이용자의 하지 전방에 닿아 있기 때문에, 연결 프레임(20)의 위치는 이용자의 하지를 따른 위치로 규제되어 있다. 따라서, 등프레임(14)과 연결 프레임(20)은, 관절부(16)의 회전 샤프트(28)를 중심으로 상대회전한다.

또, 허리부 보조장치(10)에는, 액추에이터(40)가 구비되어 있다. 액추에이터(40)는, 등프레임(14)의 한 쌍의 사이드 프레임부(14A) 내에 각각 수납되어 있다. 액추에이터(40)는, 공기압식 액추에이터(유체압식 액추에이터, 이른바 '맥키번(McKibben)형 인공근육')로 되어 있다. 도 4의 (A), (B)에 나타내는 바와 같이, 공기압식 액추에이터(AC)는, 팽창수축체인 이너 튜브(IC)와, 이너 튜브(IC)를 덮는 망상(網狀)의 피복체인 메쉬 슬리브(MS)를 구비하고 있다. 메쉬 슬리브(MS)는, 예컨대 신축성을 갖지 않는 고장력 섬유 등의 선재(線材)에 의해 구성되어 있다. 또한, 메쉬 슬리브(MS)의 길이(축)방향의 양단부는, 이너 튜브(IC)의 길이방향의 양단부에 고정되어 있다.

도 4의 (B)에 나타내는 바와 같이, 이너 튜브(IC)는 내부에 공기가 공급됨에 따라 팽창한다. 그리고, 이너 튜브(IC)의 팽창은, 메쉬 슬리브(MS)에 의해 공기압식 액추에이터(AC) 전체 길이의 축소로 변환된다. 즉, 공기압식 액추에이터(AC)는, 공기가 공급되면, 지름이 확대되면서 길이가 축소된다. 이러한 길이의 축소에 의해, 공기압식 액추에이터(AC)는 그 단축방향으로의 힘(F)을 발생한다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 액추에이터(40)에는, 스위치(SW)를 통해 컴프레서(CP)가 접속되어 있다. 스위치(SW)는, 급기(給氣) 스위치(S1)와 배기(排氣) 스위치(S2)가 설치되어 있으며, 급기 스위치(S1)가 온되고, 또한 배기 스위치(S2)가 오프되었을 경우에는, 컴프레서(CP)로부터 액추에이터(40)로 압축 공기가 공급되며, 배기 스위치(S2)가 온되고, 또한 급기 스위치(S1)가 오프되었을 경우에는, 액추에이터(40) 내의 공기가 배기된다.

도 1~도 3에 나타내는 바와 같이, 액추에이터(40)의 하단측에는, 와이어(42)가 부착되어 있다. 와이어(42)의 일단부는, 액추에이터(40)의 하단으로부터 나와, 활차부(44)에 감겨 방향이 전환되어, 회전체(24)의 홈(24A)에 고정되어 있다.

여기서, 액추에이터(40)는, 자연 길이(최대 길이)의 상태로, 적어도 등프레임(14)의 전방 틸팅을 허용하는 범위에서, 즉 등프레임(14)의 전방 틸팅시에, 와이어(42)가 회전체(24)에 대하여 감김이 증가하는 분을 여유분으로 하여, 회전체(24)에 감겨 고정되어 있다.

또한, 도 6에는, 본 실시형태의 허리부 보조장치(10)를 간략화한 설명도가 나타내어져 있다. 도 6에서는, 전방 틸팅 상태의 등프레임(14)에, 액추에이터(40)가 작동하고 있을 때의 상태가 도시되어 있다.

다음으로, 본 실시형태에 있어서의 작용에 대해 설명한다.

이용자가 용접작업 등을 위해 상반신을 전방으로 틸팅한 자세로 소정 작업을 수행할 때, 앞으로 구부리는 동작을 하면, 등프레임(14)이, 이용자 상체의 전방 틸팅에 추종하여 전방으로 틸팅된다. 이때, 등프레임(14)은, 연결 프레임(20)과 상대회전하고, 관절부(16)의 회전축(S) 둘레로 회전한다. 연결 프레임(20)은, 대퇴 플레이트(18)에 의해 이용자의 하지를 따른 위치로 규제되어 있다.

등프레임(14)의 전방 틸팅 상태에서, 스위치(SW)의 급기 스위치(S1)를 온으로 하고, 또한 배기 스위치(S2)를 오프로 했을 경우에는, 액추에이터(40)에 대한 급기가 수행되어 액추에이터(40)가 단축된다.

액추에이터(40)는, 단축되며, 단축되는 도중에 와이어(42)에 여유가 없는 상태가 되어 장력(F, 도 3 및 도 6 참조)을 발생시킨다. 이에 따라, 연결 프레임(20)에 Y방향의 회전력이 작용한다. 그러나, 연결 프레임(20)은, 대퇴 플레이트(18)에 의해 규제되어 있기 때문에, Y방향으로 회전할 수 없다. 이 때문에, 액추에이터(40)의 단축은, 등프레임(14)의 X방향으로의 회전이 되어 나타난다. 이때, 전방으로 틸팅된 이용자의 상체에는, 어깨 벨트(22)를 통해, 기립 회전방향(X)으로의 힘이 작용하기 때문에, 이용자가 상체를 일으키는 동작을 보조할 수 있다. 더욱이, 기립회전방향(X)으로의 힘을, 이용자의 전방으로의 틸팅력보다 크게 함으로써, 등프레임(14)을 기립방향(X)으로 회전시켜, 이용자의 상체를 일으킬 수 있다.

그리고, 스위치(SW)의 급기 스위치(S1)를 오프로 하고, 배기 스위치(S2)를 오프로 하면, 액추에이터(40)에 대한 급기가 정지되어 액추에이터(40) 내의 공기압의 상승이 정지되며, 액추에이터(40)의 단축이 정지된다. 이 상태에서, 등프레임(14)의 X방향으로의 회전이 정지된다.

이 상태에서, 전방으로 틸팅된 이용자의 상체의 무게가 어깨 벨트(22)에 가해지면(전방으로 틸팅된 상체를 어깨 벨트(22)에 맡기면), 상체가 등프레임(14)에 매달린 상태가 된다. 따라서, 이용자는, 등허리부의 근육(척주(脊柱) 기립근 등)을 사용하지 않고도 전방 틸팅 자세를 유지할 수 있게 된다. 이와 같이, 액추에이터(40)의 단축을 유지하는 것에 의해서도, 이용자의 전방 틸팅자세의 유지의 보조가 달성된다.

여기서, 회전체(24)의 좌측에서 볼 때 시계방향으로의 회전은, 액추에이터(40)가 단축되어 있는지 여부에 관계없이 가능하기 때문에, 이용자는 자유롭게, 전방 틸팅자세로부터 직립자세로 상체를 기립시킬 수 있다.

본 실시형태에 따르면, 대퇴 플레이트(18)에 연결된 강성 부재(rigid member)로 이루어진 연결 프레임(20)은, 비굴곡형상을 유지하므로, 액추에이터(40)의 작동시에, 연결 프레임(20)에 등프레임(14)과 반대방향의 회전력(회전축(S)둘레)을 용이하게 작용시킬 수가 있다. 이와 같이, 연결 프레임(20)의 회전력(반력(反力))을 이용하여, 등프레임(14)에, 기립 회전방향(X)으로의 힘을 안정적으로 작용시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 한 쌍의 사이드 프레임(14A)에 액추에이터(40)를 각각 배치하였으나, 어느 한쪽의 사이드 프레임(14A)에만 액추에이터(40)를 배치하여도 무방하다.

또, 본 실시형태에서는 액추에이터(40)를, 사이드 프레임(14A)을 따라 상하 방향으로 배치하였으나, 액추에이터(40)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 센터 프레임(14C)을 따른 횡방향으로 배치하여도 무방하다. 이 경우에도, 도 6에 나타낸 경우와 마찬가지로, 등프레임(14)에 기립 회전방향(X)으로의 힘을 작용시킬 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 액추에이터(40)를 등프레임(14)에 장착한 예에 대해서 설명하였으나, 액추에이터(40)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 연결 프레임(20) 측에 배치하여도 무방하다. 이러한 경우에는 와이어(42)는 플레이트(26) 측에 고정한다. 액추에이터(40)를 연결 프레임(20) 측에 배치하였을 경우에도, 장력(F)에 의해, 등프레임(14)에 기립 회전방향(X)으로의 힘을 작용시켜, 연결 프레임(20)에 등프레임(14)과 반대회전방향(Y)으로의 힘을 작용시킬 수 있다. 이로써, 이용자의, 전방 틸팅자세시의 부담의 경감, 전방 틸팅자세의 유지, 상체의 기립 동작을 안정적으로 보조할 수가 있다.

또, 액추에이터(40)는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 등프레임(14)과 연결 프레임(20)의 양쪽에 배치하여도 무방하다.

또, 본 실시형태에서는, 1개의 액추에이터(40)에 대하여 1개의 공기압식 액추에이터를 이용하였으나, 공기압식 액추에이터는, 필요한 보조력에 따라서 복수 개가 이용되어도 무방하다. 이 경우에는, 공기압식 액추에이터의 갯수분의 와이어(42)가 회전체(24)에 고정된다.

또, 본 실시형태에서는, 허리 프레임부(12)를 설치하였으나, 허리 프레임부(12)는 반드시 필요한 것은 아니다. 특히, 허리 프레임부(12)를 설치함으로써, 액추에이터(40)의 작동시에, 등프레임(14)이 이용자의 전방측으로 이동하는 것을 저지할 수 있다. 즉, 허리 프레임부(12)가 없을 경우에는, 도 10의 (A)에 도시된 전방 틸팅상태에서 액추에이터(40)를 작동시키면, 도 10의 (B)에 나타내는 바와 같이, 관절부(16)가 전방으로 이동하여 이용자에게 기립방향으로 힘이 작용하기 어렵다. 허리 프레임부(12)를 설치했을 경우에는, 도 10의 (C)에 도시된 전방 틸팅상태에서 액추에이터(40)를 작동시키면, 도 10의 (D)에 나타내는 바와 같이, 허리 프레임부(12)에 의해 관절부(16)의 전방으로의 이동이 규제되어, 이용자에게 기립방향으로의 힘을 효과적으로 작용시켜, 이용자에 대한 보조를 보다 안정적으로 수행할 수가 있다. 허리 프레임부(12) 대신에, 허리 벨트(13)를 관절부(16)의 전방뿐만 아니라 후방에도 배치하여, 허리 벨트에 의해 관절부(16)를 이용자의 고관절(股關節)부에 고정하도록 하여도 무방하다.

또, 본 실시형태에서는, 대퇴 플레이트(18)를 이용자의 하지의 앞쪽만 덮는 형상으로 하였으나, 이용자의 하지의 전체 둘레를 덮는 구성으로 하여도 무방하다. 특히, 전방만 덮음으로써, 장착의 번잡함을 생략할 수 있는 동시에, 전체 둘레를 덮는 경우에 비해 이용자의 장착감도 향상시킬 수가 있다.

[제 2 실시형태]

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 한편, 제 1 실시형태와 같은 구성에는 동일한 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.

본 실시형태의 허리보조장치(50)에서는, 액추에이터가, 연결 프레임(20)측에 배치되어 있는 점이 제 1 실시형태와 다르다. 또한, 관절부(16)에, 클러치 기구가 설치되어 있는 점이 제 1 실시형태와 다르다.

도 11~도 13에 나타내는 바와 같이, 연결 프레임(52)은, 길이가 긴 통(筒)형상으로 되어 있으며, 이용자의 하지를 따라 배치되어 있다. 연결 프레임(52)의 일단부는, 아암(54)을 통해 회전 샤프트(28)에 회전가능하게 부착되어, 하측 사이드부(14D)에 연결되어 있다. 연결 프레임(52)의 타단부에는, 대퇴 플레이트(18)가 부착되어 있다. 연결 프레임(52)의 통 내부에는, 하측 액추에이터(70)가 수납되어 있다. 하측 액추에이터(70) 자체의 구성은, 액추에이터(40)와 같다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 하측 액추에이터(70)에는, 스위치(SW)를 통해 컴프레서(CP)가 접속되어 있다. 급기 스위치(S1)가 온되고, 또한 배기 스위치(S2)가 오프되었을 경우에는, 컴프레서(CP)로부터 하측 액추에이터(70)로 압축공기가 공급되며, 배기 스위치(S2)가 온되고, 또한 급기 스위치(S1)가 오프되었을 경우에는, 하측 액추에이터(70) 내의 공기가 배기된다.

하측 액추에이터(70)의 와이어(72)는, 하측 액추에이터(70)의 상단측으로부터 나와 일단이 후술하는 풀리(68)에 고정되어 있다.

좌우의 관절부(16)의 각각에는, 클러치 기구(60)가 구성되어 있다. 클러치 기구(60)는 도 15에 나타내는 바와 같이, 제어공기챔버부재(62), 다이어프램(64), 플레이트(66), 풀리(68)를 포함하여 구성되어 있다.

제어공기챔버부재(62)는, 대략 원판형상으로 되어 있으며, 외측면의 둘레방향으로 오목한 형상의 제어공기챔버(62A)가 구성되어 있다(도 16 및 도 17 참조). 또한, 외주면에는, 제어공기챔버(62A)에 연통되는 제어공기포트(62B)가 천공(穿孔)되어 있다. 제어공기포트(62B)에는, 스위치(SW)를 통해 컴프레서(CP)가 접속되어 있다. 급기 스위치(S1)가 온되고, 또한 배기 스위치(S2)가 오프되었을 경우에는, 컴프레서(CP)로부터 제어공기포트(62B)를 통해 제어공기챔버(62A)로 압축공기가 공급되며, 배기 스위치(S2)가 온되고, 또한 급기 스위치(S1)가 오프되었을 경우에는, 제어공기챔버(62A) 내의 공기가 배기된다. 제어공기챔버부재(62)의 중앙부에는, 축 구멍(62C)이 천공되며, 이 축 구멍(62C)에 회전 샤프트(28)가 관통삽입되어 있다.

다이어프램(64)은, 제어공기챔버부재(62)의 외측면에 접착되어, 제어공기챔버(62A)의 벽면의 일부를 구성하고 있다. 제어공기챔버(62A)는, 다이어프램(64)에 의해 밀폐되어 있다. 다이어프램(64)은, 탄성을 갖는 막으로 구성되며, 제어공기챔버(62A) 내의 공기압에 따라 변형하여 제어공기챔버(62A)가 확대 및 축소 가능하게 되어 있다.

플레이트(66)는, 대략 원판형상으로 되어 있으며, 하측 사이드부(14D)의 선단부에 고정되어 있다. 또한, 플레이트(66)는, 다이어프램(64)의 외측에 배치되어 있다. 플레이트(66)에는, 중앙부에 축 구멍(66A)이 천공되며, 이 축 구멍(66A)에 회전 샤프트(28)가 관통삽입되어 있다. 또한, 플레이트(66)에는, 축 구멍(66A)을 중심으로 하여 둘레방향으로 10개의 핀 홀(66B)이 등간격으로 천공되어 있다. 핀 홀(66B)은, 풀리(68) 측이 약간 지름이 짧게 되어 있으며, 단차(D)가 구성되어 있다. 핀 홀(66B)에는, 후술하는 핀(80)이 관통삽입된다.

풀리(68)는, 원판형상으로 되어 있으며 플레이트(66)의 외측면에 배치되어 있다. 풀리(68)의 외주에는 홈(68A)이 구성되어 있다. 또한, 풀리(68)의 중앙부에는, 스러스트 베어링(68C)이 설치되어, 회전 샤프트(28)에 상대회전이 가능하도록 부착되어 있다. 풀리(68)에는, 핀 홀(66B)의 배열을 따라, 또한 핀 홀(66B)보다 구멍들간의 간격이 약간 짧은 11개의 핀 홀(68B)이 천공되어 있다.

핀(80)은, 핀 홀(66B)의 각각에, 다이어프램(64) 측으로부터 삽입되어 있다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 핀(80)의 외주에는, 스프링(82)이 부착되어 있으며, 스프링(82)의 일단은 단차(D)에 맞닿아 있다. 핀(80)은, 스프링(82)에 의해 다이어프램(64) 측으로 가압되어 있다. 이로써, 다이어프램(64)에 의한 가압력이 핀(80)에 작용하지 않고 있는 상태에서는, 도 16에 나타내는 바와 같이, 다이어프램(64)을 제어공기챔버(62A) 측으로 눌러 변형시켜, 핀(80)의 선단부는 플레이트(66) 내에 수용되어 풀리(68) 측으로 돌출되지 않게 되어 있다. 제어공기챔버(62A)에 압축공기가 공급되어 제어공기챔버(62A) 내의 압력이 높아지면, 도 17에 나타내는 바와 같이, 핀(80)은 다이어프램(64)에 의해 풀리(68) 측으로 눌리며, 선단이 풀리(68) 측으로 돌출하여, 풀리(68)의 약간의 회전에 의해 핀(80) 중 어느 하나가 핀 홀(68B) 중 어느 하나에 삽입되도록 구성되어 있다.

제어공기챔버부재(62), 다이어프램(64) 및 플레이트(66)는, 회전 샤프트(28)와 함께 회전하도록 회전 샤프트(28)에 고정되어 있다. 풀리(68)는 핀(80)이 삽입되어 있지 않은 상태에서는, 회전 샤프트(28) 둘레로 회전가능하게 되며, 핀(80) 중 어느 하나가 핀 홀(68B) 중 어느 하나에 삽입되면, 플레이트(66)에 고정되어 회전 샤프트(28)와 함께 회전하도록 구성되어 있다. 회전체(24) 및 연결 프레임(52)은, 회전 샤프트(28)에 대하여 회전가능하게 부착되어 있다.

하측 액추에이터(70)로부터 연장되는 와이어(72)의 단부는, 풀리(68)의 홈(68A)에 고정되어, 홈(68A)을 따라 감겨 있다. 와이어(72)의 길이는, 연결 프레임(20)의 이용자 전방으로의 회전에 추종할 수 있는 충분한 길이가 확보되어 있다. 아암(54)과 풀리(68)의 사이에는, 예컨대 토션 스프링(torsion spring)으로 이루어지는, 텐션 스프링(74)이 부착되어, 풀리(68)를 좌측에서 볼 때 반시계방향으로 가압하고 있다. 이로써, 와이어(72)의 여유분(slack)은 풀리(68)에 권취(券取)되어, 하측 액추에이터(70)에 프리텐션(pretension)이 가해진 상태로 되어 있다. 이러한 프리텐션은, 액추에이터의 정격의 5~10% 정도로 되며, 이로써, 액추에이터의 사용효율을 향상시킬 수가 있다.

다음으로, 본 실시형태의 작용에 대해 설명한다.

이용자가 앞으로 구부리는 동작을 하면, 등프레임(14)이, 이용자의 상체의 전방 틸팅에 추종하여 전방으로 틸팅한다. 이때, 스위치(SW)의 급기 스위치(S1)는 오프로 되어 있으며, 등프레임(14)과 연결 프레임(52)은 관절부(16)의 회전축(S) 둘레로 상대회전한다. 이러한 상대회전시에, 등프레임(14)과 연결 프레임(52)은 클러치 기구(60)에 의해 연결이 분리되어 있으므로, 등프레임(14)은 자유롭게 전방 틸팅을 추종할 수 있다.

등프레임(14)이 전방 틸팅된 상태에서, 스위치(SW)의 급기 스위치(S1)를 온으로 하고, 또한 배기 스위치(S2)를 오프로 하면, 하측 액추에이터(70) 및 제어공기챔버(62A)에 대한 급기가 수행된다. 이로써, 하측 액추에이터(70)가 단축된다. 제어공기챔버(62A)의 내압이 높아지고, 다이어프램(64)은, 도 16에 나타내는 상태로부터 도 17에 나타내는 상태로 변형되어, 핀(80)이 풀리(68)의 핀 홀(68B)에 삽입된다. 이로써, 풀리(68)는 플레이트(66)에 고정되며, 와이어(72)의 권출(unwinding)은 규제된다. 따라서, 텐션 스프링(74)의 작용과도 맞물려, 하측 액추에이터(70)는, 단축개시시부터 와이어(72)에 장력(F)을 발생시킬 수가 있다.

장력(F)에 의해, 연결 프레임(52)에는 회전축(S)을 중심으로, 회전 방향(Y)으로의 힘이 작용하고, 등프레임(14)에는 회전축(S)을 중심으로, 연결 프레임(52)과는 반대회전방향(X)으로의 힘이 작용된다. 이때, 전방 틸팅한 이용자의 상체에는, 어깨 벨트(22)를 통해 기립 회전방향(X)으로의 힘이 작용하므로, 이용자가 상체를 일으키는 동작을 보조할 수 있다. 또한, 전방 틸팅자세시의 부담이 경감되어, 전방 틸팅자세를 용이하게 유지할 수 있다. 더욱이, 기립 회전방향(X)으로의 힘을, 이용자의 전방으로의 틸팅력보다 크게 함으로써, 등프레임(14)을 기립방향(X)으로 회전시켜 이용자의 상체를 일으키게 할 수 있다.

스위치(SW)의 급기 스위치(S1)를 오프로 하고, 배기 스위치(S2)를 오프로 하면, 액추에이터에 대한 급기가 정지되어, 하측 액추에이터(70) 내부 및 제어공기챔버(62A) 내부의 공기압의 상승이 정지되며, 하측 액추에이터(70)의 단축이 정지된다. 이 상태에서 등프레임(14)이 정지한다.

이러한 상태에서, 전방으로 틸팅된 이용자 상체의 무게가 어깨 벨트(22)에 가해지면(전방으로 틸팅된 상체를 어깨 벨트(22)에 맡기면), 상체가 등프레임(14)에 매달린 상태가 된다. 따라서, 이용자는, 등허리부의 근육(척주 기립근 등)을 사용하지 않고도 전방 틸팅 자세를 유지할 수 있게 된다. 이와 같이, 하측 액추에이터(70)의 단축을 유지하는 것에 의해서도, 이용자의 전방 틸팅 자세 유지의 보조가 달성된다.

본 실시형태에 따르면, 텐션 스프링(74)을 갖는 클러치 기구(60)를 구비하고 있기 때문에, 하측 액추에이터(70)의 작동시에, 와이어(72)가 감긴 풀리(68)가 플레이트(66)에 고정된다. 이로써, 와이어(72)의 하측 액추에이터(70)로부터의 권출이 규제되어, 하측 액추에이터(70)의 작동 직후부터 와이어(72)에 장력(F)을 발생시킬 수가 있다.

여기서, 일반적인 공기압식 액추에이터의 동작 특성에 대해 설명하도록 한다. 도 18에는, 공기식 액추에이터의 수축률과 출력의 관계를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 그래프로부터 명확한 바와 같이, 공기식 액추에이터는 수축률이 높아짐에 따라 출력이 저하되기 때문에, 공기식 액추에이터를 효율적으로 이용하기 위해서는, 수축 동작의 초기에 큰 하중을 부담할 필요가 있게 된다.

본 실시형태에서는 상술한 바와 같이, 텐션 스프링(74)에 의해 와이어의 느슨함이 제거되어 있으며, 하측 액추에이터(70)의 작동 직후부터 와이어(72)에 장력(F)을 발생시킬 수 있으므로, 하측 액추에이터(70)에 대해서는, 와이어(72)의 여유 길이 흡수분의 단축이 불필요하게 되어, 하측 액추에이터(70)를 효율적으로 이용할 수가 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 하측 액추에이터(70)의 작동시에 와이어(72)에 장력(F)을 발생시키는 클러치 기구(60)를 설치하였으나, 제 1 실시형태에서의 액추에이터(40) 측에도 클러치 기구(60)와 같은 구성을 적용할 수도 있다.

또, 상술한 제 1, 제 2 실시형태에서는, 상반신 장착부로서, 이용자의 등에 장착하는 등프레임(14)을 이용하였지만, 도 19에 나타내는 바와 같이, 이용자의 흉부에 장착하는 흉부 프레임(21)으로 하여도 무방하다.

[제 3 실시형태]

다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 설명한다. 한편, 제 1, 제 2 실시형태와 같은 구성에는 동일한 부호를 사용하고, 상세한 설명은 생략한다.

도 20~도 22에는, 제 3 실시형태에 관한 허리부 보조장치(90)가 도시되어 있다. 도 20에는, 미장착상태의 허리부 보조장치(90)가 도시되어 있으며, 도 21 및 도 22에는, 이용자가 장착한 상태의 허리부 보조장치(90)가 도시되어 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 허리부 보조장치(90)는, 상반신 장착부로서의 등프레임(94), 전방 지지부로서의 어깨벨트(22), 하지 장착부로서의 대퇴 플레이트(18), 연결부로서의 상측 연결 프레임(96), 연결 프레임(52)을 구비하고 있다.

등프레임(94)은, 이용자의 등부에 장착되며, 좌우 한 쌍의 사이드 프레임부(94A)와, 좌우 한 쌍의 사이드 프레임부(94A)를 결합하는 센터 프레임부(94B,94C)를 구비하고 있다. 좌우의 사이드 프레임부(94A) 및 센터 프레임부(94B)는 일체적으로 구성되어 있다. 센터 프레임부(94C)는, 좌우의 사이드 프레임부(94A)의 중간부를 연결하도록 배치되어 있다.

좌우의 사이드 프레임부(94A)의 하단에는, 제 1 관절부(95)가 구성되어 있다. 제 1 관절부(95)에 의해, 등프레임(94)과 상측 연결 프레임(96)이 연결되어 있다. 제 1 관절부(95)의 전방에는 허리 벨트(13)가 설치되어 있다. 허리 벨트(13)는, 좌우 한 쌍의 상측 연결 프레임(96)을 연결하도록 걸쳐져, 이용자의 허리 앞에 배치된다.

상측 연결 프레임(96)은, 직사각형 판형상으로 되어 있고, 이용자의 허리를 따라 길이방향이 상하방향이 되도록 배치되어 있다. 상측 연결 프레임(96)의 상단측에는, 후술하는 플레이트(93)를 통해 등프레임(94)(좌우의 사이드 프레임부(94A))이, 이용자의 좌우방향을 따른 회전축(S1) 둘레로, 상측 연결 프레임(96)과 서로 상대회전할 수 있게 연결되어 있다. 상측 연결 프레임(96)은, 등프레임(94)과의 상대회전에 의해서도 굴곡되지 않는 강성 부재로 구성되어 있다.

상측 연결 프레임(96)의 하단에는, 제 2 관절부(97)가 구성되어 있다. 제 2 관절부(97)에 의해, 상측 연결 프레임(96)과 연결 프레임(52)이 후술하는 플레이트(21)를 통해 연결되어 있다. 상측 연결 프레임(96)과 연결 프레임(52)은, 이용자의 좌우방향을 따른 회전축(S2) 둘레로, 서로 상대회전이 가능하도록 연결되어 있다. 연결 프레임(52)은, 상측 연결 프레임(96)과의 상대회전에 의해서도 굴곡되지 않는 강성 부재로 구성되어 있다.

연결 프레임(52)의 타단측에는 대퇴 플레이트(18)가 고정되어 있다. 대퇴 플레이트(18)는 이용자의 하지의 전방에 배치된다.

도 22 및 도 23에 나타내는 바와 같이, 제 1 관절부(95)는, 좌우의 사이드 프레임부(94A)의 하단부에 고정된 플레이트(93)와, 플레이트(93)로부터 어깨 폭방향 외측(또는 내측)으로 세워져 설치된 회전 샤프트(93S)와, 회전 샤프트(93S)에 회전 가능하게 지지된 원반형상의 회전체(93A)를 구비하고 있다. 한편, 좌우 한 쌍의 제 1 관절부(95)는, 좌우 대칭의 구성으로 되어 있다.

플레이트(93)는 이용자의 허리의 측부에 위치하고, 회전 샤프트(93S)는 이용자의 허리의 측부로부터 어깨 폭방향 외측으로 연장되어 나와 있다. 회전체(93A)의 축심에는, 회전 샤프트(93S)가 상대회전이 가능하게 끼움결합되는 원형 구멍(도시 생략)이 형성되며, 회전체(93A)의 둘레면에는, 와이어(72)를 감을 수 있는 홈(도시생략)이 형성되어 있다.

회전체(93A)는 상측 연결 프레임(96)에 고정되고, 상측 연결 프레임(96) 및 회전체(93A)는, 플레이트(93) 및 등프레임(94)과 상대회전이 가능하게 되어 있다.

상측 연결 프레임(96)의 상측이면서 이용자의 후방측에는, 스토퍼부재(94D)가 설치되어 있다. 스토퍼부재(94D)는, 이용자의 좌우 방향을 따라 상측 연결 프레임(96)으로부터 내측으로 돌출되어 있다. 스토퍼부재(94D)는, 등프레임(94)이 화살표 X방향으로 회전하는 동시에 상측 연결 프레임(96)이 화살표 Y방향으로 회전하여 서로 가까워져 소정의 각도가 되었을 경우에, 플레이트(93)에 맞닿음으로써, 해당 각도 이상의 회전을 저지하는 기능을 갖고 있다.

제 2 관절부(97)는, 연결 프레임(52)의 상단부에 부착된 플레이트(21)와, 플레이트(21)로부터 어깨 폭방향 외측(또는 내측)으로 세워져 설치된 회전 샤프트(21S)와, 회전 샤프트(21S)에 회전가능하게 지지된 원반형상의 회전체(21A)를 구비하고 있다. 한편, 좌우 한 쌍의 제 2 관절부(97)는, 좌우 대칭의 구성으로 되어 있다.

플레이트(21)는, 이용자의 고관절 외부에 위치하며, 회전 샤프트(21S)는, 이용자의 어깨 폭방향 외측으로 연장되어 나와 있다. 회전체(21A)의 축심에는, 회전 샤프트(21S)가 상대회전 가능하게 끼움결합되는 원형 구멍(도시 생략)이 형성되며, 회전체(21A)의 둘레면에는, 와이어(72)를 감을 수 있는 홈(도시생략)이 형성되어 있다.

회전체(21A)는, 상측 연결 프레임(96)에 고정되며, 상측 연결 프레임(96) 및 회전체(21A)는, 플레이트(21) 및 연결 프레임(52)과 상대회전이 가능하게 되어 있다.

상측 연결 프레임(96)의 하측이자 이용자의 후방측에는, 스토퍼부재(52D)가 설치되어 있다. 스토퍼부재(52D)는, 이용자의 좌우 방향을 따라 상측 연결 프레임(96)으로부터 내측으로 돌출되어 있다. 스토퍼부재(52D)는, 연결 프레임(52)이 화살표 Y방향으로 회전하는 동시에 상측 연결 프레임(96)이 화살표 X방향으로 회전하여 서로 가까워져 소정의 각도가 되었을 경우에, 플레이트(21)에 맞닿음으로써, 해당 각도 이상의 회전을 저지하는 기능을 갖고 있다.

또, 연결 프레임(52)은 힌지(21H)를 통해 플레이트(21)와 연결되어 있다. 힌지(21H)에 의해, 연결 프레임(52)은, 상측 연결 프레임(96)에 대하여 이용자의 신체측과 평행방향으로 배치되는 회전축(S3) 둘레로 상대회전이 가능하게 되어 있다. 이로써, 연결 프레임(52)이 이용자의 대퇴의 개폐를 추종할 수 있게 되어 있다.

상측 연결 프레임(96)에는 둔부 프레임부(86)가 부착되어 있다. 둔부 프레임부(86)는, 한쪽의 상측 연결 프레임(96)으로부터 다른 쪽의 상측 연결 프레임(96)에 걸쳐, 이용자의 둔부 후방을 따라 배치되어 있다. 둔부 프레임부(86)의 중앙부에는, 이용자의 둔부 위치에 대응하도록 둔부 플레이트(88)가 부착되어 있다.

허리부 보조장치(90)에는, 하측 액추에이터(70)가 구비되어 있다. 하측 액추에이터(70)는, 제 2 실시형태와 마찬가지로 연결 프레임(52)측에 배치되어 있다. 하측 액추에이터(70)의 상단측에는 와이어(72)가 부착되어 있다. 와이어(72)의 일단부는, 하측 액추에이터(70)의 상단으로부터 나와 회전체(21A)에 감기고, 후술하는 클러치부(100)를 거쳐 회전체(93A)에 감겨 회전체(93A)의 홈에 고정되어 있다.

도 23 및 도 24에 나타내는 바와 같이, 클러치부(100)는, 상측 연결 플레이트(96)에 설치되어 있으며, 한 쌍의 활차부(102), 피스톤부(104), 실린더부(106) 및 로크부(lock section, 108)를 구비하고 있다. 실린더부(106)는, 상측 연결 플레이트(96)의 중앙부에서 이용자의 후방측에 고정되어 있다. 로크부(108)는, 실린더부(106) 내에 배치되며 중앙에 로크 구멍(108A)을 갖는다. 로크 구멍(108A)에는 피스톤부(104)가 관통삽입되어 있다. 피스톤부(104)는, 회전체(93A)와 회전체(21A)의 사이를 가로지르는 방향으로 배치되며, 클러치부(100)의 비작동시에는, 해당 방향으로 이동가능하게 되어 있다. 한 쌍의 활차부(102)는, 2개의 활차(102K)가 피스톤부(104)를 가로지르듯이 지지판(103)을 통해 피스톤부(104)의 선단측에 부착되어, 피스톤부(104)와 함께 이동할 수 있게 되어 있다. 2개의 활차(102K)에는, 양방에 걸치도록 와이어(72)가 감겨 있다.

피스톤부(104)의 지지판(103)과 실린더(106)의 사이에는, 코일 스프링(105)이 배치되어 있다. 코일 스프링(105)에 의해, 피스톤부(104)는 이용자의 전방으로 가압되어 있다. 이로써, 와이어(72)는 느슨해지지 않고, 회전체(21A), 활차(102K) 및 회전체(93A)에 감긴다.

피스톤부(104)는, 액추에이터(40)의 비작동시에는, 로크 구멍(108A) 내부를 자유롭게 이동하여, 이용자의 전후방향으로 이동할 수 있게 되어 있다. 한편, 하측 액추에이터(70)의 작동시에는, 로크부(108)가 로크부(108)의 우측 또는 좌측 공간의 공기압의 제어에 의해 기울며, 로크 구멍(108)의 역류방지(逆止)기능(one way check function)이 작동하여, 이용자의 전방방향(와이어의 느슨함 제거방향)으로는 이동가능하지만, 그 반대방향으로는 이동이 불가능하도록 제어되어 있다.

도 25에 나타내는 바와 같이, 하측 액추에이터(70)에는, 스위치(SW)를 통해 컴프레서(CP)가 접속되어 있다. 또한, 스위치(SW)는, 클러치부(100)와 접속되어 있다. 급기 스위치(S1)가 온되고, 또한 배기 스위치(S2)가 오프되었을 경우에는, 컴프레서(CP)로부터 하측 액추에이터(70)로 압축 공기가 공급되어, 클러치부(100)의 역류방지기능이 온된다. 또한, 배기 스위치(S2)가 온되고, 또한 급기 스위치(S1)가 오프되었을 경우에는, 하측 액추에이터(70) 내의 공기가 배기되며, 클러치부(100)의 역류방지기능이 오프된다. 한편, 클러치부(100)의 공기 제어를 위한 스위치를 독립적으로 설치하여도 무방하다.

다음으로, 본 실시형태의 작용에 대해 설명한다.

이용자가 앞으로 구부리는 동작을 하면, 등프레임(94)이, 이용자의 상체의 전방 틸팅에 추종하여 전방으로 틸팅된다. 이때, 스위치(SW)의 급기 스위치(S1)는 오프되어 있으며, 등프레임(94)과 상측 연결 프레임(96)은 제 1 관절부(95)의 회전축(S1) 둘레로 상대회전한다. 또한, 상측 연결 프레임(96)과 연결 프레임(52)은, 제 2 관절부(97)의 회전축(S2) 둘레로 상대회전한다. 이러한 상대회전시에, 클러치부(100)의 피스톤부(104)는, 후퇴이동(이용자의 후방으로의 이동)이 가능하게 되어 있으므로, 와이어(72)가 권출(unwinding)되고, 등프레임(94)은 자유롭게 전방 틸팅을 추종할 수 있다(도 23 참조).

등프레임(94)이 전방으로 틸팅된 상태에서, 스위치(SW)의 급기 스위치(S1)를 온으로 하고, 또한 배기 스위치(S2)를 오프로 하면, 하측 액추에이터(70)에 대한 급기가 실시되어, 클러치부(100)의 역류방지기능이 온되는 동시에, 실린더부(106) 내부가 가압된다. 이로써, 피스톤부(104)는 이용자의 전방으로 가압되어, 전방으로의 이동은 가능하지만 후방으로의 이동이 불가능해져, 와이어(72)의 느슨함이 제거된다(도 24 참조). 이로써, 하측 액추에이터(70)가 단축되면, 단축 개시시부터, 와이어(72)에 장력(F)을 발생시킬 수가 있다.

장력(F)에 의해, 연결 프레임(52)에는, 회전축(S1,S2)의 2축을 중심으로, 회전방향(Y)으로의 힘이 작용되며, 등프레임(94)에는, 회전축(S1,S2)의 2축을 중심으로, 연결 프레임(52)과는 반대회전방향(X)으로의 힘이 작용된다. 이때, 전방으로 틸팅된 이용자의 상체에는, 어깨 벨트(22)를 통해 기립 회전방향(X)으로의 힘이 작용하므로, 이용자가 상체를 일으키는 동작을 보조할 수 있다. 또한, 전방 틸팅자세시의 부담이 경감되어, 전방 틸팅자세를 용이하게 유지할 수 있다. 더욱이, 기립 회전방향(X)으로의 힘을, 이용자의 전방으로의 틸팅력보다 크게 함으로써, 등프레임(94)을 기립방향(X)으로 회전시켜, 이용자의 상체를 일으킬 수 있다.

스위치(SW)의 급기 스위치(S1)를 오프로 하고 배기 스위치(S2)를 오프로 하면, 액추에이터에 대한 급기가 정지되어, 하측 액추에이터(70) 내의 공기압의 상승이 정지하고, 하측 액추에이터(70)의 단축이 정지된다. 이 상태에서 등프레임(94)이 정지한다.

이러한 상태에서, 전방으로 틸팅된 이용자의 상체의 무게가 어깨 벨트(22)에 가해지면(전방으로 틸팅된 상체를 어깨 벨트(22)에 맡기면), 상체가 등프레임(94)에 매달린 상태가 된다. 따라서, 이용자는, 등허리부의 근육(척주 기립근 등)을 사용하지 않고도 전방 틸팅 자세를 유지할 수 있게 된다. 이와 같이, 하측 액추에이터(70)의 단축을 유지하는 것에 의해서도, 이용자의 전방틸팅자세 유지의 보조가 달성된다.

본 실시형태에서는, 클러치부(100)를 구비하고 있기 때문에, 제 2 실시형태의 경우와 마찬가지로, 하측 액추에이터(70)의 작동직후부터 와이어(72)에 장력(F)을 발생시킬 수 있으므로, 하측 액추에이터(70)에 대해서는, 와이어(72)의 여유길이 흡수분의 단축이 불필요해져, 하측 액추에이터(70)를 효율적으로 이용할 수가 있다.

또, 본 실시형태에서는, 상반신 장착부로서, 이용자의 등에 장착하는 등프레임(94)을 이용하였으나, 도 26에 나타내는 바와 같이, 이용자의 흉부에 장착하는 흉부 프레임(94F)으로 하여도 무방하다.

또한, 본 실시형태에서는, 클러치부(100)에 2개의 활차(102K)를 이용하였으나, 1개의 활차(102K)로 구성할 수도 있다. 또한, 와이어(72)에 대한 텐션 부여기구로서도, 다른 구성으로 할 수도 있다. 예컨대, 도 27A, 도 27B, 도 27C에 나타내는 바와 같이, 상측 연결 프레임(96)에 일단이 회전가능하게 축지지된 아암(110)과, 톱니형상의 단면을 가진 아암(110)에 고정된 활차(102K)와, 활차(102K)의 궤적 상에 구성된 가이드 홈(112)을 형성한다. 그리고, 코일 스프링(105)의 일단과 타단이 각각 상측 연결 프레임(96)과 아암(110)에 고정되어 있다. 톱니형상의 단면을 가진 아암(110)은 래칫 클로를 가진 아암(113)과 맞물려 있으며, 아암(113)은 공기 실린더(114)에 접속되어 있다.

이러한 구조의 목적은 허리부 보조장치를 착용하고 있는 사람이 자유롭게 움직일 수 있는 것, 또한 물건을 들어올리기 위해 앞으로 구부렸을 경우에 와이어가 당기고, 직립했을 경우에 와이어가 느슨해지는 것이 있다. 공기 실린더에 공기가 들어가 작동하고 있을 경우에는, 래칫 기구가 풀려, 가이드 홈(112)은 움직임이 가능해지며, 와이어를 일정한 힘으로 누름으로써, 느슨해지거나 와이어가 빠지는 것을 막는 기능을 하고 있다.

이용자가 물건을 들어올리기 위해 허리부 보조를 작동시킬 때, 액추에이터(40)에 공기가 공급되어 수축하고, 와이어가 이끌려 기립하는 방향으로 힘이 발생한다. 이때 동시에, 공기 실린더(114)로부터 공기가 빠진다. 그러면 도 27A, 도 27B와 같이 와이어 및 활차(102K)가, 어느 위치에 있어도 래칫 클로(ratchet pawl)를 가진 아암(113)이 아암(110)의 톱니형상의 단면과 맞물려 유지되기 때문에, 액추에이터(40)가 느슨해지는 일없이 수축되므로, 이용자의 전방(Fr)으로 가압이 효율적으로 수행된다.

이상, 본 발명을 특정한 실시형태에 대해 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다른 각종 실시형태가 가능하다. 예컨대, 본 실시형태에서는, 액추에이터로서, 공기압식 액추에이터를 이용하였으나, 모터의 작동에 의해 회전체에 감기거나, 또는 회전체로부터 권출되는 와이어를, 액추에이터로서 이용하여도 무방하다. 또한, 회전체를 회전 불가능 또는 회전 가능하게 하는 클러치를, 액추에이터로 할 수도 있다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 이용자의 상반신에 장착되며, 이용자의 전방으로의 틸팅에 대하여 추종 이동이 가능한 상반신 장착부와,
   상기 상반신 장착부에 부착되는 동시에, 이용자의 체간 전방측 또는 체간 후방측으로 연장되어 나와 이용자의 체간 전방측 또는 체간 후방측을 지지하는 지지부와,
   이용자의 하지의 적어도 전방에 장착되는 하지 장착부와,
   일단부가 상기 하지 장착부에 연결되고, 타단부가 상기 상반신 장착부의 상기 추종 이동을 허용하도록 상기 상반신 장착부와 상대이동이 가능하게 관절부에 의해 연결되며, 상기 상대이동시에 굴곡되지 않는 강성 부재로 구성되어 비굴곡형상을 유지할 수 있는 연결부와,
   작동상태에 있어서, 이용자의 전방으로의 틸팅에 대항하는 힘을 상기 상반신 장착부에 작용시키는 액추에이터를 구비하며,
   상기 액추에이터의 일단으로부터 와이어가 연장되어 나오고,
   상기 관절부에, 상기 와이어가 둘레부에 감긴 회전체가 설치되며, 상기 액추에이터의 작동개시 당초부터 상기 와이어의 장력이 상기 상반신 장착부 및 상기 연결부에 작용하도록, 상기 와이어에 프리텐션을 부가하는 프리텐션 부여기구를 구비한 것을 특징으로 하는 허리부 보조장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 액추에이터는, 상기 상반신 장착부에 이용자의 기립방향으로의 힘을 작용시키는 것을 특징으로 하는 허리부 보조장치.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 관절부는, 상기 상반신 장착부와 상기 연결부가 이용자의 좌우방향을 따른 축둘레로 상대회전할 수 있게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 허리부 보조장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 연결부에는, 상기 관절부보다 상기 하지 장착부측에, 상기 하지 장착부와 상기 연결부를 이용자의 좌우 방향을 따른 축둘레로 상대회전할 수 있게 하는 제 2 관절부가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 허리부 보조장치.
6. 제 2항에 있어서,
   상기 상반신 장착부와 상기 연결부가 이용자의 전후 방향을 따른 축둘레로 상대회전할 수 있게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 허리부 보조장치.
7. 제 2항에 있어서,
   상기 관절부에 의해 상기 연결부 및 상반신 장착부에 연결되며, 이용자의 허리부에 장착되는 허리 장착부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 허리부 보조장치.
8. 제 2항에 있어서,
   상기 연결부에 연결되며, 이용자의 둔부에 장착되는 둔부 장착부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 허리부 보조장치.
9. 제 2항에 있어서,
   상기 액추에이터는, 맥키번(McKibben)형 인공근육으로서 이용되어 내부에 공기가 공급됨에 따라 단축되는 공기압식 액추에이터로 되어 있는 것을 특징으로 하는 허리부 보조장치.
10. 제 2항에 있어서,
    상기 액추에이터는, 상기 상반신 장착부 및 상기 연결부 중 적어도 한쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 허리부 보조장치.
11. 삭제

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