KR101755788B1

KR101755788B1 - 착용식 근력 보조 장치

Info

Publication number: KR101755788B1
Application number: KR1020150062969A
Authority: KR
Inventors: 천주영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2017-07-10
Also published as: US9573271B2; CN106112962A; CN106112962B; US20160325428A1; KR20160132156A

Abstract

착용자의 상체에 지지된 베이스; 베이스에 마련되고, 전방으로 소정의 이격 거리를 두고 돌출된 지지체; 및 지지체를 지나 일단부가 착용자의 암부에 연결되며, 타단부의 당김시 지지체에 의해 지지되어 연결된 암부를 리프팅시킴에 따라 착용자의 암부를 지지하는 와이어;를 포함하는 착용식 근력 보조 장치가 소개된다.

Description

착용식 근력 보조 장치{WEARABLE APPARATUS FOR ASSISTING MUSCLE STRENGTH}

본 발명은 착용식 근력 보조 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 착용자의 윗보기 작업시 상체에 가해지는 피로를 저감시키도록 하는 착용식 근력 보조 장치에 관한 것이다.

일반적으로 생산 라인 또는 반복적인 작업 환경을 가지는 작업자들은 반복적으로 사용되는 근육만을 사용하게 되고, 이는 해당하는 근육의 피로도를 증가시켜 작업 효율성을 저하시킨다.

피로도가 누적되어 작업의 집중력이 떨어지면 자칫 작업자의 안전 문제로까지 연결될 수 있는 위험성이 있는 바, 작업장에서의 작업 피로도를 저감시킬 수 있도록 최근 착용식 로봇이 개발되고 있다.

통상적으로 착용식 로봇은 고 중량물의 물체를 들고 옮김에 있어서 용이성을 향상시키는 방향으로 개발되고 있는데, 이러한 방향의 결과로서 하체부의 근력을 보강하거나 상체 중 상완이두근 및 전완굴근에 해당하는 동작을 보조하는 형태의 로봇들이 등장하고 있다.

하지만, 이러한 다양한 로봇의 개발에도 불구하고 윗보기 작업시에 팔꿈치를 어깨수준까지 들어 올리는 동작을 타겟으로 삼아 개발된 로봇은 그 수가 많지 않다. 그럼에도 불구하고, 실제로 생산현장에서의 단순하고 반복적인 윗보기 작업은 작업자에게 어깨, 뒷목, 견갑골부위에 통증을 유발하고 심할 경우 관절내 염증이나 류마티스 관절염을 유발시킬 수 있는 위험성을 가지고 있다.

또한 종래의 착용식 로봇이 견고한 외골격(링크)을 활용한 형태들로 이루어져 근로자들이 착용한 상태에서 오는 이질감에 대하여 불편을 감수했어야 하는 어려움 또한 있었다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기에 적합한 착용식 로봇의 개발이 필요하게 된 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

10-2012-0059305

A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 작업자의 윗보기 작업시의 피로도를 저감하고 작업시의 이물감을 저감시키는 착용식 근력 보조 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용식 근력 보조 장치는 착용자의 상체에 지지된 베이스; 베이스에 마련되고, 전방으로 소정의 이격 거리를 두고 돌출된 지지체; 및 지지체를 지나 일단부가 착용자의 암부에 연결되며, 타단부의 당김시 지지체에 의해 지지되어 연결된 암부를 리프팅시킴에 따라 착용자의 암부를 지지하는 와이어;를 포함한다.

베이스는 착용자의 상체 중 몸통에 착용되도록 조끼형으로 형성될 수 있다.

지지체는 전방으로 돌출 형성된 제1프레임 및 제1프레임의 하방에서 일단이 베이스에 결합되고 타단이 제1프레임과 결합되어 제1프레임을 지지하는 제2프레임을 포함할 수 있다.

와이어가 지지체에 지지되는 지점은 와이어의 단부와 암부의 결합지점 보다 상방에 위치될 수 있다.

지지체는 암부와의 수평 상태에서 단부가 암부의 팔꿈치까지 연장 형성될 수 있다.

와이어의 단부는 암부 중 어깨와 팔꿈치 사이에 결합될 수 있다.

와이어는 지지체의 전단부에 지지되며, 와이어의 단부는 어깨와 팔꿈치 사이 중 팔꿈치 측 단부에 결합될 수 있다.

와이어는 암부의 둘레를 감싸며 암부와 결합되고, 암부에 대해 자유 회전 가능하도록 결합될 수 있다.

암부 중 상완을 감싸는 상완 케이스와 하완을 감싸는 하완 케이스가 더 구비되고, 상기 상완 케이스와 하완 케이스는 설정된 각을 유지하도록 탄성 결합될 수 있다.

와이어의 일단부와 타단부 사이를 감싸며 와이어의 이동경로를 형성하고 일단부가 지지체에 결합된 아웃터 커버를 더 포함할 수 있다.

와이어의 타단부와 연결되어 외부 제어에 의해 와이어를 감거나 푸는 구동모터를 더 포함할 수 있다.

일단부가 베이스에 탄성 회전 가능하도록 결합되고 타단부가 착용자의 목과 접하여 착용자의 목을 지지하는 넥 서포터가 더 구비될 수 있다.

넥 서포터의 일단부는 착용자의 전면부 측 베이스에 결합되고 타단부는 착용자의 목 후부를 지지하되 전방으로 탄성 지지할 수 있다.

착용자의 상체에 지지되고, 몸통으로부터 전방으로 소정의 이격 거리를 두고 돌출된 지지체; 지지체를 지나 일단부가 착용자의 암부에 연결되며, 타단부의 당김시 지지체에 의해 지지되어 연결된 암부를 리프팅시킴에 따라 착용자의 암부를 지지하는 와이어; 와이어의 타단부와 연결되어 외부 신호에 따라 와이어를 당기거나 늘리는 구동부; 및 일단부가 베이스에 탄성 회전 가능하도록 결합되고 타단부가 착용자의 목과 접하여 착용자의 목을 지지하는 넥 서포터;를 포함할 수 있다.

구동부는 와이어의 타단부와 결합되어 와이어를 감거나 푸는 구동 모터와 외부 작동 신호에 따라 구동 모터를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 착용식 근력 보조 장치에 따르면, 윗보기 작업시의 행동에 제약을 줄 수 있는 이물감을 최소화 시키고 작업자의 윗보기 작업시 피로도를 저감시킬 수 있어 작업 효율성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 상측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 작동 모습을 도시한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 착용식 근력 보조 장치에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 구성도이고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 상측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 작동 모습을 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치는 착용자의 상체에 지지된 베이스(100); 베이스(100)에 마련되고, 전방으로 소정의 이격 거리를 두고 돌출된 지지체(200); 및 지지체(200)를 지나 일단부가 착용자의 암부에 연결되며, 타단부의 당김시 지지체(200)에 의해 지지되어 연결된 암부를 리프팅시킴에 따라 착용자의 암부를 지지하는 와이어(300);를 포함한다.

구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 베이스(100)는 착용자의 상체 중 몸통부에 착용되도록 조끼형으로 형성될 수 있는데, 암부를 리프팅 하기 위해서 상대적으로 움직임이 없는 몸통에 베이스(100)를 고정시킴이 바람직하다. 상기 베이스(100)는 바람직하게 어깨 상부와 옆구리부를 감싸도록 하여 몸통을 둘러싸는 형태가 됨이 바람직하며 따라서 암부의 리프팅 시에도 하중을 안정적으로 지지할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 상기 지지체(200)는 전방으로 돌출 형성되고 와이어(300)를 지지하는 제1프레임(210) 및 제1프레임(210)의 하방에서 일단이 베이스(100)에 결합되고 타단이 제1프레임(210)과 결합되어 제1프레임(210)을 지지하는 제2프레임(220)을 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는 제2프레임(220)의 타단이 전방으로 돌출된 제1프레임(210)의 전단부에 결합될 수 있으며, 프레임 구조로 인해 무게의 경량화와 구성의 단순화를 유도하면서도 암부의 리프팅 시 발생되는 하방 하중을 안정적으로 지지할 수 있다.

물론, 상기 지지체(200)는 이 외에도 다양한 형태의 구성이 가능하다. 예컨데, 블록 형태로서 일면이 베이스(100)에 결합되고 베이스(100)에서 돌출된 형태가 될 수도 있으며 또는 브라켓이 될 수도 있으며 이 외에도 다양한 형태로서 지지체(200)의 구성이 가능하다.

한편, 상기 지지체(200)는 암부와의 수평 상태에서 단부가 암부의 팔꿈치까지 연장되도록 형성될 수 있고 와이어(300)는 지지체(200)의 전단부에 지지되도록 할 수 있다. 그리고 와이어(300)의 단부는 암부 중 어깨와 팔꿈치 사이에 결합되되 어깨와 팔꿈치 사이 중 팔꿈치 측 단부에 결합되도록 함이 바람직하다.

또한 와이어(300)가 지지체(200)에 지지되는 지점은 와이어(300)의 단부와 암부의 결합지점 보다 상방에 위치되어 와이어(300)의 타단부에 당김이 발생될 시, 도 3에 도시된 바와 같이 마치 도르레처럼 와이어(300)의 일단부가 암부를 상방으로 잡아 당겨 암부의 리프팅이 발생될 수 있다.

지지체(200)의 전단부가 암부의 팔꿈치까지 연장되고 와이어(300)의 일단부가 팔꿈치 측에 결합되기 때문에, 암부의 리프팅 시에서부터 암부가 지지체(200)의 제1프레임(210)과 평행상태가 되거나 평행에 인접하게 최대 리프링 상태가 되어 있는 경우에도 하완의 독립적인 움직임을 가능하게 하면서 동시에 상완이 하완을 안정적으로 지지할 수 있도록 하여 암부 전체의 하중을 안정적으로 지지할 수 있게 하는 것이다.

물론, 반드시 와이어(300)가 팔꿈치 측을 지지하도록 구성할 필요는 없으며, 암부 중 어디라도 지지할 수 있도록 암부와의 결합지점 및 지지체(200)의 길이, 형태, 지지체(200)와의 결합지점 등을 설정할 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 와이어(300)의 일단부와 타단부 사이를 감싸며 와이어(300)의 이동경로를 형성하고 일단부가 지지체(200)에 결합된 아웃터 커버(320)가 더 마련될 수 있다. 상기 아웃터 커버(320)는 와이어(300)의 피복처럼 와이어(300)의 이동경로를 형성할 수 있으며, 일단부가 지지체(200)에 결합되어 와이어(300)가 지지체(200)에 지지될 수 있도록 할 수 있다. 아웃터 커버(320)가 구비되어 와이어(300)의 타단부에 당김이 발생될 시 당김 변위가 정확하게 일단부로 전달될 수 있으며 따라서 정확한 리프팅 제어가 가능하게 되는 효과가 있다.

물론, 다른 실시 예로서 상기 아웃터 커버(320)가 없이도 와이어(300)를 바로 지지체(200)에 관통시키거나 걸림 지지시키도록 구성할 수도 있으며, 지지체(200) 내부에 아웃터 커버(320)를 형성하여 와이어(300)의 이동경로를 형성할 수도 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 와이어의 타단부와 연결되어 외부 신호에 따라 와이어를 당기거나 늘리는 구동부(310)가 더 마련될 수 있는데, 상기 구동부(310)는 와이어(300)의 타단부와 연결되어 외부 제어에 의해 와이어를 감거나 푸는 구동모터(311)와 상기 구동모터(311)를 제어하는 제어부(312)를 포함할 수 있다. 또한, 별도로 작동 스위치를 구비하여 사용자의 조작에 의해 제어부(312)가 구동모터(311)를 작동시키도록 구성할 수도 있고, 착용자의 암부 회전 각 및 토크를 검출하는 센서를 구비하여 암부의 회전에 따라 보조력이 제공되도록 구동모터(311)를 제어할 수도 있다.

한편, 암부 중 상완을 감싸는 상완 케이스(410)와 하완을 감싸는 하완 케이스(420)가 더 구비되고, 상기 상완 케이스(410)와 하완 케이스(420)는 설정된 각을 유지하도록 탄성체(미도시)에 의해 탄성 결합될 수 있다.

상완 케이스(410)와 하완 케이스(420)는 각각 상완과 하완을 전부 또는 부분적으로 감싸도록 구성할 수 있고, 프레임 구조 또는 패널 케이싱 구조 등 암부를 지지할 수 있는 다양한 형태로서 구성이 가능하다. 또한 윗보기 작업에 적합하도록 서로 설정된 소정의 각도를 형성하도록 탄성체에 의해 지지될 수 있는데, 상완 케이스(410)와 하완 케이스(420)의 회전 결합 지점에 토션 스프링과 같은 탄성체를 삽입 및 결합 시켜 기본적으로 실험에 의해 설정된 소정의 각도를 유지하되 착용자의 의도에 따라 다양한 각도 변화가 가능하도록 할 수 있으며, 이로써 윗보기 작업시 하완의 움직임에 자유도를 부여할 수 있다.

한편, 상기 와이어(300)의 일단부는 암부의 둘레를 감싸며, 바람직하게는 상기 상완 케이스(410)의 둘레를 감싸며 암부와 결합될 수 있고, 암부에 대해 자유 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 와이어(300)가 암부를 감싸기 때문에 암부의 하중을 고르게 와이어(300)가 수용할 수 있으며, 암부의 리프팅 시 발생될 수 있는 암부측 와이어(300)의 각도 변화를 허용할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 지지체(200)와 암부 사이에 소정의 간격이 형성되어 있기 때문에 암부의 리프팅 시 와이어(300)의 당김 방향과 암부에의 하중 작용 방향에 각도 편차가 발생하게 되는데, 와이어(300)가 암부에 고정된 경우 이는 암부에 토션으로 작용하여 착용자에게 비틀림력을 가하게 되는 요인으로 작용한다. 또한 와이어(300)가 상완 케이스(410)에 고정된 경우에는 상완 케이스(410)에 토션이 작용하여 착용자의 전체 암부에 비틀림력을 가하여 통증 유발 또는 작업시 이물감을 느끼게 할 수 있다. 따라서 상기 와이어(300)는 암부 또는 상완 케이스(410)에 대해 자유 회전도를 갖도록 결합될 수 있고, 이는 비틀림 발생을 제거하여 안정적인 작업환경을 구현할 수 있도록 한다.

또한, 와이어(300)가 암부 또는 상완 케이스(410)를 직접 감싸지 않고 암부 또는 상완 케이스(410)에 별도로 자유 회전 가능한 브라켓이 설치된 뒤 상기 브라켓과 와이어(300)가 연결되도록 구성할 수 도 있는데, 이 경우 상기 브라켓은 와이어(300)의 일부로 고려됨이 바람직하다.

한편, 일단부가 베이스(100)에 탄성 회전 가능하도록 결합되고 타단부가 착용자의 목과 접하여 착용자의 목을 지지하는 넥 서포터(500)가 더 구비될 수 있는데, 넥 서포터(500)의 일단부는 착용자의 전면부 측 베이스(100)에 결합되고 타단부는 착용자의 목 뒤쪽으로 연장되어 목 후부를 지지하되 전방으로 탄성력을 가하도록 지지할 수 있다.

베이스(100)와 넥 서포터(500)의 결합지점에는 넥 서포터(500)에 전방으로의 탄성력을 부여하는 탄성체, 예컨데 토션 스프링이 구비될 수 있으며 목과 두부가 후방으로 젖혀지는 방향과 넥 서포터(500)의 타단부가 일단부를 축으로 회전하는 방향이 일치 또는 유사하게 되어 목과 두부에 탄성체에 의한 부드러운 지지가 가능하게 된다.

또한, 상기 넥 서포터(500)의 타단부에는 쿠션(510)이 마련되어 두부와 목의 지지시 편안함을 제공할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 착용식 근력 보조 장치에 따르면, 상체를 모두 링크 결합 시켜 지지하는 것이 아니라 와이어를 이용하여 부분적인 지지만을 수행함으로써 윗보기 작업시의 행동에 제약을 줄 수 있는 이물감을 최소화 시킬 수 있다.

또한, 작업자의 반복적이고 지속적인 윗보기 작업시 상완 또는 어깨, 견갑골등에 발생될 수 있는 피로를 저감시킬 수 있어 작업 효율성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 베이스 200 : 지지체
300 : 와이어 500 : 넥 서포터

Claims

착용자의 상체에 지지된 베이스;
베이스에 마련되고, 몸통으로부터 전방으로 베이스와 소정의 이격 거리를 두고 돌출된 지지체; 및
지지체를 지나 일단부가 착용자의 암부에 연결되며, 타단부의 당김시 몸통과 이격된 몸통 전방에서부터 지지체에 의해 지지되어 연결된 암부를 리프팅시킴에 따라 착용자의 암부를 지지하는 와이어;를 포함하며,
와이어는 암부의 둘레를 감싸며 암부와 결합되고, 암부에 대해 자유 회전 가능하도록 결합되며,
지지체는 전방으로 돌출 형성된 제1프레임 및 제1프레임의 하방에서 일단이 베이스에 결합되고 타단이 제1프레임과 결합되어 제1프레임을 지지하는 제2프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
베이스는 착용자의 상체 중 몸통에 착용되도록 조끼형으로 형성된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
와이어가 지지체에 지지되는 지점은 와이어의 단부와 암부의 결합지점 보다 상방에 위치된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
지지체는 암부와의 수평 상태에서 단부가 암부의 팔꿈치까지 연장 형성된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
와이어의 단부는 암부 중 어깨와 팔꿈치 사이에 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
와이어는 지지체의 전단부에 지지되며, 와이어의 단부는 어깨와 팔꿈치 사이 중 팔꿈치 측 단부에 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
암부 중 상완을 감싸는 상완 케이스와 하완을 감싸는 하완 케이스가 더 구비되고, 상기 상완 케이스와 하완 케이스는 설정된 각을 유지하도록 탄성 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
와이어의 일단부와 타단부 사이를 감싸며 와이어의 이동경로를 형성하고 일단부가 지지체에 결합된 아웃터 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
와이어의 타단부와 연결되어 외부 제어에 의해 와이어를 감거나 푸는 구동모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
일단부가 베이스에 탄성 회전 가능하도록 결합되고 타단부가 착용자의 목과 접하여 착용자의 목을 지지하는 넥 서포터가 더 구비된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 12에 있어서,
넥 서포터의 일단부는 착용자의 전면부 측 베이스에 결합되고 타단부는 착용자의 목 후부를 지지하되 전방으로 탄성 지지하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
착용자의 상체에 지지되고, 몸통으로부터 전방으로 소정의 이격 거리를 두고 돌출된 지지체;
지지체를 지나 일단부가 착용자의 암부에 연결되며, 타단부의 당김시 몸통과 이격된 몸통 전방에서부터 지지체에 의해 지지되어 연결된 암부를 리프팅시킴에 따라 착용자의 암부를 지지하는 와이어;
와이어의 타단부와 연결되어 외부 신호에 따라 와이어를 당기거나 늘리는 구동부; 및
일단부가 베이스에 탄성 회전 가능하도록 결합되고 타단부가 착용자의 목과 접하여 착용자의 목을 지지하는 넥 서포터;를 포함하며,
와이어는 암부의 둘레를 감싸며 암부와 결합되고, 암부에 대해 자유 회전 가능하도록 결합되며,
지지체는 전방으로 돌출 형성된 제1프레임 및 제1프레임의 하방에서 일단이 베이스에 결합되고 타단이 제1프레임과 결합되어 제1프레임을 지지하는 제2프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 14에 있어서,
구동부는 와이어의 타단부와 결합되어 와이어를 감거나 푸는 구동 모터와 외부 작동 신호에 따라 구동 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.