KR101815640B1

KR101815640B1 - 소프트 외골격 장치

Info

Publication number: KR101815640B1
Application number: KR1020170083378A
Authority: KR
Inventors: 이동찬
Original assignee: 이동찬
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2018-01-08

Abstract

본 발명은 무게를 줄일 수 있고, 유연한 상태와 경직된 상태를 선택적으로 취하며 근육을 지지할 수 있는 소프트 외골격 장치를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 소프트 외골격 장치는, 유체 공급부; 상기 유체 공급부와 연결되며 유연한 상태에 있다가 상기 유체 공급부로부터 유체가 공급되면 착용자의 신체를 지지하거나 보호하는 소프트 외골격부; 및 상기 유체 공급부와 상기 소프트 외골격부를 연결하는 유체 인터페이스를 포함한다.

Description

소프트 외골격 장치{Soft exoskeleton apparatus}

본 발명은 외골격 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 외골격 장치(exoskeleton apparatus)는, "착용형 로봇(wearable robot)"이라고도 하며, 착용을 통해 사용자의 근력을 높여줄 수 있는 장치이다. 이러한 외골격 장치는, 상지 거동을 위한 상지용 외골격 장치와 하지 거동을 위한 하지용 외골격 장치로 구분될 수 있다.

최근에는 산업현장뿐만 아니라, 장애인 및 노약자의 거동 시 근력을 보조하여 거동을 도와주거나, 근육병 환자를 위한 재활치료용 또는 무거운 군장을 지는 군인용 또는 무거운 짐을 드는 산업현장용 등의 다양한 목적을 갖는 외골격 장치의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

기존의 외골격 장치는, 외골격을 이루는 복수의 금속성 뼈대와, 금속성 뼈대를 서로 연결하는 관절과, 움직임을 감지하는 감지부, 그리고 관절 등을 구동시키는 모터 등의 구동부를 포함한다. 따라서, 착용자의 움직임을 감지부가 감지하고, 감지된 움직임에 맞는 관절 등을 구동시켜 금속성 뼈대가 근력을 보조하도록 동작될 수 있다.

하지만, 기존의 외골격 장치는, 금속성 뼈대를 모터 등의 기계의 힘으로 움직이기 때문에, 무게가 커짐은 물론, 신속한 동작이나 유연한 움직임이 불가능한 문제가 있다.

또한, 상기와 같은 이유로 인하여 착용자에게 오히려 큰 체력의 소모나 운동의 제한을 가하는 문제가 있다.

등록특허공보 10-1315199호

본 발명의 기술적 과제는, 무게를 줄일 수 있고, 유연한 상태와 경직된 상태를 선택적으로 취하며 근육을 지지할 수 있는 소프트 외골격 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 다른 기술적 과제는, 유연한 상태에 있다가 유체의 주입으로 경직된 상태를 유지할 수 있는 띠형 소프트 외골격을 포함하는 소프트 외골격 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 유연한 상태에 있다가 유체의 주입으로 양 방향으로 팽창하거나 어느 한 방향으로 만곡된 상태를 유지할 수 있는 면형 소프트 외골격을 포함하는 소프트 외골격 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 소프트 외골격 장치는, 유체 공급부; 상기 유체 공급부와 연결되며 유연한 상태에 있다가 상기 유체 공급부로부터 유체가 공급되면 착용자의 신체를 지지하거나 보호하는 소프트 외골격부; 및 상기 유체 공급부와 상기 소프트 외골격부를 연결하는 유체 인터페이스를 포함한다.

상기 소프트 외골격부는, 상기 유체 공급부로부터 유체가 공급되면 전체적으로 경직되면서 착용자의 신체를 지지하는 띠형 소프트 외골격을 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 띠형 소프트 외골격은, 상기 유체 인터페이스와 연결되는 내부 유로를 가지고, 일 면에 상기 내부 유로와 연통되는 복수의 통공이 형성되며, 타 면이 사용자의 신체를 향하는 플렉서블 재질의 베이스 부재; 상기 각각의 통공에 연통되며 말단이 막힌 튜브 형상을 가지는 팽창 가능한 각각의 팽창 돌기; 및 상기 베이스 부재에 고정되며 상기 각각의 팽창 돌기가 팽창되면 그 팽창된 부분이 채워지도록 각각의 돌기 수용 공간을 가지는 플렉서블 재질의 프레임 부재를 포함할 수 있다.

상기 각각의 돌기 수용 공간은, 상기 팽창 돌기의 말단을 향해 볼 때, 벌집 모양을 가질 수 있다.

다른 예로, 상기 띠형 소프트 외골격은, 상기 유체 인터페이스와 연결되는 내부 유로를 가지고, 양 면 각각에 상기 내부 유로와 연통되는 복수의 통공이 형성되며, 어느 한 면이 사용자의 신체를 향하는 플렉서블 재질의 베이스 부재; 상기 각각의 통공에 연통되며 말단이 막힌 튜브 형상을 가지는 팽창 가능한 각각의 팽창 돌기; 상기 베이스 부재의 일 면에 고정되며 상기 베이스 부재의 일 면에 형성된 상기 각각의 팽창 돌기가 팽창되면 그 팽창된 부분이 채워지도록 각각의 제1 돌기 수용 공간을 가지는 플렉서블 재질의 제1 프레임 부재; 및 상기 베이스 부재의 타 면에 고정되며 상기 베이스 부재의 타 면에 형성된 상기 각각의 팽창 돌기가 팽창되면 그 팽창된 부분이 채워지도록 각각의 제2 돌기 수용 공간을 가지는 플렉서블 재질의 제2 프레임 부재를 포함할 수 있다.

또 다른 예로, 상기 띠형 소프트 외골격은, 폭과 길이를 가지도록 상기 폭과 상기 길이 방향으로 배치되며 사용자의 신체에 면하는 복수의 부피 부재; 상기 복수의 부피 부재를 서로 연결하며 플렉서블 재질로 이루어진 연결부; 및 상기 폭 방향을 기준으로 상기 연결부의 양단과 상기 유체 인터페이스를 연결하고, 상기 연결부를 상기 폭 방향으로 수축시켜 상기 복수의 부피 부재를 서로 밀착시키기 위해 상기 유체 인터페이스의 유체를 상기 연결부의 양단으로 공급하며, 상기 폭 방향으로 신축 가능한 재질로 이루어진 제1 및 제2 가압 관 부재를 포함할 수 있다.

상기 연결부는, 상기 유체의 힘이 제거되면 상기 복수의 부피 부재가 서로 벌어지도록 상기 폭 방향으로 신장되는 탄성을 가질 수 있다.

상기 각각의 부피 부재는, 사용자의 신체를 향하는 방향으로 볼 때 마름모 형상을 가질 수 있다.

상기 소프트 외골격부는, 상기 유체 공급부로부터 유체가 공급되면 전체적으로 팽창되거나 어느 한 방향으로 선택적으로 만곡되면서 착용자의 신체를 지지하거나 충격으로부터 신체를 보호하는 면형 소프트 외골격을 더 포함할 수 있다.

상기 면형 소프트 외골격은, 말단이 막혀 있고, 양 측면에 주름이 형성되며, 어느 한 측면이 사용자의 신체를 향하는 플렉서블 재질의 주름 관 부재; 상기 주름 관 부재의 내부를 그 일 측면에 인접되는 제1 유로와 그 타 측면에 인접되는 제2 유로로 긴밀하게 구획시키는 공간 분리 부재; 상기 유체 인터페이스의 유체를 분리시켜 상기 제1 및 제2 유로에 각각 안내하는 플렉서블 재질의 분지관; 및 상기 유체를 상기 제1 및 제2 유로 모두에 유출입시키거나 어느 하나에 선택적으로 유출입시키는 스위칭 부재를 포함할 수 있다.

상기 공간 분리 부재는, 상기 면형 소프트 외골격이 만곡된 후에 원 상태로 되돌아 가도록 탄성을 가질 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 소프트 외골격 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 유체 공급부와, 소프트 외골격부와, 그리고 유체 인터페이스를 포함하고, 소프트 외골격부는 유체 공급부와 유체 인터페이스를 통해 연결되며 유연한 상태에 있다가 유체 인터페이스로부터 유체가 공급되면 착용자의 신체를 지지하거나 보호하는 기술구성을 제공하므로, 기존의 금속 재질의 하드 외골격 장치에 비해 무게를 줄일 수 있고, 유연한 상태와 경직된 상태를 선택적으로 취하며 근육을 지지할 수 있어, 경직된 상태로 근육을 지지할 뿐만 아니라 유연한 상태로 신속하고 자연스러운 움직임을 부여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 소프트 외골격 장치를 정면에서 바라본 도면이다.
도 3은 도 1의 소프트 외골격 장치 중 띠형 소프트 외골격의 일 예를 개략적으로 나타낸 부분 절개 사시도이다.
도 4는 도 3의 띠형 소프트 외골격의 복수의 팽창 돌기가 팽창된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 소프트 외골격 장치 중 띠형 소프트 외골격의 다른 예를 개략적으로 나타낸 부분 절개 사시도이다.
도 6은 도 5의 띠형 소프트 외골격의 복수의 팽창 돌기가 팽창된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 소프트 외골격 장치 중 띠형 소프트 외골격의 또 다른 예를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 8은 도 7의 띠형 소프트 외골격의 복수의 부피 부재가 밀착된 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 1의 소프트 외골격 장치 중 면형 소프트 외골격을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10은 도 9의 면형 소프트 외골격이 만곡된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 11은 도 1의 소프트 외골격 장치의 내피에 장착된 구성요소를 보여 주기 위해 따로 분리하여 신체에 착용된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 도 1의 소프트 외골격 장치에 부가될 수 있는 족압 센서부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 착용자가 걸어가는 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는 착용자가 넘어진 상태의 여러 예를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 소프트 외골격 장치를 정면에서 바라본 도면이다.

도 3은 도 1의 소프트 외골격 장치 중 띠형 소프트 외골격의 일 예를 개략적으로 나타낸 부분 절개 사시도이고, 도 4는 도 3의 띠형 소프트 외골격의 복수의 팽창 돌기가 팽창된 상태를 나타낸 도면이다. 도 5는 도 1의 소프트 외골격 장치 중 띠형 소프트 외골격의 다른 예를 개략적으로 나타낸 부분 절개 사시도이고, 도 6은 도 5의 띠형 소프트 외골격의 복수의 팽창 돌기가 팽창된 상태를 나타낸 도면이다. 도 7은 도 1의 소프트 외골격 장치 중 띠형 소프트 외골격의 또 다른 예를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 8은 도 7의 띠형 소프트 외골격의 복수의 부피 부재가 밀착된 상태를 나타낸 도면이다.

도 9는 도 1의 소프트 외골격 장치 중 면형 소프트 외골격을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 10은 도 9의 면형 소프트 외골격이 만곡된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 11은 도 1의 소프트 외골격 장치의 내피에 장착된 구성요소를 보여 주기 위해 따로 분리하여 신체에 착용된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 12는 도 1의 소프트 외골격 장치에 부가될 수 있는 족압 센서부를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 13은 착용자가 걸어가는 상태를 나타낸 도면이며, 그리고 도 14는 착용자가 넘어진 상태의 여러 예를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격 장치(SEA)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유체 공급부(100)와, 소프트 외골격부(200)와, 그리고 유체 인터페이스(300)를 포함한다. 이하, 도 1 내지 도 14를 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.

유체 공급부(100)는, 유체를 소프트 외골격부(200)에 공급하거나 회수하기 위한 구성요소로, 도 1에 도시된 바와 같이 어깨를 통해 사용자의 등에 멜 수 있도록 백팩(bag pack) 형태로 제공될 수 있다. 물론, 도시되지는 않았지만, 이러한 유체 공급부는, 그 크기나 착용자의 활동성에 따라 사용자의 팔목이나 허리 등에 착용될 수도 있을 것이다.

예를 들어, 유체 공급부(100)는, 도시되지는 않았지만, 유압탱크, 유압구동모터, 유압밸브, 유압펌프기어, 구동회로보드, 배터리 팩 등으로 구성될 수 있다. 이와 같은, 유체 공급부(100)는 하나의 유압탱크에 복수 개의 유압구동모터, 유압밸브 및 유압펌프기어가 설치되는 일체형 압유 공급 방식이 적용될 수 있다. 참고로, 유압탱크, 유압구동모터, 유압밸브, 유압펌프기어, 구동회로보드, 배터리 팩 등은 공지된 기술이므로 통상의 기술자에 의해 적절하게 조합되어 구성될 수 있음은 자명할 것이다.

소프트 외골격부(200)는, 평상시 유연한 상태에 있다가 유체 공급부(100)로부터 유체가 공급되면 착용자의 신체를 지지하거나 보호하는 구성요소로, 도 1에 도시된 바와 같이 유체 공급부(100)와 유체 인터페이스(300)를 통해 연결될 수 있다.

유체 인터페이스(300)는, 도시되지는 않았지만, 유체 공급부(100)를 소프트 외골격부(200)와 연결시키기 위해 복수의 유로(미도시)를 가진 배관 모듈 형태로 제공될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 유체의 유출입은 하나의 유로가 담당할 수도 있고, 2개의 유로가 별도로 담당할 수도 있다.

이하, 도 1 내지 10을 참조하여, 소프트 외골격부(200)에 대해 상세히 설명한다.

소프트 외골격부(200)는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 띠형 소프트 외골격(210)을 포함할 수 있다. 여기서, 띠형 소프트 외골격(210)은, 유체 공급부(100)로부터 유체가 공급되면 전체적으로 경직되면서 착용자의 신체를 지지하고, 유체 공급부(100)로 유체가 회수되면 전체적으로 유연해지면서 착용자의 자연스러운 움직임을 부여하는 구성요소이다.

일 예로, 띠형 소프트 외골격(210)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 부재(211), 복수의 팽창 돌기(212), 그리고 프레임 부재(213)를 포함할 수 있다. 이하, 도 3 및 도 4를 계속 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.

베이스 부재(211)는, 유체 인터페이스(도 1의 300)와 연결되는 내부 유로(211a)를 가질 수 있고, 그 일 면에 내부 유로(211a)와 연통되는 복수의 통공이 형성될 수 있고, 그 타 면이 사용자의 신체를 향하도록 위치될 수 있으며, 그리고 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등의 플렉서블 재질(flexible material)로 이루어질 수 있다. 나아가, 도시되지는 않았지만, 베이스 부재(211)가 찢어지는 것을 막기 위해 베이스 부재(211)의 외면에는 신축성을 가진 섬유층(미도시)이 더 형성될 수 있다.

각각의 팽창 돌기(212)는, 팽창 가능한 것으로, 베이스 부재(211)의 각각의 통공에 연통될 수 있으며 그 말단이 막힌 튜브 형상을 가질 수 있다. 참고로, 각각의 팽창 돌기(212)는, 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등의 플렉서블 재질로 이루어지되 그 두께를 베이스 부재(211)보다 상대적으로 얇게 하여 베이스 부재(211)가 팽창되기 전에 먼저 팽창되도록 할 수 있다. 이러한 각각의 팽창 돌기(212)는 베이스 부재(211)와 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 형성되어 접합될 수도 있다.

프레임 부재(213)는, 베이스 부재(211)에 고정될 수 있고, 각각의 팽창 돌기(212)가 팽창되면 그 팽창된 부분이 채워지도록 각각의 돌기 수용 공간(213a)을 가질 수 있으며, 그리고 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등의 플렉서블 재질로 이루어질 수 있다.

나아가, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 돌기 수용 공간(213a)은, 팽창 돌기(212)의 말단을 향해 볼 때, 벌집 모양을 가질 수 있다. 따라서, 각각의 팽창 돌기(212)가 육각 기둥 형태를 하며 서로 밀집되므로 띠형 소프트 외골격(210)의 경직도(예를 들어, 강성)를 높일 수 있다.

다른 예로, 띠형 소프트 외골격(1210)은, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스 부재(1211), 복수의 팽창 돌기(1212), 제1 프레임 부재(1213), 그리고 제2 프레임 부재(1214)를 포함할 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 계속 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.

베이스 부재(1211)는, 유체 인터페이스(도 1의 300)와 연결되는 내부 유로(1211a)를 가질 수 있고, 그 양 면 각각에 내부 유로(1211a)와 연통되는 복수의 통공이 형성될 수 있고, 어느 한 면이 사용자의 신체를 향하도록 위치될 수 있으며, 그리고 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등의 플렉서블 재질(flexible material)로 이루어질 수 있다. 나아가, 도시되지는 않았지만, 베이스 부재(1211)가 찢어지는 것을 막기 위해 베이스 부재(1211)의 외면에는 신축성을 가진 섬유층(미도시)이 더 형성될 수 있다.

각각의 팽창 돌기(1212)는, 팽창 가능한 것으로, 베이스 부재(1211)의 각각의 통공에 연통될 수 있으며 그 말단이 막힌 튜브 형상을 가질 수 있다. 참고로, 각각의 팽창 돌기(1212)는, 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등의 플렉서블 재질로 이루어지되 그 두께를 베이스 부재(1211)보다 상대적으로 얇게 하여 베이스 부재(1211)가 팽창되기 전에 먼저 팽창되도록 할 수 있다. 이러한 각각의 팽창 돌기(1212)는 베이스 부재(1211)와 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 형성되어 접합될 수도 있다.

제1 프레임 부재(1213)는, 베이스 부재(1211)의 일 면에 고정될 수 있고, 베이스 부재(1211)의 일 면에 형성된 각각의 팽창 돌기(1212)가 팽창되면 그 팽창된 부분이 채워지도록 각각의 제1 돌기 수용 공간(1213a)을 가질 수 있으며, 그리고 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등의 플렉서블 재질로 이루어질 수 있다.

제2 프레임 부재(1214)는, 베이스 부재(1211)의 타 면에 고정될 수 있고, 베이스 부재(1211)의 타 면에 형성된 각각의 팽창 돌기(1212)가 팽창되면 그 팽창된 부분이 채워지도록 각각의 제2 돌기 수용 공간(1214a)을 가질 수 있으며, 그리고 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등의 플렉서블 재질로 이루어질 수 있다.

나아가, 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 돌기 수용 공간(1213a) 및 각각의 제2 돌기 수용 공간(1214a)은, 팽창 돌기(1212)의 말단을 향해 볼 때, 벌집 모양을 가질 수 있다. 따라서, 각각의 팽창 돌기(1212)가 육각 기둥 형태를 하며 서로 밀집되므로 띠형 소프트 외골격(1210)의 경직도(예를 들어, 강성)를 높일 수 있다.

또 다른 예로, 띠형 소프트 외골격(2210)은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 부피 부재(2211), 연결부(2212), 그리고 제1 및 제2 가압 관 부재(2213)(2214)를 포함할 수 있다. 이하, 도 7 및 도 8을 계속 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.

복수의 부피 부재(2211)는, 띠형 소프트 외골격(2210)이 폭과 길이를 가지도록 그 폭과 길이 방향으로 배치될 수 있으며, 각각의 부피 부재(2211)의 일면은 사용자의 신체를 향해 놓일 수 있다. 이러한 각각의 부피 부재(2211)는 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등의 플렉서블 재질로 이루어질 수 있다. 나아가, 각각의 부피 부재(2211)는 기둥 형상을 가질 수 있다. 또한, 각각의 부피 부재(2211)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 사용자의 신체를 향하는 방향으로 볼 때 마름모 형상을 가질 수 있다. 따라서, 각각의 부피 부재(2211)가 인접한 각 변 사이에 삽입되면서 서로 밀집되므로 띠형 소프트 외골격(2210)의 경직도(예를 들어, 강성)를 높일 수 있다.

연결부(2212)는, 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 부피 부재(2211)를 서로 연결할 수 있고, 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등의 플렉서블 재질로 이루어질 수 있다. 나아가, 연결부(2212)는, 유체의 힘이 제거되면 복수의 부피 부재(2211)가 다시 서로 벌어지도록 띠형 소프트 외골격(2210)의 폭 방향으로 신장되는 탄성을 가질 수 있다. 참고로, 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등은 재질의 특성상 이러한 탄성을 자체 보유한다.

제1 및 제2 가압 관 부재(2213)(2214)는, 띠형 소프트 외골격(2210)의 폭 방향을 기준으로 연결부(2212)의 양단 각각에 구비되되, 각각의 일단부는 연결부(2212)의 양단 각각에 연결되고 각각의 타단부는 유체 인터페이스(도 1의 300)와 연결될 수 있다. 제1 및 제2 가압 관 부재(2213)(2214)는 복수의 부피 부재(2211)가 서로 밀착되도록 연결부(2212)를 띠형 소프트 외골격(2210)의 폭 방향으로 수축시키기 위해 유체 인터페이스(도 1의 300)의 유체를 연결부(2210)의 양단으로 공급할 수 있다. 나아가, 제1 및 제2 가압 관 부재(2213)(2214)는, 띠형 소프트 외골격(2210)의 폭 방향으로 신축 가능한 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 신축 가능한 재질로는 고무, 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등이 사용될 수 있다. 나아가, 도시되지는 않았지만, 제1 및 제2 가압 관 부재(2213)(2214)가 찢어지는 것을 막기 위해 제1 및 제2 가압 관 부재(2213)(2214)의 외면에는 신축성을 가진 섬유층(미도시)이 더 형성될 수 있다.

이와 더불어, 상술한 소프트 외골격부(200)는, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 면형 소프트 외골격(220)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 면형 소프트 외골격(220)은, 유체 공급부(도 1의 100)로부터 유체가 공급되면 전체적으로 평평하게 팽창되거나 어느 한 방향으로 선택적으로 만곡되게 팽창하면서 착용자의 신체를 지지하고나 충격으로부터 신체를 보호하는 구성요소이다. 물론, 면형 소프트 외골격(220)의 유체가 유체 공급부(100)로 회수되면 면형 소프트 외골격(220)이 전체적으로 유연해지면서 착용자의 자연스러운 움직임을 부여할 수 있다.

예를 들어, 면형 소프트 외골격(220)은, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 주름 관 부재(221), 공간 분리 부재(222), 분지관(223), 그리고 스위칭 부재(224)를 포함할 수 있다. 이하, 도 9 및 도 10을 계속 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.

주름 관 부재(221)는, 그 말단이 막혀 있고, 그 양 측면에 주름이 형성되고, 그 어느 한 측면이 사용자의 신체를 향하도록 위치될 수 있으며, 그리고 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등의 플렉서블 재질(flexible material)로 이루어질 수 있다. 나아가, 도시되지는 않았지만, 주름 관 부재(221)가 찢어지는 것을 막기 위해 주름 관 부재(221)의 외면에는 신축성을 가진 섬유층(미도시)이 더 형성될 수 있다.

공간 분리 부재(222)는, 주름 관 부재(221)의 내부를 2개의 공간으로 분리하되 주름 관 부재(221)의 일 측면에 인접되는 제1 유로(P1)와 주름 관 부재(221)의 타 측면에 인접되는 제2 유로(P2)로 긴밀하게 구획시킬 수 있다. 나아가, 이러한 공간 분리 부재(222)는, 면형 소프트 외골격(220)이 만곡된 후에 유체가 유체 공급부(100)로 회수되면 원 상태로 되돌아 가도록 탄성을 가질 수 있다. 참고로, 공간 분리 부재(222)가 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등은 재질로 이루어질 수 있고, 공간 분리 부재(222)의 두께를 주름 관 부재(221)보다 상대적으로 크게 하여 유체의 유입시 주름 관 부재(221)는 팽창하더라도 공간 분리 부재(222)의 팽창을 방지할 수 있으며, 그리고 그 재질의 특성상 탄성을 자체 보유할 수 있다.

분지관(223)은, 유체 인터페이스(300)의 유체를 분리시켜 제1 및 제2 유로(P1)(P2)에 각각 안내하며, 우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌 등의 플렉서블 재질로 이루어질 수 있다.

스위칭 부재(224)는, 유체를 제1 및 제2 유로(P1)(P2) 모두에 유출입시키거나 어느 하나에 선택적으로 유출입시킬 수 있다. 이러한 스위칭 부재(224)로는 온/오프 밸브 등이 사용될 수 있다.

이와 더불어, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격 장치(SEA)는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 착용자의 움직임을 감지하는 감지부(500)를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 감지부(500)는, 사용자의 고관절의 움직임을 감지하는 제1 센서(510)와, 사용자의 무릎 관절의 움직임을 감지하는 제2 센서(520)와, 사용자의 족압을 감지하는 제3 센서(530)를 포함할 수 있다. 이러한 제1, 제2 및 제3 센서(510)(520)(530)는 착용자의 움직임을 위하여 압전 소자를 이용한 센서일 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격 장치(SEA)는, 도시되지는 않았지만, 감지부(500)의 신호에 따라 소프트 외골격부(200)로 유체를 공급하거나 회수하기 위해 유체 공급부(100) 등을 제어할 수 있는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이하, 도 1, 도 2, 도 13 및 도 14를 참조하여, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격 장치(SEA)의 동작을 상황에 따라 설명한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 착용자가 걸어가는 동작에서 착용자의 오른발이 지면에 닿을 경우, SA1, SA2R, SA3R 부위에 각각 놓인 면형 소프트 외골격(220)이 일 방향 팽창에 의해 만곡되게 경직되고, 2R, 5R, 6R 부위에 각각 놓인 띠형 소프트 외골격(210)이 팽창에 의해 평평하게 경직되고, SA5R, SA6R, SA7R 부위에 각각 놓인 면형 소프트 외골격(220)이 양방향 팽창에 의해 평평하게 경직되면서 보행을 지지할 수 있다. 또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 지면에서 떨이는 왼발의 경우, SA2L, SA3L 부위에 각각 놓인 면형 소프트 외골격(220)이 일 방향 팽창에 의해 만곡되게 경직되고, 2L, 5L, 6L 부위에 각각 놓인 띠형 소프트 외골격(210)이 팽창에 의해 평평하게 경직되고, SA5L, SA6L, SA7L 부위에 각각 놓인 면형 소프트 외골격(220)이 양방향 팽창에 의해 평평하게 경직되면서 보행을 지지할 수 있다.

도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 착용자의 엉덩이 측이 지면에 닿는 형태로 착용자가 넘어질 경우, SA1R, SA2R, SA1L, SA2L 부위에 각각 놓인 면형 소프트 외골격(220)이 양방향으로 팽창되면서 지면에 닿는 충격을 흡수할 수 있다.

도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 착용자의 허리 측이 계단에 닿는 형태로 착용자가 넘어질 경우, SA1R, SA2R, SA3R, SA4R, SA1L, SA2L, SA3L, SA4L 부위에 각각 놓인 면형 소프트 외골격(220)이 양방향으로 팽창되면서 지면에 닿는 충격을 흡수할 수 있다.

도 14의 (c)에 도시된 바와 같이, 착용자의 왼쪽 다리의 허벅지와 종아리 측이 지면에 닿는 형태로 착용자가 넘어질 경우, SA1R, SA2R, SA1L, SA2L, SA3L, SA4L 부위에 각각 놓인 면형 소프트 외골격(220)이 양방향으로 팽창되면서 지면에 닿는 충격을 흡수할 수 있다.

도 14의 (d)에 도시된 바와 같이, 착용자의 양쪽 무릎 측이 지면에 닿는 형태로 착용자가 넘어질 경우, SA7R, SA8R, SA7L, SA8L 부위에 각각 놓인 면형 소프트 외골격(220)이 양방향으로 팽창되면서 지면에 닿는 충격을 흡수할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

SEA: 소프트 외골격 장치 100: 유체 공급부
200: 소프트 외골격부
210, 1210, 2210: 띠형 소프트 외골격
211, 1211: 베이스 부재 211a, 1211a: 내부 유로
212, 1212: 팽창 돌기 213: 프레임 부재
213a, 1213a, 1214a: 돌기 수용 공간
1213: 제1 프레임 부재 1214: 제2 프레임 부재
2211: 부피 부재 2212: 연결부
2213: 제1 가압 관 부재 2214: 제2 가압 관 부재
220: 면형 소프트 외골격 221: 주름 관 부재
222: 공간 분리 부재 P1: 제1 유로
P2: 제2 유로 223: 분지관
224: 스위칭 부재 300: 유체 인터페이스

Claims

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유체 공급부;
상기 유체 공급부와 연결되며 유연한 상태에 있다가 상기 유체 공급부로부터 유체가 공급되면 착용자의 신체를 지지하거나 보호하는 소프트 외골격부; 및
상기 유체 공급부와 상기 소프트 외골격부를 연결하는 유체 인터페이스;
를 포함하고,
상기 소프트 외골격부는,
상기 유체 공급부로부터 유체가 공급되면 전체적으로 경직되면서 착용자의 신체를 지지하는 띠형 소프트 외골격
을 포함하고,
상기 띠형 소프트 외골격은,
상기 유체 인터페이스와 연결되는 내부 유로를 가지고, 일 면에 상기 내부 유로와 연통되는 복수의 통공이 형성되며, 타 면이 사용자의 신체를 향하는 플렉서블 재질의 베이스 부재;
상기 각각의 통공에 연통되며 말단이 막힌 튜브 형상을 가지는 팽창 가능한 각각의 팽창 돌기; 및
상기 베이스 부재에 고정되며 상기 각각의 팽창 돌기가 팽창되면 그 팽창된 부분이 채워지도록 각각의 돌기 수용 공간을 가지는 플렉서블 재질의 프레임 부재;
를 포함하는
소프트 외골격 장치.
제3항에서,
상기 각각의 돌기 수용 공간은,
상기 팽창 돌기의 말단을 향해 볼 때, 벌집 모양을 가지는
소프트 외골격 장치.
유체 공급부;
상기 유체 공급부와 연결되며 유연한 상태에 있다가 상기 유체 공급부로부터 유체가 공급되면 착용자의 신체를 지지하거나 보호하는 소프트 외골격부; 및
상기 유체 공급부와 상기 소프트 외골격부를 연결하는 유체 인터페이스;
를 포함하고,
상기 소프트 외골격부는,
상기 유체 공급부로부터 유체가 공급되면 전체적으로 경직되면서 착용자의 신체를 지지하는 띠형 소프트 외골격
을 포함하고,
상기 띠형 소프트 외골격은,
상기 유체 인터페이스와 연결되는 내부 유로를 가지고, 양 면 각각에 상기 내부 유로와 연통되는 복수의 통공이 형성되며, 어느 한 면이 사용자의 신체를 향하는 플렉서블 재질의 베이스 부재;
상기 각각의 통공에 연통되며 말단이 막힌 튜브 형상을 가지는 팽창 가능한 각각의 팽창 돌기;
상기 베이스 부재의 일 면에 고정되며 상기 베이스 부재의 일 면에 형성된 상기 각각의 팽창 돌기가 팽창되면 그 팽창된 부분이 채워지도록 각각의 제1 돌기 수용 공간을 가지는 플렉서블 재질의 제1 프레임 부재; 및
상기 베이스 부재의 타 면에 고정되며 상기 베이스 부재의 타 면에 형성된 상기 각각의 팽창 돌기가 팽창되면 그 팽창된 부분이 채워지도록 각각의 제2 돌기 수용 공간을 가지는 플렉서블 재질의 제2 프레임 부재;
를 포함하는
소프트 외골격 장치.
제5항에서,
상기 각각의 돌기 수용 공간은,
상기 팽창 돌기의 말단을 향해 볼 때, 벌집 모양을 가지는
소프트 외골격 장치.
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유체 공급부;
상기 유체 공급부와 연결되며 유연한 상태에 있다가 상기 유체 공급부로부터 유체가 공급되면 착용자의 신체를 지지하거나 보호하는 소프트 외골격부; 및
상기 유체 공급부와 상기 소프트 외골격부를 연결하는 유체 인터페이스;
를 포함하고,
상기 소프트 외골격부는,
상기 유체 공급부로부터 유체가 공급되면 전체적으로 팽창되거나 어느 한 방향으로 선택적으로 만곡되면서 착용자의 신체를 지지하거나 충격으로부터 신체를 보호하는 면형 소프트 외골격
을 포함하고,
상기 면형 소프트 외골격은,
말단이 막혀 있으며 양 측면에 주름이 형성되며 어느 한 측면이 사용자의 신체를 향하는 플렉서블 재질의 주름 관 부재;
상기 주름 관 부재의 내부를 그 일 측면에 인접되는 제1 유로와 그 타 측면에 인접되는 제2 유로로 긴밀하게 구획시키는 공간 분리 부재;
상기 유체 인터페이스의 유체를 분리시켜 상기 제1 및 제2 유로에 각각 안내하는 플렉서블 재질의 분지관; 및
상기 유체를 상기 제1 및 제2 유로 모두에 유출입시키거나 어느 하나에 선택적으로 유출입시키는 스위칭 부재;
를 포함하는
소프트 외골격 장치.
제11항에서,
상기 공간 분리 부재는,
상기 면형 소프트 외골격이 만곡된 후에 원 상태로 되돌아 가도록 탄성을 가지는
소프트 외골격 장치.
제3항 또는 제5항에서,
상기 소프트 외골격부는,
상기 유체 공급부로부터 유체가 공급되면 전체적으로 팽창되거나 어느 한 방향으로 선택적으로 만곡되면서 착용자의 신체를 지지하거나 보호하는 면형 소프트 외골격
을 더 포함하는
소프트 외골격 장치.