KR101917603B1 - 메타물질을 이용한 근력지원 소프트 외골격 슈트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메타물질을 이용한 근력지원 소프트 외골격 슈트에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 근력지원 소프트 외골격 슈트는 동력 공급부; 상기 동력 공급부와 연결되어 사용자의 신체 일부에 착용되고, 신축 가능한 소재로 형성되어 상기 소프트 외골격 슈트가 착용된 사용자의 신체 부위의 제 1 근육의 움직임을 모방하는 소프트 외골격부; 상기 소프트 외골격부의 일 측면에 배치되고, 상기 근육의 움직임을 측정하는 센서부; 및 상기 센서부에 의해 측정된 상기 제 1 근육의 하중 작용방향에 따라, 상기 동력 공급부를 제어하는 제어부를 포함한다. 이때, 상기 소프트 외골격부는 내측에 섬유관로를 구비하여 상기 동력 공급부로부터 동력원이 공급될 경우, 팽창하여 상기 제 1 근육을 지지하는 복수의 섬유구조물을 포함하는 지지부를 포함한다. 또한, 상기 제어부는 상기 복수의 섬유구조물 중, 상기 센서부에 의해 측정된 제 1 근육 중 하중이 가장 많이 발생되는 제 1 위치에 배치된 제 1 섬유구조물이 강성을 지니도록 상기 동력 공급부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

메타물질을 이용한 근력지원 소프트 외골격 슈트{SOFT EXOSKELETON SUIT ASSISTING MUSCULAR STRENGTH USING METAMATERIAL}

본 발명은 메타물질을 이용한 근력지원 소프트 외골격 슈트에 관한 것이다.

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 착용형 로봇(wearable robot)의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

일반적으로 이러한 근력 지원을 위한 착용형 로봇은 상지 거동을 위한 상지용 근력 보조 로봇과 하지 거동을 위한 하지용 근력 보조 로봇을 포함할 수 있다. 이 중, 하지용 근력 보조 로봇은 착용자의 다리 힘을 보조하여 보행을 돕는 역할을 하는 로봇을 말한다. 이러한 하지용 근력 보조 로봇은 착용자의 보행 상태를 감지하고, 감지된 보행 상태에 맞는 근력을 보조하도록 구동될 수 있다

그러나, 상기한 하지용 근력 보조 로봇은 팔다리에 로봇처럼 금속성 뼈대를 입히고, 이를 기계의 힘으로 움직이기 때문에, 무게와 부피가 커짐은 물론, 신속한 동작이나 유연한 움직임이 불가능한 문제점이 있었다. 이러한 기계 구조물의 지지를 위하여 유압으로 구조물 사이를 지지하는 유압실린더가 사용되며, 이러한 유압실린더의 장착을 위하여 금속성 뼈대의 구조물을 유지하여야 한다.

또한, 상기와 같은 이유로 인하여 사용자에게 오히려 큰 체력의 소모나 운동의 제한을 가하는 문제점이 있었다. 이에 따른 착용성의 문제가 발생할 수 있다.

이와 관련하여 대한민국 등록특허 10-1315199호(발명의 명칭: 패시브형 근력 보상 장치를 이용한 족행 보행 보조로봇)는 대퇴부를 지지하는 프레임으로 허벅지의 바깥쪽 측면에 형성되어 모터를 통해 캠을 0 ~ 180°의 각도로 반시계 또는 시계방향으로 회전시켜 스프링부의 위치를 액티브하게 제어해주는 대퇴부 프레임과, 지지부와 스프링부의 사이에 형성되어 무릎관절부가 굽혀지며 지지부와 스프링부 사이의 간격이 좁아지는 만큼 탄성스프링에 하단방향으로 압력을 가하고, 무릎관절이 펴질 때 간격이 벌어지는 만큼 탄성스프링에 압력을 제거시키는 링크프레임과, 하퇴부를 지지하는 프레임으로 종아리의 바깥쪽 측면에 형성되고 상단이 대퇴부 프레임과 고정되고, 하단이 족평부 프레임에 고정되며, 사용자가 받는 하중을 상쇄시키는 스프링부가 형성되는 하퇴부 프레임과, 족부를 지지하는 프레임으로 사용자의 발에 고정되고 상단이 하퇴부 프레임과 고정되어 발목의 움직임에 따라 자연스럽게 회전되며 보행을 도와주는 역할을 하는 족평부 프레임으로 구성되는 것을 특징으로 하는 패시브형 근력 보상 장치를 이용한 족행 보행 보조로봇을 개시하고 있다.

등록특허공보 10-1315199호

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 메타물질을 이용한 근력지원 소프트 외골격 슈트를 제공하고자 한다.

구체적으로, 본 발명은 인간의 몸에 잘 밀착되어 자연스러운 근육과 같은 움직임이 가능한 소프트 외골격 슈트를 제공하고자 한다.

또한, 금속성 뼈대 및 기계적 구조를 갖는 종래의 근력 지원 슈트를 신축 가능한 메타물질(Meta Material)을 이용하여 제작함으로써, 부피가 작고 유연하며 개인적인 신체의 유형에 맞춰주는 소프트 외골격 슈트를 제공하고자 한다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 근력지원 소프트 외골격 슈트는 동력 공급부; 상기 동력 공급부와 연결되어 사용자의 신체 일부에 착용되고, 신축 가능한 소재로 형성되어 상기 소프트 외골격 슈트가 착용된 사용자의 신체 부위의 제 1 근육의 움직임을 모방하는 소프트 외골격부; 상기 소프트 외골격부의 일 측면에 배치되고, 상기 근육의 움직임을 측정하는 센서부; 및 상기 센서부에 의해 측정된 상기 제 1 근육의 하중 작용방향에 따라, 상기 동력 공급부를 제어하는 제어부를 포함한다. 이때, 상기 소프트 외골격부는 내측에 섬유관로를 구비하여 상기 동력 공급부로부터 동력원이 공급될 경우, 팽창하여 상기 제 1 근육을 지지하는 복수의 섬유구조물을 포함하는 지지부를 포함한다. 또한, 상기 제어부는 상기 복수의 섬유구조물 중, 상기 센서부에 의해 측정된 제 1 근육 중 하중이 가장 많이 발생되는 제 1 위치에 배치된 제 1 섬유구조물이 강성을 지니도록 상기 동력 공급부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 메타물질을 이용하여 제조된 근력지원 소프트 외골격 슈트를 제공할 수 있다.

구체적으로, 인간의 몸에 잘 밀착되어 자연스러운 근육과 같은 움직임이 가능한 소프트 외골격 슈트를 제공할 수 있다.

금속성 뼈대 및 기계적 구조를 갖는 종래의 근력 지원 슈트를 신축 가능한 메타물질(Meta Material)을 이용하여 제작함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 근력지원 소프트 외골격 슈트는 부피가 작고 유연하며 개인적인 신체의 유형에 맞춰주어, 편안함을 제공한다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력지원 소프트 외골격 슈트의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부의 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 지지부의 일부를 도시하고 있다.
도 5는 제 2 지지부의 구성을 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 섬유 구조물의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부의 구동을 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부 및 센싱부를 도시하고 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1개의 유닛이 2개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.

본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 근력지원 소프트 외골격 슈트를 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력지원 소프트 외골격 슈트의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 근력지원 소프트 외골격 슈트(1)는 금속성 뼈대 및 기계적 구조를 갖는 근력 보조 로봇 대신, 프와송 비 또는 상변화 특성을 가지는 신축 가능한 메타물질(meta material)을 이용하여 부피가 작고 유연하며, 사용자의 몸에 잘 밀착되어 자연스러운 움직임이 가능한 소프트 외골격 슈트로서, 동력 공급부(10)를 포함한다.

동력 공급부(10)는 사용자(A)의 신체에 착용되어 후술할 소프트 외골격부(20)와 연결되고, 소프트 외골격부(20)로 유입되는 유체, 유체의 압력, 유체의 속도, 전기신호, 전기신호의 세기, 및 전기신호의 주기 중 어느 하나를 조절한다.

상세하게는, 동력 공급부(10)는 동력 공급장치(11) 및 착용부(13)를 포함할 수 있다. 이때, 동력 공급장치(11)는 전력 공급장치 또는 유체 공급장치를 포함할 수 있다.

따라서, 동력 공급장치(11)는 소프트 외골격부(20)에 전기신호 또는 유체를 공급하거나, 상기 소프트 외골격부(20)에 공급된 전기신호 또는 유체를 회수할 수 있다.

한편, 본발명의 일 실시예가 유압모듈을 포함하는 경우, 유압모듈은 유압탱크, 유압구동모터, 유압밸브, 유압펌프기어, 구동회로보드, 배터리 팩 등으로 구성될 수 있다. 이와 같은, 유압모듈은 하나의 유압탱크에 복수 개의 유압구동모터, 유압밸브 및 유압펌프기어가 설치되는 일체형 압유 공급 방식이 적용될 수 있다.

또는 본 발명의 일 실시예가 전기신호 제어모듈을 포함하는 경우, 전기신호 증폭기, 및 전기신호 필터, 및 신호처리 모듈 등을 포함할 수 있다.

한편, 동력공급장치(11)는 착용부(13) 및 소프트 외골격부(20)가 결합되는 거치부(12)를 포함할 수 있다. 거치부(12)는 착용부(13)를 통하여 사용자(A)의 허리부위에 배치되고, 내측에 안착홈 등이 형성되어 전기신호 제어모듈 또는 유압모듈이 거치될 수 있다. 또한, 거치부(12)의 둘레에는 착용부(13) 및 소프트 외골격부(20)와 결합 가능한 결합수단이 형성될 수 있다. 예컨대, 결합수단은 고리 등으로 형성될 수 있다.

또한, 동력 공급장치(11)는 유압모듈 또는 전기신호 제어모듈을 포함하는 제어모듈(14)과 소프트 외골격부(20)를 연결하는 커넥터(15)를 포함할 수 있다. 예컨대, 커넥터(15)는 하나의 배관으로 구비되어 유체의 유출입이 동시에 이루어지거나, 복수 개로 구비되어 유체의 유출입이 각각 개별적으로 이루어질 수 있다.

또는, 커넥터(15)는 하나의 도선으로 구비되어 전기신호의 인가가 동시에 이루어지거나, 복수개의 도선으로 구비되어 전기신호가 각각 개별적으로 인가될 수 있다.

계속해서, 도 1을 참조하면, 착용부(13)는 동력 공급장치(11)의 거치부(11)와 결합되어 사용자(A)의 허리에 착용 가능한 제1 지지부(13a)와, 유체공급장치(11)의 거치부(12)에 결합되어 사용자(A)의 어깨에 착용 가능한 제2 지지부(13b)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 지지부(13a)와 제2 지지부(13b)에는 원터치 방식의 체결수단 및 길이조절 수단이 구비될 수 있다.

소프트 외골격부(20)는 동력 공급부(10)와 연결되어 사용자(A)의 신체에 착용되고, 신축 가능한 소재로 형성되어 착용된 신체 부위의 근육의 움직임을 모방한다. 또한, 소프트 외골격부(20)는 내측에 유체의 유동이 가능한 공극 또는 전기 신호의 인가 및 제어가 가능한 도선이 구비될 수 있다. 따라서, 동력 공급부 (10)로부터 유체 또는 전기 신호가 공급될 경우, 팽창하여 사용자(A)의 신체 부위를 지지한다. 한편, 본 발명의 일 실시예 및 도 1에는 소프트 외골격부(20)가 사용자의 다리에 착용된 것으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

다시 말해, 소프트 외골격부(20)는 사용자의 신체부위 중, 어깨, 팔, 목, 손, 및 발 등 어디에도 착용 가능하도록 제조될 수 있으며, 착용된 신체 부위의 근육 및 하중을 지지할 수 있다.

또한, 본 소프트 외골격 슈트(1)는 소프트 외골격부(20)를 복수로 분할하여 신체 부위를 각각 개별적으로 지지되도록 함은 물론, 복수로 분할된 각 소프트 외골격부를 연결부(27)로 연결하여 사용자(A)의 신체의 움직임이 보다 자연스럽게 이루어지도록 할 수 있다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 소프트 외골격부(20)는 기능에 따라 대퇴부(A1)를 지지하는 제1 소프트 외골격부(21), 경골부(A2)를 지지하는 제2 소프트 외골격부(23), 동력 공급부(10), 제1 소프트 외골격부(21), 제2 소프트 외골격부 (23)를 서로 회동 가능하게 연결하는 연결부(27)를 포함할 수 있다.

따라서, 근력지원 소프트 외골격 슈트(1)는 대퇴부(A1) 및 경골부(A2)의 근력보조뿐만 아니라, 대퇴부(A1) 및 경골부(A2)를 감싸도록 형성되어 외부로부터의 충격을 흡수하는 역할을 동시에 수행할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부(20)를 더욱 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부의 분리 사시도이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부(20)는 커버부(110), 지지부(120) 및 센싱부(130)를 포함한다.

먼저, 커버부(110)는 센싱부(120) 및 지지부(130)를 감싸도록 형성된다. 이때, 커버부(110)는 천과 같은 섬유, 폴리머, 종이, 필름, 및 얇은 금속 박막 또는 실리콘과 같이 부드러우며 탄성을 지니는 물질로 형성될 수 있다. 또는, 커버부(110)는 인장 및 팽창이 가능한 형상기억섬유 또는 그래핀 섬유와 같은 융합 섬유를 포함하여 구성될 수 있다.

이때 커버부(120)는 사용자의 신체 부위 일부에 착용될 수 있도록, 3D프린터를 등을 통해 소프트 외골격부(20)가 착용될 사용자의 신체부위와 동일한 형상으로 제작될 수 있다.

지지부(130)는 전자기적 또는 기계적인 신호가 인가될 때, 착용된 사용자의 신체 부위에 가해지는 하중을 지지한다.

또한, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부(20)는 커버부(110)가 제 1 커버부(112) 및 제 2 커버부(114)로 구성될 수 있으며, 제 1 커버부(112) 및 제 2 커버부(114) 사이에 제 1 지지부(122) 및 제 2 지지부(124)가 구비될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 지지부의 일부를 도시하고 있고, 도 5는 제 2 지지부의 구성을 상세히 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 섬유 구조물의 일례를 도시한 도면이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 제 1 지지부(122)는 그물망(mesh) 형태로 형성되어 제 1 커버부(112) 및 제 2 커버부(114)와 함께, 소프트 외골격부가 착용된 사용자의 신체 부위를 감싸도록 형성된다. 이때, 제 1 지지부(122)는 신축 가능한 소재로 형성되어 팽창과 수축 운동을 수행한다.

구체적으로, 그물망 형태의 제 1 지지부(122)는 미리 설정된 모양의 셀(122a)이 서로 연결된 구조로 배치되어 하나의 섬유 구조물을 형성한다. 이때, 각각의 셀(122a)은 내부가 중공된 공극(122b)을 포함하고, 셀의 모양은 허니콤(honeycomb), 요각육면체(re-entrant hexagonal honeycomb), 화살촉 구조(arrowhead), 나선형 에어백(air-bag) 등의 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 섬유 구조물을 형성하는 복수의 셀들은 서로 동일한 크기로 형성되거나, 지지되는 부위 등에 따라 상호 상이한 크기로 형성될 수 있다.

제 1 지지부(122)는 제 2 지지부(124)의 구동에 대응하여 수축 또는 팽창될 수 있다. 이때, 제 1 지지부(122)는 신축 가능한 소재로 형성될 수 있으나, 제 2 지지부(122)에 유체가 유입되거나 전기 신호가 인가될 경우, 팽창의 정도를 미리 설정된 임계수치 이내로 제한할 수 있도록 섬유 구조물에 비하여 층의 두께가 두껍거나, 비탄성 소재가 혼합된 형태로 형성될 수 있다.

이어서, 제 2 지지부(124)는 도 5의 (a)에도시된 바와 같이, 복수의 섬유구조물(124a, 124b) 및 상기 복수의 섬유구조물(124a, 124b) 을 연결하는 힌지부(124c)를 포함한다. 도 5의 (b)를 참조하면, 제 2 지지부(124)는 제 1 지지부(122)와 마찬가지로, 미리 설정된 모양의 셀(124d)이 서로 연결된 구조로 배치되어 하나의 섬유 구조물을 형성한다. 이때, 각각의 셀(124d)은 내부가 중공된 공극(124e)을 포함하고, 셀의 모양은 허니콤(honeycomb), 요각육면체(re-entrant hexagonal honeycomb), 화살촉 구조(arrowhead), 나선형 에어백(air-bag) 등의 모양으로 형성될 수 있다.

또한, 복수의 섬유구조물(124a)은 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 내측에 섬유관로(124f)를 포함하며, 섬유관로(124f)를 통해 유체가 유입되거나, 또는 전기 신호가 인가될 수 있다.

더욱 상세하게, 제 2 지지부(124)는 제 1 섬유구조물(124a) 및 제 2 섬유구조물(124b)이 힌지부(124c)에 의해 연결될 수 있다. 이때, 힌지부(124c)는 유체를 유입 또는 회수 시키거나, 전기신호를 인가시키는 커넥터(15)와 연결되고, 동시에 섬유관로(124f)와 연결될 수 있다. 제 2 지지부(122)는 제 1 지지부(124)와 마찬가지로 소프트 외골격부가 착용된 사용자의 신체 부위를 감싸도록 형성되며, 신축 가능한 소재로 형성되어 팽창과 수축 운동을 수행한다.

한편, 소프트 외골격부(20)를 형성하는 제 1 지지부(122) 및 제 2 지지부(124)의 섬유구조물은 신축 가능한 소재는 프와송 비(Negative Poisson’s Ratio)를 가지거나, 상변화 (Phase-Change) 특성을 가지는 메타물질(meta material)로 형성될 수 있다. 또는 충격작용시 딱딱한 성질로 변환하여 작용하중을 한 곳에 집중되지 않고 분포하중으로 변환시켜주는 힙 프로텍터(hip protector) 또는 저온에서 고체상태에서 고온 작용시 겔 형태로 변환하는 상변화물질 등을 포함할 수 있다. 이때, 상변화 물질로는 일례로 열변환 물질일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 제 1 지지부(122) 및 제 2 지지부(124) 천과 같은 섬유, 폴리머, 종이, 필름, 및 얇은 금속 박막 또는 실리콘과 같이 부드러우며 탄성을 지니는 물질, 인장 및 팽창이 가능한 형상기억섬유 또는 그래핀 섬유와 메타물질이 융합된 융합 섬유로 형성될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부(20)의 구동을 더욱 상세히 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부의 구동을 상세히 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 지지부(122) 및 제 2 지지부(124)는 섬유관로(20c)에 전기 신호 또는 유체를 적절하게 공급하거나, 회수함에 따라, 소프트 외골격부(20)의 폭과 길이가 조절될 수 있다.

구체적으로, 소프트 외골격부(20)는 근육의 수축 및 이완 원리와 동일하게 모방될 수 있다. 일례로, 근육이 수축된 상태를 모방할 경우에는, 섬유관로(20c)를 통해 유체를 유입하거나 전기 신호를 인가하여 길이는 감소시키고 폭은 증가시킬 수 있다. 반대로 근육이 이완된 상태를 모방할 경우에는, 유체 또는 전기신호를 회수하여 길이는 증가시키고 폭은 감소시킬 수 있다. 따라서, 사용자의근육의 움직임을 모방할 수 있다.

구체적으로, 유체를 유입하거나 전기 신호를 인가되기 전에는 제 1 지지부(124) 및 제 2 지지부(122)의 셀 사이의 공극(122b, 124e)은 넓은 면적으로 유지되어 유연성을 증가시키고, 유체를 유입하거나 전기 신호를 인가되는 경우, 제 1 지지부(124) 및 제 2 지지부(122)의 셀 사이의 공극(122b, 124e)은 줄어들고, 셀과 셀사이를 지지하는 강성이 강해져서 양단에 하중을 지지할 수 있는 구조를 가지게 된다.

또한, 근력 보조가 필요할 경우, 유체공급장치(11)로부터 섬유관로(124f)에 유체 또는 전기신호를 공급하여 소프트 외골격부(20)를 팽창시킴으로써, 사용자(A)의 근육을 지지하고, 반대로, 근력 보조가 필요하지 않을 경우, 유체공급장치(11)로부터 섬유관로(124f)에 공급된 유체 또는 전기신호를 회수하여 소프트 외골격부(20)를 이완시킴으로써, 사용자(A)의 신체 근육이 자유롭게 움직일 수 있도록 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 지지부(1240)의 힌지부(124c)는 사용자의 신체부위 중 관절 부위에 착용되록 배치될 수 있으며, 힌지부(124c)의 일 측면에는 센싱부(130)을 포함할 수 있다.

이때, 센싱부(130)는 제 1 지지부(122) 및 제 2 지지부(124)의 강도, 각각에 가해지는 압력 및 가해지는 위치 등을 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(130)는 촉각센서(tactile sensor)를 포함하는 패드를 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 외골격부 및 센싱부를 도시하고 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱부(130)는 소프트 외골격부(20)의 일측면에 구비될 수 있으며, 예를 들어, 소프트 외골격부(20)의 제 2 지지부(124)의 힌지부(124c)에 구비될 수 있다. 따라서, 센싱부(130)는 소프트 외골격부(20)에 의해 사용자의 신체에 밀착되어, 소프트 외골격 근력 슈트(1)를 착용한 사용자의 근육에 가해지는 하중, 관절의 움직임, 소프트 외골격부(20)의 변화 및 상태 등을 측정한다.

한편 도시되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 근력지원 소프트 외골격 슈트(1)는 제어부(미도시됨)을 더 포함하며, 센서부(130)와 연결되고,

센서부(130)로부터 측정된 신호에 기초하여 동력공급부(10)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 센싱부(130)는 먼저, 소프트 외골격 근력 슈트(1)를 착용한 제 1 사용자의 근육에 가해지는 하중, 및 관절의 움직임 등을 측정한 후, 제 1 사용자의 각 근육에 가해지는 하중 또는 스트레스의 방향 등을 분석할 수 있다. 따라서, 제1 사용자의 근육이 쓰여지는 부위 또는 근력이 부족한 부분 등을 소프트 외골격부가 지지하도록 동력 공급장치를 제어하거나, 과하게 제 1 사용자의 근육이 수축되는 부분은 소프트 외골격부를 팽창시키도록 동력 공급장치를 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(미도시됨)는 소프트웨어 또는 FPGA (Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC (Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성 요소를 의미하며, 소정의 역할들을 수행하는 것일 수 있다. 그렇지만 '구성 요소'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

따라서 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.

또한, 구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 액추에이터는 부프와송비 또는 상변화 특성을 가지는 신축 가능한 메타물질(Meta Material)을 이용하여 부피가 작고 유연한 스마트 액추에이터를 제공할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 근력지원 소프트 외골격 슈트
10: 동력공급장치
20: 소프트 외골부
110: 커버부
120: 지지부
130: 센싱부

Claims (9)

1. 근력지원 소프트 외골격 슈트에 있어서,
   동력 공급부;
   상기 동력 공급부와 연결되어 사용자의 신체 일부에 착용되고, 신축 가능한 소재로 형성되어 상기 소프트 외골격 슈트가 착용된 사용자의 신체 부위의 제 1 근육의 움직임을 모방하는 소프트 외골격부;
   상기 소프트 외골격부의 일 측면에 배치되고, 상기 근육의 움직임을 측정하는 센서부; 및
   상기 센서부에 의해 측정된 상기 제 1 근육의 하중 작용방향에 따라, 상기 동력 공급부를 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 소프트 외골격부는
   내측에 섬유관로를 구비하여 상기 동력 공급부로부터 동력원이 공급될 경우, 팽창하여 상기 제 1 근육을 지지하는 복수의 섬유구조물을 포함하는 지지부를 포함하고,
   상기 제어부는
   상기 복수의 섬유구조물 중, 상기 센서부에 의해 측정된 제 1 근육 중 하중이 가장 많이 발생되는 제 1 위치에 배치된 제 1 섬유구조물이 강성을 지니도록 상기 동력 공급부를 제어하며,
   상기 동력 공급부는
   전력공급장치 및
   상기 전력 공급장치와 연결되는 커넥터를 포함하고,
   상기 지지부는
   복수의 섬유구조물을 더 포함하고,
   각각의 섬유구조물은 힌지부에 의해 연결되며,
   상기 힌지부는 상기 복수의 섬유구조물 내의 복수의 섬유관로 및 상기 커넥터와 연결되도록 형성된 것인,
   근력지원 소프트 외골격 슈트.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 커넥터 및 상기 섬유관로는 하나 이상의 도선을 포함하는 것인,
   근력지원 소프트 외골격 슈트.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 섬유구조물은
   기설정된 형상을 갖는 복수개의 셀이 그물망 형상으로 연결되고, 상기 셀의 내부는 중공된 공극을 포함하고,
   전기신호에 따라 유도되는 상기 셀의 인장 또는 수축에 따라 상기 섬유관로가 팽창되는 경우,
   상기 공극의 면적이 감소하는 것에 대응하여 강성을 지니는 것인,
   근력지원 소프트 외골격 슈트.
   
6. 근력지원 소프트 외골격 슈트에 있어서,
   동력 공급부;
   상기 동력 공급부와 연결되어 사용자의 신체 일부에 착용되고, 신축 가능한 소재로 형성되어 상기 소프트 외골격 슈트가 착용된 사용자의 신체 부위의 제 1 근육의 움직임을 모방하는 소프트 외골격부;
   상기 소프트 외골격부의 일 측면에 배치되고, 상기 근육의 움직임을 측정하는 센서부; 및
   상기 센서부에 의해 측정된 상기 제 1 근육의 하중 작용방향에 따라, 상기 동력 공급부를 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 소프트 외골격부는
   내측에 섬유관로를 구비하여 상기 동력 공급부로부터 동력원이 공급될 경우, 팽창하여 상기 제 1 근육을 지지하는 복수의 섬유구조물을 포함하는 지지부를 포함하고,
   상기 제어부는
   상기 복수의 섬유구조물 중, 상기 센서부에 의해 측정된 제 1 근육 중 하중이 가장 많이 발생되는 제 1 위치에 배치된 제 1 섬유구조물이 강성을 지니도록 상기 동력 공급부를 제어하며,
   상기 동력 공급부는
   유체공급장치; 및
   상기 유체공급 장치와 연결되는 커넥터를 포함하고,
   상기 지지부는
   복수의 섬유구조물을 더 포함하고,
   각각의 섬유구조물은 힌지부에 의해 연결되며,
   상기 힌지부는 상기 복수의 섬유구조물 내의 복수의 섬유관로 및 상기 커넥터와 연결되도록 형성된 것인,
   근력지원 소프트 외골격 슈트.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 커넥터는 하나 이상의 유체공급배관을 포함하는 것인,
   근력지원 소프트 외골격 슈트.
8. 삭제
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 섬유구조물은
   기설정된 형상을 갖는 복수개의 셀이 그물망 형상으로 연결되고, 상기 셀의 내부는 중공된 공극을 포함하고,
   상기 유체가 유입됨에 따라 유도되는 상기 셀의 인장 또는 수축에 따라 상기 섬유관로가 팽창되는 경우,
   상기 공극의 면적이 감소하는 것에 대응하여 강성을 지니는 것인,
   근력지원 소프트 외골격 슈트.

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