KR101945516B1

KR101945516B1 - 상지 외골격 어시스트 장치

Info

Publication number: KR101945516B1
Application number: KR1020170080807A
Authority: KR
Inventors: 한창수; 이승찬; 김호준; 김완수; 황승훈; 이다연; 신동빈
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2019-02-08
Also published as: KR20190001203A

Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 상지 외골격 어시스트 장치는, 바디파트, 상기 바디파트에 대하여 제1 방향 또는 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 회동 가능하게 연결되는 회동파트, 상기 바디파트와 상기 회동파트 사이를 연결하되, 상기 회동파트가 상기 제1 방향으로 회동될 때 상기 회동파트에 탄성력을 가하는 연결파트, 및 상기 회동파트의 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 회동 중 어느 하나의 방향 회동을 허용하는 제1 클러치부와 다른 하나의 방향 회동을 허용하는 제2 클러치부를 포함하는 클러치파트를 포함하는 것을 특징으로 하며, 별도의 에너지원이 필요하지 않고 탄성력만을 이용하여 편리한 상지 외골격 어시스트 장치를 제공한다.

Description

상지 외골격 어시스트 장치{Upper limb exoskeleton assist device}

본 발명은 상지 외골격 어시스트 장치에 관한 것이다.

일반적으로 외골격 로봇은, 착용자의 근력을 지원하여 무거운 물체를 들어올리거나 하반신 마비 환자 등이 원활하게 움직일 수 있도록 착용하는 장치로서, 웨어러블 로봇(Wearable Robot), 장갑 로봇 등으로 불리기도 한다. 이러한 외골격 로봇은 처음에는 팔에 장착하여 무거운 포탄을 쉽게 옮길 수 있도록 하는 등 군사용으로 개발되었는데, 산업용이나 군사용으로 개발된 외골격 로봇은 착용자의 근력을 지원하여 무거운 물체를 드는 것이 가능하도록 하며, 특히 하지 외골격 로봇은 중량물의 힘을 지면에 대신 전달해 줌으로써 그 힘을 사람에게 가해지지 않도록 하는 특징이 있다.

이러한 로봇은 다양한 플랫폼을 설치함으로써 여러 작업을 수행할 수 있는데, 착용자의 상지를 이용하여 물건을 들어올릴 때에는 추가적인 플랫폼이 필요하다. 물건을 들어올리기 위한 플랫폼으로는 구동기를 이용하는 것이 대부분이며, 대표적으로는 상지 외골격 로봇을 들 수 있다. 그런데 상지 외골격 로봇은 큰 하중과 비싼 개발비용의 단점으로 인해 그 활용도가 높지 않다.

한편, 군사, 산업 분야에 사용할 목적으로 개발된 외골격 로봇은, 인간의 근력을 지원하여 일에 대한 능률을 높이기 위한 것으로, 대부분의 외골격 로봇은 구동기와 구동기 작동에 필요한 에너지원을 구비하고 있다. 그러나 외골격 로봇이 구비하고 있는 에너지원에는 한계가 있으므로, 종래의 외골격 로봇은 구동기의 사용시간이 짧고, 에너지원에 맞게 제한적으로 운용될 수 밖에 없는 단점이 있다.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 별도의 에너지원 없이 인체의 힘만으로 구동 가능한 상지 외골격 어시스트 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 상지 외골격 어시스트 장치는, 바디파트, 상기 바디파트에 대하여 제1 방향 또는 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 회동 가능하게 연결되는 회동파트, 상기 바디파트와 상기 회동파트 사이를 연결하되, 상기 회동파트가 상기 제1 방향으로 회동될 때 상기 회동파트에 탄성력을 가하는 연결파트, 및 상기 회동파트의 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 회동 중 어느 하나의 방향 회동을 허용하는 제1 클러치부와 다른 하나의 방향 회동을 허용하는 제2 클러치부를 포함하는 클러치파트를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 클러치부는 상기 회동파트의 상기 제1 방향 회동을 허용하고 상기 제2 방향 회동을 제한하며, 상기 제2 클러치부는 상기 회동파트의 상기 제2 방향 회동을 허용하고 상기 제1 방향 회동을 제한할 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 회동파트의 회동축에 연결된 회동제한부재는 상기 제1 클러치부와 상기 제2 클러치부 중 어느 하나에 연결되어 있는 상태에서, 스위치가 조작되면 다른 하나에 연결될 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 회동제한부재는 기어를 포함하며, 상기 제1 클러치부는 제1 돌기를 포함하고 상기 제2 클러치부는 제2 돌기를 포함하며, 상기 기어의 톱니가 상기 제1 돌기 또는 상기 제2 돌기에 걸려 상기 회동제한부재가 상기 제1 클러치부 또는 상기 제2 클러치부에 연결될 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 클러치부는 상기 제1 돌기를 탄성지지하는 제1 돌기탄성부재를 더 포함하고, 상기 제2 클러치부는 상기 제2 돌기를 탄성지지하는 제2 돌기탄성부재를 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 돌기는 상기 제2 방향으로 회동이 가능하고 상기 제2 돌기는 상기 제1 방향으로 회동이 가능하며, 상기 회동파트가 상기 제1 방향으로 회동될 때 상기 제1 돌기는 상기 기어의 톱니를 따라 상기 제2 방향을 회동되다가 상기 제1 돌기탄성부재의 탄성력으로 인해 상기 기어의 다음 톱니에 물리게 되고, 상기 회동파트가 상기 제2 방향으로 회동될 때 상기 제2 돌기는 상기 기어의 톱니를 따라 상기 제1 방향을 회동되다가 상기 제2 돌기탄성부재의 탄성력으로 인해 상기 기어의 다음 톱니에 물리게 될 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 클러치파트는 상기 바디파트에 고정된 고정부를 더 포함하고, 상기 스위치가 조작되면 상기 제1 클러치부와 상기 제2 클러치부의 적어도 일부가 상기 고정부에 대하여 이동될 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 클러치부는 제1 클러치본체, 상기 제1 클러치본체로부터 연장되는 제1 돌기, 상기 제1 클러치본체를 상기 고정부에 대하여 탄성지지하는 제1 클러치탄성부재를 포함하고, 상기 제2 클러치부는 제2 클러치본체, 상기 제2 클러치본체로부터 연장되는 제2 돌기, 상기 제2 클러치본체를 상기 고정부에 대하여 탄성지지하는 제2 클러치탄성부재를 포함하며, 상기 회동제한부재는 상기 제1 돌기 또는 상기 제2 돌기에 대응되는 기어를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 기어가 상기 제1 돌기에 걸려 있는 상태에서, 상기 스위치가 조작되면 상기 제1 클러치본체와 상기 제2 클러치본체가 상기 고정부의 레일을 따라 이동되어 상기 기어와 상기 제1 돌기 간의 걸림이 해제되고 상기 기어가 상기 제2 돌기에 걸릴 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 스위치가 반대로 조작되면 상기 제1 클러치탄성부재와 상기 제2 클러치탄성부재의 탄성력에 의해 상기 제1 클러치본체와 상기 제2 클러치본체가 원위치되어, 상기 기어와 상기 제2 돌기 간의 걸림이 해제되고 상기 기어가 상기 제1 돌기에 걸릴 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 연결파트는 일측이 상기 바디파트에 회동 가능하게 연결되는 샤프트부, 상기 사프트부의 타측에 연결되어 상기 회동파트의 슬라이딩홀 내에서 슬라이딩하는 슬라이딩부, 및 상기 슬리이딩홀에 의한 상기 회동파트의 내벽과 상기 슬라이딩부 사이에 위치되어 상기 회동파트의 회동에 따라 신축되는 회동탄성부를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 회동파트가 상기 제2 방향으로 회동되면 상기 내벽과 상기 슬라이딩부 사이의 거리가 멀어져 상기 회동탄성부의 길이가 길어져 탄성력이 저장될 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 상기 회동파트가 상기 제1 방향으로 회동되면 상기 내벽과 상기 슬라이딩부 사이의 거리가 가까워지고 상기 회동탄성부가 저장된 상기 탄성력을 가할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 상지 외골격 어시스트 장치는, 물체를 들어올릴 때 연결파트의 회동탄성부가 탄성력을 제공함으로써 탄성력만큼 사용자가 더 적은 힘으로 물체를 들어올리도록 할 수 있으며, 별도의 에너지원이 필요치 않아 에너지원의 충전, 사용시간 등에 구애받지 않을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상지 외골격 어시스트 장치를 정면에서 바라본 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치를 배면에서 바라본 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치의 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치의 측면도이다.
도 5는 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치에 스위치가 설치된 것을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치의 클러치파트를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 7 및 도 8은 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치의 클러치파트를 확대한 사시도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상지 외골격 어시스트 장치(100)를 정면에서 바라본 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치(100)를 배면에서 바라본 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치(100)의 평면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 상지 외골격 어시스트 장치(100)에 대해 살펴보기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 상지 외골격 어시스트 장치(100)는 바디파트(200), 바디파트(200)에 대하여 회동 가능한 회동파트(300), 바디파트(200)와 회동파트(300) 사이에 연결되어 회동파트(300)의 회동 시 탄성력을 가하는 연결파트(400), 및 회동파트(300)의 회동 방향을 허용하는 클러치파트(500)를 포함할 수 있다.

바디파트(200)는 상지 외골격 어시스트 장치(100)의 본체가 되는 부분으로 사용자가 멜 수 있는 형태로 구현될 수 있다.

여기서, 바디파트(200)는 예를 들어 사용자의 등 부분에 위치되는 본체부(210), 본체부(210)로부터 연장되어 사용자의 어깨에 견착될 수 있는 견착부(220), 본체부(210)로부터 측부를 향해 연장되는 연장부(230), 및 연장부(230)에 연결되어 회동파트(300)의 회동을 지지하는 지지부(240)를 포함할 수 있다. 이때, 연장부(230)와 지지부(240)는 본체부(210)의 양측에 한 쌍으로 구성될 수도 있고, 또는 어느 일측에만 구성될 수도 있다. 또한, 지지부(240)에는 연결파트(400)와 회동파트(300)의 적어도 일부가 회동 가능한 형태로 연결될 수 있는데, 지지부(240)와 연장부(230)를 통해 상지 외골격 어시스트 장치(100)를 통해 들어올리는 물체의 무게를 본체부(210)와 견착부(220)에 전달할 수 있어 물체의 무게를 분산시킬 수 있고, 이에 따라 사용자가 느끼는 무게감을 감소시킬 수 있다.

한편, 도 3에 도시한 바와 같이 본체부(210)와 연장부(230) 간의 연결 및 연장부(230)와 지지부(240) 간의 연결은 회전조인트(250)에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 회전조인트(250)에 의해 좌우 방향으로 회전 동작의 수행이 가능하며, 이에 따라 사용자는 허리를 돌리면서 지지부(240)에 연결된 회동파트(300)를 좌우로 회전시켜 상지 외골격 어시스트 장치(100)의 자유도를 증가시킬 수 있다.

회동파트(300)는 바디파트(200)에 대하여 제1 방향 및 제2 방향으로 회동하는 부재이다.

여기서, 회동파트(300)의 제1 방향(도 1 및 도 2에서는 시계방향) 회동은 회동파트(300)를 들어올리는 방향이 될 수 있고 제2 방향(도 1 및 도 2에서는 반시계방향) 회동은 회동파트(300)를 내리는 방향이 될 수 있다. 따라서, 사용자는 회동파트(300)를 제2 방향으로 회동시켜 물체를 회동파트(300)에 연결한 후 제1 방향으로 회동시켜 물체를 들어 올릴 수 있으며, 다시 제2 방향으로 회동시켜 물체를 원하는 곳에 내려놓을 수 있다.

한편, 회동파트(300)는 바디파트(200)의 지지부(240)에 회동 가능하게 연결되는 회동바(310)를 포함할 수 있으며, 바디파트(200)의 연장부(230)와 지지부(240)가 한 쌍으로 구성되는 경우 회동바(310)도 사용자의 두 팔에 대응되도록 한 쌍으로 구성될 수 있다. 이때, 회동파트(300)는 한 쌍의 회동바(310) 사이를 연결하는 연결바(320)를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 들어올리는 물체의 무게를 양측의 회동바(310)로 분산시킬 수 있다. 또한, 이러한 회동바(310)와 연결바(320)는 서로 다른 부재를 연결하여 구성할 수도 있고 또는 일체의 부재로 구성하는 것도 가능하다.

한편, 회동바(310)에는 사용자가 손으로 잡을 수 있는 손잡이(314)가 돌출 구성될 수 있으며, 사용자는 물체를 들어올릴 때 이러한 손잡이(314)를 상부 방향으로 올려 회동바(310)가 바디파트(200)의 지지부(240)에 대하여 제1 방향으로 회동되도록 할 수 있다. 또한, 반대로 물체를 내릴 때에는 손잡이(314)를 하부 방향으로 내려 회동바(310)가 바디파트(200)의 지지부(240)에 대하여 제2 방향으로 회동되도록 할 수 있다. 또한, 손잡이(314)에는 사용자가 조작할 수 있는 스위치(315; 도 5 참조)가 더 구성될 수 있는데, 스위치(315)는 클러치파트(500)를 조작하기 위한 것으로서 이후 클러치파트(500)에 대한 설명에서 구체적으로 살펴보도록 한다.

또한, 회동바(310)에는 슬라이딩홀(311)이 관통 형성되어 있을 수 있으며, 회동바(310)가 회동되는 축 부분에는 회동제한부재(313; 도 8 참조)가 구성되어 있을 수 있다.

도 4는 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치(100)의 측면도이다. 이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 상지 외골격 어시스트 장치(100)의 연결파트(400)에 대하여 살펴보기로 한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 연결파트(400)는 회동탄성부(410)를 포함할 수 있으며, 이러한 회동탄성부(410)는 회동파트(300)가 제1 방향으로 회동될 때, 즉 사용자가 물체를 들어올릴 때 회동파트(300)에 탄성력을 가하여 사용자로 하여금 탄성력만큼 힘이 덜 들도록 할 수 있다. 일 예로 연결파트(400)는 일측이 회동파트(300)의 지지부(240)에 회동 가능하게 연결되는 샤프트부(420), 샤프트부(420)의 타측에 연결되어 회동파트(300)의 회동바(310)에 형성된 슬라이딩홀(311) 내에서 슬라이딩하는 슬라이딩부(430), 슬라이딩홀(311)에 의한 회동바(310)의 내벽(312)과 슬라이딩부(430) 사이에 위치되어 회동바(310)에 탄성력을 가하는 회동탄성부(410)를 포함할 수 있다. 이때, 슬라이딩부(430)가 슬라이딩홀(311) 내에서 안정적으로 슬라이딩 될 수 있도록 샤프트부(420)를 한 쌍으로 구현할 수도 있으며(도 1 내지 도 3 참조) 한 쌍의 샤프트부(420) 사이에 슬라이딩부(430)를 연결하여 슬라이딩부(430)가 안정적으로 지지되도록 할 수 있다.

이러한 구성에서 회동파트(300)에 물체를 연결하려면 회동바(310)를 제2 방향으로 회전시키는데, 회동바(310)의 제2 방향 회전에 따라 회동바(310)와 샤프트부(420) 사이의 각도가 점차 작아지면서 슬라이딩홀(311)에 의한 회동바(310)의 내벽(312)과 슬라이딩부(430) 사이의 거리가 점차 멀어질 수 있다. 이러한 거리 증가는 슬라이딩부(430)와 내벽(312) 사이를 연결하는 회동탄성부(410)의 늘어남을 야기하며, 회동탄성부(410)에 원래의 길이로 줄어드려는 탄성력이 저장될 수 있다.

이때, 회동탄성부(410)는 원래의 길이로 돌아가려 하기 때문에 슬라이딩부(430)가 내벽(312)에 가까워지도록 탄성력을 가할 것아며, 이에 따라 회동파트(300)에 연결된 물체를 들어올리기 위해 회동바(310)를 제1 방향으로 회동시킬 때 사용자는 이러한 탄성력의 도움을 받을 수 있다. 즉, 사용자는 물체를 들어올릴 때 탄성력만큼 힘을 덜 들일 수 있다. 한편, 물체를 내리는 동작에서는 이러한 탄성력을 이겨내야 하기 때문에 더 큰 힘이 필요한데, 중력이 탄성력에 비해 충분히 크기 때문에 물체를 내리는 동작에는 큰 무리가 없을 수 있다.

또한, 샤프트부(420)는 초기 길이를 설정 가능하도록 구현될 수도 있다. 예를 들어 샤프트부(420)를 제1 샤프트(421)와 제2 샤프트(422)의 나사결합으로 구현하여 샤프트부(420) 초기 전체 길이를 조절할 수 있는데, 이러한 샤프트부(420)의 초기 길이 설정은 회동탄성부(410)의 초기 탄성력 크기를 설정하기 위한 것일 수 있다. 예를 들어 샤프트부(420)의 초기 길이가 짧다면 회동탄성부(410)가 많이 늘어난 상태가 되므로 더 큰 탄성력을 저장할 수 있으며, 반대로 초기 길이가 길다면 회동탄성부(410)가 약간만 늘어난 상태가 되므로 탄성력의 크기가 작아질 수 있다. 즉, 사용자의 입장에서는 샤프트부(420)의 초기 길이가 짧을 수록 탄성력이 커서 물체를 들어올릴 때 더 적은 힘만 필요할 수 있다. 또한, 샤프트부(420)가 회동될 때 슬라이딩부(430)가 함께 회전되면 회동탄성부(410)와의 위치가 틀어질 수도 있으므로 샤프트부(420)와 슬라이딩부(430) 사이는 베어링을 통해 연결하여, 샤프트부(420)가 회동되더라도 슬라이딩부(430)는 공회전하도록 구현할 수 있다.

본 실시예에 따른 상지 외골격 어시스트 장치(100)는 상기와 같이 모터, 전기, 공압, 유압 등 별도의 에너지원 없이 회동탄성부(410)의 탄성력만을 이용하기 때문에 구성을 간단히 할 수 있어 어시스트 장치(100)의 무게를 줄일 수 있으며, 에너지원의 충전, 사용시간 등에 구애받지 않을 수 있다.

도 5는 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치(100)에 스위치(315)가 설치된 것을 나타낸 사시도이고, 며, 도 6은 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치(100)의 클러치파트(500)를 확대하여 나타낸 단면도이며, 도 7 및 도 8은 도 1에 도시한 상지 외골격 어시스트 장치(100)의 클러치파트(500)를 확대한 사시도이다. 이하, 이를 참조하며 본 실시예에 따른 상지 외골격 어시스트 장치(100)의 클러치파트(500)에 대해 살펴보기로 한다.

도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 클러치파트(500)는 회동파트(300)의 회동바(310)가 제1 방향으로만 회동되도록 허용하는 제1 클러치부(510)와, 회동바(310)가 제2 방향으로만 회동하도록 허용하는 제2 클러치부(520)를 포함할 수 있다. 즉, 회동바(310)가 제1 클러치부(510)에 연결되어 있는 경우 제1 방향으로만 회동되고 제2 방향으로의 회동은 제한될 수 있으며, 반대로 제2 클러치부(520)에 연결되어 있는 경우 제2 방향으로만 회동되고 제1 방향으로의 회동은 제한될 수 있다.

이때, 도 6에 도시한 바와 같이, 회동파트(300)의 회동바(310)가 바디파트(200)의 지지부(240)에 지지된 축 부분에는 예를 들어 기어와 같이 톱니 형상을 포함하는 회동제한부재(313)가 구성될 수 있다. 이러한 회동제한부재(313)는 제1 클러치부(510)와 제2 클러치부(520) 중 어느 하나에 물려있다가 손잡이(314)의 스위치(315) 조작(스위치(315)를 누르지 않은 상태에서 누르거나 또는 누른 상태에서 누르지 않는 조작을 의미함)에 따라 다른 하나에 물리는 형태로 구현될 수 있는데, 예를 들어 회동제한부재(313)가 초기 상태에서 제2 클러치부(520)에 물려있다가 스위치(315)가 눌리면 클러치파트(500)의 적어도 일부가 이동되어 회동제한부재(313)의 제2 클러치부(520)에 대한 물림이 해제되고 회동제한부재(313)가 제1 클러치부(510)에 물릴 수 있다. 물론 반대로 스위치(315)가 눌리지 않은 상태에서 회동제한부재(313)가 제1 클러치부(510)에 물려있다가 스위치(315)가 눌리면 제2 클러치부(520)에 물리도록 하는 것도 가능하다.

여기서, 이러한 동작을 위해서 클러치파트(500)를 일 예로서 다음과 같이 구성할 수 있다. 클러치파트(500)는 순차적으로 배치된 제1 클러치부(510)와 제2 클러치부(520) 외 바디파트(200)의 지지부(240)에 고정된 고정부(530)를 더 포함할 수 있고, 제1 클러치부(510)는 제1 클러치본체(512), 제1 클러치본체(512)로부터 연장되는 제1 돌기(511), 제1 클러치본체(512)를 고정부(530)에 탄성지지하는 제1 클러치탄성부재(513; 도 7 및 도 8 참조), 및 제1 돌기를 고정부(530)에 탄성지지하는 제1 돌기탄성부재(514; 도 6 참조)를 포함하며, 제2 클러치부(520)는 제2 클러치본체(522), 제2 클러치본체(522)로부터 연장되는 제2 돌기(521), 제2 클러치본체(522)를 고정부(530)에 탄성지지하는 제2 클러치탄성부재(523; 도 7 및 도 8 참조), 및 제2 돌기(521)를 고정부(530)에 탄성지지하는 제2 돌기탄성부재(524; 도 6 참조)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 돌기(511)와 제2 돌기(521)는 서로 반대방향으로부터 같은 방향을 향해 연장된 형상일 수 있으며, 제1 돌기(511)는 제2 방향(도 6에서 시계방향)으로만 회동이 가능하고, 제2 돌기(521)는 제1 방향(도 6에서 반시계방향)으로만 회동이 가능할 수 있다.

이러한 클러치파트(500)의 작용을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도 7에 도시한 바와 같이, 스위치(315)가 눌리지 않은 경우에는 회동바(310)의 회동축에 연결된 회동제한부재(313)의 톱니가 제2 클러치부(520)의 제2 돌기(521)에 물려 있는 상태일 수 있다. 이때, 회동바(310)를 제2 방향(회동바(310)를 내리는 방향)으로 회동시키면 회동제한부재(313)가 회전되면서 제2 돌기(521)를 제1 방향으로 회동시키면서 아래로 밀어낼 수 있다. 이때, 제2 돌기(521)는 아래로 내려갔다가 제2 돌기탄성부재(514; 도 6 참조)의 탄성력에 의해 원래의 자리로 되돌아오며 회동제한부재(313)의 회전에 따라 회동제한부재(313)의 다음 톱니에 물리게 될 수 있다. 만일, 스위치(315)가 눌리지 않은 상태에서 회동바(310)를 제1 방향(회동바(310)를 올리는 방향)으로 회동시키면 회동제한부재(313)와 제2 돌기(521)가 클러치 작용을 하여 제2 돌기(521)가 제1 방향으로 회동되지 않으며(즉, 제2 돌기(521)가 아래 방향으로 밀리지 않으며), 이에 따라 회동바(310)의 제1 방향 회동이 제한될 수 있다.

한편, 이러한 상태에서 사용자가 스위치(315)를 누르게 되면 스위치(315)와 연결된 제1 클러치본체(512)와 제2 클러치본체(522)가 고정부(530)의 내측에 형성된 레일(531)을 따라 바깥쪽으로 이동되며, 이에 따라 도 8에 도시한 바와 같이 회동바(310)의 회동제한부재(313)는 제2 클러치부(520)와의 연결이 해제되고 제1 클러치부(510)와 연결이 될 수 있다. 이때, 회동제한부재(313)의 톱니는 제1 클러치부(510)의 제1 돌기(511)에 물리게 되는데, 만일 회동바(310)를 제1 방향(회동바(310)를 올리는 방향)으로 회동시키면 회동제한부재(313)가 제1 돌기(511)를 제2 방향으로 회동시키면서 제1 돌기(511)를 아래 방향으로 밀게 되며, 아래로 밀린 제1 돌기(511)는 제1 돌기탄성부재(514; 도 6 참조)의 탄성력에 의해 원위치되면서 회동제한부재(313)의 다음 톱니에 물리게 될 수 있다. 그러나, 회동바(310)를 제2 방향으로 회동시킬 때에는 회동제한부재(313)와 제1 돌기(511)의 클러치 작용에 의해 제1 돌기(511)가 아래로 밀리지 않게 되며, 이에 따라 회동바(310)의 제2 방향 회동이 제한될 수 있다. 이때, 스위치(315)의 누름을 해제하면 제1 클러치본체(512)와 제2 클러치본체(522)는 각각 제1 클러치탄성부재(513)와 제2 클러치탄성부재(523)의 탄성력에 의해 원위치로 복귀하여, 다시 도 7과 같이 회동바(310)의 회동제한부재(313)는 제2 클러치부(520)에 물릴 수 있다.

이때, 스위치(315)와 제1 클러치본체(512) 및 제2 클러치본체(522)의 연결은 예를 들어 자전거 브레이크와 같이 비전자식 방식을 이용할 수 있으며, 본 실시예에서는 스위치(315)를 눌렀을 때 회동제한부재(313)가 제1 클러치부(510)에 물리고 스위치(315)를 누르지 않았을 때 회동제한부재(313)가 제2 클러치부(520)에 물리는 것으로 설명하였으나, 반대로 스위치(315)를 눌렀을 때 회동제한부재(313)가 제2 클러치부(520)에 물리고 스위치(315)를 누르지 않았을 때 회동제한부재(313)가 제1 클러치부(510)에 물리도록 구성하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 상지 외골격 어시스트 장치(100)는 상기와 같이 클러치파트(500)를 포함하여 스위치(315) 조작에 따라 회동파트(300)의 어느 일 방향 회동만 허용하므로 사용자에게 편의와 안정감을 제공할 수 있다. 즉, 사용자가 물체를 들어올릴 때에는 회동제한부(313)가 제1 클러치부(510)에 걸려 내리는 방향으로의 회동은 제한되므로 안정감을 제공할 수 있으며, 반대로 물체를 내릴 때에는 회동제한부(313)가 제2 클러치부(520)에 걸려 올리는 방향으로의 회동은 제한되므로 안정감을 제공할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 상지 외골격 어시스트 장치는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

200 : 바디파트
210 : 본체부
240 : 지지부
300 : 회동파트
310 : 회동바
311 : 슬리이딩홀
313 : 회동제한부재
314 : 손잡이
315 : 스위치
400 : 연결파트
410 : 회동탄성부
420 : 샤프트부
430 : 슬라이딩부
500 : 클러치파트
510 : 제1 클러치부
511 : 제1 돌기
520 : 제2 클러치부
521 : 제2 돌기
530 : 고정부

Claims

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바디파트;
상기 바디파트에 대하여 제1 방향 또는 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 회동 가능하게 연결되는 회동파트;
상기 바디파트와 상기 회동파트 사이를 연결하되, 상기 회동파트가 상기 제1 방향으로 회동될 때 상기 회동파트에 탄성력을 가하는 연결파트; 및
상기 회동파트의 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 회동 중 어느 하나의 방향 회동을 허용하는 제1 클러치부와 다른 하나의 방향 회동을 허용하는 제2 클러치부를 포함하는 클러치파트;
를 포함하고,
상기 회동파트의 회동축에 연결된 회동제한부재는 상기 제1 클러치부와 상기 제2 클러치부 중 어느 하나에 연결되어 있는 상태에서, 스위치가 조작되면 다른 하나에 연결되고,
상기 회동제한부재는 기어를 포함하고,
상기 제1 클러치부는 제1 돌기를 포함하고 상기 제2 클러치부는 제2 돌기를 포함하고,
상기 기어의 톱니가 상기 제1 돌기 또는 상기 제2 돌기에 걸려 상기 회동제한부재가 상기 제1 클러치부 또는 상기 제2 클러치부에 연결되며,
상기 제1 클러치부는 상기 제1 돌기를 탄성지지하는 제1 돌기탄성부재를 더 포함하고, 상기 제2 클러치부는 상기 제2 돌기를 탄성지지하는 제2 돌기탄성부재를 더 포함하는, 상지 외골격 어시스트 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 돌기는 상기 제2 방향으로 회동이 가능하고 상기 제2 돌기는 상기 제1 방향으로 회동이 가능하며,
상기 회동파트가 상기 제1 방향으로 회동될 때 상기 제1 돌기는 상기 기어의 톱니를 따라 상기 제2 방향을 회동되다가 상기 제1 돌기탄성부재의 탄성력으로 인해 상기 기어의 다음 톱니에 물리게 되고,
상기 회동파트가 상기 제2 방향으로 회동될 때 상기 제2 돌기는 상기 기어의 톱니를 따라 상기 제1 방향을 회동되다가 상기 제2 돌기탄성부재의 탄성력으로 인해 상기 기어의 다음 톱니에 물리게 되는 것을 특징으로 하는 상지 외골격 어시스트 장치.
바디파트;
상기 바디파트에 대하여 제1 방향 또는 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 회동 가능하게 연결되는 회동파트;
상기 바디파트와 상기 회동파트 사이를 연결하되, 상기 회동파트가 상기 제1 방향으로 회동될 때 상기 회동파트에 탄성력을 가하는 연결파트; 및
상기 회동파트의 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 회동 중 어느 하나의 방향 회동을 허용하는 제1 클러치부와 다른 하나의 방향 회동을 허용하는 제2 클러치부를 포함하는 클러치파트;
를 포함하고,
상기 회동파트의 회동축에 연결된 회동제한부재는 상기 제1 클러치부와 상기 제2 클러치부 중 어느 하나에 연결되어 있는 상태에서, 스위치가 조작되면 다른 하나에 연결되고,
상기 클러치파트는 상기 바디파트에 고정된 고정부를 더 포함하고,
상기 스위치가 조작되면 상기 제1 클러치부와 상기 제2 클러치부의 적어도 일부가 상기 고정부에 대하여 이동되는 것을 특징으로 하는 상지 외골격 어시스트 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 클러치부는 제1 클러치본체, 상기 제1 클러치본체로부터 연장되는 제1 돌기, 상기 제1 클러치본체를 상기 고정부에 대하여 탄성지지하는 제1 클러치탄성부재를 포함하고,
상기 제2 클러치부는 제2 클러치본체, 상기 제2 클러치본체로부터 연장되는 제2 돌기, 상기 제2 클러치본체를 상기 고정부에 대하여 탄성지지하는 제2 클러치탄성부재를 포함하며,
상기 회동제한부재는 상기 제1 돌기 또는 상기 제2 돌기에 대응되는 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 상지 외골격 어시스트 장치.
제8항에 있어서,
상기 기어가 상기 제1 돌기에 걸려 있는 상태에서, 상기 스위치가 조작되면 상기 제1 클러치본체와 상기 제2 클러치본체가 상기 고정부의 레일을 따라 이동되어 상기 기어와 상기 제1 돌기 간의 걸림이 해제되고 상기 기어가 상기 제2 돌기에 걸리는 것을 특징으로 하는 상지 외골격 어시스트 장치.
제9항에 있어서,
상기 스위치가 반대로 조작되면 상기 제1 클러치탄성부재와 상기 제2 클러치탄성부재의 탄성력에 의해 상기 제1 클러치본체와 상기 제2 클러치본체가 원위치되어, 상기 기어와 상기 제2 돌기 간의 걸림이 해제되고 상기 기어가 상기 제1 돌기에 걸리는 것을 특징으로 하는 상지 외골격 어시스트 장치.
바디파트;
상기 바디파트에 대하여 제1 방향 또는 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 회동 가능하게 연결되는 회동파트;
상기 바디파트와 상기 회동파트 사이를 연결하되, 상기 회동파트가 상기 제1 방향으로 회동될 때 상기 회동파트에 탄성력을 가하는 연결파트; 및
상기 회동파트의 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 회동 중 어느 하나의 방향 회동을 허용하는 제1 클러치부와 다른 하나의 방향 회동을 허용하는 제2 클러치부를 포함하는 클러치파트;
를 포함하고,
상기 연결파트는 일측이 상기 바디파트에 회동 가능하게 연결되는 샤프트부, 상기 샤프트부의 타측에 연결되어 상기 회동파트의 슬라이딩홀 내에서 슬라이딩하는 슬라이딩부, 및 상기 슬라이딩홀에 의한 상기 회동파트의 내벽과 상기 슬라이딩부 사이에 위치되어 상기 회동파트의 회동에 따라 신축되는 회동탄성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상지 외골격 어시스트 장치.
제11항에 있어서,
상기 회동파트가 상기 제2 방향으로 회동되면 상기 내벽과 상기 슬라이딩부 사이의 거리가 멀어져 상기 회동탄성부의 길이가 길어져 탄성력이 저장되는 것을 특징으로 하는 상지 외골격 어시스트 장치.
제12항에 있어서,
상기 회동파트가 상기 제1 방향으로 회동되면 상기 내벽과 상기 슬라이딩부 사이의 거리가 가까워지고 상기 회동탄성부가 저장된 상기 탄성력을 가하는 것을 특징으로 하는 상지 외골격 어시스트 장치.