KR102122315B1 - 수상에서 사용되는 착용로봇 - Google Patents

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KR102122315B1
KR102122315B1 KR1020190048920A KR20190048920A KR102122315B1 KR 102122315 B1 KR102122315 B1 KR 102122315B1 KR 1020190048920 A KR1020190048920 A KR 1020190048920A KR 20190048920 A KR20190048920 A KR 20190048920A KR 102122315 B1 KR102122315 B1 KR 102122315B1
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오경원
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호원대학교산학협력단
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C9/00—Life-saving in water
    • B63C9/08—Life-buoys, e.g. rings; Life-belts, jackets, suits, or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B7/00—Signalling systems according to more than one of groups G08B3/00 - G08B6/00; Personal calling systems according to more than one of groups G08B3/00 - G08B6/00
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

본 발명은 수상에서 사용되는 착용로봇에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 사람의 신체를 감싸는 착용로봇의 제1 지지부 내지 제5 지지부의 구성으로 인해, 수상에 빠진 작업자나 훈련자의 안전성 및 시인성이 증대되는 특징을 가지는 수상에서 사용되는 착용로봇에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수상에서 사용되는 착용로봇은 중공부가 형성되되, 일단과 타단이 소정의 간격을 두고 이격되는 튜브 형상의 제1 지지부; 상기 제1 지지부의 하부로 연장 형성되는 제2 지지부; 및 상기 제2 지지부의 하부로 연장 형성되되, 후방에서 전방으로 함몰되도록 굴곡진 형상을 지니는 제3 지지부;를 포함하고, 상기 제1 지지부는 유체가 유입되어 부력에 의해 수상에서 부양되고, 수상에 빠진 사람의 양 팔이 상기 제1 지지부에 의해 지지되고, 수상에 빠진 사람의 허리 부분의 후방을 상기 제2 지지부가 감싸고, 수상에 빠진 사람의 하체가 상기 제3 지지부와 밀착되는 것일 수 있다.

Description

수상에서 사용되는 착용로봇{Wearable robot used in water}
본 발명은 수상에서 사용되는 착용로봇에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 사람의 신체를 감싸는 착용로봇의 제1 지지부 내지 제5 지지부의 구성으로 인해, 수상에 빠진 작업자나 훈련자의 안전성 및 시인성이 증대되는 특징을 가지는 수상에서 사용되는 착용로봇에 관한 것이다.
로봇 기술이 발달하면서 인체에 착용되어 인체의 근력을 지원하는 착용로봇(wearable robot)이 개발되고 있다.
착용로봇(wearable robot)은 산업 전분야에 활용될 가치가 크기 때문에 다양한 형태 및 목적으로 개발되고 있으며 유압식 착용로봇과 착용자 간의 인터페이스(interface) 부분은 착용로봇의 성능을 결정하는 매우 중요한 요소이다.
종래에는 관성센서(IMU), F/T(Force/Torque)센서, 근경도 센서, EMG 센서가 착용로봇에 장착되어 착용로봇과 착용자 간의 인터페이스를 결정한는데 사용되어지고 있다.
한편, 일반적으로 수상에서 작업을 하거나 훈련을 하는 경우에는, 작업자나 훈련자의 안전을 위해 구명 에어백을 구비하게 된다. 만약, 작업자나 훈련자가 수상에서 예기치 못한 부상이나 기타 이유로 수상에서 탈출하지 못하는 경우에, 인근에 위치한 사람이 구명 에어백을 작업자나 훈련자에게 던지게 된다. 이후, 작업자나 훈련자는 구명 에어백을 자신의 몸에 체결하여 수상에서 부유하도록 하고, 시간을 확보하여 안전하게 구조될 수 있다.
도 1은 종래의 구명 에어백을 간략히 도시한 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 종래의 구명 에어백의 구성을 살핀다.
종래의 구명 에어백은 조끼(1), 체결클립(2) 및 끈(3)으로 구성된다. 미도시되었지만, 조끼(1) 내부에 공기를 유입시킬 수 있어 부력에 의해 수상에서 뜰 수 있다. 사용자는 조끼(1)에 결합된 끈(3) 사이에 양 팔을 삽입하여 조끼(1)가 몸에 착용되도록 하고, 체결클립(2)을 통해 2분할 되어 있는 조끼(1)를 체결시켜 몸에 완전히 장착하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 구명 에어백은 다음과 같은 문제가 있다. 먼저, 작업자나 훈련자가 수상에서 부상 정도가 심하게 되면, 끈(3) 사이에 팔을 넣는 동작이 어려울 수 있어 구명 에어백을 몸에 착용하기 어려운 경우가 발생된다. 또한, 체온이 급격히 내려간 상태에서의 작업자나 훈련자가 구조되기 전 수상에서 부유하는 동안 보온할 수 있는 수단이 없어 구조 과정에서 체력이 악화되는 문제점 있다.
관련하여 선행기술 1(KR 10-1490885 B1, 공고일자 2015년 2월 6일)을 참조하면, 위 선행발명은 역동역학적 방법과 HRI 센싱방법을 융합하여 오차를 줄여 착용자의 보행의도를 정확하게 센싱하여 관절구동기를 제어할 수 있도록 하는 보행의도 추정기반 착용로봇 및 그 제어방법을 제공하고 있다. 그러나 본 발명에서 인식하는 수상환경의 특수성을 인식한 것이 아니고 과제해결원리에도 차이가 있어 위 선행기술을 기초로 본 발명에서 인식한 문제를 해소할 수 없다는 한계를 가진다.
선행기술 2(KR 10-1242517 B1, 공고일자 2013년03월12일)는 사용자의 신발에 착용되는 신발착용부; 신발착용부의 상단에 연결되는 하부다리 구조체; 하부다리 구조체의 상단에 회전 가능하게 연결되는 상부다리 구조체; 양단이 상부다리 구조체의 상단 및 하부다리 구조체의 상단에 각각 회전 가능하게 연결되며 직선 운동에 의하여 하부다리 구조체를 상부다리 구조체에 대하여 회전시키는 무릎관절 액츄에이터 유닛; 신발착용부의 하면에 마련되어 신발착용부가 지면에 접촉하는 지 여부를 검출하는 제1 센서; 무릎관절 액츄에이터 유닛의 상단부에 마련되어 무릎관절 액츄에이터 유닛의 작동 압력을 검출하는 제2 센서; 및 제1 센서 및 제2 센서로부터 신호를 전송받아 무릎관절 액츄에이터 유닛의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 착용로봇 시스템을 제공하여, 액츄에이터의 각 포트에 마련되는 압력 센서를 이용하여 액츄에이터를 제어하여 안정성을 확보하는 것과 더불어 착용자와의 동작 의도를 인식하게 함으로써 저비용으로 구축할 수 있는 착용로봇 시스템을 제공한다. 그러나 위 선행기술 2 역시 본 발명에서 인식하는 수상환경의 특수성을 인식한 것이 아니고 과제해결원리에도 차이가 있어 위 선행기술을 기초로 본 발명에서 인식한 문제를 해소할 수 없다는 한계를 가진다.
(특허문헌 1) KR 10-1490885 B1
(특허문헌 2) KR 10-1242517 B1
본 발명의 목적은 수상에서 사용되는 착용로봇에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 사람의 신체를 감싸는 착용로봇의 제1 지지부 내지 제5 지지부의 구성으로 인해, 수상에 빠진 작업자나 훈련자의 안전성 및 시인성이 증대되도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 제1 지지부로 인해 수상에 빠진 작업자나 훈련자의 팔을 용이하게 걸 수 있으며, 신호부와 알람부를 통해 위치에 대한 시인성이 증대되도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 제2 지지부 및 제3 지지부로 인해, 사용자가 의자에 앉는 것과 같은 안락함을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 제4 지지부로 인해 목을 감싸게 되므로 안전성 및 보온성이 증대되도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 제5 지지부로 인해 배를 감싸게 되므로 보온성이 증대되도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 착용로봇은 중공부가 형성되되, 일단과 타단이 소정의 간격을 두고 이격되는 튜브 형상의 제1 지지부; 상기 제1 지지부의 하부로 연장 형성되는 제2 지지부; 및 상기 제2 지지부의 하부로 연장 형성되되, 후방에서 전방으로 함몰되도록 굴곡진 형상을 지니는 제3 지지부;를 포함하고, 상기 제1 지지부는 유체가 유입되어 부력에 의해 수상에서 부양되고, 수상에 빠진 사람의 양 팔이 상기 제1 지지부에 의해 지지되고, 수상에 빠진 사람의 허리 부분의 후방을 상기 제2 지지부가 감싸고, 수상에 빠진 사람의 하체가 상기 제3 지지부와 밀착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 착용로봇의 상기 제3 지지부는, 상기 제2 지지부와 수직되되, 수상에 빠진 사람의 둔부를 지지하는 좌부; 및 수상에 빠진 사람의 다리 내측이 맞닿도록 후방에서 전방으로 함몰되도록 굴곡진 다리부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 착용로봇의 상기 다리부의 중심부는 하부에서 상부 방향으로 일부 절개되어 홈부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 착용로봇의 상기 제1 지지부에는, 상기 제1 지지부의 상면을 따라 연장 형성되는 신호부;를 포함하고, 상기 신호부는 일정한 시간을 두고 깜빡이는 LED 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 착용로봇의 상기 신호부는, 알람을 울리는 알람부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 착용로봇은 중공부가 형성되되, 일단과 타단이 소정의 간격을 두고 이격되는 튜브 형상의 제1 지지부; 상기 제1 지지부의 하부로 연장 형성되는 제2 지지부; 상기 제2 지지부의 하부로 연장 형성되되, 후방에서 전방으로 함몰되도록 굴곡진 형상을 지니는 제3 지지부; 및
상기 제2 지지부의 후방에서 수직 방향으로 연장 형성되는 제4 지지부;를 포함하고, 상기 제1 지지부는 유체가 유입되어 부력에 의해 수상에서 부양되고, 수상에 빠진 사람의 양 팔이 상기 제1 지지부에 의해 지지되고, 수상에 빠진 사람의 허리 부분의 후방을 상기 제2 지지부가 감싸고, 수상에 빠진 사람의 하체가 상기 제3 지지부와 밀착되고, 상기 제4 지지부는 수상에 빠진 사람의 목을 후방에서 감싸는 쿠션부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 착용로봇의 상기 제4 지지부는 슬라이딩하여 연장 및 축소되도록 다단으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 착용로봇은 중공부가 형성되되, 일단과 타단이 소정의 간격을 두고 이격되는 튜브 형상의 제1 지지부; 상기 제1 지지부의 하부로 연장 형성되는 제2 지지부; 상기 제2 지지부의 하부로 연장 형성되되, 후방에서 전방으로 함몰되도록 굴곡진 형상을 지니는 제3 지지부; 및
상기 제2 지지부의 전방에서 라운드지도록 연장 형성되는 제5 지지부;를 포함하고,상기 제1 지지부는 유체가 유입되어 부력에 의해 수상에서 부양되고, 수상에 빠진 사람의 양 팔이 상기 제1 지지부에 의해 지지되고, 수상에 빠진 사람의 허리 부분의 후방을 상기 제2 지지부가 감싸고, 수상에 빠진 사람의 하체가 상기 제3 지지부와 밀착되고, 상기 제5 지지부는 수상에 빠진 사람의 배를 전방에서 감싸는 복대부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 착용로봇의 상기 복대부의 내부에는 발열체가 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 제1 지지부로 인해 수상에 빠진 작업자나 훈련자의 팔을 용이하게 걸 수 있으며, 신호부와 알람부를 통해 위치에 대한 시인성이 증대되는 장점이 있다.
본 발명에 의하면 제2 지지부 및 제3 지지부로 인해, 사용자가 의자에 앉는 것과 같은 안락함을 제공하는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 제4 지지부로 인해 목을 감싸게 되므로 안전성 및 보온성이 증대되는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 제5 지지부로 인해 배를 감싸게 되므로 보온성이 증대되는 장점이 있다.
도 1은 종래의 구명 에어백을 간략히 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 착용로봇의 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 착용로봇의 착용 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 착용로봇의 제1 지지부 부근을 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 착용로봇의 착용예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 착용로봇의 사시도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 착용로봇의 제5 지지부 부근을 확대하여 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 통상의 실시자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 착용로봇의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 착용로봇의 착용 예를 도시한 것이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 착용로봇의 제1 지지부 부근을 확대한 도면이다. 이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 착용로봇의 구성 및 효과를 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 착용로봇은 제1 지지부(100), 제2 지지부(200) 및 제3 지지부(300)를 포함한다.
제1 지지부(100)는 중공부가 형성되며, 일단과 타단이 소정의 간격을 두고 이격되는 튜브 형상인 것이 바람직하다.
제1 지지부(100)는 일단과 타단 사이의 간격으로 수상(10)에 있는 작업자나 훈련자의 몸통(23) 및 몸통(23)의 상부를 지지한다. 작업자나 훈련자는 팔(24)을 제1 지지부(100)의 상면에 걸쳐 몸통(23) 및 몸통(23)의 상부를 지지함과 동시에 수상(10)으로부터 이탈시킬 수 있게 된다.
제1 지지부(100)에는 유체가 유입될 수 있다. 일 예로 공기인 것이 바람직하다. 이로 인해, 제1 지지부(100)가 수상(10)에서 부력에 의해 부양될 수 있다.
제1 지지부(100)의 일단 및 타단에는 한 쌍의 보조캡부(110)가 각각 형성될 수 있다. 보조캡부(110)는 보조캡(111) 및 힌지(112)를 구비한다. 또한, 제1 지지부(100)의 내측에는 중공부 형태의 수용부(101)가 형성되는 것이 바람직하다. 이를 설명하기 위해, 도 4를 참조하도록 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 착용로봇의 제1 지지부 부근을 확대한 도면이다.
수용부(101)는 제1 지지부(100) 내부에 형성되며, 일단과 타단이 각각 개방되되, 보조캡(111)의 틸팅 동작에 의해 개방 및 폐쇄가 이루어진다. 또한, 수용부(101) 내부에는 비상품(30)이 삽입되는 것이 바람직하다. 비상품(30)은 일 예로 식량일 수 있으며, 다른 예로는 약일 수도 있으며, 기타 작업자나 훈련자에게 도움되는 물품이 보관되는 것이 바람직하다.
사용자는 수상(10)에서 착용로봇에 의해 부양되면서 구조를 기다리는 동안, 보조캡(111)을 열어 수용부(101)에 저장된 비상품(30)을 사용할 수 있다. 이로 인해, 구조를 대기하는 과정에서 급격한 체력 저하를 막을 수 있으며, 약품 처방 등이 긴급하게 가능할 수 있어 착용로봇의 안전성 및 실용성이 증대되는 장점이 있다.
제1 지지부(100)에는, 제1 지지부(100)의 상면을 따라 연장 형성되는 신호부(120)를 구비한다.
신호부(120)는 일정한 시간을 두고 깜빡이는 LED소자를 포함하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 착용로봇에 의해 지지되는 작업자 또는 훈련자의 위치 파악이 용이하며, 특히 야간에 작업자 또는 훈련자의 위치의 파악이 용이하다. 이로 인해, 구조 용이성 및 안전성이 증대되는 장점이 있다.
또한, 신호부(120)는 알람을 울리는 알람부를 포함하는 것이 바람직하다. 알람부는 알람 장치이며, 이로 인해, 착용로봇에 의해 지지되는 작업자 또는 훈련자의 위치 파악이 용이하다. 특히, 소음이 많은 환경에서 작업자 또는 훈련자의 위치의 파악이 용이하다. 이로 인해, 구조 용이성 및 안전성이 증대되는 장점이 있다.
신호부 및 알람부는 특정 형상에 국한되지 않는 것이 바람직하다. 다만, 시인성을 높이기 위해 제1 지지부(100)의 상면에 형성되는 것이 바람직하다.
제2 지지부(200)는 제1 지지부(100)의 하부로 연장 형성된다. 또한, 일면이 개방된 원통 형상으로, 작업자나 훈련자의 몸통(23) 및 복부(25)의 뒷부분을 감싸게 된다. 이러한 구조로 인해, 제2 지지부(200)는 작업자나 훈련자의 허리를 받치는 역할을 하여, 후술하겠지만 제3 지지부(300)와 함께 의자 형상을 구축하여 작업자나 훈련자가 구조 대기 중에도 편안함과 안락함을 느끼게 해줄 수 있다.
제3 지지부(300)는 제2 지지부(200)의 하부에 연장 형성된다. 제3 지지부(300)는 제2 지지부(200)와 수직되되, 작업자나 훈련자의 둔부(26, 엉덩이)를 지지하는 좌부(310) 및 작업자가 훈련자의 다리(27) 내측이 맞닿는 다리부(320)를 구비한다.
이때, 다리부(320)는 후방에서 전방으로 함몰되도록 굴곡진 형상인 것이 바람직하다. 사람의 무릎을 기준으로, 기본적으로 의자 형태의 물건에 앉는 경우에는 허벅지 부근과 무릎 아래 부분이 자연스럽게 접히게 된다. 이때, 작업자나 훈련자가 좌부(310)에 앉는 경우, 자연스럽게 접히는 다리(27)의 모양을 따라 다리부(320)가 밀착되어 지지된다. 이로 인해, 다리(27) 부상을 입은 작업자나 훈련자의 다리의 흔들림이 적어져 부상 정도를 경감시킬 수 있는 장점이 있으며, 구조 대기 중에도 안락함과 편안함을 느낄 수 있는 장점이 있다.
이때, 다리부(320)의 중심부에는 하부에서 상부 방향으로 일부 절개되어 홈부(321)가 형성되는 것이 바람직하다. 신체를 보면 사람의 다리(27)의 경우, 양 다리 간 소정의 간격을 두고 이격되도록 되어 있다. 이때, 본 발명과 같이 홈부(321)가 형성되면, 실제 사람의 다리(27)의 형상에 대응되어 형성되는 것이므로, 밀착성이 증대되는 장점이 발생된다.
수상(10)에 구조를 기다리는 작업자나 훈련자에게 본 발명에 따른 착용로봇을 던지게 되면, 작업자나 훈련자는 제1 지지부(100)에 팔(24)을 걸치고, 제2 지지부(200)가 허리를 감싸고 제3 지지부(300)가 다리(27)를 밀착시킨다. 이로 인해, 구조를 대기하는 과정에서 편안함을 느끼며, LED 소자를 통한 위치 안내가 용이해지며, 알람을 통해 경보를 울릴 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 착용로봇의 착용예를 도시한 것이다. 이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 착용로봇의 구성 및 효과를 설명하도록 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 착용로봇은 일 실시 예에 따른 착용로봇의 구성을 모두 포함하고, 제4 지지부(400)의 구성을 더 포함한다. 제1 지지부(100) 내지 제3 지지부(300)의 구성을 중복되는 바, 상세한 설명은 생략한다.
제4 지지부(400)는 작업자나 훈련자의 목(22)을 후방에서 감싸는 역할을 한다. 제4 지지부(400)는 지지대(410) 및 쿠션부(420)를 구비한다.
지지대(410)는 제2 지지부(200)의 후방에 결합되며, 복수 개의 지지대(411 내지 413)이 슬라이드 및 다단 형식으로 결합되어 상방 및 하방으로 연장 또는 축소될 수 있다. 작업자나 훈련자의 신체 사이즈가 모두 상이하다. 따라서, 작업자나 훈련자는 후술할 쿠션부(420)가 자신의 목(22) 후방을 감싸도록 지지대(410)의 길이를 조절할 수 있는 장점이 있다.
쿠션부(420)는 쿠션 형태로, 작업자나 훈련자의 목(22)을 감싸는 역할을 한다. 이로 인해, 목(22)을 따뜻하게 하여 체온 유지에 용이한 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 착용로봇의 사시도를 도시한 것이며, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 착용로봇의 제5 지지부 부근을 확대하여 도시한 것이다. 이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 착용로봇을 설명하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 착용로봇은 일 실시 예에 따른 착용로봇의 구성을 모두 포함하고, 제5 지지부(500)의 구성을 더 포함한다. 또는 다른 실시 예에 따른 착용로봇의 구성을 모두 포함할 수 있다. 중복 설명을 방지하기 위해, 제5 지지부(500)의 구성 및 효과만을 설명한다.
제5 지지부(500)는 제2 지지부(200)의 일 지점에서 연장 형성되어 작업자나 훈련자의 복부(25)를 감싸게 된다. 이때, 제5 지지부(500)는 복대부(510) 및 버튼부(520)를 구비한다.
복대부(510)는 제2 지지부(200)에 형성된 제2 지지부 홈(201)에 평상 시에는 삽입되어 있다가, 버튼부(520)를 작업자나 훈련자가 누르게 되면, 밖으로 돌출되어 작업자나 훈련자의 복부(25)를 감싸게 된다.
이러한 구성으로 인해, 필요한 경우에만 작업자나 훈련자가 버튼부(520)를 통해 복대부(510)가 복부(25)를 감싸게 할 수 있게 된다. 상황에 따라서는 복대부(510)가 필요 없거나, 제약이 되는 경우가 있다. 이때, 선택적으로 복부(25)를 감쌀 수 있으므로 실용성이 증대되는 장점이 있다.
이때, 복대부(510)의 내부에는 발열체(미도시)가 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 작업자나 훈련자의 복부(25)에 열을 가할 수 있어 체온 유지에 용이한 장점이 있다.
상기 착용로봇은 플라스틱을 성형하거나, 금형을 이용하여 일정한 형상을 같도록 형성될 수 있다.
기본적인 착용로봇의 소재는 앞선 예시에 국한되지 않고 제한 없이 선택 가능하다고 할 것이다.
착용로봇의 기본 형상이 제조된 이후, 기재의 일면 또는 양면이 하기의 방수단열 소재가 접착되어, 단열 및 방수 효과를 높일 수 있다.
상기 방수단열 소재는 보다 구체적으로 하기와 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수상에서 사용되는 착용로봇용 방수단열 소재는 섬유시트층; 상기 섬유시트층의 일면에 적층된 제1 단열층; 상기 제1 단열층의 일면에 적층된 단열 발포층; 상기 단열 발포층의 일면에 적층된 제2 단열층; 및 상기 제2 단열층의 표면에 형성된 방수 코팅층을 포함하는 방수단열 소재로, 상기 방수단열 소재는 외부의 물이 소재 내부로 투입되는 것을 차단하고, 소재 내부의 열이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 착용로봇용 방수단열 소재는 수상에서 사용되는 착용로봇의 소재로 사용될 수 있는 것으로, 수상에서 사용되는 착용로봇의 특징을 고려하여, 우수한 방수 및 단열 효과를 제공할 수 있는 소재를 제공하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 수상에서 작업을 하거나 훈련을 하는 경우에는, 작업자나 훈련자의 안전을 위해 구명 에어백을 구비하게 된다. 만약, 작업자나 훈련자가 수상에서 예기치 못한 부상이나 기타 이유로 수상에서 탈출하지 못하는 경우에, 인근에 위치한 사람이 구명 에어백을 작업자나 훈련자에게 던지게 된다. 이후, 작업자나 훈련자는 구명 에어백을 자신의 몸에 체결하여 수상에서 부유하도록 하고, 시간을 확보하여 안전하게 구조될 수 있다.
종래의 구명 에어백은 조끼, 체결클립 및 끈으로 구성된다. 미도시되었지만, 조끼 내부에 공기를 유입시킬 수 있어 부력에 의해 수상에서 뜰 수 있다. 사용자는 조끼에 결합된 끈 사이에 양 팔을 삽입하여 조끼가 몸에 착용되도록 하고, 체결클립을 통해 2분할 되어 있는 조끼를 체결시켜 몸에 완전히 장착하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 구명 에어백은 다음과 같은 문제가 있다.
먼저, 작업자나 훈련자가 수상에서 부상 정도가 심하게 되면, 끈 사이에 팔을 넣는 동작이 어려울 수 있어 구명 에어백을 몸에 착용하기 어려운 경우가 발생된다.
또한, 체온이 급격히 내려간 상태에서의 작업자나 훈련자가 구조되기 전 수상에서 부유하는 동안 보온할 수 있는 수단이 없어 구조 과정에서 체력이 악화되는 문제점 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 고안된 것인 본 발명의 일 실시예에 해당되는 착용로봇으로, 보다 자세한 설명은 후술하고자 한다.
상기 구명 에어백의 경우, 수상에서 응급 상황 시, 사용자가 물 속에 떠 있을 수 있도록 하는 장비로, 단순히 물 위로 떠 있는 상황만을 제공하며, 물에 의해 사용자의 체온이 급격하게 떨어지는 문제에 대한 해결책이 충분하지 않은 상황이다.
여름철과 같이 수온이 높은 경우에는 물에 의해 체온이 저하되는 문제가 발생할 가능성이 낮지만, 여름철을 제외한 다른 계절 시에는 수온에 의해 체온이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 경우, 장시간 물 위에 떠 있게 되는 경우, 구조를 위해 물 위에 떠 있는 상황이지만, 체온 저하에 의해 사용자의 목숨이 위험해지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 구명 에어백의 경우에는 구조의 특성 상 사용자의 가슴 부분에 체결되어, 그 이외의 부분은 물 속에 그대로 담겨진 채로 구조까지 시간을 보내야되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 착용로봇의 경우에는 사용자가 물 위에 떠 있을 수 있는 장비로 제공이 됨과 동시에, 소재의 특성 상 완벽한 방수가 가능하다면 사용자가 물과 직접적으로 접촉하는 것을 차단할 수 있을 뿐 아니라, 체온에 의해 착용로봇 안의 온도가 상승하여 장시간 물 위에 떠서 구조를 기다리는 경우에도 수온에 의한 저체온증의 발생을 방지할 수 있다.
이에, 보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 방수단열 소재는 수상에서 사용되는 착용로봇에 부착시켜 방수 및 단열 효과를 제공하기 위한 것으로, 섬유시트층; 상기 섬유시트층의 일면에 적층된 제1 단열층; 상기 제1 단열층의 일면에 적층된 단열 발포층; 상기 단열 발포층의 일면에 적층된 제2 단열층; 및 상기 제2 단열층의 표면에 형성된 방수 코팅층을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 섬유시트층은 기재층과 같은 역할을 담당하는 것일 뿐 아니라, 착용로봇의 제조 시, 플라스틱을 성형하거나, 금형을 이용하여 제조될 때, 표면에 상기 섬유시트층을 부착시켜 사용할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 섬유시트층의 일면에 접착제를 이용하여 접착층을 형성한 이후, 착용로봇의 외관에 부착시킴에 따라, 착용로봇의 방수 및 단열 효과를 나타낼 수 있다.
상기 섬유시트층은 나일론/폴리에스터 분할형 복합사가 포함된 섬유 직물에 관한 것이다. 일반적으로 나일론/폴리에스터 복합형 분할사는 물리, 화학적 처리에 의해 나일론(Nylon)과 폴리에스터(Polyester)가 분할 극세화 되며, 직물 설계 및 염색가공 조건에 따라서 다양한 감성과 기능성을 발휘하는 신소재를 말하는 것으로, 섬유 사이에 존재하는 미세공간에 의하여 고투습성이 발현되고, 이 미세공간에 의하여 고열차단성을 발현하며, 단위중량당 표면적이 큰 특성에 의하여 하이클리닝(High Cleaning) 특성이 발현된다.
나일론/폴리에스테르 분할형 분할사는 섬도가 30 내지 300d의 섬유로서 초극세사가 3차원 구조로 되어 있고, 분할시 생긴 무수히 많은 마이크로 공간이 있어 수분 흡수력, 세탁력, 터치감, 보온성이 뛰어난 소재이다. 나일론/폴리에스터 분할사는 나일론과 폴리에스터가 2:8 내지 8:2의 비율로 구성되어, 가공 후 오렌지 타입으로 분할되는 마이크로 극세사로서, 미세한 표면모우 효과를 통해 마이크로 파우더 터치가 발현되는 원사이다. 상기의 나일론/폴리에스테르 분할형 분할사는 호발/정련의 과정을 거쳐서 재직 시에 발생된 불순물이 제거된 상태이다.
상기와 같은 나일론/폴리에스터 분할형 분할사를 이용하여, 시트 형태로 제조된 직물을 섬유시트층으로 이용할 수 있다.
상기 섬유시트층은 나일론/폴리에스터 분할형 분할사를 이용하여, 시트 형태로 제조된 직물에 제한되지 않고, 당업자가 쉽게 선택 가능한 직물시트층을 사용할 수 있다.
상기 섬유시트층의 일면은 제1 단열층이 적층되며, 다른 일면은 착용로봇에 부착시키기 위한 점착층이 형성될 수 있다.
상기 제1 단열층은 섬유시트층의 일면에 적층된다. 후술할 제2 단열층은 단열 발포층의 일면에 적층되는 것이다.
상기 제1 단열층 및 제2 단열층은 체온이 외부로 유출되는 것을 방지하여, 단열 효과를 높여 착용로봇 내의 온도를 상승시킬 수 있다.
상기 제1 단열층 및 제2 단열층은 글라스 울(Glass wool)을 무기 바인더 용액에 침지시키고, 무기 바인더 용액이 침지된 글라스 울을 건조시켜 제조한다.
상기 글라스 울은 초기 열전도율이 우수하여 체온으로 제공된 열을 제1 단열층 및 제2 단열층 전반에 고르게 전달할 수 있다.
상기 무기 바인더 용액을 이용한 침지법(Dipping Process)를 이용하여 글라스 울에 흡수시켜고 건조하여 무기 바인더가 글라스 울 내에 포함되도록 구성하여, 글라스 울 및 무기 바인더의 조합에 의해 단열 효과를 상승시키고자 한다.
보다 구체적으로, 글라스 울을 후술할 무기 바인더 용액 내에 침지시키고, 꺼낸 후, 300 내지 400℃에서 5 내지 30분 동안 건조 공정을 진행한다. 상기 범위 내에서 건조 공정을 진행 시, 제1 단열층 및 제2 단열층 내에 용매가 완전히 제거되고, 글라스 울 내에 무기 바인더 입자가 포함되어, 우수한 단열 효과를 나타낼 수 있다.
글라스 울은 규사, 파유리 등 유리 원료를 용융해 만든 무기 섬유질로 불연, 단열, 보온성 및 흡음성이 우수하여, 일반적으로 건출물 내벽, 외벽 단열재, 샌드위치 패널 심재 등의 건축 자재로 활용되었다.
본 발명에서는 글라스 울을 무기 바인더 용액에 침지시키고, 이를 건조시켜, 단열층 시트로 사용하고자 한다.
글라스 울은 5 내지 10㎛의 섬유 형태로 제공되는 것으로, 다수 기공이 형성되어 있다. 상기 기공을 무기 바인더 성분이 침지되어, 글라스 울에 의한 단열 효과에 더해, 무기 바인더 입자에 의한 단열 효과를 나타낼 수 있다.
상기 무기 바인더 용액은 점토, 일라이트(illite), 규조토, 미분말 제올라이트 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 무기 바인더를 포함한다. 바람직하게는 규조토 및 미분말 제올라이트를 포함하는 것이다.
본 발명에서 말하는 규조토는 주로 규산(SiO2)으로 되어 있으며, 백색 또는 회백색을 띤다. 가벼우며 손가락으로 만지면 분말이 묻을 정도로 연하다. 미세한 다공질(多孔質)이기 때문에 흡수성이 강하고, 열의 불량도체이다. 우리 나라에서의 규조토는 제3기 또는 제4기 지층내에서 토상(土狀)으로 산출된다. 우리나라 고제3기(古第三期)에는 북동 내지 북북동 방향의 단층운동이 일어나서 여러 곳에 지구대(地溝帶) 퇴적분지가 형성되었다. 영일 분지, 길주와 명천 간 지구대, 서울과 원산 간 지구대, 두만강 분지 등이 형성되었고, 여기에 제3기층이 퇴적되었다. 퇴적층이 형성될 때 곳곳에서 소규모의 얕은 호수 또는 담수분지에 규조가 침적되어 광상을 이루었다. 이들 퇴적분지 가운데에서 영일만에 있는 규조토가 규조토광상에 있어서 규모가 가장 크고, 경상북도 월성과 영일 등지에서 집중적으로 발견된다. 그 밖에도 북한지역에서는 함경남도 안변군 문산면 행현리와 안변군 안변면 남산리, 함경북도 경성군 주남면 부평동과 경성군 주북면 회문광산, 길주군 웅평면 산본광산, 명천군 명천광산, 명천군 서면 백록광산, 강원도 평강군 고삽면 세포리 등의 산지가 알려져 있다. 우리 나라에서 규조토를 광상으로 개발하기 시작한 것은 1941년 '조선광업령(朝鮮鑛業令)'에 의하여 지정법정광물로 편입되면서 부터이다. 이후 국내의 규조토광상이 각지에서 발견되었고, 특히 경상북도 월성군 양북면 이일리에서 산출된 규조토를 원료로 경주시 노동리에서 일본의 아사히 곤로(旭爐) 제조에 긴요히 사용되었다고 한다. 근래에 와서는 내화재용(耐火材用)으로 쓰이며, 강한 흡수성 때문에 대부분 공업용수, 수도, 의약품, 식품 등의 정제를 위한 여과재(濾過材)로 사용된다. 그 밖에 플라스틱과 제지의 충전재(充塡材), 다이너마이트의 흡착제, 지혈제(止血劑), 시멘트의 혼합재 등으로도 사용된다.
본 발명에서 말하는 제올라이트는 비석(沸石)이라고도 한다. 종류는 많으나 함수량(含水量)이 많은 점, 결정의 성질, 산상(産狀) 등에 공통성이 있다. 굳기는 6을 넘지 않으며, 비중은 약 2.2이다. 일반적으로 무색 투명하거나 백색 반투명하다. 취관으로 가열하면 끓어서 팽대하기 때문에 이 이름이 붙었다. 대개의 종류는 염산에 녹아 흔히 아교 모양이 되지만, 소수의 종류는 염산에 녹지 않는다.
주요한 종류로서 방비석, 어안석, 캐버자이트, 소다비석·휼란다이트, 스틸바이트, 로몬타이트, 이네사이트 등이 있다. 현무암이나 휘록응회암 등 염기성 화성암의 공동(空洞) 속이나 열극에서 산출되며, 때로는 화강암, 편마암 중에 2차광물로서 존재한다. 또한 금광맥 그 밖의 광맥 중에 산출되는 경우도 있다. 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여, 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 있으므로 다른 미립물질을 흡착할 수가 있다. 이 성질을 이용해서 흡착제로 사용하며, 크기가 다른 미립물질을 분리시키는 분자체(分子篩)로 사용한다.
상기 무기분말은 평균입경이 0.05 내지 30㎛인 것일 수 있다. 상기 무기분말은 평균입경이 0.05μm 미만인 경우 무기분말이 다시 불규칙하게 뭉쳐지기 때문에 분산력이 저하되는 문제가 있고, 30㎛ 초과인 경우, 입자의 크기가 상대적으로 크기 때문에 글라스 올 내에 침투력이 떨어지는 문제가 발생한다.
상기 무기분말은 왁스로 코팅된 무기분말을 이용하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 왁스로 코팅된 무기분말을 이용하게되는 경우, 즉, 규조토 및 미분말 제올라이트의 표면이 왁스로 코팅된 입자를 사용하게 되는 경우, 왁스로 코팅되지 않은 무기 입자를 이용하는 경우보다, 기계적 특성이 강화되어, 외부 충격에 강하게 견딜 수 있다.
또한, 왁스 코팅으로 인해, 내부로 침투되는 물의 투습성을 낮춰, 방수 효과를 높일 수 있다.
상기 무기 바인더 용액은 무기 바인더; 유기 용매; 및 폴리염화비닐(PVC), 폴리초산비닐(PVA), 폴리프탈레이트(PET) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 무기 바인더 용액은 유기 용매 100 중량부에 대해, 무기 바인더 20 내지 30 중량부 및 고분자 수지 30 내지 50 중량부로 포함한다. 상기 범위 내에서 분산성이 향상되고, 글라스 올에 침지시 침투성이 강화되어, 우수한 단열 및 방수 효과를 나타낼 수 있다.
상기 폴리염화비닐(PVC), 폴리초산비닐(PVA), 폴리프탈레이트(PET) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지는 무기 바인더 용액 내에 포함되어, 글라스 올을 침지 시, 글라스 올과 무기 바인더간의 결합력을 높일 수 있다.
상기 유기 용매는 에테르 또는 알코올이며, 바람직하게는 에테르 용매이지만, 상기 용매에 제한되지 않는다.
상기 섬유시트층의 일면에 제1 단열층을 적층하고, 이후, 상기 제1 단열층의 일면 즉, 상부면에 단열 발포층을 형성할 수 있다.
상기 단열 발포층은 발포 폴리스티렌, 발포 폴리우레탄, 발포 폴리에틸렌 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
일반적인 단열 발포층은 단열 성능이 우수한 반면 열에 약하고 기계적 강도가 낮다는 단점이 있다.
본 발명에서는 이러한 단열 발포층의 단점은 보완하고, 장점인 단열 성능을 활용하기 위해, 상기 단열 발포층의 양면을 제1 단열층 및 제2 단열층으로 적층시켜, 열에 의해 발포층이 손상되는 문제를 방지하고, 외부 충격에 의해서도 손상이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
단열재 중 가장 유효한 것 중의 하나가 기공, 특히 정지상태의 공기층이다. 기존에 유효한 단열재로서 사용되고 있는 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 수지 등은 그 자체로서는 단열재가 아니다. 이들 유기물 수지가 단열재가 되기 위해서는 필연적으로 발포 과정을 거쳐야 한다. 유기물 수지를 발포하게 되면 수지에 다량의 기공, 즉 정지된 공기층이 생성되게 된다. 물론 이들 기공에는 발포 가스가 잔존하게 되고, 그 가스의 열전도율에 따라 발포 수지의 전체적인 열전도율이 달라진다. 그럼에도 불구하고 발포 수지에 구비되는 다량의 기공, 즉 정지된 공기층에 의해 발포 수지는 단열재로서 유효한 효과를 갖게 된다.
다만, 발포 수지는 다수의 기공이 형성됨에 따라, 기계적 강도가 약해지는 문제가 발생할 수 있고, 상기 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 수지는 열에 쉽게 변형이 가능한 점에서 열에 취약한 문제가 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해, 열에 강하면서도 기계적 강도가 우수한 제1 단열층 및 제2 단열층을 상기 발포 단열층의 하부면 및 상부면에 적층시킴에 따라, 발포 단열층의 문제를 쉽게 해결할 수 있다고 할 것이다.
상기 발포 단열층을 형성한 이후, 제2 단열층을 적층시킨다. 이후, 상기 제2 단열층의 표면에 방수 코팅층을 형성하여, 수상에서의 물의 침투를 방지할 수 있다.
상기 방수 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되는 불소계 화합물; 계면활성제; 바인더 및 용매를 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112019043169029-pat00001
여기서,
n은 1 내지 100의 정수이며,
L1 및 L2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기 또는 탄소수 10 내지 30의 알킬아릴렌기이며,
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 2 내지 30의 헤테로알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아르알킬기, 탄소수 5 내지 30의 아릴기, 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 20개의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 20개의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 20개의 시클로알케닐기, 탄소수 3 내지 30의 헤테로아르알킬기, 및 탄소수 1 내지 20개의 헤테로알케닐기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 화학식 1로 표시되는 불소계 화합물은 보다 구체적으로 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다:
[화학식 2]
Figure 112019043169029-pat00002
여기서,
n은 1 내지 100의 정수이다.
상기 고분자 조성물 내의 측쇄는 알킬렌기 및 아릴렌기를 링커로 포함하고 있어, 코팅층과 일정 거리가 유지될 수 있고, 일정한 거리를 유지함에 따라, 코팅층 내에 포함되는 구성 성분과 측쇄 간에 간섭이 발생하지 않아 측쇄에 의한 발수 효과가 방해되는 문제를 방지할 수 있다.
즉, 알킬렌기의 일단에 결합되어 있는 -CF3- 및 아릴렌기의 일단에 결합되어 있는 -CF3로 인해, 코팅층의 최외곽에 불소 코팅층을 형성할 수 있으며, 상기 불소 코팅층 간의 간섭이 일어나지 않고 코팅층 내에 포함되어 있는 성분과도 간섭이 일어나지 않아, 발수 특성이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
상기 계면활성제는 베타인계 계면활성제이며, 보다 구체적으로 알킬베타인계， 아미드베타인계， 술포베타인계， 히드록시술포베타인계， 아미도술포베타인계, 포스포베타인계 및 이미다졸리늄베타인계로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 상기 예시에 국한되지 않는다.
상기 바인더는 아크릴계 바인더, 우레탄계 바인더, 실리콘계 바인더 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 보다 구체적으로 실리콘계 바인더이며, 바람직하게 폴리디메틸실록산, 폴리하이드로실록산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 상기 예시에 국한되지 않는다.
상기 용매는 물, 알코올류 용매, 할로겐 함유 탄화수소류 용매, 케톤류 용매, 셀로솔브류 용매 및 아미이드류 용매로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 상기 예시에 국한되지 않는다.
상기 코팅 조성물은 고분자 수지 화합물; 계면활성제; 바인더; 및 용매를 포함하며, 바람직하게는 용매 100 중량부에 대하여, 고분자 수지 화합물 20 내지 50 중량부; 계면활성제 10 내지 20 중량부; 및 바인더 30 내지 50 중량부를 포함할 수 있다. 상기 범위에 의하는 경우 각 추출물의 상호 작용에 의한 상승효과로 임계적 의의가 있는 정도의 상승효과가 발현되며, 상기 범위를 벗어나는 경우 상승효과가 급격히 저하되거나 거의 없게 된다.
상기 코팅 조성물은 고분자 수지 화합물; 계면활성제; 바인더; 및 용매를 혼합 후, 100 내지 150 rpm으로 교반하여 제조한다. 이후 제2 단열층의 표면에 분사 후 건조시켜 방수 코팅층으로 형성할 수 있다.
상기 코팅 조성물은 고분자 수지 화합물; 계면활성제; 바인더; 천연 추출물; 및 용매를 포함하며, 바람직하게는 용매 100 중량부에 대하여, 고분자 수지 화합물 20 내지 50 중량부; 계면활성제 10 내지 20 중량부; 바인더 30 내지 50 중량부; 및 분산제 5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 혼합하여 사용하는 경우, 우수한 발수 효과를 나타낼 수 있다.
상기 방수단열 소재는 1) 섬유시트층을 준비하는 단계; 2) 제1 단열층의 일면에 접착층을 형성하고, 접착층이 형성된 일면을 상기 섬유시트층의 일면에 적층시켜 접착하는 단계; 3) 폴리스티렌 수지; 구연산; 아크릴계 공중합체; 스테아르산; 가교제 및 아조디카본아미드를 혼합한 페이스트를 압출공법으로 상기 제1 단열층의 일면에 코팅하고, 가열하여 단열 발포층을 형성하는 단계; 4) 상기 단열 발포층의 일면에 접착층이 일면에 형성된 제2 단열층을 적층시켜 접착하는 단계; 및 5) 상기 제2 단열층의 일면에 하기 화학식 1로 표시되는 불소계 화합물; 계면활성제; 바인더 및 용매를 포함하는 코팅 조성물을 도포하고 건조하여 방수 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다:
[화학식 1]
Figure 112019043169029-pat00003
여기서,
n은 1 내지 100의 정수이며,
L1 및 L2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기 또는 탄소수 10 내지 30의 알킬아릴렌기이며,
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 수소, 중수소, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 2 내지 30의 헤테로알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아르알킬기, 탄소수 5 내지 30의 아릴기, 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 3 내지 20개의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 20개의 헤테로시클로알킬기, 탄소수 3 내지 20개의 시클로알케닐기, 탄소수 3 내지 30의 헤테로아르알킬기, 및 탄소수 1 내지 20개의 헤테로알케닐기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 제1 단열층 및 제2 단열층은 폴리우레탄계(PU) 접착 조성물을 사용하여 접착층을 형성한 후 적층 공정을 진행한다.
상기 단열 발포층은 폴리스티렌 수지; 구연산; 아크릴계 공중합체; 스테아르산; 가교제 및 아조디카본아미드를 혼합한 페이스트를 압출공법으로 압출하고 오븐에서 가열하여 형성한다.
보다 구체적으로, 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대해, 구연산 30 내지 50 중량부; 아크릴계 공중합체 1 내지 10 중량부; 스테아르산 5 내지 10 중량부; 가교제 1 내지 10 중량부 및 아조디카본아미드 1 내지 10 중량부를 혼합하여 페이스트를 제조할 수 있다. 상기 범위 내에서 페이스트를 제조함에 따라, 단열 효과가 우수한 발포 단열층으로의 제조가 가능하게 된다.
[ 제조예 : 방수단열 소재의 제조]
제조예 1
나일론/폴리에스터 분할형 분할사를 이용하여, 시트 형태로 제조된 직물을 구입 후, 섬유시트층으로 이용하였다.
제1 단열층 및 제2 단열층을 제조하기 위해, 에테르 용매 100 중량부에 대해, 무기분말 25 중량부 및 폴리초산비닐 40 중량부를 혼합하여 무기 바인더 용액을 제조하고, 상기 무기 바인더 용액 내에 글라스 올 시트를 침지시키고, 350℃에서 건조하여 단열 시트를 제조하였다.
상기 단열 시트의 일면에 폴리우레탄계(PU) 접착 조성물을 사용하여 접착층을 형성한 후, 제1 단열 시트는 섬유시트층의 일면에 적층하여 접착시켰다.
상기 제1 단열층의 일면에 발포 단열층을 형성하였다.
보다 구체적으로, 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대해, 구연산 40 중량부; 아크릴계 공중합체 5 중량부; 스테아르산 10 중량부; 가교제 5 중량부 및 아조디카본아미드 5 중량부를 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 압출 공법으로 제1 단열층의 일면에 압출하고, 오븐에서 가열하여 발포 단열층을 형성하였다.
상기 발포 단열층의 일면에 제2 단열층을 적층하고 접착하였다.
상기 제2 단열층의 일면에 코팅 조성물을 도포하고 건조시켜 코팅층을 형성하였다.
상기 코팅 조성물은 하기 화학식 2로 표시되는 불소계 화합물, 알킬베타인계 계면활성제, 폴리하이드로실록산 바인더, 물 및 폴리에스테르계 분산제를 혼합하고, 100 rpm의 속도로 10 내지 30분동안 교반하여, 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 불소계 화합물, 알킬베타인계 계면활성제, 폴리하이드로실록산 바인더 및 폴리에스테르계 분산제는 모두 구매하여 사용하였다:
[화학식 2]
Figure 112019043169029-pat00004
여기서, n은 50 내지 100의 정수이다.
상기 코팅 조성물의 구성 성분의 함량은 하기 표 1과 같다.
KC1 KC2 KC3 KC4 KC5 KC6
물 100 100 100 100 100 100
불소 수지계 화합물 10 20 30 40 50 60
계면활성제 5 10 13 16 20 30
바인더 20 30 35 45 50 60
분산제 10 10 10 10 10 10
(단위 중량부)제조예 2
섬유시트층; 제1 단열층; 방수코팅층의 순서로 방수단열 소재를 제조한 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방식으로 제조하였다.
[ 실험예 1: 방수 효과 실험]
상기 KC1 내지 KC6에 대해 방수 코팅층을 형성하고, 발수각을 측정하여 방수 효과를 확인하였다.
발수각 측정 결과는 하기 표 2와 같다.
전진 접촉각 (°) 정지 접촉각 (
Figure 112019043169029-pat00005
)		 후진 접촉각 (
Figure 112019043169029-pat00006
)
KC1 117.1±2.9 112.1±4.1 < 10
KC2 132.4±1.5 131.5±2.7 141.7±3.4
KC3 138.9±3.0 138.9±2.7 139.8±3.7
KC4 136.9±2.0 135.6±2.6 141.4±3.6
KC5 137.8±2.1 136.5±2.2 140.4±3.4
KC6 116.9±0.7 115.4±3.0 < 10
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, KC1 내지 KC6의 코팅 조성물을 이용하여 코팅층을 형성한 이후, 접촉각을 측정한 결과를 확인하였다.
KC1 및 KC6은 후진 접촉각이 10도 미만으로 측정되었다. 즉, 코팅 조성물을 제조하기 위한 최적의 범위를 벗어나게 되는 경우, 물방울이 피닝(Pinning)되는 현상이 발생하는 것을 확인하였다. 반면 KC2 내지 5에서는 피닝 현상이 발생하지 않음을 확인하여 우수한 방수 효과를 나타낼 수 있음을 확인하였다.
[ 실험예 2: 코팅층에 대한 외관 평가]
1. 점도 측정
점도 측정은 레오미터 (Rheometer, Compac-100, Sun Sci. Co., Japan)를 이용하였다. 점도 측정 결과는 하기 표 3과 같다.
KC1 KC2 KC3 KC4 KC5 KC6
cP 612 1530 1560 1610 1720 2010
상기 점도 측정 결과에 따르면, 불소 수지계 화합물 및 바인더의 함량 증가에 따라 점도가 상승하는 것을 확인하였다. 이에 따른, 표면 코팅층의 외관 효과를 확인하기 위해 관능 평가를 별도로 진행하였다. 착용로봇의 소재로 사용하기 위한 것인 점을 고려할 때, 최외각의 표면층이 고르게 형성되지 않을 경우, 상품성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
2. 외관 관능 평가
코팅층을 제조한 이후, 균일한 표면이 형성되었는지 여부에 대해 관능 평가를 진행하였다. 균일한 코팅층을 형성하였는지 여부에 대한 평가를 진행하였고, 하기와 같은 기준에 의해 평가를 진행하였다.
○: 균일한 코팅층 형성
△: 부분적인 불균일 코팅층 형성
×: 불균일한 코팅층의 형성
KC1 KC2 KC3 KC4 KC5 KC6
관능 평가 × ○ ○ ○ ○ △
코팅층을 형성할 때, 일정 점도 미만인 경우에는 표면에서 흐름이 발생하여, 경화 공정 이후, 균일한 코팅층의 형성이 어려운 경우가 다수 발생하였다. 이에 따라, 생산 수율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 점도가 너무 높은 경우에도, 조성물의 균일 도포가 어려워 균일한 코팅층의 형성이 불가하였다.상기 KC2 내지 KC5의 경우, 특별한 공정의 추가 없이도 균일한 코팅층이 형성됨을 육안으로 확인하였다.
[ 실험예 3: 단열 효과 검토]
단열 효과를 확인하기 위해, 열전도율을 측정하여 단열 효과를 확인하였다.
열전도율 시험은 KS L 9016에 의거하여 측정온도 40℃ 조건에서 측정하였다. 그 결과, 제조예 1에서 KC4의 코팅층을 형성한 소재의 경우, 0.025W/mK의 낮은 열전도율을 나타내는 것을 확인하여, 우수한 단열 효과를 나타냄을 확인하였다.
반면, 제조예 2에서 동일하게 KC4의 코팅층을 형성한 소재의 경우, 0.210W/mK의 높은 열전도율을 나타내는 것을 확인하였다. 제조예 1과 비교하여 발포 단열층 및 단열층의 추가 여부에 의해 단열 효과에서 큰 차이가 나타남을 실험을 통해 확인하였다.
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.
100 : 제1 지지부,
110 : 보조캡부,
101 : 수용부,
111 : 보조캡,
112 : 힌지,
120 : 신호부,
200 : 제2 지지부,
300 : 제3 지지부,
310 : 좌부,
320 : 다리부,
321 : 홈부,
400 : 제4 지지부,
410 : 지지대,
420 : 쿠션부,
500 : 제5 지지부.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 중공부가 형성되되, 일단과 타단이 소정의 간격을 두고 이격되는 튜브 형상의 제1 지지부;
    상기 제1 지지부의 하부로 연장 형성되는 제2 지지부;
    상기 제2 지지부의 하부로 연장 형성되되, 후방에서 전방으로 함몰되도록 굴곡진 형상을 지니는 제3 지지부; 및
    상기 제2 지지부의 후방에서 수직 방향으로 연장 형성되는 제4 지지부;를 포함하고,
    상기 제1 지지부는 유체가 유입되어 부력에 의해 수상에서 부양되고,
    수상에 빠진 사람의 양 팔이 상기 제1 지지부에 의해 지지되고,
    수상에 빠진 사람의 허리 부분의 후방을 상기 제2 지지부가 감싸고,
    수상에 빠진 사람의 하체가 상기 제3 지지부와 밀착되고,
    상기 제4 지지부는 수상에 빠진 사람의 목을 후방에서 감싸는 쿠션부를 구비하고,
    상기 제4 지지부는 슬라이딩하여 연장 및 축소되도록 다단으로 형성되는 것인
    수상에서 사용되는 착용로봇.
  7. 삭제
  8. 중공부가 형성되되, 일단과 타단이 소정의 간격을 두고 이격되는 튜브 형상의 제1 지지부;
    상기 제1 지지부의 하부로 연장 형성되는 제2 지지부;
    상기 제2 지지부의 하부로 연장 형성되되, 후방에서 전방으로 함몰되도록 굴곡진 형상을 지니는 제3 지지부; 및
    상기 제2 지지부의 전방에서 라운드지도록 연장 형성되는 제5 지지부;를 포함하고,
    상기 제1 지지부는 유체가 유입되어 부력에 의해 수상에서 부양되고,
    수상에 빠진 사람의 양 팔이 상기 제1 지지부에 의해 지지되고,
    수상에 빠진 사람의 허리 부분의 후방을 상기 제2 지지부가 감싸고,
    수상에 빠진 사람의 하체가 상기 제3 지지부와 밀착되고,
    상기 제5 지지부는 수상에 빠진 사람의 배를 전방에서 감싸는 복대부를 구비하고,
    상기 복대부의 내부에는 발열체가 포함되는 것인
    수상에서 사용되는 착용로봇.
  9. 삭제
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