KR102129519B1

KR102129519B1 - 인공근육 조립체, 이를 포함하는 근력 증강용 의복 및 인공근육 조립체의 제어방법

Info

Publication number: KR102129519B1
Application number: KR1020190001058A
Authority: KR
Inventors: 박철훈; 김세영; 송성혁; 함상용; 손영수; 박성준
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2020-07-03

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체는, 수축 상태 또는 이완 상태에 있도록 구성되는 인공근육, 상기 인공근육의 일측과 지지부재를 통해 연결되며 잠금 상태 또는 해제 상태에 있도록 형성되는 구동부, 및 상기 인공근육이 수축 상태에서 이완 상태로 변경될 때 상기 지지부재에 의하여 상기 인공근육의 타측이 수축 위치에서 이완 위치로 이동하도록 상기 구동부를 잠금 상태에서 해제 상태로 변경하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.

Description

인공근육 조립체, 이를 포함하는 근력 증강용 의복 및 인공근육 조립체의 제어방법 {ARTIFICIAL MUSCLE ASSEMBLY, MUSCLE STRENGTH-ENHANCING GARMENT INCLUDING THE SAME, AND CONTROL METHOD OF ARTIFICIAL MUSCLE ASSEMBLY}

본 발명은 인공근육 조립체, 이를 포함하는 근력 증강용 의복 및 인공근육 조립체의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이완응답성 향상을 위한 인공근육 조립체, 이를 포함하는 근력 증강용 의복 및 인공근육 조립체의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 산업 현장의 근로자, 하역근로자, 택배근로자 등은 무거운 중량의 물체를 반복적으로 들고 이동하는 동작을 수행하는 경우가 많다.

이러한 작업은 여러 사람의 인력이 요구되거나 현장 상황에 따라 중장비나 기중기, 도르래 등의 보조장비가 사용되어야 하는 불편이 있다. 또한, 사람이 직접 작업할 경우에는 높은 작업 강도로 인해 근로자의 피로 증가와 작업능률의 저하는 물론이고, 근골격계 손상 등의 산업재해와 관련 직종의 기피 현상에 대한 문제가 있으며, 보조장비를 사용할 경우에는 비교적 넓은 이동공간이나 설치공간이 필요하므로, 사용범위가 제한적인 문제가 있다.

이러한 문제로 인해 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작이나 무거운 하중을 버티는 동작을 완화시키기 위한 착용형 근력보조장치의 필요성이 대두되고 있다.

최근 개발되고 있는 근력보조장치는 모터와 프레임 등을 이용하여 팔이나 다리의 측면에 부착하여 구동되는 방식이 대부분이다.

이러한 방식의 근력보조장치는 프레임이나, 각종 프레임의 구동을 위한 모터 등으로 구성되어 무게가 무겁고 딱딱하여 자연스러운 움직임을 방해할 뿐만 아니라, 착용이 불편한 문제점이 있다.

또한, 수축 및 이완 동작 등의 각종 동작의 응답성이 낮다는 문제점이 있다.

따라서, 무게가 가볍고, 인체 근육과 유사한 위치에 부착되어 신체의 움직임을 방해하지 않을 뿐만 아니라 다양한 동작의 응답성을 향상시킬 수 있는 근력 증강용 의복의 개발이 요구된다.

본 발명은 전술한 문제 및 이와 연관된 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 예시적 목적은, 인체 근육과 유사한 위치에 부착되어 신체의 움직임을 방해하지 않을 뿐만 아니라 다양한 동작의 응답성을 향상시킬 수 있는 인공근육 조립체 및 이를 포함하는 근력 증강용 의복을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 예시적 목적은 이완 동작의 응답성을 향상시킬 수 있는 형상기억합금 스프링을 이용한 인공근육 조립체 및 이를 포함하는 근력 증강용 의복을 제공하는 것이다.

실시예에 있어서, 제어부는 상기 인공근육이 상기 수축 상태에서 상기 이완 상태로, 또는 그 반대로 변경될 수 있도록 상기 인공근육에 전기 공급 여부를 제어하도록 구성될 수 있다.

실시예에 있어서, 제어부는, 상기 인공 근육이 상기 이완 상태에서 수축 상태로 변경하는 동안 또는, 상기 수축 상태에 있는 동안 상기 구동부를 잠금 상태에 있도록 제어할 수 있다.

실시예에 있어서, 제어부는, 상기 인공근육이 상기 이완 위치로 이동한 후 상기 이완 상태로 변경하는 동안 상기 구동부를 잠금 상태에 있도록 제어할 수 있다.

실시예에 있어서, 구동부는, 멈춤 부재, 및 상기 구동부가 잠금 상태에 있는 경우 상기 멈춤 부재에 의해 일 방향으로 회전이 불가능하도록 구성되며, 상기 구동부가 해제 상태에 있는 경우 상기 멈춤 부재에서 분리되어 상기 일 방향으로 회전이 가능하도록 구성된 회전부재를 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 지지부재는 상기 회전부재가 상기 일 방향으로 회전될 때 적어도 일부가 상기 회전부재에서 풀리도록 구성될 수 있다.

실시예에 있어서, 구동부는, 상기 회전부재를 상기 일 방향의 반대 방향으로 회전시키도록 구성된 태엽 스프링을 더 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 제어부는, 상기 인공근육이 상기 이완 위치로 이동한 후 상기 이완 상태로 변경하는 동안 상기 지지부재의 적어도 일부가 상기 회전부재에 감기도록 상기 태엽스프링의 동작을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 근력 증강용 의복은, 의복 본체 및 상기 의복 본체에 연결되는 인공근육 조립체를 포함하며, 상기 인공근육의 구동부는 제 1 신체고정부에 배치되고, 상기 인공근육의 타측은 상기 의복 본체에서 관절이 대응되는 위치를 기준으로 상기 제 1 신체고정부와 반대편에 있는 제 2 신체고정부에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 근력 증강용 의복은, 착용자의 동작을 감지하도록 구성된 센서를 더 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 제어부는, 상기 센서가 상기 착용자의 이완 동작을 감지하는 경우, 상기 인공근육의 타측이 수축 위치에서 이완 위치로 이동하도록 상기 구동부의 상태를 제어하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체의 제어 방법은, 상기 인공근육이 수축 상태에서 이완 상태로 변경될 때 상기 인공근육의 타측이 수축 위치에서 이완 위치로 이동하도록 상기 구동부를 잠금 상태에서 해제 상태로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체의 제어 방법은, 상기 인공근육이 이완 상태에서 수축 상태로 변경하는 동안 또는 상기 수축 상태에 있는 동안 상기 구동부를 잠금 상태에 있도록 유지하는 단계, 및 상기 인공근육이 상기 이완 위치로 이동한 후 상기 이완 상태로 변경하는 동안 상기 구동부를 잠금 상태로 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체의 제어 방법은, 센서에 의해 착용자의 이완 동작이 감지되는 경우, 상기 인공근육이 상기 수축 상태에서 이완 상태로 변경되도록 전기 공급 여부를 제어하는 동시에 상기 인공근육의 타측이 수축 위치에서 이완 위치로 이동하도록 상기 구동부를 잠금 상태에서 해제 상태로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체의 제어 방법은, 상기 구동부가 잠금 상태에 있는 경우 회전부재에 걸리도록 멈춤부재의 위치를 제어하고, 상기 구동부가 해제 상태에 있는 경우 상기 회전부재로부터 분리되도록 상기 멈춤부재의 위치를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터에 의해 실행되는 경우, 인공근육 조립체의 제어 방법을 구현할 수 있다.

본 발명에 따르면, 형상기억합금 스프링을 이용한 옷감형 및 이를 포함한 근력 증강용 의복의 제공이 가능하다. 구체적으로, 형상기억합금 스프링은 형상기억합금 와이어의 큰 파워밀도를 가지며 동시에 큰 변위(예를 들어 수백%까지)를 발생시킬 수 있기 때문에 소형, 경량 및 무소음 착용형 인공근육 조립체 및 이를 포함한 근력 증강용 의복을 제공할 수 있다.

한편, 앞서 기재된 효과는 예시적인 것에 불과하며 당업자의 관점에서 본 발명의 세부 구성으로부터 예측되거나 기대되는 효과들 또한 본원발명 고유의 효과에 추가될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체의 구동부를 나타낸 예시도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체의 구동부의 작동상태도이다.
도 4 및 도 5는 각각 인공 근육이 이완 상태 및 수축 상태에 있는 모습을 도시한다.
도 6은 인공 근육이 수축 위치에서 이완 위치로 이동된 모습을 도시한다.
도 7은 인공 근육이 이완 위치로 이동한 후 이완 상태로 변경된 모습을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 증강용 의복의 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 증강용 의복의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체의 제어 방법의 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 개시내용은 도면 및 이상의 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 본 개시내용은 특성이 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 단지 소정의 실시형태가 도시되고 설명되었으며, 본 개시내용의 정신 내에 들어가는 모든 변화와 변형은 보호되는 것이 바람직함이 이해될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체(10)의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체(10)는 인공근육(100), 구동부(200) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.

인공근육(100)은 수축 상태 또는 이완 상태에 있도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 인공근육(100)은 본체(110), 인공근육의 일측(120) 및 타측(130)을 포함할 수 있다.

본체(110)는 열반응 부재로 이루어질 수 있다. 열반응 부재는 일 방향을 따라 연장되도록 마련될 수 있다. 열반응 부재는 전기가 공급되면 발생하는 열에 반응하여 일 방향을 따라 그 길이가 수축될 수 있다.

열반응 부재는 열에 반응하는 형상기억합금 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 열반응 부재는 형상기억합금 와이어 또는 형상기억합금 스프링으로 이루어질 수 있다.

또는, 열반응 부재는 형상기억합금 소재뿐만 아니라, 열에 의하여 반응하는 다양한 열반응 물질, 예를 들면, 형상기억수지(shape memory resin), 형상기억고분자(shape memory polymer, SMP), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아미드(polyamide), 나일론(nylon) 등으로 이루어질 수 있다.

인공근육의 일측 및 타측(120, 130)은 본체(110)를 기준으로 반대편에 위치한 각각의 측을 의미할 수 있다. 인공근육의 일측 및 타측(120, 130)은 열반응 부재가 형성되지 않아 수축 또는 이완이 이루어지지 않는다. 또한, 인공근육의 일측 및 타측(120, 130)은 열반응 부재의 수축 또는 이완에 의해 그 위치가 변경될 수 있다.

이하에서는, 구동부(200)와 연결되는 측을 인공근육의 일측(120)이라 지칭하고, 부하가 연결되는 측을 인공근육의 타측(130)이라 지칭할 수 있다. 편의상 인공근육의 일측 및 타측(120, 130)은 각각 인공근육의 상측 및 타측이라 지칭할 수도 있다.

제어부(400)는, 인공근육(100)이 수축 상태에서 이완 상태로, 또는 그 반대로 변경될 수 있도록 상기 인공근육(100)에 전기 공급 여부를 제어하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 제어부(400)는 전기공급부(420)를 통해 상기 인공근육(100)에 전기 공급 여부를 제어할 수 있다. 제어부(400)가 전기공급부(420)에 전기공급신호를 전달하면, 상기 전기공급부(420)는 인공근육 본체(110)에 전류가 흐르도록 상기 본체(110)에 전류를 공급할 수 있다. 또한, 제어부(400)가 전기공급부(420)에 전기공급중단신호를 전달하면, 상기 전기공급부(420)는 인공근육 본체(110)에 전류가 더 이상 흐르지 않도록 전류 공급을 중단할 수 있다.

이와 같은 전기 공급 여부 제어에 의하여 인공근육(100)에 전류가 공급되면 열이 발생되어 인공근육(100)이 수축되고, 전류 공급이 중단되면 온도가 감소되어 인공근육(100)이 이완된다. 이 때, 인공근육(100)의 이완 속도는 상대적으로 느리며, 본 발명에서는 구동부(200)를 도입하여 이완 동작의 응답성을 향상시키고자 한다.

전술한 바와 같이, 구동부(200)는 인공근육의 일측(120)과 지지부재(300)를 통해 연결될 수 있다. 즉, 구동부(200)의 동작에 의하여 인공근육(100)은 그 위치가 변경될 수 있다. 구체적으로, 구동부(200)의 권취 동작에 의하여 지지부재(300)는 인공근육(100)의 수축 및 이완이 이루어지는 일 방향을 따라 연장될 수 있고, 따라서 인공근육(100)의 위치가 변경된다.

도 2를 참고하면, 구동부(200)는 멈춤부재(210) 및 회전부재(220)를 포함한다.

멈춤부재(210)의 일측은 회전구동기(211)와 연결되고 타측은 회전부재(220)에 연결될 수 있다. 멈춤부재(210)의 타측은 회전부재(220)에 걸림이 가능하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 멈춤부재(210)는 멈춤쇠(pawl)일 수 있다.

상술한 회전구동기(211)는 멈춤 부재(210)를 회전시킬 수 있도록 구성된다. 회전구동기(211)의 구동에 의하여 멈춤 부재(210)는 잠금 위치 또는 해제 위치에 있을 수 있다.

회전부재(220)는 회전축(222)과 연결되어 회전 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 회전부재(220)는 복수의 기어(221)를 갖는 래칫(rachet)일 수 있다.

지지부재(300)는 회전부재(220)의 회전에 의하여 적어도 일부가 감기거나 풀리도록 회전부재(220)에 연결될 수 있다. 실시예로서, 상기 지지부재(300)는 와이어일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로, 지지부재(300)는, 회전부재(220)가 일 방향(R1)으로 회전될 때 적어도 일부가 상기 회전부재(220)에서 풀리도록 구성되며, 회전부재(220)가 반대 방향(R2)으로 회전될 때 적어도 일부가 상기 회전부재(220)에 감기도록 구성될 수 있다. 지지부재(300)가 회전부재(220)에 감기거나 풀리는 동작에 의해 지지부재(300)의 길이가 조절될 수 있다.

나아가, 지지부재(300)의 단부는 인공근육(100)과 연결된다. 즉, 지지부재(300)의 단부는 인공근육(100)의 일측과 연결되므로 지지부재(300)의 길이가 조절됨으로써 인공근육(100)의 위치가 변경될 수 있다. 인공근육(100)의 위치가 변경되는 것과 관련된 구체적인 설명은 후술하기로 한다.

한편, 구동부(200)는 태엽 스프링(230)을 더 포함할 수 있으며, 태엽 스프링(230)은 회전부재(230)를 일 방향의 반대 방향(R2)으로 회전시키도록 구성될 수 있다. 즉, 태엽 스프링(230)이 동작되면 회전부재(220)는 반대 방향(R2)으로 회전되므로, 지지부재(300)의 적어도 일부는 회전부재(220)에 감기게 된다. 태엽 스프링(230)과 관련된 구체적인 동작은 추후 도 7을 참고하여 구체적으로 설명하도록 한다.

이하에서는 도 3를 참조하여 구동부(200)의 동작에 대하여 상세히 설명한다.

도 3의 (a) 및 (b)는 구동부(200)가 각각 잠금 상태 및 해제 상태에 있는 것을 도시한다.

도 3의 (a)를 참조하면, 구동부(200)가 잠금 상태에 있는 경우 회전 부재(220)는 멈춤 부재(210)에 의해 일 방향(R1)으로 회전이 불가능하도록 구성될 수 있다. 여기서 일 방향(R1)이란 시계 방향을 의미할 수 있다. 즉, 구동부(200)가 잠금 상태에 있는 경우 멈춤 부재(210)는 적어도 일부가 회전부재(220)와 결합되도록 배치되어 회전부재(220)의 일 방향(R1)의 회전을 구속할 수 있다. 다시 말해, 잠금 상태시, 멈춤 부재(210)는 회전부재(220)의 기어에 걸리도록 배치되어 회전부재(220)의 일 방향(R1)의 회전을 구속할 수 있다.

한편, 이러한 잠금 상태의 경우에도 회전 부재(220)는 태엽 스프링(230)에 의한 반대 방향(R2)의 회전은 가능하도록 구성될 수 있다. 태엽 스프링(230)의 동작은 추후 후술하도록 한다.

도 3의 (b)를 참조하면, 구동부(200)가 해제 상태에 있는 경우 회전 부재(220)는 멈춤 부재(210)에서 분리되어 일 방향(R1)으로 회전이 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 해제 상태시, 멈춤 부재(210)는 회전부재(220)의 기어(221)에서 분리되도록 배치되어 회전부재(220)를 구속하지 않는다.

제어부(400)는, 구동부(200)가 잠금 상태 또는 해제 상태에 있도록, 즉 멈춤 부재(210)가 잠금 위치 또는 해제 위치에 있도록 회전구동기(211)를 제어할 수 있다.

그러나, 회전구동기(211)는 하나의 예시일 뿐이며, 멈춤 부재(210)의 위치는 다양한 수단에 의하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 멈춤 부재(210)에는 멈춤 부재의 양측에 각각 배치된 제 1 및 제 2 스프링이 연결될 수 있다. 도시되지는 않으나, 제 1 스프링은 멈춤 부재의 하측에 구비될 수 있으며, 제 1 스프링의 상단부는 멈춤 부재에 결합될 수 있다. 제 1 스프링이 수축되면 멈춤 부재는 하향 회전될 수 있으며, 이를 통해 멈춤 부재가 회전부재의 기어에 결합되어 회전부재는 일 방향으로 회전되지 않도록 구속될 수 있다. 제 2 스프링은 멈춤부재의 상측에 구비될 수 있으며, 제 2 스프링의 하단부는 멈춤 부재에 결합될 수 있다. 제 2 스프링이 수축되면 멈춤부재는 상향 회전될 수 있으며, 이를 통해 멈춤부재와 회전부재의 기어와의 구속력이 해제되어 회전부재는 일 방향으로 회전될 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 스프링은 전기가 공급되면 발생하는 열에 반응하여 수축되는 형상기억합금 스프링일 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체(10)는, 센서(410), 전기공급부(420), 변형감지부(430), 및 전원부(440)를 더 포함할 수 있다.

센서(410)는 착용자의 생체정보를 감지하도록 구성될 수 있다. 여기서, 생체정보는 근전도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(410가 근전도센서인 경우, 센서(410는 중량물의 파지, 이동, 및 지탱에 따라 착용자의 근육의 움직임 또는 동작(구체적으로, 수축 동작 또는 이완 동작)을 감지할 수 있다. 다른 예로서, 센서(410는 음성센서를 포함할 수 있으며, 이 경우 센서는 착용자의 음성정보를 통해 현재 착용자의 행동, 상태, 요구사항 등을 입력받도록 구성될 수 있다.

전기공급부(420)는 열반응 부재에 연결되어 열반응 부재에 전류를 공급하도록 구성될 수 있다. 구체적인 설명은 상술한 바 여기서는 생략한다.

변형감지부(430)는 인공근육(100)의 변형을 감지하도록 구성될 수 있다. 변형감지부(430)는 스트레인 게이지를 포함할 수 있다.

전원부(440)는 제어부(400), 센서(410), 전기공급부(420) 및 변형감지부(430) 중 적어도 하나에 전기를 공급하도록 구성될 숭 있다.

제어부(400)는 센서(410)에서 감지되는 근전도 정보를 포함하는 생체정보 및 변형감지부(430)에서 감지하는 변형 정보를 기초로 전기공급부(420)가 열반응 부재로 공급하는 전류를 제어할 수 있다.

예를 들어 착용자가 팔을 굽히는 경우, 센서(410)는 근전도 정보를 제어부(400)로 전달할 수 있으며, 제어부(400)는 근전도 정보를 기초로 착용자가 팔을 굽히려는 동작을 의도하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 착용자가 팔을 굽히는데 필요한 힘을 계산하여, 인공근육(100)에서 출력되어야 하는 목표력을 산출할 수 있다. 그리고, 이를 구현하기 위해 제어부(400)는 산출된 목표력이 출력되도록 전기공급부(420)에서 열반응 부재에 공급하는 전류를 제어할 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여, 인공근육(100)의 수축 및 이완과 관련된 구동부(200)의 구체적인 동작에 관하여 설명한다.

도 4 및 도 5는 각각 인공 근육(100)이 이완 상태 및 수축 상태에 있는 모습을 도시한다.

도 4에 도시된 바와 같이 인공 근육(100)이 이완 상태에서 수축 상태로 변경하는 동안, 또는 도 5에 도시된 바와 같이 인공 근육이 수축 상태에 있는 동안 제어부(400)는 구동부(200)를 잠금 상태에 있도록 제어할 수 있다. 이와 함께, 제어부(400)는 인공근육(100)에 전기가 공급되어 수축되도록 전기공급부(420)를 제어할 수 있다.

도 4를 참고하면, 인공근육(100)이 이완 상태에서 부하(20)를 이기고 수축을 시작할 때 구동부(200)는 잠금 상태에 놓이므로 지지부재(300)는 고정되어 인공근육(100)의 전체 길이가 감소될 수 있다.

도 5를 참고하면, 인공근육(100)이 수축 상태를 유지할 때에도 구동부(200)가 잠금 상태에 놓이게 된다. 이때, 지지부재(300)는 고정되므로 인공근육(100)은 부하(20)를 이기고 수축 상태를 유지할 수 있다.

도 4와 도 5를 함께 참고하면, 인공근육(100)이 이완 위치에서 수축 위치로 이동한 것을 확인할 수 있다.

한편 본 명세서에서는 인공근육의 수축 또는 이완 상태는 인공근육의 열반응 부재 자체의 수축 또는 이완 상태를 의미하고, 인공근육의 수축 또는 이완 위치는 인공근육의 타측(130)의 제 1 및 제 2 위치를 의미할 수 있는데, 제 2 위치는 제 1 위치보다 구동부(200)에서 더 먼 위치일 수 있다.

도 6은 인공 근육(100)이 수축 위치에서 이완 위치로 이동되는 모습을 도시한다.

도 6을 참고하면, 제어부(400)는, 인공근육(100)이 수축 상태에서 이완 상태로 변경될 때 지지부재(300)에 의하여 인공근육의 타측(130)이 수축 위치에서 이완 위치로 이동하도록 구동부(200)를 잠금 상태에서 해제 상태로 변경하는 제어를 수행할 수 있다.

구체적으로, 센서(410) 또는 변형감지부(430)에 의하여 이완 동작과 관련된 동작이 감지되면, 제어부(400)는 전기공급부(400)에 전기공급중단신호를 전송하여, 인공근육(100)은 수축 상태에서 이완 상태로 전환되기 시작한다. 이와 함께 제어부(400)는 지지부재(300)가 이동하도록 구동부(200)를 해제 상태로 전환하는 제어를 수행한다.

즉, 인공근육(100)을 이완하고자 할 때 인공근육(100) 자체의 이완 속도는 느리지만 부하(20)에 의해 지지부재(300)가 풀려 인공근육의 타단(130)이 이완 위치로 이동할 수 있다. 즉, 인공근육(100)은 자체적으로 이완 상태로 변경되기 전에 이완 위치로 이동되므로 마치 이완 상태로 변경된 것과 같은 부하의 이동 효과를 낼 수 있다.

도 7은 인공 근육이 이완 위치로 이동한 후 이완 상태로 변경된 모습을 도시한다.

제어부(400)는, 인공근육(100)이 이완 위치로 이동이 완료되면, 구동부(200)를 해제 상태에서 잠금 상태로 전환하는 제어를 수행할 수 있다. 다시 말해, 제어부(400)는, 인공근육(100)이 이완 위치로 이동한 후 이완 상태로 변경하는 동안 구동부(200)를 잠금 상태에 있도록 제어할 수 있다. 구동부(200)가 잠금 상태에 있으므로, 회전 부재(220)의 일 방향으로의 회전은 제한된다.

또한, 제어부(400)는, 인공근육(100)이 이완 위치로 이동한 후 이완 상태로 변경하는 동안 지지부재(300)의 적어도 일부가 회전부재(220)에 권취되도록 태엽스프링(230)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는 인공근육(100)이 이완되는 속도에 맞춰 지지부재(300)가 회전부재(220)에 권취되도록 태엽 스프링(230)을 동작하여 회전부재(220)를 일 방향의 반대 방향(R2)으로 회전시킬 수 있다.

제어부(400)는, 인공 근육(100)이 이완을 완료하고 이완 상태에 도달하면 태엽 스프링(230)의 동작을 중지하는 제어를 수행할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 증강용 의복을 도시한 것이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 증강용 의복의 동작을 설명하기 위한 예시도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 근력 증강용 의복은 의복본체(1) 및 인공근육 조립체(10)를 포함할 수 있다. 인공근육 조립체(10)에 대하여는 전술하였으므로 이하에서는 자세한 설명은 생략한다.

의복 본체(1)는 근력 증강용 의복의 베이스를 이루는 부분으로, 여기에서는 상의를 예로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하의에 적용될 수도 있다.

의복 본체(1)는 내피 및 외피를 포함할 수 있으며, 인공근육 조립체(10)는 내피 및 외피 사이에 마련될 수 있다. 특히, 인공근육 조립체(10)는 의복 본체 상에서 착용자 신체의 관절에 대응되는 위치 부근에 배치될 수 있다.

의복 본체(1)는 제 1 및 제 2 신체고정부를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 신체고정부는 의복 본체에서 관절이 대응되는 위치를 기준으로 서로 반대편에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 관절이 팔꿈치인 경우, 제 1 신체고정부는 상박에 대응되는 부분이며, 제 2 신체고정부는 하박에 대응되는 부분일 수 있다.

이때, 인공근육의 구동부(200)는 의복 본체(1)의 제 1 신체고정부에 고정되고, 인공근육의 타측(130)은 의복 본체(1)의 제 2 신체고정부에 고정될 수 있다.

한편, 상기 제 1 및 제 2 신체고정부는 밴드를 포함할 수 있고, 상기 밴드는 착용자의 팔을 감싸, 인공 근육이 착용자의 팔에 밀착되거나, 상기 제 1 및 제 2 신체고정부가 착용자의 신체 상에서 이동되지 않고 고정되도록 할 수 있다.

도 9의 (a) 및 (b), 도 10의 (a) 및 (b)를 함께 참고하면, 센서(410)가 착용자의 수축 동작을 감지하는 경우 인공근육(100)이 이완 상태에서 수축 상태로 전환될 수 있다. 인공근육(100)이 수축되면, 착용자의 하박은 팔꿈치를 기준으로 회전하여 상측으로 접히게 된다. 이때, 구동부(200)는 잠금 상태이므로 지지부재(300)가 고정되어 있고, 인공근육(100)은 이완 위치에서 수축 위치로 이동될 수 있다. 도 9의 (b) 및 도 10의 (b)와 같이 인공 근육(100)이 수축 상태에 있는 경우 착용자는 중량물을 들거나 버티는 상황에 대하여 도움을 받을 수 있다.

도 9의 (b) 및 (c), 도 10의 (b) 및 (c)를 함께 참고하면, 센서(410)가 착용자의 이완 동작을 감지하는 경우 인공근육(100)의 타측이 수축 위치에서 이완 위치로 이동하도록 구동부(200)가 잠금 상태에서 해제 상태로 전환될 수 있다.

따라서, 인공근육(100)이 이완 상태로 완전히 전환되지 않은 상황에서도 착용자의 하박은 팔꿈치를 기준으로 다시 회전되어 하측으로 접히게 될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면 사용자는 매우 빠르게 이완 동작을 수행할 수 있다.

한편, 제어부(400)는, 착용자의 이완 동작이 감지되는 경우 인공근육(100)이 수축 상태에서 이완 상태로 자체적으로 전환을 시작하도록 전기 공급 여부와 관련된 제어도 함께 수행할 수 있다.

도 9의 (c) 및 (d), 도 10의 (c) 및 (d)를 함께 참고하면, 시간이 흘러 인공 근육(100)이 냉각되어 인공 근육(100)이 수축 위치에서 이완 상태로 변경되면서 지지부재(300)가 회전부재(220)에 감기게 되고 인공근육(100)의 일측(120)은 상방으로 이동될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육 조립체(10)의 제어 방법의 흐름도이다.

인공근육 조립체(10)의 제어방법은 수축단계(S1110), 신속이완단계(S1120), 및 이완단계(S1130)를 포함할 수 있다.

수축단계(S1110)에서는 전기공급부에 의해 인공근육(100)이 가열되면서 이완 상태에서 수축 상태로 변경하는 동안 또는 상기 수축 상태에 있는 동안 구동부를 잠금 상태에 있도록 유지할 수 있다.

구체적으로, 구동부(200)의 멈춤 부재(210)는 잠금 위치에 위치함으로써 회전부재(220)가 구속되어 지지부재(300)가 고정될 수 있다. 이에 따라, 지지부재(300)에 연결된 인공근육의 일측(120)은 고정되고, 인공근육(100)의 수축력이 부하(20)의 무게보다 크게 되어 부하(20)와 연결된 인공근육의 타측(130)은 상방으로(A1), 즉 이완위치(P1)에서 수축 위치(P2)로 이동하게 된다.

신속이완단계(S1120)는 인공근육(100)이 수축 상태에서 이완 상태로 변경될 때 인공근육(100)의 타측(130)이 수축 위치(P2)에서 이완 위치(P1)로 이동하도록 구동부(200)를 잠금 상태에서 해제 상태로 변경할 수 있다.

구체적으로, 센서(410)에 의해 착용자의 이완 동작이 감지되는 경우, 인공근육(100)이 수축 상태에서 이완 상태로 변경되도록 전기 공급 여부가 제어되는 동시에 상기 인공근육의 타측(130)이 수축 위치(P2)에서 이완 위치(P1)로 이동하도록 상기 구동부(200)가 잠금 상태에서 해제 상태로 변경될 수 있다.

즉, 구동부(200)의 멈춤 부재(210)는 해제 위치로 이동하고 회전부재(220)가 회전되어 지지부재(300)가 이동된다. 이에 따라, 지지부재(300)에 연결된 수축 상태에 있는 인공근육(100)이 부하(20)의 무게 방향으로 이동하게 된다. 즉, 인공근육의 타측(130)은 수축 위치(P2)에서 이완 위치(P1)로 이동하게 된다.

이완 단계(S1130)에서는, 인공 근육(100)이 이완 위치(P1)로 이동한 후 이완 상태로 변경하는 동안 구동부(200)를 잠금 상태로 유지할 수 있다. 이 때, 태엽스프링(230)이 구동되어 지지부재(300)의 적어도 일부가 회전부재(220)에 권취될 수 있다. 이때 제어부(400)는 인공 근육(100)이 이완되는 속도에 대응되는 속도로 태엽 스프링(230)을 통해 회전 부재(220)를 반시계 방향(R2)으로 회전시킬 수 있다. 즉, 인공근육의 타측(130)의 위치는 이완 위치(P1)에서 그대로 유지되며 인공근육의 일측(120)의 위치는 상방으로 이동될 수 있다.

한편, 제어부(400)는, 인공 근육(100)이 완전히 이완 상태에 도달하면, 태엽 스프링(230)의 동작을 중지하는 제어를 수행할 수 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

수축 상태 또는 이완 상태에 있도록 구성되는 인공근육;
상기 인공근육의 일측과 지지부재를 통해 연결되며 잠금 상태 또는 해제 상태에 있도록 형성되는 구동부; 및
상기 인공근육이 수축 상태에서 이완 상태로 변경될 때 상기 지지부재에 의하여 상기 인공근육의 타측이 수축 위치에서 이완 위치로 이동하도록 상기 구동부를 잠금 상태에서 해제 상태로 변경하도록 구성된 제어부를 포함하는
인공근육 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 인공근육이 상기 수축 상태에서 상기 이완 상태로, 또는 그 반대로 변경될 수 있도록 상기 인공근육에 전기 공급 여부를 제어하도록 구성되는
인공근육 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인공 근육이 상기 이완 상태에서 수축 상태로 변경하는 동안 또는, 상기 수축 상태에 있는 동안 상기 구동부를 잠금 상태에 있도록 제어하는
인공근육 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인공근육이 상기 이완 위치로 이동한 후 상기 이완 상태로 변경하는 동안 상기 구동부를 잠금 상태에 있도록 제어하는
인공근육 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 구동부는,
멈춤 부재, 및
상기 구동부가 잠금 상태에 있는 경우 상기 멈춤 부재에 의해 일 방향으로 회전이 불가능하도록 구성되며, 상기 구동부가 해제 상태에 있는 경우 상기 멈춤 부재에서 분리되어 상기 일 방향으로 회전이 가능하도록 구성된 회전부재를 포함하는
인공근육 조립체.
제 5 항에 있어서,
상기 지지부재는 상기 회전부재가 상기 일 방향으로 회전될 때 적어도 일부가 상기 회전부재에서 풀리도록 구성되는
인공근육 조립체.
제 5 항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 회전부재를 상기 일 방향의 반대 방향으로 회전시키도록 구성된 태엽 스프링을 더 포함하는
인공근육 조립체.
제 7 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인공근육이 상기 이완 위치로 이동한 후 상기 이완 상태로 변경하는 동안 상기 지지부재의 적어도 일부가 상기 회전부재에 감기도록 상기 태엽스프링의 동작을 제어하는
인공근육 조립체.
의복 본체 및
상기 의복 본체에 연결되는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 인공근육 조립체를 포함하며,
상기 인공근육의 구동부는 제 1 신체고정부에 배치되고, 상기 인공근육의 타측은 상기 의복 본체에서 관절이 대응되는 위치를 기준으로 상기 제 1 신체고정부와 반대편에 있는 제 2 신체고정부에 배치되는
근력 증강용 의복.
제 9 항에 있어서,
착용자의 동작을 감지하도록 구성된 센서를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 센서가 상기 착용자의 이완 동작을 감지하는 경우, 상기 인공근육의 타측이 수축 위치에서 이완 위치로 이동하도록 상기 구동부의 상태를 제어하도록 구성된
근력 증강용 의복.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 인공근육 조립체의 제어 방법으로서,
상기 인공근육이 수축 상태에서 이완 상태로 변경될 때 상기 인공근육의 타측이 수축 위치에서 이완 위치로 이동하도록 상기 구동부를 잠금 상태에서 해제 상태로 변경하는 단계를 포함하는
인공근육 조립체의 제어 방법.
제 11항에 있어서,
상기 인공근육이 이완 상태에서 수축 상태로 변경하는 동안 또는 상기 수축 상태에 있는 동안 상기 구동부를 잠금 상태에 있도록 유지하는 단계, 및
상기 인공근육이 상기 이완 위치로 이동한 후 상기 이완 상태로 변경하는 동안 상기 구동부를 잠금 상태로 유지하는 단계를 더 포함하는
인공근육 조립체의 제어 방법.
제 11 항에 있어서,
센서에 의해 착용자의 이완 동작이 감지되는 경우, 상기 인공근육이 상기 수축 상태에서 이완 상태로 변경되도록 전기 공급 여부를 제어하는 동시에 상기 인공근육의 타측이 수축 위치에서 이완 위치로 이동하도록 상기 구동부를 잠금 상태에서 해제 상태로 변경하는 단계를 더 포함하는
인공근육 조립체의 제어 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 구동부가 잠금 상태에 있는 경우 회전부재에 걸리도록 멈춤부재의 위치를 제어하고, 상기 구동부가 해제 상태에 있는 경우 상기 회전부재로부터 분리되도록 상기 멈춤부재의 위치를 제어하는 단계를 더 포함하는
인공근육 조립체의 제어 방법.
컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서,
상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터에 의해 실행되는 경우,
제 11 항에 따른 제어 방법을 구현한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.