KR102142578B1

KR102142578B1 - 착용식 장치의 결합 구조

Info

Publication number: KR102142578B1
Application number: KR1020190039702A
Authority: KR
Inventors: 김규정; 임현섭; 김범수; 현동진; 배기현
Original assignee: 현대자동차(주); 기아자동차(주)
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2020-08-10
Also published as: US20200315830A1; JP2020168712A; CN111791216A; DE102019218606A1; JP7328125B2; US11376148B2

Abstract

착용자의 몸통에 고정되어 결합된 몸통고정부; 몸통고정부에서 착용자 어깨의 상부로 연장된 고정링크; 각각이 고정링크에 측방으로 회전 가능하게 결합되고, 서로 상하 방향으로 이격되면서 교차되는 제1링크 및 제2링크; 착용자 어깨의 상부에 위치되고, 제1링크 및 제2링크와 각각 측방으로 회전 가능하게 결합된 회전부; 회전부에서 하방으로 연장되도록 회전부에 결합된 연결부; 및 일단부가 착용자 상완의 상단부에 대응되는 위치에서 연결부에 결합되되, 연결부를 기준으로 상방 또는 하방으로 회전 가능하게 결합되고, 착용자 상완의 길이 방향을 따라서 연장되면서 착용자 상완과 결합된 상완모듈;을 포함하는 착용식 장치의 결합 구조가 소개된다.

Description

착용식 장치의 결합 구조{COMBINING STRUCTURE OF WEARABLE APPARATUS}

본 발명은 착용식 장치의 결합 구조에 관한 것으로, 착용자의 교차된 4절 링크 구조를 통하여 착용자의 어깨 관절의 회전을 모사하도록 착용자에 결합된 구조에 관한 것이다.

착용식 로봇은 신체의 특정부위에 착용하거나 특정부위를 거치하여 신체의 움직임을 보조하는 로봇으로, 의료용, 군사용 또는 작업용으로 설계되었다. 특히, 작업용 착용식 로봇의 경우, 작업자에 부과되는 하중을 감소시킴에 따라 부상을 방지하고 근력을 보조하도록 설계된다. 이러한 착용식 로봇은 착용자의 외골격을 모사한 것으로, 신체의 실제 움직임과 동일한 움직임을 갖도록 관절을 설계하는 것이 기술의 핵심이라 할 수 있다.

특히, 착용식 상완 근력 보조 장치는 도구의 중량을 지지하는 사람을 지원하도록 구성된 수동 지지 장치가 포함된다. 전형적인 수동 장치는 구조 요소, 스프링, 케이블, 풀리의 조합을 사용하여 위치들의 범위 하에서 중력을 보상하도록 구성된다.

다만, 종래 기술에 따른 착용식 장치는 착용자 어깨 관절의 수평 방향 회전을 제대로 모사할 수 없는 문제가 있었다. 특히, 착용자가 어깨 관절의 내회전 또는 외회전의 동작을 하는 경우에 회전 중심은 하나의 고정점이 아니라 이동된다. 따라서, 착용자의 상완을 지지하는 상완 보조장치를 하나의 상하 방향 회전축에 회전 가능하게 구성하는 경우에는 어깨 관절의 회전 운동을 제대로 모사할 수 없었다.

또한, 이를 해결하기 위하여 상하 방향의 회전축을 복수 개로 구성하는 경우에는 잉여 자유도가 발생함에 따라 착용자에 추가적인 결합이 더 요구되고, 어깨 관절의 외회전시 회전축 및 이들의 구성이 외부로 돌출되어 사고의 위험이 크게 발생하는 문제가 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-1896181 B

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 착용자 어깨 관절의 내회전 또는 외회전 운동을 하나의 자유도로 안정적으로 모사하는 착용식 장치의 결합 구조를 제공하고자 함이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용식 장치의 결합 구조는 착용자의 몸통에 고정되어 결합된 몸통고정부; 몸통고정부에서 착용자 어깨의 상부로 연장된 고정링크; 각각이 고정링크에 측방으로 회전 가능하게 결합되고, 서로 상하 방향으로 이격되면서 교차되는 제1링크 및 제2링크; 착용자 어깨의 상부에 위치되고, 제1링크 및 제2링크와 각각 측방으로 회전 가능하게 결합된 회전부; 회전부에서 하방으로 연장되도록 회전부에 결합된 연결부; 및 일단부가 착용자 상완의 상단부에 대응되는 위치에서 연결부에 결합되되, 연결부를 기준으로 상방 또는 하방으로 회전 가능하게 결합되고, 착용자 상완의 길이 방향을 따라서 연장되면서 착용자 상완과 결합된 상완모듈;을 포함한다.

몸통고정부는 착용자의 배면에 위치되고, 몸통고정부에는 상대적으로 상부에 위치되어 착용자의 배면에 접촉되는 상부플레이트, 상대적으로 하부에 위치되어 착용자의 배면에 접촉되는 하부플레이트 및 상하 방향으로 연장되어 상부플레이트와 하부플레이트를 연결하는 배면링크가 포함될 수 있다.

배면링크는 연장된 길이 방향을 회전축으로 상부플레이트 또는 하부플레이트와 회전 가능하게 결합될 수 있다.

상부플레이트는 착용자의 어깨보다 상부에서 착용자의 배면에 고정되고, 고정링크는 상부플레이트의 측방으로 연장된 위치에서 전방으로 연장되어 착용자 어깨의 상부에 위치될 수 있다.

하부플레이트는 착용자의 골반에 대응되는 위치에서 착용자의 배면에 고정되고, 하부플레이트는 배면링크와 전방 또는 후방으로 회전 가능하게 결합될 수 있다.

하부플레이트에는 상하 방향으로 서로 이격된 위치에서 후방으로 돌출되게 연장된 제1결합부 및 제2결합부가 형성되고, 배면링크는 제1결합부 및 제2결합부와 각각 결합되되, 제1결합부는 배면링크와 회전 가능하게 결합되고, 제2결합부는 배면링크와 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다.

고정링크는 몸통고정부에서 전방으로 연장되어 착용자 어깨의 상부에 위치되고, 서로 이격된 제1지점 및 제2지점에서 제1링크 및 제2링크와 각각 회전 가능하게 결합될 수 있다.

회전부는 지면과 나란하게 연장된 판 형상이고, 서로 이격된 제3지점 및 제4지점에서 제1링크 및 제2링크와 각각 회전 가능하게 결합되며, 제3지점 및 제4지점에서 이격된 제5지점에서 연결부와 결합될 수 있다.

상완모듈에는 연결부를 기준으로 상완모듈을 상방으로 회전시키는 방향으로 회전 토크가 작용하고, 연결부가 결합된 회전부의 제5지점은 제1링크와 제2링크가 교차하는 지점보다 후방에 위치될 수 있다.

제1링크 또는 제2링크는 고정링크 또는 회전부와의 사이에서 스러스트 베어링(Thrust Bearing)을 통하여 결합되고, 서로 상하 방향으로 이격되면서 나란한 평면 상으로 연장될 수 있다.

회전부에서 제1링크 및 제2링크와 각각 결합된 지점에서 이격된 단부에 위치된 제1자성체; 및 몸통고정부에서 측방 단부에 위치된 제2자성체;를 더 포함하고, 제1자성체와 제2자성체는 서로 인력이 작용할 수 있다.

상완모듈은 착용자 상완의 외측면에 위치되고, 상완모듈에는 착용자 상완의 하부를 통하여 착용자 상완의 내측면으로 연장되어 착용자 상완을 하부에서 지지하는 지지대가 포함될 수 있다.

본 발명의 착용식 장치의 결합 구조에 따르면, 착용자 어깨 관절의 내회전 또는 외회전에 따라 이동되는 회전중심을 정확하게 모사하여 이질감 없는 동작이 가능한 효과를 갖는다.

또한, 착용자의 신체에 고정장치를 추가하거나 착용자의 신체에서 이격되도록 돌출되는 구성이 없도록 하나의 자유도로 운동되어 안정성을 향상시킨 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조의 배면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조의 상면도를 도시한 것이다.
도 3 내지 4는 인체의 어깨를 구성하는 관절 및 회전에 따른 움직임을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조와 단일축에 따른 회전의 이동 경로를 비교한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조가 어깨 관절의 내회전에 따라 이동되는 과정을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조가 어깨 관절의 내회전에 따라 이동되는 과정을 도식화한 것이다.
도 8 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조에 포함된 제1링크 및 제2링크의 이동을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조에 포함된 제1링크 및 제2링크를 확대한 확대도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조에 포함된 제1링크 및 제2링크의 분해사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조의 전후방 회전 구조를 도시한 것이다.
도 13 내지 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조의 측방 회전 구조를 도시한 것이다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조의 배면도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조의 상면도를 도시한 것이다.

도 1 내지 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조는 착용자의 몸통에 고정되어 결합된 몸통고정부(100); 몸통고정부(100)에서 착용자 어깨의 상부로 연장된 고정링크(200); 각각이 고정링크(200)에 측방으로 회전 가능하게 결합되고, 서로 상하 방향으로 이격되면서 교차되는 제1링크(300) 및 제2링크(400); 착용자 어깨의 상부에 위치되고, 제1링크(300) 및 제2링크(400)와 각각 측방으로 회전 가능하게 결합된 회전부(500); 회전부(500)에서 하방으로 연장되도록 회전부(500)에 결합된 연결부(600); 및 일단부가 착용자 상완의 상단부에 대응되는 위치에서 연결부(600)에 결합되되, 연결부(600)를 기준으로 상방 또는 하방으로 회전 가능하게 결합되고, 착용자 상완의 길이 방향을 따라서 연장되면서 착용자 상완과 결합된 상완모듈(700);을 포함한다.

몸통고정부(100)는 착용자의 몸통에 고정되도록 결합되는 것으로, 별도의 하네스 등을 통하여 착용자의 몸통에 고정될 수 있다.

고정링크(200)는 몸통고정부(100)에 고정되도록 결합되어 착용자 어깨의 상부로 연장되도록 위치될 수 있다. 특히, 몸통고정부(100)에서 착용자의 양측 어깨로 각각 연장될 수 있다.

회전부(500)는 제1링크(300) 및 제2링크(400)를 통하여 고정링크(200)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 특히, 제1링크(300) 및 제2링크(400)는 회전부(500) 및 고정링크(200)와 각각 측방으로 회전 가능하게 결합되고, 이에 따라 고정링크(200)와 회전부(500)는 모두 지면과 나란한 방향으로 서로 회전 가능하게 결합될 수 있다.

제1링크(300)와 제2링크(400)는 4절 링크 구조를 형성하도록 회전부(500)와 고정링크(200)에 각각 결합될 수 있다. 특히, 제1링크(300)와 제2링크(400)는 서로 상하 방향으로 이격되어 서로 나란한 평면 상으로 연장되면서 서로 교차되게 배치될 수 있다.

제1링크(300) 및 제2링크(400)는 착용자의 몸통에 고정된 고정링크(200)를 기준으로 각각 측방으로 회전될 수 있고, 제1링크(300) 및 제2링크(400)와 측방으로 회전 가능하게 결합된 회전부(500)는 제1링크(300)와 제2링크(400)가 교차되는 지점에 형성된 순간 회전 중심(540)(ICR: Instantaneous Center of Rotation)을 중심으로 회전된다.

즉, 회전부(500)는 제1링크(300) 및 제2링크(400)가 회전됨에 따라 이동되는 순간 회전 중심(540)을 기준으로 회전되어 회전부(500)의 단부가 착용자 어깨 관절의 단부의 이동을 모사하도록 회전 가능한 효과를 갖는다.

상완모듈(700)은 일단부를 중심으로 상방 또는 하방으로 회전 가능하게 연결부(600)에 결합될 수 있다. 연결부(600)는 구체적으로, 회전부(500)의 일 지점에서 하방으로 연장되는 제1연결부(610)와 제1연결부(610)에서 지면과 나란한 방향을 따라 착용자 상완의 상단부에 대응되는 위치로 연장된 제2연결부(620)를 포함할 수 있다.

제1연결부(610)는 착용자의 배면에 위치되고, 제2연결부(620)는 착용자의 배면에서 외측면으로 연장될 수 있다. 상완모듈(700)의 일단부는 착용자의 외측면에서 착용자 상완의 회전중심과 일치하는 위치를 중심으로 회전 가능하게 제2연결부(620)와 결합될 수 있다.

다른 실시예로, 제1연결부(610) 및 제2연결부(620)가 일체로 하나의 구성으로 회전부(500)와 상완모듈(700)을 직접 연결할 수도 있다.

이에 따라, 교차된 제1링크(300) 및 제2링크(400)로 연결됨에 따라 착용자 어깨 관절의 단부의 이동을 자연스럽게 모사할 수 있는 효과를 갖는다.

구체적으로, 상완모듈(700)은 착용자 상완이 연장된 방향을 따라서 연장되고, 착용자 상완을 상방 또는 하방으로 회전시키는 회전 토크를 발생시킬 수 있다. 몸통지지부는 이러한 회전 토크에 대한 반작용을 몸통에서 지지할 수 있다.

상완모듈(700)의 내부에는 탄성력을 발생시키는 스프링과 같은 탄성체가 포함되고, 탄성체는 상완모듈(700)이 일단부를 기준으로 상방 또는 하방으로 회전되는 각도에 따라 감기거나 풀리는 와이어에 연결되어 상완모듈(700)이 회전된 각도에 따라 탄성체의 탄성력이 가변될 수 있다.

또한, 회전 토크는 탄성력의 크기 및 탄성력이 작용하는 방향에 따라 가변되는 것으로, 상완모듈(700)의 내부에서 상완모듈(700)이 회전된 각도에 따라 와이어가 감기거나 탄성체의 변형되도록 유도하는 캠이 더 포함되어 상완모듈(700)이 회전된 각도에 따른 회전 토크의 프로파일(Profile)이 설계될 수도 있다.

상완모듈(700)은 착용자 상완의 외측면에 위치되고, 상완모듈(700)에는 착용자 상완의 하부를 통하여 착용자 상완의 내측면으로 연장되어 착용자 상완을 하부에서 지지하는 지지대(710)가 포함될 수 있다. 지지대(710)는 착용자 상완의 하부를 감싸는 형상일 수 있다.

도 3 내지 4는 인체의 어깨를 구성하는 관절 및 회전에 따른 움직임을 도시한 것이다.

도 3 내지 4를 참조하면, 인체의 어깨는 복합적인 관절들로 구성되고, 이들의 회전이 합쳐지면서 어깨의 내회전 및 외회전을 비롯한 견갑골의 거상 및 하강 운동과 상방회전 및 하방회전을 구현할 수 있다.

구체적으로, 어깨관절은 수평면 상으로 연결된 흉쇄관절, 견쇄관절 및 견흉관절로 구성된다. 어깨 관절을 수평면으로 내회전 또는 외회전 하는 경우에는 흉쇄관절 및 견쇄관절이 동시에 회전되어 견갑골 및 쇄골이 회전하는 복합적인 회전이 발생한다. 이에 따라, 착용자 상완은 회전 중심이 변화되면서 이동한다. 이러한 회전 운동은 후술하는 것과 같이 단일의 회전축으로는 모사할 수 없다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조와 단일축에 따른 회전의 이동 경로를 비교한 것이다.

도 5를 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조는 제1링크(300) 및 제2링크(400)가 서로 교차된 4절 링크 구조를 가짐으로써 제1링크(300) 및 제2링크(400)가 측방으로 회전됨에 따라 순간 회전 중심(540)(ICR)이 회전되고, 이에 따라 회전부(500)의 단부(후술하는 제5지점(530))가 착용자 어깨의 단부인 상완의 회전 중심의 이동을 모사하도록 이동될 수 있다.

특히, 단일의 회전축을 기준으로 원주를 따라 이동되는 경로에 대비하여 착용자 어깨의 단부인 상완의 회전 중심의 이동을 정확하게 모사하도록 이동될 수 있다. 이에 따라, 착용자의 움직임을 정확하게 모사하여 이질감 없는 동작이 가능한 효과를 갖는다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조가 어깨 관절의 내회전에 따라 이동되는 과정을 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조가 어깨 관절의 내회전에 따라 이동되는 과정을 도식화한 것이며, 도 8 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조에 포함된 제1링크(300) 및 제2링크(400)의 이동을 도시한 것이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조에 포함된 제1링크(300) 및 제2링크(400)를 확대한 확대도이다.

도 6 내지 10을 더 참조하면, 고정링크(200)는 몸통고정부(100)에서 전방으로 연장되어 착용자 어깨의 상부에 위치되고, 서로 이격된 제1지점(210) 및 제2지점(220)에서 제1링크(300) 및 제2링크(400)와 각각 회전 가능하게 결합될 수 있다.

고정링크(200)는 착용자의 배면에 위치되어 고정된 몸통고정부(100)에서 전방으로 연장되어 착용자 어깨의 상부에 위치될 수 있다. 특히, 고정링크(200)의 제1지점(210) 및 제2지점(220)은 전후방으로 이격되게 위치되며, 제1지점(210)에서 제1링크(300)와 결합되고, 제2지점(220)에서 제2링크(400)와 결합될 수 있다.

제1링크(300) 및 제2링크(400)는 고정링크(200)에서 외측방으로 연장되고, 회전부(500)는 고정링크(200)의 외측방에 위치되면서 제1링크(300) 및 제2링크(400)와 결합될 수 있다.

또한, 회전부(500)는 지면과 나란하게 연장된 판 형상이고, 서로 이격된 제3지점(510) 및 제4지점(520)에서 제1링크(300) 및 제2링크(400)와 각각 회전 가능하게 결합되며, 제3지점(510) 및 제4지점(520)에서 이격된 제5지점(530)에서 연결부(600)와 결합될 수 있다.

회전부(500)는 지면과 나란한 방향으로 연장되어 전후방으로 이격되게 위치된 제3지점(510) 및 제4지점(520)에서 각각 제1링크(300) 및 제2링크(400)에 결합될 수 있다. 이에 따라, 제1링크(300) 및 제2링크(400)는 지면과 나란한 방향으로 서로 연장되면서 각각의 단부 사이에서 교차되게 결합될 수 있다.

특히, 제1링크(300)와 제2링크(400)는 상하 방향으로 이격되게 배치된 것으로, 제1링크(300)는 고정링크(200) 및 회전부(500)의 하부에서 결합되고, 제2링크(400)는 고정링크(200) 및 회전부(500)의 상부에서 결합되거나, 반대로 결합될 수 있다. 이에 따라, 제1링크(300) 및 제2링크(400)는 서로 간섭 없이 교차될 수 있다.

제5지점(530)은 회전부(500)의 제3지점(510) 및 제4지점(520)과 이격되게 위치되고, 회전부(500)의 외측 단부일 수 있다. 즉, 제5지점(530)은 제3지점(510) 및 제4지점(520)과 함께 삼각형을 형성하도록 외측방에 위치될 수 있고, 회전부(500)는 제3지점(510), 제4지점(520) 및 제5지점(530)을 코너로 갖는 삼각형 형상일 수 있다.

이에 따라, 제1링크(300) 및 제2링크(400)에 각각 회전 가능하게 결합된 회전부(500)는 크로스 4절 링크 구조로 회전하는 제1링크(300) 및 제2링크(400)에 의해 측방으로 이동되고, 이에 따라 회전부(500)의 제5지점(530)은 고정된 회전 중심이 아닌 회전 중심이 이동되는 회전 운동이 가능한 효과를 갖는다.

연결부(600)는 제5지점(530)에서 회전부(500)와 결합될 수 있다. 특히, 제5지점(530)에서 하방으로 연장된 제1연결부(610)와 결합될 수 있다. 특히, 제5지점(530) 및 제1연결부(610)는 착용자의 어깨보다 후방에 위치될 수 있다.

제2연결부(620)는 제1연결부(610)와 결합되어 지면과 나란한 방향을 따라 착용자 상완의 상단부에 대응되는 위치로 연장될 수 있다. 특히, 회전부(500)와 제1연결부(610) 및 제1연결부(610)와 제2연결부(620)는 측방으로 회전이 저지되도록 결합될 수 있다. 이에 따라, 착용자 어깨의 외회전 또는 내회전을 모사하기 위하여 단순히 종래의 회전부(500)와 제1연결부(610) 및 제1연결부(610)와 제2연결부(620)가 회전 가능하게 결합되어 잉여 자유도를 형성한 것에 대비하여, 본 발명에 따르면 크로스 4절 링크 구조로 착용자 어깨의 단부 움직임을 정확하게 모사한 효과를 갖는다.

구체적으로 도 6에 도시한 것과 같이, 회전부(500)에서 제1링크(300) 및 제2링크(400)와 각각 결합된 지점에서 이격된 단부에 위치된 제1자성체(550); 및 몸통고정부(100)에서 측방 단부에 위치된 제2자성체(140);를 더 포함하고, 제1자성체(550)와 제2자성체(140)는 서로 인력이 작용할 수 있다.

제1자성체(550)는 회전부(500)의 제5지점(530)과 일치하거나 인접한 위치에 위치될 수 있다. 제2자성체(140)는 몸통고정부(100)에서 측방으로 연장된 외측방 단부에 위치될 수 있고, 몸통고정부(100)에서 고정링크(200)로 연장되는 지점에 위치될 수 있다.

제1자성체(550) 및 제2자성체(140)는 서로 자성에 따른 인력이 작용할 수 있다. 외력이 인가되지 않은 상태에서는 도 6의 일점쇄선으로 도시한 것과 같이, 제1자성체(550)와 제2자성체(140) 사이의 자기력에 의해 회전부(500)는 몸통고정부(100)에 고정되도록 결합될 수 있다.

이에 따라, 착용식 장치의 결합 구조는 착용자가 착용하지 않은 상태에서 접혀진 상태로 유지되어 보관 및 운송이 용이한 효과를 갖는다.

상완모듈(700)에는 연결부(600)를 기준으로 상완모듈(700)을 상방으로 회전시키는 방향으로 회전 토크가 작용하고, 연결부(600)가 결합된 회전부(500)의 제5지점(530)은 제1링크(300)와 제2링크(400)가 교차하는 지점보다 후방에 위치될 수 있다.

전술한 것과 같이, 상완모듈(700)에는 연결부(600)를 기준으로 상완모듈(700)을 상방으로 회전시키는 회전 토크가 발생하고, 이에 대한 반작용은 연결부(600)를 통하여 몸통지지부에서 지지될 수 있다.

구체적으로, 연결부(600)와 결합된 회전부(500)의 제5지점(530)과 회전부(500)의 순간 회전 중심(540)인 제1링크(300)와 제2링크(400)가 교차하는 지점 사이에는 전후 방향으로 이격된 Offset이 발생할 수 있다. 특히, 제5지점(530)은 회전부(500)의 순간 회전 중심(540)보다 후방에 위치됨에 따라 상완모듈(700)에서 회전 토크가 발생되면 회전부(500)는 순간 회전 중심(540)을 중심으로 전방으로 회전되는 힘이 발생될 수 있다.

이에 따라, 회전부(500) 또는 연결부(600)는 착용자의 신체와 별도의 하네스나 결박부를 포함하지 않고도 착용자의 어깨에 밀착되어 어깨의 내회전 및 외회전의 움직임을 추종할 수 있는 효과를 갖는다.

도 8 내지 9는 구체적인 제1링크(300) 및 제2링크(400)가 제1지점(210) 내지 제4지점(520)에서의 회전됨에 따른 이동을 도시한 것이다. 특히, 제1링크(300) 및 제2링크(400)는 아래의 수식과 같은 궤적을 형성한다.

이에 따라, 착용자에 고정된 고정링크(200)를 고정점으로 제1링크(300) 및 제2링크(400)가 회전됨에 따라 회전부(500)의 제3지점(510) 및 제4지점(520)이 결정되어 제5지점(530)이 이동되는 궤적이 형성된다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조에 포함된 제1링크(300) 및 제2링크(400)의 분해사시도이다.

도 11을 더 참조하면, 제1링크(300) 또는 제2링크(400)는 고정링크(200) 또는 회전부(500)와의 사이에서 스러스트 베어링(800)(Thrust Bearing)을 통하여 결합되고, 서로 상하 방향으로 이격되면서 나란한 평면 상으로 연장될 수 있다.

즉, 제1링크(300)와 제2링크(400)는 각각 고정링크(200) 및 회전부(500)에 서로 상하방향으로 이격되게 결합되고, 각각의 결합점인 제1지점(210), 제2지점(220), 제3지점(510) 및 제4지점(520)에 회전 가능헤 결합되기 위하여 베어링(800)이 포함될 수 있다.

특히, 베어링(800)은 스러스트 베어링(800)(Thrust Bearing) 또는 액시얼 베어링(800)(Axial Bearing)일 수 있다. 이에 따라, 회전축 방향으로 작용하는 추력을 지지할 수 있는 효과를 갖는다.

다시 도 1 내지 2를 참조하면, 몸통고정부(100)는 착용자의 배면에 위치되고, 몸통고정부(100)에는 상대적으로 상부에 위치되어 착용자의 배면에 접촉되는 상부플레이트(110), 상대적으로 하부에 위치되어 착용자의 배면에 접촉되는 하부플레이트(130) 및 상하 방향으로 연장되어 상부플레이트(110)와 하부플레이트(130)를 연결하는 배면링크(120)가 포함될 수 있다.

특히, 상부플레이트(110)는 착용자의 어깨보다 상부에서 착용자의 배면에 고정되고, 고정링크(200)는 상부플레이트(110)의 측방으로 연장된 위치에서 전방으로 연장되어 착용자 어깨의 상부에 위치될 수 있다.

상부플레이트(110)는 착용자의 어깨보다 상부에 위치되도록 착용자의 경추 후방에 위치되어 착용자의 목에 접촉되어 지지될 수 있다. 고정링크(200)는 상부플레이트(110)에서 외측방으로 연장되면서 전방으로 연장되어 착용자 어깨의 상부에 위치될 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조의 전후방 회전 구조를 도시한 것이다.

도 12를 더 참조하면, 하부플레이트(130)는 착용자의 골반에 대응되는 위치에서 착용자의 배면에 고정되고, 하부플레이트(130)는 배면링크(120)와 전방 또는 후방으로 회전 가능하게 결합될 수 있다.

구체적으로, 하부플레이트(130)에는 상하 방향으로 서로 이격된 위치에서 후방으로 돌출되게 연장된 제1결합부(131) 및 제2결합부(132)가 형성되고, 배면링크(120)는 제1결합부(131) 및 제2결합부(132)와 각각 결합되되, 제1결합부(131)는 배면링크(120)와 회전 가능하게 결합되고, 제2결합부(132)는 배면링크(120)와 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다.

제1결합부(131)는 하부플레이트(130)와 배면링크(120)가 힌지 결합(123)에 의해 회전 가능하게 결합될 수 있다.

제2결합부(132)는 제1결합부(131)에서 하방으로 이격된 위치에 마련될 수 있다. 제2결합부(132)에는 하부플레이트(130)에 슬라이딩홈(133)이 형성되고, 배면링크(120)에는 슬라이딩홈(133)에 삽입된 상태로 슬라이딩되는 슬라이딩돌기(124)가 형성되어 제1결합부(131)에서의 회전에 의해 슬라이딩돌기(124)가 슬라이딩홈(133)에 삽입된 상태로 슬라이딩될 수 있다.

이에 따라, 착용자의 전방으로 숙임 동작 또는 후방으로 허리를 젖히는 동작을 자연스럽게 모사할 수 있는 효과를 갖는다.

도 13 내지 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 장치의 결합 구조의 측방 회전 구조를 도시한 것이다.

도 13 내지 14를 더 참조하면, 배면링크(120)는 연장된 길이 방향을 회전축으로 상부플레이트(110) 또는 하부플레이트(130)와 회전 가능하게 결합될 수 있다.

이에 따라, 착용자의 상체를 Yaw 방향으로 회전하는 동작을 모사할 수 있는 효과를 갖는다.

일 실시예로, 배면링크(120)는 상부플레이트(110)와 배면링크(120)의 연장된 길이 방향과 나란한 회전축인 Yaw 회전축으로 일체로 회전될 수 있다. 반면, 배면링크(120)는 하부플레이트(130)와는 나란한 회전축인 Yaw 회전축으로 회전 가능하게 결합될 수 있다.

구체적으로, 도 13에 도시한 것과 같이 배면링크(120)는 힌지 조인트(125)를 통하여 Yaw 회전축으로 서로 회전 가능하게 결합된 상부링크(121)와 하부링크(122)로 구성되고, 상부링크(121)는 상부에 위치되어 상부플레이트(110)와 결합되고, 하부링크(122)는 상부링크(121)의 하부에서 상부링크(121)와 Yaw 회전축으로 회전 가능하게 결합되어 하부플레이트(130)와 결합될 수 있다. 이에 따라, 착용자는 요추를 기준으로 몸통을 회전시키는 동작이 가능한 효과를 갖는다.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 몸통고정부 200 : 고정링크
300 : 제1링크 400 : 제2링크
500 : 회전부 600 : 연결부
700 : 상완모듈

Claims

착용자의 몸통에 고정되어 결합된 몸통고정부;
몸통고정부에서 착용자 어깨의 상부로 연장된 고정링크;
각각이 고정링크에 측방으로 회전 가능하게 결합되고, 서로 상하 방향으로 이격되면서 교차되는 제1링크 및 제2링크;
착용자 어깨의 상부에 위치되고, 제1링크 및 제2링크와 각각 측방으로 회전 가능하게 결합된 회전부;
회전부에서 하방으로 연장되도록 회전부에 결합된 연결부; 및
일단부가 착용자 상완의 상단부에 대응되는 위치에서 연결부에 결합되되, 연결부를 기준으로 상방 또는 하방으로 회전 가능하게 결합되고, 착용자 상완의 길이 방향을 따라서 연장되면서 착용자 상완과 결합된 상완모듈;을 포함하는 착용식 장치의 결합 구조.
청구항 1에 있어서,
몸통고정부는 착용자의 배면에 위치되고, 몸통고정부에는 상대적으로 상부에 위치되어 착용자의 배면에 접촉되는 상부플레이트, 상대적으로 하부에 위치되어 착용자의 배면에 접촉되는 하부플레이트 및 상하 방향으로 연장되어 상부플레이트와 하부플레이트를 연결하는 배면링크가 포함된 것을 특징으로 하는 착용식 장치의 결합 구조.
청구항 2에 있어서,
배면링크는 연장된 길이 방향을 회전축으로 상부플레이트 또는 하부플레이트와 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 장치의 결합 구조.
청구항 2에 있어서,
상부플레이트는 착용자의 어깨보다 상부에서 착용자의 배면에 고정되고, 고정링크는 상부플레이트의 측방으로 연장된 위치에서 전방으로 연장되어 착용자 어깨의 상부에 위치된 것을 특징으로 하는 착용식 장치의 결합 구조.
청구항 2에 있어서,
하부플레이트는 착용자의 골반에 대응되는 위치에서 착용자의 배면에 고정되고, 하부플레이트는 배면링크와 전방 또는 후방으로 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 장치의 결합 구조.
청구항 5에 있어서,
하부플레이트에는 상하 방향으로 서로 이격된 위치에서 후방으로 돌출되게 연장된 제1결합부 및 제2결합부가 형성되고,
배면링크는 제1결합부 및 제2결합부와 각각 결합되되, 제1결합부는 배면링크와 회전 가능하게 결합되고, 제2결합부는 배면링크와 슬라이딩 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 장치의 결합 구조.
청구항 1에 있어서,
고정링크는 몸통고정부에서 전방으로 연장되어 착용자 어깨의 상부에 위치되고, 서로 이격된 제1지점 및 제2지점에서 제1링크 및 제2링크와 각각 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 장치의 결합 구조.
청구항 1에 있어서,
회전부는 지면과 나란하게 연장된 판 형상이고, 서로 이격된 제3지점 및 제4지점에서 제1링크 및 제2링크와 각각 회전 가능하게 결합되며, 제3지점 및 제4지점에서 이격된 제5지점에서 연결부와 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 장치의 결합 구조.
청구항 8에 있어서,
상완모듈에는 연결부를 기준으로 상완모듈을 상방으로 회전시키는 방향으로 회전 토크가 작용하고,
연결부가 결합된 회전부의 제5지점은 제1링크와 제2링크가 교차하는 지점보다 후방에 위치된 것을 특징으로 하는 착용식 장치의 결합 구조.
청구항 1에 있어서,
제1링크 또는 제2링크는 고정링크 또는 회전부와의 사이에서 스러스트 베어링(Thrust Bearing)을 통하여 결합되고, 서로 상하 방향으로 이격되면서 나란한 평면 상으로 연장된 것을 특징으로 하는 착용식 장치의 결합 구조.
청구항 1에 있어서,
회전부에서 제1링크 및 제2링크와 각각 결합된 지점에서 이격된 단부에 위치된 제1자성체; 및
몸통고정부에서 측방 단부에 위치된 제2자성체;를 더 포함하고,
제1자성체와 제2자성체는 서로 인력이 작용하는 것을 특징으로 하는 착용식 장치의 결합 구조.
청구항 1에 있어서,
상완모듈은 착용자 상완의 외측면에 위치되고, 상완모듈에는 착용자 상완의 하부를 통하여 착용자 상완의 내측면으로 연장되어 착용자 상완을 하부에서 지지하는 지지대가 포함된 것을 특징으로 하는 착용식 장치의 결합 구조.