KR102194958B1 - 허리 근력 지원을 위한 착용형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 척추 방향을 따라서 배치되는 복수의 단위모듈들을 포함하는 척추모듈과, 상기 척추 방향을 따라서 상기 복수의 단위모듈들을 관통하는 구동와이어와, 상기 구동와이어의 장력을 생성 및 조절하기 위해 상기 구동와이어를 구동하는 구동모듈과, 상기 구동모듈을 구동하는 제어기를 포함하는, 근력 지원 장치를 제공한다.

Description

허리 근력 지원을 위한 착용형 장치{Wearable device for human back support}

본 발명의 실시예들은, 허리 근력 지원을 위한 착용형 장치에 관한 것이다.

무거운 물건을 운반하는 작업자의 경우 인체 허리에 지속적으로 가해지는 부하로 인해 근골격계 질환이 발생할 가능성이 높다. 따라서 이러한 근골격계 질환의 예방을 위하여 작업자의 근력을 지원하는 착용 장치에 대한 관심이 증가하고 있으며, 인체의 상지 또는 하지의 근력 지원을 목적으로 다양한 착용 장치들이 연구 개발되고 있다.

인체 허리의 움직임은, 척추 및 고관절 동작에 의해 이루어지며, 특히 척추의 동작은 높은 자유도를 가지고 있다. 예를 들면 척추는, 신전(extension)과 굴곡(flexion), 외측 굴절(lateral flexion), 회전(rotation) 등의 동작을 위한 높은 자유도를 가지고 있다.

하지만 기존의 근력 지원용 착용 장치는 근력 보조의 자유도가 크지 않아, 착용자의 상기와 같은 다양한 동작들에 대하여 세세하게 근력을 지원하지 못하는 문제점이 있다. 예를 들어, 신전(extension)과 굴곡(flexion)에 대해서만 보조력을 발생시키는 근력 지원용 착용 장치의 경우, 신전과 굴곡 이외의 움직임에 대해서는 근력을 지원하지 못하여, 착용자의 허리 부상을 초래할 수 있다.

또한, 기존의 근력 지원용 착용 장치의 움직임이 제한적인 경우, 이러한 근력 지원용 착용 장치의 제한적인 자유도에 의해 착용자의 움직임이 구속되어, 움직임에 불편을 초래하는 문제점이 있다.

따라서, 기존의 근력 지원용 착용 장치는 높은 자유도를 갖는 척추의 거동을 만족시키지 못하여, 이로 인해 착용자로 하여금 이질감을 느끼게 하는 문제점이 있다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 척추 및/또는 고관절의 근력을 보조하여, 이를 통해 허리의 부하를 감소시켜주는 착용 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 인체 척추의 높은 자유도에 대하여 보조력을 생성하여, 착용자의 다양한 움직임에 대하여 허리 부상을 예방하는 것을 목적으로 한다. 또한, 착용 장치 자체의 움직임도 높은 자유도를 가짐으로써, 인체의 움직임을 구속하지 않으며 착용감 및 거동성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치는, 척추 방향을 따라서 배치되는 복수의 단위모듈들을 포함하는 척추모듈; 상기 척추 방향을 따라서 상기 복수의 단위모듈들을 관통하는 구동와이어; 상기 구동와이어의 장력을 생성 및 조절하기 위해 상기 구동와이어를 구동하는 구동모듈; 및 상기 구동모듈을 구동하는 제어기;를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수의 단위모듈들 각각은, 바디부; 상기 복수의 단위모듈들의 사이에 배치되어 상기 복수의 단위모듈들을 연결하며, 상기 바디부에 회전 가능하게 결합되는 관절부; 및 상기 관절부의 좌우에 배치되어, 상기 복수의 단위모듈들을 상기 척추 방향으로 연결하는 탄성부;를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 탄성부의 복원력은 상기 척추모듈의 외측 굴절(lateral flexion)에 대한 근력 보조를 제공할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절부의 회전운동의 범위를 제한하는 스토퍼;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 구동와이어는 상기 복수의 단위모듈들의 중심을 관통하고, 상기 근력 지원 장치는 상기 복수의 단위모듈들의 좌측 및 우측에서, 상기 척추 방향을 따라서 상기 복수의 단위모듈들을 관통하는 보조와이어;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 보조와이어는, 상기 탄성부의 중심을 관통하도록 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 근력 지원 장치는, 상기 척추모듈의 하단에 배치된 풀리;를 더 포함하고, 상기 보조와이어는, 상기 척추 방향을 따라서 상기 복수의 단위모듈들을 좌측에서 관통하여, 상기 풀리에 감겨져서, 상기 복수의 단위모듈들을 우측에서 관통하도록 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 근력 지원 장치는, 상기 풀리에 장착된 풀리 엔코더;를 더 포함하고, 상기 풀리 엔코더는 상기 척추모듈의 외측 굴절의 각도를 측정하고, 상기 측정된 외측 굴절의 각도에 따라 상기 보조와이어의 장력이 조절될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 구동모듈은, 스프링; 상기 스프링의 양단에 각각 연결되는 제1 지지판 및 제2 지지판; 및 상기 스프링의 변형력을 측정하는 스프링 엔코더;를 포함하고, 상기 구동와이어는, 상기 제2 지지판을 관통하여 상기 제1 지지판에 고정될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 척추모듈의 신전(extension) 또는 굴곡(flexion)에 따른 상기 구동와이어의 장력은, 상기 스프링에 변형력을 작용하고, 상기 제어기는, 상기 스프링 엔코더에 의해 측정된 상기 스프링의 변형력에 따라 상기 구동와이어를 당기거나 풀어주도록 상기 구동모듈을 제어할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 근력 지원 장치는, 착용자의 상체에 착용될 수 있는 착용부;를 더 포함하고, 상기 척추모듈은, 상기 착용부에 상기 척추 방향을 따라 부착될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 근력 지원 장치는, 상기 고관절 구동와이어를 구동하는 고관절 구동모듈;을 더 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 착용자의 척추 및/또는 고관절의 근력을 보조하여, 이를 통해 허리의 부하를 감소시킬 수 있다.

특히, 인체 척추의 높은 자유도에 대하여 보조력을 생성하여, 착용자의 다양한 움직임에 대하여 허리 부상을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 착용 장치 자체의 움직임도 높은 자유도를 가짐으로써, 인체의 움직임을 구속하지 않으며 착용감 및 거동성을 향상시킬 수 있다.

물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)의 개략적인 착용례를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 척추의 회전 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)의 일부를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)의 척추모듈(110)의 단위모듈(130)의 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)의 하부 일부를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)의 구동모듈(150)을 포함하는 일부를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(200)의 개략적인 착용례를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(200)의 고관절 구동모듈(250)을 포함하는 일부를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 맞춤형 척추모듈의 일부를 도시한다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

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

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소, 부, 블록, 모듈 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 영역, 구성 요소, 부, 블록, 모듈 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소, 부, 블록, 모듈 등이 연결되었다고 할 때, 영역, 구성 요소, 부, 블록, 모듈들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 영역, 구성요소, 부, 블록, 모듈들 중간에 다른 영역, 구성 요소, 부, 블록, 모듈들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)의 개략적인 착용례를 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)는, 착용부(101), 척추모듈(110), 구동모듈(150), 제어기(107), 배터리(109)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 근력 지원 장치(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 일부는 생략될 수 있으며, 다른 구성요소가 더 포함될 수도 있다.

근력 지원 장치(100)는, 착용자의 허리 또는 척추의 근력을 지원(또는 보조)해주기 위한 장치로써, 착용부(101)를 통해 사용자에게 착용될 수 있다.

착용부(101)는 상체에 착용될 수 있으며, 예를 들면 조끼의 형상을 포함할 수 있다. 착용부(101)는 예를 들면 착용자의 허리를 둘러싸도록 구성될 수 있다. 착용부(101)의 형상 및 착용 형태는 이에 한정되지 않으며 다양한 형상 및 착용 형태를 포함할 수 있다.

본 문서에서는, 근력 지원 장치(100)가 착용되었을 때 착용자 몸의 중심으로부터 머리를 향하는 방향을 z축, 착용자의 전면을 향하는 방향을 x축, 착용자의 왼쪽 측면을 향하는 방향을 y축으로 지칭할 수 있다. 하지만 이는 설명을 위한 예시일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 척추의 회전 방향을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 인체의 척추의 움직임은, y축을 회전축으로 하는 신전(extension, 31)(즉, 뒤로 젖힘)과 굴곡(flexion, 32)(즉, 앞으로 굽힘), x축을 회전축으로 하는 외측 굴절(lateral flexion, 33), z축을 회전축으로 하는 회전(rotation, 34)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)의 척추모듈(110)은, 신전(31)과 굴곡(32), 외측 굴절(33), 및 회전(34)에 대하여 모두 자유도를 가질 수 있다. 척추모듈(110)이 자유도를 가질 수 있는 구조에 대한 상세한 설명은 후술될 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)의 일부를 도시한다. 도 3에서는, 근력 지원 장치(100)에서 착용부(101), 제어기(107), 배터리(109)가 생략된, 척추모듈(110) 및 구동모듈(150)만이 도시되어 있다.

척추모듈(110)은, 근력 지원 장치(100)가 착용되었을 때 착용자의 척추를 따라서 상하(또는 z축 방향)으로 길게 배치되도록 착용부(101)에 부착될 수 있다. 척추모듈(110)은, z축 방향을 따라 배치된 복수 개의 단위모듈(130)들을 포함할 수 있다. 척추모듈(110)은, z축을 따라 복수 개의 단위모듈(130)들을 상하로 관통하는 구동와이어(111) 및 보조와이어(112)를 포함할 수 있다. 복수 개의 단위모듈(130)들은 상하로 연결되어 척추모듈(110)을 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)의 척추모듈(110)의 단위모듈(130)의 예를 도시한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위모듈(130)은, 바디부(131), 탄성부(132), 및 관절부(133)를 포함할 수 있다.

복수 개의 단위모듈(130)들은, 관절부(133) 및 탄성부(132)를 통해 상하로 연결될 수 있다. 예를 들면, 임의의 제1 단위모듈의 하부에 제2 단위모듈이 위치한다고 하면, 상기 제1 단위모듈의 하단과 상기 제2 단위모듈의 상단은, 관절부(133) 및 탄성부(132)를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 제1 단위모듈의 하단에는 관절부(133)의 상단이 회전 가능하게 결합되고, 제2 단위모듈의 상단에는, 상기 관절부(133)의 하단이 회전 가능하게 결합될 수 있다. 마찬가지로, 제1 단위모듈의 상부에 또 다른 단위모듈이 위치한다고 하면, 제1 단위모듈의 상단에는, 또 다른 관절부의 하단이 회전 가능하게 결합될 수 있다.

또한 마찬가지로, 제1 단위모듈의 하단에는 탄성부(132)의 상단이 결합되고, 상기 제1 단위모듈의 하부에 위치하는 제2 단위모듈의 상단에는, 상기 탄성부(132)의 하단이 결합될 수 있다. 제1 단위모듈의 상부에 또 다른 단위모듈이 위치한다고 하면, 제1 단위모듈의 상단에는 또 다른 탄성부의 하단이 결합될 수 있다.

관절부(133)는, 예를 들면, 3-자유도를 갖는 볼 관절(ball joint)을 포함하거나, 또는 2-자유도를 갖는 유니버설 관절(universal joint)을 포함할 수 있다. 볼 관절은 x축, y축, 및 z축을 회전축으로 하는 3-자유도의 회전이 가능할 수 있다. 유니버설 관절은, x축 및 y축을 회전축으로 하는 2-자유도의 회전이 가능할 수 있다.

관절부(133)는 복수 개의 단위모듈(130)들의 중심을 연결할 수 있다. 즉, 관절부(133)는, 단위모듈(130)의 좌우 선상(즉, y축 선상)의 중심에 위치할 수 있다. 탄성부(132)는 관절부(133)의 좌우에 각각 위치하여, 단위모듈(130)을 좌우에서 지지할 수 있다. 탄성부(132)가 관절부(133)의 좌우에 대칭적으로 배치됨으로써, 척추모듈(110)의 좌우 균형을 유지할 수 있다.

탄성부(132)는, 복원력 또는 탄성력을 가지는 소재로 구성될 수 있다. 탄성부(132)는 탄성계수를 가질 수 있으며, 예를 들면, 스프링, 고무, 유연 구조물(flexure structure), 스펀지 구조의 고분자 폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄성부(132)는 z축 방향으로 복원되려는 복원력을 가질 수 있다. 예를 들면, z축 방향으로 복원되려는 예압이 가해지도록 탄성부(132)를 설치할 수 있다. 따라서 탄성부(132)는 외력이 가해지지 않은 상태에서 복수 개의 단위모듈(130)들이 z축 방향으로 직립할 수 있도록 힘을 생성할 수 있다.

바디부(131)는, 탄성부(132) 및 관절부(133)를 결합시키기 위한 프레임 역할을 한다. 바디부(131)에서 착용자의 등에 접촉하는 면, 즉 착용자의 전면을 향하는(또는 +x축을 향하는) 면은, 굴곡이 없이 평평할 수 있다. 바디부(131)는 변형이 일어나지 않는 강체(rigid body)일 수 있다. 바디부(131) 및 바디부(131)에 대하여 회전 가능하게 결합된 관절부(133)가 각각 강체이기 때문에, 척추모듈(110)의 길이는 변하지 않으면서, 신전(31)과 굴곡(32), 외측 굴절(33), 및 회전(34)은 가능할 수 있다.

또한, 비록 각 단위모듈(130)의 바디부(131)는 강체이지만, 관절부(133) 및 탄성부(132)를 이용하여 복수 개의 단위모듈(130)들을 연결시킴으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 척추모듈(110)은 신전(31)과 굴곡(32), 외측 굴절(33), 및 회전(34)에 대하여 자유도를 가질 수 있다.

한편, 척추모듈(110)은, z축을 따라 복수 개의 단위모듈(130)들을 길이 방향으로 관통하는 구동와이어(111) 및 보조와이어(112)를 포함할 수 있다. 구동와이어(111)는 구동모듈(150)에 연결되어 구동되며, 보조와이어(112)는 구동되지 않을 수 있다.

구동와이어(111) 및 보조와이어(112)는, 각 단위모듈(130)의 바디부(131)를 관통하도록 배치될 수 있다. 따라서, 각 단위모듈(130)의 바디부(131)에는 구동와이어(111)가 통과하기 위한 구동와이어 홀(121)과, 보조와이어(112)가 통과하기 위한 보조와이어 홀(122)이 형성될 수 있다. 구동와이어 홀(121)의 직경은 구동와이어(111)의 직경보다 크거나 거의 상응할 수 있다. 보조와이어 홀(122)의 직경은, 보조와이어(112)의 직경보다 크거나 거의 상응할 수 있다. 따라서, 구동와이어(111)와 보조와이어(112)는, 구동와이어 홀(121)과 보조와이어 홀(122)을 관통하여 z축 방향으로 자유롭게 움직일 수 있다.

구동와이어(111)는, 관절부(133)와 마찬가지로 복수 개의 단위모듈(130)들의 중심을 연결한다. 즉, 구동와이어(111)는, 단위모듈(130)의 좌우 선상(즉, y축 선상)의 중심에 위치하며, 관절부(133)보다 후방(즉, -x축 방향)에 위치할 수 있다. 이에 따라 구동와이어 홀(121)은, 바디부(131)에서 좌우 선상의 중심에 형성되되, 관절부(133)보다 후방에 형성될 수 있다.

구동와이어(111)의 일 단은, 척추모듈(110)의 상부의 중심에 배치된 상단캡(113)에 연결되며, 구동와이어(111)의 타 단은, 구동모듈(150)에 연결된다. 상기 상단캡(113)의 직경은, 구동와이어 홀(121)의 직경보다 크게 형성된다.

보조와이어(112)는 단위모듈(130)의 좌우에 각각 대칭적으로 위치한다. 이에 따라 보조와이어 홀(122)은, 단위모듈(130)의 좌우에 대칭적으로 형성된다. 예를 들면, 보조와이어(112)는 탄성부(132)의 내부를 관통하도록 배치될 수 있다. 이에 따라 보조와이어 홀(122)은, 바디부(131)에서 탄성부(132)의 결합부위의 중심에 형성될 수 있다. 이 때, 보조와이어(112)는 탄성부(132)의 내부에서, z축 방향으로 자유롭게 움직일 수 있다. 예를 들면, 탄성부(132)의 내부에 홀이 형성되고, 탄성부(132)의 내부 직경은 보조와이어(112)의 직경보다 클 수 있다.

한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)의 하부 일부를 도시한다. 도 5에서는, 근력 지원 장치(100)의 하부에서 구동모듈(150)이 생략된 모습이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면 근력 지원 장치(100)의 하부에서 후방을 향하도록 제1 풀리(140) 및 풀리 엔코더(141)가 설치된다. 제1 풀리(140)에는 보조와이어(112)가 감겨진다. 보조와이어(112)는, 척추모듈(110)의 좌측에 배치된 탄성부(132)를 관통하여, 척추모듈(110)의 하부에 설치된 제1 풀리(140)에 감겨져서, 척추모듈(110)의 우측에 배치된 탄성부(132)를 관통하도록 형성될 수 있다. 즉 척추모듈(110)의 좌측에 배치된 보조와이어(112)와 우측에 배치된 보조와이어(112)는 하나의 와이어이며, 보조와이어(112)의 양 끝단은 척추모듈(110)의 상부의 좌측 및 우측에 각각 위치하게 된다.

착용자의 외측 굴절(33) 동작에 따라, 보조와이어(112)는 풀리를 따라 움직일 수 있다.

보조와이어(112)의 양 끝단은, 척추모듈(110)의 상부의 좌측 및 우측에 배치된 상단캡(113)에 각각 연결될 수 있다. 상기 상단캡(113)의 직경은 보조와이어 홀(122)의 직경보다 크게 형성된다.

제1 풀리(140)에는 풀리 엔코더(141)가 장착될 수 있다. 풀리 엔코더(141)는 착용자의 외측 굴절(33) 동작의 각도를 측정할 수 있다. 이 때 일 실시예에 따르면, 상단캡(113)은 장력 조절 기능을 수행할 수 있어, 풀리 엔코더(141)에서 측정한 외측 굴절(33)의 각도에 따라, 보조와이어(112)의 장력을 조절할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어기(107)는 풀리 엔코더(141)에 의해 측정된 외측 굴절(33)의 각도에 기초하여, 소정의 메커니즘을 통해 보조와이어(112)의 장력을 조절하도록 장력 조절부(미도시)를 제어할 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 외측 굴절(33) 동작에 대한 근력 보조는, 탄성부(132)의 복원력 또는 보조와이어(112)의 장력에 의해 이루어질 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(100)의 구동모듈(150)을 포함하는 일부를 도시한다.

도 6을 참조하면, 구동모듈(150)은, 구동와이어(111)의 일 단과 연결되어, 구동와이어(111)를 구동할 수 있다.

구동모듈(150)은, 모터(158), 감속기(157), 모터 엔코더(159), 볼스크류(153), 리니어 샤프트(154), 스프링(155), 스프링 엔코더(156), 스프링(155)의 양단에 설치되는 제1 지지판(151) 및 제2 지지판(152)을 포함한다.

볼스크류(153) 및 리니어 샤프트(154)가 관통하도록 제1 지지판(151) 및 제2 지지판(152)이 설치된다. 따라서 제1 지지판(151) 및 제2 지지판(152)에는, 볼스크류(153) 및 리니어 샤프트(154)에 각각 대응되는 위치에 관통 홀이 형성된다. 따라서 제1 지지판(151) 및 제2 지지판(152)은 볼스크류(153)의 길이 방향으로 리니어 샤프트(154)를 따라 선형운동 가능하다.

스프링(155)은 제1 지지판(151)과 제2 지지판(152)을 연결하도록, 제1 지지판(151)과 제2 지지판(152)의 사이에 배치된다. 즉, 스프링(155)의 일 단은 제1 지지판(151)에 고정 결합되고, 스프링(155)의 타 단은 제2 지지판(152)에 고정 결합된다.

척추모듈(110)의 길이 방향을 따라 설치된 구동와이어(111)는, 척추모듈(110)의 하부에 설치된 제2 풀리(145)를 통해 방향이 전환되어, 제2 지지판(152)을 관통하여 제1 지지판(151)에 고정 결합될 수 있다. 즉, 구동와이어(111)의 일 단은 척추모듈(110)의 상부의 상단캡(113)에 고정되며, 구동와이어(111)의 타 단은 제1 지지판(151)에 고정된다. 즉, 구동와이어(111)는 척추모듈(110)의 길이 방향을 따라서 바디부(131)에 형성된 구동와이어 홀(121)을 관통하여, 척추모듈(110)의 하부에 설치된 제2 풀리(145)에 감겨져서, 구동모듈(150)의 제2 지지판(152)을 관통하여 제1 지지판(151)에 고정된다. 따라서, 제2 지지판(152)에는, 구동와이어(111)가 관통하기 위한 관통 홀이 형성되며, 제1 지지판(151)에는 구동와이어(111)에 대응하는 관통 홀이 형성되지 않는다.

한편, 착용자의 신전(31)과 굴곡(32) 동작에 따라 구동와이어(111)에 장력이 작용할 수 있다. 예를 들어, 착용자의 굴곡(32) 동작에 따른 구동와이어(111)의 장력은, 제1 지지판(151)에 제2 지지판(152) 방향으로 향하는 힘을 작용할 수 있다. 이로 인해, 스프링(155)에 압축력이 작용할 수 있다. 마찬가지로, 착용자의 신전(31) 동작은, 스프링(155)의 압축력을 약하게 할 수 있다.

스프링 엔코더(156)는 제1 지지판(151) 및 제2 지지판(152)과 연결되어, 스프링(155)의 상기 압축력 또는 스프링(155)의 변형 정도를 측정할 수 있다. 상기 스프링 엔코더(156)의 측정 값은, 신전(31)과 굴곡(32) 동작에 대한 근력을 보조하기 위해, 모터(158)를 제어하는 데 이용될 수 있다.

한편, 모터(158)는 회전력을 생성하고, 이에 따라 모터(158) 및 감속기(157)와 연결된 볼스크류(153)가 회전할 수 있다. 볼스크류(153)의 회전에 따라 볼스크류(153)의 길이 방향으로 선형운동하는 너트가, 제2 지지판(152)에 고정 결합될 수 있다. 따라서, 모터(158)의 구동에 의해, 제2 지지판(152) 및 그에 따라 제1 지지판(151)이, 리니어 샤프트(154)를 따라 선형운동할 수 있다. 제1 지지판(151)의 상기 선형운동에 의해, 제1 지지판(151)에 고정 결합된 구동와이어(111)를 당기거나 풀어줄 수 있다.

모터 엔코더(159)는, 볼스크류(153)의 회전에 따라 제2 지지판(152) 및/또는 제1 지지판(151)의 위치를 측정할 수 있으며, 이를 통해 척추모듈(110)의 신전(31) 또는 굴곡(32) 각도를 측정할 수 있다. 상기 모터 엔코더(159)의 측정 값은, 신전(31)과 굴곡(32) 동작에 대한 근력을 보조하기 위해, 모터(158)를 제어하는 데 이용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어기(107)는 스프링 엔코더(156)에 의해 측정된 스프링(155)의 변형 정도 및/또는 모터 엔코더(159)에 의해 측정된 신전(31) 또는 굴곡(32) 각도에 기초하여, 소정의 메커니즘을 통해 구동와이어(111)를 당기거나 풀어주도록 모터(158)를 제어할 수 있다. 다시 말하면, 제어기(107)는, 스프링 엔코더(156)의 측정 값 및/또는 모터 엔코더(159)의 측정 값을 이용하여, 착용자와 근력 지원 장치(100) 사이의 상호작용력을 환산할 수 있다. 제어기(107)는 상기 소정의 메커니즘을 통해 모터(158)를 제어하여, 제1 지지판(151) 및 제2 지지판(152)의 선형운동에 의해 구동와이어(111)를 당기거나 풀어줄 수 있고, 이에 따라 신전(31)과 굴곡(32) 동작에 대한 근력 보조가 이루어질 수 있다.

배터리(109)는, 구동모듈(150) 및/또는 제어기(107)의 구동을 위한 전원을 제공할 수 있다.

상술한 바와 같은 다양한 실시예들에 따르면, 외측 굴절(33) 동작에 대한 근력 보조는 탄성부(132)의 복원력 또는 보조와이어(112)의 장력에 의해 이루어질 수 있으며, 신전(31)/굴곡(32) 동작에 대한 근력 보조는, 구동모듈(150)과 구동와이어(111)의 장력에 의해 이루어질 수 있다. 회전(34) 동작에 대해서는 자유도는 가지지만 근력 보조는 이루어지지 않을 수 있다.

상술한 바와 같은 다양한 실시예들에 따르면 외측 굴절(33) 동작에 대한 근력 보조를 위하여 탄성부(132)(예: 스프링)를 사용함으로써 비용 절감이 가능할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(200)의 개략적인 착용례를 도시한다. 도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 근력 지원 장치(200)의 고관절 구동모듈(250)을 포함하는 일부를 도시한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 근력 지원 장치(200)는, 전술한 근력 지원 장치(100)에 포함된, 상체에 착용되는 착용부(101), 척추모듈(110), 구동모듈(150), 제어기(107), 배터리(109)를 동일하게 포함할 수 있다. 따라서 이들 구성에 대한 설명은 생략하고, 근력 지원 장치(200)에 더 추가될 수 있는 구성에 대해 후술한다.

근력 지원 장치(200)는 전술한 근력 지원 장치(100)에, 허벅지 착용부(201), 고관절 구동모듈(250), 고관절 구동와이어(211)를 더 포함할 수 있다.

허벅지 착용부(201)는 착용자의 양쪽 허벅지에 착용될 수 있고, 고관절 구동와이어(211)를 통해 고관절 구동모듈(250)에 연결되어, 착용자의 고관절 근력을 보조할 수 있다.

고관절 구동와이어(211)는 허벅지 착용부(201)와 고관절 구동모듈(250)을 연결한다. 즉, 고관절 구동와이어(211)의 일 단은 허벅지 착용부(201)에 연결되고, 고관절 구동와이어(211)의 타 단은 고관절 구동모듈(250)에 연결된다.

고관절 구동모듈(250)은, 고관절 구동와이어(211)를 구동할 수 있다. 고관절 구동모듈(250)이 고관절 구동와이어(211)를 구동하는 원리는, 전술한 구동모듈(150)이 구동와이어(111)를 구동하는 원리와 동일하다.

즉, 고관절 구동모듈(250)은, 모터(258), 감속기(257), 모터 엔코더(259), 볼스크류(253), 리니어 샤프트(254), 스프링(255), 스프링 엔코더(256), 스프링(255)의 양단에 설치되는 제1 지지판(251) 및 제2 지지판(252)을 포함하며, 각각의 구성은 모터(158), 감속기(157), 모터 엔코더(159), 볼스크류(153), 리니어 샤프트(154), 스프링(155), 스프링 엔코더(156), 스프링(155)의 양단에 설치되는 제1 지지판(151) 및 제2 지지판(152)에 대응된다.

일 실시예에 따르면, 고관절 구동와이어(211)는, 제2 지지판(252)을 관통하여, 제1 지지판(251)에 고정된다. 착용자의 고관절의 동작에 따라, 고관절 구동와이어(211)에 장력이 작용할 수 있다. 예를 들어, 고관절의 동작에 따른 고관절 구동와이어(211)의 장력은, 제1 지지판(251)에 제2 지지판(252) 방향으로 향하는 힘을 작용할 수 있다. 이로 인해, 스프링(255)에 압축력이 작용할 수 있다.

스프링 엔코더(256)는 스프링(255)의 상기 압축력 또는 스프링(255)의 변형 정도를 측정할 수 있다. 모터 엔코더(259)는 제2 지지판(252) 및/또는 제1 지지판(251)의 위치를 측정할 수 있으며, 이를 통해 예를 들면 고관절의 회전 각도를 측정할 수 있다.

제어기(107)는, 스프링 엔코더(256)에 의해 측정된 스프링(255)의 변형 정도 및/또는 모터 엔코더(259)에 의해 측정된 고관절의 회전 각도에 기초하여, 소정의 메커니즘을 통해 고관절 구동와이어(211)를 당기거나 풀어주도록 모터(258)를 제어할 수 있다. 양 측의 모터(258)는 각각 독립적으로 제어될 수 있다.

상술한 바와 같은 허벅지 착용부(201), 고관절 구동모듈(250), 고관절 구동와이어(211)는, 좌우 한 쌍씩 대칭적으로 구비된 수 있다. 고관절 구동모듈(250)은, 척추모듈(110)의 하단의 좌우에 각각 배치되도록, 척추모듈(110)의 하단의 좌우에 각각 연결될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 맞춤형 척추모듈의 일부를 도시한다.

도 9를 참조하면, 전술한 바와 같은 다양한 실시예들에 따른 척추모듈(110)은, 각 관절부(133)에 대응하는 스토퍼(160)를 더 구비할 수 있다.

스토퍼(160)는 예를 들면 각 관절부(133)의 후방(즉, -x축 방향)에 설치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 스토퍼(160)는, 각 관절부(133)의 회전운동의 범위를 제한 또는 구속할 수 있다. 스토퍼(160)에 의해 척추모듈(110)은 개별 사용자의 척추 모양에 따라, 사용자 맞춤형으로 제작될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100, 200: 근력 지원 장치
101: 착용부 107: 제어기
109: 배터리 110: 척추모듈
130: 단위모듈 131: 바디부
132: 탄성부 133: 관절부,
111: 구동와이어 112: 보조와이어
121: 구동와이어 홀 122: 보조와이어 홀
113: 상단캡 140: 제1 풀리
141: 풀리 엔코더 145: 제2 풀리,
150: 구동모듈 153, 253: 볼스크류
154, 254: 리니어 샤프트 151, 251: 제1 지지판
152, 252: 제2 지지판 155, 255: 스프링
156, 256: 스프링 엔코더 157, 257: 감속기
158, 258: 모터 159, 259: 모터 엔코더
201: 허벅지 착용부 250: 고관절 구동모듈
211: 고관절 구동와이어 160: 스토퍼

Claims (12)

1. 척추 방향을 따라서 배치되는 복수의 단위모듈들을 포함하는 척추모듈;
   상기 척추 방향을 따라서 상기 복수의 단위모듈들의 중심을 관통하는 구동와이어;
   상기 구동와이어의 장력을 생성 및 조절하기 위해 상기 구동와이어를 구동하는 구동모듈;
   상기 구동모듈을 구동하는 제어기; 및
   상기 복수의 단위모듈들의 좌측 및 우측에서, 상기 척추 방향을 따라서 상기 복수의 단위모듈들을 관통하는 보조와이어;를 포함하는, 근력 지원 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 단위모듈들 각각은,
   바디부;
   상기 복수의 단위모듈들의 사이에 배치되어 상기 복수의 단위모듈들을 연결하며, 상기 바디부에 회전 가능하게 결합되는 관절부; 및
   상기 관절부의 좌우에 배치되어, 상기 복수의 단위모듈들을 상기 척추 방향으로 연결하는 탄성부;를 포함하는, 근력 지원 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 탄성부의 복원력은 상기 척추모듈의 외측 굴절(lateral flexion)에 대한 근력 보조를 제공하는, 근력 지원 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 관절부의 회전운동의 범위를 제한하는 스토퍼;를 더 포함하는, 근력 지원 장치.
5. 삭제
6. 제2항에 있어서,
   상기 보조와이어는,
   상기 탄성부의 중심을 관통하도록 배치되는, 근력 지원 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 근력 지원 장치는, 상기 척추모듈의 하단에 배치된 풀리;를 더 포함하고,
   상기 보조와이어는, 상기 척추 방향을 따라서 상기 복수의 단위모듈들을 좌측에서 관통하여, 상기 풀리에 감겨져서, 상기 복수의 단위모듈들을 우측에서 관통하도록 형성되는, 근력 지원 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 근력 지원 장치는, 상기 풀리에 장착된 풀리 엔코더;를 더 포함하고,
   상기 풀리 엔코더는 상기 척추모듈의 외측 굴절의 각도를 측정하고,
   상기 측정된 외측 굴절의 각도에 따라 상기 보조와이어의 장력이 조절되는, 근력 지원 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 구동모듈은,
   스프링;
   상기 스프링의 양단에 각각 연결되는 제1 지지판 및 제2 지지판; 및
   상기 스프링의 변형력을 측정하는 스프링 엔코더;를 포함하고,
   상기 구동와이어는, 상기 제2 지지판을 관통하여 상기 제1 지지판에 고정되는, 근력 지원 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 척추모듈의 신전(extension) 또는 굴곡(flexion)에 따른 상기 구동와이어의 장력은, 상기 스프링에 변형력을 작용하고,
    상기 제어기는, 상기 스프링 엔코더에 의해 측정된 상기 스프링의 변형력에 따라 상기 구동와이어를 당기거나 풀어주도록 상기 구동모듈을 제어하는, 근력 지원 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 근력 지원 장치는, 착용자의 상체에 착용될 수 있는 착용부;를 더 포함하고,
    상기 척추모듈은, 상기 착용부에 상기 척추 방향을 따라 부착되는, 근력 지원 장치.
12. 제11항에 있어서,
    착용자의 허벅지에 착용될 수 있는 고관절 착용부;
    상기 고관절 착용부에 연결되어 고관절 근력을 보조할 수 있는 고관절 구동와이어;
    상기 고관절 구동와이어를 구동하는 고관절 구동모듈;을 더 포함하는, 근력 지원 장치.

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