KR102221669B1

KR102221669B1 - 어깨에 적합한 외골격 구조물

Info

Publication number: KR102221669B1
Application number: KR1020207014751A
Authority: KR
Inventors: 나타니엘 조소; 조르단 그르니에
Original assignee: 사프란 일렉트로닉스 & 디펜스; 비-테미아 인코포레이티드
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2021-03-02
Also published as: JP2021500242A; FR3072598A1; AU2018356853A1; FR3072598B1; ES2904672T3; EP3700715B1; CN111278607A; KR20200096911A; CA3079977A1; CA3079977C; CN111278607B; IL274183B; US20200375834A1; EP3700715A1; US11007107B2; IL274183A; AU2018356853B2; JP7036916B2; WO2019081851A1

Abstract

본 발명은 외골격 구조물(1)에 관한 것으로, 외골격 구조물(1)은, - 사용자의 등에 부착되도록 의도된 등 어셈블리(2), - 사용자의 팔에 부착되도록 의도된 팔 어셈블리(3), - 등 어셈블리(2)를 팔 어셈블리(3)에 연결하는 어깨 연결 장치(4)로, 어깨 연결 장치(4)는 제1 회전축(X1), 제2 회전축(X2) 및 제3 회전축(X3)을 중심으로 등 어셈블리(2)에 대해 팔 어셈블리(3)의 회전을 가능하게 하는 제1 선회부(10), 제2 선회부(12) 및 제3 선회부(14)를 포함하는, 어깨 연결 장치(4)를 포함하며, 팔이 몸을 따라 이완된 상태로 사용자가 서 있을 때, 제2 선회부(12)는 제2 회전축(X2)이 사용자의 어깨의 외전/내전 축과 0이 아닌 각도를 형성하고, 사용자의 어깨의 굽힙/신전 축과 0이 아닌 각도를 형성하도록 배치된다.

Description

어깨에 적합한 외골격 구조물

본 발명은 외골격 구조물에 관한 것이다.

힘 보조 외골격은 인간 골격의 구조를 복제하고 인체의 물리적 능력을 향상시킬 수 있는 기계적 구조물이다.

다양한 유형의 힘 보조 외골격이 있으며, 이는 사용자가 수행해야 할 작업에 따라 다르다. 각각의 유형의 외골격은 특정 작업을 수행하는 동안 사용자에 의해 제공하는 힘을 제한하거나 감소시킨다.

예를 들어, 어깨의 움직임, 특히, 하중의 상승 및 취급을 필요로 하는 작업을 수행할 때 사용자를 도울 수 있게 하는 외골격 구조물이 존재한다.

그러나, 이들 구조물은 일반적으로 어깨의 모든 움직임에 대해 적합하지 않다. 예를 들어, 이들 구조물은 팔의 굽힘 및 신전 움직임을 허용할 수 있지만, 팔의 외전 및 내전 움직임을 허용하지 않는다.

그러나, 어깨 복합체는 (견갑골과 어깨의 움직임을 결합한) 6개의 누적 자유도를 갖는 복잡한 관절 시스템이다.

어깨의 움직임을 더 잘 재현할 수 있는 다른 구조물도 제안되어 있다. 그러나, 이들 구조물은 일반적으로 상당한 부피를 가지므로, 사용자의 이동성을 방해한다.

더욱이, 이들 구조물에 여러 액추에이터의 통합은 구조물의 질량 및 에너지 소비를 야기하며 이를 증가시킨다.

마지막으로, 어깨의 특정 이동 순서 동안에, 특정 외골격 구조물은 "단일 지점"이라 불리는 구성을 통과할 수 있으며, 이는 구조의 막힘을 유발한다. 구조물의 막힘은 구조물의 2개의 회전축이 서로 정렬되는 구성에서 발생하는 자유도의 손실이다. 이러한 막힘 상황은 최소한 사용자의 움직임에서 사용자를 자유롭게 하기 위해 특이점을 유발한 움직임의 순서를 역으로 수행해야 하며, 외골격 구조물을 손상시키고 사용자에게 불편을 줄 수도 있다.

본 발명의 하나의 목적은 여전히 컴팩트하면서 어깨의 자유로운 움직임을 제공하는 외골격 구조물을 제안하는 것이다.

상기 목적은 외골격 구조물로 인해 본 발명의 범위 내에서 달성되며, 상기 외골격 구조물은,

- 사용자의 등에 부착되도록 의도된 등 어셈블리,

- 사용자의 팔에 부착되도록 의도된 팔 어셈블리,

- 등 어셈블리를 팔 어셈블리에 연결하는 어깨 연결 장치로, 어깨 연결 장치는 제1 연결부, 사용자의 어깨의 내부/외부 회전축에 평행한 제1 회전축을 중심으로 등 어셈블리에 대해 제1 연결부의 회전을 허용하면서 제1 연결부를 등 어셈블리에 연결하는 제1 선회부, 제2 연결부, 제1 회전축에 직교하는 제2 회전축을 중심으로 제1 연결부에 대해 제2 연결부의 회전을 허용하면서 제1 연결부를 제2 연결부에 연결하는 제2 선회부, 제2 회전축에 직교하는 제3 회전축을 중심으로 제2 연결부에 대해 팔 어셈블리의 회전을 허용하면서 제2 연결부를 팔 어셈블리에 연결하는 제3 선회부를 포함하는, 어깨 연결 장치를 포함하며,

사용자가 서 있고 팔이 몸을 따라 이완될 때, 제2 선회부는 제2 회전축이 사용자의 어깨의 외전/내전 축과 0이 아닌 각도를 형성하고, 사용자의 어깨의 굽힙/신전 축과 0이 아닌 각도를 형성하도록 배치된다.

이러한 유형의 구조물에서, 제2 회전축은 사용자의 어깨의 외전/내전 축 및 사용자의 어깨의 굽힘/신전 축 모두와 0이 아닌 각도를 형성한다. 따라서, 단일 액추에이터가 어깨의 외전/내전 움직임 동안에 그리고 어깨의 굽힘/신전 움직임 동안에 사용자를 보조할 수 있는 구조물을 설계하는 것이 가능하며, 이는 구조물의 질량 및 에너지 소비를 감소시킨다.

또한, 제2 회전축의 이러한 구성에 의해, 사용자는 예를 들어, 어깨의 굽힘 움직임, 이어서 견갑골의 내전, 이어서 연결 장치가 단일 지점을 통과하지 않고도 어깨의 신전 움직임을 달성할 수 있고, 막힘 상황을 피할 수 있다.

제안된 구조물은 또한 다음과 특징을 가질 수 있다:

- 사용자가 서 있고 팔이 몸을 따라 이완될 때, 제3 선회부는 제3 회전축이 제1 회전축과 직교하도록 배치되고,

- 구조물은 고정자 및 고정자에 대해 회전식으로 장착된 회전자를 포함하는 액추에이터를 포함하되, 고정자와 회전자 중 하나는 제1 연결부에 고정 장착되고, 고정자와 회전자 중 다른 하나는 제2 연결부에 고정 장착되며, 액추에이터는 제1 연결부에 대해 제2 연결부를 회전 구동하도록 토크를 발생시킬 수 있고,

- 팔 어셈블리는 액추에이터를 이용하여 사용자의 등에 대해 사용자의 팔을 회전 구동시키기 위해 사용자의 팔에 기대어 지지될 수 있는 팔 부분을 포함하고,

- 팔 어셈블리는 제1 팔 부분을 사용자의 팔에 부착하기 위해 사용자의 팔을 감쌀 수 있는 제1 팔 부분 및 액추에이터를 이용하여 팔을 회전 구동시키기 위해 사용자의 팔에 기대어 제1 팔 부분을 여전히 지지할 수 있으면서, 제2 팔 부분에 대해 사용자의 팔을 회전시키도록 제1 팔 부분에 대해 회전식으로 장착되는 제2 팔 부분을 포함하고,

- 팔 어셈블리는 제3 연결부 및 제4 선회부를 포함하되, 제3 연결부는 제3 선회부에 의해 어깨 연결 장치에 연결되는 제1 단부 및 제4 선회부에 의해 팔 부분에 연결되는 제2 단부를 가지고,

- 제4 선회부는 제3 회전축에 평행한 제4 회전축을 중심으로 제3 연결부에 대해 팔 부분의 회전을 가능하게 하고,

- 제3 연결부는 러너(runner)를 이용하여 서로에 대해 슬라이딩 장착되는 2개의 부분을 포함하고, 서로에 대한 부분들의 슬라이딩은 등 어셈블리에 대한 팔 어셈블리의 회전 동안에 제3 연결부의 단축 또는 연장을 허용하고,

- 팔 어셈블리는 어깨의 내부/외부 회전 움직임 중에 팔뚝 부분 내에서 사용자 팔의 회전을 여전히 허용하면서, 팔 어셈블리를 사용자의 팔에 부착하도록 사용자의 팔뚝을 감쌀 수 있는 팔뚝 부분을 포함하고,

- 팔 어셈블리는 팔뚝 부분을 팔 부분에 연결하고, 사용자 팔꿈치의 회전 중에 제5 회전축을 중심으로 팔 부분에 대한 팔뚝 부분의 회전을 허용하는 제5 선회부를 포함하고,

- 연결 장치는 등 어셈블리를 제1 선회부에 연결하는 4-바(bar) 기구를 포함하며, 4-바 기구는 4개의 바 및 바들을 서로 연결하여 변형 가능한 평행 사변형을 형성하는 4개의 힌지를 포함하고,

- 4-바 기구의 각각의 힌지는 회전축을 가지며, 각각의 회전축은 사용자의 관상면에 직교하는 방향에 평행하게 연장되고,

- 연결 장치는 또한 평행 사변형의 변형에 대항하는 경향이 있는 복귀력을 가할 수 있는 탄성 복귀 부재를 포함한다.

도 1은 사용자가 서 있고 팔이 몸을 따라 이완된 구성에서, 본 발명의 가능한 일 실시예에 따른 외골격 구조물을 개략적으로 도시한다.
도 2는 어깨의 굽힘 움직임을 실행한 후, 사용자가 서 있고 팔이 앞으로 연장되는 구성에서 외골격 구조물을 개략적으로 도시한다.
도 3은 연속적으로 어깨의 굽힘 움직임, 이어서, 어깨의 외전 움직임을 실행한 후, 사용자가 서 있고 팔이 측면으로 연장되는 구성에서 외골격 구조물을 개략적으로 도시한다.
도 4는 사용자의 팔꿈치의 굽힘 움직임 중에 외골격 구조물을 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 1 내지 도 4의 외골격 구조물의 변형을 개략적으로 도시한다.

다른 특징들 및 이점들은 또한 다음의 설명에 의해 드러날 것이며, 이는 단지 예시적이고 제한적이지 않으며 첨부된 도면을 참조하여 이루어질 것이다.

도 1은 사용자의 관상면(F), 시상면(S) 및 횡단면(T)을 도시한다. 공지된 방식으로, 시상면(S)은 사용자의 신체의 우측 절반으로부터 좌측 절반을 분리하는 중간 평면에 평행한 평면으로 정의된다. 관상면(F) 또는 관상면(coronal plane)은 중간 평면에 수직인 평면으로 정의되며, 신체를 전방 또는 복부 부분 및 후방 또는 등 부분으로 분리한다. 횡단면(T) 또는 횡방향 평면은 중간 평면에 수직인 평면으로 정의되며, 신체를 (머리를 향하는) 상부 부분 및 (다리를 향하는) 하부 부분으로 분리한다.

도 1에서, 사용자는 서 있고 팔은 몸을 따라 이완되어 있다. 사용자는 어깨의 움직임을 보조할 수 있는 외골격 구조물(1)을 구비한다.

외골격 구조물(1)은 정상적인 사용에서 사용자의 등에 부착되는 등 어셈블리(2), 사용자의 팔에 부착되는 팔 어셈블리(3) 및 등 어셈블리(2)를 팔 어셈블리(3)에 연결하는 어깨 연결 장치(4)를 포함한다.

등 어셈블리(2)는 예를 들어, 사용자의 하부 트렁크를 둘러싸는 벨트(5) 및 허리 벨트(5)에 부착되고 사용자의 척추를 따라 연장되는 등 부분(6)을 포함한다.

팔 어셈블리(3)는 사용자의 팔에 기대어 지지될 수 있는 팔 부분(7) 및 팔 어셈블리(3)를 사용자의 팔에 부착하도록 사용자의 팔뚝 부분을 감쌀 수 있는 팔뚝 부분(8)을 포함한다.

어깨 연결 장치(4)는 4-바 기구(9), 제1 선회부(10), 제1 연결부(11), 제2 선회부(12), 제2 연결부(13), 제3 선회부(14) 및 제3 연결부(15)를 포함한다.

4-바 기구(9)는 등 어셈블리(2)를 제1 선회부(10)에 연결한다. 4-바 기구(9)는 4개의 바(16) 및 변형 가능한 평행 사변형을 형성하면서 바(16)를 서로 연결하는 4개의 힌지(17)를 포함한다. 4-바 기구(9)의 각각의 힌지(17)는 회전축을 가지며, 각각의 회전축은 정상적인 사용시에 사용자의 관상면(F)에 직교하는 방향에 평행하게 연장된다.

어깨 연결 장치(9)는 또한 어깨 연결 장치(4) 및 팔 어셈블리(3)의 중량에 의해 야기된 평행 사변형의 변형에 대항하는 경향의 복귀력을 4-바 기구(9)에 가할 수 있는 탄성 복귀 부재(28)를 포함한다. 더욱 정확하게는, 탄성 복귀 부재(28)는 평행 사변형의 2개의 대향 정점에 위치한 2개의 힌지 사이에서 연장되는 스프링을 포함한다. 도 1에 도시된 예에서, 스프링은 시상면에 가장 가까운 상부 정점에 위치한 힌지들(28) 중 하나를 시상면에서 가장 먼 하부 정점에 위치한 힌지들(28) 중 하나에 연결하는 인장 스프링이다. 따라서, 인장 스프링에 의해 가해지는 복귀력은 어깨 연결 장치 및 팔 어셈블리에 의해 가해지는 중량을 보상하기 위해 등 어셈블리(2)에 대해 팔 어셈블리를 상향으로 끌어 당기는 경향이 있다. 탄성 복귀 부재(28)의 강성은 보상될 중량에 따라 조정될 수 있다.

제1 선회부(10)는 제1 연결부를 4-바 기구(9)에 연결한다. 제1 선회부(10)는 사용자의 어깨의 내부/외부 회전축에 평행한 제1 회전축(X1)을 중심으로 등 어셈블리(2)에 대해 제1 연결부(11)의 회전을 가능하게 한다.

제2 선회부(12)는 제1 연결부(11)를 제2 연결부(13)에 연결한다. 제2 선회부(12)는 제1 회전축(X1)에 직교하는 제2 회전축(X2)을 중심으로 제1 연결부(11)에 대해 제2 연결부(13)의 회전을 가능하게 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 사용자가 서 있고 팔이 몸을 따라 이완될 때, 제2 선회부(12)는 제2 회전축(X2)이 사용자의 어깨의 외전/내전 축과 0이 아닌 각도를 형성하고, 사용자의 어깨의 굽힙/신전 축과 0이 아닌 각도를 형성하도록 배치된다.

제3 선회부(14)는 제2 연결부(13)를 제3 연결부(15)에 연결한다. 제3 선회부는 제2 회전축(X2)에 직교하는 제3 회전축(X3)을 중심으로 제2 연결부(13)에 대해 팔 어셈블리(3)의 회전을 가능하게 한다.

사용자가 서 있고 팔이 몸을 따라 이완될 때, 제3 선회부(14)는 제3 회전축(X3)이 제1 회전축 (X1) 및 제2 회전축(X2)에 직교하도록 배치된다. 또한, 사용자가 서 있고 팔이 몸을 따라 이완될 때, 제3 회전축(X3)은 사용자의 어깨의 외전/내전 축과 0이 아닌 각도를 형성하고, 사용자의 어깨의 굽힙/신전 축과 0이 아닌 각도를 형성한다.

제1 선회부(10)로 인해, 제2 선회부(12) 및 제3 선회부(14)에서, 연결 장치(4)는 3개의 자유도로 등 어셈블리(8)에 대해 팔 어셈블리(3)의 회전을 가능하게 한다.

외골격 구조물(1)은 또한 고정자(19) 및 고정자(19)에 대해 회전식으로 장착된 회전자(20)를 포함하는 액추에이터(18)를 포함한다. 고정자(19)는 예를 들어, 제1 연결부(11)에 고정 장착되고, 회전자(20)는 예를 들어, 제2 연결부(13)에 고정 장착된다. 액추에이터(18)는 제1 연결부(11)에 대해 제2 연결부(13)를 회전 구동시키기 위해 토크를 발생시킬 수 있다. 액추에이터는 예를 들어, 브러시리스 또는 기어 모터 유형의 전기 모터를 포함할 수 있다.

액추에이터(18)는 사용자의 어깨의 외전/내전 및/또는 굽힘/신전 움직임 중에 사용자의 팔을 보조하도록, 즉, 사용자에 의해 생성된 힘에 추가되는 추가적인 힘을 제공하고 어깨의 움직임을 생성하도록 활성화될 수 있다.

팔 어셈블리(3)는 또한 제4 선회부(21)를 포함한다. 제4 선회부(21)는 제3 연결부(15)를 팔 부분(7)에 연결한다. 제4 선회부(21)는 제3 회전축(X3)에 평행한 제4 회전축(X4)을 중심으로 제3 연결부(15)에 대해 팔 부분(7)의 회전을 가능하게 한다.

제3 연결부(15)는 제3 선회부(14)에 의해 제2 연결부(13)에 연결되는 제1 단부 및 제4 선회부(21)에 의해 팔 부분(7)에 연결되는 제2 단부를 갖는다.

또한, 제3 연결부(15)는 러너를 이용하여 서로에 대해 슬라이딩 장착된 2개의 부분(22 및 23)을 포함한다. 서로에 대한 부분들(22, 23)의 축 방향 슬라이딩은 등 어셈블리(2)에 대한 팔 어셈블리(3)의 회전 중에 제3 연결부(15)의 단축 또는 연장을 허용하며, 이는 사용자의 어깨의 실제 회전 중심과 회전축들(X1, X2 및 X3)의 오정렬을 수용할 수 있게 한다.

또한, 부분(23)은 부분(22)에 대한 부분(23)의 슬라이딩 축을 중심으로 부분(22)에 대해 회전식으로 장착된다.

마지막으로, 팔뚝 부분(8)은 어깨의 내부-외부 회전 움직임 중에 팔뚝 부분(8) 내부에서 어깨의 회전을 가능하게 한다.

도 2는 어깨의 굽힘 움직임을 실행한 후, 사용자가 서 있고 팔이 앞으로 연장될 때, 외골격 구조물을 개략적으로 도시한다.

어깨의 굽힘 움직임은 제2 회전축(X2)을 중심으로 제1 연결부(11)에 대한 제2 연결부(13)의 회전 및 제3 회전축(X3)을 중심으로 제2 연결부(13)에 대한 제3 연결부(15)의 회전을 야기한다.

굽힘 움직임은 액추에이터(18)의 활성화에 의해 보조될 수 있다. 실제로, 액추에이터(18)가 활성화되면, 액추에이터(18)는 제1 연결부(11)에 대해 제2 연결부(13)를 회전 구동시키며, 결과적으로 어깨의 굽힘 움직임 중에 팔을 보조하도록 사용자의 팔에 팔 부분(7)을 지지하는 경향이 있는 토크를 생성한다. 팔 부분(7)은 액추에이터(18)를 이용하여 사용자의 견갑골에 대해 사용자의 팔을 굽힘 또는 신전 구동시키기 위해 사용자의 팔에 기대어 지지된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 사용자의 팔이 수평 전방으로 연장되면, 제1 회전축(X1)은 제3 회전축(X3)에 평행하게 위치된다.

도 3은 연속적으로 어깨의 굽힘 움직임 및 어깨의 외전 움직임을 실행한 후, 사용자가 서 있고 팔이 측면으로 연장될 때, 외골격 구조물을 개략적으로 도시한다.

어깨의 외전 움직임은 제1 회전축(X1)을 중심으로 제1 연결부(11)에 대한 제2 연결부(13)의 회전 및 제3 회전축(X3)을 중심으로 제2 연결부(13)에 대한 제3 연결부(15)의 회전을 야기한다.

외전 움직임은 액추에이터(18)에 의해 보조될 수 있다. 실제로, 액추에이터가 활성화되면, 액추에이터(18)는 제1 연결부(11)에 대해 제2 연결부(13)를 회전 구동시키며, 결과적으로 팔을 회전 구동시키기 위해 사용자의 팔에 팔 부분(7)을 지지하는 경향이 있는 토크를 생성한다. 팔 부분(7)은 액추에이터(18)를 이용하여 사용자의 견갑골에 대해 사용자의 팔을 외전 또는 내전 구동시키기 위해 사용자의 팔에 기대어 지지된다.

따라서, 액추에이터(18)는 어깨의 굽힘/신전 움직임 중에 그리고 어깨의 외전/내전 움직임 중에 사용자를 보조하는 역할을 한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 일단 사용자의 팔이 수평 측면으로 연장되면, 제1 회전축(X1), 제2 회전축(X2) 및 제3 회전축(X3)은 2개씩 정렬되지 않는다. 연결 장치(4)는 외골격 구조물(1)의 막힘을 야기할 수 있는 단일 지점을 통과하지 않도록 한다. 또한, 액추에이터의 효과가 유지된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 팔 어셈블리(3)는 또한 팔뚝 부분(8)을 팔 부분(7)에 연결하는 제5 선회부(27)를 포함한다. 제5 선회부는 사용자의 팔꿈치의 회전 중에 제5 회전축(X5)을 중심으로 팔 부분(7)에 대해 팔뚝 부분(8)의 회전을 가능하게 한다. 더욱 정확하게는, 제5 선회부(27)는 사용자의 팔꿈치의 굽힘 또는 신전 움직임 중에 제5 회전축(X5)을 중심으로 팔 부분(7)에 대해 팔뚝 부분(8)의 회전을 가능하게 한다.

외골격 구조물은 또한 고정자(25) 및 고정자(25)에 대해 회전식으로 장착된 회전자(26)를 포함하는 제2 액추에이터(24)를 포함한다. 고정자(25)는 예를 들어, 팔 부분(7)에 고정 장착되고, 회전자는 예를 들어, 팔뚝 부분(8)에 고정 장착된다. 액추에이터(24)는 팔 부분(7)에 대해 팔뚝 부분(8)을 회전 구동시키기 위해 토크를 발생시킬 수 있다. 액추에이터(24)는 예를 들어, 브러시리스 또는 기어 모터 유형의 전기 모터를 포함할 수 있다.

액추에이터(24)는 사용자의 팔꿈치의 굽힘/신전 움직임 중에 사용자의 팔을 보조하도록, 즉, 사용자에 의해 생성된 힘에 추가되는 추가적인 힘을 제공하여 팔꿈치의 움직임을 생성하도록 활성화될 수 있다.

도 5는 도 1 내지 도 4의 외골격 구조물의 변형을 도시한다. 도 5에 도시된 외골격 구조물은 팔 어셈블리(3)를 제외하고, 도 1 내지 도 4에 도시된 외골격 구조물과 동일하다.

이러한 변형에서, 팔 어셈블리(3)는 사용자의 팔에 팔 어셈블리(3)를 부착하도록 사용자의 팔을 감쌀 수 있는 제1 팔 부분(31) 및 제1 팔 부분(32)에 대해 회전식으로 장착되는 제2 팔 부분(32)을 포함한다. 더욱 정확하게는, 도 5에 도시된 예에서, 제2 팔 부분(32)은 제1 팔 부분(31)을 둘러싸면서, 제2 팔 부분에 대해 제1 팔 부분(31)의 회전(및 따라서, 사용자의 아암의 회전)을 여전히 가능하게 한다.

제3 선회부(14)는 제4 선회부(21)에 의해 제3 연결부(15)를 팔 부분(7)에 연결한다.

도 5에 도시된 예에서, 팔 어셈블리(3)는 팔뚝 부분(8)을 포함하지 않는다. 그러나, 팔 어셈블리는 또한 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제5 선회부(27)에 의해 제2 팔 부분(32)에 연결된 팔뚝 부분(8)을 포함할 수 있다.

Claims

외골격 구조물(1)로,
- 사용자의 등에 부착되도록 의도된 등 어셈블리(2),
- 사용자의 팔에 부착되도록 의도된 팔 어셈블리(3),
- 등 어셈블리(2)를 팔 어셈블리(3)에 연결하는 어깨 연결 장치(4)로, 어깨 연결 장치(4)는 제1 연결부(11), 사용자의 어깨의 내부/외부 회전축에 평행한 제1 회전축(X1)을 중심으로 등 어셈블리(2)에 대해 제1 연결부(11)의 회전을 허용하면서 제1 연결부(11)를 등 어셈블리(2)에 연결하는 제1 선회부(10), 제2 연결부(13), 제1 회전축(X1)에 직교하는 제2 회전축(X2)을 중심으로 제1 연결부(11)에 대해 제2 연결부(13)의 회전을 허용하면서 제1 연결부(11)를 제2 연결부(13)에 연결하는 제2 선회부(12), 제2 회전축(X2)에 직교하는 제3 회전축(X3)을 중심으로 제2 연결부(13)에 대해 팔 어셈블리(3)의 회전을 허용하면서 제2 연결부(13)를 팔 어셈블리(3)에 연결하는 제3 선회부(14)를 포함하는, 어깨 연결 장치(4)를 포함하며,
사용자가 서 있고 팔이 몸을 따라 이완될 때, 제2 선회부(12)는 제2 회전축(X2)이 사용자의 어깨의 외전/내전 축과 0이 아닌 각도를 형성하고, 사용자의 어깨의 굽힙/신전 축과 0이 아닌 각도를 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제1항에 있어서,
사용자가 서 있고 팔이 몸을 따라 이완될 때, 제3 선회부(14)는 제3 회전축(X3)이 제1 회전축(X1)과 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제1항에 있어서,
고정자(19) 및 고정자(19)에 대해 회전식으로 장착된 회전자(20)를 포함하는 액추에이터(18)를 포함하되, 고정자와 회전자 중 하나는 제1 연결부(11)에 고정 장착되고, 고정자와 회전자 중 다른 하나는 제2 연결부(13)에 고정 장착되며, 액추에이터(18)는 제1 연결부(11)에 대해 제2 연결부(13)를 회전 구동시키도록 토크를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제3항에 있어서,
팔 어셈블리(3)는 액추에이터(18)를 이용하여 팔을 회전 구동시키기 위해 사용자의 팔에 기대어 지지될 수 있는 팔 부분(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제3항에 있어서,
팔 어셈블리(3)는 제1 팔 부분(31)을 사용자의 팔에 부착하기 위해 사용자의 팔을 감쌀 수 있는 제1 팔 부분(31) 및 액추에이터(18)를 이용하여 팔을 회전 구동시키기 위해 사용자의 팔에 기대어 제1 팔 부분(31)을 여전히 지지할 수 있으면서, 제2 팔 부분(32)에 대해 사용자의 팔을 회전시키도록 제1 팔 부분(31)에 대해 회전식으로 장착되는 제2 팔 부분(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제4항 또는 제5항에 있어서,
팔 어셈블리(3)는 제3 연결부(15) 및 제4 선회부(21)를 포함하되, 제3 연결부(15)는 제3 선회부(14)에 의해 어깨 연결 장치(4)에 연결되는 제1 단부 및 제4 선회부(21)에 의해 팔 부분 또는 하나의 팔 부분(들)(7, 32)에 연결되는 제2 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제6항에 있어서,
제4 선회부(21)는 제3 회전축(X3)에 평행한 제4 회전축(X4)을 중심으로 제3 연결부(15)에 대해 팔 부분(들)(7, 31, 32)의 회전을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제6항에 있어서,
제3 연결부(15)는 러너를 이용하여 서로에 대해 슬라이딩 장착되는 2개의 부분(22, 23)을 포함하고, 서로에 대한 부분들(22, 23)의 슬라이딩은 등 어셈블리(2)에 대한 팔 어셈블리(3)의 회전 중에 제3 연결부(15)의 단축 또는 연장을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제1항에 있어서,
팔 어셈블리(3)는 어깨의 내부-외부 회전 움직임 중에 팔뚝 부분(8) 내에서 사용자 팔의 회전을 여전히 가능하게 하면서, 팔 어셈블리(3)를 사용자의 팔에 부착하도록 사용자의 팔뚝을 감쌀 수 있는 팔뚝 부분(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제4항에 있어서,
팔 어셈블리(3)는 어깨의 내부-외부 회전 움직임 중에 팔뚝 부분(8) 내에서 사용자 팔의 회전을 여전히 가능하게 하면서, 팔 어셈블리(3)를 사용자의 팔에 부착하도록 사용자의 팔뚝을 감쌀 수 있는 팔뚝 부분(8)을 포함하며,
팔 어셈블리(3)는 팔뚝 부분(8)을 팔 부분(7)에 연결하고, 사용자 팔꿈치의 회전 중에 제5 회전축(X5)을 중심으로 팔 부분(7)에 대해 팔뚝 부분(8)의 회전을 가능하게 하는 제5 선회부(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제5항에 있어서,
팔 어셈블리(3)는 어깨의 내부-외부 회전 움직임 중에 팔뚝 부분(8) 내에서 사용자 팔의 회전을 여전히 가능하게 하면서, 팔 어셈블리(3)를 사용자의 팔에 부착하도록 사용자의 팔뚝을 감쌀 수 있는 팔뚝 부분(8)을 포함하며,
팔 어셈블리(3)는 팔뚝 부분(8)을 제2 팔 부분(32)에 연결하고, 사용자 팔꿈치의 회전 중에 제5 회전축(X5)을 중심으로 제2 팔 부분(32)에 대해 팔뚝 부분(8)의 회전을 가능하게 하는 제5 선회부(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제1항에 있어서,
연결 장치(4)는 등 어셈블리(2)를 제1 선회부(10)에 연결하는 4-바 기구(9)를 포함하며, 4-바 기구(9)는 4개의 바(16) 및 바들(16)을 서로 연결하여 변형 가능한 평행 사변형을 형성하는 4개의 힌지(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제12항에 있어서,
4-바 기구(9)의 각각의 힌지(17)는 회전축을 가지며, 각각의 회전축은 사용자의 관상면에 직교하는 방향에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.
제12항 또는 제13항에 있어서,
연결 장치(4)는 평행 사변형의 변형에 대항하는 경향이 있는 복귀력을 가할 수 있는 탄성 복귀 부재(28)를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 외골격 구조물.