KR102278642B1 - 무동력 근력 보조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 근력보조 장치는 몸체(100)와, 상기 몸체에 결합되고 인체의 일부를 결속하는 결속구(200)로 이루어고,
상기 몸체(100)는 백 프레임(back frame, 110)과, 상기 백 프레임의 하부로부터 외측으로 좌우로 절곡되는 좌측 및 우측 절곡대(120R,120L)와, 상기 좌우측 절곡대에 각각 결합되는 좌측 및 우측 탄성부(130R,130L)와, 상기 좌측 및 우측 탄성부로부터 회동되는 좌측 및 우측 회동부(140R,140L)로 이루어지고,
상기 결속구(200)는 상기 몸체의 백 프레임(110)에 결합되는 상기 등받이 결속구(210)와, 상기 몸체의 탄성부(130R,130L)의 좌우측 바디(131)에 각각 결합되는 엉덩이 결속구(220)와, 상기 몸체의 회동부(140R,140L)에 각각 결합되는 장단지 결속구(230R,230L)로 이루어지고,
상기 좌측 및 우측 탄성부(130R,130L)는 공간부를 갖는 수용체(131-1)를 포함하는 바디(131)와, 상기 수용체의 공간부에 결합되는 탄성모듈(132)로 이루어지고,
상기 탄성모듈(132)는 압축력과 복원력을 발생시키는 탄성체(132-1)와, 상기 탄성체에 결합되는 크랭크부(132-2)와, 상기 크랭크부에 결합되고 좌우 회동하는 결합체(132-3)로 이루어진다.

Description

무동력 근력 보조장치{A POWERLESS MUSCLE-POWER SUPPORT DEVICE}

본 발명은 무동력 근력 보조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작업자가 별도의 동력 없이도 탄성력을 이용하여 무거운 물건을 들어올리거나 내릴 수 있도록 하는 무동력 근력 보조장치에 관한 것이다.

최근 로봇기술의 발달로 인체의 움직임을 보조하는 근력보조 장치들이 개발되고 있다. 대부분의 근력보조 장치는 모터의 회전을 이용하여 움직임 동력을 발생시킨다.

일예로, 공개특허공보 제10-2019-0004854호는 착용식 근력 보조 장치 및 그 제어방법을 개시하고 있다. 상기 선행기술문헌은 착용자의 상체를 지지하는 메인 바디와, 상기 메인 바디의 양측에 각각 배치된 복수의 다리 풀리와, 상기 다리 풀리에 각각 연결된 복수의 와이어부가 설치되어 있으며, 복수의 와이어부에 인장력을 제공하여 복수의 다리풀리 각각을 회전시키는 구동력을 구비하고 있다.

이와 같은 근력보조 장치는 인체의 관절을 대신하기 위하여 배터리, 모터의 회전수를 감속하기 위한 감속기, 풀리 등을 구비하여야 하고, 이러한 부품들은 근력보조 장치의 무게를 한층 증가시키게 되는데, 작업이 지속되는 동안 작업자가 상당한 무게를 지팅하고 있어야 한다.

공개특허공보 제10-2019-0004854호, 착용식 근력 보조 장치 및 그 제어방법 등록특허공보 제10-1988078호, 착용식 근력 보조 장치 등록특허공보 제10-2163284호, 착용형 로봇 및 그 제어 방법 등록특허공보 제10-2142570호, 착용식 근력 보조 장치의 상완 모듈 및 이를 포함하는 착용식 근력 보조 장치

본 발명은 모터와 같은 동력원을 사용하지 않고 탄성력 만으로 작업을 수행할 수 있는 근력보조 장치를 제공하려는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 언급한 과제로 제한되지 않는다. 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 근력보조 장치는 몸체(100)와, 상기 몸체에 결합되고 인체의 일부를 결속하는 결속구(200)로 이루어고,

상기 몸체(100)는 백 프레임(back frame, 110)과, 상기 백 프레임의 하부로부터 외측으로 좌우로 절곡되는 좌측 및 우측 절곡대(120R,120L)와, 상기 좌우측 절곡대에 각각 결합되는 좌측 및 우측 탄성부(130R,130L)와, 상기 좌측 및 우측 탄성부로부터 회동되는 좌측 및 우측 회동부(140R,140L)로 이루어지고,

상기 결속구(200)는 상기 몸체의 백 프레임(110)에 결합되는 상기 등받이 결속구(210)와, 상기 몸체의 탄성부(130R,130L)의 좌우측 바디(131)에 각각 결합되는 엉덩이 결속구(220)와, 상기 몸체의 회동부(140R,140L)에 각각 결합되는 장단지 결속구(230R,230L)로 이루어지고,

상기 좌측 및 우측 탄성부(130R,130L)는 공간부를 갖는 수용체(131-1)를 포함하는 바디(131)와, 상기 수용체의 공간부에 결합되는 탄성모듈(132)로 이루어지고,

상기 탄성모듈(132)는 압축력과 복원력을 발생시키는 탄성체(132-1)와, 상기 탄성체에 결합되는 크랭크부(132-2)와, 상기 크랭크부에 결합되고 좌우 회동하는 결합체(132-3)로 이루어진다.

일 실시예로서, 작업자가 근력보조 장치를 착용 후 직립한 상태에서는 탄성모듈의 탄성체는 압축력이나 복원력이 발생하지 않도록 구성된다.

일 실시예로서, 작업자가 근력보조 장치를 착용 후 직립한 상태에서 허리를 굽히면, 탄성모듈의 탄성체는 압축력이 발생하고, 허리를 굽힌 상태에서 허리를 펴면, 탄성모듈의 탄성체는 복원력이 발생한다.

본 발명에 따른 근력보조 장치를 사용하면, 작업자가 물건을 들어올리려고 구부릴 때에 압력축이 인가된다. 이러한 압축력은 작업자의 무릅 관절에 무리가 가는 것을 방지한다. 또한 작업자가 물건을 들어롤리는 동작을 하게 되면, 복원력의 도움으로 쉽게 물건을 들어올릴 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력보조 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력보조 장치를 구성하는 몸체의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 결합체의 회동을 나타낸 도면이다.
도 6은 작업자가 바닥에 놓인 물건을 잡고 일어서는 동작과 물건을 내려놓는 동작을 나타낸 것이다.
도 7은 작업자가 직립한 상태에서 탄성부의 탄성모듈의 배치상태를 나타낸 것이다.
도 8은 탄성모듈의 작동상태를 나타낸 것이다.
도 9는 작업자가 허리를 굽힌 상태에서 탄성부의 탄성모듈의 배치상태를 나타낸 것이다.
도 10은 작업자가 허리를 굽힌 상태에서 펴는 동작에 따른 탄성모듈의 작동상태를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 표현될 수 있다.

이하의 설명에서, 좌측 및 우측 절곡대는 단독으로 절곡대로 표현될 수 있고, 좌측 및 우측 탄성부는 탄성부로 표현될 수도 있다. 이러한 용어의 사용은 명세서 전반에서 기재된 구성요소에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력보조 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력보조 장치를 구성하는 몸체의 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 근력보조 장치는 몸체(100)와, 상기 몸체에 결합되고 인체의 일부를 결속하는 결속구(200)를 포함한다.

상기 몸체(100)는 백 프레임(back frame, 110)과, 상기 백 프레임의 하부로부터 외측으로 좌우로 절곡되는 좌측 및 우측 절곡대(120R,120L)와, 상기 좌우측 절곡대에 각각 결합되는 좌측 및 우측 탄성부(130R,130L)와, 상기 좌측 및 우측 탄성부로부터 회동되는 좌측 및 우측 회동부(140R,140L)를 포함한다.

상기 백 프레임(back frame, 110)은 착용시 인체의 등에 위치한다. 실시예로서, 백 프레임은 한 쌍의 세로바(111)와, 상기 한 쌍의 세로바를 일정 간격을 갖도록 연결시키는 하나 이상의 가로바(112)로 이루어질 수 있다.

상기 좌측 및 우측 절곡대(120R,120L)는 후술하는 좌측 및 우측 탄성부(130R,130L)를 각각 연결한다.

상기 좌우측 절곡대는 소정 각도로 경사지도록 백 프레임의 좌우 하부로부터 각각 외측으로 절곡되어 돌출된다.

도면을 참조하면, 탄성부가 전방회동을 보조하기 위하여는 인체의 허벅지 외측에 설치하여야 하는데, 백 프레임을 탄성부의 상측에 설치하면 인체의 등으로부터 좌우 외측으로 돌출하게 된다. 이렇게 구성하면, 작업 중에 돌출되는 백 프레임이 장애물과 부딪치는 사고가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 좌우측 절곡대를 내측으로 경사지도록 절곡하여 백 프레임과 탄성부를 결합시킴으로써, 백 프레임의 폭을 줄일 수 있고, 작업 중에 돌출되는 백 프레임이 장애물과 부딪치는 사고를 방지할 수 있다.

실시예로서, 백 프레임과 좌우측 절곡대는 일체로 구성할 수도 있고, 각각 제작하여 서로 결합할 수도 있다. 본 발명에서는 좌측 절곡대를 좌측 세로바의 하단부에 연결시키고, 우측 절곡대를 우측 세로바의 하단부에 각각 연결시키는 것을 실시예로 한다..

상기 좌측 및 우측 탄성부(130R,130L)는 작업자가 물건을 잡고 일어설 때, 작업자가 필요로 하는 힘을 경감시키는 기능을 수행한다.

본 발명에 따른 좌우측 탄성부는 서로 대칭적으로 구성된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부의 분해 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 탄성부(130)는 바디(131)와, 상기 바디에 결합되는 탄성모듈(132)로 이루어진다.

상기 바디(131)는 공간부를 갖는 수용체(131-1)와, 상기 수용체의 타측에 형성되는 경사돌출부(131-2)와, 상기 수용체의 상부에 결합되는 커버(131-3)을 포함한다.

수용체(131-1)의 공간부에는 후술할 탄성모듈(132)이 결합된다. 상기 공간부에는 돌출벽(WL)이 형성되는데, 상기 돌출벽을 기준으로 일측은 크랭크부 수용 공간부로, 타측은 탄성체 수용 공간부로 나누어진다. 상기 탄성체 수용 공간부에는 탄성모듈의 탄성체(132-1)가 결합되고, 상기 크랭크부 수용 공간부에는 탄성모듈의 크랭크부(132-2)가 결합된다.

상기 탄성모듈(132)은 탄성력을 발생시키는 탄성체(132-1)와, 상기 탄성체에 결합되는 크랭크부(132-2)와, 상기 크랭크부에 결합되고 좌우 회동하는 결합체(132-3)을 포함한다.

탄성체(132-1)는 탄성력을 발생시키는 기구일 수 있다. 예컨대, 탄성체는 코일 스프링, 가스 스프링 등 일 수 있다. 본 발명에서 탄성력은 압축력과 복원력을 포함하는 의미를 갖는다. 예컨대, 코일 스프링의 경우, 압축력은 코일 스프링의 양측 단부에서 중심으로 인가하는 힘을 말하고, 복원력은 압축된 코일 스프링이 양측 단부 방향으로 회복하려는 힘을 말한다.

크랭크부(132-2)는 탄성체의 탄성력을 결합체로 전달하거나 결합체의 움직임을 탄성체로 전달한다.

결합체(132-3)는 크랭크부로부터 좌우로 회동결합된다. 결합체는 후술할 회동부(140R,140L)와 결합된다.

도 5는 본 발명에 따른 결합체의 회동을 나타낸 것인데, 결합체의 회동은 소정 각도 범위를 갖는다. 실시예로서, 작업자의 장단지로부터 좌우 외측(BB)으로 벌린 이후에 AA 방향으로 좁혀서 회동부를 장단지에 결합할 수 있는 이점이 있다.

상기 탄성모듈의 결합체(132-3)에는 회동부(140R,140L)가 결합된다. 상기 회동부는 장단지의 앞부분에 결합될 수 있도록 라운드 형상으로 이루어진다.

되돌아가 도 2를 참조하면, 회동부(140)는 탄성모듈의 결합체(132-3)으로부터 길이조절 가능하게 결합된다. 이에 따라 다양한 신체조건에 대응할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따르면, 인체의 일부와 직접적으로 접촉하는 몸체(100)의 일부분에는 결속구(200)가 결합된다.

상기 몸체(100)는 스테인레스 스틸과 같은 금속 재질로 이루어지는데, 이러한 금속은 작업자가 착용시 인체의 근육과 피부에 손상을 줄 수 있다. 이를 방지하기 위하여 몸체가 인체의 피부와 접촉하는 부분에는 섬유 재질의 완충성을 갖는 결속구가 결합된다.

본 발명에 따른 결속구(200)는 등받이 결속구(210)와, 엉덩이 결속구(220)와, 장단지 결속구(230R,230L)로 이루어진다.

상기 등받이 결속구(210)은 몸체의 백 프레임(110)에 결합되고, 상기 엉덩이 결속구(220)는 몸체의 탄성부(130R,130L)의 좌우측 바디(131)에 각각 결합되며, 상기 장단지 결속구(230R,230L)는 몸체의 회동부(140R,140L)에 각각 결합된다.

이하, 작업자가 물건을 들고 일어서는 동작에 따라 이루어지는 탄성모듈의 동작을 설명한다.

도 6은 작업자가 바닥에 놓인 물건을 잡고 일어서는 동작과 물건을 내려놓는 동작을 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 도 6(a)는 작업자가 물건을 앞에 두고 곧바로 서 있는 상태를 나타낸 것이고, 도 6(b)는 작업자가 허리를 굽혀 양손으로 물건을 잡고 있는 상태를 나타낸 것이며, 도 6(c)는 작업자가 물건을 들고 서 있는 상태를 나타낸 것이다.

여기서, 도 6(a)와 도 6(c)는 작업자가 직립하여 서 있는 상태이므로, 동일한 신체 상태가 된다.

도 7은 작업자가 직립한 상태에서 탄성부의 탄성모듈의 배치상태를 나타낸 것이고, 도 8은 탄성모듈의 작동상태를 나타낸 것이다.

작업자가 직립한 상태에서 탄성부의 탄성모듈은 소정의 경사각도를 갖도록 인체의 측면에 위치한다.

도 8(a)를 참조하면, 크랭크부는 중앙에 제1 축 중심(D-1)을 갖고, 외측에 제2 축 중심(D-2)를 갖는다. 상기 제1 축 중심은 수용체(131-1)에 결합된다.

한편 탄성체의 타측은 제3 축 중심(D-3)을 갖고 일측은 크랭크부의 제2 축 중심(D-2)에 연결되어 있다. 상기 제3 축 중심은 탄성부의 수용체(131-1)에 결합된다.

본 발명에 따르면, 작업자가 근력보조 장치를 착용 후 직립한 상태에서, 탄성체(132-1)와 결합체(132-3)은 105~165도 각도를 갖을 수 있다. 보다 바람직하게는 탄성체와 결합체가 이루는 각도는 120~150도의 각도범위를 갖을 수 있다. 이러한 각도 범위에서 탄성체(132-1)는 압축력이나 복원력을 생성하지 않는다.

이와 달리, 작업자가 허리를 굽히게 되면, 탄성체는 굽히는 동작에 의해 압축력이 발생하고, 허리가 굽혀진 상태에서 펴는 동작에 의해 복원력이 발생한다. 여기서, 압축력은 허리를 편 상태에서 허리를 굽히는 상태로 변환하는 동작에서 발생하는 힘을 말하는데, 이때 탄성모듈의 탄성체와 결합체가 이루는 각도는 상대적으로 작은 각도로 변환된다.

한편, 작업자가 허리를 굽힌 상태에서 허리를 펴는 상태로 변환하는 동작에서 복원력이 발생하는데, 이때 탄성모듈의 탄성체와 결합체가 이루는 각도는 상대적으로 큰 각도로 변환된다.

도 8(b)는 크랭크부와 탄성체의 동작을 설명하는 도면인데, 도면을 참조하면, 결합체(132-3)가 회전하면, 크랭크부의 제2 축 중심(D-2)은 D-2(1)에서 D-2(2)로 회전이동되고, 이에 따라 탄성체의 샤프트(ss)는 탄성체의 내부로 밀려들어간다. 이로써, 탄성체는 압축력이 발생하게 된다.

도 9는 작업자가 허리를 굽힌 상태에서 탄성부의 탄성모듈의 배치상태를 나타낸 것이고, 도 10은 작업자가 허리를 굽힌 상태에서 펴는 동작에 따른 탄성모듈의 작동상태를 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 작업자가 물건을 잡는 상태에서는 탄성부의 탄성모듈은 상대적으로 작은 각도를 가지게 된다.

도 10을 참조하면, 크랭크부의 중앙에 위치하는 제1 축 중심(D-1)을 기준으로 탄성체와 결합체가 이루는 각도는 점차적으로 작아지게 된다.

한편, 도 9과 같이 작업자가 허리를 굽힌 상태에서는 크랭크부의 중심은 작업자의 전방으로 힘(F)이 발생된다. 본 발명에 따른 엉덩이 결속구(220R,220L)는 탄성부(130R,130L)가 작업자의 전방으로 이동하는 것을 방지한다.

본 발명에 따른 근력보조 장치를 작업자가 착용하면, 탄성력을 도움으로 무거운 물건을 쉽게 들어올릴 수 있다.

작업자가 물건을 들어올리려고 구부릴 때에는 탄성체에 의해 압축력이 발생한다. 이러한 압축력은 앉는 동작에서 무릅 관절에 무리가 가는 것을 방지한다. 그리고 작업자가 물건을 들어올리는 동작을 하게 되면, 탄성체의 복원력의 도움으로 휠씬 쉽게 물건을 들어올릴 수 있다. 또한 작업자가 물건을 들고 이동할 때에도 복원력의 도움으로 물건의 무게는 상대적으로 가볍게 느껴지게 된다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

100 : 몸체
110 : 백 프레임(back frame)
120R,120L : 좌우측 절곡대
130 : 탄성부
130R,130L : 좌우측 탄성부
131 : 바디
131-1 : 수용체
131-2 : 경사 돌출부
131-3 : 커버
132 : 탄성모듈
132-1 : 탄성체
132-2 : 크랭크부
132-3 : 결합체
140 : 회동부
140R,140L : 좌우측 회동부
200 : 결속구
210 : 등받이 결속구
220 : 엉덩이 결속구
230 : 장단지 결속구

Claims (3)

1. 몸체(100)와, 상기 몸체에 결합되고 인체의 일부를 결속하는 결속구(200)로 이루어지는 근력보조 장치에 있어서,
   상기 몸체(100)는 백 프레임(back frame, 110)과, 상기 백 프레임의 하부로부터 외측으로 좌우로 절곡되는 좌측 및 우측 절곡대(120R,120L)와, 상기 좌우측 절곡대에 각각 결합되는 좌측 및 우측 탄성부(130R,130L)와, 상기 좌측 및 우측 탄성부로부터 회동되는 좌측 및 우측 회동부(140R,140L)로 이루어지고,
   상기 결속구(200)는 상기 몸체의 백 프레임(110)에 결합되는 등받이 결속구(210)와, 상기 몸체의 탄성부(130R,130L)의 좌우측 바디(131)에 각각 결합되는 엉덩이 결속구(220)와, 상기 몸체의 회동부(140R,140L)에 각각 결합되는 장단지 결속구(230R,230L)로 이루어지고,
   상기 좌측 및 우측 절곡대(120R,120L)는 소정 각도로 경사지도록 백 프레임(110)의 좌우 하부로부터 각각 외측으로 절곡되어 좌측 및 우측 탄성부(130R,130L)와 결합되며,
   상기 좌측 및 우측 탄성부(130R,130L)는 공간부를 갖는 수용체(131-1)를 포함하는 바디(131)와, 상기 수용체의 공간부에 결합되는 탄성모듈(132)로 이루어지고,
   상기 바디(131)는 공간부를 갖는 수용체(131-1)와, 상기 수용체의 타측에 형성되는 경사돌출부(131-2)와, 상기 수용체의 상부에 결합되는 커버(131-3)을 포함하여 이루어지며,
   상기 탄성모듈(132)는 압축력과 복원력을 발생시키는 탄성체(132-1)와, 상기 탄성체에 결합되는 크랭크부(132-2)와, 상기 크랭크부에 결합되는 결합체(132-3)로 이루어지고,
   상기 수용체(131-1)의 공간부에는 양측으로 돌출벽(WL)이 형성되고, 상기 돌출벽을 기준으로 일측은 크랭크부의 수용 공간부로, 타측은 탄성체 수용 공간부로 나누어지며,
   상기 탄성체의 수용 공간부에는 탄성모듈의 탄성체(132-1)가 결합되고, 상기 크랭크부의 수용 공간부에는 탄성모듈의 크랭크부(132-2)가 결합되고,
   작업자가 근력보조 장치를 착용 후, 직립한 상태에서는 탄성모듈의 탄성체는 압축력이나 복원력이 발생하지 않고, 작업자가 근력보조 장치를 착용 후 직립한 상태에서 허리를 굽히면, 탄성모듈의 탄성체는 압축력이 발생하고, 허리를 굽힌 상태에서 허리를 펴면, 탄성모듈의 탄성체는 복원력이 발생하는 것을 특징으로 하는 무동력 근력보조 장치.
   
   
   
   
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