KR102315697B1 - 작업 보조용 외골격 장치 - Google Patents

작업 보조용 외골격 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102315697B1
KR102315697B1 KR1020200083336A KR20200083336A KR102315697B1 KR 102315697 B1 KR102315697 B1 KR 102315697B1 KR 1020200083336 A KR1020200083336 A KR 1020200083336A KR 20200083336 A KR20200083336 A KR 20200083336A KR 102315697 B1 KR102315697 B1 KR 102315697B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
upper arm
support
unit
shoulder
user
Prior art date
Application number
KR1020200083336A
Other languages
English (en)
Inventor
문정환
김태형
허현무
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020200083336A priority Critical patent/KR102315697B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102315697B1 publication Critical patent/KR102315697B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0004—Braking devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • B25J9/1035—Pinion and fixed rack drivers, e.g. for rotating an upper arm support on the robot base

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

본 발명은 작업 보조용 외골격 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 작업 보조용 외골격 장치는 사용자의 어깨에 배치되는 어깨 지지대; 사용자의 상박부에 배치되는 상박 지지대; 상기 어깨 지지대와 상박 지지대 사이에 배치되고 상기 상박 지지대를 어깨 지지대에 대하여 상하로 회동 가능하게 연결하는 어깨 관절부; 상기 어깨 관절부에 배치되고, 상기 상박 지지대의 상측 방향으로의 회동은 허용하고 하측 방향으로의 회동은 제한하는 잠금부; 및 상기 잠금부의 하측 방향 회동을 허용하기 위해 상기 잠금부의 잠금을 선택적으로 해제할 수 있는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

작업 보조용 외골격 장치 {Exoskeletal device for work assistance}
본 발명은 작업 보조용 외골격 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 어깨 관절부 내에 상박 지지대의 상향 회동을 허용하되 하향 회동을 제한하는 잠금부를 배치하여 사용자가 팔을 지지할 수 있도록 하고, 사용자의 팔의 내림 동작 의도를 예측하여 잠금부의 잠금을 신속하게 해제함으로써 사용자가 팔을 들어 올리는 동작과 팔을 내리는 동작 사이에서 큰 불편함 없이 작업을 진행할 수 있는 작업 보조용 외골격 장치에 관한 것이다.
기계화율이 낮은 작업, 예를 들어 산업 또는 농업환경에서 필수적으로 인력이 투입되어야만 하는 작업은 작업자세, 예를 들어 팔을 들어 올려 농작물을 수확하거나 높은 위치의 물건을 옮기는 등의 좋지 않은 자세로 반복적인 작업이 수행되기 때문에 근골격계 질환, 특히 어깨 및 관절 질환이 빈번하게 발생하게 된다.
이에 각종 의자나 지지대 등과 같이 사용자의 위치를 보조할 수 있는 보조장치를 두고 이를 통해 자세를 교정하기도 하나, 작업하는 장소마다 의자나 지지대 또는 사다리를 들고다니기에도 불편하고, 작업에 따라 높낮이가 달라지게 되므로 잘 사용하지 않게 되는 문제점이 있었다.
한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로는 작업자가 리벳팅 작업을 수행할 때에 나타나는 하중 무게를 받쳐 주는 허리 고정대와, 상기 허리 고정대에 체결되며, 작업자의 신체의 길이에 맞게 종방향으로 길이 조절이 가능한 제1 지지대 및 횡방향으로 길이 조절이 가능한 제2 지지대를 포함하는 폴드 지지대 및 상기 폴드 지지대의 상부에 체결되며, 상기 리벳팅 작업을 수행할 때에 팔을 받쳐주는 받침부를 포함하고, 상기 받침부는, 상기 제1 지지대에 구성되며 상기 팔의 제1영역을 지지하는 제1 받침부 및 상기 제2 지지대에 구성되며 상기 팔의 제2 영역을 지지하는 제2 받침부로 구성되며, 상기 제1 받침부는, 상기 리벳팅 작업을 진행할 때 상기 팔이 이탈하는 것을 방지하는 고정 밴드 및 상기 리벳팅 작업으로 발생되는 진동을 상기 폴드 지지대로 전달시키는 탄성부재를 포함하고, 상기 탄성부재는, 상기 제1 지지대에 결합되는 가이드홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기술이 등록특허공보 제10-1310198호에서와 같이 공지된 바 있음과 아울러 또 다른 종래기술로는 사용자의 팔을 지지하기 위한 시스템으로서, 사용자의 신체 상에 착용되도록 구성된 하니스, 상기 사용자의 팔을 지지하도록 구성되어 상기 하니스에 결합된 팔 지지부로서, 상기 팔의 움직임에 부응하면서 상기 사용자의 팔의 상기 움직임을 실질적으로 방해하지 않고 상기 움직임을 따르도록 구성된 상기 팔 지지부 및 상기 사용자가 움직이고 상기 팔 지지부가 상기 사용자의 팔의 상기 움직임을 따를 때 상기 팔에 작용하는 중력힘을 적어도 부분적으로 상쇄할 상쇄 힘을 가하도록 상기 팔 지지부에 결합된 하나 이상의 보상 요소로서, 상기 팔 지지부의 배향에 기반하여 상기 상쇄 힘을 달리하는 힘 프로파일을 제공하는 상기 하나 이상의 보상 요소를 포함하는 기술이 공개특허공보 제10-2015-0096459호에서와 같이 공지된 바 있다.
하지만, 상기와 같은 종래 기술 중 등록특허공보 제10-1310198호에서는 팔을 일정한 높이로만 지지함으로 다양한 높이의 작업을 수행할 시에는 팔을 지지할 수 없는 문제점이 있으며, 공개특허공보 제10-2015-0096459호에서는 구성이 복잡하여 고장이 잦을 뿐만 아니라 제작 비용이 고가인 문제점이 있는 것이었다.
따라서, 상기와 같은 종래의 문제점을 해결한 작업 보조용 외골격 장치가 요구되고 있는 실정이다.
1. 등록특허공보 제10-1310198호 2. 공개특허공보 제10-2015-0096459호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 어깨 관절부 내에 상박 지지대의 상향 회동을 허용하되 하향 회동을 제한하는 잠금부를 배치하여 사용자가 팔을 지지할 수 있도록 하고, 사용자의 팔의 내림 동작 의도를 예측하여 잠금부의 잠금을 신속하게 해제함으로써 사용자가 팔을 들어 올리는 동작과 팔을 내리는 동작 사이에서 큰 불편함 없이 작업을 진행할 수 있는 작업 보조용 외골격 장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 사용자의 어깨에 배치되는 어깨 지지대; 사용자의 상박부에 배치되는 상박 지지대; 상기 어깨 지지대와 상박 지지대 사이에 배치되고 상기 상박 지지대를 어깨 지지대에 대하여 상하로 회동 가능하게 연결하는 어깨 관절부; 상기 어깨 관절부에 배치되고, 상기 상박 지지대의 상측 방향으로의 회동은 허용하고 하측 방향으로의 회동은 제한하는 잠금부; 및 상기 잠금부의 하측 방향 회동을 허용하기 위해 상기 잠금부의 잠금을 선택적으로 해제할 수 있는 제어부;를 포함하는 작업 보조용 외골격 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 어깨 관절부는 상기 어깨 지지대와 상박 지지대 사이에 배치되는 브라켓 및 상기 상박 지지대를 상하 회동 가능하게 연결하는 제1축을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 어깨 관절부는 상기 상박 지지대를 좌우 회동 가능하게 연결하는 제2축을 더 포함하며, 상기 제1축은 상기 브라켓과 상박 지지대 사이에 배치되고, 상기 제2축은 상기 어깨 지지대와 브라켓 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 잠금부는 상기 상박 지지대의 상기 제1축과 동심을 이루는 위치에 고정되는 래칫 휠; 및 상기 브라켓 상에 이동 가능하게 지지되고 상기 상박 지지대의 상향 회동은 허용하고 하향 회동은 제한하도록 상기 래칫 휠과 맞물리는 멈춤쇠;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 잠금부는 상기 멈춤쇠를 래칫 휠과 맞물리는 방향으로 탄성지지하는 탄성부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는 상기 브라켓 상에 배치되고 상기 멈춤쇠를 래칫 휠로부터 멀어지는 방향으로 이동시키기 위한 동력을 제공하는 구동부와, 상기 구동부와 멈춤쇠 사이에서 상기 구동부로부터 제공되는 동력을 멈춤쇠로 전달하는 동력전달부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 동력전달부는 상기 구동부의 회전구동축에 연결되는 피니언과, 상기 멈춤쇠의 일측에 이동방향을 따라 형성되고 상기 피니언과 맞물리는 래크로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는 상기 구동부의 작동을 위한 제어신호를 제공하는 센서부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 센서부는 사용자가 상박을 상기 상박 지지대에 지지한 상태로부터, 상박을 하향 회동하는 경우 이를 감지하여 제어신호를 생성하는 센서부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 센서부는 관성측정센서(IMU;Inertial Measurement Unit), 압력센서(FSR;Force Sensing Register), 근전도센서(EMG;Electromyography) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는 상기 센서부에서 실시간으로 측정되는 측정신호에 따라, 미리 저장된 동작 의도 예측 모델 데이터로부터 사용자의 팔의 내림 동작 의도를 예측하여 상기 구동부에 제어신호를 전달하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 어깨 관절부 내에 상박 지지대의 상향 회동을 허용하되 하향 회동을 제한하는 잠금부를 배치하여 사용자가 팔을 지지할 수 있도록 하고, 사용자의 팔의 내림 동작 의도를 예측하여 잠금부의 잠금을 신속하게 해제함으로써 사용자가 팔을 들어 올리는 동작과 팔을 내리는 동작 사이에서 큰 불편함 없이 작업을 진행할 수 있는 작업 보조용 외골격 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명 작업 보조용 외골격 장치의 사시도,
도 2는 도 1의 "A"부분 분해사시도,
도 3은 본 발명 작업 보조용 외골격 장치의 제어부의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명 작업 보조용 외골격 장치의 센서부의 설치 위치를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명 작업 보조용 외골격 장치의 사용상태를 나타낸 사시도이고,
도 6은 본 발명 작업 보조용 외골격 장치의 잠금부 및 제어부의 작용도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 작업 보조용 외골격 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중 도 1은 본 발명 작업 보조용 외골격 장치의 사시도, 도 2는 도 1의 "A"부분 분해사시도이고, 도 3은 본 발명 작업 보조용 외골격 장치의 제어부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명 작업 보조용 외골격 장치의 센서부의 설치 위치를 나타낸 도면이다.
상기 도면에 도시된 바와 같은 본 발명 작업 보조용 외골격 장치는 착용 프레임(110), 어깨 관절부(120), 잠금부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
상기 착용 프레임(110)은 양단부가 사용자의 양 어깨에 위치하도록 수평 방향으로 배치되는 어깨 지지대(111) 및 상기 어깨 지지대(111)의 단부에 어깨 관절부(120)를 통해 연결되고 사용자의 상박에 고정될 수 있는 상박 지지대(112)를 포함한다. 이러한 착용 프레임(110)은 사용자의 신체에 보다 안정적으로 지지될 수 있도록, 사용자의 허리부터 목까지 척추를 따라 배치되는 연결 지지대(113), 상기 연결 지지대(113)의 하단에 배치되고 사용자의 허리를 지지하는 허리 지지대(114), 상기 연결 지지대(113)의 중앙에 배치되고 사용자의 등 부분을 지지하는 등 지지대(115), 상기 연결 지지대(113)의 상단에 배치되고 사용자의 뒷 목을 지지하는 목 지지대(116)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 어깨 지지대(111)는 상기 연결 지지대(113)에 고정되고, 상기 허리 지지대(114), 등 지지대(115) 및 목 지지대(116)는 사용자의 신체 사이즈에 따라 상기 연결 지지대(113) 상에서 상하로 위치가 조절될 수 있도록 구성되는 동시에, 사용자가 착용 프레임(110)을 착용한 상태에서 자유롭게 움직일 수 있도록 상기 연결 지지대(113) 상에서 좌우로 회동할 수 있도록 구성될 수 있으며, 착용감을 개선하기 위해 쿠션 등의 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 한편, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 상박 지지대(112)와 허리 지지대(114)에는 사용자의 신체 부위를 고정하기 위한 결속 밴드 등이 마련될 수 있다.
상기 어깨 관절부(120)는 상기 어깨 지지대(111)와 상박 지지대(112) 사이에 배치되고 상기 상박 지지대(112)를 어깨 지지대(111)에 대하여 상하로 회동 가능하게 연결하는 것으로서, 이러한 어깨 관절부(120)는 상기 어깨 지지대(111)와 상박 지지대(112) 사이에 배치되는 브라켓(121) 및 상기 상박 지지대(112)를 상하 회동 가능하게 연결하는 제1축(122) 및 상기 상박 지지대(112)를 좌우 회동 가능하게 연결하는 제2축(123)을 포함하며, 상기 제1축(122)은 상기 브라켓(121)과 상박 지지대(112) 사이에 배치되고, 상기 제2축(123)은 상기 어깨 지지대(111)와 브라켓(121) 사이에 배치될 수 있다.
본 실시예의 외골격 장치의 착용으로 인하여 사용자의 운동 영역이 감소하는 것을 방지하기 위해, 상기 어깨 관절부(120)의 제1축(122) 및 제2축(123)의 교차점으로 설정되는 운동 중심점은 사용자의 어깨 관절 중심과 실질적으로 동일하도록 설계되는 것이 바람직하다. 한편, 사용자의 어깨 관절 중심(shoulder center of rotation)은 인체운동분석시스템(Vicon社의 motion capture system) 데이터를 통해 산출할 수 있다.
상기 잠금부(130)는 상기 어깨 관절부(120)에 배치되고, 상기 상박 지지대(112)의 상측 방향으로의 회동은 허용하고 하측 방향으로의 회동은 제한할 수 있는 것으로서, 상기 상박 지지대(112) 상에서 상기 제1축(122)과 동심을 이루는 위치에 고정되고 상기 상박 지지대(112)와 함께 제1축(122)을 중심으로 회전하는 래칫 휠(131), 상기 브라켓(121) 상에 이동 가능하게 지지되고 상기 상박 지지대(112)의 상향 회동은 허용하고 하향 회동은 제한하도록 상기 래칫 휠(131)과 맞물리는 멈춤쇠(132) 및 상기 멈춤쇠(132)와 브라켓(121) 사이에 개재되고 상기 멈춤쇠(132)를 상기 래칫 휠(131)과 맞물리는 방향으로 탄성지지하는 탄성부재(133)를 포함한다.
상기 제어부(140)는 상기 잠금부(130)의 하측 방향 회동을 허용하기 위해 상기 잠금부(130)의 잠금을 선택적으로 해제하기 위한 것으로서, 구동부(141), 센서부(143), 프로세서(144), 메모리(145) 및 배터리(146)를 포함한다.
여기서, 상기 구동부(141)는 상기 브라켓(121) 상에 배치되고 상기 멈춤쇠(132)를 래칫 휠(131)로부터 멀어지는 방향으로 이동시키기 위한 동력을 제공하는 것으로서, 회전 구동력을 제공하는 구동모터 및 상기 구동모터로부터 회전 구동력을 제공받아 멈춤쇠(132)를 직선 왕복운동시키는 동력전달부를 포함할 수 있다. 상기 구동모터는 직류 기어드 엔코더 모터(DC Geared Encoder Motor)로 이루어질 수 있으며, 상기 동력전달부는 상기 구동부(141)의 회전구동축에 연결되는 피니언(142a)과, 상기 멈춤쇠(132)의 일측에 이동방향을 따라 형성되고 상기 피니언(142a)과 맞물리는 래크(142b)로 이루어질 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 상기 구동부(141)가 구동모터를 이용하여 멈춤쇠(132)를 이동시키는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 에어 실린더나 리니어 모터 등과 같이 직선 왕복 구동력을 제공하는 구동기구로 이루어지는 것도 가능할 것이다.
또한, 상기 센서부(143)는 상기 구동부(141)의 작동을 위한 제어신호를 제공하는 것으로서, 사용자가 팔(상박)을 상박 지지대(112)에 지지한 상태로부터, 팔을 하향 회동하고자 하는 것을 감지하여 제어신호를 생성한다. 이러한 센서부(143)는 팔을 아래쪽으로 내리기 위한 신체부위의 근육 활성화지수나 근육의 사용으로 인한 압력의 변화 등을 통해 팔의 움직임을 감지할 수 있는 것으로서, 관성측정센서(IMU;Inertial Measurement Unit), 압력센서(143b)(FSR;Force Sensing Resistor), 근전도센서(143c)(EMG;Electromyography) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 관성측정센서는 3축 가속도계(tri-axial accelerometer), 자이로스코프(gyroscope), 자력계(magnetometer) 등으로 이루어질 수 있고, 사용자의 어깨 돌기(acromion), 상박(Upper arm, brachium), 하박(Forearm, Antebrachium), 10번 흉추(T10), 견갑골(scapula)에 각각 설치될 수 있다.
상기 압력센서(143b)는 사용자의 이두박근(bicep), 삼두근(tricep)에 각각 복수 설치될 수 있다.
상기 근전도센서(143c)는 근육 활성화 지수(muscle activation)를 측정하기 위한 것으로서, 견갑골의 주변 근육 중 승모근(trapezius), 내측 삼각근(medial deltoid), 이두박근(bicep), 삼두근(tricep), 광배근(latissimus dorsi)에 각각 설치될 수 있다.
한편, 상기 프로세서(144)는 인공지능 알고리즘 처리에 적합한 ARM 기반의 32-bit 마이크로 제어 장치(MCU)가 적용될 수 있고, 상기 메모리(145)는 사용자의 반복 동작에 따르는 센서부(143)의 측정신호와 인체운동분석시스템(Vicon社의 motion capture system) 데이터를 이용한 딥러닝 기반의 사용자 동작 의도 예측 모델 데이터를 저장할 수 있는 플래쉬 메모리(145)가 적용될 수 있으며, 상기 배터리(146)는 상기 제어부(140)의 구동을 위한 전원을 제공하는 것으로서, 충전 가능한 리튬 이온 폴리머 배터리(146)가 적용될 수 있다.
즉, 상기 프로세서(144)는 상기 센서부(143)를 통해 실시간으로 측정되는 측정신호에 따라 상기 동작 의도 예측 모델 데이터로부터 사용자의 팔의 내림 동작 의도를 예측할 수 있으며, 이를 통해 상기 구동부(141)에 제어신호를 전달함으로써 잠금부(130)의 잠금을 해제할 수 있다.
지금부터는 상술한 작업 보조용 외골격 장치의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
첨부도면 중 도 5는 본 발명 작업 보조용 외골격 장치의 사용상태를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명 작업 보조용 외골격 장치의 잠금부 및 제어부의 작용도이다.
본 실시예의 작업 보조용 외골격 장치는 사용자는 도 5와 같이 착용 프레임(110)의 목 지지대(116), 어깨 지지대(111), 등 지지대(115), 허리 지지대(114) 및 상박 지지대(112)를 각각 사용자의 목, 어깨, 등, 허리 및 상박 부분에 위치시킨 다음, 결속 밴드를 이용해 허리 지지대(114)와 상박 지지대(112)를 각각 사용자의 신체에 고정할 수 있다. 이때, 상기 목 지지대(116), 등 지지대(115), 허리 지지대(114)는 연결 지지대(113) 상에서 상하로 위치 이동 가능하되므로, 사용자의 신체 사이즈에 따라 위치를 조절하여 착용할 수 있다.
사용자는 상기와 같이 본 실시예의 작업 보조용 외골격 장치를 착용한 상태에서, 상박을 위로 올렸다 내렸다 하는 작업을 수행할 수 있는데, 이 과정에서 어깨 지지대(111)와 상박 지지대(112)를 연결하는 어깨 관절부(120)의 운동 중심점(제1축(122)과 제2축(123)의 교차점)이 사용자의 어깨 관절 중심과 실질적으로 동일하게 설계되므로, 작업 보조용 외골격 장치의 착용으로 인하여 사용자의 운동 반경(workspace)이 감소되지 않도록 할 수 있다.
특히, 상기 어깨 관절부(120)에 마련된 잠금부(130)는 도 6의 (a)와 같이 상박 지지대(112)가 상측 방향으로 회동하는 것은 허용하고, 하측 방향으로 회동하는 것은 제한하도록 구성므로, 사용자가 작업 중 팔을 들어올리는 과정에서는 래칫 휠(131)이 제2축(123)을 중심으로 회전할 수 있다. 이어 사용자가 원하는 위치로 팔을 들어올린 이후 작업을 진행하는 과정에서는, 상기 상박 지지대(112)에 연결된 래칫 휠(131)이 멈춤쇠(132)와 맞물려 팔을 내리는 방향으로의 회전이 제한되므로, 사용자의 팔을 상박 지지대(112)에 지지한 상태로 작업을 진행할 수 있게 되어 작업중 팔과 어깨의 피로도가 누적되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 사용자가 팔을 내리고자 하는 경우에는 사용자의 동작 의도를 예측하고 이를 통해 잠금부(130)의 잠금을 신속하게 해제하여 상박 지지대(112)의 하향 회동을 허용할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(140)의 프로세서(144)는 사용자의 신체부위에 설치된 센서부(143)를 통해 측정되는 측정신호를 실시간으로 감시하고, 센서부(143)의 측정신호에 따라 메모리(145)에 저장된 동작 의도 예측 모델 데이터를 통해 사용자의 동작 의도를 예측할 수 있다. 이에 따라, 상기 프로세서(144)는 사용자의 팔의 내림 동작 의도가 예측되는 경우에는, 상기 구동부(141)에 잠금부(130)의 잠금 해제를 위한 제어신호를 송출한다.
상기 구동부(141)는 도 6의 (b)와 같이 상기 프로세서(144)로부터 전달받은 제어신호에 따라 일방향으로 회전구동력을 제공하고, 상기 구동부(141)에 연결된 피니언(142a)은 상기 잠금부(130)의 멈춤쇠(132)에 형성된 래크(142b)와 맞물린 상태에서, 상기 구동부(141)의 회전구동력에 의해 일방향으로 회전하여 상기 멈춤쇠(132)를 래칫 휠(131)로부터 이격되는 방향으로 이동시킬 수 있으며, 상기 잠금부(130)는 멈춤쇠(132)가 래칫 휠(131)로부터 이격되는 경우 멈춤쇠(132)에 의한 래칫 휠(131)의 잠금이 해제됨에 따라 래칫 휠(131)의 역방향 회전이 가능하게 되므로, 상기 래칫 휠(131)과 연결된 상박 지지대(112)가 하향 회동할 수 있게 된다.
상기와 같은 본 실시예에 따르면, 어깨 관절부(120)에 마련된 잠금부(130)가 상박 지지대(112)의 상향 회동만 허용하고 하향 회동은 제한함에 따라 사용자가 팔을 원하는 위치로 들어올린 상태에서 팔의 하중을 상박 지지대(112)에 지지한 상태로 작업을 수행할 수 있으므로, 전정작업과 같이 팔을 들어올린 상태로 작업을 수행하는 과정에서 사용자의 작업 부담을 경감하고 어깨 관절에 무리가 가지 않도록 할 수 있다.
또한, 제어부(140)의 프로세서(144)는 센서부(143)를 통해 신체부위의 관절의 움직임, 근육의 움직임에 따르는 압력 변화, 근육 활성화 지수 등을 측정하는 측정신호를 실시간으로 전달받고, 메모리(145)에 미리 저장된 사용자 동작 의도 예측 모델 데이터를 통해서 상기 사용자의 팔의 내림 동작 의도를 예측하고, 이에 따라 구동부(141)를 구동시켜 잠금부(130)의 잠금을 해제할 수 있다. 즉 제어부(140)는 사용자의 팔이 실제로 움직이기 전에 잠금부(130)의 잠금을 해제할 수 있으므로 사용자가 팔을 들어 올리는 동작과 팔을 내리는 동작 사이에서 큰 불편함 없이 작업을 진행할 수 있게 된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110:착용 프레임, 111:어깨 지지대, 112:상박 지지대,
113:연결 지지대, 114:허리 지지대, 115:등 지지대,
116:목 지지대, 120:어깨 관절부, 121:브라켓,
122:제1축, 123:제2축, 130:잠금부,
131:래칫 휠, 132:멈춤쇠, 133:탄성부재,
140:제어부, 141:구동부, 142a:피니언,
142b:래크, 143:센서부, 143a:관성센서,
143b:압력센서, 143c:근전도센서, 144:프로세서,
145:메모리, 146:배터리

Claims (11)

  1. 사용자의 어깨에 배치되는 어깨 지지대;
    사용자의 상박부에 배치되는 상박 지지대;
    상기 어깨 지지대와 상기 상박 지지대 사이에 배치되고 상기 상박 지지대를 상기 어깨 지지대에 대하여 상하로 회동 가능하게 연결하는 어깨 관절부;
    상기 어깨 관절부에 배치되고, 상기 상박 지지대의 상측 방향으로의 회동은 허용하고 하측 방향으로의 회동은 제한하는 잠금부; 및
    상기 잠금부의 하측 방향 회동을 허용하기 위해 상기 잠금부의 잠금을 선택적으로 해제할 수 있는 제어부;를 포함하고,
    상기 어깨 관절부는,
    상기 어깨 지지대와 상기 상박 지지대 사이에 배치되는 브라켓; 및
    상기 상박 지지대를 상하 회동 가능하게 연결하는 제1축;을 포함하고,
    상기 잠금부는,
    상기 상박 지지대의 상기 제1축과 동심을 이루는 위치에 고정되는 래칫 휠; 및
    상기 브라켓 상에 이동 가능하게 지지되고 상기 상박 지지대의 상향 회동은 허용하고 하향 회동은 제한하도록 상기 래칫 휠과 맞물리는 멈춤쇠;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 브라켓 상에 배치되고 상기 멈춤쇠를 상기 래칫 휠로부터 멀어지는 방향으로 이동시키기 위한 동력을 제공하는 구동부; 및
    상기 구동부와 상기 멈춤쇠 사이에서 상기 구동부로부터 제공되는 동력을 상기 멈춤쇠로 전달하는 동력전달부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 보조용 외골격 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 어깨 관절부는 상기 상박 지지대를 좌우 회동 가능하게 연결하는 제2축;을 더 포함하며,
    상기 제1축은 상기 브라켓과 상기 상박 지지대 사이에 배치되고, 상기 제2축은 상기 어깨 지지대와 상기 브라켓 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 작업 보조용 외골격 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 잠금부는 상기 멈춤쇠를 상기 래칫 휠과 맞물리는 방향으로 탄성지지하는 탄성부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 보조용 외골격 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 동력전달부는 상기 구동부의 회전구동축에 연결되는 피니언과, 상기 멈춤쇠의 일측에 이동방향을 따라 형성되고 상기 피니언과 맞물리는 래크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 작업 보조용 외골격 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 구동부의 작동을 위한 제어신호를 제공하는 센서부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 보조용 외골격 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 센서부는 사용자가 상박을 상기 상박 지지대에 지지한 상태로부터, 상박을 하향 회동하는 경우 이를 감지하여 제어신호를 생성하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 보조용 외골격 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 센서부는 관성측정센서(IMU;Inertial Measurement Unit), 압력센서(FSR;Force Sensing Register), 근전도센서(EMG;Electromyography) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 보조용 외골격 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서부에서 실시간으로 측정되는 측정신호에 따라, 미리 저장된 동작 의도 예측 모델 데이터로부터 사용자의 팔의 내림 동작 의도를 예측하여 상기 구동부에 제어신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 작업 보조용 외골격 장치.
KR1020200083336A 2020-07-07 2020-07-07 작업 보조용 외골격 장치 KR102315697B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200083336A KR102315697B1 (ko) 2020-07-07 2020-07-07 작업 보조용 외골격 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200083336A KR102315697B1 (ko) 2020-07-07 2020-07-07 작업 보조용 외골격 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102315697B1 true KR102315697B1 (ko) 2021-10-21

Family

ID=78268747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200083336A KR102315697B1 (ko) 2020-07-07 2020-07-07 작업 보조용 외골격 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102315697B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101310198B1 (ko) 2011-10-18 2013-09-24 한국항공우주산업 주식회사 리벳팅 작업용 보조대
JP2014503320A (ja) * 2011-01-18 2014-02-13 レヴィテイト テクノロジーズ，インコーポレイテッド 適応型アームサポートシステムおよび使用方法
KR20150096459A (ko) 2012-12-11 2015-08-24 레비테이트 테크놀로지스, 인코포레이티드 적응적 팔 지지 시스템 및 사용 방법
JP2017185101A (ja) * 2016-04-07 2017-10-12 株式会社イノフィス 上体サポート装置
JP2020032503A (ja) * 2018-08-30 2020-03-05 国立大学法人 香川大学 筋力補助装置および検出部付き装着具

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014503320A (ja) * 2011-01-18 2014-02-13 レヴィテイト テクノロジーズ，インコーポレイテッド 適応型アームサポートシステムおよび使用方法
KR101310198B1 (ko) 2011-10-18 2013-09-24 한국항공우주산업 주식회사 리벳팅 작업용 보조대
KR20150096459A (ko) 2012-12-11 2015-08-24 레비테이트 테크놀로지스, 인코포레이티드 적응적 팔 지지 시스템 및 사용 방법
JP2017185101A (ja) * 2016-04-07 2017-10-12 株式会社イノフィス 上体サポート装置
JP2020032503A (ja) * 2018-08-30 2020-03-05 国立大学法人 香川大学 筋力補助装置および検出部付き装着具

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210007874A1 (en) Wearable devices for protecting against musculoskeletal injuries and enhancing performance
US8968220B2 (en) Wearable robotic system for rehabilitation training of the upper limbs
JP6358427B2 (ja) 装着式動作補助装置
US20170196712A1 (en) Trunk supporting exoskeleton and method of use
US20170042717A1 (en) Spinal Treatment Devices, Methods, and Systems
Sanchez et al. Monitoring functional arm movement for home-based therapy after stroke
US9233046B2 (en) Universal haptic drive system
US20150148728A1 (en) Isolated orthosis for thumb actuation
CN110678157B (zh) 机电机器人操作器装置
Nassour et al. Soft pneumatic elbow exoskeleton reduces the muscle activity, metabolic cost and fatigue during holding and carrying of loads
EP2629856B1 (en) Muscle conditioning /muscle assessment apparatus, system
JP2015027730A (ja) ロボット変位装置
Saccares et al. A novel human effort estimation method for knee assistive exoskeletons
Zhang et al. A spring-loaded compliant neck brace with adjustable supports
KR101239404B1 (ko) 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법 및 장치
Zhang et al. Recent development of unpowered exoskeletons for lower extremity: A survey
KR102315697B1 (ko) 작업 보조용 외골격 장치
Wyss et al. A multidimensional compliant decoupled actuator (MUCDA) for pelvic support during gait
Tagliamonte et al. Force control of a robot for wrist rehabilitation: Towards coping with human intrinsic constraints
US20220193887A1 (en) Exosuit support systems and methods
Du et al. Development and experimental validation of a passive exoskeletal vest
KR102331549B1 (ko) 손가락 움직임 보조용 장갑
Zermane et al. Optimal Mechatronics Design and Control of a 3-PRS Robotic Platform for Vertigo Diagnosis
Koo et al. Design and evaluation of a hybrid passive and active gravity neutral orthosis (GNO)
CN112004511B (zh) 用于预防肌肉骨骼损伤和增强性能的可穿戴设备

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant