KR102339188B1 - Variable stiffness support device - Google Patents

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KR102339188B1
KR102339188B1 KR1020200042995A KR20200042995A KR102339188B1 KR 102339188 B1 KR102339188 B1 KR 102339188B1 KR 1020200042995 A KR1020200042995 A KR 1020200042995A KR 20200042995 A KR20200042995 A KR 20200042995A KR 102339188 B1 KR102339188 B1 KR 102339188B1
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steering
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조규진
이대영
김재경
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서울대학교산학협력단
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases

Abstract

본 발명은 가변 강성 지지장치에 관한 것으로서, 종이접기 원리를 활용하여, 사용자의 동작 의도를 파악하고 사용자의 지속적인 근육 신호에 의한 얇은 판구조체의 자유도 증가를 유도하여 신체의 움직임에 따라 자유롭게 활동 가능한 한편, 간단한 조작으로 판구조체의 접힘 방향을 외부 힘의 방향과 수직이 되게 하여 하중을 견딜 수 있도록 하는 가변 강성 지지장치에 관한 것이다. The present invention relates to a variable rigidity support device, which utilizes the principle of origami, grasps the user's intention of operation, induces an increase in the degree of freedom of a thin plate structure by the user's continuous muscle signal, so that the user can freely move according to the movement of the body. On the other hand, it relates to a variable rigidity support device that can withstand a load by making the folding direction of the plate structure perpendicular to the direction of an external force by a simple operation.

Description

가변 강성 지지장치{Variable stiffness support device}Variable stiffness support device

본 발명은 가변 강성 지지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자의 신체에 착용 가능한 웨어러블 로봇 분야에 적용 가능하며, 종이접기 원리를 활용하여 가벼운 무게로도 큰 힘을 발휘하여 하중을 지지할 수 있는 가변 강성 지지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for supporting variable stiffness, and more particularly, it can be applied to the field of wearable robots that can be worn on the user's body, and can support a load by exerting a large force even with a light weight by utilizing the origami principle. It relates to a variable rigidity support device.

일반적으로, 웨어러블 로봇은 신체에 착용하여 사용하는 전동 시스템과 인간의 신체 신호를 이용하여 각종 신체 기능을 강화하는 시스템을 아우르는 장치로서, 노인이나 장애인의 이동성 및 생활 향상을 추구하는 의료분야, 고된 노동을 필요로 하는 산업현장 분야 등에서 착용자의 근력을 증강하여 직접 작업이 어려운 일을 보조하는데 많이 사용되고 있으며, 다양한 형태의 시스템이 개발되고 있다.In general, a wearable robot is a device that encompasses an electric system worn on the body and a system that strengthens various bodily functions using human body signals. It is widely used to assist in tasks that are difficult to work directly by enhancing the wearer's muscular strength in industrial fields that require

이와 같은 분야에서 사용되고 있는 웨어러블 로봇은 인체의 관절을 모방한 외골격 형태를 띄며 착용자로부터 동기 신호를 입력받아 근력을 증폭시켜주는 용도로 사용되는데 동기 신호의 형태에 따라 생체 신호, 힘 신호, 혼합형 신호로 분류된다.The wearable robot used in this field has the form of an exoskeleton that imitates the joints of the human body and is used to amplify muscle strength by receiving a synchronization signal from the wearer. are classified

여기서, 생체 신호는 착용자의 직접적인 근육 팽창을 감지하여 데이터화 함으로서 동작 의도에 대한 빠른 응답과 지속적인 근육 신호에 대한 반응을 기대할 수 있지만, 움직임을 측정하는 측정장치 및 엑츄에이터를 구성하는 것이 쉽지 않고, 근육의 팽창 정도가 착용자마다 일정하지 않으며, 생체신호를 감지하기 위한 다양한 구성부품을 필요로 하므로 무게와 부피가 증가하여 장착 및 사용이 용이하지 않다. Here, by detecting and dataizing the wearer's direct muscle expansion, a quick response to the motion intention and a response to a continuous muscle signal can be expected, but it is not easy to construct a measuring device and actuator that measures movement, The degree of expansion is not constant for each wearer, and since it requires various components to detect bio-signals, the weight and volume increase, making it difficult to install and use.

더불어, 고가의 생산비용으로 상용화하기 어렵고, 제작 및 수리가 복잡하며, 착용자의 근육 피로도에 따라 다른 변수가 측정되는 문제점이 있었다.In addition, there are problems in that it is difficult to commercialize due to high production cost, manufacturing and repairing are complicated, and other variables are measured according to the wearer's muscle fatigue.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 종이접기 원리를 활용하여, 사용자의 동작 의도를 파악하고 사용자의 지속적인 근육 신호에 의한 얇은 판구조체의 자유도 증가를 유도하여 신체의 움직임에 따라 자유롭게 움직임이 가능한 한편, 간단한 조작으로 판구조체의 접힘 방향을 외부 힘의 방향과 수직이 되게 하여 하중을 견딜 수 있도록 하는 가변 강성 지지장치를 제공하는 데 있다. Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to grasp the user's intention of operation and the degree of freedom of the thin plate structure by the user's continuous muscle signal by utilizing the origami principle. An object of the present invention is to provide a variable rigidity support device that can freely move according to the movement of the body by inducing an increase and can withstand a load by making the folding direction of the plate structure perpendicular to the direction of an external force with a simple operation.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 종이 접기를 활용한 판구조체로 이루어지며, 착용하는 대상의 자유도 및 강성을 변화시키거나 유지하기 위하여 상기 판구조체에 형성된 복수의 접기선의 접는 방향을 선택적으로 결정하는 가변 강성 지지장치로서, 상기 판구조체의 길이 방향에 대해 교차하는 방향으로 형성되어 산접기 형태로 폴딩 가능한 복수의 제1 접기선; 및 상기 판구조체의 길이 방향의 중앙을 가로지르는 직선 형태의 중심선으로 형성되며, 상기 중심선을 기준으로 서로 마주하는 판재를 골접기 형태로 폴딩 가능한 제2 접기선;을 포함하는 가변 강성 지지장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is made of a plate structure using origami, and in order to change or maintain the degree of freedom and rigidity of the object to be worn, the folding direction of the plurality of fold lines formed on the plate structure A device for selectively determining variable stiffness, comprising: a plurality of first fold lines formed in a direction crossing the longitudinal direction of the plate structure and foldable in a mountain fold shape; and a second fold line formed with a straight center line crossing the center of the longitudinal direction of the plate structure, and capable of folding the plates facing each other based on the center line in a bone fold form; providing a variable rigidity support device comprising a do.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 판구조체의 상기 제2 접기선이 상기 골접기 형태로 폴딩되어 고정 상태를 유지할 수 있도록 상기 제2 접기선을 기준으로 서로 마주하는 판재 사이에 설치되어 인장력을 발휘하는 변형부를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the second fold line of the plate structure is installed between the plates facing each other based on the second fold line so that the second fold line of the plate structure can be folded in the bone fold shape to maintain a fixed state, thereby exerting a tensile force. It may further include a deformable part.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 판구조체는, 중앙에 복수의 제1 접기선이 형성되고, 상기 제1 접기선들의 복합적인 비틀림 운동을 통해 자유도 증가를 유도하기 위한 조향판부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plate structure may include a steering plate portion having a plurality of first fold lines formed in the center and for inducing an increase in the degree of freedom through a complex torsional movement of the first fold lines. have.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 조향판부는, 2차원 평면의 중심점에서 길이 방향에 대해 수직선 및 사선으로 서로 교차하도록 구획된 제1 접기선을 따라 형성되는 힌지를 구비한 복수의 링크부; 및, 상기 링크부의 양측에 연장되는 제1 및 제2 측면부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the steering plate unit may include: a plurality of link units having hinges formed along a first fold line partitioned to cross each other perpendicularly and obliquely to a longitudinal direction at a center point of a two-dimensional plane; And, it may include first and second side portions extending on both sides of the link portion.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 판구조체는, 상기 조향판부의 양측에 제1 연장부에 의해 연장 가능하게 설치되는 연결판부; 및, 상기 조향판부와 상기 연결판부의 바닥면에, 양단이 연결되어 지지하는 지지판부;를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the plate structure may include: a connecting plate portion installed to be extendable by a first extension portion on both sides of the steering plate portion; and a support plate part having both ends connected and supporting the steering plate part and the bottom surface of the connecting plate part.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제1 연장부는, 구획된 접기선을 따라 형성되는 힌지에 의해 상기 조향판부와 상기 연결판부 사이에 펼침 가능하게 형성된 복수의 날개면을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the first extension part may include a plurality of wing surfaces formed to be expandable between the steering plate part and the connecting plate part by a hinge formed along the divided fold line.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제1 연장부의 상기 날개면에는 상기 조향판부와 상기 연결판부의 굴곡 각도를 늘리기 위해 추가 날개면이 구비될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an additional wing surface may be provided on the wing surface of the first extension in order to increase the bending angle of the steering plate part and the connecting plate part.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 지지판부의 양단부에는 상기 조향판부의 제1 및 제2 측면부와 상기 연결판부에 연결되는 펼침 가능한 복수의 날개면이 형성된 제2 연장부가 구비될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, both ends of the support plate portion may be provided with first and second side portions of the steering plate portion and a second extension portion formed with a plurality of spreadable wing surfaces connected to the connecting plate portion.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제2 연장부의 날개면에는 상기 조향판부의 상기 제2 접기선을 골접기로 폴딩하여 'V'자 형상으로 변형 시, 신체의 하중에 의해 굴곡 형성되는 상기 연결판부의 바닥면에 면접촉하여 지지하기 위한 지지 날개면을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the second fold line of the steering plate part is folded into a trough fold on the wing surface of the second extension part and deformed into a 'V' shape, the connection is formed bent by the load of the body It may include a support wing surface for supporting in surface contact with the bottom surface of the plate portion.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 가변 강성 지지장치에 의하면, 종이접기 원리를 활용한 판구조체를 이용하여 사용자의 지속적인 근육의 움직임에 의한 자유도를 증가시켜 신체의 움직임에 따라 판구조체의 변형을 자유롭게 실시할 수 있는 한편, 판구조체의 간단한 조작을 통해 신체의 움직임을 제한하여 하중을 지지하도록 함으로써, 사용자가 근력 증강 강도를 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다. According to the variable rigidity support device according to the present invention having the configuration as described above, the plate structure using the origami principle is used to increase the degree of freedom due to the user's continuous muscle movement, thereby preventing the deformation of the plate structure according to the movement of the body. On the other hand, by limiting the movement of the body through a simple manipulation of the plate structure to support the load, there is an effect that the user can easily adjust the strength of the muscle strength enhancement.

또한, 저비용으로 제작이 가능하고 작동이 간편한 특징을 가지고 있으며, 자유로운 강성 변화가 필요한 다양한 응용 분야에 적용이 가능한 효과가 있다. In addition, it can be manufactured at low cost, has the characteristics of easy operation, and has the effect that it can be applied to various application fields requiring free stiffness change.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 강성 지지장치를 도시한 전개도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 사용 상태를 나타내는 사용도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 자유 동작 상태를 나타내는 작동도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 하중 지지 상태를 나타내는 작동도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치를 위에서 바라본 전개도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치를 아래에서 바라본 전개도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 사용 상태를 나타내는 사용도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 사용 상태를 나타내는 사진이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 조향판부와 연결판부 사이의 제1 연장부의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 11 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 자유 동작 상태를 나타내는 작동도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 하중 지지 상태를 나타내는 작동도이다.1 is an exploded view showing a variable rigidity support device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a view showing the use state of the variable rigidity support device according to the first embodiment of the present invention.
3 is an operational view showing a free operation state of the variable rigidity support device according to the first embodiment of the present invention.
4 is an operational view showing a load-bearing state of the variable rigidity support device according to the first embodiment of the present invention.
5 is an exploded view of the variable rigidity support device according to the second embodiment of the present invention as viewed from above.
6 is an exploded view of the variable rigidity support device according to the second embodiment of the present invention as viewed from below.
7 is a side view of a variable rigidity support device according to a second embodiment of the present invention.
8 is a view showing the use state of the variable rigidity support device according to the second embodiment of the present invention.
9 is a photograph showing the use state of the variable rigidity support device according to the second embodiment of the present invention.
10 is a view showing another embodiment of the first extension part between the steering plate part and the connecting plate part of the variable stiffness support device according to the second embodiment of the present invention.
11 is an operation diagram showing a free operation state of the variable rigidity support device according to the second embodiment of the present invention.
12 and 13 are operational views illustrating a load-bearing state of the variable rigidity support device according to the second embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Since the present invention can have various changes and can have various forms, embodiments will be described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 강성 지지장치를 도시한 전개도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 사용 상태를 나타내는 사용도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 자유 동작 상태를 나타내는 작동도이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 하중 지지 상태를 나타내는 작동도이다.1 is an exploded view showing a variable rigidity support device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a usage view showing a state of use of the variable rigidity support device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is It is an operation diagram showing a free operation state of the variable stiffness support device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an operation diagram showing the load support state of the variable stiffness support device according to the first embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 가변 강성 지지장치는 사용자 신체의 여러 부위에 적용 가능한 웨어러블 로봇 분야에 적용할 수 있다. The variable rigidity support device according to the present invention can be applied to the field of wearable robots applicable to various parts of the user's body.

본 발명은 특히 사용자의 팔에 적용하여, 접는 방향에 따라 팔의 움직임에 유연하게 대응 가능한 한편, 압축과 휨에 대한 저항을 증대시켜 견고하게 하중을 지지할 수 있도록 하는 가변 강성 지지장치를 토대로 설명하기로 한다. The present invention is particularly applied to the user's arm, and while being able to respond flexibly to the movement of the arm according to the folding direction, it is described based on a variable rigidity support device that can firmly support the load by increasing the resistance to compression and bending. decide to do

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 강성 지지장치는, 종이 접기를 활용한 2차원 평면 모델로서, 길이 방향으로 길게 형성된 직사각형 판재를 포함하며, 폴딩 가능한 다수의 접기선(200)이 구비된 판구조체(100)로 이루어진다. As shown in FIG. 1, the variable rigidity support device according to the first embodiment of the present invention is a two-dimensional planar model using origami, and includes a rectangular plate elongated in the longitudinal direction, and includes a plurality of foldable folds. It consists of a plate structure 100 provided with a line 200 .

본 발명의 제1 실시예에 따른 접기선(200)은 판구조체(100)의 길이 방향에 대해 교차하는 방향으로 복수의 제1 접기선(210)이 간격을 두고 형성되어 제1 접기선(210)을 따라 산접기(mountain fold) 형태로 서로 이웃하는 판재들을 원하는 각도로 폴딩할 수 있게 된다. In the fold line 200 according to the first embodiment of the present invention, a plurality of first fold lines 210 are formed at intervals in a direction intersecting the longitudinal direction of the plate structure 100 to form the first fold lines 210 ), in the form of a mountain fold, adjacent plates can be folded at a desired angle.

또한, 본 발명은 판구조체(100)의 길이 방향의 중앙을 가로지르는 직선 형태로 이루어진 하나의 제2 접기선(220)이 형성되어 제2 접기선(220)을 따라 골접기(valley fold) 형태로 서로 이웃하는 판재를 원하는 각도로 폴딩할 수 있게 된다. In addition, according to the present invention, one second fold line 220 is formed in the form of a straight line crossing the center of the longitudinal direction of the plate structure 100 to form a valley fold along the second fold line 220 . This makes it possible to fold adjacent plates at a desired angle.

제2 접기선(220)은 제1 접기선(210)과 달리 정해진 각도(대략 90도)의 폴딩 상태를 유지해야 하며, 제1 접기선(210)은 모두 펼쳐진 상태에서 하중을 지지할 수 있도록 견고하게 고정된 상태로 작동하게 된다. Unlike the first fold line 210 , the second fold line 220 must maintain a folded state at a predetermined angle (approximately 90 degrees), and the first fold line 210 can support the load in the unfolded state. It works in a solidly fixed state.

이를 위하여, 판구조체(100)의 제2 접기선(220)이 골접기 형태로 폴딩되어 고정 상태를 유지할 수 있도록 제2 접기선(220)을 중심선으로 서로 마주하는 판재 사이에 설치되어 인장력을 발휘하는 변형부(300)가 구비된다. To this end, the second fold line 220 of the plate structure 100 is installed between the plates facing each other as a center line so that the second fold line 220 can be folded in a bone fold shape to maintain a fixed state to exert a tensile force. A deformable part 300 is provided.

변형부(300)는 본 발명의 제1 실시예에서는 서로 마주하는 판재 사이에 설치되어 인장력을 발휘하는 탄성을 가지는 탄성 변형부재일 수 있으나, 판구조체(100)의 제2 접기선(220)을 기준으로 서로 마주하는 판재를 접을 수 있는 작동수단이라면 어떠한 작동수단을 채택하더라도 무방하다. In the first embodiment of the present invention, the deformable part 300 may be an elastic deformable member having elasticity that is installed between the plates facing each other to exert a tensile force, but the second fold line 220 of the plate structure 100 is As a reference, any actuating means may be adopted as long as it is an actuating means that can fold the plates facing each other.

여기서, 제1 접기선(210)과 제2 접기선(220)은 서로 수직으로 교차하는 방향으로 형성되며, 서로 반대 방향으로 폴딩 가능하도록 형성된다.Here, the first fold line 210 and the second fold line 220 are formed in a direction perpendicular to each other and are foldable in opposite directions.

이와 같이, 제1 접기선(210)과 제2 접기선(220)이 형성된 판구조체(100)로 이루어진 가변 강성 지지장치는 접는 방향에 따라 자유도 및 강성을 변화시키거나 유지킬 수 있게 된다. As such, the variable stiffness support device including the plate structure 100 on which the first fold line 210 and the second fold line 220 are formed can change or maintain the degree of freedom and stiffness according to the folding direction.

도 2에 도시한 바와 같이, 사용자 신체의 가슴 측면과 팔의 상박부 사이의 에 판구조체(100)를 지지 가능하게 된다. 이때, 사용자 신체에 판구조체(100)를 안정적으로 장착할 수 있도록 판구조체(100)의 장착을 보조해주는 착용 가능한 보조대(1)를 사용할 수 있다(도 9 참조). 2, it is possible to support the plate structure 100 between the chest side of the user's body and the upper arm of the arm. At this time, a wearable supporter 1 that assists in the installation of the plate structure 100 may be used so that the plate structure 100 can be stably mounted on the user's body (see FIG. 9 ).

도 3에 도시한 바와 같이, 제1 접기선들(210)의 접히는 방향이 일측 방향으로 평행하게 형성되므로 팔이 접히는 방향도 일측 방향으로 접히게 된다. As shown in FIG. 3 , since the folding directions of the first folding lines 210 are formed in parallel in one direction, the folding direction of the arms is also folded in one direction.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 가변 강성 지지장치의 제2 접기선(220)을 중심선으로 제1 접기선(210)에 대해 반대방향으로 골접기 형태로 접을 경우, 제1 접기선들(210)과 이웃하는 판재들이 평행하게 펼쳐진 상태에서 제2 접기선(220)이 제1 접기선들(210)에 대해 정해진 각도, 즉 수직으로 폴딩된 상태를 유지하게 되므로 판구조체(100)는 하중을 견딜 수 있는 하중 지지 상태가 된다. Meanwhile, as shown in FIG. 4 , when the second fold line 220 of the variable rigidity support device is folded in the opposite direction to the first fold line 210 as a center line in a bone fold shape, the first fold lines 210 ) and the second fold line 220 in a state in which the adjacent plate materials are spread out in parallel to the first fold line 210 at a predetermined angle, that is, to maintain a vertically folded state, the plate structure 100 can withstand the load possible load-bearing condition.

이와 같이 판구조체(100)가 하중 지지 상태가 유지될 경우, 단면 2차 모멘트가 증가하여 압축과 휨에 대해 더 큰 저항을 발휘할 수 있게 된다.In this way, when the plate structure 100 is maintained in a load-bearing state, the cross-sectional secondary moment is increased to exhibit greater resistance to compression and bending.

따라서, 판구조체(100)를 활용하여 팔을 지지한 상태에서 무거운 중량의 중량물을 들어 올린 후에 팔을 지지해주어 사용자가 큰 힘을 들이지 않고 중량물의 지지 상태를 유지할 수 있게 된다. Therefore, by using the plate structure 100 to support the arm after lifting a heavy weight in a state in which the arm is supported, the user can maintain the support state of the heavy object without applying a large force.

이하 본 발명에 따른 가변 강성 지지장치의 제2 실시예를 설명함에 있어 본 발명의 제1 실시예와 동일한 구성과 동일한 기능을 갖는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며 반복적인 구성을 피하기 위하여 이들 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.Hereinafter, in describing the second embodiment of the variable rigidity support device according to the present invention, the same reference numerals are used for the components having the same configuration and the same functions as those of the first embodiment of the present invention, and in order to avoid repetitive configurations, these components are used. A detailed description of the will be omitted.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치를 위에서 바라본 전개도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치를 아래에서 바라본 전개도이고, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 측면도이다. 또한, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 사용 상태를 나타내는 사용도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 사용 상태를 나타내는 사진이며, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 조향판부와 연결판부 사이의 제1 연장부의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 5 is an exploded view of the variable rigidity support device according to a second embodiment of the present invention from above, FIG. 6 is an exploded view of the variable stiffness support device according to the second embodiment of the present invention as viewed from below, and FIG. 7 is the present invention is a side view of a variable rigidity support device according to a second embodiment of the present invention. In addition, FIG. 8 is a view showing the use state of the variable rigidity support device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a photograph showing the use state of the variable rigidity support device according to the second embodiment of the present invention. , FIG. 10 is a view showing another embodiment of the first extension part between the steering plate part and the connecting plate part of the variable stiffness support device according to the second embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치는, 종이 접기를 활용한 3차원 평면 모델로서, 길이 방향으로 길게 형성된 직사각형으로 이루어지며 폴딩 가능한 다수의 접기선(200)이 구비된 판구조체(100)로 이루어진다. 여기서, 본 발명에 따른 판구조체(100)의 형상을 직사각형으로만 한정하는 것은 아니며, 적용되는 신체에 부합할 수 있는 다양한 형태를 적용할 수 있다. As shown in FIGS. 5 to 7 , the variable rigidity support device according to the second embodiment of the present invention is a three-dimensional planar model using origami. It consists of a plate structure 100 provided with a fold line 200 . Here, the shape of the plate structure 100 according to the present invention is not limited to only a rectangle, and various shapes that can match the body to which it is applied can be applied.

본 발명의 제2 실시예에 따른 판구조체(100)는, 사용자의 팔이 다방향으로 자유롭게 움직일 수 있도록 상기 접기선(200)의 복합적인 비틀림 운동을 통해 자유도 증가를 유도하기 위한 조향판부(110)를 포함한다. The plate structure 100 according to the second embodiment of the present invention includes a steering plate unit ( 110).

또한, 조향판부(110)의 양측에 구비되며 사용자의 신체 방향을 향해 굴곡 형성되는 연결판부(150)를 포함한다. 여기서, 연결판부(150)는, 판구조체(100)의 하중 지지 상태에서 사용자 신체에 대해 곡선 형태로 지지되는 구성임을 알 수 있다. In addition, it is provided on both sides of the steering plate part 110 and includes a connecting plate part 150 that is bent in the direction of the user's body. Here, it can be seen that the connecting plate unit 150 is configured to be supported in a curved form with respect to the user's body in the load-bearing state of the plate structure 100 .

도면을 참조하면, 조향판부(110)는, 사용자 신체의 가슴 측면과 팔의 상박부 사이의 겨드랑이에 수용되고 팔의 다방향 운동에 대응하는 판재의 형상 변화가 제1 접기선들(210)의 비틀림 운동에 의해 발생하는 것으로서, 판구조체(100)의 2차원 평면의 중심점에서 서로 교차하는 복수의 링크부(120)가 형성된다. Referring to the drawings, the steering plate part 110 is accommodated in the armpit between the chest side of the user's body and the upper arm part of the arm, and the shape change of the plate material corresponding to the multidirectional movement of the arm is the twist of the first fold lines 210 . As generated by motion, a plurality of link portions 120 intersecting each other at the center point of the two-dimensional plane of the plate structure 100 are formed.

링크부(120)는 판구조체(100)의 2차원 평면의 중심점에서 수직선 및 사선으로 서로 교차하는 판 형상의 제1 내지 제4 링크(121~124)를 포함한다. The link unit 120 includes first to fourth links 121 to 124 having a plate shape that cross each other in a vertical line and an oblique line at the center point of the two-dimensional plane of the plate structure 100 .

그리고, 링크부(120)에는 제1 접기선(210)을 따라 산접기(mountain fold) 형태로 폴딩할 수 있는 3개의 힌지(21)가 형성된다. In addition, three hinges 21 that can be folded in the form of a mountain fold along the first fold line 210 are formed on the link unit 120 .

이와 같은 링크부(120)에 대해 상세하게 설명하면, 링크부(120)의 제1 내지 제4 링크(121~124)에 구획된 제1 접기선들(210)의 복합적인 비틀림 운동에 의해 힌지(21)에서 다방향의 형상 변화가 발생하게 되므로 판재를 다방향으로 자유롭게 접었다 펴는 동작을 용이하게 수행할 수 있다. When describing the link unit 120 in detail, the hinge ( 21), since the shape change in multiple directions occurs, the operation of freely folding and unfolding the plate in multiple directions can be easily performed.

여기서, 힌지(21)는 2차원 평면의 중심점에서 수직선 및 사선으로 링크부(120)를 서로 교차시키면서 원하는 각도로 폴딩시키기 위한 다수의 제1 접기선(210)으로 이루어진다. 이때, 힌지(21)는 제1 및 제4 링크(121~124)의 구획된 제1 접기선(210)을 따라 형성되며, 제1 및 제4 링크(121~124)는 힌지(21)를 따라 산접기 형태로 폴딩 가능하게 된다. Here, the hinge 21 is formed of a plurality of first fold lines 210 for folding the link unit 120 at a desired angle while crossing the link unit 120 with a vertical line and an oblique line at the center point of the two-dimensional plane. At this time, the hinge 21 is formed along the first fold line 210 divided by the first and fourth links 121 to 124 , and the first and fourth links 121 to 124 connect the hinges 21 to each other. Accordingly, it becomes possible to fold in the shape of a mountain fold.

이와 같이 구성된 조향판부(110)는 소위, 구(球)형의 6-바 링키지(spherical 6-bar linkage)라고 하는 다방향 운동 링키지일 수 있다. The steering plate unit 110 configured as described above may be a multidirectional movement linkage called a so-called spherical 6-bar linkage.

도 11에 도시한 바와 같이, 조향판부(110)의 링크부(120)는 피칭축(pitch axis) 운동과 요잉축(yaw axis) 운동을 동시에 수행할 수 있는 3개의 자유도를 가지므로 사용자는 팔을 제한없이 자유롭게 다방향으로 움직일 수 있게 된다. As shown in FIG. 11 , the link unit 120 of the steering plate unit 110 has three degrees of freedom for simultaneously performing a pitch axis movement and a yaw axis movement, so that the user can can move freely in multiple directions without restrictions.

또한, 판구조체(100)에는 길이 방향의 중앙을 가로지르는 직선 형태의 제2 접기선(220)이 형성되어 제2 접기선(220)을 따라 골접기(valley fold) 형태로 제2 접기선(220)을 중심선으로 서로 마주하는 판재를 원하는 각도로 폴딩하여 고정 상태를 유지할 수 있게 된다. In addition, the plate structure 100 has a second fold line 220 in the form of a straight line that crosses the center in the longitudinal direction is formed along the second fold line 220 in the form of a valley fold (valley fold) 220) as the center line, it is possible to maintain the fixed state by folding the plates facing each other at a desired angle.

이를 위하여, 판구조체(100)의 제2 접기선(220)이 골접기 형태로 폴딩되어 고정 상태를 유지할 수 있도록 제2 접기선(220)을 중심선으로 서로 마주하는 판재 사이에 설치되어 인장력을 발휘하는 변형부(300)가 구비될 수 있다. To this end, the second fold line 220 of the plate structure 100 is installed between the plates facing each other as a center line so that the second fold line 220 can be folded in a bone fold shape to maintain a fixed state to exert a tensile force. A deformable part 300 may be provided.

본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 압축과 휨에 대한 저항을 증대시켜 견고하게 하중을 지지할 수 있도록 하기 위해서 제2 접기선(220)을 중심선으로 서로 직각 상태로 자동으로 폴딩시키기 위하여 골접기 형태가 가능한 서로 마주하는 판재의 각 면에는 작동수단, 예컨대, 액추에이터(미도시, actuator)가 연결되어 구비될 수 있다. In order to increase the resistance to compression and bending of the variable rigidity support device according to the first and second embodiments of the present invention to firmly support the load, the second fold line 220 is placed at right angles to each other as the center line. In order to automatically fold, an operating means, for example, an actuator (not shown, actuator), may be connected to each side of the plate material facing each other in a bone-folding form.

작동수단인 액추에이터는 판구조체(100)의 제2 접기선(220)을 기준으로 서로 마주하는 판재를 골접기 형태로 폴딩 시 서로 마주하는 판재에 연결되어 각 판재가 서로 직각 상태를 유지하면서 견고하게 고정되도록 판재들에 동력을 전달하게 된다.The actuator, which is an operating means, is connected to the opposite plates when folding the plates facing each other based on the second fold line 220 of the plate structure 100 in the form of a trough, so that each plate is rigidly maintained while maintaining a perpendicular state to each other. Power is transmitted to the plates to be fixed.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 사용 상태를 나타내는 사용도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 사용 상태를 나타내는 사진이다. 8 is a view showing the use state of the variable stiffness support device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a photograph showing the use state of the variable stiffness support device according to the second embodiment of the present invention.

도 8에 도시한 바와 같이, 판구조체(100)는 사용자의 신체인 팔과 가슴 측면에 곡선 형태로 지지되어 하중을 견디는 하중 지지상태가 되도록 구성된다. As shown in Figure 8, the plate structure 100 is supported in the form of a curve on the side of the user's body, arms and chest, is configured to be in a load-bearing state to withstand the load.

다시 말해, 판구조체(100)가 폴딩된 상태로 사용자의 신체 방향으로 근접하게 지지 가능하게 됨으로써 판구조체(100)는 사용자에 대해 지지에 의한 스트레스 집중을 완화시켜 가변 강성 지지장치의 장시간 착용을 가능하게 하는 효과가 있다. In other words, since the plate structure 100 can be closely supported in the direction of the user's body in a folded state, the plate structure 100 relieves the stress concentration due to the support for the user, so that the variable rigidity support device can be worn for a long time. has the effect of making

제2 접기선(220)은 전술한 바와 같이, 판구조체(100)의 길이 방향의 중앙을 가로지르는 중심선으로, 제1 접기선(210)에 대해 반대 방향, 즉 골접기 형태로 폴딩 가능하도록 형성된다.As described above, the second fold line 220 is a center line crossing the center of the longitudinal direction of the plate structure 100 , and is formed to be foldable in the opposite direction to the first fold line 210 , that is, in a bone fold shape. do.

도면을 참조하면, 연결판부(150)는 조향판부(110)의 양측에 일체로 연결되어 형성되는데, 링크부(120)의 양측에 구비된 제1 및 제2 측면부(125,126)의 양단과 제1 연장부(140)를 매개로 연결되어 있으며, 조향판부(110)의 제2 접기선(220)과 서로 직선 형태로 연결되는 제2 접기선(220)이 형성되어 있다. Referring to the drawings, the connecting plate part 150 is integrally connected to both sides of the steering plate part 110 , and both ends of the first and second side parts 125 and 126 provided on both sides of the link part 120 and the first The extension portion 140 is connected as a medium, and the second folding line 220 of the steering plate unit 110 and the second folding line 220 connected to each other in a straight line are formed.

제1 연장부(140)는 조향판부(110)의 제1 및 제2 측면부(125,126)와 연결판부(150) 사이에 연결되는 연결 수단으로서, 조향판부(110)의 제2 접기선(220)을 중심선으로 서로 마주하는 판재를 골접기로 폴딩하여 'V'자 형상으로 변형 시, 조향판부(110)의 제1 및 제2 측면부(125,126)와 연결판부(150)에 연결되어 펼침 가능한 복수의 날개면(141~146)을 포함한다.The first extension 140 is a connecting means connected between the first and second side surfaces 125 and 126 of the steering plate part 110 and the connecting plate part 150 , and a second fold line 220 of the steering plate part 110 . When the plates facing each other with a center line are folded to form a 'V' shape by folding them into a trough, the first and second side parts 125 and 126 of the steering plate part 110 and the connecting plate part 150 are connected to a plurality of expandable It includes a wing surface (141-146).

날개면(141~146)에는 구획된 접기선을 따라 회전 가능하도록 힌지(22)가 형성되어 있다. Hinges 22 are formed on the wing surfaces 141 to 146 to be rotatable along the divided fold lines.

조향판부(110) 및 연결판부(150)가 골접기 형태로 폴딩될 경우, 조향판부(110)와 연결판부(150) 사이의 제1 연장부(140)의 날개면(141~146)이 힌지(22)에 의해 완전히 펼쳐지게 되면서 그 길이가 늘어나게 된다. When the steering plate part 110 and the connection plate part 150 are folded in a bone fold shape, the wing surfaces 141 to 146 of the first extension part 140 between the steering plate part 110 and the connection plate part 150 are hinged. As it is fully unfolded by (22), its length increases.

즉, 판구조체(100)는, 제1 연장부(140)의 날개면(141~146)이 접힘 패턴을 유지하다가 조향판부(110)의 서로 마주하는 판재, 예컨대 제1 및 제2 측면부(125,126)가 제2 접기선(220)을 중심선으로 골접기 형태로 폴딩될 경우, 제1 연장부(140)가 펼침 동작을 통해 날개면(141~146)이 펼침 패턴으로 변경되면서 길이가 연장된다. That is, in the plate structure 100 , the wing surfaces 141 to 146 of the first extension 140 maintain a folded pattern and then face each other of the steering plate 110 , for example, the first and second side surfaces 125 and 126 . ) is folded in the form of a bone fold with the second fold line 220 as the center line, the length is extended while the wing surfaces 141 to 146 are changed to an unfolding pattern through the unfolding operation of the first extension 140 .

날개면(141~146)이 펼침 패턴으로 변경될 경우, 연결판부(150)의 단부측은 신체의 하중에 의해 조향판부(110)에 대해 일정한 각도로 굴곡 형성된다. 이때, 조향판부(110)의 제1 및 제2 측면부(125,126)에 대해 연결판부(150)가 소정 각도로 견고한 고정 상태를 유지할 수 있도록 조향판부(110)의 제1 및 제2 측면부(125,126) 각각의 바닥면과 양측 연결판부(150)의 바닥면 사이에 연결되어 연결판부(150)를 지지하는 지지판부(170)가 설치되어 있다. When the wing surfaces 141 to 146 are changed to the unfolding pattern, the end side of the connecting plate part 150 is bent at a predetermined angle with respect to the steering plate part 110 by the load of the body. At this time, the first and second side parts 125 and 126 of the steering plate part 110 so that the connecting plate part 150 can maintain a rigidly fixed state at a predetermined angle with respect to the first and second side parts 125 and 126 of the steering plate part 110 . A support plate unit 170 for supporting the connecting plate unit 150 is installed between each bottom surface and the bottom surface of the connecting plate unit 150 on both sides.

지지판부(170)는 일측이 조향판부(110)의 제1 및 제2 측면부(125,126) 각각의 바닥면에 연결되고, 이와 함께 지지판부(170)의 타측이 양측 연결판부(150)의 바닥면에 연결되어 있다. The support plate 170 has one side connected to the bottom surface of each of the first and second side parts 125 and 126 of the steering plate part 110, and the other side of the support plate part 170 is the bottom surface of the connecting plate part 150 on both sides. is connected to

또한, 연결판부(150) 및 지지판부(170)에는 판구조체(100)의 길이 방향의 중앙을 가로질러 중심선을 이루는 제2 접기선(220)이 형성되어 있다. 이는 조향판부(110)의 제2 접기선(220)과 함께 골접기 동작과 연계되어 폴딩 가능하게 된다. 이때, 연결판부(150)와 지지판부(170)의 골접기 폴딩 각도는 조향판부(110)의 폴딩 각도보다 작게 폴딩될 수 있다. In addition, the second fold line 220 , which crosses the center in the longitudinal direction of the plate structure 100 and forms a center line, is formed on the connecting plate part 150 and the support plate part 170 . It is foldable in connection with the bone folding operation together with the second folding line 220 of the steering plate unit 110 . In this case, the bone-folding angle of the connecting plate unit 150 and the supporting plate unit 170 may be folded smaller than the folding angle of the steering plate unit 110 .

지지판부(170)의 양단부에는 조향판부(110)의 제1 및 제2 측면부(125,126)와 연결판부(150)에 연결되는 펼침 가능한 복수의 날개면(181~184)이 형성된 제2 연장부(180)가 구비된다. A second extension ( 180) is provided.

제2 연장부(180)는 지지판부(170)의 양단에 지지되는 지지수단으로서, 조향판부(110)의 제2 접기선(220)을 골접기로 폴딩하여 'V'자 형상으로 변형 시, 조향판부(110)의 제1 및 제2 측면부(125,126)와 연결판부(150)를 지지하면서 펼침 가능한 복수의 날개면(181~184)을 포함한다. 날개면(181~184)에는 구획된 접기선을 따라 회전 가능하도록 힌지(23)가 형성되어 있다. The second extension 180 is a support means supported at both ends of the support plate 170, and when the second fold line 220 of the steering plate part 110 is folded into a trough fold to deform into a 'V' shape, It includes a plurality of spreadable wing surfaces 181 to 184 while supporting the first and second side surfaces 125 and 126 of the steering plate 110 and the connecting plate 150 . A hinge 23 is formed on the wing surfaces 181 to 184 to be rotatable along the divided fold line.

제2 연장부(180)에는, 조향판부(110)가 제2 접기선(220)을 중심선으로 서로 마주하는 판재가 골접기 형태로 폴딩되어 'V'자 형상으로 변형 시, 신체의 하중에 의해 굴곡 형성되는 연결판부(150)의 바닥면에 면접촉하여 지지하기 위한 지지 날개면(185,186)이 더 포함될 수 있다. In the second extension part 180, when the steering plate part 110 faces each other with the second fold line 220 as the center line is folded in the form of a bone fold and deformed into a 'V' shape, by the load of the body. Support wing surfaces 185 and 186 for supporting the bottom surface of the curved connecting plate 150 may be further included.

지지 날개면(185,186)은 연결판부(150)를 안정적으로 지지하기 위해 다른 날개면(181~184)보다 면적이 더 크게 형성될 수 있다. The support wing surfaces 185 and 186 may have a larger area than the other wing surfaces 181 to 184 in order to stably support the connecting plate unit 150 .

지지판부(170)는, 조향판부(110)와 연결판부(150)의 제2 접기선(220)을 중심선으로 서로 마주하는 판재가 골접기로 폴딩되어 'V'자 형상으로 변형될 경우, 조향판부(110)와 연결판부(150) 사이에 연결되는 제2 연장부(180)의 날개면(181~186)이 펼쳐지게 되고 그 길이가 연장되면서 연결판부(150)의 바닥면을 지지하게 된다. The support plate 170 is formed when the plates facing each other with the second fold line 220 of the steering plate part 110 and the connecting plate part 150 as a center line are folded into a trough fold and deformed into a 'V' shape. The wing surfaces 181 to 186 of the second extension part 180 connected between the plate part 110 and the connection plate part 150 are spread out and the length thereof is extended to support the bottom surface of the connection plate part 150 .

이와 같이 지지판부(170)의 날개면(181~184)을 비롯한 지지 날개면(185,186)이 연결판부(150)를 안정적으로 지지할 경우, 연결판부(150)가 신체의 하중에 의해 꺾이지 않고 곡선 형태로 지지되면서 하중을 견디는 하중 지지상태가 된다. As such, when the support wing surfaces 185 and 186 including the wing surfaces 181 to 184 of the support plate 170 stably support the connecting plate 150, the connecting plate 150 is curved without being bent by the load of the body. It becomes a load-bearing state that bears the load while being supported in a shape.

한편, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 조향판부(110)와 연결판부(150) 사이의 제1 연장부(140)의 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 판구조체(100)의 조향판부(110)의 제2 접기선(220)을 따라 골접기 형태로 폴딩 시, 조향판부(110)의 제1 및 제2 측면부(125,126)와 연결판부(150) 사이의 제1 연장부(140)의 굴곡 각도를 늘리기 위해 조향판부(110)의 제1 및 제2 측면부(125,126)와 연결판부(150) 사이에 형성되는 제1 연장부(140)에는 추가 날개면(147)을 더 포함할 수 있다. Meanwhile, FIG. 10 is a view showing another embodiment of the first extension 140 between the steering plate part 110 and the connecting plate part 150 of the variable rigidity support device according to the second embodiment of the present invention, the plate structure When the steering plate part 110 of 100 is folded in a bone fold shape along the second fold line 220, the first and second side parts 125 and 126 of the steering plate part 110 and the connecting plate part 150 In order to increase the bending angle of the first extension portion 140, the first extension portion 140 formed between the first and second side portions 125 and 126 of the steering plate portion 110 and the connecting plate portion 150 has an additional wing surface 147 ) may be further included.

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 작용에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the variable rigidity support device according to the second embodiment of the present invention will be described.

도 11 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 복합적인 비틀림 운동을 통해 자유도 증가를 유도하기 위한 자유 동작 상태를 나타내는 작동도이고, 도 12 및 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 강성 지지장치의 하중 지지 상태를 나타내는 작동도이다.11 is an operational view showing a free operation state for inducing an increase in freedom through a complex torsional motion of a variable rigidity support device according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 12 and 13 are a second embodiment of the present invention. It is an operation diagram showing the load-bearing state of the variable rigidity support device according to an example.

가변 강성 지지장치의 판구조체(100)를 사용자 신체의 가슴 측면과 팔의 상박부 사이에 지지할 수 있도록 어깨, 팔 및 가슴 전체에 착용 가능한 보조대(1)에 장착할 수 있다(도 9 참조). The plate structure 100 of the variable rigidity support device can be mounted on the shoulder, arm, and the entire chest to support the plate structure 100 between the chest side of the user's body and the upper arm of the arm (see FIG. 9). .

보조대(1)의 가슴 측면과 팔의 상박부를 연결하는 신체 부위에 판구조체(100)가 장착된 상태에서, 사용자의 지속적인 근육 신호에 의한 얇은 판구조체(100)의 자유도 증가를 유도하여 자유롭게 움직일 수 있도록 한다. In a state in which the plate structure 100 is mounted on the body part connecting the chest side of the support 1 and the upper arm of the arm, the user's continuous muscle signal induces an increase in the degree of freedom of the thin plate structure 100 to move freely. make it possible

이때, 판구조체(100)는 사용자의 동작 의도에 따라 자유도의 증가에 의해 팔을 자유롭게 다방향으로 움직일 수 있게 된다.At this time, the plate structure 100 can freely move the arm in multiple directions by increasing the degree of freedom according to the user's intention of operation.

이때, 팔의 다방향 운동에 대응하는 판재의 형상 변화는 판구조체(100)의 제1 접기선들(210)의 비틀림 운동에 의해 발생하며, 판재를 다방향으로 자유롭게 접었다 펴는 동작을 용이하게 수행할 수 있다. At this time, the shape change of the plate material corresponding to the multidirectional movement of the arm occurs by the torsional movement of the first fold lines 210 of the plate structure 100, and the operation of freely folding and unfolding the plate material in multiple directions is easily performed. can

구체적으로, 보조대(1)에는 사용자의 겨드랑이에 판구조체(100)의 조향판부(110)와, 조향판부(110)로부터 제1 연장부(140)에 의해 연장되어 가슴 측면과 팔의 상박부에 연결되는 연결판부(150)를 설치 가능하게 된다. Specifically, the auxiliary arm 1 has a steering plate part 110 of the plate structure 100 in the user's armpit, and extends from the steering plate part 110 by the first extension part 140 to the chest side and upper arm of the arm. It is possible to install the connecting plate unit 150 to be connected.

조향판부(110)에 구비된 복수의 링크부(120)는 제1 접기선(210)에 의한 산접기를 통해 힌지(21)에 의해 자유도가 증가하면서 다방향으로 회전 동작을 구현하게 함으로써 사용자의 팔을 자유롭게 회전시킬 수 있게 된다.The plurality of link units 120 provided in the steering plate unit 110 increases the degree of freedom by the hinge 21 through the mountain fold by the first fold line 210 and implements a rotation operation in multiple directions. The arm can be rotated freely.

한편, 판구조체(100)의 간단한 조작을 통해 곡선 형상으로 강성을 증가시켜 하중을 지지하기 위한 작업을 보조하기 위해, 판구조체(100)의 접힘 방향을 외부 힘의 방향과 수직이 되게 한다.On the other hand, in order to assist the work for supporting the load by increasing the rigidity in a curved shape through a simple manipulation of the plate structure 100, the folding direction of the plate structure 100 is made perpendicular to the direction of the external force.

이러한 동작은 판구조체(100)의 제2 접기선(220)을 중심선으로 서로 마주하는 판재를 골접기로 유도하며, 각각의 마주하는 판재에 연결되는 작동수단인 액추에이터를 이용하여 판재들이 서로 직각 상태로 자동으로 폴딩 가능하도록 하거나, 서로 마주하는 판재를 직접 손으로 조작하여 판재들이 직각 상태로 폴딩 가능하도록 한다. This operation induces the plates facing each other with the second fold line 220 of the plate structure 100 as the center line into trough folds, and the plates are perpendicular to each other using an actuator that is an operating means connected to each of the opposing plates. to make it possible to fold automatically, or to manually manipulate the plates facing each other so that the plates can be folded at a right angle.

판구조체(100)는, 조향판부(110)의 길이 방향으로 형성된 제2 접기선(220)을 중심선으로 서로 마주하는 판재를 골접기 형태로 폴딩하게 되면서 수직 상태를 유지하게 된다.The plate structure 100 maintains a vertical state while folding the plates facing each other with the second fold line 220 formed in the longitudinal direction of the steering plate unit 110 as a center line in a bone fold shape.

조향판부(110)가 수직 상태를 유지할 경우 조향판부(110)와 제1 연장부(140)를 통해 연결된 연결판부(150), 그리고 지지판부(170)도 마찬가지로 폴딩되어 둔각 상태로 골접기 상태를 유지하게 된다.When the steering plate part 110 maintains a vertical state, the steering plate part 110, the connecting plate part 150 connected through the first extension part 140, and the support plate part 170 are also folded in the same manner to obtain an obtuse-angled bone fold state. will keep

이때, 조향판부(110)와 연결판부(150) 사이의 제1 연장부(140)의 날개면(141~146)이 펼쳐지는 형태로 그 길이가 연장되면서 신체의 하중에 의해 연결판부(150)의 단부는 소정 각도로 굴곡 형성된다. At this time, as the length of the wing surfaces 141 to 146 of the first extension 140 between the steering plate 110 and the connecting plate 150 is extended in an unfolded form, the connecting plate part 150 is caused by the load of the body. The end of the is formed bent at a predetermined angle.

이와 같이 판구조체(100)의 조향판부(110)가 골접기 형태로 수직한 상태를 유지할 경우, 압축과 휨에 대한 저항을 증대시켜 견고하게 하중을 견딜 수 있게 된다. As such, when the steering plate part 110 of the plate structure 100 maintains a vertical state in a bone fold shape, resistance to compression and bending is increased, and thus it is possible to firmly withstand a load.

따라서, 본 발명에 따른 가변 강성 지지장치에 의하면, 종이접기 원리를 활용한 판구조체(100)를 이용하여 지속적인 근육의 움직임에 따라 자유도를 증가시켜 판구조체(100)의 자유로운 변형을 유도할 수 있는 한편, 판구조체(100)의 간단한 조작을 통해 신체의 움직임을 제한하여 하중을 지지할 수 있게 된다.Therefore, according to the variable rigidity support device according to the present invention, by using the plate structure 100 utilizing the origami principle, the degree of freedom is increased according to the continuous muscle movement to induce free deformation of the plate structure 100. On the other hand, it is possible to support the load by limiting the movement of the body through a simple manipulation of the plate structure (100).

이로 인해, 사용자가 근력 증강 강도를 사용자가 용이하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 저비용으로 제작이 가능하고 작동이 간편한 특징을 가지고 있으며, 자유로운 강성 변화가 필요한 다양한 응용 분야에 적용이 가능하게 된다. Due to this, not only the user can easily adjust the strength of the muscle strength enhancement, but also it can be manufactured at low cost, has the characteristics of easy operation, and can be applied to various application fields requiring free stiffness change.

또한, 본 발명은 종이 접기와 같은 형태의 2,3차원 평면 모델을 접거나 펼치는 방법을 기계적 메커니즘에 접목시켜 설계된 새로운 개념의 웨어러블 로봇 분야에 적용할 수 있어 인간의 다양한 생활에 직접 활용 가능하다. In addition, the present invention can be applied to the field of wearable robots of a new concept designed by grafting a method of folding or unfolding a two- and three-dimensional flat model such as origami to a mechanical mechanism, so that it can be directly utilized in various human lives.

상술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 판구조체 110 : 조향판부
120 : 링크부 140 : 제1 연장부
150 : 연결판부 170 : 지지판부
200 : 접기선 300 : 변형부100: plate structure 110: steering plate part
120: link unit 140: first extension
150: connecting plate portion 170: support plate portion
200: fold line 300: deformation part

Claims (9)

종이 접기를 활용한 판구조체로 이루어지며, 착용하는 대상의 자유도 및 강성을 변화시키거나 유지하기 위하여 상기 판구조체에 형성된 복수의 접기선의 접는 방향을 선택적으로 결정하는 가변 강성 지지장치로서,
상기 판구조체의 길이 방향에 대해 교차하는 방향으로 형성되어 산접기 형태로 폴딩 가능한 복수의 제1 접기선;
상기 판구조체의 길이 방향의 중앙을 가로지르는 직선 형태의 중심선으로 형성되며, 상기 중심선을 기준으로 서로 마주하는 판재를 골접기 형태로 폴딩 가능한 제2 접기선; 및
상기 판구조체의 상기 제2 접기선이 상기 골접기 형태로 폴딩되어 고정 상태를 유지할 수 있도록 상기 제2 접기선을 기준으로 서로 마주하는 상기 판재 사이에 설치되어 인장력을 발휘하는 변형부를 포함하며,
상기 판구조체는, 중앙에 복수의 상기 제1 접기선이 교차 가능하게 형성되고, 상기 제1 접기선들의 비틀림 운동을 통해 자유도 증가를 유도하기 위한 조향판부;
상기 조향판부의 양측에 제1 연장부에 의해 연장 가능하게 설치되는 연결판부; 및,
상기 조향판부와 상기 연결판부의 바닥면에, 양단이 연결되어 지지하는 지지판부;를 포함하되,
상기 조향판부는, 2차원 평면의 중심점에서 길이 방향에 대해 수직선 및 사선으로 서로 교차하는 상기 제1 접기선을 따라 형성되는 힌지를 구비한 복수의 링크부; 및, 상기 링크부의 양측에 연장되는 제1 및 제2 측면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 강성 지지장치.
A variable rigidity support device that is made of a plate structure using origami, and selectively determines the folding direction of a plurality of fold lines formed on the plate structure in order to change or maintain the degree of freedom and rigidity of an object to be worn,
a plurality of first fold lines formed in a direction crossing the longitudinal direction of the plate structure and foldable in a mountain fold shape;
a second fold line formed as a straight center line crossing the center of the longitudinal direction of the plate structure and capable of folding the plates facing each other based on the center line in a bone fold shape; and
The second fold line of the plate structure is installed between the plates facing each other based on the second fold line so that the second fold line of the plate structure can be folded in the bone fold form to maintain a fixed state,
The plate structure may include: a steering plate part in which a plurality of the first fold lines are formed to cross each other, and for inducing an increase in freedom through torsional movement of the first fold lines;
a connecting plate portion installed on both sides of the steering plate portion to be extendable by a first extension portion; and,
Including; a support plate portion connected to both ends to support the steering plate portion and the bottom surface of the connecting plate portion,
The steering plate unit may include: a plurality of link units having hinges formed along the first fold line that intersects each other in a vertical line and an oblique line with respect to a longitudinal direction at a center point of a two-dimensional plane; and first and second side portions extending from both sides of the link portion.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 연장부는, 구획된 접기선을 따라 형성되는 힌지에 의해 상기 조향판부와 상기 연결판부 사이에 펼침 가능하게 형성된 복수의 날개면을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 강성 지지장치.
The method of claim 1,
The variable rigidity support device, characterized in that the first extension portion includes a plurality of wing surfaces formed so as to be expandable between the steering plate portion and the connecting plate portion by a hinge formed along the divided fold line.
 제6항에 있어서,
상기 제1 연장부의 상기 날개면에는 상기 조향판부와 상기 연결판부의 굴곡 각도를 늘리기 위해 추가 날개면이 구비된 것을 특징으로 하는 가변 강성 지지장치.
7. The method of claim 6,
The variable rigidity support device, characterized in that the wing surface of the first extension portion is provided with an additional wing surface to increase the bending angle of the steering plate portion and the connecting plate portion.
 제1항에 있어서,
상기 지지판부의 양단부에는 상기 조향판부의 제1 및 제2 측면부와 상기 연결판부에 연결되는 펼침 가능한 복수의 날개면이 형성된 제2 연장부가 구비된 것을 특징으로 하는 가변 강성 지지장치.
The method of claim 1,
The variable rigidity support device, characterized in that at both ends of the support plate part, the first and second side parts of the steering plate part and a second extension part having a plurality of spreadable wing surfaces connected to the connecting plate part are provided.
 제8항에 있어서,
상기 제2 연장부의 상기 날개면에는 상기 조향판부의 상기 제2 접기선을 골접기로 폴딩하여 'V'자 형상으로 변형 시, 신체의 하중에 의해 굴곡 형성되는 상기 연결판부의 바닥면에 면접촉하여 지지하기 위한 지지 날개면을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 강성 지지장치.9. The method of claim 8,
When the wing surface of the second extension part is deformed into a 'V' shape by folding the second fold line of the steering plate part in a trough fold, a surface contact is made with the bottom surface of the connecting plate part bent by the load of the body Variable rigidity support device, characterized in that it comprises a support wing surface for supporting.
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