KR102341414B1 - 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유연구동기의 제조방법으로서, a) 유연 소재의 상피와 하피로 구성되는 한 쌍의 외피를 준비하는 단계; b) 상기 한 쌍의 외피 중 적어도 어느 하나에 복수의 전도성 패드를 포함하는 전극을 형성하는 단계; c) 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 하나 또는 그 이상의 SMA 스프링 다발 각각의 일단과 타단 측이 각각의 전도성 패드와 전기적으로 연결되는 중첩부를 형성하도록 배치하는 단계; d) 상기 중첩부의 상기 SMA 스프링 다발과 상기 전도성 패드를 함께 박음질하는 단계; 및 e) 상기 전극과 상기 SMA 스프링 다발 사이의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 인입하도록 구성된 외부 전류 수신부를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 이의 제조방법{Flexible actuator, wearable robot having the same, and manufacturing method thereof}

본 발명은 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세직경 와이어로 제작한 SMA 스프링으로 구현된 옷감형 유연구동기 조립체, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 산업 현장의 근로자, 하역근로자, 택배근로자 등은 무거운 중량의 물체를 반복적으로 들고 이동하는 동작을 수행하는 경우가 많다.

이러한 작업은 여러 사람의 인력이 요구되거나 현장 상황에 따라 중장비나 기중기, 도르래 등의 보조장비가 사용되어야 하는 불편이 있다. 또한, 사람이 직접 작업할 경우에는 높은 작업 강도로 인해 근로자의 피로 증가와 작업능률의 저하는 물론이고, 근골격계 손상 등의 산업재해와 관련 직종의 기피 현상에 대한 문제가 있으며, 보조장비를 사용할 경우에는 비교적 넓은 이동공간이나 설치공간이 필요하므로, 사용범위가 제한적인 문제가 있다.

이러한 문제로 인해 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작이나 무거운 하중을 버티는 동작을 완화시키기 위한 착용형 근력보조장치의 필요성이 대두되고 있다.

최근 개발되고 있는 근력보조장치는 모터와 프레임 등을 이용하여 팔이나 다리의 측면에 부착하여 구동되는 방식이 대부분이다.

이러한 방식의 근력보조장치는 프레임이나, 각종 프레임의 구동을 위한 모터 등으로 구성되어 무게가 무겁고 딱딱하여 자연스러운 움직임을 방해할 뿐만 아니라, 착용이 불편한 문제점이 있다.

따라서, 무게가 가볍고, 인체 근육과 유사한 위치에 부착되어 신체의 움직임을 방해하지 않을 뿐만 아니라 다양한 동작의 응답성을 향상시킬 수 있는 웨어러블 로봇(근력 증강용 의복)의 개발이 요구된다.

이러한 요구에 응답하여 열반응 구동소자에 대한 연구가 진행되고 있는데, 이러한 열반응 구동소자는 열에너지를 구동력이나 변위와 같은 기계적 에너지로 변환시킬 수 있는 소재로서 인공근육에 많이 적용되고 있다.

열반응 구동소자 중의 하나인 형상기억합금(shape memory alloy; 이하, ‘SMA’) 와이어는 가령, 저온상인 마르텐사이트 상태에서 재료에 응력을 가하여 변형시킨 후 고온상의 오스테나이트 상태가 되도록 가열하면 원래의 형상으로 복원되는 재료이다. 수축변위가 2~5%인 SMA 와이어를 스프링으로 제작하면 수축변위를 40% 이상으로 향상시킬 수 있다.

그러나, 이러한 SMA 스프링은 가열되어 수축하는 속도는 빠르지만 냉각속도가 느려서 이완속도를 향상시키기에는 한계가 있으며, 이로 인해 전체적인 구동속도가 느려지는 단점을 갖는다.

SMA 스프링을 구성하는 SMA 와이어의 직경이 가늘수록 가열속도가 빨라지며 부피 대비 표면적 비율이 높아져서 냉각속도도 향상될 것이다.

한편, 기존의 유연구동기에 있어서, 가령 0.5 mm 직경의 굵은 SMA 와이어로 제작한 SMA 스프링을 사용하는 경우 10 kgf 구동력을 위해 20개의 스프링이 사용되어야 한다. 이러한 유연구동기의 제조에 있어서, 외부에서 받는 하중을 견디면서 스프링 다리가 빠지지 않게 하기 위해서는 유연구동기의 양단에 설치된 유연 플라스틱 부분에 복수의 SMA 스프링의 다리 하나하나를 수차례 바느질하여 고정 연결한 후, 옷감을 덮은 후 박음질하여야만 한다. 또한, 유연 플라스틱 부분에 바느질된 SMA 스프링 다리를 밖으로 빼서 전류공급선으로 사용하여야 하는데, 이 경우 SMA 스프링 다리가 길어야만 해서 재료의 낭비 및 공정의 복잡을 초래한다. 아울러, 복수의 SMA 스프링 사이마다 절연을 위한 별도의 박음질이 수행되어야 한다.

본 발명은 전술한 문제 및 이와 연관된 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 예시적 목적은, 인체 근육과 유사한 위치에 부착되어 신체의 움직임을 방해하지 않을 뿐만 아니라 다양한 동작, 특히 이질감이 없는 착용감을 유지함과 동시에 이완 동작의 응답성을 향상시킬 수 있는 옷감형 유연구동기 및 이를 포함하는 웨어러블 로봇을 제공하고, 아울러 기존에 비해 제조공정을 단순화하고 재료의 낭비를 방지할 수 있는 유연구동기 제조방법을 제공하는 것이다.

본 명세서에 개시된 기술의 기술적 사상에 따른 옷감형 유연구동기와 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 이의 제조방법이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유연구동기는, 유연 소재의 한 쌍의 외피; 상기 한 쌍의 외피 내에서 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 배치되며, 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 제 1 SMA 스프링 다발 - 상기 제 1 SMA 스프링 다발은, 전류 흐름 측면에서, 입구측 일단와 출구측 타단을 포함함 - ; 상기 외피에 고정 배치되며, 상기 제 1 SMA 스프링 다발의 일단과 전기적으로 연결되는 제 1 중첩부를 포함하는 제 1 전도성 패드; 및 상기 외피에 고정 배치되며, 상기 제 1 SMA 스프링 다발의 타단과 전기적으로 연결되도록 제 2 중첩부를 포함하는 제 2 전도성 패드를 포함하고, 상기 중첩부는 박음질에 의하여 상기 전도성 패드와 상기 SMA 스프링 다발 사이의 고정 결합이 유지되도록 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유연구동기는, 유연 소재의 외피; 상기 외피 내에서 전류 공급에 따라 수축 또는 이완되도록 배치되며, 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 복수의 SMA 스프링 다발들 - 상기 복수의 SMA 스프링 다발들은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 제 1 SMA 스프링 다발 및 말단의 제 2 SMA 스프링 다발을 포함하고, 상기 SMA 스프링 다발들 각각은, 전류 흐름 측면에서, 입구측 일단와 출구측 타단을 포함함 - ; 및 상기 외피에 형성된 복수의 전극 - 상기 복수의 전극은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 제 1 전도성 패드, 중간 전도성 패드, 말단의 제 2 전도성 패드를 포함함 - 을 포함하고, 상기 복수의 전극은, 상기 복수의 SMA 스프링 다발들과의 전기적 경로를 형성하기 위하여, 상기 제 1 전도성 패드가 상기 제 1 SMA 스프링 다발의 일단과 전기적으로 연결되는 제 1 중첩부를 포함하고, 상기 제 2 전도성 패드가 상기 제 2 SMA 스프링 다발의 타단과 전기적으로 연결되는 제 2 중첩부를 포함하고, 상기 중간 전도성 패드가 상기 복수의 SMA 스프링 다발들끼리 서로 전기적으로 연결되는 중간 중첩부를 포함하도록 배치되고, 상기 중첩부는 박음질에 의하여 상기 전도성 패드와 상기 SMA 스프링 다발 사이의 고정 결합이 유지되도록 형성된다.

상기 복수의 SMA 스프링 다발들은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 상기 제 1 SMA 스프링 다발과 말단의 상기 제 2 SMA 스프링 다발 사이에 배치되도록 구성된 하나 이상의 중간 SMA 스프링 다발을 더 포함하고, 상기 복수의 전극은 복수의 중간 전도성 패드 및 복수의 중간 중첩부를 포함하도록 배치된다.

상기 복수의 전도성 패드와 상기 복수의 SMA 스프링 다발 사이의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 인입하도록 구성된 외부 전류 수신부를 포함하고, 상기 외부 전류 수신부는 상기 제 1 전도성 패드로부터 형성된다.

상기 중첩부들 각각은 적어도 1회 접힌 상태인 것이 바람직하다.

상기 중첩부의 접힌 부분과 일체로 박음질되어 고정결합되도록 구성된 추가 옷감을 더 포함한다.

상기 추가 옷감은 상기 외피보다 덜 유연한 재료로 구성된다.

상기 중첩부는 2회 접힌 상태이며 접힌 부분이 실질적으로 “ㄹ” 형상의 단면을 갖고, 상기 추가 옷감은 상기 중첩부의 접힌 부분에 삽입된 상태에서 함께 박음질된다.

상기 추가 옷감은 아이릿(eyelet)용 개구부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 로봇은, 앞서 설명한 유연구동기; 착용자의 동작을 감지하도록 구성된 센서; 및 상기 센서로부터의 신호에 기초하여 상기 유연구동기의 수축 상태와 이완 상태 사이에서의 작동 변경을 위한 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.

상기 유연구동기는 굽힘근 또는 폄근 위치에 배치되도록 구성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유연구동기의 제조방법은, a) 유연 소재의 상피와 하피로 구성되는 한 쌍의 외피를 준비하는 단계; b) 상기 한 쌍의 외피 중 적어도 어느 하나에 복수의 전도성 패드를 포함하는 전극을 형성하는 단계; c) 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 하나 또는 그 이상의 SMA 스프링 다발 각각의 일단과 타단 측이 각각의 전도성 패드와 전기적으로 연결되는 중첩부를 형성하도록 배치하는 단계; d) 상기 중첩부의 상기 SMA 스프링 다발과 상기 전도성 패드를 함께 박음질하는 단계; 및 e) 상기 전극과 상기 SMA 스프링 다발 사이의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 인입하도록 구성된 외부 전류 수신부를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 SMA 스프링 다발은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 제 1 SMA 스프링 다발 및 말단의 제 2 SMA 스프링 다발을 포함하고, 상기 SMA 스프링 다발들 각각은, 전류 흐름 측면에서, 입구측 일단와 출구측 타단을 포함하고, 상기 전극은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 제 1 전도성 패드, 중간 전도성 패드, 말단의 제 2 전도성 패드를 포함하고, 상기 전극은, 상기 복수의 SMA 스프링 다발들과의 전기적 경로를 형성하기 위하여, 상기 제 1 전도성 패드가 상기 제 1 SMA 스프링 다발의 일단과 전기적으로 연결되는 제 1 중첩부를 포함하고, 상기 제 2 전도성 패드가 상기 제 2 SMA 스프링 다발의 타단과 전기적으로 연결되는 제 2 중첩부를 포함하고, 상기 중간 전도성 패드가 상기 복수의 SMA 스프링 다발들끼리 서로 전기적으로 연결되는 중간 중첩부를 포함하도록 배치된다.

상기 복수의 SMA 스프링 다발들은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 상기 제 1 SMA 스프링 다발과 말단의 상기 제 2 SMA 스프링 다발 사이에 배치되도록 구성된 하나 이상의 중간 SMA 스프링 다발을 더 포함하고, 상기 복수의 전극은 복수의 중간 전도성 패드 및 복수의 중간 중첩부를 포함하도록 배치된다.

상기 전도성 패드는 전도성 옷감의 재질로 이루어지고, 상기 b) 단계는 상기 외피 상에 상기 전도성 패드를 박음질하여 수행된다.

상기 d) 단계에서 상기 중첩부가 적어도 1회 접힌 상태에서 박음질된다.

상기 d) 단계에서 상기 중첩부의 접힌 부분이 실질적으로 “ㄹ” 형상의 단면을 포함하도록 적어도 2회 접는 것을 특징으로 한다.

상기 중첩부의 접힌 부분에 추가 옷감 - 상기 추가 옷감은 상기 외피보다 덜 유연한 재료들로부터 선택됨 - 을 삽입된 상태로 일체로 박음질하여 상기 중첩부와 상기 추가 옷감을 서로 고정결합하여 상기 SMA 스프링 다발이 대응하는 전도성 패드로부터 이탈되지 않도록 하는 단계를 더 포함한다.

상기 e) 단계에서 상기 외부 전류 수신부는 전류 흐름 측면에서 선단의 전도성 패드로부터 형성된다.

본 발명의 실시예에 따르면 미세직경의 SMA 와이어를 스프링으로 구현한 열반응 부재를 이용하여 기존의 구동력을 유지하면서도 착용시 옷감의 유연성을 상당부분 유지하여 이질감이 없을 뿐만 아니라 응답성능 또한 현저히 향상시킨 옷감형 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇의 제공이 가능하다.

아울러, 기존의 복잡한 제조공정에 비해 단순하면서도 재료의 낭비 등을 막을 수 있는 유연구동기 제조방법의 제공이 가능하다.

한편, 앞서 기재된 효과는 예시적인 것에 불과하며 당업자의 관점에서 본 발명의 세부 구성으로부터 예측되거나 기대되는 효과들 또한 본원발명 고유의 효과에 추가될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 구성도이다.
도 2는 도 1의 웨어러블 로봇의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3a, 도 3b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 옷감형 유연구동기의 구성도 및 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 유연구동기에 적용가능한 SMA 스프링 다발 및 단위 스프링의 예시도이다.
도 5는 도 3의 유연구동기에서의 추가옷감에 대한 구성도이다.
도 6은 도 3의 유연구동기에 대한 다른 실시예를 나타낸다.
도 7은 도 3의 유연구동기의 제조방법을 단계별로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

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

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 개시내용은 도면 및 이상의 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 본 개시내용은 특성이 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 단지 소정의 실시형태가 도시되고 설명되었으며, 본 개시내용의 정신 내에 들어가는 모든 변화와 변형은 보호되는 것이 바람직함이 이해될 것이다.

본 개시내용의 기본적인 기술사상은 SMA 스프링을 구성하는 SMA 와이어의 직경이 가늘수록 가열속도가 빨라지며 부피 대비 표면적 비율이 높아져서 냉각속도도 향상될 수 있다는 것으로부터 시작된다.

예를 들어, 0.08 mm 미세직경의 SMA 와이어는 가령 0.5 mm 굵은 직경의 SMA 와이어 직경의 1/39로서 단위부피 대 표면적 비율이 12.5 배 증가한다. 직경의 비율만큼 부하용량이 감소하므로 0.08 mm 직경의 SMA 와이어로 제작한 SMA 스프링이 0.5 mm 직경의 SMA 와이어로 제작한 SMA 스프링 1개의 부하용량을 발휘하기 위해서는 이론상 39 개가 필요하다.

0.5 mm 직경 SMA 와이어로 구성된 SMA 스프링으로 10 kgf의 구동력을 가지는 옷감형 구동기를 제작하는 경우 수십 개(가령 20개)의 SMA 스프링을 사용하면 되지만 이러한 복수의 스프링들로 구성된 구동기 조립체를 사용자가 착용할 경우 느껴지는 이질감와 불편함을 불가피할 것이다.

한편, 0.5 mm 직경 SMA 와이어로 구성된 SMA 스프링으로 제조된 옷감형 구동기의 10 kgf의 대응 구동력을 가지기 위해서는 0.08 mm 직경 와이어의 SMA 스프링의 경우 수백 개의 SMA 스프링을 사용해야 한다.

본 개시내용은 이러한 많은 개수의 미세직경 와이어의 SMA 스프링을 사용하는 새로운 형태의 옷감형 구동기 및 제작 공정의 개발 요구에 대한 해결책이 될 것이다.

웨어러블 로봇

도 1 및 도 2를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연구동기 조립체를 포함하는 웨어러블 로봇(또는 근력 증강용 의봇)에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 구성도이고, 도 2는 동 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 동작을 설명하기 위한 상태도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇은 의복 본체(20)와, 의복 본체(20)에 연결되는 옷감형 유연구동기(10)를 포함할 수 있다. 옷감형 유연구동기(10)에 대하여는 앞서 상술한 바와 같다.

의복 본체(20)는 근력 증강용 의복의 베이스를 이루는 부분으로, 여기에서는 상의를 예로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하의에 적용될 수도 있다.

의복 본체(20)는 내피 및 외피를 포함할 수 있으며, 옷감형 유연구동기(10)는 예시적으로 내피 및 외피 사이에 마련될 수 있다. 특히, 옷감형 유연구동기(10)는 의복 본체 상에서 착용자 신체의 관절에 대응되는 위치 부근에 배치될 수 있다.

의복 본체(20)는 제 1 및 제 2 신체고정부(510, 520)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 신체고정부(510, 520)는 의복 본체(20)에서 관절이 대응되는 위치를 기준으로 서로 반대편에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 관절이 팔꿈치인 경우, 제 1 신체고정부(510)는 상박에 대응되는 부분이며, 제 2 신체고정부(520)는 하박에 대응되는 부분일 수 있다.

이때, 유연구동기의 일 측은 제 1 신체고정부에 고정되고, 유연구동기의 타 측은 의복 본체의 제 2 신체고정부에 고정될 수 있다.

한편, 제 1 및 제 2 신체고정부는 밴드를 포함할 수 있고, 상기 밴드는 착용자의 팔을 감싸, 인공 근육이 착용자의 팔에 밀착되거나, 제 1 및 제 2 신체고정부가 착용자의 신체 상에서 이동되지 않고 고정되도록 할 수 있다.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 웨어러블 로봇은, 착용자의 동작을 감지하도록 구성된 센서(320a 또는 320b)를 포함하고, 웨어러블 로봇의 제어부(300)는 센서가 착용자의 이완 동작을 감지하는 경우, 열반응 부재로의 전원 공급은 차단되고 냉각공기 공급부로의 전원은 공급되도록 전기공급부(310)를 제어할 수 있다.

옷감형 유연구동기를 길항(antagonistic) 구조로 배치하여 근력보조에 활용할 수 있다. 도 4를 참고하면, 본 실시예에 의한 웨어러블 로봇은 한 쌍의 제 1 및 제 2 옷감형 유연구동기(10a, 10b)를 포함할 수 있다. 착용자가 웨어러블 로봇을 착용하면, 제 1 및 제 2 옷감형 유연구동기가 팔(또는 다리)의 내측 및 외측에 위치되도록 제 1 및 제 2 옷감형 유연구동기는 각각 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

여기서, 본 실시예의 웨어러블 로봇의 제어부는, 착용자의 기 설정된 동작, 예를 들어, 팔(또는 다리)이 굽혀지는 동작이 감지되는 경우 제 1 옷감형 유연구동기(10a)는 수축하고, 및/또는 제 2 옷감형 유연구동기(10b)는 이완하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부는 제 1 옷감형 유연구동기(10a)의 열반응 부재에는 전원이 공급되도록 전기공급부를 제어하고, 및/또는 제 2 옷감형 유연구동기(10b)의 열반응 부재에는 전원 공급이 차단되고 동시에 제 2 옷감형 유연구동기(10b)의 냉각공기 공급부에는 전원이 공급되도록 전기공급부를 제어할 수도 있다.

도 2는 도 1의 웨어러블 로봇에 있어서 관절의 움직임에 따른 유연구동기 조립체의 동작을 나타내는 도면으로서, (a)는 관절이 굽혀지고 있는 상태이며 (b)는 관절이 펴지고 있는 상태를 각각 나타낸다.

한편, 당업자라면 본 실시예에서 설명되고 있는 구동기 조립체는 인체의 굽힘과 폄 동작이 있는 모든 관절 부위에 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 도면으로 제시된 ‘이두근’과 ‘삼두근’에 적용하는 것은 하나의 사례이고 허리, 무릎, 발목 등의 굽힘/폄 관절에 모두 적용이 될 수 있다. 따라서, 이러한 관점에서 '이두근과 삼두근'은 '굽힘근과 폄근' 또는 '수축근과 이완근'을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

유연구동기

이하 첨부된 도면을 참고하여 먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 옷감형 유연구동기 조립체에 대하여 상세히 설명한다. 설명의 편의상, 본 명세서에 기재된 실시예는 전류를 이용한 주울 가열(Joule heating)을 통해 유연구동기가 수축되도록 하는 열반응 부재의 경우에 한정한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 유연구동기 조립체는, 유연구동기(10) 본체, 유연구동기들 각각의 수축 상태와 이완 상태 사이에서의 작동 변경을 위한 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부(300), 그리고, 전기공급부(310), 감지부(320), 전원부(330)를 포함할 수 있다.

제어부(300)는, 유연구동기의 열반응 부재(100)가 수축 상태에서 이완 상태로, 또는 그 반대로 변경 작동될 수 있도록 열반응 부재(100)에 전기 공급 여부를 제어하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 제어부(300)는 전기공급부(310)를 통해 열반응 부재(100)에 전기 공급 여부를 제어할 수 있다. 제어부(300)가 전기공급부(310)에 전기공급신호를 전달하면, 전기공급부(310)는 열반응 부재(100)에 전류를 공급할 수 있다. 또한, 제어부(300)가 전기공급부(310)에 전기공급중단신호를 전달하면, 상기 전기공급부(310)는 열반응 부재(100)에 전류가 더 이상 흐르지 않도록 전류 공급을 중단할 수 있다.

이와 같은 전기 공급 여부 제어에 의하여 열반응 부재(100)에 전류가 공급되면 열이 발생되어 열반응 부재(100)가 수축되고, 전류 공급이 중단되면 온도가 감소되어 열반응 부재(100)가 이완된다.

전기공급부(310)는 열반응 부재에 연결되어 열반응 부재에 전류를 공급하도록 구성될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

감지부(320)는 착용자의 생체정보 또는 동작 등을 감지하도록 구성된 다양한 형태의 디바이스를 포함할 수 있다. 여기서, 생체정보는 근전도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지부(320)가 근전도 센서를 포함하는 경우, 상기 센서는 중량물의 파지, 이동, 및 지탱에 따라 착용자의 근육의 움직임 또는 동작(구체적으로, 수축 동작 또는 이완 동작)을 감지할 수 있다. 다른 예로서, 감지부(320)는 음성센서를 포함할 수 있으며, 이 경우 센서는 착용자의 음성정보를 통해 현재 착용자의 행동, 상태, 요구사항 등을 입력 받도록 구성될 수 있다.

또한, 감지부(320)는 열반응 부재(100)의 변형을 감지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지부(320)는 스트레인 게이지를 포함할 수 있다.

전원부(330)는 제어부(300), 전기공급부(310) 및 감지부(320) 중 적어도 하나에 전기를 공급하도록 구성될 수 있다.

제어부(300)는 감지부(320)에서 감지되는 정보를 기초로 전기공급부(310)가 열반응 부재로 공급하는 전류를 제어할 수 있다.

예를 들어, 착용자가 팔을 굽히는 동작과 같이 열반응 부재의 수축이 요구되는 동작을 수행하는 경우, 감지부(320)는 측정된 근전도 정보를 제어부(300)로 전달할 수 있으며, 제어부(300)는 근전도 정보를 기초로 착용자가 팔을 굽히려는 동작을 의도하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 착용자가 팔을 굽히는데 필요한 힘을 계산하여, 유연구동기(10)에서 출력되어야 하는 목표력을 산출할 수 있다. 그리고, 이를 구현하기 위해 제어부(300)는 산출된 목표력이 출력되도록 전기공급부(310)에서 열반응 부재에 공급하는 전류를 제어할 수 있다.

도 3a, 도 3b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 옷감형 유연구동기의 구성도 및 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 유연구동기 단위체에 적용가능한 SMA 스프링 다발 및 단위 스프링의 예시도이다.

도 3a, 3b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 유연구동기(10) 단위체는, 본체 내부에 배치된 SMA 스프링 다발인 열반응 부재(100)가 제어부(300)에 의하여 수축 및 팽창됨에 의하여 구동기 자체도 수축 및 팽창되도록 구성된다.

SMA 스프링 다발인 열반응 부재(100)는 일 방향을 따라 연장되며, 온도 변화에 따라 연장된 길이방향(D1)을 따라 수축 또는 이완 가능하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 열반응 부재는 전기가 공급되면 발생하는 열에 반응하여 일 방향을 따라 수축될 수 있다. 또한, 전기 공급이 중단되어 온도가 감소되면, 일 방향의 반대 방향으로 이완될 수 있다.

열반응 부재(100)는 열에 반응하는 형상기억합금 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 열반응 부재(100)는 형상기억합금 SMA 와이어로 구현되는 형상기억합금 SMA 스프링으로 이루어질 수 있다. 또는, 열반응 부재(100)는 형상기억합금 소재뿐만 아니라, 열에 의하여 반응하는 다양한 열반응 물질, 예를 들면, 형상기억수지(shape memory resin), 형상기억고분자(shape memory polymer, SMP), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아미드(polyamide), 나일론(nylon) 등으로 이루어질 수 있다.

본 명세서에서는 열반응 부재로서 형상기억합금인 SMA 와이어가 SMA 스프링으로 구현된 것을 예시로 설명한다. SMA 스프링 단위체(101)는 변경가능한 본체부(101a)와 고정결합을 위한 다리부(101b)로 구성된다.

주의할 점은, 도 4에서는 스프링을 이루는 와이어의 직경이 0.5 mm, 0.08 mm인 것을 예시로 들었지만, 반드시 이러한 직경에만 본 발명이 적용될 수 있는 것은 아니다. 기존에는 고려할 필요가 없었던 방법이 와이어가 가늘어져서 개수가 늘어남에 따라 새로운 제작방법 및 구성 필요하게 된 것이다. 따라서, 0.5 mm보다 큰 직경의 와이어의 경우에도 본 발명에 의한 새로운 방법으로 충분히 제작이 가능하다. 접힐 수 있는 직경의 모든 와이어가 본 발명에 적용될 수 있다.

이러한 미세 SMA 스프링을 가령 수백 개 모아 하나의 모듈인 SMA 스프링 다발(100)을 형성한다. 미세직경의 SMA 와이어 기반 다발을 이용하면 기존의 구동력을 유지하면서도 옷감의 유연성을 상당부분 유지하여 착용시 이질감이 없을 뿐만 아니라 특히 냉각속도를 향상시켜 빠른 응답성을 구현할 수 있다. 한편, 와이어 직경에서와 같이 다발을 구성하는 스프링의 개수에 대해서도 마찬가지이다. 수 내지 수백 개까지 본 발명에 의한 새로운 제작방법 및 구성이 적용될 수 있다.

참고로, SMA 스프링 그 자체는 특정 제조방법에 한정되는 것은 아니지만 가령 본 발명의 출원인에 의하여 이미 출원된 대한민국 특허출원 제10-2020-0029517호 “형상기억합금 스프링의 제조방법”에 개시된 방법에 의해 제조될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.

한편, 미세직경의 SMA 와이어 기반 다발은 요구되는 구동력 등에 따라 단수 또는 복수로 설치될 수 있음을 이해할 것이다.

[ 실시예 1]

본 실시예에서는 미세 또는 소정 직경의 SMA 와이어 기반 SMA 스프링 단위체(101)가 제 1 SMA 스프링 다발(110)과 제 2 SMA 스프링 다발(120)과 같이 복수로 구성되어 도 3에서와 같이 서로 동일한 수축/이완 방향으로 작동, 즉 서로 나란히 배치된 경우를 예로서 설명한다.

유연구동기는, 크게, 외피(400), SMA 스프링 다발(100: 110, 120), 전극(200)인 전도성 패드 및 외부 전류 수신부(전류 공급선; 240)으로 이루어진다.

본체를 구성하는 외피(400)는 상피와 하피인 한 쌍으로 이루어진다. 이는 다양한 소재로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는, SMA 스프링 다발의 수축 또는 이완 시 함께 수축 또는 이완 가능한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 외피는 유연한 소재, 보다 바람직하게는 패브릭 소재로 이루어질 수 있다.

SMA 스프링 다발(100)은 가령 수 내지 수백 개의 소정 직경의 SMA 와이어로 다발을 형성하는 모듈이다. 외피 내에서 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 배치된다. 복수의 SMA 스프링 다발들은, 전류 흐름 측면에서, (최상류에 위치하는) 선단의 제 1 SMA 스프링 다발(110) 및 (최하류에 위치하는) 말단의 제 2 SMA 스프링 다발(120)을 포함한다. SMA 스프링 다발들 각각(110, 120)은, 전류 흐름 측면(도 3a의 화살표 참조)에서, (전류가 들어가는) 입구측 일단와 (전류가 빠져나가는) 출구측 타단을 포함한다. 본 실시예에서는 도 3에서와 같이 제 1 SMA 스프링 다발(110)과 제 2 SMA 스프링 다발(120)로 구성되어 서로 동일한 수축/이완 방향으로 작동가능하도록 서로 나란히 배치된다.

전극(200)인 전도성 패드는 외부에서 공급되는 전류가 SMA 스프링 다발로 흐르는 경로를 만들어주는 전극 역할을 하는 전도성 옷감 또는 유연 전도체 박막으로서 적어도 2개 이상 형성된다. 이러한 전도성 패드(200)는 다양한 방법에 의하여 외피에 고정 배치될 수 있다.

본 실시예에서, 복수의 전극(200)은, 전류 흐름 측면에서, (최상류에 위치하는) 선단의 제 1 전도성 패드(210), 중간 전도성 패드(230), (최하류에 위치하는) 말단의 제 2 전도성 패드(220)를 포함한다.

이러한 복수의 전극(200)은 복수의 SMA 스프링 다발들 각각과의 전기적 경로를 형성하도록 각각의 다발과 서로 접촉하는 영역을 갖는다. 이러한 영역을 ‘중첩부’라고 정의하고 중첩부는 전도성 패드의 일부 또는 전체가 될 수 있다. 중첩부는 전도성 패드와 SMA 스프링 다발이 서로 박음질되어 고정되는 방식으로 이루어진다.

제 1 전도성 패드(210)는 제 1 SMA 스프링 다발(110)의 일단과 전기적으로 연결되는 제 1 중첩부(211)를 포함하며, 도 2에서의 실시예에서는 외피(400)의 상단부에 형성된다.

중간 전도성 패드(230)는 도 2에서와 같이 외피의 하단부(400)에 형성되어 제 1 SMA 스프링 다발(110)과 제 2 SMA 스프링 다발(120)을 서로 전기적으로 연결되도록 구성되고, 각각의 스프링 다발과 접촉되는 2개의 중간 중첩부(231)를 포함한다.

제 2 전도성 패드(220)는, 제 2 SMA 스프링 다발(120)의 타단과 전기적으로 연결되는 제 2 중첩부(221)를 포함하며, 도 3의 실시예에서는 외피(400)의 상단부에 제 1 전도성 패드(210)와 나란히 형성된다.

즉, 외부 전류가 흐르는 방향 측면에서 본다면, 복수의 전극들 중 제 1 전도성 패드(210)는 외부로부터 공급되는 전류를 최상류에 위치하는 SMA 스프링 다발(제 1 SMA 스프링 다발)에 전달하는 ‘선단 전극’이며, 제 2 전도성 패드(220)는 최하류에 위치하는 SMA 스프링 다발(제 2 SMA 스프링 다발)로부터 나오는 전류를 외부로 전달하는 ‘말단 전극’이며, 중간 전도성 패드(230)는 복수의 SMA 스프링 다발들 사이에서의 전류 흐름이 가능하도록 형성된 ‘중간 전극’에 해당한다. 후술하는 기타 실시예에서 언급하겠지만, 이러한 ‘선단 전극’과 ‘말단 전극’ 사이의 ‘중간 전극’은 스프링 다발의 개수에 따라 필요없거나(가령, 스프링 다발이 하나인 경우) 또는 2개(가령, 스프링 다발이 둘인 경우) 또는 3개(가령, 스프링 다발이 세개인 경우) 또는 그 이상 필요할 수도 있다.

언급한 바와 같이 중첩부는, SMA 스프링 다발을 구성하는 개별 단위 스프링과 전도성 패드가 전기적으로 서로 통전될 수 있도록 물리적으로 서로 접촉되는 영역을 의미하는 것으로서, 전도성 패드의 적어도 일부가 될 수 있다. 일반적으로 중첩부에서는 SMA 스프링의 다리부분(101b)이 위치되어 대응하는 전도성 패드(200)와 박음질 등의 방법에 의해 서로 고정 결합된다.

한편, 도 5에서와 같이, 중첩부들 각각은 적어도 1회 접힌 상태일 수 있다. 기존의 굵은 와이어를 이용한 유연구동기에 있어서는, 외부에서 받는 하중을 버티기 위해 SMA 스프링 다리를 강성이 높은 유연 플라스틱에 여러 차례 바느질하여 높은 외부 하중에 대해서도 스프링 다리가 빠지지 않도록 해야 하였으므로 공정이 복잡해 지는 문제가 있었다. 그러나, 본 실시예에서와 같이, 수많은 미세 직경의 SMA 스프링의 다리를 전극(200)인 전도성 패드에 고정한 후 적어도 1회, 바람직하게는 2회 접어 그 접힌 부분의 단면을 실질적으로 ‘ㄹ’자 또는 그 유사한 형태로 형성한 후 박음질 등으로 고정함으로써 높은 외부하중에도 스프링 다리가 빠지지 않도록 하였다. 이와 같이 다수의 SMA 스프링을 하나하나 바느질하지 않고 한번에 박음질로 옷감에 고정하여 제작공정을 단순화할 수 있다.

본 실시예에 의한 유연구동기는, 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 중첩부의 ‘ㄹ’과 같이 접힌 부분에 삽입된 상태로 일체로 박음질되어 고정결합되도록 구성된 추가 옷감(500)을 더 포함한다. 추가 옷감(500)은 외피보다 덜 유연한 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 추가 옷감(500)은 아이릿(eyelet)용 개구부(501)를 포함할 수 있으며 이러한 개구부(501)를 이용하여 유연구동기가 다른 부재와 연결되어 사용될 수 있다. 즉, 추가 옷감(500)은 아이릿을 고정하고 외부에서 가해지는 힘을 전달하는 가방끈처럼 강성이 높은 옷감으로 이해될 수 있다.

외부 전류 수신부(240)는 외부로부터 외피 내부로 전류를 받아들이기 위해 외부로 노출된 전선 또는 전도성 옷감을 의미한다. 즉, 이는 외피 내부에 존재하는 전도성 요소들, 가령 도 3의 전도성 패드들과 SMA 스프링 다발들 사이에서의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 처음으로 인입하도록 구성된다.

이러한 외부 전류 수신부(240)는 최상류의 선단 전극인 제 1 전도성 패드(210)로부터 형성될 수도 있다. 종래에는 유연 플라스틱에 바느질된 SMA 스프링 다리를 밖으로 빼서 전류 공급선으로 사용하였는데, 이러한 방식은 SMA 스프링 다리가 길어야 해서 재료의 낭비와 공정의 복잡성을 초래하였다. 본 실시예에서는 전극으로 사용되는 전도성 옷감 등의 전도성 패드를 전류의 통로로 사용하기 때문에 전도성 옷감 자체를 외부로 연장하여 전류 공급선으로 활용 가능하며, 이에 의하면 SMA 스프링 다리를 짧고 균일하게 제작하여 재료 낭비 방지 및 공정 단순화를 이룰 수 있다.

[기타 실시예 ]

도 6은 본 발명의 기타 실시예에 의한 유연구동기를 나타낸다.

도 6 (a)는 도 3의 실시예와는 달리 하나의 SMA 스프링 다발(100)로 이루어진다. 따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 본 실시예에 의한 구동기는, 외부 전류의 방향 측면에서 볼 때, 외부로부터 공급되는 전류를 최상류에 위치하는 SMA 스프링 다발(제 1 SMA 스프링 다발)에 전달하는 ‘선단 전극’인 제 1 전도성 패드와 전류를 외부로 보내기 위한 ‘말단 전극’인 제 2 전도성 패드만이 요구되며, 복수의 SMA 스프링 다발들 사이에서 전류 흐름이 가능하도록 형성된 ‘중간 전극’은 필요없다.

따라서, 도 5 (a)의 실시예에 의한 유연구동기는, 유연 소재의 한 쌍의 외피, 한 쌍의 외피 내에서 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 배치되며 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 제 1 SMA 스프링 다발(110), 외피에 고정 배치되며 상기 제 1 SMA 스프링 다발(110)의 일측과 전기적으로 연결되는 제 1 중첩부(211)를 포함하는 제 1 전도성 패드(210), 외피에 고정 배치되며 제 1 SMA 스프링 다발(110)의 타측과 전기적으로 연결되도록 제 2 중첩부(221)를 포함하는 제 2 전도성 패드(220), 및 제 1 전도성 패드(210)와 제 1 SMA 스프링 다발(110) 및 제 2 전도성 패드(220)로의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 인입하도록 구성된 외부 전류 수신부(240)를 포함하고, 제 1 및 2 중첩부들 각각은 박음질된 상태이며, 기타 특징들은 앞서 설명한 실시예 1이 동일하게 적용될 수 있다.

도 6 (b)는 도 3의 실시예와는 달리 제 1 내지 3의 세 개의 SMA 스프링 다발들(100)로 이루어진다. 따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 본 실시예에 의한 구동기는, ‘선단 전극’인 제 1 전도성 패드와 전류를 외부로 보내기 위한 ‘말단 전극’인 제 2 전도성 패드뿐만 아니라, 제 1 내지 3 SMA 스프링 다발 모듈들을 서로 전기적으로 연결시키기 위한 ‘중간 전극’인 중간 전도성 패드들이 요구된다.

따라서, 동 실시예에 의한 유연구동기에 있어서의 복수의 전극은 복수의 중간 전도성 패드 및 복수의 중간 중첩부를 포함한다. 마찬가지로 기타 특징들은 앞서 설명한 실시예 1이 동일하게 적용될 수 있다.

유연구동기의 제조방법

도 7은 도 3의 유연구동기의 제조방법을 단계별로 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따른 유연구동기 제조방법은, 유연 소재의 상피와 하피로 구성되는 한 쌍의 외피(400)를 준비하고, 이들 중 적어도 어느 하나에 복수의 전도성 패드를 포함하는 전극(200)을 형성하는 단계(도 7a), 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 하나 또는 그 이상의 SMA 스프링 다발 각각의 일단과 타단 측이 각각의 전도성 패드와 전기적으로 연결되는 중첩부를 형성하도록 배치 하는 단계(도 7b), 상기 중첩부를 박음질하는 단계(도 7c), 및 상기 전극(200)과 상기 SMA 스프링 다발 사이의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 인입하도록 구성된 외부 전류 수신부(240)를 형성하는 단계(도 7f)를 포함한다.

도 7a에서와 같이, 먼저 유연 소재의 상피와 하피로 구성되는 한 쌍의 외피(400)를 준비한다. 준비된 한 쌍의 외피 중 적어도 어느 하나에 복수의 전극(200), 가령 선단의 제 1 전도성 패드(210), 중간 패드 및 말단의 제 2 전도성 패드(220)를 형성한다. 가령, 상피 또는 하피 또는 둘 모두의 전극 위치에 전도성 패드인 전도성 옷감을 (바느질 등으로) 결합하여 외피를 제작할 수 있다.

다음, 도 7b에서와 같이, 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 SMA 스프링 다발들 각각의 일단인 다리 부분이 가령 하피의 전극 위에 위치하도록 하여 제 1 전도성 패드(210)와 전기적으로 연결되는 제 1 중첩부(211)를 형성한다. 이는 제 2 중첩부(221) 형성에 있어서도 동일하며, 제 1 SMA 스프링 다발(110)의 타단인 다리 부분이 하피의 전극(200) 위에 위치하도록 하여 제 2 전도성 패드(220)와 전기적으로 연결되는 제 2 중첩부(221)를 형성한다.

도 7c에서와 같이, 이러한 중첩부들은 제 1 SMA 스프링 다발(110)의 일측 및 타측을 각각 대응하는 제 1 및 제 2 전도성 패드(220)와 함께 박음질함으로써 서로 결합된다.

다음 상피를 하피 상에 덮고 박음질함으로써 서로 결합한다.

그 후, 제 1 및 2 중첩부들 각각을 적어도 1회 접은 상태에서 다시 한번 박음질할 수 있는데, 도 7d에서와 같이, 중첩부의 접힌 부분이 실질적으로 “ㄹ” 형상의 단면을 갖도록 2회 접는 것이 바람직하다. 이 때, 중첩부의 접힌 부분에 추가 옷감(500)을 삽입된 상태로 일체로 박음질하여 중첩부와 추가 옷감(500)을 서로 고정결합하여 제 1 SMA 스프링 다발(110)이 전도성 패드로부터 이탈되지 않도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 추가 옷감(500)은 외피보다 덜 유연한 재료들로부터 선택되는 것이 바람직하다. 추가 옷감의 단부에, 도 7e에서와 같이, 개구부를 형성하고 아이릿을 설치할 수 있다.

마지막으로, 제 1 전도성 패드(210)와 제 1 SMA 스프링 다발(110) 및 제 2 전도성 패드(220)로의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 인입하도록 구성된 외부 전류 수신부(240)를 형성한다(도 7f 참조). 외부 전류 수신부(240)는 제 1 전도성 패드(210)로부터 형성되는 것이 바람직하다.

유연구동기의 제어 프로그램

이상에서 설명된 장치 및 이에 대한 제어는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소, 물리적 장치, 가상 장치, 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

1 유연구동기 조립체
10 유연구동기
100 열반응 부재/SMA 스프링 다발
101 SMA 스프링 단위체
101a 본체부 101b 다리부
110 (선단) 제 1 SMA 스프링 다발
120 (말단) 제 2 SMA 스프링 다발
130 중간 SMA 스프링 다발
200 전극/전도성 패드
210 (선단) 제 1 전도성 패드 211 제 1 중첩부
220 (말단) 제 2 전도성 패드 221 제 2 중첩부
230 중간 전도성 패드 231 중간 중첩부
240 외부 전류 수신부
300 제어부
400 외피/본체
500 추가 옷감
501 아이릿/개구부

Claims (17)

1. 유연구동기로서,
   온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 배치되며, 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 제 1 SMA 스프링 다발 - 상기 제 1 SMA 스프링 다발은, 전류 흐름 측면에서, 입구측 일단와 출구측 타단을 포함함 - ;
   상기 제 1 SMA 스프링 다발의 일단과 전기적으로 연결되는 제 1 중첩부를 포함하는 제 1 전도성 패드; 및
   상기 제 1 SMA 스프링 다발의 타단과 전기적으로 연결되도록 제 2 중첩부를 포함하는 제 2 전도성 패드를 포함하고,
   상기 중첩부는 박음질에 의하여 상기 전도성 패드와 상기 SMA 스프링 다발 사이의 고정 결합이 유지되도록 형성된,
   유연구동기.
   
2. 유연구동기로서,
   전류 공급에 따라 수축 또는 이완되도록 배치되며, 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 복수의 SMA 스프링 다발들 - 상기 복수의 SMA 스프링 다발들은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 제 1 SMA 스프링 다발 및 말단의 제 2 SMA 스프링 다발을 포함하고, 상기 SMA 스프링 다발들 각각은, 전류 흐름 측면에서, 입구측 일단와 출구측 타단을 포함함 - ; 및
   복수의 전극 - 상기 복수의 전극은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 제 1 전도성 패드, 중간 전도성 패드, 말단의 제 2 전도성 패드를 포함함 -
   을 포함하고,
   상기 복수의 전극은, 상기 복수의 SMA 스프링 다발들과의 전기적 경로를 형성하기 위하여, 상기 제 1 전도성 패드가 상기 제 1 SMA 스프링 다발의 일단과 전기적으로 연결되는 제 1 중첩부를 포함하고, 상기 제 2 전도성 패드가 상기 제 2 SMA 스프링 다발의 타단과 전기적으로 연결되는 제 2 중첩부를 포함하고, 상기 중간 전도성 패드가 상기 복수의 SMA 스프링 다발들끼리 서로 전기적으로 연결되는 중간 중첩부를 포함하도록 배치되고,
   상기 중첩부는 박음질에 의하여 상기 전도성 패드와 상기 SMA 스프링 다발 사이의 고정 결합이 유지되도록 형성된,
   유연구동기.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 복수의 SMA 스프링 다발들은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 상기 제 1 SMA 스프링 다발과 말단의 상기 제 2 SMA 스프링 다발 사이에 배치되도록 구성된 하나 이상의 중간 SMA 스프링 다발을 더 포함하고,
   상기 복수의 전극은 복수의 중간 전도성 패드 및 복수의 중간 중첩부를 포함하도록 배치되는,
   유연구동기.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 전도성 패드와 상기 복수의 SMA 스프링 다발 사이의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 인입하도록 구성된 외부 전류 수신부를 포함하고, 상기 외부 전류 수신부는 상기 제 1 전도성 패드로부터 형성된,
   유연구동기.
   
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 중첩부들 각각은 적어도 1회 접힌 상태인 것을 특징으로 하는,
   유연구동기.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 중첩부의 접힌 부분과 일체로 박음질되어 고정결합되도록 구성된 추가 옷감을 더 포함하고,
   유연구동기.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 SMA 스프링 다발이 내부에 포함되며, 상기 전도성 패드가 고정되는 유연 소재의 외피를 더 포함하고,
   상기 추가 옷감은 상기 외피보다 덜 유연한 재료로 구성되는,
   유연구동기.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 중첩부는 2회 접힌 상태이며 접힌 부분이 실질적으로 “ㄹ” 형상의 단면을 갖고, 상기 추가 옷감은 상기 중첩부의 접힌 부분에 삽입된 상태에서 함께 박음질되는,
   유연구동기.
   
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 추가 옷감은 아이릿(eyelet)용 개구부를 포함하는,
   유연구동기.
   
10. 웨어러블 로봇으로서,
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 유연구동기;
    착용자의 동작을 감지하도록 구성된 센서; 및
    상기 센서로부터의 신호에 기초하여 상기 유연구동기의 수축 상태와 이완 상태 사이에서의 작동 변경을 위한 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는,
    웨어러블 로봇.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유연구동기는 굽힘근 또는 폄근 위치에 배치되는,
    웨어러블 로봇.
    
12. 유연구동기의 제조방법으로서,
    a) 유연 소재의 상피와 하피로 구성되는 한 쌍의 외피를 준비하는 단계;
    b) 상기 한 쌍의 외피 중 적어도 어느 하나에 복수의 전도성 패드를 포함하는 전극을 형성하는 단계;
    c) 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 하나 또는 그 이상의 SMA 스프링 다발 각각의 일단과 타단 측이 각각의 전도성 패드와 전기적으로 연결되는 중첩부를 형성하도록 배치하는 단계;
    d) 상기 중첩부의 상기 SMA 스프링 다발과 상기 전도성 패드를 함께 박음질하는 단계; 및
    e) 상기 전극과 상기 SMA 스프링 다발 사이의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 인입하도록 구성된 외부 전류 수신부를 형성하는 단계를 포함하는,
    유연구동기 제조방법.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 SMA 스프링 다발은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 제 1 SMA 스프링 다발 및 말단의 제 2 SMA 스프링 다발을 포함하고, 상기 SMA 스프링 다발들 각각은, 전류 흐름 측면에서, 입구측 일단와 출구측 타단을 포함하고,
    상기 전극은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 제 1 전도성 패드, 중간 전도성 패드, 말단의 제 2 전도성 패드를 포함하고,
    상기 전극은, 상기 복수의 SMA 스프링 다발들과의 전기적 경로를 형성하기 위하여, 상기 제 1 전도성 패드가 상기 제 1 SMA 스프링 다발의 일단과 전기적으로 연결되는 제 1 중첩부를 포함하고, 상기 제 2 전도성 패드가 상기 제 2 SMA 스프링 다발의 타단과 전기적으로 연결되는 제 2 중첩부를 포함하고, 상기 중간 전도성 패드가 상기 복수의 SMA 스프링 다발들끼리 서로 전기적으로 연결되는 중간 중첩부를 포함하도록 배치되는,
    유연구동기 제조방법.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 SMA 스프링 다발들은, 전류 흐름 측면에서, 선단의 상기 제 1 SMA 스프링 다발과 말단의 상기 제 2 SMA 스프링 다발 사이에 배치되도록 구성된 하나 이상의 중간 SMA 스프링 다발을 더 포함하고,
    상기 복수의 전극은 복수의 중간 전도성 패드 및 복수의 중간 중첩부를 포함하도록 배치되는,
    유연구동기 제조방법.
    
15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 패드는 전도성 옷감의 재질로 이루어지고, 상기 b) 단계는 상기 외피 상에 상기 전도성 패드를 박음질하여 수행되는,
    유연구동기 제조방법.
    
16. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 d) 단계에서 상기 중첩부가 적어도 1회 접힌 상태에서 박음질되는,
    유연구동기 제조방법.
    
17. 유연구동기로서,
    제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 의한 유연구동기 제조방법에 의하여 제조된,
    유연구동기.

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