KR102402876B1

KR102402876B1 - 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치

Info

Publication number: KR102402876B1
Application number: KR1020200164166A
Authority: KR
Inventors: 조정산; 김진현; 김정영; 윤성운
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-05-27
Also published as: WO2022114554A1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치는, 착용자의 상체에 착용되는 상부 하네스; 상기 상부 하네스에 결합되되, 상기 착용자의 척추를 따라 인접하게 일렬로 배치되는 복수의 지지 부재 및 상기 복수의 지지 부재 사이에 강성 또는 유연성을 제공하도록 상기 복수의 지지 부재와 결합되는 와이어를 포함하는 유연 링크 구조체; 상기 착용자의 허리에 착용되는 허리 하네스 및 상기 유연 링크 구조체와 결합되어 상기 유연 링크 구조체의 와이어를 작동시키기 위 하여 상기 상부 하네스 또는 상기 허리 하네스 중 어느 하나에 결합되는 액추에이터를 포함할 수 있다.

Description

착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치{WEARABLE APPARATUS FOR ASSISTING MUSCLE STRENGTH OF WEARER}

본 발명은 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 착용자의 허리 및 다리 부위의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치에 관한 것이다.

공장이나 물류산업 종사자나 소방관 및 군인 등 무거운 중량물을 들고 옮기거나 휴대해야 하는 분야 및 신체거동이 불편한 환자들에게 부담을 경감시켜 주기 위하여 근력보조장치 또는 외골격 장치 등이 개발되고 있다.

이러한 근력보조장치 또는 외골격장치는 모터와 같은 액추에이터 등을 구비하여 착용자의 근력을 능동적으로 보조한다.

그러나, 이러한 근력보조장치나 외골격장치는 다수의 액추에이터 등으로 인해 그 제조비용이 고가이며, 복잡한 제어가 필요하고, 무게가 무거운 한계가 있다.

또한, 착용자가 종래의 근력보조장치를 착용한 상태에서, 허리 또는 다리에 힘이 들어가는 동작을 수행하지 않는 경우, 종래의 근력보조장치는 착용자의 자연스러운 동작을 오히려 방해하는 문제가 있다.

등록특허공보 제10-1937275호(웨어러블 로봇을 위한 링크 구조체)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다수의 액추에이터로 인하여 무게가 증가하는 것을 방지하여 착용의 편의성이 개선되는 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치를 제공하고자 한다.

또한, 착용자가 허리 또는 다리 등에 힘이 들어가는 동작을 수행하지 않는 경우, 착용자의 자연스러운 동작을 방해하지 않는 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치는, 착용자의 상체에 착용되는 상부 하네스; 상기 상부 하네스에 결합되되, 상기 착용자의 척추를 따라 인접하게 일렬로 배치되는 복수의 지지 부재 및 상기 복수의 지지 부재 사이에 강성 또는 유연성을 제공하도록 상기 복수의 지지 부재와 결합되는 와이어를 포함하는 유연 링크 구조체;

상기 착용자의 허리에 착용되는 허리 하네스 및

상기 유연 링크 구조체와 결합되어 상기 유연 링크 구조체의 와이어를 작동시키기 위 하여 상기 상부 하네스 또는 상기 허리 하네스 중 어느 하나에 결합되는 액추에이터를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치는, 상기 착용자의 하체 일측에 착용하는 하부 하네스 및 상기 하부 하네스와 결합되되, 상기 와이어와 연결되어 상기 액추에이터의 작동에 따라 상기 유연 링크 구조체와 함께 상기 착용자에 보조 힘을 제공하는 텐던 부재를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치는, 상기 텐던 부재와 연결되고, 상기 텐던 부재를 작동시키기 위한 텐던 액추에이터를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 액추에이터는 유압 실린더, 공압 실린더 또는 볼스크류모터 중 어느 하나인 선형 구동기일 수 있다.

이 때, 상기 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치는, 상기 액추에이터는, 상기 상부 하네스 또는 상기 허리 하네스 중 하나에 결합되는 실린더; 및 상기 실린더의 내부에서 왕복 이동되는 피스톤을 포함하고, 상기 실린더는 상기 상부 하네스에 결합되고, 상기 와이어의 일단은 상기 피스톤에 연결될 수 있다.

이 때, 상기 피스톤이 제1 방향으로 이동됨에 따라, 상기 와이어와 연결된 상기 텐던 부재는 상기 하부 하네스를 상기 제1 방향으로 당기고, 상기 하부 하네스가 상기 제1 방향으로 당겨짐에 따라, 상기 실린더는 상기 제1 방향의 반대방향인 제2 방향으로 당겨지고, 상기 실린더가 상기 제2 방향으로 당겨짐에 따라, 상기 유연 링크 구조체는 상기 실린더와 상기 허리 하네스 사이에서 압축되어 경직된 상태가 되어 상기 착용자의 허리를 지지하고, 상기 유연 링크 구조체가 경직된 상태에서, 상기 텐던 부재는 상기 하부 하네스를 상기 제1 방향으로 당겨 착용자의 허벅지에 보조 힘을 제공하고, 상기 피스톤이 상기 제2 방향으로 이동됨에 따라, 상기 텐던 부재가 상기 하부 하네스를 상기 제1 방향으로 당기는 힘이 해제되고, 상기 하부 하네스가 상기 제1 방향으로 당겨지는 힘이 해제됨에 따라, 상기 실린더는 상기 제2 방향으로 당겨지는 힘이 해제되고, 상기 실린더가 상기 제2 방향으로 당겨지는 힘이 해제됨에 따라, 상기 유연 링크 구조체는 상기 상부 하네스와 상기 허리 하네스 사이에서 유연한 상태가 되고, 상기 유연 링크 구조체가 유연한 상태에서, 상기 텐던 부재가 상기 하부 하네스를 상기 제1 방향으로 당기는 힘을 해제하여 착용자의 허벅지가 상기 하부 하네스의 구속에서 벗어날 수 있다.

이 때, 상기 실린더는 상기 허리 하네스에 결합되고, 상기 와이어의 일단은 상기 복수의 지지 부재 중 상측에 배열되는 상측 지지 부재와 연결되고, 상기 와이어의 타단은 상기 실린더와 연결되고, 상기 텐던 부재의 일단은 상기 피스톤에 연결되고, 상기 텐던 부재의 타단은 상기 하부 하네스에 연결될 수 있다.

이 때, 상기 액추에이터는, 모터; 및 상기 모터의 일측에 연결되고, 상기 와이어가 감기는 와이어 풀리를 포함할 수 있다.

이 때, 착용자의 허리에 착용되는 허리 하네스를 더 포함하고, 상기 모터는 상기 허리 하네스와 결합되고, 상기 와이어의 일단은 상기 복수의 지지 부재 중 상측에 배열되는 상측 지지 부재와 연결되고, 상기 와이어의 타단은 상기 와이어 풀리와 연결되고, 상기 텐던 부재의 일단은 상기 와이어 풀리에 연결되고, 상기 텐던 부재의 타단은 상기 하부 하네스에 연결되고, 상기 와이어 풀리는, 제1 외경을 가지고, 상기 와이어를 감는 제1 와이어 풀리; 및 상기 제1 외경보다 작은 제2 외경을 가지고, 상기 텐던 부재를 감는 제2 와이어 풀리를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치는, 상기 착용자의 허리에 착용되는 허리 하네스; 상기 허리 하네스에 배치되고, 착용자의 근전도신호를 측정하는 근전도센서; 및 상기 근전도센서로부터 전달받은 상기 근전도신호를 기반으로 하여 상기 액추에이터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치는, 하나의 액추에이터에 의한 구동력에 의해 유연 링크 구조체와 하부 하네스를 조절하여 허리와 다리의 근력을 보조하게 됨에 따라, 다수의 액추에이터가 필요 없게 되어 전체적인 무게를 줄여 착용감이 개선된다.

또한, 착용자가 허리 또는 다리 등에 힘이 들어가는 동작을 수행하지 않는 경우, 하나의 액추에이터의 구동에 의해 유연 링크 구조체와 하부 하네스를 조절하게 됨에 따라, 착용자의 자연스러운 동작이 제약되는 것을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치가 착용자에 착용된 상태를 나타내는 정면도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치가 착용자에 착용된 상태를 나타내는 측면도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 장치를 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 링크 구조체의 경직된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 링크 구조체의 유연한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 링크 구조체의 다른 구조의 경직된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 링크 구조체의 다른 구조의 유연한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 유연 링크 구조체의 다른 구조의 복수의 지지 부재 각각을 나타내는 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 블록도이다.
도 10 및 도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 12은 도 2의 착용자의 자세에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터를 나타내는 사시도이다.
도 14은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치를 나타내는 정면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터를 나타내는 사시도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터를 나타내는 사시도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터를 나타내는 사시도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치가 착용자에 착용된 상태를 나타내는 정면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시예는 다양한 실시예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

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

본 발명의 실시예에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 발명의 실시예에 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. 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.

한편, 본 발명의 실시예에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

그 밖에도, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치가 착용자에 착용된 상태를 나타내는 측면도이고, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치를 나타내는 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 링크 구조체의 경직된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 링크 구조체의 유연한 상태를 나타내는 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 링크 구조체의 다른 구조의 경직된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 링크 구조체의 다른 구조의 유연한 상태를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 유연 링크 구조체의 다른 구조의 복수의 지지 부재 각각을 나타내는 도면이고, 도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 블록도이다.

도 1 내지 도 9을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치(100)는 하네스부(110), 액추에이터(120), 유연 링크 구조체(130) 및 텐던 부재(150)를 포함한다.

상기 하네스부(110)는 착용자의 상체에 착용되는 상부 하네스(111), 착용자의 허리에 착용되는 허리 하네스(112) 및 착용자의 하체의 일측에 착용되는 하부 하네스(113)를 포함한다.

상기 상부 하네스(111)는 띠 형상으로 이루어지고, 착용자의 상체를 둘러싼다. 상기 상부 하네스(111)는 제1 탄성력을 가지는 재질로 이루어진다. 상기 상부 하네스(111)는 착용자의 양쪽 어깨에 걸리도록 한 쌍으로 구비된다. 다만, 상기 상부 하네스(111)는 양쪽 어깨에 걸리도록 한 쌍으로 구비되는 것에 한정되지 않고, 상기 착용자의 신체의 상측에 착용되도록 다양한 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 상부 하네스(111)에는 후술할 액추에이터(120)가 고정되는 고정판(111a)이 구비된다.

상기 허리 하네스(112)는 띠 형상으로 이루어진다. 상기 허리 하네스(112)는 상기 착용자의 허리에서 탈착 가능하게 착용된다. 상기 허리 하네스(112)는 제2 탄성력을 가지는 재질로 이루어진다. 이 때, 상기 제2 탄성력은 상기 제1 탄성력과 동일하거나 크다. 상기 허리 하네스(112)는 후술할 유연 링크 구조체(130)를 지지한다.

상기 하부 하네스(113)는 띠 형상으로 이루어진다. 상기 하부 하네스(113)는 착용자의 하체 일측, 예를 들어, 양쪽 허벅지에 착탈 가능하게 착용되도록 한 쌍으로 구비된다. 상기 하부 하네스(113)는 제3 탄성력을 가지는 재질로 이루어진다.

이 때, 상기 제3 탄성력은 상기 제1 탄성력과 동일하거나 작다. 또한, 상기 제3 탄성력은 상기 제2 탄성력과 동일하거나 작다. 예를 들면, 상기 제3 탄성력이 상기 제1 탄성력과 상기 제2 탄성력보다 작을 경우, 상기 제3 탄성력을 가지는 재질로 이루어진 상기 하부 하네스(113)는 상기 상부 하네스(111)와 상기 허리 하네스(112)보다 더 크게 신축되어, 다리의 동작에 따라 허벅지의 두께에 변화에 대응하여 원활하게 신축된다.

상기 액추에이터(120)는 실린더(121) 및 피스톤(122)을 포함하는 유압 실린더일 수 있다.

상기 실린더(121)는 상기 상부 하네스(111)에 결합된다. 이 때, 상기 상부 하네스(111)가 착용자에 착용되면, 상기 실린더(121)는 상기 착용자의 목 뒤쪽 아래에 배치된다. 상기 실린더(121)는 원통 형상으로 이루어진다. 상기 실린더(121)의 내부에는 유체가 수용된다. 다만, 상기 실린더(121)는 원통 형상으로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 소정의 길이를 가지면서 유체를 수용하는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 실린더(121)는 플라스틱 재질로 이루어진다. 다만, 상기 실린더(121)는 플라스틱 재질에 한정되지 않고, 중량이 가벼운 금속 재질로 이루어질 수 있다.

상기 피스톤(122)은 상기 실린더(121)의 내부에서 왕복 이동된다. 이 때, 상기 피스톤(122)은 상기 실린더(121)에 내부의 유체의 공급 및 배출에 따라, 상기 실린더(121)의 내부에서 왕복 이동된다. 상기 피스톤(122)은 플라스틱 재질로 이루어진다. 다만, 상기 피스톤(122)은 플라스틱 재질에 한정되지 않고, 중량이 가벼운 금속 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 액추에이터(120)는 유압 실린더 방식에 한정되지 않고, 공압 실린더 또는 볼스크류모터와 같이 다양한 선형 구동기일 수 있다.

상기 유연 링크 구조체(130)는 상기 상부 하네스(111)와 상기 허리 하네스(112) 사이에 배치된다. 이 때, 상기 유연 링크 구조체(130)는 착용자의 허리를 따라 배치된다. 상기 유연 링크 구조체(130)는 후술할 와이어(140)에 의해 당겨지거나 풀어짐에 따라, 유연한 상태가 되거나 압축되어 경직된 상태가 된다. 상기 유연 링크 구조체(130)는 착용자의 척추를 따라 인접하게 일렬로 배치되는 복수의 지지 부재(131, 132, 133) 및 상기 복수의 지지 부재(131, 132, 133)와 결합되는 와이어(140)를 포함한다.

먼저, 도 3에서는 상기 복수의 지지 부재(131, 132, 133)의 이해의 편의를 위해서, 상기 복수의 지지 부재(131, 132, 133)를 간략하게 도시하였다. 상기 복수의 지지 부재(131, 132, 133)에 대한 보다 구체적인 구조에 대해서는 이후 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

상기 복수의 지지 부재(131, 132, 133)가 서로 압착되면, 상기 유연 링크 구조체(130)는 경직된 상태가 되어 착용자의 허리를 지지하고, 상기 복수의 지지 부재(131, 132, 133)가 소정 간격(Δt)으로 서로 이격되면, 상기 유연 링크 구조체(130)는 유연한 상태가 되어 착용자의 자유로운 동작에 제약을 최소화한다. 한편, 도 3에서는 상기 소정 간격(Δt)의 이해의 편의를 위해, 상기 소정 간격(Δt)을 과장되게 크게 도시하였다.

상기 와이어(140)는 상기 복수의 지지 부재(131, 132, 133)를 관통하고, 상기 와이어(140)의 일단은 상기 피스톤(122)에 연결된다. 상기 와이어(140)는 상기 복수의 지지 부재(131, 132, 133) 사이에 강성 또는 유연성을 제공하도록 상기 복수의 지지 부재(131, 132, 133)와 결합된다.

상기 텐던 부재(150)는 상기 하부 하네스(113)와 결합된다. 상기 텐던 부재(150)는 상기 와이어(140)와 연결되어 상기 액추에이터(120)의 작동에 따라 이동된다.

또한, 상기 하부 하네스(113)가 한 쌍으로 구비되는 경우, 상기 텐던 부재(150)는 상기 한 쌍의 하부 하네스(113) 각각에 연결된다. 그리고, 상기 텐던 부재(150)는 상기 피스톤(122)의 이동에 따라, 상기 한 쌍의 하부 하네스(113)를 당기거나 풀어준다. 이 때, 상기 하부 하네스(113)에는 상기 텐던 부재(150)를 가이드하는 가이드 부재(112b)가 구비된다.

다음으로, 상기 유연 링크 구조체(130)에 대한 자세한 설명은, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 유연 링크 구조체(130)는 상측 지지 부재(131), 중간 지지 부재(132) 및 하측 지지 부재(133)를 포함한다.

상기 상측 지지 부재(131)는 상기 실린더(121)와 결합된다.

상기 하측 지지 부재(133)는 상기 허리 하네스(112)에 걸린다.

상기 중간 지지 부재(132)는 상기 상측 지지 부재(131)와 상기 하측 지지 부재(133) 사이에 직렬로 배열된다. 상기 중간 지지 부재(132)는 복수로 구성된다. 상기 중간 지지 부재(132)의 일측면에는 반구 형상의 볼록부(132a)가 형성된다. 상기 중간 지지 부재(132)의 타측면에는 반구 형상의 상기 볼록부(132a)에 대응하는 반구 형상의 오목부(132d)가 형성된다.

서로 인접하는 중간 지지 부재(132)는 반구 형상의 상기 볼록부(132a)와 반구 형상의 상기 오목부(132d)가 서로 대면하도록 일렬로 배치된다.

그리고, 상기 상측 지지 부재(131)의 타측면에는 상기 중간 지지 부재(132)의 반구 형상의 상기 볼록부(132a)에 대응하는 반구 형상의 오목부(131a)가 형성된다. 상기 상측 지지 부재(131)와 상기 중간 지지 부재(132)는 상기 반구 형상의 상기 볼록부(132a)와 반구 형상의 상기 오목부(131a)가 서로 대면하도록 일렬로 배치된다.

그리고, 상기 하측 지지 부재(133)의 일측면에는 상기 중간 지지 부재(132)의 반구 형상의 상기 오목부(132d)에 대응하는 반구 형상의 볼록부(133a)가 형성된다. 상기 하측 지지 부재(133)와 상기 중간 지지 부재(132)는 상기 반구 형상의 상기 오목부(132d)와 반구 형상의 상기 볼록부(133a)가 서로 대면하도록 일렬로 배치된다.

한편, 상기 상측 지지 부재(131), 상기 중간 지지 부재(132), 상기 하측 지지 부재(133) 사이에는 링 형상의 탄성 부재(135)가 구비된다.

상기 탄성 부재(135)는 상기 상측 지지 부재(131)와 상기 중간 지지 부재(132) 사이, 서로 이웃하는 상기 중간 지지 부재(132) 사이 및 상기 하측 지지 부재(133)와 상기 중간 지지 부재(132) 사이의 미끄럼을 방지한다.

또한, 상기 유연 링크 구조체(130)의 다른 구조에 대한 자세한 설명은, 도 6 내지 도 8를 참조하여 설명하기로 한다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 유연 링크 구조체(130')는 상측 지지 부재(131'), 중간 지지 부재(132') 및 하측 지지 부재(133')를 포함한다.

상기 중간 지지 부재(132')의 일측면에는 반구 형상의 볼록부(132a')가 형성되고, 상기 중간 지지 부재(132')의 타측면에는 반구 형상의 볼록부(132a')에 대응하는 반구 형상의 오목부(132b')가 형성된다.

서로 인접하는 중간 지지 부재(132')는 반구 형상의 상기 볼록부(132a')와 반구 형상의 상기 오목부(132b')가 서로 대면하도록 일렬로 배치된다.

그리고, 상기 상측 지지 부재(131')의 타측면에는 상기 중간 지지 부재(132')의 반구 형상의 상기 볼록부(132a')에 대응하는 반구 형상의 오목부(131a')가 형성된다. 상기 상측 지지 부재(131')와 상기 중간 지지 부재(132')는 상기 반구 형상의 상기 볼록부(132a')와 반구 형상의 상기 오목부(131a')가 서로 대면하도록 일렬로 배치된다.

그리고, 상기 하측 지지 부재(133')의 일측면에는 상기 중간 지지 부재(132')의 반구 형상의 상기 오목부(132b')에 대응하는 반구 형상의 볼록부(133a')가 형성된다. 상기 하측 지지 부재(133')와 상기 중간 지지 부재(132')는 상기 반구 형상의 상기 오목부(132b')와 반구 형상의 상기 볼록부(133a')가 서로 대면하도록 일렬로 배치된다.

이 때, 상기 중간 지지 부재(132')의 일측 단부에는 외측 방향으로 기울어지는 경사홈부(132c')가 형성되고, 상기 중간 지지 부재(132')의 타측 단부에는 상기 경사홈부(132c')의 반대편에 위치하는 단턱부(132d')가 형성된다. 상기 경사홈부(132c')는 상기 복수의 지지 부재(131', 132', 133')가 서로 어긋난 상태에서 다시 일렬로 배열되는 과정에서 서로 마찰되는 것을 최소화하면서 원활하게 일렬로 배열되도록 유도하고, 상기 단턱부(132d')는 상기 복수의 지지 부재(131', 132', 133')가 일렬로 배열된 상태를 유지하도록 한다.

그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 상측 지지 부재(131')에는 상기 와이어(140)가 관통하는 제1 상측홀(131h1'), 제2 상측홀(131h2'), 제3 상측홀(131h3') 및 제4 상측홀(131h4')이 형성된다.

상기 중간 지지 부재(132')에는 상기 와이어(140)가 관통하는 제1 중간홀(132h1'), 제2 중간홀(132h2'), 제3 중간홀(132h3') 및 제4 중간홀(132h4')이 형성된다.

상기 하측 지지 부재(132')에는 상기 와이어(140)가 관통하는 제1 하측홀(133h1'), 제2 하측홀(133h2'), 제3 하측홀(133h3') 및 제4 하측홀(133h4')이 형성된다.

상기 와이어(140)는 그 일단이 상기 액추에이터(120)에 연결되고 그 타단이 상기 텐던 부재(150)에 연결되는 제1 와이어(141), 제2 와이어(142), 제3 와이어(143) 및 제4 와이어(144)를 포함한다.

상기 제1 와이어(141)는 제1 상측홀(131h1'), 제1 중간홀(132h1') 및 제1 하측홀(133h1')을 순차적으로 통과한다.

상기 제2 와이어(142)는 제2 상측홀(131h2'), 제2 중간홀(132h2') 및 제2 하측홀(133h2')을 순차적으로 통과한다.

상기 제3 와이어(143)는 제3 상측홀(131h3'), 제3 중간홀(132h3') 및 제3 하측홀(133h3')을 순차적으로 통과한다.

상기 제4 와이어(144)는 제4 상측홀(131h4'), 제4 중간홀(132h4') 및 제4 하측홀(133h4')을 순차적으로 통과한다.

이와 같이, 도 6 내지 도 8에 도시된 유연 링크 구조체(130')는 상기 복수의 지지 부재(131', 132', 133')의 형상과 구조 및 복수의 와이어(141, 142, 143, 144)에 의해 복수의 지지 부재(131', 132', 133') 사이에 강성 또는 유연성을 제공하도록 하여 인체의 척추와 유사한 구동을 보일 수 있다.

그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 하네스부(110)에는 근전도센서(170), 제어부(160) 및 전원부(161)가 구비된다.

상기 근전도센서(170)는 상기 허리 하네스(112)에 배치된다. 상기 근전도센서(170)는 착용자의 근전도신호를 측정한다.

상기 제어부(160)는 상기 근전도센서(170)로부터 상기 근전도신호를 기반으로 하여 상기 액추에이터(120)의 구동을 제어한다.

예를 들면, 상기 제어부(160)는 상기 근전도신호가 상기 착용자가 복부에 힘을 주는 경우에 해당되는 지 여부를 판단하고, 상기 액추에이터(120)를 구동하도록 하여 상기 유연 링크 구조체(130)가 착용자의 허리를 보조하고 상기 하부 하네스(113)가 허벅지의 근력을 보조한다.

또한, 상기 제어부(160)는 상기 근전도신호가 상기 착용자가 복부에 힘을 주지 않는 경우에 해당된 경우, 상기 액추에이터(120)를 제어하여 상기 유연 링크 구조체(130)를 유연한 상태로 전환시키고 상기 하부 하네스(113)를 당기는 힘을 해제한다.

상기 전원부(161)는 상기 제어부(160)와 전기적으로 연결되고, 상기 액추에이터(120)와 전기적으로 연결된다.

그리고, 상기 전원부(161)는 상기 제어부(160)의 제어 신호에 따라 상기 액추에이터(120)를 구동시키기 위한 전원을 상기 액추에이터(120)에 공급한다.

도 10 및 도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 동작을 나타내는 도면이다.

도 10 및 도 11를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치(100)의 동작을 설명하기로 한다.

먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(122)이 제1 방향(①)으로 이동되면, 상기 와이어(140)에 연결된 상기 텐던 부재(150)는 상기 하부 하네스(113)를 상기 제1 방향(①)으로 당긴다.

그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(122)이 상기 하부 하네스(113)를 당기는 힘의 반작용에 의해, 상기 하부 하네스(113)는 상기 피스톤(122)을 당긴다. 이 때, 상기 피스톤(122)이 상기 실린더(121)의 내부에서 상기 제1 방향(①)으로 이동되는 힘이 가해지므로, 상기 실린더(121)가 상기 제1 방향(①)의 반대 방향인 제2 방향(②)으로 반작용의 힘을 받게 된다. 즉, 상기 실린더(121)가 반작용에 의해 상기 제2 방향(②)으로 당겨진다.

상기 실린더(121)가 상기 제2 방향(②)으로 당겨짐에 따라, 상기 유연 링크 구조체(130)는 상기 실린더(121)의 의해 상기 제2 방향(②)으로 힘을 받아 이동된다. 이 때, 상기 허리 하네스(112)는 상기 유연 링크 구조체(130)의 이동을 제한하는 스토퍼의 기능을 수행한다. 즉, 상기 유연 링크 구조체(130)는 상기 실린더(121)와 상기 허리 하네스(112) 사이에서 압축되어 경직된 상태가 된다. 이에 따라, 상기 유연 링크 구조체(130)는 착용자의 허리를 지지하여 착용자의 동작(예: 일어나기, 물건을 들기 등)에 따른 허리 손상을 방지한다.

그리고, 상기 유연 링크 구조체(130)가 경직된 상태에서, 상기 피스톤(122)이 상기 제1 방향(①)으로 이동되면, 상기 텐던 부재(150)는 상기 하부 하네스(113)를 상기 제1 방향(①)으로 당긴다. 이에 따라, 상기 하부 하네스(113)는 착용자의 동작(예: 일어나기, 물건을 들기 등)의 경우, 착용자의 허벅지의 근력을 보조한다.

이와 같이, 상기 액추에이터(120)의 하나의 구동력에 의해 상기 유연 링크 구조체(130)와 상기 하부 하네스(113)를 당기게 됨에 따라, 다수의 액추에이터가 필요 없게 되어 본 발명의 일 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치(100)의 전체적인 무게를 줄여 착용감이 개선된다.

또한, 착용자가 허리 또는 다리 등에 힘이 들어가는 동작을 수행하지 않는 자유로운 동작에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치(100)의 동작을 살펴보기로 한다.

상기 피스톤(122)은 상기 제2 방향(②)으로 이동된다. 상기 피스톤(122)이 상기 제2 방향(②)으로 이동됨에 따라, 상기 텐던 부재(150)가 상기 하부 하네스(113)를 상기 제1 방향(①)으로 당기는 힘이 해제된다.

그리고, 상기 하부 하네스(113)가 상기 제1 방향(①)으로 당겨지는 힘이 해제됨에 따라, 상기 실린더(121)는 상기 제2 방향(②)으로 당겨지는 힘이 해제된다. 상기 실린더(121)가 상기 제2 방향(②)으로 당겨지는 힘이 해제됨에 따라, 상기 유연 링크 구조체(130)는 상기 실린더(121)와 상기 허리 하네스(112) 사이에서 유연한 상태가 된다. 이에 따라, 착용자는 상기 유연 링크 구조체(130)에 의해 지지되는 상태에서 벗어나게 되고, 상기 유연 링크 구조체(130)는 착용자의 자유로운 동작을 제한하지 않게 된다.

그리고, 상기 유연 링크 구조체(130)가 유연한 상태에서, 상기 텐던 부재(150)가 상기 하부 하네스(113)를 상기 제1 방향(①)으로 당기는 힘을 해제된다. 이에 따라, 상기 하부 하네스(113)는 착용자의 허벅지의 동작을 제한하지 않게 된다.

도 12은 도 2의 착용자의 자세에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치를 나타내는 도면이다.

도 12의 (a)는 착용자가 앉아있는 자세를 나타내고, 도 12의 (b)는 착용자가 앉아있는 자세에서 일어나는 모습을 나타내고, 도 12의 (c)는 착용자의 허리가 펴진 모습을 나타내고, 도 12의 (d)는 착용자가 서 있는 자세를 나타낸다.

먼저, 도 12의 (a) 및 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 착용자가 앉아있는 자세에서 일어나게 되면, 상기 액추에이터(120)가 상기 와이어(140)를 상기 제1 방향(①)으로 당긴다.

이 때, 상기 액추에이터(120)가 상기 와이어(140)를 상기 제1 방향(①)으로 당기는 힘에 의한 반작용에 따라, 상기 액추에이터(120)가 상기 제2 방향(②)으로 힘을 가한다. 즉, 상기 액추에이터(120)가 상기 유연 링크 구조체(130)를 제2 방향(②)으로 힘을 가한다. 상기 유연 링크 구조체(130)는 상기 액추에이터(120)와 상기 허리 하네스(112) 사이에 압축되어 경직된 상태가 된다. 이에 따라, 경직된 상태의 유연 링크 구조체(130)는 착용자의 허리를 지지하여, 착용자가 일어나는 자세를 안정적으로 유지시킨다.

그리고, 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 액추에이터(120)가 상기 와이어(140)를 상기 제1 방향(①)으로 계속 당기면, 상기 와이어(140)에 연결된 상기 텐던 부재(150)는 상기 하부 하네스(113)가 상기 제1 방향(①)으로 당긴다. 이에 따라, 착용자는 상기 하부 하네스(113)에 의해 허벅지의 근력을 보조받아 안정적으로 일어서게 된다.

도 12의 (d)에 도시된 바와 같이, 착용자가 완전히 일어서게 되면, 상기 액추에이터(120)는 상기 와이어(140)를 풀어준다. 그리고, 상기 와이어(140)에 연결된 상기 텐던 부재(150)가 상기 하부 하네스(113)를 상기 제1 방향(①)으로 당기는 힘이 해제된다. 이 때, 상기 액추에이터(120)가 상기 제2 방향(②)으로 가해지는 힘이 해제된다. 즉, 상기 액추에이터(120)가 상기 유연 링크 구조체(130)에 가해지는 힘이 해제되고, 상기 유연 링크 구조체(130)는 상기 액추에이터(120)와 상기 허리 하네스(112) 사이에서 유연한 상태가 된다. 이에 따라, 착용자는 상기 유연 링크 구조체(130)에 의해 허리를 지지하는 상태에서 벗어나게 되어, 자유로운 동작이 가능하게 된다.

계속해서, 상기 액추에이터(120)가 상기 와이어(140)를 풀어주면, 상기 텐던 부재(150)는 상기 하부 하네스(113)를 상기 제1 방향(①)으로 당기는 힘이 해제된다. 이에 따라, 착용자는 상기 하부 하네스(113)에 의해 허벅지에 가해지는 힘에서 벗어나게 되어, 자유로운 동작이 가능하게 된다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터를 나타내는 사시도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터(220)는 전술한 유압 실린더와 달리, 회전형 모터이다. 그리고, 전술한 실시예의 구성요소와 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 본 발명의 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 구성요소에 대한 설명은 전술한 설명으로 대체하고 액추에이터(220)에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.

상기 액추에이터(220)는 모터(221) 및 와이어 풀리(222)를 포함한다.

상기 모터(221)는 상기 상부 하네스(111, 도 2 참조)에 결합된다. 상기 모터(221)는 전원을 공급받아 회전력을 제공하는 전기 모터이다.

상기 와이어 풀리(222)는 상기 모터(221)의 일측(221a)에 연결된다. 상기 와이어 풀리(222)는 원통 형상으로 이루어진다. 상기 와이어 풀리(222)의 외주면에는 상기 와이어(240)가 감긴다. 다만, 상기 와이어 풀리(222)는 원통 형상으로 이루어진 것에 한정되지 않고, 상기 와이어(240)가 감길 수 있는 다양한 구조로 이루어질 수 있다.

상기 와이어(240)의 일단은 상기 와이어 풀리(222)에 연결되고, 상기 와이어(240)의 타단은 상기 하부 하네스(113, 도 2 참조)에 연결된다.

상기 와이어 풀리(222)는 상기 모터(221)의 회전력을 제공받아 회전된다. 상기 와이어 풀리(222)가 회전함에 따라, 상기 와이어(240)가 상기 와이어 풀리(222)에 감긴다. 이 때, 상기 모터(221)의 회전 방향에 따라, 상기 와이어(240)가 상기 제1 방향(①)으로 당겨지거나 상기 제2 방향(②)으로 이동되어 풀어지게 된다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터는 전술한 유압 실린더와 회전형 모터에 한정되지 않고, 인공 근육, 형상기억합금과 같이 상기 와이어(240)를 당기거나 풀어주는 구동력을 제공하는 다양한 구조가 적용될 수 있다.

도 14은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치를 나타내는 정면도이다.

도 14을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치(300)는 상부 하네스(311), 허리 하네스(312) 및 하부 하네스(313)를 포함한 하네스부(310), 액추에이터(320), 복수의 지지 부재(331) 및 와이어(340)를 포함한 유연 링크 구조체(330) 및 텐던 부재(350)를 포함하고, 전술한 실시예의 구성요소와 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명은 전술한 설명으로 대체한다.

상기 액추에이터(320)는 전술한 실시예에 달리, 상기 허리 하네스(112)에 결합된다. 상기 액추에이터(320)는 실린더(321) 및 피스톤(322)을 포함한다.

상기 와이어(340)의 일단은 상기 복수의 지지 부재(331) 중 상측에 배열되는 상측 지지 부재(331a)와 연결된다. 그리고, 상기 와이어(340)의 타단은 상기 실린더(321)와 연결된다.

상기 텐던 부재(350)의 일단은 상기 피스톤(322)에 연결된다. 그리고, 상기 텐던 부재(350)의 타단은 상기 하부 하네스(313)에 연결된다.

상기 피스톤(322)이 상기 제1 방향(①)으로 이동되면, 상기 텐던 부재(350)는 상기 하부 하네스(313)를 상기 제1 방향(①)으로 당긴다.

그리고, 상기 피스톤(322)이 상기 하부 하네스(313)를 당기는 힘의 반작용에 의해, 상기 하부 하네스(313)는 상기 피스톤(322)을 상기 제2 방향(②)으로 당긴다. 이 때, 상기 피스톤(322)이 상기 실린더(321)의 내부에서 상기 제1 방향(①)으로 이동되는 힘이 가해지므로, 상기 실린더(321)가 상기 제2 방향(②)으로 반작용의 힘을 받게 된다. 즉, 상기 실린더(321)가 반작용에 의해 상기 제2 방향(②)으로 당겨진다.

상기 실린더(321)가 상기 제2 방향(②)으로 당겨짐에 따라, 상기 실린더(321)는 상기 와이어(340)를 상기 제2 방향(②)으로 당긴다. 이 때, 상측 지지 부재(331a)는 상기 와이어(340)에 의해, 상기 제2 방향(②)으로 이동된다. 이에 따라, 상기 유연 링크 구조체(330)는 상기 제2 방향(②)으로 이동된다. 그리고, 상기 유연 링크 구조체(330) 중 하측에 배치되는 하측 지지 부재(331b)는 상기 허리 하네스(312)에 걸린다. 상기 유연 링크 구조체(330)는 상기 상측 지지 부재(331a)와 상기 허리 하네스(312) 사이에서 압축되어 경직된 상태가 된다.

그리고, 상기 유연 링크 구조체(330)가 경직된 상태에서, 상기 피스톤(322)이 상기 제1 방향(①)으로 이동되면, 상기 제2 와이어(342)는 상기 하부 하네스(313)를 상기 제1 방향(①)으로 당긴다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터를 나타내는 사시도이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터(420)는 전술한 도 14의 유압 실린더와 달리, 회전형 모터이다. 그리고, 전술한 실시예의 구성요소와 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 본 발명의 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 구성요소에 대한 설명은 전술한 설명으로 대체하고 액추에이터(420)에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.

상기 액추에이터(420)는 모터(421) 및 와이어 풀리(422)를 포함한다.

상기 모터(421)는 상기 허리 하네스(312, 도 14 참조)에 결합된다. 상기 모터(421)는 전원을 공급받아 회전력을 제공하는 전기 모터이다.

상기 와이어 풀리(422)는 상기 모터(421)의 회전축(421a)에 연결된다. 상기 와이어 풀리(422)는 제1 외경(r1)을 가지는 제1 와이어 풀리(422a) 및 제2 외경(r2)을 가지는 제2 와이어 풀리(422b)를 포함한다. 상기 제2 외경(r2)은 상기 제1 외경(r1)보다 크다.

상기 제1 와이어 풀리(422a)는 원통 형상으로 이루어진다. 상기 제1 와이어 풀리(422a)의 중심(c)은 상기 회전축(421a)의 중심과 동일하다. 상기 제1 와이어 풀리(422a)는 상기 모터(421)의 회전축(421a)의 회전에 의해, 회전된다.

상기 제2 와이어 풀리(422b)는 상기 제1 와이어 풀리(422a)와 결합된다. 상기 제2 와이어 풀리(422b)의 중심(c)은 상기 제1 와이어(422a)의 중심과 동일하다. 상기 제2 와이어 풀리(422b)는 상기 제1 와이어 풀리(422a)의 회전에 의해, 회전된다.

상기 와이어(440)의 일단은 상기 유연 링크 구조체(330, 도 14 참조) 중 상측에 배열되는 상측 지지 부재(331a)와 연결되고, 와이어(440)의 타단은 상기 제1 와이어 풀리(422a)와 연결된다. 상기 와이어(440)는 상기 제1 와이어 풀리(422a)의 회전에 따라, 상기 제1 와이어 풀리(422a)에 감기거나 풀린다.

상기 텐던 부재(350)의 일단은 상기 제2 와이어 풀리(422a)에 연결되고, 상기 텐던 부재(350)의 타단은 상기 하부 하네스(313, 도 14 참조)에 연결된다. 상기 텐던 부재(350)는 상기 제2 와이어 풀리(422b)의 회전에 따라, 상기 제2 와이어 풀리(422b)에 감기거나 풀린다.

상기 와이어 풀리(422)가 상기 모터(421)로부터 회전력을 제공받으면, 상기 제1 와이어 풀리(422a)의 제1 외경(r1)은 상기 제2 와이어 풀리(422b)의 제2 외경(r2)보다 작으므로, 상기 제1 와이어(441)의 길이의 변화(Δx1)는 상기 제2 와이어(442)의 길이의 변화(Δx2)보다 작다. 예를 들면, 상기 제1 와이어(441)의 길이의 변화(Δx1)는 대략 10 mm 이고, 상기 제2 와이어(442)의 길이의 변화(Δx2)는 대략 100 ~ 150 mm 이다.

그리고, 상기 와이어(440)가 상기 상측 지지 부재(331a, 도 14 참조)를 당기는 힘(f1)은 상기 텐던 부재(450)가 상기 하부 하네스(313, 도 14 참조)를 당기는 힘(f2)보다 작다. 이에 따라, 상기 유연 링크 구조체(330, 도 14 참조)가 경직된 상태가 되도록 가해지는 힘이 상기 하부 하네스(313, 도 14 참조)를 당기는 힘에 비하여 작게 하여, 하나의 액추에이터의 구동에 의해 상기 유연 링크 구조체(330, 도 14 참조)와 상기 하부 하네스(313, 도 14 참조)의 동작을 원활하게 조절한다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터를 나타내는 사시도이다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터(520)는 전술한 도 15의 회전형 모터와 달리, 지렛대의 원리를 이용한 유압 실린더이다. 그리고, 전술한 실시예의 구성요소와 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 본 발명의 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 구성요소에 대한 설명은 전술한 설명으로 대체하고 액추에이터(520)에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.

먼저, 상기 허리 하네스(312, 도 14 참조)에는 상기 지렛대(523)가 구비된다.

상기 지렛대(523)는 제1 회전축(523a)을 통하여 상기 허리 하네스(312, 도 14 참조)에 회전 가능하게 결합된다. 이 때, 상기 허리 하네스(312)에는 상기 지렛대(523)를 향하여 연장되는 연장부(523c)가 구비된다. 상기 연장부(523c)에는 상기 제1 회전축(523a)이 연결된다.

상기 액추에이터(520)는 실린더(521) 및 피스톤(522)을 포함한다.

상기 실린더(521)에는 상기 지렛대(523)의 일단에 형성된 제2 회전축(523b)과 연결되는 연결부(523d)가 구비된다.

상기 실린더(521)는 상기 연결부(523d)를 통하여 상기 지렛대(523)에 회전 가능하게 결합된다.

상기 와이어(540)의 일단은 상기 상측 지지 부재(331a, 도 14 참조)와 연결되고, 상기 와이어(540)의 타단은 상기 지렛대(523)의 일단과 이격된 부분인 제3 회전축(523e)에 연결된다.

상기 텐던 부재(550)의 일단은 상기 피스톤(522)에 연결되고, 상기 텐던 부재(550)의 타단은 상기 하부 하네스(313, 도 14 참조)에 연결된다.

이 때, 상기 제1 회전축(523a)과 상기 제3 회전축(523e) 사이의 제1 거리(l1)는 상기 제3 회전축(523e)과 상기 제2 회전축(523b) 사이의 제2 거리(l2)보다 작다. 이에 따라, 지렛대의 원리를 이용하여 상기 제1 와이어(541)의 길이의 변화(Δx1)는 상기 제2 와이어(542)의 길이의 변화(Δx2)보다 작다. 예를 들면, 상기 제1 와이어(541)의 길이의 변화(Δx1)는 대략 10 mm 이고, 상기 제2 와이어(542)의 길이의 변화(Δx2)는 대략 100 ~ 150 mm 이다.

그리고, 상기 와이어(540)가 상기 상측 지지 부재(331a, 도 14 참조)를 당기는 힘(f1)은 상기 텐던 부재(550)가 상기 하부 하네스(313, 도 14 참조)를 당기는 힘(f2)보다 작다. 이에 따라, 상기 유연 링크 구조체(330, 도 14 참조)가 경직된 상태가 되도록 가해지는 힘이 상기 하부 하네스(313, 도 14 참조)를 당기는 힘에 비하여 작게 하여, 하나의 액추에이터의 구동에 의해 상기 유연 링크 구조체(330, 도 14 참조)와 상기 하부 하네스(313, 도 14 참조)의 동작을 원활하게 조절한다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치의 액추에이터를 나타내는 사시도이다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치(600)는 상부 하네스(611), 허리 하네스(612) 및 하부 하네스(613)를 포함한 하네스부(610), 실린더(621)와 피스톤(622)을 포함한 액추에이터(620), 복수의 지지 부재(631) 및 와이어(640) 를 포함한 유연 링크 구조체(630) 및 텐던 부재(650)를 포함하고, 전술한 실시예의 구성요소와 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명은 전술한 설명으로 대체한다.

상기 액추에이터(620)는 전술한 도 3의 액추에이터(620)와 달리, 상기 유연 링크 구조체(630)와 직렬로 배열되지 않고, 상기 유연 링크 구조체(630)와 이격되어 배치된다.

상기 허리 하네스(612)에는 상기 와이어(640)와 연결되는 제1 풀리(651)가 구비된다. 상기 제1 풀리(651)는 상기 와이어(640)의 힘의 방향을 반대로 바꾼다.

그리고, 상기 피스톤(622)에는 상기 피스톤(622)의 하측 방향으로 연장되는 제2 풀리(652)가 구비된다.

상기 텐던 부재(650)는 상기 제1 풀리(651)와 상기 제2 풀리(652)에 순차적으로 연결된다.

상기 피스톤(622)이 상측 방향으로 이동되면, 상기 제2 풀리(652)는 상측 방향으로 이동된다. 상기 제2 풀리(652)에 연결된 상기 텐던 부재(650)는 상측 방향으로 당겨진다.

그리고, 상기 텐던 부재(650)에 연결된 상기 와이어(640)는 상기 복수의 지지 부재(631) 중 상측 지지 부재를 당긴다. 상기 유연 링크 구조체(630)는 하측 방향으로 이동되고, 상기 유연 링크 구조체(630)는 상기 허리 하네스(612)에 걸린다. 이에 따라, 상기 유연 링크 구조체(630)는 상기 상측 지지 부재와 상기 허리 하네스(612) 사이에서 압축되어 경직된 상태가 된다.

그리고, 상기 유연 링크 구조체(630)가 경직된 상태에서, 상기 피스톤(622)이 상측 방향으로 계속 이동되면, 상기 텐던 부재(650)는 상기 하부 하네스(613)를 상측 방향으로 당긴다.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치가 착용자에 착용된 상태를 나타내는 정면도이다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 근력을 보조하는 웨어러블 장치(700)는 상부 하네스(711), 허리 하네스(712)와 하부 하네스(713)를 포함하는 하네스부(710), 액추에이터(720), 유연 링크 구조체(730), 텐던 부재(750) 및 텐던 액추에이터(760)를 포함하고, 전술한 실시예의 구성 요소와 동일하거나 유사한 구성 요소에 대한 설명은 전술한 설명으로 대체하고, 텐던 액추에이터(760)를 중점적으로 설명하기로 한다.

먼저, 상기 액추에이터(720)는 전술한 실시예와 달리, 상기 유연 링크 구조체(730)와 연결되고, 상기 텐던 부재(750)와 연결되지 않는다. 그리고, 상기 액추에이터(720)의 구동에 따라, 상기 유연 링크 구조체(730)가 유연한 상태가 되거나 경직된 상태가 된다.

상기 텐던 액추에이터(760)는 상기 텐던 부재(750)와 연결된다. 이 때, 상기 텐던 부재(750)는 제1 텐던 부재(751)와 제2 텐던 부재(752)를 포함한다. 그리고, 상기 텐던 액추에이터(760)는 상기 제1 텐던 부재(751)와 연결되는 제1 텐던 액추에이터(761) 및 상기 제2 텐던 부재(752)와 연결되는 제2 텐던 액추에이터(762)를 포함한다.

상기 제1 텐던 액추에이터(761)는 상기 제1 텐던 부재(751)를 당기거나 풀어주어, 상기 제1 텐던 부재(751)에 연결된 상기 하부 하네스(713)를 당기거나 풀어준다.

상기 제2 텐던 액추에이터(762)는 상기 제1 텐던 부재(752)를 당기거나 풀어주어, 상기 제2 텐던 부재(752)에 연결된 상기 하부 하네스(713)를 당기거나 풀어준다.

상기 제1 텐던 액추에이터(761)는 상기 제2 텐던 액추에이터(762)와 동시에 작동되어, 상기 하부 하네스(713)를 당기거나 풀어준다.

한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 텐던 액추에이터(762)는 상기 제1 텐던 액추에이터(761)와 개별적으로 작동될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 텐던 부재(751)에 연결된 상기 하부 하네스(713)와 상기 제2 텐던 부재(752)에 연결된 상기 하부 하네스(713)가 개별적으로 당겨지거나 풀어진다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 근력을 보조하는 웨어러블 장치 111: 상부 하네스
112: 허리 하네스 113: 하부 하네스
120: 액추에이터 121: 실린더
122: 피스톤 130: 유연 링크 구조체
131: 복수의 지지 부재 140: 와이어
150: 텐던 부재

Claims

착용자의 상체에 착용되는 상부 하네스;
상기 상부 하네스에 결합되되, 상기 착용자의 척추를 따라 인접하게 일렬로 배치되는 복수의 지지 부재 및 상기 복수의 지지 부재 사이에 강성 또는 유연성을 제공하도록 상기 복수의 지지 부재와 결합되는 와이어를 포함하는 유연 링크 구조체;
상기 유연 링크 구조체와 연결되고, 상기 착용자의 허리에 착용되는 허리 하네스;
상기 상부 하네스에 결합되고, 상기 유연 링크 구조체와 결합되어 상기 유연 링크 구조체의 와이어를 작동시키는 액추에이터;
상기 착용자의 하체 일측에 착용하는 하부 하네스; 및
상기 하부 하네스와 결합되되, 상기 와이어와 연결되어 상기 액추에이터의 작동에 따라 상기 유연 링크 구조체와 함께 상기 착용자에 보조 힘을 제공하는 텐던 부재; 를 포함하는, 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 텐던 부재와 연결되고, 상기 텐던 부재를 작동시키기 위한 텐던 액추에이터를 더 포함하는, 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 액추에이터는 유압 실린더, 공압 실린더 또는 볼스크류모터 중 어느 하나인 선형 구동기인, 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 액추에이터는,
상기 상부 하네스에 결합되는 실린더; 및
상기 실린더의 내부에서 왕복 이동되는 피스톤을 포함하고,
상기 와이어의 일단은 상기 피스톤에 연결되는, 웨어러블 장치.
제4 항에 있어서,
상기 피스톤이 제1 방향으로 이동됨에 따라,
상기 와이어와 연결된 상기 텐던 부재는 상기 하부 하네스를 상기 제1 방향으로 당기고,
상기 하부 하네스가 상기 제1 방향으로 당겨짐에 따라, 상기 실린더는 상기 제1 방향의 반대방향인 제2 방향으로 당겨지고,
상기 실린더가 상기 제2 방향으로 당겨짐에 따라, 상기 유연 링크 구조체는 상기 실린더와 상기 허리 하네스 사이에서 압축되어 경직된 상태가 되어 상기 착용자의 허리를 지지하고,
상기 유연 링크 구조체가 경직된 상태에서, 상기 텐던 부재는 상기 하부 하네스를 상기 제1 방향으로 당겨 착용자의 허벅지에 보조 힘을 제공하고,
상기 피스톤이 상기 제2 방향으로 이동됨에 따라,
상기 텐던 부재가 상기 하부 하네스를 상기 제1 방향으로 당기는 힘이 해제되고,
상기 하부 하네스가 상기 제1 방향으로 당겨지는 힘이 해제됨에 따라, 상기 실린더는 상기 제2 방향으로 당겨지는 힘이 해제되고,
상기 실린더가 상기 제2 방향으로 당겨지는 힘이 해제됨에 따라, 상기 유연 링크 구조체는 상기 상부 하네스와 상기 허리 하네스 사이에서 유연한 상태가 되고,
상기 유연 링크 구조체가 유연한 상태에서, 상기 텐던 부재가 상기 하부 하네스를 상기 제1 방향으로 당기는 힘을 해제하여 착용자의 허벅지가 상기 하부 하네스의 구속에서 벗어나는, 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 액추에이터는,
모터; 및
상기 모터의 일측에 연결되고, 상기 와이어가 감기는 와이어 풀리를 포함하는, 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 허리 하네스에 배치되고, 착용자의 근전도신호를 측정하는 근전도센서; 및
상기 근전도센서로부터 전달받은 상기 근전도신호를 기반으로 하여 상기 액추에이터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는, 웨어러블 장치.
착용자의 상체에 착용되는 상부 하네스;
상기 상부 하네스에 결합되되, 상기 착용자의 척추를 따라 인접하게 일렬로 배치되는 복수의 지지 부재 및 상기 복수의 지지 부재 사이에 강성 또는 유연성을 제공하도록 상기 복수의 지지 부재와 결합되는 와이어를 포함하는 유연 링크 구조체;
상기 착용자의 허리에 착용되는 허리 하네스;
상기 허리 하네스에 결합되고, 상기 유연 링크 구조체와 결합되어 상기 유연 링크 구조체의 와이어를 작동시키고, 상기 유연 링크 구조체와 상기 허리 하네스를 연결하는 액추에이터;
상기 착용자의 하체 일측에 착용하는 하부 하네스; 및
상기 하부 하네스와 결합되되, 상기 와이어와 연결되어 상기 액추에이터의 작동에 따라 상기 유연 링크 구조체와 함께 상기 착용자에 보조 힘을 제공하는 텐던 부재; 를 포함하는, 웨어러블 장치.
제8 항에 있어서,
상기 액추에이터는,
상기 허리 하네스에 결합되는 실린더; 및
상기 실린더의 내부에서 왕복 이동되는 피스톤을 포함하고,
상기 와이어의 일단은 상기 복수의 지지 부재 중 상측에 배열되는 상측 지지 부재와 연결되고, 상기 와이어의 타단은 상기 실린더와 연결되고,
상기 텐던 부재의 일단은 상기 피스톤에 연결되고, 상기 텐던 부재의 타단은 상기 하부 하네스에 연결되는, 웨어러블 장치.
제8 항에 있어서,
상기 액추에이터는,
모터; 및
상기 모터의 일측에 연결되고, 상기 와이어가 감기는 와이어 풀리를 포함하고,
상기 모터는 상기 허리 하네스와 결합되고,
상기 와이어의 일단은 상기 복수의 지지 부재 중 상측에 배열되는 상측 지지 부재와 연결되고, 상기 와이어의 타단은 상기 와이어 풀리와 연결되고,
상기 텐던 부재의 일단은 상기 와이어 풀리에 연결되고, 상기 텐던 부재의 타단은 상기 하부 하네스에 연결되고, 상기 와이어 풀리는,
제1 외경을 가지고, 상기 와이어를 감는 제1 와이어 풀리; 및
상기 제1 외경보다 작은 제2 외경을 가지고, 상기 텐던 부재를 감는 제2 와이어 풀리를 포함하는, 웨어러블 장치.