KR102407461B1 - 머슬 클러치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형의 연결부재와, 연결부재와 와인딩 되어 있으며 연결부재가 풀리 시 정방향으로회전하는 회전축과, 회전축을 역방향으로 회전시켜 풀린 연결부재를 감아주는 복원부재를 포함하는 탄성 복원부와, 연결부재가 당겨진 상태에서 회전축이 정방향으로 회전하는 것을 제한하는 회전 제어부를 포함하여 이루어져, 사용자의 정적 부하지지 모션을 보조 가능한 머슬 클러치에 관한 것이다.

Description

머슬 클러치{Muscle clutch}

본 발명은 머슬 클러치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정적 부하지지 상태에서 자연스럽게 작동되어 근육을 보조 가능한 머슬 클러치에 관한 것이다.

인체가 다양한 운동 또는 일을 하는 상황에서 근육은 다발 형태를 가지며 일정한 길이를 유지하는 근육(muscle fascicle)과, 근육을 뼈에 부착시키며 인체 모션에 따라 섬유성 연부 조직인 힘줄(tendon)이 사용되며, 일반적으로 동적 모션에서는 힘줄의 길이가 가변되고, 정적 부하지지 모션에서는 힘줄의 길이가 일정하게 유지된다.

대표적인 동적 모션은 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 인체의 보행모션을 들 수 있고, 정적 부하지지 모션은 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 양팔로 임의의 물체를 들어올린 상태를 유지하는 모션을 들 수 있으며, 현재 이러한 동적 모션과 정적 부하지지 모션 중 동적 모션을 보조하기 위한 다양한 보행 보조장치가 개발이 이루어졌으나, 정적 부하지지 모션을 보조하기 위한 장치의 개발은 동적 모션을 보조하기 위한 장치의 개발과 비교하여 매우 느리게 진행되고 있는 실정이다.

상세히 설명하면, 동적 모션을 보조하기 위한 장치의 경우 인체의 보행 모션에서 인가되는 하중을 이용하여 쉽게 힘을 저장 한 후 이를 추진력으로 이용할 수 있지만, 정적 부하지지 모션의 경우 움직임 발생이 멈추기 때문에 에너지를 비축하기 어려운 문제점이 있어 개발이 어려웠던 것이다.

그러나, 정적 부하지지 모션의 경우 물건을 이동시킬 경우 발생하는 모션으로, 일상생활 및 다양한 업무 환경에서 자주 사용되고 있기 때문에, 현재 정적 부하지지 모션을 보조할 수 있는 장치 개발의 필요성이 대두되고 있다.

특허문헌 1) 국내공개특허공보 제2018-0094844호(명칭: 강성 제어 클러치 원리를 이용한 착용형 보행 보조 장치, 공개일: 2019.08.14) 특허문헌 2) 국내등록특허공보 제1693750호(명칭: 발목 강성 보조를 위한 신발 결합형 착용기, 공고일: 2015.06.25.)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 정적 부하지지 모션을 보조하여, 사용자가 정적 부하지지 모션을 편안한 상태로 보다 오랜시간 유지 가능하게 하는 머슬 클러치에 관한 것이다.

또한, 정적 부하지지 모션 보조에 별도의 동력을 필요로 하지 않는 머슬 클러치를 제공하는 것이다.

그리고, 보다 단순화된 구조로 정적 부하지지 모션을 보조 가능한 머슬 클러치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 머슬 클러치는, 선형의 연결부재와, 상기 연결부재가 와인딩 되어 있으며 상기 연결부재가 풀릴 시 정방향으로 회전하는 회전축과, 상기 회전축을 역방향으로 회전시켜 풀린 상기 연결부재를 감아주는 복원부재를 포함하는 탄성 복원부; 및 상기 연결부재가 일정길이 당겨진 상태에서 상기 회전축이 정방향으로 회전하는 것을 제한하는 회전 제어부;를 포함하는 머슬 클러치에 있어서, 상기 회전 제어부는, 상기 회전축의 회전에 대응하여 회전하며 가장자리 일부 영역에 제1 톱니가 형성되는 라쳇 기어부, 회전 가능하게 형성되며, 길이방향 일측에 상기 제1 톱니에 끼워지는 제1 결합부가 형성되고, 길이방향 타측에 제2 톱니가 형성되는 폴 기어부, 회전 가능하게 형성되며, 길이방향 일측에 상기 제2 톱니에 끼워지는 제2 결합부가 형성되는 토글 스위치, 및 상기 회전축의 회전에 대응하여 회전하는 회전 플레이트와, 상기 회전 플레이트에 돌출 형성되어 상기 폴 기어부와 상기 토글 스위치의 움직임을 조절하는 기어 조절부로 구성되는 제어유닛을 포함하되, 상기 제어유닛의 기어 조절부는 상기 회전 플레이트의 내부에 위치하고, 상기 토글 스위치는 상기 회전 플레이트 내측으로 돌출되는 제2 간섭 돌출부와, 상기 회전 플레이트의 외측에 위치하는 회전 중심을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전 제어부(200)는 상기 회전축(112)의 회전에 대응하여 회전하며 가장자리 일부 영역에 제1 톱니(211)가 형성되는 라쳇 기어부(210)와, 길이방향 일측에 상기 제1 톱니(210)에 끼워지는 제1 결합부(221)가 형성되고, 길이방향 타측에 제2 톱니(222)가 형성되는 폴 기어부(220)와, 길이방향 일측에 상기 제2 톱니(222)에 끼워지는 제2 결합부(231)가 형성되는 토글 스위치(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴 기어부(220)와 상기 토글 스위치(230)가 회전 가능하게 결합되는 하우징부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전축(112)의 회전에 대응하여 회전하는 회전 플레이트(410)와, 상기 회전 플레이트(410)에 돌출 형성되어 상기 회전축(112)의 회전에 대응하여 상기 폴 기어부(220)와 상기 토글 스위치(230)의 움직임을 조절하는 기어 조절부(320)로 구성되는 제어유닛(300)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전 플레이트(410)은 상기 라쳇 기어부(210)를 사이에 두고 상기 회전축(112)의 길이방향 일측과 타측에 결합되는 제1 회전 플레이트(311)와 제2 회전 플레이트(312)를 포함하며, 상기 제1 회전 플레이트(311) 상에 상기 기어 조절부(320)가 상기 제2 회전 플레이트(312)를 향하여 돌출 형성되고, 상기 제2 회전 플레이트(312) 상에 상기 기어 조절부(320)가 끼워지는 삽입 결합부(312-1)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴 기어부(220)는 상기 회전축(112)이 위치되는 내측으로 돌출되는 제1 간섭 돌출부(223)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 토글 스위치(230)는 상기 회전축(112)이 위치되는 내측으로 돌출되는 제2 간섭 돌출부(232)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 머슬 보조장치는, 머슬 클러치를 인체에 고정하는 머슬 클러치 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명인 머슬 클러치는, 사용자의 정적 부하지지 모션 상태를 유지 가능하므로 사용자가 보다 쉽고 편하게 물건을 이동시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 라쳇, 폴, 스토퍼 사이의 기계적 메커니즘을 이용하여 사용자의 정적 부하지지 모션 상태 유지를 보조하므로, 별도의 동력을 필요로 하지 않는 장점이 있다.

그리고, 장치가 보조 가능한 정적 부하지지 모션의 폭이 넓으므로, 다양한 분야에 활용 가능한 장점이 있다.

도 1은 운동 모션에서 동적 모션과 정적 부하지지 모션을 설명하기 위한 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 머슬 클러치를 나타낸 사시도.
도 3은 머슬 클러치 구동을 나타내기 위한 개념도.
도 4는 외각에 위치된 하우징부를 제거한 머슬 클러치를 나타낸 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 머슬 클러치를 나타낸 평면도.
도 6 내지 도 9는 본 발명인 머슬 클러치의 구동 원리를 보다 상세하게 설명하기 위한 측면도

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 머슬 클러치(1000)에 관하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 머슬 클러치(1000)를 나타낸 사시도이고, 도 3은 머슬 클러치 구동을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 외각에 위치된 하우징부를 제거한 머슬 클러치(1000)를 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 머슬 클러치(1000)를 나타낸 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명인 머슬 클러치(1000)는 연결되는 대상의 움직임에 대응하여 수납된 선형의 연결부재(111)가 풀리거나 감기는 탄성 복원부(100)와, 상기 탄성 복원부(100) 상에 수납된 상기 연결부재(111)가 일정길이 풀릴 시 연결부재(111)가 더 이상 풀리는 것을 제한하는 회전 제어부(200)를 포함하여 이루어져, 사용자의 정적 부하지지 모션을 보조 가능하다.

도 3을 참조하면, 도면에 도시된 바와 같이 팔(1)로 물체(2)를 들어올리는 모션은 윗팔(3)과 아랫팔(4)이 형성하는 각도가 커지며 손이 물체(1)를 집는 제1 모션과, 윗팔(3)과 아랫팔(4)이 형성하는 각도가 약 90도를 유지하며 물체(1)를 들어올리는 제2 모션과, 윗팔(3)과 아랫팔(4)이 형성하는 각도가 최소화 되며 물체(1)를 윗팔의 근육(5)과 인접한 위치까지 들어올리는 제3 모션을 포함할 수 있으며, 일반적으로 물체를 들어 이동시킬 경우 제2 모션을 사용하게 된다. 이때, 제2 모션을 유지하기 위해서는 윗팔의 근육(5)을 사용해야 하며, 이러한 근육 사용 시간이 길어질수록 윗팔의 근육(5)에 부하가 걸리게 되므로, 본 발명에서는 사용자가 제2 모션을 유지해야 할 경우 상기 연결부재(111)가 아랫팔(4)을 당겨 윗팔의 근육(5)에 인가되는 부하를 최소화 하고, 상기 회전 제어부(200)가 연결부재(111)가 아랫팔(4)을 당기는 상태를 유지할 수 있게 한 것이다.

도 4를 참조하여 다시한번 설명하면, 상기 탄성 복원부(100)는 내부에 상기 연결부재(111)가 위치되는 수용공간이 형성되는 몸체(101)와, 상기 몸체(101)의 중앙부를 관통하며 두께방향으로 연장 형성되는 회전축(112)을 포함하여 이루어지고, 상기 몸체(101)의 수용공간 상에 위치되는 상기 회전축(112)에 상기 연결부재(111)가 감겨있어, 상기 연결부재(111)가 당겨지면 상기 회전축(112)이 정방향으로 회전하게 되고, 상기 연결부재(111)가 당겨지는 힘이 줄어들게 되며 상기 몸체(101)의 수용공간 상에 위치되는 나선형 스프링과 같은 태엽이 회전축(112)을 역방향으로 회전시켜 연결부재(111)가 다시 회전축(112)에 감기게 된다.

이때, 상기 회전 제어부(200)는 이러한 회전축(112)의 정방향 회전을 연결부재(111)가 일정거리 당겨지는 시점에서 제한하여, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 모션에서 연결부재(111)가 사용자의 아랫팔을 당기는 상태를 유지 가능하게 한 것이다.

그리고, 상기 회전 제어부(200)는 상기 회전축(112)의 회전에 대응하여 회전하며 가장자리 일부 영역에 제1 톱니(211)가 형성되는 라쳇 기어부(210)와, 길이방향 일측에 상기 제1 톱니(210)가 끼워지는 제1 결합부(221)가 형성되고, 길이방향 타측에 제2 톱니(222)가 형성되는 폴 기어부(220)와, 길이방향 일측에 상기 제2 톱니(222)에 끼워지는 제2 결합부(231)가 형성되는 토글 스위치(230)를 포함할 수 있다.

상세히 설명하면, 상기 라쳇 기어부(210)는 상기 회전축(112)과 함께 회전 가능하게 결합되므로, 제2 모션에서 라쳇 기어부(210)의 가장자리에 형성된 상기 제1 톱니(211)에 상기 폴 기어부(220)의 제1 결합부(221)를 끼워 라쳇 기어부(210)가 회전하지 않도록 하면, 회전축(112) 또한 회전하지 못하게 되므로, 연결부재(111)가 아랫팔(4)이 아래로 쳐지지 못하게 되어, 사용자가 제2 모션을 취하는 것을 보조하게 되고, 사용자가 제2 모션이 아닌 다른 모션을 취하여야 할 경우 상기 폴 기어부(220)의 길이방향 타측에 형성된 제2 톱니(222)에 상기 토글 스위치(230)의 제2 결합부(231)가 끼워져 폴 기어부(220)가 라쳇 기어부(210)와 결합되어 회전축(112)의 회전을 제한하지 않도록 한 것이다.

이때, 상기 폴 기어부(220)와 상기 라쳇 기어부(210)의 결합과 해제 및 상기 폴기어부(220)와 상기 토글 스위치(230)의 결합과 해제는 제어유닛(400)에 의해 이루어질 수 있으며, 상기 제어유닛(400)은 상기 회전축(112)의 회전에 대응하여 회전하는 회전 플레이트(410)와, 상기 회전 플레이트(410)에 돌출 형성되어 상기 회전축(112)의 회전에 대응하여 상기 폴 기어부(220)와 상기 토글 스위치(230)의 움직임을 조절하는 기어 조절부(420)를 포함하여 이루어질 수 있다.

즉, 상기 회전 플레이트(410) 상에 돌출 형성된 기어 조절부(420)가 상기 회전축(112)의 회전에 대응하여 회전하며 폴 기어부(220) 또는 토글 스위치(230)를 밀어 올려, 서로 결합되어 있는 상기 라쳇 기어부(210)와 상기 폴 기어부(220) 또는 폴 기어부(220)와 상기 토글 스위치(230)의 결합을 해제하거나 해제된 상태에서 다시 결합될 수 있게 한 것이다.

또한, 5를 참조하면 상기 회전 플레이트(410)는 상기 라쳇 기어부(210)를 사이에 두고 상기 회전축(112)의 길이방향 일측과 타측에 결합되는 제1 회전 플레이트(411)와 제2 회전 플레이트(412)를 포함하며, 상기 제1 회전 플레이트(411) 상에 상기 기어 조절부(320)가 상기 제2 회전 플레이트(412)를 향하여 돌출 형성되고, 상기 제2 회전 플레이트(412) 상에 상기 기어 조절부(420)가 끼워지는 삽입 결합부(412-1)가 형성될 수 있다.

도 6 내지 도 9는 본 발명인 머슬 클러치(1000)의 구동 원리를 보다 상세하게 설명하기 위한 측면도이다.

도 6을 참조하면, 상기 폴 기어부(220)는 상기 토글 스위치(230)에 의해 고정되될 수 있으며, 이 상태에서 상기 회전축(112)은 자유롭게 회전 가능하므로 사용자는 도 3에 도시된 제1 모션 내지 제3 모션을 모두 자유롭게 취할 수 있다. 그리고 사용자가 제3 모션을 취하게 되면 상기 연결부재(111)가 당겨지며 상기 회전축(112)에 연결된 상기 기어 조절부(420)가 정방향으로 회전하게 되며, 이때 연결부재(111)가 당겨질 수 있는 길이 최대치는 도 7에 도시된 바와 같이 기어 조절부(420)가 폴 기어부(220)의 상부면과 접하게 되는 위치까지 회전하게 되는 길이가 된다. 제3 모션에서 제2 모션을 취하기 위하여 팔을 굽히게 되면 상기 기어 조절부(420)가 역방향으로 회전하며 도 8에 도시된 바와 같이 라쳇 기어부(210) 상에 형성된 제1 톱니(211)에 폴 기어부(220)의 제1 결합부(221)가 끼워져 라쳇 기어부(210)와 결합된 회전축(112)의 회전이 제한되어, 회전축(112)에 감겨있는 연결부재(111)가 풀릴 수 없게 되므로 연결부재(111)가 아랫팔을 당겨 지지하게 되며, 이후, 다른 모션을 취하여야 할 경우 사용자가 제2 모션에서 팔을 약간 굽혀주면, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 기어 조절부(420)가 역방향으로 회전하며 폴 기어부(220)의 하면을 밀어올려 라쳇 기어부(210)와 폴 기어부(220)의 결합이 해제되고, 도 6에 도시된 바와 같이 폴 기어부(220)의 제2 톱니(222)에 토글 스위치(230)의 제2 결합부(231)가 끼워져 결합되게 한 것이다.

이때, 상기 폴 기어부(220)와 상기 토글 스위치(230)의 움직임은 상기 기어 조절부(420)에 의해 조절되므로, 상기 폴 기어부(220)는 하면에 상기 회전축(112)이 위치되는 내측으로 돌출되는 제1 간섭 돌출부(223)가 형성되고, 상기 토글 스위치(230)는 상기 회전축(112)이 위치되는 내측으로 돌출되는 제2 간섭 돌출부(232)를 포함할 수 있으며, 상기 폴 기어부(220)와 상기 토글 스위치(230)는 스프링과 같은 탄성체에 의해 역방향으로 당겨져 상기 제1 결합부(221)와 상기 제2 결합두(231)가 상기 회전축(112)이 위치되는 내측으로 향하는 힘을 항시 받고 있을 수 있으며, 일실시예로 탄성체는 폴 기어부(220)의 내면과 토글 스위치(230)의 내면을 연결하는 형태로 배치될 수도 있다.

아울러, 본 발명인 머슬 클러치는 도면 상에는 도시되지 않았지만 인체에 고정되는 머슬 클러치 고정부와 결합되어 정적지지 모션을 보조하는 머슬 보조장치를 형성 가능하며, 머슬 클러치 고정부의 경우 인체에 머슬 클러치를 고정 가능한 다양한 구조를 가질 수 있으므로 한정하지 않는다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 탄성 복원부 111 : 연결부재
112 : 회전축
200 : 회전 제어부 210 : 라쳇 기어부
211 : 제1 톱니
220 : 폴 기어부 221 : 제1 결합부
222 : 제2 톱니
230 : 토글 스위치 231 : 제2 결합부
232 : 간섭 돌출부
300 : 하우징부
400 : 제어유닛 410 : 회전 플레이트
411 : 제1 회전 플레이트 412 : 제2 회전 플레이트
412-1 : 삽입 결합부
420 : 기어 조절부

Claims (8)

1. 선형의 연결부재와, 상기 연결부재가 와인딩 되어 있으며 상기 연결부재가 풀릴 시 정방향으로 회전하는 회전축과, 상기 회전축을 역방향으로 회전시켜 풀린 상기 연결부재를 감아주는 복원부재를 포함하는 탄성 복원부; 및
   상기 연결부재가 일정길이 당겨진 상태에서 상기 회전축이 정방향으로 회전하는 것을 제한하는 회전 제어부;를 포함하는 머슬 클러치에 있어서,
   상기 회전 제어부는,
   상기 회전축의 회전에 대응하여 회전하며 가장자리 일부 영역에 제1 톱니가 형성되는 라쳇 기어부,
   회전 가능하게 형성되며, 길이방향 일측에 상기 제1 톱니에 끼워지는 제1 결합부가 형성되고, 길이방향 타측에 제2 톱니가 형성되는 폴 기어부,
   회전 가능하게 형성되며, 길이방향 일측에 상기 제2 톱니에 끼워지는 제2 결합부가 형성되는 토글 스위치, 및
   상기 회전축의 회전에 대응하여 회전하는 회전 플레이트와, 상기 회전 플레이트에 돌출 형성되어 상기 폴 기어부와 상기 토글 스위치의 움직임을 조절하는 기어 조절부로 구성되는 제어유닛을 포함하되,
   상기 제어유닛의 기어 조절부는 상기 회전 플레이트의 내부에 위치하고,
   상기 토글 스위치는 상기 회전 플레이트 내측으로 돌출되는 제2 간섭 돌출부와, 상기 회전 플레이트의 외측에 위치하는 회전 중심을 가지며,
   상기 회전 플레이트에는 상기 기어 조절부가 끼워지는 삽입 결합부가 원주 방향으로 일정 간격을 두고 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는, 머슬 클러치.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 폴 기어부와 상기 토글 스위치가 회전 가능하게 결합되는 하우징부를 더 포함하는, 머슬 클러치.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 회전 플레이트는 상기 라쳇 기어부를 사이에 두고 상기 회전축의 길이방향 일측과 타측에 결합되는 제1 회전 플레이트와 제2 회전 플레이트를 포함하며, 상기 제1 회전 플레이트 상에 상기 기어 조절부가 상기 제2 회전 플레이트를 향하여 돌출 형성되는, 머슬 클러치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 폴 기어부는 상기 회전축이 위치되는 내측으로 돌출되는 제1 간섭 돌출부를 포함하는, 머슬 클러치.
   
7. 삭제
8. 제 1항의 머슬 클러치를 이용한 머슬 보조장치에 있어서,
   머슬 클러치를 인체에 고정하는 머슬 클러치 고정부를 더 포함하는, 머슬 보조장치.

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