KR102510091B1

KR102510091B1 - 어깨 근력지원 웨어러블 장치

Info

Publication number: KR102510091B1
Application number: KR1020210114211A
Authority: KR
Inventors: 전광우; 정현준; 김민수
Original assignee: 한국로봇융합연구원
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2023-03-14
Also published as: KR20230031699A

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 어깨 근력지원 웨어러블 장치는, 프레임, 상기 프레임에 결합되어, 사용자의 팔의 중력 방향으로의 하중을 선택적으로 지지하는 근력 보조부 및 상기 근력 보조부에 결합되어, 사용자의 팔을 받쳐주는 팔 받침부를 포함할 수 있다.

Description

어깨 근력지원 웨어러블 장치{WEARABLE DEVICE FOR ASSISTING SHOULDER MUSCLE OF HUMAN}

본 발명은 어깨 근력지원 웨어러블 장치에 관한 것이다.

우리 몸에서 어깨는 가동범위가 가장 넓은 부위인 동시에 실생활에서 가장 많이 쓰이는 부위로 관절을 안정화하고 팔을 들어올리거나 돌리는 동작 등에 중요한 역할을 한다. 다만 어깨는 구조적으로 취약하여 관절염, 연골 손상, 회전근개 파열 등 염증이 발생하거나 다치기 쉬운 부위 중 하나이다. 어깨는 손을 광범위한 공간에 보내는 기능을 하여 여러 가지 작업을 가능하게 한다. 따라서, 어깨관절에 이상이 생기면 작업을 하는데 필요한 추진력이 약해지거나 정밀한 작업이 어려워질 수 있다.

국내 제조업 전반에 걸쳐 존재하는 비정형 자세 작업 근로자의 경우 어깨 통증 및 관절염 등 어깨 관련 질환이 발생하기 쉽다. 특히 어깨에 힘을 많이 쓰는 직업군 예를 들어, 무거운 물건을 자주 드는 택배 기사, 건설업 근로자, 제조업 근로자에서의 어깨 관련 질환이 점차 증가하는 추세이다.

이에 따라, 작업 근로자의 어깨의 근력을 보조하기 위한 다양한 장치가 개발되어 있으나, 이러한 장치들은 모터/제어부/배터리 등이 존재하는 능동형 근력지원 장치로 무겁거나 근력보조가 필요하지 않은 경우에도 동력이 제공되어 사용자의 동작이 제한되는 문제점이 있다.

상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 사용자의 팔의 중력방향으로의 하중을 선택적으로 지지하여 어깨 근력을 보조하는 어깨 근력지원 웨어러블 장치를 제공하는 것이다.

상기 근력 보조부는, 상기 근력 보조부의 조작을 통해 사용자에게 근력을 지원하는 모드 및 자유롭게 동작할 수 있는 모드 상호간의 전환이 가능할 수 있다.

상기 프레임은, 사용자의 척추 방향을 따라 연장된 수직 프레임 및 상기 수직 프레임에 결합되어, 횡방향으로 연장된 횡방향 프레임을 포함할 수 있다.

상기 수직 프레임은 사용자의 신체에 따라 길이 조절이 가능할 수 있다.

상기 횡방향 프레임은 상기 수직 프레임과 수직한 방향의 평면상에서 회전 가능하도록 결합될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 어깨 근력지원 웨어러블 장치는 상기 수직 프레임의 일측에 결합되어, 사용자의 목을 받쳐주는 목 받침대 및 상기 수직 프레임의 타측에 결합되어, 사용자의 등을 받쳐주는 등 받침대를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 어깨 근력지원 웨어러블 장치는 상기 등 받침대에 결합되어, 사용자가 어깨에 멜 수 있도록 하는 어깨 지지부 및 상기 수직 프레임에 결합되어, 사용자의 허리를 감싸는 허리 고정부를 더 포함할 수 있다.

상기 근력 보조부는, 상기 프레임에 회전 가능하게 결합되고, 상기 프레임에 수직한 방향으로 이동 가능한 케이스, 상기 케이스에 결합되어, 상기 케이스로부터 돌출된 홀더 핀, 상기 케이스의 내부에 위치하고, 상기 홀더 핀이 선택적으로 끼워지는 복수 개의 핀 홀이 존재하는 디스크 판 및 상기 디스크 판에 결합되어, 사용자에게 토크를 제공하는 비틀림 스프링을 포함하고, 상기 케이스의 이동에 의해 상기 홀더 핀이 상기 핀 홀에 결합되는 경우에 상기 비틀림 스프링의 토크를 사용자에게 전달할 수 있다.

상기 근력 보조부는, 상기 비틀림 스프링에 결합되어, 상기 비틀림 스프링을 고정하는 스프링 홀더를 더 포함할 수 있다.

상기 근력 보조부는, 상기 케이스와 상기 디스크 판의 연결을 단속하는 레버를 포함할 수 있다.

상기 근력 보조부는, 상기 케이스 내부에 위치하여, 상기 케이스를 탄성력으로 밀어내는 선형 스프링 및 상기 선형 스프링을 관통하여 형성된 축부재를 포함하며, 상기 레버는 상기 축부재에 결합되고, 상기 레버의 조절에 따라 상기 케이스의 위치 조절이 가능할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 어깨 근력지원 웨어러블 장치는 상기 레버에 의해 상기 홀더 핀과 상기 핀 홀이 결합되는 위치에 따라, 사용자의 동작의 가동범위가 달라질 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따른 어깨 근력지원 웨어러블 장치는 사용자의 팔의 중력방향으로의 하중을 선택적으로 지지하여 어깨 근력을 보조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨 근력지원 웨어러블 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 어깨 근력지원 웨어러블 장치의 측면도이다.
도 3은 도 1의 어깨 근력지원 웨어러블 장치의 배면도이다.
도 4는 도 1의 어깨 근력지원 웨어러블 장치의 근력 보조부의 사시도이다.
도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 자른 도면이다.
도 6은 도 4의 근력 보조부의 움직임을 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 4의 근력 보조부의 홀더 핀과 핀홀의 결합이 해제된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 근력 보조부의 홀더 핀과 핀홀의 결합되는 위치에 따른 사용자의 동작을 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 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. 본 발명에서, '포함하다' 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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨 근력지원 웨어러블 장치(1)에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨 근력지원 웨어러블 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 어깨 근력지원 웨어러블 장치의 측면도이고, 도 3은 도 1의 어깨 근력지원 웨어러블 장치의 배면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨 근력지원 웨어러블 장치(1)는 프레임(10), 높이 조절부(20), 결합부(30), 받침대(40), 어깨 지지부(50), 허리 고정부(60), 팔 받침부(70) 및 근력 보조부(80)를 포함할 수 있다. 여기에서 도 1 내지 도 3에서 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 어깨 근력지원 웨어러블 장치(1)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

본 실시예에 따른 어깨 근력지원 웨어러블 장치(1)는, 하중을 지지하는 프레임(10) 및 사용자의 팔의 중력 방향으로의 하중을 선택적으로 지지할 수 있는 근력 보조부(80)를 통해 사용자가 근력을 보조 받고자 할 때는 근력 지원 모드를 통해 어깨 근력을 보조하고, 근력을 보조 받을 필요가 없을 때는 자율 동작 모드로 자유로운 동작이 가능하게 할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 프레임(10)은 수직 프레임인 제1 수직 프레임(11) 및 제2 수직 프레임(12)과 횡방향 프레임인 제1 횡방향 프레임(13) 및 제2 횡방향 프레임(14)을 포함할 수 있다. 프레임(10)은 어깨 근력지원 웨어러블 장치(1)의 구조를 전체적으로 지지할 수 있다. 수직 프레임은 사용자의 신체에 따라 길이 조절이 가능할 수 있다. 횡방향 프레임은 수직 프레임에 결합되어 횡방향으로 연장될 수 있다. 횡방향 프레임은 수직 프레임과 수직한 방향의 평면 상에서 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 여기에서, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 프레임(10)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

제1 수직 프레임(11)은 후술하는 허리 고정부(60)가 결합되고, 어깨 근력지원 웨어러블 장치(1)의 하부 기둥 역할을 할 수 있다. 제1 수직 프레임(11)은 사용자의 척추 방향을 따라 연장될 수 있다. 제1 수직 프레임(11) 후술하는 제2 수직 프레임(12)과의 결합을 위해 속이 빈 원기둥 형상일 수 있다. 제1 수직 프레임(11)은 사용자 및 장치의 하중을 지지하기 위해 충분한 강성을 지닌 강철(Steel) 및 플라스틱으로 구성될 수 있다. 다만, 제1 수직 프레임(11)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.

제2 수직 프레임(12)은 제1 수직 프레임(11)과 나란한 방향으로 연장되어, 어깨 근력지원 웨어러블 장치(1)의 상부 기둥 역할을 할 수 있다. 제2 수직 프레임(12)은 사용자의 척추 방향을 따라 연장될 수 있다. 제2 수직 프레임(12)은 제1 수직 프레임(11)의 직경보다 작은 직경의 원기둥 형상일 수 있다. 제2 수직 프레임(12)은 제1 수직 프레임(11)과 슬라이딩 이동 가능하게 결합되어 전체 수직 프레임(10)의 길이 조절이 가능하게 할 수 있다. 제2 수직 프레임(12)은 사용자 및 장치의 하중을 지지하기 위해 충분한 강성을 지닌 강철(Steel) 및 플라스틱으로 구성될 수 있다. 다만, 제2 수직 프레임(12)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.

제1 횡방향 프레임(13)은 어깨 근력지원 웨어러블 장치(1) 및 사용자의 팔의 중력방향으로의 하중을 지지하는 역할을 할 수 있다. 제1 횡방향 프레임(13)은 제2 수직 프레임(12)에 결합되어 횡방향으로 연장될 수 있다. 제1 횡방향 프레임(13)은 수직 프레임과 수직한 방향의 평면상에서 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 제1 횡방향 프레임(13)은 제2 수직 프레임(12)과 직접 결합할 수도 있고, 평판을 통해 제2 수직 프레임(12)과 결합될 수 있다. 제1 횡방향 프레임(13)은 양단에 결합을 위한 관통홀을 구비할 수 있다. 제1 횡방향 프레임(13)은 장치 및 사용자의 팔의 하중을 지지하기 위해 충분한 강성을 지닌 강철(Steel) 및 플라스틱으로 구성될 수 있다. 다만, 제1 횡방향 프레임(13)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.

제2 횡방향 프레임(14)은 어깨 근력지원 웨어러블 장치(1) 및 사용자의 팔의 중력방향으로의 하중을 지지하는 역할을 할 수 있다. 제2 횡방향 프레임(14)은 제1 횡방향 프레임(13)에 결합되어 횡방향으로 연장될 수 있다. 제2 횡방향 프레임(14)은 수직 프레임과 수직한 방향의 평면상에서 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 제2 횡방향 프레임(14)은 양단에 결합을 위한 관통홀이 구비될 수 있다. 제2 횡방향 프레임(14)은 장치 및 사용자의 팔의 하중을 지지하기 위해 충분한 강성을 지닌 강철(Steel) 및 플라스틱으로 구성될 수 있다. 다만, 제2 횡방향 프레임(14)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.

높이 조절부(20)는 제1 수직 프레임(11)과 제2 수직 프레임(12)의 경계에 위치하여, 제2 수직 프레임(12)이 원하는 위치로 슬라이딩 이동된 후 고정하여 수직 프레임의 길이를 조절할 수 있다. 높이 조절부(20)는 제1 수직 프레임(11)과 제2 수직 프레임(12)을 고정할 수 있는 어떠한 구성도 가능할 수 있다. 예를 들어, 높이 조절부(20)는 레버가 결합된 파이프 클램프로 레버를 잠궈 제2 수직 프레임(12)을 원하는 위치에 고정시킬 수 있다.

결합부(30)는 제2 수직 프레임(12)과 제1 횡방향 프레임(13) 간의 결합, 제1 횡방향 프레임(13)과 제2 횡방향 프레임(14) 간의 결합을 가능하게 할 수 있다. 결합부(30)는 제1 횡방향 프레임(13) 및 제2 횡방향 프레임(14)이 수직 프레임과 수직한 방향의 평면상에서 회전 가능하도록 결합될 수 있도록 하는 어떠한 구성도 가능할 수 있다. 예를 들어, 결합부(30)는 제2 수직 프레임(12)과 제1 횡방향 프레임(13)의 결합부분 및 제1 횡방향 프레임(13)과 제2 횡방향 프레임(14)의 결합부분에 위치하여 결합홀을 관통하는 힌지(hinge) 형태로 형성될 수 있다.

받침대(40)는 목 받침대(41) 및 등 받침대(42)를 포함할 수 있다. 여기에서, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 받침대(40)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

목 받침대(41)는 수직 프레임의 일측에 결합되어, 사용자의 목을 받쳐줄 수 있다. 목 받침대(41)는 사용자의 경추를 받쳐줄 수 있도록 경추의 C자형 커브에 대응되는 돌출부가 형성될 수 있다. 목 받침대(41)는 내부에 충진재가 포함되어 사용자의 목에 충격을 완화할 수 있다. 다만, 목 받침대(41)의 구조는 이에 한정되지 않고 사용자의 목을 안정적으로 받쳐줄 수 있는 어떠한 구조도 가능할 수 있다.

등 받침대(42)는 수직 프레임의 타측에 결합되어, 사용자의 등을 받쳐줄 수 있다. 등 받침대(42)는 사용자의 등 전체를 감쌀 수 있는 날개부분이 있는 판 형태일 수 있다. 등 받침대(42)는 사용자의 척추의 커브에 대응되도록 굴곡지게 형성될 수 있다. 등 받침대(42)는 내부에 충진재가 포함되어 사용자의 등에 충격을 완화할 수 있다. 다만, 등 받침대(42)의 구조는 이에 한정되지 않고 사용자의 등을 안정적으로 받쳐줄 수 있는 어떠한 구조도 가능할 수 있다.

어깨 지지부(50)는 어깨 끈(51), 제1 스트랩(52) 및 제2 스트랩(53)을 포함할 수 있다. 어깨 지지부(50)는 등 받침대(42)에 결합되어 사용자가 어깨에 멜 수 있도록 할 수 있다. 여기에서, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 어깨 지지부(50)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

어깨 끈(51)은 등 받침대(42)에 결합되어 사용자가 직접 어깨에 멜 수 있게 할 수 있다. 어깨 끈(51)은 사용자의 어깨에 직접 닿으므로, 하중을 적절히 분산할 수 있도록 폭이 넓은 끈 형태 일 수 있다. 어깨 끈(51)은 지속적인 하중을 견디기에 충분히 튼튼한 웨빙 스트랩일 수 있다. 다만 어깨 끈(51)은 사용자가 어깨에 멜 수 있게 할 수 있는 어떠한 끈도 가능할 수 있다.

제1 스트랩(52)은 어깨 끈(51)에 연결되어, 어깨 끈(51) 간의 거리가 멀어지지 않게 위치 한정하는 역할을 할 수 있다. 제1 스트랩(52)은 어깨 끈(51)과 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 제1 스트랩(52)에는 지속적인 하중을 견디기에 충분히 튼튼한 웨빙 스트랩일 수 있다. 제1 스트랩(52)은 중간에 버클이 형성되어 사용자가 어깨 근력지원 웨어러블 장치(1)를 벗을 때는 버클을 풀고 사용자가 어깨 근력지원 웨어러블 장치(1)를 사용할 때는 버클을 체결하게 할 수 있다. 다만, 제1 스트랩(52)의 종류 및 형상은 이에 한정되지 않고 다양한 종류 및 형상을 가질 수 있다.

제2 스트랩(53)은 어깨 끈(51)에서 연장되어 말단이 허리 고정부(60)에 결합되어 어깨 끈(51)을 고정할 수 있다. 제2 스트랩(53)은 지속적인 하중을 견디기에 충분히 튼튼한 웨빙 스트랩일 수 있다. 다만 제2 스트랩(53)의 종류 및 위치는 이에 한정되지 않고 다양한 종류 및 위치를 가질 수 있다.

허리 고정부(60)는 벨트(61) 및 체결 부재(62)를 포함할 수 있다. 허리 고정부(60)는 수직 프레임에 결합되어 사용자의 허리를 감쌀 수 있다. 여기에서, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 허리 고정부(60)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

벨트(61)는 제1 수직 프레임(11)에 결합되어 사용자의 허리를 감쌀 수 있다. 벨트(61)는 사용자의 허리에 가해지는 하중을 분산하기 위해 폭이 넓은 밴드형태 일 수 있다. 다만, 벨트(61)의 형태는 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다.

체결 부재(62)는 벨트(61)의 말단에 결합되어 벨트(61)를 사용자가 필요에 따라 결합을 풀거나 체결하게 할 수 있다. 체결 부재(62)는 벨트(61)의 양단을 결합할 수 있는 어떠한 구성도 가능할 수 있다.

팔 받침부(70)는 팔 지지대(71), 팔 커버(72) 및 팔 스트랩(73)을 포함할 수 있다. 팔 받침부(70)는 후술하는 근력 보조부(80)에 결합되어, 사용자의 팔을 받쳐줄 수 있다. 여기에서, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 허리 고정부(60)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

팔 지지대(71)는 근력 보조부(80)의 단부에서 사용자의 팔과 나란한 방향으로 연장된 막대 형태로 형성되어 사용자의 팔을 고정할 수 있다. 팔 지지대(71)는 후술하는 근력 보조부(80)의 케이스(81)와 일체로 결합되어 함께 회전 구동할 수 있다. 팔 지지대(71)는 사용자의 팔의 중력방향으로의 하중을 지지하기에 충분한 강성을 지닌 강철(Steel) 및 플라스틱으로 구성될 수 있다. 다만, 팔 지지대(71)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.

팔 커버(72)는 팔 지지대(71)에 결합되어 사용자의 팔을 감쌀 수 있다. 팔 커버(72)는 사용자의 팔을 감쌀 수 있는 유연한 판 형태일 수 있다. 팔 커버(72)는 사용자의 팔 두께에 따라 변형될 수 있도록 유연한 패브릭(Fabric) 및 폴리에스터(Polyester) 재질로 구성될 수 있다. 다만 팔 커버(72)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.

팔 스트랩(73)은 팔 커버(72)에 결합되어, 사용자의 팔의 두께에 맞게 팔 커버(72)를 조이는 역할을 할 수 있다. 팔 스트랩(73)에는 길이 조절을 위한 버클 및 조리개가 포함될 수 있다. 팔 스트랩(73)은 지속적인 하중을 견디기에 충분히 튼튼한 웨빙 스트랩일 수 있다. 다만, 팔 스트랩(73)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.

도 4는 도 1의 어깨 근력지원 웨어러블 장치의 근력 보조부의 사시도이고, 도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 자른 도면이고, 도 6은 도 4의 근력 보조부의 움직임을 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 4의 근력 보조부의 홀더 핀과 핀 홀의 결합이 해제된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 근력 보조부(80)는 케이스(81), 결합 부재(82a), 결합판(82b), 레버(83), 센서(84), 디스크 판(85), 홀더 핀(86a), 핀 홀(86b), 선형 스프링(87a), 비틀림 스프링(87b), 스프링 홀더(88) 및 축 부재(89)를 포함할 수 있다. 근력 보조부(80)는 프레임(10)에 결합되어, 사용자의 팔의 중력 방향으로의 하중을 선택적으로 지지할 수 있다. 또한, 근력 보조부(80)는 근력 보조부(80)의 조작을 통해 사용자에게 근력을 지원하는 모드 및 자유롭게 동작할 수 있는 모드 상호간의 전환이 가능할 수 있다. 여기에서, 도 4 내지 도 7에 도시되어 있는 구성 요소 들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 근력 보조부(80)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

케이스(81)는 프레임(10)에 회전 가능하게 결합되고, 프레임(10)에 수직한 방향으로 이동 가능하며 외부 충격으로부터 근력 보조부(80)를 보호할 수 있다. 케이스(81)는 두개의 프레임(10)이 겹쳐져 후술하는 결합 부재(82a)에 의해 결합될 수 있다. 케이스(81)에는 결합을 위한 복수 개의 통공이 케이스(81)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 케이스(81)는 팔 받침부(70)와 결합된 부분이 돌출되고 내부 공간이 형성되도록 속이 빈 원기둥 형상일 수 있다. 케이스(81)는 근력 보조부(80)에 가해지는 하중으로부터 보호하기 위해 충분한 강성을 지닌 강철(Steel) 및 플라스틱 재질로 만들어질 수 있다. 다만, 케이스(81)의 재질 및 형상은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.

결합 부재(82a)는 복수 개의 케이스(81)를 결합할 수 있다. 결합 부재(82a)는 케이스(81)의 결합을 위한 어떠한 구조도 가능하다. 예를 들어, 결합 부재(82a)는 케이스(81)에 형성된 통공에 대응하는 볼트 및 나사일 수 있다.

결합판(82b)은 프레임(10)과 디스크 판(85)이 회전 가능하도록 결합되게 할 수 있다. 결합판(82b)은 결합을 위한 복수 개의 통공이 형성되고 일변이 타변보다 길이가 긴 육면체 형상일 수 있다. 결합판(82b)은 통공에 의해 후술하는 디스크 판(85)의 중심축에 끼워지고 프레임(10)과 결합되어, 디스크 판(85)이 축회전하도록 할 수 있다. 다만, 결합판(82b)의 형상은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위에서 일부 변경될 수 있다.

레버(83)는 케이스(81)와 디스크 판(85)의 연결을 단속할 수 있다. 레버(83)는 후술하는 후술하는 축 부재(89)에 결합되고, 레버(83)의 조절에 따라 케이스(81)의 위치 조절이 가능할 수 있다. 레버(83)는 근력 보조부(80)에서 사용자에게 보조력을 제공하는 근력 보조 모드와 사용자의 자유로운 동작이 가능하게 하는 자율 동작 모드 상호간의 전환을 조절할 수 있다. 레버(83)에 의해 홀더 핀(86a)과 핀 홀(86b)이 결합되는 위치에 따라, 사용자의 동작의 가동범위가 달라질 수 있다. 레버(83)는 케이스(81)의 위치 조절이 가능하게 하기 위한 어떠한 구성도 가능하다. 예를 들어, 레버(83)는 케이스(81)의 상부에 위치한 퀵 릴리스(QR)레버 일 수 있다.

센서(84)는 케이스(81)에 결합되어 케이스(81)의 회전각을 측정할 수 있다.

디스크 판(85)은 케이스(81) 내부에 위치하고 후술하는 홀더 핀(86a)이 선택적으로 끼워지는 복수 개의 핀 홀(86b)이 존재하여 케이스(81)와의 결합이 체결되는지 여부에 따라 케이스(81)에 후술하는 비틀림 스프링(87b)의 보조력을 제공할 수 있다. 디스크 판(85)은 홀더 핀(86a)이 끼워질 수 있는 홀인 복수 개의 핀 홀(86b)이 형성된 원형 판 형상일 수 있다. 디스크 판(85)은 중심에 회전을 위한 중심축인 속이 빈 원기둥 형상이 형성될 수 있다. 디스크 판(85)의 원기둥 형상은 비틀림 스프링(87b)을 관통하며 결합되어, 비틀림 스프링(87b)의 토크를 케이스(81)에 전달할 수 있다.

홀더 핀(86a)은 케이스(81)에 결합되어 케이스(81)로부터 돌출되며 케이스(81)를 디스크 판(85)과 결합되게 할 수 있다. 홀더 핀(86a)은 케이스(81)에 형성된 통공에 결합될 수 있는 직경을 지닌 기둥 형상일 수 있다. 홀더 핀(86a)은 케이스(81)로부터 돌출된 부분이 핀 홀(86b)에 결합될 수 있는 형상을 지닐 수 있다.

핀 홀(86b)은 디스크 판(85)의 둘레를 따라 형성되어 홀더 핀(86a)과의 결합에 의해 케이스(81)와 디스크 판(85)이 함께 구동할 수 있도록 할 수 있다.

선형 스프링(87a)은 케이스(81) 내부에 위치하여, 케이스(81)를 탄성력으로 밀어낼 수 있다. 선형 스프링(87a)은 나선형으로 연장된 코일 스프링일 수 있다. 선형 스프링(87a)은 디스크 판(85)의 상부에 위치하여 케이스(81)를 레버(83)에 의해 제한되는 위치까지 밀어낼 수 있다.

비틀림 스프링(87b)은 디스크 판(85)에 결합되어 사용자에게 토크를 제공할 수 있다. 비틀림 스프링(87b)은 디스크 판(85)의 원기둥 형상에 의해 관통되며 결합되어 디스크 판(85)에 토크를 제공할 수 있다. 비틀림 스프링(87b)은 후술하는 스프링 홀더(88)에 의해 일측이 고정되고 디스크 판(85)에 의해 타측이 고정될 수 있다.

스프링 홀더(88)는 비틀림 스프링(87b)에 결합되어, 비틀림 스프링(87b)을 고정할 수 있다. 스프링 홀더(88)는 비틀림 스프링(87b)의 돌출된 말단이 결합될 수 있도록 홈이 형성된 육면체 형상일 수 있다. 스프링 홀더(88)는 결합판(82b)에 결합되어 비틀림 스프링(87b)의 돌출된 말단이 고정된 위치를 유지하게 할 수 있다.

축 부재(89)는 선형 스프링(87a)을 관통하여 형성되며, 케이스(81)가 축회전하도록 할 수 있다. 축 부재(89)는 레버(83)와 결합될 수 있다. 축 부재(89)는 케이스(81)의 축회전의 중심이 될 수 있다. 축 부재(89)는 케이스(81)의 이동방향을 따라 연장된 원기둥 형상일 수 있다. 축 부재(89)는 축회전의 중심이 될 수 있어 변형되지 않아야 하므로, 충분한 강성을 지닌 강철(Steel)과 같은 재질로 만들어질 수 있다. 다만, 축 부재(89)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 재질을 가질 수 있다.

도 6을 참조하면, 근력 보조부(80)의 모드전환이 케이스(81)의 이동에 의해 이루어짐을 알 수 있다. 레버(83)의 조작에 의해 케이스(81)가 도 6상에서 하방으로 이동할 경우, 케이스(81)에 결합된 홀더 핀(86a)이 디스크 판(85)의 핀 홀(86b)에 삽입되어 케이스(81)와 디스크 판(85)이 함께 구동할 수 있다. 디스크 판(85)에는 토크를 제공하는 비틀림 스프링(87b)이 결합되어 있기에 케이스(81)에 토크를 제공할 수 있다. 이때, 근력 보조 모드에 해당할 수 있다.

레버(83)의 조작에 의해 케이스(81)가 도 6상에서 상방으로 이동할 경우, 케이스(81)에 결합된 홀더 핀(86a)이 디스크 판(85)의 핀 홀(86b)에서 빠져나와 케이스(81)가 디스크 판(85)과 별개로 구동할 수 있다(도 7 참조). 즉, 디스크 판(85)에 결합된 비틀림 스프링(87b)의 토크가 케이스(81)에 전달되지 않는 바, 사용자는 어떠한 힘도 제공받지 않고 자유로이 동작할 수 있다. 이때, 자율 동작 모드에 해당할 수 있다.

도 8은 근력 보조부의 홀더 핀과 핀 홀의 결합되는 위치에 따른 사용자의 동작을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 레버(83)에 의해 홀더 핀(86a)과 핀 홀(86b)이 결합되는 위치에 따라, 사용자의 동작의 가동범위가 달라질 수 있다.

예를 들어, 도 8(a)와 같이 팔 지지대(71)가 지면과 나란한 일방향에 위치할 때 홀더 핀(86a)과 핀 홀(86b)이 결합된 경우, 회전 축을 중심으로 상기 일방향에서 하방으로 이동할수록 비틀림 스프링(87b)에 의해 큰 토크를 받을 수 있다. 일방향에서 하방으로 최대 가동범위 각도만큼 축회전한 지점 까지의 범위가 사용자의 동작 가동범위가 될 수 있다. 최대 가동범위 각도는 비틀림 스프링(87b)의 탄성력 및 결합구조에 의해 달라질 수 있다.

도 8(b)와 같이 지면과 약 45도의 각도를 이루는 타방향에서 홀더 핀(86a)과 핀 홀(86b)이 결합된 경우, 회전 축을 중심으로 상기 타방향에서 하방으로 이동할 수 록 비틀림 스프링(87b)에 의해 큰 토크를 받을 수 있다. 타방향에서 하방으로 최대 가동범위 각도만큼 축회전한 지점 까지의 범위가 사용자의 동작 가동범위가 될 수 있다. 최대 가동범위 각도는 비틀림 스프링(87b)의 탄성력 및 결합구조에 의해 달라질 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1 어깨 근력지원 웨어러블 장치
10 프레임
20 높이 조절부
30 결합부
40 받침대
50 어깨 지지부
60 허리 고정부
70 팔 받침부
80 근력 보조부

Claims

프레임;
상기 프레임에 결합되어, 사용자의 팔의 중력 방향으로의 하중을 선택적으로 지지하는 근력 보조부; 및
상기 근력 보조부에 결합되어, 사용자의 팔을 받쳐주는 팔 받침부;
를 포함하고,
상기 프레임은,
사용자의 척추 방향을 따라 연장된 수직 프레임 및
상기 수직 프레임에 결합되어, 횡방향으로 연장된 횡방향 프레임을 포함하며,
상기 횡방향 프레임은 수직 프레임과 수직한 방향의 평면상에서 회전 가능하도록 결합되고,
상기 근력 보조부는,
상기 근력 보조부의 조작을 통해 사용자에게 근력을 지원하는 모드 및 자유롭게 동작할 수 있는 모드 상호간의 전환이 가능하며,
상기 근력 보조부는,
상기 프레임에 회전 가능하게 결합되고, 상기 프레임에 수직한 방향으로 이동 가능한 케이스;
상기 케이스에 결합되어, 상기 케이스로부터 돌출된 홀더 핀;
상기 케이스의 내부에 위치하고, 상기 홀더 핀이 선택적으로 끼워지는 복수 개의 핀 홀이 존재하는 디스크 판; 및
상기 디스크 판에 결합되어, 사용자에게 토크를 제공하는 비틀림 스프링;
을 포함하고,
상기 케이스의 이동에 의해 상기 홀더 핀이 상기 핀 홀에 결합되는 경우에 상기 비틀림 스프링의 토크를 사용자에게 전달할 수 있고,
상기 근력 보조부는,
상기 케이스와 상기 디스크 판의 연결을 단속하는 레버를 포함하는, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 팔 받침부는,
사용자의 팔과 나란한 방향으로 연장된 막대 형태로 형성되어 사용자의 팔을 고정하고, 상기 근력 보조부에 일체로 결합되어 함께 회전 구동하는 팔 지지대;
상기 팔 지지대에 결합되어 사용자의 팔을 감싸도록 유연한 한 형태로서, 패브릭 및 폴리에스터 재질 중 어느 하나로 구성되는 팔 커버; 및
상기 팔 커버에 결합되어 사용자의 팔의 두께에 대응되게 팔 커버를 조이도록 버클 및 조리개를 포함하는 팔 스트랩;
을 포함하는, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 프레임은,
속이 빈 원기둥 형상의 제1 수직 프레임, 및 상기 제1 수직 프레임과 나란한 방향으로 연장되고, 제1 수직 프레임의 직경보다 작은 직경의 원기둥 형상으로서, 제1 수직 프레임과 슬라이딩 이동 가능하게 결합되어 전체 길이 조절이 가능한 제2 수직 프레임을 포함하고,
상기 횡방향 프레임은,
상기 제2 수직 프레임에 결합되어 횡방향으로 각각 연장된 제1 횡방향 프레임과, 상기 각 제1 횡방향 프레임에 결합되어 횡방향으로 각각 연장되는 제2 횡방향 프레임을 포함하는, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 수직 프레임은 사용자의 신체에 따라 길이 조절이 가능한, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 횡방향 프레임은 상기 수직 프레임과 수직한 방향의 평면상에서 회전 가능하도록 결합된, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 수직 프레임의 일측에 결합되어, 사용자의 목을 받쳐주고, 내부에 충진재가 포함되며, 사용자의 경추를 받쳐줄 수 있도록 경추의 C자형 커브에 대응되는 돌출부가 형성되는 목 받침대; 및
상기 수직 프레임의 타측에 결합되어, 사용자의 등을 받쳐주고, 내부에 충진재가 포함되며, 사용자의 등 전체를 감쌀 수 있도록 날개부분이 있는 판 형태로서, 사용자의 척추의 커브에 대응되도록 굴곡지게 형성되는 등 받침대;
를 더 포함하는, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.
제6 항에 있어서,
상기 등 받침대에 결합되어, 사용자가 어깨에 멜 수 있도록 하되, 어깨 끈과, 제1 스트랩 및 제2 스트랩을 포함하는 어깨 지지부; 및
상기 수직 프레임에 결합되어, 사용자의 허리를 감싸되, 벨트 및 체결 부재를 포함하는 허리 고정부;
를 더 포함하는, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.
제3 항에 있어서,
상기 제1 수직 프레임과 제2 수직 프레임의 경계에 위치하고, 제1 수직 프레임에 대해 제2 수직 프레임을 슬라이딩 이동시킨 후 고정하여 수직 프레임의 길이를 조절하도록 레버가 결합된 파이프 클램프로 이루어지고, 상기 레버를 잠궈 제1 수직 프레임에 대해 제2 수직 프레임을 고정시키는 높이 조절부;
를 더 포함하는, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 근력 보조부는,
상기 비틀림 스프링에 결합되어, 상기 비틀림 스프링을 고정하는 스프링 홀더를 더 포함하는, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 근력 보조부는,
상기 프레임과 디스크 판이 회전 가능하도록 결합되도록 복수 개의 통공이 형성되고, 상기 통공에 의해 디스크 판의 중심축에 끼워지고 프레임과 결합하여 디스크 판을 축회전시키는 결합판;
상기 케이스에 결합되어 케이스의 회전각을 측정하는 센서;
상기 디스크 판의 둘레를 따라 형성되어 홀더 핀과의 결합에 의해 케이스와 디스크 판을 구동시키는 핀 홀; 및
나선형으로 연장된 코일 스프링으로서, 케이스의 내부에 위치하여 케이스를 탄성력을 밀어내는 선형 스프링;
을 더 포함하는, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.
제1 항에 있어서,
상기 근력 보조부는,
상기 케이스 내부에 위치하여, 상기 케이스를 탄성력으로 밀어내는 선형 스프링 및
상기 선형 스프링을 관통하여 형성되고, 레버에 결합되는 축부재를 포함하며,
상기 레버는 상기 축부재에 결합되고, 상기 레버의 조절에 따라 상기 케이스의 위치 조절이 가능한, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.
제11 항에 있어서,
상기 레버에 의해 상기 홀더 핀과 상기 핀 홀이 결합되는 위치에 따라, 사용자의 동작의 가동범위가 달라지는, 어깨 근력지원 웨어러블 장치.