KR102595539B1 - 기계식 스토퍼를 구비한 외골격 장치 - Google Patents

Abstract

관절 운동하는 신체에 착용하는 외골격 장치는, 신체의 일 부위에 고정되는 제1 링크와, 신체의 일 부위에 관절 연결되는 다른 부위에 고정되는 제2 링크와, 제1 링크 및 제2 링크를 회전 중심축을 중심으로 상대 회전 가능하게 연결하는 관절 유닛과, 신체의 관절 운동에 의해 제1 링크 및 제2 링크가 회전 중심축을 중심으로 상대 회전할 때 발생하는 원심력에 의해 작동하여, 제1 링크 및 상기 제2 링크의 상대 회전을 제한하는 기계식 스토퍼를 구비한다.

Description

기계식 스토퍼를 구비한 외골격 장치{EXOSKELETON APPARATUS HAVING MECHANICAL STOPPER}

본 개시는 신체에 착용 가능한 외골격 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자의 관절의 관절 운동에 연동하여 작동하는 기계식 스토퍼를 구비하여 사용자의 근력을 보조하는 외골격 장치에 관한 것이다.

사용자의 근력이나 동작을 보조하기 위한 보조 장치로서, 신체에 착용하는 외골격 장치가 다양하게 연구되고 있다.

종래의 외골격 장치는 인체의 동작을 센싱하는 센서와 자세를 보조하는 액츄에이터 등을 구비한 로봇 장치 형태가 일반적이다.

그러나, 로봇 장치인 외골격 장치는 센서와 액츄에이터 등을 정밀하게 제어해야 하므로, 구성 및 제어 방식이 복잡하다. 아울러, 센서와 액츄에티어의 신호를 처리하는 각종 프로세서와 배터리와 같은 전원을 휴대 장착하여야 하므로, 구조가 복잡하고 비용이 많이 소요된다는 문제가 있다.

따라서, 종래의 외골격 장치는 관절의 각도를 유지하는 등척성 운동 등의 단순 동작을 보조하는 경우에도 제어 등에 많은 노력이 필요하므로, 일상 생활에서 손쉽게 널리 활용되기 어렵다는 한계가 있다.

등록특허 제10-2136330호 공보

본 개시의 실시예는 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기계식 구성만을 이용하여 전원 공급원이나 센서 등 전자 장비 없이도 작동하여 활용성이 우수한 외골격 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 외골격 장치는, 관절 운동하는 신체에 착용하는 외골격 장치로서, 상기 신체의 일 부위에 고정되는 제1 링크와, 상기 신체의 일 부위에 관절 연결되는 다른 부위에 고정되는 제2 링크와, 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크를 회전 중심축을 중심으로 상대 회전 가능하게 연결하는 관절 유닛과, 상기 신체의 관절 운동에 의해 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크가 상기 회전 중심축을 중심으로 상대 회전할 때 발생하는 원심력에 의해 작동하여, 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크의 상대 회전을 제한하는 기계식 스토퍼를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 관절 유닛은, 상기 제1 링크에 고정되는 제1 몸체와, 상기 제2 링크에 고정되고, 상기 회전 중심축을 중심으로 자유 회전 가능하게 상기 제1 몸체와 결합되는 제2 몸체를 포함하고, 상기 기계식 스토퍼는, 상기 제2 몸체에 고정되는 고정 잠금 부재와, 상기 회전 중심축의 반경 방향으로 위치 이동 가능하게 상기 제1 몸체에 결합되는 이동 잠금 부재를 포함하고, 상기 고정 잠금 부재는, 상기 회전 중심축의 둘레 방향을 따라 배치되는 복수의 기어 치를 구비하고, 상기 이동 잠금 부재는, 상기 고정 잠금 부재의 기어 치와 맞물릴 수 있는 기어 치를 구비하며, 상기 제1 몸체가 상기 제2 몸체에 대해 상대 회전함에 따라 발생하는 원심력에 의해 상기 이동 잠금 부재가 상기 회전 중심축의 반경 방향 외측으로 위치 이동하면, 상기 이동 잠금 부재의 기어 치와 상기 고정 잠금 부재의 기어 치가 맞물려서, 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체의 상대 회전이 저지된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 몸체는, 상기 제1 몸체에 고정되는 회전 샤프트에 자유 회전 가능하게 결합하고, 상기 회전 샤프트는 그 길이 방향의 중심축이 상기 회전 중심축과 일치하고, 상기 이동 잠금 부재는, 상기 회전 중심축의 반경 방향으로 상기 회전 샤프트에 대해 직선 이동하도록 상기 회전 샤프트에 결합된다.

일 실시예에 따르면, 상기 기계식 스토퍼는, 상기 이동 잠금 부재의 기어 치가 상기 고정 잠금 부재의 기어 치와 이격되도록 상기 이동 잠금 부재에 힘을 가하는 스프링을 더 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 이동 잠금 부재에는 상기 회전 샤프트가 삽입 통과할 수 있는 장공이 형성되고, 상기 스프링은 상기 장공의 내벽과 상기 회전 샤프트 사이에 끼워지는 코일 스프링이고, 상기 코일 스프링은 그 길이 방향이 상기 회전 중심축의 반경 방향으로 연장될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 이동 잠금 부재는 상기 고정 잠금 부재의 복수의 기어 치와 맞물릴 수 있는 복수의 기어 치를 구비한다.

일 실시예에 따르면, 상기 이동 잠금 부재는, 그 무게 중심이 상기 회전 중심축보다 상기 회전 중심축의 반경 방향 외측에 위치하는 형상으로 형성되고, 상기 이동 잠금 부재의 몸통부는 상기 회전 중심축에서 상기 무게 중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 대칭으로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 고정 잠금 부재의 기어 치와 상기 이동 잠금 부재의 기어 치는 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체의 일 방향의 상대 회전만을 저지하는 일 방향 기어 치이다.

도 1은 일 실시예에 따른 외골격 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 외골격 장치의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1의 외골격 장치의 일부를 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 외골격 장치의 일부를 도시한 측면도이고, 도 4는 기계식 스토퍼가 작동하지 않은 상태를 도시하는 도면이고, 도 5는 기계식 스토퍼가 작동한 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 외골격 장치의 사용 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.

도 1은 일 실시예에 따른 외골격 장치(1)의 사시도이다. 본 실시예에 따른 외골격 장치(1)는 사용자(U)의 팔에 착용하는 것으로 예시된다(도 6 참조).

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 외골격 장치(1)는 서로 거울 대칭을 이루는 두 개의 링크 모듈(2, 2')을 포함한다.

이하에서, 본 명세서에서 도면 부호에 프라임(') 또는 더블 프리임(")을 부기한 부재는, 동일한 도면 부호가 부여된 부재와 실질적으로 동일한 구성 및 기능을 기지는 것으로 의도하였다. 따라서, 특별히 설명하는 경우를 제외하고, 도면 부호에 프라임(') 또는 더블 프리임(")을 부가한 부재에 대한 중복된 설명은 생략한다.

링크 모듈(2)은 사용자(U)의 신체의 일 부위(예를 들어, 팔의 하박)에 고정되는 제1 링크(10)와, 상기 신체의 일 부위와 관절 연결되는 다른 부위(예를 들어, 팔의 상박)에 고정되는 제2 링크(20)와, 제1 링크(10) 및 제2 링크(20)를 회전 중심축(C)을 중심으로 상대 회전하게 연결하는 관절 유닛(30)을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "고정"은 두 부재가 일체로 형성되거나 직접 또는 다른 수단을 통해 간접적으로 고정되어서, 두 부재가 서로 연동하고 실질적으로 상대 운동이 일어나지 않도록 된 상태를 의도한다. 예를 들어서, 상박은 제2 링크(20)에 스트랩(50)을 통해 고정되고, 고정 잠금 부재(42)는 제2 몸체(32)와 일체로 형성되어서 제2 몸체(32)에 고정되어 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "결합"은 두 부재가 분리 형성되고, 직접 체결 또는 다른 부재를 통해 간접적으로 체결되어서, 두 부재가 서로 연동함과 동시에 서로 상대 운동이 이루어질 수 있는 상태를 의도한다. 예를 들어서, 이동 잠금 부재(41)는 회전 샤프트(33)에 결합되고, 또한, 이동 잠금 부재(41)는 회전 샤프트(33)를 통해 제1 몸체(31)에 결합된다.

본 실시예에서는 링크 모듈(2')은 링크 모듈(2)과 거울 대칭이 된다는 것을 제외하고 그 구성은 실질적으로 동일하지만, 이에 한정되지는 않는다.

예를 들어, 링크 모듈(2')에서는 후술하는 기계식 스토퍼(40)가 생략되어도 좋다. 다만, 본 실시예와 같이 링크 모듈(2')에 기계식 스토퍼(40')를 구비하도록 함으로써, 사용자(U)에게 균형감이 있는 근력 보조 기능을 제공할 수 있다.

또한, 링크 모듈(2)의 링크(10, 20)와 링크 모듈(2')의 링크(10', 20')의 길이는 반드시 서로 동일하지 않아도 좋다. 예를 들어, 외골격 장치(1)를 팔에 착용할 때, 링크 모듈(2')의 제2 링크(20')는 가슴 부위까지 연장되는 짧은 길이로 형성되고, 링크 모듈(2)의 제2 링크(20)는 어깨까지 연장되는 긴 길이로 형성되어도 좋다. 즉, 제2 링크(20')와 제2 링크(20')의 길이가 두 링크 모듈(2, 2')에서 서로 달라도 좋다. 링크 모듈(2)의 링크(10, 20)와 링크 모듈(2')의 링크(10', 20')의 길이는 고정하는 신체 부위의 길이에 따라서 변경 가능하다.

두 개의 링크 모듈(2, 2')은 복수의 프레임(110)에 의해 서로 마주하게 고정된다. 본 실시예에서는 네 개의 프레임(110)이 링크 모듈(2)의 링크(10, 20)의 길이 방향을 따라 이격 배치되어 있다.

프레임(110)은 두 개의 링크 모듈(2, 2')의 간격 및 자세를 유지하는 길이 및 강성을 가진다. 프레임(110)은 두 개의 링크 모듈(2, 2')의 간격 및 자세를 잘 유지할 수 있다면, 약간의 탄성을 가져도 좋다. 아울러, 프레임(110)의 길이는 외골격 장치(1)를 착용하는 신체의 부위의 사이즈에 따라 변경하여도 좋고, 또는, 외골격 장치(1)를 착용하는 신체의 부위에 맞게 길이 조절이 가능하도록 형성되어도 좋다.

프레임(110)에는, 사용자(U)의 신체 형상에 맞게 제작되고 소프트한 재질의 하네스(미도시) 등이 고정되어서, 사용자(U)의 착용감을 향상시켜도 좋다. 또한, 각각의 링크 모듈(2, 2')의 링크에는 신체에 외골격 장치(1)를 결박하여 고정할 수 있는 스트랩(50)이 연결되어도 좋다(도 6 참조).

도 2는 본 실시예에 따른 외골격 장치(1)의 분리 사시도이다.

도 2를 참조하면, 관절 유닛(30)은 제1 링크(10)에 고정되는 제1 몸체(31)와, 제2 링크(20)에 고정되는 제2 몸체(32)를 포함한다.

본 실시예에 따르면, 제1 몸체(31)가 안쪽에 배치되고, 제2 몸체(32)가 바깥쪽에 배치되지만 이에 한정되지 않고, 반대로 제1 몸체(31)가 바깥 쪽에 배치되고 제2 몸체(32)가 안쪽에 배치되어도 좋다.

제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)는 대략 원형 드럼 형상으로 형상되고, 원형의 중심축은 회전 중심축(C)과 일치한다. 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)는 회전 중심축(C)을 중심으로 서로 자유 회전 가능하게 형성되어 있다.

더 구체적으로, 제1 몸체(31)에 대해서 외측 방향으로 연장되는 회전 샤프트(33)가 제1 몸체(31)에 고정되어 있다. 회전 샤프트(33)는 제1 몸체(31)의 외측면에 형성된 고정홈(310)에 삽입되어, 볼트 등의 체결 수단에 의해 제1 몸체(31)에 고정된다. 본 실시예에서는, 회전 샤프트(33)가 제1 몸체(31)에 고정되어 있지만, 회전 샤프트(33)에 결합되는 스토퍼(40)의 이동 잠금 부재(41)의 이동성을 향상시키기 위해, 회전 샤프트(33)가 기어트레인 또는 감속기 등을 개재해 제1 몸체(31)에 결합됨으로써, 제1 몸체(31)의 회전에 대한 회전 샤프트(33)의 회전 속도를 증가시켜도 좋다.

회전 샤프트(33)는 대략 정사각형 단면을 가지는 가이드부(331)와 가이드부(331)의 단부에 형성되는 소경(小經)의 축부(332)를 포함한다. 축부(332)에는 베어링(333)이 결합되어 있다. 회전 샤프트(33)의 길이 방향의 중심축은 회전 중심축(C)과 일치한다.

제2 몸체(32)의 측면에는 회전 샤프트(33)에 결합된 베어링(333)이 삽입되어 결합될 수 있는 결합공(320)이 형성되어 있다.

베어링(333)을 통해 제2 몸체(32)는 제1 몸체(31)에 고정된 회전 샤프트(33)에 자유 회전 가능하게 결합된다. 즉, 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)는 회전 중심축(C)을 중심으로 서로 자유 회전 가능하게 결합된다.

제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)가 회전 중심축(C)을 중심으로 회전함으로써, 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32) 각각에 고정된 제1 링크(10)와 제2 링크(20)가 회전 중심축(C)을 중심으로 회전 가능하다.

본 실시예에 따르면, 관절 유닛(30)에 제1 링크(10) 및 제2 링크(20)의 상대 회전을 제한할 수 있는 기계식 스토퍼(이하, 단순히 '스토퍼'라고 한다)(40)가 형성된다. 여기서, "기계식"이란 액츄에이터 등 전기 동력을 사용하는 동력 장치의 도움 없이 작동하는 무동력 작동식을 포함하는 것으로 의도한다.

스토퍼(40)는 제2 몸체(32)에 고정 형성되는 고정 잠금 부재(42)와, 회전 중심축(C)의 반경 방향으로 위치 이동 가능하게 제1 몸체(31)에 결합되는 이동 잠금 부재(41)를 포함한다.

고정 잠금 부재(42)는 내면(423)을 따라(즉, 회전 중심축(C)의 둘레 방향을 따라) 복수의 기어 치(421)가 형성된 고리 형태의 부재이다. 본 실시예에 따르면, 고정 잠금 부재(42)는 제2 몸체(32)와 별도로 형성되지 않고 일체로 형성되어 있다.

즉, 본 명세서에서 사용된 "부재"는 다른 구성과 물리적으로 체결 또는 분리될 수 있는 별도의 구성뿐만 아니라, 일체로 형성된 하나의 구성에서 기능적으로 구분될 수 있는 부분을 포함하는 것으로 의도되었다.

이동 잠금 부재(41)는 고리 형태의 고정 잠금 부재(42)의 중앙에 형성되는 공간(422) 안에 배치된다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 스토퍼(40)의 구성에 대해 더 자세히 설명한다.

도 3은 외골격 장치(1)의 일부를 도시한 사시도이고, 도 4는 외골격 장치(1)의 일부를 도시한 측면도이다. 도 3 및 도 4에서는, 설명의 편의를 위해서, 제1 몸체(31)는 도시하지 않고, 제1 몸체(31)에 고정되는 회전 샤프트(33)만을 도시하고 있다.

이동 잠금 부재(41)의 몸통부(411)에는 장공(413)이 형성되어 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 샤프트(33)가 장공(413)을 통과해 이동 잠금 부재(41)의 몸통부(411)를 삽입 통과한다.

이동 잠금 부재(41)는 고정 잠금 부재(42)의 중앙의 공간(422) 안에 배치될 때, 장공(413)에 회전 샤프트(33)의 가이드부(331)가 정렬되도록 배치된다.

도 3에서 이동 잠금 부재(41) 너머로 돌출된 가이드부(331)의 부분은 고정홈(310)에 삽입되는 부분이다.

이동 잠금 부재(41)의 몸통부(411)의 두께는 고정 잠금 부재(41)의 높이와 실질적으로 동일하다. 따라서, 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)가 결합되면, 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)는 이동 잠금 부재(41)가 회전 중심축(C)의 길이 방향으로 이탈하는 것을 막는 커버 역할을 한다.

본 실시예에 따르면, 후술하는 바와 같이, 이동 잠금 부재(41)는 회전 중심축(C)의 반경 방향으로 위치 이동 가능하여야 하므로, 실제적으로는 이동 잠금 부재(41)의 두께는 고정 잠금 부재(41)의 높이보다 살짝 작아서, 제조 과정에서 생기는 공차 등에 의해 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)가 이동 잠금 부재(41)를 양 측에서 압박하여 이동 잠금 부재(41)의 위치 이동을 저해하지 않도록 한다. 또한, 이동 잠금 부재(41)의 두께와 고정 잠금 부재(41)의 높이의 차이는, 이동 잠금 부재(41)가 회전 중심축(C)의 길이 방향으로 흔들리는 것을 최소화하는 것이 좋다.

장공(413)의 단변의 길이는 회전 샤프트(33)의 정사각형 단면의 가이드부(334)의 일 변의 길이와 실질적으로 동일하다(실제적으로는, 이동 잠금 부재(41)의 직선 이동을 허용하도록, 장공(413)의 단변의 길이는 가이드부(334)의 일 변의 길이보다 아주 살짝 크다). 따라서, 이동 잠금 부재(41)는 회전 샤프트(33)의 가이드부(334)에 대해 상대 회전하지 못한다. 즉, 제2 몸체(32)에 대해 제1 몸체(31)가 회전하면 제1 몸체(31)와 함께 회전 샤프트(33)가 회전하고, 회전 샤프트(33)가 회전하면 회전 샤프트(33)에 결합된 이동 잠금 부재(41)도 함께 회전한다.

한편, 장공(413)의 장변의 길이는 가이드부(334)의 일 변의 길이보다 길게 형성된다. 회전 샤프트(33)는 장공(413)의 장변의 길이와 가이드부(334)의 일 변의 길이의 차이에 해당하는 거리만큼에 대해서는 이동 잠금 부재(41)의 위치 이동을 제한하지 못한다.

즉, 이동 잠금 부재(41)는 장공(413)의 장변의 연장 방향(즉, 회전 중심축(C)의 반경 방향)으로 회전 샤프트(33)에 대해 직선 이동하도록 회전 샤프트(33)에 결합되어 있다.

본 실시예에 따르면, 이동 잠금 부재(41)의 몸통부(411)는 대략 물방울 형상으로 형성되고, 이동 잠금 부재(41)는 물방울 형상의 몸통부(411)의 뾰족한 부분(후방) 쪽에서 회전 샤프트(33)에 결합되어 있다. 즉, 이동 잠금 부재(41)는 그 무게 중심이 회전 중심축(C)보다 회전 중심축(C)의 반경 방향 외측에 위치하는 형상으로 형성된다.

여기서, 이동 잠금 부재(41)의 몸통부(411)는 반드시 물방울 형상으로 형성될 필요는 없고, 은행잎 형상 등 무게 중심이 한쪽으로 치우친 형상이라면 어느 형상이라도 좋다. 또한, 이동 잠금 부재(41)의 무게 중심의 편심은 반드시 형상에 의해 이루어질 필요는 없고, 일 방향의 두께, 재질 등을 변경하여, 무게 중심이 회전 중심축(C)에 대해 어긋나도록 하여도 좋다.

또한, 본 실시예에 따르면, 이동 잠금 부재(41)의 몸통부(411)는 회전 중심축(C)에서 이동 잠금 부재(41)의 무게 중심을 지나는 가상의 선을 이었을 때, 상기 가상의 선을 기준으로 좌우로 대칭으로 형성된다.

물방울 형상의 이동 잠금 부재(41)의 몸통부(411)에서 뭉툭한 쪽의 전방면(414)에는 고정 잠금 부재(42)의 내면(423)에 형성된 기어 치(421)와 맞물릴 수 있는 복수의 기어 치(412)가 형성되어 있다. 본 실시예에 따르면, 이동 잠금 부재(41)의 전방면(414)은 고정 잠금 부재(42)의 내면(423)은 곡률 반경이 실질적으로 동일하다.

본 실시예에 따르면, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)와 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)는 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)의 일 방향의 상대 회전만을 저지하는 일 방향 기어 치이다.

좀 더 구체적으로, 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)는 전방면(414)의 접선에 대해 대략 수직한 수직벽(4121)과 기어 치(412)가 위로 갈수록 뾰족해지도록 경사진 경사벽(4122)를 구비한다. 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)는 내면(423)의 접선에 대해 대략 수직한 수직벽(4211)과 기어 치(421)가 위로 갈수록 뾰족해지도록 경사진 경사벽(4212)를 구비한다.

이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)와 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)가 서로 맞물렸을 때, 이동 잠금 부재(41)의 수직벽(4121)와 고정 잠금 부재(42)의 수직벽(4211)이 서로 마주하도록 배치된다.

이에 따라서, 본 실시예에 따르면, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)와 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)가 서로 맞물린 상태에서는, 수직벽(4121)과 수직벽(4211)이 서로 막아서는 반시계 방향으로는, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(31)에 대해 회전할 수 없다.

반면에, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)와 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)가 서로 맞물린 상태에서도, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(31)에 대해 시계 방향으로 회전할 때는, 두 마주하는 경사벽(4122, 4212)의 작용으로 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)가 회전 중심축(C) 쪽으로 밀리면서 기어 치의 맞물림이 해제되므로, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(31)에 대해 회전할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따르면, 스토퍼(40)는 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)가 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)와 이격되도록 이동 잠금 부재(41)에 힘을 가하는 스프링(43)을 더 포함한다.

다시 도 2를 참조하면, 회전 샤프트(33)의 일 측면에는 결합홈(334)이 형성되어 있다. 본 실시예에 따르면, 결합홈(334)의 개구 방향은 장공(413)의 장변 방향(즉, 회전 중심축(C)의 반경 방향)이다.

결합홈(334)에 스프링(43)이 끼워진다. 본 실시예에 따르면, 스프링(43)은 소정의 길이를 가지는 코일 스프링이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 스프링(43)은 장공(413)의 일 단변의 내벽과 회전 샤프트(33)(구체적으로, 결합홈(334)의 바닥면) 사이에 끼워진다. 이에 따라서, 스프링(43)은 그 길이 방향이 회전 중심축(C)의 반경 방향으로 연장되도록 배치된다.

본 실시예에 따르면, 스프링(43)이 끼워지는 장공(413)의 일 단변의 내벽과 결합홈(334)의 바닥면 사이의 거리는 스프링(43)의 길이보다 살짝 작다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 스프링(43)은 그 인장력에 의해서 회전 샤프트(33)에 대해서 스프링(43)의 일 단부가 맞닿는 장공(413)의 일 단변의 내벽을 밀어내는 힘을 가한다.

따라서, 이동 잠금 부재(41)는, 기어 치(412)가 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)와 이격되는 방향으로 힘을 받게 된다. 이에 따라서, 이동 잠금 부재(41)는 기본적으로 기어 치(412)와 기어 치(421)가 맞물리지 않고 이격되어 있는 상태가 된다. 기어 치(412)와 기어 치(421)가 이격된 거리는 가이드부(331)의 일 변의 길이와 장공(413)의 장변의 길이의 차이에 의해 결정된다.

본 실시예에 따르면, 위와 같은 구성의 스토퍼(40)의 구성에 따른 동작에 의해 소정의 조건이 만족되면 기계식으로 제1 링크(10) 및 제2 링크(20)의 상대 회전을 제한하고 해당 조건이 해제되면 상대 회전의 제한이 해제된다.

이하 도 4 및 도 5를 참조하며, 스토퍼(40)의 동작을 설명한다. 도 4 및 도 5는 스토퍼(40)의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 스토퍼(40)가 작동하지 않은 상태를 도시하는 도면이고, 도 5는 스토퍼(40)가 작동한 상태를 도시하는 도면이다.

도 4 및 도 5에서는 제1 링크(10)가 제2 링크(20)에 대해 상대 회전하는 것으로 설명한다. 여기서, 제1 링크(10)가 제2 링크(20)에 대해 상대 회전한다는 것은, 제1 링크(10)가 정지한 제2 링크(20)에 대해 회전하는 것과, 제1 링크(10)와 제2 링크(20)가 회전 중심축(C)을 중심으로 각각 회전하지만, 제1 링크(10)의 회전이 더 많이 이루어져 제1 링크(10)가 정지한 제2 링크(20)에 대해 회전하는 것과 마찬가지인 상대 회전도 포함하는 것임이 이해될 것이다. 또한, 제1 링크(10)가 제2 링크(20)에 대해 상대 회전한다는 것은 제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대해 상대 회전한다는 것을 의미한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 기어 치(412)와 기어 치(421)가 맞물리지 않은 상태에서는, 제1 몸체(31)가 회전하면 회전 샤프트(33)가 제1 몸체(31)와 함께 회전하고, 회전 샤프트(33)가 회전하면 이동 잠금 부재(41)도 회전 중심축(C)을 중심으로 같이 회전한다.

제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대해 상대 회전하면, 이동 잠금 부재(41)에는, 회전 중심축(C)에 대해 이동 잠금 부재(41)의 무게 중심이 위치한 쪽(즉, 기어 치(412)가 형성된 쪽)을 향해 원심력이 작용한다. 이 때, 원심력의 방향은 회전 중심축(C)의 반경 외측 방향으로, 이동 잠금 부재(41)가 이동 가능한 방향과 동일하다.

다만, 이동 잠금 부재(41)는 스프링(43)의 힘에 의해 기어 치(421)와 이격되도록 하는 힘을 받고 있으므로, 이동 잠금 부재(41)에 작용하는 원심력이 스프링(43)의 힘을 이기지 못하고, 이동 잠금 부재(41)가 충분히 이동하지 못하면, 이동 잠금 부재(41)가 이동하여 기어 치(412)가 기어 치(421)와 맞물리지 않는다. 따라서, 제1 몸체(31)는 제2 몸체(32)에 대해 시계 방향 또는 반시계 방향 어느 방향으로도 회전 가능하다.

반면에, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대해 소정의 각속도 이상으로 상대 회전하여, 이동 잠금 부재(41)에 작용하는 원심력이 스프링(43)의 힘을 초과하면, 스프링(43)이 압축되고, 이동 잠금 부재(41)가 회전 중심축(C)의 반경 외측 방향으로 위치 이동(직선 이동)한다. 이 때, 이동 잠금 부재(41)에 작용하는 원심력이, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)가 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)가 서로 맞물릴 수 있는 위치까지 이동 잠금 부재(41)가 전진할만큼 충분한 크기로 작용하면, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)가 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)가 서로 맞물린다.

예를 들어, 기어 치(412)의 이끝과 기어 치(421)의 이끝 사이의 거리(즉, 기어 치(412)와 기어 치(421)가 서로 맞물리기 위한 이동 잠금 부재(41)의 직선 이동 거리)가 6 mm이고, 스프링(43)의 스프링 상수가 0.3 N/mm라고 할 때, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대한 상대 회전의 각속도가 270 deg/sec 이상일 때, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)가 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)가 서로 맞물린다.

도 5는 제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대해 반시계 방향으로 회전하는 경우를 도시한 것이다. 이와 같이, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대해 반시계 방향으로 회전하는 상태인 경우, 수직벽(4121)과 수직벽(4211)이 맞닿게 되므로, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대한 회전이 저지되어 더 이상 회전할 수 없게 된다.

이 때, 제1 몸체(31)를 제2 몸체(32)에 대해 회전시키는 힘이 계속 작용하고 있는 상태에서는, 수직벽(4121)과 수직벽(4211)이 서로 밀면서 압력에 의해서, 스프링(43)에 의해 가해지는 이동 잠금 부재(41)를 원위치시키려는 힘은 저지되고, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)가 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)가 맞물린 상태가 유지된다.

반면에, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대해 시계 방향으로 회전하는 상황에서는, 경사벽(4122, 4212)이 맞닿게 되므로, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)가 경사벽(4212)을 타고 회전 중심축(C) 쪽으로 밀리면서 기어 치의 맞물림이 해제되므로, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(31)에 대해 회전할 수 있다.

상기와 같은 구성의 외골격 장치(1)를 이용하면, 일상 생활이나 작업 시 사용자(U)의 근력을 보조할 수 있다.

도 6은 외골격 장치(1)의 사용 상태도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 외골격 장치(1)는 스트랩(50)을 이용해 사용자(U)의 팔에 고정되고, 링크 모듈(2)이 팔의 바깥쪽에 배치된다. 링크 모듈(2)의 제1 링크(10)는 하박에 고정되고, 제2 링크(20)는 상박에 고정되며, 관절 유닛(30)은 팔뚝 관절의 측방에 위치한다.

사용자(U)가 팔뚝 관절을 구부리거나 펴는 동작을 하면, 상박 및 하박에 고정된 제1 링크(10) 및 제2 링크(20)가 연동하게 되고, 관절 유닛(30)의 제1 몸체(31) 및 제2 몸체(32)가 회전 중심축(C)을 중심으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전한다. 본 실시예에 따르면, 팔뚝 관절을 구부리면 제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대해 시계 방향으로 회전하고, 팔뚝 관절을 펴면 제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대해 반시계 방향으로 회전한다.

평상 시에, 사용자(U)가 자연스럽게 팔뚝 관절을 구부리거나 펴는 동작을 수행할 때는, 원심력에 의해 이동 잠금 부재(41)가 스프링(43)의 힘을 이기고 전진하지 못하므로, 기어 치(412)가 기어 치(421)와 맞물리지 않는다. 따라서, 제1 몸체(31)는 제2 몸체(32)에 대해 시계 방향 또는 반시계 방향 어느 방향으로도 회전 가능하다. 즉, 평상시 동작에서는 외골격 장치(1)는 사용자(U)의 팔뚝 관절의 동작에 간섭하지 않는다.

사용자(U)가 어떠한 상황에서 팔뚝 관절을 소정 값 이상의 각속도(예를 들어, 270 deg/sec 이상)을 구부릴 때는, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대해 시계 방향으로 회전하기 때문에, 기어 치(412)가 기어 치(421)와 맞물렸다가 경사벽(4122, 4212)의 작용으로, 기어 치의 맞물림이 해제되는 과정에서, 약간의 간섭이 발생할 수는 있지만, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(31)에 대해 회전할 수 있으므로, 사용자(U)는 팔뚝 관절을 구부리는 동작은 수행할 수 있다.

반면에, 사용자(U)가 어떠한 상황에서 팔뚝 관절을 소정 값 이상의 각속도(예를 들어, 270 deg/sec 이상)을 펼 때에는, 이동 잠금 부재(41)가 전진하여 기어 치 간의 수직벽(4121)과 수직벽(4211)이 맞닿게 되므로, 제1 몸체(31)가 제2 몸체(32)에 대한 회전이 저지되어 더 이상 회전할 수 없게 된다. 즉, 사용자(U)는 팔뚝 관절은 더 이상 펴질 수 없는 상태가 된다.

도 6은 사용자(U)가 무거운 물건(O)을 들고 있는 상황을 도시한 것이다.

사용자(U)가 바닥이나 탁자 등에 놓인 물건(O)을 들 때, 물건(O)이 예상보다 무거우면, 사용자(U)의 팔뚝 관절이 의도와 관계없이 펴지는 상황이 발생할 수 있다. 이에 따라서, 물건(O)을 떨어뜨려 부상이 발생할 수 있다. 사용자(U)가 팔뚝 관절의 각도를 유지한채 물건(O)을 들고 있기 위해서는 많은 힘이 필요하다.

본 실시예에 따르면, 외골격 장치(1)는 사용자(U)의 팔에 무거운 물건(O)이 얹어져서, 팔뚝 관절을 급작스럽게 펴지는 상황에서, 스토퍼(40)가 작동하여, 팔뚝 관절이 더 이상 펴지지 않도록 함으로써, 물건(O)을 팔 위에 유지할 수 있도록 돕는다. 또는, 사용자(U)는 물건(O)을 들어올리기 직전에 빠른 속도로 팔뚝 관절을 약가 펴는 동작을 함으로써, 스토퍼(40)에 의해 팔뚝 관절을 그 즉시 고정함으로써, 팔뚝 관절에 무리가 가지 않게 물건(O)을 들어 올려 팔 위에 유지할 수도 있다.

아울러, 스토퍼(40)가 작동한 상태(즉, 수직벽(4121)과 수직벽(4211)이 맞닿아 치합된 상태)에서는, 물건(O)에 의해 팔에 하중이 가해지는 이상, 팔뚝 관절은 계속 펴지려는 힘을 제1 몸체(31) 및 제2 몸체(32)에 가하므로, 서로 맞닿은 수직벽(4121)과 수직벽(4211)이 서로 밀면서 압력에 의해서, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)가 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)가 맞물린 상태가 유지된다. 즉, 팔뚝 관절의 각도가 계속 유지된다. 이에 따라서, 사용자(U)는 자신의 힘을 거의 쓰지 않고도 물건(O)을 팔 위에 유지하는 등척성 운동을 수행할 수 있다.

사용자(U)가 물건(O)을 내려 놓고, 팔뚝 관절을 살짝 구부리면, 이동 잠금 부재(41)가 스프링(43)의 작용으로 복귀하면서, 스토퍼(40)에 의한 잠금이 해제된다.

이상에서 설명한 일 실시예에 따른 외골격 장치(1)는, 사용자(U)의 신체의 관절 운동에 의해 발생하는 원심력에 의해 작동하는 스토퍼(40)를 구비하므로, 전원 공급원이나 센서 등 전자 장비 없이도 사용자의 근력을 보조하는 외골격 장치를 구성할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 원심력에 의해 위치 이동하는 이동 잠금 부재(41)는 회전 중심축(C)의 반경 방향으로 위치 이동하도록 구성된다. 즉, 이동 잠금 부재(41)는 원심력을 작용 방향과 동일한 방향으로 이동하도록 구성되어 있다. 다시 말해서, 운동계에서 이동 잠금 부재(41)는 회전 중심축(C)의 반경 방향으로 직선 운동만을 하게 된다. 따라서, 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)가 상대 회전할 때, 이동 잠금 부재(41)에 회전 관성이 작용하지 않으므로, 이동 잠금 부재(41)가 기민하게 이동하여 스토퍼(40)가 작동할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 이동 잠금 부재(41)는 그 무게 중심이 원심력의 작용 방향으로 치우쳐 있고, 원심력의 방향에 대해 몸통부가 좌우 대칭으로 이루어져 있기 때문에, 이동 잠금 부재(41)는 원심력에 의한 위치 이동에 최적화되어 있다.

또한, 이동 잠금 부재(41)가 회전 중심축(C)의 반경 방향으로 직선 운동을 하기 때문에, 이동 잠금 부재(41)의 크기와 이동 잠금 부재(41)가 수용되는 공간을 더 소형화할 수 있다.

또한, 이동 잠금 부재(41)가 회전 중심축(C)의 반경 방향으로 직선 운동을 하기 때문에, 이동 잠금 부재(41)의 복수의 기어 치(412)가 고정 잠금 부재(42)의 복수의 기어 치(421)에 동시에 맞물릴 수 있다. 이에 따라서, 스토퍼(40)의 작동의 신뢰성이 향상된다.

본 실시예에 따르면, 이동 잠금 부재(41)는 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)를 결합시키는 회전 샤프트(33) 상에 결합된다. 즉, 사용자(U)의 관절 운동에 연동하여 회전하는 제1 몸체(31)와 함께 회전한다. 따라서, 사용자(U)의 현재 관절 각도와 무관하게, 예를 들어, 사용자(U)가 팔뚝 관절을 펴는 동작에 따라서 스토퍼(40)가 즉시 작동할 수 있다. 다시 말해서, 본 실시예에 따르면, 스토퍼(40)는 관절의 각속도 조건만 만족하면, 스토퍼(40)가 작동하기 위해 사용자(U)의 관절 각도가 일정 이상 펴져야 하는 등의 관절 각도의 제약이 없다.

본 실시예에 따르면, 이동 잠금 부재(41)는 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)를 결합시키는 회전 샤프트(33) 상에 결합되고, 회전 샤프트(33)의 중심축은 회전 중심축(C)에 일치한다. 따라서, 관절 유닛(30)의 크기를 소형화할 수 있다. 또한, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)와 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)가 맞물릴 때 발생하는 충격을 비교적 큰 직경의 회전 샤프트(33)가 감당하므로, 외골격 장치(1)의 내구성이 향상될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 스토퍼(40)의 잠금 해제 수단으로서, 코일 스프링이 이용되고, 압축되면 인장하는 것이 당연한 코일 스프링의 성질에 의해서, 힘이 해제된 경우에도 이동 잠금 부재(41)가 제자리로 복귀하지 못하는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 스토퍼(40)는 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)의 일 방향의 회전만을 저지하는 구성이지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 고정 잠금 부재(42)의 내면(423)을 따라서 기어 치(421)와는 역방향을 가지는 복수의 제2의 기어 치를 기어 치(421)와는 다른 높이에 추가로 형성하고(즉, 각기 다른 방향을 가지는 일 방향 기어치의 레이어를 내면(423)에 각각 형성하고), 이동 잠금 부재(41)와 역방향의 기어 치를 구비하는 제2의 이동 잠금 부재를 회전 샤프트에 추가로 결합시켜도 좋다. 이동 잠금 부재(41)와 상기 제2의 이동 잠금 부재는 고정 잠금 부재(42)의 상하의 두 레이어의 기어 치에 대응하여 상하로 배치되어 회전 샤프트(33)에 결합된다. 이동 잠금 부재(41)와 상기 제2의 이동 잠금 부재에는 각각 스프링이 결합되어서, 회전 중심축(C)의 반경 방향으로의 직선 이동이 각각 이루어진다.

이 경우, 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)와 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(421)의 맞물림을 이용해 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)의 소정 각속도 이상의 반시계 방향의 회전을 저지할 수 있다. 또한, 고정 잠금 부재(42)의의 상기 제2 기어 치와 상기 제2의 이동 잠금 부재의 기어 치의 맞물림을 이용해 제1 몸체(31)와 제2 몸체(32)의 소정 각속도 이상의 시계 방향의 회전을 저지할 수 있다.

이 같은 구성을 이용하면, 사용자(U)가 팔뚝을 갑자기 펴거나 구부리는 동작 모두에서 스토퍼(40)가 작동할 수 있어서, 다양한 자세에서의 등척성 운동을 보조할 수 있다.

상기 실시예에서는, 외골격 장치(1)는 사용자(U)의 팔뚝에 착용하는 것으로 예시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 팔의 손목 관절 부위나 무릎 관절 부위 등 관절 운동하는 신체 부위에 적용 가능하다.

다시 도 6을 참조하면, 사용자(U)의 손목 관절 부근에 외골격 장치의 링크 모듈(2")이 고정되어 있다. 본 실시예에 따른 링크 모듈(2")은 링크 모듈(2)의 제1 링크(10)의 타단부에 관절 유닛(30")이 연결되어 있다. 즉, 링크 모듈(2")은 링크 모듈(2)의 제1 링크(10)를 제2 링크로서 이용한다. 관절 유닛(30")은 그 대응하는 손목 관절의 치수에 대응하여 관절 유닛(30)에 비해 크기가 작다. 또한, 제1 링크(10")의 길이도 손의 길이에 맞게 짧게 형성된다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 외골격 장치는 관절 유닛의 소형화가 비교적 용이하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 외골격 장치는 사용자의 팔의 다른 관절에도 적용 가능하며, 링크 모듈 간의 직렬 연결도 가능하다. 따라서, 도 6에서와 같이, 물건(O)을 들어올리는 등의 동작 시 팔뚝 관절과 손목 관절이 처지는(즉, 펼쳐지는) 힘을 받게 될 때에, 각 관절 유닛에 형성된 스토퍼에 의해 사용자(U)의 각 관절에 대한 근력 보조가 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 관절의 펴는 동작을 수행할 때 스토퍼(40)가 작동하도록 하고 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)와 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)의 수직벽의 위치를 도 4에서 반대로 뒤집어 형성하면, 관절을 구부리는 동작을 수행할 때 스토퍼(40)가 작동하도록 할 수 있다.

이 경우는, 예를 들어, 제2 링크(20)를 사용자(U)의 허벅지에 고정하고, 제1 링크(10)를 사용자(U)의 종아리에 고정하면, 사용자(U)가 무릎을 빨리 구부려 앉는 동작을 취하면, 스토퍼(40)가 작동하여, 사용자는 마치 의자에 앉은 것과 같이 구부린 무릎의 각도를 힘들이지 않고 유지하여 앉은 자세를 유지(등척성 운동)하도록 도울 수 있다.

물론, 이동 잠금 부재(41)의 기어 치(412)와 고정 잠금 부재(42)의 기어 치(421)의 수직벽의 위치를 반대로 뒤집어 형성하지 않고, 도 1에 도시된 실시예에 따른 외골격 장치(1)를, 제1 링크(10)는 사용자(U)의 허벅지에 고정하고, 제2 링크(20)를 사용자(U)의 종아리에 고정하여 착용하면, 사용자(U)가 무릎을 빨리 구부려 앉는 동작을 취할 때 스토퍼(40)가 작동하도록 할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 외골격 장치의 스토퍼의 작동 방향 및 제1 링크와 제2 링크의 신체 부위의 착용 형태는 필요에 따라 선택 가능하다.

Claims (8)

1. 관절 운동하는 신체에 착용하는 외골격 장치로서,
   상기 신체의 일 부위에 고정되는 제1 링크와,
   상기 신체의 일 부위에 관절 연결되는 다른 부위에 고정되는 제2 링크와,
   상기 제1 링크 및 상기 제2 링크를 회전 중심축을 중심으로 상대 회전 가능하게 연결하는 관절 유닛과,
   상기 신체의 관절 운동에 의해 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크가 상기 회전 중심축을 중심으로 상대 회전할 때 발생하는 원심력에 의해 작동하여, 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크의 상대 회전을 제한하는 기계식 스토퍼를 포함하고,
   상기 관절 유닛은, 상기 제1 링크에 고정되는 제1 몸체와, 상기 제2 링크에 고정되고, 상기 회전 중심축을 중심으로 자유 회전 가능하게 상기 제1 몸체와 결합되는 제2 몸체를 포함하고,
   상기 기계식 스토퍼는, 상기 제2 몸체에 고정되는 고정 잠금 부재와, 상기 회전 중심축의 반경 방향으로 위치 이동 가능하게 상기 제1 몸체에 결합되는 이동 잠금 부재를 포함하고,
   상기 고정 잠금 부재는, 상기 회전 중심축의 둘레 방향을 따라 배치되는 복수의 기어 치를 구비하고,
   상기 이동 잠금 부재는, 상기 고정 잠금 부재의 기어 치와 맞물릴 수 있는 기어 치를 구비하며,
   상기 제1 몸체가 상기 제2 몸체에 대해 상대 회전함에 따라 발생하는 원심력에 의해 상기 이동 잠금 부재가 상기 회전 중심축의 반경 방향 외측으로 위치 이동하면, 상기 이동 잠금 부재의 기어 치와 상기 고정 잠금 부재의 기어 치가 맞물려서, 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체의 상대 회전이 저지되고,
   상기 제2 몸체는, 상기 제1 몸체에 고정되는 회전 샤프트에 자유 회전 가능하게 결합하고,
   상기 회전 샤프트는 그 길이 방향의 중심축이 상기 회전 중심축과 일치하고,
   상기 이동 잠금 부재는, 상기 회전 중심축의 반경 방향으로 상기 회전 샤프트에 대해 직선 이동하도록 상기 회전 샤프트에 결합되는 것을 특징으로 하는 외골격 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 기계식 스토퍼는, 상기 이동 잠금 부재의 기어 치가 상기 고정 잠금 부재의 기어 치와 이격되도록 상기 이동 잠금 부재에 힘을 가하는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외골격 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 이동 잠금 부재에는 상기 회전 샤프트가 삽입 통과할 수 있는 장공이 형성되고,
   상기 스프링은 상기 장공의 내벽과 상기 회전 샤프트 사이에 끼워지는 코일 스프링이고,
   상기 코일 스프링은 그 길이 방향이 상기 회전 중심축의 반경 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 외골격 장치.
6. 제1항에 있어서.
   상기 이동 잠금 부재는 상기 고정 잠금 부재의 복수의 기어 치와 맞물릴 수 있는 복수의 기어 치를 구비하는 것을 특징으로 하는 외골격 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 이동 잠금 부재는, 그 무게 중심이 상기 회전 중심축보다 상기 회전 중심축의 반경 방향 외측에 위치하는 형상으로 형성되고,
   상기 이동 잠금 부재의 몸통부는 상기 회전 중심축에서 상기 무게 중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 외골격 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 고정 잠금 부재의 기어 치와 상기 이동 잠금 부재의 기어 치는 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체의 일 방향의 상대 회전만을 저지하는 일 방향 기어 치인 것을 특징으로 하는 외골격 장치.