KR102642634B1 - 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 착용자의 상체 허리측에 착용되는 메인벨트; 상기 메인벨트를 고정 지지하기 위한 메인벨트 지지고정부; 착용자의 다리측 각각에 대한 착용되는 허벅지단 의복; 상기 메인벨트 하단와 상기 허벅지단 의복 각각의 상단 사이에 탈부착 가능하도록 장착되는 탄성요소; 및 상기 탄성요소 상단과 상기 메인벨트 사이 각각에 구비되어, 상기 탄성요소의 탄성력을 조절하는 길이조절부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트에 관한 것이다.
Description
본 발명은 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법에 관한 것이다.
걷기는 인간의 가장 일반적인 형태의 운동이다. 인간은 선택한 속도를 다양화하여 다양한 지형에 따라 보행을 조정하고 다양한 작업에 대응하지만, 수년간의 진화를 통해 근골격계가 에너지 소비에 최적화되도록 미세 조정되었다. 특히, 걷는 과정에서 일정한 거리에 소요되는 대사 비용을 최소화하는 보행 속도를 채택하기로 결정했다.
진화의 진행에도 불구하고, 인간은 여러 가지 이유로 인해 보행 능력이 감소하는 것을 경험한다(예를 들어, 노화 및 근육 위축, 장시간 운동으로 인한 피로). 예를 들어, 노인은 근육량 감소(근육 감소증)를 겪으며, 이는 선호하는 보행 속도의 감소로 이어진다. 또한, 이러한 근육량 감소는 근위부보다 원위 근육 그룹에 더 많이 영향을 미치기 때문에 전반적인 보행 역학에 변화가 있다. 따라서, 젊은 성인의 경우 발목 관절은 파워 워킹을 위한 기계적 작업의 주요 원천이며, 이 관절에 걸친 근육의 대량 감소는 고관절이 노인의 기계적 작업에 주요 기 여자가 되는 것으로 이어진다.
감소된 보행 속도에 추가하여, 노화와 관련된 안정성의 감소가 있다. 안정성의 감소는 낙상 위험 증가와 관련이 있으며, 이는 사고로 인한 사망 및 부상 관련 응급실 방문의 주요 원인이다. 따라서 낙상 관련 부상 치료와 관련된 비용이 높고 사람들이 넘어지는 것을 방지할 수 있는 보조 디바이스가 이 문제에 대한 강력한 해결책이 될 수 있다.
보행 속도의 감소 및 증가된 불안정성은 다양한 인구 그룹, 예를 들어 노인에서 전반적으로 감소된 이동성을 유도한다. 결과적으로, 영향을 받은 인구 집단은 더 느리고 짧은 거리를 걷는 경향이 있으며 일반적으로 덜 활동적이며 충분한 양의 신체 운동을 수행하지 않는다. 따라서 고혈압, 심혈관 위험 증가, 비만 및 기타 비 활동과 관련된 질병은 노인과 같이 이동성이 낮은 그룹에서 더 높은 발생률을 보인다.
최근의 기술 개발은 보행을 개선하고 낙상 위험을 줄이기 위한 로봇 보조 디바이스를 생산해왔다. 이러한 시스템은 일반적으로 착용자의 관절을 보조하는 토크를 적용하는 전기 기계식 액추에이터에 의해 구동되므로 아래에서 작용하는 근육의 에너지 요구와 관련된 부담을 줄인다. 보행 보조 디바이스는 일반적으로 웨어러블 센서와 보드 컨트롤러를 내장하여 인간 보행의 여러 단계를 감지하고 전기 기계 지원을 적절하게 적용한다.
이러한 시스템은 놀라운 결과를 보여주었지만, 일반적으로 견고한 프레임으로 구성되어 구조물이 높은 보조력을 유지하고 전달할 수 있다. 그럼에도 불구하고 메인 프레임과 관련된 질량 측면에서 높은 페이로드(payload) 가 있으며 이러한 시스템에 종종 통합되는 전자 장치 및 배터리는 보행을 돕는 효과적인 도구로서 이러한 시스템의 일상적인 사용을 심각하게 제한할 수 있다. 시스템에 전원을 공급하는데 필요한 이러한 시스템과 함께 배터리를 사용하면 사용 시간이 전원 자체의 지속 시간으로 단축된다.
즉, 현재 하지에 적용되는 동작 보조 장치들은 구동기를 사용하여 무겁고 돌출이 크거나, 착용이 복잡하고 탄성요소를 용이하게 변경할 수 없다.
구동기를 사용하는 장치들은 구동기 및 에너지 공급을 위한 배터리의 무게와 크기로 인해, 착용이 불편한 단점이 있다.
또한 탄성 요소를 사용하여 동작을 보조하는 장치의 경우 착용이 상대적으로 복잡하며, 보조력을 조절하기 위해 탄성 요소를 갈아끼는 방법이 복잡하여 긴 시간 소요되고, 장치를 몸에 장착한 채 탄성 요소의 변경이 불가능한 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 걷기 및 달리기 등의 동작에서 구동기 없이 고관절에 탄성 보조력을 작용하여 동작을 보조해주며, 몸에서 돌출부가 적어 착용상태로 일상생활이 용이한, 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 구동기를 사용하지 않아 매우 가벼운 무게를 가지고 몸에서 돌출부가 없으면서도, 버클을 활용한 쉽고 간편한 착용 및 사이즈 조절이 가능한, 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 탄성 요소를 장착하는 부분에 C 모양 고리를 활용하여 의복의 구멍에 꼽는 간단한 구조로, 의복의 탈착 없이 탄성 요소의 매우 빠른 교체가 가능한, 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 고관절 탄성 적용 슈트는 엉덩이 관절이 신전됨에 따라 탄성체가 인장하며 에너지를 저장하고, 이는 엉덩이 관절이 굴곡될 때 다시 방출됨으로서, 이러한 탄성체의 에너지 저장 및 방출을 통해 생기는 굴곡 모멘트는 인체에서 보행 및 주행 중 엉덩이 굴곡 모멘트가 필요할 때 발생하도록 하여 동작에 필요한 소모 에너지를 줄일 수 있는, 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 보조력을 변경하기 위해 탄성체를 교체하고자 할 때, 탄성 밴드 끝의 C자 고정부를 의복 구멍에서 빼고 끼는 방식을 통해 의복을 입은 채 빠른 교체가 가능하고, 상체 부분 의복의 버클들을 조절하여, 사용자의 체형에 맞게 사이즈 조절이 가능하고, 또한, 밴드의 라쳇 메커니즘을 사용하여 보조력 구간 설정 가능한, 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 고관절 탄성슈트에 있어서, 착용자의 상체 허리측에 착용되는 메인벨트; 상기 메인벨트를 고정 지지하기 위한 메인벨트 지지고정부; 착용자의 다리측 각각에 대한 착용되는 허벅지단 의복; 상기 메인벨트 하단와 상기 허벅지단 의복 각각의 상단 사이에 탈부착 가능하도록 장착되는 탄성요소; 및 상기 탄성요소 상단과 상기 메인벨트 사이 각각에 구비되어, 상기 탄성요소의 탄성력을 조절하는 길이조절부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 탄성요소는, 탄성밴드와, 상기 탄성밴드 하단에 구비되어 상기 허벅지단 의복 상단의 고정부에 탈부착 가능하도록 마련되는 탈부착부재를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 탈부착부재는 C자형 고리부로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 길이조절부재는 라쳇 메커니즘이 적용되며, 외면에 길이방향으로 서로 특정간격 이격되어 돌출되는 복수의 돌출단이 형성되는 조절밴드와, 상기 탄성밴드 상단에 구비되어 상기 조절밴드가 삽입되는 길이를 조절하는 라쳇 연결부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 메인벨트 지지고정부는 숄더스트랩으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 착용상태에서 탄성요소에 의한 보조력을 실시간으로 측정하는 보조력측정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 탄성요소는 탄성밴드와, 상기 탄성밴드의 길이방향으로 복수의 분할영역을 갖고 분할영역 각각에 설치되어 상기 분할영역 별로 활성화 또는 비활성화되어 상기 탄성요소의 탄성력과 탄성선도를 조절하는 복수의 탄성조절모듈을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제 1목적에 따른 고관절 탄성슈트의 작동방법에 있어서, 메인벨트를 착용자의 상체 허리측에 착용되고, 메인벨트 지지고정부를 통해 메인벨트를 고정 지지하고, 착용자의 다리측 각각에 허벅지단 의복을 착용하는 단계; 탄성요소 하단을 상기 허벅지단 의복 각각의 상단에 부착하는 단계; 상기 탄성요소 상단과 상기 메인벨트 사이 각각에 구비된 길이조절부재를 통해 상기 탄성요소의 탄성력을 조절하는 단계; 및 엉덩이 관절이 신전됨에 따라 탄성요소가 인장하며 에너지를 저장하고, 엉덩이 관절이 굴곡될 때 에너지가 방출되어 보조력이 가해지는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트의 작동방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 보조력측정부를 통해 착용상태에서 탄성요소에 의한 보조력을 실시간으로 측정하는 단계; 및 상기 측정된 보조력에 기반하여 상기 길이조절부재를 통해 상기 탄성요소의 탄성력을 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 보조력 변경시, 상기 탄성요소 하단에 구비된 탈부착부재를 통해 상기 탄성요소를 상기 허벅지단 의복 상단의 고정부에서 탈착하고, 또 다른 탄성력을 갖는 탄성요소를 상기 탈부착부재를 통해 상기 허벅지단 의복에 부착시켜 교체하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법에 따르면, 걷기 및 달리기 등의 동작에서 구동기 없이 고관절에 탄성 보조력을 작용하여 동작을 보조해주며, 몸에서 돌출부가 적어 착용상태로 일상생활이 용이한 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법에 따르면, 구동기를 사용하지 않아 매우 가벼운 무게를 가지고 몸에서 돌출부가 없으면서도, 버클을 활용한 쉽고 간편한 착용 및 사이즈 조절이 가능한 효과를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법에 따르면, 탄성 요소를 장착하는 부분에 C 모양 고리를 활용하여 의복의 구멍에 꼽는 간단한 구조로, 의복의 탈착 없이 탄성 요소의 매우 빠른 교체가 가능한 효과를 갖는다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법에 따르면, 고관절 탄성 적용 슈트는 엉덩이 관절이 신전됨에 따라 탄성체가 인장하며 에너지를 저장하고, 이는 엉덩이 관절이 굴곡될 때 다시 방출됨으로서, 이러한 탄성체의 에너지 저장 및 방출을 통해 생기는 굴곡 모멘트는 인체에서 보행 및 주행 중 엉덩이 굴곡 모멘트가 필요할 때 발생하도록 하여 동작에 필요한 소모 에너지를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법에 따르면, 보조력을 변경하기 위해 탄성체를 교체하고자 할 때, 탄성 밴드 끝의 C자 고정부를 의복 구멍에서 빼고 끼는 방식을 통해 의복을 입은 채 빠른 교체가 가능하고, 상체 부분 의복의 버클들을 조절하여, 사용자의 체형에 맞게 사이즈 조절이 가능하고, 또한, 밴드의 라쳇 메커니즘을 사용하여 보조력 구간 설정 가능한 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트의 착용사진,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄성밴드유닛과 길이조절부재 사진,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 탄성밴드유닛과 길이조절부재의 라쳇 메커니즘을 보여주는 사진,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 달리기 중 탄성요소가 인장하고 수축하는 과정을 나타낸 모식도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탄성력과 탄성선도 조절가능 탄성유닛의 사시도,
도 7은 도 6의 확대사시도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 탄성력과 탄성선도 조절가능 탄성유닛의 측면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 단계별 분할영역별 활성화 구간의 변화를 나타낸 모식도,
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 나일론 웨빙이 제1길이를 갖는 탄성조절모듈의 부분측면도,
도 10b는 도 10a에서 최대 탄성력을 갖는 상태의 부분측면도,
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 나일론 웨빙가 제1길이보다 짧은 제2길이를 갖는 경우 탄성조절모듈의 부분측면도,
도 11b는 도 11a에서 최대 탄성력을 갖는 상태의 부분측면도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 탄성력과 탄성선도 조절이 가능한 탄성유닛이 적용된 탄성슈트의 사진을 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트의 착용사진,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄성밴드유닛과 길이조절부재 사진,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 탄성밴드유닛과 길이조절부재의 라쳇 메커니즘을 보여주는 사진,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 달리기 중 탄성요소가 인장하고 수축하는 과정을 나타낸 모식도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탄성력과 탄성선도 조절가능 탄성유닛의 사시도,
도 7은 도 6의 확대사시도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 탄성력과 탄성선도 조절가능 탄성유닛의 측면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 단계별 분할영역별 활성화 구간의 변화를 나타낸 모식도,
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 나일론 웨빙이 제1길이를 갖는 탄성조절모듈의 부분측면도,
도 10b는 도 10a에서 최대 탄성력을 갖는 상태의 부분측면도,
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 나일론 웨빙가 제1길이보다 짧은 제2길이를 갖는 경우 탄성조절모듈의 부분측면도,
도 11b는 도 11a에서 최대 탄성력을 갖는 상태의 부분측면도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 탄성력과 탄성선도 조절이 가능한 탄성유닛이 적용된 탄성슈트의 사진을 나타낸 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트의 구성, 기능 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트의 착용사진을 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전체적으로 메인벨트(10), 메인벨트 지지고정부(11), 허벅지단 의복(20), 탄성요소(30), 길이조절부재(40) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트(1)는 구동기를 사용하지 않아 매우 가벼운 무게를 가지고 몸에서 돌출부가 없으면서도 버클을 활용한 쉽고 간편한 착용 및 사이즈 조절이 가능하다. 전체적으로 탄성슈트는 의복형태를 가지며 구체적 실시예에서는 다이니마사의 CT5K.18/wov4 재질을 사용하여 매우 가벼우면서 내구성이 뛰어나도록 제작하였다.
메인벨트(10)는 착용자의 상체 허리측에 착용된다. 그리고 이러한 메인벨트(10)를 고정 지지하기 위한 메인벨트 지지고정부(11)가 구비된다. 메인벨트 지지고정부(11)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 숄더 스트랩으로 구성될 수 있다.
또한 허벅지단 의복(20)은 착용자의 다리측 각각에 대한 착용된다. 그리고 탄성요소(30)는 메인벨트(10) 하단와 허벅지단 의복(20) 각각의 상단 사이에 탈부착 가능하도록 장착된다.
그리고 길이조절부재(40)는 탄성요소(30) 상단과 메인벨트(10) 하단 사이 각각에 구비되어, 탄성요소(30)의 탄성력을 조절하도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄성밴드유닛과 길이조절부재 사진을 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 탄성요소(30)는 탄성밴드유닛으로 구성될 수 있으며, 이러한 탄성밴드유닛은 탄성밴드(31)와, 탄성밴드(31) 하단에 구비되어 허벅지단 의복(20) 상단의 고정부(21)에 탈부착 가능하도록 마련되는 탈부착부재(32)와, 탄성밴드(31) 상단에 구비되는 라쳇연결부(33)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한 이러한 탈부착부재는 C자형 고리부(32)로 구성될 수 있다. 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 C자형 고리부를 통한 부착모습을 보여주는 사진이다. 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 탄성밴드(31)를 창작하는 부분이 C자형 고리부(32)로 구성되어 의복의 구멍에 꼽는 간단한 구조로, 의복의 탈착없이 탄성요소의 매우 빠른 교체가 가능하다. 즉, 보조력을 변경하기 위해 탄성밴드(31)를 교체하고자 할 때, 탄성밴드(31) 하부 끝단의 C자형 고리부(32)를 허벅지단 의복(20) 상단의 구멍에 빼고 끼는 방식을 통해 의복을 입은 채 빠른 교체가 가능하다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 길이조절부재(40)는 라쳇 메커니즘이 적용된다. 이러한 길이조절부재(40)는 외면에 길이방향으로 서로 특정간격 이격되어 돌출되는 복수의 돌출단(42)이 형성되는 조절밴드(41)로 구성되어, 이러한 조절밴드(41)를 탄성밴드(31) 상단에 구비된 라쳇 연결부(33)에 삽입되는 길이를 조절하여 인가되는 보조력을 조절할 수 있게 된다.
즉, 숄더 스트랩의 버클들을 조절하여 사용자의 체형에 맞게 사이즈 조절이 가능하며, 또한 밴드의 라쳇 메커니즘을 사용하여 보조력 구간 설정이 가능하게 된다. 또한 본 발명의 실시예에서는 착용상태에서 탄성요소에 의한 보조력을 실시간으로 측정하는 보조력측정부(50)를 더 포함할 수 있다. 이러한 보조력측정부(50)는 로드셀로 구성될 수 있다.
본 발명이 구체적 실시예에서, 탄성밴드(31) 상단의 라쳇 연결부(33)와 C자형 고리부(32)는 Markforged사의 Mark2 3D 프린터를 이용해 Onyx 소재로 출력하였으며 조절밴드(41)는 Cubicon사의 Cubicon Single Plus 310F 프린터를 사용하여 TPU 소재로 출력하여 제작하였다. 총 무게는 609g으로 무게가 명시된 비슷한 제품군 중 가장 가벼운 축에 속한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 달리기 중 탄성요소가 인장하고 수축하는 과정을 나타낸 모식도를 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 고관절 탄성 적용 슈트(1)는 도 5에 도시된 바와 같이, 엉덩이 관절이 신전됨에 따라 탄성밴드(31)가 인장하며 에너지를 저장하고, 이는 엉덩이 관절이 굴곡될 때 다시 방출되게 된다. 이러한 탄성밴드(31)의 에너지 저장 및 방출을 통해 생기는 굴곡 모멘트는 인체에서 보행 및 주행 중 엉덩이 굴곡 모멘트가 필요할 때 발생하도록 하여 동작에 필요한 소모 에너지를 줄일 수 있게 된다.
본 발명의 구체적 실험예에서는 호흡분석기를 사용한 테스트를 통해 8명의 피실험자 대상으로 최적 밴드 사용시 달리기 에너지 소모량을 4.7% 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 보조력은 엉덩이 관절이 최대 신전상태일 때 기준 밴드에서 최대 100N수준까지 전달 가능하다. 이는 탄성밴드를 갈아 낌에 따라 조절이 가능하다. 최대 약 100kg, 190cm의 성인 남성까지 사이즈 조절을 통해 자연스러운 착용이 가능하다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 탄성요소(30)는, 탄성력과 탄성선도 조절이 가능한 탄성유닛(100)으로 구성될 수 있다.
이러한 탄성력과 탄성선도 조절이 가능한 탄성유닛(100)은, 길이방향으로 복수의 분할영역을 갖는 탄성밴드(31)와, 이러한 탄성밴드(31)의 분할영역 각각에 설치되어 분할영역 별로 탄성밴드(31)를 부분적으로 활성화 또는 비활성화하여 탄성밴드(31)의 탄성력과 탄성선도를 조절하는 복수의 탄성조절모듈(60)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탄성력과 탄성선도 조절가능 탄성유닛의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 7은 도 6의 확대사시도를 도시한 것이다. 또한 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 탄성력과 탄성선도 조절가능 탄성유닛의 측면도를 도시한 것이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 단계별 분할영역별 활성화 구간의 변화를 나타낸 모식도를 도시한 것이다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 탄성조절모듈(60)은, 분할영역 각각에 설치되며, 비탄성밴드(61)와 길이조절수단(70)을 포함하여 구성된다. 비탄성밴드(61)는 일측 고정단(62)에 고절되며, 타단은 길이조절수단(70)에 의해 권취되어 비탄성밴드(61)의 노출길이가 조절될 수 있도록 구성됨을 알 수 있다.
즉, 비탄성밴드(61)는 일측단이 탄성밴드(31)의 분할영역 일측단에 고정되며, 길이조절수단(70)은 분할영역의 타측단에 설치되어 비탄성밴드(61)의 노출길이를 조절하도록 구성된다.
따라서 비탄성밴드(61)에 인장력이 인가되지 않는 경우 분할영역에서의 탄성밴드(31)의 탄성은 활성화되고, 길이조절수단(70)에 의해 비탄성밴드(61)의 노출길이를 감소시켜 비탄성밴드(61)에 인장력이 발생되면 이러한 분할영역에서의 탄성밴드(31)의 탄성은 비활성화되게 된다.
본 발명의 실시예에서 비탄성밴드(61)는 나일론 웨빙으로 구성되고, 길이조절수단(70)은 나일론 웨빙(61) 타측을 와인딩, 리와인딩시키는 스풀(71)과, 이러한 스풀(71)을 회전구동하기 위한 모터(72)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 제어부는 길이조절수단(70) 각각의 모터(72)의 구동을 제어하게 된다.
따라서 비활성화된 분할영역의 개수 변화를 통해 탄성유닛(100)의 탄성력이 가변, 조절되게 된다.
즉, 긴 탄성밴드(31) 사이 사이에 고정단(62)을 기준으로 분할영역으로 구간이 나누어져 있으며 각 분할영역에는 탄성밴드(31)와 병렬적으로 나일론 웨빙(61)이 연결되어 있다. 나일론 웨빙(61)은 구간 내의 일측 고정단(62)에는 고정되어 있고, 다른 타측은 스풀(71)과 결합되어 있다. 따라서 모터(72)를 이용해 스풀(71)을 돌리면 해당 구간 내의 나일론 웨빙(61)의 길이를 조절할 수 있게 된다.
메커니즘의 원리는 각 구간의 나일론 웨빙(61) 길이를 조절하여 탄성밴드(31)를 활성화 또는 비활성화하면서 탄성력을 조절하게 된다. 나일론 웨빙(61)의 길이가 탄성밴드(31)와 동일하면 그 구간의 탄성밴드(31)는 늘어날 수 없고, 나일론 웨빙(61)의 길이가 탄성밴드(31)보다 길면 그 구간의 탄성밴드는 늘어날 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 탄성밴드(31)의 활성화, 비활성화를 통해 구간 갯수만큼의 탄성력 단계를 낼 수 있다. 또한, 한 구간의 탄성체는 탄성밴드(31)보다 훨씬 작은 탄성력을 내기 위해 고무줄(34)로 구성되어 있다.
본 발명의 구체적 실시예에서 탄성밴드(31)는 두께 2mm의 운동용 고무밴드를 나일론 웨빙의 폭에 맞게 재단하여 사용하였고, 고정단(62)은 큐비콘 사의 single plus 3D 프린터를 이용해 ABS 소재로 출력하여 사용하였다. 실험을 통해서 탄성력 크기와 탄성선도를 조절할 수 있음을 확인하였고, Hip flexion exosuit에 적용하여 보조력 변화도 검증하였다.
그리고 활성화된 분할영역에서, 비탄성밴드(61)의 노출길이에 따라 탄성유닛(100)의 탄성선도가 가변, 조절되게 된다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 나일론 웨빙이 제1길이를 갖는 탄성조절모듈의 부분측면도를 도시한 것이고, 도 10b는 도 10a에서 최대 탄성력을 갖는 상태의 부분측면도를 도시한 것이다. 반면, 도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 나일론 웨빙가 제1길이보다 짧은 제2길이를 갖는 경우 탄성조절모듈의 부분측면도, 도 11b는 도 11a에서 최대 탄성력을 갖는 상태의 부분측면도를 도시한 것이다.
도 10a 내지 도 11b에 도시된 바와 같이, 나일론 웨빙(61)의 길이를 영역 내의 탄성밴드(31)보다 살짝 길게 할 경우, 인장 초기에는 탄성밴드(31)가 늘어나다가 나일론 웨빙(61)의 길이와 동일해지는 순간부터 늘어날 수 없게 된다. 이 원리를 이용해 기존의 탄성력 단계 이외의 다양한 탄성선도를 낼 수 있게 된다.
즉, 도 10a는 도 11a에 비교하여 비탄성밴드(61)의 노출길이가 더 길며, 이러한 경우 도 10b에 도시된 바와 같이, 도 11b와 대비하여 탄성선도가 더욱 크게 됨을 알 수 있다. 따라서 활성화 구간 내에서 스풀(71)에 의해 나이론 웨빙(61)의 노출길이를 조절하여 최대 저장가능한 탄성력, 즉 탄성선도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 탄성력과 탄성선도 조절이 가능한 탄성유닛이 적용된 탄성슈트의 사진을 나타낸 것이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 앞서 언급한 탄성력과 탄성선도 조절이 가능한 탄성유닛이 설치된 고관절 탄성슈트를 제작할 수 있음을 알 수 있다.
이러한 탄성슈트의 착용상태에서 보조력측정부를 통해 탄성유닛에 의한 보조력을 실시간으로 측정할 수 있다. 그리고 제어부는 측정된 보조력에 기반하여 탄성조절모듈 각각을 제어하여 탄성유닛의 탄성력과 탄성선도를 조절할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:고관절 탄성슈트
10:메인벨트
11:지지고정부
20:허벅지단 의복
21:허벅지단 의복 고정부
30:탄성요소
31:탄성밴드
32:탈부착부재
33:라쳇연결부
34:고무줄
40:길이조절부재
41:조절밴드
42:돌출단
43:연결부
50:보조력측정부
60:탄성조절모듈
61:비탄성밴드
62:일측 고정단
70:길이조절수단
71:스풀
72:모터
100:탄성력과 탄성선도 조절이 가능한 탄성유닛
101:일측장착단
102:타측장착단
10:메인벨트
11:지지고정부
20:허벅지단 의복
21:허벅지단 의복 고정부
30:탄성요소
31:탄성밴드
32:탈부착부재
33:라쳇연결부
34:고무줄
40:길이조절부재
41:조절밴드
42:돌출단
43:연결부
50:보조력측정부
60:탄성조절모듈
61:비탄성밴드
62:일측 고정단
70:길이조절수단
71:스풀
72:모터
100:탄성력과 탄성선도 조절이 가능한 탄성유닛
101:일측장착단
102:타측장착단
Claims (10)
- 고관절 탄성슈트에 있어서,
착용자의 상체 허리측에 착용되는 메인벨트;
상기 메인벨트를 고정 지지하기 위한 메인벨트 지지고정부;
착용자의 다리측 각각에 대한 착용되는 허벅지단 의복; 및
상기 메인벨트 하단와 상기 허벅지단 의복 각각의 상단 사이에 탈부착 가능하도록 장착되는 탄성요소;를 포함하고,
상기 탄성요소는, 탄성밴드와, 상기 탄성밴드의 길이방향으로 복수의 분할영역을 갖고 분할영역 각각에 설치되어 상기 분할영역 별로 활성화 또는 비활성화되어 상기 탄성요소의 탄성력과 탄성선도를 조절하는 복수의 탄성조절모듈을 포함하며,
상기 탄성조절모듈은,
일측단이 상기 탄성밴드의 분할영역 일측단에 고정되는 비탄성밴드와, 상기 분할영역의 타측단에 설치되어 상기 비탄성밴드의 노출길이를 조절하는 길이조절수단을 포함하고,
상기 비탄성밴드에 인장력이 인가되지 않는 경우 상기 분할영역에서의 상기 탄성밴드의 탄성은 활성화되고, 상기 길이조절수단에 의해 상기 비탄성밴드의 노출길이를 감소시켜 상기 비탄성밴드에 인장력이 발생되면 상기 분할영역에서의 상기 탄성밴드의 탄성은 비활성화되는 것을 특징으로 하는 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트.
- 제 1항에 있어서,
상기 탄성요소는, 상기 허벅지단 의복 상단의 고정부에 탈부착 가능하도록 마련되는 탈부착부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 메인벨트 지지고정부는 숄더스트랩으로 구성되는 것을 특징으로 하는 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트.
- 제 1항에 있어서,
착용상태에서 탄성요소에 의한 보조력을 실시간으로 측정하는 보조력측정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트.
- 삭제
- 제 1항, 제 2항, 제 5항, 또는 제 6항에 따른 고관절 탄성슈트의 작동방법에 있어서,
메인벨트를 착용자의 상체 허리측에 착용되고, 메인벨트 지지고정부를 통해 메인벨트를 고정 지지하고, 착용자의 다리측 각각에 허벅지단 의복을 착용하는 단계;
탄성요소 하단을 상기 허벅지단 의복 각각의 상단에 부착하는 단계;
상기 탄성요소의 탄성조절모듈를 통해 상기 탄성요소의 탄성력과 탄성선도를 조절하는 단계; 및
엉덩이 관절이 신전됨에 따라 탄성요소가 인장하며 에너지를 저장하고, 엉덩이 관절이 굴곡될 때 에너지가 방출되어 보조력이 가해지는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트의 작동방법.
- 제 8항에 있어서,
보조력측정부를 통해 착용상태에서 탄성요소에 의한 보조력을 실시간으로 측정하는 단계; 및
상기 측정된 보조력에 기반하여 상기 탄성조절모듈을 통해 상기 탄성요소의 탄성력과 탄성선도를 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트의 작동방법.
- 제 8항에 있어서,
보조력 변경시, 상기 탄성요소 하단에 구비된 탈부착부재를 통해 상기 탄성요소를 상기 허벅지단 의복 상단의 고정부에서 탈착하고, 또 다른 탄성력을 갖는 탄성요소를 상기 탈부착부재를 통해 상기 허벅지단 의복에 부착시켜 교체하는 것을 특징으로 하는 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트의 작동방법.
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| KR1020210117080A KR102642634B1 (ko) | 2021-09-02 | 2021-09-02 | 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210117080A KR102642634B1 (ko) | 2021-09-02 | 2021-09-02 | 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20230034474A KR20230034474A (ko) | 2023-03-10 |
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| KR1020210117080A KR102642634B1 (ko) | 2021-09-02 | 2021-09-02 | 신체 동작 보조를 위한 고관절 탄성슈트 및 그 작동방법 |
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