KR102660352B1 - 착용식 근력 보조 장치 - Google Patents

Abstract

착용자 몸통의 상하 방향으로 연장되고, 착용자의 어깨 하부에서 착용자 몸통의 측방에 고정된 본체 장치; 착용자 상완의 연장 방향을 따라서 연장되고, 착용자 상완의 하면에 접촉되도록 결합된 체결 장치; 일단은 체결 장치에 결합되고, 타단은 본체 장치에 슬라이딩 가능하게 결합되어 본체 장치와 서로 상대 운동 가능하도록 연결된 연결 장치; 및 연결 장치의 일단과 타단 사이에 슬라이딩 가능하게 결합되어 연결 장치에 지지력을 인가하되, 본체 장치와 상대 운동 가능하게 결합되어 본체 장치와의 상대적 위치에 따라 지지력이 가변되는 지지 장치;를 포함하는 착용식 근력 보조 장치가 소개된다.

Description

착용식 근력 보조 장치{WEARABLE APPARATUS FOR ASSISTING MUSCULAR STRENGTH}

본 발명은 착용식 근력 보조 장치에 관한 것으로, 중력에 따른 하중을 보상하여 착용자의 상완을 지지하는 장치에 관한 것이다.

착용식 로봇은 신체의 특정부위에 착용하거나 특정부위를 거치하여 신체의 움직임을 보조하는 로봇으로, 의료용, 군사용 또는 작업용으로 설계되었다. 특히, 작업용 착용식 로봇의 경우, 작업자에 부과되는 하중을 감소시킴에 따라 부상을 방지하고 근력을 보조하도록 설계된다. 이러한 착용식 로봇은 착용자의 외골격을 모사한 것으로, 신체의 실제 움직임과 동일한 움직임을 갖도록 관절을 설계하는 것이 기술의 핵심이라 할 수 있다.

특히, 착용식 상완 근력 보조 기구는 도구의 중량을 지지하는 사람을 지원하도록 구성된 수동 지지 장치가 포함된다. 전형적인 수동 장치는 구조 요소, 스프링, 케이블, 풀리의 조합을 사용하여 위치들의 범위 하에서 중력을 보상하도록 구성된다. 이들 장치의 구성은 동작의 제한된 동작 범위 내에서 중력 보상을 제공한다.

다만, 종래의 착용식 상완 근력 보조 기구는 착용자의 어깨 관절을 모사하는 외골격 로봇으로, 착용자의 작업 영역에서 외골격 구성의 간섭이 발생함에 따라 어깨 관절의 구동 범위에 제한이 발생하는 문제가 있었다.

또한, 종래의 착용식 상완 근력 보조 기구는 상완이 일정 각도 이하로 하강되어 근력 보조가 불필요한 영역에서도 계속해서 부하가 가해짐에 따라 착용자의 불편함을 야기하는 문제가 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-1896181 B

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 착용자의 작업 영역에서 간섭되지 않으면서 착용자 상완의 각도에 따라 요구되는 지지력을 인가할 수 있는 착용식 근력 보조 장치를 제공하고자 함이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용식 근력 보조 장치는 착용자 몸통의 상하 방향으로 연장되고, 착용자의 어깨 하부에서 착용자 몸통의 측방에 고정된 본체 장치; 착용자 상완의 연장 방향을 따라서 연장되고, 착용자 상완의 하면에 접촉되도록 결합된 체결 장치; 일단은 체결 장치에 결합되고, 타단은 본체 장치에 슬라이딩 가능하게 결합되어 본체 장치와 서로 상대 운동 가능하도록 연결된 연결 장치; 및 연결 장치의 일단과 타단 사이에 슬라이딩 가능하게 결합되어 연결 장치에 지지력을 인가하되, 본체 장치와 상대 운동 가능하게 결합되어 본체 장치와의 상대적 위치에 따라 지지력이 가변되는 지지 장치;를 포함한다.

본체 장치에 결합되고, 착용자의 몸통 측방에 본체 장치가 고정되도록 착용자의 몸통을 감싸는 몸통 하네스;를 더 포함할 수 있다.

일단은 착용자의 전방에 위치된 몸통 하네스에 결합되고, 착용자의 어깨 상부를 경유하여 타단이 착용자의 후방에 위치된 몸통 하네스에 결합되도록 연장된 어깨 하네스;를 더 포함할 수 있다.

본체 장치는 착용자 몸통의 측방에 접촉되어 착용자 몸통에 고정된 고정부와 본체 장치가 연장된 방향과 나란한 방향의 회전축으로 고정부에 회전 가능하게 결합된 회전부가 포함되고, 연결 장치 및 지지 장치는 회전부에 결합될 수 있다.

고정부와 회전부는 본체 장치가 연장된 방향과 나란한 방향의 회전축을 따라 서로 이격된 복수의 위치에서 서로 회전 가능하게 결합될 수 있다.

체결 장치는 착용자 상완이 어깨 관절을 기준으로 상방 또는 하방으로 회전하는 회전축의 방향과 나란한 방향의 회전축으로 연결 장치의 일단에 회전 가능하게 결합될 수 있다.

본체 장치에는 착용자 몸통의 상하 방향으로 연장된 제1슬라이딩홈이 형성되고, 연결 장치의 타단이 제1슬라이딩홈을 따라 슬라이딩됨에 따라 연결 장치가 본체 장치와 서로 상대 운동할 수 있다.

지지 장치는 변형에 의해 탄성력을 발생시키는 탄성체 및 탄성체의 일단에 와이어를 통하여 연결되어 본체 장치와 상대 운동 가능하게 결합된 제1롤러가 포함되고, 제1롤러와 본체 장치의 상대적 위치에 따라 탄성체의 탄성력이 가변되어 연결 장치에 인가하는 지지력이 가변될 수 있다.

연결 장치에는 연결 장치의 길이 방향을 따라서 연장된 제2슬라이딩홈 및 제2슬라이딩홈을 따라 슬라이딩 가능하게 결합된 결합체를 포함하고, 결합체는 제1롤러와 일체로 결합될 수 있다.

본체 장치에는 제1롤러가 연결 장치에 가하는 지지력에 의한 지지토크가 가변되도록 슬라이딩 가능하게 연장된 프로파일홈이 형성될 수 있다.

프로파일홈은 본체 장치와 연결 장치 사이의 각도가 기설정된 제1각도 이하에서는 지지력에 의한 지지토크가 0이 되도록 형성될 수 있다.

프로파일홈은 본체 장치와 연결 장치 사이의 각도가 기설정된 제2각도 이상에서는 본체 장치와 연결 장치 사이의 각도가 증가될수록 지지력에 의한 지지토크가 감소되도록 형성될 수 있다.

프로파일홈은 본체 장치와 연결 장치 사이의 각도가 기설정된 제1각도 이상이고 기설정된 제2각도 이하 범위에서 연결 장치에 가해지는 지지력에 의한 지지토크가 최댓값을 갖도록 형성될 수 있다.

탄성체의 타단에 연결되어 탄성체의 타단을 이동시킴으로써 탄성체의 탄성력을 가변시키는 조절 장치;를 더 포함할 수 있다.

조절 장치는 본체 장치에 일체로 결합된 나사플레이트와 탄성체의 타단에 연결되면서 나사플레이트에 나사 결합된 회전나사가 포함되고, 회전나사가 회전됨에 따라 탄성체의 타단을 나사플레이트를 기준으로 상대 이동시킬 수 있다.

본 발명의 착용식 근력 보조 장치에 따르면, 착용자의 어깨 하부에서 착용자의 상완을 지지함으로써 착용자의 작업 영역에서 외부 기구와 간섭을 방지하는 효과를 갖는다.

또한, 착용자의 상완 각도에 따라 요구되는 지지력을 가변시킬 수 있고, 지지력이 요구되지 않는 일정 각도 이하 영역에서는 부하가 제거되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 사시도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 정면도를 도시한 것이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 착용 상태도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 내부도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 착용자 상완 각도에 따른 지지토크 프로파일을 도시한 것이다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 정면도를 도시한 것이며, 도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 착용 상태도를 도시한 것이다.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치는 착용자 몸통의 상하 방향으로 연장되고, 착용자의 어깨 하부에서 착용자 몸통의 측방에 고정된 본체 장치(100); 착용자 상완의 연장 방향을 따라서 연장되고, 착용자 상완의 하면에 접촉되도록 결합된 체결 장치(200); 일단은 체결 장치(200)에 결합되고, 타단은 본체 장치(100)에 슬라이딩 가능하게 결합되어 본체 장치(100)와 서로 상대 운동 가능하도록 연결된 연결 장치(300); 및 연결 장치(300)의 일단과 타단 사이에 슬라이딩 가능하게 결합되어 연결 장치(300)에 지지력을 인가하되, 본체 장치(100)와 상대 운동 가능하게 결합되어 본체 장치(100)와의 상대적 위치에 따라 지지력이 가변되는 지지 장치(400);를 포함한다.

본체 장치(100)는 착용자의 몸통에 결합되는 것으로, 착용자 몸통의 연장 방향인 상하 방향을 따라서 연장되어 착용자의 몸통 측면에 결합된다. 특히, 본체 장치(100)는 착용자의 어깨 하부에서 착용자 몸통의 측방에 고정되는 것으로, 착용자의 옆구리에 고정될 수 있다.

체결 장치(200)는 착용자 상완의 연장 방향을 따라 연장된 형상으로 착용자 상완의 하면에 접촉되어 결합된다. 체결 장치(200)는 평면으로 연장된 플레이트 형상일 수 있고, 착용자 상완의 측방을 감싸도록 곡면으로 절곡될 수 있다. 체결 장치(200)는 착용자의 상완을 감싸는 상완 하네스(210)를 통하여 결합될 수 있다.

연결 장치(300)는 체결 장치(200)와 본체 장치(100)를 연결하는 장치로, 일단이 체결 장치(200)에 결합되고 타단은 본체 장치(100)에 결합되는 것으로, 특히 연결 장치(300)의 타단은 본체 장치(100)에 슬라이딩 가능하게 결합되어 본체 장치(100)에 슬라이딩됨에 따라 서로 상대 운동 가능할 수 있다.

지지 장치(400)는 연결 장치(300)에 지지력을 인가하여 연결 장치(300)에 지지토크를 발생시킨다. 또한, 지지 장치(400)는 연결 장치(300)의 일단과 타단 사이에서 슬라이딩 가능하게 결합되어 지지 장치(400)가 연결 장치(300)에 인하는 지지력의 작용점은 가변될 수 있다.

지지 장치(400)는 본체 장치(100)의 내부에 위치될 수 있다. 특히, 지지 장치(400)는 본체 장치(100)와 상대 운동 가능하게 결합되고, 지지 장치(400)가 본체 장치(100)와 서로 상대 운동됨에 따라 본체 장치(100)와의 상대적 위치가 가변되면 연결 장치(300)에 인가하는 지지력이 가변될 수 있다.

즉, 지지 장치(400)는 본체 장치(100) 및 연결 장치(300)에 모두 상대 운동 가능하고, 이에 따라 지지 장치(400)가 연결 장치(300)에 인가하는 지지력이 가변될뿐만 아니라 지지 장치(400)가 연결 장치(300)에 지지력을 가하는 작용점 또한 가변될 수 있다. 이에 따라, 연결 장치(300)에 가해지는 지지토크가 가변될 수 있다.

따라서, 착용자의 어깨 하부에서 착용자의 상완을 지지함으로써 착용자의 작업 영역에서 외부 기구와 간섭을 방지하는 효과를 갖고, 상완의 위치에 따라 연결 장치(300)에 가해지는 지지토크를 가변할 수 있는 효과를 갖는다.

본체 장치(100)는 별도의 하네스를 통하여 착용자의 몸통 측방에 고정될 수 있다.

구체적으로, 본체 장치(100)에 결합되고, 착용자의 몸통 측방에 본체 장치(100)가 고정되도록 착용자의 몸통을 감싸는 몸통 하네스(111);를 더 포함할 수 있다. 몸통 하네스(111)는 착용자 몸통의 측면을 감쌀 수 있다.

또한, 일단은 착용자의 전방에 위치된 몸통 하네스(111)에 결합되고, 착용자의 어깨 상부를 경유하여 타단이 착용자의 후방에 위치된 몸통 하네스(111)에 결합되도록 연장된 어깨 하네스(112);를 더 포함할 수 있다. 어깨 하네스(112)는 몸통 하네스(111)가 착용자의 몸통의 상하 방향으로 이동되지 않도록 고정할 수 있다.

본체 장치(100)는 착용자 몸통의 측방에 접촉되어 착용자 몸통에 고정된 고정부(110)와 본체 장치(100)가 연장된 방향과 나란한 방향의 회전축으로 고정부(110)에 회전 가능하게 결합된 회전부(120)가 포함되고, 연결 장치(300) 및 지지 장치(400)는 회전부(120)에 결합될 수 있다.

고정부(110)는 착용자 몸통의 측방에 고정된 구성으로, 몸통 하네스(111)와 결합되어 착용자의 몸통에 고정될 수 있다.

회전부(120)는 고정부(110)에 회전 가능하게 결합된 구성으로 본체 장치(100)가 연장된 방향과 나란한 방향인 상하 방향의 회전축으로 고정부(110)를 기준으로 회전 가능할 수 있다. 즉, 회전부(120)는 착용자의 옆구리에 고정된 고정부(110)를 기준으로 착용자의 전방 또는 후방 측으로 회전될 수 있다.

연결 장치(300) 및 지지 장치(400)는 회전부(120)에 결합되어 착용자의 상완을 어깨 관절을 기준으로 전방 또는 후방으로 회전함에 따라 회전부(120)가 함께 회전됨으로써 착용자 상완의 전후방 움직임을 보상할 수 있는 효과를 갖는다.

특히, 고정부(110)와 회전부(120)는 본체 장치(100)가 연장된 방향과 나란한 방향의 회전축을 따라 서로 이격된 복수의 위치(130,140)에서 서로 회전 가능하게 결합될 수 있다.

즉, 고정부(110)와 회전부(120)는 상하 방향으로 이격된 복수의 위치(130,140)에서 회전 가능하게 결합됨으로써 본체 장치(100)가 연결 장치(300) 및 지지 장치(400)를 안정적으로 지지하도록 결합하는 효과를 갖는다.

체결 장치(200)는 착용자 상완이 어깨 관절을 기준으로 상방 또는 하방으로 회전하는 회전축의 방향과 나란한 방향의 회전축으로 연결 장치(300)의 일단에 회전 가능하게 결합될 수 있다.

체결 장치(200)는 착용자 상완을 하면에서 지지하도록 접촉되는 것으로 착용자 몸통을 기준으로 착용자 상완의 각도가 가변됨에 따라 회전하여야 한다. 이에 따라, 어깨 관절을 기준으로 착용자 상완이 자유롭게 상하방으로 회전하기 위하여 체결 장치(200)는 연결 장치(300)의 일단에 회전 가능하게 결합될 수 있다.

특히, 체결 장치(200)와 연결 장치(300)의 회전축은 착용자 상완이 어깨 관절을 기준으로 상방 또는 하방으로 회전하는 회전축과 나란할 수 있다.

추가로, 후술하는 연결 장치(300)의 타단에는 본체 장치(100)에 형성된 제1슬라이딩홈(121)을 따라 슬라이딩되는 제2롤러(320)가 형성될 수 있다. 연결 장치(300)는 제2롤러(320)에 의해 착용자 상완이 어깨 관절을 기준으로 상방 또는 하방으로 회전하는 회전축의 방향과 나란한 방향의 회전축으로 회전 가능할 수 있다.

따라서, 착용자가 상완을 상하방으로 회전하는 움직임은 연결 장치(300)의 일단이 체결 장치(200)에 회전 가능한 결합 및 연결 장치(300)의 타단이 본체 장치(100)에 회전 가능한 결합에 의해 보상되는 효과를 갖는다.

구체적으로, 본체 장치(100)에는 착용자 몸통의 상하 방향으로 연장된 제1슬라이딩홈(121)이 형성되고, 연결 장치(300)의 타단이 제1슬라이딩홈(121)을 따라 슬라이딩됨에 따라 연결 장치(300)가 본체 장치(100)와 서로 상대 운동할 수 있다.

연결 장치(300)의 타단에는 제2롤러(320)가 형성되어 제1슬라이딩홈(121)을 따라서 슬라이딩될 수 있다. 또한, 연결 장치(300)의 제2롤러(320)는 제1슬라이딩홈(121)의 내부에서 자유롭게 회전 가능하게 결합되어 연결 장치(300)는 제2롤러(320)를 기준으로 착용자 상완이 어깨 관절을 기준으로 상방 또는 하방으로 회전하는 회전축과 나란하게 회전 가능할 수 있다.

따라서, 연결 장치(300)의 타단은 제1슬라이딩홈(121)을 따라서 병진 운동 가능하면서 제1슬라이딩홈(121) 내부에서 회전 운동이 가능하여 착용자 상완이 체결 장치(200)와 동시에 어깨 관절을 중심으로 회전함에 따른 위치 이동을 보상할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 내부도를 도시한 것이다.

도 4를 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 지지 장치(400)는 변형에 의해 탄성력을 발생시키는 탄성체(430) 및 탄성체(430)의 일단에 와이어(440)를 통하여 연결되어 본체 장치(100)와 상대 운동 가능하게 결합된 제1롤러(410)가 포함되고, 제1롤러(410)와 본체 장치(100)의 상대적 위치에 따라 탄성체(430)의 탄성력이 가변되어 연결 장치(300)에 인가하는 지지력이 가변될 수 있다.

지지 장치(400)에는 스프링과 같이 변형에 의해 탄성력이 발생하는 탄성체(430)가 포함될 수 있다. 탄성체(430)의 일단은 와이어(440)를 통하여 제1롤러(410)와 연결되고, 제1롤러(410)는 본체 장치(100)와 상대 운동 가능하게 결합되어 제1롤러(410)가 본체 장치(100)와 상대 운동되면 제1롤러(410)와 본체 장치(100) 사이의 상대적 위치가 가변될 수 있다.

와이어(440)는 탄성체(430)의 일단에서 제1롤러(410)로 연결되는 것으로, 그 사이에서 본체 장치(100)에 고정되어 회전 가능하게 결합된 제1회전축(450) 및 제2회전축(460)에 접촉될 수 있다.

제1롤러(410)와 본체 장치(100) 사이의 상대적 위치가 가변되면 제1롤러(410)와 탄성체(430)의 일단 사이의 거리가 가변될 수 있고, 이에 따라 와이어(440)의 길이 변화에 따라 탄성체(430)의 일단에서 탄성체(430)를 당기는 힘이 가변되어 탄성체(430)의 변형을 유도함으로써 탄성력을 가변시킬 수 있다.

연결 장치(300)에는 연결 장치(300)의 길이 방향을 따라서 연장된 제2슬라이딩홈(310) 및 제2슬라이딩홈(310)을 따라 슬라이딩 가능하게 결합된 결합체를 포함하고, 결합체는 제1롤러(410)와 일체로 결합될 수 있다.

즉, 제1롤러(410)와 일체로 결합된 결합체는 연결 장치(300)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능할 수 있다. 이에 따라, 탄성체(430)의 탄성력이 가해지는 제1롤러(410)와 일체로 결합된 결합체는 연결 장치(300)의 길이 방향을 따라서 슬라이딩되고, 연결 장치(300)에 지지력을 가하는 작용점이 슬라이딩을 통하여 가변될 수 있다. 즉, 연결 장치(300)에 가해지는 토크가 가변될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 착용자 상완 각도에 따른 토크 프로파일을 도시한 것이다.

도 5를 더 참조하면, 본체 장치(100)에는 제1롤러(410)가 연결 장치(300)에 가하는 지지력에 의한 지지토크가 가변되도록 슬라이딩 가능하게 연장된 프로파일홈(122)이 형성될 수 있다.

프로파일홈(122)은 기설정된 캠 프로파일을 갖는 캠 형상으로 형성될 수 있다. 제1롤러(410)가 프로파일홈(122)을 따라 슬라이딩됨에 따라 연결 장치(300)에 가해지는 지지력의 크기와 지지력의 방향이 가변되고, 지지력의 작용점이 가변될 수 있고, 이에 따라 지지력에 의한 지지토크가 가변될 수 있다.

구체적으로, 프로파일홈(122)은 본체 장치(100)와 연결 장치(300) 사이의 각도가 기설정된 제2각도 이상인 구간(A구간)에서는 각도가 감소함에 따라 점차적으로 지지력에 의한 지지토크가 증가할 수 있다.

또한, 본체 장치(100)와 연결 장치(300) 사이의 각도가 기설정된 제1각도 이상이고 기설정된 제2각도 이하인 구간(B구간)에서 연결 장치(300)에 가해지는 지지력에 의한 지지토크가 최댓값을 갖도록 형성될 수 있다. 특히, 지지토크의 최댓값은 기설정된 분리각도 이상일 수 있다.

또한, 본체 장치(100)와 연결 장치(300) 사이의 각도는 기설정된 분리각도 이하 구간(C구간)에서는 지지토크를 제공하는 기계장치와 기구적으로 분리되어 각도가 감소됨에 따라 지지토크가 0으로 수렴할 수 있다. 특히, 분리각도에서 제1각도까지 지지토크는 0으로 수렴하고, 분리각도보다 작게 기설정된 제1각도 이하에서는 지지토크가 0일 수 있다.

특히, 프로파일홈(122)은 본체 장치(100)와 연결 장치(300) 사이의 각도가 기설정된 제1각도 이하에서는 지지력에 의한 지지토크가 0이 되도록 형성될 수 있다. 연결 장치(300)에 가해지는 지지토크는 기설정된 분리각도 (예를 들어, 약 70[deg]) 에서부터 선형적으로 감소될 수 있고, 기설정된 제1각도 (예를 들어, 약 60[deg]) 이하에서는 지지토크가 0이 되도록 형성될 수 있다.

기설정된 제1각도 이하에서는 탄성체(430)로부터 제1롤러(410)에 가해지는 탄성력이 본체 장치(100)로 전달되어 연결 장치(300)에 가해지는 지지력은 0이 될 수 있다. 이에 따라, 일정한 각도 이하로 착용자의 상완이 하강된 경우 착용자의 상완 움직임을 방해하는 부하를 제거하여 자유롭게 움직일 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 프로파일홈(122)은 본체 장치(100)와 연결 장치(300) 사이의 각도가 기설정된 제2각도 이상에서는 본체 장치(100)와 연결 장치(300) 사이의 각도가 증가될수록 지지력에 의한 지지토크가 감소되도록 형성될 수 있다.

연결 장치(300)가 본체 장치(100)로부터 기설정된 제2각도 (예를 들어, 약 100[deg]) 이상에서는 착용자의 상완을 지지하는 지지토크가 감소되도록 탄성력을 감소시킬 수 있다.

즉, 본체 장치(100)와 연결 장치(300) 사이의 각도가 증가함에 따라 제1롤러(410)와 탄성체(430)의 일단 사이의 거리를 감소시켜 탄성체(430)의 변형을 감소시킴으로써 탄성력을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 지지토크를 최대로 인가하는 각도 범위에서 벗어날수록 지지토크를 감소시킬 수 있다.

추가로, 프로파일홈(122)은 본체 장치(100)와 연결 장치(300) 사이의 각도가 제한 각도 (예를 들어, 약 135[deg]) 이하로만 작동할 수 있도록 형성될 수 있다.

또한, 프로파일홈(122)은 본체 장치(100)와 연결 장치(300) 사이의 각도가 기설정된 제1각도 이상이고 기설정된 제2각도 이하 범위에서 연결 장치(300)에 가해지는 지지력에 의한 지지토크가 최댓값을 갖도록 형성될 수 있다. 특히, 지지력에 의한 지지토크의 최댓값은 기설정된 분리각도 이상이고 기설정된 제2각도 이하에 형성될 수 있다.

즉, 착용자의 상완이 착용자의 몸통과 약 90[deg]에 해당하는 각도에서 연결 장치(300)에 가해지는 지지토크가 최댓값을 갖도록 프로파일홈(122)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 착용자의 상완에 하중이 가장 크게 작용하는 영역에서 연결 장치(300)를 통하여 지지토크를 최대로 인가하여 작용자의 작업을 보조할 수 있는 효과를 갖는다.

탄성체(430)의 타단에 연결되어 탄성체(430)의 타단을 이동시킴으로써 탄성체(430)의 탄성력을 가변시키는 조절 장치(500);를 더 포함할 수 있다.

조절 장치(500)는 본체 장치(100)에 일체로 결합된 나사플레이트(510)와 탄성체(430)의 타단에 연결되면서 나사플레이트(510)에 나사 결합된 회전나사(520)가 포함되고, 회전나사(520)가 회전됨에 따라 탄성체(430)의 타단을 나사플레이트(510)를 기준으로 상대 이동시킬 수 있다.

회전나사(520)는 탄성체(430)의 타단에 연결되어 회전나사(520)가 이동됨에 따라 탄성체(430)의 타단을 이동시킴으로써 탄성체(430)의 탄성력을 가변시킬 수 있다. 회전나사(520)는 본체 장치(100)에 일체로 결합된 나사플레이트(510)에 나사 결합되어 나사플레이트(510)를 기준으로 회전됨에 따라 본체 장치(100)를 기준으로 상하방향으로 이동될 수 있다.

이에 따라, 착용자가 회전나사(520)를 손쉽게 회전시킴으로써 탄성체(430)를 변형시켜 탄성력을 가변할 수 있고, 따라서 착용자의 상완에 인가되는 지지토크를 가변할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 본체 장치 200 : 체결 장치
300 : 연결 장치 400 : 지지 장치
500 : 조절 장치

Claims (15)

1. 착용자 몸통의 상하 방향으로 연장되고, 착용자의 어깨 하부에서 착용자 몸통의 측방에 고정된 본체 장치;
   착용자 상완의 연장 방향을 따라서 연장되고, 착용자 상완의 하면에 접촉되도록 결합된 체결 장치;
   일단은 체결 장치에 결합되고, 타단은 본체 장치에 슬라이딩 가능하게 결합되어 본체 장치와 서로 상대 운동 가능하도록 연결된 연결 장치; 및
   연결 장치의 일단과 타단 사이에 슬라이딩 가능하게 결합되어 연결 장치에 지지력을 인가하되, 본체 장치와 상대 운동 가능하게 결합되어 본체 장치와의 상대적 위치에 따라 지지력이 가변되는 지지 장치;를 포함하는 착용식 근력 보조 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   본체 장치에 결합되고, 착용자의 몸통 측방에 본체 장치가 고정되도록 착용자의 몸통을 감싸는 몸통 하네스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   일단은 착용자의 전방에 위치된 몸통 하네스에 결합되고, 착용자의 어깨 상부를 경유하여 타단이 착용자의 후방에 위치된 몸통 하네스에 결합되도록 연장된 어깨 하네스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   본체 장치는 착용자 몸통의 측방에 접촉되어 착용자 몸통에 고정된 고정부와 본체 장치가 연장된 방향과 나란한 방향의 회전축으로 고정부에 회전 가능하게 결합된 회전부가 포함되고,
   연결 장치 및 지지 장치는 회전부에 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   고정부와 회전부는 본체 장치가 연장된 방향과 나란한 방향의 회전축을 따라 서로 이격된 복수의 위치에서 서로 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   체결 장치는 착용자 상완이 어깨 관절을 기준으로 상방 또는 하방으로 회전하는 회전축의 방향과 나란한 방향의 회전축으로 연결 장치의 일단에 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   본체 장치에는 착용자 몸통의 상하 방향으로 연장된 제1슬라이딩홈이 형성되고, 연결 장치의 타단이 제1슬라이딩홈을 따라 슬라이딩됨에 따라 연결 장치가 본체 장치와 서로 상대 운동하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   지지 장치는 변형에 의해 탄성력을 발생시키는 탄성체 및 탄성체의 일단에 와이어를 통하여 연결되어 본체 장치와 상대 운동 가능하게 결합된 제1롤러가 포함되고, 제1롤러와 본체 장치의 상대적 위치에 따라 탄성체의 탄성력이 가변되어 연결 장치에 인가하는 지지력이 가변되는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   연결 장치에는 연결 장치의 길이 방향을 따라서 연장된 제2슬라이딩홈 및 제2슬라이딩홈을 따라 슬라이딩 가능하게 결합된 결합체를 포함하고,
   결합체는 제1롤러와 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
10. 청구항 8에 있어서,
    본체 장치에는 제1롤러가 연결 장치에 가하는 지지력에 의한 지지토크가 가변되도록 슬라이딩 가능하게 연장된 프로파일홈이 형성된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    프로파일홈은 본체 장치와 연결 장치 사이의 각도가 기설정된 제1각도 이하에서는 지지력에 의한 지지토크가 0이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
12. 청구항 10에 있어서,
    프로파일홈은 본체 장치와 연결 장치 사이의 각도가 기설정된 제2각도 이상에서는 본체 장치와 연결 장치 사이의 각도가 증가될수록 지지력에 의한 지지토크가 감소되도록 형성된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
13. 청구항 10에 있어서,
    프로파일홈은 본체 장치와 연결 장치 사이의 각도가 기설정된 제1각도 이상이고 기설정된 제2각도 이하 범위에서 연결 장치에 가해지는 지지력에 의한 지지토크가 최댓값을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
14. 청구항 8에 있어서,
    탄성체의 타단에 연결되어 탄성체의 타단을 이동시킴으로써 탄성체의 탄성력을 가변시키는 조절 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
15. 청구항 14에 있어서,
    조절 장치는 본체 장치에 일체로 결합된 나사플레이트와 탄성체의 타단에 연결되면서 나사플레이트에 나사 결합된 회전나사가 포함되고, 회전나사가 회전됨에 따라 탄성체의 타단을 나사플레이트를 기준으로 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.

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