KR20120130975A

KR20120130975A - 착용형 근력보조장치

Info

Publication number: KR20120130975A
Application number: KR1020110049107A
Authority: KR
Inventors: 정동현
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-12-04
Also published as: KR101809536B1

Abstract

본 발명은 상부 작업을 수행하는 경우 작업 공구를 쉽게 지지하며 제어할 수 있도록 하는 착용형 근력보조장치에 관한 것으로,
상기 착용형 근력보조장치는,하부링크;와, 상부링크;와, 하부링크와 상부링크의 일측 단부의 사이를 각각 회전 가능하게 결합시키는 제1수직링크;와, 하부링크와 상부링크의 타측 단부의 사이를 각각 회전 가능하게 결합시키는 제2수직링크;와, 상기 하부링크 또는 상부링크 대향하는 어느 하나의 면에 장착되는 신축구동부;와, 일단은 상기 신축구동부에 위치 이동 가능하게 결합되고, 타단은 탄성부재가 사선방향으로 위치되도록 상기 신축구동부가 장착되지 않은 상기 하부링크 또는 상부링크 중 어느 하나에 고정되는 탄성부재;를 포함하여 구성되어,
근력보조장치를 신축구동부를 이용하여 탄성부재의 일단부의 위치를 이동시킴으로써 탄성력을 조절할 수 있도록 하여, 힘을 들이지 않고 펼치거나 접을 수 있도록 구성되어 공구의 장착을 용이하게 하며, 작업 중 공구에 의해 가해지는 하중을 용이하게 분산시켜 작업자의 작업효율성을 향상시킴은 물론, 근골격 질환을 방지한다.

Description

착용형 근력보조장치{WEARABLE EXOSKELETAL APPRARATUS}

본 발명은 작업자에 대하여 상대적으로 바닥이 아닌 상부면에 대한 공구이용 작업을 수행하는 경우 작업 공구를 쉽게 지지하며 제어할 수 있도록 하는 착용형 근력보조장치에 관한 것이다.

산업 현장에서 사용되는 그라인더, 리벳건, 샌더, 너트러너 등의 작업 공구 등은 전동을 위한 권선, 금속축 등의 무거운 부재들을 포함하여 제작되므로 일정 하중을 지니게 된다.

이렇게 하중을 가지는 작업 공구를 이용하여 일정 높이 이상의 벽면 또는 천장에 대한 천공, 연삭, 리벳팅(riveting) 등의 작업을 수행하게 되는 경우에는 작업자에게 가해지는 하중이 더욱 커지게 된다. 또한, 작업 중인 작업자에게 하중이 지속적으로 가해지는 경우 작업자의 근골격계의 손상이 발생할 가능성은 매우 커지게 된다.

따라서, 그라인더(grinder), 리벳건(rivet gun), 샌더(sander), 너트러너(nut runner) 등의 작업 공구를 이용한 작업을 용이하게 하기 위하여, 미국의 EQUIPOIS 사(http://www.equipoisinc.com 참조)는 작업자가 견착 등의 방식으로 착용하여 공구를 장착할 수 있도록 함으로써 공구에 의한 하중을 감소시키고, 공구의 조작을 용이하게 하는 제로지(ZEROG), 짐발(GIMBAL) 등을 적용한 다양한 근력보조장치를 제공하고 있다.

도 1 및 도 2는 상기 EQUIPOIS 사의 제로지의 단위 근력보조장치(A)를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2와 같이, 상기 제로지의 근력보조장치(A)는 하부링크(10)와 제1수직링크(20)와 제2수직링크(30)와 상부링크(40)가 각각의 단부에서 서로 회전 가능하게 결합되는 변형 가능한 사변형 구조로 결합되고, 상부링크(40)와 하부링크(10)의 서로 대향하는 면에는 약 대각선 방향을 이루도록 가로지르는 탄성부재(50)가 결합되는 구조를 이룬다. 그리고 상기 좌측 또는 우측 수직링크 중 어느 하나에는 공구를 고정장착하기 위한 공구장착브라켓(35)이 설치된다.

상술한 구조의 근력보조장치(A)는 서로 회전 가능하게 길이 방향으로 다단으로 연결되어, 작업 길이를 연장시킴과 함께 근력보조장치(A) 사이의 회전 운동에 의해 작업 반경을 넓히도록 구성될 수도 있다.

그리고 상기 근력보조장치(A)는 작업자가 등에 메는 지지구(미도시) 등에 장착되거나 별도의 견착 장비를 구비하여 작업자의 어깨에 견착된 후 공구들이 말단부에 장착되어 지지됨으로써 공구의 하중을 감소시키고, 탄성부재(50)의 탄성력에 의해 공구의 조작을 용이하게 하고, 공구에 의해 부여되는 하중을 완충시켜 작업자를 보호하는 기능을 수행한다.

상기 근력보조장치(A)의 작용을 상세히 설명하면, 상기 구조의 근력보조장치(A)는 공구가 장착되지 않은 평상시에는 도 1과 같이 탄성부재(50)의 탄성력에 의해 좌측 및 우측 수직링크(20, 30)가 기울어져 폭이 좁혀진 상태를 이룬다.

이러한 상태에서 작업자가 드릴, 샌더, 그라인더, 리벳건 등의 공구를 장착하고자 하는 경우에는 도 2와 같이 힘으로 좌측 및 우측 수직링크(20, 30)를 수직으로 세운 후 공구장착구(35)에 공구를 장착한다.

이런 상태에서 작업자는 공구를 조작하게 되며, 공구가 근력보조장치(A)에 의해 지지되는 것에 의해 공구를 조작하기 위한 힘이 적게 들고, 근력보조장치(A)가 공구의 하중을 흡수하게 되므로 공구의 장시간 사용 중에도 근골격의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

그러나 상술한 종래기술의 근력보조장치(A)는 탄성부재(50)가 일단은 상부링크(40)의 일 위치에 고정되고, 타단은 하부링크(10)의 고정부에 고정된 상태를 유지하게 되므로, 탄성부재(50)가 최대로 인장된 상태에서 탄성복원력에 의해 급격한 형상 변화가 일어나게 되는 문제점을 가진다.

또한, 탄성부재가 최대로 수축된 상태에서 작업자가 이를 극복하면서 근력보조장치(A)를 변형시키는 것이 매우 어렵게 되어 공구의 장착이 용이하지 않게 되는 문제점을 가진다.

따라서 본원 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 근력보조장치에 장착되는 탄성부재의 탄성력을 용이하게 조절할 수 있도록 하는 착용형 근력보조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본원 발명은 근력보조장치에 장착되는 탄성부재(50)의 탄성력을 용이하게 조절할 수 있도록 하는 것에 의해 공구의 장착 및 탈착을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 착용형 근력보조장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본원 발명은 작업 중에도 근력보조장치의 탄성부재의 탄성력을 조절할 수 있도록 하는 공구에 근력보조장치가 공구를 지지하는 힘을 조절할 수 있도록 하는 착용형 근력보조장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 착용형 근력보조장치는, 하부링크;와, 상부링크;와, 하부링크와 상부링크의 일측 단부의 사이를 각각 회전 가능하게 결합시키는 제1수직링크;와, 하부링크와 상부링크의 타측 단부의 사이를 각각 회전 가능하게 결합시키는 제2수직링크;와, 상기 하부링크 또는 상부링크 대향하는 어느 하나의 면에 장착되는 신축구동부;와, 일단은 상기 신축구동부에 위치 이동 가능하게 결합되고, 타단은 탄성부재가 사선방향으로 위치되도록 상기 신축구동부가 장착되지 않은 상기 하부링크 또는 상부링크 중 어느 하나에 고정되는 탄성부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 신축구동부는, 모터;와, 모터에 축결합되어 모터의 회전에 따라 회전되는 스크류볼트;와, 상기 스크류볼트에 나사결합되어 상기 탄성부재의 일단부가 결합되는 너트관;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 신축구동부는, 유압실린더;와, 유압실린더에 유압에 의해 인입 또는 인출되도록 장착되고 자유단부에는 상기 탄성부재의 일단부가 결합되는 피스톤;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1수직링크 또는 제2수직링크 중 어느 하나에는 공구장착을 위한 공구장착브라켓이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 신축구동부에는 신축구동을 위한 스위치를 더 포함하여 구성된다.

상기 근력보조장치는, 상기 제1수직링크의 측면에는 길이 방향을 따라 단면이 원호형상을 가지는 힌지축이 돌출 형성되고, 상기 제2수직링크의 측면에는 길이 방향을 따라 단면이 원호형상을 가지는 힌지홈이 요입 형성되어 연결근력보조장치를 형성될 수 있다.

또한, 상기 근력보조장치는, 상기 제1수직링크의 측면에는 길이 방향을 따라 단면이 원호형상을 가지는 힌지축이 돌출 형성되어 장착근력보조장치를 형성될 수도 있다.

상술한 구성을 가지는 본 발명은, 근력보조장치의 상부링크, 하부링크, 제1수직링크 및 제2수직링크의 결합각을 변형시키는 탄성부재의 탄성력을 작업자가 가변적으로 조절할 수 있도록 하는 것에 의해 공구의 조작성을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은, 공구를 이용한 작업 중 공구에 의해 발생하는 하중의 변화에 따라 신축구동부를 신장 또는 수축시키는 것에 의해 탄성부재의 탄성력을 가변시킴으로써 작업 중 공구의 힘에 의한 반바력의 작용을 최소화여 작업자에게 안전 사고가 발생하는 것을 최소화시킴으로써 작업자의 작업 안전성을 종래기술의 근력보조장치에 비해 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.

도 1 및 도 2는 상기 EQUIPOIS 사의 제로지의 단위 근력보조장치(A)를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 근력보조장치(100)의 사시도,
도 4는 공구 장착 이전의 접혀진 상태를 나타내는 근력보조장치(100)의 사시도,
도 5는 공구 장착을 위해 또는 공구 장착 후의 펼쳐진 상태를 나타내는 근력보조장치(100)의 사시도,
도 6은 작업 길이 연장을 위해 다단으로 연결된 근력보조장치(200)의 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예를 나타내는 첨부도면에서 도 1 및 도 2와 동일한 구성을 가지는 구성에 대하여는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 근력보조장치(100)의 사시도이다.

도 3과 같이 상기 근력보조장치(100)는 하부링크(10), 상부링크(40), 제1수직링크(20), 제2수직링크(30), 유압신축구동부(70) 및 탄성부재(50)를 포함하여 구성된다.

제1수직링크(20) 또는 제2수직링크(30) 중 어느 하나에는 공구장착브라켓(35)이 장착되고, 다른 하나에는 작업자가 작용할 수 있도록 하는 견착장치 또는 작업자가 등에 멘 지지장치에 장착하는 고정브라켓(미도시)이 연결된다. 본 발명의 실시예를 나타내는 도3 내지 도5의 경우에는 제2수직링크(30)에 공구장착브라켓(35)이 장착되는 것으로 도시하였다.

상기 유압신축구동부(70)는 탄성부재(50)의 일 단부의 위치를 가변시키는 작용을 수행하는 본 발명의 신축구동부의 일 실시예로서, 유압실린더(71)와 피스톤(75)과 탄성부재(50)의 일단부를 피스톤(75)에 결합시키기 위한 고정클립(77)을 포함하여 구성된다. 유압신축구동부(70)의 구성 중 고정클립(77)은 피스톤(75)의 단부 둘레를 따라 요입홈을 형성하여 탄성부재(50)의 일단부를 걸어 고정하는 경우에는 구비하지 않을 수 있다.

이하, 상술한 구성을 가지는 근력보조장치(100)의 결합 구조를 설명한다.

제1수직링크(20)는 하부링크(10)와 상부링크(40)의 서로 대향하는 일측 단부 중 하부링크(10)의 단부에 하단부가 회전 가능하게 힌지 결합되고, 상단부는 상부링크(40)의 단부에 회전 가능하게 힌지 결합된다.

제2수직링크(30)는 하부링크(10)와 상부링크(40)의 서로 대향하는 일측 단부 중 하부링크(10)의 제1수직링크(20)가 결합되지 않은 타측 단부에 하단부가 회전 가능하게 힌지 결합되고, 상단부는 상부링크(40)의 제1수직링크(20)가 결합되지 않은 타측 단부에 회전 가능하게 힌지 결합된다.

상술한 결합에 의해 하부링크(10), 상부링크(40), 제1수직링크(20), 제2수직링크(30)는 변형 가능한 사변형을 이루게 된다.

상기 유압신축구동부(70)는 상부링크(40) 또는 하부링크(10)의 서로 대향하는 면 중 어느 하나의 면에 장착된다. 본 발명의 실시예의 경우에는 하부링크(10)에 장착되는 것으로 하여 설명한다.

그리고 상기 탄성부재(50)는 일단부가 위치 이동 가능하도록 상기 유압신축구동부(70)의 신축되는 피스톤(75)의 단부에 결합되고, 타단부는 사선을 이루도록 상부링크(40)의 저면에 고정된다. 이때 상기 피스톤(75)에 결합되는 탄성부재(50)의 단부는 고정클립(77)을 이용하여 결합되거나, 피스톤(75)에 원주 둘레를 따라 형성되는 요입홈에 걸리어지는 방식 등의 다양한 방식으로 결합될 수 있다.

도 3에는 도시되지 않았으나 상기 유압실린더(71)에는 유압실린더(71)를 구동시키기 위한 스위치(90)가 부착된다.

상술한 바와 같은 결합에 의해 근력보조장치(100)가 변형되는 때에 가해지는 외력에 대응하여 유압신축구동부(70)가 탄성부재(50)의 결합된 단부의 위치를 가변시킴으로써 탄성부재(50)의 탄성력을 가변시키게 되며, 이를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

도 4는 공구 장착 이전의 접혀진 상태를 나타내는 근력보조장치(100)의 사시도이고, 도 5는 공구 장착을 위해 또는 공구 장착 후의 펼쳐진 상태를 나타내는 근력보조장치(100)의 사시도이다.

도 3의 근력보조장치(100)는 공구가 장착되지 않은 상태에서는 탄성부재(50)의 탄성력에 의해 제1수직링크(20)와 제2수직링크(30)가 기울어져 접혀진 상태를 갖는다. 이러한 상태에서 공구를 장착하기 위해서 작업자는 접혀진 근력보조장치(100)를 도 5와 펼쳐야 하는데 이때 유압신축구동부(70)의 유압실린더(71)를 구동시켜 피스톤(75)을 인입시키는 것에 의해 탄성부재(50)의 인장 길이를 감소시켜 펼쳐짐에 대한 반발력을 감소시킨다. 이에 의해 적은 힘으로 용이하게 근력보조장치(100)를 펼칠 수 있게 된다. 근력보조장치(100)가 펼쳐진 후에는 공구장착브라켓(35)에 공구를 장착한 후 작업을 수행하게 된다.

그리고 작업의 수행 중에도 공구의 구동에 의해 하중이 가해지는 경우 이에 반대의 힘을 부가하도록 작업자가 유압실린더(71) 구동을 위한 스위치(90)를 조작하여 탄성부재(50)의 유압신축구동부(70)에 고정된 단부의 위치를 가변시키는 것에 의해 작업 중 발생하는 충격을 완화시킬 수 있다.

상기 근력보조장치(100)는 작업범위를 넓힐 수 있도록 다단으로 연결될 수 있다. 그리고 유압신축구동부(70)가 스크류 방식의 신축구동부를 포함하여 구성될 수 있으며 이러한 구성이 도 6에 도시되어 있다.

도 6은 작업 길이 연장을 위해 다단으로 연결되며, 신축구동부가 스크류신축구동부(80)로된 근력보조장치(100)의 사시도이다.

도 6의 경우 근력보조장치(200)는 도 3의 근력보조장치(100)가 서로 연결 결합되는 형상을 가지는 연결근력보조장치(100A)와 장착근력보조장치(100B)로 구성되어 다단으로 연결구성된다.

연결근력보조장치(100A)는 제1수직링크(20')의 측면에 길이 방향을 따라 단면이 원호를 이루는 힌지축(21)이 돌출 형성되고, 제2수직링크는 측면에 힌치축(21)이 삽입될 수 있도록 원호형으로 요입되는 힌지홈(31)이 형성된다.

장착근력보조장치(100B)는 제1수직링크(20')를 구비하고, 제2수직링크30)는 도 3 내지 도 5의 제2수직링크(30)와 동일한 수직링크를 가진다.

상기 구조에 의해 장착근력보조장치(100B)의 힌지홈(31)에 연결근력보조장치(100A)의 힌지축(21)을 삽입하여 다단으로 연결한다.

이 경우 길이를 연장시키고자 하는 경우에는 다른 연결근력보조장(100A)의 힌지홈(31)이 기 연결된 연결근력보조장치(100A)의 힌지축(21)에 힌지 결합시키는 것에 의해 길이 연장이 가능하다.

이에 의해 도 5의 다단으로 연결된 근력보조장치(200)는 힌지축(21)과 힌지홈(31)을 개재하여 결합됨으로써 서로 상대 회전 가능하게 결합되는 것에 의해 좌우 작업 범위를 확장시킨다. 도 6에서 B는 힌지축의 축방향을 나타내는 것으로서 B선을 중심으로 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전되도록 결합된다.

또한 도 6의 근력보조장치(200)에서 신축구동부는 스크류신축구동부(80)로 구성된다. 상기 스크류신축구동부(80)는 모터(81), 스크류볼트(85) 및 너트관(87)을 포함하여 구성된다.

상기 스크류신축구동부(80)의 모터(81)는 하부링크(10)의 상부면 일측에 고정 장착된다. 그리고 스크류볼트(85)는 모터(81)에 의해 회전 되도록 축결합되고, 너트관(87)은 스크류볼트(85)와 나사결합되어 스크류볼트(85)의 회전 방향에 따라 위치 이동되도록 구성된다. 탄성부재(50)의 하단부는 너트관(87)에 고정 결합되어 너트관(87)의 이동에 따라 위치 이동된다.

그리고 도면에는 도시되지 않았으나 상기 모터(81)들을 구동하기 위한 스위치(90)가 더 구비된다. 이에 의해 도 3의 유압신축구동부(70)를 구비한 경우와 마찬가지로, 작업자는 작업 중 공구에 의해 작용하는 하중을 감소시키는 방향으로 너트관(87)의 위치를 이동시키도록 모터(81)들을 구동시키거나, 공구의 장착을 위해 근력보조장치(200)를 펼치는 경우 탄성부재(50)의 길이를 감소시키는 위치로 너트관(87)을 이동시키도록 모터(81)를 구동시켜 공구 장착작업을 용이하게 수행할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 개시된 유압신축구동부(70)와 스크류신축구동부(80)는 본 발명의 신축구동부의 일 실시예로서, 이에 한정되는 것은 아니며 신축되는 단부를 구비하여 탄성부재(50)의 일 단부의 위치를 가변시키는 작용을 수행하는 다양한 신축장치가 적용될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서 본 발명을 근력보조장치로 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 착용형 또는 비착용식의 산업용 로봇 장치에서 각 관절의 구동 중 부가되는 하중력을 조절할 수 있도록 관절장치 등으로 적용될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

10: 하부링크, 20: 제1수직링크, 30: 상부링크, 35: 공구장착브라켓
40: 제2수직링크, 50: 탄성부재
70: 유압신축구동부, 71: 유압실린더
75: 피스톤, 77: 고정클립
80: 스크류신축구동부, 81: 모터, 85: 스크류볼트, 87: 너트관
90: 스위치

Claims

하부링크;와,
상부링크;와,
하부링크와 상부링크의 일측 단부의 사이를 각각 회전 가능하게 결합시키는 제1수직링크;와,
하부링크와 상부링크의 타측 단부의 사이를 각각 회전 가능하게 결합시키는 제2수직링크;와,
상기 하부링크 또는 상부링크 대향하는 어느 하나의 면에 장착되는 신축구동부;와,
일단은 상기 신축구동부에 위치 이동 가능하게 결합되고, 타단은 탄성부재가 사선방향으로 위치되도록 상기 신축구동부가 장착되지 않은 상기 하부링크 또는 상부링크 중 어느 하나에 고정되는 탄성부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 착용형 근력보조장치.
청구항 1에 있어서, 상기 신축구동부는,
모터;와,
모터에 축결합되어 모터의 회전에 따라 회전되는 스크류볼트;와,
상기 스크류볼트에 나사결합되어 상기 탄성부재의 일단부가 결합되는 너트관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 착용형 근력보조장치.
청구항 1에 있어서, 상기 신축구동부는,
유압실린더;와,
유압실린더에 유압에 의해 인입 또는 인출되도록 장착되고 자유단부에는 상기 탄성부재의 일단부가 결합되는 피스톤;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 착용형 근력보조장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1수직링크 또는 제2수직링크 중 어느 하나에는 공구장착을 위한 공구장착브라켓이 형성되는 것을 특징으로 하는 착용형 근력보조장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신축구동부는,
신축구동을 위한 스위치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 착용형 근력보조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1수직링크의 측면에는 길이 방향을 따라 단면이 원호형상을 가지는 힌지축이 돌출 형성되고,
상기 제2수직링크의 측면에는 길이 방향을 따라 단면이 원호형상을 가지는 힌지홈이 요입 형성되어 연결근력보조장치를 형성하는 것을 특징으로 하는 착용형 근력보조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1수직링크의 측면에는 길이 방향을 따라 단면이 원호형상을 가지는 힌지축이 돌출 형성되어 장착근력보조장치를 형성하는 것을 특징으로 하는 착용형 근력보조장치.