KR20130106970A - 와이어 로프를 이용하는 착용형 근력증폭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어를 이용한 근력증폭장치를 제공한다. 본 발명에 따른 근력증폭장치는, 착용자의 등 부분에 위치하는 메인프레임; 상기 메인프레임에 설치된 구동부; 상기 메인프레임에 의해 지지되며, 관절축에 의해 서로 연결된 제1링크와 제2링크; 상기 제2링크에 장착된 작용풀리; 상기 작용풀리에 감기는 것으로서 각각의 일단은 상기 구동부에 연결되고 타단은 상기 제1링크에 고정되는 제1와이어와 제2와이어; 상기 제1와이어와 상기 제2와이어의 인장방향이 서로 달라지도록 상기 제1링크 또는 상기 제2링크에 설치되며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어가 접하는 부분이 곡면으로 이루어진 방향전환수단을 포함한다.
본 발명에 따르면 구동장치가 관절부로부터 원거리에 설치되므로 구동장치에 가해지는 하중이 줄어들고, 와이어를 통해 동력을 전달하므로 동력전달기구에 의한 하중증가를 최소화할 수 있다.

Description

와이어 로프를 이용하는 근력증폭장치{Human power amplification device using wire rope}

본 발명은 사람의 근력을 보조하는 착용형 근력증폭장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 착용자의 등 부분에 위치하는 프레임에 모터 등의 구동장치를 장착하고 와이어 로프(wire rope)(이하 편의상 '와이어'라 한다)를 이용하여 관절부를 동작시키는 착용형 근력증폭장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업현장에서는 사람을 대신하여 무거운 자재를 이송하는 지게차, 크레인 등의 이송장비가 많이 사용되고 있지만, 이들 장비들은 비교적 넓은 이동공간 또는 설치공간이 요구되므로 그 사용범위가 매우 제한적이다.

따라서 이들 장비들을 사용할 수 없는 작업현장에서는 인력에 의존하여 자재 등을 옮길 수밖에 없는데, 이 경우 사람이 직접 무거운 자재를 옮겨야 하므로 높은 작업강도로 인해 작업능률이 낮음은 물론이고 산해재해의 위험도 매우 높은 문제가 있다.

최근에는 이러한 문제를 개선하기 위하여 작업자의 근력을 보조할 수 있는 근력증폭장치에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 일 예로서 최근 주목받고 있는 착용형 근력증폭장치는 사람이 착용할 수 있는 일종의 외골격 로봇으로서, 근경도센서신호, 힘센서신호, 생체신호 등에 기초하여 착용자가 의도하는 움직임 방향을 인식한 후 모터나 유압/공압실린더 등의 동력원을 이용하여 골격에 해당하는 링크를 설정된 각도 및 속도로 회전시킴으로써 착용자의 근력을 보조하는 역할을 한다.

이러한 착용형 근력증폭장치에서는 모터 등의 구동장치가 대부분 관절부의 근처에 설치되거나 관절부에 직접 설치된다.

이와 같이 관절부의 부근에 구동장치를 설치하는 이유는, 구동장치를 관절부로부터 멀리 설치하여 기어, 벨트 등을 사용하여 관절부로 동력을 전달하면 동력전달효율이 감소하고 동력전달기구로 인해 근력증폭장치의 전체적인 하중이 증가하는 문제가 있기 때문이다. 또한 다관절 장치인 경우 다른 관절을 경유하여 동력이 전달되므로 동력전달기구가 더욱 크고 무거워지는 문제가 있다.

그런데 구동장치를 관절부 또는 그 근처에 설치하면, 구동장치가 링크의 하중뿐만 아니라 다른 구동장치의 하중까지 부담해야 하는 문제가 있고, 이로 인해 보다 무겁고 큰 출력의 구동장치가 필요해져서 장치의 전반적인 무게가 증가하는 문제가 여전히 남아 있다. 또한 구동장치에 요구되는 출력이 증가하면 배터리 등 일부 휴대장치의 하중도 함께 증가할 수밖에 없으므로 장치의 이동성 및 가동시간이 제한되는 문제도 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구동장치를 관절부로부터 비교적 원거리에 설치하여 구동장치에 가해지는 하중부담을 경감하고, 원거리 동력전달에 따른 힘 손실을 최소화하고 동력전달기구를 경량화할 수 있는 근력증폭장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 착용자의 등 부분에 위치하는 메인프레임; 상기 메인프레임에 설치된 구동부; 상기 메인프레임에 의해 지지되며, 관절축에 의해 서로 연결된 제1링크와 제2링크; 상기 제2링크에 장착된 작용풀리; 상기 작용풀리에 감기는 것으로서 각각의 일단은 상기 구동부에 연결되고 타단은 상기 제1링크에 고정되는 제1와이어와 제2와이어; 상기 제1와이어와 상기 제2와이어의 인장방향이 서로 달라지도록 상기 제1링크 또는 상기 제2링크에 설치되며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어가 접하는 부분이 곡면으로 이루어진 방향전환수단을 포함하는 근력증폭장치를 제공한다.

본 발명에 따른 근력증폭장치에서, 상기 작용풀리는 다수 개가 동축상에 설치되어 자유 회전하며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어는 각각 다른 작용풀리에 감기는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 근력증폭장치에서, 상기 방향전환수단은 상기 관절축과 동축에 설치된 방향전환풀리이고, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어는 서로 반대쪽에서 상기 방향전환풀리에 접하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 방향전환풀리는 동축상에 자유 회전하도록 설치된 다수의 풀리를 포함하고, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어는 상기 다수의 풀리의 각각에서 서로 반대쪽에 접하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 근력증폭장치는, 상기 제1링크에 보조풀리가 설치되며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어는 각각 상기 방향전환수단을 거쳐 상기 작용풀리에 감긴 이후에 상기 방향전환수단을 거쳐 상기 보조풀리에 감기고, 이어서 상기 방향전환수단을 거쳐 상기 작용풀리에 감긴 이후에 상기 방향전환수단을 거쳐 상기 제1링크에 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 작용풀리와 상기 보조풀리는 각각 동축상에 자유 회전하도록 설치된 다수의 풀리를 포함하고, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어는 상기 작용풀리 중에서 서로 다른 풀리에 감기는 한편 상기 보조풀리 중에서 서로 다른 풀리에 감기는 것을 특징으로 하는 근력증폭장치

또한 본 발명에 따른 근력증폭장치는, 상기 제1링크에 설치되며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어의 방향을 가이드하는 제1가이드블록; 상기 구동부에 설치되며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어의 방향을 가이드하는 제2가이드블록; 상기 제1와이어와 상기 제2와이어가 각각 삽입되는 것으로서, 일단은 상기 제1가이드블록에 고정되고 타단은 상기 제2가이드블록에 고정되는 제1튜브와 제2튜브를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 근력증폭장치의 상기 구동부는, 회전구동수단; 상기 회전구동수단에 연결된 것으로서, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어가 서로 반대방향으로 감겨지는 구동풀리; 상기 구동풀리의 일측에 설치되며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어의 방향을 가이드하는 가이드수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 근력증폭장치의 상기 구동부는, 선형구동수단; 상기 선형구동수단에 의해 직선운동하며, 일측에 상기 제1와이어가 연결되고 타측에 상기 제2와이어가 연결된 무빙블록; 상기 제2와이어가 감기는 것으로서, 상기 무빙블록의 상기 타측으로부터 이격된 위치에 설치되어 상기 제2와이어를 상기 제1와이어와 같은 방향으로 방향전환하는 가이드수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 근력증폭장치는 구동장치가 관절부로부터 원거리에 설치되므로 구동장치에 가해지는 하중이 줄어들고, 와이어를 통해 동력을 전달하므로 동력전달기구에 의한 하중증가를 최소화할 수 있다. 또한 도르레 원리를 이용함으로써 큰 힘을 효과적으로 전달할 수 있다. 또한 와이어와 튜브를 사용함으로써 구동장치와 관절부를 공간이나 거리에 관계없이 보다 자유롭게 배치할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치를 예시한 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부를 예시한 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부를 예시한 평단면도
도 4는 제1 관절부를 나타낸 사시도
도 5는 제1 관절부에 제1 와이어가 감긴 상태를 나타낸 도면
도 6은 제1 관절부에 제2 와이어가 감긴 상태를 나타낸 도면
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 변형예를 나타낸 도면
도 9는 제1 관절부에 제1와이어와 제2와이어가 함께 감긴 상태를 나타낸 도면
도 10은 제2 관절부를 나타낸 사시도
도 11은 구동부의 다른 실시예를 나타낸 도면

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 착용형 근력증폭장치(100)는 도 1의 사시도에 나타낸 바와 같이, 착용자의 등 부분에 위치하는 메인프레임(110)과 메인프레임(110)의 좌우측에 각각 하나씩 연결된 상지골격(120), 도면에는 나타내지 않았으나 메인프레임(110)의 하부에 연결되는 하지골격을 포함한다.

각 상지골격(120)은 메인프레임(110)에 연결된 제1링크(121), 제1 관절부(150)에 의해 제1링크(121)와 회전 가능하게 연결된 제2링크(122), 제2 관절부(160)에 의해 제2 링크(122)와 회전 가능하게 연결된 제3링크(123)를 포함할 수 있다.

제1 링크(121)는 메인프레임(110)에 고정되거나 메인프레임(110)에 회전가능하게 연결될 수 있다. 또한 다른 링크 또는 연결수단을 통해 메인프레임(110)에 연결될 수도 있다.

제2링크(122)와 제3링크(123)는 각각 인체의 상완(上脘)과 전완(前脘)에 대응되고, 따라서 제1관절부(150)와 제2관절부(160)는 각각 인체의 어깨올림축과 팔꿈치 올림축에 대응된다.

메인프레임(110)에는 각 상지골격(120)의 제1, 제2 관절부(150,160)를 구동시키는 구동부(130)가 설치된다. 좌측 상지골격(120)을 구동시키기 위해서는 제1관절부(150)를 구동시키는 제1 구동부(130a)와 제2관절부(160)를 구동시키는 제2구동부(130b)를 별도로 설치하는 것이 바람직하다. 우측 상지골격(120)의 각 관절부에 대응하는 구동부도 설치되어야 함은 물론이다.

도 2는 제1 구동부(130a)를 나타낸 것으로서, 메인프레임(110)에 연결되는 고정플레이트(131), 고정플레이트(131)의 일측에 장착된 회전구동수단(132), 고정플레이트(131)의 타측에서 회전구동수단(132)의 구동축에 연결된 구동풀리(133), 구동풀리(133)의 일측에 이격되도록 고정플레이트(131)에 장착된 가이드블록(134), 구동풀리(133)와 가이드블록(134)의 사이에 설치되어 자유 회전하는 한 쌍의 가이드풀리(135)를 포함한다.

도 3의 평단면도에 나타낸 바와 같이, 구동풀리(133)에는 제1 와이어(W1)와 제2와이어(W2)가 서로 반대방향으로 감기고, 각 와이어(W1, W2)의 일단은 구동풀리(133)에 고정된다. 따라서 구동풀리(133)를 시계방향으로 회전시키면 제1와이어(W1)는 당겨지고 제2와이어(W2)는 풀리게 되며, 반시계방향으로 회전시키면 제1와이어(W1)는 풀리고 제2와이어(W2)는 당겨지게 된다.

가이드블록(134)에는 2개의 관통홀(137)이 형성되며, 구동풀리(133)에 감긴 각 와이어(W1,W2)는 상기 각 관통홀(137)을 통과하도록 설치된다. 한편 가이드블록(134)의 관통홀(137)은 와이어(W1,W2)의 방향을 가이드하고 튜브(T1,T2)를 고정하기 위한 것이므로 와이어가 삽입되는 홈, 판구조물 등과 같은 다른 것으로 대체될 수 있음은 물론이다.

가이드풀리(135)는 구동풀리(133)가 회전하더라도 구동풀리(133)에 감긴 각 와이어(W1,W2)가 가이드블록(134)의 관통홀(137)에 대해 일정한 방향으로 삽입 또는 인출될 수 있도록 가이드하는 역할을 한다. 가이드풀리(134)를 대신하여 마찰이 적은 재질의 원통이나 경사면, 둥근 모서리를 갖는 블록으로도 와이어(W1,W2)의 인장방향을 가이드할 수도 있음은 물론이다.

한편 구동부(130a, 130b)와 관절부(150,160)의 사이에 장애물이 있거나 근력증폭장치가 동작함에 따라 구동풀리(133)와 관절부(150,160)의 풀리 사이의 거리가 계속 바뀌는 경우에는 각 와이어(W1, W2)가 장력을 잃어 풀리는 문제가 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해서는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 제1, 제2 와이어(W1, W2)를 각각 제1, 제2 튜브(T1, T2)에 삽입하여 사용하는 것이 바람직하다. 이때 각 튜브(T1,T2)는 그 일단을 구동부(130a,130b)에 고정시키고 타단을 관절부(150,160)에 고정시키는 것이 바람직하다.

이와 같이 튜브(T1, T2)의 양단을 고정시키면, 비록 튜브(T1, T2)가 외력에 의해 휘어지더라도 그 길이는 거의 변하지 않기 때문에 각 와이어(W1,W2)는 각 튜브(T1,T2)의 내부에서 일정한 인장력으로 당겨질 수 있게 된다.

구동부(130a,130b)에서는 도면에 나타낸 바와 같이 가이드블록(134)의 관통홀(137)에 각 튜브(T1,T2)의 일단을 삽입한 후 볼트홀(139)로 볼트를 삽입하여 각 튜브(T1,T2)를 고정시킬 수 있다. 각 튜브(T1,T2)의 타단도 비슷한 방법으로 각 관절부(150,160)에 고정시킬 수 있다.

이러한 튜브(T1,T2)는 쉽게 구부러지면서도 길이 방향으로는 잘 압축되지 않는 특징을 가져야 한다. 따라서 각 튜브(T1,T2)는 합성수지 재질이거나, 합성수지 피복의 내측에 얇은 철판이 내장된 것이거나, 일정한 내경을 갖는 인장스프링 형태인 것이 바람직하다. 또한 튜브(T1,T2)의 내부에는 와이어(W1,W2)와의 마찰을 줄이기 위하여 윤활제가 도포될 수도 있고, 접촉면적을 줄이기 위하여 다수의 요철이 형성될 수도 있다.

제1구동부(130a)에 의해 동작하는 제1 관절부(150)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1링크(121), 관절축(151)을 통해 제1링크(122)에 회전 가능하게 연결된 제2 링크(122), 상기 관절축(151)과 동축에 설치된 제1 방향전환풀리(152), 제1링크(121)에 설치된 보조풀리(153), 제2링크(122)에 설치된 작용풀리(154)를 포함한다.

방향전환풀리(152)는 관절축(151)을 중심으로 제2링크(122)를 회전시키는 제1, 제2 와이어(W1,W2)의 인장방향을 결정하는 수단이다.

즉, 도 5에 나타낸 바와 같이 방향전환풀리(152)의 좌상단을 거쳐 작용풀리(154)에 감긴 제1와이어(W1)를 당기면 제2링크(122)는 시계방향으로 회전한다. 또한 도 6에 나타낸 바와 같이 방향전환풀리(152)의 우하단을 거쳐 작용풀리(154)에 감긴 제2와이어(W2)를 당기면 제2링크(122)는 반시계 방향으로 회전한다.

방향전환풀리(152)는 관절축(152)에 구속되지 않고 자유회전하도록 설치되는 것이 바람직하지만, 인장방향을 적절히 결정할 수 있는 것이라면 다른 구조로 대체될 수도 있다. 예를 들어 자유 회전하지 않고 관절축(151)에 구속된 풀리일 수도 있고, 관절축(151)과 동축에 설치되지 않은 풀리일 수도 있다. 또한 방향전환수단이 반드시 풀리에 한정되는 것은 아니므로 적어도 제1, 제2 와이어(W1, W2)가 접하는 부분이 곡면으로 이루어진 고정체일 수도 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 1개의 방향전환풀리(152)로 제1, 제2 와이어(W1, W2)의 인장방향을 결정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니므로 제1와이어(W1)를 위한 방향전환수단과 제2와이어(W2)를 위한 방향전환수단을 따로 설치할 수도 있다.

작용풀리(154)는 제1, 제2 와이어(W1,W2)의 고정부(159)에 대해 움직도르레의 역할을 하며, 이로 인해 구동력을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다. 작용풀리(154)를 다수의 풀리로 구성하여 각 풀리마다 와이어(W1,W2)를 감으면 필요한 구동력을 더욱 줄일 수 있다. 다만 감는 회수가 많아지면 인장해야 할 길이가 늘어나므로 이를 감안하여 감는 회수를 조절해야 할 것이다.

보조풀리(153)는 생략되거나 단순히 방향전환용으로만 사용될 수도 있다. 즉, 도 7에 나타낸 바와 같이 보조풀리(153)를 아예 사용하지 않거나, 도 8에 나타낸 바와 같이 보조풀리(153)에는 와이어(W1,W2)를 감지 않고 방향전환용으로만 사용하고 작용풀리(154)에만 와이어(W1,W2)를 감아도 제2링크(122)를 회전시키는 것이 가능하기 때문이다.

다만 작용풀리(154)에 와이어(W1,W2)를 2회 이상 감기 위해서는 보조풀리(153)를 사용하는 것이 바람직하다.

보조풀리(153)와 작용풀리(154)는 자유회전하도록 설치되는 것이 바람직하지만, 마찰력이 매우 적은 재질이라면 제1, 제2 와이어(W1, W2)가 감기는 부분이 곡면으로 이루어진 고정체일 수도 있다.

한편 제1링크(121)의 일측에는 가이드블록(155)이 설치되며, 가이드블록(155)은 제1, 제2 와이어(W1,W2)가 통과하는 다수의 관통홀(156)을 구비한다. 가이드블록(155)은 앞서 설명한 제1 구동부(130a)의 가이드블록(134)과 마찬가지로 각 와이어(W1,W2)의 인장방향을 일정하게 유지하고 관통홀(156)에 삽입된 튜브(T1,T2)의 타단을 고정하는 역할을 한다.

방향전환풀리(152), 보조풀리(153) 및 작용풀리(154)는 특정 축에 구속되지 않고 자유 회전하도록 설치되는 것이 바람직하다. 특히 본 발명의 실시예에서는 방향전환풀리(152), 보조풀리(153) 및 작용풀리(154)를 모두 4개씩의 자유회전하는 풀리로 구성하였으며, 특히 보조풀리(153)와 작용풀리(154)를 구성하는 각 풀리에는 제1와이어(W1) 또는 제2와이어(W2)가 한번만 감기도록 하였다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니므로 하나의 풀리에 제1와이어(W1)와 제2와이어(W2)가 모두 감길 수도 있다.

이하에서는 제1와이어(W1) 및 제2 와이어(W2)와 제1관절부(150)의 연결구조를 보다 자세히 설명한다.

먼저 제1, 제2 와이어(W1,W2)의 일단은 앞서 설명한 바와 같이 구동풀리(133)에 고정되며, 타단은 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 제1관절부(150)의 가이드블록(155)을 통과한 후 방향전환풀리(152), 작용풀리(154) 및 보조풀리(153)에 소정의 순서로 감긴 다음 고정부(159)에서 가이드블록(155)에 고정된다.

본 발명의 실시예에서 제1와이어(W1)를 제1관절부(150)에 감는 구체적인 방법은 다음과 같다.

먼저 가이드블록(155)을 통과한 제1와이어(W1)를 방향전환풀리(152)의 상단에 감아 방향을 전환한 후에, 방향전환풀리(152)와 작용풀리(154)의 사이를 거쳐 작용풀리(154)에 감고, 다시 방향전환풀리(152)의 상단과 보조풀리(153)의 사이를 거쳐 보조풀리(153)에 감고, 다시 방향전환풀리(152)와 작용풀리(154)의 사이를 거쳐 작용풀리(154)에 감고, 마지막으로 방향전환풀리(152)의 상단을 거쳐 가이드블록(155)에 고정한다.

다만, 제1와이어(W1)를 풀리에 감는 방법이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 관절이 동작하는 동안 작용풀리(154)와 보조풀리(153)를 연결하는 제1와이어(W1)가 방향전환풀리(152)로부터 이탈하지 않게 감을 수 있다면, 작용풀리(154)의 바깥쪽에서부터 방향전환풀리(152)와 작용풀리(154) 사이로 감는 경우나, 먼저 방향전환풀리(152)와 작용풀리(154) 사이를 지나서 작용풀리(154)의 바깥쪽으로 감는 경우가 모두 가능하다.

또한 본 발명의 실시예에서 제2 와이어(W2)를 제1관절부(150)에 감는 구체적인 방법은 다음과 같다.

먼저 가이드블록(155)을 통과한 제2와이어(W2)의 타단을 보조풀리(153)의 상단에 감아서 방향을 전환한 후에 방향전환풀리(152)의 하단에 감고, 방향전환풀리(152)와 작용풀리(154)의 사이를 거쳐 작용풀리(154)에 감고, 다시 방향전환풀리(152)의 하단과 보조풀리(153)의 사이를 거쳐 보조풀리(153)에 감고, 다시 방향전환풀리(152)와 작용풀리(154)의 사이를 거쳐 작용풀리(154)에 감고, 마지막으로 방향전환풀리(152)의 하단과 보조풀리(153)의 상단을 거쳐 가이드블록(155)에 고정한다,

제2와이어(W2)를 풀리에 감는 방법도 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 관절이 동작하는 동안 작용풀리(154)와 보조풀리(153)를 연결하는 제2와이어(W2)가 방향전환풀리(152)로부터 이탈하지 않게 감을 수 있다면, 작용풀리(154)의 바깥쪽에서부터 방향전환풀리(152)와 작용풀리(154) 사이로 감는 경우나, 먼저 방향전환풀리(152)와 작용풀리(154) 사이를 지나서 작용풀리(154)의 바깥쪽으로 감는 경우가 모두 가능하다.

도 5 및 도 6에서 제1와이어(W1)는 방향전환풀리(152)의 좌상단에만 접하고, 제2 와이어(W2)는 우하단에만 접하므로 서로 간섭하지 않음을 알 수 있다. 즉 제1 와이어(W1)와 제2 와이어(W2)가 방향전환풀리(152)의 서로 반대쪽에 접하게 된다. 이때 각 와이어(W1, W2)가 방향전환풀리(152)에 접촉하는 길이는 서로 같은 것이 바람직하다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이 방향전환풀리(152), 보조풀리(153) 및 작용풀리(154)를 동축상에서 각각 자유회전하도록 설치된 다수의 풀리로 구성하면, 제1, 제2 와이어(W1, W2)의 간섭을 방지할 수 있다.

도 9는 4개의 방향전환풀리(152a, 152b, 152c, 152d), 4개의 보조풀리(153a, 153b, 153c, 153d), 4개의 작용풀리(154a, 154b, 154c, 154d)로 이루어진 경우에 제1 및 제2 와이어(W1, W2)를 감는 구체적인 방법을 예시한 것으로서, 도 5 및 도 6을 참조하면서 감는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 제1와이어(W1)는 가이드블록(155)의 상부 관통홀을 통과한 후 제1방향전환풀리(152a)의 상면을 거쳐 제1작용풀리(154a)에 감기고, 이어서 제2방향전환풀리(152b)의 상면을 거쳐 제2보조풀리(153b)에 감기고, 이어서 제3방향전환풀리(152c)의 상면을 거쳐 제3작용풀리(154c)에 감기고, 이어서 제4방향전환풀리(152d)의 상면을 거쳐 가이드블록(155)의 상부 관통홀 중 하나에 고정된다.

그리고 제2와이어(W2)는 가이드블록(155)의 하부 관통홀을 통과한 후 제1보조풀리(153a)의 상면과 제1방향전환풀리(152a)의 하면을 거쳐 제2작용풀리(154b)에 감기고, 이어서 제2방향전환풀리(152b)의 하면을 거쳐 제3보조풀리(153c)에 감기고, 이어서 제3방향전환풀리(152c)의 하면을 거쳐 제4작용풀리(154d)에 감기고, 이어서 제4방향전환풀리(152d)의 하면과 제4보조풀리(153d)의 상면을 거쳐 가이드블록(155)의 하부 관통홀 중 하나에 고정된다.

결국 제1와이어(W1)는 모든 방향전환풀리(152a, 152b, 152c, 152d)의 상면에 접하고, 제2와이어(W2)는 모든 방향전환풀리(152a, 152b, 152c, 152d)의 상면에 접한다. 이와 같이 제1 와이어(W1)와 제2 와이어(W2)가 방향전환풀리(152)의 서로 반대쪽에 접하게 됨으로써 와이어간의 간섭이 방지된다.

또한 제1와이어(W1)는 제1, 제3작용풀리(154a,154c)와 제2보조풀리(153b)에만 감기고, 제2와이어(W2)는 제2, 제4작용풀리(154b,154d)와 제3보조풀리(153b)에만 감기므로 와이어간의 간섭이 방지된다.

이와 같은 방법은 풀리의 개수 및 감는 회수에 따라 달라 질 수 있지만, 위에서 예시한 바와 같이 기본적으로 와이어간의 간섭을 피할 수 있도록 감는 것이 바람직하다.

도 10은 제2관절부(160)를 나타낸 것으로서, 제2링크(122), 관절축(161)을 통해 제2링크(122)에 회전 가능하게 연결된 제3 링크(123), 상기 관절축(161)과 동축에 설치된 방향전환풀리(162), 제2링크(122)에 설치된 보조풀리(163), 제3링크(123)에 설치된 작용풀리(164)를 포함한다.

제2링크(122)의 일측에는 가이드블록(165)이 설치되며, 가이드블록(165)은 와이어가 통과하는 다수의 관통홀(166)을 구비하며, 튜브의 단부를 고정하는 역할을 한다. 제2관절부(160)에서 방향전환풀리(162), 보조풀리(163), 작용풀리(164)의 구조 및 와이어 연결방식은 제1관절부(150)와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 형태로 변형 또는 수정될 수 있다.

예를 들어 도 1의 근력증폭장치(100)는 상지골격(120)만을 나타내었으나, 메인프레임(110)에는 하지골격을 동작시키는 회전구동수단이 장착될 수도 있음은 물론이다.

또한 이상에서는 모터 등의 회전구동수단(132)을 이용하여 와이어(W1,W2)를 선택적으로 인장하였지만, 도 11에 나타낸 바와 같이 선형구동수단(170)을 이용하여 와이어(W1,W2)를 선택적으로 인장하는 것도 가능하다.

즉, 선형구동수단(170)의 샤프트에 연결된 무빙블록(172)의 일측에 제1와이어(W1)를 연결하고, 타측에 제2와이어(W2)를 연결한 상태에서, 제2와이어(W2)를 가이드풀리(174)에 감아서 제1와이어(W1)와 같은 방향으로 배치한다.

이 상태에서 선형구동수단(170)이 무빙블록(172)을 도면상 좌측으로 이동시키면 제2와이어(W2)가 당겨지게 되고, 무빙블록(172)을 도면상 우측으로 이동시키면 제1와이어(W1)가 당겨지게 되므로 회전구동수단(132)을 사용하는 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다. 이 경우에도 가이드풀리(174)를 대신하여 마찰이 적은 재질의 원통이나 경사면, 둥근 모서리를 갖는 블록을 사용하여 제2와이어(W2)의 인장방향을 전환시킬 수 있다.

또한 본 발명은 작업자가 착용한 채 사용하는 착용형 근력증폭장치의 기능 개선을 위하여 고안되었으나, 작업자가 손잡이 등을 잡고 조종하는 다른 형태의 근력증폭장치에도 적용될 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 더욱 다양한 형태로 변형 또는 수정될 수 있으며, 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 포함된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다 할 것이다.

100: 착용형 근력증폭장치 110: 메인프레임
120: 상지골격 121: 제1링크
122: 제2링크 123: 제3링크
130a, 130b: 제1, 제2 구동부 131: 고정플레이트
132: 회전회전구동수단 133: 구동풀리
134: 가이드블록 135: 가이드풀리
137: 관통홀 139: 볼트홀
150: 제1관절부 151: 회전축
152: 방향전환풀리 153: 보조풀리
154: 작용풀리 155: 가이드블록
156: 관통홀 160: 제2관절부
170: 선형구동수단 172: 무빙블록
174: 가이드풀리 T1, T2: 제1, 제2 튜브
W1, W2: 제1, 제2 와이어

Claims (11)

1. 착용자의 등 부분에 위치하는 메인프레임;
   상기 메인프레임에 설치된 구동부;
   상기 메인프레임에 의해 지지되며, 관절축에 의해 서로 연결된 제1링크와 제2링크;
   상기 제2링크에 장착된 작용풀리;
   상기 작용풀리에 감기는 것으로서 각각의 일단은 상기 구동부에 연결되고 타단은 상기 제1링크에 고정되는 제1와이어와 제2와이어;
   상기 제1와이어와 상기 제2와이어의 인장방향이 서로 달라지도록 상기 제1링크 또는 상기 제2링크에 설치되며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어가 접하는 부분이 곡면으로 이루어진 방향전환수단;
   을 포함하는 근력증폭장치
2. 제1항에 있어서,
   상기 작용풀리는 다수 개가 동축상에 설치되어 자유 회전하며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어는 각각 다른 작용풀리에 감기는 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
3. 제1항에 있어서,
   상기 방향전환수단은 상기 관절축과 동축에 설치된 방향전환풀리이고, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어는 서로 반대쪽에서 상기 방향전환풀리에 접하는 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
4. 제3항에 있어서,
   상기 방향전환풀리는 동축상에 자유 회전하도록 설치된 다수의 풀리를 포함하고, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어는 상기 다수의 풀리의 각각에서 서로 반대쪽에 접하는 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1링크에는 보조풀리가 설치되며,
   상기 제1와이어와 상기 제2와이어는 각각 상기 방향전환수단을 거쳐 상기 작용풀리에 감긴 이후에 상기 방향전환수단을 거쳐 상기 보조풀리에 감기고, 이어서 상기 방향전환수단을 거쳐 상기 작용풀리에 감긴 이후에 상기 방향전환수단을 거쳐 상기 제1링크에 고정되는 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
6. 제5항에 있어서,
   상기 작용풀리와 상기 보조풀리는 각각 동축상에 자유 회전하도록 설치된 다수의 풀리를 포함하고, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어는 상기 작용풀리 중에서 서로 다른 풀리에 감기는 한편 상기 보조풀리 중에서 서로 다른 풀리에 감기는 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1링크에 설치되며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어의 방향을 가이드하는 제1가이드블록;
   상기 구동부에 설치되며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어의 방향을 가이드하는 제2가이드블록;
   상기 제1와이어와 상기 제2와이어가 각각 삽입되는 것으로서, 일단은 상기 제1가이드블록에 고정되고 타단은 상기 제2가이드블록에 고정되는 제1튜브와 제2튜브
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1튜브와 제2튜브는 각각 합성수지 재질이거나, 합성수지 피복의 내측에 얇은 철판이 내장된 것이거나, 일정한 내경을 갖는 인장스프링인 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
9. 제7항에 있어서,
   상기 제1튜브와 제2튜브의 내부에는 마찰력을 줄이기 위하여 윤활제가 도포되거나 상기 제1와이어 및 제2와이어와의 접촉면적을 줄이기 위하여 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
10. 제1항에 있어서, 상기 구동부는,
    회전구동수단;
    상기 회전구동수단에 연결된 것으로서, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어가 서로 반대방향으로 감겨지는 구동풀리;
    상기 구동풀리의 일측에 설치되며, 상기 제1와이어와 상기 제2와이어의 방향을 가이드하는 가이드수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 근력증폭장치
11. 제1항에 있어서, 상기 구동부는,
    선형구동수단;
    상기 선형구동수단에 의해 직선운동하며, 일측에 상기 제1와이어가 연결되고 타측에 상기 제2와이어가 연결된 무빙블록;
    상기 제2와이어가 감기는 것으로서, 상기 무빙블록의 상기 타측으로부터 이격된 위치에 설치되어 상기 제2와이어를 상기 제1와이어와 같은 방향으로 전환시키는 가이드수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 근력증폭장치

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