KR20170043116A

KR20170043116A - 착용식 근력 보조 장치

Info

Publication number: KR20170043116A
Application number: KR1020150141940A
Authority: KR
Inventors: 고훈건
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-10-12
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2017-04-21
Also published as: KR101988078B1; CN106562869A; US10328300B2; CN106562869B; US20170100626A1

Abstract

착용자의 배면을 지지하는 베이스부; 베이스부에 회전 가능하게 결합되고 착용자의 하체부와 연결된 레그부; 베이스부와 레그부에 각각 결합된 와이어부; 및 베이스부와 레그부 중 적어도 어느 하나에 마련되고, 와이어부와 결합되며 제어에 따라 와이어부를 당기거나 풀도록 구동되어 착용자의 허리 근력에 보조력을 제공하는 구동부;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 것으로서, 더욱 상세하게는 착용자의 등과 허리 근력을 지지하는 착용식 근력 보조 장치에 관한 것이다.

많은 종류의 작업 장비들이 개발되어 왔음에도 불구하고 다양한 산업 현장에서 여전히 사람이 직접 작업해야만 하는 업무 또는 사람이 작업할 때 효율이 증대되는 업무가 존재한다.

하지만 이러한 작업에는 때로 사람의 신체적 한계를 넘어서는 신체 능력을 요구하는 경우가 발생될 수 있으며, 이 경우 다수의 사람이 함께 공동 작업을 수행하거나 또는 소수의 사람들이 자신의 능력을 넘어서 작업을 수행하게 되는 바, 작업의 효율성이 떨어지고 작업자의 신체 상해가 발생될 수 있는 위험성이 항상 존재한다.

이를 해결하기 위해 작업자가 직접 착용할 수 있으면서 작업자의 움직임에 보조력을 더하는 착용식 로봇이 개발되어 왔는데, 종래의 착용식 로봇의 경우 로봇의 강건성과 작동 안정성을 위해 작업자의 전신을 금속 재질로 감싸도록 함으로써 작업자가 받는 하중을 로봇이 대신 받는 형태로 이루어져 있었다.

하지만 이러한 형태의 착용식 로봇은 다수개의 금속성 링크를 사용하기 때문에 무게 증대에 따른 작업자의 피로감 증대 또는 한정된 자유도로 인한 작업 불안정성을 야기하여왔고, 하중을 로봇이 대신 받게 하도록 하기 위해 로봇의 크기가 커질 수 밖에 없는 문제점이 있어왔던 것이다.

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.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 착용자의 허리 움직임에 대한 보조력을 제공하도록 하여 불필요한 링크 구조를 삭제하고 구조를 간소화 시킨 착용식 근력 보조 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용식 근력 보조 장치는 착용자의 배면을 지지하는 베이스부; 베이스부에 회전 가능하게 결합되고 착용자의 하체부와 연결된 레그부; 베이스부와 레그부에 각각 결합된 와이어부; 및 베이스부와 레그부 중 적어도 어느 하나에 마련되고, 와이어부와 결합되며 제어에 따라 와이어부를 당기거나 풀도록 구동되어 착용자의 허리 근력에 보조력을 제공하는 구동부;를 포함한다.

와이어부에 걸리는 하중을 검출하는 센싱부와 센싱부에서 검출된 값에 따라 와이어부에 설정된 하중이 유지도록 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

베이스부는 착용자의 등과 허리를 지지하도록 소정의 길이를 갖는 서포팅 플레이트를 포함하며, 서포팅 플레이트 중 착용자의 허리에 대응되는 부분은 허리의 곡률을 따라 접하도록 절곡 형성될 수 있다.

레그부의 일단부는 착용자의 전방에서 대퇴부와 접하고 타단부가 베이스부와 회전 가능하게 결합되며 와이어부의 당김시 대퇴부를 가압하도록 회전할 수 있다.

레그부는 한 쌍으로 마련되고, 베이스부는 착용자의 양측방향으로 연장된 뒤 단부가 레그부를 향해 절곡된 한 쌍의 익스텐더를 포함하며, 익스텐더의 절곡된 단부는 레그부와 힌지 결합할 수 있다.

레그부는 한 쌍으로 마련되고, 와이어부는 양단부가 한 쌍의 레그부에 각각 결합된 레그부측 와이어; 및 레그부측 와이어의 양단부 사이와 구동부를 연결하는 구동부측 와이어;를 포함할 수 있다.

와이어부는 레그부측 와이어와 걸림 결합하는 풀리를 더 포함하고, 풀리는 구동부측 와이어의 단부와 결합될 수 있다.

구동부측 와이어에 걸리는 하중을 검출하도록 구동부측 와이어의 단부와 풀리 사이에는 센싱부가 마련될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 착용식 근력 보조 기구는 상체의 굽힘 또는 펴짐시 착용자의 상체와 하체를 연결한 와이어부를 당기거나 풀어서 상체와 하체의 상대 움직임에 보조력을 제공하는 구동부를 포함한다.

그리고 와이어부의 장력을 검출하는 센싱부; 및 와이어부가 설정된 장력을 유지하도록 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 착용식 근력 보조 장치에 따르면, 착용자가 허리를 굽히거나 핌에 있어서 보조력을 제공하게 됨으로써 착용자의 허리에 가해지는 부담을 경감시킬 수 있고, 충격에 의한 허리 손상 발생을 방지할 수 있다.

또한, 전신을 감싸는 로봇 구조와 비교하여 간결한 구조를 가지고 있으며, 구성품의 수를 절감시킬 수 있기 때문에 무게를 감소시키고, 착용자에게 가해지는 하중 부담을 경감시킬 수 있어 작업 피로도 감소 등의 효과를 발생시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 착용시 모습을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 착용자 보행시 작동 모습을 도시한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 착용식 근력 보조 장치에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 착용시 모습을 도시한 도면으로서, 착용자의 배면을 지지하는 베이스부(100); 베이스부(100)에 회전 가능하게 결합되고 착용자의 하체부와 연결된 레그부(200); 베이스부(100)와 레그부(200)에 각각 결합된 와이어부(300); 및 베이스부(100)와 레그부(200) 중 적어도 어느 하나에 마련되고, 와이어부(300)와 결합되며 제어에 따라 와이어부(300)를 당기거나 풀도록 구동되어 착용자의 허리 근력에 보조력을 제공하는 구동부(400);를 포함한다.

또한 와이어부(300)에 걸리는 하중을 검출하는 센싱부(600)와 센싱부(600)에서 검출된 값에 따라 와이어부(300)에 설정된 하중이 유지도록 구동부(400)를 제어하는 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 베이스부(100)는 착용자의 등과 허리를 지지하도록 소정의 길이를 갖는 서포팅 플레이트(110)를 포함하며, 서포팅 플레이트(110) 중 착용자의 허리에 대응되는 부분은 허리의 곡률을 따라 접하도록 절곡 형성될 수 있다.

상기 서포팅 플레이트(110)는 착용자의 척추를 따라 길이를 갖도록 형성될 수 있으며 착용자의 등과 허리에 직접 또는 간접적으로 접촉하여 지지할 수 있도록 함이 바람직하다. 상기 서포팅 플레이트(110)와 착용자의 배면 사이에는 서포팅 플레이트(110)에 결합된 쿠션 등이 더 마련될 수 있다.

또한 상기 서포팅 플레이트(110)는 스트랩, 벨트와 같은 밴딩 수단을 사용하여 착용자의 상체에 고정될 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니며 착용자의 상체와 일체로 고정될 수 있는 다양한 형태의 결합 방법이 사용될 수 있다. 또는 아무런 결합 장치 없이 와이어부(300)의 당김에 따른 가압방식으로 착용자의 배면을 지지할 수도 있다.

상기 서포팅 플레이트(110) 중 착용자의 허리에 대응되는 부분이 허리의 곡률을 따라 접하도록 절곡 형성됨에 따라 서포팅 플레이트(110)가 착용자의 허리부를 강건하게 지지할 수 있고, 착용자의 배면과 접하는 면적이 증가되어 배면 지지 효과가 향상될 수 있다.

한편, 베이스부(100)는 착용자의 양측방향으로 연장된 뒤 단부가 레그부(200)를 향해 절곡된 한 쌍의 익스텐더(120)를 더 포함할 수 있으며, 익스텐더(120)의 절곡된 단부는 레그부(200)와 힌지 결합될 수 있다. 상기 익스텐더(120)는 일단부가 서포팅 플레이트(110)에 결합되어 지지되고 타단부가 착용자의 좌우측으로 각각 연장된 뒤 절곡되어 상기 레그부(200)와 힌지 결합됨이 바람직하다.

익스텐더(120)는 바, 플레이트, 프레임 등 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 익스텐더(120)가 마련됨에 따라 레그부(200)와 베이스부(100)의 결합지점을 다양하게 설정할 수 있는 이점이 있다. 예컨데, 레그부(200)와의 회전 중심이 착용자의 대퇴부와 허리의 굽힘 회전 중심과 일치하게 되도록 결합 위치를 설정할 수 있으며, 또는 허리가 굽혀질 때의 회전이 자유롭게 될 수 있도록 하는 다양한 지점에 힌지 결합 지점이 형성될 수 있다.

한편, 레그부(200)의 일단부는 착용자의 전방에서 대퇴부와 접하고 타단부가 익스텐더(120)와 회전 가능하게 결합되며 와이어부(300)의 당김시 일단부가 대퇴부를 가압하도록 회전하게 됨이 바람직하다. 그리고 레그부(200)는 한 쌍으로 마련되어 각각 착용자의 좌측와 우측 대퇴부에 접하도록 할 수 있고, 각각의 타단부가 한 쌍의 익스텐더(120)에 각각 회전 가능하게 결합될 수 있도록 함이 바람직하다. 물론, 상기 레그부(200)는 반드시 대퇴부뿐만 아니라 착용자의 하체 중 다양한 위치에 다양한 결합수단을 사용하여 결합될 수 있다.

레그부(200)는 서포팅 플레이트(110)와 유사하게 착용자의 대퇴부와 밴딩 결합되어 일체로 이동할 수 있도록 할 수도 있지만, 한 쌍의 레그부(200)의 일단부가 각각 서로 대향하는 방향으로 절곡 형성되고 레그부(200)의 일단부가 대퇴부와 접촉하게 됨으로써 베이스부(100)가 착용자의 배면을 지지할 수 있도록 지지대 역할을 수행할 수 있다.

레그부(200) 또한 바, 플레이트, 프레임 등 다양한 구조를 가질 수 있으며, 와이어부(300)는 당김시 레그부(200)가 힌지 회전 중심에 대해 후방 회전하여 대퇴부를 가압할 수 있도록 레그부(200)에 후방 당김력을 가할 수 있도록 함이 바람직하다.

한편, 와이어부(300)는 양단부가 한 쌍의 레그부(200)에 각각 결합된 레그부측 와이어(320); 및 레그부측 와이어(320)의 양단부 사이와 구동부(400)를 연결하는 구동부측 와이어(310);를 더 포함할 수 있다. 또한 와이어부(300)는 레그부측 와이어(320)와 걸림 결합하는 풀리(330)를 더 포함하고, 풀리(330)는 구동부측 와이어(310)의 단부와 결합될 수 있다.

레그부측 와이어(320)의 양단부가 한 쌍의 레그부(200)에 각각 결합되어 착용자의 보행이 가능하게 될 수 있으며, 구동부측 와이어(310)의 일단부는 레그부측 와이어(200)에 연결되고 구동부측 와이어(310)의 타단부는 구동부(400)에 연결될 수 있다. 구체적으로는 레그부측 와이어(320)와 구동부측 와이어(310) 간에 풀리(330)를 통해 연결이 이루어 짐으로써 구동부측 와이어(310)의 당김력이 레그부(200)에 전달 될 수 있으면서도 레그부측 와이어(320)의 이동이 독립적으로 이루어 질 수도 있게 되어 착용자의 허리 지지와 보행이 모두 가능하게 될 수 있다.

한편, 구동부측 와이어(310)에 걸리는 하중을 검출하도록 구동부측 와이어(310)의 단부와 풀리(330) 사이에는 센싱부(600)가 마련될 수 있다.

상기 센싱부(600)는 구동부측 와이어(310)의 당김 발생시 가압되어 장력의 증가를 검출 할 수 있는 로드셀이 사용될 수도 있고, 또는 스트레인 게이지를 이용하여 구동부측 와이어(310)의 장력을 검출할 수도 있다. 로드셀을 사용하는 경우 상기 로드셀의 일면이 레그부측 와이어(320) 측에 지지되고 타면이 구동부측 와이어(310) 측에 접하여 지지되며 구동부측 와이어(310)의 당김시 로드셀의 일면 측 방향으로 당김이 가해지도록 함으로써 로드셀이 가압되고 장력의 증가가 검출될 수 있도록 구성할 수 있다. 물론 이는 하나의 실시예이며, 로드셀을 이용한 연결 구조는 다양하게 설정될 수 있고 로드셀이나 스트레인 게이지를 사용한 예 외에도 다양한 형태의 장력 검출 수단이 사용 될 수 있다.

이에 더해, 상기 구동부(400)는 바람직하게는 모터가 됨이 바람직하며, 제어부(500)의 제어에 의해 구동부측 와이어(310)를 감거나 풀도록 구동될 수 있다. 상기 구동부(400)는 모터 외에도 구동부측 와이어(310)를 당기거나 릴리즈 시킬 수 있는 다양한 수단이 사용될 수 있는데, 예컨데 유압 실린더와 같은 실린더 형태의 구동 수단을 사용하여 압축 또는 신장에 따라 구동부측 와이어(310)가 당겨지거나 릴리즈 될 수 있도록 할 수 있다. 상기 구동부(400)에는 다양한 실시예의 적용이 가능하다.

이제, 전술한 구성들을 이용하여 본 출원의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 작동 과정을 설명하자면, 착용자가 허리를 굽히게 되는 경우 레그부(200)가 대퇴부에 의해 후방 회전이 저지되어 구동부측 와이어(310)에 인장력이 발생된다. 이는 구동부측 와이어(310)의 장력을 증가시키고 센싱부(600)는 이를 감지하여 제어부(500)에 장력값을 송신할 수 있다. 제어부(500)는 구동부측 와이어(310)의 장력 증가를 검출하고 구동부측 와이어(310)의 장력이 상시 설정된 장력값으로 유지되도록 구동부(400)가 구동부측 와이어(310)를 풀도록 제어한다.

반면, 착용자가 허리를 피는 경우, 구동부측 와이어(310)의 장력은 느슨해지며, 감소된 장력을 증가시키도록 구동부(400)는 구동부측 와이어(310)를 감게 된다. 구동부측 와이어(310)가 감겨져 당김이 발생됨에 따라 풀리(330)가 구동부(400) 측으로 이동하게 되며, 풀리(330)에 걸린 레그부측 와이어(320)는 구동부(400) 측으로 당겨지게 되고, 이는 각각의 레그부(200)를 후방으로 회전시키게 한다. 레그부(200)가 후방 회전하다가 대퇴부에 의해 회전이 저지되면 그에 대한 반력으로 베이스부(100)가 착용자의 배면에 전방으로의 하중을 가하게 되고 장력이 설정된 장력값으로 유지되면서 베이스부(100)가 착용자의 배면을 지지하게 된다. 따라서 상체와 하체의 상대 움직임에 대해 보조력을 제공할 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용식 근력 보조 장치의 착용자 보행시 작동 모습을 도시한 도면으로서, 레그부측 와이어(320)가 서로 연결되어 있고 구동부측 와이어(310)와는 풀리(330)로 연결되어 있기 때문에 구동부측 와이어(310)가 레그부측 와이어(320)를 당기는 작동과는 별개로 장력값을 유지한 상태로 착용자의 보행이 가능하게 될 수 있다. 예를 들어 착용자가 좌측 다리를 전방 이동시키는 경우 좌측 다리에 연결된 좌측 레그부(200a)도 전방 회전하게 되고 좌측 레그부(200a)와 연결된 레그부측 와이어(320)의 일단부가 타단부를 당기게 된다. 이 당김력은 우측 레그부(200b)의 당김으로 전달되고 우측 레그부(200b)는 반대로 후방 회전력을 받게 되어 우측 다리에 후방으로의 가압력을 제공하게 되는 것이다. 따라서 착용자는 구동부측 와이어(310)에 의한 장력을 유지한 상태로 보행이 가능하게 되는 것이며, 이를 통해 착용자의 자유로운 이동과 허리 보조력 제공의 효과를 함께 제공해 줄 수 있게 된다.

또한, 착용자의 자유로운 보행을 가능하게 함으로써 작업의 용이성을 증가시킬 수 있다.

본 발명은 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 : 베이스부 110 : 서포팅 플레이트
120 : 익스텐더 200 : 레그부
200a : 좌측 레그부 200b : 우측 레그부
300 : 와이어부 310 : 구동부측 와이어
320 : 레그부측 와이어 330 : 풀리
400 : 구동부 500 : 제어부
600 : 센싱부

Claims

착용자의 배면을 지지하는 베이스부;
베이스부에 회전 가능하게 결합되고 착용자의 하체부와 연결된 레그부;
베이스부와 레그부에 각각 결합된 와이어부; 및
베이스부와 레그부 중 적어도 어느 하나에 마련되고, 와이어부와 결합되며 제어에 따라 와이어부를 당기거나 풀도록 구동되어 착용자의 허리 근력에 보조력을 제공하는 구동부;를 포함하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
와이어부에 걸리는 하중을 검출하는 센싱부와 센싱부에서 검출된 값에 따라 와이어부에 설정된 하중이 유지도록 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
베이스부는 착용자의 등과 허리를 지지하도록 소정의 길이를 갖는 서포팅 플레이트를 포함하며, 서포팅 플레이트 중 착용자의 허리에 대응되는 부분은 허리의 곡률을 따라 접하도록 절곡 형성된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
레그부의 일단부는 착용자의 전방에서 대퇴부와 접하고 타단부가 베이스부와 회전 가능하게 결합되며 와이어부의 당김시 대퇴부를 가압하도록 회전하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
레그부는 한 쌍으로 마련되고, 베이스부는 착용자의 양측방향으로 연장된 뒤 단부가 레그부를 향해 절곡된 한 쌍의 익스텐더를 포함하며, 익스텐더의 절곡된 단부는 레그부와 힌지 결합한 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 1에 있어서,
레그부는 한 쌍으로 마련되고, 와이어부는 양단부가 한 쌍의 레그부에 각각 결합된 레그부측 와이어; 및 레그부측 와이어의 양단부 사이와 구동부를 연결하는 구동부측 와이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 6에 있어서,
와이어부는 레그부측 와이어와 걸림 결합하는 풀리를 더 포함하고, 풀리는 구동부측 와이어의 단부와 결합된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
청구항 6에 있어서,
구동부측 와이어에 걸리는 하중을 검출하도록 구동부측 와이어의 단부와 풀리 사이에는 센싱부가 마련된 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 장치.
상체의 굽힘 또는 펴짐시 착용자의 상체와 하체를 연결한 와이어부를 당기거나 풀어서 상체와 하체의 상대 움직임에 보조력을 제공하는 구동부를 포함하는 착용식 근력 보조 기구.
청구항 9에 있어서,
와이어부의 장력을 검출하는 센싱부; 및 와이어부가 설정된 장력을 유지하도록 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용식 근력 보조 기구.
착용자의 배면을 지지하는 베이스부;
베이스부에 회전 가능하게 결합되고 착용자의 좌측 또는 우측 하체부와 각각 연결된 한 쌍의 레그부;
양단부가 한 쌍의 레그부에 각각 결합된 레그부측 와이어;
일단부가 레그부측 와이어의 양단부 사이에 결합된 구동부측 와이어;
구동부측 와이어의 타단부와 결합되며 제어에 따라 구동부측 와이어를 당기거나 풀도록 구동되어 착용자의 허리 근력에 보조력을 제공하는 구동부;
구동부측 와이어의 장력을 검출하는 센싱부; 및
구동부측 와이어가 설정된 장력을 유지하도록 구동부를 제어하는 제어부;를 포함하는 착용식 근력 보조 장치.