KR20180099982A

KR20180099982A - 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치

Info

Publication number: KR20180099982A
Application number: KR1020170025955A
Authority: KR
Inventors: 박철훈; 손영수; 홍두의; 최경준; 박성준; 함상용; 최상규
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-09-06
Also published as: KR101922556B1

Abstract

본 발명은 팔이나 다리와 같은 신체부위에 착용함으로써, 형상기억합금 스프링의 수축 또는 이완 작용을 이용하여 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작, 버티는 상황에 대해 도움을 줄 수 있는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치에 관한 것이다.
이를 위해 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 제1신체부위에 결합되는 제1결합유닛과, 관절을 기준으로 상기 제1신체부위의 반대 방향에 배치되는 제2신체부위에 결합되는 제2결합유닛과, 열에 반응하면서 형상이 변형되는 형상기억합금 스프링 단위체를 갖는 열반응구동유닛과, 형상기억합금 스프링 단위체의 형상 변형을 위한 동작의도정보를 감지하는 의도인식센서 및 동작의도정보를 바탕으로 형상기억합금 스프링 단위체의 형상 변형을 위한 전류를 제어하는 열반응제어유닛을 포함한다.

Description

형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치{MUSCULAR STRENGTH ASSISTANCE DEVICE USING THE SHAPE MEMORY ALLOY SPRING}

본 발명은 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 팔이나 다리와 같은 신체부위에 착용함으로써, 형상기억합금 스프링의 수축 또는 이완 작용을 이용하여 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작, 버티는 상황에 대해 도움을 줄 수 있는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산업 현장의 근로자, 하역근로자, 택배근로자 등은 무거운 중량의 물체를 반복적으로 들고 이동하는 동작을 수행하는 경우가 많다.

이러한 작업은 여러 사람의 인력이 요구되거나 현장 상황에 따라 중장비나 기중기, 도르래 등의 보조장비가 사용되어야 하는 불편이 있다. 또한, 사람이 직접 작업할 경우에는 높은 작업 강도로 인해 근로자의 피로 증가와 작업능률의 저하는 물론이고, 근골격계 손상 등의 산업재해와 관련 직종의 기피 현상에 대한 문제가 있으며, 보조장비를 사용할 경우에는 비교적 넓은 이동공간이나 설치공간이 필요하므로, 사용범위가 제한적인 문제가 있다.

이러한 문제로 인해 최근에는 모터나 유/공압 실린더 등의 액추에이터를 이용하여 추가적인 힘을 지원할 수 있는 근력보조로봇의 필요성이 대두하고 있다.

종래의 근력보조로봇은 액츄에이터에 의해 동작하는 관절기구를 사람이 착용하거나 탑승하여 사용하는 것으로서, 액츄에이터의 도움으로 사용자가 낼 수 있는 힘보다 훨씬 큰 힘을 낼 수 있도록 해주는 로봇을 의미한다.

하지만, 종래의 근력보조로봇의 관절 회동부 제어를 위해서는 로봇 제작간, 조립간, 운용간 변경되는 로봇의 물성정보를 정확히 도출하는 것이 현실적으로 불가능하고, 토크에 근거한 동작지령을 생성하기 위한 연산시간이 과다하게 소요되는 문제점이 있었다. 이러한 연산시간의 과다한 소요로 인하여 로봇 구동간 시간지연을 유발하게 되고, 이로 인하여 착용자로 하여금 착용상의 이질감으로 느끼게 하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1496417호 (무릎관절용 근력보조로봇 및 이의 제어방법, 2015. 02. 26. 공고)

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 팔이나 다리와 같은 신체부위에 착용함으로써, 형상기억합금 스프링의 수축 또는 이완 작용을 이용하여 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작, 버티는 상황에 대해 도움을 줄 수 있는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치를 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 제1신체부위에 결합되는 제1결합유닛; 관절을 기준으로 상기 제1신체부위의 반대 방향에 배치되는 제2신체부위에 결합되는 제2결합유닛; 상기 제1결합유닛과 상기 제2결합유닛을 연결하되, 열에 반응하면서 형상이 변형되는 형상기억합금 스프링 단위체를 갖는 열반응구동유닛; 상기 형상기억합금 스프링 단위체의 형상 변형을 위한 동작의도정보를 감지하는 의도인식센서; 및 상기 동작의도정보를 바탕으로 상기 형상기억합금 스프링 단위체의 형상 변형을 위한 전류를 제어하는 열반응제어유닛;을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 열반응구동유닛은, 상기 형상기억합금 스프링 단위체와 연결되어 함께 변형되는 케이싱유닛;을 포함하고, 상기 케이싱유닛에는, 상기 형상기억합금 스프링 단위체가 내장되는 내부공간이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 케이싱유닛에는, 상기 형상기억합금 스프링 단위체의 형상 변형에 따라 공기가 통과되도록 통기공이 관통 형성될 수 있다.

여기서, 상기 열반응구동유닛의 일측과 상기 제1결합유닛을 연결하는 제1지지부재; 및 상기 열반응구동유닛의 타측과 상기 제2결합유닛을 연결하는 제2지지부재;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 상기 관절과 상기 제1결합유닛 사이에서 상기 제1신체부위에 결합되어 상기 열반응구동유닛에 연결되는 제3결합유닛; 및 상기 관절과 상기 제2결합유닛 사이에서 상기 제2신체부위에 결합되어 상기 열반응구동유닛에 연결되는 제4결합유닛; 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 열반응구동유닛은, 상기 의도인식센서에서 감지되는 동작의도정보를 바탕으로 공급되는 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제1형상기억합금 스프링 단위체와, 상기 제1형상기억합금 스프링 단위체와 연결되어 함께 변형되되 상기 제1형상기억합금 스프링 단위체가 내장되는 제1내부공간이 형성된 제1케이싱유닛을 갖는 제1열반응구동유닛; 상기 의도인식센서에서 감지되는 동작의도정보를 바탕으로 공급되는 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제2형상기억합금 스프링 단위체와, 상기 제2형상기억합금 스프링 단위체와 연결되어 함께 변형되되 상기 제2형상기억합금 스프링 단위체가 내장되는 제2내부공간이 형성된 제2케이싱유닛을 갖는 제2열반응구동유닛; 및 상기 제1내부공간과 상기 제2내부공간을 연통시키기 위해 상기 제1케이싱유닛과 상기 제2케이싱유닛을 연결하기 위한 유체이동관;을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 유체이동관은, 상기 제1케이싱유닛에 연결되는 제1이동관; 상기 제2케이싱유닛에 연결되는 제2이동관; 및 상기 제1이동관과 상기 제2이동관을 연결하되, 상기 제1결합유닛과 결합되는 제3이동관;을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 형상기억합금 스프링 단위체는 형상기억합금 재질로 제작되는 형상기억합금 스프링을 포함할 수 있다.

또한, 상기 형상기억합금 스프링 단위체는 상기 형상기억합금 스프링에 열을 공급하기 위한 저항선; 및 상기 형상기억합금 스프링과 상기 저항선 사이에 배치되어 상기 형상기억합금 스프링과 상기 저항선을 전기적으로 절연시키는 절연부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 열반응제어유닛은, 상기 저항선에 연결되어 상기 저항선에 전류를 공급하는 전류드라이버; 및 상기 동작의도정보에 따라 상기 전류드라이버에서 상기 저항선에 공급하는 전류를 제어하는 전류제어유닛;을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치에 따르면, 팔이나 다리와 같은 신체부위에 착용함으로써, 형상기억합금 스프링의 수축 또는 이완 작용을 이용하여 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작, 버티는 상황에 대해 도움을 줄 수 있다.

또한, 본 발명은 근력보조장치의 제어에 있어서, 연산시간을 최소화시키고, 장치의 구동에 시간지연이 발생되는 것을 방지하며, 근력보조장치가 설치되는 신체부위의 자연스러운 움직임을 유도하여 사용자로 하여금 착용 상의 이질감을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명은 케이싱유닛을 통해 형상기억합금 스프링을 보호하면서도 케이싱유닛의 체적 변화에도 불구하고 열반응구동유닛의 형상 변형을 자유롭게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 결합유닛들의 구성 및 배치를 통해 사용자의 근육과 유사한 위치에 열반응구동유닛을 배치하여 신체부위의 움직임을 방해하지 않고, 가볍고 부드러운 근력보조장치를 신체부위에 간편하게 착용할 수 있다.

또한, 본 발명은 제1열반응구동유닛과 제2열반응구동유닛의 내부에 존재하는 냉각유체가 상호 이동되도록 하는 길항 구조를 가짐으로써, 근력보조장치가 간단한 구조를 가지면서 빠른 동작 속도를 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명은 유체이동관을 매개로 두 개의 열반응구동유닛이 연결됨으로써, 실제 근육의 움직임과의 유사도를 증대시키고, 열반응구동유닛의 수축과 이완을 도와 관절 운동을 용이하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 유체이동관과 결합유닛 사이의 결합을 통해 열반응구동유닛의 결합을 안정화시키고, 유체이동관과 열반응구동유닛과 결합유닛 사이의 결합을 견고하게 할 수 있으며, 냉각유체의 이동을 부드럽게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 형상기억합금 스프링과 저항선 및 냉각유체 사이를 전기적으로 절연시키고, 신체부위로 전류가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 형상기억합금 스프링의 큰 파워밀도를 이용하므로, 신체부위의 관절 운동에 대해 큰 변위를 발생시키고, 근력보조장치의 소형화, 경량화, 무소음화에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명은 열반응제어유닛을 통해 실제 근육의 변위에 대응하면서 열반응구동유닛의 변위를 빠르고 정확하게 제어할 수 있다.

또한, 본 발명은 팔 또는 다리와 같이 관절을 기준으로 상대 운동되는 신체부위에 간편하게 착용할 수 있고, 근력보조장치의 활용도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치에서 제1열반응구동유닛의 수축 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치에서 제1열반응구동유닛의 수축 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치에서 제1열반응구동유닛의 수축 상태를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.

본 발명의 각 실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 팔에 착용하는 것으로 설명한다. 본 발명의 각 실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치가 팔에 착용되는 경우, 위팔인 상박부는 제1신체부위(BU)에 대응되고, 팔뚝인 하박부는 제2신체부위(BD)에 대응되며, 팔꿈치관절은 관절(BJ)에 대응된다.

도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치에 대하여 설명한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 팔에 착용하여 형상기억합금 스프링(411)의 수축 또는 이완 작용을 이용하여 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작, 버티는 상황에 대해 도움을 줄 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 제1결합유닛(10)과, 제2결합유닛(20)과, 열반응구동유닛과, 의도인식센서(30)와, 열반응제어유닛을 포함한다.

상기 제1결합유닛(10)은 제1신체부위(BU)에 결합된다.

상기 제1결합유닛(10)은 상기 제1신체부위(BU)를 감싸는 형태로 배치되는 제1밴드부(11)를 포함하고, 상기 제1밴드부(11)가 상기 제1신체부위(BU)를 감싸는 상태에서 상기 제1밴드부(11)를 상기 제1신체부위(BU)에 고정시키는 제1결합부(12)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1밴드부(11)는 밴드 형태로 상기 제1신체부위(BU)를 감쌀 수 있다. 상기 제1밴드부(11)는 링 형상의 고무와 같이 탄성을 갖는 재질로 이루어져 상기 제1신체부위(BU)에 직접 착용할 수 있다.

상기 제1결합부(12)는 결합을 위해 상기 제1밴드부(11)에 구비된다. 상기 제1결합부(12)는 벨크로, 클립, 고리 등으로 이루어질 수 있다. 그러면, 상기 제1결합부(12)는 벨크로 결합, 억지끼움 결합, 후크 결합 등의 방식으로 결합될 수 있다. 상기 제1밴드부(11)가 상기 제1신체부위(BU)를 감싸는 상태에서 상기 제1결합부(12)는 상기 제1밴드부(11)를 상기 제1신체부위(BU)에 고정시킬 수 있다.

이때, 근력보조장치는 상기 열반응구동유닛의 일측과 상기 제1결합유닛(10)(또는 상기 제1밴드부(11))을 연결하는 제1지지부재를 포함할 수 있다.

상기 제1지지부재는 와이어 형태로 상기 열반응구동유닛의 일측과 상기 제1밴드부(11)를 연결할 수 있다. 상기 제1지지부재는 상기 열반응구동유닛의 형상 변형에 대응하여 길이가 가변될 수 있다.

상기 제1지지부재는 상기 제1열반응구동유닛(40a)의 일측과 상기 제1결합유닛(10)(또는 상기 제1밴드부(11))를 연결하는 제1전방지지부재(131)와, 상기 제2열반응구동유닛(40b)의 일측과 상기 제1결합유닛(10)(또는 상기 제1밴드부(11))을 연결하는 제1후방지지부재(132)를 포함할 수 있다.

상기 제2결합유닛(20)은 제2신체부위(BD)에 결합된다. 상기 제2신체부위(BD)는 관절을 기준으로 상기 제1신체부위(BU)의 반대 방향에 배치된다.

상기 제2결합유닛(20)은 상기 제2신체부위(BD)를 감싸는 형태로 배치되는 제2밴드부(21)를 포함하고, 상기 제2밴드부(21)가 상기 제2신체부위(BD)를 감싸는 상태에서 상기 제2밴드부(21)를 상기 제2신체부위(BD)에 고정시키는 제2결합부(22)를 더 포함할 수 있다.

상기 제2밴드부(21)는 밴드 형태로 상기 제2신체부위(BD)를 감쌀 수 있다. 상기 제2밴드부(21)는 링 형상의 고무와 같이 탄성을 갖는 재질로 이루어져 상기 제2신체부위(BD)에 직접 착용할 수 있다.

상기 제2결합부(22)는 결합을 위해 상기 제2밴드부(21)에 구비된다. 상기 제2결합부(22)는 벨크로, 클립, 고리 등으로 이루어질 수 있다. 그러면, 상기 제2결합부(22)는 벨크로 결합, 억지끼움 결합, 후크 결합 등의 방식으로 결합될 수 있다. 상기 제2밴드부(21)가 상기 제2신체부위(BD)를 감싸는 상태에서 상기 제2결합부(22)는 상기 제2밴드부(21)를 상기 제2신체부위(BD)에 고정시킬 수 있다.

이때, 근력보조장치는 상기 열반응구동유닛의 타측과 상기 제2결합유닛(20)(또는 상기 제2밴드부(21))을 연결하는 제2지지부재를 포함할 수 있다.

상기 제2지지부재는 와이어 형태로 상기 열반응구동유닛의 타측과 상기 제2밴드부(21)를 연결할 수 있다. 상기 제2지지부재는 상기 열반응구동유닛의 형상 변형에 대응하여 길이가 가변될 수 있다.

상기 제2지지부재는 상기 제1열반응구동유닛(40a)의 타측과 상기 제2결합유닛(20)(또는 상기 제2밴드부(21))를 연결하는 제2전방지지부재(231)와, 상기 제2열반응구동유닛(40b)의 타측과 상기 제2결합유닛(20)(또는 상기 제2밴드부(21))을 연결하는 제2후방지지부재(232)를 포함할 수 있다.

상기 열반응구동유닛은 상기 제1결합유닛(10)과 상기 제2결합유닛(20)을 연결하되, 상기 제1신체부위(BU)와 상기 제2신체부위(BD)의 움직임에 대응하여 열에 반응하면서 형상이 변형된다. 상기 열반응구동유닛은 열에 반응하면서 신체부위의 길이 방향을 따라 수축 또는 이완될 수 있다.

상기 열반응구동유닛은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 형상기억합금 스프링 단위체(41)를 포함한다. 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)는 하나로 구비되거나, 둘 이상이 병렬로 배치되어 팔에 전해지는 하중을 수용할 수 있다.

상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)는 형상기억합금 재질로 제작되는 형상기억합금 스프링(411)과, 상기 형상기억합금 스프링(411)에 열을 공급하기 위한 저항선(412)과, 상기 형상기억합금 스프링(411)과 상기 저항선(412) 사이에 배치되어 상기 형상기억합금 스프링(411)과 상기 저항선(412)을 전기적으로 절연시키는 절연부재(413)를 포함할 수 있다.

상기 형상기억합금 스프링(411)은 형상기억합금 재질의 와이어가 스프링 가공을 통하여 구현될 수 있고, 상기 저항선(412)을 통해 공급되는 열에 의하여 수축 또는 이완될 수 있다. 상기 저항선(412)은 상기 형상기억합금 스프링(411)에 권취될 수 있다. 상기 형상기억합금 스프링(411)은 열에 의하여 반응하는 다양한 열반응 물질, 예를 들면, 형상기억수지(shape memory resin), 형상기억고분자(shape memory polymer, SMP), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아미드(polyamide), 나일론(nylon) 등으로 제작될 수 있다.

상기 열반응구동유닛은 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)와 연결되어 함께 변형되는 케이싱유닛을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 케이싱유닛에는 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)가 내장되는 내부공간이 형성되어 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)를 보호하면서 형상 변형을 간편하게 한다. 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 형상 변형에 대응하여 상기 케이싱유닛도 함께 변형되므로, 상기 케이싱유닛은 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)에 간섭되지 않게 된다.

여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 상기 케이싱유닛에는 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 형상 변형에 따라 공기가 통과되도록 통기공(423a)이 관통 형성되므로, 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 형상 변형에 따라 상기 케이싱유닛의 형상 변형을 원활하게 하고, 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 반응 속도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상기 열반응구동유닛은 둘 이상이 상호 이격된 상태로 배치되어 일측은 상기 제1결합유닛(10)에 결합되고, 타측은 상기 제2결합유닛(20)에 결합된다.

본 발명의 제1실시예에서 상기 열반응구동유닛은 제1열반응구동유닛(40a)과, 제2열반응구동유닛(40b)으로 구분할 수 있다. 이에 따라 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)는 상기 제1열반응구동유닛(40a)에 포함되는 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)와, 상기 제2열반응구동유닛(40b)에 포함되는 제2형상기억합금 스프링 단위체(41b)로 구분할 수 있다. 또한, 상기 케이싱유닛은 상기 제1열반응구동유닛(40a)에 포함되는 제1케이싱유닛(420a)과, 상기 제2열반응구동유닛(40b)에 포함되는 제2케이싱유닛(420b)으로 구분할 수 있다.

그러면, 상기 제1열반응구동유닛(40a)은 상기 의도인식센서(30)에서 감지되는 동작의도정보를 바탕으로 공급되는 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)와, 상기 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)와 연결되어 함께 변형되는 제1케이싱유닛(420a)을 가질 수 있다. 여기서, 상기 제1케이싱유닛(420a)에는 상기 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)가 내장되는 제1내부공간(42a)이 형성된다. 또한, 상기 제1케이싱유닛(420a)에는 상술한 통기공(423a)이 관통 형성되도록 한다.

상기 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)는 상술한 형상기억합금 스프링 단위체와 동일한 구성으로 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 제1케이싱유닛(420a)은 신축 가능한 신축관(423)과, 상기 신축관(423)의 일단에 배치되는 제1마개(421)와, 상기 신축관(423)의 타단에 배치되는 제2마개(422)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 신축관(423)에는 상기 통기공(423a)이 구비되도록 한다.

본 발명의 제1실시예에서 상기 신축관(423)은 벨로우즈관이 사용되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 신축관(423)이 외력에 의하여 변형 가능한 재질 또는 구조를 가지면 어떠한 형태라도 무방하다.

상기 제1마개(421)는 상기 신축관(423)의 일측과 기밀하게 결합되고, 상기 제2마개(422)는 상기 신축관(423)의 타측과 기밀하게 결합되어, 상기 케이싱유닛의 내부에 상기 내부공간을 형성하게 된다.

상기 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)의 일단은 상기 제1마개(421)를 관통하면서 후술하는 전류드라이버(52)와 연결되고, 상기 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)의 타단은 상기 제2마개(422)를 관통하면서 후술하는 전류드라이버(52)와 연결된다. 또한, 상기 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)의 일단은 상기 제1마개(421)와 결합되고, 상기 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)의 타단은 상기 제2마개(422)와 결합된다.

상기 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)의 수축 또는 이완시 상기 형상기억합금 스프링(411)의 길이 방향을 따라 상기 제1마개(421) 및 상기 제2마개(422)가 함께 이동하게 되고, 상기 제1마개(421) 및 상기 제2마개(422)가 이동함으로써 상기 제1마개(421) 및 상기 제2마개(422)와 결합된 상기 신축관(423)이 수축 또는 이완하게 된다.

상기 제1마개(421)와 상기 제2마개(422)는 상기 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)의 온도 변화를 견딜 수 있는 내열성을 가지는 것이 바람직하다.

물론, 본 발명의 제1실시예는 이에 한정되지 않고, 상기 제1형상기억합금 스프링 단위체(41a)의 일단이 관통하는 관통홀 및 제1상기 형상기억합금 스프링 단위체(41a)의 타단이 관통하는 관통홀 상에는 실링부재(미도시)가 설치될 수 있을 것이다.

또한, 상기 제2열반응구동유닛(40b)은 상기 의도인식센서(30)에서 감지되는 동작의도정보를 바탕으로 공급되는 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제2형상기억합금 스프링 단위체(41b)와, 상기 제2형상기억합금 스프링 단위체(41b)와 연결되어 함께 변형되는 제2케이싱유닛(420b)을 가질 수 있다. 여기서, 상기 제2케이싱유닛(420b)에는 상기 제2형상기억합금 스프링 단위체(41b)가 내장되는 제2내부공간(42b)이 형성된다. 또한, 상기 제2케이싱유닛(420b)에는 상술한 통기공(423a)이 관통 형성되도록 한다.

상기 제2형상기억합금 스프링 단위체(41b)는 상술한 형상기억합금 스프링 단위체(41)와 동일한 구성으로 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 제2케이싱유닛(420b)은 상기 제1케이싱유닛(420a)과 동일한 구성으로 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 의도인식센서(30)는 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 형상 변형을 위한 동작의도정보를 감지한다. 상기 의도인식센서(30)는 중량물의 파지, 중량물의 이동, 중량물의 지탱에 따라 착용자와 중량물 사이에 발생되는 압력을 감지하는 압력센서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 의도인식센서(30)는 중량물의 파지, 중량물의 이동, 중량물의 지탱에 따라 발생되는 외력에 의해 변화되는 전기저항을 감지하는 스트레인게이지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 의도인식센서(30)는 중량물의 파지, 중량물의 이동, 중량물의 지탱에 따라 근육의 움직임(근육의 수축 또는 팽창)을 감지하는 근전도센서를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 의도인식센서(30)의 설치 위치를 한정하는 것은 아니고, 근력보조장치가 신체부위에 설치된 위치에 따라 다양하게 설치할 수 있다.

일예로, 상기 의도인식센서(30)는 상기 제1결합유닛(10)과 상기 제2결합유닛(20) 중 적어도 어느 하나에 설치되어 상기 동작의도정보를 감지할 수 있다.

상기 열반응제어유닛은 상기 동작의도정보를 바탕으로 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 형상 변형을 위한 전류를 제어한다.

일예로, 상기 동작의도정보가 상기 압력센서에서 감지되는 압력값을 바탕으로 하는 경우, 상기 압력값이 커질수록 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 형상 변형을 위한 전류값을 크게 하고, 상기 압력값이 작아질수록 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 형상 변형을 위한 전류값을 작게 제어할 수 있다.

다른 예로, 상기 동작의도정보가 상기 스트레인게이지에서 감지되는 저항값을 바탕으로 하는 경우, 상기 저항값이 커질수록 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 형상 변형을 위한 전류값을 크게 하고, 상기 저항값이 작아질수록 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 형상 변형을 위한 전류값을 작게 제어할 수 있다.

또 다른 예로, 상기 동작의도정보가 상기 근전도센서에서 감지되는 근육의 움직임을 바탕으로 하는 경우, 상기 근육의 움직임이 커질수록 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 형상 변형을 위한 전류값을 크게 하고, 상기 근육의 움직임이 작아질수록 상기 형상기억합금 스프링 단위체(41)의 형상 변형을 위한 전류값을 작게 제어할 수 있다.

상기 열반응제어유닛은 상기 저항선(412)에 연결되어 상기 저항선(412)에 전류를 공급하는 전류드라이버(52)와, 상기 동작의도정보에 따라 상기 전류드라이버(52)에서 상기 저항선(412)에 공급하는 전류를 제어하는 전류제어유닛(53)을 포함할 수 있다. 상기 열반응제어유닛은 상기 전류드라이버(52)에 전류를 공급하기 위해 전원이 충전되는 전원유닛(51)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제1실시예에서 상기 열반응구동유닛이 제1열반응구동유닛(40a)과, 제2열반응구동유닛(40b)으로 구분되므로, 상기 열반응제어유닛은 제1열반응제어유닛(50a)과, 제2열반응제어유닛(50b)으로 구분할 수 있다.

상기 제1열반응제어유닛(50a)은 상기 열반응제어유닛과 같이 상기 저항선(412)에 연결되어 상기 저항선(412)에 전류를 공급하는 전류드라이버(52)와, 상기 동작의도정보에 따라 상기 전류드라이버(52)에서 상기 저항선(412)에 공급하는 전류를 제어하는 전류제어유닛(53)을 포함하고, 상기 전류드라이버(52)에 전류를 공급하기 위해 전원이 충전되는 전원유닛(51)을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2열반응제어유닛(50b)은 상기 열반응제어유닛과 같이 상기 저항선(412)에 연결되어 상기 저항선(412)에 전류를 공급하는 전류드라이버(52)와, 상기 동작의도정보에 따라 상기 전류드라이버(52)에서 상기 저항선(412)에 공급하는 전류를 제어하는 전류제어유닛(53)을 포함하고, 상기 전류드라이버(52)에 전류를 공급하기 위해 전원이 충전되는 전원유닛(51)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치의 동작을 살펴보면, 도 2와 같이 착용자가 팔을 굽히는 경우, 상기 의도인식센서(30)는 팔의 굽힘 동작을 감지하여 팔을 굽히기 위한 동작의도정보를 생성하게 되고, 이에 따라 상기 동작의도정보를 바탕으로 상기 제1열반응제어유닛(50a)에 구비되는 전류제어유닛(53)은 해당 전류드라이버(52)를 제어함으로써, 상기 제1열반응구동유닛(40a)은 수축하면서 상기 제2신체부위(BD)는 상기 관절(BJ)을 기준으로 상기 제1신체부위(BU)와 마주보도록 회전되므로, 팔의 굽힘 동작을 간편하게 할 수 있다.

여기서, 상기 제1열반응구동유닛(40a)은 상기 제1신체부위(BU)의 전방에 배치되고, 상기 제2열반응구동유닛(40b)은 상기 제1신체부위(BU)의 후방에 배치됨으로써, 상기 제1열반응구동유닛(40a)이 수축하면서 발생되는 힘이 팔의 굽힘 동작에 대응하여 상기 제2신체부위(BD)에 충분히 작용할 수 있게 된다.

상기 제1신체부위(BU)의 전방이라 함은 팔의 굽힘 동작에 따라 상기 제2신체부위(BD)가 상기 제1신체부위(BU)와 마주보도록 회전될 때, 상기 제1신체부위(BU)에서 상기 제2신체부위(BD)와 마주보는 부분을 의미한다. 상기 제1신체부위(BU)의 후방이라 함은 상기 제1신체부위(BU)의 전방과 대향되는 부분을 의미한다.

착용자가 팔을 펴는 경우, 상기 의도인식센서(30)는 팔의 펴는 동작을 감지하여 팔을 펴기 위한 동작의도정보를 생성하게 되고, 이에 따라 상기 동작의도정보를 바탕으로 상기 제2열반응제어유닛(50b)에 구비되는 전류제어유닛(53)은 해당 전류드라이버(52)를 제어함으로써, 상기 제2열반응구동유닛(40b)은 수축하면서 상기 제2신체부위(BD)는 상기 관절(BJ)을 기준으로 상기 제1신체부위(BU)의 전방에서 멀어지도록 회전되므로, 팔의 펼침 동작을 간편하게 할 수 있다.

착용자가 팔을 굽히는 경우, 상기 제1열반응제어유닛(50a)에 구비되는 전류드라이버(52)만을 제어하고, 상기 제2열반응제어유닛(50b)에 구비되는 전류드라이버(52)에는 전류의 공급을 차단할 수 있다.

또한, 착용자가 팔을 펴는 경우, 상기 제2열반응제어유닛(50b)에 구비되는 전류드라이버(52)만을 제어하고, 상기 제1열반응제어유닛(50a)에 구비되는 전류드라이버(52)에는 전류의 공급을 차단할 수 있다.

본 발명의 제1실시예에서 근력보조장치에는 상기 제1열반응구동유닛(40a)은 상기 제1신체부위(BU)의 전방에 배치되고, 상기 제2열반응구동유닛(40b)은 상기 제1신체부위(BU)의 후방에 배치되어 길항 구조를 갖는 것으로 설명하였으나, 여기에 한정하는 것은 아니고, 근력보조장치의 적용 조건에 대응하여 상기 제1신체부위(BU)의 전방에는 상기 제1열반응구동유닛(40a)만 배치되기도 하고, 상기 제1신체부위(BU)의 후방에는 상기 제2열반응구동유닛(40b)만 배치되어도 무방하다.

상기 제1신체부위(BU)의 전방으로 상기 제1열반응구동유닛(40a)만 배치되는 경우, 상기 제1신체부위(BU)의 후방에는 상기 제2열반응구동유닛(40b)을 대신하여 탄성스프링유닛(미도시)을 배치할 수 있다. 상기 탄성스프링유닛(미도시)은 외력에 의해 탄성 변형되도록 한다.

또한, 상기 제1신체부위(BU)의 후방으로 상기 제2열반응구동유닛(40b)만 배치되는 경우, 상기 제1신체부위(BU)의 전방에는 상기 제1열반응구동유닛(40a)을 대신하여 상기 탄성스프링유닛(미도시)을 배치할 수 있다.

도시되지 않았지만, 본 발명의 제1실시예에서 상기 통기공(423a)을 생략하고, 상기 제1케이싱유닛(420a)에 냉각유체가 수용되는 경우, 상기 제1열반응구동유닛(40a)은 냉각유체가 저장되는 제1유체탱크(미도시)와, 상기 제1유체탱크(미도시)와 상기 제1케이싱유닛(420a)을 연결하는 제1유체연결관(미도시)을 더 포함할 수 있다.

그러면, 상기 제1열반응구동유닛(40a)이 수축하는 경우, 상기 제1케이싱유닛(420a)에 수용된 냉각유체가 상기 제1유체탱크(미도시)로 이동되고, 상기 제1열반응구동유닛(40a)이 이완되는 경우, 상기 제1유체탱크(미도시)에 저장된 냉각유체가 상기 제1케이싱유닛(420a)의 제1내부공간(42a)으로 이동되도록 한다. 이때, 상기 제1유체탱크(미도시)는 냉각유체의 이동에 따라 탄성 변형되면서 내부 체적을 가변시켜 냉각유체의 이동을 원활하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1실시예에서 상기 통기공(423a)을 생략하고, 상기 제2케이싱유닛(420b)에 냉각유체가 수용되는 경우, 상기 제2열반응구동유닛(40b)은 상기 제1열반응구동유닛(40a)과 마찬가지로 냉각유체가 저장되는 제2유체탱크(미도시)와, 상기 제2유체탱크와 상기 제2케이싱유닛(420b)을 연결하는 제2유체연결관(미도시)을 더 포함할 수 있다.

지금부터는 도 3과 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 형상기억합금스프링을 이용한 근력보조장치에 대하여 설명한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 팔에 착용하여 형상기억합금 스프링(411)의 수축 또는 이완 작용을 이용하여 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작, 버티는 상황에 대해 도움을 줄 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 제1결합유닛(10)과, 제2결합유닛(20)과, 열반응구동유닛과, 의도인식센서(30)와, 열반응제어유닛을 포함한다.

본 발명의 제2실시예에서 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.

다만, 본 발명의 제2실시예에서 상기 열반응구동유닛은 제1열반응구동유닛(40a)과, 제2열반응구동유닛(40b)과, 유체이동관(40c)을 포함할 수 있다.

상기 제1열반응구동유닛(40a)과 상기 제2열반응구동유닛(40b)은 본 발명의 제1실시예에서 언급한 제1열반응구동유닛(40a)과 제2열반응구동유닛(40b)과 동일한 구성으로, 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 유체이동관(40c)은 상기 제1내부공간(42a)과 상기 제2내부공간(42b)을 연통시키기 위해 상기 제1케이싱유닛(420a)과 상기 제2케이싱유닛(420b)을 연결한다. 상기 유체이동관(40c)은 하나 또는 둘 이상으로 구비될 수 있다.

상기 제1내부공간(42a), 상기 제2내부공간(42b) 및 상기 유체이동관(40c)에는 냉각유체가 채워져 있으며, 상기 냉각유체로는 물을 사용할 수 있다. 본 발명의 제2실시예에서는 이에 한정되지 않고, 외력에 의하여 이동될 수 있는 액체 또는 기체 상태의 물질이면 적용 가능하다.

여기서, 상기 유체이동관(40c)의 결합을 위해 상기 제1케이싱유닛(420a)에 구비되는 제1마개(421)에는 제1연결홀(421a)이 관통 형성되고, 상기 제2케이싱유닛(420b)에 구비되는 제1마개(421)에는 제2연결홀(421b)이 관통 형성되도록 한다.

상기 유체이동관(40c)은 상기 제1케이싱유닛(420a)에 연결되는 제1이동관(401)과, 상기 제2케이싱유닛(420b)에 연결되는 제2이동관(402)과, 상기 제1이동관(401)과 상기 제2이동관(402)을 연결하는 제3이동관(403)을 포함할 수 있다.

상기 제1이동관(401)의 일단은 상기 제1연결홀(421a)에 연결되고, 상기 제1이동관(401)의 타단은 상기 제3이동관(403)의 일단에 연결된다.

상기 제2이동관(402)의 일단은 상기 제2연결홀(421b)에 연결되고, 상기 제2이동관(402)의 타단은 상기 제3이동관(403)의 타단에 연결된다.

또한, 상기 제3이동관(403)은 상기 제1결합유닛(10)에 결합되어 상기 유체이동관(40c)이 팔의 움직임에 간섭되는 것을 방지할 수 있다. 상기 제3이동관(403)은 상기 제1결합유닛(10)에 내장되는 형태로 결합됨으로써, 상기 유체이동관(40c)을 보호하고, 상기 유체이동관(40c)의 내부에서 이동되는 냉각유체의 누설을 방지할 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치의 동작을 살펴보면, 도 4와 같이 착용자가 팔을 굽히는 경우, 상기 의도인식센서(30)는 팔의 굽힘 동작을 감지하여 팔을 굽히기 위한 동작의도정보를 생성하게 되고, 이에 따라 상기 동작의도정보를 바탕으로 상기 제1열반응제어유닛(50a)에 구비되는 전류제어유닛(53)은 해당 전류드라이버(52)를 제어함으로써, 상기 제1열반응구동유닛(40a)은 수축하면서 상기 제2신체부위(BD)는 상기 관절(BJ)을 기준으로 상기 제1신체부위(BU)와 마주보도록 회전되므로, 팔의 굽힘 동작을 간편하게 할 수 있다.

이때, 상기 제1열반응구동유닛(40a)이 수축하는 경우, 상기 제1케이싱유닛(420a)에 수용된 냉각유체가 상기 제2열반응구동유닛(40b)에 구비되는 제2케이싱유닛(420b)으로 이동되고, 상기 제2케이싱유닛(420b)으로 이동된 냉각유체에 의하여 상기 제2열반응구동유닛(40b)이 이완되도록 한다.

이때, 상기 제2열반응구동유닛(40b)이 수축하는 경우, 상기 제2케이싱유닛(420b)에 수용된 냉각유체가 상기 제1열반응구동유닛(40a)에 구비되는 제1케이싱유닛(420a)으로 이동되고, 상기 제1케이싱유닛(420a)으로 이동된 냉각유체에 의하여 상기 제1열반응구동유닛(40a)이 이완되도록 한다.

본 발명의 제2실시예에서도 상기 제1열반응구동유닛(40a)은 상기 제1신체부위(BU)의 전방에 배치되고, 상기 제2열반응구동유닛(40b)은 상기 제1신체부위(BU)의 후방에 배치되어 길항 구조를 갖게 된다.

지금부터는 도 5와 도 6을 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 형상기억합금스프링을 이용한 근력보조장치에 대하여 설명한다.

본 발명의 제3실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 팔에 착용하여 형상기억합금 스프링(411)의 수축 또는 이완 작용을 이용하여 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작, 버티는 상황에 대해 도움을 줄 수 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 제1결합유닛(10)과, 제2결합유닛(20)과, 열반응구동유닛과, 의도인식센서(30)와, 열반응제어유닛을 포함한다.

본 발명의 제3실시예에서 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.

다만, 본 발명의 제3실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 제3결합유닛(60)과, 제4결합유닛(70) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.

상기 제3결합유닛(60)은 상기 관절(BJ)과 상기 제1결합유닛(10) 사이에서 상기 제1신체부위(BU)에 결합된다. 상기 제3결합유닛(60)은 상기 열반응구동유닛에 연결된다.

상기 제3결합유닛(60)은 상기 제2지지부재를 매개로 상기 제2결합유닛(20)과 연결될 수 있다. 상기 제3결합유닛(60)에는 상기 제2지지부재가 통과되는 제1통과홀(63)이 관통 형성될 수 있다. 그러면, 상기 제2지지부재는 팔의 움직임에 따라 상기 제1통과홀(63)에서 이동이 가능하다.

상기 제3결합유닛(60)은 상기 제1신체부위(BU)를 감싸는 형태로 배치되는 제3밴드부(61)와, 상기 제3밴드부(61)가 상기 제1신체부위(BU)를 감싸는 상태에서 상기 제3밴드부(61)를 상기 제1신체부위(BU)에 고정시키는 제3결합부(62)를 포함한다.

상기 제3밴드부(61)는 밴드 형태로 상기 제1신체부위(BU)를 감쌀 수 있다.

상기 제3결합부(62)는 결합을 위해 상기 제3밴드부(61)에 구비된다. 상기 제3결합부(62)는 벨크로, 클립, 고리 등으로 이루어질 수 있다. 그러면, 상기 제3결합부(62)는 벨크로 결합, 억지끼움 결합, 후크 결합 등의 방식으로 결합될 수 있다. 상기 제3밴드부(61)가 상기 제1신체부위(BU)를 감싸는 상태에서 상기 제3결합부(62)는 상기 제3밴드부(61)를 상기 제1신체부위(BU)에 고정시킬 수 있다.

상기 제3결합유닛(60)을 통해 상기 제1열반응구동유닛(40a)의 수축 또는 이완을 원활하게 하면서도 상기 제1열반응구동유닛(40a)이 상기 제1신체부위(BU)의 전방으로부터 이격되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 팔의 굽힘 동작이나 팔의 펼침 동작에 있어서, 상기 제1신체부위(BU)의 전방에서 상기 제1열반응구동유닛(40a)의 배치 위치를 명확하게 하여 상기 제1열반응구동유닛(40a)의 수축 또는 이완에 따라 발생되는 힘의 분산을 방지하고, 상기 제1신체부위(BU)에 상기 제1열반응구동유닛(40a)이 간섭되는 것을 방지할 수 있다.

상기 제4결합유닛(70)은 상기 관절(BJ)과 상기 제2결합유닛(20) 사이에서 상기 제2신체부위(BD)에 결합된다. 상기 제4결합유닛(70)은 상기 열반응구동유닛에 연결된다.

이때, 상기 제1신체부위(BU)의 후방에 배치된 상기 제2열반응구동유닛(40b)의 일측은 상기 제1결합유닛(10)과 연결되고, 상기 제2열반응구동유닛(40b)의 타측은 상기 제2지지부재를 매개로 상기 제4결합유닛(70)과 연결되도록 한다.

도시되지 않았지만, 상기 제4결합유닛(70)은 상기 제2지지부재를 매개로 상기 제2결합유닛(20)과 연결될 수 있다. 상기 제4결합유닛(70)에는, 상기 제2지지부재가 통과되는 제2통과홀(73)이 관통 형성될 수 있다. 그러면, 상기 제2지지부재는 팔의 움직임에 따라 상기 제2통과홀(73)에서 이동이 가능하다.

상기 제4결합유닛(70)은 상기 제2신체부위(BD)를 감싸는 형태로 배치되는 제4밴드부(71)와, 상기 제4밴드부(71)가 상기 제2신체부위(BD)를 감싸는 상태에서 상기 제4밴드부(71)를 상기 제2신체부위(BD)에 고정시키는 제4결합부(72)를 포함한다.

상기 제4밴드부(71)는 밴드 형태로 상기 제2신체부위(BD)를 감쌀 수 있다.

상기 제4결합부(72)는 결합을 위해 상기 제4밴드부(71)에 구비된다. 상기 제4결합부(72)는 벨크로, 클립, 고리 등으로 이루어질 수 있다. 그러면, 상기 제4결합부(72)는 벨크로 결합, 억지끼움 결합, 후크 결합 등의 방식으로 결합될 수 있다. 상기 제4밴드부(71)가 상기 제2신체부위(BD)를 감싸는 상태에서 상기 제4결합부(72)는 상기 제4밴드부(71)를 상기 제2신체부위(BD)에 고정시킬 수 있다.

상기 제4결합유닛(70)을 통해 상기 제2지지부재 중 상기 제2전방지지부재(231)가 상기 제4결합유닛(70)에 연결되지 않으므로, 팔의 굽힘 동작이나 팔의 펼침 동작에 있어서, 상기 제1열반응구동유닛(40a)의 수축 또는 이완 동작을 상기 제2신체부위(BD)에 정확하게 전달할 수 있다.

특히, 상기 제4결합유닛(70)에 상기 제2열반응구동유닛(40b)의 타측이 결합됨으로써, 상기 제2열반응구동유닛(40b)의 수축 또는 이완 동작이 상기 제1신체부위(BU)에 형성된 근육의 움직임을 모사할 수 있도록 하고, 팔의 움직임을 명확하게 할 수 있다.

미설명부호 300은 상기 제1결합유닛(10)과 상기 제2결합유닛(20)을 연결하는 제3지지부재(300)이다. 상기 제3지지부재(300)는 상기 제1결합유닛(10)과 상기 제2결합유닛(20) 사이에서 상기 제3결합유닛(60)과 상기 제4결합유닛(70) 중 적어도 어느 하나에 연결되어 팔의 움직임에 대한 모사 정확도를 향상시키고, 근력보조장치가 신체부위에 안정되게 배치 고정되도록 한다.

이때, 상기 제3지지부재(300)가 상기 제3결합유닛(60)에 연결되는 경우, 상기 제1통과홀(63)에는 상기 제3지지부재(300)가 이동 가능하게 통과될 수 있다. 또한, 상기 제3지지부재(300)가 상기 제4결합유닛(70)에 연결되는 경우, 상기 제2통과홀(73)에는 상기 제3지지부재(300)가 이동 가능하게 통과될 수 있다. 또한, 상기 제3지지부재(300)는 상기 제4결합유닛(70)과 상기 제2결합유닛(20)을 연결 고정시킬 수 있다.

본 발명의 각 실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치는 여기에 한정하는 것은 아니고, 다리에 착용할 수 있다. 본 발명의 각 실시예에 따른 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치가 다리에 착용되는 경우, 대퇴부는 제1신체부위(BU)에 대응되고, 종아리는 제2신체부위(BD)에 대응되며, 무릎관절은 관절(BJ)에 대응된다.

상술한 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치에 따르면, 팔이나 다리와 같은 신체부위에 착용함으로써, 상기 형상기억합금 스프링(411)의 수축 또는 이완 작용을 이용하여 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작, 버티는 상황에 대해 도움을 줄 수 있다.

또한, 근력보조장치의 제어에 있어서, 연산시간을 최소화시키고, 장치의 구동에 시간지연이 발생되는 것을 방지하며, 근력보조장치가 설치되는 신체부위의 자연스러운 움직임을 유도하여 사용자로 하여금 착용 상의 이질감을 예방할 수 있다.

또한, 상기 케이싱유닛을 통해 상기 형상기억합금 스프링(411)을 보호하면서도 상기 케이싱유닛의 체적 변화에도 불구하고 상기 열반응구동유닛의 형상 변형을 자유롭게 할 수 있다.

또한, 상기 결합유닛들의 구성 및 배치를 통해 사용자의 근육과 동일하거나 유사한 위치에 상기 열반응구동유닛을 배치하여 신체부위의 움직임을 방해하지 않고, 가볍고 부드러운 근력보조장치를 신체부위에 간편하게 착용할 수 있다.

또한, 상기 제1열반응구동유닛(40a)과 상기 제2열반응구동유닛(40b)의 내부에 존재하는 냉각유체가 상호 이동되도록 하는 길항 구조를 가짐으로써, 근력보조장치가 간단한 구조를 가지면서 빠른 동작 속도를 나타낼 수 있다.

또한, 상기 유체이동관(40c)을 매개로 두 개의 열반응구동유닛이 연결됨으로써, 실제 근육의 움직임과의 유사도를 증대시키고, 상기 열반응구동유닛의 수축과 이완을 도와 관절 운동을 용이하게 할 수 있다.

또한, 상기 유체이동관(40c)과 상기 결합유닛 사이의 결합을 통해 상기 열반응구동유닛의 결합을 안정화시키고, 상기 유체이동관(40c)과 상기 열반응구동유닛과 상기 결합유닛 사이의 결합을 견고하게 할 수 있으며, 냉각유체의 이동을 부드럽게 할 수 있다.

또한, 상기 형상기억합금 스프링(411)과 상기 저항선(412) 및 냉각유체 사이를 전기적으로 절연시키고, 신체부위로 전류가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 형상기억합금 스프링(411)의 큰 파워밀도를 이용하므로, 신체부위의 관절 운동에 대해 큰 변위를 발생시키고, 근력보조장치의 소형화, 경량화, 무소음화에 기여할 수 있다.

또한, 상기 열반응제어유닛을 통해 실제 근육의 변위에 대응하면서 상기 열반응구동유닛의 변위를 빠르고 정확하게 제어할 수 있다.

또한, 팔 또는 다리와 같이 관절을 기준으로 상대 운동되는 신체부위에 간편하게 착용할 수 있고, 근력보조장치의 활용도를 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.

BU: 제1신체부위 BJ: 관절 BD: 제2신체부위
10: 제1결합유닛 11: 제1밴드부 12: 제1결합부
131: 제1전방지지부재 132: 제1후방지지부재 20: 제2결합유닛
21: 제2밴드부 22: 제2결합부 231: 제2전방지지부재
232: 제2후방지지부재 30: 의도인식센서 40a: 제1열반응구동유닛
40b: 제2열반응구동유닛 40c: 유체이동관 401: 제1이동관
402: 제2이동관 403: 제3이동관
41: 형상기억합금 스프링 단위체 41a: 제1형상기억합금 스프링 단위체
41b: 제2형상기억합금 스프링 단위체 411: 형상기억합금 스프링
412: 저항선 413: 절연부재 420a: 제1케이싱유닛
420b: 제2케이싱유닛 421: 제1마개 421a: 제1연결홀
421b: 제2연결홀 422: 제2마개 423: 신축관
423a: 통기공 42a: 제1내부공간 42b: 제2내부공간
50a: 제1열반응제어유닛 50b: 제2열반응제어유닛
51: 전원유닛 52: 전류드라이버 53: 전류제어유닛

Claims

제1신체부위에 결합되는 제1결합유닛;
관절을 기준으로 상기 제1신체부위의 반대 방향에 배치되는 제2신체부위에 결합되는 제2결합유닛;
상기 제1결합유닛과 상기 제2결합유닛을 연결하되, 열에 반응하면서 형상이 변형되는 형상기억합금 스프링 단위체를 갖는 열반응구동유닛;
상기 형상기억합금 스프링 단위체의 형상 변형을 위한 동작의도정보를 감지하는 의도인식센서; 및
상기 동작의도정보를 바탕으로 상기 형상기억합금 스프링 단위체의 형상 변형을 위한 전류를 제어하는 열반응제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 열반응구동유닛은, 상기 형상기억합금 스프링 단위체와 연결되어 함께 변형되는 케이싱유닛;을 포함하고,
상기 케이싱유닛에는, 상기 형상기억합금 스프링 단위체가 내장되는 내부공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치.
제2항에 있어서,
상기 케이싱유닛에는, 상기 형상기억합금 스프링 단위체의 형상 변형에 따라 공기가 통과되도록 통기공이 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 열반응구동유닛의 일측과 상기 제1결합유닛을 연결하는 제1지지부재; 및
상기 열반응구동유닛의 타측과 상기 제2결합유닛을 연결하는 제2지지부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 관절과 상기 제1결합유닛 사이에서 상기 제1신체부위에 결합되어 상기 열반응구동유닛에 연결되는 제3결합유닛; 및 상기 관절과 상기 제2결합유닛 사이에서 상기 제2신체부위에 결합되어 상기 열반응구동유닛에 연결되는 제4결합유닛; 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 열반응구동유닛은,
상기 의도인식센서에서 감지되는 동작의도정보를 바탕으로 공급되는 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제1형상기억합금 스프링 단위체와, 상기 제1형상기억합금 스프링 단위체와 연결되어 함께 변형되되 상기 제1형상기억합금 스프링 단위체가 내장되는 제1내부공간이 형성된 제1케이싱유닛을 갖는 제1열반응구동유닛;
상기 의도인식센서에서 감지되는 동작의도정보를 바탕으로 공급되는 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제2형상기억합금 스프링 단위체와, 상기 제2형상기억합금 스프링 단위체와 연결되어 함께 변형되되 상기 제2형상기억합금 스프링 단위체가 내장되는 제2내부공간이 형성된 제2케이싱유닛을 갖는 제2열반응구동유닛; 및
상기 제1내부공간과 상기 제2내부공간을 연통시키기 위해 상기 제1케이싱유닛과 상기 제2케이싱유닛을 연결하기 위한 유체이동관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치.
제6항에 있어서,
상기 유체이동관은,
상기 제1케이싱유닛에 연결되는 제1이동관;
상기 제2케이싱유닛에 연결되는 제2이동관; 및
상기 제1이동관과 상기 제2이동관을 연결하되, 상기 제1결합유닛과 결합되는 제3이동관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치.
제1항에 있어서,
상기 형상기억합금 스프링 단위체는,
형상기억합금 재질로 제작되는 형상기억합금 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치.
제8항에 있어서,
상기 형상기억합금 스프링 단위체는,
상기 형상기억합금 스프링에 열을 공급하기 위한 저항선; 및
상기 형상기억합금 스프링과 상기 저항선 사이에 배치되어 상기 형상기억합금 스프링과 상기 저항선을 전기적으로 절연시키는 절연부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치.
제9항에 있어서,
상기 열반응제어유닛은,
상기 저항선에 연결되어 상기 저항선에 전류를 공급하는 전류드라이버; 및
상기 동작의도정보에 따라 상기 전류드라이버에서 상기 저항선에 공급하는 전류를 제어하는 전류제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 스프링을 이용한 근력보조장치.