KR20200060244A - 신체 구동식 착용형 가변 임피던스 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스쿼트 운동 또는 리프트 작업 과정을 하는 도중 바른 자세를 취하도록 유도하고 근력을 보조할 수 있도록 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 사용자가 취하는 무릎의 각도에 따라, 제 1-1 하부스트링과 제 1-2 하부스트링 간의 각도 및 제 2-1 하부스트링과 제 2-2 하부스트링 간의 각도가 달라지고, 이로 인하여 사용자가 체감하는 임피던스 매커니즘이 달라지도록 하는 효과가 있다.

Description

유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스{WEARABLE DEVICE USING VARIABLE IMPEDANCE MECHANISM}

본 발명은 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스쿼트 운동 또는 리프트 작업 과정을 하는 도중 바른 자세를 취하도록 유도하고 근력을 보조할 수 있도록 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로 스쿼트 운동은 하지 근력 강화를 위한 운동으로, 일상 생활 동작이나 스포츠 활동에서 중요한 하지의 근육을 훈련하고 체간과 하체 근력을 강화하기 위한 트레이닝 프로그램에 활용될 뿐 아니라 무릎재활에도 사용되며, 최근에는 일반인들의 건강관리에도 널리 활용되고 있는 운동이다. 이러한 스쿼트 운동은 하지의 닫힌 사슬 운동의 형태로, 인체의 다관절을 사용하는 운동에 해당하며, 큰엉덩근 뿐만 아니라 넙다리네갈래근, 큰허리근, 척추세움근, 햄스트링 등의 협력수축을 만들어 낸다.

스쿼트 운동 시에 다리의 정렬이 바르지 못하면 무릎관절에 부하가 증가되어 무릎부의 부상을 야기하고, 체중의 중심이 앞으로 기울게 된다면 허리의 부상을 높이게 되므로 신체 손상을 막기 위해 스쿼트 운동 시 올바른 신체의 정렬은 중요한 요소이다. 이에 따라 스쿼트 운동시 신체를 정해진 방향으로 안내하도록 하는 스미스 머신 등의 운동기구를 사용하여 올바른 자세를 취하도록 도움을 주고 부상의 위험을 줄여주도록 하고 있다. 그러나 이러한 운동 기구는 크기가 매우 크고 공간도 많이 차지하고, 휴대 또한 불가능하여, 사용 상에 많은 제약이 따르는 문제점이 있다.

한편, 물건을 들어올리는 일이 잦은 작업장, 운반 업체, 건설현장 등에서는 스쿼트 운동과 유사한 자세 즉, 리프트 작업을 통하여 물건을 들어올리거나 내리도록 한다. 이러한 리프트 작업을 할 때, 허리를 구부리는 자세를 취하면 부상 위험이 크다는 것은 많이 알려져 있다. 그러나 다리를 구부리는 동작에 비해서 등을 숙이는 것이 편하고 자연스러운 동작이기 때문에 작업자들은 편의성을 위해서, 또는 무심코 등을 숙여 물건을 들게 된다. 이러한 잘못된 동작은 등이나 무릎에 부상을 일으키기 쉽다.

이에 따라, 등을 구부리는 동작을 억제하면서 다리를 구부리는 동작의 근력을 보조하면 사용자의 바른 자세를 유도하여 부상을 방지하고 작업의 편의성도 달성할 수 있으나, 현재까지 작업자의 리프트 동작을 보조하기 위한 장비는 개발되지 않은 실정이다.

국내공개특허공보 제10-2019-0100566호

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 정해진 궤적을 따라 신체를 움직이도록 가이드하여 스쿼트 운동 또는 리프트 작업 과정을 하는 도중 바른 자세를 취하도록 유도하고 근력을 보조할 수 있도록 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 사용자의 등에 위치되되 목과 엉덩이 사이에 위치되는 연결부; 일측은 상기 연결부보다 상부에 위치되는 사용자의 상체 일측에 착용되고 타측은 상기 연결부 방향으로 연장되는 제 1 상부스트링과, 일측은 상기 연결부보다 상부에 위치되는 사용자의 상체 타측에 착용되고 타측은 상기 연결부 방향으로 연장되는 제 2 상부스트링과, 상기 연결부의 일측에 걸린 상태로 일측은 상기 제 1 상부스트링과 일체로 연결되고 타측은 상기 제 2 상부스트링과 일체로 연결되는 상부연결스트링을 갖는 상부케이블; 일측은 사용자의 한 쌍의 다리 중 제 1 다리에 구비되고 타측은 상기 연결부 방향으로 연장되는 제 1 하부스트링과, 일측은 사용자의 한 쌍의 다리 중 제 2 다리에 구비되고 타측은 상기 연결부 방향으로 연장되는 제 2 하부스트링과, 상기 연결부의 타측에 걸린 상태로 일측은 상기 제 1 하부스트링과 일체로 연결되고 타측은 상기 제 2 하부스트링과 일체로 연결되는 하부연결스트링을 갖는 하부케이블; 및 상기 제 1 하부스트링과 상기 제 2 하부스트링 사이를 연결시키며 탄성 재질로 형성되는 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 제공한다.

또한, 상기 탄성부의 양측에 제 1 연결부 및 제 2 연결부가 각각 장착되고, 상기 제 1 하부스트링은, 일측은 상기 하부연결스트링의 일측과 연결되고 타측은 상기 제 1 연결부의 일측에 연결되는 제 1-1 하부스트링과, 일측은 제 1 연결부의 타측에 연결되고 타측은 사용자의 제 1 다리에 구비되는 제 1-2 하부스트링을 포함하고, 상기 제 2 하부스트링은, 일측은 상기 하부연결스트링의 타측과 연결되고 타측은 상기 제 2 연결부의 일측에 연결되는 제 2-1 하부스트링과, 일측은 제 2 연결부의 타측에 연결되고 타측은 사용자의 제 2 다리에 구비되는 제 2-2 하부스트링을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 제공한다.

또한, 사용자가 무릎을 바깥쪽으로 이동시키면서 구부리게 되면, 상기 제 1-2 하부스트링 및 상기 제 2-2 하부스트링이 상기 제 1-1 하부스트링 및 상기 제 2-1 하부스트링과 멀어지는 방향으로 꺾이면서, 상기 제 1-2 하부스트링과 상기 제 2-2 하부스트링 사이의 이격 거리가 멀어지게 되고, 상기 제 1-2 하부스트링과 상기 제 2-2 하부스트링 사이의 이격 거리가 멀어지게 될수록 상기 하부연결스트링은 상기 상부케이블을 하방으로 유도하고 상기 상부케이블은 사용자의 상체가 펴지도록 유도하는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 제공한다.

또한, 사용자가 무릎을 구부리지 않은 상태로 상체를 구부리게 되면, 상기 제 1-2 하부스트링 및 상기 제 2-2 하부스트링이 상기 제 1-1 하부스트링 및 상기 제 2-1 하부스트링과 일직선상에 가까워지도록 이동되면서, 상기 상부케이블 및 상기 하부케이블의 장력이 커지게 되어, 상기 상부케이블 및 상기 하부케이블은 사용자의 상체가 펴지는 방향으로 압력을 가하게 되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 제공한다.

또한, 상기 제 1 상부스트링의 일측은 사용자의 상체에 위치되는 한 쌍의 어깨 중 제 1 어깨에 착용되고, 상기 제 2 상부스트링의 일측은 사용자의 상체에 위치되는 한 쌍의 어깨 중 제 2 어깨에 착용되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 제공한다.

또한, 상기 제 1 하부스트링의 일측은 사용자의 제 1 다리와 연결되는 제 1 발에 착용되고, 상기 제 2 하부스트링의 일측은 사용자의 제 2 다리와 연결되는 제 2 발에 착용되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 제공한다.

또한, 사용자의 제 1 다리에 구비되는 제 1 무릎을 감싸도록 착용되는 제 1 밴드와, 사용자의 제 2 다리에 구비되는 제 2 무릎을 감싸도록 착용되는 제 2 밴드를 더 포함하고, 상기 제 1 하부스트링은 상기 제 1 밴드에 연결된 상태로 사용자의 제 1 발 방향으로 연장되고, 상기 제 2 하부스트링은 상기 제 2 밴드에 연결된 상태로 사용자의 제 2 발 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 제공한다.

또한, 링 형상으로 형성되되 일측은 사용자의 제 1 발에 결합되고 타측은 상기 제 1 밴드의 전방을 지나 상기 제 1 하부스트링의 상측에 결합되는 제 1 무릎스트링; 및 링 형상으로 형성되되 일측은 사용자의 제 2 발에 결합되고 타측은 상기 제 2 밴드의 전방을 지나 상기 제 2 하부스트링의 상측에 결합되는 제 2 무릎스트링을 더 포함하고, 상기 제 1 무릎스트링과 상기 제 2 무릎스트링은 각각 탄성 재질로 형성되고, 사용자가 제 1 무릎 및 제 2 무릎을 구부리게 되면, 상기 제 1 밴드 및 상기 제 2 밴드의 전방에 위치되는 상기 제 1 무릎스트링 및 상기 제 2 무릎스트링의 탄성에 의한 장력이 커지게 되어, 상기 제 1 무릎스트링 및 상기 제 2 무릎스트링은 사용자의 제 1 무릎 및 제 2 무릎이 펴지는 방향으로 압력을 가하게 되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 제공한다.

또한, 상기 제 1 밴드의 전방에는 상기 제 1 무릎스트링이 안내되도록 제 1 전방터널이 형성되고, 상기 제 1 밴드의 후방에는 상기 제 1 하부스트링이 안내되도록 제 1 후방터널이 형성되고, 상기 제 2 밴드의 전방에는 상기 제 2 무릎스트링이 안내되도록 제 2 전방터널이 형성되고, 상기 제 2 밴드의 후방에는 상기 제 2 하부스트링이 안내되도록 제 2 후방터널이 형성되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 제공한다.

또한, 상기 탄성부는 사용자의 엉덩이와 무릎 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 제공한다.

본 발명은 사용자가 취하는 무릎의 각도에 따라, 제 1-1 하부스트링과 제 1-2 하부스트링 간의 각도 및 제 2-1 하부스트링과 제 2-2 하부스트링 간의 각도가 달라지고, 이로 인하여 사용자가 체감하는 임피던스 매커니즘이 달라지도록 하는 효과가 있다.

또한, 제 1 하부스트링과 상기 제 2 하부스트링 사이의 이격 거리가 멀어질수록 탄성부에 많은 에너지가 저장되므로, 사용자가 일어나는 동작을 취할 때, 탄성부가 용수철과 같이 사용자의 근력을 보조해주게 되어, 사용자는 물건을 들어올리는 과정에서, 또는 일어나는 동작을 취하는 과정에서, 전보다 적은 피로도로 작업을 가능하게 해주어 작업 효율성을 높이도록 하는 효과가 있다.

또한, 상부케이블이 상방으로 이동될수록 상부케이블 및 하부케이블의 장력이 커지게 되므로, 상부케이블 및 하부케이블은 사용자가 등을 구부리는 동작을 방해하고, 사용자는 등을 구부리는 동작이 제한된다고 체감하여 등을 구부리는 동작이 잘못되었음을 인지하고, 바른 자세로 운동 또는 작업을 진행하게 되는 효과가 있다.

또한, 제 1, 2 무릎스트링은 사용자의 무릎이 펴지는 방향으로 압력을 가하게 되어, 사용자가 무릎을 펴는 동작을 취할 때, 제 1, 2 무릎스트링이 사용자의 근력을 보조해주는 효과가 있다.

또한, 사용자가 스쿼트 동작을 할 때 무릎이 바깥쪽으로 움직이는 동시에 무릎이 구부러지도록 운동 자세를 정확하게 안내하므로, 스쿼트 자세가 익숙치 않아 부상을 당하기 쉬운 초보자는 정확한 자세로 스쿼트 동작을 구현하도록 안내받을 수 있는 효과가 있다.

또한, 상부케이블, 하부케이블 및 탄성부를 몸에 착용하는 간단한 구조로 구성되므로, 별도의 머신 등의 동력을 갖는 운동기구를 필요로 하지 않아, 사용자는 언제 어느 곳에서나 본 발명을 착용한 상태로 스쿼트 동작을 용이하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 리프트 작업 과정 도중 작업자가 바른 자세로 물건을 들어올리거나, 물건을 안전하게 내리도록 유도하므로, 작업자의 부상을 방지하고 작업의 편의성도 달성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 사용자가 착용한 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스의 하부스트링과 탄성부 간의 결합 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스의 밴드가 사용자의 무릎에 착용된 상태를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 상체를 구부리는 잘못된 동작을 취하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 상체를 구부리는 잘못된 동작을 취하는 과정에서 상부케이블 및 하부케이블이 상체에 가하는 매커니즘을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 무릎을 구부리는 정상적인 동작을 취하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 무릎을 구부리는 정상적인 동작을 취하는 과정에서 탄성부가 상체에 가하는 매커니즘을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 무릎을 구부리는 정상적인 동작을 취하는 과정에서 무릎스트링이 다리에 유도하는 힘의 방향을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 동작을 취하는 과정의 전반적인 매커니즘을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 리프팅 동작을 하기 위하여 물건 방향으로 몸을 이동시키는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 물건을 내려놓는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 사용자가 착용한 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스의 하부스트링과 탄성부 간의 결합 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스(1000)는 사용자의 몸에 착용이 가능하도록 형성되는 것으로, 연결부(100), 상부케이블(200), 하부케이블(300) 및 탄성부(400)를 포함하며, 선택적으로 제 1, 2 밴드(500, 510) 및 제 1, 2 무릎스트링(600, 610)을 더 포함할 수 있다.

연결부(100)는 사용자의 상체 중 등에 위치되며, 세부적으로는 목과 엉덩이 사이에 위치된다. 이러한 연결부(100)는 상부케이블(200)과 하부케이블(300)을 상호 연결시키는 것으로, 예를 들면 링 형태로 형성될 수 있다.

상부케이블(200) 및 하부케이블(300)은 직물, 줄 등으로 길게 형성되며 신축성이 없는 재질로 형성될 수 있다. 상부케이블(200)은 제 1 상부스트링(210), 제 2 상부스트링(220) 및 상부연결스트링(230)을 포함한다. 제 1 상부스트링(210)은 일측은 연결부(100)보다 상부에 위치되는 사용자의 상체 일측에 착용되고 타측은 연결부(100) 방향으로 연장된다. 이러한 제 1 상부스트링(210)의 일측은 사용자의 상체에 위치되는 한 쌍의 어깨 중 제 1 어깨(S1)에 착용되는데, 이를 위하여 배낭의 어깨끈 형태로 제 1 어깨(S1)를 감싸도록 형성될 수도 있다. 제 2 상부스트링(220)은 일측은 연결부(100)보다 상부에 위치되는 사용자의 상체 타측에 착용되고 타측은 연결부(100) 방향으로 연장된다. 이러한 제 2 상부스트링(220)의 일측은 사용자의 상체에 위치되는 한 쌍의 어깨 중 제 2 어깨(S2)에 착용되는데, 이를 위하여 배낭의 어깨끈 형태로 제 2 어깨(S2)를 감싸도록 형성될 수도 있다. 상부연결스트링(230)은 연결부(100)의 일측에 삽입된 상태로 연결부(100)의 상측에 걸리도록 위치된다. 그리고 상부연결스트링(230)의 일측은 제 1 상부스트링(210)과 일체로 연결되고, 상부연결스트링(230)의 타측은 제 2 상부스트링(220)과 일체로 연결된다.

하부케이블(300)은 제 1 하부스트링(310), 제 2 하부스트링(320) 및 하부연결스트링(330)을 포함한다. 제 1 하부스트링(310)은 일측은 사용자의 한 쌍의 다리 중 제 1 다리(L1)에 구비되고 타측은 연결부(100) 방향으로 연장된다. 제 2 하부스트링(320)은 일측은 사용자의 한 쌍의 다리 중 제 2 다리(L2)에 구비되고 타측은 연결부(100) 방향으로 연장된다. 하부연결스트링(330)은 연결부(100)의 타측에 삽입된 상태로 연결부(100)의 하부에 걸리도록 위치된다. 그리고 하부연결스트링(330)의 일측은 제 1 하부스트링(310)과 일체로 연결되고, 하부연결스트링(330)의 타측은 제 2 하부스트링(320)과 일체로 연결된다.

탄성부(400)는 탄성 재질로 형성되는 것으로, 예를 들면 탄성을 갖는 케이블, 고무줄 또는 탄성스프링 등으로 구성될 수 있다. 이러한 탄성부(400)는 사용자의 엉덩이와 무릎 사이에 위치되되, 제 1 하부스트링(310)과 제 2 하부스트링(320) 사이를 연결시킨다. 그리고 탄성부(400)의 양측에는 제 1, 2 하부스트링(310, 320)에 연결되도록 제 1 연결부(410) 및 제 2 연결부(420)가 각각 장착된다. 제 1 연결부(410) 및 제 2 연결부(420)는 예를 들면 링 형상으로 형성된다.

그리고 제 1 하부스트링(310)은 제 1 연결부(410)에 연결되기 위하여 제 1-1 하부스트링(312) 및 제 1-2 하부스트링(314)으로 구성된다. 제 1-1 하부스트링(312)은 일측은 하부연결스트링(330)의 일측과 연결되고 타측은 제 1 연결부(410)의 일측에 연결된다. 제 1-2 하부스트링(314)은 일측은 제 1 연결부(410)의 타측에 연결되고 타측은 사용자의 제 1 다리(L1)에 구비된다. 제 2 하부스트링(320)은 제 2 연결부(420)에 연결되기 위하여 제 2-1 하부스트링(322)과 제 2-2 하부스트링(324)으로 구성된다. 제 2-1 하부스트링(322)은 일측은 하부연결스트링(330)의 타측과 연결되고 타측은 제 2 연결부(420)의 일측에 연결된다. 제 2-2 하부스트링(324)은 일측은 제 2 연결부(420)의 타측에 연결되고 타측은 사용자의 제 2 다리(L2)에 구비된다. 그리고 제 1-2 하부스트링(314)의 하단은 사용자의 제 1 다리(L1)와 연결되는 제 1 발(F1) 방향으로 연장되어 제 1 발(F1)에 착용되고, 제 2-2 하부스트링(324)의 하단은 사용자의 제 2 다리(L2)와 연결되는 제 2 발(F2) 방향으로 연장되어 제 2 발(F2)에 착용된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스의 밴드가 사용자의 무릎에 착용된 상태를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제 1 밴드(500)는 사용자의 제 1 다리(L1)에 구비되는 제 1 무릎(K1)을 감싸도록 착용된다. 제 2 밴드(510)는 사용자의 제 2 다리(L2)에 구비되는 제 2 무릎(K2)을 감싸도록 착용된다. 제 1, 2 밴드(500, 510)는 각각 신축성 있는 소재로 형성되며 무릎을 감싸는 통상의 무릎밴드 등으로 구성될 수 있다. 그리고 제 1 밴드(500)의 후방에는 제 1-2 하부스트링(314)이 안내되도록 터널 형상의 제 1 후방터널(504)이 형성되고, 제 2 밴드(510)의 후방에는 제 2-2 하부스트링(324)이 안내되도록 터널 형상의 제 2 후방터널(514)이 형성된다. 그리고 제 1-2 하부스트링(314)은 제 1 밴드(500)의 제 1 후방터널(504)에 연결된 상태로 사용자의 제 1 발(F1) 방향으로 연장되고, 제 2-2 하부스트링(324)은 제 2 밴드(510)의 제 2 후방터널(514)에 연결된 상태로 사용자의 제 2 발(F2) 방향으로 연장된다.

제 1 무릎스트링(600)은 링 형상으로 형성되되 일측은 사용자의 제 1 발(F1)에 결합되고 타측은 제 1 밴드(500)의 전방을 지나 제 1-2 하부스트링(314)의 상측에 결합된다. 제 2 무릎스트링(610)은 링 형상으로 형성되되 일측은 사용자의 제 2 발(F2)에 결합되고 타측은 제 2 밴드(510)의 전방을 지나 제 2-2 하부스트링(324)의 상측에 결합된다. 이때, 제 1 밴드(500)의 전방 양측에는 제 1 무릎스트링(600)이 안내되도록 터널 형상의 제 1 전방터널(502)이 각각 형성되고, 제 2 밴드(510)의 전방 양측에는 제 2 무릎스트링(610)이 안내되도록 터널 형상의 제 2 전방터널(512)이 각각 형성된다. 그리고 제 1 무릎스트링(600)과 제 2 무릎스트링(610)은 각각 탄성 재질로 형성되는 것으로, 예를 들면 고무줄 등으로 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 상체를 구부리는 잘못된 동작을 취하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 상체를 구부리는 잘못된 동작을 취하는 과정에서 상부케이블 및 하부케이블이 상체에 가하는 매커니즘을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 스쿼트 운동 또는 리프트 작업 과정 도중 사용자가 제 1, 2 무릎(K1, K2)을 곧게 펴도록 고정한 채 상체 즉, 등을 구부리는 동작은 잘못된 동작이다. 이러한 잘못된 동작은 사용자가 상부케이블(200)을 허리의 반대 방향으로 당기게 되어, 제 1-2 하부스트링(314) 및 제 2-2 하부스트링(324)이 제 1-1 하부스트링(312) 및 제 2-1 하부스트링(322)과 일직선상에 가까워지도록 이동되면서, 상부케이블(200) 및 하부케이블(300)이 팽팽해지게 된다.

이를 가상의 래크기어(R)와 가상의 피니언기어(P)의 동작으로 설명하면, 탄성부(400)를 따라 래크기어(R)가 위치되고, 제 1-2 하부스트링(314) 및 제 2-2 하부스트링(324)은 래크기어(R)를 따라 이동되는 피니언기어(P)에 연결된다. 그리고 상부케이블(200) 및 제 1-2 하부스트링(314) 및 제 2-2 하부스트링(324)이 상방으로 당겨지게 되면 제 1-2 하부스트링(314) 및 제 2-2 하부스트링(324)은 피니언기어(P)를 따라 몸의 중앙 방향으로 이동된다. 이때 제 1-2 하부스트링(314) 및 제 2-2 하부스트링(324)이 제 1-1 하부스트링(312) 및 제 2-1 하부스트링(322)과 일직선 상에 가까워지도록 이동되고, 상부케이블(200)은 사용자의 몸을 따라 상방으로 이동된다.

한편, 상부케이블(200)이 상방으로 이동될수록 상부케이블(200) 및 하부케이블(300)의 장력이 커지게 되어, 상부케이블(200) 및 하부케이블(300)은 사용자의 상체가 펴지는 방향으로 압력을 가하게 되어, 사용자가 등을 구부리는 동작을 방해한다. 그러면 사용자는 등을 구부리는 동작이 제한된다고 체감하여 등을 구부리는 동작이 잘못되었음을 인지하고, 바른 자세로 운동 또는 작업을 진행하게 되는 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 무릎을 구부리는 정상적인 동작을 취하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 무릎을 구부리는 정상적인 동작을 취하는 과정에서 탄성부가 상체에 가하는 매커니즘을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 스쿼트 운동 또는 리프트 작업 과정 도중 사용자가 등을 편 상태로 제 1, 2 무릎(K1, K2)을 바깥쪽으로 이동시키면서 구부리는 동작은 기 정해진 궤적을 따라 움직이는 정상적인 동작이다. 이러한 정상적인 동작은 제 1 하부스트링(310)과 제 2 하부스트링(320) 사이의 이격 거리가 멀어지면서 연결부(100)를 하방으로 유도하고 연결부(100)와 연결된 상부케이블(200)은 사용자의 상체가 펴지도록 유도한다.

이를 가상의 래크기어(R)와 가상의 피니언기어(P)의 동작으로 설명하면, 제 1 하부스트링(310)과 제 2 하부스트링(320) 사이의 이격 거리가 멀어지면, 제 1-2 하부스트링(314) 및 제 2-2 하부스트링(324)은 피니언기어(P)를 따라 몸의 중앙에서 멀어지는 방향으로 이동된다. 이때, 제 1-2 하부스트링(314) 및 제 2-2 하부스트링(324)이 제 1-1 하부스트링(312) 및 제 2-1 하부스트링(322)과 멀어지는 방향으로 꺾이면서, 제 1-2 하부스트링(314) 및 제 2-2 하부스트링(324) 사이의 이격 거리가 멀어지게 된다. 그리고 제 1-2 하부스트링(314) 및 제 2-2 하부스트링(324) 사이의 이격 거리가 멀어지게 될수록 하부연결스트링(330)은 제 1, 2 연결부(410, 420)를 하방으로 유도하고, 제 1, 2 연결부(410, 420)와 연결된 상부케이블(200)은 사용자의 상체가 펴지도록 하방으로 당겨지게 되어, 사용자는 스스로 등을 편 상태로 앉는 동작을 취하게 된다. 즉, 사용자가 취하는 제 1, 2 무릎(K1, K2)의 각도에 따라, 제 1-1 하부스트링(312)과 제 1-2 하부스트링(314) 간의 각도 및 제 2-1 하부스트링(322)과 제 2-2 하부스트링(324) 간의 각도가 달라지고, 이로 인하여 사용자가 체감하는 임피던스 매커니즘이 달라지는 것이다.

그리고 제 1 하부스트링(310)과 제 2 하부스트링(320) 사이의 이격 거리가 멀어질수록 탄성부(400)는 늘어나면서 탄성부(400)에 많은 에너지가 저장되어 제 1 하부스트링(310)과 제 2 하부스트링(320) 사이의 이격 거리가 가까워지는 방향으로 압력을 가하게 된다. 이러한 압력은 사용자가 일어나는 동작을 취할 때, 용수철과 같이 사용자의 근력을 보조해주게 되어, 사용자는 물건을 들어올리는 과정에서, 또는 일어나는 동작을 취하는 과정에서, 전보다 적은 피로도로 작업을 가능하게 해주어 작업 효율성을 높이도록 하는 효과가 있다.

한편, 제 1, 2 상부스트링(210, 220) 및 제 1, 2 하부스트링(310, 320)은 그 길이를 조절할 수 있도록 구성되어, 전체 길이에 따라서 자세 교정의 강도를 조절할 수 있다. 예를 들어 제 1, 2 상부스트링(210, 220) 및 제 1, 2 하부스트링(310, 320)의 길이가 기본 길이인 경우, 등을 반듯하게 펴고 다리만을 구부리는 자세를 유도하도록 하고, 제 1, 2 상부스트링(210, 220) 및 제 1, 2 하부스트링(310, 320)의 길이를 기본 길이보다 약간 더 길게 하면, 어느 정도 등을 구부리는 것이 가능하도록 허용할 수 있다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 무릎을 구부리는 정상적인 동작을 취하는 과정에서 무릎스트링이 다리에 유도하는 힘의 방향을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 6 및 도 8을 참조하면, 스쿼트 운동 또는 리프트 작업 과정 도중 사용자가 등을 편 상태로 제 1 무릎(K1) 및 제 2 무릎(K2)을 바깥쪽으로 이동시키면서 구부리는 동작을 취하면, 하부케이블(300)에 상방 압력이 가해진다. 그러면 하부케이블(300)과 연결된 제 1 무릎스트링(600) 및 제 2 무릎스트링(610)이 상방으로 늘어나게 되어, 제 1 밴드(500) 및 제 2 밴드(510)의 전방에 위치되는 제 1 무릎스트링(600) 및 제 2 무릎스트링(610)은 탄성에 의한 장력이 커지게 된다.

이에 따라 제 1 무릎스트링(600) 및 제 2 무릎스트링(610)은 사용자의 제 1 무릎(K1) 및 제 2 무릎(K2)이 펴지는 방향으로 압력을 가하게 되어, 사용자가 일어나는 동작 즉, 사용자의 제 1 무릎(K1) 및 제 2 무릎(K2)을 펴는 동작을 취할 때, 압력이 사용자의 근력을 보조해주게 되어, 사용자는 물건을 들어올리는 과정에서, 또는 일어나는 동작을 취하는 과정에서 전보다 적은 피로도로 작업을 가능하게 해주어 작업 효율성을 높이도록 하는 효과가 있다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 동작을 취하는 과정의 전반적인 매커니즘을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.

도 9의 (a)를 참조하면, 사용자는 편하게 서 있는 기본 상태이다.

도 9의 (b)를 참조하면, 사용자는 제 1, 2 무릎(K1, K2)을 바깥쪽으로 이동시키면서 구부리는 정상적인 동작을 진행한다. 그러면 피니언기어(P)가 바깥쪽으로 이동되면서 제 1-2 하부스트링(314) 및 제 2-2 하부스트링(324)이 제 1-1 하부스트링(312) 및 제 2-1 하부스트링(322)과 멀어지는 방향으로 꺾이게 되며, 이는 제 1, 2 하부스트링(310, 320)과 연결된 제 1, 2 상부스트링(210, 220)을 당기게 되어, 사용자의 상체는 곧게 펴지도록 유도된다.

도 9의 (c)를 참조하면, 사용자가 제 1, 2 무릎(K1, K2)을 구부리는 동작을 멈추고 등을 구부리는 상태이다. 이 때, 제 1-2 하부스트링(314) 및 제 2-2 하부스트링(324)이 제 1-1 하부스트링(312) 및 제 2-1 하부스트링(322)과 일직선 상에 가까워지는 방향으로 이동되면서, 탄성부(400)가 길어지고, 이는 제 1, 2 상부스트링(210, 220)과 제 1, 2 하부스트링(310, 320)의 장력을 급격하게 증가시킨다. 이에 따라 사용자는 등을 구부리는 동작이 잘못 되었음을 인지하게 되어, 사용자의 상체는 곧게 펴지도록 유도된다.

이처럼 본 발명은 사용자가 스쿼트 동작을 할 때 무릎이 바깥쪽으로 움직이는 동시에 무릎이 구부러지도록 운동 자세를 정확하게 안내하므로, 스쿼트 자세가 익숙치 않아 부상을 당하기 쉬운 초보자는 정확한 자세로 스쿼트 동작을 구현하도록 안내받을 수 있는 효과가 있다.

또한, 상부케이블(200), 하부케이블(300) 및 탄성부(400)를 몸에 착용하는 간단한 구조로 구성되므로, 별도의 머신 등의 운동기구를 필요로 하지 않아, 사용자는 언제 어느 곳에서나 본 발명을 착용한 상태로 스쿼트 동작을 용이하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 리프팅 동작을 하기 위하여 물건 방향으로 몸을 이동시키는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 10의 (a)를 참조하면, 사용자는 물건 방향으로 몸을 이동시키기 위하여 무의식적으로 등을 구부리는 순간 상부케이블(200)과 하부케이블(300)의 장력이 커지게 되어, 사용자가 등을 구부리는 동작을 방해한다. 그러면 사용자는 등을 구부리는 동작이 제한된다고 체감하여 등을 구부리는 동작이 잘못되었음을 인지하고, 도 10의 (b)와 같이 등을 펴고 무릎을 구부리는 바른 자세로 물건 방향으로 몸을 이동시키도록 유도한다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자가 물건을 내려놓는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6 및 도 11의 (a)를 참조하면, 사용자는 등을 펴고 무릎을 구부리는 바른 자세로 물건을 내려놓게 된다. 이 상태에서, 탄성부(400)는 늘어나면서 많은 에너지가 저장되어 제 1 하부스트링(310)과 제 2 하부스트링(320) 사이의 이격 거리가 가까워지는 방향으로 압력을 가하게 된다. 이러한 압력은 사용자가 일어나는 동작을 취할 때, 압력이 사용자의 근력을 보조해주게 되어, 사용자는 물건을 들어올리는 과정에서 전보다 적은 피로도로 작업을 가능하게 해주어 작업 효율성을 높이도록 하는 효과가 있다.

한편, 도 11의 (b)를 참조하면, 사용자가 물건을 내려놓기 위하여 등을 구부리는 순간 상부케이블(200)과 하부케이블(300)의 장력이 커지게 되어, 사용자가 등을 구부리는 동작을 방해한다. 그러면 사용자는 등을 구부리는 동작이 제한된다고 체감하여 등을 구부리는 동작이 잘못되었음을 인지하고, 도 11의 (a)와 같이 등을 펴고 무릎을 구부리는 바른 자세로 물건을 내려놓게 된다.

이처럼 본 발명은 리프트 작업 과정 도중 작업자가 바른 자세로 물건을 들어올리거나, 물건을 안전하게 내리도록 유도하므로, 작업자의 부상을 방지하고 작업의 편의성도 달성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명을 이로 한정하지 않음은 당연하고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

1000: 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스
100: 연결부 200: 상부케이블
210: 제 1 상부스트링 220: 제 2 상부스트링
230: 상부연결스트링 300: 하부케이블
310: 제 1 하부스트링 312: 제 1-1 하부스트링
314: 제 1-2 하부스트링 320: 제 2 하부스트링
322: 제 2-1 하부스트링 324: 제 2-2 하부스트링
330: 하부연결스트링 400: 탄성부
410: 제 1 연결부 420: 제 2 연결부
500: 제 1 밴드 502: 제 1 전방터널
504: 제 1 후방터널 510: 제 2 밴드
512: 제 2 전방터널 514: 제 2 후방터널
600: 제 1 무릎스트링 610: 제 2 무릎스트링

Claims (10)

1. 사용자의 등에 위치되되 목과 엉덩이 사이에 위치되는 연결부;
   일측은 상기 연결부보다 상부에 위치되는 사용자의 상체 일측에 착용되고 타측은 상기 연결부 방향으로 연장되는 제 1 상부스트링과, 일측은 상기 연결부보다 상부에 위치되는 사용자의 상체 타측에 착용되고 타측은 상기 연결부 방향으로 연장되는 제 2 상부스트링과, 상기 연결부의 일측에 걸린 상태로 일측은 상기 제 1 상부스트링과 일체로 연결되고 타측은 상기 제 2 상부스트링과 일체로 연결되는 상부연결스트링을 갖는 상부케이블;
   일측은 사용자의 한 쌍의 다리 중 제 1 다리에 구비되고 타측은 상기 연결부 방향으로 연장되는 제 1 하부스트링과, 일측은 사용자의 한 쌍의 다리 중 제 2 다리에 구비되고 타측은 상기 연결부 방향으로 연장되는 제 2 하부스트링과, 상기 연결부의 타측에 걸린 상태로 일측은 상기 제 1 하부스트링과 일체로 연결되고 타측은 상기 제 2 하부스트링과 일체로 연결되는 하부연결스트링을 갖는 하부케이블; 및
   상기 제 1 하부스트링과 상기 제 2 하부스트링 사이를 연결시키며 탄성 재질로 형성되는 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄성부의 양측에 제 1 연결부 및 제 2 연결부가 각각 장착되고,
   상기 제 1 하부스트링은, 일측은 상기 하부연결스트링의 일측과 연결되고 타측은 상기 제 1 연결부의 일측에 연결되는 제 1-1 하부스트링과, 일측은 제 1 연결부의 타측에 연결되고 타측은 사용자의 제 1 다리에 구비되는 제 1-2 하부스트링을 포함하고,
   상기 제 2 하부스트링은, 일측은 상기 하부연결스트링의 타측과 연결되고 타측은 상기 제 2 연결부의 일측에 연결되는 제 2-1 하부스트링과, 일측은 제 2 연결부의 타측에 연결되고 타측은 사용자의 제 2 다리에 구비되는 제 2-2 하부스트링을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   사용자가 무릎을 바깥쪽으로 이동시키면서 구부리게 되면, 상기 제 1-2 하부스트링 및 상기 제 2-2 하부스트링이 상기 제 1-1 하부스트링 및 상기 제 2-1 하부스트링과 멀어지는 방향으로 꺾이면서, 상기 제 1-2 하부스트링과 상기 제 2-2 하부스트링 사이의 이격 거리가 멀어지게 되고, 상기 제 1-2 하부스트링과 상기 제 2-2 하부스트링 사이의 이격 거리가 멀어지게 될수록 상기 하부연결스트링은 상기 상부케이블을 하방으로 유도하고 상기 상부케이블은 사용자의 상체가 펴지도록 유도하는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   사용자가 무릎을 구부리지 않은 상태로 상체를 구부리게 되면, 상기 제 1-2 하부스트링 및 상기 제 2-2 하부스트링이 상기 제 1-1 하부스트링 및 상기 제 2-1 하부스트링과 일직선상에 가까워지도록 이동되면서, 상기 상부케이블 및 상기 하부케이블의 장력이 커지게 되어, 상기 상부케이블 및 상기 하부케이블은 사용자의 상체가 펴지는 방향으로 압력을 가하게 되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 상부스트링의 일측은 사용자의 상체에 위치되는 한 쌍의 어깨 중 제 1 어깨에 착용되고,
   상기 제 2 상부스트링의 일측은 사용자의 상체에 위치되는 한 쌍의 어깨 중 제 2 어깨에 착용되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 하부스트링의 일측은 사용자의 제 1 다리와 연결되는 제 1 발에 착용되고,
   상기 제 2 하부스트링의 일측은 사용자의 제 2 다리와 연결되는 제 2 발에 착용되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   사용자의 제 1 다리에 구비되는 제 1 무릎을 감싸도록 착용되는 제 1 밴드와, 사용자의 제 2 다리에 구비되는 제 2 무릎을 감싸도록 착용되는 제 2 밴드를 더 포함하고,
   상기 제 1 하부스트링은 상기 제 1 밴드에 연결된 상태로 사용자의 제 1 발 방향으로 연장되고,
   상기 제 2 하부스트링은 상기 제 2 밴드에 연결된 상태로 사용자의 제 2 발 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   링 형상으로 형성되되 일측은 사용자의 제 1 발에 결합되고 타측은 상기 제 1 밴드의 전방을 지나 상기 제 1 하부스트링의 상측에 결합되는 제 1 무릎스트링; 및
   링 형상으로 형성되되 일측은 사용자의 제 2 발에 결합되고 타측은 상기 제 2 밴드의 전방을 지나 상기 제 2 하부스트링의 상측에 결합되는 제 2 무릎스트링을 더 포함하고,
   상기 제 1 무릎스트링과 상기 제 2 무릎스트링은 각각 탄성 재질로 형성되고,
   사용자가 제 1 무릎 및 제 2 무릎을 구부리게 되면, 상기 제 1 밴드 및 상기 제 2 밴드의 전방에 위치되는 상기 제 1 무릎스트링 및 상기 제 2 무릎스트링의 탄성에 의한 장력이 커지게 되어, 상기 제 1 무릎스트링 및 상기 제 2 무릎스트링은 사용자의 제 1 무릎 및 제 2 무릎이 펴지는 방향으로 압력을 가하게 되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 1 밴드의 전방에는 상기 제 1 무릎스트링이 안내되도록 제 1 전방터널이 형성되고, 상기 제 1 밴드의 후방에는 상기 제 1 하부스트링이 안내되도록 제 1 후방터널이 형성되고,
   상기 제 2 밴드의 전방에는 상기 제 2 무릎스트링이 안내되도록 제 2 전방터널이 형성되고, 상기 제 2 밴드의 후방에는 상기 제 2 하부스트링이 안내되도록 제 2 후방터널이 형성되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성부는 사용자의 엉덩이와 무릎 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 유연한 무동력 가변 임피던스 메커니즘을 이용한 웨어러블 디바이스.
    
    

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