KR20210029079A

KR20210029079A - 허리 근력 보조 장치 및 이를 포함하는 착용 로봇

Info

Publication number: KR20210029079A
Application number: KR1020200085382A
Authority: KR
Inventors: 유재관; 김형래
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2021-03-15
Also published as: KR102151229B1; KR102151230B1; KR102289850B1; KR102151228B1; KR102154248B1

Abstract

본 발명에 따르면, 사용자의 등을 지지하는 등판부, 상기 등판부의 일측에 결합되며, 내측에 상기 사용자의 동작에 따라 탄성력을 발생시키는 탄성부재를 포함하는 실린더부, 상기 사용자의 신체의 적어도 하나의 부위를 감싸도록 체결할 수 있는 체결부 및 상기 실린더부와 연결되며 상기 체결부와 선택적으로 조립되는 풀리 모듈을 포함하여, 상기 풀리 모듈의 조립을 고정 또는 해제하여 상기 사용자의 동작에 따른 상기 실린더부의 구동을 제어하는 클러치부를 포함하여 사용자의 허리 근력을 보조하는 허리 근력 보조 장치 및 이를 포함하는 착용 로봇이 개시된다.

Description

허리 근력 보조 장치 및 이를 포함하는 착용 로봇 {Waist Strength Assist Device and Wearable Robot including the same}

본 발명은 허리 근력 보조 장치에 관한 것으로, 특히 착용 로봇에 사용되는 허리 근력 보조 장치에 관한 것이다.

산업 또는 생활 속에서 작업을 하는 근로자의 경우 중량물을 운반하는 작업이 많으며, 작업 도중 무리한 동작이나 무거운 중량물 취급으로 근골격계 질환으로 연계되는 경우가 많다. 대부분의 근로자들은 중량물 운반을 위한 과정에서 자세가 올바르지 않거나 장시간 반복적인 작업, 고강도 작업을 진행하여 허리 부상을 입는 경우가 많이 발생되고 있다.

종래의 경우 허리 근력을 보조하기 위한 액추에이터로 공압, 유압 또는 전기식 모터를 사용하고 있다. 허리 근력을 보조하기 위한 액추에이터로 공압, 유압 또는 전기식 모터를 사용하는 경우 동작성이나 보조력이 명확하다는 장점이 있다. 다만, 시스템을 구성이 복잡하고, 부수적인 장치를 필요로 하기 때문에 크기, 무게, 가격 등에 민감하다. 또한, 액추에이터를 구동하기 위한 배터리의 영향으로 사용 시간이 제한적이며 수동형 액추에이터 보다 유지, 보수가 어렵다는 문제가 있다. 이 외에도 액추에이터가 구성되는 경우 사용자가 보조력 정도를 조절하거나 최대 보조력을 변경하는 것이 어렵기 때문에 범용적이지 않은 한계성을 지닌다.

본 발명은 허리 근력 보조 장치 및 이를 포함하는 착용 로봇에 관한 것으로 사용자의 등을 지지하는 등판부, 상기 등판부의 일측에 결합되며, 내측에 상기 사용자의 동작에 따라 탄성력을 발생시키는 탄성부재를 포함하는 실린더부, 상기 사용자의 신체의 적어도 하나의 부위를 감싸도록 체결할 수 있는 체결부 및 상기 실린더부와 연결되며 상기 체결부와 선택적으로 조립되는 풀리 모듈을 포함하여, 상기 풀리 모듈의 조립을 고정 또는 해제하여 상기 사용자의 동작에 따른 상기 실린더부의 구동을 제어하는 클러치부를 포함하여 사용자의 허리 근력을 보조하는데 그 목적이 있다.

또한, 풀리 모듈에 일측이 고정 또는 해제되어 상기 풀리의 회전을 정지시키는 고정 레버를 포함하여 허리 근력 보조 여부를 결정할 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치는, 사용자의 등을 지지하는 등판부, 상기 등판부의 일측에 결합되며, 내측에 상기 사용자의 동작에 따라 탄성력을 발생시키는 탄성부재를 포함하는 실린더부, 상기 사용자의 신체의 적어도 하나의 부위를 감싸도록 체결할 수 있는 체결부 및 상기 실린더부와 연결되며 상기 체결부와 선택적으로 조립되는 풀리 모듈을 포함하여, 상기 풀리 모듈의 조립을 고정 또는 해제하여 상기 사용자의 동작에 따른 상기 실린더부의 구동을 제어하는 클러치부를 포함한다.

여기서, 상기 실린더부는, 상기 탄성부재를 내측에 수용하는 실린더 케이스 및 상기 실린더 케이스를 상기 등판부의 일측에 장착하는 실린더 장착부를 포함한다.

여기서, 상기 실린더부는, 상기 실린더 케이스의 상단과 하단에 위치하여, 상기 탄성부재를 가압하는 압축부재 및 상기 압축부재에 연결되어 상기 사용자의 동작에 따라 상기 압축부재를 이동시키는 와이어를 더 포함한다.

여기서, 상기 실린더부는, 상기 탄성부재를 상기 실린더 케이스의 내측에 조립가능 하도록 고정하는 조립부를 더 포함하며, 상기 탄성부재의 탄성계수에 따라 상기 탄성부재를 변경하는 것이 가능하다.

여기서, 상기 실린더부는, 상기 실린더 케이스의 하단에 위치하며, 회전에 의해 상기 탄성부재를 가압하여 강성을 조절하는 강성 조절부를 더 포함한다.

여기서, 상기 클러치부와 상기 실린더부를 연결하고, 내측에 통공을 포함하는 연결부를 더 포함하며, 상기 실린더부의 와이어는 상기 연결부의 통공을 통과하여 상기 클러치부에 삽입된다.

여기서, 상기 클러치부는, 상기 클러치부의 외측에 마련되어 상기 클러치부의 내측 방향으로 눌림 고정 또는 외측 방향으로 해제되며, 눌림 고정 시 상기 풀리 모듈의 일측을 가압하여, 상기 풀리 모듈을 상기 체결부에서 탈거시키는 고정 레버 및 상기 고정 레버와 연결되어, 회전에 의해 상기 클러치부의 내측 방향으로 눌림 고정된 고정 레버를 상기 클러치부의 외측 방향으로 해제시키는 회전 레버를 포함한다.

여기서, 상기 고정 레버 해제 시, 상기 풀리 모듈이 상기 체결부와 조립되어 상기 사용자의 동작에 따라 상기 실린더부가 구동하여 탄성력을 발생시키며, 상기 고정 레버가 눌림 고정 시, 상기 풀리 모듈이 상기 체결부에서 탈거되어 상기 사용자의 동작에 따라 상기 실린더부 구동이 정지된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치를 포함하는 착용 로봇은, 사용자가 신체의 상부에 착용하고, 상기 신체의 적어도 하나의 부위를 감싸도록 체결할 수 있는 착용부, 상기 사용자의 손에 착용되는 그리퍼부 및 상기 착용부와 상기 그리퍼부 사이에 연결되어 상기 사용자가 중량물을 파지할 시 상기 중량물의 하중을 상기 착용부가 체결된 부위로 분산시키는 리프팅부를 포함하고, 상기 착용부는, 사용자의 등을 지지하는 등판부, 상기 등판부의 일측에 결합되며, 내측에 상기 사용자의 동작에 따라 탄성력을 발생시키는 탄성부재를 포함하는 실린더부, 상기 사용자의 신체의 적어도 하나의 부위를 감싸도록 체결할 수 있는 체결부 및 상기 실린더부와 연결되며 상기 체결부와 선택적으로 조립되는 풀리 모듈을 포함하여, 상기 풀리 모듈의 조립을 고정 또는 해제하여 상기 사용자의 동작에 따른 상기 실린더부의 구동을 제어하는 클러치부를 포함한다.

여기서, 상기 실린더부는, 상기 탄성부재를 내측에 수용하는 실린더 케이스, 상기 실린더 케이스를 상기 등판부의 일측에 장착하는 실린더 장착부, 상기 실린더 케이스의 상단과 하단에 위치하여, 상기 탄성부재를 가압하는 압축부재 및 상기 압축부재에 연결되어 상기 사용자의 동작에 따라 상기 압축부재를 이동시키는 와이어를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 사용자의 등을 지지하는 등판부, 상기 등판부의 일측에 결합되며, 내측에 상기 사용자의 동작에 따라 탄성력을 발생시키는 탄성부재를 포함하는 실린더부, 상기 사용자의 신체의 적어도 하나의 부위를 감싸도록 체결할 수 있는 체결부 및 상기 실린더부와 연결되며 상기 체결부와 선택적으로 조립되는 풀리 모듈을 포함하여, 상기 풀리 모듈의 조립을 고정 또는 해제하여 상기 사용자의 동작에 따른 상기 실린더부의 구동을 제어하는 클러치부를 포함하여 사용자의 허리 근력을 보조할 수 있다.

또한, 풀리 모듈에 일측이 고정 또는 해제되어 상기 풀리의 회전을 정지시키는 고정 레버를 포함하여 허리 근력 보조 여부를 결정할 수 있도록 할 수 있다.

이에 따라, 별도의 구동, 전자 장치를 사용하지 않아 시스템 구성이 간단하고, 사용 시간이 제한적이지 않으며, 유지 및 보수가 용이한 효과가 있다.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 실린더부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 클러치부를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 등판부를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 체결부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치를 포함하는 착용 로봇을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 체결부를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 관련된 허리 근력 보조 장치 및 이를 포함하는 착용 로봇에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은 허리 근력 보조 장치 및 이를 포함하는 착용 로봇에 관한 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치를 나타낸 도면이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 전체 형상을 나타낸 것이고, 도 2의 (a)는 정면 형상, 도 2의 (b)는 후면 형상, 도 2의 (c)는 측면 형상을 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치(10)는 등판부(100), 실린더부(200), 클러치부(300), 체결부(400), 연결부(500)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치(10)는 사용자의 허리 근력을 보조하기 위한 장치로서, 착용 로봇에 적용되어 착용 로봇을 착용한 사용자가 중량물을 운반하는 작업 수행 시 허리 근력을 보조한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수동형 액추에이터인 스프링을 이용하여 산업 또는 생활 속에서 작업을 하는 작업자의 허리 근력을 보조할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치(10)는 산업 재해로 연결되거나 인적 피해로 인한 손실을 방지하기 위한 것으로 스프링을 포함하는 실린더를 이용하여 사용자의 허리 근력을 보조할 수 있다.

등판부(100)는 사용자의 등을 지지한다. 등판부(100)는 사용자의 등판을 지지하는 기구물이며 장치 구성을 위한 기본 파트로 실린더부와 클러치부, 체결부를 장착 및 결합할 수 있도록 구성되어 있다.

실린더부(200)는 상기 등판부의 일측에 결합되며, 내측에 상기 사용자의 동작에 따라 탄성력을 발생시키는 탄성부재를 포함한다.

실린더부(200)는 스프링 실린더로 구현되는 것이 바람직하며 허리 근력 보조력을 발생시키기 위한 스프링과 그 보조력을 조절할 수 있는 강성 조절 장치를 포함하고, 등판에 장착하기 위한 별도의 실린더 장착부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서 탄성부재는 스프링이 가장 바람직하나, 고무줄 및 탄성이 있는 재질이라면 어떤 것이라도 무방하다.

클러치부(300)는 상기 실린더부와 연결되며 체결부와 선택적으로 조립되는 풀리 모듈을 포함하여, 상기 풀리 모듈의 조립을 고정 또는 해제하여 상기 사용자의 동작에 따른 상기 실린더부의 구동을 제어한다.

클러치부(300)는 사용자의 수동 조작이 가능하며, 사용자의 조작으로 상기 스프링 실린더에서 발생되는 보조력을 선택적 사용할 수 있도록 구성되어 있다.

클러치부(300)는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치(10)가 두 가지의 형태로 프리 스윙과 허리 근력 보조 모드로 구분하여 사용할 수 있도록 한다.

여기서, 프리 스윙 모드는 착용자가 자유롭게 이동이 필요한 경우 스프링 보조력 없이 자유로 움직일 수 있는 상태를 말한다.

허리 근력 보조 모드는 착용자가 허리를 굽혔을 때 스프링 실린더 내부에 포함된 스프링이 압축과 인장을 반복하여 허리 보조력을 발생시키는 상태를 말한다.

사용자는 허리 근력 보조가 필요한 경우 클러치의 풀리 모듈과 체결부의 허벅지 기구부를 조립한다. 여기서 고정 레버는 외측에 고정되어 위치한다. 이 경우 착용자가 허리를 굽혔을 때 스프링 실린더 내부에 포함된 스프링이 압축과 인장을 반복하여 허리 보조력을 발생시킨다.

허리 근력을 보조하기 위한 액추에이터로 공압, 유압 또는 전기식 모터를 사용하는 경우 시스템 구성이 복잡하고, 부수적인 장치를 필요로 하기 때문에 크기, 무게, 가격 등에 민감하다. 또한 액추에이터를 구동하기 위한 배터리 영향으로 사용 시간이 제한적이며 수동형 액추에이터 보다 유지, 보수가 어렵다는 문제가 있다. 이 외에도 액추에이터가 구성되는 경우 사용자가 보조력 정도를 조절하거나 최대 보조력을 변경하는 것이 어렵기 때문에 범용적이지 않은 한계성을 지닌다.

본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치(10)는 액추에이터를 구동하기 위한 별도의 장치가 필요하지 않고, 실린더부와 클러치부만을 이용하여 사용자가 보조력 정도를 조절하고, 최대 보조력을 변경할 수 있다.

체결부(400)는 상기 사용자의 신체의 적어도 하나의 부위를 감싸도록 체결할 수 있다.

체결부(400)는 사용자의 신체의 각 부분을 체결하는 체결 하네스이며, 허리 근력 보조 장치를 착용자의 신체와 결속할 수 있는 부속 장치로 구성되어 있다.

체결 하네스는 어깨 하네스, 허리 하네스, 허벅지 하네스, 엉덩이 하네스를 포함한다. 허리 하네스는 허리 자유도를 보상하기 위한 작동 고무를 포함하고, 허벅지 하네스는 작업 동작 시 편의성 향상시키기 위한 기구부 자유도가 구성되어 있다. 엉덩이 하네스는 사용자의 엉덩이 부분을 결속한다.

연결부(500)는 상기 클러치부와 상기 실린더부를 연결하고, 내측에 통공을 포함한다.

연결부(500)를 이용하여 실린더부와 클러치부가 기구적으로 결합하며, 보조력을 전달하기 위한 와이어로 이어지기 때문에 내측에 통공을 포함하게 된다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 실린더부를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 실린더부의 형상을 나타낸 것이고, 도 4의 (a) 및 (b)는 실린더부의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치(10)의 실린더부(200)는 탄성부재(210), 실린더 케이스(220), 실린더 장착부(230), 압축부재(240), 와이어(250), 강성 조절부(260)를 포함한다.

실린더부(200)는 상기 등판부의 일측에 결합되며, 내측에 상기 사용자의 동작에 따라 탄성력을 발생시키는 탄성부재(210)를 포함한다.

탄성부재(210)는 와이어의 장력에 의한 압축부재의 이동에 의해 압축되어 보조력을 저장하고, 와이어의 복귀 시 보조력을 발생하는 역할을 수행한다.

실린더 케이스(220)는 상기 탄성부재를 내측에 수용한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실린더 케이스는 원기둥의 형상으로 내측에 스프링을 수용하기에 적합하게 설계되었으나, 실린더 케이스의 형상은 이에 한정되는 것은 아니고 탄성부재의 형태에 따라 다르게 구현될 수 있다.

실린더 장착부(230)는 상기 실린더 케이스를 상기 등판부의 일측에 장착한다.

실린더 장착부는 실린더 케이스를 감싸는 고리를 포함하고, 등판부에 결합하도록 나사 조립부를 포함한다.

압축부재(240)는 상기 실린더 케이스의 상단과 하단에 위치하여, 상기 탄성부재(210)를 가압한다.

압축부재(240)는 스프링을 압축할 수 있는 압축판 형태이며, 상단(240a)과 하단(240a)에 배치된다. 구체적으로, 상단 압축부재(240a)가 와이어와 연결되어 와이어의 이동에 따라 하단으로 이동하며 스프링을 가압하게 되고, 하단 압축부재(240a)는 강성 조절 장치의 회전에 의해 상승하여 스프링의 강성을 조절한다.

와이어(250)는 상기 압축부재에 연결되어 상기 사용자의 동작에 따라 상기 압축부재를 이동시킨다. 와이어는 상술한 기능을 통해 다양한 소재로 적용이 가능하다.

와이어(250)는 실린더부와 클러치부 내부에 포함되어 보조력을 전달한다.

또한, 실린더 장착부(230)의 상단에 와이어를 고정할 수 있는 와이어 고정핀(251)을 더 포함한다.

또한, 스프링 하중에 의해 발생되는 장력을 전달하기 위한 매개체를 더 포함할 수 있다.

실린더부(200)는 상기 탄성부재를 상기 실린더 케이스의 내측에 조립가능 하도록 고정하는 조립부(211)를 더 포함하며, 상기 탄성부재의 탄성계수에 따라 상기 탄성부재를 변경하는 것이 가능하다.

예컨대, 실린더 케이스(220) 내에 구성된 스프링은 교체 가능한 구조로, 스프링의 최대 하중 사양에 따라서 최대 보조력을 결정할 수 있다.

또한, 스프링 교체 방법 외에도 강성 조절 장치를 이용하여 최대 보조력을 조절할 수 있어 착용자가 원하는 허리 보조력 조절이 가능하다.

강성 조절부(260)는 상기 실린더 케이스의 하단에 위치하며, 회전에 의해 상기 탄성부재를 가압하여 강성을 조절한다.

강성 조절부의 회전에 의해 강성 조절부의 일측(261)에 조립된 하단의 압축부재(240b)가 상승하며 스프링을 압축하여 압축하는 정도에 따라 강성을 조절할 수 있게 된다.

도 4의 (a)를 참조하면, 상기 사용자가 허리를 굽히는 동작을 수행하거나 상기 와이어(250)가 상기 실린더의 하측으로 당겨지고, 상기 실린더 케이스의 상단에 위치한 압축부재(240a)가 상기 탄성부재(210)를 가압하며 하측으로 이동하며, 상기 사용자가 허리를 펴는 동작을 수행 시, 상기 와이어가 상기 실린더의 상측으로 이동하고, 상기 압축부재가 상단으로 복귀한다.

즉, 착용자가 허리를 굽힘으로써 와이어에 장력이 발생되면 스프링 실린더 내부에 구성된 압축판이 스프링을 압축하여 보조력을 저장시키고, 허리를 펴는 동작에서 저장된 보조력이 발생되어 허리 근력을 보조한다.

본 발명의 일 실시예에서는 사용자가 허리를 굽히는 동작을 예로 들어 도시하였으나, 사용자가 앉았다 일어나는 동작을 수행하는 경우에도 와이어에 의해 압축판이 스프링을 압축하여 보조력을 저장시키고 허리 근력을 보조할 수 있다.

도 4의 (b)를 참조하면, 강성 조절 장치 조작으로 허리 보조력을 조절할 수 있으며, 강성 조절부(260)의 회전에 의해 강성 조절부의 일측(261)에 조립된 하단의 압축부재(240b)가 상승하며 스프링을 압축하여 압축하는 정도에 따라 강성을 조절할 수 있게 된다. 스프링 압축판이 상승하는 경우 보조력이 증가하게 된다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 클러치부를 설명하기 위한 도면이다.

도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 클러치부를 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치(10)의 클러치부(300)는 클러치 케이스(310), 풀리 모듈(320), 회전 레버(330), 고정 레버(340)를 포함한다.

클러치 케이스(310)는 내측에 풀리 모듈을 포함하며, 외측에 회전 레버와 고정 레버를 조립한다.

풀리 모듈(320)은 상기 클러치부의 내측에 위치하며, 상기 와이어의 일측을 걸어 회전시키는 풀리(321)를 포함하고, 상기 풀리와 일체로 회전한다.

풀리는 홈을 포함하여 와이어를 걸어 돌릴 수 있는 장치이다. 와이어의 진출입에 의해 풀리가 회전하게 된다.

스프링 스토퍼(323)는 고정 레버의 스프링(341)과 나란하게 배치되어 고정레버의 스프링이 밀려나지 않도록 지지하는 역할을 한다.

회전 가이드(325)는 풀리 모듈이 회전 가능하도록 홈을 포함하여, 와이어의 진출입시 흔들리지 않고 회전하도록 한다.

회전 레버(330)는 고정 레버와 연결되어, 회전에 의해 상기 클러치부의 내측 방향으로 눌림 고정된 고정 레버를 상기 클러치부의 외측 방향으로 해제시킨다.

회전 레버(330)는 고정 레버(340)가 눌린 상태일 경우 회전하여, 고정 레버가 눌리지 않은 상태로 복귀시킨다.

고정 레버(340)는 클러치부의 외측에 마련되어 상기 클러치부의 내측 방향으로 눌림 고정 또는 외측 방향으로 해제되며, 눌림 고정 시 상기 풀리 모듈의 일측을 가압하여, 상기 풀리 모듈을 상기 체결부에서 탈거시킨다.

고정 레버(340)는 사용자에 의해 눌려지거나, 외측에 고정되는 형태의 누름 레버인 것이 바람직하다.

고정 레버(340)는 눌려지는 방향으로 고정 레버 스프링(341)과 연결되어 고정 레버 스프링에 의해 눌림이 가능해지며, 눌려지는 경우 고정 레버 측이 풀리 모듈을 밀어내게 되어 풀리 모듈이 허벅지 기구부(350)로부터 탈거되어, 프리 스윙 모드로 전환된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 클러치부의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 고정 레버가 눌려져 있지 않고 외부에 고정된 상태인 보조력 On인 상태로서 허리 근력 보조가 필요한 경우(허리 근력 보조 모드) 고관절 클러치가 작동하는 메커니즘을 나타낸다.

상기 고정 레버 해제 시, 상기 풀리 모듈이 상기 체결부와 조립되어 상기 사용자의 동작에 따라 상기 실린더부가 구동하여 탄성력을 발생시키며 와이어가 허리 근력을 보조하게 된다.

고정 레버 스프링(341)은 가압되지 않은 부분(342)이 있으며, 스프링 스토퍼(323)는 고정 레버의 스프링(341)과 나란하게 배치되어 고정레버의 스프링이 밀려나지 않도록 지지한다.

스토퍼(311)는 클러치 케이스의 양측에 기 설정된 각도로 위치하고, 스토퍼와 접촉하는 스토퍼 접촉면(313)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기구적 스토퍼(311)로 인해 제한된 범위에서 보조력을 이용한 동작이 가능해진다.

기구부 회전각(A1, A2)만큼 클러치부가 이동하여도 접촉면에 스토퍼가 맞닿게 되어 이동이 정지되므로 일정 이상의 각도를 제한하여 부상 방지 효과가 있다. 예를 들어, 중량물을 들어올릴 때 다리와 허리가 일자로 일치하는 각도 외로 넘어가는 경우 기구적 스토퍼가 각도 제한하여 부상을 방지할 수 있다.

도 7은 고정 레버가 눌려진 상태인 보조력 Off인 상태로서 허리 근력 보조가 필요하지 않은 경우(프리 스윙 모드)에서 고관절 클러치가 작동하는 메커니즘을 나타낸다.

사용자의 조작에 의해 고정 레버(340)를 누르는 경우 고정 레버(340)는 눌려지는 방향으로 고정 레버 스프링(341)이 눌려지고, 고정 레버 측이 풀리 모듈의 일측과 맞닿으면서 상기 풀리 모듈의 일측을 가압하여, 상기 풀리 모듈을 상기 체결부에서 탈거시킨다.

여기서, 내부에 구성된 기구적 스토퍼(317)가 스토퍼 접촉 블록(315)에 맞닿는 각도만큼 작동될 수 있다.

도 8은 사용자의 조작에 의해 클러치부의 두 가지 모드를 전환하는 메커니즘을 나타낸다.

도 8의 (a)에서는 고정 레버를 눌림 고정하여 프리 스윙 모드로 사용 하다가 도 8의 (b)에서 회전 레버를 동작하여 고정 레버의 눌림을 해제 하여 허리 근력 보조 모드로 상태 전환된다.

구체적으로 설명하면, 고정 레버가 눌려진 상태에서 회전 레버를 동작하는 경우 회전 레버와 고정 레버를 연결하는 회전 레버 스프링(331)에 의해 고정 레버가 탈출하게 된다.

이에 따라, 내부 래치가 축으로부터 탈출하게 되고, 고정 레버가 스프링의 압축힘에 의해 탈출하고, 상기 풀리 모듈이 상기 체결부와 조립되어 보조력 On 상태로 전환된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 등판부를 설명하기 위한 도면이다.

등판부의 내측에는 허리 하네스와 체결되는 허리 하네스 작동부(110)를 포함한다. 허리 하네스 작동부(110)는 고무 재질로 구현되고, 체결되는 부분이 요축, 롤축, 피치축으로 이동 가능하도록 설계되어 다 자유도를 갖게 된다.

이에 따라, 사용자는 체결 하네스에서 착용 편의성을 갖게 된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 체결부를 설명하기 위한 도면이다.

허벅지 하네스는 사용자의 다리를 결속 및 밀착하기 위한 장치로 허벅지 등 다리를 보조한다.

허벅지에 안착되는 부분에 허벅지 장착판(411)과 허벅지 기구부(413)를 포함하며, 허벅지 기구부(413)는 원형의 연결 프레임과 연결되어 회전 자유도를 갖는다.

이에 따라, 착용자의 작업 동작에 맞추어 회전이 가능해진다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 고관절 클러치와 스프링 실린더가 연동되어 있는 경우 착용자의 작업 동작에 의해 보조력 전달 메커니즘을 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치에 따르면, 착용자가 원하는 상황에 따라 조작 가능한 레버를 이용하여 허리 근력 보조 여부를 결정할 수 있다.

구체적으로, 사용자가 허리를 굽히는 동작을 수행 시, 상기 와이어(250)가 실린더부(200)의 하측으로 당겨지고, 상기 실린더 케이스의 상단에 위치한 압축부재(240a)가 상기 탄성부재(210)를 가압하며 하측으로 이동하며, 상기 사용자가 허리를 펴는 동작을 수행 시, 상기 와이어가 상기 실린더의 상측으로 이동하고, 상기 압축부재가 상단으로 복귀한다.

여기서, 와이어의 장력에 의해 L1만큼 압축부재의 이동이 가능해진다.

와이어는 일측은 실린더부의 고정단(253)에 고정되고, 타측은 클러치부의 고정단(315)에 고정된다.

연결부의 내측에는 와이어를 보호하기 위한 와이어 보호 쉴드(510)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 작동 메커니즘을 참조하면, 공압, 유압 또는 전기식 액추에이터와 달리 프리 스윙 상태에서 Mechanical force가 발생되지 않아 사용자 근력 부담을 덜어줄 수 있다.

또한, 실린더부 내부에 구성된 스프링을 교체 가능한 구조로, 사양에 따라 보조력을 결정할 수 있어 사양 변경이 용이하다.

스프링 강성 조절 장치를 이용하는 경우 보조력 사양을 특정 구성 범위 내에서 조절할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치를 포함하는 착용 로봇을 나타낸 도면이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치를 포함하는 착용 로봇(1)은 착용부, 그리퍼부, 리프팅부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치를 포함하는 착용 로봇(1)은 무게를 갖는 중량물을 반복적으로 도수 이동하는 경우 인체에 가해지는 부하로 인해 손가락, 팔, 어깨, 허리 다리 등 특정 부위에 피로가 누적되는 것을 분산시키기 위해 착용할 수 있는 장치이다.

물건의 형태나 중량물의 무게가 다양하고, 이를 반복적으로 작업하게 되면 특정 신체 부위에 피로가 누적되고, 이로 인해 상해를 입을 수 있다. 이를 방지하기 위해서 중량물의 부하를 착용자의 신체 전체로 분산시켜 특정 부분에 부하가 집중되는 것을 방지하고, 특정 부위의 피로도를 분산 시켜 상해율을 낮추며 작업의 안전, 안정, 효율성을 향상시키기 위한 장치이다.

착용부는 사용자가 신체의 상부에 착용하고, 상기 신체의 적어도 하나의 부위를 감싸도록 체결할 수 있다.

착용부는 등판부(100), 실린더부(200), 클러치부(300), 체결부(400), 연결부(500)를 포함한다.

등판부(100)는 사용자의 등을 지지한다.

클러치부(300)는 실린더부와 연결되며 상기 체결부와 선택적으로 조립되는 풀리 모듈을 포함하여, 상기 풀리 모듈의 조립을 고정 또는 해제하여 상기 사용자의 동작에 따른 상기 실린더부의 구동을 제어한다.

체결부(400)는 하네스 조립체로서 신체의 적어도 하나의 부위에 체결되어 사용자가 파지하는 중량물의 부하를 체결된 부위로 분산시킨다.

체결부(400)는 사용자가 착용 로봇을 몸에 밀착시키고 결속하기 위한 어깨 하네스, 허리 하네스, 허벅지 하네스, 엉덩이 하네스를 포함한다.

어깨 하네스는 상기 사용자의 어깨부위에 밀착된다. 등판부를 착용자의 신체에 결속 및 밀착하기 위한 장치로 어깨, 가슴, 등을 보조한다.

허리 하네스는 상기 사용자의 허리부위를 결속한다. 착용자의 허리를 결속 및 밀착하기 위한 장치로 허리를 보조한다.

엉덩이 하네스는 사용자의 엉덩이 부분을 결속한다.

착용부의 각 구성요소의 위치와 길이는 당업자에 의해 본 발명의 다양한 실시예에로 착용자가 무게를 갖는 중량물(형태에 제한 없이)을 들어 올렸을 때 하중을 몸 전체로 분산시켜주도록 설계될 수 있다.

상기 실린더부의 와이어는 상기 연결부의 통공을 통과하여 상기 클러치부에 삽입되고, 상기 접촉부는 상기 와이어를 선택적으로 고정한다.

그리퍼부(600)는 상기 사용자의 손에 착용된다. 그리퍼부(600)는 다양한 형태의 물체를 잡을 수 있도록 손가락과 손등이 기 설정된 각도만큼 이동 가능한 구조로 설계되는 것이 바람직하다.

그리퍼부(600)는 사용자의 양 손에 착용이 가능하도록 한 쌍으로 설계되며, 제1 와이어 및 제2 와이어와 각각 연결되어 와이어를 자동으로 권취하는 형식으로 와이어를 당기며 장력을 조절하는 와이어 조절부(610)를 포함한다.

리프팅부(700)는 상기 착용부와 상기 그리퍼부 사이에 연결되는 와이어를 포함하여 상기 사용자가 중량물을 파지할 시 상기 중량물의 하중을 상기 착용부가 체결된 부위로 분산시킨다. 와이어는 상기 그리퍼부와 연결되며, 상기 사용자가 중량물을 파지할 시 상기 사용자의 팔을 지탱하여 상기 중량물의 하중을 지지한다.

리프팅부(700)는 사용자가 작업 시 작업 환경에 따라 다양한 형태의 중량물을 들어 올렸을 때, 중량물의 하중을 특정 부위가 아닌 사용자의 몸 전체에 하중이 분산될 수 있도록 전달해 주는 역할을 한다.

리프팅부(700)는 중량물 지지 구조체(710)를 포함한다.

중량물 지지 구조체(710)는 중량물을 지지하고 와이어를 연결할 수 있는 구조물로써, 등판부에 고정되어 상기 중량물의 하중을 상기 사용자의 등으로 분산시킨다.

중량물 지지 구조체(710)는 금속 또는 비금속 재질로 와이어 길이 조절 및 고정시킬 수 있도록 형태를 갖추고 있으며 등판부에 삽입되는 형식으로 조립 가능한 삽입부(711)를 포함한다.

구체적으로, 사용자가 중량물을 이송할 시 사용자의 팔 힘만으로 중량물을 이송하여야 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면 와이어가 자동으로 당겨짐에 따라 와이어의 당겨지는 힘에 의해 중량물이 들어지고, 착용로봇의 무게 중심이 몸체와 등쪽에 위치함에 따라 하중이 분산되게 되는 것이다.

와이어는 그리퍼부와의 연결 시 와이어 조절부(610)를 이용하며, 중량물 지지 구조체(710)가 어깨에 올려지는 부분(720)과 연결되어, 어깨를 중심으로 하중이 분산되도록 한다.

여기서, 와이어는 특정 형태나 재질에 제한되지 않고 중량물의 하중을 지지할 수 있도록 구성된다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 허리 근력 보조 장치의 체결부를 나타낸 도면이다.

체결 하네스는 어깨 하네스, 허리 하네스, 허벅지 하네스를 포함하며, 본 발명의 일 실시예에서 엉덩이 하네스(430)를 더 포함한다.

엉덩이 하네스(430)는 사용자의 엉덩이 부분을 결속한다. 제1 결속부(431)는 클러치에서 허리로 올라가는 파이프에 연결되어 있다. 제2 결속부(433)는 허벅지 하네스(410)와 제1 결속부(431)에 결속되어 있고, 길이조절 및 위치를 이동시킬 수 있으므로 신체 조건에 따라 길이 및 위치 조절이 가능하다. 버클(435)을 포함하여 사용자 신체 조건에 따라 길이를 조절할 수 있다.

만일, 사용자의 엉덩이 측이 결속되지 않으면 사용자가 허리를 굽히거나 앉는 동작을 수행하는 경우 와이어가 당겨짐에 따라 다리만 고정되고 등판부가 상측으로 이동할 수 있다. 그러나 본 발명에서 엉덩이 하네스가 사용자의 엉덩이 부분을 결속함으로써 실린더부의 이동에 상관없이 로봇이 신체에서 이탈되지 않도록 할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

10: 허리 근력 보조 장치
100: 등판부
200: 실린더부
300: 클러치부
400: 체결부
500: 연결부

Claims

사용자의 등을 지지하는 등판부;
상기 등판부의 일측에 결합되며, 내측에 상기 사용자의 동작에 따라 탄성력을 발생시키는 탄성부재를 포함하는 실린더부;
상기 사용자의 신체의 적어도 하나의 부위를 감싸도록 체결할 수 있는 체결부; 및
상기 실린더부와 연결되며 상기 체결부와 선택적으로 조립되는 풀리 모듈을 포함하여, 상기 풀리 모듈의 조립을 고정 또는 해제하여 상기 사용자의 동작에 따른 상기 실린더부의 구동을 제어하는 클러치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치.
제1항에 있어서,
상기 실린더부는,
상기 탄성부재를 내측에 수용하는 실린더 케이스; 및
상기 실린더 케이스를 상기 등판부의 일측에 장착하는 실린더 장착부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치.
제2항에 있어서,
상기 실린더부는,
상기 실린더 케이스의 상단과 하단에 위치하여, 상기 탄성부재를 가압하는 압축부재; 및
상기 압축부재에 연결되어 상기 사용자의 동작에 따라 상기 압축부재를 이동시키는 와이어;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치.
제2항에 있어서,
상기 실린더부는,
상기 탄성부재를 상기 실린더 케이스의 내측에 조립가능 하도록 고정하는 조립부;를 더 포함하며,
상기 탄성부재의 탄성계수에 따라 상기 탄성부재를 변경하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치.
제2항에 있어서,
상기 실린더부는,
상기 실린더 케이스의 하단에 위치하며, 회전에 의해 상기 탄성부재를 가압하여 강성을 조절하는 강성 조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치.
제3항에 있어서,
상기 클러치부와 상기 실린더부를 연결하고, 내측에 통공을 포함하는 연결부;를 더 포함하며,
상기 실린더부의 와이어는 상기 연결부의 통공을 통과하여 상기 클러치부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치.
제6항에 있어서,
상기 클러치부는,
상기 클러치부의 외측에 마련되어 상기 클러치부의 내측 방향으로 눌림 고정 또는 외측 방향으로 해제되며, 눌림 고정 시 상기 풀리 모듈의 일측을 가압하여, 상기 풀리 모듈을 상기 체결부에서 탈거시키는 고정 레버; 및
상기 고정 레버와 연결되어, 회전에 의해 상기 클러치부의 내측 방향으로 눌림 고정된 고정 레버를 상기 클러치부의 외측 방향으로 해제시키는 회전 레버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치.
제7항에 있어서,
상기 고정 레버 해제 시, 상기 풀리 모듈이 상기 체결부와 조립되어 상기 사용자의 동작에 따라 상기 실린더부가 구동하여 탄성력을 발생시키며,
상기 고정 레버가 눌림 고정 시, 상기 풀리 모듈이 상기 체결부에서 탈거되어 상기 사용자의 동작에 따라 상기 실린더부 구동이 정지되는 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치.
사용자가 신체의 상부에 착용하고, 상기 신체의 적어도 하나의 부위를 감싸도록 체결할 수 있는 착용부;
상기 사용자의 손에 착용되는 그리퍼부; 및
상기 착용부와 상기 그리퍼부 사이에 연결되어 상기 사용자가 중량물을 파지할 시 상기 중량물의 하중을 상기 착용부가 체결된 부위로 분산시키는 리프팅부;를 포함하고,
상기 착용부는, 사용자의 등을 지지하는 등판부;
상기 등판부의 일측에 결합되며, 내측에 상기 사용자의 동작에 따라 탄성력을 발생시키는 탄성부재를 포함하는 실린더부;
상기 사용자의 신체의 적어도 하나의 부위를 감싸도록 체결할 수 있는 체결부; 및
상기 실린더부와 연결되며 상기 체결부와 선택적으로 조립되는 풀리 모듈을 포함하여, 상기 풀리 모듈의 조립을 고정 또는 해제하여 상기 사용자의 동작에 따른 상기 실린더부의 구동을 제어하는 클러치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치를 포함하는 착용 로봇.
제9항에 있어서,
상기 실린더부는,
상기 탄성부재를 내측에 수용하는 실린더 케이스;
상기 실린더 케이스를 상기 등판부의 일측에 장착하는 실린더 장착부;
상기 실린더 케이스의 상단과 하단에 위치하여, 상기 탄성부재를 가압하는 압축부재; 및
상기 압축부재에 연결되어 상기 사용자의 동작에 따라 상기 압축부재를 이동시키는 와이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치를 포함하는 착용 로봇.
제10항에 있어서,
상기 클러치부와 상기 실린더부를 연결하고, 내측에 통공을 포함하는 연결부;를 더 포함하며,
상기 실린더부의 와이어는 상기 연결부의 통공을 통과하여 상기 클러치부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치를 포함하는 착용 로봇.
제10항에 있어서,
상기 클러치부는,
상기 클러치부의 외측에 마련되어 상기 클러치부의 내측 방향으로 눌림 고정 또는 외측 방향으로 해제되며, 눌림 고정 시 상기 풀리 모듈의 일측을 가압하여, 상기 풀리 모듈을 상기 체결부에서 탈거시키는 고정 레버; 및
상기 고정 레버와 연결되어, 회전에 의해 상기 클러치부의 내측 방향으로 눌림 고정된 고정 레버를 상기 클러치부의 외측 방향으로 해제시키는 회전 레버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 허리 근력 보조 장치를 포함하는 착용 로봇.