KR20220004526A

KR20220004526A - 쌍안정 스프링을 갖는 지지부 및 이를 포함하는 운동 보조 장치

Info

Publication number: KR20220004526A
Application number: KR1020200136636A
Authority: KR
Inventors: 최병준; 이연백; 노세곤; 이민형
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2022-01-11

Abstract

일 실시 예에 따른 지지부는, 메인 바디; 상기 메인 바디에 연결되는 한 쌍의 메인 프레임; 상기 한 쌍의 메인 프레임에 각각 연결되는 한 쌍의 스트랩; 상기 한 쌍의 스트랩 각각의 내부에 마련되고, 복원력을 통해 2개의 안정 상태(stable state) 중 어느 하나의 안정 상태로 유지되는 쌍안정 스프링(bistable spring)을 포함하고, 상기 2개의 안정 상태는, 상기 쌍안정 스프링이 길이 방향을 따라 곧게 뻗은 형상을 갖는 제 1 안정 상태와, 상기 쌍안정 스프링이 1회 굴곡된 형상을 갖는 제 2 안정 상태를 포함하고, 상기 스트랩의 형상은 상기 쌍안정 스프링의 형상에 따라 결정될 수 있다.

Description

쌍안정 스프링을 갖는 지지부 및 이를 포함하는 운동 보조 장치{SUPPORT WITH BISTABLE SPRING AND MOTION ASSITANCE APPARTUS COMPRISING THEREOF}

본 발명은 쌍안정 스프링을 갖는 지지부 및 이를 포함하는 운동 보조 장치에 관한 것이다.

운동 보조 장치(motion assistance device)는 각종 질환이나 사고 등으로 인하여 스스로 걷지 못하는 환자들이 재활 치료를 위한 운동을 할 수 있도록 도와주는 기구 또는 장치를 말한다. 최근 고령화 사회가 심화됨에 따라 관절의 문제로 정상적인 운동이 어렵거나 운동에 대해 불편을 호소하는 사람들이 증가하여 운동 보조 장치에 대한 관심도 높아지고 있다. 운동 보조 장치는 사용자의 신체에 장착되어 사용자가 운동하는데 필요한 근력을 보조(assistance)해 주고, 사용자가 정상적으로 운동할 수 있도록 사용자의 보행을 유도한다.

일반적으로, 운동 보조 장치를 착용하는 사용자는 신체 거동이 불편한 사람들이다. 이들에게 운동 보조 장치를 착용하는 과정 자체가 버거울 수 있다. 신체 거동이 불편한 사용자가 다른 사람의 도움 없이 혼자서 운동 보조 장치를 착용할 수 있도록 하는 기술이 요구되는 실정이다.

위에서 설명한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.

상기 쌍안정 스프링이 상기 제 1 안정 상태에 있을 때, 상기 한 쌍의 스트랩 각각은 상기 메인 프레임으로부터 전방으로 연장된 형상을 유지할 수 있다.

상기 한 쌍의 스트랩 각각의 내부에 마련된 상기 쌍안정 스프링이 모두 상기 제 2 안정 상태에 있을 때, 상기 한 쌍의 스트랩 각각은 서로 오버랩될 수 있다.

상기 쌍안정 스프링은, 상기 제 1 안정 상태에 있을 때 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 볼록한 형상을 갖고, 상기 제 1 안정 상태에서 상기 제 2 안정 상태로 전환되는 동안 상기 볼록한 형상의 곡률은 감소할 수 있다.

상기 쌍안정 스프링은 상기 스트랩의 길이 방향을 기준으로 위치가 고정될 수 있다.

상기 스트랩은 상기 쌍안정 스프링을 수용하기 위한 수용 공간을 포함하고, 상기 스트랩의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 기준으로, 상기 수용 공간의 폭은 상기 스트랩의 폭 보다 클 수 있다.

상기 제 2 안정 상태에서 상기 쌍안정 스프링의 폭은, 상기 제 1 안정 상태에서 상기 쌍안정 스프링의 폭 보다 크고, 상기 수용 공간의 폭 보다 작을 수 있다.

상기 지지부는, 상기 스트랩의 내측에 마련되고, 상기 스트랩의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 기준으로 상기 쌍안정 스프링에 오버랩되는 패드를 더 포함할 수 있다.

상기 패드는 상기 스트랩에 탈착 가능하다.

상기 지지부는, 상기 한 쌍의 스트랩 중 어느 하나의 스트랩에 연결되고, 다른 하나의 스트랩을 감쌀 수 있는 한 쌍의 보조 스트랩을 포함할 수 있다.

상기 지지부는, 상기 한 쌍의 보조 스트랩 각각의 내부에 마련되는 보조 쌍안정 스프링을 더 포함할 수 있다.

상기 지지부는, 상기 스트랩의 내부에 마련되고, 상기 스트랩 보다 상대적으로 강성한 재질로 형성되는 이너 프레임을 더 포함할 수 있다.

상기 이너 프레임은, 상기 메인 프레임으로부터 연장되고, 상기 쌍안정 스프링에 연결되는 제 1 이너 프레임; 및 상기 쌍안정 스프링으로부터 상기 스트랩의 단부를 향해 연장되는 제 2 이너 프레임을 포함할 수 있다.

상기 쌍안정 스프링은 복수 개로 마련되고, 복수 개의 쌍안정 스프링은 상기 스트랩의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따른 지지부는, 메인 프레임; 상기 메인 프레임의 양단에 각각 연결되는 한 쌍의 스트랩; 상기 한 쌍의 스트랩 각각의 내부에 마련되고, 복원력을 통해 2개의 안정 상태(stable state) 중 어느 하나의 안정 상태로 유지되는 쌍안정 스프링(bistable spring)을 포함하고, 상기 2개의 안정 상태는, 상기 쌍안정 스프링이 길이 방향을 따라 곧게 뻗은 형상을 갖는 제 1 안정 상태와, 상기 쌍안정 스프링이 1회 굴곡된 형상을 갖는 제 2 안정 상태를 포함하고, 상기 스트랩의 형상은 상기 쌍안정 스프링의 형상에 따라 결정될 수 있다.

일 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 메인 바디; 상기 메인 바디에 연결되는 한 쌍의 메인 프레임; 상기 한 쌍의 메인 프레임에 각각 연결되는 한 쌍의 스트랩; 상기 한 쌍의 스트랩 각각의 내부에 마련되고, 복원력을 통해 2개의 안정 상태(stable state) 중 어느 하나의 안정 상태로 유지되는 쌍안정 스프링(bistable spring); 상기 메인 프레임에 배치되는 액츄에이터; 및 상기 액츄에이터로부터 동력을 전달 받아 회전 가능한 구동 프레임을 포함할 수 있다.

상기 2개의 안정 상태는, 상기 쌍안정 스프링이 길이 방향을 따라 곧게 뻗은 형상을 갖는 제 1 안정 상태와, 상기 쌍안정 스프링이 1회 굴곡된 형상을 갖는 제 2 안정 상태를 포함하고, 상기 스트랩의 형상은 상기 쌍안정 스프링의 형상에 따라 결정될 수 있다.

상기 쌍안정 스프링이 상기 제 1 안정 상태에 있을 때, 상기 한 쌍의 스트랩 각각은 상기 메인 프레임으로부터 전방으로 연장된 형상된 상태를 유지할 수 있다.

상기 스트랩의 내측에 마련되고, 상기 스트랩의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 기준으로 상기 쌍안정 스프링에 오버랩되는 패드를 더 포함할 수 있다.

상기 운동 보조 장치는, 상기 스트랩의 내부에 마련되고, 상기 스트랩 보다 상대적으로 강성한 재질로 형성되는 이너 프레임을 더 포함할 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치를 도시하는 정면도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치를 도시하는 측면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 쌍안정 스프링이 제 1 안정 상태에 있을 때 지지부를 도시하는 평면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 쌍안정 스프링이 제 2 안정 상태에 있을 때 지지부를 도시하는 평면도이다.
도 5은 제 1 안정 상태의 쌍안정 스프링을 도시하는 사시도이다.
도 6은 제 2 안정 상태의 쌍안정 스프링을 도시하는 사시도이다.
도 7은 쌍안정 스프링의 변위 각도에 따른 포텐셜 에너지를 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 8은 도 3의 절개선 Ⅷ-Ⅷ를 따라 절개한 단면도이다.
도 9는 도 3의 절개선 Ⅸ-Ⅸ을 따라 절개한 단면도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 메인 프레임, 스트랩 및 쌍안정 스프링을 도시하는 단면도이다.
도 11은 제 2 스트랩이 제 1 스트랩에 접근하는 모습을 도시하는 단면도이다.
도 12는 한 쌍의 스트랩이 고정 부재에 의해 고정된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 13 및 도 14는 일 실시 예에 따른 지지부를 도시하는 평면도이다.
도 15는 일 실시 예에 따른 지지부를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 16 및 도 17은 일 실시 예에 따른 메인 프레임, 스트랩, 쌍안정 스프링 및 이너 프레임을 도시하는 단면도이다.
도 18은 일 실시 예에 따른 지지부가 신체에 착용된 모습을 개략적으로 도시하는 정면도이다.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제 1 또는 제 2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소는 제 1 구성요소로도 명명될 수 있다.

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

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성 요소와, 공동적인 기능을 포함하는 구성 요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치를 도시하는 정면도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치를 도시하는 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 운동 보조 장치(100)는, 사용자에 착용되어 사용자의 운동을 보조할 수 있다. 사용자는 사람, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 1은 운동 보조 장치(100)가, 사용자의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 도시하고 있으나, 운동 보조 장치(100)는, 사용자의 손, 상박, 하박 등 상체의 다른 부분이나, 발, 종아리 등의 하체의 다른 부위를 보조하는 것도 가능하다(도 18 참조). 다시 말하면, 운동 보조 장치(100)는, 사용자의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다. 이하, 운동 보조 장치(100)가, 사람의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.

운동 보조 장치(100)는, 메인 바디(10)와, 한 쌍의 메인 프레임(20)과, 한 쌍의 스트랩(11)과, 한 쌍의 스트랩(11) 중 어느 하나의 스트랩에 연결되는 보조 스트랩(15)과, 엑츄에이터(21)와, 조인트 부재(22)와, 구동 프레임(23)을 포함할 수 있다.

메인 바디(10)는 내부에 엑츄에이터(21)를 제어하기 위한 제어부(미도시)와, 엑츄에이터(21)로 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(미도시)를 수용할 수 있다. 예를 들어, 메인 바디(10)는 운동 보조 장치(100)가 사용자의 신체에 착용된 상태를 기준으로, 사용자의 등 쪽에 배치될 수 있다.

한 쌍의 메인 프레임(20)은 메인 바디(10)에 연결될 수 있다. 메인 프레임(20)은 사용자에 고정될 수 있다. 메인 프레임(20)은, 사용자의 외면의 적어도 일부에 접촉할 수 있다. 메인 프레임(20)은, 사용자의 외면을 따라서 감싸는 형상일 수 있다. 메인 프레임(20)은, 사용자의 접촉 부분에 대응하는 형상으로 만곡 형성될 수 있다. 다시 말하면, 메인 프레임(20)은, 사용자에 접촉하는 만곡면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 메인 프레임(20)은, 사용자의 허리의 일측에 고정될 수 있다.

한 쌍의 스트랩(11)은 한 쌍의 메인 프레임(20)에 각각 연결될 수 있다. 한 쌍의 스트랩(11)은 사용자가 운동 보조 장치(100)를 착용하기 전 상태에서는 전방(+x 방향)으로 뻗어 있는 형상을 유지할 수 있고, 사용자가 한 쌍의 메인 프레임(20) 안쪽으로 진입하는 것을 방해하지 않을 수 있다. 한편, 사용자가 한 쌍의 메인 프레임(20) 안쪽으로 진입한 상태에서는, 한 쌍의 스트랩(11)은 변형되어, 도면에 도시된 바와 같이, 사용자의 전방 부분을 감쌀 수 있다. 메인 바디(10), 한 쌍의 메인 프레임(20) 및 한 쌍의 스트랩(11)은 사용자의 둘레를 전체적으로 감쌀 수 있다.

한 쌍의 보조 스트랩(15)은, 한 쌍의 스트랩(11)이 서로 오버랩된 상태에서, 한 쌍의 스트랩(11)을 서로 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 스트랩(11) 중 어느 하나의 스트랩은 한 쌍의 보조 스트랩(15)과 함께 다른 하나의 스트랩을 감쌀 수 있다.

엑츄에이터(21)는, 조인트 부재(22)로 전달되는 동력을 제공할 수 있다. 엑츄에이터(21)는, 전원 공급부로부터 전압 또는 전류를 제공받아 동력을 생성하는 모터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엑츄에이터(21)는, 조인트 부재(22)의 측 방향에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 엑츄에이터(21)의 회전 축 및 조인트 부재(22)의 회전 축은 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 엑츄에이터(21) 및 조인트 부재(22)가 회전 축을 공유하는 경우보다, 사용자로부터 돌출되는 높이를 줄일 수 있다. 한편, 도면과 달리 엑츄에이터(21)는 조인트 부재(22)와 이격하여 배치될 수도 있다. 이 경우, 엑츄에이터(21)로부터 조인트 부재(22)로 동력을 전달하는 동력 전달 모듈이 구비될 수 있다. 동력 전달 모듈은, 기어 등의 회전체이거나, 와이어, 케이블, 스트링, 고무줄, 스프링, 벨트, 또는 체인 등의 길이 방향 부재일 수도 있다. 다만, 실시 예에서, 엑츄에이터(21)의 위치 및 동력 전달 구조가 제한되는 것은 아니다.

조인트 부재(22)는, 엑츄에이터(21)로부터 동력을 전달받아, 사용자의 관절부의 운동을 보조할 수 있다. 조인트 부재(22)는, 사용자의 관절부에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 조인트 부재(22)는, 메인 프레임(20)의 일측에 배치될 수 있다. 조인트 부재(22)의 일측은 엑츄에이터(21)에 연결되고, 타측은 구동 프레임(23)에 연결될 수 있다. 조인트 부재(22)는, 엑츄에이터(21)로부터 전달받은 동력에 의해 회전될 수 있다. 조인트 부재(22)의 일측에는, 조인트 부재(22)의 회전 각도를 측정하는 인코더(encoder)가 배치될 수 있다.

구동 프레임(23)은 사용자의 일부의 운동을 보조할 수 있다. 구동 프레임(23)은, 조인트 부재(22)의 회전력에 의해 회전될 수 있다. 구동 프레임(23)은, 지지 프레임(231)과, 작용 부재(232)와, 지지 부재(233)를 포함할 수 있다.

지지 프레임(231)은, 사용자의 일 부분의 운동을 보조하기 위한 보조력을 전달할 수 있다. 여기서 보조력이란, 사용자의 일 부분의 운동 방향과 일치하는 방향으로 작용하는 힘으로 이해될 수 있다. 다시 말하면, 보조력은, 사용자의 일 부분에 작용하는 힘 중에서, 일 부분의 운동 방향과 교차되는 방향의 힘을 제외한 힘으로 이해될 수 있다. 지지 프레임(231)의 일 단부는, 조인트 부재(22)와 연결되어 회동될 수 있다. 지지 프레임(231)의 타 단부는, 지지 부재(233)에 연결되어, 사용자의 일 부분에 보조력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임(231)은 사용자의 허벅지를 밀거나 당길 수 있다. 지지 프레임(231)은, 사용자의 허벅지의 길이 방향을 따라서 연장될 수 있다. 지지 프레임(231)은 절곡되어 사용자의 허벅지 둘레의 적어도 일부를 감쌀 수 있다.

작용 부재(232)는, 사용자의 일부에 보조력을 작용할 수 있다. 작용 부재(232)는, 지지 프레임(231)의 타 단부 및 지지 부재(233) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 작용 부재(232)는, 사용자의 허벅지의 일측에 배치되어, 사용자의 허벅지를 밀거나 당길 수 있다. 작용 부재(232)는, 사용자의 허벅지의 전면에 배치될 수 있다. 작용 부재(232)는, 사용자의 허벅지의 둘레 방향을 따라 배치될 수 있다. 작용 부재(232)는, 지지 프레임(231)의 타 단부를 중심으로 양측으로 연장될 수 있다. 작용 부재(232)는, 사용자의 허벅지에 대응하는 만곡면을 포함할 수 있다.

지지 부재(233)는, 작용 부재(232)의 일측에 연결될 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(233)는, 사용자의 허벅지의 적어도 일부의 둘레를 감싸도록 배치되어, 사용자의 허벅지가 지지 프레임(231)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 일 실시 예에 따른 쌍안정 스프링이 제 1 안정 상태에 있을 때 지지부를 도시하는 평면도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 쌍안정 스프링이 제 2 안정 상태에 있을 때 지지부를 도시하는 평면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 운동 보조 장치(100)는 사용자의 신체에 착용되어 사용자의 신체 일부를 지지하는 지지부(A)를 포함할 수 있다. 여기서, 지지부(A)는 메인 바디(10), 한 쌍의 메인 프레임(20a, 20b), 한 쌍의 스트랩(111, 112), 쌍안정 스프링(12, bistable spring), 패드(14) 및 한 쌍의 보조 스트랩(151, 152)을 포함할 수 있다.

한 쌍의 메인 프레임(20a, 20b)은 메인 바디(10)의 우측에 연결되는 제 1 메인 프레임(20a)과, 메인 바디(10)의 좌측에 연결되는 제 2 메인 프레임(20b)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 메인 프레임(20a, 20b)은 사용자 신체의 일부를 부분적으로 둘러쌀 수 있다

한 쌍의 스트랩(111, 112)은 제 1 메인 프레임(20a)에 연결되는 제 1 스트랩(111)과, 제 2 메인 프레임(20b)에 연결되는 제 2 스트랩(112)을 포함할 수 있다.

제 1 스트랩(111) 및 제 2 스트랩(112) 각각은 도 3에 도시된 형상과 같은 '제 1 형상'을 갖거나, 도 4에 도시된 형상과 같은 '제 2 형상'을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 스트랩(111) 또는 제 2 스트랩(112)이 외력에 의해 일시적으로 '제 1 형상' 또는 '제 2 형상'을 유지하지 못할 경우, 제 1 스트랩(111) 또는 제 2 스트랩(112)은 쌍안정 스프링(12)의 복원력에 의해 '제 1 형상' 또는 '제 2 형상'으로 복원될 수 있다.

사용자가 한 쌍의 메인 프레임(20a, 20b) 내측으로 진입하지 않은 상태에서, 한 쌍의 스트랩(111, 112) 각각은 '제 1 형상'을 유지할 수 있고, 한 쌍의 메인 프레임(20a, 20b)으로부터 전방으로 연장된 형상을 유지할 수 있다. 한편, 사용자가 운동 보조 장치(100)를 착용한 상태, 다시 말하면, 사용자가 한 쌍의 메인 프레임(20a, 20b) 내측으로 진입한 상태에서, 한 상의 스트랩(111, 112) 각각은 '제 1 형상'으로부터 '제 2 형상'으로 전환될 수 있고, 사용자의 전방을 감쌀 수 있다. 예를 들어, 사용자는 한 쌍의 스트랩(111, 112)에 손으로 외력을 인가하여, 한 쌍의 스트랩(111, 112)을 '제 1 형상'으로부터 '제 2 형상'으로 전환시킬 수 있다.

쌍안정 스프링(12)은 한 쌍의 스트랩(111, 112) 각각의 내부에 마련되고, 복원력을 통해 2개의 안정 상태 중 어느 하나의 안정 상태로 유지될 수 있다. 2개의 안정 상태는, 쌍안정 스프링(12)이 길이 방향을 따라 곧게 뻗은 형상을 갖는 '제 1 안정 상태'와, 쌍안정 스프링(12)이 1회 굴곡된 형상을 갖는 '제 2 안정 상태'를 포함한다.

스트랩의 형상을 쌍안정 스프링(12)의 형상에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 쌍안정 스프링(12)이 '제 1 안정 상태'에 있을 때 스트랩은 '제 1 형상'을 유지할 수 있고, 쌍안정 스프링(12)이 '제 2 안정 상태'에 있을 때 스트랩은 '제 2 형상'을 유지할 수 있다.

한 쌍의 스트랩(111, 112) 내부에 마련된 쌍안정 스프링(12)이 '제 1 안정 상태'에 있을 때, 한 쌍의 스트랩(111, 112) 각각은 한 쌍의 메인 프레임(20a, 20b)으로부터 전방(+x 방향)으로 연장된 형상을 유지할 수 있다.

한 쌍의 스트랩(111, 112) 내부에 마련된 쌍안정 스프링(12)이 '제 2 안정 상태'에 있을 때, 한 쌍의 스트랩(111, 112) 각각은 서로 +x 방향을 기준으로 서로 오버랩될 수 있다.

패드(14)는 스트랩의 내측에 마련되고, 스트랩의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 기준으로 쌍안정 스프링(12)에 오버랩될 수 있다. 예를 들어, 제 1 스트랩(111)의 내측(-y 방향)에 마련된 패드(14)는 제 1 스트랩(111) 내부에 마련된 쌍안정 스프링(12)과 스트랩(111)의 길이 방향(x축 방향)에 대해 수직한 방향(y축 방향)을 기준으로 서로 오버랩될 수 있다.

패드(14)는 한 쌍의 스트랩(111, 112)이 '제 2 형상'일 때, 한 쌍의 스트랩(111, 112)이 형성하는 각도를 조절할 수 있다. 패드(14)는 한 쌍의 스트랩(111, 112)이 '제 1 형상'으로부터 '제 2 형상'으로 전환되는 동안, 저항으로 작용할 수 있다. 패드(14)가 두꺼울수록, '제 2 형상'인 한 쌍의 스트랩(111, 112)이 이루는 각도는 증가할 수 있다. 패드(14)는 한 쌍의 스트랩(111, 112)에 탈착 가능하다. 패드(14)의 두께 및 소재를 적절히 활용하여, '제 2 형상'에서의 스트랩의 각도를 조절함으로써, 사용자의 신체 사이즈에 맞도록 운동 보조 장치를 조정할 수 있다.

한 쌍의 보조 스트랩(151, 152)은 제 1 스트랩(111)에 연결되고, 제 1 스트랩(111) 및 제 2 스트랩(112)이 오버랩된 상태에서, 제 2 스트랩(112)을 둘러싸는 방식으로, 한 쌍의 스트랩(111, 112)을 고정할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 보조 스트랩(151, 152) 내부에도 보조 쌍안정 스프링(미도시)이 마련될 수 있다.

도 5은 제 1 안정 상태의 쌍안정 스프링을 도시하는 사시도이고, 도 6은 제 2 안정 상태의 쌍안정 스프링을 도시하는 사시도이고, 도 7은 쌍안정 스프링의 변위 각도에 따른 포텐셜 에너지를 개략적으로 도시하는 그래프이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 쌍안정 스프링(12)은 '제 1 안정 상태'에 있을 때, 길이 방향(y축 방향)에 대해 수직한 방향(x축 방향)으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 쌍안정 스프링(12)은 '제 1 안정 상태'에서 '제 2 안정 상태'로 전환되는 동안 볼록한 형상의 곡률이 감소하도록 변형될 수 있다. 다시 말하면, 쌍안정 스프링(12)은 '제 2 안정 상태'에 있을 때, 굴곡진 부분을 제외하고 상대적으로 평평한 형상을 가질 수 있다.

쌍안정 스프링(12)이 y축 기준으로 0도인 상태와, 90도인 상태가 각각 포텐셜 에너지가 가장 작은 포인트에 해당하며, '제 1 안정 상태' 및 '제 2 안정 상태'인 것으로 도시되나, 안정 상태를 이루는 각도는 0도 또는 90도에 제한되지 않으며, 쌍안정 스프링의 소재 또는 형상에 따라 다양한 각도로 구현될 수 있음을 밝혀 둔다.

도 8은 도 3의 절개선 Ⅷ-Ⅷ를 따라 절개한 단면도이고, 도 9는 도 3의 절개선 Ⅸ-Ⅸ을 따라 절개한 단면도이고, 도 10은 일 실시 예에 따른 메인 프레임, 스트랩 및 쌍안정 스프링을 도시하는 단면도이다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 스트랩(11)은 쌍안정 스프링(12)을 수용하기 위한 수용 공간(s)을 포함할 수 있다. 쌍안정 스프링(12)은 스트랩(11)의 길이 방향을 기준으로 위치가 고정될 수 있다. 예를 들어, 스트랩(11)의 길이 방향을 기준으로 수용 공간(S)의 폭은 쌍안정 스프링(12)의 폭과 길이가 같을 수 있다.

한편, 스트랩(11)의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 기준으로, 수용 공간(S)의 폭은 스트랩(11)의 폭 보다 클 수 있다. 이와 같은 형상에 따르면, 쌍안정 스프링(12) 내에서 자유롭게 '제 1 안정 상태' 및 '제 2 안정 상태' 사이에서 상태 전환이 가능하다.

제 1 안정 상태에서 쌍안정 스프링(12)의 폭(W1)은 수용 공간(S)의 폭(D1)보다 작을 수 있다. 또한, 제 2 안정 상태에서 쌍안정 스프링(12)의 폭(W2)은, 폭(W1)보다 크고, 수용 공간(S)의 폭(D1)보다는 작을 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 쌍안정 스프링(12)은 수용 공간(S)을 형성하는 스트랩(11)의 내벽에 간섭없이, 상태 전환이 가능하다.

쌍안정 스프링(12)의 길이(L)는 수용 공간(S)의 길이(D)와 같을 수 있다. 쌍안정 스프링(12)은 스트랩(11) 내부에서 그 위치가 고정될 수 있다.

도 11은 제 2 스트랩이 제 1 스트랩에 접근하는 모습을 도시하는 단면도이고, 도 12는 한 쌍의 스트랩이 고정 부재에 의해 고정된 상태를 도시하는 단면도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 한 쌍의 보조 스트랩(151, 152) 각각에는 보조 쌍안정 스프링(16)이 마련될 수 있다. 한 쌍의 보조 스트랩(151, 152)는 보조 쌍안정 스프링(16)에 의해 외력이 인가되지 않는 상태에서 곧게 뻗어 있는 형상을 유지할 수 있다. 한 쌍의 보조 스트랩(151, 152)이 곧게 뻗어 있는 형상을 유지하고 있으므로, 사용자는 한 쌍의 보조 스트랩을 개방시키는 동작 없이도, 제 2 스트랩(112)을 제 1 스트랩(111)에 접근시킬 수 있다.

한 쌍의 보조 스트랩(151, 152) 각각에는 고정을 위한 마그넷(17)이 마련될 수 있다. 한 쌍의 보조 스트랩(151, 152)이 서로 오버랩된 상태를 기준으로, 제 1 스트랩(151)에 마련된 마그넷과 제 2 스트랩(152)에 마련된 마그넷(17)은 서로 반대의 극성으로 마주할 수 있다.

도 13 및 도 14는 일 실시 예에 따른 지지부를 도시하는 평면도이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 운동 보조 장치(200)는 메인 바디(10)와, 메인 프레임(20)과, 스트랩(11)과, 쌍안정 스프링(12')과, 패드(14')와, 보조 스트랩(151, 152)을 포함할 수 있다.

쌍안정 스프링(12')과 패드(14')는 스트랩(11)의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 복수 개가 마련될 수 있다. 복수 개의 쌍안정 스프링(12')을 통해 스트랩(11')이 구현할 수 있는 안정적인 형상을 조절할 수 있다. 예를 들어, 몸통의 사이즈가 큰 사용자의 경우, 스트랩(11')의 복수 회 절곡이 필요할 수 있는데, 이 경우, 복수 개의 쌍안정 스프링(12')을 이용하여 스트랩(11')의 절곡 횟수를 설정할 수 있다.

도 15는 일 실시 예에 따른 지지부를 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 16 및 도 17은 일 실시 예에 따른 메인 프레임, 스트랩, 쌍안정 스프링 및 이너 프레임을 도시하는 단면도이다.

도 15 내지 도 17을 참조하면, 지지부(A)는 메인 프레임(20')과, 메인 프레임(20')의 양단에 각각 연결되는 한 쌍의 스트랩(11)과, 스트랩(11) 내부에 마련된 쌍안정 스프링(12)과, 쌍안정 스프링(12)의 양단에 각각 연결되는 이너 프레임(18)을 포함할 수 있다.

메인 프레임(20')은 도 1 내지 도 17에서 설명된 실시 예의 메인 프레임과 달리 메인 바디에 연결되지 않을 수 있다. 메인 프레임(20')은 예를 들어 U자 형상을 가질 수 있다. 지지부(A)는 사용자의 신체 일부를 감쌀 수 있다.

이너 프레임(18)은 스트랩(11)보다 상대적으로 강성한 재질로 형성될 수 있다. 이너 프레임(18)은 스트랩(11)이 형상을 유지할 수 있도록 보조할 수 있다. 예를 들어, 이너 프레임(18)은 메인 프레임(20')의 일단으로부터 연장되고 쌍안정 스프링(12)의 일단에 연결되는 제 1 이너 프레임(181)과, 쌍안정 스프링(12)의 타단에 연결되고 스트랩(11)의 단부를 향해 연장 형성되는 제 2 이너 프레임(182)을 포함할 수 있다.

이너 프레임(18)은 스트랩(11)에 의해 커버되어 외부로 노출되지 않을 수 있다. 이너 프레임(18)은 수용 공간(S) 내부에 마련된 쌍안정 스프링(12)의 위치를 고정시킬 수 있다.

도 18은 일 실시 예에 따른 지지부가 신체에 착용된 모습을 개략적으로 도시하는 정면도이다.

도 18을 참조하면, 지지부(A)는 사용자(U)의 신체 다양한 위치에 착용될 수 있다. 예를 들어, 지지부(A)는 사용자의 상박(upper arm)에 착용되어, 도시되지 않은 엑츄에이터, 조인트 부재 및 구동 프레임과 함께, 사용자의 팔꿈치 관절(elbow joint) 운동을 보조할 수 있다. 다른 예로, 지지부(A)는 사용자의 허벅지에 착용되어, 사용자의 무릎 관절 운동을 보조할 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims

메인 바디;
상기 메인 바디에 연결되는 한 쌍의 메인 프레임;
상기 한 쌍의 메인 프레임에 각각 연결되는 한 쌍의 스트랩;
상기 한 쌍의 스트랩 각각의 내부에 마련되고, 복원력을 통해 2개의 안정 상태(stable state) 중 어느 하나의 안정 상태로 유지되는 쌍안정 스프링(bistable spring)을 포함하고,
상기 2개의 안정 상태는, 상기 쌍안정 스프링이 길이 방향을 따라 곧게 뻗은 형상을 갖는 제 1 안정 상태와, 상기 쌍안정 스프링이 1회 굴곡된 형상을 갖는 제 2 안정 상태를 포함하고,
상기 스트랩의 형상은 상기 쌍안정 스프링의 형상에 따라 결정되는 지지부.
제 1 항에 있어서,
상기 쌍안정 스프링이 상기 제 1 안정 상태에 있을 때, 상기 한 쌍의 스트랩 각각은 상기 메인 프레임으로부터 전방으로 연장된 형상을 유지하는 지지부.
제 1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 스트랩 각각의 내부에 마련된 상기 쌍안정 스프링이 모두 상기 제 2 안정 상태에 있을 때, 상기 한 쌍의 스트랩 각각은 서로 오버랩되는 지지부.
제 1 항에 있어서,
상기 쌍안정 스프링은, 상기 제 1 안정 상태에 있을 때 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 볼록한 형상을 갖고, 상기 제 1 안정 상태에서 상기 제 2 안정 상태로 전환되는 동안 상기 볼록한 형상의 곡률은 감소하는 지지부.
제 1 항에 있어서,
상기 쌍안정 스프링은 상기 스트랩의 길이 방향을 기준으로 위치가 고정되는 지지부.
제 1 항에 있어서,
상기 스트랩은 상기 쌍안정 스프링을 수용하기 위한 수용 공간을 포함하고,
상기 스트랩의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 기준으로, 상기 수용 공간의 폭은 상기 스트랩의 폭 보다 큰 지지부.
제 6 항에 있어서,
상기 제 2 안정 상태에서 상기 쌍안정 스프링의 폭은, 상기 제 1 안정 상태에서 상기 쌍안정 스프링의 폭 보다 크고, 상기 수용 공간의 폭 보다 작은 지지부.
제 1 항에 있어서,
상기 스트랩의 내측에 마련되고, 상기 스트랩의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 기준으로 상기 쌍안정 스프링에 오버랩되는 패드를 더 포함하는 지지부.
제 8 항에 있어서,
상기 패드는 상기 스트랩에 탈착 가능한 지지부.
제 1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 스트랩 중 어느 하나의 스트랩에 연결되고, 다른 하나의 스트랩을 감쌀 수 있는 한 쌍의 보조 스트랩을 더 포함하는 지지부.
제 10 항에 있어서,
상기 한 쌍의 보조 스트랩 각각의 내부에 마련되는 보조 쌍안정 스프링을 더 포함하는 지지부.
제 1 항에 있어서,
상기 스트랩의 내부에 마련되고, 상기 스트랩 보다 상대적으로 강성한 재질로 형성되는 이너 프레임을 더 포함하는 지지부.
제 12 항에 있어서,
상기 이너 프레임은,
상기 메인 프레임으로부터 연장되고, 상기 쌍안정 스프링에 연결되는 제 1 이너 프레임; 및
상기 쌍안정 스프링으로부터 상기 스트랩의 단부를 향해 연장되는 제 2 이너 프레임을 포함하는 지지부.
제 1 항에 있어서,
상기 쌍안정 스프링은 복수 개로 마련되고, 복수 개의 쌍안정 스프링은 상기 스트랩의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 지지부.
메인 프레임;
상기 메인 프레임의 양단에 각각 연결되는 한 쌍의 스트랩;
상기 한 쌍의 스트랩 각각의 내부에 마련되고, 복원력을 통해 2개의 안정 상태(stable state) 중 어느 하나의 안정 상태로 유지되는 쌍안정 스프링(bistable spring)을 포함하고,
상기 2개의 안정 상태는, 상기 쌍안정 스프링이 길이 방향을 따라 곧게 뻗은 형상을 갖는 제 1 안정 상태와, 상기 쌍안정 스프링이 1회 굴곡된 형상을 갖는 제 2 안정 상태를 포함하고,
상기 스트랩의 형상은 상기 쌍안정 스프링의 형상에 따라 결정되는 지지부.
메인 바디;
상기 메인 바디에 연결되는 한 쌍의 메인 프레임;
상기 한 쌍의 메인 프레임에 각각 연결되는 한 쌍의 스트랩;
상기 한 쌍의 스트랩 각각의 내부에 마련되고, 복원력을 통해 2개의 안정 상태(stable state) 중 어느 하나의 안정 상태로 유지되는 쌍안정 스프링(bistable spring);
상기 메인 프레임에 배치되는 액츄에이터; 및
상기 액츄에이터로부터 동력을 전달 받아 회전 가능한 구동 프레임을 포함하는 운동 보조 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 2개의 안정 상태는, 상기 쌍안정 스프링이 길이 방향을 따라 곧게 뻗은 형상을 갖는 제 1 안정 상태와, 상기 쌍안정 스프링이 1회 굴곡된 형상을 갖는 제 2 안정 상태를 포함하고,
상기 스트랩의 형상은 상기 쌍안정 스프링의 형상에 따라 결정되는 운동 보조 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 쌍안정 스프링이 상기 제 1 안정 상태에 있을 때, 상기 한 쌍의 스트랩 각각은 상기 메인 프레임으로부터 전방으로 연장된 형상된 상태를 유지하는 운동 보조 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 스트랩의 내측에 마련되고, 상기 스트랩의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 기준으로 상기 쌍안정 스프링에 오버랩되는 패드를 더 포함하는 운동 보조 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 스트랩의 내부에 마련되고, 상기 스트랩 보다 상대적으로 강성한 재질로 형성되는 이너 프레임을 더 포함하는 운동 보조 장치.