KR20220134277A - 공기냉각장치를 포함하는 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 유연구동기의 제어 방법은, 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 구성된 열반응 부재; 상기 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기를 제공하도록 구성된 냉각부; 및 상기 열반응 부재와 냉각부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 유연구동기의 제어방법으로서, 상기 냉각부의 공기 흐름방향은 상기 열반응 부재의 배열방향에 직교하는 것을 특징으로 한다.

Description

공기냉각장치를 포함하는 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치{Flexible actuator including air cooling device, wearable robot and massage device including the same}

본 발명은 공기냉각장치가 구비된 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이완 응답성 향상을 위한 공기냉각장치를 포함하는 옷감형 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치에 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 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작이나 무거운 하중을 버티는 동작을 완화시키기 위한 착용형 근력보조장치의 필요성이 대두되고 있다.

최근 개발되고 있는 근력보조장치는 모터와 프레임 등을 이용하여 팔이나 다리의 측면에 부착하여 구동되는 방식이 대부분이다.

이러한 방식의 근력보조장치는 프레임이나, 각종 프레임의 구동을 위한 모터 등으로 구성되어 무게가 무겁고 딱딱하여 자연스러운 움직임을 방해할 뿐만 아니라, 착용이 불편한 문제점이 있다.

따라서, 무게가 가볍고, 인체 근육과 유사한 위치에 부착되어 신체의 움직임을 방해하지 않을 뿐만 아니라 다양한 동작의 응답성을 향상시킬 수 있는 웨어러블 로봇(근력 증강용 의복)의 개발이 요구된다.

이러한 요구에 응답하여 형상기억합금 스프링을 이용한 옷감형 유연구동기 및 이를 이용한 근력보조장치가 제안되어 관련 기술들이 연구되고 있다. 다만, 형상기억합금 스프링은 온도 제어 시 자연 냉각에 의존하여 냉각 속도가 느리므로, 이러한 타입의 웨어러블 로봇 또는 근력 보조 장치의 대부분은 이완 속도가 느리다는 문제가 있으며, 이러한 문제점을 해결하기 위한 공기냉각구조가 여러 특허문헌들에 개시되어 있다.

그러나, 동 문헌들에 개시된 공기냉각구조는 냉각목적의 공기가 스프링의 길이방향을 따라 유동하도록 구성되어 있으며, 이 경우 길이방향을 따라 흘러가는 공기가 스프링으로부터의 열을 흡수하여 점진적으로 온도가 상승하게 되어 결국 유동 하류에 위치하는 스프링 부분들에 대한 냉각효율이 저하되는 문제가 발생하였다.

본 발명은 전술한 문제 및 이와 연관된 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 예시적 목적은, 인체 근육과 유사한 위치에 부착되어 신체의 움직임을 방해하지 않을 뿐만 아니라 다양한 동작, 특히 이완 동작의 응답성을 향상시킬 수 있는 개선된 냉각구조를 구비한 옷감형 유연구동기 및 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치를 제공하는 것이다.

본 명세서에 개시된 기술의 기술적 사상에 따른 옷감형 유연구동기 및 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유연구동기는, 제1 방향으로 배열된 열반응 부재를 포함하는 구동부; 상기 구동부의 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기가 상기 제1 방향에 실질적으로 직교하는 제2 방향으로 상기 열반응 부재와 접촉하도록 구성된 냉각부; 및 상기 구동부와 냉각부로의 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유연구동기는, 열반응 부재를 포함하는 구동부; 상기 구동부의 열반응 부재가 차지하는 영역에 걸쳐 에어샤워 형식의 공기 흐름을 제공하는 냉각부; 및 상기 구동부와 냉각부로의 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.

상기 냉각부는, 외부공기 공급기; 및 상기 외부공기 공급기로부터 발생된 공기를 상기 열반응 부재 측으로 배출하도록 구성된 에어포켓을 포함한다.

상기 에어포켓은, 상기 외부공기 공급기로부터 공급된 공기를 상기 에어포켓 내부로 유입하도록 구성된 공기 유입구; 및 상기 에어포켓 내부로 유입된 공기를 상기 열반응 부재가 위치하는 면으로 배출하도록 구성된 공기 배출구를 포함한다.

상기 공기 배출구는 상기 제2 방향으로 배향된 복수의 공기 구멍(air hole)을 포함한다.

상기 복수의 공기 구멍은 상기 열반응 부재가 수축된 상태에 대응하는 영역에 형성된다.

상기 에어포켓은 상기 유연 구동기의 일면으로 기능하며, 상기 유연 구동기의 타면은 에어포켓으로부터 배출된 공기가 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어진다.

상기 구동부는 제1 구동부와 제2 구동부를 포함하고, 상기 에어포켓은 상기 제1 및 제2 구동부들 사이에 배치되어 상기 에어포켓 내부로 유입된 공기가 상기 제1 및 제2 구동부들이 위치하는 면으로 배출된다.

상기 유연 구동기의 양면은 상기 에어포켓으로부터 배출된 공기가 상기 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어진다.

상기 냉각부는 외부공기 공급기를 포함하고, 상기 외부공기 공급기는 상기 구동부의 일측에 부착되되, 상기 외부공기 공급기가 위치하는 영역과 상기 구동부의 열반응 부재가 위치하는 영역은 중첩된다.

상기 유연 구동기의 양면은 상기 외부공기 공급기로부터 발생된 공기가 상기 구동부를 직접 관통한 후 상기 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어진다.

상기 외부공기 공급기는 상기 열반응 부재가 수축된 상태에 대응하는 영역에 위치된다.

상기 열반응 부재는 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 SMA 스프링 다발을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 웨어러블 로봇은, 의복 본체, 및 상기 의복 본체에 연결되는 앞서 기재된 유연구동기를 포함하며, 상기 유연구동기의 일 측은 제1 신체고정부에 배치되고, 상기 유연구동기의 타 측은 상기 의복 본체에서 관절이 대응되는 위치를 기준으로 상기 제1 신체고정부와 반대편에 있는 제2 신체고정부에 배치된다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 마사지 장치는, 탄성 밴드, 및 상기 탄성 밴드에 연결되는 앞서 기재된 하나 이상의 유연구동기를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 유연구동기는, 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 구성된 열반응 부재; 상기 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기를 제공하도록 구성된 냉각부; 및 상기 열반응 부재와 냉각부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하고, 상기 냉각부로부터의 공기가 상기 열반응 부재를 냉각한 후 상기 열반응 부재의 영역에 대응하는 위치에 설치된 공기 배출구을 통해 유연구동기 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다. 여하한의 방식(가령, 상하부로부터 각각 동시 주입)으로 주입된 냉각공기가 배출되는 배출구(메쉬 등 포함)가 열반응 부재의 영역에 대응하는 위치에 설치된 공기 배출구을 통해 배출되는 경우 열반응부재와 냉각공기와의 접촉시간을 늘릴 수 있어 냉각효율이 증대할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 유연구동기의 제어 방법은, 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 구성된 열반응 부재; 상기 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기를 제공하도록 구성된 냉각부; 및 상기 열반응 부재와 냉각부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 유연구동기의 제어방법으로서, 상기 냉각부의 공기 흐름방향은 상기 열반응 부재의 배열방향에 직교하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램은, 명령어를 포함하고, 상기 명령어는 컴퓨터에 의해 실행되는 경우, 앞서 기재된 제어 방법을 구현한다.

본 발명의 실시예에 따르면 형상기억합금 스프링을 이용하고 이의 온도제어를 위한 공기냉각장치를 구비하는 옷감형 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치의 제공이 가능하다.

구체적으로, 설치된 스프링과 냉각공기가 실질적인 직교방향으로 직접 접촉하는 방식으로 냉각공기가 주입되거나, 냉각공기가 스프링을 냉각한 후 스프링의 영역에 대응하는 위치에 설치된 공기 배출구을 통해 유연구동기 외부로 배출되는 방식으로 배출구가 위치되어, 신속한 이완 동작의 응답성을 갖는 옷감형 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치를 제공할 수 있다.

한편, 앞서 기재된 효과는 예시적인 것에 불과하며 당업자의 관점에서 본 발명의 세부 구성으로부터 예측되거나 기대되는 효과들 또한 본원발명 고유의 효과에 추가될 수 있을 것이다.

도 1a, 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 유연구동기의 구성도 및 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 유연구동기에 적용가능한 SMA 스프링 다발 및 단위 스프링의 예시도이다.
도 3은 도 1의 유연구동기에 적용되는 중첩부에 대한 구성도이다.
도 4는 도 1의 유연구동기에서의 추가옷감에 대한 구성도이다.
도 5은 도 1의 유연구동기의 다른 실시예를 나타낸다.
도 6은 에어포켓을 이용한 냉각부의 일 실시예를 나타낸다.
도 7 (a)은 도 6의 에어포켓에 의해 냉각공기가 에어샤워(air shower) 형태로 분사되는 것과 (b)는 냉각공기와 SMA 스프링의 접촉관계(직교방향 교차)를 나타낸다.
도 8은 도 6의 양면 분사구조의 에어포켓을 이용하여 복수의 구동부를 냉각시키는 실시예를 나타낸다.
도 9는 도 6의 실시예에 의한 유연구동기의 전면과 후면을 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 외부공기공급기를 이용한 냉각부의 일 실시예 및 단면 확대도를 각각 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇의 구성도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 마사지 장치의 구성도이다.
도 13은 도 12의 마사지 장치의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 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. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 개시내용은 도면 및 이상의 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 본 개시내용은 특성이 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 단지 소정의 실시형태가 도시되고 설명되었으며, 본 개시내용의 정신 내에 들어가는 모든 변화와 변형은 보호되는 것이 바람직함이 이해될 것이다.

유연구동부

이하 첨부된 도면을 참고하여 먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 옷감형 유연구동기에 대하여 상세히 설명한다. 설명의 편의상, 본 명세서에 기재된 실시예는 전류를 이용한 주울 가열(Joule heating)을 통해 유연구동기가 수축되도록 하는 열반응 부재의 경우로 한정한다.

아울러, 본 명세서에서는 이러한 열반응 부재로서 미세 SMA 스프링을 복수개 포함하는 구조를 예로 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 기술적 사상에 해당하는 냉각구조는 작동시 발열하는 어떠한 타입/형태/구조의 열반응 부재(들)을 포함하는 유연구동기에도 적용될 수 있음은 자명하다고 할 것이다.

1. 유연구동기 단위체

도 1a, 1b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 유연구동기(10) 단위체는, 본체 내부에 배치된 SMA 스프링 다발인 열반응 부재(100)가 제어부(300)에 의하여 수축 및 이완됨에 의하여 구동기 자체도 수축 및 이완되도록 구성된다.

SMA 스프링 다발인 열반응 부재(100)는 일 방향을 따라 연장되며, 온도 변화에 따라 연장된 길이방향(D1)을 따라 수축 또는 이완 가능하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 열반응 부재는 전기가 공급되면 발생하는 열에 반응하여 일 방향을 따라 수축될 수 있다. 또한, 전기 공급이 중단되어 온도가 감소되면, 일 방향의 반대 방향으로 이완될 수 있다.

열반응 부재(100)는 열에 반응하는 형상기억합금 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 열반응 부재(100)는 형상기억합금 SMA 와이어로 구현되는 형상기억합금 SMA 스프링으로 이루어질 수 있다. 또는, 열반응 부재(100)는 형상기억합금 소재뿐만 아니라, 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 이루어질 수 있다.

본 명세서에서는 열반응 부재로서 형상기억합금인 SMA 와이어가 SMA 스프링으로 구현된 것을 예시로 설명한다. SMA 스프링 단위체(101)는 변경가능한 본체부(101a)와 고정결합을 위한 다리부(101b)로 구성된다.

SMA 스프링을 구성하는 SMA 와이어의 직경이 가늘수록 가열속도가 빨라지며 부피 대비 표면적 비율이 높아져서 냉각속도도 향상될 수 있다.

예를 들어, 0.08 mm 미세직경의 SMA 와이어는 가령 0.5 mm 굵은 직경의 SMA 와이어 단면적의 1/39로서 단위부피 대 표면적 비율이 6.25 배 증가한다. 단면적의 비율만큼 부하용량이 감소하므로 0.08 mm 직경의 SMA 와이어로 제작한 SMA 스프링이 0.5 mm 직경의 SMA 와이어로 제작한 SMA 스프링 1개의 부하용량을 발휘하기 위해서는 이론상 39 개가 필요하다.

0.5 mm 직경 SMA 와이어로 구성된 SMA 스프링으로 10 kgf의 구동력을 가지는 옷감형 구동기를 제작하는 경우 수십 개(가령 20개)의 SMA 스프링을 사용하면 되지만 이러한 복수의 스프링들로 구성된 구동기 조립체를 사용자가 착용할 경우 느껴지는 이질감와 불편함은 불가피할 것이다.

한편, 0.5 mm 직경 SMA 와이어로 구성된 SMA 스프링으로 제조된 옷감형 구동기의 10 kgf의 대응 구동력을 가지기 위해서는 0.08 mm 직경 와이어의 SMA 스프링의 경우 수백 개의 SMA 스프링을 사용해야 한다.

본 개시내용은 이러한 많은 개수의 미세직경 와이어의 SMA 스프링을 사용하는 새로운 형태의 옷감형 구동기 및 제작 공정의 개발 요구에 대한 해결책이 될 것이다.

주의할 점은, 도 2에서는 스프링을 이루는 와이어의 직경이 0.5 mm, 0.08 mm인 것을 예시로 들었지만, 반드시 이러한 직경에만 본 발명이 적용될 수 있는 것은 아니다. 기존에는 고려할 필요가 없었던 방법이 와이어가 가늘어져서 개수가 늘어남에 따라 새로운 제작방법 및 구성 필요하게 된 것이다. 따라서, 0.5 mm보다 큰 직경의 와이어의 경우에도 본 발명에 의한 새로운 방법으로 충분히 제작이 가능하다. 접힐 수 있는 직경의 모든 와이어가 본 발명에 적용될 수 있다.

본 개시에서는 이러한 미세 SMA 스프링을 가령 수백 개 모아 하나의 모듈인 SMA 스프링 다발(그룹; 100)을 형성한다. 미세직경의 SMA 와이어 기반 다발을 이용하면 기존의 구동력을 유지하면서도 옷감의 유연성을 상당부분 유지하여 착용시 이질감이 없을 뿐만 아니라 특히 냉각속도를 향상시켜 빠른 응답성을 구현할 수 있다. 한편, 와이어 직경에서와 같이 다발/그룹을 구성하는 스프링의 개수에 대해서도 마찬가지이다. 수 내지 수백 개까지 본 발명에 의한 새로운 제작방법 및 구성이 적용될 수 있다.

참고로, SMA 스프링 그 자체는 특정 제조방법에 한정되는 것은 아니지만 가령 본 발명의 출원인에 의하여 이미 출원된 대한민국 특허출원 제10-2020-0029517호 “형상기억합금 스프링의 제조방법”에 개시된 방법에 의해 제조될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.

한편, 미세직경의 SMA 와이어 기반 그룹은 요구되는 구동력 등에 따라 단수 또는 복수로 설치될 수 있음을 이해할 것이다.

본 실시예에서는 미세 또는 소정 직경의 SMA 와이어 기반 SMA 스프링 단위체(101)가 제1 SMA 스프링 다발(110)과 제2 SMA 스프링 다발(120)과 같이 복수로 구성되어 도 1에서와 같이 서로 동일한 수축/이완 방향으로 작동, 즉 서로 나란히 배치된 경우를 예로서 설명한다.

유연구동기는, 크게, 본체인 외피(400: 410, 420), SMA 스프링 다발(100: 110, 120), 전극(200)인 전도성 패드 및 외부 전류 수신부(전류 공급선; 240)으로 이루어진다.

본체를 구성하는 외피(400)는 상피(410)와 하피(420)인 한 쌍으로 이루어진다. 이는 다양한 소재로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는, SMA 스프링 다발의 수축 또는 이완 시 함께 수축 또는 이완 가능한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 외피는 유연한 소재, 보다 바람직하게는 패브릭 소재로 이루어질 수 있다. 특히, 이러한 외피는 열반응 부재의 냉각과 관련하여 중요한 역할을 하며 이에 대해서는 ‘2. 냉각구조’ 부분에서 상세히 설명한다.

SMA 스프링 다발(100)은 가령 수십 내지 수백 개의 소정 직경의 SMA 와이어로 다발/그룹을 형성하는 모듈이다. 외피 내에서 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 배치된다. 복수의 SMA 스프링 다발들은, 전류 흐름 측면에서, (최상류에 위치하는) 선단의 제1 SMA 스프링 다발(110) 및 (최하류에 위치하는) 말단의 제2 SMA 스프링 다발(120)을 포함한다. SMA 스프링 다발들 각각(110, 120)은, 전류 흐름 측면(도 3a의 화살표 참조)에서, (전류가 들어가는) 입구측 일단와 (전류가 빠져나가는) 출구측 타단을 포함한다. 본 실시예에서는 도 1에서와 같이 제1 SMA 스프링 다발(110)과 제2 SMA 스프링 다발(120)로 구성되어 서로 동일한 수축/이완 방향으로 작동가능하도록 서로 나란히 배치된다.

전극(200)인 전도성 패드는 외부에서 공급되는 전류가 SMA 스프링 다발로 흐르는 경로를 만들어주는 전극 역할을 하는 전도성 옷감 또는 유연 전도체 박막으로서 적어도 2개 이상 형성된다. 이러한 전도성 패드(200)는 다양한 방법에 의하여 외피에 고정 배치될 수 있다.

본 실시예에서, 복수의 전극(200)은, 전류 흐름 측면에서, (최상류에 위치하는) 선단의 제1 전도성 패드(210), 중간 전도성 패드(230), (최하류에 위치하는) 말단의 제2 전도성 패드(220)를 포함한다.

이러한 복수의 전극(200)은 복수의 SMA 스프링 다발들 각각과의 전기적 경로를 형성하도록 각각의 다발과 서로 접촉하는 영역을 갖는다. 이러한 영역을 ‘중첩부’라고 정의하고 중첩부는 전도성 패드의 일부 또는 전체가 될 수 있다. 중첩부는 전도성 패드와 SMA 스프링 다발이 서로 박음질되어 고정되는 방식으로 이루어진다.

제1 전도성 패드(210)는 제1 SMA 스프링 다발(110)의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 중첩부(211)를 포함하며, 도 2에서의 실시예에서는 외피(400)의 상단부에 형성된다.

중간 전도성 패드(230)는 도 2에서와 같이 외피의 하단부(400)에 형성되어 제1 SMA 스프링 다발(110)과 제2 SMA 스프링 다발(120)을 서로 전기적으로 연결되도록 구성되고, 각각의 스프링 다발과 접촉되는 2개의 중간 중첩부(231)를 포함한다.

제2 전도성 패드(220)는, 제2 SMA 스프링 다발(120)의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 중첩부(221)를 포함하며, 도 3의 실시예에서는 외피(400)의 상단부에 제1 전도성 패드(210)와 나란히 형성된다.

즉, 외부 전류가 흐르는 방향 측면에서 본다면, 복수의 전극들 중 제1 전도성 패드(210)는 외부로부터 공급되는 전류를 최상류에 위치하는 SMA 스프링 다발(제1 SMA 스프링 다발)에 전달하는 ‘선단 전극’이며, 제2 전도성 패드(220)는 최하류에 위치하는 SMA 스프링 다발(제2 SMA 스프링 다발)로부터 나오는 전류를 외부로 전달하는 ‘말단 전극’이며, 중간 전도성 패드(230)는 복수의 SMA 스프링 다발들 사이에서의 전류 흐름이 가능하도록 형성된 ‘중간 전극’에 해당한다. 후술하는 기타 실시예에서 언급하겠지만, 이러한 ‘선단 전극’과 ‘말단 전극’ 사이의 ‘중간 전극’은 스프링 다발의 개수에 따라 필요없거나(가령, 스프링 다발이 하나인 경우) 또는 2개(가령, 스프링 다발이 둘인 경우) 또는 3개(가령, 스프링 다발이 세개인 경우) 또는 그 이상 필요할 수도 있다.

언급한 바와 같이 중첩부는, SMA 스프링 다발을 구성하는 개별 단위 스프링과 전도성 패드가 전기적으로 서로 통전될 수 있도록 물리적으로 서로 접촉되는 영역을 의미하는 것으로서, 전도성 패드의 적어도 일부가 될 수 있다. 일반적으로 중첩부에서는 SMA 스프링의 다리부분(101b)이 위치되어 대응하는 전도성 패드(200)와 박음질 등의 방법에 의해 서로 고정 결합된다. 도 3에 도시된 예에서는, 이러한 중첩부들은 제1 SMA 스프링 다발(110)의 일측 및 타측을 각각 대응하는 제1 및 제2 전도성 패드(220)와 함께 박음질함으로써 서로 결합될 수 있다.

한편, 도 4에서와 같이, 중첩부들 각각은 적어도 1회 접힌 상태일 수도 있다. 기존의 굵은 와이어를 이용한 유연구동기에 있어서는, 외부에서 받는 하중을 버티기 위해 SMA 스프링 다리를 강성이 높은 유연 플라스틱에 여러 차례 바느질하여 높은 외부 하중에 대해서도 스프링 다리가 빠지지 않도록 해야 하였으므로 공정이 복잡해지는 문제가 있었다. 그러나, 본 실시예에서와 같이, 수많은 미세 직경의 SMA 스프링의 다리를 전극(200)인 전도성 패드에 고정한 후 적어도 1회, 바람직하게는 2회 접어 그 접힌 부분의 단면을 실질적으로 ‘ㄹ’자 또는 그 유사한 형태로 형성한 후 박음질 등으로 고정함으로써 높은 외부하중에도 스프링 다리가 빠지지 않도록 하였다. 이와 같이 다수의 SMA 스프링을 하나하나 바느질하지 않고 한 번에 박음질로 옷감에 고정하여 제작공정을 단순화할 수 있다. 물론 다양한 고정수단이 대체될 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 것이다.

본 실시예에 의한 유연구동기는, 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 중첩부의 ‘ㄹ’과 같이 접힌 부분에 삽입된 상태로 일체로 박음질되어 고정결합되도록 구성된 추가 옷감(500)을 더 포함한다. 추가 옷감(500)은 외피보다 덜 유연한 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 추가 옷감(500)은 아이릿(eyelet)용 개구부(501)를 포함할 수 있으며 이러한 개구부(501)를 이용하여 유연구동기가 연결부재(2000)와 연결되어 사용될 수 있다. 즉, 추가 옷감(500)은 아이릿을 고정하고 외부에서 가해지는 힘을 전달하는 가방끈처럼 강성이 높은 옷감으로 이해될 수 있다.

외부 전류 수신부(240)는 외부로부터 외피 내부로 전류를 받아들이기 위해 외부로 노출된 전선 또는 전도성 옷감을 의미한다. 즉, 이는 외피 내부에 존재하는 전도성 요소들, 가령 도 1의 전도성 패드들과 SMA 스프링 다발들 사이에서의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 처음으로 인입하도록 구성된다.

이러한 외부 전류 수신부(240)는 최상류의 선단 전극인 제1 전도성 패드(210)로부터 형성될 수도 있다. 종래에는 유연 플라스틱에 바느질된 SMA 스프링 다리를 밖으로 빼서 전류 공급선으로 사용하였는데, 이러한 방식은 SMA 스프링 다리가 길어야 해서 재료의 낭비와 공정의 복잡성을 초래하였다. 본 실시예에서는 전극으로 사용되는 전도성 옷감 등의 전도성 패드를 전류의 통로로 사용하기 때문에 전도성 옷감 자체를 외부로 연장하여 전류 공급선으로 활용 가능하며, 이에 의하면 SMA 스프링 다리를 짧고 균일하게 제작하여 재료 낭비 방지 및 공정 단순화를 이룰 수 있다.

도 5는 본 발명의 기타 실시예에 의한 유연구동기를 나타낸다.

도 5 (a)는 도 1의 실시예와는 달리 하나의 SMA 스프링 다발(100)로 이루어진다. 따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 본 실시예에 의한 구동기는, 외부 전류의 방향 측면에서 볼 때, 외부로부터 공급되는 전류를 최상류에 위치하는 SMA 스프링 다발(제1 SMA 스프링 다발)에 전달하는 ‘선단 전극’인 제1 전도성 패드와 전류를 외부로 보내기 위한 ‘말단 전극’인 제2 전도성 패드만이 요구되며, 복수의 SMA 스프링 다발들 사이에서 전류 흐름이 가능하도록 형성된 ‘중간 전극’은 필요없다.

따라서, 도 5 (a)의 실시예에 의한 유연구동기는, 유연 소재의 한 쌍의 외피, 한 쌍의 외피 내에서 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 배치되며 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 제1 SMA 스프링 다발(110), 외피에 고정 배치되며 상기 제1 SMA 스프링 다발(110)의 일측과 전기적으로 연결되는 제1 중첩부(211)를 포함하는 제1 전도성 패드(210), 외피에 고정 배치되며 제1 SMA 스프링 다발(110)의 타측과 전기적으로 연결되도록 제2 중첩부(221)를 포함하는 제2 전도성 패드(220), 및 제1 전도성 패드(210)와 제1 SMA 스프링 다발(110) 및 제2 전도성 패드(220)로의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 인입하도록 구성된 외부 전류 수신부(240)를 포함하고, 제1 및 2 중첩부들 각각은 박음질된 상태이며, 기타 특징들은 앞서 설명한 실시예 1이 동일하게 적용될 수 있다.

도 5 (b)는 도 1의 실시예와는 달리 제1 내지 제3의 세 개의 SMA 스프링 다발들(100)로 이루어진다. 따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 본 실시예에 의한 구동기는, ‘선단 전극’인 제1 전도성 패드와 전류를 외부로 보내기 위한 ‘말단 전극’인 제2 전도성 패드뿐만 아니라, 제1 내지 3 SMA 스프링 다발 모듈들을 서로 전기적으로 연결시키기 위한 ‘중간 전극’인 중간 전도성 패드들이 요구된다.

따라서, 동 실시예에 의한 유연구동기에 있어서의 복수의 전극은 복수의 중간 전도성 패드 및 복수의 중간 중첩부를 포함한다. 마찬가지로 기타 특징들은 앞서 설명한 실시예와 동일하게 적용될 수 있다.

2. 냉각구조

앞서 언급한 바와 같이, 본체를 구성하는 외피(400)는 상피(410)와 하피(420)인 한 쌍으로 이루어진다(도 1b 참조). 이러한 외피는 열반응 부재의 냉각과 관련하여 중요한 역할을 한다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 상피(410)와 하피(420)의 옷감 커버에 전극 역할을 하는 전도성 옷감이 부착되고, 하피에 전도성 옷감, SMA 스프링 다발 및 전선을 바느질로 고정한다. 가령, 전도성 옷감이 부착된 부분을 수 회 접은 후 박음질 하여 SMA 스프링 다발, 전선 및 옷감 커버를 서로 결합시킬 수 있다.

이와 같이, 바느질 및 접기 등이 가능한 전도성 옷감을 전극으로 사용함으로써 많은 개수의 형상기억합금 스프링을 한꺼번에 전도성 옷감과 통기성 옷감 커버에 바느질 결합이 가능하다. 또한, 외력이 작용하더라도 옷감 커버와 단단히 결합상태를 유지하면서 외부 전류 공급이 가능하다.

여기서, SMA 스프링 다발의 이완시 신속한 이완을 위해 동 스프링 다발을 냉각시키는 것이 필요하며, 이러한 냉각을 위해 일면(가령 하피(420))은 에어포켓(air pocket) 구조로, 타면(가령, 상피(410))는 에어포켓을 통과한 냉각공기가 원활하게 외부로 빠져나갈 수 있는 메쉬 등의 다공성 구조로 이루어질 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 에어포켓(620)은 가령, 두 겹의 옷감을 겹쳐서 제조될 수 있는 공기 주머니로서 한쪽 면 또는 양쪽 면에 복수의 공기 배출구(air hole; 622)들가 형성되어 유입된 공기를 샤워기처럼 분사할 수 있는 구조로 이루어진다. 이러한 공기 배출구(622)는 인위적으로 형성될 수도 있지만, 소재 자체의 특성(가령 다공성 소재)에 의하여 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수도 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, SMA 스프링 다발이 배열된 (길이) 방향을 제1 방향이라고 한다면, 이러한 에어포켓으로부터 배출되는 공기는 제1 방향에 평행하지 않는 제2 방향(바람직하게는 직교하는 방향)으로 스프링 다발 전체 길이의 상당부에 걸쳐 분사되어 서로 접촉하는 구조로 이루어진다. 따라서, 종래에서와 같이 스프링의 길이방향과 동일한 방향으로 냉각공기가 흐르도록 한 경우 유동 하단부로 갈수록 냉각공기의 온도가 상승하게 되어 냉각효과가 줄어드는 문제점이 있었다. 본 실시예는 마치 샤워기에서 물이 분사되는 방식처럼 에어샤워(air shower) 형태의 냉각공기 유동구조를 채택하고 있으므로 이러한 문제를 해결할 수 있다.

즉, 본 실시예에서의 냉각방식은 SMA 스프링 다발의 이완/수축을 방해하지 않는 구조로서, 에어포켓(620) 상부에는 공기 유입구(621)가 형성되어 있으며 이를 통해 외부 공기를 공급하고(외부공기 공급기는 팬이나 블로어 등이 될 수 있음), 공급된 공기가 에어포켓(620)을 통과하면서 다수의 공기 배출구(622)로 배출되며 SMA 스프링 다발을 에어샤워하면서 통과하며 강제대류냉각 후 맞은편 옷감커버 외피를 지나 외부로 빠져나가게 된다(도 9 참조).

에어포켓(620)의 공기 배출구들(622)은 SMA 스프링 다발(100)에 공기가 고르게 분사될 수 있도록 고르게 형성될 수 있으며, 이완목적을 고려하여 동 스프링 다발이 수축된 상태에 대응하는 영역에 집중적으로 형성될 수도 있다.

아울러, 본체를 구성하는 상피 또는 하피를 에어포켓 구조로 구성하는 것으로 설명되었으나 기존의 본체 구조를 그대로 유지한 채 추가적으로 에어포켓이 설치될 수도 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 구동부와 같이 상하 두 개의 구동부를 구동시키고 이를 동시에 냉각하는 구조가 가능하다. 이 경우, 에어포켓(620)은 양면에 공기 배출구(622)가 형성되고 제1 및 제2 구동부들 사이에 배치되면 에어포켓 내부로 유입된 공기가 제1 및 제2 구동부들이 위치하는 면으로 동시에 배출된다. 유연 구동기의 양면(410, 420)은 에어포켓(620)으로부터 배출된 공기가 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 메쉬 등 다공성 소재로 이루어진다. 결국 외부공기 공급기로부터 발생된 공기는 구동부를 직접 관통하여 흐르도록 구성된다.

한편, 앞서 예시적으로 설명한 상피와 하피는 서로 반대로(가령, 상피가 에어포켓 및 하피가 메쉬) 구성될 수도 있다.

도 10은 본 발명에 의한 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는, 구동부의 열반응 부재(100)를 냉각시키기 위한 공기가 열반응 부재의 배열 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 열반응 부재와 접촉한다는 기술 사상은 유지하면서, 냉각부인 외부공기 공급기(가령 팬; 610)가 유연구동기 본체의 일 측면에 직접 부착된 것을 특징으로 한다.

이러한 직교 방향으로의 접촉을 위하여, 외부공기 공급기(610)가 위치하는 영역과 구동부의 열반응 부재(100)가 위치하는 영역은 중첩되어야 한다. 효율적인 이완동작을 위하여 바람직하게는 외부공기 공급기(610)는 열반응 부재(100)가 수축된 상태에 대응하는 영역에 위치된다.

또한 원활한 공기 순환을 위하여, 유연 구동기의 양면(410, 420)은 외부공기 공급기(610)로부터 발생된 공기가 구동부를 직접 관통한 후 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

결국, 도 10에 도시된 바와 같이, 강제대류 공기냉각을 위한 하나 이상의 냉각공기 공급용 팬(610)을 사용할 수 있으며, 한쪽 면에 냉각공기 공급용 팬을 부착하고, 팬에 의해 공급된 공기가 윗면 옷감 커버(400; 상피)를 지나 SMA 스프링 다발(100)을 통과하며 강제 대류냉각 후 아랫면 옷감 커버(400; 하피)를 지나 빠져나가게 된다. 경질의 팬이 옷감 커버인 본체에 부착되어 있기 때문에 SMA 스프링의 이완/수축 동작을 방해하지 않는다.

3. 제어방법

도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 유연 구동기는 제어부(300), 전기공급부(310), 감지부(320) 및 전원부(330)를 더 포함할 수 있다.

제어부(300)는, 열반응 부재(100)가 수축 상태에서 이완 상태로, 또는 그 반대로 변경 작동될 수 있도록 열반응 부재(100)에 전기 공급 여부를 제어하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 제어부(300)는 전기공급부(310)를 통해 열반응 부재(100)에 전기 공급 여부를 제어할 수 있다. 제어부(300)가 전기공급부(310)에 전기공급신호를 전달하면, 전기공급부(310)는 열반응 부재(100)에 전류를 공급할 수 있다. 또한, 제어부(300)가 전기공급부(310)에 전기공급중단신호를 전달하면, 전기공급부(310)는 열반응 부재(100)에 전류가 더 이상 흐르지 않도록 전류 공급을 중단할 수 있다.

이와 같은 전기 공급 여부 제어에 의하여 열반응 부재(100)에 전류가 공급되면 열이 발생되어 열반응 부재(100)가 수축되고, 전류 공급이 중단되면 온도가 감소되어 열반응 부재(100)가 이완된다. 이 때, 통상적으로 자연냉각에 의존할 경우 열반응 부재(100)의 이완 속도는 상대적으로 느리며, 앞서 설명한 냉각부(200)를 도입하여 열반응 부재의 이완 동작의 응답성을 향상시키고자 하였다.

전기공급부(310)는 열반응 부재에 연결되어 열반응 부재에 전류를 공급하도록 구성된 전류 드라이버이며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

감지부(320)는 착용자의 생체정보 또는 동작을 감지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다. 여기서, 생체정보는 근전도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지부(320)가 근전도 센서를 포함하는 경우, 상기 센서는 중량물의 파지, 이동, 및 지탱에 따라 착용자의 근육의 움직임 또는 동작(구체적으로, 수축 동작 또는 이완 동작)을 감지할 수 있다. 다른 예로서, 감지부(320)는 음성센서를 포함할 수 있으며, 이 경우 센서는 착용자의 음성정보를 통해 현재 착용자의 행동, 상태, 요구사항 등을 입력 받도록 구성될 수 있다.

또한, 감지부(320)는 열반응 부재(100)의 변형을 감지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지부(320)는 스트레인 게이지를 포함할 수 있다. 그리고, 감지부(320)는 열반응 부재(100)의 온도를 감지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있으며, 이는 이완 동작과 수축 동작을 반복하여 온도에 따른 팬 구동을 수행하는 마사지 장치 등에 유용하게 사용될 수 있다.

전원부(330)는 제어부(300), 전기공급부(310) 및 감지부(320) 중 적어도 하나에 전기를 공급하도록 구성될 수 있다.

제어부(300)는 감지부(320)에서 감지되는 정보를 기초로 전기공급부(310)가 열반응 부재로 공급하는 전류를 제어할 수 있다.

예를 들어, 착용자가 팔을 굽히는 동작과 같이 열반응 부재의 수축이 요구되는 동작을 수행하는 경우, 감지부(320)는 측정된 근전도 정보를 제어부(300)로 전달할 수 있으며, 제어부(300)는 근전도 정보를 기초로 착용자가 팔을 굽히려는 동작을 의도하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 착용자가 팔을 굽히는데 필요한 힘을 계산하여, 유연구동기(10)에서 출력되어야 하는 목표력을 산출할 수 있다. 그리고, 이를 구현하기 위해 제어부(300)는 산출된 목표력이 출력되도록 전기공급부(310)에서 열반응 부재에 공급하는 전류를 제어할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 유연구동기의 제어부는, 열반응 부재가 이완 상태로 변경될 때 상기 열반응 부재로의 전원 공급은 차단되고 냉각부로의 전원은 공급되도록 전기공급부를 제어할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 열반응 부재로의 전원 공급이 차단되어 온도가 감소되기 시작하여 열반응 부재는 이완되기 시작한다. 이와 함께, 냉각부로의 전원은 공급되어 팬 등의 냉각공기투입 장치가 작동되고 열반응 부재의 온도 감소가 가속됨에 따라 열반응 부재의 이완 속도가 증가될 수 있다. 이러한 유연구동기의 동작환경에 따라 냉각공기공급은 항상 on 상태를 유지할 수도 있다.

웨어러블 로봇

이하에서는, 도 11을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연구동기를 포함하는 웨어러블 로봇(또는 근력 증강용 의봇)에 대하여 설명하도록 한다.

도 11을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇은 의복 본체(20)와, 의복 본체(20)에 연결되는 옷감형 유연구동기(10)를 포함할 수 있다. 옷감형 유연구동기(10)에 대하여는 전술하였으므로 중복 설명은 생략한다.

의복 본체(20)는 근력 증강용 의복의 베이스를 이루는 부분으로, 여기에서는 상의를 예로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하의에 적용될 수도 있다.

의복 본체(20)는 내피 및 외피를 포함할 수 있으며, 옷감형 유연구동기(10)는 예시적으로 내피 및 외피 사이에 마련될 수 있다. 특히, 옷감형 유연구동기(10)는 의복 본체 상에서 착용자 신체의 관절에 대응되는 위치 부근에 배치될 수 있다.

의복 본체(20)는 제1 및 제2 신체고정부를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 신체고정부는 의복 본체(20)에서 관절이 대응되는 위치를 기준으로 서로 반대편에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 관절이 팔꿈치인 경우, 제1 신체고정부는 상박에 대응되는 부분이며, 제2 신체고정부는 하박에 대응되는 부분일 수 있다.

이때, 유연구동기의 일 측은 제1 신체고정부에 고정되고, 유연구동기의 타 측은 의복 본체의 제2 신체고정부에 고정될 수 있다.

한편, 제1 및 제2 신체고정부는 밴드를 포함할 수 있고, 밴드는 착용자의 팔을 감싸, 인공 근육이 착용자의 팔에 밀착되거나, 제1 및 제2 신체고정부가 착용자의 신체 상에서 이동되지 않고 고정되도록 할 수 있다.

도 11을 참고하면, 본 발명의 웨어러블 로봇은, 착용자의 동작을 감지하도록 구성된 센서(320a 또는 320b)를 포함하고, 웨어러블 로봇의 제어부(300)는 센서가 착용자의 이완 동작을 감지하는 경우, 열반응 부재로의 전원 공급은 차단되고 냉각부로의 전원은 공급되도록 전기공급부(310)를 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 웨어러블 로봇은 한 쌍의 제1 및 제2 옷감형 유연구동기를 포함할 수 있다. 착용자가 웨어러블 로봇을 착용하면, 제1 및 제2 옷감형 유연구동기가 팔(또는 다리)의 내측 및 외측에 위치되도록 제1 및 제2 옷감형 유연구동기는 각각 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

여기서, 본 발명의 웨어러블 로봇의 제어부는, 착용자의 기 설정된 동작, 예를 들어, 팔(또는 다리)이 굽혀지는 동작이 감지되는 경우 제1 옷감형 유연구동기는 수축하고, 및/또는 제2 옷감형 유연구동기는 이완하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부는 제1 옷감형 유연구동기의 열반응 부재에는 전원이 공급되도록 전기공급부를 제어하고, 및/또는 제2 옷감형 유연구동기의 열반응 부재에는 전원 공급이 차단되고 동시에 제2 옷감형 유연구동기의 냉각부에는 전원이 공급되도록 전기공급부를 제어할 수 있다.

마사지 장치

이하에서는, 도 12 및 도 13을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 마사지 장치에 대하여 설명하도록 한다. 옷감형 구동기의 양단을 연결하여, 종아리, 팔목, 허리 등을 조이고 풀어주는 마사지 장치에 해당한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마사지 장치(30)는, 적어도 하나의 탄성 밴드(610, 620) 및 탄성 밴드에 연결되는 옷감형 유연구동기(10)를 포함할 수 있다. 옷감형 유연구동기에 대하여는 전술하였으므로 중복 설명은 생략한다.

도 12를 참고하면, 제1 및 제2 탄성밴드(31, 32) 각각은 유연구동기(10)의 본체의 일 측 및 타 측에 각각 연결될 수 있다. 여기서, 제1 탄성밴드(31)의 일 측에는 제어부 및/또는 전원부(33)이 연결될 수 있다. 또한, 제2 탄성밴드(32)의 일 측에는 전원 커넥터(33b)가 형성되며, 이는 전원부(33)에 형성된 또 다른 커넥터(33a)에 결합 가능하도록 이루어질 수 있다. 즉, 이와 같은 구조에 의하면 전원 커넥터들(33a, 33b)이 연결되면 전원부(33)로부터 열반응 부재(100)로의 전원 공급이 가능해진다.

도 13의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마사지 장치의 작동에 따른 이완 및 수축 상태를 각각 나타낸다.

동 장치의 제어기는, 옷감형 구동기 내부의 SMA 스프링의 온도측정 센서를 통해 온도 제어를 하면서 공급전류량을 조절함으로써 SMA 스프링의 수축력을 조절하여 마사지 부위의 조임력을 조절한다.

그리고, 동 제어기는, 마사지 장치의 조임-풀림 타이밍에 따라 SMA 스프링 다발에 전류 공급 on-off, 냉각공기 공급의 on-off를 조절한다. 구체적으로, ① 마사지 풀림 상태에서는 SMA 스프링 다발의 전류공급을 off, 냉각공기공급을 off로, ② 마사지 풀림에서 조임 상태로 전환시 SMA 스프링 다발의 전류공급을 on, 냉각공기공급을 off로, ③ 마사지 조임에서 풀림 상태로 전환시 SMA 스프링 다발의 전류공급을 off, 냉각공기공급을 on으로 한다.

동작환경이나 방식에 따라 냉각공기공급은 항상 on 상태를 유지할 수도 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

1 유연구동기 조립체
10 유연구동기
100 열반응 부재/SMA 스프링 다발
200 전극/전도성 패드
300 제어부
400 외피/본체
500 추가 옷감
600 냉각부
610 외부공기공급기 620 에어포켓
621 공기 유입구 622 공기 배출구
20 웨어러블장치용 의복
30 마사지장치

Claims (18)

1. 제1 방향으로 배열된 열반응 부재를 포함하는 구동부;
   상기 구동부의 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기가 상기 제1 방향에 실질적으로 직교하는 제2 방향으로 상기 열반응 부재와 접촉하도록 구성된 냉각부; 및
   상기 구동부와 냉각부로의 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는,
   유연구동기.
   
2. 열반응 부재를 포함하는 구동부;
   상기 구동부의 열반응 부재가 차지하는 영역에 걸쳐 에어샤워 형식의 공기 흐름을 제공하는 냉각부; 및
   상기 구동부와 냉각부로의 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는,
   유연구동기.
   
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 냉각부는,
   외부공기 공급기; 및
   상기 외부공기 공급기로부터 발생된 공기를 상기 열반응 부재 측으로 배출하도록 구성된 에어포켓을 포함하는,
   유연구동기.
   
4. 제3 항에 있어서,
   상기 에어포켓은,
   상기 외부공기 공급기로부터 공급된 공기를 상기 에어포켓 내부로 유입하도록 구성된 공기 유입구; 및
   상기 에어포켓 내부로 유입된 공기를 상기 열반응 부재가 위치하는 면으로 배출하도록 구성된 공기 배출구를 포함하는,
   유연구동기.
   
5. 제4 항에 있어서,
   상기 공기 배출구는 상기 제2 방향으로 배향된 복수의 공기 구멍(air hole)을 포함하는,
   유연구동기.
   
6. 제5 항에 있어서,
   상기 복수의 공기 구멍은 상기 열반응 부재가 수축된 상태에 대응하는 영역에 형성된,
   유연구동기.
   
7. 제3 항에 있어서,
   상기 에어포켓은 상기 유연 구동기의 일면으로 기능하며, 상기 유연 구동기의 타면은 에어포켓으로부터 배출된 공기가 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어지는,
   유연구동기.
   
8. 제3 항에 있어서,
   상기 구동부는 제1 구동부와 제2 구동부를 포함하고,
   상기 에어포켓은 상기 제1 및 제2 구동부들 사이에 배치되어 상기 에어포켓 내부로 유입된 공기가 상기 제1 및 제2 구동부들이 위치하는 면으로 배출되는,
   유연구동기.
   
9. 제8 항에 있어서,
   상기 유연 구동기의 양면은 상기 에어포켓으로부터 배출된 공기가 상기 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어지는,
   유연구동기.
   
10. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각부는 외부공기 공급기를 포함하고, 상기 외부공기 공급기는 상기 구동부의 일측에 부착되되, 상기 외부공기 공급기가 위치하는 영역과 상기 구동부의 열반응 부재가 위치하는 영역은 중첩되는,
    유연구동기.
    
11. 제10 항에 있어서,
    상기 유연 구동기의 양면은 상기 외부공기 공급기로부터 발생된 공기가 상기 구동부를 직접 관통한 후 상기 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어지는,
    유연구동기.
    
12. 제10 항에 있어서,
    상기 외부공기 공급기는 상기 열반응 부재가 수축된 상태에 대응하는 영역에 위치되는,
    유연구동기.
    
13. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 열반응 부재는 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 SMA 스프링 다발을 포함하는,
    유연구동기.
    
14. 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 구성된 열반응 부재;
    상기 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기를 제공하도록 구성된 냉각부; 및
    상기 열반응 부재와 냉각부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하고,
    상기 냉각부로부터의 공기가 상기 열반응 부재를 냉각한 후 상기 열반응 부재의 영역에 대응하는 위치에 설치된 공기 배출구을 통해 유연구동기 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는,
    유연구동기.
    
15. 탄성 밴드, 및
    상기 탄성 밴드에 연결되는 제1 항, 제2 항 또는 제14 항에 따른 하나 이상의 유연구동기를 포함하는,
    마사지 장치.
    
16. 의복 본체, 및
    상기 의복 본체에 연결되는 제1 항, 제2 항 또는 제14 항에 따른 유연구동기를 포함하며,
    상기 유연구동기의 일 측은 제1 신체고정부에 배치되고, 상기 유연구동기의 타 측은 상기 의복 본체에서 관절이 대응되는 위치를 기준으로 상기 제1 신체고정부와 반대편에 있는 제2 신체고정부에 배치되는,
    웨어러블 로봇.
    
17. 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 구성된 열반응 부재;
    상기 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기를 제공하도록 구성된 냉각부; 및
    상기 열반응 부재와 냉각부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 유연구동기의 제어방법으로서,
    상기 냉각부의 공기 흐름방향은 상기 열반응 부재의 배열방향에 직교하는 것을 특징으로 하는,
    유연구동기의 제어방법.
    
18. 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 명령어를 포함하고, 상기 명령어는 컴퓨터에 의해 실행되는 경우, 제17 항에 따른 제어 방법을 구현한
    컴퓨터 판독가능 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
    

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