KR20230167065A - 인간 상완 보조 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명의 사용자의 상완을 돕기 위한 디바이스를 제공하며, 이 디바이스는 사용자의 몸통에 디바이스를 지지시키도록 구성된 지지 메커니즘; 상완에 연결 가능한 아암 링크 부재; 아암 링크 부재 및 지지 메커니즘과 결합된 조인트 부재; 및 지지 메커니즘에 배열된 힘 발생 부재를 포함한다. 사용시 본 디바이스는 상완으로부터의 부하를 조인트 부재를 통하여 몸통으로 전달한다. 힘 발생 부재는 아암 링크 부재와 지지 메커니즘 사이에 저항 토크를 제공하도록 구성되며, 힘 발생 부재는 상완의 움직임의 사전 결정된 범위에서 상대적으로 더 큰 저항 토크를 가하도록 그리고 사전 결정된 범위 밖에서 상대적으로 더 적은 저항 토크를 가하도록 기계적으로 구성된다.

Description

인간 상완 보조 디바이스

본 발명은 인간의 팔(들)을 돕는 디바이스에 관한 것으로, 특히 사용자에 의하여 착용되고 팔 뻗침 또는 머리 위 작업 수행 동안 사용자의 어깨 관절 상의 모멘트를 감소시키는 휴대용 인간 상완 보조 디바이스에 관한 것이다. 본 디바이스는 공장, 창고, 병원, 건설, 일상생활 지원 등과 같은 많은 시나리오에 적용될 수 있다.

본 명세서 내의 설명은 본 발명과 관련된 배경 정보만을 제공하며, 반드시 종래 기술을 구성하는 것은 아니다. 어깨 부상은 두 번째로 빈번한 직업 관련 근골격계 질환(WMSD)이며, 회복하는데 오랜 시간이 걸린다. 벽화 그리기, 제품 조립, 유리 청소, 환자 관리, 주택 개조 등과 같은 많은 작업에서, 작업자는 도구를 머리 위로 들어올리거나 유지하기 위해 그의 팔을 자주 뻗어야 할 필요가 있으며, 도구와 팔의 중력에 오랫동안 저항함으로써 근육 피로가 야기된다. 작업자를 어깨 부상으로부터 보호하고 경제적 손실을 줄이기 위하여, 어깨 관절에 보조 토크를 제공하고 근육 피로를 완화시킬 수 있는 인간 상완 보조 디바이스가 절실히 필요하다.

인간 상완(upper arm) 보조 디바이스는 2개의 유형, 즉 수동 유형(Passive type)과 능동 유형(Active type)으로 나누어질 수 있다. 수동 유형 디바이스는 압축된 또는 신장된 스프링 또는 탄성 로프의 반발력(rebound force)에 의해 도움을 제공한다. 그러나 수동 유형의 주요 단점 중 하나는 보조력이 사용자가 취급하는 부하에 따라 조정될 수 없다는 것이다. 수동 유형의 또 다른 단점은 비작업 조건에서 스프링 또는 탄성 로프의 저항 때문에 인간이 자유롭게 움직일 수 없으며 따라서 불편함을 느낀다는 것이다. 능동 유형 디바이스는 비작업 조건에서 인간의 움직임을 능동적으로 따름으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다. 그러나 현재의 능동 유형 디바이스는 액추에이터를 인간의 어깨 위치에 직접 배치하고 모터 축을 인간의 어깨 관절 축에 정렬시켜, 액추에이터가 인간에 의하여 비보조 방향으로 움직여야 하기 때문에 어깨에서의 부피가 크고 무거운 프레임을 야기하며 동시에 많은 에너지를 낭비한다. 팔 보조 디바이스에 대한 또 다른 중요한 요구 사항은 팔이 자연스러운 처짐 위치에 가까울 때 어깨 관절에서 가해지는 토크가 자동적으로 감소되어야 한다는 것이다. 그러나 디바이스는 항상 팔과 몸통 사이에 토크를 가하며, 이는 사용자가 걷기, 서기, 앉기 등과 같은 일상 활동에서 불편함을 느끼게 한다.

본 명세서에 설명된 다양한 실시예는 인간 상완 보조 디바이스에 관한 것으로서, 한편으로는 이는 팔을 뻗거나 머리 위 작업을 수행하는 동안 팔을 지지하기 위해 상완과 몸통 사이에 토크를 제공하며 그에 의하여 어깨 관절의 근육 피로를 감소시키고, 다른 한편으로는, 팔이 자연스러운 처짐 위치에 가까울 때 어깨 관절에서 가해지는 토크가 자동적으로 감소될 수 있으며 그에 의하여 에너지를 절감하고 사용자가 일상 활동에서 편안함을 느끼게 한다.

본 발명의 양태에 따르면, 지지 메커니즘, 아암 링크 부재, 조인트 부재 및 힘 발생 부재를 포함하는, 사용자의 상완을 돕기 위한 디바이스가 제공된다. 지지 메커니즘은 사용자의 몸통에 디바이스를 지지시키도록 구성된다. 아암 링크 부재는 상완에 연결 가능하다. 조인트 부재는 아암 링크 부재 그리고 지지 메커니즘과 결합되며, 여기서 사용시 디바이스는 상완으로부터의 부하를 조인트 부재를 통하여 몸통으로 전달한다. 힘 발생 부재는 지지 메커니즘에 배열되며 아암 링크 부재와 지지 메커니즘 사이에 저항 토크를 제공하도록 구성되고, 여기서 힘 발생 부재는 상완의 움직임의 사전 결정된 범위에서 상대적으로 더 큰 저항 토크를 가하도록 그리고 사전 결정된 범위 밖에서 상대적으로 더 적은 저항 토크를 가하도록 기계적으로 구성된다.

일 실시예에서, 상완의 움직임의 사전 결정된 범위는 상완이 몸통에 수직인 경우를 포함한다.

일 실시예에서, 힘 발생 부재는 상완이 몸통에 수직적으로 들어올려 질 때 가장 큰 저항 토크를 제공하도록 구성된다.

일 실시예에서, 힘 발생 부재는 상완이 자연스러운 처짐 위치에 있을 때 실질적으로 힘을 가하지 않도록 구성된다.

일 실시예에서, 조인트 부재는 아암 링크 부재와 지지 메커니즘에 회전 가능하게 결합되며, 또한 디바이스가 장착된 상태에 있을 때 사용자의 어깨 관절과 평행하게 배열된다.

일 실시예에서, 힘 발생 부재는 편심 풀리를 포함하는 토크 발생기이며, 여기서 편심 풀리는 사용 시 상완과 함께 움직이며 편심 풀리의 편심은 사전 결정된 범위를 규정한다.

일 실시예에서, 힘 발생 부재는 저항 토크의 크기를 제어하기 위한 하나 이상의 스프링을 포함한다.

일 실시예에서, 힘 발생 부재는 저항 토크를 발생시키기 위한 유압 실린더, 전기 모터 또는 공압 시스템을 포함하는 힘 발생기이다.

일 실시예에서, 힘 발생 부재는 하나 이상의 보우덴 케이블을 사용하여 조인트 부재에서 저항 토크를 가하도록 구성된다.

일 실시예에서, 본 디바이스는 사용자의 정보를 검출하도록 구성된 센서 시스템; 및 센서 시스템에 의하여 검출된 사용자의 정보를 기반으로 제어 신호를 생성하고 제어 신호를 힘 발생기에 제공하도록 구성된 제어 모듈을 더 포함한다.

일 실시예에서, 센서 시스템은 힘 발생기가 저항 토크를 발생시키는 작업 모드와 힘 발생기가 저항 토크를 발생시키지 않는 비작업 모드 사이에서 힘 발생기를 토글하는 적어도 하나의 양태를 제어하기 위해 제어 모듈과 연통 상태에 있다.

일 실시예에서, 센서 시스템은 각도 센서, 속도 센서, 힘 센서 및 가속도계 중 하나 이상을 포함한다.

일 실시예에서, 아암 링크 부재의 길이는 조절 가능하다.

일 실시예에서, 지지 메커니즘은 후방 스트랩에 의하여 사용자의 등에 장착되며, 후방 스트랩과 지지 메커니즘을 연결하는 탄성 로프가 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 지지 메커니즘, 2개의 지지 링크 부재, 2개의 아암 링크 부재, 2개의 조인트 부재 및 적어도 하나의 힘 발생 부재를 포함하는, 사용자의 적어도 하나의 상완을 돕기 위한 디바이스가 제공된다. 지지 메커니즘은 사용자의 몸통에서 디바이스를 지지하도록 구성되며, 지지 메커니즘은 베이스 브라켓 및 베이스 브라켓에 각각 결합된 2개의 지지 링크 부재를 구비한다. 2개의 아암 링크 부재는 상완에 연결 가능하다. 2개의 조인트 부재는 2개의 아암 링크 부재 및 2개의 지지 부재와 각각 결합되며, 여기서 사용 시 디바이스는 상완으로부터의 부하를 2개의 조인트 부재를 통하여 몸통으로 전달한다. 적어도 하나의 힘 발생 부재는 베이스 브라켓에 배열되며 각 아암 링크 부재와 지지 메커니즘 사이에 저항 토크를 제공하도록 구성되고, 여기서 적어도 하나의 힘 발생 부재는 상완의 움직임의 사전 결정된 범위에서 상대적으로 더 큰 저항 토크를 가하도록 그리고 사전 결정된 범위 밖에서 상대적으로 더 적은 저항 토크를 가하도록 기계적으로 구성된다.

일 실시예에서, 상완의 움직임의 사전 결정된 범위는 상완이 몸통에 수직인 경우를 포함한다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 힘 발생 부재는 상완이 몸통에 수직적으로 들어올려 질 때 가장 큰 저항 토크를 제공하도록 구성된다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 힘 발생 부재는 상완이 자연스러운 처짐 위치에 있을 때 실질적으로 힘을 가하지 않도록 구성된다.

일 실시예에서, 조인트 부재는 아암 링크 부재 그리고 지지 메커니즘과 회전 가능하게 결합되며, 또한 디바이스가 장착된 상태에 있을 때 사용자의 어깨 관절과 평행하게 배열된다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 힘 발생 부재의 각각은 편심 풀리를 포함하는 토크 발생기이며, 여기서 편심 풀리는 사용 시 상완과 함께 움직이며 편심 풀리의 편심은 사전 결정된 범위를 규정한다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 힘 발생 부재의 각각은 저항 토크의 크기를 제어하기 위한 하나 이상의 스프링을 포함한다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 힘 발생 부재의 각각은 저항 토크를 발생시키기 위한 유압 실린더, 전기 모터 또는 공압 시스템을 포함하는 힘 발생기이다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 힘 발생 부재는 하나 이상의 보우덴 케이블을 사용하여 조인트 부재에서 저항 토크를 가하도록 구성된다.

일 실시예에서, 사용자의 적어도 하나의 상완을 돕기 위한 디바이스는 사용자의 정보를 검출하도록 구성된 센서 시스템; 및 센서 시스템에 의하여 검출된 사용자의 정보를 기반으로 제어 신호를 생성하고 제어 신호를 적어도 하나의 힘 발생기에 제공하도록 구성된 제어 모듈을 더 포함한다.

일 실시예에서, 센서 시스템은 힘 발생기가 저항 토크를 발생시키는 작업 모드와 힘 발생기가 저항 토크를 발생시키지 않는 비작업 모드 사이에서 적어도 하나의 힘 발생기를 토글하는 적어도 하나의 양태를 제어하기 위해 제어 모듈과 연통 상태에 있다.

일 실시예에서, 센서 시스템은 각도 센서, 속도 센서, 힘 센서 및 가속도계 중 하나 이상을 포함한다.

일 실시예에서, 지지 메커니즘은 베이스 브라켓을 통하여 디바이스를 지지하도록 구성되며, 베이스 브라켓은 작동 중에 후방 스트랩에 의하여 사용자의 등에 부착된다.

일 실시예에서, 각 지지 링크 부재는 유니버설 베어링을 통하여 베이스 브라켓에 결합된다.

일 실시예에서, 각 지지 링크 부재의 길이는 조절 가능하며 및/또는 각 아암 링크 부재의 길이는 조절 가능하다.

일 실시예에서, 디바이스는 후방 스트랩과 2개의 지지 링크 부재 사이에서 연결된 탄성 로프들을 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 사용자의 적어도 하나의 상완을 돕기 위한 디바이스가 제공되며, 이 디바이스는 하나의 아암 링크 부재, 베이스 브라켓, 적어도 하나의 지지 링크 부재, 적어도 하나의 조인트 부재, 및 적어도 하나의 힘 발생 부재를 포함한다. 적어도 하나의 아암 링크 부재는 사용자의 상완에 연결 가능하다. 베이스 브라켓은 사용자의 몸통에 부착 가능하다. 적어도 하나의 지지 링크 부재는 베이스 브라켓에 결합된다. 적어도 하나의 조인트 부재는 적어도 하나의 아암 링크 부재 및 적어도 하나의 지지 메커니즘과 각각 결합되며, 여기서 사용시 디바이스는 상완으로부터의 부하를 적어도 하나의 조인트 부재를 통하여 사용자의 몸통으로 전달한다. 적어도 하나의 힘 발생 부재는 베이스 브라켓에 배열되며 또한 적어도 하나의 아암 링크 부재와 적어도 하나의 지지 링크 부재 사이에 저항 토크를 각각 제공하도록 구성된다. 여기서 적어도 하나의 힘 발생 부재는 상완의 움직임의 사전 결정된 범위에서 상대적으로 더 큰 저항 토크를 가하도록 그리고 사전 결정된 범위 밖에서 상대적으로 더 적은 저항 토크를 가하도록 기계적으로 구성된다. 여기서 적어도 하나의 힘 발생 부재는 상완이 몸통에 수직적으로 들어올려 질 때 가장 큰 저항 토크를 제공하도록 그리고 상완이 자연스러운 처짐 위치에 있을 때 실질적으로 토크를 제공하지 않도록 구성된다.

다양한 실시예의 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면과 관련하여 고려될 때 본 발명의 이 양태 및 다른 양태, 특징 및 장점은 더 쉽게 인식될 것이며, 첨부 도면의 도면에서 유사한 참조 번호는 유사한 요소를 나타낸다. 도면에서:
도 1은 뻗은 사용자의 한쪽 팔과 함께, 본 발명에 따른 예시적인 인간 상완 보조 디바이스를 착용한 사용자의 사시도를 보여주고 있다.
도 2는 머리 위 작업을 위해 뻗은 사용자의 두 팔과 함께, 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스를 착용한 사용자의 사시도를 보여주고 있다.
도 3은 머리 위 작동을 위해 동일한 위치에 도달한 사용자의 두 팔과 함께, 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스를 착용한 사용자의 사시도를 보여주고 있다.
도 4는 수평으로 뻗은 사용자의 두 팔과 함께, 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스를 착용한 사용자의 사시도를 보여주고 있다.
도 5는 본 발명에 따른 상완 보조 디바이스의 사시도를 보여주고 있으며, 여기서 탄성 로프는 후방 스트랩과 지지 링크 사이에 부착된다.
도 6은 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 지지 링크의 예의 근접 사시도를 보여주고 있다.
도 7은 본 발명에 따른 지지 링크의 상부 종단 부분의 예의 근접 사시도를 보여주고 있다.
도 8은 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 베이스 브라켓의 예의 근접 사시도를 보여주고 있다.
도 9는 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 베이스 브라켓의 일부의 근접 사시도를 보여주고 있다.
도 10은 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 토크 발생기의 예의 근접 사시도를 보여주고 있으며, 여기서 보호 쉘은 숨겨져 있다.
도 11은 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 힘 발생기의 제어 원리를 개략적으로 보여주고 있다.
도 12는 본 발명에 따른, 사용자에 의해 착용되어 한쪽 팔을 뻗는 것을 돕는, 예시적인 인간 상완 보조 디바이스의 측면도를 보여주고 있다.
도 13은 본 발명에 따른, 사용자에 의해 착용되어 두 팔을 수평으로 뻗는 것을 돕는, 예시적인 인간 상완 보조 디바이스의 측면도를 보여주고 있다.
도 14는 본 발명에 따른, 사용자가 착용한 예시적인 인간 상완 보조 디바이스의 배면도를 보여주고 있으며, 여기서 탄성 로프는 후방 스트랩과 몸통 링크 사이에 부착되어 있다.
도 15는 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 몸통 링크의 예의 사시도를 보여주고 있다.
도 16은 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 어깨 조인트 힌지의 예의 사시도를 보여주고 있으며, 여기서 힌지 보호 쉘은 숨겨져 있다.
도 17은 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 베이스 브라켓의 예의 사시도를 보여주고 있으며, 여기서 몸통 링크, 후방 스트랩 및 토크 발생기는 숨겨져 있다.
도 18은 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 토크 발생기의 예의 사시도를 보여주고 있으며, 여기서 토크 발생기의 전방 쉘은 숨겨져 있다.
도 19는 본 발명에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 토크 발생기의 작동 원리를 개략적으로 보여주고 있다.

특정한 예시적인 실시예를 상세히 도시하는 도면을 참조하기 전에, 본 발명은 설명에 제시된 또는 도면에 도시된 세부 사항 또는 방법론에 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 점이 또한 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수형은 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는 한 복수형도 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 용어 "포함하다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 특징, 정수, 단계, 작동, 요소 및/또는 구성 요소의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성 요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 점이 추가로 이해될 것이다.

본 문서에 사용된 바와 같이, 용어 "길이", "폭", "상부", "하부", "전방", "후방", "좌측", "우측", "수직", "수평", "최상부", "최하부", "내부", "외부" 및 기타 방향 또는 위치 관계는 도면에서 보여지는 위치 또는 위치 관계를 기반으로 하며, 또한 언급된 디바이스 또는 요소가 특정 배향을 가져야 하고, 특정 배향으로 구성 및 작동되어야 한다는 것을 나타내거나 암시하는 것보다는, 단지 본 발명의 실시예를 설명하는 것 및 설명을 단순화하는 것의 편의를 위한 것이며, 따라서 본 발명의 실시예에 대한 제한으로서 이해될 수 없다.

본 출원의 실시예에서, 달리 명확하게 특정되고 규정되지 않는 한, 용어 "설치된/장착된", "와 접촉 상태에 있는", "연결된/결합된", "고정된" 및 기타 용어는 넓은 의미로 이해되어야 한다. 예를 들어, 이는 고정적으로 또는 분리 가능하게 연결될 수 있거나 일체형일 수 있으며; 이는 기계적 연결일 수 있거나 전기적 연결일 수 있고; 이는 직접적으로 연결될 수 있거나 중간 매체를 통해 간접적으로 연결될 수 있으며; 이는 2개의 구성 요소의 내부 연통일 수도 있거나 2개의 구성 요소 간의 상호 작용 관계일 수 있다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 대하여, 본 출원의 실시예에서의 위에서 언급된 용어들의 구체적인 의미는 특정 조건에 따라 이해될 수 있다.

본 명세서에 설명된 다양한 실시예는 지지 메커니즘, 아암 링크 부재, 조인트 부재 및 힘 발생 부재를 포함하는 인간 상완 보조 디바이스에 관한 것이다. 지지 메커니즘은 사용자의 몸통(torso)에 디바이스를 지지하도록 구성된다. 아암 링크 부재는 인간 상완에 연결 가능하다. 조인트 부재는 아암 링크 부재와 지지 메커니즘과 연결 상태에 있으며, 디바이스가 사용 상태에 있을 때 조인트 부재는 부하를 상완에서 몸체로 전달한다. 힘 발생 부재는 지지 메커니즘 상에 배열되며, 아암 링크 부재와 지지 메커니즘 사이에 저항 토크를 제공하도록 구성된다. 힘 발생 부재는 상완의 사전 결정된 움직임 범위에서 상대적으로 더 큰 저항 토크를 가하도록 그리고 사전 결정된 범위 밖의 상대적으로 더 작은 저항 토크를 가하도록 기계적으로 구성된다.

도면을 보다 상세히 참조하면, 도 1은 뻗은 사용자의 한쪽 팔과 함께, 인간 상완 보조 디바이스를 착용한 사용자의 사시도를 보여주고 있다. 도 2는 머리 위 작업을 위해 뻗은 사용자의 두 팔과 함께, 인간 상완 보조 디바이스를 착용한 사용자의 사시도를 보여주고 있다. 도 3은 머리 위 작동을 위해 동일한 위치에 도달한 사용자의 두 팔과 함께, 인간 상완 보조 디바이스를 착용한 사용자의 사시도를 보여주고 있다. 도 4는 수평으로 뻗은 사용자의 두 팔과 함께, 인간 상완 보조 디바이스를 착용한 사용자의 사시도를 보여주고 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 인간 상완 보조 디바이스는 지지 링크(1), 회전 링크(2), 아암 링크(3), 아암 컨넥터(4), 아암 스트랩(5), 유니버설 조인트(6), 베이스 브라켓(7), 후방 스트랩(8), 힘 발생기(9), 보우덴(Bowden) 케이블(10) 및 제어 모듈(11)을 포함할 수 있다. 지지 링크(1)의 상부 종단 부분은 지지 링크(1)에 의하여 동축적으로 지지되는 풀리를 구비하고 있으며, 풀리는 회전 링크(2)의 한 종단에 더 연결될 수 있다. 아암 링크(3)는 회전 링크(2)에 분리 가능하게 연결될 수 있으며, 그 위에 제공된 상이한 구멍 그룹을 정렬함으로써 그의 전체 길이는 조절 가능할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 아암 링크(3)의 한 종단은 아암 컨넥터(4)에 동축적으로 연결되며, 따라서 아암 링크(3)와 아암 컨넥터(4)는 서로에 대해 회전할 수 있다. 아암 컨넥터(4)는 아암 스트랩(5)에 의해 인간 상완에 부착될 수 있다. 실시예에 있어서, 지지 링크(1)의 하부 종단은 유니버설 조인트(6)에 연결되며, 모든 방향으로의 이동의 자유를 허용하는 유니버설 조인트(6)는 베이스 브라켓(7)에 고정될 수 있다. 길이와 폭이 조절 가능한 베이스 브라켓(7)은 후방 스트랩(8)에 의해 사용자에게 부착된다. 힘 발생기(9)는 보우덴 케이블(10)에 의해 지지 링크(1)에 배치된 풀리를 구동하도록 구성된다. 힘 발생기(9)가 보우덴 케이블(10)을 당기면, 풀리는 그러면 회전 링크(2)를 회전시키며 팔을 들어올리기 위하여 또는 지지하기 위하여 어깨 관절에 보조 토크를 제공한다. 일부 실시예에서, 제어 모듈(11)은 배터리와 컨트롤러를 포함하는 힘 발생기(9)에 연결되며, 여기서 배터리는 디바이스에 에너지를 공급하도록 구성되고, 컨트롤러는 힘 발생기(9)의 당김력을 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 인간 상완 보조 디바이스는 사용자가 착용할 수 있는 휴대용 디바이스일 수 있다. 실시예에서 사용된 단수형은 복수형도 포함한다는 점이 주목되어야 한다. 예시적인 구성에서, 인간 상완 보조 디바이스는 특히 하나의 풀리, 하나의 지지 링크(1), 하나의 회전 링크(2), 하나의 아암 링크(3), 하나의 아암 컨넥터(4), 하나의 아암 스트랩(5) 및 하나의 유니버설 조인트(6)를 포함하여 우측 또는 좌측 팔 움직임을 돕는다. 또 다른 예시적인 구성에서, 인간 상완 보조 디바이스는 2개의 지지 링크(1), 2개의 회전 링크(2), 2개의 아암 링크(3), 2개의 아암 컨넥터(4), 2개의 아암 스트랩(5), 및 베이스 브라켓(7)에 좌측 또는 우측에서 직접적으로 또는 간접적으로 연결되는 2개의 유니버설 조인트(6)를 포함하며, 여기서 각 지지 링크는 그의 상부 종단 부분에 풀리를 구비하고, 제어 모듈(11)과 힘 발생기(9)는 모두 베이스 브라켓(7) 상에 배치되며, 또한 여기서 힘 발생기(9)는 보우덴 케이블(10)을 통해 좌측 및/또는 우측 풀리를 구동하도록 구성되어 우측/좌측 팔 움직임 또는 양쪽 팔 움직임을 돕는다. 일부 실시예에서, 본 디바이스는 사용자의 등에 장착되어 팔을 지지하고 어깨 관절의 근육 피로를 줄이는 데 도움을 제공할 수 있다.

실시예에서, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 디바이스는 어깨 관절의 자유도와 일치할 수 있으며 팔 들어올림, 자연스럽게 처짐, 넓은 수평 뻗음, 머리 위에서 작업, 동일한 위치에 도달하는 두 손으로의 머리 위에서 작업 등을 포함하는 상이한 팔 움직임들에 적응할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 5에서 보여지는 바와 같이, 탄성 로프(12)가 더 제공되어 후방 스트랩(8)과 지지 링크(1)를 연결할 수 있어, 지지 링크(1)가 예상 범위 내에서 움직이는 것을 보장한다.

도 6 내지 도 10을 참조하면, 인간 상완 보조 디바이스의 주요 부분들이 도시되어 있다. 도 6에는 본 발명의 실시예에 따른 지지 링크의 근접 사시도가 보여지고 있다. 예시적인 실시예에서, 지지 링크(1)는 지지 블록(101), 2개의 하부 플레이트(102a 및 102b), 2개의 상부 플레이트(103a 및 103b), 2개의 케이블 외장 컨넥터(104a 및 104b) 및 상부 지지 블록(105)을 포함한다. 유니버설 조인트(6)는 유니버설 베어링(601), 베어링 시트(602) 및 베어링 종단 캡(603)을 포함한다. 유니버설 베어링(601)은 베어링 시트(602)와 베어링 종단 캡(603)에 의해 고정된다. 지지 링크(1)의 하부 종단은 유니버설 베어링(601)에 연결된다. 베어링 시트(602)는 베이스 브라켓(7)의 베어링 지지 플레이트(711) 상에 설치된다. 이 실시예에서, 지지 링크의 하부 종단은, 디바이스를 팔의 대부분의 움직임을 따르고 풀리(109)가 사용자의 어깨 관절의 축을 정렬하는 것을 허용하기에 충분히 유연하게 만드는 유니버설 베어링을 통해 베이스 브라켓에 결합된다. 일부 실시예에서, 2개의 하부 플레이트(102a 및 102b)는 지지 블록(101)에 고정되며 또한 2개의 상부 플레이트(103a 및 103b)에 각각 분리 가능하게 연결된다. 2개의 하부 플레이트(102a 및 102b)와 2개의 상부 플레이트(103a 및 103b)의 총 길이는 그 위에 제공된 상이한 구멍 그룹을 정렬함으로써 조절 가능하다. 상부 지지 블록(105)에 고정된 2개의 케이블 시스(sheath) 컨넥터(104a 및 104b)는 상부 플레이트(103a 및 103b)를 각각 연결하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 도 7에서 보여지는 바와 같이, 좌측면 쉘(106)과 우측면 쉘(107)로 덮인 풀리(109)는 샤프트(110)와 베어링(111)을 통해 지지 링크(1)의 상부 플레이트(103a 및 103b)에 의해 지지된다. 실시예에서, 풀리(109)는 스크류에 의하여 회전 링크(2)에 고정될 수 있으며, 보우덴 케이블(10)들은 보우덴 케이블들 중 하나를 작은 구멍에 채움으로써 풀리(109)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 각도 인코더(108)는 샤프트(110)의 한 종단에 부착될 수 있다.

회전 링크(2)와 베이스 브라켓(7)은 지지 링크(1)와 함께 작동한다. 회전 링크(2)는 지지 링크(1)에 의해 지지되는 풀리(109)에 결합된다. 지지 링크(1)의 하부 종단은 위의 실시예에서 도시된 바와 같이 유니버설 조인트(6)를 통해 베이스 브라켓(7)에 결합된다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 베이스 브라켓(7)은 후방 플레이트(701), 최하부 컨넥터(702), 하부 튜브 지지체(703), 하부 튜브(704), 상부 튜브(705), 상부 튜브 지지체(706), L형 컨넥터(708a, 708b, 708c 및 708d), 메인 지지 플레이트(709), 만곡형 플레이트(710) 및 베어링 지지 플레이트(711)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 후방 플레이트(701)는 후방 스트랩(8)에 부착된다. 하부 튜브 지지체(703)는, 도 9에서 보여지는 바와 같이 최하부 컨넥터(702)를 통해 후방 플레이트(701)에 고정된다. 하부 튜브(704)는 하부 튜브 지지체(703)에 설치되며 또한 상부 튜브(705)와 연결되고, 이 상부 튜브는 상부 튜브 지지체(706)를 통해 상부 플레이트(707)를 지지하도록 더 구성된다. 메인 지지 플레이트(709)는 L형 컨넥터(708a 및 708b)에 의해 상부 플레이트(707)에 고정되며, 메인 지지 플레이트(709)에는 힘 발생기(9)가 설치될 수 있다. 만곡형 플레이트(710)는 L형 컨넥터(708c 및 708d)에 의해 메인 지지 플레이트(709)에 설치된다.

만곡형 플레이트(710)는 스크류에 의하여 베어링 지지 플레이트(711)에 연결될 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 토크 발생기의 바람직한 실시예의 근접 도면이 보여지고 있으며, 여기서 보호 쉘은 숨겨져 있다. 이 본 실시예에서, 힘 발생기(9)는 전기 모터(901), 볼 스크류(902), 베이스 플레이트(903), 슬라이더(904), 슬라이드 레일(905), 롤러(906), 롤러 베이스(907), 2개의 케이블 컨넥터(908), L형 베이스(909), 2개의 스프링(910 및 911), 슬라이딩 부분(912)을 포함할 수 있다. 전기 모터(901)와 볼 스크류(902)는 원동기로서 베이스 플레이트(903) 상에 고정된다. 슬라이더(904)는 슬라이드 레일(905)에 설치되어 이와 함께 움직일 수 있다. 인출(outgoing) 보우덴 케이블(1001)의 한 종단은 슬라이더(904)에 고정되며 다른 한 종단은 풀리(109)에 연결된다. 복귀하는 보우덴 케이블(1002)의 한 종단 또한 슬라이더(904)에 고정되며, 다른 한 종단은 풀리(109)에 연결된다. 롤러(906)는 롤러 베이스(907)에 고정되어 복귀하는 보우덴 케이블(1002)의 방향을 안내한다. 2개의 케이블 컨넥터(908)는 케이블 연결을 위하여 L형 베이스(909)에 고정된다. 볼 스크류(902)의 슬라이딩 부분(912)과 슬라이더(904) 사이에는 2개의 스프링(910 및 911)이 배치된다. 작동 시, 힘 발생기는 보우덴 케이블을 당기고 또한 풀리(109)가 회전 로드를 구동하게 하며, 따라서 사용자의 어깨 관절에서 보조 토크를 발생시키고 또한 사용자가 팔을 지지하는 것을 도우며, 보우덴 케이블 상의 힘은 스프링(910 및 911)의 변형을 제어함으로써 보장될 수 있다.

이제 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 힘 발생기의 제어 원리가 개략적으로 도시된다. 예시적인 실시예에서, 제어 모듈(11)은 배터리 및 컨트롤러를 포함한다. 배터리는 센서 시스템과 힘 발생기(9)에 에너지를 공급하도록 구성된다. 센서 시스템은 사용자의 정보를 검출하고 검출된 정보를 컨트롤러에 더 제공하도록 구성된다. 컨트롤러는 센서 시스템에 의해 검출된 사용자의 정보를 기반으로 제어 신호를 생성하고 이 제어 신호를 힘 발생기(9)에 제공하도록 구성된다. 센서 시스템은 디바이스로 통합된 하나 이상의 센서를 구비할 수 있다. 하나 이상의 센서는 각도 센서 (예를 들어, 로터리 인코더(108)), 속도 센서, 가속도계 또는 힘 센서 등을 포함할 수 있다. 컨트롤러는 또한 사용자 입력 인터페이스를 가질 수 있으며, 사용자는 이 사용자 입력 인터페이스를 통하여 작업 모드 또는 비작업 모드를 선택할 수 있다. 작업 모드에서, 힘 발생기(9)는 케이블(10)을 당기도록 그리고 사용자의 어깨 관절에 보조 토크를 제공하도록 구성된다. 비작업 모드에서, 힘 발생기(9)는 보우덴 케이블(10)이 팔의 움직임을 따르도록 구성되며 따라서 팔은 거의 제약 없이 자유롭게 움직인다. 힘 발생기(9)는 보우덴 케이블(10)을 당길 수 있고 풀리(109)를 구동할 수 있는 한, 유압 실린더, 전기 모터, 공압 시스템 또는 임의의 다른 액추에이터를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 일부 잔류하는 그리고 최소한의 저항 토크에도 불구하고 작업 모드와 비작업 모드 사이에서 힘 발생기를 토글(toggle)하기 위하여 힘 발생기와 연통하는 하나 이상의 센서는 힘 발생기의 구성 요소들을 서로에 대해 이동시켜야 할 필요성 때문에 존재할 수 있다.

본 명세서에 개시된 디바이스는 몸통에 대한 인간 팔들 중 하나 또는 둘 모두의 복잡한 움직임을 포함하는 실제 물리적 작업에 따라 좌측/우측 팔 또는 두 팔을 돕기 위해 사용될 수 있다. 지지 링크는, 디바이스를 팔의 대부분의 움직임을 따르고 그리고 풀리가 사용자의 어깨 관절의 축을 정렬하는 것을 허용하기에 충분히 유연하게 만드는 유니버설 조인트를 통해 베이스 브라켓에 설치된다. 베이스 브라켓은 후방 스트랩에 의하여 허리 위치에서 사용자의 등에 결합되며, 그에 의하여 사용자의 몸통에서 디바이스를 지지한다. 지지 링크의 상부 종단 부분에 제공된 풀리는 지지 링크에 의하여 동축적으로 지지되며, 한 종단은 풀리에 결합되고 다른 한 종단은 사용자의 상완에 결합된 회전 링크는 팔과 동시에 움직이며, 힘 발생기는 허리 위치에서 베이스 브라켓에 고정되고 사용자가 팔을 특정 각도로 들어올리거나 유지하는 것과 같은 작동 중에 보우덴 케이블을 통해 풀리를 구동하도록 구성된다. 따라서 힘 발생기는 보우덴 케이블을 당기고 풀리가 회전 로드를 구동하게 하여 어깨 관절에 보조 토크를 발생시킬 수 있고 사용자가 팔을 지지하는 것을 도울 수 있다.

도 12 내지 도 19를 참조하면, 또 따른 예시적인 인간 상완 보조 디바이스가 도시되어 있으며, 이 디바이스는 상완과 몸통 사이에 토크를 제공하여 사용자의 어깨 관절의 근육 피로를 줄인다. 디바이스는 아암 링크(21), 몸통 링크(23), 베이스 브라켓(24), 어깨 관절 힌지(25), 토크 발생기(26), 후방 스트랩(27) 및 보우덴 케이블(28)을 포함하여 우측 또는 좌측 팔 움직임 또는 양팔 움직임을 도울 수 있다. 아암 링크(21)는 아암 스트랩(22)에 의해 사용자의 상완에 결합될 수 있다. 몸통 링크(23)는 베이스 브라켓(24)에 고정될 수 있다. 어깨 관절 힌지(25)는 아암 링크(21)와 몸통 링크(23) 사이에서 회전 가능하게 결합되며 디바이스가 장착 상태에 있을 때 사용자의 어깨 관절과 평행하게 배치된다. 어깨 관절 힌지(25) 내부에는 풀리(252)가 제공된다. 토크 발생기(26)는 베이스 브라켓(24)에 고정될 수 있다. 베이스 브라켓은 후방 스트랩(27)에 의해 사용자의 몸통에 결합될 수 있다. 토크 발생기(6)는 보우덴 케이블(28)을 통해 어깨 관절 힌지(25) 내부의 풀리(252)를 구동하도록 구성된다. 작동 시, 토크 발생기(26)는 아암 링크(21)와 몸통 링크(23) 사이에 저항 토크를 제공한다. 따라서, 아암 링크(21)는 상완에 상향 당김력을 가하며 사용자의 어깨 관절의 모멘트 부담을 저감시킨다. 토크 발생기(26)는 팔이 몸통에 수직으로 들어 올려질 때 가장 큰 보조 토크를 제공하지만, 팔이 자연스러운 처짐 위치에 가까울 때 거의 0의 토크를 제공하도록 구성된다. 사용자는 머리 위 작업을 위해 팔을 들어올릴 때 많은 도움을 받을 것이지만, 팔을 쉬게 하거나 다른 일상 활동을 수행할 때 편안함을 느낄 것이다. 위의 실시예에서 사용된 단수형은 복수형도 포함한다는 점에 주목되어야 한다. 예시적인 구성에서, 도 12에서 보여지는 바와 같이, 본 발명에 따라 한쪽 팔을 뻗는 것을 돕는 예시적인 인간 상완 보조 디바이스가 제공된다. 이 구성에서, 디바이스는 특히, 오른쪽 또는 왼쪽 팔의 움직임을 돕기 위해 하나의 아암 링크(21), 하나의 몸통 링크(23), 하나의 어깨 관절 힌지(25)를 포함한다. 또 다른 예시적인 구성에서, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 인간 상완 보조 디바이스는 두 팔을 수평으로 뻗는 것을 돕기 위해 사용된다. 이 디바이스는 2개의 아암 링크(21), 2개의 몸통 링크(23) 및 2개의 어깨 관절 힌지(25)를 포함하여 양팔을 돕는다. 2개의 토크 발생기(26)가 베이스 브라켓(24)에 제공되어 보우덴 케이블(28)을 통해 좌측 및 우측 어깨 관절 힌지(25)를 각각 구동할 수 있다. 이 구성의 디바이스는 또한 좌측 또는 우측 움직임을 돕기 위해 사용될 수 있다는 점이 예상될 수 있다. 일부 실시예에서, 탄성 로프(29)는 도 14에서 보여지는 바와 같이 후방 스트랩(27)과 몸통 링크(23) 사이에 부착될 수 있어, 몸통 링크(3)가 예상 범위 내에서 움직이는 것을 보장한다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 몸통 링크의 사시도가 보여지고 있다. 몸통 링크(23)는 2개의 상부 지지 링크(231), 케이블 컨넥터(232), 2개의 하부 지지 링크(233), 하부 컨넥터(234), 유니버설 베어링(235), 베어링 베이스(236) 및 하부 플레이트(237)를 포함할 수 있다. 2개의 상부 지지 링크(231)는 어깨 관절 힌지(25)와 회전 가능하게 결합될 수 있다. 케이블 컨넥터(232)는 상부 지지 링크(231)에 고정되어 보우덴 케이블(28)을 연결할 수 있다. 2개의 하부 지지 링크(233)는 상부 지지 링크(231)에 작동적으로 연결될 수 있으며 또한 그들의 상대적인 위치는 상이한 높이 요건에 적응하도록 조정될 수 있다. 하부 컨넥터(234)는 하부 지지 링크(233) 및 유니버설 베어링(235)과 결합될 수 있다. 베어링 베이스(236)는 유니버설 베어링(235)을 지지하도록 구성되며 또한 하부 플레이트(237)에 고정된다. 하부 플레이트(237)는 베이스 브라켓(24)의 만곡형 플레이트(241)에 연결된다. 하부 플레이트(237)와 만곡형 플레이트(241)의 상대 위치는 상이한 폭 요구 사항들에 적응하도록 조정 가능하다. 어깨 관절 힌지(25)는 힌지 보호 쉘(251)로 덮일 수 있다. 도 16에서 더 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 어깨 관절 힌지의 사시도가 보여지고 있으며, 여기에서 힌지 보호 쉘은 숨겨져 있다. 어깨 관절 힌지(25)는 주로, 아암 링크(21)에 고정되고 샤프트 및 베어링을 통해 몸통 링크(23)의 상부 지지 링크(231)와 회전 가능하게 결합되는 풀리(252)를 포함한다. 보우덴 케이블(28)의 한 종단은 풀리(252)의 작은 구멍에 갇힐 수 있으며 다른 하나의 종단은 토크 발생기(26)에 연결될 수 있다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 디바이스의 베이스 브라켓의 사시도가 보여지고 있으며, 여기서 토크 발생기, 몸통 링크 및 후방 스트랩은 숨겨져 있다. 베이스 브라켓(24)은 하나 또는 2개의 만곡형 플레이트(241), 2개의 L형 컨넥터(242), 장착 플레이트(243), S형 커넥터(244) 및 후방 플레이트(245)를 포함할 수 있다. 하나 또는 2개의 만곡형 플레이트(241)는 하나 또는 2개의 몸통 링크(23)를 연결하도록 구성된다. 만곡형 플레이트(241)는 2개의 L형 컨넥터(242)에 의해 장착 플레이트(243)에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 장착 플레이트(243)와 만곡형 플레이트(241)의 상대 위치는 상이한 폭 요구 사항에 적응하도록 조정 가능하다. 토크 발생기(6)는 또한 장착 플레이트(243)에 설치될 수 있다. S형 컨넥터(244)는 장착 플레이트(243)와, 후방 스트랩(27)에 부착되고 사용자에 의하여 착용된 후방 플레이트(245)를 연결하도록 구성된다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토크 발생기의 사시도가 보여지고 있으며, 여기서 전방 쉘은 숨겨져 있다. 토크 발생기(26)는 편심 풀리(261), 풀리 지지체(262), 전방 쉘, 후방 쉘(263), 보우덴 케이블(264 및 266), 케이블 컨넥터(267), 압축 스프링(268), 하부 쉘(269), 상부 쉘(2610) 및 롤러(2611)를 포함한다. 편심 풀리(261)는 샤프트와 베어링을 통해 풀리 지지체(262)와 회전 가능하게 결합된다. 풀리 지지체(262)는 전방 쉘과 후방 쉘(263)에 고정된다. 보우덴 케이블(264)의 한 종단은 편심 풀리(261)의 작은 구멍에서 움직일 수 없으며 다른 한 종단은 종단 캡(265)에 고정되어 있다. 보우덴 케이블(266)의 한 종단은 또한 편심 풀리(261)의 작은 구멍에서 움직일 수 없지만, 보우덴 케이블(264)과 연결되지는 않는다. 보우덴 케이블(266)의 다른 한 종단은 케이블 컨넥터(267)를 통해 어깨 관절 힌지(25)의 풀리(252)에 연결된다. 종단 캡(265)은 압축 스프링(268)을 압축하도록 구성되며 그의 원통 구조는 압축 스프링(268)의 움직임을 안내할 수 있다. 종단 캡(265)과 압축 스프링(268)은 하부 쉘(269)의 캐비티를 따라 미끄러질 수 있다. 보우덴 케이블(264 및 266)은 상부 쉘(2610)에 통합된 롤러(2611)들에 의해 안내된다. 일부 실시예에서, 케이블을 팽팽하게 하기 위하여, 탄성 로프는 보우덴 케이블(264)에 연결되는 한 종단 및 디바이스의 일부 고정 지점에 연결되는 다른 한 종단을 구비할 수 있다.

이제 도 19를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인간 상완 보조 디바이스의 토크 발생기의 작동 원리가 개략적으로 도시되어 있다. 사용자의 팔이 몸통과 거의 평행하게 들어올려 질 때, 보우덴 케이블(266)의 모멘트 아암은 보우덴 케이블(264)의 모멘트 아암보다 훨씬 작다. 그러나 압축 스프링(268)은 이 상황에서 압축되지 않으며, 보우덴 케이블(264)의 힘은 매우 작은 프리텐션 힘과 실질적으로 동일하고, 그에 의하여 디바이스의 보조 토크는 작을 것이다. 사용자의 팔이 몸통에 수직인 위치에 가까울 때, 보우덴 케이블(264 및 266)의 모멘트 아암들은 거의 동일하고, 따라서 보우덴 케이블(266)의 힘은 압축 스프링(268)의 압축력에 가까우며 큰 보조 토크가 사용자의 어깨 관절을 돕기 위해 제공될 수 있다. 사용자의 팔이 자연스러운 처짐 위치 근처에 내려질 때 압축 스프링(268)은 완전히 압축될 것이다. 그러나 보우덴 케이블(266)의 모멘트 아암은 보우덴 케이블(264)의 모멘트 아암보다 훨씬 크며, 따라서 보우덴 케이블(266)의 힘은 거의 0이고 사용자는 팔을 자유롭게 움직일 것이다.

실시예에서, 디바이스는 좌측/우측 팔 움직임 또는 양쪽 팔 움직임을 돕기 위해 사용될 수 있다. 아암 링크는 아암 스트랩에 의하여 사용자의 상완과 결합된다. 토크 발생기와 몸통 링크는 후방 스트랩에 의하여 사용자의 허리에 결합될 수 있는 베이스 브래킷에 고정된다. 몸통 링크는, 디바이스를 팔의 대부분의 움직임을 따르고 어깨 관절 힌지 내부의 풀리가 사용자의 어깨 관절의 축을 정렬하는 것을 허용하기에 충분히 유연하게 만드는 유니버설 베어링을 통하여 베이스 브래킷에 결합된다. 어깨 관절 힌지는 디바이스가 장착 상태에 있을 때 사용자의 어깨 관절과 평행하게 배치되어 아암 링크와 몸통 링크를 회전 가능하게 결합한다. 토크 발생기는 보우덴 케이블을 통해 어깨 관절 힌지 내부의 풀리를 구동한다. 작동 시 토크 발생기는 아암 링크와 몸통 링크 사이에 저항 토크를 제공한다. 편심 풀리는 사용 시 상완과 함께 이동하며, 편심 풀리의 편심은 상대적으로 더 큰 저항 토크가 가해지는 사전 결정된 범위를 규정한다. 따라서 아암 링크는 위로 당기는 힘을 상완에 가하며 또한 어깨 관절의 모멘트 부담을 감소시킨다. 토크 발생기는 팔이 몸통에 수직으로 들어 올려질 때 가장 큰 보조 토크를 제공하지만, 팔이 자연스러운 처짐 위치에 가까울 때 거의 0의 토크를 제공한다. 사용자는 머리 위 작업을 위해 팔을 들어올릴 때 큰 도움을 받을 수 있으며, 팔을 쉬게 하거나 기타 일상 활동을 수행할 때도 편안함을 느낄 것이다.

본 발명의 다양한 실시예는 인간 상완 보조 디바이스에 관한 것이며, 이 디바이스에서 보우덴 케이블은 어깨 관절에 힘을 전달하기 위해 사용된다. 힘 제어 가능한 액추에이터일 수 있는 힘/토크 발생기는 인간의 등 위치에 배치되며 팔과 함께 움직이지 않는다. 인간의 어깨 위치에서의 구조체는 작고 경량이며 지지 링크 부재에 설치된 풀리와 얇은 쉘만을 포함한다. 사용자가 도움을 필요로 할 때, 힘 발생기는 보우덴 케이블을 당기고 풀리를 구동하여 인간의 팔에 부착된 아암 링크 부재를 회전시켜 어깨 관절로 토크를 발생시키고 근육 피로를 줄인다. 따라서 어깨 관절 근처의 구조체는 작고 경량일 수 있으며 팔로 토크 발생기를 움직이기 위한 에너지 손실은 방지될 수 있다. 또한, 본 디바이스의 토크 발생기는 팔이 몸통에 수직으로 들어 올려질 때 가장 큰 보조 토크를 제공하지만, 팔이 자연스러운 처짐 위치에 가까울 때 거의 0의 토크를 제공하며, 그에 의하여 사용자가 일상 활동에서 자유로움을 느끼게 한다.

다양한 실시예를 설명하기 위하여 본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "예시적" 및 그의 변형은 이러한 실시예가 가능한 실시예의 가능한 예, 표현 또는 예시임을 나타내도록 의도되었다는 점 (그리고 이러한 용어는 이러한 실시예가 반드시 특별한 또는 최상의 예인 것을 내포하도록 의도된 것이 아니라는 점)이 주목되어야 한다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "대략" 및 "실질적으로"는 본 발명의 대상물이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 숙달된 자에 의하여 일반적이고 용인된 사용과 조화를 이루는 넓은 의미를 갖도록 의도된다는 점 또한 주목되어야 한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같은 "결합된" 및 그 변형은 2개의 부재의 서로에 대한 직접적인 또는 간접적인 연결을 의미한다. 이러한 연결은 고정적 (예를 들어, 영구적인 또는 고정된) 또는 이동 가능 (예를 들어, 제거 가능 또는 분리 가능)일 수 있다. 이러한 연결은 서로 직접적으로 결합된 2개의 부재로, 별도의 중간 부재 그리고 서로 결합된 임의의 부가적인 중간 부재들을 이용하여 서로 결합된 2개의 부재로, 또는 중간 부재를 사용하여 서로 결합된 2개의 부재 (중간 부재는 2개의 부재 중 하나와 하나의 단일체로서 일체로 형성됨)로 달성될 수 있다. "결합된" 또는 그 변형이 부가적인 용어 (예를 들어, 직접적으로 결합된)에 의해 수정되는 경우, 위에 제공된 "결합된"의 일반적인 정의는 추가 용어의 일반 언어 의미에 의해 수정되어 (예를 들어, "직접적으로 결합된"은 임의의 별도의 중간 부재 없는 2개의 부재의 연결을 의미한다) 위에서 제공된 "결합된"의 일반적인 정의보다 더 좁은 정의를 야기한다. 이러한 결합은 기계적, 전기적 또는 유체적일 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "또는"은 (그의 배타적인 의미가 아닌) 그의 포괄적인 의미로 사용되며, 따라서 요소 목록을 연결하기 위해 사용될 때 용어 "또는"은 목록 내의 요소들 중 하나, 일부 또는 전부를 의미한다. "X, Y 및 Z 중 적어도 하나"라는 어구와 같은 접속어는 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 요소가 X, Y, Z; X와 Y; X와 Z; Y와 Z; 또는 X, Y 및 Z (즉, X, Y 그리고 Z의 임의의 조합)일 수 있다는 점을 전달하는 것으로 이해된다. 따라서, 이러한 접속어는 일반적으로, 달리 표시되지 않는 한 특정 실시예가 X 중 적어도 하나, Y 중 적어도 하나, 그리고 Z 중 적어도 하나가 각각 존재할 것을 요구한다는 것을 암시하도록 의도되지 않는다.

본 발명은 예시적인 실시예 또는 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 이루어질 수 있으며 또한 등가물은 본 발명의 요소를 대체할 수 있다는 점이 본 기술 분야의 숙련된 자에 의하여 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 교시에 특정 상황이나 재료를 맞추기 위해 많은 수정이 이루어질 수 있다.

따라서 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최적의 형태로서 개시된 특정 실시예에 제한되지 않는다는 점, 그러나 본 발명은 청구범위의 범위 내에 속하는 모든 실시예를 포함할 것이라는 점이 의도된다.

Claims (31)

1. 사용자의 상완을 돕기 위한 디바이스에 있어서,
   사용자의 몸통에 상기 디바이스를 지지시키도록 구성된 지지 메커니즘;
   상완에 연결 가능한 아암 링크 부재;
   상기 아암 링크 부재 그리고 상기 지지 메커니즘과 결합된 조인트 부재 -사용시 상기 디바이스는 상완으로부터의 부하를 상기 조인트 부재를 통하여 몸통으로 전달함-; 및
   상기 지지 메커니즘에 배열되며 상기 아암 링크 부재와 상기 지지 메커니즘 사이에 저항 토크를 제공하도록 구성된 힘 발생 부재 -상기 힘 발생 부재는 상완의 움직임의 사전 결정된 범위에서 상대적으로 더 큰 저항 토크를 가하도록 그리고 상기 사전 결정된 범위 밖에서 상대적으로 더 적은 저항 토크를 가하도록 기계적으로 구성됨-를 포함하는 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상완의 움직임의 상기 사전 결정된 범위는 상완이 몸통에 수직인 경우를 포함하는 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 상기 힘 발생 부재는 상완이 몸통에 수직적으로 들어올려 질 때 가장 큰 저항 토크를 제공하도록 구성된 디바이스.
4. 제1항에 있어서, 상기 힘 발생 부재는 상완이 자연스러운 처짐 위치에 있을 때 실질적으로 힘을 가하지 않도록 구성된 디바이스.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조인트 부재는 상기 아암 링크 부재와 상기 지지 메커니즘에 회전 가능하게 결합되며, 또한 상기 디바이스가 장착된 상태에 있을 때 사용자의 어깨 관절과 평행하게 배열되는 디바이스.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힘 발생 부재는 토크 발생기이며, 상기 토크 발생기는 편심 풀리를 포함하고, 상기 편심 풀리는 사용 시 상완과 함께 움직이며 상기 편심 풀리의 편심은 상기 사전 결정된 범위를 규정하는 디바이스.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힘 발생 부재는 저항 토크의 크기를 제어하기 위한 하나 이상의 스프링을 포함하는 디바이스.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힘 발생 부재는 힘 발생기이며, 상기 힘 발생기는 저항 토크를 발생시키기 위한 유압 실린더, 전기 모터 또는 공압 시스템을 포함하는 디바이스.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힘 발생 부재는 하나 이상의 보우덴 케이블을 사용하여 상기 조인트 부재에서 저항 토크를 가하도록 구성된 디바이스.
10. 제8항에 있어서,
    사용자의 정보를 검출하도록 구성된 센서 시스템; 및
    상기 센서 시스템에 의하여 검출된 사용자의 정보를 기반으로 제어 신호를 생성하고 제어 신호를 상기 힘 발생기에 제공하도록 구성된 제어 모듈을 더 포함하는 디바이스.
11. 제10항에 있어서, 상기 센서 시스템은 상기 힘 발생기가 저항 토크를 발생시키는 작업 모드와 상기 힘 발생기가 저항 토크를 발생시키지 않는 비작업 모드 사이에서 상기 힘 발생기를 토글하는 적어도 하나의 양태를 제어하기 위해 상기 제어 모듈과 연통 상태에 있는 디바이스.
12. 제10항에 있어서, 상기 센서 시스템은 각도 센서, 속도 센서, 힘 센서 및 가속도계 중 하나 이상을 포함하는 디바이스.
13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아암 링크 부재의 길이는 조절 가능한 디바이스.
14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 메커니즘은 후방 스트랩에 의하여 사용자의 등에 장착되며, 상기 후방 스트랩과 상기 지지 메커니즘을 연결하는 탄성 로프가 제공되는 디바이스.
15. 사용자의 적어도 하나의 상완을 돕기 위한 디바이스에 있어서,
    사용자의 몸통에서 상기 디바이스를 지지하도록 구성된 지지 메커니즘 -상기 지지 메커니즘은 베이스 브라켓 및 상기 베이스 브라켓에 각각 결합된 2개의 지지 링크 부재를 포함함-;
    상완에 연결 가능한 2개의 아암 링크 부재;
    상기 2개의 아암 링크 부재 및 상기 2개의 지지 부재와 각각 결합된 2개의 조인트 부재 -사용시 상기 디바이스는 상완으로부터의 부하를 상기 2개의 조인트 부재를 통하여 몸통으로 전달함-; 및
    상기 베이스 브라켓에 배열되며 각 아암 링크 부재와 상기 지지 메커니즘 사이에 저항 토크를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 힘 발생 부재 -상기 적어도 하나의 힘 발생 부재는 상완의 움직임의 사전 결정된 범위에서 상대적으로 더 큰 저항 토크를 가하도록 그리고 상기 사전 결정된 범위 밖에서 상대적으로 더 적은 저항 토크를 가하도록 기계적으로 구성됨-를 포함하는 디바이스.
16. 제15항에 있어서, 상완의 움직임의 상기 사전 결정된 범위는 상완이 몸통에 수직인 경우를 포함하는 디바이스.
17. 제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 힘 발생 부재는 상완이 몸통에 수직적으로 들어올려질 때 가장 큰 저항 토크를 제공하도록 구성된 디바이스.
18. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 힘 발생 부재는 상완이 자연스러운 처짐 위치에 있을 때 실질적으로 힘을 가하지 않도록 구성된 디바이스.
19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조인트 부재는 상기 아암 링크 부재 그리고 상기 지지 메커니즘과 회전 가능하게 결합되며, 또한 상기 디바이스가 장착된 상태에 있을 때 사용자의 어깨 관절과 평행하게 배열되는 디바이스.
20. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 힘 발생 부재의 각각은 토크 발생기이며, 상기 토크 발생기는 편심 풀리를 포함하고, 상기 편심 풀리는 사용 시 상완과 함께 움직이며 상기 편심 풀리의 편심은 상기 사전 결정된 범위를 규정하는 디바이스.
21. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 힘 발생 부재의 각각은 저항 토크의 크기를 제어하기 위한 하나 이상의 스프링을 포함하는 디바이스.
22. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 힘 발생 부재의 각각은 힘 발생기이며, 상기 힘 발생기는 저항 토크를 발생시키기 위한 유압 실린더, 전기 모터 또는 공압 시스템을 포함하는 디바이스.
23. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 힘 발생 부재는 하나 이상의 보우덴 케이블을 사용하여 상기 조인트 부재에서 저항 토크를 가하도록 구성된 디바이스.
24. 제22항에 있어서,
    사용자의 정보를 검출하도록 구성된 센서 시스템; 및
    상기 센서 시스템에 의하여 검출된 사용자의 정보를 기반으로 제어 신호를 생성하고 제어 신호를 상기 적어도 하나의 힘 발생기에 제공하도록 구성된 제어 모듈을 더 포함하는 디바이스.
25. 제24항에 있어서, 상기 센서 시스템은 상기 힘 발생기가 저항 토크를 발생시키는 작업 모드와 상기 힘 발생기가 저항 토크를 발생시키지 않는 비작업 모드 사이에서 상기 적어도 하나의 힘 발생기를 토글하는 적어도 하나의 양태를 제어하기 위해 상기 제어 모듈과 연통 상태에 있는 디바이스.
26. 제24항에 있어서, 상기 센서 시스템은 각도 센서, 속도 센서, 힘 센서 및 가속도계 중 하나 이상을 포함하는 디바이스.
27. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 메커니즘은 상기 베이스 브라켓을 통하여 상기 디바이스를 지지하도록 구성되며, 상기 베이스 브라켓은 작동 중에 후방 스트랩에 의하여 사용자의 등에 부착되는 디바이스.
28. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 각 지지 링크 부재는 유니버설 베어링을 통하여 상기 베이스 브라켓에 결합되는 디바이스.
29. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 각 지지 링크 부재의 길이는 조절 가능하며 및/또는 각 아암 링크 부재의 길이는 조절 가능한 디바이스.
30. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 후방 스트랩과 상기 2개의 지지 링크 부재 사이에서 연결된 탄성 로프들을 더 포함하는 디바이스.
31. 사용자의 적어도 하나의 상완을 돕기 위한 디바이스에 있어서,
    사용자의 상완에 연결 가능한 적어도 하나의 아암 링크 부재;
    사용자의 몸통에 부착 가능한 베이스 브라켓;
    상기 베이스 브라켓에 결합되는 적어도 하나의 지지 링크 부재;
    상기 적어도 하나의 아암 링크 부재 및 상기 적어도 하나의 지지 메커니즘과 각각 결합된 적어도 하나의 조인트 부재 -사용시 상기 디바이스는 상완으로부터의 부하를 상기 적어도 하나의 조인트 부재를 통하여 사용자의 몸통으로 전달함-; 및
    상기 베이스 브라켓에 배열되며 상기 적어도 하나의 아암 링크 부재와 상기 적어도 하나의 지지 링크 부재 사이에 저항 토크를 각각 제공하도록 구성된 적어도 하나의 힘 발생 부재 -상기 적어도 하나의 힘 발생 부재는 상완의 움직임의 사전 결정된 범위에서 상대적으로 더 큰 저항 토크를 가하도록 그리고 상기 사전 결정된 범위 밖에서 상대적으로 더 적은 저항 토크를 가하도록 기계적으로 구성되며, 또한 상기 적어도 하나의 힘 발생 부재는 상완이 몸통에 수직적으로 들어올려 질 때 가장 큰 저항 토크를 제공하도록 그리고 상완이 자연스러운 처짐 위치에 있을 때 실질적으로 토크를 제공하지 않도록 구성됨-를 포함하는 디바이스.