KR20240037066A - 근력 보조 장치 - Google Patents

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KR20240037066A
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윤주영
김범수
정민웅
황성택
김호준
임현섭
김규정
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현대자동차주식회사
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Abstract

회전력이 생성되는 모터를 포함하는 입력 모듈; 상기 입력 모듈로부터 동력을 전달받아 회전 가능하도록 구비되는 출력 모듈; 일 측은 상기 입력 모듈에 결합되고 타 측은 상기 출력 모듈에 고정되고 상기 입력 모듈로부터 상기 출력 모듈로 동력을 전달하는 연결 모듈; 및 상기 연결 모듈의 일 측이 고정 결합되고 착용자의 일 측에 고정되는 메인 고정 부재; 를 포함하고, 상기 연결 모듈은, 상기 메인 고정 부재에 대한 상기 출력 모듈의 회전 운동에 따라 탄성 변형이 일어나게 구비되는 탄성 부재; 를 포함하고, 상기 연결 모듈은, 상기 탄성 부재가 변형되기 전 상태에서 상기 출력 모듈이 상기 메인 고정 부재에 대해 제1 방향(D1)으로 회전하는 경우, 상기 탄성 부재는 상기 출력 모듈에 상기 제1 방향(D1)과 반대 방향인 제2 방향(D2)으로 힘을 가하도록 탄성 변형되는 근력 보조 장치가 개시된다.

Description

근력 보조 장치{MUSCLE ASSIST DEVICE}
본 발명은 근력 보조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자의 허리 근력을 보조할 수 있는 근력 보조 장치에 관한 것이다.
사람의 작업 시에 사람에게 허리 근력을 보조할 수 있는 허리 근력 보조 장치는 고관절 등 신체에서 회전 가능한 관절 부근에서 탄성에 의한 토크를 발생시켜 작업 과정에서 사람의 허리 등에 가해지는 부하를 경감시킨다.
이러한 허리 근력 보조 장치는 크게 모터 등의 동력원을 통해 근력을 보조할 수 있는 힘을 제공하는 능동형과 별도의 동력원이 없이 사용자의 자세에 따라 근력을 보조할 수 있는 힘을 제공하는 수동형이 있다. 이 중, 능동형 허리 근력 보조 장치의 경우에는 허리 근력 보조 장치에 구비된 구조물에 모터의 회전력을 제공함으로써 사용자의 허리 근력을 보조하게 된다.
한편, 종래 기술에 따르면, 능동형 허리 근력 보조 장치의 경우 단순히 모터의 회전력을 이용하여 허리 근력 보조 장치에 구비된 구조물에 제공하는 방식으로 구성되어 있어, 허리 근력을 보다 많이 보조하기 위해서는 모터의 출력이 커져야 하는 문제가 있었다. 이는 허리 근력 보조 장치를 제조하는 데 필요한 비용 및 허리 근력 보조 장치의 부피 증가를 초래하였다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상대적으로 작은 출력을 갖는 모터를 탑재하고도 보다 착용자의 허리 근력을 크게 보조할 수 있는 허리 근력 보조 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 착용자의 근력을 보조하기 위한 근력 보조 장치로서, 회전력이 생성되는 모터를 포함하는 입력 모듈; 상기 입력 모듈로부터 동력을 전달받아 회전 가능하도록 구비되는 출력 모듈; 일 측은 상기 입력 모듈에 결합되고 타 측은 상기 출력 모듈에 고정되고 상기 입력 모듈로부터 상기 출력 모듈로 동력을 전달하는 연결 모듈; 및 상기 연결 모듈의 일 측이 고정 결합되고 착용자의 일 측에 고정되는 메인 고정 부재; 를 포함하고, 상기 연결 모듈은, 상기 메인 고정 부재에 대한 상기 출력 모듈의 회전 운동에 따라 탄성 변형이 일어나게 구비되는 탄성 부재; 를 포함하고, 상기 연결 모듈은, 상기 탄성 부재가 변형되기 전 상태에서 상기 출력 모듈이 상기 메인 고정 부재에 대해 제1 방향(D1)으로 회전하는 경우, 상기 탄성 부재는 상기 출력 모듈에 상기 제1 방향(D1)과 반대 방향인 제2 방향(D2)으로 힘을 가하도록 탄성 변형되는 근력 보조 장치가 제공된다.
상기 탄성 부재는 가운데 영역에 관통홀이 형성되고, 상기 연결 모듈은, 상기 탄성 부재의 상기 관통홀에 삽입되고 상기 탄성 부재의 일 측이 고정되는 내측 고정 부재; 및 상기 탄성 부재의 외측 둘레와 마주보도록 구비되고 상기 탄성 부재의 타 측이 고정되는 외측 고정 부재; 를 포함하고, 상기 내측 고정 부재는 상기 출력 모듈에 고정 결합되고, 상기 외측 고정 부재는 상기 메인 고정 부재에 고정 결합될 수 있다.
상기 탄성 부재는 태엽 스프링이고, 상기 태엽 스프링의 일 끝부는 상기 내측 고정 부재에 고정되고, 상기 태엽 스프링의 타 끝부는 상기 외측 고정 부재에 고정될 수 있다.
상기 입력 모듈은, 상기 모터의 회전축에 연결되고 상기 회전축과 함께 회전 가능하게 구비되는 제1 풀리; 상기 제1 풀리로부터 이격된 상태로 구비되고 상기 내측 고정 부재에 연결되어 상기 내측 고정 부재와 함께 회전 가능하게 구비되는 제2 풀리; 및 상기 제1 풀리 및 상기 제2 풀리를 연결하고 상기 제1 풀리 및 상기 제2 풀리를 감싸도록 구비되고 상기 제1 풀리의 회전력을 상기 제2 풀리에 전달하는 벨트 부재; 를 포함할 수 있다.
상기 연결 모듈은, 상기 모터의 반경 방향(R)으로 상기 모터로부터 이격되되 상기 모터의 폭 방향(W) 내에 구비될 수 있다.
상기 연결 모듈의 회전 중심축은 상기 모터의 회전축과 나란하게 형성될 수 있다.
상기 벨트 부재가 상기 제2 풀리를 감싸는 영역에서 상기 벨트 부재의 곡률 반경은 상기 벨트 부재가 상기 제1 풀리를 감싸는 영역에서 상기 벨트 부재의 곡률 반경보다 클 수 있다.
상기 연결 모듈은 상기 모터보다 상부에 구비될 수 있다.
상기 출력 모듈은, 일 측이 상기 내측 고정 부재에 고정 결합되고 상기 내측 고정 부재로부터 회전력을 전달받아 감속하여 출력하는 감속기; 및 상기 감속기의 일 측에 고정 결합되고 상기 감속기에서 감속된 회전력을 전달받아 회전 가능하게 구비되는 회전 부재; 를 포함할 수 있다.
상기 메인 고정 부재는 착용자의 허벅지에 대해 상대적으로 고정되게 구비되고, 상기 회전 부재는 상기 착용자의 상체에 대해 상대적으로 고정되게 구비될 수 있다.
상기 제1 방향(D1)은 상기 착용자가 상체를 숙이는 방향일 수 있다.
상기 제2 풀리의 회전 중심축, 상기 내측 고정 부재의 회전 중심축 및 상기 감속기의 회전 중심축을 관통하고, 상기 제2 풀리, 상기 내측 고정 부재 및 상기 감속기를 연결하는 연결축; 을 더 포함할 수 있다.
상기 메인 고정 부재의 일 측에 결합되는 모터 수용 부재; 를 더 포함하고, 상기 메인 고정 부재와 상기 모터 수용 부재에 의해 내부 공간이 형성되고, 상기 메인 고정 부재와 상기 모터 수용 부재에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 상기 모터 및 상기 제1 풀리가 수용될 수 있다.
상기 회전 부재는 상기 메인 고정 부재의 일 측에 결합되고, 상기 메인 고정 부재와 상기 회전 부재에 의해 내부 공간이 형성되고, 상기 메인 고정 부재와 상기 회전 부재에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 상기 제2 풀리, 상기 연결 모듈 및 상기 감속기가 수용될 수 있다.
상기 감속기의 출력 영역의 회전 중심축은 상기 연결축과 동축 상에 형성될 수 있다.
상기 모터의 회전축이 연장되는 방향으로 상기 회전축으로부터 이격되고 상기 회전축을 센싱하는 모터 엔코더; 를 더 포함하고, 상기 모터 엔코더는 상기 제1 풀리를 사이에 두고 상기 모터와 마주보도록 구비될 수 있다.
상기 연결축의 반경 방향 외측을 감싸도록 구비되고 상기 연결축을 센싱하는 연결축 엔코더; 를 더 포함하고, 상기 연결축은 자석 부재를 더 포함할 수 있다.
착용자의 허벅지의 전면에 밀착 가능하게 구비되는 허벅지 패드; 및 상기 메인 고정 부재와 상기 허벅지 패드를 연결하는 하부 연결 부재; 를 더 포함할 수 있다.
착용자의 상체의 전면 영역에 밀착 가능하게 구비되는 상체 패드; 및 상기 회전 부재와 상기 상체 패드를 연결하는 상부 연결 부재; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상대적으로 작은 출력을 갖는 모터를 탑재하고도 보다 착용자의 허리 근력을 크게 보조할 수 있는 허리 근력 보조 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 근력 보조 장치를 착용자가 착용한 모습을 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 근력 보조 장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 근력 보조 장치의 입력 모듈, 출력 모듈 및 연결 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 근력 보조 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 근력 보조 장치를 착용자가 착용한 모습을 도시한 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 근력 보조 장치를 도시한 사시도이다. 도 3은 본 발명에 따른 근력 보조 장치의 입력 모듈, 출력 모듈 및 연결 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 발명에 따른 근력 보조 장치는 착용자의 허리 근력을 보조하기 위한 것일 수 있다. 보다 상세하게, 본 발명에 따른 근력 보조 장치는 착용자가 허리를 펴는 동작을 할 때 필요한 허리 근력을 보조하는 구성일 수 있다.
특히, 후술할 바와 같이 본 발명에 따른 근력 보조 장치는 착용자가 허리를 굽히는 동작을 수행할 때는 탄성 에너지를 저장하였다가 착용자가 허리를 펴는 동작을 할 때 전술한 탄성 에너지를 이용하여 착용자의 허리를 펴는 데 필요한 허리 근력을 보조할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 근력 보조 장치에서 근력을 보조하기 위한 보조력을 생성하는 모터의 부피를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 동일한 출력의 모터가 탑재된 경우와 비교하여 보다 큰 보조력을 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 근력 보조 장치(10)는 착용자의 근력을 보조하기 위한 근력 보조 장치로서, 회전력이 생성되는 모터(110)를 포함하는 입력 모듈(100), 입력 모듈(100)로부터 동력을 전달받아 회전 가능하도록 구비되는 출력 모듈(200) 및 일 측은 입력 모듈(100)에 결합되고 타 측은 출력 모듈(200)에 고정되고 입력 모듈(100)로부터 출력 모듈(200)로 동력을 전달하는 연결 모듈(300)을 포함할 수 있다.
또한, 근력 보조 장치(10)는 연결 모듈(300)의 일 측이 고정 결합되고 착용자의 일 측에 고정되는 메인 고정 부재(400)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 근력 보조 장치(10)는 착용자가 허리를 펴는 동작을 할 때 필요한 허리 근력을 보조하기 위한 구성일 수 있다. 이때, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 메인 고정 부재(400)는 착용자의 허벅지에 대해 상대적으로 고정될 수 있다. 이때, 메인 고정 부재(400)가 착용자의 허벅지에 대해 상대적으로 고정될 수 있다는 것은, 메인 고정 부재(400)가 착용자의 허벅지에 직접적으로 밀착됨으로써 고정되는 것뿐만 아니라, 착용자가 허리를 숙이거나 펴는 동작을 수행하는 것과 무관하게 메인 고정 부재(400)와 착용자의 허벅지 간의 상대적인 위치가 변하지 않도록 구비되는 것을 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
보다 상세하게, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 근력 보조 장치(10)는 착용자의 허벅지의 전면(前面)에 밀착 가능하게 구비되는 허벅지 패드(710) 및 메인 고정 부재(400)와 허벅지 패드(710)를 연결하는 하부 연결 부재(720)를 더 포함할 수 있다. 즉, 허벅지 패드(710)가 착용자의 허벅지에 밀착 구비됨으로써 하부 연결 부재(720)를 통해 허벅지 패드(710)에 연결되는 메인 고정 부재(400)는 착용자의 허벅지에 대해 상대적으로 고정될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 하부 연결 부재(720)는 소정의 강성을 갖는 와이어 형상을 가질 수 있다. 따라서, 하부 연결 부재(720)에 외력이 작용하는 경우에는 가역적으로 형상이 변형될 수 있다. 따라서, 착용자가 근력 보조 장치(10)를 착용하는 경우 착용자의 체형에 따라 근력 보조 장치가 유연하게 변형될 수 있다. 한편, 하부 연결 부재(720)가 소정의 강성을 갖는 와이어 형상을 갖는다는 것은 실 또는 고무 부재 등과 같이 스스로의 하중, 즉, 자중을 견디지 못하고 형상이 변형되는 경우와 대비되는 것으로 이해될 수 있다.
출력 모듈(200)은 메인 고정 부재(400)에 대해 회전 운동 가능하게 구비될 수 있다. 출력 모듈(200)의 메인 고정 부재(400)에 대한 회전 운동은 근력 보조 장치(10)를 착용한 착용자가 허리를 굽히거나 펴는 동작을 수행하는 경우 착용자의 상체의 움직임에 대응하도록 회전 운동을 하는 것으로 이해될 수 있다. 후술할 바와 같이 출력 모듈(200)은 회전 부재(220)를 통해 메인 고정 부재(400)에 직접 결합될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 연결 모듈(300)은 메인 고정 부재(400)에 대한 출력 모듈(200)의 회전 운동에 따라 탄성 변형이 일어나게 구비되는 탄성 부재(310)를 포함할 수 있다. 즉, 탄성 부재(310)는 메인 고정 부재(400)에 대한 출력 모듈(200)의 회전 운동에 따른 탄성 변형에 의해 탄성 에너지를 저장하였다가 방출할 수 있다.
보다 상세하게, 연결 모듈(300)은 탄성 부재(310)가 변형되기 전 상태에서 출력 모듈(200)이 메인 고정 부재(400)에 대해 제1 방향(D1)으로 회전하는 경우, 탄성 부재(310)는 출력 모듈(200)에 제1 방향(D1)과 반대 방향인 제2 방향(D2)으로 힘을 가하도록 탄성 변형될 수 있다. 예를 들어, 출력 모듈(200)이 메인 고정 부재(400)에 대해 제1 방향(D1)으로 회전하는 경우 탄성 부재(310)는 압축될 수 있고, 그에 따라 탄성 부재(310)는 탄성 압축 변형에 의한 탄성 에너지를 저장할 수 있다. 이후에, 출력 모듈(200)이 메인 고정 부재(400)에 대해 제1 방향(D1)의 반대 방향인 제2 방향(D2)으로 회전하는 경우 탄성 부재(310)는 탄성 부재(310)가 변형되기 전의 상태가 되도록 변형될 수 있고, 그에 따라 탄성 부재(310)는 탄성 압축 변형에 의해 저장된 탄성 에너지를 방출하면서 착용자의 허리 근력을 보조하는 방향으로 회전력을 제공할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 달리 출력 모듈(200)이 메인 고정 부재(400)에 대해 제1 방향(D1)으로 회전하는 경우 탄성 부재(310)는 인장될 수도 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 예에 따르면, 이러한 경우에도 탄성 부재(310)는 출력 모듈(200)에 제2 방향(D2)으로 힘을 가하도록 탄성 변형되어야 할 것이다.
보다 상세하게, 본 발명에 따르면, 제1 방향(D1)은 근력 보조 장치(10)를 착용한 착용자가 허리를 굽히는 방향, 즉, 상체를 숙이는 방향으로 움직일 때의 회전 방향일 수 있고, 제2 방향(D2)은 근력 보조 장치(10)를 착용한 착용자가 허리를 펴는 방향, 즉, 상체를 드는 방향으로 움직일 때의 회전 방향일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 착용자가 허리를 굽히는 동작을 할 때에는 탄성 부재(310)가 탄성 에너지를 저장하였다가 착용자가 허리를 펴는 동작을 할 때 탄성 부재(310)는 저장한 탄성 에너지를 방출하게 된다. 즉, 본 발명에 따르면, 모터(110)에서 제공하는 동력 이외에도 탄성 부재(310)에서 제공하는 동력이 착용자의 허리를 펴는 데 필요한 힘을 보조할 수 있으므로, 착용자의 허리 근력을 더 많이 보조할 수 있다.
이하, 도 3을 참고하여, 연결 모듈(300)의 세부 구성에 대해 상술한다.
연결 모듈(300)에 구비되는 탄성 부재(310)에는 가운데 영역에 관통홀이 형성될 수 있다.
이때, 연결 모듈(300)은 탄성 부재(310)의 상기 관통홀에 삽입되고 탄성 부재(310)의 일 측이 고정되는 내측 고정 부재(320) 및 탄성 부재(310)의 외측 둘레와 마주보도록 구비되고 탄성 부재(310)의 타 측이 고정되는 외측 고정 부재(330)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 탄성 부재(310)는 도 3에 도시된 바와 같이 태엽 스프링일 수 있고, 태엽 스프링의 일 끝부는 내측 고정 부재(320)에 고정될 수 있고, 태엽 스프링의 타 끝부는 외측 고정 부재(330)에 고정될 수 있다. 그러나, 탄성 부재(310)는 도 3에 도시된 바와 달리 탄성을 갖는 고무 부재일 수도 있다. 이 경우, 고무 부재는 출력 모듈(200)이 메인 고정 부재(400)에 대해 제1 방향(D1)으로 회전하는 경우 인장될 수 있다. 한편, 본 명세서에서는 탄성 부재(310)가 태엽 스프링 형상을 갖는 경우를 위주로 설명한다.
또한, 내측 고정 부재(320)는 출력 모듈(200)에 고정 결합될 수 있고, 외측 고정 부재(330)는 메인 고정 부재(400)에 고정 결합될 수 있다. 전술한 바와 같이 메인 고정 부재(400)는 착용자의 허벅지에 상대적으로 고정될 수 있고, 출력 모듈(200)은 메인 고정 부재(400)에 대해 회전 운동 가능하게 구비될 수 있다. 따라서, 착용자가 허리를 굽히거나 펴는 동작을 수행함에 따라 출력 모듈(200)이 회전하는 경우, 출력 모듈(200)에 고정 결합되는 내측 고정 부재(320)와 메인 고정 부재(400)에 고정 결합되는 외측 고정 부재(330) 간에 상대적인 회전 운동이 일어나게 된다. 그에 따라, 내측 고정 부재(320)에 고정되는 탄성 부재(310)의 일 끝부와 외측 고정 부재(330)에 고정되는 탄성 부재(310)의 타 끝부 간에도 서로 상대적인 회전 운동이 일어나게 됨으로써 탄성 부재(310)의 형상이 변형된다. 탄성 부재(310)의 형상 변형에 따른 탄성 에너지의 저장 및 방출에 대한 내용은 전술한 바 있으므로 생략한다.
계속해서 도 3을 참고하면, 입력 모듈(100)은 모터(110)의 회전축에 연결되고 회전축과 함께 회전 가능하게 구비되는 제1 풀리(120), 제1 풀리(120)로부터 이격된 상태로 구비되고 내측 고정 부재(320)에 연결되어 내측 고정 부재(320)와 함께 회전 가능하게 구비되는 제2 풀리(130) 및 제1 풀리(120)와 제2 풀리(130)를 연결하고 제1 풀리(120) 및 제2 풀리(130)를 감싸도록 구비되고 제1 풀리(120)의 회전력을 제2 풀리(130)에 전달하는 벨트 부재(140)를 포함할 수 있다. 따라서, 모터(110)의 회전력은 제1 풀리(120), 벨트 부재(140) 및 제2 풀리(130)를 거쳐 내측 고정 부재(320)에 전달될 수 있다. 일 예로, 제1 풀리(120)는 모터(110)의 회전축에 직결될 수 있고, 제2 풀리(130)는 내측 고정 부재(320)에 직결될 수 있다.
보다 상세하게, 연결 모듈(300)은 모터(110)의 반경 방향으로 모터(110)로부터 이격되되 모터(110)의 폭 방향(W) 내에 구비될 수 있다. 이 경우, 근력 보조 장치(10)에서 연결 모듈(300)이 차지하는 전반적인 부피가 최소화될 수 있다.
또한, 연결 모듈(300)의 회전 중심축은 모터(110)의 회전축과 나란하게 형성될 수 있다. 연결 모듈(300)의 회전 중심축은 제2 풀리(130)와 연결되는 내측 고정 부재(320)가 제2 풀리(130)로부터 회전력을 제공받아 회전할 때 내측 고정 부재(320)의 회전 중심축으로 이해될 수 있다.
한편, 모터(110)의 회전축은 360도 회전이 가능한 구성인 반면, 사람의 허리가 회전 가능한 반경은 상대적으로 제한적이다. 따라서, 사람의 허리의 회전 각도에 대응되는 출력 모듈(200)의 회전 운동이 구현되면서 모터(110)의 동력을 효율적으로 사용하기 위해서는, 회전축의 각속도가 빠른 모터(110)의 회전력이 출력 모듈(200)에 전달될 때에는 각속도가 감속된 상태로 전달될 필요가 있다.
이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 벨트 부재(140)가 제2 풀리(130)를 감싸는 영역에서 벨트 부재(140)의 곡률 반경은 벨트 부재(140)가 제1 풀리(120)를 감싸는 영역에서 벨트 부재(140)의 곡률 반경보다 클 수 있다.
한편, 일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 연결 모듈(300)은 모터(110)보다 상부에 구비될 수 있다. 그러나, 이와 달리 연결 모듈(300)은 모터(110)의 하부에 구비될 수도 있다.
계속해서 도 3을 참고하면, 출력 모듈(200)은 일 측이 내측 고정 부재(320)에 고정 결합되고 내측 고정 부재(320)로부터 회전력을 전달받아 감속하여 출력하는 감속기(210) 및 감속기(210)의 일 측에 고정 결합되고 감속기에서 감속된 회전력을 전달받아 회전 가능하게 구비되는 회전 부재(220)를 포함할 수 있다. 감속기(210)는 제1 풀리(120), 제2 풀리(130) 및 벨트 부재(140)에서 1차로 감속된 회전력을 추가적으로 감속하기 위한 구성일 수 있다. 또한, 회전 부재(220)는 착용자의 상체에 대해 상대적으로 고정되게 구비될 수 있다. 따라서, 착용자가 허리를 굽히거나 펴는 동작을 함에 따라 회전 부재(220) 역시 착용자의 상체에 대응하여 메인 고정 부재(400)에 대해 회전 운동을 할 수 있다. 메인 고정 부재(400)에 대한 회전 부재(220)의 회전 운동에 따라 탄성 부재(310)의 형상 역시 변할 수 있고, 그에 따라 탄성 부재(310)가 탄성 압축 변형을 하여 탄성 에너지를 저장하거나 원 상태로 복원되면서 탄성 에너지를 방출할 수 있다.
한편, 감속기(210)는 내측 고정 부재(320)와 직결되어 내측 고정 부재(320)와 함께 회전하게 구비되는 감속기 입력축 및 감속기 입력축으로부터 회전력을 전달받아 감속된 상태로 출력하는 감속기 출력축을 포함할 수 있다. 감속기 출력축은 회전 부재(220)에 연결될 수 있고, 회전 부재(220)는 감속기 출력축의 회전 각속도와 동일한 회전 각속도로 회전할 수 있다. 예를 들어, 감속기(210)는 유성 기어 감속기 또는 하모닉 감속기일 수 있다. 유성 기어 감속기 및 하모닉 감속기의 구성 및 작동 원리는 종래에 공지된 내용으로 갈음한다.
계속해서 도 3을 참고하면, 근력 보조 장치(10)는 제2 풀리(130)의 회전 중심축, 내측 고정 부재(320)의 회전 중심축 및 감속기(210)의 회전 중심축을 관통하고 제2 풀리(130), 내측 고정 부재(320) 및 감속기를 연결하는 연결축(500)을 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 제2 풀리(130), 내측 고정 부재(320) 및 감속기 입력축은 각각 연결축(500)에 고정 결합될 수 있다. 따라서, 제2 풀리(130), 내측 고정 부재(320) 및 감속기 입력축의 회전 각속도는 서로 동일할 수 있다. 또한, 일 예로, 감속기의 출력축의 회전 중심축은 연결축(500)과 동축 상에 형성될 수 있다.
한편, 전술한 모터(110) 및 제1 풀리(120)는 근력 보조 장치(10)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 이 경우, 모터(110) 및 제1 풀리(120)는 외부에 노출되지 않고 밀폐된 상태에 있게 된다. 이를 위해, 도 3을 참고하면, 근력 보조 장치(10)는 메인 고정 부재(400)의 일 측에 결합되는 모터 수용 부재(600)를 더 포함할 수 있다. 이때, 메인 고정 부재(400)와 모터 수용 부재(600)에 의해 내부 공간이 형성될 수 있고, 메인 고정 부재(400)와 모터 수용 부재(600)에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 모터(110) 및 제1 풀리(120)가 수용될 수 있다.
모터(110) 및 제1 풀리(120)와 유사하게, 제2 풀리(130), 연결 모듈(300) 및 감속기(210) 역시 근력 보조 장치(10)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 이를 위해, 도 3을 참고하면, 회전 부재(220)는 메인 고정 부재(400)의 일 측에 결합될 수 있고, 메인 고정 부재(400)와 회전 부재(220)에 의해 내부 공간이 형성될 수 있다. 이때, 메인 고정 부재(400)와 회전 부재(220)에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 제2 풀리(130), 연결 모듈(300) 및 감속기(210)가 수용될 수 있다. 한편, 일 예로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 모터 수용 부재(600) 및 회전 부재(220)에 의해 모터(110), 제1 풀리(120)는 제2 풀리(130), 연결 모듈(300), 감속기(210)와 서로 구획될 수 있다.
계속해서 도 3을 참고하면, 근력 보조 장치(10)는 모터(110)의 회전축이 연장되는 방향으로 회전축으로부터 이격되고 회전축을 센싱하는 모터 엔코더(610) 및 연결축(500)의 반경 방향 외측을 감싸도록 구비되고 연결축(500)을 센싱하는 연결축 엔코더(620)을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 모터 엔코더(610) 및 연결축 엔코더(620)를 통해 각각 모터(110) 및 연결축(500)의 회전 각도를 센싱할 수 있고, 그에 따라 모터(110) 및 연결축(500)의 회전 각도를 제어할 수 있다. 일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 모터 엔코더(610)는 제1 풀리(120)를 사이에 두고 모터(110)와 마주보도록 구비될 수 있다. 또한, 연결축(500)은 자석 부재를 더 포함할 수 있고, 연결축 엔코더(620)는 자석 부재의 자기장의 세기를 측정함으로써 연결축(500)의 회전 각도를 센싱할 수 있다. 보다 바람직하게, 모터 엔코더(610)는 증분형(incremental) 엔코더일 수 있고, 연결축 엔코더(620)는 절대형(absolute) 엔코더일 수 있다.
계속해서 도 1 및 도 2를 참고하면, 근력 보조 장치(10)는 착용자의 상체의 전면 영역에 밀착 가능하게 구비되는 상체 패드(810) 및 회전 부재(220)와 상체 패드(810)를 연결하는 상부 연결 부재(820)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상체 패드(810)가 착용자의 상체(예를 들어, 가슴)에 밀착 구비됨으로써 상부 연결 부재(820)를 통해 상체 패드(810)에 연결되는 회전 부재(220)는 착용자의 상체에 대해 상대적으로 고정될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
10 : 근력 보조 장치
100 : 입력 모듈
110 : 모터
120 : 제1 풀리
130 : 제2 풀리
140 : 벨트 부재
200 : 출력 모듈
210 : 감속기
220 : 회전 부재
300 : 연결 모듈
310 : 탄성 부재
320 : 내측 고정 부재
330 : 외측 고정 부재
400 : 메인 고정 부재
500 : 연결축
600 : 모터 수용 부재
610 : 모터 엔코더
620 : 연결축 엔코더
710 : 허벅지 패드
720 : 하부 연결 부재
810 : 상체 패드
820 : 상부 연결 부재
D1 : 제1 방향
D2 : 제2 방향
R : 모터의 반경 방향
W : 모터의 폭 방향

Claims (19)

  1. 착용자의 근력을 보조하기 위한 근력 보조 장치로서,
    회전력이 생성되는 모터를 포함하는 입력 모듈;
    상기 입력 모듈로부터 동력을 전달받아 회전 가능하도록 구비되는 출력 모듈;
    일 측은 상기 입력 모듈에 결합되고 타 측은 상기 출력 모듈에 고정되고 상기 입력 모듈로부터 상기 출력 모듈로 동력을 전달하는 연결 모듈; 및
    상기 연결 모듈의 일 측이 고정 결합되고 착용자의 일 측에 고정되는 메인 고정 부재; 를 포함하고,
    상기 연결 모듈은,
    상기 메인 고정 부재에 대한 상기 출력 모듈의 회전 운동에 따라 탄성 변형이 일어나게 구비되는 탄성 부재; 를 포함하고,
    상기 연결 모듈은,
    상기 탄성 부재가 변형되기 전 상태에서 상기 출력 모듈이 상기 메인 고정 부재에 대해 제1 방향(D1)으로 회전하는 경우, 상기 탄성 부재는 상기 출력 모듈에 상기 제1 방향(D1)과 반대 방향인 제2 방향(D2)으로 힘을 가하도록 탄성 변형되는 근력 보조 장치.
  2. 청구항 1에서,
    상기 탄성 부재는 가운데 영역에 관통홀이 형성되고,
    상기 연결 모듈은,
    상기 탄성 부재의 상기 관통홀에 삽입되고 상기 탄성 부재의 일 측이 고정되는 내측 고정 부재; 및
    상기 탄성 부재의 외측 둘레와 마주보도록 구비되고 상기 탄성 부재의 타 측이 고정되는 외측 고정 부재; 를 포함하고,
    상기 내측 고정 부재는 상기 출력 모듈에 고정 결합되고,
    상기 외측 고정 부재는 상기 메인 고정 부재에 고정 결합되는 근력 보조 장치.
  3. 청구항 2에서,
    상기 탄성 부재는 태엽 스프링이고,
    상기 태엽 스프링의 일 끝부는 상기 내측 고정 부재에 고정되고,
    상기 태엽 스프링의 타 끝부는 상기 외측 고정 부재에 고정되는 근력 보조 장치.
  4. 청구항 2에서,
    상기 입력 모듈은,
    상기 모터의 회전축에 연결되고 상기 회전축과 함께 회전 가능하게 구비되는 제1 풀리;
    상기 제1 풀리로부터 이격된 상태로 구비되고 상기 내측 고정 부재에 연결되어 상기 내측 고정 부재와 함께 회전 가능하게 구비되는 제2 풀리; 및
    상기 제1 풀리 및 상기 제2 풀리를 연결하고 상기 제1 풀리 및 상기 제2 풀리를 감싸도록 구비되고 상기 제1 풀리의 회전력을 상기 제2 풀리에 전달하는 벨트 부재; 를 포함하는 근력 보조 장치.
  5. 청구항 2에서,
    상기 연결 모듈은,
    상기 모터의 반경 방향(R)으로 상기 모터로부터 이격되되 상기 모터의 폭 방향(W) 내에 구비되는 근력 보조 장치.
  6. 청구항 2에서,
    상기 연결 모듈의 회전 중심축은 상기 모터의 회전축과 나란하게 형성되는 근력 보조 장치.
  7. 청구항 4에서,
    상기 벨트 부재가 상기 제2 풀리를 감싸는 영역에서 상기 벨트 부재의 곡률 반경은 상기 벨트 부재가 상기 제1 풀리를 감싸는 영역에서 상기 벨트 부재의 곡률 반경보다 큰 근력 보조 장치.
  8. 청구항 1에서,
    상기 연결 모듈은 상기 모터보다 상부에 구비되는 근력 보조 장치.
  9. 청구항 4에서,
    상기 출력 모듈은,
    일 측이 상기 내측 고정 부재에 고정 결합되고 상기 내측 고정 부재로부터 회전력을 전달받아 감속하여 출력하는 감속기; 및
    상기 감속기의 일 측에 고정 결합되고 상기 감속기에서 감속된 회전력을 전달받아 회전 가능하게 구비되는 회전 부재; 를 포함하는 근력 보조 장치.
  10. 청구항 9에서,
    상기 메인 고정 부재는 착용자의 허벅지에 대해 상대적으로 고정되게 구비되고,
    상기 회전 부재는 상기 착용자의 상체에 대해 상대적으로 고정되게 구비되는 근력 보조 장치.
  11. 청구항 10에서,
    상기 제1 방향(D1)은 상기 착용자가 상체를 숙이는 방향인 근력 보조 장치.
  12. 청구항 9에서,
    상기 제2 풀리의 회전 중심축, 상기 내측 고정 부재의 회전 중심축 및 상기 감속기의 회전 중심축을 관통하고, 상기 제2 풀리, 상기 내측 고정 부재 및 상기 감속기를 연결하는 연결축; 을 더 포함하는 근력 보조 장치.
  13. 청구항 4에서,
    상기 메인 고정 부재의 일 측에 결합되는 모터 수용 부재; 를 더 포함하고,
    상기 메인 고정 부재와 상기 모터 수용 부재에 의해 내부 공간이 형성되고,
    상기 메인 고정 부재와 상기 모터 수용 부재에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 상기 모터 및 상기 제1 풀리가 수용되는 근력 보조 장치.
  14. 청구항 9에서,
    상기 회전 부재는 상기 메인 고정 부재의 일 측에 결합되고,
    상기 메인 고정 부재와 상기 회전 부재에 의해 내부 공간이 형성되고,
    상기 메인 고정 부재와 상기 회전 부재에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 상기 제2 풀리, 상기 연결 모듈 및 상기 감속기가 수용되는 근력 보조 장치.
  15. 청구항 12에서,
    상기 감속기의 출력 영역의 회전 중심축은 상기 연결축과 동축 상에 형성되는 근력 보조 장치.
  16. 청구항 4에서,
    상기 모터의 회전축이 연장되는 방향으로 상기 회전축으로부터 이격되고 상기 회전축을 센싱하는 모터 엔코더; 를 더 포함하고,
    상기 모터 엔코더는 상기 제1 풀리를 사이에 두고 상기 모터와 마주보도록 구비되는 근력 보조 장치.
  17. 청구항 12에서,
    상기 연결축의 반경 방향 외측을 감싸도록 구비되고 상기 연결축을 센싱하는 연결축 엔코더; 를 더 포함하고,
    상기 연결축은 자석 부재를 더 포함하는 근력 보조 장치.
  18. 청구항 10에서,
    착용자의 허벅지의 전면에 밀착 가능하게 구비되는 허벅지 패드; 및
    상기 메인 고정 부재와 상기 허벅지 패드를 연결하는 하부 연결 부재; 를 더 포함하는 근력 보조 장치.
  19. 청구항 9에서,
    착용자의 상체의 전면 영역에 밀착 가능하게 구비되는 상체 패드; 및
    상기 회전 부재와 상기 상체 패드를 연결하는 상부 연결 부재; 를 더 포함하는 근력 보조 장치.
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