WO2020218752A2 - 암 레스트 장치 - Google Patents

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WO2020218752A2
WO2020218752A2 PCT/KR2020/004534 KR2020004534W WO2020218752A2 WO 2020218752 A2 WO2020218752 A2 WO 2020218752A2 KR 2020004534 W KR2020004534 W KR 2020004534W WO 2020218752 A2 WO2020218752 A2 WO 2020218752A2
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arm
rotatably connected
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권동수
김덕상
천병식
양운제
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한국과학기술원
주식회사 이지엔도서지컬
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    • A47B2021/0392—Platforms for supporting wrists height adjustable

Definitions

  • the description below relates to the arm rest device.
  • the arm rest supports a part of the user's arm and hand, thereby improving the precision of movement of the arm, improving arm tremor, and reducing fatigue due to arm movement.
  • the structure of the conventional arm rest is a structure that simply supports some points of the arm, and even if the position and angle of the arm within the work space changes, that is, it is a structure that it is difficult to support the arm consistently and stably even in various arm postures. Have.
  • an arm rest device capable of effectively alleviating user's manipulation fatigue while enabling ergonomic movement according to a user's arm movement or posture change.
  • An object of an embodiment is to provide an arm rest device.
  • An arm rest device includes: a fixing part fixed to an external object; A horizontal movement module having one end rotatably connected to the fixing part and the other end capable of 2 degrees of freedom translational operation with respect to the fixing part; And it may include an arm support module that is installed so as to rotate two degrees of freedom with respect to the other end of the horizontal movement module.
  • the horizontal movement module may include a central connection part rotatably connected to the fixing part through a plurality of links; And a rotation end rotatably connected to the central connection portion through a plurality of links and rotatably installed with the arm support module.
  • the horizontal movement module has one end rotatably connected to the fixing part with respect to a first rotation axis, and the other end rotatably connected to the central connection part with a second rotation axis parallel to the first rotation axis.
  • a first drive frame including a link; And a driving link rotatably connected to the fixed part with respect to the first rotation axis, a second link rotatably connected to the driving link with respect to a third rotation axis parallel to the first rotation axis, and one end thereof
  • a third link is rotatably connected to the second link based on a fourth rotation axis spaced apart from the third rotation axis, and the other side is rotatably connected to the central connection unit based on the second rotation axis. It may include a second driving frame.
  • the first driving frame and the second driving frame may maintain a parallelogram shape.
  • the horizontal movement module has one end rotatably connected to the central connection part with respect to the second rotation axis, and the other end rotatably connected to the rotation end with a fifth rotation axis parallel to the first rotation axis.
  • Four links may be further included, and the fourth link may be fixed to the third link to rotate together with respect to the second rotation axis.
  • the arm rest device forms a resistance of a rotational motion of the first driving frame with respect to the first rotational axis, and a resistance of a rotational movement of the second driving frame with respect to the first rotational axis. Arm rest device further comprising a damping portion to.
  • the first driving frame further includes a first protruding member fixed to the first link and rotating about the first rotation axis, and having an edge shape at least partially protruding radially with respect to the first rotation axis, ,
  • the driving link has an edge shape, at least partially protruding radially with respect to the first rotation axis, and the damping part is in contact with a first damping member contacting the first protruding member and an edge of the driving link. It may include a second damping member.
  • the resistance formed by the damping part may be adjustable.
  • the horizontal movement module has one end rotatably connected to the fixed part based on a sixth rotation axis spaced apart from the first rotation axis, and the other end parallel to the second rotation axis at the central connection part. It may further include a fifth link rotatably connected with respect to the spaced apart seventh rotation axis, the fifth link and the first link are parallel, the length of the fifth link is the length of the first link It can be the same.
  • the horizontal movement module one end is rotatably connected to the central connection portion based on an eighth rotation axis spaced apart in a state parallel to the second rotation axis, the other end in a state parallel to the fifth rotation axis at the rotation end. Further comprising a sixth link rotatably connected with respect to the separated ninth rotation axis, the sixth link and the fourth link are parallel, and the length of the sixth link is the same as the length of the fourth link. I can.
  • the arm support module may include: a first support portion rotatably connected to the arm rotation shaft formed at the rotation end; A rotation link rotatably installed based on a tilt adjustment shaft formed on the first support portion; And a gravity compensating unit that provides an elastic restoring force that increases as the rotation link moves away from a direction perpendicular to the ground.
  • the gravitational force compensating unit may include an elastic body whose length varies according to an angle change of the rotation link and is disposed in a direction parallel to the length direction of the rotation link; And one end is fixed to the other side of the elastic body, the other end may include a wire connected to the upper portion of the inclination adjustment shaft to the first support.
  • the rotation link may include a guide pulley for guiding the wire so that the tension transmitted from the wire to the elastic body is parallel to the length direction of the rotation link.
  • An arm rest device includes: a first trimming link structure including a fixed link fixed to an external object; A second trimming link structure that shares any one of the first trimming link structures; A third trimming link structure having a link fixed to any one of the second trimming link structures and sharing another link among the first trimming link structures; And an arm support module installed on the second trimming link structure and capable of supporting the user's arm.
  • the fixed link, the one link, and the other link may all be different from each other.
  • All of the three trimming link structures may have a parallelogram shape.
  • the first trimming link structure may include the fixed link, a central connecting portion spaced apart from the fixed link, and a pair of first links interconnecting the fixed link and the central connecting portion.
  • the second trimming link structure includes the central connection part, a rotation end spaced apart from the center connection part and connected to the arm support module, and a pair of second links interconnecting the central connection part and the rotation end. I can.
  • the other link may be any one of the pair of first links, and the fixed link may be fixed to any one of the pair of second links.
  • Any one of the third trimming link structures may be rotated about the same axis as the one of the first trimming link structures.
  • the user's arm movements on the work space can be supported in all postures, so that fatigue caused by the user's arm movements can be reduced.
  • the arm rest device it is possible to enable a user to precisely move the arm by enabling a horizontal movement to which fixing and damping are applied.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state of use of an arm rest device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of an arm rest device according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram of a damping unit according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view of a horizontal movement module according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic plan view illustrating an operation structure of a horizontal movement module according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view of an arm support module according to an embodiment.
  • FIG 7 and 8 are side views of an arm support module according to an embodiment.
  • first, second, A, B, (a) and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state of use of an arm rest device according to an embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view of an arm rest device according to an embodiment.
  • the arm rest device 1 may support movement of a user's arm on a work space.
  • the arm rest device 1 may be fixed to an external object 9 such as a desk as shown in FIG. 1 to support the movement of the user's arm on the work space in all postures.
  • the arm rest device 1 may alleviate fatigue caused by a user's arm movement, and enable a horizontal movement to which fixing and damping are applied, thereby enabling the user to precisely move the arm.
  • the arm rest device 1 may include a fixing part 11, a horizontal movement module 13, a damping part 12, and an arm support module 14.
  • the fixing part 11 may be fixed to the external object 9 to provide a driving reference position of the arm rest device 1.
  • the fixing part 11 drives a fixed base 112 that can be fixed to an external object and a horizontal movement module 13 and an arm support module 14 to be described later by being connected to the fixed base 112 It may include a support base 111 supporting possible.
  • the fixing base 112 may be fixed to an external object 9 such as a desk, a shelf, and a table as shown in FIG. 1.
  • the support base 111 may be fixed from the fixed base 112 to provide a relative rotation or movement reference point of the horizontal movement module 13.
  • the horizontal movement module 13 can move 2 degrees of freedom in the horizontal direction based on the fixing part 11.
  • one end of the horizontal movement module 13 is rotatably connected to the support base 111, and the other end moves in a horizontal direction with respect to the fixing part 11, and at the same time, the arm support module 14 is rotatable. I can support it.
  • the damping unit 12 may be connected to the horizontal movement module 13 to form a resistance force according to the movement of the horizontal movement module 13.
  • the resistance force formed by the damping part 12 is adjustable, so that not only does not prevent the horizontal movement module 13 from moving completely, but also the horizontal movement module 13 applies the same force.
  • the speed of movement can be changed.
  • the arm support module 14 is movably supported by the horizontal movement module 13 to support the user's arm.
  • the arm support module 14 may include two arm supporters 143 and 147 that are rotatably installed with respect to a rotation axis parallel to the horizontal direction in which the horizontal movement module 13 moves. .
  • the horizontal direction based on the fixing part 11 is a direction in a plane parallel to the ground (xy plane in the drawing), and the vertical direction is a direction perpendicular to the ground (z-axis direction in the drawing) Although it appears to be, it should be noted that the horizontal and vertical directions may differ from the coordinate axis of the ground according to the fixed position of the fixing part 11.
  • FIG. 3 is a block diagram of a damping unit according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 is a perspective view of a horizontal movement module according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 is a plan view briefly showing an operation structure of the horizontal movement module according to an exemplary embodiment.
  • the horizontal movement module 13 includes a first driving frame 131, a second driving frame 132, a central connection part 133, a rotation end 134, and a plurality of links 135, 136, 137. ) Can be included.
  • the first drive frame 131 may rotate with respect to the first rotation axis A on the fixing part 11.
  • one end of the first driving frame 131 may be rotatably connected to the support base 111 based on the first rotation axis A, and the other end of the first driving frame 131 is a central connection part ( It may be connected to be rotatable on the basis of the second rotation shaft B parallel to the first rotation shaft (A) on 133).
  • first drive frame 131 is fixed from the first link 1311 and the first link 1311 connected between the first rotation shaft (A) and the second rotation shaft (B) and the first rotation shaft (
  • a first protruding member 1312 may be included that rotates based on A).
  • At least a portion of the first protruding member 1312 may have an arc-shaped edge shape that protrudes radially from the first link 1311 with respect to the first rotation axis A.
  • the first protruding member 1312 may be connected to the first damping part 121 to be described later to form a resistance force against the rotational motion of the first link 1311.
  • the first protrusion member 1312 may include a first contact surface 13121 in contact with the first damping member 1213 of the first damping part 121 along an arc-shaped edge.
  • the second drive frame 132 includes three-fold links 1322 and 1321 rotatably connected between the first rotation shaft A of the fixing part 11 and the second rotation shaft B of the central connection part 133. 1323).
  • the second drive frame 132 has a drive link 1322 that is rotatably connected to the fixed part with respect to the first rotation axis A, and the drive link 1322 is parallel to the first rotation axis A.
  • a second link 1321 rotatably connected with respect to a third rotation axis G, and a fourth rotation axis H spaced apart from the second link 1321 at one end in a state parallel to the third rotation axis G. ), and the other side may include a third link 1323 rotatably connected to the center connection part 133 with respect to the second rotation shaft B.
  • the driving link 1322 may be rotatably connected to the first rotation shaft A to have a shape having an arc-shaped edge at least partially protruding radially.
  • the drive link 1322 may also be referred to as a second protruding member 1322.
  • the second protruding member 1322 may include a second contact surface 13221 in contact with the second damping member 1223 of the second damping part 122 along an arc-shaped edge.
  • the first driving frame 131 and the second driving frame 132 may be formed in a four-fold link structure connecting the fixing part 11 and the central connection part 133, and the length of the second link 1321 is
  • the length of the first link 1311 may be the same, and the length of the driving link 1322 may be the same as the length of the third link 1323.
  • each of the links 1311, 1321, 1322, 1323 may form a parallelogram shape in which links facing each other are maintained in parallel. Since such a parallelogram structure can have high stiffness compared to other power transmission structures, even if a relatively light material is used, equivalent stiffness can be secured.
  • at least some of the links 1311, 1321, 1322, 1323 may be made of a carbon fiber pipe that has 5 to 10 times more rigidity than aluminum or steel, through which it is lighter. It can provide a durable structure.
  • the central connection part 133 may be connected from the fixing part 11 to the first driving frame 131 and the second driving frame 132 and moved to the fixing part 11 along a horizontal direction.
  • the rotation end 134 may be rotatably and movably connected from the central connection part 133 through a plurality of links 135 and 137, and an arm rotation shaft to which an arm support module 14 to be described later may be rotatably installed.
  • (C) can be provided.
  • the arm rotation axis C may be parallel to the first rotation axis A.
  • a damping part may be installed on the arm rotation shaft C to form resistance of a relative rotational motion between members connected on the arm rotation shaft C. According to such a damping unit, it is possible to implement damping on the movement of the arm rest device 1 on a plane.
  • the plurality of links 135, 136, 137 may include a fourth link 135, a fifth link 136, and a sixth link 137.
  • the fourth link 135 has one end rotatably connected to the central connection part 133 with respect to the second rotation shaft B, and the other end is a fifth rotation shaft parallel to the first rotation shaft A at the rotation end 134 It can be connected rotatably based on (F).
  • the fourth link 135 may be fixed to the third link 1323, so that when the third link 1323 rotates based on the second rotation axis B, the fourth link 135 is simultaneously Can rotate.
  • the fourth link 135 and the third link 1323 can perform one rigid body movement, and in this respect, the fourth link 135 and the third link 1323 are each of the same one link. It can also be understood as referring to different parts.
  • the fifth link 136 is rotatably connected to the fixing part 11 with one end parallel to the first rotation shaft A, and the other end is rotatably connected with respect to the sixth rotation shaft D spaced apart. ) May be connected to be rotatable with respect to the seventh rotation shaft E spaced apart from the second rotation shaft B in a parallel state.
  • the length of the fifth link 136 may be the same as the length of the first link 1311.
  • the distance and direction of the sixth rotation shaft D on the fixing part 11 separated from the first rotation shaft A is the seventh rotation shaft E on the central connection part 133 and the second rotation shaft B It may be the same as the distance and direction away from.
  • the first link 1311 and the fifth link 136 can always be in a parallel state, and accordingly, the first link 1311 between the fixing part 11 and the central connection part 133 And the fifth link 136 may provide a parallelogram joint structure that connects the first rotation shaft A, the second rotation shaft B, the seventh rotation shaft E, and the sixth rotation shaft D.
  • the links 1311 and 136 forming a parallelogram may be made of a carbon fiber pipe.
  • the sixth link 137 is rotatably connected to the central connection part 133 with respect to the eighth rotation axis I spaced apart from the second rotation axis B in a state parallel to the second rotation axis B, and the other end rotation end 134 ) May be connected rotatably with respect to the ninth rotation shaft (J) spaced apart in a state parallel to the fifth rotation shaft (F).
  • the length of the sixth link 137 may be the same as the length of the fourth link 135.
  • the distance and direction of the eighth rotation shaft (I) on the central connection portion 133 separated from the second rotation shaft (B) is, the ninth rotation shaft (J) on the rotation end 134 is the fifth rotation shaft (F) It may be the same as the distance and direction away from.
  • the fourth link 135 and the sixth link 137 can always maintain a parallel state, and accordingly, the fourth link 135 between the central connection part 133 and the rotation end 134
  • the sixth link 137 may provide a parallelogram joint structure that connects the second rotation shaft B, the fifth rotation shaft F, the eighth rotation shaft I, and the ninth rotation shaft J.
  • at least some of the links 135 and 137 forming a parallelogram may be made of a carbon fiber pipe.
  • the arm rotation shaft (C) may be formed at a point spaced apart from the fifth rotation shaft (F) and the ninth rotation shaft (J) in a parallel state, and the arm support module 14 It may be rotatably installed on the rotation end 134 with respect to the arm rotation shaft (C).
  • the support base 111, the central connection portion 133, and the rotation end 134 can also be referred to as "links", respectively.
  • the support base 111 may be referred to as a “fixed link” in that it does not move relative to the external object 9.
  • the arm support module 14 the rotation end 134 to which the) is installed may implement a two-degree of freedom movement in the horizontal direction with respect to the fixing part 11.
  • the arm rest device 1 includes (i) a "first trimming link structure”, (ii) a “second trimming link structure” that shares any one link with the "first trimming link structure”, and (iii) It may include a “third trimming link structure” having a link fixed to any one of the “second trimming link structure” and sharing the other link with the “first trimming link structure”.
  • any one of the four links constituting the "first trimming link structure" may be a support base 111 that is fixed to the external object 9 and functions as a reference frame.
  • the "first trimming link structure" is as long as the support base 111 and the central connection part 133 spaced apart from the support base 111, and the support base 111 and the central connection part 133 are interconnected. It may consist of a pair of links 1311 and 136. According to this structure, the central connection part 133 can move one degree of freedom with respect to the support base 111. For example, the length of each of the pair of links 1311 and 136 may be longer than the maximum distance between the pair of links 1311 and 136. According to this structure, it is possible to sufficiently secure a moving radius of the central connection part 133 with respect to the support base 111.
  • One link shared with the "second trimming link structure" of the “first trimming link structure” may be a central connection part 133 that is not directly connected to the support base 111.
  • the "second trimming link structure" is as long as the central connection part 133, the rotation end 134 spaced apart from the center connection part 133, and the central connection part 133 and the rotation end 134 are interconnected. It may be made of a pair of links (135, 137). According to this structure, the rotating end 134 can move one degree of freedom with respect to the central connection part 133, and as a result, the rotating end 134 can move two degrees of freedom with respect to the support base 111. have. For example, the length of each of the pair of links 135 and 137 may be longer than the maximum distance between the pair of links 135 and 137. According to this structure, the working area of the rotation end 134 with respect to the support base 111 can be sufficiently secured.
  • the trimming link structure has a limitation in that stiffness is greater than that of a linear mechanism, while a work space is narrow.
  • the use of two trimming link structures sharing one link has the advantage of overcoming such a limitation and providing the arm rest device 1 with high rigidity in a wide working area.
  • One link shared with the “third trimming link structure” of the “first trimming link structure” is any one link 1311 of a pair of links 1311 and 136 directly connected to the support base 111 ,
  • a link that is fixed and integrally moving with any one link 1323 of the “third trimming link structure” of the “second trimming link structure” is a pair of links 135 and 137 directly connected to the central connection unit 133 ) May be any one of the links 135.
  • the "third trimming link structure” includes a first link 1311, a second link 1321 spaced apart from the first link 1311, a first link 1311 and a second link 1321 It may be made of a pair of links 1322 and 1323 interconnecting each other.
  • any one link 1323 of the pair of links 1322 and 1323 is fixed to any one link 135 of the pair of links 135 and 137 of the "second trimming link structure” Can move to According to such a structure, since the rigidity of the support base 111 to the rotation end 134 can be reinforced, a more stable structure can be provided.
  • the damping part for forming resistance to the movement of the "second trimming link structure" is located close to the fixing part 11 (for example, a specific position on the fixing part 11 or on an external object 9). It is possible to arrange it in a specific position), so that the moment of inertia of the arm rest device 1 can be prevented from increasing.
  • each of the three trimming link structures described above may have a parallelogram structure. According to such a design, the problem of limiting the working area of the rotating end 134 can be reduced by preventing singularity from occurring in the process of moving each trimming link structure.
  • the present invention is not necessarily limited as described above, and some or all of the three trimming link structures described above may not be a parallelogram structure.
  • the plurality of links may be formed of hollow members having an empty inside to reduce the weight of the horizontal movement module 13 and inertia according to movement.
  • the damping unit 12 may include a first damping unit 121, a second damping unit 122, a control unit 123, and an input unit 124.
  • a part of the damping part 12 is installed on the non-moving part of the arm rest device 1, that is, the fixing part 11, thereby preventing an increase in the moment of inertia of the arm rest device 1 I can.
  • at least a part of the damping part 12 may be installed on the external object 9.
  • the first damping part 121 may form a resistance force against the rotational motion of the first driving frame 131.
  • the first damping part 121 may include a first damping member 1213 connected to the first protruding member 1312 to transmit a resistance force according to a rotational motion of the first driving frame 131, and a first damping member 1213.
  • the first driving source 1211 connected to the damping member 1213 to form a resistance force and adjusting the magnitude of the resistance force, and the first damping member 1213 are securely fixed to prevent rotation of the first driving frame 131.
  • a first brake 1212 may be included.
  • the first damping member 1213 may contact the circular first contact surface 13121 of the first protruding member 1312.
  • connection between the first damping member 1213 and the first contact surface 13121 can be formed through various rotation transmission elements such as gear coupling, screw coupling, friction element coupling, and the like.
  • the first driving source 1211 may form a rotational resistance force on the first damping member 1213 connected to the first contact surface 13121 and adjust the magnitude of the resistance.
  • the first driving source 1211 may include a driving source such as a motor or a cylinder capable of forming a rotational force with energy such as electricity, pneumatic, or hydraulic.
  • the first brake 1212 prevents the first driving frame 131 from rotating with respect to the first rotation axis A by fixing the first damping member 1213 connected to the first contact surface 13121 so that it is not rotated.
  • the first brake 1212 may be an electromagnetic brake that operates in an electromagnetic manner and strongly presses the first damping member 1213.
  • the second damping part 122 may form a resistance force against the rotational motion of the second driving frame 132.
  • the second damping part 122 is connected to the second protruding member 1322 to transmit a resistance force according to the rotational motion of the second driving frame 132, and the second damping member 1223
  • a second driving source 1221 connected to the member 1223 to form a resistance force and adjusting the amount of the resistance force, and a second driving frame 132 that prevents rotation of the second driving frame 132 by firmly fixing the second damping member 1223 It may include 2 brakes 1222.
  • the second driving source 1221 may form a rotational resistance force on the second damping member 1223 connected to the second contact surface 13221 and adjust the magnitude of the resistance.
  • the second driving source 1221 may include a driving source such as a motor or a cylinder capable of forming a rotational force with energy such as electricity, pneumatic, or hydraulic.
  • the second brake 1222 prevents the second driving frame 132 from being rotated with respect to the first rotation axis A by fixing the second damping member 1223 connected to the second contact surface 13221 to prevent rotation.
  • the second brake 1222 may be an electromagnetic brake that operates in an electromagnetic manner and strongly presses the second damping member 1223.
  • the first damping part 121 and the second damping part 122 it is possible to form a resistance force according to two degrees of freedom movement of the arm support module 14 in the horizontal direction.
  • the first damping part 121 forms a resistance against the movement of the first rotational freedom ( ⁇ 1 ) in which the first driving frame 131 rotates with respect to the first rotational axis A, thereby forming the fixing part 11 )
  • To the central connection portion 133 can be suppressed the tendency to rotate.
  • the second damping unit 122 forms a resistance against the movement of the second driving frame 132, that is, the second rotational freedom ( ⁇ 2 ) in which the driving link 1322 rotates with respect to the first rotation axis A. It is possible to suppress the tendency of the rotation end 134 to rotate with respect to the central connection part 133.
  • the horizontal direction of the rotation end 134 can prevent the movement.
  • the user's arm supported by the arm support module 14 can be fixed in a position or posture according to the horizontal direction, so it can be effective for a task requiring precise movement using small muscles below the wrist.
  • the control unit 123 operates the first damping unit 121 or the second damping unit 122 so that the first driving frame 131 or the second driving frame 132 is performed based on the first rotation axis A. Resistance to rotational motion can be formed, and the amount of resistance can be adjusted.
  • the controller 123 operates the first brake 1212 or the second brake 1222 to perform a rotational motion performed by the first driving frame 131 or the second driving frame 132 with respect to the first rotation axis A. Can be suppressed.
  • the input unit 124 may include an interface that receives an input signal for controlling the first damping unit 121 or the second damping unit 122 from a user.
  • first damping part 121 and the second damping part 122 do not necessarily have to form a resistance force against the rotational motion of the drive frames 131 and 132 which are different from each other.
  • first damping member 1213 in contact with the first protruding member 1312 and the second damping member 1223 in contact with the second protruding member 1322 are part of the same configuration, respectively. It could be.
  • FIGS. 7 and 8 are side views of the arm support module according to an exemplary embodiment.
  • the arm support module 14 includes a connection part 141, a first support part 144, a first arm support 143, a rotation link 145, a second support part 146, and a second arm support ( 147) and a weight compensation unit 148 may be included.
  • connection part 141 may be installed rotatably with respect to the arm rotation shaft C at the rotation end 134.
  • the first support part 144 may be fixed to the connection part 141 and may support the first arm support 143.
  • the first support part 144 may be formed integrally with the connection part 141 and may rotate together with respect to the arm rotation axis C.
  • the first arm support 143 may support the user's arm.
  • the first arm support 143 may support a portion of the user's arm adjacent to the elbow.
  • the surface of the first arm support 143 may have a shape in which both edge portions are curved upward so that the user's arm can be stably seated and supported.
  • the first arm support 143 may be overlapped with the arm rotation shaft C, so that the rotational motion of the forearm portion based on the elbow joint may be stably guided.
  • the rotation link 145 may be a link whose one side is rotatably connected to the first support part 144 and is connected to the second support part 146 on the other side.
  • the rotation link 145 may rotate with respect to the first support part 144 with respect to the tilt adjustment shaft K, and the tilt adjustment shaft K may be perpendicular to the arm rotation shaft C.
  • a damping part for forming resistance of a relative rotational motion between members connected to the tilt adjustment shaft K may be installed on the tilt adjustment shaft K. According to such a damping part, it is possible to implement damping in the motion of the arm rest device 1 in space.
  • the second support 146 may be connected to the rotation link 145 and may support the second arm support 147.
  • the second arm support 147 may support the user's arm.
  • the second arm support 147 may support a portion of the user's arm adjacent to the wrist.
  • the surface of the second arm support 147 may have a shape in which both edge portions are curved upward so that the user's arm can be stably seated and supported.
  • the weight compensation unit 148 may compensate for the influence of the weight of the user's arm and the weight of the arm support module 14 in the rotational motion of the rotation link 145 with respect to the first support unit 144.
  • the weight compensation unit 148 may include an elastic body 1481 installed on the rotation link 145, and a wire 1482 connected between the elastic body 1481 and the first support unit 144. .
  • the elastic body 1481 may have one end fixed to the rotation link 145 and the other end connected to the wire 1482.
  • the elastic body 1481 may be a spring installed so as to be expandable along the longitudinal direction of the rotation link 145 as shown in FIGS. 6 to 8.
  • the wire 1482 may apply a tensile force to the elastic body 1481 between the elastic body 1481 and the first support part 144. According to the structure of the wire 1482, the amount of the tensile force applied to the elastic body 1847 may be adjusted according to the rotation angle formed by the rotation link 145 with respect to the tilt adjustment shaft K.
  • a portion to which the wire 1482 is connected to the first support portion 144 may be formed above a portion in which the tilt adjustment shaft is positioned in the first support portion 144 along a vertical direction.
  • a portion where the wire 1482 is fixed to the first support part 144 may be referred to as a wire fixing part 1441.
  • the spaced distance between the wire fixing portion 1451 and the end of the elastic body 1847 may increase.
  • the tension applied to the elastic body 1481 may increase, and at the same time, from the elastic body 1481 The resilience formed can also be increased.
  • the restoring force of the elastic body 1481 can form a force in which the second arm support 147 moves upward with respect to the first arm support 143, so that the posture of the user's forearm is inclined upward.
  • the influence of the weight of the arm support module 14 including the weight of the user's arm may be reduced or compensated.
  • the rotation link 145 may further include a guide pulley 1451 for guiding the connection direction of the wire 1482 between.
  • the wire 1482 extending from the wire fixing part 1441 is wound around a part of the guide pulley 1451 and is parallel to the extension direction of the rotation link 145. Since it can be connected to the elastic body 1481 in one state, the tensile force applied to the elastic body 1481 can be adjusted substantially linearly according to the rotation angle of the rotation link 145.
  • the rotation link 145 may further include an interference unit 1452 that interferes with the first support unit 144 so as not to rotate more than a set angle with respect to the first support unit 144.
  • the interference unit 1452 may interfere with the first support unit 144 to prevent the rotation link 145 from rotating in a downwardly inclined direction with respect to the tilt adjustment axis.
  • the horizontal movement module 13 can stably guide two degrees of freedom movement along the horizontal direction while supporting the user's arm, and at the same time, the arm support module ( 14)
  • the weight of the arm can be stably compensated even in various postures by applying a gravity compensation mechanism according to the inclination of the arm's posture in the vertical direction.
  • the arm rest device 1 can ergonomically support all postures of the user's arm and at the same time minimize the user's fatigue due to movement.
  • the user can slowly and precisely move the end of the surgical tool held by the hand near the lesion of the patient, so that the damping force of the horizontal movement module 13 Can increase. This allows you to filter out unintended rapid and large arm movements, preventing unexpected scarring of the lesion.
  • the horizontal position of the arm support module 14 can be fixed through the brakes 1212 and 1222, it will be very effective for precise work utilizing small muscles below the wrist. I can.

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Abstract

일 실시 예에 따른 암 레스트 장치는, 외부 물체에 고정되는 고정부; 일단은 상기 고정부에 대해 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 고정부에 대하여 2자유도 병진 동작이 가능한 수평 이동 모듈; 및 상기 수평 이동 모듈의 타단에 대하여 2자유도 회전 동작이 가능하게 설치되는 암 지지 모듈을 포함할 수 있다.

Description

암 레스트 장치
아래의 설명은 암 레스트 장치에 관한 것이다.
암 레스트(arm rest)는 사용자의 팔 및 손의 일부를 지지하여 팔의 움직임 정밀도를 개선하고 팔의 떨림을 개선하는 동시에 팔의 움직임에 따른 피로도를 경감시킬 수 있다.
하지만 종래의 암 레스트의 구조는 팔의 일부 지점을 단순 지지하는 구조가 대부분이며, 작업 공간 내에서 팔의 위치 및 각도가 변화되더라도, 즉 다양한 팔의 자세에서도 일정하고 안정적으로 팔을 지지하기 어려운 구조를 가지고 있다.
따라서 사용자의 팔의 움직임 또는 자세 변화에 따라 인체 공학적인 움직임이 가능하여 정밀한 팔의 동작을 가이드하는 동시에 사용자의 조작 피로도를 효과적으로 완화시킬 수 있는 암 레스트 장치에 대한 필요성이 증대되고 있는 추세이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 암 레스트 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치는, 외부 물체에 고정되는 고정부; 일단은 상기 고정부에 대해 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 고정부에 대하여 2자유도 병진 동작이 가능한 수평 이동 모듈; 및 상기 수평 이동 모듈의 타단에 대하여 2자유도 회전 동작이 가능하게 설치되는 암 지지 모듈을 포함할 수 있다.
상기 수평 이동 모듈은, 복수개의 링크를 통해 상기 고정부에 대하여 회전 가능하게 연결되는 중앙 연결부; 및 복수개의 링크를 통해 상기 중앙 연결부에 대하여 회전 가능하게 연결되고, 상기 암 지지 모듈이 회전 가능하게 설치되는 회전 단부를 포함할 수 있다.
상기 수평 이동 모듈은, 일단은 상기 고정부에 제 1 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 중앙 연결부에 상기 제 1 회전축과 평행한 제 2 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 1 링크를 포함하는 제 1 구동 프레임; 및 상기 고정부에 상기 제 1 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 구동 링크와, 상기 구동 링크에 상기 제 1 회전축과 평행한 제 3 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 2 링크와, 일단은 상기 제 2 링크에 상기 제 3 회전축과 평행한 상태로 이격된 제 4 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되고 타측은 상기 중앙 연결부에 상기 제 2 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 3 링크를 포함하는 제 2 구동 프레임을 포함할 수 있다.
상기 제 1 구동 프레임 및 제 2 구동 프레임은 평행 사변형 형태를 유지할 수 있다.
상기 수평 이동 모듈은, 일단은 상기 중앙 연결부에 상기 제 2 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 회전 단부에 상기 제 1 회전축과 평행한 제 5 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 4 링크를 더 포함할 수 있고, 상기 제 4 링크는 상기 제 3 링크에 고정되어 상기 제 2 회전축을 기준으로 같이 회전할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치는, 상기 제 1 회전축을 기준으로 상기 제 1 구동 프레임의 회전 운동의 저항을 형성하고, 상기 제 1 회전축을 기준으로 상기 제 2 구동 프레임의 회전 운동의 저항을 형성하는 댐핑부를 더 포함하는 암 레스트 장치.
상기 제 1 구동 프레임은, 상기 제 1 링크에 고정되어 상기 제 1 회전축을 기준으로 회전하고, 적어도 일부가 상기 제 1 회전축을 기준으로 방사상으로 돌출하는 가장자리 형상을 갖는 제 1 돌출 부재를 더 포함하고, 상기 구동 링크는, 적어도 일부가 상기 제 1 회전축을 기준으로 방사상으로 돌출하는 가장자리 형상을 갖고, 상기 댐핑부는, 상기 제 1 돌출 부재에 접촉하는 제 1 댐핑 부재와, 상기 구동 링크의 가장자리에 접촉하는 제 2 댐핑 부재를 포함할 수 있다.
상기 댐핑부에서 형성하는 저항은 조절 가능할 수 있다.
상기 수평 이동 모듈은, 일단은 상기 고정부에 상기 제 1 회전축과 평행한 상태로 이격된 제 6 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 중앙 연결부에 상기 제 2 회전축과 평행한 상태로 이격된 제 7 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 5 링크를 더 포함할 수 있고, 상기 제 5 링크 및 상기 제 1 링크는 평행하고, 상기 제 5 링크의 길이는 상기 제 1 링크의 길이와 동일할 수 있다.
상기 수평 이동 모듈은, 일단은 상기 중앙 연결부에 상기 제 2 회전축과 평행한 상태로 이격된 제 8 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 회전 단부에 상기 제 5 회전축과 평행한 상태로 이격된 제 9 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 6 링크를 더 포함하고, 상기 제 6 링크 및 상기 제 4 링크는 평행하고, 상기 제 6 링크의 길이는 상기 제 4 링크의 길이와 동일할 수 있다.
상기 암 지지 모듈은, 상기 회전 단부에 형성된 암 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 1 지지부; 상기 제 1 지지부에 형성된 경사 조절축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 회전 링크; 및 상기 회전 링크가 지면에 대하여 수직한 방향으로부터 멀어질수록 증가하는 탄성 복원력을 제공하는 중력 보상부를 포함할 수 있다.
상기 중력 보상부는, 상기 회전 링크의 각도 변화에 따라서 길이가 변화하며, 상기 회전 링크의 길이 방향과 평행한 방향으로 배치되는 탄성체; 및 일단은 상기 탄성체의 타측에 고정되고, 타단은 상기 제 1 지지부에 상기 경사 조절축 보다 상측 부분에 연결되는 와이어를 포함할 수 있다.
상기 회전 링크는, 상기 와이어로부터 상기 탄성체에 전달되는 장력이 상기 회전 링크의 길이 방향과 평행하도록, 상기 와이어를 가이드 하기 위한 가이드 풀리를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치는, 외부 물체에 고정되는 고정 링크를 포함하는 제 1 사절 링크 구조; 상기 제 1 사절 링크 구조 중 어느 하나의 링크를 공유하는 제 2 사절 링크 구조; 상기 제 1 사절 링크 구조 중 다른 하나의 링크를 공유하고, 상기 제 2 사절 링크 구조 중 어느 하나의 링크에 고정된 링크를 갖는 제 3 사절 링크 구조; 및 상기 제 2 사절 링크 구조에 설치되어, 사용자의 팔을 지지할 수 있는 암 지지 모듈을 포함할 수 있다.
상기 제 1 사절 링크 구조 중, 상기 고정 링크, 상기 어느 하나의 링크 및 상기 다른 하나의 링크는 모두 서로 다를 수 있다.
상기 3개의 사절 링크 구조는 모두 평행 사변형 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 사절 링크 구조는, 상기 고정 링크와, 상기 고정 링크로부터 이격된 중앙 연결부와, 상기 고정 링크 및 상기 중앙 연결부를 상호 연결하는 한 쌍의 제 1 링크를 포함할 수 있다.
상기 제 2 사절 링크 구조는, 상기 중앙 연결부와, 상기 중앙 연결부로부터 이격되며 상기 암 지지 모듈이 연결되는 회전 단부와, 상기 중앙 연결부 및 상기 회전 단부를 상호 연결하는 한 쌍의 제 2 링크를 포함할 수 있다.
상기 다른 하나의 링크는, 상기 한 쌍의 제 1 링크 중 어느 하나이고, 상기 고정된 링크는, 상기 한 쌍의 제 2 링크 중 어느 하나에 고정될 수 있다.
상기 제 3 사절 링크 구조 중 어느 하나의 링크는, 상기 제 1 사절 링크 구조 중 상기 어느 하나의 링크와 동일한 축을 중심으로 회전될 수 있다.
일 실시 예의 암 레스트 장치에 의하면, 작업 공간 상에서 사용자의 팔 움직임을 모든 자세에서 지지할 수 있어서 사용자의 팔 움직임에 따른 피로도를 경감시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치에 의하면, 고정 및 댐핑이 적용된 수평 방향의 움직임을 가능하게 하여 사용자로 하여금 정밀한 팔의 움직임을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치의 사용 모습을 나타내는 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 댐핑부의 블록도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 사시도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 작동 구조를 간략하게 나타내는 평면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 사시도이다.
도 7 및 도 8은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 측면도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 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.
도 1은 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치의 사용 모습을 나타내는 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(1)는 작업 공간 상에서 사용자의 팔의 움직임을 지지할 수 있다.
예를 들어, 암 레스트 장치(1)는 도 1과 같이 책상과 같은 외부 물체(9)에 고정되어 작업 공간 상에서 사용자의 팔 움직임을 모든 자세에서 지지할 수 있다. 암 레스트 장치(1)는, 사용자의 팔 움직임에 따른 피로도를 완화시킬 수 있으며, 고정 및 댐핑이 적용된 수평 방향의 움직임을 가능하게 하여 사용자로 하여금 정밀한 팔의 움직임을 가능하게 할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(1)는, 고정부(11), 수평 이동 모듈(13), 댐핑부(12) 및 암 지지 모듈(14)을 포함할 수 있다.
고정부(11)는, 외부 물체(9)에 고정되어 암 레스트 장치(1)의 구동 기준 위치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 고정부(11)는 외부 물체에 고정될 수 있는 고정 베이스(112)와, 상기 고정 베이스(112)에 연결되어 후술할 수평 이동 모듈(13) 및 암 지지 모듈(14)을 구동 가능하게 지지하는 지지 베이스(111)를 포함할 수 있다.
고정 베이스(112)는 도 1과 같이 책상, 선반, 탁자 등 외부 물체(9)에 고정될 수 있다.
지지 베이스(111)는 고정 베이스(112)로부터 고정되어 수평 이동 모듈(13)의 상대적인 회전 또는 이동 기준점을 제공할 수 있다.
수평 이동 모듈(13)은 고정부(11)를 기준으로 수평 방향으로 2 자유도 움직일 수 있다. 예를 들어, 수평 이동 모듈(13)의 일단은 지지 베이스(111)에 대해 회전 가능하게 연결되고 타단은 고정부(11)에 대해 수평 방향으로 이동하는 동시에 암 지지 모듈(14)을 회전 가능하게 지지할 수 있다.
댐핑부(12)는 수평 이동 모듈(13)에 연결되어 수평 이동 모듈(13)의 움직임에 따른 저항력을 형성할 수 있다. 예를 들어, 댐핑부(12)에 의해 형성되는 저항력은 조절 가능함으로써, 수평 이동 모듈(13)이 완전히 움직이지 않도록 하는 것뿐만 아니라, 사용자가 동일한 힘을 가하더라도, 수평 이동 모듈(13)의 움직임 속도가 달라지도록 할 수 있다.
암 지지 모듈(14)은 수평 이동 모듈(13)에 의해 이동가능하게 지지되어 사용자의 팔을 지지할 수 있다. 예를 들어, 암 지지 모듈(14)은 수평 이동 모듈(13)이 움직이는 수평 방향과 각각 평행한 회전축을 기준으로 상호간에 회전 가능하게 설치되는 2 개의 암 지지대(143, 147)를 포함할 수 있다.
본원의 설명 및 도면 상에서, 고정부(11)를 기준으로 수평 방향은 지면과 평행한 평면(도면의 xy 평면) 내에서의 방향이며, 수직 방향은 지면과 수직한 방향(도면의 z축 방향)인 것으로 나타나지만, 상기 수평 방향 및 수직 방향은 고정부(11)의 고정 위치에 따라서 지면의 좌표축과 달라질 수 있다는 점을 밝혀둔다.
수평 이동 모듈(13), 댐핑부(12) 및 암 지지 모듈(14)에 대한 구체적인 설명은 도 3 내지 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.
도 3은 일 실시 예에 따른 댐핑부의 블록도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 사시도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈의 작동 구조를 간략하게 나타내는 평면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈(13)과 댐핑부(12)에 대한 구체적인 구조를 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따른 수평 이동 모듈(13)은, 제 1 구동 프레임(131), 제 2 구동 프레임(132), 중앙 연결부(133), 회전 단부(134) 및 복수개의 링크(135, 136, 137)를 포함할 수 있다.
제 1 구동 프레임(131)은 고정부(11)에 제 1 회전축(A)을 기준으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 제 1 구동 프레임(131)의 일단은 지지 베이스(111) 상에 제 1 회전축(A)을 기준으로 회동 가능하게 연결될 수 있고, 제 1 구동 프레임(131)의 타단은 중앙 연결부(133) 상에 제 1 회전축(A)과 평행한 제 2 회전축(B)을 기준으로 회동 가능하게 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 1 구동 프레임(131)은 제 1 회전축(A) 및 제 2 회전축(B) 사이에 연결되는 제 1 링크(1311)와, 제 1 링크(1311)로부터 고정되어 제 1 회전축(A)을 기준으로 회전하는 제 1 돌출 부재(1312)를 포함할 수 있다.
제 1 돌출 부재(1312)는 제 1 회전축(A)을 기준으로 적어도 일부가 제 1 링크(1311)로부터 방사상으로 돌출된 원호 형상의 가장자리 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 돌출 부재(1312)는 후술할 제 1 댐핑부(121)와 연결되어 제 1 링크(1311)의 회전 운동에 대한 저항력을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제 1 돌출 부재(1312)는 원호 형상의 가장자리를 따라서 제 1 댐핑부(121)의 제 1 댐핑 부재(1213)와 접촉하는 제 1 접촉면(13121)을 포함할 수 있다.
제 2 구동 프레임(132)은, 고정부(11)의 제 1 회전축(A)과, 중앙 연결부(133)의 제 2 회전축(B) 사이에 회전 가능하게 연결되는 3절 링크(1322, 1321, 1323)의 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 제 2 구동 프레임(132)은 고정부에 제 1 회전축(A)을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 구동 링크(1322)와, 구동 링크(1322)에 제 1 회전축(A)과 평행한 제 3 회전축(G)을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 2 링크(1321)와, 일단은 제 2 링크(1321)에 제 3 회전축(G)과 평행한 상태로 이격된 제 4 회전축(H)을 기준으로 회전 가능하게 연결되고 타측은 중앙 연결부(133)에 제 2 회전축(B)을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 3 링크(1323)를 포함할 수 있다.
구동 링크(1322)는 제 1 회전축(A)에 회전 가능하게 연결되어 적어도 일부가 방사상으로 돌출된 원호 형상의 가장자리를 갖는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 구동 링크(1322)는 제 2 돌출 부재(1322)로 칭할수도 있다.
예를 들어, 제 2 돌출 부재(1322)는 원호 형상의 가장자리를 따라서 제 2 댐핑부(122)의 제 2 댐핑 부재(1223)와 접촉하는 제 2 접촉면(13221)을 포함할 수 있다.
제 1 구동 프레임(131) 및 제 2 구동 프레임(132)은 고정부(11) 및 중앙 연결부(133) 사이를 연결하는 4절 링크 구조로 형성될 수 있고, 제 2 링크(1321)의 길이는 제 1 링크(1311)의 길이와 동일할 수 있고, 구동 링크(1322)의 길이는 제 3 링크(1323)의 길이와 동일할 수 있다.
위의 구조에 의하면, 각각의 링크(1311, 1321, 1322, 1323)들은 서로 마주보는 링크가 평행하게 유지되는 평행 사변형 형태를 이룰 수 있다. 이와 같은 평행 사변형 구조는 다른 동력 전달 구조에 비하여 높은 강성(stiffness)을 가질 수 있으므로, 상대적으로 가벼운 소재를 이용하더라도 동등한 강성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 각각의 링크(1311, 1321, 1322, 1323) 중 적어도 일부는 알루미늄이나 스틸보다 5~10배 강성이 우수한 카본 파이버 튜브(carbon fiber pipe)로 제작될 수 있으며, 이를 통해, 보다 가벼우면서도 튼튼한 구조를 제공할 수 있다.
중앙 연결부(133)는, 고정부(11)로부터 제 1 구동 프레임(131) 및 제 2 구동 프레임(132)으로부터 연결되어 고정부(11)에 수평 방향을 따라서 이동될 수 있다.
회전 단부(134)는, 중앙 연결부(133)로부터 복수개의 링크(135, 137)를 통해 회전 및 이동가능하게 연결될 수 있고, 후술할 암 지지 모듈(14)이 회전 가능하게 설치될 수 있는 암 회전축(C)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 암 회전축(C)은 제 1 회전축(A)과 평행할 수 있다. 암 회전축(C) 상에는 암 회전축(C) 상에 연결된 부재들끼리의 상대적인 회전 운동의 저항을 형성하는 댐핑부가 설치될 수 있다. 이와 같은 댐핑부에 의하면, 암 레스트 장치(1)의 평면 상에서의 움직임에 댐핑을 구현할 수 있다.
복수개의 링크(135, 136, 137)는 제 4 링크(135), 제 5 링크(136) 및 제 6 링크(137)를 포함할 수 있다.
제 4 링크(135)는 일단은 중앙 연결부(133)에 제 2 회전축(B)을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 회전 단부(134)에 제 1 회전축(A)과 평행한 제 5 회전축(F)을 기준으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 4 링크(135)는 제 3 링크(1323)에 고정될 수 있어서, 제 3 링크(1323)가 제 2 회전축(B)을 기준으로 회전하는 경우 제 4 링크(135)가 동시에 회전할 수 있다. 다시 말하면, 제 4 링크(135) 및 제 3 링크(1323)는 하나의 강체 운동을 할 수 있으며, 이와 같은 관점에서 제 4 링크(135) 및 제 3 링크(1323)는 각각 동일한 하나의 링크의 서로 다른 부분을 지칭하는 것으로 이해할 수도 있다.
제 5 링크(136)는, 일단이 상기 고정부(11)에 제 1 회전축(A)과 평행한 상태로 이격된 제 6 회전축(D)을 기준으로 회전 가능하게 연결되어 타단이 중앙 연결부(133)에 제 2 회전축(B)과 평행한 상태로 이격된 제 7 회전축(E)을 기준으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 5 링크(136)의 길이는 제 1 링크(1311)의 길이와 동일할 수 있다. 예를 들어, 고정부(11) 상에서 제 6 회전축(D)이 제 1 회전축(A)으로부터 이격된 거리 및 방향은, 중앙 연결부(133) 상에서 제 7 회전축(E)이 제 2 회전축(B)으로부터 이격된 거리 및 방향과 동일할 수 있다.
위의 구조에 의하면, 제 1 링크(1311) 및 제 5 링크(136)는 항상 평행한 상태를 유지할 수 있고, 이에 따라 고정부(11)와 중앙 연결부(133) 사이에서 제 1 링크(1311)와 제 5 링크(136)는 제 1 회전축(A), 제 2 회전축(B), 제 7 회전축(E) 및 제 6 회전축(D)을 연결하는 평행 사변형의 관절 구조를 제공할 수 있다. 예를 들어, 평행 사변형을 이루는 각각의 링크(1311, 136) 중 적어도 일부는 카본 파이버 튜브(carbon fiber pipe)로 제작될 수 있다.
제 6 링크(137)는, 일단은 중앙 연결부(133)에 제 2 회전축(B)과 평행한 상태로 이격된 제 8 회전축(I)을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 회전 단부(134)에 제 5 회전축(F)과 평행한 상태로 이격된 제 9 회전축(J)을 기준으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 6 링크(137)의 길이는 제 4 링크(135)의 길이와 동일할 수 있다. 예를 들어, 중앙 연결부(133) 상에서 제 8 회전축(I)이 제 2 회전축(B)으로부터 이격된 거리 및 방향은, 회전 단부(134) 상에서 제 9 회전축(J)이 제 5 회전축(F)으로부터 이격된 거리 및 방향과 동일할 수 있다.
위의 구조에 의하면, 제 4 링크(135) 및 제 6 링크(137)는 항상 평행한 상태를 유지할 수 있고, 이에 따라 중앙 연결부(133)와 회전 단부(134) 사이에서 제 4 링크(135)와 제 6 링크(137)는 제 2 회전축(B), 제 5 회전축(F), 제 8 회전축(I) 및 제 9 회전축(J)을 연결하는 평행 사변형의 관절 구조를 제공할 수 있다. 예를 들어, 평행 사변형을 이루는 각각의 링크(135, 137) 중 적어도 일부는 카본 파이버 튜브(carbon fiber pipe)로 제작될 수 있다.
예를 들어, 회전 단부(134) 상에서 암 회전축(C)은 제 5 회전축(F) 및 제 9 회전축(J)으로부터 평행한 상태로 이격된 지점에 형성될 수 있고, 암 지지 모듈(14)은 회전 단부(134) 상에 상기 암 회전축(C)을 기준으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.
한편, 지지 베이스(111), 중앙 연결부(133) 및 회전 단부(134)도 각각 "링크"라고 지칭할 수 있음을 밝혀 둔다. 예를 들어, 지지 베이스(111)는 외부 물체(9)에 대하여 상대적으로 움직이지 않는 점에서, "고정 링크"라고 할 수도 있다. 이상과 같이 복수개의 링크들을 통해 형성되는 3개의 평행 사변형(111-1311-133-136, 1311-1322-1321-1323, 133-135-134-137)의 연결 구조에 의하면, 암 지지 모듈(14)이 설치되는 회전 단부(134)가 고정부(11)에 대해 수평 방향으로의 2 자유도 운동을 구현할 수 있다.
이하 도 5의 개념도를 참조하여, 링크 구조의 관점에서 정리하기로 한다. 암 레스트 장치(1)는, (i) "제 1 사절 링크 구조"와, (ii) "제 1 사절 링크 구조"와 어느 하나의 링크를 공유하는 "제 2 사절 링크 구조"와, (iii) "제 1 사절 링크 구조"와 다른 하나의 링크를 공유하고, "제 2 사절 링크 구조" 중 어느 하나의 링크에 고정된 링크를 갖는 "제 3 사절 링크 구조"를 포함할 수 있다.
여기서, "제 1 사절 링크 구조"를 구성하는 4개의 링크 중 어느 하나는, 외부 물체(9)에 고정되어 기준 프레임으로 기능하는 지지 베이스(111)일 수 있다.
구체적인 예로, "제 1 사절 링크 구조"는, 지지 베이스(111)와, 지지 베이스(111)로부터 이격된 중앙 연결부(133)와, 지지 베이스(111) 및 중앙 연결부(133)를 상호 연결하는 한 쌍의 링크(1311, 136)로 이루어질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 중앙 연결부(133)는 지지 베이스(111)에 대하여 1자유도 운동할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 링크(1311, 136) 각각의 길이는, 한 쌍의 링크(1311, 136) 사이의 최대 거리보다 길 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 지지 베이스(111)에 대한 중앙 연결부(133)의 이동 반경을 충분히 확보할 수 있다.
"제 1 사절 링크 구조" 중 "제 2 사절 링크 구조"와 공유되는 하나의 링크는 지지 베이스(111)에 직접적으로 연결되지 않는 중앙 연결부(133)일 수 있다.
구체적인 예로, "제 2 사절 링크 구조"는, 중앙 연결부(133)와, 중앙 연결부(133)로부터 이격된 회전 단부(134)와, 중앙 연결부(133) 및 회전 단부(134)를 상호 연결하는 한 쌍의 링크(135, 137)로 이루어질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 회전 단부(134)는 중앙 연결부(133)에 대하여 1자유도 운동할 수 있고, 결과적으로, 회전 단부(134)는, 지지 베이스(111)에 대하여 2자유도 운동할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 링크(135, 137) 각각의 길이는, 한 쌍의 링크(135, 137) 사이의 최대 거리보다 길 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 지지 베이스(111)에 대한 회전 단부(134)의 작업영역을 충분히 확보할 수 있다.
일반적으로 사절 링크 구조는, 리니어 메커니즘(Linear mechanism)에 비해 강성(Stiffness)이 큰 반면, 작업영역(Workspace)은 좁다는 한계가 존재하였다. 그러나 본원처럼 하나의 링크를 공유하는 2개의 사절 링크 구조를 이용하면, 이와 같은 한계를 극복하고, 넓은 작업영역에서 높은 강성으로 암 레스트 장치(1)를 제공할 수 있는 장점이 있다.
"제 1 사절 링크 구조" 중 "제 3 사절 링크 구조"와 공유되는 하나의 링크는 지지 베이스(111)에 직접적으로 연결되는 한 쌍의 링크(1311, 136) 중 어느 하나의 링크(1311)이고, "제 2 사절 링크 구조" 중 "제 3 사절 링크 구조"의 어느 하나의 링크(1323)와 고정되어 일체로 움직이는 링크는 중앙 연결부(133)에 직접적으로 연결되는 한 쌍의 링크(135, 137) 중 어느 하나의 링크(135)일 수 있다.
구체적인 예로, "제 3 사절 링크 구조"는, 제 1 링크(1311)와, 제 1 링크(1311)로부터 이격된 제 2 링크(1321)와, 제 1 링크(1311) 및 제 2 링크(1321)를 상호 연결하는 한 쌍의 링크(1322, 1323)로 이루어질 수 있다. 여기서, 한 쌍의 링크(1322, 1323) 중 어느 하나의 링크(1323)는, "제 2 사절 링크 구조"의 한 쌍의 링크(135, 137) 중 어느 하나의 링크(135)에 고정되어 일체로 움직일 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 지지 베이스(111)에 대한 회전 단부(134)까지의 강성을 보강할 수 있으므로, 보다 안정적인 구조를 제공할 수 있다. 또한, 후술하는 것처럼 "제 2 사절 링크 구조"의 움직임에 저항력을 형성하기 위한 댐핑부를 고정부(11)에 가까운 위치(예를 들면, 고정부(11) 상의 특정 위치 또는 외부 물체(9) 상의 특정 위치)에 배치시키는 것이 가능하므로, 암 레스트 장치(1)의 관성모멘트가 증가되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상술한 3개의 사절 링크 구조는 각각 평행사변형 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 설계에 따르면, 각각의 사절 링크 구조가 움직이는 과정에서 특이점(singularity)이 발생되지 않도록 함으로써, 회전 단부(134)의 작업영역이 제한되는 문제를 줄여줄 수 있다. 한편, 본원발명이 반드시 이와 같이 제한되는 것은 아니며, 상술한 3개의 사절 링크 구조 중 일부 또는 전부가 평행사변형 구조가 아닐 수도 있음을 밝혀 둔다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 복수개의 링크들이 상호간의 이동 및 회전을 가이드하고 지지됨에 따라서 사용자의 팔의 무게를 비롯한 암 지지 모듈(14)의 수직 방향의 하중을 효과적으로 분산할 수 있는 구조임에 따라 내구성 및 동작 안정성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 복수개의 링크들은 수평 이동 모듈(13)의 중량과 움직임에 따른 관성을 감소시키기 위해 내부가 비어있는 중공형 부재로 형성될 수 있다.
댐핑부(12)는 제 1 댐핑부(121), 제 2 댐핑부(122), 제어부(123) 및 입력부(124)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 댐핑부(12)의 적어도 일부는 암 레스트 장치(1) 중 움직임이 없는 부분, 즉, 고정부(11)에 설치됨으로써 암 레스트 장치(1)의 관성모멘트가 증가하는 것을 방지할 수 있다. 다른 예로, 댐핑부(12)의 적어도 일부는 외부 물체(9)에 설치될 수도 있을 것이다.
제 1 댐핑부(121)는, 제 1 구동 프레임(131)의 회전 운동에 저항력을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제 1 댐핑부(121)는, 제 1 돌출 부재(1312)에 연결되어 제 1 구동 프레임(131)의 회전 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 1 댐핑 부재(1213)와, 제 1 댐핑 부재(1213)에 연결되어 저항력을 형성하고 상기 저항력의 크기를 조절하는 제 1 구동원(1211)과, 제 1 댐핑 부재(1213)를 단단히 고정하여 제 1 구동 프레임(131)의 회전을 방지하는 제 1 브레이크(1212)를 포함할 수 있다.
제 1 댐핑 부재(1213)는, 제 1 돌출 부재(1312)의 원형의 제 1 접촉면(13121)에 접촉할 수 있다. 예를 들어, 제 1 댐핑 부재(1213) 및 제 1 접촉면(13121) 사이의 연결은 기어 결합, 나사 결합, 마찰자 접합 등 다양한 회전 전달 요소를 통해 형성될 수 있다는 점을 밝혀둔다.
제 1 구동원(1211)은 제 1 접촉면(13121)에 연결된 제 1 댐핑 부재(1213)에 회전 저항력을 형성하고 그 저항력의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 1 구동원(1211)은 전기, 공압 또는 유압 등의 에너지로 회전력을 형성할 수 있는 모터 또는 실린더와 같은 구동원을 포함할 수 있다.
제 1 브레이크(1212)는 제 1 접촉면(13121)에 연결된 제 1 댐핑 부재(1213)가 회전되지 않도록 고정함으로써 제 1 구동 프레임(131)이 제 1 회전축(A)을 기준으로 회전되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제 1 브레이크(1212)는 전자기 방식으로 동작하여 제 1 댐핑 부재(1213)를 강하게 가압하는 전자기 브레이크(electromagnetic brake)일 수 있다.
제 2 댐핑부(122)는, 제 2 구동 프레임(132)의 회전 운동에 저항력을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제 2 댐핑부(122)는 제 2 돌출 부재(1322)에 연결되어 제 2 구동 프레임(132)의 회전 운동에 따른 저항력을 전달하는 제 2 댐핑 부재(1223)와, 제 2 댐핑 부재(1223)에 연결되어 저항력을 형성하고 상기 저항력의 크기를 조절하는 제 2 구동원(1221)과, 제 2 댐핑 부재(1223)를 단단히 고정하여 제 2 구동 프레임(132)의 회전을 방지하는 제 2 브레이크(1222)를 포함할 수 있다.
제 2 구동원(1221)은 제 2 접촉면(13221)에 연결된 제 2 댐핑 부재(1223)에 회전 저항력을 형성하고 그 저항력의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 2 구동원(1221)은 전기, 공압 또는 유압 등의 에너지로 회전력을 형성할 수 있는 모터 또는 실린더와 같은 구동원을 포함할 수 있다.
제 2 브레이크(1222)는 제 2 접촉면(13221)에 연결된 제 2 댐핑 부재(1223)가 회전되지 않도록 고정함으로써 제 2 구동 프레임(132)이 제 1 회전축(A)을 기준으로 회전되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제 2 브레이크(1222)는 전자기 방식으로 동작하여 제 2 댐핑 부재(1223)를 강하게 가압하는 전자기 브레이크(electromagnetic brake)일 수 있다.
제 1 댐핑부(121) 및 제 2 댐핑부(122)의 구조에 의하면, 암 지지 모듈(14)의 수평 방향의 2 자유도 이동에 따른 저항력을 형성할 수 있다.
구체적으로, 제 1 댐핑부(121)는 제 1 구동 프레임(131)이 제 1 회전축(A)을 기준으로 회전하는 제 1 회전 자유도(θ 1) 움직임에 대해 저항을 형성함으로써 고정부(11)에 대해 중앙 연결부(133)가 회전되는 경향성을 억제할 수 있다.
제 2 댐핑부(122)는 제 2 구동 프레임(132), 즉 구동 링크(1322)가 제 1 회전축(A)을 기준으로 회전하는 제 2 회전 자유도(θ 2) 움직임에 대해 저항력을 형성함으로써 중앙 연결부(133)에 대해 회전 단부(134)가 회전되는 경향성을 억제할 수 있다.
결과적으로, 댐핑부(12)를 통해 사용자의 팔의 이동 및 자세의 변화에 따라 회전 단부(134)에 인가되는 힘에 저항하는 댐핑력을 형성함으로써, 사용자는 팔을 보다 정밀하고 천천히 움직이도록 가이드할 수 있다.
또한, 제 1 댐핑부(121) 또는 제 2 댐핑부(122)를 통해 형성하는 저항력의 크기를 조절함으로써, 작업의 종류, 정밀도 또는 사용자의 기호에 따라 적절한 댐핑 제어(damping control)를 구현할 수 있다.
더불어, 필요에 따라 제 1 브레이크(1212) 또는 제 2 브레이크(1222)를 구동하여 제 1 구동 프레임(131) 또는 제 2 구동 프레임(132)의 회전을 억제함으로써, 회전 단부(134)의 수평 방향의 이동을 방지할 수 있다. 이를 통해 암 지지 모듈(14)에 의해 지지되는 사용자의 팔은 수평 방향에 따른 위치 또는 자세가 고정될 수 있어서, 손목 이하의 작은 근육을 활용하는 정밀한 움직임이 필요한 작업에 효과적일 수 있다.
한편으로, 제 1 댐핑부(121)와 제 2 댐핑부(122)를 서로 개별적으로 구동함으로써, 즉 제 1 회전 자유도(θ 1) 움직임과 제 2 회전 자유도(θ 2) 움직임의 억제 정도를 다르게 형성함으로써, 작업의 종류 또는 작업 영역에서 팔의 이동 궤적에 따라 선택적인 팔의 움직임을 유도할 수도 있다.
제어부(123)는 제 1 댐핑부(121) 또는 제 2 댐핑부(122)를 동작하여 제 1 구동 프레임(131) 또는 제 2 구동 프레임(132)이 제 1 회전축(A)을 기준으로 수행되는 회전 운동에 저항력을 형성할 수 있고, 저항력의 크기를 조절할 수 있다.
제어부(123)는 제 1 브레이크(1212) 또는 제 2 브레이크(1222)를 동작하여 제 1 구동 프레임(131) 또는 제 2 구동 프레임(132)이 제 1 회전축(A)을 기준으로 수행하는 회전 운동을 억제할 수 있다.
입력부(124)는 제 1 댐핑부(121) 또는 제 2 댐핑부(122)를 제어하기 위한 입력 신호를 사용자로부터 인가받는 인터페이스를 포함할 수 있다.
한편, 제 1 댐핑부(121) 및 제 2 댐핑부(122)가 반드시 각각 개별적으로 서로 다른 구동 프레임(131, 132)의 회전 운동에 저항력을 형성하여야 하는 것은 아님을 밝혀 둔다. 도 4 등에 도시된 것처럼, 제 1 구동 프레임(131)의 일부(1312)와, 제 2 구동 프레임(132)의 일부(1322)가 동일한 회전축(A)을 중심으로 회전될 경우, 하나의 동일한 댐핑부를 이용하여 제 1 구동 프레임(131) 및 제 2 구동 프레임(132)에 동시에 댐핑력을 제공하는 것도 가능하다는 점을 밝혀 둔다. 예를 들어, 제 1 돌출 부재(1312)에 접촉하는 제 1 댐핑 부재(1213)와, 제 2 돌출 부재(1322)에 접촉하는 제 2 댐핑 부재(1223)는 각각 동일한 구성의 일 부분인 것으로 이해될 수도 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 사시도이고, 도 7 및 도 8은 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈의 측면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 암 지지 모듈(14)의 구체적인 구조를 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 지지 모듈(14)은 연결부(141), 제 1 지지부(144), 제 1 암 지지대(143), 회전 링크(145), 제 2 지지부(146), 제 2 암 지지대(147) 및 중량 보상부(148)를 포함할 수 있다.
연결부(141)는, 회전 단부(134)에서 암 회전축(C)을 기준으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.
제 1 지지부(144)는, 연결부(141)에 고정될 수 있고 제 1 암 지지대(143)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 제 1 지지부(144)는 연결부(141)와 일체로 형성되어 암 회전축(C)을 기준으로 함께 회전될 수 있다.
제 1 암 지지대(143)는 사용자의 팔을 지지할 수 있다. 예를 들어, 제 1 암 지지대(143)는 사용자의 팔의 부위 중 팔꿈치에 인접한 부분을 지지할 수 있다.
예를 들어, 제 1 암 지지대(143)의 표면은 사용자의 팔이 안정적으로 안착되어 지지될 수 있도록 양측 가장자리 부분이 상측을 향하도록 만곡되어 있는 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 7 및 도 8과 같이 제 1 암 지지대(143)는 암 회전축(C)과 오버랩될 수 있어서 팔꿈치 관절을 기준으로 하는 전완 부분의 회전 운동을 안정적으로 가이드할 수 있다.
회전 링크(145)는 일측이 제 1 지지부(144)에 회전가능하게 연결되어 타측으로 제 2 지지부(146)에 연결되는 링크일 수 있다.
예를 들어, 회전 링크(145)는 제 1 지지부(144)에 대해 경사 조절축(K)을 기준으로 회전할 수 있고, 경사 조절축(K)은 암 회전축(C)에 수직할 수 있다. 경사 조절축(K) 상에는 경사 조절출(K) 상에 연결된 부재들끼리의 상대적인 회전 운동의 저항을 형성하는 댐핑부가 설치될 수 있다. 이와 같은 댐핑부에 의하면, 암 레스트 장치(1)의 공간 상에서의 움직임에 댐핑을 구현할 수 있다.
제 2 지지부(146)는, 회전 링크(145)에 연결될 수 있고 제 2 암 지지대(147)를 지지할 수 있다.
제 2 암 지지대(147)는 사용자의 팔을 지지할 수 있다. 예를 들어, 제 2 암 지지대(147)는 사용자의 팔의 부위 중 손목에 인접한 부분을 지지할 수 있다.
예를 들어, 제 2 암 지지대(147)의 표면은 사용자의 팔이 안정적으로 안착되어 지지될 수 있도록 양측 가장자리 부분이 상측을 향하도록 만곡되어 있는 형상을 가질 수 있다.
중량 보상부(148)는, 제 1 지지부(144)에 대한 회전 링크(145)의 회전 운동에 있어서, 사용자의 팔의 중량과 암 지지 모듈(14)의 중량의 영향을 보상할 수 있다.
예를 들어, 중량 보상부(148)는, 회전 링크(145)에 설치되는 탄성체(1481)와, 탄성체(1481) 및 제 1 지지부(144) 사이에 연결되는 와이어(1482)를 포함할 수 있다.
탄성체(1481)는 일단은 회전 링크(145)에 고정되고 타단은 와이어(1482)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 탄성체(1481)는 도 6 내지 도 8과 같이 회전 링크(145)의 길이 방향을 따라서 확장 가능하게 설치되는 스프링일 수 있다.
와이어(1482)는 탄성체(1481) 및 제 1 지지부(144) 사이에 탄성체(1481)에 인장력을 인가할 수 있다. 와이어(1482)의 구조에 의하면, 회전 링크(145)가 경사 조절축(K)에 대해 형성하는 회전 각도에 따라서 탄성체(1481)에 인가되는 인장력의 크기가 조절될 수 있다.
예를 들어, 와이어(1482)가 제 1 지지부(144)에 연결되는 부분은 수직 방향을 따라서 제 1 지지부(144)에 경사 조절축이 위치하는 부분보다 상측에 형성될 수 있다. 여기서 와이어(1482)가 제 1 지지부(144)에 고정되는 부분을 와이어 고정부(1441)라 할 수 있다.
이상의 구조에 의하면, 회전 링크(145)가 지면에 대하여 수직한 방향(z축 방향)으로부터 벗어날수록, 와이어 고정부(1441)와 탄성체(1481)의 단부 사이의 이격된 거리가 멀어질 수 있다.
다시 말하면, 회전 링크(145)가 도 8과 같이 상측으로 경사져있는 상태에서 도 7과 같이 수평한 상태로 회전함에 따라서 탄성체(1481)에 인가되는 장력이 증가할 수 있고, 동시에 탄성체(1481)로부터 형성되는 복원력 역시 증가될 수 있다.
결과적으로, 탄성체(1481)의 복원력은 제 2 암 지지대(147)가 제 1 암 지지대(143)에 대해 상측으로 이동하는 경향의 힘을 형성할 수 있기 때문에, 사용자의 전완의 자세가 상향 경사지도록 전환되는 과정에서 사용자의 팔의 중량을 비롯한 암 지지 모듈(14)의 중량에 의한 영향을 경감 또는 보상할 수 있다.
예를 들어, 회전 링크(145)는 와이어(1482)로부터 탄성체(1481)에 전해지는 인장력의 방향이 회전 링크(145)의 방향과 평행하게 유지시키기 위해서, 제 1 지지부(144) 및 탄성체(1481) 사이에서 와이어(1482)의 연결 방향을 가이드하는 가이드 풀리(1451)를 더 포함할 수 있다.
가이드 풀리(1451)에 의하면, 도 7 및 도 8과 같이 와이어 고정부(1441)로부터 연장되는 와이어(1482)가 가이드 풀리(1451)의 일부에 감겨진 이후 회전 링크(145)의 연장 방향과 평행한 상태로 탄성체(1481)에 연결될 수 있으므로 탄성체(1481)에 인가되는 인장력이 회전 링크(145)의 회전 각도에 따라 대체로 선형적으로 조절될 수 있다.
예를 들어, 회전 링크(145)는 제 1 지지부(144)에 대해 설정 각도 이상으로 회전 되지 못하도록 제 1 지지부(144)에 대해 간섭되는 간섭부(1452)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 암 지지대(143) 및 제 2 암 지지대(147)가 서로 수평한 상태를 유지하는 경우 또는 도 7과 같이 회전 링크(145)가 경사 조절축을 기준으로 수평 방향을 지향하도록 회전되어 있는 경우, 간섭부(1452)는 제 1 지지부(144)에 간섭되어 회전 링크(145)가 경사 조절축을 기준으로 하향 경사지는 방향으로 회전되지 못하도록 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(1)에 의하면, 수평 이동 모듈(13)은 사용자의 팔을 지지한 상태에서 수평 방향을 따라 2 자유도 움직임을 안정적으로 가이드할 수 있고, 동시에 암 지지 모듈(14)은 팔의 자세가 수직 방향으로의 경사에 따라서 중력 보상 메커니즘을 적용하여 팔의 무게를 다양한 자세에서도 안정적으로 보상할 수 있다.
결과적으로, 일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(1)는 사용자의 팔의 모든 자세를 인체 공학적으로 지지할 수 있는 동시에 움직임에 따른 사용자의 피로감을 최소화할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(1)에 의하면, 댐핑부(12)를 통해 팔의 수평 이동에 따른 댐핑 제어가 가능하기 때문에 작업 특성에 따라서 정밀하고 정확한 이동을 구현할 수 있다.
예를 들어, 암 레스트 장치(1)가 수술 환경에서 사용될 경우, 사용자는 환자의 병변 근처에서 손으로 파지하고 있는 수술 도구의 끝단을 천천히 그리고 정밀하게 움직일 수 있도록 수평 이동 모듈(13)의 댐핑력을 높일 수 있다. 이를 통해 의도치 않은 빠르고 큰 팔의 움직임을 필터링함으로써 병변에 예기치 못한 상처가 생기는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따른 암 레스트 장치(1)에 의하면, 브레이크(1212, 1222)를 통해 암 지지 모듈(14)의 수평 위치를 고정할 수 있으므로 손목 이하의 작은 근육을 활용하는 정밀한 작업에 매우 효과적일 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 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 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 외부 물체에 고정되는 고정부;
    일단은 상기 고정부에 대해 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 고정부에 대하여 2자유도 병진 동작이 가능한 수평 이동 모듈; 및
    상기 수평 이동 모듈의 타단에 대하여 2자유도 회전 동작이 가능하게 설치되는 암 지지 모듈을 포함하는 암 레스트 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수평 이동 모듈은,
    복수개의 링크를 통해 상기 고정부에 대하여 회전 가능하게 연결되는 중앙 연결부; 및
    복수개의 링크를 통해 상기 중앙 연결부에 대하여 회전 가능하게 연결되고, 상기 암 지지 모듈이 회전 가능하게 설치되는 회전 단부를 포함하는 암 레스트 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수평 이동 모듈은,
    일단은 상기 고정부에 제 1 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 중앙 연결부에 상기 제 1 회전축과 평행한 제 2 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 1 링크를 포함하는 제 1 구동 프레임; 및
    상기 고정부에 상기 제 1 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 구동 링크와, 상기 구동 링크에 상기 제 1 회전축과 평행한 제 3 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 2 링크와, 일단은 상기 제 2 링크에 상기 제 3 회전축과 평행한 상태로 이격된 제 4 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되고 타측은 상기 중앙 연결부에 상기 제 2 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 3 링크를 포함하는 제 2 구동 프레임을 포함하는 암 레스트 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 구동 프레임 및 제 2 구동 프레임은 평행 사변형 형태를 유지하는 것을 특징으로 하는 암 레스트 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 수평 이동 모듈은,
    일단은 상기 중앙 연결부에 상기 제 2 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 회전 단부에 상기 제 1 회전축과 평행한 제 5 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 4 링크를 더 포함하고,
    상기 제 4 링크는 상기 제 3 링크에 고정되어 상기 제 2 회전축을 기준으로 같이 회전하는 것을 특징으로 하는 암 레스트 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 회전축을 기준으로 상기 제 1 구동 프레임의 회전 운동의 저항을 형성하고, 상기 제 1 회전축을 기준으로 상기 제 2 구동 프레임의 회전 운동의 저항을 형성하는 댐핑부를 더 포함하는 암 레스트 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 구동 프레임은,
    상기 제 1 링크에 고정되어 상기 제 1 회전축을 기준으로 회전하고, 적어도 일부가 상기 제 1 회전축을 기준으로 방사상으로 돌출하는 가장자리 형상을 갖는 제 1 돌출 부재를 더 포함하고,
    상기 구동 링크는,
    적어도 일부가 상기 제 1 회전축을 기준으로 방사상으로 돌출하는 가장자리 형상을 갖고,
    상기 댐핑부는, 상기 제 1 돌출 부재에 접촉하는 제 1 댐핑 부재와, 상기 구동 링크의 가장자리에 접촉하는 제 2 댐핑 부재를 포함하는 암 레스트 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 댐핑부에서 형성하는 저항은 조절 가능한 것을 특징으로 하는 암 레스트 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 수평 이동 모듈은,
    일단은 상기 고정부에 상기 제 1 회전축과 평행한 상태로 이격된 제 6 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 중앙 연결부에 상기 제 2 회전축과 평행한 상태로 이격된 제 7 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 5 링크를 더 포함하고,
    상기 제 5 링크 및 상기 제 1 링크는 평행하고, 상기 제 5 링크의 길이는 상기 제 1 링크의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 암 레스트 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수평 이동 모듈은,
    일단은 상기 중앙 연결부에 상기 제 2 회전축과 평행한 상태로 이격된 제 8 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 회전 단부에 상기 제 5 회전축과 평행한 상태로 이격된 제 9 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 6 링크를 더 포함하고,
    상기 제 6 링크 및 상기 제 4 링크는 평행하고, 상기 제 6 링크의 길이는 상기 제 4 링크의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 암 레스트 장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 암 지지 모듈은,
    상기 회전 단부에 형성된 암 회전축을 기준으로 회전 가능하게 연결되는 제 1 지지부;
    상기 제 1 지지부에 형성된 경사 조절축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 회전 링크; 및
    상기 회전 링크가 지면에 대하여 수직한 방향으로부터 멀어질수록 증가하는 탄성 복원력을 제공하는 중력 보상부를 포함하는 암 레스트 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 중력 보상부는,
    상기 회전 링크의 각도 변화에 따라서 길이가 변화하며, 상기 회전 링크의 길이 방향과 평행한 방향으로 배치되는 탄성체; 및
    일단은 상기 탄성체의 타측에 고정되고, 타단은 상기 제 1 지지부에 상기 경사 조절축 보다 상측 부분에 연결되는 와이어를 포함하는 암 레스트 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 회전 링크는,
    상기 와이어로부터 상기 탄성체에 전달되는 장력이 상기 회전 링크의 길이 방향과 평행하도록, 상기 와이어를 가이드 하기 위한 가이드 풀리를 포함하는 암 레스트 장치.
  14. 외부 물체에 고정되는 고정 링크를 포함하는 제 1 사절 링크 구조;
    상기 제 1 사절 링크 구조 중 어느 하나의 링크를 공유하는 제 2 사절 링크 구조;
    상기 제 1 사절 링크 구조 중 다른 하나의 링크를 공유하고, 상기 제 2 사절 링크 구조 중 어느 하나의 링크에 고정된 링크를 갖는 제 3 사절 링크 구조; 및
    상기 제 2 사절 링크 구조에 설치되어, 사용자의 팔을 지지할 수 있는 암 지지 모듈을 포함하는 암 레스트 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 사절 링크 구조 중, 상기 고정 링크, 상기 어느 하나의 링크 및 상기 다른 하나의 링크는 모두 서로 다른 것을 특징으로 하는 암 레스트 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 3개의 사절 링크 구조는 모두 평행 사변형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 암 레스트 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 사절 링크 구조는,
    상기 고정 링크와, 상기 고정 링크로부터 이격된 중앙 연결부와, 상기 고정 링크 및 상기 중앙 연결부를 상호 연결하는 한 쌍의 제 1 링크를 포함하는 암 레스트 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 사절 링크 구조는,
    상기 중앙 연결부와, 상기 중앙 연결부로부터 이격되며 상기 암 지지 모듈이 연결되는 회전 단부와, 상기 중앙 연결부 및 상기 회전 단부를 상호 연결하는 한 쌍의 제 2 링크를 포함하는 암 레스트 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 다른 하나의 링크는, 상기 한 쌍의 제 1 링크 중 어느 하나이고,
    상기 고정된 링크는, 상기 한 쌍의 제 2 링크 중 어느 하나에 고정되는 것을 특징으로 하는 암 레스트 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 3 사절 링크 구조 중 어느 하나의 링크는, 상기 제 1 사절 링크 구조 중 상기 어느 하나의 링크와 동일한 축을 중심으로 회전되는 것을 특징으로 하는 암 레스트 장치.
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