KR102357864B1

KR102357864B1 - Wearable gravity compensation apparatus capable of multiple degrees of freedom of movement

Info

Publication number: KR102357864B1
Application number: KR1020200137509A
Authority: KR
Inventors: 홍만복; 김광태; 김용철; 김준우
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2022-02-07

Abstract

The present invention relates to a wearable gravity compensation apparatus capable of multiple degrees of freedom of movement. According to an embodiment of the present invention, the wearable gravity compensation apparatus capable of multiple degrees of freedom of movement can comprise: a mainframe fixable on the back of a user; a base link connected to the mainframe to be rotatable around a first rotary shaft; a front extension link having one end connected to the base link to be rotatable around a second rotary shaft, which crosses the first rotary shaft, and extended toward a front side of the base link; a rear extension link connected to the base link and extended toward a rear side of the base link; a guide placed on an upper side of the base link and placed on the mainframe; a slider slidable along the guide; a gravity compensation elastic body having one end fixed on the mainframe, and having the other end fixed on the slider; and a coupling link respectively rotatably connected to the rear extension link and the slider.

Description

다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치{WEARABLE GRAVITY COMPENSATION APPARATUS CAPABLE OF MULTIPLE DEGREES OF FREEDOM OF MOVEMENT}Wearable GRAVITY COMPENSATION APPARATUS CAPABLE OF MULTIPLE DEGREES OF FREEDOM OF MOVEMENT

본 발명은 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치에 관한 발명입니다.The present invention relates to a wearable gravity compensating device that can move in multiple degrees of freedom.

중력 보상 장치는 일반적으로 복수 개의 링크와 함께 스프링과 같은 탄성체의 조합으로 구성되어, 장치 끝단에 마련되는 하중물의 무게를 보상해주는 장치를 일컫는다. 이는 장치 끝단에 마련되는 하중물을 작업 반경 내 임의의 어느 위치에 높더라도 구동기 없이 무게를 지지할 수 있도록 설계되는 장치로, 탁상 조명 스탠드 장치와 카메라 무게 보상 장치 등으로 활용되고 있다. 중력 보상 장치는 구동기 없이 무동력으로 하중물의 무게를 임의의 위치에서 지지할 수 있어, 로봇 팔과 같이 다수의 구동기와 링크로 구성된 동력 타입 대비 시스템 구성이 단순하고 높은 신뢰성을 가지며 가격이 저렴하다는 장점을 갖는다.The gravity compensating device is generally composed of a combination of a plurality of links and an elastic body such as a spring, and refers to a device that compensates for the weight of a load provided at the end of the device. This is a device designed to support the weight of the load provided at the end of the device without a driver even if it is high at any position within the working radius, and is used as a desk light stand device and a camera weight compensation device. The gravity compensating device can support the weight of a load at any position without power without a actuator, so the system configuration is simple, high reliability, and low price compared to the power type consisting of multiple actuators and links, such as a robot arm. have

중력 보상 장치는 이러한 장점으로 인해, 최근 사람이 착용하여 상지(上肢) 중량물 운용 작업을 보조해줄 수 있는 상지 외골격 장치 형태로써 중력 보상 장치 기술이 적용되고 있다. 즉, 종래에는 산업 현장 근로자의 상지 작업을 보조해 주기 위해 구동기 및 제어기 등을 이용한 상지 외골격 로봇 형태로 개발되어 왔는데, 배터리 및 구동기 사용으로 시스템이 너무 무겁고 복잡해지며 높은 비용 등의 단점으로 인해 실제 적용에 한계가 존재하였다.Due to these advantages, the gravity compensating device technology is being applied as a form of an upper exoskeleton device that can be worn by a person to assist the upper extremity operation of a heavy object. In other words, conventionally, it has been developed in the form of an upper exoskeleton robot using a actuator and a controller to assist the upper extremity work of industrial site workers. limits existed.

상지 외골격 장치는 특히 지뢰 탐지를 진행하는 병사를 위해 유용하게 사용될 수 있다. 지뢰 탐지 병사는 약 4kg 정도 무게를 갖는 지뢰탐지기를 들고 지뢰 탐지 업무를 수행하는데, 특히 한국에서는 지뢰 탐지 병사가 산과 같은 비탈길에서 주로 작업을 해야 하는 상황이 빈번하게 일어난다. 이 때 지뢰 탐지 작업 중 지뢰탐지기 무게는 병사 팔의 피로도를 증대시켜 고도의 집중력을 요구하는 지뢰 탐지 작업을 방해하는 요소로 작용한다. 따라서, 지뢰탐지기 무게를 지지해줄 수 있으며, 사용자의 다양한 움직임을 수용할 수 있는, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치에 대한 기술이 요구되는 실정이다.The upper exoskeleton device can be particularly useful for soldiers performing mine detection. A mine detection soldier carries a mine detector that weighs about 4 kg to perform mine detection. In particular, in Korea, a situation frequently occurs where a mine detection soldier has to work mainly on a slope such as a mountain. At this time, the weight of the mine detector during the mine detection operation increases the fatigue of the soldier's arm and acts as a factor that interferes with the mine detection operation that requires a high level of concentration. Therefore, there is a need for a technology for a wearable gravity compensating device capable of supporting the weight of the mine detector and capable of accommodating various movements of a user and capable of multiple degrees of freedom.

전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above-mentioned background art is possessed or acquired by the inventor in the process of deriving the disclosure of the present application, and it cannot necessarily be said to be a known technology disclosed to the general public prior to the present application.

본 발명은 무동력 상지 외골격 장치 구현을 위한 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치를 제공하여, 일정한 작업 반경 범위 내에서 중력 보상이 가능하게 하는 것이다.The present invention is to provide a wearable gravity compensation device capable of multiple degrees of freedom movement for realizing a non-motorized upper exoskeleton device, thereby enabling gravity compensation within a certain working radius range.

일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치는, 사용자의 등에 고정 가능한 메인 프레임; 상기 메인 프레임에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 베이스 링크; 일단이 상기 제 1 회전축에 교차하는 제 2 회전축을 중심으로 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 연결되고, 상기 베이스 링크의 전방으로 연장되는 전방 연장 링크; 상기 베이스 링크에 연결되고, 상기 베이스 링크의 후방으로 연장되는 후방 연장 링크; 상기 베이스 링크보다 상방에 위치하고, 상기 메인 프레임에 마련되는 가이드; 상기 가이드를 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더; 일단이 상기 메인 프레임에 고정되고, 타단이 상기 슬라이더에 고정되는 중력 보상 탄성체; 상기 슬라이더에 회전 가능하게 연결되는 제 1 커플링 링크; 상기 메인 프레임 및 커플링 링크 각각에 회전 가능하게 연결되는 링크 플레이트; 및 상기 링크 플레이트 및 후방 연장 링크 각각에 회전 가능하게 연결되는 제 2 커플링 링크를 포함할 수 있다.A wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom movement according to an embodiment includes: a main frame that can be fixed to a user's back; a base link rotatably connected to the main frame about a first axis of rotation; a forward extension link having one end rotatably connected to the base link with respect to a second axis of rotation intersecting the first axis of rotation and extending forward of the base link; a rear extension link connected to the base link and extending rearward of the base link; a guide positioned above the base link and provided on the main frame; a slider slidable along the guide; a gravity compensating elastic body having one end fixed to the main frame and the other end fixed to the slider; a first coupling link rotatably connected to the slider; a link plate rotatably connected to each of the main frame and the coupling link; and a second coupling link rotatably connected to each of the link plate and the rear extension link.

상기 후방 연장 링크 및 상기 슬라이더 각각에 회전 가능하게 연결되는 커플링 링크를 포함할 수 있다.It may include a coupling link rotatably connected to each of the rear extension link and the slider.

상기 후방 연장 링크는 상기 베이스 링크에 고정되어, 상기 베이스 링크와 일체로 움직일 수 있다.The rear extension link is fixed to the base link and can move integrally with the base link.

상기 전방 연장 링크는 상기 메인 프레임에 대해 2자유도 움직임이 가능하다.The forward extension link is movable in two degrees of freedom with respect to the main frame.

상기 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치는, 상기 전방 연장 링크의 타단에 연결되고, 사용자의 팔을 지지 가능하고, 상기 전방 연장 링크에 대해 2자유도 움직임이 가능한 지지 파트를 더 포함할 수 있다.The wearable gravity compensating device capable of moving in multiple degrees of freedom may further include a support part connected to the other end of the forward extension link, capable of supporting a user's arm, and capable of movement in two degrees of freedom with respect to the forward extension link. can

상기 지지 파트는, 상기 전방 연장 링크에 제 3 회전축을 중심으로 회전 가능한 지지 베이스; 상기 지지 베이스의 상측에 구비되고, 상기 지지 베이스에 대해 2자유도 움직임이 가능한 지지 플레이트; 및 상기 지지 베이스 및 지지 플레이트를 연결하는 지지 조인트를 포함할 수 있다.The support part may include a support base rotatable about a third rotation axis on the front extension link; a support plate provided on the upper side of the support base and capable of movement in two degrees of freedom with respect to the support base; and a support joint connecting the support base and the support plate.

상기 지지 조인트는 유니버셜 조인트 또는 볼 조인트일 수 있다.The support joint may be a universal joint or a ball joint.

상기 제 3 회전축은 상기 제 2 회전축과 평행할 수 있다.The third rotation axis may be parallel to the second rotation axis.

상기 지지 파트에 연결되고, 상기 사용자의 팔을 감싸는 팔 지지 밴드를 더 포함할 수 있다.It may further include an arm support band connected to the support part and surrounding the user's arm.

상기 전방 연장 링크는 복수 개로 형성되고, 복수 개의 전방 연장 링크는, 일단이 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 연결되는 제 1 전방 연장 링크; 및 일단이 상기 제 1 전방 연장 링크의 타단에 회전 가능하게 연결되는 제 2 전방 연장 링크를 포함할 수 있다.The front extension link is formed in plurality, and the plurality of front extension links include: a first forward extension link having one end rotatably connected to the base link; and a second forward extension link having one end rotatably connected to the other end of the first forward extension link.

상기 제 1 전방 연장 링크에 대한 상기 제 2 전방 연장 링크의 회전축은 상기 제 2 회전축과 평행할 수 있다.A rotation axis of the second forward extension link with respect to the first forward extension link may be parallel to the second axis of rotation.

상기 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치는, 일단이 상기 제 1 전방 연장 링크에 연결되고, 타단이 상기 제 2 전방 연장 링크에 연결되는 연결 탄성체를 더 포함할 수 있다.The wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom may further include a connection elastic body having one end connected to the first forward extension link and the other end connected to the second forward extension link.

상기 복수 개의 전방 연장 링크는, 일단이 상기 제 2 전방 연장 링크의 타단에 회전 가능하게 연결되는 제 3 전방 연장 링크를 더 포함하고, 상기 제 2 전방 연장 링크의 일단은 상기 제 1 전방 연장 링크의 하측에 연결되고, 타단은 상기 제 3 전방 연장 링크의 하측에 연결될 수 있다.The plurality of forward extension links further include a third forward extension link having one end rotatably connected to the other end of the second forward extension link, and one end of the second forward extension link is a portion of the first forward extension link. It may be connected to the lower side, and the other end may be connected to the lower side of the third forward extension link.

상기 전방 연장 링크 및 후방 연장 링크가 상기 제 1 회전축을 중심으로 회전하는 동안, 상기 슬라이더는 상기 가이드를 따라 슬라이딩하고, 상기 탄성체는 변형될 수 있다.While the front extension link and the rear extension link rotate about the first rotation axis, the slider may slide along the guide, and the elastic body may be deformed.

상기 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치는, 상기 메인 프레임에 연결되고, 상기 사용자의 몸통을 감싸는 몸통 지지 밴드를 더 포함할 수 있다.The wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom may further include a body support band connected to the main frame and surrounding the user's body.

일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치는, 메인 프레임; 상기 메인 프레임에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 베이스 링크; 일단이 상기 제 1 회전축에 교차하는 제 2 회전축을 중심으로 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 연결되고, 상기 베이스 링크의 전방으로 연장되는 전방 연장 링크; 상기 베이스 링크에 연결되고, 상기 베이스 링크의 후방으로 연장되는 후방 연장 링크; 상기 베이스 링크보다 상방에 위치하고, 상기 메인 프레임에 마련되는 가이드; 상기 가이드를 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더; 일단이 상기 메인 프레임에 고정되고, 타단이 상기 슬라이더에 고정되는 중력 보상 탄성체; 상기 후방 연장 링크 및 상기 슬라이더 각각에 회전 가능하게 연결되는 커플링 링크; 및 상기 전방 연장 링크의 타단에 연결되고, 사용자의 팔을 지지 가능하고, 상기 전방 연장 링크에 대해 2자유도 움직임이 가능한 지지 파트를 포함할 수 있다.A wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom movement according to an embodiment includes: a main frame; a base link rotatably connected to the main frame about a first axis of rotation; a forward extension link having one end rotatably connected to the base link with respect to a second axis of rotation intersecting the first axis of rotation and extending forward of the base link; a rear extension link connected to the base link and extending rearward of the base link; a guide positioned above the base link and provided on the main frame; a slider slidable along the guide; a gravity compensating elastic body having one end fixed to the main frame and the other end fixed to the slider; a coupling link rotatably connected to each of the rear extension link and the slider; and a support part connected to the other end of the forward extension link, capable of supporting a user's arm, and capable of movement in two degrees of freedom with respect to the forward extension link.

일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치는, 메인 프레임; 상기 메인 프레임에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 베이스 링크; 일단이 상기 제 1 회전축에 교차하는 제 2 회전축을 중심으로 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 연결되고, 상기 베이스 링크의 전방으로 연장되는 전방 연장 링크; 상기 베이스 링크에 연결되고, 상기 베이스 링크의 후방으로 연장되는 후방 연장 링크; 상기 베이스 링크보다 상방에 위치하고, 상기 메인 프레임에 마련되는 가이드; 상기 가이드를 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더; 일단이 상기 메인 프레임에 고정되고, 타단이 상기 슬라이더에 고정되는 중력 보상 탄성체; 및 상기 후방 연장 링크 및 상기 슬라이더 각각에 회전 가능하게 연결되는 커플링 링크를 포함하고, 상기 전방 연장 링크는 복수 개로 형성되고, 복수 개의 전방 연장 링크는, 일단이 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 연결되는 제 1 전방 연장 링크; 및 일단이 상기 제 1 전방 연장 링크의 타단에 회전 가능하게 연결되는 제 2 전방 연장 링크를 포함할 수 있다.A wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom movement according to an embodiment includes: a main frame; a base link rotatably connected to the main frame about a first axis of rotation; a forward extension link having one end rotatably connected to the base link with respect to a second axis of rotation intersecting the first axis of rotation and extending forward of the base link; a rear extension link connected to the base link and extending rearward of the base link; a guide positioned above the base link and provided on the main frame; a slider slidable along the guide; a gravity compensating elastic body having one end fixed to the main frame and the other end fixed to the slider; and a coupling link rotatably connected to each of the rear extension link and the slider, wherein the front extension link is formed in plurality, and the plurality of front extension links have one end rotatably connected to the base link. a first forward extending link; and a second forward extension link having one end rotatably connected to the other end of the first forward extension link.

일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치는 착용자의 다자유도 움직임을 수용하여 움직임에 자유로움을 주면서도, 하중물의 하중을 보상할 수 있다.The wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom movement according to an embodiment may compensate for the load of a load while allowing freedom of movement by accommodating the wearer's multiple degrees of freedom.

또한, 일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치는 사용자의 팔 부근에는 별도의 탄성체를 구비하지 않고, 등쪽에 중력 보상을 위한 탄성체를 구비함으로써, 사용자의 신체와 간섭할 수 있는 부분, 예를 들어 팔 부근에 장치의 크기를 컴팩트하게 마련하여, 사용자의 신체와 간섭을 최소화시킬 수 있다.In addition, the wearable gravity compensator capable of moving in multiple degrees of freedom according to an embodiment does not include a separate elastic body near the user's arm, but includes an elastic body for gravity compensation on the back side, thereby interfering with the user's body. By providing a compact size of the device near a portion where there is, for example, an arm, it is possible to minimize interference with the user's body.

또한, 일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치는 사용자의 팔을 지지하는 부분에 별도의 볼 조인트로 마련된 지지부를 마련하여 자유도를 보다 높일 수 있고, 사용자가 느끼는 착용감을 향상시킬 수 있다.In addition, the wearable gravity compensating device capable of moving in multiple degrees of freedom according to an embodiment provides a support provided as a separate ball joint in a portion supporting the user's arm, thereby increasing the degree of freedom and improving the wearability felt by the user. can do it

도 1 및 도 2일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치를 착용한 사용자의 모습을 개략적으로 나타낸 도면들이다. 도 2에서는 지뢰탐지기를 생략하였다.
도 3은 일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치에서 중력 보상을 수행하는 부분을 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 일 실시 예에 따른 복수 개의 링크 및 지지 파트가 사용자의 움직임에 따라 형태가 변형되는 모습을 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 7 및 도 8은 일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치의 지지 파트를 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치를 착용한 사용자의 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10 은 일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치에서 중력 보상을 수행하는 부분을 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다.1 and 2 are diagrams schematically showing a user wearing a wearable gravity compensating device capable of moving in multiple degrees of freedom according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, the mine detector is omitted.
FIG. 3 is an enlarged and schematic view of a portion for performing gravity compensation in a wearable gravity compensation device capable of multiple degrees of freedom movement according to an exemplary embodiment.
4 to 6 are views schematically illustrating a state in which a plurality of links and support parts are deformed according to a user's movement according to an embodiment.
7 and 8 are enlarged and schematic views of a support part of a wearable gravity compensator capable of multiple degrees of freedom movement according to an exemplary embodiment.
9 is a diagram schematically illustrating a state of a user wearing a wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom movement according to an exemplary embodiment.
10 is an enlarged view schematically illustrating a part for performing gravity compensation in a wearable gravity compensation device capable of multiple degrees of freedom movement according to an exemplary embodiment.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents and substitutes for the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for the purpose of description only, and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

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. In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is between each component. It will be understood that may also be "connected", "coupled" or "connected".

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.Components included in one embodiment and components having a common function will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments as well, and detailed descriptions within the overlapping range will be omitted.

도 1 및 도 2일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치를 착용한 사용자의 모습을 개략적으로 나타낸 도면들이다. 도 2에서는 지뢰탐지기를 생략하였다. 도 3은 일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치에서 중력 보상을 수행하는 부분을 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다. 지뢰탐지기(M)는 사용자가 손으로 파지하는 손잡이(H)와, 사용자의 팔뚝에 고정될 수 있는 팔뚝고정밴드(G)를 포함할 수 있다.1 and 2 are diagrams schematically showing a user wearing a wearable gravity compensating device capable of moving in multiple degrees of freedom according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, the mine detector is omitted. 3 is an enlarged and schematic view of a portion for performing gravity compensation in a wearable gravity compensation device capable of multiple degrees of freedom movement according to an exemplary embodiment. The mine detector (M) may include a handle (H) gripped by the user's hand, and a forearm fixing band (G) that can be fixed to the user's forearm.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치(1, 이하 "중력 보상 장치" 라고 함)는 외부로부터 별도로 동력을 전달받지 않는 무동력 형태로 작동된다. 중력 보상 장치(1)는 크게 사용자(U)의 팔 또는 부하물과 연결되는 말단부인 지지 파트와, 팔의 움직임을 구현하기 위한 동작 구현부인 전방 연장 링크와, 동작 구현부를 통해 전달되는 부하물 하중을 지지하기 위한 중력 보상부인 슬라이더 및 탄성체를 포함한다. 중력 보상 장치(1)의 지지 파트 및 전방 연장 링크는 사용자의 다자유도 움직임을 구현하면서도 컴팩트한 구조를 갖는다.1 to 3 , a wearable gravity compensator (hereinafter referred to as “gravity compensating device”) capable of multiple degrees of freedom movement according to an embodiment operates in a non-powered form that does not receive power separately from the outside. do. The gravity compensating device 1 largely includes a support part that is a distal end connected to the user U's arm or a load, a forward extension link that is a motion realizing part for realizing the movement of the arm, and a load load transmitted through the motion realizing part It includes a slider and an elastic body that is a gravity compensator for supporting the . The support part and the forward extension link of the gravity compensating device 1 have a compact structure while realizing the user's multiple degrees of freedom.

중력 보상 장치(1)는 다자유도 움직임을 구현하는 동작 구현부인 전방 연장 링크와, 중력 보상 기구부인 슬라이더 및 탄성체를 비연성 시킴으로써, 착용자 팔과 밀접하게 같이 움직이는 동작 구현부를 보다 단순하며 슬림하게 구성할 수 있다. 중력 보상 장치(1)는 착용자 팔 또는 운용하는 중량물과 중력보상장치 간 작업 시 간섭을 최소화할 수 있다. 중력 보상 장치(1)는 중력 보상을 위한 탄성체를, 사용자의 팔 움직임이 닿지 않는 등쪽에 배치함으로써 전체적으로 착용자 팔의 다자유도 움직임을 간섭을 최소화하며 구현할 수 있음은 물론 중력보상 기능까지 제공할 수 있다.The gravity compensating device 1 makes the motion realizing part that realizes multiple degrees of freedom movement, the forward extension link, and the gravity compensating mechanism part, the slider and the elastic body, non-ductile, so that the motion realizing part that moves closely with the wearer's arm is simpler and slimmer. can The gravity compensating device 1 can minimize interference during work between the wearer's arm or an operating weight and the gravity compensating device. Gravity compensating device (1) can implement the multiple degrees of freedom movement of the wearer's arm with minimal interference as a whole by arranging the elastic body for gravity compensation on the back side where the user's arm movement does not reach, as well as providing a gravity compensation function. have.

중력 보상 장치(1)는, 메인 프레임(11), 베이스 링크(10), 전방 연장 링크(12), 후방 연장 링크(13), 가이드(14), 슬라이더(15), 중력 보상 탄성체(16), 커플링 링크(17), 지지 파트(18), 몸통 지지 밴드(191), 팔 지지 밴드(192) 및 어깨 지지 밴드(193)을 포함할 수 있다.The gravity compensating device 1 includes a main frame 11 , a base link 10 , a front extended link 12 , a rear extended link 13 , a guide 14 , a slider 15 , and a gravity compensating elastic body 16 . , a coupling link 17 , a support part 18 , a body support band 191 , an arm support band 192 , and a shoulder support band 193 .

메인 프레임(11)는 사용자의 등에 고정 가능하다. 메인 프레임(11)은 그 길이 방향이 사용자의 등의 길이 방향과 나란하게 마련될 수 있다. 도면 상에서 상하 방향이 메인 프레임(11)의 길이 방향을 지칭한다. 메인 프레임(11)은 메인 프레임(11)에 연결되어 있는 몸통 지지 밴드(191)를 통해 사용자의 등에 고정될 수 있다.The main frame 11 can be fixed to the user's back. The main frame 11 may be provided so that its longitudinal direction is parallel to the longitudinal direction of the user's back. In the drawing, the vertical direction refers to the longitudinal direction of the main frame 11 . The main frame 11 may be fixed to the user's back through a body support band 191 connected to the main frame 11 .

베이스 링크(10)는 메인 프레임(11)에 제 1 회전축(A1)을 중심으로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 베이스 링크(10)는 메인 프레임(11)에 1자유도 움직임이 가능하다. 베이스 링크(10)는 후술하는 전방 연장 링크(12) 및 후방 연장 링크(13)를 지지할 수 있다. 전방 연장 링크(12)는 베이스 링크(10)의 전방으로 연장되고, 후방 연장 링크(13)는 베이스 링크(10)의 후방으로 연장될 수 있다. 베이스 링크(10) 및 전방 연장 링크(12)는 상대적인 움직임이 가능하고, 베이스 링크(10) 및 후방 연장 링크(13)는 상대적인 움직임이 제한된다.The base link 10 may be rotatably connected to the main frame 11 about the first rotation axis A1 . The base link 10 can move in one degree of freedom on the main frame 11 . The base link 10 may support a front extension link 12 and a rear extension link 13 to be described later. The front extension link 12 may extend forward of the base link 10 , and the rear extension link 13 may extend rearward of the base link 10 . The base link 10 and the front extension link 12 are capable of relative movement, and the relative movement of the base link 10 and the rear extension link 13 is limited.

전방 연장 링크(12)는 일단이 베이스 링크(10)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 전방 연장 링크(12)는 제 1 회전축(A1)에 교차하는 제 2 회전축(A2)을 중심으로 베이스 링크(10)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 전방 연장 링크(12)는 메인 프레임(11)에 대해 2자유도 움직임이 가능하다. 전방 연장 링크(12)는 사용자가 팔을 좌측 또는 우측으로 움직임에 따라, 복수 개의 분절이 서로 회전하는 방식으로 움직일 수 있고, 사용자가 팔을 상측 또는 하측으로 움직임에 따라 베이스 링크(10)를 중심으로 회전할 수 있다.One end of the forward extension link 12 may be rotatably connected to the base link 10 . The front extension link 12 may be rotatably connected to the base link 10 with the second axis of rotation A2 intersecting the first axis of rotation A1 as a center. The forward extension link 12 is movable in two degrees of freedom with respect to the main frame 11 . The front extension link 12 may move in such a way that a plurality of segments rotate with each other as the user moves the arm left or right, and the base link 10 is centered as the user moves the arm upward or downward. can be rotated with

전방 연장 링크(12)는 직접적으로 베이스 링크(10)에 회전 가능하게 연결되거나, 도시되지는 않았으나 별도의 연결 부재를 통하여 베이스 링크(10)에 회전 가능하게 연결될 수도 있음을 밝혀 둔다. 전방 연장 링크(12)는 복수 개로 형성될 수 있다. The forward extension link 12 may be rotatably connected directly to the base link 10 or may be rotatably connected to the base link 10 through a separate connecting member, although not shown. The front extension link 12 may be formed in plurality.

복수 개의 전방 연장 링크(12)는 제 1 전방 연장 링크(121), 제 2 전방 연장 링크(122) 및 제 3 전방 연장 링크(123)를 포함할 수 있다. 물론, 복수 개의 전방 연장 링크(12)는 2개 또는 4개 이상으로 마련될 수 있음을 밝혀 둔다. 이하, 복수 개의 전방 연장 링크(12)가 3개로 구성된 것을 기준으로 설명하기로 한다.The plurality of front extension links 12 may include a first forward extension link 121 , a second forward extension link 122 , and a third forward extension link 123 . Of course, it should be noted that the plurality of front extension links 12 may be provided in two or four or more. Hereinafter, the plurality of front extension links 12 will be described based on the configuration of three.

제 1 전방 연장 링크(121), 제 2 전방 연장 링크(122) 및 제 3 전방 연장 링크(123)는 베이스 링크(10)로부터 전방을 향한 방향으로 나란하게 마련될 수 있다. 제 1 전방 연장 링크(121)는 일단이 베이스 링크(10)에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 제 2 전방 연장 링크(122)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제 2 전방 연장 링크(122)는 일단이 제 1 전방 연장 링크(121)에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 제 3 전방 연장 링크(123)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제 3 전방 연장 링크(123)는 일단이 제 2 전방 연장 링크(122)에 회전 가능하게 연결되고, 타단에서 지지 파트(18)를 회전 가능하게 지지할 수 있다.The first forward extension link 121 , the second forward extension link 122 , and the third forward extension link 123 may be provided in parallel in a forward direction from the base link 10 . One end of the first forward extension link 121 may be rotatably connected to the base link 10 , and the other end may be rotatably connected to the second forward extension link 122 . One end of the second forward extension link 122 may be rotatably connected to the first forward extension link 121 , and the other end may be rotatably connected to the third forward extension link 123 . One end of the third forward extension link 123 may be rotatably connected to the second forward extension link 122 , and the other end may rotatably support the support part 18 .

제 1 전방 연장 링크(121)에 대한 제 2 전방 연장 링크(122)의 회전축은 제 2 회전축(A2)과 평행할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 전방 연장 링크(121) 및 제 2 전방 연장 링크(122)를 서로 회전 가능하게 연결하는 회전축은, 전술한 제 2 회전축(A2)과 나란할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 전방 연장 링크(122) 및 제 3 전방 연장 링크(123)를 서로 회전 가능하게 연결하는 회전축은, 제 2 회전축(A2)과 나란할 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 제 2 회전축(A2)과, 복수 개의 전방 연장 링크(12) 중 인접한 2개의 전방 연장 링크를 연결하는 회전축이 모두 평행하게 마련되므로, 사용자는 팔을 좌측 또는 우측으로 자유롭게 움직일 수 있다.A rotation axis of the second forward extension link 122 with respect to the first forward extension link 121 may be parallel to the second rotation axis A2 . In other words, a rotation shaft rotatably connecting the first forward extension link 121 and the second forward extension link 122 to each other may be parallel to the above-described second rotation axis A2 . Similarly, a rotation shaft rotatably connecting the second forward extension link 122 and the third forward extension link 123 to each other may be parallel to the second rotation axis A2 . According to this structure, since the second rotation axis A2 and the rotation axis connecting two adjacent forward extension links of the plurality of front extension links 12 are all provided in parallel, the user can freely move his arm left or right. can

아울러, 전방 연장 링크(12)가 복수 개로 마련됨에 따라 사용자는 팔의 다관절을 독립적으로 움직일 수 있다. 예를 들어, 사용자는 팔꿈치 관절을 고정한 상태로 어깨 관절을 중심으로 팔을 좌측 또는 우측으로 움직일 수 있다. 이 경우, 제 1 전방 연장 링크(121) 및 제 2 전방 연장 링크(122)과, 제 2 전방 연장 링크(122) 및 제 3 전방 연장 링크(123)는 상대적으로 움직이지 않으면서, 제 1 전방 연장 링크(121)만이 베이스 링크(10)를 기준으로 회전하는 방식으로 구동될 수 있다. 다른 예로, 사용자가 어깨관절을 고정한 상태로, 팔꿈치 관절만 사용하고자 할 때, 제 1 전방 연장 링크(121) 및 제 2 전방 연장 링크(122) 사이의 상대적인 움직임만이 구현될 수 있다.In addition, as a plurality of front extension links 12 are provided, the user can independently move the multiple joints of the arm. For example, the user may move the arm left or right around the shoulder joint in a state where the elbow joint is fixed. In this case, the first front extension link 121 and the second front extension link 122, and the second front extension link 122 and the third front extension link 123 do not move relatively, and the first front extension link 123 does not move. Only the extension link 121 may be driven in such a way that it rotates with respect to the base link 10 . As another example, when the user intends to use only the elbow joint with the shoulder joint fixed, only the relative movement between the first forward extension link 121 and the second forward extension link 122 may be implemented.

후방 연장 링크(13)는 베이스 링크(10)에 연결되고, 베이스 링크(10)의 후방으로 연장될 수 있다. 후방 연장 링크(13)는 베이스 링크(10)에 상대적인 움직임이 제한되도록 일체로 고정될 수 있다. 후방 연장 링크(13)는 베이스 링크(10)에 고정되어 일체로 움직이므로, 후방 연장 링크(13), 커플링 링크(17) 및 슬라이더(15)는 1자유도 움직임을 구현할 수 있다. 중력 보상을 위한 움직임을 제외하고 불필요한 움직임이 제한되므로, 장치의 내구성이 향상될 수 있다.The rear extension link 13 is connected to the base link 10 and may extend to the rear of the base link 10 . The rear extension link 13 may be integrally fixed to limit movement relative to the base link 10 . Since the rear extension link 13 is fixed to the base link 10 and moves integrally, the rear extension link 13 , the coupling link 17 and the slider 15 can implement movement in one degree of freedom. Since unnecessary movement is restricted except for movement for compensating for gravity, durability of the device may be improved.

가이드(14)는 베이스 링크(10)보다 상방에 위치하고, 메인 프레임(11)에 마련될 수 있다. 가이드(14)는 그 길이 방향이 메인 프레임(11)의 길이 방향에 따라 배치될 수 있다. 가이드(14)는 메인 프레임(11)의 일부일 수도 있다. 메인 프레임(11)은 가이드(14)의 구역을 설정하기 위한, 이동 제한 부재(81, 82)를 포함할 수 있다. 제 1 이동 제한 부재(81)는 가이드(14)의 상단에 마련되고, 제 2 이동 제한 부재(82)는 가이드(14)의 하단에 마련될 수 있다.The guide 14 is positioned above the base link 10 , and may be provided on the main frame 11 . The guide 14 may have a longitudinal direction disposed along the longitudinal direction of the main frame 11 . The guide 14 may be part of the main frame 11 . The main frame 11 may include movement limiting members 81 , 82 for defining the zone of the guide 14 . The first movement limiting member 81 may be provided at the upper end of the guide 14 , and the second movement limiting member 82 may be provided at the lower end of the guide 14 .

슬라이더(15)는 가이드(14)를 따라 슬라이딩 가능하다. 슬라이더(15)는 제 1 이동 제한 부재(81) 및 제 2 이동 제한 부재(82) 사이에서 슬라이딩 가능하다.The slider 15 is slidable along the guide 14 . The slider 15 is slidable between the first movement limiting member 81 and the second movement limiting member 82 .

중력 보상 탄성체(16)는 일단이 메인 프레임(11)에 고정되고, 타단이 슬라이더(15)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 중력 보상 탄성체(16)는 일단이 제 1 이동 제한 부재(81)에 연결되고, 타단이 슬라이더(15)의 상면에 연결될 수 있다. 중력 보상 탄성체(16)는 중력 보상을 위한 힘을 인가할 수 있다.The gravity compensating elastic body 16 may have one end fixed to the main frame 11 and the other end fixed to the slider 15 . For example, the gravity compensating elastic body 16 may have one end connected to the first movement limiting member 81 and the other end connected to the upper surface of the slider 15 . The gravity compensation elastic body 16 may apply a force for gravity compensation.

커플링 링크(17)는 일단이 후방 연장 링크(13)에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 슬라이더(15)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 커플링 링크(17)는 제 1 회전축(A1)을 중심으로 후방 연장 링크(13)가 회전하는 동력을 슬라이더(15)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 도면을 기준으로 후방 연장 링크(13)가 반시계 방향으로 회전할 경우, 슬라이더(15)는 가이드(14)를 따라 상방으로 슬라이딩할 수 있다.One end of the coupling link 17 may be rotatably connected to the rear extension link 13 , and the other end may be rotatably connected to the slider 15 . The coupling link 17 may transmit power to the slider 15 to rotate the rear extension link 13 about the first rotation axis A1 . For example, when the rear extension link 13 rotates counterclockwise based on the drawing, the slider 15 may slide upward along the guide 14 .

지지 파트(18)는 전방 연장 링크(12) 중 베이스 링크(10)로부터 가장 멀리 이격된 단부에 마련될 수 있다. 지지 파트(18)는 사용자의 팔을 지지할 수 있다. 지지 파트(18)는 전방 연장 링크(12)에 대해 2자유도 움직임이 가능하다. 지지 파트(18)는 전방 연장 링크(12)에 회전 가능하게 연결되는 지지 베이스(181)와, 지지 베이스(181)의 상측에 구비되고 지지 베이스(181)에 대해 2자유도 움직임이 가능한 지지 플레이트(182)와, 지지 베이스(181) 및 지지 플레이트(182)를 연결하는 지지 조인트(183)를 포함할 수 있다. 지지 조인트(183)는 유니버셜 조인트 또는 볼 조인트일 수 있다. 지지 조인트(183)는 지지 플레이트(182)가 지지 베이스(181)에 대해 2자유도 움직일 수 있도록 보조할 수 있다.The support part 18 may be provided at an end of the front extension link 12 that is farthest from the base link 10 . The support part 18 may support the user's arm. The support part 18 is capable of two degrees of freedom of movement relative to the forward extension link 12 . The support part 18 includes a support base 181 rotatably connected to the front extension link 12 , and a support plate provided above the support base 181 and capable of movement in two degrees of freedom with respect to the support base 181 . 182 , and a support joint 183 connecting the support base 181 and the support plate 182 may be included. The support joint 183 may be a universal joint or a ball joint. The support joint 183 may assist the support plate 182 to move in two degrees of freedom with respect to the support base 181 .

지지 베이스(181)가 전방 연장 링크(12)에 회전 가능하게 연결되는 회전축(제 3 회전축, A3)은 제 2 회전축(A2)과 평행할 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 사용자가 어깨 관절을 중심으로 팔을 내렸다 올렸다 하는 동작에서, 중력 보상 장치(1)가 사용자의 팔에 간섭하는 것을 줄일 수 있다. 또한, 지지 플레이트(182)가 지지 조인트(183)를 통해 지지 베이스(181)에 연결되므로, 지지 플레이트(182)는 복수 개의 전방 연장 링크(12) 중 인접한 2개의 전방 연장 링크가 서로 연결되는 회전축과 평행한 회전축을 중심으로 회전 가능하다. 이와 같은 구조에 따르면, 사용자가 팔을 좌측 또는 우측으로 이동시키는 동작에서, 중력 보상 장치(1)가 사용자의 팔에 간섭하는 것을 줄일 수 있다.A rotation shaft (third rotation shaft, A3) to which the support base 181 is rotatably connected to the front extension link 12 may be parallel to the second rotation shaft A2. According to this structure, interference of the gravity compensating device 1 with the user's arm can be reduced when the user raises and lowers his or her arm around the shoulder joint. In addition, since the support plate 182 is connected to the support base 181 through the support joint 183 , the support plate 182 is a rotation shaft through which two adjacent front extension links among the plurality of front extension links 12 are connected to each other. It can rotate about an axis of rotation parallel to According to this structure, when the user moves the arm to the left or right, it is possible to reduce the interference of the gravity compensating device 1 with the user's arm.

팔 지지 밴드(192)는 지지 파트(18)를 사용자의 팔에 고정할 수 있다. 팔 지지 밴드(192)는 지지 파트(18)에 연결되고 사용자의 팔을 둘러쌀 수 있다. 어깨 지지 밴드(193)는 메인 프레임(11)을 사용자의 어깨에 고정할 수 있다. 어깨 지지 밴드(192)는 사용자의 어깨를 둘러쌀 수 있다.The arm support band 192 may secure the support part 18 to the user's arm. The arm support band 192 is connected to the support part 18 and may surround the user's arm. The shoulder support band 193 may fix the main frame 11 to the user's shoulder. The shoulder support band 192 may surround the user's shoulder.

중력 보상 장치(1)는 다자유도 움직임을 구현하는 베이스 링크(10), 전방 연장 링크(12) 및 지지 파트(18)를 비연성시킴으로써, 사용자 팔과 밀접하게 같이 움직이는 동작 구현부를 구현할 수 있고, 이러한 동작을 구현하는데 있어서, 베이스 링크(10), 전방 연장 링크(12) 및 지지 파트(18)에는 중력 보상을 위한 탄성체가 마련되지 않으므로, 보다 단순하며 슬림하게 설계가 가능하다. 이를 통해, 사용자 팔 또는 하중물과 중력 보상 장치 사이에 간섭을 최소화할 수 있다. 중력 보상을 위한 탄성체는 등쪽에 배치하여, 전체적으로 사용자 팔의 다자유도 움직임의 간섭을 최소화하여 구현할 수 있다.The gravity compensating device 1 can implement a motion implementation that moves closely with the user's arm by making the base link 10, the front extension link 12, and the support part 18 non-ductile to implement a multi-degree of freedom movement, In implementing this operation, the base link 10, the front extension link 12, and the support part 18 are not provided with an elastic body for gravity compensation, so a simpler and slimmer design is possible. Through this, interference between the user's arm or load and the gravity compensating device can be minimized. The elastic body for compensating for gravity is disposed on the back side, so that it can be implemented by minimizing the interference of the movement of the user's arm in multiple degrees of freedom.

중력 보상 장치는, 복수 개의 전방 연장 링크 중 인접한 2개의 전방 연장 링크에 각각 고정되어 완충력을 제공하는 연결 탄성체(71)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결 탄성체(71)는 일단이 제 1 전방 연장 링크(121)에 연결되고 타단이 제 2 전방 연장 링크(122)에 연결되는 제 1 연결 탄성체(711)와, 일단이 제 2 전방 연장 링크(122)에 연결되고 타단이 제 3 전방 연장 링크(123)에 연결되는 제 2 연결 탄성체(712)를 포함할 수 있다. 연결 탄성체(71)는 외력이 인가되지 않는 상황에서 전방 연장 링크(12)가 디폴트 자세를 유지하도록 보조할 수 있다. 연결 탄성체(71)는 중력 보상을 위한 탄성체가 아님을 밝혀 둔다. 일 실시 예에 따른 중력 보상 장치는 중력 보상을 위한 탄성체를 등쪽에 배치함으로써, 사용자 팔 부근에 마련되는 부분을 컴팩트하게 마련하는 것을 일 특징으로 한다.The gravity compensating device may include a connection elastic body 71 that is respectively fixed to two adjacent forward extension links among the plurality of forward extension links to provide a cushioning force. For example, the connection elastic body 71 includes a first connection elastic body 711 having one end connected to the first front extension link 121 and the other end connected to the second front extension link 122, and one end connected to the second front A second connection elastic body 712 connected to the extension link 122 and the other end connected to the third front extension link 123 may be included. The connection elastic body 71 may assist the front extension link 12 to maintain a default posture in a situation where no external force is applied. It should be noted that the connecting elastic body 71 is not an elastic body for compensating for gravity. The gravity compensating device according to an embodiment is characterized in that the portion provided near the user's arm is provided in a compact manner by arranging an elastic body for gravity compensation on the back side.

이하 도 3을 참조하여, 중력 보상 장치(1)의 중력 보상 메커니즘을 구체적으로 설명한다. 중력 보상 장치(1)의 전방 연장 링크(12)가 사용자의 팔의 움직임에 따라 회전할 경우, 전방 연장 링크(12)와 연결되어 있는 베이스 링크(10)는 제 1 회전축(A1)을 중심으로 회전할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 베이스 링크(10)가 반시계 방향으로 회전하는 것을 기준으로 설명하기로 한다. 베이스 링크(10)가 제1 회전축(A1)을 중심으로 반시계 방향으로 회전할 경우, 커플링 링크(13)는 베이스 링크(10)의 시계 방향으로 회전할 수 있다. 커플링 링크(13)는 시계 방향으로 회전하면서 슬라이더(15)를 상방으로 슬라이딩시킬 수 있다. 슬라이더(15)가 상방으로 슬라이딩 함에 따라, 중력 보상 탄성체(16)는 압축될 수 있다. 압축된 중력 보상 탄성체(16)는 복원력을 통해 중력 보상력을 전방 연장 링크(12)로 전달할 수 있다. 이러한 원리로, 중력 보상 탄성체(16)는 전방 연장 링크(12) 및 지지 파트(18)에 지지 모멘트를 제공할 수 있다.Hereinafter, the gravity compensation mechanism of the gravity compensation device 1 will be described in detail with reference to FIG. 3 . When the front extension link 12 of the gravity compensating device 1 rotates according to the movement of the user's arm, the base link 10 connected to the front extension link 12 rotates about the first rotation axis A1. can rotate Hereinafter, for convenience of description, the base link 10 will be described based on the counterclockwise rotation. When the base link 10 rotates counterclockwise about the first rotation axis A1 , the coupling link 13 may rotate in the clockwise direction of the base link 10 . The coupling link 13 may slide the slider 15 upward while rotating in a clockwise direction. As the slider 15 slides upward, the gravity compensating elastic body 16 may be compressed. The compressed gravity compensating elastic body 16 may transmit the gravitational compensating force to the forward extension link 12 through a restoring force. In this way, the gravity compensating elastic body 16 can provide a support moment to the forward extending link 12 and the support part 18 .

지뢰탐지기와 같이 사용자의 팔에 하중이 인가되는 하중물은 사용자의 팔을 거쳐 베이스 링크(10)를 회전시키려는 토크를 발생시킨다. 이 토크를

라 하고, 이 토크 입력에 따라 슬라이더(15)를 통해 중력 보상 탄성체(16)에 가해지는 힘을

라고 하면, 아래와 같은 관계식을 구할 수 있다.A load applied to the user's arm, such as a mine detector, generates a torque to rotate the base link 10 through the user's arm. this torque

and the force applied to the gravity compensating elastic body 16 through the slider 15 according to this torque input

Then, the following relational expression can be obtained.

도 3을 참조하면, h는 베이스 링크(10) 중심으로부터 커플링 링크(17)까지 수직 거리를 의미하고,

는 커플링 링크(17)의 가상의 연장선과 가이드(14) 사이의 각도를 의미한다.

는 중력 보상 탄성체(16)의 강성을 의미하고,

는 중력 보상 탄성체(16)가 변위되기 전 초기 길이를,

은 중력 보상 탄성체(16)의 현재 길이를 의미한다. 위 식에 기초하여, 작업 영역 내에서 입력되는 일정한 토크에 대한 중력 보상 값을 갖는 중력 보상 장치(1)를 설계할 수 있다.3, h means the vertical distance from the center of the base link 10 to the coupling link 17,

denotes an angle between the imaginary extension line of the coupling link 17 and the guide 14 .

is the stiffness of the gravity compensating elastic body 16,

is the initial length before the gravity compensating elastic body 16 is displaced,

is the current length of the gravity compensating elastic body 16 . Based on the above equation, it is possible to design the gravity compensation device 1 having a gravity compensation value for a constant torque input within the work area.

도 4 내지 도 6은 일 실시 예에 따른 복수 개의 링크 및 지지 파트가 사용자의 움직임에 따라 형태가 변형되는 모습을 개략적으로 도시한 도면들이다.4 to 6 are views schematically illustrating a state in which a plurality of links and support parts are deformed according to a user's movement according to an embodiment.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 사용자는 중력 보상 장치를 착용한 상태에서 자유롭게 팔을 좌측 또는 우측으로 움직일 수 있다. 예를 들어, 사용자가 팔을 전방(+y)으로 방향으로 뻗은 상태에서, 전방 연장 링크(12)는 팔과 나란한 방향으로 뻗어 있을 수 있다. 한편, 사용자가 팔을 좌측(+x 방향)으로 움직이거나 우측(-x 방향)으로 움직일 경우, 복수 개의 전방 연장 링크(12)는 팔의 움직임에 순응하여 변형될 수 있다. 구체적으로, 제 1 전방 연장 링크(121)는 제 2 회전축(A2)을 중심으로 회전할 수 있고, 제 2 전방 연장 링크(122)는 제 1 전방 연장 링크(121)에 대해 제2 회전축(A2)과 평행한 회전축을 중심으로 회전할 수 잇고, 제 3 전방 연장 링크(123)는 제 2 전방 연장 링크(122)에 대해 제 2 회전축(A2)과 평행한 회전축을 중심으로 회전할 수 있다.4 to 6 , the user can freely move his arm left or right while wearing the gravity compensating device. For example, in a state in which the user extends the arm in the forward (+y) direction, the forward extension link 12 may extend in a direction parallel to the arm. On the other hand, when the user moves the arm to the left (+x direction) or to the right (-x direction), the plurality of front extension links 12 may be deformed according to the movement of the arm. Specifically, the first forward extension link 121 may rotate about the second rotation axis A2 , and the second forward extension link 122 has a second rotation axis A2 with respect to the first forward extension link 121 . ) and may rotate about a rotational axis parallel to, and the third forward extension link 123 may rotate about a rotational axis parallel to the second rotational axis A2 with respect to the second forward extension link 122 .

도 7 및 도 8은 일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치의 지지 파트를 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다.7 and 8 are enlarged and schematic views of a support part of a wearable gravity compensator capable of multiple degrees of freedom movement according to an exemplary embodiment.

도 7 및 도 8을 참조하면, 지지 파트(18)는 사용자의 움직임의 자유도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 지지 파트(18)의 지지 베이스(181)는 전방 연장 링크(12)에 대해, 회전 가능하게 연결되고, 지지 플레이트(182)는 지지 조인트(183)를 통해 지지 베이스(181)에 2자유도 움직임이 가능하도록 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 사용자는 중력 보상 장치에 간섭 없이 상대적으로 자유로운 움직임을 수행할 수 있다.7 and 8 , the support part 18 may provide a degree of freedom of movement of the user. For example, the support base 181 of the support part 18 is rotatably connected to the forward extension link 12 , and the support plate 182 is connected to the support base 181 via the support joint 183 . It may be connected to enable two-degree-of-freedom movement. According to such a structure, the user can perform relatively free movement without interference with the gravity compensating device.

도 9는 일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치를 착용한 사용자의 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 10은 일 실시 예에 따른 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치에서 중력 보상을 수행하는 부분을 확대하여 개략적으로 도시한 도면이다.9 is a diagram schematically illustrating a state of a user wearing a wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom movement according to an exemplary embodiment. 10 is an enlarged view schematically illustrating a portion for performing gravity compensation in a wearable gravity compensation device capable of multiple degrees of freedom movement according to an exemplary embodiment.

도 9 및 도 10을 참조하면, 중력 보상 장치(2)는, 메인 프레임(11), 베이스 링크(10), 전방 연장 링크(12), 후방 연장 링크(13), 가이드(14), 슬라이더(15), 중력 보상 탄성체(16), 제 1커플링 링크(17), 링크 플레이트(21), 제 2 커플링 링크(22), 지지 파트(18), 몸통 지지 밴드(191), 팔 지지 밴드(192) 및 어깨 지지 밴드(193)을 포함할 수 있다.9 and 10 , the gravity compensating device 2 includes a main frame 11 , a base link 10 , a front extension link 12 , a rear extension link 13 , a guide 14 , and a slider ( 15), gravity compensating elastic body 16, first coupling link 17, link plate 21, second coupling link 22, support part 18, body support band 191, arm support band 192 and a shoulder support band 193 .

제 1 커플링 링크(17)는 슬라이더(15)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 링크 플레이트(21)는 메인 프레임(11) 및 제 1 커플링 링크(17) 각각에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제 2 커플링 링크(22)는 링크 플레이트(21) 및 후방 연장 링크(13) 각각에 회전 가능하게 연결될 수 있다.The first coupling link 17 may be rotatably connected to the slider 15 . The link plate 21 may be rotatably connected to each of the main frame 11 and the first coupling link 17 . The second coupling link 22 may be rotatably connected to each of the link plate 21 and the rear extension link 13 .

사용자의 팔에 인가되는 부하물은 사용자의 팔을 거쳐 전방 연장 링크(12)를 통해 베이스 링크(10)에 힘을 인가하게 된다. 결국, 부하물은 베이스 링크(10)를 메인 프레임(11)에 대해 회전시키려는 부하 토크를 발생시킨다. 이 부하 토크는 슬라이더(15)를 이동시키고, 중력 보상 탄성체(16)를 압축시킨다. 압축된 중력 보상 탄성체(16)는 부하 토크에 대한 반발 토크를 베이스 링크(10)로 인가한다. 반발 토크를

라 하면, 아래와 같은 관계식을 구할 수 있다.The load applied to the user's arm applies a force to the base link 10 through the front extension link 12 through the user's arm. As a result, the load generates a load torque that tries to rotate the base link 10 relative to the main frame 11 . This load torque moves the slider 15 and compresses the gravity compensating elastic body 16 . The compressed gravity compensating elastic body 16 applies a repulsive torque with respect to the load torque to the base link 10 . rebound torque

Then, the following relational expression can be obtained.

여기서, h1은 메인 프레임(11)에 대한 베이스 링크(10)의 회전 중심으로부터 2개의 회전 조인트(P3, P4)를 잇는 가상의 선까지의 수직 거리를 의미하고, h2는 메인 프레임(11)에 대한 링크 플레이트(21)의 회전 중심(P1)으로부터 2개의 회전 조인트(P2, P3)를 잇는 가상의 선까지의 수직 거리를 의미하고, h3은 메인 프레임(11)에 대한 링크 플레이트(21)의 회전 중심(P1)으로부터 제 1 커플링 링크(17)의 양단에 마련된 2개의 회전 조인트를 잇는 가상의 선까지의 수직 거리를 의미한다.Here, h1 means the vertical distance from the center of rotation of the base link 10 with respect to the main frame 11 to an imaginary line connecting the two rotation joints P3 and P4, and h2 is the main frame 11 means the vertical distance from the center of rotation (P1) of the link plate 21 to the imaginary line connecting the two rotation joints (P2, P3), h3 is the It means the vertical distance from the center of rotation (P1) to an imaginary line connecting the two rotation joints provided at both ends of the first coupling link (17).

링크 플레이트(21) 및 제 2 커플링 링크(22)를 통해, 중력 보상 장치(2)는 보다 많은 수의 링크 및 조인트를 가질 수 있고, 이를 통해 많은 수의 설계 파라미터를 가질 수 있다. 많은 수의 설계 파라미터는, 부하 토크를 보다 잘 보상할 수 있도록 장치를 설계하는데 도움을 줄 수 있다.Via the link plate 21 and the second coupling link 22 , the gravity compensating device 2 can have a larger number of links and joints, and thereby a larger number of design parameters. A large number of design parameters can help design the device to better compensate for the load torque.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

1: 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치
11: 메인 프레임
10: 베이스 링크
12: 전방 연장 링크
121: 제1전방 연장 링크
122: 제2전방 연장 링크
123: 제3전방 연장 링크
13: 후방 연장 링크
14: 가이드
15: 슬라이더
16: 중력 보상 탄성체
17: 커플링 링크(제 1 커플링 링크)
18: 지지 파트
181: 지지 베이스
182: 지지 플레이트
183: 지지 조인트
21: 링크 플레이트
22: 제 2 커플링 링크1: Wearable gravity compensating device with multiple degrees of freedom
11: main frame
10: base link
12: front extension link
121: first front extension link
122: second front extension link
123: third forward extension link
13: rear extension link
14: Guide
15: slider
16: gravity compensation elastic body
17: coupling link (first coupling link)
18: support part
181: support base
182: support plate
183: support joint
21: link plate
22: second coupling link

Claims

사용자의 등에 고정 가능한 메인 프레임;
상기 메인 프레임에 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 베이스 링크;
일단이 상기 제 1 회전축에 교차하는 제 2 회전축을 중심으로 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 연결되고, 상기 베이스 링크의 전방으로 연장되는 전방 연장 링크;
상기 베이스 링크에 연결되고, 상기 베이스 링크의 후방으로 연장되는 후방 연장 링크;
상기 베이스 링크보다 상방에 위치하고, 상기 메인 프레임에 마련되는 가이드;
상기 가이드를 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더;
일단이 상기 메인 프레임에 고정되고, 타단이 상기 슬라이더에 고정되는 중력 보상 탄성체;
상기 슬라이더에 회전 가능하게 연결되는 제 1 커플링 링크;
상기 메인 프레임 및 제 1 커플링 링크 각각에 회전 가능하게 연결되는 링크 플레이트; 및
상기 링크 플레이트 및 후방 연장 링크 각각에 회전 가능하게 연결되는 제 2 커플링 링크를 포함하는, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.a main frame that can be secured to the user's back;
a base link rotatably connected to the main frame about a first axis of rotation;
a forward extension link having one end rotatably connected to the base link with respect to a second axis of rotation intersecting the first axis of rotation, and extending forward of the base link;
a rear extension link connected to the base link and extending rearward of the base link;
a guide positioned above the base link and provided on the main frame;
a slider slidable along the guide;
a gravity compensating elastic body having one end fixed to the main frame and the other end fixed to the slider;
a first coupling link rotatably connected to the slider;
a link plate rotatably connected to each of the main frame and the first coupling link; and
A wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom movement, including a second coupling link rotatably connected to each of the link plate and the rear extension link.

제 1 항에 있어서,
상기 후방 연장 링크는 상기 베이스 링크에 고정되어, 상기 베이스 링크와 일체로 움직이는, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.The method of claim 1,
The rear extension link is fixed to the base link, moving integrally with the base link, wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom.

제 1 항에 있어서,
상기 전방 연장 링크는 상기 메인 프레임에 대해 2자유도 움직임이 가능한, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.The method of claim 1,
The front extension link is a wearable gravity compensating device capable of movement in two degrees of freedom with respect to the main frame, allowing movement in multiple degrees of freedom.

제 1 항에 있어서,
상기 전방 연장 링크의 타단에 연결되고, 사용자의 팔을 지지 가능하고, 상기 전방 연장 링크에 대해 2자유도 움직임이 가능한 지지 파트를 더 포함하는, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.The method of claim 1,
Connected to the other end of the forward extension link, capable of supporting a user's arm, and further comprising a support part capable of moving in two degrees of freedom with respect to the forward extension link, wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom movement.

제 4 항에 있어서,
상기 지지 파트는,
상기 전방 연장 링크에 제 3 회전축을 중심으로 회전 가능한 지지 베이스;
상기 지지 베이스의 상측에 구비되고, 상기 지지 베이스에 대해 2자유도 움직임이 가능한 지지 플레이트; 및
상기 지지 베이스 및 지지 플레이트를 연결하는 지지 조인트를 포함하는, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.5. The method of claim 4,
The support part is
a support base rotatable about a third rotation axis on the front extension link;
a support plate provided on an upper side of the support base and capable of movement in two degrees of freedom with respect to the support base; and
A wearable gravity compensating device that can move in multiple degrees of freedom, including a support joint connecting the support base and the support plate.

제 5 항에 있어서,
상기 지지 조인트는 유니버셜 조인트 또는 볼 조인트인, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.6. The method of claim 5,
The support joint is a universal joint or a ball joint, a wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom.

제 5 항에 있어서,
상기 제 3 회전축은 상기 제 2 회전축과 평행한, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.6. The method of claim 5,
The third axis of rotation is parallel to the second axis of rotation, a wearable gravity compensator capable of movement in multiple degrees of freedom.

제 4 항에 있어서,
상기 지지 파트에 연결되고, 상기 사용자의 팔을 감싸는 팔 지지 밴드를 더 포함하는, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.5. The method of claim 4,
A wearable gravity compensating device connected to the support part and further comprising an arm support band surrounding the user's arm, allowing multiple degrees of freedom of movement.

제 1 항에 있어서,
상기 전방 연장 링크는 복수 개로 형성되고,
복수 개의 전방 연장 링크는,
일단이 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 연결되는 제 1 전방 연장 링크; 및
일단이 상기 제 1 전방 연장 링크의 타단에 회전 가능하게 연결되는 제 2 전방 연장 링크를 포함하는, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.The method of claim 1,
The forward extension link is formed in plurality,
A plurality of forward extension links,
a first forward extension link having one end rotatably connected to the base link; and
A wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom, wherein one end includes a second forward extension link rotatably connected to the other end of the first forward extension link.

제 9 항에 있어서,
상기 제 1 전방 연장 링크에 대한 상기 제 2 전방 연장 링크의 회전축은 상기 제 2 회전축과 평행한, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.10. The method of claim 9,
The rotation axis of the second forward extension link with respect to the first forward extension link is parallel to the second axis of rotation, a wearable gravity compensating device capable of movement in multiple degrees of freedom.

제 9 항에 있어서,
일단이 상기 제 1 전방 연장 링크에 연결되고, 타단이 상기 제 2 전방 연장 링크에 연결되는 연결 탄성체를 더 포함하는, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.10. The method of claim 9,
A wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom of movement, further comprising a connection elastic body having one end connected to the first forward extension link and the other end connected to the second forward extension link.

제 9 항에 있어서,
상기 복수 개의 전방 연장 링크는, 일단이 상기 제 2 전방 연장 링크의 타단에 회전 가능하게 연결되는 제 3 전방 연장 링크를 더 포함하고,
상기 제 2 전방 연장 링크의 일단은 상기 제 1 전방 연장 링크의 하측에 연결되고, 타단은 상기 제 3 전방 연장 링크의 하측에 연결되는, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.10. The method of claim 9,
The plurality of forward extension links further include a third forward extension link having one end rotatably connected to the other end of the second forward extension link,
One end of the second forward extension link is connected to a lower side of the first forward extension link, and the other end is connected to a lower side of the third forward extension link.

제 1 항에 있어서,
상기 전방 연장 링크 및 후방 연장 링크가 상기 제 1 회전축을 중심으로 회전하는 동안, 상기 슬라이더는 상기 가이드를 따라 슬라이딩하고, 상기 탄성체는 변형되는, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.The method of claim 1,
While the front extension link and the rear extension link rotate about the first rotation axis, the slider slides along the guide, and the elastic body is deformed, a wearable gravity compensating device capable of multiple degrees of freedom.

제 1 항에 있어서,
상기 메인 프레임에 연결되고, 상기 사용자의 몸통을 감싸는 몸통 지지 밴드를 더 포함하는, 다자유도 움직임이 가능한 착용형 중력 보상 장치.The method of claim 1,
A wearable gravity compensating device connected to the main frame and further comprising a body support band surrounding the user's body, allowing multiple degrees of freedom of movement.