KR102448693B1 - 힘 전달 프레임 및 이를 포함하는 운동 보조 장치 - Google Patents

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Abstract

이상의 설명은 힘 전달 프레임 및 이를 포함하는 운동 보조 장치에 관한 것이다. 일 실시 예에 따르면, 힘 전달 프레임은, 너비보다는 길이가 더 큰 형태로, 양 단부의 강성이 상기 길이 방향으로 중간 영역의 강성보다 더 클 수 있다.

Description

힘 전달 프레임 및 이를 포함하는 운동 보조 장치{A FORCE TRANSMITTING FRAME AND A MOTION ASSIST APPARATUS COMPRISING THEREOF}
아래의 설명은 힘 전달 프레임 및 이를 포함하는 운동 보조 장치에 관한 것이다.
최근 고령화 사회가 심화됨에 따라서 관절에 문제가 있어서 이에 대한 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있으며, 관절이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 보조 장치는 사용자의 다리 근력을 보조할 수 있도록 각 관절부들을 구동시키는 구동 모터나 유압시스템 등을 구비한 능동형 관절구조를 구비하기도 한다.
미국공개특허 제2009/0287125호(2009. 11. 19.) 일본공개특허 제2010-110464호(2010. 5. 20.)
일 실시 예에 따르면, 힘 전달 프레임은, 너비보다는 길이가 더 큰 형태로, 양 단부의 강성이 상기 길이 방향으로 중간 영역의 강성보다 더 클 수 있다.
상기 중간 영역은 유연할 수 있다.
상기 양 단부의 강성은 상기 중간 영역의 강성의 1.5 내지 20배일 수 있다.
상기 양 단부의 강성은 상기 중간 영역의 강성의 4 내지 10배일 수 있다.
상기 양 단부의 표면은 동일한 방향을 향할 수 있다.
상기 양 단부의 표면은 서로 다른 방향을 향할 수 있다.
상기 양 단부의 표면은 80 내지 100도의 각도를 이룰 수 있다.
상기 중간 영역은 휘어진 곡선 형태일 수 있다.
상기 힘 전달 프레임은, 대상체의 일측을 지지하는 내측 프레임; 및 양 단부가 상기 내측 프레임의 양 단부와 고정되고, 중간부는 상기 내측 프레임의 중간부와 고정되지 않는 외측 프레임을 포함하고, 상기 외측 프레임의 중간부는, 상기 내측 프레임의 중간부에 대하여 슬라이딩 이동 가능하게 설치됨으로써, 가능하게 설치됨으로써, 양 단부의 강성이 상기 길이 방향으로 중간 영역의 강성보다 더 크게 형성될 수 있다.
상기 내측 프레임은, 내측 플레이트와, 상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이에 구비되는 제 1 걸림부를 포함하고, 상기 외측 프레임은, 외측 플레이트와, 상기 제 1 걸림부와 결합되는 제 2 걸림부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 걸림부 및 제 2 걸림부 중 하나의 걸림부는, 나머지 하나의 걸림부가 위치한 방향으로 갈수록 너비가 증가되는 부분을 포함할 수 있다.
상기 하나의 걸림부의 단면은, 역 사다리꼴(reversed trapezoidal) 형상을 가질 수 있다.
상기 내측 프레임은, 상기 내측 플레이트로부터 상기 외측 플레이트를 향하여 돌출 형성되는 제 1 돌기부를 더 포함하고, 상기 외측 프레임은, 상기 외측 플레이트로부터 상기 내측 플레이트를 향하여 돌출 형성되는 제 2 돌기부를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부는, 상기 내측 프레임 및 외측 프레임의 길이 방향을 따라서 복수 개 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 제 1 돌기부 중 인접한 2개의 제 1 돌기부 사이의 간격은, 상기 2개의 제 1 돌기부의 맞은편에 구비되는 제 2 돌기부의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이의 간격은, 중간부로부터 양 단부로 갈수록 감소할 수 있다.
상기 내측 플레이트로부터 외측 플레이트까지의 간격은, 아래의 수학식에 따라 결정될 수 있다.
<수학식>
Figure 112015053271480-pat00001
여기서, h(x)는 상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이의 간격, F는 상기 힘 전달 프레임의 일 단부에 작용하는 힘의 크기, T는 상기 내측 플레이트에 걸리는 장력의 크기, L은 상기 힘 전달 프레임의 길이, x는 상기 힘 전달 프레임의 타 단부로부터 상기 내측 플레이트의 임의의 점까지의 거리, p(x)는 x에서의 상기 내측 플레이트의 높이이다.
상기 힘 전달 프레임은, 상기 내측 프레임 및 외측 프레임 중 적어도 하나 이상의 프레임에 구비되는 프레임 보강재를 더 포함할 수 있다.
상기 프레임 보강재는, CFRP(carbon fiber reinforced plastic) 소재를 포함할 수 있다.
상기 힘 전달 프레임은, 상기 내측 프레임의 일단 및 상기 외측 프레임의 일단에 연결되며, 상기 대상체의 일 부분에 힘을 전달하는 작용부를 더 포함할 수 있다.
상기 작용부의 두께는, 상기 내측 프레임의 일단의 두께 및 상기 외측 프레임의 일단의 두께의 합보다 더 크게 형성될 수 있다.
상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이의 거리는 상기 작용부로부터 멀어질수록 증가될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 힘 전달 프레임은, 제 1 플레이트; 상기 제 1 플레이트와 마주보도록 설치되는 제 2 플레이트; 상기 제 1 플레이트의 일단 및 제 2 플레이트의 일단을 고정하는 연결부; 및 상기 제 1 플레이트의 타단 및 제 2 플레이트의 타단을 고정하는 작용부를 포함할 수 있다.
상기 힘 전달 프레임은, 상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트가 서로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 내측 프레임은, 내측 플레이트와, 상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이에 구비되는 제 1 걸림부를 포함하고, 상기 외측 프레임은, 외측 플레이트와, 상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이에 구비되는 제 2 걸림부를 포함하고, 상기 이탈 방지 부재의 일측은, 상기 제 1 걸림부와 슬라이딩 이동 가능하게 결합되고, 상기 이탈 방지 부재의 타측은, 상기 제 2 걸림부와 슬라이딩 이동 가능하게 결합될 수 있다.
상기 힘 전달 프레임은, 상기 제 1 플레이트로부터 돌출되는 가이드 돌기와, 상기 가이드 돌기에 형성되는 가이드 홀을 포함하는 가이드부를 더 포함하고, 상기 제 2 플레이트는 상기 가이드 홀에 수용될 수 있다.
상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트 사이의 간격은, 상기 작용부의 법선 방향의 제 1 단위 벡터 및 간격 방향의 제 2 단위 벡터의 내적 값과, 상기 작용부로부터 상기 간격까지의 거리 값의 곱에 비례하여 결정될 수 있다.
상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트 사이의 간격은, 상기 작용부에 작용하는 힘의 방향에 대하여 수직한 방향으로의 거리에 비례하여 결정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 운동 보조 장치는, 대상체에 고정되는 고정 부재; 상기 고정 부재의 일측에 구비되는 구동원; 상기 대상체의 관절부의 회전 동작을 보조하기 위한 조인트 어셈블리; 및 일 단부는 상기 조인트 어셈블리에 연결되고, 타 단부는 상기 대상체의 일 부분에 힘을 전달하는 힘 전달 프레임을 포함하고, 상기 힘 전달 프레임의 타 단부의 강성은, 상기 힘 전달 프레임의 중간부의 강성보다 더 높을 수 있다.
상기 힘 전달 프레임은, 양 단부가 서로 고정되고, 중간부는 서로 고정되지 않는 2개의 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 힘 전달 프레임의 상기 타 단부의 강성은 상기 중간부의 강성보다 1.5 내지 20배일 수 있다.
상기 힘 전달 프레임의 상기 타 단부의 강성은 상기 중간부의 강성보다 4 내지 10배일 수 있다.
상기 힘 전달 프레임은, 상기 내측 프레임 및 외측 프레임 사이에 삽입되어, 상기 내측 프레임 및 외측 프레임을 지지하는 지지체; 및 상기 내측 프레임 및 외측 프레임이 서로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지 밴드를 더 포함할 수 있다.
상기 지지체는, 상하 방향으로 다수 회 절곡된 형상이고, 카본 섬유로 이루어지며, 상기 이탈 방지 밴드는, 상기 내측 프레임 및 외측 프레임의 둘레 방향을 따라서 감기며, 패브릭 소재로 이루어질 수 있다.
상기 힘 전달 프레임은, 상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트 사이에 삽입되어, 상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트를 지지하는 지지체; 및 상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트가 서로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지 밴드를 더 포함할 수 있다.
상기 운동 보조 장치의 상기 힘 전달 프레임은, 상기 2개의 플레이트 사이에 삽입되어, 상기 2개의 플레이트를 지지하는 지지체; 및 상기 2개의 플레이트가 서로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지 밴드를 더 포함할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이다.
도 2는 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이다.
도 3은 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 분해 사시도이다.
도 4는 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 단면도이다.
도 5는 실시 예에 따른 내측 프레임의 내면 및 측면을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 외측 프레임의 내면 및 측면을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 일 부분에서의 슬라이딩 이동 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 단면도이다.
도 10은 실시 예들에 따른 힘 전달 프레임의 두께를 결정하는 방법을 나타내는 그래프이다.
도 11은 추가 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 사시도이다.
도 12는 다른 추가 실시 예에 따른 힘 전달 프레임을 나타내는 도면이다.
도 13은 다른 추가 실시 예의 변형 예에 따른 힘 전달 프레임의 측면도이다.
도 14는 실시 예들에 따른 힘 전달 프레임에 하중이 가해질 때 힘 전달 프레임이 변형되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 15는 또 다른 추가 실시 예에 따른 힘 전달 프레임을 나타내는 도면이다.
도 16은 또 다른 추가 실시 예에 따른 힘 전달 프레임에서 이탈 방지 밴드가 분리된 상태를 도시한 도면이다.
도 17은 또 다른 추가 실시 예에 따른 지지체를 나타내는 도면이다.
도 18은 또 다른 추가 실시 예의 제 1 변형 예에 따른 지지체를 나타내는 도면이다.
도 19는 또 다른 추가 실시 예의 제 2 변형 예에 따른 지지체를 나타내는 도면이다.
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.
도 1은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이고, 도 2는 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 운동 보조 장치(10)는, 대상체에 착용되어 대상체의 운동을 보조할 수 있다.
대상체는 사람, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 1은 운동 보조 장치(10)가, 대상체의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 도시하고 있으나, 운동 보조 장치(10)는, 대상체의 손, 상박, 하박 등 상체의 다른 부분이나, 발, 종아리 등의 하체의 다른 부위를 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(10)는, 대상체의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다.
이하, 운동 보조 장치(10)가, 사람의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.
운동 보조 장치(10)는, 고정 부재(20)와, 구동 모듈(30)과, 조인트 어셈블리(40)와, 지지 모듈(50)과, 구동 모듈(30)을 제어하는 제어부(70)와, 구동 모듈(30)로 전원을 공급하는 전원 공급부(80)를 포함할 수 있다.
고정 부재(20)는, 대상체에 고정될 수 있고, 대상체의 외면을 따라서 감싸는 형상일 수 있다. 예를 들어, 고정 부재(20)는, 대상체의 허리의 일측에 고정될 수 있고, 대상체의 접촉 부분에 대응하는 만곡면을 포함하는 형상일 수 있다.
구동 모듈(30)은, 조인트 어셈블리(40)로 전달되는 동력을 제공할 수 있다. 구동 모듈(30)은, 전원 공급부(80)로부터 전압 또는 전류를 제공받아 동력을 생성하는 모터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈(30)은, 조인트 어셈블리(40)의 측 방향에, 다시 말하면, 구동 모듈(30)의 회전 축이 어셈블리(40)의 회전 축으로부터 이격되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 구동 모듈(30) 및 조인트 어셈블리(40)가 회전 축을 공유하는 경우보다, 대상체로부터 돌출되는 높이를 줄일 수 있다. 한편, 도면과 달리 구동 모듈(30)은, 조인트 어셈블리(40)와 더욱 더 이격하여 배치될 수도 있다. 이 경우, 구동 모듈(30)로부터 조인트 어셈블리(40)로 동력을 전달하는 동력 전달 모듈이 추가로 구비될 수 있다. 동력 전달 모듈은, 기어 등의 회전체 이거나, 와이어, 케이블, 스트링, 고무줄, 스프링, 벨트, 또는 체인 등의 길이 방향 부재일 수도 있다.
조인트 어셈블리(40)는, 구동 모듈(30)로부터 동력을 전달받아, 대상체의 관절부의 운동을 보조할 수 있다. 조인트 어셈블리(40)는, 대상체의 관절부에 대응하는 위치인 고정 부재(20)의 일측에 배치될 수 있다. 조인트 어셈블리(40)의 일측은 구동 모듈(30)에 연결되고, 타측은 지지 모듈(50)에 연결될 수 있다.
조인트 어셈블리(40)는, 회동 부재(42)와, 연결 부재(44)를 포함할 수 있다. 회동 부재(42)는, 구동 모듈(30)로부터 전달받은 동력에 의해 회전될 수 있다. 예를 들어, 회동 부재(42)는, 대상체의 고관절의 일측에 배치될 수 있다. 연결 부재(44)는, 회동 부재(42) 및 지지 모듈(50)을 연결하고, 회동 부재(42)의 회전력에 의해 회전될 수 있다. 연결 부재(44)는 예를 들어, 힌지(hinge) 결합 구조일 수 있다. 힌지 결합 구조의 힌지 축 및 회동 부재(42)의 회동 축에 의해, 지지 모듈(50)은, 고정 부재(20)에 대하여 2 자유도(degree-of-freedom) 운동을 할 수 있다.
지지 모듈(50)은, 대상체의 일부를 지지하고, 운동을 보조할 수 있다. 조인트 어셈블리(40)의 회전력에 의해 회전될 수 있는 지지 모듈(50)은, 힘 전달 프레임(100), 작용 부재(54) 및 지지 부재(56)를 포함할 수 있다.
힘 전달 프레임(100)은, 대상체의 일 부분에 힘을 전달할 수 있다. 힘 전달 프레임(100)의 일 단부는, 조인트 어셈블리(40)와 연결되어 회동되고, 타 단부는, 지지 부재(56)에 연결되어, 대상체의 일 부분에 힘을 전달할 수 있다. 예를 들어, 힘 전달 프레임(100)은 대상체의 허벅지를 밀거나 당길 수 있다. 힘 전달 프레임(100)은, 대상체의 허벅지의 길이 방향을 따라서 연장되고 절곡되어 대상체의 허벅지 둘레의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 힘 전달 프레임(100)의 일 단부는, 대상체의 허벅지 측면에 위치하고, 타 단부는, 대상체의 허벅지 전면에 위치할 수 있다. 다시 말하면, 힘 전달 프레임(100)의 일 단부 측의 면과, 타 단부 측의 면은 서로 직교할 수 있다.
힘 전달 프레임(100)은, 연결 부재(44)에 대하여 움직임 가능하게 연결될 수 있다. 힘 전달 프레임(100) 및 연결 부재(44)의 상대적인 운동에 의하여, 조인트 어셈블리(40)로부터 작용 부재(54)까지의 총 길이는 가변될 수 있다. 이 경우, 지지 모듈(50)은, 고정 부재(20)에 대하여 3 자유도 운동을 할 수 있다.
작용 부재(54)는, 힘 전달 프레임(100)의 타 단부에 연결되어, 대상체의 일부에 힘을 작용할 수 있다. 예를 들어, 작용 부재(54)는, 대상체의 허벅지의 전면 또는 둘레 방향을 따라 배치되어, 대상체의 허벅지를 밀거나 당길 수 있다. 작용 부재(54)는, 힘 전달 프레임(100)의 타 단부를 중심으로 양측으로 연장되는 대상체의 허벅지에 대응하는 만곡면을 포함할 수 있다.
지지 부재(56)는, 작용 부재(54)의 일측에 연결될 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(56)는, 대상체의 허벅지의 적어도 일부의 둘레를 감싸도록 배치되어, 대상체의 허벅지가 힘 전달 프레임(100)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 분해 사시도이고, 도 4는 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 힘 전달 프레임(100)은, 내측 프레임(110)과, 외측 프레임(130)과, 조인트 연결부(150)와, 작용부(160)와, 프레임 보강재(170)(180)를 포함할 수 있다.
내측 프레임(110)은, 대상체를 향하여 배치되어 대상체의 일측을 지지할 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, 내측 프레임(110)은 대상체의 골반 부근에서는 허벅지의 측면을 지지하고 대상체의 무릎 부근에서는 허벅지의 전면을 지지할 수 있다. 허벅지의 측면 및 전면을 지지하도록 내측 프레임(10)의 중간 영역은 휘어지는 곡선 형태로 구현될 수 있다. 내측 프레임(110)은 제 1 프레임이라고 할 수도 있으며, 내측 플레이트(112)와, 제 1 돌기부(114)와, 제 1 걸림부(116)를 포함할 수 있다.
내측 플레이트(112)는, 대상체의 외면에 대응하는 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 것처럼 내측 플레이트(112)는, 허벅지의 길이 방향을 따라서 골반 부근에서는 측면 그리고 무릎 부근에서는 전면에 대응하는 형태로 길게 배치될 수 있다. 내측 플레이트(112)는, 두께가 얇고 탄성을 갖는 판재, 예를 들어, 플라스틱 또는 스틸 등의 소재로 형성될 수 있다. 내측 플레이트(112)는 제 1 플레이트라고 할 수도 있다.
제 1 돌기부(114)는, 내측 플레이트(112)로부터 외측 프레임(130)을 향하여 돌출될 수 있다. 제 1 돌기부(114)는, 내측 플레이트(112)의 길이 방향을 따라서 복수 개가 서로 이격되어 배치될 수 있고, 내측 플레이트(112)의 길이 방향에 직교하는 방향인 허벅지 둘레 방향으로 길게 형성될 수 있다.
제 1 걸림부(116)는, 외측 프레임(130)이 내측 프레임(110)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 제 1 걸림부(116)는 제 1 돌기부(114)의 측면들과 내측 플레이트(112)의 내면으로 이루어진 그루브의 형태를 가질 수 있다. 도 4와 같이, 제 1 걸림부(116)는 사다리꼴 모양의 그루브 형태를 가질 수 있다. 이러한 그루브 형태를 가지도록 제 1 돌기부(114)의 측면은 내측 플레이트(112)로부터 멀어질수록 안쪽으로 돌출되는 형상일 수 있다. 예를 들어, 제 1 돌기부(114)가 내측 플레이트(112)의 양측 테두리를 따라서 2열로 배열되는 경우, 제 1 돌기부(114)의 측면들은 내측 플레이트(112)로부터 멀어질수록 가운데를 향하여 돌출되는 형상을 가질 수 있다. 이러한 제 1 돌기부(114)의 측면들과 내측 플레이트(112)의 내면이 이후 설명할 외측 프레임(130)의 제 2 걸림부(136)와 결합하여 이탈을 방지하는 그루브를 형성한다.
외측 프레임(130)은, 내측 프레임(110)에 대응하는 형상으로 제공될 수 있다. 외측 프레임(130)은, 내측 프레임(110)을 기준으로 대상체의 반대 방향에 배치될 수 있다. 외측 프레임(130)은 제 2 프레임이라고 할 수도 있으며, 외측 플레이트(132), 제 2 돌기부(134) 및 제 2 걸림부(136)를 포함할 수 있다.
외측 플레이트(132)는, 내측 플레이트(112)에 대응하는 형상으로 내측 플레이트(112)와 이격하여 배치될 수 있다. 외측 플레이트(132)는, 두께가 얇고 탄성을 갖는 판재, 예를 들어, 플라스틱 또는 스틸 등의 소재로 형성될 수 있다. 외측 플레이트(132)는 제 2 플레이트라고 할 수도 있다.
외측 플레이트(132) 및 내측 플레이트(112) 사이의 간격은 작용부(160) 또는/및 조인트 연결부(150) 측에서부터 멀어질수록 증가될 수 있다. 예를 들어, 간격은, 힘 전달 프레임(100)의 중간부에서 가장 크고 양 단부로 갈수록 감소할 수 있다. 따라서, 힘 전달 프레임(100)의 양 단부의 강성은, 중간부의 강성보다 더 높을 수 있다.
힘 전달 프레임(100)이 3차원 형상을 가질 경우, 외측 플레이트(132) 및 내측 플레이트(112) 사이의 간격은, 작용부(160)의 법선 방향의 제 1 단위 벡터 및 간격 방향의 제 2 단위 벡터의 내적 값과, 작용부(160)로부터 간격까지의 거리 값의 곱에 비례하여 결정될 수 있다.
제 2 돌기부(134)는, 외측 플레이트(132)로부터 내측 플레이트(112)를 향하여 돌출될 수 있다. 제 2 돌기부(134)는, 외측 플레이트(132)의 길이 방향을 따라서 복수 개가 서로 이격되어 배치될 수 있고, 외측 플레이트(132)의 길이 방향에 직교하는 허벅지 둘레 방향으로 길게 형성될 수 있다.
제 2 걸림부(136)는, 내측 프레임(110)이 외측 프레임(130)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 도 4와 같이, 제 2 걸림부(136)의 단면은, 역 사다리꼴(reversed trapezoidal) 도브 테일(dove tail) 형상을 가질 수 있다. 외측 플레이트(132)로부터 내측 플레이트(112)를 향하여 갈수록 너비가 증가하는 제 2 걸림부(136)는 사다리꼴 모양의 제 1 걸림부(116)와 결합하여 외측 플레이트(132)의 이탈을 방지한다.
조인트 연결부(150)는, 조인트 어셈블리(40)의 회전력을 내측 프레임(110) 및 외측 프레임(130)에 전달할 수 있다. 조인트 연결부(150)의 일단에는, 제 1 플레이트(112)의 일단 및 제 2 플레이트(132)가 고정될 수 있고 타단에는 조인트 어셈블리(40)의 연결 부재(44)가 고정될 수 있다.
작용부(160)는, 조인트 어셈블리(40)의 회전력을 전달받아 대상체의 일부에 힘을 전달할 수 있다. 도 1과 같이, 작용부(160)가 대상체의 허벅지 전면에 힘을 전달할 수 있도록, 제 1 플레이트(112) 의 타단 및 제 2 플레이트(132)의 타단이 고정될 수 있다. 작용부(160)의 두께는, 작용부(160)에 인접한 내측 프레임(110)의 두께 및 외측 프레임(130)의 두께의 합보다 더 클 수 있다.
힘 전달 프레임(100)의 조인트 연결부(150)와 작용부(160)의 표면은 서로 다른 방향을 바라볼 수 있다. 도 3의 경우처럼 조인트 연결부(150)의 표면은 대상체의 골반 부근의 허벅지 측면을 향하고, 작용부(160)의 표면은 무릎 부근의 허벅지 정면을 향하도록 힘 전달 프레임(100)의 구조를 형성할 수 있다. 구체적으로, 조인트 연결부(150)의 표면과 작용부(160)의 표면은 약 80도 내지 100도 각도를 이룰 수 있다.
프레임 보강재(170)(180)는, 내측 프레임(110), 외측 프레임(130) 및 작용부(160) 중 하나 이상에 구비될 수 있다. 프레임 보강재(170)(180)는, 강성 증가가 필요한 부분에 추가될 수 있으며, 강도 및 탄성이 높은 카본 섬유 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프레임 보강재(170)(180)는, CFRP(carbon fiber reinforced plastic) 소재를 포함할 수 있다.
조인트 연결부(150) 및 작용부(160)에 의해, 내측 프레임(110) 및 외측 프레임(130)의 양 단부가 각각 서로 고정된 힘 전달 프레임(100)의 끝 부분들은 비틀림에 저항하는 높은 강성을 가진다. 서로 구속된 상태인 양 단부와 달리, 내측 프레임(110)의 중간부는 외측 프레임(130)의 중간부에 대하여 상대적으로 이동될 수 있다. 따라서, 힘 전달 프레임(100)의 중간부는 단부보다 높은 유연성을 가질 수 있다. 거꾸로 말하면, 힘 전달 프레임(100)의 양 단부의 강성은 중간부의 강성보다 더 높을 수 있다. 구체적으로, 양 단부는 중간부의 강성에 비해 1.5 내지 20배의 강성을 가질 수 있다. 더 구체적으로는 4 내지 10배의 강성을 가질 수 있다. 양 단부의 강성은 동일하거나 다를 수 있다. 일 예로, 중간부의 강성은 약 0.91N/mm 그리고 일 단부의 강성은 약 5.9N/mm일 수 있다.
한편, 내측 프레임(110) 및 외측 프레임(130)은, 제 1 걸림부(116) 및 제 2 걸림부(136)의 상호 작용에 의하여, 서로 벌어지는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 내측 프레임(110)의 중간부는 외측 프레임(130)의 중간부에 대하여 슬라이딩 이동될 수 있다. 결과적으로, 힘 전달 프레임(100)에 의하면, 중간부가 유연하면서도, 내측 프레임(110) 또는 외측 프레임(130)이 좌굴(buckling)되는 것을 방지할 수 있다.
이처럼 설명한 힘 전달 프레임은 대상체의 허벅지 골반 측면 부근으로부터 무릎 정면 부근으로 장착될 수 있도록 너비보다는 길이가 더 큰 형태로 길게 그리고 중간 영역이 휘어진 형태를 가질 수 있다. 힘을 전달받고 전달하는 양 단부 강성은 높은 반면, 허벅지와 접촉하는 중간부는 상대적으로 낮은 강성으로 유연성을 가져 착용에 편안함을 제공할 수 있다.
이러한 유연성을 가지는 중간부를 이루도록 도브테일 형태로 결합한 두 프레임을 앞선 실시 예는 보여주고 있지만, 이와 다른 구조들로 얼마든지 적용 가능하다. 일 예로 하나의 프레임에서 양 끝 부분과 중간 부분의 두께 또는 물질을 달리하여 강성의 차이를 구현할 수 도 있다. 양 단부의 강성이 중간 영역보다 크고 중간 영역이 유연한 형태의 힘 전달 프레임은 본 명세서의 기술적 범주에 포함된다고 할 수 있다. 일 예로 양 단부의 강성은 중간 영역의 강성에 비해 같거나 1.5 내지 20배 클 수 있고, 구체적으로는 4 내지 10배 클 수 있으며, 서로 동일하거나 다를 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 내측 프레임의 내면 및 측면을 나타내는 도면이고, 도 6은 실시 예에 따른 외측 프레임의 내면 및 측면을 나타내는 도면이고, 도 7은 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 일 부분에서의 슬라이딩 이동 동작을 나타내는 도면이다. 힘 전달 프레임의 중간부에 힘이 가해지면, 힘 전달 프레임의 적어도 일 부분에서는 도 7과 같은 슬라이딩 이동 동작이 이루어질 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 내측 프레임(110) 및 외측 프레임(130)이 슬라이딩 이동될 때에, 제 1 돌기부(114) 및 제 2 돌기부(134)는 서로 맞물리지 않고 부드럽게 이동될 수 있다.
구체적으로, 복수 개의 제 1 돌기부(114) 중 인접한 2개의 제 1 돌기부(114) 사이의 간격 d1은, 인접한 2개의 제 1 돌기부(114)에 대향하도록 배치되는 제 2 돌기부(134)의 길이 L2보다 짧게 형성될 수 있다. 마찬가지로, 복수 개의 제 2 돌기부(134) 중 인접한 2개의 제 2 돌기부(134) 사이의 간격 d2는, 인접한 2개의 제 2 돌기부(134)에 대향하도록 배치되는 제 1 돌기부(114)의 길이 L1보다 짧게 형성될 수 있다. 위 구조에 의하면, 도 7과 같이 슬라이딩 이동 동작 중에, 돌기부가 반대편 간격으로 삽입되어 슬라이딩 이동 동작을 방해하는 문제를 방지할 수 있다.
구체적으로, 도 7(a)와 같이 힘 전달 프레임(100)에 외력이 가해지지 않은 상태에서, 외력이 가해지면 도 7(b) 및 도 7(c)와 같이 내측 프레임(110)의 중간부 및 외측 프레임(130)의 중간부는 상대적으로 이동될 수 있다. 위 과정에서 제 1 돌기부(114)는, 하나의 제 2 돌기부(134)에 대향하는 위치로부터, 인접한 다른 하나의 제 2 돌기부(134)에 대향하는 위치까지 이동함에 있어서, 제 2 돌기부(134) 사이의 간격에 삽입되지 않을 수 있으므로, 부드럽게 슬라이딩 이동될 수 있다.
이하 상기한 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소에 대하여, 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 상기한 실시 예에 대한 설명은 이하의 실시 예들에도 적용될 수 있다. 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 힘 전달 프레임(200)은, 내측 프레임(210)과, 외측 프레임(230)을 포함할 수 있다. 내측 프레임(210)은, 내측 플레이트(212)와, 제 1 돌기부(214)와, 제 1 걸림부(216)를 포함할 수 있다. 외측 프레임(230)은, 외측 플레이트(232)와, 제 2 돌기부(234)와, 제 2 걸림부(236)를 포함할 수 있다.
제 2 걸림부(236)는, 제 1 걸림부(216)에 결합될 수 있다. 제 2 걸림부(236)는, 외측 플레이트(232)로부터 멀어질수록 너비가 증가되는 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 걸림부(236)의 단면은, 원 형상이고 제 1 걸림부(216)의 단면은 두 모서리가 안쪽으로 휘어진 사각형의 그루브일 수 있다. 이 경우, 제 1 걸림부(216)와 접촉되는 면적이 감소되어 내측 프레임(210)의 중간부가 외측 프레임(230)의 중간부에 대하여 보다 부드럽게 슬라이딩 이동될 수 있다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 힘 전달 프레임(300)은, 내측 프레임(310)과, 외측 프레임(330)과, 이탈 방지 부재(390)를 포함할 수 있다. 내측 프레임(310)은, 내측 플레이트(312)와, 제 1 돌기부(314)와, 제 1 걸림부(316)를 포함할 수 있다. 외측 프레임(330)은, 외측 플레이트(332)와, 제 2 돌기부(334)와, 제 2 걸림부(336)를 포함할 수 있다.
이탈 방지 부재(390)는, 내측 플레이트(312) 및 외측 플레이트(332)가 서로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 이탈 방지 부재(390)의 일측은 제 1 걸림부(316)와 결합되고, 제 1 걸림부(316)에 대하여 슬라이딩 이동될 수 있다. 예를 들어, 이탈 방지 부재(390)의 일측은 내측 플레이트(312)가 위치된 방향으로 갈수록 너비가 증가되는 부분을 포함하는 역 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 마찬가지로 이탈 방지 부재(390)의 타측은 제 2 걸림부(316)와 결합될 수 있다.
종합적으로, 이탈 방지 부재(390)의 일측 및 타측은 중심으로부터 2개의 플레이트(312)(332)를 향하여 갈수록 너비가 증가하는 부분을 포함하는 2개의 역 사다리꼴 형상이 합쳐진 형상일 수 있다.
도 10은 실시 예들에 따른 내측 플레이트 및 외측 플레이트의 간격을 결정하는 방법을 나타내는 그래프이다.
도 10의 그래프의 원점은 조인트 연결부 및 내측 플레이트가 연결되는 부분을 의미한다. 작용부에 작용하는 힘을 F라고 하면, 힘 F는 대상체의 허벅지의 전면에 수직으로 작용하는 힘일 수 있다. 작용부에 일정한 힘 F가 작용할 때에, 외측 플레이트가 좌굴되지 않게 하는 내측 플레이트 및 외측 플레이트의 간격 h(x)를 결정할 수 있다. 다시 말하면, 간격 h(x)는, 외측 플레이트에 걸리는 모멘트의 합이 0이 되게 할 수 있다.
내측 플레이트의 일 지점 (x1, y1)에서의 법선과 만나는 외측 플레이트의 일 지점을 (x2, y2)라고 할 수 있다. (x2, y2)에 작용하는 모멘트는, 힘 F에 의한 모멘트 M1과, 내측 플레이트에 걸리는 장력 T에 의한 모멘트 M2이다. 한편, 외측 플레이트에 걸리는 장력은 (x2, y2)에 모멘트를 작용하지 않으므로 고려할 필요가 없다. 모멘트 M1 및 M2는 아래의 수학식 1 및 수학식 2와 같다.
Figure 112015053271480-pat00002
Figure 112015053271480-pat00003
그리고 (x2, y2)에 작용하는 모멘트의 합이 0이 되게 하는 h(x1)는 아래의 수학식 3과 같이 결정될 수 있다. 다시 말하면, 모멘트 M1 및 M2가 동일한 조건을 이용하면 h(x1)는 아래의 수학식 3과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112015053271480-pat00004
여기서, Ф는 내측 플레이트의 일 지점에 대한 접선이 x축에 대하여 이루는 각도를 의미한다. 한편, 내측 플레이트의 높이를 p(x)라고 하면, p(x)는 내측 플레이트의 형상을 규정하는 함수라고 할 수 있다. Ф와 p(x)는 아래의 수학식 4의 관계를 갖는다.
Figure 112015053271480-pat00005
수학식 4를 이용하여, 수학식 3을 아래의 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112015053271480-pat00006
내측 플레이트의 임의의 점 (x, y)에 대한 식으로 수학식 5를 일반화 시키면 아래의 수학식 6과 같다.
Figure 112015053271480-pat00007
여기서, T값과 F값의 관계는 내측 플레이트의 형상에 대한 함수 p(x)가 주어지면 계산될 수 있다. 그리고 F값의 경우 대상체의 일 부분에 작용되는 힘으로써, 이는 사용자 또는 설계자가 미리 결정할 수 있다. 따라서, 함수 p(x)가 주어지면, 내측 플레이트로부터 h(x)의 간격으로 이격되는 외측 플레이트의 형상을 결정할 수 있다. 위와 같은 방법으로 결정된 힘 전달 프레임에 의하면, 작용부에 하중이 가해져도 힘 전달 프레임이 휘어지지 않고 온전하게 힘을 전달할 수 있다.
힘 전달 프레임이 2차원 형상을 가질 경우, 외측 플레이트 및 내측 플레이트 사이의 간격은, 작용부에 작용하는 힘의 방향에 대하여 수직한 방향으로 거리에 비례하여 결정되는 것으로 이해될 수도 있다.
한편, 이상의 설명은 내측 플레이트 및 외측 플레이트의 간격을 결정하기 위한 하나의 방법에 불과하며, 실시 예들이 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.
도 11은 추가 실시 예에 따른 힘 전달 프레임의 사시도이다.
도 11을 참조하면, 추가 실시 예에 따른 힘 전달 프레임(400)은, 내측 프레임(410)과, 외측 프레임(430)과, 조인트 연결부(450)와, 작용부(460)를 포함할 수 있다. 내측 프레임(410)은, 내측 플레이트(412)와, 제 1 돌기부(414)와, 제 1 걸림부(416)를 포함할 수 있다. 외측 프레임(430)은, 외측 플레이트(432)와, 제 2 돌기부(434)와, 제 2 걸림부(436)를 포함할 수 있다.
내측 플레이트(410) 및 외측 플레이트(432) 사이의 간격은 수학식 6에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 내측 플레이트(410)가 도 11과 같이 직선의 형상을 갖는 경우, dp(x)/dx 의 값은 상수가 될 수 있다. 이때, h(x)의 값은 (L-x)값에 비례하게 된다. 따라서, 내측 플레이트(410) 및 외측 플레이트(432) 사이의 간격 h(x)는, 작용부(460)로부터 조인트 연결부(450)로 갈수록 증가될 수 있다. 다시 말하면, 내측 플레이트(410) 및 외측 플레이트(432) 사이의 거리는 작용부(460)로부터 멀어질수록 증가할 수 있다.
제 1 돌기부(414)는 내측 플레이트(412)로부터 멀어질수록 가늘어질 수 있다. 다시 말하면, 제 1 돌기부(414)의 상측의 너비는 하측의 너비보다 작을 수 있다. 제 1 돌기부(414)는 테이퍼 형상의 경사면을 가질 수 있다. 위 구조에 의하면, 제 2 돌기부(434)가 인접한 2개의 제 1 돌기부(414) 사이의 간격에 인입되는 경우에도, 제 1 돌기부(414)에 걸리지 않고 경사면을 따라서 이동될 수 있다.
도 12는 다른 추가 실시 예에 따른 힘 전달 프레임을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 다른 추가 실시 예에 따른 힘 전달 프레임(500)은, 내측 프레임(510)과, 외측 프레임(530)과, 조인트 연결부(550)와, 작용부(560)를 포함할 수 있다. 내측 프레임(510)은, 내측 플레이트(512)와, 가이드부(590)를 포함할 수 있다.
내측 플레이트(512)의 일단 및 외측 프레임(530)의 일단은 조인트 연결부(550)에 고정되고, 내측 플레이트(512)의 타단 및 외측 프레임(530)의 타단은 작용부(560)에 고정될 수 있다. 외측 프레임(530)의 중간부는 내측 플레이트(512)의 중간부에 대하여 슬라이딩 이동될 수 있다.
가이드부(590)는, 외측 프레임(530)의 이동을 안내할 수 있다. 가이드부(590)는, 가이드 돌기(592)와, 가이드 홀(594)을 포함할 수 있다. 가이드 돌기(592)는, 내측 플레이트(512)로부터 돌출 형성될 수 있다. 가이드 돌기(592)는, 내측 플레이트(512)의 길이 방향을 따라서 복수 개가 서로 이격되어 배치될 수 있다. 각각의 가이드 돌기(592)는, 내측 플레이트(512)의 길이 방향에 직교하는 방향으로 길게 형성될 수 있다. 가이드 홀(594)은, 가이드 돌기(592)에 천공되고, 가이드 홀(594)에는, 외측 프레임(530)이 수용될 수 있다. 가이드 홀(594)은, 외측 프레임(530)이 내측 플레이트(512)로부터 설정된 간격으로 이격되게 할 수 있다. 예를 들어, 가이드 홀(594)은, 수학식 6에 의해 결정된 h(x)의 위치에 형성될 수 있다.
한편, 도 12의 경우, 힘 전달 프레임(500)이 직선 형상을 갖는 경우에 대하여 예시적으로 도시하였으나, 도 13과 같이 힘 전달 프레임(500')은, 절곡된 형상으로 형성될 수도 있고, 앞서 설명한 도 1 내지 도 3과 같이 중간 영역이 휘어져 일부가 꼬인 형상으로 형성될 수도 있다.
도 14는 실시 예들에 따른 힘 전달 프레임에 하중이 가해질 때 힘 전달 프레임이 변형되는 모습을 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 14(a)는, 힘 전달 프레임에 하중이 가해지지 않은 상태를 도시한 것이고, 도 14(b)는, 힘 전달 프레임의 작용부에 하중이 가해진 상태를 도시한 것이고, 도 14(c)는, 힘 전달 프레임의 중간부에 하중이 가해진 상태를 도시한 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 힘 전달 프레임의 단부의 강성은, 중간부의 강성보다 더 높을 수 있다. 따라서, 힘 전달 프레임의 단부에 하중 F가 가해지는 경우에도, 도 14(b)와 같이 힘 전달 프레임의 단부의 위치는 크게 변화되지 않을 수 있다. 한편, 힘 전달 프레임의 중간부에 동일한 하중 F가 가해지는 경우에는, 도 14(c)와 같이 힘 전달 프레임의 중간부의 위치가 크게 변화될 수 있다.
도 15는 또 다른 추가 실시 예에 따른 힘 전달 프레임을 나타내는 도면이고, 도 16은 또 다른 추가 실시 예에 따른 힘 전달 프레임에서 이탈 방지 밴드가 분리된 상태를 도시한 도면이고, 도 17은 또 다른 추가 실시 예에 따른 지지체를 나타내는 도면이다.
도 18은 또 다른 추가 실시 예의 제 1 변형 예에 따른 지지체를 나타내는 도면이고, 도 19는 또 다른 추가 실시 예의 제 2 변형 예에 따른 지지체를 나타내는 도면이다.
도 15 내지 도 19를 참조하면, 또 다른 추가 실시 예에 따른 힘 전달 프레임(600)은, 내측 프레임(610), 외측 프레임(630), 지지체(620), 이탈 방지 밴드(690)를 포함할 수 있다. 한편, 내측 프레임(610) 및 외측 프레임(630)은 각각 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트라고 할 수도 있다.
지지체(620)는, 내측 프레임(610) 및 외측 프레임(630) 사이에 삽입되어, 내측 프레임(610) 및 외측 프레임(630)을 지지할 수 있다. 지지체(620)는, 카본 섬유, 예를 들면, CFRP(carbon fiber reinforced plastic) 소재로 이루어질 수 있다. 지지체(620)는, 상하 방향으로 다수 회 절곡된 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 17 내지 도 19와 같이, 지지체(620)는, 사인파(sine wave), 구형파(square wave) 또는 지그재그(zigzag) 형상을 가질 수 있다. 지지체(620)에 의하면, 내측 프레임(610) 및 외측 프레임(630) 사이의 거리가 일정한 거리 이내로 줄어드는 것을 방지할 수 있다.
이탈 방지 밴드(690)는, 내측 프레임(610) 및 외측 프레임(630)이 서로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 이탈 방지 밴드(690)는, 내측 프레임(610) 및 외측 프레임(630)의 둘레 방향을 따라서 감길 수 있다. 이탈 방지 밴드(690)는, 예를 들어, 패브릭(fabric) 소재로 이루어질 수 있다. 이탈 방지 밴드(690)의 양 측에는 각각 이탈 방지 밴드(690)의 양 측이 서로 고정될 수 있도록, 제 1 벨크로(hook-and-loop fastener) (692) 및 제 2 벨크로(694)가 마련될 수 있다. 유연한 재질로 형성된 일반적인 길이 방향 부재는 고정단으로부터 멀어질수록 변화량이 증가되므로, 단부에서 제대로 힘을 전달할 수가 없다. 강성한 재질로 형성된 일반적인 길이 방향 부재는 단부에서 힘이 제대로 전달되는 반면 중간부에서 유연성이 떨어지므로 다양한 동작상태에 따른 대상체의 부피 변화에 대응하기가 어렵다. 또한, 그 결과 대상체와의 마찰력을 증가시킨다. 그러나 실시 예 들에 따른 힘 전달 프레임은 중간부가 유연하면서도 단부가 강성한 성질을 가질 수 있으므로, 대상체와의 마찰력을 감소시키면서도 동력 전달 과정에서의 힘의 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 마찰 문제를 방지하기 위하여 프레임을 신체로부터 이격되게 설계할 필요가 없으므로, 결과적으로, 프레임 설치에 필요한 부피를 축소시킬 수 있고, 나아가 전체 운동 보조 장치를 의복 내에 착용하는 것도 가능하게 할 수 있다. 추가적으로 큰 토크를 단부에서 작은 힘으로 전달하기 때문에 대상체가 피부로 느끼는 힘이 작아 불편함을 줄일 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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (36)

  1. 너비보다는 길이가 더 큰 형태로, 양 단부의 강성이 상기 길이 방향으로 중간 영역의 강성보다 더 크고,
    대상체의 일측을 지지하는 내측 프레임; 및
    양 단부가 상기 내측 프레임의 양 단부와 고정되고, 중간부는 상기 내측 프레임의 중간부와 고정되지 않는 외측 프레임을 포함하고,
    상기 외측 프레임의 중간부는, 상기 내측 프레임의 중간부에 대하여 슬라이딩 이동 가능하게 설치됨으로써, 양 단부의 강성이 상기 길이 방향으로 중간 영역의 강성보다 더 크게 형성되는, 힘 전달 프레임.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 영역은 유연한 힘 전달 프레임.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양 단부의 강성은 상기 중간 영역의 강성의 1.5 내지 20배인 힘 전달 프레임.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 양 단부의 강성은 상기 중간 영역의 강성의 4 내지 10배인 힘 전달 프레임.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 양 단부의 표면은 동일한 방향을 향하는 힘 전달 프레임.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 양 단부의 표면은 서로 다른 방향을 향하는 힘 전달 프레임.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 양 단부의 표면은 80 내지 100도의 각도를 이루는 힘 전달 프레임.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 영역은 휘어진 곡선 형태인 힘 전달 프레임.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 프레임은, 내측 플레이트와, 상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이에 구비되는 제 1 걸림부를 포함하고,
    상기 외측 프레임은, 외측 플레이트와, 상기 제 1 걸림부와 결합되는 제 2 걸림부를 포함하는 힘 전달 프레임.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 걸림부 및 제 2 걸림부 중 하나의 걸림부는, 나머지 하나의 걸림부가 위치한 방향으로 갈수록 너비가 증가되는 부분을 포함하는 힘 전달 프레임.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 11 항에 있어서,
    상기 하나의 걸림부의 단면은, 역 사다리꼴(reversed trapezoidal) 형상을 갖는 힘 전달 프레임.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 10 항에 있어서,
    상기 내측 프레임은, 상기 내측 플레이트로부터 상기 외측 플레이트를 향하여 돌출 형성되는 제 1 돌기부를 더 포함하고,
    상기 외측 프레임은, 상기 외측 플레이트로부터 상기 내측 플레이트를 향하여 돌출 형성되는 제 2 돌기부를 더 포함하는 힘 전달 프레임.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부는, 상기 내측 프레임 및 외측 프레임의 길이 방향을 따라서 복수 개 형성되는 힘 전달 프레임.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 14 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제 1 돌기부 중 인접한 2개의 제 1 돌기부 사이의 간격은, 상기 2개의 제 1 돌기부의 맞은편에 구비되는 제 2 돌기부의 길이보다 짧게 형성되는 힘 전달 프레임.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 10 항에 있어서,
    상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이의 간격은, 중간부로부터 양 단부로 갈수록 감소하는 힘 전달 프레임.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 10 항에 있어서,
    상기 내측 플레이트로부터 외측 플레이트까지의 간격은, 아래의 수학식에 따라 결정되는 힘 전달 프레임.
    <수학식>
    Figure 112015053271480-pat00008

    (여기서, h(x)는 상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이의 간격, F는 상기 힘 전달 프레임의 일 단부에 작용하는 힘의 크기, T는 상기 내측 플레이트에 걸리는 장력의 크기, L은 상기 힘 전달 프레임의 길이, x는 상기 힘 전달 프레임의 타 단부로부터 상기 내측 플레이트의 임의의 점까지의 거리, p(x)는 x에서의 상기 내측 플레이트의 높이)
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 프레임 및 외측 프레임 중 적어도 하나 이상의 프레임에 구비되는 프레임 보강재를 더 포함하는 힘 전달 프레임.
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 18 항에 있어서,
    상기 프레임 보강재는, 카본 섬유 소재를 포함하는 힘 전달 프레임.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 10 항에 있어서,
    상기 내측 프레임의 일단 및 상기 외측 프레임의 일단에 연결되며, 상기 대상체의 일 부분에 힘을 전달하는 작용부를 더 포함하는 힘 전달 프레임.
  21. ◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 20 항에 있어서,
    상기 작용부의 두께는, 상기 내측 프레임의 일단의 두께 및 상기 외측 프레임의 일단의 두께의 합보다 더 크게 형성되는 힘 전달 프레임.
  22. ◈청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 20 항에 있어서,
    상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이의 거리는 상기 작용부로부터 멀어질수록 증가하는 형상을 갖는 힘 전달 프레임.
  23. 제 1 플레이트를 포함하는 내측 프레임;
    상기 제 1 플레이트와 마주보도록 설치되는 제 2 플레이트를 포함하는 외측 프레임;
    상기 제 1 플레이트의 일단 및 제 2 플레이트의 일단을 고정하는 연결부; 및
    상기 제 1 플레이트의 타단 및 제 2 플레이트의 타단을 고정하는 작용부를 포함하고,
    상기 외측 프레임의 중간부는, 상기 내측 프레임의 중간부에 대하여 슬라이딩 이동 가능하게 설치됨으로써, 양 단부의 강성이 길이 방향으로 중간 영역의 강성보다 더 크게 형성되는 힘 전달 프레임.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트가 서로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지 부재를 더 포함하는 힘 전달 프레임.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 내측 프레임은, 내측 플레이트와, 상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이에 구비되는 제 1 걸림부를 포함하고,
    상기 외측 프레임은, 외측 플레이트와, 상기 내측 플레이트 및 외측 플레이트 사이에 구비되는 제 2 걸림부를 포함하고,
    상기 이탈 방지 부재의 일측은, 상기 제 1 걸림부와 슬라이딩 이동 가능하게 결합되고, 상기 이탈 방지 부재의 타측은, 상기 제 2 걸림부와 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는 힘 전달 프레임.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트로부터 돌출되는 가이드 돌기와, 상기 가이드 돌기에 형성되는 가이드 홀을 포함하는 가이드부를 더 포함하고,
    상기 제 2 플레이트는 상기 가이드 홀에 수용되는 힘 전달 프레임.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트 사이의 간격은,
    상기 작용부의 법선 방향의 제 1 단위 벡터 및 상기 간격 방향의 제 2 단위 벡터의 내적 값과, 상기 작용부로부터 상기 간격까지의 거리 값의 곱에 비례하여 결정되는 힘 전달 프레임.
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트 사이의 간격은,
    상기 작용부에 작용하는 힘의 방향에 대하여 수직한 방향으로의 거리에 비례하여 결정되는 힘 전달 프레임.
  29. 대상체에 고정되는 고정 부재;
    상기 고정 부재의 일측에 구비되는 구동원;
    상기 대상체의 관절부의 회전 동작을 보조하기 위한 조인트 어셈블리; 및
    일 단부는 상기 조인트 어셈블리에 연결되고, 타 단부는 상기 대상체의 일 부분에 힘을 전달하는 힘 전달 프레임을 포함하고,
    상기 힘 전달 프레임은, 내측 프레임과, 양 단부가 상기 내측 프레임의 양 단부와 고정되는 외측 프레임을 포함하고,
    외측 프레임의 중간부는, 상기 내측 프레임의 중간부에 대하여 슬라이딩 이동 가능하게 설치됨으로써, 상기 힘 전달 프레임의 타 단부의 강성은, 상기 힘 전달 프레임의 중간부의 강성보다 더 높은 운동 보조 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 힘 전달 프레임은,
    양 단부가 서로 고정되고, 중간부는 서로 고정되지 않는 2개의 플레이트를 포함하는 운동 보조 장치.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 힘 전달 프레임의 상기 타 단부의 강성은 상기 중간부의 강성보다 1.5 내지 20배인 운동 보조 장치.
  32. ◈청구항 32은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 30 항에 있어서,
    상기 힘 전달 프레임의 상기 타 단부의 강성은 상기 중간부의 강성보다 4 내지 10배인 운동 보조 장치.
  33. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 프레임 및 외측 프레임 사이에 삽입되어, 상기 내측 프레임 및 외측 프레임을 지지하는 지지체; 및
    상기 내측 프레임 및 외측 프레임이 서로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지 밴드를 더 포함하는 힘 전달 프레임.
  34. ◈청구항 34은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 33 항에 있어서,
    상기 지지체는, 상하 방향으로 다수 회 절곡된 형상이고, 카본 섬유로 이루어지며,
    상기 이탈 방지 밴드는, 상기 내측 프레임 및 외측 프레임의 둘레 방향을 따라서 감기며, 패브릭 소재로 이루어지는 힘 전달 프레임.
  35. ◈청구항 35은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트 사이에 삽입되어, 상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트를 지지하는 지지체; 및
    상기 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트가 서로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지 밴드를 더 포함하는 힘 전달 프레임.
  36. ◈청구항 36은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 30 항에 있어서,
    상기 힘 전달 프레임은,
    상기 2개의 플레이트 사이에 삽입되어, 상기 2개의 플레이트를 지지하는 지지체; 및
    상기 2개의 플레이트가 서로 이탈되는 것을 방지하는 이탈 방지 밴드를 더 포함하는 운동 보조 장치.
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