KR20080080035A

KR20080080035A - The wearable human power assisting and amplifying device for upper limbs

Info

Publication number: KR20080080035A
Application number: KR1020080017806A
Authority: KR
Inventors: 김경환
Original assignee: 주식회사 엔티리서치
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2008-09-02

Abstract

An auxiliary muscular strength amplifying device suitable for an upper body of a human is provided to reinforce muscular strength of an arm by detecting arm action using a muscle stiffness sensor. An auxiliary muscular strength amplifying device(200) suitable for an upper body of a human comprises a body module(210), a pair of arm modules(220), a detection unit, and a control module. The body module distributes load when a user wears the body module. The arm modules are provided at both sides of the body module so that the user puts both arms into the arm modules. The body module includes a shoulder joint part(211), a shoulder support part(212), a back support part(213), a waist support part(214), and a pelvic support part(215). The arm module includes a plurality of joint shafts and a driving unit for rotating the joint shafts. The detection unit is installed in the body module or the arm module to detect the action of the user.

Description

상체 착용형 근력 보조 증폭 장치 {The Wearable Human Power Assisting and Amplifying Device for Upper Limbs}The Wearable Human Power Assisting and Amplifying Device for Upper Limbs}

본 발명은 인간이 상체에 착용하여 팔의 근력을 보조적으로 증폭해주는 상체 착용형 근력 보조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wearable upper body strength assisting device that assists amplifying the strength of the arm by the human wearing on the upper body.

근력의 보조 증폭이란 착용자의 평소 근력으로는 수행하기 곤란한 일을 수행할 수 있도록 인공력을 발생하는 것이다. 즉, 착용자가 근력을 덜 들이고 싶거나 평소보다 많은 근력을 써야 할 때, 별도의 장치를 이용하여 근력을 보조 증폭시킨다.Auxiliary amplification of strength is to generate artificial force so that the wearer's usual strength can perform tasks that are difficult to perform. That is, when the wearer wants to use less muscle strength or needs to use more muscle strength than usual, a separate device is used to amplify the muscle strength.

종래에는 이러한 근력의 보조 증폭 기능을 대형 크레인 등의 별도 장치로 구현하였으며, 이러한 장치의 경우, 흔히 장치 내에 사람이 탑승하여 전용의 조작장치(스틱이나 키보드 등)를 이용하여 조종한다. 그러나, 이러한 종래의 장치들은 인간과 기계가 완전히 분리되어 협소한 장소에서 직관적이고 섬세한 작업을 하는 데에는 적합하지 않은 문제점이 있다.Conventionally, the auxiliary amplification function of the muscle strength is implemented as a separate device such as a large crane. In the case of such a device, a person rides in the device and controls it using a dedicated operation device (such as a stick or a keyboard). However, these conventional devices have a problem that humans and machines are completely separated and are not suitable for intuitive and delicate work in a narrow place.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다음과 같은 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, and has the following object.

첫째, 본 발명은 인간이 상체에 직접 착용한 상태에서 인간의 자연스러운 팔 운동을 구현할 수 있는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 제공함에 있다.First, the present invention is to provide an upper body wearable muscle strength amplification device that can implement the natural arm movement of the human body in a human body directly worn on the upper body.

둘째, 본 발명은 의복을 입은 상태에서도 근력 발생을 감지하여 근력을 증폭해 줄 수 있는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 제공함에 있다.Second, the present invention is to provide an upper body wearable muscle strength amplification device that can amplify the strength by detecting the generation of muscle strength even in a state of wearing the clothes.

셋째, 본 발명은 별도의 조종 장치없이 직관적인 팔 동작만으로 근력 증폭을 수행할 수 있는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 제공함에 있다.Third, the present invention provides an upper body worn muscle assisted amplification apparatus capable of performing muscle amplification by only intuitive arm operation without a separate steering device.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 인간의 상체에 착용되어 하중을 분산시키는 몸통 모듈; 상기 몸통 모듈의 양측에 배치되어 인간의 팔을 넣을 수 있으며, 복수 개의 관절축과 상기 각 관절축을 회전시키는 구동부를 구비하여 상기 팔의 움직임을 자유롭게 구현하는 양팔 모듈; 상기 몸통 모듈 또는 양팔 모듈에 설치되어 착용자의 움직임을 측정하는 감지부; 및 상기 감지부로부터 측정된 정보를 이용하여 착용자가 가하는 힘의 방향을 결정하고, 그 방향의 근력을 보조할 수 있도록 상기 관절축을 회전시키는 구동부를 구동시키는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 제공한다.The present invention to achieve the above object is a body module for distributing the load is worn on the human upper body; A two-arm module disposed on both sides of the body module to accommodate a human arm, and having a plurality of joint axes and a driving unit for rotating the respective joint axes to freely implement the movement of the arm; A sensing unit installed in the torso module or both arm modules to measure a wearer's movement; And a control module configured to determine a direction of the force applied by the wearer by using the information measured from the sensing unit, and to drive a driving unit to rotate the joint shaft to assist the muscle force in the direction. Type muscle strength amplification device.

또한, 상기 감지부는 상기 몸통 모듈 또는 양팔 모듈의 내측에 복수 개로 설치되어 착용자의 움직임에 따라 변화되는 근육의 경도를 측정하는 근육 경도 센서일 수 있다.In addition, the sensing unit may be a muscle hardness sensor that is installed in the plurality of the body module or both arms module inside to measure the hardness of the muscle changes according to the wearer's movement.

또한, 상기 근육 경도 센서는, 베이스; 상기 베이스 내에 설치되어 근육을 가압하는 누름부; 상기 베이스와 누름부 사이에 설치되는 제1 스프링; 상기 누름부의 내측에 설치되어 누름부의 상부면으로부터 돌출되어 근육을 가압하는 버튼부; 상기 누름부와 버튼부 사이에 설치되는 제2 스프링; 및 근육의 경도 변화에 따라 변하는 상기 누름부와 버튼부 간의 상대 변위를 측정하는 초소형 변위센서를 포함할 수 있다.In addition, the muscle hardness sensor, the base; A pressing part installed in the base to pressurize the muscle; A first spring installed between the base and the pressing part; A button part installed inside the pressing part to protrude from an upper surface of the pressing part to pressurize the muscle; A second spring installed between the pressing part and the button part; And it may include a micro displacement sensor for measuring the relative displacement between the pressing portion and the button portion changes according to the change in the hardness of the muscle.

또한, 상기 근육 경도 센서는, 베이스; 상기 베이스 내에 설치되어 근육을 가압하는 누름부; 상기 베이스와 누름부 사이에 설치되는 제1 스프링; 상기 누름부의 내측에 설치되어 상기 누름부의 상부면으로부터 돌출되는 버튼부; 및 상기 누름부의 내측 하부면에 안착되어 상기 버튼부의 가압에 의한 압력을 측정하는 초소형 압력센서를 포함할 수 있다.In addition, the muscle hardness sensor, the base; A pressing part installed in the base to pressurize the muscle; A first spring installed between the base and the pressing part; A button part installed inside the pressing part and protruding from an upper surface of the pressing part; And a micro pressure sensor mounted on the inner lower surface of the pressing part to measure the pressure caused by the pressing of the button part.

또한, 상기 근육 경도 센서는, 베이스; 상기 베이스 내에 설치되어 근육을 가압하는 누름부; 상기 베이스와 누름부 사이에 설치되는 제1 스프링; 상기 누름부의 내측에 설치되어 누름부의 상부면으로부터 돌출되어 근육을 가압하는 버튼부; 상기 버튼부의 하부에 위치하는 제1 접촉 전극; 상기 누름부의 내측 하부면에 위치하는 제2 접촉 전극; 및 상기 누름부와 버튼부 사이에 설치되어 상기 제1 접촉 전극과 제2 접촉 전극 간의 이격 또는 접촉을 조절하는 제2 스프링을 포함할 수 있 다.In addition, the muscle hardness sensor, the base; A pressing part installed in the base to pressurize the muscle; A first spring installed between the base and the pressing part; A button part installed inside the pressing part to protrude from an upper surface of the pressing part to pressurize the muscle; A first contact electrode positioned below the button unit; A second contact electrode on the inner bottom surface of the pressing part; And a second spring installed between the pressing part and the button part to adjust the separation or contact between the first contact electrode and the second contact electrode.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 상체 착용형 근력 보조 장치는 복잡한 조작장치 없이 사람의 움직임을 그대로 따르기 때문에 누구나 손쉽게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 상체 착용형 근력 보조 장치는 경량화 및 소형화되어 재난 현장에서 적은 인원으로 구조 활동을 벌이거나, 좁은 공간에서 단독으로 중량의 물체를 운반하고 장애물을 제거하거나, 인명을 구조하는 등의 활동이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 상체 착용형 근력 보조 장치는 근력이 약한 사람들에게 적절한 근력 경도 센서를 설치하면 이들의 운동을 보조하여 재활 치료나 일상 생활의 보조기구로서도 사용할 수 있다.As described above, the upper body wearable type muscle strength assisting device according to the present invention can be easily used by anyone since it follows the movement of a person without a complicated manipulation device. In addition, the upper body wearable strength assistance device according to the present invention is light weight and miniaturized to carry out rescue activities with a small number of people at the disaster site, to carry a heavy object alone in a narrow space, remove obstacles, rescue lives, etc. Activities are possible. In addition, the upper body wearable muscle strength assisting device according to the present invention can be used as a rehabilitation therapy or assistive device for daily life by assisting their exercise by installing an appropriate strength hardness sensor for people with weak muscle strength.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, an upper body worn type muscle assisted amplifying apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

사람이 무거운 물체를 들어올리거나 밀어내는 등의 힘을 쓰는 동작은 근육에 의해 이루어진다. 모든 동작은 담당하는 근육이 다르다. 사람이 어떤 방향으로 동작을 하기 위해 힘을 쓰면, 그 동작에 해당하는 근육이 수축하며 경직된다. 본 발명의 실시예에 따른 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치는 이러한 근육의 경도의 변화를 근육 경도 센서를 이용하여 감지함으로써, 사람이 어떤 방향으로 움직이려 고 하는지 알 수 있다.Humans use force to lift or push heavy objects, such as by muscles. Every action is different in the muscles in charge. When a person uses force to move in a direction, the muscles corresponding to the movement contract and contract. Upper body wearable muscle strength amplification device according to an embodiment of the present invention by detecting the change in the hardness of the muscle using a muscle hardness sensor, it can know in which direction the person is trying to move.

인간의 어깨 및 팔의 운동방향을 예측하기 위해서는, 인간의 어깨 및 팔의 움직임에 따라 어떠한 근육이 사용되는 것인지 알아야 한다. 즉, 어떠한 근육이 사용되면 어떠한 운동이 일어나는 것인지 알아야한다.In order to predict the direction of movement of the human shoulder and arm, it is necessary to know what muscle is used according to the movement of the human shoulder and arm. In other words, you need to know what exercise takes place when any muscle is used.

도 1 내지 도 8은 어깨 관절 및 팔꿉 관절의 움직임을 나타낸 도면이다. 이에 대한 내용중 근육의 명칭은 문헌2를 참고하였고, 도면은 문헌1을 참고하였다.1 to 8 is a view showing the movement of the shoulder joint and elbow joint. In this information, the name of the muscle was referred to Document 2, and the drawings were referred to Document 1.

문헌1: Anatomie pour le mouvement Tome 1, 1985Document 1: Anatomie pour le mouvement Tome 1, 1985

문헌2: 근골격 해부학, 정진우, 1993. 2. 25Literature 2: Musculoskeletal Anatomy, Jin Woo Jung, February 25, 1993

도 1과 도 2는 팔을 앞뒤로 들어 올리거나 내리는 동작인 굴곡(flextion 굽힘)과 신전(extension 폄)을 나타낸다. 굴곡은 앞쪽 어깨세모근, 큰 가슴근, 부리위팔근에 의해 일어나므로 어깨 앞부분과 가슴부분의 근육 경도 센서를 이용하여 이곳의 근육이 수축하여 경화되는 것을 측정함으로써 알게 된다. 신전은 뒤쪽 어깨세모근, 넓은 등근, 큰 원근에 의해 일어나므로 어깨 뒷부분에서 등으로 이어진 근육 경도 센서들에 의해 알게 된다.1 and 2 show flexion and extension, which is an action of lifting or lowering the arm back and forth. The flexion is caused by the anterior triceps muscles, the large pectoral muscles, and the upper abdominal muscles, and by using the muscle hardness sensors on the front shoulder and chest, the muscles here contract and harden. The temple is caused by the posterior shoulder quadriceps, wide backs, and large perspectives, and is known by muscle hardness sensors that extend from the back of the shoulder to the back.

도 3과 도 4는 팔을 옆으로 들어 올리거나 내리는 동작인 외전(abduction 벌림)과 내전(adduction 모음)을 나타낸다. 외전은 어깨세모근, 가시위근의 변화를, 내전은 넓은 등근, 큰 가슴근, 큰 원근의 변화를 측정하여 알게 되는데 어깨 부분에 있는 근육 경도 센서를 이용한다.3 and 4 illustrate abduction and adduction vowels, which are the lifting or lowering of the arms to the side. Abduction is known by measuring the changes in the shoulder trigeminal muscles and prickly muscles, and adduction by measuring the changes in the wide back, the large pectoral muscle, and the large perspective. The muscle hardness sensor on the shoulder is used.

도 5는 팔을 옆으로 뻗은 상태에서 손바닥이 앞을 바라보도록 하고 팔을 앞으로 모으는 동작인 수평내전(horizontal adduction 수평모음)을 나타낸다. 이러 한 동작은 내전과 유사한데 어깨세모근의 위쪽 섬유가 수축하는 것을 함께 측정함으로써 알게 된다.5 shows a horizontal adduction (horizontal adduction horizontal collection) which is an operation of bringing the palms forward and bringing the arms forward with the arms extended sideways. This behavior is similar to that of adduction, which can be seen by measuring together the contraction of the upper fibers of the shoulder trigeminal muscle.

도 6은 주관절(팔꿉관절)을 구부린 자세에서 팔꿈치를 몸에 부착하여 움직여지지 않도록 고정하고 팔을 밖으로 돌리는 동작인 외회전(external rotation 가쪽돌림)을 나타낸다. 외회전은 가시아래근, 작은 원근, 뒤쪽 어깨세모근에 의한 것으로 어깨 뒷부분의 근육 경도 센서를 이용한다.FIG. 6 shows an external rotation, which is an operation of fixing the elbow to the body in a bent posture and fixing the elbow so as not to move and turning the arm outward. External rotation is caused by the subspinal muscle, the small perspective, and the posterior shoulder triceps, using a muscle hardness sensor at the back of the shoulder.

도 7은 주관절을 구부린 자세에서 팔꿈치를 몸에 부착하여 움직여지지 않도록 고정하고 팔을 안으로 돌리는 동작인 내회전(internal rotation 안쪽돌림)을 나타낸다. 내회전은 어깨밑근, 넓은 등근, 큰 가슴근, 큰 원근, 앞쪽 어깨세모근의 운동이 조합되어 이루어진다. 각 근육의 경화와 이때 팔의 자세에 따라 움직임이 달라진다. 어깨 앞부분과 가슴 부분의 근육 경도 센서를 이용하여 근육의 경도를 측정한다.FIG. 7 illustrates internal rotation, which is an operation of fixing the elbow to the body in a bending position of the elbow so as not to move and turning the arm inward. Internal rotation is a combination of the motion of the under shoulder, wide back, large pectoral muscle, large perspective, and anterior triangular muscle. The movement depends on the hardening of each muscle and the posture of the arm. Muscle hardness is measured using muscle hardness sensors in the front of the shoulders and chest.

도 8은 주관절(Elbow joint 팔꿉관절)의 움직임을 나타내고 있다. 팔을 몸통에 붙인 상태에서 팔꿈치를 어깨를 향하여 구부리는 굴곡(flexion)과 구부렸던 팔꿈치의 팔을 펴는 신전(extension)으로 나누어 진다. 팔꿈치의 굴곡은 위팔의 앞에 있는 위팔두갈래근(biceps brachii)에 의해 주로 일어나기 때문에 이곳에 근육 경도 센서를 두어 측정한다. 팔꿈치의 신전은 위팔 뒷부분의 위팔세갈래근(triceps brachii)에 의해 주로 일어나기 때문에 이곳에 근육 경도 센서를 둔다.8 shows the movement of the elbow joint elbow joint. With the arm attached to the torso, it is divided into flexion of bending the elbow toward the shoulder and extension of the arm of the bent elbow. Elbow flexion is mainly caused by the biceps brachii in front of the upper arm, so the muscle hardness sensor is measured here. The elbow extension is mainly caused by the triceps brachii at the back of the forearm, so the muscle hardness sensor is placed here.

도 9 내지 12는 견갑골(어깨뼈)의 움직임을 나타낸 도면이다.9 to 12 is a view showing the movement of the scapula (shoulder bone).

도 9는 견갑골을 상부로 들어올려 하중을 지지하는 동작인 거상(elevation 올림)을 나타낸다.Figure 9 shows the elevation (elevation raised) to support the load by lifting the scapula up.

도 10은 견갑골을 하방으로 내려 아랫 방향에서의 하중을 지지하는 동작인 하강(depression 내림)을 나타낸다.FIG. 10 shows a depression that lowers the scapula downward to support the load in the downward direction.

도 11은 견갑골이 시상면쪽으로 당겨지는 운동을 나타낸 것으로서 팔을 좌우로 넓게 벌리는 동작에 필요한 것이다. 후인(retraction 들임)이라고 한다.FIG. 11 shows the scapula being pulled toward the sagittal plane, which is necessary for the wide open arms to the left and right. It is called retraction.

도 12는 팔을 전방으로 내밀면 견갑골이 시상면 밖으로 움직이게 되는 것을 나타낸 것으로 팔을 뻗는 동작에 필요한 것이다. 전인(protraction 내밈)이라고 한다.FIG. 12 shows that the scapula moves out of the sagittal plane when the arm is pushed forward and is required for the arm extension operation. It is called protraction.

본 발명의 실시예에 따른 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치의 경우, 견갑골의 움직임은 별도의 모터 등을 사용하여 보조하지는 않는다.In the upper body wearable muscle strength amplification device according to an embodiment of the present invention, the movement of the scapula is not assisted by using a separate motor.

상기에서 설명한 인간의 팔 및 어깨의 움직임을 감지하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치는 복수 개의 근육 경도 센서를 구비한다.In order to sense the movements of the human arm and shoulder described above, the upper body wearable muscle strength amplification device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of muscle hardness sensors.

도 13 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치에 사용되는 근육 경도 센서의 구조를 나타내는 도면이다. 이하에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.13 to 15 are views showing the structure of the muscle hardness sensor used in the upper body wearable muscle strength amplification device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the same reference numerals are used for the same components.

도 13을 참고하면, 근육 경도 센서(100A)는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치의 내면에 장착되어 대응되는 위치의 근육(2)을 누르도록 되어 있다. 근육 경도 센서(100A)는 베이스(1), 베이스(1) 내에 설치되어 근육(2)을 1차적으로 가압하는 누름부(3), 베이스(1)와 누름부(3) 사이에 설치되는 제1 스프링(4), 누름부(3)의 내측에 설치되어 누름부(3)의 상부면으로부터 돌출되는 버튼부(5), 누름부(3)와 버튼부(5) 사이에 설치되는 제2 스프링(6), 및 누름부(3)와 버튼부(5) 간의 상대 변위를 측정하는 초소형 변위센서(7)를 포함한다. 초소형 변위센서(7)는 누름부(3) 중앙에 고정되며, 버튼부(5)와 소정 간격 이격되면서 베이스(1)의 중앙을 관통하여 움직인다.Referring to FIG. 13, the muscle hardness sensor 100A is mounted on an inner surface of the upper body wearable muscle strength amplifying device to press the muscle 2 at a corresponding position. The muscle hardness sensor 100A is installed in the base 1 and the base 1 and is provided between the pressing part 3 for pressing the muscle 2 primarily and the base 1 and the pressing part 3. 1 The spring 4, the button portion 5 which is provided inside the pressing portion 3 and protrudes from the upper surface of the pressing portion 3, the second portion provided between the pressing portion 3 and the button portion 5 A spring 6 and a subminiature displacement sensor 7 which measures the relative displacement between the pressing part 3 and the button part 5. The micro displacement sensor 7 is fixed to the center of the pressing part 3 and moves through the center of the base 1 while being spaced apart from the button part 5 by a predetermined interval.

누름부(3)가 제1 스프링(4)에 의해 근육(2)에 밀착되면 중앙의 버튼부(5)가 돌출하여 추가적으로 근육(2)을 누르게 된다. 여기서, 근육(2)에 힘이 들어가면 중앙의 버튼부(5)는 뒤로 밀려나게 되고, 버튼부(5)와 누름부(3) 간의 힘의 차이가 버튼부(5)와 누름부(3) 간의 거리(B)를 변화시킨다. 이때, 초소형 변위센서(7)는 상기 변화를 측정하며, 이로써 근육의 경도에 대한 선형적인 데이터를 얻을 수 있다. 선형적인 데이터를 얻음으로써, 그에 따른 보조력도 선형적으로 발생시킬 수 있다.When the pressing part 3 is in close contact with the muscles 2 by the first spring 4, the button part 5 in the center protrudes and presses the muscles 2 additionally. Here, when the force enters the muscle 2, the center button portion 5 is pushed back, and the difference in the force between the button portion 5 and the pressing portion 3 is the button portion 5 and the pressing portion 3 The distance (B) of the liver is changed. At this time, the micro displacement sensor 7 measures the change, thereby obtaining linear data on the hardness of the muscle. By obtaining linear data, the resulting assist force can also be generated linearly.

도 14를 참고하면, 근육 경도 센서(100B)는 베이스(8), 베이스(8) 내에 설치되는 누름부(3), 베이스(8)와 누름부(3) 사이에 설치되는 제1 스프링(4), 누름부(3)의 내측에 설치되어 누름부(3)의 상부면으로부터 돌출되는 버튼부(5) 및 누름부(3)의 내측 하부면에 안착되는 초소형 압력센서(9)를 포함한다. 제1 스프링(4)에 의해 받쳐진 누름부(3)와 버튼부(5)가 사람의 근육(2)을 누르고 있다. 버튼부(5)은 초소형 압력센서(9)에 밀착되어 있다.Referring to FIG. 14, the muscle hardness sensor 100B includes a base 8, a pressing part 3 installed in the base 8, and a first spring 4 installed between the base 8 and the pressing part 3. ), A button portion 5 protruding from the upper surface of the pressing portion 3 and an ultra-compact pressure sensor 9 mounted on the inner lower surface of the pressing portion 3 are installed inside the pressing portion 3. . The pressing part 3 and the button part 5 supported by the 1st spring 4 hold | press the muscle 2 of a person. The button portion 5 is in close contact with the micro pressure sensor 9.

근육(2)의 긴장으로 경도가 증가하면서 표면이 부풀어 오르면 버튼부(5)는 초소형 압력센서(9)를 가압한다. 초소형 압력센서(9)는 버튼부(5)에 의한 변화되 는 힘을 측정하며, 이로써, 근육의 경도에 대한 선형적인 데이터를 얻을 수 있다.When the surface swells while the hardness increases due to the tension of the muscle 2, the button part 5 presses the micro pressure sensor 9. The ultra-compact pressure sensor 9 measures the changing force by the button unit 5, thereby obtaining linear data on the hardness of the muscles.

도 15를 참고하면, 근육 경도 센서(100C)는 상기에서 설명한 근육 경도 센서(100B)의 베이스(8), 누름부(3), 제1 스프링(4) 및 버튼부(5)는 동일하다. 근육 경도 센서(100C)는 버튼부(5)의 하부에 위치하는 제1 접촉 전극(10), 누름부(3)의 내측 하부면에 위치하는 제2 접촉 전극(11) 및 누름부(3)와 버튼부(5) 사이에 설치되어 제1 접촉 전극(10)과 제2 접촉 전극(11)을 이격시키는 제2 스프링(6)을 포함한다.Referring to FIG. 15, the muscle hardness sensor 100C is identical to the base 8, the pressing part 3, the first spring 4, and the button part 5 of the muscle hardness sensor 100B described above. The muscle hardness sensor 100C includes a first contact electrode 10 positioned below the button portion 5, a second contact electrode 11 positioned on the inner bottom surface of the pressing portion 3, and a pressing portion 3. And a second spring 6 disposed between the button portion 5 and spaced apart from the first contact electrode 10 and the second contact electrode 11.

상기 근육 경도 센서(100C)는 선형적인 데이터를 측정하지 않고 제1 접촉 전극(10)과 제2 접촉 전극(11) 간의 접촉 여부에 따라 근육의 상태를 일정한 값을 기준으로 분류한다. 즉, 근육에 힘이 들어가면 버튼부(5)가 눌리고, 제2 스프링(6)에 의해 이격되어 있던 제1 접촉 전극(10)과 제2 접촉 전극(11)은 접촉하게 된다. 이 접촉에 의해 근육에 힘이 들어갔는지 여부가 측정된다. 따라서, 근육 경도 센서(100C)는 스위치와 같은 역할을 하게 된다. 이러한 센서를 여러 개 이용하여 근육들의 변화를 저가로 측정할 수 있게 된다.The muscle hardness sensor 100C classifies the state of the muscle based on a constant value according to whether the first contact electrode 10 and the second contact electrode 11 are in contact without measuring linear data. That is, when a force enters a muscle, the button part 5 is pressed, and the 1st contact electrode 10 and the 2nd contact electrode 11 which were spaced apart by the 2nd spring 6 come into contact. It is measured whether or not the force is applied to the muscle by this contact. Therefore, the muscle hardness sensor 100C serves as a switch. By using several of these sensors, changes in muscles can be measured at low cost.

상기와 같은 근육 경도 센서(100A, 100B, 100C)에 의해 측정된 근육 경도값을 기준으로 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 구동한다.The upper body wearable muscle strength amplification device is driven based on the muscle hardness values measured by the above-described muscle hardness sensors 100A, 100B, and 100C.

도 16은 근육의 경도를 측정하여 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 제어하는 블럭도이다.Figure 16 is a block diagram for controlling the upper body wearable muscle strength amplification device by measuring the hardness of the muscle.

도 16을 참고하면, 착용자가 특정의 방향으로 팔을 움직이면, 팔의 움직임을 일으키는데 필요한 근육이 수축되어 근육의 경도가 변화되며, 근육 경도 센서는 수 축된 근육의 경도를 측정하여 제어기로 전송한다. 제어기는 근육 경도 센서로부터 입력된 신호를 받아들여 착용자가 가하는 힘의 방향을 해석하고, 그 방향의 근력을 보조할 수 있도록 각 축(어깨 벌림축, 어깨 올림축, 어깨 돌림축, 팔꿈치 올림축) 의 모터 제어입력을 계산한다. 제어기에는 어느 위치의 근육 경도 센서가 신호를 입력하는지에 따라 어떠한 운동을 하는 것인지에 대하여 미리 프로그래밍화되어 있다.Referring to FIG. 16, when the wearer moves the arm in a specific direction, the muscles required to cause the movement of the arm are contracted to change the hardness of the muscle, and the muscle hardness sensor measures the hardness of the contracted muscle and transmits it to the controller. The controller receives the signal from the muscle hardness sensor, interprets the direction of the force applied by the wearer, and supports each axis (shoulder opening axis, shoulder lifting axis, shoulder rotation axis, elbow lifting axis) to assist the muscle strength in that direction. Calculate motor control input of. The controller is preprogrammed for what kind of movement the muscle hardness sensor at which position is inputting a signal.

상기 제어기에서 계산된 제어입력은 모터 컨트롤러에 전송되며, 모터 콘트롤러는 각 축의 모터가 근력을 보조하는 방향으로 움직이도록 한다. 각축 모터의 변위는 엔코더로 측정되어 각축의 모터 제어입력 계산에 사용되고, 각 모터는 감속기를 사용하여 발생 토크를 증대시킨다.The control input calculated by the controller is transmitted to the motor controller, and the motor controller causes the motor of each axis to move in the direction that assists the muscle force. The displacement of each shaft motor is measured by the encoder and used to calculate the motor control input of each shaft, and each motor uses the reducer to increase the generated torque.

도 17은 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치의 구성도이고, 도 18 내지 도 21은 양팔모듈의 정면도, 좌측면도, 우측면도 및 평면도이다.17 is a configuration diagram of the upper body wearable muscle strength amplification device, Figures 18 to 21 is a front view, a left side view, a right side view and a plan view of both arms module.

도 17을 참고하면, 상체 착용형 근력 보조 장치(200)는 상체에 고정하여 하중을 분산시켜주는 몸통모듈(210), 두 팔을 넣어 힘을 보조 또는 증폭시켜주는 양팔 모듈(220) 및 양팔 모듈(220)을 제어하는 제어 모듈(미도시)을 포함한다.Referring to FIG. 17, the upper body wearable muscle strength assisting device 200 is a torso module 210 that is fixed to the upper body to distribute a load, two arm modules 220 to support or amplify a force by putting two arms, and a two arm module. And a control module (not shown) for controlling 220.

몸통 모듈(210)은 양팔 모듈(220)과 연결되어 하중을 전달받고 어깨의 추가적인 움직임을 보장해주는 어깨 관절부(211), 어깨 관절부(211)의 전방에 연결되는 어깨 지지부(212), 어깨 관절부(211) 하부에 연결된 등 지지부(213), 등 지지부(213) 하부에 연결된 허리 지지부(214) 및 허리 지지부(214)의 하부에 연결된 골반 지지부(215)를 포함한다.Body module 210 is connected to both arms module 220, the shoulder joint 211, the shoulder support 212 is connected to the front of the shoulder joint 211, the shoulder joint 211, which receives the load and ensures additional movement of the shoulder (shoulder joint ( 211) a back support 213 connected to the bottom, a waist support 214 connected to the bottom of the back support 213, and a pelvic support 215 connected to the bottom of the waist support 214.

상기 어깨 관절부(211), 어깨 지지부(212), 등 지지부(213)의 내측에는 근육의 경도 변화를 측정하는 근육 경도 센서(100)가 복수 개로 설치된다.Inside the shoulder joint 211, the shoulder support 212, the back support 213 is provided with a plurality of muscle hardness sensor 100 for measuring the change in hardness of the muscle.

어깨 관절부(211)는 별도의 모터를 사용하지 않고 4절 링크들로 이루어진 입체적인 구조로 되어 있어 착용자의 움직임에 따라 변화될 수 있도록 되어 있다. 그러나 높은 하중에서도 구조의 형태를 유지할 수 있어야 하기 때문에 4절 링크의 중간에 스프링 기구를 넣어 작은 하중에서는 쉽게 변화되지 않도록 하였다. 높은 하중에 변화하게 되지만 외력이 제거되면 원상태로 복귀하게 된다.Shoulder joint 211 is a three-dimensional structure consisting of four sections link without using a separate motor is to be changed according to the wearer's movement. However, the structure of the structure should be maintained even at high loads, so a spring mechanism was placed in the middle of the section 4 link so that it was not easily changed at small loads. It will change under high load but will be restored to its original state when the external force is removed.

도 18 내지 도 21을 참고하면, 양팔 모듈(220)은 4개의 관절축인 어깨 벌림축(220A), 어깨 올림축(220B), 팔꿈치 올림축(220C) 및 어깨 돌림축(220D)을 구비한다.Referring to Figures 18 to 21, the two-arm module 220 is provided with four joint axis of shoulder opening axis 220A, shoulder lifting axis 220B, elbow lifting axis 220C and shoulder rotation axis 220D. .

어깨 벌림축(220A)은 제1 관절 링크(221)와 제2 관절 링크(222) 사이의 연결점에 위치하고, 어깨 올림축(220B)은 제2 관절 링크(222)와 제3 관절 링크(223)의 연결점에 위치하며, 팔꿈치 올림축(220C)은 제4 관절링크(224)와 제5 관절링크(225)의 연결점에 위치한다. 어깨 벌림축(220A), 어깨 올림축(220B) 및 팔꿈치 올림축(220C)은 각각 제1 구동부(226A), 제2 구동부(226B), 제3 구동부(226C)에 의해 회전한다. 각 구동부(226A, 226B, 226C)는 모터와 감속기를 포함한다.The shoulder opening axis 220A is located at a connection point between the first joint link 221 and the second joint link 222, and the shoulder lifting axis 220B is the second joint link 222 and the third joint link 223. Located at the connection point of the elbow lift axis 220C is located at the connection point of the fourth joint link 224 and the fifth joint link (225). The shoulder open shaft 220A, the shoulder lift shaft 220B, and the elbow lift shaft 220C rotate by the first drive unit 226A, the second drive unit 226B, and the third drive unit 226C, respectively. Each drive unit 226A, 226B, 226C includes a motor and a reducer.

상기 제2 관절 링크(222)는 어깨의 뒷부분에서 45도 정도 기울어져 배치될 수 있다.The second articulation link 222 may be disposed at an angle of about 45 degrees from the back of the shoulder.

어깨 돌림축(220D)은 제3 관절 링크(223)의 하부에 형성된 원형 레일부(227)에 제4 관절 링크(224)의 "ㄷ"자형 가이드(228)가 슬라이딩되도록 구성함으로써 이 루어진다. 원형 레일부(227)의 일측에는 구동 릴(229)이 위치하며, 레일부(227)와 구동 릴(229)은 벨트와 같은 연결 부재로 연결된다. 따라서, 제4 구동부(226D)가 회전하면, 구동 릴(229)이 회전하면서 레일부(227)를 따라 이동한다.The shoulder rotation shaft 220D is formed by configuring the “c” shaped guide 228 of the fourth articulated link 224 to slide on the circular rail portion 227 formed under the third articulated link 223. A driving reel 229 is positioned at one side of the circular rail portion 227, and the rail portion 227 and the driving reel 229 are connected by a connecting member such as a belt. Therefore, when the fourth drive unit 226D rotates, the drive reel 229 rotates and moves along the rail unit 227.

상기 관절 링크는 가벼우면서 높은 하중에도 견딜 수 있도록 강성이 높은 알루미늄 등의 금속으로 구성될 수 있다.The joint link may be made of a metal such as aluminum, which is light and has high rigidity to withstand high loads.

상기 양팔 모듈(220)의 각 관절운동에 대해서 살펴본다. 먼저, 제1 구동부(226A)가 회전하면, 어깨 벌림축(220A)이 회전하게 됨과 동시에 어깨 벌림축(220A)에 연결된 제2 관절 링크(222)가 회전하게 된다. 또한, 제2 관절 링크(222) 하부에 구속된 모든 부재도 제2 관절 링크(222)를 따라 거동하고, 그 결과 어깨 벌림 운동이 이루어진다.It looks at each joint motion of the two arm module 220. First, when the first driving unit 226A rotates, the shoulder open shaft 220A rotates and the second joint link 222 connected to the shoulder open shaft 220A rotates. In addition, all members constrained under the second articulation link 222 also move along the second articulation link 222, resulting in a shoulder spreading motion.

다음으로, 제2 구동부(226B)가 회전하면, 어깨 올림축(220B)이 회전하게 됨과 동시에 어깨 올림축(220B)에 연결된 제3 관절 링크(223)가 회전하게 된다. 또한, 제3 관절 링크(223) 하부에 구속된 모든 부재도 제3 관절 링크(223)를 따라 거동하고, 그 결과 어깨 올림 운동이 이루어진다.Next, when the second drive unit 226B rotates, the shoulder lift shaft 220B rotates and the third joint link 223 connected to the shoulder lift shaft 220B rotates. In addition, all members constrained under the third joint link 223 also move along the third joint link 223, resulting in a shoulder lifting motion.

다음으로, 제3 구동부(226C)가 회전하면, 팔꿈치 올림축(220C)이 회전하게 됨과 동시에 팔꿈치 올림축(220C)에 연결된 제5 관절 링크(225)가 회전하게 되며, 그 결과 팔꿈치 올림 운동이 이루어진다.Next, when the third drive unit 226C rotates, the elbow raising shaft 220C rotates and the fifth joint link 225 connected to the elbow raising shaft 220C rotates, and as a result, the elbow raising movement is performed. Is done.

마지막으로, 제4 구동부(226D)가 회전하면, 구동 릴(229)이 회전하면서 연결 부재를 통하여 레일부(227)의 외주면을 따라 이동한다. 이때, 제4 관절 링크(224)의 가이드(227)도 제3 관절 링크(223)의 레일부(227)를 따라 슬라이딩하게 된다. 또한, 제4 관절 링크(224) 하부에 구속된 모든 부재도 제4 관절 링크(224)를 따라 거동하고, 그 결과 어깨 돌림 운동이 이루어진다.Finally, when the fourth drive unit 226D rotates, the drive reel 229 rotates and moves along the outer circumferential surface of the rail unit 227 through the connecting member. At this time, the guide 227 of the fourth joint link 224 also slides along the rail portion 227 of the third joint link 223. In addition, all members constrained under the fourth articulation link 224 also behave along the fourth articulation link 224, resulting in shoulder rotation.

상기 구동부(226A, 226B, 226C, 226D)는 모두 근육 경도 센서(100A, 100B, 100C)의 신호에 의해 회전한다.The driving units 226A, 226B, 226C, and 226D all rotate by signals from the muscle hardness sensors 100A, 100B, and 100C.

도 22는 양팔 모듈의 관절축 운동 방향을 개략적으로 보여주는 도면이다. 화살표A는 어깨 벌림축(220A)의 회전방향, 화살표B는 어깨 올림축(220B)의 회전방향, 화살표C는 팔꿈치 올림축(220C)의 회전방향 및 화살표D는 어깨 돌림축(220D)의 회전방향을 나타낸다.22 is a view schematically showing the direction of the joint axis motion of both arms module. Arrow A is the rotation direction of the shoulder opening axis 220A, arrow B is the rotation direction of the shoulder lifting axis 220B, arrow C is the rotation direction of the elbow raising axis 220C, and arrow D is the rotation of the shoulder rotation axis 220D. Indicates the direction.

제어모듈은 모터의 드라이버를 포함한 독립된 제어기와 전원 공급 장치로 이루어져 있다. 제어모듈은 팔과 어깨에 장착된 근육 경도 센서들의 신호를 받아 어떠한 근육이 경화되었는지를 확인하고 해당 근육들의 조합을 이용하여 팔의 움직임을 결정한다. 각 근육의 위치는 처음 장착한 상태에서 간단한 초기 동작을 통해 확인하게 된다. 지시된 동작을 착용자가 실행하여 각 근육들의 위치를 센서로 입력받고 이를 제어에 이용하게 된다.The control module consists of independent controller and power supply including the driver of the motor. The control module receives signals from the muscle hardness sensors mounted on the arms and shoulders to determine which muscles are cured, and determines the movement of the arm using the combination of the corresponding muscles. The position of each muscle is confirmed by a simple initial movement with the first installation. The wearer performs the instructed operation to receive the position of each muscle by the sensor and use it for the control.

도 23 및 도 24는 근육 경도 센서의 위치를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 도 23은 양팔모듈에 패드를 장착한 후 이 패드에 근육 경도 센서를 장착한 도면이고, 도 24는 몸통모듈에 패드를 장착한 후 이 패드에 근육 경도 센서를 장착한 도면이다. 도 23 및 도 24를 참고하면, 각 패드의 내면에 근육 경도 센서(100)가 장착된 모습을 볼 수 있다.23 and 24 are views schematically showing the position of the muscle hardness sensor, Figure 23 is a view after mounting the pad on both arms module muscle hardness sensor on the pad, Figure 24 is a pad mounted on the body module After that, the pad is equipped with a muscle hardness sensor. 23 and 24, it can be seen that the muscle hardness sensor 100 is mounted on the inner surface of each pad.

상기에서는 근육 경도 센서를 이용하여 팔의 움직임을 감지하였으나, 이는 일 실시예이며, 인간의 뇌파 등을 이용하여 팔의 움직임을 감지하여 근력을 보조할 수 있도록 구성할 수 있다.In the above, the movement of the arm is detected using a muscle hardness sensor, but this is an example, and may be configured to assist the muscle strength by detecting the movement of the arm using a human brain wave or the like.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

도 1 내지 도 8은 어깨 관절 및 팔꿉 관절의 움직임을 나타낸 도면이다.1 to 8 is a view showing the movement of the shoulder joint and elbow joint.

도 13 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치에 사용되는 근육 경도 센서의 구조를 나타내는 도면이다.13 to 15 are views showing the structure of the muscle hardness sensor used in the upper body wearable muscle strength amplification device according to an embodiment of the present invention.

도 17은 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치의 구성도이다.17 is a block diagram of the upper body wearable muscle strength amplification device.

도 18 내지 도 21은 양팔모듈의 정면도, 좌측면도, 우측면도 및 평면도이다.18 to 21 is a front view, a left side view, a right side view and a plan view of both arm modules.

도 22는 양팔 모듈의 관절축 운동 방향을 개략적으로 보여주는 도면이다.22 is a view schematically showing the direction of the joint axis motion of both arms module.

도 23 및 도 24는 근육 경도 센서의 위치를 개략적으로 보여주는 도면이다.23 and 24 are views schematically showing the position of the muscle hardness sensor.

Claims

인간의 상체에 착용되어 하중을 분산시키는 몸통 모듈;Torso module worn on the upper body of the human body to distribute the load;

상기 몸통 모듈의 양측에 배치되어 인간의 팔을 넣을 수 있으며, 복수 개의 관절축과 상기 각 관절축을 회전시키는 구동부를 구비하여 상기 팔의 움직임을 자유롭게 구현하는 양팔 모듈;A two-arm module disposed on both sides of the body module to accommodate a human arm, and having a plurality of joint axes and a driving unit for rotating the respective joint axes to freely implement the movement of the arm;

상기 몸통 모듈 또는 양팔 모듈에 설치되어 착용자의 움직임을 측정하는 감지부; 및A sensing unit installed in the torso module or both arm modules to measure a wearer's movement; And

상기 감지부로부터 측정된 정보를 이용하여 착용자가 가하는 힘의 방향을 결정하고, 그 방향의 근력을 보조할 수 있도록 상기 관절축을 회전시키는 구동부를 구동시키는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치.And a control module configured to determine a direction of the force applied by the wearer by using the information measured by the sensing unit, and to drive a driving unit to rotate the joint shaft to assist the muscle force in the direction. Muscle assisted amplification device.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 감지부는 상기 몸통 모듈 또는 양팔 모듈의 내측에 복수 개로 설치되어 착용자의 움직임에 따라 변화되는 근육의 경도를 측정하는 근육 경도 센서인 것을 특징으로 하는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치.The sensing unit is a muscle body hardness sensor that is installed in a plurality of the inside of the torso module or both arms module to measure the hardness of the muscle changes according to the wearer's movement.

제2항에 있어서,The method of claim 2,

상기 근육 경도 센서는,The muscle hardness sensor,

베이스;Base;

상기 베이스 내에 설치되어 근육을 가압하는 누름부;A pressing part installed in the base to pressurize the muscle;

상기 베이스와 누름부 사이에 설치되는 제1 스프링;A first spring installed between the base and the pressing part;

상기 누름부의 내측에 설치되어 누름부의 상부면으로부터 돌출되어 근육을 가압하는 버튼부;A button part installed inside the pressing part to protrude from an upper surface of the pressing part to pressurize the muscle;

상기 누름부와 버튼부 사이에 설치되는 제2 스프링; 및A second spring installed between the pressing part and the button part; And

근육의 경도 변화에 따라 변하는 상기 누름부와 버튼부 간의 상대 변위를 측정하는 초소형 변위센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치.Upper body wearable muscle strength amplification apparatus comprising a micro displacement sensor for measuring the relative displacement between the pressing portion and the button portion that changes in accordance with the change in hardness of the muscle.

제2항에 있어서,The method of claim 2,

상기 근육 경도 센서는,The muscle hardness sensor,

베이스;Base;

상기 누름부의 내측에 설치되어 상기 누름부의 상부면으로부터 돌출되는 버튼부; 및A button part installed inside the pressing part and protruding from an upper surface of the pressing part; And

상기 누름부의 내측 하부면에 안착되어 상기 버튼부의 가압에 의한 압력을 측정하는 초소형 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치.The upper body worn muscle strength amplifying device, characterized in that it is mounted on the inner lower surface of the pressing portion and comprises a very small pressure sensor for measuring the pressure caused by the pressing of the button portion.

제2항에 있어서,The method of claim 2,

상기 근육 경도 센서는,The muscle hardness sensor,

베이스;Base;

상기 버튼부의 하부에 위치하는 제1 접촉 전극;A first contact electrode positioned below the button unit;

상기 누름부의 내측 하부면에 위치하는 제2 접촉 전극; 및A second contact electrode on the inner bottom surface of the pressing part; And

상기 누름부와 버튼부 사이에 설치되어 상기 제1 접촉 전극과 제2 접촉 전극 간의 이격 또는 접촉을 조절하는 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치.And a second spring installed between the pressing part and the button part to adjust a separation or contact between the first contact electrode and the second contact electrode.