KR20080080035A - 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치는 인간의 상체에 걸쳐져 하중을 분산시키는 몸통 모듈; 상기 몸통 모듈의 양측에 인간의 팔을 넣을 수 있도록 설치되며, 복수 개의 관절축과 상기 각 관절축을 회전시키는 구동부를 구비하는 양팔 모듈; 상기 몸통 모듈 또는 양팔 모듈의 내측에 복수 개로 설치되어 착용자의 움직임에 따라 변화되는 근육의 경도를 측정하는 근육 경도 센서; 및 상기 근육 경도 센서로부터 측정된 정보를 이용하여 착용자가 가하는 힘의 방향을 결정하고, 그 방향의 근력을 보조할 수 있도록 상기 관절축을 회전시키는 구동부를 구동시키는 제어 모듈을 포함한다.

근력, 증폭, 착용, 관절

Description

상체 착용형 근력 보조 증폭 장치 {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.

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.

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.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다음과 같은 목적이 있다.

첫째, 본 발명은 인간이 상체에 직접 착용한 상태에서 인간의 자연스러운 팔 운동을 구현할 수 있는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 제공함에 있다.

둘째, 본 발명은 의복을 입은 상태에서도 근력 발생을 감지하여 근력을 증폭해 줄 수 있는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 제공함에 있다.

셋째, 본 발명은 별도의 조종 장치없이 직관적인 팔 동작만으로 근력 증폭을 수행할 수 있는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 제공함에 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치에 대하여 설명한다.

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.

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.

도 1 내지 도 8은 어깨 관절 및 팔꿉 관절의 움직임을 나타낸 도면이다. 이에 대한 내용중 근육의 명칭은 문헌2를 참고하였고, 도면은 문헌1을 참고하였다.

문헌1: Anatomie pour le mouvement Tome 1, 1985

문헌2: 근골격 해부학, 정진우, 1993. 2. 25

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.

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.

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.

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.

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.

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.

도 9 내지 12는 견갑골(어깨뼈)의 움직임을 나타낸 도면이다.

도 9는 견갑골을 상부로 들어올려 하중을 지지하는 동작인 거상(elevation 올림)을 나타낸다.

도 10은 견갑골을 하방으로 내려 아랫 방향에서의 하중을 지지하는 동작인 하강(depression 내림)을 나타낸다.

도 11은 견갑골이 시상면쪽으로 당겨지는 운동을 나타낸 것으로서 팔을 좌우로 넓게 벌리는 동작에 필요한 것이다. 후인(retraction 들임)이라고 한다.

도 12는 팔을 전방으로 내밀면 견갑골이 시상면 밖으로 움직이게 되는 것을 나타낸 것으로 팔을 뻗는 동작에 필요한 것이다. 전인(protraction 내밈)이라고 한다.

본 발명의 실시예에 따른 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치의 경우, 견갑골의 움직임은 별도의 모터 등을 사용하여 보조하지는 않는다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

상기와 같은 근육 경도 센서(100A, 100B, 100C)에 의해 측정된 근육 경도값을 기준으로 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 구동한다.

도 16은 근육의 경도를 측정하여 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 제어하는 블럭도이다.

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.

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.

도 17은 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치의 구성도이고, 도 18 내지 도 21은 양팔모듈의 정면도, 좌측면도, 우측면도 및 평면도이다.

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.

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.

상기 어깨 관절부(211), 어깨 지지부(212), 등 지지부(213)의 내측에는 근육의 경도 변화를 측정하는 근육 경도 센서(100)가 복수 개로 설치된다.

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.

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.

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.

상기 제2 관절 링크(222)는 어깨의 뒷부분에서 45도 정도 기울어져 배치될 수 있다.

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.

상기 관절 링크는 가벼우면서 높은 하중에도 견딜 수 있도록 강성이 높은 알루미늄 등의 금속으로 구성될 수 있다.

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.

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.

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.

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.

상기 구동부(226A, 226B, 226C, 226D)는 모두 근육 경도 센서(100A, 100B, 100C)의 신호에 의해 회전한다.

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.

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.

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.

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.

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.

도 1 내지 도 8은 어깨 관절 및 팔꿉 관절의 움직임을 나타낸 도면이다.

도 9 내지 12는 견갑골(어깨뼈)의 움직임을 나타낸 도면이다.

도 13 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치에 사용되는 근육 경도 센서의 구조를 나타내는 도면이다.

도 16은 근육의 경도를 측정하여 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치를 제어하는 블럭도이다.

도 17은 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치의 구성도이다.

도 18 내지 도 21은 양팔모듈의 정면도, 좌측면도, 우측면도 및 평면도이다.

도 22는 양팔 모듈의 관절축 운동 방향을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 23 및 도 24는 근육 경도 센서의 위치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

Claims (5)

1. 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 장치.
2. 제1항에 있어서,

   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.
3. 제2항에 있어서,

   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 포함하는 것을 특징으로 하는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치.
4. 제2항에 있어서,

   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 포함하는 것을 특징으로 하는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치.
5. 제2항에 있어서,

   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 포함하는 것을 특징으로 하는 상체 착용형 근력 보조 증폭 장치.

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