(57)【要約】【課題】ワイヤーなしに複数のリンクをガイドして耐久性及び組立性を向上させることができるウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールを提供する。【解決手段】本発明の上腕モジュールは、着用者の上腕の上端部に対応するように位置したベース部と、一端がベース部に固定点を中心として回転可能に結合し、着用者の上腕に回転トルクを印加する上腕部と、一端が上腕部の一端及び上腕部の延びた方向に離隔した位置に固定されるように結合し、弾性力を発生する弾性体と、一端が固定点から離隔するように位置した作用点でベース部に回転可能に結合し、上腕部が回転することにより他端の移動がガイドされる第１リンクと、第１ポイントで第１リンクの他端と回転可能に結合し、第１ポイントから離隔した第２ポイントの移動がガイドされ、第１ポイント及び第２ポイントから離隔した第３ポイントで弾性体の他端に結合する第２リンクと、を含んで構成される。【選択図】図１
2020168714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
着用者の身体に連結され、前記着用者の上腕の上端部に対応するように位置したベース部と、
一端が前記ベース部に固定点を中心として回転可能に結合し、前記着用者の上腕に対応するように延び、前記着用者の上腕に回転トルクを印加するように前記着用者の上腕に結合した上腕部と、
一端が前記上腕部の一端、及び前記上腕部の延びた方向に離隔した位置に固定されるように結合し、変形により弾性力を発生する弾性体と、
一端が前記固定点から離隔するように位置した作用点で前記ベース部に回転可能に結合し、前記上腕部が前記固定点を中心に回転することにより他端の移動がガイドされるように前記上腕部に結合した第１リンクと、
第１ポイントで前記第１リンクの他端と回転可能に結合し、前記上腕部が前記固定点を中心に回転することにより前記第１ポイントから離隔した第２ポイントの移動がガイドされるように前記上腕部に結合し、前記第１ポイント及び前記第２ポイントから離隔した第３ポイントで前記弾性体の他端に結合した第２リンクと、を含んで構成されることを特徴とするウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項２】
前記弾性体は、一端が前記上腕部に回転可能に固定されて結合し、前記第２リンクの第３ポイントに結合した他端が移動することによる長さの変化によって弾性力の大きさが可変するばねであることを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項３】
前記作用点は、前記ベース部で前記固定点よりも上部に位置し、前記固定点から前記作用点に向かう方向は地面から上方に傾斜した方向であることを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項４】
前記第２リンクと前記弾性体との間で一端が前記第２リンクと回転可能に結合し、他端が前記弾性体の他端に結合した第３リンクと、
前記弾性体と前記上腕部との間で一端が前記上腕部に回転可能に結合し、他端が前記弾性体の一端に結合した第４リンクと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項５】
前記弾性体は、両端が前記第３リンクと前記第４リンクにそれぞれ結合した複数のばねで構成され、前記第３リンクの他端及び前記第４リンクの他端は、複数のばねが配置された方向に沿って延びることを特徴とする請求項４に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項６】
前記第２リンクには、前記第１ポイントと前記第２ポイントで前記上腕部側へそれぞれ突出した第１スライドピン及び第２スライドピンが設けられ、
前記上腕部には、前記第１スライドピン及び前記第２スライドピンがそれぞれ挿入されてスライドされることにより前記第１ポイント及び前記第２ポイントの移動をガイドする第１スライド溝及び第２スライド溝がそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項７】
前記弾性体の弾性力によって発生する回転トルクは、前記上腕部が前記固定点を中心に回転するにつれて可変するが、前記上腕部が前記ベース部を基準として下方に回転すればするほど大きさが増加し、地面との所定の角度で最大値を持った後にさらに減少するプロファイルを有することを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項８】
前記第２リンクの第３ポイントが、前記第１ポイントと前記第２ポイントとを結ぶ直線よりも上部または下部に位置して前記第１ポイント、前記第２ポイント及び前記第３ポイントが三角形を形成し、前記第２リンクは前記上腕部が前記固定点を中心に回転することにより並進運動及び回転運動するように、前記第１ポイント及び前記第２ポイントの移動がガイドされることを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項９】
前記第２リンクの第３ポイントが、前記第１ポイントと前記第２ポイントとを結んだ直線よりも上部に位置し、前記上腕部が前記ベース部を基準に地面との所定の角度よりも下方に回転すると、前記第３ポイントが下方に移動するように前記第１ポイント及び前記第２ポイントの移動がガイドされることを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項１０】
前記第２リンクの第３ポイントは、前記第１ポイントと前記第２ポイントとを結んだ直線よりも上部に位置し、前記第２リンクの第２ポイントは、前記固定点側へ移動しながら漸次急激に下方に向かうようにガイドされ、前記第１ポイントは、前記固定点側へ移動しながら下方に向かってから上方に向かうようにガイドされることを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項１１】
前記固定点を中心に前記ベース部に相対回転可能に結合し、ロック装置によるロックの際に前記ベース部との相対回転が阻止される回転部をさらに含み、
前記第１リンクが作用点で前記回転部に回転可能に結合して前記回転部が前記ベース部に対して相対回転することにより、前記第１リンク及び前記上腕部が同時に回転することを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項１２】
前記ロック装置は、前記回転部が前記ベース部に対して複数の回転角度ポイントでロックされるようにすることを特徴とする請求項１１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項１３】
前記ベース部及び前記上腕部が前記着用者の上腕の外側方に位置し、
前記上腕部から前記着用者の上腕の内側方に延びて前記着用者の上腕の下部を包む支持台をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【請求項１４】
請求項１に記載のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールを含むウェアラブル筋力補助装置であって、
ベース部は、複数の結合装置を介して着用者の胴体部に結合したことを特徴とするウェアラブル筋力補助装置。
【請求項１５】
前記ベース部は、前記着用者の上下方向に延びた回転軸に対して回転可能に前記複数の結合装置に結合したことを特徴とする請求項１４に記載のウェアラブル筋力補助装置。
【請求項１６】
着用者の身体に連結され、前記着用者の上腕の上端部に対応するように位置したベース部と、
一端が前記ベース部に固定点を中心に回転可能に結合し、前記着用者の上腕に対応するように延び、前記着用者の上腕に回転トルクを印加するように前記着用者の上腕に結合した上腕部と、
一端が前記上腕部の一端、及び前記上腕部が延びた方向に離隔した位置に固定されるように結合し、変形により弾性力を発生する弾性体と、
一端が前記固定点から離隔するように位置した作用点で前記ベース部に回転可能に結合し、他端が前記弾性体の他端に結合し、前記上腕部が前記固定点を中心に回転することにより前記弾性体の長さを変形させる連結リンクと、を含んで構成されることを特徴とするウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール及びウェアラブル筋力補助装置に係り、より詳細には、重力による荷重を補償して着用者の上腕を支持する上腕モジュール及びウェアラブル筋力補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェアラブルロボットは、身体の特定の部位に着用したり特定の部位を据え置いたりして身体の動きを補助するロボットであって、医療用、軍事用又は作業用に設計されている。特に、作業用ウェアラブルロボットの場合は、作業者に付加される荷重を減少させることにより負傷を防止し且つ筋力を補助するように設計されている。このようなウェアラブルロボットは、着用者の外骨格を模写したもので、身体の実際の動きと同じ動きを持つように関節を設計することが技術の核心といえる。
【０００３】
特に、ウェアラブル筋力補助装置は、ツールの重量をサポートするように構成された手動支持装置が含まれる。典型的な手動装置は、構造要素、ばね、ケーブル、滑車の組み合わせを用いて位置の範囲の下で重力を補償するように構成される。これらの装置の構成は、制限された動作範囲内で重力補償を提供する。従来のウェアラブル筋力補助装置は、要求されるトルクプロファイル（Ｔｏｒｑｕｅ  Ｐｒｏｆｉｌｅ：トルク特性）のためにカム（Ｃａｍ）とワイヤー（Ｗｉｒｅ）とを組み合わせてトルクプロファイルを形成したが、このようなカムとワイヤーとを組み合わせた構成は、組立性及び加工性が低下し、構成要素間の摩擦及びスライドによる耐久性及び騒音の問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】韓国特許第１０−１８９６１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ワイヤーなしに複数のリンクをガイドして耐久性及び組立性を向上させることができるウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール及びこれを含むウェアラブル筋力補助装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールは、着用者の身体に連結され、着用者の上腕の上端部に対応するように位置したベース部と、一端がベース部に固定点を中心として回転可能に結合し、着用者の上腕に対応するように延び、着用者の上腕に回転トルクを印加するように着用者の上腕に結合した上腕部と、一端が上腕部の一端、及び上腕部が延びた方向に離隔した位置に固定されるように結合し、変形によって弾性力を発生する弾性体と、一端が固定点から離隔して位置した作用点でベース部に回転可能に結合し、上腕部が固定点を中心に回転することにより他端の移動がガイドされるように上腕部に結合した第１リンクと、第１ポイントで第１リンクの他端と回転可能に結合し、上腕部が固定点を中心に回転することにより、第１ポイントから離隔した第２ポイントの移動がガイドされるように上腕部に結合し、第１ポイント及び第２ポイントから離隔した第３ポイントで弾性体の他端に結合した第２リンクと、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００７】
弾性体は、一端が上腕部に回転可能に固定されて結合し、第２リンクの第３ポイントに結合した他端が移動することによる長さの変化によって弾性力の大きさが可変するばねであることを特徴とする。
【０００８】
作用点はベース部で固定点よりも上部に位置し、固定点から作用点に向かう方向は地面から上方に傾斜した方向であることを特徴とする。
【０００９】
第２リンクと弾性体との間で一端が第２リンクと回転可能に結合し、他端が弾性体の他端に結合した第３リンクと、弾性体と上腕部との間で一端が上腕部に回転可能に結合し、他端が弾性体の一端に結合した第４リンクと、をさらに含むことを特徴とする。
【００１０】
弾性体は、両端が第３リンクと第４リンクにそれぞれ結合した複数のばねで構成され、第３リンクの他端及び第４リンクの他端は、複数のばねが配置された方向に沿って延びることを特徴とする。
【００１１】
第２リンクには、第１ポイントと第２ポイントで上腕部側にそれぞれ突出した第１スライドピン及び第２スライドピンが設けられ、上腕部には、第１スライドピン及び第２スライドピンがそれぞれ挿入されてスライドされることにより第１ポイント及び第２ポイントの移動をガイドする第１スライド溝及び第２スライド溝がそれぞれ設けられることを特徴とする。
【００１２】
弾性体の弾性力によって発生する回転トルクは、上腕部が固定点を中心に回転することによって可変するが、上腕部がベース部を基準として下方に回転すればするほど大きさが増加し、地面との所定の角度で最大値を持った後にさらに減少するプロファイルを有することを特徴とする。
【００１３】
第２リンクの第３ポイントが、第１ポイントと第２ポイントとを結ぶ直線よりも上部または下部に位置して、第１ポイント、第２ポイント及び第３ポイントが三角形を形成し、第２リンクは上腕部が固定点を中心に回転することにより並進運動及び回転運動するように、第１ポイント及び第２ポイントの移動がガイドされることを特徴とする。
【００１４】
第２リンクの第３ポイントが、第１ポイントと第２ポイントとを結んだ直線よりも上部に位置し、上腕部がベース部を基準に地面との所定の角度よりも下方に回転すると、第３ポイントが下方に移動するように、第１ポイント及び第２ポイントの移動がガイドされることを特徴とする。
【００１５】
第２リンクの第３ポイントが、第１ポイントと第２ポイントとを結んだ直線よりも上部に位置し、第２リンクの第２ポイントは、固定点側へ移動しながら漸次急激に下方に向かうようにガイドされ、第１ポイントは、固定点側へ移動しながら下方に向かってから上方に向かうようにガイドされることを特徴とする。
【００１６】
固定点を中心にベース部に相対回転可能に結合し、ロック装置によるロックの際にベース部との相対回転が阻止される回転部をさらに含み、第１リンクが作用点で回転部に回転可能に結合して回転部がベース部に相対回転することにより、第１リンク及び上腕部が同時に回転することを特徴とする。
【００１７】
ロック装置は、回転部がベース部に対して複数の回転角度ポイントでロックされることを特徴とする。
【００１８】
ベース部及び上腕部が着用者の上腕の外側方に位置し、上腕部から着用者の上腕の内側方に延びて着用者の上腕の下部を包む支持台をさらに含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明によるウェアラブル筋力補助装置は、ウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールを含むウェアラブル筋力補助装置であって、ベース部が複数の結合装置を介して着用者の胴体部に結合されることを特徴とする。
【００２０】
ベース部は、着用者の上下方向に延びた回転軸に対して回転可能に複数の結合装置に結合されることを特徴とする。
【００２１】
本発明による他のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールは、着用者の身体に連結され、着用者の上腕の上端部に対応するように位置したベース部と、一端がベース部に固定点を中心に回転可能に結合し、着用者の上腕に対応するように延び、着用者の上腕に回転トルクを印加するように着用者の上腕に結合した上腕部と、一端が上腕部の一端、及び上腕部が延びた方向に離隔した位置に固定されるように結合し、変形により弾性力を発生する弾性体と、一端が固定点から離隔して位置した作用点でベース部に回転可能に結合し、他端が弾性体の他端に結合し、上腕部が固定点を中心に回転することにより弾性体の長さを変形させる連結リンクと、を含んで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュール及びウェアラブル筋力補助装置によれば、簡単な連結リンクと弾性体の構成のみで上腕部の角度に応じて着用者の上腕部を上方に回転させる回転トルクを可変させるトルクプロファイルを実現することができる。また、ワイヤー及びカムを用いずにリンクを用いることにより、耐久性及び組立性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールの内部を示す正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールを示す透視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールの回転過程の状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールの回転過程の状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールのトルクプロファイルを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールに含まれている弾性体の変形プロファイルを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールの外部正面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールのロック装置が解除された状態を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置の上腕モジュールを含むウェアラブル筋力補助装置の背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。各図面に示された同一の参照符号は、同一の部材を示す。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置１０００の上腕モジュールの内部を示す正面図、図２は本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置１０００の上腕モジュールを示す透視図である。
【００２６】
図１と図２に示すように、本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置１０００の上腕モジュールは、着用者の身体に連結され、着用者の上腕の上端部に対応するように位置したベース部１００と、一端がベース部１００に固定点３００を中心に回転可能に結合し、着用者の上腕に対応するように延び、着用者の上腕に回転トルクを印加するように着用者の上腕に結合した上腕部２００と、一端が上腕部２００の一端、及び上腕部２００が延びた方向に離隔した位置に固定されるように結合し、変形により弾性力を発生する弾性体５００と、一端が固定点３００から離隔して位置した作用点４００でベース部１００に回転可能に結合し、他端が弾性体５００の他端に結合し、上腕部が固定点を中心に回転することにより弾性体５００の長さを変形させる連結リンク６１０、６２０、６３０、６４０と、を含む。
【００２７】
ベース部１００は、着用者の肩部に位置するもので、着用者の上腕の上端部に対応して着用者の上腕の回転中心に位置することができる。着用者の上腕に対応する上腕部２００は、着用者の上腕が上端部を中心に上方または下方に回転する動作を模写するように着用者の上腕の側方に位置し、固定点３００を中心にベース部１００に回転可能に結合することができる。弾性体５００の一端は、上腕部２００に結合し、特に上腕部２００が延びた方向に離隔して上腕部２００の他端に固定できる。弾性体５００は、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することにより長さが変形し、これにより発生させる弾性力を可変にできる。弾性力は、上腕部２００が固定点３００を中心に回転する特定の回転角度では０であり得る。一端と他端との距離が増加するように変形して弾性力による引張力を発生させることができる。
【００２８】
特に、弾性体５００に連結された連結リンク６１０、６２０、６３０、６４０の一端は、上腕部２００の回転中心である固定点３００から離隔した作用点４００に回転可能に結合する。これにより、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することにより、弾性体５００の長さを変形させることができる。これにより、上腕部２００が固定点３００を中心にベース部１００に回転しながら、弾性体５００から発生した弾性力の大きさ及び方向によって、ベース部１００及び上腕部２００に作用する回転トルクを可変にすることができる。
【００２９】
具体的には、図１に示すように、ベース部１００には、下方に回転する方向の回転トルクが発生する。トルクは、次の式で表せる。
【００３０】
【数１】
2020168714.tif 000003
【００３１】
これに対する反作用として、上腕部２００には上方に回転する方向の回転トルクが同じ大きさで発生する。これにより、簡単な連結リンク６１０、６２０、６３０、６４０と弾性体５００の構成のみで、着用者の上腕部２００を上方に回転させる回転トルクを発生させることができ、これを上腕部２００の角度に応じて可変させるように回転トルクのプロファイルを形成することができる。特に、ワイヤー及びカムを用いずに、リンクを用いることにより、耐久性と組立性を向上させることができる。
【００３２】
より具体的には、連結リンク６１０、６２０、６３０、６４０は、一端が固定点３００から離隔して位置した作用点４００でベース部１００に回転可能に結合し、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することにより他端の移動がガイドされるように上腕部２００に結合した第１リンク６１０と、第１ポイントで第１リンク６１０の他端と回転可能に結合し、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することにより、第１ポイントから離隔した第２ポイントの移動がガイドされるように上腕部２００に結合し、第１ポイント及び第２ポイントから離隔した第３ポイントで弾性体５００の他端に結合した第２リンク６２０と、を含むことができる。
【００３３】
すなわち、本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置１０００の上腕モジュールは、着用者の身体に連結されて着用者の上腕の上端部に対応するように位置したベース部１００と、一端がベース部１００に固定点３００を中心に回転可能に結合し、着用者の上腕に結合した上腕部２００と、一端が上腕部２００の一端、及び上腕部２００の延びた方向に離隔した位置に固定されるように結合し、変形により弾性力が発生する弾性体５００と、一端が固定点３００から離隔して位置した作用点４００でベース部１００に回転可能に結合し、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することにより他端の移動がガイドされるように上腕部２００に結合した第１リンク６１０と、第１ポイントで第１リンク６１０の他端と回転可能に結合し、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することにより、第１ポイントから離隔した第２ポイントの移動がガイドされるように上腕部２００に結合し、第１ポイント及び第２ポイントから離隔した第３ポイントで弾性体５００の他端に結合した第２リンク６２０と、を含むことができる。
【００３４】
第１リンク６１０は、一端が作用点４００でベース部１００に回転可能に結合し、他端は上腕部２００に結合して移動がガイドされる。第１リンク６１０は、上腕部２００が延びた方向に延びることができる。特に、作用点４００は、固定点３００から離隔して位置するので、上腕部２００が固定点３００を中心にベース部１００に対して回転すると、第１リンク６１０は、一端が作用点４００を基準に回転し、これにより、第１リンク６１０の他端は固定点３００との距離が可変しながら移動がガイドできる。
【００３５】
第２リンク６２０は、第１ポイントで第１リンク６１０の他端と回転可能に結合し、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することにより、第１ポイントから離隔した第２ポイントの移動がガイドされるように上腕部２００に結合し、第１ポイント及び第２ポイントから離隔した第３ポイントで弾性体５００の他端に結合することができる。特に、第１ポイントと第２ポイントは、上腕部２００が延びた方向に離隔し、第２リンク６２０は、上腕部２００が延びた方向に延びることができ、第３ポイントは、第１ポイント及び第２ポイントと三角形をなすように、第１ポイントと第２ポイントとを結ぶ直線の上部または下部に位置することができる。すなわち、第２リンク６２０は、三角形の形状、またはそれ以上の角を有する形状である。
【００３６】
第２リンク６２０の第１ポイントは、第１リンク６１０の他端と回転可能に結合し、第１リンク６１０の他端と同時に移動するようにガイドできる。第２リンク６２０の第２ポイントは、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することにより第１ポイントが移動し、第１ポイントとの距離を維持するように移動しながら上腕部２００によって移動がガイドできる。
【００３７】
弾性体５００の他端に結合した第２リンク６２０の第３ポイントは、第２リンク６２０の第１ポイント及び第２ポイントの移動が上腕部２００によってガイドされることにより決定できる。したがって、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することにより弾性体５００の他端が移動し、これにより、弾性体５００の長さが可変することにより弾性力が可変することができる。特に、弾性体５００は、一端が上腕部２００に回転可能に固定されて結合され、第２リンク６２０の第３ポイントと結合した他端が移動することによる長さの変化によって弾性力の大きさが可変するばねである。これにより、弾性体５００として、耐久性に優れたばねを用いて、ワイヤーが切れるなどの破損を防止することができ、ばねを交替することにより、弾性力及びこれに伴う回転トルクの大きさを容易に可変させることができる。
【００３８】
さらに具体的には、第２リンク６２０と弾性体５００との間で一端が第２リンク６２０と回転可能に結合し、他端が弾性体５００の他端に結合した第３リンク６３０と、弾性体５００と上腕部２００との間で一端が上腕部２００に回転可能に結合し、他端が弾性体５００の一端に結合した第４リンク６４０とをさらに含むことができる。第３リンク６３０と第４リンク６４０は、第２リンク６２０の第３ポイントと上腕部２００にそれぞれ回転可能に結合し、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することによる第２リンク６２０の第３ポイントと上腕部２００と弾性体５００の一端との間の長さ変化に応じて弾性体５００の長さが滑らかに変化することができる。特に、弾性体５００は、両端が第３リンク６３０と第４リンク６４０にそれぞれ結合した複数のばねで構成され、第３リンク６３０の他端及び第４リンク６４０の他端は、複数のばねが配置された方向に沿って延びることができる。複数のばねは、初期の長さが同じものであってもよく、長さの変化による弾性力の大きさが互いに対称となるように配置できる。これにより、第３リンク６３０と第４リンク６４０との間で上下方向に並んで配置された複数のばねから発生する弾性力が均一に作用する。
【００３９】
図３と図４は、本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置１０００の上腕モジュールの回転過程の状態をそれぞれ示す図である。
【００４０】
図３と図４に示すように、第２リンク６２０には、第１ポイントと第２ポイントで上腕部２００側にそれぞれ突出した第１スライドピン（図示せず）及び第２スライドピンが設けられ、上腕部２００には、第１スライドピン（図示せず）及び第２スライドピンがそれぞれ挿入されてスライドされることにより第１ポイント及び第２ポイントの移動をガイドする第１スライド溝２１０及び第２スライド溝２２０がそれぞれ設けられる。第１スライドピン（図示せず）は、第２リンク６２０の第１ポイント及び第１リンク６１０の他端を回転可能に結合し、上腕部２００の第１スライド溝２１０に挿入された状態で自由に回転しながら第１スライド溝２１０の内部にスライド可能に結合することができる。
【００４１】
また、第２スライドピン（図示せず）は、第２リンク６２０の第２ポイントに設けられ、上腕部２００の第２スライド溝２２０に挿入された状態で自由に回転しながら第２スライド溝２２０の内部にスライド可能に結合することができる。図示してはいないが、第１スライドピン（図示せず）及び第２スライドピン（図示せず）の端部には、第１スライド溝２１０及び第２スライド溝２２０から離脱しないように溝のサイズよりも大きく拡張された固定点３００が設けられる。
【００４２】
図５は、本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置１０００の上腕モジュールのトルクプロファイル（実線）を示す図である。図５に示すように、本発明に係るトルクプロファイルは実線で表示し、従来技術に係るトルクプロファイルは破線で表示した。ここで、トルクプロファイルグラフは、０よりも小さい負数にマッピングされる。
【００４３】
弾性体５００の弾性力によって発生する回転トルクは、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することにより可変であるが、上腕部２００がベース部１００を基準に下方に回転すればするほど大きさが増加し、地面との所定の角度で最大値を持った後にさらに減少するプロファイルを有することができる。
【００４４】
着用者の上腕を支持するウェアラブル筋力補助装置１０００は、着用者の上腕に重力を補償するために、地面との所定の第１固定角度（例えば、＋６０［ｄｅｇ］）で上方に傾斜した状態で着用者の上腕が下降することにより、上方に回転させる回転トルクが増加するように設計されるべきである。これにより、着用者の上腕に作用する重力を補償して、着用者の上腕が上方に傾斜した状態を維持するように支持することができるためである。
【００４５】
また、着用者の上腕が地面との所定の角度（例えば、０［ｄｅｇ］付近）で所定の第２固定角度（例えば、−９０［ｄｅｇ］）に下降することにより、上方に回転する回転トルクが減少するように設計されるべきである。これにより、着用者が上腕を下ろす動作の邪魔を受けないからである。したがって、破線で表示した従来技術に係るトルクプロファイルと比較して、本発明に係るトルクは、着用者の上腕が相対的に高い角度で大きさが最大値を持ち、相対的に低い角度で上腕の下降動作に有利であるように大きさが小さく形成される。
【００４６】
本発明の上腕部２００に作用する回転トルク（実線）がこのようなトルクプロファイルに設計されるために、本発明の作用点４００は、ベース部１００で固定点３００よりも上部に位置し、固定点３００から作用点４００に向かう方向は、地面から上方に傾斜した方向である。
【００４７】
上腕部２００またはベース部１００に作用する回転トルクの大きさは、弾性力の大きさ、及び作用点４００から固定点３００に向かう方向と作用点４００で弾性力が印加される方向との角度によって決定される。特に、作用点４００から固定点３００に向かう方向と作用点４００で弾性力が印加される方向との角度のサイン値（ｓｉｎｅ）に比例する。
【００４８】
具体的には、作用点４００から固定点３００に向かう方向と作用点４００で弾性力が印加される方向との角度は、そのサイン値が、上腕部２００が固定点３００を基準に回転しながら徐々に増加し、着用者の上腕が地面との所定の角度付近で最大値を持った後にさらに減少するように、作用点４００は固定点３００よりも上部に位置することができる。
【００４９】
すなわち、作用点４００は、固定点３００から作用点４００に向かう方向が、地面から上方に傾斜した方向に位置することができ、これにより、作用点４００から固定点３００に向かう方向と作用点４００で弾性力が印加される方向との角度は、上腕部２００が地面から上方に最大回転した状態で０［ｄｅｇ］に近く、上腕部２００が地面との所定の角度付近にある状態では９０［ｄｅｇ］に近く、上腕部２００が下方に最大回転した状態では１８０［ｄｅｇ］に近くなることができる。
【００５０】
図６は、本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置１０００の上腕モジュールに含まれている弾性体５００の変形プロファイルを示す図である。より具体的には、図５と図６に示すように、図５と図６の実線グラフは、本発明の実施形態に係るトルクプロファイル及び弾性体５００の変形プロファイルを示すもので、破線グラフは、第１リンク６１０又は第２リンク６２０のガイドなしに単純な連結リンク６１０、６２０、６３０、６４０のみで構成された実施形態のトルクプロファイル、及び弾性体５００の変形プロファイルを示すものである。
【００５１】
つまり、後述するように、本発明の一実施形態に係る第１リンク６１０及び第２リンク６２０の移動によれば、単純な連結リンク６１０、６２０、６３０、６４０のみで構成された実施形態と比較するとき、上腕部２００が地面から上方に傾斜した角度領域で弾性体５００の弾性力を効果的に利用し、これによる回転トルクを向上させることができる。
【００５２】
具体的には、第２リンク６２０の第３ポイントが、第１ポイントと第２ポイントとを結ぶ直線よりも上部または下部に位置して、第１ポイント、第２ポイント及び第３ポイントが三角形を形成し、第２リンク６２０は、上腕部２００が固定点３００を中心に回転することにより並進運動及び回転運動するように、第１ポイント及び第２ポイントの移動がガイドできる。つまり、上腕部２００が固定点３００を中心に下方に回転することにより、第１ポイントと第２ポイントが固定点３００側へ移動して弾性力を発生させるように構成するが、上腕部２００の角度変化による弾性力の変化率を可変させるために、第２リンク６２０が並進運動だけでなく回転運動まで実現するように第１ポイント及び第２ポイントを移動させることができる。これにより、第１ポイント及び第２ポイントと三角形を形成する第３ポイントは、第２リンク６２０の並進運動と回転運動によって移動することにより、上腕部２００の角度変化に伴う弾性力の変化率が上腕部２００の角度に応じて可変にすることができる。
【００５３】
より具体的には、第２リンク６２０の第３ポイントが、第１ポイントと第２ポイントとを結ぶ直線よりも上部に位置し、上腕部２００がベース部１００を基準に地面との所定の角度よりも下方に回転すると、第３ポイントが下方に移動するように第１ポイント及び第２ポイントの移動がガイドできる。上腕部２００がベース部１００を基準に地面と所定の角度よりも下方に回転すると、第２リンク６２０は、固定点３００側に並進移動するとともに回転運動を介して第３ポイントを下方に移動させることができる。第３ポイントが下方に移動することにより、弾性体５００の他端が固定された位置との距離が減少して、第２リンク６２０の固定点３００側に並進移動効果を相殺または減少させることができる。
【００５４】
これにより、図６に示すように、上腕部２００がベース部１００を基準に地面との所定の角度よりも下方に回転する区間では、上腕部２００が地面から上方に回転する区間に比べて相対的に上腕部２００の角度変化による弾性体５００の長さ変化率が減少し、これにより、上腕部２００の角度変化による弾性力の増加率が減少することができる。つまり、上腕部２００が固定点３００を基準に地面との所定の角度よりも下方に回転する区間では回転トルクを迅速に減少させ、逆に、上腕部２００がベース部１００を基準に上方に傾斜した角度で上腕部２００がベース部１００を基準に地面との所定の角度で下方に回転する区間では回転トルクが迅速に増加する効果を有する。
【００５５】
より具体的には、第２リンク６２０の第３ポイントは、第１ポイントと第２ポイントとを結ぶ直線よりも上部に位置し、第２リンク６２０の第２ポイントは、固定点３００側へ移動しながら漸次急激に下方に向かうようにガイドされ、第１ポイントは、固定点３００側へ移動しながら下方に向かってから上方に向かうようにガイドされる。
【００５６】
第１リンク６１０の第１ポイント及び第２ポイントは、上腕部２００が固定点３００を基準に最大に上方に傾斜した位置で、それぞれ固定点３００から最大に離隔した位置に位置することができる。また、第１リンク６１０の第１ポイント及び第２ポイントは、上腕部２００が固定点３００を基準に下方に回転することにより、固定点３００側に隣接して移動するようにガイドできる。第２リンク６２０の第２ポイントは、固定点３００側へ移動しながら漸次急激に下方に向かうようにガイドできる。第２リンク６２０の第２ポイントは、上腕部２００が固定点３００を基準に下方に回転することにより第３ポイントが固定点３００側へ移動しながら、漸次急激に下方に移動するようにガイドできる。第２リンク６２０の第１ポイントは、固定点３００側へ移動しながら、下方に向かってから上方に向かうようにガイドできる。第２リンク６２０の第１ポイントは、固定点３００側へ移動しながら下方に向かうようにガイドされることにより、上腕部２００が固定点３００を基準に下方に回転することにより、第３ポイントが固定点３００側へ移動しながら下方に移動するようにガイドされた後、再び固定点３００側へ移動しながら上方に向かうようにガイドされて、第３ポイントが固定点３００から離隔する方向に第２リンク６２０を回転させることができる。
【００５７】
これにより、第２リンク６２０の第３ポイントは、上腕部２００が固定点３００を基準に下方に回転しながら上腕部２００の回転角度の変化による弾性力の変化率が急激に減少する弾性力プロファイルを実現し、これにより、設計上要求されるトルクプロファイルを実現することができる。
【００５８】
図７は、本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置１０００の上腕モジュールの外部正面図、図８は本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置１０００の上腕モジュールのロック装置８００が解除された状態を示す図である。
【００５９】
図７と図８に示すように、固定点３００を中心にベース部１００に相対回転可能に結合するが、ロック装置８００によるロックの際にベース部１００との相対回転が阻止される回転部７００をさらに含み、第１リンク６１０は、作用点４００で回転部７００に回転可能に結合して回転部がベース部１００に対して相対回転することにより、第１リンク６１０及び上腕部２００が同時に回転することができる。
【００６０】
すなわち、第１リンク６１０の一端は、ベース部１００に直接結合することもできるが、回転部７００を経由して結合してもよい。回転部７００は、固定点３００を中心にベース部１００に回転可能に結合し、ロック装置８００のロック時にはベース部１００との相対回転が阻止され、ロック装置８００のロック解除時にはベース部１００に対して自由に回転することができる。ロック装置８００は、回転部７００がベース部１００に複数の回転角度ポイントでロックすることが可能である。回転部７００は、ベース部１００に複数の回転角度ポイントで固定でき、回転部７００が固定点３００を中心にベース部１００に対して回転すると、第１リンク６１０及び上腕部２００が回転部７００と同時に回転して、上腕部２００に印加される回転トルクのトルクプロファイルが移動する効果を有する。
【００６１】
すなわち、回転トルクが最大値を持つ所定の角度をはじめとする角度範囲全体でトルクプロファイルが移動する効果を有する。これにより、着用者の要求に応えて、トルクプロファイルが形成される角度範囲を移動させて、所望の角度で回転トルクを実現するように調節することができる。具体的には、ロック装置８００は、ベース部１００にスライド可能に結合し、回転部７００には、ベース部１００に対して回転する方向に沿って離隔した複数の結合溝７１０が設けられ、ロック装置８００が結合溝７１０に挿入されて係合されると、回転部７００とベース部１００との相対回転が阻止できる。
【００６２】
ロック装置８００は、ベース部１００を貫通する結合スリットでスライドされて回転部７００の結合溝７１０に対して係合されるか或いは係合解除され得る。別途の弾性力を備えた弾性体５００を介してロック装置８００が結合溝７１０に挿入される方向に弾性力を印加するように構成することができる。ベース部１００及び上腕部２００が着用者の上腕の外側方に位置し、上腕部２００から着用者の上腕の内側方に延びて着用者の上腕の下部を包む支持台２３０をさらに含むことができる。支持台２３０によって、着用者の上腕は下部から支持され、これにより、上腕部２００に作用する回転トルクが着用者の上腕に安定的に作用することができる。
【００６３】
図９は、本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置１０００の上腕モジュールを含むウェアラブル筋力補助装置１０００の背面図である。図９に示すように、本発明の一実施形態に係るウェアラブル筋力補助装置１０００の上腕モジュールを含むウェアラブル筋力補助装置１０００は、ベース部１００が複数の結合装置を介して着用者の胴体部に結合できる。具体的には、ハーネスなどを介して着用者の肩及び腰などに固定された結合装置が含まれ、本発明の上腕モジュールは、結合装置を介して着用者の胴体部に結合して着用者の胴体部に固定されるように支持できる。特に、ベース部１００は、着用者の上下方向に延びた回転軸９００に対して回転可能に複数の結合装置に結合することができる。
【００６４】
回転軸９００は、複数の結合装置に結合して着用者の胴体部に固定され、着用者の背面に位置して上下方向に延びることができる。ベース部１００は、着用者の背面に位置した回転軸９００に回転可能に結合し、回転軸９００から着用者の上腕の外側面に延びることができる。これにより、着用者は、上腕を上方又は下方に回転させることができるとともに、内側及び外側に自由に回転（内部回転（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ）、外転（Ａｂｄｕｃｔｉｏｎ））させることができる。
【００６５】
本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、多様な改良及び変形を加えることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１００    ベース部
２００    上腕部
２１０    第１スライド溝
２２０    第２スライド溝
２３０    支持台
３００    固定点
４００    作用点
５００    弾性体
６１０、６２０、６３０、６４０    連結リンク
６１０    第１リンク
６２０    第２リンク
６３０    第３リンク
６４０    第４リンク
７００    回転部
８００    ロック装置
９００    回転軸
１０００    ウェアラブル筋力補助装置
【図１】
2020168714.tif 000004
【図２】
2020168714.tif 000005
【図３】
2020168714.tif 000006
【図４】
2020168714.tif 000007
【図５】
2020168714.tif 000008
【図６】
2020168714.tif 000009
【図７】
2020168714.tif 000010
【図８】
2020168714.tif 000011
【図９】
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