具体实施方式

以下，通过示例性附图，详细说明实施例。在各附图的结构要素附加附图标记时，针对相同的结构要素，应当要留意，即使在其他附图上表示，也尽量具有相同附图标记。并且，在说明实施例时，当判断为相关公知结构或功能的具体说明妨碍对于实施例的理解的情况下，将省略对其的详细说明。

并且，在说明实施例的结构要素时，可使用第1、第2、A、B、(a)、(b)等术语。这些术语仅用于区分该结构要素与其他结构要素，而并不是说相关结构要素的本质或次序或顺序等限定于该术语。当某些结构要素记载为与其他结构要素“连接”、“结合”或“相连”时，虽然该结构要素可与其他结构要素直接连接或相连，但是应当要理解该结构要素之间还可以“连接”、“结合”或“相连”其他结构要素。

包括与任一个实施例中包含的结构要素共同的功能的结构要素，在其他实施例中使用相同名称来说明。只要没有相反的记载内容，任一个实施例中记载的说明也可适用于其他实施例，故而省略重复的范围内的具体说明。

图1是示出根据一实施例的托臂装置的使用模样的立体图，图2为根据一实施例的托臂装置的立体图。

参照图1及图2，根据一实施例的托臂装置1在工作空间上可支撑使用人员的手臂的活动。

例如，托臂装置1如图1所示固定于如书桌之类的外部物体9，在工作空间上的所有姿势可支撑使用人员的手臂活动。托臂装置1可缓解使用人员的手臂活动带来的疲劳度，并可实现适用固定及阻尼的水平方向的活动，由此可让使用人员精密地活动手臂。

根据一实施例的托臂装置1可包括固定部11、水平移动模块13、阻尼部12及臂支撑模块14。

固定部11固定于外部物体9，可提供托臂装置1的驱动基准位置。

例如，固定部11可包括：固定底座112，可固定于外部物体；支撑底座111，连接在上述固定底座112，可驱动地支撑后述的水平移动模块13及臂支撑模块14。

固定底座112如图1所示可固定于书桌、搁板、桌子等外部物体9。

支撑底座111固定于固定底座112，可提供水平移动模块13的相对旋转或移动基准点。

水平移动模块13基于固定部11能够以水平方向活动2自由度。例如，水平移动模块13的一端可旋转地连接在支撑底座111，另一端以水平方向针对固定部11移动的同时可旋转地支撑臂支撑模块14。

阻尼部12连接在水平移动模块13，可形成基于水平移动模块13的移动的阻力。例如，通过阻尼部12形成的阻力可调节，由此不仅将水平移动模块13完全不移动，而且即使使用人员施加相同的力，也可使水平移动模块13的移动速度不同。

臂支撑模块14可移动地支撑在水平移动模块13，可支撑使用人员的手臂。例如，臂支撑模块14可包括基于与水平移动模块13移动的水平方向分别平行的旋转轴可旋转地设置在相互之间的2个臂支架143、147。

在本申请的说明及附图上，基于固定部11，水平方向为与地面平行的平面(附图的xy平面)内的方向，垂直方向为与地面垂直的方向(附图的z轴方向)，但是揭示上述水平方向及垂直方向根据固定部11的固定位置有可能与地面的坐标轴不同。

水平移动模块13、阻尼部12及臂支撑模块14的具体说明，参照图3至图8进行后述。

图3为根据一实施例的阻尼部的框图，图4为根据一实施例的水平移动模块的立体图，图5为简要表示根据一实施例的水平移动模块的运转结构的俯视图。

参照图3至图5，可确认根据一实施例的水平移动模块13和阻尼部12的具体结构。

根据一实施例的水平移动模块13可包括第1驱动框131、第2驱动框132、中央连接部133、旋转端部134及多个连杆135、136、137。

第1驱动框131基于第1旋转轴A在固定部11可旋转。例如，第1驱动框131的一端基于第1旋转轴A可转动地连接在支撑底座111上，第1驱动框131的另一端基于与第1旋转轴A平行的第2旋转轴B可转动地连接在中央连接部133上。

例如，第1驱动框131可包括：第1连杆1311，连接在第1旋转轴A及第2旋转轴B之间；第1突出部件1312，固定于第1连杆1311，基于第1旋转轴A旋转。

第1突出部件1312基于第1旋转轴A可具有至少一部分从第1连杆1311径向突出的圆弧形状的边缘形状。例如，第1突出部件1312与后述的第1阻尼部121连接，可形成对于第1连杆1311的旋转运动的阻力。

例如，第1突出部件1312可包括沿着圆弧形状的边缘与第1阻尼部121的第1阻尼部件1213相接触的第1接触面13121。

第2驱动框132可具有可旋转地连接在固定部11的第1旋转轴A与中央连接部133的第2旋转轴B之间的三节连杆1322、1321、1323的结构。

例如，第2驱动框132可包括：驱动连杆1322，基于第1旋转轴A可旋转地连接在固定部；第2连杆1321，基于与第1旋转轴A平行的第3旋转轴G可旋转地连接在驱动连杆1322；第3连杆1323，一端基于以与第3旋转轴G平行的状态隔开的第4旋转轴H可旋转地连接在第2连杆1321，另一端基于第2旋转轴B可旋转地连接在中央连接部133。

驱动连杆1322可旋转地连接在第1旋转轴A，并可具有包括至少一部分径向突出的圆弧形状的边缘的形状。例如，驱动连杆1322也可被称为第2突出部件1322。

例如，第2突出部件1322可包括沿着圆弧形状的边缘与第2阻尼部122的第2阻尼部件1223相接触的第2接触面13221。

第1驱动框131及第2驱动框132可形成为连接固定部11及中央连接部133之间的四节连杆结构，第2连杆1321的长度可与第1连杆1311的长度相同，驱动连杆1322的长度可与第3连杆1323的长度相同。

根据以上结构，各个连杆1311、1321、1322、1323可形成相互对置的连杆保持平行的平行四边形形态。如上的平行四边形结构可具有比起其他传动结构高的刚性(stiffness)，因此即使利用相对轻的原材料，也可确保等同的刚性。例如，各个连杆1311、1321、1322、1323中的至少一部分可制作为比起铝或钢高出5～10倍刚性优秀的碳纤维管(carbon fiber pipe)，由此可提供更加轻而坚固的结构。

中央连接部133从固定部11连接到第1驱动框131及第2驱动框132，可沿着与固定部11水平的方向移动。

旋转端部134通过多个连杆135、137可旋转及移动地连接在中央连接部133，可提供可旋转地设置后述臂支撑模块14的臂旋转轴C。例如，臂旋转轴C可与第1旋转轴A平行。在臂旋转轴C上可设置形成连接在臂旋转轴C上的部件之间的相对旋转运动的阻力的阻尼部。根据这种阻尼部，可实现对于托臂装置1的平面上的运动的阻尼。

多个连杆135、136、137可包括第4连杆135、第5连杆136及第6连杆137。

第4连杆135的一端基于第2旋转轴B可旋转地连接在中央连接部133，另一端基于与第1旋转轴A平行的第5旋转轴F可旋转地连接在旋转端部134。

例如，第4连杆135可固定于第3连杆1323，当第3连杆1323基于第2旋转轴B旋转时，第4连杆135可同时旋转。换言之，第4连杆135及第3连杆1323可做一种刚体运动，在这种观点上，第4连杆135及第3连杆1323还可以理解为指称各个相同的一个连杆的互不相同的部分。

第5连杆136的一端基于以与第1旋转轴A平行的状态隔开的第6旋转轴D可旋转地连接在上述固定部11，另一端基于以与第2旋转轴B平行的状态隔开的第7旋转轴E可旋转地连接在中央连接部133。

例如，第5连杆136的长度可与第1连杆1311的长度相同。例如，在固定部11上，第6旋转轴D从第1旋转轴A中隔开的距离及方向，可与在中央连接部133上第7旋转轴E从第2旋转轴B中隔开的距离及方向相同。

根据如上结构，第1连杆1311及第5连杆136可经常保持平行的状态，由此，在固定部11与中央连接部133之间，第1连杆1311和第5连杆136可提供连接第1旋转轴A、第2旋转轴B、第7旋转轴E及第6旋转轴D的平行四边形的关节结构。例如，形成平行四边形的各个连杆1311、136中的至少一部分可制作为碳纤维管(carbon fiber pipe)。

第6连杆137的一端基于与第2旋转轴B平行的状态隔开的第8旋转轴I可旋转地连接在中央连接部133，另一端基于与第5旋转轴F平行的状态隔开的第9旋转轴J可旋转地连接在旋转端部134。

例如，第6连杆137的长度可与第4连杆135的长度相同。例如，在中央连接部133上，第8旋转轴I从第2旋转轴B中隔开的距离及方向可与在旋转端部134上第9旋转轴J从第5旋转轴F中隔开的距离及方向相同。

根据如上结构，第4连杆135及第6连杆137可经常保持平行的状态，由此，在中央连接部133与旋转端部134之间，第4连杆135和第6连杆137可提供连接第2旋转轴B、第5旋转轴F、第8旋转轴I及第9旋转轴J的平行四边形的关节结构。例如，形成平行四边形的各个连杆135、137中的至少一部分可制作为碳纤维管(carbon fiber pipe)。

例如，在旋转端部134上，臂旋转轴C可形成在以与第5旋转轴F及第9旋转轴J平行的状态隔开的地点，臂支撑模块14基于上述臂旋转轴C可旋转地设置在旋转端部134上。

另一方面，揭示支撑底座111、中央连接部133及旋转端部134可分别支撑为“连杆”。例如，支撑底座111在针对外部物体9相对不移动的方面上，还可称作“固定连杆”。如上所述，根据通过多个连杆形成的3个平行四边形111-1311-133-136、1311-1322-1321-1323、133-135-134-137的连接结构，设置臂支撑模块14的旋转端部134针对固定部11可实现朝向水平方向的2自由度运动。

以下，参照图5的概念图，在连杆结构的观点上整理。托臂装置1可包括：(i)“第1四节连杆结构”；(ii)“第2四节连杆结构”，与“第1四节连杆结构”共享任一个连杆；(iii)“第3四节连杆结构”，与“第1四节连杆结构”共享另一连杆，具有固定于“第2四节连杆结构”中任一个连杆的连杆。

其中，构成“第1四节连杆结构”的4个连杆中的任一个可以是固定于外部物体9，起到基准框的功能的支撑底座111。

作为具体例，“第1四节连杆结构”可由支撑底座111和从支撑底座111中隔开的中央连接部133、相互连接支撑底座111及中央连接部133的一对连杆1311、136。根据如上结构，中央连接部133针对支撑底座111可进行一自由度运动。例如，一对连杆1311、136各个长度可长于一对连杆1311、136之间的最大距离。根据如上结构，可充分确保针对支撑底座111的中央连接部133的移动半径。

“第1四节连杆结构”中与“第2四节连杆结构”共享的一个连杆可以是不与支撑底座111直接连接的中央连接部133。

作为具体例，“第2四节连杆结构”可由中央连接部133、从中央连接部133中隔开的旋转端部134、相互连接中央连接部133及旋转端部134的一对连杆135、137构成。根据如上结构，旋转端部134针对中央连接部133可进行一自由度运动，最终，旋转端部134针对支撑底座111可进行二自由度运动。例如，一对连杆135、137各个长度可长于一对连杆135、137之间的最大距离。根据如上结构，可充分确保针对支撑底座111的旋转端部134的工作区域。

通常，四节连杆结构比起线性机制(Linear mechanism)，刚性(Stiffness)更大，反之，存在工作区域(Workspace)狭窄的限制。但是，如本申请，若利用共享一个连杆的2个四节连杆结构，则克服如上的限制，具有在宽的工作区域以高刚性可提供托臂装置1的优点。

“第1四节连杆结构”中与“第3四节连杆结构”共享的一个连杆是与支撑底座111直接连接的一对连杆1311、136中的任一个连杆1311，与“第2四节连杆结构”中“第3四节连杆结构”的任一个连杆1323固定并一体移动的连杆可以是与中央连接部133直接连接的一对连杆135、137中的任一个连杆135。

作为具体例，“第3四节连杆结构”可由第1连杆1311、从第1连杆1311中隔开的第2连杆1321、相互连接第1连杆1311及第2连杆1321的一对连杆1322、1323形成。其中，一对连杆1322、1323中的任一个连杆1323固定于“第2四节连杆结构”的一对连杆135、137中任一个连杆135并可一体地移动。根据如上结构，由于可加强针对支撑底座111的旋转端部134的刚性，因此可提供更稳定的结构。并且，如下后述，用于形成对于“第2四节连杆结构”的移动的阻力的阻尼部可配置在接近于固定部11的位置(例如，固定部11上的特定位置或外部物体9上的特定位置)，因此可防止托臂装置1的惯性力矩增加。

例如，上述3个四节连杆结构可分别具有平行四边形结构。根据如上的设计，各个四节连杆结构移动的过程中，防止产生特异点(singularity)，由此可减少旋转端部134的工作区域受限的问题。另一方面，本发明并不是务必受到如上限制，并揭示上述3个四节连杆结构中的一部分或全部有可能并不是平行四边形结构。

如上所述，根据本发明，多个连杆是引导并支撑相互间的移动及旋转，由此可有效分散包括使用人员的手臂重量在内的臂支撑模块14的垂直方向的荷重，从而可提高耐久性及动作稳定性。

例如，多个连杆为了减少基于水平移动模块13的重量和移动的惯性，可由内部中空的中空型部件形成。

阻尼部12可包括第1阻尼部121、第2阻尼部122、控制部123及输入部124。例如，阻尼部12的至少一部分设置在托臂装置1中没有移动的部分即固定部11，由此可防止托臂装置1的惯性力矩增加。作为另一例，阻尼部12的至少一部分还可设置于外部物体9。

第1阻尼部121对第1驱动框131的旋转运动可形成阻力。

例如，第1阻尼部121可包括：第1阻尼部件1213，连接在第1突出部件1312，传递基于第1驱动框131的旋转运动的阻力；第1驱动源1211，与第1阻尼部件1213连接，形成阻力，调节上述阻力的大小；第1制动器1212，坚固地固定第1阻尼部件1213，防止第1驱动框131的旋转。

第1阻尼部件1213可与第1突出部件1312的圆形的第1接触面13121相接触。例如，揭示第1阻尼部件1213及第1接触面13121之间的连接可通过齿轮啮合、螺栓结合、摩擦子接合等多种旋转传递因素形成。

第1驱动源1211在与第1接触面13121连接的第1阻尼部件1213形成旋转阻力，可调节其阻力的大小。例如，第1驱动源1211可包括作为电、气压或液压等能量可形成旋转力的电机或气缸之类的驱动源。

第1制动器1212固定与第1接触面13121连接的第1阻尼部件1213以防止其旋转，由此可防止第1驱动框131基于第1旋转轴A旋转。例如，第1制动器1212可以是以电磁方式运转，较强地加压第1阻尼部件1213的电磁制动器(electromagnetic brake)。

第2阻尼部122在第2驱动框132的旋转运动可形成阻力。

例如，第2阻尼部122可包括：第2阻尼部件1223，连接在第2突出部件1322，传递基于第2驱动框132的旋转运动的阻力；第2驱动源1221，连接在第2阻尼部件1223，形成阻力，调节上述阻力的调节；第2制动器1222，坚固地固定第2阻尼部件1223，防止第2驱动框132的旋转。

第2驱动源1221在与第2接触面13221连接的第2阻尼部件1223形成旋转阻力，并可调节其阻力的大小。例如，第2驱动源1221可包括作为电、气压或液压等能量可形成旋转力的电机或气缸之类的驱动源。

第2制动器1222固定与第2接触面13221连接的第2阻尼部件1223以防止其旋转，由此可防止第2驱动框132基于第1旋转轴A旋转。例如，第2制动器1222可以是以电磁方式运转，较强地加压第2阻尼部件1223的电磁制动器(electromagnetic brake)。

根据第1阻尼部121及第2阻尼部122的结构，可形成基于臂支撑模块14的水平方向的二自由度移动的阻力。

具体地，第1阻尼部121针对第1驱动框131基于第1旋转轴A旋转的第1旋转自由度(θ₁)移动的阻力，由此可抑制中央连接部133针对固定部11旋转的倾向性。

第2阻尼部122针对第2驱动框132即驱动连杆1322基于第1旋转轴A旋转的第2旋转自由度(θ₂)移动的阻力，由此可抑制旋转端部134针对中央连接部133旋转的倾向性。

最终，通过阻尼部12，根据使用人员的手臂的移动及姿势的变化，形成针对施加于旋转端部134的力抵抗的阻尼力，由此可引导使用人员更加精密而缓慢活动手臂。

并且，调节通过第1阻尼部121或第2阻尼部122形成的阻力的大小，由此根据工作的种类、精度或使用人员的喜好可实现适当的阻尼控制(damping control)。

进而，根据需要，通过驱动第1制动器1212或第2制动器1222，抑制第1驱动框131或第2驱动框132的旋转，由此可防止旋转端部134的水平方向的移动。由此，由臂支撑模块14支撑的使用人员的手臂可根据水平方向固定位置或姿势，由此可对需要应用手腕以下的小肌肉的精密动作的工作有效。

另一方面，第1阻尼部121和第2阻尼部122相互单独驱动，即第1旋转自由度(θ₁)动作和第2旋转自由度(θ₂)动作的抑制程度形成为不同，由此在工作的种类或工作区域可根据手臂的移动轨迹还可以诱导选择性的手臂的活动。

控制部123对第1阻尼部121或第2阻尼部122进行运转，第1驱动框131或第2驱动框132针对基于第1旋转轴A执行的旋转运动可形成阻力，并可调节阻力的大小。

控制部123对第1制动器1212或第2制动器1222进行运转，第1驱动框131或第2驱动框132可抑制基于第1旋转轴A执行的旋转运动。

输入部124可包括由使用人员施加用于控制第1阻尼部121或第2阻尼部122的输入信号的界面。

另一方面，揭示第1阻尼部121及第2阻尼部122并不是务必单独形成针对不同驱动框131、132的旋转运动的阻力。如图4等所示，当第1驱动框131的一部分1312和第2驱动框132的一部分1322以相同的旋转轴A为中心旋转时，利用一个相同的阻尼部，还可以同时给第1驱动框131及第2驱动框132提供阻尼力。例如，还可以理解与第1突出部件1312相接触的第1阻尼部件1213和与第2突出部件1322相接触的第2阻尼部件1223分别为相同结构的一部分。

图6为根据一实施例的臂支撑模块的立体图，图7及图8为根据一实施例的臂支撑模块的侧视图。

参照图6至图8，可确认根据一实施例的臂支撑模块14的具体结构。

根据一实施例的臂支撑模块14可包括连接部141、第1支撑部144、第1臂支架143、旋转连杆145、第2支撑部146、第2臂支架147及重量补偿部148。

连接部141基于臂旋转轴C可旋转地设置在旋转端部134。

第1支撑部144可固定于连接部141，并可支撑第1臂支架143。例如，第1支撑部144与连接部141一体地形成，基于臂旋转轴C可一同旋转。

第1臂支架143可支撑使用人员的手臂。例如，第1臂支架143可支撑使用人员的手臂的部位中与胳膊肘相邻的部分。

例如，第1臂支架143的表面可具有弯曲的形状以使两侧边缘部分朝向上侧，由此可稳定地放置而支撑使用人员的手臂。

例如，如图7及图8所示，第1臂支架143可与臂旋转轴C重叠，由此可稳定地引导基于胳膊肘关节的前臂部分的旋转运动。

旋转连杆145可以是一侧可旋转地连接在第1支撑部144，另一侧与第2支撑部146连接的连杆。

例如，旋转连杆145基于倾斜调节轴K相对于第1支撑部144可进行旋转，倾斜调节轴K可垂直于臂旋转轴C。在倾斜调节轴K上可设置形成连接在倾斜调节轴K上的部件之间的相对旋转运动的阻力的阻尼部。根据这种阻尼部，针对托臂装置1的空间上的移动可实现阻尼。

第2支撑部146可连接在旋转连杆145，并可支撑第2臂支架147。

第2臂支架147可支撑使用人员的手臂。例如，第2臂支架147可支撑使用人员的手臂的部位中与手腕相邻的部分。

例如，第2臂支架147的表面可具有弯曲的形状以使两侧边缘部分朝向上侧，由此可稳定地放置而支撑使用人员的手臂。

重量补偿部148在针对第1支撑部144的旋转连杆145的旋转运动中，可补偿使用人员的手臂的重量和臂支撑模块14的重量的影响。

例如，重量补偿部148可包括设置于旋转连杆145的弹性体1481和连接在弹性体1481及第1支撑部144之间的金属丝1482。

弹性体1481的一端可固定于旋转连杆145，另一端可连接在金属丝1482。例如，弹性体1481如图6至图8所示，其可以是沿着旋转连杆145的长度方向可扩大地设置的弹簧。

金属丝1482向弹性体1481及第1支撑部144之间的弹性体1481可施加抗张力。根据金属丝1482的结构，根据旋转连杆145针对倾斜调节轴K形成的旋转角度，可调节施加于弹性体1481的抗张力的大小。

例如，金属丝1482与第1支撑部144连接的部分沿着垂直方向，可形成在比起倾斜调节轴位于第1支撑部144的部分更上侧的部位。其中，金属丝1482固定于第1支撑部144的部分可被称作金属丝固定部1441。

根据以上的结构，旋转连杆145越远离垂直于地面的方向(z轴方向)，金属丝固定部1441和弹性体1481的端部之间的隔开的距离越远。

换言之，旋转连杆145如图8所示向上侧倾斜的状态下，如图7所示以水平的状态旋转，由此可增加施加于弹性体1481的张力的同时也可增加由弹性体1481形成的恢复力。

最终，弹性体1481的恢复力，由于可形成第2臂支架147相对于第1臂支架143向上侧移动的倾向的力，因此在使用人员的前臂的姿势朝上倾斜地转换的过程中，可减轻或补偿包括使用人员的手臂的重量在内的臂支撑模块14的重量引起的影响。

例如，旋转连杆145为了将从金属丝1482传递至弹性体1481的抗张力的方向与旋转连杆145的方向保持平行，还可包括在第1支撑部144及弹性体1481之间引导金属丝1482的连接方向的导向轮1451。

根据导向轮1451，如图7及图8所示，从金属丝固定部1441中延伸的金属丝1482缠绕在导向轮1451的一部分之后，以与旋转连杆145的延伸方向平行的状态可连接在弹性体1481，因此施加于弹性体1481的抗张力根据旋转连杆145的旋转角度，大体上可线性调节。

例如，旋转连杆145还可包括干涉部1452，该干涉部1452干涉于第1支撑部144，以防止以设定角度以上相对于第1支撑部144进行旋转。

例如，在第1臂支架143及第2臂支架147保持相互水平的状态的情况下，或者如图7所示旋转连杆145基于倾斜调节轴指向水平方向旋转的情况下，干涉部1452干涉于第1支撑部144，可防止旋转连杆145以基于倾斜调节轴朝下倾斜的方向旋转。

根据一实施例的托臂装置1，水平移动模块13在支撑使用人员的手臂的状态下，沿着水平方向可稳定地引导二自由度移动的同时，臂支撑模块14随着手臂的姿势朝向垂直方向倾斜，适用重力补偿机制，可在多种姿势下也能稳定地补偿手臂的重量。

最终，根据一实施例的托臂装置1能够以人体工学的方式支撑使用人员的手臂的所有姿势的同时可使因活动而带来的使用人员的疲劳感最小化。

根据一实施例的托臂装置1，由于通过阻尼部12可进行基于手臂的水平移动的阻尼控制，因此根据工作特性可实现精密而准确的移动。

例如，在托臂装置1使用于手术环境的情况下，使用人员可提高水平移动模块13的阻尼力，以便缓慢而精密地移动患者的病变近处用手把持的手术道具的末端。由此过滤无意中出现的快而大的手臂的活动，由此可防止病变上出现预想不到的疤痕。

根据一实施例的托臂装置1，由于通过制动器1212、1222可固定臂支撑模块14的水平位置，因此对应用手腕以下的小肌肉的精密工作十分有效。

如上所述，虽然根据限定的附图说明了实施例，但是对于本技术领域的普通技术人员而言，从上述的记载内容中可实现多种修改及变形。例如，即使所说明的技术按与说明的方法不同的顺序执行，和/或说明的结构、装置等结构要素以与说明的方法不同的形态结合或组合，或者由其他结构要素或等同技术方案代替或取代，也能达到适当的结果。