JP6548913B2

JP6548913B2 - 関節アセンブリ、およびこれを含む歩行補助ロボット

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Publication number: JP6548913B2
Application number: JP2015042287A
Authority: JP
Inventors: 炳浚崔; 容載金; 演白李; 廷勳金; 世坤盧; ▲みん▼ 炯李; 鍾源李; ▲ひょん▼ ▲ど▼ 崔; 寧道權; 炳權崔
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: KR20150112592A; EP2923804A1; CN104940004A; KR102241853B1; EP2923804B1; JP2015188758A; CN104940004B; US20150272811A1; US10342724B2

Description

本発明は、ユーザの動きを補助する関節アセンブリ、およびこれを含む歩行補助ロボットに関する。

歩行補助ロボットは、使用される分野によって減退された筋力と体重を補助する補助装置として利用されるか、または大きい重量を有する物を運搬する作業などのために、ユーザの筋力を増幅し、重量物の荷重を支持する増強装置として利用される。

本発明の一態様は、ユーザの関節と同様の動作をすることができる関節アセンブリを提供する。

本発明の一実施例による関節アセンブリは、第１回転軸を中心に回転可能な第１プーリーと：第２回転軸を中心に回転可能な第２プーリーと；前記第１プーリーおよび前記第２プーリーと連結され、第３回転軸を中心に回転可能な第３プーリーと；を含み、前記第１プーリーが前記第１回転軸を中心に回転するとき、前記第２回転軸の位置および前記第３回転軸の位置が移動する。前記第１プーリーに駆動力が伝達されるとき、前記第１プーリーに連結される第１フレームまたは前記第２プーリーに連結される第２フレームは、回転中心の位置が移動されながらピボット（枢動）される。前記第１プーリー、前記第２プーリーおよび前記第３プーリーは、ワイヤによって連結される。

前記第１プーリーの外周面には、第１ギアが形成され、前記第２プーリーの外周面には、第２ギアが形成され、前記第３プーリーの外周面には、第３ギアが形成される。

前記第１プーリーと前記第３プーリーとの間には、前記第１ギアおよび前記第３ギアと噛合する第１補助ギアが具備され、前記第３プーリーと前記第２プーリーとの間には、前記第３ギアおよび前記第２ギアと噛合する第２補助ギアが具備される。

前記第１プーリーには、駆動源と連結されたワイヤが連結される。前記第１プーリーには、駆動プーリーが連結され、前記駆動プーリーには、駆動源と連結されたワイヤが連結され、前記第１プーリーは、前記駆動プーリーに伝達された駆動力を伝達される。

前記第１プーリーと前記駆動プーリーは、一体で形成される。前記第１プーリーが装着される第１メインリンクと；前記第２プーリーが装着される第２メインリンクと；前記第１メインリンクが連結される第１フレームと；前記第２メインリンクが連結される第２フレームと；をさらに含む。

前記第１メインリンクと前記第３プーリーを連結する第１補助リンクと、前記第３プーリーと前記第２メインリンクを連結する第２補助リンクとをさらに含む。

前記第１補助リンクの一側、前記第１メインリンクおよび前記第１プーリーを貫通する第１回転軸と；前記第２補助リンクの一側、前記第２メインリンクおよび前記第２プーリーを貫通する第２回転軸と；前記第１補助リンクの他側、前記第３プーリーおよび前記第２補助リンクの一側を貫通する第３回転軸と；をさらに含む。

前記第１メインリンクの下部面は、表面が不均一に形成され、前記第２メインリンクの上部面は、前記第１メインリンクの下部面の形状に対応するように設けられ、前記第１フレームと前記第２フレームとが直線状に延長するとき、前記第１メインリンクを支持する。

前記第１メインリンクの一側には、第１ガイド部が形成され、前記第２メインリンクの一側には、第２ガイド部が形成され、前記第１フレームまたは前記第２フレームがピボットされるとき、前記第２ガイド部によって前記第１ガイド部が支持される。

前記第１メインリンクと前記第２メインリンクが接触する接触面には、シリコンまたはゴムを含む素材で製造された緩衝部材が装着される。

前記第１メインリンクと前記第２メインリンクは、ピボット可能に具備されたリンクユニットによって連結され、前記第１フレームと前記第２フレームが直線状に延長するとき、前記リンクユニットは、前記第１メインリンクと前記第２メインリンクとの間に位置する。

前記第１メインリンクと前記第２メインリンクは、ピボット可能に具備された弾性ユニットによって連結され、前記第１フレームと前記第２フレームが直線状に延長するとき、前記弾性ユニットは、前記第１メインリンクと前記第２メインリンクとの間に位置する。

本発明の一実施例による歩行補助ロボットは、ユーザの身体に装着され、ユーザの歩行を補助する歩行補助ロボットにおいて、ユーザの大腿部に装着される第１フレームと；ユーザのふくらはぎに装着され、膝関節アセンブリを通じて前記第１フレームと連結される第２フレームと；を含み、前記膝関節アセンブリは、前記第１フレームに装着され、駆動力を伝達される第１プーリーが装着される第１メインリンクと；前記第２フレームに装着され、第２プーリーが装着される第２メインリンクと；前記第１プーリーおよび前記第２プーリーと連結される第３プーリーと；を含み、前記第１プーリーに駆動力が伝達され、前記第１プーリーが一方向に回転するとき、前記第２プーリーおよび前記第３プーリーが一方向に回転し、前記第３プーリーの回転中心の位置および前記第２プーリーの回転中心の位置が移動する。

前記第１フレームまたは第２フレームに加えられた荷重は、前記第１メインリンクが前記第２メインリンクによって支持されることによって、支持される。

前記第１メインリンクと前記第２メインリンクは、リンクユニットによって連結され、前記リンクユニットは、一側が前記第１メインリンクにピボット可能に装着される第１支持リンクと；一側が前記第２メインリンクにピボット可能に装着され、他側が前記第１支持リンクの他側にピボット可能に装着される第２支持リンクと；を含む。

前記第１フレームおよび前記第２フレームが直線状に延長するとき、前記第１支持リンクと前記第２支持リンクは、折れて、前記第１メインリンクと前記第２メインリンクとの間に位置し、前記膝関節に加えられた荷重を支持する。

前記第１メインリンクと前記第１メインリンクは、弾性ユニットによって連結され、前記弾性ユニットは、前記第１メインリンクと前記第２メインリンクとの間に位置し、前記膝関節に加えられた荷重を支持する。

前記第１メインリンクと前記第３プーリーは、第１補助リンクによって連結され、前記第２メインリンクと前記第３プーリーは、第２補助リンクによって連結される。

前記第２フレームが前記第１フレームに対してピボットされるとき、前記第３プーリーでの前記第１補助リンクと前記第２補助リンクがなす角度が変更される。

前記第１プーリーは、ワイヤによって駆動プーリーと連結され、前記第１プーリーと前記駆動プーリーを連結するワイヤの一端部または他端部のうち少なくとも１つは、駆動源と連結される。

前記第１プーリー、前記第２プーリーおよび前記第３プーリーは、ワイヤによって連結され、前記第１プーリーに伝達された駆動力によって前記第１プーリー、前記ワイヤ、前記第２プーリー、前記第３プーリーが一緒に回転する。

前記第１プーリー、前記第２プーリーおよび前記第３プーリーの外周面には、それぞれギアが形成され、前記ギアと噛合する補助装置によって前記第１プーリー、前記第２プーリーおよび前記第３プーリーが連結される。

本発明の一実施例による歩行補助ロボットは、ユーザの歩行を補助するようにユーザの身体に装着される歩行補助ロボットにおいて、ユーザの大腿部に装着される第１フレームと；ユーザのふくらはぎに装着される第２フレームと；前記第１フレームと前記第２フレームをピボット可能に連結し、荷重を支持することができる膝関節アセンブリと；を含み、前記膝関節アセンブリは、前記第１フレームにピボット可能に連結される第１メインリンクと；前記第２フレームにピボット可能に連結される第２メインリンクと；第１回転軸によって一側が前記第１メインリンクにピボット可能に連結される第１補助リンクと；第２回転軸によって一側が前記第２メインリンクにピボット可能に連結され、第３回転軸によって前記第１補助リンクの他側にピボット可能に連結された第２補助リンクと；を含み、前記第１補助リンクの一側に駆動力が伝達されるとき、前記第３回転軸と前記第２回転軸が移動する。

前記第１補助リンクの一側に伝達された駆動力によって前記第３回転軸での前記第１補助リンクと前記第２補助リンク間の角度が変更されることによって、前記第２フレームが前記第１フレームに対してピボットされる。

前記第１回転軸が装着され、駆動力を伝達される第１プーリーと、前記第２回転軸が装着される第２プーリーと、前記第３回転軸が装着される第３プーリーとを含む。

前記第１プーリー、前記第２プーリーおよび前記第３プーリーは、１つのワイヤによって連結される。

前記第３プーリーは、前記第１回転軸を中心に回転し、前記第１プーリーの外周面に沿ってスライドする動作と前記第３回転軸を中心にローリングする動作を同時に行い、前記第２プーリーは、前記第３回転軸を中心に前記第３プーリーの外周面に沿ってスライドする動作と前記第２回転軸を中心にローリングする動作を同時に行う。

本発明の一態様によれば、ユーザの実際関節と同様に動作する関節アセンブリを提供することができる。

一実施例による歩行補助ロボットの概念図である。歩行補助ロボットが装着されるユーザの膝関節の動作を示す図である。歩行補助ロボットが装着されるユーザの膝関節の動作を示す図である。一実施例による膝関節を示す概念図である。一実施例による歩行補助ロボットを示す図である。図４のＩに対する分解斜視図である。一実施例による歩行補助ロボットに含まれた膝関節の動作を示す図である。一実施例による歩行補助ロボットに含まれた膝関節の動作を示す図である。一実施例による歩行補助ロボットに含まれた膝関節を示す分解斜視図である。一実施例による膝関節の動作および駆動力伝達構造を示す図である。一実施例による膝関節の動作および駆動力伝達構造を示す図である。他の実施例による膝関節の動作および駆動力伝達構造を示す図である。他の実施例による膝関節の動作および駆動力伝達構造を示す図である。さらに他の実施例による膝関節の動作および駆動力伝達構造を示す図である。さらに他の実施例による膝関節の動作および駆動力伝達構造を示す図である。さらに他の実施例による膝関節の動作による荷重支持構造を示す図である。さらに他の実施例による膝関節の動作による荷重支持構造を示す図である。さらに他の実施例による膝関節の動作による荷重支持構造を示す図である。さらに他の実施例による膝関節の動作による荷重支持構造を示す図である。さらに他の実施例による膝関節の動作による荷重支持構造を示す図である。さらに他の実施例による膝関節の動作による荷重支持構造を示す図である。

以下、一実施例による関節アセンブリ、およびこれを含む歩行補助ロボットについて図面を参照して詳しく説明する。

図１は、一実施例による歩行補助ロボットの概念図である。図１を参照すれば、歩行補助ロボット１は、ユーザの足の長さ方向に沿って延長するフレーム１０、１１を含む。フレーム１０、１１は、ユーザの大腿部に固定される第１フレーム１０と、ユーザのふくらはぎに固定される第２フレーム１１とを含む。歩行補助ロボット１は、ユーザの足に装着される足構造物１６および腰固定装置１２をさらに含むことができる。第１フレーム１０と腰固定装置１２は、臀部関節１３によってピボット可能に連結され、第１フレーム１０と第２フレーム１１は、膝関節１４によって、そして第２フレーム１１と足構造物１６は、足首関節１５によってピボット（枢動）可能に連結されることができる。

歩行補助ロボット１は、駆動源１７および固定装置１８、１９をさらに含むことができる。駆動源１７は、臀部関節１３と膝関節１４に駆動力を提供することができ、固定装置１８、１９は、フレーム１０、１１をユーザの身体に装着させることができる。第１固定装置１８は、第１フレーム１０と連結され、ユーザの大腿部に固定されることができる。同様に、第２固定装置１９は、第２フレーム１１と連結され、ユーザのふくらはぎに固定されることができる。第１固定装置１８および第２固定装置１９は、ファスナー（ｆａｓｔｅｎｅｒ）形態で具備されることがで、ユーザの足サイズに合わせて調節されることができる。

腰固定装置１２は、ユーザの腰の周りに合わせて調節することができるように柔軟性のあるストラップよりなることができる。一例として、腰固定装置１２は、ベルクロのようなフックアンドループ固定装置またはラチェットバックルまたはキャッチ（ｃａｔｃｈ）のような固定部を含むストラップであることができる。

臀部関節１３は、３自由度を有し、臀部関節１３に連結された第１フレーム１０がｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を中心にピボット運動することがができるように具備されることができる。一例として、第１フレーム１０は、駆動源１７から駆動力を伝達される臀部関節１３によってｘ軸を中心にピボットされることができ、ヒンジ装置などによってｙ軸を中心にピボットされることができる。第１フレーム１０がｚ軸を中心にピボット可能であるように、第１フレーム１０または第１フレーム１０が連結された臀部関節１３は、腰固定装置１２に沿ってスライド可能に具備されることができる。

また、足首関節１５は、３自由度を有し、第２フレーム１１または足構造物１６が足首関節１５を中心にｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を中心にピボット運動することができるように具備されることができる。

足構造物１６は、ユーザの足を固定させることができる。ユーザの足が触れる足構造物１６の底面には、センサーが具備され、歩行補助ロボット１を着用したユーザの荷重の変化などを感知し、その情報を制御部（図示せず）に伝送することができる。制御部は、センサーによって感知された情報を利用して臀部関節１３または膝関節１４などの動作を制御することができる。

図２ａおよび図２ｂは、歩行補助ロボットが装着されるユーザの膝関節の動作を示す図である。

図２ａおよび図２ｂを参照すれば、歩行補助ロボット１の膝関節１４は、ユーザの膝関節の動作に対応するように動作することができる。ユーザの膝関節の場合、膝を曲げたり伸びたりする過程でローリングとスライド運動が同時に発生する。したがって、ユーザの大腿部またはふくらはぎが膝関節を中心にピボットされるとき、ユーザの膝関節の回転中心が移動することができる。例えば、ふくらはぎの骨Ｒは、大腿部の骨Ｐを中心に一方向Ａにローリング動作を行うことができる。一方向Ａにローリング動作を行うと同時に、ふくらはぎの骨Ｒの端部面Ｒ１は、大腿部の骨Ｐの端部面Ｐ１に沿ってスライドすることができる。したがって、ふくらはぎの骨Ｒのローリング時に脹脛の骨Ｒの端部面Ｒ１が大腿部の骨Ｐの端部面Ｐ１に沿ってスライドすることによって、ふくらはぎの骨Ｒのローリング動作の回転中心は、移動されることができる。

ユーザの膝関節は、ピボットされるとき、ローリングとスライド運動を同時に行うので、歩行補助ロボットの膝関節が１つの回転軸を中心にピボットされるように具備されるとき、ユーザの膝関節の回転中心と歩行補助ロボットの膝関節の回転中心は一致しない。ユーザの膝関節の回転中心と歩行補助ロボットの膝関節の回転中心が一致しない場合、歩行補助ロボットの膝関節に位置ずれ（ｍｉｓａｌｉｇｎ）が発生する。歩行補助ロボットの膝関節に位置ずれが発生する場合、歩行補助ロボットに含まれたフレームによってユーザの身体が傾いたり、ユーザの歩行時または座ったり起きたりするときに不便さを感じることができる。

ユーザが歩行補助ロボットを着用して歩行するとき、不便さまたは抵抗感を感じることを防止するために、歩行補助ロボットの膝関節は、ユーザの膝関節と同様に動作することができる。図３は、一実施例による膝関節を示す概念図である。図３を参照すれば、歩行補助ロボット１に含まれる膝関節１４は、第１プーリー２０、第２プーリー２１および第３プーリー２２を含む関節アセンブリ２よりなることができる。第１プーリー２０は、第２フレーム１１と対向する第１フレーム１０の端部に装着されることができる。同様に、第２プーリー２１は、第１フレーム１０と対向する第２フレーム１１の端部に装着されることができる。第３プーリー２２は、ワイヤＷによって第１プーリー２０および第２プーリー２１と連結され、第１フレーム１０または第２フレーム１１の動作によって移動するように設けられることができる。

図３の実施例で、ワイヤＷは、矢印の方向に沿って第１プーリー２０に巻き取られ、第３プーリー２２側に延長し、第３プーリー２２の外周面全体に少なくとも１回巻き取られ、第２プーリー２１側に延長し、第２プーリー２１の外周面に巻き取られ、第３プーリー２２を経て第１プーリー２０まで延長することができる。ワイヤＷの端部Ｗ１、Ｗ２は、駆動源１７（図１参照）と連結されることができる。ワイヤＷは、駆動源１７の駆動力を第１プーリー２０、第２プーリー２１または第３プーリー２２に伝達して回転させることによって、第１フレーム１０または第２フレーム１１をピボットさせることができる。駆動源１７がワイヤＷの一端部Ｗ１を引っ張ると、第２プーリー２１は、ローリング（回転）するようになり、第２フレーム１１を時計方向Ａ１にピボットさせることができる。第３プーリー２２は、第１プーリー２０の外周面に沿ってスライドしながら時計方向Ａ１にローリングすることができる。結果的に、第２プーリー２１は、第３プーリー２２の外周面に沿って移動しながら時計方向Ａ１にローリングされることができる。

このようにワイヤＷによって第２プーリー２１および第３プーリー２２がスライドやローリング動作を行うことによって、第２プーリー２１が装着された第２フレーム１１のスライド動作およびローリング動作が同時に具現されることができる。付言説明すれば、第３プーリー２２の回転中心の位置は、第１プーリー２０の周囲に沿って時計方向Ａ１に移動することができ、第２プーリー２１の回転中心の位置は、第３プーリー２２の周囲に沿って時計方向Ａ１に移動することができる。このような関節アセンブリ２によって第２フレーム１１は、ユーザが膝を伸ばすとき、実際の膝関節の動作と同様に、第１フレーム１０に対して時計方向Ａ１にピボットされることができる。第２フレーム１１が時計方向Ａ１にピボットされた後、第１プーリー２０の中心点０と第２プーリー２１の中心点０’との間の距離Ｄ２は、第１フレーム１０または第２フレーム１１がピボットされる前に、第１プーリー２０の中心点Ｏと第２プーリー２１の中心点Ｏ’間の距離Ｄ１よりも小さい。

駆動源１７がワイヤＷの他端部Ｗ２を引っ張ると、第２プーリー２１は、ローリングしながら第２フレーム１１を左回りの方向Ａ２にピボットさせることができる。第３プーリー２２は、第１プーリー２０の周囲に沿ってスライドしながら左回りの方向Ａ２にローリングされ、第３プーリー２２の回転中心は、第１プーリー２０の周囲に沿って左回りの方向Ａ２に移動することができる。結果的に、第２プーリー２１は、第３プーリー２２の外周面に沿って移動しながら左回りの方向Ａ２にローリングされ、第２プーリー２１の回転中心は、第３プーリー２２の周囲に沿って左回りの方向Ａ２に移動されることができる。このようにワイヤＷによって第２プーリー２１および第３プーリー２２がスライドやローリング動作を行うことによって、第２プーリー２１が装着された第２フレーム１１がユーザが膝を曲げるときの膝関節と同様に、左回りの方向Ａ２にピボットされることができる。第２フレーム１１が左回りの方向Ａ２にピボットされた後の、第１プーリー２０の中心点０と第２プーリー２１の中心点０’間の距離Ｄ１は、第１フレーム１０または第２フレーム１１がピボットされる前の、第１プーリー２０の中心点Ｏと第２プーリー２１の中心点Ｏ’間の距離Ｄ２より大きい。

このように、歩行補助ロボット１の膝関節１４は、３つのプーリー２０、２１、２２がワイヤＷで接続された構造を有する関節アセンブリ２よりなることができる。関節アセンブリ２は、第１フレーム１０または第２フレーム１１がスライド動作およびローリング動作を同時に具現するようにして、歩行補助ロボット１の膝関節１４がユーザの膝関節と同様にピボットされることができるようにする。

便宜的に、図３で、第２フレーム１１が第１フレーム１０に対してスライド動作およびローリング動作の２自由度を持って移動する場合を説明したが、逆に、第１フレーム１０が第２フレーム１１に対してスライドやローリング動作を行う移動が可能である。いずれも、関節アセンブリ２は、２自由度の移動が可能であるように作動する。

図４は、一実施例による歩行補助ロボットを示す図である。図４を参照すれば、一実施例による歩行補助ロボット５は、ユーザの足の長さ方向に延長し、ユーザの荷重を支持するフレーム５１、５２を含むことができる。フレーム５１、５２は、ユーザの大腿部を支持する第１フレーム５１およびユーザのふくらはぎを支持する第２フレーム５２を含む。第１フレーム５１は、臀部関節５４によってユーザの腰に固定される腰固定装置５３にピボット可能に連結されることができる。第１フレーム５１と第２フレーム５２は、膝関節６によってピボット可能に連結されることができ、第２フレーム５２には、ユーザの足に固定される足構造物５７が連結されることができる。第２フレーム５２と足構造物５７は、足首関節５６によってピボット可能に連結されることができる。

歩行補助ロボット５は、臀部関節５４および膝関節６に駆動力を提供する駆動源および歩行補助ロボット５の動作を制御する制御部をさらに含むことができる。足構造物５７には、センサーが具備され、センサーによって感知されたユーザの動作情報は、制御部へ伝送されることができる。制御部は、伝送された情報を利用して臀部関節５４または膝関節６の動作を制御することができる。

第１フレーム５１は、ワイヤ５０１の短縮または伸張によりピボットされることができる。駆動源と連結されたプーリー５０２には、ワイヤ５０１が巻き取られ、ワイヤ５０１は、臀部関節５４を通じて第１フレーム５１と連結されることができる。一例として、駆動源がプーリー５０２を回転させてワイヤ５０１がプーリー５０２に巻き取られるようにするとき、第１フレーム５１は、ｙ軸を中心にピボットされることができる。駆動源がプーリー５０２を回転させてワイヤ５０１がプーリー５０２から巻き出されるようにするとき、第１フレーム５１は、前記場合と反対方向にｙ軸を中心にピボットされることができる。

臀部関節５４と腰固定装置５３は、ヒンジ装置５４０によって連結され、ｘ軸を中心に回転することができる。臀部関節５４がヒンジ装置５４０によって回転するとき、臀部関節５４と連結された第１フレーム５１がｘ軸を中心にピボットされることができる。

ヒンジ装置５４０の背面には、スライド部５４１が具備され、腰固定装置５３には、レール部５３０が具備されることができる。レール部５３０は、ユーザの腰の周り方向に延在し、ユーザの動作によってスライド部５４１はレール部５３０に沿ってスライドすることができる。スライド部５４１がレール部５３０に沿ってスライドすることによって、ヒンジ装置５４０と連結された臀部関節５４および第１フレーム５１は、ｚ軸を中心にピボットされることができる。

このように第１フレーム５１は、臀部関節５４、ヒンジ装置５４０およびレール部５３０によって３自由度でピボットされることができる。ワイヤ５０１を利用して臀部関節５４を中心にピボットされる１自由度の動作は、動力を伝達されて行われるが、残りの２自由度の動作は、無動力（動力伝達無し）でユーザの動きによって行われることができる。

第２フレーム５２は、第１フレーム５１に対して３自由度を有するように膝関節６によって連結されることができる。第２フレーム５２は、膝関節６によってｙ軸を中心にピボットされることができる。第２フレーム５２は、２つの余裕自由度を有し、ｘ軸とｚ軸によって形成される平面上で移動することができる。２つの余裕自由度は、後述する補助リンク６５によって確保されることができる。第２フレーム５２が第１フレーム５１に対してｙ軸を中心にピボットされるとき、第２フレーム５２は、膝関節６のローリングおよびスライド動作によってｘ軸とｚ軸によって形成される平面上で移動することができる。第２フレーム５２がｙ軸を中心にピボットされる１自由度の動作は、動力を伝達されて行われるが、膝関節６のローリングとスライド動作による２自由度の動作は、無動力でユーザの動きによって行われることができる。２つの余裕自由度によって歩行補助ロボット１の膝関節６は、ユーザの膝関節の動作と同様に動作することができる。

第２フレーム５２は、ワイヤ５０３の短縮または伸張によりピボットされることができる。駆動源と連結されたプーリー５０４には、ワイヤ５０３が巻き取られ、ワイヤ５０３は、膝関節６を通じて第２フレーム５２と連結されることができる。膝関節６におけるピボット動作は、後述する。

足構造物５７は、第２フレーム５２に対して３自由度でピボットされることができる。足構造物５７と第２フレーム５２は、足首関節５６によってピボット可能に連結され、足構造物５７または第２フレーム５２は、ユーザの動きによって、無動力で足首関節５６を中心にピボットされることができる。

第１フレーム５１には、ユーザの大腿部を取り囲むように設けられた第１固定装置５８が連結され、第１フレーム５１をユーザの大腿部に装着させることができる。同様に、第２フレーム５２には、ユーザのふくらはぎを取り囲むように設けられた第２固定装置５９が連結され、第２フレーム５２をユーザのふくらはぎに装着させることができる。第１固定装置５８または第２固定装置５９は、複数のリンクが連結されて設けられることができ、複数のリンクは、ケーブル（図示せず）によって連結されることができる。複数のリンクは、リジッドな（剛性を有する）素材で製造されることができる。

第１固定装置５８および第２固定装置５９には、ケーブル（図示せず）の長さを調節できる操作部５８１、５９１が具備されることができる。操作部５８１、５９１は、ボタンまたはダイヤルの形態で具備され、ユーザがケーブル（図示せず）を伸長または短縮させることができる。ケーブル（図示せず）が短縮される場合、第１固定装置５８または第２固定装置５９は、ユーザの足に近づくように移動し、ユーザの足を締めることができる。逆に、ケーブル（図示せず）が伸張される場合、第１固定装置５８または第２固定装置５９は、ユーザの足から離れるように移動し、第１固定装置５８または第２固定装置５９がユーザの足から分離されることができる。

ユーザは、操作部５８１，５９１を操作し、ケーブル（図示せず）を引張または短縮させて、第１固定装置５８および第２固定装置５９をユーザの足に固定させたり、分離させることができると共に、第１固定装置５８および第２固定装置５９がユーザの足を締める圧力が適切になるように調整することができる。

図５は、図４のＩで示される部分の分解斜視図である。図５を参照すれば、歩行補助ロボット５のフレーム５１、５２は、ユーザの足の長さ方向に延長するように具備されることができ、複数のリンクが連結されてなることができる。第１フレーム５１または第２フレーム５２は、複数のリンクがピボット可能に連結され、ユーザの身体屈曲に沿って柔軟に曲がることができると共に、ユーザの荷重を安定的に支持することができる。複数のリンクは、リジッドな素材で製造されることができる。

第１フレーム５１または第２フレーム５２を構成する第１リンク５１０と第２リンク５２０は、ピボット可能に連結されることができる。第１リンク５１０は、第１結合部５１１および第２結合部５１２を含むことができる。第１結合部５１１は、第１リンク５１０の一側に突出して形成されることができる。第２結合部５１２は、第１結合部５１１が形成された一側と対向する他側に突出して形成されることができる。第２リンク５２０は、第１リンク５１０と類似の形態で第１結合部５２１および第２結合部５２２を含むことができる。第１結合部５２１は、第２リンク５２０の一側に突出して形成されることができる。第２結合部５２２は、第１結合部５２１が形成された一側と対向する他側に突出して形成されることができる。

第２リンク５２０の第１結合部５２１は、下部に凹状の曲線形態の第１スロット５２４と上下方向に延びる直線形態の第２スロット５２５を含むことができる。第１リンク５１０と第２リンク５２０は、第１スロット５２４を貫通する第１ピン６０および第２スロット５２５を貫通する第２ピン６１によってピボット可能に連結されることができる。第２リンク５２０が第１リンク５１０に対してピボットされるとき、第１ピン６０は、第１スロット５２４によって案内され、第２ピン６１は、第２スロット５２５によって案内されることができる。第１ピン６０は、第１スロット５２４の内側壁によって支持され、第２ピン６１は、第２スロット５２５の内側壁によって支持されることができる。

前述のような構造によって、ユーザが歩行補助ロボット５を着用する場合、フレームがユーザの身体の屈曲に沿って柔軟に曲がって、ユーザの身体に密着することができ、フレームによってユーザの荷重が安定的に支持されることができる。

図６ａおよび図６ｂは、一実施例による歩行補助ロボットに含まれた膝関節の動作を示す図であり、図７は、一実施例による歩行補助ロボットに含まれた膝関節を示す分解斜視図であり、図８ａおよび図８ｂは、図６および図７の膝関節の動作および駆動力伝達構造を示す図である。

図６ａ〜図８ｂを参照すれば、歩行補助ロボット５の膝関節６は、ピボット可能に連結された複数のリンクを含む関節アセンブリよりなることができる。歩行補助ロボット５の膝関節６は、歩行補助ロボット５を着用するユーザの実際の膝関節と同様にスライド動作およびローリング動作を同時に行い、ピボットされることができる。

膝関節６は、メインリンク６４および補助リンク６５を含むことができる。メインリンク６４は、第１フレーム５１にピボット可能に連結される第１メインリンク６４０および第２フレーム５２にピボット可能に連結される第２メインリンク６４１を含むことができる。第１メインリンク６４０は、第１フレーム５１の下端に連結されることができ、第２メインリンク６４１は、第２フレーム５２の上端に連結されることができる。

メインリンク６４の上部または下部は、連結リンク５０、５０’によって第１フレーム５１または第２フレーム５２に連結されることができる。連結リンク５０、５０’は、第１連結リンク５０および第２連結リンク５０’を含む。連結リンク５０、５０’は、メインリンク６４の上部、下部にそれぞれピボット可能に連結されることができる。連結リンク５０、５０’は、第１フレーム５１または第２フレーム５２を構成する複数のリンクの結合と同様に、一方向に凹状の曲線形態の第１スロット５０６，５０６’と上下方向に延びる直線形態の第２スロット５０７，５０７’を含むことができる。第１スロット５０６，５０６’を貫通する第１ピンおよび第２スロット５０７，５０７’を貫通する第２ピンによって連結リンク５０、５０’が隣接する他のリンクにピボット可能に連結されることができる。

膝関節６は、駆動プーリー６０、第１プーリー６１、第２プーリー６２および第３プーリー６３を含むことができる。駆動プーリー６０と第１プーリー６１は、単一に設けられることができる。例えば、駆動プーリー６０と第１プーリー６１は、二重プーリーで設けられ、駆動プーリー６０と第１プーリー６１が一緒に動作することができる。第１メインリンク６４０には、第１プーリー６１が装着されることができ、第２メインリンク６４１には、第２プーリー６２が装着されることができる。第３プーリー６３は、後述するワイヤによって第１プーリー６１および第２プーリー６２と連結されることができる。駆動プーリー６０は、第１ワイヤ５０３によって駆動源と連結されることができる。第１プーリー６１、第２プーリー６２および第３プーリー６３は、第２ワイヤ５０４によって連結されることができる。第２ワイヤ５０４は、ループ（ｌｏｏｐ）形状に設けられることができる。駆動源と連結された第１ワイヤ５０３によって駆動プーリー６０に伝達された駆動力は、駆動プーリー６０と一体で形成された第１プーリー６１に伝達される。第１プーリー６１に伝達された駆動力は、第２ワイヤ５０４によって第２プーリー６２および第３プーリー６３に伝達されることができる。図面に示されたものとは異なって、第１ワイヤ５０３と第２ワイヤ５０４は、１つのワイヤであってもよい。１つのワイヤは、駆動プーリー６０、第１プーリー６１、第２プーリー６２および第３プーリー６３にそれぞれ少なくとも１回巻き取られ、一側端および他側端は、駆動源に連結されることができる。第１プーリー６１、第２プーリー６２および第３プーリー６３は、このような１つのワイヤによって駆動力を伝達される。

以下、駆動源および駆動プーリー６０を連結する第１ワイヤ５０３と第１プーリー６１、第２プーリー６２および第３プーリー６３を連結する第２ワイヤ５０４が別個に具備された実施例について説明する。

補助リンク６５は、第１プーリー６１と第３プーリー６３を連結する第１補助リンク６５０と、第３プーリー６３と第２プーリー６２を連結する第２補助リンク６５１とを含むことができる。第１補助リンク６５０および第２補助リンク６５１によって第３プーリー６３が第１プーリー６１および第２プーリー６２と連結されることができる。
第１補助リンク６５０の一側は、第１メインリンク６４０にピボット可能に連結され、他側は、第３プーリー６３にピボット可能に連結されることができる。第１補助リンク６５０の一側、第１プーリー６１および第１メインリンク６４０は、貫通する第１回転軸６６０を中心に回転することができる。同様に、第１補助リンク６５０の他側および第３プーリー６３は、貫通する第３回転軸６６２を中心に回転動作することができる。

第２補助リンク６５１の一側は、第３プーリー６３と連結されることができ、他側は、第２メインリンク６４１にピボット可能に連結されることができる。第２補助リンク６５１の一側および第３プーリー６３は、第３回転軸６６２を中心に回転動作することができる。同様に、第２補助リンク６５１の他側、第２プーリー６２および第２メインリンク６４１は、第２回転軸６６１が貫通することができる。第２メインリンク６４１と第２プーリー６２は、拘束されていて、第２メインリンク６４１と第２プーリー６２は、第２回転軸６６１を中心に一緒に回転動作することができる。

駆動源と連結される第１ワイヤ５０３の一端部Ｗ３または他端部Ｗ４が引っ張られることによって、膝関節６がピボットされることができる。一例として、歩行補助ロボット５の第１フレーム５１と第２フレーム５２が一直線上に位置する状態で第２フレーム５２を膝関節６を中心にピボットさせたい場合、駆動源によって第１ワイヤ５０３の他端部Ｗ４が引っ張られることができる。駆動源によって第１ワイヤ５０３の他端部Ｗ４が引っ張られる場合、歩行補助ロボット５を着用したユーザの膝が曲がることができるように第２フレーム５２が一方向にピボットされることができる。駆動源によって第１ワイヤ５０３の一端部Ｗ３が引っ張られる場合、歩行補助ロボット５を着用したユーザの膝が伸びることができるように第２フレーム５２が他方向にピボットされることができる。

駆動源によって第１ワイヤ５０３の他端部Ｗ４が引っ張られると、駆動プーリー６０は、第１回転軸６６０を中心に左回りの方向Ａ２方向に回転することができる。駆動プーリー６０と共に第１プーリー６１は、第１回転軸６６０を中心に左回りの方向Ａ２に回転する。第１プーリー６１が左回りの方向Ａ２に回転する場合、第１プーリー６１に巻き取られた第２ワイヤ５０４は、第１プーリー６１と一緒に左回りの方向Ａ２に回転する。第２ワイヤ５０４が巻き取られた第３プーリー６３は、第２ワイヤ５０４と共に、第３回転軸６６２を中心に左回りの方向Ａ２に回転し、第２ワイヤ５０４が巻き取られた第２プーリー６２も、同様に、第２回転軸６６１を中心に左回りの方向Ａ２に回転する。結果的に、第２プーリー６２と拘束された第２メインリンク６４１および第２メインリンク６４１と連結された第２フレーム５２は、左回りの方向Ａ２に回転する。

このような回転動作に追加し、スライド動作が発生する。図８ｂに示されたように、第１プーリー６１が第１回転軸６６０を中心に左回りの方向Ａ２に回転する場合、第３プーリー６３は、第３回転軸６６２を中心に左回りの方向Ａ２に回転すると同時に、第１プーリー６１の周りに沿って左回りの方向Ａ２’にスライドすることができる。付言説明すれば、第３回転軸６６２の位置が左回りの方向Ａ２’に移動することができる。第３プーリー６３が第１プーリー６１の周りに沿って左回りの方向Ａ２’に回転する場合、第２プーリー６２は、第２回転軸６６１を中心に左回りの方向Ａ２に回転すると同時に、第３プーリー６３と一緒に、第３プーリー６３の周りに沿って左回りの方向Ａ２’にスライドすることができる。つまり、第２回転軸６６１の位置が左回りの方向Ａ２’に移動することができる。第２プーリー６２に連結された第２メインリンク６４１の一側は、第２プーリー６２と一緒に左回りの方向Ａ２’に移動することができ、第２メインリンク６４１と連結された第２フレーム５２の一側は、第２メインリンク６４１と一緒に左回りの方向Ａ２’に移動することができる。

このように駆動源によって第１ワイヤ５０３の他端部Ｗ４が引っ張られることによって、駆動プーリー６０に伝達された駆動力が第１プーリー６１、第３プーリー６３、第２プーリー６２を通じて第２メインリンク６４１および第２フレーム５２に伝達され、第１フレーム５１と第２フレーム５２の回転およびスライド動作が可能な２自由度を持って移動することができる。前述したように、第１ワイヤ５０３の他端部Ｗ４が引っ張られると、第３プーリー６３は、第３回転軸６６２を中心に左回りの方向Ａ２に回転し、第３プーリー６３の回転中心６６２の位置は、第１プーリー６１の周辺に沿って移動することができる。また、第２プーリー６２は、第２回転軸６６１を中心に左回りの方向Ａ２に回転し、第２プーリー６２の回転中心６６１の位置は、第３プーリー６３の周辺に沿って移動することができる。この際、第２フレーム５２のピボット後の第１回転軸６６０と第２回転軸６６１との間の距離Ｌ２（図８ｂ参照）は、第２フレーム５２のピボット前の第１回転軸６６０と第２回転軸６６１との間の距離（Ｌ１：図８ａ参照）より大きい。このように、第２フレーム５２が左回りの方向にピボットされるとき、膝関節６の回転中心が移動されるようにして、歩行補助ロボット５の膝関節６は、実際のユーザの膝関節と同様に、動作することができる。

図８ｂのように、第１フレーム５１と第２フレーム５２が所定の角度をなした状態で、第２フレーム５２を時計方向Ａ１にピボットさせたい場合、駆動源によって第１ワイヤ５０３の一端部Ｗ３が引っ張られることができる。つまり、歩行補助ロボット５を着用したユーザの曲げられた膝が伸びるようにする場合、駆動源によって第１ワイヤ５０３の一端部Ｗ３が引っ張られることができる。

駆動源によって第１ワイヤ５０３の一端部Ｗ３が引っ張られている場合は、膝関節６が第１ワイヤ５０３の他端部Ｗ４が引っ張られた場合と反対方向に動作することができる。具体的に、駆動プーリー６０は、第１回転軸６６０を中心に時計方向Ａ１方向に回転する。駆動プーリー６０と一緒に、第１プーリー６１は、第１回転軸６６０を中心に時計方向Ａ１に回転する。第１プーリー６１が時計方向Ａ１に回転する場合、第１プーリー６１に巻き取られた第２ワイヤ５０４は、第１プーリー６１と一緒に時計方向Ａ１に回転する。第２ワイヤ５０４が巻き取られた第３プーリー６３は、第２ワイヤ５０４と一緒に、第３回転軸６６２を中心に時計方向Ａ１に回転し、第２ワイヤ５０４が巻き取られた第２プーリー６２は、第１ワイヤ５０３と一緒に、第２回転軸６６１を中心に時計方向Ａ１に回転する。結果的に、第２プーリー６２と拘束された第２メインリンク６４１および第２メインリンク６４１と連結された第２フレーム５２は、時計方向Ａ１に回転する。

図８ａに示されたように、回転動作に追加して、スライド動作が発生する。具体的に、第１プーリー６１が第１回転軸６６０を中心に時計方向Ａ１に回転する場合、第３プーリー６３は、第１プーリー６１のの周りに沿って時計方向Ａ１’にスライドすることができる。第３プーリー６３がスライドすることによって、第２ワイヤ５０４によって第３プーリー６３と連結された第２プーリー６２が、第３プーリー６３の周囲に沿って時計方向Ａ１’にスライドすることができる。第２プーリー６２に連結された第２メインリンク６４１の一側は、第２プーリー６２と一緒に移動することができ、第２メインリンク６４１に連結された第２フレーム５２の一側は、第２メインリンク６４１と一緒に移動することができる。

このように、第１ワイヤ５０３の一端部Ｗ３が引っ張られると、第３プーリー６３は、第３回転軸６６２を中心に時計方向Ａ１に回転し、第３プーリー６３の回転中心６６２の位置は、第１プーリー６１の周りに沿って移動することができる。第２プーリー６２は、第２回転軸６６１を中心に時計方向Ａ１に回転し、第２プーリー６２の回転中心６６１は、第３プーリー６３の周りに沿って移動することができる。この際、第２フレーム５２のピボット後の第１回転軸６６０と第２回転軸６６１との間の距離Ｌ１（図８ａ参照）は、第２フレーム５２のピボット前の第１回転軸６６０と第２回転軸６６１の間の距離Ｌ２（図８ｂ参照）よりも小さい。このように歩行補助ロボット５の膝関節６の回転中心の位置は、移動されることができる。第２フレーム５２が時計回りにピボットされるとき、膝関節６の回転中心の位置が移動されるようにして、歩行補助ロボット５の膝関節６は、実際のユーザの膝関節と同様に動作することができる。

前記のような複数のプーリーとワイヤによる駆動力伝達構造によれば、大きい駆動力を伝達することができ、バックラッシュが発生することを防止することができる。プーリーを連結するワイヤは、複数回巻き取られることができる。プーリーに伝達される駆動力を増幅させるために、複数回巻き取られたワイヤは、減速機の機能をして、プーリーに伝達される駆動力を増幅させることができる。駆動力を増幅させる他の方法として、駆動プーリーは、遊星歯車で連結されることができる。図９ａおよび図９ｂは、他の実施例による膝関節の動作および駆動力伝達構造を示す図である。

図９ａおよび図９ｂを参照すれば、膝関節６は、駆動プーリー６０’と第１プーリー６１’がそれぞれ別途に設けられることができる。駆動プーリー６０’には、駆動源と連結される第１ワイヤ５０３が巻き取られることができ、駆動プーリー６０’と第１プーリー６１’は、第３ワイヤ５０５によって連結されることができる。第３ワイヤ５０５は、駆動プーリー６０’および第１プーリー６１’に巻き取られ、駆動プーリー６０’に伝達された駆動力を第１プーリー６１’に伝達することができる。第１プーリー６１’、第２プーリー６２および第３プーリー６３は、図６ａ〜図８ｂの実施例と同様に、第２ワイヤ５０４によって連結されることができる。

図９ａおよび図９ｂの実施例とは異なって、第１ワイヤ５０３と第３ワイヤ５０５または第２ワイヤ５０４と第３ワイヤ５０５は、１つのワイヤで代替されることができる。また、第１ワイヤ５０３、第２ワイヤ５０４および第３ワイヤ５０５が１つのワイヤで代替されることができる。

図９ａおよび図９ｂに示された膝関節６は、駆動プーリー６０’と第１プーリー６１’がそれぞれ別に設けられ、駆動プーリー６０’と第１プーリー６１’が第３ワイヤ５０５によって連結される駆動力伝達構造において第１実施例の場合と異なる。駆動力伝達構造のほかに、駆動源によって第１ワイヤ５０３の一端部Ｗ３または他端部Ｗ４が引っ張られ、膝関節６がスライド動作およびローリング動作を同時にして、ピボット動作が行われる点においては、図６ａ〜図８ｂの実施例と同様に適用されることができる。

図１０ａおよび図１０ｂは、さらに他の実施例による膝関節の動作および駆動力伝達構造を示す図である。図１０ａおよび図１０ｂを参照すれば、膝関節６は、駆動プーリー６０”に伝達された駆動力とギア連結により伝達され、第２フレーム５２をピボットさせることができる。駆動プーリー６０”は、駆動源と連結された第１ワイヤ５０３によって駆動力を伝達されることができる。

第１プーリー６１”は、駆動プーリー６０”と一体で形成されるか、別個に具備され、ワイヤによって連結されることができる。第１プーリー６１”の外周面には、第１ギア６１０、第２プーリー６２’の外周面には、第２ギア６２０、第３プーリー６３’の外周面には、第３ギア６３０が形成されることができる。第１プーリー６１”と第３プーリー６３’との間には、第１補助ギア６５２が設けられ、第１ギア６１０および第３ギア６３０と噛合されることができる。第２プーリー６２’と第３プーリー６３’との間には、第２補助ギア６５３が設けられ、第２ギア６２０および第３ギア６３０と噛合されることができる。

第１ワイヤ５０３の他端部Ｗ４が引っ張られ、駆動プーリー６０”が左回りの方向Ａ２に回転する場合、第１プーリー６１”も、左回りの方向Ａ２に回転することができる。第１プーリー６１”が左回りの方向Ａ２に回転する場合、第１ギア６１０と噛合する第１補助ギア６５２は、時計方向Ａ１に回転する。第１補助ギア６５２が時計方向Ａ１に回転する場合、第１補助ギア６５２と噛合された第３ギア６３０は、左回りの方向Ａ２に回転する。第３ギア６３０は、第１補助ギア６５２と噛合して回転するので、第１補助ギア６５２の周りに沿って移動すると同時に、左回りの方向Ａ２に回転することができる。

第３ギア６３０が左回りの方向Ａ２に回転する場合、第３ギア６３０と噛合する第２補助ギア６５３は、時計方向Ａ１に回転する。第２補助ギア６５３が時計方向Ａ１に回転する場合、第２ギア６２０は、左回りの方向Ａ２に回転する。第２補助ギア６５３は、第３ギア６３０に噛合して回転するので、第３ギア６３０の周りに沿って移動すると同時に、左回りの方向Ａ２に回転することができる。また、第２ギア６２０は、第２補助ギア６５３と噛合して回転するので、第２補助ギア６５３の周りに沿って移動すると同時に、左回りの方向Ａ２に回転することができる。第２ギア６２０が左回りの方向Ａ２に回転する場合、第２プーリー６２’が装着される第２メインリンク６４１および第２メインリンク６４１と連結された第２フレーム５２が左回りの方向Ａ２にピボットされることができる。このようなギア連結によって第２フレーム５２は回転しながらピボットされることができる。

第１ワイヤ５０３の一端部Ｗ３が引っ張られる場合、第１ギア６１０、第２ギア６２０、第３ギア６３０、第１補助ギア６５２および第２補助ギア６５３の回転方向は、第１ワイヤ５０３の他端部Ｗ４が引っ張られる場合と反対の方向であり、第２フレーム５２は、回転中心が移動されながら、時計方向Ａ１に回転するピボット運動をすることになる。

図１１ａおよび図１１ｂは、さらに他の実施例による膝関節の動作による荷重支持構造を示す図である。

図１１ａおよび図１１ｂを参照すれば、膝関節６のメインリンク６４’は、面接触をしてユーザの荷重を支持することができる。第１フレーム５１に連結された第１メインリンク６４０’の一側面と第２フレーム５２に連結された第２メインリンク６４１’の一側面は、面接触が可能に設けられることができる。第１メインリンク６４０’の下部面である第１接触面６４２は、平坦ではなく、表面が不均一に形成されることができる。一例として、第１メインリンク６４０’の第１接触面６４２は、下部に突出した凸部または上部に凹設された凹部を含むことができる。図１１ａおよび図１１ｂでは、第１メインリンク６４０’の第１接触面６４２には、凹部が形成された構造を示している。第２メインリンク６４１’の上部面である第２接触面６４３は、第１メインリンク６４０’の第１接触面６４２に対応する形状で設けられることができる。第２メインリンク６４１’の第２接触面６４３には、第１メインリンク６４０’の第１接触面６４２に形成された凹部に対応する凸部が形成されることができる。
歩行補助ロボット５の第１フレーム５１と第２フレーム５２が直線状に延長する場合、互いに当接して接触する第１メインリンク６４０’の第１接触面６４２と第２メインリンク６４１’の第２接触面６４３によって、第２メインリンク６４１’は、第１メインリンク６４０’を支持することができる（図１１ａ参照）。ユーザが歩行補助ロボット５を着用し、膝関節６にユーザの荷重が加わる場合、第１メインリンク６４０’が第２メインリンク６４１’によって支持されることによって、膝関節６に加えられる荷重が支持されることができる。

第１メインリンク６４０’の第１接触面６４２の一側には、第１ガイド部Ｔ１が設けられることができる。第１ガイド部Ｔ１は、第１フレーム５１と第２フレーム５２が直線状にに延長するとき、第１フレーム５１と第２フレーム５２を基準に第３プーリー６３側に向くように具備されることができる。第１フレーム５１と第２フレーム５２を基準に第３プーリー６３側に向かう方向を後方Ｆ２と言い、第３プーリー６３側が向かう方向と対向する方向を前方Ｆ１と言えば、第１ガイド部Ｔ１は、後方に向くように設けられることができる。第１ガイド部Ｔ１は、下部に凸状に形成されることができる。同様に、第２メインリンク６４１’の第２接触面６４３の一側には、第２ガイド部Ｔ２が後方に向くように設けられることができる。第２ガイド部Ｔ２は、上部に凸状に形成されることができる。

図１１ｂに示されたように、第１フレーム５１または第２フレーム５２が膝関節６を中心にピボットされる場合、第１接触面６４２と第２接触面６４３の前方は離されることができる。しかし、下部に凸状の第１ガイド部Ｔ１は、上部に凸状の第２ガイド部Ｔ２との接触地点が移動されながら、第２ガイド部Ｔ２によって支持されることができる。従って、第１フレーム５１または第２フレーム５２が膝関節６を中心にピボットされても、第１ガイド部Ｔ１の下部面が第２ガイド部Ｔ２の上部面によって支持されることによって、膝関節６に加えられる荷重が支持されることができる。

第１接触面６４２、第２接触面６４３には、シリコン、ゴムなどのような緩衝部材が装着されることができる。このような緩衝部材は、第１接触面６４２と第２接触面６４３が当接しながら受ける衝撃を緩和させることができ、衝撃による騒音を防止することができる。

図１２ａおよび図１２ｂは、さらに他の実施例による膝関節の動作による荷重支持構造を示す図である。

図１２ａおよび図１２ｂを参照すれば、膝関節６は、第１メインリンク６４０”と第２メインリンク６４１”を連結するリンクユニット６７を含むことができる。リンクユニット６７は、第１支持リンク６７０および第２支持リンク６７１を含むことができる。第１支持リンク６７０の一側は、第１回転軸６７２によって第１メインリンク６４０”の下部にピボット可能に装着されることができる。第２支持リンク６７１の一側は、第２回転軸６７３によって第２メインリンク６４１”の上部にピボット可能に装着されることができる。第１支持リンク６７０の他側と第２支持リンク６７１の他側は、第３回転軸６７４によってピボット可能に連結されることができる。

図１２ａに示されたように、リンクユニット６７は、第１フレーム５１と第２フレーム５２が直線状に延長するとき、第１メインリンク６４０”の下部面と第２メインリンク６４１”の上部面との間に位置することができる。この際、第３回転軸６７４での第１支持リンク６７０と第２支持リンク６７１の間の角度θが０であるか、または０に近いことができる。第１支持リンク６７０と第２支持リンク６７１は、第１メインリンク６４０”と第２メインリンク６４１”との間に上下方向に積層されて位置することができる。膝関節６に加えられる荷重は、第１メインリンク６４０”、第２メインリンク６４１”、そして第１メインリンク６４０”と第２メインリンク６４１”との間に位置する第１支持リンク６７０と第２支持リンク６７１の接触面によって支持されることができる。

図１２ｂに示されたように、第１フレーム５１または第２フレーム５２がピボットされる場合、第１メインリンク６４０”の下部面と第２メインリンク６４１”の上部面との間が離隔される。第１フレーム５１または第２フレーム５２がピボットされることによって、第１支持リンク６７０と第２支持リンク６７１との間の角度θは、増加することができる。
第１メインリンク６４０”、第２メインリンク６４１”、第１支持リンク６７０および第２支持リンク６７１が隣接する他の部材と接触する面には、シリコン、ゴムなどのような緩衝部材が装着され、各部材同士がぶつかるときに発生する騒音および衝撃を緩和させることができる。

図１３ａおよび図１３ｂは、さらに他の実施例による膝関節の動作による荷重支持構造を示す図である。

図１３ａおよび図１３ｂを参照すれば、膝関節６は、第１メインリンク６４０”と第２メインリンク６４１”を連結する弾性ユニット６８を含むことができる。弾性ユニット６８は、第１弾性部材６８０および第２弾性部材６８１を含むことができる。第１弾性部材６８０の一側は、第１回転軸６８２によって第１メインリンク６４０”の下部にピボット可能に装着されることができる。第２弾性部材６８１の一側は、第２回転軸６８３によって第２メインリンク６４１”の上部にピボット可能に装着されることができる。第１弾性部材６８０の他側と第２弾性部材６８１の他側は、第３回転軸６８４によってピボット可能に連結されることができる。図１３ａのように、弾性ユニット６８は、第１フレーム５１と第２フレーム５２が直線状に延長するとき、第１メインリンク６４０”の下部面と第２メインリンク６４１”の上部面との間に位置することができる。この際、第３回転軸６８４での第１弾性部材６８０と第２弾性部材６８１の間の角度θが０であるか、または０に近いことができる。第１弾性部材６８０と第２弾性部材６８１は、第１メインリンク６４０”と第２メインリンク６４１”との間に上下方向に積層されて位置することができる。膝関節６に加えられる荷重は、第１メインリンク６４０”、第２メインリンク６４１”、そして第１メインリンク６４０”と第２メインリンク６４１”との間に位置する第１弾性部材６８０と第２弾性部材６８１の接触面によって支持されることができる。

図１３ｂのように、第１フレーム５１または第２フレーム５２がピボットされる場合、第１メインリンク６４０”の下部面と第２メインリンク６４１”の上部面との間が離隔される。第１フレーム５１または第２フレーム５２がピボットされることによって、第１弾性部材６８０と第２弾性部材６８１との間の角度θは増加することができる。

第１弾性部材６８０と第２弾性部材６８１は、隣接する部材を離隔させる方向に弾性力を作用する板スプリングであってもよい。第１フレーム５１と第２フレーム５２がピボットされて一直線を成すとき、第１弾性部材６８０と第２弾性部材６８１の弾性力によって第１メインリンク６４０”と第２メインリンク６４１”が互いにぶつかったときに発生する騒音や衝撃が緩和されることができる。

本発明の実施例によれば、複数のプーリーとワイヤまたはギアを含む関節アセンブリの構造によってユーザの実際の膝関節と同様の動作をする膝関節を装着することができる。ユーザが膝を曲げたり伸びたりする過程で歩行補助ロボットの膝関節がスライドとローリング動作を同時にして、ユーザの実際の膝関節と同じ動作を具現するので、ユーザが歩行補助ロボットを着用して歩行するとき、安らかさを感じることができる。また、歩行補助ロボットの膝関節に具備される荷重支持構造を通じて、歩行補助ロボットをユーザが着用したとき、膝関節に与えられる荷重が安定的に支持されることができる。荷重支持構造に設けられた緩衝部材を通じて膝関節に与えられる衝撃および騒音が緩衝されることができる。

２関節アセンブリ
６６０、６７２、６８２第１回転軸
２０、６１、６１’、６１” 第１プーリー
６６１、６７３、６８３第２回転軸
２１、６２、６２’ 第２プーリー
６６２、６７４、６８４第３回転軸
２２、６３、６３’ 第３プーリー
１０、５１第１フレーム
１１、５２第２フレーム
１、５歩行補助ロボット
６、１４膝関節
６４０、６４０’、６４０” 第１メインリンク
６４１、６４１’、６４１” 第２メインリンク

Claims

歩行補助ロボットの膝関節に用いられる関節アセンブリであって、
第１回転軸を中心に回転可能な第１プーリーと；
第２回転軸を中心に回転可能な第２プーリーと；
第３回転軸を中心に回転可能な第３プーリーと；
前記第１プーリーが前記第１回転軸を中心に回転するとき、前記第３プーリーは前記第３回転軸を中心に前記第１プーリーと同じ方向に回転するとともに前記第３回転軸の位置は前記第１プーリーの周囲に沿って前記第３プーリーの回転方向と同じ方向に移動し、前記第２プーリーは前記第２回転軸を中心に前記第１プーリー及び前記第３プーリーと同じ方向に回転するとともに前記第２回転軸の位置は前記第３プーリーの周囲に沿って前記第２プーリーの回転方向と同じ方向に移動するように、前記第１プーリー、前記第２プーリーおよび前記第３プーリーを連結する連結手段と；を有する、関節アセンブリ。
前記第１プーリーに駆動力が伝達されるとき、前記第１プーリーに連結される第１フレームまたは前記第２プーリーに連結される第２フレームは、回転中心の位置が移動されながら枢動される、請求項１に記載の関節アセンブリ。
前記連結手段は、第１ワイヤである、請求項１又は２に記載の関節アセンブリ。
前記第１プーリーの外周面には、第１ギアが形成され、前記第２プーリーの外周面には、第２ギアが形成され、前記第３プーリーの外周面には、第３ギアが形成される、請求項１又は２に記載の関節アセンブリ。
前記第１プーリーと前記第３プーリーとの間には、前記第１ギアおよび前記第３ギアと噛合する第１補助ギアが具備され、前記第３プーリーと前記第２プーリーとの間には、前記第３ギアおよび前記第２ギアと噛合する第２補助ギアが具備される、請求項４に記載の関節アセンブリ。
前記第１プーリーには、駆動源と連結された第２ワイヤが連結される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の関節アセンブリ。
前記第１プーリーには、駆動プーリーが連結され、前記駆動プーリーには、駆動源と連結された第２ワイヤが連結され、前記第１プーリーは、前記駆動プーリーに伝達される駆動力を伝達される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の関節アセンブリ。
前記第１プーリーと前記駆動プーリーは、一体で形成される、請求項７に記載の関節アセンブリ。
一側に前記第１プーリーが装着され、他側に第１フレームが連結される第１メインリンクと；
一側に前記第２プーリーが装着され、他側に第２フレームが連結される第２メインリンクと；をさらに含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の関節アセンブリ。
前記第１メインリンクと前記第３プーリーを連結する第１補助リンクと；
前記第３プーリーと前記第２メインリンクを連結する第２補助リンクと；をさらに含む、請求項９に記載の関節アセンブリ。
前記第１補助リンクの一側で、前記第１メインリンクおよび前記第１プーリーを貫通する前記第１回転軸と；
前記第２補助リンクの一側で、前記第２メインリンクおよび前記第２プーリーを貫通する前記第２回転軸と；
前記第１補助リンクの他側で、前記第３プーリーおよび前記第２補助リンクの一側を貫通する前記第３回転軸と；をさらに含む、請求項１０に記載の関節アセンブリ。
前記第１メインリンクの下部面は、表面が不均一に形成され、前記第２メインリンクの上部面は、前記第１メインリンクの下部面の形状に対応するように設けられ、前記第１フレームと前記第２フレームが直線状に延長するとき、前記第１メインリンクを支持する、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の関節アセンブリ。
前記第１メインリンクの一側には、第１ガイド部が形成され、前記第２メインリンクの一側には、第２ガイド部が形成され、前記第１フレームまたは前記第２フレームが枢動されるとき、前記第２ガイド部によって前記第１ガイド部が支持される、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の関節アセンブリ。
前記第１メインリンクと前記第２メインリンクが接触する接触面には、シリコンまたはゴムを含む素材で製造された緩衝部材が装着される、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の関節アセンブリ。
前記第１メインリンクと前記第２メインリンクは、枢動可能に具備されたリンクユニットによって連結され、前記第１フレームと前記第２フレームが直線状に延長するとき、前記リンクユニットは、前記第１メインリンクと前記第２メインリンクとの間に位置する、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の関節アセンブリ。
前記第１メインリンクと前記第２メインリンクは、枢動可能に具備された弾性ユニットによって連結され、前記第１フレームと前記第２フレームが直線状に延長するとき、前記弾性ユニットは、前記第１メインリンクと前記第２メインリンクとの間に位置する、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の関節アセンブリ。
ユーザの身体に装着され、ユーザの歩行を補助する歩行補助ロボットにおいて、
ユーザの大腿部に装着される第１フレームと；
ユーザのふくらはぎに装着され、膝関節アセンブリを通じて前記第１フレームと連結される第２フレームと；
前記膝関節アセンブリは、前記第１フレームに装着され、駆動力を伝達される第１プーリーが装着される第１メインリンクと；
前記第２フレームに装着され、第２プーリーが装着される第２メインリンクと；
第３プーリーと；
前記第１プーリーに駆動力が伝達され、前記第１プーリーが一方向に回転するとき、前記第３プーリーは前記第３プーリーの回転中心周りに前記一方向に回転するとともに前記第３プーリーの回転中心の位置は前記第１プーリーの周囲に沿って前記第３プーリーの回転方向と同じ方向に移動し、前記第２プーリーは前記第２プーリーの回転中心周りに前記一方向に回転するとともに前記第２プーリーの回転中心の位置は前記第３プーリーの周囲に沿って前記第２プーリーの回転方向と同じ方向に移動するように、前記第１プーリー、前記第２プーリーおよび前記第３プーリーを連結する連結手段と；を有する、歩行補助ロボット。
前記第１フレームまたは前記第２フレームに加えられる荷重は、前記第１メインリンクが前記第２メインリンクによって支持されることによって、支持される、請求項１７に記載の歩行補助ロボット。
前記第１メインリンクと前記第２メインリンクは、リンクユニットによって連結され、前記リンクユニットは、一側が前記第１メインリンクに枢動可能に装着される第１支持リンクと；
一側が前記第２メインリンクに枢動可能に装着され、他側が前記第１支持リンクの他側に枢動可能に装着される第２支持リンクと；を含む、請求項１７又は１８に記載の歩行補助ロボット。
前記第１フレームおよび前記第２フレームが直線状に延長するとき、前記第１支持リンクと前記第２支持リンクは、前記第１メインリンクと前記第２メインリンクとの間に折れて位置し、前記膝関節アセンブリに加えられた荷重を支持する、請求項１９に記載の歩行補助ロボット。