KR100802533B1 - Walking mode determination apparatus of human body legs and assistance muscular strength robot for human body legs having the same and walking mode determination method of human body legs using the same - Google Patents

Walking mode determination apparatus of human body legs and assistance muscular strength robot for human body legs having the same and walking mode determination method of human body legs using the same Download PDF

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KR100802533B1 KR1020070041942A KR20070041942A KR100802533B1 KR 100802533 B1 KR100802533 B1 KR 100802533B1 KR 1020070041942 A KR1020070041942 A KR 1020070041942A KR 20070041942 A KR20070041942 A KR 20070041942A KR 100802533 B1 KR100802533 B1 KR 100802533B1
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장혜연
김태식
장재호
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

A walking mode determination apparatus of human legs, an assistance muscular strength robot for human legs having the same and a walking mode determination method of human legs using the same are provided to help a user to walk by sensing the electromyogram of his/her legs. A walking mode determination apparatus of legs includes a sensing device, a control portion and a driving portion(200). The sensing device senses the signal value of a first electromyogram of a first muscle and a signal value of a second electromyogram of a second muscle included in a knee. The control portion is electrically connected to the sensing device, and compares the first and second electromyogram with reference electromyogram signal value to set up the waling mode of legs. The driving portion is electrically connected to the control portion, and generates different driving forces according to the walking modes.

Description

인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법{WALKING MODE DETERMINATION APPARATUS OF HUMAN BODY LEGS AND ASSISTANCE MUSCULAR STRENGTH ROBOT FOR HUMAN BODY LEGS HAVING THE SAME AND WALKING MODE DETERMINATION METHOD OF HUMAN BODY LEGS USING THE SAME}WHEELING MODE DETERMINATION APPARATUS OF HUMAN BODY LEGS AND ASSISTANCE MUSCULAR STRENGTH ROBOT FOR HUMAN BODY LEGS HAVING THE SAME AND WALKING MODE DETERMINATION METHOD OF HUMAN BODY LEGS USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 정면도이다.Figure 1 is a front view showing a walking mode determination device of the human lower body of the present invention and an auxiliary muscle strength robot for the human lower body having the same.

도 2는 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 측면도이다.Figure 2 is a side view showing a walking mode determination device of the lower body of the present invention and the auxiliary muscle strength robot for the lower body having the same.

도 3은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 다른 측면도이다.Figure 3 is another side view showing a walking mode determination device of the human lower body of the present invention and an auxiliary muscle strength robot for the human lower body having the same.

도 4는 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇에서의 결합유닛을 보여주는 사시도이다.Figure 4 is a perspective view showing a coupling unit in the auxiliary muscle strength robot for the lower body of the present invention.

도 5는 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇에서의 결합유닛을 보여주는 다른 사시도이다.Figure 5 is another perspective view showing a coupling unit in the auxiliary muscle strength robot for human body of the present invention.

도 6은 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇에서의 결합유닛의 결합관계를 보여주는 도면이다.6 is a view showing a coupling relationship of the coupling unit in the auxiliary muscle strength robot for the lower body of the present invention.

도 7은 본 발명에 따르는 보조기기를 보여주는 사시도이다.7 is a perspective view showing an auxiliary device according to the present invention.

도 8은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 방법을 설명하기 위한 구성도이다.8 is a block diagram for explaining a walking mode determination device and method of the human body of the present invention.

도 9는 본 발명을 실시하기 위해 실제 착용된 상태를 보여주는 사진들이다.Figure 9 is a picture showing a state actually worn to practice the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

100 : 지지프레임 110 : 제 1지지프레임100: support frame 110: first support frame

120 : 제 2지지프레임 150 : 감지기120: second support frame 150: detector

200 : 구동부 211 : 제 1기어200: drive unit 211: first gear

212 : 제 2기어 230 : 구동모터212: second gear 230: drive motor

300 : 제어부 400 : 보조기기300: control unit 400: auxiliary equipment

410 : 좌측 지지대 420 : 우측 지지대410: left support 420: right support

430 : 연결대 440 : 회전수단430: connecting rod 440: rotation means

500 : 결합유닛 510 : 디스크판500: coupling unit 510: disc plate

520 : 연결수단 530 : 연결봉520: connecting means 530: connecting rod

본 발명은 인체 하지용 보조 근력 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노약자 및 보행장애자의 보행을 용이하게 도움을 줄 수 있는 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an auxiliary muscle strength robot for human lower limbs, and more particularly, a walking mode determination device for lower limbs of a human body that can help the elderly and the walking handicapped easily, and an auxiliary muscle robot for lower limbs having the same, and using the same. The present invention relates to a method of determining the walking mode of the human lower extremity.

일반적으로, 노약자 및 보행의 장애가 있는 사람들은 무릎 근방의 근력이 일정 이상으로 약하게 형성된다.In general, the elderly and those with walking disorders have weakened strength above a certain level near the knee.

따라서, 이들은 보행의 도움을 얻고자 무릎보조기를 사용한다. 이러한, 일반의료 기기로의 무릎보조기는 무릎 관절각의 구속을 통한 치료용 보조기의 개념으로 시판되고 있다. 또한, 근래에는 엑츄에이터에 의해 관절각을 변화할 수 있는 보행보조기도 여러 가지의 연구방향을 갖고 개발중에 있다,Therefore, they use a knee brace to help with walking. Such a knee assistive device as a general medical device is marketed as a concept of a therapeutic aid through the restraint of the knee joint angle. In addition, recently, a walking aid that can change the joint angle by an actuator has been developed with various research directions.

이러한 보행보조기는 공,유압 및 모터 구동형의 경우에, 인공근육 등의 엑츄에이터를 구동하기 위하여 사용되는 동기신호는 여러 가지의 형태로 사용되고 있다. 상기 동기신호는 크게 생체신호 관련 센서, 힘 센서 및 근경도 센서 등을 많이 사용하고 있다.In the case of a walking aid, a synchronous signal used to drive an actuator, such as artificial muscle, is used in various forms. The synchronization signal is largely used as a biosignal related sensor, force sensor, and root hardness sensor.

동기신호로써 힘 센서를 사용한 착용형 보행보조기의 경우에, 신호의 수집이 용이한 장점이 있지만, 사람이 센서에 직접적으로 힘을 전달해야하기 때문에 보행 시 사용자의 의도를 정확하게 파악할 수 없고 외부의 영향에 의해 힘센서가 영향을 받을 수도 있기 때문에 정확한 제어를 할 수 없는 문제점이 있다.In the case of a wearable walking aid using a force sensor as a synchronous signal, there is an advantage of easily collecting signals. However, since a person must transmit power directly to the sensor, the user's intention cannot be accurately understood when walking. Because of the force sensor may be affected by the problem, there is a problem that can not be precise control.

또한, 근경도 센서 입력형은 근육의 팽창정도를 측정하여 동기신호로 사용하기 때문에 근육의 움직임을 간단하게 파악할 수 있으나 사람마다 근육의 발달정도와 팽창정도가 각기 달라 일정수준 이상의 동작 성능을 확보할 수 없는 문제점이 있다.In addition, since the muscle sensor input type is used as a synchronous signal by measuring the degree of expansion of the muscle, it is easy to grasp the movement of the muscle. There is no problem.

한편, 종래의 보행보조기는 크게 3가지분야로 나울 수 있다. 첫째, 인체의 몸을 기대어 움직일 때 사용자의 몸무게를 대신 지지해주고, 상체의 힘을 이용하여 균형을 잡아주는 형태의 보조기 분야와, 둘째, 걸을 수 없는 사람의 보행을 가능하게 해주는 휠체어 분야와, 셋째, 쉽게 걷지 못하는 사람의 하지 관절에 엑츄에이터를 부착하여 근력을 보조해주는 착용형 로봇 분야로 나눌 수 있다. On the other hand, the conventional walking aid can be largely divided into three fields. First, in the field of assistive braces to support the weight of the user when moving against the body of the human body and to balance using the upper body strength, and second, the wheelchair field to enable the walking of people who cannot walk. In addition, it can be divided into a wearable robot field that assists muscle strength by attaching an actuator to a lower leg joint of a person who cannot easily walk.

그러나, 바퀴구동형태의 보행보조기의 경우에는, 계단 등의 지형에서 사용하기 어려운 문제점이 있고, 휴대하기에도 매우 어려운 문제점이 있다.However, in the case of the wheel drive type walking aid, there is a problem that is difficult to use in the terrain, such as stairs, there is a problem that is very difficult to carry.

또한, 착용형 로봇 형태의 보행 보조기의 경우 엑츄에이터의 구동을 사용하고, 그 크기가 크고 그 무게가 무겁기 때문에, 노약자 및 보행장애를 갖고 있는 사람이 직접 착용하고 작동하기에 매우 까다로운 문제점이 있다. In addition, the wearable walking type walking aid uses an actuator, and because of its large size and heavy weight, it is very difficult for the elderly and people with walking disorders to wear and operate directly.

이에 더하여, 엑츄에이터는 종래의 전동실린더와 유압/공압 구동형 엑츄에이터, 인공근육에 의한 시스템 등이 있으나 이들 엑츄에이터는 그 엑츄에이터의 길이가 가변되고 이에 따라 다른 기구부에 간섭을 줄 수 있으며, 작동을 위해 여러 가지 보조 장치들이 수반되는 문제점이 있다.In addition, actuators include conventional electric cylinders, hydraulic / pneumatically actuated actuators, and artificial muscle systems, but these actuators may vary in length and may interfere with other mechanisms. There is a problem with several auxiliary devices.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1목적은 노약자 및 보행장애를 갖고 있는 사람의 하지근육의 근전도값을 감지하여, 하지근육의 근력을 구동부를 사용하여 보조하여, 보행을 함에 있어 도움을 줄 수 있는 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 제공함에 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the first object of the present invention is to detect the EMG values of the lower extremity muscles of the elderly and those with walking disorders, using the driving force of the lower extremity muscles In order to assist the present invention, the present invention provides a walking mode determination device for a lower leg of a human body that can help in walking, and an auxiliary muscle robot for the lower body having the same, and a method for determining a walking mode of a lower body using the same.

본 발명의 제 2목적은 인체의 하지측에 부착되는 보조기기에 탈부착되도록 하여 장소에 구애받지 않고 쉽게 휴대할 수 있는 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 제공함에 있다.The second object of the present invention is to be attached to the auxiliary device attached to the lower side of the human body can be easily carried anywhere regardless of the walking mode determination device of the human lower body and auxiliary muscle strength robot for the human body having the same and the human body using the same The present invention provides a method for determining the walking mode of the lower limb.

본 발명의 제 3목적은 구동부를 구동하기 위한 동기신호로 근전도값을 사용하고, 보행 시에 무릎 주변 주동근과 길항근의 근전도 신호값을 감지하여 단순 보행 시와 계단 오름/내림 시의 보행모드를 설정하게 할 수 있는 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 제공함에 있다.The third object of the present invention is to use the EMG value as a synchronous signal for driving the driving unit, and to detect the EMG signal values of the main muscles and the antagonist muscles around the knee during walking, and to set the walking mode for simple walking and stepping up / down. An apparatus for determining a walking mode of a lower limb of a human body, and an auxiliary muscle force robot for lower extremities of a human body having the same, and a method for determining a walking mode of a lower limb of a human body using the same.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 인체 하지의 보행모드 결정장치를 제공한다.The present invention provides a walking mode determination device of the lower body of the human body in order to achieve the above object.

상기 인체 하지의 보행모드 결정장치는 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 감지기와. 상기 감지기와 전기적으로 연결되며, 상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모 드를 설정하는 제어부와, 상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 제어부에 의하여 설정되는 상기 보행모드에 따라 서로 다른 구동력이 발생되는 구동부를 포함한다.The walking mode determination device of the lower body of the human body and a sensor for detecting the first EMG signal value of the first muscles and the second EMG signal value of the second muscles included in the vicinity of the knee corresponding to the lower body of the human body. The gait mode of the lower body of the human body is set by being electrically connected to the detector and comparing the first EMG signal value and the second EMG signal value detected by the detector with a preset reference EMG signal value. And a driving unit electrically connected to the control unit and generating different driving forces according to the walking mode set by the control unit.

여기서, 상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,Here, the first muscle is the main muscle of the lower limb of the human body, the second muscle is the antagonist of the lower limb of the human body,

상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것이 바람직하다.The first EMG signal value is a value for the operation of the main muscle muscle, and the second EMG signal value is preferably a value for the operation of the antagonist muscle.

그리고, 상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드를 구비하되,The walking mode includes a first walking mode in which the lower leg of the human body climbs up or down a stepped step, and a second walking mode in which the lower body of the human body walks on flat ground.

상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되되,In each of the first walking mode and the second walking mode, the first EMG signal value is greater than the reference EMG signal value, and the second EMG signal value is formed smaller than the reference EMG signal value.

상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며,The first EMG signal value in the first walking mode is formed to be greater than the first EMG signal value in the second walking mode,

상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것이 바람직하다.It is preferable that the driving force of the driving unit is greater than that of the second walking mode in the first walking mode.

또한, 상기 제어부는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,In addition, the control unit is electrically connected to the A / C converter,

상기 A/C컨버터는 상기 제어부로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부로 전송하는 것이 바람직하다.Preferably, the A / C converter filters the first and second EMG signal values transmitted to the controller to a synchronization signal and transmits the same to the driver.

또한, 상기 구동부는 서로 기어치 연결되는 한 쌍의 기어와, 상기 한 싸의 기어 중 어느 하나의 중심과 축연결되며 상기 제어부로부터 전기적 신호를 전송받아 구동되는 구동모터와, 상기 기어들 각각으로부터 일정길이 연장되는 상기 기어들 각각이 회전됨에 따라 동시에 회전되는 지지프레임들을 더 구비하는 것이 바람직하다.The drive unit may include a pair of gears connected to each other by a gear, a drive motor axially connected to a center of any one of the gears, and driven by receiving an electrical signal from the controller, and a constant from each of the gears. It is further preferred that the support frames further rotate simultaneously as each of the gears extending in length is rotated.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 제공한다.The present invention provides an auxiliary muscle strength robot for the human lower body having a walking mode determination device of the lower body to achieve the above object.

상기 인체 하지용 보조 근력 로봇은 한 쌍의 지지프레임들과, 상기 지지프레임들을 서로 연결하여 회전시키는 구동부와, 상기 지지프레임들 근방에 마련되며, 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 감지기와, 상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모드를 설정하며, 상기 설정되는 보행모드에 따라 상기 구동부를 서로 다른 구동력으로 구동시키는 제어부를 포함한다.The auxiliary muscle strength robot for the lower extremity of the human body is provided with a pair of support frames, a driving unit for connecting and rotating the support frames to each other, and provided in the vicinity of the support frames, in the vicinity of the knee in the vicinity of the knee corresponding to the lower body of the human body. A detector for detecting a first EMG signal value of the first muscle included and a second EMG signal value of the second muscle, and receiving the detected first EMG signal value and the second EMG signal value from the detector; And a control unit configured to set a walking mode for the lower limb of the human body by comparing with a set reference EMG signal value, and to drive the driving unit with different driving forces according to the set walking mode.

여기서, 상기 한 쌍의 지지프레임은 상기 인체의 무릎 상부에 위치되는 제 1지지프레임과, 상기 무릎 하부에 위치되는 제 2지지프레임으로 구성되고,Here, the pair of support frames are composed of a first support frame located on the upper knee of the human body, a second support frame located on the lower knee,

상기 구동부는 상기 제 1지지프레임의 일단에 설치된 제 1기어와, 상기 제 2지지프레임의 일단에 설치되어 상기 제 1기어와 기어치 연결되는 제 2기어와, 상기 제 1기어 또는 제 2기어 중 어느 하나와 축연결되어 상기 제어부로부터 전기적 신호를 받아 구동되는 구동모터를 구비하는 것이 바람직하다.The driving unit includes a first gear installed at one end of the first support frame, a second gear installed at one end of the second support frame and connected to the first gear, and the first gear or the second gear. It is preferable to have a driving motor connected to any one of the shaft and driven by receiving an electrical signal from the controller.

또한, 상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,In addition, the first muscle is the main muscle of the lower limb of the human body, the second muscle is the antagonist of the lower limb of the human body,

상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것이 바람직하다.The first EMG signal value is a value for the operation of the main muscle muscle, and the second EMG signal value is preferably a value for the operation of the antagonist muscle.

또한, 상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드를 구비하되,The walking mode may include a first walking mode in which the lower leg of the human body climbs up or down a stepped step, and a second walking mode in which the lower body of the human body walks on flat ground.

상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되되,In each of the first walking mode and the second walking mode, the first EMG signal value is greater than the reference EMG signal value, and the second EMG signal value is formed smaller than the reference EMG signal value.

상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며,The first EMG signal value in the first walking mode is formed to be greater than the first EMG signal value in the second walking mode,

상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것이 바람직하다.It is preferable that the driving force of the driving unit is greater than that of the second walking mode in the first walking mode.

상기 제어부는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,The control unit is electrically connected to the A / C converter,

상기 A/C컨버터는 상기 제어부로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부로 전송하는 것이 바람직하다.Preferably, the A / C converter filters the first and second EMG signal values transmitted to the controller to a synchronization signal and transmits the same to the driver.

또한, 상기 인체의 무릎 근방에는 상기 무릎과 상기 무릎의 상/하부를 에워 싸도록 상기 인체에 설치되는 보조기기가 더 설치되되,In addition, near the knee of the human body is further provided with an auxiliary device installed on the human body to surround the upper and lower parts of the knee and the knee,

상기 보조기기는 상기 무릎의 양측방에 배치되는 좌측 지지대와 우측 지지대와, 상기 좌/우측 지지대들을 서로 연결하는 연결대를 구비하고,The auxiliary device includes a left support and a right support disposed on both sides of the knee, and a connecting rod connecting the left and right supports to each other,

상기 좌측 지지대 또는 우측 지지대 각각은 상부 지지대와 하부 지지대와 상기 상/하부 지지대를 서로 연결시키어 회전시키는 회전수단을 구비하는 것이 바람직하다.Each of the left support or the right support preferably has rotation means for connecting the upper support, the lower support and the upper / lower support to each other to rotate.

또한, 상기 구동부에는 상기 보조기기와 결합되는 결합수단이 더 구비되며,In addition, the driving unit is further provided with a coupling means coupled to the auxiliary device,

상기 결합수단은 상기 제 1기어와 상기 제 2기어의 축이 끼워지는 회전홀들이 형성되며, 상기 회전홀들을 관통한 상기 제 1기어와 상기 제 2기어의 축을 상기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나의 회전수단에 연결시키는 디스크판과, 상기 제 1,2,지지프레임에 마련되어 상기 제1,2지지프레임과 상기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나를 서로 연결시키는 연결수단을 구비하되,The coupling means may include rotation holes into which the shafts of the first gear and the second gear are fitted, and the shafts of the first gear and the second gear passing through the rotation holes may be any one of the left support and the right support. The disk plate to be connected to one rotating means, and the first and second, the support frame is provided with a connecting means for connecting any one of the first and second support frame and the left support and the right support,

상기 디스크판은 상기 회전수단의 회전력을 상기 제 1,2기어의 축에 전달시키는 것이 바람직하다.The disk plate preferably transmits the rotational force of the rotating means to the shaft of the first and second gears.

또한, 상기 연결수단은 상기 제 1,2지지프레임에 각각 형성된 제 1지지홀들과, 상기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나의 상/하부 지지대들에 형성괸 제 2지지홀들과, 상기 제 1,2지지홀들을 서로 연결하되, 그 양단에 상기 제 1,2지지홀들의 주면부에 걸치어지는 머리부가 형성된 연결봉들을 구비하는 것이 바람직하다.The connecting means may include first support holes formed in the first and second support frames, second support holes formed in any one of the upper and lower supports of the left support and the right support, The first and second support holes may be connected to each other, and both ends thereof may include connecting rods each having a head portion that extends over the main surface of the first and second support holes.

또한, 상기 제어부에는 착용자의 안전을 위해 제 1지지프레임과 상기 제 2지 지프레임이 상기 구동부를 통하여 서로 회전되어 결정되는 사이각의 범위가 기설정되며,In addition, the control unit is set in the range of the angle between the first support frame and the second support frame is rotated to each other through the driving unit is determined for the safety of the wearer,

상기 사이각의 범위는 120도 내지 150도 인 것이 바람직하다.The range of the angle is preferably 120 degrees to 150 degrees.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 제공한다.The present invention provides a method of determining the walking mode of the lower body of the human body using the auxiliary muscle strength robot for the lower body of the human body having a walking mode determination device of the lower body of the body to achieve the above object.

상기 인체 하지의 보행모드 결정방법은 감지기를 사용하여 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 단계와, 상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모드를 제어부를 통하여 설정하는 단계와, 상기 제어부에 의하여 설정되는 상기 보행모드에 따라 상기 제어부를 통하여 구동부를 서로 다른 구동력이 발생되도록 하는 단계를 포함한다.The method of determining the walking mode of the lower extremity of the human body detects a first EMG signal value of the first muscle and a second EMG signal value of the second muscle in the vicinity of the knee corresponding to the lower extremity of the human body using a detector, respectively. And receiving the first EMG signal value and the second EMG signal value detected by the detector and comparing the preset EMG signal values with each other to set a walking mode for the lower extremities of the human body through a controller. And generating a driving force different from each other through the control unit according to the walking mode set by the control unit.

여기서, 상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,Here, the first muscle is the main muscle of the lower limb of the human body, the second muscle is the antagonist of the lower limb of the human body,

상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것이 바람직하다.The first EMG signal value is a value for the operation of the main muscle muscle, and the second EMG signal value is preferably a value for the operation of the antagonist muscle.

그리고, 상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드로 구분되 고,The walking mode is divided into a first walking mode in which the lower leg of the human body climbs up or down a stepped step, and a second walking mode in which the lower body of the human body walks on flat ground.

상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되되,In each of the first walking mode and the second walking mode, the first EMG signal value is greater than the reference EMG signal value, and the second EMG signal value is formed smaller than the reference EMG signal value.

상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며,The first EMG signal value in the first walking mode is formed to be greater than the first EMG signal value in the second walking mode,

상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것이 바람직하다.It is preferable that the driving force of the driving unit is greater than that of the second walking mode in the first walking mode.

상기 제어부는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,The control unit is electrically connected to the A / C converter,

상기 A/C컨버터는 상기 제어부로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부로 전송하는 것이 바람직하다.Preferably, the A / C converter filters the first and second EMG signal values transmitted to the controller to a synchronization signal and transmits the same to the driver.

이하, 첨부되는 도면들을 참조로 하여, 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described the walking mode determination device of the human lower body of the present invention, the auxiliary muscle strength robot for the lower body having the same and a method of determining the walking mode of the human lower body using the same.

도 1은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 정면도이다. 도 2는 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 측면도이다. 도 3은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 다른 측면도이다. 도 4는 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇 에서의 결합유닛을 보여주는 사시도이다. 도 5는 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇에서의 결합유닛을 보여주는 다른 사시도이다. 도 6은 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇에서의 결합유닛의 결합관계를 보여주는 도면이다. 도 7은 본 발명에 따르는 보조기기를 보여주는 사시도이다. 도 8은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 방법을 설명하기 위한 구성도이다. 도 9는 본 발명을 실시하기 위해 실제 착용된 상태를 보여주는 사진들이다.Figure 1 is a front view showing a walking mode determination device of the human lower body of the present invention and an auxiliary muscle strength robot for the human lower body having the same. Figure 2 is a side view showing a walking mode determination device of the lower body of the present invention and the auxiliary muscle strength robot for the lower body having the same. Figure 3 is another side view showing a walking mode determination device of the human lower body of the present invention and an auxiliary muscle strength robot for the human lower body having the same. Figure 4 is a perspective view showing a coupling unit in the auxiliary muscle strength robot for the lower body of the present invention. Figure 5 is another perspective view showing a coupling unit in the auxiliary muscle strength robot for human body of the present invention. 6 is a view showing a coupling relationship of the coupling unit in the auxiliary muscle strength robot for the lower body of the present invention. 7 is a perspective view showing an auxiliary device according to the present invention. 8 is a block diagram for explaining a walking mode determination device and method of the human body of the present invention. Figure 9 is a picture showing a state actually worn to practice the present invention.

여기서, 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치는 상기 인체 하지용 보조 근력 로봇에 포함되는 구성이기 때문에, 하기에서는 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇을 설명함에 포함하여 설명하기로 한다.Here, since the walking mode determination device of the lower body of the present invention is configured to be included in the auxiliary muscle strength robot for the lower body of the human body, the following description will be included in the description of the auxiliary muscle robot for lower body of the present invention.

도 1 내지 도 7을 참조로 하면, 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇은 한 쌍의 지지프레임들(100)을 갖는다. 상기 한 쌍의 지지프레임들(100)은 일정 길이를 갖는 제 1지지프레임(110)과 제 2지지프레임(120)으로 구성된다. 상기 제 1,2지지프레임(110,120)은 판(plate)상의 바(bar)타잎으로 제작될 수 있다.1 to 7, the auxiliary muscle strength robot for the lower body of the present invention has a pair of support frames 100. The pair of support frames 100 includes a first support frame 110 and a second support frame 120 having a predetermined length. The first and second support frames 110 and 120 may be manufactured as bar shapes on a plate.

여기서, 상기 제 1지지프레임(110)은 상기 인체(10)의 무릎(11) 상부에 위치되고, 제 2지지프레임(120)은 상기 무릎(11) 하부에 위치된다.Here, the first support frame 110 is located above the knee 11 of the human body 10, the second support frame 120 is located below the knee (11).

상기 제 1,2지지프레임들(110,120)은 구동부(200)에 의하여 서로 회전되도록 연결된다.The first and second support frames 110 and 120 are connected to each other by the driving unit 200.

상기 구동부(200)는 상기 제 1지지프레임(110)의 일단에 설치된 제 1기어(211)와, 상기 제 2지지프레임(120)의 일단에 설치되어 상기 제 1기어(211)와 기어치 연결되는 제 2기어(212)와, 상기 제 1기어(211) 또는 제 2기어(212) 중 어느 하나와 축(231)으로 연결되어 제어부(300)로부터 전기적 신호를 받아 구동되는 구동모터(230)를 구비한다.The driving unit 200 is installed at one end of the first support frame 110 and one end of the second support frame 120 to connect the gear teeth with the first gear 211. A driving motor 230 connected to any one of the first gear 211 or the second gear 212 and the shaft 231 to be driven by receiving an electrical signal from the controller 300. It is provided.

그리고, 상기 제 1,2지지프레임(110,120) 근방에는 감지기들(150)이 마련된다. 상기 감지기들(150)은 보조기기(400)에 마련될 수 있다. 상기 감지기들(150)은 상기 보조기기(400)의 좌/우측 지지대(410,420)에 마련될 수 있다. 특히, 상기 좌/우측 지지대들(410,420)의 상/하부 지지대들(411,412,421,422)에 각각 설치될 수 있다.The detectors 150 are provided near the first and second support frames 110 and 120. The detectors 150 may be provided in the auxiliary device 400. The detectors 150 may be provided at left and right supports 410 and 420 of the auxiliary device 400. In particular, the upper and lower supports 411, 412, 421 and 422 of the left and right supports 410 and 420 may be installed.

상기 감지기(150)는 인체(10)의 하지에 해당되는 무릎(11)근방에서 상기 무릎(11)근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지할 수 있는 근전도 감지기일 수 있다.The detector 150 may measure the first EMG signal value of the first muscle and the second EMG signal value of the second muscle in the vicinity of the knee 11 corresponding to the lower body of the human body 10. It may be an EMG detector that can detect each.

상기 감지기(150)는 제어부(300)와 전기적으로 연결된다.The detector 150 is electrically connected to the controller 300.

상기 제어부(300)는 상기 감지기(150)로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체(10)의 하지에 대한 보행모드를 설정하며, 상기 설정되는 보행모드에 따라 상기 구동부(200)를 서로 다른 구동력으로 구동시킬 수 있다.The controller 300 receives the first EMG signal value and the second EMG signal value detected from the detector 150 and compares them with a preset reference EMG signal value to walk with respect to the lower limb of the human body 10. A mode may be set, and the driving unit 200 may be driven with different driving forces according to the set walking mode.

여기서, 상기 제 1근육은 상기 인체(10) 하지의 주동근(Agonist)이고, 상기 제 2근육은 상기 인체(10) 하지의 길항근(Antagonist)일 수 있다. 상기 주동근은 운동시에 주요한 동기 역할을 하며, 상기 길항근은 상기 주동근이 작용함에 따라 수동적으로 긴장/이완될 수 있다. 즉, 주동근은 짧아지는 수축을 통해 주로 작용하는 근육이고, 길항근은 주동근에 길항하는 근육이다. 여기서, 상기 주동근에 도움 을 주는 보조근육인 협력근(Associate)을 더 고려할 수도 있다.The first muscle may be an agonist of the lower extremity of the human body 10, and the second muscle may be an antagonist of the lower extremity of the human body 10. The main root muscle plays a major role in exercise, and the antagonist muscle can be passively tensioned / relaxed as the main root muscle acts. That is, the main root muscle is the muscle mainly acting through the contraction is shortened, the antagonist muscle is the muscle antagonizing the main root muscle. Here, it is also possible to consider associative muscle (Associate), which is an auxiliary muscle to help the main root muscle.

따라서, 상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것이다.Accordingly, the first EMG signal value is a value for the operation of the main muscle muscle, and the second EMG signal value is a value for the operation of the antagonist muscle.

또한, 상기 보행모드는 상기 인체(10)의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체(10)의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드로 구분될 수 있다.In addition, the walking mode may be divided into a first walking mode in which the lower leg of the human body 10 climbs up or down a stepped step, and a second walking mode in which the lower body of the human body 10 walks flat.

그리고, 상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성될 수 있다.Each of the first walking mode and the second walking mode may have the first EMG signal value greater than the reference EMG signal value and the second EMG signal value smaller than the reference EMG signal value.

그리고, 상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며, 상기 구동부(200)의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 클 수 있다.The first EMG signal value in the first walking mode is greater than the first EMG signal value in the second walking mode, and the driving force of the driving unit 200 is in the first walking mode. It may be larger than the second walking mode.

따라서, 계단을 오르는 제 1보행모드인 경우에, 구동부의 구동력이 제 2보행모드인 경우보다 크므로, 구동력으로 인한 작용력이 커질 수 있다.Therefore, in the case of the first walking mode of climbing the stairs, the driving force of the driving unit is larger than that of the second walking mode, so that the action force due to the driving force can be increased.

이에 더하여, 상기 제어부(300)는 A/C 컨버터(170)와 전기적으로 연결되며, 상기 A/C컨버터(170)은 상기 제어부(300)로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부(200)로 전송할 수 있다. 따라서, 서로 다른 근육의 근전도 신호값을 구동부를 구동시키는 동기신호로 사용할 수 있다.In addition, the controller 300 is electrically connected to the A / C converter 170, and the A / C converter 170 uses the first and second EMG signals transmitted to the controller 300 as a synchronization signal. The filter may be transmitted to the driver 200. Therefore, EMG signal values of different muscles can be used as a synchronization signal for driving the driving unit.

한편, 도 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇은 상기 인체(10)의 무릎(11) 근방에는 상기 무릎(11)과 상기 무릎(11)의 상/하부를 에워싸도록 상기 인체(10)의 하지에 설치되는 보조기기(400)를 구비한다.Meanwhile, referring to FIGS. 1 and 7, the auxiliary muscle strength robot for the lower body of the present invention surrounds the upper and lower parts of the knee 11 and the knee 11 near the knee 11 of the human body 10. It is provided with an auxiliary device 400 is installed on the lower body of the human body 10 to be cheap.

상기 보조기기(400)는 상기 무릎(11)의 양측방에 배치되는 좌측 지지대(410)와 우측 지지대(420)와, 상기 좌/우측 지지대들(410,420)을 서로 연결하는 연결대(430)를 구비한다.The auxiliary device 400 includes a left support 410 and a right support 420 disposed on both sides of the knee 11, and a connection 430 connecting the left and right supports 410 and 420 to each other. do.

상기 좌측 지지대(410) 또는 우측 지지대(420) 각각은 상부 지지대(411,421)와 하부 지지대(412,422)와 상기 상/하부 지지대(411,421,412,422)를 서로 연결시키어 회전시키는 회전수단(440)을 구비할 수 있다.Each of the left support 410 or the right support 420 may include a rotation means 440 that rotates the upper support 411, 421, the lower support 412, 422, and the upper / lower support 411, 421, 412, 422. .

상기 회전수단(440)은 상부 지지대(411,421)와 하부 지지대(412,422)를 서로 기어치 연결시키는 한 쌍의 기어부(441)이다. 상기 한 쌍의 기어부(441)는 각각 상부 지지대(411,421)와 하부 지지대(412,422)의 일단에 장착될 수 있다. 즉, 상기 한 쌍의 기어부(441)가 위치되는 부분이 인체(10)의 무릎(11)관절에 해당된다.The rotating means 440 is a pair of gear portions 441 that connect the upper supports 411 and 421 and the lower supports 412 and 422 to each other. The pair of gear parts 441 may be mounted at one end of the upper supporters 411 and 421 and the lower supporters 412 and 422, respectively. That is, the part where the pair of gear parts 441 is located corresponds to the knee 11 joint of the human body 10.

또 한편, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 구동부(200)에는 상기 보조기기(400)와 결합되는 결합유닛(500)이 더 구비된다.On the other hand, referring to Figures 4 to 6, the drive unit 200 is further provided with a coupling unit 500 coupled to the auxiliary device 400.

상기 결합유닛(500)은 상기 제 1기어(211)와 상기 제 2기어(212)의 축(211a,212a)이 끼워지는 회전홀들(511)이 형성되며, 상기 회전홀들(511)을 관통한 상기 제 1기어(211)와 상기 제 2기어(212)의 축(211a,212a)을 상기 좌측 지지대(410)와 상기 우측 지지대(420) 중 어느 하나의 회전수단(440)에 연결시키는 디스크판(510)과, 상기 제 1,2,지지프레임(110,120)에 마련되어 상기 제1,2지지프레임(110,120)과 상기 좌측 지지대(410)와 상기 우측 지지대(420) 중 어느 하나를 서로 연결시키는 연결수단(520)을 구비한다.The coupling unit 500 has rotation holes 511 into which the shafts 211a and 212a of the first gear 211 and the second gear 212 are fitted, and the rotation holes 511 are formed. Connecting the shafts 211a and 212a of the first gear 211 and the second gear 212 to the rotating means 440 of any one of the left support 410 and the right support 420. The disk plate 510 and the first and second support frames 110 and 120 are provided on the first and second support frames 110 and 120 to connect any one of the left and right supporters 410 and the right supporter 420 to each other. It is provided with a connecting means (520).

상기 디스크판(510)의 회전홀(511)을 통하여 관통된 제 1,2기어(211,212)의 축들(211)은 상기 한 쌍의 기어부(441)와 축연결될 수 있다. 따라서, 상기 디스크판(510)은 상기 회전수단(440)의 회전력을 상기 제 1,2기어(211,212)의 축(211a,212a)에 전달시킬 수 있다.The shafts 211 of the first and second gears 211 and 212 penetrated through the rotation hole 511 of the disk plate 510 may be axially connected to the pair of gear parts 441. Accordingly, the disk plate 510 may transmit the rotational force of the rotating means 440 to the shafts 211a and 212a of the first and second gears 211 and 212.

이에 더하여, 상기 좌측 지지대(410)와 상기 우측 지지대(420) 중 어느 하나의 내측에는 상기 디스크판(510)과 결합되는 다른 디스크판(510')을 더 구비할 수 있다.In addition, another disk plate 510 ′ coupled to the disk plate 510 may be further provided inside one of the left support 410 and the right support 420.

여기서, 상기 연결수단(520)은 상기 제 1,2지지프레임(110,120)에 각각 형성된 제 1지지홀들(521)과, 상기 좌측 지지대(410)와 상기 우측 지지대(420) 중 어느 하나의 상/하부 지지대들(411,421.412,422)에 형성된 제 2지지홀들(522)과, 상기 제 1,2지지홀들(521,522)을 서로 연결하되, 그 양단에 상기 제 1,2지지홀들(521,522)의 주변부에 걸치어지는 머리부(531)가 형성된 연결봉들(530)을 구비한다.Here, the connecting means 520 is the first support holes 521 formed in the first and second support frames 110 and 120, respectively, the image of any one of the left support 410 and the right support 420 The second support holes 522 formed in the lower supporters 411, 421. 412, 422 and the first and second support holes 521, 522 are connected to each other, and the first and second support holes 521, 522 are connected at both ends thereof. It is provided with connecting rods 530, the head portion 531 is formed over the periphery.

상기 연결봉들(530)은 상기 제 1,2지지홀들(521,522) 각각에 3개씩 배치될 수 있다. 즉, 다점지지될 수 있다.Three connecting rods 530 may be disposed in each of the first and second support holes 521 and 522. That is, it can be multipoint supported.

또 한편, 상기 제어부(300)에는 상기 제 1지지프레임(110)과 상기 제 2지지프레임(120)이 상기 구동부(200)를 통하여 서로 회전되어 결정되는 사이각의 범위가 기설정될 수 있다. 따라서, 상기 제 1,2지지프레임들(110,120)이 서로 벌어질 수 있는 사이각의 범위는 120도 내지 150도의 범위로 국한될 수 있다. 이 사이각의 범위는 인체(10)의 무릎(11)을 회전축으로 하여 그 상/하방의 관절이 회전될 수 있 는 각도의 범위에 대응될 수 있다.On the other hand, the control unit 300 may be set in the range of the angle between the first support frame 110 and the second support frame 120 is determined to be rotated with each other through the driving unit 200. Thus, the range of the angle between the first and second support frames 110 and 120 may be limited to 120 to 150 degrees. This range of angles may correspond to the range of angles at which the upper and lower joints can be rotated using the knee 11 of the human body 10 as the rotation axis.

다음은, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇의 작용 및 효과와, 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 설명하도록 한다.Next, the operation and effects of the auxiliary muscle strength robot for the lower extremity of the human body having the apparatus for determining the walking mode of the lower extremity of the present invention having the above-described configuration, and the method of determining the walking mode of the lower extremity using the same will be described.

도 1 내지 도 3을 참조로 하면, 인체(10)의 하지는 보조기기(400)에 장착될 수 있다. 즉, 인체(10)의 무릎(11) 주변은 보조기기(400)에 의하여 감싸질 수 있다. 인체(10)의 무릎(11) 근방의 좌/우측에는 지지대(410,420)가 위치되고, 이 지지대들(410,420)을 연결하는 연결대(430)는 무릎(11)의 전후방을 감쌀 수 있다. 또한, 무릎(11)관절의 조인트 위치에는 지지대(410,420)에 마련된 회전수단(440)이 위치될 수 있다.1 to 3, the lower body of the human body 10 may be mounted on the auxiliary device 400. That is, the periphery of the knee 11 of the human body 10 may be wrapped by the auxiliary device 400. Supports 410 and 420 are positioned at the left and right sides of the human body 10 near the knees 11, and the support 430 connecting the supports 410 and 420 may surround the front and rear of the knee 11. In addition, the joint means of the knee (11) joint may be a rotating means 440 provided on the support (410, 420).

이어, 인체(10)의 하지가 동작되면, 감지기들(150)은 무릎(11) 근방의 주동근과 길항근의 동작에 의하여 발생되는 제 1근전도 신호값(또는 주동근 근전도 신호값) 및 2근전도 신호값(또는 길항근 근전도 신호값)을 감지할 수 있다.Subsequently, when the lower limb of the human body 10 is operated, the detectors 150 may detect first and second EMG signal values (or EMG signal values) and two EMG signals generated by the operation of the main muscle and the antagonist muscles near the knee 11. (Or antagonist EMG signal values).

상기 감지기(150)는 이 감지된 제 1,2근전도 신호값을 제어부(300)로 전송할 수 있다.The detector 150 may transmit the detected first and second EMG signal values to the controller 300.

상기 제어부(300)는 상기 감지기(150)로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체(10)의 하지에 대한 보행모드 설정한다.The controller 300 receives the first EMG signal value and the second EMG signal value detected from the detector 150 and compares them with a preset reference EMG signal value to walk with respect to the lower limb of the human body 10. Set the mode.

즉, 상기 보행모드는 상기 인체(10)의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려 가는 제 1보행모드와, 상기 인체(10)의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드로 구분되고, 상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되기 때문에, 상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성된다.That is, the walking mode is divided into a first walking mode in which the lower leg of the human body 10 climbs up or down a step, and a second walking mode in which the lower body of the human body 10 walks on a flat surface. In the first walking mode and the second walking mode, the first EMG signal value is larger than the reference EMG signal value, and the second EMG signal value is formed smaller than the reference EMG signal value. The first EMG signal value of is greater than the first EMG signal value in the second walking mode.

따라서, 상기 제어부(300)는 설정되는 상기 보행모드에 따라 구동부(200)를 서로 다른 구동력을 발생시키도록 한다. 즉, 상기 구동부(200)의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 크게 형성된다.Therefore, the controller 300 causes the driving unit 200 to generate different driving forces according to the walking mode set. That is, the driving force of the driving unit 200 is greater in the first walking mode than in the second walking mode.

한편, 상기 감지기(150)는 A/C 컨버터(170)와 전기적으로 연결되기 때문에, 상기 A/C컨버터(170)는 상기 감지되는 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 제어부(300)로 전송할 수 있다.On the other hand, since the detector 150 is electrically connected to the A / C converter 170, the A / C converter 170 filters the detected first and second EMG signal values as a synchronization signal to control the controller ( 300).

예를 들어, 제어부(300)에 의하여 계단을 오르는 제 1보행모드가 설정되는 경우에, 제어부(300)는 구동모터(230)로 전기적 신호를 전송하여 상기 구동모터(230)를 구동시킨다.For example, when the first walking mode of climbing the stairs is set by the controller 300, the controller 300 transmits an electrical signal to the driving motor 230 to drive the driving motor 230.

이 구동모터(230)는 제 2기어(212)를 회전시키고, 이 제 2기어(212)와 기어치 연결된 제 1기어(211)는 상기 제 2기어(212)와 연동되어 회전된다. 따라서, 제 1,2지지프레임(110,120)은 서로 벌어질 수 있다.The driving motor 230 rotates the second gear 212, and the first gear 211 geared to the second gear 212 rotates in conjunction with the second gear 212. Thus, the first and second support frames 110 and 120 may be spaced apart from each other.

그러나, 이 벌어지는 각도의 범위 즉, 제 1,2지지프레임(110,120)들의 사이각의 범위는 제어부(300)에 120도 내지 150도의 범위로 설정되어 있기 때문에 상기 제 1,2지지프레임들(110,120)은 상기 범위를 벗어나 벌어질 수 없다. 따라서, 제 1,2지지프레임(110,120)은 상기 120도 내지 150도의 범위내에서 벌어질 수 있다.However, the range of the opening angle, that is, the range of the angle between the first and second support frames 110 and 120 is set in the range of 120 degrees to 150 degrees in the controller 300, so that the first and second support frames 110 and 120 are provided. ) Can not be outside the above range. Therefore, the first and second support frames 110 and 120 may be opened within the range of 120 degrees to 150 degrees.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 바와 같이, 본 발명은 노약자 및 보행장애를 갖고 있는 사람의 하지근육의 근전도값을 감지하여, 하지근육의 근력을 구동부를 사용하여 보조하여, 보행을 함에 있어 도움을 줄 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the present invention, as described above, the present invention detects the EMG values of the lower extremity muscles of the elderly and people with walking disorders to assist the muscles of the lower extremity muscles using the driving unit to walk It has an effect that can help.

또한, 본 발명은 인체의 하지측에 부착되는 보조기기에 탈부착되도록 하여 장소에 구애받지 않고 쉽게 휴대할 수 있는 효과를 갖는다.In addition, the present invention is to be detachable to the auxiliary device attached to the lower side of the human body has an effect that can be easily carried regardless of the place.

또한, 본 발명은 구동부를 구동하기 위한 동기신호로 근전도값을 사용하고, 보행 시에 무릎 주변 주동근과 길항근의 근전도 신호값을 감지하여 단순 보행 시와 계단 오름/내림 시의 보행모드를 설정하게 하여, 슬관절의 관절구조와 유사한 기어부에 의해 착용과 보행에 전혀 불편함이 없으며, 평지보행시의 패턴 이외에도 계단의 오름/내림 시에 근전도 패턴의 분류 및 선택제어를 할 수 있게 하는 효과를 갖는다.In addition, the present invention uses the EMG value as a synchronous signal for driving the drive unit, by detecting the EMG signal value of the main muscles and antagonist muscles around the knee during walking to set the walking mode at the time of simple walking and step up / down In addition, there is no discomfort in wearing and walking by the gear part similar to the joint structure of the knee joint, and in addition to the pattern during flat walking, it has the effect of enabling classification and selection control of the EMG pattern when the stairs are up / down.

또한, 본 발명은 제 1,2지지프레임의 사이각의 범위를 120도 내지 150도로 제한을 함으로써, 기구적으로 무릎의 Extension Motion일 경우 사람의 무릎 관절이 무리 없이 움직이는 각도이상으로 기구부가 구동하지 않도록 하는 효과를 갖는다.In addition, the present invention by limiting the range of the angle between the first and second support frames 120 degrees to 150 degrees, the mechanical part does not drive more than the angle of movement of the knee joint of the human in the case of extension motion of the knee mechanically It has the effect of avoiding.

또한, 본 발명은 구동모터와 연결되어 회전되는 한 싸의 기어를 연결하여 무릎관절의 구동모습과 최대한 유사하도록 하여 무릎운동에 기구부가 불편함을 주지 않도록 하는 효과도 갖는다.In addition, the present invention also has the effect of connecting the gear of the rotation is connected to the drive motor to be as close as possible to the driving shape of the knee joint so as not to inconvenience the mechanical part in the knee movement.

Claims (18)

인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 감지기;A detector for detecting a first EMG signal value of a first muscle and a second EMG signal value of a second muscle in a knee vicinity corresponding to a lower limb of a human body, respectively; 상기 감지기와 전기적으로 연결되며, 상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모드를 설정하는 제어부; 및The first EMG signal value and the second EMG signal value sensed by the detector are electrically connected to each other and are compared with a preset reference EMG signal value to set a walking mode for the lower body of the human body. Control unit; And 상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 제어부에 의하여 설정되는 상기 보행모드에 따라 서로 다른 구동력이 발생되는 구동부를 포함하는 인체 하지의 보행모드 결정장치.And a driving unit electrically connected to the control unit and configured to generate different driving forces according to the walking mode set by the control unit. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,The first muscle is the main muscle of the lower limb of the human body, the second muscle is the antagonist of the lower limb of the human body, 상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치.The first EMG signal value is a value for the operation of the main muscles, and the second EMG signal value is a value for the operation of the antagonist muscles, characterized in that the walking mode of the lower body. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드를 구비하되,The walking mode includes a first walking mode in which the lower leg of the human body climbs up or down a stepped step, and a second walking mode in which the lower leg of the human body walks on flat ground, 상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되며,In each of the first walking mode and the second walking mode, the first EMG signal value is greater than the reference EMG signal value, and the second EMG signal value is smaller than the reference EMG signal value. 상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되고,The first EMG signal value in the first walking mode is formed to be greater than the first EMG signal value in the second walking mode, 상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치.The driving force of the driving unit is a walking mode determination device of the human lower body, characterized in that the first walking mode is larger than the second walking mode. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감지기는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,The detector is electrically connected to the A / C converter, 상기 A/C컨버터는 상기 감지되는 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치.And the A / C converter filters the detected first and second EMG signal values as a synchronous signal and transmits the same to the controller. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구동부는 서로 기어치 연결되는 한 쌍의 기어와, 상기 한 싸의 기어 중 어느 하나의 중심과 축연결되며 상기 제어부로부터 전기적 신호를 전송받아 구동되는 구동모터와, 상기 기어들 각각으로부터 일정길이 연장되는 상기 기어들 각각이 회전됨에 따라 동시에 회전되는 지지프레임들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치.The drive unit is a pair of gears connected to each other gears, the drive motor is axially connected to the center of any one of the gears of the drive driven by receiving an electrical signal from the controller, and extends a predetermined length from each of the gears The walking mode determination device of the lower body of the human body, characterized in that it further comprises a support frame that is rotated at the same time as each of the gears are rotated. 한 쌍의 지지프레임들;A pair of support frames; 상기 지지프레임들을 서로 연결하여 회전시키는 구동부;A driving unit connecting the support frames to each other and rotating the support frames; 상기 지지프레임들 근방에 마련되며, 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 감지기; 및A detector provided in the vicinity of the support frames and detecting a first EMG signal value of the first muscle and a second EMG signal value of the second muscle in the vicinity of the knee corresponding to the lower body of the human body; And 상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모드를 설정하며, 상기 설정되는 보행모드에 따라 상기 구동부를 서로 다른 구동력으로 구동시키는 제어부를 포함하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.Receiving the first EMG signal value and the second EMG signal value detected from the detector and compared with a predetermined reference EMG signal value to set the walking mode for the lower body of the human body, according to the set walking mode An auxiliary muscle strength robot for the human lower body having a walking mode determination device of the lower body of the human body including a control unit for driving the driving unit with different driving force. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 한 쌍의 지지프레임은 상기 인체의 무릎 상부에 위치되는 제 1지지프레 임과, 상기 무릎 하부에 위치되는 제 2지지프레임으로 구성되고,The pair of support frames are composed of a first support frame located on the upper knee of the human body, a second support frame located on the lower knee, 상기 구동부는 상기 제 1지지프레임의 일단에 설치된 제 1기어와, 상기 제 2지지프레임의 일단에 설치되어 상기 제 1기어와 기어치 연결되는 제 2기어와, 상기 제 1기어 또는 제 2기어 중 어느 하나와 축연결되어 상기 제어부로부터 전기적 신호를 받아 구동되는 구동모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.The driving unit includes a first gear installed at one end of the first support frame, a second gear installed at one end of the second support frame and connected to the first gear, and the first gear or the second gear. The auxiliary muscle strength robot for the human lower body having a walking mode determination device of the lower body of the human body, characterized in that it comprises a drive motor connected to any one and driven by receiving an electrical signal from the control unit. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,The first muscle is the main muscle of the lower limb of the human body, the second muscle is the antagonist of the lower limb of the human body, 상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.The first EMG signal value is a value for the operation of the main muscles, and the second EMG signal value is a value for the operation of the antagonist muscles auxiliary human muscles robot having a walking mode determination device of the lower extremity . 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드를 구비하되,The walking mode includes a first walking mode in which the lower leg of the human body climbs up or down a stepped step, and a second walking mode in which the lower leg of the human body walks on flat ground, 상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되되,In each of the first walking mode and the second walking mode, the first EMG signal value is greater than the reference EMG signal value, and the second EMG signal value is formed smaller than the reference EMG signal value. 상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며,The first EMG signal value in the first walking mode is formed to be greater than the first EMG signal value in the second walking mode, 상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.The driving force of the driving unit is an auxiliary muscle strength robot for the human lower body having a walking mode determination device of the lower limb of the human body, characterized in that the first walking mode than the second walking mode. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제어부는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,The control unit is electrically connected to the A / C converter, 상기 A/C컨버터는 상기 제어부로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부로 전송하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.The A / C converter is a secondary muscle strength robot for human lower body having a walking mode determination device of the lower limb of the human body, characterized in that the first and second EMG signal values transmitted to the control unit to filter the synchronization signal. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 인체의 무릎 근방에는 상기 무릎과 상기 무릎의 상/하부를 에워싸도록 상기 인체에 설치되는 보조기기가 더 설치되되,In the vicinity of the knee of the human body is further provided with an auxiliary device installed on the human body to surround the upper and lower parts of the knee and the knee, 상기 보조기기는 상기 무릎의 양측방에 배치되는 좌측 지지대와 우측 지지대 와, 상기 좌/우측 지지대들을 서로 연결하는 연결대를 구비하고,The auxiliary device includes a left support and a right support disposed on both sides of the knee, and a connecting rod connecting the left and right supports to each other, 상기 좌측 지지대 또는 우측 지지대 각각은 상부 지지대와 하부 지지대와 상기 상/하부 지지대를 서로 연결시키어 회전시키는 회전수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.Each of the left support or the right support is an auxiliary muscle strength robot for the human lower body having a walking mode determination device of the lower body of the human body, characterized in that it comprises a rotation means for connecting the upper support and the lower support and the upper and lower support to each other. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 구동부에는 상기 보조기기와 결합되는 결합유닛이 더 구비되며,The driving unit is further provided with a coupling unit coupled to the auxiliary device, 상기 결합유닛은 상기 제 1기어와 상기 제 2기어의 축이 끼워지는 회전홀들이 형성되며, 상기 회전홀들을 관통한 상기 제 1기어와 상기 제 2기어의 축을 상기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나의 회전수단에 연결시키는 디스크판과, 상기 제 1,2,지지프레임에 마련되어 상기 제1,2지지프레임과 상기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나를 서로 연결시키는 연결수단을 구비하되,The coupling unit may include rotation holes into which the shafts of the first gear and the second gear are fitted, and the shafts of the first gear and the second gear passing through the rotation holes may be any one of the left support and the right support. The disk plate to be connected to one rotating means, and the first and second, the support frame is provided with a connecting means for connecting any one of the first and second support frame and the left support and the right support, 상기 디스크판은 상기 회전수단의 회전력을 상기 제 1,2기어의 축에 전달시키는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.The disc plate is an auxiliary muscle strength robot for the human lower body having a walking mode determination device of the lower body, characterized in that for transmitting the rotational force of the rotating means to the shaft of the first and second gears. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 연결수단은 상기 제 1,2지지프레임에 각각 형성된 제 1지지홀들과, 상 기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나의 상/하부 지지대들에 형성된 제 2지지홀들과, 상기 제 1,2지지홀들을 서로 연결하되, 그 양단에 상기 제 1,2지지홀들의 주면부에 걸치어지는 머리부가 형성된 연결봉들을 구비하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇. The connecting means may include first support holes formed in the first and second support frames, second support holes formed in one of the upper and lower supports of the left support and the right support, and the first support holes. Secondary support muscles for the lower body having a walking mode determination device of the lower body of the human body, characterized in that the connecting rods are connected to each other, the both ends of the first and second support holes are formed with a head rod formed on the main surface portion of the first and second support holes; robot. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제어부에는 상기 제 1지지프레임과 상기 제 2지지프레임이 상기 구동부를 통하여 서로 회전되어 결정되는 사이각의 범위가 기설정되며,The control unit is set in the range of the angle between the first support frame and the second support frame is determined to be rotated with each other through the driving unit, 상기 사이각의 범위는 120도 내지 150도 인 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇. The range of the angle between the aid of the human body lower body strength robot having a walking mode determination device of the lower limb, characterized in that 120 degrees to 150 degrees. 감지기를 사용하여 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 단계;Detecting a first EMG signal value of the first muscle and a second EMG signal value of the second muscle in the vicinity of the knee corresponding to the lower limb of the human body using a detector; 상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모드를 제어부를 통하여 설정하는 단계: 및Receiving the first EMG signal value and the second EMG signal value detected by the detector and comparing with a predetermined reference EMG signal value to set the walking mode for the lower extremity of the human body through a control unit: And 상기 제어부에 의하여 설정되는 상기 보행모드에 따라 상기 제어부를 통하여 구동부를 서로 다른 구동력이 발생되도록 하는 단계를 포함하는 인체 하지의 보행모드 결정방법.And a step of causing a driving unit to generate different driving forces through the control unit according to the walking mode set by the control unit. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,The first muscle is the main muscle of the lower limb of the human body, the second muscle is the antagonist of the lower limb of the human body, 상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정방법.The first EMG signal value is a value for the operation of the main muscles, and the second EMG signal value is a value for the operation of the antagonist muscles, characterized in that the walking mode of the lower extremity. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드로 구분되고,The walking mode is divided into a first walking mode in which the lower body of the human body climbs up or down a stepped step, and a second walking mode in which the lower body of the human body walks on flat ground, 상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되되,In each of the first walking mode and the second walking mode, the first EMG signal value is greater than the reference EMG signal value, and the second EMG signal value is formed smaller than the reference EMG signal value. 상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며,The first EMG signal value in the first walking mode is formed to be greater than the first EMG signal value in the second walking mode, 상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정방법.The driving force of the driving unit is a walking mode determination method of the lower extremity of the human body, characterized in that greater than the case of the second walking mode in the first walking mode. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 제어부는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,The control unit is electrically connected to the A / C converter, 상기 A/C컨버터는 상기 제어부로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부로 전송하는 것을 특징으로 인체 하지의 보행모드 결정방법.And the A / C converter filters the first and second EMG signal values transmitted to the control unit as a synchronous signal and transmits the same to the driving unit.
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