KR101430307B1 - 관절보호장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 관절보호장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 관절보호장치는 베이스 링크; 보행자의 대퇴부에 결합될 수 있고, 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 결합되는 제1 링크; 보행자의 경골부에 결합될 수 있고, 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 결합되는 제2 링크: 상기 제1 링크에 결합되고, 상기 제1 링크과 회전축을 공유하여 상기 제1 링크와 일체로 회전되는 제1 피니언 기어: 상기 제2 링크에 결합되고, 상기 제2 링크과 회전축을 공유하여 상기 제2 링크와 일체로 회전되며, 상기 제1 피니언 기어와 맞물리는 제2 피니언 기어: 상기 제1 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어에 선택적으로 맞물릴 수 있는 고정기어; 상기 고정기어를 이동시킬 수 있는 구동력을 제공하는 구동부; 발바닥에 가해지는 압력을 측정하는 압력 센서; 및 적어도 상기 압력센서에서 측정된 압력값을 이용하여 무릎에 최대하중이 걸리는 시점을 계산하고, 상기 시점에 상기 구동부에 지시를 전달하여 상기 고정기어가 제1 및 제2 피니언 기어와 맞물리도록 하는 상기 제어부를 포함한다.

Description

관절보호장치{APPARATUS FOR PROTECTING JOINT}
본 발명은 관절보호장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 무릎보호장치에 관한 것이다.
최근 고령화 사회가 심화됨에 따라서 무릎 관절에 문제가 있어서 이에 대한 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있으며, 무릎이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 보행보조장치에 대한 관심이 높아지고 있다.
종래의 잠금장치(locking device)를 이용한 무릎보호장치는 무릎에 최대 하중이 가해지는 정확한 시점에 대한 고려 없이 단순히 발에 가해지는 압력의 변화에 의하여 잠김(locking) 시점을 결정하였다.
즉, 종래의 무릎보호장치는 두 개의 링크에 고정되어 서로 맞물리는 기어들을 포함하고, 관절의 최대 회전각에 해당하는 부위에 쐐기를 끼워두어 관절이 정해진 최대 회전각을 넘지 않도록 한다. 이와 같은 방법은 단지 회전각도만 수동적으로 제한하고 실제 관절에 가해지는 충격량이나 과부하를 전혀 고려를 하지 않은 구조이다.
이러한 종래의 무릎보호장치는 사람마다 다른 무릎에서의 최대 하중 시점이나 잠김이 유지되어야 하는 시간 등을 정확히 판단할 수 없고, 발을 순간적으로 내딛는 상태와 같은 위급 상황에 효과적으로 대처할 수 없는 문제점이 있었다.
등록특허공보 제10-1118559호(공고일: 2012.02.24.)
본 발명의 목적은 보행시에 무릎이 받는 무릎하중을 추정하여 무릎에 큰 충격이 걸리더라도 무릎에 무리가 가지 않도록 무릎관절을 보호하는 관절보호장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 관절보호장치는, 베이스 링크; 보행자의 대퇴부에 결합될 수 있고, 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 결합되는 제1 링크; 보행자의 경골부에 결합될 수 있고, 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 결합되는 제2 링크: 상기 제1 링크에 결합되고, 상기 제1 링크과 회전축을 공유하여 상기 제1 링크와 일체로 회전되는 제1 피니언 기어: 상기 제2 링크에 결합되고, 상기 제2 링크과 회전축을 공유하여 상기 제2 링크와 일체로 회전되며, 상기 제1 피니언 기어와 맞물리는 제2 피니언 기어: 상기 제1 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어에 선택적으로 맞물릴 수 있는 고정기어; 상기 고정기어를 이동시킬 수 있는 구동력을 제공하는 구동부; 발바닥에 가해지는 압력을 측정하는 압력 센서; 및 적어도 상기 압력센서에서 측정된 압력값을 이용하여 무릎에 최대하중이 걸리는 시점을 계산하고, 상기 시점에 상기 구동부에 지시를 전달하여 상기 고정기어가 제1 및 제2 피니언 기어와 맞물리도록 하는 상기 제어부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 사람마다 다른 보행에서의 무릎에 가해지는 최대 하중 시점을 파악하여 각 착용자에게 가장 적합한 잠김 시점을 제공하여 착용자의 무릎에 가해지는 하중을 줄여줄 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 실제 하중의 크기와 방향이 실시간으로 처리됨에 따라 긴급 상황과 환경의 변화에 효과적으로 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치가 보행자에 착용된 모습을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치의 주요 부분을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치의 족저압 센서가 발에 부착된 모습을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치의 개략도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치의 블록도.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치에서 무릎에 가해지는 최대 하중을 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 관절보호장치의 구동부를 도시하는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상을 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상에 포함되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치가 보행자에 착용된 모습을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치의 주요 부분을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치(1)에는, 대퇴부(T)(상박)에 결합될 수 있는 제1 링크(10)와, 경골부(S)(하박)에 결합될 수 있는 제2 링크(20)와, 상기 제1 링크(10) 및 상기 제2 링크(20)가 회동 가능하게 설치되는 베이스 링크(30)가 포함된다.
상기 베이스 링크(30)는 소정 넓이를 갖는 판 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1 링크(10)는 상기 베이스 링크(30)에 대하여 제1 회전축(111)을 중심으로 회동 가능하게 결합되고, 상기 제2 링크(20)는 상기 베이스 링크(30)에 대하여 제2 회전축(121)을 중심으로 회동 가능하게 결합된다.
상기 제1 링크(10)의 단부에는 제1 피니언 기어(11)가 결합되고, 상기 제2 링크(20)의 단부에는 제2 피니언 기어(21)가 결합된다. 상기 제1 피니언 기어(11)는 상기 제1 링크(10)와 일체로 회전될 수 있도록 결합되고, 상기 제2 피니언 기어(21)는 상기 제2 링크(20)와 일체로 회전될 수 있도록 결합된다.
상기 제1 피니언 기어(11)는 상기 제1 회전축(111)을 중심으로 상기 제1 링크(10)의 회전각도와 동일한 각도로 회전하도록 상기 제1 링크(10)에 고정되고, 상기 제2 피니언 기어(21)는 상기 제2 회전축(121)을 중심으로 상기 제2 링크(20)의 회전각도와 동일한 각도로 회전하도록 상기 제2 링크(20)에 고정된다.
상기 제1 피니언 기어(11) 및 상기 제2 피니언 기어(21)는 서로 맞물린다. 상기 제1 피니언 기어(11) 및 상기 제2 피니언 기어(21)의 일면에는 연결링크(35)가 결합된다. 상기 연결링크(35)는 소정 넓이를 갖는 판 형상으로 형성될 수 있고, 상기 제1 피니언 기어(11) 및 제2 피니언 기어(21)가 맞물릴 수 있도록 상기 제1 회전축(111) 및 상기 제2 회전축(121)의 일 측을 지지한다.
상기 관절보호장치(1)에는 상기 제1 피니언 기어(11) 및 상기 제2 피니언 기어(21)에 선택적으로 결합될 수 있는 고정기어(51)가 더 포함된다.
상기 연결링크(35)에는 상기 고정기어(51)와 결합된 렉 기어(50)가 이동 가능하게 결합될 수 있고, 상기 고정기어(51)는 상기 렉 기어(50)와 일체로 움직인다. 이때, 상기 고정기어(51)의 하부 축은 가이드 홈(미도시)을 타고 움직인다.
또한, 상기 연결링크(35)에는 상기 렉 기어(50)의 움직임을 가이드하는 가이드부(52, 53)가 형성된다. 또한, 상기 가이드부(52, 53)는 상기 렉 기어(50)가 상기 연결링크(35)에 이탈되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
상기 가이드부(52, 53)에는 상기 렉 기어(50)의 일 측면에 접촉되는 제1 가이드부(52)와, 상기 렉 기어(50)의 타 측면에 접촉되는 제2 가이드부(53)가 포함된다.
상기 제1 가이드부(52)에는 상기 렉 기어(50)에 삽입될 수 있도록 절곡되어 형성되는 삽입부(52a)가 구비될 수 있고, 상기 렉 기어(50)에는 상기 제1 가이드부(52)가 삽입될 수 있는 가이드홈(50a)이 형성될 수 있다.
상기 연결링크(35)에는 상기 렉 기어(50)를 이동시킬 수 있는 구동력을 제공하는 구동부(40)가 설치될 수 있고, 상기 구동부(40)는 모터, 솔레노이드 등이 될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 구동부(40)가 모터인 경우를 예를 들어 설명한다.
상기 구동부(40)에는 회전축이 구비되고, 상기 회전축에는 상기 렉 기어(50)와 맞물리는 구동기어(41)가 결합된다. 상기 구동기어(41)는 일반적으로 피니언 기어가 사용될 수 있고, 상기 구동기어(41)는 상기 회전축과 일체로 회전된다.
상기 구동부(40)가 상기 회전축 및 상기 구동기어(41)를 일 방향으로 회전시키면, 상기 렉 기어(50)가 일 방향으로 이동하여 상기 고정기어(51)가 상기 제1 피니언 기어(11) 및 상기 제2 피니언 기어(21)로부터 멀어지는 방향으로 이동된다.
이와 반대로, 상기 구동부(40)가 상기 회전축 및 상기 구동기어(41)를 타 방향으로 회전시키면, 상기 렉 기어(50)가 타 방향으로 이동하여 상기 고정기어(51)가 상기 제1 피니언 기어(11) 및 상기 제2 피니언 기어(21)를 향하여 이동된다.
상기 구동부(40)의 구동여부, 상기 회전축의 회전 방향 및 회전 속도 등은 후술할 압력 센서(60) 등의 감지결과에 따라 제어부(100)가 제어한다. 즉, 상기 제어부(100)는 압력 센서(60)의 감지결과 무릎에 최대 하중이 걸린다고 판단되면, 상기 구동부(40)가 상기 고정기어(51)가 상기 제1 피니언 기어(11) 및 상기 제2 피니언 기어(21)와 맞물리도록 상기 회전축 및 상기 구동기어(41)를 회전시킨다. 즉, 상기 구동부(40)는 상기 렉 기어(50)를 상기 제1 피니언 기어(11) 및 상기 제2 피니언 기어(21)를 향하여 끌어당길 수 있도록, 상기 회전축 및 상기 구동기어(41)를 회전시킨다.
상기 고정기어(51)가 상기 제1 피니언 기어(11) 및 상기 제2 피니언 기어(21)를 향하여 이동되다가 상기 제1 피니언 기어(11) 및 상기 제2 피니언 기어(21)에 동시에 맞물리면 상기 제1 링크(10) 및 상기 제2 링크(20)는 더 이상 굽혀지지 않도록 고정된다.
즉, 상기 고정기어(51)가 상기 제1 및 제2 피니언 기어(11)(21)와 맞물리지 않으면, 상기 제1 링크(10) 및 상기 제2 링크(20)는 서로 자유롭게 굽혔다 폈다할 수 있는 상태가 되고, 상기 고정기어(51)가 상기 제1 및 제2 피니언 기어(11)(21)와 맞물리면, 상기 제1 링크(10) 및 상기 제2 링크(20)는 더 굽혀지지 않는 잠금 상태가 된다.
한편, 상기 제1 링크(10) 및 상기 제2 링크(20)에는 각각 상단고정장치(15) 및 하단고정장치(25)가 구비된다. 상기 상단고정장치(15)는 상기 제1 링크(10)를 보행자의 대퇴부(T)에 고정시키는 장치이고, 상기 하단고정장치(25)는 상기 제2 링크(20)를 보행자의 경골부(S)에 고정시키는 장치이다.
상기 상단고정장치(15)는 대퇴부(T)의 앞쪽을 지지하는 대퇴부(T)지지대가 구비되고, 상기 대퇴부(T)지지대의 양단에는 각각 고정로프와 고정고리가 구비되어, 상기 대퇴부(T)지지대가 보행자의 대퇴부(T)의 앞쪽에 지지되었을 때, 상기 고정로프가 대퇴부(T)의 뒤쪽을 감싸면서 상기 고정고리에 걸어져 상기 제1 링크(10)가 대퇴부(T)에 견고하게 고정된다.
상기 하단고정장치(25)도 마찬가지로 보행자의 경골부(S)의 앞쪽을 지지하는 경골부(S)지지대를 구비하고, 고정로프 및 고정고리에 의해 상기 제2 링크(20)가 경골부(S)에 견고하게 고정된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치의 족저압 센서가 발에 부착된 모습을 도시하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치의 개략도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치의 블록도이다.
도 4 내지 도 6를 참조하면, 상기 관절보호장치(1)에는 보행자의 발바닥에 결합되는 압력 센서(60)가 더 포함된다. 상기 압력센서(60)는 보행자의 발바닥에 가해지는 압력, 즉 족저압을 측정하는 장치이고, 상기 압력센서(60)는 보행자의 발바닥 또는 신발 깔창에 부착될 수 있다. 상기 압력센서(60)에는 FSR(Force Sensing Resistor, 힘 감지 저항) 센서가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 압력센서(60)는 하나의 발에 4개의 압력센서(60)가 결합된다. 상기 압력센서(60)에는 엄지발가락에 결합되는 제1 압력센서(61)와, 엄지발가락 아랫 부분(중족골)에 결합되는 제2 압력센서(62)와, 상기 제2 압력센서(62)의 옆의 새끼 발가락 아랫부분(칼날 부분)에 결합되는 제3 압력센서(63)와, 발뒤꿈치 부분에 결합되는 제4 압력센서(64)가 포함된다.
발바닥에 힘이 가해지면 각각의 압력센서(60)의 저항의 크기가 변하고, 이를 이용하여 압력의 변화를 측정한다. 상기 각각의 압력센서(60)에서 측정된 압력의 크기를 비교하여 발바닥이 1) 땅에 닿는 시점인지, 2) 공중에 떠 있는 시점인지, 3) 땅에서 떨어지는 시점인지 알 수 있다.
예를 들어, 상기 4개의 압력센서(60)에 압력이 측정되지 않으면 보행자의 발이 공중에 떠 있는 시점이고, 각각의 압력센서(60)의 압력이 시간이 경과함에 따라 발 뒷꿈치에서부터 엄지발가락 쪽으로 점점 감소하면 보행자의 발이 땅에서 떨어지는 시점이며, 각각의 압력센서(60)의 압력이 시간이 경과함에 따라 발 뒷꿈치에서부터 엄지발가락 쪽으로 점점 증가하면 보행자의 발이 땅에 닿는 시점이다.
한편, 무릎의 관절각은 대퇴부(T)와 경골부(S)에 연결되는 제1 및 제2 링크(10, 20)를 축으로 하여 포텐티오미터(80)를 설치하여 측정한다. 상기 포텐티오미터(80)의 몸체는 상기 제1 링크(10)에 부착하고, 상기 포텐티오미터(80)의 축을 제2 링크(20)에 연결하여 몸체와 축의 상대각이 무릎의 각도가 되도록 구성한다. 상기 포텐티오미터(80)의 각이 변화하면 그 저항이 변화하게 되고 이를 이용하여 각도를 측정할 수 있다.
대퇴부(T)의 각도는 MEMS기반의 관성센서모듈(70)를 이용하여 측정할 수 있다. 가속도계와 자이로 센서를 융합하여 대퇴부(T)의 지면에 대한 기울기를 측정할 수 있다.
대퇴부(T)의 기울기와 상기 포텐티오미터(80)를 이용하여 구한 무릎의 각도의 차이를 이용하여, 경골부(S)의 지면에 대한 기울기를 측정할 수 있다. 이를 통해 대퇴부(T)와 경골부(S)의 기구학적 운동 정보를 얻을 수 있다.
상기 압력센서(60)에서 측정한 족저압을 이용하여 얻은 지면 반력과, 대퇴부(T)와 경골부(S)의 운동정보를 이용하여 이중진자 방정식을 적용하여 무릎에서의 하중(모멘트)을 산출할 수 있다.
또한, 복숭아뼈를 중심축으로 하여 각각의 압력센서(60)까지의 거리에 족저압으로서 가해지는 힘을 곱하여 발목에서의 모멘트를 구할 수 있다.
상기에서 얻어진 모든 신호는 유선 또는 무선통신 등을 이용하여 제어부(100)로 전달되며, 상기 제어부(100)에서는 충분한 연산 속도를 지닌 마이크로프로세서를 이용하여 실시간으로 처리하여 무릎에 걸리는 하중을 산출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 관절보호장치에서 무릎에 가해지는 최대 하중을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 사람에 따라 보행 습관이 모두 다르고, 무릎에서의 최대 모멘트 발생 시점에서의 지면에서의 반력의 분포, 무릎 관절각 등이 모두 다르다. 따라서, 효과적인 관절보호장치의 동작을 위해서는 실제 관절보호장치 착용자의 보행 데이터의 실시간 처리가 필요하다. 허벅지의 MEMS 기반 상기 관성센서모듈(70) 신호와 무릎관절의 상기 포텐티오미터(80)의 신호, 발바닥의 상기 압력센서(60) 신호를 상기 제어부(100)에서 마이크로프로세서를 이용하여 모두 실시간으로 처리하여 저장한다.
이 신호들을 바탕으로 상술한 원리를 이용하여 다리의 운동 정보를 얻는다. 이와 같이, 얻은 정보를 바탕으로 무릎에서의 최대 하중이 발생하는 시점을 산출하고 이를 이용하여 잠금(locking) 시점을 결정한다.
MEMS 기반의 상기 관성센서모듈(70)은 대퇴부의 운동 정보를 얻고, 장시간 이용 시 그 오차가 누적된다. 따라서, 상기 관성센서모듈(70) 신호의 급격한 변화 없이 패턴이 반복 되는 동안, 즉 안정된 보행이 반복되는 경우에는 자동으로 안정 보행 상태로 설정하여 그 오차가 적고 신호의 판별이 비교적 확실한 상기 압력센서(60)와 상기 포텐티오미터(80)를 기준으로 하여 보행 상태를 판별 및 잠금(locking) 시점을 결정하는 것이 바람직하다.
안정보행상태로 설정되기 전 모든 신호를 종합하여 얻은 무릎 최대 하중 시점에서의 상기 포텐티오미터(80)와 상기 압력센서(60)의 변화를 기억하고, 안정 보행 상태로 진입하면 이 두 가지 정보만을 이용하여 잠금(locking) 시점을 결정한다.
대퇴부의 상기 관성센서모듈(70), 상기 포텐티오미터(80), 상기 압력센서(60) 신호의 급격한 변화와 같은 이상 현상이 일어날 시에는 안정 보행 상태가 해제되고 다시 모든 신호를 처리한 무릎에서의 하중변화 산출값이 잠금(locking)의 기준이 된다. 하중의 크기와 방향을 실시간으로 분석하여 상황에 맞는 잠금(locking) 또는 잠금(locking)의 해제를 결정한다.
본 실시예를 실제 제작하여 보행실험을 수행한 결과, 3D 카메라를 이용하여 측정된 무릎 하중 최대 시점과 제작 모듈로 산출한 무릎 최대하중 시점의 차이가 최대 0.08 sec로 매우 작게 나타났다. 이는 정상인의 보행 주기가 2초 내외인 것을 감안하였을 때 충분히 실제로 적용 가능한 오차이다.
따라서, 본 발명에 의하면, 사람마다 다른 보행에서의 무릎 최대 하중 시점을 파악하여 각 이용자에게 가장 적합한 잠금(locking) 시점을 제공함으로써 보행자의 무릎에 가해지는 하중을 줄여줄 수 있다. 또한, 단순한 보행 단계 판별이 아닌 실제 하중의 크기와 방향이 실시간으로 처리됨으로써 긴급 상황과 환경의 변화에 효과적으로 대응할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 관절보호장치의 구동부를 도시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 의한 관절보호장치는 상술한 실시예와 다르게 렉 기어를 사용하는 대신 스태핑 모터와 스프링을 이용하여 상기 고정기어(51)를 이동시킨다. 상기 스태핑 모터는 회전축이 나선형상의 리드 스크류로 형성되어 있다.
상기 리드 스크류에는 베어링 저널이 결합되고, 상기 베어링 저널은 그 내주면에 나선형상으로 형성되어 상기 리드 스크류가 회전하면 전후 이동할 수 있다.
상기 베어링 저널은 스프링과 같은 탄성부재를 통하여 상기 고정기어(51)의 축과 연결된다. 상기 고정기어(51)의 축은 상기 고정기어(51)의 상부 및 하부에 설치되는 상부 가이드 및 하부 가이드에 의해 그 이동이 가이드된다.
1: 관절보호장치 10: 제1 링크
11: 제1 피니언 기어 20: 제2 링크
21: 제2 피니언 기어 30: 베이스 링크
35: 연결 링크 40: 구동부
41: 구동기어 50: 렉 기어
51: 고정기어 60: 압력센서

Claims (7)

  1. 베이스 링크;
    보행자의 대퇴부에 결합될 수 있고, 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 결합되는 제1 링크;
    보행자의 경골부에 결합될 수 있고, 상기 베이스 링크에 회전 가능하게 결합되는 제2 링크;
    상기 제1 링크에 결합되고, 상기 제1 링크과 회전축을 공유하여 상기 제1 링크와 일체로 회전되는 제1 피니언 기어;
    상기 제2 링크에 결합되고, 상기 제2 링크과 회전축을 공유하여 상기 제2 링크와 일체로 회전되며, 상기 제1 피니언 기어와 맞물리는 제2 피니언 기어;
    상기 제1 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어에 선택적으로 맞물릴 수 있는 고정기어;
    상기 고정기어를 이동시킬 수 있는 구동력을 제공하는 구동부;
    발바닥에 가해지는 압력을 측정하는 압력센서; 및
    적어도 상기 압력센서에서 측정된 압력값을 이용하여 무릎에 최대하중이 걸리는 시점을 계산하고, 상기 시점에 상기 구동부에 지시를 전달하여 상기 고정기어가 제1 및 제2 피니언 기어와 맞물리도록 하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 고정기어는, 상기 제1 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어에 대하여 슬라이딩 방식으로 결합 또는 분리되는 것을 특징으로 하는 관절보호장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 회전축을 구비하고, 상기 회전축은 상기 고정기어와 결합된 렉 기어와 맞물리는 관절보호장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 피니언 기어 및 제2 피니언 기어를 연결하는 연결링크가 더 포함되고, 상기 구동부와, 상기 렉 기어는 상기 연결링크에 설치되며, 상기 연결링크에는 상기 렉 기어의 이동을 가이드하는 가이드부와 상기 고정기어의 하부를 가이드하는 가이드 홈이 구비되는 관절보호장치.
  4. 제2항에 있어서,
    무릎에 최대하중이 가해지면, 상기 제어부는 상기 구동부의 회전축을 일 방향으로 회전하여 상기 렉 기어를 상기 제1 피니언 기어 및 제2 피니언 기어 측으로 다가오도록 하고,
    무릎에 최대하중이 제거되면, 상기 제어부는 상기 구동부의 회전축을 타 방향으로 회전하여 상기 렉 기어를 상기 피니언 기어 및 상기 제2 피니언 기어에서 멀어지도록 하는 관절보호장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 회전축이 리드 스크류로 형성된 스테핑 모터이고,
    상기 회전축에는 베어링 저널이 결합되며,
    상기 베어링 저널은 탄성부재를 통하여 상기 고정기어와 연결되는 관절보호장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압력센서는 FSR(힘 감지 저항) 센서이고,
    상기 압력센서는 보행자의 발바닥의 엄지발가락에 결합되는 제1 압력센서와, 엄지발가락 아랫 부분(중족골)에 결합되는 제2 압력센서와, 상기 제2 압력센서의 옆의 새끼 발가락 아랫부분(칼날 부분)에 결합되는 제3 압력센서와, 발뒤꿈치 부분에 결합되는 제4 압력센서가 포함되는 관절보호장치.
  7. 제1항에 있어서,
    보행자의 대퇴부 및 경골부에 결합되어 무릎의 관절각을 측정하는 포텐티오미터와,
    대퇴부에 부착되어 가속도계와 자이로 센서를 이용하여 대퇴부의 지면에 대한 기울기를 측정하는 관성센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 포텐티오미터에서 얻은 무릎의 관절각과, 상기 관성센서를 이용하여 얻는 대퇴부의 지면에 대한 각도정보와, 상기 압력센서를 이용하여 계산되 지면의 반력정보를 이용하여 무릎에서의 하중을 산출하는 관절보호장치.


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