KR101650095B1

KR101650095B1 - 착용형 발목 가변 강성 장치 및 작동 방법

Info

Publication number: KR101650095B1
Application number: KR1020150042083A
Authority: KR
Inventors: 김세영; 박철훈; 손영수; 함상용; 김병인
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-08-23

Abstract

본 발명은 착용형 발목 가변 강성 장치 및 이의 작동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보행, 런닝, 점핑 등 인체 운동 시 하퇴와 발이 이루는 각도가 변형되며 발생하는 힘을 탄성체에 저장 후 방출하여 이동에 필요한 추진력을 보조할 수 있는 착용형 발목 가변 강성 장치에 관한 것이다.

Description

착용형 발목 가변 강성 장치 및 작동 방법 {Wearable foot device for adjusting ankle joint stiffness and that method}

본 발명은, 보행, 런닝, 점핑 등 인체 운동 시 하퇴와 발이 이루는 각도가 변형되어 발생하는 힘을 탄성체에 저장 후 방출하여 이동에 필요한 추진력을 더해줌으로써, 인체의 힘줄과 인대에 가해지는 부담을 보조해 주고 또한, 보행 상황에 따라 효율적으로 발목의 추진을 보조할 수 있도록 강성을 변화시킬 수 있는 착용형 발목 가변 강성 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 보행자가 걸을 시 무릎과 발목 사이에 형성된 하퇴와, 허리와 무릎 사이에 형성된 상퇴가 이루는 각도 변화에 의해 탄성 부재를 압축 시키고, 탄성부재가 복원되는 힘을 이용하여 하퇴를 밀어주는 추진 보조 장치가 널리 이용되고 있다.

도 1에서는 상기와 같은 기술을 이용한 종래의 추진 보조 장치를 도시하고 있다.

도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 추진 보조 장치는 사용자의 허리에 장착하는 허리 링크와, 허리 링크와 회전 가능하게 연결하고 있고, 대퇴에 따라 배치되는 대퇴 링크와, 대퇴 링크와 회전 가능하게 연결하고 있고, 종아리에 따라 배치되는 종아리 링크와, 종아리 링크와 회전 가능하게 연결하고 있고, 사용자의 다리에 장착하는 다리 링크와, 대퇴 링크 또는 종아리 링크로부터 성장하고 있는 지주에 지지를 받고 있어 슬관절의 회전축보다 전방에 위치하는 풀리와, 한쪽 끝이 허리 링크에 대한 대퇴 링크의 회전축선보다 전방에서 허리 링크에 연결하고 있고, 도중에 풀리에 걸려 타단이 종아리 링크에 대한 다리 링크의 회전축보다 후방에서 다리 링크에 연결하고 있는 끈 모양 탄성부재를 포함하여 구성된다.

이때, 상기와 같은 구조를 가지는 종래의 추진 보조 장치는 상퇴와 하퇴가 이루는 각도 변화에 의해 발생하는 힘을 탄성부재에 저장하기 때문에 허리 링크와 대퇴 링크의 회전축과, 대퇴 링크와 종아리 링크를 연결하는 회전축, 및 종아리 링크와 다리 링크를 연결하는 각각의 회전축이 보행자의 관절을 연결하는 각각의 회전축과 동일한 위치에 구성되지 않을 시, 보행에 불편함이 발생되기 때문에 보행자마다 그에 적합한 구조로 제작을 해야 한다는 단점을 가진다.

또한, 탄성부재에 힘을 저장하기 위해 탄성부재의 일측 단부가 허리링크에 연결되어, 허리 부분이 탄성부재의 탄성운동을 위한 고정 축으로 사용됨으로써, 착용자의 허리에 힘이 가해져 보행에 불편함을 줄 수 있는 단점을 가진다.

아울러, 상퇴와 하퇴가 이루는 각도에서 발생하는 힘을 탄성체에 저장하기 때문에, 추진 보조 장치를 착용한 상태에서 전진 보행 외에 의자에 앉는 행동 또는 뒤로 움직이는 후진 보행과 같은 다양한 행동을 취하기 어렵다는 단점을 가진다.

상기와 같은 종래의 보행 보조 장치가 가지고 있는 문제점을 해결하고자, 보행자의 보행을 보조하되 인체공학적으로 설계되어 보행 보조 장치를 착용한 상태에서 일상적인 생활 시에도 착용자가 불편함을 느끼지 않는 보행 보조 장치의 필요성이 대두되고 있다.

일본공개특허 제2012-100983호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 보행, 런닝, 점핑 등 인체 운동 시 발생하는 하퇴의 회전력을 이동에 필요한 추진력으로 재활용하여 인체의 움직임을 보조하되, 인체공학적으로 설계되어 본 이동 보조 장치를 착용하더라도 일반적인 움직임의 불편함을 최소화 하도록 하는 것이다.

또한, 탄성체에 힘을 저장하기 위해 사용되는 관절을 최소화함으로써, 종래에 보행 보조 장치가 착용자의 관절 위치에 맞춰 개별적으로 제작되어 단가가 상승하고 재활용이 어려웠던 단점을 해소하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 착용형 발목 가변 강성 장치는, 보행자의 신발(10) 외면에 고정되는 제1 결합부(100); 보행자의 하퇴를 감싸며, 길이방향 일측이 상기 제1 결합부(100)에 회전 가능하게 결합되고, 길이방향 타측이 보행자의 하퇴 상측에 고정되는 제2 결합부(200); 및 양측 단부가 상기 제1 결합부(100)와 상기 제2 결합부에 연결되며, 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에서 발생하는 힘을 저장하는 탄성체(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 결합부(100)는 보행자의 신발(10) 좌우 측면에 밀착되는 한 쌍의 측면 프레임(110), 한 쌍의 상기 측면 프레임(110)의 길이방향 일측 단부를 서로 연결하며, 상면이 신발(10)의 앞닫이 하면에 밀착되는 전면 프레임(120), 한 쌍의 상기 측면 프레임(110)의 길이방향 타측 단부를 서로 연결하며, 신발(10)의 후면과 마주보는 내측에 신발(10)에 삽입되는 결합부재(131)가 돌출 형성되고, 외측에 제1 탄성체 고정부(132)가 형성되는 후면 프레임(130)을 포함하고, 상기 제2 결합부(200)는 길이방향 일측이 상기 측면 프레임(110)의 상측 단부에 발목의 운동 방향으로 회전 가능하게 결합되고, 길이방향 타측이 보행자의 하퇴에 고정되는 한 쌍의 회전 프레임(210)과, 각각의 상기 회전 프레임(210)에서 후측으로 돌출 형성되되, 각 단부가 서로 연결되는 제2 탄성체 고정부(220)를 포함하며, 상기 탄성체(300)는 양측 단부가 상기 제1 탄성체 고정부(132)와 상기 제2 탄성체 고정부(220)에 각각 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 탄성체 고정부(132)는, 좌우 양측으로 갈수록 상방으로 기울어지는 한 쌍의 슬라이딩 가이드(132-1)와, 상기 슬라이딩 가이드(132-1)를 따라 슬라이딩 이동하는 한 쌍의 슬라이딩편(132-2)을 더 포함하고, 한 쌍의 상기 탄성체(300)는, 길이방향 일측 단부가 각각 상기 슬라이딩편(132-2)과 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 탄성체 고정부(132)는, 상기 슬라이딩 가이드(132-1) 내부에 각각의 상기 슬라이딩편(132-2)을 상기 슬라이딩 가이드(132-1)의 좌우 양측 단부로 밀어주는 압축 스프링(132-3)이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 탄성체 고정부(132)는, 상기 슬라이딩편(132-2)이 서로 만나는 지점에서 하측으로 연장 형성된 기어 가이드(132-4)와, 각각의 상기 슬라이딩편(132-2)과 와이어(132-6)로 연결되어, 상기 기어 가이드(132-4)를 따라 이동하며 상기 압축 스프링(132-3)의 강성을 제어하는 기어(132-5)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 결합부(200)는, 보행자의 하퇴 변위에 대응하도록, 각각의 상기 제2 결합부(200)를 연결하는 링 형상의 밴드(220)가 길이방향 타측에 형성된 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 착용형 발목 가변 강성 장치의 작동 방법은, 보행 시 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에 의해 발생하는 힘이 상기 제1 결합부(100) 및 상기 제2 결합부(200)를 통해 상기 탄성체(300)에 전달되는 에너지 전달단계(10S); 상기 제1 결합부(100) 및 상기 제2 결합부(200)에서 전달된 힘에 의해 상기 탄성체(300)가 압축 또는 인장되는 에너지 저장단계(20S); 압축된 상기 탄성체(300)가 탄성력으로 압축되기 전의 형상으로 복원됨으로써 보행자에게 추진력이 전달되는 에너지 방출단계(30S);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 착용형 발목 가변 강성 장치의 작동 방법은, 상기 탄성체(300)의 강성을 제어하는 기어(132-5)가 더 구비되어, 상기 기어(132-5)를 이용해 상기 탄성체(300)의 강성을 제어하는 강성 제어단계(40S);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 착용형 발목 가변 강성 장치는, 일반적으로 보행, 런닝, 점핑 등 인체 운동 시 발생하는 하퇴의 회전력을 이동에 필요한 추진력으로 재활용하여 사용함으로써, 이동에 필요한 발목의 힘줄 및 인대에 가해지는 힘을 최소화 시키고, 나아가 보행 상황에 따라 강성을 변화시키며 효율적으로 발목의 추진을 보조할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 제1 결합부가 일반적으로 보행자가 착용한 상태에서 생활하는 신발에 결합 가능한 구조로 이루어져, 착용형 발목 가변 강성 장치를 착용한 상태에서 활동 시 발생하는 이질감이 최소화 되어 착용형 발목 가변 강성 장치를 사용하기 위한 적응 기간을 최소화 한다는 효과를 가진다.

뿐만 아니라, 보행 시 발생하는 하퇴의 회전력을 추진력으로 변형시키는 탄성작용이 하퇴가 일정한 각도로 회전 시 발생하도록 구성되어, 보행자가 착용형 발목 가변 강성 장치를 착용한 상태에서 일상생활이 가능하다는 장점을 가진다.

도 1은 종래의 보행 보조 장치를 나타낸 사시도.
도 2는 착용형 발목 가변 강성 장치를 나타낸 측면도(신발 결합 시).
도 3은 착용형 발목 가변 강성 장치를 나타낸 사시도.
도 4는 착용형 발목 가변 강성 장치를 나타낸 후면도.
도 5는 착용형 발목 가변 강성 장치를 나타낸 운동도(슬라이딩 가이드 및 슬라이딩편 형성 시).
도 6은 착용형 발목 가변 강성 장치를 나타낸 개념도(압축 스프링 및 기어 형성 시).
도 7은 착용형 발목 가변 강성 장치의 작동방법을 나타낸 순서도.

이하, 상기와 같은 본 발명인 착용형 발목 가변 강성 장치에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

상기 착용형 발목 가변 강성 장치는 보행 시 보행자의 하퇴와 발목과 하퇴가 이루는 각도에서 발생하는 힘을 활용하기 위하여 보행자의 인체 구조에 맞춰 설계되었으며, 일반적으로 보행자의 발 보호 및 보행의 효율 상승을 위해 사용되는 신발(10)에 부착 가능하게 구성되어, 보행자가 발목 강성 장치를 착용 시 느낄 수 있는 이질감을 최소화 하였다.

도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명인 보행 착용형 발목 가변 강성 장치는 신발(10)의 외면에 고정되는 제1 결합부(100)와, 보행자의 하퇴를 감싸며, 길이방향 일측이 상기 제1 결합부(100)에 회전 가능하게 결합되고, 길이방향 타측이 보행자의 하퇴 상측에 고정되는 제2 결합부(200), 및 양측 단부가 제1 결합부(100)와 제2 결합부에 연결되며, 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에서 발생하는 힘을 저장하는 탄성체(300)를 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 제1 결합부(100)가 보행자의 발을 보호하는 신발(10)에 결합되고, 상기 제2 결합부(200)가 보행자의 무릎과 발목 사이에 형성된 하퇴에 결합되어, 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에 따라 발생하는 힘을 탄성체(300)에 저장하여 보행 추진력으로 사용하는 것이다.

이하 에서는 상기와 같은 원리를 이용한 본 발명인 착용형 발목 가변 강성 장치 및 작동 방법에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2와 도 3을 참조해 설명하면, 상기 제1 결합부(100)는 보행자의 신발(10) 좌우 측면에 밀착되는 한 쌍의 측면 프레임(110)과, 한 쌍의 측면 프레임(110)의 길이방향 일측 단부를 서로 연결하며, 상면이 신발(10)의 앞닫이 하면에 밀착되는 전면 프레임(120), 및 한 쌍의 상기 측면 프레임(110)의 길이방향 타측 단부를 서로 연결하며, 신발(10)의 후면과 마주보는 내측에 신발(10)에 삽입되는 결합부재(131)가 돌출 형성되고, 외측에 제1 탄성체 고정부(132)가 형성되는 후면프레임(130)을 포함한다.

도 2를 참조하면 보행자의 발 뒤꿈치를 지지하는 신발(10)의 후면 뒷굽에 홈이 형성되어 상기 결합부재(131)가 끼움 결합되고, 상기 전면 프레임(110)의 상면이 신발(10)의 앞닫이 하면에 밀착 결합되어 상기 제1 결합부(100)가 신발(10)에 고정된다. 즉, 결합부재(131)에 의해 상기 제1 결합부(100)가 신발(10)의 후측 뒷굽에 끼워져 신발(10)의 상하 운동에 의해 변위가 생기는 것을 방지하고, 신발(10)의 앞닫이 하면에 밀착 결합된 전면 프레임(110)에 의해 신발(10)의 전후 운동이 발생 하더라도 결합부재(131)가 신발(10)의 뒤굽에 형성된 홈에서 빠져 나가는 것을 방지한다.

상세히 설명하면, 신발(10)의 뒷굽에 상기 결합부재(131)가 끼워지는 홈을 형성하는 간단한 방법으로 일반적으로 널리 사용되는 신발(10)에 상기 제1 결합부(100)를 고정시키는 것이 가능해져 신발(10)의 파손을 최소화 하고 결합 구조를 단순화 시킨다는 장점을 가지며, 상기 전면 프레임(120)의 경우 신발(10)의 후측에서 전측으로 갈수록 상측으로 굽어지는 구조로 형성되는 신발(10)의 앞닫이에 밀착 결합되어 보행자가 보행 시 불편함을 느끼지 않도록 구성된 것이다.

뿐만 아니라, 도면에는 도시되지 않았지만 상기 제1 결합부(100)는 한 쌍의 상기 측면 프레임(110)의 길이방향 일측 단부에 신발(10)의 좌우 양측을 압박하는 볼트가 형성되어 신발(10)의 좌우 양측에 형성된 홈에 나사 결합하는 구조를 통해 신발(10)과 결합될 수 있다.

또한, 상기 제2 결합부(200)는 길이방향 일측이 상기 측면 프레임(110)의 상측 단부에 발목의 운동 방향으로 회전 가능하게 결합되고, 길이방향 타측이 보행자의 하퇴에 고정되는 한 쌍의 회전 프레임(210)과, 각각의 상기 회전 프레임(210)에서 후측으로 돌출 형성되되, 각 단부가 서로 연결되는 제2 탄성체 고정부(220)를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 제1 결합부(100)가 신발(10)에 결합되어 보행자의 발 운동에 대응하고, 상기 제2 결합부(200)가 보행자의 하퇴 좌우 측면에 결합되어 보행자의 하퇴 운동에 대응하므로, 보행 시 보행자의 신발(10)과 하퇴가 이루는 각도에 대응하여 상기 제1 결합부(100) 및 상기 제2 결합부(200)가 형성하는 각도가 변형되는 것이다.

이때, 도면상에는 상기 측면 프레임(110)과 상기 회전 프레임(210)이 힌지 결합되어 보행자의 발목 상하 운동에 대응하는 구조가 도시되어 있지만, 이 외에도 측면 프레임(110)과 회전 프레임(210)을 유니버설 조인트로 연결하여 보행자의 발목 운동의 자유도를 높이는 구조 등 다양한 구조가 가능하므로 한정하지 않으며, 상기 회전 프레임(210)의 경우 보행자의 하퇴 변위에 대응하도록, 각각의 회전 프레임(210)을 연결하는 링 형상의 고정밴드(230)가 길이방향 타측에 형성될 수 있다.

또한, 상기 탄성체(300)는 양측 단부가 상기 제1 탄성체 고정부(132)와 상기 제2 탄성체 고정부(220)에 각각 결합되어 상기 제1 결합부(100)와 제2 결합부(200)가 형성하는 각도 변화에 대응해 형상이 변형된다.

도 4를 참조해 설명하면, 보행자는 보행을 위해 내딛은 발이 뒤꿈치부터 지면과 접촉하는 (a)과정과, 발바닥이 지면과 접촉하여 보행자의 하퇴와 발이 수직을 이루는 (b)과정과, 보행자의 몸이 보행자의 발 뒷꿈치 앞으로 이동하게 되어 하퇴와 발이 예각을 형성하는 (c)과정과, 보행에 필요한 추진력을 얻기 위해 지면과 접촉된 발의 앞부분으로 지면을 밀게 되어 하퇴와 발이 둔각을 형성하는 (d)과정을 거치게 된다.

이때, 상기 제1 결합부(100)와 상기 제2 결합부(200)가 각 과정(a), (b), (c), (d)과정을 단계적으로 거치게 되어 제1 결합부(100) 및 제2 결합부(200)가 보행자의 하퇴와 발이 형성하는 각도에 대응해 움직이게 되어 각 결합부(100, 200)에 양끝단이 연결된 상기 탄성체(300)의 길이가 변화되는 것이다.

상세히 설명하면, 상기 탄성체(300)는 도 4에 도시된 (c) 과정에서 보행자의 발과 하퇴가 형성하는 각도가 좁아지게 되면서, 상기 제1 탄성체 고정부(132)와 상기 제2 탄성체 고정부(220)의 이격 거리가 멀어지게 된다.

따라서, (c) 과정에서 상기 제1 탄성체 고정부(132) 및 제2 탄성체 고정부(220)에 양측 단부가 결합된 상기 탄성체(300)가 상기 제2 탄성체 고정부(220)에 의해 당겨지며 탄성체(300)가 탄성력을 비축하고, 보행에 필요한 추진력을 얻기 위해 지면과 접촉된 발의 앞부분으로 지면을 미는 (d)과정에서 탄성체(300)가 당겨지기 전의 형상으로 복원되며 보행자의 지면을 미는 동작을 보조해 줌으로써, 효율적인 보행을 가능하게 하는 것이다.

또한, 도 5를 참조하여 설명하면 본 발명인 착용형 발목 가변 강성 장치는 상기 제1 탄성체 고정부(132)의 상단에, 좌우 양측으로 갈수록 상방으로 기울어지는 한 쌍의 슬라이딩 가이드(132-1)와, 상기 슬라이딩 가이드(132-1)를 따라 슬라이딩 이동하는 한 쌍의 슬라이딩편(132-2)이 더 구비될 수 있다.

도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명인 착용형 발목 가변 강성 장치는 한 쌍의 상기 슬라이딩 가이드(132-1) 내부에 각각의 상기 슬라이딩편(132-2)을 상기 슬라이딩 가이드(132-1)의 좌우 양측 단부로 밀어주는 압축 스프링(132-3)이 슬라이딩 가이드(132-1)의 내부에 길이방향으로 형성된 슬라이딩 프레임(132-8)을 감싸며 형성되고, 상기 제1 탄성체 고정부(132)에 슬라이딩편(132-2)이 서로 만나는 지점에서 하측으로 연장 형성된 기어 가이드(132-4)와, 각각의 상기 슬라이딩편(132-2)이 와이어(132-6)로 연결되어, 상기 기어 가이드(132-4)를 따라 상기 압축 스프링(132-3)의 강성을 제어하는 기어(132-5)가 더 구비된다.

이때, 상기 압축 스프링(132-3)은 상기 슬라이딩편(132-2)를 좌우 양측 단부로 밀어주기 위해 상기 슬라이딩 프레임(132-8)을 길이 방향으로 감싼 구조도 가능하나, 상기 압축 스프링(132-3)이 외부에 노출되는 것을 방지하고자 슬라이딩편(132-2)의 표면에 길이방향으로 내부와 외부를 연결하는 홈이 형성되고, 슬라이딩편(132-2)의 내주면에 상기 홈에 삽입되어 압축 스프링(132-3)에서 힘을 전달받는 돌기가 형성되어, 상기 돌기를 통해 압축 스프링(132-3)에서 힘을 전달받는 것을 권장한다.

상세히 설명하면, 보행자의 하퇴와 발이 이루는 각도가 변형되며 발생되는 힘에 의해 상기 탄성체(300)에 토크가 가해질 시, 도 6의 (a)에 도시된 것과 같이 탄성체(300)와 연결된 슬라이딩편(132-2)이 상기 슬라이딩 가이드(132-1)의 상측에 위치될 경우, 도 6의(b)에 도시된 바와 같이 슬라이딩편(132-2)이 슬라이딩 가이드(132-1)의 하측에 위치될 경우보다 탄성체(300)의 길이 변화가 쉽게 발생한다.

즉, 하측이 상기 슬라이딩편(132-2)에 연결되고 상측이 상기 제2 돌출 프레임(220)과 연결된 한 쌍의 상기 탄성체(300)의 상측 이격거리에 비하여 하측 이격 거리가 넓어질 경우, 외부에서 동일한 토크를 받아 탄성체(300)가 인장될 시 변형의 정도가 많이 발생하고, 한 쌍의 상기 탄성체(300)의 상측 이격거리와 하측 이격 거리가 서로 근접할수록 외부에서 동일한 토크를 받아 탄성체(300)가 인장될 시 변형의 정도가 적게 발생되는 것이다.

따라서, 상기 슬라이딩편(132-2)과 상기 와이어(132-6)를 통해 연결된 상기 기어(132-5)를 상기 기어 가이드(132-4)를 따라 이동시켜 슬라이딩편(132-2)이 상기 압축 스프링(132-3)을 압축하는 정도를 제어하는 것이다.

결국, 상기 슬라이딩편(132-2)이 상기 압축 스프링(132-3)을 압축하는 힘에 비례하여 슬라이딩편(132-2)이 위치가 결정되어, 한 쌍의 상기 탄성체(300)의 하측 이격 거리가 제어된다.

또한, 도 6에서는 상기 기어(132-5)에 의해 당겨진 상기 와이어(132-6)의 장력을 견디기 위하여 상기 기어 가이드(132-4)와 기어(132-5)에 홈이 형성되어 기어(132-5)로 와이어(132-6)를 당긴 상태에서 기어가이드(132-4)와 기어(132-5)의 홈을 동일선상에 위치시킨 후 각 홈을 결합부재로 연결한 것을 도시하였지만, 당겨진 와이어(132-6)의 장력을 견디는 방법은 이외에도, 보든 케이블을 이용해 와이어(132-6)를 당긴 후 고정 시키는 방법이나, 기어 가이드(132-4)의 외주면에 나사산이 형성되고, 기어가이드(132-4)에 결합된 기어(132-5)의 일측 내주면이 기어가이드(132-4)를 따라 슬라이딩 이동 가능하게 이루어지되, 기어(132-5)의 타측 내주면이 기어가이드(132-4)의 외주면에 형성된 나사산을 타고 회전 가능한 구조로 이루어져, 기어가이드(132-4)를 회전시켜 와이어(132-6)를 당겨 고정시키는 방법 등 다양한 방법이 가능하므로 한정하지 않는다.

아울러, 도 7에 도시된 순서도 및 상기 내용을 참조하여 설명하면 본 발명인 착용형 발목 가변 강성 장치의 작동 방법은, 보행 시 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에 의해 발생하는 힘이 상기 제1 결합부(100) 및 상기 제2 결합부(200)를 통해 상기 탄성체(300)에 전달되는 에너지 전달단계(10S)로 시작된다.

이후, 상기 제1 결합부(100) 및 상기 제2 결합부(200)에서 전달된 힘에 의해 상기 탄성체(300)가 압축 또는 인장되는 에너지 저장단계(20S)가 이루어진다.

이때, 상기 에너지 저장단계(20S)에서 상기 탄성체(300)에 에너지를 저장하는 방법은 탄성체(300)를 보행자의 발 후측에 형성해 상기 제1 결합부(100) 및 상기 제2 결합부(200)가 형성하는 각도가 좁아질 시 탄성체(300)를 인장 시켜 탄성체(300)가 복원되려는 탄성력을 추진력으로 사용하는 방법과, 탄성체(300)를 보행자의 발 전측에 형성해 제1 결합부(100) 및 제2 결합부(200)가 형성하는 각도가 좁아질 시 탄성체(300)를 압축시켜 탄성체(300)가 복원되려는 탄성력을 추진력으로 사용하는 방법 등 다양한 방법이 가능하므로 한정하지 않는다.

그리고, 압축된 상기 탄성체(300)가 탄성력으로 압축되기 전의 형상으로 복원됨으로써 보행자에게 추진력이 전달되는 에너지 분출단계(S30)가 이루어진다.

즉, 발목과 하퇴가 형성하는 각도 변화에 의해 상기 탄성체(300)가 압축 또는 인장 후 외부에서 힘이 가해지기 전의 현상으로 복원되는 탄성작용을 반복적으로 일어나 보행을 보조하는 것이다.

이때, 본 발명인 착용형 발목 가변 강성 장치의 작동 방법은 상기 탄성체(300)의 강성을 제어하는 기어(132-5)가 더 구비되어, 상기 기어(132-5)를 이용해 상기 탄성체(300)의 강성을 제어하는 강성 제어단계(40S)가 더 포함될 수 있다.

상세히 설명하면, 상기 강성 제어단계(40S)에서 외부에서 상기 탄성체(300)에 가해지는 토크를 일정 수치로 조절함으로써, 상기 에너지 전달단계(10S)에서 탄성체(300)에 전달되는 토크가 동일하더라도 상기 에너지 저장단계(20S)에서 탄성체(300)가 압축 또는 인장 하는 정도를 보행자가 보행을 가장 원활하게 할 수 있게 설정하는 것이다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

10 : 신발
100 : 제1 결합부 110 : 측면 프레임
120 : 전면 프레임
130 : 후면 프레임
131 : 결합부재 132 : 제1 탄성체 고정부
132-1 : 슬라이딩 가이드 132-1 : 슬라이딩편
132-3 : 압축 스프링 132-4 : 기어 가이드
132-5 : 기어 132-6 : 와이어
132-8 : 슬라이딩 프레임
133 : 회전부재 134 : 스토퍼
200 : 제2 결합부 210 : 회전 프레임
220 : 제2 탄성체 고정부 221 : 제1 돌출 프레임
222 : 제2 돌출 프레임
230 : 고정밴드
300 : 탄성체

Claims

보행자의 신발(10) 외면에 고정되는 제1 결합부(100);
보행자의 하퇴를 감싸며, 길이방향 일측이 상기 제1 결합부(100)에 회전 가능하게 결합되고, 길이방향 타측이 보행자의 하퇴 상측에 고정되는 제2 결합부(200); 및
양측 단부가 상기 제1 결합부(100)와 상기 제2 결합부에 연결되며, 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에서 발생하는 힘을 저장하는 탄성체(300); 를 포함하며,
상기 탄성체(300)는 스프링 형상을 가지며, 보행자의 발과 하퇴가 형성하는 각도가 좁아지면 인장되고, 복원되는 탄성력으로 보행자의 발과 하퇴가 형성하는 각도가 넓어지며 보행자의 발이 지면을 미는 동작을 보조하는 것을 특징으로 하는, 착용형 발목 가변 강성 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 결합부(100)는 보행자의 신발(10) 좌우 측면에 밀착되는 한 쌍의 측면 프레임(110),
한 쌍의 상기 측면 프레임(110)의 길이방향 일측 단부를 서로 연결하며, 상면이 신발(10)의 앞닫이 하면에 밀착되는 전면 프레임(120),
한 쌍의 상기 측면 프레임(110)의 길이방향 타측 단부를 서로 연결하며, 신발(10)의 후면과 마주보는 내측에 신발(10)에 삽입되는 결합부재(131)가 돌출 형성되고, 외측에 제1 탄성체 고정부(132)가 형성되는 후면 프레임(130)을 포함하고,
상기 제2 결합부(200)는 길이방향 일측이 상기 측면 프레임(110)의 상측 단부에 발목의 운동 방향으로 회전 가능하게 결합되고, 길이방향 타측이 보행자의 하퇴에 고정되는 한 쌍의 회전 프레임(210)과,
각각의 상기 회전 프레임(210)에서 후측으로 돌출 형성되되, 각 단부가 서로 연결되는 제2 탄성체 고정부(220)를 포함하며,
상기 탄성체(300)는 양측 단부가 상기 제1 탄성체 고정부(132)와 상기 제2 탄성체 고정부(220)에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는, 착용형 발목 가변 강성 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제1 탄성체 고정부(132)는, 좌우 양측으로 갈수록 상방으로 기울어지는 한 쌍의 슬라이딩 가이드(132-1)와, 상기 슬라이딩 가이드(132-1)를 따라 슬라이딩 이동하는 한 쌍의 슬라이딩편(132-2)을 더 포함하고,
한 쌍의 상기 탄성체(300)는. 길이방향 일측 단부가 각각 상기 슬라이딩편(132-2)과 연결된 것을 특징으로 하는, 착용형 발목 가변 강성 장치.
제 3항에 있어서, 상기 제2 탄성체 고정부(132)는,
상기 슬라이딩 가이드(132-1) 내부에 각각의 상기 슬라이딩편(132-2)을 상기 슬라이딩 가이드(132-1)의 좌우 양측 단부로 밀어주는 압축 스프링(132-3)이 구비된 것을 특징으로 하는, 착용형 발목 가변 강성 장치.
제 4항에 있어서, 상기 제2 탄성체 고정부(132)는,
상기 슬라이딩편(132-2)이 서로 만나는 지점에서 하측으로 연장 형성된 기어 가이드(132-4)와,
각각의 상기 슬라이딩편(132-2)과 와이어(132-6)로 연결되어, 상기 기어 가이드(132-4)를 따라 이동하며 상기 압축 스프링(132-3)의 강성을 제어하는 기어(132-5)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 착용형 발목 가변 강성 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 선택되는 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제2 결합부(200)는,
보행자의 하퇴 변위에 대응하도록, 각각의 상기 제2 결합부(200)를 연결하는 링 형상의 밴드(220)가 길이방향 타측에 형성된 것을 특징으로 하는, 착용형 발목 가변 강성 장치.
제 1항에 의한 착용형 발목 가변 강성 장치의 작동 방법으로서,
보행 시 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에 의해 발생하는 힘이 상기 제1 결합부(100) 및 상기 제2 결합부(200)를 통해 상기 탄성체(300)에 전달되는 에너지 전달단계(10S);
상기 제1 결합부(100) 및 상기 제2 결합부(200)에서 전달된 힘에 의해 상기 탄성체(300)가 압축 또는 인장되는 에너지 저장단계(20S);
압축된 상기 탄성체(300)가 탄성력으로 압축되기 전의 형상으로 복원됨으로써 보행자에게 추진력이 전달되는 에너지 분출단계(30S);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 착용형 발목 가변 강성 장치의 작동 방법.
제 7항에 있어서, 상기 착용형 발목 가변 강성 장치의 작동 방법은,
상기 탄성체(300)의 강성을 제어하는 기어(132-5)가 더 구비되어,
상기 기어(132-5)를 이용해 상기 탄성체(300)의 강성을 제어하는 강성 제어단계(40S);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 착용형 발목 가변 강성 장치의 작동 방법.