KR101668711B1 - 보행 보조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보행 보조 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치는, 4개의 바퀴와 상기 4개의 바퀴의 높이를 조절하기 위한 4개의 액츄에이터로 구성되는 구동부, 높이를 조절하는 2개의 수직 방향 액츄에이터와 상기 수직 방향 액츄에이터를 지지하고 서로 연결하기 위한 연결 부재로 구성되는 기구부, 및 사용자의 동작 의지를 파악하기 위한 복수 개의 센서가 구비되고 상기 센서가 검출한 신호를 기초로 상기 기구부와 구동부를 제어하기 위한 조작부를 포함하여 좌우 대칭형으로 구성되고, 상기 구동부의 4개의 바퀴는 각각 4개의 다리 부재를 통해 상기 기구부에 연결되고 좌우 2개씩의 다리 부재는 각각 동일한 선회축을 매개로 힌지 결합으로 상기 기구부에 연결되고, 상기 4개의 바퀴 중에서 2개의 앞 바퀴는 회전이 가능하도록 모터에 의해 구동되고 방향 조절이 가능하도록 조향 모터가 장착된 축을 통해 대응되는 다리 부재에 연결되고, 2개의 뒤 바퀴는 소정 범위 내에서 모든 방향으로 구동이 가능하도록 조향 축을 통해 대응되는 다리 부재에 연결될 수 있다.

Description

보행 보조 장치 {Walking-assistant device}

본 발명은 노약자/장애인을 위한 보행 보조 장치에 관한 것이다.

최근 전세계는 평균 수명 연장에 따른 노인 인구의 지속적인 증가로 급속하게 초고령화 사회로 진입하고 있다. 일본을 비롯한 유럽의 여러 국가들은 이미 고령 사회로 접어 들었으며, 한국과 미국도 빠른 속도로 고령화 되어 가는 것을 고려하였을 때, 2018년경에는 고령 사회로 전환될 것으로 보인다.

이와 같은 세계 최고 속도로 고령화 추세가 지속될 경우, 한국은 2050년경 노인 인구 비율이 세계 최고수준에 이를 것으로 전망된다.

고령화 시대에 따른 뇌졸중(Stroke) 등 신체마비 장애인 또한 증가 추세에 있으며, 근력이 부족하여 거동이 불편한 고령자가 급속하게 증가하고 있다. 이와 관련하여 일상 생활(ADL: Activities of Daily Living) 중에서 가장 큰 비중을 차지하고 있으며 매우 중요한 행동 중에 하나인 이동에 관련된 기술, 즉 안정적이고 효율적으로 노약자의 보행 및 앉고 일어서기 등을 지원 하는 기술에 대한 관심이 점차 높아지고 있다.

주요 선진국은 급격한 고령화에 따라 노인 생활 지원(보행 보조 및 앉고 일어서기 지원)에 관련된 기술을 연구 개발하고 있는데, 특히 일본은 혼다, 파나소닉, 소니, 히다찌 등에서 집중적으로 연구하고 있고, 유럽은 브라운호퍼, 지멘스 등에서 관심을 보이고 있다.

혼다에서는 2008년 보행 보조기를 상용화하였고, 파나소닉에서는 2009년 Robot bed를 상용화하였으며, 자회사인 Activelink사를 통해 인공 근육을 사용하는 사지 보조 슈트를 판매할 계획을 추진 중에 있다. 뿐만 아니라, 재활 보조기로서 Myomo가 2007년에 시판되었고, HAL 등이 2008년에 제품화 되었다.

이처럼 선진국을 중심으로 최근 상용 제품들이 출시되고 있으나, 기술의 완성도가 낮고 생활 지원의 범위가 협소하며 경량화 및 안전성 확보에 관한 신뢰도가 미비한 문제점 등이 있다.

보행 보조 기기는 무겁고 사용하기가 귀찮기 때문에 주로 집안에서 화장실을 가거나 가까운 거리를 이동하는데 주로 사용 되고 있으며, 둔턱이나 계단 등을 올라가기 어려운 문제점이 있어 지팡이를 이용하는 경우에 비해 주위 환경 대응력이 현저하게 떨어진다는 지적이 있다.

특히, 전동형 모바일 플랫폼의 경우에는 부피가 너무 크고 무거우며 전원 공급에 불편이 있어 사용자들의 외면을 받고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 앉기, 서기, 걷기 등에 어려움을 느끼는 노약자 및 장애인의 일상 생활을 지원하고 근력을 보조하기 위한 가볍고 공간 효율이 높은 보행 보조 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치는, 4개의 바퀴와 상기 4개의 바퀴의 높이를 조절하기 위한 4개의 액츄에이터로 구성되는 구동부; 높이를 조절하는 2개의 수직 방향 액츄에이터와 상기 수직 방향 액츄에이터를 지지하고 서로 연결하기 위한 연결 부재로 구성되는 기구부; 및 사용자의 동작 의지를 파악하기 위한 복수 개의 센서가 구비되고 상기 센서가 검출한 신호를 기초로 상기 기구부와 구동부를 제어하기 위한 조작부를 포함하여 좌우 대칭형으로 구성되고, 상기 구동부의 4개의 바퀴는 각각 4개의 다리 부재를 통해 상기 기구부에 연결되고 좌우 2개씩의 다리 부재는 각각 동일한 선회축을 매개로 힌지 결합으로 상기 기구부에 연결되고, 상기 4개의 바퀴 중에서 2개의 앞 바퀴는 회전이 가능하도록 모터에 의해 구동되고 방향 조절이 가능하도록 조향 모터가 장착된 축을 통해 대응되는 다리 부재에 연결되고, 2개의 뒤 바퀴는 소정 범위 내에서 모든 방향으로 구동이 가능하도록 조향 축을 통해 대응되는 다리 부재에 연결되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 구동부의 액츄에이터는 대응되는 다리 부재와 상기 기구부에 각각 힌지 결합으로 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 구동부의 액츄에이터의 길이 변화에 의해 상기 조작부의 수평 각도를 변경시키거나 전방 다리 부재와 후방 다리 부재 사이의 각도를 변경시키도록 구성된 링크 어셈블리를 더 포함하여 구성되고, 상기 구동부의 액츄에이터 중 전방 액츄에이터는 바닥과 평행한 상태로 상기 링크 어셈블리 및 상기 연결 부재에 연결되고, 상기 구동부의 액츄에이터 중 후방 액츄에이터는 상기 링크 어셈블리 및 대응되는 후방 다리 부재에 연결되고, 상기 링크 어셈블리는 대응되는 전방 다리 부재에 추가로 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 링크 어셈블리는 3개의 링크로 구성되고, 상기 전방 액츄에이터에 연결되는 제 1 링크는 상기 전방 액츄에이터와 연결된 부분과 맞은 편이 상기 선회축을 통해 상기 기구부에 연결되고, 상기 후방 액츄에이터에 연결되는 제 2 링크는 대응되는 후방 다리 부재에 연결되고, 제 3 링크는 대응되는 전방 다리 부재에 연결되고, 상기 제 2 링크와 제 3 링크는 상기 제 1 링크의 중앙에 구비된 가이드에 따라 움직임 안내를 받는 슬라이딩 부재에 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 조작부는, 상기 복수의 센서의 신호를 통해 사용자의 앉기(또는 서기) 동작 의지를 파악하는 경우, 상기 수직 방향 액츄에이터를 제어하여 상기 사용자가 의지하는 받침대의 높이를 낮추고(또는 높이고), 상기 받침대의 높이가 낮아지는(또는 높아지는) 동안 전방 다리 부재와 후방 다리 부재 사이의 각도가 커지도록(또는 작아지도록) 상기 구동부의 액츄에이터를 제어할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 조작부는 상기 받침대의 높이가 낮아지는 동안 상기 앞 바퀴를 구동하는 모터를 제어하여 앞 바퀴가 회전하지 않도록 구속할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 조작부는 상기 받침대의 높이가 낮아지거나 높아지는 동안 상기 받침대가 앞쪽으로 기울어지도록 상기 구동부의 액츄에이터를 제어할 수 있다.

따라서, 경사로, 노면 상태, 둔턱 등의 외부 환경으로부터 상체를 일정한 자세와 높이로 유지해 주어 안정적인 이동이 가능하게 한다. 또한, 사용자의 보행 의사 및 노면 경사에 따라 바퀴에 적절한 토크를 발생시켜 원활한 보행이 가능하게 한다. 또한, 사용자가 미끄러지지 않고 안정된 자세로 앉거나 일어설 수 있게 된다. 또한, 별도의 조작 없이 보행, 앉기/서기가 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 보행 보조 장치에 대한 도면이고,
도 2는 다리 부재와 액츄에이터가 결합한 힌지 구조에 대한 개념도이고,
도 3은 경사면과 둔턱 같은 비정형 지역을 극복하기 위한 이동 메커니즘을 설명한 도면이고,
도 4는 사용자의 앉는 동작과 서는 동작을 지원하기 위한 앉기/서기 보조 메커니즘을 설명한 도면이고,
도 5는 복수의 센서를 이용하여 사용자의 동작 의지를 감지하는 것을 설명한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 보행 보조 장치에 대한 실시예를 첨부하는 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

보행 보조 장치를 이용하여 앉기/서기를 하기 위해서는 보행 보조 장치를 이용하는 사람이 팔을 지지하는 받침대의 높이가 조절될 수 있어야 하고, 또한 보행 보조 장치를 이용하여 경사면을 보행하기 위해서는 받침대의 높이가 평행을 유지할 수 있어야 한다.

보행 보조 장치가 굴러가기 위해서는 3개 이상의 바퀴가 있어야 하는데, 사용자가 양쪽 팔을 받침대에 걸치고 사용자가 다리가 움직일 수 있도록 장치 아래쪽 구동부의 가운데 공간이 비어 있어야 하므로, 3개의 바퀴로 장치를 구성하는 경우 받침대 아래 쪽에 2개의 바퀴가 있고 앞쪽 중앙에 1개의 바퀴가 있게 되고, 4개의 바퀴로 장치를 구성하는 경우 양쪽에 2개씩의 바퀴가 있게 된다.

경사면을 보행하기 위해 받침대의 높이를 평행으로 유지시키기 위해서는 각 바퀴의 높이를 독립적으로 조절할 수 있어야 한다. 평지나 경사면과 같이 기울기가 일정한 노면의 경우 3개의 바퀴로 장치를 구성해도 받침대의 높이를 평행으로 유지시킬 수 있지만, 노면이 불규칙한 경우, 예를 들어 둔턱이 있는 경우 3개의 바퀴를 독립적으로 조절하여 받침대의 높이를 평행으로 유지시키기가 어렵다.

즉, 주행 보조 장치에서 받침대의 높이를 조절하고 경사면과 둔턱에서의 보행 성능을 향상시키기 위해서는 4개의 바퀴가 있고 각 바퀴의 높이 또는 적어도 대칭이 되는 2개의 바퀴를 한 쌍으로 하는 2개의 쌍을 독립적으로 조절하는 것이 유리하다.

또한, 경사면에서 주행 보조 장치를 이용하여 보행하기 위해서는 장치와 사용자의 무게에 의해 경사면에서 바퀴가 미끄러지거나 구르지 않아야 하므로, 바퀴의 조향(진행 방향) 및/또는 바퀴의 진행 여부를 조절할 수 있어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 보행 보조 장치에 대한 도면이다.

본 발명에 따른 보행 보조 장치는 진행 방향을 기준으로 좌우 대칭의 형상으로, 같은 기능을 하는 왼쪽과 오른쪽 요소는 같은 번호의 a와 b로 구분되어 설명된다.

본 발명에 따른 보행 보조 장치는 크게 사용자의 동작 의지를 파악하고 사용자가 몸을 기대어 의지하는 조작부(10), 상기 조작부(10)를 지지하고 높이를 조절하는 기구부(20) 및 사용자가 안전하게 이동할 수 있도록 보행을 보조하는 구동부(30)를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 보행 보조 장치는 장애물의 감지를 위해 전면부, 예를 들어 연결 부재(22) 앞이나 선반(22') 앞에 장애물을 감지할 수 있는 하나 이상의 센서(미도시)가 부착될 수 있다.

상기 조작부(10)는 사용자가 손으로 잡는 손잡이(11)와 사용자가 팔에서 팔꿈치 아래 부분(하박, 팔뚝)을 기대는 ㄷ자 형상의 받침대(12)로 구성되는데, 상기 ㄷ자 형상의 받침대(12)에서 가운데 부분을 제외한 양쪽 팔이 닿는 두 부분의 표면 또는 표면 아래의 내부에는 각각 복수 개의 센서, 예를 들어 6축의 FT(Force/Torque) 센서가 구비되어 사용자가 팔을 통해 가하는 힘 및/또는 토크를 감지할 수 있고, 본 발명에 따른 보행 보조 장치는 이를 통해 사용자가 원하는 동작, 예를 들어 앞으로 진행, 멈춤, 가속, 감속, 앉기, 일어서기, 회전 등을 파악할 수 있다.

상기 조작부(10)는, 상기 받침대(12)에 구비된 센서를 통해 검출되는 신호를 기초로 사용자가 하고자 하는 동작을 파악하고, 파악된 동작에 맞는 자세를 유지하거나 순차적으로 자세를 바꿀 수 있도록 액츄에이터나 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 출력하는 프로세서를 포함하여 제어부의 역할을 수행할 수 있다.

상기 기구부(20)는 상기 조작부(10)을 지지하고 상기 조작부(10)의 높이를 조절하는 2개의 수직 방향 선형 액츄에이터(21a, 21b)와 상기 수직 방향 선형 액츄에이터(21a, 21b)의 하부를 지지 또는 고정하고 서로 연결하는 연결 부재(22)를 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 연결 부재(22)도 위에서 바라볼 때 상기 받침대(12)와 유사하게 ㄷ자 형상이 된다.

또한 상기 연결 부재(22)에는 사용자가 간단히 물건을 올려 놓을 수 있도록 선반(22')이 부착될 수 있는데, 보행 보조 장치에 필요한 물건, 예를 들어 보행 보조 장치의 구동에 필요한 전원을 공급하기 위한 배터리가 상기 선반(22') 위에 놓일 수도 있다.

상기 구동부(30)는, 2개의 앞 바퀴(31a, 31b)와 2개의 뒤 바퀴(32a, 32b) 및 상기 바퀴(31a, 31b, 32a, 32b)를 상기 기구부(20)에 연결하는 4개의 다리 부재(33a, 33b, 34a, 34b)를 포함하여 구성되는데, 2개의 전방 다리 부재(33a, 33b)는 앞 바퀴(31a, 31b)를 기구부(20)에 연결하고, 2개의 후방 다리 부재(34a, 34b)는 뒤 바퀴(32a, 32b)를 기구부(20)에 연결한다.

상기 4개의 다리 부재(33a, 33b, 34a, 34b)는 소정 각도(예를 들어 90도보다 작은 각도) 범위 내에서 회동할 수 있도록 선회축(Pivot)(41a, 41b)을 포함하는 힌지(Hinge) 결합으로 상기 기구부(20)의 연결 부재(22) 또는 수직 방향 선형 액츄에이터(21a, 21b)의 하부에 연결되는데, 왼쪽 2개의 다리 부재(예를 들어 33a, 34a)와 오른쪽 2개의 다리 부재(예를 들어 33b, 34b)가 각각 같은 선회축에 연결된다.

상기 구동부(30)는, 상기 4개의 바퀴(31a, 31b, 32a, 32b)의 위치 또는 높이를 독립적으로 조절할 수 있도록, 4개의 액츄에이터(35a, 35b, 36a, 36b)를 더 포함하는데, 상기 4개의 액츄에이터(35a, 35b, 36a, 36b)는 각각 한쪽은 대응되는 다리 부재(33a, 33b, 34a, 34b)에 연결되고 다른 쪽은 상기 기구부(20)에 연결될 수 있다. 상기 4개의 액츄에이터(35a, 35b, 36a, 36b)는 다른 부재와 연결될 때 적어도 한 방향의 회동이 가능하도록 하는 힌지 결합으로 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 4개의 액츄에이터(35a, 35b, 36a, 36b) 각각의 양쪽이 다리 부재(33a, 33b, 34a, 34b)와 상기 기구부(20)에 직접 연결되는 대신, 도 2에 도시한 바와 같이, 한 쪽은 다리 부재(34a, 34b)나 기구부(20)에 연결되고 다른 쪽은 링크 어셈블리(42a, 43a, 44a와 42b, 43b, 44b) 중 하나의 링크에 각각 연결될 수 있다.

도 2는 다리 부재와 액츄에이터가 결합한 힌지 구조에 대한 개념도로, 한 쪽(왼쪽 또는 오른쪽)의 2개의 액츄에이터(예를 들어 35a, 36a), 다리 부재(33a, 34a), 및 링크 어셈블리(42a, 43a, 44a)의 결합 형태를 도시한 것으로, 각 부재들은 서로 힌지 결합으로 연결되고 있다.

전방에 위치한 액츄에이터(35a)는 한 쪽은 기구부(20)의 연결 부재(20)에 연결되고 다른 쪽은 링크 어셈블리의 제 1 링크(42a)에 연결되고, 후방에 위치한 액츄에이터(36a)는 한 쪽은 다리 부재(34a)에 연결되고 다른 쪽은 링크 어셈블리의 제 2 링크(43a)에 연결된다.

기구부(20)의 연결 부재(20)는 측면에서 보았을 때 ㄴ자 형상으로, 기구부(20)의 선형 액츄에이터(21a, 21b)와 평행하고 바닥과 수직으로 돌출된 부분에 상기 액츄에이터(35a, 35b)가 연결되므로, 상기 구동부(30)의 액츄에이터(35a, 35b)는 바닥과 거의 평행하거나 또는 상기 기구부(20)의 선형 액츄에이터(21a, 21b)와 직각을 이루게 된다.

상기 제 1 링크(42a)는, 상기 전방 액츄에이터(35a)와 연결된 부분과 맞은 편이 선회축(41a)을 통해 상기 기구부(20)의 연결 부재(22)에 힌지 결합으로 연결되고, 중간 부분에 상기 제 2 링크(43a)와 제 3 링크(44a)의 움직임을 소정 방향으로 제한하는 역할을 하는 가이드, 예를 들어 안내 창이 배치된다.

상기 제 2 링크(43a)는, 후방 다리 부재(34a)와 후방 액츄에이터(36a)에 연결되고, 상기 후방 다리 부재(34a)와 연결되는 부분과 맞은 편은 회전 움직임과 직선 움직임이 가능한 슬라이딩 부재(45a)에 연결되고 상기 제 1 링크(42a)의 안내 창과 슬라이딩 부재(45a)에 의해 화살표 방향의 직선 움직임만이 허용되고 다른 방향의 운동은 구속된다.

상기 제 3 링크(44a)는, 전방 다리 부재(33a)와 상기 슬라이딩 부재(45a)에 연결된다.

상기 후방 액츄에이터(36a)가 구동되어 그 길이가 변하면, 상기 후방 액츄에이터(36a)에 연결된 제 2 링크(43a)도 그 위치가 변하되 상기 안내 창과 슬라이딩 부재(45a)에 의해 화살표 방향으로 움직이게 되고, 마찬가지로 상기 안내 창과 슬라이딩 부재(45a)에 의해 상기 제 3 링크(44a)도 그 위치가 변하게 되고, 이에 따라 상기 제 2 링크(43a)에 연결된 후방 다리 부재(34a)와 상기 제 3 링크(44a)에 연결된 전방 다리 부재(33a)가 회전 운동을 하게 된다. 즉, 전방 다리 부재(33a)와 후방 다리 부재(34a)가 이루는 각도(d2)가 바뀌게 된다.

상기 전방 액츄에이터(35a)가 구동되어 그 길이가 변하면, 상기 제 1 링크(42a)는 상기 선회축(41a)을 중심으로 회전 운동을 하게 되고, 또한 상기 제 1 링크(42a)의 회전에 따라 상기 안내 창에 구속되는 슬라이딩 부재(45a)도 회전하고, 상기 슬라이딩 부재(45a)에 연결된 상기 제 2 링크(43a), 제 3 링크(44a), 다리 부재(33a, 34b)도 함께 회전하여 각도(d1)가 바뀌게 된다. 하지만, 다리 부재(33a, 34b)에 각각 연결된 바퀴(31a, 32a)는 바닥에 고정되어 회전하지 않기 때문에, 상기 제 1 링크(42a)가 회전하는 대신 상기 전방 액츄에이터(35a)가 고정된 기구부(20)가 회전하게 되고, 이에 따라 조작부(10)의 받침대(12)의 각도가 바뀌게 된다.

한편, 상기 구동부(30)에서, 네 바퀴(31a, 31b, 32a, 32b)는 그 진행 방향을 변경할 수 있도록 조향 축을 통해 대응되는 다리 부재(33a, 33b, 34a, 34b)에 연결되는데, 앞 바퀴(31a, 31b)는 조향 축에 구비된 조향 모터(37a, 37b)를 통해 진행 방향이 제어될 수 있다. 또한, 앞 바퀴(31a, 31b)는 구동 모터가 일체화된 형태로 구비되어 사용자가 작은 힘으로 원활하게 보행할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 주행 보조 장치가 경사면에서 미끄러지지 않도록 앞 바퀴(31a, 31b)의 구동 모터 및/또는 조향 모터(37a, 37b)를 조절할 수 있다.

뒤 바퀴(32a, 32b)는 대응되는 조향 축을 통해 소정 각도 범위 내에서는 모든 방향으로 구동이 가능하도록 하고 소정 범위를 벗어나면 구속이 걸리도록 구성될 수 있다.

다음으로 본 발명에 따른 보조 보행 장치를 통해 사용자가 이동하기, 앉기/서기와 같은 동작을 수행하는 메커니즘 구조를 설명한다.

도 3은 경사면과 둔턱 같은 비정형 지역을 극복하기 위한 이동 메커니즘을 설명한 도면이다.

이동 메커니즘은 비정형 지역 대응 즉, 둔턱 극복과 경사로 보행 지원을 위한 기구부(20)와 구동부(30)를 포함한다. 이동 메커니즘은 도 3에 표현된 것과 같이 구동부(30)에 위치한 4개의 선형 액츄에이터(35a, 35b, 36a, 36b)로부터 4개의 자유도를 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 평면뿐만 아니라 앞뒤로 기울어진 경사면과 좌우로 기울어진 경사면 등에 3 자유도의 자세를 제어할 수 있다. 뿐만 아니라 1개의 여분의 자유도 운동으로부터 둔턱 극복 성능을 최대한 향상시켜 사용자가 안정된 보행을 할 수 있도록 지원한다.

사용자가 평지에서 보행을 하는 경우, 구동부(30) 후면에 위치한 일정 각도 내에서 전방향 구동이 가능한 뒤 바퀴(32a, 32b)을 통해 작은 힘으로도 원하는 방향으로 쉽게 이동을 할 수 있도록 하여 사용자의 이동성 및 편의성을 극대화할 수 있다.

반면에, 사용자가 경사면을 보행하는 경우, 네 바퀴(31a, 31b, 32a, 32b)의 높이가 서로 다르더라도 조작부(10)의 받침대(12)가 평면과 수평을 유지할 수 있도록, 상기 구동부(30)의 전방 액츄에이터(35a, 35b)와 후방 액츄에이터(36a, 36b)를 각각 쌍으로 구분하거나 왼쪽 액츄에이터(35a, 36a)와 오른쪽 액츄에이터(35b, 36b)를 각각 쌍으로 구분하거나 또는 구동부(30)의 네 액츄에이터(35a, 35b, 36a, 36b)를 독립적으로 제어할 수 있다.

또한, 사용자가 경사면, 둔턱 등에서 보행을 하는 경우에는 구동부의 바퀴가 미끄러져 사용자가 넘어지는 것을 방지하기 위해, 뒤 바퀴(32a, 32b)가 일정 각도 내에서만 전방향 구동이 가능하고 그 범위를 벗어나면 구속이 걸리도록 하여 보행자의 보행 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 사용자가 보행할 때, 노면의 경사를 감지하고 이를 보상하기 위해 구동부(30)의 앞 바퀴(31a, 31b)에 적절한 회전력을 발생시켜 주거나 앞 바퀴(31a, 31b)의 조향 축에 구비된 조향 모터(37a, 37b)를 조절하여 앞 바퀴(31a, 31b)의 진행 방향을 조절함으로써 적은 힘으로도 원활하고 안전한 보행이 가능하게 할 수 있다.

도 4는 사용자의 앉는 동작과 서는 동작을 지원하기 위한 앉기/서기 보조 메커니즘을 설명한 도면이다.

앉기/서기 보조 메커니즘은, 기구부(20)에 위치한 2개의 선형 액츄에이터(21a, 21b)를 이용하여 높이를 조절하고 구동부(30)에 위치한 4개의 선형 액츄에이터(35a, 35b, 36a, 36b)를 이용하여 바닥 면의 유효 지지 면을 조절한다.

사용자가 앉기를 원할 때는, 사용자의 무게 중심이 낮아지는 것을 감지하고 이에 대응하여 기구부(20)의 선형 액츄에이터(21a, 21b)를 제어하여 기구부(20)의 높이를 낮추는데, 사용자의 무게 중심의 변화가 커져 무게 중심이 주행 보조 장치의 유효 면적을 벗어나 사용자 및/또는 장치가 쓰러질 수 있으므로, 구동부(30)의 액츄에이터(35a, 35b, 36a, 36b) 전부 또는 일부를 조절하여 바퀴 사이의 거리를 벌림으로써, 바닥 면의 유효 지지 면적도 함께 넓어지고 이에 따라 쓰러지지 않고 사용자의 무게를 지탱하면서 사용자의 무게 중심을 낮출 수 있다.

또한, 기구부(20)의 선형 액츄에이터(21a, 21b)를 제어하여 기구부(20)의 높이를 낮추는 동안, 구동부(30)의 전방 액츄에이터(35a, 35b)를 제어하여 조작부(10)의 받침대(12)가 앞쪽으로 기울도록 하는데, 이는 상기 받침대(12)에 기댄 사용자의 무게 중심이 낮아지는 동안 주행 보조 장치의 무게 중심에서 가깝게 유지되도록 하기 위함이다.

이와 반대로 사용자가 서기를 원할 때는, 사용자의 무게 중심이 높아지는 것을 감지하고 이에 대응하여 기구부(20)의 선형 액츄에이터(21a, 21b)를 제어하여 기구부(20)의 높이를 올리고, 사용자의 무게 중심이 주행 보조 장치의 중심점에 가까워질 수 있도록 구동부(30)의 액츄에이터(35a, 35b, 36a, 36b) 전부 또는 일부를 조절하여 바퀴 사이의 거리를 가깝게 조절하여 사용자의 무게를 지탱하기 위한 바닥 면의 유효 지지 면적을 좁히게 된다.

앉기/서기 보조 메커니즘은 사용자의 안전성을 확보하기 위해, 사용자가 앉기 및 서기 동작을 수행할 때 그에 따른 동작 의지에 의해 바닥 면의 유효 지지 면적이 변할 수 있기 때문에, 구동부(30)의 바퀴를 구속하는 바퀴 자동 구속 메커니즘을 포함할 수 있다. 즉, 사용자가 앉는 경우에 바퀴 사이가 벌어지면서 유효 면적이 넓어지게 되면, 앞 바퀴(31a, 31b)에 구속을 발생시켜 주행 보조 장치가 미끄러지는 것을 방지하고 사용자가 안정된 자세로 앉을 수 있도록 한다.

또한, 앉기/서기 동작 때 가속도 측정에 의한 사용자의 자세 정보와 상기 조작부(10)의 받침대(12)의 센서에서 검출되는 힘의 정보를 이용하여 앉기/서기를 위한 사용자의 동적 프로파일을 만들 수 있으며, 이를 이용하여 기구부(20)의 선형 액츄에이터(21a, 21b)와 구동부(30)의 액츄에이터(35a, 35b, 36a, 36b)를 제어하여 사용자가 상체를 지지하면서 편하게 앉기/서기를 하도록 할 수 있다.

도 5는 받침대(12)에 구비된 복수의 센서를 이용하여 사용자의 동작 의지를 감지하는 것을 설명한 도면이다.

상기 받침대(12)는, 앉기/서기를 포함한 사용자의 직관적 동작 의도를 파악할 수 있도록 상부에 인가되는 힘을 검출하기 위한 복수 개의 센서, 예를 들어 6축 FT 센서를 포함할 수 있다.

도 5에 나타낸 것과 같이, 사용자가 앞으로 가기를 원할 경우, 상기 받침대(12)에서 사용자의 팔이 걸치는 부분 중에서 앞 부분에 힘이 집중되면서, 상기 받침대(12)의 표면 또는 표면 아래 내부에 구비된 2개 이상(한쪽 팔이 닫는 부분만을 기준으로)의 FT 센서 중에 앞 쪽에 위치한 센서가 뒤 쪽에 위치한 센서보다 더 큰 출력 값을 검출하게 된다.

또한, 사용자가 좌측으로 가기를 원할 경우, 상기 받침대(12)에서 왼쪽 팔이 걸치는 부분에 힘이 집중되어 왼쪽 팔이 걸치는 부분의 센서가 오른 쪽 팔이 걸치는 부분의 센서보다 더 큰 출력 값을 검출하게 된다. 이처럼 상기 받침대(12)에 구비된 복수의 센서를 이용하여 사용자의 동작 의지를 파악할 수 있다.

앉기/서기 동작도 위에서와 같은 방법으로 상기 받침대(12)에 구비된 복수 개의 센서 출력으로부터 사용자의 동작 의지를 파악하여 안정된 앉기/서기를 지원할 수 있다.

또한, 사용자의 보행 안정성을 확보하기 위해, 경사면과 둔턱과 같은 비정형 지역에서도 구동부(30)의 틀어진 정도를 감지하고 받침대(12)의 지지 면이 항상 중력 방향에 대해 수평이 유지되도록 제어함으로써, 평지에서의 보행과 같은 효과를 낼 수 있도록 한다.

그리고, 상기 받침대(12)에 구비된 센서로부터 일정 값을 초과하는 출력 값이 감지되는 경우, 액츄에이터와 모터를 제어함으로써, 안정된 자세를 유지하도록 하고 사용자가 넘어지는 것을 방지할 수 있다.

이상 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

10: 조작부 11: 손잡이
12: 받침대 20: 기구부
21a, 21b: 수직 방향 선형 액츄에이터
22: 연결 부재 23': 선반
30: 구동부 31a, 31b: 앞 바퀴
32a, 32b: 뒤 바퀴 33a, 33b: 전방 다리 부재
34a, 34b: 후방 다리 부재 35a, 35b: 전방 액츄에이터
36a, 36b: 후방 액츄에이터 37a, 37b: 조향 모터
41a, 41b: 선회축 42a, 42b: 제 1 링크
43a, 43b: 제 2 링크 44a, 44b: 제 3 링크
45a, 45b: 슬라이딩 부재

Claims (8)

1. 4개의 바퀴와 상기 4개의 바퀴의 높이를 조절하기 위한 4개의 액츄에이터로 구성되는 구동부;
   높이를 조절하는 2개의 수직 방향 액츄에이터와 상기 수직 방향 액츄에이터를 지지하고 서로 연결하기 위한 연결 부재로 구성되는 기구부; 및
   사용자의 동작 의지를 파악하기 위한 복수 개의 센서가 구비되고 상기 센서가 검출한 신호를 기초로 상기 기구부와 구동부를 제어하기 위한 조작부를 포함하여 좌우 대칭형으로 구성되고,
   상기 구동부의 4개의 바퀴는 각각 4개의 다리 부재를 통해 상기 기구부에 연결되고 좌우 2개씩의 다리 부재는 각각 동일한 선회축을 매개로 힌지 결합으로 상기 기구부에 연결되고,
   상기 4개의 바퀴 중에서 2개의 앞 바퀴는 회전이 가능하도록 모터에 의해 구동되고 방향 조절이 가능하도록 조향 모터가 장착된 축을 통해 대응되는 다리 부재에 연결되고, 2개의 뒤 바퀴는 소정 범위 내에서 모든 방향으로 구동이 가능하도록 조향 축을 통해 대응되는 다리 부재에 연결되며,
   상기 구동부에 구비된 4개의 액츄에이터는,
   한 쌍의 전방 액츄에이터와 한 쌍의 후방 액츄에이터로 구분되어 각각 쌍으로 제어되거나,
   한 쌍의 왼쪽 액츄에이터와 한 쌍의 오른쪽 액츄에이터로 구분되어 각각 쌍으로 제어되거나 또는
   상기 4개의 액츄에이터가 각각 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부의 액츄에이터는 대응되는 다리 부재와 상기 기구부에 각각 힌지 결합으로 연결되는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부의 액츄에이터의 길이 변화에 의해 상기 조작부의 수평 각도를 변경시키거나 전방 다리 부재와 후방 다리 부재 사이의 각도를 변경시키도록 구성된 링크 어셈블리를 더 포함하여 구성되고,
   상기 구동부의 액츄에이터 중 전방 액츄에이터는 바닥과 평행한 상태로 상기 링크 어셈블리 및 상기 연결 부재에 연결되고, 상기 구동부의 액츄에이터 중 후방 액츄에이터는 상기 링크 어셈블리 및 대응되는 후방 다리 부재에 연결되고, 상기 링크 어셈블리는 대응되는 전방 다리 부재에 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
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