KR101676247B1 - 보행 보조장치가 구비된 신발 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신발에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 사람의 발 부분이 삽입되고 지지되는 신발 상부체와, 상기 신발 상부체의 하부에 장착되어 보행 방향으로의 가속도를 부여하는 보행 보조장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행 보조장치가 구비된 신발에 관한 것이다.

Description

보행 보조장치가 구비된 신발{Shoes having the apparatus for assisting the walking}

본 발명은 신발에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 사람의 발 부분이 삽입되고 지지되는 신발 상부체와, 상기 신발 상부체의 하부에 장착되어 보행 방향으로의 가속도를 부여하는 보행 보조장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행 보조장치가 구비된 신발에 관한 것이다.

일반적으로, 사람의 보행은 도 1 에 도시된 바와 같은 과정을 거쳐서 진행된다.

즉, 발 뒤꿈치가 지면에 닿는 착지시작 단계(a)와, 착지시작후 지면에 닿은 발뒤꿈치가 완전하게 지면에 밀착되는 착지단계(b)와, 전방의 발바닥 부분이 지면에 닿으면서 몸이 지지되는 지지단계(c)와, 전방의 발바닥 부분이 지면에서 벗어나면서 발끝부분으로 지면을 딛고 전진하는 도약단계(d)로 이루어져 있다.

상술한 바와 같은 사람의 보행과정은 느린 속도로 보행시에는 대략 시속 3.6 Km/h, 보통의 보행시에는 대략 시속 4.2Km/h, 비교적 빠른 보행시에는 대략 시속 5,4Km/h, 가장 빠르게 걷는 속보시에는 대략 시속 6.6Km/h 정도로 알려져 있다.

그런데, 이러한 사람의 보행 속도를 보다 증가시킬 수 있는 보행 보조장치의 기술은 특별하게 공지되어 있지 않으며, 대게는 대한민국특허등록 제 377822 호의 능동적으로 굴러가는 도보장치, 대한민국특허등록 제 1088459 호의 보행추진기능을 가진 신발창, 대한민국특허공개 제 10-2011-4573 호의 능동보행을 위한 신발밑창의 기술과 같이 신발의 밑창의 재질이나 형상 또는 쿠션을 달리하여 보행을 돕는 기술들만이 공지되고 있다.

본 발명은 신발의 갑피 하부에 모터에 의한 회전력이 전달되는 다수개의 바퀴들을 장착시킨 보행 보조장치를 제공함으로써, 종래 밑창 부분의 재질이나 형상 또는 쿠션을 달리하는 단순하고 소극적인 보행 보조 수단에서 진일보하여 사람의 보행 속도를 보다 적극적으로 향상시킬 수 있는 보행 보조장치가 구비된 신발의 구성을 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 보행 보조장치가 구비된 신발의 구성은, 사람의 발 부분이 삽입되고 지지되는 신발 상부체와, 상기 신발 상부체의 하부에 장착되어 보행 방향으로의 가속도를 부여하는 보행 보조장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명 보행 보조장치가 구비된 신발은, 본 발명 신발을 착용한 사람의 어느 일측의 신발이 지지 및 도약 상태에서 보행방향으로의 가속도를 부여함으로써, 보행의 속도를 향상시키면서도 동시에 보행시 필요한 힘을 절감할 수 있게 되므로, 착용자에게 보다 편안하고 용이한 보행을 수행할 수 있도록 도와주는 소위 웨어러블(wearable) 하드웨어를 제공하는 효과가 있다.

도 1 은 일반적인 사람의 보행과정을 나타낸 도면,
도 2 는 본 발명 보행 보조장치가 구비된 신발의 구성도,
도 3 은 본 발명 보행 보조장치의 사시도,
도 4 는 본 발명 보행 보조장치의 분해사시도,
도 5 는 본 발명 보행 보조장치의 현가부 상세도,
도 6 은 본 발명 보행 보조장치의 제어과정을 나타내는 플로우챠트이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 보행 보조장치가 구비된 신발의 구성 및 작동을 설명한다.

단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.

또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2 는 본 발명 보행 보조장치가 구비된 신발의 구성도이다.

본 발명의 보행 보조장치가 구비된 신발(1)은 사람의 발 부분이 삽입되고 지지되는 신발 상부체(2)와, 상기 신발 상부체(2)의 하부에 장착되어 보행 방향으로의가속도를 부여하는 보행 보조장치(10)로 대분된다.

상기 신발 상부체(2)는 헝겁이나 가죽 또는 합성섬유로 이루어진 통상의 신발의 갑피 부분이며, 나아가, 상기 갑피의 하부에 부착되어 발에 대하여 지지력과 쿠션력을 제공하는 신발의 깔창이나 중창 부분을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 신발 상부체(2)의 하부에 장착되는 본 발명의 보행 보조장치(10)는 모터에 의하여 회전력이 전달되는 다수개의 바퀴들을 가진 것으로서, 도 1 을 통하여 전술한 보행의 전방의 발바닥 부분이 지면에 닿으면서 몸이 지지되는 지지단계와, 전방의 발바닥 부분이 지면에서 벗어나면서 발끝부분으로 지면을 딛고 전진하는 도약단계에서의 보행의 속도를 증가시키는 작동을 수행한다.

이때, 본 발명 보행 보조장치(10)는 사람의 보행은 좌측발의 신발상부체(2)와 우측발의 신발상부체(2)에 모두 장착되므로, 양측발중 어느 일측의 신발상부체(2)에 장착된 보행 보조장치(10)는 일측의 발이 지면에 착지되어 도약할 때까지 작동된 후 타측의 발이 지면에 착지되어 도약할 때까지는 중지되는 동작을 반복적으로 수행하면서 보행을 보조하게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 보행 보조장치가 구비된 신발의 보다 구체적인 구성과 작동을 설명하기로 한다.

도 3 은 본 발명 보행 보조장치의 사시도, 도 4 는 본 발명 보행 보조장치의 분해사시도, 도 5 는 본 발명 보행 보조장치의 현가부 상세도이다.

먼저, 도 3 의 사시도 및 도 4 의 분해사시도를 참조하면, 본 발명의 신발(1)에 구비되는 보행 보조장치(10)는 발뒤꿈치 부분에 설치되는 모터(20)와, 모터(20)에 의하여 회전되는 구동륜(30)와, 상기 구동륜(30)과 발끝 부분에 설치되는 피동륜(31)에 걸려져서 상기 구동륜(30)의 회전력을 전달하는 궤도(40)와, 상부로부터 전달되는 신발의 하중에 대한 쿠션력을 제공하며 양측으로 한쌍의 바퀴(32)를 가진 현가부(60)와, 상기 모터(20)의 구동여부와 구동 타이밍을 제어하는 제어부(50)를 포함하여 구성된다.

상기 모터(20)는 통상의 직류 또는 교류방식의 리니어(linear)모터나 스테핑(stepping) 모터이며, 모터(20)를 지지하는 지지대(21) 상에 거치되고, 모터(20)의 회전축에 부착된 기어(미도시)와 맞물려서 회전방향을 절환하는 구동기어(71)가 상기 지지대(21)에 설치되고, 상기 구동기어(71)의 회전축의 양측으로 구동륜(30)이 부착된다.

따라서, 상기 모터(20)가 회전하면 모터(20)의 회전력이 구동기어(71)에 의하여 절환되면서 구동륜(30)을 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키게 되며, 본 발명의 보행 보조장치의 실시예는 보행 보조장치가 신발의 발끝의 전방 방향으로 회전되도록 반시계방향으로 회전되게 된다.

또한, 상기 모터(20)의 회전에 따라서 구동하는 구동기어(71)는 전방 말단과 후방 말단에 각각 피니언기어(73,73')를 장착한 샤프트(72)에 의하여 신발의 전방 부분으로 회전력이 전달되어 샤프트 전방의 피니언기어(73')와 맞물린 피동기어(74)를 회전시키게 되고, 상기 피동기어(74)의 회전축의 양측으로 피동륜(31)이 부착됨으로써, 구동륜(30)이 회전하면 피동륜(31)도 이를 따라서 회전하게 된다.

또한, 상기의 구동륜(30)와 피동륜(31)에는 궤도(40)가 장착되며, 상기 궤도(40)는 구동륜(30)과 피동륜(31) 사이에 위치되는 다수개의 현가부(60)에 구비된 바퀴(32)들에게 회전력을 전달하게 된다.

상기 현가부(60)는 본 발명 신발(1)을 신었을 때 신발상부체(2)로부터 전달되는 하중에 대한 쿠션력을 제공하는 부분으로서, 도 5 의 상세도에 도시된 바와 같이, 하부의 베이스(62)와 상기 베이스(62) 상부의 받침(61)으로 이루어지고, 상기 베이스(62)에는 양측으로 돌출된 축(64)들이 형성되며, 이 축(64)의 양측으로 바퀴(32)들이 각각 장착되며, 상기 베이스(62)와 받침(61) 사이에는 쿠션력을 제공하는 탄성부재(63)가 설치된다.

상기와 같은 현가부(60)는 본 발명 신발(1)에 적어도 하나 이상 설치되되 상기 탄성부재(63)는 통상의 코일 스프링을 장착하거나 또는 탄성력을 가진 판재들을 중첩시킨 태양으로 실시할 수 있다.

또한, 상기 모터(20)의 구동여부와 구동 타이밍을 제어하는 제어부(50)는 모터의 구동을 위한 배터리로 이루어지는 전원과, 전원인가와 모터(20)의 구동을 위한 회로부를 실장한 모터구동회로가 내장되어 있으며, 나아가, 모터(20)의 구동여부를 제어할 수 있도록 모터(20)를 ON/OFF 시키는 스위치와, 모터의 구동 타이밍을 제어할 수 있도록 신발이 현재 착지상태인지를 감지하는 압력센서와 신발의 가속도를 감지하는 가속도센서가 구비된다.

또한, 상기 압력센서와 가속도센서로부터 입력되는 감지신호에 따라서 모터의 구동타이밍을 제어하는 중앙처리유닛(CPU)가 제어부(50)에 내장되는 모터구동회로에 함께 실장된다.

한편, 미설명부호 33 은 구동륜(30)과 피동륜(31)에 걸쳐진 궤도(40)의 구동을 안정되게 유지하기 위하여 궤도(40)를 눌러주는 롤러(33)이며, 본 발명 실시예에는 제어부(50)의 하우징(51) 양측으로 설비된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 보행 보조장치가 구비된 신발의 작동을 도 6 의 플로우챠트를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 사용자가 본 발명의 신발(1)을 착용만 하고 신발상부체(2)의 하단에 장착된 보행 보조장치(10)를 작동시키지 않은 상태에서는 통상의 신발과 같은 방법으로 신발을 착용하고 보행을 수행한다(S 20).

그러다가, 사용자가 본 발명 신발(1)을 착용한 상태에서 본 발명 보행 보조장치(10)의 제어부(50)에 구비된 스위치를 작동시키면, 모터(20)가 구동되면서 구동기어(71)에 의하여 회전력이 전달되어 구동륜(30)을 회전시키며, 구동륜(30)의 회전력이 샤프트(72)를 통하여 전방의 피동기어(74)를 회전시켜 피동기어(74)의 양측으로 부착된 피동륜(31)을 회전시킴으로써 구동륜(30)과 피동륜(31)에 걸려진 궤도(40)가 전방으로 회전이동하고, 궤도(40)의 회전이동에 의하여 현가부(60)에 구비된 바퀴(32)들도 회전하게 된다.

이러한 구동 상태의 신발(1)을 착용한 사용자가 보행을 시작하게 되면, 제어부(50)는 신발에 설치된 압력센서와 가속도센서를 작동시키고, 각 센서들로부터 센싱된 신호들을 입력받는다(S 30).

이때, 본 발명의 보행 보조장치(10)는 보행의 전방의 발바닥 부분이 지면에 닿으면서 몸이 지지되는 지지단계와, 전방의 발바닥 부분이 지면에서 벗어나면서 발끝부분으로 지면을 딛고 전진하는 도약단계에서의 보행의 속도를 증가시키기 위하여, 좌측발과 우측발에 보행 보조장치(10)중 어느 일측의 보행 보조장치(10)가 지면에 착지되어 도약하는지를 판단하게 된다.

이를 위하여, 제어부(50)가 압력센서가 감지한 압력신호를 입력받아 디지털신호로 변환하고 변환된 압력신호가 제어부(50)와 연동된 메모리에 기설정된 압력값(A) 미만인지 판단한다(S 40).

통상적으로, 신발 뒷꿈치에 가해지는 압력은 전술한 보행의 4 개 단계중 발 뒤꿈치가 지면에 닿는 착지시작 단계(a)와, 착지시작후 지면에 닿은 발뒤꿈치가 완전하게 지면에 밀착되는 착지단계(b)에서는 압력이 약하게 가해지고, 전방의 발바닥 부분이 지면에 닿으면서 몸이 지지되는 지지단계(c)와 전방의 발바닥 부분이 지면에서 벗어나면서 발끝부분으로 지면을 딛고 전진하는 도약단계(d)에서는 압력이 강하게 작용되게 된다.

그러므로, 상기 S 40 단계에서 압력센서가 감지한 신호가 기설정된 압력값(A) 미만이라면, 보행 보조장치(10)에 가해지는 압력이 전술한 보행의 4 개 단계중 발 뒤꿈치가 지면에 닿는 착지시작 단계(a) 또는 착지시작후 지면에 닿은 발뒤꿈치가 완전하게 지면에 밀착되는 착지단계(b)로 인식하고, 모터(20)의 구동을 정지시킨다(S 50).

반면, 상기 S 40 단계에서 압력센서가 감지한 신호가 기설정된 압력값(A) 이상이라면, 보행 보조장치(10)에 가해지는 압력이 전술한 보행의 4 개 단계중 전방의 발바닥 부분이 지면에 닿으면서 몸이 지지되는 지지단계(c) 또는 전방의 발바닥 부분이 지면에서 벗어나면서 발끝부분으로 지면을 딛고 전진하는 도약단계(d)로 인식하여 모터(20)의 구동을 개시한다(S 60).

따라서, 모터의 구동이 개시되면 전술한 바와 같이 모터(20)에 연결된 구동륜(30)과 피동륜(31) 및 현가부(60)에 구비된 바퀴(32)이 회전되면서 궤도(40)가 전방으로 이동되며, 이러한 전방으로 이동하는 궤도(40)에 의하여 신발(1)에 전진방향으로의 가속도가 부여되면서 보행의 지지단계(c) 또는 도약단계(d)에서의 보행의 속도가 증가하게 된다.

이때, 상기 제어부(70)는 신발(1)에 장착된 가속도 센서가 감지한 가속도 신호를 입력받아 디지털신호로 변환하고 변환된 가속도 신호가 제어부(50)와 연동된 메모리에 기설정된 가속도값(B)을 초과하는지 판단한다(S 70).

상기 S 70 단계에서 가속도 신호가 가속도값(B)을 초과한다면 현재 신발(1)에 충분하게 가속도가 부여되는 상태라 볼 수 있으므로 제어부(50)는 현 상태에서의 모터(20)의 회전속도를 유지하고(S 80), 가속도 신호가 가속도값(B) 이하라면 현재 신발(1)에 가속도가 충분하게 부여되는 상태가 아닌 것으로 판단하여 제어부(50)는 모터(20)의 회전속도를 증가시켜(S 90) 신발(1)에 부여되는 가속도가 증가되게 하며, 이를 통하여 보행의 속도가 더욱 증가되게 된다.

이후, 본 발명 보행 보조장치(10)는 상술한 S 10 내지 S 80 단계의 제어를 반복 수행함으로써, 양측발중 어느 일측의 신발상부체(2)에 장착된 보행 보조장치(10)가 일측의 발이 지면에 착지되어 도약할 때까지 작동된 후 타측의 발이 지면에 착지되어 도약할 때까지는 중지되는 동작을 반복적으로 수행하면서 보행을 계속적으로 보조하게 된다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 본 발명 신발
2; 신발 상부체
10; 보행 보조장치
20; 모터
21; 지지대
30; 구동륜
31; 피동륜 32; 바퀴
33; 롤러
40; 궤도
50; 제어부
60; 현가부
61; 받침 62; 베이스
63; 탄성부재 64; 축
71; 구동기어 72; 샤프트
73,73'; 피니언기어 74; 피동기어

Claims (6)

1. 사람의 발 부분이 삽입되고 지지되는 신발 상부체(2);
   상기 신발 상부체(2)의 하부에 장착되어 보행 방향으로의 가속도를 부여하는 보행 보조장치(10); 를 포함하여 구성되고,
   상기 보행 보조장치(10)는,
   모터(20)와, 상기 모터(20)에 의하여 회전되는 구동륜(30)와, 상기 구동륜(30)과 피동륜(31)에 걸려져서 상기 구동륜(30)의 회전력을 전달하는 궤도(40)와, 상부로부터 전달되는 신발의 하중에 대한 쿠션력을 제공하며 양측으로 한쌍의 바퀴(32)를 가진 현가부(60)와, 상기 모터(20)의 구동여부와 구동 타이밍을 제어하는 제어부(50)를 포함하며,
   상기 현가부(60)는,
   하부의 베이스(62)와 상기 베이스(62) 상부의 받침(61)으로 이루어지고, 상기 베이스(62)에는 양측으로 돌출된 축(64)들이 형성되며, 이 축(64)의 양측으로 바퀴(32)들이 각각 장착되며, 상기 베이스(62)와 받침(61) 사이에 쿠션력을 제공하는 탄성부재(63)가 설치되는 구성을 특징으로 하는 보행 보조장치가 구비된 신발.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터(20)는 그의 회전방향을 절환하는 구동기어(71)가 구비되고, 상기 구동기어(71)의 회전축의 양측으로 구동륜(30)이 부착되며,
   전방 말단과 후방 말단에 각각 피니언기어(73,73')를 장착한 샤프트(72)와,
   상기 샤프트(72)의 전방의 피니언기어(73')와 맞물린 피동기어(74)와,
   상기 피동기어(74)의 회전축의 양측으로 피동륜(31)이 부착되는 구성을 특징으로 하는 보행 보조장치가 구비된 신발.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 현가부(60)의 탄성부재(63)는 스프링 또는 탄성력을 가진 판재들을 중첩시킨 것을 특징으로 하는 보행 보조장치가 구비된 신발.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부(50)는,
   상기 모터(20)를 ON/OFF 시키는 스위치가 부설되고, 모터의 구동 타이밍을 제어할 수 있도록 압력센서와 가속도센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 보행 보조장치가 구비된 신발.

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