KR101991588B1

KR101991588B1 - 보행보조 장치 및 그 동작 방법

Info

Publication number: KR101991588B1
Application number: KR1020170166480A
Authority: KR
Inventors: 한창수; 이승찬; 최윤성; 황순웅; 김범수; 황승훈
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-06-20
Also published as: KR20190066762A

Abstract

보행보조 장치가 제공된다. 상기 보행보조 장치는, 신체에 착용되는 하네스, 상기 하네스와 연결되어 상기 하네스를 올리거나 내리는 가이드 바(guide bar), 일 단이 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 제1 링크, 및 일 단이 상기 가이드 바에 상기 제1 링크의 슬라이딩 방향과 반대 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되고, 상기 제1 링크에 대하여 회전 가능하게 교차 결합되는 제2 링크를 포함할 수 있다.

Description

보행보조 장치 및 그 동작 방법 {Walking assistance apparatus and operation method of the same}

본 발명은 보행보조 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 환자 스스로 보행치료가 가능한 보행보조 장치 및 그 동작 방법에 관련된 것이다.

일반적으로 외골격 로봇은, 착용자의 근력을 지원하여 무거운 물체를 들어 올리거나 하반신 마비 환자 등이 원활하게 움직일 수 있도록 착용하는 장치로서, 웨어러블 로봇(Wearable Robot), 장갑 로봇 등으로 불리기도 한다.

이러한 외골격 로봇은 처음에는 팔에 장착하여 무거운 포탄을 쉽게 옮길 수 있도록 하는 등 군사용으로 개발되었는데, 산업용이나 군사용으로 개발된 외골격 로봇은 착용자의 근력을 지원하여 무거운 물체를 드는 것이 가능하도록 하며, 특히 하지 외골격 로봇은 중량물의 힘을 지면에 대신 전달해 줌으로써 그 힘을 사람에게 가해지지 않도록 하는 특징이 있다.

이러한 로봇은 다양한 플랫폼을 설치함으로써 여러 가지 작업을 수행할 수 있는데, 착용자의 상지를 이용하여 물건을 들어 올릴 때에는 추가적인 플랫폼이 필요하다. 물건을 들어올리기 위한 플랫폼으로는 구동기를 이용하는 것이 대부분이며, 대표적으로는 상지 외골격 로봇을 들 수 있다.

근래에 들어 웨어러블 로봇 개념을 활용하여 하지 마비 환자에 대해 치료, 보행 보조 목적 등으로 사용하기 위해 로봇이 연구, 개발 되어가고 있다. 하지만 현재 개발된 하지 마비 환자용 웨어러블 로봇은 2족 보행 및 4족 보행 형태로 기계적인 구조 및 제어 알고리즘 자체의 불안정성이 존재한다. 그 예로 2족, 4족 보행의 웨어러블 로봇이 오작동 하거나 환자의 잘 못 된 사용 방법으로 구동 시 보행 중 넘어짐에 대한 대처가 없는 상태이고, 마비 질환으로 인해 다리에 근육이 없는 환자는 넘어지게 되면 큰 부상을 입을 수밖에 없다. 이에 따라, 하지 마비 환자에 대한 보행 보조를 용이하게 수행할 수 있는 장치, 로봇 등에 대한 연구들이 활발히 수행되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 신체의 무게가 보상되는 보행보조 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 신체의 보행 의도를 감지하는 보행보조 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 감지된 보행 의도에 따라 신체의 움직임을 생성하는 보행보조 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 보행보조 장치를 제공한다.

일 실시 예에 따르면, 상기 보행보조 장치는, 신체에 착용되는 하네스, 상기 하네스와 연결되어 상기 하네스를 올리거나 내리는 가이드 바(guide bar), 일 단이 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 제1 링크, 및 일 단이 상기 가이드 바에 상기 제1 링크의 슬라이딩 방향과 반대 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되고, 상기 제1 링크에 대하여 회전 가능하게 교차 결합되는 제2 링크를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 보행보조 장치는, 가이드 레일(guide rail)을 더 포함하며, 상기 가이드 레일은, 신체의 높이 방향으로 상기 가이드 바에 대하여 이동 경로를 제공할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 보행보조 장치는, 상기 가이드 바의 이동에 따라 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크가 상기 가이드 바의 중심 방향 또는 단부 방향으로 함께 이동할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 보행보조 장치는, 상기 가이드 바가 상기 가이드 레일을 따라 올라간 경우, 상기 제1 링크와 상기 제2 링크 간의 중력 방향으로의 교차 각도가 감소하고, 상기 가이드 바가 상기 가이드 레일을 따라 내려간 경우, 상기 교차 각도가 증가할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 보행보조 장치는, 상기 가이드 바를 상기 가이드 레일을 따라 이동시키는 모터를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 링크는 상기 가이드 바의 일 단에 결합되고, 상기 제2 링크는 상기 가이드 바의 타 단에 결합되고, 상기 제1 링크와 상기 가이드 바의 일 단 사이에는 탄성 부재가 배치되고, 상기 제2 링크와 상기 가이드 바의 타 단 사이에는 탄성 부재가 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 보행보조 장치는, 일 단이 상기 제1 링크와 상기 제2 링크의 교차 결합 부위에 결합되고, 타 단에 길이 가변 구조물이 결합된, 다리 링크를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 길이 가변 구조물은, 바퀴가 체결되는 브라켓, 일 단에 상기 브라켓이 결합되는 지지봉 및 상기 지지봉의 외주면을 감싸도록 배치되는 탄성 부재를 포함하고, 상기 탄성 부재 상에 상기 다리 링크의 타 단이 결합될 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 상기 보행보조 장치는, 신체에 착용되는 하네스, 상기 하네스와 연결되어 상기 하네스를 올리거나 내리는 좌측 및 우측 가이드 바(guide bar)들, 일 단이 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 좌측 및 우측 제1 링크들, 일 단이 상기 가이드 바에 상기 제1 링크의 슬라이딩 방향과 반대 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되고, 상기 제1 링크에 대하여 회전 가능하게 교차 결합되는 좌측 및 우측 제2 링크들, 상기 신체의 보행 의도를 감지하는 센서, 및 상기 센서에 의하여 감지된 보행 의도에 따라 상기 좌측 및 상기 우측 가이드 바들 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 센서를 통하여 감지된 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하인 경우, 전진 보행 보조 제어를 수행하고, 상기 신체의 회전량이 상기 기준 값 초과인 경우, 회전 보행 보조 제어를 수행할 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 센서를 통하여 감지된 상기 신체의 회전량이 상기 기준 값 이하인 경우, 상기 신체의 팔 또는 다리 중 적어도 하나의 움직임에 따라, 상기 좌측 및 상기 우측 가이드 바들 중 적어도 하나를 제어하여 상기 전진 보행 보조 제어를 수행할 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 상기 보행보조 장치는, 좌측 및 우측 바퀴들을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서를 통하여 감지된 상기 신체의 회전량이 상기 기준 값 초과인 경우, 상기 신체의 회전 방향에 따라 상기 좌측 및 상기 우측 바퀴 중 적어도 하나를 제어하여 상기 회전 보조 제어를 수행할 수 있다.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 보행보조 장치의 동작 방법을 제공한다.

일 실시 예에 따르면, 하네스와 연결되어 상기 하네스를 올리거나 내리는 좌측 및 우측 가이드 바(guide bar)들, 일 단이 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 좌측 및 우측 제1 링크들, 일 단이 상기 가이드 바에 상기 제1 링크의 슬라이딩 방향과 반대 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되고, 상기 제1 링크에 대하여 회전 가능하게 교차 결합되는 좌측 및 우측 제2 링크들, 및 상기 신체의 보행 의도를 감지하는 센서를 포함하는, 보행보조 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 보행보조 장치의 동작 방법은, 상기 센서를 통하여 보행 의도를 파악하는 단계, 상기 파악된 보행 의도에 근거하여 상기 좌측 및 우측 가이드 바들 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 센서를 통하여 보행 의도를 파악하는 단계는, 상기 신체의 팔 또는 다리 중 적어도 하나의 움직임이 센싱되고, 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하로 센싱되는 경우, 상기 보행 의도가 전진에 있는 것으로 파악할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 보행보조 장치의 동작 방법은, 상기 센서를 통하여 보행 의도를 파악하는 단계에서, 상기 신체의 오른팔 또는 왼다리의 전진 움직임이 센싱되고, 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하로 센싱되는 경우, 상기 보행 의도가 왼다리 전진에 있는 것으로 파악하고, 상기 신체의 왼팔 또는 오른다리의 전진 움직임이 센싱되고, 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하로 센싱되는 경우, 상기 보행 의도가 오른다리 전진에 있는 것으로 파악하고, 상기 파악된 보행 의도에 근거하여 상기 좌측 및 우측 가이드 바들 중 적어도 하나를 제어하는 단계에서, 상기 보행 의도가 상기 왼다리 전진에 있는 것으로 파악된 경우, 상기 좌측 가이드 바가 올라가도록 제어하고, 상기 보행 의도가 상기 오른다리 전진에 있는 것으로 파악된 경우, 상기 우측 가이드 바가 올라가도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 보행보조 장치의 동작 방법은, 상기 보행 의도가 상기 왼다리 전진에 있는 것으로 파악되어 상기 좌측 가이드 바가 올라가도록 제어된 후 미리 정해진 기준에 부합하는 경우, 상기 좌측 가이드 바를 내리도록 제어하고, 상기 보행 의도가 상기 오른다리 전진에 있는 것으로 파악되어 상기 우측 가이드 바가 올라가도록 제어된 후 미리 정해진 기준에 부합하는 경우, 상기 우측 가이드 바를 내리도록 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 센서를 통하여 보행 의도를 파악하는 단계는, 상기 신체의 회전량이 기준 값 이상으로 센싱되는 경우, 상기 보행 의도가 회전에 있는 것으로 파악할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 보행보조 장치는 좌측 및 우측 바퀴들을 더 포함하고, 상기 센서를 통하여 보행 의도를 파악하는 단계에서, 오른쪽으로 회전 보행 의도가 감지되는 경우, 상기 좌측 바퀴의 회전수가 상기 우측 바퀴의 회전수보다 크도록 제어하고, 왼쪽으로 회전 보행 의도가 감지되는 경우, 상기 우측 바퀴의 회전수가 상기 좌측 바퀴의 회전수보다 크도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치는, 신체에 착용되는 하네스, 상기 하네스와 연결되어 상기 하네스를 올리거나 내리는 좌측 및 우측 가이드 바(guide bar)들, 일 단이 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 좌측 및 우측 제1 링크들, 일 단이 상기 가이드 바에 상기 제1 링크의 슬라이딩 방향과 반대 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되고, 상기 제1 링크에 대하여 회전 가능하게 교차 결합되는 좌측 및 우측 제2 링크들, 상기 신체의 보행 의도를 감지하는 센서, 및 상기 센서에 의하여 감지된 보행 의도에 따라 상기 좌측 및 상기 우측 가이드 바들 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 신체의 무게가 보상되고 상기 신체의 골반의 운동이 생성되어, 하지 마비 환자가 스스로 재활 치료를 수행할 수 있는 보행보조 장치가 제공될 수 있다.

상술된 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치의 동작 방법은, 상기 보행보조 장치에 있어서, 상기 센서를 통하여 상기 보행 의도를 파악하는 단계, 및 상기 파악된 보행 의도에 근거하여 상기 좌측 및 상기 우측 가이드 바 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 하지 마비 환자의 보행 의도를 용이하게 파악하여, 하지 마비 환자가 한정되지 않은 공간에서 자유로이 이동하며 재활 치료를 수행할 수 있는 보행보조 장치의 동작 방법이 제공될 수 있다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가이드 바가 올라가는 경우의 제1 링크 및 제2 링크의 이동 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 가이드 바가 내려가는 경우의 제1 링크 및 제2 링크의 이동 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다리 링크 및 길이 가변 구조물을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 관성 센서를 통해 신체의 회전량을 측정하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 보행 의도 파악 단계를 설명하는 표이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 보행 보조 제어를 설명하는 표이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. 또한 본 명세서의 도면들에 있어서, 좌측의 구성은 L로 표기하고 우측의 구성은 R로 표기하였으며, 특별히 좌측 및 우측을 구분하여 설명하는 경우를 제외하고는 좌측과 우측을 통합적으로 설명하였다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치는, 센서를 통하여 보행 의도를 파악하고, 파악된 보행 의도에 따라 상기 보행보조 장치를 제어하여, 보행에 어려움이 있는 하지 마비 환자의 보행을 보조할 수 있다. 이하, 상기 보행보조 장치에 대해 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명된다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 보행보조 장치는, 가이드 바(guide bar, 100L, 100R: 100), 제1 링크(210L, 210R: 210), 제2 링크(220L, 220R: 220), 가이드 레일(guide rail, 300L, 300R: 300), 모터(400L, 400R: 400), 탄성 부재(500L, 500R: 500), 하네스(harness, 600), 다리 링크(700L, 700R: 700), 길이 가변 구조물(800L, 800R: 800), 바퀴(900L, 900R: 900) 및 제어부(1000) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다.

가이드 바(100)

상기 가이드 바(100)는, 상기 하네스(600)와 연결되어 상기 하네스(600)를 올리거나 내릴 수 있다. 상기 가이드 바(100)의 일 단에는 상기 제1 링크(210)가 결합되고, 상기 가이드 바(100)의 타 단에는 상기 제2 링크(220)가 결합될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 가이드 바(100)는 좌측 가이드 바(100L) 및 우측 가이드 바(100R)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 좌측 가이드 바(100L)의 일 측에는 좌측 제1 링크(210L)가 결합되고, 상기 좌측 가이드 바(100L)의 타 측에는 좌측 제2 링크(220L)가 결합될 수 있다. 마찬가지로, 상기 우측 가이드 바(100R)의 일 측에는 우측 제1 링크(210R)가 결합되고, 상기 우측 가이드 바(100R)의 타 측에는 우측 제2 링크(220R)가 결합될 수 있다.

상기 가이드 바(100)의 일 단은 상기 가이드 레일(300)과 연결될 수 있다. 상기 가이드 레일(300) 또한 좌측 가이드 레일(300L) 및 우측 가이드 레일(300R)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 좌측 가이드 바(100L)의 일 단은 상기 좌측 가이드 레일(300L)과 연결될 수 있다. 상기 우측 가이드 바(100R)의 일 단은 상기 우측 가이드 레일(300R)과 연결될 수 있다.

상기 가이드 레일(300)은 상기 가이드 바(100)에 대하여 이동 경로를 제공할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 가이드 바(100)의 이동 경로는 신체의 높이 방향일 수 있다. 예를 들어, 신체의 높이 방향은, X-X' 방향일 수 있다.

상기 가이드 바(100)는 상기 모터(400)에 의하여, 상기 가이드 레일(300)을 따라 이동될 수 있다. 상기 모터(400) 또한 좌측 모터(400L) 및 우측 모터(400R)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 좌측 모터(400L)는, 상기 좌측 가이드 바(100L)를 상기 좌측 가이드 레일(300L)을 따라 이동시킬 수 있다. 상기 우측 모터(400R)는, 상기 우측 가이드 바(100R)를 상기 우측 가이드 레일(300R)을 따라 이동시킬 수 있다.

상기 가이드 바(100)는 상기 가이드 레일(300)을 따라 이동되어, 상기 하네스(600)를 올리거나 내릴 수 있다. 구체적으로, 상기 가이드 바(100)가 상기 가이드 레일(300)을 따라 상기 신체의 높이 방향을 기준으로 올라가는 경우(예를 들어, X 방향으로 이동하는 경우), 상기 가이드 바(100)에 연결된 상기 하네스(600)는 올라갈 수 있다. 이와 달리, 상기 가이드 바(100)가 상기 가이드 레일(300)을 따라 상기 신체의 높이 방향을 기준으로 내려가는 경우(예를 들어, X' 방향으로 이동하는 경우), 상기 가이드 바(100)에 연결된 상기 하네스(600)는 내려갈 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 좌측 가이드 바(100L) 및 상기 우측 가이드 바(100R)에는, 각각 팔 감지 센서(미도시)가 장착될 수 있다. 상기 팔 감지 센서는, 신체의 팔의 움직임을 센싱할 수 있다. 예를 들어, 상기 팔 감지 센서는 레이저 센서, 근적외선, 적외선 센서 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 팔 감지 센서는 왼쪽 및 오른쪽 팔의 전진 여부와 관련된 움직임을 센싱할 수 있다.

하네스 (600)

상기 하네스(600)는 상기 가이드 바(600)와 연결되며, 상기 신체의 골반 부분(S)에 착용될 수 있다. 도시하지는 않았으나, 상기 하네스(600)는 상기 신체의 사타구니를 감싸는 형태로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 하네스(600)는 상기 가이드 바(100)의 승하강 운동에 의해, 골반의 움직임을 생성할 수 있다. 상기 하네스(600)가 생성하는 구체적인 골반의 움직임 메커니즘은 후술된다.

일 실시 예에 따르면, 상기 하네스(600)에는, 관성 센서(미도시)가 장착될 수 있다. 상기 관성 센서는, 예를 들어. 도 4의 S로 도시된 상기 하네스(600)의 후면 중앙에 위치하여 상기 신체의 골반 부분(S)의 움직임 중 회전을 센싱할 수 있다.

제1 링크(210) 및 제2 링크(220)

상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)에 대하여 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다. 즉, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)를 따라 이동될 수 있다. 예를 들어. 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)를 따라 Y 및 Y' 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있다.

상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 교차 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 교차 결합되어 X 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 링크(210)의 길이 방향 중심부 및 상기 제2 링크(220)의 길이 방향 중심부가 회전 가능한 교차 결합 부위(CP)에 마련된 자유 관절에 의하여 결합될 수 있다.

상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 회전 가능하게 결합될 수 있다. 즉, 상기 제1 링크(210)가 상기 가이드 바(100)를 따라 슬라이딩되는 경우, 동시에 상기 제2 링크(220)도 상기 가이드 바(100)를 따라 슬라이딩될 수 있다.

상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)의 이동에 따라, 상기 가이드 바(100)의 중심 방향 또는 단부 방향으로 함께 이동할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 링크(210)가 상기 가이드 바(100)를 따라, Y' 방향으로 이동하는 경우(중심 방향), 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)를 따라, Y 방향(중심 방향)으로 이동할 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 링크(210)가 상기 가이드 바(100)를 따라, Y 방향으로 이동하는 경우(단부 방향), 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)를 따라, Y' 방향(단부 방향)으로 이동할 수 있다.

이하, 상기 가이드 바(100)의 이동에 따른 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)의 구체적인 이동 메커니즘이 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가이드 바가 올라가는 경우의 제1 링크 및 제2 링크의 이동 메커니즘을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 가이드 바가 내려가는 경우의 제1 링크 및 제2 링크의 이동 메커니즘을 나타내는 도면이다.

도 5의 (a)는 상기 가이드 바(100)가 정지된 상태를 나타내고, 도 5의 (b)는 상기 가이드 바(100)가 올라간 상태를 나타낸다.

도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 모터(400)에 의하여, 상기 가이드 레일(300)을 따라 상기 가이드 바(100)가 올라간 경우, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)의 중심 방향으로 이동될 수 있다. 이때, 상기 가이드 바(100)가 올라간 상태에서 상기 제1 링크(210)와 상기 제2 링크(220) 간의 중력 방향으로 교차 각도(θ₂)는, 상기 가이드 바(100)가 정지된 상태에서 상기 제1 링크(210)와 상기 제2 링크(220) 간의 중력 방향으로 교차 각도(θ₁)보다 작을 수 있다.

즉, 상기 가이드 바(100)가 상이 가이드 레일(300)을 따라 올라가는 경우, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)의 중심 방향으로 이동되고, 상기 제1 링크(210) 와 상기 제2 링크(220) 간의 중력 방향 교차 각도(θ₁)는 감소될 수 있다.

또한, 상기 가이드 바(100)가 올라간 상태에서 지면으로부터 상기 제1 링크(210) 또는 상기 제2 링크(220)까지의 높이(L₂)는 상기 가이드 바(100)가 정지된 상태에서 지면으로부터 상기 제1 링크(210) 또는 상기 제2 링크(220)까지의 높이(L₁)보다 높을 수 있다. 마찬가지로, 상기 가이드 바(100)가 올라간 상태에서 지면으로부터 상기 가이드 바(100)까지의 높이(H₂)는 상기 가이드 바(100)가 정지된 상태에서 지면으로부터 상기 제1 링크(210) 또는 상기 제2 링크(220)까지의 높이(H₁)보다 높을 수 있다.

즉, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)가 상기 가이드 바(100)의 중심 방향으로 이동됨에 따라, 지면으로부터 상기 제1 링크(210) 또는 상기 제2 링크(220)까지의 높이(L₁) 및 지면으로부터 상기 가이드 바(100)까지의 높이(H₁)가 높아질 수 있다.

도 6의 (a)는 상기 가이드 바(100)가 정지된 상태를 나타내고, 도 6의 (b)는 상기 가이드 바(100)가 내려간 상태를 나타낸다.

도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 모터(400)에 의하여, 상기 가이드 레일(300)을 따라 상기 가이드 바(100)가 내려간 경우, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)의 단부 방향으로 이동될 수 있다. 이때, 상기 가이드 바(100)가 내려간 상태에서 상기 제1 링크(210)와 상기 제2 링크(220) 간의 중력 방향으로 교차 각도(θ₃)는, 상기 가이드 바(100)가 정지된 상태에서 상기 제1 링크(210)와 상기 제2 링크(220) 간의 중력 방향으로 교차 각도(θ₁)보다 클 수 있다.

즉, 상기 가이드 바(100)가 상이 가이드 레일(300)을 따라 내려가는 경우, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)의 단부 방향으로 이동되고, 상기 제1 링크(210) 와 상기 제2 링크(220) 간의 중력 방향 교차 각도(θ₃)는 증가될 수 있다.

또한, 상기 가이드 바(100)가 내려간 상태에서 지면으로부터 상기 제1 링크(210) 또는 상기 제2 링크(220)까지의 높이(L₃)는 상기 가이드 바(100)가 정지된 상태에서 지면으로부터 상기 제1 링크(210) 또는 상기 제2 링크(220)까지의 높이(L₁)보다 낮을 수 있다. 마찬가지로, 상기 가이드 바(100)가 내려간 상태에서 지면으로부터 상기 가이드 바(100)까지의 높이(H₃)는 상기 가이드 바(100)가 정지된 상태에서 지면으로부터 상기 제1 링크(210) 또는 상기 제2 링크(220)까지의 높이(H₁)보다 낮을 수 있다.

즉, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)가 상기 가이드 바(100)의 중심 방향으로 이동됨에 따라, 지면으로부터 상기 제1 링크(210) 또는 상기 제2 링크(220)까지의 높이(L₁) 및 지면으로부터 상기 가이드 바(100)까지의 높이(H₁)가 낮아질 수 있다.

정리하면, 가이드 바(100)가 가이드 레일(300)을 따라 올라가거나 내려가는 것에 의하여, 제1 링크 및 제2 링크(210, 220)의 기하학적 구조가 변경될 수 있다. 이에 따라, 보행보조를 위하여 우측 골반 쪽 하네스를 올리거나 내리는 제어 및 좌측 골반 쪽 하네스를 올리거나 내리는 제어가 가능해질 수 있다.

탄성 부재(500)

다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 탄성 부재(500)는 상기 제1 링크(210)와 상기 가이드 바(100)의 일 단 사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 탄성 부재(500)는 상기 제2 링크(220)와 상기 가이드 바(100)의 타 단 사이에 배치될 수 있다. 즉, 상기 탄성 부재(500)는 상기 가이드 바(100)의 양 단에 두 개가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄성 부재(500)는 스프링일 수 있다. 상기 탄성 부재(500) 또한 상기 좌측 가이드 바(100L)에 배치되는 좌측 탄성 부재(500L) 및 상기 우측 가이드 바(100R)에 배치되는 우측 탄성 부재(500R)를 포함할 수 있다.

상기 탄성 부재(500)는 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)가 상기 가이드 바(100)의 단부 방향으로 이동되는 거리를 제한할 수 있다. 즉, 상기 가이드 바(100)와 상기 제1 링크(210) 사이 및 상기 가이드 바(100)와 상기 제2 링크(220) 사이에 상기 탄성 부재(500)가 배치됨에 따라, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)가 상기 가이드 바(100)의 단부 방향으로 이동되는 최대 거리가 제한될 수 있다.

이에 따라, 탄성 부재(500)에 의하여 상기 제1 및 제2 링크(210, 220)이 단부 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있는 슬라이딩 한계가 정의되므로, 상기 제1 및 제2 링크(210, 220)이 더 이상 펼쳐지지 못하게 된다. 따라서, 상기 가이드 바(100)가 내려가는 최저 높이가 제한되고, 상기 가이드 바(100)의 최저 높이가 제한됨에 따라, 상기 신체의 무게가 보상될 수 있다. 다시 말해, 상기 가이드 바(100)가 내려가는 최저 높이가 제한됨에 따라, 상기 하네스(600)에 의하여 지지되는 상기 신체의 무게가 감소될 수 있으므로 보행보조에 도움이 될 수 있다.

나아가, 상기 탄성 부재(500)는 앞서 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 가이드 바(100)가 가이드 레일(300)을 따라 상승하는 경우, 제1 링크 및 제2 링크(210, 220)가 가이드 바(200)의 중심 방향으로 이동함에 있어서, 복원력을 제공할 수 있다. 이로써, 신체에 가해지는 보행 보조력이 부드럽게 전달되는 이점이 제공될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다리 링크 및 길이 가변 구조물을 나타내는 도면이다.

다리 링크(700)

도 7을 참조하면, 상기 다리 링크(700)는 일 단이 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)의 교차 결합 부위(CP)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 다리 링크(800)는 타 단이 상기 가변 구조물(800)과 결합될 수 있다. 즉, 상기 다리 링크(700)는 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)와 상기 가변 구조물(800)을 연결할 수 있다.

상기 다리 링크(700)는 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)의 교차 결합 부위(CP)에 결합됨에 따라, 상기 가이드 바(100)와 함께 올라가거나 내려갈 수 있다. 다시 말해, 상기 가이드 바(100)가 올라가거나 내려가는 경우, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)의 교차 결합 부위(CP) 역시 올라가거나 내려가게 된다. 이에 따라, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)의 교차 결합 부위(CP)에 연결된 상기 다리 링크(700)가 올라가거나 내려갈 수 있다.

길이 가변 구조물(800)

상기 길이 가변 구조물(800)은, 브라켓(810), 지지봉(820), 및 탄성 부재(830)를 포함할 수 있다. 상기 길이 가변 구조물(800)은 좌측 길이 가변 구조물(800L) 및 우측 길이 가변 구조물(800R)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 좌측 길이 가변 구조물(800L)은 좌측 브라켓(810L), 좌측 지지봉(820L), 및 좌측 탄성 부재(830L)를 포함할 수 있다. 상기 우측 길이 가변 구조물(800R)은 우측 브라켓(810R), 우측 지지봉(820R), 및 우측 탄성 부재(830R)를 포함할 수 있다.

상기 브라켓(810)의 일 단은 상기 바퀴(900)와 결합될 수 있다. 상기 브라켓(810)의 타 단은 상기 지지봉(820)과 결합될 수 있다. 상기 브라켓(810)이 상기 바퀴(900)와 결합됨에 따라, 상기 보행보조 장치는 이동될 수 있다.

상기 지지봉(820)은 일 단이 상기 브라켓(810)과 결합되어, 상기 브라켓(810)으로부터 상기 다리 링크(700)를 지지할 수 있다.

상기 탄성 부재(830)는, 상기 지지봉(820)의 외주면을 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄성 부재(830)는 스프링일 수 있다. 상기 탄성 부재(830)가 상기 지지봉(820)의 외주면을 감싸도록 배치됨에 따라, 상기 다리 링크(700)가 올라가거나 내려가면서 발생되는 충격이 완화될 수 있다.

바퀴(900)

상기 바퀴(900)는 상기 브라켓(810)과 연결될 수 있다. 상기 바퀴(700) 또한 좌측 바퀴(900L) 및 우측 바퀴(900R)를 포함할 수 있다. 상기 좌측 바퀴(900L)는 상기 좌측 브라켓(810L)과 연결되고, 상기 우측 바퀴(900R)는 상기 우측 브라켓(810R)과 연결될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 바퀴(900) 내측에는 인휠(inwheel) 모터가 마련될 수 있다. 상기 인휠 모터는, 상기 제어부(1000)로부터의 제어 신호에 따라 회전량이 제어될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 좌측 바퀴(900L) 및 상기 우측 바퀴(900R)에는, 각각 다리 감지 센서(LS)가 장착될 수 있다. 이와 달리, 상기 다리 감지 센서(LS)는 상기 지지봉(820)의 하단 또는 상기 탄성 부재(830)의 외주면에 장착될 수도 있다. 상기 다리 감지 센서(LS)는, 상기 신체의 다리의 움직임을 센싱할 수 있다. 예를 들어, 상기 다리 감지 센서(LS)는 레이저 센서, 근적외선, 적외선 센서 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 다리 감지 센서(LS)는 왼다리 및 오른다리의 전진 여부와 관련된 움직임을 센싱(MS)할 수 있다.

제어부(1000)

상기 제어부(1000)는 상기 좌측 가이드 바(100L) 및 상기 우측 가이드 바(100R) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(1000)는 상기 좌측 바퀴(900L) 및 상기 우측 바퀴(900R) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

상기 제어부(1000)는 센서에 의해 감지된 상기 신체의 보행 의도에 따라, 상기 가이드 바(100) 및 상기 바퀴(900)를 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 센서는, 상술된 바와 같이 상기 가이드 바(100)의 일 측에 마련된 팔 감지 센서(미도시), 상기 바퀴(900), 상기 지지봉(820)의 하단, 또는 상기 탄성 부재(830)의 외주면에 마련된 다리 감지 센서(LS), 및 상기 하네스(600)의 일 측에 마련된 관성 센서(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 팔 감지 센서는, 상기 신체의 팔의 움직임을 센싱할 수 있다. 예를 들어, 상기 팔 감지 센서는, 왼팔 및 오른팔 각각의 전진 움직임을 센싱할 수 있다.

상기 다리 감지 센서(LS)는, 상기 신체의 다리의 움직임을 센싱할 수 있다. 또한, 상기 다리 감지 센서(LS)는, 장착되는 위치에 따라 상기 신체의 다리뿐만 아니라, 발의 움직임도 센싱할 수 있다. 예를 들어, 상기 다리 감지 센서(LS)는, 왼다리 및 오른다리 각각의 전진 움직임을 센싱할 수 있다.

상기 관성 센서는, 상기 신체의 골반의 회전량을 센싱할 수 있다. 예를 들어, 상기 관성 센서는 골반이 어느 방향으로 얼마나 회전하였는지를 센싱할 수 있다. 상기 제어부(1000)는 상기 팔 감지 센서, 상기 다리 감지 센서(LS), 및 상기 관성 센서로부터 획득된 정보들에 의하여, 신체의 보행 의도를 파악하고, 파악된 보행 움직임에 따라 상기 가이드 바(100) 및 상기 바퀴(900) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

상기 제어부(1000)는 상기 가이드 바(100) 및 상기 바퀴(900)의 제어에 따라, 전진 보행 보조 제어 및 회전 보행 보조 제어를 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전진 보행 보조 제어는, 상기 신체의 다리의 상승 및 하강을 보조하여, 상기 신체가 앞으로 전진하는 것을 보조하는 제어를 의미할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 회전 보행 보조 제어는, 상기 신체의 골반의 좌측 및 우측 회전을 보조하여, 상기 신체가 좌측 또는 우측 방향으로 회전하는 것을 보조하는 제어를 의미할 수 있다.

상기 제어부(1000)는 상기 신체의 회전량을 기준으로 상기 전진 보행 보조 제어를 수행할지 상기 회전 보행 보조 제어를 수행할 지 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(1000)는, 상기 관성 센서를 통하여 감지된 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하인 경우, 상기 전진 보행 보조 제어를 수행할 수 있다. 상기 제어부(1000)는, 상기 센서를 통하여 감지된 상기 신체의 회전량이 기준 값 초과인 경우, 상기 회전 보행 보조 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 신체의 회전량은, 상기 신체의 골반의 회전량일 수 있다.

이하, 상기 센서를 통하여 감지된 상기 신체의 회전량을 측정하는 방법이 도 8 및 도 9를 참조하여 설명된다. 설명의 편의를 위하여, 상기 신체의 회전량은, 상기 신체의 골반의 회전량인 경우를 상정한다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 관성 센서를 통해 신체의 회전량을 측정하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상술된 바와 같이, 상기 관성 센서는 상기 신체의 골반의 회전량을 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 신체의 골반이 회전 하는 경우, 상기 신체의 골반은 A 내지 D 영역 또는 A' 내지 D' 영역 상에 위치할 수 있다. 구체적으로, 상기 신체의 왼쪽 골반이 A 영역 상에 위치하는 경우, 상기 신체의 오른쪽 골반은 D' 영역 상에 위치할 수 있다. 또한, 상기 신체의 왼쪽 골반이 B 영역, C 영역 또는 D 영역 상에 위치하는 경우, 상기 신체의 오른쪽 골반은 각각 C' 영역, B' 영역, A' 영역 상에 위치할 수 있다.

이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 신체의 골반이 B 영역, C 영역, B' 영역 또는 C' 영역 상에 위치하는 경우, 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하인 것으로 판단될 수 있다. 이와 달리, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 신체의 골반이 A 영역, D 영역, A' 영역 또는 D' 영역 상에 위치하는 경우, 상기 신체의 회전량이 기준 값 초과인 것으로 판단될 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(1000)는 회전 보행 보조 제어를 수행할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 회전 보행 보조 제어는, 상기 신체의 회전 방향에 따라, 상기 좌측 바퀴(900L) 및 상기 우측 바퀴(900R) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 신체의 골반이 시계 방향으로 회전되고, 상기 신체의 회전량이 기준 값 초과인 경우, 상기 제어부(1000)는 상기 좌측 바퀴(900L)의 회전수가 상기 우측 바퀴(900R)의 회전수보다 크도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 인휠 모터를 통하여, 상기 좌측 바퀴(900L)의 회전수가 증가되도록 제어하고, 상기 우측 바퀴(900R)의 회전수가 감소하도록 제어하여, 상기 신체가 오른쪽 방향으로 회전하도록 보행 보조를 수행할 수 있다.

이와 달리, 상기 신체의 골반이 반시계 방향으로 회전되고, 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하인 경우, 상기 제어부(1000)는 상기 우측 바퀴(900R)의 회전수가 상기 좌측 바퀴(900L)의 회전수보다 크도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 인휠 모터를 통하여, 상기 우측 바퀴(900R)의 회전수가 증가되도록 제어하고, 상기 좌측 바퀴(900L)의 회전수가 감소하도록 제어하여, 상기 신체가 왼쪽 방향으로 회전하도록 보행 보조를 수행할 수 있다.

한편, 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제어부(1000)가 상기 전진 보행 보조 제어를 수행하기로 판단한 경우, 상기 신체의 팔 또는 다리의 움직임을 추가적으로 고려할 수 있다.

상기 전진 보행 보조 제어는, 상기 신체의 팔 또는 다리 중 적어도 하나의 움직임에 따라, 상기 좌측 가이드 바(100L) 및 우측 가이드 바(100R) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 신체의 왼팔 및 오른다리 중 적어도 하나의 움직임이 센싱되고, 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하인 경우, 상기 제어부(1000)는 상기 우측 가이드 바(100R)가 승강되도록 제어하여, 상기 신체가 전진하도록 보행 보조를 수행할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하인 것으로 판단된 경우, 상기 전진 보행 보조 제어가 수행되되, 왼팔의 전진 또는 오른다리의 전진 움직임이 센싱된 경우 상기 우측 가이드 바(100R)가 오르도록 제어하여 오른다리 전진 보행 보조를 수행할 수 있다.

또한, 상기 오른다리 전진 보행 보조가 수행되어 상기 우측 가이드 바(100R)가 올라가도록 제어된 후 미리 정해진 기준에 부합하는 경우, 상기 우측 가이드 바(100R)를 내리도록 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 미리 정해진 기준은, 상기 다리 감지 센서(LS)를 통하여 상기 오른다리가 다시 센싱되는 것으로 정해질 수 있다. 즉, 상기 오른다리 전진 보행 보조가 수행된 경우, 상기 오른다리가 올라가게 되어, 상기 다리 감지 센서(LS)에서 상기 오른다리가 센싱되지 않게 된다. 이후, 상기 오른다리가 다시 지면에 닿기 위해 내려오는 경우, 상기 다리 감지센서(LS)에서 상기 오른다리가 센싱되는데, 상기 오른다리가 다시 센싱되는 것이 상기 미리 정해진 기준으로 될 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 상기 미리 정해진 기준은, 상기 우측 가이드 바(100R)가 올라가도록 제어된 후 소정 시간이 경과된 것으로 정해질 수 있다.

이와 달리, 오른팔 전진 및 왼다리의 전진 중 적어도 하나의 움직임이 센싱된 경우 상기 좌측 가이드 바(100L)가 승강되도록 제어하여, 왼다리 전진 보행 보조를 수행할 수 있다.

또한, 상기 왼다리 전진 보행 보조가 수행되어 상기 좌측 가이드 바(100L)가 올라가도록 제어된 후 미리 정해진 기준에 부합하는 경우, 상기 좌측 가이드 바(100L)를 내리도록 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 미리 정해진 기준은, 상기 다리 감지 센서(LS)를 통하여 상기 왼다리가 다시 센싱되는 것으로 정해질 수 있다. 즉, 상기 왼다리 전진 보행 보조가 수행된 경우, 상기 왼다리가 올라가게 되어, 상기 다리 감지 센서(LS)에서 상기 왼다리가 센싱되지 않게 된다. 이후, 상기 왼다리가 다시 지면에 닿기 위해 내려오는 경우, 상기 다리 감지센서(LS)에서 상기 왼다리가 센싱되는데, 상기 왼다리가 다시 센싱되는 것이 상기 미리 정해진 기준으로 될 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 상기 미리 정해진 기준은, 상기 좌측 가이드 바(100L)가 올라가도록 제어된 후 소정 시간이 경과된 것으로 정해질 수 있다.

상술된 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치는, 신체에 착용되는 상기 하네스(600), 상기 하네스(600)와 연결되어 상기 하네스(600)를 올리거나 내리는 상기 좌측 및 우측 가이드 바(guide bar, 100L, 100R)들, 일 단이 상기 가이드 바(100)에 슬라이딩 가능하게 결합된 상기 좌측 및 우측 제1 링크들(210L, 210R), 일 단이 상기 가이드 바(100)에 상기 제1 링크(210)의 슬라이딩 방향과 반대 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되고, 상기 제1 링크(210)에 대하여 회전 가능하게 교차 결합되는 상기 좌측 및 우측 제2 링크들(220L, 220R), 상기 신체의 보행 의도를 감지하는 센서, 및 상기 센서에 의하여 감지된 보행 의도에 따라 상기 좌측 및 상기 우측 가이드 바(100L, 100R)들 중 적어도 하나를 제어하는 상기 제어부(1000)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 신체의 무게가 보상되고 상기 신체의 골반의 운동이 생성되어, 하지 마비 환자가 스스로 재활 치료를 수행할 수 있는 보행보조 장치가 제공될 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치가 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치의 동작 방법이 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명된다. 또한, 상기 실시 예에 따른 보행보조 장치를 통하여, 상기 실시 예에 따른 보행보조 장치의 동작 방법이 설명된다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 보행 의도 파악 단계를 설명하는 표이고, 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 보행 보조 제어를 설명하는 표이다.

도 10을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 보행보조 장치의 동작 방법은, 상기 센서를 통하여 보행 의도를 파악하는 단계(S100) 및 상기 파악된 보행 의도에 근거하여 상기 좌측 가이드 바(100L) 및 상기 우측 가이드 바(100R) 중 적어도 하나를 제어하는 단계(S200)를 포함할 수 있다.

도 11을 참조하면, 상기 S100 단계를 통해, 상기 신체의 보행 의도는 왼발 전진 보행, 오른발 전진 보행, 오른쪽 회전 보행, 또는 왼쪽 회전 보행으로 파악될 수 있다.

예를 들어, 상기 제어부(1000)는 상기 관성 센서를 통하여 상기 신체의 회전량이 미리 정해진 기준 초과인 경우, 보행 의도가 회전에 있는 것으로 판단할 수 있다. 이 때, 관성 센서로부터의 회전 방향이 어느 방향인지에 따라 왼쪽 회전 보행 의도인지 오른쪽 회전 보행 의도인지 판단될 수 있다.

이와 달리, 상기 제어부(1000)는 상기 관성 센서를 통하여 상기 신체의 회전량이 미리 정해진 기준 이하이고, 왼팔 또는 오른다리 중 적어도 하나의 전진 움직임이 센싱된 경우, 오른다리 전진 보행 의도로 판단할 수 있다. 또한, 상기 신체의 회전량이 미리 정해진 기준 이하이고, 오른팔 또는 왼다리 중 적어도 하나의 전진 움직임이 센싱된 경우, 왼다리 전진 보행 의도로 판단할 수 있다.

도 12를 참조하면, 상기 S200 단계는, 상기 S100 단계에서 파악된 보행 의도에 근거하여, 상기 가이드 바(100) 및 상기 바퀴(900)를 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 S100 단계에서, 보행 의도가 왼쪽 회전에 있는 것으로 파악된 경우, 상기 제어부(1000)는 상기 우측 바퀴(900R)의 회전수가 상기 좌측 바퀴(900L)의 회전수보다 많도록 윈휠 모터를 제어할 수 있다. 이 때, 상기 좌측 가이드 바(100L) 및 상기 우측 가이드 바(100R)의 높이는 일정하게 유지될 수 있다. 이에 따라, 상기 신체는 왼쪽 회전 보행을 보조받을 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 S100 단계에서, 보행 의도가 오른쪽 회전에 있는 것으로 파악된 경우, 상기 제어부(1000)는 상기 좌측 바퀴(900L)의 회전수가 상기 우측 바퀴(900R)의 회전수보다 많도록 윈휠 모터를 제어할 수 있다. 이 때, 상기 좌측 가이드 바(100L) 및 상기 우측 가이드 바(100R)의 높이는 일정하게 유지될 수 있다. 이에 따라, 상기 신체는 왼쪽 회전 보행을 보조받을 수 있다.

상기 S100 단계에서, 상기 보행 의도가 왼다리 전진에 있는 것으로 파악된 경우, 상기 제어부(1000)는 상기 좌측 가이드 바(100L)가 올라가도록 제어하고, 상기 좌측 바퀴(900L) 및 상기 우측 바퀴(900R)는 서로 동일한 속도로 회전하도록 윈휠 모터를 제어할 수 있다. 이때, 상기 좌측 제1 링크(210L) 및 좌측 제2 링크(220L)는 상기 좌측 가이드 바(100L)의 중심 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라 상기 좌측 가이드 바(100L)의 상승에 의하여 하네스(500) 좌측에 힘이 가해지므로 보행이 보조될 수 있다.

또한, 상기 제어부(1000)는 상기 보행 의도가 왼다리 전진에 있는 것으로 파악되어 상기 좌측 가이드 바(100L)가 올라가도록 제어된 후 미리 정해진 기준에 부합하는 경우, 상기 좌측 가이드 바(100L)를 내리도록 제어할 수 있다. 이때, 상기 좌측 제1 링크(210L) 및 좌측 제2 링크(220L)는 상기 좌측 가이드 바(100L)의 단부 방향으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 상기 미리 정해진 기준은, 상기 제어부(1000)의 설명에서 상술된 바와 같이, 상기 다리 감지 센서(LS)에서 상기 왼다리가 다시 센싱되는 것으로 정해질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 보행의도가 왼다리 전진에 있는 것으로 파악되어 상기 좌측 가이드 바(100L)가 올라가도록 제어된 후 소정 시간 경과된 경우, 상기 좌측 가이드 바(100L)를 내리도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 왼다리 전진 보행을 위해 상기 왼다리가 올라간 후, 다시 내려오도록 상기 좌측 가이드 바(100L)가 제어될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 S100 단계에서, 상기 보행 의도가 오른다리 전진에 있는 것으로 파악된 경우, 상기 제어부(1000)는 상기 우측 가이드 바(100R)가 올라가도록 제어하고 상기 좌측 바퀴(900L) 및 상기 우측 바퀴(900R)는 서로 동일한 속도로 회전도록 윈휠 모터를 제어할 수 있다. 이때, 상기 우측 제1 링크(210R) 및 우측 제2 링크(220R)는 상기 우측 가이드 바(100R)의 중심 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라 상기 우측 가이드 바(100R)의 상승에 의하여 상기 하네스(600) 우측에 힘이 가해지므로 보행이 보조될 수 있다.

또한, 상기 제어부(1000)는 상기 보행 의도가 오른다리 전진에 있는 것으로 파악되어 상기 우측 가이드 바(100R)가 올라가도록 제어된 후 미리 정해진 기준에 부합하는 경우, 상기 우측 가이드 바(100R)를 내리도록 제어할 수 있다. 이때, 상기 우측 제1 링크(210R) 및 우측 제2 링크(220R)는 상기 우측 가이드 바(100R)의 단부 방향으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 상기 미리 정해진 기준은, 상기 제어부(1000)의 설명에서 상술된 바와 같이, 상기 다리 감지 센서(LS)에서 상기 오른다리가 다시 센싱되는 것으로 정해질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 보행의도가 오른다리 전진에 있는 것으로 파악되어 상기 우측 가이드 바(100R)가 올라가도록 제어된 후 소정 시간 경과된 경우, 상기 우측 가이드 바(100R)를 내리도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 오른다리 전진 보행을 위해 상기 오른다리가 올라간 후, 다시 내려오도록 상기 우측 가이드 바(100R)가 제어될 수 있다.

상술된 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치의 동작 방법은, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명된 상기 보행보조 장치에 있어서, 상기 센서를 통하여 상기 보행 의도를 파악하는 단계, 및 상기 파악된 보행 의도에 근거하여 상기 좌측 및 상기 우측 가이드 바(100L, 100R) 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 하지 마비 환자의 보행 의도를 용이하게 파악하여, 하지 마비 환자가 한정되지 않은 공간에서 자유로이 이동하며 재활 치료를 수행할 수 있는 보행보조 장치의 동작 방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조 장치는, 상기 가이드 바(100)에 대하여 이동 경로를 제공하는 상기 가이드 레일(300)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 가이드 레일(300)을 따라 상기 가이드 바(100)가 올라가는 경우, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)의 중심 방향으로 이동하고, 상기 하네스(600)는 올라갈 수 있다. 이와 달리, 상기 가이드 레일(300)을 따라 상기 가이드 바(100)가 내려가는 경우, 상기 제1 링크(210) 및 상기 제2 링크(220)는 상기 가이드 바(100)의 단부 방향으로 이동하고, 상기 하네스(600)는 내려갈 수 있다. 이에 따라, 하지 마비 환자의 보행이 보조될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100L, 100R: 좌측 가이드 바, 우측 가이드 바
210L, 210R: 좌측 제1 링크, 우측 제1 링크
220L, 220R: 좌측 제2 링크, 우측 제2 링크
300L, 300R: 좌측 가이드 레일, 우측 가이드 레일
400L, 400R: 좌측 모터, 우측 모터
500L, 500R: 좌측 탄성 부재, 우측 탄성 부재
600: 하네스
700L, 700R: 좌측 다리 링크, 우측 다리 링크
800L, 800R: 좌측 길이 가변 구조물, 우측 길이 가변 구조물
900L, 900R: 좌측 바퀴, 우측 바퀴
1000: 제어부

Claims

신체에 착용되는 하네스;
상기 하네스와 연결되어 상기 하네스를 올리거나 내리는 가이드 바(guide bar);
일 단이 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 제1 링크; 및
일 단이 상기 가이드 바에 상기 제1 링크의 슬라이딩 방향과 반대 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되고, 상기 제1 링크에 대하여 회전 가능하게 교차 결합되는 제2 링크;를 포함하되,
상기 제1 링크 및 상기 제2 링크가 이루는 교차 각도에 따라 길이가 가변하는 길이 가변 구조물이 결합된 다리 링크를 더 포함하는 보행보조 장치.
제1 항에 있어서,
가이드 레일(guide rail)을 더 포함하며,
상기 가이드 레일은, 신체의 높이 방향으로 상기 가이드 바에 대하여 이동 경로를 제공하는, 보행보조 장치.
제2 항에 있어서,
상기 가이드 바의 이동에 따라 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크가 상기 가이드 바의 중심 방향 또는 단부 방향으로 함께 이동하는, 보행보조 장치.
제2 항에 있어서,
상기 가이드 바가 상기 가이드 레일을 따라 올라간 경우, 상기 제1 링크와 상기 제2 링크 간의 중력 방향으로의 교차 각도가 감소하고,
상기 가이드 바가 상기 가이드 레일을 따라 내려간 경우, 상기 교차 각도가 증가하는 보행보조 장치.
제2 항에 있어서,
상기 가이드 바를 상기 가이드 레일을 따라 이동시키는 모터를 더 포함하는, 보행보조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 링크는 상기 가이드 바의 일 단에 결합되고,
상기 제2 링크는 상기 가이드 바의 타 단에 결합되고,
상기 제1 링크와 상기 가이드 바의 일 단 사이에는 탄성 부재가 배치되고,
상기 제2 링크와 상기 가이드 바의 타 단 사이에는 탄성 부재가 배치되는 보행보조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 다리 링크의 일 단은 상기 제1 링크와 상기 제2 링크의 교차 결합 부위에 결합되고, 상기 다리 링크의 타 단에는 상기 길이 가변 구조물이 결합된, 보행보조 장치.
제7 항에 있어서,
상기 길이 가변 구조물은, 바퀴가 체결되는 브라켓, 일 단에 상기 브라켓이 결합되는 지지봉 및 상기 지지봉의 외주면을 감싸도록 배치되는 탄성 부재를 포함하고,
상기 탄성 부재 상에 상기 다리 링크의 타 단이 결합되는, 보행보조 장치.
신체에 착용되는 하네스;
상기 하네스와 연결되어 상기 하네스를 올리거나 내리는 좌측 및 우측 가이드 바(guide bar)들;
일 단이 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 좌측 및 우측 제1 링크들;
일 단이 상기 가이드 바에 상기 제1 링크의 슬라이딩 방향과 반대 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되고, 상기 제1 링크에 대하여 회전 가능하게 교차 결합되는 좌측 및 우측 제2 링크들;
상기 신체의 보행 의도를 감지하는 센서; 및
상기 센서에 의하여 감지된 보행 의도에 따라 상기 좌측 및 상기 우측 가이드 바들 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제1 링크들 및 상기 제2 링크들이 이루는 교차 각도에 따라 길이가 가변하는 길이 가변 구조물이 결합된 다리 링크들을 더 포함하는, 보행보조 장치.
제9 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 센서를 통하여 감지된 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하인 경우, 전진 보행 보조 제어를 수행하고, 상기 신체의 회전량이 상기 기준 값 초과인 경우, 회전 보행 보조 제어를 수행하는 보행보조 장치.
제10 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 센서를 통하여 감지된 상기 신체의 회전량이 상기 기준 값 이하인 경우, 상기 신체의 팔 또는 다리 중 적어도 하나의 움직임에 따라, 상기 좌측 및 상기 우측 가이드 바들 중 적어도 하나를 제어하여 상기 전진 보행 보조 제어를 수행하는 보행보조 장치.
제10 항에 있어서,
좌측 및 우측 바퀴들을 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 센서를 통하여 감지된 상기 신체의 회전량이 상기 기준 값 초과인 경우, 상기 신체의 회전 방향에 따라 상기 좌측 및 상기 우측 바퀴 중 적어도 하나를 제어하여 회전 보조 제어를 수행하는 보행보조 장치.
하네스와 연결되어 상기 하네스를 올리거나 내리는 좌측 및 우측 가이드 바(guide bar)들, 일 단이 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 좌측 및 우측 제1 링크들, 일 단이 상기 가이드 바에 상기 제1 링크의 슬라이딩 방향과 반대 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되고, 상기 제1 링크에 대하여 회전 가능하게 교차 결합되는 좌측 및 우측 제2 링크들, 및 신체의 보행 의도를 감지하는 센서를 포함하되, 길이 가변 구조물이 결합된 다리링크들을 더 포함하는 보행보조 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 보행보조 장치의 동작 방법은,
상기 센서를 통하여 보행 의도를 파악하는 단계;
상기 파악된 보행 의도에 근거하여 상기 좌측 및 우측 가이드 바들 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하되,
상기 제어하는 단계에 의하여, 상기 제1 링크들 및 상기 제2 링크들이 이루는 교차 각도가 달라지는 경우, 상기 교차 각도에 따라 상기 길이 가변 구조물의 길이가 가변하는, 보행보조 장치의 동작 방법.
제13 항에 있어서,
상기 센서를 통하여 보행 의도를 파악하는 단계는,
상기 신체의 팔 또는 다리 중 적어도 하나의 움직임이 센싱되고, 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하로 센싱되는 경우, 상기 보행 의도가 전진에 있는 것으로 파악하는 보행보조 장치의 동작 방법.
제13 항에 있어서,
상기 센서를 통하여 보행 의도를 파악하는 단계에서,
상기 신체의 오른팔 또는 왼다리의 전진 움직임이 센싱되고, 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하로 센싱되는 경우, 상기 보행 의도가 왼다리 전진에 있는 것으로 파악하고,
상기 신체의 왼팔 또는 오른다리의 전진 움직임이 센싱되고, 상기 신체의 회전량이 기준 값 이하로 센싱되는 경우, 상기 보행 의도가 오른다리 전진에 있는 것으로 파악하고,
상기 파악된 보행 의도에 근거하여 상기 좌측 및 우측 가이드 바들 중 적어도 하나를 제어하는 단계에서,
상기 보행 의도가 상기 왼다리 전진에 있는 것으로 파악된 경우, 상기 좌측 가이드 바가 올라가도록 제어하고,
상기 보행 의도가 상기 오른다리 전진에 있는 것으로 파악된 경우, 상기 우측 가이드 바가 올라가도록 제어하는 것을 포함하는 보행보조 장치의 동작 방법.
제15 항에 있어서
상기 보행 의도가 상기 왼다리 전진에 있는 것으로 파악되어 상기 좌측 가이드 바가 올라가도록 제어된 후 미리 정해진 기준에 부합하는 경우, 상기 좌측 가이드 바를 내리도록 제어하고,
상기 보행 의도가 상기 오른다리 전진에 있는 것으로 파악되어 상기 우측 가이드 바가 올라가도록 제어된 후 미리 정해진 기준에 부합하는 경우, 상기 우측 가이드 바를 내리도록 제어하는 보행보조 장치의 동작 방법.
제14 항에 있어서,
상기 센서를 통하여 보행 의도를 파악하는 단계는,
상기 신체의 회전량이 기준 값 이상으로 센싱되는 경우, 상기 보행 의도가 회전에 있는 것으로 파악하는 보행보조 장치의 동작 방법.
제17 항에 있어서,
상기 보행보조 장치는 좌측 및 우측 바퀴들을 더 포함하고,
상기 센서를 통하여 보행 의도를 파악하는 단계에서,
오른쪽으로 회전 보행 의도가 감지되는 경우, 상기 좌측 바퀴의 회전수가 상기 우측 바퀴의 회전수보다 크도록 제어하고,
왼쪽으로 회전 보행 의도가 감지되는 경우, 상기 우측 바퀴의 회전수가 상기 좌측 바퀴의 회전수보다 크도록 제어하는 것을 포함하는 보행보조 장치의 동작 방법.