KR102194861B1 - 관절 보호장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

관절 보호장치 및 관절 보호장치의 제어방법에 관한 것으로, 관절 보호장치는 서로 다른 지지 프레임이 힌지 결합된 지지부, 상기 지지부에 구비되어 상기 지지부가 신체에 고정되도록 고정력을 제공하는 고정조절부, 상기 서로 다른 지지 프레임의 모션을 감지하는 감지부 및 상기 감지부에서 감지한 모션이 속하는 모션영역을 결정하고, 상기 결정된 모션영역의 상기 고정력을 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

관절 보호장치 및 그 제어 방법{a joint protection device and method for controlling the joint protection device}

착용자의 신체에 부착되어 착용자의 관절에 전달되는 충격을 경감시켜주는 관절 보호장치 및 관절 보호장치의 제어방법에 관한 것이다.

인체를 보조하기 위한 인체 보조장치의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 인체 보조장치는 군사, 산업, 재활, 복지 등의 다양한 목적으로 사용되고 있다.

특히, 관절 보호장치는 물리 치료 또는 재활 훈련의 목적으로 개발되어 사용되었다. 여기서 관절 보호장치란 관절 주위 연골의 손상, 관절 주위 근육의 부족 등의 다양한 이유로 거동에 불편함을 느끼는 사람이 불편함 없이 거동을 하기 위해 관절에 전달되는 충격을 경감시켜 주는 기구를 의미한다. 사람의 거동의 불편은 유전적 결함과 같은 선천적 이유나 질병 및 사고 등으로 인한 후천적 이유로 발생할 수 있다.

아울러, 인간의 평균수명의 증가로 관절 보호장치는 물리 치료 또는 재활 훈련의 목적뿐만 아니라, 골다골증 및 관절염 등과 같은 노화로 인한 질병을 예방하기 위한 목적으로의 사용도 증가하고 있다.
특히 미국등록특허공보 제7396337호(2008.07.08. 등록) 및 미국등록특허공보 제8181520호(2012.05.22. 등록)는 관절 보호장치에 관한 기술들을 개시하고 있다.

착용자의 모션을 측정하여 관절 보호장치가 신체에 고정되도록 하는 고정력을 조절하는 관절 보호장치 및 관절 보호장치의 제어방법을 제공한다.

관절 보호장치의 일 실시예는 서로 다른 지지 프레임이 힌지 결합된 지지부, 상기 지지부에 구비되어 상기 지지부가 신체에 고정되도록 고정력을 제공하는 고정조절부, 상기 서로 다른 지지 프레임의 모션을 감지하는 감지부 및 상기 감지부에서 감지한 모션이 속하는 모션영역을 결정하고, 상기 결정된 모션영역의 상기 고정력을 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라 결정되는 고정력은 착용자의 몸무게와 관절 보호장치의 무게에 따라 결정될 수도 있고, 각 모션영역 별로 설정된 고정값일 수도 있다.

또한, 일 실시예에 따라 힌지의 각도를 감지하고, 상기 감지된 힌지의 각도가 속하는 각도영역을 결정한 뒤, 결정된 각도영역의 고정력을 결정할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라 관절 보호장치는 둔부, 무릎, 어깨, 팔꿈치, 팔목, 허리 중에 선택적으로 위치할 수 있고, 관절 보호장치를 각 신체부위에 고정시키는 고정조절부는 벨트와 모터로 구성되거나, 공기주머니와 엑추에이터로 구성될 수도 있다.

또한, 일 실시예에 따라 측정한 모션에 따라 힌지에 대한 보조토크를 결정하고, 상기 결정된 보조토크를 지지부에 제공하여 착용자의 보행시 부족한 근력을 보조할 수 있다.

상술한 관절 보호장치 및 관절 보호장치의 제어방법에 의하면, 착용자의 모션에 따라 상이한 고정력을 제공할 수 있다. 관절에 충격이 가해지는 모션영역에서는 강한 고정력으로 관절의 충격력을 경감시키고, 관절에 충격이 덜 가해지는 모션영역에서는 약한 고정력으로 관절 보호장치의 착용감을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1a는 일 실시예에 따른 하체에 대한 관절 보호장치의 정면도이다.
도 1b는 일 실시예에 따른 하체에 대한 관절 보호장치의 측면도이다.
도 1c는 일 실시예에 따른 하체에 대한 관절 보호장치의 배면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 상체에 대한 관절 보호장치의 정면도이다.
도 3은 벨트 및 모터로 구성된 일 실시예의 고정수단 조임부에 대한 전개도이다.
도 4a는 일 실시예에 따른 공기주머니가 구비된 벨트 및 액추에이터로 구성된 고정수단 조임부가 약한 고정력을 가질 때의 전개도이다.
도 4b는 일 실시예에 따른 공기주머니가 구비된 벨트 및 액추에이터로 구성된 고정수단 조임부가 강한 고정력을 가질 때의 전개도이다.
도 5a는 일 실시예에 따른 공기주머니로 구성된 벨트 길이 조절부 및 액추에이터로 구성된 고정수단 조임부가 약한 고정력을 가질 때의 전개도이다.
도 5b는 일 실시예에 따른 공기주머니로 구성된 벨트 길이 조절부 및 액추에이터로 구성된 고정수단 조임부가 강한 고정력을 가질 때의 전개도이다.
도 6a는 일 실시예에 따라 가이드부를 가지는 관절 보호장치의 정면도이다.
도 6b는 일 실시예에 따라 가이드부를 가지는 관절 보호장치의 측면도이다.
도 7은 일 실시예에 따라 힌지의 각도을 측정해 고정력을 조절하는 일 실시예에서의 힌지의 각도에 대한 개념도이다.
도 8은 벨트와 모터로 구성된 고정조절부의 일 실시예에 따라 모터와 벨트의 고정력를 산출하는 것에 대한 개념도이다.
도 9는 일 실시예에 따라 4개로 나누어진 각도영역의 각 영역에 대한 고정력의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 10은 일 실시예에 따라 지지부, 감지부, 제어부 및 고정조절부 사이에서 고정력을 결정 및 제공하는 동작에 대한 블럭도이다.
도 11은 일 실시예에 따라 감지부에서 힌지의 각도를 측정하고, 측정한 각도를 4개의 각도영역으로 분류하여, 분류한 각도영역에 해당하는 고정력을 지지부에 제공하는 과정에 대한 플로우차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 실시예를 통하여 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 다만, 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 통상의 기술자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.

아울러, 본 명세서에서 선택적으로 기재된 양상이나 선택적으로 기재된 실시예의 구성들은 비록 도면에서 단일의 통합된 구성으로 도시되었다 하더라도 달리 기재가 없는 한, 통상의 기술자에게 기술적으로 모순인 것이 명백하지 않다면 상호간에 자유롭게 조합될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 관절 보호장치의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

도 1a, 도 1b, 도1c는 관절 보호장치의 일 실시예에 대한 정면도, 측면도 및 배면도이다.

도 1a, 도 1b, 도1c에 도시된 바에 따르면 관절 보호장치(1)는 하우징(10a) 및 관절 보호부(20, 30, 40)를 포함할 수 있다.

하우징(10a)은 내장되는 각종 부품을 안전하게 보호하면서 또한 각종 부품을 안정적으로 고정시키는 기능을 제공할 수 있다. 하우징(10a)은 내부에 제어부에 해당하는 중앙 처리 장치(CPU, central processing unit)나 그래픽 처리 장치(GPU, graphic processing unit) 등과 같은 다양한 처리 장치 및 인쇄 회로 기판 등이 내장되어 있을 수 있으며, 필요에 따라서 다양한 종류의 저장 장치 역시 내장되어 있을 수 있다.

하우징(10a)에 설치된 중앙 처리 장치는 마이크로 프로세서일 수 있다. 마이크로 프로세서는 적어도 하나의 실리콘 칩에 산술 논리 연산기, 레지스터, 프로그램 카운터, 명령 디코더나 제어 회로 등이 설치되어 있는 처리 장치이다. 중앙 처리 장치는 관절 보호부(20, 30, 40)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 생성한 제어 신호를 관절 보호부(20, 30, 40)로 전달하도록 할 수 있다. 중앙 처리 장치는 실시예에 따라서 착용자의 보행시 지지프레임의 모션을 측정하고, 측정한 모션을 2개 이상의 모션영역 중에서 분류화하는 신호처리, 분류화된 모션영역에 해당하는 보조토크를 결정하는 신호처리를 할 수 있다.

그래픽 처리 장치는 마이크로 프로세서 중 주로 그래픽에 관련된 정보를 처리하는 처리 장치를 의미한다. 그래픽 처리 장치는 중앙 처리 장치의 그래픽 처리 기능을 보조하거나 또는 단독으로 그래픽 처리를 수행하도록 할 수 있다. 그래픽 처리 장치는 실시예에 따라서 현재의 지지프레임의 모션, 모션이 속하는 모션영역, 현재 제공되는 고정력, 힌지의 각도, 지지 프레임의 기울기, 보행속도, 힌지에 제공되는 보조토크, 근전도(EMG) 패턴에 대한 결과를 표시하는 신호처리를 할 수 있다.

인쇄 회로 기판은 소정의 회로가 인쇄되어 있는 기판으로, 인쇄 회로 기판에는 중앙 처리 장치나 그래픽 처리 장치, 다양한 저장 장치가 설치되어 있을 수 있다. 인쇄 회로 기판은 실시예에 따라서 하우징(10a)의 내측면에 고정되어 중앙 처리 장치 등이 안정적으로 고정될 수 있도록 하는 기능을 제공할 수 있다.

하우징(10a)은 다양한 저장 장치를 내장하고 있을 수 있다. 저장 장치는 자기 디스크 표면을 자화시켜 데이터를 저장하는 자기 디스크 저장 장치일 수도 있고, 다양한 종류의 메모리 반도체를 이용하여 데이터를 저장하는 반도체 메모리 장치일 수도 있다. 저장 장치에는 현재의 측정된 모션, 2개 이상의 모션 영역, 근전도(EMG) 패턴, 힌지에 제공되는 보조토크 등이 저장될 수도 있다.

또한, 하우징(10a)은 하우징 내부의 각종 부품이나 또는 관절 보호부(20, 30, 40)에 동력을 공급하기 위한 전원이 더 내장되어 있을 수 있다.

또한, 하우징(10a)은 관절 보호부(20, 30, 40)의 동작을 제어하거나 또는 구동시키기 위한 소정의 엑츄에이터(actuator)가 더 설치되어 있을 수도 있다.

또한, 관절 보호부(20, 30, 40)는 착용자의 관절에 전달될 충격을 전달받아 관절이 받는 충격을 경감시켜주는 지지부를 포함할 수 있고, 지지부는 힌지, 제1지지 프레임, 제2지지 프레임 등으로 구성될 수 있다.

또한, 관절 보호부(20, 30, 40)는 착용자와 하우징(10a) 또는 허리 지지부(11)를 고정하기 위해 적어도 하나의 허리 고정조절부(13a, 13b) 등을 더 포함할 수 있다.

고정조절부는 고정수단과 고정수단 조임부 등으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 허리 고정조절부(13a, 13b)는 허리 고정수단(12a, 12b)과 허리 고정수단 조임부(13a, 13b)로 구성될 수 있다.

허리 고정수단(12a, 12b)은 하우징(10a) 등을 허리나 둔부 등에 고정시킬 수 있는 다양한 종류의 수단이 이용될 수 있다. 예를 들어, 허리 고정수단(12a, 12b)은 탄성력을 구비한 벨트, 각종 다양한 종류의 스트랩(strap) 또는 공기 주머니가 구비된 밴드일 수도 있다.

또한, 허리 고정수단(12a, 12b)의 측면에는 허리 고정수단(12a, 12b)에 고정력을 제공하기 위해 적어도 하나의 허리 고정수단 조임부(13a, 13b)를 포함할 수 있다. 허리 고정수단 조임부(13a, 13b)는 허리 고정수단(12a, 12b)이 착용자의 허리와 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)에 고정력을 제공하도록 허리 고정수단(12a, 12b)를 조일 수 있는 다양한 종류의 수단이 이용될 수 있다. 예를 들어, 허리 고정수단 조임부(13a, 13b)는 벨트와 모터로 구성될 수도 있고, 공기주머니와 액추에이터로 구성될 수도 있다.

관절 모션 감지부(29, 39, 49)는 실시예에 따라 관절의 각도, 보행속도, 관절의 각속도, 신체의 기울기, 근육에 대한 전기적 신호 등을 측정할 수 있다. 그리고, 관절의 각도는 서로 다른 지지프레임을 결합시키는 힌지의 각도로도 표현될 수도 있다.

관절 모션 감지부(29, 39, 49)는 일 실시예에 따라 제1지지 프레임, 제2지지프레임이 힌지결합하는 힌지에 위치할 수도 있고, 지지 프레임과 힌지에 보조토크를 제공하는 보조토크 제공부(21, 31, 41)에 위치할 수도 있다.

또한, 관절 모션 감지부(29, 39, 49)에서의 관절의 각도 측정은 포텐셔미터(Potentiometer), 절대위치 인코더(Absolute Encoder), 증분형 인코더(Incremental Encoder) 등의 각도센서를 사용할 수 있다. 포텐셔미터(Potentiometer)는 각도에 따라 가변저항의 값을 달리하여 관절이 움직이는 각도에 정비례하는 전기적 입력을 산출하는 각도센서이고, 절대위치 인코더(Absolute Encoder)는 기준되는 위치를 설정하지 않고 광학 펄스파를 이용해 어느 정도의 회전으로 해당위치에 있는지 검출하는 각도센서이며, 증분형 인코더(Incremental Encoder)는 기준되는 위치를 설정하여 측정된 각도의 증감을 통해 각도를 산출하는 것으로, 광학 펄스파를 이용해 어느 정도의 회전으로 해당위치에 있는지 검출하는 각도센서이다.

포텐셔미터(Potentiometer)를 이용해 관절의 각도 측정을 하기 위해서는 포텐셔미터(Potentiometer)의 출력신호에 대한 신호처리가 요구될 수 있다. 포텐셔미터(Potentiometer)의 출력은 아날로그 신호로서, 포텐셔미터(Potentiometer)에서 출력되는 신호를 저역통과필터(LPF)를 이용해 노이즈 필터링을 한 뒤, 노이즈를 제거한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호처리를 통해 포텐셔미터(Potentiometer)로 각도를 측정할 수 있다.

Encoder를 이용해 관절의 각도 측정을 하기 위해서는 Encoder의 출력신호에 대한 신호처리가 요구될 수 있다. Encoder의 출력은 디지털 신호로서, 포텐셔미터(Potentiometer)와 같이 노이즈필터링 및 디지털신호 변환은 필요 없으나, 광학 펄스파를 전기적인 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호에 대한 펄스 카운팅을 통해 각도를 측정할 수 있다.

또한, 관절 모션 감지부(29, 39, 49)는 적어도 하나의 관성 측정 장치(IMU, Inertial Measurement Unit)를 포함할 수 있다. 관성 측정 장치는 복수 축의 관성 센서(Inertial sensor), 예를 들어 3축 관성 센서 및 자이로 센서(Gyro sensor) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에 따라 본 관성 측정 장치는 착용자 신체의 기울기를 측정하거나, 보행가속도를 측정하여 이를 보행속도로 산출할 수 있다.

또한, 관절 모션 감지부(29, 39, 49)는 적어도 하나의 근전도 측정 장치(EMG, Electromyography)를 포함할 수 있다. 근전도 측정이란 근전도기기(electromyograph)를 사용하여 신경 자극에 대한 근육의 반응을 근육 내 전기적 변화를 감지하여 근육의 움직임에 대해 측정하는 방법이다. 따라서, 일 실시예로서 근전도 측정을 통해 착용자의 근육의 움직임에 대한 패턴을 분류화 하고, 이 분류화한 패턴을 분석해 착용자 관절에 큰 충격이 전달되는 시점에 고정력을 증가시키는데 사용할 수 있다.

관절 보호부(20, 30, 40)는, 도 1a, 도 1b, 도 1c에 도시된 바와 같이 고관절 보호부(20), 무릎관절 보호부(30) 및 발목관절 보호부(40)를 포함하고 있을 수 있다.

고관절 보호부(20)는 보행 동작에 있어서 착용자의 대퇴부 및 고관절에 전달되는 충격을 경감할 수 있다. 무릎관절 보호부(30)는 보행 동작에 있어서 착용자의 하퇴부 및 슬관절에 전달되는 충격을 경감할 수 있다. 또한, 발목관절 보호부(40)는 보행 동작에 있어서 착용자의 발목 관절에 전달되는 충격을 경감할 수 있다.

일 실시예에 의하면 고관절 보호부(20), 무릎관절 보호부(30) 및 발목관절 보호부(40)는 관절 보호 장치(1)에 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 착용자의 엉덩이, 무릎, 발목 중 적어도 일 부위에 고관절 보호부(20), 무릎관절 보호부(30) 및/또는 발목관절 보호부(40)가 착용될 수 있다.

또한, 다른 실시예에 의하면 착용자의 좌족 및 우족 중 어느 하나에서 고관절 보호부(20), 무릎관절 보호부(30) 및/또는 발목관절 보호부(40)가 착용될 수 있다.

또한, 다른 실시예에 의하면 고관절 보호부(20), 무릎관절 보호부(30) 및/또는 발목관절 보호부(40)는 이족 보행을 보조하기 위해 좌족 및 우족에 설치될 수 있도록 고관절 보호부 쌍(20R, 20L), 무릎관절 보호부 쌍(30R, 30L) 및/또는 발목관절 보호부 쌍(40R, 40L) 으로 존재할 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 복수의 고관절 보호부(20), 무릎관절 보호부(30) 및 발목관절 보호부(40)를 포함하는 관절 보호 장치(1)에 대해 설명하도록 한다.

복수의 고관절 보호부(20R, 20L)는 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L), 허리 고정수단(12a, 12b)과 허리 고정수단 조임부(13a, 13b)를 포함하는 허리 고정조절부(15), 허벅지 고정수단(23R, 23L)과 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)를 포함하는 허벅지 고정조절부(25R, 25L), 고관절 보조토크제공부(21R, 21L) 및 고관절 모션 감지부(29R, 29L)를 포함할 수 있다.

둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)은 도 1a, 도 1b, 도 1c에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 지지 프레임에 의해 구현될 수 있다. 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)은 필요에 따라서 다양한 형상을 구비할 수 있다. 예를 들어, 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)은 육면체의 형상을 구비할 수도 있고, 복수의 지지대가 결합된 형상을 구비할 수도 있다.

또한, 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)은 복수의 마디가 서로 연결되어 있는 형태로 구현될 수도 있다. 이 경우 복수의 마디 사이에는 복수의 마디를 연결하는 복수의 힌지가 결합되어 있을 수 있다. 복수의 힌지는 적어도 하나의 방향으로 회전 가능할 수 있다. 그에 따라 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)은 복수의 힌지의 회전 범위에 따라서 적어도 하나의 방향으로 일정한 범위 내에서 휘어질 수도 있다. 실시예에 따라서 복수의 마디 중 두 개의 마디에 하나의 힌지가 연결될 수도 있고, 복수의 힌지가 연결될 수도 있다. 두 개의 마디에 복수의 힌지가 연결되는 경우 각각의 힌지는 서로 다른 방향으로 회전 가능할 수 있다. 그에 따라 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)은 다양한 방향으로 일정한 범위 내에서 휘어질 수도 있다.

또한, 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)은 실시예에 따라서 가요성이 있는 소재로 형성될 수 있으며, 소재의 가요성에 의하여 일정한 범위 내에서 휘어질 수도 있다.

복수의 고관절 보호부(20R, 20L)는 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)을 착용자의 고관절과 대퇴부에 고정시키기 위한 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)을 포함할 수 있다. 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)은 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)을 통하여 착용자의 고관절과 대퇴부의 내측 또는 외측에 고정될 수 있다. 착용자 근육에 의한 보행토크나 고관절 보조토크제공부(21R, 21L)가 제공하는 보조토크에 따라 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)이 회전하게 되면, 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)에 고정된 고관절과 대퇴부 역시 동일한 방향으로 고관절을 축으로 회전하게 될 수 있다.

허리 고정조절부(13a, 13b)와 허벅지 고정조절부(25R, 25L)는 각각 허리와 허벅지에 지지 프레임으로 구성된 지지부가 고정되도록 고정력을 제공하는 기능을 할 수 있다. 허리 고정조절부(13a, 13b)는 허리 고정수단(12a, 12b)과 허리 고정수단 조임부(13a, 13b)로 구성될 수 있고, 허벅지 고정조절부(25R, 25L)는 허벅지 고정수단(23R, 23L)과 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)로 구성될 수 있다.

허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)은 금속 소재로 형성된 것일 수도 있고, 고무 등과 같은 각종 탄성력 있는 소재로 형성된 것일 수도 있다. 또한, 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)은 탄성력을 구비한 벨트 또는 각종 스트랩일 수도 있고, 공기주머니와 그 공기주머니를 둘러싸고 있는 내피, 외피로 구성된 벨트일 수도 있다. 이외에도 엉덩이 제1지지 프레임(14R, 14L), 엉덩이 제2지지 프레임(22R, 22L)이 대퇴부 등에 고정될 수 있도록 하기 위한 다양한 고정수단도 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)이 고관절과 대퇴부 등에 고정됨으로써 고관절 관절 보호부(20R, 20L)는 대퇴부를 들어 올리거나 또는 내리는 착용자의 동작을 보조하도록 소정의 보조토크를 착용자의 대퇴부나 고관절 등에 인가할 수 있게 된다. 이에 따라 착용자는 다리를 들어올리는 동작을 하거나 또는 보행 동작을 하는 경우 편의를 제공받을 수 있게 된다.

허리 고정수단 조임부(13a, 13b), 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)는 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)과 연결되어 착용자의 허리, 허벅지와 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)에 고정력을 제공할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라 허리 고정수단 조임부(13a, 13b), 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)는 모터와 벨트로 구성되어 있을 수 있다. 이 경우, 고관절에 강한 충격이 전달될 때에는 착용자의 둔부와 고관절 보호부(20R, 20L)을 밀착시키기 위해 모터를 이용해 벨트를 당겨 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)에 당기는 힘이 전달되어 강한 고정력을 제공할 수 있다. 반대로, 고관절에 강한 충격이 전달되지 않는 때에는 고관절 보호부(20R, 20L)의 착용감을 향상시키기 위해 모터가 벨트를 당기는 힘을 약하게 하여 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)이 착용자의 허리, 허벅지와 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)에 제공하는 고정력을 약하게 할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라 허리 고정수단 조임부(13a, 13b), 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)는 공기주머니와 액추에이터로 구성되어 있을 수 있다. 공기주머니는 벨트전체에 구비될 수 있고, 내측 벨트에 연결된 벨트 길이 조절부에 구비되어 있을 수도 있다. 공기주머니가 벨트 전체에 구비되는 경우에는 공기주머니에 공기를 유입시켜 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)의 신체안착부의 넓이를 작게 만들어 강한 고정력을 제공할 수 있고, 공기주머니에 공기를 유출시켜 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)의 신체안착부의 넓이를 작게 만들어 약한 고정력을 제공할 수 있다.

또한, 공기주머니가 내측 벨트에 연결된 벨트 길이 조절부에 구비되는 경우에 허리 고정수단 조임부(13a, 13b), 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)는 공기주머니에 공기를 유입시켜 공기주머니의 길이를 짧게 만들어 내측벨트를 당기고, 그 당기는 힘이 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)에 전달되어 강한 고정력을 제공할 수 있다. 반대로, 공기주머니에서 공기를 유출시켜 공기주머니의 길이를 늘임으로써 약한 고정력을 제공할 수 있다.

고관절 보조토크제공부(21R, 21L)는 적어도 하나의 방향으로 회전하면서 적어도 하나의 방향으로 다양한 크기의 보조토크를 발생시켜 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L)과 둔부 제2지지 프레임(22, 22L)으로 보조토크를 인가할 수 있다. 고관절 보조토크제공부(21R, 21L)는 인체의 고관절의 동작 범위 내에서 회전 구동하도록 설정될 수 있다.

일 실시예에 의하면 고관절 보조토크제공부(21R, 21L)는 관절 보호부(20, 30, 40) 등에서 공급되는 전기 에너지 등에 따라 소정 토크의 회전력을 발생시키는 적어도 하나의 모터를 포함할 수도 있다. 또한, 관절 보호부(20, 30, 40) 등에서 공급되는 전기 에너지 또는 유체의 압력, 일례로 유압이나 공기압 등의 압력에 의해 동작하여 회전력을 발생시키는 적어도 하나의 피스톤이나 실린더 장치를 포함할 수도 있다. 또한, 실시예에 따라서 고관절 보조토크제공부(21R, 21L)는 적어도 하나의 모터 및 적어도 하나의 피스톤이나 실린더 장치를 모두 포함할 수도 있다.

적어도 하나의 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)은 고관절 보조토크제공부(21R, 21L)와 물리적으로 연결되어 있을 수 있고, 고관절 보조토크제공부(21R, 21L)에서 발생한 보조토크에 따라 적어도 하나의 방향으로 회전될 수 있다.

복수의 무릎관절 보호부(30R, 30L)는 무릎 제1지지 프레임(22R, 22L), 무릎 제2지지 프레임(32R, 32L), 허벅지 고정수단(23R, 23L)과 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)를 포함하는 허벅지 고정조절부(25R, 25L), 정강이 고정수단(33R, 33L)과 정강이 고정수단 조임부(36R, 36L)를 포함하는 정강이 고정조절부(35R, 35L), 무릎관절 보조토크제공부(31R, 31L) 및 무릎관절 모션 감지부(39R, 39L)를 포함할 수 있다.

허벅지 고정조절부(25R, 25L)와 정강이 고정조절부(35R, 35L)는 각각 허벅지와 정강이에 지지 프레임으로 구성된 지지부가 고정되도록 고정력을 제공하는 기능을 할 수 있다. 허벅지 고정조절부(25R, 25L)는 허벅지 고정수단(23R, 23L)과 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)로 구성될 수 있고, 정강이 고정조절부(35R, 35L)는 정강이 고정수단(33R, 33L)과 정강이 고정수단 조임부(36R, 36L)로 구성될 수 있다.

무릎 제1지지 프레임(22R, 22L), 무릎 제2지지 프레임(32R, 32L)은 허벅지 고정수단(23R, 23L), 정강이 고정수단(33R, 33L)을 통하여 착용자의 대퇴부와 하퇴부의 내측 또는 외측에 고정될 수 있다. 정강이 고정수단(33R, 33L)의 구성, 구조 및 소재 등은 상술한 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

허벅지 고정수단(23R, 23L), 정강이 고정수단(33R, 33L)에 의해 대퇴부와 하퇴부가 무릎 제1지지 프레임(22R, 22L), 무릎 제2지지 프레임(32R, 32L) 등에 고정될 수 있음으로써, 무릎관절 관절 보호부(30R, 30L)는 소정의 보조토크를 착용자의 하퇴부나 슬관절 등에 인가할 수 있게 된다. 이에 따라 무릎관절 관절 보호부(30R, 30L)는 하퇴부를 들어 올리거나 또는 내리는 착용자의 동작을 보조할 수 있게 된다.

일 실시예에 의하면 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L), 정강이 고정수단 조임부(36R, 36L)는 허벅지 고정수단(23R, 23L), 정강이 고정수단(33R, 33L)과 연결 착용자의 정강이, 허벅지와 무릎 제1지지 프레임(22R, 22L), 무릎 제2지지 프레임(32R, 32L)에 고정력을 제공할 수 있다.

허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L), 정강이 고정수단 조임부(36R, 36L)는 무릎에 강한 충격이 전해지는 경우에는 강한 고정력으로 착용자의 무릎과 무릎 제1지지 프레임(22R, 22L), 무릎 제2지지 프레임(32R, 32L)을 밀착시켜 착용자의 무릎이 받을 충격을 무릎 제1지지 프레임(22R, 22L), 무릎 제2지지 프레임(32R, 32L)에 전달하여 경감시킬 수 있고, 무릎에 약한 충격이 전해지는 경우에는 약한 고정력으로 착용자의 허벅지와 정강이에 대한 관절 보호장치의 착용감을 향상시킬 수 있다.

정강이 고정수단 조임부(36R, 36L)의 구성, 구조 및 소재 등은 상술한 허리 고정수단 조임부(13a, 13b), 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

적어도 하나의 무릎 제1지지 프레임(22R, 22L), 무릎 제2지지 프레임(32R, 32L)은 무릎관절 보조토크제공부(31R, 31L)와 물리적으로 연결되어 있을 수 있고, 무릎관절 보조토크제공부(31R, 31L)에서 발생한 보조토크에 따라 적어도 하나의 방향으로 회전될 수 있다. 무릎 제1지지 프레임(22R, 22L), 무릎 제2지지 프레임(32R, 32L)의 구성, 구조 및 소재 등은 상술한 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

무릎관절 보조토크제공부(31R, 31L)는 적어도 하나의 방향으로 다양한 크기의 보조토크를 발생시킬 수 있다. 무릎관절 보조토크제공부(31R, 31L)는 인체의 슬관절의 동작 범위 내에서 구동하도록 설정될 수 있다.

복수의 발목관절 보호부(40R, 40L)는 발목 제1지지 프레임(32R, 32L), 발목 제2지지 프레임(42R, 42L), 발목 고정수단(34R, 34L)과 발목 고정수단 조임부(45R, 45L)를 포함하는 발목 고정조절부(37R, 37L), 발등 고정수단(43R, 43L)과 발등 고정수단 조임부(46R, 46L)를 포함하는 발등 고정조절부(44R, 44L), 발목관절 보조토크제공부(41R, 41L) 및 발목관절 모션 감지부(49R, 49L)를 포함할 수 있다.

발목 고정조절부(37R, 37L)와 발등 고정조절부(44R, 44L)는 각각 발목과 발등에 지지 프레임으로 구성된 지지부가 고정되도록 고정력을 제공하는 기능을 할 수 있다. 발목 고정조절부(37R, 37L)는 발목 고정수단(34R, 34L)과 발목 고정수단 조임부(45R, 45L)로 구성될 수 있고, 발등 고정조절부(44R, 44L)는 발등 고정수단(43R, 43L)과 발등 고정수단 조임부(46R, 46L)로 구성될 수 있다.

발목 고정수단(34R, 34L), 발등 고정수단(43R, 43L)은 발목 제1지지 프레임(32R, 32L), 발목 제2지지 프레임(42R, 42L) 등과 연결되어 있을 수 있으며, 착용자의 발목과 발목 제1지지 프레임(32R, 32L), 발목 제2지지 프레임(42R, 42L) 등을 고정하는 기능을 제공할 수 있다. 발목 고정수단(34R, 34L), 발등 고정수단(43R, 43L)의 구성, 구조 및 소재 등은 상술한 허리 고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

일 실시예에 의하면 발목 고정수단 조임부(45R, 45L), 발등 고정수단 조임부(46R, 46L)는 발목 고정수단(34R, 34L), 발등 고정수단(43R, 43L)과 연결 착용자의 발목과 발목 제1지지 프레임(32R, 32L), 발목 제2지지 프레임(42R, 42L)에 고정력을 제공할 수 있다.

발목 고정수단 조임부(45R, 45L), 발등 고정수단 조임부(46R, 46L)는 발목에 강한 충격이 전해지는 경우에는 강한 고정력으로 착용자의 발목, 발등과 발목 제1지지 프레임(32R, 32L), 발목 제2지지 프레임(42R, 42L)을 밀착시켜 착용자의 발목이 받을 충격을 발목 제1지지 프레임(32R, 32L), 발목 제2지지 프레임(42R, 42L)에 전달하여 경감시킬 수 있고, 발목에 약한 충격이 전해지는 경우에는 약한 고정력으로 착용자의 발목과 발등에 대한 관절 보호장치의 착용감을 향상시킬 수 있다.

발목 고정수단 조임부(45R, 45L), 발등 고정수단 조임부(46R, 46L)의 구성, 구조 및 소재 등은 상술한 허리 고정수단 조임부(13a, 13b), 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

발목 제2지지 프레임(42R, 42L)은 착용자의 발바닥이 안착될 수 있다.

발목 제2지지 프레임(42R, 42L)에는 소정의 압력 센서가 설치되어 있을 수 있다. 소정의 압력 센서는 착용자의 무게를 감지하여 착용자가 관절 보호장치(1)을 착용하였는지 여부나 또는 착용자가 일어섰는지 여부 등을 감지할 수 있다.

또한, 발목 제2지지 프레임(42R, 42L)에는 착용자가 보행하는 경우 착용자의 발로 전달되는 지면 반력(GRF, ground reaction force)를 감지하기 위한 소정의 압력 센서인 지면 반력 센서가 설치되어 있을 수도 있다.

일 실시예에 의하면 발목관절 보조토크제공부(41R, 41L)는 관절 보호부(20, 30, 40) 등에서 직접 공급되는 전력이나 또는 유체의 압력, 또는 고관절 보호부(20R, 20L) 등을 통해 간접적으로 전달되는 전력이나 유체의 압력 등에 따라 소정 토크의 회전력을 발생시키는 적어도 하나의 모터나 적어도 하나의 피스톤이나 실린더 장치를 포함할 수도 있다. 상술한 바와 동일하게 발목관절 보조토크제공부(41R, 41L)는 적어도 하나의 모터 및 적어도 하나의 피스톤이나 실린더 장치를 모두 포함할 수도 있다.

실시예에 따라서 관절 보호장치(1)의 고정 조절부(13a, 13b, 25R, 25L, 35R, 35L, 37R, 37L, 44R, 44L)의 개수는 관절 보호장치(1)의 설계자의 설계 의도에 따라서 상술한 것보다 더 많을 수도 있고, 더 적을 수도 있다.

일 실시예에 의하면 상술한 관절 보호부(20, 30, 40)의 구동 및 동작은 제어부(10) 등에 설치된 엑츄에이터에 의해 개시되거나 제어될 수 있다. 또한, 관절 보호부(20, 30, 40) 각각이 서로 별도로 제어 신호를 전달받고 각각 별도로 개시 및 동작하는 것도 가능하다.

이상 설명한 각종 부품 및 이들의 동작에 의하여, 관절 보호장치(1)는 사용자의 보행을 보조할 수 있게 된다.

이하 도 2를 참조하여 관절 보호장치(1)의 관절 보호부(50, 60)를 제어하기 위한 관절 보호장치(1)의 각 구성에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 관절 보호장치의 일 실시예에 대한 정면도, 측면도 및 배면도이다.

도 2에 도시된 바에 따르면 관절 보호장치(1)는 관절 보호부(50, 60)를 포함할 수 있다.

복수의 팔꿈치관절 보호부(50R, 50L)는 팔꿈치 제1지지 프레임(52R, 52L), 팔꿈치 제2지지 프레임(55R, 55L), 상완 고정수단(53R, 53L)와 상완 고정수단 조임부(54R, 54L)를 포함하는 상완 고정조절부(54a), 하완 고정수단(56R, 56L)과 하완 고정수단 조임부(57R, 57L)를 포함하는 하완 고정조절부(57a), 팔꿈치관절 보조토크제공부(51R, 51L) 및 팔꿈치관절 모션 감지부(59R, 59L)를 포함할 수 있다.

상완 고정조절부(54a)와 하완 고정조절부(57a)는 각각 상완과 하완에 지지 프레임으로 구성된 지지부가 고정되도록 고정력을 제공하는 기능을 할 수 있다. 상완 고정조절부(54a)는 상완 고정수단(53R, 53L)과 상완 고정수단 조임부(54R, 54L)로 구성될 수 있고, 하완 고정조절부(57a)는 하완 고정수단(56R, 56L)과 하완 고정수단 조임부(57R, 57L)로 구성될 수 있다.

팔꿈치 제1지지 프레임(52R, 52L), 팔꿈치 제2지지 프레임(55R, 55L)은 상완 고정수단(53R, 53L), 하완 고정수단(56R, 56L)을 통하여 착용자의 상완부와 하완부의 내측 또는 외측에 고정될 수 있다. 상완 고정수단(53R, 53L), 하완 고정수단(56R, 56L)의 구성, 구조 및 소재 등은 도 1a, 도 1b, 도 1c에서 상술한 허리고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

상완 고정수단(53R, 53L), 하완 고정수단(56R, 56L)에 의해 상완부와 하완부가 팔꿈치 제1지지 프레임(52R, 52L), 팔꿈치 제2지지 프레임(55R, 55L) 등에 고정될 수 있음으로써, 팔꿈치관절 보호부(50R, 50L)는 소정의 보조토크를 착용자의 하완부, 상완부, 주관절 등에 인가할 수 있게 된다. 이에 따라 팔꿈치관절 보호부(50R, 50L)는 하완부를 들어 올리거나 또는 내리는 착용자의 동작을 보조할 수 있게 된다.

일 실시예에 의하면 상완 고정수단 조임부(54R, 54L), 하완 고정수단 조임부(57R, 57L)는 상완 고정수단(53R, 53L), 하완 고정수단(56R, 56L)과 연결 착용자의 상완, 하완와 팔꿈치 제1지지 프레임(52R, 52L), 팔꿈치 제2지지 프레임(55R, 55L)에 고정력을 제공할 수 있다.

상완 고정수단 조임부(54R, 54L), 하완 고정수단 조임부(57R, 57L)는 팔꿈치에 강한 충격이 전해지는 경우에는 강한 고정력으로 착용자의 상완, 하완과 팔꿈치 제1지지 프레임(52R, 52L), 팔꿈치 제2지지 프레임(55R, 55L)을 밀착시켜 착용자의 팔꿈치가 받을 충격을 팔꿈치 제1지지 프레임(52R, 52L), 팔꿈치 제2지지 프레임(55R, 55L)에 전달하여 경감시킬 수 있고, 팔꿈치에 약한 충격이 전해지는 경우에는 약한 고정력으로 착용자의 상관과 하완에 대한 관절 보호장치의 착용감을 향상시킬 수 있다.

상완 고정수단 조임부(54R, 54L), 하완 고정수단 조임부(57R, 57L)의 구성, 구조 및 소재 등은 도 1a, 도 1b, 도 1c에서 상술한 허리 고정수단 조임부(13a, 13b), 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

적어도 하나의 팔꿈치 제1지지 프레임(52R, 52L), 팔꿈치 제2지지 프레임(55R, 55L)은 팔꿈치관절 보조토크제공부(51R, 51L)와 물리적으로 연결되어 있을 수 있고, 팔꿈치관절 보조토크제공부(51R, 51L)에서 발생한 보조토크에 따라 적어도 하나의 방향으로 회전될 수 있다. 팔꿈치 제1지지 프레임(52R, 52L), 팔꿈치 제2지지 프레임(55R, 55L)의 구성, 구조 및 소재 등은 도 1a, 도 1b, 도 1c에서 상술한 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

팔꿈치관절 보조토크제공부(51R, 51L)는 적어도 하나의 방향으로 다양한 크기의 보조토크 발생시킬 수 있다. 팔꿈치관절 보조토크제공부(51R, 51L)는 인체의 주관절의 동작 범위 내에서 구동하도록 설정될 수 있다.

복수의 팔목관절 보호부(60R, 60L)는 팔목 제1지지 프레임(62R, 62L), 팔목 제2지지 프레임(65R, 65L), 팔목 고정수단(63R, 63L)과 팔목 고정수단 조임부(64R, 64L)를 포함하는 팔목 고정조절부(64a), 손등 고정수단(66R, 66L)과 손등 고정수단 조임부(67R, 67L)를 포함하는 손등 고정조절부(67a), 팔목관절 보조토크제공부(61R, 61L) 및 팔목관절 모션 감지부(69R, 69L)를 포함할 수 있다.

팔목 고정조절부(64a)는 팔목 고정수단(63R, 63L)과 팔목 고정수단 조임부(64R, 64L) 로 구성될 수 있고, 손등 고정조절부(67a)는 손등 고정수단(66R, 66L)과 손등 고정수단 조임부(67R, 67L)로 구성될 수 있다.

팔목 제1지지 프레임(62R, 62L), 팔목 제2지지 프레임(65R, 65L)은 위한 팔목 고정수단(63R, 63L), 손등 고정수단(66R, 66L)을 통하여 착용자의 팔목과 손등의 내측 또는 외측에 고정될 수 있다. 팔목 고정수단(63R, 63L), 손등 고정수단(66R, 66L)의 구성, 구조 및 소재 등은 도 1a, 도 1b, 도 1c에서 상술한 허리고정수단(12a, 12b), 허벅지 고정수단(23R, 23L)과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

팔목 고정수단(63R, 63L), 손등 고정수단(66R, 66L)에 의해 팔목과 손등이 팔목 제1지지 프레임(62R, 62L), 팔목 제2지지 프레임(65R, 65L) 등에 고정될 수 있음으로써, 팔목관절 보호부(60R, 60L)는 소정의 보조토크를 착용자의 하완부나 완관절 등에 인가할 수 있게 된다. 이에 따라 팔목관절 보호부(60R, 60L)는 손등을 들어 올리거나 또는 내리는 착용자의 동작을 보조할 수 있게 된다.

일 실시예에 의하면 팔목 고정수단 조임부(64R, 64L), 손등 고정수단 조임부(67R, 67L)는 팔목 고정수단(63R, 63L), 손등 고정수단(66R, 66L)과 연결 착용자의 팔목, 손등과 팔목 제1지지 프레임(62R, 62L), 팔목 제2지지 프레임(65R, 65L)에 고정력을 제공할 수 있다.

팔목 고정수단 조임부(64R, 64L), 손등 고정수단 조임부(67R, 67L)는 팔꿈치에 강한 충격이 전해지는 경우에는 강한 고정력으로 착용자의 팔목, 손등과 팔목 제1지지 프레임(62R, 62L), 팔목 제2지지 프레임(65R, 65L)을 밀착시켜 착용자의 팔꿈치가 받을 충격을 팔목 제1지지 프레임(62R, 62L), 팔목 제2지지 프레임(65R, 65L)에 전달하여 경감시킬 수 있고, 팔꿈치에 약한 충격이 전해지는 경우에는 약한 고정력으로 착용자의 팔목과 손등에 대한 관절 보호장치의 착용감을 향상시킬 수 있다.

팔목 고정수단 조임부(64R, 64L), 손등 고정수단 조임부(67R, 67L)의 구성, 구조 및 소재 등은 도 1a, 도 1b, 도 1c에서 상술한 허리 고정수단 조임부(13a, 13b), 허벅지 고정수단 조임부(24R, 24L)와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

적어도 하나의 팔목 제1지지 프레임(62R, 62L), 팔목 제2지지 프레임(65R, 65L)은 팔목관절 보조토크제공부(61R, 61L)와 물리적으로 연결되어 있을 수 있고, 팔목관절 보조토크제공부(61R, 61L)에서 발생한 보조토크에 따라 적어도 하나의 방향으로 회전될 수 있다. 팔목 제1지지 프레임(62R, 62L), 팔목 제2지지 프레임(65R, 65L)의 구성, 구조 및 소재 등은 도 1a, 도 1b, 도 1c에서 상술한 둔부 제1지지 프레임(14R, 14L), 둔부 제2지지 프레임(22R, 22L)과 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.

팔목관절 보조토크제공부(61R, 61L)는 적어도 하나의 방향으로 다양한 크기의 보조토크 발생시킬 수 있다. 팔목관절 보조토크제공부(61R, 61L)는 인체의 완관절의 동작 범위 내에서 구동하도록 설정될 수 있다.

이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 관절 보호장치의 고정수단 조임부(2)를 통해 신체에 가변적인 고정력을 제공하기 위한 고정수단 조임부(2)의 일 실시예에 따른 구성들에 대해서 설명하도록 한다.

도 3은 벨트 및 모터로 구성된 고정조절부(2)의 일 실시예를 도시한 것으로, 고정수단 조임부(2)는 조임부 하우징(70), 외측 벨트(76), 내측 벨트(73), 벨트 결합부(74), 모터(71), 고정 프레임(77) 및 신체안착부(78)를 포함할 수 있다.

조임부 하우징(70)에는 고정수단 조임부(2)의 구동에 필요한 각종 부품이 구비될 수 있다. 조임부 하우징(70)에는 내측 벨트(73)와 연결된 모터(71)가 구비될 수 있고, 조임부 하우징(70)은 고정 프레임(77)과 외측 벨트(76)에 연결될 수 있다.

외측 벨트(76)는 조임부 하우징(70)에 연결될 수 있고, 외측 벨트(76)는 고정력을 신체에 전달하여 착용자 신체가 신체 안착부(78)에 고정되게 할 수 있다. 그리고, 내측 벨트(73)는 모터(71)에 연결되어 모터(71)가 제공하는 고정력을 벨트 결합부(74)를 통해 외측벨트(76)에 전달해줄 수 있다. 외측 벨트(76)와 내측 벨트(73)는 금속 소재로 형성된 것일 수도 있고, 고무 등과 같은 각종 탄성력 있는 소재로 형성된 것일 수도 있다.

벨트 결합부(74)는 내측 벨트(73)와 외측 벨트(76)를 연결시켜주는 수단이다. 내측 및 외측 벨트 결합부(74)의 재질은 금속 소재로 형성된 것일 수도 있고, 고무 등과 같은 각종 탄성력 있는 소재로 형성된 것일 수도 있다. 또한, 내측 및 외측 벨트 결합부(74)의 형태는 버클과 같이 내측 벨트(73)와 외측 벨트(76)의 길이가 조절이 가능한 형태일 수도 있고, 링과 같이 내측 벨트(73)와 외측 벨트(76)의 길이가 조절이 불가능한 형태일 수도 있다.

모터(71)는 제어부의 제어 신호에 따라 내측 벨트(73)를 감는 동작을 수행해 내측 벨트(73)에 강한 고정력을 전달하거나, 내측 벨트(73)를 푸는 동작을 수행해 내측 벨트(73)에 약한 고정력을 전달할 수 있다. 모터(71)는 서보(servo)모터이거나 BL(Brush less)모터일 수도 있고, DC모터나 AC모터일 수도 있다. 이외에도 모터(71)는 내측 벨트(73)에 고정력을 전달하기 위한 다양한 모터도 일례로 이용될 수 있을 것이다.

제어부에서 강한 고정력을 가하라는 제어신호를 보내면, 그 제어신호를 수신받아 모터(71)는 내측 벨트(73)를 감는 동작을 수행해 내측 벨트(73)가 모터 쪽으로 고정력을 받도록 할 수 있다. 이로 인해, 내측 벨트(73)에 제공된 고정력이 내측 및 외측 벨트 결합부(74)를 통해 외측 벨트(76)에 전달되어 신체 안착부(78)의 넓이가 좁아질 수 있다.

반대로, 제어부에서 약한 고정력을 가하라는 제어신호를 보내면, 그 제어신호를 수신받아 모터(71)는 내측 벨트(73)를 푸는 동작을 수행해 내측 벨트(73)가 모터 반대방향으로 고정력을 받도록 할 수 있다. 이로 인해, 외측 벨트(76)가 느슨해져 신체 안착부(78)의 넓이가 넓어질 수 있다.

도 4는 벨트전체가 공기주머니(86)로 구성되고, 액추에이터(83)로 공기주머니(86)에 공기의 유출입시켜 고정력을 전달하는 고정수단 조임부(3)의 일 실시예의 구성을 도시하고 있다. 구체적으로, 도 4a는 공기주머니(86) 및 액추에이터(83)로 구성된 고정수단 조임부(3)가 약한 고정력을 가질 때를 도시하고, 도 4b는 공기주머니(86) 및 액추에이터(83)로 구성된 고정수단 조임부(3)가 강한 고정력을 가질 때를 도시하고 있다.

고정수단 조임부(3)는 조임부 하우징(80), 벨트(85), 액추에이터(83), 공기 유출입부(84), 고정 프레임(87), 신체안착부(88)를 포함할 수 있다.

조임부 하우징(80)에는 고정수단 조임부(3)의 구동에 필요한 각종 부품이 구비될 수 있다. 구체적으로, 조임부 하우징(80)에는 액추에이터(83)와 공기 유출입부(84)가 구비될 수 있고, 조임부 하우징(80)은 고정 프레임(87)과 외피(84)에 연결될 수 있다.

벨트(85)는 외피(84), 내피(82), 공기주머니(86)를 포함할 수 있다. 외피(84)는 고정프레임(87)과 연결되어 공기주머니(86) 내의 공기가 외부로 유출되지 않도록 할 수 있다. 또한, 내피(82)는 공기주머니 내의 공기가 외부로 유출되지 않도록 하고, 신체 안착부(88)가 형성되도록 공간을 제공할 수 있다. 또한, 공기주머니(86)는 내피(82)와 외피(84)를 격막으로 하여 형성되는 것으로, 공기주머니(86)는 액추에이터(83)의 유압변화에 의해 공기가 유출입되어 신체에 고정력을 제공할 수 있다. 내피(82), 외피(84)는 비닐 소재로 형성된 것일 수도 있고, 고무 등과 같은 각종 탄성력 있는 소재로 형성된 것일 수 있다.

액추에이터(83)는 제어부의 제어 신호에 따라 유압을 높여, 공기주머니(86)에 외부의 공기를 유입시켜 벨트(85)에 강한 고정력을 전달할 수 있다. 또한, 액추에이터(83)는 유압을 낮춰 공기주머니(86)의 공기를 외부에 유출시켜 벨트(85)에 약한 고정력을 전달할 수 있다. 액추에이터(83)는 벨트(85)에 고정력을 전달하기 위한 다양한 형태가 일례로 이용될 수 있을 것이다.

공기 유출입부(84)는 액추에이터(83)가 유압을 변화시켜 공기주머니(86)에 유출입시키는 공기를 공기주머니(86)에 전달하는 기능을 할 수 있다. 공기 유출입부(84)는 액추에이터가 외부의 공기를 공기주머니(86)로 유입시키거나 공기주머니(86)의 공기를 외부로 유출시키기 위한 다양한 형태가 일례로 이용될 수 있다. 예를 들어, 공기 유출입부(84)의 재질은 금속이나 플라스틱일 수 있다.

제어부에서 강한 고정력을 가하라는 제어신호를 보내면, 액추에이터(83)는 그 제어신호를 수신받아 액추에이터(83) 내의 유압을 증가시켜 외부의 공기를 끌어들이는 동작을 수행할 수 있다. 그리고, 공기주머니(86)에는 공기 유출입부(84)를 통해 외부로부터 끌어들인 공기가 유입되고, 그로 인해 공기주머니(86)의 부피가 증가함에 따라 신체 안착부(88)의 넓이는 작아질 수 있다.

반대로, 제어부에서 약한 고정력을 가하라는 제어신호를 보내면, 그 제어신호를 수신받아 액추에이터(83)는 유압을 감소시켜 외부로 공기를 배출하는 동작을 수행할 수 있다. 그리고, 공기주머니(86)의 공기는 공기 유출입부(84)를 통해 외부로 유출되고, 그로 인해 공기주머니(86)의 부피가 감소함에 따라 신체 안착부(88)의 넓이는 넓어질 수 있다.

도 5는 벨트 길이 조절부(92)가 공기주머니로 구성되고, 액추에이터(93)로 벨트 길이 조절부에 공기의 유출입시켜 고정력을 전달하는 고정수단 조임부(4)의 일 실시예의 구성을 도시하고 있다. 구체적으로, 도 5a는 벨트 길이 조절부(92) 및 액추에이터(93)로 구성된 고정수단 조임부(4)가 약한 고정력을 가질 때를 도시하고, 도 5b는 벨트 길이 조절부(92) 및 액추에이터(93)로 구성된 고정수단 조임부(4)가 강한 고정력을 가질 때를 도시하고 있다.

고정수단 조임부(4)는 조임부 하우징(90), 벨트 길이 조절부(92), 액추에이터(93), 공기 유출입부(94), 내측 벨트(96)를 포함할 수 있다.

조임부 하우징(90)에는 고정수단 조임부(4)의 구동에 필요한 각종 부품이 구비될 수 있다. 예를 들어, 조임부 하우징(90)에는 벨트 길이 조절부(92)에 공기를 유출입 시키는 액추에이터(93), 액추에이터(93)가 공기를 유출입 시키는 유압을 전달하는 공기 유출입부(94), 벨트 길이 조절부(92)에 연결된 내측 벨트(96)가 구비될 수 있다.

벨트 길이 조절부(92)는 공기주머니로 구성되어 공기의 유출입으로 부피가 증감하고, 이로 인해 벨트 길이 조절부(92)와 연결된 내측 벨트(96)에 수평방향으로 고정력이 전달된다. 벨트 길이 조절부는 공기가 외부로 유출되지 않기 위해서 비닐 소재로 형성된 것일 수도 있고, 부피가 증감하기 위해서 고무 등과 같은 각종 탄성력 있는 소재로 형성된 것일 수 있다.

액추에이터(93)는 제어부의 제어 신호에 따라 유압을 높여, 벨트 길이 조절부(92)로 외부의 공기를 유입시켜 내측 벨트(96)에 강한 고정력을 전달하거나, 유압을 낮춰 벨트 길이 조절부(92)의 공기를 외부로 유출시켜 내측 벨트(96)에 약한 고정력을 전달할 수 있다. 액추에이터(93)는 내측 벨트(96)에 고정력을 전달하기 위한 다양한 형태가 일례로 이용될 수 있을 것이다.

공기 유출입부(94)는 액추에이터(93)가 유압을 변화시켜 벨트 길이 조절부(92)에 유출입시키는 공기를 벨트 길이 조절부(92)에 전달 할 수 있다. 공기 유출입부(94)는 액추에이터가 외부의 공기를 벨트 길이 조절부(92)로 유입시키거나 벨트 길이 조절부(92)의 공기를 외부로 유출시키기 위한 다양한 형태가 일례로 이용될 수 있다. 예를 들어, 공기 유출입부(94)의 재질은 금속이나 플라스틱일 수 있다.

제어부에서 강한 고정력을 가하라는 제어신호를 보내면, 액추에이터(93)는 그 제어신호를 액추에이터(93) 내부의 유압을 증가시켜 외부의 공기를 끌어들이는 동작을 수행할 수 있다. 그리고, 벨트 길이 조절부(92)에는 공기 유출입부(94)를 통해 끌어들인 외부의 공기가 유입되고, 그로 인해 벨트 길이 조절부(92)는 부피가 증가함에 따라 벨트 길이 조절부(92)의 길이는 짧아져 내측 벨트(96)에 강한 고정력을 전달할 수 있다.

반대로, 제어부에서 약한 고정력을 가하라는 제어신호를 보내면, 액추에이터(93)는 그 제어신호를 수신받아 액추에이터(93) 내의 유압을 감소시켜 외부로 벨트 길이 조절부(92)의 공기를 배출하는 동작을 수행할 수 있다. 그리고, 벨트 길이 조절부(92)의 공기는 유출입부(94)를 통해 외부로 유출되고, 그로 인해 벨트 길이 조절부(92)는 부피가 감소함에 따라 벨트 길이 조절부(92)의 길이는 길어져 내측 벨트(96)에 약한 고정력을 전달할 수 있다.

이하 도 6a, 도 6b를 참조하여 서로 다른 지지 프레임(102, 103)이 일정 각도 이상으로 회전하지 못하도록 하는 가이드부(106)의 각 구성에 대해 설명하도록 한다. 도 6a는 일 실시예에 따라 가이드부(106)를 가지는 관절 보호장치의 정면도이고, 도 6b는 일 실시예에 따라 가이드부(106)를 가지는 관절 보호장치의 측면도이다.

일 실시예에 따르면 관절 보호장치(1)는 제1지지 프레임, 제2지지 프레임, 힌지로 구성된 지지부와 고정조절부(101, 104), 가이드부(106)를 포함할 수 있다.

생물학적으로 착용자의 관절은 근육 내지 구조적인 원인으로 인해 일정각도 이상 또는 이하로 움직일 수 없고, 그 이상으로 움직이면 탈골 등의 질병이 발생할 수 있다. 따라서, 관절이 일정 각도 이상 또는 이하로 움직이지 못하도록 관절 보호장치(1)는 가이드부(106)를 구비할 수 있다.

일 실시예에 따라 가이드부(106)는 제1지지 프레임, 제2지지 프레임과 같은 재질을 이용할 수도 있고, 상이한 재질을 이용할 수도 있다. 또한, 제1지지 프레임과 제2지지 프레임이 일정각도범위 안에서만 회전이 가능하도록 하기 위한 다양한 형태가 일례로 이용될 수 있을 것이다. 또한, 일정각도의 범위는 착용부위에 따라 상이할 수도 있다.

이하 도 7 내지 도 9를 참조하여 측정한 힌지의 각도를 적어도 2개 이상의 각도영역으로 분류화 하고, 각각의 각도영역의 고정력을 결정하는 방법에 대해 설명하도록 한다. 도 7은 일 실시예에 따른 힌지의 각도(107)에 대한 개념도이고, 도 8은 벨트와 모터로 구성된 고정조절부의 일 실시예에 따라 모터와 벨트의 고정력를 산출하는 개념도이다. 또한, 도 9는 일 실시예에 따라 4개로 나누어진 각도영역의 각 영역에 대한 고정력(130)의 크기를 나타낸 그래프이다.

도 7는 일 실시예에 따른 힌지의 각도(107)를 도시하고 있다. 제1지지 프레임(102)과 제2지지 프레임(103)이 결합된 힌지의 각도는 기준이 되는 선에 따라 각도가 달라질 수 있다. 도 7에 따르면 힌지의 각도(107)는 제1지지 프레임의 바닥면에 대한 선인 제1지지 프레임 바닥선(109)과 제2지지 프레임을 연장한 선인 제2지지 프레임 연장선(108) 사이의 각도일 수 있다.

도 8은 모터와 벨트로 구성된 고정조절부의 일 실시예에 따른 고정력을 산출하는 수식에서의 복수개의 변수들에 대해서 도시하고 있다. 도 8에서 도시하고 있는 복수개의 변수는 다음의 수학식 1 내지 수학식 9에서 설명하도록 한다.

수학식 1 내지 수학식 9는 도 8에서 도시하고 있는 복수개의 변수들에 대한 상관관계를 통해 벨트가 신체에 전달하는 고정력인 벨트의 토크 τ_m를 산출하는 수식이다.

[수학식 1]

수학식 1은 모터에서 제공된 모터 표면에서의 힘과 모터의 토크, 모터의 반지름 간의 상관관계에 대한 수식이다.

수학식 1의 변수 중에서 f_m은 모터 표면에서의 힘, τ_m은 모터의 토크, r_m은 모터의 반지름이다.

[수학식 2]

수학식 2은 모터에서 제공되어 벨트에 전달된 벨트 표면에서의 힘과 벨트의 토크, 벨트의 반지름 간의 상관관계에 대한 수식이다.

수학식 2의 변수 중에서 f_b는 벨트 표면에서의 힘, τ_b는 벨트의 토크, r_b는 벨트의 반지름이다.

[수학식 3]

수학식 3은 실린더 형태에 대한 라플라스 공식(LaPlace’s Law)를 벨트와 착용자의 신체에 대해 적용한 수식으로, 벨트를 라플라스 공식에서의 격막으로 가정하고, 착용자의 신체를 라플라스 공식에서의 내부 유체로 가정하면, 수학식 3이 산출될 수 있다.

수학식 3의 변수 중 f_c는 벨트 표면에서 벨트 구심으로의 구심력이다.

[수학식 4]

수학식 4는 수학식 1 내지 수학식 3을 이용해 벨트 표면에서 벨트 구심으로의 구심력 f_c에 대해서 표현한 수식이다.

수학식 3을 벨트 표면에서 벨트 구심으로의 구심력 f_c을 우변으로 정리하면, 수학식 4의 앞부분과 같이 f_c=f_b/r_b로 표현될 수 있다. 그리고, 모터가 표면에서 가지는 힘 f_m은 손실 없이 벨트에 제공된다고 가정(f_m=f_b)하여 수학식 1을 수학식 4의 f_b에 대입하면, 수학식 4의 최우변과 같은 형태의 수식이 산출될 수 있다.

[수학식 5]

수학식 5는 착용자의 관절에 약한 충격이 전달되는 경우에 관절 보호장치가 착용자의 신체상에서 고정되기 위한 조건에 관한 수식이다. 이 경우 착용자의 관절에 전달되는 충격은 약한바, 충격량에 대한 고려를 하지 않고 관절 보호장치의 무게에 대한 중력만을 고려할 수 있다.

수학식 5의 변수 중에서 θ는 힌지의 각도, g는 중력가속도, μ는 벨트와 착용자의 신체간의 고정마찰계수, m_d는 관절 보호장치의 무게이다.

[수학식 6]

수학식 6은 착용자 관절에 약한 충격이 전달되는 경우 관절 보호장치가 착용자의 신체상에서 고정되기 위한 조건에 대한 수식인 수학식 5에 수학식 4를 대입하여 τ_m에 대해서 정리한 최종 조건이다.

수학식 5의 f_c에 수학식 4을 대입하여 τ_m에 대해서 정리하면, 관절 보호장치가 신체에 고정되기 위해 모터가 제공해야 할 고정력을 수학식 6과 같이 산출될 수 있다.

[수학식 7]

수학식 7은 착용자의 관절에 강한 충격이 전달되는 경우에 관절 보호장치가 착용자 신체상에서 고정되기 위한 조건에 관한 수식이다. 이 경우 착용자 신체와 관절 보호장치간에 작용하는 힘은 관절 보호장치의 중력뿐만 아니라, 착용자 신체에 전달되는 충격량까지 고려하여 고정을 위한 조건을 상정할 수 있다.

수학식 7의 변수 중에서 f_i는 착용자가 지면에 대해서 받는 충격량이다.

[수학식 8]

수학식 8은 보행에 있어 착용자의 관절에 전달되는 충격량에 대한 수식으로, 착용자의 관절에 전달되는 충격량은 착용자의 몸무게에 대한 중력으로 표현될 수 있다.

수학식 8의 변수 중에서 m_h는 착용자의 몸무게이다.

[수학식 9]

수학식 9는 착용자 관절에 강한 충격이 전달되는 경우 관절 보호장치가 착용자의 신체상에서 고정되기 위한 조건에 대한 수식인 수학식 7에 수학식 4와 수학식 8을 대입하여 τ_m에 대해서 정리한 최종 조건이다.

수학식 7의 f_c에 수학식 4를 대입하고, 수학식 7의 f_i에 수학식 8을 대입하여 τ_m에 대해서 정리하면, 관절 보호장치가 신체에 고정되기 위해 모터가 제공해야 할 고정력의 조건이 수학식 9과 같이 산출될 수 있다.

도 9은 일 실시예에 따른 측정한 힌지의 각도를 4개의 각도 영역으로 분류화 하여 각 각도 영역에서의 각도에 따른 모터가 제공하는 고정력인 τ_m(130)에 대한 변화를 도시하고 있다.

예를 들어, 힌지의 각도가 0[deg]이하(θ≤0[deg])인 제1영역에서 모터가 제공하는 토크 τ_m(130)는 수학식 9에서 산술된 고정력인 τ_m=(r_m*r_b*(m_d*g+m_h*g)*cos(θ))/(μ)일 수 있다.

또한, 힌지의 각도가 0[deg]을 초과하고, 사용자가 설정하거나 기설정된 기준각도인 θ_d 이하(0<θ≤θ_d[deg])인 제2영역에서 모터가 제공하는 토크 τ_m(130)는 사용자가 설정하거나 기설정된 이득(K), 오프셋 계수(α, β)를 변수로 가지는 수식인 τ_m=((K)/(θ+ α))- β일 수 있다.

또한, 힌지의 각도가 θ_d을 초과하고, 90[deg]이하(θ_d<θ≤90[deg])인 제3영역에서 모터가 제공하는 토크 τ_m(130)는 수학식 6에서 산술된 고정력인 τ_m=(r_m*r_b*m_d*g*cos(θ))/(μ)일 수 있다.

또한, 힌지의 각도가 90[deg]를 초과(90[deg]<θ)하는 제4영역에서 모터가 제공하는 τ_m(130)는 모터가 힘을 제공하지 않아도 관절 보호장치가 고정이 되는바, τ_m=0일 수 있다.

도 9에서 나타나듯이 제1영역에서 제4영역까지의 모터가 제공하는 토크 τ_m(130)는 착용자의 관절이 강한 충격을 받는 제1영역에서 가장 크며, 제2영역에서 제4영역으로 갈수록 착용자 관절에 받는 충격이 감소하기 때문에 관절 보호장치의 착용감을 향상시키기 위해서 모터가 제공하는 토크 τ_m(130)도 감소할 수 있다.

또한, 도 9를 통해 설명한 4개의 각도 영역은 실시예에 따라 임의의 복수개의 각도 영역으로 나뉘어 질 수 있으며, 그에 따른 각 각도 영역에서의 고정력 τ_m도 변할 수 있다.

이하 도 10 및 도 11을 참조하여 관절 보호장치의 각 구성요소에서 구현되는 기능의 상관관계와 그 기능들의 구현과정에 대해 설명하도록 한다. 도 10은 지지부, 감지부, 제어부 및 고정조절부 사이에서 고정력을 결정 및 제공하는 동작에 대한 블럭도이고, 도 11은 감지부에서 힌지의 각도를 측정하고, 측정한 각도를 4개의 각도영역으로 분류하여, 분류한 각도영역에 해당하는 고정력을 지지부에 제공하는 과정에 대한 플로우차트이다.

도 10은 지지부, 감지부, 제어부 및 고정조절부에서 구현되는 동작들과 동작들 사이의 상관관계와 순서를 도시하고 있다.

착용자가 보행을 하는 동작으로 지지부의 힌지를 회전(S11)시키면, 감지부의 각도센서는 회전하는 지지부의 힌지의 각도 변화를 측정(S21)하고, 측정한 힌지의 각도 변화를 제어부에 송신(S22)할 수 있다. 측정한 힌지의 각도는 연속적인 파형의 형태일 수도 있고, 불연속적인 형태일 수도 있으며, 디지털 신호일 수도 있다.

그리고, 제어부는 감지부에서 송신한 힌지의 각도변화를 수신 받고(S31), 수신 받은 힌지의 각도를 설정된 복수개의 각도영역으로 분류화(S32)할 수 있다. 이때, 분류화되는 각도영역의 개수는 1개일 수도 있고, 복수개일 수도 있다. 또한, 복수개의 각도영역인 경우 각도영역의 개수는 착용자가 설정한 입력값에 따라 달라질 수 있다.

그 후, 제어부는 분류된 각도영역에 해당하는 고정력을 결정(S33)할 수 있다. 이때, 결정된 고정력은 각도영역에 따라 상이한 고정값일 수도 있고, 각도영역에 따라 상이한 수식으로 산출된 가변값일 수도 있다.

또한, 각도영역에 따라 상이한 수식으로 산출된 가변값인 경우, 상이한 수식은 착용자 관절이 받는 충격량에 따라 고정력이 변할 수 있다. 예를 들어, 착용자 관절에 전달되는 충격이 강한 경우에, 제어부는 충격력과 관절 보호장치의 무게가 고려된 수식을 이용해 고정력을 산출할 수 있다. 반대로, 착용자 관절에 전달되는 충격이 약한 경우에, 제어부는 관절 보호장치의 무게만이 고려된 수식을 이용해 고정력을 산출할 수 있다.

마지막으로, 고절조절부는 제어부에서 결정한 고정력을 지지부와 신체에 제공(S41)할 수 있다.

도 11은 측정한 힌지의 각도를 각도영역으로 분류화하고, 분류화된 각도영역에서의 고정력을 결정하는 과정에 대해서 도시하고 있다.

제어부는 관절 보호장치의 mode가 가변 고정력 mode인지 여부를 검사(S110)하여, 변화가 없는 고정력 mode인 경우에는 고정력을 기설정되거나 착용자가 설정한 제5고정력으로 결정(S145)할 수 있다.

그러나, 관절 보호장치의 mode가 가변 고정력 mode인 경우에, 감지부는 감지부를 통해 각 지지 프레임 간의 각도를 측정(S120)하고, 제어부는 감지부를 통해 측정된 각도가 기준각도 이하인지 여부를 검사(S131)할 수 있다.

측정된 각도가 기준각도 이하인 경우, 제어부는 다시 감지부를 통해 측정된 각도가 0[deg]이하인지 여부를 재검사(S132)할 수 있다. 재검사를 통해 측정된 각도가 0이하인 경우라고 판명되면 제어부는 고정력을 제1고정력으로 결정(S141)하고, 재검사를 통해 측정된 각도가 0을 초과하고 기준각도 이하인 경우라고 판명되면 제어부는 고정력을 제2고정력으로 결정(S142)할 수 있다.

그리고, 측정된 각도가 기준각도를 초과하는 경우, 제어부는 측정된 각도가 90[deg]이하인지 여부를 재검사(S132)할 수 있다. 재검사를 통해 측정된 각도가 기준각도를 초과하고 90이하인 경우라고 판명되면 제어부는 고정력을 제3고정력으로 결정(S143)하고, 재검사를 통해 측정된 각도가 90을 초과하는 경우라고 판명되면 제어부는 고정력을 제4고정력으로 결정(S144)할 수 있다.

이후, 고정조절부는 제어부에서 결정한 제1고정력 내지 제5고정력을 착용자 신체와 지지부에 제공(S150)할 수 있다.

마지막으로, 제어부는 착용자가 동작을 정지하였는지 여부를 검사하기 위해 감지부를 통해 측정된 지지 프레임간의 각도가 일정값으로 유지되는지 여부를 검사(S160)할 수 있다. 각도가 일정 값으로 계속적으로 유지되는 경우에는 착용자의 움직임이 없는 것인바, 제어를 종료하고, 각도가 일정 값으로 계속적으로 유지되지 않는 경우에는 착용자의 움직임이 있는 것인바, 다시 관절 보호장치의 mode가 가변 고정력 mode인지 여부를 검사할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 관절보호장치
2 : 모터 및 벨트로 구성된 고정수단 조임부
3 : 공기주머니 및 액추에이터로 구성된 고정수단 조임부
4 : 벨트 길이 조절부 및 액추에이터로 구성된 고정수단 조임부
15 : 허리 고정조절부
20, 20R, 20L : 고관절 보호부
25R, 25L : 허벅지 고정조절부
29, 29R, 29L : 고관절 모션 감지부
30, 30R, 30L : 무릎관절 보호부
35, 35R, 35L : 정강이 고정조절부
37, 37R, 37L : 발목 고정조절부
39, 39R, 39L : 무릎관절 모션 감지부
40, 40R, 40L : 발목관절 보호부
44, 44R, 44L : 발등 고정조절부
50R, 50L : 팔꿈치 관절 보호부
54a : 상완 고정조절부
57a : 하완 고정조절부
60R, 60L : 팔목관절 보호부
64a : 팔목 고정조절부
67a : 손등 고정조절부

Claims (20)

1. 서로 다른 지지 프레임이 힌지 결합된 지지부;
   상기 지지부에 구비되어 상기 지지부가 신체에 고정되도록 고정력을 제공하는 고정조절부;
   상기 지지부의 힌지 각도를 감지하는 감지부; 및
   상기 감지부에서 감지한 각도를 복수의 각도 영역 중 하나로 분류하고, 상기 분류된 각도 영역에 기초하여 상기 고정력의 크기를 결정하는 제어부를 포함하는 관절 보호장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 착용자의 몸무게와 관절 보호장치의 무게에 따라 상기 고정력의 크기를 결정하는 관절 보호장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부가 결정하는 고정력의 크기는 각 각도 영역 별로 미리 설정된 값인 관절 보호장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 고정조절부는 둔부, 무릎, 발목, 어깨, 팔꿈치, 팔목, 허리 중 적어도 일 부위에 고정되도록 고정력을 제공하는 관절 보호장치.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 힌지 각도를 측정하는 감지부는 포텐셔미터(potentiometer), 절대위치 인코더(Absolute Encoder), 증분형 인코더(Incremental Encoder) 중 하나인 관절 보호장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 고정조절부는 벨트와 모터를 구비한 관절 보호장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 고정조절부는 공기주머니와 액추에이터를 구비한 관절 보호장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 감지된 각도에 따라 힌지에 대한 보조토크를 결정하고,
    상기 제어부에서 결정된 보조토크를 상기 지지부에 제공하는 보조토크제공부를 더 포함하는 관절 보호장치.
11. 서로 다른 지지 프레임이 힌지 결합된 지지부를 포함하는 관절 보호장치의 제어방법에 있어서,
    상기 지지부의 힌지 각도를 감지하는 단계;
    상기 감지된 각도를 복수의 각도 영역 중 하나로 분류하는 단계;
    상기 분류된 각도 영역에 기초하여 고정력의 크기를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 크기의 고정력을 상기 관절 보호장치의 착용자에게 제공하는 단계를 포함하는 관절 보호장치의 제어방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 고정력의 크기를 결정하는 단계는 착용자의 몸무게와 관절 보호장치의 무게에 따라 상기 고정력의 크기를 결정하는 관절 보호장치의 제어방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 고정력의 크기는 각 각도 영역 별로 설정된 고정값인 관절 보호장치의 제어방법.
14. 삭제
15. 제11항에 있어서,
    상기 고정력을 제공하는 단계의 신체는 둔부, 무릎, 발목, 어깨, 팔꿈치, 팔목, 허리 중 적어도 일 부위인 관절 보호장치의 제어방법.
16. 삭제
17. 제11항에 있어서,
    상기 힌지 각도의 감지는 포텐셔미터(potentiometer), 절대위치 인코더(Absolute Encoder), 증분형 인코더(Incremental Encoder) 중 하나를 이용하는 관절 보호장치의 제어방법.
18. 제11항에 있어서,
    상기 고정력을 제공하는 단계는 벨트와 모터를 이용하는 관절 보호장치의 제어방법.
19. 제11항에 있어서,
    상기 고정력을 제공하는 단계는 공기주머니와 액추에이터를 이용하는 관절 보호장치의 제어방법.
20. 제11항에 있어서,
    상기 감지된 각도에 따라 힌지에 대한 보조토크를 결정하는 단계;
    상기 결정한 보조토크를 지지부에 제공하는 단계를 포함하는 관절 보호장치의 제어방법.

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