KR102224485B1 - 플렉서블 소재가 적용된 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

플렉서블 소재가 적용된 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102224485B1
KR102224485B1 KR1020140100359A KR20140100359A KR102224485B1 KR 102224485 B1 KR102224485 B1 KR 102224485B1 KR 1020140100359 A KR1020140100359 A KR 1020140100359A KR 20140100359 A KR20140100359 A KR 20140100359A KR 102224485 B1 KR102224485 B1 KR 102224485B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
user
wire
joint
fixing part
power
Prior art date
Application number
KR1020140100359A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160016356A (ko
Inventor
박근영
박홍수
이상엽
인현기
조규진
단병주
박대근
Original Assignee
엘지전자 주식회사
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사, 서울대학교산학협력단 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020140100359A priority Critical patent/KR102224485B1/ko
Priority to PCT/KR2015/008218 priority patent/WO2016021940A1/ko
Publication of KR20160016356A publication Critical patent/KR20160016356A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102224485B1 publication Critical patent/KR102224485B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

관절 운동 보조 장치가 개시된다. 본 장치는 사용자의 생체 정보를 측정하는 센서부, 사용자의 관절부위에 고정되는 관절고정부, 관절고정부의 일측과 와이어를 통해 연결되는 제1 고정부, 일측의 반대방향에 배치되고, 관절고정부에 연결된 제2 고정부, 와이어에 동력을 제공하여, 상기 사용자의 관절 운동을 위한 동력을 제공하는 동력부, 및 센서부에서 측정된 상기 생체 정보에 기초하여, 상기 사용자의 동작 의도를 판단하고, 상기 와이어에 걸리는 동력을 조절하는 상기 동력부를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 사용자 편의성이 향상될 수 있다.

Description

플렉서블 소재가 적용된 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법{FLEXIBLE MATERIAL APPLYING TO JOINT MOTION ASSISTANT DEVICE AND THE CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 플렉서블 소재가 적용된 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 생체 정보를 측정하여 사용자의 모션 의도를 판단하는, 플렉서블 소재가 적용된 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 노인, 장애인, 동작이 불편한 사람의 경우, 동작을 보조해 주는 장치를 필요로 하게 된다. 또한, 불의의 사고로 인하여 팔, 다리가 다쳤을 경우에도 관절 운동 보조 장치를 사용하게 된다. 관절 운동 보조 장치의 종류로는 다양한 장치들이 있다. 예컨대, 노인들이 많이 사용하는 지팡이를 포함하여 병원에서 환자들이 사용하는 목발, 보행 스탠드, 보행 프레임, 휠체어 등이 있으며, 그 종류 또한 사용자의 편의에 맞게 다양하게 제작되고 있다.
종래의 관절 운동 보조 장치는 크게 완전 관절 운동 보조 장치 및 부분 관절 운동 보조 장치로 나뉠 수 있다. 완전 관절 운동 보조 장치는 척추손상 등으로 인해 보행 자체를 할 수 없는 사람들을 대상으로 하여 사람의 무게를 완벽히 버티면서 걷는 동작을 만들어 주는 방식으로 구동된다. 이때, 사용자가 직접 조정 버튼 등을 이용하여 완전 관절 운동 보조 장치를 구동시키게 된다. 또한, 부분 관절 운동 보조 장치의 경우, 노약자나 걸음이 불편한 장애인에게 둔부를 지지하여 몸무게에 의한 부담을 줄여주거나 대퇴부를 밀어주어 관절 운동 동작을 원활하게 도와 줄 수 있다.
다만, 종래의 관절 운동 보조 장치의 경우, 메탈 등의 단단한 소재로 구성되어 필연적으로 규모가 커지고 제품 단가가 비싸질 뿐만 아니라, 사용자 편의성 면에서도 불리한 면이 있었다. 또한, 관절 운동 보조 장치의 구동이 수동으로 이뤄져 사용자 편의성 면에서 불리한 면이 있었다.
본 발명의 배경기술은, 대한민국 공개특허공보 10-2012-0076093 에 개시되어있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일 목적은 탈부착 및 길이 조절이 가능한 플렉서블한 소재를 관절 운동 보조 장치에 적용하여, 사용자 편의성을 증대시키는 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 생체 정보를 센싱하는 센서를 이용하여, 센싱 정보에 기초하여 사용자의 관절 동작 의도를 판단하여 자동으로 구동되는 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른, 관절 운동 보조 장치는 사용자의 생체 정보를 측정하는 센서부, 상기 사용자의 관절부위에 고정되는 관절고정부, 상기 관절고정부의 일측과 와이어를 통해 연결되는 제1 고정부, 상기 일측의 반대방향에 배치되고, 상기 관절고정부에 연결된 제2 고정부, 상기 와이어에 동력을 제공하여, 상기 사용자의 관절 운동을 위한 동력을 제공하는 동력부 및 상기 센서부에서 측정된 상기 생체 정보에 기초하여, 상기 사용자의 동작 의도를 판단하고, 상기 와이어에 걸리는 동력을 조절하는 상기 동력부를 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 센서부는 적어도 하나의 압력 센서를 포함하고, 상기 압력 센서는, 사용자의 발 바닥의 특정 스팟(Spot)에 배치되고, 상기 제어부는 상기 압력 센서로부터 측정되는 압력치로부터 상기 사용자의 동작 의도를 판단하고, 상기 와이어에 걸리는 동력을 조절하기 위해 상기 동력부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 센서부는 EMG(ElectroMyoGraphy) 센서를 포함하고, 상기 EMG 센서는 상기 사용자의 근육에서 발생하는 EMG 신호를 측정하고, 상기 제어부는 상기 EMG 센서로부터 측정되는 EMG 신호값으로부터 상기 사용자의 동작 의도를 판단하고, 상기 와이어에 걸리는 동력을 조절하기 위해 상기 동력부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제1 고정부에 연결된 어깨 고정 벨트를 더 포함하며, 상기 어깨 고정 벨트는 상기 제1 고정부의 양 단에 마련된 고리를 관통하고, 상기 와이어에 동력이 작용하여 상기 와이어가 움직이는 경우, 상기 사용자 신체 상부의 전면 및 후면에 작용되는 장력을 균일하게 할 수 있다.
또한, 상기 관절 고정부, 제1 고정부, 및 제2 고정부 중 적어도 하나는, 플렉서블(flexible)한 소재로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의해, 탈부착 및 길이 조절이 용이한 플렉서블한 소재를 관절 운동 보조 장치에 적용하여 사용자 편의성이 높아지게 된다. 또한, 플렉서블한 소재를 이용하는 바, 관절 운동 보조 장치의 부피와 무게가 줄어들어 제조단가를 낮추게 된다.
또한, 본 관절 운동 보조 장치는 생체 정보를 센싱하는 센서를 탑재하고, 센싱 정보에 기초하여 사용자의 관절 동작 의도를 판단하여 자동으로 장치를 구동되는 바, 사용자 편의성이 향상될 수 있다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절 운동 보조 장치의 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절 운동 보조 장치가 사용자에게 채용된 모습을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 어깨 고정부와 대퇴부 고정부의 결합구조를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 관절 운동 보조 장치를 나타내는 도면,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 센서의 위치를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력부를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 관절 운동 보조 장치를 나타내는 도면, 그리고
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절 운동 보조 장치의 시퀀스도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 1에 따르면, 관절 운동 보조 장치(100)는 센서부(110), 동력부(120), 제어부(130)를 포함한다.
관절 운동 보조 장치(100)는 관절이 불편한 사용자에게 주로 사용될 수 있다. 본 관절 운동 보조 장치(100)의 경우, 무릎, 팔꿈치, 손가락, 발가락 등에 널리 적용될 수 있으나, 설명의 편의를 위해, 무릎 관절에 적용되는 관절 운동 보조 장치(100)를 주 실시 예로 설명하기로 한다.
관절 운동 보조 장치(100)는 플렉서블한 소재를 적용하여 구성될 수 있다. 탈부착이 용이하고, 길이 조절이 가능한 플렉서블한 소재(가령, 패브릭, 가죽 등)을 관절 운동 보조 장치(100)에 적용하여, 사용자 사용성 및 편의성이 향상될 수 있다.
한편, 관절 운동 보조 장치(100)는 인체 뿐만 아니라 동물의 관절 운동 보조를 위해서도 사용될 수 있다.
센서부(110)는 사용자의 생체 정보를 측정한다. 측정된 생체 정보는 제어부(130)로 전송되어, 사용자의 관절 모션 의도를 판단하기 위하여 사용된다. 센서부(110)의 일 예로는 압력 센서, EMG(ElectroMyoGraphy) 센서가 될 수 있다.
압력 센서는 발바닥 또는 신발 밑바닥에 배치되어 사용자의 관절 모션 의도를 판단하기 위하여 센싱 정보를 수집할 수 있다. 자세한 설명은 도 5 및 도 6에서 후술하기로 한다.
또한, EMG 센서는 근육에서 발생하는 전기 신호를 수집할 수 있다. EMG 센서는 수집된 전기 신호를 제어부(130)로 전송하여, 사용자의 관절 모션 의도(가령, 걷고자 하는 의도)를 판단하기 위해 사용된다.
여기서, EMG 센서를 이용하여 근육에서 발생하는 전기 신호를 처리하고, 관절 모션 의도로 판단되는 방법은 공지의 기술인 바, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 센서부(110)는 상술한 압력 센서 및 EMG 센서 이외에도, 뇌파를 이용하여 센싱 정보를 추출하는 경우를 포함하여, 다양한 센서가 이용될 수 있다. 생체 정보를 측정하여, 관절 모션 의도(가령, 걷고자 하는 의도, 무릎을 구부리고자 하는 의도, 무릎을 펴고자 하는 의도 등)가 판단되는데 이용되는 센서라면 제한없이 채용될 수 있다.
또한, 센서부(110)는 주기적 또는 제어부(130)로부터 설정된 타임 인터벌을 기준으로 사용자의 생체 정보를 측정하여, 제어부(130)로 해당 정보를 전송할 수 있다.
동력부(120)는 와이어(미도시)의 일끝단에 연결되어 와이어를 감거나 푸는 역할을 수행한다. 일반적인 모터로 구현될 수 있다.
동력부(120)는 와이어(미도시)에 동력을 제공하여, 사용자의 관절 운동을 위한 동력을 제공한다. 본 관절 운동 보조 장치(100)는 와이어를 이용하여 사용자의 관절 운동을 돕게 된다. 와이어는 연결 방향에 따라 관절이 허용하는 범위 내에서 다양한 움직임을 만들 수 있는 확장성이 있다는 점에서 장점을 갖게 된다.
와이어의 결합 방법은 도 2를 참고하여 설명하기로 한다. 와이어(230)의 일단은 동력부(120)에 연결된다. 동력부(120)는 와이어를 와이어 휠(미도시)에 감거나 풀어서, 와이어에 동력을 제공할 수 있다. 동력부(120)는 도 2에서 백팩(210)의 내부에 배치된 것으로 도시하였다.
와이어(230)는 두 부분으로 나뉠 수 있다. 시스(sheath, 240)에 감춰진 부분(230-2) 및 와이어가 눈에 보이는 부분(230-1)으로 나뉠 수 있다. 여기서, 시스(240)는 와이어를 감싸지만 와이어(230)가 움직일 때, 함께 움직이지는 않는다. 시스(240)는 사용자의 피부가 와이어에 직접적으로 닿는 것을 방지시킨다. 여기서, 눈에 보이는 와이어 부분(230-1)을 아웃-와이어라고 명명하고, 시스(230-2)에 감춰진 와어어 부분(230-2)를 인-와이어라고 명명하기로 한다. 아웃-와이어(230-1)는 사용자의 관절부위에 고정되는 관절 고정부(250) 및 제1 고정부(여기서는 대퇴부 고정부, 220) 사이에 있게 된다. 제1 고정부(220)은 관절 고정부(250)의 일측과 와이어를 통해 연결된다.
제어부(130)의 제어에 따라, 구동부(120)가 와이어(230)를 감는 경우, 와이어는 상부로 동력을 받게되고, 와이어(230)에 연결된 제2 고정부(260)에 상부로의 힘이 생겨 사용자의 무릎은 펴지게 된다. 또한, 구동부(120)가 와이어(230)를 푸는 경우, 와이어는 하부로 동력을 받게되고, 와이어(230)에 연결된 제2 고정부(260)에 하부로의 힘이 생겨 사용자의 무릎은 굽혀지게 된다.
다만, 와이어(230)의 위치, 제1 및 제2 고정부의 신체 결합구조에 따라, 와이어(230)를 감을 때, 무릎이 굽혀지고, 와이어(230)를 풀 때, 무릎이 릴리즈될 수도 있다.
제어부(130)의 제어에 따라, 구동부(120)가 와이어(230)를 감는 경우, 와이어는 상부로 동력을 받게되고, 와이어(230)에 연결된 제2 고정부(260)에 상부로의 힘이 생겨 사용자의 무릎은 굽혀지게 된다. 또한, 구동부(120)가 와이어(230)를 푸는 경우, 와이어는 하부로 동력을 받게되고, 와이어(230)에 연결된 제2 고정부(260)에 하부로의 힘이 생겨 사용자의 무릎은 펴지게 된다.
여기서, 제2 고정부(260)는 관절 고정부(250)를 기준으로 와이어(230)가 연결된 방향과 반대방향에 배치되고, 와이어(230)와 연결되어 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 무릎 관절 운동 보조 장치의 경우, 어깨 고정부(270)가 채용될 수 있다. 어깨 고정부(270)는 백팩(210) 및 와이어(230)에 연결된 부분은 아니고, 제1 고정부(220)에 연결되어, 와이어(230)가 하부로 힘을 받는 경우, 상체에 걸리는 장력을 균일화시키는 역할을 수행한다. 자세한 설명은 후술하기로 한다.
한편, 동력부(120)는 백팩(210)에 배치된 것으로 설명하였으나, 구현시에는 백팩(210) 내부에 반드시 있어야 하는 것은 아니고, 외부에 드러할 수 있다. 또한, 백팩(210) 역시 설명의 편의를 위한 하나의 실시 예이고, 지면에 있거나, 사용자와 거리를 두고 배치된다고 하더라도, 본 관절 운동 보조 장치 구동에는 문제없다.
또한, 제1 고정부(220) 및 제2 고정부(260), 관절고정부(250) 등이 플렉서블한 소재로 탁부착 가능하고, 길이 조절 등이 자유로워 사용자 편의성이 향상될 수 있다.
다시, 도 1로 돌아가서 설명하기로 한다.
제어부(130)는 본 관절 운동 보조 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다.
제어부(130)는 센서부(110)에서 측정된 생체 정보에 기초하여, 사용자의 동작 의도를 판단하고, 와이어에 걸리는 동력을 동력부(120)를 통해 조절한다.
생체 정보로는 사용자의 신체 내부 또는 압력, 온도, 뇌파 등을 포함하는 포괄적인 정보가 될 수 있다. 가령, 제어부(130)는 신발 밑바닥에 배치된 압력 센서, 근육의 전기 신호를 측정하는 EMP 센서 등을 통해 측정된 생체 정보를 수신할 수 있다.
가령, 압력 센서가 사용자 발바닥 또는 신발의 특정 스팟(Spot)에 배치되는 경우, 제어부(130)는 압력 센서로부터 측정되는 압력치로부터 상기 사용자의 동작 의도를 판단할 수 있다. 압력 센서를 발바닥의 전면 및 후면에 배치시켜, 보행을 시도하는 경우에는 발바닥 전면의 압력이 보행 시도 전보다는 클 것인 바, 측정된 압력은 제어부(130)로 전송되고, 제어부(130)는 사용자의 동작 의도(가령, 보행 의도)를 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 와이어(230)을 하늘 방향으로 감게 되고, 이 경우, 사용자의 무릎은 굽혀지게 된다. 반대로, 무릎을 펴야하는 경우, 제어부(130)는 압력 센서로부터 수신되는 측정된 압력값을 기초로, 와아이(230)를 바닥방향으로 풀어서, 사용자의 무릎이 굽혀질 수 있도록 조절할 수 있다.
센서부(110)를 EMG(ElectroMyoGraphy) 센서를 사용하는 경우, 사용자의 근육에서 발생하는 전기신호를 측정할 수 있다. 이 경우, 측정된 정보는 제어부(130)가 수신하여, 근육에서 발생된 전기신호를 판단하여, 사용자의 동작 의도를 파악한 후, 동력부(120)를 통해 와이어를 풀거나 감을 수 있다.
사용자의 근육에서 발생하는 전기 신호를 이용하여, 사용자의 동작 의도를 파악하는 기술은 공지 기술인 바, 구체적인 방법은 생략하기로 한다.
한편, 본 명세서에서 제어부(130)와 동력부(120)를 분리하여 설명하였으나, 구현시에는 제어부(130)가 동력부(120)의 역할을 포함할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절 운동 보조 장치가 사용자에게 채용된 모습을 나타내는 도면이다.
도 2에 따르면, 가방(210)에는 동력부(120) 및 제어부(130)를 내부에 포함할 수 있다. 가방(210) 등의 장비를 사용하는 경우, 본 관절 운동 보조 장치(100)를 이동시키는데 있어서 도움이 된다. 다만, 본 가방(210)이 발명의 구동을 위해서 필수적인 구성요소일 필요는 없고, 편의상 이용될 수 있는 장비라 할 수 있다.
제1 고정부(220)는 시스(240) 및 와이어(230)와 연결되는 고정부이고, 특히 와이어(230)가 바닥방향으로 동력을 받는 경우에 의미가 있는 고정부이다. 왜냐하면, 와이어(230)가 바닥방향으로 동력을 받는 경우에 와이어가 바닥방향으로 움직이면서, 이를 지지해주는 구성요소가 될 수 있다.
제1 고정부(220)는 특히 어깨 고정 벨트(270)와 연결될 수 있다. 제1 고정부(220)의 양 끝단에는 각각 고리가 하나씩 배치될 수 있다. 본 고리를 이용하여 사용자 신체 상부의 장력을 균일화시키는 역할을 수행할 수 있다. 구체적인 설명은 도 3에서 하기로 한다.
또한, 제1 고정부(220)는 와이어(230)가 결합되는 지점(220-1)이 있다. 본 지점을 와이어(230)가 통과되도록 구성될 수 있다.
제2 고정부(260)는 관절 고정부(250)에서부터 발끝까지 위치하여, 발을 감싸듯이 지지할 수 있다. 또한, 제2 고정부(260)는 와이어(230)에 연결되어 와이어(230)가 풀리거나 감기는 경우, 사용자의 무릎을 구부리거나 펼 수 있다.
제2 고정부(260)는 특히, 발가락 끝이나 발뒷꿈치 끝에 연결하지 아니하고, 발목이나 발가락이 꺽이지 않은 적절한 위치로 사용자의 발을 감싸도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 어깨 고정 벨트(270)가 제1 고정부를 지지하는 것으로 설명하였으나, 구현시에는 어깨를 이용하지 아니하고, 허리 등에 위치하면서, 와이어(230)가 바닥방향으로 동력을 받는 경우, 사용자의 신체 등을 지지해줄 수 있다. 또한, 무릎 관절이 아닌 다른 관절의 운동 보조 장치인 경우, 관절을 중심으로 적절한 위치에 제1 고정부 및 제2 고정부가 배치될 수 있고, 제1 고정부를 지지해주는 플렉서블한 소재가 적용된 벨트를 이용할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 어깨 고정부와 대퇴부 고정부의 결합구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 측면도를 도시한 도면이다. 어깨 고정부(270)의 측면의 한쪽 단면을 도시된 것에 따르면, 가방(210)으로부터 와이어(230)가 나와서 대퇴부 고정부의 일 지점(220-1)을 통과한다. 또한, 시스(240)로 와이어(230)를 감싸고 있다.
여기서, 제어부(130)는 센서부(110)를 통해 입력된 생체 정보에 기초하여, 사용자의 동작 의도를 판단하여, 와이어(230)에 동력을 가할 수 있다. 가령, 무릎을 피는 것으로 제어부(130)가 판단하는 경우, 제1 고정부(220)를 지지해줄 구성용소가 어깨 고정부(270)가 되는 것이다. 특히, 어깨 고정부(270)는 동심원을 그리도록 회전할 수 있다. 가령, 270-1 지점이 반시계방향으로 회전한다면, 270-2 지점 역시 반시계방향으로 회전할 수 있게 된다.
만약, 어깨 고정부(270)가 제1 고정부(220)에 도 3과 같이 고리(310-1)를 이용하지 아니하고 제1 고정부에 직접적으로 연결되는 경우, Ff 장력이 Fg 장력보다 커지고 이로 인해, 사용자의 상체가 앞으로 숙여지는 경우가 발생할 수 있다. 이런 문제를 해결하기 위해, 고리(310-1)를 통해 어깨 고정부(270) 및 제1 고정부(220)가 연결되는 경우, 와이어가 바닥 방향으로 동력을 받는 경우, Ff > Fg 였다가 어깨 고정부(270-1)가 고리(310-1)를 중심으로 회전할 수 있도록 한다. 이렇게 되면, Ff = Fg 가 되어 상체 쏠림 현상 등의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 또 하나의 고리(310-2, 미도시)가 관절의 다른 측면의 대퇴부 고정부(220)에 역시 연결되고 동작하는 원리는 상술한 바와 같다. 단, 어깨 고정부(270)가 두 개의 벨트로 구성되어 제1 고리(310-1)로 통과하는 벨트와 제2 고리(310-2)로 통과하는 또다른 벨트로 구성될 수 있다.
여기서, 어깨 고정부(270), 관절 고정부(250), 제1 고정부(대퇴부 고정부, 220), 제2 고정부(260)는 모두 플렉서블한 소재로 구성될 수 있다. 이 경우, 사용자에 맞춤형으로 부피를 줄여서 관절 운동 보조 장치가 구성되어, 사용자 편의성 등이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 관절 운동 보조 장치를 나타내는 도면이다.
도 4에 따르면, 본 관절 운동 보조 장치(100)는 센서부(110)를 구비하지 아니한다. 따라서, 제어부(130) 역시 사용자의 동작 의도를 파악하지 아니한다. 즉 수동 모드에서, 구동되는 관절 운동 보조 장치(100)를 상정하였다.
관절 운동 보조 장치(100)를 구도시키기 위하여, 사용자 이벤트가 필요하다. 본 실시 예에서는 이벤트 발생을 스위치(410)를 이용하는 것으로 하였다. 사용자가 앞으로 보행하고자하는 경우, 직접 스위치(410)를 누르면, 와이어(230)가 하늘방향으로 동력을 받고, 또 직접 스위치(410)를 누르면, 와이어(230)는 바닥방향으로 동력을 받게 된다.
여기서 가방(210)은 동력부(120)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 구현시에는 가방(210)이 반드시 사용자 주변에 있어야 하는 것은 아니다.
그리고, 와이어(230)는 연결 방향에 따라 관절이 허용하는 범위 내에서 다양한 움직임을 만들 수 있는 확장성이 있다는 점에서 장점을 갖게 된다. 따라서, 사용자 사용성 및 편의성 등이 향상될 수 있다.
또한, 어깨 고정부(270), 대퇴부 고정부(220), 관절 고정부(250), 제2 고정부(260)는 모두 플렉서블한 소재를 이용하여 구성될 수 있으므로, 부피, 무게, 가격 면에서 장점을 갖게 된다.
또한, 상술한 고리 구조를 이용하여 어깨 고정부(270)와 연결되는 특징은 그대로 본 실시 예에도 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 사용자 이벤트의 일 예로 스위치를 상정하였으나, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 수동으로 관절 운동 보조 장치를 구동시킬 수 있는 어떠한 기구, 동작도 채용될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 센서의 위치를 도시한 도면이다.
도 5에 따르면, 신발의 바닥면(510)에 압력 센서를 제1 지점(520-1) 및 제2 지점(520-2)에 배치될 수 있다.
가령, 압력 센서가 사용자 발바닥 또는 신발의 특정 스팟(Spot)에 배치되는 경우, 제어부(130)는 압력 센서로부터 측정되는 압력치를 수신할 수 있다. 수신된 정보에 기초하여 제어부(130)는 사용자의 동작 의도를 판단할 수 있다. 압력 센서를 발바닥의 제1 지점(520-1) 및 제2 지점(520-2)에 배치시켜, 보행을 시도하는 경우에는 발바닥 전면의 압력이 보행 시도 전보다는 클 것인 바, 측정된 압력은 제어부(130)로 전송되고, 제어부(130)는 사용자의 동작 의도(가령, 보행 의도)를 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 와이어(230)을 바닥 방향으로 풀게 되고, 이 경우, 사용자의 무릎은 굽혀지게 된다. 반대로, 무릎을 펴야하는 경우, 제어부(130)는 압력 센서로부터 수신되는 측정된 압력값을 기초로, 와아이(230)를 하늘방향으로 감아서, 사용자의 무릎이 펴질 수 있도록 조절할 수 있다.
다만, 상술한 바와 같이 와이어(230)의 위치, 제1 및 제2 고정부의 신체 결합구조에 따라, 와이어(230)를 감을 때, 무릎이 굽혀지고, 와이어(230)를 풀 때, 무릎이 릴리즈될 수도 있음은 당연하다.
도 6은 도 5의 측면을 도시한 도면이다. 특히, 센서 보호 소재(610)를 압력 소자 위에 배치시켜 압력 센서를 보호할 수 있다.
압력 센서의 배치 및 개수는 적절하게 변경될 수 있다. 다만, 최적화된 압력 센서의 배치 등은 공지의 기술인 바, 구체적인 기술은 생략한다.
또한, 압력 센서 이외의 다양한 센서가 사용자의 생체 정보를 수집하기 위해서 사용될 수 있음은 전술한 바 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력부를 나타내는 도면이다.
도 7에 따르면, 동력부(120)는 모터(710), 와이어 휠(720), 와이어(230), 시스(240)를 포함할 수 있다. 다만, 동력부(120)를 좁게는 모터(710)만 포함할 수 있다.
모터(710)는 일반적으로 동력을 제공할 수 있는 장치로, 모터에는 와이어(230)가 연결되어 있어서, 와이어(230)를 와이어 휠(720)에 감을 수도, 풀 수도 있다.
모터(710)는 제어부(130)의 제어를 받게 된다. 센서부(110)를 통해, 사용자 생체 정보가 제어부(130)에 수신되어, 제어부(130)는 수신된 생체 정보에 기초하여, 와이어(230)에 동력을 가하게 된다.
이 경우, 시스(240)는 와이어(230)가 와이어 휠(720)에 감기던 풀리던 간에 움직이지 아니하고, 와이어(230)가 통과될 수 있도록 구성된다.
동력부(120)는 가방(210) 등에 보관될 수 있다. 동력부(120)는 사용자와 근접하지 않아도 와이어(230)에 동력이 가해지는 경우라면, 사용자와 떨어져도 된다.
또한, 동력부(120)는 제어부(130)의 역할을 포함하여 구성될 수 있고, 상술한 센서부(110)가 구비되지 않은 수동식 관절 운동 보조 장치의 경우라면, 사용자 이벤트(가령, 스위치 누름) 등에 의해 구동될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 관절 운동 보조 장치를 나타내는 도면이다.
도 8에 따르면, 관절 운동 보조 장치(100)는 팔꿈치에도 적용될 수 있다. 제1 고정부(810)와 제2 고정부(820) 사이에 아웃-와이어(230-1)가 배치되고, 제1 고정부(810)와 동력부(120) 사이에 시스(240) 내부에 인-와이어(230-2)가 배치될 수 있다. 아웃-와이어(230-1) 및 인-와이어(230-2)는 앞에서 정의한 바 있다.
본 관절 운동 보조 장치(100)는 센서의 구비여부에 따라 자동식, 수동식으로 구동될 수 있다. 가령, 자동식으로 구성되는 경우, 관절 운동 보조 장치(100)는 센서부(110)를 통해 수신된 생체 정보를 이용하여, 사용자의 동작 의도를 판단하여, 와이어(230)에 동력을 가하여, 팔을 펼 수도 오므릴 수도 있게 제공할 수 있다. 그리고, 수동식으로 구성되는 경우, 사용자의 이벤트 입력에 의해 와이어(230)에 동력을 가하여, 팔을 펼 수도 오므릴 수도 있게 제공할 수 있다.
그리고, 또한, 추가적으로 관절 부위에 관절 고정부(미도시)를 두어 와이어(230)가 관절 고정부(미도시)를 통과하도록 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절 운동 보조 장치의 제어 방법은 다음과 같다.
일단, 사용자의 생체 정보를 측정한다(S910). 이 경우, 압력 센서, EMG 센서 등을 이용하여 사용자의 생체 정보를 측정할 수 있다.
그 다음으로, 측정된 생체 정보에 기초하여 사용자의 동작 의도를 판단한다(S920).
그 후에, 사용자의 동작 의도에 맞는 와이어의 동력을 조절한다(S830). 구체적인 동작 방법은 전술한 바, 생략하기로 한다.
한편, 상술한 다양한 실시 예에 따른 관절 운동 보조 장치의 측정된 생체 정보에 기초하여 사용자의 동작 의도를 판단하는 방법은 프로그램으로 구현되어 디스플레이 장치에 제공될 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 장치의 제어 방법을 포함하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 관절 운동 보조 장치 110 : 센서부
120 : 동력부 130 : 제어부
230 : 와이어 240 : 시스

Claims (6)

  1. 관절 운동 보조 장치에 있어서,
    사용자가 착용하는 신발 바닥의 적어도 하나의 스팟(Spot)에 배치된, 적어도 하나의 압력 센서를 포함하여, 상기 사용자의 생체 정보를 측정하는 센서부;
    상기 사용자의 관절부위에 고정되는 관절고정부;
    상기 관절고정부의 일측과 와이어를 통해 연결되고, 상기 관절고정부를 중심으로 상기 사용자의 일 신체에 고정되는 제1 고정부;
    백팩의 내부에 배치되며 상기 와이어에 동력을 제공하고, 상기 사용자의 관절 운동을 위한 동력을 제공하는 동력부; 및
    상기 압력 센서로부터 측정되는 압력치로부터 상기 사용자의 동작 의도를 판단하고, 상기 와이어에 걸리는 동력을 조절하기 위하여 상기 동력부를 제어하는 제어부;를 포함하며
    상기 제어부는
    상기 센서부에서 감지된 상기 사용자의 발바닥 전면부분의 압력이 보행 시도 전보다 큰 경우, 상기 와이어를 풀어, 상기 사용자의 무릎이 굽혀지도록 상기 동력부를 제어하고,
    상기 사용자의 무릎이 펴져야 하는 경우, 상기 압력 센서로부터 측정된 압력값을 기초로 와이어를 감아, 상기 사용자의 무릎이 펴지도록 상기 동력부를 제어하는 것을 특징으로 하는
    관절 운동 보조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일측의 반대방향에 배치되고, 상기 관절고정부에 연결되며, 상기 관절고정부를 중심으로 상기 사용자의 타 신체에 고정되는 제2 고정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    관절 운동 보조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사용자의 피부가 상기 와이어에 직접적으로 닿는 것을 방지하는 시스를 더 포함하고,
    상기 와이어는 상기 시스에 감취진 부분인 인-와이어 및 눈에 보이는 부분인 아웃-와이어를 포함하며,
    상기 아웃-와이어는 상기 제1 고정부와 상기 관절고정부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는
    관절 운동 보조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고정부에 연결된 어깨 고정 벨트;를 더 포함하며,
    상기 어깨 고정 벨트는,
    상기 제1 고정부의 양 단에 마련된 고리를 관통하고,
    상기 와이어에 동력이 작용하여 상기 와이어가 움직이는 경우, 상기 사용자 신체 상부의 전면 및 후면에 작용되는 장력을 균일하게 하는 것을 특징으로 하는 관절 운동 보조 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 관절 고정부, 상기 제1 고정부 및 상기 제2 고정부 중 적어도 하나는,
    플렉서블(flexible)한 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 관절 운동 보조 장치.
  6. 삭제
KR1020140100359A 2014-08-05 2014-08-05 플렉서블 소재가 적용된 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법 KR102224485B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140100359A KR102224485B1 (ko) 2014-08-05 2014-08-05 플렉서블 소재가 적용된 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법
PCT/KR2015/008218 WO2016021940A1 (ko) 2014-08-05 2015-08-05 플렉서블 소재가 적용된 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140100359A KR102224485B1 (ko) 2014-08-05 2014-08-05 플렉서블 소재가 적용된 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160016356A KR20160016356A (ko) 2016-02-15
KR102224485B1 true KR102224485B1 (ko) 2021-03-08

Family

ID=55264139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140100359A KR102224485B1 (ko) 2014-08-05 2014-08-05 플렉서블 소재가 적용된 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102224485B1 (ko)
WO (1) WO2016021940A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102416013B1 (ko) 2020-06-23 2022-06-30 충남대학교산학협력단 허리의 3축 자유도 움직임이 가능한 운동보조장치 및 이의 제어방법
WO2021261624A1 (ko) * 2020-06-25 2021-12-30 엘지전자 주식회사 근력보조장치용 센싱장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007054086A (ja) 2005-08-22 2007-03-08 Kochi Univ Of Technology 動作補助用装具
US20100036302A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 Honda Motor Co., Ltd. Walking assistance device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100615446B1 (ko) * 2004-06-21 2006-08-31 재단법인 산재의료관리원 근전도 생체신호제어형 동력보행보조기
KR100612031B1 (ko) * 2004-11-04 2006-08-11 학교법인 서강대학교 근력증강을 위한 보행보조기기 및 그 제어방법
KR101055884B1 (ko) * 2009-10-15 2011-08-09 정기표 자동보행장치
KR200458671Y1 (ko) * 2010-02-05 2012-02-14 이수종 근력 보조 장치
KR101247078B1 (ko) * 2011-01-13 2013-03-25 서강대학교산학협력단 와이어 구동방식 외골격 로봇과 그 구동방법
KR101417895B1 (ko) * 2011-10-26 2014-07-09 (주)헥사시스템즈 보행 보조 장치
KR101317354B1 (ko) * 2011-11-21 2013-10-11 서강대학교산학협력단 보행보조토크 제어방법 및 보행보조장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007054086A (ja) 2005-08-22 2007-03-08 Kochi Univ Of Technology 動作補助用装具
US20100036302A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 Honda Motor Co., Ltd. Walking assistance device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016021940A1 (ko) 2016-02-11
KR20160016356A (ko) 2016-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210369204A1 (en) Gear for holding a physiological sensor
JP5283401B2 (ja) リハビリテーション支援装置
KR101667179B1 (ko) 사용자-연계 휴먼-머신 인터페이스 시스템 및 그의 외골격 제어 방법
US7346396B2 (en) Interface to FES control system
US9480593B2 (en) Distraction and mobility back support
US11103413B2 (en) Assistance apparatus, assistance method, and recording medium
US20220040027A1 (en) Control and sensor system for devices assisting in joint flexion
JP2014217707A (ja) 生体情報計測装置及び生体情報計測システム
JP2019509120A (ja) 生理学的測定のためのアダプティブウェアラブルデバイス及びこれを使用する方法
JP2004313555A (ja) 機能的電気刺激歩行補助装置
US20190110943A1 (en) Assistance apparatus, assistance method, and recording medium
KR102224485B1 (ko) 플렉서블 소재가 적용된 관절 운동 보조 장치 및 그 제어 방법
Kong et al. Wearing the F-Scan mobile in-shoe pressure measurement system alters gait characteristics during running
US10342460B2 (en) Postural feedback device
WO2012086202A1 (ja) 関節支持装具およびリハビリ装置
US20200042036A1 (en) Wearable Device with Automatic and Temporary Sensor-Activated Band Contraction
Kudo et al. Electric-powered glove for CCI patients to extend their upper-extremity function
KR20130045775A (ko) 근육 활성화도 측정 장치
US20200297248A1 (en) Posture monitoring device employing elastic resistance element, and method and system for monitoring posture by using same
KR101055323B1 (ko) 근육 활성화도 측정 시스템, 측정 장치 및 측정 방법
US11246789B2 (en) Assistance apparatus, assistance method, and recording medium
CN208910650U (zh) 一种约束装置
US20170127962A1 (en) Biological-signal measurement device, biological-signal measurement method, wearable action assistance device, and action assistance method
KR101302268B1 (ko) 근육의 수축 또는 이완시 발생하는 근활성도의 변화를 이용하여 신체에 진동 자극을 제공하는 방법
KR20170074078A (ko) 테이핑 삽입형 무릎 재활 보조기

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant