KR102423702B1 - 운동 보조 장치 및 이를 제어하는 방법 - Google Patents

운동 보조 장치 및 이를 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

운동 보조 장치는, 사용자에 고정되는 고정 모듈; 상기 고정 모듈에 고정되며, 회전 동력을 생성하는 구동 모듈; 상기 사용자의 신체의 일 부분을 지지하며, 상기 구동 모듈에 의해 구동되는 지지 모듈; 상기 고정 모듈의 너비를 측정하기 위한 센서; 및 상기 측정된 너비에 따라, 상기 구동 모듈의 회전 동력을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

운동 보조 장치 및 이를 제어하는 방법 {Motion assist apparatus and Method for controlling thereof}
아래의 설명은 운동 보조 장치 및, 이를 제어하는 방법에 관한 것이다.
최근 고령화 사회가 심화됨에 따라서 관절에 문제가 있어서 이에 대한 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있으며, 관절이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 운동 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 군사용 등의 목적으로 인체의 근력을 강화시키기 위한 운동 보조 장치들이 개발되고 있다.
일본 공개특허공보 특개2010-000205호
일 실시 예에 따르면, 운동 보조 장치는, 사용자에 고정되는 고정 모듈; 상기 고정 모듈에 고정되며, 회전 동력을 생성하는 구동 모듈; 상기 사용자의 신체의 일 부분을 지지하며, 상기 구동 모듈에 의해 구동되는 지지 모듈; 상기 고정 모듈의 너비를 측정하기 위한 센서; 및 상기 측정된 너비에 따라, 상기 구동 모듈의 회전 동력을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 회전 동력은 상기 구동모듈로부터 상기 지지모듈에 전달되는 구동 토크를 포함하고, 사용자의 움직임을 발생시키기 위해 필요한 토크가 최소토크(Tmin)이고, 상기 구동모듈이 작용가능한 가장 큰 토크가 최대토크(Tmax)이고, 상기 구동 토크(T)는 상기 최소토크(Tmin) 및 최대토크(Tmax) 사이에서 결정될 수 있다.
일 측에 따르면, 측정된 상기 고정 모듈의 너비(L)는 상기 고정 모듈의 최대 너비(Lmax) 이하에서 결정되고, 상기 구동 토크(T)는, 하기 수학식에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112015086365020-pat00001
일 측에 따르면, 상기 구동 토크(T)는 일정한 형태가 반복되는 토크 패턴을 형성하고, 상기 제어부는 상기 토크 패턴의 진폭을 최소토크(Tmin) 및 최대토크(Tmax) 사이에서 결정하고, 상기 토크 패턴의 위상을 변화시킬 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 고정모듈은 너비 조절부를 포함하고, 상기 너비 조절부에는 상기 센서가 고정될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 고정 모듈은 사용자의 일 측면에 배치되는 제1 측면 프레임과, 사용자의 타 측면에 배치되는 제2 측면 프레임을 포함하고, 상기 너비 조절부는 상기 제1 측면 프레임에 형성되는 제1 구멍, 상기 제 2 측면 프레임에 형성되는 제2 구멍, 및 상기 제1 및 제2 구멍을 관통하여 고정하는 고정 노브를 포함하고, 상기 제1 및 제2 측면 프레임이 겹치는 부분이 커질수록 상기 고정 모듈의 너비가 좁아 질 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 센서는, 가변저항 및 위치에 따라 상기 가변저항의 저항값을 변화시키는 자성체를 포함하는 리니어 포텐셔미터 (linear potentiometer)이고, 상기 가변저항의 일 측은 상기 제어부에 연결되고, 상기 가변저항의 타 측은 상기 제 1 및 제2 측면 프레임 중 하나에 고정되고, 상기 자성체는 상기 고정 노브에 연결될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 가변저항은 상기 제1 구멍의 일 측에 배치되고, 상기 자성체는 상기 제2구멍의 일 측에 배치될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 센서는 코어(core) 및 상기 제어부와 연결되는 본체를 포함하는 LVDT 변위센서(linear variable differential transformer sensor)이고, 상기 본체는 상기 제 1 및 제2 측면 프레임 중 하나에 고정되고, 상기 프로브는 상기 고정 노브와 연결될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 프로브는 상기 본체에 대하여 상대적으로 이동가능하고, 상기 본체는 상기 프로프가 삽입되는 정도에 따른 상기 구동모듈의 너비 변화를 상기 제어부에 전송할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 운동 보조 장치는, 사용자의 일 부분에 고정되는 고정 모듈; 상기 고정 모듈에 회전가능하게 고정되는 구동 모듈; 상기 사용자의 다른 부분을 지지하고, 상기 구동 모듈에 의해 구동되는 지지 모듈; 상기 일 부분 및 다른 부분 중 어느 하나 이상의 부분의 치수를 측정하기 위한 센서 모듈; 및 상기 센서 모듈에서 측정된 치수에 따라 상기 구동 모듈의 회전 동력을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 센서 모듈은, 상기 고정 모듈에 구비되고, 상기 일 부분의 치수를 측정하기 위한 제1 센서부; 및 상기 지지 모듈에 구비되고, 상기 다른 부분의 치수를 측정하기 위한 제2 센서부를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 센서부에서 측정된 치수를 종합하여 사용자의 치수(L)을 도츨하고, 측정된 상기 사용자의 치수(L)는 미리 정해진 최대 치수(Lmax) 이하에서 결정되고, 상기 회전 동력은 구동 토크(T)를 포함하고, 사용자의 움직임을 발생시키기 위해 필요한 토크가 최소토크(Tmin)이고, 상기 구동모듈이 작용가능한 가장 큰 토크가 최대토크(Tmax)이고, 상기 구동 토크(T)는, 하기 수학식에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112015086365020-pat00002
일 측에 따르면, 상기 제1 센서부는 상기 고정모듈의 둘레를 따라 배치되는 복수개의 위치 센서를 포함하고, 상기 위치 센서는 상기 위치 센서의 위치 정보를 제어부에 전송하고, 상기 제어부는 상기 위치 정보를 바탕으로 사용자의 허리 치수를 측정할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 지지모듈은 벌어지거나 오무려지는 동작에 의하여 상기 사용자의 일 부분을 지지하는 지지 프레임을 포함하고, 상기 제2 센서부는 상기 지지 프레임의 둘레를 따라 배치되는 복수개의 위치 센서를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 지지프레임은 상기 사용자의 허벅지 부분을 지지하는 허벅지 지지 프레임, 및 상기 사용자의 종아리 부분을 지지하는 종아리 지지 프레임을 포함하고, 상기 제2 센서부의 위치 센서는 상기 각각의 허벅지 및 종아리 지지 프레임의 둘레를 따라 배치될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 지지프레임은, 사용자의 일부를 감쌀 수 있는 관절부; 상기 관절부의 내부를 관통하며, 상기 관절부의 단부에 고정되는 와이어; 및 상기 와이어를 감거나 풀 수 있는 조절 부재를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 사용자가 상기 지지 프레임을 착용할 때, 상기 제어부는 상기 조절 부재를 제어하여 상기 관절부가 사용자의 일부에 자동으로 감기게 하고, 상기 지지 프레임이 사용자의 일부에 감긴 상태에서, 상기 제어부는, 상기 복수 개의 위치 센서를 통해 사용자의 일부의 치수를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 사용자의 일 부분에 고정되는 고정 모듈과, 상기 고정 모듈에 고정되며 회전 동력을 생성하는 구동 모듈과, 사용자의 다른 부분을 지지하며 상기 구동 모듈에 의해 구동되는 지지 모듈과, 상기 구동 모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 운동 보조 장치의 제어 방법은, 상기 고정 모듈에 구비되는 센서가, 상기 고정 모듈의 너비를 측정하는 단계; 및 상기 제어부가, 상기 측정된 너비에 따라서 상기 구동 모듈의 회전 동력을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 회전 동력을 조절하는 단계는, 미리 결정된 상기 고정모듈의 최대 너비(Lmax), 측정된 고정모듈의 너비(L), 최소토크(Tmin), 및 최대토크(Tmax)를 이용하여, 아래의 식을 통해, 회전 동력을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
Figure 112015086365020-pat00003
일 측에 따르면, 상기 회전 동력을 조절하는 단계는, 일정한 형태가 반복되는 토크 패턴를 형성하는 단계 및, 상기 토크 패턴의 진폭을 최소토크(Tmin) 및 최대토크(Tmax) 사이에서 결정하는 단계; 및 상기 토크 패턴의 위상을 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 후면도를 나타낸다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 배면도를 나타낸다.
도 3은 리니어 포텐셔미터 (linear potentiometer)가 설치된 고정 모듈의 사시도를 나타낸다.
도 4는 LVDT 변위센서(linear variable differential transformer sensor)가 설치된 고정 모듈의 사시도를 나타낸다.
도 5는 구동 토크(T)의 다양한 토크 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 사시도를 나타낸다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 지지모듈의 사시도를 나타낸다.
도 8은 지지모듈의 지지프레임의 분해 사시도를 나타낸다.
도 9는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 구조도를 나타낸다.
도 10는 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 구조도를 나타낸다.
도 11는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법의 순서도를 나타낸다.
도 12는 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법의 순서도를 나타낸다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이고, 도 2는 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 운동 보조 장치(10)는, 대상체에 착용되어 대상체의 운동을 보조할 수 있다.
대상체는 사람, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 1은 운동 보조 장치(10)가, 대상체의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 도시하고 있으나, 운동 보조 장치(10)는, 대상체의 손, 상박, 하박 등 상체의 다른 부분이나, 발, 종아리 등의 하체의 다른 부위를 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(10)는, 대상체의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다.
이하, 운동 보조 장치(10)가, 사람의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.
운동 보조 장치(10)는, 고정 모듈(20), 구동 모듈(30), 조인트 어셈블리(40), 지지 모듈(50), 및 제어부(60)을 포함할 수 있다.
고정 모듈(20)은, 대상체에 고정될 수 있고, 대상체의 외면을 따라서 감싸는 형상일 수 있다. 예를 들어, 고정 모듈(20)은, 대상체의 허리의 일측에 고정될 수 있고, 대상체의 접촉 부분에 대응하는 만곡면을 포함하는 형상일 수 있다. 상기 고정 모듈(20)은, 대상체의 일 측면에 배치되는 제 1 측면 프레임(110)과, 대상체의 타 측면에 배치되는 제 2 측면 프레임(120)을 포함할 수 있다.
구동 모듈(30)은, 조인트 어셈블리(40)로 전달되는 동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈(30)은, 조인트 어셈블리(40)의 측 방향에, 다시 말하면, 구동 모듈(30)의 회전 축이 어셈블리(40)의 회전 축으로부터 이격되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 구동 모듈(30) 및 조인트 어셈블리(40)가 회전 축을 공유하는 경우보다, 대상체로부터 돌출되는 높이를 줄일 수 있다. 한편, 도면과 달리 구동 모듈(30)은, 조인트 어셈블리(40)와 더욱 더 이격하여 배치될 수도 있다. 이 경우, 구동 모듈(30)로부터 조인트 어셈블리(40)로 동력을 전달하는 동력 전달 모듈이 추가로 구비될 수 있다. 동력 전달 모듈은, 기어 등의 회전체 이거나, 와이어, 케이블, 스트링, 고무줄, 스프링, 벨트, 또는 체인 등의 길이 방향 부재일 수도 있다.
조인트 어셈블리(40)는, 구동 모듈(30)로부터 동력을 전달받아, 대상체의 관절부의 운동을 보조할 수 있다. 조인트 어셈블리(40)는, 대상체의 관절부에 대응하는 위치인 고정 모듈(20)의 일측에 배치될 수 있다. 조인트 어셈블리(40)의 일측은 구동 모듈(30)에 연결되고, 타측은 지지 모듈(50)에 연결될 수 있다.
조인트 어셈블리(40)는, 회동 부재(42) 및 연결 부재(44)를 포함할 수 있다. 회동 부재(42)는, 구동 모듈(30)로부터 전달받은 동력에 의해 회전될 수 있다. 예를 들어, 회동 부재(42)는, 대상체의 고관절의 일측에 배치될 수 있다. 연결 부재(44)는, 회동 부재(42) 및 지지 모듈(50)을 연결하고, 회동 부재(42)의 회전력에 의해 회전될 수 있다. 연결 부재(44)는 예를 들어, 힌지(hinge) 결합 구조일 수 있다. 힌지 결합 구조의 힌지 축 및 회동 부재(42)의 회동 축에 의해, 지지 모듈(50)은, 고정 모듈(20)에 대하여 2 자유도(degree-of-freedom) 운동을 할 수 있다.
지지 모듈(50)은, 대상체의 일부를 지지하고, 운동을 보조할 수 있다. 조인트 어셈블리(40)의 회전력에 의해 회전될 수 있는 지지 모듈(50)은, 지지 프레임(52), 작용 부재(54) 및 지지 밴드(56)를 포함할 수 있다.
지지 프레임(52)은, 대상체의 일 부분에 힘을 전달할 수 있다. 지지 프레임(52)의 일 단부는, 조인트 어셈블리(40)와 연결되어 회동되고, 타 단부는, 지지 밴드(56)에 연결되어, 대상체의 일 부분에 힘을 전달할 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임(52)은 대상체의 허벅지를 밀거나 당길 수 있다. 지지 프레임(52)은, 대상체의 허벅지의 길이 방향을 따라서 연장되고 절곡되어 대상체의 허벅지 둘레의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 지지 프레임(52)의 일 단부는, 대상체의 허벅지 측면에 위치하고, 타 단부는, 대상체의 허벅지 전면에 위치할 수 있다. 다시 말하면, 지지 프레임(52)의 일 단부 측의 면과, 타 단부 측의 면은 서로 직교할 수 있다.
지지 프레임(52)은, 연결 부재(44)에 대하여 움직임 가능하게 연결될 수 있다. 지지 프레임(52) 및 연결 부재(44)의 상대적인 운동에 의하여, 조인트 어셈블리(40)로부터 지지 밴드(56)까지의 총 길이는 가변될 수 있다. 이 경우, 지지 모듈(50)은, 고정 모듈(20)에 대하여 3 자유도 운동을 할 수 있다.
작용 부재(54)는, 지지 프레임(52)의 타 단부에 연결되어, 대상체의 일부에 힘을 작용할 수 있다.. 예를 들어, 작용 부재(54)는, 대상체의 허벅지의 전면 또는 둘레 방향을 따라 배치되어, 대상체의 허벅지를 밀거나 당길 수 있다. 작용 부재(54)는, 지지 프레임(52)의 타 단부를 중심으로 양측으로 연장되는 대상체의 허벅지에 대응하는 만곡면을 포함할 수 있다.
지지 밴드(56)는, 작용 부재(54)의 일측에 연결될 수 있다. 예를 들어, 지지 밴드(56)는, 대상체의 허벅지의 적어도 일부의 둘레를 감싸도록 배치되어, 대상체의 허벅지가 지지 프레임(52)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 리니어 포텐셔미터 (linear potentiometer, 140)가 설치된 고정 모듈(20)을 나타낸다. 일반적으로 사용자의 허리 너비와 몸무게가 비례하는 관계가 있기 때문에, 따라서, 고정 모듈(20)의 너비를 측정하여 이를 바탕으로 구동 모듈(30)의 구동 토크를 조절할 수 있다.
사용자가 복부 미만이 심하거나, 임산부인 경우에는 사용자의 허리 너비가 크다고 하더라도 몸무게가 이에 비례하는 정도가 일반적인 경우보다 낮을 수 있으며, 반대로 사용자가 근육량이 많은 근육질 몸매를 가진 경우에는 허리 너비가 조금만 증가하더라도 몸무게가 이에 비례하는 정도가 일반적인 경우보다 더 클 수 있다. 따라서, 특이한 신체 구조를 가진 사용자의 경우에는 허리 너비에 대하여 몸무게의 비례하는 정도를 다르게 설정할 수 있다.
도 3의 좌측에는 제1 측면 프레임(110)이 배치되고, 우측에는 제2 측면 프레임(12)이 배치된 모습이 도시되어 있다. 제1 측면 프레임(110)의 전방 부분에는 사용자의 정면에서 제 2 측면 프레임(120)에 탈부착 가능하게 제공될 수 있는 제1 전방 연장부(113)가 배치될 수 있다.
제 1 전방 연장부(113)는, 대상체의 전면의 적어도 일부를 감싸도록 제1 측면 프레임(110)의 중앙 부분으로부터 연장될 수 있다. 제 1 전방 연장부(113)는, 버클 형태의 제 1 결속부(1131) 및 벨크로 형태의 제 1 연결부(1132)를 포함할 수 있다.
제2 측면 프레임(120) 전방 부분에는 사용자의 정면에서 제 1 측면 프레임(110)에 탈부착 가능하게 제공될 수 있는 제2 전방 연장부(123)가 배치될 수 있다. 제2 전방 연장부(123)는, 대상체의 전면의 적어도 일부를 감싸도록 제2 측면 프레임(120)의 중앙 부분으로부터 연장될 수 있다. 제2 전방 연장부(123)는, 버클 형태의 제 2 결속부(1231) 및 벨크로 형태의 제 2 연결부(1232)를 포함할 수 있다.
제1 구멍은 제1 측면 프레임(110)에서 사용자의 등쪽 부분의 허리를 감싸는 후방 부분에 배치될 수 있다. 제1 구멍은 상측 제1 구멍(111) 및 하측 제1 구멍(112)을 포함할 수 있다. 상측 제1 구멍(111) 및 하측 제1 구멍(112)은 가로 방향의 길이가 세로 방향의 길이보다 긴 얇은 형상을 가질 수 있다.
도 3을 참고하면, 상측 제1 구멍(111) 및 하측 제1 구멍(112) 사이에는 리니어 포텐셔미터(140)가 배치될 수 있고, 리니어 포텐셔미터(140)는 고정모듈(20)의 너비를 측정하기 위한 센서로써의 역할을 수행한다. 리니어 포텐셔미터(140)는 상측 제1 구멍(111)의 위쪽 부분 또는, 하측 제1 구멍(112)의 아래쪽 부분에 배치되는 것도 가능하다.
제2 구멍은 제2 측면 프레임(120)에서 사용자의 등쪽 부분의 허리를 감싸는 후방 부분에 배치될 수 있다. 제2 구멍은 상측 제2 구멍(121) 및 하측 제1 구멍(122)을 포함할 수 있다. 상측 제2 구멍(121)은 상측 제1 구멍(111)과 실질적으로 동일한 형상을 가지고 서로 평행하며, 하측 제2 구멍(122)은 하측 제1 구멍(112) 실질적으로 동일한 형상을 가지고 서로 평행한 것이 바람직하다.
제1 구멍(111, 112)과 제2 구멍(121, 122)는 고정노브(130)에 의하여 결합될 수 있다. 고정노브(130)는 일 단에 배치되는 핸들(131)과 타 단에 배치되는 인서트(132)를 포함할 수 있다. 고정노브(130)는 상측 제1 구멍(111)과 상측 제2 구멍(121)을 결속시키는 상측 고정노브와, 하측 제1 구멍(112)은 하측 제2 구멍(122)를 결속시키는 하측 고정노브를 포함할 수 있다.
고정노브(130)의 인서트(132)는, 자성체(magnetic body)와 자성체를 감싸고 탄성이 있는 재질의 커버를 포함할 수 있다. 인서트(131)는 제1 구멍(111, 112)과 제2 구멍(121, 122)의 길이 방향을 따라 이동할 수 있다. 상측 고정노브 및 하측 고정노브는 상측 제1 구멍(111) 및 하측 제1 구멍(112)의 길이 방향에 대하여 수직 방향을 배치되는 것이 바람직하다.
리니어 포텐셔미터(140)는 외부 자기장에 의하여 그 자체의 저항값이 변하는 가변저항으로써, 인서트(132)의 자성체가 배치되는 위치에 따라 리니어 포텐셔미터(140)의 저항값이 달라진다. 리니어 포텐셔미터(140)가 상측 제1 구멍(111) 및 하측 제1 구멍(112) 사이에 배치되어 있으므로, 인서트(132)의 자성체의 자기장에 의하여 영향을 받아 저항값이 달라진다.
도 3에 도시된 모습을 기준으로, 고정노브(130)가 제1 구멍(111, 112)의 좌측 끝단을 관통하고, 동시에 제2구멍(121, 122)의 우측 끝단을 관통할 때, 고정 모듈(20)의 너비는 최소가 될 수 있다. 반대로, 고정노브(130)가 제1 구멍(111, 112)의 우측 끝단을 관통하고, 동시에 제2구멍(121, 122)의 좌측 끝단을 관통할 때, 고정 모듈(20)의 너비는 최대가 될 수 있다. 제2 측면 프레임(120)의 상측 및 하측 제2 구멍(121, 122) 사이에도 추가적인 리니어 포텐셔미터(160)가 배치될 수 있다.
그러나, 이러한 경우에는 제1 및 제2 측면 프레임(110, 120)의 형상이 사용자의 허리를 감싸도록 구부러져 있기 때문에 길이 조절 범위에 제한을 두는 것이 바람직하다. 즉, 고정노브(130)가 제1 구멍(111, 112)의 좌측 끝단을 관통하고, 동시에 제2구멍(121, 122)의 좌측 끝단을 관통할 때, 고정 모듈(20)의 너비를 최소로 설정 하고, 고정노브(130)가 제1 구멍(111, 112)의 우측 끝단을 관통하고, 동시에 제2구멍(121, 122)의 우측 끝단을 관통할 때, 고정 모듈(20)의 너비를 최대로 설정하는 것이 바람직하다.
체결 부재(130)가 상측 제1 구멍(111) 및 하측 제1 구멍(112)의 좌측 끝단에 인접하도록 배치될 때, 제1 측면 프레임(110) 및 제2 프레임(120)사이가 최소가 되며, 리니어 포텐셔미터(140)의 저항값이 가장 낮게 측정된다. 제어부(60)는 이러한 낮은 저항값에 대한 정보를 수신하고, 구동모듈(30)의 구동 토크(T)를 사용자의 움직임을 발생시키기 위해 필요한 토크인 최소토크(Tmin)로 낮춘다.
체결 부재(130)가 상측 제1 구멍(111) 및 하측 제1 구멍(112)의 우측 끝단에 인접하도록 배치될 때, 제1 측면 프레임(110) 및 제2 프레임(120)사이가 최대가 되며, 리니어 포텐셔미터(140)의 저항값이 가장 크게 측정된다. 제어부(60)는 이러한 가장 큰 저항값에 대한 정보를 수신하고, 구동모듈(30)의 구동 토크(T)를 구동모듈(30)이 작용가능한 가장 큰 토크인 최대토크(Tmax)로 높인다.
체결 부재(130)가 상측 제1 구멍(111) 및 하측 제1 구멍(112)의 좌측 끝단과 우측 끝단 사이에 위치할 때는, 리니어 포텐셔미터(140)의 저항값이 가장 작은 값과 가장 큰 값 사이에 크게 측정된다. 따라서, 제어부(60)는 이러한 중간 크기의 저항값에 대한 정보를 수신하고, 구동모듈(30)의 구동 토크(T)를 최소토크(Tmin)와 최대토크(Tmax) 사이에서 결정한다.
제1 측면 프레임(110), 및 제1 측면 프레임(110)에 미러 대칭 형상인 제2 프레임(120)의 구부러진 중앙 부분의 간격을 멀어지게 하거나 좁아지게 조절하여, 제1 및 제2 측면 프레임(110, 120) 사이의 너비 조절이 가능하다.
도 4는 LVDT 변위센서(linear variable differential transformer sensor, 150)가 설치된 고정 모듈(20)의 사시도를 나타낸다. 제1 및 제2 측면 프레임(110, 120)에 포함되는 다른 구성요소들은 도 3에 개시된 내용과 실질적으로 동일하다.
LVDT 변위 센서(150)는 실린더 또는 빔(beam) 형상을 가지는 코어(core, 152) 및 코어(152)가 삽입되는 본체(151)를 포함하고, 본체(151)는 제어부(60)와 전기적으로 연결될 수 있다. 코어(152)의 일 단은 본체(151)에 삽입되고, 타 단에는 리시버(153)가 부착된다.
도4를 참고하면, LVDT 변위 센서(150)는 제1 측면 프레임(110)에 고정되는 모습을 나타낸다. 본체(151)는 제1 측면 프레임(110)의 상측 제1 구멍(111)에 인접한 좌측 부분에 고정된다. 본체(151)의 길이방향이 상측 제1 구멍(111)의 길이 방향으로부터 연장하는 선과 일치하도록, 본체(151)를 배치하는 것이 바람직하다.
코어(152)는 본체(151)로부터 돌출해 나오거나 삽입되어 들어가는 방식으로 움직이고, 코어(152)의 이동 방향은 상측 제1 구멍(111)의 길이방향과 일치한다. 리시버(153)는 코어(152)의 움직임과 동기화된다. 고정 노브(130)의 인서트(132)는, 제1 및 제2 상측 구멍(111, 121)을 통과하여 리시버(153) 중앙 부분의 구멍에 삽입된다.
코어(152)가 본체(151)에 삽입되는 정도에 따라 본체(151)에서 측정되는 변위값이 달라진다. 제1 및 제 2 프레임(110, 120)의 너비가 가장 작을 때, 리시버(153)는 상측 제1 구멍(111)의 좌측 끝단에 위치된다. 본체(151)는 리시버(153)의 위치 정보를 제어부(60)에 전송하며, 제어부는 구동 토크(T)의 크기를 최소 토크로 조정한다.
이와 반대로 제1 및 제 2 프레임(110, 120)의 너비가 가장 클 때, 리시버(153)는 상측 제1 구멍(111)의 우측 끝단에 위치된다. 본체(151)는 리시버(153)의 위치 정보를 제어부(60)에 전송하며, 제어부는 구동 토크(T)의 크기를 최대토크(Tmax)로 조정한다.
일반적으로 사용자의 허리 너비와 몸무게가 비례하는 관계가 있기 때문에, 고정 모듈(20)의 너비 측정을 통하여 구동 모듈(30)이 작용할 수 있는 최대 토크(Tmax) 내에서 사용자의 몸에 최적인 안전한 토크를 결정하고, 그 결정된 토크 이내로 사용자에게 운동 보조를 하여 몸에 무리가 가지 않게 할 수 있다.
사용자가 복부 미만이 심하거나, 임산부인 경우에는 사용자의 허리 너비가 크다고 하더라도 필요한 구동 토크가 일반적인 경우보다 낮을 수 있으며, 반대로 사용자가 근육량이 많은 근육질 몸매를 가진 경우에는 허리 너비가 조금만 증가하더라도 필요한 구동 토크가 일반적인 경우보다 더 클 수 있다. 따라서, 특이한 신체 구조를 가진 사용자의 경우에는 허리 너비에 대하여 구동 토크의 비례하는 정도를 다르게 설정할 수 있다.IT 기기 사용에 어려움을 겪는 사용자에게는 타인이 운동 보조 장치(10)의 사용을 도와 줄 수 있는 상황이 아닐 때, 복잡한 UI를 통한 사용자 맞춤형 세팅 대신에, 기계적 측정인 너비를 이용하면 직관적으로 구동 토크(T)의 조절이 가능하다.
도 5는 구동 토크(T)의 다양한 토크 패턴을 나타낸다. 구동 모듈(30)의 회전 동력은 구동모듈(30)로부터 지지모듈(50)에 전달되는 구동 토크(T)를 포함한다. 사용자의 움직임을 발생시키기 위해 필요한 토크가 최소토크(Tmin)이고, 구동모듈(30)이 작용가능한 가장 큰 토크가 최대토크(Tmax)이다.
구동 토크(T) 값은 항상 동일한 값을 나타내는 것이 아니라, 일정한 형태가 반복되는 토크 패턴을 포함할 수 있다. 도 4에서, 사용자가 운동 보조 장치(10)를 착용하였을 때, 다리를 위로 들어 올리기 위하여 작용하는 구동 토크(T)는 (+)를 나타내고, 다리를 지면으로 내리기 위하여 작용하는 구동 토크(T)는 (-)를 나타낸다.
도 4(a)는 다리를 올릴 때와 내릴 때 각각 일정한 크기를 가지는 스텝 함수(step function) 형태의 토크 패턴을 나타내고, 도 4(b)는 1차 함수 형태가 반복되는 쐐기형 함수 형태의 토크 패턴을 나타내고, 도4(c)는 사인 파(sine wave) 형태의 토크 패턴을 나타내고, 도 4(d)는 불규칙한 형태가 반복되는 토크 패턴을 나타낸다.
제어부(60)는 구동 토크(T) 의 절대값의 최대값인 토크 패턴의 진폭을 최소토크(Tmin) 및 최대토크(Tmax) 사이에서 결정할 수 있다. 즉 도4(a) 내지 도 4(d)의 그래프에서 T1 및 T2의 값을 각각 별도로 조절할 수 있다. 또한, 제어부(60)는 토크 패턴의 위상을 변화시킬 수 있으며, 토크 패턴이 나타나는 주기를 더 길게 하거나, 주기가 짧아지도록 조절할 수 있다.
도 6 및 7은 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치(500)의 개략적인 모습이다. 운동 보조 장치(500)는 앞서 설명한 운동 보조 장치(10)과는 다른 형태로써, 지지모듈(550)이 사용자의 다리 전체를 지지한다.
운동 보조 장치(500)는, 사용자의 일 부분에 고정되는 고정 모듈(520), 고정 모듈(520)에 회전가능하게 고정되는 구동 모듈(530), 사용자의 다리 전체를 지지할 수 있고 구동 모듈(520)에 의해 구동되는 지지 모듈(550)을 포함한다.
고정 모듈(520)에는 사용자의 허리 치수를 측정하기 위한 허리 측정 센서(521)가 배치될 수 있고, 지지 모듈(500)에는 사용자의 허벅지 및 종아리의 치수를 측정하기 위한 센서가 배치될 수 있다. 제어부(540)는 이러한 센서들을 포함하는 센서 모듈에서 측정된 사용자의 신체 치수에 따라 구동 모듈(530)의 회전 동력을 조절할 수 있다.
허리 측정 센서(521)는 고정모듈(520)의 둘레를 따라 복수 개로 제공되는 위치 센서이고, 허리 측정 센서(521)는 각 센서의 위치 정보를 제어부(540)에 전송하고, 제어부(540)는 수신받은 위치 정보를 바탕으로 사용자의 허리 치수를 도출해 낼 수 있다.
지지 모듈(550)은, 허벅지 지지 바디(551), 종아리 지지 바디(554), 및 허벅지 지지 바디(551)와 종아리 지지 바디(554)를 연결하고 사용자의 무릎 뒤쪽에 배치되는 연결 조인트(553)를 포함할 수 있다.
허벅지 지지 바디(551) 상에는 벌어지거나 오무려지는 동작에 의하여 사용자의 허벅지를 감싸면서 지지하는 허벅 지지 프레임(552)가 배치될 수 있고, 종아리 지지 바디(554) 상에는 사용자의 종아리를 감싸면서 지지하는 종아리 지지 프레임(555)이 배치될 수 있다.
허벅지 및 종아리 지지 프레임(555, 552)은. 각각 좌측 관절부와 우측 관절부를 포함하는 관절부(5522, 5552), 좌측 관절부와 우측 관절부를 연결하는 관절 연결부(5523, 5553), 및 관절 연결부(5523, 5553)의 후면에 배치되고 관절부(5522, 5552)의 벌어지거나 오무려지는 정도를 조절하는 조절 부재(5524, 5554)를 포함할 수 있다.
허벅 지지 프레임(552)의 관절부(5522)의 내측 면에는 사용자의 허벅지 치수를 측정하기 위한 복수 개의 허벅지 측정 센서(5525)가 배치될 수 있고, 종아리 지지 프레임(555)의 관절부(5552)의 내측 면에는 사용자의 종아리 치수를 측정하기 위한 복수 개의 종아리 측정 센서(5555)가 배치될 수 있다.
허벅지 측정 센서(5525)는 허벅 지지 프레임(552) 관절부(5522)를 구성하는 링크의 내면에 각각 배치되는 위치 센서이고, 종아리 측정 센서(5555)는 종아리 지지 프레임(555) 관절부(5552)를 구성하는 링크의 내면에 각각 배치되는 위치 센서이다.
허벅지 측정 센서(5525) 및 종아리 측정 센서(5555)는 각 센서의 위치 정보를 제어부(540)에 전송하고, 제어부(540)는 수신받은 위치 정보를 바탕으로 사용자의 허벅지와 종아리 치수를 도출해 낼 수 있다.
제어부(520)은 허리 측정 센서(521), 허벅지 측정 센서(5525), 및 종아리 측정 센서(5555)에서 측정된 위치 정보를 종합하여 하나의 사용자의 치수(L)을 도출해 낼 수 있다. 측정된 상기 사용자의 치수(L)는 미리 정해진 최대 치수(Lmax) 이하에서 결정된다.
제어부(520)가 조절하는 회전 동력은 구동 토크(T)를 포함하고, 사용자의 움직임을 발생시키기 위해 필요한 토크가 최소토크(Tmin)이고, 상기 구동모듈이 작용가능한 가장 큰 토크가 최대토크(Tmax)이며, 제어부는 측정된 상기 사용자의 치수(L)의 크기에 비례하도록 구동 토크(T)를 최소토크(Tmin)와 최대토크(Tmax) 사이에서 결정한다.
도 8은 지지모듈(550)의 허벅지 지지 프레임(552)의 분해 사시도를 나타낸다. 허벅 지지 프레임(552)은 좌측 관절부(5521), 우측 관절부(5522), 좌측 관절부(5521), 우측 관절부(5522)를 연결하는 관절 연결부(5523), 및 관절 연결부(5523) 후방에 배치되어 좌측 관절부(5521), 우측 관절부(5522)의 벌어짐과 오무려짐을 조절하는 조절 부재(5524)를 포함할 수 있다.
좌측 관절부(5521) 또는 우측 관절부(5522)는, 복수개의 링크, 각각의 링크를 사이를 연결하기 위한 샤프트, 및 각각의 링크 내부를 통과하는 와이어(5526)을 포함할 수 있다. 와이어(5526)는 조절부재(5524)에 의하여, 감기거나 풀릴 수 있다.
와이어(5526)가 조절부재(5524)에 의하여 감길 때는 와이어(5526)가 링크 내부에서 존재하는 길이가 줄어 든 부분을 보상하기 위하여 관절부(5521, 5522)의 링크들 사이의 각도가 작아지면서, 관절부(5521, 5522)가 오무려지게 되고, 사용자의 다리를 감싸게 된다. 반대로, 와이어(5526)가 조절부재(5524)에 의하여 풀릴 때는 와이어(5526)가 링크 내부에서 존재하는 길이가 길어진 부분을 보상하기 위하여 관절부(5521, 5522)의 링크들 사이의 각도가 커지면서, 관절부(5521, 5522)가 벌어지게 되고, 사용자의 다리와 접촉하고 있는 상태로부터 벗어나게 된다.
조절 부재(5524)는 관절 연결부(5553)을 감싸는 커버 내에 배치될 수 있고, 와이어(5526)를 수동 또는 자동으로 감거나 풀 수 있다. 사용자가 와이어(5526)를 수동으로 감을 수 있도록 하기 위하여, 조절 부재(5524)는 와이어(5526)를 감을 수 있는 기어, 및 기어를 돌릴 수 있는 관절 노브(knob)를 포함할 수 있다.
조절 부재(5524)는, 와이어(5526)를 감을 수 있는 기어, 및 기어를 회전시킬 수 있고 제어부와 연결되는 서보 모터(servo motor)를 포함할 수 있다. 제어부는, 사용자가 허벅지 지지 프레임(552)을 착용하였을 때, 벌어져 있던 관절부(5521,5522)를 자동으로 오무려지게 할 수 있다.
제어부가 관절부 (5521,5522)를 오무려지게 한 이후에는, 제어부는 관절부 (5521,5522)의 각각의 링크에 배치된 복수 개의 위치 센서를 통해 사용자의 허벅지 치수를 측정할 수 있다.
앞서 설명한 허벅지 지지 프레임(552)과 관련된 설명은, 종아리 지지 프레임(555)에도 그대로 적용될 수 있다. 다만 사용자의 허벅지는 종아리보다 크기 때문에, 허벅지 지지 프레임(552)에 포함되는 링크의 수가 지지 프레임(555)에 포함되는 링크의 수 보다 많고, 와이어의 길이도 더 길도록 설정하는 것이 바람직하다.
도 9는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)의 구조를 나타낸다.
운동 보조 장치(10)의 제어부는(60)는 구동 모듈(30)의 구동 토크(T)를 제어하고, 고정 모듈(20)에 고정된 너비 측정 센서(140)에서 측정된 고정 모듈의 너비 정보를 수신 받는다. 고정 모듈(20)은 사용자의 허리를 감싸는 것에 의하여 사용자에게 고정된다.
구동 모듈(30)은 고정 모듈(20)의 양 측에 두 개로 제공되고, 각각의 구동 모듈(30)에는 사용자의 다리, 구체적으로 허벅지를 지지하기 위한 지지 모듈(50)이 연결 된다. 두 개의 지지 모듈(50)은 각각 사용자의 왼쪽 다리, 및 오른쪽 다리를 지지한다. 제어부(60)는 각각의 구동 모듈(30)을 각각 제어할 수 있다.
고정모듈(20)의 너비는, 두 개의 구동모듈(40) 사이의 거리와 실질적으로 일치하고, 고정모듈(20)의 너비는 조절이 가능하며, 조절된 너비는 너비 측정 센서(140)에서 지속적으로 측정되고, 이를 통해 구동 모듈(30)의 구동 토크(T)를 조절할 수 있다.
도 10는 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치(500)의 구조를 나타낸다. 운동 보조 장치(500)의 제어부(540)은 고정모듈(520)에 고정된 두 개의 구동모듈(530)의 구동 토크(T)를 조절할 수 있다.
고정 모듈(520)은 사용자의 허리를 감싸면서 사용자의 허리에 고정되고, 고정 모듈(520)의 내면에는 사용자의 허리 치수를 측정하기 위한 복수의 위치 센서(521)이 배치된다. 복수의 위치 센서(521)는 각 센서가 측정한 위치 정보를 제어부(540)에 전송하고, 제어부는(540)은 센서에서 측정된 정보를 바탕으로 사용자의 허리 치수를 산출한다.
각 구동 모듈(530)에는 사용자의 허벅지를 지지하기 위한 허벅지 지지 프레임(552) 및 종아리 지지 프레임(555)이 연결된다. 허벅지 지지프레임(552)에는 허벅지 둘레 치수를 측정하기 위한 위치 센서(5525)가 배치되고, 종아리 지지프레임(555)에는 종아리 치수를 측정하기 위한 위치 센서(5555)가 배치된다.
제어부(540)는, 고정 모듈에 배치된 위치 센서(521), 및 지지 모듈(550)에 배치되는 위치 센서(5525, 5555)로부터 위치 정보를 수신 받고, 수신된 위치 정보로부터 사용자의 허리 치수, 허벅지 치수, 종아리 치수 정보를 도출해 낼 수 있다. 제어부(540)는, 각 치수들을 종합하여 하나의 사용자의 치수(L)을 도출해 내고, 이를 바탕으로 구동 모듈(530)이 지지모듈(550)에 가하는 구동 토크(T)의 크기를 조절한다.
도 11는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)의 제어 방법의 순서도를 나타낸다. 도 1 내지 4에 도시된 운동 보조 장치(10)를 이용한다.
먼저, 사용자의 일 부분에 고정되는 고정 모듈(20)과, 고정 모듈(20) 에 고정되며 회전 동력을 생성하는 구동 모듈(30)과, 사용자의 다른 부분을 지지하며 구동 모듈(30)에 의해 구동되는 지지 모듈(50)과, 구동 모듈(30)을 제어하는 제어부(60)를 포함하는 운동 보조 장치(10)가 제공되며, 사용자는 운동 보조 장치(10)를 착용한다.
다음으로, 제어부(60)는 사용자의 움직임을 발생시키기 위해 필요한 최소토크(Tmin), 및 구동모듈(30)이 작용가능한 가장 큰 토크인 최대토크(Tmax)를 설정한다 (210).
다음으로, 사용자는, 고정 모듈(20)의 너비를 조절한다(220). 고정 모듈(20)의 너비(L) 조절은 수동으로 사용자가 고정 노브를 통하여 고정 모듈(20)의 너비(L) 를 고정하거나. 사용자가 운동 보조 장치(10)를 착용했을 때 제어부(60)가 서보 모터를 통하여 자동으로 고정 모듈(20)의 너비(L)를 조절 할 수 있다.
다음으로, 고정 모듈(20)에는 너비를 측정할 수 있는 센세가 부착되고, 사용자가 운동 보조 장치를 착용 한 후에 센서는 고정 모듈의 너비(L)을 측정한다(230). 고정 모듈(L)의 너비는 최대 너비(Lmax) 이하에서 측정될 수 있다.
다음으로, 측정된 고정 모듈의 너비(L)를 바탕으로 필요한 구동 토크(T)를 계산하며(240), 구동 토크(T)는 아래와 같은 식(1)을 통하여 계산된다.
식 (1):
Figure 112015086365020-pat00004
Figure 112015086365020-pat00005
는 너비의 비를 나타내며, 측정된 고정 모듈의 너비(L)가 조절 가능한 최대 너비(Lmax)일 때 구동 토크(T) 값이 최대 토크(Tmin)로 계산되고, 측정된 고정 모듈의 너비(L)에 비례하여 1차 함수 형태로 구동 토크(T) 값이 최소 토크(Tmin)와 최대 토크(Tmin) 사이에서 증가되는 것을 나타낸다.
다음으로, 제어부(60)는 구동 토크(T)의 토크 패턴을 형성하고(250), 토크 패턴은 도 5에 제시된 바와 같이 일정한 형태를 나타내며, 우측 다리와 좌측 다리가 나타내는 토크 패턴을 다르게 형성할 수 있다.
제어부(60)는 구동 토크(T)의 절대값의 최대값인 토크 패턴의 진폭을, 앞서 설명한 식(1)에 따라서 최소토크(Tmin) 및 최대토크(Tmax) 사이에서 조절할 수 있다(261).
또한, 제어부(60)는 토크 패턴의 위상을 변화시켜서(262), 패턴이 나타나는 시간을 지연시키거나 앞당길 수 있다.
도 12는 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치(500)의 제어 방법의 순서도를 나타낸다. 도 6 내지 8에 도시된 운동 보조 장치(500)를 이용한다.
먼저, 사용자의 허리에 고정되는 고정 모듈(520)과, 고정 모듈(520) 에 고정되며 회전 동력을 생성하는 구동 모듈(550)과, 사용자의 다리 전체를 지지하며 구동 모듈(530)에 의해 구동되는 지지 모듈(550)과, 구동 모듈(530)을 제어하는 제어부(540)를 포함하는 운동 보조 장치(500)가 제공되며, 사용자는 운동 보조 장치(500)를 착용한다. 지지 모듈(550)은 다리 전체를 지지하고, 종아리 지지 프레임(555)과 허벅지 지지 프레임(552)을 포함한다.
고정 모듈(520)에는 허리 치수를 측정하기 위한 위치 센서(521)이 제공되고, 종아리 지지 프레임(555)에는 종아리 치수를 측정하기 위치 센서(5555)가 제공되고, 허벅지 지지 프레임(552)에는 허벅지 치수를 측정하기 위한 위치 센서(5525)가 제공된다.
다음으로, 제어부(540)는 사용자의 움직임을 발생시키기 위해 필요한 최소토크(Tmin), 및 구동모듈(530)이 작용가능한 가장 큰 토크인 최대토크(Tmax)를 설정한다 (610).
다음으로, 고정 모듈(520)에 제공된 위치 센서(521)는 각 위치 센서가 측정한 위치 정보를 제어부(540)에 전송하고, 제어부(540)는 사용자의 허리 치수를 측정한다 (621).
이와 동시에, 허벅지 지지 프레임(552)에 제공된 위치 센서(5525)는 사용자의 허벅지 치수를 측정하고, 종아리 지지 프레임(555) 에 제공된 위치 센서(5555)는 사용자의 종아리 치수를 측정한다 (622).
다음으로, 제어부(540)는 측정된 허리 치수, 종아리 치수, 및 허벅지 치수를 종합하여 하나의 사용자의 치수(L)를 도출한다 (630). 하나의 사용자의 치수(L)는 사용자의 무게와 관련이 있으며, 허용가능한 사용자의 최대 치수(Lmax)가 미리 정해여 있으며, 사용자의 최대 치수(Lmax)이하에서 결정된다.
다음으로, 측정된 사용자의 치수(L)를 바탕으로 필요한 구동 토크(T)를 계산하며(640), 구동 토크(T)는 아래와 같은 식(2)을 통하여 계산된다.
식 (2):
Figure 112015086365020-pat00006
위의 식은, 측정된 사용자의 치수(L)가 허용가능한 사용자의 최대 치수(Lmax)일 때 구동 토크(T) 값이 최대 토크(Tmin)로 계산되고, 측정된 사용자의 치수(L)에 비례하여 1차 함수 형태로 구동 토크(T) 값이 최소 토크(Tmin)와 최대 토크(Tmin) 사이에서 증가되는 것을 나타낸다.
다음으로, 제어부(540)는 구동 토크(T)의 토크 패턴을 형성하고(650), 토크 패턴은 도 5에 제시된 바와 같이 일정한 형태를 나타내며, 우측 다리와 좌측 다리가 나타내는 토크 패턴을 다르게 형성할 수 있다.
제어부(540)는 구동 토크(T)의 절대값의 최대값인 토크 패턴의 진폭을, 앞서 설명한 식(2)에 따라서 최소토크(Tmin) 및 최대토크(Tmax) 사이에서 조절할 수 있다(661).
또한, 제어부(540)는 토크 패턴의 위상을 변화시켜서(662), 패턴이 나타나는 시간을 지연시키거나 앞당길 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 사용자에 고정되는 고정 모듈;
    상기 고정 모듈에 고정되며, 회전 동력을 생성하는 구동 모듈;
    상기 사용자의 신체의 일 부분을 지지하며, 상기 구동 모듈에 의해 구동되는 지지 모듈;
    상기 고정 모듈의 너비를 측정하기 위한 센서; 및
    상기 측정된 너비에 따라, 상기 구동 모듈의 회전 동력을 조절하는 제어부를 포함하는 운동 보조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전 동력은 상기 구동모듈로부터 상기 지지모듈에 전달되는 구동 토크를 포함하고,
    사용자의 움직임을 발생시키기 위해 필요한 토크가 최소토크(Tmin)이고, 상기 구동모듈이 작용가능한 가장 큰 토크가 최대토크(Tmax)이고,
    상기 구동 토크(T)는 상기 최소토크(Tmin) 및 최대토크(Tmax) 사이에서 결정되는 운동 보조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    측정된 상기 고정 모듈의 너비(L)는 상기 고정 모듈의 최대 너비(Lmax) 이하에서 결정되고,
    상기 구동 토크(T)는, 하기 수학식에 따라 결정되는 운동 보조 장치.
    Figure 112015086365020-pat00007

  4. 제2항에 있어서,
    상기 구동 토크(T)는 일정한 형태가 반복되는 토크 패턴을 형성하고, 상기 제어부는 상기 토크 패턴의 진폭을 최소토크(Tmin) 및 최대토크(Tmax) 사이에서 결정하고, 상기 토크 패턴의 위상을 변화시키는 운동 보조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정모듈은 너비 조절부를 포함하고, 상기 너비 조절부에는 상기 센서가 고정되는 운동 보조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고정 모듈은 사용자의 일 측면에 배치되는 제1 측면 프레임과, 사용자의 타 측면에 배치되는 제2 측면 프레임을 포함하고,
    상기 너비 조절부는 상기 제1 측면 프레임에 형성되는 제1 구멍, 상기 제 2 측면 프레임에 형성되는 제2 구멍, 및 상기 제1 및 제2 구멍을 관통하여 고정하는 고정 노브를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 측면 프레임이 겹치는 부분이 커질수록 상기 고정 모듈의 너비가 좁아지는 운동 보조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센서는, 가변저항 및 위치에 따라 상기 가변저항의 저항값을 변화시키는 자성체를 포함하는 리니어 포텐셔미터 (linear potentiometer)이고,
    상기 가변저항의 일 측은 상기 제어부에 연결되고, 상기 가변저항의 타 측은 상기 제 1 및 제2 측면 프레임 중 하나에 고정되고,
    상기 자성체는 상기 고정 노브에 연결되는 운동 보조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가변저항은 상기 제1 구멍의 일 측에 배치되고, 상기 자성체는 상기 제2구멍의 일 측에 배치되는 운동 보조 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 센서는 코어(core) 및 상기 제어부와 연결되는 본체를 포함하는 LVDT 변위센서(linear variable differential transformer sensor)이고,
    상기 본체는 상기 제 1 및 제2 측면 프레임 중 하나에 고정되는 운동 보조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코어는 상기 본체에 대하여 상대적으로 이동가능하고,
    상기 본체는 상기 코어가 삽입되는 정도에 따른 상기 구동모듈의 너비 변화를 상기 제어부에 전송하는 운동 보조 장치.
  11. 사용자의 일 부분에 고정되는 고정 모듈;
    상기 고정 모듈에 회전가능하게 고정되는 구동 모듈;
    상기 사용자의 다른 부분을 지지하고, 상기 구동 모듈에 의해 구동되는 지지 모듈;
    상기 일 부분 및 다른 부분 중 어느 하나 이상의 부분의 치수를 측정하기 위한 센서 모듈; 및
    상기 센서 모듈에서 측정된 치수에 따라 상기 구동 모듈의 회전 동력을 조절하는 제어부를 포함하는 운동 보조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    상기 고정 모듈에 구비되고, 상기 일 부분의 치수를 측정하기 위한 제1 센서부; 및
    상기 지지 모듈에 구비되고, 상기 다른 부분의 치수를 측정하기 위한 제2 센서부를 포함하는 운동 보조 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 센서부에서 측정된 치수를 종합하여 사용자의 치수(L)을 도츨하고,
    측정된 상기 사용자의 치수(L)는 미리 정해진 최대 치수(Lmax) 이하에서 결정되고,
    상기 회전 동력은 구동 토크(T)를 포함하고, 사용자의 움직임을 발생시키기 위해 필요한 토크가 최소토크(Tmin)이고, 상기 구동모듈이 작용가능한 가장 큰 토크가 최대토크(Tmax)이고,
    상기 구동 토크(T)는, 하기 수학식에 따라 결정되는 운동 보조 장치.
    Figure 112015086365020-pat00008

  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 센서부는 상기 고정모듈의 둘레를 따라 배치되는 복수개의 위치 센서를 포함하고,
    상기 위치 센서는 상기 위치 센서의 위치 정보를 제어부에 전송하고, 상기 제어부는 상기 위치 정보를 바탕으로 사용자의 허리 치수를 측정하는 운동 보조 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 지지모듈은 벌어지거나 오무려지는 동작에 의하여 상기 사용자의 일 부분을 지지하는 지지 프레임을 포함하고,
    상기 제2 센서부는 상기 지지 프레임의 둘레를 따라 배치되는 복수개의 위치 센서를 포함하는 운동 보조 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 지지프레임은 상기 사용자의 허벅지 부분을 지지하는 허벅지 지지 프레임, 및 상기 사용자의 종아리 부분을 지지하는 종아리 지지 프레임을 포함하고,
    상기 제2 센서부의 위치 센서는 상기 각각의 허벅지 및 종아리 지지 프레임의 둘레를 따라 배치되는 운동 보조 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 지지프레임은,
    사용자의 일부를 감쌀 수 있는 관절부;
    상기 관절부의 내부를 관통하며, 상기 관절부의 단부에 고정되는 와이어; 및
    상기 와이어를 감거나 풀 수 있는 조절 부재를 포함하는 운동 보조 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    사용자가 상기 지지 프레임을 착용할 때, 상기 제어부는 상기 조절 부재를 제어하여 상기 관절부가 사용자의 일부에 자동으로 감기게 하고,
    상기 지지 프레임이 사용자의 일부에 감긴 상태에서, 상기 제어부는, 상기 복수 개의 위치 센서를 통해 사용자의 일부의 치수를 측정하는 운동 보조 장치.
  19. 사용자의 일 부분에 고정되는 고정 모듈과, 상기 고정 모듈에 고정되며 회전 동력을 생성하는 구동 모듈과, 사용자의 다른 부분을 지지하며 상기 구동 모듈에 의해 구동되는 지지 모듈과, 상기 구동 모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 운동 보조 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 고정 모듈에 구비되는 센서가, 상기 고정 모듈의 너비를 측정하는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 측정된 너비에 따라서 상기 구동 모듈의 회전 동력을 제어하는 단계를 포함하는 운동 보조 장치의 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 회전 동력을 조절하는 단계는,
    미리 결정된 상기 고정모듈의 최대 너비(Lmax), 측정된 고정모듈의 너비(L), 최소토크(Tmin), 및 최대토크(Tmax)를 이용하여, 아래의 식을 통해,
    Figure 112015086365020-pat00009

    회전 동력을 결정하는 단계를 포함하는 운동 보조 장치의 제어 방법.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107223044B (zh) * 2015-02-09 2019-11-01 圣安娜高等学校 髋关节矫形器驱动系统
EP3509557A1 (en) 2016-09-09 2019-07-17 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) Modular exoskeleton for example for spinal cord injured patients
SE541542C2 (en) * 2016-10-05 2019-10-29 Bioservo Tech Aktiebolag Armlifting support device
CN109227517B (zh) * 2017-07-10 2024-01-30 郑州大学 机械外骨骼式绿篱修剪机器人
KR102449705B1 (ko) 2017-08-23 2022-09-30 삼성전자주식회사 운동 보조 장치
CN110179635A (zh) * 2018-02-22 2019-08-30 Lg电子株式会社 有效支撑腿的腿带和具有该腿带的可穿戴辅助装置
US10792209B2 (en) 2018-02-23 2020-10-06 Lg Electronics Inc. Wearable assistive device that efficiently delivers assistive force
US20190283235A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-19 Lg Electronics Inc. Leg belt to effectively support the leg and wearable assistive device having the same
US10603786B2 (en) 2018-03-16 2020-03-31 Lg Electronics Inc. Belt for effective wearing and wearable assistive device having the same
CN110314065A (zh) * 2018-03-29 2019-10-11 京东方科技集团股份有限公司 外骨骼康复助力装置
JP7095407B2 (ja) * 2018-05-28 2022-07-05 株式会社ジェイテクト アシスト装置
KR102149884B1 (ko) * 2019-04-12 2020-08-31 김은석 수면 자세 교정 기구
CN110370250A (zh) * 2019-08-07 2019-10-25 广东博智林机器人有限公司 外骨骼机器人
KR20210054086A (ko) * 2019-11-04 2021-05-13 삼성전자주식회사 웨어러블 장치 및 그 웨어러블 장치에 의해 수행되는 운동 지원 방법
KR102514769B1 (ko) * 2021-10-21 2023-03-29 김기준 스마트 줄자

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4523337A (en) 1983-05-02 1985-06-18 Leibowitz Martin Nick Contoured apparel
US5020790A (en) 1990-10-23 1991-06-04 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Powered gait orthosis
US20070027409A1 (en) 2003-05-21 2007-02-01 Honda Motor Co., Ltd. Walk assisting device
US20070056592A1 (en) 2005-04-13 2007-03-15 The Regents Of University Of California Semi-powered lower extremity exoskeleton
JP4315766B2 (ja) 2003-05-21 2009-08-19 本田技研工業株式会社 歩行補助装置
JP2009284919A (ja) 2008-05-27 2009-12-10 Honda Motor Co Ltd 腰部装着具
JP2010110464A (ja) 2008-11-06 2010-05-20 Honda Motor Co Ltd 歩行補助装置
US20110160626A1 (en) 2009-12-25 2011-06-30 Honda Motor Co., Ltd. Pelvic frame and walking assistance device using the same
KR101146112B1 (ko) 2010-03-15 2012-05-16 한국산재의료원 전동보행보조기
US20120310122A1 (en) 2011-05-30 2012-12-06 Honda Motor Co., Ltd. Walking assist device, walking assist method, walking state estimating device and walking state estimating method
US20120316476A1 (en) 2011-06-10 2012-12-13 Honda Motor Co., Ltd. Walking assistance device
JP2013000296A (ja) 2011-06-15 2013-01-07 Honda Motor Co Ltd 歩行補助装置
WO2013070253A1 (en) 2011-11-07 2013-05-16 Haider Thomas T Adjustable lumbar brace
US8474672B1 (en) 2011-03-29 2013-07-02 Michael R. Keith Hiker's buddy apparatus for sharing with a hiker the carrying load of a backpack
US20140121578A1 (en) 2012-10-26 2014-05-01 Ying-Ching Wu Adjustable Waist Pad
KR101417895B1 (ko) 2011-10-26 2014-07-09 (주)헥사시스템즈 보행 보조 장치

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5830168A (en) * 1997-02-18 1998-11-03 Orthomerica Products, Inc. Orthopedic hip support with multi-positional joints
KR100481642B1 (ko) * 2002-11-18 2005-04-11 박인식 경직성 뇌성마비 아동의 재활을 위한 다축 하지보조기
JP4071755B2 (ja) 2004-09-21 2008-04-02 本田技研工業株式会社 歩行補助装置
JP5081740B2 (ja) 2008-06-19 2012-11-28 本田技研工業株式会社 歩行補助装置用腰部装具
JP2012143449A (ja) 2011-01-13 2012-08-02 Equos Research Co Ltd 歩行支援装置、及び歩行支援プログラム
JP2014184086A (ja) 2013-03-25 2014-10-02 Equos Research Co Ltd 歩行支援装置、及び歩行支援プログラム
KR102122856B1 (ko) * 2013-12-17 2020-06-15 삼성전자주식회사 보행 보조 장치 및 그 제어 방법
KR102152640B1 (ko) * 2014-01-24 2020-09-09 삼성전자주식회사 홀더 및 이를 포함하는 보행보조로봇
US10449105B2 (en) * 2014-10-26 2019-10-22 Springactive, Inc. System and method of bidirectional compliant joint torque actuation

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4523337A (en) 1983-05-02 1985-06-18 Leibowitz Martin Nick Contoured apparel
US5020790A (en) 1990-10-23 1991-06-04 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Powered gait orthosis
US20070027409A1 (en) 2003-05-21 2007-02-01 Honda Motor Co., Ltd. Walk assisting device
JP4315766B2 (ja) 2003-05-21 2009-08-19 本田技研工業株式会社 歩行補助装置
US20070056592A1 (en) 2005-04-13 2007-03-15 The Regents Of University Of California Semi-powered lower extremity exoskeleton
JP2009284919A (ja) 2008-05-27 2009-12-10 Honda Motor Co Ltd 腰部装着具
JP2010110464A (ja) 2008-11-06 2010-05-20 Honda Motor Co Ltd 歩行補助装置
US20110160626A1 (en) 2009-12-25 2011-06-30 Honda Motor Co., Ltd. Pelvic frame and walking assistance device using the same
KR101146112B1 (ko) 2010-03-15 2012-05-16 한국산재의료원 전동보행보조기
US8474672B1 (en) 2011-03-29 2013-07-02 Michael R. Keith Hiker's buddy apparatus for sharing with a hiker the carrying load of a backpack
US20120310122A1 (en) 2011-05-30 2012-12-06 Honda Motor Co., Ltd. Walking assist device, walking assist method, walking state estimating device and walking state estimating method
US20120316476A1 (en) 2011-06-10 2012-12-13 Honda Motor Co., Ltd. Walking assistance device
JP2013000296A (ja) 2011-06-15 2013-01-07 Honda Motor Co Ltd 歩行補助装置
KR101417895B1 (ko) 2011-10-26 2014-07-09 (주)헥사시스템즈 보행 보조 장치
WO2013070253A1 (en) 2011-11-07 2013-05-16 Haider Thomas T Adjustable lumbar brace
US20140121578A1 (en) 2012-10-26 2014-05-01 Ying-Ching Wu Adjustable Waist Pad

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