KR102541802B1 - 운동 보조 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따르면 운동 보조 장치는, 사용자의 근위 부분(proximal part)을 지지하기 위한 근위 지지부(proximal support); 상기 사용자의 원위 부분(distal part)을 지지하기 위한 원위 지지부(distal support); 상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동(translation) 및 회전 운동(rotation)을 동시에 하는 회전 프레임을 포함할 수 있다.

Description

운동 보조 장치{A MOTION ASSIST APPARATUS}
아래의 설명은 운동 보조 장치에 관한 것이다.
관절이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 운동 보조 장치 및 군사용 등의 목적으로 사용자의 근력을 보조하기 위한 장치들이 개발되고 있다.
일 실시 예에 따르면 운동 보조 장치는, 사용자의 근위 부분(proximal part)을 지지하기 위한 근위 지지부(proximal support); 상기 사용자의 원위 부분(distal part)을 지지하기 위한 원위 지지부(distal support); 상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동(translation) 및 회전 운동(rotation)을 동시에 하는 회전 프레임을 포함할 수 있다.
상기 근위 지지부는 상기 사용자의 종아리(calf)를 지지하고, 상기 원위 지지부는 상기 사용자의 발(foot)을 지지하고, 상기 사용자가 상기 운동 보조 장치를 착용한 상태를 기준으로, 상기 회전 프레임은 상기 사용자의 발목(ankle)의 전방 및 상방에 위치할 수 있다.
상기 사용자가 상기 운동 보조 장치를 착용한 상태를 기준으로, 상기 회전 프레임 중 상기 원위 지지부에 연결되는 부분은, 상기 사용자의 발목(ankle) 및 앞발(forefoot) 사이에 위치할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 근위 지지부에 대하여 슬라이딩 가능한 슬라이딩 프레임을 더 포함하고, 상기 회전 프레임은, 상기 슬라이딩 프레임에 대하여 회전 가능하게 연결될 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 구동원에서 생성된 동력을 전달받아 구동되고, 상기 근위 지지부에 대하여 서로 다른 병진 속도를 갖는 제 1 출력단(output terminal) 및 제 2 출력단을 포함하는 동력 분배기를 더 포함하고, 상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 각각 상기 슬라이딩 프레임 및 회전 프레임에 연결될 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 제 2 출력단 및 회전 프레임 사이를 연결하는 커넥팅 로드를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 출력단은 상기 제 1 출력단을 향하여 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 커넥팅 로드의 제 1 단부는, 상기 돌출부에 연결될 수 있다.
상기 커넥팅 로드는, 로드 바디; 상기 로드 바디의 제 1 단부에 배치되고, 상기 제 2 출력단에 적어도 2 자유도로 회전 가능하게 연결되는 제 1 조인트; 및 상기 로드 바디의 제 2 단부에 배치되고, 상기 회전 프레임에 적어도 2 자유도로 회전 가능하게 연결되는 제 2 조인트를 포함할 수 있다.
상기 동력 분배기가 구동되면, 상기 슬라이딩 프레임은, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동하고, 상기 커넥팅 로드의 제 1 단부는, 상기 슬라이딩 프레임에 대하여 병진 운동할 수 있다.
상기 동력 분배기는, 상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 연결하는 연결 부재를 더 포함하고, 상기 구동원은, 상기 제 1 출력단, 제 2 출력단 및 연결 부재 중 어느 하나에 동력을 전달할 수 있다.
상기 연결 부재는 근위 지지부에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
상기 연결 부재는, 각각 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 서로 연결하는 한 쌍의 평행한 링크를 포함하고, 상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 서로 평행할 수 있다.
상기 회전 프레임은, 상기 슬라이딩 프레임에 대하여 요(yaw) 방향으로 회전 가능한 베이스 링크를 포함할 수 있다.
상기 회전 프레임은, 상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 베이스 링크에 대하여 피치(pitch) 방향으로 회전 가능한 지지 링크를 더 포함할 수 있다.
상기 회전 프레임은, 상기 베이스 링크 및 지지 링크에 사이에 연결되는 한 쌍의 연결 링크를 더 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 연결 링크 각각의 길이 방향을 따라서 연장한 한 쌍의 직선 사이의 거리는 상기 베이스 링크를 중심으로 상기 지지 링크의 반대편으로 갈수록 좁아질 수 있다.
상기 지지 링크에 연결된 상기 한 쌍의 연결 링크의 각각의 회전 축 사이의 거리는, 상기 베이스 링크에 연결된 상기 한 쌍의 연결 링크의 각각의 회전 축 사이의 거리보다 길 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 회전 프레임을 구동하기 위한 동력을 생성하는 구동원; 상기 원위 지지부에 배치되어, 상기 사용자의 원위 부분이 상기 원위 지지부에 작용하는 압력을 측정하는 압력 센서; 및 상기 압력 센서에서 측정된 정보를 기초로 상기 구동원을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 압력 센서에서 측정된 압력이 설정 압력 이하이면, 상기 구동원을 제어하여 상기 원위 지지부가 배굴(dorsi-flexion) 동작되게 할 수 있다.
상기 압력 센서는, 상기 사용자의 앞발(forefoot)의 압력을 감지하는 앞발 센서; 및 상기 사용자의 뒤발(rearfoot)의 압력을 감지하는 뒤발 센서를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 앞발 센서에서 측정된 압력이 제 1 설정 압력 이상이면, 상기 구동원을 제어하여 상기 원위 지지부가 척굴(plantar-flexion) 동작되게 할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 앞발 센서에서 측정된 압력에서 상기 뒤발 센서에서 측정된 압력을 뺀 값이, 제 2 설정 압력 이상이면, 상기 구동원을 제어하여 상기 원위 지지부가 척굴(plantar-flexion) 동작되게 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 운동 보조 장치는, 사용자의 무릎 아래 부분에 장착되는 근위 지지부; 상기 사용자의 발목 앞쪽으로 발에 장착되는 원위 지지부; 및 상기 근위 지지부 및 원위 지지부에 연결되고, 상기 사용자에게 장착된 상태에서 상기 사용자의 앞쪽으로 상기 무릎과 발 사이에 위치하며, 상기 발목의 움직임을 허용하는 프레임 구조;를 포함할 수 있다.
상기 사용자에게 장착된 상태에서 상기 사용자의 뒤쪽으로 정강이와 발 사이에 움직이는 구조가 위치하지 않을 수 있다.
상기 프레임 구조는, 상기 근위 지지부에 대하여 슬라이딩 가능한 슬라이딩 프레임; 및 상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 슬라이딩 프레임에 대하여 회전 가능한 회전 프레임을 포함할 수 있다.
상기 회전 프레임은, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동(translation) 및 회전 운동(rotation)을 동시에 할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 구동원에서 생성된 동력을 전달받아 구동되고, 상기 근위 지지부에 대하여 서로 다른 병진 속도를 갖는 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 포함하는 동력 분배기를 더 포함하고, 상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 각각 상기 슬라이딩 프레임 및 회전 프레임에 연결될 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 제 2 출력단 및 회전 프레임 사이를 연결하는 커넥팅 로드를 더 포함할 수 있다.
상기 회전 프레임은, 상기 슬라이딩 프레임에 연결되는 베이스 링크와, 상기 원위 지지부에 연결되는 지지 링크를 포함하는 4절 링크(4-bar linkage) 구조를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면 운동 보조 장치는, 사용자의 무릎 아래 부분에 장착되는 근위 지지부; 상기 사용자의 발에 장착되는 원위 지지부; 및 상기 근위 지지부 및 원위 지지부 사이에 위치하고, 장착된 상태에서 상기 발이 발목 관절을 중심으로 한 배굴 및 척굴 동작과 목말밑 관절을 중심으로 한 외번 및 내번 동작을 할 때의 움직임을 수용하도록 2자유도의 움직임을 가지는 회전 프레임;을 포함할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 구동원에서 생성된 동력을 전달받아 구동되고, 상기 근위 지지부에 대하여 서로 다른 병진 속도를 갖는 제 1 출력단(output terminal) 및 제 2 출력단을 포함하는 동력 분배기; 상기 제 1 출력단에 연결되는 슬라이딩 프레임; 및 상기 제 2 출력단 및 회전 프레임 사이를 연결하는 커넥팅 로드를 더 포함할 수 있다.
상기 회전 프레임은, 상기 슬라이딩 프레임에 연결되는 베이스 링크와, 상기 원위 지지부에 연결되는 지지 링크를 포함하는 4절 링크(4-bar linkage) 구조를 가질 수 있다.
상기 지지 링크는, 상기 베이스 링크에 대하여 병진 및 회전 운동을 동시에 함으로써, 상기 발이 발목 관절을 중심으로 한 배굴 및 척굴 동작을 할 때의 움직임을 수용하도록 상기 베이스 링크에 대하여 1자유도의 움직임을 가질 수 있다.
상기 베이스 링크는, 상기 슬라이딩 프레임에 구비되고 상기 사용자의 발목으로부터 전방 및 상방을 향하여 연장되는 회전 축에 회전 가능하게 연결됨으로써, 상기 발이 목말밑 관절을 중심으로 한 외번 및 내번 동작을 할 때의 움직임을 수용하도록 상기 슬라이딩 프레임에 대하여 1자유도의 움직임을 가질 수 있다.
도 1a은 사용자의 발목 관절(talocrural joint)의 동작을 나타내는 도면이다.
도 1b는 사용자의 목말밑 관절(subtalar joint)의 동작을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 커넥팅 로드를 나타내는 도면이다.
도 4는 배굴(dorsi-flexion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 동력 분배기의 정면도이다.
도 5는 배굴(dorsi-flexion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이다.
도 6은 척굴(plantar-flexion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 동력 분배기의 정면도이다.
도 7은 척굴(plantar-flexion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이다.
도 8a는 사용자의 발목의 외번(eversion) 동작을 나타내는 도면이다.
도 8b는 사용자의 발목의 내번(inversion) 동작을 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 회전 프레임을 나타내는 부분 확대도이다.
도 10은 외번(eversion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 동력 분배기를 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 동력 분배기를 나타내는 도면이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 동력 분배기를 나타내는 도면이다.
도 15는 일 실시 예에 따른 동력 분배기를 나타내는 도면이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 동력 분배기를 나타내는 도면이다.
도 17은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 개념도이다.
도 18은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 19는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
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 부가하였음에 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.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1a는 사용자의 발목 관절(talocrural joint)의 동작을 나타내는 도면이고, 도 1b는 사용자의 목말밑 관절(subtalar joint)의 동작을 나타내는 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 사용자의 발목(ankle)은 2개의 축을 기준으로 움직이는 것으로 이해할 수 있다. 제 1 축(A1) 및 제 2 축(A2)은 각각, 발목 관절(talocrural joint) 및 목말밑 관절(subtalar joint)을 개념적으로 도시한 것이다. 사용자의 발목은 발목 관절을 중심으로 배굴(dorsi-flexion) 또는 척굴(plantar-flexion) 동작할 수 있다. 또한, 사용자의 발목은 목말밑 관절을 중심으로 외번(eversion) 또는 내번(inversion) 동작할 수 있다. 제 1 축(A1) 및 제 2 축(A2) 중 어느 하나의 축을 기준으로 발목이 움직이면, 다른 하나의 축의 위치 또는 각도가 변경될 수 있다. 이하 설명하는 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 제 1 축(A1) 및/또는 제 2 축(A2)을 기준으로 한 발목의 움직임을 가능하게 한다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(1)는, 사용자에 착용되어 사용자의 운동을 보조할 수 있다. 사용자는 인체, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 운동 보조 장치(1)는, 근위 지지부(10, proximal support), 원위 지지부(11, distal support), 구동원(12), 동력 분배기(13), 슬라이딩 프레임(14), 회전 프레임(15) 및 커넥팅 로드(16)를 포함할 수 있다.
근위 지지부(10) 및 원위 지지부(11)는, 사용자의 관절을 기준으로 서로 반대편에 배치되어, 각각 근위 부분(proximal part) 및 원위 부분(distal part)을 지지할 수 있다. 근위 지지부(10) 및 원위 지지부(11)는, 사용자의 발목(ankle)을 중심으로 서로 반대편에 배치될 수 있으며, 근위 지지부(10)는 신체의 무릎 아래 부분, 예를 들어 종아리(calf)를 지지할 수 있고, 원위 지지부(11)는 신체의 발목의 아래 부분, 예를 들어 발(foot)을 지지할 수 있다. 구체적으로, 근위 지지부(10)는 사용자의 종아리 둘레를 전체적으로 지지하기 위한 탈부착식 벨트를 포함할 수 있고, 원위 지지부(11)는 사용자의 발을 지지하기 위해 발등과 발바닥을 전체적으로 둘러싸는 구조를 포함할 수 있다.
도 2는 운동 보조 장치(1)가, 사용자의 발목(ankle)의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 도시하였으나, 운동 보조 장치(1)는, 사용자의 손목, 팔꿈치 및 어깨 등 상체의 다른 부분이나, 무릎, 고관절 등의 하체의 다른 부분을 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(1)는, 사용자의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다. 이하, 운동 보조 장치(1)가, 인체의 발목(ankle)의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.
구동원(12)은, 동력 분배기(13)를 구동하기 위한 동력을 생성할 수 있다. 구동원(12)은, 예를 들면, 도 2와 같이 회전 동력을 생성하는 모터 등의 액츄에이터이거나, 도 2와 달리 병진 동력을 생성하는 피스톤-실린더 방식 또는 와이어 구동 방식 등의 액츄에이터일 수도 있다. 이하에서는 구동원(12)이 모터인 경우를 예시적으로 설명하기로 한다.
동력 분배기(13)는, 구동원(12)에서 생성된 동력을 전달받아 구동되는 제 1 출력단(131, output terminal) 및 제 2 출력단(132)을 포함할 수 있다. 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132)은, 각각 슬라이딩 프레임(14) 및 회전 프레임(15)에 연결되어 동력을 전달할 수 있다.
동력 분배기(13)는, 구동원(12)으로부터 전달받은 동력을 감속시키기 위한 감속기(134), 감속기(134)로 전달된 동력을 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132) 중 어느 하나로 전달하기 위한 동력 전달 부재(135), 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132) 중 어느 하나가 다른 하나에 대하여 상대적으로 움직이도록 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132)을 연결하는 연결 부재(133)를 더 포함할 수도 있다.
감속기(134)는, 예를 들어, 유성 기어 또는, 감속비가 서로 다른 기어들이 조합된 복합 기어 등과 같이 회전 운동을 다른 형태로 변환시키지 않고 감속시켜 전달하는 변속 메커니즘을 포함할 수 있다. 다른 예로, 감속기(134)는, 회전 운동을 직선 운동으로 변환시키는 볼스크류 방식 등의 변속 메커니즘을 포함할 수도 있다. 또 다른 예로, 감속기(134)는, 움직 도르래 방식과 같이 직선 운동을 다른 형태로 변환시키지 않고 감속시켜 전달하는 변속 메커니즘을 포함할 수도 있다. 실시 예에서 감속기(134)의 종류는 제한되지 않음을 밝혀둔다.
연결 부재(133)에 의하면, 동력 분배기(13)가 동작할 때 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132)이 동일한 방향으로 서로 다른 속도로 이동될 수 있다. 제 2 출력단(132)의 속도는, 제 1 출력단(131)의 속도보다 클 수 있다. 연결 부재(133)는, 예를 들어, 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132) 각각에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 2개의 출력단이 서로 상대적으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(133)는, 일측이 종아리를 둘러싸는 근위 지지부(10)에 회전 가능하게 고정되고 무릎 아래 부분을 가로지르는 길이 방향 부재일 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 무릎과 발목을 잇는 상하 방향으로 제 1 출력단(131)이 근위 지지부(10)에 대하여 상대적으로 이동하고, 제 2 출력단(132)도 마찬가지로 제 1 출력단(131)에 대하여 상하 방향으로 상대적으로 이동할 수 있다.
연결 부재는(133)는, 예를 들어, 각각 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132)을 서로 연결하는 한 쌍의 평행한 링크를 포함할 수 있다. 이와 같은 평행 사변형 4절 링크 구조에 의하면, 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132)이 서로 평행한 상태를 유지하면서, 상대적으로 슬라이딩 이동될 수 있다.
동력 전달 부재(135)는, 예를 들어, 감속기(134)의 회전 운동을 직선 운동으로 변화시키는 크랭크일 수 있다. 동력 전달 부재(135)는, 전달되는 동력의 형태에 따라서 달라질 수 있다.
슬라이딩 프레임(14)은, 제 1 출력단(131)에 연결되고, 근위 지지부(10)에 대하여 슬라이딩될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이 슬라이딩 프레임(14) 및 제 2 출력단(131)은 하나의 강체 운동(a rigid body motion)을 하도록 고정될 수 있다.
회전 프레임(15)은, 근위 지지부(10)에 대하여 병진 운동(translation) 및 회전 운동(rotation)을 동시에 할 수 있다. 회전 프레임(15)의 제 1 부분은 발목 앞쪽으로 발등 및 발바닥을 둘러싸는 원위 지지부(11)에 연결되고, 제 2 부분은 커넥팅 로드(16)를 통해 제 2 출력단(132)에 연결되고, 제 3 부분은 슬라이딩 프레임(14)에 대하여 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 회전 프레임(15)은 사용자의 발목 관절(talocrural joint) 축 상에 위치하는 구성에 연결되지 않고도, 사용자의 발목 관절(talocrural joint)의 근방을 원격 회전 중심(remote center of motion, RCM)으로 하여 회전될 수 있다. 따라서, 회전 프레임(15)은 실제 사용자의 발목 관절의 운동과 유사한 움직임을 나타낼 수 있다.
동력 분배기(13), 슬라이딩 프레임(14) 및 회전 프레임(15)을 포함하는 움직이는 파트들은 모두, 사용자가 운동 보조 장치(1)를 착용한 상태를 기준으로, 사용자의 발목(ankle)과 앞발(forefoot) 사이 전방에 위치할 수 있다. 상하로는, 움직이는 파트들이 모두 발과 무릎 사이에 위치할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 운동 보조 장치(1)는 아랫다리 후면에 움직이는 파트들이 없는 형태로 사용자에게 장착될 수 있다. 또한, 이렇게 움직이는 파트들이 아랫다리 전면에 배치되면 사용자는 운동 보조 장치(1)를 장착한 상태에서 운동화 등 통상적인 신발을 신거나 벗을 수 있게 되어 사용 편의성이 향상될 수 있다. 움직이는 파트들이 전면에 장착되고 원위 지지부(11)가 얇고 강성이 높은 판재로 제작된 운동 보조 장치(1)의 프로토 타입은, 사용자가 착용한 상태에서, 자신의 발사이즈에 맞는 신발을 무리없이 신고 벗을 수 있음을 확인하였다.
커넥팅 로드(16)는, 제 2 출력단(132) 및 회전 프레임(15) 사이를 연결할 수 있다. 커넥팅 로드(16)는, 제 2 출력단(132)으로부터 전달받은 동력을 이용하여, 회전 프레임(15)을 회전시킬 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 커넥팅 로드를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 커넥팅 로드(16)는, 로드 바디(161)와, 로드 바디(161)의 양 단에 각각 마련되는 제 1 조인트(162) 및 제 2 조인트(163)를 포함할 수 있다. 제 1 조인트(162)는, 제 2 출력단(132)에 적어도 2 자유도로 피봇(pivot) 회전 가능하게 연결되고, 제 2 조인트(163)는, 회전 프레임(15)에 적어도 2 자유도로 피봇 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들면, 제 2 출력단(132)은 돌출부(132a, 도 2 참조) 및 제 1 연결체(1321)를 포함하고, 제 1 조인트(162)는 제 1 연결체(1321)에 연결되어 적어도 2회전 자유도로 회전될 수 있다. 상기 2회전 자유도는, 로드 바디(161)의 길이 방향 축(L)에 대하여 전후 방향으로 수직한 제 1 회전 축(R1)을 중심으로 회전되는 요(yaw) 회전 자유도와, 로드 바디(161)의 길이 방향 축(L)에 대하여 좌우 방향으로 수직한 제 2 회전 축(R2)을 중심으로 회전되는 피치(pitch) 회전 자유도를 포함할 수 있다. 도 3과 같이 제 1 연결체(1321)가 구형 베어링 또는 볼 조인트인 경우, 제 1 조인트(162)는 로드 바디(161)의 길이 방향 축(L)을 중심으로 롤(roll) 회전 가능하므로, 상기 요(yaw) 회전 자유도, 피치(pitch) 회전 자유도 및 롤(roll) 회전 자유도를 포함하는 3회전 자유도로 회전될 수 있다.
마찬가지로 회전 프레임(15)은 제 2 연결체(155)를 포함하고, 제 2 조인트(163)는 제 2 연결체(155)에 연결되어 적어도 2회전 자유도로 회전될 수 있다. 상기 2회전 자유도는, 로드 바디(161)의 길이 방향 축(L)에 대하여 전후 방향으로 수직한 제 3 회전 축(R3)을 중심으로 회전되는 요(yaw) 회전 자유도와, 로드 바디(161)의 길이 방향 축(L)에 대하여 좌우 방향으로 수직한 제 4 회전 축(R4)을 중심으로 회전되는 피치(pitch) 회전 자유도를 포함할 수 있다. 도 3과 같이 제 2 연결체(155)가 구형 베어링 또는 볼 조인트인 경우, 제 2 조인트(163)는 로드 바디(161)의 길이 방향 축(L)을 중심으로 롤(roll) 회전 가능하므로, 상기 요(yaw) 회전 자유도, 피치(pitch) 회전 자유도 및 롤(roll) 회전 자유도를 포함하는 3회전 자유도로 회전될 수 있다. 도 3에 도시된 것처럼, 제 1 연결체(1311)에 연결되는 제 1 조인트(162)의 개구부와 제 2 연결체(155)에 연결되는 제 2 조인트(163)의 개구부는 서로 다른 방향, 예를 들어 서로 직각을 이루도록 형성될 수 있다.
제 1 조인트(162)는, 제 2 출력단(132)에 피치(pitch) 회전 가능하게 연결되고, 제 2 조인트(163)는, 회전 프레임(15)에 피치(pitch) 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132)의 속도 차이가 발생될 때, 도 2의 측면도를 기준으로 로드 바디(161)가 슬라이딩 프레임(14)에 대하여 피치 회전하여, 제 2 조인트(163)를 슬라이딩 프레임(14)에 대하여 전방 또는 후방으로 이동시킬 수 있다. 다시 말하면, 제 2 조인트(163)에 연결된 회전 프레임(15)이 슬라이딩 프레임(14)에 대해 피치 회전함으로써, 사용자의 발목 관절(talocrural joint)이 배굴(dorsi-flexion) 또는 척굴(plantar-flexion) 동작하는 것을 구현할 수 있다.
또한, 제 1 조인트(162)는, 제 2 출력단(132)에 요(yaw) 회전 가능하게 연결되고, 제 2 조인트(163)는, 회전 프레임(15)에 요(yaw) 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 사용자가 목말밑 관절(subtalar joint)의 회전 축을 따라서 외번(eversion) 또는 내번(inversion) 동작을 함에 따라 회전 프레임(15)이 슬라이딩 프레임(14)에 대하여 요(yaw) 회전되더라도, 커넥팅 로드(16)에 토크가 가해지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 사용자는 커넥팅 로드(16)에 의해 발생되는 외력을 받지 않고, 편안하게 외번 또는 내번 동작을 할 수 있게 된다. 다시 말하면, 커넥팅 로드(16)는, 사용자의 목말밑 관절(subtalar joint)의 움직임에 순응하도록 동작될 수 있다.
도 4는 배굴(dorsi-flexion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 동력 분배기의 정면도이고, 도 5는 배굴(dorsi-flexion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 동력 분배기(13)가 구동되면, 감속기(134)로부터 회전 동력을 전달받은 동력 전달 부재(135)가 회전 운동을 직선 운동으로 변화시켜, 제 2 출력단(132)을 위쪽으로 근위 지지부(10)에 대하여 슬라이딩 이동시킬 수 있다. 제 1 출력단(131)은 연결 부재(133)를 통하여 제 2 출력단(132)에 연결되므로, 제 1 출력단(131)도 마찬가지로 위쪽으로 근위 지지부(10)에 대하여 슬라이딩 이동될 수 있다.
연결 부재(133)의 회전 중심을 기준으로 제 2 출력단(132)은, 제 1 출력단(131)보다 멀리 배치될 수 있다. 따라서, 제 2 출력단(132)은, 제 1 출력단(131)과 같은 방향으로, 제 1 출력단(131) 보다 빠른 속도로 슬라이딩 될 수 있다.
결과적으로, 제 1 출력단(131)에 연결된 슬라이딩 프레임(14)은, 위쪽으로 근위 지지부(10)에 대하여 병진 운동하고, 제 2 출력단(132)에 연결된 커넥팅 로드(16)의 제 1 조인트(162)는, 위쪽으로 슬라이딩 프레임(14)에 대하여 병진 운동할 수 있다. 이와 같은 2단 병진 운동을 통하여, 슬라이딩 프레임(14) 및 커넥팅 로드(16) 사이에 속도 차이가 발생될 수 있다.
도 4 및 도 5와 같이 동력 전달 부재(135)가 위쪽으로 이동되면, 슬라이딩 프레임(14)은 위쪽으로 이동되어 목말밑 관절(subtalar joint)의 운동 축(A2)을 상측으로 이동시킬 수 있다. 커넥팅 로드(16)는, 슬라이딩 프레임(14) 보다 빠른 속도로 위쪽으로 이동하므로, 슬라이딩 프레임(14)에 연결된 회전 프레임(15)을 위쪽, 도 5를 기준으로 시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 다시 말하면, 커넥팅 로드(16)는, 원위 지지부(11)가 배굴(dorsi-flextion) 운동되게 할 수 있다. 제작된 운동 보조 장치(1)의 프로토 타입은, 사용자가 착용한 상태에서, 위쪽으로 0 ~ 20 도 범위로 척굴 운동할 수 있음을 확인하였다.
한편, 제 2 출력단(132)은 제 1 출력단(131)을 향하여 돌출되는 돌출부(132a)를 포함하고, 커넥팅 로드(16)의 제 1 조인트(162)는, 돌출부(132a)에 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 도 4와 같이 운동 보조 장치(1)를 정면에서 바라볼 때, 슬라이딩 프레임(14)과 커넥팅 로드(16)가 거의 평행한 상태로 움직일 수 있으므로, 커넥팅 로드(16)로부터 회전 프레임(15)으로 전달되는 동력의 낭비를 줄이고, 커넥팅 로드(16)를 통하여 전달되는 동력의 해석이 용이해질 수 있다.
도 6은 척굴(plantar-flexion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 동력 분배기의 정면도이고, 도 7은 척굴(plantar-flexion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이다.
도 6 및 도 7과 같이 동력 전달 부재(135)가 아래쪽으로 이동되면, 슬라이딩 프레임(14)은 아래쪽으로 이동되어 목말밑 관절(subtalar joint)의 운동 축(A2)을 하측으로 이동시킬 수 있다. 커넥팅 로드(16)는, 슬라이딩 프레임(14) 보다 빠른 속도로 아래쪽으로 이동하므로, 슬라이딩 프레임(14)에 연결된 회전 프레임(15)을 아래쪽, 도 7을 기준으로 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 다시 말하면, 커넥팅 로드(16)는, 원위 지지부(11)가 척굴(plantar-flextion) 운동되게 할 수 있다. 제작된 운동 보조 장치(1)의 프로토 타입은, 사용자가 착용한 상태에서, 아래쪽으로 0 ~ 50 도 범위로 척굴 운동할 수 있음을 확인하였다.
한편, 사용자의 발목이 배굴 상태에서 척굴 상태로 전환되면, 사용자의 발목에 인접한 부분의 피부는 신장하게 된다. 이와 같은 경우에도 후술할 회전 프레임(15)의 구조에 의하면, 원위 지지부(11)가 병진 및 회전 운동을 동시에 할 수 있으므로, 원위 지지부(11)는 사용자의 발에 대하여 상대적인 위치를 유지할 수 있다. 다시 말하면, 사용자의 발목의 신장 또는 압축에 따라 발생될 수 있는 피부 쓸림 현상 등을 방지할 수 있다.
도 8a는 사용자의 발목의 외번(eversion) 동작을 나타내는 도면이고, 도 8b는 사용자의 발목의 내번(inversion) 동작을 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 사용자의 발목은, 사용자의 중심을 기준으로 바깥쪽으로 휘어지는 외번 운동과, 안쪽으로 휘어지는 내번 운동이 가능하다. 이와 같은 운동에 따라 발목 관절(talocrural joint)의 배굴(dorsi-flexion) 운동 및 척굴(plantar-flexion) 운동의 회전 축(A1)도 변화하게 된다. 구체적으로 도 8a와 같이 발목이 외번 운동하면, 발목 관절의 회전 축(A1)은 사용자의 중심을 향하여 하향 경사지게 변화된다. 반대로 도 8b와 같이 발목이 내번 운동하면, 발목 관절의 회전 축(A1)은 사용자의 중심을 향하여 상향 경사지게 변화된다. 실시 예에 따르면, 이와 같은 외번/내번 동작에 대응하여, 발목 관절의 회전 축(A1)의 경사를 변경시킬 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 회전 프레임을 나타내는 부분 확대도이고, 도 10은 외번(eversion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 회전 프레임(15)은, 베이스 링크(151), 제 1 연결 링크(152), 제 2 연결 링크(153) 및 지지 링크(154)를 포함할 수 있다.
베이스 링크(151)는, 목말밑 관절(subtalar joint)의 움직임을 추종할 수 있도록, 슬라이딩 프레임(14)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 베이스 링크(151)는, 슬라이딩 프레임(14)에 대하여 도 9에 화살표로 표시된 요(yaw) 방향으로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 다시 말하면, 베이스 링크(151)는, 사용자의 발목으로부터 전방 및 상방을 향하여 연장되는 회전 축을 기준으로 회전될 수 있다. 베이스 링크(151)에 의하면, 도 10과 같이 사용자의 발목이 외번(eversion) 동작을 할 때, 슬라이딩 프레임(14)에 대하여 회전 프레임(15)이 요(yaw) 방향으로 회전됨으로써, 운동 보조 장치(1)가 목말밑 관절의 움직임에 순응하여 동작될 수 있다. 제작된 운동 보조 장치(1)의 프로토 타입은, 사용자가 착용한 상태에서, 외측으로 0 ~ 25 도 범위로 외번 운동할 수 있음을 확인하였다. 사용자의 발목의 내번(inversion) 동작을 할 때도 마찬가지이며, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 제작된 운동 보조 장치(1)의 프로토 타입은, 사용자가 착용한 상태에서, 내측으로 0 ~ 35 도 범위로 내번 운동할 수 있음을 확인하였다.
지지 링크(154)는, 원위 지지부(11)에 연결되고, 베이스 링크(151)에 대하여 피치(pitch) 방향으로 회전될 수 있다. 지지 링크(154)는, 베이스 링크(151)의 회전 축과, 발의 길이 방향을 따라 연장한 연장선이 속하는 평면 상에서 회전 운동할 수 있다. 따라서, 도 10과 같이 회전 프레임(15)이 요(yaw) 방향으로 회전된 상태에서도, 지지 링크(154)는, 커넥팅 로드(16)의 구동에 따라서 동작될 수 있으므로, 사용자의 발목은 2자유도로 자유롭게 움직일 수 있게 된다.
지지 링크(154)는, 베이스 링크(151)에 직접적으로 연결되지 않고, 베이스 링크(151)에 회전 가능하게 연결되는 제 1 연결 링크(152) 및 제 2 연결 링크(153)에 의해 연결될 수 있다. 다시 말하면, 회전 프레임(15)은, 베이스 링크(151) 및 지지 링크(154)에 사이에 연결되는 제 1 연결 링크(152) 및 제 2 연결 링크(153)를 포함할 수 있다. 베이스 링크(151), 제 1 연결 링크(152), 제 2 연결 링크(153) 및 지지 링크(154)로 구성되는 4절 링크(4 bar linkage)의 구동 특성상, 지지 링크(154)는, 베이스 링크(151)에 대하여 회전 운동 및 병진 운동을 동시에 할 수 있다. 지지 링크(154)의 병진 운동 성분에 의하면, 지지 링크(154)에 연결된 원위 지지부(11)가 사용자의 발에 대하여 상대적인 위치를 유지한 채로 근위 지지부(10)에 대하여 회전 운동 및 병진 운동을 동시에 할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 발의 배굴(dorsi-flexion) 또는 척굴(plantar-flexion) 운동에 따라서 발의 피부가 신장(도 7의 L2 참고) 또는 압축(도 5의 L1 참고)하더라도, 원위 지지부(11)에 의함 발의 피부 쓸림을 방지할 수 있다.
제 1 연결 링크(152) 및 제 2 연결 링크(153) 각각에서 링크의 회전 축을 연결한 한 쌍의 직선 사이의 거리는 베이스 링크(151)에서 지지 링크(154) 쪽으로 넓어질 수 있다. 다시 말하면, 지지 링크(154)에 연결된 제 1 연결 링크(152) 및 제 2 연결 링크(153) 각각의 회전 축 사이의 거리는, 베이스 링크(151)에 연결된 제 1 연결 링크(152) 및 제 2 연결 링크(153) 각각의 회전 축 사이의 거리보다 길수 있다. 또한 이 직선들이 이루는 각도(θ)는 척굴과 배굴에 따라 20도에서 50도 사이에서 변화될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 지지 링크(154)의 순간 중심(instant center)이 발목 관절(talocrural joint)의 부근에 위치할 수 있으므로, 사용자의 착용감을 향상시킬 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 11을 참조하면, 구동원(12)의 동력은, 제 1 출력단(131), 제 2 출력단(132) 또는 연결 부재(133)를 통하여 전달될 수 있다. 앞서 설명한 실시 예들은 구동원(12)의 동력이 제 2 출력단(132)으로 전달되는 경우를 도시한 것이나, 이하 설명할 실시 예들과 같이, 구동원(12)의 동력은 제 1 출력단(131)을 통하여 전달되거나(도 12 및 도 16 참조), 연결 부재(133)를 통하여 전달될 수도 있다(도 13, 도 14 및 도 15 참조).
도 12는 일 실시 예에 따른 동력 분배기를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면 일 실시 예에 따른 동력 분배기(23)는, 제 1 출력단(231), 제 2 출력단(232), 연결 부재(233) 및 동력 전달 부재(235)를 포함할 수 있다. 동력 전달 부재(235)는 구동원(12)의 회전 동력을 직선 운동으로 변화시키는 크랭크인 것으로 도시하였으나, 구동원(12) 및 동력 전달 부재(235)의 종류는 한정되지 않음을 밝혀둔다. 구동원(12)으로부터 전달되는 동력은 동력 전달 부재(235)를 통하여 제 1 출력단(231)에 전달될 수 있다. 제 1 출력단(231)으로 전달된 동력은 연결 부재(233)를 통하여 제 2 출력단(232)으로 전달될 수 있다. 제 1 출력단(231)은 근위 지지부(10)에 대하여 상대적으로 이동되고, 제 2 출력단(232)은 제 1 출력단(231)에 대하여 상대적으로 이동함으로써, 슬라이딩 프레임(14) 및 커넥팅 로드(16) 사이의 속도 차이를 발생시킬 수 있다.
도 13은 일 실시 예에 따른 동력 분배기를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면 일 실시 예에 따른 동력 분배기(33)는, 제 1 출력단(331), 제 2 출력단(332), 연결 부재(333), 제 1 동력 전달 부재(335) 및 제 2 동력 전달 부재(336)를 포함할 수 있다. 구동원(12)으로부터 전달되는 동력은 제 1 동력 전달 부재(335) 및 제 2 동력 전달 부재(336)를 통하여 연결 부재(333)에 전달될 수 있다. 연결 부재(333)로 전달된 동력은 제 1 출력단(331) 및 제 2 출력단(332)으로 전달될 수 있다.
도 14는 일 실시 예에 따른 동력 분배기를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면 일 실시 예에 따른 동력 분배기(43)는, 제 1 출력단(431), 제 2 출력단(432) 및 연결 부재(433)를 포함할 수 있다. 구동원(12)으로부터 전달되는 동력은 연결 부재(433)에 전달될 수 있다. 연결 부재(433)로 전달된 동력은 제 1 출력단(431) 및 제 2 출력단(432)으로 전달될 수 있다.
도 15는 일 실시 예에 따른 동력 분배기를 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면 일 실시 예에 따른 동력 분배기(53)는, 제 1 출력단(531), 제 2 출력단(532) 및 연결 부재(533)를 포함할 수 있다. 도 15와 같이 제 1 출력단(531) 및 제 2 출력단(532)은, 연결 부재(533)에 일체로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 출력단(531) 및 제 2 출력단(532) 각각은 연결 부재(533) 상에서 규정되는 특정한 위치를 지칭하는 것일 수도 있다. 다른 실시 예들과 마찬가지로, 구동원(12)으로부터 전달되는 동력은 연결 부재(533)에 전달되고, 연결 부재(533)로 전달된 동력은 제 1 출력단(531) 및 제 2 출력단(532)을 통하여 슬라이딩 프레임(14) 및 커넥팅 로드(16)로 각각 전달될 수 있다.
도 16은 일 실시 예에 따른 동력 분배기를 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면 일 실시 예에 따른 동력 분배기(63)는, 제 1 출력단(631), 제 2 출력단(632), 연결 부재(633) 및 동력 전달 부재(635)를 포함할 수 있다. 도 16은 제 1 출력단(631), 제 2 출력단(632) 및 연결 부재(633)가 랙앤피니언(rack and pinion) 메커니즘으로 연결된 경우를 나타내는 것이다. 연결 부재(633)는, 직경이 서로 다른 2개의 기어가 연결된 복합 기어 구조를 포함할 수 있다. 연결 부재(633) 중 직경이 작은 기어에 제 1 출력단(631)이 연결되고, 직경이 큰 기어에 제 2 출력단(632)이 연결되면, 제 2 출력단(632)이 제 1 출력단(631) 보다 빠른 속도로 이동될 수 있다. 또한, 연결 부재(633)의 회전 중심을 기준으로, 제 1 출력단(631) 및 제 2 출력단(632)이 동일한 쪽에서 맞물리면, 제 1 출력단(631) 및 제 2 출력단(632)은 동일한 방향으로 이동될 수 있다.
구동원(12)으로부터 전달되는 동력은 동력 전달 부재(635)를 통하여 제 1 출력단(631)에 전달될 수 있다. 제 1 출력단(631)으로 전달된 동력은 연결 부재(633)를 통하여 제 2 출력단(432)으로 전달될 수 있다. 한편, 이와 달리, 구동원(12)으로부터 전달되는 동력은 동력 전달 부재를 통하여 제 2 출력단(632)에 전달될 수도 있으며, 연결 부재(633)에 직접 연결될 수도 있을 것이다. 다시 말하면, 구동원(12)으로부터 전달되는 동력은 제 1 출력단(631), 제 2 출력단(632) 및 연결 부재(633) 중 어느 하나로 전달될 수 있다.
도 17은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 개념도이고, 도 18은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(1)는, 회전 프레임(15)을 구동하기 위한 동력을 생성하는 구동원(12)과, 원위 지지부(11)에 배치되어, 사용자의 원위 부분이 원위 지지부(11)에 작용하는 압력을 측정하는 압력 센서(18)와, 압력 센서(18)에서 측정된 정보를 기초로 구동원을 제어하는 제어부(19)를 포함할 수 있다.
근위 지지부(10)가 사용자의 종아리를 지지하고, 원위 지지부(11)가 사용자의 발을 지지하는 경우, 압력 센서(18)는, 사용자의 앞발(forefoot)의 압력을 감지하는 앞발 센서(181)와, 사용자의 뒤발(rearfoot)의 압력을 감지하는 뒤발 센서(182)를 포함할 수 있다.
도 19는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 19를 참조하면, 단계 900에서 제어부(19)는, 압력 센서(18)에서 측정된 압력에 기초하여, 보행 상태를 결정할 수 있다. 예를 들어 제어부(19)는, 압력 센서(18)에서 측정된 압력이 설정 압력 이하이면, 사용자의 보행 상태가 유각기(swing phase)인 것으로 결정할 수 있다. 반대로 제어부(19)는, 압력 센서(18)에서 측정된 압력이 설정 압력을 초과하면, 사용자의 보행 상태가 입각기(standing phase)인 것으로 결정할 수 있다.
단계 900에서 사용자의 보행 상태가 유각기인 것으로 결정되면, 제어부(19)는, 구동원(12)을 제어하여 원위 지지부(11)가 배굴(dorsi-flexion) 동작되게 할 수 있다(910). 이와 같은 제어 방법에 따르면, 무릎 부상이나, 비골 신경(common peroneal nerve) 등의 이상으로 발목을 위로 들어올리지 못하는 풋 드롭(foot drop) 현상에 의하여, 유각기 중에 발이 지면에 끌리는 상태로 보행하는 것을 방지할 수 있다.
단계 900에서 사용자의 보행 상태가 입각기인 것으로 결정되면, 제어부(19)는, 앞발 센서(181) 및 뒤발 센서(182)에서 측정된 압력에 기초하여 사용자가 푸쉬 오프(push off) 동작을 수행할 시점인지 여부를 결정할 수 있다(920).
예를 들면, 단계 920에서 제어부(19)는, 앞발 센서(181)에서 측정된 압력이 제 1 설정 압력 이상이면, 사용자의 보행 상태가 입각기인 것으로 결정할 수 있다. 다른 예로, 단계 920에서 제어부(19)는, 앞발 센서(181)에서 측정된 압력에서 뒤발 센서(182)에서 측정된 압력을 뺀 값이, 제 2 설정 압력 이상이면, 사용자의 보행 상태가 입각기인 것으로 결정할 수도 있다.
단계 920에서 사용자가 푸쉬 오프 동작을 수행할 시점인 것으로 결정되면, 제어부(19)는 구동원(12)을 제어하여 원위 지지부(11)가 척굴(plantar-flexion) 동작되게 할 수 있다. 이와 같은 제어 방법에 의하면, 적절한 시점에서 사용자가 푸쉬 오프 동작을 하는 것을 보조할 수 있다.
한편, 단계 920에서 사용자가 푸쉬 오프 동작을 수행할 시점이 아닌 것으로 결정되면, 단계 920을 반복하여 수행함으로써, 푸쉬 오프 동작을 수행할 시점까지 대기할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (34)

  1. 사용자의 근위 부분(proximal part)을 지지하기 위한 근위 지지부(proximal support);
    상기 사용자의 원위 부분(distal part)을 지지하기 위한 원위 지지부(distal support);
    상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동(translation) 및 회전 운동(rotation)을 동시에 하는 회전 프레임;
    상기 근위 지지부에 대하여 슬라이딩 가능한 슬라이딩 프레임; 및
    구동원에서 생성된 동력을 전달받아 구동되고, 상기 근위 지지부에 대하여 서로 다른 병진 속도를 갖는 제 1 출력단(output terminal) 및 제 2 출력단을 포함하는 동력 분배기를 포함하고,
    상기 회전 프레임은, 상기 슬라이딩 프레임에 대하여 회전 가능하게 연결되고,
    상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 각각 상기 슬라이딩 프레임 및 회전 프레임에 연결되는 운동 보조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 근위 지지부는 상기 사용자의 종아리(calf)를 지지하고, 상기 원위 지지부는 상기 사용자의 발(foot)을 지지하고,
    상기 사용자가 상기 운동 보조 장치를 착용한 상태를 기준으로, 상기 회전 프레임은 상기 사용자의 발목(ankle)의 전방 및 상방에 위치하는 운동 보조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 근위 지지부는 상기 사용자의 종아리를 지지하고, 상기 원위 지지부는 상기 사용자의 발을 지지하고,
    상기 사용자가 상기 운동 보조 장치를 착용한 상태를 기준으로, 상기 회전 프레임 중 상기 원위 지지부에 연결되는 부분은, 상기 사용자의 발목(ankle) 및 앞발(forefoot) 사이에 위치하는 운동 보조 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 출력단 및 회전 프레임 사이를 연결하는 커넥팅 로드를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 출력단은 상기 제 1 출력단을 향하여 돌출되는 돌출부를 포함하고,
    상기 커넥팅 로드의 제 1 단부는, 상기 돌출부에 연결되는 운동 보조 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 커넥팅 로드는,
    로드 바디;
    상기 로드 바디의 제 1 단부에 배치되고, 상기 제 2 출력단에 적어도 2 자유도로 회전 가능하게 연결되는 제 1 조인트; 및
    상기 로드 바디의 제 2 단부에 배치되고, 상기 회전 프레임에 적어도 2 자유도로 회전 가능하게 연결되는 제 2 조인트를 포함하는 운동 보조 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 동력 분배기가 구동되면,
    상기 슬라이딩 프레임은, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동하고,
    상기 커넥팅 로드의 제 1 단부는, 상기 슬라이딩 프레임에 대하여 병진 운동하는 운동 보조 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 동력 분배기는,
    상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 연결하는 연결 부재를 더 포함하고,
    상기 구동원은, 상기 제 1 출력단, 제 2 출력단 및 연결 부재 중 어느 하나에 동력을 전달하는 운동 보조 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연결 부재는 근위 지지부에 회전 가능하게 연결되는 운동 보조 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 연결 부재는,
    각각 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 서로 연결하는 한 쌍의 평행한 링크를 포함하고,
    상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 서로 평행한 운동 보조 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 프레임은,
    상기 슬라이딩 프레임에 대하여 요(yaw) 방향으로 회전 가능한 베이스 링크를 포함하는 운동 보조 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 회전 프레임은,
    상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 베이스 링크에 대하여 피치(pitch) 방향으로 회전 가능한 지지 링크를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 회전 프레임은,
    상기 베이스 링크 및 지지 링크에 사이에 연결되는 한 쌍의 연결 링크를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 15 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 연결 링크 각각의 길이 방향을 따라서 연장한 한 쌍의 직선 사이의 거리는 상기 베이스 링크를 중심으로 상기 지지 링크의 반대편으로 갈수록 좁아지는 운동 보조 장치.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 15 항에 있어서,
    상기 지지 링크에 연결된 상기 한 쌍의 연결 링크의 각각의 회전 축 사이의 거리는,
    상기 베이스 링크에 연결된 상기 한 쌍의 연결 링크의 각각의 회전 축 사이의 거리보다 긴 운동 보조 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 프레임을 구동하기 위한 동력을 생성하는 구동원;
    상기 원위 지지부에 배치되어, 상기 사용자의 원위 부분이 상기 원위 지지부에 작용하는 압력을 측정하는 압력 센서; 및
    상기 압력 센서에서 측정된 정보를 기초로 상기 구동원을 제어하는 제어부를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 18 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압력 센서에서 측정된 압력이 설정 압력 이하이면, 상기 구동원을 제어하여 상기 원위 지지부가 배굴(dorsi-flexion) 동작되게 하는 운동 보조 장치.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 18 항에 있어서,
    상기 근위 지지부는 상기 사용자의 종아리를 지지하고, 상기 원위 지지부는 상기 사용자의 발을 지지하고,
    상기 압력 센서는,
    상기 사용자의 앞발(forefoot)의 압력을 감지하는 앞발 센서; 및
    상기 사용자의 뒤발(rearfoot)의 압력을 감지하는 뒤발 센서를 포함하는 운동 보조 장치.
  21. ◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 20 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 앞발 센서에서 측정된 압력이 제 1 설정 압력 이상이면, 상기 구동원을 제어하여 상기 원위 지지부가 척굴(plantar-flexion) 동작되게 하는 운동 보조 장치.
  22. ◈청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 20 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 앞발 센서에서 측정된 압력에서 상기 뒤발 센서에서 측정된 압력을 뺀 값이, 제 2 설정 압력 이상이면, 상기 구동원을 제어하여 상기 원위 지지부가 척굴(plantar-flexion) 동작되게 하는 운동 보조 장치.
  23. 사용자의 무릎 아래 부분에 장착되는 근위 지지부;
    상기 사용자의 발목 앞쪽으로 발에 장착되는 원위 지지부;
    상기 근위 지지부 및 원위 지지부에 연결되고, 상기 사용자에게 장착된 상태에서 상기 사용자의 앞쪽으로 상기 무릎과 발 사이에 위치하며, 상기 발목의 움직임을 허용하는 프레임 구조; 및
    구동원에서 생성된 동력을 전달받아 구동되고, 상기 근위 지지부에 대하여 서로 다른 병진 속도를 갖는 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 포함하는 동력 분배기를 포함하고,
    상기 프레임 구조는,
    상기 근위 지지부에 대하여 슬라이딩 가능한 슬라이딩 프레임; 및
    상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 슬라이딩 프레임에 대하여 회전 가능하고, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동(translation) 및 회전 운동(rotation)을 동시에 하는 회전 프레임을 포함하고,
    상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 각각 상기 슬라이딩 프레임 및 회전 프레임에 연결되는 운동 보조 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 사용자에게 장착된 상태에서 상기 사용자의 뒤쪽으로 정강이와 발 사이에 움직이는 구조가 위치하지 않는 운동 보조 장치.
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 2 출력단 및 회전 프레임 사이를 연결하는 커넥팅 로드를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  29. 제 23 항에 있어서,
    상기 회전 프레임은, 상기 슬라이딩 프레임에 연결되는 베이스 링크와, 상기 원위 지지부에 연결되는 지지 링크를 포함하는 4절 링크(4-bar linkage) 구조를 갖는 운동 보조 장치.
  30. 사용자의 무릎 아래 부분에 장착되는 근위 지지부;
    상기 사용자의 발에 장착되는 원위 지지부;
    상기 근위 지지부 및 원위 지지부 사이에 위치하고, 장착된 상태에서 상기 발이 발목 관절을 중심으로 한 배굴 및 척굴 동작과 목말밑 관절을 중심으로 한 외번 및 내번 동작을 할 때의 움직임을 수용하도록 2자유도의 움직임을 가지는 회전 프레임;
    구동원에서 생성된 동력을 전달받아 구동되고, 상기 근위 지지부에 대하여 서로 다른 병진 속도를 갖는 제 1 출력단(output terminal) 및 제 2 출력단을 포함하는 동력 분배기;
    상기 제 1 출력단에 연결되는 슬라이딩 프레임; 및
    상기 제 2 출력단 및 회전 프레임 사이를 연결하는 커넥팅 로드를 포함하는 운동 보조 장치.
  31. 삭제
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 회전 프레임은,
    상기 슬라이딩 프레임에 연결되는 베이스 링크와, 상기 원위 지지부에 연결되는 지지 링크를 포함하는 4절 링크(4-bar linkage) 구조를 갖는 운동 보조 장치.
  33. ◈청구항 33은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 32 항에 있어서,
    상기 지지 링크는,
    상기 베이스 링크에 대하여 병진 및 회전 운동을 동시에 함으로써, 상기 발이 발목 관절을 중심으로 한 배굴 및 척굴 동작을 할 때의 움직임을 수용하도록 상기 베이스 링크에 대하여 1자유도의 움직임을 가지는 운동 보조 장치.
  34. ◈청구항 34은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 32 항에 있어서,
    상기 베이스 링크는,
    상기 슬라이딩 프레임에 구비되고 상기 사용자의 발목으로부터 전방 및 상방을 향하여 연장되는 회전 축에 회전 가능하게 연결됨으로써, 상기 발이 목말밑 관절을 중심으로 한 외번 및 내번 동작을 할 때의 움직임을 수용하도록 상기 슬라이딩 프레임에 대하여 1자유도의 움직임을 가지는 운동 보조 장치.
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