KR102556819B1 - 골반의 폭 조절이 가능한 근력 보조 로봇 - Google Patents

골반의 폭 조절이 가능한 근력 보조 로봇 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 근력 보조 로봇에서는 모터를 구비하여 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛을 이동시킴으로써 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛의 폭을 조절한다. 모터는 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛이 사용자의 골반 및 허리에 접촉될 때까지 구동되며, 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛에 인가되는 압력이 설정된 압력을 초과하면 모터의 구동이 정지되어 1회의 구동에 의해 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛을 사용자의 골반 및 허리에 장착할 수 있게 된다.

Description

골반의 폭 조절이 가능한 근력 보조 로봇{POWER ASSISTING ROBOT ADJUSTABLE WIDTH OF PELVIS}
본 발명은 골반의 폭 조절이 가능하여 착용시 골반 및 허리에 장착이 용이한 근력 보조 로봇에 관한 것이다.
최근 로봇 관련 기술의 폭 넓은 적용에 따라, 장애나 노화 등으로 근력이 저하되어 보행이 어려운 사람들을 위한 보행보조장치가 널리 사용되고 있다. 일반적으로 보행보조장치는 사용자가 탑승한 후 전동식으로 구동되는 탑승식 장치와, 사용자가 착용하고 보행 등의 재활 훈련을 하는 착용식 장치가 있다.
착용식(wearable type) 장치는 다관절의 골격 구조를 갖는 일종의 로봇으로, 사용자가 착용했을 때 사용자의 근력을 보조하는 역할을 한다. 착용식 장치는 모터 등의 구동장치로부터 발생되는 구동력을 사용자에게 제공함으로써 근력을 보조한다. 착용식 로봇의 일 예가 한국등록특허공보 제10-1693795호(등록일 2017.01.02)에 개시되어 있다.
도 1은 종래 착용식 로봇을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 착용식 로봇은 사용자의 허리부분에 착용되는 착용부재(100)와, 상기 착용부재(100)에 회전 가능하게 연결된 대퇴부 지지부재(200)와, 상기 대퇴부 지지부재(200)의 하단부 측에 회전 가능하게 연결된 아랫다리 지지부재(300)와, 상기 아랫다리 지지부재(300)의 하단부에 회전 가능하게 연결된 발지지부재(400)를 포함한다.
이러한 착용식 로봇에서는 발지지부재(400)에 의해 사용자의 발이 지지되고 대퇴부 지지부재(200)와 아랫다리 지지부재(300)가 사용자의 양쪽 다리에 각각 착용되어 양쪽 다리를 지지한다.
상기 착용부재(100)는 사용자의 골반에 착용되는 골반착용부(110) 및 사용자의 등을 받치는 등받침부(120)로 구성되어, 보행중 발생하는 하중을 분산 지지하고 작은 힘으로 더 편안한 보행을 가능하게 합니다.
이러한 착용식 로봇은 재활이 필요하거나 근력이 필요한 환자들에게 주로 사용되기 때문에, 신속한 착용과 편안한 착용이 필요하게 된다. 그런데, 착용식 로봇은 수동에 의해 사용자에게 착용되므로, 신속하고 편안한 착용이 불가능하게 된다.
또한, 착용부재(100)가 사용자의 골반을 지지하기 위해서는 착용부재(100)의 골반에 완전히 밀착해야만 한다. 그런데, 착용식 로봇은 특정 사용자를 위해 제공되는 것이 아니라 다수의 사용자를 위해 제공될 수 있다. 특히, 착용식 로봇이 재활용으로 사용되는 경우, 상기 착용식 로봇은 불특정 다수에 의해 사용된다. 따라서, 서로 다른 체형의 사용자가 하나의 착용식 로봇을 사용하는 경우, 사용자의 체형에 따라 착용부재(100)가 사용자의 골반에 완전하게 밀착되지 않아 사용자의 골반을 지지할 수 없게 된다.
본 발명의 목적은 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛의 폭을 자동으로 조절함으로써 사용자가 신속하게 착용할 수 있는 근력 보조 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛의 폭을 정밀하게 조절함으로써 사용자가 편안하게 착용할 수 있는 근력 보조 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 근력 보조 로봇에서는 모터의 1회 구동에 의해 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛에 인가되는 밀착압력이 설정압력 이상이 될 때까지 구동함으로, 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛을 사용자가 신속하게 장착할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 근력 보조 로봇에서는 모터를 미세 구동하여 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛의 폭을 미세하게 조절함으로써 사용자가 편안하게 근력 보조 로봇을 장착할 수 있게 된다.
본 발명에서는 모터에 의해 메인 프레임 유닛 및/또는 서브 프레임 유닛을 구동함으로써 메인 프레임 유닛 및/또는 서브 프레임 유닛의 폭을 자동으로 조절할 수 있게 된다. 따라서, 사용자가 메인 프레임 유닛 및/또는 서브 프레임 유닛을 신속하고 용이하게 장착할 수 있게 되어, 사용시간의 제한이 있는 재활용의 근력 보조 로봇의 사용시 상대적으로 더 많은 시간을 재활운동에 사용할 수 있게 되므로, 재활효율을 대폭 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 압력센서에 의해 모터의 구동을 제어하거나 모터를 미세하게 구동함으로써 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛을 사용자의 골반 및 허리에 정확하게 밀착시킴으로써 근력 보조 로봇의 착용감을 향상시킬 수 있게 되며, 착용감 향상에 따른 근력보조효율을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래 착용식 로봇을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 근력 보조 로봇의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 근력 보조 로봇의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 근력 보조 로봇의 메인 컨트롤 유닛, 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛의 분해 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 근력 보조 로봇의 메인 컨트롤 유닛, 메인 프레임 유닛 및 서브프레임의 동작을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 근력 보조 로봇의 제어부의 구조를 나타내는 블럭도.
도 7은 본 발명에 따른 근력 보조 로봇의 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛의 폭을 조절하는 방법을 나타내는 플로우챠트.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 근력 보조 로봇의 입력버튼을 나타내는 도면.
도 9a 및 도 9b는 1회의 모터 구동에 의해 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛의 폭을 조절하는 것을 나타내는 도면.
도 10a 및 도 10b는 각각 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛의 폭을 미세하게 조절하는 것을 나타내는 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 2는 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)을 나타내는 사시도이고 도 3은 근력 보조 로봇(1)의 측면도이다. 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)은 군사용 및 작업용과 같이 다양한 용도로 사용할 수 있지만, 본 발명에서는 사용자가 하체에 착용하여 보행 등의 재활훈련을 사용되어 사용자의 하체근력을 보조한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)은 근력 보조 로봇(1)을 구동하고 제어하는 메인 컨트롤 유닛(2)과 서브 컨트롤 유닛(3), 사용자의 골반과 허리에 각각 장착되는 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5), 사용자의 다리에 장착되는 레그 유닛(6)과, 신발을 고정시키는 신발 고정 유닛(7)을 포함한다.
상기 메인 컨트롤 유닛(2)은 메인 프레임 유닛(4) 상에 구비되며, 사용자의 허리 후방에 위치하는데, 그 이유는 다음과 같다.
본 발명의 근력 보조 로봇(1)은 군사용 및 작업용으로 사용될 수도 있지만, 주로 재활용이나 보행 보조용으로 사용된다. 따라서, 본 발명의 근력 보조 로봇(1)은 주로 환자가 사용하며, 환자가 근력 보조 로봇(1)을 사용하기 위해서는 보조자의 도움이 필요하다. 보조자는 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 착용하는 것을 도울 뿐만 아니라 근력 보조 로봇(1)을 작동하고 제어하는 것을 돕는다.
한편, 메인 컨트롤 유닛(2)에는 입력장치가 구비될 수 있으며, 보조자는 상기 입력장치를 조작하여 근력 보조 로봇(1)을 구동하고 제어한다. 예를 들어, 상기 메인 컨트롤 유닛(2)의 입력장치로는 온오프버튼(on/off button), 스타트버튼(start button), 재활프로그램 선택버튼(즉, 근력보조 강도에 따른 프로그램 선택버튼), 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)의 폭조절을 위한 입력버튼 등이 포함될 수 있다.
상기 메인 컨트롤 유닛(2)은 사용자의 허리 후방의 메인 프레임 유닛(4) 상에 구비되어 보조자가 메인 컨트롤 유닛(2)을 용이하게 조작하도록 한다. 즉, 보조자는 사용자(즉, 재활대상 환자)의 뒤에 위치하여 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 착용하는 것을 도우며, 사용자가 근력 보조 로봇(1)의 착용을 완료하면 사용자의 뒤에서 상기 메인 컨트롤 유닛(2)을 조작함으로써 근력 보조 로봇(1)이 구동하도록 한다.
서브 컨트롤 유닛(3)은 사용자의 근력을 보조하는 보조력의 강약을 조절한다. 상기 메인 컨트롤 유닛(2)은 근력 보조 로봇(1)의 프로그램, 즉 재활운동의 방식을 선택하며, 서브 컨트롤 유닛(3)은 선택된 재활운동의 프로그램의 보조력의 강약을 조절한다. 이때, 상기 서브 컨트롤 유닛(3)은 회전다이얼방식으로 보조력의 강약을 조절할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 서브 컨트롤 유닛(3)의 내부에는 별도의 구동수단이 구비되어 보조력을 제공할 수 있다.
서브 컨트롤 유닛(3)의 하측에는 레그 유닛(6)이 배치된다. 상기 레그 유닛(6)은 한쌍으로 구비되어 사용자의 양쪽 다리에 각각 장착되며, 메인 프레임 유닛(4)과 결합된다.
레그 유닛(6)은 사용자의 허벅지 쪽에 장착되는 어퍼 레그 프레임(upper leg frame;6a)과, 어퍼 레그 프레임(6a) 상에 배치되어 보조력을 제공하는 레그 구동부(leg driving unit;6b)와, 사용자의 종아리에 장착되는 로어 레그 프레임(lower leg frame;6d)과, 사용자의 다리를 감싸는 다리벨트(6c)를 포함한다.
어퍼 레그 프레임(6a) 및 로어 레그 프레임(6d), 레그 구동부(6b)는 사용자의 보행시 관절부위의 원활한 굽힘을 위해 사용자의 다리 측면에 배치된다. 어퍼 레그 프레임(6a) 및 로어 레그 프레임(6d)에는 원터치 다이얼방식으로 길이가 조절되는 다리벨트(6c)가 각각 구비된다.
상기 어퍼 레그 프레임(6a) 및 로어 레그 프레임(6d)은 다리벨트(6c)에 의해 사용자의 다리에 탈착 가능하게 결합된다. 어퍼 레그 프레임(6a) 및 로어 레그 프레임(6d)은 레그 구동부(6b)를 기준으로 사용자의 무릎관절 운동방향에 대응하는 방향으로 회전된다.
어퍼 레그 프레임(6a)의 상부는 메인 프레임 유닛(4)과 고관절 구조로 결합되며, 상기 고관절 구조에 의해 바깥쪽으로 소정 각도 벌어질 수 있다. 또한, 어퍼 레그 프레임(6a) 및 로어 레그 프레임(6d)은 사용자의 다리 각도에 대응하여 안쪽 또는 바깥쪽으로 각도 조절이 가능한 다관절 구조를 가질 수 있다.
레그 구동부(6b)는 모터와 기어세트 등으로 구성되어, 사용자가 다리를 움직일 때 사용자의 다리근력을 보조하는 보조력을 발생시킨다. 상기 레그 구동부(6b)는 적절한 보조력을 발생시킬 수 있는 모터 및 기어 세트 이외에 다른 구성품으로 대체될 수 있다.
로어 레그 프레임(6d)의 하단에는 신발 고정 유닛(7)이 결합되어, 사용자가 신발을 신지 않은 상태뿐만 아니라 신발을 신은 상태에서도 사용자의 발을 지지할 수 있다. 상기 신발 고정 유닛(7)은 사용자의 발 또는 신발이 삽입되는 부분의 길이조절이 가능하다. 따라서 신발 고정 유닛(7)은 사용자의 발 또는 신발 사이즈에 상관없이 모든 사용자의 발 또는 신발을 고정시킬 수 있다.
메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)은 사용자의 골반과 허리에 각각 장착된다. 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)은 사용자의 하체에 착용되어 사용자의 근력을 보조하는 하체착용 근력 보조 로봇이다. 인간의 하체의 중심은 골반이며, 이 골반에 다리가 결합되어 인간의 하체가 움직일 수 있게 된다.
마찬가지로, 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)의 중심 역시 사용자의 골반과 결합되는 메인 프레임 유닛(4)이며, 이 메인 프레임 유닛(4)에 레그 유닛(6)이 결합되어 사용자의 하체근력을 보조하게 된다. 따라서, 메인 프레임 유닛(4)은 사용자의 근력 보조 로봇(1) 착용시 가장 중요한 요소가 된다. 즉, 레그 유닛(6)을 사용자의 양다리에 단단히 장착하여도 메인 프레임 유닛(4)이 사용자의 골반에 단단히 장착되지 않으면 근력 보조 로봇(1)이 사용자의 신체를 완전하게 지지하지 못하게 되어 적절한 근력을 전달할 수 없게 된다.
더욱이, 근력 보조 로봇(1)을 신속하게 착용하기 위해서는 중심이 되는 메인 프레임 유닛(4)을 신속하게 장착해야만 한다. 근력 보조 로봇(1)은 환자의 재활운동에 주로 사용되므로, 병원 등과 같은 전문기관에 배치되어 설정된 재활시간 동안만 이용할 수 있다. 따라서, 근력 보조 로봇(1)의 착용시간이 길어지면, 그만큼 근력 보조 로봇(1)을 이용한 사용자의 실질적인 재활시간이 감소하게 되어, 재활효과가 저하된다.
이러한 점에서 메인 프레임 유닛(4)을 사용자의 골반에 신속하고 정확하게 장착해야만, 원하는 재활효과를 얻을 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)의 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5) 및 메인 컨트롤 유닛(2)의 분해사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)은 서로 연결되어 있다. 이때, 상기 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)은 일정 거리 이격되어 배치되고 별도의 연결부재가 배치되어 상기 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)을 결합할 수 있다.
또한, 상기 메인 프레임 유닛(4)이 일체로 형성된 본체(40)와 경사유닛(42)으로 구성되어, 상기 경사유닛(42)이 서브 프레임 유닛(5)과 결합되어 메인 프레임 유닛(4)이 서브 프레임 유닛(5)과 결합될 수 있다.
상기 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)이 결합됨에 따라, 근력 보조 로봇(1)의 착용하기 위해 상기 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절할 때, 상기 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)이 동시에 움직인다. 다시 말해서, 근력 보조 로봇(1)을 사용자가 착용할 때, 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 동시에 조절함으로써 근력 보조 로봇(1)이 사용자의 골반 및 허리에 장착되도록 한다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 메인 프레임 유닛(4)의 내부에는 모터가 구비되어 메인 프레임 유닛(4)과 레그 유닛(6)을 연결하는 고관절에 보조력을 제공하여 근력 보조 로봇(1)을 착용한 사용자가 다리를 움직일 수 있도록 한다.
서브 프레임 유닛(5)은 사용자의 허리 후면의 양측을 지지하는 제1허리지지유닛(50a,50b)과, 곡면으로 구성되어 사용자의 허리 양측을 감싸는 제2허리지지유닛(51a,51b)과, 상기 제2허리지지유닛(51a,51b)의 단부와 연결되어 서브 프레임 유닛(5)을 사용자의 허리에 고정시키는 허리벨트(52)로 구성된다.
상기 제1허리지지유닛(50a,50b)은 사용자의 허리 뒷면의 형상과 유사하게 형성되어 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 착용하는 경우, 사용자의 허리 뒷면의 양측이 제1허리지지유닛(50a,50b)에 각각 밀착된다.
상기 제2허리지지유닛(51a,51b)은 사용자의 양 허리 측면과 같은 설정된 곡률의 곡면으로 형성되어 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 착용할 때, 사용자의 허리 양측면이 상기 제2허리지지유닛(51a,51b)에 밀착된다. 이때, 상기 제1허리지지유닛(50a,50b)과 제2허리지지유닛(51a,51b) 사이에는 각각 힌지(hinge;53)가 설치되어, 상기 제1허리지지유닛(50a,50b)이 제2허리지지유닛(51a,51b)으로부터 일정 각도 회전 가능하게 연결된다. 따라서, 근력 보조 로봇(1)을 착용하는 사용자의 체형에 따라 제1허리지지유닛(50a,50b)과 제2허리지지유닛(51a,51b) 사이의 각도가 조절되어, 상기 제1허리지지유닛(50a,50b)과 제2허리지지유닛(51a,51b)이 사용자의 허리에 밀착한다.
서로 마주하는 제1허리지지유닛(50a,50b), 즉 우측의 제1허리지지유닛(50a)과 좌측의 제1허리지지유닛(50b)은 서로 일정 거리 이격되어 배치되며, 서로 가까워지거나 멀어지도록 이동함으로써 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절할 수 있게 된다. 이때, 메인 프레임 유닛(4)이 서브 프레임 유닛(5)에 연결되므로, 상기 제1허리지지유닛(50a,50b)에 의해 서브 프레임 유닛(5)의 폭뿐만 아니라 메인 프레임 유닛(4)의 폭도 조절된다.
한쌍의 제1허리지지유닛(50a,50b)의 하부에는 각각 가이드바(54a,54b)가 배치된다. 상기 가이드바(54a,54b)에는 각각 가이드홈이 형성되며, 상기 제1허리지지유닛(50a,50b)이 각각 대응하는 가이드바(54a,54b)의 가이드홈 내부에 삽입되도록 결합되어 상기 제1허리지지유닛(50a,50b)이 대응하는 가이드바(54a,54b)에 의해 가이드된 상태로 이동한다.
인간의 허리는 직선이 아니라 곡선으로 형성되므로 제1허리지지유닛(50a,50b)이 직선상으로 이동하게 되면, 제1허리지지유닛(50a,50b)의 형상과 사용자의 허리의 형상이 다르므로, 제1허리지지유닛(50a,50b)이 사용자의 허리에 밀착될 수 없다. 상기 가이드바(54a,54b)는 설정된 곡률의 곡면(인간의 허리의 형상에 대응하는 형상의 곡면)으로 형성되어 상기 제1허리지지유닛(50a,50b)의 이동시 가이드바(54a,54b)의 곡선을 따라 이동하여 제1허리지지유닛(50a,50b)이 항상 사용자의 허리에 밀착되도록 한다.
도면에서는 가이드바(54a,54b)가 전체적으로 일정한 곡률의 곡선으로 형성되지만, 실질적으로 상기 가이드바(54a,54b)는 특정 곡률의 곡선으로 형성되는 것이 아니라 인간의 허리형상의 곡면과 유사한 곡선으로 형성될 수 있을 것이다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1허리지지유닛(50a,50b)의 전면, 즉 사용자의 허리가 접촉하는 면에는 각각 탄성을 가진 탄성부재가 구비되어 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 착용하여 재활훈련할 때 사용자의 허리와 제1허리지지유닛(50a,50b)의 충격을 흡수할 뿐만 아니라 사용자의 허리 및 골반과 제1허리지지유닛(50a,50b)의 밀착력을 향상시킬 수 있다.
우측의 제2허리지지유닛(51a) 및 좌측의 제2허리지지유닛(51b)의 일단에는 각각 서로 마주하는 공간으로 연장되는 방향으로 슬라이딩기어(57a,57b)가 구비된다. 이때, 상기 슬라이딩기어(57a,57b)는 대응하는 제2허리지지유닛(51a,51b)과 일체로 형성될 수도 있지만, 별도로 형성되어 결합부재에 의해 상기 제2허리지지유닛(51a,51b)과 결합될 수 있다. 한쌍의 제2허리지지유닛(51a,51b)은 설정된 곡률의 곡면형상으로 구성되지만, 상기 한쌍의 슬라이딩기어(57a,57b)는 직선형상으로 구성될 수 있다.
상기 우측슬라이딩기어(57a)의 하면에는 기어톱니가 형성되고 좌측슬라이딩기어(57b)의 상면에도 기어톱니가 형성되어, 상기 우측슬라이딩기어(57a)의 기어톱니와 좌측슬라이딩기어(57b)의 기어톱니가 기어결합하여, 일측의 슬라이딩기어(즉, 일측의 제2허리지지유닛)가 움직임에 따라 다른 측의 기어(즉, 다른 측의 제2허리지지유닛)도 움직이게 된다. 즉, 한쌍의 슬라이딩기어(57a,57b)가 서로 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동함에 따라 한쌍의 제2허리지지유닛(51a,51b)도 가까워지는 방향이나 서로 멀어지는 방향으로 이동하며, 그 결과 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절할 수 있게 된다.
특히, 한쌍의 슬라이딩기어(57a,57b)가 서브 프레임 유닛(5)의 폭방향을 따라 좌우로 직선운동을 하므로, 한쌍의 슬라이딩기어(57a,57b)가 서로 가까워지는 방향 또는 멀어지는 방향으로 이동하며, 그 결과 제2허리지지유닛(51a,51b)의 원주(예를 들면, 우측의 제2허리지지유닛(51a)과 좌측의 제2허리지지유닛(51b)의 길이)가 감소하거나 증가하는 것이 아니라 우측의 제2허리지지유닛(51a)과 좌측의 제2허리지지유닛(51b) 사이의 폭(즉, 상대적 위치)이 감소하거나 증가하게 된다. 따라서, 우측의 제2허리지지유닛(51a)과 좌측의 제2허리지지유닛(51b) 사이의 폭이 증가하거나 감소하는 경우에도, 사용자의 허리에 접촉하는 서브 프레임 유닛(5)의 접촉영역은 항상 동일하므로, 사용자의 근력 보조 로봇(1)의 착용감을 항상 일정하게 유지할 수 있게 된다.
이때, 상기 우측슬라이딩기어(57a)의 상면 및 좌측슬라이딩기어(57b)의 하면에 각각 기어톱니가 형성되어 상기 우측슬라이딩기어(57a)와 좌측슬라이딩기어(57b)는 기어결합할 수도 있다.
힌지(53)에 의해 상기 제1허리지지유닛(50a,50b)이 각각 대응하는 제2허리지지유닛(51a,51b)에 회전 가능하게 연결되므로, 한쌍의 슬라이딩기어(57a,57b)가 서로 직선운동을 하여도 제1허리지지유닛(50a,50b)은 하부에 배치된 가이드바(54a,54b)를 따라 곡선 이동을 한다. 따라서, 사용자의 체형에 따라 우측의 제2허리지지유닛(51a)과 좌측의 제2허리지지유닛(51b) 사이의 폭이 증가하거나 감소하는 경우에도, 상기 제1허리지지유닛(50a,50b)은 항상 사용자의 허리 후면에 밀착하게 되므로, 다른 체형의 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 이용하는 경우에도 근력 보조 로봇(1)의 착용감을 항상 일정하게 유지할 수 있게 된다.
허리벨트(52)는 좌측의 제2허리지지유닛(51b)의 설치되어 우측의 제2허리지지유닛(51a)에 고정됨으로써 사용자의 허리를 고정시킬 수 있다. 물론, 상기 허리벨트(52)가 우측의 제2허리지지유닛(51a)에 설치되고 좌측의 제2허리지지유닛(51b)에 고정될 수도 있을 것이다.
상기 허리벨트(52)는 설정된 폭 및 두께로 형성되며, 유연하고 충격을 흡수할 수 있는 재질로 구성되어 사용자의 허리 전면에 밀착됨으로써, 제1허리지지유닛(50a,50b) 및 제2허리지지유닛(51a,51b)과 함께 사용자의 허리를 근력 보조 로봇(1)에 완전히 고정시킨다.
상기 허리벨트(52)의 길이는 연장 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 허리벨트(52)가 설치되는 좌측의 제2허리지지유닛(51b)에 허리벨트(52)를 수납하는 공간을 형성하여 필요에 따라(예를 들어, 사용자의 체형에 따라) 허리벨트(52)를 좌측의 제2허리지지유닛(51b)에서 인출할 수 있다. 이때, 상기 우측의 제2허리지지유닛(51a)에 허리벨트(52)의 수납공간을 형성할 수도 있다.
상기 허리벨트(52)는 다양한 방법에 의해 우측의 제2허리지지유닛(51a)(또는 좌측의 제2허리지지유닛(51b))에 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 허리벨트(52)는 벨크로(Velcro)에 의해 우측의 제2허리지지유닛(51a)에 고정될 수도 있고 고리에 의해 우측의 제2허리지지유닛(51a)에 고정될 수도 있지만, 이러한 구조에 한정되는 것이 아니라 다양한 방식에 의해 고정될 수 있다.
또한, 상기 서브 프레임 유닛(5)의 좌측의 제2허리지지유닛(51b)에는 제2기어(56)가 설치된다. 이때, 상기 제2기어(56)는 좌측의 제2허리지지유닛(51b)으로부터 제2허리지지유닛(51a,51b)의 이격된 영역으로 연장된다. 상기 제2기어(56)의 상면에는 기어톱니가 형성되며, 후면은 우측슬라이딩기어(57a)의 상면과 접촉할 수 있다.
상기 서브 프레임 유닛(5)의 후면에는 메인 컨트롤 유닛(2)이 배치된다. 상기 메인 컨트롤 유닛(2)은 서브 프레임 유닛(5)의 제2허리지지유닛(51a,512b) 사이에 배치되어, 제2허리지지유닛(51a,51b)에 구비된 한쌍의 슬라이딩기어(57a,57b)를 구동함으로써 서브 프레임 유닛(5) 및 메인프레임 유닛(4)의 폭을 조절한다.
상기 메인 컨트롤 유닛(2)은 커버(20)와, 상기 커버(20) 내에 배치된 모터(21)와, 일단이 상기 모터(21)에 연결되어 모터(21)의 구동력을 전달하는 모터가이드(23)와, 상기 모터가이드(23)의 타단에 배치되어 모터가이드(23)를 통해 전달되는 모터(21)의 구동력에 의해 회전하는 제1기어(24)로 구성된다.
상기 모터(21)는 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절하기 위한 구동력을 발생시킨다. 이때, 상기 모터(21)로는 미세한 각도로 회전할 수 있는 스텝모터(step motor)를 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것이 아니라 미세한 구동이 가능한 다양한 형태의 모터를 사용할 수 있을 것이다.
상기 모터가이드(23)는 모터(21)의 회전축과 연결되어 모터(21)의 회전력을 외부로 출력하여, 단부에 설치된 제1기어(24)에 회전력을 전달한다.
상기 제1기어(24)는 서브 프레임 유닛(5)의 제2기어(56)와 결합하여, 모터(21)의 구동력을 상기 제2기어(56)로 전달한다. 제1기어(24)는 원형기어로 구성되고 제2기어(56)는 평면기어로 구성되므로, 상기 제1기어(24) 및 제2기어(56)에 의해 모터(21)의 회전운동이 서브 프레임 유닛(5)의 좌측의 제1허리지지유닛(50b)의 직선운동으로 변환된다.
상기 제1기어(24)가 구동하면 제1기어(24)의 구동력이 결합된 제2기어(56)에 전달되므로, 상기 제1기어(24)가 회전하면 제1기어(24)와 결합된 제2기어(56)가 직선 이동한다. 상기 제2기어(56)가 직선 이동함에 따라 제2기어(56)가 부착된 좌측의 제2허리지지유닛(51b) 및 좌측슬라이딩기어(57b)가 직선 이동함과 동시에, 상기 좌측슬라이딩기어(57b)와 결합되는 우측슬라이딩기어(57a)도 직선 이동하게 되어 상기 우측슬라이딩기어(57a)가 부착된 우측의 제2허리지지유닛(51a)이 직선 이동하게 된다.
또한, 좌측의 제2허리지지유닛(51b)의 이동과 함께 힌지(53)로 연결된 좌측의 제1허리지지유닛(50b)도 이동하며, 우측의 제2허리지지유닛(51a)의 이동과 함께 우측의 제1허리지지유닛(50a)도 이동하게 된다. 따라서, 모터(21)가 구동하면, 제1기어(24) 및 제2기어(56)에 의해 연결된 좌측의 슬라이딩기어(57b), 제1허리지지유닛(50b) 및 제2허리지지유닛(51b)이 동시에 일방향으로 이동하며, 우측의 슬라이딩기어(57a), 제1허리지지유닛(50a) 및 제2허리지지유닛(51a)이 반대방향으로 이동한다.
이와 같이, 본 발명에서는 모터(21)의 구동력이 제1허리지지유닛(50a,50b) 및 제2허리지지유닛(51a,51b)에 전달되어, 상기 제1허리지지유닛(50a,50b) 및 제2허리지지유닛(51a,51b)의 직선 이동함으로써 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절할 수 있게 된다. 특히, 모터(21)가 정회전(또는 역회전)함에 따라 제1허리지지유닛(50a,50b) 및 제2허리지지유닛(51a,51b)이 서로 마주하는 방향으로 직선운동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭이 감소하고 모터(21)가 역회전(또는 정회전)함에 따라 제1허리지지유닛(50a,50b) 및 제2허리지지유닛(51a,51b)이 서로 멀어지는 방향으로 직선운동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭이 증가하게 된다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 메인 컨트롤 유닛(2)은 마이크로컴퓨터와 같은 제어부가 실장되는 PCB(Printed Circuit Board)가 구비되어, 근력 보조 로봇(1)의 전체 동작을 제어하며 사용자의 체형에 따라 모터(21)의 구동을 제어하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절한다.
한편, 상술한 설명에서는 제1기어(24) 및 제2기어(56), 슬라이딩기어(57a,57b)가 특정 구조로 형성되어 결합되지만, 본 발명의 이러한 특정 결합 구조에 한정되는 것이 아니라 다양한 결합구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상술한 설명에서는 한쌍의 슬라이딩기어(57a,57b)가 제1기어(24) 및 제2기어(56)와는 별개로 구성되어 서로 기어결합하여 서로 반대방향으로 이동함으로써 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절하지만, 제2기어(56)의 구성없이 제1기어(24)가 좌측슬라이딩기어(57b)에 직접 나사 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제1기어(24)의 회전력이 좌측슬라이딩기어(57b)의 직선운동으로 변환됨과 동시에, 좌측슬라이딩기어(57b)와 우측슬라이딩기어(57a)의 상대적인 운동에 의해 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절할 수 있다.
도 5는 메인 컨트롤 유닛(2), 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 결합된 구조를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 근력 보조 로봇(1)에서는 메인 컨트롤 유닛(2)의 모터(21)의 회전축과 연결된 제1기어(24)가 서브 프레임 유닛(5)의 제2허리지지유닛(51b)에 연결된 제2기어(56)와 결합되며, 상기 좌측의 제2허리지지유닛(51b)에 연결된 슬라이딩기어(57b)가 우측의 제2허리지지유닛(51a)에 연결된 슬라이딩기어(57a)와 결합된다.
이러한 구조에서, 메인 컨트롤 유닛(2)에 구비된 제어부의 제어에 따라 모터(21)가 정회전으로 구동하여 제1기어(24)가 시계방향으로 회전하면, 제2기어(56)가 구동하여 좌측의 제2허리지지유닛(51b)이 우측의 제2허리지지유닛(51a) 측으로(즉, 좌측으로) 직선 이동한다.
상기 좌측의 제2허리지지유닛(51b)이 직선 이동함에 따라 좌측슬라이딩기어(57b) 역시 우측의 제2허리지지유닛(51a) 측으로(좌측으로) 직선 이동한다. 이때, 상기 좌측슬라이딩기어(57b)가 우측슬라이딩기어(57a)와 나사 결합되어 있으므로, 우측슬라이딩기어(57a)와 좌측슬라이딩기어(57b)는 서로 반대방향으로 이동하게 된다. 즉, 좌측슬라이딩기어(57b)와 좌측의 제2허리지지유닛(51b)은 좌측방향으로 이동하고 우측슬라이딩기어(57a)와 우측의 제2허리지지유닛(51a)은 우측방향으로 이동하여, 우측의 제2허리지지유닛(51a)과 좌측의 제2허리지지유닛(51b)은 서로 가까워지는 방향으로 이동하게 된다. 그 결과, 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭이 좁아지게 된다.
이때, 우측슬라이딩기어(57a)와 좌측슬라이딩기어(57b)에 의해 우측의 제2허리지지유닛(51a)과 좌측의 제2허리지지유닛(51b)은 서로 반대방향으로 직선 이동하지만, 우측의 제1허리지지유닛(50a)과 좌측의 제1허리지지유닛(50b)은 각각 우측가이드바(54a) 및 좌측가이드(54b)의 가이드홈을 따라 곡선 이동하게 되어, 상기 제1허리지지유닛(50a,50b)이 사용자의 허리 뒷면에 밀착한다.
상기 메인 컨트롤 유닛(2)에 구비된 제어부의 제어에 따라 모터(21)가 역회전으로 구동하여 제1기어(24)가 반시계방향으로 회전하면, 제2기어(56)가 우측의 제2허리지지유닛(51a) 측에서 멀어지는 방향(즉, 우측 방향)으로 직선 이동한다. 따라서, 좌측슬라이딩기어(57b)와 좌측의 제2허리지지유닛(51b)은 우측방향으로 이동하고 우측슬라이딩기어(57a)와 우측의 제2허리지지유닛(51a)은 좌측방향으로 이동하여, 우측의 제2허리지지유닛(51a)과 좌측의 제2허리지지유닛(51b)이 서로 멀어지는 방향으로 이동하게 된다. 그 결과, 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭이 증가하게 된다.
한편, 상기 모터(21)는 메인 컨트롤 유닛(2)에 포함된 제어부의 제어에 따라 구동한다. 제어부는 모터(21)를 제어하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 조절함으로써, 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 착용할 때 신속하고 정확한 착용이 가능하게 한다. 이를 위해, 상기 제어부는 다양한 방식으로 모터(21)를 제어한다. 예를 들어, 제어부는 근력 보조 로봇(1)을 사용했던 사용자들의 이전 착용정보(즉, 이전에 착용했던 근력 보조 로봇(1)의 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭 정보)를 저장하고, 다시 동일한 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 착용하는 경우 이전의 정보에 기초하여 모터(21)를 제어하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절함으로써, 사용자가 신속하게 근력 보조 로봇(1)을 착용할 수 있게 할 수 있다.
또한, 제어부는 사용자에게 착용되는 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 압력정보를 기초로 1회의 모터(21) 구동에 의해 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절할 수 있게 된다. 즉, 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 착용할 때, 모터(21)를 구동하면 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭이 감소하여 사용자의 골반과 허리측으로 접근하며, 상기 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)이 사용자의 골반과 허리에 일정 압력으로 밀착하면 자동으로 모터(21)가 정지함으로써, 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 신속하게 착용할 수 있게 된다.
그리고, 상기 제어부는 필요에 따라 모터(21)를 미세하게 조절하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 미세하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 사용자가 장착했지만, 사용자가 불편함을 느껴 미세하게 조절할 필요가 있으면, 모터(21)를 미세하게 구동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 미세하게 조절함으로써 사용자의 골반과 허리에 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)를 적절하게 밀착시킬 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)의 메인 컨트롤 유닛(2)에 포함된 제어부(25)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(25)는 각종 설정 및 작업명령이 입력되는 키입력부(25a)와, 메인 프레임 유닛(4) 및/또는 서브 프레임 유닛(5)에 인가되는 압력을 검출하는 검출부(25b)와, 사용자의 정보 및 각종 설정정보가 저장된 저장부(25c)와, 키입력부(25a)를 통해 입력되는 정보를 기초로 근력 보조 로봇(1)을 구동할지를 결정하는 판단부(25d)와, 상기 판단부(25d)의 제어에 따라 각종 모터를 구동하는 모터구동부(25e)를 포함한다.
메인 컨트롤 유닛(2)의 제어부(25)는 근력 보조 로봇(1)을 구동하고 전체적으로 제어한다. 따라서, 상기 제어부(25)의 키입력부(25a)에는 근력 보조 로봇(1)을 구동시키는 구동명령 및 구동을 위한 각종 정보가 입력된다. 예를 들어, 재활운동을 하는 사용자 정보, 재활운동시간, 재활운동범위, 고관절 및 무릎관절의 보조력의 크기 등과 같은 각종 정보가 입력된다.
또한, 키입력부(25a)는 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭조절을 위한 모터(21)의 구동모드를 입력할 수 있다. 모터(21)의 구동모드는 1회의 조작에 의해 사용자의 골반 및 허리에 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)이 밀착할 때까지 모터(21)를 구동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭조절이 자동으로 이루어지는 원터치 구동모드일 수 있으며, 설정된 펄스동안 작동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 미세하게 조절하는 미세구동모드일 수 있다. 또한, 모터(21)의 구동모드는 이전에 근력 보조 로봇(1)을 사용한 사용자의 이전 착용정보에 따라 모터(21)를 구동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절하는 자동구동모드일 수 있다.
상기 검출부(25b)는 사용자의 골반 및 허리와 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 밀착압력을 검출한다. 모터(21)를 1회 구동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절할 때, 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)이 사용자의 골반 및 허리와 밀착하면 이를 검출한다. 이때, 밀착압력은 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)에 압력센서를 설치하여 압력센서에 감지되는 압력변화에 의해 검출할 수도 있고 모터(21)에 인가되는 부하의 변화량에 의해 검출할 수도 있다.
상기 저장부(25c)에는 근력 보조 로봇(1)의 구동정보, 사용자 정보, 근력 보조 로봇(1)의 설정정보 등이 저장된다. 상기 근력 보조 로봇(1)의 구동정보는 재활대상 환자의 근력상태에 따른 근력 보조 로봇(1)의 구동모드 등을 포함할 수 있다. 사용자정보는 해당 근력 보조 로봇(1)을 사용한 사용자 정보, 예를 들어 해당 근력 보조 로봇(1)을 사용한 시간과 횟수, 구동모드, 보조력의 크기, 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭정보를 포함하는 이전에 사용시의 착용정보 등을 포함할 수 있다. 설정정보는 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)에 검출되는 압력센서의 설정값을 포함할 수 있다.
상기 판단부(25d)에서는 키입력부(25a)를 통해 입력되는 명령에 따라 근력 보조 로봇(1)의 구동여부를 판단한다. 이때, 판단부(25d)는 저장부(25c)에 저장된 구동모드에 따라 근력 보조 로봇(1)을 구동한다.
또한, 상기 판단부(25d)는 키입력부(25a)를 통해 입력되는 모터(21)의 구동모드를 판단하여 모터(21)를 구동한다. 즉, 상기 판단부(25d)의 판단에 따라 모터(21)가 원터치 구동모드, 미세구동모드 및 자동구동모드로 작동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 사용자의 골반 및 허리에 장착한다.
모터구동부(25e)는 상기 판단부(25d)에 따라 구동신호를 모터(21)에 출력하여 모터(21)를 구동한다. 이때, 상기 모터구동부(25e)는 판단부(25d)의 모터 구동모드의 판단결과에 따라 대응하는 구동신호를 출력하여, 상기 모터(21)가 해당하는 구동모드로 구동하도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)에서는 모터(21)를 구동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절함으로써 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 신속하게 착용할 수 있게 된다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)의 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭 조절방법을 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)의 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭 조절방법을 나타내는 플로우챠트이고 도 8은 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)의 메인 컨트롤 유닛(2)의 입력버튼을 나타내는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 착용한 후, 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 사용자의 골반 및 허리에 장착하기 위해 모터(21)의 구동모드(또는 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭 조절모드)를 선택한다(S101,S102).
상기 모터(21)의 구동모드의 선택은 도 8a 및 도 8b에 도시된 입력버튼을 통해 이루어질 수 있다. 이때, 도면에서는 (-) 및 (+) 입력버튼을 가진 특정 형상의 입력버튼이 도시되어 있지만, 이는 입력버튼의 일례를 나타내는 것으로, 본 발명에 따른 모터(21)의 구동모드의 입력버튼은 다른 형상으로 구성될 수 있다.
입력버튼에 의해 3가지의 구동모드, 즉 원터치구동모드, 미세구동모드 및 자동구동모드 중 하나의 구동모드를 선택할 수 있다(S103,S104,S105).
원터치구동모드는 입력버튼을 제1 조작함으로써 이루어진다(S106). 예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이 입력버튼의 제1조작은 (-) 입력버튼 및 (+) 입력버튼 중 하나의 버튼을 설정된 시간(예를 들어, 1초) 이상으로 길게 누름으로써 이루어질 수 있다. 즉, (-) 입력버튼 또는 (+) 입력버튼을 설정 시간 이상 누르면, 모터(21)가 구동한다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)이 최초의 상태, 즉 사용자의 골반 및 허리에 밀착하지 않고 일정 거리 이격된 상태에서, (-) 입력버튼을 설정된 시간 이상으로 길게 조작함으로써, 터치구동모드에서의 모터(21)는 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)이 사용자의 골반 및 허리에 밀착되어 장착될 때까지 구동한다(S107). 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)이 사용자의 골반 및 허리에 밀착한 후 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 밀착압력값이 설정값 이상으로 되면(S108) 모터(21)의 구동이 정지한다(S113). 상기 밀착압력값은 메인 프레임 유닛(4) 및/또는 서브 프레임 유닛(5)에 설치된 압력센서에 의해 검출될 수도 있고 모터(21)에 인가되는 부하를 측정함으로써 검출될 수 있다.
이와 같이, 입력버튼을 제1조작함으로써 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)를 사용자의 골반 및 허리에 자동으로 장착할 수 있게 된다.
또한, 근력 보조 로봇(1)을 벗을 때 상기 입력버튼을 제1조작함으로써 자동으로 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 사용자의 골반 및 허리에서 자동으로 벗을 수 있다. 즉, 입력버튼의 (+) 버튼을 설정된 시간 이상으로 길게 누름으로써 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭이 증가하여 사용자의 골반 및 허리에 장착된 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 최초의 위치로 복원시킴으로써 자동으로 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 벗을 수 있게 된다.
미세구동모드에서는 모터(21)를 짧은 시간 동안 구동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 미세하게 조절한다(S109). 미세구동모드에서는 자동으로 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절하여 사용자의 허리 및 골반에 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 밀착시키는 것이 아니라 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 수동으로 수차례 조절하여 사용자의 허리 및 골반에 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 착용한다. 또한, 원터치모드에 의해 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)이 사용자의 허리 및 골반에 밀착한 상태에서 미세구동모드에 의해 모터(21)를 구동함으로써 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 더욱 정밀하게 사용자의 허리 및 골반에 밀착하여 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 편안하게 착용하도록 한다.
예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이 입력버튼의 제2조작은 (-) 입력버튼 및 (+) 입력버튼 중 하나의 버튼을 설정된 시간(예를 들어, 0.5초) 이하로 짧게 누름으로써 이루어질 수 있다.
도 10a에 도시된 바와 같이, (-) 입력버튼을 설정 시간 이하로 조작하여 모터(21)를 미세구동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 미세한 거리만큼(예를 들어, 0.5mm) 감소시킨다(S111). 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭의 미세조절에 의해 메인 프레임 유닛(4) 및/또는 서브 프레임 유닛(5)이 사용자가 편안하게 느낄 정도로 사용자의 골반 및/또는 허리에 밀착되면 모터(21)의 구동을 정지하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 조절을 중지하고 메인 프레임 유닛(4) 및/또는 서브 프레임 유닛(5)이사용자의 골반 및/또는 허리에 밀착되지 않으면 입력버튼의 제2조작을 반복한다.
또한, 도 10b에 도시된 바와 같이, (+) 입력버튼을 설정 시간 이하로 반복 조작하여 모터(21)를 미세구동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 미세한 거리만큼(예를 들어, 0.5mm) 증가시킴으로써 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 미세하게 조절할 수 있게 된다.
자동구동모드에서는 입력된 사용자의 정보에 따라 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 자동으로 조절한다(S105).
자동구동모드에서는 입력버튼을 제3조작하여 사용자의 정보에 따라 자동으로 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절한다(S112). 즉, 자동구동모드에서는 이전에 근력 보조 로봇(1)을 사용할 때 저장된 사용자의 착용정보, 예를 들면 원터치구동모드 및/또는 미세구동모드에 의해 사용자가 편안하게 근력 보조 로봇(1)을 편안하게 착용한 상태의 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭 정보를 기초로 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절한다.
예를 들어, 도 8a 및 도 8b에 도시된 (-) 입력버튼 및 (+) 입력버튼을 동시에 조작하면, 모터(21)를 이전에 근력 보조 로봇(1)을 사용할 때 저장된 사용자의 착용정보에 따라 구동함으로써 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 작동으로 조절할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 근력 보조 로봇(1)에서는 모터(21)를 구동함으로써 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 사용자의 골반 및 허리에 착용하므로 신속한 근력 보조 로봇(1)의 착용이 가능하게 된다. 따라서, 사용자가 근력 보조 로봇(1)을 정해진 시간 동안 재활용으로 사용하는 경우, 신속하게 근력 보조 로봇(1)의 착용함으로써 정해진 재활용 시간중 실제 재활용에 사용하는 시간을 최대화할 수 있게 되므로 재활용 효율을 최대화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)을 1회의 모터구동에 의해 사용자의 골반 및 허리에 밀착시키므로, 더욱 신속한 근력 보조 로봇(1)의 착용이 가능하게 된다. 더욱이, 모터(21)를 미세구동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 미세하게 조절할 수 있게 되므로, 근력 보조 로봇(1)의 착용감을 향상시킬 수 있게 된다.
상술한 상세한 설명에서는 본 발명을 특정 구성으로 설명하고 있지만, 본 발명이 이러한 특정 구성에 한정되는 것이 아니라 다양한 구성으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상술한 상세한 설명에서는 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)이 일체로 또는 별도의 연결부재에 의해 연결되어 모터(21)에 의해 동시에 구동하지만, 본 발명이 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라 상기 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 서로 독립적으로 형성되어 2개의 모터에 의해 서로 독립적으로 구동하여 메인 프레임 유닛(4) 및 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절할 수 있다.
또한, 상술한 설명에서는 원터치구동모드, 미세구동모드 및 자동구동모드를 위한 입력버튼이 (+) 입력버튼 및 (-) 입력버튼으로 구성되어, 이들 버튼을 길게 조작하거나 짧게 조작하거나 동시에 조작함으로써 원하는 구동모드를 선택하지만, 본 발명의 입력버튼이 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라 별도의 원터치구동모드용 입력버튼, 미세구동모드용 입력버튼 및 자동구동모드용 입력버튼을 구비하여, 이들 입력버튼을 조작함으로써 모터를 구동할 수도 있다.
또한, 도면에서는 모터가 서브 프레임 유닛의 기어와 결합되어 상기 서브 프레임 유닛을 이동시킴으로써 메인 프레임 유닛과 서브 프레임 유닛의 폭을 조절하지만, 기어가 메인 프레임 유닛에 형성되어 모터의 구동력을 기어를 통해 메인 프레임 유닛으로 전달하여 메인 프레임 유닛과 서브 프레임 유닛의 폭을 조절할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 권리범위는 상술한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 의해 결정될 것이다.
이상에서 설명한 본 출원은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 출원의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 출원의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 근력 보조 로봇 2 : 메인 컨트롤 유닛
3 : 서브 컨트롤 유닛 4 : 메인 프레임 유닛
5 : 서브 프레임 유닛 21 : 모터
24,56 : 기어 25 : 제어부
50a,50b : 제1허리지지유닛 51a,51b : 제2허리지지유닛
52 : 허리벨트 53 : 힌지
57a,57b : 슬라이딩기어

Claims (12)

  1. 근력 보조 로봇에 있어서,
    사용자의 골반에 장착되는 메인 프레임 유닛;
    사용자의 허리에 장착되는 서브 프레임 유닛;
    사용자의 다리에 장착되는 레그 유닛;
    상기 메인 프레임 유닛 및 상기 서브 프레임 유닛의 폭을 조절하는 메인 컨트롤 유닛; 및
    상기 메인 컨트롤 유닛에 구비되고, 상기 메인 프레임 유닛 및 상기 서브 프레임 유닛 중 적어도 하나를 이동하여 상기 메인 프레임 유닛 및 상기 서브 프레임 유닛의 폭을 조절하는 모터로 구성되고,
    사용자가 상기 근력 보조 로봇을 착용하는 경우에 상기 모터는,
    상기 메인 프레임 유닛 및 상기 서브 프레임 유닛의 사용자에 대한 밀착압력값이 설정값 이상이 되면 상기 모터의 구동이 정지되는 원터치구동모드;
    상기 메인 프레임 유닛 및 상기 서브 프레임 유닛의 폭이 미세하게 조절되는 미세구동모드; 및
    이전에 상기 근력 보조 로봇을 사용할 때 저장된 사용자의 착용정보에 기초하여 상기 메인 프레임 유닛 및 상기 서브 프레임 유닛의 폭이 자동으로 조절되는 자동구동모드
    중 어느 하나의 모드로 작동하는,
    근력 보조 로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메인 프레임 유닛과 상기 서브 프레임 유닛은 연결되어 동시에 이동하는 근력 보조 로봇.
  3. 제1항에 있어서, 서브 프레임 유닛은,
    사용자 허리의 뒷면 양측을 각각 지지하는 한쌍의 제1허리지지유닛;
    사용자 허리의 측면 양측을 각각 지지하는 한쌍의 제2허리지지유닛;
    상기 제1허리지지유닛과 제2허리지지유닛을 회전 가능하게 연결하는 힌지; 및
    상기 한쌍의 제1허리지지유닛 하부에 각각 배치되어 상기 제1허리지지유닛을 가이드하는 한쌍의 가이드바를 포함하는 근력 보조 로봇.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모터의 회전축에 배치된 제1기어; 및
    상기 서브 프레임 유닛의 상기 한쌍의 제2허리지지유닛 중 하나의 제2허리지지유닛에 형성되고, 상기 제1기어와 결합되어 상기 모터의 구동력을 해당 제2허리지지유닛에 전달하는 제2기어를 더 포함하는 근력 보조 로봇.
  5. 제4항에 있어서, 상기 한쌍의 제2허리지지유닛에 각각 설치되어 서로 결합되며, 일측의 제2허리지지유닛의 구동력을 타측의 제2허리지지유닛에 전달하여 상기 한쌍의 제2허리지지유닛을 서로 반대방향으로 이동시키는 한쌍의 슬라이딩기어를 더 포함하는 근력 보조 로봇.
  6. 제5항에 있어서, 상기 한쌍의 가이드바는 곡선으로 형성되어 상기 제1허리지지유닛을 곡선을 따라 서로 반대방향으로 이동시키는 근력 보조 로봇.
  7. 제1항에 있어서, 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 근력 보조 로봇.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    설정정보 및 작업명령이 입력되는 키입력부;
    상기 메인 프레임 유닛 및 상기 서브 프레임 유닛 중 적어도 하나에 인가되는 압력을 검출하는 검출부;
    사용자의 정보 및 설정정보가 저장된 저장부;
    상기 키입력부를 통해 입력되는 정보를 기초로 모터를 구동하여 상기 메인 프레임 유닛 및 상기 서브 프레임 유닛의 폭을 조절하는 판단부; 및
    상기 판단부의 제어에 따라 상기 모터를 구동하는 모터구동부로 구성된 근력 보조 로봇.
  9. 제8항에 있어서, 상기 저장부는 사용자의 이전 사용시의 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛의 폭 정보가 저장되고,
    상기 판단부는 상기 모터를 상기 메인 프레임 유닛 및 상기 서브 프레임 유닛 중 적어도 하나가 사용자의 골반 및 허리에 설정 압력 이상으로 밀착될 때까지 1회 구동하고, 상기 판단부는 상기 모터를 미세구동하여 상기 메인 프레임 유닛 및 상기 서브 프레임 유닛의 폭을 미세하게 조절하는 근력 보조 로봇.
  10. 제9항에 있어서, 상기 판단부는 상기 저장부에 저장된 사용자의 이전 사용시의 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛의 폭 정보에 기초하여 상기 모터를 구동하는 근력 보조 로봇.
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