KR102601960B1 - 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치 및 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법 - Google Patents

카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치 및 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102601960B1
KR102601960B1 KR1020210049298A KR20210049298A KR102601960B1 KR 102601960 B1 KR102601960 B1 KR 102601960B1 KR 1020210049298 A KR1020210049298 A KR 1020210049298A KR 20210049298 A KR20210049298 A KR 20210049298A KR 102601960 B1 KR102601960 B1 KR 102601960B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frame
elastic body
counterbalance
slider
coupled
Prior art date
Application number
KR1020210049298A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220142809A (ko
Inventor
김세영
박철훈
송성혁
서현욱
정현목
함상용
김병인
박찬훈
Original Assignee
한국기계연구원
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 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020210049298A priority Critical patent/KR102601960B1/ko
Publication of KR20220142809A publication Critical patent/KR20220142809A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102601960B1 publication Critical patent/KR102601960B1/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
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0255—Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved together in a plane substantially parallel to the body-symmetrical plane
    • A61H1/0262—Walking movement; Appliances for aiding disabled persons to walk
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B7/00—Footwear with health or hygienic arrangements
    • A43B7/14—Footwear with health or hygienic arrangements with foot-supporting parts
    • A43B7/18—Joint supports, e.g. instep supports
    • A43B7/20—Ankle-joint supports or holders
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B7/00—Footwear with health or hygienic arrangements
    • A43B7/14—Footwear with health or hygienic arrangements with foot-supporting parts
    • A43B7/30—Protecting the ball-joint against pressure while standing
    • 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
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0266—Foot
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/01—Constructive details
    • A61H2201/0157—Constructive details portable
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/02—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes heated or cooled
    • A61H2201/0221—Mechanism for heating or cooling
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/164—Feet or leg, e.g. pedal
    • 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
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5053—Control means thereof mechanically controlled
    • 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
    • A61H2203/00—Additional characteristics concerning the patient
    • A61H2203/04—Position of the patient
    • A61H2203/0406—Standing on the feet
    • 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
    • A61H2205/00—Devices for specific parts of the body
    • A61H2205/12—Feet

Landscapes

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

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치는 보행자의 신발에 결합되는 제1 프레임, 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 지지대와 보행자의 하퇴에 고정된 고정부를 갖는 제2 프레임, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임에 결합되어 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에서 발생하는 힘을 저장하는 메인 탄성체, 상기 회전 지지대와 상기 제1 프레임에 결합되며 상기 메인 탄성체가 발생시키는 회전력과 반대 방향의 회전력을 제공하는 카운터밸런스 탄성체, 상기 카운터밸런스 탄성체의 하단에 결합되며 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 슬라이더, 및 상기 슬라이더의 이동을 제어하는 탄성 제어부를 포함할 수 있다.

Description

카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치 및 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법{ELASTIC ANKLE EXOSKELETON HAVING COUNTER BALANCE ELASTIC MEMBER AND CONTROL METHOD OF ELASTIC ANKLE EXOSKELETON}
본 발명은 발목 착용형 보행 보조 장치 및 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신발 등에 설치되어 추진력을 증가시킬 수 있는 발목 착용형 보행 보조 장치 및 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 인간의 보행 주기는 크게 입각기(stance phase)와 유각기(swing phase)로 나눌 수 있다. 입각기(stance phase)는 발이 땅에 닿아있는 시기, 즉 발뒤축 닿음에서 발가락 들림까지를 의미하며 전체 보행 주기의 60%를 차지한다. 유각기 (swing phase)는 발이 땅에서 떨어져 신체를 이동하는 시기로서, 동일 족부의 발가락 들림에서 발뒤축 닿음까지를 의미하며, 전체 보행 주기의 40% 차지한다.
종래의 발목 착용형 보행 보조 장치는 신발과 종아리 부분에 장착되며, 스프링을 구비하여 사용자의 보행 시에 탄성부재가 수축되고 이완되면서 사용자에게 추진력을 제공한다. 이러한 발목 착용형 보행 보조 장치는 입각기에서 에너지를 저장하고 유각기로 넘어가는 과정에서 에너지를 방출하며, 유각기 동안에 탄성체가 원상 회복하게 된다.
그러나 이러한 보행 보조 장치는 하퇴와 신발이 이루는 각도의 변화에 의하여 발생하는 힘을 탄성부재에 저장하기 때문에 사용자에게 제공할 수 있는 추진력에 한계가 있으며, 에너지를 저장하는 과정에서 탄성체가 변형되는 만큼 힘을 사용하여야 하므로 사용자에게 부자연스럽고 불편한 느낌을 주는 문제가 있다.
본 발명은 불편감을 감소시키고 메인 탄성체의 탄성력을 증가하여 추진력을 증가시킬 수 있는 발목 착용형 보행 보조 장치 및 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치는 보행자의 신발에 결합되는 제1 프레임, 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 지지대와 보행자의 하퇴에 고정된 고정부를 갖는 제2 프레임, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임에 결합되어 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에서 발생하는 힘을 저장하는 메인 탄성체, 상기 회전 지지대와 상기 제1 프레임에 결합되며 상기 메인 탄성체가 발생시키는 회전력과 반대 방향의 회전력을 제공하는 카운터밸런스 탄성체, 상기 카운터밸런스 탄성체의 하단에 결합되며 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 슬라이더, 및 상기 슬라이더의 이동을 제어하는 탄성 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 프레임은 상하방향으로 이어져 상기 슬라이더의 이동을 안내하는 안내 기둥을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 슬라이더의 외면에는 걸림 홈이 형성되고,
상기 탄성 제어부는 상기 걸림 홈에 결합되며 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 설치된 걸림쇠와 상기 걸림쇠를 상기 슬라이더를 향하여 가압하는 제어 스프링을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 탄성 제어부는 상기 제2 프레임에 결합되어 상기 제2 프레임과 함께 회전하는 제어 레버와 상기 제어 레버와 상기 걸림쇠를 연결하는 와이어를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제어 스프링은 형상 기억 합금으로 이루어지고, 상기 탄성 제어부는 상기 제어 스프링에 열을 인가하는 가열부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치는 상기 슬라이더와 상기 제1 프레임에 연결되어 상기 슬라이더를 하부로 잡아 당기며, 형상 기억합금으로 이루어진 장전 탄성부와 상기 장전 탄성부를 가열하는 장전 가열부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 탄성 제어부는 상기 슬라이더를 이동시키는 엑츄에이터로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법은 신발에 결합되는 제1 프레임과 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 제2 프레임과 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 회전력을 제공하되 서로 반대방향의 회전력을 제공하는 메인 탄성체와 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치를 위한 제어 방법으로서, 하퇴의 움직임에 따라 상기 메인 탄성체와 상기 카운터밸런스 탄성체를 변형시키는 탄성체 변형 단계, 상기 카운터밸런스 탄성체의 하부에 결합된 슬라이더를 이동시켜서 상기 카운터밸런스 탄성체의 탄성력을 감소시키는 카운터밸런스 탄성력 해제 단계, 및 상기 메인 탄성체의 복원에 의하여 보행자에게 추진력을 전달하는 추진력 제공 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 카운터밸런스 탄성력 해제 단계는 상기 슬라이더에 결합된 걸림쇠가 상기 제2 프레임의 회전에 의하여 상기 슬라이더에서 이탈되고, 상기 슬라이더가 상부로 이동하여 상기 카운터밸런스 탄성체의 탄성력이 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 카운터밸런스 탄성력 해제 단계는 상기 제2 프레임에 결합된 제어 레버가 상기 제2 프레임과 함께 회전하면서 상기 제어 레버와 상기 걸림쇠를 연결하는 와이어가 상기 걸림쇠를 잡아 당겨서 상기 걸림쇠를 상기 슬라이더에서 이탈시킬 수 있다.
메인 탄성체에 저장된 에너지를 추진력으로 활용하기 위해서 메인 탄성체에 에너지를 저장해야 하는데, 메인 탄성체에 에너지를 저장하는 과정에서 메인 탄성체가 발목의 움직임을 방해하기 때문에 메인 탄성체의 탄성계수를 일정 수준 이상으로 증가 시킬 수 없으나, 본 발명에서와 같이 메인 탄성체가 신장될 때 발생되는 복원력을 카운터밸런스 탄성체를 이용하여 상쇄시키면, 발목의 움직임을 방해하지 않으면서 메인 탄성체에 에너지를 저장할 수 있기 때문에, 메인 탄성체의 강성을 충분히 증가시켜 큰 에너지를 저장할 수 있다.
또한, 탄성 제어부가 카운터밸런스 탄성체의 탄성력을 제어하여 카운터밸런스 탄성체가 메인 탄성체의 추진력 생성을 방해하지 않고, 메인 탄성체의 탄성력이 추진력으로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치의 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성 제어부를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치에서 걸림쇠가 슬라이더에서 이탈된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치의 부분 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치(101)는 제1 프레임(110), 제2 프레임(120), 메인 탄성체(130), 카운터밸런스 탄성체(140), 슬라이더(150), 탄성 제어부(160)를 포함할 수 있다.
제1 프레임(110)은 보행자의 신발(21)에 결합되며 메인 탄성체(130)를 하부에서 지지한다. 제1 프레임(110)은 신발(21)의 측면에 지지되는 2개의 측면 지지대(112)와 측면 지지대(112)의 선단에 결합되는 하부 지지대(113)와 측면 지지대(112)에서 후방으로 돌출된 후방 지지대(115)를 포함할 수 있다.
2개의 측면 지지대(112)는 신발(21)을 사이에 두고 이격되며 측면 지지대(112)의 선단은 하부 지지대(113)에 의하여 연결된다. 하부 지지대(113)는 측면 지지대(112)와 결합되며 신발(21)의 바닥에 지지될 수 있다. 후방 지지대(115)는 측면 지지대(112)들의 후단에 결합되어 측면 지지대(112)들을 지지한다. 후방 지지대(115)는 또한 메인 탄성체(130)를 하부에서 지지할 수 있다.
제2 프레임(120)은 제1 프레임(110)에 회전 가능하게 결합되며 상부로 이어져 보행자의 하퇴(25)에 고정된다. 보행자의 보행 시에 신발(21)과 하퇴(25)의 각도 변화에 따라 제2 프레임(120)은 제1 프레임(110)에 대하여 회전할 수 있다.
제2 프레임(120)은 제1 프레임(110)에 결합되며 상부로 이어진 2개의 회전 지지대(121)와 회전 지지대(121)의 상부에 결합되며 보행자의 하퇴(25)를 감싸는 고정부(123)와 회전 지지대(121)에서 후방으로 돌출된 탄성 지지대(125)를 포함할 수 있다.
회전 지지대(121)는 평행하게 배치된 2개의 기둥으로 이루어지며, 측면 지지대(112)의 상부에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 고정부(123)는 밴드 형태로 이루어질 수 있으며, 탄성 지지대(125)는 회전 지지대(121)에서 후방으로 돌출된다.
메인 탄성체(130)는 인장 스프링으로 이루어지며 복수의 메인 탄성체(130)가 후방 지지대(115)와 탄성 지지대(125)에 고정될 수 있다. 메인 탄성체(130)는 사용자의 다리의 기울기 변화에 따라 에너지를 저장하였다가 보행자에게 추진력을 전달한다.
제1 프레임(110)은 상하방향으로 이어져 슬라이더(150)의 이동 안내하는 안내 기둥(170)을 포함하며, 안내 기둥(170)에는 안내 기둥(170)의 높이 방향으로 이동 가능한 슬라이더(150)가 설치된다. 슬라이더(150)는 안내 기둥에 끼움된 원통형 관으로 이루어질 수 있으며, 슬라이더(150)의 외면에는 걸림 홈(151)이 형성된다. 슬라이더(150)의 외면에는 복수 개의 걸림 홈(151)이 형성될 수 있다.
카운터밸런스 탄성체(140)는 인장 스프링으로 이루어지며, 회전 지지대(121)와 슬라이더(150)에 고정될 수 있다. 카운터밸런스 탄성체(140)의 상단은 회전 지지대(121)에 고정되고, 카운터밸런스 탄성체(140)의 하단은 슬라이더(150)에 고정되어 슬라이더(150)와 함께 이동할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성 제어부를 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치에서 걸림쇠가 슬라이더에서 이탈된 상태를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 탄성 제어부(160)는 제1 프레임(110)에 설치되어 슬라이더(150)의 이동을 제어한다. 탄성 제어부(160)는 걸림 홈(151)에 결합되며 제1 프레임(110)에 회전 가능하게 설치된 걸림쇠(161)와 걸림쇠(161)를 슬라이더(150)를 향하여 가압하는 제어 스프링(162)과, 제2 프레임(120)에 결합되어 제2 프레임(120)과 함께 회전하는 제어 레버(163)와 제어 레버(163)와 걸림쇠(161)를 연결하는 와이어(165)를 포함할 수 있다.
걸림쇠(161)는 회전 가능하게 설치되어 걸림 홈(151)에 결합되며 슬라이더(150)가 상부로 이동하는 것을 방해한다. 제어 스프링(162)은 걸림쇠(161)를 슬라이더(150)를 향하여 가압하고, 걸림쇠(161)가 슬라이더(150)에서 이탈하는 것을 방지한다. 제어 레버(163)는 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120)이 연결된 힌지부(H1)에서 제2 프레임(120)에 결합되어 제2 프레임(120)과 함께 회전한다.
추진력을 얻기 위해서 무릎이 앞으로 나아가면서 하퇴(25)가 기울어질 때 제어 레버(163)는 제2 프레임(120)과 함께 회전하여 걸림쇠(161)를 슬라이더(150)에서 이탈시킬 수 있다. 와이어(165)는 제어 레버(163)와 걸림쇠(161)를 연결하여 제어 레버(163)의 움직임에 따라 힘을 걸림쇠(161)로 전달한다. 한편, 제1 프레임(110)에는 와이어(165)를 지지하는 가이드관(167)이 더 설치될 수 있다.
보행자가 정지한 상태에서 하퇴(25)가 지면에 수직으로 세워진 경우, 카운터밸런스 탄성체(140)는 회전력을 발생시키지 않는다. 그러나 도 4에 도시된 바와 같이, 사용자가 보행 또는 점프를 위해서 무릎을 구부린 경우에는 제2 프레임(120)이 제1 프레임(110)에 대하여 회전하고, 메인 탄성체(130)가 신장되면서 메인 탄성체(130)가 제2 프레임(120)을 반시계 방향(도 4 기준)으로 회전하도록 뒤쪽으로 당긴다. 이때, 카운터밸런스 탄성체(140)는 제2 프레임(120)을 앞쪽으로 당겨서 제2 프레임(120)이 시계 방향(도 4 기준)으로 회전하도록 회전력을 작용한다. 이와 같이 사용자가 점프하기 전에 메인 탄성체(130)의 복원력을 카운터밸런스 탄성체(140)가 상쇄시키며, 이에 따라 무릎을 굽히는 과정에서 사용자가 메인 탄성체(130)를 신장시키기 위해서 가해야 하는 힘은 감소하고 이에 따른 불편감도 더불어 감소하게 된다. 또한, 카운터밸런스 탄성체(140)가 메인 탄성체(130)의 신장 시에 발생되는 복원력을 상쇄시키므로 종래에 비하여 더 큰 탄성력을 갖는 메인 탄성체(130)를 설치할 수 있다.
한편, 제2 프레임(120)이 기 설정된 범위를 초과하여 기울어지면 회전된 제어 레버(163)가 와이어(165)를 매개로 걸림쇠(161)를 잡아 당겨서 걸림쇠(161)가 슬라이더(150)에서 이탈하며, 카운터밸런스 탄성체(140)에 의하여 당겨진 슬라이더(150)는 상부로 이동할 수 있다. 이에 따라 카운터밸런스 탄성체(140)의 탄성력이 제거되고, 메인 탄성체(130)가 보행자에게 추진력을 제공할 수 있다.
한편, 보행자가 슬라이더(150)를 아래로 잡아당겨서 슬라이더(150)와 걸림쇠(161)가 재결합되면, 다시 카운터밸런스 탄성체(140)가 상쇄 작용을 하는 탄성력을 제공할 수 있다. 이를 위해서 슬라이더(150)에는 파지를 위한 돌기 형태의 손잡이가 설치될 수 있다. 또한, 슬라이더(150)는 탄성체 또는 엑츄에이터 등에 의하여 하부로 이동할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법에 대해서 설명한다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법은 탄성체 변형 단계(S101), 카운터밸런스 탄성력 해제 단계(S102), 추진력 제공 단계(S103)를 포함할 수 있다.
탄성체 변형 단계(S101)는 보행자의 하퇴(25) 움직임에 따라 메인 탄성체(130)와 카운터밸런스 탄성체(140)를 변형시킨다. 탄성체 변형 단계(S101)에서 메인 탄성체(130)와 카운터밸런스 탄성체(140)는 서로 다른 방향으로 회전 모멘트를 발생시킨다. 즉, 메인 탄성체(130)는 제2 프레임(120)이 반시계 방향으로 회전하도록 탄성력을 작용하고, 카운터밸런스 탄성체(140)는 메인 탄성체(130)의 회전력을 상쇄하는 방향으로 탄성력을 작용한다. 또한, 탄성체 변형 단계(S101)에서 메인 탄성체(130)의 길이는 증가하고, 카운터밸런스 탄성체(140)의 길이는 감소할 수 있다.
카운터밸런스 탄성력 해제 단계(S102)는 카운터밸런스 탄성체(140)의 하부에 결합된 슬라이더(150)를 이동시켜서 카운터밸런스 탄성체(140)의 탄성력을 감소시킨다. 카운터밸런스 탄성력 해제 단계(S102)에서 슬라이더(150)의 상승에 의하여 카운터밸런스 탄성체(140)의 길이는 감소하고 이에 따라 카운터밸런스 탄성체(140)가 발생시키는 가압력도 감소하게 된다.
카운터밸런스 탄성력 해제 단계(S102)에서 슬라이더(150)에 결합된 걸림쇠(161)가 제2 프레임(120)의 회전에 의하여 슬라이더(150)에서 이탈되고, 슬라이더(150)가 상부로 이동하여 카운터밸런스 탄성체(140)의 가압력이 감소될 수 있다. 또한, 카운터밸런스 탄성력 해제 단계(S102)에서 제2 프레임(120)과 함께 회전하는 제어 레버(163)에 결합된 와이어(165)가 걸림쇠(161)를 잡아 당겨서 걸림쇠(161)가 슬라이더(150)에서 이탈될 수 있다.
추진력 제공 단계(S103)는 카운터밸런스 탄성체(140)의 탄성력이 감소된 후에 메인 탄성체(130)의 복원에 의하여 보행자에게 추진력을 제공한다. 추진력 제공 단계(S103)에서 메인 탄성체(130)가 제2 프레임(120)을 잡아 당겨서 사용자가 걷거나 점프할 수 있는 추진력을 제공한다.
한편, 슬라이더(150)가 자동 또는 수동으로 하부로 이동하여 걸림쇠(161)와 재결합되면 다시 탄성체 변형 단계(S101)를 진행할 수 있다. 슬라이더(150)는 손잡이에 의하여 수동으로 하부로 이동할 수 있으며, 엑츄에이터 등에 의하여 자동으로 하부로 이동할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치에 대해서 설명한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치(102)는 탄성 제어부(210)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
탄성 제어부(210)는 제1 프레임(110)에 설치되어 슬라이더(150)의 이동을 제어한다. 탄성 제어부(210)는 슬라이더(150)의 걸림 홈에 결합되며 제1 프레임(110)에 회전 가능하게 설치된 걸림쇠(211)와 걸림쇠(211)를 슬라이더(150)를 향하여 가압하는 제어 스프링(212)과 제어 스프링(212)에 열을 인가하는 제어 가열부(213)를 포함할 수 있다.
걸림쇠(211)는 회전 가능하게 설치되어 걸림 홈(151)에 결합되며 슬라이더(150)가 상부로 이동하는 것을 방해한다. 제어 스프링(212)은 걸림쇠(211)를 슬라이더(150)를 향하여 가압하고, 걸림쇠(211)가 슬라이더(150)에서 이탈하는 것을 방지한다. 제어 스프링(212)은 형상 기억 합금으로 이루어지며, 가열되면 길이가 감소하도록 이루어질 수 있다. 제어 가열부(213)는 제어 스프링(212)을 가열하며, 제어 스프링(212)을 감싸는 열선과 열선에 전류를 인가하는 전원부를 포함할 수 있다. 전원부는 무선 통신으로 버튼과 연결될 수 있으며, 버튼의 작동에 따라 제어 가열부(213)가 열을 발생시킬 수 있다.
이에 따라 사용자가 버튼을 눌러서 제어 가열부(213)가 작동하면 제어 스프링(212)의 길이가 감소하고, 제어 스프링(212)이 걸림쇠(211)를 가압하지 못하므로 걸림쇠(211)가 슬라이더(150)에서 분리될 수 있다. 또한 제어 스프링(212)의 가열이 중단되면 제어 스프링(212)이 다시 걸림쇠(211)를 슬라이더(150)를 향하여 가압할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치(103)는 장전 탄성부(221)와 장전 가열부(223)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
발목 착용형 보행 보조 장치(103)는 장전 탄성부(221)와 장전 가열부(223)를 더 포함할 수 있다. 장전 탄성부(221)는 제1 프레임(110)의 바닥과 슬라이더(150)를 연결하며, 형상 기억합금으로 이루어진다. 또한 장전 탄성부(221)는 슬라이더(150)를 하부로 잡아 당기는 코일 스프링으로 이루어질 수 있다. 장전 가열부(223)는 장전 탄성부(221)를 가열하며, 열선과 열선에 전류를 인가하는 을 포함할 수 있다. 장전 탄성부(221)는 가열될 때 길이가 감소할 수 있다.
장전 가열부(223)는 센서를 이용하여 장전 탄성부(221)의 신장 여부를 측정하며, 장전 탄성부(221)가 신장된 경우, 장전 가열부(223)가 장전 탄성부(221)에 열을 인가하여 장전 탄성부(221)가 수축되면서 슬라이더(150)가 하부로 이동하여 걸림쇠(161)와 결합될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치(104)는 탄성 제어부(230)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 발목 착용형 보행 보조 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
탄성 제어부(230)는 제1 프레임(110)에 설치되어 슬라이더(150)의 이동을 제어하며, 슬라이더(150)를 이동시키는 엑츄에이터로 이루어진다. 탄성 제어부(230)는 제2 프레임(120)이 기 설정된 각도만큼 회전된 경우에 슬라이더(150)를 상부로 이동시켜서 카운터밸런스 탄성체(140)의 늘어난 길이를 감소시키고, 메인 탄성체(130)가 추진력을 발생시키도록 할 수 있다. 또한, 메인 탄성체(130)가 추진력을 발생시킨 이후에는 탄성 제어부(230)가 슬라이더(150)를 하부로 이동시켜서 카운터밸런스 탄성체(140)가 신장되며, 이에 따라 카운터밸런스 탄성체(140)는 메인 탄성체(130)의 신장 시에 발생되는 복원력을 상쇄시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
101, 102, 103, 104: 발목 착용형 보행 보조 장치
110: 제1 프레임 112: 측면 지지대
113: 하부 지지대 115: 후방 지지대
120: 제2 프레임 121: 회전 지지대
123: 고정부 125: 탄성 지지대
130: 메인 탄성체 140: 카운터밸런스 탄성체
150: 슬라이더 160, 210: 탄성 제어부
161, 211: 걸림쇠 162, 212: 제어 스프링
163: 제어 레버 165: 와이어
170: 안내 기둥 213: 제어 가열부
221: 장전 탄성부 223: 장전 가열부
230: 탄성 제어부

Claims (10)

  1. 보행자의 신발에 결합되는 제1 프레임;
    상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 지지대와 보행자의 하퇴에 고정된 고정부를 갖는 제2 프레임;
    상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임에 결합되어 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에서 발생하는 힘을 저장하는 메인 탄성체;
    상기 회전 지지대와 상기 제1 프레임에 결합되며 상기 메인 탄성체가 발생시키는 회전력과 반대 방향의 회전력을 제공하는 카운터밸런스 탄성체;
    상기 카운터밸런스 탄성체의 하단에 결합되며 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 슬라이더; 및
    상기 슬라이더의 이동을 제어하는 탄성 제어부;
    를 포함하며,
    상기 슬라이더의 외면에는 걸림 홈이 형성되고,
    상기 탄성 제어부는 상기 걸림 홈에 결합되며 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 설치된 걸림쇠와 상기 걸림쇠를 상기 슬라이더를 향하여 가압하는 제어 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프레임은 상하방향으로 이어져 상기 슬라이더의 이동을 안내하는 안내 기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 탄성 제어부는 상기 제2 프레임에 결합되어 상기 제2 프레임과 함께 회전하는 제어 레버와 상기 제어 레버와 상기 걸림쇠를 연결하는 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 스프링은 형상 기억 합금으로 이루어지고,
    상기 탄성 제어부는 상기 제어 스프링에 열을 인가하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치.
  6. 보행자의 신발에 결합되는 제1 프레임;
    상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 지지대와 보행자의 하퇴에 고정된 고정부를 갖는 제2 프레임;
    상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임에 결합되어 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에서 발생하는 힘을 저장하는 메인 탄성체;
    상기 회전 지지대와 상기 제1 프레임에 결합되며 상기 메인 탄성체가 발생시키는 회전력과 반대 방향의 회전력을 제공하는 카운터밸런스 탄성체;
    상기 카운터밸런스 탄성체의 하단에 결합되며 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 슬라이더; 및
    상기 슬라이더의 이동을 제어하는 탄성 제어부;
    를 포함하며,
    상기 슬라이더와 상기 제1 프레임에 연결되어 상기 슬라이더를 하부로 잡아 당기며, 형상 기억합금으로 이루어진 장전 탄성부와 상기 장전 탄성부를 가열하는 장전 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 탄성 제어부는 상기 슬라이더를 이동시키는 엑츄에이터로 이루어진 것을 특징으로 하는 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치.
  8. 신발에 결합되는 제1 프레임과 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 제2 프레임과 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 회전력을 제공하되 서로 반대방향의 회전력을 제공하는 메인 탄성체와 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법에 있어서,
    하퇴의 움직임에 따라 상기 메인 탄성체와 상기 카운터밸런스 탄성체를 변형시키는 탄성체 변형 단계;
    상기 카운터밸런스 탄성체의 하부에 결합된 슬라이더를 이동시켜서 상기 카운터밸런스 탄성체의 탄성력을 감소시키는 카운터밸런스 탄성력 해제 단계; 및
    상기 메인 탄성체의 복원에 의하여 보행자에게 추진력을 전달하는 추진력 제공 단계:
    를 포함하며,
    상기 카운터밸런스 탄성력 해제 단계는 상기 슬라이더에 결합된 걸림쇠가 상기 제2 프레임의 회전에 의하여 상기 슬라이더에서 이탈되고, 상기 슬라이더가 상부로 이동하여 상기 카운터밸런스 탄성체의 탄성력이 감소하는 것을 특징으로 하는 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 카운터밸런스 탄성력 해제 단계는 상기 제2 프레임에 결합된 제어 레버가 상기 제2 프레임과 함께 회전하면서 상기 제어 레버와 상기 걸림쇠를 연결하는 와이어가 상기 걸림쇠를 잡아 당겨서 상기 걸림쇠를 상기 슬라이더에서 이탈시키는 것을 특징으로 하는 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법.
KR1020210049298A 2021-04-15 2021-04-15 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치 및 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법 KR102601960B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210049298A KR102601960B1 (ko) 2021-04-15 2021-04-15 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치 및 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210049298A KR102601960B1 (ko) 2021-04-15 2021-04-15 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치 및 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220142809A KR20220142809A (ko) 2022-10-24
KR102601960B1 true KR102601960B1 (ko) 2023-11-14

Family

ID=83805895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210049298A KR102601960B1 (ko) 2021-04-15 2021-04-15 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치 및 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102601960B1 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101696771B1 (ko) * 2015-06-25 2017-01-16 한국기계연구원 발목 추진 보조를 위한 착용형 장비
KR20180125254A (ko) * 2017-05-15 2018-11-23 송준영 탄성 보행 보조 장치
KR102018436B1 (ko) * 2017-11-17 2019-09-05 대한민국(국립재활원장) 발목보조장치
KR102611914B1 (ko) * 2018-10-12 2023-12-08 삼성전자주식회사 보행 보조 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220142809A (ko) 2022-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110292506B (zh) 辅助运动系统和下肢外骨骼控制方法
JP5120209B2 (ja) 歩行補助装置
JP5213682B2 (ja) 体重支持装置
JP6366049B2 (ja) 脚部補助装置
US9687408B2 (en) Exercise support apparatus and exercise support method
JP2007530246A5 (ko)
KR102611914B1 (ko) 보행 보조 장치
RU2006138484A (ru) Протез стопы с регулируемой функцией
JP5259553B2 (ja) 歩行補助装置
US20220142793A1 (en) Robotic prosthetic leg and method for driving robotic prosthetic leg
EP3721850B1 (en) Aid device
US20080318739A1 (en) Walking Assistance Device
JP2018033641A (ja) 脚の筋肉萎縮防止装置
WO2007005574A2 (en) Method and system for energy returning ankle foot orthosis (erafo)
KR102601960B1 (ko) 카운터밸런스 탄성체를 갖는 발목 착용형 보행 보조 장치 및 발목 착용형 보행 보조 장치의 제어 방법
JP2010110543A (ja) 歩行補助装置
US20050258210A1 (en) Passive exoskeleton
JP5123083B2 (ja) 椅子型マッサージ機
JP2008278921A (ja) 歩行補助装置
US20240058197A1 (en) Hip joint and ankle connecting type gait assistance apparatus
JP5477064B2 (ja) 歩行補助装置
JP5578031B2 (ja) 脚装具
US20170181495A1 (en) Method and Apparatus to Assist Foot Motion About the Pronation Axis
JP7451417B2 (ja) 介助装置
JP7457471B2 (ja) 短下肢装具

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant