KR102614776B1 - 지지 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치 - Google Patents

지지 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치 Download PDF

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최현도
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Abstract

일 실시예에 따른 지지 모듈은, 전단부와 말단부를 포함하는 지지 프레임; 외측 원주면 상에 상기 지지 프레임의 말단부가 연결되는 지지 밴드; 상기 지지 밴드의 내측 원주면에 연결되고 상기 지지밴드에 대하여 상대적으로 이동 가능한 슬라이딩 플레이트; 및 상기 슬라이딩 플레이트와 상기 지지 밴드를 연결하는 탄성 스트립을 포함할 수 있다.

Description

지지 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치{A SUPPORTING MODULE AND A MOTION ASSIST APPARATUS COMPRISING THEREOF}
아래의 설명은 지지 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치에 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 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 보조 장치는 사용자의 다리 근력을 보조할 수 있도록 각 관절부들을 구동시키는 구동 모터나 유압시스템 등을 구비한 능동형 관절구조를 구비하기도 한다.
일 실시예에 따른 지지 모듈은, 전단부와 말단부를 포함하는 지지 프레임; 상기 지지 프레임의 말단부가 연결되는 연결 플레이트; 상기 연결 플레이트의 일 면과 접하는 슬라이딩 플레이트; 상기 연결 플레이트의 양 단에 연결되는 지지 밴드; 및 상기 슬라이딩 플레이트와 상기 연결 플레이트를 결합시키는 탄성 스트립을 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 지지 밴드는, 상기 슬라이딩 플레이트의 양 단에 연결되고, 플렉서블한 소재로 구성된 연결부를 포함하는 제1 밴드; 및 상기 제1 밴드 사이를 연결하고 길이 조절이 가능한 제2 밴드를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 지지 프레임이 이동할 때, 상기 제1 밴드 및 연결 플레이트는, 상기 슬라이딩 플레이트 및 상기 제2 밴드로부터 상대적으로 이동할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 지지 프레임이 이동할 때, 상기 탄성 스트립은 상기 슬라이딩 플레이트가 상기 연결 플레이트와의 면 접촉을 유지하도록 복원력을 제공할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 지지 밴드는, 상기 연결 플레이트와 연결부 사이를 연결하는 제1 고리; 및 상기 연결부와 제2 밴드 사이를 연결하는 제2 고리를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연결 플레이트는 지지프레임의 말단부를 수용하는 수용 홈을 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 슬라이딩 플레이트는 상기 지지 밴드에 대하여 수직하는 방향의 가이드 홈을 포함하고, 상기 연결 플레이트는 상기 가이드 홈에 삽입가능한 돌출부를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 탄성 스트립은, 상기 탄성 스트립이 상기 지지 밴드의 길이 방향으로 연결 플레이트를 관통하는 것에 의하여, 상기 연결 플레이트와 상기 슬라이딩 플레이트를 연결할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 슬라이딩 플레이트에 내측 면 또는 상기 지지 밴드의 내측면에 부착되는 적어도 하나의 충격 흡수 패드 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 지지 모듈은, 지지 프레임; 상기 지지 프레임과 탈부착 가능한 조인트 프레임; 및 플렉서블한 재질로 구성되고, 일 단이 상기 조인트 프레임의 내측면과 연결되고, 타 단은 상기 일 단으로부터 횡방향으로 연장하여 상기 조인트 프레임의 외측면과 연결되는 지지 밴드를 포함하고, 상기 지지 밴드는 상기 조인트 프레임으로부터 탈부착 가능하다.
일 측에 따르면, 상기 조인트 프레임은, 상기 조인트 프레임의 내측면에 형성되고 상기 지지 프레임의 단부를 수용하기 위한 조인트 홈을 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 조인트 프레임은, 상기 조인트 프레임의 외측면에 형성되는 적어도 하나의 고정 로드를 포함하고, 상기 지지 밴드는, 상기 고정 로드를 수용하기 위하여 상기 지지 밴드의 내측면에 형성되는 적어도 하나의 로드 구멍을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 지지 모듈은, 지지 프레임; 내측면 상에 부착되는 적어도 하나의 충격 흡수 패드를 포함하고 루프 형태를 형성할 수 있는 지지 밴드; 상기 지지 밴드의 외측면 상에 이동가능하게 고정되고, 상기 지지 밴드의 길이 방향으로 상기 지지 밴드를 감싸는 적어도 하나의 와이어; 및 상기 와이어와 연결되고, 상기 지지 프레임이 고정되는 연결 플레이트를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 지지 밴드의 외측면 상에 고정되는 튜브를 더 포함하고, 상기 와이어의 일부 부분은, 상기 튜브를 관통하고 상기 튜브 내에서 이동가능할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 지지 밴드는 상기 연결 플레이트의 일 면과 접하는 슬라이딩 플레이트를 포함하고, 상기 연결 플레이트는 상기 슬라이딩 플레이트 상에서 상측, 하측, 좌측, 및 우측 중 하나 이상의 방향으로 이동가능할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연결 플레이트는, 상기 연결 플레이트의 일 면 상에 배치되는 볼 베어링을 포함하고, 상기 볼 베어링은 상기 슬라이딩 플레이트의 일 면과 접할 수 있다.
일 실시예에 따른 운동 보조 장치는, 사용자에 고정되는 고정 모듈; 상기 고정 모듈에 회전가능하게 고정되는 구동 모듈; 및 상기 사용자의 신체의 일 부분을 지지하며, 상기 구동 모듈에 의해 구동되는 지지 모듈을 포함하고, 상기 지지 모듈은, 상기 구동 모듈이 연결되는 전단부와 말단부를 포함하고 사용자의 신체를 감싸는 지지 프레임, 상기 지지 프레임의 말단부와 연결되는 지지 밴드, 상기 지지 밴드의 내측 원주면에 연결되고 상기 지지밴드에 대하여 상대적으로 이동 가능한 슬라이딩 플레이트, 및 상기 슬라이딩 플레이트와 상기 지지 밴드를 연결하는 탄성 스트립을 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 지지 밴드는; 전면에 상기 지지 프레임의 말단부가 연결되고, 후면에 상기 슬라이딩 프레이트가 연결되는 연결 플레이트; 및 상기 연결 플레이트의 양 단에 연결되고, 플렉서블한 소재로 구성된 연결부를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 구동 모듈이 구동될 때, 상기 지지 프레임은 상기 지지 밴드의 수직한 방향으로 상기 슬라이딩 플레이트에 대하여 상대적으로 움직일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 탄성 스트립은, 상기 탄성 스트립이 상기 지지 밴드의 길이 방향으로 연결 플레이트를 관통하는 것에 의하여, 상기 연결 플레이트와 상기 슬라이딩 플레이트를 연결하고, 상기 탄성 스트립은, 상기 지지 프레임이 이동될 때, 상기 슬라이딩 플레이트가 상기 연결 플레이트로부터 이탈하지 않도록 복원력을 제공할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 운동 보조 장치 및 지지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 실시 예에 따른 지지 모듈을 나타낸 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3 및 4는 실시 예에 따른 지지 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 실시 예에 따른 지지 모듈의 작동 모습을 나타낸 사시도이다.
도 6는 다른 실시 예에 따른 지지 모듈의 사시도이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 지지 모듈의 작동 모습을 나타낸 사시도이다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 지지 모듈의 사시도이다.
도 9 및 10은 다른 실시 예에 따른 지지 모듈의 작동 모습을 나타낸 사시도이다.
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 일 실시예에 따른 운동 보조 장치(1)의 사시도를 나타내고, 우측 하단에는 일 실시예에 따른 지지 모듈(100)을 나타낸다.
운동 보조 장치(1)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(1)가, 대상체의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 도시하고 있으나, 운동 보조 장치(1)는, 대상체의 손, 상박, 하박 등 상체의 다른 부분이나, 발, 종아리 등의 하체의 다른 부위를 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(1)는, 대상체의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다. 이하, 운동 보조 장치(1)가, 사람의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.
운동 보조 장치(1)는, 고정 모듈(30), 구동 모듈(40), 회전 조인트(60) 및 지지 모듈(100)을 포함할 수 있다.
고정 모듈(30)은, 대상체에 고정될 수 있고, 대상체의 외면을 따라서 감싸는 형상일 수 있다. 예를 들어, 고정 모듈(30)은, 대상체의 허리의 일측에 고정될 수 있고, 대상체의 접촉 부분에 대응하는 만곡면을 포함하는 형상일 수 있다.
구동 모듈(40)은, 회전 조인트(60)로 전달되는 동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈(40)은, 회전 조인트(60)의 측 방향에, 다시 말하면, 구동 모듈(40)의 회전 축이 회전 조인트(60)의 회전 축으로부터 이격되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 구동 모듈(40) 및 회전 조인트(60)가 회전 축을 공유하는 경우보다, 대상체로부터 돌출되는 높이를 줄일 수 있다. 한편, 도면과 달리 구동 모듈(40)은, 회전 조인트(60)와 더욱 더 이격하여 배치될 수도 있다. 이 경우, 구동 모듈(40)로부터 회전 조인트(60)로 동력을 전달하는 동력 전달 모듈이 추가로 구비될 수 있다. 동력 전달 모듈은, 기어 등의 회전체이거나, 와이어, 케이블, 스트링, 고무줄, 스프링, 벨트, 또는 체인 등의 길이 방향 부재일 수도 있다.
회전 조인트(60)는, 구동 모듈(40)로부터 동력을 전달받아 회전될 수 있다. 회전 조인트(60)는, 대상체의 관절부의 운동을 보조할 수 있다. 회전 조인트(60)는, 대상체의 관절부에 대응하는 위치인 고정 모듈(30)의 일측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 회전 조인트(60)는, 대상체의 고관절의 일측에 배치될 수 있다. 회전 조인트(60)의 일측은 구동 모듈(40)에 연결되고, 타측은 지지 모듈(100)에 연결될 수 있다.
지지 모듈(100)은, 대상체의 일부를 지지하고, 운동을 보조할 수 있다. 조인트 어셈블리(46)의 회전력에 의해 회전될 수 있는 지지 모듈(100)은, 회전 조인트(60)와 결합되는 힌지(hinge) 결합 구조를 포함할 수 있다. 이 경우 힌지 결합 구조의 힌지 축 및 회전 조인트(60)의 회동 축에 의해, 지지 모듈(100)은, 고정 모듈(30)에 대하여 적어도 2 자유도(degree??of??freedom) 운동을 할 수 있다.
지지 프레임(110)은, 대상체의 일 부분에 힘을 전달할 수 있다. 지지 프레임(110)의 일 단부는, 회전 조인트(60)에 연결되어 회동되고, 타 단부는, 지지 밴드(120)에 연결되어, 대상체의 일 부분에 힘을 전달할 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임(110)은 대상체의 허벅지를 밀거나 당길 수 있다. 지지 프레임(110)은, 대상체의 허벅지의 길이 방향을 따라서 연장되고 절곡되어 대상체의 허벅지 둘레의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 지지 프레임(110)은 허벅지 형상에 맞게 밀착 가능한 형상을 가지고 있으므로, 구동에 의하여 발생하는 유격을 최소화시킬 수 있다.
지지 프레임(110)의 일 단부는, 대상체의 허벅지 측면에 위치하고, 타 단부는, 대상체의 허벅지 전면에 위치할 수 있다. 즉, 지지 프레임(110)의 일 단부 측의 면과, 타 단부 측의 면은 서로 직교할 수 있다. 이 때문에, 지지 프레임(110)은 구동 모듈(40, actuator)의 출력단으로부터 구동력을 사용자의 허벅지에 법선 방향의 힘(Normal force)으로 전달할 수 있다.
지지 밴드(130)는, 지지 프레임(110)의 타 단부에 연결되어, 대상체의 일부에 힘을 작용할 수 있다. 예를 들어, 지지 밴드(130)는, 대상체의 허벅지의 전면 또는 둘레 방향을 따라 배치되어, 대상체의 허벅지를 밀거나 당길 수 있다. 지지 밴드(130)는, 지지 프레임(110)의 타 단부를 중심으로 양측으로 연장되는 대상체의 허벅지에 대응하는 만곡면을 포함할 수 있다.
구동 모듈(40)이 구동될 때, 지지 프레임(110)은 상측 또는 하측으로 이동할 수 있고, 슬라이딩 플레이트(120)와 지지 밴드(130)는 사용자의 신체와 밀착되어 이동하지 않으므로, 지지 프레임(110)은 슬라이딩 플레이트(120) 및 지지 밴드(130)에 대하여 상대적으로 상측 또는 하측으로 이동할 수 있다.
도 2는 실시 예에 따른 지지 모듈(100)의 조립된 상태를 나타내고, 도 2(a)는 지지 모듈(100)의 정면도를 나타내고, 도 2(b)는 지지 모듈(100)의 하면도를 나타낸다.
지지 프레임(110)은 구동 모듈(40)로부터 나선형으로 연장하면서 내려오고, 연결 플레이트(131)과 결합하고, 연결 플레이트(131)는 지지 프레임(110)과 연동되어 움직일 수 있다. 연결 플레이트(131)는 슬라이딩 플레이트(120)와 연결되고, 지지 프레임(110)의 이동 여부와 상관없이 연결 플레이트(131)의 후면은 슬라이딩 플레이트(120)의 전면과 항상 면 접촉 상태를 유지할 수 있다.
연결 플레이트(131)의 양 단부에는, 두 개의 플렉서블한 재질의 연결부(133)가 각가 연결되고, 연결부(133) 사이를 길이 조절이 가능한 제2 밴드(135)가 연결할 수 있다. 제2 밴드(135)는 사용자의 허벅지 뒤쪽을 감싸고 구동 모듈(40)에 의하여 사용자의 허벅지를 들어올릴 수 있다.
지지 밴드(135)의 내측면과 슬라이딩 플레이트(120)의 후면은 사용자의 허벅지와 밀착되어 접촉하므로, 지지 밴드(135)의 내측면과 슬라이딩 플레이트(120)의 후면에 충격 흡수용 패드를 부착하여 사용자에게 푹신한 착용감을 제공할 수 있다.
도 3 및 4는 실시 예에 따른 지지 모듈(100)의 분해 사시도이다. 도 2는 지지 모듈(200)의 전방에서 바라본 모습을 나타내고, 도3은 지지 모듈(100)의 후방에서 바라본 모습을 나타낸다.
지지 모듈(100)은, 전단부(111)와 말단부(112)를 포함하는 지지 프레임(110), 외측 원주면 상에 지지 프레임(110)의 말단부(112)가 연결되는 지지 밴드(130), 지지 밴드(130)의 내측 원주면에 연결되고 지지 밴드(130)에 대하여 상대적으로 이동 가능한 슬라이딩 플레이트(120), 및 슬라이딩 플레이트(120)와 지지 밴드(130)를 연결하는 탄성 스트립(138)을 포함할 수 있다.
지지 밴드(130)는 전체적으로 루프(loop) 형태를 이루고, 지지 프레임(110)의 말단부(112)가 지지 밴드(130)의 외측 외주면 상에 연결되며, 슬라이딩 플레이트(120)는 지지 프레임(110)이 연결되는 지지 밴드(130)의 부분의 내측면 상에 탄성 스트립(138)에 의하여 연결될 수 있다.
지지 밴드(130)는, 전면에 지지 프레임(110)의 말단부(112)가 연결되고 후면에 슬라이딩 플레이트(120)가 연결되는 제1 밴드(131, 132, 133), 및 제1 밴드(131, 132, 133)의 양 단부에 연결되고 길이 조절이 가능한 제2 밴드(135)를 포함할 수 있다.
제1 밴드(131, 132, 133)는, 연결 플레이트(131) 및 연결 플레이트(131)의 양 단에 연결되고, 플렉서블한 소재로 구성된 연결부(133)를 포함할 수 있다. 연결부(133)는 탄성이 있는 소재의 패브릭 밴드(1331)과, 패브릭 밴드(1331)의 외측 테두리를 따라 패브릭 밴드(1331)에 고정되는 연결부 와이어(1332)를 포함할 수 있다. 패브릭 밴드(1331) 및 연결부 와이어(1332)는 자체 탄성을 구비하고 있어서, 외력에 의하여 구부러질 수 있다.
지지 프레임(110)과 지지 밴드(130)는 슬라이딩 플레이트(120) 및 연결 플레이트(131)의 연결 방식인 플레인 조인트(plane joint)에 의하여 연결된다. 플레인 조인트는 지지 밴드(130)의 돌출 높이를 최소화 시켜서, 사용자의 옷 안에 입을 수 있을 정도의 구조가 될 수 있게 한다.
제2 밴드(135)는 전단부와 말단부를 포함하고, 전단부는 제1 밴드(131, 132, 133)와 연결되기 위한 밴드 고리(1352)를 포함하고, 말단부는 말단부의 중앙 부분에서 접을 수 있고 벨크로를 포함하는 길이조절부(1351)를 포함할 수 있다.
지지 밴드(130)는, 연결 플레이트(131)와 연결부(133) 사이를 연결하는 연결하는 제1 고리(133), 연결부(133)와 제2 밴드(135) 사이를 연결하는 제2 고리(134) 더 포함할 수 있다. 연결 플레이트(131)의 양 단에는 제1 고리(133)를 끼울 수 있는 후크가 형성될 수 있다.
제1 고리(132), 제2 고리(134), 및 연결부(133)는 각각 두 개가 제공될 수 있고, 연결 플레이트(131)를 중심으로 대칭적으로 양 쪽에 제1 고리(132), 제2 고리(134), 및 연결부(133)가 하나씩 배치될 수 있다.
연결부 와이어(1332)의 일 단은 제1 고리(133)의 후단과 연결되고, 연결부 와이어(1332)의 타 단은 제2 고리(134)의 전단에 연결된다. 제2 고리(134)의 전단은 길이 방향의 홀을 포함하고 있어서, 홀 내로 연결부 와이어(1332)가 통과할 수 있다.
제2 고리(134)의 말단은 종방향으로 밴드 고리(1352) 또는 길이 조절부(1351)를 끼울 수 있는 두 개의 구멍이 형성될 수 있다. 두 개의 제2 고리(134)의 말단 중 하나는 제2 밴드(135)의 밴드 고리(1352)와 연결될 수 있다.
두 개의 제2 고리(134)의 말단 중 다른 하나는 제2 밴드(135)의 길이 조절부(1351)가 통과할 수 있다. 길이 조절부(1351)는 제2 고리(134)의 말단의 두 개의 구멍 중에 바깥쪽 구멍을 지지 밴드(130)의 중심 방향으로 먼저 관통하고, 제2 고리(134)의 말단의 두 개의 구멍 중에 안쪽 구멍을 지지 밴드(130)의 중심으로부터 나오는 방향으로 관통할 수 있다.
연결 플레이트(131)는 지지 프레임(110)의 말단부(112)를 수용하는 수용 홈을 포함할 수 있다. 수용 홈은 지지 프레임(110)의 말단부(112)에 대응하는 형상을 가지고, 지지 프레임(110)의 말단부(112)가 잘 빠지지 않도록 견고하게 삽입될 수 있다.
*54연결 플레이트(131)의 전면에는 커버(136)가 결합될 수 있고, 연결 플레이트(131)의 후면에는 슬라이딩 플레이트(120)가 탄성 스트립(138)에 의하여 결합될 수 있다. 탄성 스트립(138)은 인장된 상태로 슬라이딩 플레이트(120)를 연결 플레이트(131)에 결합시키기 때문에, 항상 슬라이딩 플레이트(120)와 연결 플레이트(131)는 서로 당기는 힘을 작용할 수 있다.
슬라이딩 플레이트(120)는 지지 밴드(130)에 대하여 수직하는 방향의 가이드 홈(121)을 포함하고, 연결 플레이트(131)는 상기 가이드 홈에 삽입가능한 돌출부를 포함할 수 있다. 가이드 홈(121)은 연결 플레이트(131)가 슬라이딩 플레이트(120)의 면 위에서 지지 밴드(130)의 길이 방향으로 이동하지 않고, 지지 밴드(130)의 길이 방향에 수직한 방향으로 병진이동을 할 수 있도록 보조할 수 있다.
슬라이딩 플레이트(120)의 내측 면 또는 지지 밴드(130)의 내측면에는 마찰력을 증대시키고, 내측에 가해지는 충격을 감소시키기 위하여 적어도 하나의 충격 흡수 패드가 부착될 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 지지 모듈(100)의 작동 모습을 나타낸 사시도이다. 도 5는 사용자가 지지 모듈(100)을 착용하고 있는 경우이며, 지지 밴드(130)는 내측 원주면에는 사용자의 허벅지가 위치할 수 있다. 제1 밴드(131, 132, 133)은 지지 프레임(110)을, 슬라이딩 플레이트(120) 및 제2 밴드(135)로부터 상대적으로 이동시킬 수 있다. 탄성 스트립(138)은, 지지 프레임이 이동될 때, 상기 슬라이딩 플레이트가 상기 연결 플레이트로부터 이탈하지 않도록 복원력을 제공할 수 있다.
슬라이딩 플레이트(120)는 탄성 스트립(138)이 고정되도록 양쪽에 스트립 홀(122)이 형성될 수 있다. 탄성 스트립(138)이 지지 밴드(138)의 길이 방향으로 슬라이딩 플레이트(120)의 스트립 홀(122)과 연결 플레이트(131)를 관통하는 것에 의하여, 탄성 스트립(138)은 연결 플레이트(131)와 슬라이딩 플레이트(120)를 연결할 수 있다.
도 5(a)는 사용자의 다양한 동작에 의하여 지지 프레임(110)이 연결 플레이트(131)를 슬라이딩 플레이트(120)에 대하여 상대적으로 상측으로 잡아당기는 경우에 해당한다. 연결 플레이트(131)가 상측으로 올라가더라도, 슬라이딩 플레이트(120)와 제2 밴드(135)는 사용자에 허벅지와 서로 마찰력을 작용하고 있기 때문에 연결 플레이트(131)와 같이 올라가지 않는다.
탄성 스트립(138)은 연결 플레이트(131)가 슬라이딩 플레이트(120)로부터 멀어진 만큼 늘어나므로, 연결 플레이트(131)를 원래 위치로 돌려놓기 위하여 복원력을 작용할 수 있다. 탄성 스트립(138)은 상측으로 이동하면서 평행사변형과 같은 형태가 된다.
또한, 연결부(133)의 연결부 와이어(1332)는 상측으로 이동하면서 평행사변형과 같은 형태가 된다. 연결부 와이어(1332)는 자체적인 탄성을 가지고 있어서, 지지 밴드(130)의 길이방향으로 평평한 길이에서, 평행사변형의 대각선 길이가 늘어난 만큼 연결부 와이어(1332)는 연결 프레임(131)에 복원력을 작용할 수 있다.
도 5(b)는 사용자의 다양한 동작에 의하여, 지지 프레임(110)이 연결 플레이트(131)를 슬라이딩 플레이트(120)에 대하여 상대적으로 하측으로 밀어내는 경우에 해당한다. 이 경우에도 탄성 스트립(138)과 연결부 와이어(1332)는 평행사변형 형태로 연장되며, 연결 플레이트(131)에 대하여 상측 방향으로 복원력을 작용할 수 있다.
지지 모듈(100)을 운동 보조 장치(10)에 적용하는 경우, 보행 및 다양한 움직임에 따른 길이 변화에 대한 보상이 가능하다. 연결 플레이트(131)가 슬라이딩 플레이트(120)에 대하여 상대적으로 이동 가능한 패시프 조인트(Passive Joint) 형태이기 때문에, 앉기/서기, 계단 오르기 내리기 등으 포함하는 보행 및 다양한 움직임, 다리 비틀림 동작(Adduction Motion) 등을 수행하였을 때, 지지 밴드(130)의 위치가 변함으로써 발생하는 불편함 및 저항감을 최소화할 수 있다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 지지 모듈(200)의 사시도이다. 지지 모듈(200)은, 지지 프레임(205), 지지 프레임(205)와 탈부착 가능한 조인트 프레임(210), 플렉서블한 재질로 구성되고, 일 단이 조인트 프레임(210)의 내측면과 연결되고, 타 단은 일 단으로부터 횡방향으로 연장하여 조인트 프레임(210)의 외측면과 탈부착 가능한 지지 밴드(220)를 포함할 수 있다.
조인트 프레임(210)은 횡방향으로부터 시작하여 종방향으로 나선형으로 감으면서 연장하고, 앞서 설명한 지지 모듈(100)의 지지 프레임(110)의 하단부 형상을 일부 포함할 수 있다. 지지 밴드(220)은 조인트(210)프레임의 내측면의 하단부와 중간 부분 까지 벨크로 또는 접착체로 연결될 수 있다.
조인트 프레임(210)이 일정 부분 상측으로 연장하고, 조인트 프레임(210)이 연장하는 길이에 대응하여 지지 프레임(205)의 길이가 ??게 형성될 수 있다. 따라서, 지지 모듈(200)의 지지 프레임(205)는, 지지 모듈(100)의 지지 프레임(110)의 보다 길이가 짧도록 형성될 수 있다.
지지 밴드(220)는 조인트 프레임(210)의 중간 부분으로부터 하단까지 나선형으로 내려오면서 연장하고, 조인트 프레임(210)의 최하단부까지 연장하면, 그 다음부터는 횡방향으로 연장할 수 있다. 지지 밴드(220)의 길이는 사용자의 허벅지의 다양한 둘레에 대응할 수 있도록 충분한 길이를 가지도록 연장할 수 있다.
조인트 프레임(210)은, 조인트 프레임(210)의 내측면에 형성되고 지지 프레임(205)의 단부를 수용하기 위한 조인트 홈(213)을 포함할 수 있다. 또한, 조인트 프레임(210)은, 조인트 프레임(210)의 외측면에 형성되는 적어도 하나의 고정 로드(214)를 포함하고, 조인트 프레임(210)은 지지 프레임(205)의 탈착 또는 장착을 용이하게 하기 위하여 조인트 프레임(210)의 상단에 조인트 가이드(211)가 형성될 수 있다. 조인트 프레임(210)의 고정 로드(214)사이에는, 지지 밴드(220)의 타 단을 고정하기 위하여, 벨크로(215)가 부착될 수 있다.
지지 밴드(220)는, 고정 로드(214)를 수용하기 위하여 지지 밴드(220) 내측면에 형성되는 적어도 하나의 로드 구멍(222)을 포함할 수 있다. 지지 밴드(220)의 타 단의 내측면에는 벨크로(215)에 부착되기 위하여 부직포(223)가 부착될 수 있다. 지지 모듈(20)은 크게 두 개의 파트로 구성되는 상당히 단순화된 구조를 가지고 있으므로 사용자가 한 손으로도 간편하게 장착 및 탈착이 가능하다.
조인트 프레임(210)의 하단부에 인접한 지지 밴드(220)의 외측면에는 니티놀(NITINOL) 또는 탄소강 소재로 형성되는 밀착 플레이트(221)가 부착될 수 있다. 니티놀(NITINOL) 또는 탄소강 소재는 형상 기억 합금 소재 중 하나로써, 지지 밴드(220)가 인장된 후에, 다시 원래 형상으로 돌아올 수 있도록 지지 밴드(220) 자체에 복원력을 제공할 수 있다. 밀착 플레이트(221)는 부직포(223)의 인접한 부분에도 추가로 부착될 수 있다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 지지 모듈(200)의 작동 모습을 나타낸다. 도 7(a)는 지지 프레임(205)이 상측으로 당겨지는 모습을 나타내고, 도 7(b)는 지지 프레임(205)이 아래로 미는 힘이 작용되는 모습을 나타낸다.
지지 밴드(220)는 전체적으로 탄성이 있는 재질로 형성될 수 있고, 조인트 프레임(220)은 딱딱한 재질로 형성될 수 있다.
도 6(a)와 같이, 지지 프레임(205)이 상측으로 당겨질 때, 조인트 프레임(210)과 연결되는 부분의 지지 밴드(220)가 이에 연동되어 상측으로 당겨질 수 있다. 도 6(b)는 반대로, 지지 프레임(205)이 아래로 밀릴 때, 조인트 프레임(210)과 연결되는 부분의 지지 밴드 부분(220)이 연동되어 아래쪽으로 내려갈 수 있다.
조인트 프레임(210)과 연결되는 부분의 반대측에 배치되는 지지 밴드(220)의 부분은 사용자의 허벅지와의 마찰력에 의하여 위쪽 또는 아래쪽으로 이동하지 않는다. 지지 밴드(220) 자체에 탄성이 있으므로, 지지 프레임(205)에 힘이 작용할 때, 조인트 프레임(220)과 연결되는 부분의 지지 밴드(220)가 늘어나면서 지지 프레임(205)의 병진 이동을 용이하게 할 수 있다.
금속 소재의 밀착 플레이트(221)가 배치된 부분의 지지 밴드(220)가 인장되지 않으므로, 지지 밴드(220)의 조인트 프레임(220)과 연결되는 부분은, 지지 프레임(205)가 상측 또는 하측으로 움직일 때, 평행사변형 형태로 인장되면서 상하 운동을 할 수 있다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 지지 모듈(300)을 나타낸다. 앞서 설명한 지지 모듈(100)은 지지 밴드(130)가 1개의 층(layer)로 구성되어 있지만, 도 8에 도시된 지지 모듈(300)은, 지지 밴드(320) 상에 이동가능한 와이어(332)가 배치되므로, 2개의 층(330)을 가지는 것이 다르다.
지지 모듈(300)은, 내측면에 충격 흡수 패드(322)가 부착되고 루프 형태를 형성할 수 있는 지지 밴드(320), 지지 밴드(320)의 외측면 상에 이동가능하게 고정되고 지지 밴드(320)의 길이 방향으로 지지 밴드(320)를 감싸는 적어도 하나의 와이어(332), 및 와이어(332)와 연결되고 지지 프레임(310)이 고정되는 연결 플레이트(340)를 포함할 수 있다.
지지 밴드(320)가 일단 사용자의 허벅지에 고정된 후에는, 지지 밴드(320)를 해제하기 전 까지는 상측 또는 하측 방향으로 이동하지 않으므로, 지지 밴드(320) 내측에는 충격 흡수 패드를 배치하는 것이 필요하다. 충격 흡수 패드는 지지 밴드(320)와 사용자 사이의 마찰력을 증가시켜서 견고하게 고정되게 하고, 쓸림을 최소화 하여 사용자의 착용감을 증가시킬 수 있다.
와이어(332)는 연결 플레이트(340)가 배치되는 부분 직전까지 지지 밴드(320)의 내부를 관통할 수 있다. 이 경우, 와이어(332)는 튜브(331)를 사용하지 않고도 지지 밴드(320)에 고정될 수 있다.
와이어(332)를 지지 밴드(320)에 고정하기 위하여, 지지 밴드(320)의 외측면 상에 튜브(331)를 고정시킬 수 있다 와이어(332)의 일부 부분은, 튜브(331)를 관통하고 튜브(331) 내에서 이동할 수 있다. 튜브(331)와 와이어(332)는 지지 밴드(320)의 외측면 상에 두개의 열로 제공될 수 있다. 튜브(331)의 내측면에는 와이어(332)와의 마찰을 감소시키기 위하여 윤활류가 도포될 수 있다.
와이어(332)는 다른 실시예와 달리, 신축성 없는 강한 재질의 와이어가 사용될 수 있다. 와이어(332)는 방탄복에 사용되는 재질인 Dyneema 와이어를 사용할 수 있다. 와이어(332)가 탄성이 없으므로, 와이어(332)의 길이는 지지 밴드(320)의 길이보다 어느 정도 길게 설정될 수 있다.
와이어(332)의 끝단과 연결 플레이트(340) 사이에는 와이어를 고정하기 위한 와이어 연결부(350)가 배치될 수 있다. 와이어(332)는 와이어 연결부(350) 내부를 지지 밴드(320)의 수직인 방향으로 관통할 수 있다.
지지 밴드(320)의 중앙 부분에는 연결 플레이트(340)의 후면과 접하는 슬라이딩 플레이트(323)가 배치될 수 있고, 연결 플레이트(340)는 슬라이딩 플레이트(323) 상에서 상측, 하측, 좌측, 및 우측 중 하나 이상의 방향으로 이동할 수 있다. 이때, 연결 플레이트(340)는 슬라이딩 플레이트(323)에 대하여 상대적으로 이동한다.
연결 플레이트(340)와 슬라이딩 플레이트(323)는 탄성 밴드(360)에 의하여 서로 연결되고, 탄성 밴드(360)의 탄성력에 의하여 연결 플레이트(340)의 후면과 와 슬라이딩 플레이트(323)의 전면은 밀착된 상태로 서로 접하게 될 수 있다.
연결 플레이트(340)는, 연결 플레이트(340)의 후면 상에 배치되는 돌출부(341)를 포함하고, 슬라이딩 플레이트(323)는 슬라이딩 플레이트(323)의 전면에 형성되는 수용 홈을 포함하고, 돌출부(341)는 슬라이딩 플레이트(323)의 수용홈에 접하게 될 수 있다. 슬라이딩 플레이트(323)의 수용홈은 연결 플레이트(340)의 이동 범위를 제한하는 일종의 가이드 역할을 할 수 있다.
도 9 및 10은 다른 실시 예에 따른 지지 모듈(300)의 작동 모습을 나타낸다. 도9(a)는 지지 프레임(310)이 상측으로 당겨진 모습을 나타내고, 도9(b)는 지지 프레임(310)이 하측으로 내려간 모습을 나타내고, 도10(a)는 지지 프레임(310)이 우측으로 이동한 모습을 나타내고, 도10(b)는 지지 프레임(310)이 좌측으로 이동한 모습을 나타낸다.
도 8(a) 및 8(b)는 사용자가, 다리를 앞뒤로 들거나 내리는 동작, 또는 다리를 옆으로 벌리거나 오무리는 동작에서 발생하는 지지 프레임(310)과 연결 플레이트(340)의 이동을 나타낸다.
탄성 밴드(360)는 연결 플레이트(340)와 슬라이딩 플레이트(323)가 서로 밀착되도록 지속적으로 힘을 작용하고 있으므로, 연결 플레이트(340)와 슬라이딩 플레이트(323)는 서로 떨어져서 멀어지는 방향으로 이동하지 않는다. 따라서, 연결 플레이트(340)가 슬라이딩 플레이트(323) 상에서 이동하더라도, 연결 플레이트(340)의 후면의 일부분은 항상 슬라이딩 플레이트(323)의 전면과 접한 상태가 된다.
또한, 연결 플레이트(340)가 슬라이딩 플레이트(323) 상에서 이동할 때, 탄성 밴드(360)는 이동하는 방향의 반대 방향으로 복원력을 작용하고,, 복원력은 사용자의 동작이 끝난 후에, 다시 최초 상태로 연결 플레이트(340)를 슬라이딩 플레이트(323) 상에서 재배치시킨다.
도 9(a) 및 9(b)을 참고하면, 연결 플레이트(340)가 상측 또는 하측으로 이동하면서, 와이어(332)가 평행 사변형 형태로 변형 될 수 있다. 횡방향으로 배치되어 있던 와이어(332)가 대각선 방향으로 배치되면서 늘어가는 거리는, 와이어(332) 전체의 길이로부터 지지 밴드(320)의 길이를 뺀 거리보다 작다. 그 이상으로 연결 플레이트(340)는 상측 또는 하측으로 이동하지 않는다.
도 10(a) 및 10(b)는 사용자가, 다리를 비트는 동작에서 발생하는 지지 프레임(310)과 연결 플레이트(340)의 이동을 나타낸다. 예를 들어, 지지 모듈(300)이 오른쪽 다리에 착용한 경우, 도 10(a)는 다리를 바깥쪽으로 비트는 동작에 해당하고, 도 10(b)는 다리를 안쪽으로 비트는 동작에 해당할 수 있다.
도 10(a)는 연결 플레이트(340)가 슬라이딩 플레이트(332) 상에서 좌측에서 우측으로 병진 이동하고, 도 10(b)는 좌측에서 우측으로 병진 이동할 수 있다. 이때, 와이어(332)는 튜브(331) 내에서 와이어(332)의 길이 방향으로 이동할 수 있다.
도 9의 상황과 도 10의 상황이 동시에 발생하는 경우, 연결 플레이트(340)가 슬라이딩 플레이트(332) 상에서 대각선 방향으로 병진 이동할 수 있다.
이상과 같이 도면에 의해 실시 예들이 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 (4)

  1. 사용자에 고정되는 고정 모듈;
    상기 고정 모듈에 회전가능하게 고정되는 구동 모듈; 및
    상기 사용자의 신체의 일 부분을 지지하며, 상기 구동 모듈에 의해 구동되는 지지 모듈을 포함하고,
    상기 지지 모듈은, 상기 구동 모듈에 연결되고 상기 사용자의 신체를 감싸는 지지 프레임, 내측면 상에 부착되는 적어도 하나의 충격 흡수 패드를 포함하고 루프 형태를 형성할 수 있는 지지 밴드, 상기 지지 밴드의 외측면 상에 이동가능하게 고정되고, 상기 지지 밴드의 길이 방향으로 상기 지지 밴드를 감싸는 적어도 하나의 와이어, 상기 와이어와 연결되고, 상기 지지 프레임이 고정되는 연결 플레이트, 탄성력을 통해 상기 연결 플레이트의 후면에 접촉하는 슬라이딩 플레이트, 및 상기 연결 플레이트의 후면 및 상기 슬라이딩 플레이트를 연결하기 위한 상기 탄성력을 생성하는 탄성 밴드를 포함하고,
    상기 지지 프레임은 상기 슬라이딩 플레이트에 대해 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 이동가능한, 운동 보조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 밴드의 외측면 상에 고정되는 튜브를 더 포함하고,
    상기 와이어의 일부 부분은, 상기 튜브를 관통하고 상기 튜브 내에서 이동가능한 운동 보조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연결 플레이트는 상기 슬라이딩 플레이트 상에서 상측, 하측, 좌측, 및 우측 중 하나 이상의 방향으로 이동가능한 운동 보조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연결 플레이트는, 상기 연결 플레이트의 후면 상에 배치되는 돌출부를 포함하고,
    상기 슬라이딩 플레이트는 상기 슬라이딩 플레이트의 전면에 형성되는 수용 홈을 포함하고,
    상기 돌출부는 상기 수용홈에 접하는 운동 보조 장치.
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