KR102662375B1 - 운동 보조 장치 - Google Patents

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이종원
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Abstract

일 실시 예에 따르면 운동 보조 장치는, 사용자의 허리 부분에 착용되는 허리 착용부; 상기 사용자의 허벅지 부분에 착용되는 허벅지 착용부; 상기 허리 착용부에 배치되는 중공형 액츄에이터; 상기 액츄에이터의 내부에 삽입되고, 상기 액츄에이터의 출력단에 입력단이 연결되는 감속기; 및 상기 감속기의 출력단 및 상기 허벅지 착용부를 연결하는 구동 프레임을 포함할 수 있다.

Description

운동 보조 장치{MOTION ASSIST APPARATUS}
아래의 설명은 운동 보조 장치에 관한 것이다.
고령화 사회가 심화됨에 따라 관절 문제로 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있으며, 관절이 불편한 노인이나 환자들의 보행을 보조하는 운동 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다.
일 실시 예에 따르면 운동 보조 장치는, 사용자의 근위 부분을 지지하기 위한 근위 지지부; 상기 사용자의 원위 부분을 지지하기 위한 원위 지지부; 상기 근위 지지부에 배치되는 중공형 액츄에이터; 상기 액츄에이터의 내부에 삽입되고, 상기 액츄에이터의 출력단에 입력단이 연결되는 감속기; 및 상기 감속기의 출력단 및 상기 원위 지지부를 연결하는 구동 프레임을 포함할 수 있다.
상기 액츄에이터는, 상기 근위 지지부에 연결되는 고정자(stator); 및 상기 고정자에 대해 상대적으로 회전 가능한 로터를 포함할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 근위 지지부에 연결되고 상기 고정자의 하면을 고정시키는 하부 커버와, 상기 하부 커버에 연결되고 상기 고정자의 상면을 고정시키는 상부 커버를 포함하는 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 상부 커버는 상기 고정자의 내부 공간을 향해 연장되는 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 로터는, 상기 하부 커버와 나란한 메인 플레이트; 및 상기 고정자 및 상기 돌출부 사이에 배치되는 수직 연장부를 포함할 수 있다.
상기 메인 플레이트는 중심에 형성되는 선기어를 포함할 수 있다. 상기 돌출부는 내측면으로부터 중심을 향해 형성되는 링기어를 포함할 수 있다. 상기 감속기는 상기 선기어 및 상기 링기어 사이에 배치되고 상기 선기어 및 상기 링기어와 맞물리는 복수 개의 유성 기어와, 상기 복수 개의 유성 기어의 중심축에 연결되는 캐리어를 포함할 수 있다. 상기 구동 프레임은 상기 캐리어에 연결될 수 있다.
상기 운동 보조 장치는 상기 선기어, 상기 링기어 및 상기 복수 개의 유성 기어 각각의 회전 축의 흔들림을 방지하는 복수 개의 베어링을 더 포함할 수 있다.
상기 로터와 상기 상부 커버 사이에 배치되는 제 1 베어링; 상기 로터와 상기 하부 커버 사이에 배치되는 제 2 베어링; 및 상기 상부 커버 및 상기 캐리어 사이에 배치되는 제 3 베어링을 포함할 수 있다.
상기 제 1 베어링은 상기 로터의 상면 및 내측면에 접촉하고, 상기 제 2 베어링은 상기 로터의 하면 및 외측면과 접촉할 수 있다.
상기 메인 플레이트는 중심에 형성되는 제 1 선기어를 포함할 수 있다. 상기 돌출부는 내측면으로부터 중심을 향해 형성되는 링기어를 포함할 수 있다. 상기 감속기는, 상기 제 1 선기어 및 상기 링기어 사이에 배치되는 복수 개의 제 1 유성 기어; 상기 복수 개의 제 1 유성 기어의 중심축에 연결되는 제 1 캐리어; 상기 제 1 캐리어의 중심에 형성되는 제 2 선기어; 상기 제 2 선기어 및 상기 링기어 사이에 배치되는 복수 개의 제 2 유성기어; 및 상기 복수 개의 제 2 유성 기어의 중심축에 연결되는 제 2 캐리어를 포함할 수 있다. 상기 구동 프레임은 상기 제 2 캐리어에 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면 운동 보조 장치는, 사용자의 근위 부분을 지지하기 위한 근위 지지부; 상기 근위 지지부에 연결되는 중공형 제 1 액츄에이터; 상기 제 1 액츄에이터 내부에 삽입되고, 상기 제 1 액츄에이터에 연결되는 제 1 감속기; 상기 제 1 감속기에 연결되는 제 1 구동 프레임; 상기 제 1 구동 프레임에 연결되는 중공형 제 2 액츄에이터; 상기 제 2 액츄에이터 내부에 삽입되고, 상기 제 2 액츄에이터에 연결되는 제 2 감속기; 및 상기 제 2 감속기에 연결되는 제 2 구동 프레임을 포함할 수 있다.
상기 제 1 감속기 및 상기 제 2 액츄에이터는 상기 제 1 구동 프레임의 양단에 각각 연결될 수 있다.
상기 제 1 감속기 및 상기 제 2 액츄에이터는 상기 제 1 구동 프레임의 동일한 측면에 연결될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치를 착용한 사용자의 모습을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 구동 어셈블리의 정면 분해 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 구동 어셈블리의 배면 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 절개선 Ⅰ-Ⅰ를 따라 절단한 단면도를 나타내는 운동 보조 장치의 단면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 개략도이다.
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 실시 예에 따른 운동 보조 장치를 착용한 사용자의 모습을 나타내는 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(100)는, 사용자에 착용되어 사용자의 운동을 보조할 수 있다. 사용자는 인체, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 운동 보조 장치(100)는, 근위 지지부(20, proximal support), 원위 지지부(30, distal support) 및 구동 어셈블리(10)를 포함할 수 있다.
근위 지지부(20) 및 원위 지지부(30)는, 사용자의 일 부분을 기준으로 서로 반대편에 배치되어, 각각 근위 부분(proximal part) 및 원위 부분(distal part)을 지지할 수 있다. 예를 들어, 근위 지지부(20)는 허리 및/또는 골반 등을 지지할 수 있고, 원위 지지부(30)는 허벅지, 무릎, 종아리 및/또는 발 등을 지지할 수 있다. 예를 들어, 근위 지지부(20)는 사용자의 허리를 전체적으로 지지하기 위한 탈부착식 벨트를 포함할 수 있고, 원위 지지부(30)는 사용자의 허벅지를 전체적으로 지지하기 위한 탈부착식 벨트를 포함할 수 있다.
다른 예로, 근위 지지부(20) 및 원위 지지부(30)는, 사용자의 상박(upper arm)을 중심으로 서로 반대편에 배치될 수 있으며, 근위 지지부(20)는, 예를 들어 어깨 및/또는 등(back) 등을 지지할 수 있고, 원위 지지부(30)는, 예를 들어, 팔뚝(forearm) 등을 지지할 수 있다. 예를 들어, 근위 지지부(20)는 사용자의 어깨를 전체적으로 지지하기 위한 탈부착식 벨트를 포함할 수 있고, 원위 지지부(30)는 사용자의 팔뚝을 전체적으로 지지하기 위한 탈부착식 벨트를 포함하거나 팔뚝을 전체적으로 둘러싸는 구조를 포함할 수 있다.
구동 어셈블리(10)는 원위 지지부(30)를 근위 지지부(20)에 대해 회전 시킬 수 있다. 예를 들어, 시상면(sagittal plane)을 기준으로, 구동 어셈블리(10)는 원위 지지부(30)를 근위 지지부(20)에 대해 회전 시킬 수 있다. 다시 말하면, 구동 어셈블리(10)는 원위 지지부(30)를 회전시킴으로써, 사용자가 허벅지 굽힘(flexion) 또는 신장(extension) 운동하는 것을 보조할 수 있다.
근위 지지부(20) 및 원위 지지부(30)는 관상면(frontal plane)을 기준으로 상대적으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 구동 어셈블리(10)는 근위 지지부(20)의 일측에 배치되고, 원위 지지부(30) 및 구동 어셈블리(10) 사이에는 힌지(133)가 배치될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 사용자가 허벅지 내전(adduction) 또는 외전(abduction) 운동할 때, 근위 지지부(20)는 힌지(133)를 중심으로 원위 지지부(30)에 대해 상대적으로 회전할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 구동 어셈블리의 정면 분해 사시도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 구동 어셈블리의 배면 분해 사시도이고, 도 5는 도 2의 절개선 Ⅰ-Ⅰ를 따라 절단한 단면도를 나타내는 운동 보조 장치의 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 구동 어셈블리(10)는 액츄에이터(11), 감속기(12), 구동 프레임(13), 상부 커버(141), 하부 커버(142), 복수 개의 베어링 및 연결선(17)을 포함할 수 있다.
액츄에이터(11)는 내부 공간이 마련되는 중공형 액츄에이터일 수 있다. 예를 들어, 감속기(12)는 상기 내부 공간에 삽입될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 구동 어셈블리(10)의 폭, 다시 말하면, 하부 커버(142)으로부터 구동 프레임(13)까지의 수직 거리를 줄일 수 있다. 사용자로부터 전체 구동 어셈블리(10)가 돌출되는 높이를 줄임으로써, 전체 운동 보조 장치(100, 도 1 참조)의 부피를 감소시킬 수 있고, 예를 들어, 사용자는 의복 내에 운동 보조 장치(100)를 착용할 수도 있다. 액츄에이터(11)는 고정자(111)와 로터(112)를 포함할 수 있다.
고정자(111)는 근위 지지부(20)에 연결될 수 있다. 고정자(111)는 로터(112)를 회전시키기 위한 자기장을 생성할 수 있다. 고정자(111)는, 예를 들어, 중앙 부분에 홀이 형성된 고리 형상일 수 있다. 예를 들어, 고정자(111)는 도넛 형상일 수 있다. 고정자(111)의 형상은 이에 제한되지 않음을 밝혀둔다.
로터(112)는 고정자(111)에 대해 상대적으로 회전 가능하다. 예를 들어, 로터(112)는 고정자(111)에 의해 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 로터(112)는 컵(cup) 형상일 수 있다. 로터(112)는 메인 플레이트(1121), 수직 연장부(1122), 선기어(1123), 영구 자석(1124) 및 로터 축(1125)를 포함할 수 있다.
로터(112)의 메인 플레이트(1121)는 고정자(111)의 중심축에 대해 수직한 평면에 대해 평행한 플레이트일 수 있다. 로터(112)의 수직 연장부(1122)는 메인 플레이트(1121)의 테두리부로부터 일 방향으로 수직하게 연장되는 부분일 수 있다. 로터(112)의 메인 플레이트(1121)와 수직 연장부(1122)는 함께 컵(cup) 모양을 이룰 수 있다. 메인 플레이트(1121) 및 수직 연장부(1122)에 의해 형성되는 공간에 감속기(12)가 삽입될 수 있다.
로터(112)의 영구 자석(1124)은 로터(112)의 수직 연장부(1122)의 외주면을 따라 복수 개가 배치될 수 있다. 예를 들어, 영구 자석(1124)은 수직 연장부(1122)와 동일한 곡률을 갖도록 휘어진 형상일 수 있고, 복수 개의 영구 자석(1124)은 일정한 간격 이격되어 배치될 수 있다. 영구 자석(1124)은 고정자(111)에서 생성되는 자기장과 상호작용할 수 있다. 예를 들어, 로터(112)의 영구 자석(1124)이 고정자(111)에서 생성되는 자기장과 상호작용할 때, 로터(112)는 일 방향으로 회전될 수 있다.
로터(112)의 선기어(1123)는 메인 플레이트(1121)의 중심에 돌출 형성될 수 있다. 선기어(1123)는 메인 플레이트(1121)와 일체로 회전할 수 있다. 예를 들어, 로터 축(1125)은 메인 플레이트(1121)의 중심에서 돌출 형성될 수 있고, 선기어(1123)는 로터 축(1125)에 고정될 수 있다. 로터(112)의 선기어(1123)는 액츄에이터(11)의 출력단일 수 있다. 액츄에이터(11)의 출력단은 감속기(12)의 입력단에 연결될 수 있다. 예를 들어, 선기어(1123)는 감속기(12)의 입력단에 연결될 수 있다.
상부 커버(141) 및 하부 커버(142)는 액츄에이터(11)를 둘러쌀 수 있다. 상부 커버(141) 및 하부 커버(142)는 고정자(111)를 고정시킬 수 있고, 로터(121)가 고정자(111)에 대해 회전 가능하도록 로터(121)를 지지할 수 있다. 하부 커버(142)는 근위 지지부(20)에 연결되고, 고정자(111)의 하면을 고정할 수 있다. 상부 커버(141)는 하부 커버(142)에 연결되고, 고정자(111)의 상면을 고정할 수 있다. 고정자(111)는 하부 커버(142) 및 상부 커버(141)에 의해, 상하 방향 및 좌우 방향 이동이 제한될 수 있다. 다시 말하면, 고정자(111)는 하부 커버(142) 및 상부 커버(141) 사이에서 흔들림 없이 고정될 수 있다.
상부 커버(141)는 고정자(111)의 내부 공간을 향해 연장되는 돌출부(1411)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 돌출부(1411)는 상부 커버(141)의 중앙부에서 하부 커버(142)를 향해 돌출 형성되는 원통형 부재일 수 있다. 로터(112)의 수직 연장부(1122)는 상부 커버(141)의 돌출부(1411) 및 고정자(111) 사이에 위치할 수 있다.
하부 커버 고정 나사(1425)는 하부 커버(142) 및 근위 지지부(20, 도 1 참조)를 서로 연결시킬 수 있다. 하부 커버(142)는 하부 커버 고정 나사(1425)에 의해, 근위 지지부(20)에 고정될 수 있다. 하부 커버 고정 나사(1425)는 하부 커버(142)의 둘레를 따라 복수 개 구비될 수 있다.
상부 커버 고정 나사(1415)는 상부 커버(141) 및 하부 커버(142)를 서로 연결시킬 수 있다. 상부 커버(141)는 상부 커버 고정 나사(1415)에 의해, 하부 커버(142)에 고정될 수 있다. 상부 커버 고정 나사(1415)는 상부 커버(141)의 둘레를 따라 복수 개 구비될 수 있다.
복수 개의 베어링은 로터(112)가 안정적으로 고정자(111)에 대해 회전할 수 있게 보조할 수 있다. 복수 개의 베어링은 로터(112)가 고정자(111)와 일정한 거리를 유지하도록 보조할 수 있다. 다시 말하면, 복수 개의 베어링은 로터(112)가 상부 커버(141)의 돌출부(1411) 또는 고정자(111)를 향해 접근하는 것을 방지할 수 있다.
복수 개의 베어링은, 제 1 베어링(151), 제 2 베어링(152) 및 제 3 베어링(153)을 포함할 수 있다. 제 1 베어링(151)은 로터(112)와 상부 커버(141) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 베어링(152)은 로터(112)와 하부 커버(142) 사이에 배치될 수 있다.
제 1 베어링(151)은 로터(112)의 상면 및 내측면에 접촉하고, 제 2 베어링(152)은 로터(112)의 하면 및 외측면과 접촉할 수 있다. 이와 같은 배치에 의하면, 제 1 베어링(151) 및 제 2 베어링(152)은 로터(112)의 상하 방향의 흔들림을 방지할 수 있고, 로터(112)의 좌우 방향의 흔들림을 방지할 수 있다. 다시 말하면, 로터(112)의 중심은 고정자(111)의 중심과 일치를 유지할 수 있다.
감속기(12)는 액츄에이터(11)의 내부에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 감속기(12)는 로터(112)의 수직 연장부(1122)로 둘러싸이는 공간으로 삽입될 수 있다. 액츄에이터(11)의 출력단인 선기어(1123)는 감속기(12)의 입력단에 연결될 수 있다. 이하, 감속기(12)의 감속 메커니즘에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
로터(112)의 메인 플레이트(1121)는 중심에 돌출 형성되는 로터 축(1125)과, 로터 축(1125)에 고정되는 제 1 선기어(1123)를 포함할 수 있다. 상부 커버(141)의 돌출부(1411)는 내측면으로부터 중심을 향해 형성되는 링기어(1412)를 포함할 수 있다. 감속기(12)는 복수 개의 제 1 유성 기어(1211), 제 1 캐리어(1212), 제 2 선기어(1213), 복수 개의 제 2 유성 기어(1221) 및 제 2 캐리어(1222)를 포함할 수 있다.
복수 개의 제 1 유성 기어(1221)는 액츄에이터(11)의 출력단인 선기어(1123)와 연결될 수 있다. 다시 말하면, 복수 개의 제 1 유성 기어(1221)는 감속기(12)의 입력단일 수 있다. 제 2 캐리어(1222)는 구동 프레임(13)에 연결될 수 있다. 다시 말하면, 제 2 캐리어(1222)는 감속기(12)의 출력단일 수 있다.
복수 개의 제 1 유성 기어(1211)는 제 1 선기어(1123) 및 링기어(1412) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 유성 기어(1211)는, 예를 들어, 제 1 선기어(1123)의 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 제 1 유성 기어(1211)는 제 1 선기어(1123)와 맞물리는 기어 형상을 구비할 수 있다. 제 1 유성 기어(1211)의 일측은 제 1 선기어(1123)에 접촉하고, 타측은 링기어(1412)에 접촉할 수 있다. 링기어(1412)는 상부 커버(141)의 돌출부(1411)에 형성되어 있으므로, 고정된 상태를 유지할 수 있다. 제 1 선기어(1123)가 회전할 경우, 복수 개의 제 1 유성 기어(1211)는 제 1 선기어(1123) 둘레를 따라 회전할 수 있다.
제 1 캐리어(1212)는 복수 개의 제 1 유성 기어(1211)의 중심축에 연결될 수 있다. 복수 개의 제 1 유성 기어(1211)의 중심축이 제 1 선기어(1123)를 중심으로 공전(revolution)할 때, 제 1 캐리어(1212)는 복수 개의 제 1 유성 기어(1211)의 중심축의 공전 각속도와 같은 값의 회전 각속도로, 제 1 선기어(1123)를 중심으로 회전(rotation)할 수 있다. 복수 개의 제 1 유성 기어(1211) 각각의 중심축은 제 1 캐리어(1212)에 의해 커플링되어 있기 때문에, 복수 개의 제 1 유성 기어(1211) 각각의 중심축은 같은 공전 각속도로 공전할 수 있다. 제 1 캐리어(1212)의 회전 속도는 제 1 선기어(1123)의 회전 속도에 비해 감속될 수 있다. 다시 말하면, 제 1 캐리어(1212)에서 출력되는 토크는 제 1 선기어(1123)가 제 1 유성 기어(1211)에 전달하는 토크보다 크기가 클 수 있다.
제 2 선기어(1213)는 제 1 캐리어(1212)의 중심에 형성될 수 있다. 제 2 선기어(1213)는 복수 개의 제 1 유성 기어(1211)의 반대편에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 기준으로 복수 개의 제 1 유성 기어(1211)의 중심축이 제 1 캐리어(1212)의 아래면에 연결될 경우, 제 2 선기어(1213)는 제 1 캐리어(1212)의 윗면에 형성될 수 있다. 제 2 선기어(1213)는 제 1 캐리어(1212)와 동일한 각속도로 회전할 수 있다.
복수 개의 제 2 유성 기어(1221)는 제 2 선기어(1213) 및 링기어(1412) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 유성 기어(1221)는, 예를 들어, 제 2 선기어(1213)의 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 제 2 유성 기어(1221)는 제 2 선기어(1213)와 맞물리는 기어 형상을 구비할 수 있다. 제 2 유성 기어(1221)의 일측은 제 2 선기어(1213)에 접촉하고, 타측은 링기어(1412)에 접촉할 수 있다. 링기어(1412)는 상부 커버(141)의 돌출부(1411)에 형성되어 있으므로, 고정된 상태를 유지할 수 있다. 제 2 선기어(1213)가 회전할 경우, 복수 개의 제 2 유성 기어(1221)는 제 2 선기어(1213) 둘레를 따라 공전할 수 있다.
제 2 캐리어(1222)는 복수 개의 제 2 유성 기어(1221)의 중심축에 연결될 수 있다. 복수 개의 제 2 유성 기어(1221)의 중심축이 제 2 선기어(1213)를 중심으로 공전할 때, 제 2 캐리어(1222)는 복수 개의 제 2 유성 기어(1221)의 중심축의 공전 각속도와 같은 값의 회전 각속도로, 제 2 선기어(1213)를 중심으로 회전할 수 있다. 복수 개의 제 2 유성 기어(1221) 각각의 중심축은 제 2 캐리어(1222)에 의해 커플링되어 있기 때문에, 복수 개의 제 2 유성 기어(1221) 각각의 중심축은 같은 각속도로 공전할 수 있다. 제 2 캐리어(1222)의 회전 속도는 제 1 캐리어(1212)의 회전 속도에 비해 감속될 수 있다. 다시 말하면, 제 2 캐리어(1222)에서 출력되는 토크는 제 1 캐리어(1212)에서 출력되는 토크보다 크기가 클 수 있다. 제 2 캐리어(1222)는 감속기(12)의 출력단일 수 있다. 구동 어셈블리(10)에서 발생되는 구동 토크는, 감속기(12)의 입력단으로부터 감속기(12)의 출력단으로 갈수록 점차 커질 수 있다.
구동 프레임(13)의 일단은 감속기(12)의 출력단에 연결될 수 있다. 예를 들어, 구동 프레임(13)의 일단은 제 2 캐리어(1222)에 연결될 수 있다. 구동 프레임(13)의 타단은 원위 지지부(30, 도 1 참조)에 연결될 수 있다. 구동 프레임(13)은 감속기(12)에서 전달 받은 동력을 원위 지지부(30)로 전달할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 감속기(12)가 2개의 유성 기어 세트를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 감속기(12)의 구조는 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 예를 들어, 감속기(12)는 1개의 유성 기어 세트(1211, 1212)로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 감속기(12)의 제 1 캐리어(1212)는 직접 구동 프레임(13)에 연결될 수 있다.
복수 개의 베어링은 제 1 선기어(1123), 제 1 유성 기어(1211), 제 1 캐리어(1212), 제 2 선기어(1213), 제 2 유성 기어(1221) 및 제 2 캐리어(1222) 각각의 회전 축의 흔들림을 방지할 수 있다.
제 1 베어링(151)은 도 5를 기준으로 로터(112)의 상면 및 내측면에 접촉하고, 제 2 베어링(152)은 로터(112)의 하면 및 외측면과 접촉할 수 있다. 이와 같은 배치에 의하면, 제 1 베어링(151) 및 제 2 베어링(152)은 로터(112)의 상하 방향 및 좌우 방향의 흔들림을 방지할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 베어링(151) 및 제 2 베어링(152)은, 로터(112)의 중심을 고정자(111)의 중심에 일치시킬 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제 1 선기어(1123)의 회전 축의 흔들림이 방지될 수 있다.
제 3 베어링(153)은 상부 커버(141) 및 제 2 캐리어(1222) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 캐리어(1222)는 구동 프레임(13)의 움직임에 따라서 방사 방향의 힘을 인가받을 수 있다. 제 2 캐리어(1222)에 방사 방향의 힘이 인가될 때, 제 3 베어링(153)은 제 2 캐리어(1222)의 흔들림을 방지할 수 있다. 다시 말하면, 제 3 베어링(153)은 제 2 캐리어(1222)의 회전 축이 흔들리는 것을 방지할 수 있다.
제 4 베어링(154)은 복수 개의 제 1 유성 기어(1211)를 지지하는 제 1 캐리어(1212)의 하측 및 로터 축(1125) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 4 베어링(154)은 제 1 캐리어(1212)가 로터 축(1125)의 외주면을 따라 부드럽게 회전하도록 보조할 수 있다. 제 4 베어링(154)은 제 1 캐리어(1212)의 하측 및 로터 축(1125) 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있다.
제 5 베어링(155)은 복수 개의 제 1 유성 기어(1211)를 지지하는 제 1 캐리어(1212)의 상측 및 로터 축(1125) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 5 베어링(155)은 제 1 캐리어(1212)가 로터 축(1125)의 외주면을 따라 부드럽게 회전하도록 보조할 수 있다. 제 5 베어링(155)은 제 1 캐리어(1212)의 상측 및 로터 축(1125) 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있다.
제 4 베어링(154) 및 제 5 베어링(155)은 각각 제 1 캐리어(1212)의 하측 및 상측을 지지함으로써, 제 1 캐리어(1212) 및 복수 개의 제 1 유성 기어(1211)의 흔들림을 방지할 수 있다.
제 6 베어링(156)은 로터 축(1125) 및 제 2 캐리어(1222) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 6 베어링(156)은 제 2 캐리어(1222)가 로터 축(1125)의 외주면을 따라 회전하도록 보조할 수 있다. 제 6 베어링(156)은 로터 축(1125) 및 제 2 캐리어(1222) 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 제 6 베어링(156)은 제 2 캐리어(1222)의 흔들림을 방지할 수 있다.
제 6 베어링(156)은 플렌지형 베어링일 수 있다. 제 6 베어링(156)의 원통부는 제 2 캐리어(1222)의 중심에 형성되는 홀에 삽입될 수 있고, 로터 축 고정 나사(1312)는 제 6 베어링(156)의 플렌지부에 오버랩되게 배치됨으로써 제 6 베어링(156)이 제 2 캐리어(1222)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 로터 축 고정 나사(1312)는 로터 축(1125)과 나사 결합할 수 있다. 예를 들어, 로터 축(1125)은 내주면에 나사산을 구비할 수 있고, 로터 축 고정 나사(1312)는 외주면에 나사산을 구비할 수 있다.
구동 프레임(13)은 근위 지지부(20)의 일측에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 구동 프레임(13)의 고정 플레이트(131)는, 프레임 고정 나사(1311)에 의해 구동 어셈블리(10)의 감속기(12, 도 3 참조)에 연결될 수 있다. 고정 플레이트(131) 및 상부 커버(141) 사이에는 베어링 또는 마찰 저감 플레이트가 구비될 수 있다.
구동 프레임(13)은 감속기(12, 도 3 참조)에 연결되는 고정 플레이트(131)와, 고정 플레이트(131)의 일단에 연결되는 힌지(133)와, 힌지(133)에 연결되는 회동 바(132)를 포함할 수 있다. 고정 플레이트(131) 중 힌지(133)와 연결되는 부분은 사용자의 근위 부분을 향해 굽어진 형상일 수 있다. 이와 같은 형상에 의하면, 힌지(133)의 축은 사용자의 고관절의 내전 및 외전 축에 근접할 수 있다. 회동 바(132)는 사용자의 원위 지지부(30)와 연결될 수 있다.
연결선(17)은 고정자(111)에 연결되어 외부로 연장될 수 있다. 연결선(17)은 제어부(미도시)와 고정자(111)를 전기적으로 연결할 수 있다. 제어부는 고정자(111)에서 생성되는 자기장을 제어할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 개략도이다.
도 6을 참조하면, 운동 보조 장치(200)는 근위 지지부(20), 제 1 액츄에이터(71), 제 1 감속기(81), 제 1 구동 프레임(50), 제 2 액츄에이터(72), 제 2 감속기(82) 및 제 2 구동 프레임(60)을 포함할 수 있다.
근위 지지부(20)는 사용자의 근위 부분을 지지할 수 있다. 근위 지지부(20)는 예를 들어 사용자의 허리 및/또는 골반을 지지할 수 있다.
제 1 액츄에이터(71)는 근위 지지부(70)의 일측에 연결될 수 있다. 제 1 액츄에이터(71)는 중공형일 수 있다. 예를 들어, 제 1 액츄에이터(71)는 고리형 고정자와, 상기 고정자 내부에서 회전 가능하게 연결되는 컵 형상의 로터를 포함할 수 있다.
제 1 감속기(81)는 제 1 액츄에이터(71) 내부에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 제 1 감속기(81)는 컵 형상의 로터 내부에 삽입될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제 1 액츄에이터(71)에 제 1 감속기(81)가 연결되더라도, 제 1 액츄에이터(71)의 두께는 증가하지 않을 수 있다. 제 1 감속기(81)는 제 1 액츄에이터(71)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 감속기(81)의 입력단은 제 1 액츄에이터(71)의 출력단에 연결될 수 있다.
제 1 구동 프레임(50)은 제 1 감속기(81)의 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 구동 프레임(50)의 일단은 제 1 감속기(81)의 출력단에 연결될 수 있다. 제 1 구동 프레임(50)은 제 1 원위 지지부(30)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 근위 지지부(20)가 사용자의 허리 또는 엉덩이를 지지할 경우, 제 1 원위 지지부(30)는 사용자의 허벅지를 지지할 수 있다. 이와 같은 경우, 제 1 구동 프레임(50)은 사용자의 고관절의 굽힘 또는 신장 운동을 보조할 수 있다. 제 1 구동 프레임(50)의 일단에는 제 1 감속기(81)가 구비될 수 있고, 제 1 구동 프레임(50)의 타단에는 제 2 액츄에이터(72)가 구비될 수 있다.
제 2 액츄에이터(72)는 제 1 구동 프레임(50)의 일측에 연결될 수 있다. 제 2 액츄에이터(72)는 중공형일 수 있다. 예를 들어, 제 2 액츄에이터(72)는 고리형 고정자와, 상기 고정자 내부에서 회전 가능하게 연결되는 컵 형상의 로터를 포함할 수 있다.
제 2 감속기(82)는 제 2 액츄에이터(72) 내부에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 제 2 감속기(82)는 컵 형상의 로터 내부에 삽입될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제 2 액츄에이터(72)에 제 2 감속기(82)가 연결되더라도, 제 2 액츄에이터(72)의 두께는 증가하지 않을 수 있다. 제 2 감속기(82)는 제 2 액츄에이터(72)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 2 감속기(82)의 입력단은 제 2 액츄에이터(72)의 출력단에 연결될 수 있다.
제 2 구동 프레임(60)은 제 2 감속기(82)의 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 2 구동 프레임(60)의 일단은 제 2 감속기(82)의 출력단에 연결될 수 있다. 제 2 구동 프레임(60)은 제 2 원위 지지부(40)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 근위 지지부(20)가 사용자의 허리 또는 엉덩이를 지지하고, 제 1 원위 지지부(30)가 허벅지를 지지할 경우, 제 2 원위 지지부(40)는 사용자의 종아리를 지지할 수 있다. 이와 같은 경우, 제 2 구동 프레임(60)은 사용자의 무릎 관절의 굽힘 또는 신장 운동을 보조할 수 있다.
제 1 감속기(81) 및 제 2 액츄에이터(72)는 제 1 구동 프레임(50)의 동일한 측면에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 기준으로, 제 1 감속기(81) 및 제 2 액츄에이터(72)는 제 1 구동 프레임(50)의 좌측면에 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 운동 보조 장치(200)가 사용자의 신체로부터 이격되는 거리를 줄여줄 수 있다.
한편, 제 1 액츄에이터(71) 및 제 2 액츄에이터(72) 중 어느 하나와, 제 1 원위 지지부(30)는 생략될 수도 있다. 이 경우, 근위 지지부(20) 및 제 2 원위 지지부(40) 사이에 위치하는 관절, 예를 들면, 무릎 관절의 움직임에 무관하게, 스프링-질량 모델(spring-mass model) 등에 기초하여 제 1 액츄에이터(71) 또는 제 2 액츄에이터(72)를 제어함으로써 근위 지지부(20) 및 원위 지지부(40) 사이의 거리를 변화시킴으로써, 사용자의 다리의 움직임을 구현할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (7)

  1. 사용자의 허리 부분에 착용되는 허리 착용부;
    상기 사용자의 허벅지 부분에 착용되는 허벅지 착용부;
    상기 허리 착용부에 배치되고 자기장을 생성하는 고정자와, 상기 고정자에 의해 둘러싸인 상태로 마련되고 상기 고정자에 대해 상대적으로 회전 가능한 로터를 포함하는 중공형 액츄에이터;
    상기 로터의 내부 공간에 삽입되고, 상기 액츄에이터의 출력단에 입력단이 연결되는 감속기;
    상기 감속기의 출력단 및 상기 허벅지 착용부를 연결하는 구동 프레임; 및
    상기 허리 착용부에 연결되고 상기 고정자의 하면을 고정시키는 하부 커버와, 상기 하부 커버에 연결되고 상기 고정자의 상면을 고정시키고 상기 고정자의 내부 공간을 향해 연장되는 돌출부를 구비하는 상부 커버를 포함하는 하우징을 포함하고,
    상기 로터는 제 1 선기어를 포함하고,
    상기 돌출부는 내측면으로부터 중심을 향해 형성되는 링기어를 포함하고,
    상기 감속기는,
    상기 제 1 선기어 및 상기 링기어 사이에 배치되는 복수 개의 제 1 유성 기어;
    상기 복수 개의 제 1 유성 기어의 중심축에 연결되는 제 1 캐리어;
    상기 제 1 캐리어의 중심에 형성되는 제 2 선기어;
    상기 제 2 선기어 및 상기 링기어 사이에 배치되는 복수 개의 제 2 유성기어; 및
    상기 복수 개의 제 2 유성 기어의 중심축에 연결되는 제 2 캐리어를 포함하고,
    상기 구동 프레임은 상기 제 2 캐리어에 연결되는, 운동 보조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터는,
    상기 고정자의 중심축에 대해 수직한 평면에 대해 평행한 플레이트 형상을 갖는 메인 플레이트; 및
    상기 메인 플레이트로부터 상기 고정자의 중심축 방향과 나란한 방향으로 돌출 형성되고 상기 감속기를 둘러싸는 수직 연장부를 포함하는 운동 보조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감속기는 복수 개의 유성 기어와, 상기 복수 개의 유성 기어의 중심축에 연결되는 캐리어를 포함하고,
    상기 구동 프레임은 상기 캐리어에 연결되는 운동 보조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수 개의 유성 기어 각각의 회전 축의 흔들림을 방지하는 복수 개의 베어링을 더 포함하는 운동 보조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수 개의 베어링은,
    상기 로터와 상기 상부 커버 사이에 배치되는 제 1 베어링;
    상기 로터와 상기 하부 커버 사이에 배치되는 제 2 베어링; 및
    상기 상부 커버 및 상기 캐리어 사이에 배치되는 제 3 베어링을 포함하는 운동 보조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 베어링은 상기 로터의 상면 및 내측면에 접촉하고,
    상기 제 2 베어링은 상기 로터의 하면 및 외측면과 접촉하는 운동 보조 장치.
  7. 삭제
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