KR20110074170A - Wearable walking assistance robot suit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 보행 슈트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하반신 마비환자나 근력이 약한 노인 및 근력이 저하된 환자가 보행할 수 있도록 신체를 변형 없이 안정되게 고정지지 하여 보행에 따른 신체에 무리를 주지 않도록 함으로써 불편함을 최소화할 수 있으며, 사용자의 보행상태를 판단하여 안정되게 보행할 수 있도록 도움을 주는 웨어러블 로봇보행 슈트에 관한 것이다.The present invention relates to a walking suit, and more particularly, to stably support the body without deformation so that the lower paraplegia patient, the elderly having weak muscle strength, and the patient whose muscle strength is deformed can be stably fixed so as not to overwhelm the body due to walking. It can minimize the inconvenience, and relates to a wearable robot walking suit that helps to walk stably by judging the walking state of the user.
일반적으로 하지마비환자나, 거동이 불편한 노인, 장애인 등 보행을 원활하게 할 수 없는 사람을 위해 보행을 도울 수 있도록 한 보행보조기구에 대한 관심이 높아지고 있다. 즉, 하지마비환자나 거동이 불편한 노인 및 장애인 등은 대부분 거동이 불편하여 자리에 누워 있는 것이 대부분이다. 따라서, 이러한 정상적으로 걷지 못하는 사람들을 위해 원활하게 보행할 수 있도록 다양한 보행보조기구가 개발되고 있는 추세이다.In general, there is a growing interest in pedestrian aids that can help walking for paralyzed patients, elderly people with poor mobility, and people with disabilities who cannot walk smoothly. In other words, most patients with paralytic paralysis, elderly people with disabilities, and people with disabilities are lying in their seats due to their discomfort. Therefore, a variety of walking aids are being developed to walk smoothly for those who do not normally walk.
통상 보행보조기구는 거동이 불편한 사람이 유모차와 같이 바퀴가 달린 보조기구에 몸을 의지하여 보행을 하거나, 다리에 착용한 상태에서 보행보조기구로 지 정 각도와 속도로 구동시켜 보행을 행한다.In general, a walking aid device walks by a person with an uncomfortable movement depending on a body with a wheel such as a baby carriage, or walks by driving at a predetermined angle and speed with a walking aid device while being worn on a leg.
특히, 다리에 착용한 상태에서 기타 동력원에 의해 사용자의 보행을 돕도록 한 보행보조기구는 배터리와 상기 배터리를 통해 전원이 공급되어 동력을 제공하는 모터로 이루어져, 상기 모터에 사용자가 보행을 할 수 있도록 하였다. In particular, the walking aid mechanism to help the user walk by other power sources while worn on the leg is composed of a battery and a motor that is powered by the battery to provide power, so that the user can walk on the motor. It was made.
그러나, 상술한 다리에 착용한 상태에서 동력을 이용하여 보행을 수행하는 보행보조기구는 구동모터와 배터리 등으로 인해 무게가 증가하여 환자의 보행시 다리에 무리가 가거나 입각기시 충격흡수를 하지 못하는 등 오랫동안 사용하기가 힘든 문제점이 있었다.However, the walking aids that perform walking using power in the state of wearing on the above-mentioned legs increases the weight due to the driving motor and the battery, etc. There was a problem that is difficult to use for a long time.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 거동이 불편한 환자나 노인 특히, 하지마비환자가 안정적으로 보행할 수 있도록 재활에 도움을 주는 웨어러블 로봇보행 슈트를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, the object of the present invention is a wearable robot walking suit that assists in rehabilitation so that the patient or elderly people, especially those with paraplegic paralysis can stably walk. The purpose is to provide.
본 발명의 목적 및 장점들은 이하 더욱 상세히 설명될 것이며, 실시예에 의해 더욱 구체화될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 수단 및 이들의 조합에 의해 실현될 수 있다.The objects and advantages of the present invention will be described in more detail below, and will be further embodied by the examples. Further objects and advantages of the invention may be realized by the means indicated in the claims and combinations thereof.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부에 다수의 전극봉이 구비된 의복형태로 이루어진 슈트와, 사용자의 허리부분 배와 등을 감싸 신체의 변형 없이 안정되게 지지할 수 있도록 형성되는 체간고정부와, 사용자의 등 부분을 감싸는 상기 체간고정부의 상부에 위치되며 상기 슈트에서 송신되는 생체신호를 수신하고, 신체의 균형을 유지할 수 있도록 균형제어센서가 포함된 제어부와, 상기 체간고정부의 일측을 감싸 견고하게 지지하는 동시에 상기 제어부에서 전해진 생체신호를 토대로 사용자의 허벅지부분 굴곡력을 결정하여 교차보행이 이루어지도록 한 고관절용 구동모터가 구비된 대퇴고정부와, 상기 대퇴고정부와 일부분이 연결되어 슬관절 및 발목의 굽힘각도를 조절할 수 있도록 하는 동시에 사용자의 종아리부분을 지 지하는 슬관절용 구동모터가 구비된 하퇴고정부와, 사용자의 발을 감싸며 사용자의 보행상태를 판단할 수 있도록 한 것으로, 일측이 상기 하퇴고정부와 연결되는 신발부와, 사용자의 양 팔 중 어느 하나에 장착되어 근육의 움직임을 측정하는 동시에측정된 근전도신호를 상기 제어부에 송신할 수 있는 근육감지센서와, 사용자의 양 팔 중 다른 하나에 장착되며 상기 제어부에 신호를 송신하는 것으로, 일어서기, 앉기, 보행형태 및 보행조건을 조작할 수 있도록 한 모드 변환부를 포함하는 웨어러블 로봇보행 슈트를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a suit made of a garment shape provided with a plurality of electrode rods inside, the interbody fixing part is formed so that it can be stably wrapped without deforming the body wrapped around the user's back belly and the like; A control unit including a balance control sensor positioned at an upper portion of the trunk fixing part surrounding the user's back and receiving a biological signal transmitted from the chute and maintaining a balance of the body, and one side of the trunk fixing part; It is wrapped and firmly supported and at the same time the femoral fixing part equipped with a drive motor for hip joint to determine the thigh portion bending force of the user based on the bio-signal transmitted from the control unit to cross the walk, and the part of the femoral fixing part is connected The knee joint supports the user's calf while allowing adjustment of the bending angle of the knee and ankle It is designed to determine the walking state of the user and the user's walking surrounding the foot and the driving motor is provided, one side is attached to any one of the shoes and the user's arms connected to the lower and fixed government A muscle detection sensor capable of transmitting muscle EMG signals measured at the same time to measure the movement of the muscle to the control unit, and is mounted on the other one of the user's arms and transmitting a signal to the control unit, standing, sitting, walking And a mode converting unit configured to manipulate the walking condition.
또한 본 발명에 있어서, 상기 슈트는 사용자의 피부에 밀착되도록 스판재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the chute is characterized in that it is made of a span material to be in close contact with the user's skin.
또한 본 발명에 있어서, 상기 체간고정부는 사용자의 배 부분을 감싸는 한 쌍의 골반밴드와, 사용자의 허리부분을 감싸며 상기 한 쌍의 골반밴드와의 결합을 통해 사용자의 허리가 꼿꼿한 상태가 이루어지도록 하는 허리지지대로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the interbody fixation is a pair of pelvic bands surrounding the user's belly, and the user's waist through the combination of the pair of pelvic bands surrounding the waist of the user to achieve a state of Characterized in that made of a waist support.
또한 본 발명에 있어서, 상기 체간고정부는 무게 부담을 최소화하기 위해 탄소복합수지로 이루어진 것을 특징으로 한다.In the present invention, the interbody fixing part is characterized in that the carbon composite resin made to minimize the weight burden.
또한 본 발명에 있어서, 상기 허리지지대는 사용자의 허리를 안전하고 편안 하게 지지할 수 있도록 부드러운 재질로 이루어진 인너슈트와, 상기 인너슈트의 외측에 설치되어 견고하게 고정될 수 있도록 강성을 갖는 재질로 이루어진 아웃슈트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the waist support is made of an inner suit made of a soft material to support the user's waist safely and comfortably, and is made of a material having rigidity to be firmly fixed to the outside of the inner suit Characterized in that it is made, including the out suit.
또한 본 발명에 있어서, 상기 대퇴고정부는 상기 허리지지대를 감싸는 허리받침대와, 상기 허리받침대의 양 끝단에 각각 결합되어 동력을 제공하는 한 쌍의 고관절용 구동모터와, 상기 한 쌍의 고관절용 구동모터에 각각 회동가능하게 결합되는 링크와, 상기 링크에 결합되어 사용자의 허벅지부분을 감싸는 대퇴고정부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the femoral fixing part is a pair of hip joint driving motor for providing power to each of the lumbar support surrounding the lumbar support, and both ends of the lumbar support, and the pair of hip drive motor It is characterized in that consisting of the thigh fixing member is coupled to each rotatably coupled to the link, and the thigh portion of the user is coupled to the link.
또한 본 발명에 있어서, 상기 고관절용 구동모터 감속기를 내장한 팬케익형 구동모터인 것을 특징으로 한다.In the present invention, it is characterized in that the fan cake drive motor incorporating the drive motor reducer for the hip joint.
또한 본 발명에 있어서, 상기 링크는 상기 허리지지대와 고관절용 구동모터 사이에 회전가능하게 설치되는 제1링크와, 일단이 상기 고관절용 구동모터와 회전가능하게 결합되어 사용자의 허벅지부분에 위치되며 보행시 허벅지에 작용하는 하중에 견딜 수 있도록 형성된 것으로, 상기 대퇴고정부재가 결합되는 제2링크로 이루어진 것을 특징으로 한다.In the present invention, the link is a first link rotatably installed between the waist support and the hip drive motor, and one end is rotatably coupled to the hip drive motor is located on the thigh portion of the user walking It is formed so as to withstand the load acting on the thighs, characterized in that consisting of the second link is coupled to the femoral fixing member.
또한 본 발명에 있어서, 상기 대퇴고정부재는 마비로 인한 감각이 상실된 사 용자의 피부에 과도한 밀착으로 인한 염좌 또는 괴사를 방지할 수 있도록 부드러운 재질로 이루어진 인너(inner)슈트와, 상기 링크에 일측이 힌지결합되며 인너슈트의 외측에 위치되어 사용자의 허벅지부분에 여닫이식으로 견고히 장착될 수 있도록 한 아웃(outer)슈트로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the thigh fixing member is an inner chute (inner) suit made of a soft material to prevent sprains or necrosis due to excessive adhesion to the user's skin is lost due to paralysis, and one side of the link It is hinged and is located on the outer side of the inner chute is characterized in that it consists of an outer (outer) chute so that it can be firmly mounted to the thigh portion of the user.
또한 본 발명에 있어서, 상기 아웃슈트는 여닫이식 체결방식으로 이루어진 것으로, 사용자의 허벅지 전면부를 감싸는 전면커버와, 허벅지 후면부를 감싸는 후면커버로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the outsuit is made of a hinged fastening method, characterized in that the front cover surrounding the thigh front portion of the user, and a rear cover surrounding the thigh rear portion.
또한 본 발명에 있어서, 상기 아웃슈트는 사용자의 체형에 따라 길이방향으로 신장축소될 수 있도록 중앙부에 주름부가 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the outsuit is characterized in that the wrinkle portion is formed in the center portion to be reduced in the longitudinal direction in accordance with the user's body shape.
또한 본 발명에 있어서, 상기 허리받침대와 링크는 고강도의 합금 티타늄으로 이루어져 사용자의 무게 부담을 최소화할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In the present invention, the waistrest and the link is made of a high-strength alloy titanium, characterized in that to minimize the user's weight burden.
또한 본 발명에 있어서, 상기 링크 및 허리받침대는 볼베어링을 통해 회전가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the link and the waist rest is characterized in that it is rotatably coupled through a ball bearing.
또한 본 발명에 있어서, 상기 하퇴고정부는 상기 대퇴고정부와 일단이 연결되며, 슬관절 및 발목이 굽혀질 수 있도록 동력을 제공하는 슬관절용 구동모터와, 상기 슬관절용 구동모터와 일단이 연결되는 슬관절링크와, 상기 슬관절링크에 결합되어 사용자의 종아리를 감싸도록 한 하퇴고정부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the lower rehabilitation unit is connected to the one end and the femoral fixing unit, the knee joint drive motor for providing power to bend the knee and ankle, the knee joint and the knee joint is connected to one end It is characterized in that the link is made of a lower leg fixing member coupled to the knee link to surround the calf of the user.
또한 본 발명에 있어서, 상기 하퇴고정부재는 마비로 인한 감각이 상실된 사용자의 피부에 과도한 밀착으로 인한 염좌 또는 괴사를 방지할 수 있도록 부드러운 재질로 이루어진 인너슈트와, 상기 슬관절링크에 일측이 힌지결합되며 인너슈트의 외측에 위치되어 사용자의 허벅지부분에 여닫이식으로 견고히 장착될 수 있도록 한 아웃슈트로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the lower leg fixing member is an inner suit made of a soft material to prevent sprains or necrosis due to excessive adhesion to the skin of the user who has lost the sense of paralysis, and one side hinged to the knee link It is located on the outer side of the inner chute is characterized in that it consists of an out chute to be firmly mounted to the user's thigh.
또한 본 발명에 있어서, 상기 아웃슈트는 사용자의 체형에 따라 길이방향으로 신장축소될 수 있도록 중앙부에 주름부가 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the outsuit is characterized in that the wrinkle portion is formed in the center portion to be reduced in the longitudinal direction in accordance with the user's body shape.
또한 본 발명에 있어서, 상기 슬관절링크는 고강도의 합금 티타늄으로 이루어져 사용자의 무게 부담을 최소화할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the knee joint is made of a high-strength alloy titanium, characterized in that to minimize the user's weight burden.
또한 본 발명에 있어서, 상기 신발부는 발바닥부에는 족저압센서가 부착되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the foot portion is characterized in that the plantar pressure sensor is attached to the sole portion.
또한 본 발명에 있어서, 상기 신발부는 상기 슬관절용 구동모터와 와이어를 통해 연결되어 슬관절용 구동모터의 구동에 따라 굽힘각도가 결정될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the shoe portion is connected to the drive motor for the knee joint is characterized in that the bending angle can be determined according to the drive of the drive motor for the knee joint.
또한 본 발명에 있어서, 상기 신발부는 사용자가 쉽고 간편하게 신고 벗을 수 있도록 상부에 밸크로 파스너, 똑딱이 등과 같은 체결수단이 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the shoe portion is characterized in that the fastening means such as Velcro fasteners, ticks and the like on the top so that the user can easily wear off.
또한 본 발명에 있어서, 상기 모드 변환부는 평평한 노면, 거친 노면 및 계단 등 보행모드를 선택할 수 있도록 한 보행모드조작버튼과, 앉기, 서기 및 경사면 등 자세를 선택할 수 있도록 한 자세모드조작버튼과, 빠르게, 느리게, 보통 등의 보행속도를 선택할 수 있도록 한 보행속도조작버튼으로 이루진 것을 특징으로 한다.In the present invention, the mode conversion unit is a walking mode operation button for selecting a walking mode, such as flat road surface, rough road surface and stairs, posture mode operation button for selecting a posture, such as sitting, standing and inclined surface, and quickly It is characterized by consisting of a walking speed operation button that allows you to choose a walking speed, such as slow, normal.
또한 본 발명에 있어서, 상기 웨어러블 로봇보행 슈트는 사용자의 상체의 근력을 이용하여 사용자의 보행을 도울 수 있도록 목발과 같은 지팡이를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the wearable robot walking suit is characterized in that it further comprises a cane, such as crutches to help the user walk using the muscle strength of the user's upper body.
따라서, 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트는 거동이 불편한 환자가 보행할 수 있도록 도움을 주는 동시에 무게를 최소화하여 신체에 무리가 가지 않도록 한 장점이 있으며, 고관절과 슬관절의 각도를 조절할 수 있는 구동모터를 설치함으 로써, 하지마비환자가 보행할 수 있도록 한 장점이 있다.Accordingly, the wearable robot walking suit according to the present invention has the advantage of helping the patient who is uncomfortable to walk and at the same time minimizing the weight so as not to overdo the body, the drive motor that can adjust the angle of the hip and knee joint By installing the, there is an advantage that the paralyzed patients can walk.
이하 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트의 구성 및 작용효과를 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조로 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation effects of the wearable robot walking suit according to the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments and the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 로봇보행 슈트의 착용모습을 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 2 는 센서부를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3 은 도 1 의 정면도이고, 도 4 는 도 1 의 후면모습을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5 는 대퇴고정부의 허리지지대 및 고관절용 구동모터 등을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6 은 대퇴고정부재를 개략적으로 도시한 측면도이며, 도 7 은 도 6 의 작동상태도이고, 도 8 은 신발부에 설치된 족저압센서를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 9 는 모드 변환부를 개략적으로 도시한 사시도이다.Figure 1 is a side view schematically showing the wearing shape of the robot walking suit according to the present invention, Figure 2 is a view schematically showing the sensor, Figure 3 is a front view of Figure 1, Figure 4 is a rear view of Figure 1 5 is a perspective view schematically showing a lumbar support and a hip drive motor of the thigh fixing part, FIG. 6 is a side view schematically showing the thigh fixing member, and FIG. 7 is FIG. 6. 8 is a plan view schematically showing the plantar pressure sensor installed in the shoe, Figure 9 is a perspective view schematically showing the mode converter.
본 발명에 따른 웨어러블 로봇 보행 슈트는 하지마비 환자가 보행할 수 있도록 도움을 주는 것으로, 사용자를 안정적으로 고정지지하여 신체에 무리를 주지 않으면서 편안한 보행이 이루어질 수 있도록 한 것을 가장 큰 특징으로 하며 크게 도 1 에 도시된 바와 같이, 슈트(110)와, 체간고정부(120)와, 제어부(130)와, 대퇴고정부(140)와, 하퇴고정부(150), 신발부(160) 그리고, 모드 변환부(180)를 포함한다.Wearable robot walking suit according to the present invention is to help the paralyzed patient to walk, the biggest feature is that the user can be comfortably walking without being burdened by the user stably fixed support As shown in FIG. 1, the
슈트(110)는 상의와 하의로 이루어진 의복형태로서 다수의 전극봉(112)이 구비된다. 이때, 상기 슈트(110)는 스판재질로 이루어져 사용자에게 밀착되도록 함으로써, 정확한 근력정보를 후술하는 제어부에 송신할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The
체간고정부(120)는 도 3 에 도시된 바와 같이, 사용자의 체형에 따라 신체의 허리를 변형없이 안정되게 지지할 수 있도록 사용자의 허리부분을 감싸게 형성되는 것으로, 골반밴드(122)와, 허리지지대(124)로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the
상기 골반밴드(122)와 허리지지대(124)로 이루어진 체간고정부(120)는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 사용자의 허리부분 배와 등을 감쌀 수 있도록 형성된 것으로, 사용자의 허리를 안정되게 지지할 수 있도록 형성되며 무게 부담을 최소화하기 위해 탄소복합수지로 형성된다.The
이때, 상기 골반밴드(122)는 사용자의 배부분을 감싸는 것으로, 한 쌍으로 이루어져 상기 허리지지대(124)의 양 끝단에 각각 결합된다. 이때, 상기 허리지지대(124)와의 결합을 통해 사용자의 허리가 꼿꼿한 상태가 이루어지도록 하는 것이 바람직하고, 상기 허리지지대(124)는 사용자의 허리를 안전하고 편안하게 지지할 수 있도록 부드러운 재질로 이루어진 인너슈트(124a)와, 상기 인너슈트(124a)의 외측에 설치되어 견고하게 고정될 수 있도록 강성을 갖는 재질로 이루어진 아웃슈 트(124b)를 포함하여 이루어진다. At this time, the
또한, 상기 허리지지대(124)에는 도 4 에 도시된 바와 같이, 그 상부에 상기 슈트(110)에 마련되는 전극봉(112)과 후술하는 구동모터() 및 족저압센서()와 전기적으로 연결되어 사용자의 몸 상태 및 근력정보 등 생체신호를 수신하여 사용자가 보행할 수 있도록 제어하는 역할을 하는 제어부(130)가 설치된다.In addition, as shown in FIG. 4, the
상기 제어부(130)는 동력을 제공하는 배터리와 사용자의 몸 상태 및 근력정보 등 생체신호(전자기파 주파수 대영을 이용한 RF신호)를 수신할 수 있는 수신보드와, 수신된 신호를 토대로 후술하는 구동부를 제어할 수 있는 제어보드 및 신체의 균형을 유지하면서 구동모터의 토오크를 제어할 수 균형제어센서(132)를 포함하여 이루어진다.The
대퇴고정부(140)는 상기 제어부(130)에서 전해진 생체신호를 토대로 허벅지부분의 굴곡력을 결정하여 교차보행이 이루어지도록 하는 것으로, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 허리지지대(124)를 감싸는 허리받침대(142)와, 상기 허리받침대의 양 끝단에 각각 결합되는 고관절용 구동모터(144)와, 상기 고관절용 구동모터(144)에 회동가능하게 결합되는 링크(146) 및 상기 링크(146)에 결합되어 사용자의 허벅지부분을 감싸는 대퇴고정부재(148)으로 이루어진다. 여기서, 상기 고관절용 구동모터(144), 링크(146) 및 대퇴고정부재(148)는 사용자의 양 다리에 각각 부착되는 것으로 이하에서는 설명의 편의를 위하여 보호자의 한 쪽 다리에 장착되는 구성을 중심으로 설명한다.The
구체적으로, 허리받침대(142)는 상기 허리지지대(124)에 고관절용 구동모터(144)를 통해 결합되어 상기 허리지지대(124)를 지지하는 한편, 보행시 강성에 의한 체간고정부(120)의 변형을 최소화하는 역할을 하는 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 허리지지대(124)를 감싸도록 위치된다.Specifically, the
고관절용 구동모터(144)는 감속기를 내장한 팬케익형 구동모터로서, 상기 허리지지대(124)의 양 끝단에 각각 회동가능하게 결합되어 보행시 허리지지대(124)의 회전력과 함께 고관절의 굴곡 운동을 일으키는 역할을 한다. 이때, 상기 고관절용 구동모터(144)는 상기 제어부(130)에서 전달되는 생체신호에 의해 굴곡력을 결정하게 된다.Hip
링크(146)는 사용자가 보행할 수 있도록 지지하는 역할을 하는 것으로, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 허리받침대(142)와 고관절용 구동모터(144) 사이에 볼베어링에 의해 회전가능하게 설치되는 제1링크(146a)와, 일단이 상기 고관절용 구동모터(144)와 볼베어링에 의해 회전가능하게 결합되고 타단이 후술하는 슬관절용 구동모터()와 결합되는 제2링크(146b)로 이루어진다. 여기서, 상기 링크(146) 및 허리받침대(142)는 고강도의 합금 티타늄으로 이루어져 사용자의 무게 부담을 최소 화할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The
이때, 상기 제2링크(146b)는 사용자의 허벅지부분에 위치되어 입각기(발이 지면에 닿아 있는 시기) 보행시 허벅지에 작용하는 하중에 견딜 수 있도록 하고, 상기 제1링크(146a)는 사용자의 골반부분에 위치되어 상기 제2링크(146b)의 굴곡에 따른 체중변화에 의해 허리에 발생할 수 있는 하중이 최소화될 수 있도록 한다.At this time, the
즉, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 구성으로 이루어진 대퇴고정부(140)의 오른쪽 다리 전진시의 작동상태를 살펴보면, 우선, 상기 고관절용 구동모터(144)에 신호가 전달된다. 이후 고관절용 구동모터(144)가 회전을 하여 제2링크(146b)는 ①번의 화살표 방향으로 회전을 하게 되고, 제1링크(146a)는 ②,③번의 화살표 방향으로 하강하게 된다. 이에 따라 제1링크(146a)의 타단에 결합된 허리받침대(142)의 일단이 상기 제1링크(146a)에 의해 ④번과 같이 하측방향으로 기울어지게 되는 동시에 허리받침대(142)의 타단이 ⑤번과 같이 상방향으로 기울어지게 되어 제1링크(146a')가 ⑥,⑦번과 같이 상승하게 된다. 이때, 상기 제1링크(146a')와 결합된 고관절용 구동모터(144)가 구동되어 제2링크(146b')가 ⑧번의 화살표 방향으로 회전되도록 함으로써, 교차보행이 이루어지는 동시에 사용자를 안전하고 견고하게 지지하게 된다. 여기서, 왼쪽 다리 전진시는 상술한 동작을 역으로 행하도록 하는 것에 의해 이루어진다.That is, as shown in Figure 5, looking at the operating state of the right leg forward of the
또한, 대퇴고정부재(148)는 사용자의 허벅지를 감싸 허벅지를 보호하는 것으로, 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 제2링크(146b)의 길이방향으로 형성되는 장공에 힌지결합된다. 이때 상기 대퇴고정부재(148)는 상기 허리지지대(124)와 마찬가지로 부드러운 재질로 이루어진 인너(inner)슈트(148a)와, 일측이 상기 제2링크(146b)에 힌지결합되며 사용자의 허벅지부분에 장착될 수 있도록 한 아웃(outer)슈트(148b)로 이루어져, 마비로 인해 감각이 상실된 사용자의 피부에 과도한 밀착이나 압박으로 인해 염좌 또는 괴사가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 상기 대퇴고정부재(148)의 아웃슈트(148b)는 여닫이식 체결방식으로 이루어진 것으로, 사용자의 허벅지 전면부를 감싸는 전면커버와 허벅지 후면부를 감싸는 후면커버를 구비하고 이 전면커버와 후면커버에 서로 대응되는 결합구를 구비하여 견고히 체결될 수 있도록 한다.In addition, the
즉, 상기 인너슈트(148a)를 아웃슈트(148b)의 내측에 위치한 상태에서 아웃슈트(148b)를 도 6 의 화살표 방향으로 회전시켜 여닫이식으로 체결할 수 있도록 함으로써, 피부와의 트러블을 없앨 수 있도록 하는 동시에 쉽고 간편하게 탈부착될 수 있도록 한다.That is, the
또한, 도 7 에 도시된 바와 같이, 상기 아웃슈트(148b)는 사용자의 체형에 따라 길이방향(화살표방향)으로 신장축소될 수 있도록 중앙부에 주름부(149)가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, as shown in FIG. 7, the
하퇴고정부(150)는 상기 대퇴고정부(140)의 제2링크(146b)와 일부분이 연결되어 슬관절(무릎) 및 발목의 굽힘각도를 조절하는 동시에 사용자의 종아리부분을 지지하는 역할을 하는 것으로, 상기 제2링크(146b)와 결합되며 슬관절이 굽혀질 수 있도록 동력을 제공하는 슬관절용 구동모터(152)와, 상기 슬관절용 구동모터(152)와 일단이 연결되며 타단이 후술하는 신발부(160)와 결합되는 슬관절링크(154)와, 상기 슬관절링크(154)에 결합되어 사용자의 종아리를 감싸도록 한 하퇴고정부재(156)로 이루어진다.The lower
슬관절용 구동모터(152)는 유각기(발이 지면에서 떨어져 있는 시기) 보행시 슬관절의 각도를 조절할 수 있도록 동력을 제공하는 것으로, 상기 제2링크(146b)의 말단에 회전가능하게 결합된다. 이때, 상기 슬관절용 구동모터(152)는 유각기에서의 슬관절 각도 구현을 위해 일측에 감속기가 설치된 상태로서, 원통형으로 이루어진다.
슬관절링크(154)는 일단이 상기 슬관절용 구동모터(152)와 결합되며, 상기 슬관절용 구동모터(152)의 구동에 따라 회전되는 것으로, 길이재로 이루어져 사용자의 종아리 부분에 위치되게 된다.One end of the
하퇴고정부재(156)는 도 1 에 도시된 바와 같이, 사용자의 종아리부분을 감싸 보호하는 역할을 하는 것으로, 상기 슬관절링크(152)에 힌지결합된다. 이때, 상기 하퇴고정부재(156)는 상술한 대퇴고정부재(148)와 마찬가지로 인너(inner)슈트(156a)와 아웃(outer)슈트(156b)로 이루어지며, 아웃슈트(156b)의 전면커버와 후면커버에 서로 대응되는 결합구를 구비하여 여닫이식으로 체결될 수 있도록 한다.As shown in FIG. 1, the lower
또한, 상술한 대퇴고정부재(148)와 마찬가지로, 하퇴고정부재(156)의 일부분에 주름부(157)를 형성하여 사용자의 체형에 따라 신장축소될 수 있도록 하여 안전하게 지지할 수 있도록 한다.In addition, similar to the above-described
신발부(160)는 사용자의 발을 감싸며 사용자의 보행상태를 판단할 수 있도록 한 것으로, 도 8 에 도시된 바와 같이 발바닥부에 족저압센서(162)가 부착된다.
구체적으로, 상기 신발부(160)는 도 1 에 도시된 바와 같이, 사용자의 발을 감싸 발을 보호하는 한편 사용자의 보행상태를 측정하는 역할을 하는 것으로, 상부 일측이 상기 슬관절링크(154)의 말단에 회동가능하게 결합된다.Specifically, as shown in FIG. 1, the
또한, 상기 슬관절링크(154)와 결합되는 신발부(160)의 상부에는 와이어(158)를 이용하여 상기 슬관절용 구동모터(152)와 연결되도록 함으로써, 상기 슬 관절용 구동모터(152)의 구동에 의해 변환되는 각도에 따라 발목의 굽힘 각도가 결정되도록 한다.In addition, the upper portion of the
따라서, 상기 신발부(160)는 상기 발바닥부에 설치된 족저압센서(162)를 통해 측정된 압력값을 압력중심으로 계산하여 사용자의 좌, 우측 보행 단계를 판별한 후 상기 제어부(130)로 송신함으로써, 사용자의 보행상태를 측정하는 동시에 상기 슬관절용 구동모터(152)의 구동에 따른 변화시 와이어(158)에 의해 발목의 굽힘 각도가 조절되어 사용자가 안정적으로 보행할 수 있도록 하는 것이다.Accordingly, the
아울러, 상기 신발부(160)에는 사용자가 쉽고 간편하게 신고 벗을 수 있도록 상부에 밸크로 파스너, 똑딱이 등과 같은 체결수단(164)을 구비하여 원터치형 고정구조가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. In addition, the
한편, 사용자의 양 팔 중 어느 하나에는 도 1 에 도시된 바와 같이, 근육감지센서(170)가 설치된다. 상기 근육감지센서는 사용자의 근육 움직임을 측정하여 측정된 근전도신호를 상기 제어부에 송신하는 것으로, 팔의 손가락 굽힘근의 세기에 의해 근전도 신호를 측정할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 1, either one of the arms of the user, the
또한, 상기 사용자의 양 팔 중 다른 하나에는 사용자의 자세를 변경할 수 있도록 한 모드 변환부(180)가 장착된다. In addition, the other one of the two arms of the user is equipped with a
상기 모드 변환부(180)는 본 발명에 따른 웨러버블 로봇보행 슈트의 착용 후 일어서기 또는 앉기와, 보행형태 및 보행조건을 조작할 수 있도록 한 것으로, 자세변경에 따른 신호를 상기 제어부(130)에 송신하는 형태로 이루어진다.The
이때, 상기 모드 변환부(180)는 도 9 에 도시된 바와 같이, 평평한 노면, 거친 노면 및 계단 등 보행모드를 선택할 수 있도록 한 보행모드조작버튼(182)과, 앉기, 서기 및 경사면 등 자세를 선택할 수 있도록 한 자세모드조작버튼(184), 그리고, 빠르게, 느리게, 보통 등의 보행속도를 선택할 수 있도록 한 보행속도조작버튼(186)으로 이루어진다.In this case, as shown in FIG. 9, the
따라서, 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트는 하지마비환자라도 안정되게 서거나 앉도록 할 수 있는 동시에 계단이나 경사면 등을 안정되게 보행할 수 있으며, 슈트의 전체적인 무게를 경량화함으로써, 신체에 가해지는 무게를 최소화할 수 있다.Therefore, the wearable robot walking suit according to the present invention can stably stand or sit even in a paralyzed patient, and can stably walk stairs or slopes, and the weight applied to the body by lightening the overall weight of the suit. Can be minimized.
또한, 사용자의 보행상태 및 보행의지를 판단할 수 있는 장점이 있다. In addition, there is an advantage that can determine the walking state and the walking will of the user.
아울러, 도면에 도시된 바와 같이, 상체의 근력을 이용하여 사용자의 보행을 도울 수 있도록 목발과 같은 지팡이(190)를 구비하여 더욱더 안정적으로 보행할 수 있도록 할 수도 있다.In addition, as shown in the figure, by using a
아울러 첨부된 도 10a 및 10b 는 본 발명에 따른 웨어러블 로봇 보행 슈트를 이용한 자세별 동작도로서 앉기와 서기를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 11 은 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트를 착용한 후 걷는 모습을 개략적으로 도시한 보행도이며, 도 12a 및 12b 는 경사면과 계단에서의 동작도이다.In addition, Figure 10a and 10b is a schematic diagram showing the sitting and standing as a posture-specific operation using the wearable robot walking suit according to the present invention, Figure 11 is walking after wearing a wearable robot walking suit according to the present invention It is a walking figure which shows a figure schematically, and FIGS. 12A and 12B are operation diagrams in an inclined surface and stairs.
지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적인 균등범위까지 포함된다 할 것이다.So far, the present invention has been described in detail with reference to embodiments of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto, and it will be included to substantially equivalent ranges with the embodiments of the present invention.
또한, 상기 설명에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트의 기술은 매우 단순하나, 그 기술적 효과는 매우 크다는 점에서도 본 발명의 기술적 장점은 매우 명확하다 할 것이다.In addition, as shown in the above description, the technology of the wearable robot walking suit according to the present invention is very simple, but the technical advantages of the present invention will be very clear in that the technical effect is very large.
도 1 은 본 발명에 따른 로봇보행 슈트의 착용모습을 개략적으로 도시한 측면도;1 is a side view schematically showing the wearing appearance of the robot walking suit according to the present invention;
도 2 는 센서부를 개략적으로 도시한 도면;2 schematically shows a sensor unit;
도 3 은 도 1 의 정면도;3 is a front view of FIG. 1;
도 4 는 도 1 의 후면모습을 개략적으로 도시한 도면;4 is a schematic view showing the rear view of FIG. 1;
도 5 는 대퇴고정부의 허리지지대 및 고관절용 구동모터 등을 개략적으로 도시한 사시도;FIG. 5 is a perspective view schematically showing a lumbar support and a hip drive motor of the thigh fixing part; FIG.
도 6 은 대퇴고정부재를 개략적으로 도시한 측면도;6 is a side view schematically showing the femoral fixation member;
도 7 은 도 6 의 작동상태도;7 is an operating state diagram of FIG. 6;
도 8 은 신발부에 설치된 족저압센서를 개략적으로 도시한 평면도;8 is a plan view schematically showing the plantar pressure sensor installed in the shoe portion;
도 9 는 모드 변환부를 개략적으로 도시한 사시도;9 is a perspective view schematically showing a mode conversion unit;
도 10a 및 10b 는 본 발명에 따른 웨어러블 로봇 보행 슈트를 이용한 자세별 동작도로서 앉기와 서기를 개략적으로 도시한 도면;10A and 10B are schematic views showing sitting and standing as posture-specific operation diagrams using a wearable robot walking suit according to the present invention;
도 11 은 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트를 착용한 후 걷는 모습을 개략적으로 도시한 보행도;11 is a walking diagram schematically showing a state of walking after wearing the wearable robot walking suit according to the present invention;
도 12a 및 12b 는 경사면과 계단에서의 동작도이다.12A and 12B are operation diagrams on inclined surfaces and stairs.
〈도면의 주요부분에 대한 부호설명〉<Code Description of Main Parts of Drawing>
110 : 슈트 112 : 전극봉110: chute 112: electrode
120 : 체간고정부 122 : 골반밴드120: interbody fixation 122: pelvic band
124 : 허리지지대 124a : 인너슈트124:
124b : 아웃슈트 130 : 제어부124b: outshoot 130: control unit
132 : 균형제어센서 140 : 대퇴고정부132: balance control sensor 140: thigh
142 : 허리받침대 144 : 고관절용 구동모터142: waist support 144: driving motor for hip joint
146 : 링크 146a : 제1링크146:
146b : 제2링크 148 : 대퇴고정부재146b: second link 148: thigh fixing member
149 : 주름부 150 : 하퇴고정부149: wrinkle portion 150: retreat government
152 : 슬관절용 구동모터 154 : 슬관절링크152: driving motor for the knee joint 154: knee joint link
156 : 하퇴고정부재 157 : 주름부156: lower leg fixing member 157: wrinkles
160 : 신발부 162 : 족저압센서160: shoe 162: plantar pressure sensor
170 : 근육감지센서 180 : 모드 변환부170: muscle detection sensor 180: mode conversion unit
182 : 보행모드조작버튼 184 : 자세모드조작버튼182: walk mode operation button 184: posture mode operation button
186 : 보행속도조작버튼 190 : 지팡이186: walking speed control button 190: wand
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