KR20110127252A

KR20110127252A - 장착식 동작보조장치

Info

Publication number: KR20110127252A
Application number: KR1020117023351A
Authority: KR
Inventors: 요시유키 산카이
Original assignee: 고쿠리쯔 다이가쿠 호징 츠쿠바 다이가쿠
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-11-24
Also published as: CN104188739A; JP5472680B2; US8998831B2; CN104188740B; HK1167588A1; EP2417941A4; CN102387760A; US20120029399A1; JP2010240285A; KR101361999B1; CN102387760B; CN104188740A; EP2417941A1; WO2010117065A1; EP2417941B1; PL2417941T3; CN104188739B

Abstract

장착자의 손가락이 삽입되는 손가락삽입부(21)를 갖는 동작보조장갑(20); 상기 동작보조장갑(20)의 손등측에 배치되어 상기 손가락삽입부(21)를 구동하는 구동부(40); 상기 구동부(40)의 구동력을 상기 손가락삽입부(21)에 전달하도록 상기 손가락삽입부(21)의 연장방향을 따라 배치된 선형상부재(50); 상기 장착자의 손가락을 동작시키기 위한 생체신호를 검출하는 생체신호검출부(60); 상기 생체신호검출부(60)에 의해 생성된 생체신호에 기초하여 상기 구동부(40)에 구동제어신호를 출력하는 제어부(70);를 구비하는 장착식 동작보조장치(10)로서, 상기 구동부(40)는 상기 제어부로부터의 구동제어신호에 기초하여 상기 선형상부재를 상기 손가락삽입부의 신장방향 또는 굴곡방향으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치(10)가 개시된다.

Description

장착식 동작보조장치{WEARABLE MOTION ASSIST DEVICE}

본 발명은 장착식 동작보조장치에 관한 것으로, 예를 들어 손가락관절의 움직임을 보조 또는 대행하도록 구성된 장착식 동작보조장치에 관한 것이다.

예를 들어, 병 또는 부상 등에 의해 뇌로부터의 신경전달신호가 전해지기 어려워지거나 근력의 저하 혹은 관절에 형성된 건이나 인대의 손상 등에 의해 본인의 생각대로 손가락관절을 움직일 수 없게 되는 경우가 있다. 이와 같은 손가락관절의 동작을 보조하는 장착식 동작보조장치로서는 각 손가락에 장착되는 가동부와 각 가동부를 구동하는 액츄에이터를 구비한 장치가 있다(예를 들어, 아래의 특허문헌 1 참조).

그러나, 상기 종래의 장착식 동작보조장치에서는 인간의 손과 마찬가지로 각 손가락관절에 대응하는 회전운동기구가 형성되고 각 액츄에이터의 구동력을 기계적에 각 가동부에 전달하는 구성이므로, 부품수가 많고 복잡한 구성이며 무거운 중량으로 장착자의 부담이 크다는 문제가 있다.

또한, 상기 종래의 장착식 동작보조장치에서는 액츄에이터를 소형화하여 장치를 경량화하는 것을 생각할 수 있지만 다수의 부품으로 이루어지는 가동부의 중량에 대한 토크가 부족하다는 문제가 있다.

[특허문헌 1]: 일본공개특허공보 제2002－345861호

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 구동부의 구동력을 동작보조장갑에 효율적으로 전달하는 장착식 동작보조장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 일측면에 의하면, 장착자의 손가락이 삽입되는 손가락삽입부를 갖는 동작보조장갑; 상기 동작보조장갑의 손등측에 배치되어 상기 손가락삽입부를 구동하는 구동부; 상기 구동부의 구동력을 상기 손가락삽입부에 전달하도록 상기 손가락삽입부의 연장방향을 따라 배치된 선형상부재; 상기 장착자의 손가락을 동작시키기 위한 생체신호를 검출하는 생체신호검출부; 및 상기 생체신호검출부에 의해 생성된 생체신호에 기초하여 상기 구동부에 구동제어신호를 출력하는 제어부를 구비하고, 상기 구동부는 상기 제어부로부터의 구동제어신호에 기초하여 상기 선형상부재를 상기 손가락삽입부의 신장방향 또는 굴곡방향으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치를 제공한다.

본 발명의 일측면에 의하면, 제어부로부터의 구동제어신호에 기초하여 선형상부재를 손가락관절의 동작방향으로 신장 또는 굴곡시킴으로써 장착자의 손가락관절을 동작시키도록 구동부의 구동력을 전달할 수 있으므로 경량화를 도모할 수 있음과 동시에 구동부의 구동력을 동작보조장갑에 효율적으로 전달하여 장착자의 부담을 경감할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 보다 명료해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 장착식 동작보조장치의 실시예 1을 나타낸 평면도이다.
도 2a는 실시예 1의 장착식 동작보조장치(10)를 측방에서 본 외관도이다.
도 2b는 실시예 1의 장착식 동작보조장치(10)를 이용하여 물체를 파지한 동작상태를 나타낸 외관도이다.
도 3a는 선형상부재(50) 및 구동부(40)의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3b는 도 3a중 A－A선을 따른 종단면도이다.
도 3c는 선형상부재(50)가 굴곡동작한 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 제어유닛(70)을 포함하는 제어계 및 충전시스템의 개략적인 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 1의 제어부(100A)의 시스템계통도이다.
도 6은 생체전위신호로부터 각 제어신호를 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7a는 제어부(100A)가 실행하는 제어처리순서의 일례의 제 1 부를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 7b는 제어부(100A)가 실행하는 제어처리순서의 일례의 제 2 부를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 8은 실시예 2의 제어부(100B)의 신호처리를 모식적으로 나타낸 시스템계통도이다.
도 9는 각 손가락의 기본동작으로서 손가락을 폄(태스크 A), 물건을 쥠(태스크 B), 손가락을 굽힘(태스크 C) 및 악수(태스크 D)를 모식적으로 예시하는 도면이다.
도 10a는 데이터베이스(300)에 저장되어 있는 각 태스크 및 각 페이스를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 10b는 물리량을 기준파라미터와 비교함으로써 장착자가 실시하려고 하는 태스크 및 그 중의 페이스를 추정하는 프로세스를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 11a는 실시예 2의 제어부(100B)가 실행하는 제어처리의 일례의 제 1 부를 나타낸 플로우차트이다.
도 11b는 실시예 2의 제어부(100B)가 실행하는 제어처리의 일례의 제 2 부를 나타낸 플로우차트이다.
도 12는 실시예 3의 제어부(100C)의 제어계 신호처리를 모식적으로 나타낸 시스템계통도이다.
도 13a는 실시예 3의 제어부(100C)가 실행하는 제어처리의 일례의 제 1 부를 나타낸 플로우차트이다.
도 13b는 실시예 3의 제어부(100C)가 실행하는 제어처리의 일례의 제 2 부를 나타낸 플로우차트이다.
도 14는 실시예 4의 제어부(100D)의 제어계 신호처리를 모식적으로 나타낸 시스템계통도이다.
도 15a는 실시예 4의 제어부(100D)가 실행하는 제어처리의 일례의 제 1 부를 나타낸 플로우차트이다.
도 15b는 실시예 4의 제어부(100D)가 실행하는 제어처리의 일례의 제 2 부를 나타낸 플로우차트이다.
도 16은 실시예 5의 제어부(100E)의 제어계 신호처리를 모식적으로 나타낸 시스템계통도이다.
도 17a는 실시예 5의 제어부(100E)가 실행하는 제어처리의 일례의 제 1 부의 순서를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 17b는 실시예 5의 제어부(100E)가 실행하는 제어처리의 일례의 제 2 부의 순서를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 18는 실시예 6의 제어부(100F)의 제어계 신호처리를 모식적으로 나타낸 시스템계통도이다.
도 19는 실시예 6의 제어부(100F)가 실행하는 제어처리의 순서를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 20은 초기설정을 실시하는 첫회 캘리브레이션의 제어순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 21은 원모션(1회의 동작)에 의한 재설정 캘리브레이션의 제어순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 22는 재설정모드 2의 캘리브레이션 제어처리의 제어순서를 나타낸 플로우차트이다.
도 23은 장착식 동작보조장치(10)의 변형예 1을 나타낸 사시도이다.
도 24a는 변형예 1의 장착식 동작보조장치(10A)를 측방에서 본 외관도이다.
도 24b는 변형예 1의 장착식 동작보조장치(10A)를 이용하여 물체를 파지한 동작상태를 나타낸 외관도이다.
도 25a는 액츄에이터(510)의 내부구조를 나타낸 횡단면도이다.
도 25b는 도 25a중 D－D선을 따른 종단면도이다.
도 26는 변형예 2의 장착식 동작보조장치(10B)를 나타낸 사시도이다.
도 27a는 변형예 2의 장착식 동작보조장치(10B)를 측방에서 본 외관도이다.
도 27b는 변형예 2의 장착식 동작보조장치(10B)를 이용하여 물체를 파지한 동작상태를 나타낸 외관도이다.
도 28은 변형예 3의 장착식 동작보조장치(10C)를 나타낸 평면도이다.
도 29a는 변형예 3의 장착식 동작보조장치(10C)를 측방에서 본 외관도이다.
도 29b는 변형예 3의 장착식 동작보조장치(10C)를 이용하여 물체를 파지한 동작상태를 나타낸 외관도이다.
도 30은 변형예 4의 장착식 동작보조장치(10D)를 나타낸 사시도이다.
도 31a는 변형예 4의 장착식 동작보조장치(10D)의 손가락삽입부의 일부를 단면으로 하여 나타낸 도면이다.
도 31b는 변형예 4의 장착식 동작보조장치(10D)의 손가락삽입부가 굽혀진 동작상태를 나타낸 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

도 1은 본 발명에 의한 장착식 동작보조장치의 실시예 1을 나타낸 평면도이다. 도 2a는 실시예 1의 장착식 동작보조장치(10)를 측방에서 본 외관도이다. 도 2b는 실시예 1의 장착식 동작보조장치(10)를 이용하여 물체(X)를 파지한 동작상태를 나타낸 외관도이다. 도 1 및 도 2a에 나타난 바와 같이, 장착식 동작보조장치(10)는 장착자의 각 손가락이 삽입되는 손가락삽입부(21)를 갖는 동작보조장갑(20)으로 이루어지고 통상적인 장갑과 마찬가지로 장착된다. 동작보조장갑(20)에는 피구동부(30), 구동부(40, 40a~40j), 선형상부재(50, 50a~50j), 생체신호검출부(60) 및 제어유닛(70)이 형성되어 있다.

장착식 동작보조장치(10)는 예를 들어 조작자가 손을 동작시키기 위한 신경계통이 마비된 경우에도 생체신호검출부(60)에 의해 검출된 생체신호에 따라 동작보조장갑(20)의 각 손가락삽입부(21)가 구동되기 때문에 제어유닛(70)으로부터의 제어신호에 의해 각 손가락이 신장방향 또는 굴곡방향으로 동작하도록 보조할 수 있다. 또한, 장착식 동작보조장치(10)는 손가락의 동작훈련을 하는 리허빌리(기능회복훈련)에도 사용할 수 있다.

동작보조장갑(20)은 장착자의 손에 밀착하도록 손의 사이즈에 맞춘 입체적인 형상으로 형성되어 있다. 또한, 동작보조장갑(20)은 외측 동작보조장갑과 내측 동작보조장갑을 일체로 꿰맨 2겹구조로 되어 있고, 예를 들어 외측 동작보조장갑이 소가죽 혹은 합성피혁 등의 유연성과 내구성이 있는 재질로 형성되고, 내측 동작보조장갑이 손의 표면(피부)에 밀착하도록 얇은 고무재로 형성되어 있다.

또한, 동작보조장갑(20)의 각 손가락삽입부(21)의 손가락 끝부분에는 장착자의 손가락끝을 노출시키는 개구(22)가 형성되어 있다. 도 2a에 나타난 바와 같이, 장착자는 손가락끝의 피부를 파지하는 물체와 직접 접하게 할 수 있으므로 손가락끝의 감촉에 의해 파지하는 물체(X)를 인식하는 것이 가능하게 된다.

동작보조장갑(20)의 손등측에는 복수의 선형상부재(50, 50a~50j)가 각 손가락삽입부(21)의 연장방향을 따라 배치되어 있다. 복수의 선형상부재(50)는 일단이 동작보조장갑(20)의 각 손가락삽입부(21)의 선단에 형성된 피구동부(30)에 연결되어 있다. 복수의 선형상부재(50)는 구동력을 전달하는 부재이지만 금속부재 등에 비해 크게 경량화되어 있고 장착자의 부담도 경감할 수 있다.

피구동부(30)는 링형상으로 형성되어 있고 각 손가락삽입부(21)의 선단의 외주에 밀착하도록 개구(22)의 외측에 배치되어 있다. 또한, 복수의 선형상부재(50)는 손가락관절에 감겨진 체결링(32, 34, 36)에 의해 동작보조장갑(20)의 각 손가락삽입부(21)의 외측에 체결된다. 체결링(32, 34, 36)에는 각 손가락관절의 각도를 검출하는 각도센서(96)가 유지되어 있다. 각도센서(96)는 각 손가락관절의 각도가 변화한 경우에 각도변화에 따른 검출신호를 제어유닛(70)에 출력한다.

나아가, 복수의 선형상부재(50)는 동작보조장갑(20)의 각 손가락삽입부(21)의 외측 또는 외측 동작보조장갑의 내측에 봉합된다. 그 때문에 복수의 선형상부재(50)가 신장방향 또는 굴곡방향으로 동작함과 함께 동작보조장갑(20)의 각 손가락도 선형상부재(50)와 일체로 신장방향 또는 굴곡방향으로 동작한다.

도 2a 및 도 2b에 나타난 바와 같이, 각 손가락삽입부(21)의 각 손가락관절의 외측에 위치하는 부분에는 외력인가부재(90)가 형성되어 있다. 외력인가부재(90)는 예를 들어 코일스프링 또는 고무재 등의 탄성부재로 이루어지고, 일단이 손가락관절에 대하여 손목측에 연결되고 타단이 손가락관절에 대하여 손가락끝측에 연결되어 있다. 그 때문에 동작보조장갑(20)의 각 손가락삽입부(21)의 손가락관절을 덮는 표면에는 손가락삽입부(21)를 신장시키려고 하는 외력인가부재(90)의 외력이 부여되고, 외력이 각 손가락관절의 신장동작(도 2b에 나타낸 파지상태로부터 도 2a에 나타낸 개방상태로의 동작)의 보조력으로서 작용한다.

또한, 외력인가부재(90)는 각 손가락관절을 굽히는 방향으로 외력을 인가하도록 장착하여도 된다. 이와 같이 외력인가부재(90)을 장착하는 경우에는 외력인가부재(90)가 손바닥측에 배치되므로, 예를 들어 손바닥측에 접촉한 물체의 감촉이 전해지도록 고무재를 납작하게 가공한 탄성부재를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 외력인가부재(90)의 연결부분에는 응력센서(130)가 형성되어 있다. 응력센서(130)는 예를 들어 변형게이지 등으로 이루어지고, 외력인가부재(90)가 손가락관절의 동작에 따라 신축할 때의 응력변화에 따른 검출신호를 제어유닛(70)에 출력한다.

구동부(40)는 동작보조장갑(20)의 손등측에 배치되고 선형상부재(50)를 손가락관절의 동작방향으로 신장동작 또는 굴곡동작시키는 구동수단이며, 예를 들어 선형상부재(50)의 내부에 삽입통과된 와이어를 신장방향 또는 굴곡방향으로 이동시키는 구동기구(40a~40j)를 갖는다. 본실시예에서는 각 손가락삽입부(21)의 손등측 또는 측부의 양측으로 선형상부재(50a~50j)가 2개씩 배치되고, 또한 각 손가락삽입부(21)마다 구동기구(40a~40j)가 1쌍씩 병렬로 형성되어 있다.

생체신호검출부(60)는 복수의 생체전위센서(61~65)를 구비하고, 동작보조장갑(20)의 손목부(24)의 내측에 배치되어 있다. 생체전위센서(61~65)는 각 손의 각 손가락을 동작시키는 생체신호(예를 들어, 근전위신호나 신경전달신호, 뇌파 등)를 검출하는 전극으로 이루어진다. 또한, 동작보조장갑(20)의 손목부(24)의 양측에는 외측으로부터 감아 장착자의 팔에 밀착시키는 벨트(80, 82)가 형성되어 있다. 벨트(80, 82)에는 겹쳐지는 부분을 서로 고정하기 위한 면패스너(84)가 형성되어 있다. 따라서, 벨트(80, 82)를 동작보조장갑(20)의 손목부(24)의 외측에서 겹쳐지는 부분의 길이를 조정한 후 벨트(80, 82)의 면패스너(84)를 대향시켜 생체전위센서(61~65)를 장착자의 피부에 밀착시킬 수 있다. 생체전위센서(61~65)는 장착자가 손가락을 동작시킬 때에 생체신호를 검출하고 생체신호에 따른 검출신호를 출력한다.

제어유닛(70)은 생체신호검출부(60)의 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 생체신호에 기초하여 연산처리(자세한 것은 후술한다)를 하여 구동기구(40a~40j)에 구동제어신호를 출력한다. 또한, 제어유닛(70)은 후술하는 바와 같이 연산처리를 하는 제어부와 메모리와 충전식배터리를 구비한다.

여기서, 선형상부재(50) 및 구동부(40)의 구성에 대하여 설명한다. 도 3a는 선형상부재(50) 및 구동부(40)의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 3a에 나타낸 바와 같이, 선형상부재(50)는 통형상체(51), 와이어(52, 53) 및 캡(54)을 구비한다. 통형상체(51)는 가요성이 있는 수지재에 의해 통형상으로 성형되어 있다. 또한, 통형상체(51)는 내측에 와이어(52, 53)가 삽입통과되는 중공부(55)가 형성되고, 외측에는 신장동작 또는 굴곡동작에 따라 신축하는 오목부와 볼록부가 교대로 연속하는 주름형상부(56)가 형성되어 있다.

나아가, 통형상체(51)의 선단에서 중공부(55)에 연통된 개구는 캡(54)에 의해 폐색되어 있다. 캡(54)은 금속재로 형성되어 있고, 벽부(54a)에는 각 와이어(52, 53)의 일단이 삽입통과되고, 또한 용착에 의해 일체로 결합되어 있다. 또한, 캡(54)의 둘레가장자리부(54b)는 통형상체(51)의 단부와 접착 또는 용착되어 일체화되어 있다.

도 3b는 도 3a중 A－A선을 따른 종단면도이다. 도 3b에 나타난 바와 같이, 통형상체(51)의 단면은 사각형으로 된 직사각형상이고, 중공부(55)를 횡방향으로 가로지르는 복수의 횡설부재(55a)에 의해 상부공간(57), 하부공간(58) 및 중부공간(59)으로 나누어져 있다.

상부공간(57)에는 2개의 와이어(52)가 형성되어 있고, 하부공간(58)에는 2개의 와이어(53)가 형성되어 있다. 본실시예에서는 합계 4개의 와이어(52, 53)가 통형상체(51)에 상하대칭이 되도록 배치되어 있다. 또한, 통형상체(51)의 외관형상이 사각형이므로 하면을 동작보조장갑(20)의 외면에 맞닿게 함으로써 동작방향에 맞추어 위치결정하는 것이 가능하게 된다.

도 3a에 나타난 바와 같이, 각 와이어(52, 53)의 타단은 구동부(40)의 회전운동부재(42)에 연결되어 있다. 본실시예의 회전운동부재(42)는 타원형으로 형성되어 있고, 장축부의 가장자리부의 가장 이간된 위치에 각 와이어(52, 53)의 타단이 연결되어 있다. 또한, 2개씩 배치된 각 와이어(52, 53)는 하나의 회전운동부재(42)의 양면에 연결되어 있으므로 회전운동부재(42)의 회전운동각도에 따라 동시에 동작한다. 또한, 회전운동부재(42)의 중심부를 관통하는 축은 전동모터(44)의 출력축과 연결되어 있다. 그 때문에 구동부(40)는 회전운동부재(42)의 회전운동방향을 전환하여 회전운동시킴으로써 와이어(52)와 와이어(53)를 역방향으로 이동시켜 구동력을 동작보조장갑(20)의 각 손가락삽입부(21)에 효율적으로 전달할 수 있다. 와이어(52, 53)중에서 인장력이 작용하는 쪽이 손가락삽입부(21)를 동작시키는 구동력을 전달하는 전달부재로서 동작한다. 또한, 전동모터(44)의 출력축의 타단에는 모터토크를 검출하는 토크센서(94)가 형성되어 있다.

예를 들어, 회전운동부재(42)가 시계방향(B방향)으로 회전운동한 경우에는 상측의 와이어(52)가 당겨지는 방향으로 동작하고, 하측의 와이어(53)가 되돌아가는 방향으로 동작한다. 이로써, 선형상부재(50)는 통형상체(51)가 직선형상으로 돌아가도록 동작한다. 그 때문에 선형상부재(50)의 신장동작은 동작보조장갑(20)의 각 손가락삽입부(21)에 전달되고 장착자의 각 손가락을 편 상태(도 1 및 도 2a 참조)로 동작시킬 수 있다.

또한, 도 3a중 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이 회전운동부재(42)가 반시계방향(C방향)으로 회전운동한 경우에는 상측의 와이어(52)가 되돌아가는 방향으로 동작하고 하측의 와이어(53)가 당겨지는 방향으로 동작한다. 이로써, 도 3c에 나타난 바와 같이 선형상부재(50)의 통형상체(51)는 굴곡된 상태로 동작한다. 그 때문에 선형상부재(50)의 굴곡동작은 동작보조장갑(20)의 각 손가락삽입부(21)에 전달되고 장착자의 각 손가락을 파지상태(도 2b 참조)로 동작시킬 수 있다.

본실시예에서는 상기 와이어(52, 53)를 신장방향 또는 굴곡방향으로 구동할 때의 스트로크(동작거리)는 타원형으로 형성된 회전운동부재(42)의 장직경 치수에 의해 정해지므로, 회전운동부재(42)의 장직경 치수를 크게 함으로써 선형상부재(50)의 굴곡동작으로부터 신장동작까지의 스트로크를 크게 설정할 수도 있다. 또한, 회전운동부재(42)대신에 기어기구 및 와이어(52, 53)를 옮겨 감는 풀리 등의 구동기구를 마련하고 이 풀리의 회전량을 조정함으로써 선형상부재(50)의 동작 스트로크를 적절히 조정할 수도 있다.

이와 같이, 장착식 동작보조장치(10)는 제어유닛(70)으로부터의 구동제어신호에 기초하여 선형상부재(50)를 손가락삽입부(21)의 관절의 동작방향으로 신장 또는 굴곡시킴으로써 장착자의 손가락관절을 동작시키도록 구동부(40)의 구동력을 전달할 수 있으므로 경량화를 도모할 수 있음과 함께 장착자의 부담을 경감하는 것이 가능하게 된다.

도 4는 제어유닛(70)을 포함하는 제어계 및 충전시스템의 개략적인 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 제어유닛(70)은 제어부(제어회로, 100), 메모리(102), 표시기(104) 및 충전식배터리(124)를 구비한다.

제어부(100)에는 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 생체신호, 토크센서(94)에 의해 검출된 전동모터(44)의 토크검출신호, 각도센서(96)에 의해 검출된 각 손가락관절의 각도검출신호 및 응력센서(130)에 의해 검출된 응력검출신호가 입력된다. 제어부(100)는 메모리(102)에 저장된 각 제어프로그램 및 각 파라미터를 읽어들임과 동시에 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)로부터의 검출신호에 기초하여 연산처리를 하여 동작보조장갑(20)의 동작상태를 표시기(104)에 표시한다. 충전식배터리(124)는 충전유닛(122)의 2차코일(126)에 접속되어 있고 충전기(140)에 의해 정기적으로 충전된다.

충전기(140)는 2차코일(126)에 전자유도전류를 발생시키는 1차코일(142)을 구비한다. 그 때문에 1차코일(142)을 동작보조장갑(20)에 근접시켜 전자유도에 의해 충전유닛(122)의 2차코일(126)에 2차전류를 발생시킨다. 이로써 동작보조장갑(20)의 충전식배터리(124)는 장착상태에서 충전하는 것이 가능하고 장착자가 사용하고 있어도 충전이 가능하다.

도 5는 실시예 1의 제어부(100)의 시스템계통도이다. 도 5에 나타난 바와 같이 제어부(100A)는 도 4에 나타낸 제어부(100)의 일례이며, 메모리(102)로부터 제어프로그램을 읽어들여 후술하는 각 제어처리를 실행하는 컴퓨터로 이루어진다.

본실시예에서 제어부(100A)는 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 생체전위로부터 지령신호를 취득하는 생체전위처리수단(생체신호처리수단(200)), 신경전달신호(b) 및 근전위신호(c)에 기초하여 전동모터(44)의 구동을 제어하는 수의적제어수단(212) 및 수의적제어수단(212)으로부터 출력된 제어신호에 따른 구동전류를 전동모터(44)에 공급하는 구동전류생성수단(220)을 구비한다.

수의적제어수단(212)은 후술하는 바와 같이 장착자의 의사에 의해 각 손가락을 동작시킬 때에 발생하는 생체전위신호(a)로부터 신경전달신호(b) 및 근전위신호(c)를 생성하는 생체전위처리수단(200)으로부터의 지령신호에 기초하여 제어신호를 구동전류생성수단(220)에 출력한다. 구동전류생성수단(220)은 수의적제어수단(212)으로부터의 제어신호에 따른 구동전류를 생성하여 전동모터(44)에 출력한다.

생체전위센서(61~65)는 상완의 내부에서 발생하는 생체전위신호(a)를 검출하여 생체전위처리수단(200)에 입력한다. 생체전위처리수단(200)은 생체전위신호(a)로부터 신경전달신호(b) 및 근전위신호(c)를 추출하여 수의적제어수단(212)에 입력한다. 수의적제어수단(212)은 장착자의 의사로 동작보조장갑(20)이 장착된 손의 각 손가락을 동작시킬 때에 생기는 생체전위신호(a)로부터 얻어진 신경전달신호(b) 및 근전위신호(c)에 기초하여 수의적제어신호(d1)를 생성한다.

즉, 수의적제어수단(212)은 생체전위신호(a)에 포함되는 신경전달신호(b) 및 근전위신호(c)를 이용하여 장착자의 의사에 따른 동력을 전동모터(44)에 발생시키기 위한 수의적제어신호(d1)를 생성한다. 수의적제어수단(212)에서의 제어칙으로는 비례제어를 적용할 수 있다. 비례제어에 의해 수의적제어신호(d1)와 구동전류(e)가 비례관계가 된다. 나아가, 전동모터(44)의 특성에 의해 구동전류값과 전동모터(44)의 발생토크값이 비례관계가 된다. 또한, 수의적제어수단(212)에서의 제어칙으로서는 비례제어와 미분제어 및/또는 적분제어를 조합한 것을 적용하여도 된다.

예를 들어, 장착자가 관절(20)을 동작시키려고 하면 생체전위센서(61~65)는 손가락을 동작시키는 생체전위를 직접적으로 검출하고, 검출된 생체전위에 따른 생체전위(a)를 생체전위처리수단(200)에 출력한다. 이와 같이, 생체전위센서(61~65)는 동작보조장갑(22)의 손목부(24)가 벨트(80, 82)의 조임에 의해 밀착하는 장착자의 손목으로부터 생체전위신호(a)를 직접 검출하므로 검출정밀도가 높고 미약한 신호에서도 정확하게 검출하는 것이 가능하다.

생체전위처리수단(200)으로부터 신경전달신호(b)와 근전위신호(c)로 이루어지는 지령신호가 입력된 수의적제어수단(212)은 신경전달신호(b)와 근전위신호(c)로부터 제어신호(d1)를 생성하여 구동전류생성수단(220)에 출력한다.

구동전류생성수단(220)은 수의적제어수단(212)로부터의 제어신호(d)에 기초하여 모터구동전류(e)를 생성하여 전동모터(44)에 공급한다. 이로써, 전동모터(44)는 모터구동전류(e)의 공급에 의해 회전운동부재(42)를 신장방향 또는 굴곡방향으로 회전운동시킨다. 그 때문에 동작보조장갑(20)의 선형상부재(50)가 신장동작 또는 굴곡동작을 하도록 통형상체(51)의 중공부(55)에 설치된 와이어(52, 53)를 이동시킨다.

도 6은 생체전위신호로부터 각 제어신호를 생성하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 6에 나타난 바와 같이 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 생체전위신호(a)는 신경전달신호(b) 및 근전위신호(c)를 갖는다. 신경전달신호(b)는 의사전달신호라고도 하는 것으로 근전위신호의 선두영역과 겹치고 있다. 신경전달신호(b)의 주파수는 일반적으로 근전위신호(c)의 주파수보다 높기 때문에 상이한 밴드패스필터를 사용하여 분리할 수 있다.

신경전달신호(b)는 생체전위신호(a)를 증폭기(202)에 의해 증폭한 후, 예를 들어, 33Hz~수KHz의 고대역 밴드패스필터(204)에 의해 필터링할 수 있다. 또한, 근전위신호(c)는 생체전위신호(a)를 증폭기(202)에 의해 증폭한 후, 예를 들어, 33Hz~500Hz의 중대역 밴드패스필터(206)에 의해 필터링할 수 있다. 또한, 도 5에서 각 필터(204, 206)는 병렬로 접속되어 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고 각 필터(204, 206)가 직렬로 접속되어 있어도 된다.

또한, 신경전달신호(b)는 근전위신호(c)의 선두영역 뿐만 아니라 선두영역 이후에도 겹치는 경우가 있을 수 있다. 이 경우에는 신경전달신호(b)의 선두영역만을 후술하는 펄스전류의 생성에 이용하면 된다.

신경전달신호(b) 및 근전위신호(c)에는 스무싱처리(노이즈를 제거하는 평활처리)를 한다. 각 전류는 생체신호처리수단(200)으로부터의 신호를 스무싱하여 얻은 제어신호를 입력으로 하고 구동전류생성수단(220)에 의해 생성된다.

신경전달신호(b)는 시간축상의 폭이 좁으므로 스무싱처리만으로도 펄스상이 되고 그 신경전달신호(b)에 기초하여 구동전류생성수단(220)에 의해 생성되는 전류도 펄스상이 된다. 또한, 신경전달신호(b)에 기초하여 얻어지는 전류(펄스전류(e1))는 직사각형 파형상이 된다. 한편, 근전위신호(c)는 시간축상의 폭이 넓기 때문에 스무싱처리함으로써 실질적으로 근전위에 비례하는 산형상이 되고, 이 근전위신호(c)에 기초하여 구동전류생성수단(220)에 의해 생성되는 전류(e2)도 산형상이 된다.

신경전달신호(b)에 기초하여 생성되는 펄스전류(e1)와 근전위신호(c)에 기초하여 비례적으로 생성되는 전류(e2)와의 총전류(수의적제어신호, e)가 전동모터(44)에 공급되면 이 총전류(e)에 비례하는 크기의 토크를 전동모터(44)가 발생시킨다. 전동모터(44)에 입력되는 각 전류(e, e1, e2)의 크기는 장착자의 동작시의 감각에 의해 적절히 설정된다.

여기서, 총전류(e)는 충분히 큰 전류로 설정하여 두므로 장착자의 동작의사에 늦게 반응하지 않도록 전동모터(44)가 구동되어 장착자는 자신의 의사에 따라 위화감 없이 각 손가락관절을 동작할 수 있다. 또한, 펄스전류(e1)를 특히 크게 나타내었지만 이는 그 역할을 강조하기 위한 것이고 실제의 펄스전류와 근전위신호로부터 얻어진 구동전류(e2)의 관계를 나타내는 것은 아니다.

여기서, 도 5에 나타낸 상기 제어시스템에서의 제어부(100A)가 실행하는 제어처리의 순서에 대하여 도 7a 및 도 7b의 플로우차트를 참조하여 설명한다. 제어부(100A)는 메모리(102)에 저장된 제어프로그램을 읽어 도 7의 제어처리를 실행한다.

도 7a의 SA11에서 제어유닛(70)의 전원스위치가 온으로 조작되면, SA12로 진행되어 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 생체전위신호(a)가 수신되었는지의 여부를 체크한다. 여기서, 장착자가 스스로의 의사로 각 손가락관절을 동작시키려고 하면 생체전위센서(61~65)에 의해 생체전위신호(a)가 검출되기 때문에 SA13의 처리로 진행된다.

SA13에서는 생체전위센서(61~65)에 의해 검출한 생체전위신호(a)로부터 신경전달신호(b) 및 근전위신호(c)를 취득한다(생체전위처리수단). 그 다음으로, SA14로 진행되어 신경전달신호(b)에 기초하여 펄스전류(e1)를 생성하고, 또한 근전위신호(c)에 기초하여 전류(e2)를 생성한다(구동전류생성수단).

그 다음으로 SA15에서는 신경전달신호(b)에 따른 펄스전류(e1)가 전동모터(44)의 구동개시가능전류의 하한치(It)의 이상인지의 여부를 체크한다. SA15에서 펄스전류(e1)가 전동모터(44)의 구동개시가능전류의 하한치(It)의 이상이 아닌 경우(NO의 경우)에는 SA16로 진행되어 펄스전류(e1)가 구동개시가능전류의 하한치(It)의 이상이 되도록 펄스전류(e1)를 증폭한다.

또한, SA15에서 펄스전류(e1)가 전동모터(44)의 구동개시가능전류의 하한치(It)의 이상인 경우(YES의 경우), 도 7b의 SA17로 진행되어 펄스전류(e1)에 따른 지령신호를 생성한다. 그 다음으로, SA18에서는 근전위신호(c)에 근거한 구동전류(e2)를 전동모터(44)에 출력한다. 이로써 동작보조장갑(20)의 각 선형상부재(50)는 신장동작 또는 굴곡동작을 한다.

다음의 SA19에서는 동작보조장갑(20)의 각 선형상부재(50)의 동작에 수반하여 각 손가락관절이 동작함과 함께 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)(물리량센서)의 센서신호(f)를 수신하였는지의 여부를 체크한다.

그 다음으로 SA20로 진행되어 전동모터(44)의 구동력에 의한 각 손가락관절의 동작에 수반하여 응력센서(130)에 의해 검출된 검출응력이 미리 설정된 허용치 이하인지의 여부를 체크한다. 이 허용치는 외력인가부재(90)의 외력에 따라 선택적으로 설정되어 있다. 이로써, 전동모터(44)의 구동력이 손가락관절을 무리하게 동작시키지 않도록 제어하고 있고, 전동모터(44)의 구동력에 의한 손가락관절의 손상을 방지한다.

따라서, SA20에서 응력센서(130)에 의해 검출된 각 손가락관절의 검출응력이 미리 설정된 허용치 이하의 경우(YES의 경우) SA21로 진행되어 각 물리량센서(토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130))의 검출값(물리정보) 및 생체전위신호를 표시기(104)에 표시한다. 이로써 장착자는 표시기(104)의 표시로부터 각 손가락관절의 동작상태(각 선형상부재(50)에 의한 구동력 및 구동방향)를 인식하는 것이 가능하게 된다.

또한, SA20에서 응력센서(130)에 의해 검출된 각 손가락관절의 검출응력이 미리 설정된 허용치 이상인 경우(YES의 경우), SA22로 진행되어 전동모터(44)에 공급되는 구동전류(e)를 예를 들어 10% 줄인다. 또한, 구동전류(e)의 하락폭은 임의의 값으로 설정할 수 있고 예를 들어 1~10%의 범위내에서 설정변경할 수 있다.

그리고, SA23에서는 상기와 같이 제한된 구동전류를 전동모터(44)에 출력한다. 이로써, 전동모터(44)는 각 손가락관절의 강도를 넘지 않도록 제한된 토크, 회전각을 발생시키도록 제어된다.

그 다음으로, SA24로 진행되어 제한된 구동전류의 데이터를 표시기(104)에 표시한다. 그 후 상기 SA19로 돌아와 각 손가락관절의 동작에 수반하여 각 물리량센서(토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130))의 센서신호(f)를 수신하였는지의 여부를 체크하여 SA19이후의 처리를 한다.

SA19, SA20, SA22~SA24의 제어처리를 반복함으로써 전동모터(44)의 구동력이 허용치 이하가 되도록 제어하여 과잉인 토크가 전달되는 것을 방지한다.

SA11~SA24의 처리는 제어유닛(70)의 전원스위치가 오프가 될 때까지 반복실행된다. 이로써, 전동모터(44)는 장착자의 의사에 따라 동작하도록 구동제어된다.

[실시예 2]

도 8은 실시예 2의 제어부(100B)의 신호처리를 모식적으로 나타낸 시스템계통도이다. 또한, 도 8에서 전술한 실시예 1의 도 4와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 교부하고 그 설명을 생략한다.

도 8에 나타낸 실시예 2의 제어부(100B)는 생체전위처리수단(200), 수의적제어수단(212), 데이터베이스(300) 및 구동전류생성수단(220)을 구비한다. 또한, 동작보조장갑(20)은 전술한 실시예 1와 같은 구성이므로 그 설명을 생략한다. 또한, 도 8의 제어부(100B)는 도 3의 제어부(100)의 일례이다.

제어부(100B)의 데이터베이스(300)는 장착자의 각 손가락관절의 회전각 및 각속도 등을 모든 태스크의 모든 페이스에 대하여 경험적으로 구하고 그들의 기준파라미터(기준의 회전각 및 각속도 등)를 저장하고 있다. 그리고, 수의적제어수단(212)은 동작보조장갑(20)(도 1 내지 도 3을 참조)의 전동모터(44)를 수의적으로 제어할 때에 장착자의 각 손가락관절의 동작에 관한 물리량으로 데이터베이스(300)로부터 태스크 및 페이스를 추정하고, 추정한 페이스에 대응하는 파워어시스트율이 되도록 전동모터(44)의 구동력을 발생시킨다.

여기서, 상기 태스크(Task) 및 페이스(Phase)에 대하여 설명한다. 태스크는 장착자의 각 손가락관절의 동작패턴을 분류한 것이고, 페이스는 각 태스크를 구성하는 일련의 최소동작단위이다.

도 9는 각 손가락의 기본동작으로서 손가락을 폄(태스크 A), 물건을 쥠(태스크 B), 손가락을 굽힘(태스크 C) 및 악수(태스크 D)를 모식적으로 예시한 도면이다. 또한, 본실시예에서는 도 1~3에 나타난 바와 같이 장착자가 동작보조장갑(20)를 장착한 경우에 대하여 설명하고 있지만 여기서는 설명의 편의상 상기 손가락의 동작을 예를 들어 설명한다.

도 9에서 각 태스크는 상기 페이스로 이루어지고, 예를 들어 물건을 파지하는 태스크 B는 각 손가락이 펴진 페이스 B1, 각 손가락의 제 1 관절이 굽혀진 페이스 B2, 각 손가락의 제 1, 제 2 관절이 굽혀진 페이스 B3, 및 각 손가락의 제 1, 제 2, 제 3 관절이 굽혀진 페이스 B4로 이루어진다.

이와 같은 일련의 페이스 B1~B4를 페이스·시퀀스(Phase Sequence)라고 한다. 장착자의 각 손가락관절 동작을 보조하는데 적절한 동력은 페이스마다 상이하다. 그 때문에 각 페이스에 따라 상이한 파워어시스트율(PAR1, PAR2, PAR3, PAR4)를 부여하여 페이스마다 최적인 동작보조를 실시할 수 있다.

장착자의 각 손가락관절의 움직임을 분석하면 각 페이스에서의 각 손가락관절의 회전각, 각속도, 동작속도 및 가속도 등이 정해져 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 장착자의 전형적인 손가락 동작패턴은 정해져 있고 그 동작패턴으로 동작보조장갑(20)을 동작시킬 때에 가장 자연스럽게 느껴진다. 따라서, 장착자의 각 손가락관절의 회전각 및 각속도 등을 모든 태스크의 모든 페이스에 대하여 경험적으로 구하고 그들을 기준파라미터(기준의 회전각 및 각속도 등)로서 데이터베이스(300)에 저장해 두면 된다.

도 10a는 데이터베이스(300)에 저장되어 있는 각 태스크 및 각 페이스를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 10b는 물리량을 기준파라미터와 비교함으로써 장착자가 실시하려고 하고 있는 태스크 및 그 중의 페이스를 추정하는 프로세스를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 10a, 도 10b에 나타낸 태스크 및 페이스는 도 9에 나타낸 태스크 및 페이스이다. 예시한 태스크 A, 태스크 B, 태스크 C··· 는 각각 일련의 페이스(페이스 A1, 페이스 A2, 페이스 A3 ···, 페이스 B1, 페이스 B2, 페이스 B3··· 등)에 의해 구성되어 있다.

장착자가 각 손가락관절의 동작을 개시하면 물리량센서인 각도센서(96), 응력센서(130)에서 검출된 센서신호에 의해 얻어진 각종의 물리량의 실측값을 데이터베이스(300)에 저장된 기준파라미터와 비교한다. 이러한 비교는 도 10b중의 그래프로 개략적으로 나타낸다. 이 그래프에서는 각 손가락의 제 1 관절의 회전각(θ1) 및 각속도(θ1'), 각 손가락의 제 2 관절의 회전각(θ2) 및 각속도(θ2'), 그리고 각 손가락의 제 3 관절의 회전각(θ3) 및 각속도(θ3')를 나타내고 있지만 물론 비교하는 물리량은 이에 한정되는 것은 아니다.

일정한 짧은 시간간격으로 실측의 물리량과 기준파라미터를 비교한다. 이러한 비교처리는 모든 태스크(A, B, C···)의 일련의 페이스에 대하여 실시한다. 즉, 도 10a의 우측표에 나타낸 모든 페이스(A1, A2, A3···, B1, B2, B3···, C1, C2, C3···)를 매트릭스형상으로 하여 실측의 물리량과 비교한다.

도 10b의 그래프에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 시간 t1, t2, t3···마다 비교해 나가면 실측의 물리량이 모두 일치하는 기준파라미터를 갖는 페이스를 동정(identification)할 수 있다. 일치의 오차를 배제하기 위하여 복수의 시간에 일치하는 것을 확인한 후에 페이스의 동정을 실시하면 된다. 예를 들어 도시된 예에서 실측값이 복수의 시간에 페이스 A1의 기준파라미터와 일치하면 현재의 동작은 페이스 A1의 동작인 것을 알 수 있다. 물론, 실측값과 일치하는 기준파라미터를 갖는 페이스는 태스크의 최초의 페이스(A1, B1, C1 등)이라고는 할 수 없다.

도 11a 및 도 11b는 실시예 2의 제어부(100B)가 실행하는 제어처리의 순서를 설명하기 위한 플로우차트이다. 제어부(100B)는 메모리(102)에 저장된 제어프로그램을 읽어들여 도 11a 및 도 11b의 제어처리를 실행한다.

또한, 도 11a 및 도 11b의 SB11, SB12 및 SB14~SB17, SB24~SB29는 도 7의 SA11~SA16, SA19~SA24와 실질적으로 같은 처리이므로 그 설명은 생략하고, 여기서는 SB13, SB18~SB23의 처리에 대하여 주로 설명한다.

도 11a에 나타낸 SB13에서는 각 손가락관절의 동작에 수반하여 발생하는 각 물리량(토크, 회전각, 응력)을 검출한 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)의 검출신호의 무선신호가 수신되었는지의 여부를 체크한다. SB13에서 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)의 검출신호가 수신되면 SB14로 진행된다.

SB18에서는 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)에 의해 검출된 물리량(실측값)과 데이터베이스(300)에 저장된 각 페이스의 기준파라미터와 순차적으로 비교한다. 도 10a, 도 10b를 참조하여 설명한 바와 같이 모든 태스크 및 각 태스크 마다의 페이스는 매트릭스형상으로 존재하므로 물리량의 실측값과 각 페이스의 기준파라미터를 예를 들어 A1, A2, A3 ···, B1, B2, B3 ···, C1, C2, C3···의 순서로 순차적으로 비교한다. 데이터베이스(300)에 저장된 기준파라미터는 모든 태스크 및 페이스(이하에서는, 단순히 「태스크/페이스」라고 한다)의 사이에서 중복하지 않도록 설정되어 있으므로 모든 태스크 및 페이스의 기준파라미터와 비교하면 물리량의 실측값과 일치하는 기준파라미터를 갖는 태스크 및 페이스를 추출할 수 있다.

다음의 SB19에서는 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)에 의해 검출된 물리량(실측값)과 데이터베이스(300)에 저장된 각 페이스의 기준파라미터가 일치하는지의 여부를 체크하고, 불일치한 경우에는 상기 SB18의 처리로 돌아와 SB18, SB19의 처리를 반복한다. 또한, SB19에서 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)에 의해 검출된 물리량(실측값)과 데이터베이스(300)에 저장된 각 페이스의 기준파라미터가 일치한 경우에는 SB20으로 진행되어 센서에 의해 검출된 물리량(실측값)과 데이터베이스(300)에 저장된 각 페이스의 기준파라미터가 일치한 횟수가 미리 설정된 소정횟수에 도달하였는지의 여부를 체크한다.

SB20에서 일치한 횟수가 미리 설정된 소정횟수에 도달하지 않은 경우에는 상기 SB18의 처리로 돌아와 SB18~SB20의 처리를 반복한다. 또한, 상기 SB20에서 일치한 횟수가 미리 설정된 소정횟수에 도달한 경우에는 도 11b의 SB21로 진행되어 물리량의 실측값에 일치한 기준파라미터에 대응하는 태스크 및 페이스를 선택하고 장착자의 동작을 선택한 태스크 및 페이스로 추정한다.

그 다음의 SB22는 데이터베이스(300)를 참조함으로써 보조해야 할 동작에 대응하는 페이스에 할당된 파워어시스트율을 선택하고 그 파워어시스트율이 되는 동력을 전동모터(44)에 발생시키도록 상기 수의적제어신호를 조정한다(수의적제어수단).

그 다음으로 SB23로 진행되어 조정후의 수의적제어신호에 따른 전류(총전류(e))를 생성하고 이 총전류를 전동모터(44)에 출력한다. 그 후는 전술한 SA19~SA24와 같은 처리를 SB24~SB29로 실시한다.

이와 같이 실시예 2의 제어처리에 의하면 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)로부터 얻어진 물리량에 기초하여 장착자의 동작 및 관절(20)의 동작을 추정하고 이렇게 추정된 페이스마다 최적화된 파워어시스트율이 되도록 수의적제어신호를 생성하기 때문에 전동모터(44)가 당해 수의적제어신호에 따른 동력을 부여함으로써 정상적인 사람의 손가락 동작과 같이 각 손가락관절의 동작이 자연스러운 동작이 된다. 따라서, 장착자는 동작보조장갑(20)(도 1 내지 도 3을 참조)을 장착한 상태로 각 손가락의 동작을 자연스럽게 행할 수 있다.

[실시예 3]

도 12는 실시예 3의 제어부(100C)의 제어계 신호처리를 모식적으로 나타낸 시스템계통도이다. 또한, 도 12에서 전술한 도 5 및 도 8과 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 교부하고 그 설명을 생략한다.

도 12에 나타낸 실시예 3의 제어부(100C)는 생체전위처리수단(200), 수의적제어수단(212), 데이터베이스(300), 자율적제어수단(310), 제어신호합성수단(320) 및 구동전류생성수단(220)을 구비한다. 또한, 동작보조장갑(20)은 전술한 실시예 1와 같은 구성이므로 그 설명을 생략한다. 또한, 도 12의 제어부(100C)는 도 3의 제어부(100)의 일례이다.

제어부(100C)의 자율적제어수단(310)은 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)에 의해 검출된 센서신호(f, 물리정보신호)가 수신되면 수신한 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)의 검출값(물리량)와 데이터베이스(300)에 저장된 기준파라미터를 비교함으로써 장착자의 태스크 및 페이스를 추정하고, 추정한 페이스에 따른 구동력을 전동모터(44)에 발생시키기 위한 자율적제어신호(d2)를 생성한다. 또한, 제어신호합성수단(320)은 수의적제어수단(212)으로부터의 수의적제어신호(d1)와 자율적제어수단(310)으로부터의 자율적제어신호(d2)를 합성하여 제어신호(d)를 생성한다.

자율적제어수단(310)은 도 9 및 도 10a, 도 10b에 나타낸 바와 같이 동작보조장갑(20)(도 1 내지 도 3을 참조)을 장착한 장착자가 팔을 동작할 때에 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)에 의해 검출된 토크, 회전각, 응력의 물리량이 수신되면 수신한 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)의 검출신호와 데이터베이스(300)에 저장된 각 태스크의 각 페이스의 기준파라미터를 비교함으로써 장착자의 태스크 및 페이스를 추정하고 이 페이스에 따른 동력을 전동모터(44)에 발생시키기 위한 자율적제어신호(d2)를 생성한다.

제어신호합성수단(320)은 수의적제어수단(212)으로부터의 수의적제어신호(d1)와 자율적제어수단(310)으로부터의 자율적제어신호(d2)를 합성한다. 자율적제어에서는 예를 들어 페이스마다 일정한 동력을 부여한다. 따라서, 제어신호합성수단(320)에서 합성된 제어신호(d)는 동작의 개시부터 종료까지 변화하는 수의적 제어에 의한 동력과 페이스마다 일정한 자율적제어에 의한 동력을 가산한 동력을 전동모터(44)가 발생하도록 형성되어 있다.

도 13a 및 도 13b는 실시예 3의 제어부(100C)가 실행하는 제어처리를 나타낸 플로우차트이다. 제어부(100C)는 메모리(102)에 저장된 제어프로그램을 읽어들여 도 13a 및 도 13b의 제어처리를 실행한다.

또한, 도 13a 및 도 13b의 SC11~SC13, SC15~SC17, SC22~SC27은 도 7a 및 도 7b의 SB11~SB13, SB18~SB20, SB24~SB29와 실질적으로 같은 처리이므로 그 설명을 생략하고, 여기서는 SC14, SC18~SB21의 처리에 대하여 주로 설명한다.

도 13a에 나타낸 SC14에서는 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 생체전위신호(a)를 이용하여 장착자의 의사에 따른 구동력을 전동모터(44)에 발생시키기 위한 수의적제어신호(d1)를 생성한다(수의적제어수단). 또한, 수의적제어신호(d1)는 전술한 제 1, 2 실시예 와 마찬가지로 신경전달신호에 따른 펄스전류 및 근전위신호에 따른 구동전류를 생성하기 위한 것으로 한다.

SC18에서는 물리량의 실측값에 일치한 기준파라미터에 대응하는 태스크 및 페이스를 선택하고 장착자의 손가락관절의 동작을 선택한 태스크 및 페이스로 추정함과 함께, 이 태스크 및 페이스에 대응하는 하이브리드비(수의적제어신호/자율적제어신호)를 규정한다. 또한, 하이브리드비는 각 태스크 및 페이스마다 장착자의 동작을 위화감없이 어시스트할 수 있도록 미리 설정되어 데이터베이스(300)에 저장된다. 이 하이브리드비는 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)에 의한 실측의 물리량과 데이터베이스(300)에 저장된 기준파라미터의 비교에 의해 페이스가 추정되면 앞서 설명한 바와 같이 제어부(100C)에 의해 자동적으로 규정된다.

그 다음으로, SC19로 진행되어 추정한 페이스에 따른 구동력을 전동모터(44)에 발생시키기 위한 자율적제어신호를 생성한다(자율적제어수단).

다음의 도 13b의 SC20에서는 규정된 하이브리드비가 되도록 수의적제어신호(d1) 및 자율적제어신호(d2)를 합성하여 총제어신호(d)를 생성한다(제어신호합성수단).

그 다음으로 SC21로 진행되어 이 총제어신호(d)에 따라 생성한 구동전류(e)에 대응하는 지령신호를 출력한다. 총제어신호(d)는 수의적제어신호/자율적제어신호의 비율로부터 얻어지는 필요한 하이브리드비가 되도록 생성된다. 그 때문에 동작보조장갑(20)의 전동모터(44)는 총제어신호에 따른 구동전류(e)가 공급됨으로써 수의적제어신호 및 자율적제어신호에 따른 구동력을 발생할 수 있고 각 손가락관절의 동작이 정상적인 팔의 동작과 같이 자연스러운 동작이 된다. 따라서, 장착자는 동작보조장갑(20)(도 1 내지 도 3을 참조)을 장착한 상태로 자연스럽게 동작할 수 있다.

[실시예 4]

도 14는 실시예 4의 제어부(100D)의 제어계 신호처리를 모식적으로 나타낸 시스템계통도이다. 또한, 도 14에서 전술한 도 5, 도 8 및 도 12와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 교부하고 그 설명을 생략한다.

도 14에 나타낸 실시예 4의 제어부(100D)는 생체전위처리수단(200), 수의적제어수단(212), 데이터베이스(300), 자율적제어수단(310), 제어신호합성수단(320) 및 구동전류생성수단(220)을 구비한다. 또한, 동작보조장갑(20)은 전술한 실시예 1와 같은 구성이므로 그 설명을 생략한다. 또한, 도 14의 제어부(100D)는 도 3의 제어부(100)의 일례이다.

제어부(100D)의 수의적제어수단(212) 및 자율적제어수단(310)은 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)의 검출값(물리량)와 데이터베이스(300)에 저장된 기준파라미터를 비교함으로써 장착자가 실시하려고 하는 손가락관절 동작의 태스크 및 페이스를 추정하고 추정된 페이스에 따른 하이브리드비 및 파워어시스트율이 되도록 수의적제어신호(d1) 및 자율적제어신호(d2)를 생성하는 기능을 구비한다.

따라서, 수의적제어수단(212)은 신경전달신호 및 근전위신호에 기초하여 동작보조장갑(20)(도 1 내지 도 3을 참조)의 전동모터(44)의 구동을 제어하는 제어신호와 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)에 의해 검출된 장착자의 동작에 관한 물리량으로부터 데이터베이스(300)로부터 태스크 및 페이스를 추정하고 추정된 페이스에 대응하는 파워어시스트율이 되도록 구동력을 전동모터(44)에 발생시키는 제어신호를 생성한다.

도 15a 및 도 15b는 실시예 4의 제어부(100D)가 실행하는 제어처리의 순서를 설명하기 위한 플로우차트이다. 제어부(100D)는 메모리(102)에 저장된 제어프로그램을 읽어들여 도 15a 및 도 15b의 제어처리를 실행한다.

또한, 도 15a 및 도 15b의 SD11~SD17, SD21~SD27는 도 13a 및 도 13b의 SC11~SC17, SC21~SC27와 실질적으로 같은 처리이므로 그 설명을 생략하고, 여기서는 SD18~SD20의 처리에 대하여 주로 설명한다.

도 15a에 나타낸 SD18에서는 물리량의 실측값과 일치한 기준파라미터에 대응하는 태스크 및 페이스를 선택하고 장착자의 동작을 선택한 태스크 및 페이스로 추정함과 함께 추정된 당해 태스크 및 페이스에 대응하는 하이브리드비(수의적제어신호/자율적제어신호)를 규정한다. 나아가, 데이터베이스(300)를 참조하여 보조해야 할 동작에 대응하는 페이스에 할당한 파워어시스트율을 규정한다.

그 다음의 SD19에서는 추정된 페이스에 따른 동력으로 전동모터(44)를 구동하기 위한 자율적제어신호를 생성한다.

그 다음으로, 도 15b의 SD20로 진행되어 상기와 같이 규정된 하이브리드비 및 파워어시스트율이 되도록 수의적제어신호(d1) 및 자율적제어신호(d2)를 합성하여 총제어신호(d)를 생성한다. 이로써, SC21에서는 규정된 하이브리드비 및 파워어시스트율이 되도록 수의적제어신호(d1) 및 자율적제어신호(d2)를 합성한 총제어신호(d)에 따라 생성한 구동전류(e)에 대응하는 지령신호를 생성한다.

그 때문에 동작보조장갑(20)(도 1 내지 도 3을 참조)의 전동모터(44)는 상기와 같이 규정된 하이브리드비 및 파워어시스트율이 되도록 총제어신호에 따른 구동전류(e)가 공급됨으로써 수의적제어신호 및 자율적제어신호에 따른 구동력을 발생할 수 있고 각 손가락관절의 동작이 정상적인 팔의 동작과 같이 자연스러운 동작이 된다. 따라서, 장착자는 동작보조장갑(20)(도 1 내지 도 3을 참조)을 장착한 상태로 각 손가락관절을 자연스럽게 동작할 수 있다.

[실시예 5]

도 16은 실시예 5의 제어부(100E)의 제어계 신호처리를 모식적으로 나타낸 시스템계통도이다. 또한, 도 16에서 전술한 도 5, 도 8, 도 12, 도 14와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 교부하고 그 설명을 생략한다.

도 16에 나타낸 실시예 5에서는 장착자의 손목으로부터 생체전위신호(a)를얻을 수 없는 경우의 제어시스템이고, 생체전위센서(61~65)를 이용하지 않는 제어방법으로 동작보조장갑(20)(도 1 내지 도 3을 참조)의 전동모터(44)의 구동력을 제어한다. 또한, 동작보조장갑(20)은 전술한 실시예 1와 같은 구성이므로 그 설명을 생략한다. 또한, 도 16의 제어부(100E)는 도 3의 제어부(100)의 일례이다.

실시예 5의 제어부(100E)는 데이터베이스(300), 자율적제어수단(310) 및 구동전류생성수단(220)을 구비한다. 제어부(100E)는 장착자로부터 생체전위신호(a)를 얻을 수 없기 때문에 수의적제어수단(212)이 형성되어 있지 않고 자율적제어수단(310)에 의해 생성되는 자율제어신호(d2)가 구동전류생성수단(220)에 공급된다.

자율적제어수단(310)은 토크센서(94), 각도센서(96), 응력센서(130)의 검출값(물리량)와 데이터베이스(300)에 저장된 기준파라미터를 비교함으로써 장착자가 실시하려고 하는 각 손가락관절의 태스크 및 페이스를 추정하고 추정된 당해 페이스에 따른 하이브리드비 및 파워어시스트율이 되도록 자율적제어신호(d2)를 생성한다. 그 때문에 구동전류생성수단(220)은 자율적제어신호(d2)에 따른 전류를 생성하여 전동모터(44)에 공급한다.

도 17a 및 도 17b는 실시예 5의 제어부(100E)가 실행하는 제어처리의 순서를 설명하기 위한 플로우차트이다. 제어부(100E)는 메모리(102)에 저장된 제어프로그램을 읽어들여 도 17의 제어처리를 실행한다.

또한, 도 17a 및 도 17b의 SE11~SE25는 실질적으로 도 15a 및 도 15b의 SD12, SD14를 제외한 처리순서이며, SD11, SD12, SD13~SD17, AD19~SD27와 같은 처리이므로 그 설명을 생략한다. 여기서는, SE18의 처리에 대하여 설명한다.

SE18에서는 규정된 하이브리드비 및 파워어시스트율이 되도록 자율적제어신호(d2)를 생성한다. 이로써, 규정된 하이브리드비 및 파워어시스트율이 되는 동력을 전동모터(44)에 발생시키는 것이 가능하게 된다.

이와 같이 실시예 5의 제어부(100E)는 장착자의 손목으로부터 생체전위신호(a)가 얻어지지 않는 경우에는 자율적제어수단(310)에 의해 생성되는 자율제어신호(d2)에 따라 동작보조장갑(20)의 전동모터(44)로부터 구동력이 얻어지므로 각 손가락관절의 동작이 자연스럽게 된다. 따라서, 장착자는 동작보조장갑(20)(도 1 내지 도 3을 참조)을 장착한 상태로 각 손가락관절을 자연스럽게 동작할 수 있다.

[실시예 6]

도 18은 실시예 6의 제어부(100F)의 제어계 신호처리를 모식적으로 나타낸 시스템계통도이다. 또한, 도 18에서 전술한 도 5, 도 8, 도 12, 도 14, 도 16과 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 교부하고 그 설명을 생략한다.

제어부(100F)는 전술한 구동전류생성수단(220)외에 캘리브레이션데이터베이스(400), 페이스특정수단(410), 차분도출수단(420), 파라미터보정수단(430), 캘리브레이션제어수단(440), 부하발생수단(450) 등을 구비한다. 또한, 동작보조장갑(20)은 전술한 실시예 1와 같은 구성이므로 그 설명을 생략한다. 또한, 도 18의 제어부(100F)는 도 3의 제어부(100)의 일례이다.

캘리브레이션데이터베이스(400)는 장착자가 발생시키는 근력에 대한 근전위(생체전위)의 검출감도에 따라 제어신호의 파라미터를 보정하기 위한 데이터기억수단이다.

즉, 캘리브레이션데이터베이스(400)는 동작보조장갑(20)(도 1 내지 도 3을 참조)을 손에 장착한 장착자가 발생시키는 근력 및 근전위신호(생체전위신호)의 제 1 대응관계를 미리 저장한 제 1 기억영역과, 장착자가 각 손가락관절의 기본동작을 실시하는 과정에서 관절각도의 변화와 함께 발생시키는 근력 및 근전위신호(생체전위신호)의 제 2 대응관계를 미리 저장한 보조동력을 구비한다.

각 물리량센서에 의해 검출된 관절각도 및 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 근전위신호는 캘리브레이션데이터베이스(400)에 입력된다.

그리고, 캘리브레이션제어수단(440)은 동작보조장갑(20)이 장착자의 관절(20)에 장착된 후 장착자에 의한 각 손가락관절의 기본동작에 의해 발생하는 생체신호와 제 2 대응관계에 기초하여 제 1 대응관계를 만족하도록 생체전위신호에 따른 전동모터(44)(도 1 내지 도 3을 참조)에 의한 보조동력의 보정을 실시한다.

즉, 캘리브레이션제어수단(440)은 장착자가 동작보조장갑(20)이 장착되어 전원스위치가 온으로 조작되었을 때에 캘리브레이션 제어처리를 실행하여 부하발생수단(450)에 의해 구동전류생성수단(220)에 대하여 전동모터(44)로부터의 구동력을 부하(입력토크)로서 장착자의 각 손가락관절에 단계적으로 부여하여 구동력에 대항하도록 장착자는 각 손가락관절의 근력을 발생시킨다.

그 후, 전동모터(44)로부터의 구동력이 부여된 각 손가락관절은 미리 결정된 소정의 캘리브레이션 동작(예를 들어, 태스크 A：손가락을 폄)을 실시하여 근력을 발생시킨다. 이로써, 상기 캘리브레이션 동작에 수반하여 각도센서(96)(도 1 참조)가 관절각도를 검출함과 함께 생체전위센서(61~65)가 손목의 근전위신호를 검출한다.

그리고, 페이스특정수단(410)은 각도센서(96)에 의해 검출된 관절각도를 캘리브레이션데이터베이스(400)에 저장된 관절각도와 비교함으로써 장착자의 캘리브레이션 동작패턴의 페이스를 특정한다.

또한, 차분도출수단(420)은 캘리브레이션 제어처리의 개시에 의해 부하발생수단(450)에 의해 부여된 전동모터(44)의 부하(입력토크)와 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 상완의 근전위신호(실측값)에 대응하는 근력(추정토크)을 비교하여 양자의 차분을 구함으로써 상기 제 2 대응관계를 구한다.

또한, 파라미터보정수단(430)은 페이스특정수단(410)에 의해 특정된 페이스에서의 차분도출수단(420)에 의해 산출된 부하(입력토크)와 근력(추정토크)의 차이에 기초하여 상기 제 1 대응관계를 만족하도록 파라미터(K)를 보정한다. 부하발생수단(450)에 의해 부여된 전동모터(44)로부터의 입력토크와 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 근전위신호(실측값)에 대응하는 근력과의 차이가 없을 때에는 기준파라미터를 보정하지 않는다.

그러나, 부하발생수단(450)에 의해 부여된 전동모터(44)로부터의 입력토크와 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 근전위신호(실측값)에 대응하는 근력과의 차이가 있을 때에는 양자가 일치하도록 파라미터(K)를 보정한다. 그 때, 보정파라미터(K')는 입력토크와 추정토크가 동일해지도록 설정된다.

그리고, 캘리브레이션제어수단(440)은 파라미터보정수단(430)에 의해 보정된 파라미터를 당해 장착자의 파라미터로서 설정하고 다음의 페이스에 대한 캘리브레이션을 실시한다.

이와 같이, 캘리브레이션에 의해 설정된 파라미터를 이용하여 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 생체전위신호에 따른 어시스트력을 발생하도록 전동모터(44)를 제어하기 때문에 장착자의 그 날의 상태(피부의 저항값이나 생체전위 상태 등)나 생체전위센서(61~65)의 설치위치차이 등에 구애받지 않고 파워어시스트율이 소정값을 유지하도록 제어하는 것이 가능하게 된다.

또한, 제어부(100F)에는 각도센서(96)에 의해 검출된 관절각도 및 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 근전위신호가 공급되어 있고, 관절각도 및 근전위신호에 따른 각 페이스마다의 전동모터(44)로부터의 구동력을 캘리브레이션제어수단(440)에 의해 설정된 보정파라미터(K')를 이용하여 연산하고 그 연산결과로부터 얻어진 제어신호를 구동전류생성수단(220)에 공급한다.

또한, 캘리브레이션제어수단(440)은 리모트컨트롤러(40)의 전원스위치(150)가 온으로 조작될 때에 캘리브레이션 제어처리를 실행하여도 되고, 혹은 전용의 캘리브레이션스위치(460)를 형성함으로써 조작자가 스스로의 조작으로 캘리브레이션 제어처리를 실행하여도 된다. 또한, 타이머스위치(470)를 형성함으로써 미리 설정된 임의의 시간(예를 들어, 매일아침 8시 혹은 월요일 8시와 상태)이 되면 캘리브레이션 제어처리를 자동적으로 실행할 수도 있다.

캘리브레이션 제어처리는 장착자가 동작보조장갑(20)의 동작을 연습하는 과정에서 동력보정을 하기 때문에 빈번하게 실행되는 것이 바람직하지만 연습개시부터 1주일 이상 경과한 경우에는 임의의 시간마다 실행하도록 전환할 수 있다. 그 때문에 전원스위치(150)나 캘리브레이션스위치(460)나 타이머스위치(470)를 사용횟수(연습횟수)에 따라 구분하여 사용하여도 되고 혹은 캘리브레이션스위치(460) 또는 타이머스위치(470)을를 적절히 조작하여도 된다.

여기서, 실시예 6의 제어부(100F)가 실행하는 제어처리의 순서에 대하여 도 19에 나타낸 플로우차트를 참조하여 설명한다.

도 19에 나타난 바와 같이, 제어부(100F)는 S111에서 동작보조장갑(20)(도 1 내지 도 3을 참조)이 장착자의 손에 장착된 후에 전원스위치가 온으로 조작되면 S112로 진행되어 전원온조작이 첫회인지를 체크한다. S112에서 첫회인 경우에는 S113로 진행되어 초기설정모드로 이행하고 S114에서 초기설정 캘리브레이션 처리(캘리브레이션수단)를 실행한다.

즉, S114에서는 동작보조장갑(20)의 전동모터(44)로부터 부여된 부하로서의 구동력에 대한 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 생체전위를 수신하고, 이 생체전위신호에 기초하여 보정값을 구한다. S115에서 전동모터(44)에 대한 인가전압을 한단계 높여 부하를 증대시킨다. 그 다음으로, S116로 진행되어 부하가 미리 설정된 상한치에 도달했는지를 확인한다. S116에서 부하가 미리 설정된 상한치가 아닐 때에는 상기 S114로 돌아와 S114~S116의 처리를 반복한다.

그리고, S116에서 부하가 미리 설정된 상한치에 도달했을 때에는 S117로 진행되어 상기 캘리브레이션에서 얻어진 파라미터(K')를 설정한다.

그 다음으로 S117에서는 동작보조장갑(20)을 장착한 장착자가 정지상태에서의 캘리브레이션에 의해 얻어진 장착자의 근력에 따른 보정값(파라미터(K'))을 설정한다(보정값설정수단). 즉, S115에서는 예를 들어 장착자가 각 손가락관절을 편 상태로 정지한 채로 1Nm의 힘을 냈을 때의 표면근전위의 값이 1이 되도록 파라미터(K)를 구한다. 첫회의 캘리브레이션에서는 전동모터(44)의 구동력(토크(τm))을 부하(입력토크)로서 장착자의 각 손가락관절에 단계적으로 부여시킴에 반하여 장착자는 구동력과 대항하도록 각 손가락관절에 근력을 발생시킨다.

이와 같이, 전동모터(44)로부터 부여된 구동력에 저항하여 발생한 생체전위신호를 생체전위센서(61~65)에 의해 검출하고 이 검출신호에 기초하여 연산처리의 파라미터를 생성하고 이 파라미터를 당해 장착자 고유의 보정값으로서 캘리브레이션데이터베이스(400)에 저장한다.

이로써 동작보조장갑(20)이 장착자에게 장착된 직후에 장착자가 소정의 기본동작(캘리브레이션 동작)을 실시하는 과정에서 발생하는 동력 및 생체전위신호의 대응관계에 기초하여 장착자가 발생시키는 동력 및 생체전위신호의 대응관계를 만족하도록 생체신호에 따른 전동모터(44)의 구동력의 보정하는 것이 가능하다.

그 후 S118로 진행되어 통상적인 제어처리를 실행하는 제어모드로 이행한다. 그리고, S119에서 전원스위치가 오프로 조작될 때까지 통상적인 제어모드가 계속된다.

또한, 상기 S112에서 전원온조작이 2번째 이후인 경우에는 S120로 진행되어 전술한 재설정모드로 이행한다. 그리고, S121에서는 장착자가 원모션(1회의 동작)에서의 보정값설정 캘리브레이션(캘리브레이션수단)을 실행하고 소정의 캘리브레이션 동작(예를 들어, 손가락을 편 상태로부터 손가락을 굽혀 손을 쥐는 동작패턴)을 실시함에 따라 얻어진 장착자의 근력에 따른 보정값(파라미터(K'))을 설정한다(보정값설정수단). 그 후는 상기 S117~S119의 처리를 실행한다.

또한, 본실시예에서는 2번째 이후 원모션에 의한 캘리브레이션을 실시하는 것으로 했지만, 이에 한정되지 않고 2번째 이후도 첫회와 마찬가지로 정지상태인 채로 보정값설정 캘리브레이션을 실시하여도 된다.

다음으로, 각 보정값설정모드의 제어처리에 대하여 도 20 내지 도 22를 참조하여 설명한다.

도 20은 초기설정을 실시하는 첫회 캘리브레이션의 제어순서를 나타낸 플로우차트이다. 또한, 첫회 캘리브레이션의 경우 전술한 바와 같이 장착자가 모터의 부하에 대하여 관절(20)의 정지상태를 유지하도록 근력을 발생시킴으로써 보정값을 설정한다.

도 20에 나타난 바와 같이 제어부(100F)는 S131에서 장착자가 각 손가락관절을 정지상태로 유지한 채로 전동모터(44)에 소정의 구동전류를 공급하여 구동력(입력토크)을 부하로서 부여한다. 그 때문에 장착자는 예를 들어 각 손가락관절을 편 상태로 전동모터(44)의 구동력에 대항하도록 근력을 발생시키게 된다.

다음의 S132에서는 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 장착자의 손목의 근전위신호(생체전위신호)를 취득한다. 다음의 S133에서는 실측된 근전위신호에 기초하여 가상토크를 연산에 의해 추정한다.

그 후, S134로 진행되어 부하로서 부여된 입력토크와 상기 가상토크를 비교한다. 그리고, S135에서 입력토크와 가상토크의 비율을 구한다. 그 다음의 S136에서는 캘리브레이션데이터베이스(400)에 저장된 각 페이스 마다의 부하에 대한 파라미터를 판독하고 이 파라미터에 상기 비율을 곱하여 구동전류생성수단(220)에 공급되는 제어신호의 보정값(보정파라미터)을 구한다. 그 다음으로 S137로 진행되어 보정파라미터를 자율적제어의 파라미터로서 설정한다(보정값설정수단).

이와 같이 관절(20)에 동작보조장갑(20)을 장착한 장착자는 정지한 상태로 그 날의 상태에 따른 생체신호의 캘리브레이션을 자동적으로 실시할 수 있다. 그 때문에 캘리브레이션에 필요한 노력과 시간을 대폭 삭감할 수 있다.

나아가, 근력이 쇠약해진 장착자에 대하여 캘리브레이션을 실시하기 위하여 불필요한 부담을 강요하지 않고 그 장착자의 상태에 따른 보정값을 설정하고, 장착자의 근전위신호에 근거한 구동력을 장착자의 동작에 연동하여 정확히 부여할 수 있다.

따라서, 캘리브레이션을 실시할 때에 장착자의 의사에 따른 어시스트력이 전동모터(44)로부터 부여되어 어시스트력이 지나치게 크거나 작게 되지 않고 장착자의 동작을 안정적으로 어시스트하여 동작보조장갑(20)의 신뢰성을 보다 높일 수가 있다.

특히 장착자가 초심자의 경우와 같이 장착된 동작보조장갑(20)을 생각대로 사용하는 것이 어려운 상황에서도 장착자는 안심하고 캘리브레이션을 실시할 수 있다.

다음으로 전술한 재설정모드 1(도 19의 S120 참조)의 캘리브레이션 제어처리에 대하여 도 21을 참조하여 설명한다.

도 21은 원모션(1회의 동작)에 의한 재설정 캘리브레이션의 제어순서를 나타낸 플로우차트이다. 또한, 원모션에 의한 캘리브레이션을 실시하는 경우 장착자는 손가락을 편 상태로부터 손가락을 굽힌 상태로 1회만 움직이게 된다. 또한, 메모리(102)에는 캘리브레이션의 동작에 대응하는 기준관계전위가 미리 저장되어 있다.

도 21에 나타난 바와 같이 제어부(100F)는 S141에서 관절(20)의 각도센서(96)로부터의 검출신호의 유무를 확인한다. 그리고, 장착자가 각 손가락관절을 동작시키는데에 수반되는 각 손가락관절의 각도의 움직임이 각도센서(96)에 의해 검출되면 S142로 진행되어 각도센서(96)로부터의 검출신호에 기초하여 각 손가락관절의 동작각도를 설정한다.

그 다음으로 S143로 진행되어 각 손가락관절의 동작각도에 따른 기준관계전위를 메모리(102)로부터 읽어들인다. 다음의 S144에서는 장착자 손목의 근전위 실측값을 생체전위센서(61~65)로부터 읽어들인다. 그리고, S145에서는 기준관계전위와 근전위의 실측값을 비교한다.

그 다음의 S146에서는 기준관계전위와 근전위의 실측값의 비율을 구한다. 그리고, S147에서는 전술한 캘리브레이션데이터베이스(400)에 저장된 각 손가락관절의 동작각도에 따른 파라미터를 판독하고 이 파라미터에 상기 비율을 곱하여 구동전류생성수단(220)에 공급되는 제어신호의 보정값(보정파라미터)을 구한다. 그 다음으로 S148로 진행되어 보정파라미터를 수의적 제어의 파라미터로서 설정한다(보정값설정수단).

이와 같이, 소정의 동작에 수반되는 관절각도의 변화에 따라 기준관계전위와 생체전위센서를 통하여 검출되는 생체전위신호(근전위신호)의 관계를 보정하도록 보정값을 구함으로써 여러가지 관절각도상태에 적절한 제어를 실시하도록 보정값을 설정할 수 있다. 또한, 2번째 이후의 캘리브레이션은 모터구동력을 부하로서 사용하지 않고 각 손가락을 편 상태로부터 각 손가락관절을 굽힌 상태로 1회만 회전운동시키는 동작(원모션)에 의해 파라미터(K')를 보정할 수 있으므로, 장착자의 체력적인 부담을 크게 경감할 수 있음과 동시에 동작보조장갑(20)을 장착한 후에 캘리브레이션에 필요한 준비시간을 단축할 수 있게 된다. 그 때문에 2번째 이후의 캘리브레이션에서는 동작개시를 신속하게 실시할 수 있다. 나아가, 동작중에 캘리브레이션을 실시할 수 있으므로 장착자가 특히 의식하지 않고 평상시의 동작중에서 각 손가락관절을 굽혀 빈번하게 캘리브레이션을 실시할 수 있어서 항상 최적으로 제어할 수 있다.

다음으로 전술한 재설정모드 2의 캘리브레이션 제어처리에 대하여 도 22를 참조하여 설명한다. 재설정모드 2에서는 장착자가 각 손가락관절을 신장방향 또는 굴곡방향으로 동작하여 예를 들어 손가락을 편 상태로부터 손가락을 굽힌 상태로 동작하는 것으로 한다.

도 22에 나타난 바와 같이 제어부(100F)는 S151에서 각도센서(96)로부터의 검출신호의 유무를 확인한다. 그리고, 장착자가 각 손가락관절을 동작시킴에 수반하여 각 손가락관절의 움직임을 각도센서(96)로부터의 검출신호에 의해 검출하면 S152로 진행되어 각도센서(96)로부터의 검출신호에 기초하여 캘리브레이션데이터베이스(400)에 저장된 태스크를 선택하여 장착자의 기준동작을 설정한다.

그 다음의 S153에서는 각 손가락관절의 동작에 따른 기준관계전위를 메모리(102)로부터 읽어들인다. 그 다음으로 S154로 진행되어 장착자 손목의 근전위 실측값을 생체전위센서(61~65)로부터 읽어들인다. 그리고, S155에서는 기준관계전위와 근전위의 실측값을 비교한다.

그 다음의 S156에서는 기준관계전위와 근전위의 실측값의 비율을 구한다. 그리고, S157에서는 전술한 캘리브레이션데이터베이스(400)에 저장된 관절(20)의 동작각도에 따른 파라미터를 판독하고 이 파라미터에 상기 비율을 곱하여 구동전류생성수단(220)에 공급되는 제어신호의 보정값(보정파라미터)을 구한다. 그 다음으로 S158로 진행되어 보정파라미터를 수의적 제어의 파라미터로서 설정한다(보정값설정수단).

그 다음의 S159에서는 캘리브레이션 동작의 태스크가 종료했는지를 확인한다. S159에서 아직 캘리브레이션 동작의 페이스가 남아 있는 경우에는 S160로 진행되어 다음의 페이스로 갱신하고 상기 S153 이후의 처리를 재차 실행한다.

또한, 상기 S159에서 캘리브레이션 동작의 태스크가 종료한 경우에는 금번의 캘리브레이션 처리를 종료한다.

이와 같이 2번째 이후의 캘리브레이션은 동작보조장갑(20)의 전동모터(44)의 구동력을 사용하지 않고 파라미터(K')를 보정할 수 있으므로 장착자의 체력적인 부담을 크게 경감할 수 있음과 동시에 동작보조장갑(20)을 장착한 후에 캘리브레이션에 필요한 준비시간을 단축하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 캘리브레이션의 동작은 장착자가 각 손가락관절의 동작을 조합하여 실시함으로써 표면근전위의 캘리브레이션을 실시하여도 되고, 그 개인에 맞는 동작에 의한 캘리브레이션을 실시할 수 있으므로 장착자가 신체장애자인 경우에는 동작가능한 임의의 동작으로 캘리브레이션을 실시할 수도 있고 다른 동작(태스크)을 기준동작으로 할 수도 있다.

또한, 실시예 6에서는 전술한 실시예 1의 제어회로에 캘리브레이션 제어처리를 부가한 구성에 대하여 설명하였지만 캘리브레이션 제어처리는 다른 실시예 2~5에서도 동일하게 실행할 수 있도록 조합하는 것도 가능하다. 다만, 그 제어처리는 상기 도 19~도 22에 나타낸 제어처리와 같으므로 다른 실시예 2~5에 관련된 캘리브레이션 제어처리에 대한 설명은 생략한다.

여기서, 장착식 동작보조장치(10)의 변형예에 대하여 설명한다.

(변형예 1)

도 23은 장착식 동작보조장치(10)의 변형예 1을 나타낸 사시도이다. 또한, 도 23에서 전술한 도 1와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 교부하고 그 설명을 생략한다. 도 23에 나타난 바와 같이 변형예 1의 장착식 동작보조장치(10A)는 동작보조장갑(20A), 복수의 선형상부재(500), 구동부(510), 생체신호검출부(60), 제어유닛(70A) 및 충전식배터리(610)가 형성되어 있다. 충전식배터리(610)는 표면에 태양전지(612)가 배치되어 있고 실내의 조명광 또는 태양광을 수광하여 발전하는 태양전지(612)에 의해 항상 충전되어 있다.

동작보조장갑(20A)는 전술한 실시예 1의 동작보조장갑(20)와 마찬가지로 장착자의 손에 밀착하도록 손의 사이즈에 맞춘 입체적인 형상으로 형성되어 있다.

또한, 동작보조장갑(20A)에는 장착자의 손가락이 삽입되는 피구동부로서의 손가락삽입부(21A)가 형성되어 있다. 도 24a에 나타난 바와 같이 손가락삽입부(21A)의 선단하측에는 물체(X)를 검출하는 물체검출센서(600)가 형성되어 있다.

물체검출센서(600)는 얇고 가요성이 있는 멤브레인스위치 등으로 이루어지고, 물체(X)에 접촉하면 제어유닛(70A)에 검출신호를 출력한다. 제어유닛(70A)은 물체검출센서(600)로부터의 검출신호가 입력된 경우에는 각 손가락삽입부(21A)가 파지동작을 하도록 구동력을 발생시키는 연산처리를 행한다.

또한, 동작보조장갑(20A)의 각 손가락삽입부(21A)의 선단에 물체검출센서(600)를 형성함과 함께, 예를 들어 푸시형 마이크로스위치를 손목이나 손의 측부 등의 물체(X)에 접촉하지 않는 비파지부분에 배치하고 예를 들어 마이크로스위치가 테이블이나 의자 등에 접촉하여 온으로 조작되면 선형상부재(500)가 구동시켜 각 손가락삽입부(21A)가 파지동작을 하도록 제어할 수도 있다.

또한, 물체검출센서(600)로서는 전술한 멤브레인스위치, 마이크로스위치에 한정되지 않고, 예를 들어 물체(X) 또는 물체(X)가 탑재된 테이블을 비접촉식으로 검출하는 반사형광센서 또는 근접센서(유도형 근접센서, 정전용량형근접센서, 자기형근접센서)를 이용하여도 된다.

동작보조장갑(20A)의 손등측 및 각 손가락삽입부(21A)의 양측에는 복수의 선형상부재(500)가 각 손가락삽입부(21A)의 연장방향을 따라 배치되어 있다. 복수의 선형상부재(500)는 일단이 동작보조장갑(20A)의 각 손가락삽입부(21A)에 연결되어 있다. 또한, 본변형예에서는 선형상부재(500)의 동작에 의해 얻어지는 보조동력을 확보하기 위하여 1개의 손가락삽입부(21A)에 4개의 선형상부재(500)를 배치하고 있고 장착자의 손의 상태에 따라 선형상부재(500)의 갯수를 적절히 증감할 수 있다.

손가락삽입부(21A)는 동작보조장갑(20A)와 일체로 형성되어 있고 각 손가락 전체를 덮도록 캡형상으로 형성되어 있다. 또한, 복수의 선형상부재(500)는 손가락관절에 감겨진 체결링(32, 34, 36)에 의해 동작보조장갑(20A)의 외측에 체결된다. 그 때문에 구동부(510)는 각 선형상부재(500)을 통하여 구동력을 동작보조장갑(20A)의 각 손가락삽입부(21A)에 효율적으로 전달할 수 있다.

나아가 복수의 선형상부재(500)는 동작보조장갑(20A)의 외측에 봉합된다. 그 때문에 복수의 선형상부재(500)가 신장방향 또는 굴곡방향으로 동작함과 함께 동작보조장갑(20A)의 각 손가락삽입부(21A)나 선형상부재(500)와 일체로 신장방향 또는 굴곡방향으로 동작한다. 본변형예 1의 선형상부재(500)는 중공형상의 수지튜브(통형상체)로 이루어지고 내부에 유동체가 충전되는 중공통로가 길이방향으로 연장형성되어 있다. 또한, 복수의 선형상부재(500)는 구동력을 전달하는 부재이지만 금속부재 등에 비해 크게 경량화 되어 있어 장착자의 부담을 경감할 수 있다.

도 24a 및 도 24b에 나타난 바와 같이 각 손가락삽입부(21A)의 관절부분의 외측에는 전술한 외력인가부재(90)가 형성되어 있다. 그 때문에 동작보조장갑(20A)의 손가락관절을 덮는 손가락삽입부(21A)의 표면에는 각 손가락삽입부(21A)를 신장시키려고 하는 외력인가부재(90)의 외력이 부여되어 있고, 외력이 각 손가락관절의 신장동작(도 24b에 나타낸 파지상태로부터 도 24a에 나타낸 개방상태로의 동작)의 보조력으로서 작용한다.

도 25a 및 도 25b에 나타난 바와 같이, 구동부(510)는 선형상부재(500)의 중공통로(502)에 충전된 유동체(520, 점으로 표시한 부분을 나타낸다)를 가압 또는 감압하는 액츄에이터(510a~510j)를 구비한다. 액츄에이터(510a~510j)는 넙적한 형상의 하우징(530)의 내부에 1쌍의 펠티에소자(Peltier device, 540)가 수납되어 있다. 펠티에소자(540)는 전류가 흐르는 방향에 의해 발열에 의한 가열 또는 열의 흡수에 의한 냉각을 하여 유동체(520)의 온도를 조정하는 온도조정수단이다.

또한, 유동체(520)는 고온에서 체적이 작아지고 저온에서 체적이 커지는 성질을 갖는 겔로 이루어진다. 유동체(520)로 사용되는 겔은 예를 들어 고분자의 3차원 그물코구조안에 액체가 들어감으로써 체적을 10배로 증대시키는 특성이 있는 폴리벤질메타크릴레이트로 불리는 고분자와 이미다졸륨계의 이온액체로 형성되어 있다.

유동체(520)는 1쌍의 펠티에소자(540)의 간극에서 상하방향으로 동시에 가열 또는 냉각되기 때문에 단시간에 체적이 축소 또는 증대하는 것이 가능해지도록 하우징(530)내에 충전되어 있다. 또한, 액츄에이터(510a~510j)는 넙적한 형상의 공간내에 유동체(520)가 충전된 상태로 1쌍의 펠티에소자(540)에 의해 가열 또는 냉각되면 출구(550)에 접속된 선형상부재(500)의 중공통로(502)에 유동체(520)에 대하여 체적변화에 따른 압력(감압 또는 가압)을 부여한다.

중공통로(502)의 내경은 하우징(530)내의 공간에 비해 상당히 작은 치수로 형성되어 있으므로 하우징(530)내에서의 가열 또는 냉각에 따른 유동체(520)의 체적변화량이 중공통로(502)에 유동체(520)에 대해 증폭되어 가압 또는 감압하는 것이 가능하게 된다. 또한, 각 선형상부재(500)는 내부에 중공통로(502)를 갖는 수지제 미세관에 의해 형성되어 있고, 또한 수지제 미세관의 내측 및 외측은 도 3a에 나타난 바와 같이 주름형상(벨로오즈형상)의 미세한 요철형상으로 형성되어 있다. 그 때문에 각 선형상부재(500)는 중공통로(502)에 충전된 유동체(520)의 압력의 증감에 따라 길이방향(축방향)으로 신축가능하게 형성되어 있다.

각 선형상부재(500)는 체결링(32, 34, 36)에 의해 동작보조장갑(20A)의 외측에 체결되어 있다. 각 선형상부재(500)는 동작보조장갑(20A)의 손등측이 감압되어 길이방향으로 줄어듬과 동시에 동작보조장갑(20A)의 손바닥측이 가압되어 길이방향으로 늘어나면, 각 손가락삽입부(21A)를 늘리도록 구동력을 각 손가락삽입부(21A)에 부여한다. 또한, 각 선형상부재(500)는 동작보조장갑(20A)의 손등측이 가압되어 길이방향으로 늘어남과 동시에 동작보조장갑(20A)의 손바닥측이 감압되어 길이방향으로 줄어들면 각 손가락삽입부(21A) 부분을 굽히도록 구동력을 부여한다.

선형상부재(500)에는 저온에서 고온으로 변화하는 유동체(520)를 밀봉한 중공통로(502)에 충전된 상태를 유지하는 내열성이 있는 수지재가 사용된다. 나아가, 액츄에이터(510a~510j)의 각 펠티에소자(540)에는 충전식배터리(610)에 충전된 전력이 공급된다. 충전식배터리(610)는 각 펠티에소자(540)에 의한 소비전력을 공급하기 때문에 태양전지(612)에 의한 충전이 항상 행해진다.

본변형예 1에서는 각 손가락삽입부(21A)의 일측에 선형상부재(500)가 2개씩 배치되고 있고 또한 각 손가락삽입부(21A)마다 액츄에이터(510a~510j)가 병렬로 형성되어 있다. 즉, 1개의 손가락삽입부(21A)의 양측에 총 4개의 선형상부재(500)가 배치되고 손바닥측과 손등측에서 각각 상이한 구동부에 접속되어 있다. 따라서, 각 선형상부재(500)는 예를 들어 손바닥측이 가압되고 손등측이 감압됨으로써 각 손가락삽입부(21A)를 편 상태로 구동할 수 있다. 반대로, 각 선형상부재(500)의 손바닥측을 감압하고 손등측을 가압함으로써 각 손가락삽입부(21A)를 파지상태로 구동할 수 있다.

제어유닛(70A)은 생체신호검출부(60)의 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 생체신호에 기초하여 연산처리를 하여 액츄에이터(510a~510j)에 구동제어신호를 출력한다. 제어유닛(70A)의 제어처리는 전술한 실시예 1~6의 제어부(100 및 100A~100F)가 실행하는 제어처리와 마찬가지로 행해지므로 여기서는 제어처리에 대한 설명을 생략한다.

이와 같이, 변형예 1의 동작보조장갑(20A)을 사용한 경우에도 실시예 1과 마찬가지로 제어유닛(70A)으로부터의 구동제어신호에 기초하여 선형상부재(500)를 손가락삽입부(21A)의 관절의 동작방향으로 신장 또는 굴곡시킴으로써 장착자의 손가락관절을 동작시키도록 구동부(510)의 구동력을 전달할 수 있기 때문에 경량화를 도모할 수 있음과 동시에 장착자의 부담을 경감할 수 있다.

또한, 유동체(520)의 온도를 조절하는 온도조절수단은 전술한 펠티에소자로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 중공통로(502)내에 전열선을 배치하고 통전하여 가열하여도 된다. 이러한 구성에 의하면 중공통로(502)내의 유동체(520)를 전체적으로 가열할 수 있으므로 신속히게 온도를 변화시킬 수가 있어 구동부(510)의 응답성이 향상된다. 유동체(520)의 냉각은 중공통로(502)가 가는 선 형상으로 형성되어 있으므로 중공통로(502)의 표면으로부터의 방열에 의해 충분히 빨리 냉각된다.

또한, 유동체(520)에는 섬유상 도전체가 혼입된 겔을 사용하여도 된다. 이러한 종류의 겔에서는 겔에 전압을 인가하면 섬유상 도전체가 쿨롱력에 의해 겔내에서 이동, 정렬하여 도전로를 형성함으로써, 이 도전로에 전류가 흘러 발열하고 겔내부온도가 변화함에 따라 겔자체가 체적변화를 일으키는 성질을 갖는다. 이 섬유상 도전체가 혼입된 겔을 사용한 경우에는 1쌍의 펠티에소자(540)가 배치되어 있는 위치에 펠티에소자 대신에 전압인가용 전극을 배치하고 이 전극간의 겔에 전계를 인가하여 구동부(510)를 구동할 수 있다.

(변형예 2)

도 26은 변형예 2의 장착식 동작보조장치(10B)를 나타낸 사시도이다. 또한, 도 26에서 전술한 도 23과 동일한 부분에 대하여는 동일한 참조부호를 교부하고 그 설명을 생략한다. 도 26에 나타난 바와 같이, 장착식 동작보조장치(10B)는 동작보조장갑(20B), 상기 변형예 1의 복수의 선형상부재(500), 구동부(510), 생체신호검출부(60) 및 제어유닛(70A)이 외측 동작보조장갑과 내측 동작보조장갑과의 사이에 수용되어 있다. 그 때문에 구동부(510)는 각 선형상부재(500)를 통하여 구동력을 동작보조장갑(20B)의 각 손가락삽입부(21B)에 효율적으로 전달할 수 있다.

충전식배터리(610)는 표면에 태양전지(612)가 배치되고 있으므로 태양전지(612)가 동작보조장갑(20B)의 외측장갑으로부터 노출하도록 형성되어 있다.

도 27a 및 도 27b에 나타난 바와 같이, 동작보조장갑(20B)은 외관상으로는 복수의 선형상부재(500), 구동부(510), 생체신호검출부(60), 제어유닛(70A)이보이지 않기 때문에 통상적인 장갑과 같은 디자인으로 할 수 있다. 따라서, 장착자가 동작보조장갑(20C)를 장착한 채로 외출하는 경우에도 제3자의 시선을 신경쓰지 않고 손가락관절을 동작시킬 수 있다.

또한, 상기 동작보조장갑(20B)에서 외측 동작보조장갑의 내측에 복수의 선형상부재(500), 구동부(510), 생체신호검출부(60), 제어유닛(70A)를 배치하고, 복수의 선형상부재(500), 구동부(510), 생체신호검출부(60), 제어유닛(70A)의 적어도 손가락 삽입에 의해 접촉하는 부분에는 천제품 또는 가죽제품, 합성가죽의 커버부재를 부분적으로 봉합해도 된다.

이와 같이, 변형예 2의 동작보조장갑(20B)를 사용한 경우에도 실시예 1과 마찬가지로 제어유닛(70A)으로부터의 구동제어신호에 기초하여 선형상부재(500)를 손가락삽입부(21B)의 관절의 동작방향으로 신장 또는 굴곡시킴으로써 장착자의 손가락관절을 동작시키도록 구동부(510)의 구동력을 전달할 수 있으므로 경량화를 도모할 수 있음과 함께 장착자의 부담을 경감하는 것이 가능하게 된다.

(변형예 3)

도 28은 변형예 3의 장착식 동작보조장치(10C)를 나타낸 사시도이다. 또한, 도 28에서 전술한 도 23과 동일한 부분에 대하여는 동일한 참조부호를 교부하고 그 설명을 생략한다. 도 28에 나타난 바와 같이, 장착식 동작보조장치(10C)에는 동작보조장갑(20C), 복수의 선형상부재(700), 구동부(710), 생체신호검출부(60), 제어유닛(70C) 및 충전식배터리(610)가 형성되어 있다.

복수의 선형상부재(700)는 예를 들어 피아노선 등의 와이어이다. 구동부(710)는 리니어모터(710a~710j)를 구비한다. 복수의 선형상부재(700)는 구동력을 전달하는 부재이지만 로드형상의 금속부재 등에 비해 크게 경량화되어 있으므로 장착자의 부담도 경감할 수 있다.

리니어모터(710a~710j)의 가동자(마그넷)에는 선형상부재(700)의 일단이 연결되어 있다. 또한, 선형상부재(700)의 타단은 동작보조장갑(20C)의 손가락삽입부(21C)에 연결되어 있다. 또한, 동작보조장갑(20C)에는 리니어모터(710a~710j)의 가동자의 이동량을 측정하는 리니어스케일이 형성되어 있다. 리니어스케일은 예를 들어 가동자의 이동량을 측정하도록 설치하여도 되고 혹은 가동자에게 연결된 선형상부재(700)을 따라 배치하여도 된다.

나아가, 복수의 선형상부재(700)는 동작보조장갑(20C)의 외측에 봉합된다. 그 때문에 복수의 선형상부재(700)가 신장방향 또는 굴곡방향으로 동작함과 함께 동작보조장갑(20C)의 각 손가락삽입부(21C)나 선형상부재(700)와 일체로 신장방향 또는 굴곡방향으로 동작한다. 따라서, 구동부(710)는 각 선형상부재(700)를 통하여 리니어모터(710a~710j)의 구동력을 동작보조장갑(20C)의 각 손가락삽입부(21C)에 효율적으로 전달할 수 있다.

리니어모터(710a~710j)는 제어유닛(70C)로부터의 제어신호에 의해 고정자를 구성하는 복수의 코일에 통전되어 여자됨과 동시에 가동자에 대한 추력을 발생한다. 도 29a 및 도 29b에 나타난 바와 같이 동작보조장갑(20C)의 각 손가락삽입부(21C)를 따르도록 연장된 복수의 선형상부재(700)는 리니어모터(710a~710j)의 추력에 의해 신장방향 또는 굴곡방향으로 직접 구동된다.

본변형예 3의 제어유닛(70C)은 상기 각 실시예의 경우와 마찬가지로 생체신호검출부(60)의 생체전위센서(61~65)에 의해 검출된 생체신호에 기초하여 연산처리(자세한 것은 후술한다)를 하여 리니어모터(710a~710j)에 구동제어신호를 출력한다. 제어유닛(70C)에서의 제어처리는 전술한 실시예 1~6의 제어부(100 및 100A~100F)가 실행하는 제어처리와 마찬가지이므로 여기서는 제어처리의 설명은 생략한다.

이와 같이, 변형예 3의 동작보조장갑(20C)을 사용한 경우에도 실시예 1과 마찬가지로 제어유닛(70C)으로부터의 구동제어신호에 기초하여 선형상부재(700)를 손가락 관절의 동작방향으로 신장 또는 굴곡시킴으로써 장착자의 손가락관절을 동작시키도록 구동부(510)의 구동력을 전달할 수 있으므로 경량화를 도모할 수 있음과 함께 장착자의 부담을 경감하는 것이 가능하게 된다.

(변형예 4)

도 30은 변형예 4의 장착식 동작보조장치(10D)를 나타낸 사시도이다. 도 30에 나타난 바와 같이, 장착식 동작보조장치(10D)는 동작보조장갑(20D), 복수의 선형상부재(800), 인가전압전환회로(810), 생체신호검출부(60), 제어유닛(70D) 및 충전식배터리(610)가 형성되어 있다.

각 선형상부재(800)는 체결링(32, 34, 36)에 의해 각 손가락삽입부(21D)에 체결된다. 따라서, 선형상부재(800)에서 발생한 구동력은 직접 각 손가락삽입부(21D)에 전달되어 각 손가락삽입부(21D)를 직선상태(각 손가락을 편 상태) 또는 굴곡상태(각 손가락을 굽힌 상태)로 구동하도록 작용한다.

복수의 선형상부재(800)는 예를 들어 인가전압의 크기 또는 인가전압의 극성(플러스·마이너스)에 의해 체적변화를 일으켜 구동력을 발생하는 가요성의 합성수지기판으로 이루어진다. 즉, 각 선형상부재(800)는 인가전압전환회로(810)에 의해 전극층에 인가 되는 전압에 따라 각 손가락삽입부(21D)를 직선상태로부터 굴곡상태로 구동하는 구동력 또는 굴곡상태로부터 직선상태로 구동시키는 구동력을 발생한다.

또한, 각 선형상부재(800)는 그 자체가 구동력을 발생하는 구동수단이므로 다른 모터 등으로 이루어지는 액츄에이터가 불필요해지고 액츄에이터가 별개로 형성되는 것보다 크게 경량화 되어 장착자의 부담을 경감할 수 있다.

또한, 본변형예 4의 도 29에서는 각 손가락삽입부(21D)의 뒤편(손등측)에 선형상부재(800)를 2개씩 배치한 구성예를 일례로서 나타내었지만 이에 한정되는 것은 아니고 선형상부재(800)을 3개이상 배치하는 구성이어도 된다.

도 31a는 변형예 4의 장착식 동작보조장치(10D)의 손가락삽입부의 일부를 단면으로 하여 나타낸 도면이다. 도 31b는 변형예 4의 장착식 동작보조장치(10D)의 손가락삽입부를 굽힌 동작상태를 나타낸 도면이다.

도 31a에 나타난 바와 같이, 동작보조장갑(20D)의 각 손가락삽입부(21D)의 앞면(손바닥측)과 뒷면(손등측)에는 선형상부재(800)가 각 손가락삽입부(21D)의 손가락 연장방향으로 연장하도록 장착되어 있다.

각 선형상부재(800)의 전극층(801, 802)은 각각 전압제어용 전선(804)를 통하여 인가전압전환회로(810, 810A~810j)의 출력단자에 접속되어 있다. 인가전압전환회로(810, 810A~810j)는 각각 충전식배터리(610)가 전압공급원으로서 접속되어 있고, 또한 제어유닛(70D)으로부터의 제어신호에 의해 각 선형상부재(800)의 전극층(801, 802)에 인가하는 전압의 극성 및 전압의 크기를 제어한다.

선형상부재(800)는 평행으로 배치되고 1쌍의 전극층(801, 802)의 사이에 구동층(803)이 위치하도록 적층되어 있다. 구동층(803)은 예를 들어 인가되는 전압의 극성(플러스·마이너스)에 의해 구동력의 발생방향이 바뀌는 이온교환수지로 형성되어 있다. 이 이온교환수지의 상하면에 전극층(801, 802)을 적층하여 이루어지는 이온전도액츄에이터는 전압을 인가하지 않은 상태에서는 직선상으로 연장한 정지상태(비구동상태)에 있다. 또한, 이온교환수지의 내부에는 1쌍의 전극층(801, 802)의 극성을 전환하여 고분자전해질내의 플러스측(양극측)의 양이온이 마이너스측(음극측)으로 이동함으로써 이온교환수지의 극성에 의해 팽윤에 차이가 발생하여 마이너스측(음극측)으로 휘도록 변형한다. 구동층(803)은 겉과 안의 팽윤차에 의해 생긴 힘을 각 손가락삽입부(21D)를 동작시키는 구동력으로서 작용시킨다.

따라서, 인가전압전환회로(810)에 의해 1쌍의 전극층(801, 802)의 극성을 플러스 또는 마이너스로 전환함으로써 구동층(803)의 변형방향을 전환할 수 있고, 인가하는 전압의 크기에 의해 변형량을 제어하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 각 선형상부재(800)의 구동력의 발생동작에 대하여 설명한다.

예를 들어, 각 선형상부재(800)의 전극층(801, 802)중에 상측 전극층(801)을 마이너스(음극), 하측 전극층(802)을 플러스(양극)가 되도록 인가전압의 극성을 인가전압전환회로(810)에 의해 전환하면 구동층(803)에서 상측의 팽윤이 하측보다 커지기 때문에 각 손가락삽입부(21D)를 하방에 굽히려고 하는 구동력(Fa)이 발생한다.

도 31b에 나타난 바와 같이 각 손가락삽입부(21D)는 굴곡방향으로 구동되어 파선으로 나타낸 직선상태(XA)로부터 각 손가락관절을 굽힌 굴곡상태(XB)로 동작한다. 또한, 각 선형상부재(800)의 전극층(801, 802)에 대한 전압을 오프(제로)로 하면 각 손가락삽입부(21D)는 신장방향으로 구동되어 실선으로 나타낸 굴곡상태(XB)로부터 직선상태(XA)로 천천히 복귀한다.

나아가, 굴곡상태(XB)에서 각 선형상부재(800)의 전극층(801, 802)중 상측 전극층(801)을 플러스(양극), 하측 전극층(802)을 마이너스(음극)가 되도록 인가전압의 극성을 인가전압전환회로(810)에 의해 전환하면 각 손가락삽입부(21D)를 상방으로 젖히려는 구동력(Fb)이 발생한다. 이와 같이, 각 선형상부재(800)의 전극층(801, 802)에 인가되는 전압의 극성을 전환함으로써 각 손가락삽입부(21D)를 실선으로 나타낸 굴곡상태(XB)로부터 직선상태(XA)로 신속히 복귀시킬 수 있다. 이 복귀동작속도는 리허빌리를 행하는 경우에 유효함과 동시에 손가락을 굽힌상태로부터 펴는 방향으로 큰 토크를 손가락에 부여할 수 있다.

이와 같이, 변형예 4의 동작보조장갑(20D)를 사용한 경우에도 실시예 1과 마찬가지로 제어유닛(70D)으로부터의 구동제어신호에 의해 각 선형상부재(800)의 전극층(801, 802)에 인가하는 전압의 극성을 전환하면 각 손가락삽입부(21D)를 신장 또는 굴곡시키는 방향으로 구동력(Fa, Fb)을 발생시키는 것이 가능하게 되어 경량화를 도모할 수 있음과 함께 장착자의 부담을 경감하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 구동층(803)은 이온교환수지에 한정되지 않고, 예를 들어 전압을 인가 함으로써 체적팽창에 의한 변형 또는 변위를 일으키는 압전폴리머, 도전성폴리머, 전기변형폴리머 등의 고분자재료를 이용하여도 되는 것은 물론이다.

상기 실시예에서는 동작보조장갑(20)을 장착하여 장착자의 각 손가락관절의 동작을 보조하는 경우에 대하여 설명했지만 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 상기 동작보조장갑(20)을 이용하여 손가락관절의 동작의 리허빌리훈련(기능회복훈련)을 하는 것도 가능하므로 리허빌리용 장갑으로서 사용할 수도 있다.

상기 변형예 1~4에서 동작보조장갑(20A~20D)의 손가락 끝부분을 실시예 1의 동작보조장갑(20)와 마찬가지로 절단하여 장착자의 손가락끝이 노출하여도 된다.

본 발명은 구체적으로 개시된 실시예로 한정되는 것은 아니고 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 여러가지 변형예, 개량예를 포함하는 것이다.

본원은 2009년 4월 9일에 출원한 일본특허출원 제2009－094695호에 근거하여 우선권을 주장하는 것으로 상기 일본특허출원의 모든 내용을 참조함으로써 본원에 원용한다.

10, 10A~10D 장착식 동작보조장치
20, 21A~20D 동작보조장갑
21, 21 A~21D 손가락삽입부
22 개구
24 손목부
30 피구동부
32, 34, 36 체결링
40, 510, 710 구동부
40a~40j 구동기구
42 회전운동부재
44 전동모터
50, 50a~50j, 500, 700, 800 선형상부재
51 통형상체
52, 53 와이어
54 캡
55 중공부
57 상부공간
58 하부공간
59 중부공간
60 생체신호검출부
61~65 생체전위센서
70, 70A, 70C, 70D 제어유닛
80, 82 벨트
84 면패스너
90 외력인가부재
94 토크센서
96 각도센서
100, 100A~100F 제어부
102 메모리
104 표시기
124, 610 충전식배터리
130 응력센서
140 충전기
200 생체전위처리수단(생체신호처리수단)
202 증폭기
204 고대역 밴드패스필터
206 중대역 밴드패스필터
212 수의적제어수단
220 구동전류생성수단
300 데이터베이스
310 자율적제어수단
320 제어신호합성수단
400 캘리브레이션데이터베이스
410 페이스특정수단
420 차분도출수단
430 파라미터보정수단
440 캘리브레이션제어수단
450 부하발생수단
502 중공통로
510a ~ 510j 액츄에이터
520 유동체
530 하우징
540 펠티에소자
612 태양전지
600 물체검출센서
710a ~ 710j 리니어모터
810 인가전압전환회로
801, 802 전극층
803 구동층

Claims

장착자의 손가락이 삽입되는 손가락삽입부를 갖는 동작보조장갑;
상기 동작보조장갑의 손등측에 배치되어 상기 손가락삽입부를 구동하는 구동부;
상기 구동부의 구동력을 상기 손가락삽입부에 전달하도록 상기 손가락삽입부의 연장방향을 따라 배치된 선형상부재;
상기 장착자의 손가락을 동작시키기 위한 생체신호를 검출하는 생체신호검출부; 및
상기 생체신호검출부에 의해 생성된 생체신호에 기초하여 상기 구동부에 구동제어신호를 출력하는 제어부;를 구비하고,
상기 구동부는 상기 제어부로부터의 구동제어신호에 기초하여 상기 선형상부재를 상기 손가락삽입부의 신장방향 또는 굴곡방향으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형상부재는 상기 동작보조장갑의 상기 손가락삽입부의 측부 또는 손등측을 따라 고정되고, 상기 손가락삽입부에 구동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형상부재는 상기 동작보조장갑의 상기 손가락삽입부를 따라 복수개씩 배치되고,
상기 복수의 선형상부재 각각이 신축하여 각 손가락관절의 동작방향으로 구동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형상부재는 가요성이 있는 통형상의 통형상체와 이 통형상체의 중공부에 삽입통과되는 와이어를 구비하고,
상기 와이어의 일단이 상기 구동부에 연결되고, 상기 와이어의 타단을 상기 손가락삽입부에 연결하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형상부재는 가요성이 있는 통형상체와 이 통형상체의 중공부에 충전되어 온도에 따라 체적을 변화시키는 유동체를 구비하고,
상기 통형상체에 상기 유동체를 가열 또는 냉각하는 온도조정수단을 설치하고,
상기 온도조정수단은 상기 유동체를 가열 또는 냉각함으로써 상기 유동체의 체적을 증감시켜 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형상부재는 평행으로 배치된 전극층 사이에 인가된 전압에 따라 변형하는 구동층을 형성하여 이루어지고,
상기 구동층은 상기 전극층에 인가되는 전압에 따라 직선상태로부터 굴곡상태로 구동하는 구동력 또는 굴곡상태로부터 직선상태로 구동하는 구동력을 발생하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형상부재는 상기 동작보조장갑의 외측에 형성된 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형상부재는 상기 동작보조장갑의 내측에 형성되고, 적어도 손가락 접촉부분의 내측에는 내측커버부재가 형성된 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 선형상부재는 상기 동작보조장갑의 외측보조장갑과 내측보조장갑의 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장착자의 손가락관절을 굽힌 상태로부터 편 상태로 되돌리도록 또는 상기 장착자의 손가락관절을 편 상태로부터 굽힌 상태로 되돌리도록 상기 각 손가락삽입부에 외력을 인가하는 외력인가부재를 형성한 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 동작보조장갑은 상기 손가락삽입부에 피파지부재의 존재를 검출하는 검출수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 동작보조장갑은 상기 손가락삽입부에 장착자의 손가락끝의 일부를 노출시키는 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 동작보조장갑은 상기 손가락삽입부에 장착자의 손가락관절의 굽힘각도를 검출하는 손가락관절각도센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 장착자의 손가락을 동작시키기 위한 신호를 상기 생체신호검출부에 의해 검출된 생체신호로부터 취득하는 생체신호처리수단;
상기 생체신호처리수단에 의해 취득된 신호를 이용하여 상기 장착자의 의사에 따른 동력을 상기 구동부에 발생시키기 위한 수의적제어신호를 생성하는 수의적제어수단; 및
상기 수의적제어수단에 의해 생성된 수의적제어신호에 기초하여 상기 생체신호의 신호에 따른 전류를 생성하여 상기 구동부에 공급하는 구동전류생성수단;
을 구비하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 장착자의 손가락의 태스크를 구성하는 일련의 페이스의 기준파라미터를 저장한 데이터베이스;
상기 기준파라미터를 비교함으로써 상기 장착자의 손가락의 태스크 및 페이스를 추정하고 그 페이스에 따른 동력을 상기 구동부에 발생시키기 위한 자율적제어신호를 생성하는 자율적제어수단; 및
상기 자율적제어신호에 따른 전류를 생성하고 상기 구동부에 공급하는 구동전류생성수단;
을 구비하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 생체신호검출부에 의해 검출된 생체신호를 이용하여 상기 장착자의 의사에 따른 동력을 상기 구동부에 발생시키기 위한 수의적제어신호를 생성하는 수의적제어수단;
상기 장착자의 손가락의 태스크를 구성하는 일련의 페이스의 기준파라미터를 저장한 데이터베이스;
상기 손가락관절각도센서에 의해 검출된 손가락 굽힘각도와 상기 데이터베이스에 저장된 기준파라미터를 비교함으로써 상기 장착자의 손의 태스크 및 페이스를 추정하고 그 페이스에 따른 동력을 상기 구동부에 발생시키기 위한 자율적제어신호를 생성하는 자율적제어수단;
상기 수의적제어수단으로부터의 수의적제어신호 및 상기 자율적제어수단으로부터의 자율적제어신호를 합성하는 제어신호합성수단; 및
상기 제어신호합성수단에 의해 합성된 총제어신호에 따른 총전류를 생성하여 상기 구동부에 공급하는 구동전류생성수단;
을 구비하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 16 항에 있어서,
상기 데이터베이스는 상기 페이스의 기준파라미터와 필요한 대응관계가 되도록 규정된 하이브리드비를 저장하고,
상기 제어신호합성수단은 상기 자율적제어수단에 의해 추정된 태스크 및 페이스에 따라 상기 하이브리드비가 되도록 상기 수의적제어신호 및 상기 자율적제어신호를 합성하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 구동부로부터 부여된 부하로서의 구동력에 대한 생체신호를 상기 생체신호검출부에 의해 검출하고 그 생체신호에 기초하여 보정값을 설정하는 캘리브레이션수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 18 항에 있어서,
캘리브레이션수단은
상기 동작보조장갑이 상기 장착자에게 장착된 상태로 상기 구동원으로부터의 소정의 구동력을 부여하는 부하발생수단; 및
상기 부하발생수단에 의해 부여된 구동력에 저항하여 발생한 생체신호를 상기 생체신호검출부에 의해 검출하고, 검출된 신호에 기초하여 상기 구동전류생성수단이 실시하는 연산처리의 파라미터를 생성하고, 그 파라미터를 당해 장착자 고유의 보정값으로서 설정하는 보정값설정수단;
을 구비하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 생체신호검출부에 의해 검출된 상기 생체신호와 상기 손가락관절각도센서에 의해 검출된 손가락 굽힘각도의 대응관계의 데이터가 저장된 캘리브레이션데이터베이스를 구비하고,
상기 보정값설정수단은 상기 캘리브레이션데이터베이스에 저장된 상기 데이터에 근거하여 상기 파라미터를 보정하는 것을 특징으로 하는 장착식 동작보조장치.