KR20120047401A - Energy storage-emission type of ankle joint and foot in gait assistance device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An ankle joint energy storage-emission type walking aid is provided to consume energy according to a need after efficiently storing energy generated while walking. CONSTITUTION: An ankle joint energy storage-emission type walking aid comprises a foot unit(10) and a foot energy storage unit. The foot unit is worn on the foot of a wearer. The foot energy storage unit is installed in the foot unit and saves energy when the foot moves. The foot unit is equipped with a body part, a front bottom supporting part, and a heel supporting part. The foot energy storage unit saves the energy generated by the rotation of the heel supporting part.

Description

족관절 에너지 저장-방출 방식의 보행 보조 장치{ENERGY STORAGE-EMISSION TYPE OF ANKLE JOINT AND FOOT IN GAIT ASSISTANCE DEVICE}ENERGY STORAGE-EMISSION TYPE OF ANKLE JOINT AND FOOT IN GAIT ASSISTANCE DEVICE}

본 발명은 보행 보조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 족관절 에너지 저장-방출 방식의 보행 보조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a walking assistance device, and more particularly, to a walking assistance device of ankle joint energy storage-release method.

신체가 전진 보행할 때 한쪽 다리는 몸체(trunk)를 지탱하며, 다른쪽 다리는 앞으로 나아간다. 그리고 다리들은 서로 역할을 바꾼다. 한쪽 다리에서 다른쪽 다리로 신체의 무게중심을 옮기는 동안 양발은 지면에 붙어 있다. 한 하지에 의한 이러한 기능적인 하나의 연속적 주기를 보행주기(gait cycle)라고 한다.
As the body walks forward, one leg carries the trunk and the other leg goes forward. And the legs swap roles with each other. Both feet are attached to the ground while moving their center of gravity from one leg to the other. One such continuous cycle by one leg is called the gait cycle.

이와 같은 보행은 동작의 흐름에 의해 이루어지므로, 특별한 출발점이나 끝나는 지점은 없다. 그러므로 보행주기의 시작을 선택해야 한다. 일반적으로 발의 뒤꿈치가 지면에 접촉하는 행동을 보행주기의 시작으로 선택하는데, 이는 지면에 접촉하는 순간 대부분의 보행패턴이 정해지기 때문이다.
Since walking is performed by the flow of motion, there is no special starting point or ending point. Therefore, the start of the walking cycle should be chosen. In general, the action of the heel of the foot in contact with the ground is selected as the start of the gait cycle, since most walking patterns are determined at the time of contact with the ground.

도 12a 내지 도 12h는 일반적인 보행을 주기에 따라 나타내는 도면이다. 도 12a 내지 도 12h를 참고하여 보행주기를 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 보행주기는 입각기(stance phases)와 유각기(swing phases)로 나눈다. 입각기(stance)는 발바닥(plantar)이 지면에 닿아 있는 전체의 기간을 나타내는데 사용되어지며, 유각기는 신체가 앞으로 나가기 위해서 발이 공중에 떠 있는 시간을 말한다. 유각기는 발바닥이 지면으로부터 들려지면서 시작한다.
12A to 12H are diagrams illustrating a general gait cycle. Referring to Figure 12a to 12h schematically illustrating the walking cycle as follows. The walking cycle is divided into stance phases and swing phases. The stance is used to represent the entire period of time when the plantar is in contact with the ground, and the stator is the time the foot is in the air to move forward. The stir starts with the soles lifted from the ground.

도 12a는 초기접지기(initial contact)를 나타내며(이하 진한 색깔 기준), 발바닥(또는 발뒤꿈치)이 지면에 바로 닿을 때 동작을 나타낸다. 도 12b는 부하반응기(loading response)를 나타내며, 다리를 이용하여 체중을 앞으로 이동시킨다. 부하반응기는 유각기(swing)를 위해 다리가 들어올려 질 때까지 계속한다. 도 12c는 중간입각기(mid stance)를 나타내며, 다른 발(하얀 색으로 표시)이 들어올려질 때 시작된다. 도 12d는 말기입각기(terminal stance)를 나타내며, 이 주기는 발뒤꿈치 올리기로 시작하고 다른 발바닥이 지면에 닿을 때까지 계속된다. 도 12e는 전-유각기(pre-swing)를 나타내며, 다른 발바닥(하얀 색으로 표시)의 지면 접촉에 의해 시작한다. 도 12f는 초기유각기(initial swing)를 나타내며, 지면에서 발을 올리면서 시작한다. 도 12g 및 도 12h는 중간유각기(mid swing) 및 말기유각기(terminal swing)를 나타내며, 유각기는 발뒤꿈치가 지면에 접촉할 때 끝난다.
FIG. 12A shows an initial contact (based on dark color hereinafter) and shows motion when the sole (or heel) is in direct contact with the ground. 12B shows the loading response and uses the legs to move the weight forward. The load reactor continues until the legs are lifted up for swing. 12C shows mid stance and begins when the other foot (marked in white) is lifted. 12D shows the terminal stance, which begins with heel raising and continues until the other plantar reaches the ground. 12E shows the pre-swing and starts by ground contact of the other sole (marked in white). 12F shows an initial swing and begins with raising feet off the ground. 12G and 12H show mid swing and terminal swing, which ends when the heel contacts the ground.

이와 같은 보행은 고관절(hip joint), 슬관절(knee joint), 그리고 족관절(ankle joint) 등에 의해 형성되는 동작패턴의 연속적인 결과이다. 따라서, 이들의 정상적인 동작이 있어야만 보행이 원활하게 이루어질 수 있으며, 이들 중 어느 하나가 비정상적으로 동작하거나 동작이 곤란할 경우 보행이 비정상적이거나 불가능할 수 있다.Such gait is a continuous result of motion patterns formed by hip joints, knee joints, and ankle joints. Therefore, walking can be performed smoothly only when there is a normal operation of these, and when any one of these is abnormally operated or difficult to operate, the walking may be abnormal or impossible.

본 발명의 목적은 보행이 원활하게 이루어질 수 있도록 돕는 보행 보조 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a walking assistance device to help walking smoothly.

본 발명의 다른 목적은 보행시 생성된 에너지를 효율적으로 저장한 후 소비할 수 있는 보행 보조 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a walking assistance device capable of efficiently storing and consuming energy generated during walking.

본 발명의 또 다른 목적은 보행시 에너지 소모를 최소화하여 원거리 이동이나 장시간 이동이 가능한 보행 보조 장치를 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide a walking assistance device that can be remotely moved for a long time by minimizing energy consumption during walking.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.Still other objects of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 보행 보조 장치는 착용자의 발에 착용되는 족부; 상기 족부에 설치되며, 상기 발이 초기접지기에서 부하반응기로 이동할 때 에너지를 저장하는 족부에너지저장유닛를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, the walking assistance device includes a foot worn on the wearer's foot; It is installed on the foot, and includes a foot energy storage unit for storing energy when the foot moves from the initial ground to the load reactor.

상기 족부는 몸체부; 상기 몸체부의 전방에 연결되어 상기 발의 앞꿈치에 대응되는 앞꿈치지지부; 그리고 상기 몸체부의 후방에 연결되어 상기 발의 뒤꿈치에 대응되며, 회전에 의해 해제위치 및 저장위치로 전환가능한 뒤꿈치지지부를 포함하며, 상기 족부에너지저장유닛은 상기 뒤꿈치지지부의 회전에 의해 생성된 에너지를 저장할 수 있다.The foot is a body portion; A front heel support part connected to the front of the body part and corresponding to the front heel of the foot; And a heel support part connected to the rear of the body part and corresponding to the heel of the foot and switchable to a release position and a storage position by rotation, wherein the foot energy storage unit stores energy generated by rotation of the heel support part. Can be.

상기 족부에너지저장유닛은 상기 몸체부에 전후방을 따라 형성된 하부이동공간 내에서 이동하는 하부피스톤; 상기 하부이동공간 내에 설치되어 상기 하부피스톤의 이동에 의해 압축가능한 하부탄성체; 그리고 상기 뒤꿈치지지부와 상기 하부피스톤을 연결하는 하부링크를 포함할 수 있다.The foot energy storage unit may include a lower piston moving in a lower moving space formed along the front and rear of the body portion; A lower elastic body installed in the lower moving space and compressible by the movement of the lower piston; And a lower link connecting the heel support and the lower piston.

상기 족부에너지저장유닛은 상기 몸체부에 고정설치되며 일측을 통해 상기 하부피스톤돌기의 이동을 제한하는 하부고정레버를 더 포함할 수 있다.The foot energy storage unit may further include a lower fixing lever fixedly installed to the body and restricting movement of the lower piston protrusion through one side.

상기 앞꿈치지지부는 상기 몸체부에 대하여 회전가능하며, 회전에 의해 상기 하부고정레버의 타측을 가압하여 상기 하부피스톤돌기의 이동을 허용하는 해제레버를 구비할 수 있다.The front heel support portion is rotatable relative to the body portion, it may be provided with a release lever for allowing the movement of the lower piston projection by pressing the other side of the lower fixing lever by rotation.

상기 보행 보조 장치는 일측이 상기 족부에 연결되는 경골지지부를 더 포함하며, 상기 경골지지부는 상기 착용자의 경골부에 고정설치되어 상기 경골부와 연동되는 고정부; 그리고 상기 경골부의 일측에 상기 경골부의 길이방향을 따라 배치되며, 상기 족부에 대하여 서로 다른 3개의 회전축을 중심으로 상대적인 회전이 가능한 연결바를 구비할 수 있다.The walk assistance device further includes a tibial support, one side of which is connected to the foot, and the tibial support is fixed to the tibial part of the wearer to be fixed to the tibia; And it is disposed along the longitudinal direction of the tibia portion on one side of the tibia, it may be provided with a connecting bar that can be rotated relative to the three different rotation axis with respect to the foot.

상기 경골지지부는 상기 족부에 연결되며, 제1 회전축과 대체로 나란한 제1 삽입돌기를 구비하는 삽입조인트; 그리고 상기 연결바와 상기 삽입조인트를 연결하고, 제2 및 제3 회전축과 각각 대체로 나란한 제2 및 제3 삽입돌기를 가지는 연결조인트를 더 구비하되, 상기 족부는 상기 제1 삽입돌기가 삽입설치되는 제1 삽입홈을 가지며, 상기 연결바는 상기 제2 삽입돌기가 삽입설치되는 제2 삽입홈을 가지고, 상기 삽입조인트는 상기 제3 삽입돌기가 삽입설치되는 제3 삽입홈을 가질 수 있다.The tibial support is connected to the foot and has an insertion joint having a first insertion protrusion that is generally parallel with the first rotation shaft; And a connection joint connecting the connection bar and the insertion joint and having second and third insertion protrusions generally parallel to the second and third rotational shafts, respectively, wherein the foot portion is provided with the first insertion protrusion inserted therein. It has a first insertion groove, the connecting bar may have a second insertion groove into which the second insertion projection is inserted, the insertion joint may have a third insertion groove into which the third insertion projection is inserted.

본 발명의 일 실시예에 의하면 보행시 관절이나 근육 등과 같은 생체에너지 외에 외부에너지를 제공함으로써 보행이 원활하게 이루어질 수 있으며, 보행시 생체에너지 소모를 최소화함으로써 원거리 이동이나 장시간 이동이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, the walking can be smoothly provided by providing external energy in addition to the bioenergy such as joints or muscles when walking, and the long-distance or long-distance movement is possible by minimizing the consumption of bioenergy during walking.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 초기접지기 및 부하반응기에서 도 1에 도시한 족부에너지저장유닛의 동작을 각각 나타내는 도면이다.
도 5는 말기입각기에서 도 1에 도시한 족부에너지저장유닛의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6은 두 발의 바닥 접촉을 통한 보행시 보행 보조 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1에 도시한 연결바와 족부를 서로 연결하는 삽입조인트 및 연결조인트를 나타내는 도면이다.
도 8 내지 도 10은 도 7에 도시한 삽입조인트 및 연결조인트를 통한 연결바 및 족부의 동작을 나타내는 도면이다.
도 11은 보행 동안 발의 중요한 기능적 관절을 나타내는 도면이다.
도 12a 내지 도 12h는 일반적인 보행을 주기에 따라 나타내는 도면이다.
1 is a perspective view schematically showing a walking assistance apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 are views showing the operation of the foot energy storage unit shown in Figure 1 in the initial grounding and the load reactor.
5 is a view showing the operation of the foot energy storage unit shown in FIG.
6 is a view showing the operation of the walking assistance device when walking through the bottom contact of the two feet.
FIG. 7 is a view illustrating an insertion joint and a connection joint connecting the connecting bar and the foot part shown in FIG. 1 to each other.
8 to 10 are views showing the operation of the connecting bar and the foot through the insertion joint and the connecting joint shown in FIG.
11 is an illustration of important functional joints of the foot during walking.
12A to 12H are diagrams illustrating a general gait cycle.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 11을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 11. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments are provided to explain the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Accordingly, the shape of each element shown in the drawings may be exaggerated to emphasize a more clear description.

한편, 이하에서 언급되는 보행주기는 설명을 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 내용이 특정 보행주기에 적용되는 것으로 한정해석되어서는 안 된다. 앞서 언급한 바와 같이, 보행주기는 동작의 흐름에 의해 이루어지며, 특정 주기를 명확하게 설명하는 것이 적당하지 않기 때문이다. 그밖에도, 개인의 습관에 따라 보행주기는 앞서 언급한 내용과 달라질 수 있으며, 특히, 환자의 경우, 앞서 언급한 내용과 차이가 있을 수 있다.On the other hand, the walking cycle mentioned below is only an example for description, and the contents of the present invention should not be limited to being applied to a specific walking cycle. As mentioned above, the walking cycle is made by the flow of the operation, and it is not appropriate to clearly describe the specific period. In addition, the walking cycle may be different from the above-mentioned contents according to the individual's habits, and in particular, the patient may be different from the aforementioned.

또한, 이하에서 설명되는 '전방' 및 '후방'은 착용자를 기준으로 하며, 예를 들어, 앞꿈치는 전방에 위치하고 뒤꿈치는 후방에 위치한다.
Further, the 'front' and 'rear' described below are based on the wearer, for example, the front heel is in the front and the heel is in the rear.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 보행 보조 장치는 족부(10) 및 연결바(19)를 포함한다. 연결바(19)의 하단은 족부(10)의 삽입포켓(18)에 연결되며, 상부스트랩(V1)이 연결바(19)의 상단에 제공되고, 하부스트랩(V2)이 족부(10)에 제공된다. 따라서, 착용자는 발을 족부(10)에 올려둔 상태에서, 하부스트랩(V2)을 통해 족부(10)를 다리에 착용할 수 있으며, 상부스트랩(V1)을 통해 연결바(19)를 경골부의 일측에 고정할 수 있다. 이로 인해, 보행시 연결바(19)는 경골부와 함께 연동할 수 있다.
1 is a perspective view schematically showing a walking assistance apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the walking assistance device includes a foot 10 and a connection bar 19. The lower end of the connecting bar 19 is connected to the insertion pocket 18 of the foot 10, the upper strap (V1) is provided on the upper end of the connecting bar 19, the lower strap (V2) to the foot (10) Is provided. Accordingly, the wearer can wear the foot 10 to the leg through the lower strap V2 in a state where the foot is placed on the foot 10, and the connecting bar 19 through the upper strap V1 to the tibia part. Can be fixed on one side. For this reason, the connecting bar 19 when walking can interlock with the tibia.

족부(10)는 앞꿈치지지부(12), 몸체부(14), 그리고 뒤꿈치지지부(16)를 포함한다. 몸체부(14)는 착용자의 발바닥 아래에 위치하며, 앞꿈치지지부(12)와 뒤꿈치지지부(16)는 발앞꿈치 및 발뒤꿈치의 아래에 각각 놓여진다. 앞꿈치지지부(12) 및 뒤꿈치지지부(16)는 몸체부(14)의 전방 및 후방에 각각 회전가능하도록 연결된다.
The foot 10 includes an heel support 12, a body 14, and a heel support 16. The body portion 14 is located under the sole of the wearer, and the heel support 12 and the heel support 16 are placed under the heel and the heel, respectively. The heel support 12 and the heel support 16 are rotatably connected to the front and rear of the body portion 14, respectively.

도 2 내지 도 4는 초기접지기 및 부하반응기에서 도 1에 도시한 족부에너지저장유닛의 동작을 각각 나타내는 도면이다. 보행보조장치는 족부에너지저장유닛을 더 포함하며, 족부에너지저장유닛을 통해 에너지를 저장할 뿐만 아니라 저장된 에너지를 소비할 수 있다.
2 to 4 are views showing the operation of the foot energy storage unit shown in Figure 1 in the initial grounding and the load reactor. The walking aid device further includes a foot energy storage unit, and can store energy as well as consume energy through the foot energy storage unit.

도 2에 도시한 바와 같이, 족부에너지저장유닛은 하부피스톤(17) 및 하부링크(176), 그리고 하부탄성체(S)를 포함한다. 몸체부(14)는 전후방을 따라 형성된 하부이동공간(15)을 가지며, 하부피스톤(17)은 하부이동공간(15)을 따라 이동한다. 하부탄성체(S)는 하부이동공간(15) 내에 설치되며, 하부피스톤(17)의 이동에 의해 압축되거나 복원되어 하부피스톤(17)을 이동시킨다. 하부링크(176)는 하부전방링크(176a) 및 하부후방링크(176b)를 구비하며, 하부피스톤(17)은 하부전방링크(176a) 및 하부후방링크(176b)에 의해 뒤꿈치지지부(16)에 연결된다.
As shown in FIG. 2, the foot energy storage unit includes a lower piston 17, a lower link 176, and a lower elastic body S. Body portion 14 has a lower moving space 15 formed along the front and rear, the lower piston 17 moves along the lower moving space (15). The lower elastic body S is installed in the lower moving space 15 and is compressed or restored by the movement of the lower piston 17 to move the lower piston 17. The lower link 176 has a lower front link 176a and a lower rear link 176b, and the lower piston 17 is connected to the heel support 16 by the lower front link 176a and the lower rear link 176b. Connected.

한편, 족부에너지저장유닛은 하부고정레버(172) 및 하부보조레버(174)를 더 포함한다. 하부고정레버(172)는 몸체부(14)의 하부에 고정설치되어 회전가능하며, 일단에 고정레버돌기(173)를 구비한다. 고정레버돌기(173)는 하부피스톤(17)의 외주면으로부터 돌출된 하부피스톤돌기(171)에 대응되며, 하부피스톤(17)의 이동에 의해 하부탄성체(S)가 압축된 경우, 고정레버돌기(173)는 하부피스톤돌기(171)를 제한하여 하부피스톤(17)이 원래의 위치로 복귀하는 것을 방지한다. 마찬가지로, 하부보조레버(174)는 몸체부(14)의 하부에 고정설치되어 회전가능하며, 일단은 하부고정레버(172)와 접하며, 타단은 앞꿈치지지부(12)의 하부해제레버(122)에 접한다. 하부고정레버(172) 및 하부해제레버(122)에 대한 구체적인 내용은 후술하기로 한다.
Meanwhile, the foot energy storage unit further includes a lower fixing lever 172 and a lower auxiliary lever 174. The lower fixing lever 172 is fixed to the lower portion of the body portion 14 is rotatable, and has a fixed lever protrusion 173 at one end. The fixed lever protrusion 173 corresponds to the lower piston protrusion 171 protruding from the outer circumferential surface of the lower piston 17. When the lower elastic body S is compressed by the movement of the lower piston 17, the fixed lever protrusion ( 173 restricts the lower piston protrusion 171 to prevent the lower piston 17 from returning to its original position. Similarly, the lower auxiliary lever 174 is fixed to the lower portion of the body portion 14 is rotatable, one end is in contact with the lower fixing lever 172, the other end to the lower release lever 122 of the front heel support portion 12 I touch it. Details of the lower fixing lever 172 and the lower release lever 122 will be described later.

앞서 설명한 바와 같이, 보행주기는 초기접지기로부터 시작되며, 착용자의 발뒤꿈치가 먼저 지면을 향하게 된다. 이때, 도 2에 도시한 바와 같이, 하부피스톤(17)은 하부이동공간(15)의 후방측에 위치하며, 뒤꿈치지지부(16)는 아래로 처져 뒤꿈치지지부(16)의 저면이 몸체부(14)의 저면과 일정 각도를 이룬다(이하 '해제위치'라 한다).
As described above, the walking cycle begins with the initial folding, with the heel of the wearer first facing the ground. At this time, as shown in Figure 2, the lower piston 17 is located on the rear side of the lower movable space 15, the heel support portion 16 is bent down so that the bottom surface of the heel support portion 16 is the body portion 14 It is at an angle to the bottom of the bottom (hereinafter referred to as 'release position').

도 3에 도시한 바와 같이, 보행주기가 부하반응기로 진행되어 체중이 발에 실리면서, 뒤꿈치지지부(16)는 반시계방향으로 회전하며(이하 '저장위치'라 한다), 앞꿈치지지부(12) 및 몸체부(14)는 지면을 향해 이동한다. 이때, 하부전방링크(176a) 및 하부후방링크(176b)는 뒤꿈치지지부(16)의 회전에 의해 회전하며, 이로 인해, 하부피스톤(17)은 전방을 향해 전진하여 하부탄성체(S)를 압축한다. 하부탄성체(S)는 하부피스톤(17)에 의해 압축됨과 동시에, 체중이 발에 실리면서 발에 가해질 수 있는 충격(또는 체중에 의한 급격한 부하의 증가)을 완화한다.
As shown in Figure 3, the walking cycle proceeds to the load reactor, the weight is carried on the foot, the heel support 16 is rotated counterclockwise (hereinafter referred to as the "storage position"), the heel support 12 And the body portion 14 moves toward the ground. At this time, the lower front link (176a) and the lower rear link (176b) is rotated by the rotation of the heel support 16, for this reason, the lower piston 17 is advanced toward the front to compress the lower elastic body (S). . The lower elastic body S is compressed by the lower piston 17 and at the same time relieves the shock (or a sudden increase in load due to the weight) that can be applied to the foot while the weight is carried on the foot.

하부피스톤(17)이 전진한 상태에서, 고정레버돌기(173)는 하부피스톤돌기(171)를 제한하며, 이로 인해 하부피스톤(17)은 원래의 위치로 복귀할 수 없다. 따라서, 압축된 하부탄성체(S)는 뒤꿈치지지부(16)의 회전에 의해 생성된 에너지를 저장한 상태를 유지할 수 있다. 이후, 도 4에 도시한 바와 같이, 앞꿈치지지부(12) 및 몸체부(14), 그리고 뒤꿈치지지부(16)의 저면은 지면에 접하며, 이와 같은 상태는 중간입각기(mid stance)까지 지속된다.
In the state in which the lower piston 17 is advanced, the fixed lever protrusion 173 restricts the lower piston protrusion 171, which causes the lower piston 17 to return to its original position. Therefore, the compressed lower elastic body S may maintain a state in which energy generated by the rotation of the heel support part 16 is stored. Then, as shown in Figure 4, the front surface of the heel support portion 12 and the body portion 14, and the heel support portion 16 is in contact with the ground, this state continues to the mid stance (mid stance).

한편, 하부고정레버(172) 및 하부보조레버(174)는 별도의 토션스프링(torsion spring)(도시안함)에 의해 도 2 내지 도 4에 도시한 위치를 유지할 수 있으며, 하부고정레버(172)는 하부피스톤(17)의 전진에 의해 일시적으로 변형된 후 원래의 위치로 복귀하여(또는 고정레버돌기(173)는 하부피스톤(17)의 전진에 의해 일시적인 이동 후 원래의 위치로 복귀하여) 하부피스톤(17)의 후진을 제한할 수 있다. 토션스프링에 대한 구성은 이미 공지된 내용이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
On the other hand, the lower fixing lever 172 and the lower auxiliary lever 174 can maintain the position shown in Figures 2 to 4 by a separate torsion spring (not shown), the lower fixing lever 172 Is temporarily deformed by the advancement of the lower piston 17 and then returned to its original position (or the fixed lever protrusion 173 returns to its original position after temporary movement by the advancement of the lower piston 17). It is possible to limit the reverse of the piston 17. Since the configuration of the torsion spring is already known, a detailed description thereof will be omitted.

도 5는 말기입각기에서 도 1에 도시한 족부에너지저장유닛의 동작을 나타내는 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이, 말기입각기는 발뒤꿈치를 들어올리는 것으로 시작된다(도 12d 참고). 이때, 발뒤꿈치를 들어올리는 동작에 의해 체중이 앞꿈치에 실리게 된다. 따라서, 도 5에 도시한 바와 같이, 앞꿈치부(12)는 몸체부(14)에 대해 시계방향으로 회전한다.
5 is a view showing the operation of the foot energy storage unit shown in FIG. As described above, the terminal stand begins with lifting the heel (see FIG. 12D). At this time, the weight is loaded on the heel by the operation of lifting the heel. Thus, as shown in FIG. 5, the front heel portion 12 rotates clockwise with respect to the body portion 14.

이때, 앞꿈치부(12)의 하부해제레버(122)는 하부보조레버(174)의 일단을 가압하며, 이로 인해 하부보조레버(174)가 반시계방향으로 회전하면서 하부보조레버(174)의 타단이 하부고정레버(172)의 일단을 가압한다. 결론적으로, 고정레버돌기(173)는 하부피스톤돌기(171)의 구속을 해제하며, 하부피스톤(17)은 하부탄성체(S)에 의해 원래의 위치로 복귀한다.
At this time, the lower release lever 122 of the front heel portion 12 presses one end of the lower subsidiary lever 174, whereby the lower subsidiary lever 174 rotates counterclockwise to the other end of the lower subsidiary lever 174. One end of the lower fixing lever 172 is pressed. In conclusion, the fixed lever protrusion 173 releases the restraint of the lower piston protrusion 171, and the lower piston 17 returns to its original position by the lower elastic body S. FIG.

하부피스톤(17)이 후방을 향해 후진하면, 하부전방링크(176a) 및 하부후방링크(176a)는 회전하며, 하부전방링크(176a) 및 하부후방링크(176a)는 몸체부(14)의 저면에 의해 구속되므로 뒤꿈치지지부(16)는 다시 아래로 쳐져 해제위치에 놓인다. 이때, 하부탄성체(S)의 탄성력(또는 복원력)은 뒤꿈치지지부(16)를 밀어내며, 결론적으로, 뒤꿈치지지부(16)가 지면을 밀어내는 힘을 제공함으로써, 착용자가 말기입각기에서 뒤꿈치를 들어올리는 것을 돕는다. 즉, 부하반응기로 진입하면서 일정 크기의 에너지를 하부탄성체(S)에 저장하고, 저장된 에너지를 말기입각기에 소모함으로써, 보행에 필요한 신체에너지를 최소화할 수 있다.
When the lower piston 17 moves backward, the lower front link 176a and the lower rear link 176a rotate, and the lower front link 176a and the lower rear link 176a are the bottom surface of the body portion 14. By being constrained by the heel support 16 is struck down again and placed in the release position. At this time, the elastic force (or restoring force) of the lower elastic body (S) pushes the heel support 16, and consequently, the heel support 16 provides the force to push the ground, so that the wearer lifts the heel in the terminal position Helps to raise. That is, by entering the load reactor to store a certain amount of energy in the lower elastic body (S), by consuming the stored energy in the late standing, it is possible to minimize the body energy required for walking.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 앞꿈치부(12)는 몸체부(14)에 대해 시계방향으로 회전하며, 이로 인해 도 5에 도시한 바와 같이, 앞꿈치부(12)는 몸체부(14)와 일정한 각도(tilt angle)를 이룬다. 이때, 하부해제레버(122)에 의해 하부보조레버(174)는 회전하며, 이로 인해 하부보조레버(174)에 설치된 토션스프링(도시안함)은 압축되어 탄성력을 저장할 수 있다. 이후, 보행주기 중 전-유각기(pre-swing)에 들어서면서, 앞꿈치부(12)가 반시계방향으로 회전하여 지면을 박차게 되며, 이때, 토션스프링에 저장된 탄성력이 방출되면서 앞꿈치부(12)의 회전을 도울 수 있으며, 이를 통해 작은 힘으로도 지면을 강하게 박찰 수 있다. 즉, 말기입각기로 진입하면서 일정 크기의 에너지를 토션스프링에 저장하고, 저장된 에너지를 전-유각기에 소모함으로써, 보행에 필요한 신체에너지를 최소화할 수 있다.
On the other hand, as described above, the front heel portion 12 rotates clockwise with respect to the body portion 14, thereby, as shown in Figure 5, the front heel portion 12 is a constant angle with the body portion 14 (tilt angle). At this time, the lower subsidiary lever 174 is rotated by the lower release lever 122, thereby the torsion spring (not shown) installed in the lower subsidiary lever 174 can be compressed to store the elastic force. Thereafter, while entering the pre-swing during the walking cycle, the front heel portion 12 rotates counterclockwise to spur the ground, and at this time, the elastic force stored in the torsion spring is released and the front heel portion 12 ) Can be rotated, and the force can be strongly hit by the small force. In other words, by entering a terminal position, the energy of a certain size is stored in the torsion spring, and the stored energy is consumed in the pre-tilt, thereby minimizing body energy required for walking.

도 6은 두 발의 바닥 접촉을 통한 보행시 보행 보조 장치의 동작을 나타내는 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 좌측발(도 6을 기준으로 좌측에 위치)은 부하반응기에 해당하며, 우측발(도 6을 기준으로 우측에 위치)은 전-유각기에 해당한다. 즉, 두 발은 서로 다른 바닥접촉을 이루며, 보행은 이와 같은 바닥 접촉의 반복에 의해 이루어진다. 따라서, 착용자는 두 발에 보행 보조 장치를 착용한 상태에서 보행할 수 있으며, 두 발의 주기에 따라 앞서 설명한 도움을 받을 수 있다.
6 is a view showing the operation of the walking assistance device when walking through the bottom contact of the two feet. As shown in FIG. 6, the left foot (located on the left side based on FIG. 6) corresponds to the load reactor, and the right foot (located on the right side based on FIG. 6) corresponds to the pre-embosser. That is, the two feet make different bottom contact, and walking is performed by repeating the bottom contact. Therefore, the wearer can walk while wearing the walking assistance device on both feet, and can receive the above-described help according to the cycle of the two feet.

한편, 양발이 하지(limb)의 지지하는 역할을 바꾸기 위해 지면에 접촉하고 있는 기간(double limb support, 양하지 지지기)은 보행의 기본적인 특징이다. 양하지 지지기가 생략될 때 사람은 달리는(running) 단계로 들어가게 된다. 따라서, 도 6에 도시한 바와 같이, 보행은 양하지 지지가 번갈아 가면서 일어나는 반면에, 달리기는 양하지 지지 없이 단하지 지지가 번갈아 가면서 일어난다.
On the other hand, the double limb support, which is in contact with the ground to change the supporting role of the limbs, is a basic feature of gait. When the lower leg support is omitted, a person enters a running phase. Thus, as shown in Fig. 6, walking occurs alternately with support of the lower limbs, while running occurs alternately with support of the lower limbs without support of both limbs.

도 7은 도 1에 도시한 연결바와 족부를 서로 연결하는 삽입조인트 및 연결조인트를 나타내는 도면이며, 도 8 내지 도 10은 도 7에 도시한 삽입조인트 및 연결조인트를 통한 연결바 및 족부의 동작을 나타내는 도면이다.
FIG. 7 is a view illustrating an insert joint and a connecting joint connecting the connecting bar and the foot shown in FIG. 1 to each other, and FIGS. 8 to 10 illustrate operations of the connecting bar and the foot using the insert and the connecting joint shown in FIG. 7. It is a figure which shows.

도 7에 도시한 바와 같이, 족부(10)는 족부(10)의 측부에 제공되는 삽입포켓(18)을 구비하며, 삽입포켓(18)은 제1 삽입홈(18a)을 가진다. 삽입조인트(J)는 제1 삽입돌기(22)를 구비하며, 제1 삽입돌기(22)는 제1 회전축(R1)과 대체로 나란하게 배치된다. 제1 삽입돌기(22)는 제1 삽입홈(18a)에 삽입설치되며, 제1 삽입홈(18a) 내에서 제1 회전축(R1)을 중심으로 회전할 수 있다.
As shown in FIG. 7, the foot 10 includes an insertion pocket 18 provided on the side of the foot 10, and the insertion pocket 18 has a first insertion groove 18a. The insertion joint J has a first insertion protrusion 22, and the first insertion protrusion 22 is disposed substantially parallel to the first rotation shaft R1. The first insertion protrusion 22 may be inserted into the first insertion groove 18a and rotate about the first rotation shaft R1 in the first insertion groove 18a.

슬관절(knee joint)은 시상면(sagittal)에서는 동작의 범위가 커지고 관상면(coronal plane)과 수평면의 운동성은 작은 범위를 나타내는 매우 복잡한 특징을 가지고 있는 관절이다. 이 중 관상면의 동작을 각 보행주기에서 살펴보면, 슬관절은 내전(adduction, 신체의 중앙을 향하는 움직임)과 외전(abduction, 신체의 중앙에서 멀어지는 움직임)으로 움직이며, 입각기 동안 동작은 외전이다. 제1 삽입돌기(22)는 내전과 외전을 위해 제공되며, 내전 또는 외전시 제1 삽입돌기(22)는 제1 회전축(R1)을 기준으로 회전함으로써 내전과 외전에 대한 자유도를 제공할 수 있다. 도 8은 내전 또는 외전시 족부(10)의 움직임을 나타내는 도면이며, 족부(10)는 상부스트랩(V1) 및 연결바(19)로부터 독립적으로 움직일 수 있다.
The knee joint is a joint with a very complex feature that exhibits a greater range of motion in the sagittal and a smaller range of motility in the coronal and horizontal planes. Of these, the movement of the coronal plane in each gait cycle shows that the knee joint moves into adduction (abduction toward the center of the body) and abduction (movement away from the center of the body). The first insertion protrusion 22 is provided for adduction and abduction, and the first insertion protrusion 22 may provide degrees of freedom for adduction and abduction by rotating based on the first rotation axis R1. . FIG. 8 is a view illustrating movement of the foot 10 during adduction or abduction, and the foot 10 may move independently from the upper strap V1 and the connecting bar 19.

연결조인트(26)는 연결바(19)와 삽입조인트(J)를 연결하며, 연결조인트(26)는 정사면체 형상이다. 연결조인트(26)는 제2 및 제3 삽입돌기(26a,26b)를 구비한다. 제2 삽입돌기(26a)는 기설정된 제2 회전축(R2)과 대체로 나란하게 배치되며, 서로 반대되는 면에 설치된다. 연결바(19)는 하단에 제공되는 제2 연결부(19a)를 가지며, 제2 연결부(19a)는 제2 삽입홈(도시안함)을 가진다. 제2 삽입돌기(26a)는 제2 연결부(19a)의 제2 삽입홈에 삽입설치되며, 제2 삽입홈 내에서 제2 회전축(R2)을 중심으로 회전할 수 있다.
The connecting joint 26 connects the connecting bar 19 and the insertion joint J, and the connecting joint 26 has a tetrahedron shape. The connecting joint 26 has second and third insertion protrusions 26a and 26b. The second insertion protrusions 26a are generally disposed in parallel with the predetermined second rotation shaft R2, and are installed on surfaces opposite to each other. The connecting bar 19 has a second connecting portion 19a provided at the bottom, and the second connecting portion 19a has a second insertion groove (not shown). The second insertion protrusion 26a is inserted into and installed in the second insertion groove of the second connecting portion 19a and may rotate about the second rotation shaft R2 in the second insertion groove.

족관절(ankle)은 보행주기 동안 저측굴곡(plantar flexion, PF)과 배측굴곡(dorsiflexion)을 교대로 반복한다. 저측굴곡은 발(foot)의 하방(downward) 동작을 의미하며, 배측굴곡은 발(foot)의 상방(upward) 동작을 의미한다. 족관절의 보행시 가동범위는 평균 30도 정도이며(20-40도), 족관절의 동작은 족관절의 지지형태와 관련이 있다. 제2 삽입돌기(26a)는 저측굴곡과 배측굴곡을 위해 제공되며, 저측굴곡 또는 배측굴곡시 제2 삽입돌기(26a)는 제2 회전축(R2)을 기준으로 회전함으로써 저측굴곡과 배측굴곡에 대한 자유도를 제공할 수 있다. 도 9는 저측굴곡 또는 배측굴곡시 연결바(19)의 움직임을 나타내는 도면이며, 연결바(19)는 족부(10)로부터 독립적으로 움직일 수 있다.
The ankle alternates plantar flexion (PF) and dorsiflexion during the gait cycle. Bottom flexion refers to the downward motion of the foot, and dorsal flexion refers to the upward motion of the foot. The range of motion of the ankle is about 30 degrees (20-40 degrees), and the motion of the ankle is related to the type of support of the ankle. The second insertion protrusion 26a is provided for the bottom side flexion and the dorsal flexion, and when the bottom side flexion or the dorsal flexion is performed, the second insertion protrusion 26a is rotated with respect to the second axis of rotation R2 to the lower side flexion and the dorsal flexion. Can provide freedom. 9 is a view showing the movement of the connecting bar 19 during the low side flexion or dorsal bending, the connection bar 19 can be moved independently from the foot (10).

제3 삽입돌기(26b)는 기설정된 제3 회전축(R3)과 대체로 나란하게 배치되며, 서로 반대되는 면에 설치된다. 삽입조인트(J)는 상단에 제공되는 제3 연결부(24)를 가지며, 제3 연결부(24)는 제3 삽입홈을 가진다. 제3 삽입돌기(26b)는 제3 연결부(24)의 제3 삽입홈에 삽입설치되며, 제3 삽입홈 내에서 제3 회전축(R3)을 중심으로 회전할 수 있다.
The third insertion protrusion 26b is generally disposed in parallel with the predetermined third rotation shaft R3 and is installed on surfaces opposite to each other. The insertion joint J has a third connection part 24 provided at the upper end, and the third connection part 24 has a third insertion groove. The third insertion protrusion 26b is inserted into and installed in the third insertion groove of the third connecting portion 24, and may rotate about the third rotation shaft R3 in the third insertion groove.

도 11에 도시한 바와 같이, 발은 3가지 주요 관절을 가지며, 이들은 거골하(ST-subtalar)관절, 중족(MT-midtarsal)관절, 중족지절(MP-metatarsophalangeal)관절이다. 이 중 거골하관절은 단일축이며, 축이 기울어져 있어 내측으로 경사(inversion, 내반)와 외측으로 경사(eversion, 외반)가 허용된다. 뒤꿈치의 초기 바닥 접촉이 정상일 경우, 거골하관절은 외반을 하며, 외반의 정점은 초기 중간입각기(mid stance)에서 도달되어 진다(14% 보행주기). 거골하관절 동작은 서서히 말기유각기(terminal swing)를 통해서 내반으로 역전되며, 내반의 정점은 전-유각기(52%보행주기)의 시작 때 도달된다. 제3 삽입돌기(26b)는 내반과 외반을 위해 제공되며, 내반 또는 외반시 제3 삽입돌기(26b)는 제3 회전축(R3)을 기준으로 회전함으로써 내반과 외반에 대한 자유도를 제공할 수 있다. 도 10은 내반 또는 외반시 연결바(19)의 움직임을 나타내는 도면이며, 연결바(19)는 족부(10)로부터 독립적으로 움직일 수 있다.
As shown in FIG. 11, the foot has three main joints, which are the ST-subtalar joint, the MT-midtarsal joint, and the MP-metatarsophalangeal joint. Among these, the subtalar joint has a single axis, and the axis is inclined to allow inward (inversion) and inward (eversion) valgus. If the initial floor contact of the heel is normal, the subtalar joint is valgus, and the vertex of the valgus is reached at the initial mid stance (14% gait cycle). The subtalar joint motion is gradually reversed into the varus through a terminal swing, and the vertices of the varus are reached at the beginning of the preliminary phase (52% walking cycle). The third insertion protrusion 26b is provided for the varus and valgus, and when the varus or valgus is rotated with respect to the third rotation axis R3, the third insertion protrusion 26b may provide degrees of freedom for the varus and valgus. . FIG. 10 is a view illustrating the movement of the connecting bar 19 at the inner and outer valgus, and the connecting bar 19 may move independently from the foot 10.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.Although the present invention has been described in detail by way of preferred embodiments thereof, other forms of embodiment are possible. Therefore, the technical idea and scope of the claims set forth below are not limited to the preferred embodiments.

10 : 족부 12 : 앞꿈치지지부
14 : 몸체부 15 : 하부이동공간
16 : 뒤꿈치지지부 17 : 하부피스톤
122 : 하부해제레버 171 : 하부피스톤돌기
172 : 하부고정레버 173 : 고정레버돌기
174 : 하부보조레버
10: foot 12: heel support
14: body portion 15: lower moving space
16: heel support 17: lower piston
122: lower release lever 171: lower piston projection
172: lower fixed lever 173: fixed lever projection
174: lower auxiliary lever

Claims (7)

착용자의 발에 착용되는 족부;
상기 족부에 설치되며, 상기 발이 초기접지기에서 부하반응기로 이동할 때 에너지를 저장하는 족부에너지저장유닛를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
A foot worn on the wearer's foot;
Is installed in the foot, walking aid device comprising a foot energy storage unit for storing energy when the foot is moved from the initial ground to the load reactor.
제1항에 있어서,
상기 족부는,
몸체부;
상기 몸체부의 전방에 연결되어 상기 발의 앞꿈치에 대응되는 앞꿈치지지부; 및
상기 몸체부의 후방에 연결되어 상기 발의 뒤꿈치에 대응되며, 회전에 의해 해제위치 및 저장위치로 전환가능한 뒤꿈치지지부를 포함하며,
상기 족부에너지저장유닛은 상기 뒤꿈치지지부의 회전에 의해 생성된 에너지를 저장하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
The method of claim 1,
The foot,
A body portion;
A front heel support part connected to the front of the body part and corresponding to the front heel of the foot; And
It is connected to the rear of the body portion corresponding to the heel of the foot, and includes a heel support that is switchable to the release position and the storage position by rotation,
The foot energy storage unit is a walk assistance device, characterized in that for storing the energy generated by the rotation of the heel support.
제2항에 있어서,
상기 족부에너지저장유닛은,
상기 몸체부에 전후방을 따라 형성된 하부이동공간 내에서 이동하는 하부피스톤;
상기 하부이동공간 내에 설치되어 상기 하부피스톤의 이동에 의해 압축가능한 하부탄성체; 및
상기 뒤꿈치지지부와 상기 하부피스톤을 연결하는 하부링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
The method of claim 2,
The foot energy storage unit,
A lower piston moving in the lower moving space formed along the front and rear of the body portion;
A lower elastic body installed in the lower moving space and compressible by the movement of the lower piston; And
And a lower link connecting the heel support and the lower piston.
제3항에 있어서,
상기 족부에너지저장유닛은 상기 몸체부에 고정설치되며 일측을 통해 상기 하부피스톤돌기의 이동을 제한하는 하부고정레버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
The method of claim 3,
The foot energy storage unit is fixed to the body portion is walking aid device further comprises a lower fixing lever for limiting the movement of the lower piston projection through one side.
제4항에 있어서,
상기 앞꿈치지지부는 상기 몸체부에 대하여 회전가능하며, 회전에 의해 상기 하부고정레버의 타측을 가압하여 상기 하부피스톤돌기의 이동을 허용하는 해제레버를 구비하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
The method of claim 4, wherein
The front heel support portion is rotatable assistance device, characterized in that it is rotatable with respect to the body portion, and has a release lever for allowing the movement of the lower piston projection by pressing the other side of the lower fixing lever by rotation.
제1항에 있어서,
상기 보행 보조 장치는 일측이 상기 족부에 연결되는 경골지지부를 더 포함하며,
상기 경골지지부는,
상기 착용자의 경골부에 고정설치되어 상기 경골부와 연동되는 고정부; 및
상기 경골부의 일측에 상기 경골부의 길이방향을 따라 배치되며, 상기 족부에 대하여 서로 다른 3개의 회전축을 중심으로 상대적인 회전이 가능한 연결바를 구비하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
The method of claim 1,
The walk assistance device further includes a tibia support, one side of which is connected to the foot,
The tibia support,
A fixing part fixed to the tibia part of the wearer and interlocked with the tibia part; And
Walking assistance device, characterized in that provided on one side of the tibia portion along the longitudinal direction of the tibial portion, the connection bar that can be rotated relative to the three different rotation axis with respect to the foot.
제6항에 있어서,
상기 경골지지부는,
상기 족부에 연결되며, 제1 회전축과 대체로 나란한 제1 삽입돌기를 구비하는 삽입조인트; 및
상기 연결바와 상기 삽입조인트를 연결하고, 제2 및 제3 회전축과 각각 대체로 나란한 제2 및 제3 삽입돌기를 가지는 연결조인트를 더 구비하되,
상기 족부는 상기 제1 삽입돌기가 삽입설치되는 제1 삽입홈을 가지며,
상기 연결바는 상기 제2 삽입돌기가 삽입설치되는 제2 삽입홈을 가지고, 상기 삽입조인트는 상기 제3 삽입돌기가 삽입설치되는 제3 삽입홈을 가지는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
The method of claim 6,
The tibia support,
An insertion joint connected to the foot and having a first insertion protrusion that is generally parallel with the first rotation shaft; And
Further comprising a connection joint connecting the connection bar and the insertion joint and having second and third insertion protrusions generally parallel with the second and third rotational shafts, respectively.
The foot portion has a first insertion groove into which the first insertion protrusion is inserted,
The connecting bar has a second insertion groove into which the second insertion protrusion is inserted, and the insertion joint has a third insertion groove into which the third insertion protrusion is installed.
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