KR20130105867A - 통합형 기울기 센서를 구비한 보행 보조 장치 - Google Patents

통합형 기울기 센서를 구비한 보행 보조 장치 Download PDF

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KR20130105867A
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아밋 고퍼
오렌 타마리
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아르고 메디컬 테크놀로지스 리미티드
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Abstract

보행 보조 외골격 장치는 복수의 브레이스들을 포함하며, 복수의 브레이스들은 사람의 토르소의 부분에 부착하기 위한 트렁크 지지부 및 다리 세그먼트 브레이스들을 포함하며 각각의 다리 세그먼트 브레이스는 사람의 다리의 섹션에 연결된다. 상기 장치는 브레이스들 중 두 개를 연결하고 두 개의 블레이스들 사이의 상대적 각도 운동을 제공하기 위한 하나 이상의 모터식 조인트를 더 포함한다. 상기 장치는 외골격의 기울기를 감지하기 위한 외골격 장치상에 장착되는 하나 이상의 기울기 센서, 및 상기 기울기 센서로부터 감지된 신호들을 수용하고 상기 감지된 신호들에 따라 모터식 조인트들을 작동하기 위한 명령들을 구비한 알고리즘으로 프로그래밍이 되는 제어기를 포함한다.

Description

통합형 기울기 센서를 구비한 보행 보조 장치 {LOCOMOTION ASSISTING APPARATUS WITH INTEGRATED TILT SENSOR}
본 발명은 보조 워킹(working) 장치들에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 통합형 기울기 센서를 구비한 보행 보조 장치에 관한 것이다.
모터식 보행 보조 외골격 장치는 신체의 하부 부분에 장애를 가진 사람의 보행을 보조할 수 있다. 예를 들면, 이 같은 장치는 장애를 가진 사용자가 워킹하거나 통상적으로 다리들의 사용을 요구하는 다른 작업을 수행하는 것을 보조할 수 있다. 이 같은 장치들은 예를 들면 고프너(Goffer)에 의한 US 7153242 및 고프너 등에 의한 US 2010/0094188에서 설명되었다.
설명된 바와 같이, 장치는 통상적으로 사람의 신체의 트렁크(trunk)의 부분 및 하부의 부분들에 부착되도록 설계된다. 이 같이 설명된 장치는 통상적으로 신체의 부분들을 구부리고 늘리기 위한 모터식 조인트들 및 액추에이터들을 포함하며 상기 신체의 부분에 모터식 조인트들 및 액추에이터들이 부착된다. 이 같이 설명된 장치는 통상적으로 보행 동안 상기 장치 및 신체의 상태를 확인하기 위한 센서들을 포함한다. 예를 들면, 설명된 장치는 조인트들의 각도들을 측정하기 위한 하나 또는 둘 이상의 각도 센서들, 신체의 기울기 각도를 측정하기 위한 기울기 센서들, 및 지면 또는 다른 표면상에 가해진 힘을 측정하기 위한 압력 또는 포스(force) 센서들을 포함할 수 있다.
이 같이 설명된 장치는 상기 장치를 제어하기 위한 다양한 제어부들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 장치는 통상적으로 작동 모드, 예를 들면 가이트(gait)를 선택하기 위한 모드 선택 장치를 포함한다. 통상적으로, 상기 장치의 작동을 제어하는 제어기는 장치 센서로부터 신호들을 수신하도록, 그리고 수신된 센서 신호들을 기초로 하여 상기 장치의 작동을 제어하도록 설계된다. 예를 들면, 센서 신호들은 상기 장치에 의해 수행되는 가이트 또는 액션(action)이 예상대로 진행되는지 여부를 표시할 수 있다. 또한, 상기 장치가 부착된 사용자는 하나 또는 둘 이상의 센서들의 판독에 영향을 미치는 액션을 의도적으로 수행할 수 있다. 제어기는 센서 판독들을 기초로 하여 액션의 수행을 시작하고, 계속하고 또는 중단하도록 프로그래밍이 될 수 있다. 따라서, 사람은 몸을 숙이거나 센서 판독들에 영향을 미칠 수 있는 다른 액션들을 수행함으로써 상기 장치의 작동을 적어도 부분적으로 제어할 수 있다.
모터식 보행 보조 외골격 장치들의 설계 및 사용으로 계속된 연구 및 경험은 이 장치들의 작동의 증가된 이해를 초래하였다.
본 발명의 목적은 이러한 증가된 이해를 기초로 신규한 설계를 구비한 모터식 보행 보조 외골격 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적들 및 장점들은 본 발명을 읽고 첨부된 도면들을 검토한 후 명백하게 될 것이다.
따라서 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라 보행 보조 외골격 장치가 제공된다. 상기 장치는 사람의 토르소(torso)의 부분에 부착하기 위한 트렁크 지지부 및 다리 세그먼트 브레이스들을 포함하는 복수의 브레이스들을 포함하며 각각의 다리 세그먼트 브레이스는 사람의 다리의 섹션에 연결한다. 상기 장치는 또한 상기 복수의 브레이스들의 두 개의 브레이스들을 연결하기 위한 그리고 두 개의 브레이스들 사이의 상대적 고리형 운동을 제공하기 위한 하나 이상의 모터식 조인트; 외골격의 기울기를 감지하기 위한 외골격 장치상에 장착된 하나 이상의 기울기 센서; 및 상기 기울기 센서로부터 감지된 신호들을 수신하고 감지된 신호들에 따라 모터식 조인트들을 작동하기 위한 명령들을 구비한 알고리즘으로 프로그래밍이 되는 제어기를 포함한다.
또한, 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따라, 상기 장치는 원격 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 기울기 센서에 의해 감지된 기울기가 한계치를 초과할 때 알고리즘은 후행 다리를 전방으로 스윙하도록(swing) 모터식 조인트를 작동하는 것을 포함한다.
또한, 본 발명의 몇몇의 실시예들에 따라, 기울기 센서에 의해 감지된 감지된 기울기가 한계 값을 초과할 때 알고리즘은 선행 다리를 후방으로 연장하기 위한 모터식 조인트를 작동하는 것을 포함한다.
또한, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 기울기 센서가 트렁크 지지부 상에 장착된다.
또한, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 기울기 센서는 외골격 장치의 구성요소 상에 장착되며, 외골격 장치의 기울기는 실질적으로 트렁크 지지부의 기울기와 동일하다.
또한, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 조인트는 조인트에 의해 연결된 두 개의 브레이스들 사이의 각도를 감지하기 위한 각도 센서가 제공된다.
또한, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 알고리즘은 감지된 각도에 따라 모터식 조인트를 작동하기 위한 명령들을 포함한다.
또한, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 감지된 각도가 미리 결정된 범위의 각도들 내에 있을 때 알고리즘은 다리의 전방 운동을 중단하는 것을 포함한다.
본 발명을 더 잘 이해하고 본 발명의 실제 적용을 인정하도록, 아래에 도면들이 제공되고 그 후에 참조된다. 도면들이 단지 예들로서 제공되고 본 발명의 범위를 제한하는 방법으로 제공되지 않는다는 것에 주의하여야 한다. 동일한 구성요소들은 동일한 도면번호들에 의해 표시된다.
도 1a는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라 보행 보조 외골격 장치의 측면도이다.
도 1b는 도 1a의 도시된 장치의 정면도이다.
도 1c는 도 1a에 도시된 장치의 제어의 블록도이다.
도 2a는 사용자가 스텝(step)을 내딛는 것이 가능하도록 본 발명의 실시예들에 따라 보행 보조 외골격 장치를 제어하기 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
도 2b는 본 발명의 실시예들에 따라, 스텝을 내딛는 방법의 흐름도이다.
아래의 상세한 설명에서, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 다양한 특징의 상세들이 제시된다. 하지만, 본 발명이 이러한 특정 상세들 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 다른 경우들에서, 본 발명을 불분명하게 하지 않도록 널리-알려진 방법들, 절차들, 구성요소들, 모듈들, 유닛들 및/또는 회로들이 상세하게 설명되지 않았다.
본 발명의 실시예들은 컴퓨터 또는 프로세서 판독 매체 또는 예를 들면 메모리, 디스크 드라이브, 또는 USB 플래시 메모리와 같은 컴퓨터 또는 프로세서 저장 매체, 저장 명령들, 예를 들면, 컴퓨터-실행 명령들을 포함하며 프로세서 또는 제어기에 의해 실행될 때, 여기서 공개된 방법들을 수행하는 엔코딩과 같은 물품을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 보행 보조 외골격 장치는 통상적으로 하나 또는 둘 이상의 브레이스들 또는 지지부들을 포함한다. 각각의 브레이스는 사용자의 신체의 부분 상에 묶여지거나 그렇지 않으면 부착될 수 있다. 통상적으로, 하나 또는 둘 이상의 트렁크 지지부들이 사용자의 트렁크, 특히 하부 토르소에 부착될 수 있다. 다른 브레이스들이 사용자의 다리들의 섹션들에 부착될 수 있다. 장치의 각각의 브레이스 또는 지지부가 통상적으로 장치의 하나 또는 둘 이상의 다른 구성요소들에 조인트 또는 다른 연결에 의해 연결된다. 조인트는 연결된 구성요소들 사이의 상대적인 운동을 가능하게 할 수 있다. 예를 들면, 조인트는 브레이스와 인접한 브레이스 사이의 상대적 운동을 가능하게 할 수 있다.
보행 보조 외골격 장치는 하나 또는 둘 이상의 모터식 작동 조립체들을 포함할 수 있다. 모터식 작동 조립체는 사용자의 신체의 하나 또는 둘 이상의 부분들을 운동시키도록 작동될 수 있다. 예를 들면, 모터식 작동 조립체는 조인트를 벤딩할 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 조인트들의 조정된 벤딩은 사용자의 신체의 하나 또는 둘 이상의 의족, 의수를 작동시킬 수 있다.
통상적으로, 조인트들은 상기 장치의 다양한 구성요소들의 상대적인 위치들 및 배향들을 감지하기 위해 하나 또는 둘 이상의 센서들이 제공될 수 있다. 상기 장치의 구성요소들의 상대적인 위치들은 구성요소들이 부착되는 신체 부분들의 상대적인 위치들을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 센서는 예를 들면 조인트에서 연결되는 두 개의 브레이스들 사이의 각도를 나타내는 신호를 측정 및 발생할 수 있다. 보행 보조 외골격 장치는 하나 또는 둘 이상의 기울기 센서들을 포함한다. 외골격 장치를 이용한 보조된 워킹에 대해 얻어진 경험은 외골격 장치를 착용하는 사용자의 전방 기울기가 상기 장치의 작동을 위해 유효하게 활용될 수 있다는 것을 보여준다. 예를 들면, 사용자의 전방 기울기는 사용자가 전방으로 워킹하기를 원하는 것을 표시할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 전방으로 기울어질 때, 상기 장치는 전방 스텝을 시작하도록 작동될 수 있다. 예를 들면, 전방 워킹은 다리 스윙들의 반복된 순서를 포함할 수 있다. 다리 스윙은 후행 다리를 상승시키고, 상승된 다리를 전방으로 연장하고, 그리고 다리를 내리는 것을 포함하는 작동들의 순서를 포함할 수 있다. 통상적으로, 사용자의 손은 전방으로 이동하여 전방 기울기를 유발하여(또는 넘어짐이 방지되고), 지면으로부터 후행 다리를 상승한다. 후행 다리가 지면으로부터 떨어질 때, 외골격 장치는 작동들의 상기 순서를 시작할 수 있다. 상기 작동 순서는 이에 따라 초기의 선행 다리의 앞의 지점에서 지면 상에 놓이도록 초기에 후행 다리를 전방으로 스윙할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 장치는 사용자가 전방으로 워킹하는 것을 보조할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따라 보행 보조 외골격 장치의 기울기 센서는 상기 장치로 기울어지는 상기 장치의 부분 상에 위치된다. 예를 들면, 기울기 센서는 사용자의 하부 또는 상부 토르소에 부착되도록 설계되는 상기 장치의 브레이스 상에 위치될 수 있다. 예를 들면, 기울기 센서는 사용자의 하부 토르소에 부착되도록 설계된 트렁크 지지부의 측부, 후방 또는 전방 패널 상에 장착될 수 있다. 기울기 센서는 대안적으로 이 같은 브레이스에 실질적으로 단단히 부착되는 외골격 장치의 임의의 구성요소 상에 장착될 수 있다. 예를 들면, 외골격 장치의 백팩(backpack)은 트렁크 지지부에 단단히 부착될 수 있거나 단지 작은 양의 제공을 허용하는 실질적으로 단단한 커넥터를 경유하여 단단히 부착될 수 있다. 이 같은 경우에서, 기울기 센서는 백팩 상에 장착되거나 백팩 내에 있을 수 있다.
도 1a는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따라 보행 보조 외골격 장치의 측면도이다. 도 1b는 도 1a에 도시된 장치의 정면도이다. 도 1c는 도 1a에 도시된 장치의 제어의 블록도이다.
외골격 장치(10)의 구성요소들은 사용자의 신체에 부착될 수 있다. 예를 들면, 트렁크 지지부(12)는 사용자의 골반 위의 하부 트렁크에 부착될 수 있다. 다리 세그먼트 브레이스(14)들은 사용자의 다리의 섹션에 각각 부착될 수 있다. 다리 세그먼트 브레이스(14)들 및 트렁크 지지부(12)에 연결된 스트랩(22)들과 같은, 밴드들 또는 스트랩들은 사용자의 신체의 부분들 주위를 적어도 부분적으로 감쌀 수 있다. 따라서, 스트랩(22)들은 외골격 장치(10)의 각각의 구성요소 브레이스가 사용자의 신체의 적절히 대응하는 부분에 부착되는 것을 보장할 수 있다. 이에 따라, 구성요소 브레이스의 운동이 부착된 신체 부분으로 이동할 수 있다. 통상적으로, 외골격 장치(10)의 구성요소들은 외골격 장치(10)를 특정 사용자의 신체에 최적으로 피팅되는 것을 가능하게 하도록 조정될 수 있다.
트렁크 지지부(12) 및 다리 세그먼트 브레이스(14)들과 같은, 외골격 장치(10)의 구성요소 브레이스들은 조인트(16)들을 경유하여 서로 연결될 수 있다. 예를 들면, 두 개의 다리 세그먼트 브레이스(14)들은 니이 조인트(16a)에서 연결될 수 있다. 다리 세그먼트 브레이스(14) 및 트렁크 지지부(12)가 고관절(16b)에 연결될 수 있다. 각각의 고관절(16)은 각각의 고관절(16)에 의해 연결된 구성요소들 사이에서 상대적 각도 운동을 작동하기 위한 액추에이터(32)를 포함할 수 있다.
각각의 액추에이터는 제어기(26)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들면, 제어기(26)는 외골격 장치(10)의 백팩(18)에 위치될 수 있다. 대안적으로, 제어기(26)의 구성요소들은 트렁크 지지부(12), 다리 세그먼트 브레이스(14)들, 또는 외골격 장치(10)의 다른 구성요소들 내로 결합될 수 있다. 예를 들면, 제어기(26)는 복수의 상호 통신하는 전자 장치들을 포함할 수 있다. 상호 통신은 유선 또는 무선일 수 있다. 유사하게, 제어기(26)와 액추에이터(32) 또는 센서 또는 제어부와 같은 외골격 장치(10)의 구성요소들 사이의 통신은 유선 또는 무선일 수 있다.
제어기(26)는 전원(28)에 의해 전력이 공급될 수 있다. 예를 들면, 전원(28)은 하나 또는 둘 이상의 충전가능한 배터리들 및 배터리들의 재충전을 가능하게 하는(예를 들면, 외부 전원으로의 연결에 의해) 적절한 전자 회로를 포함할 수 있다. 전원(28)은 백팩(18) 내에 위치될 수 있다.
각각의 조인트(16)는 또한 조인트(16)에 의해 연결된 구성요소들 사이의 상대적 각도를 감지하기 위한 각도 센서(30)가 제공될 수 있다. 각각의 각도 센서(30)로부터 출력 신호는 제어기(26)에 통신될 수 있다. 출력 신호는 연결된 구성요소들 사이의 현 상대적 각도를 나타낼 수 있다.
기울기 센서(24)는 트렁크 지지부(12) 상에 장착될 수 있다. 대안적으로, 기울기 센서(24)는 외골격 장치(10)의 임의의 다른 구성요소 상에 위치될 수 있으며, 이의 기울기의 각도는 외골격 장치(10)의 트렁크 지지부의 기울기의 각도를 반영한다. 기울기 센서(24)로부터 출력 신호가 제어기(26)와 소통될 수 있다. 출력 신호는 예를 들면 트렁크 지지부(12) 및 수직선 사이의 각도를 표시할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따라 외골격 장치(10)는 하나 또는 둘 이상의 부가 예비 센서(31)들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 예비 센서(31)들은 하나 또는 둘 이상의 압력-민감성 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 압력-민감성 센서는 외골격 장치(10) 상으로 가해진 그라운드 포스(ground force)를 측정할 수 있다. 예를 들면, 그라운드 포스 센서는 사용자의 발의 바닥에 부착을 위해 설계된 표면에 포함될 수 있다.
외골격 장치(10)는 사용자 입력 또는 다른 외부 입력을 가능하게 하기 위한 하나 또는 둘 이상의 제어부들이 제공될 수 있다. 예를 들면, 외골격 장치(10)는 원격 제어 세트(20)를 포함할 수 있다. 원격 제어 세트(20)는 하나 또는 둘 이상의 푸시버튼들, 스위치들, 터치-패드들, 또는 사용자가 작동할 수 있는 다른 유사한 수동으로 작동되는 제어부들을 포함할 수 있다. 통상적으로, 원격 제어 세트(20)는 작동 모드를 선택하기 위한 하나 또는 둘 이상의 제어부들을 포함할 수 있다. 예를 들면 원격 제어 세트(20)의 제어의 작동은 제어기(28)로의 통신을 위한 출력 신호를 발생할 수 있다. 통신된 신호는 작동 모드를 시작 또는 계속하기 위한 사용자 요구를 표시할 수 있다. 예를 들면, 적절한 센서 신호들이 수신될 때 통신된 신호는 전방 워킹 작동을 시작 또는 계속하도록 제어기에 표시될 수 있다. 다른 예로서, 원격 제어 세트(20)는 외골격 장치(10)를 턴 온 또는 턴 오프를 위한 제어부를 포함할 수 있다.
통상적으로, 원격 제어 세트(20)는 사용자에 의해 용이하게 접근가능한 로케이션에 장착하기 위해 설계될 수 있다. 예를 들면, 원격 제어 세트(20)에는 밴드 또는 스트랩이 제공될 수 있다. 스트랩은 사용자의 손목 또는 팔(도 1a 및 도 1b에서 도시된 바와 같이)에 원격 제어 세트(20)를 부착할 수 있다. 이러한 방식으로, 원격 제어 세트(20)는 원격 제어 세트가 장착되는 아암과 마주하는 아암의 손가락들에 의해 편리하게 작용될 수 있다. 대안적으로, 원격 제어 세트(20) 또는 원격 제어 세트의 부분은 사용자의 토르소의 전방에, 토르소 지지부(12)의 전방에, 또는 임의의 다른 용이하게 접근가능한 로케이션 상의 목발 상에 장착될 수 있다. 대안적으로, 원격 제어 세트(20)는 각각 제어기(26)와 개별적으로 통신하고 각각 개별 장소에서 장착되는 수 개의 분리된 제어부들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 보행 보조 외골격 장치는 장애를 가진 사용자가 워킹하는 것을 보조하도록 작동될 수 있다. 예를 들면, 하나 또는 둘 이상의 조인트(16)들 및 다리 세그먼트 브레이스(14)들이 제어되어 선택된 활동이 가능하도록 하는 방식으로 다리들을 움직이도록 한다. 예를 들면, 조인트(16)들 및 다리 세그먼트 브레이스(14)들은 사용자가 워킹할 수 있도록 조종될 수 있다. 조인트(16)의 제어는 이전의 액션들에 그리고 적어도 각도 센서(30) 및 기울기 센서(24)로부터 입력에 따라 수행될 수 있다.
도 2a는 사용자가 스텝을 밟는 것이 가능하도록 본 발명의 실시예들에 따라 보행 보조 외골격 장치를 제어하기 위한 방법을 개략적으로 예시한다. 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따라 스텝을 밟는 방법의 흐름도이다. 도시된 방법은 스윙하는 다리(44a)를 포함하는데, 스윙하는 다리는 초기에(스테이지(40a)) 앞으로 가는 후행 다리이다. 단계(스테이지(40j))의 결론에서, 다리(44a)는 초기 선행 다리(44b)의 앞에 위치설정된다. 상기 방법은 이어서 다리(44a 및 44b)들이 자신들의 역할들을 바꾸면서 반복된다. 도시된 방법은 사용자에게 한 쌍의 목발들이 제공되고 사용자가 한 쌍의 목발들을 조종할 수 있다는 것을 가정한다. 아래 설명에서, 또한 도 1a 내지 도 1c에 도시된 구성요소들이 참조된다.
예시된 방법에 의해 효과적으로 보조받기 위하여, 사용자는 트레이닝 및 연습이 필요할 수 있다. 예를 들면, 트레이닝은 평행 바들 또는 워킹 프레임과 같은 다른 장비와 관련하여 외골격 장치를 사용하는 연습 기간들을 수반할 수 있다. 트레이닝 프로그램의 다양한 스테이지들은 사용자에게 균형을 유지는 방법 및 외골격 장치를 이용할 때 워킹하는 방법을 가르칠 수 있다. 또한, 트레이닝 프로그램 동안, 제어기(26)(도 1c)와 관련된 메모리 내에 저장된 제어 프로그램이 특별한 사용자에게 적용될 수 있다. 예를 들면, 특별한 사용자의 성능들 또는 선호도에 맞추기 위해 한계 기울기 각도 또는 조인트 만곡 각도를 지시하는 매개변수가 조정될 수 있다. 사용자는 보조 워킹의 효율성을 최적화하기 위해 외골격 장치에 의한 액션들을 구비한 목발들의 조종을 조정하는 방법을 배울 수 있다.
예를 들면, 예시된 방법의 스테이지(40a)에서, 다리(44b)가 초기에 선행 다리이고, 다리(44a)가 초기에 후행 다리이라고 추정한다. 양 다리(44a 및 44b)들은 초기에 지면 또는 다른 지지 표면상에 놓이며, 양 다리(44a 및 44b)들은 사용자의 신체의 중량을 개략적으로 동일하게 지지된다. 사용자는 예를 들면 원격 제어부(20)의 제어를 작동함으로써 전방으로 워킹하기 위한 희망(desire) 신호를 보낼 수 있다(도 2b의 단계(48)). 사용자는 목발(42)들을 전방으로 이동시킴으로써 스텝(step)을 시작할 수 있다(비록 목발(42)들이 단일 라인 세그먼트의 형태로 개략적으로 도시되었지만, 통상적으로 한 쌍의 목발들이 인용됨을 이해하여야 한다. 통상적으로 사용자의 신체의 마주하는 측부들 상에 위치되는, 목발들은 통상적으로 서로 평행하게 전방으로 움직인다). 목발(42)들이 전방으로 이동할 때, 외골격 장치(10)는 사용자와 함께 전방으로 기울어진다.
이 동안, 표시된 기울기가 다리(44a)가 전방으로 스윙하는 것(단계(52))이 가능하기에 충분한지를 결정하도록(예를 들면, 한계 기울기 각도 값보다 더 큰), 제어기가 기울기 센서(24)를 모니터링한다(도 2b의 단계(50)). 표시된 기울기 각도가 충분하지 않은 경우, 타이머의 시간은 한계 시간(단계(53))과 비교될 수 있다. 예를 들어, 원격 제어부(20)의 제어의 작동이 워크 순서를 시작하기 위한 희망을 표시할 때, 또는 기울기 센서(24)가 기울기를 시작할 것을 표시할 때, 타이머가 시작할 수 있다. 대안적으로, 복수의 타이머들(또는 타이머 기능들)은 복수의 트리거 이벤트들로부터 경과된 시간을 모니터링할 수 있다. 경과된 시간이 시간 종료를 표시하는 경우, 외골격 장치(10)는 워크 모드를 종료하는 순서를 시작할 수 있다(단계(55)). 예를 들면, 외골격 장치(10)는 사용자를 스탠딩 위치에 있도록 "스탠딩 자세" 모드를 시작할 수 있다. 대안적으로, 추가의 제어 신호가 수신될 때까지 작동이 중단될 것이다.
시간 종료가 감지되지 않은 경우, 기울기 신호들의 모니터링이 계속된다(단계(50)로 돌아감).
단계(40b)에서, 사용자는 목발(42)들을 계속적으로 전방으로 이동하며, 사용자와 함께 외골격 장치(10)가 계속적으로 전방으로 기울어진다. 사용자의 신체의 중량이 선행 다리인 다리(44b)를 향하여 바뀌기 시작한다.
스테이지(40c)에서, 목발(42)들은 전방 위치에 있다. 사용자의 팔꿈치들이 외골격 장치(10)가 계속하여 전방으로 기울어지는 것이 가능하게 되도록 벤딩되기 시작한다. 다리(44a)는 지면과의 접촉이 중단되도록 상승되기 시작하다. 사용자의 신체의 중량은 이제 다리(44b) 및 목발(42)들에 의해 지지된다.
스테이지(40d)에서, 사용자의 팔꿈치의 계속된 벤딩은 외골격 장치(10)가 스텝을 시작하도록 외골격 장치(10)를 트리거링하기에 충분히 전방으로 기울어지게 할 수 있다. 예를 들면, 이때, 기울기 센서(24)는 기울기 신호를 발생할 수 있다. 외골격 장치(10)의 기울기 각도가 한계 각도와 동일하거나 한계 각도보다 더 큰 것을 표시하도록 발생된 기울기 신호가 프로세싱될 수 있다(예를 들면, 제어기(26)에 의해). 한계 각도와 동일한 기울기 각도는 스텝 순서의 시작(단계 52)을 트리거링할 수 있다. 제어기(26)는 이어서 발생된 기울기 신호를 수신할 때, 전방으로 다리(44a)를 스윙함으로써 스텝을 시작하도록 외골격 장치(10)를 작동하기 위한 제어 프로그램을 시작한다.
단계(40e)에서, 외골격 장치(10)가 다리(44a)를 전방으로 스윙하기 시작한다. 예를 들면, 제어기(26)는 다리(44a)의 무릎 조인트(16a)가 미리 결정된 각도만큼 구부러질 수 있다. 동시에, 제어기(26)는 다리(44a)의 고관절(16b)이 전방으로 구부러지기 시작하여, 다리(44a)가 전방으로 스윙된다(단계(54)). 다리(44a)의 운동 동안, 제어기(26)는 다리(44a)가 미리 결정된 기준에 따라 이동하는 것을 확인하도록 하나 또는 둘 이상의 각도 센서(30)들(단계(56))의 출력 신호들을 모니터링될 수 있다. 출력 신호의 모니터링은 또한 단계가 완료되었는지 또는 다리(44a)의 전방 운동을 계속하는지(단계(58))를 표시할 수 있다.
단계(40f)에서, 외골격 장치(10)가 다리(44a)를 전방으로 스윙하는 것을 계속된다. 예를 들면, 제어기(26)는 다리(44a)를 전방으로 스윙하도록 다리(44a)의 고관절(16b)을 구부리도록 계속될 수 있다. 동시에, 다리(44b)의 고관절(16b')이 직립 위치를 향하여 트렁크(46)를 상승시키기 위해 연장된다(스테이지(40a)에서 이의 위치와 유사하게). 사용자는 이러한 작동을 돕도록 목발(42)들을 하방으로 가압할 수 있다.
단계(40g)에서, 외골격 장치(10)가 서로 접근하도록 다리(44a)를 전방으로 및 다리(44b)를 후방으로 계속적으로 이동한다. 예를 들면, 제어기(26)는 다리(44a)를 전방으로 스윙하도록 다리(44a)의 고관절(16b)을 그리고 다리(44b)를 연장하여 똑바로 하도록 다리(44b)의 고관절(10b')을 계속적으로 작동할 수 있다.
단계(40h)에서, 외골격 장치(10)는 다리(44b)의 앞으로 다리(44a)를 전방으로 이동하고 다리(44b)를 연장하는 것이 계속된다. 예를 들면, 제어기(26)는 다리(44a)를 전방으로 스윙하도록 다리(44a)의 고관절(16b)을 그리고 다리(44b)를 똑바로 하도록 다리(44b)의 고관절(10b')을 작동하는 것을 계속할 수 있다.
단계(40i)에서, 외골격 장치(10)는 다리(44a)를 전방으로 그리고 다리(44b)를 후방으로 계속적으로 이동한다. 예를 들면, 다리(44a)를 전방으로 스윙하도록 제어기(26)는 다리(44a)의 고관절(16b)을 작동하는 것 그리고 다리(44b)의 고관절(16b')을 연장하는 것을 계속될 수 있다. 동시에, 외골격 장치(10)는 무릎 관절(16a)을 연장하여 다리(44a)를 똑바로 할 수 있다. 예를 들면, 제어기(26)는 고관절(16b 및 16b')들의 각도 센서(30)들로부터 신호를 수신할 수 있다. 감지된 각도가 완료된 스텝(단계(58))를 표시하는 각도들의 미리 결정된 범위 내에 있다는 것을 감지된 신호가 표시할 수 있다. 제어기(26)는 이어서 다리(44a)를 연장하여 똑바로 하도록 다리(44a)의 무릎 관절(16a)을 작동할 수 있다. 똑바로 하는 작동 동안, 다리가 무릎 관절(16a)의 작동을 중단하도록 충분히 똑바로 될 때를 확인하도록 제어기(26)는 다리(44a)의 무릎 조인트(16a)의 각도 센서(30)들로부터 신호들을 모니터링할 수 있다.
스테이지(40j)에서, 다리(44a)는 전방으로 연장하여 선행 다리이며 다리(44b)는 후행 다리이다. 따라서, 스테이지(40j)는 본질적으로 스테이지(40a)와 동일하며 다리(44a 및 44b)들의 역할이 역전된다. 따라서, 외골격 장치(10)는 단일 스텝을 수행할 수 있다. 워크 모드가 여전히 선택되는 경우(단계(59)), 스테이지(40a 내지 40j)들이 반복될 수 있고, 다리(44a 및 44b)의 역할이 역전된다(단계(50)로 복귀된다). 이러한 방식으로 연속된 작동은 워크하기 위해 외골격 장치(10)가 부착되는 사용자에게 가능하게 된다.
워크 모드가 더 길게 선택되지 않은 경우, 워킹 작동이 중단될 수 있다. 예를 들면, 외골격 장치(10)는 사용자가 스탠딩 자세로 변화시킬 수 있다(단계(60)). 대안적으로, 상기 장치는 작동을 중단할 수 있고 임의의 추가 기울기 신호들을 무시할 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 사용자는 외골격 장치(10)의 작동으로 신체 운동들 및 목발들 운동들을 조정하는 것을 배우도록 외골격 장치(10)와 함께 워킹을 연습할 수 있다. 예를 들면 트레이닝 프로그램은 평행한 바들 사이에서 균형을 연습하고 외골격 장치(10)를 이용하여 워킹하는 것으로 시작할 수 있다. 사용자는 이어서 목발들 또는 워킹 프레임과 함께 외골격 장치(10)를 이용하여 균형 잡는 것을 배우도록 진보될 수 있다. 마지막으로, 사용자는 도 2a에서 도시된 방법을 실행하도록, 외골격 장치(10) 및 목발들을 이용하여 워킹을 실시할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따라, 작동 방법은 하나 또는 둘 이상의 각도 센서(30)들에 의해 발생된 신호들과 관련하여 기울기 센서(24)에 의해 발생된 신호를 모니터링하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 신호들은 센서 판독들의 조합 또는 예상되지 않은 구성을 표시할 수 있다. 이러한 경우, 제어기(26)는 추가의 예상되지 않은 상황들을 방지하도록 또는 적절한 작동을 확인하도록 하나 또는 둘 이상의 활동들을 실행할 수 있다. 예를 들면, 제어기(26)는 적절한 경보 장치를 사용하여 가청, 가시, 또는 감지가능한 경보를 사용자에게 발생할 수 있다. 동시에, 제어기(26)가 사용자로부터 확인 신호를 수신할 때까지 외골격 장치(10)의 작동을 잠시 멈추거나 중단할 수 있다. 예를 들면, 사용자는 작동의 연속, 또는 대안적으로 작동을 중단시키는 것을 표시하도록 원격 제어부(20)가 작동할 수 있다. 작동을 중단할 때, 제어기(26)는 사용자의 안전성을 유지하는데 도움이 되도록 외골격 장치(10)를 작동할 수 있다. 유사하게, 발생된 신호들이 추락과 같은 긴급 상황과 일치하는 경우, 제어기(26)는 사용자에게 어떠한 부상 위험도 최소화하도록 미리 결정된 방식으로 외골격 장치(10)를 작동할 수 있다.
본 발명의 몇몇의 실시예들에 따라, 외골격 장치(10)는 하나 또는 둘 이상의 그라운드 포스 센서들이 제공될 수 있다. 예를 들면, 그라운드 포스 센서는 사용자의 발을 지지하도록 설계된 발 지지부 상에 위치될 수 있다. 예를 들면, 외골격 장치(10)에 의한 작동의 실행은 그라운드 포스 센서들로부터 하나 또는 둘 이상의 미리 결정된 신호들을 수용하는데 종속될 수 있다.
본 명세서에서 제시된 실시예들 및 부착된 도면들의 설명은 단지 본 발명의 향상된 이해를 위한 것이지 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
당업자는 본 발명의 상세한 설명을 읽고 난 후 첨부된 도면들 및 여전히 본 발명에 의해 커버되는 위에서 설명된 실시예들에 대한 조정 또는 보정이 이루어질 수 있다는 것이 또한 명백하다.

Claims (9)

  1. 보행 보조 외골격 장치로서,
    사람의 토르소의 부분에 부착하기 위한 트렁크 지지부 및 다리 세그먼트 브레이스들을 포함하는 복수의 브레이스들로서, 각각의 다리 세그먼트 브레이스가 사람의 다리의 섹션에 연결하는, 복수의 브레이스들;
    상기 복수의 브레이스들 중 두 개의 브레이스들을 연결하기 위한 그리고 상기 두 개의 브레이스들 사이의 상대적 각도 운동을 제공하기 위한 하나 이상의 모터식 조인트;
    상기 외골격의 기울기를 감지하기 위한 상기 외골격 장치상에 장착되는 하나 이상의 기울기 센서; 및
    하나 이상의 기울기 센서 중 기울기 센서로부터 감지된 신호들을 수신하고 상기 감지된 신호들에 따라 모터식 조인트들을 작동하기 위한 명령들을 구비한 알고리즘으로 프로그래밍되는, 제어기를 포함하는,
    보행 보조 외골격 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    원격 제어부를 포함하는,
    보행 보조 외골격 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 알고리즘은 상기 하나 이상의 기울기 센서 중 하나의 기울기 센서에 의해 감지된 감지된 기울기가 한계 값을 초과할 때 후행(trailing) 다리를 전방으로 스윙하도록 모터식 조인트를 작동하는 것을 포함하는,
    보행 보조 외골격 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기울기 센서 중 하나의 기울기 센서에 의해 감지된 감지된 기울기가 한계 값을 초과할 때, 상기 알고리즘은 선행(leading) 다리를 후방으로 연장하도록 상기 모터식 조인트를 작동하는 것을 포함하는,
    보행 보조 외골격 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기울기 센서 중 하나의 기울기 센서가 상기 트렁크 지지부 상에 장착되는,
    보행 보조 외골격 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기울기 센서 중 하나의 기울기 센서가 상기 외골격 장치의 구성요소 상에 장착되고 상기 외골격 장치의 기울기가 상기 트렁크 지지부의 기울기와 실질적으로 동일한,
    보행 보조 외골격 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 모터식 조인트 중 하나의 조인트에는 상기 조인트에 의해 연결된 두 개의 브레이스들 사이의 각도를 감지하기 위한 각도 센서가 제공되는,
    보행 보조 외골격 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 알고리즘은 상기 감지된 각도에 따라 상기 모터식 조인트들을 작동하기 위한 명령들을 포함하는,
    보행 보조 외골격 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 알고리즘은 상기 감지된 각도가 미리 결정된 범위의 각도들 내에 있을 때 다리의 전방 운동을 잠시 중단하는 것을 포함하는,
    보행 보조 외골격 장치.
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