KR20150010714A - 모터달린 체외골격 유닛 - Google Patents

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KR20150010714A
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motors
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아밋 고퍼
오렌 타마리
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리워크 로보틱스 리미티드
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Abstract

사용자의 이동(locomotion)을 돕기 위한 모터달린 체외골격 장치로서, 장치는, 사용자의 몸통(torso)에 부착하기 위한 몸통 베이스(torso base); 사용자의 하체(lower extremity)에 결합되도록 구성된 한쌍의 림 부재(limb member) - 여기서 각각의 림 부재는 제1 지지 세그먼트 및 제2 지지 세그먼트를 포함하고, 제1 지지 세그먼트는 제2 지지 세그먼트보다 상위에 있음 - ; 두개의 모터달린 관절 - 모터달린 관절 중 하나는 제1 지지 세그먼트를 제2 지지 세그먼트에 연결시키고, 모터달린 관절 중 다른 하나는 제1 세그먼트를 상기 몸통 베이스에 연결시키며, 상기 두개의 모터는 관절을 움직이도록 구성됨 - 을 포함하고, 두개의 모터는 사위의 지지 세그먼트에 결합된다.

Description

모터달린 체외골격 유닛{MOTORIZED EXOSKELETON UNIT}
본 발명은 보행 지원(walking assistance) 및 운동을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 지연 운동 장애(impeded locomotion disabilities)를 극복하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
미국내의 대략 이백만의 사람들이 그들의 유일한 이동 수단으로서 기능하는 휠체어에서 지낸다. 결과적으로, 그들의 삶은 계단, 비포장 노면, 좁은 통로와 같이 완전히 끈임없는 장애물로 가득하다. 또한 많은 장애인은 장시간 동안 일어선 자세(standing position)를 유지하기 위한 능력이 부족하고, 때론 제한된 상체 움직임만을 할 수 있다.
통상적으로, 장애인들이 장시간 동안 일어선 자세를 유지하는 것은 위험한 건강상의 합병증을 일으킨다. 급격한 건강 악화를 방지하기 위해서는 충분한 물리치료/수치료(physio/hydro-therapy)에 더하여 고가의 스탠딩 프레임(standing frames and traners)과 트레이너와 같은 장치가 사용되어야만 한다.
통상적으로, 장애인을 위한 재활(rehabilitation) 장치는 트레이닝 목적으로만으로 사용되는 재활 시설 내의 이용가능한 장치와 휠체어로 국한된다. 핸티캡을 지닌 사람이 자존감을 회복하도록 일상의 독자적 활동(daily independent activities)을 가능하게 하고, 그들이 생활하는 것을 매우 용이하게 해주며, 그들의 삶의 기대치를 확장시키고, 또한 의료 및 관련된 비용은 감소시키는 솔루션은 아직까지 이용가능하지 않다.
본 발명은 하지 손상된 개인들에 있어서 수직방향 운동성(upright mobility)을 회복 및/또는 지원하기 위한 모터달린 체외골격을 제공하고, 특히 본 발명은 체외골격 내의 모터 유닛의 포지셔닝을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 사용자의 이동(locomotion)을 돕기 위한 모터달린 체외골격 장치가 제공되고, 장치는 사용자의 몸통(torso)에 부착하기 위한 몸통 베이스(torso base); 사용자의 하체(lower extremity)에 결합되도록 구성된 한쌍의 림 부재(limb member) - 여기서 각각의 림 부재는 제1 지지 세그먼트 및 제2 지지 세그먼트를 포함하고, 제1 지지 세그먼트는 제2 지지 세그먼트보다 상위에 있음 - ; 두개의 모터달린 관절 - 모터달린 관절 중 하나는 제1 지지 세그먼트를 제2 지지 세그먼트에 연결시키고, 모터달린 관절 중 다른 하나는 제1 세그먼트를 상기 몸통 베이스에 연결시키며, 상기 두개의 모터는 관절을 움직이도록 구성됨 - 을 포함하고, 두개의 모터는 사위의 지지 세그먼트에 결합된다.
본 발명에 따르면 전술한 과제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 사용자에 체결가능한 체외골격 유닛을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 체외골격 유닛을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 세그먼트, 통상적으로는 타이트(tight) 세그먼트를 근접하여 본 도면.
도면은 본 발명을 간결하고 명확하게 하기 위한 것으로 도면에 도시된 구성요소들이 일정 비율로 도시될 필요는 없다.
예를 들면 어떤 구성요소의 치수는 명료함을 위해 다른 구성요소에 비해 과장되게 표시될 수 있다. 또한 도면들 중에서 반복되는 참조번호는 대응 또는 유사한 구성요소를 지시한다.
다음의 상세한 설명에서, 많은 특정한 세부사항들이 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 본 발명은 이들 특정한 세부사항들이 없이 구현될 수도 있다는 것은 당업자들에게 자명하다. 또한, 본 발명의 요지를 모호하게 할 수 있는 공지된 방법, 절차 및 요소들에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
모터달린 체외골격 유닛은 하체 및 하지(lower limbs)를 위한 모터달린 지지 시스템(motorized brace system)일 수 있으며, 사용자 신체에 예를 들면, 의복 아래에 통상적으로 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛은 의복 위쪽으로 사용자의 신체에 부착될 수도 있다.
통상적으로, 모터달린 체외골격 유닛은 사용자의 이동(locomotion)에 기여한다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛은 사용자가 그들의 일상 활동, 특히 자세(stance)와 걸음걸이와 같은 활동의 일부 또는 전부를 회복하도록 한다.
일부 실시예에서 모터달린 체외골격 유닛은 비신체장애자(non-disabled user)가 그들의 근육이 현재 제공할 수 있는 것 보다 큰 힘을 쓰도록 해준다. 일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛은 비신체장애자가 일반적인 것보다 작은 노력으로 표준 힘(standard force)을 사용하도록 해준다.
자세와 걸음걸이에 더하여, 모터달린 체외골격 유닛은 수직(upright) 포지셔닝에서 시팅(sitting) 포지션으로의 전환, 계단 오르기와 내리기와같은 기타 이동 기능을 지원한다.
모터달린 체외골격 유닛은 통상적으로 대마비(paraplegia), 사지마비(quadriplegia), 편마비(hemiplegia), 소아마비(polio-resultant paralysis), 및 일부 어플리케이션에 있어서, 이동이 힘든 개인과 같은 장애에 적합하다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛은 탈부착가능한 광 지원 구조물물과 추진 및 제어 수단을 포함하는 독립적인 장치 수단에 의한 수직 자세(vertical stance)와 이동을 허용한다.
일부 실시예에서 모터달린 체외골격 유닛은 다른 장치와 결합하여 사용될 수도있다. 일반적으로 다른 장치는 부가적 지원 및/또는 이동성을 제공할 수도 있다. 일부 실시예에서 다른 장치는 종래 알려진 다른 기능을 제공할 수도 있다.
통상적으로, 모터달린 체외골격 유닛의 사용은 자세성 긴장(postural tonus)의 무능(incompetence)을 완화하고 포달 서포트(podal support) 및 워킹(walking)의 생리학적 메커니즘을 재구성하는 것을 가능하게 한다. 모터달린 체외골격 유닛은 더 나은 자립성을 사용자에게 제공하고 종래에 알려진 것 같은 계단 및/또는 장애물과 같은 것을 극복할 수 있는 능력을 제공해준다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 사용자에게 체결된 모터달린 체외골격 유닛의 일례를 도시한 도면으로 사용자의 정면과 측면을 도시한 도면이다.
통상적으로, 모터달린 체외골격 유닛(10)은 사용자의 하체(lower extremity)에 결합되는 한쌍의 림 부재(limb member)를 포함한다. 일부 실시예에서 하나의 림 부재만이 제공될 수도 있다.
일반적으로, 모터달린 체외골격 유닛(10)은 비교적 작은 제어 유닛(110)을 포함하는데, 제어 유닛은 사용자(5)의 신체(body)에 부착된다. 일부 실시예에서, 비교적 소형의 제어 유닛(110)은 백팩(130)에 장착되거나 삽입될 수도 있다. 일부 실시예에서, 제어 유닛(100)은 비교적 소형이 아닐수도 있다. 일부 실시예에서, 제어 유닛(110)은 종래의 기술일 수도 있다.
통상적으로, 제어 유닛(110)은 내장 프로세서를 통해 프로그램 및 알고리즘을 실행하고, 프로그램과 알고리즘은 공지된 것일 수 있다.
일부 실시예에서, 내장 프로세서는 지속적으로 또는 간헐적으로 신체의 상체의 움직임과 상호작용할 수 있다. 내장 프로세서가 지속적으로 또는 간헐적으로 신체의 상체의 움직임과 상호작용하면 워킹 패턴과 안정성이 사용자(5)의 도움에 의해 획득된다.
일부 실시예에서, 제어 유닛(110)은 파워 드라이버(power drivers)를 경유하여 모터달린 체외골격 유닛(10)에 명령한다. 통상적으로, 제어 유닛(110)은 전용의 전자 회로를 포함하거나 일부의 경우 전용 전자 회로에 결합될 수도 있다.
일부 실시예에서, 제어 유닛(110)은 다양한 센서 유닛을 포함하는 하나 또는 복수의 센서 유닛(예를 들면 기울기 센서(tilt sensor)(120))에 결합될 수 있다. 통상적으로, 센서는 공지되어 있는 기타 센서들을 포함하거나 기타 센서들일 수 있다. 통상적으로 모터달린 체외골격 유닛 유닛(10)의 모니터 파라미터(monitored parameters)는 몸체 기울기 각도(torso tilt angle), 관절 각도(articulation angle), 모터 부하(motor load) 및 경고 파라미터, 그리고 기타 공지된 파라미터를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 센서 유닛은 모터달린 체외골격 유닛(10)의 모니터 파라미터에대한 정보를 피드백 인터페이스를 경유해 제어 유닛(110)으로 전달할 수 있다. 피드백 인터페이스는 공지된 것과 동일하다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛은 하나 또는 복수의 관절부(joints)를 포함할 수 있다.
모터달린 체외골격 유닛 유닛(10)의 하나 또는 복수의 관절부는 예를들면 발목관절(ankle joint)(20), 무릅관절(30), 또는 히프관절(40)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)에는 하나 또는 복수의 각도 센서가 제공되어 하나 또는 복수의 관절부에 의해 접속된 세그먼트 사이의 상대 각도를 감지한다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 각도 센서로부터의 출력 신호는 제어 유닛(110)과 통신될 수 있다. 출력 신호는 연결된 세그먼트 사이의 현재 상대 각도(current relative angle)를 지시할 수 있다.
일부 실시예에서, 기울기 센서(120)는 하기하는 바와 같이 사용자(5)에 또는 브레이스(brace)에 장착될 수 있다. 통상적으로, 기울기 센서(120)는 기울기의 각도가 모터달린 체외골격 유닛(10)의 몸체 버팀(trunk support) 기울기 각도를 반영하도록 모터달린 체외골격 유닛(10)의 어떤 구성요소에라도 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 출력 신호는 사용자의 몸체와 수직 사이의 각도를 지시할 수 있다. 일부 실시예에서, 출력 신호는 전체 체외골격과 지면에 수직인 것 사이에서의 각도를 지시할 수 있다.
일부 실시예에서 모터달린 체외골격 유닛(10)은 하나 또는 그 이상의 부가적 보조 센서(auxiliary sensors)를 포함할 수 있다. 보조 센서는 하나 또는 복수의 압력감응 센서를 포함할 수 있다. 하나 또는 복수의 암력감응 센서는 종래 공지된 것일 수있다. 통상적으로, 압력간응 센서는 모터달린 체외골격 유닛(10) 상에 가해진 그라운드포스(ground force)를 측정한다. 일부 실시예에서, 그라운드 포스 센서는 사용자의 발의 저면에 부착되도록 설계된 표면에 포함될 수 있다.
통상적으로, 제어 유닛(110)은 모터달린 체외골격 유닛(10)의 백팩(backpack)내에 위치된다. 대안적으로, 제어 유닛의 구성요소는 모터달린 체외골격 유닛(10)의 다양한 구성요소내에 내포될 수 있다. 예를 들면, 제어 유닛(110)은 복수의 상호통신 전자 장치를 포함할 수 있다. 제어 유닛(110)과 복수의 상호통신 전자 장치 사이의 상호통신은 유선 또는 무선일 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 유닛(110)과, 하기하는 바와 같은 무릅 모터 유닛(90), 힙 유닛(100)과 같은 모터달린 체외골격 유닛(10)의 구성요소, 센서, 및/또는 모터달린 체외골격 유닛(10)의 기타 구성요소 사이의 통신은 유선 또는 무선일 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 유닛의 상이한 구성요소 사이의 통신은 유선 또는 무선일 수 있다.
통상적으로, 모터달린 체외골격 유닛(10)은 맨 머신 인터페이스(Man Machine Interface)(MMI)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, MMI는, 예를 들면, 모터달린 체외골격 유닛(10)의 오퍼레이션 모드와 파라미터를 사용자가 제어할 수 있는 원격 제어기(140)일 수 있다. 일부 실시예에서, MMI 또는 원격 제어(140)에 의해 제어된 모터달린 체외골격 유닛(10)의 동작 모드와 파라미터는 보행 모드(gait mode), 앉기 모드(sitting mode) 및 서기 모드(standing mode) 또는 종래 알려진 기타 모드일 수 있다.
원격 제어기(140)는 하나 이상의 푸쉬버튼, 스위치, 터치-패드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 원격 제어기(140)는 사용자가 조작가능한 다른 유사한 수동 동작 컨트롤을 포함한다. 통상적으로, 원격 제어기(140)는 제어 유닛(110)과의 통신을 위해 출력 신호를 생성하거나 종래 알려진 다른 신호를 생성할 수 있다.
통상적으로, 원격 제어기(140)와 제어 유닛(110) 사이의 통신 신호는 동작 모드의 개시 또는 지속을 위한 사용자 리퀘스트(request)를 나타낸다. 예를 들면, 원격 제어기(140)와 제어 유닛(110) 사이의 통신 신호는, 적당한 센서 신호가 수신될 때, 워킹을 시작하는 명령어, 또는 일부 실시예에서 전방으로의 워킹을 지속하는 명령어, 또는 종래 알려진 다른 동작의 명령어일 수 있다. 일부 실시예에서, 원격 제어기(140)와 제어 유닛(110) 사이의 통신 신호는 모터달린 체외골격 유닛(10)의 터닝 온(기동) 또는 터닝 오프(종료)를 위한 제어를 포함한다. 일부 실시예에서 원격 제어기(140)와 제어 유닛(110) 사이의 통신 신호는 대기턴(stand-by phase)의 유지를 위해 모터달린 체외골격 유닛(10)을 전환하는 제어를 포함한다.
통상적으로, 원격 제어기(140)와 제어 유닛(110) 사이의 통신에 있어서, 원격 제어기(140)는 사용자에 의해 쉽게 접근가능한 위치에 장착되도록 설계된다. 예를 들면 원격 제어기(140)는 밴드(band) 또는 스트랩(strap)에 의한 특정 위치에, 종래 알려진 고정 아이템의 방법을 사용하여 배치 및/또는 고정될 수 있다.
일부 실시예에서, 원격 제어기(14)는 복수의 분리 제어기(detached controls)를 포함하고, 원격 제어기(140) 내의 각각의 분리 컨트롤은 제어 유닛(110)과 개별적으로 통신하도록 구성되며, 원격 제어기(140) 내의 각각의 분리 제어기는 사용자(5) 또는 모터달린 체외골격 유닛(10)의 별개의 위치에 장착되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 사용자(5)는 MMI를 통해 다양한 표시(indication)을 수신하거나, 사용자 명령어를 전달하거나, 예를 들면 컴퓨터 키보드와 같은 다른 인터페이스를 통해 그의 의지에 따라 모터의 기어를 쉬프트한다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)은 파워 유닛(190)을 포함한다. 통상적으로, 파워 유닛(190)은 백팩(130)에 위치되거나 결합되도록 구성될 수 있다. 파워 유닛(190)은 재충전가능한 배터리 및/또는 관련 회로를 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 파워 유닛(190)은 대안적인 전원을 가질 수 있다. 일부 실시예에서 파워 유닛(190)은 재충전가능한 배터리에 의해 전원공급될 수 있다. 일부 실시예에서 파워 유닛(190)은 태양에 의해 전원공급될 수 있다.
일부 실시예에서, 브래스 세그먼트(brace segments)는 사용자(5)의 신체의 일부분에 인접해서 착용될 수 있다. 일부 실시예에서 브래스는 골반 브래스(150)(pelvis brace)일 수 있다. 골반 브래스(150)는 사용자(5)의 트렁크 위에 착용될 수 있다. 대퇴부(thigh) 브래스는 사용자의 대퇴부에 인접해서 착용될 수 있다. 일부 실시예에서, 브래스는 다리(leg) 브래스(170)를 포함할 수 있다. 다리 브래스(170)는 사용자의 종아리에 인접해 착용될 수 있다. 일부 실시예에서 브래스는 발(feet) 브래스(175)를 포함할 수 있다. 발 브래스(175)는 사용자(5)의 발에 결합되도록 구성될 수 있다. 통상적으로, 슈(shoe) 브래스의 안정화를 위해 다리 브래스(170)와 발 브래스(175)의 하부에 부착된다. 다른 브래스들은 공지된 기술에서 사용되는 것과 같이 사용자의 다른 부분에 결합되도록 구성될 수 있다.
통상적으로, 모터달린 체외골격 유닛(10)은 스트랩(180)을 포함할 수 있다. 스트랩(180)은 일부 실시예에서 모터달린 체외골격 유닛(10)의 전술한 각각의 구성요소의 브래스가 사용자(5)의 신체의 대응하는 적합한 부분에 부착되는 것을 보장한다. 일부 실시예에서, 전술한 바와 같은 구성요소의 브레스들을 부착하고 결합하는 다른 방법은 공기된 기술이 사용될 수 있다. 통상적으로, 스트랩(180)은 공지된 기술에서와 같은 가요성 물질 또는 섬유로 이루어질 수 있다.
통상적으로, 구성요소의 브래스의 움직임(motion)은 부착된 신체 부위를 움직일 수 있다. 일부 실시예에서, 브래스 또는 모터달린 체외골격 유닛(10)의 다른 구성요소는 모터달린 체외골격 유닛(10)이 특정 사용자의 신체에 딱들어 맞게 조절될 수 있다. 일부 실시예에서, 이동된 부착 신체 부분은 자체적으로 이동하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서 이동된 부착 신체 부분은 자체적으로 이동가능할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 실시예에 따른 모터달린 체외골격 유닛의 구성요소의 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
모터달린 체외골격 유닛(10)의 실시예의 도면은 도 2의 위쪽 코너에 표시된다. 본 발명의 일부 실시예에 따른 모터달린 체외골격 유닛(10)의 일부 구성요소의 확대도는 모터달린 체외골격 유닛의 일부분을 대표하도록 도시된다. 일부 실시예에서, 이들 구성요소는 통상적으로 사용자(5)의 각각의 다리에 착용될 수 있게 구성된다. 통상적으로, 사용자(5)는 도 1을 참조하여 설명했던 것과 같이 다양한 장애 등급의 장애인일 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자(5)는 도 1을 참조하여 설명했던 것처럼 장애가 없을 수도 있다.
모터달린 체외골격 유닛(10)의 구성요소는 측면도와 정면도 모두에 개략적으로 도시된다. 이들 도면은 예시적인 도면으로서 동일한 실시예의 측면도 및 정면도로 나타날 필요는 없다.
통상적으로, 모터달린 체외골격 유닛(10)은 지지 세그먼트를 포함한다. 일부 실시예에서, 지지 세그먼트는 신체 부분 및 사용자의 특정 위치에 결합되도록 구성된다. 지지 세그먼트는 사용자(5)의 종아리에 결합되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서 지지 세그먼트는 사용자(5)의 몸체(torso)에 결합되거나 일부 실시예에서 몸체 브래스(95)에 결합되도록 구성될 수도 있다.
일부 실시예에서, 지지 세그먼트는 사용자(5)의 사용자의 하부 단부에 결합되도록 구성될 수 있다. 통상적으로, 하부 단부는 배곱 아래에 위치된다. 일부 실시예에서 하부 단부는 힙 아래에 위치될 수 있다.
일부 실시예에서, 지지 세그먼트는 사용자(5)의 신체 상의 다른 위치에 결합되도록 구성될 수 있다.
통상적으로, 모터달린 체외골격 유닛(10)의 하나 또는 복수의 지지 세그먼트가 발목 관절(20)에 의해 결합될 수 있다. 일부 실시예에서 모터달린 체외골격 유닛(10)의 하나 또는 복수의 지지 세그먼트가 무릅 관절(30)에 의해 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)의 하나 또는 복수의 지지 세그먼트가 힙 관절(40)에 의해 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)의 발 지지 세그먼트(50)는 발목 관절(20)을 경유해 통상적으로 모터달린 체외골격 유닛(10)의 종아리 세그먼트(60)에 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)의 종아리 지지 세그먼트(60)는 무릅 관절(40)을 경유해서 모터달린 체외골격 유닛(10)의 대퇴부 지지 세그먼트(70)에 결합될 수 있다.
일부 실시예에서 모터달린 체외골격 유닛(10)의 힙 지지 세그먼트(80)는 힙 관절(40)을 경유해서 모터달린 체외골격 유닛(10)의 대퇴부 지지 세그먼트(70)에 결합될 수도 있다.
일부 실시예에서 공지된 다른 조합, 또는 모터달린 체외골격 유닛(10)의 추가적인 지지 세그먼트 및 공지된 관절이 사용자(5)에 적용가능하다.
다른 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)의 지지 세그먼트는, 통상적으로 발 세그먼트(50), 모터달린 체외골격 유닛(10)이 사용자(5)에 결합될 때 사용자의 발에 인접하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)은 밴드를 통해 사용자(5)에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)은 스트랩을 통해 사용자(5)에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)은 다른 공지된 기술을 통해 사용자(5)에 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)의 지지 세그먼트는, 통상적으로 종아리 세그먼트(60), 모터달린 체외골격 유닛(10)이 사용자(5)에 결합될 때 사용자의 종아리에 인접하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)의 지지 세그먼트는, 통상적으로 대퇴부 세그먼트(70), 모터달린 체외골격 유닛(10)이 사용자(5)에 결합될 때 사용자의 대퇴부에 인접하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)의 지지 세그먼트의 관절은, 통상적으로 힙 관절(40), 모터달린 체외골격 유닛(10)이 사용자(5)에 결합될 때 사용자의 힙(hip)에 인접하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 이들 및/또는 모터달린 체외골격 유닛(10)의 추가적인 지지 세그먼트는 사용자(5)의 팔다리(members) 또는 기타 신체 부위에 인접하도록 구성될 수 있다.
통상적으로, 하나 또는 복수의 모터가 모터달린 체외골격 유닛(10)에 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 모터는 힙 모터 유닛(100)일 수 있다. 일부 실시예에서 하나 또는 복수의 모터는 무릅 모터 유닛(90)일 수 있다. 통상적으로, 힙 모터 유닛(100)과 무릅 모터 유닛(90)은 모터달린 체외골격 유닛(10)에 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 모터가 모터달린 체외골격 유닛(10)에 포함되고 결합될 수 있다. 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100), 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)은 통상적으로 모터달린 체외골격 유닛(10)에 결합된다.
일부 실시예에서, 무릅 모터 유닛(90)은 사용자의 무릅이 자연스러운 걸음 이동에 가깝도록 또는 자연스러운 걸음 이동이 얻어지도록 피봇하는 관절(articulations)을 갖는 것을 가능하게 한다.
일부 실시예에서, 힙 모터 유닛(100)은 사용자의 힙이 자연스러운 걸음 이동에 가깝도록 또는 자연스러운 걸음 이동이 얻어지도록 피봇하는 관절(articulations)을 갖는 것을 가능하게 한다.
일부 실시예에서, 적어도 무릅 모터 유닛(90)과 힙 모터 유닛(100)의 조합은 사용자의 무릅이 자연스러운 걸음 이동에 가깝도록 또는 자연스러운 걸음 이동이 얻어지도록 피봇하는 관절(articulations)을 갖는 것을 가능하게 한다.
일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100) 그리고 복수의 무릅 모터 유닛은 로터리 모터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 모터 유닛(90,100)은 공지된 것과 같은 선형 모터 또는 기타 모터들 또는 모터들의 조합을 포함할 수 있다.
통상적으로, 선형 모터는 스테이터(stator)와 모터의 이동 부분인 포서(forcer(모터의 로터))를 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 모터는 대퇴부 세그먼트(70)에 결합되고, 통상적으로 이는 무릅 모터 유닛(90)을 포함한다. 통상적으로, 무릅 모터 유닛은 선형 모터이다.
일부 실시예에서 , 하나 또는 복수의 모터는 대퇴부 세그먼트(70)에 결합되고, 통상적으로 이는 힙 모터 유닛을 포함한다. 통상적으로, 힙 모터 유닛은 선형 모터를 포함한 여러 타입의 모터들 중 하나이다.
일부 실시예에서, 힙 모터 유닛(100)은 무릅 모터 유닛(90)의 위 또는 상부에서 대퇴부 세그먼트에 결합된다.
일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)은 관절 액튜에이터, 휠 또는 기어를 돌리는(spin) 전기 모터, 선형 액튜에이터 또는 기타 공지된 액튜에이터일 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)은 관절 액튜에이터, 휠 또는 기어를 돌리는(spin) 전기 모터, 선형 액튜에이터 또는 기타 공지된 액튜에이터일 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)은 서보모터(servomotors)일 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)은 서보모터(servomotors)일 수 있다.
일부 실시예에서, 서보모터는 스텝 모터 또는 풀회전(full rotation)을 분할할 수 있는 블러쉬리스 전기 모터일 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)은 피에조 모터(piezo motors) 또는 초음파 모터일 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)은 피에조 모터(piezo motors) 또는 초음파 모터일 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)은 선형 액튜에이터일 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)은 선형 액튜에이터일 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)은 표준형의 유압 실린더(hydraulic cylinder) 또는 공압식(pneumatic)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)은 표준형의 유압 실린더(hydraulic cylinder) 또는 공압식(pneumatic)을 포함할 수 있다.
통상적으로, 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)이 전자 서보모터를 포함할 때, 전자 서보모터는 효율적이고 파워-덴스(power-dense)일 수 있고, 높은 가우스(high gauss) 영구 자석과 스텝-다운 기어링일 수 있으며, 높은 토크와 즉각응답 움직임(responsive movement)을 제공할 수 있다.
통상적으로, 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(900)이 전자 서보모터를 포함할 때, 전자 서보모터는 효율적이고 파워-덴스(power-dense)일 수 있고, 높은 가우스(high gauss) 영구 자석과 스텝-다운 기어링일 수 있으며, 높은 토크와 즉각응답 움직임(responsive movement)을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 스프링은 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90) 내의 모터 액튜에이터의 일부분으로서 설계되어 향상된 힘 제어(force control)를 허용한다.
일부 실시예에서, 스프링은 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100) 내의 모터 액튜에이터의 일부분으로서 설계되어 향상된 힘 제어를 허용한다.
통상적으로, 모터달린 체외골격 유닛(10)은 게이트 패션(gait fashion) 방식으로 이동하도록 구성될 수 있고, 게이트 패션은, 일부 실시예에서, 체외골격이 전방으로 기울어지는 일련의 넘어짐(fall) 방지로서 기술될 수 있다. 모터달린 체외골격 유닛(10)의 전방 기우러짐은 통상적으로 전방 걸음(forward step)으로 이어지는 안정된 포지션으로부터 모터달린 체외골격 유닛(10)을 약간 움직이게(budge) 한다.
일련의 넘어짐 방지는 모터달린 체외골격 유닛(10)의 불안정성(instability) 및/또는 불균형성(imbalance)을 향상하는 것으로 더욱 최적화될 수 있다. 일부 실시예에서 향상된 불안정성은 모터달린 체외골격 유닛(10) 내의 중량의 분포를 변경하는 것에 의해 촉진될 수 있다. 일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)의 중량 분포는 적어도 두개의 모터, 즉 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)과 무릅 관절(30) 상부의 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)의 배치를 통해 이루어질 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 두개의 모터, 통상적으로 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)과 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)가 대퇴부 세그먼트(70)에 결합될 때, 모터달린 체외골격 유닛(10)을 동작시키는데 필요한 토크의 레벨은 모터달린 체외골격 유닛의 다른 지지 세그먼트, 예를 들면 모터달린 체외골격 유닛(10)의 종아리 세그먼트(60)에 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)이 결합되고 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)이 모터달린 체외골격 유닛의 지지 세그먼트, 예를 들면 종아리 세그먼트(60)의 상위인, 예를 들면 모터달린 체외골격 유닛(10)의 대퇴부 세그먼트(70)에 결합되는 것 보다 작다.
통상적으로, 모터달린 체외골격 유닛(10)은, 두개의 모터, 예를 들면 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)과 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)이 대퇴부 세그먼트(70)에 결합되는 것이, 무릅 모터 유닛(90)이 모터달린 체외골격 유닛(10)의 종아리 세그먼트에 결합되고 힙 모터 유닛(100)이 종아리 세그먼트에 대해 상위에 결합되는 실시예에 비해 사용자(5)에게 부착하기 보다 용이하다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)은, 두개의 모터, 예를 들면 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)과 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)이 대퇴부 세그먼트(70)에 결합되는 것이, 무릅 모터 유닛(90)이 모터달린 체외골격 유닛(10)의 종아리 세그먼트에 결합되고 힙 모터 유닛(100)이 종아리 세그먼트에 대해 상위에 결합되는 실시예에 비해 사용자(5)로부터 떼어 내는 것이 보다 용이하다.
일부 실시예에서, 모터달린 체외골격 유닛(10)은, 두개의 모터, 예를 들면 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)과 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)이 대퇴부 세그먼트(70)에 결합되는 것이, 무릅 모터 유닛(90)이 모터달린 체외골격 유닛(10)의 종아리 세그먼트에 결합되고 힙 모터 유닛(100)이 종아리 세그먼트에 대해 상위에 결합되는 실시예에 비해 사용자(5)의 조종과 조절이 보다 용이하다.
일부 실시예에서, 두개의 모터, 예를 들면 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)과 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)이 대퇴부 세그먼트(70)에 결합될 때, 모터달린 체외골격 유닛(10)의 사용자, 및 다른 사람들에 대한 외형상 가시성(outward visibility)이 무릅 모터 유닛(90)이 모터달린 체외골격 유닛(10)의 종아리 세그먼트에 결합되고 힙 모터 유닛(100)이 종아리 세그먼트에 대해 상위에 결합되는 경우에 비해 작아 진다.
일부 실시예에서, 두개의 모터, 예를 들면 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)과 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)이 대퇴부 세그먼트(70)에 결합될 때, 모터달린 체외골격 유닛(10)은 무릅 모터 유닛(90)이 모터달린 체외골격 유닛(10)의 종아리 세그먼트에 결합되고 힙 모터 유닛(100)이 종아리 세그먼트에 대해 상위에 결합되는 경우에 비해 모터달린 체외골격 유닛(10)의 사용자 및 다른 사람들에 대해 부피가 큰 것(bulky)으로서 보여지지 않는다.
도 3은 대퇴부 세그먼트(70)에 대한 확대도를 나타낸다.
일부 실시예에서, 대퇴부 세그먼트(70)는 모터달린 체외골격 유닛(10) 내에서 상위 지지 세그먼트일 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 두개의 모터, 예를 들면 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)과 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)은 대퇴부 세그먼트(70)에 결합된다. 전술한 바와 같이, 모터달린 체외골격 유닛(10)을 동작시키기 위한 토크는 두개의 모터, 예를 들면 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)과 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)은 대퇴부 세그먼트(70)에 결합되는 것이, 하나 또는 복수의 무릅 모터 유닛(90)이 모터달린 체외골격 유닛의 다른 지지 세그먼트, 예를 들면 모터달린 체외골격 유닛(10)의 종아리 세그먼트(60)에 결합되고 하나 또는 복수의 힙 모터 유닛(100)이 모터달린 체외골격 유닛의 지지 세그먼트, 예를 들면 종아리 세그먼트(60)의 상위인, 예를 들면 모터달린 체외골격 유닛(10)의 대퇴부 세그먼트(70)에 결합되는 것 보다 작다.
이상 설명한 본 발명의 다양한 실시예의 특징들은 다른 실시예로 구현될 수 있다. 전술한 본 발명의 실시예의 설명은 예시적으로 설명하기 위함이며 본 발명이 전술한 설명에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명이 가르치는 범위 내에서 각종 변경, 변형, 대체, 등가인 것이 가능하므로, 본 발명은 본 발명의 사상을 포함하는 첨부된 특허청구범위로 제한되어야 한다.

Claims (15)

  1. 사용자의 이동(locomotion)을 돕기 위한 모터달린 체외골격 장치에 있어서,
    사용자의 몸통(torso)에 부착하기 위한 몸통 베이스(torso base);
    사용자의 하체(lower extremity)에 결합되도록 구성된 한쌍의 림 부재(limb member) - 여기서 각각의 림 부재는 제1 지지 세그먼트 및 제2 지지 세그먼트를 포함하고, 제1 지지 세그먼트는 제2 지지 세그먼트보다 상위에 있음 - ;
    두개의 모터달린 관절 - 모터달린 관절 중 하나는 제1 지지 세그먼트를 제2 지지 세그먼트에 연결시키고, 모터달린 관절 중 다른 하나는 제1 세그먼트를 상기 몸통 베이스에 연결시키며, 상기 두개의 모터는 관절을 움직이도록 구성됨 -
    을 포함하고,
    상기 두개의 모터는 사위의 지지 세그먼트에 결합된 것을 특징으로 하는 모터달린 체외 골격 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    두개 또는 복수의 모터는 모터달린 체외골격 장치의 대퇴부 세그먼트에 결합되는 모터달린 체외골격 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    두개 또는 복수의 모터는 모터달린 체외골격 장치의 중량 분포를 변경하도록 구성된 모터달린 체외골격 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    두개 또는 복수의 모터는 모터달린 체외골격 장치를 사용자에게 부착하기 편하게 구성된 모터달린 체외골격 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    두개 또는 복수의 모터는 모터달린 체외골격 장치를 사용자로부터 탈착하기 편하게 구성된 모터달린 체외골격 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    두개 또는 복수의 모터는 동일한 종류의 모터인 모터달린 체외골격 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    두개 또는 복수의 모터는 상이한 종류의 모터인 모터달린 체외골격 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터는 모터달린 체외골격 장치에 불균형을 부가하도록 구성된 모터달린 체외골격 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상위 지지 세그먼트는 사용자의 대퇴부에 인접한 모터달린 체외골격 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상위 지지 세그먼트는 사용자의 무릅 상위인 모터달린 체외골격 장치.
  11. 제1항 내지 제8항, 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상위 세그먼트는 사용자의 모통에 인접한 모터달린 체외골격 장치.
  12. 제1항 내지 제8항, 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상위 세그먼트는 사용자의 힙(hip)에 인접한 모터달린 체외골격 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    두개 또는 복수의 모터는 모터달린 체외골격 장치를 동작시키는데 필요한 토크 레벨을 감소하도록 구성된 모터달린 체외골격 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    두개 또는 복수의 모터는 모터달린 체외골격 장치의 표면 가시성이 작도록 구성된 모터달린 체외골격 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    두개 또는 복수의 모터의 배치는 자연스러운 걸음 이동에 근접하거나 자연스러운 걸음이동을 얻도록 구성된 모터달린 체외골격 장치.
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