KR20160046358A - 구동 모듈, 구동 모듈을 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법 - Google Patents

구동 모듈, 구동 모듈을 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

이상의 설명은 구동 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치에 관한 것이다. 일 실시 예에 따르면, 구동 모듈은, 대상체의 일측에 구비되어, 동력을 제공하는 구동원; 상기 구동원에 연결되는 제 1 입력단과, 상기 제 1 입력단으로부터 동력을 전달받는 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 포함하는 제 1 감속기; 상기 제 1 출력단에 연결되는 제 2 입력단과, 상기 제 2 입력단으로부터 동력을 전달받는 제 3 출력단 및 제 4 출력단을 포함하는 제 2 감속기; 및 상기 제 2 출력단에 연결되는 제 3 입력단과, 상기 제 3 입력단으로부터 동력을 전달받는 제 5 출력단 및 제 6 출력단을 포함하는 제 3 감속기를 포함할 수 있다.

Description

구동 모듈, 구동 모듈을 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법{A DRIVING MODULE, A MOTION ASSIST APPARATUS COMPRISING THE DRIVING MODULE AND A CONTROL METHOD OF THE MOTION ASSIST APPARATUS}
아래의 설명은 구동 모듈, 구동 모듈을 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
최근 고령화 사회가 심화됨에 따라서 관절에 문제가 있어서 이에 대한 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있으며, 관절이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 운동 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 군사용 등의 목적으로 인체의 근력을 강화시키기 위한 운동 보조 장치들이 개발되고 있다.
예를 들어, 운동 보조 장치는, 사용자의 몸통에 장착되는 몸체 프레임과, 몸체 프레임의 하측에 결합되어 사용자의 골반을 감싸는 골반 프레임과, 사용자의 대퇴부 및 종아리, 발 부위에 장착되는 대퇴부 프레임, 종아리 프레임, 발 프레임으로 구성된다. 골반프레임과 대퇴부 프레임은 고관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되고, 프레임과 종아리 프레임은 무릎 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되며, 종아리 프레임과 발 프레임은 발목 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결된다.
이러한 운동 보조 장치는 사용자의 다리 근력을 보조할 수 있도록 각 관절부들을 구동시키는 구동 모터나 유압시스템 등을 구비한 능동형 관절구조를 구비하기도 한다. 예를 들어, 양측의 고관절부에 각각 구동력을 전달하기 위한 2개의 모터를 구비할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 구동 모듈은, 대상체의 일측에 구비되어, 동력을 제공하는 구동원; 상기 구동원에 연결되는 제 1 입력단과, 상기 제 1 입력단으로부터 동력을 전달받는 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 포함하는 제 1 감속기; 상기 제 1 출력단에 연결되는 제 2 입력단과, 상기 제 2 입력단으로부터 동력을 전달받는 제 3 출력단 및 제 4 출력단을 포함하는 제 2 감속기; 및 상기 제 2 출력단에 연결되는 제 3 입력단과, 상기 제 3 입력단으로부터 동력을 전달받는 제 5 출력단 및 제 6 출력단을 포함하는 제 3 감속기를 포함할 수 있다.
상기 제 1 감속기는, 상기 제 1 입력단으로부터 제 1 출력단 및 제 2 출력단으로 각각 동력을 전달하는 제 1 동력 전달 회전체를 더 포함하고, 상기 제 2 감속기는, 상기 제 2 입력단으로부터 제 3 출력단 및 제 4 출력단으로 각각 동력을 전달하는 제 2 동력 전달 회전체를 더 포함하고, 상기 제 3 감속기는, 상기 제 3 입력단으로부터 제 5 출력단 및 제 6 출력단으로 각각 동력을 전달하는 제 3 동력 전달 회전체를 더 포함할 수 있다.
상기 구동 모듈은, 상기 제 1 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 1 구속부; 상기 제 3 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 2 구속부; 상기 제 2 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 3 구속부; 및 상기 제 6 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 4 구속부를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 구속부 및 제 2 구속부는 일체로 형성되고, 상기 제 3 구속부 및 제 4 구속부는 일체로 형성될 수 있다.
상기 구동 모듈은, 상기 제 1 출력단 및 제 3 출력단 중 하나의 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 1 스토퍼; 및 상기 제 2 출력단 및 제 6 출력단 중 하나의 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 2 스토퍼를 더 포함할 수 있다. 하는 구동 모듈.
상기 제 1 감속기, 제 2 감속기 및 제 3 감속기 중 적어도 하나 이상의 감속기는, 상기 입력단으로 선 기어를 사용하고, 상기 2개의 출력단으로 캐리어 및 링 기어를 사용하는 유성 기어 방식일 수 있다.
상기 제 1 감속기, 제 2 감속기 및 제 3 감속기 중 적어도 하나 이상의 감속기는, 상기 입력단 및 2개의 출력단으로 3개의 풀리를 사용하여, 굴림 마찰에 의해 동력을 전달하는 방식일 수 있다.
상기 제 1 감속기, 제 2 감속기 및 제 3 감속기 중 적어도 하나 이상의 감속기는, 상기 입력단으로 웨이브 제네레이터를 사용하고, 상기 2개의 출력단으로 플렉스플라인 및 원형 스플라인을 사용하는 하모닉 드라이브 방식일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 운동 보조 장치는, 대상체에 고정되는 고정 부재; 상기 고정 부재의 일측에 구비되며, 구동원과, 상기 구동원으로부터 동력을 전달받는 제 1 감속기와, 상기 제 1 감속기로부터 각각 동력을 전달받는 제 2 감속기 및 제 3 감속기를 포함하는 구동 모듈; 상기 대상체의 일 부분 및 타 부분의 회전 동작을 각각 보조하기 위한 제 1 조인트 부재 및 제 2 조인트 부재; 상기 제 2 감속기의 출력단 및 제 1 조인트 부재 사이에서 동력을 전달하는 제 1 동력 전달 부재; 및 상기 제 3 감속기의 출력단 및 제 2 조인트 부재 사이에서 동력을 전달하는 제 2 동력 전달 부재를 포함할 수 있다.
상기 제 1 감속기는, 상기 구동원으로부터 동력을 전달받는 제 1 입력단; 및 상기 제 2 감속기 및 제 3 감속기에 각각 동력을 전달하는 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 포함할 수 있다.
상기 제 2 감속기는, 상기 제 1 출력단으로부터 동력을 전달받는 제 2 입력단; 및 상기 제 2 입력단으로부터 동력을 전달받는 2개의 출력단을 포함하고, 상기 제 2 감속기의 2개의 출력단 중 하나의 출력단에 상기 제 1 동력 전달 부재가 연결될 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 제 1 감속기의 2개의 출력단 중 상기 제 2 감속기로 동력을 전달하는 제 1 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 1 구속부; 및 상기 제 2 감속기의 2개의 출력단 중 상기 제 1 동력 전달 부재가 연결되지 않은 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 2 구속부를 더 포함할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 제 1 감속기로부터 상기 제 2 감속기로 전달되는 동력을 선택적으로 차단하기 위한 제 1 스토퍼; 및 상기 제 2 감속기로부터 상기 제 3 감속기로 전달되는 동력을 선택적으로 차단하기 위한 제 2 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 동력 전달 부재 및 제 2 동력 전달 부재는, 서로 비대칭적으로 연결될 수 있다.
다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 대상체에 고정되는 고정 부재; 상기 고정 부재의 일측에 구비되며, 구동원과, 상기 구동원으로부터 동력을 전달받는 제 1 감속기와, 상기 제 1 감속기로부터 각각 동력을 전달받는 제 2 감속기 및 제 3 감속기를 포함하는 구동 모듈; 상기 대상체의 일 부분 및 타 부분을 각각 지지하는 제 1 지지 부재 및 제 2 지지 부재; 상기 제 2 감속기의 출력단 및 제 1 지지 부재 사이에서 동력을 전달하는 제 1 동력 전달 부재; 및 상기 제 3 감속기의 출력단 및 제 2 지지 부재 사이에서 동력을 전달하는 제 2 동력 전달 부재를 포함할 수 있다.
도 1은 제 1 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이다.
도 2는 제 1 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 좌측면도이다.
도 3은 제 1 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 우측면도이다.
도 4는 제 1 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 5는 제 1 실시 예에 따른 구동 모듈의 정면 분해 사시도이다.
도 6은 제 2 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 7은 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이다.
도 8은 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 좌측면도이다.
도 9는 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 우측면도이다.
도 10은 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 11은 제 4 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하 설명할 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 하나의 구동원을 이용하여 복수 개의 지지 모듈을 동시에 구동시킬 수 있다. 실시 예에 따른 운동 보조 장치는 하나의 구동원을 이용하여 복수 개의 지지 모듈의 상대적 위치 차이가 발생하도록 할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 복수 개의 지지 모듈으로 동시에 동력이 전달되게 하거나, 복수 개의 지지 모듈에 교번하여 동력이 전달되게도 할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이고, 도 2는 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 좌측면도이고, 도 3은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 우측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)는, 대상체에 착용되어 대상체의 운동을 보조할 수 있다.
대상체는 사람, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 1은 운동 보조 장치(10)가, 대상체의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 도시하고 있으나, 운동 보조 장치(10)는, 대상체의 손, 상박, 하박 등 상체의 다른 부분이나, 발, 종아리 등의 하체의 다른 부위를 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(10)는, 대상체의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다.
이하, 운동 보조 장치(10)가, 사람의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.
운동 보조 장치(10)는, 고정 부재(11)와, 구동 모듈(100)과, 제어부(12)와, 복수 개의 동력 전달 부재(13)(16)와, 복수 개의 지지 모듈(15)(18)을 포함할 수 있다.
고정 부재(11)는, 대상체에 고정될 수 있다. 고정 부재(11)는, 대상체의 외면의 적어도 일부에 접촉할 수 있다. 고정 부재(11)는, 대상체의 외면을 따라서 감싸는 형상일 수 있다. 고정 부재(11)는, 대상체의 접촉 부분에 대응하는 형상으로 만곡 형성될 수 있다. 다시 말하면, 고정 부재(11)는, 대상체에 접촉하는 만곡면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정 부재(11)는, 대상체의 허리의 일측에 고정될 수 있다.
구동 모듈(100)은, 단일 구동원의 동력을 복수 개의 지지 모듈(15)(18)에 각각 전달할 수 있다. 구동 모듈(100)은, 고정 부재(11)의 일측에 제공될 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈(100)은, 도 1을 기준으로, 고정 부재(11)의 후측에 제공될 수 있다. 구동 모듈(100)은, 고정 부재(11)의 상측에 제공될 수 있다. 구동 모듈(100)은, 지지 모듈(15)(18)과 이격하여 배치될 수 있다. 구동 모듈(100)은, 고정 부재(11)를 기준으로 지지 모듈(15)(18)의 반대편에 배치될 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 관절 부위에 배치되는 제품의 부피를 감소시킬 수 있다. 다만, 실시 예에서 구동 모듈(100)의 위치가 제한되는 것은 아니다. 구동 모듈(100)에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
제어부(12)는, 구동 모듈(100)을 제어하여, 구동 모듈(100)이 복수 개의 지지 모듈(15)(18)에 동력을 전달하게 할 수 있다. 제어부(12)는, 고정 부재(11)의 일측에 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 기준으로, 제어부(12)는, 고정 부재(11)의 후측에 제공될 수 있다. 제어부(12)는, 고정 부재(11)의 상측에 제공될 수 있다. 다만, 실시 예에서 제어부(12)의 위치가 제한되는 것은 아니다.
동력 전달 부재(13)(16)는, 구동 모듈(100) 및 지지 모듈(15)(18) 사이에 배치될 수 있다. 동력 전달 부재(13)(16)는, 구동 모듈(100)로부터 지지 모듈(15)(18)로 동력을 전달할 수 있다. 동력 전달 부재(13)(16)는, 밀거나 당기는 힘에 의해 동력을 전달하거나, 마찰력, 장력 또는 탄성력 등을 이용하여 동력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 동력 전달 부재(13)(16)는, 와이어, 케이블, 스트링, 고무줄, 스프링, 벨트 또는 체인 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 동력 전달 부재(13)(16)의 동력 입력단은 구동 모듈(100)에 연결되고, 동력 전달 부재(13)(16)의 동력 출력단은 지지 모듈(15)(18)에 연결되는 조인트 어셈블리(14)(17)에 연결될 수 있다.
조인트 어셈블리(14)(17)는, 동력 전달 부재(13)(16) 및 지지 모듈(15)(18) 사이에 동력을 전달할 수 있다. 조인트 어셈블리(14)(17)는, 제 1 동력 전달 부재(13) 및 제 1 지지 모듈(15)에 연결되는 제 1 조인트 어셈블리(14)와, 제 2 동력 전달 부재(16) 및 제 2 지지 모듈(18)에 연결되는 제 2 조인트 어셈블리(17)를 포함할 수 있다.
제 1 조인트 어셈블리(14)는, 제 1 조인트 부재(14a)와, 제 1 연결 부재(14b)를 포함할 수 있다.
제 1 조인트 부재(14a)는, 제 1 동력 전달 부재(13)로부터 전달받은 동력에 의해 회전될 수 있다. 제 1 조인트 부재(14a)는, 대상체의 고관절의 일측에 배치될 수 있다. 이 경우, 제 1 조인트 부재(14a)는, "고관절 보조 부재"라고 할 수도 있다.
제 1 연결 부재(14b)는, 제 1 조인트 부재(14a) 및 제 1 지지 모듈(15)을 연결할 수 있다. 제 1 연결 부재(14b)의 일측은 제 1 조인트 부재(14a)와 연결되고, 제 1 연결 부재(14b)의 타측은 제 1 지지 모듈(15)과 연결될 수 있다.
제 1 연결 부재(14b)는, 제 1 조인트 부재(14a)의 회전력에 의해 회전될 수 있다. 제 1 연결 부재(14b)는, 제 1 조인트 부재(14a)와 별도의 체결 부재에 의해 체결되거나, 일체로 형성될 수도 있다.
제 1 연결 부재(14b)의 타측은, 제 1 지지 모듈(15)과 힌지(hinge) 결합될 수 있다. 다시 말하면, 제 1 연결 부재(14b)의 타측 및 제 1 지지 모듈(15)은, 힌지 결합 구조로 연결될 수 있다. 그리고 힌지 결합 구조의 힌지 축은, 제 1 조인트 부재(14a)의 회전 축과 교차될 수 있다. 예를 들어, 힌지 축 및 회전 축은 직교할 수 있다. 제 1 지지 모듈(15)은, 힌지 축 및 회전 축에 의해, 고정 부재(11)에 대하여 2 자유도(degree-of-freedom) 운동을 할 수 있다.
제 2 조인트 어셈블리(17)는, 제 1 조인트 어셈블리(14)와 마찬가지로, 제 2 조인트 부재(17a)와, 제 2 연결 부재(17b)를 포함할 수 있다. 제 2 조인트 부재(17a) 및 제 2 연결 부재(17b)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
동력 전달 부재(13)(16)는, 구동 모듈(100)로부터 제 1 지지 모듈(15)로 동력을 전달하는 제 1 동력 전달 부재(13)와, 구동 모듈(100)로부터 제 2 지지 모듈(18)로 동력을 전달하는 제 2 동력 전달 부재(16)를 포함할 수 있다.
제 1 동력 전달 부재(13) 및 제 2 동력 전달 부재(16)는, 서로 비대칭적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 1 동력 전달 부재(13)는, 구동 모듈(100) 및 제 1 지지 모듈(15) 사이에서 서로 교차되도록 연결될 수 있다. 그리고, 제 2 동력 전달 부재(16)는, 구동 모듈(100) 및 제 1 지지 모듈(15) 사이에서 서로 교차되지 않도록 연결될 수 있다. 다시 말하면, 도 2와 같이, 제 1 동력 전달 부재(13)는, "X자 형상"으로 교차되도록 연결되고, 도 3과 같이, 제 2 동력 전달 부재(40)는, "11자 형상"으로 서로 교차되지 않도록 연결될 수 있다.
구체적으로, 도 2와 같이, 제 1 동력 전달 부재(13)의 제 1 부분은, 구동 모듈(100)의 상측 및 제 1 지지 모듈(15)의 후방에 연결될 수 있다. 그리고 제 1 동력 전달 부재(13)의 제 2 부분은, 구동 모듈(100)의 하측 및 제 1 지지 모듈(15)의 전방에 연결될 수 있다. 이 경우, 제 1 동력 전달 부재(13)의 제 1 부분 및 제 2 부분은 서로 교차되도록 연결된 것으로 볼 수 있다.
또한, 도 3과 같이, 제 2 동력 전달 부재(16)의 제 1 부분은, 구동 모듈(100)의 상측 및 제 2 지지 모듈(18)의 전방에 연결될 수 있다. 그리고 제 2 동력 전달 부재(16)이 제 2 부분은, 구동 모듈(100)의 하측 및 제 2 지지 모듈(18)의 후방에 연결될 수 있다. 이 경우, 제 2 동력 전달 부재(16)의 제 1 부분 및 제 2 부분은 서로 교차되지 않도록 연결된 것으로 볼 수 있다. 제 1 부분 및 제 2 부분은 서로 평행하게 연결된 것으로 볼 수도 있다.
다른 표현으로, 제 1 동력 전달 부재(13)는, 제 1 동력 전달 부재(13)에 연결된 2개의 회전 부재의 회전 방향이 서로 반대가 되도록 연결될 수 있다. 그리고 제 2 동력 전달 부재(16)는, 제 2 동력 전달 부재(16)에 연결된 2개의 회전 부재의 회전 방향이 서로 동일하도록 연결될 수 있다.
한편, 제 1 동력 전달 부재(13) 및 제 2 동력 전달 부재(16)의 배치가 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아니다. 동력 전달 부재(13)(16)는, 모두 교차되도록 연결되거나, 모두 교차되지 않도록 연결될 수도 있다.
동력 전달 부재(13)(16)의 외부에는, 튜브가 구비될 수 있다. 튜브는, 동력 전달 부재(13)(16)를 가이드할 수 있다. 튜브는, 구동 모듈(100) 및 지지 모듈(15)(18) 사이에 배치될 수 있다. 튜브에 의하면, 사용자가 튜브 상에 의복을 착용한 상태에서, 동력 전달 부재(13)(16)가 의복에 간섭되지 않고 동작할 수 있다. 튜브는, 고무, 실리콘 등의 유연한 재질(flexible material)이거나, 플라스틱, 스틸 등의 단단한 재질(rigid material)일 수 있다. 튜브에 의하면, 동력 전달 부재(13)(16)가 직접 대상체에 접촉되는 것을 방지하여, 착용감을 향상시킬 수 있다.
지지 모듈(15)(18)은, 대상체의 일부, 예를 들면 허벅지를 지지할 수 있다. 지지 모듈(15)(18)은, 대상체의 일부의 운동을 보조할 수 있다. 지지 모듈(15)(18)은, 동력 전달 부재(13)(16)로부터 전달받은 동력에 의해 회전될 수 있다. 지지 모듈(15)(18)의 회전력은, 대상체의 일부에 전달되어, 대상체의 일부의 운동을 보조할 수 있다.
지지 모듈(15)(18)은, 대상체의 일 부분, 예를 들면 오른쪽 허벅지를 지지하기 위한 제 1 지지 모듈(15)과, 대상체의 다른 부분, 예를 들면 왼쪽 허벅지를 지지하기 위한 제 2 지지 모듈(18)을 포함할 수 있다.
제 1 지지 모듈(15)은, 제 1 지지 프레임(15a)과, 제 1 가압 부재(15b)와, 제 1 지지 부재(15c)를 포함할 수 있다.
제 1 지지 프레임(15a)은, 제 1 조인트 어셈블리(14)와 연결되어 회동될 수 있다.
제 1 가압 부재(15b)는, 제 1 지지 프레임(15a)의 일측에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 가압 부재(15b)는, 대상체의 오른쪽 허벅지의 일측에 배치되어, 대상체의 오른쪽 허벅지를 밀거나, 당길 수 있다. 예를 들어, 제 1 가압 부재(15b)는, 대상체의 오른쪽 허벅지의 전면에 배치될 수 있다.
제 1 지지 부재(15c)는, 제 1 가압 부재(15b)의 일측에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 지지 부재(15c)는, 대상체의 오른쪽 허벅지의 적어도 일부의 둘레를 감싸도록 배치되어, 대상체의 오른쪽 허벅지가 지지 프레임(52)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 제 1 지지 부재(15c)는, 대상체의 오른쪽 허벅지를 기준으로 제 1 가압 부재(15b)의 반대측에 배치될 수 있다.
제 2 지지 모듈(18)은, 제 1 지지 모듈(15)과 마찬가지로, 제 2 지지 프레임(18a)과, 제 2 가압 부재(18b)와, 제 2 지지 부재(18c)를 포함할 수 있다. 제 2 지지 프레임(18a), 제 2 가압 부재(18b) 및 제 2 지지 부재(18c)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 동력 전달 부재(13)(16)는, 구동 모듈(100) 및 지지 부재(15c)(18c)를 직접 연결할 수도 있다. 다시 말하면, 조인트 어셈블리(14)(17)와, 지지 프레임(15a)(18a) 등은 생략될 수 있다. 동력 전달 부재(13)(16)가 지지 부재(15c)(18c)를 직접 밀거나, 당기는 방법으로 지지 모듈(15)(18)을 이동시키는 것도 가능하다.
도 4는 제 1 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이고, 도 5는 제 1 실시 예에 따른 구동 모듈의 정면 분해 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제 1 실시 예에 따른 구동 모듈(100)은, 케이스(112)(114), 구동원(120), 제 1 감속기(130), 제 2 감속기(140), 제 1 스토퍼(150), 제 3 감속기(160) 및 제 2 스토퍼(170)를 포함할 수 있다.
한편, 각각의 감속기(130)(160)(170)로는, 1개의 입력단과, 2개의 출력단을 갖는 3-포트 시스템(3-port system)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 치차(toothed gear) 구조로 동력을 전달할 경우, 감속기(130)(160)(170)는, 입력단으로 작용하는 선 기어(sun gear)와, 출력단으로 작용하는 캐리어(carrier) 및 링 기어(ring gear)를 포함하는 유성 기어(planetary gear) 방식일 수 있다. 다른 예로, 굴림 마찰(rolling friction)에 의해 동력을 전달할 경우, 감속기(130)(160)(170)는, 유성 기어 방식과 유사하게 입력단으로 작용하는 제 1 풀리와, 출력단으로 작용하는 제 2 풀리 및 제 3 풀리를 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 하모닉 드라이브(harmonic drive) 구조에 의해 동력을 전달할 경우, 감속기(130)(160)(170)는 입력단으로 작용하는 웨이브 제네레이터(wave generator)와, 출력단으로 작용하는 플렉스플라인(flexspline) 및 원형 스플라인(circular spline)을 포함할 수 있다. 감속기(130)(160)(170)는, 3-포트 시스템이면, 충분하며 실시 예에서 그 종류가 제한되는 것은 아니다. 이하 감속기(130)(160)(170)가 치차(toothed gear) 구조로 동력을 전달할 경우에 대하여 예시적으로 설명하지만, 실시 예가 반드시 아래의 내용으로 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.
케이스(112)(114)는, 구동 모듈(100)의 외형을 형성하는 제 1 케이스(112) 및 제 2 케이스(114)를 포함할 수 있다. 케이스(112)(114)에 의하면, 구동 모듈(100)의 내부 부품들이 직접 대상체에 접촉되는 것을 방지하여, 착용감을 향상시킬 수 있다.
구동원(120)은, 예를 들어, 전압 또는 전류를 제공받아 동력을 생성하는 모터 또는, 유압에 의해 동작하는 펌프 등의 동력 제공 수단을 포함할 수 있다. 다만 이는 예시에 불과할 뿐, 실시 예에서 동력 제공 수단의 종류가 제한되는 것은 아니다.
구동 모듈(100)은, 구동원(120)으로부터 동력을 전달받는 구동 기어(122)와, 구동 기어(122)와 연결되어 회전 속력을 감속시키는 감속 기어(124)와, 감속 기어(124)에 연결되어 제 1 감속기(130)에 동력을 전달하는 동력 제공 축(126)을 포함할 수 있다.
제 1 감속기(130)는, 구동원(120)으로부터 동력을 전달받아, 제 2 감속기(140) 및 제 3 감속기(160)로 동력을 전달할 수 있다. 제 1 감속기(130)는, 제 2 감속기(140) 및 제 3 감속기(160) 중 하나 이상의 감속기에 동력을 전달할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 감속기(130)는 제 2 감속기(140) 및 제 3 감속기(160)에 동시에 동력을 전달하거나, 둘 중 하나의 감속기에만 동력을 전달할 수도 있다.
제 1 감속기(130)는, 제 1 선 기어(131), 제 1 유성 기어(132), 제 1 캐리어(134) 및 제 1 링 기어(136)를 포함할 수 있다. 제 1 선 기어(131)는, 제 1 감속기(130)의 입력단으로 작용하고, 제 1 캐리어(134) 및 제 1 링 기어(136)는, 제 1 감속기(130)의 출력단으로 작용할 수 있다.
제 1 선 기어(131)는, 동력 제공 축(126)에 연결되어, 제 1 유성 기어(132)에 동력을 전달할 수 있다.
제 1 유성 기어(132)는, 제 1 선 기어(131) 및 제 1 링 기어(136)에 연결될 수 있다. 제 1 유성 기어(132)는, 제 1 선 기어(131) 및 제 1 링 기어(136)에 맞물릴 수 있다. 제 1 유성 기어(132)는, 제 1 선 기어(131)의 외주면 및 제 1 링 기어(136)의 내주면에 연결될 수 있다. 제 1 유성 기어(132)는, 제 1 선 기어(131) 및 제 1 링 기어(136)와 상호 작용할 수 있다. 제 1 유성 기어(132)는, 적어도 하나 이상 배치될 수 있다. 제 1 유성 기어(132)가 복수 개인 경우, 제 1 유성 기어(132)는, 선 기어(131)의 회전 축을 중심으로 동일한 각도로 배치될 수 있다.
제 1 캐리어(134)는, 제 1 유성 기어(132)의 자전 축 및 제 1 선 기어(131)의 회전 축과 연결될 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 제 1 캐리어(134)는, 제 1 유성 기어(132)가 제 1 선 기어(131)에 대하여 공전(revolution)할 때, 제 1 선 기어(131)의 회전 축을 중심으로 회전될 수 있다. 반대로 제 1 캐리어(134)는, 제 1 유성 기어(132)가 제 1 선 기어(131)에 대하여 공전하지 않을 때, 회전하지 않게 된다.
제 1 캐리어(134)는, 제 1 유성 기어(132)와 연결되는 제 1 몸체부(134a)와, 제 3 감속기(160)의 입력단(161)에 연결되는 제 1 출력단(134b)을 포함할 수 있다. 제 1 몸체부(134a)의 외주면은 제 2 스토퍼(170)에 접촉될 수 있다.
제 1 링 기어(136)는, 제 1 유성 기어(132)에 연결될 수 있다. 제 1 링 기어(136)는, 제 1 유성 기어(132)에 맞물릴 수 있다. 제 1 링 기어(136)는, 제 1 유성 기어(132)의 회전력을 전달받아 회전될 수 있다. 제 1 링 기어(136)는, 제 1 유성 기어(132)에 연결되는 내부 면과, 제 1 스토퍼(150)에 접촉하는 외부 면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 면 및/또는 외부 면은 톱니(tooth)를 포함할 수 있다.
제 1 링 기어(136)는, 제 2 감속기(140)로 동력을 전달할 수 있다. 제 1 링 기어(136) 및 제 2 감속기(140) 사이에는, 회전력 전달 부재(138)가 개입될 수 있다. 회전력 전달 부재(138)는, 제 1 링 기어(136)와 연결되는 제 2 몸체부(138a)와, 제 2 감속기(140)의 입력단(141)에 연결되는 제 2 출력단(138b)을 포함할 수 있다. 한편, 도 5에는 링 기어(136)의 외부 면이 제 1 스토퍼(150)와 접촉되는 것으로 도시하였으나, 도시한 바와 달리 제 1 몸체부(134a)의 외주면이 제 1 스토퍼(150)에 접촉될 수도 있다. 한편, 회전력 전달 부재(138) 및 제 1 링 기어(136)가 일체로 형성되는 것도 가능하다.
제 2 감속기(140)는, 제 2 선 기어(141), 제 2 유성 기어(142), 제 2 캐리어(144)와, 제 2 링 기어(146) 및 제 1 풀리(148)를 포함할 수 있다.
제 2 선 기어(141)는, 제 1 감속기(130)의 2개의 출력단 중 하나의 출력단(138b)에 연결되어 동력을 전달받을 수 있다.
제 2 유성 기어(142), 제 2 캐리어(144) 및 제 2 링 기어(146)는, 제 1 유성 기어(132), 제 1 캐리어(134) 및 제 1 링 기어(136)와 유사한 구조를 가질 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제 1 풀리(148)는, 제 1 동력 전달 부재(13)에 동력을 전달할 수 있다. 제 1 풀리(148)의 외면에는, 제 1 동력 전달 부재(13)가 감길 수 있다.
제 1 풀리(148)는, 제 2 캐리어(144)의 회전력을 전달받아 회전될 수 있다. 제 1 풀리(148)의 회전 속력 및 회전 방향은, 제 2 캐리어(144)의 회전 속력 및 회전 방향과 동일할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 풀리(148) 및 제 2 캐리어(144)는, 하나의 강체 운동을 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 풀리(148)는, 제 2 캐리어(144)와 별도의 체결 부재로 체결되거나, 일체로 형성될 수도 있다.
제 1 스토퍼(150)는, 제 1 링 기어(136)를 선택적으로 회전되게 하는 제 1 구속부(152)와, 제 2 링 기어(146)를 선택적으로 회전되게 하는 제 2 구속부(154)와, 제 1 구속부(152) 및 제 2 구속부(154)를 연결하는 제 1 스토퍼 축(156)을 포함할 수 있다.
제 1 구속부(152)는, 제 1 감속기(120)로부터 제 2 감속기(130)로 전달되는 동력을 선택적으로 차단할 수 있다. 제 1 구속부(152)는, 제 1 링 기어(136)를 선택적으로 구속할 수 있다. 예를 들어, 제 1 구속부(152)는, 제 1 링 기어(136)의 외부면에 형성된 톱니에 대응되는 형상의 톱니를 포함할 수 있다. 한편, 도시한 바와 달리 제 1 구속부(152)는, 회전력 전달 부재(138)를 선택적으로 구속시킴으로써, 제 1 링 기어(136)가 구속되게 할 수도 있다.
제 2 구속부(154)는, 제 2 링 기어(146)를 선택적으로 구속할 수 있다. 예를 들어, 제 2 구속부(154)는, 제 2 링 기어(146)의 외부면에 형성된 톱니에 대응되는 형상의 톱니를 포함할 수 있다.
한편, 제 1 구속부(152) 및 제 2 구속부(154)는 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우 제 1 스토퍼(150)의 회전 각도에 따라서, 제 1 스토퍼(150)는 제 1 링 기어(135) 또는 제 2 링 기어(146)를 선택적으로 구속할 수 있다.
제 1 스토퍼 축(156)은, 제 1 구속부(152) 및 제 2 구속부(154)의 회전 중심 축의 기능을 할 수 있다. 제 1 스토퍼 축(156)은, 제 1 케이스(112) 또는 제 2 케이스(114)에 고정될 수 있다.
제 3 감속기(160)는, 제 1 감속기(130)를 기준으로 제 2 감속기(140)와 대칭되게 배치될 수 있다. 제 3 감속기(160)는, 제 2 감속기(140)와 마찬가지로, 제 3 선 기어(161), 제 3 유성 기어(162), 제 3 캐리어(164), 제 3 링 기어(166) 및 제 2 풀리(168)를 포함할 수 있다.
제 3 선 기어(161)는, 제 1 감속기(130)의 2개의 출력단 중 나머지 출력단(134b)에 연결되어 동력을 전달받을 수 있다.
제 3 유성 기어(162), 제 3 캐리어(164) 및 제 3 링 기어(166)는, 제 1 유성 기어(132), 제 1 캐리어(134) 및 제 1 링 기어(136)와 유사한 구조를 가질 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제 2 풀리(168)는, 제 2 동력 전달 부재(16)에 동력을 전달할 수 있다. 제 2 풀리(168)의 외면에는, 제 2 동력 전달 부재(16)가 감길 수 있다. 제 2 풀리(168)는, 제 1 풀리(148)와 유사한 구조를 가질 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제 2 스토퍼(170)는, 제 1 캐리어(134)를 선택적으로 회전되게 하는 제 3 구속부(172)와, 제 3 링 기어(166)를 선택적으로 회전되게 하는 제 4 구속부(174)와, 제 3 구속부(172) 및 제 4 구속부(174)를 연결하는 제 2 스토퍼 축(176)을 포함할 수 있다.
제 3 구속부(172)는, 제 1 감속기(130)로부터 제 3 감속기(160)로 전달되는 동력을 선택적으로 차단할 수 있다. 제 3 구속부(172)는, 제 1 캐리어(134)를 선택적으로 구속할 수 있다. 예를 들어, 제 3 구속부(172)는, 제 1 캐리어(134)의 외부면에 형성된 톱니에 대응되는 형상의 톱니를 포함할 수 있다.
제 4 구속부(174)는, 제 3 링 기어(166)를 선택적으로 구속할 수 있다. 예를 들어, 제 4 구속부(174)는, 제 3 링 기어(166)의 외부면에 형성된 톱니에 대응되는 형상의 톱니를 포함할 수 있다.
한편, 제 3 구속부(172) 및 제 4 구속부(174)는 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우 제 2 스토퍼(170)의 회전 각도에 따라서, 제 2 스토퍼(170)는 제 1 캐리어(134) 또는 제 3 링 기어(166)를 선택적으로 구속할 수 있다.
제 2 스토퍼 축(176)은, 제 3 구속부(172) 및 제 4 구속부(174)의 회전 중심 축의 기능을 할 수 있다. 제 2 스토퍼 축(176)은, 제 1 케이스(112) 또는 제 2 케이스(114)에 고정될 수 있다. 제 2 스토퍼 축(176) 및 제 1 스토퍼 축(156)은 일체로 형성될 수도 있다.
제 1 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)는 다음과 같이 복수 개의 지지 모듈(15)(18)으로 동시에 동력을 전달할 수 있다.
제어부(12)는, 구동원(120)을 온(ON)시켜, 제 1 감속기(130)에 동력을 전달할 수 있다. 또한, 제어부(12)는, 제 1 스토퍼(150)를 동작시켜 제 2 링 기어(146)를 구속하고, 제 2 스토퍼(170)를 동작시켜 제 3 링 기어(166)를 구속할 수 있다.
구동원(120)으로부터 제 1 선 기어(131)로 전달된 동력은 제 1 유성 기어(132)로 전달되고, 제 1 유성 기어(132)로 전달된 동력은 제 1 링 기어(136) 및 제 1 캐리어(134)에 각각 전달될 수 있다.
한편, 제 2 링 기어(146) 및 제 3 링 기어(166)가 구속된 상태에서 제 1 선 기어(131)로부터 제 2 감속기(140)의 출력단까지의 감속비를 제 1 감속비(N1)라고 하고, 제 1 선 기어(131)로부터 제 3 감속기(160)의 출력단까지의 감속비를 제 2 감속비(N2)라고 할 수 있다.
제 1 감속비(N1)는, 제 1 선 기어(131)로부터 제 2 캐리어(144)까지의 감속비로 정의될 수 있다. 제 2 감속비(N2)는, 제 1 선 기어(131)로부터 제 3 캐리어(164)까지의 감속비로 정의될 수 있다.
제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)는 서로 다를 수 있다. 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 차이에 의하여, 제 2 캐리어(144) 및 제 3 캐리어(164)는 서로 다른 각속도로 회전될 수 있다. 결과적으로 제 2 선 기어(141)로부터 제 2 유성 기어(142) 및 제 2 캐리어(144)를 통해 동력을 전달받는 제 1 지지 모듈(15)과, 제 3 선 기어(161)로부터 제 3 유성 기어(162) 및 제 3 캐리어(164)를 통해 동력을 전달받는 제 2 지지 모듈(18)은 서로 다른 각속도로 회전될 수 있다. 한편, 제 1 링 기어(136) 및 제 1 캐리어(134)는 모두 구속되지 않은 상태이므로, 제 1 지지 모듈(15) 및 제 2 지지 모듈(18)으로는 서로 대칭적인 토크가 제공될 수 있다. 위와 같은 방법에 의하면, 대상체의 보행 운동, 특히 평지에서의 보행 운동에 적합한 보조력을 제공할 수 있다.
제 1 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)는 다음과 같이 복수 개의 지지 모듈(15)(18)에 교번하여 동력을 전달할 수 있다.
첫째, 제 1 지지 모듈(15)이 구동되는 경우에 대하여 살펴보면 아래와 같다.
제어부(12)는, 구동원(120)을 온(ON)시켜, 제 1 감속기(130)에 동력을 전달할 수 있다. 또한, 제어부(12)는, 제 1 스토퍼(150)를 동작시켜 제 2 링 기어(146)를 구속하고, 제 2 스토퍼(170)를 동작시켜 제 1 캐리어(134)를 구속할 수 있다.
구동원(120)으로부터 제 1 선 기어(131)로 전달된 동력은 제 1 유성 기어(132)로 전달되고, 제 1 유성 기어(132)로 전달된 동력은 제 1 링 기어(136)를 회전시킬 수 있다. 이 때, 제 1 캐리어(134)의 경우 제 2 스토퍼(170)에 의해 구속된 상태이므로, 제 1 선 기어(131)로부터 전달된 동력은 온전히 제 1 링 기어(136)로 전달되게 된다.
따라서 제 1 링 기어(136)로부터 제 2 선 기어(141), 제 2 유성 기어(142) 및 제 2 캐리어(144)를 통해 동력을 전달받는 제 1 지지 모듈(15)은 일 방향으로 회전될 수 있다.
한편, 제 1 캐리어(134)는 구속된 상태이므로, 제 3 감속기(160)를 통해 제 1 캐리어(134)와 연결된 제 2 지지 모듈(18)로는 동력이 전달되지 않을 수 있다.
둘째, 제 2 지지 모듈(18)이 구동되는 경우에 대하여 살펴보면 아래와 같다.
제어부(12)는, 제 1 스토퍼(150)를 동작시켜 제 1 링 기어(136)를 구속하고, 제 2 스토퍼(170)를 동작시켜 제 3 링 기어(166)를 구속할 수 있다.
구동원(120)으로부터 제 1 선 기어(131)로 전달된 동력은 제 1 유성 기어(132)로 전달되고, 제 1 유성 기어(132)로 전달된 동력은 제 1 캐리어(134)를 회전시킬 수 있다. 이 때, 제 1 링 기어(136)의 경우 제 1 스토퍼(150)에 의해 구속된 상태이므로, 제 1 선 기어(131)로부터 전달된 동력은 온전히 제 1 캐리어(134)로 전달되게 된다.
따라서 제 1 캐리어(134)로부터 제 3 선 기어(161), 제 3 유성 기어(162) 및 제 3 캐리어(164)를 통해 동력을 전달받는 제 2 지지 모듈(18)은 일 방향으로 회전될 수 있다.
한편, 제 1 링 기어(136)는 구속된 상태이므로, 제 2 감속기(140)를 통해 제 1 링 기어(136)와 연결된 제 1 지지 모듈(15)로는 동력이 전달되지 않을 수 있다.
정리하면, 제 1 스토퍼(150) 및 제 2 스토퍼(170)를 교번하여 동작시킴으로써, 제 1 지지 모듈(15) 및 제 2 지지 모듈(17)이 교번하여 동작되게 할 수 있다. 위와 같은 방법에 의하면, 대상체의 보행 운동, 특히 경사면에서의 보행 운동에 적합한 보조력을 제공할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 동력 전달 부재(13) 및 제 2 동력 전달 부재(17) 중 어느 하나의 동력 전달 부재는 서로 교차되도록 연결되고, 다른 하나의 동력 전달 부재는 서로 교차되지 않도록 연결되게 설치할 수 있다. 위와 같은 제 1 동력 전달 부재(13) 및 제 2 동력 전달 부재(17)의 비대칭적 연결 구조에 의하면, 제 1 선 기어(131)의 회전 방향을 변경하지 않고도, 제 1 스토퍼(150) 및 제 2 스토퍼(170)를 조작하는 동작만으로, 제 1 지지 모듈(15) 및 제 2 지지 모듈(17)을 동일한 방향으로 교번하여 동작되게 할 수 있다.
물론 제 1 동력 전달 부재(13) 및 제 2 동력 전달 부재(17)가 서로 대칭적 연결 구조를 가지는 경우라도, 제 1 선 기어(131)의 회전 방향을 교번하여 변경시킴으로써, 동일한 동작을 수행하게 할 수 있다.
제 1 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)는 다음과 같이 복수 개의 지지 모듈(15)(18)으로 전달되는 동력을 차단할 수 있다.
제어부(12)는, 제 1 스토퍼(150)를 동작시켜 제 1 링 기어(136)를 구속하고, 제 2 스토퍼(170)를 동작시켜 제 1 캐리어(134)를 구속할 수 있다. 이 경우, 제 2 감속기(140) 및 제 3 감속기(160)로 전달되는 동력이 차단되어, 제 1 지지 모듈(15) 및 제 2 지지 모듈(18)로 전달되는 동력 이 차단될 수 있다.
한편, 제 2 링 기어(146) 및 제 2 캐리어(144)는 모두 구속되지 않은 상태이므로, 제 1 지지 모듈(15)은 자유롭게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제 3 링 기어(166) 및 제 3 캐리어(164)는 모두 구속되지 않은 상태이므로, 제 2 지지 모듈(18)은 자유롭게 이동될 수 있다. 다시 말해서, 위와 같은 방법에 의하면, 대상체가 자유롭게 동작할 수 있게 된다.
앞서 설명한 동작 상태에 대하여 정리하면 아래의 표 1과 같다.
동작 상태 제 1 스토퍼 제 2 스토퍼
제1링기어 제2링기어 제1캐리어 제3링기어
동시 동력 전달
(평지 보행)		 해제 구속 해제 구속
교번 동력 전달
(경사 보행)		 제1지지모듈이동 해제 구속 구속 해제
제2지지모듈이동 구속 해제 해제 구속
동력 차단
(자유 동작)		 구속 해제 구속 해제
이하 상기한 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소에 대하여, 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 상기한 실시 예에 대한 설명은 이하의 실시 예들에도 적용될 수 있다. 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 6은 제 2 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 제 2 실시 예에 따른 운동 보조 장치(20)는, 제어부(22), 구동 모듈(200), 제 1 지지 모듈(25) 및 제 2 지지 모듈(28)을 포함할 수 있다.
구동 모듈(200)은, 구동원(220), 제 1 감속기(230), 제 2 감속기(240), 제 1 스토퍼(250), 제 3 감속기(260) 및 제 2 스토퍼(270)를 포함할 수 있다.
제 1 감속기(230)는, 제 1 선 기어(231), 제 1 유성 기어(232), 제 1 캐리어(234) 및 제 1 링 기어(236)를 포함할 수 있다.
제 2 감속기(240)는, 제 2 선 기어(241), 제 2 유성 기어(242), 제 2 캐리어(244) 및 제 2 링 기어(246)를 포함할 수 있다.
제 1 스토퍼(250)는, 제 1 링 기어(236)를 선택적으로 구속하는 제 1 구속부와, 제 2 캐리어(244)를 선택적으로 구속하는 제 2 구속부를 포함할 수 있다. 제 1 구속부 및 제 2 구속부는 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제 1 스토퍼(250)는, 제 1 링 기어(236) 및 제 2 캐리어(244) 중 하나를 선택적으로 구속할 수 있다.
제 3 감속기(260)는, 제 3 선 기어(261), 제 3 유성 기어(262), 제 3 캐리어(264) 및 제 3 링 기어(266)를 포함할 수 있다.
제 2 스토퍼(270)는, 제 1 캐리어(234)를 선택적으로 구속하는 제 3 구속부와, 제 3 캐리어(264)를 선택적으로 구속하는 제 4 구속부를 포함할 수 있다. 제 3 구속부 및 제 4 구속부는 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제 2 스토퍼(270)는, 제 1 캐리어(234) 및 제 3 캐리어(264) 중 하나를 선택적으로 구속할 수 있다.
제 1 지지 모듈(25)은, 제 2 링 기어(246)에 연결되고, 제 2 지지 모듈(28)은, 제 3 링 기어(266)에 연결될 수 있다.
제 2 실시 예에 따른 운동 보조 장치(20)는 아래의 표 2와 같이 동작될 수 있다.
동작 상태 제 1 스토퍼 제 2 스토퍼
제1링기어 제2캐리어 제1캐리어 제3캐리어
동시 동력 전달
(평지 보행)		 해제 구속 해제 구속
교번 동력 전달
(경사 보행)		 제1지지모듈이동 해제 구속 구속 해제
제2지지모듈이동 구속 해제 해제 구속
동력 차단
(자유 동작)		 구속 해제 구속 해제
도 7은 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이고, 도 8은 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 좌측면도이고, 도 9는 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 우측면도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치(30)는, 고정 부재(31)와, 구동 모듈(300)과, 제어부(32)와, 복수 개의 동력 전달 부재(33)(36)와, 복수 개의 지지 모듈(35)(38)을 포함할 수 있다.
제 1 동력 전달 부재(33) 및 제 2 동력 전달 부재(36)는, 서로 대칭적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 동력 전달 부재(33)는, 구동 모듈(300) 및 제 1 지지 모듈(35) 사이에서 서로 교차되지 않도록 연결되고, 제 2 동력 전달 부재(36)는, 구동 모듈(300) 및 제 2 지지 모듈(38) 사이에서 서로 교차되지 않도록 연결될 수 있다. 다른 예로, 도시한 바와 달리, 제 1 동력 전달 부재(33)는, 구동 모듈(300) 및 제 1 지지 모듈(35) 사이에서 서로 교차되도록 연결되고, 제 2 동력 전달 부재(36)는, 구동 모듈(300) 및 제 2 지지 모듈(38) 사이에서 서로 교차되도록 연결될 수도 있다.
제 1 동력 전달 부재(33) 및 제 2 동력 전달 부재(37)의 연결 구조에 따라서, 제 1 선 기어(331)의 회전 방향을 변경하지 않고도, 제 1 스토퍼(350) 및 제 2 스토퍼(370)를 조작하는 동작만으로, 제 1 지지 모듈(35) 및 제 2 지지 모듈(37)을 동일한 방향으로 교번하여 동작되게 할 수 있다.
도 10은 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 10을 참조하면, 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치(30)는, 제어부(32), 구동 모듈(300), 제 1 지지 모듈(35) 및 제 2 지지 모듈(38)을 포함할 수 있다.
구동 모듈(300)은, 구동원(320), 제 1 감속기(330), 제 2 감속기(340), 제 1 스토퍼(350), 제 3 감속기(360) 및 제 2 스토퍼(370)를 포함할 수 있다.
제 1 감속기(330)는, 제 1 선 기어(331), 제 1 유성 기어(332), 제 1 캐리어(334) 및 제 1 링 기어(336)를 포함할 수 있다.
제 2 감속기(340)는, 제 2 선 기어(341), 제 2 유성 기어(342), 제 2 캐리어(344) 및 제 2 링 기어(346)를 포함할 수 있다.
제 1 스토퍼(350)는, 제 1 링 기어(336)를 선택적으로 구속하는 제 1 구속부와, 제 2 링 기어(346)를 선택적으로 구속하는 제 2 구속부를 포함할 수 있다. 제 1 구속부 및 제 2 구속부는 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제 1 스토퍼(350)는, 제 1 링 기어(336) 및 제 2 링 기어(346) 중 하나를 선택적으로 구속할 수 있다.
제 3 감속기(360)는, 제 3 선 기어(361), 제 3 유성 기어(362), 제 3 캐리어(364) 및 제 3 링 기어(366)를 포함할 수 있다.
제 2 스토퍼(370)는, 제 1 캐리어(334)를 선택적으로 구속하는 제 3 구속부와, 제 3 캐리어(364)를 선택적으로 구속하는 제 4 구속부를 포함할 수 있다. 제 3 구속부 및 제 4 구속부는 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제 2 스토퍼(370)는, 제 1 캐리어(334) 및 제 3 캐리어(364) 중 하나를 선택적으로 구속할 수 있다.
제 1 지지 모듈(35)은, 제 2 캐리어(346)에 연결되고, 제 2 지지 모듈(38)은, 제 3 링 기어(366)에 연결될 수 있다.
제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치(30)는 아래의 표 3과 같이 동작될 수 있다.
동작 상태 제 1 스토퍼 제 2 스토퍼
제1링기어 제2링기어 제1캐리어 제3캐리어
동시 동력 전달
(평지 보행)		 해제 구속 해제 구속
교번 동력 전달
(경사 보행)		 제1지지모듈이동 해제 구속 구속 해제
제2지지모듈이동 구속 해제 해제 구속
동력 차단
(자유 동작)		 구속 해제 구속 해제
도 11은 제 4 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 11을 참조하면, 제 4 실시 예에 따른 운동 보조 장치(40)는, 제어부(42), 구동 모듈(400), 제 1 지지 모듈(45) 및 제 2 지지 모듈(48)을 포함할 수 있다.
구동 모듈(400)은, 구동원(420), 제 1 감속기(430), 제 2 감속기(440), 제 1 스토퍼(450), 제 3 감속기(460) 및 제 2 스토퍼(470)를 포함할 수 있다.
제 1 감속기(430)는, 제 1 선 기어(431), 제 1 유성 기어(432), 제 1 캐리어(434) 및 제 1 링 기어(436)를 포함할 수 있다.
제 2 감속기(440)는, 제 2 선 기어(441), 제 2 유성 기어(442), 제 2 캐리어(444) 및 제 2 링 기어(446)를 포함할 수 있다.
제 1 스토퍼(450)는, 제 1 링 기어(436)를 선택적으로 구속하는 제 1 구속부와, 제 2 캐리어(444)를 선택적으로 구속하는 제 2 구속부를 포함할 수 있다. 제 1 구속부 및 제 2 구속부는 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제 1 스토퍼(450)는, 제 1 링 기어(436) 및 제 2 캐리어(444) 중 하나를 선택적으로 구속할 수 있다.
제 3 감속기(460)는, 제 3 선 기어(461), 제 3 유성 기어(462), 제 3 캐리어(464) 및 제 3 링 기어(466)를 포함할 수 있다.
제 2 스토퍼(470)는, 제 1 캐리어(434)를 선택적으로 구속하는 제 3 구속부와, 제 3 링 기어(466)를 선택적으로 구속하는 제 4 구속부를 포함할 수 있다. 제 3 구속부 및 제 4 구속부는 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제 2 스토퍼(470)는, 제 1 캐리어(434) 및 제 3 링 기어(464) 중 하나를 선택적으로 구속할 수 있다.
제 1 지지 모듈(45)은, 제 2 링 기어(446)에 연결되고, 제 2 지지 모듈(48)은, 제 3 캐리어(466)에 연결될 수 있다.
제 4 실시 예에 따른 운동 보조 장치(40)는 아래의 표 4와 같이 동작될 수 있다.
동작 상태 제 1 스토퍼 제 2 스토퍼
제1링기어 제2캐리어 제1캐리어 제3링기어
동시 동력 전달
(평지 보행)		 해제 구속 해제 구속
교번 동력 전달
(경사 보행)		 제1지지모듈이동 해제 구속 구속 해제
제2지지모듈이동 구속 해제 해제 구속
동력 차단
(자유 동작)		 구속 해제 구속 해제
앞서 설명한 실시 예들을 종합적으로 정리하면 아래와 같다.
실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 제어부, 구동 모듈, 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈을 포함할 수 있다.
구동 모듈은, 구동원, 제 1 감속기, 제 2 감속기, 제 1 스토퍼, 제 3 감속기 및 제 2 스토퍼를 포함할 수 있다. 제 1 감속기 내지 제 3 감속기는 1개의 입력단과 2개의 출력단을 포함하는 3-포트 감속기일 수 있다.
제 1 감속기는, 제 1 입력단과, 제 1 동력 전달 회전체와, 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 포함할 수 있다. 제 1 동력 전달 회전체는, 제 1 입력단으로부터 전달받은 동력을 제 1 출력단 및 제 2 출력단에 전달할 수 있다. 그리고 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 서로 다른 각속도로 회전될 수 있다.
예를 들어, 제 1 실시 예와 같이, 제 1 입력단은 제 1 선 기어(131)이고, 제 1 동력 전달 회전체는 제 1 유성 기어(132)이고, 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 각각 제 1 링 기어(136) 및 제 1 캐리어(134)일 수 있다.
제 2 감속기는, 제 2 입력단과, 제 2 동력 전달 회전체와, 제 3 출력단 및 제 4 출력단을 포함할 수 있다. 제 2 동력 전달 회전체는, 제 2 입력단으로부터 전달받은 동력을 제 3 출력단 및 제 4 출력단에 전달할 수 있다. 제 3 출력단 및 제 4 출력단 중 하나의 출력단, 예를 들어 제 4 출력단에는 제 1 지지 모듈이 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 1 실시 예와 같이, 제 2 입력단은 제 2 선 기어(141)이고, 제 2 동력 전달 회전체는 제 2 유성 기어(142)이고, 제 3 출력단은 제 2 링 기어(146)이고, 제 4 출력단은 제 2 캐리어(144)일 수 있다.
제 1 스토퍼는, 제 1 출력단을 선택적으로 구속하는 제 1 구속부와, 제 3 출력단을 선택적으로 구속하는 제 2 구속부를 포함할 수 있다. 제 1 구속부 및 제 2 구속부는 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제 1 스토퍼는, 제 1 출력단 및 제 3 출력단 중 하나를 선택적으로 구속할 수 있다.
제 3 감속기는, 제 3 입력단과, 제 3 동력 전달 회전체와, 제 5 출력단 및 제 6 출력단을 포함할 수 있다. 제 3 동력 전달 회전체는, 제 3 입력단으로부터 전달받은 동력을 제 5 출력단 및 제 6 출력단에 전달할 수 있다. 제 5 출력단 및 제 6 출력단 중 하나의 출력단, 예를 들어 제 5 출력단에는 제 2 지지 모듈이 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 1 실시 예와 같이, 제 3 입력단은 제 3 선 기어(161)이고, 제 3 동력 전달 회전체는 제 3 유성 기어(162)이고, 제 5 출력단은 제 3 캐리어(164)이고, 제 6 출력단은 제 3 링 기어(166)일 수 있다.
제 2 스토퍼는, 제 2 출력단을 선택적으로 구속하는 제 3 구속부와, 제 6 출력단을 선택적으로 구속하는 제 4 구속부를 포함할 수 있다. 제 3 구속부 및 제 4 구속부는 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제 2 스토퍼는, 제 2 출력단 및 제 6 출력단 중 하나를 선택적으로 구속할 수 있다.
제 1 지지 모듈은, 제 4 출력단에 연결되고, 제 2 지지 모듈은, 제 5 출력단에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 1 실시 예와 같이, 제 1 지지 모듈(15)은, 제 2 캐리어(144)에 연결되고, 제 2 지지 모듈(18)은, 제 3 캐리어(164)에 연결될 수 있다.
실시 예에 따른 운동 보조 장치는 아래의 표 5와 같이 동작될 수 있다.
동작 상태 제 1 스토퍼 제 2 스토퍼
제1출력단 제3출력단 제2출력단 제6출력단
동시 동력 전달
(평지 보행)		 해제 구속 해제 구속
교번 동력 전달
(경사 보행)		 제1지지모듈이동 해제 구속 구속 해제
제2지지모듈이동 구속 해제 해제 구속
동력 차단
(자유 동작)		 구속 해제 구속 해제
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 대상체의 일측에 구비되어, 동력을 제공하는 구동원;
    상기 구동원에 연결되는 제 1 입력단과, 상기 제 1 입력단으로부터 동력을 전달받는 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 포함하는 제 1 감속기;
    상기 제 1 출력단에 연결되는 제 2 입력단과, 상기 제 2 입력단으로부터 동력을 전달받는 제 3 출력단 및 제 4 출력단을 포함하는 제 2 감속기; 및
    상기 제 2 출력단에 연결되는 제 3 입력단과, 상기 제 3 입력단으로부터 동력을 전달받는 제 5 출력단 및 제 6 출력단을 포함하는 제 3 감속기를 포함하는 구동 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기는,
    상기 제 1 입력단으로부터 제 1 출력단 및 제 2 출력단으로 각각 동력을 전달하는 제 1 동력 전달 회전체를 더 포함하고,
    상기 제 2 감속기는,
    상기 제 2 입력단으로부터 제 3 출력단 및 제 4 출력단으로 각각 동력을 전달하는 제 2 동력 전달 회전체를 더 포함하고,
    상기 제 3 감속기는,
    상기 제 3 입력단으로부터 제 5 출력단 및 제 6 출력단으로 각각 동력을 전달하는 제 3 동력 전달 회전체를 더 포함하는 구동 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 1 구속부;
    상기 제 3 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 2 구속부;
    상기 제 2 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 3 구속부; 및
    상기 제 6 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 4 구속부를 더 포함하는 구동 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 구속부 및 제 2 구속부는 일체로 형성되고,
    상기 제 3 구속부 및 제 4 구속부는 일체로 형성되는 구동 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 출력단 및 제 3 출력단 중 하나의 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 1 스토퍼; 및
    상기 제 2 출력단 및 제 6 출력단 중 하나의 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 2 스토퍼를 더 포함하는 구동 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기, 제 2 감속기 및 제 3 감속기 중 적어도 하나 이상의 감속기는,
    상기 입력단으로 선 기어를 사용하고, 상기 2개의 출력단으로 캐리어 및 링 기어를 사용하는 유성 기어 방식인 구동 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기, 제 2 감속기 및 제 3 감속기 중 적어도 하나 이상의 감속기는,
    상기 입력단 및 2개의 출력단으로 3개의 풀리를 사용하여, 굴림 마찰에 의해 동력을 전달하는 방식인 구동 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기, 제 2 감속기 및 제 3 감속기 중 적어도 하나 이상의 감속기는,
    상기 입력단으로 웨이브 제네레이터를 사용하고, 상기 2개의 출력단으로 플렉스플라인 및 원형 스플라인을 사용하는 하모닉 드라이브 방식인 구동 모듈.
  9. 대상체에 고정되는 고정 부재;
    상기 고정 부재의 일측에 구비되며, 구동원과, 상기 구동원으로부터 동력을 전달받는 제 1 감속기와, 상기 제 1 감속기로부터 각각 동력을 전달받는 제 2 감속기 및 제 3 감속기를 포함하는 구동 모듈;
    상기 대상체의 일 부분 및 타 부분의 회전 동작을 각각 보조하기 위한 제 1 조인트 부재 및 제 2 조인트 부재;
    상기 제 2 감속기의 출력단 및 제 1 조인트 부재 사이에서 동력을 전달하는 제 1 동력 전달 부재; 및
    상기 제 3 감속기의 출력단 및 제 2 조인트 부재 사이에서 동력을 전달하는 제 2 동력 전달 부재를 포함하는 운동 보조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기는,
    상기 구동원으로부터 동력을 전달받는 제 1 입력단; 및
    상기 제 2 감속기 및 제 3 감속기에 각각 동력을 전달하는 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 포함하는 운동 보조 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 감속기는,
    상기 제 1 출력단으로부터 동력을 전달받는 제 2 입력단; 및
    상기 제 2 입력단으로부터 동력을 전달받는 2개의 출력단을 포함하고,
    상기 제 2 감속기의 2개의 출력단 중 하나의 출력단에 상기 제 1 동력 전달 부재가 연결되는 운동 보조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기의 2개의 출력단 중 상기 제 2 감속기로 동력을 전달하는 제 1 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 1 구속부; 및
    상기 제 2 감속기의 2개의 출력단 중 상기 제 1 동력 전달 부재가 연결되지 않은 출력단을 선택적으로 구속하기 위한 제 2 구속부를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기로부터 상기 제 2 감속기로 전달되는 동력을 선택적으로 차단하기 위한 제 1 스토퍼; 및
    상기 제 2 감속기로부터 상기 제 3 감속기로 전달되는 동력을 선택적으로 차단하기 위한 제 2 스토퍼를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 동력 전달 부재 및 제 2 동력 전달 부재는, 서로 비대칭적으로 연결되는 운동 보조 장치.
  15. 대상체에 고정되는 고정 부재;
    상기 고정 부재의 일측에 구비되며, 구동원과, 상기 구동원으로부터 동력을 전달받는 제 1 감속기와, 상기 제 1 감속기로부터 각각 동력을 전달받는 제 2 감속기 및 제 3 감속기를 포함하는 구동 모듈;
    상기 대상체의 일 부분 및 타 부분을 각각 지지하는 제 1 지지 부재 및 제 2 지지 부재;
    상기 제 2 감속기의 출력단 및 제 1 지지 부재 사이에서 동력을 전달하는 제 1 동력 전달 부재; 및
    상기 제 3 감속기의 출력단 및 제 2 지지 부재 사이에서 동력을 전달하는 제 2 동력 전달 부재를 포함하는 운동 보조 장치.
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