KR20170052374A

KR20170052374A - 구동 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치

Info

Publication number: KR20170052374A
Application number: KR1020150154745A
Authority: KR
Inventors: 노세곤; 이연백; 김정훈; 이민형; 최병준
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2017-05-12
Also published as: US20170119613A1; KR102496582B1; US10426686B2

Abstract

일 실시 예에 따르면, 구동모듈은 정방향 또는 역방향으로 회전가능한 구동원, 상기 구동원의 일 단에 연결되는 제1 와이어, 상기 구동원의 타 단에 연결되는 제2 와이어, 상기 제1 와이어에 연결되고, 상기 제1 와이어의 이동 방향에 따라 회전하는 제1 조인트, 및 상기 제2 와이어에 연결되고 상기 제2 와이어의 이동 방향에 따라 회전하는 제2 조인트를 포함할 수 있다.

Description

구동 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치{A driving module and a motion assist apparatus comprising thereof}

아래의 설명은 구동 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치에 관한 것이다.

인간은 이족보행으로 두 손을 자유롭게 사용할 수 있게 되었으며, 이를 통해 다양한 일상생활을 할 수 있게 되었다. 이런 중요한 보행을 힘들어지면, 인간의 신체는 많은 문제를 노출한다. 근력의 저하로 인해 신체 활동에 제약을 받게 되며, 근육량과 에너지 소비도 줄고 물질대사가 떨어지게 된다.

이에 따라 보행이 어려운 사람들이 지속적으로 보행을 가능하도록 하는 보행보조로봇/보행보조장치 (walking assist robot/walking assist device) 개발되고 있다. 이 로봇/장치는 사용자의 하체에 착용/부착하여 평지, 경사면, 계단 등의 보행이나 기립 시 등의 상황에서 근력을 보조하고 체중에 의한 부담을 경감시켜 주는 장치이다.

일반적으로 하체 관절 고관절, 무릎, 발목(hip, knee, ankle)의 움직임을 구동기를 이용하여 도와주는 구조를 가지고 있다. 과거에는 몸이 불편한 환자의 보행 보조/근력증폭을 위해 개발되었으나, 최근에는 보행활동능력 향상을 위한 군사용, 제조용, 일반 보행 보조용으로도 개발되고 있다.

예를 들어, 구동기의 의한 힘과 토크를 사람의 관절에 전달하기 위해서는 인체 관절과 장치의 인터페이스(interface)인 인체에 부착하거나 감싸는 착용부가 제공될 수 있다. 착용부와 연결된 장치 관절부가 인체 관절의 운동방향과 일치된 방향으로 구동력이 전달되어야 하며 힘과 토크는 인체의 불편감이 없게 적절히 가해진다. 구동원은 모터와 감속기를 포함하고 인체의 관절의 회전축과 일치하는 위치에 장착된다. 착용부는 구동원과 연결된 프레임(frame)이 인체의 다리부분과 고정되도록 벨트, 밴드 형태로 구성된다. 이러한 구조는 구동원과 착용부가 두꺼운 형태의 외골격 구조로서 의복을 갖춘 상태로 그 위에 장착하여 외부에 노출되는 구조이다.

일측에 따르면, 상기 제1 와이어 또는 제2 와이어 중 하나의 와이어의 장력을 선택적으로 증가시키는 블로킹 수단을 더 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 블로킹 수단은, 상기 제1 와이어 또는 제2 와이어 중 하나의 와이어에 압력을 가할 수 있는 이동체; 및 상기 이동체의 이동 경로를 제공하는 가이드를 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 이동체는, 본체, 및 상기 제1 와이어 또는 제2 와이어와 직접적으로 접촉하고, 상기 본체의 양 단에 고정되는 푸쉬바를 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 푸쉬바는 상기 제1 와이어 또는 제2 와이어를 수용할 수 있는 그루브를 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 푸쉬바는 상기 본체에 회전가능하게 고정되는 풀리일 수 있다.

일측에 따르면, 상기 푸쉬바 사이의 거리는, 상기 제1 와이어 및 제2 와이어 사이보다 클 수 있다.

일측에 따르면, 상기 블로킹 수단은, 상기 가이드와 상기 본체 사이를 연결하고 복원력을 제공하는 스프링을 더 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 구동원은, 구동모터, 상기 구동 모터에 연결되는 감속 기어 세트, 상기 감속 기어 세트의 출력단에 연결되는 회전체를 포함하고, 상기 회전체의 외주면에는 각각의 상기 제1 및 제2 와이어의 시작점이 연결될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 회전체가 회전할 때, 상기 회전체는 상기 제1 와이어 또는 상기 제2 와이어 중 하나를 당기고, 상기 이동체는 상기 당겨진 와이어에 의하여 상기 가이드를 따라 병진 이동하고, 상기 이동체는 상기 당겨진 와어의 반대 반대편에 위치한 와이어에 장력을 제공할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 당겨진 와이어는 상기 당겨진 와이어에 연결된 상기 제1 조인트 또는 제2 조인트 중 하나를 회전시키고, 상기 당겨진 와어의 반대 반대편에 위치한 와이어는 상기 제1 조인트 또는 제2 조인트 중 다른 하나를 회전시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 운동 보조 장치는, 사용자에 고정되는 고정 모듈, 상기 고정 모듈의 일측에 배치되는 구동원과, 상기 구동원에 연결되어 서로 반대방향으로 연장하는 두 개의 와이어, 상기 각각의 와이어에 연결되어 서로 반대 방향으로 회전하는 두 개의 조인트를 포함하는 구동 모듈, 상기 사용자의 신체의 일 부분을 지지하며, 상기 구동 모듈에 의하여 구동되는 지지 모듈을 포함하고, 상기 구동 모듈은 상기 지지 모듈에 대하여 서로 반대되는 두 개의 회전력을 발생시킬 수 있다.

일측에 따르면, 상기 지지모듈은 상기 제1 조인트에 연결되는 제1 지지모듈 및 상기 제2 조인트에 연결되는 제2 지지모듈을 포함하고, 상기 제1 지지모듈은 상기 제1 조인트에 의하여 회전되고, 상기 제2 지지모듈은 상기 제2 조인트에 의하여 회전 가능할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 구동 모듈은 상기 두 개의 와이어 중 하나의 와이어의 장력을 선택적으로 증가시키는 블로킹 수단을 더 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 블로킹 수단은, 상기 두 개의 와이어 중 하나의 와이어 중 하나의 와이어에 압력을 가할 수 있는 이동체, 상기 이동체의 이동 경로를 제공하는 가이드, 상기 가이드와 상기 이동체 사이를 연결하고 복원력을 제공하는 스프링을 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 이동체는 본체, 및 상기 와이어와 직접적으로 접촉 가능하고 상기 본체의 양 단에 각각 고정되는 푸쉬바를 포함하고, 상기 푸쉬바 사이의 거리는 상기 두 개의 와이어 사이의 거리보다 클 수 있다.

일측에 따르면, 상기 구동모듈이 구동될 때, 상기 구동원은 두 개의 와이어 중 하나의 와이어를 당기고 다른 하나의 와이어를 풀어지게 하고, 상기 이동체는 상기 당겨진 와이어에 의하여 상기 가이드를 따라 병진 이동하고, 상기 이동체는 상기 풀어진 와이어에 장력을 제공할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 제1 지지모듈은 사용자의 허벅지를 지지하고, 상기 제2 지지모듈은 사용자의 허벅지 아래 부분을 지지하고, 상기 제2 지지 모듈은 상기 제1 조인트에 회전 가능하게 고정될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 구동 모듈이 구동될 때, 상기 제1 지지모듈은 사용자의 무릎을 구부리게 하거나 펴지게 하고, 상기 제2 지지모듈은 사용자의 발목을 구부리게 하거나 펴지게 할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 제1 조인트에 연결된 와이어가 당겨질 때, 상기 제2 조인트에 연결된 와이어는 풀어지고, 이에 따라 사용자의 허벅지는 들어올려지고 사용자의 발목은 지면을 누르고, 상기 제2 조인트에 연결된 와이어가 당겨질 때, 상기 제1 조인트에 연결된 와이어 풀어지고, 이에 따라 사용자의 발목이 들어올려지고 사용자의 허벅지는 지면을 향하여 내려갈 수 있다.

도 1은 실시 예에 따른 구동 모듈을 포함하는 운동 보조 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 실시 예에 따른 구동 모듈을 포함하는 운동 보조 장치를 나타낸 후면도이다.
도 3및 4는 실시 예에 따른 구동 모듈의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5및 6는 실시 예에 따른 구동 모듈의 작동 모습을 나타낸 개략도이다.
도 7 및 8은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 작동 모습을 나타낸 사시도이다.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 실시 예에 따른 구동 모듈(100)이 적용된 운동 보조 장치(1)를 나타낸다. 도 2는 운동 보조 장치(10)의 후면도를 나타낸다. 구동 모듈(100)은 와이어 기반 구동기에 일종의 와이어 동작을 컨트롤 할 수 있는 클러치와 변속기 개념을 접목하여 하나의 모터를 가지고 두 개의 관절을 컨트롤 할 수 있는 메커니즘이다.

사용자는 사람, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 1은 운동 보조 장치(1)가, 사용자의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 도시하고 있으나, 운동 보조 장치(1)는, 사용자의 손, 상박, 하박 등 상체의 다른 부분이나, 발, 종아리 등의 하체의 다른 부위를 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(1)는, 사용자의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다.

운동 보조 장치(1)는, 고정 모듈(30), 지지 모듈(40), 구동 모듈(100) 및 구동 모듈(100)을 제어하기 위한 제어부(20)를 포함할 수 있다.

구동 모듈(100)은, 정방향 또는 역방향으로 회전가능한 구동원(110), 구동원의 일 단에 연결되는 제1 와이어(121), 구동원의 타 단에 연결되는 제2 와이어(122), 제1 및 제2 와이어(121, 122)과 연결되는 제1 및 제2 조인트를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 조인트 각각 지지 모듈(40)의 조인트에 연결될 수 있다.

구동 모듈(100)은, 운동 보조 장치의 관절을 구동시키기 위하여 사용자의 고관절(Hip joint)에 위치할 수 있다. 두 개의 구동 모듈(100)는 각각 좌측 및 우측의 고관절에 배치되어, 좌측 및 우측 각각의 회전 운동을 보조할 수 있다. 구동모듈(100)에 대한 자세한 설명은 후술한다.

고정 모듈(30)은, 사용자에 고정될 수 있다. 고정 모듈(30)은, 사용자의 외면의 적어도 일부에 접촉할 수 있고, 사용자의 외면을 따라서 감싸는 형상일 수 있다. 다시 말하면, 고정 모듈(30)은, 사용자에 접촉하는 만곡면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정 모듈(30)은, 사용자의 허리의 일측에 고정될 수 있다.

지지 모듈(40)은, 고정 모듈(30)에 연결되고 고관절 부위에 배치되는 고관절 조인트(41), 상단이 고관절 조인트(41)에 연결되고 사용자의 대퇴부 측면을 따라 지지하는 제1 지지 프레임(42), 제1 지지 프레임(42)의 하단 연결되는 무릎 조인트(44), 상단이 무릎 조인트(44)에 연결되는 제2 지지 프레임(46), 및 제2 지지 프레임(46)의 하단에 연결되는 발목 조인트(47), 및 발목 조인트(47)에 회전가능하게 연결되는 발 지지대(48)를 포함할 수 있다.

고관절 조인트(41)는 사용자의 고관절과 인접한 고정모듈(30)의 측면에 위치되고, 고관절 조인트(41)가 회전할 때, 이에 연동되어 제1 지지프레임(42)이 고관절 조인트(41)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 무릎 조인트(44)는 사용자의 무릎의 측면과 인접한 부분에 위치되고, 고관절 조인트(41)가 회전할 때, 이에 연동되어 제2 지지프레임(45)이 무릎 조인트(44)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전할 수 있다.

발목 조인트(47)는 사용자의 발목과 측면과 인접한 부분에 위치되고, 발목 조인트(47)가 회전할 때, 이에 연동되어 발 지지대(48)가 회전할 수 있으며, 발목 조인트(47)의 회전은 제2 와이어(122)에 의하여 발생할 수 있다.

가압부재(43, 46)는 제1 지지 프레임(42)에 고정되는 허벅지 가압부재(43), 및 제2 지지 프레임(46)에 고정되는 종아리 가압부재(46)를 포함하고, 가압부재(43, 46)는 펴지거나 오무리는 동작에 의하여 허벅지 또는 종아리를 압박할 수 있다. 가압부재(43, 46)는 적절한 강도로 사용자의 허벅지 또는 종아리를 압박하기 위하여 펴지거나 오무리는 동작의 크기를 조절할 수 있다.

고정 모듈(30)의 전면에는 배터리 및 제어부(20)가 배치될 수 있고, 후면에는 구동 모듈(100) 및 구동모듈(100)을 감싸는 케이스(31)가 배치될 수 있다. 케이스(31)의 양 측면으로부터 제1 와이어(121) 및 제2 와이어(122)가 나올 수 있고, 제1 와이어(121) 및 제2 와이어(122)은 각각 지지 모듈(40)의 정면 및 후면을 따라 연장할 수 있다.

제2 와이어(122)는 고정 모듈(30)의 후면에서부터 발목 조인트(47)까지 연장하고, 제2 와이어(122)가 지지 모듈(40)의 길이에 따라 고정되기 위하여 클립(51, 52)를 포함할 수 있다. 클립(51, 52)은 제1 지지 프레임(42)의 후면에 고정되는 제1 클립(51), 및 제2 지지 프레임(45)의 후면에 고정되는 제2 클립(52)을 포함할 수 있다. 제2 와이어(122)는 케이스(31)로부터 나와서 클립(51, 52)을 통과하여 발목 조인트(47)에 연결될 수 있다.

구동 모듈(100)의 제1 와이어(121)는 고관절 조인트(41)에 연결되고, 제2 와이어(122)는 발목 조인트(47)에 연결될 수 있다. 제1 와이어(121)가 고관절 조인트(41)의 전방에 연결되고, 제2 와이어(122)는 발목 조인트(47)의 후방에 연결되어야 하므로, 제1 와이어(121)는 제2 와이어(122)가 배치되는 위치와 반대 방향에서 배치될 수 있다.

구동 모듈(100)로부터 발생된 토크는 지지 모듈(40)로 전달되며, 지지 모듈(40)을 통해 전달되는 토크는 가압부재(43, 46)을 통해 사용자의 다리 전체를 들어올려서, 사용자의 운동을 보조할 수 있다. 구동모듈(100)의 동작에 대한 자세한 설명은 후술한다.

도 3은 구동 모듈(100)의 구성을 개략적으로 나타내며, 도 4는 구동 모듈(100)의 구동원(110)을 설명하기 위하여 구동 모듈(100)의 측면을 개략적으로 나타낸다.

구동 모듈(100)은, 구동력을 제공하는 구동원(110), 구동원(110)의 양 측에 연결되고, 제1 와이어(121) 및 제2 와이어(122)를 포함하는 와이어(120), 제1 와이어(121)에 연결되고 제1 와이어(121)의 이동 방향에 따라 회전하는 제1 조인트(140), 및 제2 와이어(122)에 연결되고 제1 조인트(140)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하는 제2 조인트(150)를 포함할 수 있다.

와이어(120)가 두 개의 와이어로 구성되는 경우, 제1 와이어(121)는 구동원(110)의 일 단과 제1 시작점(116)에 의하여 연결되고, 제2 와이어(122)은 구동원(110)의 타 단과 제2 시작점(117)에 의하여 연결되고, 평형상태에서 제1 시작점(116) 및 제2 시작점(117) 구동원(110)의 양 측에 배치될 수 있다. 와이어(120)가 하나의 와이어 구성되는 경우, 제1 시작점(116) 및 제2 시작점(117)은 하나의 시작점이 될 수 있고, 평형 상태에서 구동원(110)의 상단에 배치될 수 있다.

제1 시작점(116) 및 제2 시작점(117)은 구동원(110)의 외주면에 배치되고, 구동원(110)이 평형 상태에서 벗어나 회전될 때, 시작점(116, 117)도 이에 연동되어 함께 회전할 수 있다.

제1 와이어(121) 및 제2 와이어(122)사이에는 제1 와이어(121) 또는 제2 와이어(1220) 중 하나의 와이어의 장력을 선택적으로 증가시키는 블로킹 수단(130)이 배치될 수 있다. 블로킹 수단(130)은 구동원(110)의 하단에 배치될 수 있고, 제1 와이어(121) 또는 제2 와이어(122)의 길이 방향에 수직하는 방향으로 배치될 수 있다.

블로킹 수단(130)은, 제1 와이어(121) 또는 제2 와이어(121) 중 하나 이상의 와이어에 압력을 가할 수 있는 이동체(131, 132); 및 이동체(131, 132)의 이동 경로를 제공하는 가이드(133)를 포함할 수 있다. 이동체(131, 132)는, 본체(131), 및 제1 와이어(121) 또는 제2 와이어(122)와 직접적으로 접촉하고, 본체(131)의 양 단에 고정되는 푸쉬바(132)를 포함할 수 있다.

푸쉬바(132)는 본체(131)에 회전가능하지 않게 부착되거나, 본체(131)와 일체형으로 형성될 수 있다. 이 경우, 푸쉬바(131)가 회전하거나 이동하지 않기 때문에, 제1 와이어(121) 또는 제2 와이어(122)와 마찰력이 발생하므로, 푸쉬바(131)가 제1 와이어(121) 또는 제2 와이어(122)에 장력을 잘 전달할 수 있다.

푸쉬바(132)는 제1 와이어(121) 또는 제2 와이어(122)를 수용할 수 있는 그루브를 포함할 수 있고, 그루브는 제1 와이어(121) 또는 제2 와이어(122)가 푸쉬바(132)로부터 이탈하지 않도록 보조할 수 있다. 다른 형태로 푸쉬바(132)는 본체(121)에 회전가능하게 고정되는 풀리(pully) 형태일 수 있고, 이러한 풀리 형태는 푸쉬바(132)가 제1 와이어(121) 또는 제2 와이어(122)에 장력을 제공함과 동시에 이동이 원활하게 할 수 있다.

본체(131)의 양 측에 고정되는 푸쉬바(132) 사이의 거리는, 제1 와이어(121) 및 제2 와이어(122) 사이를 수직으로 이은 최단 거리 보다 크도록 구성된다. 따라서, 도3에 도시된 것과 같은 평형 상태에서도 제1 와이어(121) 및 제2 와이어(122)를 누르게 되고, 일정한 크기의 장력을 제1 와이어(121) 및 제2 와이어(122)에 제공할 수 있다.

가이드(133)의 길이가 경우, 푸쉬바(132)의 이동을 제한하여 푸쉬바(132)의 이동가능한 거리가 짧아질 수 있고, 푸쉬바(132)가 충분히 이동하지 못하면, 장력을 적절하게 와이어(120)에 제공하지 못할 수 있다. 따라서, 가이드(133)의 길이는, 제1 와이어(121) 및 제2 와이어(122) 사이의 거리에서 푸쉬바(132)의 길이의 두 배를 뺀 길이보다, 짧은 범위에서 결정될 수 있다.

또한, 블로킹 수단(130)은, 가이드(133)와 본체(131) 사이를 연결하고 복원력을 제공하는 스프링(134)을 더 포함할 수 있다. 스프링(134)는 이동체(131, 132)가 좌측 또는 우측으로 치우쳤을 때, 이동된 방향의 반대편 방향으로 복원력을 제공할 수 있다.

제 1와이어(121)는 제1 와이어(121)에 의하여 회전가능한 제1 조인트(140)에 연결될 수 있고, 제2 와이어(122)는 제2 와이어(122)에 의하여 회전가능한 제2 조인트(150)에 연결될 수 있다. 제1 조인트(140) 및 제2 조인트(150)는 풀리 형태로 제공될 수 있고, 제 1와이어(121) 및 제2 와이어(122)의 끝단이 고정될 수 있다.

평형 상태에서, 제1 와이어(121)는 제2 조인트(140)의 외주면을 따라 감긴 상태로 제공될 수 있고, 제2 와이어(122)는 제2 조인트(150)의 외주면을 따라 감긴 상태로 제공될 수 있다. 이 경우에, 제1 와이어(121)와 제2 와이어(122)는 서로 반대 방향으로 감겨 있을 수 있다.

도 3에 도시된 경우와 같이, 제1 와이어(121)가 제1 조인트(140)의 좌측에 고정되고, 제2 와이어(122)가 제2 조인트(150)의 우측에 고정되면, 구동원(110)이 회전할 때 제1 조인트(140)와 제2 조인트(150)는 동일한 방향으로 회전할 수 있다.

반대로, 제1 와이어(121)가 제1 조인트(140)의 좌측에 고정되고, 제2 와이어(122)가 제2 조인트(150)의 좌측에 고정되면, 구동원(110)이 회전할 때 제1 조인트(140)와 제2 조인트(150)는 서로 반대되는 방향으로 방향으로 회전할 수 있다.

도 4를 참고하면. 구동원(110)은 구동모터(111), 구동 모터의 구동 축과 연결되는 감속 기어 세트(112), 및 감속 기어 세트(112)의 출력단에 연결되는 회전체(115)를 포함하고, 회전체(115)의 외주면에는 각각의 제1 또는 제2 와이어(121, 122)의 시작점(116, 117)이 연결될 수 있다.

감속 기어 세트(112)는, 입력단이 구동 모터(111)와 연결되고 출력단이 회전체(115)에 연결되고, 복수의 서로 다른 지름을 가지는 스퍼 기어로 구성될 수 있다. 복수의 스퍼 기어는 입력단에 연결되는 기어로부터 출력단에 연결되는 기어까지 순차적으로 지름이 증가하면서, 감속비를 실현할 수 있다.

또한, 감속 기어 세트(112)는 하모닉 드라이브 구성을 포함할 수 있다. 하모닉 드라이브의 중심축은 구동 모터(110)가 연결되고, 플렉스 스플라인 부분이 회전체(115)와 연결되며, 플렉스 스플라인의 기어 이빨 개수와, 최 외측 링 기어의 이빨 개수를 조절하여 고감속비를 실현할 수 있다.

도 5 는 구동모듈(100)의 구동원(110)이 시계 방향으로 회전할 때 이동체(131, 132)가 이동하는 모습을 나타내고, 도 6은 구동모듈(100)의 구동원(110)이 반시계 방향으로 회전할 때 이동체(131, 132)가 이동하는 모습을 나타낸다.

구동원(110)이 시계 방향으로 회전하면, 제1 와이어(121)를 당겨서, 제1 와이어(121)에 장력이 발생한다. 블로킹 수단(130)이 없는 경우에는, 제2 와이어(122)는 장력이 작용하지 않는 상태에서 아래쪽으로 내려가면서 제2 조인트(150)에 회전력을 작용하지 않는다.

블로킹 수단(130)이 배치되는 경우에, 구동원(110)이 시계 방향으로 회전하면, 제1 와이어(121)는 이동체(131, 132)을 제2 와이어(122) 쪽으로 이동시킨다. 이동체(131, 132)의 푸쉬바(132)는 제2 와이어(122)에 장력을 제공하고, 제2 와이어(122)가 풀리는 길이를 보상하여 제2 와이어(122)를 늘어지지 않게 한다. 이 경우, 제2 와이어(122)가 제2 조인트(150)에 회전력을 작용할 수 있다.

도 5에서, 병진 운동에 의한 이동체(131, 132)의 우측 방향으로의 움직임은 구동원(110) 회전으로 인하여 느슨해진 제 2와이어(132)를 우측 방향으로 적절히 밀어내어 팽팽하게 만들 수 있고, 이에 따라 제2 와이어(132)의 탈조를 막을 수 있다.

도 6을 참고하면, 이와 반대로, 구동원(110)이 반시계 방향으로 회전하면, 제2 와이어(122)가 팽팽해지도록 장력이 발생하고, 제2 와이어(122)는 이동체(131, 132)을 제1 와이어(121) 쪽으로 이동시킨다. 이동체(131, 132)의 푸쉬바(132)는 제1 와이어(121)에 장력을 제공하고, 제1 와이어(121)가 풀리는 길이를 보상하여 제1 와이어(121)를 늘어지지 않게 한다. 이 경우, 제1 와이어(121)는 제1 조인트(140)에 회전력을 작용할 수 있다.

본체(133)와 가이드(133) 사이에 연결된 스프링(134)은, 본체(133)가 이동하는 방향의 반대 방향으로 복원력을 작용할 수 있다. 따라서, 스프링(134)는 구동원(110)의 회전이 종료된 후에는, 이동체(131, 133)의 중심이, 가이드(133)의 중심으로 돌아오게 할 수 있다.

도 6에서, 병진 운동에 의한 이동체(131, 132)의 좌측 방향으로의 움직임은 구동원(110) 회전으로 인하여 느슨해진 제 1와이어(131)를 좌측 방향으로 적절히 밀어내어 팽팽하게 만들 수 있고, 이에 따라 제1 와이어(131)의 탈조를 막을 수 있다.

도 5 및 6를 참고하면, 제1 조인트(140) 및 제2 조인트(150)는 동일한 방향으로 회전하고, 구동원(110)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 수 있다.

도 7 및 도 8은, 구동 모듈(100)이 운동 보조 장치(1)에 적용되어 실제로 구동되는 모습을 나타낸다. 도 7은 사용자가 걷기 위하여 다리를 올리는 동작과 관련된 운동 보조 장치(1)의 작동 모습을 나타내고, 도 7은 사용자가 다리를 내리는 동작과 관련된 운동 보조 장치(1)의 작동 모습을 나타낸다. 운동 보조 장치(1)는 아래와 같이 고관절 조인트(41)의 회전과, 발목 조인트(47)의 회전을 커플링시켜 상호 연동하도록 구성될 수 있다.

가이드(133)는 케이스(31)의 일 측에 고정될 수 있고, 이동체(131, 132)는 가이드(133)를 따라 이동가능하도록 가이드(133)에 고정될 수 있다. 따라서, 운동 보조 장치(1)외부에서, 이동체(131, 132)의 이동 모습이 노출되지 않을 수 있다.

도 7은 구동원 (110)이 도 6과 같이 시계 방향으로 회전하는 경우의 운동 보조 장치(1)의 모습을 나타내고, 도 8은 구동 모듈(110)이 도 7과 같이 반시계 방향으로 회전하는 경우의 운동 보조 장치(1)의 모습을 나타낸다. 도 7 및 8의 상단에는 구동 모듈(100)의 블로킹 수단(130)의 작동 모습이 도시되어 있다.

구동 모듈(100)의 제1 조인트(140)은 고관절 조인트(41)에 고정될 수 있다. 제1 조인트(140)는 고관절 조인트(41)의 외측에 고정되고, 고관절 조인트(41)는 제1 조인트(140)의 회전과 동기화 될 수 있다.

무릎 조인트(44)는 구동모듈(100)과 연결되지 않으며, 자유롭게 회전할 수 있다. 제1 지지 프레임(42)가 회전할 때, 중력에 의하여, 무릎 조인트(44)는 자연스럽게 회전할 수 있다.

구동 모듈(100)의 제2 조인트(150)은 발목 조인트(47)에 고정될 수 있다. 제2 조인트(150)는 발목 조인트(47)의 외측에 고정되고, 발목 조인트(47)는 제2 조인트(150)의 회전과 동기화 될 수 있다.

도 7을 참고하면, 구동원(110)이 시계 방향으로 회전할 때, 고관절 조인트(41)는 시계방향으로 회전한다. 이때, 고관절 조인트(41)는 시계 방향으로 회전하면서 제1 지지 프레임(42)를 시계방향으로 회전시킨다. 무릎 조인트(44)에 연결된 제2 지지 프레임(45)는 중력에 의하여 아래로 내려가고, 제1 지지 프레임(42)과 반대 방향인 반시계 방향으로 회전할 수 있다.

이때, 제1 와이어(121)에 발생한 장력은 이동체(130)를 제2 와이어(122)로 이동시키고, 푸쉬바(132)가 제2 와이어(122)를 밀고, 제2 와이어(122)에 장력이 발생하게 된다. 이에 따라, 팽팽해진 제2 와이어(122)는 발 조인트(47)를 회전시킬 수 있다. 발 조인트(47)는 고관절 조인트(41)와 동일하게 시계 방향으로 회전하고, 앞발이 올라가게 된다.

또한, 발목 조인트(47)에는 실질적으로, 거의 회전력이 걸리지 않게 되며, 구동원(110)의 구동력은 고관절 조인트(41)를 회전시키는 것에 사용된다. 따라서, 사용자가 제2 와이어(122)의 장력에 구속되지 않고 발목을 움직일 수 있다.

도 8을 참고하면, 구동원(110)이 반시계 방향으로 회전할 때, 고관절 조인트(41)도 반시계방향으로 회전한다. 이때, 고관절 조인트(41)는 반시계 방향으로 회전하면서 제1 지지 프레임(42)를 반시계방향으로 회전시킨다. 무릎 조인트(44)에 연결된 제2 지지 프레임(45)는 중력에 의하여 아래로 내려가나, 제1 프레임(42)와 상대적으로 회전하게 되므로, 제1 지지 프레임(42)과 반대 방향인 시계 방향으로 회전할 수 있다.

이때, 제2 와이어(122)에 발생한 장력은 이동체(130)를 제1 와이어(121) 쪽으로 이동시키고, 푸쉬바(132)가 제1 와이어(121)를 밀고, 제1 와이어(121)에 장력이 발생하게 된다. 이에 따라, 팽팽해진 제2 와이어(121)는 고관절 조인트(41)를 회전시킬 수 있다. 발 조인트(47)는 고관절 조인트(41)와 동일하게 반시계 방향으로 회전하고, 뒷발이 올라가게 된다.

또한, 고관절 조인트(41)에는 실질적으로, 거의 회전력이 걸리지 않게 되며, 구동원(110)의 구동력은 발목 조인트(47)를 회전시키는 것에 사용되고, 중력에 의하여 자연스럽게 지지 모듈(40)이 아래로 내려간다. 따라서, 사용자가 제1 와이어(121)의 장력에 구속되지 않고 자연스럽게 다리를 내릴 수 있다.

앞서 설명한 구동모듈(100)이 적용된 운동 보조 장치(1)는 다리를 들어올리는 회전 방향의 토크를 주로 사용하고, 다리를 내리는 회전 방향의 토크는 거의 이용하지 않으므로, 이러한 구조에 적합하다.

또한, 운동 보조 장치(1)의 고관절 조인트(41)의 회전 운동에는 큰 힘이 필요하고 무릎 조인트(44) 또는 발목 조인트(47)의 회전에는 거의 힘이 필요하지 않는 아이들(idle) 상태의 관절 운동, 즉 수동적 움직임이므로, 운동 보조 장치(1)의 구동 모듈(100)이 적절하게 운용될 수 있다

이상과 같이 실시 예들이 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

정방향 또는 역방향으로 회전가능한 구동원;
상기 구동원에 고정되는 제1 와이어 및 제2 와이어;
상기 제1 와이어에 연결되고, 상기 제1 와이어의 이동 방향에 따라 회전하는 제1 조인트; 및
상기 제2 와이어에 연결되고, 상기 제2 와이어의 이동 방향에 따라 회전하는 제2 조인트를 포함하는 구동 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 와이어 또는 제2 와이어 중 하나의 와이어의 장력을 선택적으로 증가시키는 블로킹 수단을 더 포함하는 구동 모듈.
제2항에 있어서,
상기 블로킹 수단은,
상기 제1 와이어 또는 제2 와이어 중 하나의 와이어에 압력을 가할 수 있는 이동체; 및
상기 이동체의 이동 경로를 제공하는 가이드를 포함하는 구동 모듈.
제3항에 있어서,
상기 이동체는,
본체; 및
상기 제1 와이어 또는 제2 와이어와 직접적으로 접촉하고, 상기 본체의 양 단에 고정되는 푸쉬바를 포함하는 구동 모듈.
제4항에 있어서,
상기 푸쉬바는 상기 제1 와이어 또는 제2 와이어를 수용할 수 있는 그루브를 포함하는 구동 모듈.
제5항에 있어서,
상기 푸쉬바는 상기 본체에 회전가능하게 고정되는 풀리인 구동 모듈.
제5항에 있어서,
상기 푸쉬바 사이의 거리는, 상기 제1 와이어 및 제2 와이어 사이보다 큰 구동 모듈.
제4항에 있어서,
상기 블로킹 수단은,
상기 가이드와 상기 본체 사이를 연결하고 복원력을 제공하는 스프링을 더 포함하는 구동 모듈.
제3항에 있어서,
상기 구동원은,
구동모터;
상기 구동 모터에 연결되는 감속 기어 세트; 및
상기 감속 기어 세트의 출력단에 연결되는 회전체를 포함하고,
상기 회전체의 외주면에는 각각의 상기 제1 및 제2 와이어의 시작점이 연결되는 구동 모듈.
제8항에 있어서,
상기 회전체가 회전할 때, 상기 회전체는 상기 제1 와이어 또는 상기 제2 와이어 중 하나를 당기고,
상기 이동체는 상기 당겨진 와이어에 의하여 상기 가이드를 따라 병진 이동하고,
상기 이동체는 상기 당겨진 와어의 반대 반대편에 위치한 와이어에 장력을 제공하는 구동 모듈.
제10에 있어서,
상기 당겨진 와이어는 상기 당겨진 와이어에 연결된 상기 제1 조인트 또는 제2 조인트 중 하나를 회전시키고,
상기 당겨진 와어의 반대 반대편에 위치한 와이어는 상기 제1 조인트 또는 제2 조인트 중 다른 하나를 회전시키는 구동 모듈.
사용자에 고정되는 고정 모듈;
상기 고정 모듈의 일측에 배치되는 구동원과, 상기 구동원에 연결되어 서로 반대방향으로 연장하는 두 개의 와이어, 상기 각각의 와이어에 연결되는 두 개의 조인트를 포함하는 구동 모듈; 및
상기 사용자의 신체의 일 부분을 지지하며, 상기 구동 모듈에 의하여 구동되는 지지 모듈을 포함하고,
상기 구동 모듈은 상기 지지 모듈에 대하여 서로 반대되는 두 개의 회전력을 발생시키는 운동 보조 장치.
제12항에 있어서,
상기 조인트는 제1 조인트 및 제2 조인트를 포함하고,
상기 지지모듈은 상기 제1 조인트에 연결되는 제1 지지모듈 및 상기 제2 조인트에 연결되는 제2 지지모듈을 포함하고,
상기 제1 지지모듈은 상기 제1 조인트에 의하여 회전되고, 상기 제2 지지모듈은 상기 제2 조인트에 의하여 회전 가능한 운동 보조 장치.
제13항에 있어서,
상기 구동 모듈은 상기 두 개의 와이어 중 하나의 와이어의 장력을 선택적으로 증가시키는 블로킹 수단을 더 포함하는 운동 보조 장치. .
제14항에 있어서,
상기 블로킹 수단은,
상기 두 개의 와이어 중 하나의 와이어 중 하나의 와이어에 압력을 가할 수 있는 이동체;
상기 이동체의 이동 경로를 제공하는 가이드; 및
상기 가이드와 상기 이동체 사이를 연결하고 복원력을 제공하는 스프링을 포함하는 운동 보조 장치.
제15항에 있어서,
상기 이동체는 본체, 및 상기 와이어와 직접적으로 접촉 가능하고 상기 본체의 양 단에 각각 고정되는 푸쉬바를 포함하고,
상기 푸쉬바 사이의 거리는 상기 두 개의 와이어 사이의 거리보다 큰 운동 보조 장치.
제15항에 있어서,
상기 구동모듈이 구동될 때,
상기 구동원은 두 개의 와이어 중 하나의 와이어를 당기고 다른 하나의 와이어를 풀어지게 하고,
상기 이동체는 상기 당겨진 와이어에 의하여 상기 가이드를 따라 병진 이동하고,
상기 이동체는 상기 풀어진 와이어에 장력을 제공하는 운동 보조 장치.
제17항에 있어서,
상기 제1 지지모듈은 사용자의 허벅지를 지지하고, 상기 제2 지지모듈은 사용자의 허벅지 아래 부분을 지지하고,
상기 제2 지지 모듈은 상기 제1 조인트에 회전 가능하게 고정되는 운동 보조 장치.
제18항에 있어서,
상기 구동 모듈이 구동될 때,
상기 제1 지지모듈은 사용자의 무릎을 구부리게 하거나 펴지게 하고,
상기 제2 지지모듈은 사용자의 발목을 구부리게 하거나 펴지게 하는 운동 보조 장치.
제19항에 있어서,
상기 제1 조인트에 연결된 와이어가 당겨질 때, 상기 제2 조인트에 연결된 와이어는 풀어지고, 이에 따라 사용자의 허벅지는 들어올려지고 사용자의 발목은 지면을 누르고,
상기 제2 조인트에 연결된 와이어가 당겨질 때, 상기 제1 조인트에 연결된 와이어 풀어지고, 이에 따라 사용자의 발목이 들어올려지고 사용자의 허벅지는 지면을 향하여 내려가는 운동 보조 장치.