KR20170107707A

KR20170107707A - 기립 보행 보조 로봇

Info

Publication number: KR20170107707A
Application number: KR1020160031370A
Authority: KR
Inventors: 이진원; 김호연
Original assignee: (주)크레템
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-09-26
Also published as: KR101857765B1; WO2017160108A1; CN108778633A; CN108778633B

Abstract

보행 능력을 상실한 사람이 타인의 도움 없이 앉은 자세에서 일어나서 보행 운동을 하도록 보조하는 기립 보행 보조 로봇이 개시된다. 개시된 기립 보행 보조 로봇은, 사용자의 하체를 지지하며 하체가 움직이도록 외력(外力)을 제공하는 하체 외골격, 사용자를 앉은 자세에서 세워 일으키는 기립 보조 암, 및 하체 외골격 및 기립 보조 암을 지지하며, 입력된 이동 명령에 의해, 또는 하체 외골격에 지지된 하체의 반응을 감지하여 이동하는 본체를 구비한다. 기립 보조 암은 사용자의 상체에 착용된 상체 착용 하네스를 위로 끌어 올려 사용자를 일으킨다.

Description

기립 보행 보조 로봇{Robot for assisting user to stand up and walk}

본 발명은 노약자, 장애인, 또는 환자의 기립과 보행을 보조하고 보행 재활 운동을 보조하는 기립 보행 보조 로봇에 관한 것이다.

고령화 사회의 도래와 헬스 케어(health care)에 대한 관심 증대로 인해 노약자, 장애인, 환자 등 보행 능력을 상실한 사람들의 보행을 돕는 보행 보조 장치들이 개시되고 있다. 보행 보조 장치는 일시적으로 보행 능력을 상실한 사람의 보행 능력을 회복시키는 재활 운동을 보조하거나, 영구적으로 보행 능력을 일부 상실한 사람이 혼자서 보행하는 것을 보조한다.

그런데, 종래의 보행 보조 장치는 휠체어(wheel chair)를 이용해야 할 정도로 보행 능력이 심하게 상실된 사람이나 근력이 매우 약한 사람은 타인의 도움 없이 혼자서 이용하기에는 어려움이 있다. 부연하면, 종래의 보행 보조 장치를 이용하는 사람은 상기 보행 보조 장치에 팔 또는 상체를 기대고 선 이후에야 보행이 가능한데, 상태가 심각한 사람은 타인의 도움 없이는 일어서서 보행 보조 장치에 기댈 수도 없어, 보행 보조 장치의 유용성이 반감되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1224056호 대한민국 등록특허공보 제10-1305909호

본 발명은 보행 능력을 상실한 사람이 타인의 도움 없이 앉은 자세에서 일어나서 보행 운동을 하도록 보조하는 기립 보행 보조 로봇을 제공한다.

본 발명은, 보행 능력을 상실한 사람이 상체 착용 하네스를 착용하면, 상기 상체 착용 하네스를 들어 올려 상기 보행 능력을 상실한 사람을 일으켜 세우고 보행 운동을 하도록 보조하는 기립 보행 보조 로봇을 제공한다.

본 발명은, 사용자의 하체를 지지하며 상기 하체가 움직이도록 외력(外力)을 제공하는 하체 외골격, 상기 사용자를 앉은 자세에서 세워 일으키는 기립 보조 암, 및 상기 하체 외골격 및 상기 기립 보조 암을 지지하며, 입력된 이동 명령에 의해, 또는 상기 하체 외골격에 지지된 하체의 반응을 감지하여 이동하는 본체를 구비하고, 상기 기립 보조 암은 상기 사용자의 상체에 착용된 상체 착용 하네스를 위로 끌어 올려 상기 사용자를 일으키는 기립 보행 보조 로봇을 제공한다.

상기 기립 보조 암의 말단에는 영구 자석 및 전자석 중 하나의 자석이 구비되고, 상기 상체 착용 하네스에는 상기 자석과의 사이에 인력(引力)이 작용하는 강자성체로 이루어진 자석 부착 부재가 구비되어, 상기 기립 보조 암의 말단이 상기 자석 부착 부재에 접촉된 채 상향 이동하여 상기 상체 착용 하네스를 위로 끌어 올릴 수 있다.

상기 기립 보조 암의 말단에는 후크(hook)가 구비되고, 상기 상체 착용 하네스에는 상기 후크에 착탈 가능하게 체결되는 후크 체결 부재가 구비되어, 상기 후크가 상기 후크 체결 부재에 체결된 상태로 상기 기립 보조 암의 말단이 상향 이동하여 상기 상체 착용 하네스를 위로 끌어 올릴 수 있다.

상기 하체 외골격은, 일어선 사용자의 고관절(coxa)의 위치와 대응되게 위치하며 상기 고관절의 회전 범위와 대응되게 동력 회전 가능한 제1 구동 조인트(joint), 상기 사용자의 무릎 관절의 위치와 대응되게 위치하며 상기 무릎 관절의 회전 범위와 대응되게 동력 회전 가능한 제2 구동 조인트, 상기 사용자의 발을 지지하는 발판, 상기 제1 구동 조인트와 상기 제2 구동 조인트를 연결하는 대퇴부 외골격, 및 상기 제2 구동 조인트와 상기 발판을 연결하는 정강이 외골격을 구비할 수 있다.

상기 하체 외골격에는 상기 사용자의 하체의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 센서(sensor)가 구비되고, 상기 적어도 하나의 센서에 의해 상기 사용자의 하체 움직임이 감지되면 상기 제1 구동 조인트 및 상기 제2 구동 조인트 중 적어도 하나가 상기 사용자의 하체 움직임이 증폭되도록 회전할 수 있다.

상기 하체 외골격에는 상기 사용자의 하체의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 센서가 구비되고, 상기 사용자의 하체의 움직임이 상기 하체 외골격의 움직임을 따라가지 못하는 것으로 상기 적어도 하나의 센서가 감지하면, 상기 하체 외골격의 움직임이 상기 사용자의 하체의 움직임을 추종하도록 상기 제1 구동 조인트 및 상기 제2 구동 조인트 중 적어도 하나가 움직일 수 있다.

상기 하체 외골격은, 상기 사용자의 골반을 접촉 지지하는 골반 지지 하네스(harness), 및 상기 사용자의 무릎을 접촉 지지하는 무릎 지지 하네스를 더 구비할 수 있다.

상기 하체 외골격은, 상기 대퇴부 외골격에 결합된 것으로, 상기 사용자의 허벅지에 밀착되도록 착용되어 상기 대퇴부 외골격과 상기 사용자의 대퇴부를 연계하는 허벅지 착용 하네스(harness), 및 상기 정강이 외골격에 결합된 것으로, 상기 사용자의 종아리에 밀착되도록 착용되어 상기 정강이 외골격과 상기 사용자의 정강이를 연계하는 종아리 착용 하네스를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 기립 보행 보조 로봇은, 상기 기립 보행 보조 로봇을 진행시키기 위해 동력 회전하는 구동 휠(wheel)을 더 구비할 수 있다.

본 발명에 의하면, 스스로 일어설 능력과 보행 능력이 없는 사람이 타인의 도움 없이 쉽게 앉은 자세에서 일어날 수 있고, 일어난 자세에서 하체 외골격을 자신의 하체에 착용한 후에 기립 보행 보조 로봇의 도움으로 보행을 할 수 있으며, 자신의 현재 상태에 맞게 적절한 보행 재활 운동을 할 수 있다. 부연하면, 하체는 자신의 의지대로 움직일 수 없으나 상체는 자신의 의지대로 움직일 수 있는 사람이 본 발명의 기립 보행 보조 로봇의 보조를 통하여 혼자서 보행할 수 있고, 보행 재활 훈련을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기립 보행 보조 로봇을 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 기립 보행 보조 로봇의 기능 구현을 위한 구성의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 3 내지 도 6은 도 1의 기립 보행 보조 로봇을 이용하는 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 1의 기립 보행 보조 로봇의 기립 보조 암(arm)과 사용자가 착용한 상체 착용 하네스를 연결하는 구성의 다른 일 예를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기립 보행 보조 로봇을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기립 보행 보조 로봇을 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 기립 보행 보조 로봇의 기능 구현을 위한 구성의 일 예를 도시한 블록도이다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기립 보행 보조 로봇(10)은 보행 능력을 상실한 노인, 장애인, 환자 등과 같은 사용자(3)(도 3 참조)가 타인의 도움 없이 앉은 자세에서 일어나서 보행 운동을 하도록 보조하는 로봇으로서, 본체(11)와, 상기 본체(11)에 지지되는 하체 외골격(40) 및 기립 보조 암(arm)(20)을 구비한다. 하체 외골격(40)은 사용자(3)의 하체(6)(도 3 참조)를 지지하며 상기 하체(6)가 움직이도록 외력(外力)을 제공한다. 기립 보조 암(20)은 사용자(3)를 앉은 자세에서 세워 일으킨다.

본체(11)는 사용자(3)가 기립 보조 암(20)에 의해 기립되고 하체 외골격(40)을 착용한 상태에서 상기 사용자(3)의 전방(前方)에 위치한다. 본체의 하측에는 기립 보행 보조 로봇(10)을 진행시키기 위해 동력 회전하는 한 쌍의 구동 휠(wheel)(17)이 구비된다. 본체(11) 내부에는 상기 구동 휠(17)에 동력을 공급하는 전동 모터(motor)가 구비될 수 있다. 본체(11)의 하측에는 본체(11)가 안정적으로 서 있고 쓰러지지 않도록 한 쌍의 구동 휠(17)과 함께 본체(11)를 지지하는 한 쌍의 보조 휠(18)이 구비된다. 상기 한 쌍의 보조 휠(18)은 본체(11)의 하부에서 후방으로 연장된 보조 휠 지지대(15)에 체결 지지된다. 상기 한 쌍의 보조 휠(18)은 한 쌍의 구동 휠(17)이 동력 회전할 때 본체(11)의 진행을 방해하지 않도록 아이들링(idling) 회전한다. 본체(11)가 진행 방향을 좌측 또는 우측으로 변환할 수 있도록 구동 휠(17) 또는 보조 휠(18)이 상하 방향으로 연장된 가상의 피봇(pivot) 중심축에 대해 피봇 회전할 수도 있다.

한 쌍의 팔걸이(35)는 본체(11)의 상부에 체결 지지되어 후방으로 연장된다. 상기 팔걸이(35)에는 하체 외골격(40), 기립 보조 암(20), 또는 구동 휠(17)에 작동 명령을 입력하기 위한 입력 유닛의 일 예로서, 입력 스틱(stick)(65)이 마련된다. 다만, 상기 입력 스틱(65)은 작동 명령 입력을 위한 입력 유닛의 일 예에 불과하다. 예를 들어, 입력 유닛은, 터치스크린 패널(touch screen panel)을 구비한 GUI(graphic user interface) 또는 무선 조작이 가능한 리모트 콘트롤러(remote controller)를 포함할 수도 있다.

하체 외골격(40)은 사용자(3)의 한 쌍의 다리에 대응되게 한 쌍이 구비된다. 한 쌍의 하체 외골격(40)은 각각, 일어선 사용자(3)(도 6 참조)의 고관절(coxa)의 위치와 대응되게 위치하며 상기 고관절의 회전 범위와 대응되게 동력 회전 가능한 제1 구동 조인트(joint)(미도시), 상기 사용자(3)의 무릎 관절의 위치와 대응되게 위치하며 상기 무릎 관절의 회전 범위와 대응되게 동력 회전 가능한 제2 구동 조인트(미도시), 상기 사용자(3)의 발을 지지하는 발판(62), 상기 제1 구동 조인트와 상기 제2 구동 조인트를 연결하는 대퇴부 외골격(45), 상기 제2 구동 조인트와 상기 발판(62)을 연결하는 정강이 외골격(50), 상기 사용자(3)의 골반을 접촉 지지하는 골반 지지 하네스(harness)(41), 및 상기 사용자(3)의 무릎을 접촉 지지하는 무릎 지지 하네스(46)를 구비한다.

상기 제1 구동 조인트는 골반 지지 하네스(41) 내측에 위치하거나 골반 지지 하네스(41) 내부에 마련되어 상기 골반 지지 하네스(41)에 가려지고, 상기 제2 구동 조인트는 무릎 지지 하네스(46) 내측에 위치하거나 무릎 지지 하네스(46) 내부에 마련되어 상기 무릎 지지 하네스(46)에 가려지므로, 도 1에서 도시되지 않는다. 마찬가지로, 상기 제1 구동 조인트에 동력을 제공하는 전동 모터(motor)는 상기 골반 지지 하네스(41)에 가려지고, 상기 제2 구동 조인트에 동력을 제공하는 전동 모터는 상기 무릎 지지 하네스(46)에 가려지므로, 도 1에서 도시되지 않는다. 상기 제1 구동 조인트는 상기 팔걸이(35)의 후단에 연결 지지될 수도 있고, 본체(11)에 체결 지지되어 후방으로 연장된 별개의 하체 외골격 지지대(미도시)에 연결 지지될 수도 있다.

상기 한 쌍의 하체 외골격(40)은 각각 허벅지 착용 하네스(harness)(53)와 종아리 착용 하네스(57)를 더 구비한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 허벅지 착용 하네스(53)는 대퇴부 외골격(45)에 결합되며, 사용자(3)의 허벅지에 밀착되도록 착용되어 대퇴부 외골격(45)과 사용자(3)의 대퇴부를 연계한다. 종아리 착용 하네스(57)는 정강이 외골격(50)에 결합되며, 사용자(3)의 종아리에 밀착되도록 착용되어 정강이 외골격(50)과 사용자(3)의 정강이를 연계한다. 참조번호 '55' 및 '59'는 허벅지 착용 하네스(53)와 종아리 착용 하네스(57)를 사용자(3)의 허벅지 및 종아리에 밀착 착용하기 위한 예컨대, 스트랩(strap)과 같은 고정 수단이다. 또한, 참조번호 '63'은 사용자(3)의 발이 발판(62)에 고정 지지되도록 고정하는 예컨대, 스트랩과 같은 고정 수단이다.

하체 외골격(40)에는 사용자(3)의 하체의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 센서(sensor)(미도시)가 구비된다. 예를 들어, 상기 골반 지지 하네스(41) 또는 상기 제1 구동 조인트에 사용자(3)의 고관절의 회전 방향과 회전력을 감지하는 센서가 구비될 수 있다. 또한, 상기 무릎 지지 하네스(46) 또는 상기 제2 구동 조인트에 사용자(3)의 무릎 관절의 회전 방향과 회전력을 감지하는 센서가 구비될 수 있다.

기립 보조 암(20)은 사용자(3)(도 3 참조)를 앉은 자세에서 세워 일으키기 위한 것으로, 본체(11)의 상부에 회전 가능하게 결합되는 제1 로드(rod)(21)와, 상기 제1 로드(21)의 말단에 회전 가능하게 결합되는 제2 로드(24)를 구비한다. 제1 암 조인트(미도시)는 상기 제1 로드(21)와 상기 본체(11)를 연결하는 매개체로서, 상기 제1 로드(21)를 상기 본체(11)에 대해 동력 회전시킨다. 제2 암 조인트(23)는 상기 제1 로드(21)와 상기 제2 로드(24)를 연결하는 매개체로서, 상기 제2 로드(24)를 상기 제1 로드(21)에 대해 동력 회전시킨다. 상기 제1 암 조인트에 동력을 제공하는 전동 모터(motor)와, 상기 제2 암 조인트(23)에 동력을 제공하는 전동 모터는 도면에 개시되지 않는다.

기립 보조 암(20)은 사용자(2)의 상체에 착용되는 상체 착용 하네스(harness)(70)(도 4 참조)를 위로 끌어 올려, 앉은 자세의 사용자(3)를 일으켜 세운다. 도 4에는 상체 착용 하네스(70)의 일 예로서 조끼(vest) 형태의 상체 착용 하네스가 도시되어 있다. 상기 상체 착용 하네스(70)는 상체(4)의 움직임에 따라 유연하게 구부러질 수 있는 조끼(71)와, 상기 조끼(71)의 외측에 고정 결합된 프레임(frame)(73)을 구비한다. 상기 프레임(73)의 전면(前面)에는 강자성체로 이루어진 자석 부착 부재(75A)가 구비된다.

기립 보조 암(20)의 제2 로드(24)의 말단(26)에는 전자석이 구비된다. 따라서, 앉은 자세의 사용자(3)의 상체(4) 전면(前面)과 기립 보조 암(20)의 말단(26)이 근접된 상태에서 상기 말단(26)의 전자석을 작동시키면, 상기 전자석과 상기 자석 부착 부재(75A) 사이에 자기장에 의한 인력(引力)이 작용하여 상기 말단(26)이 상기 자석 부착 부재(75A)에 부착된다. 이처럼 기립 보조 암(20)의 말단(26)이 자석 부착 부재(75A)에 접촉된 채 상향 이동하도록 상기 제1 암 조인트(미도시)와 제2 암 조인트(23)가 작동하면, 상체 착용 하네스(70)가 위로 끌어 올려져 도 6에 도시된 바와 같이 상기 상체 착용 하네스(70)를 착용한 사용자(3)가 힘들이지 않고 일어서게 된다. 한편, 상기 기립 보조 암(20)의 말단(26)에 전자석을 대신하여 영구 자석이 구비되어도 동일한 기능이 구현될 수 있다.

도 7은 도 1의 기립 보행 보조 로봇의 기립 보조 암(arm)과 사용자가 착용한 상체 착용 하네스를 연결하는 구성의 다른 일 예를 도시한 사시도이다. 도 1, 도 4, 및 도 7을 함께 참조하면, 기립 보조 암(20)의 말단(26)에 후크(28)가 연결되고, 상체 착용 하네스(70)에는 자석 부착 부재(75A) 대신에 상기 후크(28)에 착탈 가능하게 체결되는 후크 체결 부재(75B)가 구비된다. 상기 후크 체결 부재(75B)는 상대적으로 직경이 작은 소직경부(77)와 상대적으로 직경이 큰 대직경부(76)가 단차지게 형성된 부재로서, 상기 소직경부(77)가 프레임(73)의 전면(前面)에 고정 부착된다.

상기 후크(28)는 대략 포물선에 가까운 링(ring) 형상의 부재로서, 후크(28)의 하부(29)의 곡률 반경은 후크 체결 부재(75B)의 소직경부(77)보다는 크지만 대직경부(76)보다는 작다. 그리고, 상기 후크(28)에 의해 형성되는 개구(31) 중에서 상기 후크 하부(29)보다 상측 부분의 횡방향 폭은 상기 대직경부(76)보다 크다. 후크(28)의 상단부에는 작은 링(ring) 형상의 끈 연결부(30)가 마련된다. 매듭을 묶어 끈(33)의 일 측 단부를 상기 끈 연결부(30)에 연결하고, 도 7에 도시되진 않았으나 상기 끈(33)의 타 측 단부를 기립 보조 암(20)의 말단(26)에 연결하여 후크(28)를 기립 보조 암(20)의 말단(26)에 연결할 수 있다.

상기 후크(28)의 개구(31)를 통과하여 상기 후크 체결 부재(75B)의 대직경부(76)가 전방으로 돌출되도록 상기 후크(28)를 상체 착용 하네스(70)의 전면(前面)에 근접시키고 후크(28)를 위로 당기면, 상기 후크 하부(29)가 후크 체결 부재(75B)의 소직경부(77)를 지지함과 동시에 대직경부(76)에 가로막혀, 상기 후크(28)가 후크 체결 부재(75B)에 체결된다. 이 상태로 기립 보조 암(20)의 말단(26)이 상향 이동하도록 기립 보조 암(20)의 제1 암 조인트(미도시)와 제2 암 조인트(23)가 작동하면, 상체 착용 하네스(70)가 위로 끌어 올려져 상체 착용 하네스(70)를 착용한 사용자(3)가 힘들이지 않고 일어서게 된다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 기립 보행 보조 로봇(10)은 기립 보조 암(20)과, 한 쌍의 하체 외골격(40)과, 한 쌍의 구동 휠(17)을 동작시키는 구동 유닛(69)과, 상기 구동 유닛(69)의 동작을 제어하는 제어 유닛(67)과, 상기 한 쌍의 하체 외골격(40)을 착용한 사용자의 상태를 감지하는 감지 유닛(68)을 구비한다. 상기 구동 유닛(69)은, 기립 보조 암(20)의 제1 암 조인트(미도시)에 회전 동력을 제공하는 전동 모터(미도시), 기립 보조 암(20)의 제2 암 조인트(23)에 회전 동력을 제공하는 전동 모터(미도시), 하체 외골격(40)의 제1 구동 조인트(미도시)에 회전 동력을 제공하는 전동 모터(미도시), 하체 외골격(40)의 제2 구동 조인트(미도시)에 회전 동력을 제공하는 전동 모터(미도시), 및 구동 휠(17)에 회전 동력을 제공하는 전동 모터(미도시)를 포함한다.

상기 감지 유닛(68)은 상술한 바와 같이 하체 외골격(40)에 구비된, 사용자(3)의 하체(6)의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 센서(sensor)(미도시)를 포함한다. 상기 제어 유닛(67)은 상기 감지 유닛(68)에 포함된 적어도 하나의 센서에서 송신된 감지 신호에 의해 사용자(3)(도 6 참조)의 상태를 파악하고, 상기 구동 유닛(69)에 포함된 전동 모터를 작동시키는 제어 신호를 상기 전동 모터에 송신한다. 또한, 상기 제어 유닛(67)은 상술한 입력 유닛를 통해 입력된 설정값에 대응되게 상기 구동 유닛(69)에 포함된 전동 모터가 작동하도록 제어 신호를 상기 전동 모터에 송신한다.

예를 들어, 재활 운동 모드(mode)에서는, 도 6에 도시된 바와 같이 사용자(3)가 하체 외골격(40)을 착용하고 일어선 상태에서 입력 유닛을 통해 보행 속도와 보폭을 특정하여 입력하면, 제어 유닛(67)이 상기 특정된 보행 속도와 보폭에 대응되는 구동 신호를 구동 유닛(69)의 전동 모터에 송신하고, 하체 외골격(40)의 제1 구동 조인트(미도시)와 제2 구동 조인트(미도시)와, 구동 휠(17)은 상기 특정된 보행 속도와 보폭에 대응되게 동작한다. 그런데, 하체 외골격(40)과 구동 휠(17)의 동작 중에 상기 감지 유닛(68)에 포함된 적어도 하나의 센서가 감지한 감지 신호를 통해 사용자(3)의 하체(6)의 움직임이 하체 외골격(40)의 움직임을 따라가지 못하는 것으로 판단되면, 제어 유닛(67)이 적절한 제어 신호를 송신하며, 사용자(3)의 하체(6)의 움직임을 추종하도록 상기 제어 신호에 의해 하체 외골격(40)의 제1 구동 조인트 및 상기 제2 구동 조인트 중 적어도 하나가 움직이고, 구동 휠(17)도 회전한다. 즉, 하체 외골격(40)의 보행 속도와 보폭이 사용자(3)의 상태에 맞춰져서 감소되며, 구동 휠(17)의 회전 속도도 감속된다.

다른 예로서, 하체(6)의 힘이 부족한 사용자(3)가 혼자 보행할 수 있게 돕는 보행 보조 모드에서는, 도 6에 도시된 바와 같이 사용자(3)가 하체 외골격(40)을 착용하고 일어선 상태에서 상기 감지 유닛(68)에 포함된 적어도 하나의 센서가 감지한 감지 신호를 통해 사용자(3)의 하체(6)가 미약하게 움직이는 것으로 판단되면, 제어 유닛(67)이 적절한 제어 신호를 송신하며, 사용자(3)의 하체(6)의 움직임, 즉 보행 동작이 증폭되도록 상기 제어 신호에 의해 하체 외골격(40)의 제1 구동 조인트 및 상기 제2 구동 조인트 중 적어도 하나가 움직이고, 구동 휠(17)도 회전한다.

도 3 내지 도 6은 도 1의 기립 보행 보조 로봇을 이용하는 과정을 순차적으로 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 하체(6)는 의지대로 움직이기 어렵지만 상체(4)는 의지대로 움직일 수 있는 사용자(3)가 기립 보행 보조 로봇(10)을 혼자 이용할 수 있다. 상기 사용자(3)는 휠 체어(wheel chair)(1)에 탄 채로 후방으로부터 기립 조행 보조 로봇(10)을 향해 접근한다. 도 4를 참조하면, 사용자(3)가 상체(4)에 상체 착용 하네스(70)를 착용한다. 상기 상체 착용 하네스(70)는 조끼(71)를 포함하므로, 사용자(3)가 입고 벗기 용이하고, 상체(4)에 꼭 맞게 착용한 상태로 상체 착용 하네스(70)를 위로 잡아 당기더라도 상체(4)에서 빠지지 않는다.

도 5를 참조하면, 사용자(3)가 휠 체어(1)를 기립 보행 보조 로봇(10)에 좀더 가깝게 접근시키고, 발판(62)에 발을 올리고 고정 수단(63)으로 고정하고, 종아리 착용 하네스(57)를 종아리에 밀착되도록 착용한다. 그리고, 리모트 콘트롤러와 같은 입력 유닛의 일 버튼을 눌러 기립 보조 암(20)의 말단(26)의 전자석을 작동시키고, 상기 기립 보조 암 말단(26)을 상체 착용 하네스(70) 전면(前面)의 자석 부착 부재(75A)에 부착한다.

도 6을 참조하면, 사용자(3)가 상기 리모트 콘트롤러와 같은 입력 유닛의 다른 일 버튼을 눌러 기립 보조 암(20)의 말단(26)이 상향 이동하도록 제1 암 조인트(미도시)와 제2 암 조인트(23)를 동작시킨다. 이렇게 되면 사용자(3)는 휠 체어(1)에서 일어나 선 자세가 된다. 그리고, 허벅지 착용 하네스(53)를 허벅지에 밀착되도록 착용한다. 이에 따라, 골반 지지 하네스(41)에 의해 사용자(3)의 골반이 접촉 지지되고, 무릎 지지 하네스(46)에 의해 사용자(3)의 무릎이 접촉 지지된다.

도 6에 도시된 상태가 기립 보행 보조 로봇(10)을 이용하여 사용자(3) 혼자 보행을 하기 위한 준비가 완료된 상태이며, 상술한 바와 같이 입력 유닛을 통해 설정값을 입력하여 보행을 시작할 수 있다. 한편, 보행 개시를 위해 또는 보행 중에 사용자(3)는 자신의 팔(5)을 팔걸이(35)에 지지하고 입력 스틱(65)을 손으로 쥐고 조작하며 보행 속도 및 보행 방향 등을 변경할 수 있다. 또한, 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 사용자(3)가 하체 외골격(40)을 착용하고 일어서 보행 준비가 되면, 감지 유닛(68)의 감지 결과를 반영하여 제어 유닛(67)이 구동 유닛(69)의 동작을 제어하게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

6: 하체 10: 기립 보행 보조 로봇
11: 본체 17: 구동 휠
20: 기립 보조 암 28: 후크
35: 팔걸이 40: 하지 외골격
41: 골반 지지 하네스 45: 대퇴부 외골격
46: 무릎 지지 하네스 50: 정강이 외골격
62: 발판 70: 상체 착용 하네스

Claims

사용자의 하체를 지지하며 상기 하체가 움직이도록 외력(外力)을 제공하는 하체 외골격; 상기 사용자를 앉은 자세에서 세워 일으키는 기립 보조 암; 및, 상기 하체 외골격 및 상기 기립 보조 암을 지지하며, 입력된 이동 명령에 의해, 또는 상기 하체 외골격에 지지된 하체의 반응을 감지하여 이동하는 본체;를 구비하고,
상기 기립 보조 암은 상기 사용자의 상체에 착용된 상체 착용 하네스를 위로 끌어 올려 상기 사용자를 일으키는 것을 특징으로 하는 기립 보행 보조 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 기립 보조 암의 말단에는 영구 자석 및 전자석 중 하나의 자석이 구비되고, 상기 상체 착용 하네스에는 상기 자석과의 사이에 인력(引力)이 작용하는 강자성체로 이루어진 자석 부착 부재가 구비되어,
상기 기립 보조 암의 말단이 상기 자석 부착 부재에 접촉된 채 상향 이동하여 상기 상체 착용 하네스를 위로 끌어 올리는 것을 특징으로 하는 기립 보행 보조 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 기립 보조 암의 말단에는 후크(hook)가 구비되고, 상기 상체 착용 하네스에는 상기 후크에 착탈 가능하게 체결되는 후크 체결 부재가 구비되어,
상기 후크가 상기 후크 체결 부재에 체결된 상태로 상기 기립 보조 암의 말단이 상향 이동하여 상기 상체 착용 하네스를 위로 끌어 올리는 것을 특징으로 하는 기립 보행 보조 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 하체 외골격은, 일어선 사용자의 고관절(coxa)의 위치와 대응되게 위치하며 상기 고관절의 회전 범위와 대응되게 동력 회전 가능한 제1 구동 조인트(joint), 상기 사용자의 무릎 관절의 위치와 대응되게 위치하며 상기 무릎 관절의 회전 범위와 대응되게 동력 회전 가능한 제2 구동 조인트, 상기 사용자의 발을 지지하는 발판, 상기 제1 구동 조인트와 상기 제2 구동 조인트를 연결하는 대퇴부 외골격, 및 상기 제2 구동 조인트와 상기 발판을 연결하는 정강이 외골격을 구비하는 것을 특징으로 하는 기립 보행 보조 로봇.
제4 항에 있어서,
상기 하체 외골격에는 상기 사용자의 하체의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 센서(sensor)가 구비되고,
상기 적어도 하나의 센서에 의해 상기 사용자의 하체 움직임이 감지되면 상기 제1 구동 조인트 및 상기 제2 구동 조인트 중 적어도 하나가 상기 사용자의 하체 움직임이 증폭되도록 회전하는 것을 특징으로 하는 기립 보행 보조 로봇.
제4 항에 있어서,
상기 하체 외골격에는 상기 사용자의 하체의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 센서가 구비되고,
상기 사용자의 하체의 움직임이 상기 하체 외골격의 움직임을 따라가지 못하는 것으로 상기 적어도 하나의 센서가 감지하면, 상기 하체 외골격의 움직임이 상기 사용자의 하체의 움직임을 추종하도록 상기 제1 구동 조인트 및 상기 제2 구동 조인트 중 적어도 하나가 움직이는 것을 특징으로 하는 기립 보행 보조 로봇.
제4 항에 있어서,
상기 하체 외골격은, 상기 사용자의 골반을 접촉 지지하는 골반 지지 하네스(harness), 및 상기 사용자의 무릎을 접촉 지지하는 무릎 지지 하네스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기립 보행 보조 로봇.
제4 항에 있어서,
상기 하체 외골격은, 상기 대퇴부 외골격에 결합된 것으로, 상기 사용자의 허벅지에 밀착되도록 착용되어 상기 대퇴부 외골격과 상기 사용자의 대퇴부를 연계하는 허벅지 착용 하네스(harness), 및 상기 정강이 외골격에 결합된 것으로, 상기 사용자의 종아리에 밀착되도록 착용되어 상기 정강이 외골격과 상기 사용자의 정강이를 연계하는 종아리 착용 하네스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기립 보행 보조 로봇.
제1 항에 있어서,
상기 기립 보행 보조 로봇을 진행시키기 위해 동력 회전하는 구동 휠(wheel);을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기립 보행 보조 로봇.