KR20180076139A - 운동 보조 장치 - Google Patents

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KR20180076139A
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distal
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최현도
박영진
노세곤
이민형
이종원
최병준
최정연
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삼성전자주식회사
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Abstract

일 실시 예에 따르면 운동 보조 장치는, 사용자의 근위 부분을 지지하기 위한 근위 지지부; 상기 사용자의 원위 부분을 지지하기 위한 원위 지지부; 상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동 및 회전 운동을 동시에 하는 회전 프레임; 회전 동력을 생성하는 구동원; 및 상기 구동원으로부터 생성된 회전 동력을 병진 동력으로 변환하고, 상기 병진 동력을 상기 회전 프레임으로 전달하기 위한 감속기를 포함할 수 있다.

Description

운동 보조 장치{A MOTION ASSIST APPARATUS}
아래의 설명은 운동 보조 장치에 관한 것이다.
관절이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 운동 보조 장치 및 군사용 등의 목적으로 사용자의 근력을 보조하기 위한 장치들이 개발되고 있다.
일 실시 예에 따르면 운동 보조 장치는, 사용자의 근위 부분(proximal part)을 지지하기 위한 근위 지지부(proximal support); 상기 사용자의 원위 부분(distal part)을 지지하기 위한 원위 지지부(distal support); 상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동(translation) 및 회전 운동(rotation)을 동시에 하는 회전 프레임; 회전 동력을 생성하는 구동원; 및 상기 구동원으로부터 생성된 회전 동력을 병진 동력으로 변환하고, 상기 병진 동력을 상기 회전 프레임으로 전달하기 위한 감속기를 포함할 수 있다.
상기 근위 지지부는 상기 사용자의 종아리(calf)를 지지하고, 상기 원위 지지부는 상기 사용자의 발(foot)을 지지하고, 상기 사용자가 상기 운동 보조 장치를 착용한 상태를 기준으로, 상기 회전 프레임은 상기 사용자의 발목(ankle)의 전방 및 상방에 위치 할 수 있다.
상기 근위 지지부는 상기 사용자의 종아리를 지지하고, 상기 원위 지지부는 상기 사용자의 발을 지지하고, 상기 사용자가 상기 운동 보조 장치를 착용한 상태를 기준으로, 상기 회전 프레임 중 상기 원위 지지부에 연결되는 부분은, 상기 사용자의 발목(ankle) 및 앞발(forefoot) 사이에 위치할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 감속기 및 회전 프레임에 연결되는 동력 전달 부재; 및 상기 근위 지지부에 대하여 서로 다른 병진 속도를 갖는 제 1 출력단(output terminal) 및 제 2 출력단;을 포함하는 동력 분배기를 더 포함할 수 있다.
상기 동력 전달 부재, 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 각각 회전 프레임에 연결될 수 있다.
상기 동력 분배기는, 상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 연결하고, 상기 근위 지지부에 회전 가능하게 연결되는 연결 부재를 더 포함하는 운동 보조 장치.
상기 제 2 출력단은, 로드 바디; 상기 로드 바디의 제 1 단부에 배치되고, 상기 연결 부재에 적어도 2 자유도로 회전 가능하게 연결되는 제 1 조인트; 및 상기 로드 바디의 제 2 단부에 배치되고, 상기 회전 프레임에 적어도 2 자유도로 회전 가능하게 연결되는 제 2 조인트를 포함할 수 있다.
상기 동력 분배기가 구동되면, 상기 제 1 출력단은, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동하고, 상기 제 2 출력단의 제 1 단부는, 상기 제 1 출력단에 대하여 병진 운동할 수 있다.
상기 연결 부재는, 각각 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 서로 연결하는 한 쌍의 평행한 링크를 포함할 수 있다.
상기 회전 프레임은, 상기 제 1 출력단에 대하여 요(yaw) 방향으로 회전 가능한 베이스 링크를 포함할 수 있다.
상기 베이스 링크는, 상기 제 1 출력단에 구비되고, 상기 사용자의 발목으로부터 전방 및 상방을 향하여 연장되는 회전 축에 회전 가능하게 연결됨으로써, 상기 사용자의 목말밑 관절을 중심으로 한 외번 및 내번 동작을 할 때의 움직임을 수용할 수 있다.
상기 회전 프레임은, 상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 베이스 링크에 대하여 피치(pitch) 방향으로 회전 가능한 지지 링크를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 사용자의 무릎 아래 부분에 장착되는 근위 지지부; 상기 사용자의 발에 장착되는 원위 지지부; 상기 근위 지지부 및 원위 지지부 사이에 위치하고, 장착된 상태에서 상기 발이 발목 관절을 중심으로 한 배굴 및 척굴 동작과 목말밑 관절을 중심으로 한 외번 및 내번 동작을 할 때의 움직임을 수용하도록 2자유도의 움직임을 가지는 회전 프레임; 상기 원위 지지부에 배치되어, 상기 사용자의 원위 부분이 상기 원위 지지부에 작용하는 압력을 측정하는 압력 센서; 및 상기 압력 센서에서 측정된 정보를 기초로 상기 구동원을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 압력 센서는, 상기 사용자의 발 중 제 1 부분의 압력을 감지하는 제 1 센서; 및 상기 사용자의 발 중 제 2 부분의 압력을 감지하는 제 2 센서를 포함할 수 있다.
상기 제 1 센서는 상기 원위 지지부 중 상기 사용자의 발꿈치가 배치되는 곳에 구비되고, 상기 제 2 센서는 상기 원위 지지부 중 상기 사용자의 중족골(metatarsal bone)이 배치되는 곳에 구비될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서의 감지 신호에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 복수 개의 위상으로 구별하고, 각각의 상기 위상에 해당하는 제어 신호를 통해 상기 구동원을 제어할 수 있다.
상기 압력 센서는, 상기 사용자의 발목 관절의 각도를 측정하기 위한 제 3 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제 1 센서에는 압력이 감지되고, 상기 제 2 센서에는 압력이 감지되지 않는 체중 부하 위상, 상기 제 1 센서 및 제 2 센서에 압력이 감지되는 중간 위상, 상기 제 1 센서에는 압력이 감지 되지 않고, 상기 제 2 센서에는 압력이 감지되는 터미널 위상, 상기 제 1 센서 및 제 2 센서에 압력이 감지되지 않는 스윙 위상으로 상기 사용자의 보행 상태를 구별할 수 있다.
상기 체중 부하 위상에서, 상기 구동원이 제공하는 동력은, 상기 발목 관절의 각속도에 비례할 수 있다.
상기 중간 위상에서, 상기 구동원이 제공하는 동력은, 상기 발목 관절의 각도 및 제 1 설정 각도의 차이와, 상기 발목 각도의 각속도에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 터미널 위상에서, 상기 구동원이 제공하는 동력은, 상기 발목 관절의 각도에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 스윙 위상에서, 상기 구동원이 제공하는 동력은, 상기 발목 관절의 각도 및 제 2 설정 각도의 차이와, 상기 발목 각도의 각속도에 기초하여 결정될 수 있다.
도 1a은 사용자의 발목 관절(talocrural joint)의 동작을 나타내는 도면이다.
도 1b는 사용자의 목말밑 관절(subtalar joint)의 동작을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 제 2 출력단을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 동력 전달 부재를 나타내는 도면이다.
도 5는 사용자의 발목 관절이 배굴(dorsi-flexion) 상태일 때, 일 실시 예에 따른 동력 분배기의 정면도이다.
도 6은 사용자의 발목 관절이 배굴(dorsi-flexion) 상태일 때, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이다.
도 7은 사용자의 발목 관절이 척굴(plantar-flexion) 상태일 때, 일 실시 예에 따른 동력 분배기의 정면도이다.
도 8은 사용자의 발목 관절이 척굴(plantar-flexion) 상태일 때, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도
도 9a는 사용자의 발목의 외번(eversion) 동작을 나타내는 도면이다.
도 9b는 사용자의 발목의 내번(inversion) 동작을 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 회전 프레임을 나타내는 부분 확대도이다.
도 11은 외번(eversion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 15는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
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 부가하였음에 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.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1a는 사용자의 발목 관절(talocrural joint)의 동작을 나타내는 도면이고, 도 1b는 사용자의 목말밑 관절(subtalar joint)의 동작을 나타내는 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 사용자의 발목(ankle)은 2개의 축을 기준으로 움직이는 것으로 이해할 수 있다. 제 1 축(A1) 및 제 2 축(A2)은 각각, 발목 관절(talocrural joint) 및 목말밑 관절(subtalar joint)을 개념적으로 도시한 것이다. 사용자의 발목은 발목 관절을 중심으로 배굴(dorsi-flexion) 또는 척굴(plantar-flexion) 동작할 수 있다. 또한, 사용자의 발목은 목말밑 관절을 중심으로 외번(eversion) 또는 내번(inversion) 동작할 수 있다. 제 1 축(A1) 및 제 2 축(A2) 중 어느 하나의 축을 기준으로 발목이 움직이면, 다른 하나의 축의 위치 또는 각도가 변경될 수 있다. 이하 설명하는 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 제 1 축(A1) 및/또는 제 2 축(A2)을 기준으로 한 발목의 움직임을 가능하게 한다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(1)는, 사용자에 착용되어 사용자의 운동을 보조할 수 있다. 사용자는 인체, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 운동 보조 장치(1)는, 근위 지지부(10, proximal support), 원위 지지부(11, distal support), 구동원(12), 동력 분배기(13) 및 회전 프레임(15)을 포함할 수 있다.
근위 지지부(10) 및 원위 지지부(11)는, 사용자의 관절을 기준으로 서로 반대편에 배치되어, 각각 근위 부분(proximal part) 및 원위 부분(distal part)을 지지할 수 있다. 근위 지지부(10) 및 원위 지지부(11)는, 사용자의 발목(ankle)을 중심으로 서로 반대편에 배치될 수 있으며, 근위 지지부(10)는 신체의 무릎 아래 부분, 예를 들어 종아리(calf)를 지지할 수 있고, 원위 지지부(11)는 신체의 발목의 아래 부분, 예를 들어 발(foot)을 지지할 수 있다. 구체적으로, 근위 지지부(10)는 사용자의 종아리 둘레를 전체적으로 지지하기 위한 탈부착식 벨트를 포함할 수 있고, 원위 지지부(11)는 사용자의 발을 지지하기 위해 발등과 발바닥을 전체적으로 둘러싸는 구조를 포함할 수 있다.
도 2는 운동 보조 장치(1)가, 사용자의 발목(ankle)의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 도시하였으나, 운동 보조 장치(1)는, 사용자의 손목, 팔꿈치 및 어깨 등 상체의 다른 부분이나, 무릎, 고관절 등의 하체의 다른 부분을 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(1)는, 사용자의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다. 이하, 운동 보조 장치(1)가, 인체의 발목(ankle)의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.
구동원(12)은, 동력 분배기(13)를 구동하기 위한 동력을 생성할 수 있다. 구동원(12)은, 예를 들면, 회전 동력을 생성하기 위한 모터일 수 있다. 다른 예로, 구동원(12)은, 병진 동력을 생성하기 위한 피스톤-실린더 방식, 와이어 구동 방식일 수도 있다. 이하에서는 구동원(12)이 모터인 경우를 예시적으로 설명하기로 한다.
동력 분배기(13)는, 구동원(12)으로부터 전달받은 동력을 감속시키기 위한 감속기(134)와, 감속기(134)로 전달된 동력을 회전 프레임(15)으로 전달하기 위한 동력 전달 부재(135)와, 구동원(12)에서 생성된 동력을 전달받아 구동되는 제 1 출력단(131, output terminal) 및 제 2 출력단(132)과, 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132) 중 어느 하나가 다른 하나에 대하여 상대적으로 움직이도록 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132)을 연결하는 연결 부재(133)를 포함할 수 있다.
감속기(134)는, 회전 운동을 병진 운동으로 변환하는 볼스크류 방식 등의 변속 메커니즘을 포함할 수도 있다. 감속기(134)는, 구동원(12)로부터 회전 운동을 전달받는 볼트부(134a) 및 볼트부(134a)에 결합되어 볼트부(134a)가 회전 함에 따라 볼트부(134a)의 길이 방향을 따라 병진 운동하는 너트부(134b), 및 너트부(134b)가 상하방향으로 슬라이드 하도록 가이드 하는 가이드부(134c)를 포함할 수 있다. 감속기(134)는, 다른 예로, 움직 도르래 방식과 같이 병진 운동을 다른 형태로 변환시키지 않고 감속시켜 전달하는 변속 메커니즘을 포함할 수도 있다. 실시 예에서 감속기(134)의 종류는 제한되지 않음을 밝혀둔다. 이하에서는 감속기(134)가 볼스크류 방식인 경우를 예시적으로 설명하기로 한다.
동력 전달 부재(135)는, 감속기(134) 및 회전 프레임(15) 사이를 연결할 수 있다. 동력 전달 부재(135)는, 예를 들어, 감속기(134)의 병진 운동을 회전 프레임(15)으로 전달하는 로드일 수 있다. 동력 전달 부재(135)는, 감속기(134)으로부터 전달받은 동력을 이용하여, 회전 프레임(15)을 병진 또는 회전 운동시킬 수 있다.
연결 부재(133)에 의하면, 동력 분배기(13)가 동작할 때 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132)이 동일한 방향으로 서로 다른 속도로 이동될 수 있다. 제 2 출력단(132)의 속도는, 제 1 출력단(131)의 속도보다 클 수 있다. 연결 부재(133)는, 예를 들어, 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132) 각각에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 2개의 출력단이 서로 상대적으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(133)는, 일측이 종아리를 둘러싸는 근위 지지부(10)에 회전 가능하게 고정되고 무릎 아래 부분을 가로지르는 길이 방향 부재일 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 무릎과 발목을 잇는 상하 방향으로 제 1 출력단(131)이 근위 지지부(10)에 대하여 상대적으로 이동하고, 제 2 출력단(132)도 마찬가지로 제 1 출력단(131)에 대하여 대략상하 방향으로 상대적으로 이동할 수 있다.
회전 프레임(15)은, 근위 지지부(10)에 대하여 병진 운동(translation) 및 회전 운동(rotation)을 동시에 할 수 있다. 회전 프레임(15)의 제 1 부분은 발목 앞쪽으로 발등 및 발바닥을 둘러싸는 원위 지지부(11)에 연결되고, 제 2 부분은 동력 전달 부재(135)를 통해 감속기(134)에 연결되고, 제 3 부분은 제 2 출력단(132)에 연결되고, 제 4 부분은 제 1 출력단(131)에 대하여 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 회전 프레임(10)은 사용자의 발목 관절(talocrural joint) 축 상에 위치하는 구성에 연결되지 않고도, 사용자의 발목 관절(talocrural joint)의 근방을 원격 회전 중심(remote center of motion, RCM)으로 하여 회전될 수 있다. 따라서, 회전 프레임(15)은 실제 사용자의 발목 관절의 운동과 유사한 움직임을 나타낼 수 있다.
동력 분배기(13) 및 회전 프레임(15)을 포함하는 움직이는 파트들은 모두, 사용자가 운동 보조 장치(1)를 착용한 상태를 기준으로, 사용자의 발목(ankle)과 앞발(forefoot) 사이 전방에 위치할 수 있다. 상하로는, 움직이는 파트들이 모두 발과 무릎 사이에 위치할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 운동 보조 장치(1)는 아랫다리 후면에 움직이는 파트들이 없는 형태로 사용자에게 장착될 수 있다. 또한, 이렇게 움직이는 파트들이 아랫다리 전면에 배치되면 사용자는 운동 보조 장치(1)를 장착한 상태에서 운동화 등 통상적인 신발을 신거나 벗을 수 있게 되어 사용 편의성이 향상될 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 제 2 출력단을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 제 2 출력단(132)은, 로드 바디(1321)와, 로드 바디(1321)의 양 단에 각각 마련되는 제 1 조인트(1322) 및 제 2 조인트(1323)를 포함할 수 있다. 제 1 조인트(1322)는, 연결 부재(133)에 적어도 2 자유도로 피봇(pivot) 회전 가능하게 연결되고, 제 2 조인트(1323)는, 회전 프레임(15)에 적어도 2 자유도로 피봇 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들면, 연결 부재(133)는 돌출부(133a, 도 5 참조) 및 제 1 연결체(1331)를 포함하고, 제 1 조인트(1322)는 제 1 연결체(1321)에 연결되어 적어도 2회전 자유도로 회전될 수 있다. 상기 2회전 자유도는, 로드 바디(1321)의 길이 방향 축(L1)에 대하여 전후 방향으로 수직한 제 1 회전 축(R1)을 중심으로 회전되는 요(yaw) 회전 자유도와, 로드 바디(1321)의 길이 방향 축(L1)에 대하여 좌우 방향으로 수직한 제 2 회전 축(R2)을 중심으로 회전되는 피치(pitch) 회전 자유도를 포함할 수 있다. 도 3과 같이 제 1 연결체(1331)가 구형 베어링 또는 볼 조인트인 경우, 제 1 조인트(1322)는 로드 바디(1321)의 길이 방향 축(L1)을 중심으로 롤(roll) 회전 가능하므로, 상기 요(yaw) 회전 자유도, 피치(pitch) 회전 자유도 및 롤(roll) 회전 자유도를 포함하는 3회전 자유도로 회전될 수 있다.
회전 프레임(15, 도2참조)은 제 2 연결체(155)를 포함하고, 제 2 조인트(1323)는 제 2 연결체(155)에 연결되어 적어도 2회전 자유도로 회전될 수 있다. 상기 2회전 자유도는, 로드 바디(1321)의 길이 방향 축(L1)에 대하여 전후 방향으로 수직한 제 3 회전 축(R3)을 중심으로 회전되는 요(yaw) 회전 자유도와, 로드 바디(1321)의 길이 방향 축(L1)에 대하여 좌우 방향으로 수직한 제 4 회전 축(R4)을 중심으로 회전되는 피치(pitch) 회전 자유도를 포함할 수 있다. 도 3과 같이 제 2 연결체(155)가 구형 베어링 또는 볼 조인트인 경우, 제 2 조인트(1323)는 로드 바디(1321)의 길이 방향 축(L1)을 중심으로 롤(roll) 회전 가능하므로, 상기 요(yaw) 회전 자유도, 피치(pitch) 회전 자유도 및 롤(roll) 회전 자유도를 포함하는 3회전 자유도로 회전될 수 있다.
제 1 조인트(1322)는, 돌출부(133a)에 피치(pitch) 회전 가능하게 연결되고, 제 2 조인트(1323)는, 회전 프레임(15)에 피치(pitch) 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제 1 출력단(131) 및 돌출부(133a)의 속도 차이가 발생될 때, 로드 바디(1321)가 제 1 출력단(131)에 대하여 피치 회전하여, 제 2 조인트(1323)를 제 1 출력단(131)에 대하여 전방 또는 후방으로 이동시킬 수 있다. 다시 말하면, 제 2 조인트(1323)에 연결된 회전 프레임(15)이 제 1 출력단(131)에 대해 피치 회전함으로써, 사용자의 발목 관절(talocrural joint)이 배굴(dorsi-flexion) 또는 척굴(plantar-flexion) 동작하는 것을 구현할 수 있다.
제 1 조인트(1322)는, 연결 부재(133)에 요(yaw) 회전 가능하게 연결되고, 제 2 조인트(1323)는, 회전 프레임(15)에 요(yaw) 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 사용자가 목말밑 관절(subtalar joint)의 회전 축을 따라서 외번(eversion) 또는 내번(inversion) 동작을 함에 따라 회전 프레임(15)이 제 1 출력단(131)에 대하여 요(yaw) 회전되더라도, 제 2 출력단(132)에 토크가 가해지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 사용자는 제 2 출력단(132)에 의해 발생되는 외력을 받지 않고, 편안하게 외번 또는 내번 동작을 할 수 있게 된다. 다시 말하면, 제 2 출력단(132)는, 사용자의 목말밑 관절(subtalar joint)의 움직임에 순응하도록 동작될 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 동력 전달 부재를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 동력 전달 부재(135)는, 부재 바디(1351)와, 부재 바디(1351)의 양 단에 각각 마련되는 제 1 단부(1352) 및 제 2 단부(1353)을 포함할 수 있다. 제 1 단부(1352)는, 감속기(134)의 너트부(134b)에 연결되고, 너트부(134b)와 함께 일체로 병진운동 할 수 있다. 제 2 단부(1353)는 회전 프레임(15)에 적어도 2 자유도로 피봇 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들면, 회전 프레임(15)은 제 3 연결체(156)를 포함하고, 제 2 단부(1353)는 제 3 연결체(156)에 연결되어 적어도 2회전 자유도로 회전될 수 있다. 상기 2회전 자유도는, 부재 바디(1351)의 길이 방향 축(L2)에 대하여 전후 방향으로 수직한 제 5 회전 축(R5)을 중심으로 회전되는 요(yaw) 회전 자유도와, 부재 바디(1351)의 길이 방향 축(L2)에 대하여 좌우 방향으로 수직한 제 6 회전 축(R6)을 중심으로 회전되는 피치(pitch) 회전 자유도를 포함할 수 있다. 도 4와 같이 제 3 연결체(156)가 구형 베어링 또는 볼 조인트인 경우, 제 2 단부(1353)은 부재 바디(1351)의 길이 방향 축(L2)을 중심으로 롤(roll) 회전 가능하므로, 상기 요(yaw) 회전 자유도, 피치(pitch) 회전 자유도 및 롤(roll) 회전 자유도를 포함하는 3회전 자유도로 회전될 수 있다.
제 2 단부(1353)는, 회전 프레임(15)에 피치(pitch) 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제 1 출력단(131, 도2참조) 및 돌출부(133a, 도2참조)의 상하방향 속도가 다를 경우, 사용자의 발목 관절(talocrural joint)이 배굴(dorsi-flexion) 또는 척굴(plantar-flexion) 동작하는 것을 구현할 수 있다.
제 2 단부(1353)는, 회전 프레임(15)에 요(yaw) 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 사용자가 목말밑 관절(subtalar joint)의 회전 축을 따라서 외번(eversion) 또는 내번(inversion) 동작을 함에 따라 회전 프레임(15)이 제 1 출력단(131)에 대하여 요(yaw) 회전되더라도, 동력 전달 부재(135)에 토크가 가해지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 사용자는 동력 전달 부재(135)에 의해 발생되는 외력을 받지 않고, 편안하게 외번 또는 내번 동작을 할 수 있게 된다. 다시 말하면, 동력 전달 부재(135)는, 사용자의 목말밑 관절(subtalar joint)의 움직임에 순응하도록 동작될 수 있다.
도 5는 사용자의 발목 관절이 배굴(dorsi-flexion) 상태일 때, 일 실시 예에 따른 동력 분배기의 정면도이고, 도 6은 사용자의 발목 관절이 배굴(dorsi-flexion) 상태일 때, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 동력 분배기(13)가 구동될 경우, 감속기(134)로부터 동력을 전달받은 동력 전달 부재(135)는 도 5에 도시되어 있는 화살표 방향으로 이동하고, 제 2 출력단(132)은 대략 상기 화살표 방향으로 이동할 수 있다. 제 1 출력단(131)은 연결 부재(133)를 통하여 제 2 출력단(132)에 연결되므로, 제 1 출력단(131)은 제 2 출력단(132)과 마찬가지로 상기 화살표 방향으로 이동할 수 있다.
연결 부재는(133)는, 예를 들어, 각각 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132)을 연결하는 한 쌍의 평행한 링크를 포함할 수 있다. 이와 같은 평행 사변형 4절 링크 구조에 의하면, 제 1 출력단(131) 및 제 2 출력단(132)이 상대적으로 슬라이딩 이동될 수 있다.
연결 부재(133)의 회전 중심을 기준으로 제 2 출력단(132)이 연결되는 돌출부(133a)는, 제 1 출력단(131)보다 멀리 배치될 수 있다. 따라서, 제 2 출력단(132)은, 제 1 출력단(131)과 대략 같은 방향으로 제 1 출력단(131) 보다 빠른 속도로 슬라이딩 될 수 있다. 이와 같은 경우, 제 1 출력단(131)은 근위 지지부(10)에 대하여 위쪽으로 병진 운동하고, 제 2 출력단(132)은 제 1 출력단(131)에 대하여 위쪽으로 병진 운동할 수 있다.
도 5 및 도 6과 같이 동력 전달 부재(135)가 위쪽으로 이동되면, 제 1 출력단(131)은 위쪽으로 이동되어 목말밑 관절(subtalar joint)의 운동 축(A2)을 상측으로 이동시킬 수 있다. 제 2 출력단(132)은, 제 1 출력단(131) 보다 빠른 속도로 위쪽으로 이동하므로, 제 1 출력단(131)에 연결된 회전 프레임(15)을 위쪽, 도 6을 기준으로 시계 반대 방향으로 회전시킬 수 있다. 이와 같은 경우, 운동 보조 장치(1)는, 사용자의 발목이 배굴(dorsi-flextion) 운동되게 할 수 있다.
도 7은 사용자의 발목 관절이 척굴(plantar-flexion) 상태일 때, 일 실시 예에 따른 동력 분배기의 정면도이고, 도 8은 사용자의 발목 관절이 척굴(plantar-flexion) 상태일 때, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이다.
도 7 및 도 8과 같이 동력 전달 부재(135)가 도 7에 도시된 화살표 방향으로 이동되면, 제 1 출력단(131)은 상기 화살표 방향으로 이동하여 목말밑 관절(subtalar joint)의 운동 축(A2)을 하측으로 이동시킬 수 있다. 제 2 출력단(132)은, 제 1 출력단(131) 보다 빠른 속도로 아래쪽으로 이동하므로, 제 1 출력단(131)에 연결된 회전 프레임(15)을, 도 7을 기준으로 시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(1)는, 사용자의 발목이 척굴(plantar-flextion) 운동되게 할 수 있다.
한편, 사용자의 발목이 배굴 상태에서 척굴 상태로 전환되면, 사용자의 발목에 인접한 부분의 피부는 신장하게 된다. 이와 같은 경우에도 후술할 회전 프레임(15)의 구조에 의하면, 원위 지지부(11)가 병진 및 회전 운동을 동시에 할 수 있으므로, 원위 지지부(11)는 사용자의 발에 대하여 상대적인 위치를 유지할 수 있다. 다시 말하면, 사용자의 발목의 신장 또는 압축에 따라 발생될 수 있는 피부 쓸림 현상 등을 방지할 수 있다.
도 9a는 사용자의 발목의 외번(eversion) 동작을 나타내는 도면이고, 도 9b는 사용자의 발목의 내번(inversion) 동작을 나타내는 도면이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 사용자의 발목은, 사용자의 중심을 기준으로 바깥쪽으로 휘어지는 외번 운동과, 안쪽으로 휘어지는 내번 운동이 가능하다. 이와 같은 운동에 따라 발목 관절(talocrural joint)의 배굴(dorsi-flexion) 운동 및 척굴(plantar-flexion) 운동의 회전 축(A1)도 변화하게 된다. 구체적으로 도 9a와 같이 발목이 외번 운동하면, 발목 관절의 회전 축(A1)은 사용자의 중심을 향하여 하향 경사지게 변화된다. 반대로 도 9b와 같이 발목이 내번 운동하면, 발목 관절의 회전 축(A1)은 사용자의 중심을 향하여 상향 경사지게 변화된다. 실시 예에 따르면, 이와 같은 외번/내번 동작에 대응하여, 발목 관절의 회전 축(A1)의 경사를 변경시킬 수 있다.
도 10은 일 실시 예에 따른 회전 프레임을 나타내는 부분 확대도이고, 도 11은 외번(eversion) 상태에서의 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 일 실시 예에 따른 회전 프레임(15)은, 베이스 링크(151), 연결 링크(153) 및 지지 링크(154)를 포함할 수 있다.
베이스 링크(151)는, 목말밑 관절(subtalar joint)의 움직임을 추종할 수 있도록, 제 1 출력단(131)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 베이스 링크(151)는, 제 1 출력단(131)에 대하여 도 10에 화살표로 표시된 요(yaw) 방향으로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 다시 말하면, 베이스 링크(151)는, 사용자의 발목으로부터 전방 및 상방을 향하여 연장되는 회전 축(L3)을 기준으로 회전될 수 있다. 베이스 링크(151)에 의하면, 도 11과 같이 사용자의 발목이 외번(eversion) 동작을 할 때, 제 1 출력단(131)에 대하여 회전 프레임(15)이 요(yaw) 방향으로 회전됨으로써, 운동 보조 장치(1)가 목말밑 관절의 움직임에 순응하여 동작될 수 있다. 사용자의 발목의 내번(inversion) 동작을 할 때도 마찬가지이며, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
지지 링크(154)는, 원위 지지부(11)에 연결되고, 베이스 링크(151)에 대하여 피치(pitch) 방향으로 회전될 수 있다. 지지 링크(154)는, 베이스 링크(151)의 회전 축(L3)과, 발의 길이 방향을 따라 연장한 연장선이 속하는 평면 상에서 회전 운동할 수 있다. 따라서, 도 11과 같이 회전 프레임(15)이 요(yaw) 방향으로 회전된 상태에서도, 지지 링크(154)는, 동력 전달 부재(135) 및 제 2 출력단(132)의 구동에 따라서 동작될 수 있으므로, 사용자의 발목은 2자유도로 자유롭게 움직일 수 있게 된다.
지지 링크(154)는, 베이스 링크(151)에 직접적으로 연결되지 않고, 베이스 링크(151)에 회전 가능하게 연결되는 연결 링크(153)에 의해 연결될 수 있다. 다시 말하면, 회전 프레임(15)은, 베이스 링크(151) 및 지지 링크(154)에 사이에 연결되는 연결 링크(153)를 포함할 수 있다.
도 12는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이다.
도 12를 참조하면, 운동 보조 장치(2)는, 구동원(12), 동력 분배기(13) 및 회전 프레임(15)을 포함할 수 있다.
동력 분배기(13)는, 감속기(134), 동력 전달 부재(135), 제 1 출력단(131), 제 2 출력단(132) 및 연결 부재(133)를 포함할 수 있다.
감속기(134)는, 회전 운동을 병진 운동으로 변환하는 볼스크류 방식 등의 변속 메커니즘을 포함할 수도 있다. 감속기(134)는, 구동원(12)로부터 회전 운동을 전달받는 회전 부재(134d) 및 회전 부재(134e)에 결합된 회전 축(134e)을 포함할 수 있다.
구동원(12)는 회전 부재(134d)를 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전시키며 회전 축(134e)을 상하방향으로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 회전 부재(134d)는 암나사산을 포함하고, 회전 축(134e)은 암나사산에 대응되는 수나사산을 포함할 수 있다. 회전 축(134e)은 동력 전달 부재(135)에 연결되거나, 동력 전달 부재(135)와 강체 운동 할 수 있다.
도 13은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 측면도이고, 도 14는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이고, 도 15는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(1)는, 회전 프레임(15)을 구동하기 위한 동력을 생성하는 구동원(12)과, 원위 지지부(11)에 배치되어, 사용자의 원위 부분이 원위 지지부(11)에 작용하는 압력을 측정하는 압력 센서(18)와, 압력 센서(18)에서 측정된 정보를 기초로 구동원을 제어하는 제어부(19)를 포함할 수 있다.
압력 센서(18)는, 사용자의 제 1 부분의 압력을 감지하는 제 1 센서(181), 사용자의 제 2 부분의 압력을 감지하는 제 2 센서(182), 사용자의 발목 관절의 각도를 측정하기 위한 제 3 센서(183)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 센서(181)는 원위 지지부(11) 중 사용자의 발꿈치가 배치되는 곳에 구비될 수 있고, 제 2 센서(182)는 원위 지지부(11) 중 사용자의 중족골(metatarsal bone)이 배치되는 곳에 구비될 수 있고, 제 3 센서(183)는 운동 보조 장치(1)의 일측에 구비될 수 있다. 예를 들어, 제 1 센서(181), 제 2 센서(182) 및 제 3 센서(183)는 압력이 감지되는 경우에는 활성화되어 제어부(19)로 신호를 전송하고, 압력이 감지되지 않는 경우에는 비활성화될 수 있다.
제어부(19)는, 압력 센서(18)의 정보에 기초하여 사용자의 보행 상태를 결정할 수 있다. 제어부(19)는 제 1 센서(181) 및 제 2 센서(182)의 압력 감지 여부를 판단하여 사용자의 보행 상태를 복수 개의 위상(phase)으로 구별할 수 있다. 제어부(19)는, 각각의 위상에 해당하는 제어 신호를 통해 구동원(12)을 제어할 수 있다.
제어부(19)는, 제 1 센서(181)에는 압력이 감지되고, 제 2 센서(182)에는 압력이 감지되지 않는 경우, 사용자의 보행상태를 체중 부하 위상으로 결정할 수 있다. 제어부(19)는, 제 1 센서(181) 및 제 2 센서(182)에 모두 압력이 감지되는 경우, 사용자의 보행상태를 중간 위상으로 결정할 수 있다. 제어부(19)는, 제 1 센서(181)에는 압력이 감지 되지 않고, 제 2 센서(182)에는 압력이 감지되는 경우, 사용자의 보행상태를 터미널 위상으로 결정할 수 있다. 제어부(19)는, 제 1 센서(181) 및 제 2 센서(182)에 모두 압력이 감지되지 않는 경우, 사용자의 보행 상태를 스윙 위상으로 결정할 수 있다.
구체적으로, 체중 부하 위상은 입각기(standing phase) 중 초기에 해당하며 발꿈치가 지면에 접촉하는 단계일 수 있고, 중간 위상은 입각기 중 중기에 해당하며 발이 전체적으로 지면에 접촉하는 단계일 수 있고, 터미널 위상은 입각기 중 말기에 해당하며 앞발(forefoot)이 지면에 접촉하여 푸쉬 오프(push off) 동작하는 단계일 수 있고, 스윙 위상은 유각기(swing phase)일 수 있다.
제어부(19)는, 사용자의 보행상태가 체중 부하 위상으로 결정된 경우, 구동원(12)이 사용자의 발목 관절의 각도의 각속도에 비례한 동력을 제공하도록 구동원(12)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동원(12)이 제공하는 출력 토크(
Figure pat00001
)는 아래의 수학식 1과 같을 수 있다.
<수학식 1>
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
는 체중 부하 위상에서의 감쇠 게인(damping gain)이고,
Figure pat00004
는 사용자의 발목 관절의 각속도(angular velocity of the ankle joint)이다. 구동원(12)은, 예를 들어, 상기 수학식 1과 같은 토크를 제공함으로써, 사용자의 발뒤꿈치가 지면에 닿을 때, 사용자의 발목 관절에 전해지는 충격을 흡수할 수 있다.
제어부(19)는, 사용자의 보행상태가 중간 위상으로 결정된 경우, 구동원(12)이 사용자의 발목 관절의 각도 및 제 1 설정 각도의 차이와, 발목 각도의 각속도에 기초하여 동력을 제공하도록 구동원(12)을 제어할 수 있다. 제 1 설정 각도는, 예를 들어, 사용자의 보행 상태가 체중 부하 위상에서 중간 위상으로 바뀌는 순간에서의 발목 관절의 각도일 수 있다. 예를 들어, 구동원(12)이 제공하는 토크(
Figure pat00005
)는 아래의 수학식 2와 같을 수 있다.
<수학식 2>
Figure pat00006
여기서,
Figure pat00007
는 중간 위상에서의 비례 게인(proportional gain),
Figure pat00008
는 중간 위상에서의 미분 계인(derivative gain),
Figure pat00009
는 발목 관절의 현재 각도,
Figure pat00010
는 체중 부하 위상에서 중간 위상으로 바뀔 때의 발목 관절의 각도이다. 예를 들어, 사용자의 보폭이 커질 경우,
Figure pat00011
은 감소할 수 있다. 구동원(12)은, 예를 들어, 상기 수학식 1과 같은 토크를 제공함으로써, 사용자가 앞으로 쓰러지는 것을 방지할 수 있다.
제어부(19)는, 사용자의 보행상태가 터미널 위상으로 결정된 경우, 구동원(12)이 사용자의 발목 관절의 각도에 기초하여 동력을 제공하도록 구동원(12)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동원(12)이 제공하는 토크(
Figure pat00012
)는 아래의 수학식 3와 같을 수 있다.
<수학식 3>
Figure pat00013
여기서,
Figure pat00014
는 발목 관절 의존 토크이며, 정상 보행의 토크 프로파일과 유사한 토크일 수 있다.
Figure pat00015
는 터미널 위상에서의 비례 게인,
Figure pat00016
는 터미널 위상에서 스윙 위상으로 바뀔 때의 발목 관절의 각도이다. 구동원(12)은, 예를 들어, 상기 수학식 3과 같은 토크를 제공함으로써 사용자의 푸쉬 오프를 보조할 수 있다.
제어부(19)는, 사용자의 보행상태가 스윙 위상으로 결정된 경우, 구동원(12)이 사용자의 발목 관절의 각도 및 제 2 설정 각도의 차이와, 발목 각도의 각속도에 기초하여 동력을 제공하도록 구동원(12)을 제어할 수 있다. 제 2 설정 각도는, 예를 들어, 스윙 위상에서 사용자의 발이 지면에 걸리지 않을 수 있는 발목 관절의 최대 각도일 수 있다. 예를 들어, 구동원(12)이 제공하는 토크(
Figure pat00017
)는 아래의 수학식 4와 같을 수 있다.
<수학식 4>
Figure pat00018
여기서,
Figure pat00019
는 스윙 위상에서의 비례 게인,
Figure pat00020
는 스윙 위상에서의 미분 계인,
Figure pat00021
는 발목 관절의 현재 각도,
Figure pat00022
는 스윙 위상에서 사용자의 발이 지면에 걸리지 않을 수 있는 발목 관절의 최대 각도이다. 이와 같은 제어 방법에 따르면, 무릎 부상이나, 비골 신경(common peroneal nerve) 등의 이상으로 발목을 위로 들어올리지 못하는 풋 드롭(foot drop) 현상에 의하여, 스윙 위상 중에 발이 지면에 끌리는 상태로 보행하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 발목 관절을 배굴 시키려는 힘을 가할 때, 구동원(12)은 상기 배굴 시키려는 힘에 대한 반력을 제공할 수 있다. 사용자는 스윙 위상에서의 비례 게인을 조절하여 상기 반력의 크기를 조절할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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.

Claims (20)

  1. 사용자의 근위 부분(proximal part)을 지지하기 위한 근위 지지부(proximal support);
    상기 사용자의 원위 부분(distal part)을 지지하기 위한 원위 지지부(distal support);
    상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동(translation) 및 회전 운동(rotation)을 동시에 하는 회전 프레임;
    회전 동력을 생성하는 구동원; 및
    상기 구동원으로부터 생성된 회전 동력을 병진 동력으로 변환하고, 상기 병진 동력을 상기 회전 프레임으로 전달하기 위한 감속기;
    를 포함하는 운동 보조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 근위 지지부는 상기 사용자의 종아리(calf)를 지지하고, 상기 원위 지지부는 상기 사용자의 발(foot)을 지지하고,
    상기 사용자가 상기 운동 보조 장치를 착용한 상태를 기준으로, 상기 회전 프레임은 상기 사용자의 발목(ankle)의 전방 및 상방에 위치하는 운동 보조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 근위 지지부는 상기 사용자의 종아리를 지지하고, 상기 원위 지지부는 상기 사용자의 발을 지지하고,
    상기 사용자가 상기 운동 보조 장치를 착용한 상태를 기준으로, 상기 회전 프레임 중 상기 원위 지지부에 연결되는 부분은, 상기 사용자의 발목(ankle) 및 앞발(forefoot) 사이에 위치하는 운동 보조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 감속기 및 회전 프레임에 연결되는 동력 전달 부재; 및
    상기 근위 지지부에 대하여 서로 다른 병진 속도를 갖는 제 1 출력단(output terminal) 및 제 2 출력단;
    을 포함하는 동력 분배기를 더 포함하고,
    상기 동력 전달 부재, 제 1 출력단 및 제 2 출력단은 각각 회전 프레임에 연결되는 운동 보조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 동력 분배기는,
    상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 연결하고, 상기 근위 지지부에 회전 가능하게 연결되는 연결 부재를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 출력단은,
    로드 바디;
    상기 로드 바디의 제 1 단부에 배치되고, 상기 연결 부재에 적어도 2 자유도로 회전 가능하게 연결되는 제 1 조인트; 및
    상기 로드 바디의 제 2 단부에 배치되고, 상기 회전 프레임에 적어도 2 자유도로 회전 가능하게 연결되는 제 2 조인트를 포함하는 운동 보조 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 동력 분배기가 구동되면,
    상기 제 1 출력단은, 상기 근위 지지부에 대하여 병진 운동하고,
    상기 제 2 출력단의 제 1 단부는, 상기 제 1 출력단에 대하여 병진 운동하는 운동 보조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 연결 부재는,
    각각 제 1 출력단 및 제 2 출력단을 서로 연결하는 한 쌍의 평행한 링크를 포함하는 운동 보조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 프레임은,
    상기 제 1 출력단에 대하여 요(yaw) 방향으로 회전 가능한 베이스 링크를 포함하는 운동 보조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 베이스 링크는,
    상기 제 1 출력단에 구비되고, 상기 사용자의 발목으로부터 전방 및 상방을 향하여 연장되는 회전 축에 회전 가능하게 연결됨으로써, 상기 사용자의 목말밑 관절을 중심으로 한 외번 및 내번 동작을 할 때의 움직임을 수용하는 운동 보조 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 회전 프레임은,
    상기 원위 지지부에 연결되고, 상기 베이스 링크에 대하여 피치(pitch) 방향으로 회전 가능한 지지 링크를 포함하는 운동 보조 장치.
  12. 사용자의 무릎 아래 부분에 장착되는 근위 지지부;
    상기 사용자의 발에 장착되는 원위 지지부;
    상기 근위 지지부 및 원위 지지부 사이에 위치하고, 장착된 상태에서 상기 발이 발목 관절을 중심으로 한 배굴 및 척굴 동작과 목말밑 관절을 중심으로 한 외번 및 내번 동작을 할 때의 움직임을 수용하도록 2자유도의 움직임을 가지는 회전 프레임;
    상기 원위 지지부에 배치되어, 상기 사용자의 원위 부분이 상기 원위 지지부에 작용하는 압력을 측정하는 압력 센서; 및
    상기 압력 센서에서 측정된 정보를 기초로 구동원을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 운동 보조 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 압력 센서는,
    상기 사용자의 발 중 제 1 부분의 압력을 감지하는 제 1 센서; 및
    상기 사용자의 발 중 제 2 부분의 압력을 감지하는 제 2 센서를 포함하는 운동 보조 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 센서는 상기 원위 지지부 중 상기 사용자의 발꿈치가 배치되는 곳에 구비되고,
    상기 제 2 센서는 상기 원위 지지부 중 상기 사용자의 중족골(metatarsal bone)이 배치되는 곳에 구비되는 운동 보조 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서의 감지 신호에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 복수 개의 위상으로 구별하고, 각각의 상기 위상에 해당하는 제어 신호를 통해 상기 구동원을 제어하는 운동 보조 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 압력 센서는, 상기 사용자의 발목 관절의 각도를 측정하기 위한 제 3 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제 1 센서에는 압력이 감지되고, 상기 제 2 센서에는 압력이 감지되지 않는 체중 부하 위상, 상기 제 1 센서 및 제 2 센서에 압력이 감지되는 중간 위상, 상기 제 1 센서에는 압력이 감지 되지 않고, 상기 제 2 센서에는 압력이 감지되는 터미널 위상, 상기 제 1 센서 및 제 2 센서에 압력이 감지되지 않는 스윙 위상으로 상기 사용자의 보행 상태를 구별하는 운동 보조 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 체중 부하 위상에서,
    상기 구동원이 제공하는 동력은, 상기 발목 관절의 각속도에 비례하는 운동 보조 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 중간 위상에서,
    상기 구동원이 제공하는 동력은, 상기 발목 관절의 각도 및 제 1 설정 각도의 차이와, 상기 발목 각도의 각속도에 기초하여 결정되는 운동 보조 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 터미널 위상에서,
    상기 구동원이 제공하는 동력은, 상기 발목 관절의 각도에 기초하여 결정되는 운동 보조 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 스윙 위상에서,
    상기 구동원이 제공하는 동력은, 상기 발목 관절의 각도 및 제 2 설정 각도의 차이와, 상기 발목 각도의 각속도에 기초하여 결정되는 운동 보조 장치.
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