KR20180082516A - 이동 보조 수단 - Google Patents

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KR20180082516A
KR20180082516A KR1020187016176A KR20187016176A KR20180082516A KR 20180082516 A KR20180082516 A KR 20180082516A KR 1020187016176 A KR1020187016176 A KR 1020187016176A KR 20187016176 A KR20187016176 A KR 20187016176A KR 20180082516 A KR20180082516 A KR 20180082516A
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가이 윌밍턴
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가이 윌밍턴
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Abstract

본 발명은 발목 관절을 중립 위치로 복귀시키도록 구성되는 한 쌍의 발목 관절 제어 수단(100)과, 이동을 위해 요구되는 운동 범위를 통해 각각의 무릎 관절을 이동시키도록 구성되는 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단(200)과, 이동을 위해 요구되는 운동 범위를 통해 각각의 고관절을 이동시키도록 구성되는 한 쌍의 기계 전기적인 고관절 제어 수단(300)과, (i)한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단 및 (ii) 한 쌍의 전기 기계적인 고관절 제어 수단과 전기 통신 또는 데이터 통신하는 전기 기구 제어 수단을 포함하는 피험자의 이동을 돕기 위한 기구에 관한 것이다. 전자 기구 제어 수단은 피험자의 이동을 유발하거나 돕기 위해 피험자의 각각의 무릎 관절 및 각각의 고관절의 이동을 조정하도록 구성된다. 또한, 전자 제어 유닛을 프로그래밍하기 위한 방법이 제공된다.

Description

이동 보조 수단
본 출원은 출원일이 2015년 11월 9일인 호주 가출원 제2015904580호의 우선권을 청구하며, 출원서의 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다.
본 발명은 이동 보조 기구의 분야에 관한 것이고, 특히 개인이 걷는 것을 돕는 전기 기계 보조 기구의 분야에 관한 것이다.
하반신 마비와 허약함을 위한 이동 보조 기구는 자체-추진 휠체어를 개발한 1655년 이후 크게 발전하지 못했다. 피험자의 다리에 부착된 외골격형 기구의 개발에 있어서 최근에 진보되었지만, 이러한 기구는 독립적인 2족 보행을 허용 가능한 방식으로 제공하는데 있어서 제한된 성공을 거두었다.
외골격의 존재에 의존하는 현재의 접근법은 피험자의 중량을 부분적으로 또는 전체적으로 지탱하도록 설계된다. 또한, 외골격은 이동성 액추에이터(전기 모터 및 유압식 램과 같은)가 부착되는 부착 지점으로서 역할을 한다. 결과적으로, 필요한 성능을 달성하기 위해, 이들 기구는 부피가 크고(bulky), 상당한 전원이 필요하며, 목발 등을 사용하여 자신의 체중 중 일부를 피험자가 지탱할 필요없이 일반적으로 작동할 수 없다.
다른 문제점은 종래 기술의 기구를 피험자가 제어하기 어려울 수 있다는 것이다. 선행 기술의 기구는 전형적으로 소망하는 결과를 얻기 위해 필요한 정확한 힘을 가하는데 요구되는 이동량을 먼저 감지하고 제어하는 복잡한 제어 시스템을 필요로 한다. 종래 기술의 일부 시도는 기구의 관련 구성 요소 및 관련된 임의의 모터를 활성화하기 위해 피험자로부터 복잡한 입력을 요구한다. 어떤 적절한 수준의 제어가 피험자에 의해 지배되는 것이라 할지라도, 비정상적인 보행만이 달성될 수 있다.
그러나 또 다른 문제점은 (큰 부피로 인해) 종래 기술의 기구가 의류의 외부에 착용되어야 하고, 따라서 피험자가 이동성 문제가 있다는 것을 나타내는 시각적인 표시를 제공한다는 것이다. 이동에 문제가 있는 많은 사람들은 "장애인"이라고 여겨지는 사회적 낙인을 알고 있으므로 이러한 기구가 일반적으로 바람직하지 않다고 생각한다.
본 발명의 일 양태는 이동 장애인의 이동을 돕기 위한 개선된 수단을 제공하는 것이다. 개선은 중량, 구성의 단순성, 사용의 단순성, 달성된 보행 품질, 경제성, 미학, 피험자 수용성 또는 실제로 다른 장점 중 하나 이상이 될 수 있다. 다른 양태에서, 본 발명은 이동 장애인의 이동을 보조하기 위한 종래 기술 수단의 대안을 제공한다.
문서, 동작, 재료, 장치, 물품 등의 논의는 본 발명의 맥락을 제공하기 위한 목적으로만 본원 명세서에 포함된다. 이러한 사안들 중 일부 또는 전부가 종래 기술 기반의 일부를 형성하거나 또는 본 출원의 각각의 임시 청구항의 우선일 이전에 존재했던 바와 같이, 본 발명과 관련된 분야에서 통상의 일반적인 지식이었음을 제안하거나 나타내지 않는다.
본 발명은 이동 보조 수단을 제공하는 것이다.
반드시 가장 넓은 양태가 아닌 제1 양태에서, 본 발명은 이를 필요로 하는 피험자의 이동(locomotion)을 보조하기 위한 기구를 제공하며, 상기 기구는 이동 중에 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 발목 관절을 중립 위치로 되돌리도록 구성된 한 쌍의 발목 관절 제어 수단을 포함한다.
제1 양태의 일 실시예에서, 중립 위치는 하부 다리의 장축이 발바닥에 의해 표시된 평면에 대해 약 90도인 곳이다.
제1 양태의 일 실시예에서, 한 쌍의 발목 관절 제어 수단 각각은 편향 수단을 통해 발목 관절을 중립 위치로 복귀시킨다.
제1 양태의 일 실시예에서, 편향 수단은 비틀림 스프링이다.
제1 양태의 일 실시예에서, 기구는 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 이동을 위해 요구되는 운동 범위를 통해 각각의 무릎 관절을 이동시키도록 구성된 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단을 포함한다.
제1 양태의 일 실시예에서, 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단 각각은 착석 위치에서 기립 위치로 이동할 때 피험자에게 발생하는 중력의 일부 또는 전부를 실질적으로 상쇄시켜 무릎 관절을 연장시키고 피험자가 기립 위치를 취하도록 구성된 편향 수단을 포함한다.
제1 양태의 일 실시예에서, 편향 수단은 리프 스프링 또는 비틀림 스프링이다.
제1 양태의 일 실시예에서, 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단 각각은 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 이동을 위해 요구되는 무릎 관절의 운동 범위를 달성하도록 구성된 적어도 하나의 전기 모터를 포함한다.
제1 양태의 일 실시예에서, 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단 각각은 기어, 구동 장치, 풀리 중 하나 이상을 포함하며; 이들 각각은 적어도 하나의 전기 모터와 직접 또는 간접적으로 작동 가능하게 연결되고; 기어, 구동 장치, 풀리 중 하나 이상은 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 이동을 위해 요구되는 무릎 관절의 운동 범위를 달성하도록 구성된다.
제1 양태의 일 실시예에서, 기구는 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 이동을 위해 요구되는 운동 범위를 통해 각각의 고관절을 이동시키도록 구성된 한 쌍의 전기 기계적인 고관절 제어 수단을 포함한다.
제1 양태의 일 실시예에서, 한 쌍의 전자 기계식 고관절 제어 수단 각각은 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 이동을 위해 요구되는 고관절의 운동 범위를 달성하도록 구성된 적어도 하나의 전기 모터를 포함한다.
제1 양태의 일 실시예에서, 한 쌍의 전기 기계적인 고관절 제어 수단 각각은 기어, 구동 장치, 풀리 중 하나 이상을 포함하며; 이들 각각은 적어도 하나의 전기 모터와 직접 또는 간접적으로 작동 가능하게 연결되며; 기어, 구동 장치, 풀리 중 하나 이상은 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 이동을 위해 요구되는 무릎 관절의 운동 범위를 달성하도록 구성된다.
제1 양태의 일 실시예에서, 한 쌍의 전기 기계적인 고관절 제어 수단 각각은 대퇴골의 전방 및/또는 후방 및/또는 바깥쪽 및/또는 안쪽을 회전시키도록 및/또는 대퇴골의 축선 방향 회전을 달성하도록 구성된다.
제1 양태의 일 실시예에서, 기구는 (i) 한 쌍의 전자 기계식 무릎 관절 제어 수단(존재하는 경우) 및/또는 (ii) 한 쌍의 전자 기계식 고관절 제어 수단(존재하는 경우)과 전기 통신 또는 데이터 통신하는 전자 기구 제어 수단을 포함하며, 전자 기구 제어 수단은 피험자의 이동을 유발하거나 보조하도록 상기 피험자의 각각의 무릎 관절 및/또는 각각의 고관절의 움직임을 조정하도록 구성된다.
제1 양태의 일 실시예에서, 기구는 무릎의 굽은 또는 곧은(straightening) 정도를 감지하도록 구성된 무릎 관절 감지 수단을 포함하고, 상기 감지 수단은 전자 기구 제어 수단과 전기 통신 또는 데이터 통신한다.
제1 양태의 일 실시예에서, 기구는 골반에 대한 대퇴골의 이동의 정도 및/또는 이동 방향 및/또는 회전을 감지하도록 구성된 고관절 감지 수단을 포함하며, 상기 감지 수단은 전자 기구 제어 수단과 전기 통신 또는 데이터 통신한다.
제1 양태의 일 실시예에서, 한 쌍의 전자 기계식 고관절 제어 수단(존재하는 경우) 및/또는 한 쌍의 무릎 관절 제어 수단(존재하는 경우)은 골반을 전방 및/또는 후방 및/또는 바깥쪽 및/또는 안쪽으로 이동시키거나 및/또는 골반의 축선 방향 회전을 달성하기 위해 전자 기구 제어 수단을 통해 조정된 방식으로 작동하도록 구성된다.
제1 양태의 일 실시예에서, 전자 기구 제어 수단은 무릎 관절 감지 수단(존재하는 경우) 및/또는 고관절 감지 수단(존재하는 경우)으로부터의 전기 신호 및/또는 데이터를 수신하고, 출력 전기 신호 및/또는 데이터를 제공하기 위해 전기 신호 및/또는 데이터를 처리하도록 구성되며, 출력 전기 신호 및/또는 데이터는 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단(존재하는 경우) 및/또는 한 쌍의 전기 기계적인 고관절 제어 수단(존재하는 경우) 각각의 하나 이상의 모터와 통신하여 피험자의 이동을 유발시키거나 돕는다.
제2 양태에서, 본 발명은 피험자의 이동을 유발하거나 돕도록 구성된 전자 기계식 기구의 전자 제어 유닛을 프로그래밍하는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 이동 가능한 피험자를 제공하는 단계, 무릎의 굽은 또는 곧은 정도를 감지하도록 구성된 한 쌍의 무릎 관절 감지 수단을 제공하는 단계, 골반에 대한 대퇴골의 이동의 정도 및/또는 이동 방향 및/또는 회전을 감지하도록 구성된 한 쌍의 고관절 감지 수단을 제공하는 단계, 이동 가능한 피험자의 각각의 무릎 관절 및 고관절에 감지 수단을 부착하는 단계, 이동 가능한 피험자가 착석 위치에서 기립 위치로 이동하도록 하거나 및/또는 걷기 및/또는 조깅 및/또는 달리도록 하거나 및/또는 기립 위치에서 착석 위치로 이동하도록 하는 단계, 한 쌍의 무릎 관절 감지 수단 및 한 쌍의 고관절 감지 수단에 의해 출력된 전기 신호 및/또는 데이터를 일정 시간 동안 기록하여, 착석 위치에서 기립 위치로의 이동 중에 및/또는 걷는 중에 및/또는 조깅하는 중에 및/또는 달리는 중에 및/또는 기립 위치에서 착석 위치로 이동하는 중에 이동 가능한 피험자의 무릎 관절 및 고관절 각각의 정상적인 운동 범위를 식별하는 단계, 및 제어 유닛에 작동 가능하게 연결되고, 이동이 불편한 피험자에 장착된 전자 기계식 장치가 착석 위치에서 기립 위치로의 이동 중에 및/또는 걷는 중에 및/또는 조깅하는 중에 및/또는 달리는 중에 및/또는 기립 위치에서 착석 위치로 이동하는 중에 이동 가능한 피험자의 무릎 관절 및 고관절 각각의 정상적인 운동 범위를 이동이 불편한 피험자에게 실질적으로 복제 또는 근사할 수 있도록, 기록된 데이터 또는 기록된 데이터로부터 유도된 데이터로 전자 기계식 기구의 전자 제어 유닛을 프로그래밍하는 단계를 포함한다.
제2 양태의 일 실시예에서, 이동 가능한 피험자는 이동이 불가능한 피험자와 프로그래밍되는 전자 제어 수단에 대한 파라미터들, 즉, 중량, 신장, 연령, 대퇴부 길이, 골반 폭, 골반 형상, 경골 길이, 비골 길이, 발 길이, 발 폭, 고관절 이동성, 무릎 관절 이동성, 발목 관절 이동성, 다리 또는 힙(hip) 근육의 근육량 중 하나 이상을 공유한다.
제3 양태에서는, 제2 양태의 방법에 의해 기록된 데이터 또는 제2 양태의 방법에 의해 기록된 데이터로부터 유도된 데이터가 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 매체가 제공된다.
제1 양태의 일 실시예에서, 전자 기구 제어 수단은 제3 양태의 컴퓨터로 판독 가능한 매체를 포함한다.
제1 양태의 일 실시예에서, 제어 수단은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 데이터를 입력으로서 받아들이고, 한 쌍의 발목 관절 제어 수단 및/또는 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단에서 요구되는 운동 범위를 달성하기 위해 기구를 제어하도록 구성된 프로세서 실행 가능 소프트웨어를 또한 포함한다.
도 1은 피검자에게 장착되는 본 발명의 매우 바람직한 기구를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 매우 바람직한 기구의 구성 요소인 스프링-장착 힌지형 발목 보조기(brace)를 도시한다.
도 2a는 조립된 형태의 발목 보조기를 도시한다.
도 2b는 분해된 형태의 발목 보조기를 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 매우 바람직한 기구의 구성 요소인 전기 기계적인 무릎 보조기 슬리브를 도시한다.
도 3a는 조립된 형태의 무릎 보조기를 도시한다.
도 3b는 분해된 형태의 무릎 보조기를 도시한다.
도 4는 도 1에 도시된 매우 바람직한 기구의 구성 요소인 전기 기계적인 고관절 보조기를 도시한다.
도 5는 도 1에 도시된 매우 바람직한 기구를 장착한 피험자에 의해 작동 가능한 제어 유닛을 도시한다.
본원 명세서에서 "일 실시예"또는 "실시예"는 본 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본원 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에서 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 표현의 출현은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것이 아니지만 동일한 실시예를 지칭할 수도 있다. 또한, 특정 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 본 개시로부터 당업자에게 명백한 바와 같이 임의의 적절한 방식으로 결합 될 수 있다.
유사하게는, 본 발명의 예시적인 실시예들의 설명, 본 발명의 다양한 특징은 본 개시를 합리화하고 하나 이상의 다양하며 진보적인 양태들의 이해를 돕기 위한 목적으로 단일의 실시예, 도면 또는 그 설명으로 함께 그룹화되는 경우가 있음을 이해해야 한다. 그러나, 이러한 개시 방법은 청구된 발명이 각각의 청구항에 명시적으로 언급된 것보다 많은 특징을 요구한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이하의 청구 범위가 반영하는 바와 같이, 진보적인 양태는 전술한 단일 실시예의 모든 특징보다 적다. 따라서, 상세한 설명에 후속하는 청구항들은 본 발명의 개별적인 실시예로서 각각의 청구항이 본 발명의 상세한 설명에 명백하게 포함된다.
또한, 본원 명세서에서 설명되는 일부 실시예들은 다른 실시예에 포함된 일부 특징을 포함하고 다른 특징을 포함하지는 않지만, 다양한 실시예들로부터 다른 실시예의 특징의 조합은 당업자가 이해하는 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있게 된다.
이하의 청구 범위 및 본원 명세서의 설명에서, "포함하는(comprising)", "포함되는(comprised of)" 또는 "포함하다(which comprises)"의 용어 중 어느 하나는 적어도 뒤에 오는 부재들/특징들을 포함하지만 다른 것들을 배제하지 않는 것을 의미하는 공개 용어이다. 따라서, 청구 범위에서 사용되는 "포함하는"의 용어는 이후 열거된 수단 또는 부재 또는 단계를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 예를 들어, 단계 A 및 단계 B를 포함하는 방법의 표현의 범위는 방법 A 및 B로만 구성되는 방법으로 제한되어서는 안된다. 본원 명세서에 사용된 용어 "포함하는(including)" 또는 "포함하다(which includes)" 또는 "포함하다(that includes)"중 어느 하나의 용어는 또한 용어 이후의 적어도 부재/특징을 포함하지만 다른 것들을 제외하지 않는 공개 용어이다. 따라서, "포함하는(including)"은 "포함하는(comprising)"과 동의어이며 "포함하는"을 의미한다.
이하의 설명은 본 발명의 매우 바람직한 실시예에 관한 것으로서, 본 출원의 범위를 결코 제한하지 않는다.
도 1을 참조하면, 한 쌍의 발목 관절 제어 수단(100)(바람직한 형태에서 상기 쌍 중 하나는 아래에서 설명되는 스프링-장착 발목 보조기임), 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단(200)(바람직한 형태에서 상기 쌍 중 하나는 아래에서 설명되는 전기 기계적인 무릎 보조기 슬리브임) 및 한 쌍의 전기 기계적인 고관절 제어 수단(300)(상기 쌍은 이하에서 설명되는 전기 기계적인 힙 보조기에 의해 바람직한 형태로 포함됨)을 포함하는 본 발명의 기구가 도시되어 있다.
스프링 장착 발목 보조기
도 2를 참조하면, 스프링 장착 발목 보조기(brace)는 (a) 스트랩 또는 유사한 장치에 의해 하부 다리의 하부 단부에 고정되며, 버클, 후크-앤드-루프(hook-and-loop) 시스템 또는 유사한 장치에 의해 고정되는 상부(110), (b) 발 밑에 위치되며 리벳에 의해 발목의 양측에서 상부에 부착되는 등자(stirrup) 형상 또는 유사한 형상의 하부(120); (c) 상부 및 하부가 발목 관절에서 서로에 대해 회전할 수 있게 하는 리벳(130) 또는 유사한 것; 및 (d) 2개의 비틀림 스프링(140)(하나는 표시되어 있고, 발목의 양측에, 상부 및 하부에 부착된 단부가 발목 관절에서 선회됨)을 포함한다.
스프링 장착 발목 보조기는, 장시간 동안 스프링 장착 발목 보조기를 반복적으로 사용하기 때문에 하부 다리, 발목 또는 발의 손상이나 기타 부상을 줄이거나 없애기 위한 패딩을 포함할 수 있다.
상부 및 하부의 기하학적 구조 및 형상, 하부 다리의 하부 단부에 상부를 고정하는 수단 또는 상부 및 하부를 서로 고정하는 수단은 특정 피험자에 적합하도록 변경될 수 있다. 상기 바람직한 실시예에서, 스프링 장착 힌지형 발목 보조기의 이들 구성 요소는 (i) 스프링을 발목 관절에 연결시키고; (ii) 사람이 양쪽 발로 서있을 때 스프링에 의해 생성되는 힘이 발목 관절을 직각으로 유지하도록 스프링이 발목 관절에 힘을 가하는 것을 가능하게 하기 위한 안전하면서도 편안한 수단을 형성하도록 작용한다.
스프링 (d)에 관하여, 발목이 직각 일 때 힘을 가하지 않지만 발의 라인과 하부 다리 사이의 각도가 감소함에 따라 증가된 힘을 가하도록 설계되고 배치된 비틀림 스프링 또는 이와 유사한 것이 있다.
각각의 스프링에 의해 가해지는 힘의 양은 아래와 같이 표현된다.
(cos(θ)×피험자의 신장의 1/2×피험자의 중량×중력)/4
θ는 발의 라인과 하부 다리 사이의 각도이다.
스프링의 목적은, (1) 피험자가 2피트 상에 서있을 때 전방으로 떨어지는 것을 방지하고; (2) 피험자가 전방으로 걸어 감에 따라 힘을 저장하고 해제하기 위한 것이다.
스프링 장착 발목 보조기는 독립형 기구이거나 또는 신발 또는 부츠에 통합될 수 있다.
전기 기계적인 무릎 보조기 슬리브
도 3을 참조하면, 전기 기계적인 무릎 보조기 슬리브는, (a) 피험자가 무릎 관절을 위로 끌어당겨 무릎 관절의 위 부분과 아래 부분을 남겨 두는 가요성 및 탄성 재료로 제조되는 슬리브(310); (b) 슬리브를 무릎 관절의 위와 아래에 고정시키며 미끄럼 방지를 위해 무릎 관절의 위와 아래에서 버클, 후크 및 루프 테이프 또는 이와 유사한 것으로 고정되는 웨빙 벨트 또는 이와 유사한 재료(도시되지 않음); (c) 무릎 양측에서 슬리브 상에 있는 앵커 지점(315)을 포함한다. 이들 앵커 지점은 스프링(320) (d), 하부 전기 기계적인 부분(325) (e), 상부 전기 기계적인 부분(330) (f) 및 교정 풀리 (g)에 대한 부착 지점으로 기능하며, (d) 스프링은 무릎 관절의 어느 한 측에 위치하고 무릎 관절을 곧게 하기 위한 힘을 가하는 방식으로 가요성 슬리브에 부착되고; (e) 하부 전기 기계적인 부분(335)은 수용되어 무릎 보조기 슬리브를 구부리고 곧게 하는데 사용되는 작은 전기 모터, 기어 및 풀리에 부착되는 앵커 지점 (c)에서 가요성 슬리브 (a)에 부착되며; (f) 상부 전기 기계적인 부분(340)은 무릎 보조기 슬리브를 구부리고 곧게 하는데 사용되는 앵커 지점 (c)에서 가요성 슬리브 (a)에 부착되고; (g) 풀리는 무릎 보조기 슬리브의 곧게 하기 위한 선회 지점으로 기능하며 케이블을 가로지르는 중앙 앵커 지점에 부착되며; (h) 폴리머 기반 센서(345)는 무릎이 굽혀지고 곧게 펴질 때 슬개골을 가로지르는 상부 전기 기계적인 부분과 하부 전기 기계적인 부분 사이의 거리의 변화를 측정하기 위해 슬개골을 가로질러 위치되고; (j) 제어 라인(도시되지 않음)은 가요성 폴리머 기반 센서 (h)로부터 제어 유닛으로 감각 정보를 전달하고, 제어 유닛으로부터 하부 전기 기계적인 부분 (e)에 부착된 전기 모터로 명령 정보를 전달하기 위해 전기 기계적인 무릎 보조기 슬리브로부터 전기 기계적인 힙 보조기로 연장된다.
무릎 보조기 슬리브 (a)의 형상과 재료, 웨빙 벨트 또는 이와 유사한 것 (b)의 위치, 형상 및 재료, 및 앵커 지점 (c)의 형상과 재료는 특정 피험자에 맞게 사용될 수 있다. 이들 구성 요소의 주요 특징은 스프링 (d), 하부 전기 기계적인 부분 (e), 상부 전기 기계적인 부분 (f) 및 교정 풀리 (g)가 부착되는 견고한 지점을 제공한다는 점이다.
스프링 (d)는 리프 스프링, 비틀림 스프링 또는 이와 유사한 것일 수 있으며, 피험자가 앉았을 때 무릎 관절에서 발생하는 중력 유도 토크를 상쇄시키고, 전기 기계적인 부분이 임의의 힘에 기여하지 않는 경우에, 피험자가 일어날 수 있는 충분한 힘을 제공하도록 설계되고 설치된다.
4개의 스프링 세트가 있고, 각각의 무릎의 각각의 측에 하나가 주어진다면, 각각의 스프링에 의해 가해지는 힘의 양은 아래와 같이 표현된다.
(sin(θ)×피험자의 대퇴골의 길이×피험자의 중량×(중력+0.2))/4
θ는 상부 및 하부 다리의 라인 사이의 각도이고, 0.2는 무릎 관절을 곧게 하기 위한 힘의 내재된 허용치이다.
상기 장치에 의해, 전기 기계적인 부분은 중력에 대해 무릎 관절을 곧게 펴는 데 충분한 동력을 가진 전기 기계 장치를 갖기보다는 무릎 관절을 곧게 펴기 위한 힘의 내재된 허용치에 대해 다리를 구부리기 위해 주로 작동한다. 그렇게 함에 있어서, 전기 기계적인 부분에 의해 생성될 필요가 있는 힘은 현저히 감소되고, 그에 따라 동일하게 크기, 중량 및 전력 소비가 감소된다.
하부 전기 기계적인 부분은 (i) 2개의 하부 앵커 지점 (c)에서 가요성 무릎 보조기 슬리브 (a)에 부착되는 하우징 또는 프레임워크; (ii) 병렬로 작동하고 종아리 근육에 근접한 무릎 관절 뒤에 수직으로 배치된 다수의 소형 전기 모터; (iii) 무릎 관절에서 소망하는 굽힘을 유지하기 위해 전기 모터가 항상 작동되도록 의도되거나 또는 요구되는 것과 반대 방향으로 전기 모터를 회전시키는 스프링의 힘을 방지하기 위해, 수직 축선을 중심으로 한 전기 모터에 의해 생성된 회전을 무릎 관절의 축선에 평행한 수평 축선을 중심으로 한 회전으로 변환시키는 웜기어; (iv) 하부 부분 풀리를 캡슐화하기 위한 기어 하우징을 포함한다. 이러한 풀리는 웜기어에 의해 구동되고, 로프, 노치식 로프 또는 이와 유사한 것으로 상부 전기 기계적인 부분의 부품과 함께 작동하여 상부 전기 기계적인 부분과 하부 기계적인 부분 사이의 거리를 줄여 무릎이 굽혀지도록 한다.
상부 전기 기계적인 부분은 (v) 2 개의 하부 앵커 지점에서 가요성 무릎 보조기 슬리브에 부착되는 하우징 또는 프레임워크를 포함한다. 작동시, 모터는 웜 기어 및 풀리 시스템과 함께 회전하고, (도 5에 도시된 바와 같이) 제어 유닛에 의해 제시된 명령에 따라 무릎을 굽히고 곧게 한다.
도 3에 도시되고 전술한 실시예의 변형예는 무릎 보조기 슬리브의 상부 또는 관절 자체의 지점에 풀리가 없다. 오히려 노치식 로프 (또는 이와 유사한 것)는 두 위치의 상부에서 종결되거나 고정된다.
전기 기계적인 힙 보조기
도 4를 참조하면, 전기 기계적인 힙 보조기(brace)는, (a) 피험자가 끌어당겨 양 다리의 허벅지와 골반 영역의 일부를 덮는 가요성 및 탄성 재료로 이루어진 한 쌍의 쇼트(410)를 포함하되, 사타구니 및 항문 부위는 전기 기계적인 힙 보조기를 제거할 필요없이 필요한 신체 기능을 수행할 수 있도록 덮이지 않는다. 또한, 전기 기계적인 힙 보조기는, (b) 전기 모터가 작동될 때 하부와 허리 부분 사이의 거리가 줄어들거나 신장되도록 노치식 코드 또는 체인을 통해 전기 모터가 연결된 허리 영역 주위의 동일한 거리에 위치되는 4개의 앵커 지점; (c) 고관절을 움직이기 위해 노치식 로프/체인 또는 등가물을 통해 필요한 작동을 제공하도록 최소 4개의 모터를 통합하는, 각각의 대퇴부 영역에 부착되는 2개의 하부(420); 및 (d) 걷고, 서있고, 앉아 있는 중에 전방 및 후방 스윙, 피험자가 측면-이동을 수행할 때의 측면 스윙 및 피험자가 자신의 신체 위치를 회전시킬 때 대퇴골의 축선에 대한 다리의 비틀림에서의 힙의 움직임을 측정하도록 배치되는 폴리머 기반 센서(도시되지 않음)를 포함한다.
가요성 있고 탄력 있는 한 쌍의 쇼트 (a)의 정확한 형상과 재료는 밀접한 관련이 있지 않으며 개인에 맞게 변경할 수 있다. 적절한 기능은 다음과 같습니다. 쇼트는 쉽게 잡아당길 수 있으며 정상적인 사용 상태에서는 탈 수 없고; 사타구니 및 항문 영역은 피험자가 쇼트를 제거하지 않고 필요한 신체 기능을 수행할 수 있도록 덮여 있지 않다.
상부 (b)는 원주 주위의 다수 위치에서 가요성 쇼트 (a)의 허리 영역에 영구적으로 부착되고, 착용시에 버클 또는 유사 장치에 의해 고정된다. 버클이 고정되지 않은 경우 버클을 닫고 전기 기계적인 힙 보조기를 제 위치에 고정하기 전에 피험자가 전기 기계적인 힙 보조기를 위로 올리거나 힙 위로 당길 수 있도록 상부가 부착되는 지점 사이에 충분한 가요성이 있어야 한다.
하부 (c)는 또한 (i) 전방 내측; (ii) 전방 외측; (iii) 후방 내측; (iv) 후방 외측에 대한 마운트를 제공하고, (vi) 전방 동작 센서, (vii) 측면 동작 센서; (viii) 비틀림 동작 센서 및 탄성 로프 (d)의 일 단부에 대한 연결 지점을 제공한다.
마지막으로, 하부 (c)는 가요성 전기 와이어를 통해 전원에 연결되고, 가요성 전기 와이어 또는 다른 통신 수단을 통해 제어 유닛(도 5)에 연결된다. 설계된 범위, 전력 요구 사항 및 전원 성능에 따라 전원은 전기 기계적인 힙 보조기의 상부에 직접 부착되거나 백팩으로 운반될 수 있고 또는 구속된(tethered) 캐리어 등의 뒤에서 당겨질 수 있다.
또한, 상부는 후방에서 상부에 다시 연결되도록 상부의 전방에서 피험자의 어깨 위로 연장되는 보조기 또는 유사한 맬빵 (f)에 대한 앵커 지점을 제공할 수 있다. 이러한 선택적인 추가는 피험자의 해부학적 구조가 적절하게 형상화되지 않아서 힙에 의해서만 장치의 중량을 지지할 수 없는 경우에 필요할 수 있다.
하부(각 다리당 하나)는 그 둘레 주위의 다수의 위치에서 가요성 쇼트 (a)의 대퇴부 영역에 영구적으로 부착되고 착용시 버클(또는 이와 유사한 것)을 갖는 웨빙 벨트(또는 이와 유사한 것)를 사용하여 고정되고, 전기 기계적인 힙 보조기의 사용 중에 하부가 상승하지 않도록 한다.
하부는 (i) 전방 내측; (ii) 전방 외측; (iii) 후방 내측; 및 (iv) 후방 외측 모터용 기준 지점에 대한 마운트를 제공한다.
작동시에, 모터는 웜 기어 및 풀리 시스템과 함께 회전하여 회전하고, 제어 유닛(도 5)에 의해 발행된 명령에 따라, 전방 내측 모터 및 전방 외측 모터에 부착된 풀리 로프를 조이고, 후방 내측 모터 및 후방 외측 모터에 부착된 풀리 로프를 이완시킴으로써 전방으로 고관절을 구부리고; 후방 내측 모터 및 후방 외측 모터에 부착된 풀리 로프를 조이고, 전방 내측 모터 및 전방 외측 모터에 부착된 풀리 로프를 이완시킴으로써 후방으로 고관절을 구부리며; 전방 외측 모터 및 후방 외측 모터에 장착된 풀리 로프를 조이고, 전방 내측 모터 및 후방 내측 모터에 부착된 풀리 로프를 이완시킴으로써 외측으로 고관절을 구부리고; 전방 내측 모터 및 후방 내측 모터에 부착된 풀리 로프를 조이고, 후방 내측 모터 및 후방 외측 모터에 부착된 풀리 로프를 이완시킴으로써 내측으로 고관절을 구부리며; 대각선 방향으로 대향되는 모터에 부착된 풀리 로프를 조임으로써 고관절이 꼬여진다.
제어 유닛
도 5에 도시된 제어 유닛은 힙 주위에 그리고 무릎에 위치되는 폴리머 기반 센서로부터 감각 데이터를 수집하고, 다양한 전기 모터에 대한 명령을 발행하기 위한 목적으로 가요성 전기 전도체/와이어, WiFi 또는 블루투스(Bluetooth™) 통신 또는 이와 유사한 것에 의해 전자 기계적인 힙 보조기(도 4)에 연결되고, 또한, 전기 기계적인 무릎 보조기에 연결된다.
제어 유닛은 다음 두 가지 모드로 작동한다. 기록 모드에서, 전체 장치는 의도한 사용자와 신체 치수(다리 길이, 전체 신장, 중량, 힙 폭 등)가 비슷한 건강한 사람에게 착용되고, 센서 판독 값이 내부 EPROM(또는 이와 유사한 것)에 기록되며, 사전에 정의된 움직임 프로파일과 관련된다. 재생 모드에서, 전체 장치가 의도한 피험자에게 착용된다.
피험자가 제어 유닛의 해당 버튼을 클릭하여 움직임 프로파일을 선택하면, 선택된 움직임 프로파일의 특정 시점에 대한 실제 감각 데이터가 사전에-기록된 감각 데이터와 일치하는 것을 보장하기 위해 제어 유닛에 의해 명령이 전기 기계적인 무릎 보조기 및 전기 기계적인 힙 보조기로 보내진다. 예를 들어, 사전에-기록된 움직임 프로파일은 시점 x에서 y의 무릎 굽힘 각을 가지고, 실제 무릎 굽힘 센서가 다른 감각 판독값을 갖는 경우에, 무릎을 굽히기 위해 전기 기계적인 무릎 보조기의 하부 상에 있는 전기 모터에 명령이 보내져서 시점 x에서 실제 감각 데이터가 사전에-기록된 감각 데이터와 일치하게 된다.
제어 유닛은, (a) 장치를 켜는 전원 버튼; (b) 구체적으로, (i) 전진; (ii) 후진; (iii) 좌회전 (iv) 우회전으로 보행 방향을 제어하는 방향 버튼 세트; (c) 큰 정지 버튼이되, 상기 정지 버튼을 누르면 모든 전진 운동이 멈추고 장치/피험자를 똑바른 위치로 복귀시키는, 큰 정지 버튼; (d) (v) 우측 측면-이동; (vi) 좌측 측면-이동; (vii) 기립 (viii) 착석; (ix) 계단 오르기; (x) 계단 내려가기; (xi) 회전과 같은 특정 운동 명령 버튼; (e) 전원 공급 장치의 잔여 전력 레벨을 표시하는 LED 또는 유사한 세트; 및 (f) 기록 모드 및 재생 모드 사이에서 제어 유닛을 변경하기 위해 핀 또는 이와 유사한 것을 사용하여 작동되는 숨겨진 토글 버튼 또는 이와 유사한 것을 갖는다.
제어 유닛은 선택적인 손목 끈이 포함되어서 떨어뜨리거나 잃어 버리지 않도록 할 수 있다.
또는, 제어 유닛의 기능이 '스마트폰', '태블릿' 또는 이와 유사한 것의 응용 프로그램(App)에 의해 복제될 수 있다.
전술한 것으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 하나 이상의 모터를 제어하고 및/또는 수신된 센서 데이터를 제어하고 및/또는 감지된 데이터를 처리하기 위해 이러한 장치 그리고 이와 유사한 것에서 실행 가능한 프로세서(마이크로 프로세서를 포함하는), 소프트웨어의 사용을 포함할 수 있다. 일부 방법들은 컴퓨터로 실행될 수 있다. 또한, 시스템들에는 프로세서, 모터, 센서 등과 같은 상호 연결 구성 요소가 요구될 수 있다.
본 발명의 맥락에서 유용한 응용 프로그램 소프트웨어는 안드로이드(AndroidTM), ios(iOSTM), 윈도우(WindowsTM), 리눅스(LinuxTM) 등을 포함하는 모바일 통신 장치의 과거, 현재 또는 미래의 운영 시스템에서 실행 가능할 수 있다.
본원 명세서에 설명된 방법 및 시스템은 컴퓨터 소프트웨어, 프로그램 코드 및/또는 프로세서 상의 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서를 통해 부분적으로 또는 전체적으로 배치될 수 있다. 프로세서는 서버, 클라이언트, 네트워크 인프라스트럭처, 모바일 컴퓨팅 플랫폼, 고정 컴퓨팅 플랫폼 또는 기타 컴퓨팅 플랫폼의 일부일 수 있다. 프로세서는 프로그램 명령, 코드, 이진 명령 등을 실행할 수 있는 임의의 종류의 연산 장치 또는 처리 장치일 수 있다. 프로세서는 신호 프로세서, 디지털 프로세서, 내장 프로세서, 마이크로 프로세서 또는 보조 프로세서(수치 보조-프로세서, 그래픽 보조-프로세서, 통신 보조-프로세서 등)와 같은 임의의 변형 예일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있고, 거기에 저장된 프로그램 코드 또는 프로그램 명령의 실행을 직접적으로 또는 간접적으로 용이하게 할 수 있다. 또한, 프로세서는 여러 프로그램, 스레드 및 코드를 실행시킬 수 있다.
스레드는 프로세서의 성능을 향상시키고, 애플리케이션의 동시 동작을 용이하게 하기 위해 동시에 실행될 수 있다. 구현예로서, 본원 명세서에 기술된 방법, 프로그램 코드, 프로그램 명령 등은 하나 이상의 스레드로 구현될 수 있다. 스레드는 이들과 연관되어 우선 순위를 할당한 다른 스레드를 생성할 수 있고; 프로세서는 우선 순위 또는 프로그램 코드에 제공된 명령에 기초한 임의의 다른 순서에 기초하여 이들 스레드를 실행할 수 있다. 프로세서는 본원 명세서 및 다른 곳에서 설명된 바와 같은 방법, 코드, 명령 및 프로그램을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
임의의 프로세서는 본원 명세서 및 다른 곳에서 설명된 바와 같은 방법, 코드 및 명령을 저장할 수 있는 인터페이스를 통해 저장 매체에 액세스할 수 있다. 방법, 프로그램, 코드, 프로그램 명령 또는 컴퓨팅 장치 또는 처리 장치에 의해 실행될 수 있는 다른 유형의 명령을 저장하기 위한 프로세서와 관련된 저장 매체는 CD-ROM, DVD , 메모리, 하드 디스크, 플래시 드라이브, RAM, ROM, 캐시 등 중에서 하나 이상을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않을 수 있다.
프로세서는 멀티 프로세서의 속도 및 성능을 향상시킬 수 있는 하나 이상의 코어를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 프로세스는 2개 이상의 독립 코어(다이(die)라고 함)를 결합하는 듀얼 코어 프로세서, 쿼드 코어 프로세서, 다른 칩-레벨 멀티 프로세서 등일 수 있다.
본원 명세서에 설명된 방법 및 시스템은 소프트웨어를 실행하는 하나 이상의 컴퓨터를 통해 부분적으로 또는 전체적으로 배치될 수 있다. 컴퓨터는 메모리, 프로세서, 컴퓨터로 판독 가능한 매체, 저장 매체, 포트(물리적 및 가상), 통신 장치 및 유선 또는 무선 매체를 통해 다른 컴퓨터 및 장치에 엑세스할 수 있는 인터페이스 등 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 본원 명세서 및 다른 곳에 설명된 방법, 프로그램 또는 코드는 컴퓨터에 의해 실행될 수 있다. 또한, 본원 명세서에 설명된 방법의 실행을 위해 다른 장치들이 요구된다.
본 발명과 관련하여 유용한 방법, 프로그램 코드, 계산, 알고리즘 및 명령어는 모바일 장치 상에서 또는 모바일 장치를 통해 구현될 수 있다. 모바일 장치는 네비게이션 장치, 셀 폰, 모바일 폰, 스마트 폰, 모바일 개인 휴대 정보 단말기, 랩탑, 팜탑, 넷북, 태블릿 등을 포함할 수 있다. 이들 장치는 다른 구성 요소들과는 별도로 플래시 메모리, 버퍼, RAM, ROM 및 하나 이상의 컴퓨팅 장치와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다. 모바일 장치와 관련된 컴퓨팅 장치는 저장되어 있는 프로그램 코드, 방법 및 명령을 실행할 수 있다.
대안적으로, 모바일 장치는 기구의 전용 컨트롤러와 같은 다른 장치와 협력하여 명령을 실행하도록 구성될 수 있다. 모바일 장치는 컨트롤러와 통신하고 프로그램 코드를 실행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 소프트웨어, 프로그램 코드 및/또는 명령어는 컴퓨터로 판독 가능한 매체 상에 저장 및/또는 액세스 될 수 있으며, 상기 컴퓨터로 판독 가능한 매체는, 일정 시간 동안 컴퓨팅을 위해 사용되는 디지털 데이터를 보유하는 컴퓨터 구성 요소, 장치들 및 기록 매체; 임의 접근 기억 장치(RAM)로 알려진 반도체 저장 장치; 광 디스크와 같으며 하드 디스크, 테이프, 드럼, 카드 및 기타 유형과 같은 자기 저장 장치의 형태인 영구 저장을 위한 대용량 저장 장치; 프로세서 레지스터, 캐시 메모리, 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리; CD, DVD와 같은 광학 저장 장치; 플래시 메모리(예를 들어, USB 스틱 또는 키), 플로피 디스크, 자기 테이프, 종이 테이프, 펀치 카드, 독립형 RAM 디스크, zip 드라이브, 착탈식 애용량 저장 장치, 오프-라인 등과 같은 착탈식 매체; 동적 메모리, 정적 메모리 읽기/쓰기 저장 장치, 읽기 전용, 랜덤 액세스, 순차 액세스, 위치 지정 가능, 파일 주소 지정 가능, 내용 주소 지정 가능, 네트워크 연결 저장 공간, 저장 영역 네트워크, 바코드, 자기 잉크와 같은 기타 컴퓨터 메모리 등을 포함할 수 있다.
본원 명세서에 기술된 방법 및 시스템은 물리적인 아이템 및/또는 무형의 아이템을 하나의 상태에서 다른 상태로 변환할 수 있다. 본원 명세서에 기술된 방법 및 시스템은 또한 물리적인 아이템 및/또는 무형의 아이템을 나타내는 데이터를 하나의 상태에서 다른 상태로 변환할 수 있다.
본 발명에서 유용한 방법 및/또는 시스템은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 특정 애플리케이션에 적합한 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합으로 실현될 수 있다. 하드웨어는 범용 컴퓨터 및/또는 전용 컴퓨팅 장치 또는 특정 컴퓨팅 장치 또는 특정 컴퓨팅 장치의 특정 양태 또는 구성 요소를 포함할 수 있다. 프로세스는 내부 및/또는 외부 메모리와 함께 하나 이상의 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러, 내장형 마이크로 컨트롤러, 프로그램 가능한 디지털 신호 프로세서 또는 다른 프로그램 가능한 장치에서 구현될 수 있다. 또한 또는 대신에, 프로세스는 애플리케이션 특정 집적 회로, 프로그램 가능한 게이트 어레이, 프로그램 가능한 어레이 로직, 또는 전자 신호를 처리하도록 구성될 수 있는 임의의 다른 장치 또는 장치들의 조합으로 구체화될 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세스가 컴퓨터로 판독 가능한 매체 상에서 실행될 수 있는 컴퓨터 실행 가능 코드로서 실현될 수 있음을 이해할 것이다.
애플리케이션 소프트웨어는 C와 같은 구조화된 프로그래밍 언어, C++과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어, 또는 위의 장치들뿐만 아니라 프로세서, 프로세서 아키텍처의 이질적인 조합 또는 다른 하드웨어와 소프트웨어의 조합 또는 프로그램 명령을 실행할 수 있는 다른 기기 중 하나에서 실행되도록 저장, 편집 또는 해석될 수 있는 다른 높은 수준 또는 낮은 수준의 프로그래밍 언어(어셈블리 언어, 하드웨어 설명 언어 및 데이터베이스 프로그래밍 언어 및 기술을 포함)를 사용하여 형성될 수 있다.
따라서, 일 양태에서, 본 발명의 방법은 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서 실행될 때, 그 단계를 수행하는 컴퓨터 실행 가능 코드로 구현될 수 있다. 다른 양태에서, 상기 방법은 그 단계들을 수행하는 시스템들에서 구현될 수 있고, 여러 가지 방법으로 장치들에 걸쳐 분산될 수 있거나, 모든 기능이 전용의 독립형 장치 또는 다른 하드웨어에 통합될 수 있다. 다른 양태에서, 전술한 프로세스와 관련된 단계를 수행하기 위한 수단은 전술한 임의의 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 이러한 모든 치환 및 조합은 본 개시 내용의 범위 내에 속한다.
본 발명은 하나 이상의 컴퓨터 상에서 실행 가능한 프로그램 명령어 세트로 구현될 수 있다. 이러한 명령어 세트는 데이터 처리 및 메모리 연산, 산술 및 논리 연산, 제어 흐름 연산, 보조 프로세서 명령어 유형 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
데이터 처리 및 메모리 연산은 고정된 상수 값으로 레지스터를 설정하거나 메모리 위치에서 레지스터로 또는 그 역으로 데이터를 복사하여 레지스터의 내용, 계산 결과 등을 저장하거나 저장된 데이터를 검색하여 나중에 이를 계산하거나 또는 하드웨어 장치로부터의 데이터를 읽고 쓰기 위한 명령어를 포함한다.
산술 및 논리 연산은 두 레지스터의 값을 더하거나, 빼거나, 곱하거나, 나누기 위한 명령어를 포함할 수 있으며 결과를 레지스터에 저장하고, 가능하게는 상태 레지스터에 하나 이상의 조건 코드를 설정하여 비트 연산을 수행하며, 예컨대, 한 쌍의 레지스터에서 해당 비트의 연결 및 분리를 취하고, 레지스터에서 각 비트의 부정을 취하거나 또는 레지스터의 두 값을 비교한다(예를 들어, 하나가 더 작은 지 또는 동일한지 확인).
제어 흐름 연산은 프로그램에서 다른 위치로 분기하여 명령어를 실행하기 위한 명령어를 포함할 수 있으며, 특정 조건이 유지되면 다른 위치로 조건 분기하거나, 다른 위치로 간접적으로 분기하거나, 또는 다른 위치에 코드를 호출하면서 프로그램의 다른 위치로 분기하고 명령을 실행하는 명령을 포함할 수 있는 제어 흐름 작업 다음 명령의 포인트를 반환합니다.
제어 흐름 연산은 프로그램에서 다른 위치로 분기하고 거기에서 명령을 실행하고, 특정 조건이 유지되면 다른 위치로 조건 분기하거나 다른 위치로 간접적으로 분기하거나 또는 다음 명령어의 위치를 복귀 지점으로 저장하면서 다른 코드 블록을 호출하는 명령어를 포함할 수 있다.
보조 프로세서 명령어는 보조 프로세서로부터 및 보조 프로세서로 데이터를 로드/저장하거나 또는 CPU 레지스터와 교환하거나 또는 보조 프로세서 연산을 수행하는 명령어를 포함할 수 있다.
본 시스템의 컴퓨터의 프로세서는 그들의 명령어 세트에 "복잡한" 명령어를 포함할 수 있다. 단일의 "복잡한" 명령어는 다른 컴퓨터에서 많은 명령어를 취할 수 있는 어떤 것이다. 이러한 명령어는 여러 단계를 거치거나 여러 기능 단위를 제어하거나 또는 주어진 프로세서에서 구현되는 대량의 간단한 명령어보다 큰 규모로 나타나는 명령어로 표시된다. "복잡한" 명령어의 예로는, 여러 레지스터를 스택에 한 번에 저장, 큰 메모리 블록을 이동, 복잡한 정수 및 부동 소수점 연산(사인, 코사인, 제곱근 등), SIMD 명령어, 병렬로 많은 값의 연산을 수행하는 단일 명령어, 원자 검사와 지정(test-and-set) 명령어를 수행 또는 기타 읽기-수정-쓰기 원자 명령어, 및 레지스터가 아닌 메모리로부터 피연산자로 ALU 연산을 수행하는 명령어를 포함한다.
명령어는 그 부분에 따라 정의될 수 있다. 종래의 아키텍처에 따르면, 명령어는 레지스터의 메모리 내용 추가, 레지스터, 메모리 위치 또는 리터럴 데이터를 지정할 수 있는 0개 이상의 피연산자 지정자와 같이 수행할 연산을 지정하는 연산 코드(opcode)를 포함한다. 피연산자 지정자는 그 의미를 결정하는 어드레싱 모드를 가질 수 있고, 고정 필드에 있을 수 있다. 많은 마이크로 코드 아키텍처를 포함하는 훨씬 긴 명령어(very long instruction word)(VLIW) 아키텍처에서, 여러 개의 동시 연산 코드와 피연산자가 단일 명령어로 지정된다.
일부 유형의 명령어 세트에는 연산 코드 필드(전송 트리거 아키텍처(Transport Triggered Architectures)(TTA) 또는 포스(Forth) 가상 기기와 같은)를 갖지 않고, 피연산자(들)만 갖는다. 다른 이례적인 "0- 피연산자" 명령어 세트에는 NOSC를 포함한 일부 스택 기기와 같은 피연산자 지정자 필드가 없다.
조건부 명령어는 종종 수행하지 않고 수행할 수 있도록 특정 조건을 인코딩하는 술어(predicate) 필드-여러 비트를 갖는다. 예를 들어, 조건부 분기 명령어가 실행되고, 조건이 참이면 분기가 수행되어서 실행되지 않은 프로그램의 다른 부분으로 실행이 진행되고, 조건이 거짓이면 분기가 수행되지 않고, 실행은 순차적으로 계속된다. 일부 명령어 세트에는 조건부 이동이 있으므로 이동이 실행되고, 조건이 참이면 실행되지 않은 대상 위치에 데이터가 저장되고, 조건이 거짓이면 대상 위치가 변경되지 않는다. 마찬가지로, IBM z/아키텍처에는 조건부 저장소가 있다. 몇 가지 명령어 세트는 모든 명령어에 술어 필드를 포함하고; 이를 분기 예측이라고 한다.
프로그램을 구성하는 명령어는 내부 숫자 형식(기계 코드)을 사용하여 거의 지정되지 않고; 어셈블리 언어를 사용하여 지정하거나 또는 더 일반적으로는 컴파일러에 의한 프로그래밍 언어로 생성할 수 있다.
전술한 내용 중 어느 것도 본 시스템 및 방법의 임의의 이점이 본 발명의 모든 실시예에 의해 달성 가능하다는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims (23)

  1. 기구를 필요로 하는 피험자의 이동을 보조하는 기구로,
    상기 기구는 이동하는 동안에 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)과 결합하여) 발목 관절을 중립 위치로 복귀시키도록 구성되는 한 쌍의 발목 관절 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중립 위치는 하부 다리의 장축이 발바닥에 의해 표시된 평면에 대해 약 90도인 곳인 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    한 쌍의 발목 관절 제어 수단 각각은 편향 수단을 통해 발목 관절을 중립 위치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 편향 수단은 비틀림 스프링인 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    이동을 위해 요구되는 운동 범위를 통해 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 각각의 무릎 관절을 이동시키도록 구성되는 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  6. 제5항에 있어서,
    한 쌍의 전자 기계적인 무릎 관절 제어 수단 각각은 착석 위치에서 기립 위치로 이동할 때 피험자에게 발생하는 중력의 일부 또는 전부를 실질적으로 상쇄시켜 무릎 관절을 연장시키고 피험자가 기립 위치를 취하도록 구성되는 편향 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 편향 수단은 리프 스프링 또는 비틀림 스프링인 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단 각각은 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 이동을 위해 요구되는 무릎 관절의 운동 범위를 달성하도록 구성되는 적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  9. 제8항에 있어서,
    한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단 각각은 적어도 하나의 전기 모터와 직접 또는 간접적으로 작동 가능하게 연결되는 기어, 구동 장치, 풀리 중 하나 이상을 포함하고; 기어, 구동 장치, 풀리 중 하나 이상은 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 이동을 위해 요구되는 무릎 관절의 운동 범위를 달성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    이동을 위해 요구되는 운동 범위를 통해 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 각각의 고관절을 이동시키도록 구성되는 한 쌍의 전기 기계적인 고관절 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  11. 제10항에 있어서,
    한 쌍의 전기 기계적인 고관절 제어 수단 각각은 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 이동을 위해 요구되는 고관절의 운동 범위를 달성하도록 구성되는 적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  12. 제11항에 있어서,
    한 쌍의 전기 기계적인 고관절 제어 수단 각각은 적어도 하나의 전기 모터와 직접 또는 간접적으로 작동 가능하게 연결되는 기어, 구동 장치, 풀리 중 하나 이상을 포함하고; 기어, 구동 장치, 풀리 중 하나 이상은 (단독으로 또는 다른 구성 요소(들)와 결합하여) 이동을 위해 요구되는 무릎 관절의 운동 범위를 달성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    한 쌍의 전기 기계적인 고관절 제어 수단 각각은 대퇴골을 전방 및/또는 후방 및/또는 외측 및/또는 내측으로 회전시키거나 및/또는 대퇴골의 축선 방향 회전을 달성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  14. 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    (ⅰ) 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단(존재하는 경우) 및/또는 (ⅱ) 한 쌍의 전기 기계적인 고관절 제어 수단(존재하는 경우)과 전기 통신 또는 데이터 통신하는 전자 기구 제어 수단을 포함하며, 상기 전자 기구 제어 수단은 피험자의 이동을 유발하거나 보조하도록 피험자의 각각의 무릎 관절 및/또는 각각의 고관절의 움직임을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  15. 제14항에 있어서,
    무릎의 굽은 또는 곧은 정도를 감지하도록 구성되는 무릎 관절 감지 수단을 포함하며, 상기 감지 수단은 전자 기구 제어 수단과 전기 통신 또는 데이터 통신하는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    골반에 대한 대퇴골의 이동의 정도 및/또는 이동 방향 및/또는 회전을 감지하도록 구성되는 고관절 감지 수단을 포함하며, 상기 감지 수단은 전자 기구 제어 수단과 전기 통신 또는 데이터 통신하는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    한 쌍의 전자 기계적인 고관절 제어 수단(존재하는 경우) 및/또는 한 쌍의 무릎 관절 제어 수단(존재하는 경우)은 전자 기구 제어 수단을 통해 조정된 방식으로 작동하도록 구성되어서, 골반을 전방 및/또는 후방 및/또는 외측 및/또는 내측으로 이동시키거나 및/또는 골반의 축선 방향 회전을 달성하는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  18. 제14항 내지 제17항에 있어서,
    상기 전자 기구 제어 수단은 무릎 관절 감지 수단(존재하는 경우) 및/또는 고관절 감지 수단(존재하는 경우)으로부터의 전기 신호 및/또는 데이터를 수신하며, 출력 전기 신호 및/또는 데이터를 제공하도록 전기 신호 및/또는 데이터를 처리하도록 구성되고, 상기 출력 전기 신호 및/또는 데이터는 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단(존재하는 경우) 각각의 하나 이상의 모터 및/또는 한 쌍의 전기 기계적인 고관절(존재하는 경우)의 각각의 하나 이상의 모터 중 임의의 모터와 통신하여 피험자의 이동을 유발하거나 돕는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  19. 피험자의 이동을 유발하거나 돕도록 구성된 전자 기계적인 기구의 전자 제어 유닛을 프로그래밍하는 방법으로, 상기 방법은,
    이동 가능한 피험자를 제공하는 단계,
    무릎의 굽은 또는 곧은 정도를 감지하도록 구성된 한 쌍의 무릎 관절 감지 수단을 제공하는 단계,
    골반에 대한 대퇴골의 이동의 정도 및/또는 이동 방향 및/또는 회전을 감지하도록 구성된 한 쌍의 고관절 감지 수단을 제공하는 단계,
    이동 가능한 피험자의 각각의 무릎 관절 및 고관절에 감지 수단을 부착하는 단계,
    이동 가능한 피험자가 착석 위치에서 기립 위치로 이동하도록 하거나 및/또는 걷기 및/또는 조깅 및/또는 달리도록 하거나 및/또는 기립 위치에서 착석 위치로 이동하도록 하는 단계,
    착석 위치에서 기립 위치로의 이동 중에 및/또는 걷는 중에 및/또는 조깅하는 중에 및/또는 달리는 중에 및/또는 기립 위치에서 착석 위치로 이동하는 중에 이동 가능한 피험자의 무릎 관절 및 고관절 각각의 정상적인 운동 범위를 식별하기 위해, 한 쌍의 무릎 관절 감지 수단 및 한 쌍의 고관절 감지 수단에 의해 출력된 전기 신호 및/또는 데이터를 일정 시간 동안 기록하는 단계, 및
    제어 유닛에 작동 가능하게 연결되고, 이동이 불편한 피험자에게 장착되는 전자 기계적인 장치가 착석 위치에서 기립 위치로의 이동 중에 및/또는 걷는 중에 및/또는 조깅하는 중에 및/또는 달리는 중에 및/또는 기립 위치에서 착석 위치로 이동하는 중에 이동 가능한 피험자의 무릎 관절 및 고관절 각각의 정상적인 운동 범위를 이동이 불편한 피험자에게 실질적으로 복제 또는 근사할 수 있도록, 기록된 데이터 또는 기록된 데이터로부터 유도된 데이터로 전자 기계적인 기구의 전자 제어 유닛을 프로그래밍하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그래밍 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    이동 가능한 피험자는 이동이 불편한 피험자와 프로그래밍되는 전자 제어 수단에 대한 파라미터들, 즉, 중량, 신장, 연령, 대퇴부 길이, 골반 폭, 골반 형상, 경골 길이, 비골 길이, 발 길이, 발 폭, 고관절 이동성, 무릎 관절 이동성, 발목 관절 이동성, 다리 또는 힙 근육의 근육량 중 하나 이상을 공유하는 것을 특징으로 하는 프로그래밍 방법.
  21. 컴퓨터로 판독 가능한 매체로,
    상기 컴퓨터로 판독 가능한 매체에는 제19항 또는 제20항의 방법에 의해 기록된 데이터 또는 제19항 또는 제20항의 방법에 의해 기록된 데이터로부터 유도된 데이터가 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체.
  22. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자 기구 제어 수단은 제21항의 컴퓨터로 판독 가능한 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
  23. 제22항에 있어서,
    제어 수단은 컴퓨터로 판독 가능한 매체 상에 저장된 데이터를 입력으로서 수신하며, 한 쌍의 발목 관절 제어 수단 및/또는 한 쌍의 전기 기계적인 무릎 관절 제어 수단에서 필요한 운동 범위를 달성하기 위해 기구를 제어하도록 구성되는 프로세서 실행 가능 소프트웨어를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 기구.
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