KR20190036745A - 발목 보조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보행자의 보행주기 중 족저면이 지면에 접촉되는 입각기가 시작되는 시점부터 발목에 반발 지지력을 포함한 보조력을 제공하여 보행자의 발목을 보조할 수 있는 무동력 발목 보조장치에 관한 것이다.

Description

발목 보조장치{Ankle Assistance Apparatus}

본 발명은 발목 보조장치에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 보행자의 보행주기 중 족저면이 지면에 접촉되는 입각기가 시작되는 시점부터 발목에 반발 지지력을 포함한 보조력을 제공하여 보행자의 발목을 보조할 수 있는 무동력 발목 보조장치에 관한 것이다.

보행 또는 운동 중 대부분의 인체의 체중은 발목에 집중되며, 발이 지면에 접촉하거나 분리될 때마다 발목이 수시로 회전되어 발목에 상당한 회전 모멘트가 가해지게 된다.

부산선수트레이닝 센터 조사에 따르면, 운동 중 부상 부위 가운데 발목 부상이 전체의 32.6% 빈도를 차지할 정도로 발목부상은 흔하고 쉽게 발생한다는 것을 알 수 있다. 이러한 발목 부상은 염좌, 골절, 인대 파열 등 다양하게 나타나며, 골절이나 인대파열 등의 증세는 수술을 동반한 치료가 요구되기도 한다.

상기 염좌, 골절, 인대파열 등의 발목부상이 발생할 경우, 보행과 같이 발목에 하중이 가해지는 운동을 수행하게 되면 부상 정도가 더 악화되며, 후유증으로 인해 부상 부위의 기능이 저하되는 현상이 발생할 수 있다.

최근 노인 인구가 증가되고, 산업의 현대화 등의 이유로 근손실, 근육량 감소 등으로 보행에 필요한 근력이 부족한 사람들의 수도 증가하고 있다.

이에 따라, 발목에 부상을 입은 사람들과, 발목에 근력이 부족한 사람들의 일상적인 보행을 보조하고, 발목을 보조할 수 있는 장치의 필요성이 있다.

최근에 동력형 외골격 또는 동력 발목 보조장치(Powered Exoskeleton) 등이 소개되고 있으나, 발목 보조장치에 동력장치가 부가되므로 가격이 비싸고, 구조가 복잡하여 착용이 어려우며, 자체 하중이 무거워 보행자의 불편을 초래하는 문제가 있었다.

또한, 상기 동력형 외골격 장치를 이용한 종래 발목 보조장치는 모터 등에 의하여 제공되는 보조력의 크기가 너무 크거나, 기구적 저항이 너무 큰 경우에는 오히려 사용자의 발목에 무리를 주거나 사용자의 움직임에 불편함을 느낄 수 있다.

따라서, 동력의 공급 없이 구성이 단순하고, 가벼운 무동력 발목 보조장치(Unpowered Ankle Exoskeleton) 장치가 요구된다.

더 나아가, 발목에 가장 큰 무리를 주는 보행 동작은 계단이나 경사면을 내려가는 하강보행이다. 구체적으로, 보행자가 계단 등의 하강보행시 보행자의 발보다 아래에 있는 지면에 발을 접지하기 위하여 발끝(선단)이 지면에 먼저 접하고 발목이 회전되며 체중을 버티며 서서히 발목을 회전하는 동작이 수행된다.

즉, 계단 등의 하강 보행시에는 입각기의 시점인 족저면의 선단이 지면과 접하는 시점부터 발목의 각도가 감소되며 체중을 지지하고 발바닥이 지면과 분리되는 유각기의 시점까지 발목에 큰 부하가 제공되므로 특히 하강 보행시의 보행자의 입각기의 발목을 보조할 수 있는 무동력 발목 보조장치가 요구된다.

본 발명은 보행자의 보행주기 중 족저면이 지면에 접촉되는 입각기가 시작되는 시점부터 발목에 반발 지지력을 포함한 보조력을 제공하여 보행자의 발목을 보조할 수 있는 무동력 발목 보조장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 보행주기 중 족저면이 지면에 접촉되는 입각기에 발목에 보조력을 제공하는 발목 보조장치에 있어서 보행자의 종아리를 지지하는 제1 고정부와, 보행자의 발을 지지하는 제2 고정부와, 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부를 연결하며, 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결각도가 감소되는 구간에서 발목에 반발 지지력을 제공하도록 구비되는 적어도 하나의 로터리 댐퍼를 구비하는 발목 지지부를 포함하는 발목 보조장치를 제공할 수 있다.

이 경우, 상기 반발 지지력은 계단의 하강 보행시 족저면의 전단부가 접지되는 입각기의 시점으로부터 제공될 수 있다.

또한, 상기 반발 지지력은 입각기 중 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결 각도가 증가되는 시점에서 해제될 수 있다.

그리고, 상기 발목 지지부는 상기 제1 고정부에 회전 가능하게 결합되되 상기 제2 고정부를 향하여 배치되는 랙부재와, 상기 제2 고정부에 구비되어 상기 랙과 맞물려 회전하는 피니언을 더 포함하고, 상기 로터리 댐퍼는 상기 피니언에 연결되어, 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결 각도가 감소되는 구간에서 상기 피니언에 회전 저항을 제공하여 발목에 반발 지지력을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 랙부재의 일단은 상기 제1 고정부의 전단에 회전 가능하게 장착되고, 상기 랙부재의 타단은 상기 발목 지지부 상부를 가로질러 자유단 상태로 배치될 수 있다.

또한, 상기 랙부재의 일단은 상기 피니언 또는 상기 로터리 댐퍼보다 높은 곳에 장착되어, 상기 랙부재는 경사지게 배치될 수 있다.

이 경우, 상기 랙부재와 상기 피니언의 체결(engagement) 상태가 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결 각도가 감소 후 증가되는 시점에 해제되도록 상기 랙부재는 상기 피니언과 제한된 범위에서 분리가 가능하게 결합될 수 있다.

또한, 상기 랙부재가 상기 피니언과 제한된 범위에서 분리가 가능하게 결합되기 위하여, 상기 랙부재의 분리 범위를 제한하는 이탈방지부를 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 이탈방지부는 상기 랙부재와 수직하게 상기 랙부재의 상면과 이격거리를 가지며 상기 제2 고정부 또는 상기 연결부의 로터리 댐퍼에 장착되는 지지바를 포함하며, 상기 지지바는 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결 각도가 감소 후 증가되는 시점에서 상기 피니언과 분리된 상기 랙부재의 이탈을 제한할 수 있다.

또한, 상기 제1 고정부는 상기 종아리의 적어도 일부를 감싸는 제1 고정바디와, 상기 제1 고정바디의 양측에서 하부로 연장되어 구비되는 제1 연장바디를 포함하고, 상기 제2 고정부는 상기 발등이나 상기 신발의 양측면과 상부면을 감싸는 제2 고정바디와, 상기 제2 고정바디의 하단에 구비되어 상기 신발의 하단이나 상기 발등을 지지하는 제2 지지바디를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 고정바디는 상기 종아리의 외주면을 압박할 수 있는 벨크로가 연결되어 구비될 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 계단의 하강 보행시 발목을 보조하는 발목 보조장치에 있어서, 보행자의 종아리를 지지하는 제1 고정부, 보행자의 발을 지지하며, 상기 제1 고정부와 회전 가능하게 연결된 제2 고정부, 상기 제2 고정부에 구비되며, 회전에 대한 저항력을 제공하는 로터리 댐퍼 및, 일단이 상기 제1 고정부에 회전 가능하게 장착되고, 타단이 상기 로터리 댐퍼 측에 연결되는 랙부재를 포함하고, 입각기의 시점인 족저면의 선단부가 지면과 접지된 후 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결각도가 감소되는 구간에서 상기 랙부재는 상기 로터리 댐퍼를 회전시키고, 상기 로터리 댐퍼의 회전 저항력은 발목에 지지력으로 작용하는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 발목 보조장치에 의하면, 보행자에 대한 착용성이 향상되도록 구조가 단순화될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 발목 보조장치에 의하면, 동력장치를 제거하여 발목 보조장치의 경량화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 발목 보조장치에 의하면, 하강 보행 등의 미리 결정된 상황에서만 발목을 보조하도록 하여 사용자의 자연스러운 움직임을 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 발목 보조장치는 구체적으로 족저면의 전단이 지면에 접지하는 입각기의 시점부터 족저면이 지면에 완전히 접지하는 입각기의 종료시점까지 발목에 가해지는 하중 또는 모멘트 등의 부하를 최소화하여 발목을 보조할 수 있다.

도 1은 보행자가 상승보행(ascent)을 하거나 하강보행(descent)을 수행하는 보행주기(gait cycle)에서 보행자의 하체의 상태를 도시한다.
도 2는 보행주기(gait cycle)에서 발목의 각도, 모멘트 및 동력의 그래프를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명 발목 보조장치의 일실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명 발목 보조장치의 비틀림 방지부가 결합된 구조를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명 발목 보조장치의 효과를 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다. 본 명세서는, 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

이하에서는, 도 1과 도 2를 참조하여 보행자가 보행시의 발목 상태를 파악 및 분석하고, 이에 따라 발목을 보조하여 보행을 보조하는 본 발명 발목 보조장치의 구조를 설명한다.

도 1은 보행자가 상승보행(ascent)을 하거나 하강보행(descent)을 수행하는 보행주기(gait cycle)에서 보행자의 하체의 상태를 도시한다.

상승보행(ascent)시 보행자의 오른발을 기준으로 보행주기(gait cycle)를 분석하면, 다음과 같이 두 개의 단계(phase)로 나눌수 있다. 최초 오른발 족저면의 후단(발꿈치)이 땅에 닿은 후 왼발이 앞으로 나아가고, 오른발의 족저면이 다시 지면에서 떨어지는 순간 까지를 전체 주기의 60%로 보고 이를 입각기(stance phase)라고 한다. 이후 오른발이 공중에 떠서 앞으로 이동한 뒤 족저면의 후단이 다시 땅에 닿을 때까지를 유각기(swing phase)라고 한다.

구체적으로, 보행자가 계단을 오를 경우를 단계별로 분석하면, 보행자의 오른 발은 지면에 접촉을 시작하여 체중 또는 하중이 왼발에서 오른발로 옮겨지기 시작한다.(a단계, weight acceptance). 이후, 왼발을 지면에서 떨어뜨리게 되면 오른발이 신체의 하중을 전부 지지하게 된다. (b단계, pull-up) 그 다음, 왼발이 지면에 안착되기 시작하고, 상기 왼발로 하중을 이동시킨다.(c단계, forward continuance). 상기 왼발에 하중을 전부 이동시키면, 오른발은 지면에서 이격되어 다음 계단 또는 지면으로 이동한다.(d단계, foot clearance). 이후, 상기 오른발의 족저면은 지면에 접촉되기 시작한다.(e단계, foot placement)

보행자의 오른발을 기준으로 상기 단계들을 분석하면, 상기 a 내지 c단계는 지면에 접촉되어 있고, d 내지 e단계는 지면에서 이격되어 있다. 따라서, 상기 a 내지 c단계 까지는 입각기(stance phase)라고 볼 수 있으며, 상기 d 내지 e단계는 유각기(swing phase)라고 볼 수 있다.

상기 d 내지 e단계인 유각기에는 상기 보행자의 오른발에 하중이 실리지 않으므로 발목에 큰 힘이 필요하지 않는다. 다시말해, 상승보행 중, 하중은 입각기에 집중되며, 상승보행에 필요한 에너지는 상기 입각기(stance phase)에서 대부분 소모된다. 즉, 상승보행 중에 보행자의 발목은 상기 입각기(stance phase)에서 집중적으로 에너지를 소모하며 운동하게 된다.

따라서, 본 발명 발목 보조장치(1)는 상기 입각기(stance phase)에서 상기 보행자의 발목에 보조력을 제공하여 상기 발목에 가해지는 하중 및 모멘트를 완화시키도록 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 하강보행(descent)시 상기 보행자가 계단을 내려가는 경우를 단계별로 분석하면, 오른발이 지면에 접촉하여 체중 또는 하중이 오른발로 옮겨지기 시작한다. (f단계, weight acceptance) 이후, 왼발을 지면에서 떨어뜨려 오른발이 하중을 전부 지지하게 된다.(g단계, forward continuance) 상기 g단계에서는 무게중심이 중력에 의해 전방으로 자연스럽게 이동하게 된다.

그 다음, 상기 왼발이 땅에 접지하면 오른발이 다음 지면으로 이동한 준비를 한다. (h단계, controlling lowering) 상기 h단계에서는, 보행자가 신체를 하부로 이동하기 위해 오른쪽 무릎을 굽히게 된다. 따라서, 무게중심이 하부로 이동하게 된다.

이후, 오른발을 지면에서 이격시켜 다음 계단 또는 지면으로 이동한다. (i단계, leg pull through) 그 다음, 상기 오른발이 지면에 접촉되기 시작한다.(j단계, foot placement)

마찬가지로, 보행자의 오른발을 기준으로 상기 단계들을 분석하면, 상기 f 내지 h단계는 지면에 접촉되어 있고, i 내지 j단계는 지면에서 이격되어 있다. 상기 f 내지 h단계 까지는 입각기(stance phase)이며, 상기 i 내지 j단계는 유각기(swing phase)라고 할 수 있다.

마찬가지로, 보행자의 발목은 상기 입각기(stance phase)에서 집중적으로 운동하게 되므로 발목 보조장치는 상기 입각기(stance phase)에서 상기 보행자의 발목에 보조력을 제공하여 상기 발목에 가해지는 하중 및 모멘트를 완화시키는 것이 바람직하다.

따라서, 상승보행 중이든, 하강보행 중이든 입각기에 발목에 하중과 모멘트가 집중되므로, 본 발명 발목 보조장치(1)는 입각기에 보조력을 제공하도록 구비되는 것이 바람직하다.

물론, 본 발명 발목 보조장치(1)는 입각기에 보조력을 제공하도록 구비되어야 한다는 의미일 뿐, 유각기에도 보조력을 제공하는 것을 배제하는 것은 아니다.

한편, 상승보행시의 입각기인 a내지 e단계와, 하강보행시의 입각기인 f내지 j단계를 비교해보면, 하강보행은 상승보행과 달리 보행자가 신체의 하중을 전방 또는 하부로 이동시키는 것이 보행자의 의도와 무관하게 발생할 수 있는 것을 알 수 있다.

다시말해, 상승보행 중에는 보행자는 신체를 전방 및 상부로 이동시키는 속도 및 가해지는 힘을 보행자가 선택할 수 있고, 자신의 운동능력 범위 안에서 보행주기 및 속도를 선택할 수 있다.

그러나, 상기 하강보행 중에는 사용자가 크게 의도하지 않아도 중력에 의해 신체 하중이 전방 및 하부로 자연스럽게 이동하게 된다. 나아가, 상기 보행자가 신체를 이동시키기 위한 힘을 발생시키지 않아도 중력에 의해 자연스럽게 신체를 하강하게 되어 하강보행은 상승보행에 비해 상대적으로 보행자의 의식이 없어도 저절로 수행되기 쉽다.

따라서, 보행자는 자신의 운동능력 범위안에서 하강보행을 수행할 수 있도록 중력 및 추진력에 대항하기 위해, 상기 중력 및 추진력의 방향과 반대되는 방향으로 항상 반력을 생성시켜야 하는 부담이 발생한다.

만약, 보행자가 하강보행 중에 의식적으로 중력이나 추진력에 대항하는 반력을 발생시키지 않으면 하강보행은 보행자의 운동능력을 벗어나기 쉽고, 그 결과 보행자는 지면이나 계단에서 전도되거나 낙상되어 큰 부상을 당할 염려가 있다.

따라서, 상기 하강보행 중에는 상승보행시보다 신체 하중과 중력 등에 대항하는 반력이 추가적으로 보행자의 발목에 집중된다.

도 1을 참고하면, 상승보행 중에는 족저면이 지면에 접촉된 상태에서나 이격된 상태에서나 발목의 각도는 크게 달라지지 않는다는 것을 알 수 있다.

상승보행 중에 발을 다음 단계의 지면에 안착시키기 위해 족저면의 전단(발끝)을 상부로 향하게 배치하는 것이 자연스러우므로 입각기(a내지 c단계)나 유각기(d 내지 e단계)에 모두 발등과 종아리의 각도는 크게 달라지지 않는다.

그러나, 하강보행 중에는 하부에 위치한 다음 지면에 족저면이 접촉해야 하기 때문에 유각기 상태(j단계 참조)에 있는 족저면의 전단은 하부를 향하는 것이 자연스러우며, 이에 따라 발목은 발등이 종아리에서 멀어지도록 회전된다.

이후, 상기 족저면이 지면에 하면 상기 발등은 종아리에서 가까워지도록 회전하게 되고, 다른 발이 유각기를 수행할 때(h단계 참조) 무게중심이 하부로 이동하여 발등은 종아리에 더 가까워지게 된다.

따라서, 하강보행 중에는 상승보행보다 발목이 회전되는 각도가 매우 크게 되어, 발목에 무리가 발생할 수 있다.

도 2는 상승보행, 평지보행, 하강보행시의 발목에 가해지는 각도, 모멘트 및 동력의 그래프를 도시한 것이다.

도 2(a)는 상승보행, 평지보행, 하강보행시 발목각도를 도시한 것이다.

상기 그래프에서는 평소 서있는 상태의 발목 각도(Ankle dorsiflexion angle)를 0도로 하면 안쪽으로 굽혀질 때, 즉 발등이 종아리와 가까워질 때 (dorsiflexion)일 때를 양의 값으로 정의한다.

평지의 보행과 상승보행은 발목 각도(Ankle dorsiflexion angle)의 위상과 진폭이 큰 차이를 보이지 않지만, 하강보행에는 평지보행과 상승보행과 비교하면 위상 및 진폭이 큰 차이를 나타낸다.

구체적으로, 상기 발목각도의 위상도 하강보행만 상승보행과 평지보행과 서로 다르며, 각도 범위를 살펴보면, 평지보행에서는 10도에서 -17도까지이고 상승보행에서는 12도에서 -20도까지, 하강보행은 16도에서 -25도까지로 더 범위가 큰 것을 알 수 있다. 다시말해, 하강보행의 경우 각도가 가장 큰 폭인 41도 범위로 변화하는 것을 알 수 있다.

도 2(b)는 상승보행, 평지보행, 하강보행 중 발목에 가해지는 모멘트를 도시한 것이다.

발목 모멘트(Ankle plantarflexion moment)은 발이 펴지기 위해서 발목에 작용하는 모멘트이며, 걸으면서 발목이 지면에 대해 반력으로 작용하는 모멘트를 말한다. 하강보행 중 족저면의 전단부터 지면에 닿은 상태에서 부터 상기 발목은 몸의 하중을 지지해야한다. 따라서, 하강보행 중에는 사이클의 초기 단계에서부터 큰 모멘트가 발생하게 된다.

또한, 평지보행에서나 상승보행에서는 지면에서 박차는 동작에서 모멘트가 최고 값을 가지는 반면, 하강보행에는 지면에 착지하는 동작이 지면을 박차는 동작보다 모멘트가 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다.

도 2(c)는 상승보행, 평지보행, 하강보행시 발목에 가해지는 에너지 또는 동력을 그래프로 도시한 것이다.

발목 동력(Ankle power)는 지면에 대한 반력 모멘트인 발목모멘트(Ankle plantarflexion moment)와 발목각도(Ankle Dorsiflexion Angle)의 단위시간당 각도 변화량(기울기)을 곱으로 정의된다. 즉, 상기 발목에서 소모되는 에너지를 의미한다.

상기 발목모멘트(Ankle plantarflexion moment)은 항상 지면과 반대방향으로 작용하기 때문에 모멘트와 같은 방향으로 발목 각도가 변화 할 때에 양의 값을 갖는다. 즉, 발목이 펴지게 되면 발목동력(Ankle power)은 양의 값을 가지게 된다. 반대로 발목이 굽히게 되면 발목동력(Ankle power)은 음의 값을 가지게 된다.

도 2(c)를 살펴보면, 하강보행 중에만 오직 음의 발목동력(Ankle power)를 가진다는 것을 알 수 있다. 이는 착지 동작에서 발목이 굽어지는 동시에 지면에 대해 반대되는 모멘트가 작용하기 때문이다.

다시말해, 발목모멘트(Ankle plantarflexion moment)의 경우와 비슷하게 착지동작에서 발목동력(Ankle power)은 더 큰 값을 가진다. 구체적으로, 평지 보행시 2.1W/kg이, 상승보행시 2.3W/kg, 하강보행시 -2.5W/kg이 최고값임을 알 수 있으며, 절대값은 하강보행시가 제일 큰 것을 알 수 있다.

또한, 하강보행에서는 최고값에 도달하는 기울기가 상승보행이나 평지보행에서 보다 더 크다. 이는 전술한 것처럼, 하강보행시의 입각기가 시작할 때부터 발목에 급격한 각도 변화 및 하중변화가 발생하기 때문이다.

결과적으로, 하강보행시에는 상승보행시 보다 발목에 더 큰 하중이 집중되며, 발목이 더 크게 회전하므로 발목에 더 큰 에너지가 소모되고, 낙상이나 전도를 방지하기 위해 더 큰 반력이 필요하다는 것을 의미한다.

이에 따라, 본 발명 발목 보조장치(1)는 하강보행시에 발목에 보조력을 제공하여 발목에 가해지는 하중을 감소시키거나, 발목이 회전하는 각도나 속도를 감소시켜 발목에서 소모되는 에너지, 발목동력(ankle power)를 감소시키도록 구비되는 것에 집중되는 것이 바람직하다.

본 발명 발목 보조장치(1)가 하강보행에서 발목을 보조할 수 있다면 상승보행이나, 평지보행에서도 보행자의 발목은 보조되는 것을 기대할 수 있다.

도 3은 본 발명 발목 보조장치의 일실시예를 도시한 것이다.

본 발명 발목 보조장치(1)는 보행주기 중 족저면이 지면에 접촉되는 입각기에 발목에 보조력을 제공하도록 구비될 수 있다.

구체적으로, 본 발명 발목 보조장치(1)는 보행자의 종아리를 지지하는 제1 고정부(100)와, 보행자의 발을 지지하는 제2 고정부(200)와, 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)를 연결하며, 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)의 연결 각도가 감소되는 구간에서 발목에 반발 지지력을 제공하며 발목을 지지하며 적어도 하나의 로터리 댐퍼(330)를 구비하는 발목 지지부(300)를 포함할 수 있다.

하강보행 중에 보행자의 발끝이 지면에 접촉하게 되는 순간이 보행자의 발등과 종아리가 이루는 각도가 가장 큰 상태이며, 보행자의 발끝이 지면에 완전히 접촉한 순간이 보행자의 발등과 종아리가 이루는 각도가 가장 가까운 상태가 된다.

족저면이 지면에 접촉하는 순간부터 보행자의 하중 및 중력이 족저면의 전단에 집중되기 시작하여, 보행자의 발목은 빠른 속도로 회전하게 된다.

또한, 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)의 연결각도가 감소되는 구간은 족저면의 전단부에 해당하는 발끝이 지면에 접지되기 시작한 뒤 족저면 전체가 지면에 접지하는 입각기 구간에 해당한다.

이로써, 본 발명 발목 보조장치(1)는 상기 입각기 구간에서 반발 지지력을 제공하여 상기 제2 고정부(200)가 상기 제1 고정부(100)로 회전하는 속도를 감소시키고, 결과적으로 발목이 회전하는 속도를 감속시켜 발목 상태가 급격히 달라지는 것을 방지하여 발목을 보조할 수 있다.

한편, 본 발명 발목 보조장치(1)가 반발 지지력을 제공하여 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)가 회전하는 속도 및 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)가 가까이 회전하는 것에 대한 반력을 제공하는 것은 상기 발끝이 지면에 접촉하게 된 순간부터 족저면 전체가 지면에 접지하게 되기 까지 걸리는 시간이 길어진다는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명 발목 보조장치(1)는 상기 반발 지지력으로 보행자의 하중을 일부 완충, 상쇄, 흡수 등을 수행하게 되며, 상기 발목에 부과되는 발목모멘트(Ankle plantarflexion moment)의 크기를 현저히 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명 발목 보조장치(1)는 발목이 회전하는 속도를 감소시키며, 발목에 부과되는 모멘트를 감소시켜, 발목동력(ankle power)를 감소시킬 수 있고, 그 결과 보행자의 발목을 보조하면서 보행을 보조할 수 있다.

한편, 입각기가 종료되고 유각기가 수행되는 시점이 수행되면 보행자의 발끝은 다시 지면에서 이격되어 다음 지면으로 접지되는 것을 준비하여야 하며, 이 과정에서는 신속히 족저면의 전단(발끝)이 지면을 향하도록 구비되어야 한다.

이 과정에서는 상기 족저면의 전단이 지면을 향하도록 회전해야 하므로 발등이 종아리에서 멀어지도록 회전하게 되며, 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)는 멀어지도록 회전하게 된다.

이때, 발목 지지부(300)가 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)의 각도가 늘어나는 것까지 방해되면, 보행자는 족저면의 전단을 지면에 접지하는 것이 방해된다. 이에 따라, 족저면의 전체면을 지면에 한번에 접지하게 되는 경우가 발생할 수 있다.

구체적으로, 하강 보행시의 입각기 상황(dorsiflexion)에서 반발력을 주는 만큼, 다음 발을 내딛는 유각기 상황(plantarflexion)동작에서는 걸음을 방해하는 반발력이 제공되면 모래주머니를 차고 걷는 듯한 추가적인 힘과 부자연스러운 걸음을 야기 시킨다. 즉, 보행자의 하강보행시의 보행방법과 달라지는 결과를 초래하여 보행자에게 부자연스러운 보행을 유도할 수 있다.

또한, 사용자의 무게중심이 급격히 하강하게 되어 보행자가 전도되거나, 족저면 전체가 지면에 순간적으로 충돌하게 되어 상당한 충격이 보행자의 발에 가해질 수 있다.

이를 방지하기 위해, 본 발명 발목 보조장치(1)는 반발 지지력이 입각기 중 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)의 연결 각도가 증가되는 시점에서는 해제되는 것이 바람직하다.

다시 말해, 본 발명 발목 보조장치(1)는 입각기가 종료되고 유각기가 시작되는 지점에서는 반발 지지력이 제공되지 않도록 해제되어 보행자의 안전과 자연스러운 보행을 보장할 수 있다.

상기 기능과 효과를 달성하기 위해, 상기 발목 지지부(300)는 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)에 반발하는 힘을 주어 움직임을 방해하여 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)의 각속도를 줄여 모멘트 암에 해당하는 발목에 걸리는 모멘트를 감소시키는 상기 로터리 댐퍼(330)를 구비할 수 있다.

즉, 상기 로터리 댐퍼(330)는 하강보행시 보행자의 무게중심이 전방 및 하방으로 이동할 때 발목이 버텨주는 힘(dorsiflexion, negative power)를 감소시킬 수 있도록 구비될 수 있다. 이로써, 본 발명 로터리 댐퍼(330)는 하강보행시에 발목에 가해질 수 있는 에너지를 미리 소모시키는 구성이라고 할 수 있다.

한편, 상기 로터리 댐퍼(330)는 오직 입각기의 발목상태(dorsiflexion)에서만 작용하도록 일방향 로터리 댐퍼(330)로 구비되도록 일방향 기어(one way gear)가 내장되어 구비될 수 있다. 이로써, 상기 로터리 댐퍼(330)는 입각기가 종료되고 유각기가 시작되는 지점에서는 반발 지지력을 제공하지 않을 수 있다.

상기 로터리 댐퍼(330)는 코일과 자석을 이용한 전자기 유도방식이 적용되어 구비되거나, 유체방식이 적용되어 구비될 수 있으며, 상기 로터리 댐퍼(330)는 일방향의 힘을 소모 시킬 수 있다면 어떠한 형태와 구조로 구비되어도 무방하다.

상기 로터리 댐퍼(330)는 보행자의 몸무게에 따라 적합한 반발지지력(토크)를 발생시키도록 구비될 수도 있다. 예를들어, 상기 로터리 댐퍼(330)는 몸무게 70kg인 사람에는 0.23Nm를 제공하도록 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 로터리 댐퍼(300)는 다음과 같은 수식에 의해 반발 지지력을 발생시키도록 구비될 수 있다.

로테이션 댐퍼 반발지지력 = {12.214*보행자의 몸무게(kg) + 106.85}/4262.1

상기 수식은 실험데이터를 바탕으로 도출된 경험적인 수식이므로, 상황과 필요에 따라 적절히 변형될 수 있다.

본 발명 발목 보조장치(1)의 상기 발목 지지부(300)는 상기 제1 고정부(100)에 회전 가능하게 결합되되 상기 제2 고정부를 향하여 배치되는 랙부재(310)과, 상기 제2 고정부(200)에 구비되어 상기 랙부재(310)와 맞물려 회전하는 피니언(320);을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 로터리 댐퍼(330)는 상기 피니언(320)에 연결되어, 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)의 연결 각도가 감소되는 구간에서 상기 피니언에 회전 저항을 제공하여 발목에 반발 지지력을 제공하도록 구비될 수 있다.

상기 랙부재(310)와 상기 피니언(320)은 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)를 서로 연결하도록 구비되며, 상기 제2 고정부(200)가 상기 제1 고정부(100)를 향해 회전하거나, 멀어지도록 회전하면 상기 랙부재(310)는 상기 피니언(320)을 회전시키며 전방으로 이동하거나 후방으로 이동하도록 구비될 수 있다.

상기 랙부재(310)는 상기 피니언(320)의 외주면만을 따라 이동하게 되므로 상기 제2 고정부(200)와 상기 제1 고정부(100)가 회전하는 방향을 일정하게 유지시키는 역할을 수행할 수 있고, 이에 따라 상기 발목연결부(300)는 보행자의 발목이 의도치 않은 방향으로 회전하는 것(예를들어,접질림 등)을 방지할 수 있다.

상기 랙부재(310)는 적어도 일면에 상기 랙부재(310)의 길이방향을 따라 구비되는 복수의 기어이(311)를 구비할 수 있고, 상기 피니언(320)는 상기 랙부재(310)의 기어이(311)에 맞물리도록 구비되는 피니언기어(321)를 외주면에 구비할 수 있다.

상기 랙부재(310)와 상기 피니언(320)은 서로 기어결합되어 회전하므로 보행자의 하강보행으로 인한 위치에너지를 마찰에너지로 일부 손실 또는 소산시켜 보행자의 발목에 무리한 모멘트가 가해지는 것을 방지하는 효과도 도모할 수 있다.

상기 랙부재(310)의 일단은 상기 제1 고정부(100)의 전단에 회전 가능하게 장착되고, 상기 랙부재(310)의 타단은 상기 발목 지지부(300) 상부를 가로질러 자유단 상태로 배치될 수 있다.

구체적으로, 상기 랙부재(310)의 일단은 상기 피니언(320) 또는 상기 로터리 댐퍼(330)보다 높은 곳에 장착되어, 상기 랙부재(310)는 지면을 기준으로 경사지게 배치될 수 있다.

이로써, 상기 발목이 꺽이는 운동(Dorsiflexion)이 수행되면 될수록, 상기 랙부재(310)는 지면을 기준으로 각도가 달라지게 되어 더 큰 하중을 상기 피니언(320)에 전달하여 상기 로터리 댐퍼(330)가 많은 에너지를 소산시킬 수 있도록 유도할 수 있다.

한편, 상기 제1 고정부(100)는 보행자의 종아리 또는 정강이의 전방 또는 측면을 수용하도록 구비되는 고정바디(110)를 포함할 수 있다.

상기 고정바디(110)는 통형상으로 구비되거나, 보행자의 종아리의 탈부착이 용이하도록 일측이 개구되어 구비되는 수용부(111)를 더 포함할 수 있다.

상기 고정바디(110)는 전방에 상기 랙부재가(310)를 전방 또는 후방으로 이동시키는 힘을 제공하거나, 상기 랙부재(310)의 일단을 지지하는 연결바디(112)를 더 포함할 수 있다.

즉, 연결바디(112)는 상기 제2 고정부(200)가 회전하여 상기 랙부재(310)가 상기 피니언(320)을 회전함에따라 상기 랙부재(310)를 전방 또는 후방으로 이동시킬 수 있다.

상기 연결바디(112)는 상기 랙부재(310)을 전방이나 후방으로 이동시키면서 양측을 비틀어지는 것을 방지하도록 전방이 평평하게 구비되는 것이 바람직하다.

상기 연결바디(112)에는 상기 랙부재(310)의 일단이 회전가능하게 결합되는 바디 결합부(112a)가 구비될 수 있다. 이로써, 상기 랙부재(310)는 상기 피니언(310)을 이동하면서 각도가 유연하게 달라질 수 있다.

상기 제1 고정부(100)는 상기 제1 고정바디(110)의 양측에서 하부로 연장되어 구비되는 제1 연장바디(120)를 포함할 수 있다. 상기 연결바디(120)는 보행자의 종아리의 길이방향을 따라 연장되어 보행자의 종아리를 보조할 뿐만 아니라, 상기 제1 고정부(100)가 다른 방향으로 회전하거나 비틀리는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 제2 고정부(200)는 상기 발등이나 상기 신발의 양측면과 상부면을 감싸는 제2 고정바디(210)와, 상기 제2 고정바디(210)의 하단에 구비되어 상기 신발의 하단이나 상기 발등을 지지하는 제2 지지바디(220)를 포함할 수 있다.

상기 제2 지지바(220)는 하부에 관통홀(221)을 구비하여 보행자의 신발이나, 족저면을 지지하는 별도의 지지부재에 볼트 등의 체결부재 등으로 결합되도록 구비될 수 잇다.

이로써, 상기 제2 고정부(200)가 보행자의 발이나 신발 등에 견고하게 결합되어, 보행자가 급격한 운동을 수행하거나, 의도치 않은 움직임을 수행할 때에도 보행자의 발이 이탈하지 않도록 하여 보행자의 발목을 안정적으로 보조할 수 있다.

도시된 바와 달리, 상기 제2 고정부(200)는 보행자의 발이 완전히 삽입되어 고정될 수 있도록 통 형상으로 구비될 수 있다. 이로써, 상기 보행자의 발이 지면을 향할때나 상부면을 향?l 때 모두 보행자의 발에 고정되어 발목 보조장치(1)의 결합력을 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명 발목 보조장치(1)의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 전술한 실시예와 중복되는 설명은 피하고 다른점을 중심으로 설명한다.

한편, 상기 유각기에 진입한 발목상태(plantarflexion)에서 상기 랙부재(310)가 상기 피니언(320)에 체결된 상태를 유지하면, 보행자에게 상기 랙부재(310)와 상기 피니언(320)의 마찰력이 보행자에게 반발력으로 작용하여 보행자의 정상적인 보행을 방해할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 상기 랙부재(310)와 상기 피니언(320)의 체결(engagement) 상태가 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)의 연결 각도가 감소 후 증가되는 시점에 해제되도록 상기 랙부재(310)는 상기 피니언(320)과 제한된 범위에서 분리가 가능하게 결합될 수 있다.

즉, 상기 랙부재(310)와 상기 피니언(320)은 유각기에 진입한 발목상태(plantarflexion)에서는 서로 분리되어 마찰력을 보행자에게 제공하지 않도록 구비될 수 있다.

구체적으로, 본 발명 발목 보조장치(1)는 상기 랙부재(310)가 상기 피니언(320)과 제한된 범위에서 분리가 가능하게 결합되기 위하여, 상기 랙부재(310)의 분리 범위를 제한하는 이탈방지부(360)을 구비할 수 있다.

한편, 상기 랙부재(310)와 상기 피니언(320)이 상기 입각기에 진입한 발목상태(dorsiflexion)에서 분리되면, 상기 발목 보조장치(1)는 보행자의 발목을 보조하지 못할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 상기 이탈방지부(360)는 상기 입각기에 진입한 발목상태(dorsiflexion)에서는 상기 랙부재(310)와 상기 피니언(320)이 결합을 유지할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.

상기 이탈방지부(360)는 상기 랙부재(310)와 수직하게 상기 랙부재의 상면과 일정거리 이격되어, 상기 제2 고정부(100) 또는 로터리 댐퍼(330)에 장착되는 지지바(361)를 포함할 수 있다. 상기 지지바(361)는 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)의 연결 각도가 감소 후 증가되는 시점에서 상기 피니언(320)과 분리된 상기 랙부재(100)의 이탈을 제한하도록 구비될 수 있다.

상기 지지바(361)는 상기 제2 고정부(100)의 상단에서 상부로 연장되는 제1 지지리브(362)와, 상기 로터리 댐퍼(330)를 지지하거나 상기 로터리 댐퍼(330)에서 연장된 제2 지지리브(362)를 관통하여 고정될 수 있다.

상기 지지바(361)의 설치 높이는 상기 입각기 상태에서는 상기 랙부재(310)와 상기 피니언(320)이 결합상태를 유지하고, 상기 유각기 상태에서는 상기 랙부재(310)와 상기 피니언(320)이 분리된 상태를 유지하는 높이로 설정될 수 있다.

이 경우에는, 상기 로터리 댐퍼(330)는 쌍방향 모두 반발력을 제공하도록 구비되어도 무방하다.

한편, 상기 제1 고정부(100)는 상기 고정바디(110)와 보행자의 종아리에 부착이 견고하도록 벨크로나 고무줄 등의 결합수단(112)을 더 포함할 수 있다.

이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명 발목 보조장치(1)의 비틀림 방지부(500)의 구성을 설명한다.

상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)는 보행자가 보행하는 과정에서 비틀릴 우려가 있다.

상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)가 비틀어지게 되면, 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)가 회전하는 각도가 달라지게 되며, 동시에 상기 랙(310)과 상기 피니언(320)이 비틀릴 수 있다.

이에 따라, 상기 제1 고정부(100)가 상기 제2 고정부(200)가 종아리와 발등의 운동방향과 전혀 다른 방향으로 회전하거나, 랙(310)과 피니언(320)이 서로 어긋나 상기 발목 보조장치(1)가 파손되거나 기능을 발휘하지 못할 위험이 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 본 발명 발목 보조장치(1)는 상기 랙부재(310)와 상기 피니언(320)이 비틀리는 것을 방지하는 비틀림 방지부(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 비틀림 방지부(500)는 상기 제1 고정부(100)의 후방에 구비되는 방지바디(510)와, 상기 고정바디(110)의 양측과 복수의 상기 제1 연장바디(120)를 각각 연결하는 복수의 방지대(520)를 포함할 수 있다.

상기 방지바디(510)는 상기 고정부(100)의 후방에 배치되어 보행자의 발꿈치에 위치하도록 구비되며, 양측이 상기 연결부재(120)에 연결되는 판형상으로 구비될 수 있다.

상기 방지바디(510)는 신발이나 발 후방에 부착되어 고정될 수 있고, 상기 방지대(520)는 상기 방지바디(510)의 양측과 상기 제1 연장바디(120)의 양측을 연결할 수 있다. 이로써, 상기 비틀림 방지부(500)는 보행자가 보행하더라도 상기 연결바디(120)가 비틀리는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 방지대(520)는 상기 제1 연장바디(120)를 관통하여 전방으로 더 연장되어 구비될 수 있다. 이로써, 상기 방지대(520)도 상기 발이나 신발의 양측면에 접촉하여 상기 제1 연장바디(120)가 비틀리는 것을 방지할 수 있다.

상기 비틀림 방지부(500)는 상기 신발의 양측 하단에 결합되는 결합바디(530)를 더 포함하고, 상기 방지대(520)는 상기 방지바디(520)에서 상기 제1 연장바디(120)를 관통하여 상기 결합바디(530)까지 연장되어 구비될 수 있다.

상기 결합바디(530)는 상기 족저면의 하단을 지지하는 지지부재나, 신발의 하단 양측에 결합하여 고정될 수 있다.

이로써, 상기 방지대(520)는 방지바디(510), 제1 연방바디(120), 결합바디(530)를 모두 결합하여 상기 제1 연장바디(120)가 비틀어지는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.

상기 제1 연장바디(120)가 고정되면, 상기 제1 고정바디(110)의 위치도 고정되어 상기 제1 고정부(100)의 위치는 항상 고정될 수 있고, 상기 제1 고정바디(110)의 전방에 회전가능하게 결합된 랙부재(310)의 위치도 고정될 수 있다.

이로써, 상기 제1 고정부(100)와 상기 제2 고정부(200)는 정해진 방향으로만 회전할 수 있고, 상기 랙부재(310)와 상기 피니언(320)은 정위치에서만 서로 맞물려 회전하거나 이동할 수 있다.

한편, 상기 방지바디(510)는 보행자의 발끝 또는 신발 후방에 부착되어 보행자의 발을 지지하도록 구비되므로, 입각기에서 상기 방지바디(510)의 하단면이 지면에 접촉될 수 있다.

상기 방지바디(510)가 지면에 접촉되는 것을 최소화하면서 상기 보행자의 발을 지지하는 효과도 유지하도록 상기 방지바디(510)는 하단면이 아래로 볼록하도록 곡면을 구비할 수 있다.

도 5은 본 발명 발목 보조장치의 효과를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 발목 보조장치를 부착하지 않은 상태와, 발목장치를 부착하였을 때 보행주기(Gait cycle)에 대한 모멘트가 그래프 형태로 나타나 있다.

실선은 발목 보조장치를 사용하지 않은 상태에서 발목에 가해지는 모멘트를 보행주기(gait cycle)에 따라 측정한 것이며, 점선은 본 발명 발목 보조장치를 착용한 상태에서 발목에 가해지는 모멘트를 보행주기(gait cycle)에 따라 측정한 것이다.

상기 발목에 가해지는 모멘트를 보행주기(gait cycle)에 따라 측정할 때에는 계단 지면 반력을 직접적으로 측정할 수 없으므로, 마지막 계단에서 내려올 때의 지면 반력을 측정하여 발목의 모멘트를 계산하였다.

먼저 Gait cycle의 초기 단계에 해당하는 첫 번째 최고점(peak)부분에 대해서 비교해보면, 아무것도 착용착용 않았을 때 발목에 87.37Nm의 가장 큰 모멘트가 가해지는 것을 확일 할 수 있었고, 본 발명 발목 보조장치를 착용하였을 때에는 모멘트가 20.4% 감소한 것을 확인할 수 있다.

이 부분에서 발목은 입각기 진입상태(dorsiflexion)의 움직임, 즉 발과 정강이의 각도가 줄어드는 운동양상을 보이며, 점점 무게중심이 장치를 착용한 다리로 점점 옮겨지게 된다.

이러한 운동에서 본 발명 발목 보조장치(1)를 착용하였을 때 모멘트 감소 양상을 보인 것을 통해 본 발명 발목 보조장치(1)가 발목에 가해지는 힘에 대한 지지대의 역할을 하고 있음을 확인할 수 있다.

다음으로 보행주기의 후기 단계에 해당하는 두 번째 최고점(peak) 부분을 살펴본다. 이 구간에서의 움직임은 발이 땅을 박차고 나아가는 유각기 진입상태(plantarflexion)의 움직임을 보이게 된다.

실험결과에서는 이때 아무 장치도 하지 않았을 때와 본 발명 발목 보조장치를 착용했을때와 비교하면 3.8%정도의 차이로 본 발명 발목호보장치(1)를 착용했을 때의 모멘트 값이 근소하게 커진 것을 알 수 있다.

이는 본 발명 발목 보조장치(1) 에서는 단방향 로터리 댐퍼(330)를 사용한 것이 두 번째 피크에서 아무것도 측정하지 않은 값과 비슷한 양상을 보이는 이유일 것이다. 즉, 로터리 댐퍼는 입각기 진입상태(dorsiflexion)에서는 모멘트를 감소시키는 역할을 하지만, 유각기 진입상태(plantarflexion)에서는 역할이 매우 작거나 없음을 확인할 수 있다.

이로써, 본 발명 발목 보조장치(1)는 입각기 진입상태(dorsiflexion)에서 발목에 가해지는 모멘트를 감소시켜 발목에 가해지는 하중을 상쇄할 뿐만 아니라, 발목이 회전하는 각속도도 크게 감소시킴으로써 발목에 가해지는 전체적인 에너지 또는 동력(ankle power)를 감소시킬 수 있는 효과가 있다는 것이 확인되었다.

따라서, 본 발명 발목 보조장치(1)는 로터리 댐퍼(330), 랙부재(310), 피니언(320)등 보행자의 운동에 수동적으로 작동하는 발목 지지부(300)만을 구비할 뿐, 추가적인 동력장치를 구비하지 않으므로 부상자나 노인 등의 착용성 및 접근성을 향상시킬 수 있도록 구조가 간단하고, 경량화된 발목 보조장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명 발목 보조장치(1)는 보행주기(gait cycle)에서 착용자가 운동 또는 보행하는 과정에서 균형을 유지하고, 착용하지 않았을 때와 같이 자연스러운 움직임을 유도할 수 있는 효과가 있다.

다시말해, 본 발명 발목 보조장치(1)는 발목이 지면에서 이격되었을 때에는 발목에 반발지지력이 제공되지 않으므로 자연스럽게 펴질수 있도록 유도하여 보행자에게 이질감이 느껴지는 것을 차단할 수 있다.

구체적으로, 본 발명 발목 보조장치(1)는 입각기 진입상태(dorsiflexion)에서 발목이 지면에 접촉하였을 때, 발목이 급격히 회전되는 것을 방지하여, 발목에 무리한 하중 또는 모멘트가 발생하는 것을 차단하는 발목 보조장치를 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1 : 발목 보조장치
100 : 제1 고정부
200 : 제2 고정부
300 : 발목 지지부
500 : 비틀림 방지부

Claims (12)

1. 보행주기 중 족저면이 지면에 접촉되는 입각기에 발목에 보조력을 제공하는 발목 보조장치에 있어서,
   보행자의 종아리를 지지하는 제1 고정부;
   보행자의 발을 지지하는 제2 고정부;
   상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부를 연결하며, 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결각도가 감소되는 구간에서 발목에 반발 지지력을 제공하도록 구비되는 적어도 하나의 로터리 댐퍼를 구비하는 발목 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 반발 지지력은 계단의 하강 보행시 족저면의 전단부가 접지되는 입각기의 시점으로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치
3. 제2항에 있어서,
   상기 반발 지지력은 입각기 중 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결 각도가 증가되는 시점에서 해제되는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 발목 지지부는 상기 제1 고정부에 회전 가능하게 결합되되 상기 제2 고정부를 향하여 배치되는 랙부재 및 상기 제2 고정부에 구비되어 상기 랙과 맞물려 회전하는 피니언을 더 포함하고,
   상기 로터리 댐퍼는 상기 피니언에 연결되어, 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결 각도가 감소되는 구간에서 상기 피니언에 회전 저항을 제공하여 발목에 반발 지지력을 제공하는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 랙부재의 일단은 상기 제1 고정부의 전단에 회전 가능하게 장착되고, 상기 랙부재의 타단은 상기 발목 지지부 상부를 가로질러 자유단 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 랙부재의 일단은 상기 피니언 또는 상기 로터리 댐퍼보다 높은 곳에 장착되어, 상기 랙부재는 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 랙부재와 상기 피니언의 체결(engagement) 상태가 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결 각도가 감소 후 증가되는 시점에 해제되도록 상기 랙부재는 상기 피니언과 제한된 범위에서 분리가 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치.
8. 제4항에 있어서,
   상기 랙부재가 상기 피니언과 제한된 범위에서 분리가 가능하게 결합되기 위하여, 상기 랙부재의 분리 범위를 제한하는 이탈방지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 이탈방지부는 상기 랙부재와 수직하게 상기 랙부재의 상면과 이격거리를 가지며 상기 제2 고정부 또는 상기 연결부의 로터리 댐퍼에 장착되는 지지바를 포함하며, 상기 지지바는 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결 각도가 감소 후 증가되는 시점에서 상기 피니언과 분리된 상기 랙부재의 이탈을 제한하는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고정부는
    상기 종아리의 적어도 일부를 감싸는 제1 고정바디와,
    상기 제1 고정바디의 양측에서 하부로 연장되어 구비되는 제1 연장바디를 포함하고,
    상기 제2 고정부는 상기 발등이나 상기 신발의 양측면과 상부면을 감싸는 제2 고정바디와,
    상기 제2 고정바디의 하단에 구비되어 상기 신발의 하단이나 상기 발등을 지지하는 제2 지지바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 고정바디는 상기 종아리의 외주면을 압박할 수 있는 벨크로가 연결되어 구비되는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치.
12. 계단의 하강 보행시 발목을 보조하는 발목 보조장치에 있어서,
    보행자의 종아리를 지지하는 제1 고정부;
    보행자의 발을 지지하며, 상기 제1 고정부와 회전 가능하게 연결된 제2 고정부;
    상기 제2 고정부에 구비되며, 회전에 대한 저항력을 제공하는 로터리 댐퍼; 및,
    일단이 상기 제1 고정부에 회전 가능하게 장착되고, 타단이 상기 로터리 댐퍼 측에 연결되는 랙부재;를 포함하고,
    입각기의 시점인 족저면의 선단부가 지면과 접지된 후 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부의 연결각도가 감소되는 구간에서 상기 랙부재는 상기 로터리 댐퍼를 회전시키고, 상기 로터리 댐퍼의 회전 저항력은 발목에 지지력으로 작용하는 것을 특징으로 하는 발목 보조장치.

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