KR20220003524A - 웨어러블 보조 장치 - Google Patents

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KR20220003524A
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South Korea
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tendon
joint
plate
interconnection
limb
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KR1020217034783A
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글레프 코기노프
카이 슈미트
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마이오스위스 아게
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Abstract

본 발명은 웨어러블 보조 장치에 관한 것이다.

Description

웨어러블 보조 장치
본 발명은 웨어러블 보조 장치에 관한 것이다.
웨어러블 보조 장치는 잘 알려져 있다. 웨어러블 보조 장치는 사용자가 질병, 사고로 인해 장애가 있는 경우 또는 사용자가 매우 높은 하중을 이동해야 하는 경우와 같이 사용자의 이동을 돕는다.
웨어러블 보조 장치는 순수 수동 보조 장치로 구현되거나 모터, 모터용 배터리, 제어 장치, 센서 등과 같은 능동 구성 요소와 함께, 필요에 따라 수족을 움직이거나 안정시키는 데 도움이 되는 힘을 가하여 움직임을 보조하도록 수족에 부착된 힘줄, 인대 등과 같은 수동 구성 요소를 갖는 능동 보조 장치로 구현될 수 있다.
웨어러블 보조 장치가 환자에 의해 사용되는 경우, 사용자가 정상적인 사회 활동에 참여할 수 있도록 장기간 착용할 수 있는 것이 바람직한 것으로 종종 고려된다.
소수의 사용자, 특히 스키나 기타 스포츠 활동 중에 사고를 당한 사용자는 특히 힘들고 위험을 감수하는 표시로 보조 장치를 착용하는 것을 자랑스러워 할 수 있지만 대다수의 사용자는 보조 장치가 눈에 거슬리지 않는 것을 선호한다. 이것은 특히 매일 장치가 필요한 장기 사용자에게 해당된다. 모터와 배터리의 크기와 움직임을 보조하는 데 필요한 기계적 장치의 크기를 감안할 때 보조 장치가 능동 장치인 경우 사용 중인 웨어러블 보조 장치를 숨기는 것이 특히 문제이다. 예를 들어, 일반적인 웨어러블 보조 장치는 조인트의 근위 및 원위 수족에 부착된 다음 움직임을 보조하도록 작동되는 여러 부품을 가지고 있다.
동적 교정용 무릎 신전 보조 장치의 한 예가 US 4,100,918에 알려져 있다. 공지된 동적 보조기 무릎 신전 보조 장치는 하반신 마비 환자 및 그러한 장치를 필요로 하는 다른 사람들을 위한 것이다. 환자의 허벅지에 고정되는 커프는 무릎 아래에서 환자의 다리에 고정된 장착 수단과 함께 제공된다. 긴 탄성 부재에는 소정의 장력으로 커프 수단에 각각의 단부를 제거 가능하게 장착하기 위한 수단이 제공된다. 또한, 탄성 수단의 단부 중간에 있는 탄성 수단을 장착 수단에 피봇식으로 고정하기 위한 수단이 제공된다. 측면 무릎 보호대는 커프와 장착 수단 사이에 견고하게 배치된다. 탄성 부재는 환자가 앉았을 때 굴곡 모멘트를 제공한다. 환자가 일어남에 따라 굴곡 모멘트는 점진적으로 감소하고 환자가 계속 상승함에 따라 점진적으로 증가하는 신전 모멘트로 전환된다. 도시된 무릎보호대는 사용자가 보조기구를 장기간 사용할 경우 불편함을 유발할 것으로 예상되며, 또한 도시된 보조기구는 다른 사람의 눈에 띌 가능성이 매우 높다.
KR 1020120062375A에는 탄성계수 변화를 이용한 무릎조인트 보조장치 및 탄성도구 및 탄성계수를 제어하는 제어부를 포함할 수 있는 최적의 보행에너지 방법이 공지되어 있다.
EP 0205785 B1에서 무릎 조인트는 허벅지 부분에 조인트로 연결된 하부 다리 부분을 갖고 무릎의 확장된 위치에서 구속되는 것으로 알려져 있으며, 그 구속 장치는 하부 다리 부분에 배치되고 연동 요소를 구비하는 허벅지 부분의 오목부로 돌출되고, 하부 다리 부분의 윤곽을 넘어 위쪽으로 연장되며, 하부 다리 부분에 장착된 로커를 통해 하부 다리 부분으로 도입된 보우덴 드라이브(Bowden drive)에 의해 구속이 해제될 수 있으며, 로커의 제1 암이 연동 요소의 위치를 결정하고 로커의 제2 암이 보우덴 드라이브와 연결되며, 하부 다리 부분에 삽입된 어셈블리 블록은 어셈블리 블록에 유지된 스프링에 의해 구속 위치로 밀어지는 연동 요소 역할을 하는 핀을 가이드하고 유지하고, 그 바닥면에서 로커를 운반하며, 제1 암은 핀의 하단부에 연결된다. 이 정지 가능한 무릎 조인트는 의지를 가진 환자가 의지를 가지고 걸을 때 안전한 느낌을 줄 수 있도록 사용된다. 이것은 움직이는 동안 자연스러운 수족을 돕는 역할을 한다. 공지된 장치의 기계적 배치는 또한 쉽게 조정될 수 있는 보철물과 함께 사용되어야 하기 때문에 정상 다리의 해부학적 측면에 의해 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
EP 0 564 734 A1로부터, 제1 팔을 제1 신체 부분에 해제 가능하게 부착하기 위해 외측 단부에 커프가 있는 제1 팔을 포함하는 제1 및 제2 상대적으로 선회 가능한 신체 부분 사이의 조인트를 이동함으로써 조직을 스트레칭고, 제2 아암을 제2 몸체 부분에 해제 가능하게 부착하기 위해 외측 단부에 커프가 있는 제2 아암을 포함하는 조정 가능한 보조기가 알려져 있다. 이 문헌은 치료에서 근육을 강화하기 전에 먼저 운동 범위를 개발해야 하며 가장 어려운 영역은 하루에 여러 번 수행해야 하는 극한 운동을 수행하는 것이라고 제안한다. 이 장치는 눈에 거슬리지 않는 것으로 간주될 수 없으며 조인트 주변의 조직을 늘리는 것보다 움직임을 보조하거나 자세 또는 자세를 안정시킨다는 표시가 없다.
US 6 635 024 B2로부터, 대향 잠금식 무릎 조인트 어셈블리가 대퇴골 및 경골 링크를 결합하고 착용자가 서 있거나 그렇지 않으면 무게를 다리에 가할 때 착용자의 무릎 조인트의 상대적인 회전을 억제하도록 선택적으로 잠글 수 있고 무게가 가해지지 않을 때 무릎 조인트의 조인트를 허용하도록 해제 가능한 조인트식 무릎 보호대가 알려져 있다. 공지된 보조기는 무릎 조인트의 외측 및 내측인 다리의 양측에 배치된 구성요소를 갖는다. 특히 양쪽 무릎에 조인트형 무릎 지지대가 필요한 경우에는 좌우 지지대의 내측 부분이 서로 닿아 보행 시 추가적인 어려움을 유발하는 문제가 발생할 수 있으며, 특히 약한 사용자의 경우 특히 수족에 대한 통제력이 낮거나 불균형과 같은 추가 의학적 상태로 고통받는다.
US 9 597 217 B2로부터, 링크에 연결된 케이블에 의해 경로 주위를 이동할 수 있는 이동 가능한 링크, 및 케이블 라우팅 요소를 갖는 이동 가능한 지지 부재를 포함하는 케이블 구동 액추에이터가 알려져 있다. 지지 부재는 링크에 작용하는 케이블의 모멘트 암을 변경하여 조인트에 가해지는 토크를 제어하는 방식으로 이동 가능한다. 모멘트 암의 변경을 허용하기 위해서는 장치의 크기가 다소 커야 한다. 또한, 배치는 지지할 조인트와 다소 정확하게 정렬되어야 한다. 따라서 사용으로 인한 보조기의 작은 오정렬조차도 환자에게 불쾌감을 줄 수 있다.
WO 2015/157731로부터, 조인트를 포함하는 수족의 두 부분을 결합하기 위한 강성 부재, 및 강성 부재에 결합되고 동력식 요소까지 연장되는 케이블을 포함하는 정형외과 장치가 공지되어 있다. 정형외과용 장치는 강성 부재를 사용하여 유익한 힘을 생성하고 케이블과 유익한 힘은 착용자에게 전달된다. 제어 시스템은 전력이 공급되는 요소를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다. 문헌에 따르면 표준 무릎 보호대는 일반적으로 신체의 정면면에서 무릎을 지지하지만 움직임과 신체의 시상면에 대해 무릎을 지지하고 완충하는 데는 도움이 되지 않는다. 알려진 장치는 보우덴 케이블과 큰 모멘트 암을 사용하여 스팬 조인트 주위에 힘을 생성한다. 힘의 전달은 원형 경로의 중심이 조인트와 정렬되는 스팬 조인트 앞의 원형 경로에서 두 말단 지점의 거리를 줄이는 힘 전달 메커니즘으로 인해 모멘트 암의 길이에만 의존하기 때문에 특히, 이러한 디자인은 돌출된 부재로 인해 옷 안에 착용할 때 특히 불리하다. 또한, 보우덴 케이블은 딱딱한 외피에 힘을 전달하기 때문에 불리한 힘 성분의 발생을 방지하는 데 도움이 되지만, 보우덴 케이블을 DC 모터와 같은 구동 액츄에이터로 가이드하는 것은 사용자에게 불편함을 줄 수 있다. 또한, 뻣뻣한 외피에 의존하기 때문에 보우덴 케이블의 길이는 다른 신체 높이와 모양에 쉽게 조정될 수 없고, 구부러지는 경향이 있으며, 심지어 어떤 경우에는, 특히 옷 아래에 장치를 숨기고 사용자가 걷기, 앉기, 눕기 등 일반적인 활동 범위에 참여하는 경우, 움직임에 저항할 수 있다.
WO 2018 023 109 A1로부터, 서로 연결되어 제1 암과 제2 암 사이의 상대적인 피봇을 허용하고, 제1 및 제2 암 사이의 상대적인 피봇이 환자의 고유 무릎 회전축에 근접한 축을 중심으로 하도록 제1 암은 환자의 상부 다리 부분에 연결되고, 제2 암은 환자의 하부 다리 부분에 연결되는 제1 암 및 제2 암; 제1 및 제2 암에 연결되고 제1 및 제2 암 사이의 토크를 인가하도록 작동 가능하여 제1 및 제2 암 사이의 상대 피봇을 압박하는 토크 적용기; 제1 및 제2 암에 인가된 토크의 크기를 측정하는 토크 센서, 제1 및 제2 암 사이의 상대 각도 위치를 측정하는 각도 센서; 지면과 환자의 발의 접촉을 측정하는 발 센서 및 발 센서, 각도 센서 및 토크 센서 중 하나 이상으로부터의 신호에 기초하여 환자의 다리가 어느 단계의 보행 주기에 있는지 결정하도록 프로그래밍된 컨트롤러를 포함하고, 선택된 환자의 보행 주기의 출력 단계 동안 환자의 의지적 무릎 근육을 보조하거나 저항하도록 토크 적용기가 제1 및 제2 암 사이에 보조 또는 저항 토크를 인가하는 전동 보행 보조 시스템이 알려져 있다. 알려진 장치는 발까지 확장되는 단단한 프레임을 사용한다. 팔이 다소 단단하기 때문에 무릎 조인트에 대해 적절하게 정렬되어야 하며 또한 표시된 배치가 눈에 띄지 않을 것이다. 제1 및 제2 암 사이의 상대적인 회전은 환자의 기본 무릎 회전축에 가까운 축을 중심으로 해야 하기 때문에 전체 장치의 올바른 방향은 충분히 강한 버팀대 등에 의해 유지되어야 하므로 사용자의 편안함이 감소한다.
WO 2018/122106 A1로부터, 소프트 웨어러블 근육 보조 장치가 알려져 있다. 알려진 근육 보조 장치를 사용하여 다리를 뻗을 수 있다고 명시되어 있다. 필요에 따라 풀리거나 감긴 힘줄을 사용하는 것이 좋다. 무릎을 따라 두 부분, 즉 무릎 조인트의 왼쪽을 따라 제1 부분과 무릎의 오른쪽을 따라 다른 힘줄 부분으로 힘줄을 가이드하는 것이 좋다. 이것은 팔꿈치에도 할 수 있다. 또한 무릎 앞과 엉덩이 뒤에 스트레칭 밴드를 제공하는 것이 좋다. 알려진 장치는 소프트 웨어러블 장치이지만 케이블이 무릎 앞에서 미리 결정된 거리에서 미끄러지는 장력 메커니즘이 제안된다. 따라서 일반적으로 무릎 앞쪽의 힘줄을 가이드하기 위해서는 무릎과 어느 정도 거리를 유지해야 하므로 시스템이 확장된다. 따라서, 어떤 경우에는 덜 눈에 잘 띄는 웨어러블 보조 장치, 특히 덜 눈에 잘 띄는 능동 웨어러블 보조 장치를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
추가 웨어러블 보조 장치는 US 2010/056970 A1, US 2006/206043 A1 및 US 2018/000623 A1에 알려져 있다.
본 발명의 목적은 공지된 장치의 단점을 극복하는 개선된 웨어러블 보조 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 독립적인 방식으로 주장되는 특징에 의해 달성된다.
일부 바람직한 실시예는 종속항에서 찾을 수 있다. 추가의 바람직한 실시예는 이하의 설명에서 찾을 수 있다.
따라서, 본 발명은 웨어러블 보조 장치로서, 2개, 즉 제1 및 제2 부분을 포함하고, 제1 및 제2 부분은 각각 수족 조인트의 웨어러블 원위 및 근위의 두 부분을 포함하고, 제1 부분에서 제2 부분으로 가이드되고 긴장 시 수족 조인트에 보조력을 가하는 관절 인터커넥션 및 힘줄 인터커넥션을 갖고, 여기서 관절 인터커넥션은 편측으로, 바람직하게는 수족 조인트의 측면에 제공되고, 힘줄 인터커넥션은 편측으로, 바람직하게는 수족 조인트의 측면에 제공되며, 힘줄 인터커넥션을 인장할 때 제1 및 제2 웨어러블 부분의 비틀림에 대응하는 힘을 생성하는 반대 비틀림 수단이 제공된다. 바람직하게는, 반대 비틀림 수단에 의해 생성된 힘은 힘줄 인터커넥션을 인장할 때 수족에 대한 제1 및 제2 웨어러블 부분의 비틀림에 대응한다.
즉, 본 발명은 관절 인터커넥션을 힘줄과 함께 사용하고, 관절 인터커넥션 및 힘줄 인터커넥션이 모두 편측이기 때문에, 왼다리의 인터커넥션 수단이 오른다리의 인터커넥션 수단과 간섭하는 위험을 줄일 수 있다.
또한, 사용자가 한쪽 다리에 대해서만 적극적인 보조가 필요한 경우에도 본 발명의 장치가 일반 의복 아래에 착용하기에 충분히 눈에 거슬리지 않게 만들어질 수 있으므로 양쪽(측면 및 내측) 측면에서 인터커넥션된 보조기 배치에 비해 이점이 얻어진다.
또한, 본 발명의 반대 비틀림 수단은 힘줄 인터커넥션이 인장될 때 발생할 수 있는 웨어러블 부분의 비틀림에 대항하는 힘을 발생시키기 때문에 복수 시간 또는 하루 종일 장기간 사용이 가능해진다. 이를 통해 장치를 부착하는 데 필요한 힘을 줄일 수 있다.
보다 상세하게는, 편측 힘줄에 의해 편측 관절 인터커넥션이 작동되는 경우, 웨어러블 부분이 수족에 약간의 힘을 가하기 때문에 웨어러블 부분의 비틀림이 쉽게 발생할 수 있음을 깨달았다. 이것이 한쪽 면에서만 수행되는 경우 웨어러블 부분의 비틀림 및 상대적 비틀림의 형태가 예상되어야 한다. 이것은 특히 힘줄이 수족에 직접 부착된 모터에 의해 예를 들어 수족에 직접 작동되지 않지만 수족에서 더 멀리 부착되고 예를 들어 몸통에서 여러 조인트에 걸쳐 있는 경우에 유지된다. 따라서 이러한 상황에서 위에서 언급한 단점을 감안할 때 단단한 외피를 통한 힘 전달에 의존하는 보우덴 케이블의 사용은 피해야 한다. 직접 부착된 모터의 경우 보우덴 케이블도 이점을 제공하지 않으므로 힘줄 인터커넥션 대신 보우덴 케이블을 사용하는 것도 피해야 한다. 이것은 또한 두 개의 웨어러블 부분이 수족을 완전히 둘러싸는 두 개의 단단한 부분으로 구성되지 않는 경우에도 적용된다. 그러한 배치는 착용하기 귀찮을 것이다. 전형적으로, 본 발명의 웨어러블 근위 및 원위 부분은 수족에 대한 과도한 압력을 방지하는 데 필요한 약간의 허용 오차를 제공하는 부드러운 구성요소를 포함할 것이다.
따라서, 수족 조인트의 적어도 하나, 바람직하게는 두 부분이 각각 착용 가능하고 수족에 부착하기 위한 적어도 하나의 부드러운 구성요소를 갖는 배치의 힘줄을 인장할 때, 편측 힘줄 인터커넥션을 인장할 때 비틀림이 발생하여, 이전에는 사용자의 편안함을 감소시켰다. 그러나, 이제 이러한 비틀림 및/또는 비틀림에 대응하는 힘을 생성함으로써 사용자의 편안함이 증가될 수 있고, 도움이 필요하지 않다.
따라서, 본 발명의 반대 비틀림 장치는 능동 웨어러블 보조 장치의 사용자에게 편안함을 증가시키면서 동시에 시스템의 안정성을 증가시킨다.
바람직하게는, 힘줄은 전기 모터, 특히 DC 모터가 충분한 힘을 제공하고, 충분한 전력을 공급하고, 양호한 시간 응답을 가질 수 있다는 것이 밝혀졌기 때문에 DC 모터에 의해 작동될 것이다.
독립항에 명시적으로 언급된 여러 부품을 포함하는 웨어러블 보조 장치는 또한 모터, 제어 장치, 센서, 배터리 등과 같은 추가 부품을 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 또한 웨어러블 보조 장치는 하나의 단일 수족 조인트 또는 왼쪽 및 오른쪽 무릎과 같은 오른쪽 및 왼쪽 수족의 동일한 조인트를 보조할 수 있음에 유의해야 한다. 오히려 여러 조인트에 도움이 제공될 수 있다.
각 조인트는 별도로 보조될 수 있다. 또는 하나의 동일한 힘줄로 여러 조인트에 도움을 줄 수 있다. 특정한 경우에는 왼쪽이나 오른쪽조차도 동일한 운동 및/또는 힘줄에 의해 함께 도움을 받는 상황을 고려할 수 있다.
예를 들어, 관절 인터커넥션 및 관절 인터커넥션과 힘줄 인터커넥션이 있는 두 부분이 각각 편측으로 제공되고 무릎을 보조하기 위한 반대 비틀림 수단이 제공되는 웨어러블 보조 장치를 설계하는 것이 가능하며, 그러나 힘줄이 긴장되는 방식으로 같은 다리 및/또는 발의 엉덩이에도 도움이 제공된다.
따라서, 청구범위는 웨어러블 보조 장치가 명시적으로 언급된 부분만을 포함한다는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
바람직하게는, 힘줄 인터커넥션을 인장하는 모터가 몸통에 제공될 수 있고 힘줄은 몸통에서 두 부분 중 첫 번째 부분으로 가이드된다. 모터를 몸통에 가깝게 배치하는 것은 잘 알려져 있으며 출원인이 설계하고 제공한 다수의 웨어러블 보조 장치와 함께 사용되었다. 이로부터 모터에서 본체를 따라 두 부분 중 첫 번째 부분으로 힘줄 인터커넥션 가이드하는 방법이 알려져 있으며, 특히 보우덴 케이블과 같이 동일선상 힘을 전달하는 데 사용되지 않는 부드럽고 유연한 피복을 사용한다. 바람직한 실시예에서, 힘줄은 무릎에 도움을 제공하기 위해 엉덩이를 가로질러 무릎으로 가이드될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
바람직하게는, 장치의 장력은 자세를 안정화시키는 방식으로 및/또는 수족의 연장부, 특히 무릎의 연장부를 지지하는 방식으로 제어 장치에 의해 제어된다. 제어는 제어 프로그램을 실행하고 센서 신호와 관련된 인풋을 처리하는 예를 들어 강성 플레이트에 통합되고, 사람이 현재 발을 들었는지, 발로 단단히 서 있는지 또는 걷기, 계단 오르기 또는 앉기와 같은 일상 생활 활동을 수행하는지 여부를 나타내는 이들 신호로부터 필터링된 각도와 결합된 다양한 가속도 및 각속도를 감지하는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
또한 및/또는 대안으로 하나 이상의 발 압력 센서, 로드 셀, 근전도 센서, 초음파 센서, 스트레인 게이지 또는 인코더 단독 또는 IMU와 함께 각도 측정의 기타 수단을 수족 또는 다른 쪽 수족이 현재 보조를 필요로 하지 않더라도 도움을 받을 수족 및/또는 해당하는 다른 쪽 수족의 여러 부분에 부착될 수 있다.
1개의 수족이 지지될 때도, 2개의 수족으로부터의 센서 신호가 감지되고보 보행 주기 및/또는 현재의 자세 또는 현재의 자세에서의 변화를 감지하는데 도움되는 것으로 평가된다. 보행 주기, 보행 특성, 자세 및/또는 자세 변화를 감지하는 것은 이들 기술에 잘 알려져 있다. 그러나, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서 웨어러블 능동 보조 장치가 주어진 자세에서, 특히 서있는 상태에서(특정한 의학적 상태로부터 고통을 겪는 사람이 어려워하는) 무릎을 안정화하고 또는 무릎의 신장을 지지하는 방식으로 사용되고, 본 발명의 다양한 보조 장치는 예를 들어 팔꿈치 또는 어깨를 늘리고 발목을 구부리거나 펴는데 이용될 수도 있다.
바람직하게는, 수족 조인트의 착용 가능한 근위 및 원위의 두 부분 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 모두는 수족에 사용시 안착되는 솔리드 플레이트뿐만 아니라 플레이트를 수족뿐만 아니라 수족에 부착하기 위한 하나 이상의 스트랩을 포함하는 스트랩 배치를 포함한다. 바람직하게는, 플레이트는 패딩될 것이다. 그 구조와 생성된 회전점으로 인해 스팬 조인트에 가까운 근위 및 원위 부분의 패딩은 사용자의 편안함을 높이는 데 특히 유용한다. 플레이트는 사용자의 수족과 정렬되어 전술한 회전점을 중심으로 회전하는 것을 방지하는 모멘트 암 역할을 하기 때문에 플레이트는 충분한 길이를 가져야 하며, 플레이트의 특정 부분만 사용자와 접촉해야 하므로 바람직하게는 플레이트의 일부만 패딩되고, 전체 구조의 통기성을 향상시키는 패딩이 필요하다.
솔리드 플레이트와 스트랩 배치의 조합을 사용함으로써, 보다 부드러운 스트랩 배치에 의해 사용자에게 높은 편안함을 유지하면서 관절 인터커넥션의 충분한 안정성을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 구성은 조인트와 완벽하게 정렬되지 않거나 조인트와 완벽하게 정렬된 상태를 유지하지 않는 약간 이동되거나 이동하는 회전 중심이 있는 경우에도 안정적인 힘 전달을 허용한다.
바람직하게는, 스트랩 배치는 적어도 하나의 스트랩이 림의 후방 부분 둘레에서 플레이트의 한쪽 측면으로부터 플레이트의 반대 측면으로 연장되도록 림에 플레이트를 부착한다. 따라서 플레이트는 앞쪽으로 마모되고 스트랩은 뒤쪽에 제공된다. 이것은 솔리드 플레이트가 정강이에 가깝고 비복근의 활동에 덜 영향을 받는 정강이서 특히 유리하다. 스트랩을 사용하면 이러한 근육의 변화하는 모양에 쉽게 적응할 수 있으므로 편안함이 높을 것이다. 이것은 바람직하게는 아킬레스 건이 일반적으로 보이는 곳 바로 위, 비복근 위의 상부 스트랩과 근육 삽입 아래의 하부 스트랩을 라우팅하여 달성된다. 유사하게, 사용자는 더 부드러운 스트랩이 배치될 수 있는 허벅지의 안쪽(내측) 부분 및/또는 허벅지 뒤쪽이 더 부드러운 부분에 더 민감하기 때문에 사용자의 편안함을 증가시키기 위해 허벅지 전면에 솔리드 플레이트를 제공하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 스트랩 배치는 적어도 하나의 스트랩이 자체 인장을 갖도록 수족에 플레이트를 부착한다. 사용 중인 스트랩을 인장하는 것은 비틀림 또는 비틀림에 대응하고 따라서 자체 인장 스트랩 또는 자체 인장 스트랩 배치는 반대 비틀림 수단의 일 실시예를 구현한다. 바람직하게는, 복수의 스트랩, 특히 각 플레이트에 대해 2개의 스트랩이 사용된다. 여러 개의 별도 스트랩을 사용하여 주름으로 인한 불편함을 방지하고, 움직임을 줄이며, 땀으로 인한 불편함을 방지한다.
여러 개의, 특히 4개의 스트랩이 두 부분에 사용되는 경우, 자체 인장은 바람직하게는 적어도 하나의 스트랩, 특히 가장 근위 스트랩에 대해 구현된다. 이것은 특히 가장 근위의 허벅지 스트랩에 대해 유지된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 자체 인장 스트랩은 플레이트의 한 측면으로부터 수족의 후방 부분 주위로 플레이트의 반대 측면으로 그리고 힘줄 인터커넥션으로 가이드된다. 바람직하게는, 사용 동안 힘줄 인터커넥션을 인장할 때 자체 인장 스트랩 내에서 발생된 인장은 솔리드 플레이트를 통해 수족에 작용하는 반대 비틀림 모멘트를 발생시킨다.
사용 중 스트랩의 인장과 관련하여, 특히 자체 인장에 대한 참조를 위해 그 전체가 참조로 첨부된 WO 2018/122106에 자체 인장 장치가 설명되어 있다. 이 공지된 선행 기술에서 자체 조임 메커니즘도 참조된다. 특히, 예를 들어 십자형 또는 지그재그 구조가 제공되는 경우 힘이 가해질 때 자동으로 조이는 특정 구조가 제공될 수 있다는 것이 언급되어 있다. 또한 필요에 따라 활성 힘줄을 구조물에 직접 연결하는 것이 좋다. 또한 강성은 예를 들어 압축되지 않을 때 유연성이 낮고 마찰 계수가 높아 압축될 때 강성이 높은 시트에 의해 강성 결합을 형성함으로써 증가될 수 있다고 명시되어 있다. 요구되는 압축력은 구조 자체, 공압 및/또는 전기 접착을 통해 달성할 수 있는 것으로 개시되어 베이스 층이 신체 형상 경화 작동을 취하도록 허용한다. 인체와 접촉 면적을 늘리고 접촉 면적을 늘리고 최적화하면 법선 및 전단 응력이 낮아진다고 한다. 증가된 강성은 강성일 때 구조 내에서 힘을 분배하는 원형 구조를 통해 압축력을 줄인다고 개시되어 있다; 유사한 방식으로 완전한 원형 구조가 사용되지 않고 플레이트와 해당 자체 조임 스트랩의 조합이 사용되는 경우에도 출원인이 선행 기술에 개시한 것과 동일한 이점을 얻을 수 있다.
바람직하게는, 힘줄 인터커넥션의 힘줄은 솔리드 플레이트보다 높지만 힘줄보다 낮은 가요성을 갖는 가이드 부재를 통해 가이드되고 가이드 부재를 스트랩, 특히 허벅지 스트랩, 특히 근위 허벅지 스트랩에 고정식으로 부착한다. 그러한 가이드 부재는 또한 기여하고 어떤 경우에는 반대 비틀림 수단으로도 충분한다.
바람직하게는, 보조를 받을 조인트는 무릎이고 플레이트 중 하나는 사용 시 정강이의 근위 전방 및 측면에 위치되도록 조정되며, 특히 사용 시 정강이 플레이트의 전방 부분이 경골 결절 주위 영역을 덮을 것이다. "경골 결절 주위"와 같은 용어는 플레이트가 경골 결절에 가까운 사용자의 수족에 존재하고 경골 결절을 따라 연장하지만 반드시 경골 결절을 둘러쌀 필요는 없다는 것을 의미하는 방식으로 해석되어야 한다는 것이 이해될 것이다. 일반적으로 정강이 플레이트와 경골 결절 사이의 거리가 몇 밀리미터 또는 최대 1cm-2cm이면 중요하지 않다. 일반적으로 정강이 플레이트의 가장자리는 경골 결절에 가깝도록 그에 따라 배치된다.
유사한 방식으로, 무릎 보조 웨어러블 능동 장치의 경우, 플레이트 중 하나가 허벅지의 원위 전방 및 측면에 착용되어 있으며, 바람직한 실시예에서, 대응하는 플레이트는 사용시 허벅지 플레이트가 대퇴사두근의 앞쪽 부분에 얹히도록, 특히 대퇴사두근 힘줄 바로 위에 있도록 착용될 것이다.
플레이트의 베이스 부분은 플라스틱 재질로 되어 있어 가볍고 위생적이며 저렴하며 피부에 자극을 주지 않는다. 탄소 섬유, 탄소 섬유 강화 수지, ABS, 테플론, 폴리아미드 및 탄소 섬유 또는 유리 비드 강화 폴리카보네이트인 폴리아미드와 같은 다양한 플라스틱 재료가 사용될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 실제 실시예에서, PA12-플라스틱 재료는 다중 제트 융합 공정에서 플레이트를 생산하는 데 사용되었다. 본 실시예에서 플레이트의 E-모듈은 2MPa, 인장강도는 49MPa, 파단신율은 20%이다.
일반적으로 세척, 취급, 부착 및/또는 사용 중에 플레이트가 파손되는 것을 방지하기 위해 파손 전에 약간의 신장을 허용하는 것이 바람직하다. 약간의 신장을 허용하면 다양한 수족 모양 및/또는 크기를 수용하는 데 도움이 되며, 이는 특히 허벅지에 유용하다. 다양한 크기 및/또는 모양을 수용할 수 있는 플레이트를 사용하면 모든 환자에 대해 플레이트를 맞춤화할 필요 없이 기성품 플레이트를 사용할 수 있다. 패딩을 사용하여 기성품 플레이트를 환자에게 쉽게 적용할 수 있다. 같은 방식으로 요소는 너무 단단하거나 너무 부드러워서는 안 되며, 두 경우 모두 힘의 전달이 손상될 수 있기 때문이다. 평균적인 숙련가는 실제 실시예의 재료에 대해 표시된 매개변수가 그를 가능한 매개변수 세트로 가이드할 수 있지만 전혀 제한하려는 의도가 아님을 이해할 것이다. -50% ~ +100% 또는 그 이상으로 표시된 범위의 변동을 쉽게 가질 수 있다. 또한 플레이트의 기하학적 특성 및 토폴로지는 내구성, 강성 등에 영향을 미친다는 것을 이해해야 한다.
웨어러블 보조 장치가 관절 인터커넥션이 무릎 조인트의 측면에 제공되는 실시예로 사용되는 경우, 적어도 대략 무릎 조인트의 회전 중심과 정렬된 회전 중심을 갖는 힌지 조인트가 사용되는 것이 바람직하다. 힌지 조인트의 정렬이 완벽할 필요는 없다. 대략적인 정렬이 달성된다면, 특히 장치의 압축 및/또는 사용자 조직의 압축에 의해 사용 중에 편차가 여전히 보상될 수 있는 정도로만 충분하다.
두 부분이 서로 연결되어야 하지만 잘 정의된 단일 회전 축이 있는 힌지 조인트를 갖는 것은 중요하지 않다. 일반적으로 축은 잘 정의되어 있지만, 예를 들어 매우 작은 간극을 갖는 피벗을 수용하기 위해 중공 실린더가 제공되기 때문에 더 큰 간극을 얻을 수 있도록 피벗보다 약간 큰 구멍 또는 관통 구멍을 가질 수 있다. 또한 일련의 인터커넥션된 힌지가 사용될 수 있다. 그러나, 작은 간극과 충분히 낮은 마찰을 갖는 단일 힌지 조인트를 사용하는 것이 바람직하다.
힌지 조인트의 부품은 특히 플라스틱 재료로 만들어진 베이스 부품이 사용되는 경우 각 플레이트와 일체로 만들어질 수 있지만, 특히 더 많은 힌지 조인트의 견고한 베어링 및/또는 더 낮은 마찰을 달성한다. 또한, 특히 웨어러블 보조 장치 및/또는 플레이트를 세척하거나 취급할 때 사용자가 장치에 횡력을 가하는 상황이 발생할 수 있으므로 특정 견고한 조인트를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 따라서 플레이트 이외의 재료를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
바람직하게는, 힌지 조인트는 또한 힘줄을 가이드하며 시상면에서 볼 때 조인트 축의 대퇴부 또는 정강이 절반으로부터 전방으로 연장될 것이다.
이러한 맥락에서, 플레이트 중 하나에 부착되어 조인트를 가로질러 가이드되고 다른 쪽에서 감겨 있는 힘줄을 사용하면 도움을 받을 조인트에 힘이 가해질 것이라는 점을 이해해야 한다. 특히, 보조할 조인트의 각도를 변경할 때 경로가 변경되고 따라서 힘줄의 길이가 변경된다는 점을 인식하는 것이 중요한다. 반대로 힘줄의 길이가 변경되면 조인트의 각도도 그에 따라 따라간다. 따라서 조인트의 각도가 변하여 힘이 가해지면 힘줄의 단축이 가능하다. 이것은 힘줄이 평면 내에서 실행되지 않는 경우에도 유지된다. 따라서 먼저 조인트 축에 수직인 평면에서 힘줄을 라우팅한 다음 이 평면에서 멀리, 특히 측면 힌지 조인트에서 근위 플레이트의 전방 중심점에 더 가까운 위치로 힘줄을 가이드하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로 힘줄이 무릎 조인트의 측면 가장자리와 동일선상에 시작되고 일반적으로 힌지 조인트의 축에 수직인 위치에서 동일선상의 경로에 대한 각도 β가 얻어진다.
이러한 방식으로, 힘 성분은 근위 플레이트에 제공된 가이드 수단에 의해 가이드되는 상부 플레이트에 대해 하부 플레이트에 가해진다.
보다 일반적으로 말해서, 각각의 제1 및 제2 부분은 사용시 수족에 안착된 솔리드 플레이트를 포함하는 것이 바람직하며, 라우팅 수단은 두 플레이트 사이의 힌지 조인트로부터 근위 플레이트의 전방 중앙 점을 향해 힘줄 인터커넥션을 라우팅하도록 제공된다. 바람직하게는, 힘줄 인터커넥션은 힘줄이 예를 들어 무릎 조인트(또는 다른 조인트) 아래의 원위 위치에서 예를 들어 무릎 조인트(또는 다른 조인트)의 보다 내측 근위 위치로, 특히 5°와 45° 사이, 바람직하게는 5°와 25° 사이의 각도 β에서 가이드된다. 따라서, 이것은 비틀림에 대응하고 반대 비틀림 수단의 다른 실시예를 구현한다.
바람직하게는, 각도(β)의 변화를 허용하기 위해 복수의 가이드 수단이 플레이트에 제공된다. 이것은 차례로 주어진 환자의 특정 해부학에 대해 반대 비틀림 수단을 조정하는 것을 허용한다. 바람직한 실시예에서, 적어도 5 내지 25°, 바람직하게는 1 내지 30° 사이의 각도(β)가 선택될 수 있다.
바람직하게는, 각도 β의 변화가 가능하며, 바람직하게는 적어도 2개의 상이한 각도(동일선상 배치 이외), 바람직하게는 적어도 3개 또는 4개의 상이한 각도가 선택될 수 있다.
즉, 본 발명은 관절 인터커넥션을 힘줄과 함께 사용하고, 관절 인터커넥션 및 힘줄 인터커넥션이 모두 편측이기 때문에, 왼다리의 인터커넥션 수단이 오른다리의 인터커넥션 수단과 간섭하는 위험을 줄일 수 있다.
또한, 사용자가 한쪽 다리에 대해서만 적극적인 보조가 필요한 경우에도 본 발명의 장치가 일반 의복 아래에 착용하기에 충분히 눈에 거슬리지 않게 만들어질 수 있으므로 양쪽(측면 및 내측) 측면에서 인터커넥션된 보조기 배치에 비해 이점이 얻어진다.
또한, 본 발명의 반대 비틀림 수단은 힘줄 인터커넥션이 인장될 때 발생할 수 있는 웨어러블 부분의 비틀림에 대항하는 힘을 발생시키기 때문에 복수 시간 또는 하루 종일 장기간 사용이 가능해진다. 이를 통해 장치를 부착하는 데 필요한 힘을 줄일 수 있다.
본 발명은 이제 비제한적인 예로서 도면을 참조하여 개시될 것이다. 도면에서,
도 1은 웨어러블 보조 장치가 부착된 다리를 정면도, 측면도 및 배면도로 도시한다.
도 2는 힘줄이 없고 스트랩이 없는 하부 플레이트를 보여준다.
도 3은 도 1에 사용된 허벅지 플레이트를 도시한다.
도 4는 자유도가 1인 인간 다리의 단순화된 구조를 도시한다. 도 5는 가상 작업 분석에 사용 가능한 모델을 도시한다.
도 6은 무릎 각도와 무릎 모멘트 사이의 관계를 보여준다.
도 7은 엉덩이 모멘트와 무릎 각도 사이의 관계를 보여준다.
도 8은 수족에 부착된 플레이트에 차례로 고정되는 힘줄과 직렬로 제공되는 탄성 탄성 요소로서의 스프링이 있는 웨어러블 보조 장치의 바람직한 세부사항을 설명하고,
도 9는 횡단면, 시상면 및 정면면을 표시하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 허벅지 보조기의 정면도를 도시한다.
도 10은 자체 인장 스트랩 없이 횡단면 내에서 생성된 모멘트를 개략적으로 도시한다. 그리고
도 11은 자체 인장 스트랩의 바람직한 실시예와 함께 횡단면 내에서 생성된 모멘트를 개략적으로 도시한다.
도 1에 따르면, 웨어러블 보조 장치(1)는 각각 각각 수족 조인트(4)의 근위부(부분(2) 참조) 및 원위부(부분(3) 참조)이고, 관절 인터커넥션(5)(참조 도 3) 및 제1 부분에서 제2 부분으로 가이드되고 Ftendon으로 나타낸 바와 같이 인장될 때 수족 조인트(4)에 보조력 Freaction을 가하는 힘줄 인터커넥션(6)을 포함하고, 여기서 관절 인터커넥션(5)은 편측으로 구비되고, 힘줄 인터커넥션(6)은 편측으로 구비되고 힘줄 인터커넥션을 인장할 때 웨어러블 부분(2, 3)의 비틀림에 대응하는 힘을 생성하는 반대 비틀림 수단(7)이 편측으로 구비된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 웨어러블 보조 장치는 다리 보조 장치이고 수족 조인트(4)은 무릎이다. 웨어러블 보조 장치(1)는 힘줄 인터커넥션(5)의 힘줄이 사용자(미도시)의 몸통 상의 가슴 또는 등판에 제공된 DC 모터에 의해 작동되는 능동 웨어러블 보조 장치이다. 힘줄은 엉덩이를 가로질러 모터로 연결된다.
무릎의 근위부 및 원위부에서 착용 가능한 두 부분은 플레이트 2 및 3을 포함하며, 각 플레이트는 각각 2개의 스트랩(2a, 2b 및 3a, 3b)으로 다리에 부착될 수 있다.
도 1에 도시된 3개의 모습로부터 추정할 수 있는 바와 같이, 다리에 부착된 웨어러블 보조 장치의 구성 요소는 다리에서 멀리 연장되지 않으므로 이러한 웨어러블 보조 장치의 부분은 바지 등의 아래에 착용될 수 있다. 따라서 웨어러블 보조 장치는 눈에 거슬리지 않는다.
도 3에 도시된 바와 같은 허벅지 플레이트(2)는 증산(transpiration)을 감소시키고 사용자의 편안함을 증가시키기 위해 복수의 구멍을 갖는 전면부를 갖는다. 허벅지 플레이트(2)는 두 위치, 즉 근위 위치와 더 원위 위치에서 플레이트의 왼쪽에서 오른쪽으로 후방으로 연장되는 스트랩을 사용하여 앞쪽에 착용할 수 있는 모양과 크기이다. 허벅지 부분은 (R1)으로 지정된 뻣뻣한 피벗 지지대를 제공하고 종아리 부분은 (R2)로 지정된 뻣뻣한 피벗 지지대를 제공한다.
플레이트(2)에 부착된 2개의 스트랩 사이의 큰 거리(그리고, 유사하게 플레이트(3)에 부착된 2개의 스트랩(3a, 3b) 사이의 큰 거리)는 힘을 가할 때 힘줄 인터커넥션에 인장을 가함으로써 다리에 대한 플레이트의 회전 또는 기타 움직임을 방지하는 데 도움이 된다. 스트랩(2a, 2b)은 편안할 만큼 충분히 유연하지만 큰 움직임 없이 플레이트를 제자리에 유지하기에 충분히 조이다. 플레이트(2) - 및 유사하게 플레이트(3)은 사용자에게 편안함을 증가시키기 위해 패딩될 것임을 이해할 것이다. 패딩은 확산을 허용하여 통기성을 증가시킬 수 있다. 또한, 패딩으로 플레이트의 전체 내부 영역을 덮지 않고 하나 이상의 컷아웃을 남기는 것이 바람직하다. 특히, 패딩은 큰 중앙 개구부를 가질 수 있다. 플레이트(3)에도 유사한 패딩이 제공된다. 또한 경량 배치에서는 플레이트(2, 3)에도 중앙 컷아웃이 있을 수 있다.
도 1(후면도 참조)에서 볼 수 있는 바와 같이, 허벅지에서 가장 근위 스트랩인 상부 스트랩(2a)은 힘줄이 인장되고, 스트랩이 사용자의 피부에 더 많이 눌릴 때와 같은 방식으로 힘줄이 가이드되는 앵커 스트랩(2c)을 갖는다. 따라서, 스트랩은 자체 인장되고 스트랩의 자체 인장은 사용 중 비틀림 또는 비틀림에 대응하여 앵커 스트랩(2c)이 반대 비틀림 수단으로 간주될 수 있다. 이러한 자체 인장에 기초한 반대 비틀림 수단은 도 9-11을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
스트랩은 약간의 유연성을 가지며 바람직하게는 쉽게 교체될 수 있다. 따라서, 플레이트에 대한 벨크로형 부착은 플레이트의 적어도 한 면에서 바람직하다.
힘줄(6)은 플레이트의 가장자리를 따라 트렌치형 구조(2d)로 가이드된다. 또한, 플레이트 전면의 관통 구멍은 통기성을 증가시키는 역할을 할 뿐만 아니라 스터드, 나사 또는 다른 구조를 삽입하여 다리 중앙을 향해, 즉 슬개골에 더 가까이 힘줄을 옆으로 가이드하는 데 사용할 수 있다 이에 적합한 관통 구멍은 2e1, 2e2, 2e3으로 표시된다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 힘줄(6)은 조인트(5)과 슬개골의 측면 가장자리 및 슬개골의 측면 가장자리를 포함하는 평면에 대해 힘줄의 각도 β로 이어지는 방식으로 라우팅된다. 각도 β는 힘줄을 인장할 때 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 상대적인 비틀림 또는 비틀림의 경향을 줄이는 데 도움이 되며 따라서 반대 비틀림 수단의 역할을 한다. 이것은 주어진 사용자가 힘줄 편향 스터드를 삽입하기에 적합한 관통 구멍(2e1 또는 2e2 또는 2e3)을 선택하는 방식으로 수행될 수 있다.
플레이트(2)가 플라스틱 재료로 제조되는 반면, 예를 들어 폴리아미드로 제조된 실제 실시예에서, 금속으로 제조된 조인트(5)는 별도로 제조되고 나사 등으로 플레이트(2)에 부착된다. 플레이트(3)도 플라스틱 재료로 만들어진다.
플레이트(2)는 모든 사용자를 위한 맞춤화 없이 기성품 플레이트를 사용할 수 있도록 약간의 변형을 허용하는 두께 및 형상을 갖는다는 것이 이해될 것이다. 물론 플레이트(3)도 마찬가지다.
스트랩은 당업계에 일반적으로 알려진 인장 메커니즘을 나타내는 도면 번호 2f로 표시된 것과 같은 적절한 인장 메커니즘에 의해 인장될 수 있음에 유의한다. 그러나 그러한 인장 메커니즘은 필수적인 것으로 간주되지 않는다.
조인트(5)은 평균 사용자의 경우 조인트(5)의 축이 무릎 조인트 운동의 축과 동일선상에 있도록 배치된다. 허벅지의 해부학적 모양(무릎에 가까운 둘레에 비해 엉덩이에 가까운 큰 둘레를 가짐)이 주어지고 종아리의 해부학적인 형태가 주어지면 조인트(5)의 부분이 옆으로 허벅지와 종아리의 가장 바깥쪽 부분에 각각 접하는 일반적인 윤곽을 넘어 연장될 필요가 없다. 따라서, 특히 뻣뻣한 외피를 필요로 하지 않는 부드러운 힘줄(6)이 사용될 수 있다는 사실의 관점에서, 웨어러블 보조 장치는 일반 의류 아래에 착용될 수 있다.
3cm 미만의 최소 곡률 반경을 갖는 힘줄이 매우 바람직하다는 것이 이해될 것이다. 바람직한 실시예는 Dyneema 힘줄을 사용할 수 있다.
플레이트(3)과 관련하여, 스트랩(3a 및 3b)는 상부 스트랩이 비복근 위로 라우팅되고 하부 스트랩이 일반적으로 아킬레스건이 보이는 곳 바로 위에 있는 근육 삽입 아래로 라우팅되도록 배치된다. 종아리의 해부학적 형태는 이러한 스트랩 배치를 사용하여 하부 플레이트을 배치하고 하부 플레이트를 올바르게 위치시키는 데 도움이 된다.
또한, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 정강이 플레이트(3)는 사용시에 조인트 축(5)의 전방으로 연장되는 힘줄 가이드 요소(3c)를 포함한다. 그러나, 가이드(3c)는 점선(3d)으로 표시된 바와 같이 분할된 하부 플레이트(3)의 전면을 넘어 연장될 필요가 없다.
가이드(3c)는 가이드 플레이트와 일체화되어 플라스틱 재료로 제작된다. 힌지(5)를 덮는 힌지 커버에 대해서도 마찬가지이므로 힌지의 움직임 동안 웨어러블 보조 장치 위에 착용된 의복의 직물 재료가 조이거나 조인트의 움직임을 방해할 수 없다. 힘줄은 덮개의 바깥 둘레로 가이드되지만 다리의 앞쪽으로 확장되지는 않는다다. 아래 분석을 통해 이 작은 치수에도 불구하고 다리에 충분한 지지를 제공할 수 있음을 이해할 수 있다.
힘줄을 고정하기 위해 플레이트(3)의 하부에는 힘줄이 가이드될 수 있고 매듭을 사용하여 힘줄이 고정될 수 있는 관통 구멍(3e)이 제공된다.
바람직한 실시예에서, 힘줄과 직렬로 탄성 탄성 요소를 제공한 다음 탄성 탄성 요소를 관통 구멍(3e)에 고정하는 것이 가능하다. 이에 대해서는 도 8을 참조하여 후술한다. 보다 상세하게는, 투명 모드 및/또는 다른 이점을 제공하는 바람직한 실시예를 구현하는 것이 가능하다. 더 자세하게, 우리는 여기에 DE 10 2018 215 163.6 및/또는 우선권을 주장하는 패밀리 멤버를 병합한다. 도 8은 DE 10 2018 215 163.6에서 가져왔다. DE 10 2018 215 163.6에서, 힘 전달 요소의 연장이 복수의 센서 신호에 기초하여 도출된 모델에 따라 엄격하게 제어된 방식으로, 수족 보조가 0에 가까울 수 있는 선택 가능한 최소 보조 정도를 갖는 웨어러블 능동 보조 장치가 제안된다. 이것은 작동기, 모터 등을 힘줄에서 분리하지 않고도 최소한의 보조를 선택할 수 있도록 한다. 특히, 최소한의 수족 보조 정도는 웨어러블 능동 보조 장치를 착용한 사용자가 직접 선택하는 것이 아니라, 특히 환자가 눈치채지 못하는 사이에 물리치료사, 물리치료사, 의사 등이 선택하는 것이 가능하다. 모터가 계속해서 적어도 하나의 힘 전달 요소를 늘리거나 줄임에 따라 실제 보조가 제공되지 않는 경우에도 모터를 듣는 사용자는 보조받는 느낌을 받게 된다. 따라서, 특히 환자가 자신의 근육에 대한 자신감을 회복해야 하는 경우 웨어러블 능동 보조 장치의 위약 효과를 쉽게 테스트할 수 있다. 더욱이, 신장을 모델링하고 적어도 하나의 힘 전달 요소를 단축 및/또는 신장함으로써, 물리치료사 등의 기대에도 불구하고 특정 움직임에 대해 여전히 도움이 제공되어야 하는 것으로 판명된 경우, 도움이 즉시 제공될 수 있으며 제공될 것이다. 본 발명의 목적을 위해, 수족 보조 정도 선택 입력은 유닛이 켜진 상태에서 적어도 2개의 상이한 지지도가 선택 가능하고, 수족 보조의 최소 정도는 이 최소 정도가 제로 보조에 해당하는 경우에도 이들 중 하나가 선택 가능하다.
또한 여기에 포함된 문헌에는 웨어러블 능동 보조 장치가 각 단일 사용자에 대한 전용 물리적 매개변수를 지나치게 정확하게 결정하지 않고 사용될 수 있도록 하는 것이 매우 바람직한 것으로 제안되었다. 본 발명에 대해서도 마찬가지이다. 인용된 참조 문헌에 개시된 매우 바람직한 실시예에서, 수족과 모터 사이에, 연장되거나 단축될 힘 전달 요소와 직렬로 탄성 요소가 제공된다. 예를 들어 코일 스프링과 같은 탄성 요소를 사용하면 사용자가 감지할 수 없는 상태로 유지하는 데 현재 필요한 힘 전달 요소의 신장 또는 단축을 결정할 때 작은 오류가 발생한다. 이는 본 출원에서도 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 탄성 요소의 신장을 제한하거나 제한하는 제한 장치가 제공되는 것이 바람직하며, 예를 들어 스프링의 신장을 최대 허용 신장으로 제한하고 임의의 추가적인 스프링 또는 다른 탄성 요소의 추가 신장을 허용하지 않으면서 다른 힘이 가해진다. 예를 들어, 특정 길이의 코드 또는 와이어가 코일 스프링 내에 제공될 수 있다. 코드는 스프링의 끝과 동일한 지점에 부착될 수 있으므로 제한 장치도 작동될 때 수족과 수족을 보조하는데 사용되는 모터 사이에 배치된다. 스프링 코일이 확장되지 않는 한 로프가 스프링 코일보다 길어야 한다는 점을 감안할 때, 예를 들어 모델과 사용자 간의 불일치로 인해 힘 전달 요소에 가해지는 모든 힘은 스프링의 확장으로 이어질 것이다. 어느 정도. 해당 예가 도 8에 나와 있다. 도 8에서는 수족에 부착되는 폐쇄형 링 구조로 그려진 커프가 도시되어 있지만 실제 실시예에서 커프는 물론 도 1에 도시된 플레이트/스트랩 배치로 대체된다.
도 8에 도시된 배치에서, 스프링(코일 스프링으로 도시됨)의 연장이 낮게 유지되는 동안, 코일 내에서 실행되는 중심 와이어로서 도시된 제한 장치에 의해 어떠한 힘도 취하지 않는다. 그러나 스프링이 허용된 최대값까지 확장되면 제한 장치가 추가 힘을 흡수하므로 탄성 스프링의 추가 확장을 허용하지 않는다. 즉, 제한 장치는 특히 실제 보조 또는 보조가 제공되는 경우 허용되는 특정 최대값으로 신장을 제한한다. 탄성 스프링 요소의 적절한 최대 허용 연신율과 적절한 탄성 계수를 적절하게 선택함으로써 특정 사용자에게 실제로 필요한 확장과 모델 간의 편차가 실제 보조 동안 현재 웨어러블 활성제의 의도된 동작을 손상시키거나 투명 모드 중에 장치를 감지하지 않도록 할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 탄성 요소는 선택된 최소 수족 보조 정도에서 허용 가능한 최대 잔류력에 대해 탄성 요소가 표준화된 모델과 지정된 사용자에 대한 올바른 확장 사이의 최대 허용 편차 이하만큼 신장되도록 탄성 계수를 갖는다.
이러한 맥락에서, 사용자에 대해 매우 정확한 측정을 할 필요가 없음에도 불구하고, 탄성 및 최대 허용 길이 모두에서 상이한 복수의 탄성 요소를 제공하는 것이 가능하고 바람직할 것임이 명백할 것이다. 일반적인 상황에서 최대 허용 편차는 몇 센티미터(예: 1~7cm)일 수 있다. 이 거리는 표준 모터 속도가 주어지면 수족 보조 장치의 긴급 변경의 경우에도 쉽게 극복할 수 있다. 선호되는 이러한 최대 허용 길이는 사용자가 거의 감지할 수 없는 모델과 일치하지 않을 때 탄성 요소의 확장으로 인한 잔류력을 허용하고 불일치가 대부분 또는 항상 감지되지 않은 상태로 유지되도록 한다.
위에서 지적한 바와 같이, 식별된 전류 움직임의 위상을 결정하고 모델링된 신장에 응답하여 모터 작동 신호를 출력하는 것이 가능한다. 그러나 실제 확장을 예측하는 것이 가능하지만, 본 발명에 따른 웨어러블 능동 보조 장치가 제공하는 투명 모드의 경우 예를 들어 보행 단계에 대한 지식이 필요하지 않으며, 작동 프로필이 미리 정의되지 않았기 때문에 시스템이 정확한 보행 주기에 의존하지 않는다. 특히, 특정 보행 단계에 의존하는 대신 무릎 각도 asf.에 따른 지속적인 힘 스케일링과 같은 다른 매개변수가 사용될 수 있다.
그러나 그럼에도 불구하고 제어 장치는 걷기, 서기, 오르막 또는 내리막 걷기, 계단 오르기 또는 내리기 등과 같은 특정 활동을 식별할 수 있다. 위에서 지적한 바와 같이, 투명 모드 자체의 제어가 정확한 전류 활동의 결정에 의존할 필요가 없는 경우에도 장치의 안전성이 증가될 수 있다.
따라서, 바람직한 실시예에서, 도 8에 대해 설명된 바와 같이 탄성 요소를 사용하여 일반적인 매개변수를 사용하고 스프링이 고정되도록 정밀하게만 힘줄을 늘리거나 줄이는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 투명 모드를 구현할 수 있도록 모드 중에 완전히 확장되지 않았다.. 예를 들어 환자가 지쳐서 실제 도움이 필요한 경우에만 힘줄이 너무 짧아져서 스프링 코일의 중심 요소가 더 이상 느슨해지지 않는다. 이러한 투명 모드에서는 힘줄이 감겨져야 하는 거리가 매우 작기 때문에 지지되는 수족에 충격이나 경련을 일으키지 않고 거의 즉시 능동적인 보조가 제공될 수 있다.
하나의 가능한 실시예는 수족 보조를 제공하기 위해 사용 중인 액추에이터를 포함하고 액추에이터는 액추에이터에 의해 늘어나거나 단축될 적어도 하나의 힘 전달 요소를 통해 능동적으로 보조받을 수족에 결합되고, 복수의 센서로부터의 신호에 대한 입력, 복수의 센서로부터의 입력 신호를 처리하기 위한 신호 처리 스테이지, 및 처리된 센서 신호에 따라 모터 작동 신호를 출력하기 위한 출력 스테이지를 갖는 제어부를 포함하고, 제어부는 수족 보조 정도를 선택하기 위한 수족 보조 정도 선택 입력을 더 갖고, 제어부는 수족 보조 정도를 선택하기 위한 수족 보조 정도 선택 입력을 더 갖고, 신호 처리기 스테이지는 신장 또는 단축될 적어도 하나의 힘 전달 요소의 모델링된 신장에 따라 그리고 선택된 수족 보조의 최소 정도에 대한 응답하여, 연속적인 액추에이터 작동 신호를 출력하기 위해 복수의 센서에 의해 현재 검출된 움직임 또는 자세에 대응하여 연장되거나 단축될 적어도 하나의 힘 전달 요소의 신장을 연속적으로 모델링한다. 즉, 바람직한 실시예의 장치는 투명 모드에서 사용될 수 있다.
본 발명의 웨어러블 보조 장치는 사용자에게 도움을 제공하기 위해 필요에 따라 제어 장치가 모터에 전원을 공급할 수 있도록 하는 하나 이상의 모터, 제어 장치 및 여러 센서를 갖는 능동 웨어러블 보조 장치라는 것이 이해될 것이다.
모터(들), 제어 및 센서는 도시되지 않았는데, 이는 매우 유연한 힘줄이 예를 들어 사용자의 몸통에 부착 가능한 공지된 배치를 사용할 수 있게 해주기 때문이다. 그러나 제어는 필요한 수준의 보조를 제공하도록 조정되어야 한다. 이를 위해 능동 웨어러블 보조 장치는 현재 자세, 보행 단계 및 예상되거나 감지된 움직임을 고려하여 힘줄의 필요한 신장 또는 단축을 모델링하는 것이 일반적으로 제안되었다. 모델이 힘줄의 필요한 신장 또는 단축을 예측하면 제어 장치가 그에 따라 모터에 전원을 공급할 수 있다. 능동 웨어러블 보조 장치에 대해 제어가 이러한 방식으로 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 이를 위해 가능한 모델이 도 4 내지 도 7과 관련하여 이하에서 개시된다.
이 모델과 관련하여 이하를 유의해야 한다. 이전에 무릎 모멘트 암(KMA)의 중요성은 무릎 조인트 주변에서 발생하는 모멘트에 귀속되었다. 이러한 이전 모델에서는 엉덩이와 발목 조인트 주변의 모멘트가 무시되었다. 또한 이전에는 스윙 이중 진자 모델이 시스템에 사용되었다. 이 경우 무릎 주변에서 발생하는 모멘트는 무릎 신전의 중요한 요소이다.
그러나, 본 발명은 입각기(stance phase)의 상황이 이중 진자 시스템의 배치을 변경하여 발목과 고조인트를 고정시킨다는 것을 깨달았다. 따라서 무릎 조인트의 확장은 엉덩이와 발목 조인트 주변에서 생성된 보조 모멘트의 결과가 된다.
모델의 경우 입각기 동안에만 웨어러블 보조 장치의 활성 부분의 보조가 제공되는 것으로 가정한다. 이러한 경우 KMA의 크기는 다음 분석의 관점에서 고조인트 및 발목 조인트 주변에서 생성되는 모멘트에 대해 더 이상 중요하지 않음을 발견했다.
분석을 위해 인체는 도 4와 같이 1DOF 프레임으로 단순화하였다.
도 4에서 A는 발목 조인트(XY 지지), H는 고조인트(X 지지), K는 무릎 조인트다. KF는 무릎 모멘트 암이다. Thip과 Tshank는 각각 무릎-모멘트-암 KMA의 위와 아래에 있는 힘줄이다. x 및 y 첨자는 각 힘줄의 x 및 y 성분에 대한 것이다.
이 용어를 사용하여 가상 작업 방법을 분석에 사용할 수 있다. 구체적으로 도 5와 같은 가상 작업 모델을 사용하였다.
이 접근법을 사용하여 K 주변의 엉덩이 힘줄과 허벅지 힘줄 힘의 합에 의해 유도된 H 시스템의 운동학적 변화에 저항하기 위해 생성되어야 하는 모멘트를 결정할 수 있다.
dx와 dy는 Mhip이 한 일에 해당하는 시스템의 무한히 작은 변형으로 인한 K의 이동을 나타낸다. Mhip은 다음과 같은 작업을 수행한다.
U = Mhip * d(aHKA),
여기서 HKA는 무릎 각도이고 d(aHKA)는 무릎 각도의 변화이다. 시스템에서 외부 작업을 수행하는 다른 힘은 K 주위의 힘줄 힘의 수직 및 수평 투영이다.
(Tshank,x + Thip,x) * dx 및 (Tshank,y + Thip,y) * dy
따라서 전체 가상 작업 방정식은 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure pct00001
엉덩이 모멘트 이전의 음수 기호는 그 순간에 수행된 작업이 음수이기 때문이다. 즉, 시스템에 작업을 투입하는 것이다. 수직 엉덩이 힘의 음의 부호는 힘의 음의 방향 때문이다.
전체 작업 방정식을 설정하면 방정식의 d(y) 및 d(x) 부분은 무릎 각도(d(aHKA))를 사용하여 표현할 수 있으며 따라서 공통 편미분을 갖는 방정식은 Mhip에 대해 풀 수 있다.
KMA의 크기는 각각 다른 무릎 각도에서 발생된 무릎 모멘트 대 무릎 각도, 다른 모멘트 암에 대한 엉덩이 모멘트 대 무릎 각도를 나타내는 도 6과 7과 같이, 무릎 모멘트와 무릎 각도에 따라 발생하는 무릎 각도를 나타내는 엉덩이 주위에서 발생하는 모멘트에 영향을 미치는 것으로 유추할 수 있으며, 이는 서로 다른 모멘트 팔과 엉덩이 동작의 영향을 보여준다.
웨어러블 보조 장치는 많은 수의 사용자에게 특히 유용한 방식으로 도움을 준다. 이를 이해하기 위해서는 걷기에서 사용자에게 최적의 지지를 제공하기 위해 입각기 또는 유각기(swing phase)와 같이 여러 단계를 구별할 수 있음을 인식하는 것이 중요한다. 입각기 단계에서 다리는 사용자의 체중을 지탱하고 닫힌 운동학적 사슬이 생성된다. 발이 땅에서 들리고 다리가 앞으로 흔들리면 고조인트와 무릎 조인트 주위에서 흔들리는 추와 같은 역할을 한다. 대조적으로 유각기 동안에는 고정이 불가능하고 무릎의 신전 지지는 주로 무릎 조인트 앞의 모멘트 팔에 의존한다.
또한 발을 땅에 대고 움직일 때 인체의 근육은 전신을 움직이는 신전 모멘트를 발생시킨다(예: 걷기, 계단 오르기, 의자에서 일어서기). 확장 패턴은 힘줄(Ft)의 라우팅으로 인한 반작용력(도 1 참조)에 의해 지지될 수 있다.
표시된 배치에서 무릎은 뒤쪽으로 "밀어져" 무릎 조인트 앞에 있는 인공 모멘트 암이 아닌 정강이와 허벅지 부분의 길이에 따라 모멘트를 생성한다. 이러한 모멘트 암은 매우 크므로 정강이 및 허벅ㅈ기 요소의 길이 = 대략 0.245*신장을 감안할 때 움직임이나 자세에 큰 영향을 미친다.
이는 인공 무릎 모멘트 암의 길이가 일상 생활 시나리오에서 실용성을 제한하는 요소이기 때문에 유용한다. 본 발명에서는 지지 레그 익스텐션에 대한 충격이 작기 때문에 어떠한 인공 모멘트 암도 최소화될 수 있다.
또한 무릎이 더 많이 구부러질수록 일반적으로 사용자가 신전 동작을 보조하는 데 더 많은 힘이 필요하지만, 사람이 똑바로 서 있고 힘줄 각도가 더 클 때 일반적으로 더 적은 보조가 필요한다.
본 발명에서 무릎을 구부린 자세는 무릎 주위의 날카로운 힘줄 각도로 인해 Freaction을 증가시킨다. 이는 생성된 무릎 모멘트에서 확인할 수 있다. 특히 다리를 구부릴 때 더 작은 모멘트 암으로 더 큰 모멘트가 생성된다.
다리가 거의 직선일 때만 모멘트 암이 큰 구성은 더 큰 무릎 모멘트를 생성하지만 더 높은 힘줄 힘으로 보상할 수 있다. 반면에 서 있는 동안에는 체중이 안정된 형태로 균형을 이루기 때문에 필요한 지지 모멘트가 적다.
이를 고려하여, 도 1은 무릎 신전을 보조하기 위해 실시예에서 Freaction이 어떻게 사용될 수 있는지를 도시한다. 반력을 생성함으로써 허벅지와 정강이에 부착된 강체 요소가 R1과 R2를 중심으로 회전한다. 스트랩(3, 4)은 생성된 힘에 대항하고 이러한 힘을 사용자의 수족 부분에 전달한다. 스트랩(1 및 2)는 기계 구조의 위아래 이동을 방지하기 위해 원추형 다리 모양을 사용한다.
이제 힘은 측면으로만 전달되기 때문에 전체 구조는 Fraction과 rrot로 인해 수직 수족 축을 중심으로 회전하는 경향이 있다(도 1). 본 발명은 이것이 적절한 반대 비틀림 수단, 예를 들어 꼭 맞는 맞춤(예를 들어, 자체 조임 허벅지 끈에 의해 유도됨) 또는 rrot이 최소화되도록 힘줄 라우팅을 변경함으로써(각도 β) 방지될 수 있음을 제안한다.
힘의 적용은 적절한 제어 메커니즘, 예를 들어 위에서 설명한 모델을 구현하는 제어 메커니즘을 사용하여 적절하게 적절한 타이밍에 쉽게 적용할 수 있으므로 적용 시 무릎 조인트에 대한 사용자에게 여러 이점, 즉 적어도 보행 주기의 초기 입각기 또는 앉았다 일어서기 전환 중 - 동심원 무릎 신전 운동 동안 효과적으로 추가 외부 근육이 됨. 보행 주기의 중간 단계 또는 서 있는 동안 무릎 안정화를 통해 무릎이 무너지는 것을 방지한다.
무릎 확장에 대한 보조는 허벅지의 원위 측면 및 전방 측면에 위치된 구성요소 및 정강이의 근위 전방 및 측면 측면에 위치된 유사한 구성요소가 제공되도록 구현될 수 있다. 더 구체적으로 말하면, 허벅지 앞쪽 구성요소는 대퇴사두근 힘줄 바로 위의 대퇴사두근 뒤쪽 부분에 있어야 한다. 유사하게, 정강이 부분의 앞쪽 부분은 경골 결절 주변 영역을 덮어야 한다. 조각을 다리 부분에 부착된 상태로 유지하려면 스트랩 시스템을 사용해야 한다. 스트랩은 두 구성 요소의 앞쪽 부분에서 연장되어야 하며 단단한 구조의 뒤쪽 측면에 부착 지점이 있는 세그먼트 주위에 고리가 있어야 한다.
개시된 바와 같이, 전술한 2개의 구조는 회전 중심이 일반적으로 무릎 조인트의 중심과 정렬되는 힌지 조인트에 의해 측방향으로 연결되며, 이러한 일반적인 정렬은 대략적일 필요가 있다는 점에 유의해야한다. 힌지 조인트의 두 단면은 위에서 설명한 것처럼 메커니즘의 두 다리 부분에서 약간 연장된다. 경첩 조인트에는 힘줄을 라우팅하고 시상면에서 볼 때 조인트 축의 대퇴부 절반에서 앞쪽으로 연장되는 작은 돌출부가 있다. 그런 다음 힘줄은 힌지 조인트에서 옆으로 허벅지 구조 위로, 뒤쪽으로 허벅지 위로(허벅지 끈에 앉는 구조를 통해) 연결되고 적절한 제어부로부터의 제어 신호에 따라 동력이 공급되는 모터와 같은 힘 생성 장치에 부착된다.
시스템에서 유리한 안정화 힘만을 유도하기 위해 무릎 조인트 주위에서 힘의 흐름에 대한 몇 가지 규칙을 따르는 것이 바람직하다는 점에 유의해야한다. 정면에서 볼 때 힘 전달 부재의 경로는 바람직하게는 무릎 조인트의 측면 가장자리에 높인다. 이것은 정면에서 구조의 회전이 일어나지 않도록 한다. 허벅지 플레이트의 단단한 조임에 의해 이것은 쉽게 보증될 수 있다(도 1 참조, 앵커 스트랩). 추가적으로 및/또는 대안적으로, 힘의 보상을 돕기 위해 라우팅의 변경이 구현될 수 있다(참조 도 1, β를 사용하는 대체 경로).
또한, 설명된 바와 같이 단일 메커니즘 또는 매우 적은 부품으로 다양한 사용자 크기를 수용할 수 있도록 보장하는 반면, 허벅지 및 정강이 전방 구성요소에는 어느 정도의 유연성이 일반적으로 제공된다. 이것은 두 반쪽의 앞쪽 축점과 무릎 정렬 조인트 사이의 모멘트 암으로 인해 비틀림을 유발할 수 있다는 사실을 고려하여) 힘줄에 인장력이 가해질 때, 이는 메커니즘의 정강이와 허벅지 부분 사이에서 발생하는 상대적 비틀림 변형이고, 힘 전달 요소로서 힘줄은 일반적으로 그리고 바람직하게는 힌지 조인트에서 뻣뻣한 허벅지 구성요소의 앞쪽 중심점을 향해 라우팅된다.
또한, 후방 라우팅은 바람직하게는 허벅지 스트랩에 고정된 방식으로 부착되는 반강성 부재를 통해 허벅지 영역 주위로 가이드된다. 이렇게 하면 정면에서 볼 때 상완 조인트와 일직선으로 힘이 전달되어 고조인트 외전 모멘트가 유도되지 않는다.
따라서, 기계적 배치 및 그 제어로 인해 폐쇄된 운동학적 체인을 이용하는 모멘트 암이 필요하며, 따라서 본 발명의 장치는 특히 옷 안에 착용되어야 한다.
또한 작은 모멘트 암과 피봇 지점 R1 및 R2에 의해 높은 접선력이 방지된다. 상반되는 수직력 또는 압력은 해당 스트랩에 의해 생성되어(도 1) 구조가 위쪽으로 미끄러지는 것을 방지한다. 수족 세그먼트 구성요소의 길이는 바람직하게는 회전 중심(CoR)까지의 힘줄의 거리보다 적어도 4배 더 크다는 점에 유의해야 한다. 이렇게 하면 스트랩에 의해 생성되는 압력이 감소한다. 게다가, y축 주위의 회전은 특히 자체 조임 메커니즘(도 1의 앵커 스트랩 참조)과 각도 β를 사용하여 rrot을 최소화하는 추가 힘 라우팅으로 인해 방지될 수 있다.
높은 힘의 전달에도 불구하고, 본 발명의 편측 무릎 조인트는 알려진 다른 장치와 달리 일단 운동학적 사슬이 열리면(예: 발이 지면에서 들어 올려지면) 스팬 조인트를 더 이상 잠그지 않기 때문에 고유한 안전성을 제공한다.
따라서, 위의 텍스트에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 배치는 무릎 조인트(예를 들어, 외골격)과 거의 완벽한 정렬을 요구하는 디자인에 비해 유리하다.
본 발명에 따른 반대 비틀림 수단의 일례로서 자체 인장 스트랩의 작동 원리가 도 9-11을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 반대 비틀림 메커니즘과 자체 조임 메커니즘의 기능을 시각적으로 표시하기 위해 힘이 사용자의 허리 내측 영역에서 허벅지 보조기의 근위 측면으로 라우팅되는 예를 고려한다(그런 다음 무릎 모멘트 암 메커니즘을 통해 보조기의 정강이 부분으로 추가로 라우팅될 수 있다).
도 9는 횡단면, 시상면 및 정면면을 표시하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨어러블 장치의 솔리드 플레이트(2)를 갖는 허벅지 보조기의 정면도를 도시한다.
도 10은 자체 인장 스트랩 없이 횡단면(사용자의 허벅지(8)의 단면을 통해) 내에서 생성된 모멘트를 개략적으로 나타낸다. 반대 비틀림 수단이 제공되지 않으면 모멘트 Ma가 사용자의 허벅지(8)의 중앙(A) 주변의 횡단면에서 생성된다. 이 모멘트 Ma는 횡단면에서 사용자의 허벅지(8) 중심 A로부터의 거리 d1의 6배인 힘줄에서 생성된 장력 T1으로 표현될 수 있다. Ma = d1 * T1
도 10에 도시된 허벅지 보조기에서 연장되는 근위 허벅지 스트랩(2c)이 강성 보조기 구조(2)의 제1 고정 지점(S1), 즉 중실 플레이트(2)로부터 중실 플레이트(2)의 제2 고정 지점(S2)까지 연장되는 경우(도르래로 작용하기 위해) 인터페이스 또는 연결부(9)에서 인장된 힘줄(6)을 인터페이스하기 위해 제2 고정 지점(S2)으로부터 루프형 스트랩(2c)이 형성되고 도 11에 도시된 다이어그램이 생성될 수 있다.
힘줄(6)의 장력이 증가함에 따라 결과적인 장력 성분이 루프형 스트랩(2c) 내에 생성된다. 이 힘은 근위 허벅지 스트랩(2c)에 "자체 인장" 메커니즘을 제공한다. 힘줄(6)의 인장력이 높을수록 허벅지 근위 스트랩(2c)의 "자체 인장"이 더 분명해지며, 이는 내부 인장력(T3)이 힘줄(6)의 인장력에 선형적으로 비례하기 때문이다.　
루프형 스트랩(2c)은 이제 허벅지(8)의 사용자 중심 A 주위에 반대 비틀림 모멘트를 생성한다. 횡단면에서 점 A 주위의 순 모멘트는 다음과 같이 계산할 수 있다.
Ma = d2 * T2 - d3 * T3

Claims (20)

  1. 웨어러블 보조 장치로서,
    제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분 및 제2 부분은 각각 수족 조인트의 웨어러블 근위 및 원위이고, 상기 제1 부분에서 상기 제2 부분으로 가이드되고, 인장 시 상기 수족 조인트에 보조력을 가하는 힘줄 인터커넥션과 관절 인터커넥션을 갖고,
    상기 관절 인터커넥션은 상기 수족 조인트의 측면에 편측으로 구비되고,
    상기 힘줄 인터커넥션은 상기 수족 조인트의 측면에 편측으로 구비되고,
    상기 힘줄 인터커넥션에 인장이 가해지면 상기 수족에 대해 상기 제1 웨어러블 부분 및 제2 웨어러블 부분의 비틀림에 대응하는 힘을 생성하는 반대 비틀림 수단을 구비하는, 웨어러블 보조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 힘줄 인터커넥션을 인장하는 모터, 특히 DC 모터가 구비되는, 웨어러블 보조 장치.
  3. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 힘줄 인터커넥션을 인장하는 모터가 몸통에 구비되고, 상기 힘줄이 상기 몸통에서 상기 두 부분 중 제1 부분으로, 특히 적어도 하나의 조인트를 가로질러, 특히 엉덩이를 가로질러 가이드되는, 웨어러블 보조 장치.
  4. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    자세를 안정화시키는 방식 및/또는 수족의 신장을 지지하는 방식으로 힘줄을 인장하도록 제어부가 구비되는 착용가능 보조 장치.
  5. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부분 및 제2 부분은 무릎 조인트의 근위 및 원위에 착용 가능하고,
    상기 보조 장치는 자세 안정화 및/또는 다리 확장을 보조하는, 웨어러블 보조 장치.
  6. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부분 및 제2 부분 중 적어도 하나 바람직하게는 두 부분 모두는 사용시에 상기 수족에 자리잡는 솔리드 플레이트 및 상기 수족에 상기 플레이트를 부착하는 하나 이상의 스트랩을 포함하는 스트랩 배치부를 포함하는, 웨어러블 보조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스트랩 배치부는 적어도 하나의 스트랩이 플레이트의 일측으로부터, 상기 수족의 후방 부분 주위에서 그리고 상기 수족의 반대측으로 연장되도록 상기 수족에 플레이트를 부착하는, 웨어러블 보조 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 스트랩 배치부는 반대 비틀림 수단을 구현하기 위해 적어도 하나의 스트랩이 자체 인장이 되도록 상기 수족에 상기 플레이트를 부착하는, 웨어러블 보조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    적어도 하나의 자체 인장되는 상기 스트랩은 상기 플레이트의 일측으로부터 수족의 후방부 둘레에서 상기 플레이트의 반대측 및 상기 힘줄 인터커넥션으로 가이드되는, 웨어러블 보조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    사용 중에 힘줄 인터커넥션을 인장할 때 자체 인장 스트랩 내에서 발생하는 인장은 상기 솔리드 플레이트를 통해 상기 수족에 작용하는 반대 비틀림 모멘트를 발생시키는, 웨어러블 보조 장치.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 힘줄 인터커넥션의 힘줄은 상기 플레이트보다 높지만 상기 힘줄보다 낮은 유연성을 갖는 가이드 부재를 통해 가이드되고, 상기 가이드 부재는 상기 스트랩 배치부의 스트랩, 특히 근위 허벅지 스트랩에 고정 부착되는, 웨어러블 보조 장치.
  12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트 중 하나는 사용시 정강이의 근위 전방 및 측면, 특히 사용시 정강이 플레이트의 전방 부분이 경골 결절 주변 영역을 덮도록 위치하는, 착용가능 보조 장치.
  13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트 중 하나는 상기 허벅지의 원위 전방 및 측면, 특히 사용시 허벅지 플레이트가 대퇴사두근의 상부에, 특히 대퇴사두근 힘줄 바로 위에 놓이도록 착용되는, 웨어러블 보조 장치.
  14. 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트는 플라스틱 재료, 특히 나일론, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 또는 폴리우레탄 수지로 만들어진 베이스 부분을 갖고, 바람직하게는 상기 플레이트는 패딩되고, 그리고/또는 바람직하게는 기성품 플레이트가 사용되는, 웨어러블 보조 장치.
  15. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관절 인터커넥션은 무릎 조인트의 측면에 구비되는, 웨어러블 보조 장치.
  16. 이전 청구항에 있어서,
    상기 관절 인터커넥션은 상기 관절 인터커넥션은 사용시 최소한 대략적으로 무릎 조인트의 회전 중심과 정렬된, 특히 장치의 압축 및/또는 사용자의 조직의 압축에 의해 모든 편차가 보상되는 정도로 정렬된 회전 중심을 갖는 힌지 조인트의 형태로 구비되는, 웨어러블 보조 장치.
  17. 이전 청구항에 있어서,
    상기 힌지 조인트는 제1 플레이트 및 제2 플레이트에 연결되고, 최원위 플레이트는 상기 힘줄 인터커넥션의 힘줄을 가이드하고, 시상면에서 볼 때 조인트 축으로부터 전방으로 연장되는, 웨어러블 보조 장치.
  18. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 힘줄 인터커넥션은 리봇 또는 비보우덴 케이블을 포함하고, 특히 1cm 미만, 바람직하게는 5mm 미만의 곡률 반경을 갖는, 웨어러블 보조 장치.
  19. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부분 및 제2 부분 각각은 사용 중에 수족에 자리잡는 솔리드 플레이트를 포함하고, 상기 근위 플레이트의 전측 중앙 포인트를 향해 상기 2개의 플레이트 사이의 힌지 조인트로부터 상기 힘줄 인터커넥션을 라우팅하도록 라우팅 수단이 구비되는, 웨어러블 보조 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 힘줄 인터커넥션은 반대 비틀림 수단을 구현하도록 상기 무릎 조인트 아래의 원위 위치에서 상기 무릎 조인트의 보다 안쪽 근위 위치로, 특히 5°와 45° 사이의 각도 BETA에서, 바람직하게는 동일선상의 경로로 5°와 25° 사이에서, 상기 힘줄이 측방향으로 가이드되도록 라우팅되는, 웨어러블 보조 장치.
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