KR20220005714A

KR20220005714A - 착용형 보조장치

Info

Publication number: KR20220005714A
Application number: KR1020200083226A
Authority: KR
Inventors: 나병훈; 권철민
Original assignee: 주식회사 엔젤로보틱스
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2022-01-14
Also published as: KR102369074B1

Abstract

본 발명은 x축 방향 보행을 보조하기 위하여 착용자의 고관절에 보조력을 제공하면서도 착용자의 고관절의 x축 중심 내전과 외전을 허용하여 착용자의 자연스러운 보행을 가능하게 하고, 착용자가 착용형 보조장치의 착용과정에서 고관절 구동기를 포함하는 하지 구조가 골반 구조로부터 z축 중심으로 회전 또는 전개되도록 하여 사용자 편의성을 향상시킬 수 있는 착용형 보조장치에 관한 것이다.

Description

착용형 보조장치{WEARABLE ASSISTING DEVICE}

본 발명은 착용형 보조장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 x축 방향 보행을 보조하기 위하여 착용자의 고관절에 보조력을 제공하면서도 착용자의 고관절의 x축 중심 내전과 외전을 허용하여 착용자의 자연스러운 보행을 가능하게 하고, 착용자가 착용형 보조장치의 착용과정에서 고관절 구동기를 포함하는 하지 구조가 골반 구조로부터 z축 중심으로 회전 또는 전개되도록 하여 사용자 편의성을 향상시킬 수 있는 착용형 보조장치에 관한 것이다.

최근 일상 생활이 불가능한 신체능력을 가진 장애인, 환자 또는 노약자를 위한 착용형 보조장치 또는 체력이나 신체능력을 강화하기 위한 산업용 또는 군사용 착용형 보조장치의 개발이 진행되고 있다.

장애인, 환자 또는 노약자를 위한 착용형 보조장치의 경우에는 신체 능력, 요구되는 보조력의 크기 또는 역할에 따라 완전마비 장애인용 착용형 보조장치와 노약자 또는 부분마비 환자 또는 장애인용 착용형 보조장치로 분류될 수 있다.

이러한 착용형 보조장치의 경우, 배터리와 컨트롤러 등이 구비되며 착용자의 등에 장착되는 본체, 각각의 관절을 구동하기 위한 고관절 및 슬관절에 장착되는 관절 구동기, 각각의 관절 구동기에 연결되고 착용자의 대퇴 또는 하퇴를 지지하기 위한 지지유닛을 포함하는 형태가 주를 이루고 있다.

이러한 착용형 보조장치의 경우, 착용자의 관절 근방에 관절 구동기를 배치하고 착용자의 보행동작에 따라 착용자의 대퇴 또는 하퇴에 보조토크 형태의 보조력을 제공하여 착용자의 보행을 보조할 수 있다.

3차원 좌표 공간에서 착용자가 x축 방향으로 보행한다고 가정하는 경우, 각각의 관절 구동기는 고관절 및 슬관절의 보행 방향인 x축 방향 및 수직 방향인 z축 방향과 평행한 y축을 중심으로 회전하며 보조력을 제공한다. 즉, 관절 구동기는 역시 착용자의 보행시 관절의 회전 방향에 대응하는 y축 중심으로 회전되도록 구성될 수 있다.

신체의 고관절 등은 보행시 y축 중심으로 회전되어 보행 동작이 수행되지만, y축 중심 회전 외에도 어느 정도의 x축 또는 z축 중심 회전 움직임이 발생되며, 이러한 신체구조의 특성을 갖는 착용자가 y축 중심 회전만을 가정하여 설계된 관절 구동기 또는 관절 구조를 갖는 착용형 보조장치를 착용하면 상당한 불편함 또는 통증 등을 느끼게 된다.

본 발명은 x축 방향 보행을 보조하기 위하여 착용자의 고관절에 보조력을 제공하면서도 착용자의 고관절의 x축 중심 내전과 외전을 허용하여 착용자의 자연스러운 보행을 가능하게 하고, 착용자가 착용형 보조장치의 착용과정에서 고관절 구동기를 포함하는 하지 구조가 골반 구조로부터 z축 중심으로 회전 또는 전개되도록 하여 사용자 편의성을 향상시킬 수 있는 착용형 보조장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제어신호를 제공하는 컨트롤러 및 전원 제공을 위한 배터리를 포함하는 본체부; 상기 본체부가 후방에 장착되며, 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 몸체유닛; 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장된 상기 몸체유닛 양 단부에 장착되는 한 쌍의 고관절 구동기; 및, 상기 고관절 구동기에 장착되어 상기 고관절 구동기에 의하여 회전 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지유닛;을 포함하고, 상기 몸체유닛에 장착된 고관절 구동기는 상기 대퇴 지지유닛을 보행 방향인 x축 방향 및 수직 방향인 z축 방향과 수직한 y축 중심으로 회전 구동되어 착용자의 고관절에 보조력을 제공하고, 상기 대퇴 지지유닛이 장착된 상기 고관절 구동기는 상기 몸체유닛에 x축 중심으로 회전 가능하게 장착되어 착용자 고관절의 x축 중심 내전 또는 외전을 허용하는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치를 제공할 수 있다.

이 경우, 상기 몸체유닛은 상기 본체부가 후방에 장착된 상태로 착용자의 허리 또는 등판 영역에 배치되는 등판부, 착용자의 허리 영역을 감싸고 고관절 측면 영역으로 연장되고, 고관절 구동기가 장착되는 한 쌍의 연장부 및 상기 등판부와 상기 연장부를 연결하는 구동부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 연장부의 일단은 상기 등판부 하부에서 상기 구동부와 연결되고, 상기 연장부의 타단은 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되어 고관절 구동기와 연결될 수 있다.

그리고, 상기 연장부는 상기 구동부와 연결을 위한 마운트부재, 상기 마운트부재에 x축 방향 힌지축에 회전 가능하게 장착되며 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 연장 프레임 및 상기 연장 프레임의 단부에서 고관절 구동기가 장착되는 구동기 장착부재를 더 구비할 수 있다.

여기서, 상기 구동기 장착부재는 상기 연장 프레임에 z축 방향 힌지축에 의하여 체결되어, 상기 고관절 구동기가 장착된 상기 구동기 장착부재는 상기 연장 프레임에 대해 z축 방향 회전 또는 전개가 가능할 수 있다.

이 경우, 상기 구동기 장착부재의 상기 연장 프레임에 대한 전개를 차단하기 위한 전개 차단수단이 구비될 수 있다.

또한, 상기 전개 차단수단은 상기 구동기 장착부재에 진퇴 가능하게 장착되며 내측단에 후크를 구비하는 후크부재, 상기 연장 프레임 단부에 구비되어 상기 후크부재의 후크에 걸림 고정되어 상기 구동기 장착부재의 전개를 차단하는 고정후크를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 구동기 장착부재에 장착된 후크부재가 상기 연장 프레임의 코정후크에 걸림 고정되는 방향으로 탄성 지지되도록 상기 구동기 장착부재와 상기 후크부재 사이에 탄성부재가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 대퇴 지지유닛 단부에 장착되는 한 쌍의 슬관절 구동기; 상기 슬관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지유닛; 및, 상기 하퇴 지지유닛의 단부에 장착되어, 착용자의 발을 지지하는 족유닛;을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 착용형 보조장치에 의하면, 관절 구동기의 구동방향 이외의 고관절의 내전과 외전을 허용하여 자연스러운 보행동작을 가능하게 하고, 착용형 보조장치 착용자의 불편함을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 착용형 보조장치에 의하면, 착용형 보조장치의 착용시 고관절 구동기 이하의 하지 구조가 골반 영역의 몸체유닛으로부터 z축 중심으로 전개되도록 하여 착용 편이성을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 착용형 보조장치의 정면 사시도를 도시하며, 도 2는 도 1에 도시된 착용형 보조장치의 후면 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 착용형 보조장치를 구성하는 몸체유닛의 후면도를 도시하며, 도 4는 도 3에 도시된 몸체유닛의 양방향 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 착용형 보조장치의 상체 구조의 전면도와 후면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 착용형 보조장치의 어느 하나의 고관절 구동기가 내전된 상태의 상체 구조의 전면도와 후면도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 착용형 보조장치의 어느 하나의 고관절 구동기가 외전된 상태의 상체 구조의 전면도와 후면도를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 착용형 보조장치가 테이블 등에 거치된 상태를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 착용형 보조장치가 테이블 등에 거치된 상태에서 고관절 구동기가 장착된 구동기 장착부재가 몸체유닛으로부터 전개된 상태를 도시한다.
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 착용형 보조장치를 구성하는 고관절 구동기가 장착된 구동기 장착부재가 몸체유닛에서 전개가 차단된 상태, 전개가 가능한 상태 및 전개된 상태의 몸체유닛과 구동기 장착부재의 확대도를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)의 정면 사시도를 도시하며, 도 2는 도 1에 도시된 착용형 보조장치(1000)의 후면 사시도를 도시한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 명세서에서 상기 착용형 보조장치(1000)은 장애인, 노약자 또는 환자(이하, '착용자'라 함)의 하체에 착용하여, 보행 동작을 보조하는 로봇일 수 있다. 여기서 보행 동작을 보조한다는 의미는 하체의 운동 기능이 일부 존재하는 착용자의 독립적인 보행을 가능하도록 고관절과 슬관절에 부족한 근력 등을 보전하기 위한 구동력을 제공한다는 의미이다.

상기 착용형 보조장치는 제어신호를 제공하는 컨트롤러 및 전원 제공을 위한 배터리를 포함하는 본체부(500); 상기 본체부가 후방에 장착되며, 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 몸체유닛(400); 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장된 상기 몸체유닛(400) 양 단부에 장착되는 한 쌍의 고관절 구동기(100a, 100b); 상기 고관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지유닛(200a, 200b)을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 착용자의 고관절의 보조 이외에도 슬관절까지 보조하기 위해서, 상기 대퇴 지지유닛 단부에 장착되는 한 쌍의 슬관절 구동기(100c, 100d); 상기 슬관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지유닛(200c, 200d); 및, 상기 하퇴 지지유닛의 단부에 장착되어, 착용자의 발을 지지하는 한 쌍의 족유닛(300a, 300b);을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 본체부(500)는 몸체유닛(400)에 장착되며, 한 쌍의 다리 유닛 역시 몸체유닛(400) 양단에 장착될 수 있다.

여기서, 상기 다리 유닛은 고관절과 슬관절에 각각 구비되어 대퇴와 하퇴에 보조 토크를 제공하여 착용자의 독립 보행을 보조할 수 있다.

따라서, 각각의 다리 유닛의 고관절과 슬관절 대응영역에는 구동 토크 제공을 위한 구동장치가 구비될 수 있다. 각각의 구동장치는 각각 구동모터를 구비하는 관절 구동기(100)로 구성될 수 있다.

각각의 다리유닛은 한 쌍의 고관절 구동기(100a, 100b), 각각 한 쌍의 고관절 구동기(100a, 100b)에 연결되어 착용자의 대퇴를 지지 또는 보조하는 한 쌍의 대퇴 지지유닛(200a, 200b), 한 쌍의 대퇴 지지유닛(200a, 200b) 하단에 연결되는 한 쌍의 슬관절 구동기(100c, 100d), 한 쌍의 슬관절 구동기(100c, 100d)에 연결되어 착용자의 하퇴를 지지 또는 보조하는 한 쌍의 하퇴 지지유닛(200c, 200d) 그리고 각각의 하퇴 지지유닛(200c, 200d) 하단에 연결되며 착용자의 발을 지지하는 한 쌍의 족유닛(300a, 300b)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 관절 구동기(100a, 100b, 100c, 100d)를 착용자의 고관절과 슬관절 관절부위에 각각 설치할 수 있으며, 골반과 대퇴가 만나는 부위에 고관절 구동기(100a, 100b)가 설치되고, 대퇴와 하퇴 경계의 무릎 부위에 슬관절 구동기(100c, 100d)가 설치될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 착용형 보조장치(1000)는 착용자의 고관절과 슬관절에만 관절 구동기(100)가 구비되는 예가 도시되었으나, 필요에 따라 발목관절에도 별도의 구동장치를 구비할 수 있다.

그리고, 각각의 대퇴 지지유닛(200a, 200b) 및 하퇴 지지유닛(200c, 200d)에는 착용자의 대퇴와 하퇴를 대퇴 지지유닛(200a, 200b) 및 하퇴 지지유닛(200c, 200d)에 고정하기 위한 적어도 하나의 착용유닛(600)를 구비할 수 있으며, 각각의 관절 구동기(100)에서 제공되는 구동력은 결국 착용유닛(600)를 통해 착용자의 대퇴 또는 하퇴에 전달되어 독립 보행을 보조할 수 있다.

이와 같은 한 쌍의 다리유닛은 착용자의 측면을 따라 배치되고, 전술한 상기 본체부(500)는 착용자의 상체 등판 후방에 배치되므로, 상기 몸체유닛(400)을 통해 상기 본체부가 후방에 장착되며, 상기 몸체유닛(400)은 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 상기 몸체유닛(400)의 양단은 착용자의 허리 측면 영역으로 연장 구성될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 본 발명에 따른 착용형 보조장치의 경우, 각각 고관절 구동기 및 슬관절 구동기가 구비되고, 3차원 좌표 공간에서 착용자가 x축 방향으로 보행한다고 가정하는 경우, 각각의 관절 구동기는 보행 방향인 x축 방향 및 수직 방향인 z축 방향과 평행한 y축을 중심으로 회전하며 보조력을 제공하지만, 로터리 방식의 구동모터를 구비하는 관절 구동기가 x축 또는 z축 중심 회전 움직임을 허용하는 구조가 아니라 착용자가 불편함과 갑갑함을 느낄 수 있다.

신체의 관절 중 특히 고관절은 슬관절 등과 달리 다양한 축방향 회전이 가능한 구조를 가지나, 종래 소개된 착용형 보조장치의 경우, 관절 구동기의 구동 방향으로만 회전 또는 움직임을 허용하는 구조가 주를 이루어 착용자의 불편함이 컸다.

본 발명에 따른 착용형 보조장치는 보행 동작 또는 보조장치의 착용 과정에서 관절, 특히 고관절 영역에서 x축 또는 z축 중심 회전을 허용하는 구조를 제공하여 착용자의 착용감 또는 편의성을 극대화할 수 있는 구조를 제공할 수 있다. 도 3 이하를 참조하여 자세하게 설명한다.

도 3는 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)를 구성하는 몸체유닛(400)의 후면도를 도시하며, 도 4은 도 3에 도시된 몸체유닛(400)의 양방향 사시도를 도시한다.

상기 몸체유닛(400)은 상기 본체부(500)가 후방에 장착된 상태로 착용자의 등판 영역으로 연장되는 등판부(410), 착용자의 허리 영역을 감싸도록 연장되고, 고관절 구동기(100a, 100c)가 장착되는 한 쌍의 연장부(450a, 450b) 및 상기 등판부(410)과 상기 연장부(450a, 450b)를 연결하는 구동부(430)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 등판부(410)는 본체부가 장착되는 영역으로 착용자의 허리 부분에서 등판 부분으로 연장되는 형태로 구성될 수 있고, 상기 연장부(450a, 450b)는 한 쌍이 고관절 구동기가 장착되도록 착용자의 후방에서 고관절 영역으로 연장되어 구성될 수 있다. 그리고, 상기 등판부(410)와 상기 연장부(450a, 450b)는 구동부(430)를 통해 연결될 수 있다. 상기 구동부는 착용형 보조장치의 몸통의 크기 조절 기능을 추가로 제공할 수 있다.

구체적으로, 상기 몸체유닛(400)의 구동부(430)는 한 쌍의 상기 연장부(450a, 450b)를 수평방향으로 연결하는 스크류(431), 한 쌍의 상기 연장부(450a, 450b) 중 제1 연장부(450a)에 구비되어 상기 스크류(431)가 관통 체결되는 스크류 너트(432), 한 쌍의 연장부(450a, 450b)와 상기 등판부(410)를 연결하며 각각 회전 가능하게 장착되는 복수 개의 회전암(433)을 구비하고, 제2 연장부(450b)에서 상기 스크류(431)의 회전에 따라 회전암(433)이 회전하여 한 쌍의 연장부(450a, 450b)의 간격 및 상기 연장부(450a, 450b)에 대한 상기 등판부(410)의 높이가 조절되는 특징을 갖는다.

상기 구동부(430)를 구성하는 스크류(431)는 볼스크류 방식으로 스크류 너트(432)에 체결되어 회전시 제1 연장부(450a)와 제2 연장부(450b)의 간격을 가변시키는 구조를 갖는다.

그리고, 복수 개의 회전암(433)은 각각 제1 연장부(450a)와 등판부(410), 등판부(410)와 제2 연장부(450b)를 연결하도록 하여, 한 쌍의 연장부(450a, 450b) 간의 간격 변화에 대응하여 상기 연장부(450a, 450b)에 대한 상기 등판부(410)의 높이가 조절되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 제1 연장부(450a) 및 상기 제2 연장부(450b)와 상기 등판부(410)를 각각 연결하는 회전암(433)은 각각 복수 개가 평행하게 구비될 수 있다. 평행하게 장착되는 회전암은 상하 방향 및/또는 전후 방향으로 복수 개씩 구비되어 안정적 크기조절을 가능하게 할 수 있다.

복수 개의 상기 회전암(433)은 상기 등판부(410)와 한 쌍의 연장부를 각각 대칭되도록 연결하며, 복수 개의 회전암이 수평방향으로 회전 또는 등판부(450a, 450b)를 중심으로 일직선이 되도록 회전되면, 상기 연장부의 간격이 증가되고, 상기 연장부에 대한 상기 본체부의 높이가 증가되고, 상기 회전암(433)은 상기 등판부(410)와 한 쌍의 연장부(450a, 450b)를 각각 연결하며, 회전암(433)이 V자 형태로 회전되면, 상기 연장부(450a, 450b)의 간격 및 상기 연장부(450a, 450b)에 대한 상기 본체부의 높이가 감소되도록 할 수 있다.

상기 등판부(410)와 각각의 연장부(450a, 450b)를 연결하는 회전암(433)은 복수 개가 구비될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 연장부(450a) 및 제2 연장부(450b)는 각각의 상기 등판부(410)와 상하로 복수 개의 회전암(433)으로 각각 연결되어 각각의 연장부(450a, 450b)의 의도하지 않은 내전 또는 외전 그리고 스크류(431) 회전시 비틀림을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.

그리고, 상기 몸체유닛(400)의 구동부(430)를 구성하는 스크류(431)의 일단은 상기 제1 연장부(450a)의 스크류 너트(432)에 체결되고, 스크류(431)의 타단은 제2 연장부(450b)에서 상기 스크류(431)를 회전시키기 위한 회전노브(434)와 베벨기어(433)를 통해 체결될 수 있다.

그리고, 한 쌍의 상기 연장부(450a, 450b)는 상기 회전암(433) 및 상기 스크류 너트(432)가 장착되는 마운트부재(451), 상기 마운트부재(451)에 체결되고 고관절 영역으로 연장되는 연장 프레임(452), 상기 연장 프레임(452)의 단부에 체결되며, 관절 구동기가 장착되는 구동기 장착부재(456)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 연장부(450a, 450b)는 상기 마운트부재(451) 전방에 착용자의 허리 또는 고관절을 감싸기 위한 커버부재(458)를 더 구비하여 착용자의 신체와 접촉되는 부위를 부드럽게 감쌀 수 있다.

상기 마운트부재(451)는 상기 회전암(433)과 상기 연장 프레임(452)가 회전 가능하게 장착될 수 있다. 상기 회전암(433)은 한 쌍의 연장부의 간격 조절을 위하여 상기 마운트부재(451)에 회전 가능하게 장착될 수 있다.

여기서, 한 쌍의 상기 연장부(450a, 450b)를 구성하는 구동기 장착부재(456)는 착용자의 상체 몸통 두께에 대응하여 고관절 구동기의 위치가 가변되도록 전방 또는 후방으로 진퇴 가능하게 상기 연장 프레임(452)에 장착될 수 있다.

구체적으로, 상기 구동기 장착부재(456)는 각각 스크류 너트(457)를 구비하고, 상기 연장 프레임(452)에 상기 스크류 너트(457)에 체결되는 스크류(455) 및 상기 스크류(455)에 베벨기어(454)를 매개로 체결되는 회전축을 구비한 회전노브(453)가 구비될 수 있다.

이와 같은 몸체유닛의 구조를 통해 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)는 몸체유닛(400)을 구성하는 한 쌍의 연장부(450a, 450b)의 간격에 따라 등판부(410)와 연장부(450a, 450b)의 높이차가 함께 연동되어 조절이 가능하고, 착용자의 몸체의 두께에 따라 고관절 구동기의 위치를 전방 또는 후방으로 변경이 가능한 구조를 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 착용형 보조장치의 몸체유닛(400)을 구성하는 한 쌍의 연장부(450a, 450b)를 구성하는 연장 프레임(452)은 상기 마운트부재(451)에 보행 방향인 x축 중심으로 회전이 가능하도록 장착되어, 착용자의 고관절의 내전과 외전을 허용하는 구조를 가질 수 있다.

즉, 상기 연장 프레임(452)는 상기 마운트부재(451)에 x축과 평행한 힌지축(452x)에 힌지 결합되어 착용자의 고관절의 움직임에 따라 연장 프레임(452)의 마운트부재(451)에 대한 내전과 외전을 허용할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)의 상체 구조의 전면도와 후면도를 도시하며, 도 6은 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)의 어느 하나의 고관절 구동기(100a, 100b)가 내전된 상태의 상체 구조의 전면도와 후면도를 도시하며, 도 7은 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)의 어느 하나의 고관절 구동기(100a, 100b)가 외전된 상태의 상체 구조의 전면도와 후면도를 도시한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 고관절 구동기(100a, 100b)가 장착된 구동기 장착부재(456)가 몸체유닛(400)에 대하여 x축 중심으로 회전 가능하게 장착되어 착용자 하지의 x축 중심 내전 또는 외전을 허용하는 구조를 갖는다.

이와 같은 하지의 내전과 외전에 대응하여, 착용형 보조장치(1000)의 하지구조가 내전 또는 외전되도록 하기 위하여 고관절 구동기(100a, 100b)가 장착된 구동기 장착부재(456)를 몸체유닛(400)에서 직접 회전되도록 구성하는 것이 아니라, 고관절 구동기(100a, 100b)가 장착된 구동기 장착부재(456)가 장착되는 연장 프레임(452)을 마운트부재(451)에 회전 가능하도록 설계하였다.

상기 연장 프레임(452)의 내측 단부는 상기 마운트부재(451)에 x축 방향으로 설치되는 x축 방향 힌지축(452x)을 통해 x축 방향 회전이 가능하고, 상기 연장 프레임(452)의 외측 단부는 고관절 구동기(100a, 100b)가 장착된 구동기 장착부재(456)가 설치될 수 있다.

그리고, 착용형 보조로봇의 하지구조는 착용자의 하지의 측면 외측에 착용되므로, 착용형 보조장치(1000)의 미사용 상태에서는 상기 x축 방향 힌지축(452x)을 중심으로 하지 구조의 자중에 의하여 내전될 수 있는 구조이므로, 착용형 보조장치(1000)의 미사용 상태 또는 고관절의 내전과 외전이 필요하지 않은 착용자의 경우 연장 프레임(452)의 회전을 방지하기 위한 회전 스토퍼(457)가 구비될 수 있다.

상기 회전 스토퍼(457)는 상기 연장 프레임(452)과 연장 프레임(452)이 장착되는 마운트부재(451) 사이의 회전 공간을 채우는 형상으로 구성되어, 착용형 보조장치(1000)의 미사용시 또는 고관절의 내전과 외전이 필요하지 않은 착용자의 착용시 연장 프레임(452)의 회전을 차단할 수 있다.

상시 회전 스토퍼(457)은 상기 몸체유닛(400)의 후방에서 x축과 평행한 방향으로 장착되고 반대방향으로 분리될 수 있으며, 연장 프레임(452)의 내측단과 마운트부재(451) 사이의 연장 프레임(452) 회전 공간에 형합되는 형상으로 제조될 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 회전 스토퍼(457)가 제거된 상태에서 착용자의 움직임 또는 외력에 대응하여 상기 몸체유닛(400)을 구성하는 연장 프레임(452)은 마운트부재(451)의 힌지축을 중심으로 내측 방향으로 θ도 내전 또는 θ'도 외전이 가능하게 된다. 상기 몸체유닛(400)의 연장부(450)를 구성하는 연장 프레임(452)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상하 방향 2개로 분지되어 허리 또는 고관절 측면 영역으로 절곡되어 연장되는 구조를 가지므로, 상기 마운트부재(451)에 힌지결합된 상태로 내전 또는 외전되어도 비틀림없이 회전되고 안정적으로 구동기 장착부재(456)를 지지할 수 있다.

그리고, 상기 연장 프레임(452)이 그 내측단에 체결된 마운트부재(451)에 대하여 외전 또는 내전되는 것이므로, 상기 연장 프레임(452)에 장착된 구동기 장착부재(456)와 상기 구동기 장착부재(456)에 장착된 고관절 구동기(100a, 100b)는 결합 각도 변화없이 구동되어 안정적 보조력을 제공할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)가 전용 테이블(t) 등에 거치된 상태를 도시하며, 도 9는 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)가 테이블 등에 거치된 상태에서 고관절 구동기(100a, 100b)가 장착된 구동기 장착부재(456)가 몸체유닛(400)으로부터 전개된 상태를 도시한다.

이와 같은 착용형 유닛은 미사용 상태에서는 전용 거치대 등에 거치하여 보관하지만 착용시에는 전용 테이블(t) 또는 전용 의자 등에 착용형 보조장치(1000)를 배치한 상태에서 착용자가 앉은 상태에서 착용형 보조장치(1000)를 착용하게 된다.

그러나 도 8에 도시된 바와 같이, 착용형 보조장치(1000)를 전용 테이블(t)에 거치하는 전용 테이블(t) 상의 지지대(ts) 등에 본체부(500) 등의 하중이 지지되도록 몸체유닛(400)을 거치하고 신체의 앉은 자세와 유사한 형태로 대퇴 지지유닛(200a, 200b)은 수평하고, 하퇴 지지유닛(200c, 200d)은 수직하게 배치된 상태에서 착용자가 착용형 보조장치(1000)의 하지 구조 사이로 진입하여 전용 테이블(t) 등에 앉은 상태로 착용형 보조장치(1000)를 착용하게 된다.

이 경우, 착용형 보조장치(1000)의 사이 공간은 협소하여 착용자가 진입하여 전용 테이블(t)에 착석하기 쉽지 않을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)는 착용자의 착용 과정의 편의성 등을 향상시키기 위하여 도 9에 도시된 바와 같이, 착용형 보조장치(1000)의 하지 구조가 좌우로 전개되도록 구성하는 특징을 갖는다.

구체적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 몸체유닛(400)의 연장부를 구성하는 연장 프레임(452)에 장착된 구동기 장착부재(456)는 상기 연장 프레임(452)의 단부에서 z축 방향 힌지축(459)에 의하여 체결되고, 고관절 구동기(100a, 100b)가 장착된 상기 구동기 장착부재(456)는 상기 몸체유닛(400)의 연장부(450)의 타단에서 z축 방향 회전 또는 전개가 가능하도록 구성할 수 있다.

따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 평행하게 배치되었던 착용형 보조장치(1000)의 양 하지 지지구조가, 도 9에 도시된 바와 같이, 전개되어 착용자가 착용형 보조장치(1000)의 몸체유닛(400) 전방에서 착석하기 용이한 상태가 될 수 있다. 즉, 착용자는 양 하지 지지구조가 전개된 상태에서 전용 테이블에 착석한 상태에서 착용형 보조장치의 하지 구조를 본인의 다리에 맞게 좁힌 후 착용유닛을 대퇴와 하퇴에 착용한 후 밴드(미도시) 등으로 조여 착용형 보조장치의 착용 동작을 완료할 수 있다.

앉기, 서기, 일반 보행, 스쿼트, 계단 오르기 및 경사면 오르기 등의 보행모드에서 하지 구조가 z축 중심으로 전개될 필요성이 크지 않고, 이와 같은 착용형 보조장치(1000)의 구동기 장착부재(456)의 z축 방향 회전 자유도는 일반 보행시보다 착용형 보조장치(1000)를 앉아서 착용하거나 벗는 경우에 의미가 있다.

또한, 이와 같은 관절 구동기의 z축 방향 회전 자유도는 착용형 보조장치(1000)의 착용 또는 탈착시 허용될 수 있으나, 일반 보행시에는 오히려 정상 보행이 어려운 착용자의 보행 동작을 방해하는 요인이 될 수 있으므로 관절 구동기의 z축 방향 회전 자유도는 고관절의 내전과 외전을 허용하기 위하여 연장부를 구성하는 연장 프레임(452)을 x축 방향 회전을 허용하는 구조와 달리 평소에는 제한되어야 한다.

즉, 착용형 보조장치(1000)의 착용 또는 탈착 상황 이외의 경우, 상기 착용형 보조장치(1000)의 구동기 장착부재(456)의 z축 방향 회전은 불가능하도록 선택적 잠김 기능을 제공하는 것이 바람직하다.

도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)를 구성하는 고관절 구동기(100a, 100b)가 장착된 구동기 장착부재(456)가 몸체유닛(400)에서 전개가 차단된 상태, 전개가 가능한 상태 및 전개된 상태의 몸체유닛(400)과 구동기 장착부재(456)의 확대도를 도시한다.

상기 구동기 장착부재(456)는 상기 연장 프레임(452)의 단부에서 z축 방향 힌지축(459)에 의하여 상기 연장 프레임(452)과 힌지 결합되고, 고관절 구동기(100a, 100b)가 장착된 상기 구동기 장착부재(456)는 상기 연장 프레임(452)에 대하여 상기 z축 방향 힌지축(459)을 중심으로 z축 방향 회전 또는 전개가 가능하되, 이와 같은 회전 자유도를 선택적으로 제한 하기 위하여 전개 차단수단이 구비될 수 있다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 전개 차단수단은 단부에 후크를 구비하며 상기 구동기 장착부재(456)에 진퇴 가능하게 장착되는 후크부재(456h) 및 상기 연장 프레임(452) 단부에 구비되어 상기 후크부재(456h)의 후크(456p)에 걸림 고정되어 상기 구동기 장착부재(456)의 상기 z축을 중심으로 하는 전개를 방지하는 고정후크(452p)일 수 있다.

즉, 상기 후크부재(456h)의 내측단에 형성된 후크(456p)와 상기 연장 프레임(452)의 외측단에 형성된 고정후크(452p)는 평시에는 맞물려 상기 z축 방향 힌지축(459)을 중심으로 하는 상기 구동기 장착부재(456)의 전개 또는 회전을 차단할 수 있다,

그러나, 도 8에 도시된 바와 같이, 고관절 구동기(100a, 100b)가 장착된 구동기 장착부재(456)의 전개가 필요한 상황에서는 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 전개 차단수단을 구성하는 상기 후크부재(456h)의 내측단에 형성된 후크(456p)와 상기 연장 프레임(452)의 외측단에 형성된 고정후크(452p)의 맞물림 상태를 해제하고, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 고관절 구동기(100a, 100b)가 장착된 구동기 장착부재(456)를 전개하여 착용자의 착용형 보조장치(1000)의 착용 또는 탈착 작업을 용이하게 할 수 있다.

그리고, 선택적으로 상기 전개 차단수단은 상기 구동기 장착부재(456)에 장착된 후크부재(456h)가 상기 연장 프레임(452)의 코정후크에 걸림 고정되는 방향으로 탄성 지지되도록 상기 구동기 장착부재(456)와 후크부재(456h) 사이에 탄성부재(미도시)가 구비될 수 있다.

상기 탄성부재에 탄성지지되는 후크부재(456h)는 도 8에 도시된 구동기 장착부재(456)의 외면으로 노출 장착되는 후크 스위치(456s)의 동작에 따라 제한된 범위에서 슬라이딩 진퇴 이동하여 연장 프레임(452)의 외측단에 형성된 고정후크(452p)의 맞물림 상태를 선택적으로 변경할 수 있다. 상기 후크부재(456h)의 후크(456p)와 상기 고정후크(452p)는 맞물림면은 수직면으로 구성되고, 반대면은 경사면으로 구성되어 걸림 방향으로는 후크와 고정후크(452p)가 경사면을 타고 후크 스위치의 작동없이도 맞물림 상태로 체결될 수 있고, 맞물림 상태를 해제하기 위해서는 후크 스위치(456s)를 작동하는 경우에만 도 11에 도시된 바와 같이 후크부재(456h)의 후크(456p)와 고정후크(452p)가 분리될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)는 고관절 구동기(100a, 100b)가 장착되는 구동기 장착부재(456)를 몸체유닛(400)의 연장 프레임(452)으로부터 전개되도록 하여 착용자의 착석 상태에서 착용자의 착용 또는 탈착을 용이하게 하며, 더 나아가 착용자가 제3자의 도움 없이도 착용형 보조장치(1000)의 착용과 탈착을 가능하게 할 수 있다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

1000 : 착용형 보조장치
100 : 관절 구동기
200 : 대퇴 지지유닛 하퇴 지지유닛
300 : 족유닛
400 : 몸체유닛
500 : 본체부

Claims

제어신호를 제공하는 컨트롤러 및 전원 제공을 위한 배터리를 포함하는 본체부;
상기 본체부가 후방에 장착되며, 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 몸체유닛;
착용자의 고관절 측면 영역으로 연장된 상기 몸체유닛 양 단부에 장착되는 한 쌍의 고관절 구동기; 및,
상기 고관절 구동기에 장착되어 상기 고관절 구동기에 의하여 회전 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지유닛;을 포함하고,
상기 몸체유닛에 장착된 고관절 구동기는 상기 대퇴 지지유닛을 보행 방향인 x축 방향 및 수직 방향인 z축 방향과 수직한 y축 중심으로 회전 구동되어 착용자의 고관절에 보조력을 제공하고,
상기 대퇴 지지유닛이 장착된 상기 고관절 구동기는 상기 몸체유닛에 x축 중심으로 회전 가능하게 장착되어 착용자 고관절의 x축 중심 내전 또는 외전을 허용하는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체유닛은 상기 본체부가 후방에 장착된 상태로 착용자의 허리 또는 등판 영역에 배치되는 등판부, 착용자의 허리 영역을 감싸고 고관절 측면 영역으로 연장되고, 고관절 구동기가 장착되는 한 쌍의 연장부 및 상기 등판부와 상기 연장부를 연결하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
제2항에 있어서,
상기 연장부의 일단은 상기 등판부 하부에서 상기 구동부와 연결되고, 상기 연장부의 타단은 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되어 고관절 구동기와 연결되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
제3항에 있어서,
상기 연장부는 상기 구동부와 연결을 위한 마운트부재, 상기 마운트부재에 x축 방향 힌지축에 회전 가능하게 장착되며 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 연장 프레임 및 상기 연장 프레임의 단부에서 고관절 구동기가 장착되는 구동기 장착부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
제4항에 있어서,
상기 구동기 장착부재는 상기 연장 프레임에 z축 방향 힌지축에 의하여 체결되어, 상기 고관절 구동기가 장착된 상기 구동기 장착부재는 상기 연장 프레임에 대해 z축 방향 회전 또는 전개가 가능한 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
제5항에 있어서,
상기 구동기 장착부재의 상기 연장 프레임에 대한 전개를 차단하기 위한 전개 차단수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
제6항에 있어서,
상기 전개 차단수단은 상기 구동기 장착부재에 진퇴 가능하게 장착되며 내측단에 후크를 구비하는 후크부재, 상기 연장 프레임 단부에 구비되어 상기 후크부재의 후크에 걸림 고정되어 상기 구동기 장착부재의 전개를 차단하는 고정후크를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
제7항에 있어서,
상기 구동기 장착부재에 장착된 후크부재가 상기 연장 프레임의 코정후크에 걸림 고정되는 방향으로 탄성 지지되도록 상기 구동기 장착부재와 상기 후크부재 사이에 탄성부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
제1항에 있어서,
상기 대퇴 지지유닛 단부에 장착되는 한 쌍의 슬관절 구동기; 상기 슬관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지유닛; 및, 상기 하퇴 지지유닛의 단부에 장착되어, 착용자의 발을 지지하는 족유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.