KR20220110193A

KR20220110193A - 모션 가이딩 장치 및 모션 가이딩 보조 시스템

Info

Publication number: KR20220110193A
Application number: KR1020227017540A
Authority: KR
Inventors: 시아막 아르잔푸르; 정 욱 박; 리암 페이지; 숀 폴 부르주아; 베흐자드 페이카리
Original assignee: 휴먼 인 모션 로보틱스 인코포레이티드
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2020-09-05
Publication date: 2022-08-05
Also published as: CA3158757C; WO2021108892A1; EP4069156A1; US20220401284A1; EP4069156A4; CA3158757A1; CN114746050A

Abstract

목표 몸체의 목표 조인트의 모션 가이딩 장치의 예가 개시되어 있다. 상기 모션 가이딩 장치는 목표 조인트의 회전 중심과 대략적으로 정렬된 원격 회전 중심에 대한 3개의 자유도(degree-of-freedom)를 가능하게 한다. 상기 모션 가이딩 장치는 목표 몸체와 조정가능하게 연결된 베이스와, 링크장치의 네트워크와 상호 연결된 3개의 회전형 조인트를 포함한다. 링크장치의 네트워크의 일 단부가 베이스와 연결되고 반대쪽 단부가 이펙터 플레이트와 연결된다. 3개의 회전형 조인트 중 적어도 하나의 조인트가 목표 조인트의 모션 축선과 정렬되지 않고, 그리고 이들 회전형 조인트 중 임의의 조인트가 다른 회전형 조인트와 관련하여 각도를 갖도록 위치될 수 있다. 각각의 회전형 조인트는 개별 축선을 중심으로 하나의 자유도의 회전 모션을 제공하고, 그리고 3개의 회전형 조인트의 각각의 축선은 원격 회전 중심에서 교차한다. 링크장치의 네트워크의 기하학적 구조는 원격 회전 중심의 위치를 삼차원으로 조정하도록 조정가능하다. 3개의 회전형 조인트 및 링크장치의 네트워크는 목표 조인트의 회전 중심과 대략적으로 정렬되는 원격 회전 중심에 대해 이펙터 플레이트를 회전시킨다. 이러한 시스템은 부가적인 가동을 위해 하나 이상의 평행한 브랜치와 연결될 수 있다.

Description

모션 가이딩 장치 및 모션 가이딩 보조 시스템

본 발명은 3개 자유도의 회전형 조인트 또는 조인트 시스템의 모션을 가이드하기 위한 시스템 및 목표 몸체의 움직임을 보조하기 위해 모션 가이딩 장치를 사용하는 목표 몸체의 모션을 추적 및/또는 작동시키기 위한 모션 시스템에 관한 것이다.

본 명세서에서 따로 특별히 언급하지 않았다면, 본 명세서에 기재된 자료는 본 발명의 청구범위에 대한 선행 기술이 아니며 본 명세서에 포함되는 선행 기술로서 인정되지 않는다.

의학 외골격 분야(application)와 관련하여, 2013년에 보호 시설로 보내지지 않은 미국 거주인의 대략 20,639,200(7.1%)가 보행 장애로 고통을 받고 있으며, 2012년에 캐나다인의 대략 2,512,800(7.2%)가 이동성 장애를 보고했다. 이들 장애로 가족 간병인 지원에 매년 375억 달러가 소비되는 것으로 추정되고, 더욱이 환자와 헬스케어 시스템에 경제적 및 사회적으로 상당한 부담이 가해진다.

이러한 건강 문제를 줄이고 환자의 삶의 질을 향상시키는 것을 목표로 하는 하나의 부상하는 기술은 동력공급식 하부-몸체 외골격이다(즉, 사용자의 체중을 완전히 또는 부분적으로 지지하고 다리 움직임의 가이드를 제어하여 사용자가 서서 걸을 수 있게 하는 웨어러블 로봇 시스템). 이러한 해결책은 폐렴, 혈전, 욕창 및 자존감 저하와 같은 부동성(immobility)의 이차적인 합병증을 줄이는 데 도움이 될 수 있기 때문에 휠체어의 사용과 여러 전통적인 수단에 비해 장점을 제공한다. 그러나, 현재의 외골격 기술의 하나의 주요 단점은, 사람의 몸체에서 3개의 회전 자유도(DOF: degrees-of-freedom)를 가능하게 하는 엉덩이 조인트와 발목 조인트에 대한 모션 범위가 제한적이라는 것이다. 일반적으로, 현재의 기술은 3개의 회전 부재를 사용하며, 3개의 회전 부재 각각은 3개의 모션(도 1에 도시된 바와 같이, 굴곡/연장, 외전/내전(abduction/adduction), 내외부 회전) 중 하나에 해당하며, 여기서 각각의 조인트 축선은 그 이전의 축선에 수직이며 이들 모션 중 하나와 동일한 방향으로 뻗어있는 축선을 갖는다. 그러나, 엉덩이 조인트의 내외부 회전 축선은 수직이고, 엉덩이 근처의 부위에서 몸통과 다리의 내부를 통과하며, 이에 따라 임의의 기계 부품으로써 직접적인 정렬이 가능하지 않다. 통상적으로, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 내외부 회전을 위한 회전 부재가 동일한 방향으로 뻗어있지만 엉덩이 조인트를 교차하지 않는 조인트로 변위 될 수 있다. 이는 상기 시스템이 3개의 자유도를 가질 수 있으나, 하나의 중심점 주변에 없을 수 있으며(조인트 축선이 하나의 지점에서 모두 교차하지 않으므로), 그리고 이 결과, 상기 장치의 움직임은 사용자의 모션과 매치되지 않는다. 대안적으로, 상기 시스템은 원격 회전 중심을 몸체 내에 만들 수 있는 보다 복잡한 조인트를 사용할 수 있다. 이는 본 출원인의 국제출원번호 PCT/CA2019/050640 (공개번호 WO 2019/218056)에 개시된 바와 같은 3개의 완전한 회전 자유도를 갖는 시스템을 가능하게 할 수 있지만, 그러나 이러한 시스템의 원격 센터링 센터링 메카니즘/조인트는 보다 복잡하다.

일 특징으로서, 목표 몸체의 목표 조인트의 회전 중심과 대략적으로 정렬된 원격 회전 중심에 대해 3개의 자유도(DOF: degree of freedom)를 가능하게 하는 모션 가이딩 장치가 제공된다. 상기 모션 가이딩 장치는 베이스 링크장치(linkage) 및 베이스 기능회복 구조부(orthotic structure)를 통해 목표 몸체와 연결된 베이스 구조부, 링크장치의 네트워크가 목표 몸체와 기계적으로 간섭하지 않도록 상기 링크장치의 네트워크와 상호 연결된 3개의 회전형 조인트를 포함하고, 그리고 상기 링크장치의 네트워크의 일단은 상기 베이스 구조부와 연결된다. 적어도 하나의 회전형 조인트가 목표 조인트의 모션 축선과 정렬되지 않는다. 상기 3개의 회전형 조인트의 각각의 축선이 원격 회전 중심에서 교차하도록, 각각의 회전형 조인트가 개별 축선에 대한 하나의 자유도의 회전 모션을 제공한다. 링크장치의 네트워크의 기하학적 구조는 원격 회전 중심의 위치를 3차원으로 조정하도록 조정될 수 있다. 상기 모션 가이딩 장치는 이펙터 플레이트(effector plate)를 더 포함하며, 상기 이펙터 플레이트는 상기 이펙터 플레이트의 부착 지점이 플레이트 조정 시스템을 통해 조정가능하도록 타단에서 상기 링크장치의 네트워크에 부착된다. 상기 이펙터 플레이트는, 상기 목표 몸체와 상기 이펙터 플레이트의 연결 지점이 상기 목표 몸체와 상기 베이스 구조부 사이의 연결 지점과 이격되도록, 조정가능한 플레이트 기능회복 시스템을 통해 목표 지점과 연결된다. 3개의 회전형 조인트 및 상기 링크장치의 네트워크는 목표 조인트의 회전 중심과 대략적으로 정렬되는 원격 회전 중심에 대해 이펙터 플레이트를 회전시키기 위한 것이다.

다른 일 특징으로서, 적어도 하나의 회전형 조인트가 적어도 하나의 회전형 조인트를 가동시키는 회전형 액추에이터이다. 모션 가이딩 장치는 입력부, 처리부 및 출력부를 포함한 제어기를 더 포함한다. 상기 출력부는 모션 가이딩 장치의 모션을 지시하기 위하여 적어도 하나의 회전형 액추에이터와 작동가능하게 결합된다. 복수의 센서가 또한 3개의 조인트나 링크장치의 네트워크의 위치 및/또는 정위(orientation)를 측정할 뿐만 아니라, 상기 링크장치와 상기 조인트 사이에서 작용하는 힘/토크 및 상기 모션 가이딩 장치와 그 주위환경 사이에서 작용하는 힘/토크를 측정하도록 제공된다.

또 다른 일 특징으로서, 상기 모션 가이딩 장치는 적어도 하나의 액추에이터 브랜치를 포함하고, 상기 액추에이터 브랜치는 일 단에서 링크장치의 네트워트 중 하나의 링크장치와 제1 부착 지점에서 작동가능하게 결합되고 반대쪽 단부 제2 부착 지점에서 작동가능하게 결합된다. 적어도 하나의 액추에이터 브랜치는 적어도 하나의 회전형 액추에이터, 하나 이상의 회전형 조인트 및 링크장치의 시스템을 포함한다. 상기 적어도 하나의 액추에이터 브랜치는 이펙터 플레이트와 3개의 회전형 조인트 중 적어도 하나의 조인트에서 모션을 가동시키도록 구성된다.

일 특징으로서, 상기 액추에이터 브랜치의 제2 부착 지점은 상기 액추에이터 브랜치를 상기 베이스 구조부에 연결하기 위한 것이다.

다른 일 특징으로서, 적어도 하나의 추가 액추에이터 브랜치가 제공된다. 상기 적어도 하나의 추가 액추에이터 브랜치가 일단에서 링크장치의 네트워크 중 하나의 링크장치와 제1 부착 지점에서 작동가능하게 결합되고, 그리고 반대쪽 단부 제 2 부착 지점에서 작동가능하게 연결된다. 상기 적어도 하나의 추가 액추에이터 브랜치가 적어도 하나의 회전형 액추에이터, 하나 이상의 회전형 조인트 및 링크장치의 시스템을 포함하고, 그리고 이펙터 플레이트 및 3개의 회전형 조인트 중 적어도 하나의 조인트에서 모션을 가동시키도록 구성된다.

또 다른 일 특징으로서, 모션 가이딩 보조 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 본 발명의 모션 가이딩 장치, 상기 모션 가이딩 장치와 직렬로 연결된 적어도 하나의 추가 조인트 시스템, 및 상기 모션 가이딩 장치 및 상기 적어도 하나의 추가 조인트 시스템과 연통되는 제어기를 포함한다. 상기 제어기는 상기 모션 가이딩 장치 및 상기 적어도 하나의 추가 조인트 시스템의 모션을 가동 및 조정시키도록 구동된다.

상기 기재된 특징과 실시예에 부가적으로, 아래 상세한 설명과 도면을 참조한다면, 특정 특징 및 실시예가 명확하게 추가될 수 있을 것이다.

도 1은 엉덩이 조인트의 모션 축선을 나타낸 사용자의 사시도이다.
도 2는 사용자의 엉덩이 조인트의 회전 중심과 정렬되는 회전 중심에 대해 3개의 자유도 모션이 가능하도록, 3개의 회전형 조인트를 갖는, 사용자에게 장착된 일 례의 모션 가이딩 장치의 사시도이다.
도 3은 모션 가이딩 장치의 베이스와 관련하여 회전형 조인트의 위치를 조정하기 위한 조정 메카니즘을 나타낸, 도 2의 모션 가이딩 장치의 사시도이다.
도 4는 회전형 조인트의 상이한 기하학적 구조와 위치를 갖는, 다른 한 실시예의 모션 가이딩 장치의 사시도이다.
도 5는 모션 가이딩 장치의 일반적인 구조를 나타낸 역학적인 개략도이다.
도 6은 3개의 회전형 액추에이터를 갖는 일 실시예의 모션 가이딩 장치를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은 회전형 조인트를 간접적으로 가동시키기 위한 평행한 브랜치 및 2개의 회전형 액추에이터와 하나의 회전형 조인트를 구비한 다른 한 실시예의 모션 가이딩 장치의 사시도이다.
도 8은 베이스와 연결된 백팩부를 나타낸 도 7의 모션 가이딩 장치의 사시도이다.
도 9는 도 7의 모션 가이딩 장치의 구조를 나타낸 개략적인 역학적 도면이다.
도 10은 사용자의 뒤쪽에서 본, 사용자에 장착된 일 실시예의 모션 가이딩 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 사용자의 앞 오른쪽에서 본, 도 10의 모션 가이딩 장치의 사시도이다.
도 12는 모션 가이딩 장치를 간접적으로 가동시키도록 구성되고, 일 단부에서 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 베이스 구조부와 연결된 평행한 브랜치 가동 시스템을 구비한 일 실시예의 모션 가이딩 장치의 구조의 역학적인 개략도이다.
도 13은 모션 가이딩 장치를 간접적으로 가동시키도록 사용된 2개의 평행한 브랜치 가동 시스템을 구비한 일 실시예의 모션 가이딩 장치의 구조의 역학적인 개략도로서, 상기 2개의 평행한 브랜치 가동 시스템 각각은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 베이스 구조부와 연결된다.
도 14는 2개의 평행한 브랜치 가동 시스템을 구비한 다른 일 실시예의 모션 가이딩 장치의 구조의 역학적인 개략도로서, 상기 2개의 평행한 브랜치 가동 시스템 각각은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 베이스 구조부와 연결된다.
도 15는 2개의 평행한 브랜치 가동 시스템을 구비한 또 다른 일 실시예의 모션 가이딩 장치의 구조의 역학적인 개략도로서, 상기 2개의 평행한 브랜치 가동 시스템 각각은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 베이스 구조부와 연결된다.
도 16은 하나의 평행한 브랜치 가동 시스템을 구비한 다른 한 실시예의 모션 가이딩 장치의 구조의 역학적인 개략도로서, 상기 평행한 브랜치 가동 시스템은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 베이스 구조부와 연결된다.
도 17은 하나의 평행한 브랜치 가동 시스템을 구비한 다른 한 실시예의 모션 가이딩 장치의 구조의 역학적인 개략도로서, 상기 평행한 브랜치 가동 시스템은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 다른 한 링크장치와 연결된다.
도 18은 2개의 평행한 브랜치 가동 시스템을 구비한 다른 한 실시예의 모션 가이딩 장치의 구조의 역학적인 개략도로서, 상기 2개의 평행한 브랜치 가동 시스템 각각은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 다른 한 링크장치와 연결된다.
도 19는 3개의 평행한 브랜치 가동 시스템을 구비한 다른 한 실시예의 모션 가이딩 장치의 구조의 역학적인 개략도로서, 상기 3개의 평행한 브랜치 가동 시스템 각각은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 베이스 구조부와 연결된다.
도 20은 3개의 평행한 브랜치 가동 시스템을 구비한 또 다른 일 실시예의 모션 가이딩 장치의 구조의 역학적인 개략도로서, 상기 3개의 평행한 브랜치 가동 시스템 중 2개의 시스템은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 베이스 구조부와 연결되며, 그리고 상기 3개의 평행한 브랜치 가동 시스템 중 나머지 한 개의 시스템은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 다른 한 링크장치와 연결된다.
도 21은 2개의 평행한 브랜치 가동 시스템을 구비한 다른 일 실시예의 모션 가이딩 장치의 구조의 역학적인 개략도로서, 상기 2개의 평행한 브랜치 가동 시스템 중 하나의 시스템은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 베이스 구조부와 연결되며, 그리고 상기 2개의 평행한 브랜치 가동 시스템 중 다른 하나의 시스템은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 다른 한 링크장치와 연결된다.
도 22는 3개의 평행한 브랜치 가동 시스템을 구비한 다른 일 실시예의 모션 가이딩 장치의 구조의 역학적인 개략도로서, 상기 3개의 평행한 브랜치 가동 시스템 중 하나의 시스템은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 베이스 구조부와 연결되고, 상기 3개의 평행한 브랜치 가동 시스템 중 나머지 두 개의 시스템은 일 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 링크장치와 연결되고 반대쪽 단부에서 상기 모션 가이딩 장치의 다른 한 링크장치와 연결된다.
도 23은 다른 한 일 실시예의 모션 가이딩 장치의 예시적인 사시도이다.
도 24는 또 다른 실시예의 모션 가이딩 장치의 예시적인 사시도이다.
도 25는 사용자의 뒤쪽에서 본, 사용자의 한 다리에 장착된 하나 이상의 모션 가이딩 장치를 사용하는 일 실시예의 모션 가이드 보조 시스템의 예시도이다.
도 26은 사용자의 뒤쪽에서 본, 사용자의 두 다리에 장착된 하나 이상의 모션 가이딩 장치를 사용하는 일 실시예의 모션 가이딩 보조 시스템의 예시도이다.
도 27은 도 26의 모션 가이딩 보조 시스템의 전방 사시도이다.
도 28은 뒤쪽에서 본, 두 다리 하부 몸체 외골격을 포함한 하나 이상의 모션 가이딩 장치를 사용하는 일 실시예의 모션 가이딩 보조 시스템의 예시도이다.
도 29는 도 28의 모션 가이딩 보조 시스템의 전방 사시도이다.

본 출원은 모션 가이딩 장치를 개시하고 있으며, 상기 모션 가이딩 장치는 오직 회전형 조인트만을 사용하면서, 모든 조인트가 목표 조인트에서 여전히 교차하지만 몸체에서 간섭하지 않도록, 상기 회전형 조인트의 각도와 방향을 변경시켜 엉덩이에서 완전한 구형 모션을 계속 가능하게 한다. 정렬 및 직립(perpendicularity)과 관련된 제약이 없을 수 있고, 상기 회전형 조인트는 특별한 모션과 반드시 정렬될 필요가 없거나 다른 조인트와 직교할 필요가 없어, 잠재적으로 컴팩트할 수 있고, 강건한 웨어러블 구형 모션 구조를 가능하게 한다. 본 발명의 모션 가이딩 장치는 3개의 자유도(DOF: degree of freedom)의 볼-앤드-소켓 조인트 또는 유사(quasi) 볼-앤드-소켓 조인트를 포함하여 목표 몸체의 움직임을 가동시키거나 추적하는데 사용될 수 있다. 상기 모션 가이딩 장치는 상기 시스템의 한 지점에서 가해진 특정 힘을 상기 모션 가이딩 장치 상의 다른 지점에 전달하는 것으로 말해지는 일반적인 로드-베어링일 수 있고, 그리고 추가 목표 조인트의 모션을 가동시키거나 추적하기 위해 추가 수동형 조인트 장치나 추가 능동형 조인트 장치와 직렬로 연결될 수 있다. 본 출원의 모션 가이딩 장치는, 상기 모션 가이딩 장치의 조인트와 링크장치 시스템이 특정 범위의 모션과 특정 기하학적 구조에 대해 목표 몸체의 부분과 기계적으로 간섭하지 않도록, 목표 조인트 회전 중심과 (대략적으로) 정렬될 수 있는 원격 회전 중심을 만들어 상기 기재된 기능을 제공할 수 있다. 실시예의 모션 가이딩 장치는 (특별한 모션을 위해) 사용자 몸체와의 간섭하지 않으면서, 엉덩이 조인트의 3개의 자유도를 추적/가동할 수 있는 엉덩이 외골격 모듈로서 작용한다. 상기 기재된 실시예의 모션 가이딩 장치는 착용자의 몸체에서 여러 조인트를 가동시키기 위하여 추가 가동 구조/시스템과 직렬로 상호연결될 수 있다.

설명하기 위한 것으로서, 본 명세서에 기재된 실시예의 회전 중심은, 반드시 실제 경우가 아닐 수 있을지라도, 사용자의 목표 조인트의 회전 중심과 정렬되는 것으로 여겨질 것이다. 다양한 실시예의 이들 장치에 대해, 직렬 및 병렬 모두로, 수 개의 가능한 가동 구성이 제시될 것이고, 부가적인 가동 구성이 아래에 기재될 것이다. 본 발명의 목적으로, 한 몸체(또는 시스템)가 다른 한 몸체와 "간섭"한다는 기재나 또는 "간섭"하거나 "기계적 간섭"한다는 것을 입증한다는 기재는 통상적으로 여러 상황 하에서 서로 교차하거나 영향을 미치는 이들 두 개의 물체 또는 몸체의 발생을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 몸체라는 용어는 임의의 물리적인 물체나 실체를 의미할 수 있다. 이는 또한 "간섭"이 다수의 몸체의 시스템에 적용될 수 있으며, 여기서 한 시스템의 일부이거나 일부를 이룰 수 있는 하나 이상의 몸체를 교차하거나 이에 영향을 미치는 다른 한 시스템의 다른 하나 이상의 몸체를 이룰 수 있다. 일반적으로, 도면에 도시된 특정 구성요소는 단지 설명을 위한 것이고, 그리고 크기, 기하학적 구조나 임의의 특별한 특징, 실제 특성 또는 치수를 필수적으로 나타내기 위한 것이 아님을 의미한다. 본 출원의 목적으로, 조인트 또는 장치 또는 시스템은, 상기 조인트 또는 장치 또는 시스템의 모든 자유도가 제어되거나 가동된다면, 능동형으로 이라는 것을 의미한다. 조인트 또는 장치 또는 시스템은, 상기 조인트 또는 장치 또는 시스템의 모두가 아닌 적어도 하나의 자유도가 제어되거나 가동된다면, 반능동형이라는 것을 의미한다. 조인트 또는 장치 또는 시스템은, 상기 조인트 또는 장치 또는 시스템의 자유도가 제어되지 않거나 가동되지 않는다면, 수동형이라는 것을 의미한다. 통상적으로 조인트는 따로 특별히 언급하지 않았다면 수동형이다. "외골격"이라는 용어는 본 명세서 전반적으로 기재된 임의의 장치/구조부/시스템을 의미하도록 본 출원에서 사용될 수 있다.

도 1은 이후 도면에 나타난 임의의 시스템의 일반적인 사용자(또는 착용자)를 나타낸 도면이다. 본 발명을 설명하기 위한 목적으로서, 사용자의 오른쪽 엉덩이 조인트의 중심은 평균적으로 지점(1)에 위치하는 것으로 여겨진다. 축선(2, 3 및 4)의 모션은 굴곡/연장, 외전/내전(abduction/adduction), 내외부 회전을 의미하고 그리고 엉덩이의 3-자유도 회전 용량을 포함함을 의미한다. 부가적으로, 축선(2, 3 및 4)은 평균 엉덩이 회전 중심(1)에서 교차한다. 명확하게 하자면, 축선(2)은 수평이고 몸체를 가로질러 오른쪽에서 왼쪽으로 정렬된다. 축선(3)은 또한 수평이지만 몸체를 통과해 앞쪽에서 뒤쪽으로 정렬된다. 축선(4)은 수직이다. 부가적으로, 사용자의 몸체는 몸통(5), 상부 다리(6), 하부 다리(7) 및 발(8)과 같은 수개의 부분을 포함하는 것으로 여겨진다. 왼쪽 다리와 왼쪽 엉덩이 조인트 회전 중심은 오른쪽 다리에 대해 대칭인 것으로 여겨진다. 본 발명의 목적으로서, 사용자의 "중립 위치"는 일반적으로 도 1에 도시된 자세와 유사한 자세일 것이다. 특정 장치가 사용자의 오른쪽이나 왼쪽에만 착용되는 것으로 제시될 수 있으나, 그러나, 당업자는 유사한 (그리고 잠재적으로 미러대칭(mirrored) 또는 마주한(opposing)) 구조의 한 시스템이 반대쪽에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 2는 사용자의 엉덩이 조인트의 회전 중심(1)(도 1)과 (대략적으로) 정렬될 수 있는 회전 중심(21)에 대해 3개의 자유도 모션을 가능하게 하는 모션 가이딩 장치(1000)의 도면이다. 상기 모션 가이딩 장치(1000)는 링크장치(10)에 부착된 베이스(9)를 포함한다. 상기 베이스(9)는 다수의 인터페이스 위치를 구비하고, 그리고, 이처럼, 상기 베이스(9) 및 링크장치(10)의 부착 지점은 하나의 축선에 따른 상이한 위치점에서 상기 링크장치(10)를 분리시키고 이를 상기 베이스(9)에 고정시킴으로써 조정될 수 있다. 상기 링크장치(10)는 제1 회전형 조인트(11)를 통해 링크장치(12)에 부착된다. 상기 링크장치(12)는 이어서 제2 회전형 조인트(13)를 통해 링크장치(14)에 부착된다. 상기 링크장치(14)는 이후 제3 회전형 조인트(15)를 통해 링크장치(16)에 부착된다. 상기 링크장치(16)는, 상기 베이스(9)와 상기 링크장치(10) 사이에서 조정이 가능한 조정 메카니즘과 유사할 수 있는 조정 메카니즘을 통해 부착 위치가 조정될 수 있도록, 이펙터 플레이트(effector plate)(18)에 강건하게 부착된다. 예를 들면, 조정 메카니즘은 도 3에 도시된 레일 메카니즘(25)일 수 있거나 또는 임의의 다른 적당한 조정 메카니즘일 수 있다. 베이스 구조부(9)는 기능회복 구조부(20)를 통해 사용자의 몸통과 연결된다. 이펙터 플레이트(18)는 기능회복 구조부(19) 및 조정가능한 링크장치(17)를 통해 사용자의 넓적다리와 연결된다. 회전형 조인트(11, 13 및 15) 각각은 축선(22, 23 및 24)을 중심으로 개별적으로 하나의 자유도의 회전 모션을 제공하고, 그리고 각각의 축선(22, 23 및 24)은 회전 중심(21)을 통과하여, 이들 회전형 조인트의 축선은 이러한 공통 지점(21)에서 교차한다. 부가적으로, 링크장치(12, 14 및 16)의 전반적인 기하학적 구조는 조정가능하여, 상기 회전 중심(21)이 삼차원으로 조정될 수 있다. 설명을 위해 나타낸 바와 같이, 회전형 조인트(11, 13 및 15)의 위치와 상기 링크장치(12, 14 및 16)의 기하학적 구조에 의해, 상기 모션 가이딩 장치가 사용자의 몸체(특정 자세/위치)와의 간섭없이, 사용자에 의해, 착용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 상기 축선(22, 23 및 24)은 서로에 대해 임의의 특정 정위로 제한되지 않고, 많은 구성을 가질 수 있다(예를 들면, 상기 축선은 직교하지 않을 수 있다). 상기 링크장치(12, 14, 10 및 16)를 각각의 인접한 부품(사용자로의 부착을 포함하지 않음)에 연결하는 조인트는 단 하나의 자유도의 회전형 조인트(조인트(11, 13 및 15)), 및 모션 가이딩 장치(1000)에 사용되지 않는 원격 회전 중심을 자체적으로 만드는 곡선형 조인트를 포함한다. 부가적으로, 비록 여러 실시예에서 발생할지라도, 조인트 축선(22, 23 및 24)이 중립 위치(도 1에 도시된 위치)에 있지 않을을 때, 상기 조인트 축선은 (각각 엉덩이 굴곡/연장 축선, 외전/내전 축선, 내외부 회전 축선인) 도 1의 생물체(biological)의 모션 축선(2, 3 및 4)과 반드시 정렬되도록 제한되지 않는다. 상기 모션 가이딩 장치(1000)에 의해, 이펙터 플레이트(18)가 목표 조인트(즉, 엉덩이 조인트)에 의해 달성가능한 완전한 세트의 모션이나 서브세트의 이러한 모션을 위해 회전 중심(21)에 대해 3개의 자유도로 회전할 수 있다. 부가적으로, 상기 모션 가이딩 장치(1000)는 이펙터 플레이트(18)를 회전 중심(21)에 대해 회전시키는 것을 제한할 수 있고, 그리고 상기 베이스(9)와 관련하여 상/하 또는 측방향 병진 모션과 같은 여러 형태의 이동을 방지할 수 있다. 상기 모션 가이딩 장치(1000)는, 비록 축선(22, 23 또는 24)이 목표 조인트 축선(2, 3 또는 4)과 정렬되지 않고 상기 모션 가이딩 장치(1000)의 다양한 회전형 조인트 및 링크장치의 위치와 기하학적 구조가 사용자 몸체와의 간섭을 야기하지 않으면서 상기 모션 가이딩 장치가 착용되게 할 수 있을지라도, 상기 목표 조인트(예를 들면, 엉덩이 조인트)에서 굴곡/연장, 외전/내전, 내외부 회전를 가능하게 할 수 있다. 기계적 간섭의 방지는, 회전형 조인트(11, 13 및 15)를 생물체의 축선(2, 3 및 4)(도 1 참조)과 일치하지 않는 위치에 배치시킴으로써 그리고 이들 조인트가 상호 직교하도록 제한하지 않게 함으로써 가능하게 된다.

도 3은 도 2에서 숨겨져 있는 조정 메카니즘(25)을 나타낸 모션 가이딩 장치(1000)의 다른 한 도면이다.

도 4는 링크장치(29, 31 및 33)의 기하학적 구조 뿐만 아니라 회전형 조인트(28, 30 및 32)의 위치가 도 2에 도시된 모션 가이딩 장치(1000)의 개별 조인트 및 링크장치의 위치 및 기하학적 구조와 상이한 일 실시예의 시스템(1000)인 모션 가이딩 장치(5000)의 도면이다. 도 4에 도시된 중립 위치에서, 회전형 조인트(30)의 회전 축선(40)은 엉덩이 조인트의 외전/내전 모션의 축선(3)(도 1 참조)과 일치하고 그리고 회전형 조인트(32)의 회전 축선(41)은 굴곡/연장 모션의 축선(2)(도 1 참조)과 일치한다(비록 모든 자세에 대한 경우가 아닐 수 있더라도). 회전형 조인트(28)의 회전 축선(39)은 엉덩이 조인트의 표준 생물체 모션의 임의의 축선(2, 3 또는 4)(도 1 참조)과 일치하지 않고 축선(30)과 직교하지 않는다. 부가적으로, 축선(39)은 몸체의 횡단면과 수직하지 않는다. 축선(40 및 41)은 직교한다. 모션 가이딩 장치(5000)는 이펙터 플레이트(35)가 사용자의 몸체와의 간섭없이 특별한 세트의 모션을 위해 회전 중심(38)에 대해 3개의 자유도로써 회전할 수 있게 (그리고 제한) 한다. 상기 모션 가이딩 장치(5000)에 의해 제공되는 허용가능한 모션, 뿐만 아니라, 기계적 부품의 필요한 공간과 같은 상기 모션 가이딩 장치(5000)에 대한 여러 특성이 도 2의 상기 모션 가이딩 장치(1000)와 비교하면 상이하고, 그리고, 예를 들면, 큰 범위의 모션이 정렬된 조인트로써 (굴곡/연장과 같은) 모션 중 한 모션에 대해 요구될 때와 같은 여러 경우에 대해 보다 적당할 수 있다. 상기 모션 가이딩 장치(5000)는, 조인트(28, 30 및 32)가 내외부 회전 모션의 축선(4)(도 1 참조)과 정렬되지 않을지라도, 목표 조인트(예를 들면, 엉덩이 조인트)의 내외부 회전을 가능하게 할 수 있다. 부가적으로, 이러한 조인트(28)가 축선(4)에 대한 각도로 배치되면, 상기 모션 가이딩 장치가 사용자의 몸체에 대한 간섭없이 (기능회복 시스템(36 및 37)을 통해) 착용될 수 있게 된다.

도 5는 모션 가이딩 장치(1000)와 이 장치의 다양한 실시예(예로서 모션 가이딩 장치(5000))의 일반적인 구조를 간략히 개략적으로 도시한 도면이다. 링크장치(42)(모션 가이딩 장치(1000, 5000)의 각각의 링크장치(10 및 27)와 유사함)는 베이스(도 5에 도시되지 않음), 및 모션 가이딩 장치(1000, 5000)의 각각의 회전형 조인트(11 및 28)와 유사한 회전형 조인트(43)를 연결한다. 회전형 조인트(43)는 링크장치(44)를 통해 회전형 조인트(45)와 연결된다. 회전형 조인트(45)는 모션 가이딩 장치(1000, 5000)의 각각의 회전형 조인트(13 및 30)와 유사한 한편으로, 링크장치(44)는 모션 가이딩 장치(1000, 5000)의 각각의 링크장치(12 및 29)와 유사하다. 회전형 조인트(45)는 이후 상기 모션 가이딩 장치(1000, 5000)의 각각의 링크장치(14 및 31)와 유사한 링크장치(46)를 통해, (상기 모션 가이딩 장치(1000, 5000)의 회전형 조인트(15 및 32)와 유사한) 회전형 조인트(47)와 연결된다. 회전형 조인트(47)는 이후 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 이펙터 링크장치(48)는 이후 인터페이스(49)를 통해 사용자의 상부 다리(6)와 연결된다. 비록 이펙터 링크장치로 언급되었지만, 이펙터 링크장치(48)는 또한 명확성을 위해 생략되어 있는 (상기 이펙터 링크장치에 견고히 연결되므로) (인터페이스(49)에 대한 부착 지점으로서 작용할 수 있는) 이펙터 플레이트를 포함할 수 있다. 일반적으로, 본 명세서 내내, 이펙터 링크장치(48)와 연결되는 부품의 기재는 또한 이러한 이펙터 플레이트에서 상기 부품이 연결되는 가능성을 포함할 수 있다. 이펙터 링크장치(48)는 간략히 표현하기 위해 본 명세서 전반에 링크장치로 언급될 수 있다. 모션 가이딩 장치(1000)의 링크장치(16) 및 이펙터 플레이트(18)는 함께 모션 가이딩 장치(5000)의 링크장치(33 및 35)와 마찬가지로 이펙터 링크장치(48)와 유사하다. 모션 가이딩 장치(1000)의 조정가능한 링크장치(17) 및 기능회복 시스템(19)은 함께 모션 가이딩 장치(5000)의 조정가능한 링크장치(34) 및 기능회복 시스템(36)과 마찬가지로, 연결부(49)와 유사하다.

회전형 조인트(43, 45 및 47)는 사용자의 평균 엉덩이 조인트 중심(1)과 대략적으로 정렬된 지점(53)에서 교차하는 회전 축선(50, 51 및 52)을 각각 갖는다(도 1 참조). 이처럼, 이펙터 링크장치(48)는 지점(53)을 중심으로 3개의 자유도로써 회전할 수 있다. 일반적으로, 회전형 조인트(43, 45 및 47)의 각각의 조인트 축선(50, 51 및 52)이 (사용자 평균 엉덩이 조인트 중심(1)과 대략적으로 정렬되는) 지점(53)에서 교차한다면; 축선(50, 51 또는 52)이 목표 작업공간 내에서 서로 일치하지 않게 된다면; 상기 축선(50, 51 및 52)이 상기 목표 작업공간 내의 단일 평면과 임의의 지점에서 일치하지 않는다면; 그리고 상기 모션 가이딩 장치가 목표 몸체와 간섭을 피할 수 있고 기계적으로 실행가능하다면, 다양한 링크장치가 기하학적 구조를 변경할 수 있게 된다. 도 5에 도시된 다양한 링크장치와 조인트의 크기(dimension)는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다.

3개의 연속되는 회전형 조인트(43, 45 및 47)의 위치 및 정렬은 서로 직교하는 것으로 제한되지 않거나 또는 사전 정의된 모션 축선(예로서 도 1의 모션 축선(2, 3 및 4))과 일치하는 것으로 한정되지 않고, 그리고 포함된 링크장치(44, 46 및 48)의 기하학적 구조는 제한되지 않는다. 따라서, 모션 가이딩 장치(1000, 5000)가 특별한 세트의 모션에 대해 사용자와의 역학적 간섭을 피하면서 (목표 조인트의 회전 중심과 정렬될 수 있는) 원격 회전 중심에 대해 이펙터 플레이트의 3개 자유도의 회전(및 단지 3개 자유도의 회전)를 가능하게 하는데 적당한 임의의 기하학적 구조를 가질 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이고, 그리고 이러한 모든 구조는 본 발명의 범주 내에 속한다. 상기 기재된 회전형 조인트의 축선은 임의의 표준 생물체의 축선(예를 들면, 한 조인트 축선은 이전 조인트 축선과 관련하여 예각 또는 둔각을 만들 수 있다)과 일치할 필요가 없거나 또는 직교성을 유지할 필요가 없어, 사용자의 몸체와의 간섭을 야기시키지 않는 구성을 가능하게 한다. 일반적으로, 3개의 회전형 조인트 중 적어도 하나의 회전형 조인트가 목표 조인트의 임의의 축선(2, 3 및 4)(도 1 참조)과 일치하지 않는 정렬(중립 위치에서)을 유지하여, 사용자와의 간섭을 방지할 수 있다. 예를 들면, 모션 가이딩 장치(5000)의 대안적인 실시예에 있어서, 회전형 조인트(30, 32)의 회전 축선(40 및 41)은 정확하게 직교하지 않을 수 있고 및/또는 링크장치(27, 29, 31 및 33)를 변경 및/또는 짧게함으로써 목표 조인트의 축선(3 및 2)과 일치하지 않을 수 있다. 모션 가이딩 장치(1000, 5000)가 (곡선형 조인트 또는 원격 센터링 구조보다) 단지 1개의 자유도 회전형 조인트를 사용하기 때문에, 이러한 모션 가이딩 장치는 다른 조인트 타입을 사용하는 대안예와 비교하여 크기, 중량, 강성 또는 다른 특징에서 유리하다. 부가적으로, 모션 가이딩 장치(1000, 5000)가 목표 조인트(예를 들면, 엉덩이 중심)와 밀접하게 정렬될 수 있는 구형 모션으로써 이동하도록 엔드-이펙터(48)(end-effector)를 제한하기 때문에, 이러한 모션 가이딩 시스템은 단 하나의 회전 중심을 만들지 않는 구조와 비교하여, 웨어러블 분야에서 모션 범위 및/또는 유용성(및/또는 다른 특징)에 관한 특정 장점을 잠재적으로 입증할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 모션 가이딩 장치(1000, 5000) 및/또는 임의의 가능한 대안예의 이러한 모션 가이딩 장치는 다수의 목표 조인트에서 (상기 모션 가이딩 장치를 착용하는) 사용자의 모션을 가이드하거나 돕는 외골격 장치 내에서 사용될 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 모션 가이딩 장치(1000, 5000)는 웨어러블 모션 캡쳐 장치에 포함될 수 있고, 여기서 다수의 센서가 조인트에 부가될 수 있어 다양한 링크장치 및 부착된 몸체(그리고, 연장하여, 사용자의 목표 조인트)의 정위를 측정할 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 모션 가이딩 장치(1000, 5000)는 임의의 능동형, 수동형 또는 반능동형 웨어러블 장치의 부분으로서 사용될 수 있다. 임의의 상기 기재된 장치의 회전 중심이 사용자의 목표 조인트의 평균 회전 중심(1)과 일치하지 않는 경우에, 사용자와 기능회복부 사이의 연결부가 이러한 오정렬을 고려하여 유연하게 만들어질 수 있다.

본 발명의 모션 가이딩 장치는 임의의 링크장치나 조인트와 연결되는 평행한 브랜치를 부가하여 또는 조인트에 액추에이터를 포함시켜 완전히 또는 부분적으로 능동형으로 만들어져, 상기 모션 가이딩 장치가 직렬로 또는 병렬로 가동될 수 있다. 모션 가이딩 장치(1000 또는 5000)의 여러 실시예에 있어서, 여러 회전형 조인트가 가동된 회전형 조인트(또는 감지 부재를 구비한 회전형 조인트)로써 대체될 수 있고 및/또는 임의의 링크장치가 가동 또는 감지를 제공하기 위한 목적으로 추가 링크장치 시스템에 연결될 수 있다.

도 6은 일 실시예의 모션 가이딩 장치(1000)를 사용하는 사용자의 엉덩이 조인트와 같은 목표 조인트의 모션을 가이드하기 위한 모션 가이딩 장치(7000)의 도면으로서, 여기서 상기 모션 가이딩 장치(1000)의 회전형 조인트(11, 13, 15)가 회전형 액추에이터(56, 58 및 60)로써 대체된다. 각각의 액추에이터의 회전 축선은 대체되는 각각의 회전형 조인트의 회전 축선과 정렬되고, 그리고 링크장치는 이에 따라 상기 액추에이터를 수용하도록 변경되어, 일련의 능동형 엉덩이 외골격 모션 장치(7000)를 형성한다. 베이스 구조부(54)는 링크장치(55)를 통해 액추에이터(56)와 연결된다. 액추에이터(56)는 이후 링크장치(57)를 통해 액추에이터(58)와 연결된다. 액추에이터(58)는 이후 링크장치(59)를 통해 액추에이터(60)와 연결된다. 액추에이터(60)는 이후 링크장치(61)를 통해 이펙터 플레이트(63)와 연결된다. 베이스(55) 및 이펙터 플레이트(63) 모두가 한 세트의 기능회복 부분(71 및 64)에 의해 사용자의 몸체에 부착되며, 여기서 기능회복 부분(64)은 조정가능한 링크장치(62)를 통해 이펙터 플레이트(63)와 연결된다. 상기 모션 가이딩 장치(7000)는 상기 모션 가이딩 장치(1000)의 회전 중심(21)과 유사한 회전 중심을 유지하고 그리고 사용자의 엉덩이 조인트의 회전 중심(1)과 (대략적으로) 정렬된다.

모션 가이딩 장치(7000)는 입력부, 처리부 및 출력부를 포함할 수 있는 제어 시스템(65)을 더 포함한다. 제어기 시스템(65)의 출력부는 액추에이터의 구동부를 포함할 수 있다. 각각의 액추에이터(56, 58 및 60)는 제어 시스템(65)의 출력부와 연통상태에 있다. 상기 제어기 시스템(65)은 상기 모션 가이딩 장치(7000)에 탑재될 수 있거나 또는 별개의 구조부에 탑재되지 않을 수 있다. 부가적으로, 각각의 액추에이터(56, 58 및 60)는 제어 시스템(65)과 연통상태에 있는 다수의 센서를 구비하여 액추에이터의 피드백을 얻을 수 있다. 각각의 액추에이터(56, 58 및 60)에 대한 인풋/아웃풋 연결부는 일반적인 연결부(66, 67 및 68)로 각각 그룹화된다. 제어 시스템(65)은 연결부(70)를 통해 사용자 인터페이스 시스템(69)과 더 연결될 수 있다. 사용자(착용자)는 사용자 인터페이스 시스템(69)을 사용하여 명령어를 입력할 수 있고, 그리고 제어 시스템(65)은 이러한 입력된 명령에 기초하여 액추에이터(56, 58 및 60)를 지시하여 (다수의 센서로써 산출된 피드백으로) 특별한 모션을 실행한다. 상기 모션 가이딩 장치(7000)는 사용자의 목표 조인트를 위치결정시키는 3개의 자유도를 가능하게 하고, 그리고 시스템의 한 지점에 가해진 특정 힘이 사용자의 몸체를 통해 반드시 전달될 필요없이 상기 시스템 상의 다른 한 지점에 전달될 수 있으므로, 로드 베어링이다.

베이스(54)와 링크장치(55) 사이의 연결부가 조정될 수 있어, 연결 지점이 레일 메카니즘(72) 또는 임의의 다른 종류의 조정 메카니즘을 사용하여 베이스(54)와 관련하여 최대 3개의 자유도로 이동될 수 있다. 링크장치(55, 57, 59 및 61)는 유사한 레일 메카니즘 또는 임의의 다른 조정 메카니즘을 통해 조정가능한 기하학적 구조를 구비할 수 있다. 이들 조정 메카니즘은 회전 중심을 베이스(54)와 관련하여 최대 3차원으로 조정될 수 있게 할 수 있다. 사용자 인터페이스 시스템(69)은 사용자가 상기 모션 가이딩 장치를 명령할 수 있는 터치스크린 장치, 조이스틱 및/또는 푸시 버튼을 포함할 수 있다. 부가적으로 (또는 대안적으로), 사용자 인터페이스는 관성 측정 장치, EMG(electromyography) 센서, EEG(electroencephalogram) 센서 및/또는 로드 센서와 같은 사용자 의도(intent) 검출용 임의의 다른 센서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 있어서, EEG 센서는 이들 신호에 기초하여 사용자의 뇌 활동과 트리거(trigger) 모션을 모니터하도록 사용될 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, IMU(관성 측정 장치)는 몸통의 기울어짐을 측정하도록 사용되어, 사용자 의도 및 트리거 걸음걸이 움직임(gait actions)을 예측할 수 있다. 부가적으로, IMU 센서, 회전 엔코더, 스트레인 게이지 또는 임의의 다른 종류의 센서가 또한 상기 모션 가이딩 장치에 통합되어, 장치 제어를 용이하게 할 수 있다. 부가적으로, 상기 모션 가이딩 장치는 제어기 시스템(65)이나 임의의 부가적인 부품(예를 들면, 배터리)과 같은 다양한 시스템 부품이 배치될 수 있는 베이스(54)에 강건하게 부착되는 "백팩"부를 포함할 수 있다. 액추에이터(56, 58 및 60)는 전기식, 유압식, 공압식 또는 임의의 다른 타입일 수 있다. 상기 모션 가이딩 장치(7000)가 모션 가이딩 기능을 제공하는 경우, 당업자는 상기 모션 가이딩 장치(7000)가 또한 모션 보조 기능을 제공할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 상기 모션 가이딩 장치(7000)가 어느 정도의 근육을 제어하는 개인용 증강 장치로서 사용되는 경우에, 상기 모션 가이딩 장치는 대신 반-능동형일 수 있고, 보조를 필요로 하지 않는 임의의 자유도에 부합하는 하나 또는 두 개의 액추에이터(56, 58 또는 60)가 제거될 수 있고 수동형 조인트로 대체될 수 있다. 선택적으로, 반-능동형인 경우에 대해, 센서 그룹은 이후 상기 조인트의 모션을 모니터하도록 수동형 조인트에 부가될 수 있다. 상기 모션 가이딩 장치(7000)의 대안적인 실시예의 아래 구성에 의해 상기 모션 가이딩 장치가 목표 조인트의 회전 중심과 (대략적으로) 정렬될 수 있는 회전 중심에 대해 3개의 회전 자유도를 제공할 수 있게 하고 그리고 (목표 모션을 위해) 상기 조인트에 대한 사용자의 몸체와의 역학적 간섭을 야기하지 않는다면, 상기 대안적인 실시예의 모션 가이딩 장치가 다른 생물체의 (목표) 조인트에 적용될 수 있고, 그리고 이러한 모든 실시예 및 사용이 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다.

도 7은 (모션 가이딩 장치(5000)로서 언급된) 일 실시예의 모션 가이딩 장치(1000)를 사용하는 사용자의 목표 조인트의 모션을 가이드하기 위한 다른 한 모션 가이딩 장치(9000)를 도시한 도면이다. 상기 모션 가이딩 장치(9000)는 회전형 액추에이터(75 및 79), 회전형 조인트(77) 및 베이스(73)를 포함한다. 베이스(73)는 레일(101)을 포함할 수 있고 마운트(74)와 연결된다. 베이스(73)와 마운트(74) 사이의 연결 지점은 레일을 따라 다수의 임의의 지점에 놓일 수 있도록 조정될 수 있다. 마운트(74)는 액추에이터(75)의 일 측에 연결되고, 이 액추에이터는 링크장치(76)와 연결되며, 이 링크장치는 이후 조인트(77)를 통해 링크장치(78)와 연결된다. 링크장치(78)는 이후 액추에이터(79)를 통해 링크장치(80)와 연결된다. 링크장치(80)는 이후, 부착 지점이 조정될 수 있도록, 이펙터 플레이트(81)에 강건하게 부착된다. 액추에이터(75 및 79)의 회전 축선 뿐만 아니라 조인트(77)의 회전 축선은, 사용자의 목표 조인트의 지점(1)과 (대략적으로) 정렬될 수 있는, 회전 중심(9)에서 교차한다. 베이스 구조부(73)는 기능회복 시스템(86)을 통해 사용자의 몸통과 연결되고, 그리고 이펙터 플레이트(81)는 기능회복 시스템(83) 및 조정가능한 링크장치(82)를 통해 사용자의 넓적다리와 연결된다. 모션 가이딩 장치(9000)는 또한 마운트(84)와 연결된 액추에이터(85)를 포함한 평행한 브랜치를 통해 간접적으로 가동된다(상기 마운트(84)는 마운트(74)를 통해 베이스(73)와 연결됨). 액추에이터(85)는 이후 링크장치(87)와 연결되고, 이로서 이 링크장치(87)는 구형 조인트(88)를 통해 링크장치(89)와 연결된다. 링크장치(89)는 이후 구형 조인트(91)를 통해 모션 가이딩 장치의 링크장치(78)와 연결된다. 따라서, 상기 모션 가이딩 장치(9000)를 간접적으로 가동하기 위한 평행한 브랜치는 액추에이터(85), 구형 조인트(88 및 91), 링크장치(87 및 89), 및 마운트(84)를 포함한다.

상기 모션 가이딩 장치(9000)는 입력부, 처리부 및 출력부를 포함한 제어 시스템(95)을 더 포함한다. 제어 시스템(95)의 출력부는 액추에이터 구동부를 포함할 수 있다. 액추에이터(75 및 79) 뿐만 아니라 액추에이터(85) 각각은 제어 시스템(95)의 출력부와 연통상태에 있다. 제어 시스템(95)은 모션 가이딩 장치(9000)에 탑재될 수 있거나 별개의 구조부에 탑재되지 않을 수 있다. 부가적으로, 액추에이터(75, , 85 및 79) 각각은 액추에이터 피드백을 포함한 제어 시스템(95)에 연결되는 센서 그룹을 구비할 수 있다. 액추에이터(75 및 79)는 연결부(96 및 98)에 의해 제어 시스템(95)의 입력부/출력부와 각각 연결되면서, 액추에이터(85)는 연결부(97)를 사용하여 제어 시스템(95)과 연통상태에 있다. 제어 시스템(95)은 또한 연결부(100)를 통해 사용자 인터페이스 시스템(99)과 연결될 수 있다. 사용자(착용자)는 사용자 인터페이스 시스템(99)을 사용하여 명령어를 입력할 수 있고, 그리고 제어 시스템(95)은 이러한 입력된 명령어에 기초하여 특별한 모션(다수의 센서에 의해 산출된 피드백으로써)을 실행하기 위하여 액추에이터(75, 79) 및 액추에이터(85)를 지시한다. 상기 모션 가이딩 장치(9000)는 사용자의 목표 조인트(예를 들면, 엉덩이 조인트)의 3개의 자유도의 위치결정을 가능하게 한다. 액추에이터(75, 77) 및 액추에이터(85)의 작용은 목표 조인트(1)에서 대응하는 작용을 만든다. 상기 모션 가이딩 장치(9000)는, 시스템의 한 지점에 가해진 특정 힘이 사용자의 몸체를 통해 반드시 전달되지 않으면서 상기 시스템의 다른 한 지점에 전달될 수 있으므로, 로드 베어링일 수 있다. 액추에이터(75) 및 액추에이터(85)의 작용은 (연결 링크장치(89)를 통해) 수동형 회전형 조인트(77)의 작용에 기여하고, 그리고 이러한 수동형 조인트를 병렬로 가동시킨다고 말해질 수 있어, 특정 실시예에서 토크-공유 가능성을 가능하게 한다. 따라서, 액추에이터(85), 마운트(84), 링크장치(87), 링크장치(89) 및 구형 조인트(91)는 모션 가이딩 장치(1000, 5000)의 능동형 부품과 수동형 부품 사이에서 상기 모션 가이딩 장치와 연결된 평행한 가동 브랜치의 부분이므로 수동형 부품(예를 들면, 수동형 회전형 조인트(77))의 작용에 기여한다. 액추에이터(75 및 79)의 각각의 회전 축선(92 및 94) 뿐만 아니라 조인트(77)의 회전 축선(93)은 목표 조인트의 회전 중심과 (대략적으로) 정렬된 회전 중심(90)을 통과한다.

도 8은 베이스(73)와 강건하게 연결될 수 있는 "백팩"부(102)를 더 포함하는 일 실시예의 모션 가이딩 장치(9000)를 도시한 도면이다. 백팩(102)은 모션 가이딩 장치(9000)의 다양한 부품과 간섭하지 않도록 위치되고, 그리고 제어 시스템(95), 사용자 인터페이스(99)의 부재 뿐만 아니라 배터리와 같은 임의의 다른 추가 시스템과 같은 모션 가이딩 장치(9000)의 부품을 포함할 수 있다. 모션 가이딩 장치(9000)는 주변환경으로부터 시스템 부품과의 간섭을 방지하기 위하여 액추에이터(85, 75, 및 79)를 커버하도록 개별적으로 커버(103, 104 및 105)를 또한 포함할 수 있다.

도 9는 상기 모션 가이딩 장치의 구조를 보다 명확하게 나타내기 위한 상기 모션 가이딩 장치(9000)의 개략적인 도면이다. 링크장치(74 및 84)는 명확성을 위해 도시되지 않은, 베이스(73)에 모두 부착된다. 도 7의 링크장치(80 및 81)는 연결부(106)로 나타내어진 한편으로 연결부(107)는 조정가능한 링크장치(82) 및 기능회복 시스템(83) 모두로 나타내어진다. 연결부(107)는 하부 다리(6)에 부착된다. 상기 도 9에 도시된 바와 같이, 액추에이터(75, 79) 및 조인트(77)의 축선(92, 94, 및 93)은 평균 사람 엉덩이 (목표 조인트) 중심(1)과 대략적으로 정렬되는 지점에서 교차한다.

구형 조인트(88 또는 91) 중 하나가 메카니즘의 기능을 유지하면서 3개의 자유도의 회전 모션을 용이하게 하는 임의의 다른 시스템으로써 대체될 수 있음을 알 수 있을 것이고 그리고 이러한 실시예가 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다. 구형 조인트(88 또는 91) 중 하나가 메카니즘의 기능을 유지하면서 대략적으로 정위된 유니버셜 조인트로써 대체될 수 있다. 링크장치(링크장치(84, 87, 89 및 78)를 포함)의 특별한 기하학적 구조가 목표 모션(및 필요한 액추에이터 응답)에 따라 변경될 수 있고 이러한 임의의 대안적인 기하학적 구조가 또한 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다. 링크장치(84)를 통해 베이스(73)에 부착된 액추에이터(85)의 위치와 정위(orientation)가 변경될 수 있어 링크장치(84)에 대응되는 변경을 초래한다. 도시된 실시예의 모션 가이딩 장치(9000)에 있어서, 액추에이터(75) 및 액추에이터(85)는 주로 사용자의 엉덩이의 내외부 회전 및 내전/외전 모션을 가동시키면서, 액추에이터(79)는 주로 굽힘 모션을 가동시킨다. 그러나, 상기 시스템 내의 다양한 조인트/액추에이터/링크장치/부품의 재위치를 통해, 다양한 액추에이터의 작용이 임의의 생물체의 엉덩이 모션에서 (도 9에 도시된 실시예와 관련하여) 보다 크거나 보다 작은 정도로 가담될 수 있다는 것을 당업자는 또한 알 수 있을 것이다. 액추에이터(85)의 회전 축선이 회전 중심(90)과 교차하도록 상기 액추에이터(85)가 재위치될 수 있는 특정 구성에 있어서, 회전 중심(90)과 교차하는 회전 축선을 각각 갖는 회전형 조인트로 구형 조인트(88 및 91)를 대체하는 것이 가능하다. 다양한 실시예에 있어서, 이러한 원리는 본 명세서에 기재된 다른 여러 메카니즘에 적용될 수 있다.

모션 가이딩 장치(9000)가 어느 정도의 근육을 제어하는 개인용 증강 장치로서 사용되는 경우에 있어서, 상기 모션 가이딩 장치는 대신 반-능동형일 수 있고, 그리고 보조를 필요로 하지 않는 임의의 자유도에 부합하는 하나 또는 두 개의 액추에이터(75, 79) 또는 액추에이터(85)가 제거될 수 있고 수동형 조인트로 대체될 수 있다. 선택적으로, 반 능동형인 경우에 대해, 센서 그룹은 이후 상기 조인트의 모션을 모니터하도록 이러한 수동형 조인트에 부가될 수 있다. 상기 모션 가이딩 장치는 탑재된 배터리 또는 임의의 다른 동력원에 의해 동력이 공급될 수 있다. 부가적으로, 목표 모션 동안에 사용자와의 기계적 간섭을 야기하지 않으면서 회전 중심(1)에서 대략적으로 일치하는 3개의 자유도의 회전을 제공하는 상기 기재된 임의의 구조가 모션 가이딩 장치(9000)의 근본적인 구성으로 사용될 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다. 대안적인 실시예의 모션 가이딩 장치(9000)의 근본적인 구성을 통해 상기 모션 가이딩 장치가 목표 조인트의 회전 중심과 (대략적으로) 정렬될 수 있는 회전 중심에 대해 3개의 회전 자유도를 제공할 수 있고 (목표 모션을 위해) 조인트에 대해 사용자의 몸체와 역학적인 간섭을 야기하지 않는다면, 상기 모션 가이딩 장치가 다른 생물체의 3개의 자유도 회전형 조인트에 적용될 수 있고, 그리고 이러한 모든 실시예 및 사용은 또한 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다.

도 10은 본 명세서에서 이미 기재된 실시예의 모션 가이딩 장치(1000)를 사용하는 사용자의 목표 조인트의 모션을 가이드하기 위한 장치(11000)를 도시한 도면이다. 당업자는 본 명세서에 이미 기재된 임의의 실시예의 모션 가이딩 장치 또는 이들의 임의의 조합이 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 상기 모션 가이딩 장치(11000) 내에 포함될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 상기 모션 가이딩 장치는 베이스(108), 회전형 조인트(129), 링크장치(130)를 포함하고, 상기 링크장치(130)는 회전형 조인트(131)를 통해 링크장치(132)와 연결되고, 이후 상기 링크장치(132)는 회전형 조인트(133)를 통해 링크장치(134)와 연결된다. 링크장치(134)는 이후, 2개의 부품 사이의 연결점이 조정가능한 방식으로, 이펙터 플레이트(135)와 연결된다. 회전형 조인트(129, 131 및 133)의 회전 축선은 사용자의 목표 조인트(예를 들면, 도 1의 엉덩이 조인트(1))의 회전 중심과 대략적으로 정렬되는 회전 중심에서 교차한다. 상기 모션 가이딩 장치(11000)는 참조를 위해 본 발명에 포함되어 있는 본 출원인의 PCT/CA2019/050640 (국제공개번호 WO2019/218056)에 기재된 모션 발생기와 모션 전달 시스템과 유사한 모션 발생기와 모션 전달 시스템을 더 포함할 수 있다. 모션 발생기 및 모션 전달 시스템은 모션 가이딩 장치를 가동시키기 위한 평행한 브랜치의 부분이다. 모션 발생기는 케이싱(109)을 통해 베이스(108)와 연결되는 3개의 액추에이터(110, 111 및 141)를 포함한다. 액추에이터(141)는 축선(140)과 일치하는 회전 축선을 갖고 회전축과 연결된다. 액추에이터(110 및 111)는 벨트 시스템을 통해, 케이싱(109) 내에 포함되고 또한 축선(140)과 일치하는 회전 축선을 갖는 회전축과 연결된다. 이처럼, 각각의 액추에이터(110, 111 및 141)는, 직접적인 연결에 의해 또는 벨트 메카니즘을 통해, 축선(140)과 일치하는 회전 축선을 각각 갖는 3개의 동축선의 축 중에서 하나의 축을 구동시킨다. 액추에이터(110, 111 및 141)와 연결된 축의 출력부는 링크장치(112, 113 및 114)와 각각 연결된다. 링크장치(112, 113 및 114)는 회전형 조인트(115, 116 및 139)를 통해 링크장치(117, 118 및 119)와 각각 연결된다. 각각의 회전형 조인트(120, 121 및 122)를 통해 링크장치(117, 118 및 119)는 이펙터(123)와 연결된다. 부품(120 및 139)이 도 1O 대신에 도 11에 도시되어 있음을 유념하기 바란다. 따라서, 부품(110, 111, 141, 112, 139, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 122, 123) 및 케이싱(109)내에 포함된 부품(즉, 벨트 메커니즘 및 회전축)은 모션 가이딩 장치(11000)의 모션 발생기를 포함한다. 모션 전달 시스템은 링크장치(124)를 통해 모션 발생기의 이펙터(123)와 연결된 카세트(125)를 포함한다. 카세트(125)가 링크장치(124)내에 포함될 수 있음을 알기 바란다. 레일(126)은 카세트(125)와 상호작용하여, 상기 레일(126)이 선형 모션 조인트를 형성하는 카세트(125)와 관련하여 어느 한 정도(one degree)의 병진 모션으로 이동할 수 있다. 레일(126)은 한 세트의 링크장치를 통해 유니버셜 조인트(21)와 연결된다. 유니버셜 조인트(128)는 서로 수직한 회전 축선을 각각 갖는 2개의 1-자유도 회전형 조인트로 구성된다. 유니버셜 조인트(128)는 이후 상기 기재된 모션 가이딩 장치(1000)의 이펙터 플레이트(135)와 연결된다. 케이싱(109)은 회전형 조인트(129)를 통해 링크장치(130)와 연결된다. 베이스(108)는 기능회복 시스템(136)을 통해 사용자의 몸통과 연결되고, 그리고 이펙터 플레이트(135)는 기능회복 시스템(138) 및 조정가능한 링크장치(137)를 통해 사용자의 넓적다리와 연결된다. 따라서, 부품(124, 125, 126, 127, 128)은 모션 전달 시스템을 포함하고, 부품(129, 130, 131, 132, 133, 134, 135)은 모션 가이딩 장치나 로드 베어링 시스템을 포함하고, 그리고 부품(137, 138)은 목표 몸체 인터페이싱 시스템을 포함한다. 본 출원인의 PCT/CA2019/050640(국제공개번호 WO2019/218056)에 기재된 로드 베어링 시스템과 비교하여, 본 발명의 모션 가이딩 장치(1000, 5000)는 곡선형 조인트의 사용을 필요로 하지 않으면서 로드 베어링 시스템으로서 사용될 수 있다. 본 실시예의 모션 가이딩 장치(11000)의 모션 발생기는 동축의 구형 조작기를 포함하며, 여기서 상기 모션 가이딩 장치의 동축의 특성은 상기 모션 가이딩 장치의 모션 범위와 같은 특정 특성에 관한 특정 장점을 제공할 수 있다. 모션 발생기의 각각의 액추에이터(110, 111 및 141)는 연결부(144, 145 및 146)를 통해 각각 제어 시스템(142)의 출력부와 연통상태에 있다. 부가적으로, 액추에이터 각각은 액추에이터 피드백을 얻기 위해 제어 시스템(142)과 연결되는 센서 그룹을 구비한다. 제어 시스템(142)은 연결부(147)를 통해 사용자 인터페이스 시스템(143)과 연결되고, 이에 따라 사용자 인터페이스 시스템(143)을 통해 사용자에 의해 주어진 명령어에 기초하여, 제어 시스템(142)은 적당한 센서 그룹에 의해 산출된 피드백으로써 특별한 모션을 실행하도록 액추에이터(110, 111 및 141)를 지시한다. 상기 모션 가이딩 장치(11000)는 사용자의 목표 조인트의 3개의 자유도 위치결정을 가능하게 하고, 그리고 상기 모션 가이딩 장치는, 상기 모션 가이딩 장치의 한 지점에 가해진 특정 힘이 사용자의 몸체를 통해 반드시 전달되지 않으면서 상기 모션 가이딩 장치의 다른 한 지점에 전달될 수 있으므로, 로드-베어링이다.

도 11은 모션 가이딩 장치(11000)의 다른 한 도면이다. 링크장치(127)에 연결된 레일(126)과 상호작용하는 카세트(125)에 연결되는 링크장치(124) 대신에, 상기 링크장치(124)가 레일(126)에 연결될 수 있고, 상기 레일은 이로서 링크장치(127)와 연결되는 카세트(125)와 상호작용한다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다. 즉, 선형 조인트로서 카세트(125)와 레일(126)의 기능이 유지되면서, 상기 레일(126)과 상기 카세트(125)의 순서는 바뀔 수 있다. 3개의 동축선의 축을 가동하는 임의의 여러 방법이 (예로서 타이밍 벨트를 사용하지 않으면서 각각의 축과 직접 연결되는 중공의 축 액추에이터를 사용하는) 타이밍 벨트 시스템 대신에 사용될 수 있고, 이러한 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 속한다. 상기 모션 가이딩 장치(11000)가 어느 정도의 근육 제어가 가능한 개인용 증강 시스템으로서 사용되는 경우에, 상기 시스템은 대신에 반-능동형일 수 있고, 그리고 보조를 필요로 하지 않는 임의의 자유도에 부합하는 하나 또는 두 개의 액추에이터(110, 111 또는 141)가 제거될 수 있고 수동형 조인트로 대체될 수 있다. 선택적으로, 반-능동형 경우에 대해, 센서 그룹이 이후, 상기 조인트의 모션을 모니터하기 위해, 이러한 수동형 조인트에 부가될 수 있다.

도 12 내지 도 22는 본 발명의 모션 가이딩 장치의 다양한 구성/메카니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 12는 3개의 회전형 조인트(43, 45, 47) 및 링크장치(42, 44, 46, 48, 및 49)의 시스템을 포함한, 상기 기재된 상기 모션 가이딩 장치(1000, 5000)와 유사한 모션 가이딩 장치의 전반적인 구성을 갖는 모션 가이딩 장치(6000)의 도면이다. 상기 모션 가이딩 장치(6000)는 도 10의 모션 가이딩 장치(11000)의 예를 들면 모션 발생기와 모션 전달 시스템과 같은 평행한 브랜치 액추에이터 시스템(149)을 더 포함하고, 상기 평행한 브랜치 액추에이터 시스템은 일측에서 모션 가이딩 장치(6000)의 베이스 구조부와 인터페이스(148)에서 결합되고 타측에서 모션 가이딩 장치(1000, 5000)의 링크장치(46)와 인터페이스(150)에서 결합한다. 상기 시스템(149)은 하나 이상의 자유도를 갖는 링크장치, 조인트 및/또는 부품의 임의의 시스템을 나타낸다. 부가적으로, 임의의 포함된 조인트가 목표 조인트(1)에서 필요한 가동 레벨에 따라 달성될 수 있다. 도 12에 도시된 지점(148 및 150)의 위치, 시스템(149)의 기하학적 구조, 및 다양한 링크장치와 조인트의 크기는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다.

당업자는, 도 9의 모션 가이딩 장치(9000)와 관련하여, 상기 시스템(149)이 인터페이스(148)에서 베이스 구조부(73)와 연결된 링크장치(84)(링크장치(42)와 유사)를 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 링크장치는 이후 (액추에이터(85)인) (능동형) 회전형 조인트가 이어지고, 순차적으로 링크장치(87), 구형 조인트(88), 링크장치(89) 및 구형 조인트(91)가 연결된다. 구형 조인트(91)는 이후 인터페이스(150)를 통해 링크장치(78)(링크장치(46)와 유사)와 연결된다. 이러한 경우에, 상기 시스템(149)은 3-자유도의 가동을 위한 조인트(43 및 47)에서 부가적인 능동형 구성요소를 갖는 7-자유도 시스템을 포함한다. 다른 한 실시예에 있어서, 상기 시스템(149)은 방금 기재한 바와 같은 동일한 순서의 부품을 구비할 수 있으나, 그러나, 임의의 상기 언급된 조인트/링크장치/부품의 연결부의 기하학적 구조 및 위치는 변경될 수 있고, 그리고 다양한 (제1 실시예와 비교하여 상이할 수 있는) 포함된 조인트가 요구되는 가동 레벨에 따라 가동될 수 있다.

다른 한 실시예에 있어서, 상기 시스템(149)은 (지점(148)에서 베이스와 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 이 링크장치에 이후 구형 조인트, 선형 조인트, 유니버설 조인트가 이어지고, 상기 유니버셜 조인트는 이후 지점(150)에서 링크장치(46)와 연결된다. 이러한 경우에, 상기 시스템(149)은, 가동 정도가 (선형 액추에이터를 만드는, 예를 들면, 조인트(43 및 47) 및 상기 시스템(149)의 선형 조인트와 같은) 다양한 조인트에 기여할 수 있는 6-자유도 시스템이다.

다른 일 실시예에 있어서, 상기 시스템(149)은 (지점(148)에서 베이스와 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 이 링크장치에 이후 2-자유도 구형 모션 시스템, 다른 한 링크장치, 유니버셜 조인트, 또 다른 링크장치, 다른 한 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 다른 한 유니버셜 조인트는 이후 지점(150)에서 상기 링크장치(46)와 연결된다. 이러한 경우에 있어서, 상기 시스템(149)은 적어도 6-자유도를 갖는다. 필요한 가동 레벨에 따라 다양한 포함된 조인트에 가동이 적용될 수 있다(예를 들면, 2-자유도 구형 모션 발생기에 2개의 가동 정도가 적용될 수 있고 조인트(47)에 하나의 가동 정도가 적용될 수 있다).

도 13은 도 12의 모션 가이딩 장치(6000)와 유사하지만 그러나 2개의 평행한 브랜치 액추에이터 시스템(152 및 155)을 포함하는 모션 가이딩 장치(2000)의 개략적인 도면이다. 제1 시스템(152)은 일측에서 링크장치(46)와 인터페이스(153)에서 연결되고, 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(151)에서 연결된다. 제2 시스템(155)은 일측에서 링크장치(46)와 인터페이스(156)에서 연결되고, 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(154)에서 연결된다. 상기 시스템(152 및 155)은 하나 이상의 자유도를 (각각) 갖는 링크장치, 조인트 또는 부품의 임의의 시스템을 의미한다. 시스템(152 및 155)은 동일한 구조부를 반드시 구비하는 것은 아니다. 부가적으로, 임의의 포함된 조인트가 목표 조인트(1)에서 필요한 가동 레벨에 따라 달성될 수 있다. 도 13에 도시된 지점(151, 153, 154 및 156)의 위치, 상기 시스템(152 및 155)의 형태, 및 다양한 링크장치 및 조인트의 크기는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다.

일 실시예로서, 상기 시스템(152)은 (일측에서 베이스와 지점(151)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 이 링크장치에 이후 구형 조인트, 선형 조인트, 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 유니버셜 조인트는 이후 지점(153)에서 링크장치(46)와 연결된다. 상기 시스템(155)은 (일측에서 베이스와 지점(154)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 이 링크장치에 구형 조인트, 선형 조인트, 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 유니버설 조인트는 이후 지점(156)에서 링크장치(46)와 연결된다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 시스템(152 및 155) 모두는 6-자유도를 포함한다. 필요한 가동 레벨에 따라 다양한 조인트에 가동이 적용될 수 있다(예를 들면, 상기 시스템(152 및 155)의 선형 조인트에 가동이 적용될 수 있어, 이들을 선형 액추에이터 뿐만 아니라 회전형 조인트(43)가 된다).

일 실시예로서, 상기 시스템(152)은 (일측에서 베이스와 지점(151)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 회전형 조인트, 링크장치, 구형 조인트, 다른 한 링크장치, 다른 한 구형 조인트가 이어지고, 상기 다른 한 구형 조인트는 지점(153)에서 상기 링크장치(46)와 연결된다. 상기 시스템(155)은 (일측에서 베이스와 지점(154)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 회전형 조인트, 다른 한 링크장치, 구형 조인트, 또 다른 링크장치, 다른 한 구형 조인트가 이어지고, 상기 다른 한 구형 조인트는 지점(156)에서 상기 링크장치(46)와 연결된다. 필요한 가동 레벨에 따라 다양한 조인트에 가동이 적용될 수 있다(예를 들면, 상기 시스템(152 및 155)의 회전형 조인트 뿐만 아니라 회전형 조인트(43)에 가동이 적용될 수 있다).

당업자는, (잠재적으로 상이한 기하학적 구조를 갖고 잠재적으로 상이한 순서의 잠재적으로 상이한 링크장치, 조인트, 시스템 또는 임의의 다른 부품을 사용하거나 또는 본 명세서에서 기재한 것들 보다 잠재적으로 상이한 조합의 조인트 시스템을 사용함으로써) 본 명세서에 기재된 것 이외의 많은 가능한 실시예의 모션 가이딩 장치(2000)가 있고, 그리고 이러한 모든 실시예가 또한 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 개시된 임의의 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것을 의미하지 않는다.

도 14는 2개의 평행한 브랜치 액추에이터 시스템(158 및 161)을 갖는 모션 가이딩 장치(200)와 유사한 모션 가이딩 장치(300)의 개략적인 도면이다. 제1 시스템(158)은 일측에서 링크장치(46)와 인터페이스(159)에서 연결되고, 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(157)에서 연결된다.

제2 시스템(161)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(162)에서 연결되고, 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(160)에서 연결된다. 상기 시스템(158 및 161)은 하나 이상의 자유도(각각)를 갖는 링크장치, 조인트 또는 부품의 임의의 시스템을 의미한다. 상기 시스템(158 및 161)은 동일한 구조부를 반드시 구비하는 것은 아니다. 부가적으로, 임의의 포함된 조인트가 목표 조인트(1)에서 필요한 가동 레벨에 따라, 능동형일 수 있다. 본 도면에 도시된 지점(157, 159, 160 및 162)의 위치, 시스템(158 및 161)의 형태, 및 다양한 링크장치와 조인트의 크기는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다. 일 실시예로서, 시스템(161)의 인터페이스(162)는 이펙터 플레이트와 연결된 이펙터 링크장치(48)에 위치될 수 있거나 또는 상기 이펙터 플레이트 자체에 위치될 수 있다.

일 실시예로서, 상기 시스템(158)은 (일측에서 베이스 구조부와 지점(157)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 구형 조인트, 선형 조인트, 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 유니버셜 조인트는 지점(159)에서 상기 링크장치(46)와 연결된다. 시스템(161)은 (일측에서 베이스 구조부와 지점(160)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 회전형 조인트, 다른 한 링크장치, 구형 조인트, 또 다른 링크장치, 다른 한 구형 조인트가 이어지고, 상기 다른 한 구형 조인트는 지점(162)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 대안적으로, 시스템(158)은 (일측에서 베이스 구조부와 지점(157)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 회전형 조인트, 다른 한 링크장치, 구형 조인트, 또 다른 한 링크장치, 다른 한 구형 조인트가 이어지고, 상기 다른 한 구형 조인트는 지점(159)에서 상기 링크장치(46)와 연결된다. 대안적으로, 시스템(161)은 (일측에서 베이스 구조와 지점(160)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 회전형 조인트, 다른 한 링크장치가 이어진다. 이러한 마지막 링크장치는 두 개의 구형 조인트와 연결된다. 이들 두 개의 구형 조인트 각각은 별개의 링크장치에 부착되고, 그리고 이들 링크장치 각각은 다른 한 (별개의) 구형 조인트에 부착된다. 이들 구형 조인트 모두는 하나의 링크장치를 통해 선형 모션 조인트의 일측에 부착된다(브랜치는 재결합). 이러한 선형 모션 조인트의 타측은 인터페이스(162)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 다양한 조인트에 가동이 적용되어, 요구되는 가동 레벨이 달성될 수 있다. 예를 들면, 조인트(43)는, 제1 형태의 시스템(158)의 선형 모션 조인트 및 제1 형태의 시스템(161)의 회전형 조인트와 함께 능동형일 수 있다. 상기 시스템(158)의 대안적인 형태로서, 상기 회전형 조인트는 능동형일 수 있고, 그리고 상기 시스템(161)의 대안적인 형태로서, 상기 회전형 조인트는 예를 들면, 능동형일 수 있다. 이들 언급된 시스템(158 및 161) 각각은 다른 시스템과 관련하여 장점/단점을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 시스템(161)의 대안적인 형태는 그의 사분면 구조로 인해 특정 상황에서 우수한 토크 전달 능력을 보여줄 수 있다.

당업자는, (잠재적으로 상이한 기하학적 구조를 갖고 잠재적으로 상이한 순서로 잠재적으로 상이한 링크장치, 조인트, 시스템 또는 임의의 여러 부품을 사용하거나 또는 본 명세서에서 기재된 것보다 잠재적으로 상이한 조합의 조인트 시스템을 사용함으로써) 본 명세서에 기재된 것 이외의 많은 가능한 실시예의 모션 가이딩 장치(300)가 있고, 그리고 이러한 모든 실시예가 또한 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다. 개시된 임의의 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것을 의미하지 않는다.

도 15는 2개의 평행한 브랜치 액추에이터 시스템(164 및 167)을 구비한 모션 가이딩 장치(2000, 300)와 유사한 모션 가이딩 장치(4000)의 개략적인 도면이다. 제1 시스템(164)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)(링크장치(46) 대신에)와 인터페이스(165)에서 연결되고, 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(163)에서 연결된다. 제2 시스템(167)은 또한 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(168)에서 연결되고, 그리고 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(166)에서 연결된다. 일 실시예로서, 상기 시스템(164 및 167)의 인터페이스(165 및 168) 중 어느 하나(또는 모두)가 이펙터 플레이트와 연결된 이펙터 링크장치(48)에 또는 이펙터 플레이트 자체에 개별적으로 위치될 수 있다. 상기 시스템(164 및 167)은 하나 이상의 자유도(각각)를 갖는 링크장치, 조인트 또는 부품의 임의의 시스템을 의미할 수 있다. 상기 시스템(164 및 167)은 동일한 구조부를 반드시 구비하지 않는다. 부가적으로, 임의의 포함된 조인트가 목표 조인트에서 필요한 가동 레벨에 따라 능동형일 수 있다. 본 도면에 도시된 지점(163, 165, 166 및 168)의 위치, 시스템(164 및 167)의 형태, 및 다양한 링크장치와 조인트의 크기는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다.

일 실시예로서, 상기 시스템(164)은 (일측에서 베이스 구조부와 지점(163)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 구형 조인트, 선형 조인트, 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 유니버셜 조인트는 지점(165)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 상기 시스템(167)은 (일측에서 베이스 구조부와 지점(166)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 구형 조인트, 선형 조인트, 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 유니버셜 조인트는 지점(168)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 필요한 가동 레벨에 따라 다양한 조인트에 가동이 적용될 수 있다(예를 들면, 상기 시스템(164)의 선형 모션 조인트, 상기 시스템(167)의 선형 모션 조인트 및 조인트(43)에 가동이 적용될 수 있다).

일 실시예로서, 상기 시스템(164)은 (일측에서 베이스 구조부와 지점(163)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 회전형 조인트, 다른 한 링크장치, 구형 조인트, 또 다른 한 링크장치, 다른 한 구형 조인트가 이어지고, 상기 다른 한 구형 조인트는 지점(165)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 상기 시스템(167)은 (일측에서 베이스 구조부와 지점(166)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 회전형 조인트, 다른 한 링크장치, 구형 조인트, 또 다른 한 링크장치, 다른 한 구형 조인트가 이어지고, 상기 다른 한 구형 조인트는 지점(168)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 다양한 조인트에 가동이 적용될 수 있다(예를 들면, 상기 시스템(164)의 회전형 조인트, 상기 시스템(167)의 회전형 조인트 및 조인트(43)에 가동이 적용될 수 있다). 상기 시스템(164 및 167)의 회전형 조인트는 그 회전 축선이 엉덩이 중심과 교차하도록 위치되어 있다면, 상기 시스템(164 및 167)의 구형 조인트가 엉덩이 중심을 교차하는 회전 축선을 또한 갖는 회전형 조인트로 가능하게 대체될 수 있다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다.

도 16은 하나의 평행한 브랜치 액추에이터 시스템(170)을 갖는 상기 모션 가이딩 장치(6000)와 유사한 모션 가이딩 장치(6100)를 개략적으로 도시한 도면으로서, 상기 브랜치 액추에이터 시스템은 일측에서 (링크장치(46) 대신) 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(171)와 연결되고 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(169)에서 연결된다. 일 실시예로서, 상기 시스템(170)의 인터페이스(171)는 이펙터 플레이트와 연결된 이펙터 링크장치(48)에 또는 이펙터 플레이트 자체에 위치될 수 있다. 상기 시스템(170)은 하나 이상의 자유도를 갖는 링크장치, 조인트 또는 부품의 임의의 시스템을 의미한다. 부가적으로, 임의의 포함된 조인트가 목표 조인트에서 필요한 가동 레벨에 따라 능동형일 수 있다. 본 도면에 도시된 시스템(170)의 지점(169 및 171)의 위치, 및 다양한 링크장치 및 조인트의 크기는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다.

일 실시예로서, 상기 시스템(170)은 (일측에서 베이스 구조부와 지점(169)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 회전형 조인트, 다른 한 링크장치, 구형 조인트, 또 다른 한 링크장치, 다른 한 구형 조인트가 이어지고, 상기 다른 한 구형 조인트는 지점(171)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 다양한 조인트에 가동이 적용될 수 있다(예를 들면, 상기 시스템(170)의 회전형 조인트, 회전형 조인트(47) 및 조인트(43)에 가동이 적용될 수 있다). 상기 시스템(170)의 회전형 조인트는 그 회전 축선이 엉덩이 중심과 교차하도록 위치되어 있다면, 상기 시스템(170)의 구형 조인트가 엉덩이 중심과 교차하는 회전 축선을 또한 갖는 회전형 조인트로 대체 가능하다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다.

당업자는, 시스템(170)이 부품(110-128, 139)을 포함할 수 있는 도 10의 모션 가이딩 장치(11000)와 모션 가이딩 장치(6100)가 유사하다는 것을 알 수 있을 것이다. 부품(108, 109, 129-137)은 모션 가이딩 장치(6100)의 부품(42-48)과 유사하다. 본 경우에 있어서, 조인트(112, 113 및 114)(도 10 참조)는 능동형이다(액추에이터(109, 110 및 141)에 의해 가동될 수 있다). 다른 한 일 실시예로서, 시스템(170)은 상기 바로 기재된 바와 같은 부품과 동일한 순서를 가질 수 있다. 그러나, 임의의 상기 기재된 조인트/링크장치/부품의 연결부의 기하학적 구조와 위치가 변경될 수 있고, 그리고 다양한(제1 실시예와 비교하여 상이할 수 있는) 포함된 조인트가 필요한 가동 레벨에 따라 가동될 수 있다.

당업자는, (잠재적으로 상이한 기하학적 구조를 갖고 잠재적으로 상이한 순서로 잠재적으로 상이한 링크장치, 조인트, 시스템 또는 임의의 다른 부품을 사용하여, 또는 본 명세서에서 기재된 것보다 잠재적으로 상이한 조합의 조인트 시스템을 사용함으로써) 상기 기재한 것 이외의 많은 가능한 실시예의 모션 가이딩 장치(6100)가 있고, 그리고 이러한 모든 실시예가 또한 본 발명의 범주 내에 있다는 것을, 알 수 있을 것이다. 개시된 임의의 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것을 의미하지 않는다.

도 17은 하나의 평행한 브랜치 액추에이터 시스템(173)을 구비한 다른 일 실시예의 모션 가이딩 장치(8000)의 대략적인 도면이다. 상기 시스템(173)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(174)에서 연결되고, 그리고 타측에서 링크장치(44)(베이스 구조부 대신에)와 인터페이스(172)에서 연결된다. 일 실시예로서, 상기 시스템(173)의 상기 인터페이스(174)는 이펙터 플레이트와 연결된 이펙터 링크장치(48)에 또는 이펙터 플레이트 자체에 위치될 수 있다. 상기 시스템(173)은 적어도 하나의 자유도를 갖는 링크장치, 조인트 또는 부품의 임의의 시스템을 의미한다. 부가적으로, 임의의 포함된 조인트가 목표 조인트에서 필요한 레벨의 가동에 따라 능동형일 수 있다. 본 도면에 도시된 지점(172 및 174)의 위치, 시스템(173)의 형태, 및 다양한 링크장치와 조인트의 크기는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다.

일 실시예로서, 상기 시스템(173)은 (일측에서 링크장치(44)와 지점(172)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 2-자유도 구형 조작기, 다른 한 링크장치, 유니버셜 조인트, 또 다른 한 링크장치, 다른 한 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 다른 한 유니버셜 조인트는 지점(174)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 다양한 조인트에 가동이 적용될 수 있다(예를 들면, 2-자유도 구형 조작기 모두에 가동 정도가 적용될 수 있고 또한 조인트(43)에 가동이 적용될 수 있다).

당업자는, (잠재적으로 상이한 기하학적 구조를 갖고 잠재적으로 상이한 순서의 잠재적으로 상이한 링크장치, 조인트, 시스템 또는 임의의 다른 부품을 사용하거나 또는 본 명세서에서 기재된 것보다 잠재적으로 상이한 조합의 조인트 시스템을 사용함으로써) 상기 기재한 것들 이외의 많은 가능한 실시예의 모션 가이딩 장치(8000)가 있고, 그리고 이러한 모든 실시예가 또한 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다. 개시된 임의의 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것을 의미하지 않는다.

도 18은 도 17의 모션 가이딩 장치(8000)와 유사하지만 두 개의(한 개 대신) 평행한 브랜치 액추에이터 시스템(176 및 179)을 사용하는, 모션 가이딩 장치(8100)의 개략적인 도면이다. 상기 제1 시스템(176)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(177)에서 연결되고, 그리고 타측에서 링크장치(44)와 인터페이스(175)에서 연결된다. 상기 제2 시스템(179)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(180)에서 연결되고, 타측에서 링크장치(44)와 인터페이스(178)에서 연결된다. 일 실시예로서, 상기 시스템(176 및 179)의 인터페이스(177 및 180)의 어느 하나(또는 양자)가 개별적으로 이펙터 플레이트와 연결된 이펙터 링크장치(48)에 또는 이펙터 플레이트 자체에 위치될 수 있다. 상기 시스템(176 및 179)은 적어도 하나의 자유도(각각)를 갖는 링크장치, 조인트 또는 부품의 임의의 시스템을 의미한다. 상기 시스템(176 및 179)은 동일한 구조부를 반드시 구비하지 않는다. 부가적으로, 임의의 포함된 조인트가 목표 조인트에서 필요한 가동 레벨에 따라 능동형일 수 있다. 본 도면에 도시된 지점(175, 177, 178 및 180)의 위치, 시스템(176 및 179)의 형태, 및 다양한 링크장치와 조인트의 크기는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다.

일 실시예로서, 상기 시스템(176)은 (링크장치(44)와 지점(175)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 구형 조인트, 선형 조인트, 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 유니버셜 조인트는 지점(177)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 상기 시스템(179)은 (링크장치(44)와 지점(178)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 구형 조인트, 선형 조인트, 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 유니버셜 조인트는 지점(180)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 필요한 가동 레벨에 따라 다양한 조인트에 가동이 적용될 수 있다(예를 들면, 상기 시스템(176)의 선형 모션 조인트, 상기 시스템(179)의 상기 선형 모션 조인트 및 조인트(43)에 가동이 적용될 수 있다).

일 실시예로서, 상기 시스템(176)은 (링크장치(44)와 지점(175)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 회전형 조인트, 다른 한 링크장치, 구형 조인트, 또 다른 한 링크장치, 다른 한 구형 장치가 이어지고, 상기 다른 한 구형 장치는 지점(177)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 상기 시스템(179)은 (링크장치(44)와 지점(178)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 회전형 조인트, 다른 한 링크장치, 구형 조인트, 또 다른 한 링크장치, 다른 한 구형 장치가 이어지고, 상기 다른 한 구형 장치는 지점(180)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 필요한 가동 레벨에 따라 다양한 조인트에 가동이 적용될 수 있다(예를 들면, 상기 시스템(176)의 회전형 조인트, 상기 시스템(179)의 회전형 조인트 및 조인트(43)에 가동이 적용될 수 있다).

당업자는, (잠재적으로 상이한 기하학적 구조를 갖고 잠재적으로 상이한 순서로 잠재적으로 상이한 링크장치, 조인트, 시스템 또는 임의의 여러 부품을 사용하거나, 또는 본 명세서에서 기재한 것보다 잠재적으로 상이한 조합의 조인트 시스템을 사용함으로써) 본 명세서에 기재된 것 이외의 많은 가능한 실시예의 모션 가이딩 장치(8100)가 있고, 그리고 이러한 모든 실시예가 또한 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 개시된 임의의 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것을 의미하지 않는다.

도 19는 3개의 평행한 브랜치 액추에이터 시스템(182, 185 및 188)을 구비한 다른 일 실시예의 모션 가이딩 장치(10000)의 개략적인 도면이다. 제1 시스템(182)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(183)에서 연결되고, 그리고 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(181)에서 연결된다. 상기 제2 시스템(185)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(186)에서 연결되고, 그리고 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(184)에서 연결된다. 상기 제3 시스템(188)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(189)에서 연결되고, 그리고 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(187)에서 연결된다. 일 실시예로서, 시스템(182, 185 또는 188)의 임의의(또는 모든) 인터페이스(183, 186 또는 189)는 개별적으로 이펙터 플레이트와 연결된 이펙터 링크장치(48)에 또는 이펙터 플레이트 자체에 위치될 수 있다. 상기 시스템(182, 185 및 188)은 하나 이상의 자유도(각각)를 갖는 링크장치, 조인트 또는 부품의 임의의 시스템을 의미한다. 상기 시스템(182, 185 및 188)은 동일한 구조부를 반드시 구비하지 않는다. 부가적으로, 임의의 포함된 조인트가 목표 조인트에서 필요한 가동 레벨에 따라 능동형일 수 있다. 본 도면에 도시된 지점(181, 183, 184, 186, 187 및 189)의 위치, 시스템(182, 185 및 188)의 형태, 및 다양한 링크장치와 조인트의 크기는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다.

일 실시예로서, 상기 시스템(182)은 (일측에서 베이스 구조부와 지점(181)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 구형 조인트, 선형 조인트, 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 유니버셜 조인트가 지점(183)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 상기 시스템(185)은 (일측에서 베이스 구조부와 지점(184)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 구형 조인트, 선형 조인트, 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 유니버셜 조인트가 지점(186)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 상기 시스템(188)은 (일측에서 베이스 구조부와 지점(187)에서 연결된) 링크장치를 포함할 수 있고, 상기 링크장치에 구형 조인트, 선형 조인트, 유니버셜 조인트가 이어지고, 상기 유니버셜 조인트는 지점(189)에서 이펙터 링크장치(48)와 연결된다. 필요한 가동 레벨에 따라 다양한 조인트에 가동이 적용될 수 있다(예를 들면, 상기 시스템(182)의 선형 모션 조인트, 상기 시스템(185)의 선형 모션 조인트 및 상기 시스템(188)의 선형 모션 조인트에 가동이 적용될 수 있다). 개시된 임의의 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것을 의미하지 않는다.

도 20은 3개의 평행한 브랜치 액추에이터 시스템(191, 194 및 197)을 갖는, 도 19의 모션 가이딩 장치(10000)와 유사한 모션 가이딩 장치(10100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 제1 시스템(191)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(192)에서 연결되고, 그리고 타측에서 링크장치(44)(베이스 구조부 대신에)와 인터페이스(190)에서 연결된다. 제2 시스템(194)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(195)에서 연결되고, 그리고 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(193)에서 연결된다. 제3 시스템(197)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(198)에서 연결되고, 그리고 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(196)에서 연결된다. 일 실시예로서, 상기 시스템(191, 194 또는 197)의 임의의 (또는 모든) 인터페이스(192, 195 또는 198)가 개별적으로 이펙터 플레이트와 연결된 이펙터 링크장치(48)에 또는 이펙터 플레이트 자체에 위치될 수 있다. 상기 시스템(191, 194 및 197)은 하나 이상의 자유도(각각)를 갖는 링크장치, 조인트 또는 부품의 임의의 시스템을 의미한다. 상기 시스템(191, 194 및 197)은 동일한 구조부를 반드시 구비하지 않는다. 부가적으로, 임의의 포함된 조인트가 목표 조인트에서 필요한 가동 레벨에 따라 능동형일 수 있다. 본 도면에 도시된 지점(190, 192, 193, 195, 196 및 198)의 위치, 시스템(191, 194 및 197)의 형태, 및 다양한 링크장치와 조인트의 크기는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다. 개시된 임의의 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것을 의미하지 않는다.

도 21은 2개의 평행한 브랜치 액추에이터 시스템(200 및 203)을 갖는, 다른 일 실시예의 모션 가이딩 장치(12000)의 개략적인 도면이다. 상기 제1 시스템(200)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(201)에서 연결되고, 그리고 타측에서 링크장치(44)와 인터페이스(199)에서 연결된다. 상기 제2 시스템(203)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(204)에서 연결되고, 그리고 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(202)에서 연결된다. 일 실시예로서, 상기 시스템(200 및 203)의 인터페이스(201 및 204)의 어느 하나(또는 양자)가 개별적으로 이펙터 플레이트와 연결된 이펙터 링크장치(48)에 또는 이펙터 플레이트 자체에 위치될 수 있다. 상기 시스템(200 및 203)은 적어도 하나의 자유도(각각)를 갖는 링크장치, 조인트 또는 부품의 임의의 시스템을 의미한다. 상기 시스템(200 및 203)은 반드시 동일한 구조부를 구비하지 않는다. 부가적으로, 임의의 포함된 조인트가 목표 조인트에서 필요한 가동 레벨에 따라 능동형일 수 있다. 본 도면에 도시된 지점(199, 201, 202 및 204)의 위치, 시스템(200 및 203)의 형태, 및 다양한 링크장치와 조인트의 크기는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다.

당업자는, (잠재적으로 상이한 기하학적 구조를 갖고 잠재적으로 상이한 순서의 잠재적으로 상이한 링크장치, 조인트, 시스템 또는 임의의 다른 부품을 사용하거나 또는 본 명세서에서 기재한 것보다 잠재적으로 상이한 조합의 조인트 시스템을 사용함으로써) 본 명세서에서 기재된 것 이외의 많은 가능한 실시예의 모션 가이딩 장치(12000)가 있고, 그리고 이러한 모든 실시예가 또한 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 개시된 임의의 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것을 의미하지 않는다.

도 22는 3개의 평행한 브랜치 액추에이터 시스템(206, 209 및 212)을 갖는, 다른 일 실시예의 모션 가이딩 장치(13000)의 개략적인 도면이다. 제1 시스템(206)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(207)에서 연결되고, 그리고 타측에서 링크장치(44)와 인터페이스(205)에서 연결된다. 제2 시스템(209)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(210)에서 연결되고, 그리고 타측에서 링크장치(44)와 인터페이스(208)에서 연결된다. 제3 시스템(212)은 일측에서 이펙터 링크장치(48)와 인터페이스(213)에서 연결되고, 그리고 타측에서 베이스 구조부와 인터페이스(211)에서 연결된다. 일 실시예로서, 상기 시스템(206, 209 또는 212)의 임의의(또는 모든) 인터페이스(207, 210 또는 213)가 개별적으로 이펙터 플레이트와 연결된 이펙터 링크장치(48)에 또는 이펙터 플레이트 자체에 위치될 수 있다. 상기 시스템(206, 209 및 212)은 하나 이상의 자유도(각각)를 갖는 링크장치, 조인트 또는 부품의 임의의 시스템을 의미한다. 상기 시스템(206, 209 및 212)은 동일한 구조부를 반드시 구비하지 않는다. 부가적으로, 임의의 포함된 조인트가 목표 조인트에서 필요한 가동 레벨에 따라 능동형일 수 있다. 본 도면에 도시된 지점(205, 207, 208, 210, 211 및 213)의 위치, 상기 시스템(206, 209 및 212)의 형태, 및 다양한 링크장치와 조인트의 크기는 단지 설명하기 위한 것이고 기재된 사항 이외의 임의의 특정 기하학적 구조의 관계를 입증하기 위한 것은 아니다. 개시된 임의의 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것을 의미하지 않는다.

도 23은 일 실시예의 모션 가이딩 장치(1000)를 사용하는 모션 가이딩 장치(14000)의 도면이다. 상기 모션 가이딩 장치는 베이스 구조부(214), 상기 베이스 구조부(214)에 부착된 기능회복 구조부(215), 회전형 조인트(219, 221 및 223), 링크장치(217, 218, 220, 222), 및 엔드-이펙터 플레이트(224)를 포함한다. 상기 엔드-이펙터 플레이트(224)는 상호작용하는 링크장치(225)에 부착되며, 상기 상호작용하는 링크장치는 사용자의 넓적다리에 고정될 수 있는 기능회복 구조부(226)와 연결된다. 기능회복 구조부(215)는 상기 모션 가이딩 장치의 사용자의 몸통에 고정될 수 있다. 베이스 구조부(214)는 또한 다수의 인터페이스 위치를 포함하여, 링크장치(216)의 부착 위치가 사용자의 몸체에 대해 측방향으로 조정가능하다. 링크장치 쌍(222와 224, 224와 225, 그리고 225와 기능회복 구조부(226)) 사이에서 선형 조정이 가능하게 된다. 이들 각각의 쌍 사이의 조정 방향은 상호 직교하므로, 링크장치(222)와 관련하여 기능회복 구조부(226)(및 이에 따른 사용자의 넓적다리)의 공간 부착 위치에서 자유상태를 가능하게 한다.

링크장치(216)는 링크장치(217)와 연결되고, 이로서 상기 링크장치(217)는 회전형 조인트(219)를 통해 링크장치(218)와 연결된다. 일련의 순서로, 상기 링크장치(218)는 회전형 조인트(221)를 통해 링크장치(220)와 연결되고, 이후 링크장치(220)는 회전형 조인트(223)를 통해 링크장치(222)와 연결된다. 부가적으로, 타측에서 링크장치(215 및 217)의 조립부가 회전형 조인트(228)를 통해 링크장치(227)에 부착된다. 링크장치(227)는 회전형 조인트(230)를 통해 링크장치(229)와 연결되고, 이후 링크장치(229 및 220)가 다른 한 회전형 조인트(231)를 통해 연결된다. 모든 회전형 조인트(219, 221, 223, 228, 230, 및 231)의 축선은 공통의 회전 중심점(232)에서 교차하고, 그리고 이들 결합된 회전에 의해, 엔드-이펙터 플레이트(224)가 임의의 다른 자유도의 모션없이(예를 들면, 일단 모든 조정가능한 부착부가 고정된다면 상대 병진운동이 가능하지 않음) 베이스 구조부(214)와 관련하여 회전 중심점(232)에 대해 3개의 자유도의 회전으로써 이동할 수 있다. 링크장치(216) 및 상기 연결된 조인트-링크장치 체인(227 - 231)은 가동 브랜치 시스템을 포함한다.

당업자는, 링크장치 쌍(217과 42, 218과 44, 220과 46, 및 222와 48)이 도 23 및 도 12 사이에서 유사하다는 것을 알 수 있다. 이처럼, 당업자는, 회전형 조인트 쌍(219와 43, 221과 45, 및 223과 47)이 도 23과 도 12 사이에서 유사하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 실시예의 상기 모션 가이딩 장치(6000)에 있어서, 링크장치(216) 및 상기 연결된 조인트-링크장치 체인(227-231)은 도 12의 시스템(149)을 포함한다. 도 23에 도시된 바와 같이, 회전형 조인트(219, 223, 및 228)는 사용자의 엉덩이 조인트에 대한 이동을 부분적으로 또는 완전하게 조력하도록 전기 모터를 사용하여 가동된다. 그러나, 당업자는, 회전형 조인트(219, 221, 223, 228, 230, 및 231)의 임의의 여러 조합이 사용자의 엉덩이 조인트에 대한 부분적 또는 완전한 모션-보조를 제공하기 위해 여러 수단으로써 가동될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 액추에이터(219, 223 및 228) 각각은 액추에이터 피드백을 얻기 위한 센서 그룹을 구비하고 그리고 (그 각각의 센서 그룹과 함께) 제어기와 연결되고, 이어서 사용자 인터페이스와 연결된다. 제어기는 처리부와 입력부/출력부를 포함하고 모터 구동부를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스를 통해 제어기로 사용자의 의도가 전달된다. 이러한 제어기와 액추에이터의 연결, 상기 제어기와 사용자 인터페이스의 연결은 도 23에서 명확성을 위해 생략되어 있다.

상기 모션 가이딩 장치(14000)는 어느 정도 근육 제어가 가능한 개인용 증강 장치로서 사용될 수 있거나 또는 반-능동형일 수 있고, 그리고 보조를 필요로 하지 않는 임의의 자유도에 부합하는 하나 또는 2개의 액추에이터(219, 223 또는 228)가 제거될 수 있고 수동형 조인트로 대체될 수 있다. 선택적으로, 반-능동형 경우에 대하여, 센서 그룹은 이후 상기 조인트의 모션을 모니터하기 위한 이러한 수동형 조인트에 부가될 수 있다. 상기 장치는 탑재된 배터리 또는 임의의 여러 동력원에 의해 동력을 공급받을 수 있다. 부가적으로, 대안적인 실시예의 상기 모션 가이딩 장치(14000)의 근본적인 구성은 상기 시스템이 목표 조인트의 회전 중심과 (대략적으로) 정렬될 수 있고 (목표 모션을 위해) 상기 조인트에 대해 사용자의 몸체와의 역학적 간섭을 야기하지 않는 회전 중심에 대해 3개의 자유도의 회전을 제공할 수 있다면, 상기 모션 가이딩 장치가 여러 생물체의 3개의 자유도 회전형 조인트에 적용될 수 있고 이러한 모든 실시예 및 사용은 또한 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다.

도 24는 사용자의 목표 조인트의 회전 중심(1)과 대략적으로 정렬될 수 있는, 회전 중심(233)에 대한 3개의 자유도 회전을 가능하게 하는 다른 한 실시예의 모션 가이딩 장치(15000)의 도면이다. 상기 모션 가이딩 장치(15000)는 일 단부에서 기능회복 구조부(235)에 부착되는 베이스(234)를 포함하고, 상기 기능회복 구조부는 이로서 사용자의 몸통에 체결될 수 있다. 다른 한 부착면에서, 상기 베이스(234)는 링크장치(236)에 부착되고, 상기 링크장치는 회전형 조인트(239 및 240)를 통해 개별적으로 링크장치(237 및 238)에 연결된다. 링크장치(237 및 238)는 개별적으로 회전형 조인트(242 및 243)를 통해, 링크장치(241)와 순차적으로 연결된다. 링크장치(241)는 이후 다른 한 회전형 조인트(245)를 통해 링크장치(244)에 부착된다. 이후, 링크장치(244)는 회전형 조인트(247)를 통해 링크장치(246)와 연결되고, 그리고 상기 링크장치(246)는 회전형 조인트(249)를 통해 엔드-이펙터 링크장치(248)에 부착된다. 엔드-이펙터 링크장치(248)는 이후 기능회복 구조부(250)와 링크장치(251)를 통해 사용자의 넓적다리와 연결되고, 엔드-이펙터 링크장치(248)와 관련하여 기능회복 구조부(250)의 공간 위치결정이 가능하도록 3개의 직교 축선에 따른 슬라이딩 조정가능성을 갖는다. 더욱이, 베이스(234)와 인접한 부분(즉, 기능회복 구조부(235) 및 링크장치(236)) 사이의 부착은 또한, 베이스(234)와 관련된 엔드-이펙터 링크장치(248)의 회전 중심(233)이 사용자의 몸통에 기능회복 구조부(235)의 인체공학적 부착을 유지하면서, 사용자의 목표 조인트의 회전 중심(1)과 (대략적으로) 정렬될 수 있게 하는 조정가능성을 포함한다. 회전형 조인트(239, 240, 242, 243, 245, 247, 및 249)의 결합된 모션은 베이스(34)와 관련하여 상기 모션 가이딩 장치의 엔드-이펙터 링크장치(248)의 3개의 자유도 회전을 만든다. 상기 회전형 조인트 중 두 개의 조인트(247 및 249)의 축선은 상기 시스템의 임의의 자세 동안에 회전 중심점(233)에서 교차하지만, 다른 조인트의 축선은 반드시 교차하지 않는다. 링크장치 및 회전형 조인트(236-243 및 245)는 원격 회전 중심 메카니즘을 포함하여, 회전형 조인트(239, 240, 242, 243 및 245)의 결합된 모션은 원격 회전 중심에서 회전형 조인트(247 및 249)의 회전 축선과 교차하는 회전 축선을 갖는 회전 모션을 발생시킨다. 더욱이, 본 명세서에 나타낸 바와 같이, 링크장치(236, 237, 238, 241, 244, 246, 및 248)의 기하학적 구조와 함께 이들 모든 조인트(239, 240, 242, 243, 245, 247, 및 249)의 위치는 상기 시스템이 사용자의 몸체(특정 자세/위치를 위해)와의 간섭없이 사용자에 의해 착용될 수 있게 한다. 당업자는, 여러 가능한 실시예에 있어서, 링크장치(236, 237, 238, 및 241)의 기하학적 구조가 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 원격 회전 중심의 상대 위치를 조정하도록 변경될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 더욱이, 베이스(234)와 링크장치(244, 246, 및 248) 사이의 원격 회전 중심 메카니즘, 회전형 조인트(247), 및 회전형 조인트(249)의 연결 순서는 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 임의의 순서로 재조정될 수 있다.

상기 모션 가이딩 장치(15000)는 상기 모션 가이딩 장치(1000 및/또는 5000)에 대한 대안적인 모션 가이딩 장치로서 사용될 수 있다. 상기 모션 가이딩 장치(15000)의 구조부는 일반적으로 완전한 로드-베어링이 아니며, 이는 특정 경우에 더 적합할 수 있으며, 이 경우 이러한 로딩은 중요하지 않다. 이러한 적용을 위하여, 이러한 구조부는 사용된 가동 방법에 따라 모션 가이드 장치(1000 및/또는 5000)의 구조부(및/또는 다른 실시예의 구조부) 대신에 잠재적으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 모션 가이딩 장치(15000)는 회전형 조인트(249)에서 가동되는 조인트, 회전형 조인트(247), 및 하나 이상의 회전형 조인트(239, 240, 242, 243, 또는 245)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 모션 가이딩 장치(15000)는 (즉, 도 12 - 도 22에서 상기 모션 가이딩 장치(1000)에 대해 도시된 바와 같은) 하나 이상의 평행한 가동 아암과 연결될 수 있고, 여기서 상기 모션 가이딩 장치(15000) 링크장치(244, 246 및 248)가 도 12 - 도 22에 도시된 다양한 가동 브랜치가 부착될 수 있는 상기 모션 가이딩 장치(1000) 링크장치(44, 46 및 48) 각각과 유사하다.

도 25는 하나 이상의 모션 가이딩 시스템을 사용하는 모션 가이드 보조 시스템(21000)의 도면이다. 상기 모션 가이드 보조 시스템(21000)은 하부-다리 모션 가이딩 시스템(21500)과 일렬로 연결된 엉덩이-조인트 모션 가이딩 장치(20000)로서 사용되는 모션 가이딩 모션 가이딩 장치(9000)를 포함한다. 따라서, 상기 모션 가이드 보조 시스템(21000)은 하부-다리 외골격을 구성한다. 상기 모션 가이딩 장치(20000)는 도 7의 모션 가이딩 장치(9000)와 유사할 수 있다. 상기 모션 가이딩 장치(20000)의 이펙터(81)(도시 생략)가 뻗어있고 회전형 액추에이터(259)와 연결되며, 상기 회전형 액추에이터의 회전 축선은 사용자의 무릎 조인트와 대략적으로 정렬된다. 액추에이터(259)는 이후 링크장치(252)에 부착된다. 상기 링크장치(252)는 링크장치(253)와 연결되어 연결점이 조정될 수 있고, 이에 따라 시스템이 상이한 하부-다리 길이를 갖는 사용자를 고려할 수 있게 한다. 상기 링크장치(253)는 이후 조정가능한 링크장치(254)를 통해 기능회복 시스템(255)에 부착된다. 조정가능한 링크장치(254) 및 하부-다리 기능회복 시스템(255)을 통해, 링크장치(253)는 사용자의 하부 다리와 연결된다. 상기 링크장치(253)는 이후 회전형 액추에이터(260)와 연결된다. 회전형 액추에이터(260)는 이후 링크장치(256)를 통해 회전형 액추에이터(257)와 연결된다. 회전형 액추에이터(260 및 257)는 사용자의 발목 조인트와 대략적으로 정렬되는 지점에서 교차하는 회전 축선을 갖는다. 액추에이터(257)는 이후 발판(258)과 연결된다. 상기 발판(258)은 스트랩(strap) 시스템을 통해 또는 임의의 다른 연결 시스템을 통해 사용자의 발에 부착될 수 있다. 액추에이터(259, 260 및 257)는 액추에이터 피드백을 얻기 위해 센서 그룹을 포함할 수 있고, 그리고 이들 액추에이터(259, 260 및 257(및 이들 각각의 센서 그룹)는 도 7의 제어 시스템(95)과 연결되고(사용자 인터페이스부(99)에 또한 연결되고), 상기 제어 시스템에 상기 모션 가이딩 장치(20000)의 액추에이터가 또한 연결된다. 이들 연결이 도 25에 도시되지 않았다. 이러한 제어 시스템(95)(도 7 참조)은 백팩부(102)에 위치될 수 있다(도 8 참조). 상기 장치는 또한 백팩부에 위치된 배터리부에 의해 동력을 공급받는다(도 8 참조).

발판(258)은 힘 센서, 토크 센서, 힘/토크 센서, 터치 센서 또는 임의의 여러 종류의 센서(즉 다수의 예의 임의의 상기 기재된 센서)를 포함하여 위치결정 및/또는 밸런스를 위한 피드백을 얻을 수 있다. 임의의 링크장치가 제어 피드백을 얻기 위하여 관성 측정 장치, 스트레인 게이지, 회전 엔코더 또는 임의의 다른 타입의 센서를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스는 도 7의 사용자 인터페이스 시스템(99)을 잠재적으로 포함하는 것으로 언급된 바와 같은 임의의 센서를 포함할 수 있다.

당업자는 사용자의 무릎 조인트 및 발목 조인트의 가동을 제공하는 임의의 여러 시스템이 하부 다리 시스템(21500) 대신에 사용될 수 있고 이러한 모든 조합은 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있다. 모션 가이딩 보조 시스템(21000)이 부분 모터 제어로써 사용자의 모션 보조를 위해 사용되는 경우에, 특정 액추에이터가 가동을 필요로 하지 않는 사용자의 하부 몸체의 자유도에 따라 수동형 조인트로 대체될 수 있다. 액추에이터(259)의 회전 축선이 사용자의 무릎 조인트와 정렬되지 않거나 또는 액추에이터(260 및/또는 257)가 사용자의 발목 조인트와 정렬되지 않는 경우에, 하부 다리 연결부 및 발 연결부는 상기 연결부를 조정함으로써 이러한 오정렬을 고려하도록 유연하게 만들어질 수 있다. 당업자는 본 명세서에 기재된 여러 장치가 모션 가이딩 장치(9000) 대신에 엉덩이 가동부(20000)(예로서 상기 장치(11000))로서 사용될 수 있고 그리고 이러한 모든 조합은 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 26은 도 25의 시스템(21000)과 유사한 전체 다리 외골격 시스템(22000)을 도시하고 있으며, 여기서 별개의 시스템(21000, 21000a)이 사용자의 각각의 다리에 대해 사용되고, 이에 따라 (전체 하부-몸체 외골격을 구성하는) 전체, 하부 몸체 모션 가이드 보조 시스템(22000)을 제공한다. 이러한 시스템에 있어서, 상기 시스템(21000)의 서브세트인, 도 7의 (도 25의 실시예의 엉덩이-조인트 모션 가이딩 장치(20000)로 작용하는) 상기 모션 가이딩 장치(9000)의 베이스(73) 및 백팩(102)은 상기 시스템(21000a)의 서브세트인, 제2 모션 가이딩 장치(9000)와 공유되어, 두 개의 시스템(21000 및 21000a)을 연결한다. 상기 시스템(22000)의 모든 액추에이터(및 이들 액추에이터의 센서 그룹)가 도 7의 백팩부(102)에 위치된 중앙 제어 시스템과 연결된다(이로서, 일반 사용자 인터페이스와 연결됨)(이러한 시나리오에서, 상기 시스템(21000 및 21000a)의 서브세트로 작용하는 양 모션 가이딩 장치(9000)의 상기 제어 시스템(95) 및 상기 사용자 인터페이스 시스템(99) 각각은, 중앙 제어부 및 일반적인 사용자 인터페이스로 대체된다).

도 27은 모션 가이드 보조 시스템(22000)의 전방 도면이다. 발판은 힘 센서, 토크 센서, 힘/토크 센서, 터치 센서 또는 임의의 다른 종류의 센서를 포함하여 위치결정 및/또는 밸런스를 위한 피드백을 얻을 수 있다. 임의의 링크장치가 제어 피드백을 얻기 위하여 관성 측정 장치, 스트레인 게이지, 회전 엔코더 또는 임의의 다른 타입의 센서를 포함할 수 있다. 모션 가이드 보조 시스템(22000)은, (백팩 내에 포함된 배터리의 중량과 같은) 외골격에 가해진 특정 부하가 상기 시스템을 착용하는 사용자의 몸체를 통해 반드시 전달되지 않으면서, (외골격의 발과 지면 사이의 접촉점과 같은) 외골격의 여러 지점에 전달될 수 있으므로, 로드-베어링이다.

당업자는, 임의의 이전에 기재된 대안적인 형태의 도 25의 모션 가이딩 보조 시스템(21000)이 현재의 모션 가이딩 보조 시스템(21000 및/또는 21000a) 대신에 사용될 수 있고(여기서 특정 연결 부품이 공유될 수 있다) 그리고 이러한 모든 조합이 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 모션 가이딩 보조 시스템(22000)이 부분 모터 제어로써 사용자의 모션 보조를 위해 사용되는 경우에, 특정 액추에이터가 가동을 필요로 하지 않는 사용자의 하부 몸체의 자유도에 따라 수동형 조인트로 대체될 수 있다.

도 28은 하나 이상의 모션 가이딩 시스템을 사용하는 전체 다리 외골격 시스템(24000)의 도면이다. 상기 전체 다리 외골격 시스템(24000)은 엉덩이-조인트 모션 가이딩 장치로서 사용되는 모션 가이딩 장치(9500)를 포함한다. 모션 가이딩 장치(9500)는 도 7의 모션 가이딩 장치(9000)와 유사할 수 있다. 그러나, 도 7에서, 모션 가이딩 장치(9000)가 직교 조인트 축선(40 및 41)을 갖는 모션 가이딩 장치(5000)로 도시된 일 실시예의 모션 가이딩 장치(1000)를 사용하는 반면에, 도 28의 모션 가이딩 장치(9500)의 조인트 축선이 도 2의 모션 가이딩 장치(1000)의 축선(22, 23, 및 24)으로써 도시된 바와 같이 직교하지 않는다. 더욱이, 도 28에 있어서, 액추에이터(85) 및 링크장치(87)가 도 7에서 모션 가이딩 장치(9000)에 대해 도시된 것보다 상기 모션 가이딩 장치(9500)의 나머지 부분과 관련하여 상이한 정위로 마운트(84)에 부착되는 것으로 도시되어 있다. 당업자는, 마운트(84)로의 액추에이터(85)(이어서 링크장치(87))의 부착부는 상기 모션 가이딩 장치(9500)의 나머지부와 관련하여 임의의 공간 정위를 가질 수 있고 이러한 임의의 대안적인 부착 정위가 본 발명의 범주 내에 또한 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 부가적으로, 조정가능한 링크장치(82) 및 기능회복 시스템(83)이 도 7에 도시된 상기 모션 가이딩 장치(9000)에서 사용자의 넓적다리의 전방 쪽으로 뻗어있는 반면에, 도 28에 도시된 상기 모션 가이딩 장치(9500)에서 조정가능한 링크장치(82) 및 기능회복 시스템(83)이 사용자의 넓적다리의 뒤쪽을 향해 뻗어있다. 당업자는, 조정가능한 링크장치(82) 및 기능회복 시스템(83)이 상기 모션 가이딩 장치(9500)의 나머지부와 관련하여 임의의 공간 정위를 가질 수 있고 이러한 임의의 대안적인 부착 정위가 또한 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

모션 가이드 보조 시스템(24000) 내에 포함된 모션 가이딩 장치(9500)는 시스템(21000)에서의 모션 가이딩 장치(20000)와 시스템(21500)의 연결과 유사하게, 하부-다리 모션 가이딩 시스템(21500)과 직렬로 연결된다. 더욱이, 별개의 시스템(23000, 23000a)은 사용자의 각각의 다리에 대해 사용되고, 이에 따라 (전체 하부-몸체 외골격을 구성하는) 전체, 하부 몸체, 모션 가이드 보조 시스템(24000)을 제공한다. 이러한 시스템에 있어서, 상기 시스템(23000)의 서브세트인, 상기 모션 가이딩 장치(9500)의 베이스(73), 기능회복 시스템(86), 및 백팩(102)은 상기 시스템(23000a)의 서브세트인, 제2 장치(9500)와 공유되어, 2개의 시스템(23000 및 23000a)을 연결한다. 상기 시스템(24000)의 모든 액추에이터(및 이들 액추에이터의 센서 그룹)는 도 28의 백팩부(102)에 위치된 중앙 제어 시스템과 연결된다(이 로서 일반 사용자 인터페이스와 연결됨)(이러한 시나리오에 있어서, 시스템(23000 및 23000a)의 서브세트로 각각 작용하는 모션 가이딩 장치(9500) 모두의 제어 시스템(95) 및 사용자 인터페이스 시스템(99)이 중앙 제어부 및 일반적인 사용자 인터페이스로 대체된다).

도 29는 모션 가이드 보조 시스템(24000)의 정면 도면이다. 발판은 위치결정 및/또는 밸런스를 위한 피드백을 얻기 위하여, 힘 센서, 토크 센서, 힘/토크 센서, 터치 센서 또는 임의의 다른 종류의 센서를 포함할 수 있다. 임의의 링크장치가 제어 피드백을 얻기 위하여 관성 측정 장치, 스트레인 게이지, 회전 엔코더 또는 임의의 다른 타입의 센서를 포함할 수 있다. 모션 가이드 보조 시스템(24000)은, (백팩 내에 포함된 배터리의 중량과 같은) 외골격에 가해진 특정 부하가 상기 시스템을 착용하는 사용자의 몸체를 통해 반드시 전달되지 않으면서, (외골격의 발과 지면 사이의 접촉점과 같은) 외골격의 여러 지점에 전달될 수 있으므로, 로드-베어링이다

당업자는, 사용자의 무릎과 발목 조인트를 가동시키는 임의의 여러 시스템이 (상기 장치(23000 및/또는 23000a)의 서브세트인) 하부 다리 시스템(21500) 대신에 사용될 수 있고 그리고 이러한 모든 조합은 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다. 당업자는, 본 명세서 기재된 여러 장치(예로서 장치(11000))가 (상기 장치(23000) 및/또는 23000a)의 서브세트인) 상기 장치(9500) 대신에 사용될 수 있고 그리고 이러한 모든 조합은 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.

모션 가이딩 장치(1000, 5000, 7000, 9000, 11000, 14000) 및 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 언급된 임의의 장치나 실시예 또는 도 12 - 도 22의 일반적인 장치의 임의의 실시예(본 발명의 범주 내에 있는 것으로 언급됨)가 전반적으로 3-자유도 메카니즘으로 제시되어 있으나, 당업자는, 이들 장치가 특정 수동형 조인트를 고정된 연결부로 잠재적으로 대체시킴으로써 및/또는 이에 따라 액추에이터의 수를 감소시킴으로써 뿐만 아니라 특정 2-자유도 및 1-자유도 경우에 적용될 수 있고 이러한 모든 실시예가 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

상기 기재된 바와 같이, 상기 모션 가이딩 장치(1000, 5000, 7000, 9000, 11000, 14000), 및 본 발명의 범주내에 속하는 것으로 기재된 임의의 장치나 실시예나 (본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 기재된) 도 12 - 도 22에 도시된 임의의 실시예가 일반적으로 사용자의 엉덩이 조인트를 가이딩하는 것으로 기재되어 있으나, 당업자는, 유사한 형태의 모션 가이딩 장치가 또한 (발목 또는 손목과 같은) 여러 생물체의 조인트를 가동시킬 수 있고 이러한 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명에서 제시된 실시예가 종종 가동이 적용되는 조인트나 액추에이터의 위치를 특정하고 있으나, 당업자는 현재 수동형으로 설명된 여러 조인트에 가동이 적용될 수 있거나 이동될 수 있고, 이로서 능동형으로 설명된 조인트가 수동형 조인트로 잠재적으로 대체될 수 있고 이러한 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.

상기 기재된 실시예에서 설명하지 않았으나, 당업자는 임의의 상기 조인트(수동형 또는 능동형)가 스프링이나 댐퍼와 같은 수동형 에너지 저장 부재나 또는 에너지 소산 부재를 또한 포함할 수 있고, 그리고 이러한 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.

상기 모션 가이딩 장치(1000, 5000, 7000, 9000, 11000, 14000)(및 이들 장치의 임의의 기재된 실시예)와 도 12 - 도 22에 도시된 다양한 실시예가 일반적으로 제시되어 (고니오(gonio) 방식이나 곡선형 조인트와 같은) 단일 자유도 원격 회전 중심을 만드는 조인트 시스템이나 구조부가 반드시 사용되지 않지만(이렇게 하지 않음으로서 기계적 실행의 가능한 장점에 기인함), 당업자는, 이러한 구조/시스템이 제시된 실시예에서(또는 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 언급된) 특정 조인트 대신에(예를 들면, 기계적 간섭을 피하기 위하여) 사용될 수 있고 이러한 모든 실시예가 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

도시된 모든 연결이 와이어 연결인 것으로 전반적으로 도시되어 있으나, 당업자는 이들 특정 연결이 와이어 없는 연결일 수 있고 그리고 이러한 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.

특정 액추에이터가 회전형 또는 선형인 것으로 확인될 수 있으나, 이는 이들 액추에이터가 회전형 모션이나 또는 선형 모션을 발생시키는 방식을 제한하는 것을 의미하지 않는다. 예를 들면, 선형 액추에이터는 회전형 조인트에 의해 결합되는 2개의 부품을 가로질러 연결될 수 있고 이 경우 선형 액추에이터의 선형 모션이 가동될 조인트에서 회전 모션을 만드는 효과를 갖는다. 이러한 시스템은 가동될 조인트에서 회전 모션을 만들기 때문에, 상기 시스템은, 비록 선형 액추에이터를 포함할 수 있을지라도, 회전형 액추에이터의 위치를 실현할 수 있다. 이처럼, 일반적으로, 액추에이터가 선형이나 회전형으로 확인된다면, 조인트의 모션은 상기 액추에이터가 가동되지만 이러한 가동을 제공하는 시스템의 특성을 제한하지 않는다는 것을 의미한다. 당업자는, 본 발명에 기재된 실시예에 적용될 수 있는 많은 액추에이터 시스템이 있고 그리고 이들 모든 실시예가 본 발명의 범주내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

일반적으로, 본 발명 내내, 특정 링크장치 및/또는 여러 부품이 다른 링크장치 및/또는 다른 부품과 관련하여 조정가능한 연결 지점을 갖는다고 말해질 수 있다. 그러나, (조정가능성을 갖는 것으로 언급되지 않은) 임의의 다른 링크장치 및/또는 부품이 또한 다른 한 링크장치 및/또는 부품과의 연결 지점과 관련하여 또는 그 자신의 기하학적 구조와 관련하여 조정가능성을 가질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 링크장치가 그 기하학적 구조와 관련하여 조정가능성을 가질 수 있다고 말하는 것은 일반적으로 하나 이상의 크기가 여러 메카니즘을 통해 조정될 수 있다는 것을 의미한다(이것은 또한 조정가능한 부착 지점이나 임의의 다른 메카니즘을 가질 수 있는 2개 이상의 연결된 링크장치로 분할하는 것을 포함할 수 있다). 대안적으로, 본 발명에서 조정가능성을 갖는다고 말해질 수 있는 특정 부품/링크장치가 비-조정가능한 링크장치/부품으로 대체될 수 있고, 그리고 여러 경우에 있어서, 이는 조정가능한 연결부를 통해 사전에 연결된 2개 이상의 병합 링크장치 및/또는 부품을 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 당업자는 이러한 모든 수정이 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.

부가적으로, 특정 부품이 본 명세서에서 여러 시스템/메카니즘에 의해 강건하게 연결된 별개의 몸체인 것으로 설명될 수 있으나, 당업자는, 이들 부품/몸체가 하나의 부품/몸체에 통합될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 이와 반대로, 당업자는, 단 하나의 몸체로 제시된 부품이 강건하게 연결되지만 대체되는 몸체/부품의 관련 특성을 함께 유지하는 2개 이상의 부품으로 대체될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 당업자는 이러한 모든 조합이 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.

일반적으로, 본 명세서 내내, 특정 조인트나, 링크장치나, 몸체나, 또는 다른 부품이 감지 부재(예로서 엔코더, 관성 측정 장치 또는 다른 센서)를 구비하는 것으로 말해지고 있을 수 있지만, 그러나, (센서의 포함이 언급되어 있지 않을 수 있는 경우를 포함하는) 임의의 조인트나, 링크장치나, 몸체나 또는 여러 부품이 회전 엔코더, 관성 측정 장치 또는 임의의 다른 타입의 센서와 같은 센서를 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 당업자는 이러한 모든 변경이 본 발명의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.

일 구현예에 있어서, 상기 언급된 임의의 모션 가이드 장치는, 사용자가 제어를 경감시킬 수 있는(또는 제어가 없는) 조인트 부분의 위치결정을 가능하게 함으로써, 또는 예를 들면 사용자가 하나 이상의 조인트에서 근육을 약화시킬 수 있는 사용자의 작용을 증강시키거나 하나 이상의 조인트에서 사용자를 안정시키도록 몸체 부분 사이에 조력식(assistive) 모터 응답을 제공함으로써, 하나 이상의 하부-몸체 조인트에서의 이동성 문제를 가질 수 있는 사용자를 돕도록 사용될 수 있다.

다른 한 구현예에 있어서, 본 발명의 모션 보조 시스템은 로봇 재활 도구로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 물리요법사는 사용자의 중량을 지지하도록 스트랩(또는 임의의 다른 부착 방법)을 사용하여 환자를 모션 보조 외골격 시스템에 체결할 수 있고, 그리고 이후 여러 반복 운동을 통해 환자의 팔다리를 돕도록 상기 외골격을 프로그램할 수 있다.

일 실시예로서, 하부-몸체 모션 가이드 보조 시스템은 전체 몸체의 모션 가이드(또는 보조)를 제공하기 위해, 상부 몸체 외골격 시스템에 연결될 수 있다.

일 구현예에 있어서, 모션 보조 시스템은 모션 캡쳐 장치로서 사용될 수 있다. 상기 모션 보조 시스템은 임의의 수의 목표 조인트의 모션을 검출 및/또는 가이드하기 위한 모션 가이딩 장치 또는 시스템을 포함할 수 있다. 모션 캡쳐 시스템은 예를 들면, 스트랩 및 기능회복과 같은 장착 수단을 사용하여 사용자에 체결된다. 이러한 특징에 있어서, 모션 발생기 및 모션 전달 시스템(존재한다면)의 액추에이터가 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있다. 예를 들면, 액추에이터는 예를 들면, 엔코더, 선형/회전 포텐션미터, 등과 같은 센서에 의해 대체될 수 있고, 제어기에 프로그램된 운동학적 알고리즘은 사람의 목표 조인트의 정확한 정위 및 몸체 부분의 위치를 산출하도록 데이터를 사용할 수 있다. 사용자는 임의의 또는 모든 조인트 타겟에서 모션을 만들 수 있고, 그리고 복수의 센서가 모션 캡쳐 시스템의 수동형 조인트의 모션(즉, 위치 및 정위)을 측정함으로써 (사용자에 의한) 이러한 모션을 검출할 수 있다.

대안적으로, 다른 한 일 실시예로서, 이전 실시예의 모션 가이딩 장치의 능동형 조인트가 생략될 수 없고 최종 모션 캡쳐 장치가 VR(external Virtual Reality) 또는 AR(Augmented Reality) 시스템과 통신할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 액추에이터는 가상(VR) 또는 증강 현실(AR) 주위환경에서의 어느 것과 촉각적으로 접촉할 때까지 어떠한 저항도 만들지 않으며, 이때 상기 액추에이터는 가상 존재에 대한 촉각적 응답(예를 들면, 힘 피드백)을 모방하도록(emulate) 관여한다. 예를 들면, 이러한 실시예는 게이머가 주위환경과 보다 나은 상호작용을 가질 필요가 있을 수 있는 게임 산업에 적용될 수 있다. 제어기는 액추에이터에 명령을 내리도록 사전 프로그램될 수 있어 특정 방향/정위의 모션에 저항하거나 특정 방향/정위으로 힘을 가한다. 모션 가이딩 장치는 또한 스포츠와 같은 훈련 분야에 사용될 수 있고, 이 경우 부정확한/잘못된 모션이 제한되면서 정확한/올바른 모션이 외골격에 의해 촉진(즉 간섭없이)될 것이다.

다른 한 일 실시예로서, 외골격의 액추에이터는 잠금가능한 조인트로써 대체될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 조작자는 모션 가이딩 장치가 부착되면서 필요한 위치가 달성될 때까지 위치되도록 상기 구조부를 수동으로 이동시킬 수 있다. 액추에이터는 필요한 위치에 도달할 때까지 모션에 대한 임의의 저항을 만들지 않을 것이다. 조작자는 이후 잠금가능한 조인트를 잠궈 위치를 유지시킨다.

다른 한 일 실시예로서, 전체 몸체 외골격 또는 이의 서브부품(예를 들면, 엉덩이 서브부품)은 모션 증강 장치로서 사용될 수 있고, 여기서 제어기는 하나 이상의 엔코더, IMU 시스템, 발 힘 센서, EMG 센서 또는 임의의 여러 센서와 같은 센서로부터 수신된 신호를 통해 사용자 활동/인풋을 모니터할 수 있는 사용자 의도 검출 알고리즘을 포함할 수 있다. 제어기는 이후 특별한 모션을 실행함에 있어 하부 또는 상부 몸체를 돕도록 외골격이나 이의 서브부품에 명령을 내릴 것이다. 상기 시스템은 특별한 작동에 요구되는 바에 따라 능동형 또는 수동형 장치로서 작용할 수 있다.

본 발명의 특정 부재, 실시예 및 적용예가 도시되고 기재되어 있지만, 특히 상기 교시에 비추어, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 당업자에 의한 수정이 가능하기 때문에, 본 발명의 범주가 이로써 한정되지 않음이 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 예를 들면, 본 명세서에 기재된 임의의 방법이나 프로세스에 있어서, 상기 방법/프로세스를 이루는 작동 또는 작용은 임의의 적당한 순서로 실행될 수 있고 임의의 특별한 개시된 순서로 반드시 한정되지 않는다. 부재 및 부품이 다양한 실시예에서 상이하게 구성 또는 배치, 결합 및/또는 제거될 수 있다. 상기 기재된 다양한 특징 및 프로세스가 서로 독립적으로 사용될 수 있거나, 또는 다양한 방식으로 조합되어 사용될 수 있다. 모든 가능한 조합 및 하위 조합은 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다. 본 명세서 전반에 걸쳐 "여러 실시예", "일 실시예" 등이 언급은 실시예와 관련하여 기재된 특별한 특징, 구조, 단계, 프로세스 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 "여러 실시예 있어서", "일 실시예에 있어서" 등과 같은 표현은 반드시 모두 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니며, 동일하거나 상이한 실시예들 중 하나 이상의 실시예를 의미할 수 있다.

상기 실시예들의 다양한 특징 및 장점이 적절한 방식으로 본 명세서에 기재되어 있다. 임의의 특별한 실시예에 따라 상기 모든 특징 또는 장점이 달성될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 예를 들어, 다양한 실시예가 본 발명에서 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같이 다른 특징이나 장점을 반드시 달성하지 않으면서, 본 발명에서 교시한 바와 같은 한 장점이나 장점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 실행될 수 있다는 것이 인식될 수 있다.

"할 수 있다", "가능하다", "허용되다", "일 수 있다", "예를 들어" 등과 같은 본 명세서에서 사용된 조건부 언어는, 구체적으로 달리 언급하지 않았거나, 또는 사용된 문맥 내에서 달리 이해되지 않는 한, 다른 실시예가 특별한 특징, 부재 및/또는 단계를 포함하지 않지만 특정 실시예는 포함한다는 것을 전달하도록 전반적으로 의도된다. 따라서, 이러한 조건부 언어는 일반적으로 특징, 부재 및/또는 단계가 하나 이상의 실시예에 대해 임의의 방식으로 요구된다는 것을 암시하기 위한 것이 아니며, 또는 하나 이상의 실시예가 조작자 인풋이나 선동(prompting)의 유무에 관계없이, 이들 특징, 부재 및/또는 단계가 임의의 특정 실시예에서 실행되거나 포함되는지 여부를 결정하기 위한 논리를 반드시 포함한다는 것을 암시하기 위한 것이 아니다. 단일의 특징 또는 그룹의 특징이 임의의 특정 실시예들에 요구되거나 필수적으로 요구되지 않는다. "포함하는", "구비한", "갖는" 등과 같은 용어는 동의어이고, 포괄적인 개방형 방식의 용어로 사용되며, 추가의 부재, 특징, 작동, 동작 등을 배제하지 않는다. 또한, "또는"이라는 용어는 포괄적인 의미(그리고 배타적 의미가 아님)로 사용되어, 예를 들어, 한 목록의 부재를 연결하기 위해 상기 용어가 사용될 때, 상기 "또는"이라는 용어는 상기 목록에 있는 부재 중 하나, 일부 또는 전부를 의미한다.

본 명세서에 기재된 실시예들의 예시적인 결과 및 변수는 개시된 실시예를 한정하는 것이 아니라 단지 설명하기 위한 것이다. 여러 실시예가 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예와 상이하게 구성 및/또는 작동될 수 있다.

Claims

목표 몸체의 목표 조인트의 회전 중심과 대략적으로 정렬된 원격 회전 중심에 대해 3개의 자유도(DOF: degree-of-freedom)을 가능하게 하는 모션 가이딩 장치로서,
- 베이스 링크장치와 베이스 기능회복 구조부를 통해, 상기 목표 몸체와 연결된 베이스 구조부;
- 상기 링크장치의 네트워크와 상호 연결된 적어도 3개의 회전형 조인트; 및
- 상기 링크장치의 네트워크와 타 단부에서 부착된 이펙터 플레이트;를 포함하고,
상기 링크장치의 네트워크는 상기 목표 몸체와 기계적으로 간섭하지 않도록 구성되고, 상기 링크장치의 네트워크의 일 단부는 상기 베이스 구조부와 연결되고, 적어도 하나의 회전형 조인트가 상기 목표 조인트의 모션 축선과 정렬되지 않으며, 상기 회전형 조인트의 각각의 조인트가 개별 회전 축선을 중심으로 하나의 자유도의 회전 모션을 제공하고, 그리고
상기 이펙터 플레이트의 부착 지점은 플레이트 조정 시스템을 통해 조정가능하고, 상기 이펙터 플레이트는 조정가능한 플레이트 기능회복 시스템을 통해 상기 목표 몸체와 연결되고, 상기 목표 몸체와 상기 이펙터 플레이트의 연결점은 상기 베이스 구조부와 상기 목표 몸체 사이의 연결점과 이격되고, 상기 적어도 3개의 회전형 조인트와 상기 링크장치의 네트워크의 결합 모션은 상기 목표 조인트의 상기 회전 중심과 대략적으로 정렬된 상기 원격 회전 중심에 대해 상기 이펙터 플레이트의 3개 자유도 회전를 만드는, 모션 가이딩 장치.
제1항에 있어서, 상기 베이스 링크장치 및 상기 기능회복 구조부의 부착 지점은 조정 시스템을 통해 조정가능한, 모션 가이딩 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 회전형 조인트의 회전 축선은 임의의 인접한 축선과 직교하지 않는, 모션 가이딩 장치.
제1항에 있어서, 상기 3개의 회전형 조인트의 각각의 축선은 상기 원격 회전 중심에서 교차하는, 모션 가이딩 장치.
제1항에 있어서, 상기 회전형 조인트 중 두 개의 축선은 상기 원격 회전 중심에서 교차하고, 상기 모션 가이딩 장치는 링크장치의 네트워크와 상호 연결된 2개 이상의 회전형 조인트를 갖는 원격 회전 중심 메카니즘을 더 포함하고, 상기 원격 회전 중심 메카니즘의 2개 이상의 회전형 조인트의 결합된 모션은 상기 원격 회전 중심에서 2개의 회전형 조인트의 회전 축선과 교차하는 회전 축선을 갖는 회전 모션을 만드는, 모션 가이딩 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전형 조인트 중 적어도 하나의 조인트는 상기 적어도 하나의 회전형 조인트를 가동시키기 위한 회전형 액추에이터인, 모션 가이딩 장치.
제6항에 있어서, 입력부, 처리부 및 출력부를 포함한 제어기를 더 포함하고, 상기 출력부는 상기 모션 가이딩 장치의 모션을 지시하기 위해 상기 적어도 하나의회전형 액추에이터의 구동부와 작동가능하게 결합되는, 모션 가이딩 장치.
제7항에 있어서, 상기 3개의 조인트 또는 상기 링크장치의 네트워크의 위치 및/또는 정위, 뿐만 아니라 상기 링크장치와 상기 조인트 사이에서 작용하는 힘/토크 및 상기 모션 가이딩 장치와 이의 주위환경 사이에서 작용하는 힘/토크를 측정하기 위한 복수의 센서를 더 포함하는, 모션 가이딩 장치.
제7항에 있어서, 조작자로부터 지령을 수신하도록 상기 입력부와 통신하는 사용자 인터페이스를 더 포함하는, 모션 가이딩 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 일 단부에서 상기 링크장치의 네트워크의 하나의 링크장치와 제1 부착 지점에 작동가능하게 결합되고 반대쪽 단부에서 제2 부착지점에 결합되는 적어도 하나의 액추에이터 브랜치를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 액추에이터 브랜치는 적어도 하나의 액추에이터, 하나 이상의 조인트 및 링크장치의 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 액추에이터 브랜치는 상기 3개의 회전형 조인트 중 적어도 하나의 조인트와 상기 이펙터 플레이트에서 모션을 가동시키도록 구성되는, 모션 가이딩 장치..
제10항에 있어서, 상기 액추에이터 브랜치의 상기 제2 부착 지점에서 상기 액추에이터 브랜치가 상기 베이스 구조부에 연결되는, 모션 가이딩 장치.
제10항에 있어서, 상기 액추에이터 브랜치의 상기 제2 부착 지점에서 상기 액추에이터 브랜치가 상기 링크장치의 네트워크의 다른 한 링크장치에 연결되는, 모션 가이딩 장치.
제10항에 있어서, 상기 액추에이터 브랜치의 상기 제2 부착 지점에서 상기 액추에이터 브랜치가 상기 이펙터 플레이트에 연결되는, 모션 가이딩 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 일 단부에서 상기 베이스 구조부와 제1 부착 지점에서 작동가능하게 결합되고 반대쪽 단부에서 상기 이펙터 플레이트와 제2 부착 지점에서 결합되는 적어도 하나의 액추에이터 브랜치를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 액추에이터 브랜치는 적어도 하나의 액추에이터, 하나 이상의 조인트 및 링크장치의 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 액추에이터 브랜치는 상기 3개의 회전형 조인트 중 적어도 하나의 조인트와 상기 이펙터 플레이트에서 모션을 가동시키도록 구성되는, 모션 가이딩 장치.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 일 단부에서 상기 링크장치의 네트워크 중 하나의 링크장치와 제1 부착 지점에서 작동가능하게 결합되고 반대쪽 단부에서 제2 부착 지점에 결합되는 적어도 하나의 추가 액추에이터 브랜치를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 추가 액추에이터 브랜치는 적어도 하나의 액추에이터, 하나 이상의 조인트 및 링크장치의 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 추가 액추에이터 브랜치는 상기 3 회전형 조인트 중 적어도 하나의 조인트와 상기 이펙터 플레이트에서 모션을 가동시키도록 구성된, 모션 가이딩 장치.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 일 단부에서 상기 베이스 구조부와 제1 부착 지점에서 작동가능하게 결합되고 반대쪽 단부에서 상기 이펙터 플레이트와 제2 부착 지점에서 결합되는 적어도 하나의 추가 액추에이터 브랜치를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 추가 액추에이터 브랜치는 적어도 하나의 액추에이터, 하나 이상의 조인트 및 링크장치의 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 액추에이터 브랜치는 상기 3개의 회전형 조인트 중 적어도 하나의 조인트와 상기 이펙터 플레이트에서 모션을 가동시키도록 구성된, 모션 가이딩 장치.
제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터 브랜치 중 어느 한 브랜치에서 상기 적어도 하나의 액추에이터가 회전형 액추에이터이거나 선형 액추에이터인, 모션 가이딩 장치.
제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터 브랜치 중 어느 한 브랜치에서 상기 적어도 하나의 조인트가 회전형 조인트, 유니버설 조인트, 구형 조인트 또는 선형 조인트로부터 선택되는, 모션 가이딩 장치
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 링크장치의 네트워크의 기하학적 구조가 상기 원격 회전 중심의 위치를 삼차원으로 조정하도록 조정가능한, 모션 가이딩 장치.
모션 가이딩 보조 시스템으로서,
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 모션 가이딩 장치;
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 상기 모션 가이딩 장치와 직렬로 연결된 적어도 하나의 추가 조인트 시스템; 및
- 상기 모션 가이딩 장치와 상기 적어도 하나의 추가 조인트 시스템과 연통상태인 제어기;를 포함하고,
상기 제어기는 상기 모션 가이딩 장치 및 상기 적어도 하나의 추가 조인트 시스템의 모션을 가동 및 조정하도록 구성되는, 모션 가이딩 보조 시스템.