KR20230031016A - Robotic prosthetic leg including variable absorbing module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 보행 과정에 있어서 의족모듈의 회전 정도에 따라 의족모듈이 흡수하는 지면반발력의 정도가 가변되는 로봇의족에 관한 것이다. The present invention relates to a robotic prosthetic leg in which the degree of ground reaction force absorbed by a prosthetic leg module varies according to the degree of rotation of the prosthetic leg module during walking.
의족로봇을 이용한 보행에 있어서 지면반발력을 흡수하여 의족로봇의 구동력으로 사용하거나, 구동부의 부하를 저감시키는 다양한 시도가 있었다. In walking using a prosthetic robot, various attempts have been made to absorb the ground repelling force and use it as a driving force of the prosthetic robot or to reduce the load of the driving unit.
예를 들어 도5에서와 같이 발바닥이 전방과 후방이 지면에 닿으면서 지면반력이 로봇의족에 전달된다. For example, as shown in FIG. 5, the ground reaction force is transmitted to the robot prosthetic leg while the front and rear sides of the sole contact the ground.
따라서 로봇의족에 전달되는 지면반력을 흡수하게 되면 로봇의족의 보다 안정적인 보행동작이 가능하거나 로봇의족의 회전을 위한 동력으로 사용을 할 수 있게 된다. Therefore, when the ground reaction force transmitted to the robot prosthesis is absorbed, more stable walking motion of the robot prosthesis is possible or it can be used as power for rotation of the robot prosthesis.
하지만, 보행과정에 있어서 전진을 위한 추진력을 제공하여야 하는 c 구간의 경우 지면반력을 흡수하기 위한 완충구조가 오히려 구동모터의 저항으로 작용한다는 문제점이 있었다. However, in the case of section c in which a propulsive force for forward movement is to be provided in the walking process, there is a problem in that the buffer structure for absorbing the ground reaction force acts as a resistance of the drive motor.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 보행과정에서 회전하는 의족모듈의 회전 정도에 따라 일정 구간에서 지면 반력을 흡수하는 정도를 조절할 수 있는 로못의족을 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above problems, to provide a prosthetic leg that can adjust the degree of absorbing the ground reaction force in a certain section according to the degree of rotation of the prosthetic leg module rotating during the walking process.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings. .
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 로봇의족은 사용자의 지체부위에 착용되는 결합모듈, 상기 결합모듈에 회전 가능하게 결합되는 관절모듈, 상기 관절모듈에 결합되어 상기 관절모듈의 회전과 함께 회전하는 의족모듈 및 보행시 의족모듈이 인가되는 지면 반력을 흡수하고, 상기 지면 반력을 흡수하는 정도는 가변 가능하도록 구비되는 흡수모듈을 포함한다. The robot prosthesis of the present invention for solving the above problems is a coupling module worn on a user's body part, a joint module rotatably coupled to the coupling module, and a joint module coupled to the joint module and rotating together with the rotation of the joint module. It includes a prosthetic leg module and an absorbing module provided to absorb a ground reaction force applied to the prosthetic leg module during walking and to have a variable degree of absorbing the ground reaction force.
상기 흡수모듈은 완충유닛을 포함하고, 완충유닛은, 완충 정도가 가변되는 완충파트 및 상기 완충파트의 완충 정도를 조절하기 위한 조절파트를 포함할 수 있다. The absorption module may include a buffer unit, and the buffer unit may include a buffer part having a variable buffering level and a control part for adjusting the buffering level of the buffering part.
상기 완충파트는 완충부 및 완충 정도를 조절하는 완충력조절부를 포함하고, 상기 조절파트는 의족모듈 및 완충력조절부에 연결되어 의족모듈의 움직임에 따라 완충력조절부를 조작할 수 있다.The buffering part includes a buffering unit and a buffering power adjusting unit for adjusting the degree of buffering, and the adjusting part is connected to the prosthetic leg module and the buffering power adjusting unit to operate the buffering power adjusting unit according to the movement of the prosthetic leg module.
상기 조절파트는 상기 의족모듈의 회전에 의하여 동력을 전달하는 복수 개의 기어를 포함할 수 있다.The control part may include a plurality of gears for transmitting power by rotation of the prosthetic leg module.
상기 관절모듈은, 결합모듈이 결합되는 케이스유닛, 상기 케이스유닛에 구비되는 구동유닛 및 상기 구동유닛 및 상기 의족모듈을 연결하는 연결유닛을 포함하고, 상기 조절파트는, 상기 케이스유닛 및 상기 의족모듈에 연결될 수 있다. The joint module includes a case unit to which a coupling module is coupled, a drive unit provided in the case unit, and a connection unit connecting the drive unit and the prosthetic leg module, and the control part includes the case unit and the prosthetic leg module can be connected to
상기 의족모듈은 고정유닛을 포함하고, 상기 조절파트는 제1기어를 포함하며, 상기 제1기어는 상기 고정유닛에 전, 후 방향으로 이동 가능하도록 결합되고, 상기 제1기어의 일단은 상기 케이스유닛에 상, 하 방향으로 이동 가능하도록 결합될 수 있다.The prosthetic leg module includes a fixing unit, the adjusting part includes a first gear, the first gear is coupled to the fixing unit to be movable in forward and backward directions, and one end of the first gear is connected to the case It may be coupled to the unit so as to be movable in the upward and downward directions.
상기 케이스유닛에는 상기 완충부의 일단이 연결되는 제1고정부가 형성되고, 상기 의족모듈은 고정유닛를 더 포함하고, 상기 고정유닛에는 상기 완충부가 삽입되는 관통홀 및 완충부의 타단이 고정되는 제3고정부가 구비될 수 있다.A first fixing part to which one end of the buffer unit is connected is formed in the case unit, and the prosthetic leg module further includes a fixing unit, and the fixing unit has a through hole into which the buffer unit is inserted and a third fixing unit to which the other end of the buffer unit is fixed. may be provided.
상기 조절파트는 상기 의족모듈이 하부로 설정된 각도를 초과하여 이동하는 경우 상기 복원파트의 복원력을 조절할 수 있다.The adjusting part may adjust the restoring force of the restoring part when the prosthetic leg module moves beyond the set angle.
흡수모듈은 복원유닛을 더 포함하고, 상기 완충유닛은 의족모듈의 후단이 지면과 접촉을 하는 경우 지면반발력에 의한 복원력을 의족모듈에 제공하고, 상기 복원유닛은 의족모듈의 전단이 지면과 접촉을 하는 경우 지면반발력에 대한 복원력을 의족모듈에 제공할 수 있다. The absorption module further includes a restoration unit, the buffer unit provides a restoring force by the ground repelling force to the prosthetic leg module when the rear end of the prosthetic leg module contacts the ground, and the restoration unit makes contact with the ground at the front end of the prosthetic leg module In this case, restoring force against the ground reaction force may be provided to the prosthetic leg module.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의족은 아래와 같은 효과가 있다. The robot prosthesis according to an embodiment of the present invention has the following effects.
첫째, 보행과정에서 의족모듈의 회전하는 정도에 따라 흡수모듈이 흡수하는지면반력의 정도를 다르게 하여 보다 효과적인 보행 구동을 할 수 있다는 장점이 있다. First, there is an advantage in that more effective walking driving can be performed by varying the degree of ground reaction force absorbed by the absorption module according to the degree of rotation of the prosthetic leg module during the walking process.
둘째, 가변흡수모듈의 지면반력을 흡수하는 정도를 조절하는 별도의 구동장치가 아닌 의족모듈의 회전과 연동시켜 전체 로봇의족의 크기를 컴팩트하게 구성할 수 있다는 장점이 있다. Second, there is an advantage in that the size of the entire robot prosthetic leg can be configured compactly by interlocking with the rotation of the prosthetic leg module rather than a separate driving device that adjusts the degree of absorbing the ground reaction force of the variable absorption module.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings.
도1은 본 발명의 일실시예의 로봇의족의 사시도;
도2는 본 발명의 일실시예의 로봇의족의 분해사시도;
도3은 본 발명의 일실시예의 관절모듈 및 흡수모듈의 사시도;
도4는 본 발명의 일실시예의 관절모듈 및 흡수모듈의 분해사시도;
도5는 일반적인 보행과정을 나타내는 도면;
도6은 본원발명의 일실시예의 의족로봇의 단면도;
도7은 도6에서 의족모듈이 상부로 회전한 상태를 나타내는 도면;
도8은 도6에서 의족모듈이 하부로 회전한 상태를 나타내는 도면;
도9는 본원발명의 완충유닛의 지면반력을 흡수하는 정도가 조절되는 과정을 설명하는 도면;
도10은 본원발명의 일실시예의 의족로봇의 단면도;
도11은 도10에서 의족모듈이 상부로 회전한 상태를 나타내는 도면;
도12는 도10에서 의족모듈이 하부로 회전한 상태를 나타내는 도면;
도13 내지 도15는 도11 내지 도13에서의 제3기어의 회전을 나타내는 도면.1 is a perspective view of a robot prosthesis according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is an exploded perspective view of an embodiment of the robot prosthesis of the present invention;
Figure 3 is a perspective view of an embodiment of the joint module and absorption module of the present invention;
Figure 4 is an exploded perspective view of an embodiment of the joint module and absorption module of the present invention;
5 is a view showing a general walking process;
Figure 6 is a cross-sectional view of the prosthetic robot of one embodiment of the present invention;
Figure 7 is a view showing a state in which the prosthetic module is rotated upward in Figure 6;
8 is a view showing a state in which the prosthetic leg module is rotated downward in FIG. 6;
Figure 9 is a view explaining the process of adjusting the degree of absorbing the ground reaction force of the buffer unit of the present invention;
10 is a cross-sectional view of a prosthetic robot according to an embodiment of the present invention;
11 is a view showing a state in which the prosthetic leg module is rotated upward in FIG. 10;
12 is a view showing a state in which the prosthetic leg module is rotated downward in FIG. 10;
13 to 15 are views showing the rotation of the third gear in FIGS. 11 to 13;
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add, change, delete, etc. other elements within the scope of the same spirit, through other degenerative inventions or the present invention. Other embodiments included within the scope of the inventive idea can be easily proposed, but it will also be said to be included within the scope of the inventive concept.
도1은 본 발명의 일실시예의 로봇의족의 사시도이고, 도2는 본 발명의 일실시예의 로봇의족의 분해사시도이다. 1 is a perspective view of a robot prosthesis according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of a robot prosthesis according to an embodiment of the present invention.
도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 로봇의족은 사용자가 지체부위에 착용을 하여 보행을 보조하기 위한 장치이다. 구체적으로 본 실시예에서의 로봇의족은 결합모듈(100), 관절모듈(200), 의족모듈(300) 및 복원모듈(400)을 포함한다. Referring to Figures 1 and 2, the robot prosthesis of the present invention is a device for assisting walking by wearing it on the user's limb. Specifically, the robot prosthetic leg in this embodiment includes a
결합모듈(100)은 상부가 사용자의 지체부위에 연결되고, 본 실시예에서는 사용자의 지체부위에 결합되는 소켓과 연결되는 연결부(110)가 구비된다. The
결합모듈(100)의 내부에는 관절유닛(200)의 구동유닛(220)을 구동시키기 위한배터리셀 (120)이 구비된다. The inside of the
결합모듈(100)의 하부는 관절모듈(200)과 다양한 방식으로 결합될 수 있고, 본 실시예에서는 관절모듈(200)의 내부에 삽입되도록 형성되는 삽입부(130)가 구비된다. The lower portion of the
삽입부(130)의 개수는 제한이 없으나, 본 실시예에서는 한 쌍의 삽입부(130)가 관절모듈(200)의 내부에 삽입되어 결합된다. The number of
구체적으로 본 실시예의 삽입부(130)에는 관절모듈(200)의 구동유닛(220)의 회전축(220a)이 관통하는 관통홀(130a)가 형성되고, 삽입부(130)의 내측이 관절모듈(200)의 케이스유닛(220)에 결합된 상태에서 삽입부(130)의 외측에 관절모듈(200)의 연결유닛(230)이 결합된다. Specifically, a through-
도3은 본 발명의 일실시예의 관절모듈 및 복원모듈의 사시도이고, 도4는 본 발명의 일실시예의 관절모듈 및 복원모듈의 분해사시도이다. Figure 3 is a perspective view of the joint module and restoration module of one embodiment of the present invention, Figure 4 is an exploded perspective view of the joint module and restoration module of one embodiment of the present invention.
도2 내지 도4를 참조하면, 본 실시예의 관절모듈(200)은 케이스유닛(210), 구동유닛(220), 연결유닛(230)을 포함한다. 2 to 4, the
케이스유닛(210)은 결합모듈(100)이 결합되고, 내부에 구동유닛(220)이 구비된다. The
그리고 케이스유닛(210)에는 후술하는 완충유닛(500)의 일단이 연결되는 제1고정부(211) 및 복원유닛(600)의 일단이 연결되는 제2고정부(212)가 형성된다. 그리고 제1고정부(211)에는 후술하는 제1기어(521)가 이동 가능하게 결합되는 돌기(211a)가 형성되고, 돌기(211a)는 제1기어(521)의 제1개구홀(521a)에 끼워지게 된다. In addition, the
구동유닛(220)은 후술하는 의족모듈(300)에 회전력을 제공한다. 구동유닛(220)으로는 모터 등 공지의 다양한 구동장치가 적용될 수 있을 것이다. 그리고 구동유닛(220)에는 회전축(220a)이 구비된다. The
연결유닛(230)은 구동유닛(220)과 의족모듈(300)을 연결한다. 따라서 구동유닛(220)의 회전에 따라 의족모듈(300)은 회전을 하게 된다. 그리고 연결유닛(230)은 결합모듈(100)의 각 삽입부(130)의 외측과 결합하여 삽입부(130)를 케이스유닛(210)에 고정시키는 역할도 수행한다. 본 실시예에서의 연결유닛(230)의 하단은 후술하는 의족모듈(300)의 고정유닛(310)에 고정에 고정이 된다. The
구체적으로 본 실시예에서의 연결유닛(230)에는 구동유닛(220)의 회전축(220a)이 고정되는 홈(230a)이 형성되고, 연결유닛(230)의 하부는 고정유닛(310)에 볼트에 의하여 고정이 되도록 구성된다. 즉, 구동부(120)의 구동력은 구동유닛(220) 및 연결유닛(230)을 통하여 의족모듈(300)에 전달이 되게 된다. Specifically, in the
의족모듈(300)은 사용자의 발에 대응하는 구성으로 지면과 접촉을 하면서 보행을 유도하게 된다. 의족모듈(300)은 관절모듈(200)에 회전 가능하게 결합이 되어 회전을 하게 된다. 즉 의족모듈(300)은 구동유닛(220)의 구동력에 따라 회전을 하면서 보행을 유도하고, 보행과정에서 지면과 접촉을 함에 따라 지면반발력에 의하여 회전을 하게 된다. The
의족모듈(300)에는 후술하는 완충유닛(500) 및 복원유닛(400)을 고정하기 위한 고정유닛(310)이 구비된다. 따라서 의족모듈(300)의 회전에 따라 고정유닛(310)이 완충유닛(500) 및 복원유닛(400)을 압축하게 된다. The
구체적으로 본 실시예에서의 고정유닛(310)에는 가이드돌기(311), 관통홀(312), 제3고정부(313), 제4고정부(314)가 형성된다. 그리고 관절모듈(200)의 연결유닛(230)은 고정유닛(310)의 양 측면에 고정이 되고, 이에 따라 구동유닛(220)의 회전을 따라 의족모듈(300)이 회전을 하게 된다. Specifically, a
가이드돌기(311)는 조절파트(520)의 제1기어(521)에 형성된 제2개구홀(521b)에 끼워지고, 제1기어(521)는 의족모듈(300)의 회전을 따라 가이드돌기(311)에 안내되며 전, 후 방향으로 이동을 하게 된다. The
관통홀(312)에는 완충파트(510)가 끼워진다. 즉 완충파트(510)는 관통홀(312)의 끼워진 상태에서 일단은 제1고정부(211)에 회전가능하게 결합되고, 타단은 후술하는 조절파트(520)의 제3기어(523)와 결합된다. A
제3고정부(313)에는 후술하는 제2기어(522)가 좌, 우 방향 축을 중심으로 회전 가능하도록 결합된다. 따라서 의족모듈(300)의 회전에 따라 제3고정부(313)와 제1고정부(211) 사이의 거리가 가까워지는 경우, 완충파트(510)는 후방으로 직선운동을 하면서 압축이 되게 된다. A
제4고정부(314)는 복원유닛(600)의 일단이 고정된다. 따라서 의족모듈(300)의 회전에 따라 제4고정부(314) 및 제2고정부(212) 사이의 거리가 가까워지는 경우 복원유닛(600)은 압축이 되게 된다. One end of the
흡수모듈(400)은 의족모듈(300)에 인가되는 지면 반력을 흡수하고, 지면 반력을 흡수하는 정도는 조절이 가능하도록 구비된다. The absorption module 400 absorbs the ground reaction force applied to the
본 발명의 흡수모듈(400)로는 외력을 흡수할 수 있는 탄성을 가지는 공지의 다양한 스프링, 완충기 등이 사용될 수 있을 것이다. As the absorption module 400 of the present invention, various known springs and shock absorbers having elasticity capable of absorbing an external force may be used.
한편, 의족모듈(300)은 전방 및 후방이 순차적으로 지면과 접촉을 하면서 보행을 하게 된다. 따라서 의족모듈(300)은 지면반발력에 의하여 시계방향 또는 반시계방향으로 회전을 하는 지면 반력을 받게 된다. 본원발명에서는 복원모듈(400)은 시계방향 및 반시계방향으로 전달되는 지면 반력을 흡수를 하거나, 압축이 되었다가 의족모듈(300)이 지면과 떨어지면서 지면반발력이 해소가 되는 경우 복원을 하면서 의족모듈(300)을 회전시킬 수 있을 것이다. On the other hand, the
한편, 흡수모듈(400)은 한 쌍이 구비되고, 어느 하나는 의족모듈(300)의 전방이 지면과 접촉을 하는 경우의 지면 반력을 흡수하고, 다른 하나는 의족모듈(300)의 후방이 지면과 접촉을 하는 경우의 지면 반력을 흡수한다. On the other hand, a pair of absorption modules 400 are provided, one absorbs the ground reaction force when the front of the
그리고 한 쌍의 흡수모듈(400)은 모두 지면반력을 흡수하는 완충유닛으로 구비되거나 지면반력을 흡수하여 압축하였다가 복원력을 제공하는 복원유닛으로 구비될 수 있을 것이다. In addition, the pair of absorption modules 400 may be provided as a buffer unit that absorbs the ground reaction force, or may be provided as a restoration unit that absorbs and compresses the ground reaction force and then provides a restoring force.
구체적으로 본 실시예에서는 흡수모듈(400)은 완충유닛(500) 및 복원유닛(600)을 포함한다. 그리고 완충유닛(500)은 의족모듈(300)의 후방이 지면과 닿는 경우 지면 반력을 흡수하여 완충하는 기능을 수행하고, 복원유닛(600)의 의족모듈(300)의 전방이 지면과 닿는 경우 지면 반력에 의하여 압축을 하였다가 복원력을 제공한다. Specifically, in this embodiment, the absorption module 400 includes a
완충유닛(500)은 지면 반력을 흡수하는 정도가 가변되도록 구비되는 완충파트(510) 및 완충파트(510)의 완충효과를 조절하는 조절파트(520)를 포함한다. The
완충파트(510)는 완충부(511) 및 완충력조절부(512)를 포함한다. 완충부(511)는 전방에 외력이 인가되는 경우 후향으로 이동을 하면서 외력을 흡수하는 구성이고, , 완충력조절부(512)는 완충부(511)의 완충 정도를 조절하는 역할을 한다. The
완충력조절부(512)는 다양한 방식으로 완충부(511)의 완충력을 조절할 수 있고, 구체적으로 본 실시예에서는 완충부(511)의 전방에 회전 가능하도록 구비되고, 회전에 따라 완충부(511)의 복원력을 조절한다. The buffering
완충파트(510)로는 공지의 다양한 장치가 사용될 수 있고, 본 실시예에서는 전단에 회전을 하면서 완충을 위한 유압을 조절하는 유압조절다이얼이 구비되고, 인가되는 외력을 흡수할 수 있는 유압완충기가 사용될 수 있다. Various well-known devices may be used as the
따라서 본원발명에서는 완충력조절부(512)의 회전에 따라 보행과정에서 완충유닛(500)의 외력을 흡수하는 정도를 가변 시키게 된다. Therefore, in the present invention, the degree of absorbing the external force of the
조절파트(520)는 보행시 의족모듈(300)이 회전을 함에 따라 완충력조절부(512)를 조작한다. The
조절파트(520)는 의족모듈(300)의 움직임에 따른 동력을 완충력조절부(512)로 전달할 수 있는 다절링크 등 다양한 동력전달구조가 채택될 수 있고, 본 실시예에서는 복수 개의 기어를 통하여 완충력조절부(512)를 회전시키게 된다. The adjusting
구체적으로 본 실시예의 조절파트(520)는 제1기어(521), 제2기어(522) 및 제3기어(523)를 포함한다. Specifically, the adjusting
제1기어(521)의 일단은 케이스유닛(220)에 결합되고, 타단은 제2기어(522)와 치합된다. 구체적으로 본 실시예에서의 제1기어(521)는 렉기어 형태로 형성되고, 상하 방향으로 길게 형성되는 제1개구홀(521a) 및 전후방향으로 길게 형성되는 제2개구홀(521b)이 형성된다. 제1개구홀(521a)에는 제1고정부(211)에 형성된 돌기(211a) 가 끼워진다. 제2개구홀(521b)에는 고정유닛(310)의 가이드돌기(311)가 끼워진다. One end of the
제2기어(522)의 일단은 제1기어(521)과 치합되고, 타단은 제3기어(523)와 치합된다. 그리고 제2기어(522)는 제3고정부(313)에 좌, 우 방향 축을 기준으로 회전 가능하도록 구비된다. 본 실시예에서는 제2기어(522)의 일단은 피니언기어 형태로 형성되고, 타단은 윔기어 형태로 형성된다. One end of the
제3기어(523)은 제2기어(522)와 치합되고, 본 실시예에서는 윔휠기어 형태로 형성된다. 그리고 제3기어(523)는 완충력조절부(512)과 결합되고, 제3기어(523)의 회전에 따라 완충력조절부(512)가 조작된다. The
따라서 의족모듈(300)의 회전에 의한 구동력은 제1기어(521), 제2기어(522) 및 제3기어(523)를 구동하여 완충력조절부(512)를 회전시키고, 이에 따라 보행과정에서 특정지점에서 완충부(511)의 완충 정도를 조절하게 된다. 구체적인 완충력이 조절되는 지점에 대하여는 후술한다. Therefore, the driving force by the rotation of the
복원유닛(600)은 의족모듈(300)의 전방이 지면과 닿는 경우 복원력을 제공한다. 그리고 복원유닛(600)은 상기 완충유닛(500)과 같이 복원되는 정도가 가변될 수 있도록 구성될 수도 있다. 그러나 후술하는 것과 같이 복원유닛(600)은 완충유닛(500)과 같이 구동유닛(220)의 구동에 부하로 작용하는 경우가 상대적으로 작고, 이에 따라 제1복원유닛(500)에서와 같이 복원력이 조절되는 구조를 채택하지 않는 경우 전체 로봇의족의 크기를 컴팩트하게 가져갈 수 있다. The
따라서 복원유닛(600)으로는 외력에 의하여 압축된 다음 원래의 위치로 복귀를 할 수 있는 공지의 탄성을 가지는 스프링, 물질, 완충기 등이 사용될 수 있을 것이다. 본 실시예에서는 압축 및 복원력을 가지는 블록 형태의 우레탄이 사용되는 것을 전제로 설명한다.Therefore, as the
즉, 복원유닛(600)은 블록 형태로 형성되고, 제2고정부(212) 및 제4고정부(314)사이에 위치하게 된다. 따라서 의족모듈(300)의 전방이 지면과 접촉을 하는 경우 제2고정부(212) 및 제4고정부(314) 사이의 거리가 줄어들게 되고, 복원유닛(600)은 압축을 하였다가 지면반발력이 해소가 되는 경우 복원력을 제공하여 의족모듈(300)을 회전시키게 된다. That is, the
도5는 일반적인 보행과정을 나타내는 도면이고, 도6은 본원발명의 일실시예의 로봇의족의 단면도, 도7은 도6에서 의족모듈이 상부로 회전한 상태를 나타내는 도면, 도8은 도6에서 의족모듈이 하부로 회전한 상태를 나타내는 도면이다. 5 is a view showing a general walking process, FIG. 6 is a cross-sectional view of a robot prosthetic leg of one embodiment of the present invention, FIG. 7 is a view showing a state in which the prosthetic leg module is rotated upward in FIG. 6, and FIG. 8 is a prosthetic leg in FIG. It is a diagram showing a state in which the module is rotated downward.
도5 내지 도8을 참조하여, 보행과정에서 본원발명의 복원모듈(400)이 동작하는 과정을 설명한다. Referring to Figures 5 to 8, the process of operating the restoration module 400 of the present invention in the walking process will be described.
도5에서 확인할 수 있는 것과 같이 일반적인 보행과정에서 의족모듈(300)은 구동유닛(220)의 구동에 의하여 회전을 하고, 전방 및 후방이 순차적으로 지면과 접촉을 하게 된다. As can be seen in FIG. 5, in the general walking process, the
그리고 지면과 접촉을 함에 따라 의족모듈(300)에는 지면반력이 전달된다. 즉 의족모듈(300)에는 구동유닛(220)의 동력 및 지면반력이 인가되고, 본 발명에서는 지면반력을 흡수하거나, 지면반력에 대한 복원력을 제공하여 안정적인 보행이 가능하도록 한다.In addition, ground reaction force is transmitted to the
구체적으로 도6 및 도7을 참조하면, 의족모듈(300)의 전방이 지면과 접촉을 하는 경우, 의족모듈(300)은 상부로 회전을 하고, 제2고정부(212) 및 제4고정부(314)사이의 거리가 짧아짐에 따라 복원유닛(600)이 압축을 하였다가, 지면반력이 저감되는 과정에서 의족모듈(300)을 하부로 회전시키는 복원력을 제공한다. 그리고 의족모듈(300)이 하부로 회전에는 구동유닛(220)의 구동력이 활용될 수 있다. Specifically, referring to FIGS. 6 and 7, when the front of the
도6 및 도8을 참조하면, 의족모듈(300)의 후방이 지면과 접촉을 하는 경우(, 의족모듈(300)에는 의족모듈을 하부로 이동시키려는 지면 반력이 인가되고, 이에 따라 제1고정부(211) 및 제3고정부(313) 사이의 거리가 짧아짐에 따라 완충유닛(500)이 압축을 하면서 인가되는 지면 반력을 흡수하게 된다. 따라서 관절모듈(200)은 의족모듈에서 과도하게 후방으로 넘어가지를 않게 되고, 사용자는 보다 안정적으로 보행을 할 수 있게 된다. 6 and 8, when the rear of the
도9는 본원발명의 제1복원유닛의 복원력이 저감되는 과정을 설명하는 도면, 도10은 본원발명의 일실시예의 로봇의족의 단면도, 도11은 도10에서 의족모듈이 상부로 회전한 상태를 나타내는 단면면, 도12 도10에서 의족모듈이 하부로 회전한 상태를 나타내는 단면도이고, 도13 내지 도15는 의족모듈이 하부로 회전한 상태에서 제3기어의 회전을 나타내는 도면이다. Figure 9 is a view explaining the process of reducing the restoring force of the first restoration unit of the present invention, Figure 10 is a cross-sectional view of the robot prosthetic leg of one embodiment of the present invention, Figure 11 is a state in which the prosthetic module is rotated upward in FIG. 12 is a cross-sectional view showing a state in which the prosthetic leg module is rotated downward in FIG. 10, and FIGS. 13 to 15 are views showing rotation of the third gear in a state in which the prosthetic leg module is rotated downward.
도5, 도9 내지 도15를 참조하며 본원발명의 제1복원유닛(500)의 완충유닛(500)의 지면반력에 대한 완충의 정도가 가변되는 과정을 설명한다. Referring to Figs. 5, 9 to 15, a process of varying the degree of buffering against the ground reaction force of the
설명의 편의상, 의족모듈(300)이 회전을 하지 않은 상태(도10 및 도13)을 A상태, 의족모듈(300)이 상부로 회전한 상태를(도11 및 도14)를 B상태, 의족모듈(300)이 하부로 회전을 한 상태를 C상태로 정의하고 설명을 한다. For convenience of description, the state in which the
도10 및 도13은 A상태 즉, 로봇의족(1)에 구동력 또는 지면반력이 인가되지 않은 상태를 나타낸다. 이러한 상태는 도5의 보행과정에서 로봇의족에 지면에 닿지 않은 상태 또는 보행과정에서 의족모듈(300)이 회전을 하는 과정에서도 나타날 수 있을 것이다. 10 and 13 show a state A, that is, a state in which no driving force or ground reaction force is applied to the
A상태에서는 완충유닛(500)에는 지면반력을 완충할 수 있는 정도의 부하가 인가된 상태이다. 예를 들어 도13에 도시된 것과 같이 11 정도의 부하가 인가된 상태이고, 로봇의족(1)이 허공에 있다가 의족모듈(300)의 후방이 지면과 접촉을 하면서 발생하는 지면반력을 완충유닛(500)이 흡수를 하게 된다. 즉 도10 및 도13에 도시된 상태에서 의족모듈(300)의 후방을 통하여 지면반력이 인가가 되더라도 의족모듈(300)은 하부의 이동을 제한하여 보행과정에서의 안정적인 자세의 유지가 가능할 것이다. In state A, a load sufficient to buffer the ground reaction force is applied to the
도11 및 도14는 B상태, 즉 의족모듈(300)이 상부로 회전을 한 상태이다. 보행과정에서 의족모듈(300)의 전방이 지면과 접촉을 하는 경우 의족모듈(300)의 전방에 지면반력이 인가되어 의족모듈(300)이 상부로 회전을 하게 된다. 11 and 14 are state B, that is, a state in which the
의족모듈(300)이 상부로 회전을 함에 따라 제1기어(521)는 후방으로 이동을 하면서 제2기어(522)를 회전시킨다. 그리고 제2기어(522)의 회전에 따라 제3기어(523)가 회전을 하고, 제3기어(523)과 결합된 완충력조절부(512)가 회전을 한다. 그리고 완충력조절부(유압조절다이얼(512))의 회전에 따라 완충부(유압완충기(511))의 완충력이 가변되게 된다. As the
구체적으로 본 실시예에서의 제3기어(523)는 도13에 도시된 상태에서 도14에 도시된 것과 같이 반시계방향으로 회전을 하게 되고, 이 때 완충부(유압완충기(511))의 완충력은 예를 들어 11의 상태에서 9의 상태로 저감이 되게 된다. Specifically, the
한편, 의족모듈(300)이 상부로 회전을 하는 경우에는 상기 설명한 것과 같이 복원유닛(600)이 완충유닛(500)과는 별도로 지면반력을 흡수할 것이다. Meanwhile, when the
도12 및 도15는 C상태 즉, 의족모듈(300)이 하부로 회전을 한 상태이다. 보행과정에서 의족모듈(300)의 후방이 지면과 접촉을 하는 경우 또는 구동유닛(220)의 구동에 따라 보행의 추진력을 제공하는 경우에 의족모듈(300)은 하부로 회전을 하게 된다. 12 and 15 show a state C, that is, a state in which the
의족모듈(300)이 상부로 회전을 함에 따라 제1기어(521)은 전방으로 이동을 하면서 제2기어(522)를 회전시킨다. 그리고 제2기어(52)의 회전에 따라 제3기어(523)가 회전을 하고, 제3기어(523)과 결합된 완충력조절부(512)가 회전을 한다. 그리고 완충력조절부(유압조절다이얼(512))의 회전에 따라 완충부(유압완충기(511))의 완충력이 가변이 되게 된다. As the
구체적으로 본 실시예에서의 제3기어(523)는 도13에 도시된 상태에서 도15에 도시된 것과 같이 시계방향으로 회전을 하게 되고, 이 때 완충부(유압완충기(511))의 완충력은 예를 들어 11의 상태에서 OFF의 상태로 전환된다. Specifically, the
즉, A상태에서 C상태로 의족모듈(300)이 하부로 이동하는 경우 완충부(유압완충기(511))의 완충력은 11에서 12로 증가하다가 OFF 상태로 전환이 됨에 따라 부하가 없는 상태가 된다. 그리고 이에 따라 구동유닛(220)이 보행의 추진력을 인가하기 위하여 회전함에 있어서 완충부(유압완충기(511))가 회전에 부하로 작용을 하지 않게 된다. That is, when the
따라서 본원발명에서는 C상태에서 의족모듈(300)이 하부로 이동을 함에 있어서 완충모듈(500)의 압축력을 저감시켜서 구동유닛(220)가 부하 없이 구동을 할 수 있도록 한다. Therefore, in the present invention, when the
구체적으로 도9에서와 같이 의족모듈(500)의 회전에 따라 제1기어(521)는 전, 후 방향으로 이동을 한다. 그리고 제1기어(521)에 치합된 제2기어(522) 및 제3기어(523)가 회전을 하게 되고, 제3기어(523)는 유압완충기(복원부(511))의 유압조절다이얼(복원력조절부(512))를 회전시키고, 이에 따라 유압완충기(511)의 복원력(압축력)이 저감되게 된다. Specifically, as shown in FIG. 9 , the
한편, 상기 설명한 것과 같이 도5의 보행과정에서 제1복원유닛(500)의 구동부(120)의 구동에 부하로 작용하는 a 지점에서는 제1복원유닛(500)의 복원력이 저감된 상태여야 하고, 의족모듈(300)의 후방이 지면과 접촉을 하는 b지점에서는 제1복원유닛(500)의 복원력은 유지가 되어야 한다. On the other hand, as described above, the restoring force of the
따라서 조절파트(520)는 설정된 회전각도 이하로 회전을 하는 경우 제1복원유닛(500)의 복원력이 유지되도록 하여야 하고, 의족모듈(300)이 설정된 회전각도를 초과하여 회전을 하는 경우 제1복원유닛(500)의 복원력이 저감이 되도록 하여야 한다. Therefore, the
한편, 설정된 각도(θ) 이상으로 회전이 되는 경우 유압조절다이얼(복원력조절부(512))가 열리도록 제1기어(521), 제2기어(522) 및 제3기어(523)의 기어비가 조절이 되게 될 것이다. On the other hand, the gear ratios of the
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.In the above, the configuration and characteristics of the present invention have been described based on the embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and various changes or modifications can be made within the spirit and scope of the present invention. It is apparent to those skilled in the art, and therefore such changes or modifications are intended to fall within the scope of the appended claims.
100: 결합모듈
200: 관절모듈
210: 케이스유닛
220: 구동유닛
230: 연결유닛
300: 의족모듈
310: 고정유닛
400: 흡수모듈
500: 완충유닛
510: 완충파트
520: 조절파트
600: 복원유닛100: coupling module 200: joint module
210: case unit 220: drive unit
230: connection unit 300: prosthetic leg module
310: fixed unit 400: absorption module
500: buffer unit 510: buffer part
520: control part 600: restoration unit
Claims (9)
상기 결합모듈에 결합되는 관절모듈;
상기 관절모듈에 결합되어 상기 관절모듈의 회전과 함께 회전하는 의족모듈; 및
보행시 의족모듈이 인가되는 지면 반력을 흡수하고, 상기 지면 반력을 흡수하는 정도는 가변 가능하도록 구비되는 흡수모듈;
을 포함하는 로봇의족. Coupling modules worn on the user's limbs;
a joint module coupled to the coupling module;
a prosthetic leg module that is coupled to the joint module and rotates with rotation of the joint module; and
an absorption module provided to absorb the ground reaction force applied to the prosthetic leg module during walking and to have a variable degree of absorbing the ground reaction force;
A robotic prosthetic foot comprising a.
상기 흡수모듈은 완충유닛을 포함하고,
완충유닛은,
완충 정도가 가변되는 완충파트 및 상기 완충파트의 완충 정도를 조절하기 위한 조절파트를 포함하는 로봇의족. According to claim 1,
The absorption module includes a buffer unit,
buffer unit,
A robotic prosthetic foot comprising a buffer part having a variable buffering degree and a control part for adjusting the buffering level of the buffering part.
상기 완충파트는 완충부 및 완충 정도를 조절하는 완충력조절부를 포함하고,
상기 조절파트는 의족모듈 및 완충력조절부에 연결되어 의족모듈의 움직임에 따라 완충력조절부를 조작하는 로봇의족.According to claim 2,
The buffering part includes a buffering unit and a buffering power adjusting unit for adjusting the buffering degree,
The control part is connected to the prosthetic leg module and the buffering force control unit to manipulate the buffering force control unit according to the movement of the prosthetic leg module.
상기 조절파트는 상기 의족모듈의 회전에 의하여 동력을 전달하는 복수 개의 기어를 포함하는 로봇의족. According to claim 3,
The control part includes a plurality of gears for transmitting power by rotation of the prosthetic leg module.
상기 관절모듈은,
결합모듈이 결합되는 케이스유닛;
상기 케이스유닛에 구비되는 구동유닛; 및
상기 구동유닛 및 상기 의족모듈을 연결하는 연결유닛을 포함하고,
상기 조절파트는,
상기 케이스유닛 및 상기 의족모듈에 연결되는 로봇의족.According to claim 3,
The joint module,
Case unit to which the coupling module is coupled;
a driving unit provided in the case unit; and
A connection unit connecting the driving unit and the prosthetic leg module;
The control part,
A robotic prosthetic leg connected to the case unit and the prosthetic leg module.
상기 의족모듈은 고정유닛을 포함하고,
상기 조절파트는 제1기어를 포함하며,
상기 제1기어는 상기 고정유닛에 전, 후 방향으로 이동 가능하도록 결합되고, 상기 제1기어의 일단은 상기 케이스유닛에 상, 하 방향으로 이동 가능하도록 결합되는 로봇의족. According to claim 5,
The prosthetic leg module includes a fixing unit,
The control part includes a first gear,
The first gear is coupled to the fixing unit to be movable in forward and backward directions, and one end of the first gear is coupled to the case unit to be movable in up and down directions.
상기 케이스유닛에는 상기 완충부의 일단이 연결되는 제1고정부가 형성되고,
상기 의족모듈은 고정유닛를 더 포함하고,
상기 고정유닛에는 상기 완충부가 삽입되는 관통홀 및 완충부의 타단이 고정되는 제3고정부가 구비되는 로봇의족. According to claim 5,
A first fixing part to which one end of the buffer part is connected is formed in the case unit,
The prosthetic leg module further includes a fixing unit,
The robot prosthesis is provided with a through hole into which the buffer unit is inserted and a third fixing unit to which the other end of the buffer unit is fixed in the fixing unit.
상기 조절파트는 상기 의족모듈이 하부로 설정된 각도를 초과하여 이동하는 경우 상기 복원파트의 복원력을 조절하는 로봇의족.According to claim 5,
The control part controls the restoring force of the restoration part when the prosthetic leg module moves beyond the angle set to the lower part.
흡수모듈은 복원유닛을 더 포함하고,
상기 완충유닛은 의족모듈의 후단이 지면과 접촉을 하는 경우 지면반발력에 의한 복원력을 의족모듈에 제공하고,
상기 복원유닛은 의족모듈의 전단이 지면과 접촉을 하는 경우 지면반발력에 대한 복원력을 의족모듈에 제공하는 로봇의족. According to claim 2,
The absorption module further includes a restoration unit,
The buffer unit provides the prosthetic module with a restoring force due to ground repulsive force when the rear end of the prosthetic module comes into contact with the ground,
The restoration unit is a robot prosthesis for providing a restoring force against the ground repulsive force to the prosthetic leg module when the front end of the prosthetic leg module is in contact with the ground.
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KR1020210113362A KR20230031016A (en) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | Robotic prosthetic leg including variable absorbing module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20230031016A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101994242B1 (en) | 2018-01-05 | 2019-06-28 | 한국기계연구원 | Robot artificial leg |
-
2021
- 2021-08-26 KR KR1020210113362A patent/KR20230031016A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101994242B1 (en) | 2018-01-05 | 2019-06-28 | 한국기계연구원 | Robot artificial leg |
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E90F | Notification of reason for final refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |