KR20230123365A - 전동식 슬관절 보조장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR20230123365A
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조현석
황석진
배주환
이종원
최혁재
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치는 사용자에 착용되며, 사용자의 보행 모션을 센싱하는 센서 모듈; 사용자의 보행을 보조하도록 구동력을 발생시키는 모터; 및 상기 센서 모듈의 센싱값을 기초로 하여 상기 모터의 구동을 제어하는 프로세서 모듈;을 포함하며, 상기 센서 모듈은 사용자의 슬관절의 각도를 센싱하는 각도 센서 및 사용자의 고관절 모션을 센싱하는 관성 센서를 구비할 수 있다.

Description

전동식 슬관절 보조장치 및 그 제어방법{An electric knee-ankle foot orthosis and control method thereof}
본 발명은 전동식 슬관절 보조장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 편측마비 장애인 혹은 근력이 저하된 노약자를 대상으로, 환자의 보행상태와 의도에 따라 적절한 구동력 혹은 저항력을 제공함으로써 사용자가 정상적인 보행이 가능하도록 돕는 전동식 슬관절 보조장치에 관한 것이다.
고령화 사회의 도래와 헬스 케어(health care)에 대한 관심 증대로 인해 노약자, 장애인, 환자 등 보행 능력을 상실한 사람들의 보행을 돕는 보행 보조 장치들이 제안되고 있다.
보행 보조 장치는 일시적으로 보행 능력을 상실한 사람의 보행 능력을 회복시키는 재활 운동을 보조하거나, 영구적으로 보행 능력을 일부 상실한 사람이 혼자서 보행하는 것을 보조한다.
보행　보조　장치는 인체의 둔부, 대퇴부나 정강이부 등에 고정되고, 액츄에이터(actuator) 및 다양한 각종 기계적 수단에 의해 회전력과 같이, 근육 및 관절의 운동을　보조하는 힘을 인가하여 근육 및 관절의 운동을　보조한다.
　보행　보조　장치의 어시스트로 인해 착용자는 보다 용이하게　보행할 수 있다.
한편, 대한민국 등록특허 제 10-2241853 B1 (2021.04.13)호에서는 관절 어셈블리 및 이를 포함하는 보행보조로봇을 개시하고 있다.
그러나, 보행 보조 장치를 사용하는 사용자의 보행의도를 보다 정확하게 감지하지 못하는 기술적 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 사용자의 보행의도를 보다 정확하게 감지하여 사용자의 보행을 보다 안정적으로 보조할 수 있는 전동식 슬관절 보조장치 및 그 제어방법을 제공하고자 함이다.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치는 사용자에 착용되며, 사용자의 보행 모션을 센싱하는 센서 모듈; 사용자의 보행을 보조하도록 구동력을 발생시키는 모터; 및 상기 센서 모듈의 센싱값을 기초로 하여 상기 모터의 구동을 제어하는 프로세서 모듈;을 포함하며, 상기 센서 모듈은 사용자의 슬관절의 각도를 센싱하는 각도 센서 및 사용자의 고관절 모션을 센싱하는 관성 센서를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치에 의하면, 사용자의 보행의도를 보다 정확하게 감지하여 사용자의 보행을 보다 안정적으로 보조할 수 있는 장점이 있다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치가 사용자에 착용된 것을 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치의 개략 구성 블록도.
도 3은 보행 구간에서의 주축발의 모션 변화를 설명하기 위한 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치의 프로세서 모듈의 기능을 설명하기 위한 개략 순서도.
도 5는 보행 구간에서의 슬관절 및 고관절의 궤적 및 스윙에너지의 개략 추정도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치의 프로세서 모듈의 기능을 설명하기 위한 개략 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치의 프로세서 모듈의 구동력 제어 프로파일 설정 방법을 설명하기 위한 개략 개념도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치의 프로세서 모듈의 제어 프로토콜을 설명하기 위한 개략 개념도.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치는 사용자에 착용되며, 사용자의 보행 모션을 센싱하는 센서 모듈; 사용자의 보행을 보조하도록 구동력을 발생시키는 모터; 및 상기 센서 모듈의 센싱값을 기초로 하여 상기 모터의 구동을 제어하는 프로세서 모듈;을 포함하며, 상기 센서 모듈은 사용자의 슬관절의 각도를 센싱하는 각도 센서 및 사용자의 고관절 모션을 센싱하는 관성 센서를 구비할 수 있다.
또, 상기 프로세서 모듈은 고관절 각속도 및 무게중심 이동 또는, 고관절 각속도 및 슬관절의 각도를 기초로 하여, 상기 모터의 구동을 제어할 수 있다.
또, 상기 프로세서 모듈은 슬관절의 각도, 각속도 및 평형각을 기초로 하여상기 모터의 구동력을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치의 제어방법은 센서 모듈이 사용자의 보행 모션을 센싱하는 단계; 프로세서 모듈이 상기 센서 모듈의 센싱값을 기초로 하여 모터의 구동을 제어하는 단계; 및 모터가 상기 프로세서 모듈의 제어에 의해 구동되는 단계;를 포함하며, 상기 센서 모듈은 사용자의 슬관절의 각도를 센싱하는 각도 센서 및 사용자의 고관절 모션을 센싱하는 관성 센서를 구비하는 센서 모듈을 구비할 수 있다.
각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치가 사용자에 착용된 것을 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치의 개략 구성 블록도.
도 3은 보행 구간에서의 주축발의 모션 변화를 설명하기 위한 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치의 프로세서 모듈의 기능을 설명하기 위한 개략 순서도.
도 5는 보행 구간에서의 슬관절 및 고관절의 궤적 및 스윙에너지의 개략 추정도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치의 프로세서 모듈의 기능을 설명하기 위한 개략 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치의 프로세서 모듈의 구동력 제어 프로파일 설정 방법을 설명하기 위한 개략 개념도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치의 프로세서 모듈의 제어 프로토콜을 설명하기 위한 개략 개념도.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 보다 명확하게 표현하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상과 관련성이 떨어지거나 당업자로부터 용이하게 도출될 수 있는 부분은 간략화 하거나 생략하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치(10)에 대해 자세히 설명하겠다.
일례로, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)는 편측 마비 장애인 혹은 근력이 저하된 노약자를 대상으로, 환자의 보행상태와 의도에 따라 적절한 구동력 혹은 저항력을 제공함으로써 사용자가 정상적인 보행이 가능하도록 돕는 재활보조 기기 중 하나일 수 있다.
일례로, 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)는 사용자의 허리 부분에 착용되는 배터리부(B), 사용자의 대퇴 부분에 착용되는 밴드형 대퇴 착용부(C1), 사용자의 하퇴 부분에 착용되는 하퇴 착용부(C2)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)는 모터, 감속기 등을 구비하는 모터부(A) 및 상기 모터부(A)에 의해 위치 이동되며 상기 대퇴 착용부(C1) 및 상기 하퇴 착용부(C2)에 연결되어 사용자의 다리로 상기 모터부(A)의 구동력을 전달하는 프레임부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)는 상기 프레임부에 연결되며 사용자의 발바닥 부분을 지지하는 인솔형 발판(D)을 더 포함할 수도 있다.
일례로, 상기 배터리부(B)는 리튬 또는 리튬폴리머 배터리 셀들로 구성될 수 있으며, 허리 밸트를 통해 상기 배터리부(B)를 사용자에게 착용함에 따라 무게가 분산되는 효과가 있다.
또한. 필요 시 허리 밸트로부터 상기 배터리부(B)의 탈부착을 통해 빠른 교체가 가능하며, 확장포트를 통해 추가적인 보행보조기(추가적인 전자장치 등)에 연결이 가능할 수 있다.
한편, 도 2는 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)의 개략 구성 블록도로서, 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)는 사용자의 모션을 센싱하는 센서 모듈(100), 상기 센서 모듈(100)의 센싱값을 기초로 하여 상기 모터의 구동을 제어하는 프로세서 모듈(200) 및 소정의 정보를 외부 기기와 송수신하는 통신부(500)를 더 포함할 수 있다.
일례로, 상기 프로세서 모듈(200)은 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)의 구동을 제어하는 구성으로서, 소정의 값을 연산/처리하고 소정의 제어 명령을 생성하는 구성일 수 있다.
일례로, 상기 프로세서 모듈(200)은 상기 모터부(A)에 배치될 수 있으나, 여기에 한정되지 않으며, 상기 배터리부(B) 등에 배치될 수도 있음은 자명하다.
일례로, 상기 모터부(A)는 사용자의 보행을 보조하도록 구동력을 발생시키는 상기 모터를 구비할 수 있으며, 사용자의 슬관절과 인접한 위치에 배치될 수 있다.
앞서 설명한, 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)의 각 구성들의 형상, 배치관계, 위치 등은 공지의 다양한 보행 보조 장치로 변경되거나, 적용될 수 있음은 자명하다.
이하에서는, 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)의 기술적 특징에 대해 더욱 자세히 설명하겠다.
일례로, 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)는 사용자의 보행의도를 보다 정확히 감지하여 상기 모터를 제어함으로 인해 사용자의 편의성 및 안정성을 극대화하기 위함이다.
이를 위해, 일례로, 상기 센서 모듈(100)은 사용자의 슬관절의 모션을 센싱하는 각도 센서(110) 및 사용자의 고관절 모션을 센싱하는 관성 센서(120)를 구비할 수 있다.
일례로, 상기 각도 센서(110)는 사용자의 슬관절의 각도 및 각도 변화를 센싱하기 위한 구성으로서, 절대 엔코더(Absolute encoder) 혹은 가변저항(Potentiometer)형 센서일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 슬관절의 각도를 센싱하는 구성이라면 당업자의 입장에서 다양하게 변경 가능함은 자명하다.
일례로, 상기 각도 센서(110)는 상기 모터부(A), 상기 대퇴 착용부(C1) 및/또는 상기 하퇴 착용부(C2)에 배치될 수 있으나, 배치 위치는 한정되지 아니한다.
한편, 상기 관성 센서(120)는 IMU(Inertial Measurement Unit)를 이용하여 중력 기준의 고관절(Hip) 모션을 센싱하는 센서일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 고관절의 모션을 센싱할 수 있는 구성이라면 당업자의 입장에서 다양하게 변경 가능함은 자명하다.
일례로, 상기 관성 센서(120)는 상기 모터부(A), 상기 대퇴 착용부(C1) 및/또는 상기 하퇴 착용부(C2)에 배치될 수 있으나, 배치 위치는 한정되지 아니한다.
한편, 일례로, 상기 프로세서 모듈(200)은 상기 관성 센서(120) 및 상기 각도 센서(110)로부터 획득하는 사용자의 모션 정보로부터 보행주기(Gait cycle)를 감지하고, 상기 모터에 적절한 토크를 발생시켜 사용자의 보행상태에 따라 적당한 저항력 혹은 보조력을 제공함으로써 사용자의 안정적인 보행을 돕는 역할을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명은 지면반력센서(Ground Reaction Sensor)와 같이 보행상태를 감지하기 위한 직접적인 센서 없이도, 상기 관성 센서(120)와 상기 각도 센서(110)만으로도 사용자의 보행주기를 추정하고 자연스러운 보행을 위한 보조력의 크기와 타이밍을 산출할 수 있다.
이하에서는, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 상기 프로세서 모듈(200)의 기능을 보다 자세히 설명하겠다.
일례로, 도 3은 사용자의 보행구간에서의 주축발의 모션 변화를 개략적으로 도시한 것으로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 사용자가 보행하였을 때 대퇴의 각속도(고관절 각속도)가 발생되게 된다.
이를 기초로, 대퇴 회전운동(Swing) 에너지는 하기의 식 1과 같이 정의될 수 있다.
[식 1]
ESwing = (1/2)Iω2
여기서, I는 다리의 관성모멘트이며, ω는 대퇴의 각속도이다.
즉, 다리의 질량을 상수로 보았을 때 대퇴의 회전운동 에너지에 영향을 주는 가장 큰 변수는 대퇴의 각속도이고, 도 3과 같이, 인간 보행에서 보행속도의 증가는 대퇴의 각속도의 증가로 나타날 수 있다.
따라서 인간보행에서 대퇴의 각속도의 크기는 인간의 보행의도와 밀접한 상관 관계가 있으므로 본 발명은 정확한 추정이 어려운 인간 다리의 관성모멘트는 배제하고 보행구간에서의 고관절 각속도(대퇴의 각속도)를 사용자 보행의도의 척도로 사용할 수 있다.
즉, 고관절 각속도를 이용하여 대퇴의 스윙에너지(ESwing)를 산출할 수 있다.
이하에서는, 도 4 및 도 5를 참조하여, 상기 프로세서 모듈(200)이 구현하는 기능에 대해 자세히 설명하겠다.
일례로, 도 4는 대퇴의(고관절) 스윙에너지(ESwing)를 추정하는 것을 설명하기 위한 순서도이며, 도 5는 고관절 및 슬관절의 궤적 및 이에 따른 스윙에너지를 추정하는 그래프이다.
우선, 상기 프로세서 모듈(200)은 상기 각도 센서(110)에 의해 슬관절의 각도를 실시간으로 획득 가능하며, 상기 관성 센서(120)에 의해 소관절의 모션에 대한 정보를 실시간으로 획득 가능하다.
여기서, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 프로세서 모듈(200)은 슬관절의 각도가 기준치(기준각도) 이하로 펼쳐진 상태이고, 최소 기준치(기준각속도) 이상의 고관절 각속도를 누적한다.
이 때 마이너스(-) 부호는 고관절이 앞에서 뒤로 회전하는 방향을 나타낸다.
최소 기준치를 만족하는 고관절의 각속도(ω)는 Knee flexion이 발생하는 Terminal stance 직전까지 누적되며, 이 때 누적각을 누적시간(n, t)으로 나누면 고관절 각속도(ωSwing)를 구할 수 있고 이는 사용자의 보행속도와 비례한다.
고관절 스윙에너지(ESwing)가 기준치(기준에너지)보다 크고 슬관절 굽힘 또는 무게중심(COM) 이동이 발생한 경우, 상기 프로세서 모듈(200)은 미리 정의된 슬관절 보조 토크(상기 모터의 구동)를 발생시켜 슬관절의 굽힘을 돕는다.
이때, 무게중심의 이동은 상기 관성 센서(120)로부터 센싱 가능하다.
즉, 본 발명은 최소 기준치 이상의 고관절 각속도를 누적하는 방식으로서, 실질적으로 보행에 관여한 고관절의 각속도만 연산에 반영하고 있으며, 이 때 추정된 보행속도는 슬관절에 가해지는 보조 토크(상기 모터의 토크)를 능동적으로 조절 하는데 적용 가능할 수 있다.
또한, 특정방향의 각속도와 최소 기준치를 만족하는 고관절 모션만 반영되므로 뒤로 걷기 또는 보행 중 급정지 등의 다양한 보행상태 변화에서는 고관절의 스윙에너지가 음으로 증가하거나 낮게 축척됨에 따라 오작동에 의해 대상자의 낙상을 최소화 할 수 있다.
즉, 상기 프로세서 모듈(200)은 고관절 각속도 및 무게중심 이동 또는, 고관절 각속도 및 슬관절의 각도를 기초로 하여 상기 모터의 구동을 제어할 수 있다.
한편, 상기 프로세서 모듈(200)은 슬관절의 각도, 각속도 및 평형각을 기초로 상기 모터의 구동력을 제어할 수도 있다.
이를 보다 자세히 설명하자면, 도 6은 본 발명의 임피던스 모델을 개략적으로 도시한 것으로서, 도 6에 도시한 바와 같이, 무릎 관절에 필요한 출력토크를 선형 스프링과 댐퍼의 단순한 수동 임피던스 함수로 나타낼 수 있다.
여기서, 상기 모터의 구동력(Tout), 즉 상기 모터의 토크는 아래의 식 2와 같이 정의될 수 있다.
Tout = Tuser + k(θ-θe) + dθ. + Tfc(θ.)
즉, 상기 모터의 구동력(Tout)은 사용자 개인별 맞춤 토크(Tuser)가 적용되어 슬관절의 굽힘과 폄 토크를 보조하도록 하였다.
여기서, θ, θ., θe는 각각 슬관절의 각도, 각속도, 평형각을 의미한다.
그리고, Tfc는 마찰보상 토크를 의미한다.
한편, 여기서, 도 7은 볼 발명의 토크 프로파일 설정방법을 설명하기 위한 개략 그래프로서, 사용자별 굽힘 및 폄 토크를 설정하는 방법은 peak torque의 크기뿐만 아니라 상승 및 하강 시간을 조정할 수 있고 슬관절 구동을 유지하기 위한 최소 토크인 Bias torque로 구성될 수 있다.
한편, 도 8은 상기 프로세서 모듈(200)이 상기 모터를 제어하는 제어 상태를 설명하기 위한 개략도로서, 도 8에 도시한 바와 같이 상기 프로세서 모듈(200)이 구현하는 제어 상태는 크게 7가지로 분류될 수 있다.
이러한, 7가지 제어 상태를 구별하기 위한 조건(Guard)와 동작(Action)은 아래 표와 같다.
Guard Action Next
Status
PWR
ON		 전원투입 A0 Tout= zero impedance Standby
G1 Standup detection A1 Tout= medium impedance Normal
G2 Hip swing energy > th A2 Tout= low damping PreSWF
G3 Knee flexion detection A3 Tout= user T_flexion SWF
G4 Knee angle velocity <= th A4 Tout= use T_extension SWE
G5 Knee angle > th A5 Tout= High spring STF
G6 Knee angle > th A6 Tout= High damping+ spring STE
G7 Hip swing energy > th A7 Tout= low damping preSWF
G8 No knee flexion for long time A8 Tout= High damping+ spring STE
G9 No walking for long time A9 Tout= medium impedance Normal
G10 Sit down detection A10 Tout= zero impedance Standby
- Standby: 무릎에 아무런 저항이 없는 상태로 동작하며 사용자가 보행을 시작하기 전 본 발명을 착용하거나 앉아서 쉬는 상태임.
- Normal: 중간 정도의 기계적 임피던스를 가지며, 이 상태에서 사용자는 자신의 체중으로 본 발명을 강제로 굽혀서 앉는 동작이 가능.
- PreSWF(pre Swing Flexion): 보행 시 슬관절의 굽힘이 일어나기 바로 직전 상태로서 상기 프로세서 모듈(200)은 슬관절의 기계적 댐핑을 최소화하여 굽힘이 자연스럽게 발생될 수 있도록 도움. 고관절의 스윙에너지가 기준치 이상일 때 전환.
- SWF(Swing Flexion): 슬관절에서 굽힘동작이 검출되었을 때 전환. 미리 설정된 사용자 프로파일 토크가 작용하여 슬관절의 굽힘 동작을 보조함.
- SWE(Swing Extension): 슬관절의 굽힘 각속도가 0이 되거나 음으로 증가하는 시점에서 전환. 슬관절에 미리 설정된 폄 토크가 작용하여 폄 동작을 보조함.
- STF(Stance Flexion): 유각기에서 입각기로 전환되기 바로 직전 Heel Contact시 발생하는 충격을 흡수하는 단계. 본 발명의 기계적 임피던스(스프링)를 크게 설정.
- STE(Stance Extension): Mid stance에서 Terminal stance사이의 구간으로서 모터가 체중에 대해 완전한 지지력을 제공하는 단계. 본 발명의 기계적 임피던스(스프링 + 댐핑)를 크게 설정.
한편, 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)는 본 발명의 동작 상태를 사용자에게 피드백하기 위해 하나 이상의 부저 혹은 진동모터를 구동할 수 있는 제어출력 포트를 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전동식 슬관절 보조장치(10)의 제어방법은 앞서 설명한 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)를 제어하는 방법을 의미할 수 있다.
일례로, 상기 전동식 슬관절 보조장치(10)의 제어방법은 센서 모듈(100)이 사용자의 보행 모션을 센싱하는 단계; 프로세서 모듈(200)이 상기 센서 모듈(100)의 센싱값을 기초로 하여 모터의 구동을 제어하는 단계; 및 모터가 상기 프로세서 모듈(200)의 제어에 의해 구동되는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 모터의 구동을 제어하는 단계는, 도 4 내지 도 8을 참조하여, 앞서 설명한 상기 프로세서 모듈(200)이 상기 모터의 구동을 제어하거나, 구동력의 크기를 제어하고, 7가지의 제어 상태를 제어하는 방법을 포함할 수 있음은 자명하다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 전동식 슬관절 보조장치(10) 및 상기 전동식 슬관절 보조장치(10) 제어방법은 지면반력센서와 같이 보행 상태를 직접적으로 판단할 수 있는 센서 없이, 고관절과 슬관절의 모션 정보만으로 사용자의 보행의도를 정확히 판단할 수 있는 장점이 있다.
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.
100: 센서 모듈
200: 프로세서 모듈
300: 모터부
400: 배터리부
500: 통신부

Claims (4)

  1. 전동식 슬관절 보조장치에 있어서,
    사용자에 착용되며, 사용자의 보행 모션을 센싱하는 센서 모듈;
    사용자의 보행을 보조하도록 구동력을 발생시키는 모터; 및
    상기 센서 모듈의 센싱값을 기초로 하여 상기 모터의 구동을 제어하는 프로세서 모듈;을 포함하며,
    상기 센서 모듈은,
    사용자의 슬관절의 각도를 센싱하는 각도 센서 및 사용자의 고관절 모션을 센싱하는 관성 센서를 구비하는,
    전동식 슬관절 보조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서 모듈은,
    고관절 각속도 및 무게중심 이동 또는,
    고관절 각속도 및 슬관절의 각도를 기초로 하여,
    상기 모터의 구동을 제어하는,
    전동식 슬관절 보조장치.
  3. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서 모듈은,
    슬관절의 각도, 각속도 및 평형각을 기초로 하여,
    상기 모터의 구동력을 제어하는,
    전동식 슬관절 보조장치.
  4. 전동식 슬관절 보조장치의 제어방법에 있어서,
    센서 모듈이 사용자의 보행 모션을 센싱하는 단계;
    프로세서 모듈이 상기 센서 모듈의 센싱값을 기초로 하여 모터의 구동을 제어하는 단계; 및
    모터가 상기 프로세서 모듈의 제어에 의해 구동되는 단계;를 포함하며,
    상기 센서 모듈은,
    사용자의 슬관절의 각도를 센싱하는 각도 센서 및 사용자의 고관절 모션을 센싱하는 관성 센서를 구비하는 센서 모듈을 구비하는,
    전동식 슬관절 보조장치의 제어방법.
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