KR20240024874A - 동력 전달 기기, 운동 보조 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

동력 전달 기기, 운동 보조 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20240024874A
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power
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stopper
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KR1020240020270A
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노세곤
이종원
이연백
김정훈
이민형
최병준
최정연
최현도
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삼성전자주식회사
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Abstract

일 실시 예에 따르면 동력 전달 기기는, 1개의 동력 입력단과, 2개의 동력 출력단을 포함하는 입력측 기어 어셈블리; 각각 상기 2개의 동력 출력단으로부터 동력을 전달받아 구동 가능한 2개의 동력 입력단과, 1개의 동력 출력단을 포함하는 출력측 기어 어셈블리; 및 상기 입력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 출력단 및 상기 출력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 입력단이 서로 연결되어 이루는 2개의 동력 전달 패스로 전달되는 동력 중 어느 하나의 동력 전달 패스로 전달되는 동력을 차단할 수 있는 스토퍼 모듈을 포함할 수 있다.

Description

동력 전달 기기, 운동 보조 장치 및 그 제어 방법{POWER TRANSMITTING DEVICE, MOTION ASSIST APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
아래의 설명은 동력 전달 기기, 운동 보조 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
동력 전달 기기는 구동원으로부터 전달받은 동력을 다른 부품으로 전달하는 기기로써, 다양한 장치에 사용될 수 있다. 예를 들어, 관절이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 운동 보조 장치 및 군사용 등의 목적으로 사용자의 근력을 보조하기 위한 장치 등에 사용될 수 있다.
일 실시 예에 따르면 동력 전달 기기는, 1개의 동력 입력단과, 2개의 동력 출력단을 포함하는 입력측 기어 어셈블리; 각각 상기 2개의 동력 출력단으로부터 동력을 전달받아 구동 가능한 2개의 동력 입력단과, 1개의 동력 출력단을 포함하는 출력측 기어 어셈블리; 및 상기 입력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 출력단 및 상기 출력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 입력단이 서로 연결되어 이루는 2개의 동력 전달 패스로 전달되는 동력 중 어느 하나의 동력 전달 패스로 전달되는 동력을 차단할 수 있는 스토퍼 모듈을 포함할 수 있다.
상기 입력측 기어 어셈블리는, 상기 입력측 기어 어셈블리의 1개의 동력 입력단으로 기능하는 입력측 선 기어; 상기 입력측 선 기어의 외주면에 연결되어, 상기 입력측 선 기어로부터 동력을 전달받아 자전(rotation) 또는 공전(revolution) 가능한 입력측 유성 기어; 및 각각 상기 입력측 유성 기어에 연결되고, 상기 입력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 출력단으로 기능하는 입력측 캐리어 및 입력측 링 기어를 포함할 수 있다.
상기 출력측 기어 어셈블리는, 상기 입력측 캐리어 및 입력측 링 기어에 각각 연결되고, 상기 출력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 입력단으로 기능하는 출력측 선 기어 및 출력측 링 기어; 상기 출력측 선 기어 및 출력측 링 기어 사이에 맞물리는 출력측 유성 기어; 및 상기 출력측 유성 기어의 자전 축(rotation axis)에 연결되고, 상기 출력측 기어 어셈블리의 1개의 동력 출력단으로 기능하는 출력측 캐리어를 포함할 수 있다.
상기 출력측 선 기어는, 상기 출력측 유성 기어에 맞물리는 제 1 외치; 및 상기 제 1 외치보다 큰 직경을 갖고 상기 입력측 캐리어로부터 전달되는 동력을 입력 받는 제 2 외치를 포함하는 복합 기어(compound gear) 형상을 가질 수 있다.
상기 동력 전달 기기는, 상기 입력측 캐리어 및 출력측 선 기어를 연결하는 제 1 연결체를 더 포함할 수 있다.
상기 입력측 링 기어는, 상기 입력측 유성 기어에 맞물리는 내치(internal teeth)와, 상기 출력측 링 기어로 동력을 전달하기 위한 외치(external teeth)를 포함할 수 있다.
상기 동력 전달 기기는, 상기 입력측 링 기어 및 출력측 링 기어를 연결하는 제 2 연결체를 더 포함할 수 있다.
상기 스토퍼 모듈은, 상기 2개의 동력 전달 패스 중 제 1 동력 전달 패스로 전달되는 동력을 차단하기 위한 제 1 스토퍼; 및 상기 2개의 동력 전달 패스 중 제 2 동력 전달 패스로 전달되는 동력을 차단하기 위한 제 2 스토퍼를 포함할 수 있다.
상기 제 1 스토퍼는, 상기 제 1 동력 전달 패스 상에 배치되는 복수 개의 제 1 동력 전달 요소 중 적어도 하나 이상에 맞물리는 구속 상태, 또는 상기 복수 개의 제 1 동력 전달 요소 중 어느 것에도 맞물리지 않는 해제 상태로 구동 가능하고, 상기 제 2 스토퍼는, 상기 제 2 동력 전달 패스 상에 배치되는 복수 개의 제 2 동력 전달 요소 중 적어도 하나 이상에 맞물리는 구속 상태, 또는 상기 복수 개의 제 2 동력 전달 요소 중 어느 것에도 맞물리지 않는 해제 상태로 구동할 수 있다.
상기 스토퍼 모듈은, 상기 제 1 스토퍼가 구속 상태이면, 상기 제 2 스토퍼는 해제 상태가 되게 하고, 상기 제 1 스토퍼가 해제 상태이면, 상기 제 2 스토퍼는 구속 상태가 되게 하는 캠 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 캠 모듈이 90도 회전하면, 상기 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼의 상태가 서로 바뀔 수 있다.
상기 캠 모듈은, 상기 제 1 스토퍼의 상태를 전환하기 위한 제 1 캠부; 및 상기 제 2 스토퍼의 상태를 전환하기 위한 제 2 캠부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 캠부 및 제 2 캠부는 하나의 강체 운동을 할 수 있다.
상기 제 1 캠부 및 제 2 캠부는 서로 직교하는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼는 각각, 하나의 회전 중심을 기준으로 회동 가능한 한 쌍의 집게부; 및 상기 하나의 회전 중심을 기준으로 각각 상기 한 쌍의 집게부로부터 반대편으로 연장되는 한 쌍의 연장부를 포함하고, 상기 제 1 캠부 및 제 2 캠부는 각각 상기 제 1 스토퍼의 한 쌍의 연장부의 사이 및 상기 제 2 스토퍼의 한 쌍의 연장부 사이에 위치할 수 있다.
상기 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼는 각각, 상기 한 쌍의 집게부를 서로 반대 방향으로 회전시키는 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 운동 보조 장치는, 동력을 생성하기 위한 구동원; 사용자의 제 1 부분을 지지하기 위한 제 1 지지 부재; 사용자의 제 2 부분을 지지하기 위한 제 2 지지 부재; 상기 제 1 지지 부재에 대하여 회전 가능하고 상기 제 2 지지 부재에 연결되는 동력 전달 프레임; 및 상기 구동원에서 생성된 동력을 전달받아 상기 동력 전달 프레임으로 전달하는 동력 전달 기기를 포함하고, 상기 동력 전달 기기는, 상기 구동원으로부터 동력을 전달받아 구동하는 1개의 동력 입력단과, 2개의 동력 출력단을 포함하는 입력측 기어 어셈블리; 각각 상기 2개의 동력 출력단으로부터 동력을 전달받아 구동하는 2개의 동력 입력단과, 상기 동력 전달 프레임으로 동력을 전달하는 1개의 동력 출력단을 포함하는 출력측 기어 어셈블리; 및 상기 입력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 출력단 및 상기 출력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 입력단이 서로 연결되어 이루는 2개의 동력 전달 패스로 전달되는 동력 중 어느 하나의 동력 전달 패스로 전달되는 동력을 차단할 수 있는 스토퍼 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 운동 보조 장치의 제어 방법은, 사용자의 모션 정보를 감지하는 단계; 상기 모션 정보에 기초하여, 동력 전달 기기가 갖는 복수 개의 동력 전달 패스 중 어느 하나의 동력 전달 패스를 필요 패스로 결정하는 단계; 및 상기 필요 패스로 동력을 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 어느 하나의 동력 전달 패스를 필요 패스로 결정하는 단계는, 상기 모션 정보에 기초하여 결정된 모션 태스크에 기초하여 수행되고, 상기 모션 태스크가 평지 보행일 경우, 상기 복수 개의 동력 전달 패스 중 감속비가 낮은 동력 전달 패스를 상기 필요 패스로 결정하고, 상기 모션 태스크가 경사 보행, 일어나기(standing) 또는 앉기(sitting)일 경우, 상기 복수 개의 동력 전달 패스 중 감속비가 높은 동력 전달 패스를 상기 필요 패스로 결정할 수 있다.
상기 어느 하나의 동력 전달 패스를 필요 패스로 결정하는 단계는, 상기 모션 정보에 기초하여 결정된 필요 토크에 기초하여 수행되고, 상기 필요 토크가 설정 토크 미만이면, 상기 복수 개의 동력 전달 패스 중 감속비가 낮은 동력 전달 패스를 상기 필요 패스로 결정하고, 상기 필요 토크가 설정 토크 이상이면, 상기 복수 개의 동력 전달 패스 중 감속비가 높은 동력 전달 패스를 상기 필요 패스로 결정할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 블록도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 개략도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 사시도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 분해 사시도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기가 제 1 패스를 따라서 동력을 전달할 때 스토퍼 모듈의 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기가 제 2 패스를 따라서 동력을 전달할 때 스토퍼 모듈의 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기를 포함하는 운동 보조 장치를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기를 포함하는 운동 보조 장치를 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기를 포함하는 운동 보조 장치를 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기를 포함하는 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 13 내지 도 16은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기를 포함하는 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기(10)는, 동력 입력단에 연결된 구동원(11)으로부터 전달받은 동력을, 동력 출력단에 연결된 동력 전달 부재(12)로 전달할 수 있다. 동력 전달 기기(10)는, 복수 개의 동력 전달 패스(P1, P2)를 포함하고, 복수 개의 동력 전달 패스(P1, P2) 중 어느 하나의 동력 전달 패스를 통하여 구동원(11)으로부터 전달받은 동력을 동력 전달 부재(12)로 전달할 수 있다. 동력 전달 기기(10)는, 1개의 동력 입력단과 2개의 동력 출력단을 포함하는 3-포트 시스템(3-port system) 구조의 입력측 기어 어셈블리(101)와, 2개의 동력 입력단과 1개의 동력 출력단을 포함하는 3-포트 시스템(3-port system) 구조의 출력측 기어 어셈블리(102)와, 복수 개의 동력 전달 패스(P1, P2) 중 어느 하나의 동력 전달 패스로 전달되는 동력을 차단할 수 있는 스토퍼 모듈(103)을 포함할 수 있다.
복수 개의 동력 전달 패스(P1, P2) 중 제 1 동력 전달 패스(P1)는, 제 2 동력 전달 패스(P2)와 다른 감속비, 예를 들면, 고감속비(high reduction ratio)를 가질 수 있다. 이 경우, 제 1 동력 전달 패스(P1)를 통하여 동력을 전달하는 상태를 "고감속비 모드" 또는 "저속 모드"라고 하고, 제 2 동력 전달 패스(P2)를 통하여 동력을 전달하는 상태를 "저감속비 모드" 또는 "고속 모드"라고 할 수 있다. 스토퍼 모듈(103)은, 동력 전달 기기(10)의 동력 전달 패스를 변경시켜 줌으로써, 상황에 따라 적절한 감속비를 선택할 수 있게 한다. 이와 같은 구조에 의하면, 하나의 동력 전달 패스만을 갖고(다시 말하면, 항상 동일한 감속비를 갖고), 구동원의 분당 회전수(RPM)를 조절함으로써 속도를 조절하는(다시 말하면, "저속 모드" 및 "고속 모드"를 구현하는) 동력 전달 기기와 비교할 때에 아래와 같은 장점을 갖는다.
예를 들어, 동력 전달 부재(12)로 높은 토크를 인가할 필요가 있을 경우, 제 1 동력 전달 패스(P1)를 통하여 동력 전달 기기(10)를 "고감속비 모드"로 구동시킬 수 있다. 이 경우 높은 감속비를 이용하여 동력이 전달되므로, 구동원(11)으로 상대적으로 작고 가벼운 모터를 사용하더라도, 높은 토크를 생성할 수 있다.
또한, 동력 전달 부재(12)를 빠른 속도로 구동시킬 필요가 있을 경우, 제 2 동력 전달 패스(P2)를 통하여 동력 전달 기기(10)를 "고속 모드"로 구동시킬 수 있다. 이 경우 낮은 감속비를 이용하여 동력이 전달되므로, 구동원(11)이 상대적으로 낮은 RPM으로 구동하더라도, 동력 전달 부재(12)는 빠른 속도로 구동할 수 있다. 구동원(11)으로 모터를 사용할 경우, 모터의 RPM을 줄여줌으로써, 모터 역기전력에 의해 발생되는 전압 강하(voltage drop)를 감소시킬 수 있고, 결과적으로 상대적으로 작은 용량의 배터리를 이용하여 구동하는 것이 가능해지므로 소형화 및 경량화를 달성할 수 있다. 또한, 모터의 RPM이 감소함에 따라, 동력 전달 기기(10)의 맞물려 있는 부품들에 의하여 발생되는 소음을 저감시킬 수 있다.
한편, 외력의 작용에 따른 동력 전달 부재(12)의 움직임을 이용하여, 동력 전달 부재(12)에 작용하는 외력을 감지할 수 있다. 동력 전달 기기(10)가 "저감속비 모드"인 경우, 동력 전달 기기(10)의 역구동성(backdrivability)이 증대되므로 동력 전달 기기(10)를 포함하는 전체 제품, 예를 들면, 운동 보조 장치의 동작 상태 또는 운동 보조 장치를 사용하는 사용자의 동작 상태를 감지하는 능력을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 동력 전달 기기(10)는 복수 개의 동력 전달 패스(P1, P2) 중 어느 하나의 동력 전달 패스로 선택적으로 동력을 전달시킬 수 있으므로, 동력 전달 기기(10)를 이용하면 상황에 따라 적절한 감속비를 선택할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 블록도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 개략도이다. 도 4는 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 사시도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 내부 구조를 나타내는 도면이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기의 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기(10)는, 구동원(11)으로부터 전달받은 동력을 동력 전달 부재(12)로 전달할 수 있다. 동력 전달 기기(10)는, 케이스(100), 입력측 기어 어셈블리(101), 출력측 기어 어셈블리(102), 제 1 연결체(P11), 제 2 연결체(P21), 스토퍼 모듈(103), 조작부(104) 및 동력 전달 부재 가이드(105)를 포함할 수 있다.
케이스(100)는, 입력측 기어 어셈블리(101), 출력측 기어 어셈블리(102), 스토퍼 모듈(103), 제 1 연결체(P11) 및 제 2 연결체(P21)를 수용할 수 있다. 케이스(100)는, 동력 전달 기기(10)의 외관을 형성하는 상측 케이스(1001) 및 하측 케이스(1002)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 동력 전달 기기(10)로 동력을 전달하기 위한 구동원(11)은 케이스(100)의 내부에 위치할 수 있다. 예를 들면, 도 6과 같이 하측 케이스(1002)의 일측에는 모터(motor) 등의 구동원(11)이 장착되고, 구동원(11)으로 전원을 공급하기 위한 전원 입력 라인(11a)이 하측 케이스(1002)를 관통하여 구동원(11)에 연결될 수 있다.
입력측 기어 어셈블리(101)는, 입력측 선 기어(1011), 입력측 유성 기어(1012), 입력측 캐리어(1013) 및 입력측 링 기어(1014)를 포함하는 유성 기어 구조를 가질 수 있다.
입력측 선 기어(1011)는, 입력측 기어 어셈블리(101)의 동력 입력단으로 기능할 수 있다. 입력측 선 기어(1011)는, 구동원(11)으로부터 동력을 전달받아 입력측 유성 기어(1012)로 전달할 수 있다. 입력측 선 기어(1011)는, 상기 유성 기어 구조의 중심에 위치하고, 예를 들어, 구동원(11)의 회전 샤프트(shaft)에 연결될 수 있다. 한편, 도 6은 구동원(11)이 케이스(100)의 내부에 위치하는 경우를 가정하여 도시한 것이지만, 도 6과 달리 구동원(11)이 케이스(100)의 외부에 위치하는 경우, 입력측 선 기어(1011)는, 구동원(11)과 연결되는 다른 회전체에 연결되고 구동원(11)과 간접적으로 연결되어 동력을 전달받을 수도 있을 것이다.
입력측 유성 기어(1012)는, 입력측 선 기어(1011)의 외주면 및 입력측 링 기어(1014)의 내주면 사이에 맞물릴 수 있다. 입력측 유성 기어(1012)는, 입력측 선 기어(1011)의 외주면에 연결되어, 입력측 선 기어(1011)로부터 동력을 전달받아 자전(rotation) 또는 공전(revolution)할 수 있다. 이때, "공전"은, 입력측 선 기어(1011)의 회전 중심을 기준으로 이루어질 수 있다. 동력 전달 기기(10)가 안정적으로 동작될 수 있도록, 복수 개의 입력측 유성 기어(1012)는, 입력측 선 기어(1011)의 회전 중심을 기준으로 방사상으로 동일한 각도만큼 이격 배치될 수 있다. 도 6은 총 3개의 입력측 유성 기어(1012)가 120도 간격으로 이격 배치된 상태를 나타내고 있다.
입력측 캐리어(1013)는, 입력측 유성 기어(1012)의 자전 축(rotation axis)에 연결되고, 입력측 선 기어(1011)의 회전 중심을 기준으로 회전(rotate)될 수 있다. 입력측 캐리어(1013)는, 입력측 유성 기어(1012)의 공전 속도(revolution velocity)로 회전(rotate)될 수 있다. 다시 말하면, 입력측 캐리어(1013)는, 입력측 유성 기어(1012)가 공전 운동할 때 회전될 수 있다. 입력측 캐리어(1013)는, 출력측 선 기어(1021)로 동력을 전달하기 위한 구조, 예를 들면, 외주면을 따라 형성되는 외치(external teeth)를 포함할 수 있다. 한편, 도 6 등에는 입력측 캐리어(1013)와 출력측 선 기어(1021)가 기어 형상의 제 1 연결체(P11)를 통하여 간접적으로 연결된 것으로 도시하였으나, 이와 달리 제 1 연결체(P11)는, 입력측 캐리어(1013) 및 출력측 선 기어(1021)를 연결하는 타이밍 벨트 등 다른 형상의 동력 전달 부재일 수도 있고, 제 1 연결체(P11)가 없이 입력측 캐리어(1013) 및 출력측 선 기어(1021)가 직접적으로 연결될 수도 있다.
제 1 연결체(P11)는, 예를 들어, 도 6과 같이 입력측 캐리어(1013)의 회전 운동을 출력측 선 기어(1021)로 그대로 전달하는 아이들 기어(idle gear)일 수 있다. 다른 예로, 제 1 연결체(P11)는, 서로 다른 직경을 갖고 각각 입력측 캐리어(1013) 및 출력측 선 기어(1021)에 맞물리는 2개의 외치(external teeth)를 포함하는 복합 기어(compound gear)일 수도 있다. 이 경우 제 1 연결체(P11)는, 입력측 캐리어(1013)의 회전 운동을 변속시켜 출력측 선 기어(1021)로 전달할 수 있다.
입력측 링 기어(1014)는, 입력측 유성 기어(1012)의 외측을 감싸는 링 형상의 기어로, 입력측 유성 기어(1012)의 외주면에 형성된 톱니와 맞물리는 내치(internal teeth)가 형성된 내주면을 포함할 수 있다. 입력측 링 기어(1014)는, 상기 내치(internal teeth) 외에도, 출력측 링 기어(1024)로 동력을 전달하기 위한 구조, 예를 들면, 외주면을 따라 형성되는 외치(external teeth)를 포함할 수 있다. 한편, 도 6 등에는 입력측 링 기어(1014)와 출력측 링 기어(1024)가 기어 형상의 제 2 연결체(P21)를 통하여 간접적으로 연결된 것으로 도시하였으나, 이와 달리 제 2 연결체(P21)는, 입력측 링 기어(1014) 및 출력측 링 기어(1024)를 연결하는 타이밍 벨트 등 다른 형상의 동력 전달 부재일 수도 있고, 제 2 연결체(P21)가 없이 입력측 링 기어(1014) 및 출력측 링 기어(1024)가 직접적으로 연결될 수도 있다.
제 2 연결체(P21)는, 예를 들어, 도 6과 같이 서로 다른 직경을 갖고 각각 입력측 링 기어(1014) 및 출력측 링 기어(1024)에 맞물리는 2개의 외치를 포함하는 복합 기어일 수 있다. 이 경우 제 2 연결체(P21)는, 입력측 링 기어(1014)의 회전 운동을 변속시켜 출력측 링 기어(1024)로 전달할 수 있다. 다른 예로, 제 2 연결체(P21)는, 회전 운동을 출력측 선 기어(1021)로 그대로 전달하는 아이들 기어일 수도 있다.
입력측 유성 기어(1012)의 공전 운동은 입력측 캐리어(1013)를 회전시키고, 입력측 유성 기어(1012)의 자전 운동은 입력측 링 기어(1014)를 회전시킬 수 있다. 이와 같이 입력측 캐리어(1013) 및 입력측 링 기어(1014)는 각각 입력측 기어 어셈블리(101)의 2개의 동력 출력단으로 기능할 수 있다.
출력측 기어 어셈블리(102)는, 출력측 선 기어(1021), 출력측 유성 기어(1022), 출력측 캐리어(1023) 및 출력측 링 기어(1024)를 포함하는 유성 기어 구조를 가질 수 있다. 반대되는 기재가 없는 이상 입력측 기어 어셈블리(101)의 세부 구성에 대한 설명은 출력측 기어 어셈블리(102)의 세부 구성에도 적용될 수 있으며, 이하 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
출력측 선 기어(1021) 및 출력측 링 기어(1024)는 각각 출력측 기어 어셈블리(102)의 동력 입력단으로 기능할 수 있다. 출력측 선 기어(1021) 및 출력측 링 기어(1024)는 각각 입력측 캐리어(1013) 및 입력측 링 기어(1014)에 연결되고, 출력측 유성 기어(1022)로 동력을 전달할 수 있다.
출력측 선 기어(1021)는, 출력측 기어 어셈블리(102)의 복수 개의 동력 입력단 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 출력측 선 기어(1021)는, 입력측 기어 어셈블리(101)로부터 동력을 전달받아 출력측 유성 기어(1022)로 전달할 수 있다. 출력측 선 기어(1021)는, 적어도 하나 이상의 출력측 유성 기어(1022)의 공전 중심에 위치할 수 있다. 출력측 선 기어(1021)는, 예를 들어, 입력측 캐리어(1013)로부터 동력을 전달받아 구동하는 제 1 외치와, 상기 제 1 외치보다 작은 직경을 갖고 출력측 유성 기어(1022)의 공전 중심 측에 맞물리는 제 2 외치를 포함하는 복합 기어(compound gear) 형상을 가질 수 있다.
출력측 링 기어(1024)는, 출력측 선 기어(1021)와 마찬가지로, 출력측 기어 어셈블리(102)의 복수 개의 동력 입력단 중 어느 하나로 기능할 수 있다. 출력측 링 기어(1024)는, 입력측 링 기어(1014)로부터 동력을 전달받아 출력측 유성 기어(1022)로 전달할 수 있다. 출력측 링 기어(1024)는, 출력측 유성 기어(1022)에 맞물리는 내치 외에도, 입력측 링 기어(1014)로부터 동력을 전달받아 구동하는 구조, 예를 들면, 외주면을 따라 형성되는 외치를 포함할 수 있다.
출력측 유성 기어(1022)는, 출력측 선 기어(1021) 및 출력측 링 기어(1024) 사이에 맞물릴 수 있다. 출력측 유성 기어(1022)는, 출력측 선 기어(1021) 또는 출력측 링 기어(1024)로부터 동력을 전달받아 자전(rotation) 또는 공전(revolution)할 수 있다. 이때, "공전"은, 출력측 선 기어(1021)의 회전 중심을 기준으로 이루어질 수 있다.
출력측 캐리어(1023)는, 출력측 유성 기어(1022)의 자전 축(rotation axis)에 연결되고, 출력측 선 기어(1021)의 회전 중심을 기준으로 회전(rotate)될 수 있다. 출력측 캐리어(1023)는, 출력측 유성 기어(1022)의 공전 속도(revolution velocity)로 회전(rotate)될 수 있다. 이와 같이 출력측 캐리어(1023)는 출력측 기어 어셈블리(102)의 1개의 동력 출력단으로 기능할 수 있다.
이상과 같이 동력 전달 기기(10)는, 구동원(11)으로부터 동력을 입력받아 동력 전달 부재(12)로 동력을 전달하는 2개의 동력 전달 패스(P1, P2)를 포함할 수 있다.
제 1 동력 전달 패스(P1)는, 구동원(11), 입력측 선 기어(1011), 입력측 유성 기어(1012), 입력측 캐리어(1013), 출력측 선 기어(1021), 출력측 유성 기어(1022), 출력측 캐리어(1023) 및 동력 전달 부재(12)를 순차적으로 연결하는 동력 전달 패스일 수 있다.
제 2 동력 전달 패스(P2)는, 구동원(11), 입력측 선 기어(1011), 입력측 유성 기어(1012), 입력측 링 기어(1014), 출력측 링 기어(1024), 출력측 유성 기어(1022), 출력측 캐리어(1023) 및 동력 전달 부재(12)를 순차적으로 연결하는 동력 전달 패스일 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 유성 기어 구조상 제 1 동력 전달 패스(P1)가 제 2 동력 전달 패스(P2)에 비하여 높은 감속비를 갖게 됨을 알 수 있다.
스토퍼 모듈(103)은, 제 1 동력 전달 패스(P1)로 동력이 전달되지 않도록 하는 제 1 스토퍼(1031)와, 제 2 동력 전달 패스(P2)로 동력이 전달되지 않도록 하는 제 2 스토퍼(1032)와, 제 1 스토퍼(1031) 및/또는 제 2 스토퍼(1032)의 상태를 변경하기 위한 캠 모듈(1033)을 포함할 수 있다.
제 1 스토퍼(1031)는, 제 1 동력 전달 패스(P1)에 포함된 복수 개의 구성 요소 중 제 2 동력 전달 패스(P2)와 중복되지 않는 구성 요소, 예를 들면, 입력측 캐리어(1013), 제 1 연결체(P11) 및 출력측 선 기어(1021) 중 어느 하나에 맞물림으로써, 제 1 동력 전달 패스(P1)로 동력이 전달되지 않도록 할 수 있다. 입력측 캐리어(1013), 제 1 연결체(P11) 및 출력측 선 기어(1021)를 통칭하여, "제 1 동력 전달 요소"라고 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스토퍼(1031)가 동작하여 입력측 캐리어(1013)가 고정되면, 입력측 유성 기어(1012)는 더 이상 공전(revolution)하지 못하고, 자전(rotation)만 하게 되므로, 입력측 유성 기어(1012)로 전달된 동력은 입력측 링 기어(1014) 및 그와 연결되는 구성 요소들을 회전시킬 수 있다. 이와 같은 점에서, 제 1 스토퍼(1031)는, 제 2 동력 전달 패스(P2)로 동력을 전달시키는 기능을 하는 것으로 이해할 수도 있다.
제 2 스토퍼(1032)는, 제 2 동력 전달 패스(P2)에 포함된 복수 개의 구성 요소 중 제 1 동력 전달 패스(P1)와 중복되지 않는 구성 요소, 예를 들면, 입력측 링 기어(1014), 제 2 연결체(P21) 및 출력측 링 기어(1024) 중 어느 하나에 맞물림으로써, 제 2 동력 전달 패스(P2)로 동력이 전달되지 않도록 할 수 있다. 입력측 링 기어(1014), 제 2 연결체(P21) 및 출력측 링 기어(1024)를 통칭하여, "제 2 동력 전달 요소"라고 할 수 있다. 예를 들어, 제 2 스토퍼(1032)가 동작하여 입력측 링 기어(1014)가 고정된 상태에서, 입력측 선 기어(1011)가 회전되면, 입력측 유성 기어(1012)는 공전(rotation)하게 되므로, 입력측 유성 기어(1012)로 전달된 동력은 입력측 캐리어(1013) 및 그와 연결되는 구성 요소들을 회전시킬 수 있다. 이와 같은 점에서, 제 2 스토퍼(1032)는, 제 1 동력 전달 패스(P1)로 동력을 전달시키는 기능을 하는 것으로 이해할 수도 있다.
캠 모듈(1033)의 회전 각도에 따라서, 제 1 스토퍼(1031) 및 제 2 스토퍼(1032)는 각각, 제 1 동력 전달 요소 및 제 2 동력 전달 요소가 회전되지 않도록 할 수 있다.
조작부(104)는, 상측 케이스(1001)에 대하여 회전 가능하게 배치되고, 캠 모듈(1033)에 연결될 수 있다. 사용자는 상측 케이스(1001)의 외부로 노출된 조작부(104)를 조작함으로써 케이스(100)의 내부에 위치하는 캠 모듈(1033)의 회전 각도를 변경시킬 수 있다. 이와 같이 조작부(104)는 사용자에 의하여 수동으로 조작되거나, 동력 전달 기기(10)를 제어하는 제어부를 통하여 자동으로 조작될 수도 있다. 제어부는 조작부(104) 대신 캠 모듈(1033)을 조작할 수도 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기가 제 1 패스를 따라서 동력을 전달할 때 스토퍼 모듈의 상태를 나타내는 도면이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기가 제 2 패스를 따라서 동력을 전달할 때 스토퍼 모듈의 상태를 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제 1 스토퍼(1031)는, 제 1 동력 전달 패스(P1) 상에 배치되는 복수 개의 제 1 동력 전달 요소(1013, P11, 1021) 중 적어도 하나 이상에 맞물리는 "구속 상태", 또는 상기 복수 개의 제 1 동력 전달 요소(1013, P11, 1021) 중 어느 것에도 맞물리지 않는 "해제 상태"로 구동할 수 있다.
예를 들어, 제 1 스토퍼(1031)는, 하나의 회전 중심을 기준으로 회동 가능한 한 쌍의 집게부와, 상기 하나의 회전 중심을 기준으로 각각 상기 한 쌍의 집게부로부터 반대편으로 연장되는 한 쌍의 연장부를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 스토퍼(1031)는, 가위와 유사한 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 상기 한 쌍의 연장부 사이의 간격이 좁아질 때, 상기 한 쌍의 집게부 사이의 간격이 좁아짐으로써, 상기 한 쌍의 집게부가 출력측 선 기어(1021)에 맞물림으로써 제 1 스토퍼(1031)는 "구속 상태"가 될 수 있다. 반대로 상기 한 쌍의 연장부 사이의 간격이 벌어지면, 상기 한 쌍의 집게부 사이의 간격이 벌어짐으로써, 상기 한 쌍의 집게부가 출력측 선 기어(1021)로부터 분리됨으로써 제 1 스토퍼(1031)는 "해제 상태"가 될 수 있다.
제 1 스토퍼(1031)는, 상기 한 쌍의 집게부를 서로 반대 방향으로 회전시키는 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 탄성 부재는, 제 1 스토퍼(1031)에 외력이 가해지지 않을 때, 상기 한 쌍의 집게부 사이의 간격이 좁아지게 하는 비틀림 스프링(torsion spring)일 수 있다.
마찬가지로 제 2 스토퍼(1032)는, 제 2 동력 전달 패스(P2) 상에 배치되는 복수 개의 제 2 동력 전달 요소(1014, P21, 1024) 중 적어도 하나 이상의 제 2 동력 전달 요소(1014, P21, 1024)에 맞물리는 "구속 상태" 또는 상기 복수 개의 제 2 동력 전달 요소(1014, P21, 1024) 중 어느 것에도 맞물리지 않는 "해제 상태"로 구동할 수 있다. 반대되는 기재가 없는 이상 제 1 스토퍼(1031)에 대한 설명은 제 2 스토퍼(1032)에도 적용될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
캠 모듈(1033)은, 제 1 스토퍼(1031)의 상태를 전환할 수 있는 제 1 캠부(1033a) 및 제 2 스토퍼(1032)의 상태를 전환할 수 있는 제 2 캠부(1033b)를 포함할 수 있다.
제 1 캠부(1033a) 및 제 2 캠부(1033b)는 각각 제 1 스토퍼(1031)의 한 쌍의 연장부의 사이 및 제 2 스토퍼(1032)의 한 쌍의 연장부 사이에 위치할 수 있다. 제 1 캠부(1033a) 및 제 2 캠부(1033b)는 서로 교차하는 형상을 갖고, 하나의 강체 운동(rigid body motion)을 할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제 1 스토퍼(1031) 및 제 2 스토퍼(1032)의 상태가 서로 반대가 되도록 할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 스토퍼(1031)가 구속 상태이면 제 2 스토퍼(1032)는 해제 상태가 되고, 제 1 스토퍼(1031)가 해제 상태이면 제 2 스토퍼(1032)는 구속 상태가 될 수 있다. 예를 들어, 제 1 캠부(1033a) 및 제 2 캠부(1033b)가 서로 직교하는 형상을 가질 경우, 제 1 스토퍼(1031) 및 제 2 스토퍼(1032)의 상태는 캠 모듈(1033)의 회전 각도가 90도 간격으로 변경될 때 마다 변경될 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기를 포함하는 운동 보조 장치를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기(10)를 포함하는 운동 보조 장치(1)는, 사용자에 착용되어 사용자의 운동을 보조할 수 있다. 사용자는 인체, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 도 9는 운동 보조 장치(1)가, 사용자의 고관절(hip joint)의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 도시하였으나, 운동 보조 장치(1)는, 사용자의 손목, 팔꿈치 또는 어깨 등 상체의 다른 부분이나, 발목 또는 무릎 등의 하체의 다른 부분을 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(1)는, 사용자의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다. 이하, 운동 보조 장치(1)가, 인체의 고관절의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.
운동 보조 장치(1)는, 동력을 생성하기 위한 구동원(11), 전원부로부터 구동원(11)으로 전원을 공급하기 위한 전원 입력 라인(11a), 구동원(11)에 연결되는 동력 전달 기기(10), 사용자의 제 1 부분, 예를 들면, 허리를 지지하기 위한 제 1 지지 부재(13), 사용자의 제 2 부분, 예를 들면, 허벅지를 지지하기 위한 제 2 지지 부재(14), 제 1 지지 부재(13)에 대하여 회전 가능하고 제 2 지지 부재(14)에 연결되는 동력 전달 프레임(15), 및 동력 전달 기기(10)로부터 동력 전달 프레임(15)으로 동력을 전달하는 동력 전달 부재(12)를 포함할 수 있다.
구동원(11)은, 도 9와 같이 동력 전달 기기(10)의 케이스 내부에 위치할 수도 있다.
동력 전달 기기(10)는, 구동원(11)에서 생성된 동력을 전달받아 동력 전달 부재(12)를 통하여 동력 전달 프레임(15)으로 전달함으로써, 동력 전달 프레임(15)을 제 1 지지 부재(13)에 대하여 회전시킬 수 있다. 동력 전달 부재(12)는, 예를 들어, 케이블 또는 벨트 등일 수 있다.
동력 전달 기기(10)는, 예를 들어, 제 1 지지 부재(13)에 고정될 수 있다. 동력 전달 기기(10)는, 제 1 지지 부재(13) 중 사용자의 허리 측면의 후방에 해당하는 사용자의 소둔근(gluteus minimus) 상에 위치할 수 있다. 소둔근은 인체의 다른 부분에 비하여 움푹하게 들어간 공간으로, 이와 같은 배치에 의하면, 동력 전달 기기(10)가 외측으로 돌출되는 문제를 방지함으로써, 외부에서 볼 때 전체 운동 보조 장치(1)의 부피가 작아 보이게 하고, 사용자의 팔 등이 자유롭게 움직이도록 할 수 있다.
도 10은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기를 포함하는 운동 보조 장치를 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(2)는, 동력 전달 기기(20), 제 1 지지 부재(23), 제 2 지지 부재(24), 및 동력 전달 프레임(25)을 포함할 수 있다.
동력 전달 기기(20)는, 별도의 동력 전달 부재 없이, 직접적으로 동력 전달 프레임(25)에 연결되어 동력을 전달할 수 있다. 예를 들면, 도 10과 같이 동력 전달 기기(20)의 최종 출력단으로 작용하는 출력측 캐리어(2023)가 동력 전달 프레임(25)에 직접적으로 연결될 수 있다. 이 경우 출력측 캐리어(2023)는, 제 1 지지 부재(23) 및 제 2 지지 부재(24) 사이에 위치하는 관절, 예를 들면, 고관절(hip joint) 상에 배치될 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기를 포함하는 운동 보조 장치를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(3)는, 구동원(31), 동력 전달 라인(31b), 동력 전달 기기(30), 제 1 지지 부재(33), 제 2 지지 부재(34), 및 동력 전달 프레임(35)을 포함할 수 있다.
구동원(31)은, 도 11과 같이 동력 전달 기기(30)의 케이스 외부에 위치할 수도 있다. 동력 전달 라인(31b)은, 구동원(31)에서 생성된 동력을 동력 전달 기기(30)의 입력측 선 기어(3011)로 전달할 수 있다. 다시 말하면, 동력 전달 라인(31b)은, 예를 들어, 유연한 케이블 또는 벨트 등일 수 있다.
구동원(31)은, 예를 들어, 제 1 지지 부재(33)에 고정될 수 있다. 구동원(31)은, 제 1 지지 부재(33) 중 사용자의 소둔근(gluteus minimus) 상에 위치할 수 있다. 이와 같은 배치에 의하면, 구동원(31)이 외측으로 돌출되는 문제를 방지함으로써, 외부에서 볼 때 전체 운동 보조 장치(3)의 부피가 작아 보이게 하고, 사용자의 팔 등이 자유롭게 움직이도록 할 수 있다.
도 12는 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기를 포함하는 운동 보조 장치의 블록도이고, 도 13 내지 도 16은 일 실시 예에 따른 동력 전달 기기를 포함하는 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12를 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(1)는, 구동원(11), 스토퍼 모듈(103), 사용자의 모션에 관련된 정보를 감지하기 위한 센싱부(16), 및 센싱부(16)에서 감지된 모션 정보에 기초하여 구동원(11) 및 스토퍼 모듈(103)을 제어할 수 있는 제어부(19)를 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법은, 사용자의 모션 정보를 감지하는 단계(90), 복수 개의 동력 전달 패스 중 어느 하나를 필요 패스로 결정하는 단계(91), 및 결정된 필요 패스로 동력을 전달하는 단계(92)를 포함할 수 있다.
단계 90에서 센싱부(16)는, 사용자의 모션 정보를 감지하고 제어부(19)로 전달할 수 있다. 센싱부(16)는, 사용자의 모션에 관련된 정보(이하, "모션 정보"라고 함)를 감지하기 위한 센서라면 어떠한 것이라도 상관없다. 모션 정보는 예를 들어, 사용자의 신체 또는 운동 보조 장치(1)를 구성하는 부품에 작용하는 힘, 압력 또는 토크, 사용자의 신체 또는 운동 보조 장치(1)를 구성하는 부품이 지면에 대하여 이루는 각도, 사용자의 신체 또는 운동 보조 장치(1)를 구성하는 부품의 이동 속도 또는 가속도, 사용자 또는 운동 보조 장치의 관절의 회전 각도, 각속도 또는 각가속도 등을 포함할 수 있다. 센싱부(16)는, 예를 들어, 사용자의 신체 또는 운동 보조 장치(1)를 구성하는 부품에 부착되는 힘 센서, 압력 센서, 토크 센서, 스트레인 게이지(strain gauge), 근전도 센서(electromyography sensor, EMG sensor), 관성 센서(Inertial Measurement Unit, IMU), 엔코더(encoder), 가속도 센서(accelerometer), 또는 각속도 센서(gyroscope) 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
단계 91에서 제어부(19)는, 센싱부(16)에서 감지된 모션 정보에 기초하여, 동력 전달 기기가 갖는 복수 개의 동력 전달 패스 중 어느 하나의 동력 전달 패스를 필요 패스로 결정할 수 있다.
단계 92에서 제어부(19)는, 스토퍼 모듈(103)를 제어함으로써 동력 전달 기기가 필요 패스로 동력을 전달하도록 할 수 있다.
도 14를 참조하면, 예를 들어 단계 91은, 사용자의 모션 태스크를 결정하는 단계(911)와, 단계 911에서 결정된 모션 태스크에 따라서 필요 패스를 결정하는 단계(912, 913)를 포함할 수 있다.
단계 911에서 제어부(19)는 센싱부(16)에서 감지된 모션 정보에 기초하여 사용자의 모션 태스크를 결정할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(16)는 사용자의 다리에 장착된 관성 센서(IMU)를 포함하고, 센싱부(16)로부터 측정되는 값의 패턴이 미리 주어진 평지 보행에서 나타내는 패턴과 유사한 경우, 제어부(19)는 사용자의 모션 태스크가 평지 보행인 것으로 결정할 수 있다. 한편, 이는 하나의 예시에 불과하며 단계 911이 이와 같은 방법으로 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.
단계 911에서 결정된 모션 태스크가 평지를 보행하는 경우(평지 보행)와 같이, 상대적으로 높은 토크 보다는 빠른 속도가 요구되는 태스크일 경우, 제어부(19)는 동력 전달 기기의 필요 패스를 감속비가 낮은 동력 전달 패스로 결정할 수 있다(912).
단계 911에서 결정된 모션 태스크가 경사를 보행하는 경우(경사 보행)나, 제자리에서 일어나는 경우(일어나기)나, 제자리에서 앉는 경우(앉기)와 같이, 상대적으로 빠른 속도보다는 높은 토크가 요구되는 태스크일 경우, 제어부(19)는 동력 전달 기기의 필요 패스를 감속비가 높은 동력 전달 패스로 결정할 수 있다(913).
도 15를 참조하면, 예를 들어 단계 91은, 사용자에게 제공하여야 할 필요 토크를 결정하는 단계(915)와, 단계 915에서 결정된 필요 토크가 설정 토크 미만인지 여부를 결정하는 단계(916)와, 단계 916의 결과에 따라서 필요 패스를 결정하는 단계(917, 918)를 포함할 수 있다.
단계 915에서 제어부(19)는 센싱부(16)에서 감지된 모션 정보에 기초하여 필요 토크를 결정할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(16)는 운동 보조 장치(1)의 지지 부재 및 사용자의 신체 사이에 위치하는 압력 센서를 포함하고, 제어부(19)는, 센싱부(16)에서 감지되는 압력 값에 비례하는 값으로 필요 토크를 결정할 수 있다. 다른 예로 제어부(19)는, 센싱부(16)에서 감지된 모션 정보에 기초하여 사용자의 모션 태스크를 결정하고, 결정된 모션 태스크에 따라서 필요 토크를 결정할 수도 있다. 한편, 이는 예시에 불과하며 단계 915가 이와 같은 방법으로 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.
단계 915에서 결정된 필요 토크가 설정 토크 미만이면, 제어부(19)는 동력 전달 기기의 필요 패스를 감속비가 낮은 동력 전달 패스로 결정할 수 있다(917).
단계 915에서 결정된 필요 토크가 설정 토크 이상이면, 제어부(19)는 동력 전달 기기의 필요 패스를 감속비가 높은 동력 전달 패스로 결정할 수 있다(918).
도 16을 참조하면, 예를 들어 단계 92는, 동력 전달 기기의 현재 패스가 필요 패스와 일치하는지 여부를 결정하는 단계(921) 및 단계921의 결과에 따라서 스토퍼 모듈을 전환시키는 단계(922)를 포함할 수 있다.
단계 921에서 제어부(19)는, 스토퍼 모듈(103)의 상태, 예를 들면, 스토퍼 모듈(103)의 캠 모듈의 회전 각도에 기초하여, 동력 전달 기기가 현재 동력을 전달하고 있는 동력 전달 패스인 현재 패스가 어떠한 동력 전달 패스인지를 결정할 수 있다. 현재 패스가 필요 패스와 일치하지 않는 경우, 제어부(19)는 스토퍼 모듈(103)의 상태를 전환시킴으로써 동력 전달 기기의 동력 전달 패스가 필요 패스가 되도록 제어할 수 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (10)

  1. 동력을 생성하기 위한 구동원;
    사용자의 제 1 부분을 지지하기 위한 제 1 지지 부재;
    상기 사용자의 제 2 부분을 지지하기 위한 제 2 지지 부재;
    상기 제 1 지지 부재에 대하여 회전 가능하고 상기 제 2 지지 부재에 연결되는 동력 전달 프레임;
    상기 구동원에서 생성된 동력을 전달받아 상기 동력 전달 프레임으로 전달하는 동력 전달 기기;
    상기 사용자의 모션에 관련된 정보를 감지하기 위한 센싱부; 및
    상기 센싱부로부터 감지된 모션 정보에 기초하여, 상기 구동원 및 상기 동력 전달 기기를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 동력 전달 기기는,
    1개의 동력 입력단과, 2개의 동력 출력단을 포함하는 입력측 기어 어셈블리;
    각각 상기 2개의 동력 출력단으로부터 동력을 전달받아 구동 가능한 2개의 동력 입력단과, 1개의 동력 출력단을 포함하는 출력측 기어 어셈블리; 및
    상기 입력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 출력단 및 상기 출력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 입력단이 서로 연결되어 이루는 2개의 동력 전달 패스로 전달되는 동력 중 어느 하나의 동력 전달 패스로 전달되는 동력을 차단할 수 있는 스토퍼 모듈을 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 사용자의 모션 정보를 감지하고, 상기 모션 정보에 기초하여, 상기 동력 전달 기기가 갖는 복수 개의 동력 전달 패스 중 어느 하나의 동력 전달 패스를 필요 패스로 결정하고, 상기 필요 패스에 동력이 전달되도록 상기 구동원 및 상기 동력 전달 기기를 제어하는, 운동 보조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모션 정보에 기초하여 모션 태스크를 결정하고,
    상기 모션 태스크가 평지 보행일 경우, 상기 복수 개의 동력 전달 패스 중 감속비가 낮은 동력 전달 패스를 상기 필요 패스로 결정하고,
    상기 모션 태스크가 경사 보행, 일어나기(standing) 또는 앉기(sitting)일 경우, 상기 복수 개의 동력 전달 패스 중 감속비가 높은 동력 전달 패스를 상기 필요 패스로 결정하는, 운동 보조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모션 정보에 기초하여 필요 토크를 결정하고,
    상기 필요 토크가 설정 토크 미만이면, 상기 복수 개의 동력 전달 패스 중 감속비가 낮은 동력 전달 패스를 상기 필요 패스로 결정하고,
    상기 필요 토크가 설정 토크 이상이면, 상기 복수 개의 동력 전달 패스 중 감속비가 높은 동력 전달 패스를 상기 필요 패스로 결정하는, 운동 보조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입력측 기어 어셈블리는,
    상기 입력측 기어 어셈블리의 1개의 동력 입력단으로 기능하는 입력측 선 기어;
    상기 입력측 선 기어의 외주면에 연결되어, 상기 입력측 선 기어로부터 동력을 전달받아 자전(rotation) 또는 공전(revolution) 가능한 입력측 유성 기어; 및
    각각 상기 입력측 유성 기어에 연결되고, 상기 입력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 출력단으로 기능하는 입력측 캐리어 및 입력측 링 기어를 포함하고,
    상기 출력측 기어 어셈블리는,
    상기 입력측 캐리어 및 입력측 링 기어에 각각 연결되고, 상기 출력측 기어 어셈블리의 2개의 동력 입력단으로 기능하는 출력측 선 기어 및 출력측 링 기어;
    상기 출력측 선 기어 및 출력측 링 기어 사이에 맞물리는 출력측 유성 기어; 및
    상기 출력측 유성 기어의 자전 축(rotation axis)에 연결되고, 상기 출력측 기어 어셈블리의 1개의 동력 출력단으로 기능하는 출력측 캐리어를 포함하고,
    상기 출력측 선 기어는,
    상기 출력측 유성 기어에 맞물리는 제 1 외치와, 상기 입력측 캐리어로부터 전달되는 동력을 입력 받는 제 2 외치를 포함하는 복합 기어(compound gear) 형상을 갖는, 운동 보조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제 2 외치의 직경은, 상기 제 1 외치의 직경보다 큰, 운동 보조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스토퍼 모듈은,
    상기 2개의 동력 전달 패스 중 제 1 동력 전달 패스로 전달되는 동력을 차단하기 위한 제 1 스토퍼; 및
    상기 2개의 동력 전달 패스 중 제 2 동력 전달 패스로 전달되는 동력을 차단하기 위한 제 2 스토퍼를 포함하는 동력 전달 기기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 스토퍼는, 상기 제 1 동력 전달 패스 상에 배치되는 복수 개의 제 1 동력 전달 요소 중 적어도 하나 이상에 맞물리는 구속 상태, 또는 상기 복수 개의 제 1 동력 전달 요소 중 어느 것에도 맞물리지 않는 해제 상태로 구동 가능하고,
    상기 제 2 스토퍼는, 상기 제 2 동력 전달 패스 상에 배치되는 복수 개의 제 2 동력 전달 요소 중 적어도 하나 이상에 맞물리는 구속 상태, 또는 상기 복수 개의 제 2 동력 전달 요소 중 어느 것에도 맞물리지 않는 해제 상태로 구동 가능한 동력 전달 기기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스토퍼 모듈은,
    상기 제 1 스토퍼가 구속 상태이면, 상기 제 2 스토퍼는 해제 상태가 되게 하고,
    상기 제 1 스토퍼가 해제 상태이면, 상기 제 2 스토퍼는 구속 상태가 되게 하는 캠 모듈을 더 포함하는 동력 전달 기기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 캠 모듈이 90도 회전하면, 상기 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼의 상태가 서로 바뀌는 동력 전달 기기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 캠 모듈은,
    상기 제 1 스토퍼의 상태를 전환하기 위한 제 1 캠부; 및
    상기 제 2 스토퍼의 상태를 전환하기 위한 제 2 캠부를 포함하는 동력 전달 기기.
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