KR20240125887A

KR20240125887A - 보행보조장치 및 이를 구비한 보행로봇

Info

Publication number: KR20240125887A
Application number: KR1020240105433A
Authority: KR
Inventors: 김일수
Original assignee: 김일수
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2024-08-07
Publication date: 2024-08-20
Also published as: US20230414439A1; KR20220018529A; CN111212623A; EP3695822A4; KR20230011451A; KR102358442B1; KR20210093219A; EP3695822A1; KR20190096924A; KR102072716B1; KR102072717B1; JP6944592B2; KR20190040921A; CN111212623B; KR20200118394A; KR102283418B1; US20200230014A1; KR102696623B1; KR20200010553A; JP2020536672A

Abstract

본 발명은 보행 중 발생하는 발목 및 발 관절(joints of ankle and foot)의 움직임을 대신하거나 보상하여 보행장애를 개선하기 위해 이용되거나 또는 보행로봇의 바닥구조물에 이용될 수 있는 보행보조장치 및 보행로봇을 개시한다. 본 발명의 보행보조장치 및 보행로봇은 발 지지부, 발 지지부의 뒤축 부분에 결합되는 리어 연결부, 리어 연결부에 결합되는 후족부 판, 발 지지부의 프론트 측에 결합되는 프론트 연결부, 프론트 연결부에 결합되는 전족부 판을 포함하며, 전족부 판과 상기 발 지지부 사이에는 상기 전족부 판을 횡적으로 조절하는 횡적조절부가 설치된다.

Description

보행보조장치 및 이를 구비한 보행로봇{Gait assistive device and walking robot having the same}

본 발명은 보행보조장치 및 이를 구비한 보행로봇에 관한 것으로, 보행 중 발생하는 발목 및 발 관절(joints of ankle and foot)의 움직임을 대신하거나 보상하여 보행장애를 개선하기 위해 이용되거나 또는 보행로봇의 바닥구조물에 이용될 수 있는 장치에 관한 것이다.

보행은 지면을 기준으로 안정적인 체중부하 자세를 유지하면서 인체를 원하는 방향으로 이동시키는 동작이므로, 인체가 지면에 가하게 되는 힘과 이에 대한 반작용의 힘인 지면반력(GRF, ground reaction force)이 발생하게 된다.

정상적인 보행은 근수축(muscle contraction)에 의한 능동적 움직임(active movement)과 지면반력(GRF)에 의한 발목 및 발 관절(joints of ankle and foot)의 수동적 움직임(passive movement)을 함께 이용하는 매우 효율적인 동작이다.

하지(lower limb)의 골절 및 인대 손상 등으로 부목 또는 케스트 고정(splint or cast)하여 관절 움직임이 제한되어 있거나 샤르코발(Charcot foot), 발목과 발의 관절염(ankle and foot arthropathies) 등으로 관절 움직임을 제한해야 할 경우에 보행에 따른 발목 및 발 관절(joints of ankle and foot)의 충분한 움직임이 발생되지 못하여 정상적인 보행패턴이 유발되지 못한다. 이러한 경우에 착용하는 일반적인 신발, 캐스트용 신발, 로커슈(rocker bottom shoe) 및 종래의 보조기들은 보행 중 발생하는 지면과의 반작용 힘이 고려되지 않아 효율적인 보행이 일어나지 않으며, 오히려 변형된 지면반력으로 보행에 악영향을 끼치기도 한다.

뇌졸중, 뇌손상, 뇌종양, 뇌성마비와 같은 중추신경계 질환으로 발생한 보행장애의 경우에도 근력약화, 근경직 등으로 정상적인 발목 및 발 관절의 움직임이 유발되지 않아 정상적인 보행은 불가능하다. 종래에 대표적으로 사용되는 단하지 보조기(AFO, ankle foot orthosis)는 발목과 발의 관절움직임을 제한시키며 지면반력을 이용한 효율적인 보행은 더욱 불가능하다.

또한 현재까지 개발되고 있는 보행로봇들은 인간의 보행처럼 지면반력을 효율적으로 이용하지 못하므로 큰 힘을 내는 구동장치가 다수 필요하게 되고, 따라서 제어 및 배터리 장치도 함께 커져 무게와 부피의 증가 그리고 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.

미국등록특허공보 제9,480,618호(2016년 11월 1일 등록)

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 지면반력(GRF)을 이용한 효율적인 보행을 유도하는 보행보조장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 발목 및 발 관절(joints of ankle and foot)의 움직임이 제한되어 있거나 제한하여야 할 경우에 발목 및 발 관절의 움직임을 대신 보상(compensation)하는 보행보조장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 신경계 손상으로 인한 보행장애 환자에서 지면반력(GRF)을 이용하여 안정적인 보행이 가능한 보행보조장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 보행로봇의 바닥구조물에 이용되어 구동장치, 제어 및 배터리 장치를 경량화 할 수 있는 보행로봇을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 발 지지부, 상기 발 지지부의 뒤축 부분에 결합되는 리어 연결부, 상기 리어 연결부에 결합되는 후족부 판을 포함하며, 상기 리어 연결부는 조인트를 포함하고,

상기 조인트는 보행의 진행 방향을 기준으로 측면에서 볼 때 부하선의 선상 또는 선상의 후방에 배치되고, 보행주기 중 입각기 전반시기에 보행의 진행 방향 또는 진행 방향의 지면 쪽으로 상기 발 지지부의 회전모멘트를 발생시키는 보행보조장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 발 지지부, 상기 발 지지부의 뒤축 부분에 결합되는 리어 연결부, 상기 리어 연결부에 결합되는 후족부 판을 포함하며, 상기 리어 연결부는 조인트를 포함하고,

상기 후족부 판과 상기 발 지지부 사이에는 상기 후족부 판을 횡적으로 조절하는 횡적조절부가 설치되는 보행보조장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 발 지지부, 상기 발 지지부의 뒤축 부분에 결합되는 리어 연결부, 상기 리어 연결부에 결합되며 발의 뒤꿈치 부분에 배치되는 후족부 판을 포함하며, 상기 리어 연결부는 조인트를 포함하고,

상기 조인트는 보행의 진행 방향을 기준으로 보행주기 중 발뒤축접지 시에 부하선의 선상 또는 선상의 후방에 설치되며, 상기 발 지지부와 상기 후족부 판 사이에는 입각기 전반시기에 상기 부하선을 따라 가해지는 힘을 조절하는 각도유지부가 설치되는 보행보조장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 발 지지부, 상기 발 지지부의 뒤축 부분에 결합되는 리어 연결부, 상기 리어 연결부에 결합되는 후족부 판을 포함하며, 상기 리어 연결부는 상기 후족부 판을 종적면 또는 횡적면의 움직임을 각각 허용하거나 종적면 및 횡적면의 움직임을 동시에 허용하는 조인트를 포함하고,

상기 발 지지부와 상기 후족부 판 사이에는 입각기 전반시기에 부하선을 따라 가해지는 부하를 조절하는 부하조절부가 설치되는 보행보조장치를 제공한다.

상기 발 지지부는 상기 후족부 판과 분리되어 발의 전방측에 결합되는 프론트 지지부를 포함할 수 있다.

상기 발 지지부는 프론트 측에 프론트 연결부가 결합되고, 상기 프론트 연결부에 상기 후족부 판과 분리되어 전족부 판이 결합될 수 있다.

상기 조인트는 상기 후족부 판을 종적면 또는 횡적면의 움직임을 허용하거나 또는 상기 종적면과 상기 횡적면의 움직임을 동시에 허용하는 구조로 이루어질 수 있다.

상기 후족부 판과 상기 전족부 판은 각각 연동하는 움직임을 전달하는 플레이트 연결부에 의해 연결될 수 있다.

상기 횡적조절부는 탄성부재 또는 토션스프링 또는 유체가 수용되는 공간이 제공된 쳄버 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 각도유지부는 탄성부재 또는 토션스프링 또는 유체가 수용되는 공간이 제공된 쳄버 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 부하조절부는 탄성부재 또는 토션스프링 또는 유체가 수용되는 공간이 제공된 쳄버 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 쳄버는 상기 쳄버의 유량을 조절하는 유량조절밸브가 연결될 수 있다.

또한, 본 발명은 발 지지부, 상기 발 지지부의 뒤축 부분에 결합되는 리어 연결부, 상기 리어 연결부에 결합되는 후족부 판, 상기 발 지지부의 프론트 측에 결합되는 프론트 연결부, 상기 프론트 연결부에 결합되는 전족부 판을 포함하며, 상기 리어 연결부는 상기 후족부 판을 종적면 또는 횡적면의 움직임을 각각 허용하거나 종적면 및 횡적면의 움직임을 동시에 허용하는 조인트를 포함하고,

상기 조인트는 보행의 진행 방향을 기준으로 보행주기 중 발뒤축접지 시에 부하선의 선상 또는 선상의 후방에 설치되며, 상기 후족부 판과 상기 전족부 판은 각각 연동하는 움직임을 전달하는 플레이트 연결부에 의해 연결되는 보행보조장치를 제공한다.

상기 후족부 판과 상기 전족부 판은 각각 연동하는 움직임을 전달하는 플레이트 연결부에 의해 연결되는 보행보조장치를 제공한다.

상기 조인트는 보행의 진행 방향을 기준으로 측면에서 볼 때 부하선의 선상 또는 선상의 후방에 배치되고, 보행주기 중 입각기 전반시기에 보행의 진행 방향 또는 진행 방향의 지면 쪽으로 상기 발 지지부의 회전모멘트를 발생시키는 보행로봇을 제공한다.

상기 후족부 판과 상기 발 지지부 사이에는 상기 후족부 판을 횡적으로 조절하는 횡적 조절부가 설치되는 보행로봇을 제공한다.

상기 발 지지부와 상기 후족부 판 사이에는 입각기 전반시기에 부하선을 따라 가해지는 부하를 조절하는 부하조절부가 설치되는 보행보조장치를 구비한 보행로봇을 제공한다.

또한, 본 발명은 발 지지부, 상기 발 지지부의 뒤축 부분에 결합되는 리어 연결부, 상기 리어 연결부에 결합되는 후족부 판을 포함하며, 상기 리어 연결부는 조인트로 이루어지고,

상기 발 지지부의 길이방향으로 이동하는 리어 이동부재가 결합되고, 상기 리어 이동부재는 리어 조절부재에 의해 위치가 조절되며, 상기 리어 이동부재에 상기 리어 연결부가 결합되는 보행로봇을 제공한다.

상기 발 지지부는 프론트 측에 프론트 연결부가 결합되고, 상기 프론트 연결부에 상기 후족부 판과 분리되어 전족부 판이 결합되며, 상기 후족부 판과 상기 전족부 판은 각각 연동하는 움직임을 전달하는 플레이트 연결부에 의해 연결될 수 있다.

상기 횡적조절부는 탄성부재 또는 토션스프링 또는 유체가 수용되는 공간이 제공된 쳄버 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.

상기 부하조절부는 탄성부재 또는 토션스프링 또는 유체가 수용되는 공간이 제공된 쳄버 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 발 지지부, 상기 발 지지부의 뒤축 부분에 결합되는 리어 연결부, 상기 리어 연결부에 결합되는 후족부 판, 상기 발 지지부의 프론트 측에 결합되는 프론트 연결부, 상기 프론트 연결부에 결합되는 전족부 판을 포함하며, 상기 리어 연결부는 조인트로 이루어지고,

상기 전족부 판과 상기 발 지지부 사이에는 상기 전족부 판을 횡적으로 조절하는 횡적조절부가 설치되는 보행로봇을 제공한다.

상기 발 지지부는 상기 발 지지부의 길이방향으로 이동하는 프론트 이동부재가 결합되고, 상기 프론트 이동부재는 프론트 조절부재에 의해 위치가 조절되며, 상기 프론트 이동부재에 상기 프론트 연결부가 결합되는 보행로봇을 제공한다.

상기 후족부 판과 상기 전족부 판은 서로 연동되는 움직임을 전달하는 플레이트 연결부가 연결되는 보행로봇을 제공한다.

상기 조인트는 상기 후족부 판을 종적면 또는 횡적면의 움직임을 허용하거나 또는 상기 종적면과 상기 횡적면으로 동시에 움직임을 허용하는 구조로 이루어질 수 있다.

상기 횡적조절부는 탄성부재 또는 토션스프링 또는 유체가 수용되는 공간이 제공된 쳄버 중 적어도 어느 하나로 이루어지며, 상기 쳄버는 상기 쳄버의 유량을 조절하는 유량조절밸브가 연결될 수 있다.

본 발명은 발목 및 발관절의 수동적인 움직임을 유발하지 않으면서 자연스럽게 환자의 보행을 유도하는 효과가 있다.

본 발명은 고관절 근력이 어느 정도 유지되는 중추신경계질환 환자를 대상으로 의복(예를 들면 바지) 속에 착용 가능한 부츠형태로 경량화와 착용성 및 기능성을 확보함으로써 실생활에서 사용할 수 있어 편리한 효과가 있다.

본 발명은 범용적으로 사용할 수 있는 구조로 구성되어 적용 대상의 환자를 확대시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 보행로봇의 바닥 구조물에 적용하여 보행로봇의 보행의 안정성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 인간의 보행주기(gait cycle)를 설명하기 위해 5 단계로 분류한 입각기(stance phase)를 나타낸 도면이다.
도 2는 인체의 다리 골격의 종축(longitudinal axis of lower limb skeleton)을 따라 위치하는 관절면을 도시한 도면이다.
도 3은 일반적인 보행주기 중 발뒤축접지(heel strike) 순간 인체의 부하선(load line)과 지면반력(GRF, ground reaction force)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예를 설명하기 위해 보행주기(gait cycle) 중 발뒤축접지(heel strike) 상태에서 부하선(load line)과 지면반력(GRF)이 표시된 보행보조장치를 도시한 도면이다.
도 5는 일반적인 보행주기 중 발뒤축접지(heel strike) 상태에서 부하선(load line)과 지면반력(GRF)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예 및 보행주기 중 발뒤축접지(heel strike)를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예의 다른 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예의 또 다른 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 보행주기 중 입각중기(midstance)를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예의 보행주기 중 발뒤축들림(heel off)를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치의 후족부 판(rearfoot plate)의 각도를 세팅할 수 있는 각도 유지부를 도시한 구성도이다.
도 15는 본 발명의 제7 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치의 리어 연결부(rear connecting part)를 도시한 도면이다.
도 16은 도 15의 리어 연결부가 조립된 상태에서 측면을 도시한 도면이다.
도 17은 도 15의 리어 연결부가 조립된 상태에서 배면측을 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 제8 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치의 리어 연결부(rear connecting part)를 도시한 도면이다.
도 19는 도 18에 도시한 보행보조장치의 리어 연결부(rear connecting part)의 주요부를 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도 20은 본 발명의 제7 실시예와 제8 실시예에서 부하선(load line)과 지면반력(GRF)이 발목 관절(ankle joint)과 거골하관절(subtalar joint)을 지나는 상태를 보여주기 위해 발뒤쪽 부분을 도시한 도면이다.
도 21은 도 20에 대응하는 종래의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 제9 실시예를 설명하기 위한 보행보조장치의 저면도이다.
도 23은 본 발명의 제10 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치의 리어 연결부(rear connecting part)를 도시한 도면이다.
도 24는 본 발명의 제11 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다.
도 25는 본 발명의 제12 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다.
도 26은 본 발명의 제13 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다.
도 27은 도 26의 주요부를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.
도 28은 본 발명의 제13 실시예의 발지지부(foot supporting part)를 도시한 도면이다.
도 29는 본 발명의 제13 실시예의 발지지부에 결합된 리어 연결부(rear connecting part)의 세팅 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 30은 본 발명의 제13 실시예의 플레이트 연결부(plate connecting part)를 도시한 도면이다.
도 31은 본 발명의 제13 실시예의 횡적조절부(coronal adjusting part)의 작동 예를 보여주는 도면이다.
도 32는 본 발명의 제13 실시예의 보행주기중 발뒤축접지(heel strike) 시점에서 리어 연결부의 관절 축(joint axis)을 기준으로 지면반력(GRF)의 상대 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 33은 본 발명의 제13 실시예의 보행주기중 입각중기(midstance) 과정에서 부하선(load line)과 지면반력(GRF)이 이동되는 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 34는 본 발명의 제13 실시예의 보행주기중 발뒤축들림(heel off)시점에서 프론트 연결부의 관절 축(joint axis)을 기준으로 지면반력(GRF)의 상대 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 35는 본 발명의 제13 실시예의 보행주기중 발가락 들림(toe off) 시점에서 프론트 연결부의 관절 축(joint axis)을 기준으로 지면반력(GRF)의 상대 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 36은 본 발명의 제13 실시예를 설명하기 위해 횡적조절부(coronal adjusting part)의 작동 상태를 보여주는 도면이다.
도 37은 본 발명의 제14 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 38은 도 37의 A-A부를 잘라서 본 단면도이다.
도 39는 본 발명의 제15 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 40은 도 39의 B-B부를 잘라서 본 단면도이다.
도 41은 본 발명의 제16 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 42는 본 발명의 제17 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 43은 본 발명의 제18 실시예를 설명하기 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.

명세서 전체에서, 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 의미한다.

이하 설명에서 몸 중심 방향은 '내측', '내측'과 반대 방향은 '외측', 발가락 방향은 '전방', 발뒤꿈치 방향은 '후방'이라고 정의한다. 또한, '길이 방향'은 발뒤꿈치에서 발가락을 연결하는 방향을 의미하고, '폭 방향'은 발의 넓이로 길이 방향에 대해 직각인 방향을 의미한다.

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 용어로 열린운동사슬(OKC: open kinetic chain)과 닫힌운동사슬(CKC: closed kinetic chain)을 정의하면 다음과 같다.

닫힌운동사슬(CKC)은 보행이나 팔굽혀펴기 같은 동작(activities such as gait and push-up)에서처럼 인체의 움직임에 의하여 지면이나 벽과 같은 고정된 물체 (fixed object such as ground and wall)에 힘이 가해지는 상태이다. 이 경우 인체가 고정된 물체에 힘을 가하게 되면 동시에 반작용의 힘이 고정된 물체로부터 발생하게 되고, 따라서 고정된 물체로부터의 반작용의 힘은 인체의 움직임에 또한 영향을 미치게 된다.

반면, 열린운동사슬(OKC)은 벤치프레스나 레그컬 같은 동작에서처럼 (activities such as bench press and leg curl) 고정되지 않은 물체에 인체가 힘을 가하는 상태로, 인체의 움직임에 의하여 물체가 움직이게 된다. 따라서 인체의 움직임에 영향을 미치는 반작용의 힘은 발생하지 않는다.

또한, 본 발명의 실시예의 설명에서 인체 부하력(BLF, body load force)은 보행과 같은 닫힌사슬운동에서 지면과 접촉하는 발을 통하여 인체가 지면(ground)에 가하는 힘(force)이며, 부하선(LL, load line)은 인체 부하력(body load force)이 가해지는 방향성을 표시한 라인(line)이다. 지면반력(GRF, ground reaction force)은 인체 부하력(body load force)의 반력(reaction force)으로써 인체 부하력(body load force)과 동일 크기의 반대방향 힘이다. 부하선(load line)의 방향은 지면과 접촉하는 지점의 위치에 따라 결정되며 접촉형상, 예를 들면 포인트 접촉(point contact) 혹은 면 접촉(plane contact)에 따라서도 달라진다.

본 발명의 설명에서 외적모멘트(external moment)는 지면반력(GRF)에 의해 각 관절에 발생하는 회전력으로 정의하고, 내적모멘트(internal moment)는 근수축에 의하여 각 관절에 발생하는 회전력으로 정의하기로 한다.

인간의 보행 주기는 다음과 같다.

도 1의 (a) 내지 (e)는 인간의 보행 주기를 설명하기 위한 도면이다.

인간의 보행 주기는 한쪽 발(도면에서 빗금으로 표시한 부분)을 기준으로 크게 입각기(stance phase)와 유각기(swing phase)로 구분된다.

입각기(stance phase)는 보행 중 발이 지면에 닿아 있는 상태이다. 이러한 입각기(stance phase)는 발뒤축접지(a, heel strike), 하중반응기(b, loading response), 입각중기(c, midstance), 발뒤축들림(d, heel off), 및 발가락들림(e, toe off)의 5단계로 구분할 수 있다.

발뒤축접지(heel strike)는 입각기 중에 발뒤꿈치 부분의 외측이 지면에 접촉되는 순간을 의미한다. 이때에는 지면반력(GRF, ground reaction force)에 의해 발목관절(ankle joint)이 저측굴곡(plantar flexion)되고 거골하관절(subtalar joint)에서 회내(pronation)와 외번(eversion)이 발생하여 지면 충돌로 인한 충격을 흡수할 수 있다(도 1의 (a)에 도시함).

하중반응기(loading response)는 발뒤축접지(heel strike) 후에 발바닥 전체가 지면에 접촉되면서 지속적인 회내(pronation)가 발생하여 발에 가해지는 충격을 흡수하고 체중을 분산하여 불규칙한 지면에 발을 적응시키는 과정이다(도 1의 (b)에 도시함).

입각중기(midstance)는 발에 체중이 최대로 부하되는 단계이다(도 1의 (c)에 도시함).

발뒤축들림(heel off)은 발의 뒤축이 들리는 단계이다(도 1의 (d)에 도시함).

발가락들림(toe off)은 발 끝이 들리는 단계이다(도 1의 (e)에 도시함).

한편, 유각기(swing phase)는 발 전체가 지면과 떨어져 있는 상태를 의미한다.

보행은 입각기와 유각기(swing phase)가 반복적으로 순환하여 이루어진다.

도 2는 인체의 다리 골격의 종축(longitudinal axis of lower limb skeleton)을 따라 위치하는 관절면을 도시한 도면이다. 기립상태에서 부하선은 다리 골격의 종축(longitudinal axis of lower limb skeleton)을 따라 무릎관절(KJ), 발목관절(A), 거골하관절(B)을 통과한다. 지면과 같은 고정된 사물에 체중이 부하되면 다리 골격의 종축을 따라 접촉지점을 부하선(LL)이 통과하게 되고 이에 대한 반작용으로 동일 크기의 지면반력(GRF, ground reaction force)이 반대방향으로 발생하게 된다.

즉, 부하선(LL)은 인체가 지면에 가하는 힘(body load force)의 방향을 표시한 선으로 발뒤축접지(heel strike) 순간에는 다리 골격의 종축을 따라 지면과 닿는 지점(CP)을 향하게 된다. 도 3은 일반적인 보행주기 중 발뒤축접지(heel strike) 순간 인체의 부하선(LL)과 지면반력(GRF, ground reaction force)을 설명하기 위한 도면이다. 부하선(LL)은 다리의 축을 따라 발뒤축이 지면(G)과 접촉하는 부분으로 내려오고 지면반력(GRF, ground reaction force)이 반대방향으로 발생한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 보행보조장치를 도시하고 있다. 본 발명의 제1 실시예의 보행보조장치는 발 고정부(1), 발 지지부(3), 리어 연결부(5), 그리고 후족부 판(rear foot plate)를 포함한다.

발 고정부(1)는 신발 또는 캐스트 슈즈(cast shoes)와 같이 환자가 착용할 수 있으며, 프론트측 바닥에 일정한 높이의 프론트 지지부(1a, forefoot)가 결합될 수 있다.

프론트 지지부(1a)는 어느 정도 탄성력이나 쿠션을 가지는 탄성체로 이루어질 수 있으며, 발 고정부(1)의 발끝에서 발바닥의 중간부분까지 연장되어 배치될 수 있다. 프론트 지지부(1a)는 캐스트 슈즈(cast shoes)에 적용되는 경우 발 고정부(1)와 일체로 성형될 수 있다. 프론트 지지부(1a)는 신발의 창 구조(shoe sole structure)로 이루어질 수 있다.

발 지지부(3)는 플레이트 형태로 이루어질 수 있다. 발 지지부(3)는 발 고정부(1)의 바닥에 일체로 고정될 수 있다. 발 지지부(3)는 발 고정부(1)와 분리되어 있는 경우에는 기존의 신발 또는 캐스트 슈즈(cast shoes)에 밸크로 패스너와 같은 결합구를 이용하여 쉽게 결합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예의 설명에서 편의상 발 고정부(1)와 발 지지부(3)를 구분하여 설명하고 있으나, 발 고정부(1) 자체가 발 지지부(3)의 역할을 하도록 일체형으로 이루어지는 것이 가능하다. 따라서 본 발명의 실시예의 설명에서는 발 지지부(3)가 발 고정부(1)를 포함할 수도 있다. 즉, 리어 연결부(5)는 발 지지부(3)에 결합될 수도 있고, 발 고정부(1)에 직접 결합될 수 있다.

한편, 발 지지부(3)가 발바닥 길이 방향으로 길게 이루어진 경우에는 프론트 지지부(1a)가 발 지지부(3)의 전방 측에 결합될 수도 있다.

이하의 본 발명의 실시예서는 설명의 편의상 리어 연결부(5)가 발 지지부(3)에 결합된 예로 설명하기로 한다.

리어 연결부(5)는 발 고정부(1)의 뒤꿈치 부분에서 발 지지부(3)와 후족부 판(7)을 연결한다. 리어 연결부(5)는 조인트 구조를 포함한다.

리어 연결부(5)는 조인트 구조의 예로 발 지지부(3)에 고정되는 제1 부재(5a), 후족부 판(7)에 결합되는 제2부재(5b) 그리고 제1 부재(5a)와 제2 부재(5b)를 힌지 결합하는 힌지부재(C)를 포함할 수 있다.

힌지부재(C)는 발의 폭 방향이 중심축을 이루도록 제1 부재(5a)와 제2 부재(5b)를 연결할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 힌지부재(C)의 회전축은 조인트의 회전축 또는 조인트의 축을 의미한다. 따라서 후족부 판(7)은 발의 길이 방향의 기울기(피치(pitch) 라고도 하며, 종적면에서의 기울기를 의미함)가 조절될 수 있다. 즉, 후족부 판(7)는 수평의 지면(G, ground)을 기준으로 발의 측면에서 보면 수평 또는 임의의 각도로 기울기(pitch)를 가질 수 있다.

후족부 판(7)은 리어 연결부(5)의 제2 부재(5b)에 결합된다. 후족부 판(7)은 보행주기중 발뒤축접지(heel strike) 단계에서 지면(G)에 면으로 접촉되도록 평판으로 이루어지는 것이 바람직하다. 후족부 판(7)은 발뒤꿈치 부분을 커버할 수 있는 정도의 크기를 가지며 탄성력을 가지는 탄성체로 이루어질 수 있다. 이와 같이 후족부 판(7)는 탄성체로 이루어져 환자의 보행이 어느 정도 발뒤축접지(heel strike) 단계에서 환자의 발에 가해지는 충격을 완화시킬 수도 있다.

한편, 리어 연결부(5)의 힌지부재(C)의 회전축은 보행주기 중 발뒤축접지(heel strike)시에 보행의 진행 방향을 기준으로 측면에서 볼 때, 부하선(LL, load line)의 선상 또는 부하선의 후방에 배치시키는 것이 바람직하다. 힌지부재의 회전축이 부하선(LL)의 후방에 위치하게 되면 지면반력(GRF)에 의한 회전모멘트는 발 지지부(3)에 고정되는 제1 부재(5a)를 시계방향으로 회전하게 한다. 또한 보행은 인체가 전방 이동하는 동작이므로 발뒤축접지(heel strike)시에는 다리(lower leg)가 시계방향으로 회전하는 관성을 가지고 있으며, 따라서 힌지부재의 회전축이 부하선(LL)의 선상에 위치하더라도 발 지지부(3)에 고정되는 제1 부재(5a)는 시계방향으로 회전하게 된다. 그러므로 환자는 넘어지지 않고 안정성이 있는 보행을 할 수 있다.

도 5는 일반적인 신발을 신은 상태에서 보행주기 중 발뒤축접지(heel strike) 시점을 도시한 도면이다. 이러한 일반적인 신발을 착용한 상태의 보행에서는 발뒤축접지(heel strike) 시점에서 지면(G)과 접촉하는 부분이 신발의 뒤쪽 끝부분이 점접촉된다. 이때 신발의 뒤쪽 끝 부분이 지면에 점접촉하는 순간 열린운동사슬(OKC) 상태에서 닫힌운동사슬(CKC) 상태로 변환되어 지면반력이 발생하게 된다. 닫힌운동사슬(CKC) 상태에서 작용-반작용의 힘은 접촉지점으로부터 발생하므로 부하선(LL)은 지면과 인체가 점접촉하는 지점으로 향하게 되고 이에 대한 반대방향으로 지면반력(GRF)이 유발된다. 이때 발목관절(A)과 거골하관절(subtalar joint)의 회전축은 부하선(LL)의 전방에 위치하므로 지면반력(GRF)에 의한 회전모멘트는 발을 지면쪽으로 굴곡시켜 발바닥이 지면에 닿도록 한다. 이 때의 회전모멘트 혹은 토크(torque)는 관절(A) 축으로부터 지면반력(GRF)이 작용하는 라인까지의 수직거리(r)에 비례한다.

발뒤축접지(heel strike) 순간에는 지면반력(GRF)이 무릎관절(knee joint)의 전방을 통과하므로 무릎을 펴도록 하는 회전모멘트(knee extension moment)가 발생하나, 직후의 하중반응기(loading response)에는 인체의 전방 이동 관성과 정강뼈앞근육(pretibial muscles)의 수축으로 다리가 전방으로 회전(지면과 접촉한 발 기준으로 다리가 전방 회전)함으로써 지면반력(GRF)이 향하는 방향은 무릎관절(knee joint)의 후방으로 빠르게 바뀌게 된다. 따라서 하중반응기(loading response)에는 지면반력(GRF)에 의하여 무릎을 구부러지게 하는 회전모멘트(knee flexion moment)가 발생하게 되며 이는 대퇴사두근(quadriceps muscle)의 수축에 의하여 발생하는 내적모멘트(internal moment)로 상쇄되어 무릎이 구부러지지 않고 안정적인 보행을 가능하게 한다.

부목이나 케스트 고정, 단하지 보조기(ankle foot orthosis)를 착용한 경우, 관절염, 신경손상으로 인한 발목 경직이 있을 때에는 발목 관절(ankle joint) 및 거골하 관절(subtalar joint)에서의 움직임이 제한되어 지면으로부터의 충격을 흡수, 분산하지 못하게 된다. 또한 발뒤축접지(heel strike)와 하중반응기(loading response)에서 지면반력(GRF)에 의한 회전모멘트는 발목 관절(ankle joint) 및 거골하 관절(subtalar joint)의 움직임에서 흡수되지 못하고 무릎관절에 집중된다. 따라서 발뒤축접지(heel strike) 순간에는 무릎관절을 펴도록 하는 회전모멘트(knee extension moment)가 다리의 전방 회전을 방해하여 인체의 전방 이동을 어렵게 하고, 하중반응기(loading response)에는 무릎을 구부러지게 하는 회전모멘트(knee flexion moment)가 과도하여 다리(lower leg)의 전방 회전이 부드럽게 이루어지지 않으며, 대퇴사두근(quadriceps muscle)의 근력이 약할 경우에는 무릎이 급작스럽게 구부러져(abrupt knee bucking) 안정적인 보행이 불가능하고 심하면 낙상하게 된다.

반면 도 4의 실시예에서 힌지부재의 조인트 움직임은 자유로우므로 후족부 판(rear foot plate)이 지면에 접촉하는 순간 힌지조인트의 회전운동으로 후족부 판(rear foot plate)은 순식간에 지면과 면접촉을 하게 된다. 발뒤축접지(heel strike) 순간에 지면과 면접촉을 하게 되면, 부하선(load line)은 다리 골격의 종축(longitudinal axis of lower appendicular skeleton)을 따라 지면을 향하게 되고 반대방향으로 지면반력(GRF)이 유발된다. 또한 발목 관절(ankle joint)과 거골하 관절(subtalar joint)은 도 2에서 도시하였듯이 골격의 종축을 따라 위치하게 되며, 따라서 실시예에서 발뒤축접지(heel strike) 순간의 부하선(load line)과 지면반력(GRF)은 발목 관절(ankle joint)과 거골하 관절(subtalar joint)을 통과하게 되어 관절축으로부터 지면반력(GRF)이 작용하는 라인까지의 수직거리가 줄어들게 된다(힘의 작용점까지의 거리 감소). 그러므로 발목 관절(ankle joint)과 거골하 관절(subtalar joint)에 작용하는 회전모멘트는 감소되어 관절의 움직임은 최소화되며 힌지부재의 조인트가 움직임을 대신 보상하게 된다. 하중반응기(loading response)에도 힌지부재의 조인트가 발목 관절(ankle joint)과 거골하 관절(subtalar joint)의 움직임을 보상하므로 지면반력(GRF)에 의한 회전모멘트는 무릎관절에 집중되지 않아 인체의 전방 이동을 부드럽게 유도한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 보행보조장치를 도시하고 있다.

본 발명의 제2 실시예의 보행보조장치는 발 고정부(1), 발지지부(3, foot supporting part), 리어 연결부(5, heel part connecting member), 후족부 판(7, rear foot plate), 그리고 각도유지부(9)를 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예의 설명한 내용과 다른 점 만을 설명하고 동일한 내용은 제1 실시예의 설명으로 대치한다.

각도유지부(9)는 고관절이나 슬관절 근력이 약하거나 균형유지능력이 떨어진 환자에서 발뒤축접지(heel strike) 시에 안정성을 높이기 위한 것이다. 각도유지부는 후족부 판에 힘이 가해지지 않을 때에는 발지지부(3)와 후족부 판(7)이 이루는 각도를 일정하게 유지하도록 한다. 따라서 후족부판은 다음 주기의 발뒤축접지(heel strike) 순간에 지면(G)과 면접촉을 하게된다.

본 발명의 제2 실시예의 각도유지부(9)는 후족부 판(7)의 전방(보행의 진행방향을 기준으로 함)측에 배치될 수 있다. 각도유지부(9)는 입각기 시기 중 발뒤축 들림(heel off)과 발가락 들림(toe off) 또는 유각기(swing phase) 단계에서 발뒤축접지 피치 각도(pitch angle at heel strike, 발뒤축접지시에 지면과 발바닥이 이루는 각도)로 원상 회복시키는 역할을 한다.

즉, 각도유지부(9)는 보행주기 중 후족부 판(7)이 지면과 떨어져 있을 때에 발뒤축접지 피치 각도(heel strike pitch angle)를 유지하여 다음의 발뒤축접지(heel strike) 시기에 환자가 안정적인 보행을 할 수 있다.

이러한 각도유지부(9)는 발 지지부(3)에 결합되는 제1부재(9a), 제1 부재(9a)에 결합되는 탄성부재(9b), 그리고 탄성부재(9b)와 후족부 판(7)을 연결하는 제2부재(9c)를 포함할 수 있다. 제1부재(9a)와 제2부재(9c)는 탄성부재(9b)를 지지하는 역할을 할 수 있다. 탄성부재(9b)는 일정한 힘을 받으면 압축되고 다시 초기 위치로 복원되는 스프링이나 복원력이 우수한 합성수지재로 이루어질 수 있다.

후족부 판(7)과 발 지지부(3)가 이루는 각도 (a)는 10도에서 30도의 범위로 세팅할 수 있고, 바람직하게는 20도에서 25도의 범위로 세팅할 수 있다(도 10에 도시). 그러나 각도 유지부(9)는 환자의 상태에 따라 현장에서 의료진이 직접 세팅할 수 있는 구조로 이루어질 수 있다.

이러한 각도유지부(9)는 보행주기 중 유각기(swing phase) 또는 입각기 후반시기에 발뒤축접지 피치 각도(heel strike pitch angle)를 유지하는 기능도 가지며, 입각기 전반시기에 부하선을 따라 가해지는 부하를 조절하는 부하조절 기능을 가진다. 그리고 본 발명의 실시예에서 각도유지부(9)가 부하조절기능을 가질 때 다른 표현으로 부하조절부라고 표현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 각도유지부(9) 또는 부하조절부가 횡 방향으로 두 개 이상 설치되어 횡적조절기능을 가질 때 횡적조절부라고 표현할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예의 다른 예시를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다. 본 발명의 제2 실시예의 다른 예시의 보행보조장치는 발 고정부(1)가 다리를 고정하는 보조기로 이루어진 예시이다.

다리를 고정하는 보조기로 이루어진 발 고정부(1)는 중추신경계질환 환자의 상태에 따라 다리부분과 발부분이 측면에서 보아 서로 90도 전, 후의 각도로 유지할 수 있도록 세팅되는 것이 바람직하다. 뇌졸중과 같은 중추 신경계 손상으로 인해 보행장애가 발생한 경우에는 다리 부분과 발 부분이 측면에서 보아 90도 전, 후로 유지되는 상태로 세팅된 본 발명의 보행보조장치를 착용하여 보행하는 것만으로 상당한 재활 치료 효과를 얻을 수 있다. 이러한 발 고정부(1)는 스트랩(S)를 이용하여 발부와 다리부를 고정할 수 있다.

이와 같이, 발 고정부(1)가 발부분과 다리부분이 고정된 상태로 중추신경계 질환의 환자의 재활치료에 적용될 때, 환자는 지면반력(GRF)에 의해 각 관절에 발생하는 회전력인 외적모멘트(external moment)와 근수축에 의해 각 관절에 발생하는 회전력인 내적모멘트(internal moment)의 영향이 최소화되는 상태로 보행 재활훈련을 받을 수 있다. 이러한 경우에 의료진이 환자의 병증의 진행 상태에 따라 보행에 관련된 보행 피치 또는 보행속도, 보행 안정성과 같은 객관적인 데이터를 쉽게 얻어 가공하여 표준화할 수도 있다.

또한, 발 고정부(1)는 다른 예시(도시생략)로 다리부분과 발부분이 측면에서 보아 각도를 조절할 수 있도록 힌지 결합된 형태로 이루어질 수 있다. 이 경우에 다리부와 발부의 각도를 의료진이나 환자가 직접 각도를 조절하는 구조가 적용될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예의 또 다른 예시를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제2 실시예의 발 고정부(1)는 샌들형 슈즈로 이루어지고, 석고붕대로 발부와 다리부가 고정된 환자가 사용할 수 있다. 발부나 다리부의 골절로 석고 붕대를 감은 환자가 본 발명의 보행보조장치를 착용한 경우에 자연스러운 보행이 이루여 보행의 안정성과 치료 효과를 더욱 높일 수 있다.

특히, 본 실시예는 당뇨, 관절염 등을 앓고 있는 환자의 발 관절 움직임을 최소화하거나 발 관절 움직임을 고정하여 사용할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예의 보행보조장치를 착용한 환자가 보행을 할 때 보행보조장치의 주요 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예의 보행주기 중 발뒤축접지(heel strike) 시점의 상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 제1 실시예의 설명에서는 후족부 판(7)이 자유롭게 있는 상태에서 발뒤축접지(heel strike)가 이루어져 본 발명의 목적을 달성하였다. 본 발명의 제2 실시예에서는 각도유지부(9)의 탄성부재(9b)가 복원력의 작용으로 발 지지부(3)와 후족부 판(7)을 일정한 각도(a, 도 10에 도시함)로 유지한 상태에서 보행주기 중 발뒤축접지(heel strike)가 이루어진다. 이때 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 후족부 판(7)은 지면(G)과 면 접촉이 발생한다. 따라서 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 이유로 인해 환자가 주저 않거나 넘어지지 않고 안정성이 있는 보행을 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예의 보행주기 중 입각중기(midstance)를 설명하기 위한 도면이다.

보행주기 중 입각중기(midstance)에서는 각도유지부(9)의 탄성부재(9b)가 적절한 압력으로 압축되면서 입각중기(midstance)의 초기에는 부하선(LLa)이 리어 연결부(5)의 중심축 전방으로 이동하면서 입각중기(midstance)의 끝 부분에는 프론트 지지부(1a) 쪽으로 이동한다(LLb로 표시함).

도 10은 본 발명의 제2 실시예의 보행주기 중 발뒤축들림(heel off)를 설명하기 위한 도면이다.

보행주기 중 발뒤축들림(heel off)에서는 부하선(LL)이 더욱 전방측으로 이동한다. 그리고 이때에는 후족부 판(7)이 지면(G)에서 떨어진다. 그러면 후족부 판(7)은 탄성부재(9b)의 복원력에 의해 각도유지부(9)가 일정한 초기의 각도로 유지된다. 이후 발가락들림(toe off) 단계로 진행된다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 제3 실시예는 상술한 실시예의 설명과 동일한 부분은 그의 설명으로 대치하고 다른 점 만을 설명하기로 한다.

본 발명의 제3 실시예는 발 지지부(3)가 발의 길이 방향으로 길게 배치되고 프론트 지지부(1a)가 발 지지부(3)에 프론트 측에 결합된다. 그리고 발 지지부(3)는 고정용 스트랩(S)이 결합된다. 환자나 의료진은 발이나 신발로 이루어지는 발 고정부(1)에 스트랩(S)으로 보행보조장치를 고정하여 사용할 수 있다. 이러한 본 발명의 제3 실시예는 발의 크기가 다르거나 다양한 신체적인 조건을 가진 환자에게 용이하게 적용할 수 있어 범용성이 있다.

도 12는 본 발명의 제4 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 제4 실시예는 상술한 실시예의 설명과 동일한 부분은 그의 설명으로 대치하고 다른 점 만을 설명하기로 한다.

본 발명의 제4 실시예는 각도유지부(9)가 인장스프링으로 이루어지고 리어 연결부(5)의 후방에 설치된다. 본 발명의 제4 실시예는 인장스프링으로 이루어진 각도유지부(9)가 발 지지부(3)와 후족부 판(7)을 항상 당기는 방향으로 힘이 작용한다. 따라서 본 발명의 제4 실시예는 본 발명의 제2 실시예를 간단하게 구성할 수 있으면서 다양한 실시예를 보여준다.

도 13은 본 발명의 제5 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 제5 실시예는 상술한 실시예의 설명과 동일한 부분은 그의 설명으로 대치하고 다른 점 만을 설명하기로 한다.

본 발명의 제5 실시예는 각도유지부(9)가 토션스프링으로 이루어지고 리어 연결부(5)에 설치된다. 본 발명의 제5 실시예는 토션스프링으로 이루어진 각도유지부(9)가 발 지지부(3)와 후족부 판(7)을 항상 미는 방향으로 힘이 작용한다. 따라서 본 발명의 제5 실시예는 구성 부품을 한 곳으로 모아 배치함으로써 외관이 심플하면서도 제조 비용을 줄일 수 있다. 본 발명의 제5 실시예 역시 간단하게 구성할 수 있으면서 다양한 실시예를 보여준다.

도 14는 본 발명의 제6 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치의 후족부 판(7, rearfoot plate)의 각도를 세팅할 수 있는 각도유지부(9)를 도시한 구성도이다.

본 발명의 제6 실시예는 상술한 실시예의 설명과 동일한 부분은 그의 설명으로 대치하고 다른 점 만을 설명하기로 한다.

본 발명의 제6 실시예는 각도유지부(9)를 의료진이 환자의 상태에 따라 적절하게 조절할 수 있는 구조이다. 즉, 본 발명의 제6 실시예의 각도유지부(9)는 에어쳄버(11), 리턴 스프링(13), 유량조절밸브(15), 그리고 체크밸브(17)를 포함할 수 있다.

에어쳄버(11)는 외부의 공기가 유입될 수 있는 공간으로 벨로우즈 형태로 이루어질 수 있다. 에어쳄버(11)는 발 지지부(3)와 후족부 판(7) 사이에 배치될 수 있다. 에어쳄버(11)는 발 지지부(3)와 후족부 판(7) 사이에 배치되어 양단이 각각 고정될 수도 있다. 리턴 스프링(13)는 에어쳄버(11)의 외부에 배치될 수 있다. 에어쳄버(11)도 발 지지부(3)와 후족부 판(7) 사이에 배치될 수 있다. 유량조절밸브(15)는 에어쳄버(11)에 연결되는 관로(15a)에 설치되거나 또는 에어쳄버(11)에 직접 설치될 수 있다. 유량조절밸브(15)는 수동 또는 자동으로 배출 통로의 크기가 조절되어 에어쳄버(11)에서 배출되는 에어의 속도를 조절할 수 있다.

이러한 유량조절밸브(15)는 의료진이 환자의 상태에 따라 유량조절밸브(15)를 통해 에어쳄버(11)에 배출되는 에어의 양을 조절하여 후족부 판(7)의 각도를 최적값으로 세팅할 수 있다. 체크밸브(17)는 외부의 공기가 에어쳄버(11)의 내부로 유입될 수 있으면서 외부로는 배출되지 않도록 한다. 이러한 체크밸브(17)는 에어쳄버(11)에 연결된 관로(17a)에 설치될 수도 있으며, 에어쳄버(11)에 직접 설치되는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예의 설명에서 에어쳄버(11)에 에어를 사용하는 예시로 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기체와 액체를 포함하는 유체가 사용될 수 있다.

이러한 본 발명의 제6 실시예의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

환자가 보행을 하는 과정에서 에어쳄버(11)가 압축된다. 이때 의료진은 에어쳄버(11)가 압축되는 정도를 조절한다. 그러면 에어쳄버(11)의 공기는 일부를 유량조절밸브(15)를 통해 외부로 배출된 일정한 시점에 에어쳄버(11)는 더 이상 압축되지 않고 조정된 상태를 유지한다. 그리고 보행주기 중 발뒤축들림(heel off) 시기에서 리턴 스프링(13)에 의해 에어쳄버(11)는 초기의 형태로 복원된다. 이때 에어쳄버(11)가 초기의 위치로 복원되면서 에어쳄버(11)의 부압에 의해 체크밸브(17)를 통해 외부의 공기가 에어쳄버(11)의 내부로 유입된다. 따라서 환자가 반복적으로 보행을 하여도 항상 의료진이 세팅해 놓은 값으로 후족부 판(7)의 경사도를 의료진이 원하는 정도로 세팅할 수 있다.

이러한 본 발명의 제6 실시예는 다양한 조건의 환자에게 맞춤형으로 보행보조장치를 적용시킬 수 있다.

본 발명의 제1 실시예 내지 제6 실시예에서 보행보조장치의 후족부 판(7)은 길이 방향인 종적면(sagittal plane)으로 기울기를 세팅할 수 있다.

도 15는 본 발명의 제7 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치의 리어 연결부(5, rear connecting part)를 도시한 도면이고, 도 16은 도 15의 리어 연결부가 조립된 상태에서 측면을 도시한 도면이며, 도 17은 도 15의 리어 연결부가 조립된 상태에서 배면측을 도시한 도면이다.

본 발명의 제7 실시예는 상술한 실시예의 설명과 동일한 부분은 그의 설명으로 대치하고 다른 점 만을 설명하기로 한다.

본 발명의 제7 실시예는 리어 연결부(5)의 종적면(sagittal plane, 피치)에서 기울기와 횡적면(coronal plane, 롤(roll))에서의 기울기를 동시에 조절할 수 있는 구조의 예이다.

본 발명의 제7 실시예의 리어 연결부(5)는 타원체 관절(ellipsoid joint)로 이루어질 수 있다. 즉, 후족부 판(7)은 타원체의 볼록부(19a)가 일체로 성형되거나 결합되고, 발 지지부(3)는 타원체의 볼록부(19a)에 대응하는 타원체의 오목부(19b)가 일체로 성형되거나 결합되는 구조로 이루어질 수 있다. 물론, 후족부 판(7)은 타원체의 오목부가 일체로 성형되거나 결합되고, 발 지지부(3)는 타원체의 볼록부가 일체로 성형되거나 결합될 수 있다.

도 15를 참조하면, 후족부 판(7)에 형성된 타원체의 볼록부(19a)는 발의 넓이 방향으로 w1의 폭을 가지며, 발의 길이 방향으로 W2의 폭을 가진다. 그리고 넓이 방향의 폭(w1)이 길이 방향의 폭(w2) 보다 더 크게 이루어지고 그의 위면이 타원체를 이룬다. 물론, 발 지지부(3)에 형성된 타원체 오목부(19b)는 후족부 판(7)에 형성된 타원체 볼록부(19a)에 대응하는 모양으로 이루어져 결합된다. 이러한 본 발명의 제7 실시예는 후족부 판(7)이 종적면(sagittal plane)과 횡적면(coronal plane)으로 움직일 수 있는 2 자유도를 가진다. 이러한 본 발명의 제7 실시예의 구조는 후족판 부(7)가 종적면(sagittal plane) 뿐만 아니라 횡적면(coronal plane)으로 움직이도록 하여 환자의 안정성 있는 보행에 충분하게 대응할 수 있다.

본 발명의 제7 실시예의 다른 예시로 리어 연결부(5)가 2 자유도를 가지는 새들 조인트(saddle joint)가 적용될 수도 있다.

도 18은 본 발명의 제8 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치의 리어 연결부(5, rear connecting part)를 도시한 도면이고, 도 19는 도 18에 도시한 보행보조장치의 리어 연결부(5, rear connecting part)의 주요부를 분해하여 도시한 분해사시도이다.

본 발명의 제8 실시예는 상술한 실시예의 설명과 동일한 부분은 그의 설명으로 대치하고 다른 점 만을 설명하기로 한다. 본 발명의 제8 실시예의 리어 연결부(5)는 제7 실시예와 마찬가지로 2 자유도를 가지는 구조이다. 본 발명의 제8 실시예의 리어 연결부(5)는 후족부 판(7)의 결합되는 제1 부재(21), 제1 부재(21)에 결합되어 종적면(sagittal plane)으로 움직이는 제2 부재(23), 그리고 제2 부재(23)에 결합되어 횡적면(coronal plane)으로 움직이며 발 지지부(3)에 결합되는 제3 부재(25)를 포함한다.

제1부재(21)는 종적면(sagittal plane)으로 제2 부재(23)가 이동할 수 있도록 오목한 곡면부(21a)이 형성된다. 그리고 제2 부재(23)는 오목한 곡면부(21a)에 대응하는 볼록한 곡면부(23a)가 형성된다. 그리고 제2 부재(23)의 상면에는 또 다른 오목한 곡면부(23b)가 형성된다. 제2 부재(23)에 형성된 오목한 곡면부(23b)는 제1 부재(21)에 형성된 오목한 곡면부(21a)에 대해 직각 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 제3 부재(25)는 제2 부재(23)의 오목한 곡면부(23b)에 대응하는 또 다른 볼록한 곡면부(25a)가 형성된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 제8 실시예의 리어 연결부(5)는 제7 실시예에서 설명한 리어 연결부(5)와 마찬가지로 2 자유도를 가지나 충분한 환자의 하중을 견디면서도 후족부 판(7)을 더욱 안정성 있게 종적면(sagittal plane)과 횡적면(coronal plane)으로 움직일 수 있다.

제 7 실시예와 제 8 실시예 모두 2 자유도를 제공하는 조인트로 종적면(sagittal plane)과 횡적면(coronal plane)에서 회전운동이 가능하며, 다른 예시로 유니버셜 조인트(universal joint)도 동일하게 적용할 수 있다.

도 20은 본 발명의 제7 실시예와 제8 실시예에서 부하선(load line)이 발목 관절(ankle joint)과 거골하관절(subtalar joint)을 지나는 상태를 횡적면(coronal plane)에서 보여주기 위해 발뒤쪽 부분을 도시한 도면이다.

리어연결부의 조인트가 횡적면(coronal plane)에서 회전이 가능하므로 도 4의 제1 실시예와 마찬가지로 횡적면(coronal plane)에서도 부하선(load line)은 다리 골격의 종축(longitudinal axis of lower appendicular skeleton)을 따라 지면을 향하게 된다. 그러므로 횡적면(coronal plane)에서도 발목 관절(ankle joint)과 거골하 관절(subtalar joint)에 작용하는 회전모멘트는 감소되어 관절의 움직임은 최소화되며 리어연결부의 조인트가 거골하관절의 회내 움직임을 대신 보상하게 된다. 따라서 환자는 더욱 안정적인 보행을 수행할 수 있다.

도 21은 도 20에 대응하는 종래의 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 21은 일반적인 신발을 신은 상태에서 보행주기 중 발뒤축접지(heel strike) 시점을 횡적면(coronal plane)에서 도시한 도면이다. 이러한 일반적인 신발을 착용한 상태의 보행에서는 발뒤축접지(heel strike) 순간에 지면(G)과 신발의 외측에서 점접촉된다.

종적면을 도시한 도 5와 마찬가지로 접촉지점으로부터 부하선(LL)과 지면반력(GRF)이 발생한다. 지면반력(GRF)에 의한 회전모멘트는 거골하관절(B)의 아래에 위치하는 발을 관상면상에서 화살표방향으로 회전시킨다(도 21 참조). 정상적인 경우에는 이러한 회전모멘트는 거골하관절(subtalar joint)의 회내(pronation) 움직임을 유발하여 지면으로부터의 충격을 흡수, 분산하지만 발목 및 발 관절(joints of ankle and foot)의 정상적인 움직임이 불가능한 경우에는 보행의 안정성을 감소시키게 된다.

도 22는 본 발명의 제9 실시예를 설명하기 위한 보행보조장치의 저면도이다.

본 발명의 제9 실시예는 각도유지부(9)를 후족부 판(7)에 폭 방향으로 나란하게 2개를 배치하여 후족부 판(7)이 종적면(sagittal plane)과 횡적면(coronal plane)의 움직임에 모두 대응하는 구조이다. 이때에 각도유지부(9)는 상술한 실시예에서 설명된 것이 사용될 수 있다. 이러한 본 발명의 제9 실시예는 후족부판(7)의 종적면(sagittal plane)의 기울기와 횡적면(coronal plane)의 기울기를 동시에 세팅할 수 있다. 이러한 본 발명의 제9 실시예의 구조는 환자의 보행을 더욱 안정성있게 할 수 있다.

도 23은 본 발명의 제10 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치의 리어 연결부(5, rear connecting part)를 도시한 도면이다.

본 발명의 제10 실시예는 상술한 실시예의 설명과 동일한 부분은 그의 설명으로 대치하고 다른 점 만을 설명하기로 한다.

본 발명의 제10 실시예는 리어 연결부(5)가 볼 소켓 조인트(ball and socket joint) 구조로 이루진 예를 보여준다. 본 발명의 제10 실시예는 후족부 판(7)에 수용부(31)가 결합되고, 발 지지부(3)에 수용부(31)에 접촉되는 볼부(33)가 결합된다. 수용부(31)와 볼부(33)는 반구형으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 구형으로 이루어지는 것에 의해 발 지지부(3)와 후족부 판(7)의 높이를 낮출 수 있으며 동시에 작동의 안정성을 확보할 수 있다. 이러한 본 발명의 제10 실시예는 다자유도를 가지며 본 발명에 볼 조인트(또는 볼-소켓 조인트)가 적용될 수 있음을 보여주는 것이다.

도 24는 본 발명의 제11 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 제11 실시예의 리어 연결부(5)는 2 자유도를 가지는 유니버설 조인트로 이루어질 수 있다. 그리고 발 지지부(3)가 발의 길이 방향으로 길게 이루어진다. 그리고 발 지지부(3)의 프론트 측에 힌지결합되는 프론트 지지부(41)를 구비할 수 있다. 본 발명의 제11 실시예도 본 발명의 다양하게 구성할 수 있음을 보여준다.

도 25는 본 발명의 제12 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이다.

본 발명의 제12 실시예는 상술한 실시예의 설명과 동일한 부분은 그의 설명으로 대치하고 다른 점 만을 설명하기로 한다.

본 발명의 제12 실시예의 보행보조장치는 발 고정부(1)가 다리부와 발부를 고정하는 보조기로 이루어진다.

다리를 고정하는 보조기로 이루어진 발 고정부(1)는 중추신경계질환 환자의 상태에 따라 다리부분과 발부분이 측면에서 보아 서로 90도 전후의 각도로 유지할 수 있도록 세팅되는 것이 바람직하다. 뇌졸증과 같은 중추 신경계 손상으로 인해 보행장애가 발생한 경우에는 다리 부분과 발 부분이 측면에서 보아 90도 전, 후로 유지되는 상태로 세팅된 본 발명의 보행보조장치를 착용하여 보행하는 것만으로 상당한 재활 치료 효과를 얻을 수 있다. 이러한 발 고정부(1)는 발 지지부(3)를 나사와 같은 체결수단으로 고정할 수 있으며 발 지지부(3)을 일체로 성형할 수도 있다.

다리부와 발부를 고정하는 발 고정부(1)는 스트랩(S)를 이용하여 발부와 다리부를 고정할 수 있다.

그리고 발 지지부(3)는 전족부 판(51)을 결합할 수 있다. 전족부 판(51, forefoot plate)은 제13 실시예와 동일한 구조를 가질 수 있으므로 그의 설명으로 대치하기로 한다.

도 26은 본 발명의 제13 실시예를 설명하기 위해 보행보조장치를 도시한 도면이고, 도 27은 도 26의 주요부를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.

본 발명의 제13 실시예의 보행보조장치는 발 지지부(3), 리어 연결부(5), 후족부 판(7), 프론트 연결부(6, front connecting part), 전족부 판(51, forefoot plate), 플레이트 연결부(81, plate connecting part), 그리고 횡적 조절부(91, coronal adjusting part)를 포함한다.

본 발명의 제13 실시예는 상술한 실시예의 설명과 동일한 부분은 그의 설명으로 대치하고 다른 점 만을 설명하기로 한다.

본 발명의 제13 실시예의 발 지지부(3)는, 도 27 내지 도 29를 참조하여 설명한다. 본 발명의 제13 실시예의 발 지지부(3)는 베이스(301), 리어 이동부재(303), 리어 조절부재(305), 프론트 이동부재(309), 프론트 조절부재(311) 그리고 커버(313)를 포함할 수 있다.

베이스(301)는 발의 길이 방향으로 길게 이루어진다. 베이스(301)는 리어 측에 슬라이드 구멍부(301a)가 형성된다. 슬라이드 구멍부(301a)의 양측에는 가이드 홈(301b)가 베이스(301)의 길이 방향으로 형성된다.

리어 이동부재(303)는 슬라이드 구멍부(301a)에 삽입되며 가이드 홈부(301b)에 대응되는 가이드 돌기부(303a)가 형성된다. 따라서 리어 이동부재(303)는 가이드 홈부(301b)를 따라 베이스(301)의 길이 방향으로 이동할 수 있다. 한편, 베이스(301)는 가운데 부분에 길이 방향으로 홀(h)이 형성된다. 그리고 리어 이동부재(303)는 길이 방향으로 나사공(303c)이 형성된다. 리어 조절부재(305)는 외주면에 나사산이 형성된 볼트부재로 이루어질 수 있다. 리어 조절부재(305)는 베이스(301)의 홀(h)과 리어 이동부재(303)의 나사공(303c)에 결합되어 리어 이동부재(303)를 베이스(301)에 고정하면서 베이스(301)의 길이 방향으로 이동시킬 수 있다.

한편, 리어 이동부재(303)는 리어 연결부(5)의 일측이 결합된다. 따라서 리어 이동부재(303)가 베이스(301)의 길이 방향으로 이동하면서 리어 연결부(5)의 중심축을 이동시킬 수 있다. 이러한 구조는 환자의 상태에 따라 부하선(LL)을 고려하여 부하선(LL)의 후방측으로 리어 연결부(5)의 축을 이동시킬 수 있다.

또한, 베이스(301)는 프론트 측에 또 다른 슬라이드 구멍부(301c)가 형성된다. 슬라이드 구멍부(301c)는 양측에 가이드 홈(301d)가 베이스(301)의 길이 방향으로 형성된다.

프론트 이동부재(309)는 슬라이드 구멍부(301c)에 삽입되며 가이드 홈부(301d)에 대응되는 가이드 돌기부(309a)가 형성된다. 따라서 프론트 이동부재(309)는 가이드 홈부(301d)를 따라 베이스(301)의 길이 방향으로 이동할 수 있다. 한편, 베이스(301)는 가운데 부분에 길이 방향으로 또 다른 홀(h)이 형성된다. 그리고 프론트 이동부재(309)에는 길이 방향으로 나사공(309c)이 형성된다. 프론트 조절부재(311)는 외주면에 나사산이 형성된 볼트부재로 이루어질 수 있다. 프론트 조절부재(311)는 베이스(301)의 홀(h)과 프론트 이동부재(309)의 나사공(309c)에 결합되어 프론트 이동부재(309)를 베이스(301)에 고정하면서 베이스(301)의 길이 방향으로 이동시킬 수 있다.

한편, 프론트 이동부재(309)는 프론트 연결부(6)의 일측이 결합된다. 따라서 프론트 이동부재(309)가 베이스(301)의 길이 방향으로 이동하면서 프론트 연결부(6)의 중심축을 이동시킬 수 있다. 이러한 구조는 환자의 상태에 따라 부하선(LL)을 고려하여 부하선(LL)의 후방측으로 프론트 연결부(6)의 축을 이동시킬 수 있다.

한편, 커버(313)는 베이스(301)에 결합되어 리어 이동부재(303)과 프론트 이동부재(309)가 외부로 이탈되지 않도록 고정할 수 있다.

도 29를 참조하면, 리어 연결부(5)의 축(C)을 길이 방향으로 이동시킬 필요가 있을 때, 의료진은 환자의 상태와 부하선(LL)을 고려하여 리어 이동부재(303)을 이동시킬 수 있다. 즉, 리어 조절부재(305)를 회전시키면 리어 조절부재(305)는 제자리에서 회전한다. 그러면 리어 조절부재(305)가 리어 이동부재(303)에 나사결합되어 있으므로 리어 이동부재(303)는 베이스(301)의 가이드 홈부(301b)와 리어 이동부재(303)의 가이드 돌기부(303a)를 따라 베이스(301)의 길이 방향으로 이동한다.

프론트 이동부재(309)도 리어 이동부재(303)와 동일한 방법으로 이동할 수 있으므로 프론트 이동부재(309)의 이동 과정에 대해서는 상술한 설명으로 대치한다.

본 발명의 제13 실시예서 리어 연결부(5)와 프론트 연결부(6)은 유니버설조인트로 이루어질 수 있다. 그러나 리어 연결부(5)와 프론트 연결부(6)는 상술한 실시예에 설명된 예시들이 사용될 수 있다.

그리고 리어 연결부(5)와 프론트 연결부(6)는 후족부 판(7)과 전족부 판(51)에 각각 피봇 결합부(101, 103)에 의해 피봇 결합될 수 있다. 따라서 후족부 판(7)은 종적면(sagittal plane), 횡적면(coronal plane), 그리고 수평면(horizontal plane)에서 회전이 가능한 3자유도를 가질 수 있다. 또한 전족부 판(51)도 3자유도의 움직임이 가능할 수 있다.

도 30은 본 발명의 제13 실시예의 플레이트 연결부(plate connecting part)를 도시한 도면이다.

본 발명의 제13 실시예의 플레이트 연결부(81)를 설명하기 위한 도면으로 도 30의 (a)는 싱글 타입이며, 도 30의 (b)는 더블 타입이다.

본 발명의 제13 실시예의 플레이트 연결부(81)는 핀 슬롯 조인트(pin-slot joint) 구조이다. 즉, 도 30의 (a)를 참조하면, 후족부 판(7)에는 제1 링크(351)가 결합되고, 전족부 판(51)에는 제2 링크(353)이 결합된다.

제1 링크(351)와 제2 링크(353)는 발의 길이 방향으로 연장된다. 제1 링크(351)는 발의 길이 방향으로 장공부(351a)가 형성된다. 그리고 제2 링크(353)는 제1 링크(351)의 장공부(351a)에 끼워지는 축부(353a)가 발의 폭 방향으로 결합된다. 따라서 후족부 판(7)과 전족부 판(51)은 서로 연결된(linkage) 상태로 종적면(sagittal plane)에서 선형 이동(linear translation)과 회전이 가능하다. 도 30의 (b)는 제1 링크(351)과 제2 링크(353)가 발의 폭 방향으로 쌍을 이루어 배치된 예를 도시하고 있다. 이와 같이 각각의 링크들이 쌍을 이루어 구성되면 후족부 판(7)과 전족부 판(51)이 서로 뒤틀림으로 인해 슬라이딩 운동이 방해되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 플레이트 연결부(81)는 설계상 필요에 따라 싱글 타입과 더블 타입을 선택하여 사용할 수 있다.

도 31은 본 발명의 제13 실시예의 횡적 조절부(91, coronal adjusting part)의 작동 예를 보여주는 도면이다.

본 발명의 제13 실시예의 횡적 조절부(91)는 액체 또는 유압을 이용한 구조가 적용될 수 있다. 이러한 횡적 조절부(91)는 쌍을 이루어 발의 폭 방향으로 배치될 수 있다. 먼저, 도 31을 기준으로 좌측에 배치된 횡적 조절부(91)는 유압쳄버(441), 리저버 탱크(443), 배출관로(441a), 리턴 관로(443a), 유압조절밸브(445), 그리고 체크 밸브(447)를 포함한다. 유압쳄버(441)는 오일이 채워지고 높이가 가변되는 벨로우즈 타입의 쳄버로 이루어질 수 있다. 그리고 유압쳄버(441)는 배출관로(441a)를 통해 리저버 탱크(443)로 오일이 배출될 수 있다. 배출관로(441a)에는 유압조절밸브(445)가 설치된다. 유압조절밸브(445)는 유압쳄버(441)의 수용된 오일을 의료진이 원하는 속도와 양으로 배출될 수 있도록 조절할 수 있다. 이러한 유압조절밸브(445)는 수동으로 조작이 가능하다. 리저버 탱크(443)와 유압쳄버(441) 사이에는 리턴관로(443a)로 연결되어 리저버 탱크(443)의 오일을 다시 유압쳄버(441)로 리턴시킬 수 있다. 리턴 관로(443a)에는 체크 밸브(447)가 설치되어 유압쳄버(441)에 수용된 오일은 리턴 관로(443a) 측으로 배출되지 못하고 리저버 탱크(443)의 오일이 유압 쳄버(441)로 유입될 수 있도록 한다.

도 31을 기준으로 우측에 배치된 횡적 조절부(91)는 유압쳄버(451), 리저버 탱크(443), 배출관로(451a), 리턴 관로(453a), 유압조절밸브(455), 그리고 체크 밸브(457)를 포함한다. 유압쳄버(451)는 오일이 수용되고 높이가 가변되는 벨로우즈 타입의 쳄버로 이루어질 수 있다. 그리고 유압쳄버(451)는 배출관로(451a)를 통해 리저버 탱크(443)로 오일이 배출될 수 있다. 배출관로(451a)에는 유압조절밸브(455)가 설치된다. 유압조절밸브(455)는 유압쳄버(451)의 수용된 오일을 원하는 속도와 양으로 배출될 수 있도록 조절될 수 있다. 이러한 유압조절밸브(455)는 수동으로 조작이 가능하다. 리저버 탱크(443)와 유압쳄버(451) 사이에는 리턴관로(453a)로 연결되어 리저버 탱크(443)의 오일을 다시 유압쳄버(451)로 리턴시킬 수 있다. 리턴 관로(453a)에는 체크 밸브(457)가 설치되어 유압쳄버(451)에 수용된 오일은 리턴 관로(453a) 측으로 배출되지 못하고 리저버 탱크(443)의 오일이 유압 쳄버(451)로 유입될 수 있도록 한다.

이와 같이 이루어지는 횡적 조절부(91)는 보행주기 중 발뒤축접지(heel strike) 시 환자의 보행상태에 유압조절밸브(445, 455)를 각각 조절한다. 즉, 의료진은 환자가 보행주기 중 발뒤축접지(heel strike) 시에 유압조절밸브(445, 455)를 조절하여 유압쳄버(441, 451)의 배출양을 조절한다. 의료진은 유압조절밸브(445, 455)를 조절하여 개별 환자에 최적화된 상태 유압쳄버(441, 451)의 높이를 낮춘다(도 36 참조). 즉, 도 36에 도시한 바와 같이, 좌, 우측의 유압쳄버(441, 451)의 높이(h1, h2)가 달라져 개별 환자에게 최적화된 상태로 맞출 수 있다.

도 32는 본 발명의 제13 실시예의 보행주기중 발뒤축접지(heel strike) 시점에서 리어 연결부재의 축을 기준으로 부하선(LL)의 상대 위치를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제13 실시예의 보행보조장치는 보행주기중 발뒤축접지(heel strike) 시에 후족부 판(7)이 지면(G)에 면접촉하는 점은 상술한 제1실시예 및 제2 실시예의 설명과 동일하다. 본 발명의 제13 실시예의 보행보조장치는 보행 주기 중 발뒤축접지(heel strike) 시점에 리어 연결부(5)의 조인트 축은 보행의 진행 방향을 기준으로 보행주기 중 발뒤축접지 시에 부하선(LL)의 선상 또는 선상의 후방에 세팅할 수 있다. 본 발명의 제13 실시예의 보행보조장치는 후족부 판(7)과 전족부 판(51)이 플레이트 연결부(81)에 의한 연동 움직임(coupled movement)으로 종적면(sagittal plane) 조절이 가능하고, 동시에 횡적 조절부(91)에 의해 횡적면(coronal plane) 조절이 가능하다.

이러한 본 발명의 제13 실시예의 보행보조장치는 환자의 보행 주기 중 발뒤축접지(heel strike) 시점에서 종적면(sagittal plane) 조절과 동시에 횡적면(coronal plane) 조절을 최적화시켜 환자에 적용할 수 있다.

또한 본 발명의 제13 실시예에서 횡적 조절부(91)는 충분한 공간을 가지는 전족부 판(51)에 설치가 되어 설계 및 제작면에서 유리하다.

도 33은 본 발명의 제13 실시예의 보행주기 중 입각중기(midstance) 과정에서 부하선(LL)이 이동되는 위치를 설명하기 위한 도면이다.

보행주기 중 입각중기(midstance)에서는 입각중기의 초기시점에서의 부하선(LLa)이 입각중기의 종료 시점의 부하선(LLb)으로 이동한다.

부하선(LL)의 이동과정은 상술한 실시예의 설명과 동일하다.

도 34는 본 발명의 제13 실시예의 보행주기중 발뒤축들림(heel off) 과정에서 부하선(LL)의 위치를 설명하기 위한 도면이다.

보행주기 중 발뒤축들림(heel off)에서는 부하선(LL)이 전방측으로 이동하면서 후족부 판(7)이 지면(G)에서 떨어진다.

그리고 후족부 판(7)은 횡적 조절부(9) 및 플레이트 연결부(81)에 의해 전족부 판(51)과 연동하여 움직임이 일어나므로 각도 유지는 물론 종적면(sagittal plane)과 횡적면(coronal plane)에서의 움직임이 최적화될 수 있다.

도 35는 본 발명의 제13 실시예의 보행주기중 발가락들림(toe off) 과정에서 부하선(LL)의 위치를 설명하기 위한 도면이다.

보행주기 중 발가락들림(toe off)에서는 부하선(LL)이 더욱 전방측으로 이동한다. 이후에는 유각기(swing phase)의 과정을 거친다.

정상적인 보행의 경우, 입각기 후반부(입각중기부터 발가락들림까지)에 부하선(LL)은 인체의 전방이동과 반대편 다리의 스윙(swing)에 의하여 발생하는 전진력(progression force)에 따라 이동하게 된다. 이 때 발목 및 발 관절(joints of ankle and foot)의 움직임은 발을 로커(rocker, 흔들의자의 바닥)와 같은 역할을 하도록 하여 에너지 효율적이고 부드러운 보행이 가능하도록 한다.

제13실시예에서 프론트 연결부의 조인트를 발뒤축들림(heel off) 시에 형성되는 부하선과 발가락들림(toe off) 시에 형성되는 부하선 사이에 설치하면 발목 및 발 관절(joints of ankle and foot)의 움직임이 제한되어 있거나 병적인 상황에서도 로커(rocker)와 유사한 기능을 수행할 수 있다.

도 37은 본 발명의 제14 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 38은 도 37의 A-A부를 잘라서 본 단면도이다.

본 발명의 제14 실시예는 횡적 조절부(91)의 다른 예를 설명한다. 본 발명의 제14 실시예의 횡적 조절부(91)는 제1 부재(501), 제2 부재(503), 그리고 탄성부재(505)를 포함한다. 제1 부재(501)는 내부에 공간이 제공되고 전족부 판(51)에 결합된다. 제1 부재(501)는 외주면에 나사산이 형성된다. 제1 부재(501)는 원통형상으로 이루어질 수 있다. 제2 부재(503)는 원통형상으로 이루어지며 내주면에 나사홈이 형성된다. 따라서 제2 부재(503)는 제1 부재(501)에 나사결합되어 회전하면서 제1 부재(501)에 대해 상대 운동을 할 수 있다. 즉, 제2 부재(503)는 제1 부재(501)에 대해 회전 이동하면서 후족부 판(7)과 제제2 부재(503)의 상면의 간격을 조절할 수 있다. 제2 부재(503)는 그의 상면이 발 지지부(3)에 대해 스톱퍼 역할을 하는 것도 가능하다. 탄성부재(505)는 복원력이 우수한 고무, 합성수지재 등으로 이루어질 수 있다.

보행주기 중 발가락들림(toe off) 이후의 유각기에서 의료진이 환자에 최적화되도록 세팅한 위치로 빠르게 복원될 수 있다. 본 발명의 제14 실시예는 의료진의 세팅이 가능한 횡적 조절부(91)를 다양하게 구성할 수 있음을 보여준다.

도 39는 본 발명의 제15 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 40은 도 39의 B-B부를 잘라서 본 단면도이다.

본 발명의 제15 실시예는 횡적 조절부(91)의 다른 예를 보여준다. 본 발명의 제15 실시예는 상술한 제14 실시예와 비교하여 다른 점만을 설명하고 동일한 부분은 그의 설명으로 대치한다. 본 발명의 제15 실시예는 탄성부재가 압축 코일 스프링(507)으로 이루어진다. 제2 부재(503)가 제1 부재(501)에 대해 상대회전을 하여 이동하는 구조는 상술한 제14 실시예와 동일하다.

도 41은 본 발명의 제16 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제16 실시예는 횡적 조절부(91)는 제15 실시예와 비교하여 다른 점 만을 설명하고 동일한 부분은 그의 설명으로 대치하기로 한다.

본 발명의 제16 실시예의 횡적 조절부(91)는 발 지지부(3)에 전족부 판(51) 방향으로 돌출된 가이드(509)와 각도조절부재(511)를 더 포함한다. 가이드(509)는 발 지지부(3)에 용접 또는 나사 결합될 수 있으며 외주면에 나사산이 형성된다. 그리고 각도조절부재(511)는 내주면에 나사홈이 형성되어 가이드(509)에 나사 결합된다. 따라서 각도조절부재(511)의 회전으로 발 지지부(3)와 전족부 판(51) 사이의 이격거리를 조절할 수 있고 전족부 판과 후족부 판은 연동되어 움직이므로 이격거리를 미리 세팅하면 발뒤축접지(heel strike) 시에 지면과 발이 이루는 각도를 조절할 수 있다. 따라서 발뒤축접지 시에 안정성을 높일 수 있다.

도 42는 본 발명의 제17 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제17 실시예는 일반신발에 착용할 수 있는 보행보조장치를 도시하고 있다. 즉, 본 발명의 제17 실시예의 보행보조장치는 발 지지부(3)가 발 고정부(1)와 별도의 구성으로 이루어질 수 있다. 그리고 발 지지부(3)는 스트랩(S)을 구비하고 있어 신발과 같은 발 고정부(1)에 고정하여 사용할 수 있다. 그리고 본 발명의 제18 실시예의 보행보조장치는 발 지지부(3), 리어 연결부(5), 후족부 판(7), 프론트 연결부(6), 전족부 판(51) 그리고 플레이트 연결부(81) 및 횡적 조절부(91)가 포함될 수 있다. 즉, 본 발명의 제17 실시예의 보행보조장치는 상술한 실시예에 해당되는 예시가 그대로 적용될 수 있다.

도 43은 본 발명의 제18 실시예를 설명하기 도면이다. 본 발명의 제18 실시예는 상술한 제6 실시예(도 14)의 변형 예이다.

본 발명의 제18 실시예는 제6 실시예와 비교하여 다른 점 만을 설명하기로 한다. 본 발명의 제18 실시예는 후족부 판(6)에 결합되는 제1 부재(20)와 제1 부재에 나사결합되는 제2 부재(22)를 더 포함한다. 제1 부재(20)는 원통형상으로 이루어지며 내부에 에어쳄버(11)가 수납될 수 있는 공간이 제공된다. 제1 부재(20)는 외주면에 나사산이 형성된다. 제2 부재(22)는 너트 모양으로 이루어져 내주면에 나사홈이 형성된다. 따라서 제2 부재(22)는 제1 부재(20)에 나사결합된다. 제2 부재(22)는 원주 방향을 따라 발 지지부(3)를 향하는 면에 리턴 스프링(13)이 끼워질 수 있는 홈부(22a)를 구비한다. 그리고 리턴 스프링(13)은 일단이 제2 부재(22)의 홈부(22a)에 끼워지고, 타단이 발 지지부(3)에 접촉된다. 따라서 리턴 스프링(13)은 발 지지부(3)와 제2 부재(22) 사이를 탄성적으로 지지한다. 이러한 본 발명의 제18 실시예는 도 41의 제16 실시예에서 도시된 각도조절부재처럼 발뒤축접지(heel strike) 순간에 지면과 면접촉을 유발하여 발뒤축접지 시에 안정성을 높일 수 있다.

리턴 스프링(13)의 장력을 조절하여 환자의 상태 또는 보행 상태에 따라 의료진이 최적화하여 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예들의 보행보조장치는 보행로봇 또는 보행을 위한 장치의 바닥구조물로 사용할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1. 발 고정부,
1a. 프론트 지지부
3. 발 지지부(foot supporting part)
5. 리어 연결부(rear connecting part)
6. 프론트 연결부(front connecting part)
7. 후족부 판(rear foot plate)
9. 각도유지부,
11. 에어쳄버,
13. 리턴 스프링,
15. 유량조절밸브,
17. 체크밸브,
51. 전족부 판(forefoot plate)
81. 플레이트 연결부(plate connecting part)
91. 횡적 조절부(coronal adjusting part)

Claims

발 지지부,
상기 발 지지부의 뒤축 부분에 결합되는 리어 연결부,
상기 리어 연결부에 결합되는 후족부 판,
상기 발 지지부의 프론트 측에 결합되는 프론트 연결부,
상기 프론트 연결부에 결합되는 전족부 판을 포함하며,
상기 전족부 판과 상기 발 지지부 사이에는
상기 전족부 판을 횡적으로 조절하는 횡적조절부가 설치되는 보행로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 리어 연결부는
상기 후족부 판을 종적면 또는 횡적면의 움직임을 허용하거나 또는 상기 종적면과 상기 횡적면으로 동시에 움직임을 허용하는 구조로 이루어진 보행로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 횡적조절부는
탄성부재 또는 토션스프링 또는 유체가 수용되는 공간이 제공된 쳄버 중 어느 하나로 이루어지는 보행로봇.
청구항 3에 있어서,
상기 쳄버는
상기 쳄버의 유량을 조절하는 유량조절밸브가 연결되는 보행로봇.