WO2012057452A2 - 슬-족관절 에너지 저장-방출 방식의 보행 보조 장치 - Google Patents

슬-족관절 에너지 저장-방출 방식의 보행 보조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 보행 보조 장치는 착용자의 발에 착용되는 족부; 상기 족부에 설치되며, 상기 발이 초기접지기에서 부하반응기로 이동할 때 에너지를 저장하는 족부에너지저장유닛; 일측이 상기 족부에 연결되며, 상기 착용자의 경골부에 대응되도록 배치되어 상기 경골부와 연동되는 경골지지부; 상기 경골지지부의 타측에 연결되어 회전가능하며, 상기 착용자의 대퇴부에 대응되도록 배치되어 상기 대퇴부와 연동되는 대퇴지지부; 그리고 상기 경골지지부에 설치되며, 상기 족부에 연결되어 상기 발이 초기접지기에서 부하반응기로 이동할 때 에너지를 저장하는 슬부에너지저장 유닛을 포함한다.

Description

슬-족관절 에너지 저장-방출 방식의 보행 보조 장치
본 발명은 보행 보조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬-족관절 에너지 저장-방출 방식의 보행 보조 장치에 관한 것이다.
신체가 전진 보행할 때 한쪽 다리는 몸체(trnuk)를 지탱하며, 다른쪽 다리는 앞으로 나아간다. 그리고 다리들은 서로 역할을 바꾼다. 한쪽 다리에서 다른쪽 다리로 신체의 체중을 옮기는 동안 양발은 지면에 붙어 있다. 한 하지에 의한 이러한 기능적인 하나의 연속적 주기를 보행주기(gait cycle)라고 한다.
이와 같은 보행은 동작의 흐름에 의해 이루어지므로, 특별한 출발점이나 끝나는 지점은 없다. 그러므로 보행주기의 시작을 선택해야 한다. 일반적으로 발의 뒤꿈치가 지면에 접촉하는 행동을 보행주기의 시작으로 선택하는데, 이는 지면에 접촉하는 순간 대부분의 보행패턴이 정해지기 때문이다.
도 7a 내지 도 7h는 일반적인 보행을 주기에 따라 나타내는 도면이다. 도 7a 내지 도 7h를 참고하여 보행주기를 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 보행주기는 입각기(stance phases)와 유각기(swing phases)로 나눈다. 입각기(stance)는 발바닥(plantar)이 지면에 닿아 있는 전체의 기간을 나타내는데 사용되어지며, 유각기는 신체가 앞으로 나가기 위해서 발이 공중에 떠 있는 시간을 말한다. 유각기는 발이 지면으로부터 들려지면서 시작한다.
도 7a는 초기접지기(initial contact)를 나타내며(이하 진한 색깔 기준), 발바닥(또는 발뒤꿈치)이 지면에 바로 닿을 때 동작을 나타낸다. 도 7b는 부하반응기(loading response)를 나타내며, 다리를 이용하여 체중을 앞으로 이동시킨다. 부하반응기는 유각기(swing)을 위해 다리가 들어올려 질 때까지 계속한다. 도 7c는 중간입각기(mid stance)를 나타내며, 다른 발(하얀 색으로 표시)이 들어올려질 때 시작된다. 도 7d는 말기입각기(terminal stance)를 나타내며, 이 주기는 발뒤꿈치 올리기로 시작하고 다른 발바닥이 지면에 닿을 때까지 계속된다. 도 7e는 전-유각기(pre-swing)를 나타내며, 다른 발바닥(하얀 색으로 표시)의 지면 접촉에 의해 시작한다. 도 7f는 초기유각기(initial swing)를 나타내며, 지면에서 발을 올리면서 시작한다. 도 7g 및 도 7g는 중간유각기(mid swing) 및 말기유각기(terminal swing)를 나타내며, 유각기는 발뒤꿈치가 지면에 접촉할 때 끝난다.
이와 같은 보행은 고관절(hip joint), 슬관절(knee joint), 그리고 족관절(ankle joint) 등에 의해 형성되는 동작패턴의 연속적인 결과이다. 따라서, 이들의 정상적인 동작이 있어야만 보행이 원활하게 이루어질 수 있으며, 이들 중 어느 하나가 비정상적으로 동작하거나 동작이 곤란할 경우 보행이 비정상적이거나 불가능할 수 있다.
본 발명의 목적은 보행이 원활하게 이루어질 수 있도록 돕는 보행 보조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 보행시 생성된 에너지를 효율적으로 저장한 후 소비할 수 있는 보행 보조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 보행시 에너지 소모를 최소화하여 원거리 이동이나 장시간 이동이 가능한 보행 보조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 보행 보조 장치는 착용자의 발에 착용되는 족부; 상기 족부에 설치되며, 상기 발이 초기접지기에서 부하반응기로 이동할 때 에너지를 저장하는 족부에너지저장유닛; 일측이 상기 족부에 연결되며, 상기 착용자의 경골부에 대응되도록 배치되어 상기 경골부와 연동되는 경골지지부; 상기 경골지지부의 타측에 연결되어 회전가능하며, 상기 착용자의 대퇴부에 대응되도록 배치되어 상기 대퇴부와 연동되는 대퇴지지부; 그리고 상기 경골지지부에 설치되며, 상기 족부에 연결되어 상기 발이 초기접지기에서 부하반응기로 이동할 때 에너지를 저장하는 슬부에너지저장유닛을 포함한다.
상기 족부는 몸체부; 상기 몸체부의 전방에 연결되어 상기 발의 앞꿈치에 대응되는 앞꿈치지지부; 그리고 상기 몸체부의 후방에 연결되어 상기 발의 뒤꿈치에 대응되며, 회전에 의해 해제위치 및 저장위치로 전환가능한 뒤꿈치지지부를 포함하며, 상기 족부에너지저장유닛은 상기 뒤꿈치지지부의 회전에 의해 생성된 에너지를 저장할 수 있다.
상기 족부에너지저장유닛은 상기 몸체부에 전후방을 따라 형성된 하부이동공간 내에서 이동하는 하부피스톤; 상기 하부이동공간 내에 설치되어 상기 하부피스톤의 이동에 의해 압축가능한 하부탄성체; 그리고 상기 뒤꿈치지지부와 상기 하부피스톤을 연결하는 하부링크를 포함할 수 있다.
상기 족부에너지저장유닛은 상기 몸체부에 고정설치되며 일측을 통해 상기 하부피스톤돌기의 이동을 제한하는 하부고정레버를 더 포함할 수 있다.
상기 앞꿈치지지부는 상기 몸체부에 대하여 회전가능하며, 회전에 의해 상기 하부고정레버의 타측을 가압하여 상기 하부피스톤돌기의 이동을 허용하는 하부해제레버를 구비할 수 있다.
상기 슬부에너지저장유닛은 상기 뒤꿈치지지부의 회전에 의해 생성된 에너지를 저장할 수 있다.
상기 슬부에너지저장유닛은 상기 뒤꿈치지지부에 일측이 연결되며, 상기 뒤꿈치지지부의 회전에 의해 승강하는 구동링크; 상기 구동링크의 타측에 위치하며, 상기 구동링크가 승강함에 따라 상기 경골지지부에 상하방향을 따라 형성된 상부이동공간 내에서 이동하는 상부피스톤; 그리고 상기 상부이동공간 내에 설치되어 상기 상부피스톤의 이동에 의해 압축가능한 상부탄성체를 포함할 수 있다.
상기 슬부에너지저장유닛은 상기 상부이동공간을 향해 일측이 돌출가능하며, 상기 일측에 의해 상기 상부피스톤의 이동을 제한하는 상부고정레버를 더 포함할 수 있다.
상기 슬부에너지저장유닛은 상기 대퇴지지부에 연결되어 상기 대퇴지지부와 연동되는 회전판; 상기 경골지지부에 형성된 이동슬롯을 따라 이동하며, 상기 상부고정레버를 상기 상부이동공간으로부터 이탈시키고 상기 상부피스톤의 이동을 제한하는 해제레버; 그리고 일측이 상기 회전판에 연결되고 타측에 상기 상부해제레버에 연결되며, 상기 회전판의 회전에 의해 상기 일측이 승강하는 해제링크를 더 포함할 수 있다.
상기 슬부에너지저장유닛은 상기 구동링크의 타측에 연결되며 상기 구동링크가 상승함에 따라 상기 상부피스톤을 가압하는 보조피스톤을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 보행시 관절이나 근육 등과 같은 생체에너지 외에 외부에너지를 제공함으로써 보행이 원활하게 이루어질 수 있으며, 보행시 생체에너지 소모를 최소화함으로써 원거리 이동이나 장시간 이동이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 초기접지기 및 부하반응기에서 도 1에 도시한 족부에너지저장유닛의 동작을 각각 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3는 초기접지기 및 부하반응기에서 도 1에 도시한 슬부에너지저장유닛의 동작을 각각 나타내는 도면이다.
도 4는 말기입각기에서 도 1에 도시한 족부에너지저장유닛의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 유각기에서 도 1에 도시한 회전판 및 해제링크의 동작을 각각 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 유각기에서 도 1에 도시한 슬부에너지저장유닛의 동작을 각각 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7h는 일반적인 보행을 주기에 따라 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 6c를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
한편, 이하에서 언급되는 보행주기는 설명을 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 내용이 특정 보행주기에 적용되는 것으로 한정해석되어서는 안 된다. 앞서 언급한 바와 같이, 보행주기는 동작의 흐름에 의해 이루어지며, 특정 주기를 명확하게 설명하는 것이 적당하지 않기 때문이다. 그밖에도, 개인의 습관에 따라 보행주기는 앞서 언급한 내용과 달라질 수 있으며, 특히, 환자의 경우, 앞서 언급한 내용과 차이가 있을 수 있다.
또한, 이하에서 설명되는 '전방' 및 '후방'은 착용자를 기준으로 하며, 예를 들어, 앞꿈치는 전방에 위치하고 뒤꿈치는 후방에 위치한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 보조 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 보행 보조 장치는 족부(10) 및 슬부(20)를 포함한다. 착용자는 발을 족부(10)에 올려둔 상태에서 스트랩(B)을 통해 족부(10)를 다리에 착용할 수 있다. 족부(10)는 앞꿈치지지부(12), 몸체부(14), 그리고 뒤꿈치지지부(16)를 포함한다. 몸체부(14)는 착용자의 발바닥 아래에 위치하며, 앞꿈치지지부(12)와 뒤꿈치지지부(16)는 발앞꿈치 및 발뒤꿈치의 아래에 각각 놓여진다. 앞꿈치지지부(12) 및 뒤꿈치지지부(16)는 몸체부(14)의 전방 및 후방에 각각회전가능하도록 연결되며, 구동링크(18)의 일단은 뒤꿈치지지부(16)에 회전가능하도록 연결되어 뒤꿈치지지부(16)의 회전시 구동링크(18)는 승강할 수 있다.
슬부(20)는 지지바(19)를 통해 족부(10)에 연결되며, 경골지지부(22)와 대퇴지지부(24)를 포함한다. 경골지지부(22)는 착용자의 경골부 일측에 위치하며, 별도의 스트랩(도시안함)을 통해 경골부에 고정되어 보행시 경골부와 연동될 수 있다. 마찬가지로, 대퇴지지부(24)는 착용자의 대퇴부 일측에 위치하며, 별도의 스트랩(도시안함)을 통해 대퇴지지부에 고정되어 보행시 대퇴부와 연동될 수 있다. 경골지지부(22) 및 대퇴지지부(24)는 서로에 대해 상대적인 회전이 가능하도록 연결되며, 후술하는 바와 같이, 유각기에서 슬관절의 굴곡에 의해 경골부 및 대퇴부는 서로에 대해 상대적으로 회전한다.
한편, 회전판(26)은 대퇴지지부(24)에 고정설치되며, 대퇴지지부(24)의 회전시 함께 회전한다. 해제링크(28)는 일단이 회전판(26)에 연결되며, 회전판(26)의 회전시 해제링크(28)의 일단은 승강한다. 회전판(26) 및 해제링크(28)에 대한 구체적인 내용은 후술하기로 한다.
도 2a 및 도 2b는 초기접지기 및 부하반응기에서 도 1에 도시한 족부에너지저장유닛의 동작을 각각 나타내는 도면이다. 보행보조장치는 족부에너지저장유닛을 더 포함하며, 족부에너지저장유닛을 통해 에너지를 저장할 뿐만 아니라 저장된 에너지를 소비할 수 있다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 족부에너지저장유닛은 하부피스톤(17) 및 하부링크(176), 그리고 하부탄성체(S)를 포함한다. 몸체부(14)는 전후방을 따라 형성된 하부이동공간(15)을 가지며, 하부피스톤(17)은 하부이동공간(15)을 따라 이동한다. 하부탄성체(S)는 하부이동공간(15) 내에 설치되며, 하부피스톤(17)의 이동에 의해 압축 또는 복원에 의해 하부피스톤(17)을 이동시킨다. 하부링크(176)는 하부후방링크(176a) 및 하부전방링크(176b)를 구비하며, 하부피스톤(17)은 하부후방링크(176a) 및 하부전방링크(176b)에 의해 뒤꿈치지지부(16)에 연결된다.
한편, 족부에너지저장유닛은 하부고정레버(172) 및 하부보조레버(174)를 더 포함한다. 하부고정레버(172)는 몸체부(14)의 하부에 고정설치되어 회전가능하며, 일단에 고정레버돌기(173)를 구비한다. 고정레버돌기(173)는 하부피스톤(17)의 외주면으로부터 돌출된 하부피스톤돌기(171)에 대응되며, 하부피스톤(17)의 이동에 의해 하부탄성체(S)가 압축된 경우, 고정레버돌기(173)는 하부피스톤돌기(171)를 제한하여 하부피스톤(17)이 원래의 위치로 복귀하는 것을 방지한다. 마찬가지로, 하부보조레버(174)는 몸체부(14)의 하부에 고정설치되어 회전가능하며, 일단은 하부고정레버(172)와 접하며, 타단은 앞꿈치지지부(12)의 하부해제레버(122)에 접한다. 하부고정레버(172) 및 하부해제레버(122)에 대한 구체적인 내용은 후술하기로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 보행주기는 초기접지기로부터 시작되며, 착용자의 발뒤꿈치가 먼저 지면을 향하게 된다. 이때, 도 2a에 도시한 바와 같이, 하부피스톤(17)은 하부이동공간(15)의 후방측에 위치하며, 뒤꿈치지지부(16)는 아래로 처져 뒤꿈치지지부(16)의 저면이 몸체부(14)의 저면과 일정 각도를 이룬다(이하 '해제위치'라 한다).
도 2b에 도시한 바와 같이, 보행주기가 부하반응기로 진행되면, 체중이 발바닥에 실리면서, 앞꿈치지지부(12) 및 몸체부(14), 그리고 뒤꿈치지지부(16)의 저면은 지면에 접하고, 뒤꿈치지지부(16)는 시계방향으로 회전하여 뒤꿈치지지부(16)의 저면이 몸체부(14)의 저면과 대체로 나란하게 된다(이하 '저장위치'라 한다). 이때, 하부후방링크(176a) 및 하부전방링크(176b)는 뒤꿈치지지부(16)의 회전에 의해 회전하며, 이로 인해, 하부피스톤(17)은 전방을 향해 전진하여 하부탄성체(S)를 압축한다. 하부탄성체(S)는 하부피스톤(17)에 의해 압축됨과 동시에, 체중이 발에 실리면서 발에 가해질 수 있는 충격(또는 체중에 의한 급격한 부하의 증가)을 완화한다.
하부피스톤(17)이 전진한 상태에서, 고정레버돌기(173)는 하부피스톤돌기(171)를 제한하며, 이로 인해 하부피스톤(17)은 원래의 위치로 복귀할 수 없다. 따라서, 압축된 하부탄성체(S)는 뒤꿈치지지부(16)의 회전에 의해 생성된 에너지를 저장한 상태를 유지할 수 있다. 한편, 하부고정레버(172) 및 하부보조레버(174)는 별도의 토션스프링(torsion spring)(도시안함)에 의해 도 2a 및 도 2b에 도시한 위치를 유지할 수 있으며, 하부고정레버(172)는 하부피스톤(17)의 전진에 의해 일시적으로 변형된 후 원래의 위치로 복귀하여(또는 고정레버돌기(173)는 하부피스톤(17)의 전진에 의해 일시적인 이동 후 원래의 위치로 복귀하여) 하부피스톤(17)의 후진을 제한할 수 있다. 토션스프링에 대한 구성은 이미 공지된 내용이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3a 및 도 3b는 초기접지기 및 부하반응기에서 도 1에 도시한 슬부에너지저장유닛의 동작을 각각 나타내는 도면이다. 보행보조장치는 슬부에너지저장유닛을 더 포함하며, 슬부에너지저장유닛을 통해 에너지를 저장할 뿐만 아니라 저장된 에너지를 소비할 수 있다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 슬부에너지저장유닛은 상부피스톤(232), 보조피스톤(182), 구동링크(18), 그리고 상부탄성체(S)를 포함한다. 경골지지부(22)는 상하방향을 따라 형성된 상부이동공간(23)을 가지며, 상부피스톤(232)은 상부이동공간(23)을 따라 이동한다. 상부탄성체(S)는 상부이동공간(23) 내에 설치되며, 상부피스톤(232)의 이동에 의해 압축되거나 복원에 의해 상부피스톤(232)을 이동시킨다. 보조피스톤(182)은 상부피스톤(232)의 하부에 위치하며, 상부피스톤(232)과 함께 상승하여 상부탄성체(S)를 압축하거나 상부탄성체(S)와 별도로 하강할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 구동링크(18)의 일단은 뒤꿈치지지부(16)에 회전가능하도록 연결되며, 구동링크(18)의 타단은 보조피스톤(182)에 회전가능하도록 연결된다. 따라서, 뒤꿈치지지부(16)의 회전시 구동링크(18)는 승강하며, 보조피스톤(182)도 구동링크(18)와 함께 승강할 수 있다.
한편, 슬부에너지저장유닛은 상부고정레버(234a,234b)를 더 포함한다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 상부고정레버(234a,234b)는 상부피스톤(232)의 양측에 위치하며, 상부이동공간(23)을 향해 돌출가능하다. 상부피스톤(232)의 상승에 의해 상부탄성체(S)가 압축된 경우, 상부고정레버(234a,234b)는 상부이동공간(23)을 향해 돌출되어 상부피스톤(232)이 원래의 위치로 복귀하는 것을 방지한다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 회전판(26a,26b)은 대퇴지지부(24)에 고정설치되며, 대퇴지지부(24)의 회전시 회전판(26a,26b)은 함께 회전한다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 상부해제레버(282a,282b)는 보조피스톤(182)의 양측에 배치된다. 해제링크(28a,28b)는 일단이 회전판(26)에 연결되고 타단이 상부해제레버(282a,282b)에 연결된다. 따라서, 회전판(26)의 회전시 해제링크(28a,28b)의 일단은 승강하며, 상부해제레버(282a,282b)도 해제링크(28a,28b)의 일단과 함께 승강할 수 있다. 해제링크(28a,28b) 및 상부해제레버(282a,282b)에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 보행주기는 초기접지기로부터 시작되며, 뒤꿈치지지부(16)는 해제위치에 놓인다. 이때, 도 3a에 도시한 바와 같이, 상부피스톤(232)은 상부이동공간(23)의 하방측에 위치한다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 보행주기가 부하반응기로 진행되면, 체중이 발에 실리면서, 뒤꿈치지지부(16)는 시계방향으로 회전하여 뒤꿈치지지부(16)의 저면이 몸체부(14)의 저면과 대체로 나란하게 된다. 이때, 뒤꿈치지지부(16)의 회전에 의해 구동링크(18)는 상승하며, 이로 인해, 보조피스톤(182) 및 상부피스톤(232)은 상승하여 상부탄성체(S)를 압축한다. 상부탄성체(S)는 상부피스톤(232)에 의해 압축됨과 동시에, 체중이 발에 실리면서 발에 가해질 수 있는 충격(또는 체중에 의한 급격한 부하의 증가)을 완화한다.
상부피스톤(232)이 상승한 상태에서, 상부고정레버(234a,234b)는 별도의 탄성체(도시안함)에 의해 상부이동공간(23)을 향해 돌출되며, 상부피스톤(232)이 원래의 위치로 복귀하는 것을 방지한다. 따라서, 압축된 상부탄성체(S)는 뒤꿈치지지부(16)의 회전에 의해 생성된 에너지를 저장한 상태를 유지할 수 있다.
도 4는 말기입각기에서 도 1에 도시한 족부에너지저장유닛의 동작을 나타내는 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이, 말기입각기는 발뒤꿈치를 들어올리는 것으로 시작된다(도 7d 참고). 이때, 발뒤꿈치를 들어올리는 동작에 의해 체중이 앞꿈치에 실리게 된다. 따라서, 도 4에 도시한 바와 같이, 앞꿈치부(12)는 몸체부(14)에 대해 반시계방향으로 회전한다.
이때, 앞꿈치부(12)의 하부해제레버(122)는 하부보조레버(174)의 일단을 가압하며, 이로 인해 하부보조레버(174)가 시계방향으로 회전하면서 하부보조레버(174)의 타단이 하부고정레버(172)의 일단을 가압한다. 결론적으로, 고정레버돌기(173)는 하부피스톤돌기(171)의 구속을 해제하며, 하부피스톤(17)은 하부탄성체(S)에 의해 원래의 위치로 복귀한다.
하부피스톤(17)이 후방을 향해 후진하면, 하부후방링크(176a) 및 하부전방링크(176b)는 회전하며, 하부후방링크(176a) 및 하부전방링크(176b)는 몸체부(14)의 저면에 의해 구속되므로 뒤꿈치지지부(16)는 다시 아래로 쳐져 해제위치에 놓인다. 이때, 하부탄성체(S)의 탄성력(또는 복원력)은 뒤꿈치지지부(16)를 밀어내며, 결론적으로, 뒤꿈치지지부(16)가 지면을 밀어내는 힘을 제공함으로써, 착용자가 말기입각기에서 뒤꿈치를 들어올리는 것을 돕는다. 즉, 부하반응기로 진입하면서 일정 크기의 에너지를 하부탄성체(S)에 저장하고, 저장된 에너지를 말기입각기에 소모함으로써, 보행에 필요한 신체에너지를 최소화할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 앞꿈치부(12)는 몸체부(14)에 대해 반시계방향으로 회전하며, 도 4에 도시한 바와 같이, 이로 인해 앞꿈치부(12)는 몸체부(14)와 일정한 각도(tilt angle)를 이룬다. 이때, 하부해제레버(122)에 의해 하부보조레버(174)는 회전하며, 이로 인해 하부보조레버(174)에 설치된 토션스프링(도시안함)은 압축되어 탄성력을 저장할 수 있다. 이후, 보행주기 중 전-유각기(pre-swing)에 들어서면서, 앞꿈치부(12)가 시계방향으로 회전하여 지면을 박차게 되며, 이때, 토션스프링에 저장된 탄성력이 방출되면서 앞꿈치부(12)의 회전을 도울 수 있으며, 이를 통해 작은 힘으로 지면을 박찰 수 있다. 즉, 말기입각기로 진입하면서 일정 크기의 에너지를 토션스프링에 저장하고, 저장된 에너지를 전-유각기에 소모함으로써, 보행에 필요한 신체에너지를 최소화할 수 있다.
한편, 구동링크(18)는 뒤꿈치지지부(16)와 함께 하강할 수 있으며, 이 경우, 보조피스톤(182)은 상부피스톤(232)과 별도로 하강할 수 있다. 즉, 보조피스톤(182)의 하강은 상부피스톤(232)의 구속을 받지 않는다.
도 5a 및 도 5b는 유각기에서 도 1에 도시한 회전판 및 해제링크의 동작을 각각 나타내는 도면이며, 도 6a 내지 도 6c는 유각기에서 도 1에 도시한 슬부에너지저장유닛의 동작을 각각 나타내는 도면이다. 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 경골지지부(22)는 이동슬롯(221)을 가지며, 상부해제레버(282)는 이동슬롯(221) 상에 설치된다.
앞서 설명한 바와 같이, 유각기에서 슬관절의 굴곡(60~70˚)이 이루어지며(이외에도 입각기 때 5~10˚의 슬관절 굴곡이 발생될 수 있음), 이로 인해 경골부 및 대퇴부는 서로에 대해 상대적으로 회전한다. 따라서, 경골지지부(22) 및 대퇴지지부(24)도 서로에 대해 상대적으로 회전하며, 회전판(26)은 대퇴지지부(24)와 함께 회전한다. 이때, 도 5b에 도시한 바와 같이, 회전판(26)의 회전으로 인해 해제링크(28)의 일단은 상승하며, 상부해제레버(282)는 이동슬롯(221)을 따라 상승한다.
이하, 도 6a 내지 도 6b를 참고하여 해제링크(28) 및 상부해제레버(282)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 상부고정레버(234a,234b)가 상부피스톤(232)의 이동을 제한하고 있으며, 상부해제레버(282a,282b)는 보조피스톤(182)의 양측에 위치한 상태에서 이동슬롯(221)의 하단에 위치할 수 있다.
다음, 슬관절의 굴곡이 이루어지면, 회전판(26a,26b)은 대퇴지지부(24)와 함께 경골지지부(22)에 대해 회전하며, 도 6b에 도시한 바와 같이, 상부해제레버(282a,282b)는 상부고정레버(234a,234b)의 위치까지 상승할 수 있다. 상부해제레버(282a,282b)는 보조피스톤(182)의 외주면 및 이동슬롯(221)을 따라 상승한다. 이때, 상부해제레버(282a,282b)는 상부이동공간(23)을 향해 돌출된 상부고정레버(234a,234b)를 가압하며, 이로 인해 상부피스톤(232)은 상부고정레버(234a,234b)의 구속으로부터 해제된 상태에서 상부해제레버(282a,282b)(또는 보조피스톤(182))에 의해 지지될 수 있다.
다음, 도 6c에 도시한 바와 같이, 상부피스톤(232)은 상부탄성체(S)에 의해 원래의 위치로 복귀(또는 하강)할 수 있으며, 이로 인해, 상부해제레버(282a,282b)(또는 보조피스톤(182))도 함께 복귀(또는 하강)할 수 있다. 상부해제레버(282a,282b)가 복귀함에 따라 대퇴지지부(24)도 원래의 위치로 복귀할 수 있으며, 결론적으로 슬관절(또는 대퇴부)이 신전되는 것을 돕는다. 즉, 부하반응기로 진입하면서 일정 크기의 에너지를 상부탄성체(S)에 저장하고, 저장된 에너지를 유각기에 소모함으로써, 보행에 필요한 신체에너지를 최소화할 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명은 다양한 형태의 보행 보조 장치에 응용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 착용자의 발에 착용되는 족부;
    상기 족부에 설치되며, 상기 발이 초기접지기에서 부하반응기로 이동할 때 에너지를 저장하는 족부에너지저장유닛;
    일측이 상기 족부에 연결되며, 상기 착용자의 경골부에 대응되도록 배치되어 상기 경골부와 연동되는 경골지지부;
    상기 경골지지부의 타측에 연결되어 회전가능하며, 상기 착용자의 대퇴부에 대응되도록 배치되어 상기 대퇴부와 연동되는 대퇴지지부; 및
    상기 경골지지부에 설치되며, 상기 족부에 연결되어 상기 발이 초기접지기에서 부하반응기로 이동할 때 에너지를 저장하는 슬부에너지저장유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 족부는,
    몸체부;
    상기 몸체부의 전방에 연결되어 상기 발의 앞꿈치에 대응되는 앞꿈치지지부; 및
    상기 몸체부의 후방에 연결되어 상기 발의 뒤꿈치에 대응되며, 회전에 의해 해제위치 및 저장위치로 전환가능한 뒤꿈치지지부를 포함하며,
    상기 족부에너지저장유닛은 상기 뒤꿈치지지부의 회전에 의해 생성된 에너지를 저장하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 족부에너지저장유닛은,
    상기 몸체부에 전후방을 따라 형성된 하부이동공간 내에서 이동하는 하부피스톤;
    상기 하부이동공간 내에 설치되어 상기 하부피스톤의 이동에 의해 압축가능한 하부탄성체; 및
    상기 뒤꿈치지지부와 상기 하부피스톤을 연결하는 하부링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 족부에너지저장유닛은 상기 몸체부에 고정설치되며 일측을 통해 상기 하부피스톤돌기의 이동을 제한하는 하부고정레버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 앞꿈치지지부는 상기 몸체부에 대하여 회전가능하며, 회전에 의해 상기 하부고정레버의 타측을 가압하여 상기 하부피스톤돌기의 이동을 허용하는 하부해제레버를 구비하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 슬부에너지저장유닛은 상기 뒤꿈치지지부의 회전에 의해 생성된 에너지를 저장하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슬부에너지저장유닛은,
    상기 뒤꿈치지지부에 일측이 연결되며, 상기 뒤꿈치지지부의 회전에 의해 승강하는 구동링크;
    상기 구동링크의 타측에 위치하며, 상기 구동링크가 승강함에 따라 상기 경골지지부에 상하방향을 따라 형성된 상부이동공간 내에서 이동하는 상부피스톤; 및
    상기 상부이동공간 내에 설치되어 상기 상부피스톤의 이동에 의해 압축가능한 상부탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 슬부에너지저장유닛은 상기 상부이동공간을 향해 일측이 돌출가능하며, 상기 일측에 의해 상기 상부피스톤의 이동을 제한하는 상부고정레버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 슬부에너지저장유닛은,
    상기 대퇴지지부에 연결되어 상기 대퇴지지부와 연동되는 회전판;
    상기 경골지지부에 형성된 이동슬롯을 따라 이동하며, 상기 상부고정레버를 상기 상부이동공간으로부터 이탈시키고 상기 상부피스톤의 이동을 제한하는 해제레버; 및
    일측이 상기 회전판에 연결되고 타측에 상기 상부해제레버에 연결되며, 상기 회전판의 회전에 의해 상기 일측이 승강하는 해제링크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 슬부에너지저장유닛은 상기 구동링크의 타측에 연결되며 상기 구동링크가 상승함에 따라 상기 상부피스톤을 가압하는 보조피스톤을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
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