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KR102167184B1 - 구동 모듈, 구동 모듈을 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법 - Google Patents

구동 모듈, 구동 모듈을 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법 Download PDF

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KR102167184B1
KR102167184B1 KR1020140101743A KR20140101743A KR102167184B1 KR 102167184 B1 KR102167184 B1 KR 102167184B1 KR 1020140101743 A KR1020140101743 A KR 1020140101743A KR 20140101743 A KR20140101743 A KR 20140101743A KR 102167184 B1 KR102167184 B1 KR 102167184B1
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KR
South Korea
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reducer
gear
ring gear
carrier
planetary gear
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김정훈
이민형
최현도
노세곤
이연백
이종원
최병준
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삼성전자주식회사
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Abstract

이상의 설명은 구동 모듈, 구동 모듈을 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
일 실시 예에 따르면, 구동 모듈은, 대상체의 일측에 구비되어, 동력을 전달하는 구동원; 상기 구동원에 연결되어 회전하는 입력측 회전체; 및 상기 입력측 회전체로부터 동력을 전달받아, 동작하는 제 1 감속기 및 제 2 감속기를 포함하고, 상기 입력측 회전체로부터 상기 제 1 감속기의 출력단까지의 감속비와, 상기 입력측 회전체로부터 제 2 감속기의 출력단까지의 감속비는 서로 다를 수 있다.

Description

구동 모듈, 구동 모듈을 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법{A driving module, a motion assist apparatus comprising the driving module and a control method of the motion assist apparatus}
아래의 설명은 구동 모듈, 구동 모듈을 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
최근 고령화 사회가 심화됨에 따라서 관절에 문제가 있어서 이에 대한 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있으며, 관절이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 운동 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 군사용 등의 목적으로 인체의 근력을 강화시키기 위한 운동 보조 장치들이 개발되고 있다.
예를 들어, 운동 보조 장치는, 사용자의 몸통에 장착되는 몸체프레임과, 몸체프레임의 하측에 결합되어 사용자의 골반을 감싸는 골반 프레임과, 사용자의 대퇴부 및 종아리, 발 부위에 장착되는 대퇴부 프레임, 종아리 프레임, 발 프레임으로 구성된다. 골반프레임과 대퇴부 프레임은 고관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되고, 프레임과 종아리 프레임은 무릎 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되며, 종아리 프레임과 발 프레임은 발목 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결된다.
이러한 운동 보조 장치는 사용자의 다리 근력을 보조할 수 있도록 각 관절부들을 구동시키는 구동 모터나 유압시스템 등을 구비한 능동형 관절구조를 구비하기도 한다. 예를 들어, 양측의 고관절부에 각각 구동력을 전달하기 위한 2개의 모터를 구비할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 구동 모듈은, 대상체의 일측에 구비되어, 동력을 전달하는 구동원; 상기 구동원에 연결되어 회전하는 입력측 회전체; 및 상기 입력측 회전체로부터 동력을 전달받아, 동작하는 제 1 감속기 및 제 2 감속기를 포함하고, 상기 입력측 회전체로부터 상기 제 1 감속기의 출력단까지의 감속비와, 상기 입력측 회전체로부터 제 2 감속기의 출력단까지의 감속비는 서로 다를 수 있다.
상기 제 1 감속기 및 제 2 감속기 중 적어도 하나의 감속기는, 상기 입력측 회전체의 외주면에 연결되어, 상기 입력측 회전체로부터 동력을 전달받아 자전 또는 공전 가능한 유성 기어; 상기 유성 기어의 자전 축과 연결되며, 상기 유성 기어가 상기 입력측 회전체에 대하여 공전할 때 회전되는 캐리어; 상기 유성 기어와 연결되는 내주면을 구비하며, 상기 유성 기어와 상호 작용하는 링 기어; 및 상기 감속기의 출력단으로써, 상기 입력측 회전체의 동력을 외부로 전달하기 위한 동력 전달 부재가 감기는 풀리를 포함할 수 있다.
상기 제 1 감속기 및 제 2 감속기는, 상기 유성 기어, 캐리어, 링 기어 및 풀리를 각각 포함하고, 상기 제 1 감속기의 유성 기어 및 상기 제 2 감속기의 유성 기어는 하나의 강체 운동을 하도록 고정될 수 있다.
상기 풀리 및 링 기어는 하나의 강체 운동을 하도록 고정될 수 있다.
상기 풀리는, 상기 링 기어의 외주면에 일체로 형성될 수 있다.
상기 캐리어는, 상기 유성 기어의 자전 축 이외에 다른 부품에 의해 구속되지 않고, 상기 링 기어는, 상기 유성 기어 및 풀리 이외에 다른 부품에 의해 구속되지 않도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 감속기 및 제 2 감속기는, 상기 유성 기어, 캐리어, 링 기어 및 풀리를 각각 포함하고, 상기 제 1 감속기의 링 기어 및 상기 제 2 감속기의 링 기어는 하나의 강체 운동을 하도록 고정될 수 있다.
상기 풀리 및 캐리어는 하나의 강체 운동을 하도록 고정될 수 있다.
상기 제 1 감속기는, 제 1 유성 기어, 제 1 캐리어, 제 1 링 기어 및 제 1 풀리를 포함하고, 상기 제 2 감속기는, 제 2 유성 기어, 제 2 캐리어, 제 2 링 기어 및 제 2 풀리를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 유성 기어 및 한 쌍의 링 기어 중, 한 쌍의 기어는, 서로 하나의 강체 운동을 하도록 고정되고, 다른 한 쌍의 기어는, 각각 동일한 감속기에 포함되는 상기 한 쌍의 풀리와 하나의 강체 운동을 하도록 고정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 운동 보조 장치는, 대상체에 고정되는 고정 부재; 상기 고정 부재의 일측에 구비되고, 구동원과, 상기 구동원으로부터 동력을 전달받아 동작하는 제 1 감속기 및 제 2 감속기를 포함하는 구동 모듈; 상기 대상체의 일 부분 및 타 부분의 회전 동작을 각각 보조하기 위한 제 1 조인트 부재 및 제 2 조인트 부재; 상기 제 1 감속기의 출력단 및 제 1 조인트 부재의 회전 방향이 서로 반대가 되도록, 상기 제 1 감속기의 출력단 및 제 1 조인트 부재를 연결하는 제 1 동력 전달 부재; 및 상기 제 2 감속기의 출력단 및 제 2 조인트 부재의 회전 방향이 서로 일치하도록, 상기 제 2 감속기의 출력단 및 제 2 조인트 부재를 연결하는 제 2 동력 전달 부재를 포함할 수 있다.
상기 제 1 동력 전달 부재 및 제 2 동력 전달 부재는 서로 비대칭적으로 연결될 수 있다.
상기 제 1 동력 전달 부재는, 상기 구동 모듈 및 제 1 조인트 부재 사이에서 교차되도록 연결되고, 상기 제 2 동력 전달 부재는, 상기 구동 모듈 및 제 2 조인트 부재 사이에서 교차되지 않도록 연결될 수 있다.
상기 제 1 감속기는, 제 1 유성 기어, 제 1 캐리어, 제 1 링 기어 및 상기 제 1 감속기의 출력단에 해당하는 제 1 풀리를 포함하고, 상기 제 2 감속기는, 제 2 유성 기어, 제 2 캐리어, 제 2 링 기어 및 상기 제 2 감속기의 출력단에 해당하는 제 2 풀리를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 유성 기어 및 한 쌍의 링 기어 중, 한 쌍의 기어는, 서로 하나의 강체 운동을 하도록 고정되고, 다른 한 쌍의 기어는, 각각 동일한 감속기에 포함되는 상기 한 쌍의 풀리와 하나의 강체 운동을 하도록 고정될 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 대상체에 고정되는 고정 부재; 상기 고정 부재의 일측에 구비되고, 구동원과, 상기 구동원으로부터 동력을 전달받아 동작하는 제 1 감속기 및 제 2 감속기를 포함하는 구동 모듈; 상기 대상체의 일 부분 및 타 부분의 회전 동작을 각각 보조하기 위한 제 1 조인트 부재 및 제 2 조인트 부재; 상기 제 1 감속기 및 제 1 조인트 부재에 연결되어 동력을 전달하는 제 1 동력 전달 부재; 및 상기 제 2 감속기 및 제 2 조인트 부재에 연결되어 동력을 전달하는 제 2 동력 전달 부재를 포함하고, 상기 구동원으로부터 상기 제 1 감속기의 출력단까지의 감속비와, 상기 구동원으로부터 제 2 감속기의 출력단까지의 감속비는 서로 다를 수 있다.
상기 제 1 동력 전달 부재는, 상기 제 1 감속기의 출력단 및 제 1 조인트 부재의 회전 방향이 서로 반대가 되도록 연결되고, 상기 제 2 동력 전달 부재는, 상기 제 2 감속기의 출력단 및 제 2 조인트 부재의 회전 방향이 서로 일치하도록 연결될 수 있다.
상기 제 1 감속기는, 제 1 유성 기어, 제 1 캐리어, 제 1 링 기어 및 상기 제 1 감속기의 출력단에 해당하는 제 1 풀리를 포함하고, 상기 제 2 감속기는, 제 2 유성 기어, 제 2 캐리어, 제 2 링 기어 및 상기 제 2 감속기의 출력단에 해당하는 제 2 풀리를 포함하며, 상기 한 쌍의 유성 기어 및 한 쌍의 링 기어 중, 한 쌍의 기어는, 하나의 강체 운동을 하도록 고정되고, 다른 한 쌍의 기어는, 각각 동일한 감속기에 포함되는 상기 한 쌍의 풀리에 하나의 강체 운동을 하도록 고정될 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 제 1 조인트 부재에 연결되고, 상기 대상체의 일 부분을 지지하는 제 1 지지 모듈; 및 상기 제 2 조인트 부재에 연결되고, 상기 대상체의 타 부분을 지지하는 제 2 지지 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 구동원이 온(ON)되면, 상기 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈은 서로 다른 각속도로 이동되어, 상기 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈이 서로 벌어지거나 오므려지는 방향으로 이동될 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이다.
도 2는 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 좌측면도이다.
도 3은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 우측면도이다.
도 4는 제 1 실시 예에 따른 구동 모듈의 정면 분해 사시도이다.
도 5는 제 1 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 6은 제 1 실시 예에 따른 제 1 지지 모듈이 전진하는 동작을 나타내는 도면이다.
도 7은 제 1 실시 예에 따른 제 2 지지 모듈이 전진하는 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은 제 1 실시 예의 변형 예에 따른 링 기어 및 스토퍼에 대한 도면이다.
도 9는 제 1 실시 예의 다른 변형 예에 따른 링 기어 및 스토퍼에 대한 도면이다.
도 10은 제 2 실시 예에 따른 구동 모듈의 정면 분해 사시도이다.
도 11은 제 2 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 12는 제 2 실시 예에 따른 제 1 지지 모듈이 전진하는 동작을 나타내는 도면이다.
도 13은 제 2 실시 예에 따른 제 2 지지 모듈이 전진하는 동작을 나타내는 도면이다.
도 14는 제 3 실시 예에 따른 구동 모듈의 배면 사시도이다.
도 15는 제 3 실시 예에 따른 구동 모듈의 정면 분해 사시도이다.
도 16은 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 17은 제 3 실시 예에 따른 구동 모듈에서, 캐리어가 고정된 상태를 가정하여 도시한 동작도이다.
도 18은 제 3 실시 예에 따른 구동원의 동력이 인가된 상태에서, 구동 모듈 및 지지 모듈의 동작을 나타내는 도면이다.
도 19는 제 3 실시 예에 따른 구동원의 동력이 차단된 상태에서, 구동 모듈 및 지지 모듈의 동작을 나타내는 도면이다.
도 20은 제 4 실시 예에 따른 구동 모듈의 정면 분해 사시도이다.
도 21은 제 4 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 22는 제 4 실시 예에 따른 구동 모듈에서, 링 기어가 고정된 상태를 가정하여 도시한 동작도이다.
도 23은 제 4 실시 예에 따른 구동원의 동력이 인가된 상태에서, 구동 모듈 및 지지 모듈의 동작을 나타내는 도면이다.
도 24는 제 4 실시 예에 따른 구동원의 동력이 차단된 상태에서, 구동 모듈 및 지지 모듈의 동작을 나타내는 도면이다.
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 가지도록 하고 있음에 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.
이하 설명할 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 하나의 구동원을 이용하여 복수 개의 지지 모듈을 동시에 구동시킬 수 있다. 실시 예에 따른 운동 보조 장치는 하나의 구동원을 이용하여 복수 개의 지지 모듈의 상대적 위치 차이가 발생하도록 할 수 있다.
예를 들어, 하나의 구동원 및 복수 개의 지지 모듈 사이에 전달되는 동력을 각각 선택적으로 연결 또는 차단하는 수단을 이용하여, 복수 개의 지지 모듈의 상대적인 위치가 서로 달라지도록 할 수 있다. 할 수 있다.
다른 예로, 하나의 구동원 및 복수 개의 지지 모듈 사이에 전달되는 동력의 감속비를 달리함으로써, 복수 개의 지지 모듈의 상대적인 위치가 서로 달라지도록 할 수 있다.
간략히 도 1 내지 도 3은 실시 예에 공통되는 운동 보조 장치의 실시 예에 대한 도면이다. 도 3 내지 도 13은 하나의 구동원 및 복수 개의 지지 모듈 사이에 전달되는 동력을 각각 선택적으로 연결 또는 차단하는 수단을 포함하는 실시 예에 대한 도면이다. 도 14 내지 도 24는 하나의 구동원 및 복수 개의 지지 모듈 사이에 전달되는 동력의 감속비가 각각 다른 실시 예에 대한 도면이다. 이하 도면을 참조하여 각각의 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 정면도이고, 도 2는 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 좌측면도이고, 도 3은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 우측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)는, 대상체에 착용되어 대상체의 운동을 보조할 수 있다.
대상체는 사람, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 1은 운동 보조 장치(10)가, 대상체의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 도시하고 있으나, 운동 보조 장치(10)는, 대상체의 손, 상박, 하박 등 상체의 다른 부분이나, 발, 종아리 등의 하체의 다른 부위를 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(10)는, 대상체의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다.
이하, 운동 보조 장치(10)가, 사람의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.
운동 보조 장치(10)는, 고정 부재(20)와, 구동 모듈(100)과, 제어부(30)와, 동력 전달 부재(40)(60)와, 복수 개의 지지 모듈(50)(70)을 포함할 수 있다.
고정 부재(20)는, 대상체에 고정될 수 있다. 고정 부재(20)는, 대상체의 외면의 적어도 일부에 접촉할 수 있다. 고정 부재(20)는, 대상체의 외면을 따라서 감싸는 형상일 수 있다. 고정 부재(20)는, 대상체의 접촉 부분에 대응하는 형상으로 만곡 형성될 수 있다. 다시 말하면, 고정 부재(20)는, 대상체에 접촉하는 만곡면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정 부재(20)는, 대상체의 허리의 일측에 고정될 수 있다.
구동 모듈(100)은, 단일 구동원의 동력을 복수 개의 지지 모듈(50)(70)에 각각 전달할 수 있다. 구동 모듈(100)은, 고정 부재(20)의 일측에 제공될 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈(100)은, 도 1을 기준으로, 고정 부재(20)의 후측에 제공될 수 있다. 구동 모듈(100)은, 고정 부재(20)의 상측에 제공될 수 있다. 구동 모듈(100)은, 지지 모듈(50)(70)과 이격하여 배치될 수 있다. 구동 모듈(100)은, 고정 부재(20)를 기준으로 지지 모듈(50)(70)의 반대편에 배치될 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 관절 부위에 배치되는 제품의 부피를 감소시킬 수 있다. 다만, 실시 예에서 구동 모듈(100)의 위치가 제한되는 것은 아니다. 구동 모듈(100)에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
제어부(30)는, 구동 모듈(100)을 제어하여, 구동 모듈(100)이 복수 개의 지지 모듈(50)(70)에 동력을 전달하게 할 수 있다. 제어부(30)는, 고정 부재(20)의 일측에 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 기준으로, 제어부(30)는, 고정 부재(20)의 후측에 제공될 수 있다. 제어부(30)는, 고정 부재(20)의 상측에 제공될 수 있다. 다만, 실시 예에서 제어부(30)의 위치가 제한되는 것은 아니다.
동력 전달 부재(40)(60)는, 구동 모듈(100) 및 지지 모듈(50)(70) 사이에 배치될 수 있다. 동력 전달 부재(40)(60)는, 구동 모듈(100)로부터 지지 모듈(50)(70)로 동력을 전달할 수 있다. 동력 전달 부재(40)(60)는, 밀거나 당기는 힘에 의해 동력을 전달하거나, 마찰력, 장력 또는 탄성력 등을 이용하여 동력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 동력 전달 부재(40)(60)는, 와이어, 케이블, 스트링, 고무줄, 스프링, 벨트, 또는 체인 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 동력 전달 부재(40)(60)의 동력 입력단은 구동 모듈(100)에 연결되고, 동력 전달 부재(40)(60)의 동력 출력단은 지지 모듈(50)(70)에 연결되는 조인트 어셈블리(42)(62)에 연결될 수 있다.
조인트 어셈블리(42)(62)는, 동력 전달 부재(40)(60) 및 지지 모듈(50)(70) 사이에 동력을 전달할 수 있다. 조인트 어셈블리(42)(62)는, 제 1 동력 전달 부재(40) 및 제 1 지지 모듈(50)에 연결되는 제 1 조인트 어셈블리(42)와, 제 2 동력 전달 부재(60) 및 제 2 지지 모듈(70)에 연결되는 제 2 조인트 어셈블리(64)를 포함할 수 있다.
제 1 조인트 어셈블리(42)는, 제 1 조인트 부재(44)와, 제 1 연결 부재(46)를 포함할 수 있다.
제 1 조인트 부재(44)는, 제 1 동력 전달 부재(40)로부터 전달받은 동력에 의해 회전될 수 있다. 제 1 조인트 부재(44)는, 대상체의 고관절의 일측에 배치될 수 있다. 이 경우, 제 1 조인트 부재(44)는, "고관절 보조 부재"라고 할 수도 있다.
제 1 연결 부재(46)는, 제 1 조인트 부재(44) 및 제 1 지지 모듈(50)을 연결할 수 있다. 제 1 연결 부재(46)의 일측은 제 1 조인트 부재(44)와 연결되고, 제 1 연결 부재(46)의 타측은 제 1 지지 모듈(50)과 연결될 수 있다.
제 1 연결 부재(46)는, 제 1 조인트 부재(44)의 회전력에 의해 회전될 수 있다. 제 1 연결 부재(46)는, 제 1 조인트 부재(44)와 별도의 체결 부재에 의해 체결되거나, 일체로 형성될 수도 있다.
제 1 연결 부재(46)의 타측은, 제 1 지지 모듈(50)과 힌지(hinge) 결합될 수 있다. 다시 말하면, 제 1 연결 부재(46)의 타측 및 제 1 지지 모듈(50)은, 힌지 결합 구조로 연결될 수 있다. 그리고 힌지 결합 구조의 힌지 축은, 제 1 조인트 부재(44)의 회전 축과 교차될 수 있다. 예를 들어, 힌지 축 및 회전 축은 직교할 수 있다. 제 1 지지 모듈(50)은, 힌지 축 및 회전 축에 의해, 고정 부재(20)에 대하여 2 자유도(degree-of-freedom) 운동을 할 수 있다.
제 2 조인트 어셈블리(64)는, 제 1 조인트 어셈블리(42)와 마찬가지로, 제 2 조인트 부재(64)와, 제 2 연결 부재(66)를 포함할 수 있다. 제 2 조인트 부재(64) 및 제 2 연결 부재(66)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
동력 전달 부재(40)(60)는, 구동 모듈(100)로부터 제 1 지지 모듈(50)로 동력을 전달하는 제 1 동력 전달 부재(40)와, 구동 모듈(100)로부터 제 2 지지 모듈(70)로 동력을 전달하는 제 2 동력 전달 부재(60)를 포함할 수 있다.
제 1 동력 전달 부재(40) 및 제 2 동력 전달 부재(60)는, 서로 비대칭적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 1 동력 전달 부재(40)는, 구동 모듈(100) 및 제 1 지지 모듈(50) 사이에서 서로 교차되도록 연결될 수 있다. 그리고, 제 2 동력 전달 부재(60)는, 구동 모듈(100) 및 제 1 지지 모듈(50) 사이에서 서로 교차되지 않도록 연결될 수 있다. 다시 말하면, 도 2와 같이, 제 1 동력 전달 부재(40)는, "X자 형상"으로 교차되도록 연결되고, 도 3과 같이, 제 2 동력 전달 부재(40)는, "11자 형상"으로 서로 교차되지 않도록 연결될 수 있다.
구체적으로, 도 2와 같이, 제 1 동력 전달 부재(40) 중 제 1 부분은, 구동 모듈(100)의 상측 및 제 1 지지 모듈(50)의 후방에 연결될 수 있다. 그리고 제 1 동력 전달 부재(40) 중 제 2 부분은, 구동 모듈(100)의 하측 및 제 1 지지 모듈(50)의 전방에 연결될 수 있다. 이 경우, 제 1 동력 전달 부재(40)의 제 1 부분 및 제 2 부분은 서로 교차되도록 연결된 것으로 볼 수 있다.
또한, 도 3과 같이, 제 2 동력 전달 부재(60) 중 제 1 부분은, 구동 모듈(100)의 상측 및 제 2 지지 모듈(70)의 전방에 연결될 수 있다. 그리고 제 2 동력 전달 부재(60) 중 제 2 부분은, 구동 모듈(100)의 하측 및 제 2 지지 모듈(70)의 후방에 연결될 수 있다. 이 경우, 제 2 동력 전달 부재(60)의 제 1 부분 및 제 2 부분은 서로 교차되지 않도록 연결된 것으로 볼 수 있다. 제 1 부분 및 제 2 부분은 서로 평행하게 연결된 것으로 볼 수도 있다.
다른 표현으로, 제 1 동력 전달 부재(40)는, 제 1 동력 전달 부재(40)에 연결된 2개의 회전 부재의 회전 방향이 서로 반대가 되도록 연결될 수 있다. 그리고 제 2 동력 전달 부재(60)는, 제 2 동력 전달 부재(60)에 연결된 2개의 회전 부재의 회전 방향이 서로 동일하도록 연결될 수 있다.
한편, 제 1 동력 전달 부재(40) 및 제 2 동력 전달 부재(60)의 배치가 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아니다. 동력 전달 부재(40)(60)는, 모두 교차되도록 연결되거나, 모두 교차되지 않도록 연결될 수도 있다.
동력 전달 부재(40)(60)의 일측에는, 동력 전달 부재(40)(60)의 적어도 일부를 감싸는 쉴드(48)(68)가 구비될 수 있다. 쉴드(48)(68)는, 고정 부재(20)의 양측에 배치될 수 있다. 동력 전달 부재(40)(60)는, 쉴드(48)(68)를 관통하여, 지지 모듈(50)(70)과 연결될 수 있다. 쉴드(48)(68)에 의하면, 동력 전달 부재(40)(60)의 일부가 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 쉴드(48)(68)에 의하면, 사용자가 쉴드(48)(68) 상에 의복을 착용한 상태에서, 동력 전달 부재(40)(60)가 의복에 간섭되지 않고 동작할 수 있다. 쉴드(48)(68)에는, 의복의 허리단을 거치하기 위한 거치 홈이 형성될 수 있다.
동력 전달 부재(40)(60)의 외부에는, 튜브가 구비될 수 있다. 튜브는, 동력 전달 부재(40)(60)를 가이드할 수 있다. 튜브는, 구동 모듈(100) 및 지지 모듈(50)(70) 사이에 배치될 수 있다. 튜브에 의하면, 사용자가 튜브 상에 의복을 착용한 상태에서, 동력 전달 부재(40)(60)가 의복에 간섭되지 않고 동작할 수 있다. 튜브는, 고무, 실리콘 등의 유연한 재질(flexible material)이거나, 플라스틱, 스틸 등의 단단한 재질(rigid material)일 수 있다. 튜브에 의하면, 동력 전달 부재(40)(60)가 직접 대상체에 접촉되는 것을 방지하여, 착용감을 향상시킬 수 있다.
지지 모듈(50)(70)은, 대상체의 일부를 지지할 수 있다. 지지 모듈(50)(70)은, 대상체의 일부의 운동을 보조할 수 있다. 지지 모듈(50)(70)은, 동력 전달 부재(40)(60)로부터 전달받은 동력에 의해 회전될 수 있다. 지지 모듈(50)(70)의 회전력은, 대상체의 일부에 전달되어, 대상체의 일부의 운동을 보조할 수 있다.
지지 모듈(50)(70)은, 대상체의 일 부분을 지지하기 위한 제 1 지지 모듈(50)과, 대상체의 다른 부분을 지지하기 위한 제 2 지지 모듈(70)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 지지 모듈(50)은, 대상체의 오른쪽 다리를 지지하고, 제 2 지지 모듈(70)은, 대상체의 왼쪽 다리를 지지할 수 있다.
제 1 지지 모듈(50)은, 제 1 지지 프레임(52)과, 제 1 가압 부재(54)와, 제 1 지지 부재(56)를 포함할 수 있다.
제 1 지지 프레임(52)은, 제 1 조인트 어셈블리(42)와 연결되어 회동될 수 있다.
제 1 가압 부재(54)는, 제 1 지지 프레임(52)의 일측에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 가압 부재(54)는, 대상체의 오른쪽 다리의 일측에 배치되어, 대상체의 오른쪽 허벅지를 밀거나, 당길 수 있다. 예를 들어, 제 1 가압 부재(54)는, 대상체의 오른쪽 허벅지의 전면에 배치될 수 있다.
제 1 지지 부재(56)는, 제 1 가압 부재(54)의 일측에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 지지 부재(56)는, 대상체의 오른쪽 허벅지의 적어도 일부의 둘레를 감싸도록 배치되어, 대상체의 오른쪽 허벅지가 지지 프레임(52)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 제 1 지지 부재(56)는, 대상체의 오른쪽 허벅지를 기준으로 제 1 가압 부재(54)의 반대측에 배치될 수 있다.
제 2 지지 모듈(70)은, 제 1 지지 모듈(50)과 마찬가지로, 제 2 지지 프레임(72)과, 제 2 가압 부재(74)와, 제 2 지지 부재(76)를 포함할 수 있다. 제 2 지지 프레임(72), 제 2 가압 부재(74) 및 제 2 지지 부재(76)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 동력 전달 부재(40)(60)는, 구동 모듈(100) 및 지지 부재(54)(74)를 직접 연결할 수도 있다. 다시 말하면, 조인트 부재(42)(62)와, 지지 프레임(52)(72) 등은 생략될 수 있다. 동력 전달 부재(40)(60)가 지지 부재(54)(74)를 직접 밀거나, 당기는 방법으로 지지 부재(54)(74)를 이동시키는 것도 가능하다.
도 3a는 실시 예에 따른 구동 모듈의 블록도이다.
도 3a를 참조하면, 실시 예에 따른 구동 모듈(100)은, 구동원(120)과, 입력측 회전체(930)와, 입력측 회전체(930)로부터 동력을 전달받아 각각의 지지 모듈(40)(60)로 동력을 전달하는 2개의 감속기(940)(960)를 포함할 수 있다.
감속기(940)(960)로는, 일반적으로 1개의 입력단과, 2개의 출력단을 갖는 3-포트 시스템(3-port system)이 사용될 수 있다. 구체적으로 감속기(940)(960)는, 각각 연결 회전체(942)(962)와, 링 부재(946)(966)와, 풀리(948)(968)를 포함하고, 풀리(948)(968)는, 연결 회전체(942)(962) 또는 링 부재(946)(966)에 연결되어 지지 모듈(40)(60)로 동력을 전달할 수 있다.
감속기(940)(960)는, 3-포트 시스템이면, 충분하며 실시 예에서 그 종류가 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 감속기(940)(960)가 치차(toothed gear) 구조로 동력을 전달할 경우, 입력측 회전체(930), 연결 회전체(942)(962) 및 링 부재(946)(966)는, 각각 "선 기어", "유성 기어" 및 "링 기어"일 수 있다. 다른 예로, 감속기(940)(960)가 굴림 마찰(rolling friction)에 의해 동력을 전달할 경우, 입력측 회전체(930), 연결 회전체(942)(962) 및 링 부재(946)(966)는, 각각 "제 1 풀리", "제 2 풀리" 및 "제 3 풀리"일 수 있다. 또 다른 예로, 감속기(940)(960)가 하모닉 드라이브(harmonic drive) 구조에 의해 동력을 전달할 경우, 입력측 회전체(930), 연결 회전체(942)(962) 및 링 부재(946)(966)는, 각각 "웨이브 제네레이터(wave generator)", "플렉스플라인(flexspline)" 및 "원형 스플라인(circular spline)"일 수 있다.
이하 감속기(940)(960)가 치차(toothed gear) 구조로 동력을 전달할 경우에 대하여 예시적으로 설명하지만, 실시 예가 반드시 아래의 내용으로 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.
도 4는 제 1 실시 예에 따른 구동 모듈의 정면 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 제 1 실시 예에 따른 구동 모듈(100)은, 케이스(112)(114)와, 구동원(120)과, 선 기어(sun gear)(130)와, 제 1 감속기(140)와, 제 1 스토퍼(150)와, 제 2 감속기(160)와, 제 2 스토퍼(170)와, 스토퍼 축(180)을 포함할 수 있다.
케이스(112)(114)는, 구동 모듈(100)의 외형을 형성하는 제 1 케이스(112) 및 제 2 케이스(114)를 포함할 수 있다. 케이스(112)(114)에 의하면, 구동 모듈(100)의 내부 부품들이 직접 대상체에 접촉되는 것을 방지하여, 착용감을 향상시킬 수 있다.
구동원(120)은, 예를 들어, 전압 또는 전류를 제공받아 동력을 생성하는 모터이거나, 유압에 의해 동작하는 펌프 등의 구동원을 포함할 수 있다. 다만 이는 예시에 불과할 뿐, 실시 예에서 구동원의 종류가 제한되는 것은 아니다.
구동원(120)은, 구동원(120)으로부터 동력을 전달받는 구동 기어(122)와, 구동 기어(122)와 연결되어 회전 속력을 감속시키는 감속 기어(124)와, 선 기어(130)에 동력을 전달하는 선 기어 축(sun gear shaft)(126)을 포함할 수 있다.
선 기어(130)는, 선 기어 축(126)에 연결되어, 제 1 감속기(140) 및 제 2 감속기(160)에 동시에 동력을 전달할 수 있다. 선 기어(130)의 회전 축(axis of rotation)은, 제 1 감속기(140)의 회전 축 및 제 2 감속기(160)의 회전 중심과 일치할 수 있다.
한편, 도 4에는, 선 기어(130)가 하나인 것으로 도시하였으나, 이와 달리 선 기어(130)가 복수 개로 제공되고, 복수 개의 선 기어(130)가 각각 제 1 감속기(140) 및 제 2 감속기(160)에 동력을 전달할 수도 있다. 이 경우, 복수 개의 선 기어(130)는, 하나의 강체 운동(rigid body motion)을 하도록 제공될 수 있다.
제 1 감속기(140)는, 제 1 유성 기어(planet gear)(142)와, 제 1 캐리어(carrier)(144)와, 제 1 링 기어(ring gear)(146)와, 제 1 풀리(pulley)(148)를 포함할 수 있다.
제 1 유성 기어(142)는, 선 기어(130) 및 제 1 링 기어(146)에 연결될 수 있다. 제 1 유성 기어(142)는, 선 기어(130) 및 제 1 링 기어(146)에 맞물릴 수 있다. 제 1 유성 기어(142)는, 선 기어(130)의 외주면에 연결될 수 있다. 제 1 유성 기어(142)는, 링 기어(146)의 내주면에 연결될 수 있다. 제 1 유성 기어(142)는, 선 기어(130) 또는 링 기어(146)와 상호 작용할 수 있다. 제 1 유성 기어(142)는, 선 기어(130) 또는 제 1 링 기어(146)의 회전력을 전달받아 회전될 수 있다.
제 1 유성 기어(142)는, 적어도 하나 이상 배치될 수 있다. 제 1 유성 기어(142)가 복수 개인 경우, 제 1 유성 기어(142)는, 선 기어(130)의 회전 축을 중심으로 동일한 각도로 배치될 수 있다.
제 1 캐리어(144)는, 제 1 유성 기어(142)의 자전 축과 연결될 수 있다. 제 1 캐리어(144)는, 복수 개의 제 1 유성 기어(142)의 자전 축과 연결될 수 있다. 제 1 캐리어(144)는, 제 1 유성 기어(142)의 자전 축 및 선 기어(130)의 회전 축과 연결될 수도 있다.
위와 같은 구조에 의하면, 제 1 캐리어(144)는, 제 1 유성 기어(142)가 선 기어(130)에 대하여 공전(revolution)할 때, 회전될 수 있다. 반대로 제 1 캐리어(144)는, 제 1 유성 기어(142)가 선 기어(130)에 대하여 공전하지 않을 때, 회전하지 않게 된다.
제 1 링 기어(146)는, 제 1 유성 기어(142)에 연결될 수 있다. 제 1 링 기어(146)는, 제 1 유성 기어(142)에 맞물릴 수 있다. 제 1 링 기어(146)는, 제 1 유성 기어(142)의 회전력을 전달받아 회전될 수 있다. 제 1 링 기어(146)는, 제 1 유성 기어(142)에 연결되는 내부 면과, 제 1 스토퍼(150)에 접촉하는 외부면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 면 및/또는 외부 면은 톱니(tooth)를 포함할 수 있다.
제 1 풀리(148)는, 제 1 동력 전달 부재(40)에 동력을 전달할 수 있다. 제 1 풀리(148)의 외면에는, 제 1 동력 전달 부재(40)가 감길 수 있다.
제 1 풀리(148)는, 제 1 캐리어(144)의 회전력을 전달받아 회전될 수 있다. 제 1 풀리(148)의 회전 속력 및 회전 방향은, 제 1 캐리어(144)의 회전 속력 및 회전 방향과 동일할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 풀리(148) 및 제 1 캐리어(144)는, 하나의 강체 운동을 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 풀리(148)는, 제 1 캐리어(144)와 별도의 체결 부재로 체결되거나, 일체로 형성될 수도 있다.
제 1 스토퍼(150)는, 제 1 링 기어(146)를 선택적으로 회전되게 할 수 있다. 제 1 스토퍼(150)는, 제 1 링 기어(146)를 선택적으로 구속할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스토퍼(150)는, 제 1 링 기어(146)의 외부면에 형성된 톱니에 대응되는 형상의 톱니를 포함할 수 있다.
제 1 스토퍼(150)가 제 1 링 기어(146)에 결합된 상태를 "구속 상태"라고 하고, 제 1 스토퍼(150)가 제 1 링 기어(146)로부터 분리된 상태를 "해제 상태"라고 할 수 있다.
제 1 스토퍼(150)는, 스토퍼 축(180)을 중심으로 회전할 수 있다. 제 1 스토퍼(150)의 회전 각도에 따라서, 제 1 스토퍼(150)는, 제 1 링 기어(146)를 선택적으로 회전되게 할 수 있다.
제 2 감속기(160)는, 제 1 감속기(140)와 마찬가지로, 제 2 유성 기어(planet gear)(162)와, 제 2 캐리어(carrier)(164)와, 제 2 링 기어(ring gear)(166)와, 제 2 풀리(pulley)(168)를 포함할 수 있다. 제 2 유성 기어(planet gear)(162)와, 제 2 캐리어(carrier)(164)와, 제 2 링 기어(ring gear)(166)와, 제 2 풀리(pulley)(168)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 예를 들어, 제 2 감속기(160)는, 제 1 감속기(140)와 대칭되게 배치될 수 있다.
제 2 스토퍼(170)는, 제 1 스토퍼(150)와 마찬가지로, 제 2 링 기어(166)가 선택적으로 회전되게 할 수 있다. 제 2 스토퍼(170)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
스토퍼 축(180)은, 제 1 스토퍼(150) 및/또는 제 2 스토퍼(170)의 회전 중심 축의 기능을 할 수 있다. 스토퍼 축(180)은, 제 1 케이스(112) 또는 제 2 케이스(114)에 고정될 수 있다.
한편, 구동 기어(122), 감속 기어(124), 선 기어(130), 유성 기어(142)(162), 링 기어(146)(166) 등은 치차(toothed gear)인 것으로 도시하였으나, 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아니다. 기어들은, 굴림 마찰(rolling friction)에 의해 동력을 전달할 수 있는 회전체를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
도 5는 제 1 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 제 1 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)는 다음과 같이 작동할 수 있다.
제어부(30)는, 구동원(120)을 온(ON)시켜, 선 기어(130)에 동력을 전달할 수 있다. 또한, 제어부(30)는, 제 1 스토퍼(150) 및 제 2 스토퍼(170)를 동작시켜, 제 1 링 기어(146) 및 제 2 링 기어(166)에 각각 선택적으로 결합되도록 할 수 있다.
먼저, 제 1 스토퍼(150)의 동작에 따라서, 제 1 지지 모듈(50)이 선택적으로 회전될 수 있다.
구체적인 설명에 앞서서, 제 1 지지 모듈(50)을 동작시키기 위하여는, 제 1 지지 모듈(50)에 가해지는 부하(load)보다 큰 힘이 작용하여야 한다. 부하는, 제 1 동력 전달 부재(40) 및 제 1 풀리(148)를 거쳐 제 1 캐리어(144)에 전달된다. 따라서, 제 1 캐리어(144)에는 일정 수준 이상의 부하가 존재한다. 이하 이를 전제로 설명하기로 한다.
첫째, 제 1 스토퍼(150)가, 제 1 링 기어(146)에 결합되면, 제 1 링 기어(146)는 정지된다. 그리고 선 기어(130)로부터 전달되는 동력이 충분히 커지면, 제 1 유성 기어(142)는, 제 1 캐리어(144)에 가해지는 부하를 극복하고, 선 기어(130)에 대하여 공전(revolution)하게 된다. 그리고 제 1 유성 기어(142)의 공전에 따라서, 제 1 캐리어(144) 및 제 1 풀리(148)는 회전될 수 있다. 제 1 풀리(148)가 회전하면, 제 1 동력 전달 부재(40)를 통해 동력이 전달되어, 제 1 지지 모듈(50)이 회전될 수 있다.
둘째, 제 1 스토퍼(150)가, 제 1 링 기어(146)로부터 분리되면, 제 1 링 기어(146)는 회전할 수 있는 상태가 된다. 다시 말하면, 제 1 링 기어(146)는 무부하 상태(idling condition)가 되는 것으로 이해될 수 있다. 이 경우, 선 기어(130)로부터 전달되는 동력은, 제 1 유성 기어(142)를 거쳐, 무부하 상태인 제 1 링 기어(146)로 전달되고, 제 1 링 기어(146)가 회전될 수 있다. 이 경우, 제 1 캐리어(144), 제 1 풀리(148), 제 1 동력 전달 부재(40) 및 제 1 지지 모듈(50)은 동작하지 않을 수 있다.
다시 말하면, 제 1 스토퍼(150)의 동작에 따라서, 제 1 지지 모듈(50)이 선택적으로 회전될 수 있다.
마찬가지로, 제 2 스토퍼(170)의 동작에 따라서, 제 2 지지 모듈(70)이 선택적으로 회전될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제 1 스토퍼(150) 및 제 2 스토퍼(170)를 교번하여 각각의 제 1 링 기어(146) 및 제 2 링 기어(166)에 결합시킴으로써, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)이 교번하여 회전하게 할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 스토퍼(150) 및 제 2 스토퍼(170)를 교번하여 각각의 제 1 링 기어(146) 및 제 2 링 기어(166)에 결합시킴으로써, 대상체의 보행 동작을 보조할 수 있다.
도 6은 제 1 실시 예에 따른 제 1 지지 모듈이 전진하는 동작을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 6(a)는, 도 1의 정면에서 바라본 제 1 감속기의 동작도이고, 도 6(b)는, 도 1의 우측에서 바라본 제 1 지지 모듈의 동작도이다.
도 7은 제 1 실시 예에 따른 제 2 지지 모듈이 전진하는 동작을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 7(a)는, 도 1의 정면에서 바라본 제 2 감속기의 동작도이고, 도 7(b)는, 도 1의 좌측에서 바라본 제 2 지지 모듈의 동작도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 점 P11, P12, P21, P22, P3 및 P4는 도면의 이해를 돕기 위해 표기한 것이며, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 6 및 도 7은 모두, 스토퍼(150)(170)가 링 기어(146)(166)에 결합된 상태를 도시한 것이다. 다시 말하면, 링 기어(146)(166)가 정지된 상태를 도시한 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 선 기어(130)가 일 방향으로 회전할 때에, 지지 모듈(50)(70)이 모두 전방으로 이동될 수 있다.
구체적으로, 도 1의 정면을 기준으로 선 기어(130)가 반시계 방향으로 회전할 때, 제 1 유성 기어(142) 및 제 2 유성 기어(162)는 모두 시계 방향으로 회전하고, 제 1 캐리어(144) 및 제 2 캐리어(164)는 모두 반시계 방향으로 회전하고, 제 1 풀리(148) 및 제 2 풀리(168)는 모두 반시계 방향으로 회전될 수 있다.
이 경우, 도 6과 같이, 제 1 풀리(148) 및 제 1 조인트 부재(44) 사이에 교차되도록 연결된 제 1 동력 부재(40)는, 제 1 조인트 부재(44)가 제 1 풀리(148)와 반대 방향으로 회전되게 한다. 제 1 조인트 부재(44)는, 대상체의 오른쪽 다리에 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 6(a)에서 보이는 제 1 조인트 부재(44)의 면이, 대상체의 오른쪽 다리의 우측면을 향하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 제 1 조인트 부재(44)는, 제 1 지지 모듈(50)을 전진하는 방향으로 회전시킬 수 있다.
또한, 도 7과 같이, 제 2 풀리(168) 및 제 2 조인트 부재(64) 사이에 교차되지 않도록 연결된 제 2 동력 부재(40)는, 제 2 조인트 부재(64)가 제 2 풀리(168)와 같은 방향으로 회전되게 한다. 제 2 조인트 부재(64)는, 대상체의 왼쪽 다리에 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 7(a)에서 보이는 제 2 조인트 부재(64)의 면이, 대상체의 왼쪽 다리의 좌측면을 향하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 제 2 조인트 부재(64)는, 제 2 지지 모듈(70)을 전방으로 회전시킬 수 있다.
마찬가지로, 선 기어(130)가 타 방향으로 회전하면, 지지 모듈(50)(70)이 모두 후방으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 정면을 기준으로 선 기어(130)가 시계 방향으로 회전하면, 지지 모듈(50)(70)이 모두 후방으로 이동될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
위와 같은 구성에 의하면, 대상체의 상태에 따라, 제 1 스토퍼(150) 및 제 2 스토퍼(170)를 다양하게 동작시킬 수 있다.
첫째, 제 1 스토퍼(150) 및 제 2 스토퍼(170)는 모두 구속 상태일 수 있다. 이 경우, 선 기어(130)가 일 방향으로 회전하면, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)은 전방으로 이동되고, 선 기어(130)가 타 방향으로 회전하면, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)은 후방으로 이동될 수 있다.
제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)을 모두 전방으로 이동시킴으로써, 대상체가 앉는 동작을 보조할 수 있다. 반대로, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)을 모두 후방으로 이동되게 함으로써 대상체가 일어서는 동작을 보조할 수 있다.
둘째, 제 1 스토퍼(150) 및 제 2 스토퍼(170)는 교번하여 동작될 수 있다. 구체적으로, 선 기어(130)를 일 방향으로 회전시킨 상태에서, 제 1 스토퍼(150)를 제 1 링 기어(146)에 결합시키고, 제 2 스토퍼(170)를 제 2 링 기어(166)로부터 분리시킴으로써, 제 1 지지 모듈(50)이 전방으로 이동될 수 있다. 마찬가지로 제 1 스토퍼(150)를 제 1 링 기어(146)로부터 분리시키고, 제 2 스토퍼(170)를 제 2 링 기어(166)에 결합시킴으로써, 제 2 지지 모듈(70)이 전방으로 이동될 수 있다.
제 1 동력 전달 부재(50) 및 제 2 동력 전달 부재(70)의 비대칭적 연결 구조에 의하면, 선 기어(130)의 회전 방향을 변경하지 않고도, 보행 동작을 보조할 수 있게 된다.
셋째, 제 1 스토퍼(150) 및 제 2 스토퍼(170)는 모두 해제 상태일 수 있다. 구동원(120)이 오프(OFF)된 상태에서는, 제 1 스토퍼(150) 및 제 2 스토퍼(170)를 모두 해제 상태로 둘 수 있다. 이 경우, 대상체가 구동원(120)에 의해 걸리는 부하의 영향을 받지 않고 자유롭게 동작할 수 있게 된다.
앞서 설명한 3가지 동작 상태에 대하여 정리하면 아래의 표 1과 같다.
동작 상태 제 1 스토퍼 제 2 스토퍼
앉기/서기 구속 구속
보행 제1지지모듈 이동 구속 해제
제2지지모듈 이동 해제 구속
자유 동작 해제 해제
이하 상기한 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소에 대하여, 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 상기한 실시 예에 대한 설명은 이하의 실시 예들에도 적용될 수 있다. 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 제 1 실시 예의 변형 예에 따른 링 기어 및 스토퍼에 대한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제 1 실시 예의 변형 예에 따른 링 기어(146)는, 제 1 복합 링 기어(146a) 및 제 2 복합 링 기어(146b)를 포함할 수 있다. 제 1 복합 링 기어(146a) 및 제 2 복합 링 기어(146b)는 동일한 회전 방향 및 회전 속력을 가질 수 있다. 제 1 제 1 복합 링 기어(146a) 및 제 2 복합 링 기어(146b)는 별도의 체결 부재에 의해 체결되거나, 일체로 형성될 수 있다.
제 1 복합 링 기어(146a) 및 제 2 복합 링 기어(146b)는 서로 다른 형상일 수 있다. 예를 들어, 링 기어(146)의 회전 방향을 기준으로, 제 1 복합 링 기어(146a)의 톱니 중 일 방향의 경사는 타 방향의 경사보다 높을 수 있다. 그리고 제 2 복합 링 기어(146b)의 톱니 중 일 방향의 경사는 타 방향의 경사보다 낮을 수 있다.
스토퍼(150)는, 제 1 복합 스토퍼(152) 및 제 2 복합 스토퍼(154)를 포함할 수 있다. 제 1 복합 스토퍼(152) 및 제 2 복합 스토퍼(154)는, 제 1 복합 링 기어(146a) 및 제 2 복합 링 기어(146b)에 각각 대응하는 형상의 톱니를 포함할 수 있다.
위와 같은 구조에 의하면, 스토퍼(150)가 링 기어(146)를 구속하는 힘을 증대시킬 수 있다.
도 9는 제 1 실시 예의 다른 변형 예에 따른 링 기어 및 스토퍼에 대한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제 1 실시 예의 다른 변형 예에 따른 링 기어(146)는, 스토퍼(150)의 마찰력에 의해 구속될 수 있다.
예를 들어, 스토퍼(150)는, 전후 방향으로 이동하여, 링 기어(146)를 선택적으로 구속시킬 수 있다.
스토퍼(150)는, 스토퍼 몸체(158)와, 브레이크 패드(156)를 포함할 수 있다. 브레이크 패드(156)는, 고무 등의 탄성 물질을 포함할 수 있다.
도 10은 제 2 실시 예에 따른 구동 모듈의 정면 분해 사시도이다. 제 1 실시 예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 10을 참조하면, 제 2 실시 예에 따른 구동 모듈(200)은, 제 1 케이스(212)와, 제 2 케이스(214)와, 구동원(220)과, 제 1 감속기(240)와, 제 1 스토퍼(250)와, 제 2 감속기(260)와, 제 2 스토퍼(270)와, 스토퍼 축(280)을 포함할 수 있다.
구동원(220)은, 구동원과, 구동 기어(222)와, 감속 기어(224)와, 선 기어 축(226)을 포함할 수 있다.
제 1 감속기(240)는, 제 1 유성 기어(242)와, 제 1 캐리어(244)와, 제 1 링 기어(246)와, 제 1 풀리(248)를 포함할 수 있다.
제 1 캐리어(244)는, 제 1 스토퍼(250)에 접촉하는 외부면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 면은 톱니(tooth)를 포함할 수 있다.
제 1 풀리(248)는, 제 1 링 기어(246)의 회전력을 전달받아 회전될 수 있다. 제 1 풀리(248)의 회전 속력 및 회전 방향은, 제 1 링 기어(246)의 회전 속력 및 회전 방향과 동일할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 풀리(248) 및 제 1 링 기어(246)는, 하나의 강체 운동을 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 풀리(248)는, 제 1 링 기어(246)와 별도의 체결 부재로 체결되거나, 일체로 형성될 수도 있다.
제 1 스토퍼(250)는, 제 1 캐리어(244)를 선택적으로 회전되게 할 수 있다. 제 1 스토퍼(250)는, 제 1 캐리어(244)를 선택적으로 구속할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스토퍼(250)는, 제 1 캐리어(244)의 외부면에 형성된 톱니에 대응되는 형상의 톱니를 포함할 수 있다.
제 1 스토퍼(250)가 제 1 캐리어(244)에 결합된 상태를 "구속 상태"라고 하고, 제 1 스토퍼(250)가 제 1 캐리어(244)로부터 분리된 상태를 "해제 상태"라고 할 수 있다.
제 1 스토퍼(250)는, 스토퍼 축(280)을 중심으로 회전할 수 있다. 제 1 스토퍼(250)의 회전 각도에 따라서, 제 1 스토퍼(250)는, 제 1 캐리어(244)를 선택적으로 회전되게 할 수 있다.
제 2 감속기(260)는, 제 1 감속기(240)와 마찬가지로, 제 2 유성 기어(262)와, 제 2 캐리어(264)와, 제 2 링 기어(266)와, 제 2 풀리(268)를 포함할 수 있다. 제 2 유성 기어(262)와, 제 2 캐리어(264)와, 제 2 링 기어(266)와, 제 2 풀리(268)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 예를 들어, 제 2 감속기(260)는, 제 1 감속기(240)와 대칭되게 배치될 수 있다.
제 2 스토퍼(270)는, 제 1 스토퍼(250)와 마찬가지로, 제 2 캐리어(264)가 선택적으로 회전되게 할 수 있다. 제 2 스토퍼(270)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 구동 기어(222), 감속 기어(224), 선 기어(230), 유성 기어(242)(262), 캐리어(244)(264), 링 기어(246)(266) 등은 치차(toothed gear)인 것으로 도시하였으나, 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 기어는, 굴림 마찰(rolling friction)에 의해 동력을 전달할 수 있는 회전체를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
도 11은 제 2 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 11을 참조하면, 제 2 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)는 다음과 같이 작동할 수 있다.
제어부(30)는, 구동원(220)을 온(ON)시켜, 선 기어(230)에 동력을 전달할 수 있다. 또한, 제어부(30)는, 제 1 스토퍼(250) 및 제 2 스토퍼(270)를 동작시켜, 제 1 캐리어(244) 및 제 2 캐리어(264)에 각각 선택적으로 결합되도록 할 수 있다.
먼저, 제 1 스토퍼(250)의 동작에 따라서, 제 1 지지 모듈(50)이 선택적으로 회전될 수 있다.
구체적인 설명에 앞서서, 제 1 지지 모듈(50)을 동작시키기 위하여는, 제 1 지지 모듈(50)에 가해지는 부하(load)보다 큰 힘이 작용하여야 한다. 부하는, 제 1 동력 전달 부재(40) 및 제 1 풀리(248)를 거쳐 제 1 링 기어(246)에 전달된다. 따라서, 제 1 링 기어(246)에는 일정 수준 이상의 부하가 존재한다. 이하 이를 전제로 설명하기로 한다.
첫째, 제 1 스토퍼(250)가, 제 1 캐리어(244)에 결합되면, 제 1 캐리어(244)는 정지된다. 그리고 선 기어(230)로부터 전달되는 동력이 충분히 커지면, 제 1 유성 기어(242)는, 제 1 링 기어(246)에 가해지는 부하를 극복하고, 자전(rotation)하게 된다. 그리고 제 1 유성 기어(242)의 자전에 따라서, 제 1 링 기어(246) 및 제 1 풀리(248)는 회전될 수 있다. 제 1 풀리(248)가 회전하면, 제 1 동력 전달 부재(40)를 통해 동력이 전달되어, 제 1 지지 모듈(50)이 회전될 수 있다.
둘째, 제 1 스토퍼(250)가, 제 1 캐리어(244)로부터 분리되면, 제 1 캐리어(244)는 회전할 수 있는 상태가 된다. 다시 말하면, 제 1 캐리어(244)는 무부하 상태(idling condition)가 되는 것으로 이해될 수 있다. 이 경우, 선 기어(230)로부터 전달되는 동력은, 제 1 유성 기어(242)를 거쳐, 무부하 상태인 제 1 캐리어(244)로 전달되고, 제 1 캐리어(244)가 회전될 수 있다. 이 경우, 제 1 링 기어(246), 제 1 풀리(248), 제 1 동력 전달 부재(40) 및 제 1 지지 모듈(50)은 동작하지 않을 수 있다.
다시 말하면, 제 1 스토퍼(150)의 동작에 따라서, 제 1 지지 모듈(50)이 선택적으로 회전될 수 있다.
마찬가지로, 제 2 스토퍼(170)의 동작에 따라서, 제 2 지지 모듈(70)이 선택적으로 회전될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제 1 스토퍼(250) 및 제 2 스토퍼(270)를 교번하여 각각의 제 1 캐리어(244) 및 제 2 캐리어(264)에 결합시킴으로써, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)이 교번하여 회전하게 할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 스토퍼(250) 및 제 2 스토퍼(270)를 교번하여 각각의 제 1 캐리어(244) 및 제 2 캐리어(264)에 결합시킴으로써, 대상체의 보행 동작을 보조할 수 있다.
도 12는 제 2 실시 예에 따른 제 1 지지 모듈이 전진하는 동작을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 12(a)는, 도 1의 정면에서 바라본 제 1 감속기의 동작도이고, 도 12(b)는, 도 1의 우측에서 바라본 제 1 지지 모듈의 동작도이다.
도 13은 제 2 실시 예에 따른 제 2 지지 모듈이 전진하는 동작을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 13(a)는, 도 1의 정면에서 바라본 제 2 감속기의 동작도이고, 도 13(b)는, 도 1의 좌측에서 바라본 제 2 지지 모듈의 동작도이다.
도 12 및 도 13은 모두, 스토퍼(250)(270)가 캐리어(244)(264)에 결합된 상태를 도시한 것이다. 다시 말하면, 캐리어(244)(264)가 정지된 상태를 도시한 것이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 선 기어(230)가 일 방향으로 회전할 때에, 지지 모듈(50)(70)이 모두 전방으로 이동될 수 있다.
구체적으로, 도 1의 정면을 기준으로 선 기어(230)가 시계 방향으로 회전할 때, 제 1 유성 기어(242) 및 제 2 유성 기어(262)는 모두 반시계 방향으로 회전하고, 제 1 링 기어(246) 및 제 2 링 기어(266)는 모두 반시계 방향으로 회전하고, 제 1 풀리(248) 및 제 2 풀리(268)는 모두 반시계 방향으로 회전될 수 있다.
이 경우, 도 12와 같이, 제 1 풀리(248) 및 제 1 조인트 부재(44) 사이에 교차되도록 연결된 제 1 동력 부재(40)는, 제 1 조인트 부재(44)가 제 1 풀리(248)와 반대 방향으로 회전되게 한다. 제 1 조인트 부재(44)는, 대상체의 오른쪽 다리에 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 12(a)에서 보이는 제 1 조인트 부재(44)의 면이, 대상체의 오른쪽 다리의 우측면을 향하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 제 1 조인트 부재(44)는, 제 1 지지 모듈(50)을 전진하는 방향으로 회전시킬 수 있다.
또한, 도 13과 같이, 제 2 풀리(268) 및 제 2 조인트 부재(64) 사이에 교차되지 않도록 연결된 제 2 동력 부재(40)는, 제 2 조인트 부재(64)가 제 2 풀리(268)와 같은 방향으로 회전하게 한다. 제 2 조인트 부재(64)는, 대상체의 왼쪽 다리에 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 13(a)에서 보이는 제 2 조인트 부재(64)의 면이, 대상체의 왼쪽 다리의 좌측면을 향하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 제 2 조인트 부재(64)는, 제 2 지지 모듈(70)을 전방으로 회전시킬 수 있다.
마찬가지로, 선 기어(230)가 타 방향으로 회전하면, 지지 모듈(50)(70)이 모두 후방으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 정면을 기준으로 선 기어(230)가 반시계 방향으로 회전하면, 지지 모듈(50)(70)이 모두 후방으로 이동될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
위와 같은 구성에 의하면, 대상체의 상태에 따라, 제 1 스토퍼(250) 및 제 2 스토퍼(270)를 다양하게 동작시킬 수 있다. 제 1 실시 예와 마찬가지로 크게 3가지 동작 상태로 분류할 수 있으며, 이를 정리하면 아래의 표 2와 같다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
동작 상태 제 1 스토퍼 제 2 스토퍼
앉기/서기 구속 구속
보행 제1지지모듈 이동 구속 해제
제2지지모듈 이동 해제 구속
자유 동작 해제 해제
한편, 제 1 실시 예 및 제 2 실시 예에서, 제 1 감속기 및 제 2 감속기의 동작은 서로 독립적임을 알 수 있다. 따라서, 제 1 감속기 및 제 2 감속기 중 하나의 감속기는, 제 1 실시 예와 같이 구성하고, 나머지 하나의 감속기는, 제 2 실시 예와 같이 구성하는 것도 가능하다. 그리고 제 1 동력 전달 부재 및 제 2 동력 전달 부재는 대칭적으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 4 및 도 6을 참조하여, 제 1 감속기는 제 1 실시 예와 같이 구성하되, 제 1 동력 전달 부재를 교차되지 않도록 배치시킬 수 있다. 그리고 도 10 및 도 13을 참조하여, 제 2 감속기는 제 2 실시 예와 같이 구성하고, 제 2 동력 전달 부재를 교차되지 않도록 배치시킬 수 있다. 이 경우, 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼가 구속 상태인 경우이고, 선 기어가 시계 방향으로 회전할 때에, 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈이 모두 전방으로 이동될 수 있음을 쉽게 알 수 있다. 위와 같은 구성에 의하면, 대상체의 상태에 따라, 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼를 다양하게 동작시킬 수 있다. 제 1 실시 예 및 제 2 실시 예와 마찬가지로 크게 3가지 동작 상태로 분류할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 13을 참조하면, 선 기어, 제 1 유성 기어, 제 1 링 기어, 제 1 캐리어, 제 2 유성기어, 제 2 링 기어 및 제 2 캐리어를 각각 "제 1 회전체", "제 2 회전체", "제 3 회전체", "제 4 회전체", "제 5 회전체", "제 6 회전체" 및 "제 7 회전체" 라고 할 수 있다.
제 2 회전체는 제 1 회전체와 맞물려 회전하고, 제 3 회전체는 제 2 회전체와 맞물려 회전할 수 있다. 그리고, 제 4 회전체는 제 2 회전체의 자전 축과 연결되며, 제 2 회전체가 제 1 회전체에 대하여 공전할 때 회전하는 것으로 이해될 수 있다.
제 5 회전체는 제 1 회전체와 맞물려 회전하고, 제 6 회전체는 제 5 회전체와 맞물려 회전할 수 있다. 그리고, 제 7 회전체는 제 6 회전체의 자전 축과 연결되며, 제 6 회전체가 제 1 회전체에 대하여 공전할 때 회전하는 것으로 이해될 수 있다.
제 1 실시 예 및 제 2 실시 예의 경우, 제 1 스토퍼가 제 3 회전체 또는 제 4 회전체 중 하나의 회전체에 선택적으로 결합되고, 제 2 스토퍼가 제 6 회전체 또는 제 7 회전체 중 하나의 회전체에 선택적으로 결합되는 것으로 이해될 수 있다.
도 14는 제 3 실시 예에 따른 구동 모듈의 배면 사시도이고, 도 15는 제 3 실시 예에 따른 구동 모듈의 정면 분해 사시도이다.
도 14 및 도 15을 참조하면, 제 3 실시 예에 따른 구동 모듈(300)은, 케이스(312)(314)와, 구동원(320)과, 선 기어(330)와, 제 1 감속기(340)와, 제 2 감속기(360)를 포함할 수 있다.
선 기어(330)는, 구동원(320)으로부터 동력을 전달받아, 제 1 감속기(340) 및 제 2 감속기(360)에 동력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 선 기어(330)는 제 1 유성 기어(342) 및 제 2 유성 기어(362)에 동시에 맞물려서, 제 1 유성 기어(342) 및 제 2 유성 기어(362)를 각각 동시에 회전시킬 수 있다. 따라서, 제 1 유성 기어(342)를 입력단으로 하는 제 1 감속기(340)는 선 기어(330)로부터 동력을 전달받는 것으로 이해될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 유성 기어(362)를 입력단으로 하는 제 2 감속기(360)는 선 기어(330)로부터 동력을 전달받는 것으로 이해될 수 있다.
한편, 도 15에는, 선 기어(330)가 하나인 것으로 도시하였으나, 이와 달리 선 기어(330)가 복수 개로 제공되고, 복수 개의 선 기어(330)가 각각 제 1 감속기(340) 및 제 2 감속기(360)에 동력을 전달할 수도 있다. 이 경우, 복수 개의 선 기어(330)는, 하나의 강체 운동을 하도록 제공될 수 있다. 제 1 감속기(340)는, 제 1 유성 기어(342)와, 제 1 캐리어(344)와, 제 1 링 기어(346)와, 제 1 풀리(348)를 포함할 수 있다.
제 1 풀리(348)는, 제 1 링 기어(346)의 회전력을 전달받아 회전될 수 있다. 제 1 풀리(348)의 회전 속력 및 회전 방향은, 제 1 링 기어(346)의 회전 속력 및 회전 방향과 동일할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 풀리(348) 및 제 1 링 기어(346)는, 하나의 강체 운동을 할 수 있다.
예를 들어, 제 1 풀리(348)는, 제 1 링 기어(346)와 별도의 체결 부재로 체결되거나, 일체로 형성될 수도 있다. 구체적인 예로, 제 1 링 기어(346)의 외주면에 제 1 풀리(348)를 일체로 형성할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 링 기어(346)의 외주면에 홈을 형성하고, 홈에는 제 1 동력 전달 부재(40)가 감길 수 있다.
제 2 감속기(360)는, 제 1 감속기(340)와 마찬가지로, 제 2 유성 기어(362)와, 제 2 캐리어(364)와, 제 2 링 기어(366)와, 제 2 풀리(368)를 포함할 수 있다. 제 2 유성 기어(362)와, 제 2 캐리어(364)와, 제 2 링 기어(366)와, 제 2 풀리(368)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제 1 유성 기어(342) 및 제 2 유성 기어(362)는, 동일한 회전 축에 연결될 수 있다. 다시 말하면, 선 기어(330)에 대한, 제 1 유성 기어(342) 및 제 2 유성 기어(362)의 공전 속도는 동일할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 유성 기어(342) 및 제 2 유성 기어(362)는, 하나의 강체 운동을 할 수 있다. 제 1 유성 기어(342) 및 제 2 유성 기어(362)는 별도의 체결 부재에 의해 체결되거나, 일체로 형성될 수도 있다.
제 1 캐리어(344) 및 제 2 캐리어(364)는, 동일한 축에 연결될 수 있다. 제 1 캐리어(344) 및 제 2 캐리어(364)의 회전 방향 및 회전 속력은 동일할 수 있다.
한편, 제 1 캐리어(344) 및 제 2 캐리어(364)의 동작 및 기능은 서로 동일하므로, 제 1 캐리어(344) 및 제 2 캐리어(364) 중 하나의 캐리어는 생략될 수 있다. 또한, 제 1 캐리어(344) 및 제 2 캐리어(364)는 일체로 형성될 수도 있다.
선 기어(330)로부터 제 1 감속기(340)의 출력단까지의 감속비(gear ratio)를 "제 1 감속비(N1)"라고 하고, 선 기어(330)로부터 제 2 감속기(360)의 출력단까지의 감속비를 "제 2 감속비(N2)"라고 할 수 있다.
제 3 실시 예에서, 제 1 감속비(N1)는, 선 기어(330)로부터 제 1 링 기어(346)까지의 감속비로 정의될 수 있다. 그리고 제 2 감속비(N2)는, 선 기어(330)로부터 제 2 링 기어(366)까지의 감속비로 정의될 수 있다.
제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)는 서로 다를 수 있다. 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 차이에 의하여, 제 1 감속기(340) 및 제 2 감속기(360)는 상대적인 운동을 할 수 있다.
예를 들어, 선 기어(330)가 복수 개로 제공될 때, 제 1 감속기(340) 및 제 2 감속기(360)에 각각 연결되는 복수 개의 선 기어(330)의 톱니 개수를 서로 달리하여, 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)가 서로 달라지게 할 수 있다.
다른 예로, 제 1 유성 기어(342) 및 제 2 유성기어(362)의 톱니 개수를 서로 달리하거나, 제 1 링 기어(346) 및 제 2 링 기어(366)의 톱니 개수를 서로 달리하여, 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)가 서로 달라지게 할 수 있다.
도 15는, 선 기어(330)는 1개로 제공되고, 제 1 유성 기어(342) 및 제 2 유성 기어(362)의 톱니 개수는 동일하며, 제 1 링 기어(346) 및 제 2 링 기어(366)의 톱니 개수가 서로 다른 경우에 대하여 예시적으로 도시하고 있다. 예를 들어, 제 1 링 기어(346)의 톱니 개수는, 제 2 링 기어(366)의 톱니 개수보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 제 1 감속비(N1)는, 제 2 감속비(N2) 보다 작을 수 있다. 이하 이를 전제로 설명하지만, 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)가 서로 달라지게 하는 다른 구성들도 가능함은 물론이다.
한편, 선 기어(330), 유성 기어(342)(362), 링 기어(346)(366) 등은 치차(toothed gear)인 것으로 도시하였으나, 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 기어는, 굴림 마찰(rolling friction)에 의해 동력을 전달할 수 있는 회전체일 수도 있다.
도 15a는, 제 3 실시 예의 변형 예를 도시한 것이다.
도 15a를 참조하면, 제 1 유성 기어(342’) 및 제 2 유성 기어(362’)는 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 선 기어(330’)는, 2개의 유성 기어(342’)(362’) 중 하나의 유성 기어에만 연결될 수도 있다. 예를 들어, 선 기어(330’)는 제 2 유성 기어(362’)에 연결될 수 있다. 이 경우, 제 1 유성 기어(342’) 및 제 2 유성 기어(362’)의 톱니 개수는 서로 다를 수 있다.
선 기어(330’)는, 구동원(320)으로부터 동력을 전달받아, 제 1 감속기(340) 및 제 2 감속기(360)에 동력을 전달할 수 있다. 구체적으로, 선 기어(330’)는 제 2 유성 기어(362’)에 동력을 전달할 수 있다. 따라서, 제 2 유성 기어(362’)를 입력단으로 하는 제 2 감속기(360)는 선 기어(330’)로부터 동력을 전달받는 것으로 이해될 수 있다. 한편, 제 2 유성 기어(362’)가 회전되면, 제 2 유성 기어(362’)와 일체로 제공되는 제 1 유성 기어(342’)가 회전될 수 있다. 따라서, 제 1 유성 기어(342’)를 입력단으로 하는 제 1 감속기(340)는 선 기어(330’)로부터 동력을 전달받는 것으로 이해될 수 있다.
도 16은 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 16을 참조하면, 제 3 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)는 다음과 같이 작동할 수 있다.
제어부(30)는, 구동원(320)을 온(ON)시켜, 선 기어(330)에 동력을 전달할 수 있다. 선 기어(330)에 전달된 동력은 제 1 유성 기어(342) 및 제 2 유성 기어(362)에 동시에 전달될 수 있다.
제 1 유성 기어(342)는, 제 1 캐리어(344) 및/또는 제 1 링 기어(346)로 동력을 전달할 수 있다. 제 2 유성 기어(362)는, 제 2 캐리어(364) 및/또는 제 2 링 기어(366)로 동력을 전달할 수 있다.
제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 차이에 따라서, 제 1 링 기어(346) 및 제 2 링 기어(366)는 상대적인 운동을 하여, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70) 사이의 각도를 조절할 수 있다.
제어부(30)는, 선 기어(330)의 회전 방향을 교번하여 변경시킬 수 있다. 이 경우, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70) 사이의 각도는 교번하여 증가 또는 감소될 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 대상체의 보행 운동을 보조할 수 있다.
한편, 제 3 실시 예의 경우, 일반적인 유성 기어 구조와 달리, 구동 모듈(300)은, 캐리어(344)(364) 및 링 기어(346)(366)가 모두 케이스(312)(314)에 대하여 고정되지 않은 상태에서 동작할 수 있다. 다시 말하면, 캐리어(344)(364)는, 유성 기어(342)(362)의 자전축 이외에 다른 부품에 의해 구속되지 않을 수 있다. 그리고 링 기어(346)(366)는, 유성 기어(342)(362) 및 풀리(348)(368) 이외에 다른 부품에 의해 구속되지 않을 수 있다. 물론, 캐리어 또는 링 기어가 자유롭게 회전되게 하는 베어링 등이 구비될 수는 있을 것이다.
따라서, 선 기어(330)의 회전 각도에 따라, 캐리어(344)(364) 및 링 기어(346)(366)의 절대적인 위치가 결정되는 것은 아니다. 캐리어(344)(364) 및 링 기어(346)(366)의 절대적인 위치는, 선 기어(330)로부터 전달되는 토크 및 외부로부터 전달되는 부하에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들면 착용자가 보행 중일 때, 각 다리의 위치에 따라 기준 위치가 결정된다.
제 3 실시 예는, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70) 사이의 각도를 조절하여, 대상체의 보행 동작을 보조하기 위한 것이다. 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)의 절대적인 위치는 고려 대상이 아니다. 따라서, 이를 구체적으로 결정할 수 없다고 하더라도, 통상의 기술자가 제 3 실시 예를 실시함에 있어서 문제되지 않는다.
정리하면, 제 1 링 기어(346) 및 제 2 링 기어(366)의 상대적인 운동을 통하여, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70) 사이의 각도가 조절될 수 있다. 그리고 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)의 절대적인 위치는, 선 기어(330) 및 외부로부터 전달되는 부하에 따라 달라질 수 있다.
도 16a는 제 3 실시 예의 변형 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 16a를 참조하면, 제 3 실시 예의 변형 예에 따른 운동 보조 장치(10)는 다음과 같이 작동할 수 있다.
선 기어(330’)에 전달된 동력은 제 1 유성 기어(342’) 및 제 2 유성 기어(362’) 중 어느 하나의 유성 기어에 전달될 수 있다. 예를 들어, 선 기어(330’)에 전달된 동력은 제 2 유성 기어(362’)에 전달될 수 있다. 제 2 유성 기어(362’)가 회전되면, 제 2 유성 기어(362’)와 일체로 형성되는 제 1 유성 기어(342’)가 회전될 수 있다.
제 1 유성 기어(342’)는, 제 1 캐리어(344) 및/또는 제 1 링 기어(346)로 동력을 전달할 수 있다. 제 2 유성 기어(362’)는, 제 2 캐리어(364) 및/또는 제 2 링 기어(366)로 동력을 전달할 수 있다.
제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 차이에 따라서, 제 1 링 기어(346) 및 제 2 링 기어(366)는 상대적인 운동을 하여, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70) 사이의 각도를 조절할 수 있다.
제어부(30)는, 선 기어(330’)의 회전 방향을 교번하여 변경시킬 수 있다. 이 경우, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70) 사이의 각도는 교번하여 증가 또는 감소될 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 대상체의 보행 운동을 보조할 수 있다.
도 17은 제 3 실시 예에 따른 구동 모듈에서, 캐리어가 고정된 상태를 가정하여 도시한 동작도이다. 구체적으로, 도 17(a)는, 제 1 감속기 및 제 2 감속기의 동작도이고, 도 17(b)는, 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈의 동작도이다.
제 3 실시 예에서 캐리어(344)(364)는 고정되어 있지 않을 수 있으나, 이해의 편의를 위하여 캐리어(344)(364)가 고정된 상태에 대하여 먼저 설명하기로 한다.
도 17(a)와 같이, 선 기어(330)가 시계 방향으로 회전될 때에, 유성 기어(342)(362)는, 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 그리고 링 기어(346)(366)는 반시계 방향으로 회전될 수 있다.
제 1 링 기어(346)의 톱니 개수가, 제 2 링 기어(346)의 톱니 개수 보다 작은 경우, 제 1 감속비(N1)는, 제 2 감속비(N2) 보다 작으므로, 제 1 링 기어(346)가 제 2 링 기어(366)보다 빠른 각속도로 회전될 수 있다. 다시 말하면, 제 1 링 기어(346) 및 제 2 링 기어(366)의 각속도 차이가 발생할 수 있다. 결론적으로, 제 1 풀리(348) 및 제 2 풀리(368)의 각속도 차이가 발생할 수 있다. .
따라서, 도 17(b)와 같이, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70) 사이의 각도는 벌어질 수 있다. 그리고 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)이 모두 전방을 향하여 이동될 수 있다.
반대로, 선 기어(330)가 반시계 방향으로 회전되면, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)이 모두 후방을 향하여 이동될 수 있다.
한편, 도 17(b)와 같은 상태에서, 대상체는 직립 보행을 위하여 상반신을 들어올리는 부하를 감속기(340)(360)에 작용할 수 있다. 이하 도 18을 참조하여 설명하기로 한다.
도 18은 제 3 실시 예에 따른 구동원의 동력이 인가된 상태에서, 구동 모듈 및 지지 모듈의 동작을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 18(a)는, 제 1 감속기 및 제 2 감속기의 동작도이고, 도 18(b)는, 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈의 동작도이다.
도 18(a)와 같이, 구동원(320)의 동력이 인가된 상태에서, 대상체가 상반신을 들어올리는 부하를 감속기(340)(360)에 작용하면, 캐리어(344)(364)는 회전될 수 있다.
대상체가 직립 보행을 하는 경우를 가정하면, 제 1 링 기어(346) 및 제 2 링 기어(366)의 회전 방향이 반대가 되도록, 캐리어(344)(364)가 회전될 수 있다. 따라서, 제 1 링 기어(346) 및 제 2 링 기어(366)에 각각 결합되는 제 1 풀리(348) 및 제 2 풀리(368)는 서로 반대 방향으로 회전될 수 있다.
따라서, 선 기어(330)가 시계 방향으로 회전할 때, 도 18(b)와 같이, 제 1 지지 모듈(50)은 전방을 향하여 이동되고, 제 2 지지 모듈(70)은 후방을 향하여 이동될 수 있다.
반대로, 선 기어(330)가 반시계 방향으로 회전되면, 제 1 지지 모듈(50)은 후방을 향하여 이동되고, 제 2 지지 모듈(70)이 전방을 향하여 이동될 수 있다.
제어부(30, 도 16 참조)는, 선 기어(330)의 회전 방향을 교번하여 변경시킴으로써, 대상체의 보행 운동을 보조할 수 있다.
도 19는 제 3 실시 예에 따른 구동원의 동력이 차단된 상태에서, 구동 모듈 및 지지 모듈의 동작을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 19(a)는, 제 1 감속기 및 제 2 감속기의 동작도이고, 도 19(b)는, 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈의 동작도이다.
도 19(a)와 같이, 구동원(320)의 동력이 차단(OFF)된 상태에서, 대상체는 상반신을 굽히는 부하를 감속기(340)(360)에 작용할 수 있다. 이 경우, 지지 모듈(50)(70)은, 풀리(348)(368)에 동일한 방향의 부하를 전달할 수 있다.
이 경우, 링 기어(346)(366), 유성 기어(342)(362), 캐리어(344)(364) 및 선 기어(330)는 하나의 강체 운동을 할 수 있다. 다시 말하면, 링 기어(346)(366)의 회전 속도와, 유성 기어(342)(362)의 자전 속도 및 공전 속도와, 캐리어(344)(364)의 회전 속도와, 선 기어(330)의 회전 속도가 모두 동일할 수 있다.
따라서, 도 19(b)와 같이, 대상체는 구동원(320)에 의한 부하를 받지 않고, 자유롭게 앉는 동작을 할 수 있게 된다.
반대로, 구동원(320)의 동력이 차단된 상태에서, 대상체는 상반신을 들어올리는 부하를 감속기(340)(360)에 작용할 수 있으며, 이 경우, 대상체는 구동원(320)에 의한 부하를 받지 않고, 자유롭게 일어서는 동작을 할 수 있게 된다.
한편, 구동원(320)이 정지(holding)된 상태에서, 대상체는 상반신을 굽히는 부하를 감속기(340)(360)에 작용할 수도 있다. 이 경우, 선 기어(330)는 고정된 상태이므로, 제 1 링 기어(346) 및 제 2 링 기어(366)는 각각 선 기어(330)에 대하여 서로 다른 각속도로 회동될 수 있다. 따라서, 도 17(b)와 같이 2개의 지지 모듈(50)(70)은 서로 벌어지면서 같은 방향으로 이동될 수 있다. 위와 같은 과정을 통하여, 대상체는 앉는 동작을 할 수 있게 된다.
이 경우, 각각의 풀리(348)(368) 및 조인트 어셈블리(42)(62) 사이의 제 3 감속비(N3) 및 제 4 감속비(N4)의 비율을, 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 비율의 역수가 되도록 함으로써, 대상체의 앉는 동작 중에 2개의 지지 모듈(50)(70)이 서로 벌어지지 않도록 할 수 있다.
다른 방법으로, 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 차이를 작게 함으로써, 대상체가 앉는 동작 중에 2개의 지지 모듈(50)(70)이 서로 벌어지는 각도를 줄일 수 있다. 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 차이가 작은 경우에도, 높은 RPM(revolution per minute) 값을 갖는 구동원(320)을 이용하면, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)은 보행 동작에 요구되는 충분한 각속도를 확보할 수 있다.
앞서 설명한 3가지 동작 상태에 대하여 정리하면 아래의 표 3과 같다.
동작 상태 구동원
보행 제1지지모듈 전진 / 제2지지모듈 후진 온(ON), 시계 방향
제1지지모듈 후진 / 제2지지모듈 전진 온(ON), 반시계 방향
앉기/서기 (i) 오프(OFF)
(ii) 정지(holding)
도 20은 제 4 실시 예에 따른 구동 모듈의 정면 분해 사시도이다. 제 3 실시 예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 20을 참조하면, 제 4 실시 예에 따른 구동 모듈(400)은, 케이스(412)(414)와, 구동원(420)과, 선 기어(430)와, 제 1 감속기(440)와, 제 2 감속기(460)를 포함할 수 있다.
선 기어(430)는, 구동원(420)으로부터 동력을 전달받아, 제 1 감속기(440) 및 제 2 감속기(460)에 동력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 선 기어(430)는 제 1 유성 기어(442) 및 제 2 유성 기어(462)에 동시에 맞물려서, 제 1 유성 기어(442) 및 제 2 유성 기어(462)를 각각 동시에 회전시킬 수 있다. 따라서, 제 1 유성 기어(442)를 입력단으로 하는 제 1 감속기(440)는 선 기어(430)로부터 동력을 전달받는 것으로 이해될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 유성 기어(462)를 입력단으로 하는 제 2 감속기(460)는 선 기어(430)로부터 동력을 전달받는 것으로 이해될 수 있다.
제 1 감속기(440)는, 제 1 유성 기어(442)와, 제 1 캐리어(444)와, 제 1 링 기어(446)와, 제 1 풀리(448)를 포함할 수 있다.
제 1 풀리(448)는, 제 1 캐리어(444)의 회전력을 전달받아 회전될 수 있다. 제 1 풀리(448)의 회전 속력 및 회전 방향은, 제 1 캐리어(444)의 회전 속력 및 회전 방향과 동일할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 풀리(448) 및 제 1 캐리어(444)는 하나의 강체 운동을 할 수 있다.
예를 들어, 제 1 풀리(448)는, 제 1 캐리어(444)와 별도의 체결 부재로 체결되거나, 일체로 형성될 수도 있다. 구체적인 예로, 제 1 캐리어(444)의 외주면에 제 1 풀리(448)를 일체로 형성할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 캐리어(444)의 외주면에 홈을 형성하고, 홈에는 제 1 동력 전달 부재(40)가 감길 수 있다. 이러한 구조에 의하면 부품의 수를 감소시키고, 제조 비용 및 시간을 절약할 수 있다.
제 2 감속기(460)는, 제 1 감속기(440)와 마찬가지로, 제 2 유성 기어(462)와, 제 2 캐리어(464)와, 제 2 링 기어(466)와, 제 2 풀리(468)를 포함할 수 있다. 제 2 유성 기어(462)와, 제 2 캐리어(464)와, 제 2 링 기어(466)와, 제 2 풀리(468)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제 1 링 기어(446) 및 제 2 링 기어(466)의 회전 속도는 동일할 수 있다. 제 1 링 기어(446) 및 제 2 링 기어(466)는 별도의 체결 부재에 의해 체결되거나, 일체로 형성될 수도 있다.
제 4 실시 예에서 제 1 캐리어(344) 및 제 2 캐리어(364)는 별도의 부재로 제공될 수 있다.
선 기어(430)로부터 제 1 감속기(440)의 출력단까지의 감속비(gear ratio)를 "제 1 감속비(N1)"라고 하고, 선 기어(430)로부터 제 2 감속기(460)의 출력단까지의 감속비를 "제 2 감속비(N2)"라고 할 수 있다.
제 4 실시 예에서, 제 1 감속비(N1)는, 선 기어(430)로부터 캐리어(444)까지의 감속비로 정의될 수 있다. 그리고 제 2 감속비(N2)는, 선 기어(430)로부터 제 2 캐리어(464)까지의 감속비로 정의될 수 있다.
제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)는 서로 다를 수 있다. 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 차이에 의하여, 제 1 감속기(440) 및 제 2 감속기(460)는 상대적인 운동을 할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 20은, 선 기어(430)는 1개로 제공되고, 제 1 유성 기어(442) 및 제 2 유성 기어(462)의 톱니 개수는 동일하며, 제 1 링 기어(446) 및 제 2 링 기어(466)의 기어비가 서로 다른 경우에 대하여 예시적으로 도시하고 있다. 예를 들어, 제 1 링 기어(446)의 톱니 개수는, 제 2 링 기어(466)의 톱니 개수보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 제 1 감속비(N1)는, 제 2 감속비(N2) 보다 작을 수 있다. 이하 이를 전제로 설명하지만, 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)가 서로 달라지게 하는 다른 구성들도 가능함은 물론이다.
한편, 선 기어(430), 유성 기어(442)(462), 링 기어(446)(466) 등은 치차(toothed gear)인 것으로 도시하였으나, 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 기어는, 굴림 마찰(rolling friction)에 의해 동력을 전달할 수 있는 회전체일 수도 있다.
도 21은 제 4 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 21을 참조하면, 제 4 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)는 다음과 같이 작동할 수 있다.
제어부(30)는, 구동원(420)을 온(ON)시켜, 선 기어(430)에 동력을 전달할 수 있다. 선 기어(430)에 전달된 동력은 제 1 유성 기어(442) 및 제 2 유성 기어(462)에 동시에 전달될 수 있다.
제 1 유성 기어(442)는, 제 1 캐리어(444) 및/또는 제 1 링 기어(446)로 동력을 전달할 수 있다. 제 2 유성 기어(462)는, 제 2 캐리어(464) 및/또는 제 2 링 기어(466)로 동력을 전달할 수 있다.
제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 차이에 따라서, 제 1 캐리어(444) 및 제 2 캐리어(464)는 상대적인 운동을 하여, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70) 사이의 각도를 조절할 수 있다.
제어부(30)는, 선 기어(430)의 회전 방향을 교번하여 변경시킬 수 있다. 이 경우, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70) 사이의 각도는 교번하여 증가 또는 감소될 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 대상체의 보행 운동을 보조할 수 있다.
한편, 제 4 실시 예의 경우, 일반적인 유성 기어 구조와 달리, 구동 모듈(400)은, 캐리어(444)(464) 및 링 기어(446)(466)가 모두 케이스(412)(414)에 대하여 고정되지 않은 상태에서 동작할 수 있다. 다시 말하면, 캐리어(444)(464)는, 유성 기어(442)(462)의 자전축 및 풀리(448)(468) 이외에 다른 부품에 의해 구속되지 않을 수 있다. 그리고 링 기어(446)(466)는, 유성 기어(442)(462) 이외에 다른 부품에 의해 구속되지 않을 수 있다. 물론, 캐리어 또는 링 기어가 자유롭게 회전되게 하는 베어링 등이 구비될 수는 있을 것이다.
정리하면, 제 1 캐리어(444) 및 제 2 캐리어(464)의 상대적인 운동을 통하여, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70) 사이의 각도가 조절될 수 있다. 그리고 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)의 절대적인 위치는, 선 기어(430) 및 외부로부터 전달되는 부하에 따라 달라질 수 있다.
도 22는 제 4 실시 예에 따른 구동 모듈에서, 링 기어가 고정된 상태를 가정하여 도시한 동작도이다. 구체적으로, 도 22(a)는, 제 1 감속기 및 제 2 감속기의 동작도이고, 도 22(b)는, 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈의 동작도이다.
제 4 실시 예에서 링 기어(446)(466)는 고정되어 있지 않을 수 있으나, 이해의 편의를 위하여 링 기어(446)(466)가 고정된 상태에 대하여 먼저 설명하기로 한다.
도 22(a)와 같이, 선 기어(430)가 반시계 방향으로 회전될 때에, 유성 기어(442)(462)는, 시계 방향으로 자전될 수 있다. 이 경우, 유성 기어(442)(462)는, 선 기어(430)에 대하여 반시계 방향으로 공전될 수 있다. 따라서, 캐리어(444)(464)는 반시계 방향으로 회전될 수 있다.
제 1 링 기어(446)의 톱니 개수가, 제 2 링 기어(446)의 톱니 개수 보다 작은 경우, 제 1 감속비(N1)는, 제 2 감속비(N2) 보다 작으므로, 제 1 캐리어(444)가 제 2 캐리어(464)보다 빠른 각속도로 회전될 수 있다. 다시 말하면, 제 1 캐리어(444) 및 제 2 캐리어(464)의 각속도 차이가 발생할 수 있다. 결론적으로, 제 1 풀리(448) 및 제 2 풀리(468)의 각속도 차이가 발생할 수 있다.
따라서, 도 22(b)와 같이, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70) 사이의 각도는 벌어질 수 있다. 그리고 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)이 모두 전방을 향하여 이동될 수 있다.
반대로, 선 기어(430)가 시계 방향으로 회전되면, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)이 모두 후방을 향하여 이동될 수 있다.
한편, 도 22(b)와 같은 상태에서, 대상체는 직립 보행을 위하여 상반신을 들어올리는 부하를 감속기(440)(460)에 작용할 수 있다. 이하 도 23을 참조하여 설명하기로 한다.
도 23은 제 4 실시 예에 따른 구동원의 동력이 인가된 상태에서, 구동 모듈 및 지지 모듈의 동작을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 23(a)는, 제 1 감속기 및 제 2 감속기의 동작도이고, 도 23(b)는, 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈의 동작도이다.
도 23(a)와 같이, 구동원(420)의 동력이 인가된 상태에서, 대상체가 상반신을 들어올리는 부하를 감속기(440)(460)에 작용하면, 링 기어(446)(466)는 회전될 수 있다.
대상체가 직립 보행을 하는 경우를 가정하면, 제 1 캐리어(444) 및 제 2 캐리어(464)의 회전 방향이 반대가 되도록, 링 기어(446)(466)가 회전될 수 있다. 따라서, 제 1 캐리어(444) 및 제 2 캐리어(464)에 각각 결합되는 제 1 풀리(448) 및 제 2 풀리(468)는 서로 반대 방향으로 회전될 수 있다.
따라서, 선 기어(430)가 반시계 방향으로 회전할 때, 도 21(b)와 같이, 제 1 지지 모듈(50)은 전방을 향하여 이동되고, 제 2 지지 모듈(70)은 후방을 향하여 이동될 수 있다.
반대로, 선 기어(430)가 시계 방향으로 회전되면, 제 1 지지 모듈(50)은 후방을 향하여 이동되고, 제 2 지지 모듈(70)이 전방을 향하여 이동될 수 있다.
제어부(30, 도 21 참조)는, 선 기어(430)의 회전 방향을 교번하여 변경시킴으로써, 대상체의 보행 운동을 보조할 수 있다.
도 24는 제 4 실시 예에 따른 구동원의 동력이 차단된 상태에서, 구동 모듈 및 지지 모듈의 동작을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 24(a)는, 제 1 감속기 및 제 2 감속기의 동작도이고, 도 24(b)는, 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈의 동작도이다.
도 24(a)와 같이, 구동원(420)의 동력이 차단된 상태에서, 대상체는 상반신을 굽히는 부하를 감속기(440)(460)에 작용할 수 있다. 이 경우, 지지 모듈(50)(70)은, 풀리(448)(468)에 동일한 방향의 부하를 전달할 수 있다.
이 경우, 캐리어(444)(464), 유성 기어(442)(462), 링 기어(446)(466) 및 선 기어(430)는 하나의 강체 운동을 할 수 있다. 다시 말하면, 캐리어(444)(464)의 회전 속도와, 유성 기어(342)(362)의 자전 속도 및 공전 속도와, 링 기어(346)(366)의 회전 속도와, 선 기어(330)의 회전 속도가 모두 동일할 수 있다.
따라서, 도 24(b)와 같이, 대상체는 구동원(420)에 의한 부하를 받지 않고, 자유롭게 앉는 동작을 할 수 있게 된다.
반대로, 구동원(420)의 동력이 차단된 상태에서, 대상체는 상반신을 들어올리는 부하를 감속기(440)(460)에 작용할 수 있으며, 이 경우, 대상체는 구동원(420)에 의한 부하를 받지 않고, 자유롭게 일어서는 동작을 할 수 있게 된다.
한편, 구동원(420)이 정지(holding)된 상태에서, 대상체는 상반신을 굽히는 부하를 감속기(440)(460)에 작용할 수도 있다. 이 경우, 선 기어(430)는 고정된 상태이므로, 제 1 캐리어(444) 및 제 2 캐리어(464)는 각각 선 기어(430)에 대하여 서로 다른 각속도로 회동될 수 있다. 따라서, 도 22(b)와 같이 2개의 지지 모듈(50)(70)은 서로 벌어지면서 같은 방향으로 이동될 수 있다. 위와 같은 과정을 통하여, 대상체는 앉는 동작을 할 수 있게 된다.
이 경우, 각각의 풀리(448)(468) 및 조인트 어셈블리(42)(62) 사이의 제 3 감속비(N3) 및 제 4 감속비(N4)의 비율을, 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 비율의 역수가 되도록 함으로써, 대상체의 앉는 동작 중에 2개의 지지 모듈(50)(70)이 서로 벌어지지 않도록 할 수 있다.
다른 방법으로, 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 차이를 작게 함으로써, 대상체가 앉는 동작 중에 2개의 지지 모듈(50)(70)이 서로 벌어지는 각도를 줄일 수 있다. 제 1 감속비(N1) 및 제 2 감속비(N2)의 차이가 작은 경우에도, 높은 RPM(revolution per minute) 값을 갖는 구동원(420)을 이용하면, 제 1 지지 모듈(50) 및 제 2 지지 모듈(70)은 보행 동작에 요구되는 충분한 각속도를 확보할 수 있다.
앞서 설명한 3가지 동작 상태에 대하여 정리하면 아래의 표 4와 같다.
동작 상태 구동원
보행 제1지지모듈 전진 / 제2지지모듈 후진 온(ON), 시계 방향
제1지지모듈 후진 / 제2지지모듈 전진 온(ON), 반시계 방향
앉기/서기 (i) 오프(OFF)
(ii) 정지(holding)
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 대상체의 일측에 구비되어, 동력을 전달하는 하나의 구동원;
    상기 하나의 구동원에 연결되어 회전하는 입력측 회전체; 및
    상기 입력측 회전체로부터 동력을 전달받아, 동작하는 제 1 감속기 및 제 2 감속기를 포함하고,
    상기 입력측 회전체로부터 상기 제 1 감속기의 출력단까지의 감속비와, 상기 입력측 회전체로부터 상기 제 2 감속기의 출력단까지의 감속비는 서로 다름으로써, 상기 하나의 구동원의 동작에 따라서, 상기 제 1 감속기 및 상기 제 2 감속기가 동시에 동작하여, 상기 복수 개의 출력단의 상대적인 위치 차이를 발생시킬 수 있는 구동 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기 및 제 2 감속기 중 적어도 하나의 감속기는,
    상기 입력측 회전체의 외주면에 연결되어, 상기 입력측 회전체로부터 동력을 전달받아 자전 또는 공전 가능한 유성 기어;
    상기 유성 기어의 자전 축과 연결되며, 상기 유성 기어가 상기 입력측 회전체에 대하여 공전할 때 회전되는 캐리어;
    상기 유성 기어와 연결되는 내주면을 구비하며, 상기 유성 기어와 상호 작용하는 링 기어; 및
    상기 감속기의 출력단으로써, 상기 입력측 회전체의 동력을 외부로 전달하기 위한 동력 전달 부재가 감기는 풀리를 포함하는 구동 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기 및 제 2 감속기는, 상기 유성 기어, 캐리어, 링 기어 및 풀리를 각각 포함하고,
    상기 제 1 감속기의 유성 기어 및 상기 제 2 감속기의 유성 기어는 하나의 강체 운동을 하도록 고정되는 구동 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 풀리 및 링 기어는 하나의 강체 운동을 하도록 고정되는 구동 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 풀리는, 상기 링 기어의 외주면에 일체로 형성되는 구동 모듈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 캐리어는, 상기 유성 기어의 자전 축 이외에 다른 부품에 의해 구속되지 않고,
    상기 링 기어는, 상기 유성 기어 및 풀리 이외에 다른 부품에 의해 구속되지 않도록 배치되는 구동 모듈.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기 및 제 2 감속기는, 상기 유성 기어, 캐리어, 링 기어 및 풀리를 각각 포함하고,
    상기 제 1 감속기의 링 기어 및 상기 제 2 감속기의 링 기어는 하나의 강체 운동을 하도록 고정되는 구동 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 풀리 및 캐리어는 하나의 강체 운동을 하도록 고정되는 구동 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기는, 제 1 유성 기어, 제 1 캐리어, 제 1 링 기어 및 제 1 풀리를 포함하고,
    상기 제 2 감속기는, 제 2 유성 기어, 제 2 캐리어, 제 2 링 기어 및 제 2 풀리를 포함하는 구동 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 유성 기어 및 한 쌍의 링 기어 중, 한 쌍의 기어는, 서로 하나의 강체 운동을 하도록 고정되고,
    다른 한 쌍의 기어는, 각각 동일한 감속기에 포함되는 상기 한 쌍의 풀리와 하나의 강체 운동을 하도록 고정되는 구동 모듈.
  11. 대상체에 고정되는 고정 부재;
    상기 고정 부재의 일측에 구비되고, 하나의 구동원과, 상기 하나의 구동원으로부터 동력을 전달받아 동작하는 제 1 감속기 및 제 2 감속기를 포함하는 구동 모듈;
    상기 대상체의 일 부분 및 타 부분의 회전 동작을 각각 보조하기 위한 제 1 조인트 부재 및 제 2 조인트 부재;
    상기 제 1 감속기의 출력단 및 제 1 조인트 부재의 회전 방향이 서로 반대가 되도록, 상기 제 1 감속기의 출력단 및 제 1 조인트 부재를 연결하는 제 1 동력 전달 부재; 및
    상기 제 2 감속기의 출력단 및 제 2 조인트 부재의 회전 방향이 서로 일치하도록, 상기 제 2 감속기의 출력단 및 제 2 조인트 부재를 연결하는 제 2 동력 전달 부재를 포함하고,
    상기 하나의 구동원의 동작에 따라서, 상기 제 1 감속기 및 상기 제 2 감속기가 동시에 동작하여, 상기 복수 개의 출력단의 상대적인 위치 차이를 발생시킬 수 있는 운동 보조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 동력 전달 부재 및 제 2 동력 전달 부재는 서로 비대칭적으로 연결되는 운동 보조 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 동력 전달 부재는, 상기 구동 모듈 및 제 1 조인트 부재 사이에서 교차되도록 연결되고,
    상기 제 2 동력 전달 부재는, 상기 구동 모듈 및 제 2 조인트 부재 사이에서 교차되지 않도록 연결되는 운동 보조 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기는, 제 1 유성 기어, 제 1 캐리어, 제 1 링 기어 및 상기 제 1 감속기의 출력단에 해당하는 제 1 풀리를 포함하고,
    상기 제 2 감속기는, 제 2 유성 기어, 제 2 캐리어, 제 2 링 기어 및 상기 제 2 감속기의 출력단에 해당하는 제 2 풀리를 포함하는 운동 보조 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 유성 기어 및 한 쌍의 링 기어 중, 한 쌍의 기어는, 서로 하나의 강체 운동을 하도록 고정되고,
    다른 한 쌍의 기어는, 각각 동일한 감속기에 포함되는 상기 한 쌍의 풀리와 하나의 강체 운동을 하도록 고정되는 운동 보조 장치.
  16. 대상체에 고정되는 고정 부재;
    상기 고정 부재의 일측에 구비되고, 하나의 구동원과, 상기 하나의 구동원으로부터 동력을 전달받아 동작하는 제 1 감속기 및 제 2 감속기를 포함하는 구동 모듈;
    상기 대상체의 일 부분 및 타 부분의 회전 동작을 각각 보조하기 위한 제 1 조인트 부재 및 제 2 조인트 부재;
    상기 제 1 감속기 및 제 1 조인트 부재에 연결되어 동력을 전달하는 제 1 동력 전달 부재; 및
    상기 제 2 감속기 및 제 2 조인트 부재에 연결되어 동력을 전달하는 제 2 동력 전달 부재를 포함하고,
    상기 구동원으로부터 상기 제 1 감속기의 출력단까지의 감속비와, 상기 구동원으로부터 제 2 감속기의 출력단까지의 감속비는 서로 다르고,
    상기 하나의 구동원의 동작에 따라서, 상기 제 1 감속기 및 상기 제 2 감속기가 동시에 동작하여, 상기 복수 개의 출력단의 상대적인 위치 차이를 발생시킬 수 있는 운동 보조 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 동력 전달 부재는, 상기 제 1 감속기의 출력단 및 제 1 조인트 부재의 회전 방향이 서로 반대가 되도록 연결되고,
    상기 제 2 동력 전달 부재는, 상기 제 2 감속기의 출력단 및 제 2 조인트 부재의 회전 방향이 서로 일치하도록 연결되는 운동 보조 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기는, 제 1 유성 기어, 제 1 캐리어, 제 1 링 기어 및 상기 제 1 감속기의 출력단에 해당하는 제 1 풀리를 포함하고,
    상기 제 2 감속기는, 제 2 유성 기어, 제 2 캐리어, 제 2 링 기어 및 상기 제 2 감속기의 출력단에 해당하는 제 2 풀리를 포함하며,
    상기 한 쌍의 유성 기어 및 한 쌍의 링 기어 중, 한 쌍의 기어는, 하나의 강체 운동을 하도록 고정되고,
    다른 한 쌍의 기어는, 각각 동일한 감속기에 포함되는 상기 한 쌍의 풀리에 하나의 강체 운동을 하도록 고정되는 운동 보조 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 조인트 부재에 연결되고, 상기 대상체의 일 부분을 지지하는 제 1 지지 모듈; 및
    상기 제 2 조인트 부재에 연결되고, 상기 대상체의 타 부분을 지지하는 제 2 지지 모듈을 더 포함하는 운동 보조 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 구동원이 온(ON)되면,
    상기 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈은 서로 다른 각속도로 이동되어, 상기 제 1 지지 모듈 및 제 2 지지 모듈이 서로 벌어지거나 오므려지는 방향으로 이동되는 운동 보조 장치.
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