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KR20180060853A - 운동 보조 장치 - Google Patents

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KR20180060853A
KR20180060853A KR1020160160846A KR20160160846A KR20180060853A KR 20180060853 A KR20180060853 A KR 20180060853A KR 1020160160846 A KR1020160160846 A KR 1020160160846A KR 20160160846 A KR20160160846 A KR 20160160846A KR 20180060853 A KR20180060853 A KR 20180060853A
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KR
South Korea
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user
rotation axis
side frame
joint
support
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KR1020160160846A
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English (en)
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KR102809156B1 (ko
Inventor
이민형
김정훈
노세곤
이연백
이종원
최병준
최현도
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US15/475,759 priority patent/US11369542B2/en
Priority to EP17169979.6A priority patent/EP3326602B1/en
Priority to CN201710399974.5A priority patent/CN108114414B/zh
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Abstract

실시 예에 따르면 운동 보조 장치는, 사용자의 제 1 부분을 지지하기 위한 제 1 지지부; 상기 제 1 지지부에 연결되고 상기 사용자의 측면의 적어도 일부를 감싸는 사이드 프레임; 및 상기 사이드 프레임의 길이 방향을 따라서 슬라이드 이동 가능하도록 상기 사이드 프레임에 연결되는 조인트 어셈블리를 포함할 수 있다.

Description

운동 보조 장치{MOTION ASSIST APPARATUS}
아래의 설명은 운동 보조 장치에 관한 것이다.
관절이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 운동 보조 장치 및 군사용 등의 목적으로 사용자의 근력을 보조하기 위한 장치들이 개발되고 있다.
일 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 사용자의 허리를 지지하기 위한 제 1 지지부; 상기 제 1 지지부에 연결되고, 상기 허리 측면의 적어도 일부를 감싸는 사이드 프레임; 및 상기 사이드 프레임의 길이 방향을 따라서 위치 조절 가능하도록, 상기 사이드 프레임에 연결되고, 상기 사용자의 고관절 부위에 배치 가능한 조인트 어셈블리를 포함할 수 있다.
상기 조인트 어셈블리는, 상기 사이드 프레임에 슬라이딩 가능하게 연결되고, 상기 조인트 어셈블리의 슬라이딩 방향의 각도는, 상기 사용자가 직립한 상태를 기준으로 지면에 대하여 50도 내지 70도일 수 있다.
상기 사이드 프레임은, 상기 조인트 어셈블리의 조인트 회전 축에 평행한 가상의 직선과 수직하는 제 1 회전 축을 중심으로, 상기 제 1 지지부에 대하여 회전이 가능할 수 있다.
상기 조인트 회전 축은 상기 제 1 회전 축과 하나의 교점을 형성하도록 조절 가능할 수 있다.
상기 제 1 회전 축은, 상기 사용자가 직립한 상태에서 상기 고관절과 지면을 수직으로 연결하는 직선과 교차하도록 조절 가능할 수 있다.
상기 사이드 프레임은, 상기 제 1 지지부에 대하여 상기 사용자의 좌우 방향으로 슬라이드 이동 가능할 수 있다.
상기 조인트 회전 축 및 상기 제 1 회전 축은, 상기 사용자가 직립한 상태에서 상기 사용자의 고관절에 위치하도록 조절 가능할 수 있다.
상기 제 1 지지부는, 상기 사용자 허리의 배면을 지지하는 지지 플레이트; 및 상기 사이드 프레임에 연결되고 상기 지지 플레이트에 대하여 각도 조절이 가능한 베이스 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 사이드 프레임을 상기 제 1 지지부에 대하여 회전 시키기 위한 회전 어셈블리를 더 포함할 수 있다.
상기 회전 어셈블리는, 상기 사이드 프레임을 회전시키기 위한 동력을 제공하는 액추에이터를 포함하고, 상기 액추에이터는, 상기 회전 동력을 생성하는 모터이거나, 상기 사이드 프레임 및 제 1 지지부를 연결하는 탄성체일 수 있다.
상기 탄성체의 일단은 상기 사이드 프레임에 연결되고, 상기 탄성체의 타단은 상기 제 1 지지부에 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 사용자의 제 1 부분을 지지하기 위한 제 1 지지부; 상기 제 1 지지부에 연결되고, 상기 사용자의 측면의 적어도 일부를 감싸는 사이드 프레임; 및 상기 사이드 프레임의 길이 방향을 따라서 위치 조절 가능하도록 상기 사이드 프레임에 연결되는 조인트 어셈블리를 포함할 수 있다.
상기 조인트 어셈블리는 상기 사이드 프레임의 길이 방향을 따라서 슬라이딩 가능할 수 있다.
상기 조인트 어셈블리의 슬라이딩 방향의 각도는 조절 가능할 수 있다.
상기 사이드 프레임은, 상기 조인트 어셈블리의 슬라이딩 방향에 평행한 가상의 직선에 대하여 수직한 축을 중심으로 회전 가능할 수 있다.
상기 사이드 프레임은, 상기 제 1 지지부를 관통하는 제 1 회전 축을 중심으로 회전 가능하도록, 상기 제 1 지지부에 연결되는 회전 링크; 및 상기 제 1 회전 축에 대하여 수직한 평면 상에 배치되는 제 2 회전 축을 중심으로 회전 가능하도록, 상기 회전 링크에 연결되는 사이드 링크를 포함할 수 있다.
상기 제 1 회전 축 및 제 2 회전 축은 직교할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 회전 링크에 대한 상기 사이드 링크의 회전 각도를 고정시키기 위한 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 사이드 프레임은, 상기 제 1 지지부에 대하여 위치 조절이 가능할 수 있다.
상기 제 1 지지부는, 상기 사용자의 제 1 부분을 지지하기 위한 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트에 구비되는 가이드 레일; 및 상기 사이드 프레임에 연결되고, 상기 가이드 레일을 따라 슬라이딩 가능한 가이드 부재를 포함할 수 있다.
상기 사이드 프레임은, 상기 제 1 지지부를 관통하는 제 1 회전 축을 중심으로 회전 가능하고, 상기 제 1 회전 축 및 상기 조인트 어셈블리의 회전 축은 하나의 교점을 형성할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 사용자의 제 2 부분을 지지하기 위한 제 2 지지부; 및 상기 조인트 어셈블리 및 제 2 지지부 사이를 연결하는 힘 전달부를 더 포함하고, 상기 하나의 교점이 상기 제 1 부분 및 제 2 부분을 연결하는 상기 사용자의 관절에 위치하도록 조절 가능할 수 있다.
상기 제 1 지지부는, 상기 제 1 부분 및 상기 베이스 플레이트 사이에 배치되는 지지 플레이트를 더 포함하고, 상기 베이스 플레이트는 상기 지지 플레이트에 대하여 각도 조절이 가능하도록 상기 지지 플레이트에 연결될 수 있다.
도 1a 내지 1c 는 사용자 고관절의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 사용자에 착용된 상태의 측면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 사용자에 착용된 상태의 배면도이다.
도 4은 인체 치수 조사 결과에 기초한 고관절 위치 분포에 대한 그래프이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 조인트 회전 축의 위치가 조절되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 제 1 회전 축의 위치가 조절되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 사용자 고관절의 운동을 보조하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 사시도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 회전 링크 및 사이드 링크의 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 사용자 신체에 따른 고관절 위치 분포를 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 조인트 회전 축의 위치가 조절되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 제 1 회전 축의 위치가 조절되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 사용자의 보행을 보조하는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 사용자의 보행을 보조하는 상태를 나타내는 배면도이다.
도 15 및 16은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치에서 제 1 회전 축의 경사가 조절되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 17 및 18은 일 실시 예들에 따른 사이드 프레임의 변형된 구조를 나타내는 도면이다.
도 19은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 사시도이다.
도 20는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 사용자의 어깨 관절을 보조하는 상태를 나타내는 측면도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1a 내지 1c 는 사용자 고관절(hip joint)의 움직임을 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 1a는 사용자 고관절의 내전/외전(adduction/abduction) 동작을 나타내는 도면이고, 도 1b는 사용자 고관절의 신장/굽힘(extension/flexion) 동작을 나타내는 도면이며, 도 1c는 사용자 고관절의 내회전/외회전(medial rotation/lateral rotation) 동작을 나타내는 도면이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 사용자의 고관절은 3 자유도(three degree of freedom)의 회전 운동이 가능한 볼 조인트(ball joint)로 이해할 수 있다. 사용자의 고관절은 3 자유도의 회전 운동을 통하여, 사용자의 허리에 대하여 사용자의 허벅지(thigh)를 움직일 수 있다. 내전/외전 축(X1), 신장/굽힘 축(X2) 및 내회전/외회전 축(X3)은 각각, 사용자가 직립한 상태에서, 고관절의 내전/외전, 신장/굽힘 및 내회전/외회전 동작에 따른 회전 축을 도시한 것이다. 고관절의 3가지 회전 운동은 동시에 발생할 수 있다. 예를 들어, 고관절은 내전/외전 및 신장/굽힘이 동시에 발생하는 휘돌림(circumduction) 동작을 할 수 있다. 각각의 축(X1, X2, X3) 중 어느 하나의 축을 중심으로 고관절이 회전하면, 나머지 축의 위치 또는 각도가 변경될 수 있으므로, 사용자의 관절의 운동을 적절하게 보조하기 위하여는, 위와 같은 휘돌림 동작에 대응하여, 각각의 축의 위치 또는 각도가 변경될 필요가 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 사용자에 착용된 상태에서의 측면도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 사용자에 착용된 상태에서의 배면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(1)는, 사용자에 착용되어 사용자의 운동을 보조할 수 있다. 사용자는 인체, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 도 2 및 도 3은 운동 보조 장치(1)가 사용자의 고관절의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 도시하였으나, 운동 보조 장치(1)는 사용자의 손목, 팔꿈치 또는 어깨 등 상체의 다른 부분이나, 발목 또는 무릎 등의 하체의 다른 부분을 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(1)는 사용자의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다. 이하, 운동 보조 장치(1)가 인체의 고관절의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다. 운동 보조 장치(1)는, 제 1 지지부(10), 사이드 프레임(11), 회전 어셈블리(12), 조인트 어셈블리(13), 힘 전달부(14) 및 제 2 지지부(15)를 포함할 수 있다.
제 1 지지부(10)는 사용자의 제 1 부분을 지지할 수 있다. 제 1 부분은, 사용자 고관절을 기준으로 몸 중심에 가까운 근위 부분(proximal part), 예를 들어, 사용자 허리일 수 있다. 제 1 지지부(10)는, 베이스 플레이트(101), 가이드 레일(102), 가이드 부재(103) 및 착용 부재(104)를 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(101)는 사용자의 제 1 부분, 예를 들어, 사용자 허리 배면에 배치될 수 있다. 베이스 플레이트(101)는 예를 들어, 베이스 플레이트(101)는 사용자의 허리 배면에 대응하는 만곡면을 포함하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 베이스 플레이트(101)가 사용자 허리 배면에 밀착되어, 신체의 움직임에 따른 사용자의 불편함이 저감될 수 있다.
가이드 부재(103)는, 사이드 프레임(11) 및 제 1 지지부(10)를 연결하고, 베이스 플레이트(101)에 위치 조절 가능하도록 연결될 수 있다. 예를 들어, 가이드 부재(103)는 베이스 플레이트(101)의 좌우 길이 방향을 따라 형성된 가이드 레일(102)을 따라 슬라이딩 할 수 있다. 가이드 부재(103)는, 예를 들어, 나사 등의 고정 수단을 이용하여, 가이드 레일(102) 상의 특정한 위치에 고정될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 사이드 프레임(11)은, 제 1 지지부(10)에 대하여 위치 조절 될 수 있다. 다시 말하면, 사이드 프레임(11)은, 제 1 지지부(10)에 대하여 사용자의 좌우 방향으로 슬라이딩 될 수 있다. 결과적으로, 가이드 부재(103)의 이동에 따라, 사이드 프레임(11)이 베이스 플레이트(101)의 중심으로부터 이격된 거리가 조절될 수 있으므로, 사용자의 체형에 관계없이 동일한 운동 보조 장치가 사용될 수 있다.
착용 부재(104)는 베이스 플레이트(101)에 연결되고, 베이스 플레이트(101)를 사용자의 제 1 부분, 예를 들어, 허리에 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 착용 부재(104)는, 도 2와 같이, 사용자의 허리를 전체적으로 감싸는 탈부착식 벨트일 수 있다.
사이드 프레임(11)은 제 1 지지부(10)에 연결되고, 사용자 신체의 측면, 예를 들어, 사용자 허리 측면의 적어도 일부를 감싸도록 구비될 수 있다. 도 2 및 도 3과 같이, 사이드 프레임(11)은 사용자의 양측에 각각 구비될 수 있으나, 이와 달리 사용자의 어느 한 측에만 배치될 수도 있다. 사이드 프레임(11)은 사용자의 관절, 예를 들어, 고관절의 측면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 사이드 프레임(11)은 사용자의 측면을 기준으로, 사용자가 직립한 상태에서 지면을 향해 하향 경사지는 길이방향을 가질 수 있다. 구체적으로, 사이드 프레임(11)은 사용자 허리 배면으로부터 사용자 허리 측면을 향하도록 절곡되고, 사용자 고관절 부위를 감싸는 방향으로 연장 형성될 수 있다.
회전 어셈블리(12)는 예를 들어, 고관절의 내전/외전 운동을 보조할 수 있다. 회전 어셈블리(12)는, 제 1 지지부(10)에 대하여 사이드 프레임(11)을 회전 시킬 수 있다. 예를 들어, 회전 어셈블리(12)는, 사용자의 엉덩이의 상측에 배치될 수 있다. 회전 어셈블리(12)는 회전 부재(121) 및 액추에이터(122)를 포함할 수 있다.
회전 부재(121)는, 사이드 프레임(11) 및 제 1 지지부(10)를 연결할 수 있다. 예를 들어, 사이드 프레임(11)의 일측에 고정되고, 제 1 가이드 부재(103)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 사이드 프레임(11)이 제 1 지지부(10)에 대하여, 베이스 플레이트(101)를 관통하는 제 1 회전 축(A1, 도 5 참조)을 중심으로 회전할 수 있다. 여기서, 제 1 회전 축(A1)은, 조인트 어셈블리(13)의 조인트 회전 축(J, 도 5 참조)에 평행한 가상의 직선에 수직한 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 제 1 회전 축(A1)은, 도 5와 같이 고관절로부터 후방으로 상향 경사지게 배치될 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 사이드 프레임(11)은 사용자 고관절의 내전/외전 동작과 유사한 움직임을 나타낼 수 있다.
액추에이터(122)는 회전 부재(121)를 회전 시키기 위한 동력을 제공함으로써, 사이드 프레임(11)이 제 1 회전 축(A1)을 중심으로 회전 가능하도록 사이드 프레임(11)에 토크를 제공할 수 있다. 액추에이터(122)는 예를 들면, 도 2 및 도 3과 같이 액티브(active) 방식으로 회전 부재(121)에 동력을 제공하는 모터 등 일 수 있다. 한편, 이와 달리 액추에이터(122)는 위치 에너지(potential energy)를 통한 패시브(passive) 방식으로 회전 부재(121)에 동력을 제공하는 탄성체 등일 수도 있다. 액추에이터(122)에 의하면, 예를 들어, 사용자가 보행 중에 지면에 닿아있는 한쪽 다리로 무게중심이 편향되는 현상에 대응하여, 상기 한쪽 다리의 내전/외전 운동 방향으로 적절한 보조력을 제공할 수 있다.
조인트 어셈블리(13)는 예를 들어, 고관절의 신장/굽힘 운동을 보조할 수 있다. 조인트 어셈블리(13)는 사이드 프레임(11)의 길이 방향을 따라서 위치 조절 가능하도록, 사이드 프레임(11)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 조인트 어셈블리(13)는 사이드 프레임(11)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 할 수 있다. 조인트 어셈블리(13)는 사용자 관절에 대응하는 위치로 이동 될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 조인트 어셈블리(13)는, 사용자 측면에 배치된 사이드 프레임(11)의 길이 방향을 따라 움직이면서, 사용자의 고관절 부위로 배치될 수 있다. 조인트 어셈블리(13)는 예를 들어, 회전체(131) 및 회전체(131)에 동력을 제공하는 구동원(132)을 포함할 수 있다.
회전체(131)는 구동원(132)으로부터 동력을 제공 받아. 사이드 프레임(11)을 관통하는 조인트 회전 축(J, 도 5 참조)을 중심으로 회전하면서 힘 전달부(14)를 회전시킬 수 있다. 도 2와 같이, 조인트 어셈블리(13)가 사용자 측면에 배치되는 경우에, 회전체(131)는 사용자 고관절의 신장/굽힘 동작과 유사하게 회전할 수 있다. 회전체(131)는 예를 들어, 선 기어, 유성 기어 및 링 기어를 포함하는 유성 기어(planetary gear) 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 회전체는 좁은 공간 내에서도 높은 감속비를 얻을 수 있다.
구동원(132)은 예를 들어, 회전체(131)와 함께 사이드 프레임(11)의 길이 방향을 따라서 슬라이딩 이동 될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 회전체(131)가 외부의 구동원으로부터 동력을 전달받는 경우와 비교하여, 회전체(131) 및 외부의 구동원 사이를 연결하는 동력 전달 부재에, 일정한 장력을 유지시키기 위한 텐셔너(tensioner)등을 구비하지 않고도, 안정적이고 일정한 동력이 구동원으로부터 회전체에 전달될 수 있다.
제 2 지지부(15)는 사용자의 제 2 부분을 지지할 수 있다. 제 2 부분은, 사용자 고관절을 기준으로 몸 중심에서 떨어진 원위 부분(distal part), 예를 들어, 사용자의 대퇴부 일 수 있다. 다시 말하면, 제 2 지지부(15)는 운동 보조 장치(1)를 이용하여 보조하고자 하는 사용자의 관절을 중심으로, 제 1 지지부(10)에 대하여 반대편에 배치될 수 있다. 제 2 지지부(15)는 힘 전달부(14)를 통해 조인트 어셈블리(13) 및/또는 회전 어셈블리(12)에서 생성된 토크를 전달받고, 사용자의 제 2 부분을 움직일 수 있다.
힘 전달부(14)는, 예를 들어, 조인트 어셈블리(13)로부터 제 2 지지부(15)까지 연장되는 길이 방향 부재일 수 있다. 길이 방향 부재는, 예를 들어, 도 1 과 같은 프레임이거나, 이와 달리 와이어 또는 고무줄 등의 부재일 수도 있다.
도 4는 인체 치수 조사 결과에 기초한 고관절 위치 분포에 대한 그래프이다.
도 4는 대한민국 정부 공인 기관인 국가기술표준원 산하 사이즈 코리아(SIZE KOREA)에서 조사한 인체 치수 조사 6차 데이터에 관한 그래프이다. 도 4의 그래프에서, 가로축은 사용자의 전후 엉덩이 두께를 의미하며, 세로축은 사용자가 직립한 상태를 기준으로, 지면에 대한 고관절의 높이를 의미한다. 조사 결과에 기초하면, 35세 이상 49세 미만의 한국인 남성의 고관절의 위치 분포는, 약 1.7589의 기울기를 가지는 직선 상에 분포되는 것으로 확인된다. 상기 직선의 기울기를 환산하면, 약 tan60°에 해당하며, 이는 고관절의 분포 직선이 지면과 약 60도의 각도를 가지는 것으로 이해할 수 있다.
결과적으로, 사용자에 따른 고관절 위치 분포는 지면과 일정한 기울기를 가지는 직선 상에 분포될 수 있다. 이러한 결과는, 다른 집단에도 동일하게 적용될 수 있다. 다시 말하면, 인종, 국가, 성별 등의 조건을 고려한 범위 내에서, 사용자에 따른 고관절 위치 분포는, 지면에 대하여 특정한 기울기를 가지는 직선을 형성할 수 있다. 이러한 결과는, 운동 보조 장치의 관절 보조 메커니즘에 적용될 수 있다.
실시 예에 따른 조인트 어셈블리(13, 도 2 및 도 3 참조)는, 사용자가 직립한 상태를 기준으로, 지면에 대하여 사선 방향을 따라서 위치 조절될 수 있으므로, 조인트 어셈블리(13)의 위치 조절 방향을 특정한 각도, 예를 들면, 60도로 고정시키면, 조인트 어셈블리(13)의 조인트 회전 축(J, 도 5 참조)과, 사용자의 신장/굽힘 축(X2, 도 1b 참조)을 간단하게 일치시킬 수 있다. 한편, 이는 예시에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 일 실시 예에 따른 조인트 회전 축의 위치가 조절되는 과정을 나타내는 도면이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 제 1 회전 축의 위치가 조절되는 과정을 나타내는 도면이고, 도 7은, 일 실시예에 따른 운동 보조 장치가 사용자 고관절의 운동을 보조하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 조인트 회전 축(J)의 위치는, 사이드 프레임(11)의 길이 방향을 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 조인트 어셈블리(13)는 사이드 프레임(11)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 될 수 있다. 이 경우, 조인트 어셈블리(13)의 슬라이딩 방향은, 사용자가 직립한 상태를 기준으로, 고관절의 신장/굽힘 축(X2)과 수직할 수 있다. 다시 말하면, 조인트 회전 축(J)은 고관절의 신장/굽힘 축(X2)과 평행할 수 있다. 예를 들어, 조인트 어셈블리(13)는, 사용자가 직립한 상태에서, 사용자의 전방으로부터 후방을 향하여 지면에 대하여 상향 경사진 방향으로 슬라이딩 될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 인체치수 데이터에 기초하는 경우, 조인트 어셈블리(13)의 슬라이딩 방향을 결정하는 사이드 프레임(11)은 사용자의 측면에서 바라볼 때, 사용자의 고관절과 오버랩 되면서 지면에 대하여 50도 내지 70도 경사진 길이 방향을 가질 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 조인트 회전 축(J)은, 사용자 고관절(hip joint)을 통과하도록 조절될 수 있다. 조인트 회전 축(J)이 사용자 고관절(hip joint)을 통과하도록 조인트 어셈블리(13)의 위치가 조절되면, 조인트 어셈블리(13)는 사용자 보행에 따른 고관절(hip joint)의 운동, 예를 들어, 신장/굽힘 동작을 효과적으로 보조할 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이 조인트 회전 축(J)이 고관절 신장/굽힘 축(X2)과 일치하는 경우, 조인트 어셈블리(13)는 고관절(hip joint)의 신장/굽힘 동작에 따른 각도와 동일한 각도로 회전할 수 있다. 따라서, 조인트 어셈블리(13)로부터 제 2 지지부(15)에 전달되는 토크가 낭비되는 것을 최소화 하고, 축의 불일치에 따른 장비의 비틀림을 방지하고, 사용자의 착용감을 향상시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 회전 축(A1)의 위치는, 제 1 지지부(10)에 대하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 사이드 프레임(11)은 제 1 지지부(10)에 대하여 사용자의 좌우 방향으로 슬라이드 이동 할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 회전 축(A1)은, 조인트 회전 축(J)에 평행한 방향으로 슬라이딩 될 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 제 1 회전 축(A1)은, 사용자의 허리 둘레 등에 관계 없이, 사용자 고관절을 통과하도록 조절될 수 있다. 제 1 회전 축(A1)이 사용자 고관절을 통과하도록 회전 어셈블리(12)의 위치가 조절되면, 회전 어셈블리(12)는 사용자의 내전/외전 동작을 효과적으로 보조할 수 있다.
정리하면, 도 5와 같이, 조인트 어셈블리(13)를 사이드 프레임(11)의 길이 방향을 따라 이동시킴으로써, 조인트 회전 축(J)이 사용자의 고관절을 통과하도록 조절될 수 있다. 또한, 도 6과 같이, 사이드 프레임(11)을 제 1 지지부(10)에 대하여 좌우 방향으로 이동시킴으로써, 제 1 회전 축(A1)이 고관절을 통과하도록 조절될 수 있다. 결과적으로, 제 1 회전 축(A1)은 사용자가 직립한 상태에서, 고관절(hip joint)과 지면을 수직으로 연결하는 직선, 즉, 내회전/외회전 축(X3)과 교차하도록 조절될 수 있다.
도 7은, 일 실시예에 따른 운동 보조 장치가 사용자 고관절의 운동을 보조하는 상태를 도시한다.
조인트 어셈블리(13) 및 회전 어셈블리(12)는 각각, 고관절의 신장/굽힘 운동 및 내전/외전 운동을 보조할 수 있다. 결과적으로, 제 2 지지부는 조인트 회전 축(J) 및 제 1 회전 축(A1)을 중심으로 하는 2 회전 자유도를 가질 수 있다. 운동 보조 장치(1)는 사용자의 보행을 보조하면서, 사용자의 자연스러운 움직임을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 도 7과 같이, 사용자가 보행하는 경우, 고관절의 신장/굽힘, 내전/외전 및 내회전/외회전 동작은 동시에 수행될 수 있다. 조인트 회전 축(J) 및 제 1 회전 축(A1)이 사용자 고관절(hip joint)을 통과하도록 조절된 경우에, 조인트 회전 축(J) 및 제 1 회전 축(A1)에 따른 운동 보조 장치(1)의 작동이 고관절(hip joint)의 내회전/외회전 동작에 간섭하는 것이 방지 될 수 있다. 예를 들어, 제 2 지지부(15)가 사용자 대퇴부를 감싸는 경우에, 제 2 지지부(15)는 사용자의 보행에 관계없이 대퇴부에 착용된 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 사용자의 대퇴부가 제 2 지지부(15) 내에서 내회전/외회전 축(X3)을 중심으로 회전 하는 경우에도, 사용자가 느끼는 불편함 및 저항감이 최소화 될 수 있다. 운동 보조 장치(1)는 제 1 회전 어셈블리(12)가 사용자의 엉덩이의 상 측에 배치되므로, 사용자가 회전 어셈블리(12)에 의해 간섭 받지 않고 착석할 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 사시도이고, 도 9는 일 실시 예에 따른 회전 링크 및 사이드 링크의 구조를 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(2)는, 제 1 지지부(20), 사이드 프레임(21), 스토퍼(26), 조인트 어셈블리(22), 회전 어셈블리(23), 힘 전달부(24, 도 11 참조) 및 제 2 지지부(25, 도 11 참조)를 포함할 수 있다.
사이드 프레임(21)은, 제 1 지지부(20)에 대하여 회전할 수 있다. 예를 들어, 사이드 프레임(21)은 제 1 지지부(20)에 연결되는 회전 링크(211) 및 회전 링크(211)에 연결되고 사용자 측면에 배치되는 사이드 링크(212)를 포함할 수 있다.
회전 링크(211)는, 제 1 회전 축(A1)을 중심으로 회전 가능하도록, 제 1 지지부(20)에 연결될 수 있다. 회전 링크(211)는 제 1 회전 축(A1)이 제 1 지지부(20)를 관통하도록, 예를 들어, 베이스 플레이트(201)에 연결될 수 있다. 회전 링크(211)는 제 1 지지부(20)에 대하여 위치 조절 가능하도록 연결될 수 있다. 예를 들어, 회전 링크(211)는 가이드 부재(203)에 연결되어, 베이스 플레이트(201)의 좌우 방향을 따라 형성된 가이드 레일(202)을 따라 슬라이딩 할 수 있다. 회전 링크(211)는, 제 1 회전 축(A1)과 수직한 방향으로 연장 형성될 수 있다.
사이드 링크(212)는 회전 링크(211)에 회전 가능하도록 연결되어 사용자의 측면의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 회전 링크(211)에 대한 사이드 링크(212)의 회전 축인 제 2 회전 축(A2)은 제 1 회전 축(A1)에 대하여 수직한 평면상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 2 회전 축(A2)은 회전 링크(211)의 길이 방향과 일치할 수 있다. 다시 말하면, 제 2 회전 축(A2)은 제 1 회전 축(A1)에 수직할 수 있다. 사이드 링크(212)의 길이 방향(D1)은 제 1 회전 축(A1)에 대하여 수직할 수 있다. 예를 들어, 사이드 링크(212)의 길이 방향은 회전 링크(211)의 길이 방향에 대하여 수직할 수 있다.
스토퍼는(26), 회전 링크(211)에 대한 사이드 링크(212)의 회전 각도를 고정할 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(26)는, 도 8과 같이 회전 링크(211) 및 사이드 링크(212)의 연결 부위에 장착되는 고정 나사일 수 있다. 한편, 스토퍼(26)는 도면과 달리, 회전 링크(211)에 대한 사이드 링크(212)의 제 2 회전 축(A2)에 연결되는 QR레버(quick release lever)일 수도 있다. 이와 같은 구조의 경우, 레버를 선택적으로 개폐 시킴으로써, 회전 링크(211)에 대한 사이드 링크(212)의 회전 각도를 고정할 수 있다.
조인트 어셈블리(23)는, 사이드 링크(212)의 길이 방향(D1)을 따라 위치 조절 될 수 있다. 예를 들어, 조인트 어셈블리(23)는 사이드 링크(212)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능한 연결 부재와, 상기 연결 부재의 위치를 고정할 수 있는 고정 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사이드 링크(212)는 길이 방향을 따라 이격 형성되는 복수개의 홀을 포함하고, 연결 부재의 위치에 대응하는 홀에 고정 나사가 삽입됨으로써, 사이드 링크(212)에 대한 조인트 어셈블리(23)의 위치가 고정될 수 있다.
회전 어셈블리(22)는, 예를 들어, 위치 에너지를 이용한 패시브(passive)방식으로 회전 링크(211)에 토크를 제공하는 패시브 액추에이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시브 액추에이터는, 탄성체(221) 및 고정 도르래(222)를 포함할 수 있다.
탄성체(221)는, 고관절의 움직임에 따라 탄성 위치 에너지를 저장함으로써, 복원력에 의하여 회전 링크(211)에 동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 탄성체(221)는 사이드 프레임(21)의 회전 링크(211)와, 제 1 지지부(20)를 연결할 수 있다. 이 경우, 회전 링크(211)가 일 방향으로 회전하게 되면, 탄성체(221)는 압축 또는 인장되면서 탄성 에너지를 저장하고, 평형상태로 돌아가는 과정에서 방출되는 에너지를 동력 전달 부재를 통해 회전 링크(211)에 전달함으로써, 회전 링크(211)를 역방향으로 회전 시킬 수 있다. 고정 도르래(222)는, 동력 전달 부재의 이동 경로를 형성할 수 있다.
예를 들어, 고정 도르래(222)는 가이드 부재(203)의 일측에 고정되고, 탄성체(221)의 일단은 사이드 프레임(21)의 회전 링크(211)에 연결되고, 탄성체(221)의 타단은 제 1 지지부(20)의 베이스 플레이트(201)에 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 가이드 부재(203)가 베이스 플레이트(201)의 중심을 기준으로 멀어질수록, 탄성체(221)의 초기 길이가 증가되므로, 회전 링크(221)에 보다 큰 탄성력을 제공할 수 있다. 따라서, 허리 둘레가 큰 사용자가 운동 보조 장치(2)를 착용할 경우에는, 허리 둘레가 작은 사용자가 운동 보조 장치(2)를 착용하는 경우보다, 더 큰 탄성력이 제공될 수 있다.
회전 어셈블리(22)는 탄성체(221)의 탄성력을 조절할 수 있는 탄성력 조절 수단을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상기 탄성력 조절 수단은 베이스 플레이트에 대한 탄성체(221)의 연결 지점을 변화시키는 등의 방법으로, 탄성력의 크기를 조절할 수도 있다.
한편, 도시한 바와 달리 탄성체(221)의 일단은 사이드 프레임(21)의 회전 링크(211)에 연결되고, 탄성체(221)의 타단은 제 1 지지부(20)의 가이드 부재(203)에 연결될 수도 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 가이드 부재(203)의 위치에 무관하게, 회전 링크(211)의 회전 각도에 따라서 일정하게 증감하는 탄성력을 제공할 수 있을 것이다.
한편, 회전 어셈블리(22)는 앞서 설명한 실시 예와 마찬가지로, 모터를 통한 액티브(active)방식의 액추에이터일 수도 있다. 한편, 회전 어셈블리(22)가 운동 보조 장치(2)에 구비되지 않아도 무방하다. 이와 같은 구조에 의하더라도, 사용자의 내전/외전 움직임에 순응하여 운동 보조 장치(2)가 동작할 수 있으므로, 사용자의 착용감을 향상시킬 수 있다.
도 10은 사용자 신체에 따른 고관절 위치 분포를 나타내는 도면이고, 도 11은 일 실시 예에 따른 조인트 회전 축의 위치가 조절되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 조인트 회전 축(J)은 사용자 고관절(hip joint)을 통과하도록 조절될 수 있다. 조인트 회전 축(J)은 도 10에 도시된 것과 같이 극 좌표계(polar coordinate)에 기초하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 사이드 링크(212)의 제 2 회전 축(A2)을 원점(origin)으로 가정했을 때, 제 2 회전 축(A2)으로부터 조인트 회전 축(J)까지의 직선 거리를 극 좌표계의 거리 성분(distance ingredient)으로 이해하고, 제 2 회전 축(A2)을 중심으로 하는 조인트 회전 축(J)의 회전 각도를 극 좌표계의 각도 성분(angle ingredient)로 이해할 수 있다. 다시 말하면, 조인트 회전 축(J)의 위치는, 사이드 링크(212) 상에서의 조인트 어셈블리(23)의 위치 및 회전 링크(211)에 대한 사이드 링크(212)의 회전 각도를 변경함으로써 조절될 수 있다.
먼저, 회전 링크(211)에 대하여 사이드 링크(212)를 회전시킴으로써, 사용자의 측면에서 바라볼 때, 사이드 링크(212)가 사용자의 고관절(hip joint)을 지나도록 조절할 수 있다. 다시 말하면, 제 2 회전 축(A2)을 중심으로 하는 신장/굽힘 축(X2)의 회전 각도만큼, 사이드 링크(212)를 회전시킴으로써, 극 좌표계 상에서의 조인트 회전 축(J) 및 신장/굽힘 축(X2)의 각도 성분을 일치시킬 수 있다. 이와 같은 상태에서, 스토퍼(26)를 이용하여 제 2 회전 축(A2)을 중심으로 하는 사이드 링크(212)의 각도를 고정시킬 수 있다.
다음으로 사이드 링크(212)에 대하여 조인트 어셈블리(23)를 이동시킴으로써, 조인트 회전 축(J)이 사용자의 고관절을 지나도록 조절할 수 있다. 다시 말하면, 제 2 회전 축(A2)으로부터 신장/굽힘 축(X2)까지의 직선 거리만큼, 조인트 어셈블리(23)를 이동시킴으로써, 극 좌표계 상에서의 조인트 회전 축(J) 및 신장/굽힘 축(X2)의 거리 성분을 일치시킬 수 있다. 이와 같은 상태에서, 고정 부재를 이용하여 사이드 링크(212) 상에서의 조인트 어셈블리(23)의 위치를 고정시킬 수 있다.
한편, 조인트 회전 축(J) 및 신장/굽힘 축(X2)의 각도 성분을 일치시킨 다음, 거리 성분을 일치시키는 것으로 설명하였으나, 이와 달리, 거리 성분을 일치시킨 다음, 각도 성분을 일치시키는 것도 가능할 것이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 제 1 회전 축의 위치가 조절되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 제 1 회전 축(A1)의 위치는, 제 1 지지부(20)에 대하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 회전 링크(211)는 제 1 지지부(20)에 대하여 사용자의 좌우 방향으로 슬라이딩 할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 회전 축(A1)은 조인트 회전 축(J)에 평행한 방향으로 슬라이딩 될 수 있다. 따라서, 제 1 회전 축(A1)은 사용자의 신체 크기에 관계 없이, 사용자 고관절(hip joint)을 통과하도록 조절 될 수 있다.
도 10 내지 도 12에서 설명한 바와 같이, 조인트 회전 축(J) 및 제 1 회전 축(A1)이 각각 사용자 고관절을 통과하면서 하나의 교점을 형성하도록 조절됨으로써, 운동 보조 장치는 고관절의 신장/굽힘 동작 및 내전/외전 동작과 유사한 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 축 불일치에 따른 장비 비틀림이 방지되고, 사용자의 착용감을 향상시킬 수 있다.
도 13은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 사용자의 보행을 보조하는 상태를 나타내는 측면도이고, 도 14는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 사용자의 보행을 보조하는 상태를 나타내는 배면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 조인트 회전 축(J) 및 제 1 회전 축(A1)이 사용자의 고관절(hip joint)을 통과하도록 조절되면, 운동 보조 장치(2)는 사용자 고관절의 움직임을 효율적으로 보조할 수 있다. 제 2 회전 축(A2)의 각도는 제 1 회전 축(A1)의 각도에 따라 변경되고, 조인트 회전 축(J)의 각도는 제 1 회전 축(A1) 및 제 2 회전 축(A2)의 각도에 따라 변경될 수 있다. 이와 같은 과정에서 제 1 회전 축(A1) 및 조인트 회전 축(J)은 항상 사용자의 고관절을 지나므로, 운동 보조 장치(2)는 고관절의 2개 이상의 회전 축들이 변화되는 휘돌림 동작 등을 보조하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 13과 같이, 조인트 회전 축(J)이 사용자 고관절을 통과하면, 조인트 어셈블리(23)는 사용자 고관절의 신장/굽힘 운동에 따른 회전각도와 동일한 각도만큼 회전할 수 있다. 마찬가지로, 도 14와 같이, 제 1 회전 축(A1)이 사용자 고관절(hip joint)을 통과하면, 회전 링크(211)는 고관절의 내전/외전 운동에 따른 회전 각도와 동일한 각도만큼 회전할 수 있다. 결과적으로, 조인트 어셈블리(23) 및 회전 어셈블리(22)가 사용자 고관절에 제공하는 토크가 낭비되는 것을 최소화 하고, 운동 보조 장치(2)가 사용자 보행 동작과 유사하게 작동함으로써, 사용자가 편안한 착용감을 제공받을 수 있다. 또한, 조인트 회전 축(J) 및 제 1 회전 축(A1)이 사용자 고관절의 내회전/외회전 축(X3)과 고관절에서 교차함으로써, 고관절의 내회전/외회전 동작이 자유롭게 수행될 수 있다.
도 15 및 도 16은 일 실시예에 따른 운동 보조 장치에서 제 1 회전 축(A1)의 경사가 조절되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 운동 보조 장치(2')는, 제 1 지지부(20), 사이드 프레임(21), 조인트 어셈블리(23), 회전 어셈블리(22), 힘 전달부(24) 및 제 2 지지부(25)를 포함할 수 있다.
제 1 지지부(20)는, 지지 플레이트(205), 베이스 플레이트(201), 각도 조절 부재(206) 및 착용부재(204)를 포함할 수 있다.
지지 플레이트(205)는 사용자의 제 1 부분, 예를 들어, 사용자의 허리 배면 및 베이스 플레이트(201) 사이에 배치될 수 있다. 지지 플레이트(205)는 사용자의 허리에 대응하는 만곡면을 포함할 수 있다. 지지 플레이트(205)는 착용부재(204)를 통해 사용자의 제 1 부분에 고정되고, 베이스 플레이트(201)는 지지 플레이트(205)에 각도 조절 가능하도록 연결될 수 있다. 예를 들어, 베이스 플레이트(201)의 상부는 지지 플레이트(205)와 힌지(hinge) 결합될 수 있다.
각도 조절 부재(206)는, 지지 플레이트(205)에 대한 베이스 플레이트(201)의 각도를 고정시킬 수 있다. 예를 들면, 각도 조절 부재(206)는, 지지 플레이트(205)로부터 베이스 플레이트(201)를 향하여 연장되는 연결부(2061)와, 연결부(2061) 및 베이스 플레이트(201)를 고정시키는 고정부(2062)를 포함할 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 지지 플레이트(206)에 대한 베이스 플레이트(201)의 각도를 조절함으로써, 제 1 회전 축(A1)이 지면과 이루는 각도를 조절할 수 있다. . 따라서, 지지 플레이트(206)에 대한 베이스 플레이트(201)의 각도를 조절함으로써, 사용자의 측면에서 바라볼 때 제 1 회전 축(A1)이 사용자 고관절을 통과하도록 조절할 수 있다.
도 17 및 도 18은 일 실시 예들에 따른 사이드 프레임의 변형된 구조를 나타내는 도면이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 일 실시 예들에 따른 사이드 프레임(21)은, 다양한 형상을 갖는 회전 링크(211, 211') 및 사이드 링크(212, 212')를 포함할 수 있다. 예를 들어, 회전 링크(211') 및 사이드 링크(212') 중 어느 하나 이상은 절곡되는 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 형상에 의하더라도, 제 2 회전 축(A2)은 제 1 회전 축(A1)에 수직한 평면 상에 배치되고, 조인트 회전 축(J)은 제 2 회전 축(A2)에 평행할 수 있다. 다시 말하면, 조인트 회전 축(J)의 축 방향은 제 1 회전 축(A1)의 축 방향에 수직하므로, 조인트 회전 축(J) 및 제 1 회전 축(A1)은 서로 한 점에서 직교하도록 조절될 수 있다.
이와 같이 회전 링크(211, 211') 및 사이드 링크(212, 212')의 형상은 사용자의 신체 치수, 운동 보조 장치의 설계 등에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.
도 19은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 사시도이다.
도 19을 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(3)는, 제 1 지지부(30)와, 제 1 지지부(30)에 대하여 회전 가능한 사이드 프레임(31)과, 제 1 지지부(30)에 대한 사이드 프레임(31)의 각도를 고정하기 위한 스토퍼(36)와, 사이드 프레임(31)에 대하여 슬라이딩 가능한 조인트 어셈블리(33)와, 사이드 프레임(31) 상에서의 조인트 어셈블리(33)의 위치를 고정하기 위한 고정 부재(37)를 포함할 수 있다.
사이드 프레임(31)은, 조인트 어셈블리(33)의 슬라이딩 방향(D1)에 평행한 가상의 직선에 대하여 수직한 축을 중심으로 회전 할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 도 10에서 설명한 바와 같이, 조인트 회전 축(J)은 극 좌표계(polar coordinate)에 기초하여 사용자 고관절(hip joint)을 통과하도록 조절될 수 있다.
도 20은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 사용자의 어깨 관절을 보조하는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 20을 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(4)는, 제 1 지지부(40), 사이드 프레임(41), 조인트 어셈블리(43), 회전 어셈블리(42), 힘 전달부(44) 및 제 2 지지부(45)를 포함할 수 있다.
제 1 지지부(40)는, 사용자의 어깨 관절(shoulder joint)을 중심으로 하는 근위 부분, 예를 들어, 사용자의 등(back)에 배치될 수 있다. 사이드 프레임(41)은 사용자의 측면, 예를 들어, 사용자 어깨(shoulder)의 적어도 일부를 감싸도록 배치될 수 있다.
사이드 프레임(41)은, 제 1 회전 축(A1)을 중심으로 회전 가능하도록 제 1 지지부(40)에 연결되는 회전 링크(411) 및 제 2 회전 축(A2)을 중심으로 회전 가능하도록 회전 링크(411)에 연결되는 사이드 링크(412)를 포함할 수 있다.
제 2 지지부(45)는, 힘 전달부(44)에 의해 조인트 어셈블리(43)와 연결되고, 사용자의 어깨 관절을 중심으로 하는 원위 부분, 예를 들어, 상박(upper arm)을 지지할 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 제 1 회전 축(A1) 및 조인트 회전 축(J1)은, 사용자 어깨 관절을 통과하도록 조절될 수 있다. 따라서, 운동 보조 장치(4)는, 사용자 어깨 관절의 내전/외전 및 신장/굽힘 운동을 보조할 수 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (23)

  1. 사용자의 허리를 지지하기 위한 제 1 지지부;
    상기 제 1 지지부에 연결되고, 상기 허리 측면의 적어도 일부를 감싸는 사이드 프레임; 및
    상기 사이드 프레임의 길이 방향을 따라서 위치 조절 가능하도록, 상기 사이드 프레임에 연결되고, 상기 사용자의 고관절 부위에 배치 가능한 조인트 어셈블리를 포함하는 운동 보조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조인트 어셈블리는, 상기 사이드 프레임에 슬라이딩 가능하게 연결되고,
    상기 조인트 어셈블리의 슬라이딩 방향의 각도는, 상기 사용자가 직립한 상태를 기준으로 지면에 대하여 50도 내지 70도인 운동 보조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 사이드 프레임은, 상기 조인트 어셈블리의 조인트 회전 축에 평행한 가상의 직선과 수직하는 제 1 회전 축을 중심으로, 상기 제 1 지지부에 대하여 회전이 가능한 운동 보조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 조인트 회전 축은 상기 제 1 회전 축과 하나의 교점을 형성하도록 조절 가능한 운동 보조 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 회전 축은, 상기 사용자가 직립한 상태에서 상기 고관절과 지면을 수직으로 연결하는 직선과 교차하도록 조절 가능한 운동 보조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 사이드 프레임은, 상기 제 1 지지부에 대하여 상기 사용자의 좌우 방향으로 슬라이드 이동 가능한 운동 보조 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 조인트 회전 축 및 상기 제 1 회전 축은, 상기 사용자가 직립한 상태에서 상기 사용자의 고관절에 위치하도록 조절 가능한 운동 보조 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부는,
    상기 사용자 허리의 배면을 지지하는 지지 플레이트; 및
    상기 사이드 프레임에 연결되고 상기 지지 플레이트에 대하여 각도 조절이 가능한 베이스 플레이트를 포함하는 운동 보조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 사이드 프레임을 상기 제 1 지지부에 대하여 회전 시키기 위한 회전 어셈블리를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 회전 어셈블리는,
    상기 사이드 프레임을 회전시키기 위한 동력을 제공하는 액추에이터를 포함하고,
    상기 액추에이터는,
    상기 회전 동력을 생성하는 모터이거나, 상기 사이드 프레임 및 제 1 지지부를 연결하는 탄성체인 운동 보조 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄성체의 일단은 상기 사이드 프레임에 연결되고, 상기 탄성체의 타단은 상기 제 1 지지부에 연결되는 운동 보조 장치.
  12. 사용자의 제 1 부분을 지지하기 위한 제 1 지지부;
    상기 제 1 지지부에 연결되고, 상기 사용자의 측면의 적어도 일부를 감싸는 사이드 프레임; 및
    상기 사이드 프레임의 길이 방향을 따라서 위치 조절 가능하도록 상기 사이드 프레임에 연결되는 조인트 어셈블리를 포함하는 운동 보조 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 조인트 어셈블리는 상기 사이드 프레임의 길이 방향을 따라서 슬라이딩 가능한 운동 보조 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 조인트 어셈블리의 슬라이딩 방향의 각도는 조절 가능한 운동 보조 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 사이드 프레임은, 상기 조인트 어셈블리의 슬라이딩 방향에 평행한 가상의 직선에 대하여 수직한 축을 중심으로 회전 가능한 운동 보조 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 사이드 프레임은,
    상기 제 1 지지부를 관통하는 제 1 회전 축을 중심으로 회전 가능하도록, 상기 제 1 지지부에 연결되는 회전 링크; 및
    상기 제 1 회전 축에 대하여 수직한 평면 상에 배치되는 제 2 회전 축을 중심으로 회전 가능하도록, 상기 회전 링크에 연결되는 사이드 링크를 포함하는 운동 보조 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 회전 축 및 제 2 회전 축은 직교하는 운동 보조 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 회전 링크에 대한 상기 사이드 링크의 회전 각도를 고정시키기 위한 스토퍼를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 사이드 프레임은, 상기 제 1 지지부에 대하여 위치 조절이 가능한 운동 보조 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부는,
    상기 사용자의 제 1 부분을 지지하기 위한 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트에 구비되는 가이드 레일; 및
    상기 사이드 프레임에 연결되고, 상기 가이드 레일을 따라 슬라이딩 가능한 가이드 부재를 포함하는 운동 보조 장치.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 사이드 프레임은, 상기 제 1 지지부를 관통하는 제 1 회전 축을 중심으로 회전 가능하고,
    상기 제 1 회전 축 및 상기 조인트 어셈블리의 회전 축은 하나의 교점을 형성하는 운동 보조 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 사용자의 제 2 부분을 지지하기 위한 제 2 지지부; 및
    상기 조인트 어셈블리 및 제 2 지지부 사이를 연결하는 힘 전달부를 더 포함하고,
    상기 하나의 교점이 상기 제 1 부분 및 제 2 부분을 연결하는 상기 사용자의 관절에 위치하도록 조절 가능한 운동 보조 장치.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부는, 상기 제 1 부분 및 상기 베이스 플레이트 사이에 배치되는 지지 플레이트를 더 포함하고,
    상기 베이스 플레이트는 상기 지지 플레이트에 대하여 각도 조절이 가능하도록 상기 지지 플레이트에 연결되는 운동 보조 장치.
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