KR101099521B1

KR101099521B1 - 웨어러블 로봇보행 슈트

Info

Publication number: KR101099521B1
Application number: KR1020090131064A
Authority: KR
Inventors: 김규석; 류제청; 문무성; 조현석; 강성재; 김용철; 권칠용; 홍응표
Original assignee: 한국산재의료원
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2011-12-27
Also published as: KR20110074170A

Abstract

본 발명은 보행 슈트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하반신 마비환자나 근력이 약한 노인 및 근력이 저하된 환자가 보행할 수 있도록 신체를 변형 없이 안정되게 고정지지 하여 보행에 따른 신체에 무리를 주지 않도록 함으로써 불편함을 최소화할 수 있으며, 사용자의 보행상태를 판단하여 안정되게 보행할 수 있도록 도움을 주는 웨어러블 로봇보행 슈트에 관한 것이다.

로봇, 슈트, 재활, 고관절, 슬관절

Description

웨어러블 로봇보행 슈트 {Wearable walking assistance robot suit}

일반적으로 하지마비환자나, 거동이 불편한 노인, 장애인 등 보행을 원활하게 할 수 없는 사람을 위해 보행을 도울 수 있도록 한 보행보조기구에 대한 관심이 높아지고 있다. 즉, 하지마비환자나 거동이 불편한 노인 및 장애인 등은 대부분 거동이 불편하여 자리에 누워 있는 것이 대부분이다. 따라서, 이러한 정상적으로 걷지 못하는 사람들을 위해 원활하게 보행할 수 있도록 다양한 보행보조기구가 개발되고 있는 추세이다.

통상 보행보조기구는 거동이 불편한 사람이 유모차와 같이 바퀴가 달린 보조기구에 몸을 의지하여 보행을 하거나, 다리에 착용한 상태에서 보행보조기구로 지 정 각도와 속도로 구동시켜 보행을 행한다.

특히, 다리에 착용한 상태에서 기타 동력원에 의해 사용자의 보행을 돕도록 한 보행보조기구는 배터리와 상기 배터리를 통해 전원이 공급되어 동력을 제공하는 모터로 이루어져, 상기 모터에 사용자가 보행을 할 수 있도록 하였다.

그러나, 상술한 다리에 착용한 상태에서 동력을 이용하여 보행을 수행하는 보행보조기구는 구동모터와 배터리 등으로 인해 무게가 증가하여 환자의 보행시 다리에 무리가 가거나 입각기시 충격흡수를 하지 못하는 등 오랫동안 사용하기가 힘든 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 거동이 불편한 환자나 노인 특히, 하지마비환자가 안정적으로 보행할 수 있도록 재활에 도움을 주는 웨어러블 로봇보행 슈트를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적 및 장점들은 이하 더욱 상세히 설명될 것이며, 실시예에 의해 더욱 구체화될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 수단 및 이들의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부에 다수의 전극봉이 구비된 의복형태로 이루어진 슈트와, 사용자의 허리부분 배와 등을 감싸 신체의 변형 없이 안정되게 지지할 수 있도록 형성되는 체간고정부와, 사용자의 등 부분을 감싸는 상기 체간고정부의 상부에 위치되며 상기 슈트에서 송신되는 생체신호를 수신하고, 신체의 균형을 유지할 수 있도록 균형제어센서가 포함된 제어부와, 상기 체간고정부의 일측을 감싸 견고하게 지지하는 동시에 상기 제어부에서 전해진 생체신호를 토대로 사용자의 허벅지부분 굴곡력을 결정하여 교차보행이 이루어지도록 한 고관절용 구동모터가 구비된 대퇴고정부와, 상기 대퇴고정부와 일부분이 연결되어 슬관절 및 발목의 굽힘각도를 조절할 수 있도록 하는 동시에 사용자의 종아리부분을 지 지하는 슬관절용 구동모터가 구비된 하퇴고정부와, 사용자의 발을 감싸며 사용자의 보행상태를 판단할 수 있도록 한 것으로, 일측이 상기 하퇴고정부와 연결되는 신발부와, 사용자의 양 팔 중 어느 하나에 장착되어 근육의 움직임을 측정하는 동시에측정된 근전도신호를 상기 제어부에 송신할 수 있는 근육감지센서와, 사용자의 양 팔 중 다른 하나에 장착되며 상기 제어부에 신호를 송신하는 것으로, 일어서기, 앉기, 보행형태 및 보행조건을 조작할 수 있도록 한 모드 변환부를 포함하는 웨어러블 로봇보행 슈트를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 슈트는 사용자의 피부에 밀착되도록 스판재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 체간고정부는 사용자의 배 부분을 감싸는 한 쌍의 골반밴드와, 사용자의 허리부분을 감싸며 상기 한 쌍의 골반밴드와의 결합을 통해 사용자의 허리가 꼿꼿한 상태가 이루어지도록 하는 허리지지대로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 체간고정부는 무게 부담을 최소화하기 위해 탄소복합수지로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 허리지지대는 사용자의 허리를 안전하고 편안 하게 지지할 수 있도록 부드러운 재질로 이루어진 인너슈트와, 상기 인너슈트의 외측에 설치되어 견고하게 고정될 수 있도록 강성을 갖는 재질로 이루어진 아웃슈트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 대퇴고정부는 상기 허리지지대를 감싸는 허리받침대와, 상기 허리받침대의 양 끝단에 각각 결합되어 동력을 제공하는 한 쌍의 고관절용 구동모터와, 상기 한 쌍의 고관절용 구동모터에 각각 회동가능하게 결합되는 링크와, 상기 링크에 결합되어 사용자의 허벅지부분을 감싸는 대퇴고정부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 고관절용 구동모터 감속기를 내장한 팬케익형 구동모터인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 링크는 상기 허리지지대와 고관절용 구동모터 사이에 회전가능하게 설치되는 제1링크와, 일단이 상기 고관절용 구동모터와 회전가능하게 결합되어 사용자의 허벅지부분에 위치되며 보행시 허벅지에 작용하는 하중에 견딜 수 있도록 형성된 것으로, 상기 대퇴고정부재가 결합되는 제2링크로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 대퇴고정부재는 마비로 인한 감각이 상실된 사 용자의 피부에 과도한 밀착으로 인한 염좌 또는 괴사를 방지할 수 있도록 부드러운 재질로 이루어진 인너(inner)슈트와, 상기 링크에 일측이 힌지결합되며 인너슈트의 외측에 위치되어 사용자의 허벅지부분에 여닫이식으로 견고히 장착될 수 있도록 한 아웃(outer)슈트로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 아웃슈트는 여닫이식 체결방식으로 이루어진 것으로, 사용자의 허벅지 전면부를 감싸는 전면커버와, 허벅지 후면부를 감싸는 후면커버로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 아웃슈트는 사용자의 체형에 따라 길이방향으로 신장축소될 수 있도록 중앙부에 주름부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 허리받침대와 링크는 고강도의 합금 티타늄으로 이루어져 사용자의 무게 부담을 최소화할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 링크 및 허리받침대는 볼베어링을 통해 회전가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 하퇴고정부는 상기 대퇴고정부와 일단이 연결되며, 슬관절 및 발목이 굽혀질 수 있도록 동력을 제공하는 슬관절용 구동모터와, 상기 슬관절용 구동모터와 일단이 연결되는 슬관절링크와, 상기 슬관절링크에 결합되어 사용자의 종아리를 감싸도록 한 하퇴고정부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 하퇴고정부재는 마비로 인한 감각이 상실된 사용자의 피부에 과도한 밀착으로 인한 염좌 또는 괴사를 방지할 수 있도록 부드러운 재질로 이루어진 인너슈트와, 상기 슬관절링크에 일측이 힌지결합되며 인너슈트의 외측에 위치되어 사용자의 허벅지부분에 여닫이식으로 견고히 장착될 수 있도록 한 아웃슈트로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 슬관절링크는 고강도의 합금 티타늄으로 이루어져 사용자의 무게 부담을 최소화할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 신발부는 발바닥부에는 족저압센서가 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 신발부는 상기 슬관절용 구동모터와 와이어를 통해 연결되어 슬관절용 구동모터의 구동에 따라 굽힘각도가 결정될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 신발부는 사용자가 쉽고 간편하게 신고 벗을 수 있도록 상부에 밸크로 파스너, 똑딱이 등과 같은 체결수단이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 모드 변환부는 평평한 노면, 거친 노면 및 계단 등 보행모드를 선택할 수 있도록 한 보행모드조작버튼과, 앉기, 서기 및 경사면 등 자세를 선택할 수 있도록 한 자세모드조작버튼과, 빠르게, 느리게, 보통 등의 보행속도를 선택할 수 있도록 한 보행속도조작버튼으로 이루진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 웨어러블 로봇보행 슈트는 사용자의 상체의 근력을 이용하여 사용자의 보행을 도울 수 있도록 목발과 같은 지팡이를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트는 거동이 불편한 환자가 보행할 수 있도록 도움을 주는 동시에 무게를 최소화하여 신체에 무리가 가지 않도록 한 장점이 있으며, 고관절과 슬관절의 각도를 조절할 수 있는 구동모터를 설치함으 로써, 하지마비환자가 보행할 수 있도록 한 장점이 있다.

이하 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트의 구성 및 작용효과를 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조로 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 로봇보행 슈트의 착용모습을 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 2 는 센서부를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3 은 도 1 의 정면도이고, 도 4 는 도 1 의 후면모습을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5 는 대퇴고정부의 허리지지대 및 고관절용 구동모터 등을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6 은 대퇴고정부재를 개략적으로 도시한 측면도이며, 도 7 은 도 6 의 작동상태도이고, 도 8 은 신발부에 설치된 족저압센서를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 9 는 모드 변환부를 개략적으로 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 웨어러블 로봇 보행 슈트는 하지마비 환자가 보행할 수 있도록 도움을 주는 것으로, 사용자를 안정적으로 고정지지하여 신체에 무리를 주지 않으면서 편안한 보행이 이루어질 수 있도록 한 것을 가장 큰 특징으로 하며 크게 도 1 에 도시된 바와 같이, 슈트(110)와, 체간고정부(120)와, 제어부(130)와, 대퇴고정부(140)와, 하퇴고정부(150), 신발부(160) 그리고, 모드 변환부(180)를 포함한다.

슈트(110)는 상의와 하의로 이루어진 의복형태로서 다수의 전극봉(112)이 구비된다. 이때, 상기 슈트(110)는 스판재질로 이루어져 사용자에게 밀착되도록 함으로써, 정확한 근력정보를 후술하는 제어부에 송신할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

체간고정부(120)는 도 3 에 도시된 바와 같이, 사용자의 체형에 따라 신체의 허리를 변형없이 안정되게 지지할 수 있도록 사용자의 허리부분을 감싸게 형성되는 것으로, 골반밴드(122)와, 허리지지대(124)로 이루어진다.

상기 골반밴드(122)와 허리지지대(124)로 이루어진 체간고정부(120)는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 사용자의 허리부분 배와 등을 감쌀 수 있도록 형성된 것으로, 사용자의 허리를 안정되게 지지할 수 있도록 형성되며 무게 부담을 최소화하기 위해 탄소복합수지로 형성된다.

이때, 상기 골반밴드(122)는 사용자의 배부분을 감싸는 것으로, 한 쌍으로 이루어져 상기 허리지지대(124)의 양 끝단에 각각 결합된다. 이때, 상기 허리지지대(124)와의 결합을 통해 사용자의 허리가 꼿꼿한 상태가 이루어지도록 하는 것이 바람직하고, 상기 허리지지대(124)는 사용자의 허리를 안전하고 편안하게 지지할 수 있도록 부드러운 재질로 이루어진 인너슈트(124a)와, 상기 인너슈트(124a)의 외측에 설치되어 견고하게 고정될 수 있도록 강성을 갖는 재질로 이루어진 아웃슈 트(124b)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 허리지지대(124)에는 도 4 에 도시된 바와 같이, 그 상부에 상기 슈트(110)에 마련되는 전극봉(112)과 후술하는 구동모터() 및 족저압센서()와 전기적으로 연결되어 사용자의 몸 상태 및 근력정보 등 생체신호를 수신하여 사용자가 보행할 수 있도록 제어하는 역할을 하는 제어부(130)가 설치된다.

상기 제어부(130)는 동력을 제공하는 배터리와 사용자의 몸 상태 및 근력정보 등 생체신호(전자기파 주파수 대영을 이용한 RF신호)를 수신할 수 있는 수신보드와, 수신된 신호를 토대로 후술하는 구동부를 제어할 수 있는 제어보드 및 신체의 균형을 유지하면서 구동모터의 토오크를 제어할 수 균형제어센서(132)를 포함하여 이루어진다.

대퇴고정부(140)는 상기 제어부(130)에서 전해진 생체신호를 토대로 허벅지부분의 굴곡력을 결정하여 교차보행이 이루어지도록 하는 것으로, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 허리지지대(124)를 감싸는 허리받침대(142)와, 상기 허리받침대의 양 끝단에 각각 결합되는 고관절용 구동모터(144)와, 상기 고관절용 구동모터(144)에 회동가능하게 결합되는 링크(146) 및 상기 링크(146)에 결합되어 사용자의 허벅지부분을 감싸는 대퇴고정부재(148)으로 이루어진다. 여기서, 상기 고관절용 구동모터(144), 링크(146) 및 대퇴고정부재(148)는 사용자의 양 다리에 각각 부착되는 것으로 이하에서는 설명의 편의를 위하여 보호자의 한 쪽 다리에 장착되는 구성을 중심으로 설명한다.

구체적으로, 허리받침대(142)는 상기 허리지지대(124)에 고관절용 구동모터(144)를 통해 결합되어 상기 허리지지대(124)를 지지하는 한편, 보행시 강성에 의한 체간고정부(120)의 변형을 최소화하는 역할을 하는 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 허리지지대(124)를 감싸도록 위치된다.

고관절용 구동모터(144)는 감속기를 내장한 팬케익형 구동모터로서, 상기 허리지지대(124)의 양 끝단에 각각 회동가능하게 결합되어 보행시 허리지지대(124)의 회전력과 함께 고관절의 굴곡 운동을 일으키는 역할을 한다. 이때, 상기 고관절용 구동모터(144)는 상기 제어부(130)에서 전달되는 생체신호에 의해 굴곡력을 결정하게 된다.

링크(146)는 사용자가 보행할 수 있도록 지지하는 역할을 하는 것으로, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 허리받침대(142)와 고관절용 구동모터(144) 사이에 볼베어링에 의해 회전가능하게 설치되는 제1링크(146a)와, 일단이 상기 고관절용 구동모터(144)와 볼베어링에 의해 회전가능하게 결합되고 타단이 후술하는 슬관절용 구동모터()와 결합되는 제2링크(146b)로 이루어진다. 여기서, 상기 링크(146) 및 허리받침대(142)는 고강도의 합금 티타늄으로 이루어져 사용자의 무게 부담을 최소 화할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제2링크(146b)는 사용자의 허벅지부분에 위치되어 입각기(발이 지면에 닿아 있는 시기) 보행시 허벅지에 작용하는 하중에 견딜 수 있도록 하고, 상기 제1링크(146a)는 사용자의 골반부분에 위치되어 상기 제2링크(146b)의 굴곡에 따른 체중변화에 의해 허리에 발생할 수 있는 하중이 최소화될 수 있도록 한다.

즉, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 구성으로 이루어진 대퇴고정부(140)의 오른쪽 다리 전진시의 작동상태를 살펴보면, 우선, 상기 고관절용 구동모터(144)에 신호가 전달된다. 이후 고관절용 구동모터(144)가 회전을 하여 제2링크(146b)는 ①번의 화살표 방향으로 회전을 하게 되고, 제1링크(146a)는 ②,③번의 화살표 방향으로 하강하게 된다. 이에 따라 제1링크(146a)의 타단에 결합된 허리받침대(142)의 일단이 상기 제1링크(146a)에 의해 ④번과 같이 하측방향으로 기울어지게 되는 동시에 허리받침대(142)의 타단이 ⑤번과 같이 상방향으로 기울어지게 되어 제1링크(146a')가 ⑥,⑦번과 같이 상승하게 된다. 이때, 상기 제1링크(146a')와 결합된 고관절용 구동모터(144)가 구동되어 제2링크(146b')가 ⑧번의 화살표 방향으로 회전되도록 함으로써, 교차보행이 이루어지는 동시에 사용자를 안전하고 견고하게 지지하게 된다. 여기서, 왼쪽 다리 전진시는 상술한 동작을 역으로 행하도록 하는 것에 의해 이루어진다.

또한, 대퇴고정부재(148)는 사용자의 허벅지를 감싸 허벅지를 보호하는 것으로, 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 제2링크(146b)의 길이방향으로 형성되는 장공에 힌지결합된다. 이때 상기 대퇴고정부재(148)는 상기 허리지지대(124)와 마찬가지로 부드러운 재질로 이루어진 인너(inner)슈트(148a)와, 일측이 상기 제2링크(146b)에 힌지결합되며 사용자의 허벅지부분에 장착될 수 있도록 한 아웃(outer)슈트(148b)로 이루어져, 마비로 인해 감각이 상실된 사용자의 피부에 과도한 밀착이나 압박으로 인해 염좌 또는 괴사가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 대퇴고정부재(148)의 아웃슈트(148b)는 여닫이식 체결방식으로 이루어진 것으로, 사용자의 허벅지 전면부를 감싸는 전면커버와 허벅지 후면부를 감싸는 후면커버를 구비하고 이 전면커버와 후면커버에 서로 대응되는 결합구를 구비하여 견고히 체결될 수 있도록 한다.

즉, 상기 인너슈트(148a)를 아웃슈트(148b)의 내측에 위치한 상태에서 아웃슈트(148b)를 도 6 의 화살표 방향으로 회전시켜 여닫이식으로 체결할 수 있도록 함으로써, 피부와의 트러블을 없앨 수 있도록 하는 동시에 쉽고 간편하게 탈부착될 수 있도록 한다.

또한, 도 7 에 도시된 바와 같이, 상기 아웃슈트(148b)는 사용자의 체형에 따라 길이방향(화살표방향)으로 신장축소될 수 있도록 중앙부에 주름부(149)가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

하퇴고정부(150)는 상기 대퇴고정부(140)의 제2링크(146b)와 일부분이 연결되어 슬관절(무릎) 및 발목의 굽힘각도를 조절하는 동시에 사용자의 종아리부분을 지지하는 역할을 하는 것으로, 상기 제2링크(146b)와 결합되며 슬관절이 굽혀질 수 있도록 동력을 제공하는 슬관절용 구동모터(152)와, 상기 슬관절용 구동모터(152)와 일단이 연결되며 타단이 후술하는 신발부(160)와 결합되는 슬관절링크(154)와, 상기 슬관절링크(154)에 결합되어 사용자의 종아리를 감싸도록 한 하퇴고정부재(156)로 이루어진다.

슬관절용 구동모터(152)는 유각기(발이 지면에서 떨어져 있는 시기) 보행시 슬관절의 각도를 조절할 수 있도록 동력을 제공하는 것으로, 상기 제2링크(146b)의 말단에 회전가능하게 결합된다. 이때, 상기 슬관절용 구동모터(152)는 유각기에서의 슬관절 각도 구현을 위해 일측에 감속기가 설치된 상태로서, 원통형으로 이루어진다.

슬관절링크(154)는 일단이 상기 슬관절용 구동모터(152)와 결합되며, 상기 슬관절용 구동모터(152)의 구동에 따라 회전되는 것으로, 길이재로 이루어져 사용자의 종아리 부분에 위치되게 된다.

하퇴고정부재(156)는 도 1 에 도시된 바와 같이, 사용자의 종아리부분을 감싸 보호하는 역할을 하는 것으로, 상기 슬관절링크(152)에 힌지결합된다. 이때, 상기 하퇴고정부재(156)는 상술한 대퇴고정부재(148)와 마찬가지로 인너(inner)슈트(156a)와 아웃(outer)슈트(156b)로 이루어지며, 아웃슈트(156b)의 전면커버와 후면커버에 서로 대응되는 결합구를 구비하여 여닫이식으로 체결될 수 있도록 한다.

또한, 상술한 대퇴고정부재(148)와 마찬가지로, 하퇴고정부재(156)의 일부분에 주름부(157)를 형성하여 사용자의 체형에 따라 신장축소될 수 있도록 하여 안전하게 지지할 수 있도록 한다.

신발부(160)는 사용자의 발을 감싸며 사용자의 보행상태를 판단할 수 있도록 한 것으로, 도 8 에 도시된 바와 같이 발바닥부에 족저압센서(162)가 부착된다.

구체적으로, 상기 신발부(160)는 도 1 에 도시된 바와 같이, 사용자의 발을 감싸 발을 보호하는 한편 사용자의 보행상태를 측정하는 역할을 하는 것으로, 상부 일측이 상기 슬관절링크(154)의 말단에 회동가능하게 결합된다.

또한, 상기 슬관절링크(154)와 결합되는 신발부(160)의 상부에는 와이어(158)를 이용하여 상기 슬관절용 구동모터(152)와 연결되도록 함으로써, 상기 슬 관절용 구동모터(152)의 구동에 의해 변환되는 각도에 따라 발목의 굽힘 각도가 결정되도록 한다.

따라서, 상기 신발부(160)는 상기 발바닥부에 설치된 족저압센서(162)를 통해 측정된 압력값을 압력중심으로 계산하여 사용자의 좌, 우측 보행 단계를 판별한 후 상기 제어부(130)로 송신함으로써, 사용자의 보행상태를 측정하는 동시에 상기 슬관절용 구동모터(152)의 구동에 따른 변화시 와이어(158)에 의해 발목의 굽힘 각도가 조절되어 사용자가 안정적으로 보행할 수 있도록 하는 것이다.

아울러, 상기 신발부(160)에는 사용자가 쉽고 간편하게 신고 벗을 수 있도록 상부에 밸크로 파스너, 똑딱이 등과 같은 체결수단(164)을 구비하여 원터치형 고정구조가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 사용자의 양 팔 중 어느 하나에는 도 1 에 도시된 바와 같이, 근육감지센서(170)가 설치된다. 상기 근육감지센서는 사용자의 근육 움직임을 측정하여 측정된 근전도신호를 상기 제어부에 송신하는 것으로, 팔의 손가락 굽힘근의 세기에 의해 근전도 신호를 측정할 수 있다.

또한, 상기 사용자의 양 팔 중 다른 하나에는 사용자의 자세를 변경할 수 있도록 한 모드 변환부(180)가 장착된다.

상기 모드 변환부(180)는 본 발명에 따른 웨러버블 로봇보행 슈트의 착용 후 일어서기 또는 앉기와, 보행형태 및 보행조건을 조작할 수 있도록 한 것으로, 자세변경에 따른 신호를 상기 제어부(130)에 송신하는 형태로 이루어진다.

이때, 상기 모드 변환부(180)는 도 9 에 도시된 바와 같이, 평평한 노면, 거친 노면 및 계단 등 보행모드를 선택할 수 있도록 한 보행모드조작버튼(182)과, 앉기, 서기 및 경사면 등 자세를 선택할 수 있도록 한 자세모드조작버튼(184), 그리고, 빠르게, 느리게, 보통 등의 보행속도를 선택할 수 있도록 한 보행속도조작버튼(186)으로 이루어진다.

따라서, 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트는 하지마비환자라도 안정되게 서거나 앉도록 할 수 있는 동시에 계단이나 경사면 등을 안정되게 보행할 수 있으며, 슈트의 전체적인 무게를 경량화함으로써, 신체에 가해지는 무게를 최소화할 수 있다.

또한, 사용자의 보행상태 및 보행의지를 판단할 수 있는 장점이 있다.

아울러, 도면에 도시된 바와 같이, 상체의 근력을 이용하여 사용자의 보행을 도울 수 있도록 목발과 같은 지팡이(190)를 구비하여 더욱더 안정적으로 보행할 수 있도록 할 수도 있다.

아울러 첨부된 도 10a 및 10b 는 본 발명에 따른 웨어러블 로봇 보행 슈트를 이용한 자세별 동작도로서 앉기와 서기를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 11 은 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트를 착용한 후 걷는 모습을 개략적으로 도시한 보행도이며, 도 12a 및 12b 는 경사면과 계단에서의 동작도이다.

지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적인 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

또한, 상기 설명에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트의 기술은 매우 단순하나, 그 기술적 효과는 매우 크다는 점에서도 본 발명의 기술적 장점은 매우 명확하다 할 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 로봇보행 슈트의 착용모습을 개략적으로 도시한 측면도;

도 2 는 센서부를 개략적으로 도시한 도면;

도 3 은 도 1 의 정면도;

도 4 는 도 1 의 후면모습을 개략적으로 도시한 도면;

도 5 는 대퇴고정부의 허리지지대 및 고관절용 구동모터 등을 개략적으로 도시한 사시도;

도 6 은 대퇴고정부재를 개략적으로 도시한 측면도;

도 7 은 도 6 의 작동상태도;

도 8 은 신발부에 설치된 족저압센서를 개략적으로 도시한 평면도;

도 9 는 모드 변환부를 개략적으로 도시한 사시도;

도 10a 및 10b 는 본 발명에 따른 웨어러블 로봇 보행 슈트를 이용한 자세별 동작도로서 앉기와 서기를 개략적으로 도시한 도면;

도 11 은 본 발명에 따른 웨어러블 로봇보행 슈트를 착용한 후 걷는 모습을 개략적으로 도시한 보행도;

도 12a 및 12b 는 경사면과 계단에서의 동작도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호설명〉

110 : 슈트 112 : 전극봉

120 : 체간고정부 122 : 골반밴드

124 : 허리지지대 124a : 인너슈트

124b : 아웃슈트 130 : 제어부

132 : 균형제어센서 140 : 대퇴고정부

142 : 허리받침대 144 : 고관절용 구동모터

146 : 링크 146a : 제1링크

146b : 제2링크 148 : 대퇴고정부재

149 : 주름부 150 : 하퇴고정부

152 : 슬관절용 구동모터 154 : 슬관절링크

156 : 하퇴고정부재 157 : 주름부

160 : 신발부 162 : 족저압센서

170 : 근육감지센서 180 : 모드 변환부

182 : 보행모드조작버튼 184 : 자세모드조작버튼

186 : 보행속도조작버튼 190 : 지팡이

Claims

내부에 다수의 전극봉이 구비된 의복형태로 이루어진 슈트와;

사용자의 허리부분 배와 등을 감싸 신체의 변형 없이 안정되게 지지할 수 있도록 형성되는 체간고정부와;

사용자의 등 부분을 감싸는 상기 체간고정부의 상부에 위치되며 상기 슈트에서 송신되는 생체신호를 수신하고, 신체의 균형을 유지할 수 있도록 균형제어센서가 포함된 제어부와;

상기 체간고정부의 일측을 감싸 견고하게 지지하는 동시에 상기 제어부에서 전해진 생체신호를 토대로 사용자의 허벅지부분 굴곡력을 결정하여 교차보행이 이루어지도록 한 고관절용 구동모터가 구비된 대퇴고정부와;

상기 대퇴고정부와 일부분이 연결되어 슬관절 및 발목의 굽힘각도를 조절할 수 있도록 하는 동시에 사용자의 종아리부분을 지지하는 슬관절용 구동모터가 구비된 하퇴고정부와;

사용자의 발을 감싸며 사용자의 보행상태를 판단할 수 있도록 한 것으로, 일측이 상기 하퇴고정부와 연결되는 신발부와;

사용자의 양 팔 중 어느 하나에 장착되어 근육의 움직임을 측정하는 동시에측정된 근전도신호를 상기 제어부에 송신할 수 있는 근육감지센서와;

사용자의 양 팔 중 다른 하나에 장착되며 상기 제어부에 신호를 송신하는 것으로, 일어서기, 앉기, 보행형태 및 보행조건을 조작할 수 있도록 한 모드 변환부 를 포함하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 1에 있어서,

상기 슈트는 사용자의 피부에 밀착되도록 스판재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 1에 있어서, 상기 체간고정부는:

사용자의 배 부분을 감싸는 한 쌍의 골반밴드와;

사용자의 허리부분을 감싸며 상기 한 쌍의 골반밴드와의 결합을 통해 사용자의 허리가 꼿꼿한 상태가 이루어지도록 하는 허리지지대로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 3에 있어서,

상기 체간고정부는 무게 부담을 최소화하기 위해 탄소복합수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 3에 있어서, 상기 허리지지대는:

사용자의 허리를 안전하고 편안하게 지지할 수 있도록 부드러운 재질로 이루어진 인너슈트와,

상기 인너슈트의 외측에 설치되어 견고하게 고정될 수 있도록 강성을 갖는 재질로 이루어진 아웃슈트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 1에 있어서, 상기 대퇴고정부는:

사용자의 허리부분을 감쌀 수 있도록 한 상기 체간고정부의 허리지지대를 감싸는 허리받침대와,

상기 허리받침대의 양 끝단에 각각 결합되어 동력을 제공하는 한 쌍의 고관절용 구동모터와,

상기 한 쌍의 고관절용 구동모터에 각각 회동가능하게 결합되는 링크와

상기 링크에 결합되어 사용자의 허벅지부분을 감싸는 대퇴고정부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 6에 있어서, 상기 고관절용 구동모터 감속기를 내장한 팬케익형 구동모터인 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 6에 있어서, 상기 링크는:

상기 허리지지대와 고관절용 구동모터 사이에 회전가능하게 설치되는 제1링크와,

일단이 상기 고관절용 구동모터와 회전가능하게 결합되어 사용자의 허벅지부분에 위치되며 보행시 허벅지에 작용하는 하중에 견딜 수 있도록 형성된 것으로, 상기 대퇴고정부재가 결합되는 제2링크로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 6에 있어서, 상기 대퇴고정부재는:

마비로 인한 감각이 상실된 사용자의 피부에 과도한 밀착으로 인한 염좌 또는 괴사를 방지할 수 있도록 부드러운 재질로 이루어진 인너(inner)슈트와,

상기 링크에 일측이 힌지결합되며 인너슈트의 외측에 위치되어 사용자의 허벅지부분에 여닫이식으로 견고히 장착될 수 있도록 한 아웃(outer)슈트로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 9에 있어서, 상기 아웃슈트는:

여닫이식 체결방식으로 이루어진 것으로, 사용자의 허벅지 전면부를 감싸는 전면커버와,

허벅지 후면부를 감싸는 후면커버로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 9에 있어서, 상기 아웃슈트는 사용자의 체형에 따라 길이방향으로 신장축소될 수 있도록 중앙부에 주름부가 형성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 6에 있어서,

상기 허리받침대와 링크는 고강도의 합금 티타늄으로 이루어져 사용자의 무게 부담을 최소화할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 6에 있어서, 상기 링크 및 허리받침대는 볼베어링을 통해 회전가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 1에 있어서, 상기 하퇴고정부는:

상기 대퇴고정부와 일단이 연결되며, 슬관절 및 발목이 굽혀질 수 있도록 동력을 제공하는 슬관절용 구동모터와,

상기 슬관절용 구동모터와 일단이 연결되는 슬관절링크와,

상기 슬관절링크에 결합되어 사용자의 종아리를 감싸도록 한 하퇴고정부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 14에 있어서, 상기 하퇴고정부재는:

마비로 인한 감각이 상실된 사용자의 피부에 과도한 밀착으로 인한 염좌 또는 괴사를 방지할 수 있도록 부드러운 재질로 이루어진 인너슈트와,

상기 슬관절링크에 일측이 힌지결합되며 인너슈트의 외측에 위치되어 사용자의 허벅지부분에 여닫이식으로 견고히 장착될 수 있도록 한 아웃슈트로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 15에 있어서, 상기 아웃슈트는 사용자의 체형에 따라 길이방향으로 신장축소될 수 있도록 중앙부에 주름부가 형성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 14에 있어서, 상기 슬관절링크는 고강도의 합금 티타늄으로 이루어져 사용자의 무게 부담을 최소화할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 1에 있어서, 상기 신발부는 발바닥부에는 족저압센서가 부착되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 1에 있어서,상기 신발부는 상기 슬관절용 구동모터와 와이어를 통해 연결되어 슬관절용 구동모터의 구동에 따라 굽힘각도가 결정될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 1에 있어서, 상기 신발부는 사용자가 쉽고 간편하게 신고 벗을 수 있도록 상부에 밸크로 파스너 또는 똑딱이로 이루어진 체결수단이 구비된 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 1에 있어서, 상기 모드 변환부는:

노면 상태에 따라 보행모드를 선택할 수 있도록 한 보행모드조작버튼과,

사용자의 자세를 선택할 수 있도록 한 자세모드조작버튼과,

보행속도를 선택할 수 있도록 한 보행속도조작버튼으로 이루진 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.
청구항 1에 있어서, 상기 웨어러블 로봇보행 슈트는 사용자의 상체의 근력을 이용하여 사용자의 보행을 도울 수 있도록 목발과 같은 지팡이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇보행 슈트.