KR20110067945A - Power-operated walking supporting device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 동력식 보행 보조기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자가 자신의 신체에 착용한 상태에서 동력에 의해 보행을 보조하도록 하게 하는 동력식 보행 보조기에 관한 것이다.The present invention relates to a motorized walking aid, and more particularly, to a motorized walking aid for allowing a user to assist walking by power while being worn on a user's body.
일반적으로 보행 보조기는 하반신 마비 환자나 사고에 대한 재활 훈련 및 인체의 근력을 보강하여 보행을 할 수 있도록 보조하는 기기의 일종으로, 간단하게는 동력원을 두지 않고 사용자의 상체 근력을 이용하여 보행을 가능하게 할 수 있도록 프레임만으로 구비되거나, 전진력을 발생하도록 상기 프레임의 하단에 바퀴가 구비된 것이 주종을 이루고 있다.In general, the walking aid is a device that assists walking by rehabilitation training for paraplegic patients or accidents and reinforces the muscle strength of the human body. It is possible to walk by using the upper body muscle power of the user without a power source. Main frame is provided with only the frame, or the wheel is provided at the bottom of the frame so as to generate a forward force.
나아가서는 인체의 근력을 보강하고자 외골격 구조의 장비를 장착해 착용자에게 비 착용시에 비해 수배에 달하는 근력을 지원하는 외골격(Exoskeleton) 시스템이 개발되고 있다. 이러한, 외골격 시스템은 동작 자체가 실제 운동이 아닌 운동형식이기 때문에, 동력이 허용하는 한은 착용자의 체력적인 소모를 극소화시킬 수 있으며, 사용자의 전신에 착용하여 상, 하체에 근력을 제공하거나, 하지에 착용하여 하체에만 근력을 제공하는 방식으로 나뉜다.Furthermore, the Exoskeleton system has been developed to support the wearer's muscle strength several times than non-wearing by equipping the equipment of the exoskeleton structure to reinforce the strength of the human body. Since the exoskeleton system is a movement type rather than an actual movement, the exoskeleton system can minimize the wearer's physical consumption as long as the power permits, and can be worn on the user's whole body to provide muscle strength to the upper and lower bodies, or to the lower limbs. It is divided into a method of providing strength to the lower body by wearing it.
그러나 종래의 외골격 시스템은 하지에 착용하는 시스템을 예를 들어 설명하면, 사용자의 양다리에 고정하는 방식을 취함에 따라 착용한 상태에서 두 다리로 설 경우, 전진시 중심을 못 잡고 쓰러질 수 있는 문제점이 있었다.However, when the conventional exoskeleton system is described as an example of a system to be worn on the lower limbs, when the user is standing with two legs in a worn state as a method of fixing the user's both legs, the center may fall down when moving forward. There was this.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 회동되는 바퀴 또는 지면을 짚는 지면 접촉판이 설치된 보조 외골격체가 부가적으로 외골격체에 설치되어 중심 잡기가 용이하면서 외골격체의 진행시 바퀴의 회전에 의해 추진이 용이하게 하거나 지면을 짚어 계단 등을 용이하게 오르내릴 수 있게 한 동력식 보행 보조기를 제공함에 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, the object is that the auxiliary exoskeleton is installed on the exoskeleton and the auxiliary exoskeleton is installed additionally on the exoskeleton when the wheel or the ground contact plate on the ground is additionally easy to grasp the center of the exoskeleton The present invention provides a motorized walking aid that facilitates propulsion by rotating the wheels or enables the user to easily move up and down stairs by pointing to the ground.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 보조 외골격체에 바퀴를 설치할 경우 제동이 가능하며, GPS, 내비게이션 등에 의해 사용자의 위치 인식 및 길안내 등이 가능한 동력식 보행 보조기를 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a motorized walking aid that can be braked when the wheel is installed on the auxiliary exoskeleton, and the user can recognize the location and guide the road by GPS, navigation, and the like.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 사용자의 신체에 장착하여 동력에 의해 보행이 가능하도록 보조하는 보조기에 있어서, 대향된 한 쌍의 상단이 서 로 연결되어 상대 운동하되, 다수의 링크부 단부를 조인트부로 각각 연결하며 상기 조인트부에서 동력이 제공되어 상기 다수의 링크부가 관절 운동하는 외골격체; 및 상기 외골격체의 상측 조인트부에 각각의 상단이 체결되어 보조적으로 전진력을 부여하되, 다수의 링크부 단부를 조인트부로 각각 연결하며 상기 조인트부에서 동력이 제공되어 상기 다수의 링크부가 관절 운동하는 보조 외골격체; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the brace attached to the user's body assists to enable walking by power, a pair of opposing upper ends are connected to each other relative movement, but a plurality of link end portions An exoskeleton to which the joints are respectively connected and the power is provided at the joints to jointly move the plurality of links; And an upper end of each of the upper joint parts of the exoskeleton, which is auxiliary to impart forward force, respectively connecting a plurality of link end portions to the joint parts, and providing power to the joint parts to jointly move the plurality of link parts. Secondary exoskeleton; Characterized in that it comprises a.
또한, 본 발명에서의 상기 보조 외골격체는, 직립하여 이격된 제1, 2 보조 링크부와, 상기 제1 보조 링크부의 외측단과, 상기 제1, 2 보조 링크부의 이웃한 내측단을 각각 연결하는 제1, 2 조인트부 및 상기 제2 보조 링크부의 외측단에 설치되어 동력에 의해 회전되는 바퀴를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the auxiliary exoskeleton according to the present invention connects the first and second auxiliary link parts spaced upright, the outer ends of the first auxiliary link parts, and adjacent inner ends of the first and second auxiliary link parts, respectively. And a wheel installed at the outer ends of the first and second joint parts and the second auxiliary link part and rotated by power.
또한, 본 발명에서의 상기 보조 외골격체는, 직립하여 이격된 제1, 2 보조 링크부와, 상기 제1 보조 링크부의 외측단과, 상기 제1, 2 보조 링크부의 이웃한 내측단을 각각 연결하는 제1, 2 조인트부 및 상기 제2 보조 링크부의 외측단에 설치되어 지면에 접촉하는 지면 접촉판을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the auxiliary exoskeleton according to the present invention connects the first and second auxiliary link parts spaced upright, the outer ends of the first auxiliary link parts, and adjacent inner ends of the first and second auxiliary link parts, respectively. And a ground contact plate provided at an outer end of the first and second joint parts and the second auxiliary link part to be in contact with the ground.
또한, 본 발명에서의 상기 보조 외골격체는 외골격체보다 기장이 길며, 상기 외골격체와 개별 구동하는 것을 특징으로 한다.In addition, the auxiliary exoskeleton in the present invention has a longer length than the exoskeleton, and is characterized in that it is driven separately from the exoskeleton.
또한, 본 발명에서는 상기 보조 외골격체에 의한 보행시 상기 지면 접촉판을 포함하여 3지점 이상이 지면에 접하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the three or more points including the ground contact plate when the walking by the auxiliary exoskeleton is controlled to contact the ground.
또한, 본 발명에서는 상기 보조 외골격체의 사이에 배터리, GPS, 내비게이션 및 상기 보조 외골격체의 구동을 제어하는 제어기 중 적어도 하나가 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that at least one of a controller for controlling the operation of the battery, GPS, navigation and the auxiliary exoskeleton between the auxiliary exoskeleton.
이와 같은 본 발명의 동력식 보행 보조기는, 회동되는 바퀴 또는 지면을 짚는 지면 접촉판이 설치된 보조 외골격체가 부가적으로 외골격체에 설치되어 중심 잡기가 용이하면서 외골격체의 진행시 바퀴의 회전에 의해 추진이 용이하게 하거나 지면을 짚어 계단 등을 용이하게 오르내릴 수 있고, 보조 외골격체에 바퀴를 설치할 경우 제동이 가능하며, GPS, 내비게이션 등에 의해 사용자의 위치 인식 및 길안내 등이 가능한 효과가 있다.The motorized walking aid of the present invention, the auxiliary exoskeleton with a rotating wheel or a ground contact plate on the ground is additionally installed on the exoskeleton to facilitate the centering while the propulsion is facilitated by the rotation of the wheel during the progress of the exoskeleton. Easily or up and down the stairs can be easily climbed up and down, and when the wheel is installed on the auxiliary exoskeleton, braking is possible, and the user's location recognition and direction guidance by GPS, navigation, etc. is possible.
이하, 본 발명의 동력식 보행 보조기를 첨부도면을 참조하여 일 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the motorized walking aid of the present invention will be described with reference to an embodiment as follows.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 동력식 보행 보조기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 외골격체(110) 및 보조 외골격체(130)를 포함한다.Powered
상기 외골격체(110)는 사용자의 하지 여러 부위에 연결하여 장착할 수 있도록 대향된 한 쌍의 상단이 사용자의 허리에 위치되는 연결부(122)에 의해 서로 연결되어 상대 운동하며, 제1, 2 링크부(112, 114), 조인트부(116, 118, 120)를 포함한다.The
상기 제1, 2 링크부(112, 114)는 직립된 상태에서 단부에 조인트부(116, 118, 120)가 각각 설치된다. 여기서, 상기 제1 링크부(112)는 사용자의 무릎을 기준으로 상측인 허벅지에 지지하고, 상기 제2 링크부(114)는 사용자의 무릎을 기준으로 하측인 종아리에 지지한다. 이때, 상기 제1 링크부(112)의 상단에 고관절 조인트부(116)가 설치되고, 이웃한 상기 제1 링크부(112)의 하단과 상기 제2 링크부(114)의 상단에 슬관절 조인트부(118)가 연결 설치되며, 상기 제2 링크부(114)의 하단에 족관절 조인트부(120)가 설치된다.The first and
여기서, 상기 연결부(122)는 한 쌍의 외골격체(110)를 상호 지지하면서, 사용자의 허리를 받칠 수 있도록 하는 구성요소로, 상기 외골격체(110)의 상측에 위치한 고관절 조인트부(116)가 양단에 각각 연결된다.Here, the
상기 조인트부(116, 118, 120)는 고관절 조인트부(116), 슬관절 조인트부(118) 및 족관절 조인트부(120)를 칭하며, 내부에 회전수 및 회전 방향 등의 제어가 가능한 구동모터(도면에 미도시)가 내부에 설치된다. 이렇게 상기 고관절 조인트부(116), 슬관절 조인트부(118) 및 족관절 조인트부(120)에 구동모터가 구비되어 상기 구동모터의 구동에 의해 상기 제1, 2 링크부(112, 114)가 상기 고관절 조인트부(116), 슬관절 조인트부(118) 및 족관절 조인트부(120)를 기준으로 각각 관절 운동을 하게 한다. 또한, 상기 고관절 조인트부(116), 슬관절 조인트부(118) 및 족관절 조인트부(120) 각각은 해당 구동모터의 회전각 등을 감지하는 센서 등이 구비되므로 설정치 이상의 센싱 결과값이 센서를 통해 감지되면 상기 구동모터가 반대 구동하도록 하여 기준치에 의해 상기 동력식 보행 보조기(100)의 무게 중심을 파악한 후 보정하게 한다.The
더욱이, 상기 고관절 조인트부(116), 슬관절 조인트부(118) 및 족관절 조인트부(120)에 매립된 구동모터는 유선 또는 무선 방식에 의해 작동되도록 외골격체(110)에 설치된 제어기(도면에 미도시)에 의해 회전수 및 회전 방향 등이 제어되도록 한다.Furthermore, a drive motor embedded in the
상기 보조 외골격체(130)는 상단이 외골격체(110)의 외측에서 상기 외골격체(110)의 상단에 체결부에 의해 연결되어 상기 외골격체(110)와 별도로 구동되어 보조적인 전진력을 부여하며, 제1, 2 보조 링크부(132, 134), 고관절 조인트부(136) 및 슬관절 조인트부(138) 및 바퀴(140)를 포함한다. 이때, 상기 보조 외골격체(130)는 상기 외골격체(110)보다 기장이 더 길도록 구비되며, 대향된 한 쌍이 동시에 구동되는 것으로 예시한다.The
상기 제1, 2 보조 링크부(132, 134)는 직립된 상태에서 단부에 제1, 2 조인트부가 각각 설치된다. 즉, 상기 제1 보조 링크부(132)는 사용자의 무릎을 기준으로 상측인 허벅지 부근에 위치하고, 상기 제2 보조 링크부(134)는 사용자의 무릎을 기준으로 하측인 종아리 부근에 위치한다. 이때, 상기 제1 보조 링크부(132)의 상단에 제1 조인트부인 고관절 조인트부(136)가 설치되고, 이웃한 상기 제1 보조 링크부(132)의 하단과 상기 제2 보조 링크부(134)의 상단에 제2 조인트부인 슬관절 조인트부(138)가 연결 설치되며, 상기 제2 보조 링크부(134)의 하단에 바퀴(140)가 설치된다.The first and second
상기 제1, 2 조인트부는 고관절 조인트부(136) 및 슬관절 조인트부(138)를 칭하며, 내부에 회전수 및 회전 방향 등의 제어가 가능한 구동모터(도면에 미도시)가 내부에 설치된다. 이렇게 상기 고관절 조인트부(136), 슬관절 조인트부(138)에 구동모터가 구비되어 상기 구동모터의 구동에 의해 상기 제1, 2 보조 링크부(132, 134)가 상기 고관절 조인트부(136) 및 슬관절 조인트부(138)를 기준으로 관절 운동하게 한다. 또한, 상기 고관절 조인트부(136) 및 슬관절 조인트부(138) 각각도 앞선 설명에서와 같이 해당 구동모터의 회전각 등을 감지하는 센서 등이 구비되므로 설정치 이상의 센싱 결과값이 센서를 통해 감지되면 상기 구동모터가 반대 구동하도록 하여 기준치에 의해 상기 동력식 보행 보조기(100)의 무게 중심을 파악한 후 보정하게 한다.The first and second joint parts refer to the
상기 바퀴(140)는 상기 제2 보조 링크부(134)의 하단 내부에 각각 구비된 구동모터(142)에 의해 회동되도록 동력을 제공하며, 상기 구동모터(142)는 상기 고관절 조인트부(136) 및 슬관절 조인트부(138)에 매립된 구동모터와 함께 유선 또는 무선 방식에 의해 작동되도록 설치된 제어기에 의해 회전수 및 회전 방향 등과, 바퀴(140)의 제동이 제어되도록 한다.The
한편, 상기 보조 외골격체(130)의 사이에 상기 고관절 조인트부(136) 및 슬관절 조인트부(138)에 매립된 구동모터와 상기 바퀴(140)를 구동시키는 구동모터(142)에 구동 전원을 공급하는 배터리, 현 위치를 인식하게 하는 위성 위치 확인 시스템(GPS), 길안내 등을 위한 내비게이션(navigation) 등이 설치된다. 이때, 상기 제어기는 외골격체(110) 이외에 보조 외골격체(130)에도 설치가 가능하다.On the other hand, the driving power is supplied to the drive motor embedded in the
나아가서는, 상기 제1, 2 링크부(112, 114) 및 제1, 2 보조 링크부(132, 134)가 구동모터에 의해 관절 운동하는 것으로 예시하였으나, 상기 구동모터의 구동력에 실린더 등의 구동력을 복합적으로 적용할 수도 있다.Furthermore, although the first and
그러므로 본 발명에 의한 동력식 보행 보조기(100)는 상기 외골격체(110)의 제1, 2 링크부(112, 114)가 조인트부(116, 118, 120)의 구동모터에 의해 관절 운동하면서 보행을 보조하게 된다. 이때, 상기 보조 외골격체(130)에 의해 추진력을 발생시키고자 할 때 제어기를 제어하여 구동모터(142)에 의해 바퀴(140)를 구동시키면 상기 바퀴(140)의 회전에 의해 추진력을 배가시킨다.Therefore, the
더욱이, 상기 보조 외골격체(130)에 현 위치를 인식하게 하는 위성 위치 확인 시스템(GPS), 길안내를 위한 내비게이션(navigation) 등이 설치되므로 길 찾기 및 길 안내가 용이하게 실시된다.In addition, since the satellite positioning system (GPS), the navigation for navigation, etc. are installed on the
본 발명의 다른 실시 예에 따른 동력식 보행 보조기(200)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 외골격체(210) 및 보조 외골격체(230)를 포함하며, 상기 외골격체(210)는 앞선 실시 예의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.Powered
이때, 상기 보조 외골격체(230)는 외골격체(210)의 기장보다 길도록 구비하므로 높이 차에 의한 스윙(swing)에 의해 지팡이의 기능을 하면서 계단 등을 오르내리는 동작이 안전하게 수행될 수 있다. 그리고 상기 보조 외골격체(230)는 한 쌍이 교번 운동할 수 있음은 물론 동시 운동도 가능하다.At this time, since the
상기 보조 외골격체(230)는 상단이 외골격체(210)의 외측에서 상기 외골격체(210)의 상단에 체결부에 의해 연결되어 상기 외골격체(210)와 별도로 구동되어 보조적인 전진력을 부여하며, 제1, 2 보조 링크부(232, 234), 고관절 조인트부(236) 및 슬관절 조인트부(238) 및 지면 접촉판(240)을 포함한다. 이때, 상기 보조 외골격체(230)는 상기 외골격체(210)보다 기장이 더 길도록 구비되며, 대향된 한 쌍이 동시에 구동되는 것으로 예시한다. 그리고 상기 제1, 2 보조 링크부(232, 234), 고관절 조인트부(236) 및 슬관절 조인트부(238)는 앞선 실시 예의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.The
상기 지면 접촉판(240)은 상기 제2 보조 링크부(234)의 하단에 설치되어 계단 등을 오르내릴 때 지면의 여러 지점에 접촉하여 안전성 및 안정성을 부여하게 된다.The
한편, 상기 보조 외골격체(230)에 상기 고관절 조인트부(236) 및 슬관절 조인트부(238)에 매립된 구동모터 등에 구동 전원을 공급하는 배터리, 현 위치를 인식하게 하는 위성 위치 확인 시스템(GPS), 길안내를 위한 내비게이션(navigation) 등이 설치된다. 이때, 상기 제어기는 외골격체(210) 이외에 보조 외골격체(230)에도 설치가 가능하다.On the other hand, a battery for supplying driving power to the auxiliary
여기서, 설명하지 않은 부호 212, 214는 제1, 2 링크부이고, 216, 218, 220은 고관절 조인트부, 슬관절 조인트부 및 족관절 조인트부이며, 222는 연결부이다.Here,
그러므로 본 발명에 의한 동력식 보행 보조기(200)는 상기 외골격체(210)의 제1, 2 링크부(212, 214)가 고관절 조인트부(236) 및 슬관절 조인트부(238)의 구동모터에 의해 관절 운동하면서 보행을 보조하게 된다. 이때, 계단 등을 오르내릴 때 상기 보조 외골격체(230)를 구동시키면 외골격체(210)의 기장보다 긴 보조 외골격체(230)의 스윙에 의해 상기 지면 접촉판(240)이 지면에 닿으면서 지팡이 기능을 한다.Therefore, in the
이때, 상기 보조 외골격체(230)에 의한 보행시 도 4에 도시된 바와 같이 최초 사용자의 양 발과 양쪽 지면 접촉판(240)을 통해 4지점이 지면에 닿은 상태에서 사용자가 이동하고자 하는 다리를 들었을 때, 지면에 닿은 나머지 한 발과 양쪽 지면 접촉판(240)을 통해 3지점이 지면에 닿도록 제어되고, 이동하고자 하는 다리의 발을 지면에 닿게 했을 때 이동하고자 하는 어느 한 지면 접촉판(240)을 제외한 사용자의 양 발과 나머지 하나의 지면 접촉판(240)을 통해 최소한 3지점이 지면에 닿도록 제어되어 안정적인 보행이 가능하다.At this time, when walking by the
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above with reference to the preferred embodiment of the present invention, the scope of protection of the present invention is not limited to the above embodiment, and those skilled in the art of the present invention It will be understood that various modifications and changes can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력식 보행 보조기를 사용자가 착용한 상태를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a state in which a user wears a powered walking aid according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 동력식 보행 보조기를 사용자가 착용한 상태를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a state in which a user wears a powered walking aid according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 상기 동력식 보행 보조기에서 보조 외골격체가 이동하는 상태를 도시한 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a state in which an auxiliary exoskeleton moves in the powered walking aid of the present invention.
도 4는 상기 동력식 보행 보조기에서 지면 접촉판과 사용자의 발이 지면에 닿는 상태를 도시한 개략도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing a state in which the ground contact plate and the user's foot in contact with the ground in the powered walking aid.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100: 일 실시 예의 동력식 보행 보조기100: powered walking aid of an embodiment
110: 외골격체 112, 114: 제1, 2 링크부110:
116, 118, 120: 조인트부 130: 보조 외골격체116, 118, 120: joint 130: auxiliary exoskeleton
132, 134: 제1, 2 보조 링크부 136: 고관절 조인트부132, 134: first and second auxiliary link portion 136: hip joint portion
138: 슬관절 조인트부 140: 바퀴138: knee joint portion 140: the wheel
142: 구동모터142: drive motor
200: 다른 실시 예의 동력식 보행 보조기200: powered walking aid of another embodiment
210: 외골격체 212, 214: 제1, 2 링크부210:
216, 218, 220: 조인트부 230: 보조 외골격체216, 218, 220: Joint 230: auxiliary exoskeleton
232, 234: 제1, 2 보조 링크부 236: 고관절 조인트부232, 234: first and second auxiliary link portion 236: hip joint portion
238: 슬관절 조인트부 240: 지면 접촉판238: knee joint portion 240: ground contact plate
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