KR20160047154A - 지지 모듈, 이를 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법 - Google Patents

지지 모듈, 이를 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

이상의 설명은 지지 모듈, 이를 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법에 관한 것이다. 일 실시 예에 따르면, 지지 모듈은, 지지 대상의 적어도 일부를 감싸는 지지 부재; 및 상기 지지 부재에 대하여 상기 지지 대상이 중립 위치를 벗어났는지 여부에 대한 정보를 감지하기 위한 센서 모듈을 포함할 수 있다.

Description

지지 모듈, 이를 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법{A SUPPORTING MODULE, A MOTION ASSIST APPARATUS COMPRISING THEREOF AND A CONTROL METHOD OF A MOTION ASSIST APPARATUS}
아래의 설명은 지지 모듈, 이를 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 몸체 프레임과, 몸체 프레임의 하측에 결합되어 사용자의 골반을 감싸는 골반 프레임과, 사용자의 대퇴부 및 종아리, 발 부위에 장착되는 대퇴부 프레임, 종아리 프레임, 발 프레임으로 구성된다. 골반 프레임과 대퇴부 프레임은 고관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되고, 대퇴부 프레임과 종아리 프레임은 무릎 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되며, 종아리 프레임과 발 프레임은 발목 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결된다.
일 실시 예에 따르면, 지지 모듈은, 지지 대상의 적어도 일부를 감싸는 지지 부재; 및 상기 지지 부재에 대하여 상기 지지 대상이 중립 위치를 벗어났는지 여부에 대한 정보를 감지하기 위한 센서 모듈을 포함할 수 있다.
상기 센서 모듈은, 상기 지지 대상이 상기 지지 부재로 작용하는 힘 또는 토크의 방향을 감지할 수 있다.
상기 센서 모듈은, 상기 지지 대상이, 상기 지지 부재의 어느 부분으로 치우쳐 있는지를 감지할 수 있다.
상기 센서 모듈은, 압력 센서, 온도 센서, 혈류 센서 또는 EMG센서를 포함할 수 있다.
상기 센서 모듈은, 상기 지지 대상을 기준으로 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 압력 센서를 포함할 수 있다.
상기 지지 모듈은, 상기 지지 부재 및 지지 대상 사이에 배치되는 완충 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 운동 보조 장치는, 대상체의 운동을 보조하기 위한 동력을 제공하기 위한 구동원; 상기 구동원으로부터 제공받은 동력을 이용하여, 상기 대상체의 지지 대상에 힘을 작용하기 위한 지지 부재; 상기 지지 대상에 운동 보조 방향과 다른 방향의 힘이 작용하는지 여부를 감지하기 위한 센서 모듈; 및 상기 센서 모듈에서 감지된 정보에 기초하여 상기 구동원을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 구동원 및 지지 부재를 연결하는 동력 전달 부재를 더 포함하고, 상기 센서 모듈은, 상기 지지 부재 및 동력 전달 부재 사이에 배치되는 힘 센서 또는 토크 센서를 포함할 수 있다.
상기 센서 모듈은, 상기 지지 대상이, 상기 지지 부재의 어느 부분으로 치우쳐 있는지를 감지할 수 있다.
상기 센서 모듈은, 압력 센서, 온도 센서, 혈류 센서 또는 EMG센서를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 센서 모듈에서 감지된 정보에 기초하여, 상기 지지 부재가 상기 지지 대상으로 미리 결정된 방향의 힘을 작용하는지 여부를 결정할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 구동원 및 지지 부재를 연결하는 동력 전달 부재를 더 포함하고, 상기 센서 모듈은, 상기 동력 전달 부재에 설치되는 토션 센서를 포함할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 구동원 및 지지 부재를 연결하는 동력 전달 부재를 더 포함하고, 상기 동력 전달 부재의 일측은 상기 대상체의 허벅지의 측면에 위치되고, 타측은 상기 대상체의 허벅지의 전면에 위치될 수 있다.
상기 센서 모듈은, 상기 동력 전달 부재의 타측 및 지지 부재 사이에 배치되는 압력 센서를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 운동 보조 장치의 제어 방법은, 대상체의 지지 대상을 지지하는 지지 부재가 미리 결정된 운동 보조 방향으로 구동되는 단계; 상기 지지 부재가 상기 지지 대상으로 작용하는 작용력의 방향이 감지되는 단계; 및 상기 작용력의 분력 중 적어도 일부가 상기 운동 보조 방향의 반대로 작용하면, 상기 지지 부재의 속력을 증가되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 운동 보조 장치의 제어 방법은, 상기 작용력의 크기가 미리 결정된 제 1 설정 값과 비교되는 단계를 더 포함하고, 상기 지지 부재의 속력이 증가되는 단계는, 상기 작용력의 크기가 상기 제 1 설정 값을 초과할 때 수행될 수 있다.
상기 운동 보조 장치의 제어 방법은, 상기 작용력의 크기가 미리 결정된 제 2 설정 값과 비교되는 단계를 더 포함하고, 상기 지지 부재의 속력이 증가되는 단계는, 상기 작용력의 크기가 상기 제 2 설정 값 이하가 될 때까지, 상기 지지 부재의 속력이 점진적으로 증가되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 작용력의 방향이 감지되는 단계는, 상기 지지 부재에 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 압력 센서에서 감지된 정보에 기초하여 수행되고, 상기 지지 부재의 속력이 증가되는 단계는, 상기 한 쌍의 압력 센서 각각에서 감지된 2개의 압력 값의 차에 비례하는 토크가 상기 지지 부재로 제공되는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 운동 보조 장치의 제어 방법은, 대상체의 지지 대상을 지지하는 지지 부재가 미리 결정된 운동 보조 방향으로 구동되는 단계; 상기 지지 대상에 상기 운동 보조 방향과 다른 방향의 힘이 작용되는지 여부가 감지되는 단계; 및 상기 다른 방향의 힘이 상쇄되는 방향으로 상기 지지 부재의 속력이 증가되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 지지 대상에 상기 운동 보조 방향과 다른 방향의 힘이 작용되는지 여부가 감지되는 단계는, 상기 지지 부재의 일측에 설치되는 센서 모듈에서 감지되는 정보에 기초하여 수행되고, 상기 센서 모듈은, F/T 센서, 힘 센서, 토크 센서, 압력 센서, 토션 센서, 온도 센서, 혈류 센서 및 근전도 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 대상체에 착용된 상태의 정면도이다.
도 2는 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 대상체에 착용된 상태의 측면도이다.
도 3은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 4는 실시 예에 따른 지지 모듈의 평면도이다.
도 5는 실시 예에 따른 지지 모듈의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 실시 예의 변형 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 지지 모듈의 평면도이다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 대상체에 착용된 상태의 측면도이다.
도 11은 또 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 대상체에 착용된 상태의 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 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.
도 1은 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 대상체에 착용된 상태의 정면도이고, 도 2는 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 대상체에 착용된 상태의 측면도이다. 도 3은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다. 도 4는 실시 예에 따른 지지 모듈의 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시 예에 따른 운동 보조 장치(10)는, 대상체(1)에 착용되어 대상체(1)의 운동을 보조할 수 있다. 대상체(1)는 사람, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 1 및 도 2는 운동 보조 장치(10)가, 대상체(1)의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 도시하고 있으나, 운동 보조 장치(10)는, 대상체(1)의 손, 상박, 하박 등 상체의 다른 부분이나, 발, 종아리 등의 하체의 다른 부위를 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치(10)는, 대상체(1)의 일 부분의 운동을 보조할 수 있으며, 운동 보조의 대상이 되는 부분을 지지 대상이라고 할 수 있다. 이하, 운동 보조 장치(10)가, 사람의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.
운동 보조 장치(10)는, 고정 모듈(12), 구동원(14), 동력 전달 부재(16), 제어부(18) 및 지지 모듈(100)을 포함할 수 있다.
고정 모듈(12)은, 대상체(1)의 일 부분, 예를 들면 허리에 고정될 수 있다. 고정 모듈(12)은, 대상체(1)의 외면의 적어도 일부에 접촉할 수 있다. 고정 모듈(12)은, 대상체(1)의 외면을 따라서 감싸는 형상일 수 있다.
구동원(14)은, 고정 모듈(12)에 구비될 수 있다. 구동원(14)은, 동력 전달 부재(16)로 전달되는 동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 구동원(14)은, 복수 개일 수 있다. 예를 들어, 구동원(14)은, 고정 모듈(12)의 양측에 각각 구비될 수 있다. 실시 예에서 구동원(14)의 개수나 위치가 제한되는 것은 아니다.
동력 전달 부재(16)는, 구동원(14) 및 지지 모듈(100) 사이에 연결될 수 있다. 동력 전달 부재(16)는, 구동원(14)으로부터 전달받은 동력을 지지 모듈(100)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 동력 전달 부재(16)는, 프레임, 와이어, 케이블, 스트링, 고무줄, 스프링, 벨트, 또는 체인 등의 길이 방향 부재일 수도 있다. 실시 예에서, 동력 전달 부재(16)가 제한되는 것은 아니다.
지지 모듈(100)은, 대상체(1)의 지지 대상(2), 예를 들면 허벅지를 지지할 수 있다. 지지 모듈(100)은, 지지 부재(110), 센서 모듈(120) 및 완충 부재(130)를 포함할 수 있다.
지지 부재(110)는, 지지 대상(2)의 적어도 일부를 감싸도록 배치될 수 있다. 지지 부재(110)는, 동력 전달 부재(16)로부터 전달되는 동력을 이용하여, 지지 대상(2)에 힘을 작용할 수 있다.
센서 모듈(120)은, 지지 부재(110)에 대하여 지지 대상(2)이 중립 위치를 벗어났는지 여부를 감지할 수 있다. 센서 모듈(120)은, 지지 부재(110)에 대한 지지 대상(2)의 상대적인 움직임에 관한 정보를 감지할 수 있다. 센서 모듈(120)은, 지지 대상(2)이 지지 부재(110)의 어느 부분으로 치우쳐 있는지를 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈(120)은, 지지 대상(2)이 지지 부재(110)로 작용하는 힘 또는 토크의 방향을 감지할 수 있다. 센서 모듈(120)은, 지지 부재(110) 및 동력 전달 부재(16) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈(120)은, 힘 센서, 토크 센서 또는 6축 방향으로 힘 및 토크를 동시에 감지할 수 있는 F/T센서(force/torque sensor)를 포함할 수 있다.
완충 부재(130)는, 지지 부재(110) 및 지지 대상(2) 사이에 배치되어, 지지 부재(110)로부터 지지 대상(2)에 전달되는 저항력을 완충시킬 수 있다. 예를 들어, 완충 부재(130)는, 스펀지, 스티로폼 또는 스프링과 같은 탄성체를 포함할 수 있다. 완충 부재(130)는 필요에 따라 생략될 수도 있음은 물론이다.
제어부(18)는, 센서 모듈(120)에서 감지된 정보에 기초하여, 구동원(14)을 제어할 수 있다. 구동원(14)이 제어되면, 동력 전달 부재(16)를 통해 전달되는 힘 또는 토크가 변화되어, 결과적으로 지지 부재(110)의 속력이 조절될 수 있다. 지지 부재(110)의 속력은, 지지 대상(2)의 움직임에 방해되는 힘이 작용하지 않도록, 증가 또는 감소될 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 지지 모듈의 동작을 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 5(a) 내지 도 (d)는 방향 M으로 운동 보조 동작이 수행되는 동안에 있어서, 지지 부재 및 지지 대상 사이에 작용하는 힘을 시간의 흐름에 따라 도시한 도면이다.
도 5(a)를 참조하면, 미리 결정된 운동 보조 방향 M으로 운동 보조 동작이 수행될 때, 지지 부재(110)는, 방향 M으로 지지 대상(2) 보다 더 빠른 속도로 이동하여, 지지 대상(2)의 운동을 보조하게 된다. 다시 말하면, 지지 부재(110)는, 지지 대상(2)으로 방향 M의 힘을 작용하게 된다. 이 경우, 지지 대상(2)이 지지 부재(110)에 작용하는 힘의 방향은 방향 M의 반대가 된다. 따라서, 센서 모듈(120)에서 감지되는 힘 F의 방향은 방향 M의 반대가 된다. 다시 말하면, 지지 모듈(100)의 운동 보조 방향 M과 센서 모듈(120)에서 감지되는 힘 F의 방향이 서로 반대일 때, 실질적인 운동 보조 동작이 수행된다고 할 수 있다.
도 5(b)를 참조하면, 일단 지지 부재(110)에 의해 지지 대상(2)으로 힘이 전달되면, 관성력에 의해 지지 대상(2)은 지지 부재(110) 보다 더 빠른 속력으로 운동 보조 방향 M으로 이동될 수 있다. 또한, 지지 대상(2)이 관성 상태가 아닌 경우에도, 대상체 스스로 지지 대상(2)을 움직일 경우 도 5(b)와 유사한 상태가 일어날 수 있다. 이 경우, 센서 모듈(120)에서 감지되는 힘 F의 값은 이론적으로 0이 될 수 있다. 다시 말하면, 센서 모듈(120)에서 감지되는 힘 F의 값이 일정한 값 이하가 되면 실질적으로 운동 보조 동작이 수행되지 않는 것으로 볼 수 있다.
그리고 도 5(c)과 같은 상태가 되면, 지지 부재(110)는 중립 위치를 벗어나서, 의도된 운동 방향으로 지지 대상(2)이 이동되는 것을 방해할 수 있다. 다시 말하면, 지지 부재(110)는, 지지 대상(2)으로 방향 M의 반대 방향의 힘을 작용하게 되므로, 사용자는 저항감을 느낄 수 있다. 이 경우, 지지 대상(2)이 지지 부재(110)로 작용하는 힘의 방향은 방향 M과 동일하게 된다. 따라서, 센서 모듈(120)에서 감지되는 힘 F의 방향은 방향 M과 동일하게 된다. 다시 말하면, 지지 모듈(100)의 운동 보조 방향 M과 센서 모듈(120)에서 감지되는 힘 F의 방향이 서로 동일할 경우, 운동 보조 동작을 방해하는 힘이 작용된다고 볼 수 있다.
도 5(c)와 같은 상태가 감지되면, 제어부(18, 도 3 참조)는, 지지 부재(110)의 속력을 증가시킴으로써, 도 5(d)와 같은 상태가 되게 할 수 있다. 지지 부재(110)의 속력이 증가되면, 사용자의 저항감은 감소될 수 있다.
도 6은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이고, 도 7은 실시 예의 변형 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법은, 운동 보조 방향으로 지지 부재를 구동하는 단계(800)와, 지지 부재가 지지 대상으로 작용하는 작용력의 방향을 감지하는 단계(810)와, 작용력의 분력 중 적어도 일부가 운동 보조 방향의 반대로 작용하는지 여부를 결정하는 단계(820)와, 지지 부재의 속력을 증가시키는 단계(830)를 포함할 수 있다.
운동 보조 상황에 따라서, 운동 보조 방향은 결정될 수 있다. 단계 800에서 결정된 운동 보조 방향에 따라 지지 부재가 구동되면, 단계 810에서 지지 부재가 지지 대상으로 작용하는 작용력의 방향이 감지될 수 있다.
일 예로, 지지 부재 및 동력 전달 부재 사이에 설치되는 힘 센서, 토크 센서 또는 F/T 센서(force/torque sensor) 등을 이용하여, 작용력의 방향이 감지될 수 있다. 이 경우, F/T 센서는 예를 들어 6축 방향의 힘 및 토크를 감지하는 센서일 수 있다.
다른 예로, 지지 부재의 둘레 방향을 따라 설치되는 적어도 하나 이상의 압력 센서, 온도 센서, 혈류 센서 또는 EMG센서를 이용하여 지지 대상이 지지 부재의 어느 부분으로 치우쳤는지에 관한 정보를 감지하고, 감지된 정보에 기초하여 작용력의 방향이 결정될 수도 있다.
단계 820에서 제어부는, 작용력이 지지 대상의 운동 보조 방향으로의 운동을 방해하는지 여부를 결정할 수 있다. 작용력의 분력 중 적어도 일부가 운동 보조 방향의 반대로 작용하는 경우, 지지 대상의 운동 보조 방향으로의 운동이 방해되는 것으로 결정될 수 있다. 작용력이 지지 대상의 운동 보조 방향으로의 운동을 방해하지 않는 경우, 단계 820이 반복하여 수행될 수 있다.
단계 820에서 작용력이 지지 대상의 운동 보조 방향으로의 운동을 방해하는 것으로 결정되면, 단계 830에서 지지 부재의 속력을 증가시킬 수 있다. 지지 부재의 속력이 증가되면, 지지 부재가 지지 대상으로 가하는 운동 보조 방향의 반대 방향의 힘이 감소될 수 있다.
단계 830은, 예를 들어, 지지 부재에 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 압력 센서에서 감지된 정보에 기초하여 수행될 수 있다. 단계 830은, 한 쌍의 압력 센서 각각에서 감지된 2개의 압력 값의 차에 비례하는 토크를 상기 지지 부재로 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 운동 보조 장치의 제어 방법은, 단계 830에 선행하여, 운동 보조 방향으로의 운동을 방해하는 작용력의 크기가 제 1 설정 값을 초과하는지 여부가 결정되는 단계(825)를 더 포함할 수 있다. 그리고 단계 825에서 작용력의 크기가 제 1 설정 값을 초과하지 않는다면, 단계 820 및 단계 825를 반복하여 수행할 수 있다.
단계 825에 의하면, 무시할 수 있을만한 저항력만 있는 경우나, 측정 오차에 의해 저항력이 감지된 경우, 불필요하게 지지 부재의 속력을 증가시키는 것을 방지할 수 있다. 다시 말하면, 단계 825는 저항력이 충분히 클 경우에만 지지 부재의 속력을 증가시키도록 할 수 있다. 한편, 단계 825는 단계 820이 수행된 다음 수행되는 것으로 도시하였으나, 단계 825가 단계 820에 선행하여 수행될 수도 있다. 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
또 한편, 운동 보조 장치의 제어 방법은, 단계 830이 수행된 이후에, 운동 보조 방향으로의 운동을 방해하는 작용력의 크기가 제 2 설정 값 이하인지 여부가 결정되는 단계(835)를 더 포함할 수 있다. 그리고 단계 835에서 작용력의 크기가 제 2 설정 값 이하가 아닌 경우, 단계 830을 반복적으로 수행함으로써, 지지 부재의 속력을 점진적으로 증가시킬 수 있다. 단계 835에 의하면, 저항감이 충분히 해소될 때까지, 점진적으로 지지 부재의 속력을 증가시킬 수 있다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 제어 방법은, 미리 결정된 운동 보조 방향으로 지지 부재를 구동하는 단계(900), 지지 대상에 운동 보조 방향과 다른 방향의 힘이 작용하는지 여부를 결정하는 단계(910) 및 다른 방향의 힘이 상쇄되는 방향으로 지지 부재의 속력을 증가시키는 단계(920)를 포함할 수 있다.
단계 910에서 지지 대상에 운동 보조 방향과 다른 방향의 힘이 작용하는지 않는 것으로 결정되면, 단계 910이 반복하여 수행될 수 있다.
단계 910에서 지지 대상에 운동 보조 방향과 다른 방향의 힘이 작용하는 것으로 결정되면, 단계 920이 수행될 수 있다.
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 예에도 적용될 수 있다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 지지 모듈의 평면도이다.
도 9를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 지지 모듈(200)은, 지지 부재(210), 센서 모듈(220) 및 완충 부재(230)를 포함할 수 있다.
센서 모듈(220)은, 지지 부재(210)의 둘레 방향을 따라서 배치되는 복수 개의 센서를 포함할 수 있다. 복수 개의 센서는, 예를 들어, 지지 대상(2)을 기준으로 서로 마주보도록 한 쌍 이상 배치될 수 있다. 복수 개의 센서는, 압력 센서, 온도 센서, 혈류 센서 또는 EMG 센서를 포함할 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 압력 센서를 이용하면, 복수 개의 압력 센서 중 가장 높은 압력이 감지되는 센서 쪽으로 지지 대상(2)이 치우쳐 있음을 알 수 있다. 마찬가지 방식으로, 온도 센서, 혈류 센서 또는 EMG 센서를 이용하여, 지지 대상(2)이 지지 부재(210)의 어느 쪽으로 치우쳐 있는지 여부를 알 수 있다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 대상체에 착용된 상태의 측면도이다.
도 10을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치(30)는, 고정 모듈(32), 구동원(34), 동력 전달 부재(36), 센서 모듈(36a) 및 지지 모듈(300)을 포함할 수 있다.
센서 모듈(36a)은, 예를 들어 동력 전달 부재(36)에 설치되어, 동력 전달 부재(36)의 상태에 따라서, 지지 대상에 운동 보조 방향과 다른 방향의 힘이 작용하는지 여부를 감지할 수 있다.
센서 모듈(36a)은, 예를 들어 토션 센서(torsion)를 포함할 수 있다. 토션 센서를 이용하면, 동력 전달 부재(36)의 비틀림 정도에 대한 정보를 감지함으로써, 지지 대상에 운동 보조 방향과 다른 방향의 힘이 작용하는지 여부를 감지할 수 있다.
도 11은 또 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 대상체에 착용된 상태의 측면도이다.
도 11을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 운동 보조 장치(40)는, 고정 모듈(42), 구동원(44), 동력 전달 부재(46) 및 지지 모듈(400)을 포함할 수 있다.
동력 전달 부재(46)는, 예를 들어, 대상체의 허벅지 측면으로부터 허벅지 전면을 향하여 휘어지는 프레임일 수 있다. 다시 말하면, 동력 전달 부재(46)의 일측은 대상체의 허벅지의 측면에 위치되고, 동력 전달 부재(46)의 타측은 대상체의 허벅지의 전면에 위치될 수 있다.
지지 모듈(400)은, 지지 부재(410)와, 센서 모듈(420)을 포함할 수 있다. 센서 모듈(420)은, 예를 들어, 동력 전달 부재(46) 및 지지 부재(410) 사이에 배치되는 압력 센서를 포함할 수 있다. 압력 센서를 이용하면, 지지 대상이 지지 부재(410)로 전달하는 압력이 감지되어, 운동 보조 방향의 반대 방향으로의 힘에 대한 정보를 감지할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 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 구조, 장치 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. 지지 대상의 적어도 일부를 감싸는 지지 부재; 및
    상기 지지 부재에 대하여 상기 지지 대상이 중립 위치를 벗어났는지 여부에 대한 정보를 감지하기 위한 센서 모듈을 포함하는 지지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은, 상기 지지 대상이 상기 지지 부재로 작용하는 힘 또는 토크의 방향을 감지하는 지지 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은, 상기 지지 대상이, 상기 지지 부재의 어느 부분으로 치우쳐 있는지를 감지하는 지지 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은, 압력 센서, 온도 센서, 혈류 센서 또는 EMG센서를 포함하는 지지 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    상기 지지 대상을 기준으로 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 압력 센서를 포함하는 지지 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 부재 및 지지 대상 사이에 배치되는 완충 부재를 더 포함하는 지지 모듈.
  7. 대상체의 운동을 보조하기 위한 동력을 제공하기 위한 구동원;
    상기 구동원으로부터 제공받은 동력을 이용하여, 상기 대상체의 지지 대상에 힘을 작용하기 위한 지지 부재;
    상기 지지 대상에 운동 보조 방향과 다른 방향의 힘이 작용하는지 여부를 감지하기 위한 센서 모듈; 및
    상기 센서 모듈에서 감지된 정보에 기초하여 상기 구동원을 제어하는 제어부를 포함하는 운동 보조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동원 및 지지 부재를 연결하는 동력 전달 부재를 더 포함하고,
    상기 센서 모듈은,
    상기 지지 부재 및 동력 전달 부재 사이에 배치되는 힘 센서 또는 토크 센서를 포함하는 운동 보조 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은, 상기 지지 대상이, 상기 지지 부재의 어느 부분으로 치우쳐 있는지를 감지하는 운동 보조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은, 압력 센서, 온도 센서, 혈류 센서 또는 EMG센서를 포함하는 운동 보조 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서 모듈에서 감지된 정보에 기초하여, 상기 지지 부재가 상기 지지 대상으로 미리 결정된 방향의 힘을 작용하는지 여부를 결정하는 운동 보조 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동원 및 지지 부재를 연결하는 동력 전달 부재를 더 포함하고,
    상기 센서 모듈은, 상기 동력 전달 부재에 설치되는 토션 센서를 포함하는 운동 보조 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동원 및 지지 부재를 연결하는 동력 전달 부재를 더 포함하고,
    상기 동력 전달 부재의 일측은 상기 대상체의 허벅지의 측면에 위치되고, 타측은 상기 대상체의 허벅지의 전면에 위치되는 운동 보조 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    상기 동력 전달 부재의 타측 및 지지 부재 사이에 배치되는 압력 센서를 포함하는 운동 보조 장치.
  15. 대상체의 지지 대상을 지지하는 지지 부재가 미리 결정된 운동 보조 방향으로 구동되는 단계;
    상기 지지 부재가 상기 지지 대상으로 작용하는 작용력의 방향이 감지되는 단계; 및
    상기 작용력의 분력 중 적어도 일부가 상기 운동 보조 방향의 반대로 작용하면, 상기 지지 부재의 속력을 증가되는 단계를 포함하는 운동 보조 장치의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 작용력의 크기가 미리 결정된 제 1 설정 값과 비교되는 단계를 더 포함하고,
    상기 지지 부재의 속력이 증가되는 단계는, 상기 작용력의 크기가 상기 제 1 설정 값을 초과할 때 수행되는 운동 보조 장치의 제어 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 작용력의 크기가 미리 결정된 제 2 설정 값과 비교되는 단계를 더 포함하고,
    상기 지지 부재의 속력이 증가되는 단계는,
    상기 작용력의 크기가 상기 제 2 설정 값 이하가 될 때까지, 상기 지지 부재의 속력이 점진적으로 증가되는 단계를 포함하는 운동 보조 장치의 제어 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 작용력의 방향이 감지되는 단계는, 상기 지지 부재에 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 압력 센서에서 감지된 정보에 기초하여 수행되고,
    상기 지지 부재의 속력이 증가되는 단계는,
    상기 한 쌍의 압력 센서 각각에서 감지된 2개의 압력 값의 차에 비례하는 토크가 상기 지지 부재로 제공되는 단계를 포함하는 운동 보조 장치의 제어 방법.
  19. 대상체의 지지 대상을 지지하는 지지 부재가 미리 결정된 운동 보조 방향으로 구동되는 단계;
    상기 지지 대상에 상기 운동 보조 방향과 다른 방향의 힘이 작용되는지 여부가 감지되는 단계; 및
    상기 다른 방향의 힘이 상쇄되는 방향으로 상기 지지 부재의 속력이 증가되는 단계를 포함하는 운동 보조 장치의 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 지지 대상에 상기 운동 보조 방향과 다른 방향의 힘이 작용되는지 여부가 감지되는 단계는, 상기 지지 부재의 일측에 설치되는 센서 모듈에서 감지되는 정보에 기초하여 수행되고,
    상기 센서 모듈은, F/T 센서, 힘 센서, 토크 센서, 압력 센서, 토션 센서, 온도 센서, 혈류 센서 및 근전도 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 운동 보조 장치의 제어 방법.

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