KR20190056592A

KR20190056592A - Ankle Assist Apparatus

Info

Publication number: KR20190056592A
Application number: KR1020170153698A
Authority: KR
Inventors: 공경철; 이장목; 김유석; 윤승호; 권철민; 임명준
Original assignee: 대한민국(국립재활원장); 서강대학교산학협력단
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-05-27
Also published as: KR102018436B1

Abstract

The present invention relates to an ankle assisting device, capable of providing an assistance force for an ankle, and allowing a movement of the ankle in accordance with an operation intention of a pedestrian. The ankle assisting device comprises: a lower leg support part for supporting a lower leg of a pedestrian; a foot support part for supporting a foot part of the pedestrian; a driving unit for selectively providing an assistance force; a restoring unit for providing a restoring force; and a control unit for controlling the driving unit.

Description

발목보조장치{Ankle Assist Apparatus}[0001] Ankle Assist Apparatus [

본 발명은 발목보조장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 보행자의 보행주기 중 족저면이 지면에 접촉되는 입각기 중 발목에 보조력을 제공함과 동시에 보행자의 동작의도에 따라 발목의 움직임을 허용할 수 있는 발목보조장치에 관한 것이다.The present invention relates to ankle assist devices. More specifically, the present invention relates to an ankle assist device capable of providing an assist force to the ankle during a pedestrian's foot cycle in which the plantar surface is in contact with the ground, and allowing the ankle to move according to the intention of the pedestrian .

하체 마비 환자, 재활 환자 또는 고령자의 하체에 보조력을 제공하여 보행을 안내하거나 보조하는 하체보조로봇이 소개되고 있다. 종래 하체보조로봇는 보조력형 외골격(Powered Exoskeleton)으로 구비된 하체보조로봇형태로서, 보행자가 착용하면 보행자의 대퇴부(또는 고관절) 및 하퇴부(또는 슬관절)에 장착되어 보행자의 하체가 움직일 수 있는 보조력을 제공하는 방식이 사용된다.Lower body paralysis patients, rehabilitation patients, or lower body of an elderly person are provided with assistive force to guide or assist the walking. Conventionally, the lower body auxiliary robot is a form of a lower body auxiliary robot provided with an auxiliary exoskeleton. When the pedestrian wears it, it is mounted on the femur (or hip) and the lower leg (or knee joint) of the pedestrian to assist the lower body of the pedestrian The method of providing is used.

한편, 보행자의 발목관절은 보행자의 발을 회전시키고, 보행자의 체중모멘트를 지지하여 보행자의 보행 및 균형유지에 핵심적인 역할을 수행하게 된다. On the other hand, the ankle joint of the pedestrian rotates the foot of the pedestrian and supports the weight moment of the pedestrian to play a key role in maintaining the walking and balance of the pedestrian.

그러나, 종래 하체보조로봇는 대부분 보행자의 대퇴부(또는 고관절) 및/또는 하퇴부(또는 슬관절)를 보조하도록 설계되어 보행자의 발목에는 보조력을 제공하지 못하였다.However, conventional lower body auxiliary robots are designed to assist most of the pedestrian's thigh (or hip) and / or lower leg (or knee joint), and fail to provide an assist force to pedestrian's ankle.

즉, 하체 마비 환자 등의 경우, 고관절 및 슬관절에 보조력이 제공되어도 발목관절에 보조력을 별도로 제공하지 않아 자연스러운 움직임을 구현하기 쉽지 않았고, 안정적인 보행을 위해서도 발목관절에도 보조력을 제공하는 것이 요구된다.In other words, in the case of a lower limb paralysis patient, it is not easy to realize natural movement because an auxiliary force is not provided separately to the ankle joint even if an assist force is provided to the hip joint and the knee joint, and an ankle joint is required to be provided for stable walking do.

발목 관절을 보조하기 위한 발목보조장치를 고려하는 경우, 발목보조장치에 별도의 모터 등의 구동장치를 장착하여 보조력을 제공하려면 발목보조장치의 무게와 크기가 커져 보행자의 불편을 유발할 수 있고, 소비전력 및 배터리 타임 등이 문제가 될 수 있다.When an ankle assist device for assisting the ankle joint is considered, the weight and size of the ankle assist device may increase to cause an inconvenience to the pedestrian in order to provide an assist force by attaching a driving device such as a separate motor to the ankle assist device, Power consumption and battery time can be a problem.

그리고, 대부분의 하체보조로봇이 고관절과 슬관절의 토크를 보조하는 방식이라 발목관절만 불편한 보행자를 위한 가볍고 충분한 보조력을 제공할 수 있는 발목보조장치가 소개된 바가 없다.In addition, since most of the lower body assistants assist the torso of the hip joint and the knee joint, an ankle assist device capable of providing a light and sufficient assist force for an uncomfortable pedestrian is not disclosed.

또한, 종래 소개된 발목보조장치는 보행자의 동작의도와 무관하게 스프링 등에 의한 보조력을 제공하는 방식이 많아 보행자가 오히려 불편함을 느끼는 경우도 많다고 알려졌다.In addition, it has been known that the ankle assist device conventionally introduced has many ways of providing an assist force by a spring or the like regardless of the motion of the pedestrian, so that the pedestrian often feels uncomfortable.

본 발명은 보행자의 보행주기 중 족저면이 지면에 접촉되는 입각기 중 발목에 보조력을 제공함과 동시에 보행자의 동작의도에 따라 발목의 움직임을 허용할 수 있는 발목보조장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention provides an ankle assisting apparatus capable of providing an assist force to the ankle during a walk period of a pedestrian in which the plantar surface is in contact with the ground and allowing the movement of the ankle according to the intention of the pedestrian .

또한, 본 발명은 보행자의 발목관절에 직접적인 보조력을 제공하여 보행을 보조할 수 있는 발목보조장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다. It is another object of the present invention to provide an ankle assisting device capable of assisting a walking by providing an assist force directly to an ankle joint of a pedestrian.

또한, 본 발명은 보행자의 보행중 입각기에서만 선택적으로 보조력을 제공하는 발목보조장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.It is another object of the present invention to provide an ankle assisting apparatus that selectively provides assistive force only on a stance during walking of a pedestrian.

또한, 본 발명은 보행자의 유각기에서는 발목보조장치의 기계적인 저항을 제거할 수 있는 발목보조장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다. It is another object of the present invention to provide an ankle assisting device capable of eliminating the mechanical resistance of the ankle assisting device in the legs of a pedestrian.

또한, 본 발명은 발목보조장치는 보행자의 동작의도를 분석하여 보행주기와 별도로 보행자의 움직임을 허용할 수 있는 발목보조장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.Another object of the present invention is to provide an ankle assisting apparatus capable of allowing the movement of a pedestrian separately from a walking cycle by analyzing the degree of motion of a pedestrian.

또한, 본 발명은 선택적으로 종래의 하체보조로봇에 장착되어 발목 보조 기능을 제공할 수 있는 발목보조장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.Another object of the present invention is to provide an ankle assisting apparatus which is selectively mounted on a conventional lower body auxiliary robot and can provide an ankle assist function.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 보행자의 발목을 지지하는 발목보조장치에 있어서, 보행자의 하퇴부를 지지하는 하퇴지지부; 보행자의 족부를 지지하며, 상기 하퇴지지부와 힌지 결합되는 족지지부; 상기 족지지부가 상기 하퇴지지부에서 전개되는 방향으로 선택적으로 보조력을 제공하는 구동유닛; 상기 족지지부가 상기 하퇴지지부에서 전개된 경우 상기 족지지부를 반대방향으로 복원시키기 위한 복원력을 제공하는 복원유닛; 보행자의 보행주기 또는 동작의도에 따라 상기 구동유닛을 제어하는 제어부를 포함하는 발목보조장치를 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an ankle assist device for supporting an ankle of a pedestrian, comprising: a lower support for supporting a leg of a pedestrian; A foot support portion supporting the foot portion of the pedestrian and hinged to the pedal support portion; A driving unit selectively providing an auxiliary force in a direction in which the foot support part is deployed in the lower support part; A restoring unit for providing a restoring force for restoring the foot support in the opposite direction when the foot support is deployed on the support member; And a control unit for controlling the driving unit according to the walking cycle or the degree of motion of the pedestrian.

또한, 상기 제어부는 보행주기 중 입각기인 보행자의 발목에 보조력을 제공하도록 상기 구동유닛을 제어할 수 있다.In addition, the control unit may control the driving unit to provide an assist force to the ankle of the pedestrian, which is an erection point of the walking cycle.

그리고, 상기 제어부는 상기 사용자의 족저면의 전체가 지면에 접촉되는 상태에서 보조력의 크기가 최대가 되도록 상기 구동유닛을 제어할 수 있다.The control unit may control the driving unit such that the size of the auxiliary force is maximized in a state where the entire foot bottom of the user is in contact with the ground.

이 경우, 상기 구동유닛은 상기 족지지부의 후단에 연결되어 족지지부의 후단을 견인하기 위한 견인 와이어 및 상기 견인 와이어를 권취할 수 있는 구동모터를 포함할 수 있다.In this case, the driving unit may include a traction wire connected to a rear end of the foot support for pulling the rear end of the foot support, and a driving motor for winding the pull wire.

여기서, 상기 구동유닛의 구동모터는 보행자의 슬관절 보다 상부 위치에 장착될 수 있다.Here, the driving motor of the driving unit may be mounted at a position higher than the knee joint of the pedestrian.

또한, 상기 견인 와이어의 말단에 결합되는 탄성부을 더 포함할 수 있다.Further, it may further include an elastic portion coupled to a distal end of the pulling wire.

그리고, 상기 구동모터는 구동모터에 연결되는 구동 와이어를 매개로 상기 견인 와이어를 견인할 수 있다.The driving motor may pull the tow wire through a driving wire connected to the driving motor.

여기서, 상기 구동 와이어의 일단은 상기 구동모터에 연결되고, 상기 구동 와이어의 타단은 하퇴지지부에 연결되며, 상기 구동 와이어의 상기 일단과 타단 사이에는 움직 도르레가 구비되고, 상기 움직 도르레에 상기 견인 와이어가 연결될 수 있다.Here, the one end of the driving wire is connected to the driving motor, the other end of the driving wire is connected to the lower supporting portion, the moving wire is provided between the one end and the other end of the driving wire, Lt; / RTI >

또한, 상기 견인 와이어 또는 상기 구동 와이어에 인가되는 장력을 측정하기 위한 장력센서를 더 구비할 수 있다.The apparatus may further include a tension sensor for measuring a tension applied to the pulling wire or the driving wire.

이 경우, 상기 복원유닛은 상기 하퇴지지부와 상기 족지지부를 연결하는 코일스프링일 수 있다.In this case, the restoration unit may be a coil spring connecting the lower support portion and the foot support portion.

여기서, 상기 하퇴지지부는 하퇴의 후방를 감싸기 위한 적어도 1개의 하퇴커버부재와, 상기 하퇴커버부재의 측면에 연결되는 하퇴지지부재를 구비할 수 있다.Here, the lower support portion may include at least one lower cover member for wrapping the rear portion of the lower portion, and a lower support member connected to a side surface of the lower cover member.

또한, 상기 족지지부는 발의 후방을 감싸는 적어도 1개의 족커버부재와 발의 저면을 감싸며 상기 족커버부재의 측면과 연결되는 족지지부재를 포함하며, 상기 족지지부재와 상기 하퇴지지부재는 힌지 결합될 수 있다.The foot support portion includes at least one foot cover member that wraps around the foot of the foot and a foot support member that is connected to a side surface of the foot cover member to surround the bottom surface of the foot, and the foot support member and the foot support member are hinge- .

그리고, 상기 하퇴지지부의 상기 하퇴지지부재 및 상기 족지지부의 족지지부재는 보행자의 하퇴 및 발의 내측을 지지하도록 상호 연결될 수 있다.The foot support members of the lower support member and the foot support members of the lower support unit may be interconnected to support the inner side of the foot and foot of the pedestrian.

여기서, 상기 하퇴지지부의 하퇴지지부재는 보행자의 고관절 및 슬관절 중 적어도 하나의 관절에 보조력을 제공하는 착용형로봇의 슬관절에 구비되는 관절 구동기에 연결될 수 있다.Here, the lower support member of the lower support part may be connected to a joint actuator provided on the knee of the wearable robot that provides an assist force to at least one of the hip joint and the knee joint of the pedestrian.

또한, 상기 족지지부는 상기 족저면의 족저압을 감지하여 보행자의 보행상태와 보행주기를 감지하는 족저압감지센서를 더 포함할 수 있다.The foot pedestal portion may further include a pedestrian-low-pressure sensor that senses a pedestrian's walking state and a walking cycle by detecting a pedestrian's foot pressure.

그리고, 상기 족저압감지센서에서 감지된 족저압과 상기 제어부에서 판단된 보행주기가 대응되지 않은 것으로 판단되면, 보행자의 동작의도가 변경된 것으로 판단하여 상기 구동유닛의 구동을 중단할 수 있다.If it is determined that the pedestrian's low pressure sensed by the pedestrian-low-pressure sensor and the pedestrian cycle determined by the controller do not correspond to each other, it is determined that the intention of the pedestrian has changed and the driving unit can be stopped.

또한, 상기 제어부는 족저압감지센서에서 감지된 족저압을 기초로 구동유닛의 새로운 제어신호를 생성할 수 있다.In addition, the controller may generate a new control signal of the driving unit on the basis of the pedestrian pressure detected by the pedestrian-low-pressure sensor.

본 발명에 따른 발목보조장치에 의하면, 보행자의 보행주기 중 족저면이 지면에 접촉되는 입각기 중 발목에 보조력을 제공함과 동시에 보행자의 동작의도에 따라 발목의 움직임을 허용할 수 있는 발목보조장치를 제공할 수 있다.According to the ankle assisting device of the present invention, an ankle assistance device is provided that provides an assist force to the ankle during a walk period of the pedestrian, which is in contact with the ground, Device can be provided.

또한, 본 발명에 따른 발목보조장치에 의하면, 보행자의 발목관절에 직접적인 보조력을 제공하여 보행을 보조할 수 있는 발목보조장치를 제공할 수 있다.Further, according to the ankle assisting apparatus of the present invention, it is possible to provide an ankle assisting apparatus capable of assisting walking by providing an assist force directly to the ankle joint of a pedestrian.

또한, 본 발명에 따른 발목보조장치에 의하면, 보행자의 보행중 입각기에서만 선택적으로 보조력을 제공하는 발목보조장치를 제공할 수 있다.In addition, according to the ankle assisting apparatus of the present invention, it is possible to provide an ankle assisting apparatus that selectively provides an assist force during a stance during a walk of a pedestrian.

또한, 본 발명에 따른 발목보조장치에 의하면, 보행자의 유각기에서는 발목보조장치의 기계적인 저항을 제거할 수 있는 발목보조장치를 제공할 수 있다.In addition, according to the ankle assisting device according to the present invention, an ankle assisting device capable of removing the mechanical resistance of the ankle assisting device can be provided in the legs of the pedestrian.

또한, 본 발명에 따른 발목보조장치에 의하면, 발목보조장치는 보행자의 동작의도를 분석하여 보행주기와 별도로 보행자의 움직임을 허용할 수 있는 발목보조장치를 제공할 수 있다.In addition, according to the ankle assisting apparatus of the present invention, the ankle assisting apparatus can provide the ankle assisting apparatus capable of allowing the movement of the pedestrian separately from the walking period by analyzing the intention of the pedestrian.

또한, 본 발명에 따른 발목보조장치에 의하면, 선택적으로 종래의 하체보조로봇에 장착되어 발목 보조 기능을 제공할 수 있는 발목보조장치를 제공할 수 있다.Further, according to the ankle assisting apparatus according to the present invention, it is possible to provide an ankle assisting apparatus which is selectively attached to a conventional lower body auxiliary robot and can provide ankle assist function.

도 1은 보행자의 보행주기에서 발목에 보조력 또는 보조력이 요구되는 유각기의 하체의 움직임을 도시한다.
도 2는 도 1의 보행주기에 따른 발목에 제공되는 보조력의 크기를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 발목보조장치의 하나의 실시예를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 발목보조장치의 보조력 전달구조를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 발목보조장치의 다른 실시예를 도시한다.
도 6은 도 5에 도시된 발목보조장치의 다른 실시예의 보조력전달구조를 도시한다.
도 7은 종래 소개된 하체보조로봇의 예를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 발목보조장치가 착용형 하체보조로봇에 착탈 가능하게 결합되는 구조를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 발목보조장치가 장착된 하체보조로봇의 후면도를 도시한다.Fig. 1 shows the movement of the lower body of the swinging leg in which an assist force or an assist force is required in an ankle in a walk cycle of a pedestrian.
Fig. 2 shows the magnitude of an assist force provided to the ankle according to the walking cycle of Fig.
Figure 3 shows one embodiment of an ankle assist device according to the present invention.
4 shows an auxiliary force transmission structure of the ankle assist device shown in Fig.
Fig. 5 shows another embodiment of an ankle assisting device according to the present invention.
Fig. 6 shows an assist force transmission structure of another embodiment of the ankle assist device shown in Fig. 5;
Fig. 7 shows an example of a conventional lower body supporting robot.
Fig. 8 shows a structure in which the ankle assisting device according to the present invention is detachably coupled to a wearable lower body supporting robot.
9 shows a rear view of a lower body supporting robot equipped with an ankle assist device according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다. 본 명세서는, 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Hereinafter, embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this specification, the same or similar reference numerals are given to the same or similar components in different embodiments, and the description thereof is replaced with the first explanation. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. In addition, it should be noted that the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the technical idea disclosed in the present specification by the attached drawings.

이하에서는, 도 1과 도 2를 참조하여 보행자의 보행시의 하체 및 발목 상태를 분석하고, 발목에 적절한 보조력을 제공할 수 있는 발목보조장치의 구조를 설명한다. Hereinafter, the structure of the ankle assisting device capable of analyzing the lower body and ankle state at the time of walking of the pedestrian and providing an appropriate supporting force to the ankle will be described with reference to Figs. 1 and 2. Fig.

도 1은 보행자의 보행주기에서 발목에 보조력 또는 보조력이 요구되는 유각기의 하체의 움직임을 도시한다. 도 2는 도 1의 보행주기에 따른 발목에 제공되는 보조력의 패턴을 도시한다.Fig. 1 shows the movement of the lower body of the swinging leg in which an assist force or an assist force is required in an ankle in a walk cycle of a pedestrian. Fig. 2 shows a pattern of an assist force provided to the ankle according to the walking cycle of Fig.

보행자의 오른발을 기준으로 보행주기(gait cycle)를 분석하면, 다음과 같이 두 개의 단계(phase)로 나눌수 있다.Analysis of the gait cycle based on the right foot of the pedestrian can be divided into two phases as follows.

최초 오른발 족저면의 후단(발꿈치)이 땅에 닿은 후 왼발이 앞으로 나아가고, 오른발의 족저면의 선단이 다시 지면에서 분리되는 순간 까지를 전체 주기의 60%로 보고 이를 입각기(stance phase)라고 하며, 이후 오른발이 공중에 떠서 앞으로 이동한 뒤 족저면의 후단이 다시 땅에 닿을 때까지를 유각기(swing phase)라고 한다. The stance phase is defined as 60% of the whole cycle from the first foot of the first foot to the back of the foot (the heel) touching the ground and then the left foot to the front and the tip of the foot of the foot to the moment of separation from the ground. , Then the swing phase is called until the right foot is floated in the air and moved forward until the rear end of the plantar surface touches the ground again.

상기 유각기는 보행자의 족저면이 지면에서 이격된 상태로 스윙되는 구간으로, 보행자가 유각기를 수행할 때에는 상대적으로 큰 힘이 필요하지 않다. The swinging period is a section in which a pedestrian's foot is swung away from the ground, and a relatively large force is not required when the pedestrian performs the swinging motion.

그러나, 입각기는 보행자의 족저면이 지면에 접촉한 상태로서, 보행자의 발목관절 및 발목근육이 보행자의 체중을 지지할 수 있어야 하며, 추가적으로 보행자가 앞으로 전진하기 위해 발목에서 체중을 지지한 상태로 발목을 회전시켜 추진력을 발생시킬 수 있어야 한다.However, when the pedestrian's foot is in contact with the ground, the ankle joint and ankle muscles of the pedestrian must be able to support the weight of the pedestrian. In addition, the pedestrian must support the weight in the ankle So that the propulsion force can be generated.

따라서, 입각기에서는 유각기에서보다 보행자의 대퇴부(허벅지), 하퇴부(종아리)뿐만 아니라 보행자의 발목에도 체중이 집중되고, 더 많은 토크가 필요하게 된다. Therefore, in the stance phase, weight is concentrated on the ankles of the pedestrian as well as the thighs (thighs), the legs (calves) of the pedestrians, and more torque are required than in the diagonal periods.

도 1에 도시된 입각기는 보행자의 족저면의 후단이 지면에 접촉하는 도 1(a)에 도시된 loading Response 단계, 보행자의 족저면 전체가 지면에 접촉되는 도 1(b)에 도시된 mid-stance 단계가 수행된다. 이때, 보행자의 발목은 보행자의 체중을 전부지지 할 수 있는 지지력이 필요하며, 상기 지지력이 부족하면 보행자는 직립상태를 유지할 수 없거나 넘어질 수 있다.The stance unit shown in Fig. 1 includes a loading response step shown in Fig. 1 (a) in which the rear end of a pedestrian's foot is in contact with the ground, a mid-step shown in Fig. 1 (b) stance step is performed. At this time, the ankle of the pedestrian needs a supporting force capable of supporting the entire weight of the pedestrian, and if the supporting force is insufficient, the pedestrian can not maintain the upright state or fall down.

이때, 상기 mid-stance 단계에서 보행자의 발목에 충분한 지지력이 제공됨과 동시에 보행자의 발의 선단이 종아리와 가깝도록 발목이 서서히 회전하고 유각기가 진행되는 왼발이 전방으로 스윙하여 도 1(c)에 도시된 terminal stace 단계가 수행되면 보행자는 전방으로 보행이 가능할 수 있다.At this time, in the mid-stance phase, sufficient support force is provided to the ankle of the pedestrian, and at the same time, the ankle slowly rotates so that the tip of the foot of the pedestrian approaches the calf, and the left foot, When the terminal stace step is performed, the pedestrian can walk forward.

이후, 유각기가 진행되던 왼쪽 발의 후단이 지면에 접촉하여 하중을 지지하기 시작하면서, 오른발의 족저면의 선단이 이격되기 시작하는 도 1(d)에 도시된 pre-swing 단계가 수행될 수 있다.Thereafter, the pre-swing step shown in FIG. 1 (d) in which the tip of the plantar surface of the right foot starts to be separated while the rear end of the left foot is in contact with the ground and starts to support the load .

도 2는 도 1의 보행주기에 따른 발목에 제공되는 보조력의 패턴을 도시한다. 보조력은 보행자가 입각기를 수행하는 과정에서 발목관절에서 요구되는 힘을 의미한다.Fig. 2 shows a pattern of an assist force provided to the ankle according to the walking cycle of Fig. Auxiliary force refers to the force required at the ankle joint in the process of pedestrians performing stance.

구체적으로, 도 2를 참조하면 loading Response 단계인 (a)단계가 시작되는 순간 보행자의 족저면의 후단이 지면에 접촉하면서 보행자의 족저면에 보행자의 체중이 인가되기 시작하면서 발목 관절에도 보조력이 요구된다.Specifically, referring to FIG. 2, as the loading reaction step (a) starts, the rear end of the pedestrian's foot is brought into contact with the ground and the pedestrian's weight is applied to the foot of the pedestrian, Is required.

이후, mid-stance 단계인 (b) 단계 및 terminal stace 단계인 (c) 단계가 수행되면, 보행자의 족저면은 전체가 지면에 접촉하기 때문에 보행자의 체중의 거의 전부가 mid-stance 단계 및 terminal stace인 하지의 발목에 가해지게 되어 발목에 요구되는 보조력의 크기가 최대가 된다.When the step of step (b), which is the mid-stance stage, and step (c), which is the terminal stance step, are performed, since the entire footprint of the pedestrian touches the ground, almost all of the pedestrian's body weight is in the mid- It is applied to the ankle of the inferior limb and the assist force required for the ankle is maximized.

mid-stance 단계인 (b) 단계 및 terminal stace 단계인 (c) 단계에서는 보행자는 전방으로 이동하기 위해 하중을 지지하는 힘과 더불어 지면을 미는 힘이 요구되므로 발목에 요구되는 보조력의 크기는 최대가 될 수 있다.In step (b), which is the mid-stance stage, and step (c), which is the terminal stance stage, the force required to push the ground along with the force for supporting the load to move forward is required. .

마지막으로, pre-swing 단계인 (d) 단계는 족저면이 지면에서 분리되기 시작하므로 발목에 요구되는 보조력이 빠르게 감소될 수 있고 유각기(sp)에서는 발목이 자유롭게 움직여도 되므로 요구되는 보조력의 크기는 0이 될 수 있다.Finally, the pre-swing step (d) starts to separate the plantar surface from the ground, so that the assist force required for the ankle can be rapidly reduced. The size can be zero.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 보행주기는 정상인의 보행을 기준으로 하였으므로, 발목 관절의 힘이 부족한 환자 또는 노인의 경우에는 정상적인 보행을 위하여 인위적으로 발목관절의 보조력을 제공해야 함을 의미하며, 발목관절의 인위적인 보조력을 제공하기 위해서는 발목보조장치가 필요함을 의미한다.Since the walking cycle described with reference to Figs. 1 and 2 is based on the walking of a normal person, it means that an assisted ankle joint should be provided artificially for the normal walking in the case of the patient or the elderly who lacks the strength of the ankle joint , Ankle assistance is needed to provide an artificial ankle assist force.

또한, 발목에 보조력을 제공하기 위한 발목보조장치가 보행자의 보행주기에 따라 발목 관절에 보조력을 제공하는 경우 발목 관절의 힘이 충분하지 않은 보행자의 정상적인 보행을 가능하게 하지만, 보행자의 동작 의도가 변경되거나, 예상치 못하는 돌발 상황에서 동일한 보조력을 제공하는 경우 보행자는 오히려 신체적인 고통을 느끼거나 위험에 처할 수 있다. 따라서, 보행자의 정상적인 보행을 가능하도록 보행자의 발목 관절에 충분한 보조력을 제공함과 동시에 보행자의 동작 의도에 따라 유연하게 보조력 제공을 중단 또는 변경이 가능한 발목보조장치가 요구된다. 이하에서는 본 발명에 따른 발목보조장치에 대하여 설명한다.In addition, when the ankle assist device for providing an assist force to the ankle provides an assist force to the ankle joint according to the walking cycle of the pedestrian, the normal walking of the pedestrian without the force of the ankle joint is enabled. However, Pedestrians may experience physical pain or be at risk if they change or provide the same assistance force in unanticipated incidents. Accordingly, an ankle assist device capable of providing a sufficient assist force to the ankle joint of the pedestrian so as to allow the walker to perform a normal walk and capable of stopping or changing the assist force flexibly according to the motion intention of the pedestrian is required. Hereinafter, an ankle assisting apparatus according to the present invention will be described.

도 3은 본 발명에 따른 발목보조장치의 하나의 실시예를 도시하며, 도 4는 도 3에 도시된 발목보조장치의 보조력 전달구조를 도시한다.Fig. 3 shows one embodiment of an ankle assisting device according to the present invention, and Fig. 4 shows an auxiliary force transmitting structure of the ankle assisting device shown in Fig.

본 발명에 따른 발목보조장치(200)는 보행자의 하퇴부(종아리)를 지지하는 하퇴지지부(210)와, 보행자의 족부(발)를 지지하며 상기 하퇴지지부(210)와 힌지 결합되는 족지지부(220)와, 상기 족지지부가 상기 하퇴지지부에서 전개되는 방향으로 선택적으로 구보조력을 제공하는 구동유닛(230)과, 상기 족지지부가 상기 하퇴지지부에서 전개된 경우 상기 족지지부를 반대방향으로 복원시키기 위한 복원력을 제공하는 복원유닛(240)을 포함하고, 보행자의 보행주기 또는 동작의도에 따라 상기 구동유닛(230)을 제어하는 제어부(250)을 더 포함할 수 있다.An ankle assisting apparatus 200 according to the present invention includes a lower supporting portion 210 for supporting a leg of a pedestrian, a foot support portion 220 for supporting a foot of a pedestrian and hinged to the lower supporting portion 210, A driving unit 230 for selectively providing a tilting assist in a direction in which the foot support part is deployed in the lower support part, and a driving unit 230 for restoring the foot support part in the opposite direction when the foot support part is deployed in the lower support part. The control unit 250 may include a restoring unit 240 for providing restoring force and may control the driving unit 230 according to a walking period or an intention of the pedestrian.

상기 하퇴지지부(210)는 하퇴의 후방를 감싸기 위한 적어도 1개의 하퇴커버부재(211)와, 상기 하퇴커버부재(211)의 측면에 연결되는 하퇴지지부재(212)를 구비할 수 있다. The lower support 210 may include at least one lower cover member 211 for covering the rear of the lower part and a lower support member 212 connected to the side of the lower cover member 211.

한편, 하퇴지지부(210)는 상기 하퇴커버부재(211)의 상부에 구비되어 후술하는 하체보조로봇에 결합될 수 있는 슬관절 결합부(213)를 더 포함할 수 있다. The lower supporting part 210 may further include a knee joint part 213 provided on the lower cover member 211 to be coupled to a lower body supporting robot to be described later.

본 발명에 따른 발목보조장치(200)는 발목 관절이 마비된 경우 또는 힘이 부족한 경우에 발목 관절의 힘을 보조하기 위하여 착용할 수 있는 장치로서, 고관절 또는 슬관절이 정상인 사용자는 본 발명에 따른 발목보조장치를 단독으로 착용하여 사용할 수 있으나, 필요에 따라 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명하는 하체보조로봇에 장착되어 사용될 수 있다.The ankle assist device 200 according to the present invention is an apparatus that can be worn to assist the ankle joint force when the ankle joint is paralyzed or when the force is insufficient. The auxiliary device can be used by itself, but it can be used by being attached to the lower body supporting robot described with reference to Figs. 7 to 9 as necessary.

도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 발목보조장치를 설명한다.3 and 4, an ankle assist device according to the present invention will be described.

상기 하퇴지지부(210)를 구성하는 하퇴커버부재(211)는 보행자의 하퇴의 후방을 감쌀 뿐만 아니라 측면을 지지할 수 있도록 'c'자형으로 구비될 수 있고, 전방이 개방되어 구성될 수 있다.따라서, 상기 하퇴커버부재(211)의 전방으로 보행자의 하퇴가 수용될 수 있고, 상기 하퇴커버부재(211)는 보행자의 하퇴(종아리 등)에 밴드 등의 방식으로 고정될 수 있다.The lower cover member 211 constituting the lower support part 210 may be formed in a 'c' shape so as to cover the rear side of the lower part of the pedestrian, Therefore, the lower part of the pedestrian can be accommodated in front of the lower cover member 211, and the lower cover member 211 can be fixed to the lower part of the pedestrian (such as a calf) by a band or the like.

상기 하퇴커버부재(211)는 보행자의 슬관절 하부에 결합되는 제1 하퇴커버부재(211a)와 보행자의 발목관절의 상부에 결합되는 제2 하퇴커버부재(211b)를 포함할 수 있으며, 하퇴커버부재의 개수는 증감이 가능하다.The lower cover member 211 may include a first lower cover member 211a coupled to the lower portion of the knee joint of the pedestrian and a second lower cover member 211b coupled to an upper portion of the ankle joint of the pedestrian, Can be increased or decreased.

상기 하퇴지지부재(212)는 상기 하퇴커버부재(211)의 양측에 구비될 수도 있으나, 도시된 것과 같이 일측에만 구비될 수도 있으며, 보행자의 하퇴의 길이방향과 나란하게 구성될 수 있다.상기 하퇴지지부재(211)는 보행자가 보행시 보행자의 하퇴를 지지함과 동시에 자연스럽게 안내할 수 있다.The lower support member 212 may be provided on both sides of the lower cover member 211. However, the lower support member 212 may be provided on only one side of the lower cover member 211 and may be parallel to the longitudinal direction of the lower leg of the pedestrian. The support member 211 can naturally guide the pedestrian while supporting the back of the pedestrian when walking.

상기 족지지부(220)는 발의 후방을 감싸는 적어도 1개의 족커버부재(221)와 발의 저면을 감싸며 상기 족커버부재의 측면과 연결되는 족지지부재(222)와, 상기 족커버부재(221)의 후방에 구비되어 상기 구동유닛(230)에서 제공되는 동력이 전달되는 후방결합부(223) 등을 포함하여 구성될 수 있다.The foot support unit 220 includes at least one foot cover member 221 that surrounds the foot of the foot, a foot support member 222 that surrounds the bottom surface of the foot and is connected to a side surface of the foot cover member, And a rear coupling unit 223 provided at the rear of the driving unit 230 to transmit the power provided by the driving unit 230. [

물론, 상기 후방결합부(223)가 생략되고 상기 구동유닛(230)에서 제공되는 동력이 상기 족커버부재(221)에 직접 전달되도록 구성할 수도 있다.Of course, the rear coupling portion 223 may be omitted, and the power provided by the driving unit 230 may be directly transmitted to the base cover member 221. [

상기 족커버부재(221)는 보행자의 발의 후방 또는 발꿈치와 밀착된 상태로 감쌀 수 있도록 'c'자형으로 구성될 수 있으며, 상기 족지지부재(222)는 상기 족커버부재(221)의 측면 및 하부에 결합되도록 절곡되어 보행자의 족저면과 접촉 또는 지지하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 족지지부재(222)는 발꿈치의 측면을 지지하는 부분(222a)과 족저면을 지지하는 부분(222b)으로 절곡되어 구분될 수 있다.The foot support member 222 may be formed in a shape of 'c' so that the foot cover member 221 can be wrapped around the pedestrian's foot or the heel, And may be configured to be bent or coupled to the lower portion so as to contact or support the plantar surface of the pedestrian. That is, the foot support member 222 may be bent and divided into a portion 222a supporting the side surface of the heel and a portion 222b supporting the plantar surface.

상기 족커버부재(221)와 상기 족지지부재(222)는 보행자의 발의 후단, 측면, 하부 등 3면을 감싸도록 구비되고, 발의 전방 상부 등은 벨트 등으로 고정되면, 유각기 중인 보행자의 발이 족지지부(220)에서 이탈하는 것을 방지하고 보행자의 발을 안정적으로 지지할 수 있다.The foot cover member 221 and the foot support member 222 are provided so as to enclose three sides of the pedestrian's foot, side, and bottom. When the front upper part of the foot is fixed by a belt or the like, It is possible to prevent the foot from being separated from the foot support portion 220 and stably support the foot of the pedestrian.

한편, 상기 하퇴지지부(210)와 상기 족지지부(220)는 힌지 결합되어 발목 관절의 움직임에 따라 족지지부(220)가 상기 하퇴지지부(210)에 대하여 회전될 수 있도록 구성될 수 있다.The lower support 210 and the foot support 220 may be hinged to allow the foot support 220 to be rotated relative to the lower support 210 as the ankle joint moves.

상기 하퇴지지부(210)의 하단과 상기 족지지부(220)의 상단이 직접 힌지 결합될 수도 있으나, 상기 하퇴지지부(210)와 상기 족지지부(220)의 힌지 결합부위의강성을 보강하기 위한 힌지결합부(260)를 더 포함할 수 있다.The lower end of the lower support part 210 and the upper end of the foot support part 220 may be directly hinged to each other. However, the hinge support part 210 and the foot support part 220 may be hinge- (260).

상기 힌지결합부(260)은 보행자의 발목에 대응되는 부분으로서, 상기 하퇴지지부(210)와 상기 족지지부(220)가 보행자의 하퇴 및 발목, 족저면에 장착되어 보행자의 보행을 보조할 수 있도록 구성될 수 있다.The hinge coupling part 260 is a part corresponding to the ankle of the pedestrian so that the lower support part 210 and the foot support part 220 are mounted on the lower part of the pedestrian and the ankle or the pedestal surface to assist the walking of the pedestrian Lt; / RTI >

상기 힌지결합부(260)로 상기 하퇴지지부(210)의 상기 하퇴지지부재(212) 및 상기 족지지부(220)의 족지지부재(222)는 보행자의 하퇴 및 발의 내측을 지지하도록 상호 연결되어 구비될 수 있고, 상기 하퇴지지부재(212)와 상기 족지지부재(222)는 보행자의 발목과 대응되는 부분에서 회전가능 하도록 구성될 수 있다.The lower support member 212 and the foot support members 222 of the foot support unit 220 of the lower support unit 210 are coupled to the hinge joint unit 260 to support the inner side of the pedestrian's foot and foot, And the lower support member 212 and the foot support member 222 may be configured to be rotatable at a portion corresponding to the ankle of the pedestrian.

따라서, 보행자의 보행에 따라 발의 선단이 종아리에 가까워지거나 멀어지도록 회전하게 되면 상기 족지지부재(222)는 상기 하퇴지지부재(212)와 가까워지거나 멀어지도록 회전될 수 있다.Therefore, when the foot tip is rotated toward or away from the calf according to the walking of the pedestrian, the foot support member 222 can be rotated so as to be closer to or away from the lower support member 212.

본 발명에 따른 발목보조장치(200)의 상기 구동유닛(230)은 상기 제어부(250)에 의해 제어되어 족지지부재(222)를 상기 하퇴지지부재(212)를 회전시키는 보조력을 제공하여 보행자의 발목에 필요한 보조력을 제공할 수 있다.The driving unit 230 of the ankle assist device 200 according to the present invention is controlled by the control unit 250 to provide the ankle supporting member 222 with an assist force for rotating the rear supporting member 212, It is possible to provide an assist force necessary for the ankle of the user.

본 발명에 따른 발목보조장치(200)는 발목 관절에 보조력을 제공하기 위한 구동유닛(230)을 구비할 수 있다.The ankle assist device 200 according to the present invention may include a driving unit 230 for providing an assist force to the ankle joint.

상기 구동유닛(230)은 상기 구동유닛은 상기 족지지부(220)의 후단에 연결되어 족지지부의 후단을 견인하기 위한 견인 와이어(231) 및 상기 견인 와이어(231)를 권취할 수 있는 구동모터(232)를 포함할 수 있다.. The driving unit 230 includes a driving wire 231 connected to the rear end of the foot support 220 for pulling the rear end of the foot support and a driving motor 231 for winding the pull wire 231 232 < / RTI >

즉, 본 발명에 따른 발목보조장치는 견인 와이어를 통해 족지지부(220)의 후단을 견인하는 방법으로 발목 관절의 보조력을 제공할 수 있다.That is, the ankle assist device according to the present invention can provide an assist force of the ankle joint by pulling the rear end of the foot support portion 220 through the pull wire.

즉, 보행자의 특정 발의 입각기가 시작되면, 구동모터(232)를 구동시켜 견인 와이어(231)를 견인하여 발목 관절이 전개되는 방향으로 보조력을 제공할 수있다.That is, when the stance of the specific foot of the pedestrian starts, the driving motor 232 is driven to pull the traction wire 231 to provide an assist force in the direction in which the ankle joint is developed.

상기 구동유닛(230)은 와이어를 권취할 수 있는 롤러(r)와 롤러(r)의 축에 연결되어 롤러를 회전시키는 구동모터(232)가 포함될 수 있고, 이러한 롤러(r)와 구동모터(232)는 보행자의 슬관절 보다 상부 위치에 장착되는 것이 바람직하다.The drive unit 230 may include a roller r for winding the wire and a drive motor 232 connected to the shaft of the roller r to rotate the roller, 232 are preferably mounted at an upper position than the knee joint of the pedestrian.

예를 들면, 본 발명에 따른 발목보조장치(200)가 단독으로 사용되는 경우에는 구동모터, 배터리, 롤러 및 제어부를 포함하는 컨트롤러를 힙섹 등의 형태로 패키지화하여 사용자의 허리 또는 엉덩이 부근에 착용하도록 하는 방법이 사용될 수 있다.For example, when the ankle assist device 200 according to the present invention is used alone, the controller including the driving motor, the battery, the roller, and the controller may be packaged in the form of a hip or the like so as to be worn near the user's waist or hip May be used.

상기 구동모터(232) 등이 발목 관절 또는 슬관절 등에 장착되면, 유각기에서 상기 구동모터(232) 등의 자체 하중에 의하여 사용자가 무게를 느끼고, 하퇴 이하 영역의 무게가 늘어나 발목 관절을 구동하기 위하여 요구되는 보조력 역시 증가될 수 있기 때문이다.When the driving motor 232 or the like is mounted on an ankle joint or a knee joint, etc., the user feels the weight due to the self-load of the driving motor 232 or the like in the swinging unit, The required auxiliary power can also be increased.

따라서, 본 발명에 따른 발목보조장치는 상기 구동모터(232)를 슬관절 보다 높은 위치에 구비하여 보행주기 상에서 상기 구동모터(232)가 부하로 작용하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the ankle assist device according to the present invention can prevent the drive motor 232 from acting as a load on the gait cycle by providing the drive motor 232 at a higher position than the knee joint.

상기 견인 와이어(231)는 보우든 케이블(Bowden-cable)로 구비되어 케이블의 견인 또는 이완시 케이블에 의하여 신체의 일부가 쓸리거나 마찰되지 않고, 상기 구동모터(232)에서 전달되는 보조력이 상기 족지지부(220)에 정확히 전달될 수 있도록 할 수 있다.The pulling wire 231 is provided as a Bowden-cable so that when the cable is pulled or loosened, a part of the body is not worn or rubbed by the cable, and an auxiliary force transmitted from the driving motor 232 So that it can be accurately transmitted to the foot support 220.

한편, 본 발명에 따른 발목보조장치(200)는 상기 구동모터(232)에서 출력된 보조력이 점진적으로 또는 자체 완충되어 전달되도록 탄성부(233)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the ankle assist device 200 according to the present invention may further include an elastic portion 233 to gradually or automatically transmit the assist force output from the driving motor 232.

상기 탄성부(233)는 코일 스프링으로 구비될 수 있으며, 상기 견인 와이어(231)의 장력을 탄성한계 내에서 버틸 수 있을 정도의 강성을 갖는 것으로 선택될 수 있다. 상기 탄성부(233)는 상기 견인 와이어(231)의 말단에 구비되거나, 상기 구동모터(232)에 직접적으로 연결되거나, 상기 족지지부(220)에 장착되는 방법이 사용될 수 있다.The elastic portion 233 may be formed of a coil spring and may be selected to have a rigidity such that the tension of the pulling wire 231 can be held within the elastic limit. The elastic part 233 may be provided at the end of the pulling wire 231 or may be directly connected to the driving motor 232 or mounted on the foot support 220.

따라서, 상기 구동모터(232)가 상기 견인 와이어를 감아 상기 족지지부(220)에 인장력을 가하게 되면 상기 탄성부(233)는 보조력의 일부를 흡수하여 일정 수준으로 늘어난 뒤, 보조력 전체를 상기 견인 와이어(231)에 전달하여, 구동유닛(230)의 보조력 충격을 완충할 수 있다.Accordingly, when the driving motor 232 applies the tensile force to the foot support portion 220 by winding the pull wire, the elastic portion 233 absorbs a part of the assist force to be stretched to a certain level, To the pulling wire 231, so that the auxiliary force shock of the drive unit 230 can be buffered.

또한, 상기 구동모터(232)가 상기 견인 와이어를 풀어 상기 족지지부(220)에 가한 인장력을 제거하면, 상기 탄성부(233)는 흡수한 보조력의 일부를 발목 관절의 회전 복원력으로 사용될 수 있도록 구성할 수도 있다.When the driving motor 232 removes the pulling force applied to the foot support 220 by releasing the pulling wire, the elastic part 233 can be used as part of the assist force absorbed by the driving motor 232 as rotation restoring force of the ankle joint .

따라서, 견인 와이이어와 탄성부를 조합하여, 상기 구동모터(232)에서 발생된 보조력이 보행자에 발목에 즉각적으로 전달되는 것이 아니라, 일정수준 지연, 완충하여 전달하게 될 수 있고, 근육과 같은 점탄성이 구비되는 효과를 도출할 수 있다.Therefore, by combining the traction wire and the elastic portion, the auxiliary force generated by the driving motor 232 can be transmitted to the ankle not to be instantly transmitted to the ankle but to be delayed and buffered to a certain level, It is possible to obtain the effect of being provided.

따라서, 보행자가 상기 구동모터(232)를 통해 보조력을 제공받더라도 이질감을 느끼지 않고 자연스러운 보행이 가능하다.Therefore, even if the pedestrian is supplied with an auxiliary force through the driving motor 232, it is possible to naturally walk without feeling a sense of heterogeneity.

한편, 상기 구동모터(232)는 견인 와이어(231)를 권취하는 방식으로 상기 족지지부(220)를 회전시키는 구조이므로, 상기 견인 와이어(231)를 권취하여 감을 때는 상기 구동모터(232)의 보조력이 상기 족지지부(220)에 효과적으로 전달될 수 있으나, 상기 구동모터의 작동이 중단되는 경우 발목 관절에 보조력 제공이 필요하지 않은 상태이므로, 견인 와이어의 견인에 의하여 전개된 발목 관절을 원래의 위치로 복원할 필요가 있다.The driving motor 232 is configured to rotate the foot support 220 in a manner that the drawing wire 231 is wound on the driving motor 232. Therefore, when the drawing wire 231 is wound and wound, The ankle joint 220 can be effectively transmitted to the foot support 220 but it is not necessary to provide an assist force to the ankle joint when the operation of the driving motor is interrupted. You need to restore to the location.

따라서, 본 발명에 따른 발목지지장치(200)는 상기 족지지부(220)가 상기 하퇴지지부(210)에서 전개된 경우 상기 족지지부(220)를 반대방향으로 복원시키기 위한 복원력을 제공하는 복원유닛(240)을 구비할 수 있다.Accordingly, the ankle supporting apparatus 200 according to the present invention includes a restoring unit 210 for providing a restoring force for restoring the foot support unit 220 in the opposite direction when the foot support unit 220 is deployed from the lower support unit 210 240 may be provided.

상기 복원유닛(240)은 상기 하퇴지지부(210)와 상기 족지지부(220)를 연결하는 코일스프링으로 구성될 수 있다.The restoring unit 240 may include a coil spring that connects the foot support unit 210 and the foot support unit 220.

상기 복원유닛(240)은 구동유닛(230)의 보조력 제공이 중단된 경우 발목 관절의 각도를 원래의 각도가 되도록 복원할 수 있다.The restoration unit 240 may restore the angle of the ankle joint to an original angle when the assist force of the drive unit 230 is interrupted.

따라서, 상기 견인 와이어(231)가 상기 구동모터(232)에 의하여 감겨지면 상기 복원유닛(240)은 상기 구동모터(232)의 보조력으로 인해 늘어나게 되고, 상기 구동모터(232)의 보조력이 사라지면 상기 복원유닛(240)의 복원력에 의하여 발목 각도가 복원될 수 있다.Therefore, when the pulling wire 231 is wound by the driving motor 232, the restoring unit 240 is stretched due to the assist force of the driving motor 232, and the auxiliary force of the driving motor 232 The ankle angle can be restored by the restoring force of the restoration unit 240. FIG.

상기 복원유닛(240)은 상기 견인 와이어(231)와 간섭되지 않고 신장 또는 수축될 수 있도록 상기 하퇴지지부(210)와 상기 족지지부(220)에 연결될 수 있다.The restoring unit 240 may be connected to the lower supporting part 210 and the foot support part 220 so that the restoring unit 240 can be stretched or contracted without interfering with the pulling wire 231.

한편, 상기 발목보조장치(200)는 상기 견인 와이어(231)에 제공되는 장력을 측정하기 위한 장력센서(236)와, 상기 족저면에 가해지는 족저압 또는 지면 반력을 측정하기 위한 족저압감지센서(224)를 더 포함할 수 있다.The ankle assist device 200 includes a tension sensor 236 for measuring the tension applied to the traction wire 231, a foot low pressure sensor for measuring a foot low pressure or a ground reaction force applied to the foot, (224).

상기 장력센서(236)은 상기 구동유닛(230)에서 제공되는 보조력의 크기를 보행 주기에 따라 제어하기 위한 판단자료로 사용되는 견인 와이어(231)의 장력을 측정하기 위하여 구비될 수 있다.The tension sensor 236 may be provided to measure the tension of the pulling wire 231 used as a judgment data for controlling the size of the assisting force provided by the driving unit 230 according to a walking cycle.

도 3에 도시된 실시예에서는 견인 와이어가 구동모터(234) 측에 직접 연결되는 구조이므로, 상기 장력센서(236)은 상기 족지지부(220)의 후단 등에 장착될 수 있다.3, the tension sensor 236 may be mounted on the rear end of the foot support 220 or the like, since the tension wire is directly connected to the drive motor 234 side.

또한, 족저면에는 적어도 1개의 족저압감지센서(224)가 구비되어 족저면의 영역별 족저압 또는 지면 반력을 측정하여 도 1 등을 참조하여 설명한 보행주기를 판단하는 자료로 사용될 수 있다.In addition, at least one foot low pressure sensor 224 may be provided on the plantar surface to measure the foot low pressure or floor reaction force of each foot of the plantar surface to determine the walking period described with reference to FIG.

도 3에 도시된 실시예에서, 상기 족지지부(220)의 저면에 3개의 제1 족저압감지센서(224a) 내지 제3 족저압감지센서(224c)가 족저면의 길이방향으로 분산되어 장착되므로, 각각의 족저압감지센서의 압력 변화에 따라 해당 발이 입각기가 시작되었는지, 족저면 전체가 지면과 접촉되었는지 또는 입각기가 끝나가는지 등의 보행 주기를 판단할 수 있고, 이와 같은 정보를 통해 제어부를 통해 상기 구동유닛에서 제공되는 발목 관절의 보조력을 제어할 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 3, three first-zone low-pressure detection sensors 224a to third-group low-pressure detection sensors 224c are mounted on the bottom surface of the foot support 220 in the longitudinal direction of the plantar surface , It is possible to determine a walking cycle, such as whether the foot of the foot has started, whether the entire foot is in contact with the ground, or whether the foot is over according to the pressure change of each foot pressure sensor. The assist force of the ankle joint provided in the driving unit can be controlled.

또한 도 3에 도시된 실시예에서는 도시되지 않았으나, 가속도 센서(미도시) 또는 거리측정센서 등을 더 구비하여 보행 주기 또는 보행 속도 등의 판단에 대한 더욱 정교한 자료를 수집할 수 있다.Further, although not shown in the embodiment shown in FIG. 3, an acceleration sensor (not shown) or a distance measuring sensor may be further provided to collect more accurate data on the determination of the walking cycle or the walking speed.

도 5는 본 발명에 따른 발목보조장치의 다른 실시예를 도시하며, 도 6은 도 5에 도시된 발목보조장치의 다른 실시예의 보조력전달구조를 도시한다. 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 설명과 중복된 설명은 생략한다.Fig. 5 shows another embodiment of an ankle assisting device according to the present invention, and Fig. 6 shows an auxiliary force transmitting structure of another embodiment of the ankle assisting device shown in Fig. The description with reference to FIGS. 3 and 4 will be omitted.

도 5와 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 발목보조장치(200)의 상기 구동모터(232)는 상기 견인 와이어(231)를 직접 견인하지 않고 구동모터(232)에 연결되는 구동 와이어(234)를 매개로 견인하며, 구동 와이어(234)와 견인 와이어(231)의 연결 부위에 움직 도르레(235)를 구비한다는 차이점이 있다.5 and 6, the driving motor 232 of the ankle assist device 200 according to the present invention includes a driving wire 234 connected to the driving motor 232 without directly pulling the pulling wire 231 And a moving pulley 235 is provided at a connecting portion between the driving wire 234 and the traction wire 231. [

즉, 상기 구동모터(232)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 견인 와이어(231)를 직접 권취하여 상기 족지지부(210)를 전개시키는 것이 아니라, 상기 구동 와이어(234)를 권취하여, 구동 와이어(234)와 연결된 견인 와이어(231)를 간접적으로 견인하여 상기 족지지부(210)를 회전시키도록 구성될 수 있다.3, the drive motor 232 may be configured such that the drive wire 234 is wound not by deploying the foot support 210 by directly winding the draw wire 231, The pulling wire 231 may be indirectly pulled to rotate the foot support 210 by pulling the pulling wire 231 connected to the hook 234.

구체적으로, 상기 구동 와이어(234)의 일단은 상기 구동모터(232)에 연결되고 상기 구동 와이어(234)의 타단은 하퇴지지부(210), 구체적으로는 하퇴지지부(210)를 구성하는 하퇴지지커버(211) 중 하나에 연결되어 구성될 수 있다.One end of the driving wire 234 is connected to the driving motor 232 and the other end of the driving wire 234 is connected to a lower supporting portion 210, (Not shown).

상기 구동 와이어(234)의 상기 일단과 타단 사이에는 움직 도르레(235)가 구비될 수 있다. 상기 움직 도르레(235)는 상기 구동 와이어(234)와 연결되어 상기 구동 와이어(234)의 권취시 상부 또는 하부로 이동하며 상기 견인 와이어(231)를 간접적으로 견인할 수 있다.A moving pulley 235 may be provided between the one end and the other end of the driving wire 234. The moving pulley 235 is connected to the driving wire 234 to move upward or downward when the driving wire 234 is wound and can indirectly pull the tow wire 231.

따라서, 도 3에 도시된 실시예와 달리, 1/2 * F 크기의 장력으로 구동 와이어(234)를 견인하면 족지지부(220)는 F 크기의 힘이 전달될 수 있으므로 모터의 소형화 등이 가능하다. 환언하면, 상기 견인 와이어(231)를 통해 상기 족지지부(210)에 F 만큼의 보조력 제공이 필요한 경우 상기 구동모터(232)는 1/2 * F 크기로 구동 와이어(234)를 견인하면 된다.3, if the driving wire 234 is pulled with a tension of 1/2 * F size, the foot support part 220 can be transmitted with an F-size force, so that the motor can be downsized, etc. Do. In other words, if it is necessary to provide auxiliary force to the foot support 210 through the pulling wire 231, the driving motor 232 may pull the driving wire 234 at a size of 1/2 * F .

또한, 구동모터의 용량 또는 크기를 줄이는 것은 배터리 등의 사용시간을 늘리고, 보행자의 신체에 장착하는 장비의 크기를 줄일 수 있음을 의미한다.In addition, reducing the capacity or size of the drive motor means increasing the use time of the battery or the like, and reducing the size of equipment mounted on the body of the pedestrian.

또한, 상기 구동모터(232)가 상기 구동 와이어(234)의 권취 길이가 견인 와이어(231)의 견인 길이의 반이 되므로 상기 제어부(250)가 상기 견인 와이어(231)를 더 정밀하게 제어할 수 있으므로, 더욱 정교한 모터 제어가 가능할 수 있음을 의미하고 감속기 등의 부속을 최소화할 수 있는 효과도 기대될 수 있다.In addition, since the driving motor 232 has a winding length of the driving wire 234 that is half the length of the traction wire 231, the control unit 250 can control the traction wire 231 more precisely Therefore, more sophisticated motor control can be achieved, and an effect of minimizing the number of components such as the speed reducer can be expected.

마찬가지로, 상기 장력센서(236)은 상기 구동 와이어(234)의 일단에 결합되어 상기 구동 와이어(234)에 가해지는 장력을 측정하도록 구성될 수 있다. Similarly, the tension sensor 236 may be configured to measure the tension applied to the driving wire 234 by being coupled to one end of the driving wire 234.

이 경우, 상기 장력센서(236)는 상기 움직 도르레(235)의 위치보다 높은 곳에 배치되도록 구성될 수 있다.In this case, the tension sensor 236 may be disposed at a position higher than the position of the movable pulley 235.

이하에서는, 본 발명에 따른 발목보조장치(200)에서 상기 제어부(250)가 상기 구동유닛(230)을 작동하는 방식을 설명한다. Hereinafter, the manner in which the control unit 250 operates the driving unit 230 in the ankle assist device 200 according to the present invention will be described.

상기 제어부(250)는 상기 족저압감지센서(224)에서 수집된 족저면의 족저압 또는 지면 반력 분포 또는 변화를 통해 보행자의 보행주기를 판단할 수 있고, 판단된 보행주기에 따라 보조력을 제공할 수 있으며, 상기 장력센서(236)를 통해 정확한 보조력이 상기 족지지부(210)에 전달되고 있는지를 판단할 수 있다.The control unit 250 can determine the walking cycle of the pedestrian through the distribution or change of the foot pressure or floor reaction force of the plantar surface collected by the foot low pressure sensor 224 and provides the auxiliary force according to the determined walking cycle And it is possible to determine whether the assist force is transmitted to the foot support 210 through the tension sensor 236.

그리고, 상기 족저압감지센서에서 감지된 압력 분포 또는 압력 변화가 상기 제어부에서 판단된 보행주기가 대응되지 않은 것으로 판단되면, 보행자의 동작의도가 변경된 것으로 판단할 수 있다.If it is determined that the pedestrian's pedestrian sensed by the pedestrian-low-pressure sensor does not correspond to the pedestrian-cycle determined by the controller, it can be determined that the pedestrian's intention is changed.

즉, 특정 발의 족저면의 압력 분포 또는 그 변화 추세를 통하여 해당 발이 입각기에 진입하였는지를 판단하고, 그에 따라 구동유닛을 구동하여 보조력을 제공할 수 있으나, 예상된 보행주기와 다른 움직임이 감지된 경우, 예를 들면, 제어부에 저장된 보행주기와 다른 패턴으로 압력 분포 또는 지면 반력이 감지되는 경우에는 사용자의 보행 의도, 즉 동작 의도가 변경된 것이라 판단될 수 있다.That is, it is possible to determine whether the foot has entered the stance base through the pressure distribution on the foot of a specific foot or the change trend thereof, and thereby, the driving unit can be driven to provide an auxiliary force. However, For example, when the pressure distribution or the ground reaction force is detected in a pattern different from the walking period stored in the control unit, it can be determined that the user's walking intention, that is, the intention of the operation is changed.

예를 들면, 특정 발의 족저면의 후단의 지면 반력 또는 압력이 측정되면 제어부는 입각기가 시작되었다고 판단되어 구동유닛에서 제공되는 보조력을 일정한 기울기로 최대값으로 제공하게 된다. 그러나 족저면 전체가 지면에 접촉한 상태에서 발꿈치 영역의 족저압 또는 지면 반력이 감소되지 않고 유지되는 경우, 상기 제어부는 보행자가 보행을 멈추고 직립한 상태라고 판단하여 구동유닛(230)의 구동을 멈추도록 제어할 수 있다.For example, when the ground reaction force or pressure at the foot of the specific foot is measured, the control unit determines that the stance is started, and provides the assist force provided by the drive unit at a maximum value at a constant slope. However, if the pedestrian's entire surface touches the ground and the pedestrian's low pressure or floor reaction force of the heel area is maintained without decreasing, the control unit determines that the pedestrian stops walking and stands upright and stops driving the drive unit 230 .

보행을 멈추고 서있는 사용자의 발목 관절을 전개하기 위하여 보조력을 제공하는 경우, 사용자가 불편함을 느끼거나 부상의 위험이 있으므로 즉시 구동유닛의 구동을 중단하는 것이 바람직하다.In the case where an assist force is provided for deploying the ankle joint of the user standing by stopping the walking, it is desirable to immediately stop the drive unit because the user feels discomfort or there is a risk of injury.

따라서, 이와 같은 경우, 본 발명에 따른 발목보조장치(200)의 제어부는 사용자의 동작의도 분석을 위한 자료, 센서의 감지 신호가 수집되기 전까지 대기할 수 있다.Accordingly, in this case, the controller of the ankle assist device 200 according to the present invention can wait until the detection signal of the sensor, the data for analyzing the user's operation intention, is collected.

이와 같은 상태에서, 다시 특정 발의 족저면의 발꿈치 영역의 족저압이 제거되는 것으로 판단되면, 다시 보행이 시작되어 해당 발이 입각기가 종료되는 시점에서의 보조력을 제공하도록 상기 구동유닛(230)을 제어할 수 있다.If it is determined that the pedestrian's foot pressure in the heel region of the particular foot has been removed again in this state, the driving unit 230 is controlled so as to provide an assist force at the time when the foot starts to walk again, can do.

즉, 상기 제어부(250)는 지속적으로 센서들에서 수집된 정보를 기초로 사용자의 동작 의도를 분석하여, 보행주기에 따른 보조력을 선택적으로 제공할 수 있고, 더 나아가 프로그래밍된 보행 주기와 다른 움직임이 감지되어도 그 움직임을 보조하는 방향으로 보조력을 제공하여 발목보조장치를 착용한 사용자가 기계적 저항 또는 기계적 임피던스를 거의 느끼지 않는 저저항 구동을 구현할 수 있다.That is, the controller 250 analyzes the intention of the user based on the information continuously collected from the sensors, selectively provides the assistance force according to the walking cycle, and furthermore, A user wearing the ankle assist device can realize a low resistance drive which hardly senses mechanical resistance or mechanical impedance by providing an assist force in a direction to assist the movement.

상기 제어부(250)는 보행자의 일반적인 보행주기 및 보행패턴이 저장될 수 있고, 상기 보행주기와 보행패턴에 따라 보행자 맞춤형 보조력을 제공할 수 있도록 구성될 수 있다.The control unit 250 may store a general walking period and a walking pattern of the pedestrian and may provide a pedestrian-assisted assist force according to the walking period and the walking pattern.

상기 제어부(250)는 보행주기에서 상기 입각기가 시작되어 입각기가 종료될 때까지 상기 구동유닛(230)을 제어하여 보행자의 발목에 보조력을 제공할 수 있도록 구성될 수 있다.The control unit 250 may be configured to control the driving unit 230 to provide an assist force to the ankle of the pedestrian until the stance starts and the stance is completed in a walking cycle.

따라서, 상기 제어부(250)는 상기 구동유닛(230)를 제어하여 입각기 중 보행자의 족저면의 후단이 지면과 접촉한 도 1의 (a)단계부터 보행자의 족저면의 선단이 지면과 접촉된 도 1의 (d)단계까지 보행자의 발목에 보조력을 제공할 수 있다. 다만, 요구되는 보조력의 크기는 전순한 바와 같이 가변될 수 있다.Accordingly, the control unit 250 controls the driving unit 230 so that the front end of the plantar surface of the pedestrian from the step (a) of FIG. 1 in which the rear end of the pedestrian's foot of the pedestrian contacts the ground, 1 (d), an assist force can be provided to the ankle of the pedestrian. However, the magnitude of the assist force required can be varied as in the above.

상기 제어부(250)는 상기 장력센서(233)에서 측정되는 장력과, 상기 구동모터(232)의 출력을 비교하고, 상기 족저압감지센서(224)에서 감지된 족저압 또는 지면반력, 가속도 센서에 의하여 측정되는 발의 가속도 또는 속도 등에 의하여 판단되는 보행주기를 종합적으로 고려하여, 각 시점에서 필요하다고 판단된 크기 만큼의 보조력을 제공하도록 상기 구동모터(232)를 제어할 수 있다.The control unit 250 compares the tension measured by the tension sensor 233 and the output of the driving motor 232 and compares the tension detected by the tension sensor 233 with the output of the foot low pressure or ground reaction force detected by the foot low pressure sensor 224, The driving motor 232 can be controlled to comprehensively consider the walking period determined by the acceleration or the speed of the foot measured by the driver, and to provide an assist force of a magnitude determined to be necessary at each point in time.

그리고, 본 발명에 따른 발목보조장치(200)는 독자적으로 보행자의 하퇴부 및 발에 장착되어 구비될 수 있으나, 대퇴부(고관절) 또는 하퇴부(슬관절)이 불편하거나 마비된 사용자를 위한 하체보조로봇과 같은 하체보조로봇 등에 결합되어 하체에 구비된 3가지 관절에 대한 보조력을 제공할 수 있는 형태로 사용될 수 있다. The ankle assist device 200 according to the present invention may be mounted on the legs and feet of the pedestrian independently. However, the ankle assist device 200 may be mounted on the legs and feet of the pedestrian independently, And can be used in a form coupled to the lower body supporting robot or the like so as to provide an auxiliary force to the three joints provided in the lower body.

이에 따라, 본 발명에 따른 발목보조장치(200)는 하체보조로봇에 착탈 가능하게 구비될 수 있다.Accordingly, the ankle assist device 200 according to the present invention can be detachably attached to the lower body supporting robot.

도 7은 종래 소개된 하체보조로봇의 예를 도시하며, 도 8은 본 발명에 따른 발목보조장치가 착용형 하체보조로봇에 착탈 가능하게 결합되는 구조를 도시하며, 도 9는 본 발명에 따른 발목보조장치가 장착된 하체보조로봇의 후면도를 도시한다.Fig. 7 shows an example of a conventional lower body supporting robot, Fig. 8 shows a structure in which the ankle assist device according to the present invention is detachably coupled to a wearable lower body supporting robot, Fig. Fig. 2 is a rear view of a lower body supporting robot equipped with an auxiliary device.

도 7에 도시된 종래 소개된 하체보조로봇(1000)은 착용자의 허리 부위에 배치되는 본체(500)와, 상기 본체(500)에서 아래로 연장되어 착용자의 각각의 다리를 지지하는 한 쌍의 다리 유닛(600l, 600r)을 포함할 수 있다. 7 has a main body 500 disposed at a waist portion of a wearer, a pair of legs extending downward from the main body 500 and supporting respective legs of the wearer, Units 600l and 600r.

여기서, 상기 다리 유닛(600l, 600r)은 고관절과 슬관절에 각각 구비되어 대퇴와 하퇴에 보조 토크를 제공하여 착용자의 독립 보행을 보조할 수 있다.Here, the leg units 600l and 600r are provided in the hip joint and the knee joint, respectively, to provide an assist torque to the femur and the lower leg, thereby assisting the independent walking of the wearer.

따라서, 각각의 다리 유닛(600l, 600r)의 고관절과 슬관절 대응영역에는 구동 토크 제공을 위한 구동장치가 구비될 수 있다. Therefore, a driving device for providing a driving torque may be provided in the hip and knee joint regions of the leg units 600l and 600r.

각각의 다리유닛은 관절구동기(100a, 100b)와, 각각 관절구동기(100a, 100b)에 연결되어 착용자의 대퇴와 하퇴를 지지 또는 보조하는 프레임부(410, 210') 그리고 하부 프레임부(210')과 연결되며 착용자의 발을 지지하는 족지지부(220')를 구비할 수 있다.Each of the leg units includes joint actuators 100a and 100b and frame members 410 and 210 'connected to the joint actuators 100a and 100b to support or support the wearer's femur and lower legs and a lower frame member 210' And a foot support part 220 'connected to the foot support part for supporting the foot of the wearer.

상기 관절구동기(100a, 100b)의 착용자의 고관절과 슬관절 관절부위에 각각 설치될 수 있으며, 제1 관절구동기(100a)가 설치되고, 다리의 무릎 부위에 제2 관절구동기(100b)가 설치될 수 있다.The first joint driver 100a and the second joint driver 100b may be installed on the wearer's hips and knee joints of the joint actuators 100a and 100b, have.

그리고, 각각의 프레임부(410, 210')에는 착용자의 대퇴부와 하퇴부를 프레임부(410, 210')에 고정하기 위한 착용부(420)를 구비할 수 있으며, 각각의 관절구동기에서 제공되는 보조력은 결국 착용부(420)를 통해 착용자의 대퇴 또는 하퇴에 전달되어 독립 보행을 보조하게 될 수 있다.Each of the frame parts 410 and 210 'may have a wear part 420 for fixing the thigh and the lower part of the wearer to the frame parts 410 and 210' The force is transmitted to the wearer's femur or lower leg through the wearer 420, thereby assisting the independent walking.

이러한 종래의 하체보조로봇의 경우 하퇴지지부(210') 또는 족지지부(220')는 단순히 착용자의 하퇴 또는 발을 고정하여 관절구동기의 구동에 의하여 하퇴와 발을 전체적으로 회전시키는 보조 동작만 가능하고, 발목 관절은 별도의 제어를 하지 못하였다.In such a conventional lower body supporting robot, the lower supporting portion 210 'or the foot supporting portion 220' is merely an assistant operation for fixing the lower part or the foot of the wearer to rotate the lower leg and the foot as a whole by driving the joint actuator, The ankle joints were not controlled separately.

그러나, 본 발명에 따른 발목보조장치(200)를 도 7에 도시된 하체보조로봇에 적용이 가능하다.However, the ankle assisting device 200 according to the present invention can be applied to the lower body supporting robot shown in Fig.

도 8을 참조하면, 본 발명 발목 보조장치(200)는 하체보조로봇(1000)의 하부, 구체적으로는 슬관절에 연결된 종래의 하퇴지지부(도 7의 210') 이하를 제거하여 장착할 수 있다.Referring to FIG. 8, the ankle assist device 200 of the present invention may be installed at a lower portion of the lower body supporting robot 1000, specifically, a conventional lower support portion 210 '(see FIG. 7) connected to the knee joint.

즉, 본 발명에 따른 발목보조장치(200)의 하퇴지지부(210)를 구성하는 슬관절 결합부(213)을 슬관절의 관절 구동기에 장착하여 종래와 마찬가지로 슬관절의 거동을 보조함과 동시에 발목 관절의 보조를 가능하게 할 수 있다.That is, the knee joint part 213 constituting the lower support part 210 of the ankle assist device 200 according to the present invention is attached to the joint actuator of the knee joint to assist the movement of the knee joint and to assist the ankle joint .

도 9는 본 발명에 따른 발목보조장치(200)가 장착된 하체보조로봇의 후면을 도시한다.FIG. 9 shows a rear surface of a lower body supporting robot to which the ankle assist device 200 according to the present invention is mounted.

도 9에 도시된 하체보조로봇(1000)는 도 7에 도시된 종래의 하체보조로봇에 도 5에 도시된 발목보조장치(200)를 각각의 하퇴 영역에 장착한 예를 도시한다.The lower body supporting robot 1000 shown in Fig. 9 shows an example in which the ankle assist device 200 shown in Fig. 5 is mounted on each of the lower leg regions of the conventional lower body supporting robot shown in Fig.

이와 같이, 발목보조장치를 각각 장착하고 발목보조장치(200)를 구성하는 보든 케이블 형태의 구동 와이어(234)를 본체(500)에 직접 연결하지 않고, 각각의 다리 유닛(600)의 구성요소를 경유하여 사용자의 허리에 위치하는 본체(500) 등에 연결하여 구동유닛을 본체(500)을 일체화시킬 수 있다.The driving wire 234 in the form of a Borden cable that constitutes the ankle assist device 200 is not directly connected to the main body 500 but the constituent elements of each leg unit 600 The main body 500 can be integrated by connecting the main body 500 and the like, which are located at the user's waist.

이와 같은 방법으로, 발목보조장치를 구성하는 구동유닛을 전체 하체보조로봇에 일체화시키고 제어부를 통합하여, 도 7에 도시된 종래의 로봇에 비해 로봇의 구성이 크게 복잡하지 않고, 하퇴부의 무게 증가를 최소화하면서도, 고관절, 슬관절 및 발목 관절의 보조를 위한 종합적인 솔루션을 제공할 수 있다.In this way, the driving unit constituting the ankle assist device is integrated with the entire lower body auxiliary robot, and the control unit is integrated, so that the configuration of the robot is not so complicated as compared with the conventional robot shown in Fig. 7, While providing a comprehensive solution for hip, knee and ankle assistance.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The present invention may be embodied in various forms without departing from the scope of the invention. Accordingly, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

10 하체보조로봇
200 발목보조장치
210 하퇴지지부
220 족지지부
230 구동유닛
240 복원유닛
250 제어부
260 힌지결합부10 Lower Body Assisted Robot
200 ankle assist device
210 lower support
220 footjob
230 drive unit
240 recovery unit
250 control unit
260 hinge coupling part

Claims

보행자의 발목을 지지하는 발목보조장치에 있어서,
보행자의 하퇴부를 지지하는 하퇴지지부;
보행자의 족부를 지지하며, 상기 하퇴지지부와 힌지 결합되는 족지지부;
상기 족지지부가 상기 하퇴지지부에서 전개되는 방향으로 선택적으로 보조력을 제공하는 구동유닛;
상기 족지지부가 상기 하퇴지지부에서 전개된 경우 상기 족지지부를 반대방향으로 복원시키기 위한 복원력을 제공하는 복원유닛; 및,
보행자의 보행주기 또는 동작의도에 따라 상기 구동유닛을 제어하는 제어부를 포함하는 발목보조장치.An ankle assistance device for supporting ankle of a pedestrian,
A lower support for supporting the lower part of the pedestrian;
A foot support portion supporting the foot portion of the pedestrian and hinged to the pedal support portion;
A driving unit selectively providing an auxiliary force in a direction in which the foot support part is deployed in the lower support part;
A restoring unit for providing a restoring force for restoring the foot support in the opposite direction when the foot support is deployed on the support member; And
And a control unit for controlling the drive unit according to the walking cycle or the degree of motion of the pedestrian.

제1항에 있어서,
상기 제어부는 보행주기 중 입각기인 보행자의 발목에 보조력을 제공하도록 상기 구동유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.The method according to claim 1,
Wherein the control unit controls the driving unit to provide an assist force to the ankle of the pedestrian, which is an erection point of the walking cycle.

제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 사용자의 족저면의 전체가 지면에 접촉되는 상태에서 보조력의 크기가 최대가 되도록 상기 구동유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.3. The method of claim 2,
Wherein the control unit controls the drive unit such that the assist force is maximized in a state in which the entire foot bottom of the user is in contact with the ground.

제1항에 있어서,
상기 구동유닛은 상기 족지지부의 후단에 연결되어 족지지부의 후단을 견인하기 위한 견인 와이어 및 상기 견인 와이어를 권취할 수 있는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.The method according to claim 1,
Wherein the driving unit includes a pulling wire connected to a rear end of the footrest for pulling the rear end of the footrest and a driving motor for winding the pulling wire.

제4항에 있어서,
상기 구동유닛의 구동모터는 보행자의 슬관절 보다 상부 위치에 장착되는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.5. The method of claim 4,
Wherein the driving motor of the driving unit is mounted at a position higher than the knee of the pedestrian.

제4항에 있어서,
상기 구동유닛은
상기 견인 와이어의 말단에 결합되는 탄성부을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.5. The method of claim 4,
The drive unit
And an elastic portion coupled to a distal end of the traction wire.

제5항에 있어서,
상기 구동모터는 구동모터에 연결되는 구동 와이어를 매개로 상기 견인 와이어를 견인하는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.6. The method of claim 5,
Wherein said drive motor draws said traction wire through a drive wire connected to a drive motor.

제7항에 있어서,
상기 구동 와이어의 일단은 상기 구동모터에 연결되고, 상기 구동 와이어의 타단은 하퇴지지부에 연결되며, 상기 구동 와이어의 상기 일단과 타단 사이에는 움직 도르레가 구비되고, 상기 움직 도르레에 상기 견인 와이어가 연결되는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.8. The method of claim 7,
Wherein one end of the driving wire is connected to the driving motor, the other end of the driving wire is connected to the lower supporting portion, the moving wire is provided between the one end and the other end of the driving wire, Wherein the ankle supporting device is an ankle supporting device.

제8항에 있어서,
상기 견인 와이어 또는 상기 구동 와이어에 인가되는 장력을 측정하기 위한 장력센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.9. The method of claim 8,
Further comprising a tension sensor for measuring a tension applied to the pulling wire or the driving wire.

제1항에 있어서,
상기 복원유닛은 상기 하퇴지지부와 상기 족지지부를 연결하는 코일스프링인 것을 특징을 하는 발목보조장치.The method according to claim 1,
Wherein the restoring unit is a coil spring connecting the lower supporting portion and the foot support portion.

제1항에 있어서,
상기 하퇴지지부는 하퇴의 후방를 감싸기 위한 적어도 1개의 하퇴커버부재와, 상기 하퇴커버부재의 측면에 연결되는 하퇴지지부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.The method according to claim 1,
Wherein the lower support portion comprises at least one lower cover member for wrapping the rear of the lower portion and a lower support member connected to a side of the lower cover member.

제11항에 있어서,
상기 족지지부는 발의 후방을 감싸는 적어도 1개의 족커버부재와 발의 저면을 감싸며 상기 족커버부재의 측면과 연결되는 족지지부재를 포함하며, 상기 족지지부재와 상기 하퇴지지부재는 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.12. The method of claim 11,
The foot support part includes at least one foot cover member that wraps around the foot of the foot and a foot support member that is connected to the side of the foot cover member to surround the bottom surface of the foot and the foot support member and the foot support member are hinge- Ankle assistance device.

제12에 있어서,
상기 하퇴지지부의 상기 하퇴지지부재 및 상기 족지지부의 족지지부재는 보행자의 하퇴 및 발의 내측을 지지하도록 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.13. The method according to claim 12,
And the foot support members of the foot support portion and the foot support members of the hip support portion are connected to each other so as to support the inside of the foot and foot of the pedestrian.

제11에 있어서,
상기 하퇴지지부의 하퇴지지부재는 보행자의 고관절 및 슬관절 중 적어도 하나의 관절에 보조력을 제공하는 착용형로봇의 슬관절에 구비되는 관절 구동기에 연결되는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.The method according to claim 11,
Wherein the lower support member of the lower support part is connected to a joint actuator provided on a knee of a wearable robot that provides an assist force to at least one joint of a hip joint and a knee joint of a pedestrian.

제1항에 있어서,
상기 족지지부는 상기 족저면의 압력을 감지하여 보행자의 보행상태와 보행주기를 감지하는 족저압감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.The method according to claim 1,
Wherein the foot support part further comprises a pedestal low pressure sensor for detecting a pedestrian's walking state and a walking cycle by sensing a pressure of the plantar surface.

제15항에 있어서,
상기 제어부는 상기 족저압감지센서에서 감지된 압력을 통해 보행주기를 판단하여 상기 구동유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.16. The method of claim 15,
Wherein the control unit controls the drive unit by determining a walking cycle based on the pressure sensed by the foot pressure sensor.

제15항에 있어서,
상기 족저압감지센서에서 감지된 족저압과 상기 제어부에서 판단된 보행주기가 대응되지 않은 것으로 판단되면, 보행자의 동작의도가 변경된 것으로 판단하여 상기 구동유닛의 구동을 중단하는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.16. The method of claim 15,
Wherein when the pedestrian's low pressure detected by the pedestrian's low pressure sensor and the pedestrian's cycle judged by the controller are not matched, it is determined that the intention of the pedestrian has changed, and the driving of the driving unit is stopped Device.

제17항에 있어서,
상기 제어부는 족저압감지센서에서 감지된 족저압을 기초로 구동유닛의 새로운 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 발목보조장치.18. The method of claim 17,
Wherein the controller generates a new control signal for the drive unit based on the foot pressure detected by the foot pedal pressure sensor.