KR101932755B1

KR101932755B1 - Elastic leg exoskeleton with adjustable stiffness device

Info

Publication number: KR101932755B1
Application number: KR1020170021029A
Authority: KR
Inventors: 김세영; 손영수
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2037-02-16
Also published as: KR20180094638A

Abstract

본 발명은 일체식 하지 강성 보조를 위한 가변 강성 방식의 착용형 보행 보조 시스템과 이를 이용한 보행 보조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하지 관절이 배굴되며 발생하는 에너지를 저장하여 보행을 보조할 수 있는 가변 강성 시스템과 이를 이용한 가변 강성 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wearable type walking assist system and a walking aiding device using the same, and more particularly, The present invention relates to a variable stiffness system and a variable stiffness apparatus using the same.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a legged exoskeleton with an adjustable stiffness device,

본 발명은, 일체식 하지 강성 보조를 위한 가변 강성 방식의 착용형 보행 보조 시스템과 이를 이용한 보행 보조 장치에 관한 것으로서, 인체의 보행이 Mass-Spring System으로 단순화될 수 있다는 점을 이용하여 하지관절(발목관절/무릎관절/골반관절) 전체의 강성을 보조할 수 있는 가변 강성 시스템(Adjustable Stiffness System)과, 이러한 가변 강성 시스템을 인체에 적합하게 적용한 가변강성 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wearable type walking assist system and a walking aiding apparatus using the same, which can be simplified to a mass-spring system, An adjustable stiffness system capable of assisting the whole stiffness of ankle / knee / pelvic joints, and a variable stiffness apparatus adapted to such a variable stiffness system to a human body.

일반적으로, 보행 보조 장치는 발목관절과, 무릎관절 중 어느 하나의 관절이 배굴되며 발생하는 힘을 저장한 후 보행 추진력으로 이용하는 방식이 널리 사용되고 있다.Generally, a walking assist device is widely used in which an articulated joint and a knee joint are dug and the generated force is stored and used as a walking propulsion force.

그러나, 상기와 같은 방법은 하나의 관절에서 발생하는 힘을 저장한 후 보행 추진력으로 사용하기 때문에, 배굴되는 관절부에 힘이 집중되어 보행자의 관절에 무리가 가는 문제점이 있었을 뿐만 아니라, 보행자의 공중동작 구간(swing phase)에서 보행자의 관절이 배굴되는 운동을 방해하여, 보행자의 공중동작을 불편하게 하는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 저장된 힘을 추진력을 얻기 위한 용도로만 사용하기 때문에 관절이 배굴된 상태에서 다리의 형태가 붕괴되지 않도록 펴는 힘을 보조할 수 없었다.However, since the above-mentioned method uses the force generated from one joint and then uses it as a walking propulsion force, there is a problem that the force is concentrated on the joint part to be dug and the joint of the pedestrian becomes difficult, In addition, there is a problem that the movement of the pedestrian's joint is disturbed in the swing phase, which makes the pedestrian's motion uncomfortable. In addition, since the stored force is used only for obtaining the propulsive force, Could not support the spreading force so that the shape of the sheet did not collapse.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결한 보행보조 방법과 보행보조 장치의 필요성이 대두되고 있다.Accordingly, there is a need for a gait assistant method and a gait assistant that solve the above problems.

특허문헌 1) 국내등록특허공보 제1650329호(명칭: 착용형 추진 보조 장치, 공개일: 22016.08.17)Patent Document 1) Korean Patent Registration No. 1650329 (Name: Wearable Propulsion Auxiliary Device, Disclosure Date: 22016.08.17) 특허문헌 2) 국내등록특허공보 제1650095호(명칭: 착용형 발목 가변 강성 장치 및 작동 방법, 공개일: 2016.08.16)Patent Document 2) Korean Patent Registration No. 1650095 (Name: Wearable ankle variable stiffness device and method of operation, Published on Aug. 26, 2016)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 외력을 탄성체에 저장한 후 탄성체의 복원력을 다리의 형태를 유지하기 위한 힘으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 탄성체의 초기 강성을 제어하여 탄성체에 저장되는 힘과 탄성체의 복원력 또한 제어할 수 있는 가변 강성 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a resilient body which can be used as a force for retaining a shape of a leg after an external force is stored in an elastic body, So as to control the force stored in the elastic body and the restoring force of the elastic body.

또한, 상기와 같은 가변 강성 시스템을 인체 구조에 적용한 최적화된 가변 강성 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an optimized variable stiffness apparatus in which the above-described variable stiffness system is applied to a human body structure.

또한, 가변 강성 장치의 강성을 보행자의 보행 모션에 대응하여 제어함으로서, 보행자가 보행 보조 장치 착용 시 공중동작에서 느낄 수 있는 불편함을 최소화 하는 것이다.Further, by controlling the rigidity of the variable stiffness device in accordance with the walking motion of the pedestrian, the inconvenience that the pedestrian feels in the aerial motion when the walking aiding device is worn is minimized.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 가변 강성 시스템은, 외력에 대응하여 변형되는 탄성체(100); 외력을 상기 탄성체(100)로 전달하는 전달자(200); 상기 전달자(200)의 경로를 제어하는 가이드부(300); 및 상기 탄성체(100)의 초기 강성을 제어하는 강성제어부(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a variable stiffness system including: an elastic body which is deformed corresponding to an external force; A transmitter (200) for transmitting an external force to the elastic body (100); A guide unit 300 for controlling the path of the forwarder 200; And a stiffness control unit (400) for controlling the initial stiffness of the elastic body (100).

또한, 상기 가이드부(300)는 위치 변위가 제한되며, 상기 전달자(200)에서 인가되는 힘에 대응하여 일정 위치에서 회전하는 것을 특징으로 한다.In addition, the guide unit 300 is limited in positional displacement and rotates at a predetermined position corresponding to a force applied from the transmitter 200.

또한, 상기 탄성체(100)는 타측 단부가 상기 강성제어부(400)에 연결되고 일측 단부가 상기 가이드부(300)에 연결되는 것을 특징으로 한다.The other end of the elastic body 100 is connected to the rigidity control unit 400 and one end of the elastic body 100 is connected to the guide unit 300.

또한, 상기 가이드부(300)의 회전 반경을 제어하는 스토퍼(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the stopper 500 may further include a stopper 500 for controlling the radius of rotation of the guide unit 300.

또한, 상기 강성제어부(400)는 상기 탄성체(100)가 위치된 일측에서 타측으로 변위를 가질 수 있는 것을 특징으로 한다.Also, the stiffness control unit 400 may have a displacement from one side where the elastic body 100 is located to the other side.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 가변 강성 장치는, 인체의 하지 관절부 중 하나 이상의 관절부 측면에 위치되는 가이드부(300); 상기 관절부 배굴 시 인접한 인체가 형성하는 각도가 넓어지는 각각의 상기 가이드부(300)의 내굽면(320)과 접하며, 길이방향 일측이 상기 가이드부(300)의 최하측에 위치되는 인체 결합 프레임에 연결되는 전달자(200); 상기 전달자(200)를 통해 상기 관절부가 배굴되며 발생하는 힘을 전달받아 변형하는 탄성체(100); 및 상기 탄성체(100)의 초기 강성을 제어하는 강성제어부(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a variable stiffness device comprising: a guide part positioned at a side of at least one of joints of a human body; A body connecting frame having one side in the longitudinal direction and being positioned at the lowermost side of the guide unit 300, and a pair of guide members 300, A forwarder 200 connected thereto; An elastic body (100) that receives the force generated by the articulating part through the transmitter (200) and deforms the elastic body (100); And a stiffness control unit (400) for controlling the initial stiffness of the elastic body (100).

또한, 상기 관절부는 발목관절부와, 무릎관절부와, 골반관절부를 포함하며, 상기 전달자(200)는 두 개 이상의 상기 가이드부(300) 내굽면(320)과 접하는 것을 특징으로 한다.The joint part includes an ankle joint part, a knee joint part, and a pelvic joint part, and the transmitter 200 contacts two or more bend surfaces 320 of the guide part 300.

또한, 상기 가이드부(300)는 상기 전달자(200)의 접촉 반경을 제어하는 보조 가이드부(310)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The guide unit 300 may further include an auxiliary guide unit 310 for controlling a contact radius of the transmitter 200.

또한, 상기 탄성체(100)는 길이방향 타측이 상기 강성제어부(400)에 연결되고, 길이방향 일측이 상기 전달자(200)의 타측에 연결되는 것을 특징으로 한다.The other side of the longitudinal direction of the elastic body 100 is connected to the rigidity control unit 400 and the other side of the longitudinal direction of the elastic body 100 is connected to the other side of the forwarder 200.

또한, 상기 전달자(200)는 상기 가이드부(300)가 고정된 회전중심을 기준으로 자율회전 가능하게 구성되고, 상기 탄성체(100)가 인접한 상기 전달자(200)에 연결된 것을 특징으로 한다.In addition, the transmitter 200 is configured to be able to rotate freely with respect to a fixed center of rotation of the guide unit 300, and the elastic body 100 is connected to the transmitter 200 adjacent thereto.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 가변 강성 시스템과 이를 이용한 가변 강성장치는, 선택되는 단수 또는 복수개의 하지 관절의 배굴 에너지를 이용하여 보행자의 보행을 보조할 수 있는 장점이 있다.The variable stiffness system and variable stiffness apparatus using the variable stiffness system according to the present invention having the above-described structure can advantageously assist the walking of the pedestrian by using the single or plural bending energy of the selected lower limb joints.

상세히 설명하면, 보행자의 발이 지면과 접촉하는 Stance phase 구간 동안에 보행자의 다리의 형태가 붕괴되지 않도록 펴는 힘을 보조하는 것이다.Specifically, it assists the spreading force so that the shape of the foot of a pedestrian does not collapse during the stance phase period when the pedestrian's foot contacts the ground.

또한, 보행 구간에 대응하여 강성이 제어되므로 보행자의 발이 지면에서 떨어진 swing phase 구간에서 보행자의 공중동작이 편안하게 이루어질 수 있게 하는 장점이 있다.Also, since the stiffness is controlled in correspondence to the walking zone, there is an advantage that the walking motion of the pedestrian can be comfortably performed in the swing phase interval where the feet of the pedestrian are away from the ground.

그리고, 트레드밀 위에서 환자 등이 착용하고 재활 또는 훈련 목적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that a patient can wear on a treadmill and utilize it for rehabilitation or training purposes.

또한, 보행, 점프 등 다양한 운동에 활용하여 에너지 소모 또는 운동 능력 향상을 위한 연구 등에 활용될 수 있다.In addition, it can be applied to various exercises such as walking and jumping, and can be used for research for energy consumption or improvement of athletic performance.

아울러, 다양한 하지 착용형 장비의 기본 플랫폼으로 활용될 수 있는 장점이 잇다.In addition, it can be used as a basic platform for various non-wearable equipment.

도 1은 가변 강성 시스템을 나타낸 개념도.
도 2는 가변 강성 시스템을 이용한 가변 강성 장치를 나타낸 개념도.
도 3은 하지의 발, 하퇴, 상퇴, 골반 관절 배굴각을 표시한 개념도.
도 4는 인체의 모션 사이클에서 나타나는 각 관절의 배굴각 변화를 나타낸 개념도.1 is a conceptual view showing a variable stiffness system;
2 is a conceptual view showing a variable stiffness apparatus using a variable stiffness system.
FIG. 3 is a conceptual view showing the foot, lower leg, lower limb, and pelvic joint abacus angle of the lower limbs.
FIG. 4 is a conceptual view showing a change in the dorsal horn of each joint in a motion cycle of a human body. FIG.

이하, 상기와 같은 본 발명인 가변 강성 시스템과 이를 이용한 가변 강성 장치에 관하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the variable stiffness system of the present invention and the variable stiffness apparatus using the same will be described.

[보행 보조 시스템 실시예][Example of Walking Aid System]

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명인 가변 강성 시스템은 외력에 대응하여 변형되는 탄성체(100)와, 외력을 상기 탄성체(100)로 전달하는 전달자(200)와, 상기 전달자(200)의 경로를 제어하는 가이드부(300) 및 상기 탄성체(100)의 초기 강성을 제어하는 강성제어부(400)를 포함하여 이루어진다.1, the variable stiffness system according to the present invention includes an elastic body 100 deforming in response to an external force, a transmitter 200 transmitting an external force to the elastic body 100, And a rigidity control unit 400 for controlling the initial rigidity of the elastic body 100. The rigidity control unit 400 controls the initial rigidity of the elastic body 100,

즉, 외력에 의해 상기 전달자(200)가 타측에서 일측 방향으로 당겨지면 전달자(200)가 당겨지는 힘에 대응하여 상기 탄성체(100)가 당겨지며 형상이 변형되어 힘을 저장하고, 저장된 힘은 상기 전달자(200)를 당겨 보행자의 다리 형태를 유지하는 힘으로 사용되는 것이다. That is, when the transmitter 200 is pulled in one direction from the other side due to an external force, the elastic body 100 is pulled in response to the pulling force of the transmitter 200, the shape is deformed to store the force, And is used as a force for holding the form of the foot of the pedestrian by pulling the forwarder 200.

이때, 상기 탄성체(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 일측 단부가 상기 가이드부(300)에 연결되는 것을 권장하나, 필요에 따라 상기 전달자(200)의 타측 단부에 직접 연결될 수 있다.At this time, it is recommended that one end of the elastic body 100 is connected to the guide unit 300 as shown in FIG. 1, but may be directly connected to the other end of the transmitter 200 if necessary.

상세히 설명하면, 상기 탄성체(100)의 일측 단부가 상기 가이드부(300)에 연결될 경우 상기 가이드부(300)는 중심점(P)을 기준으로 자율회전 가능하게 구성되어, 전달자(200)가 외력에 대응하여 당겨질 경우 가이드부(300)가 회전하게 되므로 가이드부(300)의 외면에 결합된 탄성체(100)가 인장되며 힘을 저장하게 되고, 상기 탄성체(100)의 일측 단부가 상기 전달자(200)의 타측 단부에 연결될 경우 가이드부(300)의 외면을 따라 이동하는 전달자(200)의 이동에 대응하여 탄성체(100)가 인장되며 힘을 저장하는 것이다.In detail, when one end of the elastic body 100 is connected to the guide part 300, the guide part 300 is configured to be able to rotate autonomously with respect to the center point P, The elastic member 100 coupled to the outer surface of the guide unit 300 is tensioned to store the force and one end of the elastic member 100 is coupled to the transmitter 200, The elastic body 100 is tensioned and stores the force corresponding to the movement of the transmitter 200 moving along the outer surface of the guide unit 300. [

그리고, 상기 가이드부(300)는 상기 중심점(P)을 기준으로 다축 회전 가능하게 구성될 수 있으나 상기 전달자(200)와 접촉하는 원주방향과 수직을 이루는 임의의 회전축을 기준으로 회전 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 가이드부(300)를 1축 회전 가능하게 구성하여 상기 탄성체(100)가 인장되는 거리와 방향을 일정하게 제어 가능한 것이다.The guide unit 300 may be configured to be rotatable about the center point P with respect to the multi-shaft, but may be configured to be rotatable about an arbitrary rotation axis perpendicular to the circumferential direction contacting the transmitter 200 . That is, the guide portion 300 is configured to be rotatable uniaxially so that the distance and direction in which the elastic body 100 is stretched can be controlled to be constant.

또한, 상기 가변 강성 시스템은 상기 탄성체(100)의 타측 단부가 상기 강성제어부(400)에 연결되어 상기 강성제어부(400)가 상기 탄성체(100)의 초기 강성을 제어할 수 있다.In addition, in the variable stiffness system, the other end of the elastic body 100 is connected to the stiffness control unit 400 so that the stiffness control unit 400 can control the initial stiffness of the elastic body 100.

상세히 설명하면, 상기 가이드부(300)가 회전하기 전에 길이방향 양측 단부가 상기 강성제어부(400) 및 상기 전달자(200) 또는 가이드부(300)에 연결된 상태에서 상기 탄성체(100)가 가지고 있는 강성을 상기 강성제어부(400)가 제어하여, 외력에 대응하여 상기 전달자(200)가 당겨지는 정도나 상기 가이드부(300)가 회전하는 정도를 제어할 수 있는 것이다.The rigidity control unit 400 and the transmitter 200 or the guide unit 300 are connected to each other in the longitudinal direction before the guide unit 300 rotates so that the rigidity of the elastic member 100 The rigidity control unit 400 controls the degree to which the transmitter 200 is pulled or the degree to which the guide unit 300 is rotated in response to an external force.

이때, 상기 탄성체(100)의 초기 강성은 강성제어부(400)가 상기 탄성체(100)가 위치된 일측에서 타측으로 직접 이동하여 상기 가이드부(300)에 대한 상대적 변위를 제어하는 수동식과, 모터로 탄성변형 가능한 탄성체(100)의 길이를 제어하는 능동식을 모두 포함하는 것은 물론이다.The initial stiffness of the elastic body 100 may be a manual type in which the rigidity control unit 400 directly moves from one side where the elastic body 100 is located to the other side to control relative displacement with respect to the guide unit 300, It is needless to say that the present invention includes all active modes for controlling the length of the elastic body 100 that can be elastically deformed.

또한, 본 발명인 가변 강성 시스템은 상기 가이드부(300)의 회전 반경을 제어하는 스토퍼(500)를 더 포함할 수 있다.In addition, the variable stiffness system of the present invention may further include a stopper 500 for controlling the turning radius of the guide portion 300.

상세히 설명하면, 상기 가이드부(300)와 상기 탄성체(100)의 결합부(310)의 회전이 초기 지점에서 약 180도 부근까지만 이루어지게 하여 탄성 변형된 탄성체(100)가 임의의 시점에서 복원될 수 있게 한 것이다.More specifically, the elastically deformed elastic body 100 is restored at an arbitrary point by making only the rotation of the joint part 310 between the guide part 300 and the elastic body 100 to about 180 degrees from the initial point It is possible.

이때, 상기 가이드부(300)가 상기 중심점(P)을 기준으로 다축 회전 가능할 경우, 상기 스토퍼(500)는 가이드부(300)를 상측 반구면과 하측 반구면으로 분리하되 결합부(310)의 이동을 방해하지 않는 링 형상일 수 있고, 상기 가이드부(300)가 하나의 회전축을 기준으로 회전 가능하게 형성될 경우, 상기 스토퍼(500)는 상기 결합부(310)가 외력을 받기 전의 초기 위치에서 180도 회전한 위치에 형성되어 결합부(310)의 회전을 제한할 수 있으며, 상기 탄성체(100)의 일측 단부와 상기 전달자(200)의 타측 단부가 직접 연결되어 결합부(310)를 형성할 경우, 상기 스토퍼(500)는 상기 결합부(310)가 초기에 위치되는 가이드부(300)의 일 지점에서 180도 회전된 위치인 가이드부(300)의 타지점에 스토퍼(500)가 형성되어, 구형의 가이드부(300) 외주면을 따라 당겨지는 전달자(200)의 움직임을 제한할 수 있다.The stopper 500 separates the guide unit 300 into the upper hemispherical surface and the lower hemispherical surface, and the stopper 500 separates the guide unit 300 from the upper surface of the guide unit 300, When the guide portion 300 is rotatable with respect to one rotation axis, the stopper 500 may be positioned at an initial position before the coupling portion 310 receives an external force, The rotation of the coupling part 310 may be restricted and the coupling part 310 may be formed by directly connecting one end of the elastic body 100 and the other end of the transmitter 200. [ The stopper 500 is formed at the other point of the guide part 300 which is a position rotated by 180 degrees from one point of the guide part 300 where the engaging part 310 is initially positioned The movement of the transmitter 200 pulled along the outer peripheral surface of the spherical guide portion 300 The can be limited.

[보행보조 장치 실시예][Example of Walking Aid Device]

이하에서는 상기 가변 강성 시스템을 기반으로 설계된 착용자의 보행을 보조하는 가변 강성 장치를 설명하도록 한다.Hereinafter, a variable stiffness apparatus that assists a wearer in walking based on the variable stiffness system will be described.

도 2를 참조하여 설명하면 본 발명인 가변 강성 장치는, 인체의 하지 관절부 중 하나 이상의 관절부 측면에 위치되는 가이드부(300)와, 상기 관절부 배굴 시 인접한 인체가 형성하는 각도가 넓어지는 각각의 상기 가이드부(300)의 내굽면(320)과 접하며, 길이방향 일측이 상기 가이드부(300)의 최하측에 위치되는 인체 결합 프레임에 연결되는 전달자(200)와, 상기 전달자(200)를 통해 상기 관절부가 배굴되며 발생하는 힘을 전달받아 변형하는 탄성체(100) 및 상기 탄성체(100)의 초기 강성을 제어하는 강성제어부(400)를 포함하여 이루어진다.2, the variable stiffness device according to the present invention includes a guide part 300 positioned at one or more joint parts of the lower limbs of the human body, A transmitter 200 connected to a human body coupling frame contacting the ribbed surface 320 of the body 300 and having one longitudinal side positioned at the lowermost side of the guide unit 300, And a rigidity control unit 400 for controlling the initial rigidity of the elastic body 100. The rigidity control unit 400 controls the initial rigidity of the elastic body 100,

상세히 설명하면 인체의 하지 관절은 발목관절부와, 무릎관절부와, 골반관절부를 포함하여 이루어지므로, 선택되는 어느 하나 이상의 관절부 측면에 가이드부(300)를 위치시키고, 상기 전달자(200)의 일측을 최하측에 위치되는 가이드부(300)보다 하측에 위치되는 인체의 하지에 연결시켜, 전달자(200)의 타측에 연결된 탄성체(100)에서 인체의 관절이 배굴되며 발생하는 힘을 저장할 수 있게 한 것이다.In detail, since the lower limb of the human body includes the ankle joint part, the knee joint part, and the pelvic joint part, the guiding part 300 is positioned on one side of the selected joint part, And the elastic force of the elastic body 100 connected to the other side of the transmitter 200 causes the joints of the human body to be dug and store the generated force.

도 3을 참조하여 다시 설명하면, 인체의 하지는 지면과 접촉하는 발(1)과 발과 발목관절을 통해 연결되는 하퇴(2)와, 하퇴(2)와 무릎관절을 통해 연결되는 상퇴(3) 및 상퇴(3)와 골반관절을 통해 연결되는 상체(4)를 포함하여 이루어지며, 인체의 보행 동작에 대응하여 발(1)과 하퇴(2)가 형성하는 발목관절의 배굴 각도(a)와 하퇴(2)와 상퇴(3)가 형성하는 배굴 각도(b)와, 상퇴(3)와 상체(4)가 형성하는 골반관절의 배굴 각도(c)가 가변된다.3, the human body has a foot 1 in contact with the ground, a leg 2 connected to the foot through an ankle joint, a leg 3 connected to the leg 2 through a knee joint, And an upper body 4 connected to the lower limbs through the pelvis joint and the lower limb 3 and the lower limb 2. The ankle joint's ankle joint angle a formed by the foot 1 and the lower limb 2, The bending angle b formed by the lower leg 2 and the lower leg 3 and the bending angle c of the pelvic joint formed by the upper leg 3 and the upper body 4 are varied.

이때, 가변되는 관절의 배굴 각도가 작아질수록 상기 가이드부(300)와 접하는 상기 전달자(200)의 면적이 넓어져 전달자(200)의 긴장력이 강해지므로, 탄성체(100)가 인장되며 힘을 저장하게 되므로, 탄성체(100)에 저장된 힘을 stance phase 구간 동안에 다리의 형태를 유지하는 힘으로 사용할 수 잇는 것이다.At this time, as the angle of deflection of the variable joint becomes smaller, the area of the transmitter 200 in contact with the guide unit 300 is widened and the tension of the transmitter 200 is strengthened, so that the elastic body 100 is tensioned, The force stored in the elastic body 100 can be used as a force for maintaining the shape of the leg during the stance phase period.

도 4를 참조하여 설명하면, 인체의 보행을 보행 사이클을 인체의 한쪽 발이 땅에 닿기 시작하는 시점(heelstrike)에서 그 발이 땅에서 떨어졌다가 다시 땅에 닿는 시점까지로 정의하였을 경우, 발이 땅에 닿아 있는 동안을 stance phase라 하고, 땅이 발에 떨어져 있는 공중 동작 동안을 swing phase라 한다.Referring to FIG. 4, when a walking cycle is defined as a heelstrike at which one foot of the human body starts to touch the ground, the foot is separated from the ground and reaches the ground, It is called the "stance phase" while the ground is touched.

이때, 인체가 적립해 있는 경우의 관절 각도를 기준인 0도로 할 경우, 보행 사이클에서 나타나는 각 관절의 배굴각도는 도 4에 도시된 바와 같이 표현되며, 각 관절의 배굴 각도를 더한 총(total) 각은 항상 마이너스가 되므로, 상기 전달자(200)는 stance phase 구간에서 인체가 직립하여 있는 경우에 비하여 항상 더욱 큰 긴장력을 유지하게 되므로, stance phase 구간에서 인체의 관절이 배굴될 경우 관절이 다리의 형태가 붕괴되지 않도록 피는 힘(plantarflexing force)을 본 발명인 가변 강성 장치가 보조해줄 수 있다.At this time, when the joint angle when the human body is piled is set to 0 degree as the reference, the deflection angle of each joint appearing in the walking cycle is expressed as shown in FIG. 4, and the total (total) Since the angle is always negative, the communicator 200 always maintains a greater tensional force than the human body standing up during the stance phase. Therefore, when the joint of the human body is dug in the stance phase, The variable stiffness device of the present invention can assist the plantar flexing force to prevent collapse.

즉, stance phase 구간에서 상기 전달자(200)가 상기 탄성체(100)를 당겨 탄성체(100)가 하측에서 상측으로 당기는 탄성력을 가지게 하여 관절부가 배굴되며 인체가 무너져 내리는 것을 견디는 힘을 보조하여 주는 것이다.That is, in the stance phase period, the transmitter 200 pulls the elastic body 100 to have an elastic force to pull the elastic body 100 from the lower side to the upper side, thereby supporting the force of enduring the joints being dug and the human body falling down.

이때, 상기 가이드부(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 인체의 발목관절 측면에 위치되는 제1 가이드부(300a)와, 무릎관절 측면에 위치되는 제2 가이드부(300b)와, 골반관절에 위치되는 제3 가이드부(300c)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 제1 ,2 ,3 가이드부 중 어느 하나 또는 두 개가만 형성되어도 가이드부가 설치된 부위의 관절에서 나타나는 stance phase 구간의 다리의 형태가 붕괴되지 않도록 피는 힘을 보조할 수 있으나, 본 발명의 경우 관절부의 배굴각이 마이너스가 되어 전달자(200)가 일정한 긴장력을 유지하고, 상기 탄성체(100)가 상기 전달자(200)의 긴장력에 대응하여 변형 후 복원되려는 탄성력을 이용하고 있으므로, stance phase 구간에서 지속적으로 plantarflexing force를 유지하기 위하여 하지관절 모두에 상기 가이드부(300)가 위치되는 것을 권장한다.2, the guide part 300 includes a first guide part 300a positioned on the side of the ankle joint of the human body, a second guide part 300b positioned on the side of the knee joint, And a third guide part 300c positioned on the guide part 300c. Even if only one or two of the first, second, and third guide parts are formed, the shape of the leg of the stance phase section However, in the case of the present invention, since the diaphragm angle of the joint part is minus, the transmitter 200 maintains a constant tension, and the elastic body 100 corresponds to the tensile force of the transmitter 200 It is recommended that the guide 300 be positioned on all of the lower limbs in order to maintain the plantarflexing force continuously during the stance phase period.

그리고, 상기 전달자(200)는 인체의 하지 관절 배굴 시 긴장력을 가지기 위하여 각각의 상기 가이드부(300)의 내굽면(320)과 접하게 위치되어야 한다.The transmitter 200 should be positioned so as to be in contact with the ribbed surface 320 of each of the guide portions 300 so as to have a tensile force at the time of the lower limb of the human body.

상세히 설명하면, 인체의 관절은 보행에 대응하여 배굴각도(a, b, c)를 형성하는 들이굽측과 이에 반대되는 내굽측을 포함하여 이루어지며, 관절의 배굴각이 좁아지게 되면 내굽측의 각도가 커지며 전달자(200)가 당겨져 긴장력을 유지하게 되므로, 가이드부(300)를 전달자(200)의 내굽면(320)에 접하게 하여 인접한 발(1)과 하퇴(2), 하퇴(2)와 상퇴(3), 상퇴(3)와 골반(4)이 형성하는 배굴각이 좁아지면 전달자(200)가 인장력을 전달받아 일정한 긴장력을 가질 수 있게 한 것이다.In detail, the joints of the human body include an elbow and an opposite elbow which form the elbow angles (a, b, c) corresponding to the gait, and when the divergence angle of the joint is narrowed, The lower leg 2, the lower leg 2, and the lower leg 2 are brought into contact with each other by bringing the guide portion 300 into contact with the inwardly bent surface 320 of the forwarder 200. As a result, When the divergent angle formed by the pelvis 3 and the pelvis 4 is narrowed, the transmitter 200 can receive a tensile force and have a constant tensional force.

이때, 인체의 배가 위치되는 방향을 전측 등이 위치되는 방향을 후측으로 지정하였을 때 상기 제1 가이드부(300a)의 내굽면은 후측면, 제2 가이드부(300b)의 내굽면은 전측면, 상기 제3 가이드부(300c)의 내굽면은 후측면임은 물론이다.In this case, when the direction in which the abdomen of the human body is positioned is designated as the rear side in which the front side or the like is positioned, the bottom surface of the first guide portion 300a is the rear surface, the bottom surface of the second guide portion 300b is the front surface, It is a matter of course that the bottom surface of the third guide portion 300c is a rear surface.

아울러, 각각의 상기 가이드부(300a, 300b, 300c)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전달자(200)의 접촉 반경을 제어하는 보조 가이드부(310)를 더 포함할 수 있다.In addition, each of the guide portions 300a, 300b and 300c may further include an auxiliary guide portion 310 for controlling the contact radius of the transmitter 200 as shown in FIG.

상세히 설명하면, 상기 전달자(200)가 긴장력을 유지하여 상기 탄성체(100)를 당기는 것은 전달자(200)가 각각의 가이드부(300a, 300b, 300c)와 접촉하며 발생하는 것이므로, 보조 가이드부(310)를 이용하여 전달자(200)와 가이드부(300a, 300b, 300c)의 접촉 반경을 제어하여 주는 것이다.In detail, since the transmitter 200 keeps the tension force and pulls the elastic body 100, the transmitter 200 is brought into contact with the guide portions 300a, 300b and 300c, so that the auxiliary guide portion 310 And controls the contact radius of the transmitter 200 and the guide units 300a, 300b and 300c.

상기 보조 가이드부(310)는 상기 제1 가이드부(300a)와 상기 전달자(200)의 접촉반경을 제어하는 제1 보조 가이드부(310a)와, 상기 제2 가이드부(300b)와 전달자(200)의 접촉반경을 제어하는 제2 보조 가이드부(310b)와, 제3 가이드부(300c)와 전달자(200)의 접촉반경을 제어하는 제3 보조 가이드부(310c)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 각각의 보조 가이드부(310a, 310b, 310c)는 각각의 보조 가이드부(310a, 310b, 310c)의 하측과 상측에 위치되는 한 쌍으로 이루어지는 것을 권장하며, 전달자(200)의 경로 제어를 보조 가능한 구체, 롤러, 풀리 등일 수 있다.The auxiliary guide unit 310 includes a first auxiliary guide unit 310a for controlling the contact radius between the first guide unit 300a and the transmitter 200 and a second auxiliary guide unit 310b for controlling the second guide unit 300b and the transmitter 200 And a third auxiliary guide part 310c for controlling the contact radius of the third guide part 300c and the transmitter 200. The second auxiliary guide part 310b may be formed of a plate- It is recommended that each of the auxiliary guide portions 310a, 310b and 310c is formed as a pair positioned below and above each of the auxiliary guide portions 310a, 310b and 310c, A sphere, a roller, a pulley, and the like.

또한, 도 2에서 상기 탄성체(100)의 길이방향 타측이 상기 강성제어부(400)에 연결되고 길이방향 일측이 상기 전달자(200)의 타측에 연결된 것을 도시하였지만, 필요에 따라 상기 전달자(200)가 상기 가이드부(300)가 고정된 회전중심을 기준으로 자율회전 가능하게 구성되고, 상기 탄성체(100)가 인접한 상기 전달자(200)에 연결될 수 있으며, 필요에 따라 상기 가이드부(300)가 인체의 좌우 방향으로 형성된 회전축을 기준으로 전달자(200)를 안내하는 풀리일 수 있음은 물론이다.2, one side of the elastic body 100 in the longitudinal direction is connected to the rigidity control unit 400 and one side in the longitudinal direction is connected to the other side of the transmitter 200. However, if necessary, The guide unit 300 is configured to be rotatable about a fixed center of rotation and the elastic body 100 can be connected to the transmitter 200 adjacent to the guide unit 300. If necessary, And may be a pulley that guides the sender 200 on the basis of a rotation shaft formed in the left-right direction.

아울러, 본 발명인 가변 강성 장치는 상기 강성제어부(400)를 이용하여 상기 탄성체(100)의 초기 강성을 제어 가능하므로 상황에 대응하여 plantarflexing force를 제어할 수 있으며, 특히 보행 사이클이 stance phase 구간에서 swing phase 구간으로 넘어가는 시점에 탄성체(100)의 강성을 감소시켜 보행자가 가변 강성 장치를 착용하더라도 swing phase 구간에서 공중동작을 편안하게 할 수 있다.In addition, since the initial stiffness of the elastic body 100 can be controlled by using the stiffness control unit 400, the variable stiffness apparatus according to the present invention can control the plantar flexing force in response to the situation. In particular, phase section, it is possible to reduce the stiffness of the elastic body 100 so that the aerial motion can be comforted in the swing phase even if the pedestrian wears the variable stiffness device.

상세히 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이 swing phase 구간에서는 무릎 관절이 급격하게 배굴되어 총 배굴각이 커지게 되어 전달자(200)의 긴장력이 공중동작을 방해하는 요소로 사용될 수 있으므로, stance phase에서 swing phase로 넘어가기 전에 강성제어부(400)가 탄성체(100)의 초기강성을 감소시켜 이러한 문제를 해소한 것이다.More specifically, as shown in FIG. 4, in the swing phase, the knee joint is rapidly drilled and the total divergence angle is enlarged, so that the tensional force of the transmitter 200 can be used as an obstacle to the air movement. the stiffness control unit 400 reduces the initial stiffness of the elastic body 100 before moving to the swing phase, thereby solving the problem.

이때, 상기 강성제어부(400)가 탄성체(100)의 초기강성을 감소시키는 시점은 보행 사이클 중 55프로 내지 65프로 사이에 위치되는 구간을 권장하며, 이 구간 중 특히 골반 관절(c)의 배굴 각도가 발목의 배굴 각도(a)보다 작아지는 시점일 수 있다.At this time, it is recommended that the stiffness control unit 400 reduce the initial stiffness of the elastic body 100 during the gait cycle, which is located between 55 and 65 degrees. In particular, (A) of the ankle.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The technical idea should not be interpreted as being limited to the above-described embodiment of the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, such modifications and changes are within the scope of protection of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

100 : 탄성체
200 : 전달자
300 : 가이드부
310 : 보조 가이드부
320 : 내굽면
400 : 강성제어부
500 : 스토퍼
600 : 인체 결합 프레임100: elastomer
200: Forwarder
300: guide portion
310:
320: My bend
400: rigidity control section
500: Stopper
600: body coupling frame

Claims

delete

A guide part (300) positioned at a side of at least one of joints of the lower extremity of the human body;
And is mounted on a human body which is in contact with the inward bend surface 320 of each of the guide portions 300 which is formed at an angle formed by the adjacent human body in the joint bending and whose one side in the longitudinal direction is located at the lowermost side of the guide portion 300 A forwarder 200 connected to the frame;
An elastic body (100) that receives the force generated by the articulating part through the transmitter (200) and deforms the elastic body (100); And
Comprises a rigid control section 400 for controlling the initial stiffness of the elastic body 100,
The guide portion 300 includes a first guide portion 300a positioned at a side of the ankle joint and having a ribbed surface 320 formed on a rear surface of the back of the human body. A second guide part (300b) positioned on the side of the knee joint and having a ribbed surface (320) formed on a front side of the body where the abdomen is placed; A third guide part 300c positioned at the pelvic joint and having a ribbed surface 320 formed on a rear side where the abdomen of the human body is positioned; A pair of first auxiliary guide portions 310a for controlling a contact radius between the first guide portion 300a and the transmitter 200; A pair of second auxiliary guide portions 310b for controlling a contact radius between the second guide portion 300b and the transmitter 200; And a pair of third auxiliary guide portions (310c) for controlling a contact radius between the third guide portion (300c) and the transmitter (200) .

delete

The method according to claim 6,
Wherein the elastic member (100) is connected to the rigidity control unit (400) on the other side in the longitudinal direction, and is connected to the other side of the transmitter (200) in the longitudinal direction.

The method according to claim 6,
Wherein the transmitter (200) is configured to be capable of autonomous rotation based on a fixed center of rotation of the guide unit (300), and the elastic body (100) is connected to the transmitter (200) adjacent thereto.