KR20220096720A - 착용형 보조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 착용형 보조장치를 구성하는 하퇴 또는 족 지지유닛에 신체의 발목과 발의 움직임에 대응하는 다양한 관절 자유도를 제공하여, 착용자의 달리기 등의 다양한 신체 동작에서 발과 발목에 요구되는 다양한 움직임을 수행할 수 있는 착용형 보조장치에 관한 것이다.

Description

착용형 보조장치{Wearable Assistance Device}

본 발명은 착용형 보조장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 착용형 보조장치를 구성하는 하퇴 또는 족 지지유닛에 신체의 발목과 발의 움직임에 대응하는 다양한 관절 자유도를 제공하여, 착용자의 달리기 등의 다양한 신체 동작에서 발과 발목에 요구되는 다양한 움직임을 수행할 수 있는 착용형 보조장치에 관한 것이다.

최근 일상 생활이 불가능한 신체능력을 가진 장애인, 환자 또는 노약자를 위한 착용형 보조장치 또는 체력이나 신체능력을 강화하기 위한 산업용 또는 군사용 착용형 보조장치의 개발이 진행되고 있다.

이러한 착용형 보조장치의 경우, 배터리와 컨트롤러 등이 구비되며 착용자의 등에 장착되는 본체, 각각의 관절을 구동하기 위한 관절 구동기, 각각의 관절 구동기에 연결되고 착용자의 대퇴 또는 하퇴를 지지하기 위한 지지유닛을 포함하는 형태가 주를 이루고 있다.

이러한 착용형 보조장치의 경우, 착용자의 관절 근방에 관절 구동기를 배치하고 착용자의 보행동작에 따라 착용자의 대퇴 또는 하퇴에 보조토크 형태의 보조력을 제공하여 착용자의 보행을 보조할 수 있다.

3차원 좌표 공간에서 착용자가 x축 방향으로 보행한다고 가정하는 경우, 각각의 관절 구동기는 고관절 및 슬관절의 보행 방향인 x축 방향 및 수직 방향인 z축 방향과 평행한 y축을 중심으로 회전하며 보조력을 제공하도록 설계될 수 있다.

신체의 발목과 발은 다양한 관절 자유도와 굽힘 동작 등이 가능하나, 종래 소개된 외골격 형태의 착용형 보조장치의 경우 발과 발목에 관절 자유도를 제공하지 않거나, 발목의 굴곡 또는 신전 정도의 회전만 허용하는 허용하는 경우가 많다.

이러한 수준의 착용형 보조장치의 발목 또는 발의 관절 자유도는 착용자가 천천히 걷는 등의 기초적인 동작의 경우 문제가 없으나, 달리기, 경사면 오르기 또는 내리기 등의 다양한 관절 자유도를 전제로 하는 경우 착용자의 움직임을 보조하기 어렵다.

그러나, 착용형 보조장치가 장애인 또는 환자 이외에도 신체 능력 보강을 위한 군사 분야 또는 산업 분야에 광범위하게 적용되기 위하여 연구되고 있으므로 신체의 발목 또는 발의 다양한 움직임에 대응하는 관절 자유도를 갖는 착용형 보조장치의 요구가 크다.

본 발명은 착용형 보조장치를 구성하는 하퇴 또는 족 지지유닛에 신체의 발목과 발의 움직임에 대응하는 다양한 관절 자유도를 제공하여, 착용자의 달리기 등의 다양한 신체 동작에서 발과 발목에 요구되는 다양한 움직임을 수행할 수 있는 착용형 보조장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 몸체유닛; 상기 몸체유닛 양 단부에 장착되는 한 쌍의 고관절 구동기; 상기 고관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지유닛; 상기 대퇴 지지유닛과 족관절 유닛을 매개로 회전 가능하게 연결되며, 착용자의 하퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지유닛; 및, 상기 고관절 구동기의 회전축과 평행하지 않은 족 지지유닛 회전축을 중심으로 상기 하퇴 지지유닛에 대하여 회전 가능하게 연결되는 족 지지유닛;을 포함하고, 상기 족 지지유닛은 착용자의 하퇴에 대한 발의 굴곡 또는 신전 동작을 허용하기 위한 발목 관절축 및 착용자의 하퇴를 회전 중심으로 하는 발의 비틀림을 허용하기 위한 발목 비틀림축을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 족 지지유닛은 발목 관절 전방 상부를 가로질러 감싸는 가로 프레임, 상기 가로 프레임 양단에서 상기 발목 관절축을 매개로 회전 가능하게 연결되는 연결 프레임 및 착용자의 족저면 또는 신발의 하면을 지지하기 위한 발판유닛;을 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 연결 프레임은 한 쌍의 수직부 및 상기 수직부에 절곡된 상태로 연결된 수평부를 포함하여 'ㄷ'자 단면 형태로 구성되고, 상기 연결 프레임의 수평부는 상기 발판유닛과 상기 발목 비틀림축을 매개로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

여기서, 상기 발판유닛은 착용자의 발 또는 신발의 앞꿈치의 굴곡 신전을 위하여 밴딩 가능하게 구성될 수 있다.

이 경우, 상기 족 지지유닛 회전축은 상기 족 지지유닛의 가로 프레임과 전방 상부에서 후방 하부로 경사질 수 있다.

그리고, 상기 족 지지유닛 회전축은 신체 발목의 거골하관절(subtalar joint)의 회전 자유도를 제공하기 위하여 구비될 수 있다.

또한, 상기 족 지지유닛의 가로 프레임과 상기 하퇴 지지유닛은 연결부재로 연결되며, 상기 연결부재의 하단은 상기 족 지지유닛 회전축을 매개로 상기 가로 프레임과 회전 가능하게 체결될 수 있다.

그리고, 상기 연결부재는 적어도 하나의 절곡부를 구비될 수 있다.

여기서, 상기 발판유닛은 상기 연결 프레임의 수평부가 상기 발목 비틀림축을 중심으로 회전 가능하게 개재되어 상하로 적층되어 장착되는 상판부재 및 하판부재를 포함하여 구성될 수 있다.

이 경우, 상기 상판부재 및 상기 하판부재 사이에 후단이 개재되어 장착되고, 착용자의 발의 앞꿈치의 굴곡 동작을 허용하기 위하여 유연한 재질로 구성되는 굴곡부재를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 상판부재 및 상기 하판부재 전방으로 노출된 상기 굴곡부재의 상부에 앞판부재가 장착될 수 있다.

그리고, 상기 상판부재의 하면 또는 상기 하판부재의 상면에 상기 발목 비틀림축 역할을 수행하는 축부가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 앞판부재 및 상기 상판부재에 발을 감싸는 착용부재의 연결을 위한 복수 개의 연결구가 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 축부는 원형 링, 원판 또는 원판형 홈 형태로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 상판부재 또는 상기 하판부재와 상기 연결 프레임의 수평부 사이에 마찰 저감을 위한 적어도 하나의 슬립부재가 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 착용형 보조장치에 의하면, 착용형 보조장치를 구성하는 하퇴 지지유닛 또는 족 지지유닛에 다양한 관절 자유도를 제공하여, 걷기 등의 기초적인 동작 이외의 다양한 신체 움직임을 보조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 착용형 보조장치에 의하면, 하퇴 지지유닛 또는 족 지지유닛에서 제공되는 관절 자유도가 신체의 발목과 발의 관절의 움직임을 모사한 것이므로, 착용자의 착용형 보조장치의 착용 이질감을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 착용형 보조장치의 정면 사시도를 도시하며, 도 2는 도 1에 도시된 착용형 보조장치의 후면 사시도를 도시한다.
도 3은 신체의 발목의 다양한 움직임을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 하퇴 지지유닛과 족 지지유닛이 족관절 유닛을 매개로 연결된 상태의 사시도를 도시한다.
도 5는 도 4에서 족관절 유닛을 기준으로 분해된 상태를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 족 지지유닛의 분해 사시도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 족 지지유닛의 작동 상태를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 착용형 보조장치(1000)의 정면 사시도를 도시하며, 도 2는 도 1에 도시된 착용형 보조장치(1000)의 후면 사시도를 도시한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 명세서에서 상기 착용형 보조장치(1000)은 장애인, 노약자, 환자, 군인 또는 작업자(이하, '착용자'라 함)의 하체에 착용하여, 보행 동작을 보조하는 로봇일 수 있다. 여기서 보행 동작을 보조한다는 의미는 하체의 운동 기능이 일부 존재하는 착용자의 독립적인 보행을 가능하도록 고관절과 슬관절에 부족한 근력 등을 보전하기 위한 구동력을 제공하거나, 작업자 또는 군인 등이 본인의 신체 능력보다 더 큰 근력과 속도로 움직일 수 있도록 한다는 의미이다.

상기 착용형 보조장치는 제어신호를 제공하는 컨트롤러 및 전원 제공을 위한 배터리를 포함하는 본체부(500); 상기 본체부가 후방에 장착되며, 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 몸체유닛(400); 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장된 상기 몸체유닛(400) 양 단부에 장착되는 한 쌍의 고관절 구동기(100a, 100b); 상기 고관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지유닛(210a, 210b)을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 착용자의 고관절의 보조 이외에도 슬관절까지 보조하기 위해서, 상기 대퇴 지지유닛에 장착되는 한 쌍의 슬관절 구동기(100c, 100d); 상기 슬관절 구동기 및 링크부재에 의하여 구동되며, 착용자의 하퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지유닛(230a, 230b); 및, 상기 하퇴 지지유닛의 단부에 장착되어, 착용자의 발을 지지하는 한 쌍의 족 지지유닛(300a, 300b);을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 본체부(500)는 몸체유닛(400)에 장착되며, 한 쌍의 다리 유닛 역시 몸체유닛(400) 상부에 장착될 수 있다.

상기 몸체유닛(400)는 착용자의 척추 방향으로 연장된 프레임 형태의 본체 프레임(510)이 연결될 수 있고, 상기 본체 프레임(510)에 본체가 장착될 수 있다.

여기서, 상기 다리 유닛은 고관절과 슬관절에 각각 회동 보조력을 제공하는 관절 구동기가 구비될 수 있다.

고관절 구동기는 착용자의 고관절 영역에 장착되고, 슬관절 구동기는 슬관절 영역이 아닌 대퇴 지지유닛에 장착되어 링크부재를 매개로 회동 보조력을 착용자의 슬관절에 제공할 수 있다.

슬관절 구동기를 슬관절 영역이 아닌 대퇴 지지유닛에 장착하는 방법으로 고관절 구동기의 토크 부하를 낮출 수 있으며, 이와 같은 구조는 종래 소개된 고관절 영역에 관절 구동기를 적층시켜 구성하는 구조에 비해 고관절 구조물의 부피를 줄일 수 있는 장점도 있다.

정리하면, 각각의 다리유닛은 몸체유닛(400)의 양단부인 고관절 영역에 구비되는 한 쌍의 고관절 구동기(100a, 100b), 각각 한 쌍의 고관절 구동기(100a, 100b)에 연결되어 착용자의 대퇴를 지지 또는 보조하는 한 쌍의 대퇴 지지유닛(210a, 210b), 착용자의 하퇴를 지지 또는 보조하는 한 쌍의 하퇴 지지유닛(230a, 230b), 한 쌍의 상기 대퇴 지지유닛(210a, 210b)과 한 쌍의 상기 하퇴 지지유닛(230a, 230b)을 각각 연결하는 한 쌍의 슬관절 구조(700a, 700b), 상기 한 쌍의 대퇴 지지유닛(210a, 210b)에 장착되되 링크부재를 이용하여 상기 한 쌍의 슬관절 구조(700a, 700b)를 구동시키는 한 쌍의 슬관절 구동기(100c, 100d)를 포함하여 구성될 수 있으며, 하퇴 지지유닛(230a, 230b) 단부에 각각 장착되는 한 쌍의 족 지지유닛(300a, 300b);을 더 포함하여 구성될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 착용형 보조장치(1000)는 착용자의 고관절과 슬관절 구동을 위한 관절 구동기(100)가 구비되는 예가 도시되었으나, 필요에 따라 발목관절에도 별도의 구동장치를 구비할 수 있다.

그리고, 각각의 대퇴 지지유닛(210a, 210b) 및 하퇴 지지유닛(230a, 230b)에는 착용자의 대퇴와 하퇴를 대퇴 지지유닛(210a, 210b) 및 하퇴 지지유닛(230a, 230b)에 고정하기 위한 적어도 하나의 밴드 또는 벨트 기타 착용부재 형태의 착용유닛(미도시)를 구비할 수 있으며, 각각의 관절 구동기(100)에서 제공되는 구동력은 결국 착용유닛을 통해 착용자의 대퇴 또는 하퇴에 전달되어 독립 보행을 보조할 수 있다.

이와 같은 한 쌍의 다리유닛은 착용자의 측면을 따라 배치되되 슬관절 구조는 슬관절 전체를 감싸는 구조를 가질 수 있다.

전술한 상기 본체부(500)는 착용자의 상체 등판 후방에 배치되므로, 상기 몸체유닛(400)을 통해 상기 본체부가 후방에 장착되며, 상기 몸체유닛(400)은 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 상기 몸체유닛(400)의 양단은 착용자의 허리 측면 영역으로 연장 구성될 수 있다.

도 3은 신체의 발의 다양한 움직임을 도시한다.

신체의 발목은 도 3a에 도시된 바와 같이 발(f)의 앞꿈치를 굴곡 신전하는 동작, 도 3b에 도시된 바와 같이 발목(a)을 y축 중심으로 굴곡 신전하는 동작, 도 3c에 도시된 바와 같이 발목(a)을 y축 이외의 회전축을 중심으로 회전시키는 동작, 도 3d에 도시된 바와 같이 발(f)을 z축 중심으로 비틀어 회전시키는 동작 등이 가능할 수 있다.

종래의 착용형 보조장치는 신체의 발(f) 또는 발목(a)에 대한 움직임을 허용하기 위하여 일반적으로 도 3(b)에 도시된 바와 같이 발목관절을 y축 중심으로 회전 가능한 관절구조만을 제공하는 것이 일반적이었다.

그러나, 발 또는 발목은 도 3에 도시된 바와 같이 다양한 움직임이 가능하며, 그에 따라 착용형 보조로봇에서도 다양한 관절 자유도의 제공이 요구된다. 본 발명에 따른 착용형 보조장치는 도 3에 도시된 바와 같이 다양한 발 또는 발목의 움직임에 대한 관절 자유도를 제공하는 것을 목적으로 한다. 도 4 이하를 참조하여 자세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 하퇴 지지유닛(230)과 족 지지유닛(300)이 족관절 유닛(800)을 매개로 연결된 상태의 사시도를 도시하며, 도 5는 도 4에서 족관절 유닛(800)을 기준으로 분해된 상태를 도시한다.

본 발명에 따른 착용형 보조장치는 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 몸체유닛; 상기 몸체유닛 양 단부에 장착되는 한 쌍의 고관절 구동기; 상기 고관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지유닛; 상기 대퇴 지지유닛과 슬관절 유닛을 매개로 회전 가능하게 연결되며, 착용자의 하퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지유닛(230); 및, 상기 고관절 구동기의 회전축과 평행하지 않은 족 지지유닛 회전축(810)을 중심으로 상기 하퇴 지지유닛(230)에 대하여 회전 가능하게 연결되는 족 지지유닛(300);을 포함하고, 상기 족 지지유닛(300)은 착용자의 하퇴에 대한 발의 굴곡 또는 신전 동작을 허용하기 위한 발목 관절축(371) 및 착용자의 하퇴를 회전 중심으로 하는 발의 비틀림을 허용하기 위한 발목 비틀림축(341)을 포함하여 구성될 수 있다.

도 4에 도시된 착용형 보조장치의 하퇴 지지유닛(230) 및 족 지지유닛(300)은 족관절 유닛(800)을 매개로 연결될 수 있고, 상기 족관절 유닛(800)은 상기 하퇴 지지유닛(230)과 상기 족 지지유닛(300)을 상기 고관절 구동기의 회전축과 평행하지 않은 족 지지유닛 회전축(810)을 중심으로 회전 가능하도록 연결할 수 있다.

그리고, 상기 족관절 유닛(800)은 하퇴 지지유닛(230)의 하단에 체결되고, 상기 족 지지유닛 회전축(810)이 족 지지유닛(300)과 회전 가능하게 체결되기 위한 연결부재(830)를 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 하퇴 지지유닛(230)의 하단에 적어도 하나의 절곡부가 구비된 연결부재(830)가 장착되고, 상기 연결부재(830)는 상기 족 지지유닛(300)을 구성하는 가로 프레임(390)과 상기 족 지지유닛 회전축(810)을 매개로 회전 가능하게 체결될 수 있다.

구체적으로, 상기 족 지지유닛 회전축(810)은 상기 족 지지유닛(300)의 가로 프레임(390)과 전방 상부에서 후방 하부로 경사진 축일 수 있고, 상기 족 지지유닛 회전축(810)은 신체 발목의 거골하관절(subtalar joint)의 회전 자유도를 제공하기 위하여 제공될 수 있다.

예를 들면, 상기 족 지지유닛 회전축(810)은 상기 족 지지유닛(300)의 가로 프레임과 전방 상부에서 후방 하부로 경사진 방향, 더 상세하게는 전방 상부에서 몸의 내측 방향을 향하도록 설치될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 족관절 유닛(800)은 상기 연결부재(830), 상기 족 지지유닛 회전축(810) 및 상기 족 지지유닛 회전축(810)을 상기 연결부재(830)에 회전 가능하게 장착하기 위한 적어도 하나의 베어링(b)을 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 족 지지유닛(300)은 상기 족 지지유닛 회전축(810)을 통해 상기 하퇴 지지유닛(230)과 회전 가능하게 연결되며, 더 나아가 착용자의 하퇴에 대한 발의 굴곡 또는 신전 동작을 허용하기 위한 발목 관절축(371) 및 착용자의 하퇴를 회전 중심으로 하는 발의 비틀림을 허용하기 위한 발목 비틀림축(341)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 발목 관절축(371)은 통상적인 신체의 발목의 y축 중심 굴곡 운동 또는 신전 운동을 위하여 구비될 수 있으며, 상기 발목 비틀림축(341)은 착용자 발의 z축 중심 비틀림을 허용하기 위하여 구비될 수 있다.

그리고, 상기 족 지지유닛(300)은 발목 관절 전방 상부를 가로질러 감싸며 상기 연결부재(830)에 회전 가능하게 연결되는 가로 프레임(390), 상기 가로 프레임(390) 양단에서 상기 발목 관절축(371)을 매개로 회전 가능하게 연결되는 연결 프레임(350) 및 착용자의 족저면 또는 신발의 하면을 지지하기 위한 발판유닛(380);을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 발목 관절축(371)은 발목에 대하여 발 전체의 굴곡 또는 신전을 위한 관절축일 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가로 프레임(390)과 상기 발목 관절축(371)을 매개로 연결 프레임(350)이 회전 가능하게 체결되며, 상기 연결 프레임(350)은 발판유닛(380)과 발목 비틀림축(341)을 중심으로 회전될 수 있다.

이 경우, 상기 비틀림축(341)의 회전범위는 상판부재(320)와 하판부재(340)를 체결하기 위한 볼트 등의 체결부재와 연결 프레임(350)의 수평부(353)의 회전 차단 범위로 결정될 수 있다.

상기 발목 비틀림축(341)은 발판유닛(380)에 구비되어, 상기 연결 프레임(350)과 발판유닛(380)을 회전 가능하게 연결할 수 있다.

그리고 후술하는 바와 같이, 상기 발판유닛(380)은 상기 족 지지유닛(300)을 구성하는 연결 프레임(350)과 z축 중심으로 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 상기 발판유닛(380) 중 착용자의 발의 앞꿈치 대응 영역의 앞판부재(310)는 굴곡 또는 신전이 가능하도록 구성될 수 있다. 상기 발판유닛(380)의 구체적인 설명은 뒤로 미룬다.

이와 같이, 본 발명에 따른 착용형 보조장치의 족 지지유닛(300)은 하퇴 지지유닛(230)에 대하여 신체 발목의 거골하관절(subtalar joint)의 회전 자유도를 제공하기 위하여 족 지지유닛 회전축(810)을 매개로 연결되고, 상기 족 지지유닛(300)은 발목 관절축(371) 및 발목 비틀림축(341)을 구비하여, 발목의 y축 중심 회전 및 z축 중심 비틀림을 허용할 수 있으며, 발판유닛(380)은 앞꿈치 영역의 굴곡 신전을 위하여 앞판부재(310)가 굴곡 또는 신전되는 구조를 가질 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 족 지지유닛(300)의 분해 사시도를 도시하며, 도 7은 본 발명에 따른 족 지지유닛(300)의 작동상태를 도시한다.

본 발명에 따른 착용형 보조장치를 구성하는 족 지지유닛(300)은 전술한 바와 같이 발목 관절 전방 상부를 가로질러 감싸는 가로 프레임(390), 상기 가로 프레임(390) 양단에서 상기 발목 관절축(371)을 매개로 회전 가능하게 연결되는 연결 프레임(350) 및 착용자의 족저면 또는 신발의 하면을 지지하기 위한 발판유닛(380)을 포함하여 구성되어, 상기 가로 프레임(390)은 상기 연결부재(830)를 매개로 하퇴 지지유닛(230)에 거골하관절(subtalar joint)을 중심으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.

또한, 족 지지유닛(300)이 발목 관절축(371), 발목 비틀림축(341)을 중심으로 하는 회전 자유도 및 발의 앞꿈치 굴곡 또는 신전 자유도를 제공할 수 있다.

이를 위하여, 상기 연결 프레임(350)은 수평부(353)와 수직부(351)로 구성되고, 상기 발판유닛(380)은 상기 연결 프레임(350)의 수평부(353)가 상기 발목 비틀림축(341)을 중심으로 회전 가능하게 개재되어 장착되는 상판부재(320) 및 하판부재(340)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 상판부재(320) 및 상기 하판부재(340)는 발의 앞꿈치를 제외한 영역에서 적층되어 구성되고, 내부에 상기 연결 프레임(350)의 수평부(353)가 z축 중심으로 회전 가능하게 장착될 수 있다.

상기 연결 프레임(350)은 'ㄷ' 형상의 단면으로 구성될 수 있고, 수평부(353)에 축공(355)이 형성될 수 있으며, 상기 상판부재(320) 및 상기 하판부재(340)는 상기 연결 프레임(350)의 수평부(353)가 개재된 상태로 회전 가능하도록 상기 상판부재(320)의 하면 또는 상기 하판부재(340)의 상면에 상기 발목 비틀림축(341) 역할을 수행하는 축부가 구비될 수 있다.

도 6에 도시된 실시예에서, 상기 하판부재(340)에 원형 링 형태의 축부가 구비되고 상기 연결 프레임(350)의 축공(355)에 장착되는 예를 도시하나, 상기 축부는 원형 링, 원판 또는 원판형 홈 형태로 구성될 수 있으며, 상기 축부는 상기 하판부재(340)의 상면과 함께 상기 상판부재(320)의 하면에도 구비될 수 있다.

또한, 상기 상판부재(320) 또는 상기 하판부재(340)와 상기 연결 프레임(350)의 수평부(353) 사이에 마찰 저감 등을 위한 슬립부재(360)가 구비될 수 있다.

상기 슬립부재(360)는 마찰저감을 위하여, 비금속 재질로 구성될 수 있으며, 재질의 예로서 불화 폴리에틸렌(테프론 등)의 재질 등으로 구성될 수 있다.

이와 같은 연결 프레임(350)의 z축 회전 허용 구조는 도 7에 도시된 바와 같이, 발의 z축 중심 비틀림 동작을 허용할 수 있다.

이러한 족 지지유닛(300)의 z축 비틀림 자유도에 의하여 하퇴에 대하여 발을 비트는 동작을 가능하게 할 수 있으므로, 착용형 보조장치는 다양한 발동작을 허용하며 보조력을 제공할 수 있다.

상기 연결 프레임(350)의 한 쌍의 수직부(351) 양단에 상기 가로 프레임(390)이 발목 관절축(371)을 매개로 연결될 수도 있으나, 발목 관절축(371) 및 베어링(b) 등을 장착하고 연결 프레임(350)의 비틀림 강성 보강을 위하여 위한 링형태의 축장착부(373)가 상단에 구비된 별도의 한 쌍의 축지지부재(370)가 더 구비될 수 있다.

한 쌍의 상기 축지지부재(370)의 축장착부 내측에 베어링(b)과 발목 관절축(371)이 장착되어 상기 연결 프레임(350) 또는 연결 프레임(350)과 체결된 축지지부재를 상기 가로 프레임(390)에 대하여 회전 가능하게 하여 발목 관절을 이용한 발 전체의 굴곡 또는 신전 동작에 대한 관절 회전 자유도를 제공할 수 있다.

또한, 신체의 발은 발목에 대하여 발 전체를 굴곡 또는 신전하는 도 3(b)에 도시된 동작 이외에도 도 3(a)에 도시된 바와 같이 발의 앞꿈치만 굴곡되는 동작이 자주 발생되며, 이와 관련된 족 지지유닛(300)의 굴곡 자유도가 요구된다. 예를 들면, 걷기 또는 달리기에서 특정 발의 입각기 말기 등에 앞꿈치만 지면에 지지된 상태로 보조력을 제공하는 등의 동작이 자주 발생될 수 있기 때문에 자연스러운 걷기 동작을 수행하거나, 빠르게 달리기 동작을 가능하게 하기 위해서는 발의 앞꿈치의 굽힘 또는 굴곡 자유도를 제공할 필요가 있다.

발의 앞꿈치 굴곡 또는 굽힘 자유도 제공을 위하여 본 발명의 족 지지유닛(300)은 상기 상판부재(320) 및 상기 하판부재(340) 사이에 후단이 장착되고, 착용자의 발의 앞꿈치의 굴곡 동작을 허용하기 위하여 유연한 재질로 구성되는 굴곡부재(330)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 굴곡부재(330)는 유연한 수지 재질로 구성되어 별도의 힌지 구조를 채용하지 않고도, 발의 앞꿈치 부분을 굴곡 가능하게 지지할 수 있으므로, 족 지지유닛의 경량화에 기여할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 굴곡부재(330)는 그 뒷부분이 상기 상판부재(320)와 상기 하판부재(340) 사이에 개재되어 장착될 수 있으며, 앞부분은 발의 앞꿈치 하부 영역으로 노출되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 굴곡부재(330)를 보호하고, 별도의 착용부재 연결을 위한 앞판부재(310)가 상기 굴곡부재(330) 상부에 장착될 수 있다.

상기 앞판부재(310)는 상기 상판부재(320) 및 상기 하판부재(340) 전방으로 노출된 상기 굴곡부재(330)의 상부에 장착될 수 있으며, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 앞판부재(310) 및 상기 상판부재(320)에 발을 감싸는 착용부재의 연결을 위한 복수 개의 연결구(311, 321)가 구비될 수 있다.

이와 같이 구성되는 착용형 보조장치에 의해, 착용형 보조장치를 구성하는 하퇴 지지유닛 또는 족 지지유닛에 대한 약 4 개의 관절 자유도를 제공하여, 걷기 등의 기초적인 동작 이외의 다양한 신체 움직임을 보조할 수 있으며, 하퇴 지지유닛 또는 족 지지유닛에서 제공되는 관절 자유도가 신체의 발목과 발의 관절의 움직임을 모사한 것이므로, 착용자의 착용형 보조장치의 착용 이질감을 최소화할 수 있음을 쉽게 이해할 수 있다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

1000 : 착용형 보조장치
100 : 관절 구동기
210, 230 : 대퇴 지지유닛, 하퇴 지지유닛
300 : 족 지지유닛
400 : 몸체유닛
500 : 본체부

Claims (15)

1. 착용자의 허리 영역을 감싸며 장착되고, 착용자의 고관절 측면 영역으로 연장되는 몸체유닛;
   상기 몸체유닛 양 단부에 장착되는 한 쌍의 고관절 구동기;
   상기 고관절 구동기에 의하여 구동되며, 착용자의 대퇴에 회전 보조력을 제공하는 대퇴 지지유닛;
   상기 대퇴 지지유닛과 족관절 유닛을 매개로 회전 가능하게 연결되며, 착용자의 하퇴에 회전 보조력을 제공하는 하퇴 지지유닛; 및,
   상기 고관절 구동기의 회전축과 평행하지 않은 족 지지유닛 회전축을 중심으로 상기 하퇴 지지유닛에 대하여 회전 가능하게 연결되는 족 지지유닛;을 포함하고,
   상기 족 지지유닛은 착용자의 하퇴에 대한 발의 굴곡 또는 신전 동작을 허용하기 위한 발목 관절축 및 착용자의 하퇴를 회전 중심으로 하는 발의 비틀림을 허용하기 위한 발목 비틀림축을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 족 지지유닛은 발목 관절 전방 상부를 가로질러 감싸는 가로 프레임, 상기 가로 프레임 양단에서 상기 발목 관절축을 매개로 회전 가능하게 연결되는 연결 프레임 및 착용자의 족저면 또는 신발의 하면을 지지하기 위한 발판유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 연결 프레임은 한 쌍의 수직부 및 상기 수직부에 절곡된 상태로 연결된 수평부를 포함하여 'ㄷ'자 단면 형태로 구성되고, 상기 연결 프레임의 수평부는 상기 발판유닛과 상기 발목 비틀림축을 매개로 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 발판유닛은 착용자의 발 또는 신발의 앞꿈치의 굴곡 신전을 위하여 밴딩 가능하게 구성되는 것으 특징으로 하는 착용형 보조장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 족 지지유닛 회전축은 상기 족 지지유닛의 가로 프레임과 전방 상부에서 후방 하부로 경사진 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 족 지지유닛 회전축은 신체 발목의 거골하관절(subtalar joint)의 회전 자유도를 제공하기 위하여 구비되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 족 지지유닛의 가로 프레임과 상기 하퇴 지지유닛은 연결부재로 연결되며, 상기 연결부재의 하단은 상기 족 지지유닛 회전축을 매개로 상기 가로 프레임과 회전 가능하게 체결되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 연결부재는 적어도 하나의 절곡부를 구비하는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
9. 제2항에 있어서,
   상기 발판유닛은 상기 연결 프레임의 수평부가 상기 발목 비틀림축을 중심으로 회전 가능하게 개재되어 상하로 적층되어 장착되는 상판부재 및 하판부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 상판부재 및 상기 하판부재 사이에 후단이 개재되어 장착되고, 착용자의 발의 앞꿈치의 굴곡 동작을 허용하기 위하여 유연한 재질로 구성되는 굴곡부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 상판부재 및 상기 하판부재 전방으로 노출된 상기 굴곡부재의 상부에 앞판부재가 장착되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 앞판부재 및 상기 상판부재에 발을 감싸는 착용부재의 연결을 위한 복수 개의 연결구가 구비되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
13. 제9항에 있어서,
    상기 상판부재의 하면 또는 상기 하판부재의 상면에 상기 발목 비틀림축 역할을 수행하는 축부가 구비되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 축부는 원형 링, 원판 또는 원판형 홈 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.
15. 제9항에 있어서,
    상기 상판부재 또는 상기 하판부재와 상기 연결 프레임의 수평부 사이에 마찰 저감을 위한 적어도 하나의 슬립부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 착용형 보조장치.

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