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KR102816903B1 - Ankle exoskeleton device for walking assistance and control method of the same - Google Patents

Ankle exoskeleton device for walking assistance and control method of the same Download PDF

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KR102816903B1
KR102816903B1 KR1020230082549A KR20230082549A KR102816903B1 KR 102816903 B1 KR102816903 B1 KR 102816903B1 KR 1020230082549 A KR1020230082549 A KR 1020230082549A KR 20230082549 A KR20230082549 A KR 20230082549A KR 102816903 B1 KR102816903 B1 KR 102816903B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치는, 보행자의 신발에 결합되는 제1 프레임, 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 지지대와 보행자의 하퇴와 맞닿는 고정부를 갖는 제2 프레임, 상기 제1 프레임에 결합되어 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에서 발생하는 힘을 저장하는 메인 탄성체, 상기 메인 탄성체에 고정되며 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 레버를 포함하는 레버 지지부, 관성에 의하여 상기 제1 프레임에 대하여 회전하여 상기 회전 레버의 회전을 제어하는 관성 구동부, 및 상기 관성 구동부와 연결되어 상기 관성 구동부를 밀거나 당겨서 쌍안정(bistable) 제어하는 쌍안정 제어부를 포함할 수 있다.An ankle exoskeleton device for assisting propulsion according to one embodiment of the present invention may include a first frame coupled to a shoe of a pedestrian, a second frame having a rotating support member rotatably coupled to the first frame and a fixed member that comes into contact with the lower leg of the pedestrian, a main elastic body coupled to the first frame and storing a force generated from a change in an angle formed by the foot and the lower leg of the pedestrian, a lever support member including a rotating lever that is fixed to the main elastic body and rotatably coupled to the first frame, an inertial drive member that rotates with respect to the first frame by inertia to control the rotation of the rotating lever, and a bistable control member that is connected to the inertial drive member and pushes or pulls the inertial drive member to perform bistable control.

Description

추진 보조용 발목 외골격 장치 및 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법{ANKLE EXOSKELETON DEVICE FOR WALKING ASSISTANCE AND CONTROL METHOD OF THE SAME}{ANKLE EXOSKELETON DEVICE FOR WALKING ASSISTANCE AND CONTROL METHOD OF THE SAME}

본 발명은 추진 보조용 발목 외골격 장치 및 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신발 등에 설치되어 추진력을 증가시킬 수 있는 추진 보조용 발목 외골격 장치 및 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ankle exoskeleton for propulsion assistance and a method for controlling the ankle exoskeleton for propulsion assistance, and more specifically, to an ankle exoskeleton for propulsion assistance that can be installed in shoes or the like to increase propulsion power and a method for controlling the ankle exoskeleton for propulsion assistance.

일반적으로 인간의 보행 주기는 크게 입각기(stance phase)와 유각기(swing phase)로 나눌 수 있다. 입각기(stance phase)는 발이 땅에 닿아있는 시기, 즉 발뒤축 닿음에서 발가락 들림까지를 의미하며 전체 보행 주기의 60%를 차지한다. 유각기 (swing phase)는 발이 땅에서 떨어져 신체를 이동하는 시기로서, 동일 족부의 발가락 들림에서 발뒤축 닿음까지를 의미하며, 전체 보행 주기의 40% 차지한다.In general, the human gait cycle can be largely divided into the stance phase and the swing phase. The stance phase refers to the period when the foot is in contact with the ground, from heel strike to toe lift, and accounts for 60% of the entire gait cycle. The swing phase refers to the period when the foot is lifted from the ground and the body moves, from toe lift to heel strike of the same foot, and accounts for 40% of the entire gait cycle.

종래의 추진 보조용 발목 외골격 장치는 신발과 종아리 부분에 장착되며, 스프링을 구비하여 사용자의 보행 시에 인장 탄성부재가 수축되고 이완되면서 사용자에게 추진력을 제공한다. 이러한 추진 보조용 발목 외골격 장치는 입각기에서 에너지를 저장하고 유각기로 넘어가는 과정에서 에너지를 방출하며, 유각기 동안에 탄성체가 원상 회복하게 된다.Conventional propulsion-assisted ankle exoskeletons are mounted on the shoe and calf, and are equipped with springs so that the tensile elastic members contract and relax when the user walks, providing propulsion to the user. These propulsion-assisted ankle exoskeletons store energy in the stance phase and release energy as they transition into the swing phase, and the elastic members return to their original state during the swing phase.

그러나 이러한 종래의 보행 보조 장치는 사용자의 움직임에 따라 항상 스프링의 길이변화가 발생하므로 스프링이 사용자의 움직임을 방해하고, 부자연스러움을 유도하는 문제가 있다.However, these conventional walking assistance devices have a problem in that the spring's length always changes depending on the user's movements, so the spring interferes with the user's movements and causes unnaturalness.

공개특허공보 제2022-0142809호(2022.10.24)Publication of Patent Publication No. 2022-0142809 (October 24, 2022)

본 발명은 자연스러운 보행감을 제공하고, 관성 구동부를 결합 또는 이탈 위치로 안정적으로 유지할 수 있는 발목 외골격 장치를 제공한다.The present invention provides an ankle exoskeleton device that provides a natural walking sensation and can stably maintain an inertial drive unit in an engaged or disengaged position.

본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치는, 보행자의 신발에 결합되는 제1 프레임, 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 지지대와 보행자의 하퇴와 맞닿는 고정부를 갖는 제2 프레임, 상기 제1 프레임에 결합되어 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에서 발생하는 힘을 저장하는 메인 탄성체, 상기 메인 탄성체에 고정되며 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 레버를 포함하는 레버 지지부, 관성에 의하여 상기 제1 프레임에 대하여 회전하여 상기 회전 레버의 회전을 제어하는 관성 구동부, 및 상기 관성 구동부와 연결되어 상기 관성 구동부를 밀거나 당겨서 쌍안정(bistable) 제어하는 쌍안정 제어부를 포함하며, 상기 레버 지지부는 상기 회전 레버에 결합되며 복수의 돌기를 갖는 라쳇 기어를 더 포함하고, 상기 관성 구동부는 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 제어 바디와 상기 제어 바디에 결합된 무게추를 포함하며, 상기 무게추에 의한 관성력이 기 설정된 기준힘 이상이면 상기 쌍안정 제어부가 상기 제어 바디를 회전시켜서 상기 걸림쇠가 상기 라쳇 기어에 결합될 수 있다.An ankle exoskeleton device for assisting propulsion according to one embodiment of the present invention comprises: a first frame coupled to a shoe of a pedestrian; a second frame having a rotating support rotatably coupled to the first frame and a fixed portion that comes into contact with the lower leg of the pedestrian; a main elastic body coupled to the first frame and storing a force generated from a change in an angle formed between the foot and the lower leg of the pedestrian; a lever support unit including a rotating lever that is fixed to the main elastic body and rotatably coupled to the first frame; an inertial drive unit that rotates with respect to the first frame by inertia to control the rotation of the rotating lever; and a bistable control unit that is connected to the inertial drive unit and performs bistable control by pushing or pulling the inertial drive unit, wherein the lever support unit further includes a ratchet gear coupled to the rotating lever and having a plurality of protrusions, and the inertial drive unit includes a control body rotatably coupled to the first frame and a weight coupled to the control body, and when an inertial force due to the weight is greater than a preset reference force, the bistable control unit rotates the control body so that the latch engages the ratchet gear. Can be combined.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 레버 지지부는 상기 회전 레버에 결합되며 복수의 돌기를 갖는 라쳇 기어를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the lever support member may further include a ratchet gear coupled to the rotary lever and having a plurality of projections.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 관성 구동부는 상기 라쳇 기어와 결합되어 상기 라쳇 기어의 회전을 제어하는 걸림쇠를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the inertial drive unit may include a catch that is coupled with the ratchet gear and controls the rotation of the ratchet gear.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 관성 구동부는 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 제어 바디와 상기 제어 바디에 결합된 무게추를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the inertial drive unit may include a control body rotatably coupled to the first frame and a weight coupled to the control body.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제어 바디에는 후방으로 돌출된 후방돌기가 형성되고, 상기 무게추는 상기 후방돌기에 끼움 결합될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the control body has a rear projection formed therein, and the weight can be fitted into the rear projection.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 쌍안정 제어부는 상기 제1 프레임과 상기 제어 바디에 결합되어 상기 제어 바디를 당기는 탄성체로 이루어질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the bistable control unit may be formed of an elastic body coupled to the first frame and the control body to pull the control body.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 회전 레버에는 상기 라쳇 기어를 지지하는 레버 브라켓이 설치되고, 상기 레버 브라켓에는 상기 제어 바디를 밀어내는 가압 막대가 설치될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a lever bracket for supporting the ratchet gear may be installed on the rotary lever, and a pressure rod for pushing the control body may be installed on the lever bracket.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 회전 레버의 하부에는 상기 회전 레버 및 상기 제1 프레임을 연결하여 상기 회전 레버를 당기는 인장 탄성체가 설치될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a tensile elastic body may be installed at the lower portion of the rotary lever to connect the rotary lever and the first frame and pull the rotary lever.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제어 바디의 상부에는 상기 제어 바디의 회전 위치를 설정하는 스토퍼 돌기가 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a stopper protrusion for setting a rotational position of the control body may be formed on the upper portion of the control body.

본 발명의 다른 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법은, 신발에 결합되는 제1 프레임과 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합되며 하퇴에 지지된 제2 프레임과 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 회전력을 제공하는 메인 탄성체와 상기 메인 탄성체에 연결된 레버 지지부와 상기 레버 지지부에 결합되며 관성에 의하여 상기 레버 지지부의 회전을 제어하는 관성 구동부를 갖는 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법으로서, 착지 시에 관성에 의하여 관성 구동부가 레버 지지부에 결합하는 관성 결합 단계, 하퇴의 움직임에 따라 상기 메인 탄성체를 변형시키는 탄성체 변형 단계, 상기 메인 탄성체의 복원에 의하여 보행자에게 추진력을 전달하는 추진력 제공 단계, 및 발이 상승하다가 감속할 때, 관성 구동부가 회전 레버에서 이탈하는 관성 이탈 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a control method for an ankle exoskeleton for propulsion assistance comprises: a first frame coupled to a shoe; a second frame rotatably coupled to the first frame and supported on a lower leg; a main elastic body providing a rotational force of the second frame with respect to the first frame; a lever support connected to the main elastic body; and an inertial drive unit coupled to the lever support unit and controlling the rotation of the lever support unit by inertia, the control method including: an inertial coupling step in which the inertial drive unit is coupled to the lever support unit by inertia upon landing; an elastic body deformation step in which the main elastic body is deformed according to movement of the lower leg; a propulsion force providing step in which propulsion force is transmitted to a pedestrian by restoration of the main elastic body; and an inertial detachment step in which the inertial drive unit is detached from the rotary lever when the foot is raised and then decelerated.

본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 관성 결합 단계는 발이 하강하다가 지면에 닿을 때, 상기 관성 구동부에 설치된 무게추의 관성에 의하여 상기 관성 구동부가 회전하여 상기 레버 지지부에 결합될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the inertial coupling step is such that when the foot descends and touches the ground, the inertial drive unit can rotate due to the inertia of the weight installed in the inertial drive unit and be coupled to the lever support unit.

본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 관성 결합 단계는 상기 관성 구동부에 연결된 쌍안정 제어부를 이용하여 상기 관성 구동부를 당겨서 상기 관성 구동부를 회전시킬 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the inertial coupling step can rotate the inertial drive by pulling the inertial drive using a bistable control unit connected to the inertial drive.

본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 레버 지지부는 상기 메인 탄성체에 결합된 회전 레버와 상기 회전 레버에 결합된 라쳇 기어를 포함하고, 상기 관성 결합 단계는 상기 관성 구동부에 형성된 걸림쇠를 상기 라쳇 기어에 결합시킬 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the lever support includes a rotary lever coupled to the main elastic body and a ratchet gear coupled to the rotary lever, and the inertial coupling step can couple a catch formed on the inertial drive unit to the ratchet gear.

본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 관성 이탈 단계는 발이 상승하다가 감속할 때, 무게추의 관성을 이용하여 상기 걸림쇠를 상기 회전 레버에서 이탈시킬 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the inertial detachment step can detach the latch from the rotary lever by utilizing the inertia of the weight when the foot rises and then decelerates.

본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 레버 지지부는 상기 회전 레버에 결합된 가압 막대를 더 포함하고, 상기 관성 이탈 단계는 상기 가압 막대를 이용하여 상기 관성 구동부를 밀어서 상기 걸림쇠를 상기 회전 레버에서 이탈시킬 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the lever support further includes a pressure rod coupled to the rotary lever, and the inertial detachment step can detach the latch from the rotary lever by pushing the inertial drive using the pressure rod.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 관성 구동부에 의하여 회전 레버의 회전이 제어되므로 발의 움직임에 따라 메인 인장 탄성부재의 탄성력이 용이하게 제어될 수 있다. 이에 따라 필요한 경우에만 메인 탄성체가 신장되므로 보행자의 움직임 방해를 최소화하고 자연스러운 움직임을 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, since the rotation of the rotary lever is controlled by the inertial drive unit, the elastic force of the main tensile elastic member can be easily controlled according to the movement of the foot. Accordingly, since the main elastic member is stretched only when necessary, interference with the pedestrian's movement can be minimized and natural movement can be provided.

또한, 쌍안정 제어부가 설치되어 관성 구동부가 결합 또는 이탈 위치에 안정적으로 고정되므로 관성 구동부가 더욱 안정적으로 회전 레버를 제어할 수 있다.In addition, since a bistable control unit is installed so that the inertial drive unit is stably fixed in the engagement or disengagement position, the inertial drive unit can control the rotation lever more stably.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치의 일부를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치의 일부를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 바디와 가압 막대를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 구동부와 레버 지지부가 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 구동부가 레버 지지부에서 이탈된 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 걸림쇠가 라쳇 기어에서 이탈된 상태를 자세히 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
FIG. 1 is a perspective view illustrating an ankle exoskeleton device for propulsion assistance according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view illustrating a portion of an ankle exoskeleton device for propulsion assistance according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view illustrating a portion of an ankle exoskeleton device for propulsion assistance according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view illustrating a control body and a pressure rod according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a drawing illustrating a state in which an inertial drive unit and a lever support unit are combined according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a drawing illustrating a state in which an inertial drive unit according to one embodiment of the present invention is separated from a lever support unit.
FIG. 7 is a detailed drawing illustrating a state in which a latch is detached from a ratchet gear according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart for explaining a control method of an ankle exoskeleton device for propulsion assistance according to one embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention can be modified in various ways and has various embodiments, and thus specific embodiments will be illustrated and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, it should be understood that the terms "comprise" or "have" and the like are intended to specify that a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification is present, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. At this time, it should be noted that the same components in the attached drawings are indicated by the same symbols as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components in the attached drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치에 대해서 설명한다. Below, an ankle exoskeleton device for propulsion assistance according to one embodiment of the present invention is described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치의 일부를 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치의 일부를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 바디와 가압 막대를 도시한 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view illustrating an ankle exoskeleton device for propulsion assistance according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view illustrating a portion of an ankle exoskeleton device for propulsion assistance according to one embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view illustrating a portion of an ankle exoskeleton device for propulsion assistance according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view illustrating a control body and a pressure rod according to one embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치(101)는 제1 프레임(110), 제2 프레임(120), 메인 탄성체(131), 레버 지지부(160), 관성 구동부(140), 쌍안정 제어부(150)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 to 4, the propulsion assistance ankle exoskeleton device (101) according to the present embodiment may include a first frame (110), a second frame (120), a main elastic body (131), a lever support (160), an inertial drive unit (140), and a bistable control unit (150).

추진 보조용 발목 외골격 장치(101)는 사용자의 보행을 돕는 장치로서, 신발(21) 및 하퇴에 결합되어 사용자의 보행, 런닝 등의 추진을 보조할 수 있다.The ankle exoskeleton device (101) for propulsion assistance is a device that helps the user walk, and can be connected to a shoe (21) and the lower leg to assist the user's propulsion when walking, running, etc.

제1 프레임(110)은 보행자의 신발(21)에 결합되며 메인 탄성체(131)를 하부에서 지지한다. 제1 프레임(110)은 신발(21)의 측면에 지지되는 2개의 측면 지지대(112)와 측면 지지대(112)에서 후방으로 돌출되며 2개의 측면 지지대(112)를 연결하는 후방 지지대(116)를 포함할 수 있다.The first frame (110) is coupled to the pedestrian's shoe (21) and supports the main elastic body (131) from below. The first frame (110) may include two side supports (112) that are supported on the side of the shoe (21) and a rear support (116) that protrudes rearward from the side supports (112) and connects the two side supports (112).

2개의 측면 지지대(112)는 신발(21)을 사이에 두고 이격되며 측면 지지대(112)는 신발에 고정될 수 있다. 후방 지지대(116)는 측면 지지대(112)들의 후단에 결합되어 측면 지지대(112)들을 지지한다. 후방 지지대(116)는 또한 메인 탄성체(131)를 하부에서 지지할 수 있다.Two side supports (112) are spaced apart with the shoe (21) in between, and the side supports (112) can be fixed to the shoe. The rear support (116) is connected to the rear ends of the side supports (112) to support the side supports (112). The rear support (116) can also support the main elastic body (131) from below.

제2 프레임(120)은 제1 프레임(110)에 회전 가능하게 결합되며 상부로 이어져 보행자의 하퇴에 고정된다. 보행자의 보행 시에 신발(21)과 하퇴의 각도 변화에 따라 제2 프레임(120)은 제1 프레임(110)에 대하여 회전할 수 있다.The second frame (120) is rotatably connected to the first frame (110) and is connected upwardly to be fixed to the lower leg of the pedestrian. When the pedestrian walks, the second frame (120) can rotate relative to the first frame (110) depending on the change in angle between the shoe (21) and the lower leg.

제2 프레임(120)은 제1 프레임(110)에 결합되며 상부로 이어진 2개의 회전 지지대(121)와 회전 지지대(121)의 상부에 결합되며 보행자의 하퇴에 결합되는 고정부(123)와 회전 지지대(121)에서 후방으로 돌출된 탄성 지지대(125)를 포함할 수 있다.The second frame (120) is coupled to the first frame (110) and may include two rotating supports (121) extending upwardly, a fixed part (123) coupled to the upper part of the rotating supports (121) and coupled to the lower leg of the pedestrian, and an elastic support (125) protruding rearwardly from the rotating supports (121).

회전 지지대(121)는 평행하게 배치된 2개의 기둥으로 이루어지며, 측면 지지대(112)의 상부에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 고정부(123)는 회전 지지대(121)에서 전방으로 돌출되며, 정강이의 전면과 맞닿는 정강이 패드로 이루어질 수 있다. 또한, 고정부(123)에는 하퇴의 후방을 감싸는 스트랩(미도시시)이 설치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 고정부(123)는 밴드 등 다양한 구조로 이루어질 수 있다.The rotating support (121) is composed of two columns arranged in parallel and can be rotatably connected to the upper part of the side support (112). The fixed part (123) can be composed of a shin pad that protrudes forward from the rotating support (121) and comes into contact with the front of the shin. In addition, a strap (not shown) that wraps around the rear of the lower leg can be installed on the fixed part (123). However, the present invention is not limited thereto, and the fixed part (123) can be composed of various structures such as a band.

메인 탄성체(131)는 인장 스프링으로 이루어지며 복수의 메인 탄성체(131)가 탄성 지지대(125)에 고정될 수 있다. 메인 탄성체(131)는 사용자의 다리와 발의 기울기 변화에 따라 에너지를 저장하였다가 보행자에게 추진력을 전달한다.The main elastic body (131) is made of a tensile spring, and a plurality of main elastic bodies (131) can be fixed to an elastic support (125). The main elastic body (131) stores energy according to changes in the inclination of the user's legs and feet and then transmits propulsion to the pedestrian.

레버 지지부(160)는 메인 탄성체(131)와 제1 프레임(110)을 연결하며, 메인 탄성체(131)에 대하여 회전하거나, 메인 탄성체(131)에 대하여 회전하지 않도록 제어될 수 있다. 레버 지지부(160)는 회전 레버(161), 라쳇 기어(163), 레버 브라켓(165), 가압 막대(166)를 포함할 수 있다.The lever support (160) connects the main elastic body (131) and the first frame (110), and can be controlled to rotate with respect to the main elastic body (131) or not to rotate with respect to the main elastic body (131). The lever support (160) can include a rotating lever (161), a ratchet gear (163), a lever bracket (165), and a pressure rod (166).

레버 지지부(160)는 2개의 회전 레버(161)를 포함하며, 회전 레버(161)는 각각 제1 프레임(110)에 회전 가능하게 결합되며, 메인 탄성체(131)의 하부에 고정될 수 있다. 회전 레버(161)는 메인 탄성체(131)에 연결 고리(132)를 매개로 고정될 수 있다. The lever support (160) includes two rotary levers (161), and the rotary levers (161) are each rotatably connected to the first frame (110) and can be fixed to the lower part of the main elastic body (131). The rotary levers (161) can be fixed to the main elastic body (131) via a connecting ring (132).

회전 레버(161)는 막대 형상으로 이루어지며, 회전 레버(161)의 길이방향 일측 단부에는 상부로 돌출된 고리 돌기(162)가 형성되고, 고리 돌기(162)에 상기한 연결 고리(132)가 결합될 수 있다.The rotary lever (161) is formed in a rod shape, and a ring projection (162) protruding upward is formed on one end in the longitudinal direction of the rotary lever (161), and the above-mentioned connecting ring (132) can be coupled to the ring projection (162).

제1 프레임(110)은 제1 후방 브라켓(117)과 제2 후방 브라켓(118)을 포함할 수 있는데, 회전 레버(161)는 제1 후방 브라켓(117)에 회전 가능하게 결합될 수 있다.The first frame (110) may include a first rear bracket (117) and a second rear bracket (118), and the rotation lever (161) may be rotatably coupled to the first rear bracket (117).

또한, 회전 레버(161)의 길이방향 타측 단부에는 라쳇 기어(163)가 결합되는데, 라쳇 기어(163)는 회전 레버(161)와 함께 회전하며, 제1 프레임(110)에 결합된다. In addition, a ratchet gear (163) is coupled to the longitudinal end of the rotary lever (161). The ratchet gear (163) rotates together with the rotary lever (161) and is coupled to the first frame (110).

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 라쳇 기어(163)의 외측에는 2개의 레버 브라켓(165)이 설치되고, 레버 브라켓(165)의 상부에는 관성 구동부(140)의 제어 바디(141)를 밀어내는 가압 막대(166)가 설치될 수 있다. 이에 따라 가압 막대(166)는 사용자의 발목 각도 변화에 따라 제어 바디(141)를 밀어내어 관성 구동부(140)를 레버 지지부(160)에서 보조적으로 이탈시킬 수 있다. In addition, as illustrated in FIG. 4, two lever brackets (165) may be installed on the outside of the ratchet gear (163), and a pressure rod (166) for pushing the control body (141) of the inertial drive unit (140) may be installed on the upper portion of the lever bracket (165). Accordingly, the pressure rod (166) may push the control body (141) according to a change in the user's ankle angle, thereby auxiliaryly detaching the inertial drive unit (140) from the lever support unit (160).

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 회전 레버(161)의 하부에는 제1 프레임(110)과 회전 레버(161)를 연결하며, 회전 레버(161)를 당기는 인장 탄성부재(173)가 설치될 수 있다. 인장 탄성부재(173)는 회전 레버(161)에서 돌출된 제1 돌기(171)와 제1 후방 브라켓(117)에서 돌출된 제2 돌기(172)에 고정되며 인장 탄성부재(173)는 탄성을 갖는 와이어, 로프, 등으로 이루어질 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 2, a tensile elastic member (173) that connects the first frame (110) and the rotary lever (161) and pulls the rotary lever (161) may be installed at the bottom of the rotary lever (161). The tensile elastic member (173) is fixed to a first protrusion (171) protruding from the rotary lever (161) and a second protrusion (172) protruding from the first rear bracket (117), and the tensile elastic member (173) may be made of an elastic wire, rope, or the like.

인장 탄성부재(173)는 회전 레버(161)의 하부에서 회전 레버(161)가 시계방향(도 2 기준)으로 회전하도록 당기는데, 이에 따라 걸림쇠(147)와 라켓 기어(163)가 이탈될 때, 인장 탄성부재(173)가 회전 레버(161)를 잡아당겨서 가압 막대(166)가 제어 바디(141)를 밀어낼 수 있다.The tensile elastic member (173) pulls the lower portion of the rotary lever (161) to rotate the rotary lever (161) clockwise (based on FIG. 2), and accordingly, when the catch (147) and the racket gear (163) are released, the tensile elastic member (173) pulls the rotary lever (161) so that the pressure rod (166) can push the control body (141).

관성 구동부(140)는 라쳇 기어(163)에 탈착되어 회전 레버(161)의 회전을 제어하며, 제1 프레임(110)에 회전 가능하게 고정된다. 보다 상세하게 관성 구동부(140)는 제1 프레임(110)의 제1 후방 브라켓(117)에 회전 가능하게 결합될 수 있다.The inertial drive unit (140) is detachably attached to the ratchet gear (163) to control the rotation of the rotary lever (161) and is rotatably fixed to the first frame (110). More specifically, the inertial drive unit (140) can be rotatably coupled to the first rear bracket (117) of the first frame (110).

관성 구동부(140)는 제어 바디(141), 걸림쇠(147), 후방 돌기(142), 무게추(143)를 포함할 수 있다. 제어 바디(141)는 제1 프레임(110)의 제2 후방 브라켓(118)에 회전 가능하게 결합되며 막대 형상으로 이루어질 수 있다. 걸림쇠(147)는 제어 바디(141)에서는 라쳇 기어(163)를 향하여 돌출되며, 라쳇 기어(163)와 결합되어 라쳇 기어(163)를 한 방향으로만 회전시키고, 다른 방향으로 회전하지 못하도록 제어한다. 걸림쇠(147)는 제어 바디(141)의 하부에서 돌출될 수 있다.The inertial drive unit (140) may include a control body (141), a catch (147), a rear projection (142), and a weight (143). The control body (141) may be rotatably coupled to the second rear bracket (118) of the first frame (110) and may be formed in a rod shape. The catch (147) protrudes from the control body (141) toward the ratchet gear (163) and is coupled with the ratchet gear (163) to control the ratchet gear (163) to rotate in only one direction and prevent it from rotating in another direction. The catch (147) may protrude from the lower portion of the control body (141).

걸림쇠(147)는 제어 바디(141)의 회전에 따라 라쳇 기어(163)와 결합되거나, 라쳇 기어(163)에서 이탈될 수 있다. 라쳇 기어(163)와 걸림쇠(147)가 결합되면 라쳇 기어(163) 및 회전 레버(161)는 도 3에서 시계 방향으로만 회전할 수 있으며, 반시계방향으로는 회전하지 못하게 된다. 한편, 걸림쇠(147)가 라쳇 기어(163)에서 이탈되면 라쳇 기어(163)는 자유롭게 회전할 수 있다.The catch (147) can be engaged with the ratchet gear (163) or disengaged from the ratchet gear (163) depending on the rotation of the control body (141). When the ratchet gear (163) and the catch (147) are engaged, the ratchet gear (163) and the rotary lever (161) can only rotate clockwise in Fig. 3 and cannot rotate counterclockwise. On the other hand, when the catch (147) is disengaged from the ratchet gear (163), the ratchet gear (163) can rotate freely.

제어 바디(141)의 상부에는 제어 바디(141)의 회전 위치를 설정하는 스토퍼 돌기(148)가 형성될 수 있다. 스토퍼 돌기(148)는 제어 바디(141)의 상부에서 전방으로 경사지게 돌출되며, 스토퍼 돌기(148)와 제2 후방 브라켓(118)이 맞닿으면 제어 바디(141)가 더 이상 회전하지 않고 지지될 수 있다. A stopper projection (148) for setting the rotational position of the control body (141) may be formed on the upper portion of the control body (141). The stopper projection (148) protrudes forwardly from the upper portion of the control body (141) at an angle, and when the stopper projection (148) and the second rear bracket (118) come into contact, the control body (141) can be supported without further rotation.

후방 돌기(142)는 제어 바디(141)에서 신발(21)의 후방으로 돌출되며 후방 돌기(142)에는 무게추(143)가 설치될 수 있다. 무게추(143)는 후방 돌기(142)에 슬라이딩 가능하도록 결합되며, 고리 형상으로 이루어질 수 있다. 무게추(143)는 관성력을 형성하여 제어 바디(141)를 회전시킨다. The rear protrusion (142) protrudes from the control body (141) to the rear of the shoe (21), and a weight (143) may be installed on the rear protrusion (142). The weight (143) is slidably coupled to the rear protrusion (142) and may be formed in a ring shape. The weight (143) forms an inertial force to rotate the control body (141).

제어 바디(141)에는 관성 구동부(140)와 연결되어 관성 구동부(140)를 당겨서 쌍안정(bistable) 제어하는 쌍안정 제어부(150)가 연결될 수 있다. 쌍안정 제어부(150)는 인장 스프링으로 이루어질 수 있으며, 쌍안정 제어부(150)의 길이방향 일측 단부는 제1 프레임(110)에 고정되고, 쌍안정 제어부(150)의 타측 단부는 제어 바디(141)에 고정될 수 있다.A bistable control unit (150) that is connected to the inertial drive unit (140) and pulls the inertial drive unit (140) to perform bistable control may be connected to the control body (141). The bistable control unit (150) may be formed of a tensile spring, and one longitudinal end of the bistable control unit (150) may be fixed to the first frame (110), and the other end of the bistable control unit (150) may be fixed to the control body (141).

본 실시예에서는 쌍안정 제어부(150)가 제어 바디(141)를 당기는 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 쌍안정 제어부(150)는 제어 바디(141)를 밀어내는 압축 스프링으로 이루어질 수도 있다.In this embodiment, the bistable control unit (150) is exemplified as pulling the control body (141), but the present invention is not limited thereto, and the bistable control unit (150) may be formed of a compression spring that pushes the control body (141).

쌍안정 제어부(150)는 최소 길이를 갖는 2개의 위치에서 안정적인 상태를 유지하는데, 제어 바디(141)에 기 설정된 기준힘 이상의 힘이 작용하면 쌍안정 제어부(150)는 제어 바디(141)가 결합 포지션 또는 이탈 포지션에 위치하도록 제어한다. The bistable control unit (150) maintains a stable state at two positions having a minimum length, and when a force greater than a preset reference force is applied to the control body (141), the bistable control unit (150) controls the control body (141) to be positioned at the engagement position or the separation position.

이를 위해서 쌍안정 제어부(150)는 제어 바디(141)를 기 설정된 힘으로 당기며 결합 포지션과 이탈 포지션 이외의 위치에서는 불안정한 상태를 유지하고, 결합 포지션과 이탈 포지션에서만 안정을 유지한다.To this end, the bistable control unit (150) pulls the control body (141) with a preset force and maintains an unstable state in positions other than the engagement position and the detachment position, and maintains stability only in the engagement position and the detachment position.

쌍안정 제어부(150)는 제어 바디(141)와 라쳇 기어(163)가 확실하게 결합되거나, 라쳇 기어(163)와 제어 바디(141)가 확실하게 분리되도록 제어할 수 있다. 이에 따라 제어 바디(141)와 라쳇 기어(163)가 안정적으로 결합 또는 이탈 상태를 유지할 수 있다.The bistable control unit (150) can control the control body (141) and the ratchet gear (163) to be reliably coupled, or the ratchet gear (163) and the control body (141) to be reliably separated. Accordingly, the control body (141) and the ratchet gear (163) can stably maintain a coupled or separated state.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 구동부와 레버 지지부가 결합된 상태를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 관성 구동부가 레버 지지부에서 이탈된 상태를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 걸림쇠가 라쳇 기어에서 이탈된 상태를 자세히 도시한 도면이다.FIG. 5 is a drawing illustrating a state in which an inertial drive unit and a lever support unit are coupled according to one embodiment of the present invention, FIG. 6 is a drawing illustrating a state in which an inertial drive unit according to one embodiment of the present invention is separated from a lever support unit, and FIG. 7 is a drawing illustrating in detail a state in which a latch is separated from a ratchet gear according to one embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이 발이 하강하다가 신발(21)의 후단이 지면에 닿으면 무게추(142)의 관성력과 쌍안정 제어부(150)의 가압력에 의하여 제어 바디(141)가 반시계 방향으로 회전하면서 걸림쇠(147)가 라쳇 기어(163)에 결합된다. 이에 따라 라쳇 기어(163)는 회전하지 못하게 고정되거나, 한방향(도 5에서 반시계 방향)으로만 회전하도록 제어될 수 있다.As shown in Fig. 5, when the foot descends and the rear end of the shoe (21) touches the ground, the control body (141) rotates counterclockwise by the inertial force of the weight (142) and the pressing force of the bistable control unit (150), and the catch (147) is coupled to the ratchet gear (163). Accordingly, the ratchet gear (163) can be fixed so as not to rotate, or controlled to rotate only in one direction (counterclockwise in Fig. 5).

신발(21)의 바닥이 지면에 맞닿은 후에 사용자의 하퇴가 전방으로 이동하면 메인 탄성체(131)가 신장된다. 이때, 걸림쇠(147)와 라쳇 기어(163)가 결합되어 있어서 메인 탄성체(131)의 하부가 고정된 상태에서 신장될 수 있다. 한편, 하퇴가 후방으로 이동하면서 들려질 때, 메인 탄성체(131)가 신발(21)의 후방을 잡아당겨서 들려지며, 사용자에게 추진력을 제공한다. When the user's lower leg moves forward after the sole of the shoe (21) touches the ground, the main elastic body (131) is extended. At this time, the catch (147) and the ratchet gear (163) are combined so that the lower part of the main elastic body (131) can be extended while being fixed. Meanwhile, when the lower leg moves backward and is lifted, the main elastic body (131) is lifted by pulling the rear of the shoe (21), thereby providing propulsion to the user.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 신발(21)이 상부로 이동하다가 정점에 다다르며 감속할 때, 무게추(143)의 관성력과 쌍안정 제어부(150)의 가압력에 의하여 제어 바디(141)는 시계 방향으로 회전하면서 걸림쇠(147)가 라쳇 기어(163)에서 이탈한다. As shown in FIGS. 6 and 7, when the shoe (21) moves upward and reaches a peak and decelerates, the control body (141) rotates clockwise due to the inertial force of the weight (143) and the pressing force of the bistable control unit (150), and the catch (147) is released from the ratchet gear (163).

신발(21)이 공중에서 하강하는 때에는 걸림쇠(151b)가 라쳇 기어(163)에서 분리되어 회전 레버(161)가 자유롭게 회전하므로 메인 탄성체(131)의 길이는 변하지 않고 사용자에게 자연스러운 보행감을 제공할 수 있다.When the shoe (21) descends in the air, the catch (151b) is separated from the ratchet gear (163) and the rotary lever (161) rotates freely, so that the length of the main elastic body (131) does not change and a natural walking feeling can be provided to the user.

상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 무게추(143)의 관성력에 의하여 관성 구동부(140)가 레버 지지부(160)에 결합되거나 이탈할 수 있으며, 쌍안정 제어부(150)에 의하여 관성 구동부(140)와 레버 지지부(160)의 결합 또는 분리 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the inertial drive unit (140) can be coupled to or separated from the lever support unit (160) by the inertial force of the weight (143), and the coupling or separation state of the inertial drive unit (140) and the lever support unit (160) can be stably maintained by the bistable control unit (150).

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법을 설명한다.Hereinafter, a method for controlling an ankle exoskeleton device for propulsion assistance according to one embodiment of the present invention is described.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 8 is a flowchart for explaining a control method of an ankle exoskeleton device for propulsion assistance according to one embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 추진 보조용 발목 외골격 장치를 이용한 제어 방법은, 관성 결합 단계(S101), 탄성체 변형 단계(S102), 추진력 제공 단계(S103), 관성 이탈 단계(S104)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 5 to 8, a control method using an ankle exoskeleton device for propulsion assistance according to the present embodiment may include an inertial coupling step (S101), an elastic body deformation step (S102), a propulsion force provision step (S103), and an inertial departure step (S104).

관성 결합 단계(S101)는 보행 시에 신발과 지면이 맞닿는 착지 과정에서 무게추(143)의 하강 관성력에 의하여 관성 구동부(140)가 회전하고 레버 지지부(160)에 결합한다. 이때, 걸림쇠(147)가 라쳇 기어(163)와 결합하여 회전 레버(161)는 한방향으로 회전하며 메인 탄성체(131)가 신장될 수 있도록 지지한다. In the inertial coupling stage (S101), the inertial drive unit (140) rotates and is coupled to the lever support unit (160) by the downward inertial force of the weight (143) during the landing process where the shoe and the ground come into contact while walking. At this time, the catch (147) is coupled with the ratchet gear (163), and the rotating lever (161) rotates in one direction and supports the main elastic body (131) so that it can be extended.

또한, 관성 결합 단계(S101)는 관성 구동부(140)에 연결된 쌍안정 제어부(150)를 이용하여 관성 구동부(140)를 잡아당겨서 관성 구동부(140)를 회전시키는데, 무게추(143)의 관성력에 의하여 기준힘 이상의 힘이 작용하면 쌍안정 제어부(150)가 제어 바디(141)를 회전시켜서 걸림쇠(147)가 라쳇 기어(163)에 확실하게 결합될 수 있다.In addition, the inertial coupling step (S101) pulls the inertial drive unit (140) using the bistable control unit (150) connected to the inertial drive unit (140) to rotate the inertial drive unit (140). When a force greater than the reference force is applied due to the inertial force of the weight (143), the bistable control unit (150) rotates the control body (141) so that the latch (147) can be reliably coupled to the ratchet gear (163).

탄성체 변형 단계(S102)는 하퇴의 움직임에 따라 메인 탄성체(131)를 변형시킨다. 탄성체 변형 단계(S103)는 보행자의 하퇴 움직임에 따라 메인 탄성체(131)의 길이를 증가시켜서 에너지를 저장한다.The elastic body deformation step (S102) deforms the main elastic body (131) according to the movement of the lower leg. The elastic body deformation step (S103) increases the length of the main elastic body (131) according to the movement of the lower leg of the pedestrian to store energy.

추진력 제공 단계(S103)는 메인 탄성체(131)의 수축 복원에 의하여 보행자에게 추진력을 제공한다. 추진력 제공 단계(S103)에서 메인 탄성체(131)로 제1 프레임(110)을 잡아당겨서 사용자가 걷거나 점프할 수 있는 추진력을 제공한다. 추진력 제공 단계(S103)는 하퇴가 후방으로 이동하면서 들려지는 구간에서 메인 탄성체(131)를 이용하여 신발(21)의 후방을 잡아당겨서 들어 올릴 수 있다.The propulsion providing step (S103) provides propulsion to the pedestrian by the contraction and recovery of the main elastic body (131). In the propulsion providing step (S103), the main elastic body (131) is used to pull the first frame (110) to provide propulsion for the user to walk or jump. In the propulsion providing step (S103), the rear of the shoe (21) can be pulled and lifted using the main elastic body (131) in the section where the lower leg moves rearward.

관성 이탈 단계(S104)는 신발(21)이 상승하다가 감속할 때, 관성 구동부(140)를 회전 레버(161)에서 이탈시킨다. 관성 이탈 단계(S104)는 신발이 상승하다가 정점에 다다르며 감속할 때, 무게추(143)가 상승하고자 하는 관성력을 이용하여 걸림쇠(147)를 회전 레버(161)에서 이탈시킨다. 이때, 걸림쇠(147)가 라쳇 기어(163)에서 분리되어 회전 레버(161)가 자유롭게 회전할 수 있다. 이에 따라 신발이 하강하는 과정에서는 사용자에게 자유로운 움직임을 제공할 수 있다.In the inertial detachment step (S104), when the shoe (21) rises and then decelerates, the inertial drive unit (140) is detached from the rotary lever (161). In the inertial detachment step (S104), when the shoe rises and then decelerates while reaching a peak, the weight (143) uses the inertial force that causes the catch (147) to rise and detach from the rotary lever (161). At this time, the catch (147) is separated from the ratchet gear (163), so that the rotary lever (161) can rotate freely. Accordingly, the user can be provided with free movement when the shoe is lowered.

또한, 관성 이탈 단계(S104)는 관성 구동부에 연결된 쌍안정 제어부(150)를 이용하여 관성 구동부(140)를 잡아당겨서 관성 구동부(140)를 회전시키는데, 무게추(143)의 관성력에 의하여 기준힘 이상의 힘이 작용하면 쌍안정 제어부(150)가 제어 바디(141)를 회전시켜서 걸림쇠(147)가 라쳇 기어(163)에서 완전히 분리되도록 한다. 또한, 관성 이탈 단계(S104)는 가압 막대(166)를 이용하여 관성 구동부(140)를 밀어서 걸림쇠(147)를 회전 레버(161)에서 이탈시킬 수 있다.In addition, the inertial departure step (S104) rotates the inertial drive (140) by pulling the inertial drive (140) using the bistable control unit (150) connected to the inertial drive, and when a force greater than the reference force is applied due to the inertial force of the weight (143), the bistable control unit (150) rotates the control body (141) so that the catch (147) is completely separated from the ratchet gear (163). In addition, the inertial departure step (S104) can detach the catch (147) from the rotary lever (161) by pushing the inertial drive (140) using the pressure rod (166).

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Above, one embodiment of the present invention has been described, but those skilled in the art will be able to modify and change the present invention in various ways by adding, changing, deleting or adding components, etc., within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims, and this will also be considered to be included within the scope of the rights of the present invention.

101: 추진 보조용 발목 외골격 장치
110: 제1 프레임 112: 측면 지지대
116: 후방 지지대 117: 제1 후방 브라켓
118: 제2 후방 브라켓 120: 제2 프레임
121: 회전 지지대 123: 고정부
125: 탄성 지지대 131: 메인 탄성체
132: 연결 고리 140: 관성 구동부
141: 제어 바디 142: 후방 돌기
143: 무게추 147: 걸림쇠
148: 스토퍼 돌기 150: 쌍안정 제어부
160: 레버 지지부 161: 회전 레버
162: 고리 돌기 163: 라쳇 기어
165: 레버 브라켓 166: 가압 막대
171: 제1 돌기 172: 제2 돌기
173: 인장 탄성부재
101: Ankle exoskeleton device for propulsion assistance
110: First frame 112: Side support
116: Rear support 117: First rear bracket
118: 2nd rear bracket 120: 2nd frame
121: Rotating support 123: Fixed part
125: Elastic support 131: Main elastic body
132: Link 140: Inertial drive
141: Control body 142: Rear projection
143: Weight 147: Latch
148: Stopper protrusion 150: Bistable control unit
160: Lever support 161: Rotating lever
162: Ring Turn 163: Ratchet Gear
165: Lever bracket 166: Pressure rod
171: First protrusion 172: Second protrusion
173: Tensile elastic member

Claims (15)

보행자의 신발에 결합되는 제1 프레임;
상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 지지대와 보행자의 하퇴와 맞닿는 고정부를 갖는 제2 프레임;
상기 제1 프레임에 결합되어 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에서 발생하는 힘을 저장하는 메인 탄성체;
상기 메인 탄성체에 고정되며 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 레버를 포함하는 레버 지지부;
관성에 의하여 상기 제1 프레임에 대하여 회전하여 상기 회전 레버의 회전을 제어하는 관성 구동부; 및
상기 관성 구동부와 연결되어 상기 관성 구동부를 밀거나 당겨서 쌍안정(bistable) 제어하는 쌍안정 제어부;
를 포함하며,
상기 레버 지지부는 상기 회전 레버에 결합되며 복수의 돌기를 갖는 라쳇 기어를 더 포함하고,
상기 관성 구동부는 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 제어 바디와 상기 제어 바디에 결합된 무게추를 포함하며,
상기 무게추에 의한 관성력이 기 설정된 기준힘 이상이면 상기 쌍안정 제어부가 상기 제어 바디를 회전시켜서 걸림쇠가 상기 라쳇 기어에 결합되는 것을 특징으로 하는 추진 보조용 발목 외골격 장치.
A first frame coupled to a pedestrian's shoe;
A second frame having a rotating support member rotatably connected to the first frame and a fixed member that comes into contact with the lower leg of a pedestrian;
A main elastic body coupled to the first frame and storing the force generated from the change in angle between the pedestrian's foot and lower leg;
A lever support member including a rotary lever fixed to the main elastic body and rotatably coupled to the first frame;
An inertial drive unit that rotates relative to the first frame by inertia to control the rotation of the rotary lever; and
A bistable control unit connected to the above inertial drive unit and performing bistable control by pushing or pulling the above inertial drive unit;
Including,
The above lever support is coupled to the above rotary lever and further includes a ratchet gear having a plurality of projections,
The above inertial drive unit includes a control body rotatably coupled to the first frame and a weight coupled to the control body,
An ankle exoskeleton device for assisting propulsion, characterized in that when the inertial force due to the weight is greater than a preset reference force, the bistable control unit rotates the control body so that the latch is engaged with the ratchet gear.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 관성 구동부는 상기 라쳇 기어와 결합되어 상기 라쳇 기어의 회전을 제어하는 걸림쇠를 포함하는 것을 특징으로 하는 추진 보조용 발목 외골격 장치.
In the first paragraph,
An ankle exoskeleton device for assisting propulsion, characterized in that the inertial drive unit includes a catch that is coupled to the ratchet gear and controls the rotation of the ratchet gear.
삭제delete 제3 항에 있어서,
상기 제어 바디에는 후방으로 돌출된 후방돌기가 형성되고, 상기 무게추는 상기 후방돌기에 끼움 결합된 것을 특징으로 하는 추진 보조용 발목 외골격 장치.
In the third paragraph,
An ankle exoskeleton device for assisting propulsion, characterized in that the control body has a rearwardly protruding rearward projection formed therein, and the weight is fitted and connected to the rearward projection.
제3 항에 있어서,
상기 쌍안정 제어부는 상기 제1 프레임과 상기 제어 바디에 결합되어 상기 제어 바디를 당기는 탄성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 추진 보조용 발목 외골격 장치.
In the third paragraph,
An ankle exoskeleton device for assisting propulsion, characterized in that the bistable control unit is formed of an elastic body that is coupled to the first frame and the control body and pulls the control body.
제3 항에 있어서,
상기 회전 레버에는 상기 라쳇 기어를 지지하는 레버 브라켓이 설치되고, 상기 레버 브라켓에는 상기 제어 바디를 밀어내는 가압 막대가 설치된 것을 특징으로 하는 추진 보조용 발목 외골격 장치.
In the third paragraph,
An ankle exoskeleton device for propulsion assistance, characterized in that a lever bracket for supporting the ratchet gear is installed on the rotating lever, and a pressure rod for pushing the control body is installed on the lever bracket.
제7 항에 있어서,
상기 회전 레버의 하부에는 상기 회전 레버 및 상기 제1 프레임을 연결하여 상기 회전 레버를 당기는 인장 탄성체가 설치된 것을 특징으로 하는 추진 보조용 발목 외골격 장치.
In Article 7,
An ankle exoskeleton device for assisting propulsion, characterized in that a tensile elastic body is installed at the lower portion of the rotary lever to pull the rotary lever by connecting the rotary lever and the first frame.
보행자의 신발에 결합되는 제1 프레임;
상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 지지대와 보행자의 하퇴와 맞닿는 고정부를 갖는 제2 프레임;
상기 제1 프레임에 결합되어 보행자의 발과 하퇴가 이루는 각도 변화에서 발생하는 힘을 저장하는 메인 탄성체;
상기 메인 탄성체에 고정되며 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 회전 레버를 포함하는 레버 지지부;
관성에 의하여 상기 제1 프레임에 대하여 회전하여 상기 회전 레버의 회전을 제어하는 관성 구동부; 및
상기 관성 구동부와 연결되어 상기 관성 구동부를 밀거나 당겨서 쌍안정(bistable) 제어하는 쌍안정 제어부;
를 포함하며,
상기 레버 지지부는 상기 회전 레버에 결합되며 복수의 돌기를 갖는 라쳇 기어를 더 포함하고,
상기 관성 구동부는 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합된 제어 바디와 상기 제어 바디에 결합된 무게추를 포함하며,
상기 제어 바디의 상부에는 상기 제어 바디의 회전 위치를 설정하는 스토퍼 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 추진 보조용 발목 외골격 장치.
A first frame coupled to a pedestrian's shoe;
A second frame having a rotating support member rotatably connected to the first frame and a fixed member that comes into contact with the lower leg of a pedestrian;
A main elastic body coupled to the first frame and storing the force generated from the change in angle between the pedestrian's foot and lower leg;
A lever support member including a rotary lever fixed to the main elastic body and rotatably coupled to the first frame;
An inertial drive unit that rotates relative to the first frame by inertia to control the rotation of the rotary lever; and
A bistable control unit connected to the above inertial drive unit and performing bistable control by pushing or pulling the above inertial drive unit;
Including,
The above lever support is coupled to the above rotary lever and further includes a ratchet gear having a plurality of projections,
The above inertial drive unit includes a control body rotatably coupled to the first frame and a weight coupled to the control body,
An ankle exoskeleton device for assisting propulsion, characterized in that a stopper protrusion for setting the rotational position of the control body is formed on the upper part of the control body.
신발에 결합되는 제1 프레임과 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 결합되며 하퇴에 지지된 제2 프레임과 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 회전력을 제공하는 메인 탄성체와 상기 메인 탄성체에 연결된 레버 지지부와 상기 레버 지지부에 결합되며 관성에 의하여 상기 레버 지지부의 회전을 제어하는 관성 구동부를 갖는 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법에 있어서,
착지 시에 관성에 의하여 관성 구동부가 레버 지지부에 결합하는 관성 결합 단계;
하퇴의 움직임에 따라 상기 메인 탄성체를 변형시키는 탄성체 변형 단계;
상기 메인 탄성체의 복원에 의하여 보행자에게 추진력을 전달하는 추진력 제공 단계; 및
발이 상승하다가 감속할 때, 관성 구동부가 회전 레버에서 이탈하는 관성 이탈 단계;
를 포함하며,
상기 레버 지지부는 상기 메인 탄성체에 결합된 회전 레버와 상기 회전 레버에 결합된 라쳇 기어와 상기 회전 레버에 결합된 가압 막대를 포함하고,
상기 관성 결합 단계는 상기 관성 구동부에 형성된 걸림쇠를 상기 라쳇 기어에 결합시키며,
상기 관성 이탈 단계는 상기 가압 막대를 이용하여 상기 관성 구동부를 밀어서 상기 걸림쇠를 상기 회전 레버에서 이탈시키는 것을 특징으로 하는 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법.
A method for controlling an ankle exoskeleton device for assisting propulsion, the device comprising: a first frame coupled to a shoe; a second frame rotatably coupled to the first frame and supported on a lower leg; a main elastic body providing rotational force of the second frame with respect to the first frame; a lever support connected to the main elastic body; and an inertial drive connected to the lever support and controlling rotation of the lever support by inertia.
An inertial coupling step in which the inertial drive unit is coupled to the lever support unit by inertia upon landing;
An elastic body deformation step for deforming the main elastic body according to the movement of the lower leg;
A propulsion providing step for transmitting propulsion to a pedestrian by restoring the main elastic body; and
Inertial departure stage where the inertial drive detaches from the rotary lever as the foot rises and then decelerates;
Including,
The above lever support includes a rotary lever coupled to the main elastic body, a ratchet gear coupled to the rotary lever, and a pressure rod coupled to the rotary lever.
The above inertial coupling step couples the catch formed in the above inertial drive unit to the ratchet gear,
A control method for an ankle exoskeleton device for assisting propulsion, characterized in that the inertial detachment step pushes the inertial drive unit using the pressure rod to detach the latch from the rotary lever.
제10 항에 있어서,
상기 관성 결합 단계는 발이 하강하다가 지면에 닿을 때, 상기 관성 구동부에 설치된 무게추의 관성에 의하여 상기 관성 구동부가 회전하여 상기 레버 지지부에 결합되는 것을 특징으로 하는 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법.
In Article 10,
A control method for an ankle exoskeleton device for assisting propulsion, characterized in that the inertial drive unit rotates and is coupled to the lever support unit by the inertia of the weight installed in the inertial drive unit when the foot descends and touches the ground.
제11 항에 있어서,
상기 관성 결합 단계는 상기 관성 구동부에 연결된 쌍안정 제어부를 이용하여 상기 관성 구동부를 당겨서 상기 관성 구동부를 회전시키는 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법.
In Article 11,
A method for controlling an ankle exoskeleton device for assisting propulsion, wherein the inertial coupling step pulls the inertial drive unit using a bistable control unit connected to the inertial drive unit to rotate the inertial drive unit.
삭제delete 제12 항에 있어서,
상기 관성 이탈 단계는 발이 상승하다가 감속할 때, 무게추의 관성을 이용하여 상기 걸림쇠를 상기 회전 레버에서 이탈시키는 추진 보조용 발목 외골격 장치의 제어 방법.
In Article 12,
The above inertial detachment step is a control method of an ankle exoskeleton device for assisting propulsion that detaches the catch from the rotary lever by using the inertia of the weight when the foot rises and then decelerates.
삭제delete
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Patent event date: 20250331

PG1601 Publication of registration