KR101008051B1 - 하지 재활치료 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더의 공기압을 운동 하중으로 하는 하지 재활치료 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하지 환자의 보행 운동 또는 하체 운동을 하기 위한 하지 재활치료 장치는, 보행 운동에 맞추어 이동 가능하며, 육각형상의 재활치료 공간을 형성하고 지지하는 지지 프레임; 지지 프레임에 설치되며, 내부의 공기압을 하지 환자의 인양 하중으로 제공하는 에어 실린더; 하지 환자를 운동시키기 위한 하중값을 설정하는 컨트롤러; 및 에어 실린더의 피스톤 위치가 변경될 때 배기 동작 또는 흡기 동작을 하여, 하중값에 따라 공기압을 일정하게 유지시키는 전공비례제어 밸브를 포함한다.
본 발명의 하지 재활치료 장치는 재활치료 효과를 향상시킬 수 있으며, 하지 환자의 사용 편의를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

하지 재활치료 장치{APPARATUS FOR REHABILITATING LEG}

본 발명은 실린더의 공기압을 운동 하중으로 하는 하지 재활치료 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산업재해나 교통사고 등으로 인한 척추 부상은 환자 본인뿐만 아니라 가족 모두에게 고통으로 존재한다. 상체를 사용할 수 있으나 하체가 불편한 하지 환자의 경우, 환자의 보행 운동이나 하체 운동 등을 도울 수 있는 재활치료 장치가 종래에 많이 존재하며 현재까지 꾸준히 개발되고 있다. 예컨대, 종래의 재활치료 장치는 로프 등을 환자의 상체에 체결하여 인양함으로써, 하지 환자의 하중을 덜고 하지 환자가 직립 상태를 유지하도록 지지하여 보행 운동을 가능하게 하고 있다.

하지만, 종래의 재활치료 장치는 로프가 상부의 고정 수단에 의해 고정되기 때문에, 하지 환자의 인양 높이도 최초 설정된 상태로 유지된다. 이에 따라, 로프의 길이 설정이 맞지 않거나 보행 운동 중 상하 방향 유동에 의해 하지 환자의 하중이 그대로 척추나 하체의 관절에 전달되는 문제점이 있다. 즉, 로프가 느슨해진 경우에는 하중 전체가 하체의 무릎, 발목 등 관절에 부과되고, 로프가 조여진 경우에는 하중이 0이 되며 허리에 무리를 주는 경우가 발생한다. 또한, 고정 수단에 의해 고정되기 때문에 하중을 원하는 값으로 변화시킬 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 재활치료를 효과적으로 할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 휠체어, 침대 등에서 환자 본인이 직접 재활치료 장치에 올라설 수 없기 때문에 보호자가 항상 필요하며, 운동 중 환자의 대소변 해결이 용이하지 못하고, 실내 고정식으로 되어 있거나 천정 레일(rail)식으로 되어있기 때문에 환자가 밖으로 나가고 싶은 욕구를 충족시킬 수 없는 문제점이 있다. 한편, 몸이 불편한 환자가 사용하는 장치이므로, 항상 안전상의 문제를 고려할 수 있어야 한다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해서 안출된 것으로, 하지 환자가 버틸 수 있는 하중을 제외한 나머지 하중은 인양하여 하지 환자의 운동 하중을 제공하되, 운동 중 상하 방향 변위가 발생하여도 설정된 하중값을 일정하게 유지시킬 수 있으며, 필요에 따라 하중값을 용이하게 변경 설정할 수 있는 하지 재활치료 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 보호자 없이도 환자가 직접 사용할 수 있으며, 하지 환자의 의지대로 이동 가능하고, 안전사고를 방지할 수 있는 하지 재활치료 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 하지 환자의 보행 운동 또는 하체 운동을 하기 위한 하지 재활치료 장치는, 보행 운동에 맞추어 이동 가능하며, 육각형상의 재활치료 공간을 형성하고 지지하는 지지 프레임; 지지 프레임에 설치되며, 내부의 공기압을 하지 환자의 인양 하중으로 제공하는 에어 실린더; 하지 환자를 운동시키기 위한 하중값을 설정하는 컨트롤러; 및 에어 실린더의 피스톤 위치가 변경될 때 배기 동작 또는 흡기 동작을 하여, 하중값에 따라 공기압을 일정하게 유지시키는 전공비례제어 밸브를 포함하고, 컨트롤러가, 설정되는 하중값을 전압값으로 환산하여 전공비례제어 밸브로 전송하는 하중 설정부와, 운동 중의 하중값을 최초 설정된 기본 하중값으로 급전환하여 비상 정지시키는 비상 정지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 에어 실린더는 단동식 에어 실린더이며, 전공비례제어 밸브는 피스톤에 의해 구획되는 상하부 각 공기실 중 일방에만 연결되어 공기압을 유지시키는 것을 특징으로 한다.

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또한, 본 발명의 하지 재활치료 장치는, 공기를 압축하는 컴프레서와, 컴프레서에 연결되어 컴프레서로부터의 공기압 흐름을 개폐하는 솔레노이드 밸브와, 솔레노이드 밸브에 연결되어 압축되는 공기를 저장하는 에어 탱크와, 에어 탱크와 전공비례제어 밸브 사이에 연결되어 에어 탱크로부터 배출되는 공기의 공기압을 조절하고 필터링하는 필터 레귤레이터와, 컨트롤러, 컴프레서 및 솔레노이드 밸브에 외부 전원을 공급 또는 차단하는 온오프 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 하지 재활치료 장치는, 지지 프레임의 하단에 설치되는 바퀴와, 바퀴를 구동하는 구동 모터와, 하지 환자의 상체를 지지하여 인양하는 하니스(harness)와, 일단이 피스톤과 연결되고 지지 프레임의 상단으로부터 하방으로 연장되며 타단이 하니스와 연결되는 와이어 로프와, 지지 프레임의 상단에서 와이어 로프의 변위를 감지하는 변위 센서와, 구동 모터를 구동시키는 조이스틱을 더 포함하고, 컨트롤러는, 변위 센서에서 감지되는 변위 방향 및 변위값에 따라 구동 모터를 구동하여 지지 프레임을 자동 이동시키거나, 조이스틱의 조작에 따라 구동 모터를 구동하여 지지 프레임을 수동 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 조이스틱은 지지 프레임의 전면 및 후면 각각에 설치되어 하지 환자가 향하는 방향에 따라 선택 사용되며, 하중값을 입력하고 표시하는 터치스크린이 지지 프레임의 측면에 위치되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 하지 재활치료 장치는, 지지 프레임의 하단에 설치되며 좌우 방향으로 회전하여 지지 프레임을 침대 또는 휠체어에 진입시키는 좌우이동 바퀴와, 좌우이동 바퀴를 상하 방향으로 이동시키는 방향전환 실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 하지 재활치료 장치는 하지 환자가 버틸 수 있는 하중을 제외한 나머지 하중은 인양하여 하지 환자의 운동 하중을 제공하는 한편, 운동 중 상하 방향 변위가 발생하여도 설정된 하중값을 일정하게 유지시킬 수 있으며, 필요에 따라 하중값을 용이하게 변경 설정할 수 있으므로, 재활치료 효과를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 하지 재활치료 장치는 보호자 없이도 환자가 직접 사용할 수 있으며, 하지 환자의 의지대로 이동 가능하고, 안전사고를 방지할 수 있으므로, 하지 환자의 사용 편의를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치의 각 구성 요소를 기능 블록으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에어 실린더의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치의 이동 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치의 진입 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하려는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치를 개략적으로 나타낸 도면으로서, (a)는 평면도이고, (b)는 정면도이고, (c)는 우측면도이며, (d)는 후면도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치의 각 구성 요소를 기능 블록으로 나타낸 블록도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치는 하지 환자의 보행 운동 또는 하체 운동을 하기 위한 장치로서, 지지 프레임(110), 에어 실린더(120), 컨트롤러(130), 전공비례제어 밸브(140), 컴프레서(150), 솔레노이드 밸브(160), 에어 탱크(170), 필터 레귤레이터(180) 및 온오프 스위치(190)를 포함한다.

지지 프레임(110)은 보행 운동에 맞추어 이동 가능하며, 육각형상의 재활치료 공간을 형성하고 지지한다. 즉, 상기의 에어 실린더(120), 컨트롤러(130), 전공비례제어 밸브(140), 컴프레서(150), 솔레노이드 밸브(160), 에어 탱크(170), 필터 레귤레이터(180), 온오프 스위치(190) 등 하지 재활치료 장치의 운동 하중을 제공하기 위한 구성 요소들과, 하니스(114), 와이어 로프(115) 등 일반적인 하지 재활치료 장치의 구성 요소들과, 바퀴(111), 구동 모터(112), 변위 센서(116), 조이스틱(117) 등 하지 재활치료 장치의 이동을 위한 구성 요소들과, 터치스크린(131), 좌우이동 바퀴(118), 방향전환 실린더(119) 등 기타 편의를 제공하기 위한 구성 요소들이 설치되는 기초 토대를 형성한다.

에어 실린더(120)는 지지 프레임(110)에 설치되며, 내부의 공기압을 하지 환자의 인양 하중으로 제공한다. 즉, 피스톤(123)이 왕복 운동하여도 에어 실린더(120)의 내부에 일정하게 유지되는 공기압에 의해 하지 환자가 버틸 수 있는 하중을 제외한 나머지 하중을 인양하므로, 버틸 수 있은 하중이 운동 하중으로 제공된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 에어 실린더(120)는 단동식 에어 실린더로서, 피스톤(123)에 의해 구획되는 상하부 두 개의 공기실 중 일방, 즉 운동 하중을 제공하고자 하는 측의 공기실에만 전공비례제어 밸브(140)를 연결하여 공기를 인위적으로 흡기 또는 배기하여 공기압을 일정하게 유지함으로써, 설정된 하중값을 제공하는데 나아가, 필요에 따라 흡기량 또는 배기량을 달리하여 공기압을 조절하는 것으로 하중값을 조절하는 것이 가능하다. 본 발명의 일실시예에 따른 에어 실린더(120)의 작동 원리에 관한 보다 구체적인 설명은 다음의 도 3을 통해 후술하기로 한다.

컨트롤러(130)는 하지 환자를 운동시키기 위한 하중값을 설정한다. 여기서, 하중값은 인양 하중값 또는 운동 하중값 중 하나를 선택적으로 사용할 수 있다. 인양 하중값은 에어 실린더(120)의 공기압에 비례하여 나타낸 하중값이며, 운동 하중값은 하지 환자의 실제 몸무게에서 인양 하중값을 감산하여 나타낸 하중값으로, 하지 환자가 재활치료 운동할 때 실질적으로 부담하는 하중값이다. 예컨대, 하지 환자의 몸무게가 60kg, 인양 하중이 50kg, 운동 하중이 10kg(60kg - 50kg)인 경우, 인양 하중값을 본 발명의 일실시예에 따른 하중값으로 정의하면 하중값은 50kg으로 나타내어지고, 운동 하중값을 본 발명의 일실시예에 따른 하중값으로 정의하면 하중값은 10kg으로 나타내어진다. 운동 하중값을 하중값으로 정의하여 사용하기 위해서는 하자 환자의 몸무게를 입력하거나 실측하는 수단이 더 필요하다. 이하에서는 운동 하중값을 하중값으로 정의하여 나타낸다.

또한, 기본 하중값은 안전사고를 방지하기 위하여 최초에 제작자에 의해 설정 및 고정되며, 이후 운동 중의 하중값은 사용자가 필요에 따라 임의 변경할 수 있다. 하중값의 설정은 터치스크린(131)에 의해 입력된다.

또한, 컨트롤러(130)는, 설정되는 하중값을 전압값으로 환산하여 전공비례제어 밸브(140)로 전송하는 하중 설정부(도시하지 않음)와, 운동 중의 하중값을 최초 설정된 기본 하중값으로 급전환하여 비상 정지시키는 비상 정지부(도시하지 않음)를 포함하는 것이 가능하다.

구체적으로, 하중 설정부는 재활치료 운동하는 하지 환자가 원하는 하중값을 설정할 수 있도록 해주는 기능부로서, 터치스크린(131)을 통하여 kg 단위로 입력되는 하중값을 V 단위의 전압값 신호로 변환하여 전공비례제어 밸브(140)로 공급한다. 예컨대, 기본 하중값 5kg에 해당하는 전압값이 2V로 설정되어 있으면, 하지 환자가 터치스크린(131)을 통하여 20kg을 입력한 후 터치스크린(131)에 표시되는 입력 확인 버튼을 눌러주면, 컨트롤러(130)는 8V의 전압 신호를 전공비례제어 밸브로 공급한다. 여기서, 하중값의 변경 설정은 입력 확인 버튼을 통해 입력을 확인해야만 이루어지게 하여 하지 환자가 하중 변경을 인식할 수 있다. 따라서, 하중 변경 시의 안전사고를 예방할 수 있다.

비상 정지부는 에어 실린더(120)의 하중이 순간적으로 상기의 기본 하중값으로 변경한다. 예컨대, 하지 환자가 20kg의 하중으로 보행 운동 중에 갑작스런 고통을 느껴 터치스크린(131)에 표시되는 비상 정지 버튼을 누르면, 설정된 하중 20kg 중에서 15kg이 순간적으로 제거되고 기본 하중값 5kg으로 변경되어 하지 환자의 고통을 제거하고 안전사고를 방지할 수 있다.

전공비례제어 밸브(140)는 에어 실린더(120)의 피스톤(123) 위치가 변경될 때 배기 동작 또는 흡기 동작을 하여, 컨트롤러(130)에서 설정되는 하중값에 따라 공기압을 일정하게 유지시킨다. 전공비례제어 밸브는 전압 신호에 비례하여 공기압을 조절하는 밸브로서, 본 발명의 일실시예에서는 컨트롤러(130)로부터 전공비례제어 밸브(140)로 인가되는 하중값이 특정 전압값을 가지는 신호에 해당하며, 하중으로 작용하는 에어 실린더(120)의 공기압이 전압 신호에 비례하는 공기압에 해당된다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서는 전공비례제어 밸브(140)를 채용함으로써, 하지 환자의 상하 방향 위치 변화에 따라 피스톤(123)이 왕복 운동하는 경우에도, 하중값에 따른 공기압값을 일정하게 유지하여 정확하고 정밀한 하중을 제공하는 것이 가능하며, 나아가 필요에 따라 공기압을 원하는 값으로 증가 또는 감소시키는 것도 가능하다.

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컴프레서(150, compressor)는 에어 실린더(120)에 공기압을 공급하기 위한 공기를 압축한다. 컴프레서(150)는, 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치를 가정이나 병원에서 사용할 수 있도록, 일반적으로 냉장고용으로 사용되고 있는 저소음(42dB), 소형의 컴프레서를 사용한다.

솔레노이드 밸브(160)는 컴프레서(150)에 연결되어 컴프레서(150)로부터 에어 탱크(170)로의 공기압 흐름을 개폐한다.

에어 탱크(170)는 솔레노이드 밸브(160)에 연결되어 압축되는 공기를 저장한다. 하지 재활치료 장치는 순간적인 흡기와 배기의 동작을 반복하는 기구로서, 이 동작에 맞추어 컴프레서(150)로부터 공기압을 직접 제공하는 데에는 무리가 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서는 압축 공기를 저장하는 에어 탱크(170)를 구비함으로써, 공기압을 원활하게 제공한다.

필터 레귤레이터(180)는 에어 탱크(170)와 전공비례제어 밸브(140) 사이에 연결되어 에어 탱크(170)로부터 배출되는 공기의 공기압을 조절하고 필터링한다. 구체적으로, 에어 탱크(170)와 전공비례제어 밸브(140) 사이의 공기압을 맞추어 주고, 전공비례제어 밸브(140)로 제공되는 공기를 필터링하여 불순물을 제거한다.

온오프 스위치(190)는 컨트롤러(130), 컴프레서(150) 및 솔레노이드 밸브(160)에 배터리(191)로부터 직류 전압(24V)을 공급 또는 차단한다. 이에 따라, 하지 환자는 운동 시작 전에 온오프 스위치(190)를 온(on)시키는 것에 의하여, 하지 재활치료 장치를 동작시킬 수 있으며, 운동 종료 후에 온오프 스위치(190)를 오프(off)시키는 것에 의하여, 하지 재활치료 장치를 정지시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 하지 재활치료 장치를 강제 종료시킬 수도 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치의 동작 순서를 살펴보면, 먼저 온오프 스위치(190)를 온시키는 것에 의해 하지 재활치료 장치에 전원을 공급한다. 온오프 스위치(190)에 의해 공급되는 전원은 컨트롤러(130), 컴프레서(150) 및 솔레노이드 밸브(160)를 동작시킨다. 컴프레서(150)를 통해 발생되는 공기압은 솔레노이드 밸브(160), 에어 탱크(170), 필터 레귤레이터(180) 및 전공비례제어 밸브(140)를 통해 최종적으로 에어 실린더(120)에 제공된다. 이때, 컨트롤러(130)는 하지 환자가 설정하는 하중값을 전압 신호로 하여 전공비례제어 밸브(140)를 제어하고, 전공비례제어 밸브(140)는, 피스톤(123)의 이동에 연동하는 흡기와 배기 동작으로, 하중값에 따른 공기압을 유지시킨다. 또한, 하지 환자가 하중값을 증가 설정하는 경우에는, 컨트롤러(130)가 하중 증가 신호를 전공비례제어 밸브(140)에 전송한다. 전공비례제어 밸브(140)는 하중 증가 신호에 따라 에어 실린더(120)의 공기압을 감소시키는 것으로, 하지 재활치료 장치의 운동 하중을 증가시키게 된다.

이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치는 하지 환자가 버틸 수 있는 하중을 제외한 나머지 하중은 인양하여 하지 환자의 운동 하중을 제공하는 한편, 운동 중 상하 방향 변위가 발생하여도 설정된 하중값을 일정하게 유지시킬 수 있으며, 필요에 따라 하중값을 용이하게 변경 설정할 수 있다.

피스톤(123)에는 지지 프레임(110)의 상단으로부터 하방으로 연장되는 와이어 로프(115)가 상하 이동 가능하게 연결되며, 와이어 로프(115)에는 하지 환자의 상체를 지지하여 인양하는 하니스(114)가 체결되는 것에 의해 효과적이며 안전적으로 보행 운동 또는 상하 방향의 하체 운동을 행할 수 있다. 이하에서는 에어 실린더의 작동 원리와, 나머지 구성 요소들의 기능, 구조, 작동 원리 등에 관해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에어 실린더의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 에어 실린더(120)는 전공비례제어 밸브를 통하여 흡기 또는 배기되는 일방의 공기실(121, 하부 공기실)만을 제어하는 것으로 타방의 공기실(122, 상부 공기실)은 공기 출입구(122a)가 개방되어 있다. 에어 실린더(120)를 상하 수직으로 설치하면 하부 공기실(121)이 부하측이 되며, 이때의 부하는 중력이다.

단동식 에어 실린더에서는 하부 공기실(121)로 투입되는 공기의 압력이 하부 공기실(121)의 부하와 같아질 때 균형이 이루어지는데 이것을 에어 밸런스(air balance)가 일치한다고 한다. 예컨대, 내측 80인 에어 실린더에 2kgf/cm²의 압력을 투입할 때 평행을 이루는 추의 무게는 r²× 압력에 의해 100.48kg이다. 이때, 추의 위치의 변화는 압력의 변화가 아닌 유량의 변화이다. 따라서, 피스톤(123)이 어느 위치에 있어도 하부 공기실(121) 내부의 부하 압력은 동일하다.

본 발명의 일실시예에서는 이를 바탕으로 하여 하부 공기실(121)측에 공기의 압력을 조절하여 투입하면, 사용자는 공기의 압력만큼의 부하로 운동을 하게 된다. 이때, 추를 대신하여 사용자가 아래로 당기고 있다면, 100.48kg 이하의 힘일 때는 피스톤(123)이 올라가고, 100.48kg 이상의 힘일 때는 피스톤(123)이 내려오게 된다.

구체적으로, 에어 밸런스는 단동 에어 실런더에만 적용되며, 도 3의 (a)는 에어 밸런스 상태이다. 이때, 부하(W)는 공기압(P)과 동일하게 된다(W=P). 이 상태에서 부하, 즉 A1이 눌러주면, 도 3의 (b)와 같이 피스톤(123)의 위치는 아래로 내려가고 내부 공기압은 A1에 해당하는 압력만큼 증가한다. 이때, A1을 제거하면 피스톤(123)은 원래의 위치로 올라간다. 반대로, A1만큼 들어주면, 도 3의 (c)와 같이 피스톤(123)의 위치는 올라가고 내부 공기압은 A1에 해당하는 압력만큼 하락한다. 이때, A1을 제거하면 피스톤(123)은 원래의 위치로 내려간다. 이것을 플로팅(floating)이라 일컫는다.

이를 바탕으로 하지 재활치료 장치를 제작하면 피스톤의 위치에 따라 공기압의 변화가 다르게 나타나는데, 이는 종래의 문제점으로 지적한 바와 같이, 각각의 위치에서 정확한 공기압으로 하중을 주어야 하는 하지 재활치료 장치로는 부적합하다.

따라서, 도 3의 (b)와 같이 피스톤(123)의 위치 변화가 있을 때에는, 내부 공기압이 P+A1이 아니라 P만 존재하도록 A1에 해당하는 압력만큼 순간적으로 배기된다면, 위치의 변화만 있고 내부 공기압이 P로 유지된다. 반대로, 도 3의 (c)와 같이 피스톤(123)의 위치 변화가 있을 때에는, 내부 공기압이 P-A1이 아니라 P만 존재하도록 A1에 해당하는 압력만큼 순간적으로 흡기된다면, 위치의 변화만 있고 내부 공기압이 P로 유지된다. 이를 본 발명에서는 에어 밸런스라고 정의 한다. 본 발명의 하지 재활치료 장치는 에어 밸런스를 이용하여 인양 하중으로 작용하는 공기압을 피스톤의 위치와 관계없이 일정하게 유지시키는 것을 주요 특징으로 한다.

한편, 상부 공기실(122)의 공기 출입구(122a)를 전공비례제어 밸브에 연결하여 제어하고, 하부 공기실(121)의 공기 출입구(121a)를 개방하면, 반대 방향의 운동에 대해 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치의 이동 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 4의 (a)는 자동 이동을 위한 구성 요소를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 수동 이동을 위한 구성 요소를 나타낸 것이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 지지 프레임(110)의 하단에 설치되는 바퀴(111)와, 바퀴(111)를 구동하는 구동 모터(112)를 구비하는 것에 의해 지지 프레임(110)은 이동 가능하게 된다. 또한, 스테핑 모터(113)를 구비하는 것에 의해 지지 프레임(110)의 좌우 이동 방향을 용이하게 조절할 수 있다. 구동 모터(112) 및 스테핑 모터(113)는 컨트롤러(130)의 제어 신호에 의해 구동된다.

본 발명의 일실시예에서는 컨트롤러(130)를 통하여 전후 방향의 이동을 자동과 수동 중 선택적으로 제어할 수 있다. 구체적으로, 도 4의 (a)와 같이, 하지 환자의 상체를 지지하여 인양하는 하니스(114)와, 일단이 피스톤(123)과 연결되고 지지 프레임(110)의 상단으로부터 하방으로 연장되며 타단이 하니스(114)와 연결되는 와이어 로프(115)와, 지지 프레임(110)의 상단에서 와이어 로프(115)의 변위를 감지하는 변위 센서(116)를 구비하고, 컨트롤러(130)가 변위 센서(116)에서 감지되는 변위 방향 및 변위값에 따라 구동 모터(112)를 구동하여, 하지 환자의 이동에 연동하여 지지 프레임(110)을 자동 이동시키는 것이 가능하다. 여기서, 변위 센서(116)를 전측과 후측에 구비하는 것에 의해 자동 이동을 전후 방향으로 행할 수 있으며, 변위 센서(116)를 좌우측 및 그 사이의 방향에 더 구비하여 변위 방향을 세밀하게 감지하고 지지 프레임(110)을 이동시킬 수 있다.

또한, 도 4의 (b)와 같이, 구동 모터(112)를 구동시키는 조이스틱(117)을 구비하고, 컨트롤러(130)가 조이스틱(117)의 조작에 따라 구동 모터(112)를 구동하여 지지 프레임(110)을 수동 이동시키는 것이 가능하다.

한편, 하지 환자가 반대 방향으로 이동 경로를 변경할 때, 이에 연동하여 지지 프레임(110)을 전방에서 후방으로 회전시키는 데에는 많은 수고와 공간이 필요하다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서는 지지 프레임(110)의 전면 및 후면 각각에 조이스틱(117)을 설치하고, 하지 환자가 향하는 방향에 따라 양 조이스틱(117) 중 하나를 선택 사용하는 한편, 하중값을 입력하고 표시하는 터치스크린(131)을 지지 프레임(110)의 측면에 위치되도록 설치하는 것으로, 지지 프레임(110)은 그대로 두고 하지 환자만의 회전으로 반대 방향으로의 전환을 손쉽게 행할 수 있다. 이때, 조이스틱(117)을 선택하기 위해서는 각각의 조이스틱(117)을 온오프시키는 선택스위치(117a)를 구비하도록 한다. 다른 실시예로 위치인식 센서(도시하지 않음)를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 터치스크린(131)을 측면에 위치시킴으로써, 하지 환자가 전방 또는 후방을 향하는 것과 관계없이 쉽게 터치스크린(131)의 화면을 쉽게 인지하고 입력할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치의 진입 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 5는 도 1의 하지 재활치료 장치의 하단 부분을 확대하여 나타낸 도면으로서, 침대 또는 휠체어 등에 하지 재활치료 장치를 진입시키기 위한 상태를 나타내고 있다.

도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치는, 지지 프레임(110)의 하단에 설치되며 좌우 방향으로 회전하여 지지 프레임(110)을 침대 또는 휠체어에 진입시키는 좌우이동 바퀴(118)와, 좌우이동 바퀴(118)를 상하 방향으로 이동시키는 방향전환 실린더(119)를 더 포함한다.

진입 동작을 살펴보면, 먼저 하지 재활치료 장치를 침대나 휠체어 옆에 위치시킨다. 다음으로, 방향전환 실린더(119)를 작동시켜 좌우이동 바퀴(118)를 하방으로 이동함으로써, 지지 프레임(110)을 좌우 방향으로 이동 가능하게 지지한다. 다음으로, 지지 프레임(110)을 좌측 또는 우측에 위치하는 침대 또는 휠체어에 진입시킨다. 다음으로, 방향전환 실린더(119)를 작동시켜 좌우이동 바퀴(118)를 상방으로 이동함으로써, 지지 프레임(110)을 다시 바퀴(111)에 의해 지지한다. 다음으로, 하지 환자의 상체에 하니스(114)를 체결하고 에어 실린더(120)에 공기압을 서서히 높이는 것에 의해 하지 환자를 인양하여 침대 또는 휠체어로부터 내려서 하지 재활치료 장치로 용이하게 이동할 수 있다. 다음으로, 이탈 동작은 상술한 진입 동작의 반대 순서로 행한다.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 하지 재활치료 장치는 보호자 없이도 환자가 직접 사용할 수 있으며, 하지 환자의 의지대로 이동 가능하고, 안전사고를 방지할 수 있으므로, 하지 환자의 사용 편의를 향상시킬 수 있다.

<다른 실시예>

(A) 본 발명의 다른 실시예에서는 지지 프레임이 형성하는 육각형상이 재활치료 공간에 커튼 또는 블라인더를 설치하는 것에 의해, 용변 시의 수치심을 제거하는 한편, 하지 환자의 용변을 용이하게 해결할 수 있다.

(B) 컴프레서와 솔레노이드 밸브 사이에 과부하 방지 밸브를 추가 설치하는 것에 의해 공기압 상승에 따른 과부하를 방지할 수 있다.

(C) 본 발명의 하지 재활치료 장치는 가정 또는 병원에 사용되므로, 공기 출입구에 소음기를 부착함으로써, 개방되어 공기가 배출되는 측의 공기 출입구에서 발생되는 소음을 저감할 수 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110 : 지지 프레임
111 : 바퀴
112 : 구동 모터
113 : 스테핑 모터
114 : 하니스
115 : 와이어 로프
116 : 변위 센서
117 : 조이스틱
117a : 선택스위치
118 : 좌우이동 바퀴
119 : 방향전환 실린더
120 : 에어 실린더
121 : 하부 공기실
122 : 상부 공기실
121a, 122a : 공기 출입구
123 : 피스톤
130 : 컨트롤러
131 : 터치스크린
140 : 전공비례제어 밸브
150 : 컴프레서
160 : 솔레노이드 밸브
170 : 에어 탱크
180 : 필터 레귤레이터
190 : 온오프 스위치
191 : 배터리

Claims (8)

1. 하지 환자의 보행 운동 또는 하체 운동을 하기 위한 하지 재활치료 장치에 있어서,
   상기 보행 운동에 맞추어 이동 가능하며, 육각형상의 재활치료 공간을 형성하고 지지하는 지지 프레임;
   상기 지지 프레임에 설치되며, 내부의 공기압을 상기 하지 환자의 인양 하중으로 제공하는 에어 실린더;
   상기 하지 환자를 운동시키기 위한 하중값을 설정하는 컨트롤러; 및
   상기 에어 실린더의 피스톤 위치가 변경될 때 배기 동작 또는 흡기 동작을 하여, 상기 하중값에 따라 상기 공기압을 일정하게 유지시키는 전공비례제어 밸브;
   를 포함하고, 상기 컨트롤러가, 상기 설정되는 하중값을 전압값으로 환산하여 상기 전공비례제어 밸브로 전송하는 하중 설정부와, 운동 중의 하중값을 최초 설정된 기본 하중값으로 급전환하여 비상 정지시키는 비상 정지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활치료 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 에어 실린더는 단동식 에어 실린더이며, 상기 전공비례제어 밸브는 상기 피스톤에 의해 구획되는 상하부 각 공기실 중 일방에만 연결되어 상기 공기압을 유지시키는 것을 특징으로 하는 하지 재활치료 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   공기를 압축하는 컴프레서와, 상기 컴프레서에 연결되어 상기 컴프레서로부터의 공기압 흐름을 개폐하는 솔레노이드 밸브와, 상기 솔레노이드 밸브에 연결되어 압축되는 공기를 저장하는 에어 탱크와, 상기 에어 탱크와 상기 전공비례제어 밸브 사이에 연결되어 상기 에어 탱크로부터 배출되는 공기의 공기압을 조절하고 필터링하는 필터 레귤레이터와, 상기 컨트롤러, 상기 컴프레서 및 상기 솔레노이드 밸브에 외부 전원을 공급 또는 차단하는 온오프 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활치료 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 지지 프레임의 하단에 설치되는 바퀴와, 상기 바퀴를 구동하는 구동 모터와, 상기 하지 환자의 상체를 지지하여 인양하는 하니스(harness)와, 일단이 상기 피스톤과 연결되고 상기 지지 프레임의 상단으로부터 하방으로 연장되며 타단이 상기 하니스와 연결되는 와이어 로프와, 상기 지지 프레임의 상단에서 상기 와이어 로프의 변위를 감지하는 변위 센서와, 상기 구동 모터를 구동시키는 조이스틱을 더 포함하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 변위 센서에서 감지되는 변위 방향 및 변위값에 따라 상기 구동 모터를 구동하여 상기 지지 프레임을 자동 이동시키거나, 상기 조이스틱의 조작에 따라 상기 구동 모터를 구동하여 상기 지지 프레임을 수동 이동시키는 것을 특징으로 하는 하지 재활치료 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 조이스틱은 상기 지지 프레임의 전면 및 후면 각각에 설치되어 상기 하지 환자가 향하는 방향에 따라 선택 사용되며, 상기 하중값을 입력하고 표시하는 터치스크린이 상기 지지 프레임의 측면에 위치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 하지 재활치료 장치.
8. 제1항 또는 제6항에 있어서,
   상기 지지 프레임의 하단에 설치되며 좌우 방향으로 회전하여 상기 지지 프레임을 침대 또는 휠체어에 진입시키는 좌우이동 바퀴와, 상기 좌우이동 바퀴를 상하 방향으로 이동시키는 방향전환 실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활치료 장치.

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