KR101064891B1 - 보행 재활훈련 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 뇌졸중, 척수손상 등 편측부전마비 환자들의 양측성 보행훈련과 정적 및 동적 균형훈련을 동시에 실시할 수 있는 재활환자를 위한 보행 재활훈련 시스템이 개시되는바, 이는 기존의 보행 재활훈련 시스템에 PC기능을 추가한 것이다.

이를 위해 본 발명은 상기 벨트가 정지된 상태에서 재활환자가 상기 정지된 벨트 상에서 양발을 정렬하거나 일정한 보폭으로 벌린 상태로 몸의 무게중심을 움직였을 경우 이를 감지하여 정적 균형훈련, 상기 벨트가 움직이는 상태에서 재활환자가 몸의 무게중심을 움직였을 경우 이를 감지하여 동적 균형훈련, 상기 감지된 정적 균형훈련과 동적 균형훈련에 따른 보행상태를 나타내는 신호를 출력하기 위한 인터페이스, 상기 신호를 입력받아 재활환자의 훈련상태를 데이터송수신부를 경유하여 외부의 컴퓨터로 전송하기 위한 마이컴, 상기 정적 균형훈련과 동적 균형훈련 및 보행상태를 시각적으로 표시하는 디스플레이를 포함한다.

보행훈련, 정적 균형훈련, 동적 균형훈련, 발판, 정역 벨트, 센서, 마이컴, PC, 터치스크린, 자세교정

Description

보행 재활훈련 시스템{Gait Training System of Hemiplegic Patients}

본 발명은 편측부전재활환자의 재활훈련을 돕기 위한 보행 재활훈련 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 뇌졸중, 척수손상 등 편측부전마비 환자들의 양측성 보행 훈련과 균형 훈련을 적절히 선택하여 실시할 수 있는 보행 재활훈련 시스템에 관한 것이다.

사람의 이동방법을 보행이라고 하며, 정상적으로 대칭적인 교대패턴으로 사지를 움직이는 두 발 보행을 한다. 이를 위해서는 정적 균형능력 및 동적 균형능력이 필요하며, 대칭과 균형의 두 가지 요소는 보행이라는 궁극적인 목표를 이루는데 임상적으로 중요한 요소이다. 보행을 준비하는 환자에게 양측성 보행훈련과 정적 균형훈련 및 동적 균형훈련이 중요한 이유는 다음과 같다.

첫째, 신경계 측면에서 볼 때 척수손상 환자나 뇌졸중 환자와 같이 중추성 환자에게서 나타나는 근력약화, 비정상적인 자세 긴장, 과도한 연합반응, 반사항진, 감각과 균형 상실은 보행을 어렵게 하는 문제점이 된다. 이러한 문제점을 안은 환자에게 자발적인 보행을 할 수 있기 전에 하는 강제적 보행 훈련 즉, 트레드밀 훈련은 연합반응을 극대화시켜 오히려 비대칭적이고 불균형적인 패턴을 증가시킨다.

반면 적절한 구심성 자극을 학습시키는 대칭적이고 율동적인 보행 패턴은 정상적인 생역학적 움직임을 촉진시키고 이를 다시 피드백하게 함으로써 올바른 뇌의 가소성(positive plasticity)을 유도할 수 있다. 따라서 환자가 자발적으로 보행하기 어려운 경우, 도구를 사용하여 대칭적인 보행을 유도하면 환자에게 보상작용이나 근육 경직을 촉발하지 않고도 정상적인 보행을 학습시킬 수 있을 것이다.

또한 게임이나 시각 또는 청각적 피드백을 통해 환자의 체중 이동경로를 보면서 교정할 수 있다면 일반적인 정적 균형훈련뿐만 아니라 보행을 할 때 필요한 동적 균형훈련까지 가능해진다.

둘째, 근골격계 측면에서 볼 때 비정상적인 보행 패턴으로 훈련하는 환자들은 체중부하를 많이 받게 되는 건측 관절에 관절염을 유발시킨다. 이로써 건측에 의존하여 입각기(stance phase)가 길어지는 보행 패턴은 건측의 통증과 기능부전으로 결국 보행을 포기하는 이차적인 문제점을 야기할 수 있다. 또한 비대칭적인 체중부하와 보행 습관으로 인해 요추의 정렬 이상이 오고, 이는 측만증에 의한 이차적인 요통을 호소할 수 있다.

뇌손상 환자의 초기 재활에 있어 적극적인 재활운동 훈련도 중요하겠지만 환자의 근력약화와 이로 인한 관절의 불안정성 및 구심성 감각 혼란 상태를 줄이기 위해서는 조기에 쉬운 대칭성 동적 보행훈련을 시킴으로써 올바른 구심성 감각을 입력하여 정상적인 운동조절을 익히고 대칭적인 동적 훈련을 습득하도록 하는 것이 중요하다. 또한 기구를 사용한 지속적인 훈련은 올바른 학습효과에 대한 뇌 가역성을 이루고, 대칭적인 훈련을 통한 균형능력 학습을 증진시키며, 그리고 보행능력에 따른 보장(step length)과 보행속도를 조절하여 보다 정상적인 보행훈련을 효과적으로 도울 수 있다.

따라서 의료기관이나 재활시설에서 재활환자는 스스로 보행할 수 없으므로 이들의 재활을 위해 보행을 보조 또는 훈련시키려면 1-2명의 간호사, 물리치료사 또는 간병인이 필요하나 인력부족으로 인하여 회복이 지연되고 그 결과 합병증이 발발하게 되어 이 시기가 지난 후의 치료비의 현저한 상승과 함께 많은 재활환자들이 적극적인 재활의 기회를 잃고 있는 실정이다.

따라서 재활환자의 재활은 의료계에서 큰 관심을 가지고 있지만 현재 사용하는 지팡이, 목발, 보행보조기 등 보행장애인 스스로의 상지로 체중을 지지해야 하므로 충분한 상지의 근력이 필요할 뿐 아니라 선 자세의 유지를 위해 전신의 근육이 비정상적으로 수축되므로 정상적인 보행 패턴을 유도하는 치료를 시행하기 어려운 문제와 직선보행과 같은 사람의 기본운동기능에 부합되지 않는 등의 문제점이 있었다.

그리하여 재활환자가 실제 생활에서 사용하는 보행 패턴과 가장 유사한 보행 패턴을 훈련시킬 수 있는 장치가 필요하게 되었다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 본 출원인은 재활환자의 보행훈련에 적합한 "보행 재활훈련장치(특허출원 제2007-0070635호)"를 출원한 바 있으며, 이를 간략히 설명한다.
이는 도 1에 도시한 바와 같이, 압력센서(도시하지 않았음)가 구비된 발판(1a,1b)을 각기 좌우의 벨트(2a,2b) 상부에 부착하며, 벨트(2a,2b) 사이에는 탄성이 있는 실리콘 또는 고무재질의 패드(3)를 수직으로 장착하고, 재활환자의 보행 훈련시에는 벨트(2a, 2b)상의 발판(1a,1b)에는 재활환자의 좌·우측 발을 각각 올려놓고, 양측 손으로는 사이드바(4) 또는 크로스바(5)를 잡은 상태에서 도시하지 않은 스위치를 작동시키면 내부의 정역모터에 의해 벨트(2a,2b)가 서로 상반되게 직선운동을 하여 이동됨으로써 재활환자는 자신이 실제로 보행하는 효과를 얻는 것이다.

여기에서 각각의 벨트(2a,2b)는 계속적으로 한 방향으로 회전하는 것이 아니라 재활환자가 보행훈련을 효율적으로 하도록 소정의 거리(바람직하게는 환자의 보폭거리) 만큼 각각 전진 및 후진을 반복하는 것이다.

그러나 상기 보행 재활훈련딜은 단순히 재활환자의 보행 재활훈련만을 위한 것일 뿐 보행 훈련을 좀 더 체계적으로 할 수 없는 문제점이 있었다.

다시 말하면, 정상적인 보행을 위해 필수적으로 필요한 균형능력을 증진시키기 위해서는 꾸준한 정적 균형훈련 및 동적 균형훈련이 필요하지만 종래의 보행 재활훈련 시스템은 양측성 보행훈련만을 위한 것일 뿐 정적 균형훈련 및 동적 균형훈련을 동시에 할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 보행 재활훈련 시스템의 양측성 보행훈련을 제어할 뿐만 아니라 발판 내부에 위치한 압력센서 값을 읽어 신체의 무게중심을 분석하여 보행뿐만 아니라 균형훈련까지 체계적으로 할 수 있도록 한 재활환자를 위한 정적 균형 및 동적 균형이 이루어지는 보행 재활훈련 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전면 손잡이, 후면 손잡이 및 상기 전면 손잡이와 후면 손잡이에 높이 조절 가능하게 설치되는 수평 손잡이로 된 손잡이, 상기 손잡이가 고정되며 구동수단, 동력전달수단 및 하중감지수단이 설치되어 있는 본체, 인가된 전원에 의해 구동되는 모터, 상기 모터에 고정된 구동 풀리, 상기 구동 풀리와 떨어진 위치에 회전 가능하게 설치되는 종동 풀리, 상기 구동 풀리의 동력을 종동 풀리에 전달하는 타이밍 벨트, 상기 종동 풀리에 의해 회전되며 상기 본체의 좌우 양측에 설치되는 2개의 웜기어, 상기 웜기어와 맞물려 회전되는 웜휠이 구비된 구동수단, 상기 웜휠의 베어링축에 고정되어 회전되는 프론트 롤러, 상기 프론트 롤러와 떨어져 회전 가능하게 설치되는 리어 롤러, 상기 프론트 롤러와 리어 롤러에 연결되는 타이밍 벨트, 상기 타이밍 벨트의 외면에 고정되어 서로 반대방향으로 이동되는 플랫 벨트, 상기 플랫 벨트의 길이방향 양측에 설치되어 발의 위치를 감지하는 포토센서, 상기 플랫 벨트의 이동에 따라 상기 구동수단을 일시 정지시키는 리미트 스위치가 구비된 동력전달수단, 상기 본체에 고정되는 메인 프레임, 상기 메인 프레임 상면에 고정되는 데크, 상기 동력전달수단의 플랫 벨트 상면에 고정되는 상면판, 상기 상면판에 고정되어 발의 앞꿈치와 뒤꿈치의 각각 좌우에 가해지는 하중 분포를 측정하는 4개의 로드셀, 상기 로드셀 상면에 고정되는 가압판, 상기 가압판의 측면에 고정되는 쿠션패드, 상기 가압판과 쿠션패드 상면에 고정되는 박판, 상기 박판 상면에 고정되는 패드가 구비된 하중감지수단, 상기 하중감지수단의 로드셀에 가해지는 하중 분포를 전달하는 인터페이스를 통해 하중 분포 데이터를 비교·분석하는 마이컴, 상기 마이컴에서 분석된 데이터를 전달하는 데이터 송수신부, 상기 마이컴의 제어신호가 데이터 송수신부를 통해 모터의 정역 회전을 제어함에 따라 상기 플랫 벨트의 이동 방향을 제어하는 인버터, 상기 데이터 송수신부로부터 전달된 데이터를 표시하는 디스플레이, 상기 데이터 송수신부로부터 전달된 데이터의 표출 및 게임 화면을 디스플레이하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보행훈련은 상기 디스플레이를 보면서 실시간으로 시각적으로 피이드백 하여 재활환자 스스로 교정하도록 하며, 상기 하중감지수단은 정적 및 동적 균형훈련 시 몸(상체)의 무게중심 이동에 따른 게임과 함께 균형 훈련이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

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이상과 같은 본 발명은 보행 재활훈련 시스템의 양측성 보행 훈련을 제어할 뿐만 아니라 발판 내부에 위치한 압력센서 값을 읽어 신체의 무게중심을 분석하여 보행 훈련뿐만 아니라 균형 훈련까지 체계적으로 이루어지는 매우 유용한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에는 본 발명에 따른 보행 재활훈련 시스템의 사시도가 도시되어 있는바, 컴퓨터가 더 부가된 것을 제외하고는 도 1에 도시된 보행 재활훈련장치와 동일하다.

본 발명의 보행 재활훈련 시스템은 양측성 보행 훈련을 제어할 뿐만 아니라 하중 감지수단의 내부에 위치한 로드셀 값을 읽어 신체의 하중 분포(무게중심)를 분석하여 보행 훈련뿐만 아니라 정적 균형훈련 및 동적 균형훈련을 선택적으로 하는 기능이 구비되어 있다.

도 3에는 본 발명에 따른 보행 재활훈련 시스템의 블록도가 도시되어 있는바, 본 발명은 벨트가 정지된 상태에서 재활환자가 상기 정지된 벨트 상에서 양발을 정렬하거나 일정한 보폭으로 벌린 상태에서 몸의 무게중심(상체)을 움직이지 않으면서 상체의 하중 분포를 감지하여 보행에 필요한 무게중심을 측정하는 정적 균형훈련이 있다.
또 상기 벨트가 움직이는 상태에서 재활환자가 몸의 무게중심(상체)을 움직임으로써 하중 분포를 감지하는 동적 균형훈련을 하게 되는데, 이는 각각의 하중 감지수단에 의하여 측정하게 된다.

이렇게 감지된 정적 균형훈련과 동적 균형훈련 및 보행 상태를 나타내는 신호는 인터페이스(71)를 경유하여 마이컴(72)에 입력되고, 마이컴(72)은 이들 신호를 입력받아 재활환자의 훈련상태에 대한 데이터를 데이터송수신부(73)를 경유하여 외부의 컴퓨터(70)로 전송하게 된다.

또한 데이터송수신부(73)는 마이컴(72)의 제어신호에 의해 인버터(74)를 작동시켜 그로 하여금 벨트(46,47)를 구동하는 모터(37)를 정역 회전시켜 보행 재활훈련을 하게 된다. 여기에서 컴퓨터(70)의 입력 및 출력은 조작의 편의성을 갖기 위해 터치스크린방식의 디스플레이(20)가 사용된다.

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본 발명은 기립상태에서 할 수 있는 재활시스템으로 크게 보행훈련기능과 균형훈련기능으로 구성되며, 균형훈련은 다시 정적 균형훈련과 동적 균형훈련으로 구분되는바. 그에 대한 화면은 도 4 및 도 5에 도시되었다.

보행훈련기능

보행훈련은 일정시간, 보폭, 속도를 설정한 후 설정 값에 따라 보행 재활훈련 시스템을 이용하여 하지의 좌우 대칭적인 교대훈련을 통한 양측성 보행훈련을 하면서 환자의 하중 분포(무게중심) 상태를 디스플레이를 통해 실시간으로 시각적 피드백 함으로써 환자 스스로 교정할 수 있도록 하며, 보행 훈련 중 신체의 무게중심의 총 이동궤적 길이, 이동궤적 이력 등을 통한 몸의 평형능력을 분석하게 된다.
이러한 보행훈련은 동력전달수단을 구동시키지 않고서 제자리에서 발을 들어올렸다가 내리는 제자리 보행 훈련이 있고, 발을 보폭만큼 내딛는 보행 훈련이 있으며, 동력전달수단을 구동시키면서 제자리 보행 훈련과 발을 보폭만큼 내딛는 보행 훈련이 있다. 이러한 보행 훈련은 재활환자의 상태에 따라 적절히 선택하여 실시된다.

정적 균형훈련

이 훈련은 보행 재활훈련 시스템 위에 서서 양발을 하중 감지수단 위에 차렷 자세로 서 있거나 또는 일정한 보폭(보행 시 다리의 벌어진 폭)으로 벌린 상태로 몸(상체)의 무게중심(하중 분포)을 움직이는 균형훈련을 하는 방식으로 다음과 같은 기능이 있다. 이러한 정적 균형훈련은 보행 재활훈련 시스템의 구동수단은 구동되지 않는 상태에서 이루어지며, 다리는 움직이지 않고서 상체만을 움직임으로써 몸의 균형상태를 유지시키는 훈련이다.

첫째, 기립상태에서 몸(상체)의 균형능력을 측정하기 위해 눈을 뜨고 또는 감은 상태에서 일정시간 동안 몸(상체)의 무게중심 이동궤적을 표시하고, 총 이동궤적 길이를 출력하는 기능이 있다.

둘째, 몸(상체)의 무게중심을 한쪽으로 이동시킨 채 일정한 시간 동안 유지하게 하는 체중이동 훈련을 할 수 있다.

셋째, 다리를 보행 중의 보폭만큼 벌린 상태에서 일정한 시간 동안 몸(상체)의 균형을 유지하게 하는 평형유지 훈련과 그 상태에서 몸(상체)의 무게중심(하중 분포)을 한쪽으로 이동시킨 채 균형을 유지하게 하는 체중이동 훈련을 할 수 있다.

넷째, 디스플레이의 지시에 따라 몸(상체)의 무게중심을 이동시키는 게임식 체중이동 훈련을 할 수 있는바, 예컨대 환자의 몸(상체)의 무게중심을 좌우로 이동하면 컴퓨터의 디스플레이 안의 골키퍼가 이를 따라 골대의 좌우로 이동하면서 컴퓨터에서 찬 공을 막는 게임인 소위 페널트킥 게임(좌우 체중이동)을 할 수 있다.
또한 환자의 몸(상체)의 무게중심을 앞으로 이동하면 컴퓨터 안의 원숭이가 나무에 올라가서 나무 위에 있는 바나나를 따서 다 먹을 때까지 몸의 균형을 앞으로 그대로 유지하고 있다가 다시 몸(상체)의 무게중심(하중 분포)을 가운데로 이동하면 원숭이가 나무에서 내려온다.
단, 원숭이가 나무 끝까지 못 올라가거나 바나나를 다 먹지 않은 상태에서 몸의 무게중심이 뒤로 이동하면 원숭이는 나무에서 떨어지는 게임인 원숭이 게임(앞뒤 체중이동)을 할 수 도 있다.
마지막으로는 환자의 몸(상체)의 무게중심(하중 분포)을 앞뒤 좌우로 이동하면 컴퓨터 안의 바늘이 이를 따라 이동하면서 화면에 산재해 있는 풍선들을 빠르게 터뜨리는 게임인 풍선터트리기 게임(전방위 체중이동)을 할 수도 있다.

동적 균형훈련

이 훈련은 기립상태에서 하중 감지수단이 움직이는 상태에서 몸의 무게중심을 움직이며 균형훈련을 하는 방식으로 다음과 같은 기능이 있다. 이러한 동적 균형 훈련은 구동수단이 구동되어 2개의 플랫 벨트가 서로 반대되는 방향으로 움직이게 되고, 재활환자 또한 다리를 일부 움직이거나 상체를 움직이면서 하는 훈련을 지칭한다.
즉, 동적 균형훈련은 정적 균형훈련과 달리 구동수단이 구동되고 재활환자가 움직이지 않는 상태에서 구동수단에 의해 재활환자의 다리(하지) 또는 상체를 움직이면서 균형을 잡는 훈련이 있으며, 구동수단은 구동되지 않고서 재활환자가 스스로 다리(하지) 또는 상체를 움직임으로써 균형을 잡는 훈련이 있으며, 동적 균형훈련은 이들을 모두 포함하는 것이다.

첫째, 구동수단을 좌우 대칭적으로 움직이거나 또는 불규칙적으로 움직이는 상태에서 일정시간 동안 몸의 균형을 유지하게 하는 평형유지 훈련과 몸의 무게중심을 한쪽으로 이동시킨 채 균형을 유지하게 하는 체중이동 훈련이 있다.

둘째, 구동수단을 좌우 대칭적으로 움직이거나 또는 불규칙적으로 움직이는 상태에서 디스플레이의 지시에 따라 몸의 무게중심을 이동시키는 게임식 체중이동 훈련이 있는바, 게임식 체중이동 훈련의 경우에는 환자가 몸의 무게중심을 좌우로 이동하면 컴퓨터 안의 트랙을 따라 머그가 따라 움직이며 좌우에 산재해 있는 먹이를 먹는 게임인 머그 게임(좌우 체중이동)(도6 및 도 7 참조)이 있다.
동물(사람 포함)이 컴퓨터 화면에 나타난 산에 오르려면 환자가 몸의 무게중심을 앞으로 이동해서 그 상태를 유지해야 하며 일정시간 계속 오르막길이 계속되다가 다시 내리막길이 나타나면 환자의 몸의 무게중심을 뒤로 이동해서 그 상태를 유지하는 산에 오르고 내리기 게임(앞뒤체중이동)이 있는바, 이러한 것은 그에 따른 프로그램을 적절히 활용하여 구현된다.

본 발명의 보행 재활훈련 시스템은 기 출원된 특허출원 제2007-70635호의 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 하며, 기 출원된 선행기술의 명칭과 도면 부호를 달리하여 설명하기로 한다.
본 발명의 보행 재활훈련 시스템은 재활환자가 손으로 잡을 수 있는 손잡이(10), 상기 손잡이(10)에 고정되어 재활환자의 보행 훈련 또는 균형 훈련 상태를 실시간으로 보여주는 디스플레이(20), 상기 재활환자가 올라선 상태에서 보행 훈련 또는 균형 훈련이 이루어지는 본체(30), 상기 본체(30)에 재활환자의 하중을 감지하는 하중 감지수단(50), 상기 하중 감지수단(50)로부터 입력된 데이터를 비교 분석하여 보행 훈련 또는 균형 훈련 상태를 디스플레이(20)에 표시하는 컴퓨터(70)를 포함한다.
상기 손잡이(10)는 본체(30)에 고정되는 것으로, 본체(30)의 앞쪽에 고정되는 전면 손잡이(11), 상기 본체(30)의 뒤쪽에 고정되는 후면 손잡이(12) 및 상기 전면 손잡이(11)와 후면 손잡이(12) 사이에 길이 방향으로 고정되는 수평 손잡이(13)로 이루어져 있다.
상기 수평 손잡이(13)는 일단이 전면 손잡이(11)에 높이 조절되게 고정되어 있고, 타단은 후면 손잡이(12)에 높이 조절되게 고정되어 있다.
상기 디스플레이(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전면 손잡이(11)에 고정되어 있으며, 재활환자가 훈련 도중에 보행 훈련 또는 균형 훈련 상태를 시각적으로 볼 수 있도록 설치되어 있으며, 디스플레이(20)는 본체(30)에서 분석된 데이터에 따른 보행 훈련 또는 균형 훈련의 상태를 표시하게 된다.
또 본체(30)에는 전면 손잡이(11) 하면에 프론트 커버(31)가 고정되어 있고, 후면 손잡이(12) 하면에 리어 커버(32)가 고정되어 있으며, 이들 프론트 커버(31)와 리어 커버(32) 측면에는 사이드 커버(33)가 고정되어 있다.
또한 본체(30) 상면에는 보조구(34)가 고정되어 있고, 보조구(34)에는 수직으로 수직 패드(35)가 고정되어 있으며, 이러한 수직 패드(35)는 재활환자가 서 있는 상태(보행 및 균형 훈련 포함)에서 발이 서로 꼬이거나 겹쳐지지 않도록 하기 위함이다.
상기 본체(30)에는 재활환자의 발을 이동시키는 벨트가 구비되어 있는데, 상기 벨트를 구동시키는 구동수단과 상기 구동수단에 의해 벨트를 직선 왕복시키는 동력전달수단이 구비되어 있다.
상기 구동수단은 인가된 전원으로 구동되는 모터(37), 상기 모터(37)와 떨어진 위치에 회전 가능하게 설치되어 있는 구동 풀리(38), 상기 구동 풀리(38)와 떨어진 위치에 회전 가능하게 설치되는 종동 풀리(39), 이들 구동 풀리(38)와 종동 풀리(39) 사이에 연결되어 있는 타이밍 벨트(40), 상기 타이밍 벨트(40)의 장력을 조절하는 아이들 롤러(41), 상기 종동 풀리(39)와 함께 회전되는 웜기어(42) 및 웜휠(43)을 포함하고 있다.
상기 모터(37)에는 구동축(도면상 미도시됨)이 회전 가능하게 결합되어 있고, 구동축에는 구동 풀리(38)가 회전 가능하게 설치되어 있으며, 이격된 위치에는 종동 풀리(39)가 회전 가능 하게 설치되어 있다. 이들 구동 풀리(38)와 종동 풀리(39)에는 타이밍 벨트(40)가 연결되어 있다.
또 웜기어(42)는 도 9에서와 같이 도면상 2개가 설치되어 있는데, 제1웜기어(42a)는 도면상 아래쪽에 설치되어 있고, 제2웜기어(42b)는 도면상 위쪽에 설치되어 있다. 또 타이밍 벨트(40)에는 장력을 조절하는 아이들 롤러(41)가 설치되어 있다.
상기 웜기어(42)는 그 치형이 서로 반대되는 방향으로 형성되어 있고, 이들 웜기어(42)에는 웜휠(43)이 회전 가능하게 결합되어 있다.
즉, 2개의 웜기어(42) 중 제1웜기어(42a)의 치형은 시계방향으로 형성되어 있고, 제2웜기어(42b)의 치형은 반시계 방향으로 형성되어 있다. 이에 따라 이들 웜기어(42)는 타이밍 벨트(40)에 의해 동일한 방향으로 회전되나, 웜기어(42)에 맞물려 있는 웜휠(43)의 회전은 반대방향으로 회전되도록 결합되어 있다.
또한 동력전달수단은 구동수단에 의해 동력을 전달 받아 균형 훈련 또는 보행 훈련을 하는 것으로, 벨트를 왕복 이동시키는 것이다.
이러한 동력전달수단은 웜휠(43)에 고정되어 있는 프론트 롤러(44), 상기 프론트 롤러(44)와 떨어져 있는 리어 롤러(45), 상기 프론트 롤러(44)와 리어 롤러(45)에 연결되는 타이밍 벨트(46), 상기 타이밍 벨트(46) 바깥쪽에 고정되는 플랫 벨트(47), 상기 플랫 벨트(47)의 양측에 설치되는 2개의 포토센서(48), 플랫 벨트(47)의 이동에 따라 작동되는 리미트 스위치(49)를 포함한다.
상기 프론트 롤러(44)는 웜휠(43)에 고정되는데, 웜휠(43)의 중앙에 베어링축(43a)이 고정되어 있고, 상기 베어링축(43a)에 프론트 롤러(44)가 고정되어 있다.
또 본체(30)의 리어 커버(32) 쪽에는 프론트 롤러(44)와 한 조를 이루는 리어 롤러(45)가 회전 가능하게 설치되어 있으며, 이들 프론트 롤러(44)와 리어 롤러(45)에는 타이밍 벨트(46)가 연결되어 있다.
아울러 타이밍 벨트(46) 바깥쪽에는 재활환자의 발을 이동시키는 플랫 벨트(47)가 고정되어 있으며, 상기 타이밍 벨트(46)의 이동에 따라 작동되는 리미트 스위치(49)가 설치되어 있다.
상기 타이밍 벨트(46) 또는 플랫 벨트(47)에는 리미트 스위치(49)를 작동시키는 돌기(도면상 미도시됨) 등이 마련되어 있어 플랫 벨트(47)가 적정 거리만큼 이동되면 리미트 스위치(49)를 작동시키도록 되어 있다.
또 포토센서(48)는 플랫 벨트(47)에 올려진 재활환자의 발이 정상적인 위치에 있는지를 감지하기 위한 것으로, 발의 위치가 플랫 벨트(47)로부터 벗어나게 되면, 구동수단 및 동력전달수단의 작동을 중지시키게 된다.
상기 하중 감지수단(50)은 본체(30)에 고정되는 메인 프레임(51), 상기 메인 프레임(51) 상면에 고정되는 데크(52), 상기 동력전달수단의 플랫 벨트(47) 상측에 고정되는 상면판(53), 상기 상면판(53)에 고정되어 재활환자의 하중 분포 상태를 측정하는 로드셀(54), 상기 로드셀(54) 상면에 고정되는 가압판(55), 상기 가압판(55)의 측면에 고정되는 쿠션패드(56), 상기 가압판(55) 및 쿠션패드(56) 상면에 고정되는 박판(57), 상기 박판(57) 상측에 고정되는 패드(58), 상기 상면판(53)의 측면에 고정되는 측면판(59)을 포함한다.
상기 메인 프레임(51)은 패드(58)에 재활환자가 올라서게 되더라도 하중 감지수단(50)을 안정되게 받쳐 주도록 본체(30)에 고정되어 있다.
또 데크(52)는 동력전달수단의 타이밍 벨트(46) 및 플랫 벨트(47)가 안정되게 이동되게 메인 프레임(51)에 고정되어 있고, 측면판(59)에 고정되어 있는 상면판(53)에는 로드셀(54), 쿠션패드(56), 가압판(55), 박판(57) 등이 설치되어 있다.
즉, 상면판(53)에는 재활환자가 올라선 상태에서 하중을 측정하는 로드셀(54)이 설치되어 있는데, 상기 로드셀(54)은 재활환자로부터 가해지는 하중을 분석하기 위하여 모두 4개가 설치되어 있다.
상기 로드셀(54)의 설치 위치는 발의 앞꿈치에 해당되는 위치에 2개가 설치되어 있고, 발의 뒤꿈치에 해당되는 위치에 2개가 설치되어 있으며, 이들 로드셀(54)은 각각 발의 앞꿈치 좌우 및 뒤꿈치 좌우에 가해지는 하중을 감지하게 된다.
상기 로드셀(54)은 발의 앞꿈치 좌우 및 발의 뒤꿈치 좌우 각각에서 가해지는 하중을 감지하게 되는 것이다.
한편 로드셀(54) 상면에는 가압판(55)이 고정되어 있으며, 상기 가압판(55)은 재활환자의 발에 의해 눌러지는 힘을 로드셀(54)에 전달하게 되고, 로드셀(54) 양 측면에는 로드셀(54)과 동일한 높이를 갖는 쿠션패드(56)가 고정되어 있다.
또 가압판(55) 상면에는 두께가 얇은 박판(57)이 고정되어 있고, 박판(57) 상면에는 패드(58)가 고정되어 있으며, 상기 패드(58)는 재활환자의 발로부터 가해지는 하중이 로드셀(54)에 전달되도록 유연한 재질로 이루어져 있다.
상기 로드셀(54)에서 측정된 하중값은 컴퓨터(70) 및 마이컴(72)으로 전달되는데, 상기 컴퓨터(70)에는 화면을 표시하는 디스플레이(20), 로드셀(54)과 인터페이스(71), 마이컴(72) 및 데이터 송수신부(73), 인버터(74) 및 모터(37)를 포함한다.
상기 디스플레이(20)는 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 컴퓨터(70)에서 실행되는 프로그램에 의해 보행 훈련 또는 균형 훈련에 따른 게임이 실행되는 화면을 보여줌은 물론 보행 훈련 또는 균형 훈련 시 재활환자의 훈련 상태를 보여주는 화면을 보여준다.
또 인터페이스(71)는 로드셀(54)과 전기적으로 연결되어 있어 로드셀(54)에서 측정된 하중 분포(압력값) 데이터를 마이컴(72)으로 보내게 되고, 마이컴(72)은 인터페이스(71)를 통해 입력된 하중 분포를 비교·분석함은 물론 구동수단의 타이밍 벨트(40) 및 플랫 벨트(47)가 정역 회전되도록 제어 신호를 인버터(74)에 보내게 된다.
또한 모터(37)는 인버터(74)에 의해 정역 회전이 제어되며, 데이터 송수신부(73)에서는 마이컴(72)에서 비교·분석된 데이터를 컴퓨터(70)로 보내게 된다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 재활환자가 보행 훈련 또는 균형 훈련을 하기 위하여 손잡이(10)를 잡거나 보조자의 도움을 받아 구동수단의 플랫 벨트(47) 위에 올라서게 된다.
이렇게 재활환자가 플랫 벨트(47)에 올라선 상태에서 구동수단의 모터(37)에 전원을 인가하게 되고, 모터(37)가 회전됨에 따라 타이밍 벨트(40) 및 플랫 벨트(47)가 회전된다.
즉, 모터(37)는 구동축에 고정되어 있는 구동 풀리(38)를 회전시키게 되고, 구동 풀리(38)는 종동풀리(39)를 회전시키게 되는데, 이들 구동 풀리(38)와 종동 풀리(39)는 타이밍 벨트(40)에 의해 동력이 전달된다.
또 종동 풀리(39)는 웜기어(42)를 회전시키며, 제1웜기어(42a)와 제2웜기어(42b)는 동일한 방향으로 회전되며, 이들 웜기어(42)에 맞물려 있는 웜휠(43)이 회전된다.
이때 제1웜기어(42a)와 제2웜기어(42b)의 치형은 서로 반대되는 방향으로 형성되어 있으므로 웜기어(42)의 회전방향은 동일하나, 웜휠(43)의 회전은 서로 반대되는 방향으로 회전된다.
이러한 웜휠(43)은 그 중앙에 고정되어 있는 베어링축(43a)을 회전시키며, 베어링축(43a)에 고정되어 있는 프론트 롤러(44)가 회전된다. 상기 프론트 롤러(44)가 회전됨에 따라 리어 롤러(45)가 회전되면서 타이밍 벨트(46) 및 플랫 벨트(47)가 이동된다. 이때 제1웜기어(42a)에 결합된 벨트(46, 47)는 도 8의 도면상 오른쪽에서 왼쪽으로 이동되며, 제2웜기어(42b)에 결합된 벨트(46,47)는 도 8의 도면상 왼쪽에서 오른쪽으로 이동된다.
이렇게 벨트(46,47)가 정해진 거리만큼 이동되면, 벨트(46,47)는 리미트 스위치(49)를 조작하게 되고, 리미트 스위치(49)에 의해 모터(37)가 일시 정지되며, 정지된 모터(37)는 마이컴(72)의 제어에 의해 초기 이동 방향과 반대 방향으로 이동된다.
즉, 제1웜기어(42a)에 결합된 벨트(46,47)는 도 8의 도면상 왼쪽에서 오른쪽으로 이동되고, 제2웜기어(42b)에 결합된 벨트(46,47)는 도 8의 도면상 오른쪽에서 왼쪽으로 이동된다.
이와 같이 벨트(46,47)는 리미트 스위치(49) 및 마이컴(72)의 제어에 의해 이동방향이 전환되면서 이동된다.
또한 포토센서(48)는 재활환자의 발이 벨트(46,47)로부터 벗어나거나 발의 위치가 패드(58)에 위치하지 않는 경우 이를 감지하여 모터(37)의 구동을 중지하게 되며, 이러한 구동수단의 구동은 보행 훈련 시 구동되며, 균형 훈련 시에는 구동수단이 구동되지 않게 된다.
한편 프론트 롤러(44)와 리어 롤러(45)에는 타이밍 벨트(46)에 대응되는 치형이 형성되어 있으며, 타이밍 벨트(46)에는 롤러(44, 45)의 치형과 다른 블럭(46a)이 고정되어 있어 타이밍 벨트(46)의 이동 거리를 제한하게 된다. 이러한 블럭(46a)은 리미트 스위치(49)와 같은 안전장치로서 벨트(46,47)가 정해진 거리 이상으로 이동되지 않도록 한다.
상기 하중 감지수단은 패드(58)에 놓여진 발의 압력에 따라 하중을 감지하게 되는데, 패드(58)에 압력이 가해지게 되고, 발의 앞꿈치 및 뒤꿈치가 각각의 로드셀(54)을 가압하게 된다.
즉, 패드(58)에 놓여진 발은 박판(57)을 누르게 되고, 박판(57)에 가해진 압력은 가압판(55)을 누르게 되어 로드셀(54)을 누르게 되며, 이렇게 가해진 압력에 따라 발의 앞꿈치 및 뒤꿈치를 측정하게 됨은 물론 앞꿈치의 좌우 및 뒤꿈치의 좌우 압력을 측정하게 된다.
이렇게 측정된 압력은 인터페이스(71)를 거쳐 마이컴(72)으로 전달되고, 마이컴(72)에서는 압력에 따른 하중 분포를 분석하게 되며, 분석된 데이터는 데이터 송수신부(73)를 거쳐 컴퓨터(70)로 전달된다.
또한 컴퓨터(70)에서는 재활환자의 발로부터 가해진 압력에 따른 하중 분포를 디스플레이에 표시함은 물론 보행 훈련 또는 균형 훈련에 따른 게임을 표시하게 된다.
상기 컴퓨터(70)는 도 4 내지 도 7의 화면을 디스플레이(20)에 표시하게 되는데, 보행 훈련 또는 균형 훈련을 선택하는 화면을 디스플레이(20)에 표시하며, 훈련 과정에서 게임을 선택할 수 있는 화면 및 게임이 진행되는 화면을 표시하게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 보행 재활훈련 시스템의 개략적 사시도이다.

도 2는 본 발명의 보행 재활훈련 시스템의 개략적 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 보행 재활훈련 시스템의 블록도이다.

도 4는 본 발명의 보행 재활훈련 시스템에 따른 개인정보 및 최근 훈련정보를 나타낸 화면이다.

도 5는 본 발명의 보행 재활훈련 시스템에 따른 보행훈련 및 균형훈련의 선택화면이다.

도 6과 도 7은 게임식 동적 균형훈련 화면들을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 보행 재활훈련 시스템의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 보행 재활훈련 시스템의 본체를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 보행 재활훈련 시스템의 구동수단을 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 보행 재활훈련 시스템의 구동수단을 도시한 배면도이다.
도 12는 본 발명의 보행 재활훈련 시스템의 동력전달수단과 하중감지수단을 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 보행 재활훈련 시스템의 개략적인 단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 ※
10: 손잡이 11: 전면 손잡이
12: 후면 손잡이 13: 수평 손잡이
20: 디스플레이 30: 본체
31: 프론트 커버 32: 리어 커버
33: 사이드 커버 34: 보조구
35: 수직 패드 37: 모터
38: 구동 풀리 39: 종동 풀리
40: 타이밍 벨트 41: 아이들 롤러
42: 웜기어 43: 웜휠
43a: 베어링축 44: 프론트 롤러
45: 리어 롤러 46: 타이밍 벨트
46a: 블럭 47: 플랫 벨트
48: 포토센서 49: 리미트 스위치
50: 하중 감지수단 51: 메인 프레임
52: 데크 53: 상면판
54: 로드셀 55: 가압판
56: 쿠션패드 57: 박판
58: 패드 59: 측면판
70: 컴퓨터 71: 인터페이스
72: 마이컴 73: 데이터 송수신부
74: 인버터

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Claims (4)

1. 전면 손잡이, 후면 손잡이 및 상기 전면 손잡이와 후면 손잡이에 높이 조절 가능하게 설치되는 수평 손잡이로 된 손잡이,

   상기 손잡이가 고정되며 구동수단, 동력전달수단 및 하중감지수단이 설치되어 있는 본체,

   인가된 전원에 의해 구동되는 모터, 상기 모터에 고정된 구동 풀리, 상기 구동 풀리와 떨어진 위치에 회전 가능하게 설치되는 종동 풀리, 상기 구동 풀리의 동력을 종동 풀리에 전달하는 타이밍 벨트, 상기 종동 풀리에 의해 회전되며 상기 본체의 좌우 양측에 설치되는 2개의 웜기어, 상기 웜기어와 맞물려 회전되는 웜휠이 구비된 구동수단,

   상기 웜휠의 베어링축에 고정되어 회전되는 프론트 롤러, 상기 프론트 롤러와 떨어져 회전 가능하게 설치되는 리어 롤러, 상기 프론트 롤러와 리어 롤러에 연결되는 타이밍 벨트, 상기 타이밍 벨트의 외면에 고정되어 서로 반대방향으로 이동되는 플랫 벨트, 상기 플랫 벨트의 길이방향 양측에 설치되어 발의 위치를 감지하는 포토센서, 상기 플랫 벨트의 이동에 따라 상기 구동수단을 일시 정지시키는 리미트 스위치가 구비된 동력전달수단,

   상기 본체에 고정되는 메인 프레임, 상기 메인 프레임 상면에 고정되는 데크, 상기 동력전달수단의 플랫 벨트 상면에 고정되는 상면판, 상기 상면판에 고정되어 발의 앞꿈치와 뒤꿈치의 각각 좌우에 가해지는 하중 분포를 측정하는 4개의 로드셀, 상기 로드셀 상면에 고정되는 가압판, 상기 가압판의 측면에 고정되는 쿠션패드, 상기 가압판과 쿠션패드 상면에 고정되는 박판, 상기 박판 상면에 고정되는 패드가 구비된 하중감지수단,

   상기 하중감지수단의 로드셀에 가해지는 하중 분포를 전달하는 인터페이스를 통해 하중 분포 데이터를 비교·분석하는 마이컴, 상기 마이컴에서 분석된 데이터를 전달하는 데이터 송수신부, 상기 마이컴의 제어신호가 데이터 송수신부를 통해 모터의 정역 회전을 제어함에 따라 상기 플랫 벨트의 이동 방향을 제어하는 인버터, 상기 데이터 송수신부로부터 전달된 데이터를 표시하는 디스플레이, 상기 데이터 송수신부로부터 전달된 데이터의 표출 및 게임 화면을 디스플레이하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 재활훈련 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보행훈련은 상기 디스플레이를 보면서 실시간으로 시각적으로 피이드백 하여 재활환자 스스로 교정하도록 함을 특징으로 하는 보행 재활훈련 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 하중감지수단은 정적 및 동적 균형훈련 시 몸(상체)의 무게중심 이동에 따른 게임과 함께 균형 훈련이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 보행 재활훈련 시스템.

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