KR101302364B1

KR101302364B1 - 하지보조기용 보행감각 인지장치

Info

Publication number: KR101302364B1
Application number: KR1020120045155A
Authority: KR
Inventors: 김규석; 김신기; 장윤희; 장대진; 정성윤; 김솔비; 강성재; 문무성; 김종권
Original assignee: 근로복지공단
Priority date: 2012-04-30
Filing date: 2012-04-30
Publication date: 2013-09-06

Abstract

본 발명은 하지보조기용 보행감각 인지장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 하지마비 환자의 보행의도에 의해 제어 및 작동되어 보행을 가능하도록 하는 보행보조기와, 사용자의 발바닥에 설치되어 지면 반발력을 측정하도록 하는 적어도 하나 이상의 압전센서와, 상기 압전센서와 연동하여 작동되는 것으로, 사용자의 감각기관이 소실되지 않은 부분에 설치되는 적어도 하나 이상의 진동소자, 및 상기 압전센서와 진동소자를 연결하며 상기 압전센서로부터 제공받은 신호의 세기에 따라 주파수를 상기 진동소자에 공급할 수 있도록 한 진동제어기를 포함하는 하지보조기용 보행감각 인지장치가 제공될 수 있다.

Description

하지보조기용 보행감각 인지장치{walking sensory cognitive device for orthoses}

본 발명은 하지보조기용 보행감각인지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하반신 마비 환자의 보행을 위한 수동 또는 전동보조기에 설치하여 보행시 지면의 반발력을 진동력으로 변환시켜 착용자로 하여금 보행을 인지할 수 있도록 한 하지보조기용 보행감각 인지장치에 관한 것이다.

일반적으로, 하반신 마비 장애인(환자)의 보조기를 이용한 보행시 하반신의 마비로 인하여 입각기 보행에서 지면으로 전달되는 감각을 전달받을 수 없으며, 따라서 시각에 의존하여 보행을 하여야 한다. 또한 전동형 보조기는 프로그램된 제어회로에 의해 보행이 이루어지며 지면의 돌발적인 상황에 대한 대처가 매우 어려워 아직까지 센서와 함께 시각에 의존하고 있는 실정이다.

종래의 하반신 마비 장애인용 보조기는 관절을 고정하여 교차식 보행이 가능한 수동형 보조기와 마비된 관절부에 별도의 엑츄에이터를 구성하여 전동으로 보행에 필요한 관절토오크와 각도를 제어하는 전동보조기가 발명되었다.

도 1은 본 출원인이 2004년에 특허 출원하여 2006년에 등록받은 기술로서, 근전도 생체신호제어형 동력보행보조기이다. 이를 참조하면, 하반신 마비환자의 안정적인 보행을 보조하기 위한 왕복보행보조기에 있어서, 임의의 사용자 신체부위에 부착되어 보행을 위한 사용자 신호를 검출하는 근전도 센서와, 동력보행보조기의 발 바닥부분에 좌우 두쌍으로 부착되어 현재 발의 위치가 입각기 위치인지 유각기 위치인지를 검출하는 압력센서와, 골반부위에 한쌍으로 부착되어 사용자의 신체 위치에 대한 신호를 검출하는 자이로 센서를 포함하는 센서부와, 상기 센서부로부터 입력된 신호를 처리하여 보행을 위한 출력 신호를 내보내는 제어부 모듈(20)과, 상기 제어부 모듈(20)의 제어에 따라 골반과 대퇴골을 잇는 좌,우 고관절 연결부(11)와, 대퇴골 하단과 경골 상단 및 슬개골(무릎뼈)을 잇는 슬관절 연결부로 되는 인공근육 모듈(10)과, 상기 제어부 모듈(20)의 제어에 따라 보행시 정상적인 무릎 각을 가질수 있도록 입각기 시에는 브레이크에 의해 잠겨져 신체를 견고하게 지지할수 있고, 유각기 시에는 굴곡이 가능하도록 브레이크가 해제되어 정상인과 유사하게 보행시의 무릎 각을 가질수 있도록 한 전자식 비틀림 스프링 잠금장치를 포함하는 슬관절 장치부(30)로 구성될 수 있다.

따라서, 상기와 같은 구성에 의해 하반신 마비 장애인이 입각기 보행을 행할 수 있도록 하였다. 그러나, 이러한 종래의 보조기는 보행시 지면에 대한 감각인지가 없음으로 인하여 보행시 넘어짐에 의한 사고가 발생하며, 보행자는 안전한 보행을 위해서 시각에 의존해 본인의 보행을 관찰하여야 했다. 따라서, 시각에 의존한 보행은 보행시 자세를 불안정하게 만들며, 원활한 보행을 하는데 어려움이 되어 왔다.

즉, 종래의 하반신 마비 장애인용 보조기는 단순히 착용자가 입각기 보행을 수행할 수 있도록 보조하는 역할을 하는 것으로, 보행시 착용자가 보행하는 것을 인지하기 못하기 때문에 착용자 자신이 직접 보행을 주시하며 보행해야 한다. 이에 따라 전방을 주시하지 못해 불안정하게 보행하는 등 원활한 보행이 이루어지지 않으며 보행을 위해 신체 에너지가 과다하게 소비되는 단점과 함께 안전사고가 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 출원인은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있도록 한 하지보조기용 보행감각 인지장치를 강구하게 되었다.

한국등록특허 제0615446호

본 발명의 일 실시예들은 하반신 마비의 환자의 보행시 본인의 보행을 관찰하지 않고도 보행을 인지할 수 있도록 함으로써, 안전한 보행이 이루어질 수 있도록 한 하지보조기용 보행감각 인지장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하지마비 환자의 보행의도에 의해 제어 및 작동되어 보행을 가능하도록 하는 보행보조기와, 사용자의 발바닥에 설치되어 지면 반발력을 측정하도록 하는 적어도 하나 이상의 압전센서와, 상기 압전센서와 연동하여 작동되는 것으로, 사용자의 감각기관이 소실되지 않은 부분에 설치되는 적어도 하나 이상의 진동소자, 및 상기 압전센서와 진동소자를 연결하며 상기 압전센서로부터 제공받은 신호의 세기에 따라 주파수를 상기 진동소자에 공급할 수 있도록 한 진동제어기를 포함하는 하지보조기용 보행감각 인지장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 압전센서는 발바닥 앞굼치에 설치되는 제1압전센서 및 발바닥의 뒷굼치에 설치되는 제2압전센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1압전센서는 사용자의 감각기관이 소실되지 않은 부분에 설치되는 제1진동소자와 연결되고, 제2압전센서는 제2진동소자와 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 진동제어기는 상기 압전센서의 측정값을 디지털 신호로 변환할 수 있도록 한 A/D컨버터를 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진동소자는 상기 압전센서에서 측정된 반발력의 크기에 따라 주파수의 크기가 비례하여 자극하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 보행시 압전센서가 압력을 측정하는 단계와, 측정된 신호의 측정값을 비교한 후 진동제어기로 디지털 신호를 제공하는 단계와, 상기 디지털 신호를 토대로 감각기관이 소실되지 않은 부분에 설치되는 진동소자에 주파수를 달리하여 공급하는 단계와, 상기 주파수에 의해 상기 진동소자가 사용자를 가진하는 단계를 포함하는 하지보조기용 보행감각 인지방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 측정값의 크기에 비례하게 진동을 가하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 보조기 신발 인솔에 한 쌍의 압전(FSR)센서를 설치하여 보행구간에서 발뒤꿈치접지기 및 발바닥접지기, 발뒷굼치들림기, 유각기 구간에 따라 한 쌍의 진동소자를 감각기관이 소실되지 않은 상지부에 가진시켜 진동소자의 움직임과 크기를 이용하여 지면의 반발력을 인지할 수 있는 등 보행을 인지할 수 있어 안전한 보행이 이루어질 수 있다.

도 1은 종래의 하반신 마비 장애인용 보조기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지보조기용 보행감각 인지장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지보조기용 보행감각 인지장치의 구성도이다.
도 4는 보행구간에 따른 자극 인가에 대한 구성도
도 5는 감각 전달을 위한 제어 흐름도이다.
도 6은 감각 전달 제어 방법에 대한 흐름도이다.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들에 따른 하지보조기용 보행감각 인지장치에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하지보조기용 보행감각 인지장치의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지보조기용 보행감각 인지장치의 구성도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하지보조기용 보행감각 인지장치는 보행보조기(110)와, 압전센서(120)와, 진동소자(130)와, 진동제어기(140)를 포함할 수 있다.

보행보조기(110)는 하지마비 환자의 보행의도에 의해 제어 및 작동이 가능하고 최소한의 근력으로도 보행을 가능하도록 한 구성이라면 그 형상 및 모양에 제한을 두지 않는 것으로, 착용자의 골반과 대퇴골을 잇는 좌우 고관절 연결부(112)와, 대퇴골 하단과 경골 상단 및 슬개골(무릎뼈)을 잇는 슬관절 연결부(114) 및 사용자의 허리를 받쳐주기 위한 허리고정부(116)로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 보행보조기(110)는 본 발명의 일 실시예에서는 종래의 보행보조기를 사용할 수도 있으며, 경우에 따라 자동 또는 수동으로 이루어진 보행보조기(110)를 사용할 수 있는 등 사용자의 보행을 도울 수 있는 구성이라면 그 구성에 제한을 두지 않는다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 보행보조기(110)의 구성에 대해 권리를 받고자 하는 것이 아닌, 상기 보행보조기(110)를 사용시 보행감각을 인지할 수 있도록 한 인지장치를 보호받고자 함인 것으로서 자세한 설명은 생략하기로 한다.

압전센서(120)는 발바닥에 설치되어 지면 반발력 측정을 위한 것으로, 상기 보행보조기(110)를 착용한 환자(장애인)의 양 발바닥 중 어느 하나에 설치될 수 있으며, 경우에 따라 사용자의 양 발바닥에 설치될 수도 있다. 또한, 상기 압전센서(120)는 사용자의 발바닥에 직접 설치할 수도 있으며, 경우에 따라 보행보조기(110)에 마련된 슈즈(118)에 설치할 수도 있다.

이때, 상기 압전센서(120)는 적어도 하나로 이루지는 것으로, 사용자(환자 장애인)의 발바닥 앞굼치 부분에 설치되는 제1압전센서(122)와 발바닥의 뒷굼치 부분에 설치되는 제2압전센서(124)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 압전센서(120)를 적어도 하나 이상을 구비하여 사용자의 앞굼치와 뒷굼치에 각각 설치하도록 하였으나, 경우에 따라 복수개를 구비하여 발바닥의 앞굼치, 뒷굼치 및 앞굼치와 뒤꿈치 사이에 중간부분 등에 설치할 수도 있다.

진동소자(130)는 상기 압전센서(120)와 연동하여 작동되는 것으로, 상기 압전센서(120)와 대응되는 갯 수로 이루어지며, 상기 압전센서(120)에 의해 측정된 지면 반발력 크기에 따라 진동소자(130)의 주파수 크기에 비례하여 작동될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 상기 압전센서(120)를 제1압전센서(122)와 제2압전센서(124)를 구비하고 있음으로 이와 대응되게 제1진동소자(132) 및 제2진동소자(134)를 구비할 수 있다

즉, 상기 압전센서(120)와 진동소자(130) 사이에 상기 압전센서(120)에서 측정된 지면을 반발력 신호를 디지털신호로 변환할 수 있도록 한 AD컨버터(150)와, 상기 AD컨버터(150)에 의해 변환된 디지털신호를 제공받아 신호의 세기에 따라 상기 진동소자에 주파수를 공급할 수 있도록 한 진동제어기(140) 및 상기 진동제어기 및 진동소자에 전원을 공급할 수 있도록 한 배터리(160)를 구비하여 사용자에게 가진시킬 수 있다.

이때, 상기 진동소자(130)는 감각기관이 소실되지 않은 사용자의 상지부(상반신)에 설치될 수 있다. 즉, 하지부(하반신)가 마비된 환자의 경우 하지부의 감각기관이 모두 소실되어 있기 때문에 감각기관이 소실되지 않은 상지부에 설치되어 가진시킬 수 있다.

따라서, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 하지보조기용 보행감각 인지장치는 발뒤꿈치에는 제2압전센서(124)가 설치되어 있고, 앞굼치에는 제1압전센서(122)가 설치된 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이, 보행시 발뒷굼치 접지기 구간에서는 제2압전센서(124)가 지면과 접촉되어 제2진동소자(134)가 사용자를 가진시키고, 발바닥 접지기 구간에서는 제1압전센서(122)와 제2압전센서(124)가 동시에 지면과 접촉됨으로 제1진동소자(132) 및 제2진동소자(134)가 동시에 가진되며, 발뒷굼치 들림기 구간에서는 제1압전센서(122)만이 지면과 접촉되어 있음으로 제1진동소자(132)만 가진되게 된다. 이때, 유각기 구간에서는 지면과 접촉되는 부분이 없음으로 가진되지 않는 구조이다.

덧붙여, 도 5는 감각 전달을 위한 제어 흐름도이고, 도 6은 감각 전달 제어 방법에 대한 흐름도이다.

이를 참고하면, 초기 보행을 시작하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 하지보조기용 보행감각 인지장치를 온(on)시킨다. 이후, 보행에 따라 압전센서(120)가 압력을 측정하게 되고, 측정된 신호는 AD컨버터(150)에서 측정값을 비교하는 등 아날로그 신호를 디지털신호로 변환한 후 진동제어기(140)로 공급한다. 또한, 진동제어기(140)로 공급된 신호는 다시 진동소자(130)로 공급되어 진동이 가해지게 된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 하지보조기용 보행감각 인지장치는 수동형 또는 전동형 보행보조기(110)에 의한 보행시 지면의 반발력을 진동으로 변환하여 감각기능이 소실되지 않은 신체로 전달함으로서, 보행자 본인이 직접 보행상태를 확인하지 않아도 되기 때문에 안정된 자세로 보행할 수 있는 등 보행을 인지할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 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.

110 : 보행보조기 112 : 고관절 열결부
114 : 슬관절 연결부 116 : 허리고정부
120 : 압전센서 122 : 제1압전센서
124 : 제2압전센서 130 : 진동소자
132 : 제1진동소자 134 : 제2진동소자
140 : 진동제어기 150 : AD컨버터
160 : 배터리

Claims

하지마비 환자의 보행의도에 의해 제어 및 작동되어 보행을 가능하도록 하는 보행보조기와,
사용자의 발바닥에 설치되어 지면 반발력을 측정하도록 하는 적어도 하나 이상의 압전센서와,
상기 압전센서와 연동하여 작동되는 것으로, 사용자의 감각기관이 소실되지 않은 부분에 설치되는 적어도 하나 이상의 진동소자, 및
상기 압전센서와 진동소자를 연결하며 상기 압전센서로부터 제공받은 신호의 세기에 따라 주파수를 상기 진동소자에 공급할 수 있도록 한 진동제어기를 포함하는 하지보조기용 보행감각 인지장치.
청구항 1에 있어서, 상기 압전센서는 발바닥 앞굼치에 설치되는 제1압전센서 및 발바닥의 뒷굼치에 설치되는 제2압전센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하지보조기용 보행감각 인지장치.
청구항 2에 있어서, 상기 제1압전센서는 사용자의 감각기관이 소실되지 않은 부분에 설치되는 제1진동소자와 연결되고, 제2압전센서는 제2진동소자와 연결되는 것을 특징으로 하는 하지보조기용 보행감각 인지장치.
청구항 1에 있어서, 진동제어기는 상기 압전센서의 측정값을 디지털 신호로 변환할 수 있도록 한 A/D컨버터를 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 하지보조기용 보행감각 인지장치.
청구항 1에 있어서, 상기 진동소자는 상기 압전센서에서 측정된 반발력의 크기에 따라 주파수의 크기가 비례하여 자극하도록 구성된 하지보조기용 보행감각 인지장치.
보행시 압전센서가 압력을 측정하는 단계,
측정된 신호의 측정값을 비교한 후 진동제어기로 디지털 신호를 제공하는 단계,
상기 디지털 신호를 토대로 감각기관이 소실되지 않은 부분에 설치되는 진동소자에 주파수를 달리하여 공급하는 단계
상기 주파수에 의해 상기 진동소자가 사용자를 가진하는 단계를 포함하는 하지보조기용 보행감각 인지방법.
청구항 6에 있어서, 상기 측정값의 크기에 비례하게 진동을 가하는 것을 특징으로 하는 하지보조기용 보행감각 인지방법.