KR101342009B1 - 능동형 보행보조 및 기립보조기, 및 능동 보행보조 및 기립보조방법 - Google Patents

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Abstract

사용자의 운동상태를 감지하여 대응동작을 수행함으로써 사용자의 피해를 예방할 수 있도록 하는 능동형 보행보조기 및 능동 보행보조방법이 개시된다.

Description

능동형 보행보조 및 기립보조기, 및 능동 보행보조 및 기립보조방법{ACTIVE WALKING AND STAND-UP FRAME AND METHOD FOR ACTIVE WALKING AND STANDING UP THEREOF}
본 발명은 능동형 보행보조기 및 능동 보행보조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자의 운동상태를 감지하여 대응동작을 수행함으로써 사용자의 피해를 예방할 수 있도록 하는 능동형 보행보조기 및 능동 보행보조방법에 관한 것이다.
보행보조기는 하지의 일상생활 동작을 보조하는 안전장치이다.
보행보조기는 수동형 보행보조기와 능동형 보행보조기로 구분할 수 있다.
도 1은 종래의 수동형 보행보조기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 기본적인 보행보조기의 구성은 사용자가 기대기 위한 지지대가 보행보조기 프레임의 상부에 배치되고, 프레임의 하부에는 이동의 용이성을 위한 차륜이 배치되는 형태를 띠고 있다.
그런데, 도 1에서 나타낸 수동형 보행보조기의 경우에는 거동이 불편한 이용자가 이를 경사면 등에서 사용하는 경우에 보행보조기와 사용자 간 거리가 멀어지면서 사용자가 넘어져 부상을 입는 등의 사고가 종종 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 보행보조기의 동작을 능동적으로 제어하는 보행보조기에 관한 몇 가지 기술이 제안된 바 있다.
예컨대, 사용자를 기구적으로 연결하는 연결수단을 통하여 보행용 재활훈련기의 주행 속도 및 방향을 조절하여 사용자(보행 장애인)와의 거리를 항상 일정하게 유지하도록 하는 보행보조기에 관한 기술이 있다. 그러나 이러한 형태는 사용자가 보행보조기(재활훈련기)에 항상 물리적으로 연결되어야 한다는 불편함이 있었고, 보행보조기에 신체가 구속됨에 따라 사고가 발생하는 경우에 부상의 정도가 오히려 더 심해지는 문제도 있었다.
다른 기술로는 사용자로부터 지지대에 가해지는 압력의 세기를 통하여 보행보조기의 속도를 조절하도록 하는 보행보조기에 관한 기술이 있다. 그러나, 이 선행기술의 경우에는 단순히 지지대에 가해지는 압력의 세기만으로 속도를 조절하기 때문에, 보행보조기와 사용자 간 거리가 멀어지거나 보행보조기와 사용자의 신체가 따로 움직이는 등의 위험상황에 대처할 수 없어 사용자의 부상 위험성이 상존하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사용자의 운동상태를 감지하여 대응동작을 수행함으로써 사용자의 피해를 예방할 수 있도록 하는 능동형 보행보조기 및 능동 보행보조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 능동형 보행보조 및 기립보조기는, 보행보조기 프레임, 상기 보행보조기 프레임의 상부에 배치되어 사용자가 팔로 체중을 지지하는 지지대 및 상기 프레임의 하부에 복수 개 배치된 차륜을 포함하는 본체부, 상기 사용자의 운동 상태를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서유닛을 포함하는 센서부, 상기 센서부에서 측정되어 전송된 상기 사용자의 상태 데이터를 분석하고, 분석에 따른 제어신호를 생성하는 제어부, 상기 제어부로부터의 상기 제어신호에 의거한 구동작용을 수행하는 구동부를 포함하여 이루어진다.
이 때, 상기 구동부는 상기 차륜을 전후진구동하기 위한 전동모터 및 기어유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동부는 상기 프레임의 높이를 가변시키기 위한 복수의 프레임 연장 기둥 및 상기 프레임 연장 기둥을 신축구동하기 위한 전동모터 및 기어유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부로부터의 상기 제어신호에 따라 감각기관을 통하여 인식 가능한 경보를 생성하는 경보부를 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기 센서부는 광학센서유닛, 압력센서유닛, 가속도센서유닛, 초음파 센서유닛, 레이저센서유닛, 적외선센서유닛 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 능동형 보행보조 및 기립보조기는, 보행보조기측 단말과 사용자측 단말을 포함하여 이루어지며, 상기 보행보조기측 단말은, 보행보조기 프레임, 상기 보행보조기 프레임의 상부에 배치되어 사용자가 팔로 체중을 지지하는 지지대 및 상기 프레임의 하부에 복수 개 배치된 차륜을 포함하는 본체부, 상기 사용자의 운동 상태를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서유닛을 포함하는 제1 센서부, 상기 제1 센서부에서 측정되어 전송된 상기 사용자의 상태 데이터를 분석하고, 분석에 따른 제어신호를 생성하는 제어부, 상기 제어부로부터의 상기 제어신호에 의거한 구동작용을 수행하는 구동부 및 상기 사용자측 단말기의 송신부와 무선 통신을 행하는 수신부를 포함하고, 상기 사용자측 단말은, 상기 사용자의 운동 상태를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서유닛을 포함하는 제2 센서부 및 상기 제2 센서부에서 측정된 상기 사용자의 상태 데이터를 상기 보행보조기측 단말의 상기 수신부로 무선 전송하는 송신부를 포함한다.
본 발명의 또다른 측면에 따른 능동 보행보조 및 기립보조 방법은, 센서부, 제어부 및 구동부를 포함하는 능동형 보행보조기를 통하여 이루어지며, 상기 센서부를 이루는 각각의 센서유닛에서 사용자의 운동에 관한 상태 데이터가 측정되고 상기 제어부로 전송되는 상태측정단계, 상기 제어부에서 상기 상태 데이터가 분석되고, 수행되어야 하는 능동 보행보조기능에 관한 제어신호가 생성되는 상태판단단계 및 상기 구동부에서 상기 제어신호에 대응하는 능동 보행보조기능이 구동되는 판단결과대응단계를 포함한다.
이 때, 상기 상태측정단계에서, 상기 능동형 보행보조기와 상기 사용자 간 거리 및 상기 사용자로부터 가해지는 압력의 크기가 허용임계범위를 벗어났는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 허용임계범위를 벗어난 경우, 상기 구동부를 제어하는 상기 제어신호가 생성되는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 상태측정단계에서, 상기 능동형 보행보조기와 상기 사용자 간 거리 및 상기 사용자의 신체에 부착된 복수의 센서유닛에서 측정된 데이터에 의거한 패턴 정보가 허용임계범위를 벗어났는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 허용임계범위를 벗어난 경우, 상기 구동부를 제어하는 상기 제어신호가 생성되는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명을 이용하면, 사용자의 운동상태를 감지하여 대응동작을 수행함으로써 사용자의 피해를 예방할 수 있도록 하는 능동형 보행보조 및 기립보조기를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 수동형 보행보조기의 일례를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 능동형 보행보조기의 일례를 나타낸 블록도,
도 3은 도 2의 센서부(100)를 더욱 상세히 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 보행보조기의 일례를 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 능동형 보행보조기에서 수행되는 능동 보행보조기능의 흐름을 나타낸 흐름도,
도 6은 도 2의 실시예에 의한 능동형 보행보조기에서 이루어지는 능동 보행보조기능을 예시한 도면,
도 7은 도 4의 실시예에 의한 능동형 보행보조기에서 이루어지는 능동 보행보조기능을 예시한 도면,
도 8은 능동 보행보조기에 사용자가 앉아 있는 상태를 나타낸 도면,
도 9는 능동 보행보조기에서 사용자가 일어서고 있는 상태를 나타낸 도면,
도 10은 능동 보행보조기에서 사용자가 일어선 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 능동형 보행보조기의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 능동형 보행보조기(10)는 본체부(도시하지 않음), 센서부(100), 제어부(110), 구동부(120) 및 경보부(130)를 포함하여 이루어진다.
본체부는 능동형 보행보조기(10)의 프레임을 이루는 부분으로서, 사용자의 팔로 체중을 지지할 수 있는 지지대가 보행보조기 프레임의 상부에 배치되고, 프레임의 하부에는 이동의 용이성을 위한 차륜이 배치된다.
센서부(100)는 사용자의 상태를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서유닛이 장착된 부분이다.
제어부(110)는 센서부(100)를 통하여 측정된 사용자의 상태 데이터를 분석하고, 사용자의 상태에 따른 대응조치를 수행한다. 이를 위하여 제어부는 마이크로프로세서, 사용자 인터페이스 장치 및 저장장치 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 사용자의 상태 데이터를 분석하기 위한 상태 패턴에 관한 데이터를 저장장치에 저장해둘 수 있다. 예컨대, 제어부(110)는 센서부(100)에서 측정된 사용자의 상태 데이터를 통하여, 능동형 보행보조기(10)와 사용자 간 거리 및 사용자의 높이 정보, 현재 운동상태 등을 실시간으로 판단할 수 있다.
구동부(120)는 센서부(100)로부터의 구동명령신호에 따라 차륜을 전후진 구동하거나 보행보조기의 전후 프레임을 상하방으로 신장 또는 수축시키는 기능을 수행하는 등의 기능을 수행한다. 구동부에서 이루어지는 구동에 의하여, 능동형 보행보조기(10)는 사용자가 넘어지거나 하는 등의 위험을 미연에 방지할 수 있는 능동적인 위험예방기능을 수행할 수 있게 된다. 구동부는 차륜이나 프레임의 기둥을 직접 구동할 수 있도록 모터 및 기어장치를 포함하여 구현된다.
경보부(130)는 센서부(100)로부터의 경보명령신호에 따라 사용자 또는 사용자 주변의 보호자 등에게 위험상황을 알림으로써 위험상황에 대처를 할 수 있도록 한다. 경보부(130)는 부저 등 청각적인 경보수단이든 램프 등 시각적인 경보수단이든 폭넓게 포함할 수 있다.
또한, 도면에는 나타내지 않았으나, 능동형 보행보조기(10)를 구동하기 위해서는 반드시 전력을 공급할 수 있는 전원장치가 필요하다. 이를 위하여, 보행보조기(10)에는 배터리가 더 탑재됨으로써, 보행보조기(10)에 전력을 공급하도록 할 수 있다.
도 3은 도 2의 센서부(100)를 더욱 상세히 나타낸 블록도이다.
도 2의 센서부(100)에는 광학센서유닛(102), 압력센서유닛(104) 및 가속도센서유닛(106)이 포함될 수 있다.
광학센서유닛(102)은 CMOS, CCD 등 촬상소자를 통하여 사용자의 모습을 촬영하기 위한 센서유닛이다. 광학센서유닛을 이용하면, 사용자의 신체에 별도의 센서를 부착하지 않더라도 촬영대상영역의 패턴을 인식함으로써 사용자의 현재 운동상태를 파악할 수 있다.
압력센서유닛(104)은 사용자로부터 능동형 보행보조기(10)에 가해지는 압력의 크기를 측정하기 위한 센서유닛이다. 압력센서유닛(104)은 능동형 보행보조기(10) 프레임 상단과 지지대를 연결하는 영역 또는 지지대의 표면 일부에 배치되도록 할 수 있다. 압력센서유닛(104)을 통하여 사용자로부터 능동형 보행보조기(10)에 가해지는 압력을 측정한 결과값은, 다른 센서유닛에서 측정된 정보와 조합하여 제어부(110)로 하여금 유의미한 분석결과를 도출하는 데에 활용된다.
가속도센서유닛(106)은 능동형 보행보조기(10)에 가해지는 가속도의 크기를 측정하기 위한 센서유닛이다. 가속도 센서는 사용자의 전후좌우 기울기 정보를 측정함으로써 사용자의 안정성을 측정할 수 있는 중요한 수단이 된다. 보행 및 앉기/서기 동작 보조를 받을 때에 사용자의 기울기에 관한 측정값을 활용할 수 있다. 가속도센서유닛은 능동형 보행보조기(10) 본체에 부착될 수도, 사용자의 신체 일부에 착될 수도 있으며, 이들 양측에 모두 부착될 수도 있다.
또한, 도 3에는 나타내지 않았으나, 초음파 센서 유닛 및 가시광의 범위를 벗어나는 광파를 감지하기 위한 레이저 센서유닛, 적외선 센서유닛 등도 센서부에 포함되도록 할 수 있으며, 센서부에 포함되는 각 센서유닛은 다음과 같은 여섯 가지의 작용을 수행할 수 있는 것이라면 어느 것이라도 무방하다.
○ 사용자와 보행보조기 사이의 거리 및 사용자의 높이 정보를 동시 측정할 수 있는 센서:
사용자와 보행보조기 사이의 거리 및 사용자의 높이 정보는 보행보조기 안전장치에 사용자의 안전에 관한 중요한 정보를 제공한다. 동작 보조를 받는 동안, 사용자와 보행보조기 사이의 거리 및 사용자의 높이가 변한다. 이러한 사용자와 보행보조기 사이의 거리 및 사용자의 높이 정보는 초음파 센서, 광센서, 레이저 센서, 마그네틱 센서 및 적외선 센서 등을 포함한 거리를 측정할 수 있는 센서들을 이용하여 계측할 수 있다.
○ 사용자의 기울기 정보를 측정할 수 있는 센서:
사용자의 전후좌우로의 기울기 정보는 사용자의 안정성(Stability)을 측정할 수 있는 중요한 도구가 된다. 보행 및 앉기/서기 동작 보조를 받을 때, 사용자의 전후좌우 기울기를 측정함으로써 사용자가 안정적으로 동작을 수행할 수 있는지를 계측할 수 있다. 이러한 사용자의 기울기는 accelerometer, gyroscope 및 자기(magnetic) 센서 등을 포함한 위치 및 기울기 센서를 사용하여 계측할 수 있다.
○ 사용자의 상하지 주요 관절 각도를 측정할 수 있는 센서:
보행보조기를 이용하여 하지 동작 보조를 받을 때 사용자의 신체 관절의 각도는 동작에 맞는 궤적에 따라 변하게 된다. 이러한 관절각도 값은 일어서기 동작을 보조받기 위하여 하지 각 관절의 초기 각도가 준비가 되었는지, 상판을 지지하고 있는 팔꿉 관절의 각도가 낙상으로 인하여 변했는지 등을 파악하는 중요한 자료로 활용될 수 있다.
○ 보행 및 앉기/서기 동작을 보조받을 때, 사용자가 보행보조기의 상판에 가하는 압력을 측정할 수 있는 센서:
사용자는 동작 보조를 받는 동안, 보행보조기의 상판에 일정 압력을 가하게 된다. 그러나 갑작스러운 위험 상황이 발생하게 되면, 압력 값이 변하게 된다. 이러한 변화를 통하여 사용자의 위험 상황을 감지할 수 있다. 보행보조기 상판의 압력은 로드셀 및 6축 Force/Torque 센서 등 힘을 측정할 수 있는 힘센서를 포함한다.
○ 사용자가 보행 및 앉기/서기 동작을 수행할 때 사용자의 생체신호를 측정할 수 있는 센서:
앉기/서기 동작을 수행할 때, 사용자의 다리 근육 신호는 크게 활성화된다. 이와 같이 사용자의 생체신호를 측정함으로써 동작이 잘 수행되고 있는지를 알아볼 수 있다.
○ 발목관절의 각도(기울기) 및 각속도, 보행보조기를 기준으로 한 상대적인 발목 부위의 속도를 측정할 수 있는 센서:
보행 동작을 수행하는 동안 발목관절은 지면과 일정한 각도를 이루면서 보행 동작이 이루어진다. 특히, 보행보조기를 이용하여 보행 동작을 보조 받을 때, 사용자의 하지가 뒤쪽으로 기울어짐으로써 사용자의 COG (Center of gravity)가 보행보조기지지 부분으로부터 멀어지고, 하지의 퇴보 현상이 발생하여 낙상의 위험 상황이 초래되는 경우가 있다. 이런 위험 상황을 감지하기 위하여 사용자 발목관절의 기울어지는 각도 및 각속도 신호 활용이 가능하다. 또한, 발목에서 측정되는 발목 부위의 속도 값은 보행보조기의 속도와 비교하여 사용자가 안전하게 보행보조기를 사용하고 있는지를 확인시켜줄 수 있다. 이러한 발목관절로부터 얻는 신호는 accelerometer 및 gyroscope 등을 이용하여 계측이 가능하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 보행보조기의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 2 내지 도 3에서 나타낸 실시예에서는 능동형 보행보조기(10)에 모든 구성요소가 포함되는 경우를 예시하였다.
반면, 도 4의 실시예에서는 보행보조기측 단말(20)과 사용자측 단말(30)이 무선통신을 통하여 연결되어 함께 능동형 보행보조기를 구성한다.
이때, 보행보조기측 단말(20)에는 센서부(200), 제어부(210), 구동부(220), 경보부(230), 제동부(240) 및 수신부(250)가 더 포함된다. 또한, 사용자측 단말(30)에는 센서부(300) 및 송신부(350)가 더 포함된다.
도 2 내지 도 3의 실시예에서도 센서유닛 중 일부가 사용자의 신체에 부착되는 경우가 있다. 이 경우, 사용자의 신체에 부착되는 센서유닛도 보행보조기(10)로부터 유선으로 연결되어야 하므로, 배선에 따른 이용의 편의성이 저하될 가능성이 있다.
이에 따라, 도 4의 센서부(200,300), 제어부(210), 구동부(220) 및 경보부(230)는 각각 도 2 내지 도 3의 센서부(100), 제어부(110), 구동부(120) 및 경보부(130)에 대응되며, 이들 대응 구성요소의 마찬가지의 기능을 수행한다.
한편, 송신부(350)는 사용자측 단말의 센서부(300)에서 측정된 사용자의 상태 데이터를 보행보조기측 단말(20)로 무선전송하는 기능을 수행한다. 이에 대응하여, 수신부(250)는 사용자측 단말로부터 전송되는 사용자의 상태 데이터를 전송받아 제어부(210)로 전달하는 기능을 수행한다. 이들 송신부(350)와 수신부(250) 간에 이루어지는 통신은 공지의 무선 데이터 통신 중 어느 것이라도 무방하며, 예컨대 RF 통신, 블루투스 통신, 지그비 통신 등이 적절히 적용될 수 있다. 또한, 타 사용자의 보행보조기에 의한 교란 등을 방지하기 위하여 공지의 인증 메커니즘을 적절히 적용함으로써 사용자측 단말(30)과 보행보조기측 단말(20)이 1:1로 대응되도록 할 수 있다.
나아가, 앞서 언급한 바와 같이, 보행보조기측 단말(20)과 사용자측 단말(30) 각각에는 배터리 등 전력을 공급하기 위한 수단이 더 포함되도록 하여야 함은 말할 것도 없다.
도 5는 본 발명에 따른 능동형 보행보조기에서 수행되는 능동 보행보조기능의 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 5에서 나타낸 바와 같이, 능동 보행보조기능은 상태측정단계(S100), 상태판단단계(S110) 및 판단결과대응단계(S120) 등 3단계로 이루어진다.
상태측정단계(S100)는 능동형 보행보조기의 센서부를 이루는 각각의 센서유닛에서 이루어진다. 사용자의 상태에 대응하는 능동형 보행보조기능을 수행하기 위해서는 무엇보다도 먼저 사용자의 현재 상태가 정확하게 측정되어야 한다. 앞서 언급한 바와 같이 상태측정단계에서 각각의 센서유닛을 통하여 측정된 사용자의 상태 데이터는 능동형 보행보조기의 제어부로 전송된다.
상태판단단계(S110)는 능동형 보행보조기의 제어부에서 이루어지며, 센서유닛으로부터 전달된 사용자의 상태 데이터를 분석하여 현재 능동형 보행보조기에서 수행되어야 하는 능동 보행보조기능을 정의하고, 정의된 능동 보행보조기능에 대응되는 제어신호를 생성하여 능동 보행보조기능을 실행한다. 예컨대, 대응되는 제어신호가 차륜을 제동시키는 것(brake)에 관한 제동제어신호인 경우, 해당 제동제어신호를 능동형 보행보조기의 제동부로 전송하여 보행보조기를 제동(긴급정지 등)시킬 수 있으며, 대응되는 제어신호가 경보신호인 경우, 경보부로 하여금 소정의 경보 작용을 실행할 수 있도록 할 수 있다.
도 6은 도 2의 실시예에 의한 능동형 보행보조기에서 이루어지는 능동 보행보조기능을 예시한 도면이다.
도 6에서 나타낸 바와 같이, 능동형 보행보조기(60)의 지지대 상판 일부영역에는 압력센서(602)가 장착되고, 제어부(610)와 함께 지지대 상판의 하단부에 사용자(A)를 비출 수 있는 광학센서유닛(도시하지 않음)이 장착된다. 또한, 차륜에는 차륜을 전동으로 구동할 수 있는 구동부(620)가 장착된다.
도 6에서는 본 발명에 따른 능동형 보행보조기에서 보행시의 보행안전도가 어떻게 판단되며, 판단결과에 따라 어떠한 능동 보행보조기능이 수행되는지를 설명한다.
능동형 보행보조기(60)의 광학센서유닛은 사용자(A)까지의 거리(duw)를 측정하는 기능을 수행한다.
일반적으로 안전한 상태에서는 능동형 보행보조기의 지지대에 사용자의 체중에 따른 압력이 크게 가해지며, 이에 따라, 지지대 부분에 장착된 압력센서(602)에서도 높은 정도의 압력이 감지된다. 아울러, 사용자와 보행보조기 간 거리(duw)가 안전거리의 상한문턱값보다는 짧고 하한문턱값보다는 긴 상태로 유지된다.
만약 거리(duw)가 지나치게 짧아지거나 지나치게 길어지는 경우에는 사용자(A)가 낙상을 하는 위험에 처하게 될 수 있는데, 이러한 경우에는 압력센서(602)에 가해지는 압력도 작아지는 현상이 관측된다.
이러한 센서 데이터를 토대로, 제어부(610)는 표 1과 같은 제어신호를 발생시킨다.
센서 데이터 압력센서 압력 낮음 압력센서 압력 높음
거리(duw)가
하한문턱값보다 짧음		 전진구동 제어신호 생성 -
거리(duw)가
하한문턱값과 상한문턱값의 사이임		 - -
거리(duw)가
상한문턱값보다 멈		 후진구동 제어신호 생성 -
표 1의 제어신호에 따라, 예컨대 거리(duw)가 하한문턱값보다 짧고 압력센서 압력이 낮은 경우에 일정한 거리/지속시간만큼 전진구동 제어신호를 생성하여 구동부(620)를 구동시킴으로써, 사용자(A)와 능동형 보행보조기(60) 사이가 충분한 간격이 되도록 능동 보행보조기능을 수행할 수 있게 된다. 마찬가지로, 거리(duw)가 상한문턱값보다 멀어서 사용자(A)가 지지대를 놓치기 직전인 상황인 경우(압력센서를 통하여 측정되는 압력도 함께 낮아지게 된다), 일정한 거리/지속시간만큼 후진구동 제어신호를 생성하여 구동부(620)를 구동시킴으로써, 사용자(A)와 능동형 보행보조기(60) 사이가 충분한 간격이 되도록 하여 사용자(A)가 지지대를 놓치지 않을 수 있도록 한다.
한편, 센서 데이터가 각각의 문턱값을 시간이 일정 시간 이상인 경우에만 위험한 상태인 것으로 판단하도록 할 수도 있다.
도 7은 도 4의 실시예에 의한 능동형 보행보조기에서 이루어지는 능동 보행보조기능을 예시한 도면이다.
도 6에서 나타낸 바와 같이, 능동형 보행보조기(70)의 지지대 상판 일부영역에는 압력센서(702)가 장착되고, 제어부(710)에는 센서유닛(704,705,706,707)을 통하여 측정된 상태 데이터가 사용자측 단말의 송신부(도시하지 않음)로부터 보행보조기측 단말의 수신부(도시하지 않음)를 경유하여 무선 전송된다. 이와 차륜에는 차륜을 전동으로 구동할 수 있는 구동부(720)가 장착된다.
도 6에서와 마찬가지로, 도 7에서도 본 발명에 따른 능동형 보행보조기에서 보행시의 보행안전도가 어떻게 판단되며, 판단결과에 따라 어떠한 능동 보행보조기능이 수행되는지를 설명한다.
사용자가 낙상한 경우에는 사용자의 신체에 부착된 센서를 통하여 파악되는 사용자의 운동 패턴(보행보조기와의 거리, 기울기, 관절각도 등)이 보행시의 패턴을 벗어나게 된다.
도 6의 실시예에서 제어부(710)는 센서유닛(704~707)을 통하여 측정된 상태 데이터를 통하여 사용자(A)까지의 거리(duw) 및 사용자의 기울기값, 관절각도패턴 등을 측정할 수 있다.
이러한 센서 데이터를 토대로, 제어부(710)는 표 2과 같은 제어신호를 발생시킨다.
센서 데이터 기울기값과 관절각도
패턴이 정상범위임		 기울기값과 관절각도
패턴이 정상범위를 벗어남
거리(duw)가
하한문턱값보다 짧음		 - 전진구동 제어신호 생성
거리(duw)가
하한문턱값과 상한문턱값의 사이임		 - -
거리(duw)가
상한문턱값보다 멈		 - 후진구동 제어신호 생성
표 2의 제어신호에 따라, 예컨대 거리(duw)가 하한문턱값보다 짧고 기울기값과 관절각도 패턴이 정상범위를 벗어나는 것으로 판단된 경우에 일정한 거리/지속시간만큼 전진구동 제어신호를 생성하여 구동부(720)를 구동시킴으로써, 사용자(A)와 능동형 보행보조기(70) 사이가 충분한 간격이 되도록 능동 보행보조기능을 수행할 수 있게 된다. 마찬가지로, 거리(duw)가 상한문턱값보다 멀어서 사용자(A)가 지지대를 놓치기 직전인 상황인 경우(압력센서를 통하여 측정되는 압력도 함께 낮아지게 된다), 일정한 거리/지속시간만큼 후진구동 제어신호를 생성하여 구동부(720)를 구동시킴으로써, 사용자(A)와 능동형 보행보조기(70) 사이가 충분한 간격이 되도록 하여 사용자(A)가 지지대를 놓치지 않을 수 있도록 한다.
도 8은 능동 보행보조기에 사용자가 앉아 있는 상태, 도 9는 능동 보행보조기에서 사용자가 일어서고 있는 상태, 도 10은 능동 보행보조기에서 사용자가 일어선 상태를 각각 예시한 도면이다.
본 발명에 따른 능동 보행보조기(80)는 사용자(B)가 안전하게 앉고 서는 행위를 하기 위한 능동적 보조기능을 수행할 수도 있다.
사용자(B)는 도 8로부터 도 9를 거쳐 도 10에 이르기까지 일어서는 동작을 수행하는 동안, 상체 및 하체의 각 관절각도에 일정한 궤적이 형성되게 된다. 또한, 상체가 지지대 상판에 가하는 압력의 크기 또한 일정한 패턴을 가지고 변화하게 된다. 나아가, 사용자(B)가 일어선 경우에는 보행보조기(80)의 높이가 상승하여야 하는 필요도 발생한다.
도 8에서 나타낸 바와 같이, 사용자(B)의 신체에는 센서(802,803,804)가 부착되어 있으며, 제어부(도시하지 않음)에서는 센서(802,803,804)를 통하여 측정된 각 센서들의 공간적 배치 상태에 관한 패턴 정보(805)가 분석된다. 또한, 구동부(822,824)가 각각 전방 프레임 연장 기둥(823) 및 후방 프레임 연장 기둥(825)과 연결되어 프레임의 높이를 조절할 수 있도록 한다. 아울러, 지지대 상판의 일부 영역에 설치된 압력센서(도시하지 않음)를 통해서 사용자(B)로부터 가해지는 압력의 크기가 측정된다.
도 9에서는 사용자가 일어서는 동작을 진행함에 따라 도 8에서와는 공간적 배치 상태가 변화한 센서(802',803',804')들에 의한, 각 센서들의 공간적 배치 상태에 관한 변화한 패턴 정보(805')가 제어부에 의하여 분석된다. 제어부는 패턴 정보(805)와 대비한 패턴 정보(805')가 사용자(B)의 기립 운동에 따른 것이라고 판단한 경우(압력센서로부터 인식된 압력에 관한 정보가 더욱 정확한 판단에 활용될 수 있다), 사용자의 기립 작용을 보조하기 위하여 보행보조기(80)의 전방 프레임 연장기둥(823) 및 후방 프레임 연장 기둥(825)을 신장시키는 구동제어신호를 생성하여 구동부(822,824)를 구동시킬 수 있다. 도 9에서 나타낸 바와 같이, 전방 프레임 연장 기둥(823)이 후방 프레임 연장 기둥(825)보다 천천히 신장되도록 함으로써 사용자(B)의 안정적인 기립 동작을 보조하도록 할 수 있다. 관절각도 및 압력 신호 등을 제어부에서 분석하여 정상적인 기립 상태를 파악할 수 있다. 올바른 기립 상태가 진행 되지 않을 경우 사용자에게 경고 및 능동형 기립보조기기의 작동을 중지하거나 안전한 자세로 변경하는 것이 가능하다. 이러한 작용을 통하여, 사용자의 팔이 지지대에 끼는 등의 문제점을 예방할 수 있다.
도 10에는 사용자(B)가 기립 동작을 완료한 상태가 표현되어 있다.
도 10에서 나타낸 바와 같이, 신장된 전방 프레임 연장 기둥(823')과 후방 프레임 연장 기둥(825')에 의하여 사용자(B)는 기립 상태에서도 자세의 어색함이 없이 안정적으로 보행보조기(80)의 지지대 상판에 상체를 지지할 수 있게 된다.
도 8 내지 도 10의 예시에서는 일부의 센서(802,803,804)만을 예시적으로 언급하였으나, 사용자가 앉기/서기 동작을 행할 때에는 하지의 상태 패턴 정보도 특징적으로 변화하므로, 하지의 각 영역에도 센서를 부착하여 상태 데이터를 수집할 수 있는 것은 물론이다.
이처럼 보행보조기에 기구적으로 연결되지 않고도 사용자의 움직임이 자유로운 상태에서 사용자의 상태를 정확히 파악하고, 사용자의 현재 상태에 대응하는 능동적 보조기능을 수행함으로써 사용자가 보행보조기를 이용하면서 처할 수 있는 위험한 상황에 능동적으로 대처할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 보행보조기측 단말과 사용자측 단말을 포함하여 이루어지는 능동형 보행보조 및 기립보조기로서,
    상기 보행보조기측 단말은,
    보행보조기 프레임, 상기 보행보조기 프레임의 상부에 배치되어 사용자가 팔로 체중을 지지하는 지지대 및 상기 프레임의 하부에 복수 개 배치된 차륜을 포함하는 본체부,
    상기 사용자의 운동 상태를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서유닛을 포함하는 제1 센서부,
    상기 제1 센서부에서 측정되어 전송된 상기 사용자의 상태 데이터를 분석하고, 분석에 따른 제어신호를 생성하는 제어부,
    상기 제어부로부터의 상기 제어신호에 의거한 구동작용을 수행하는 구동부 및
    상기 사용자측 단말기의 송신부와 무선 통신을 행하는 수신부를 포함하고,
    상기 사용자측 단말은,
    상기 사용자의 운동 상태를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서유닛을 포함하는 제2 센서부 및
    상기 제2 센서부에서 측정된 상기 사용자의 상태 데이터를 상기 보행보조기측 단말의 상기 수신부로 무선 전송하는 송신부를 포함하는 능동형 보행보조 및 기립보조기.
  7. 센서부, 제어부 및 구동부를 포함하는 능동형 보행보조기의 능동 보행보조 및 기립보조 방법으로서,
    상기 센서부를 이루는 각각의 센서유닛에서 사용자의 운동에 관한 상태 데이터가 측정되고 상기 제어부로 전송되는 상태측정단계,
    상기 제어부에서 상기 상태 데이터가 분석되고, 수행되어야 하는 능동 보행보조기능 또는 기립보조기능에 관한 제어신호가 생성되는 상태판단단계 및
    상기 구동부에서 상기 제어신호에 대응하는 능동 보행보조기능 또는 능동 기립보조기능이 구동되는 판단결과대응단계를 포함하되,
    상기 상태측정단계에서,
    상기 능동형 보행보조기와 상기 사용자 간 거리 및 상기 사용자로부터 가해지는 압력의 크기가 허용임계범위를 벗어났는지 여부를 판단하는 단계 및
    상기 허용임계범위를 벗어난 경우, 상기 구동부를 제어하는 상기 제어신호가 생성되는 단계를 더 포함하는 능동형 보행보조기의 능동 보행보조 및 기립보조 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 상태측정단계에서,
    상기 능동형 보행보조기와 상기 사용자 간 거리 및 상기 사용자의 신체에 부착된 복수의 센서유닛에서 측정된 데이터에 의거한 패턴 정보가 허용임계범위를 벗어났는지 여부를 판단하는 단계 및
    상기 허용임계범위를 벗어난 경우, 상기 구동부를 제어하는 상기 제어신호가 생성되는 단계를 더 포함하는 능동형 보행보조기의 능동 보행보조 및 기립보조 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101787879B1 (ko) * 2016-03-21 2017-10-19 국방과학연구소 착용형 로봇의 제어를 위한 zmp 기반 보행궤적 생성 방법 및 보행 궤적 생성 시스템의 제어 방법

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102186840B1 (ko) * 2014-01-16 2020-12-04 엘지전자 주식회사 전동 보행 보조 장치
KR102284822B1 (ko) 2014-10-22 2021-08-02 삼성전자주식회사 지지 모듈, 이를 포함하는 운동 보조 장치 및 운동 보조 장치의 제어 방법
KR101595517B1 (ko) * 2014-10-24 2016-02-19 한국생산기술연구원 스마트 보행 보조장치
KR101633193B1 (ko) * 2014-12-15 2016-06-23 한국산업기술대학교산학협력단 보행 안내 장치
DE102016217078A1 (de) * 2016-09-08 2018-03-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Steuern einer Gehhilfe, Steuereinrichtung für eine Gehhilfe, Gehhilfe
KR101888050B1 (ko) * 2017-01-17 2018-09-10 공주대학교 산학협력단 고령자 맞춤형 보조 보행 시스템 및 그 운용 방법
KR101965786B1 (ko) * 2017-05-10 2019-04-04 주식회사 엔티로봇 기립과 착석을 보조하는 기립보행기 및 이를 위한 모니터링 시스템
CN107669448B (zh) * 2017-09-25 2024-03-26 上海市杨浦区市东医院 一种重力刹车助步器
KR102314398B1 (ko) * 2019-10-21 2021-10-19 부산과학기술대학교 산학협력단 보행 보조기 제어 방법 및 이러한 방법을 사용하는 보조 보행기
JP7397779B2 (ja) * 2020-09-22 2023-12-13 公立大学法人 富山県立大学 立ち座り支援装置及び歩行器
TWI761971B (zh) * 2020-09-28 2022-04-21 緯創資通股份有限公司 主動式助行器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100821641B1 (ko) 2007-06-29 2008-04-14 한국산업기술대학교산학협력단 사용자 보행 의지를 감지하는 핸들바가 구비된 보행보조기
JP2011072506A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Japan Health Science Foundation 歩行支援装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100821641B1 (ko) 2007-06-29 2008-04-14 한국산업기술대학교산학협력단 사용자 보행 의지를 감지하는 핸들바가 구비된 보행보조기
JP2011072506A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Japan Health Science Foundation 歩行支援装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101787879B1 (ko) * 2016-03-21 2017-10-19 국방과학연구소 착용형 로봇의 제어를 위한 zmp 기반 보행궤적 생성 방법 및 보행 궤적 생성 시스템의 제어 방법

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