KR101458002B1 - Intelligent wheelchair robot based on biometrics for rehabilitation of upper limb and lower limb - Google Patents

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KR101458002B1
KR101458002B1 KR1020130061845A KR20130061845A KR101458002B1 KR 101458002 B1 KR101458002 B1 KR 101458002B1 KR 1020130061845 A KR1020130061845 A KR 1020130061845A KR 20130061845 A KR20130061845 A KR 20130061845A KR 101458002 B1 KR101458002 B1 KR 101458002B1
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임창균
송병호
김동희
김광진
서은희
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(재)광주테크노파크
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Abstract

The present invention relates to a biometrics-based intelligent wheelchair robot for the rehabilitation of upper and lower limbs and, more specifically, a biometrics-based intelligent wheelchair robot for the rehabilitation of upper and lower limbs capable of performing the rehabilitation exercise of upper and lower limbs of a wheelchair passenger. The biometrics-based intelligent wheelchair robot for the rehabilitation of upper and lower limbs comprises: a wheelchair; a bio-signal measuring part for measuring the bio-signal of the wheelchair passenger; an upper limb rehabilitation tool part loaded on the wheelchair to exercise the upper limb of the wheelchair passenger; a lower limb rehabilitation tool part loaded on the wheelchair to exercise the lower limb of the wheelchair passenger; and a control part for controlling the motion of the upper and lower limb rehabilitation tool parts by analyzing the signal measured from the bio-signal measuring part.

Description

생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇{INTELLIGENT WHEELCHAIR ROBOT BASED ON BIOMETRICS FOR REHABILITATION OF UPPER LIMB AND LOWER LIMB}[0001] INTELLIGENT WHEELCHAIR ROBOT BASED ON BIOMETRICS FOR REHABILITATION OF UPPER LIMB AND LOWER LIMB [0002]

본 발명은 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휠체어 탑승자의 상지 및 하지의 재활 운동이 가능한 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇에 관한 것이다.
The present invention relates to a biometric-based intelligent top and bottom rehabilitative wheelchair robot, and more particularly, to a biometric-based intelligent top and bottom rehabilitative wheelchair robot capable of rehabilitating upper and lower limbs of a wheelchair occupant.

보행 보조기기란 보행이 불편한 환자나 노약자의 재활을 돕거나 거동을 보조하기 위하여 사용되는 수단으로, 삶의 질 및 복지에 대한 관심이 높아지고 현대 사회가 노령화 사회로 진입해감에 따라 점차 이에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.Walking aids are devices used to help rehabilitate or assist the patients and the elderly, who are uncomfortable to walk, as their interest in quality of life and welfare increases. As the modern society enters the aging society, Is progressing actively.

이러한 보행 보조기기 중 휠체어는 다리를 포함한 하반신을 마음대로 움직일 수 없는 사람, 예컨대 장애인이나 노약자 등이 앉은 채로 이동할 수 있도록 의자에 바퀴를 단 기기를 일컫는다. 이와 같은 휠체어는 크게 수동 휠체어와 자동 휠체어로 분류할 수 있는데, 수동 휠체어는 자주용(自走用) 휠체어로써 탑승자의 양팔 힘으로 구동륜을 회전시킴으로써 이동하는 것으로 정의할 수 있고, 자동 휠체어는 전동 또는 그 밖의 기계적인 힘으로 구동륜을 회전시켜서 이동하는 것으로 정의할 수 있다.Of these walking aids, a wheelchair refers to a wheelchair-mounted device that allows a person who can not move his or her lower limbs, including the legs, to move freely, such as the disabled or the elderly. Such a wheelchair can be roughly divided into a manual wheelchair and an automatic wheelchair. A manual wheelchair can be defined as a self-propelled wheelchair that is moved by rotating the drive wheel with both arms of a passenger. It can be defined that the drive wheel is rotated by another mechanical force.

수동 휠체어의 경우는 탑승자가 양팔을 사용하기 때문에 일상 생활에서의 활동에 제한이 크므로, 근래에는 조이스틱을 사용하여 방향을 제어하는 자동 휠체어가 널리 보급되어 사용되고 있다.In the case of a manual wheelchair, since the occupant uses both arms, there is a limitation in activities in daily life. Therefore, in recent years, an automatic wheelchair which uses a joystick to control the direction has been widely used.

한편, 종래 전동 휠체어나 휠체어 로봇은 대부분 이동 수단으로 사용되기 때문에, 휠체어 탑승자의 운동량이 떨어지게 된다는 문제를 갖는다. 특히, 휠체어에서 보내는 시간이 많은 장애인이나 노인의 경우 운동량 감소에 따른 운동기능 저하가 발생될 우려가 있다.
On the other hand, since the electric wheel chair or the wheel chair robot is mostly used as a moving means, there is a problem that the momentum of the wheel chair passenger is reduced. Particularly, in the case of the handicapped or the elderly who spend a lot of time in the wheelchair, there is a fear that the exercise function is deteriorated due to the decrease of the exercise amount.

대한민국 공개특허 제10-2010-0044360호(2010.04.30)Korean Patent Publication No. 10-2010-0044360 (2010.04.30)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 휠체어 탑승자의 재활 운동을 보조할 수 있는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇의 제공을 그 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a biometric-based intelligent top and bottom rehabilitative wheelchair robot capable of supporting rehabilitation of a wheelchair occupant.

본 발명은 휠체어; 상기 휠체어 탑승자의 생체신호를 측정하는 생체신호 측정부; 상기 휠체어에 탑재되어 상기 휠체어 탑승자의 상지를 운동시키는 상지 재활기구부; 상기 휠체어에 탑재되어 상기 휠체어 탑승자의 하지를 운동시키는 하지 재활기구부; 및 상기 생체신호 측정부로부터 측정된 신호를 분석하여 상기 상지 재활기구부 및 하지 재활기구부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇을 제공한다.The present invention relates to a wheelchair; A bio-signal measuring unit for measuring a bio-signal of the wheelchair occupant; An upper limb rehabilitation mechanism part mounted on the wheelchair for moving the upper limb of the wheelchair occupant; A restoration rehabilitation mechanism part mounted on the wheelchair for moving the floor of the wheelchair occupant; And a control unit for analyzing signals measured by the bio-signal measuring unit and controlling operations of the upper and lower rehabilitation mechanisms and the under-rehabilitation mechanism.

이때, 상기 생체신호 측정부에 의해 측정되는 상기 휠체어 탑승자의 생체신호는 뇌파 및 근전도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.At this time, the bio-signal of the occupant of the wheelchair measured by the bio-signal measuring unit may include at least one of brain waves and electromyogram.

한편, 상기 제어부는 상기 생체신호 측정부로부터 측정된 신호를 학습알고리즘을 이용하여 분석하고, 이를 통해 상기 상지 재활기구부 및 하지 재활기구부의 동작을 제어하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the controller may analyze the signal measured from the bio-signal measuring unit using a learning algorithm, and thereby control the operation of the upper and lower rehabilitation mechanisms.

그리고, 상기 상지 재활기구부는 탑승자의 견관절, 주관절, 및 수관절에 각각 착용되는 견관절 모듈, 주관절 모듈, 및 수관절 모듈을 포함하고, 상기 하지 재활기구부는 탑승자의 고관절, 슬관절, 및 족관절에 각각 착용되는 고관절 모듈, 슬관절 모듈, 및 족관절 모듈을 포함할 수 있다.The upper limb rehabilitation mechanism unit includes a shoulder joint module, an elbow joint module, and a cannula joint module worn on the shoulder joint, elbow joint, and male joint of the occupant, respectively, and the lower limb rehabilitation mechanism part wears the hip joint, knee joint, A hip joint module, a knee joint module, and an ankle joint module.

또한, 상기 상지 재활기구부는 중력보상유닛을 더 포함할 수 있으며, 상기 하지 재활기구부는 근력보조유닛을 더 포함할 수 있다.In addition, the upper limb rehabilitation mechanism may further include a gravity compensation unit, and the lower limb rehabilitation mechanism may further include a muscle power assisting unit.

그리고, 상기 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇은 기울기 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 기울기 센서로부터 측정된 값을 분석하여 상기 휠체어의 주행부를 더 제어할 수 있다.The biometric-based intelligent upper / lower rehabilitation wheelchair robot may further include a tilt sensor, and the controller may further control the traveling portion of the wheelchair by analyzing the measured value from the tilt sensor.

또한, 상기 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇은 레이저 스캐너을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 레이저 스캐너로부터 측정된 데이터를 분석하여 상기 휠체어의 주행부를 더 제어할 수 있다.In addition, the biometric-based intelligent upper / lower rehabilitation wheelchair robot may further include a laser scanner, and the controller may further analyze the traveling part of the wheelchair by analyzing the measured data from the laser scanner.

그리고, 상기 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇은 초음파 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 초음파 센서로부터 측정된 신호를 분석하여 상기 휠체어의 주행부를 더 제어할 수 있다.In addition, the biometric-based intelligent upper / lower rehabilitative wheelchair robot may further include an ultrasonic sensor, and the controller may further control the traveling unit of the wheelchair by analyzing the signals measured from the ultrasonic sensor.

또한, 상기 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇은 터치 스크린을 더 포함하고, 상기 터치 스크린에는 상기 휠체어 탑승자의 운동량 데이터 및 재활 운동 아이콘이 표시되고, 상기 제어부는 선택된 재활 운동 아이콘에 따라 상기 상지 재활기구부 및 하지 재활기구부의 동작을 제어할 수 있다.In addition, the biometric-based intelligent upper / lower rehabilitative wheelchair robot may further include a touch screen, wherein the touch screen displays the data of the exercise amount of the wheelchair occupant and the rehabilitation exercise icon, The operation of the rehabilitation mechanism section and the under-rehabilitation mechanism section can be controlled.

또한, 상기 터치 스크린에는 상기 휠체어의 주행 아이콘이 더 표시되고, 상기 제어부는 선택된 상기 주행 아이콘에 따라 상기 휠체어의 주행부를 더 제어할 수 있다.
Further, the touch screen may further display a traveling icon of the wheelchair, and the control unit may further control the traveling unit of the wheelchair according to the selected traveling icon.

본 발명에 의하면, 휠체어 탑승자의 생체신호를 측정하고 이에 따라 상지 재활기구부 및 하지 재활기구부의 동작을 제어함으로써, 탑승자 개개인의 특성에 맞게 능동적으로 탑승자의 재활 운동을 보조해 줄 수 있다.
According to the present invention, it is possible to actively assist the rehabilitation of the occupant in accordance with the characteristics of individual passengers by measuring the vital signs of the occupants of the wheelchair, and controlling the operation of the upper and lower rehabilitation mechanisms.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활기구부의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하지 재활기구부의 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 제어 흐름도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic block diagram of a biometric-based intelligent top and bottom rehabilitative wheelchair robot according to an embodiment of the present invention; FIG.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an upper limb rehabilitation mechanism,
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a lower limb rehabilitation mechanism according to an embodiment of the present invention; FIG.
4 is a control flowchart of a control unit according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇의 개략적인 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic block diagram of a biometric-based intelligent top and bottom rehabilitative wheelchair robot according to an embodiment of the present invention; FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시에에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇은 휠체어(100), 생체신호 측정부(200), 상지 재활기구부(300), 하지 재활기구부(400), 및 제어부(500)를 포함하여 이루어질 수 있다.1, the biometric-based intelligent upper and lower rehabilitative wheelchair robot according to an embodiment of the present invention includes a wheelchair 100, a bio-signal measuring unit 200, a upper limb rehabilitation mechanism 300, (400), and a control unit (500).

휠체어(100)는 장애인이나 노약자 등의 탑승자가 앉은 채로 이동할 수 있도록 하며, 바람직하게는 메인 프레임, 바퀴와 주행 모터를 포함하는 주행부, 및 배터리를 포함하여 이루어진 전동 휠체어일 수 있다.The wheelchair 100 may be an electric wheelchair including a main frame, a traveling part including a wheel and a traveling motor, and a battery so that the occupant of the disabled person or the elderly person can move while sitting.

메인 프레임은 휠체어의 뼈대를 이루며 본 발명에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇의 각 구성들이 장착되거나 결합된다.The main frame constitutes a skeleton of a wheelchair and each configuration of the biometric-based intelligent upper / lower rehabilitation wheelchair robot according to the present invention is mounted or combined.

바퀴는 한 쌍의 앞 바퀴와 한 쌍의 뒷 바퀴로 이루어질 수 있다. 여기서, 뒷 바퀴는 주행 모터에 의해 직접 구동되고, 앞 바퀴는 자유회전이 가능한 캐스터(caster)로 이루어질 수 있다. 또한, 바퀴는 뒷 바퀴에 후방에 위치하는 한 쌍의 보조 바퀴를 더 구비할 수 있다.The wheels can be made up of a pair of front wheels and a pair of rear wheels. Here, the rear wheels may be directly driven by the traveling motor, and the front wheels may be made of a free-rotatable caster. Further, the wheels may further include a pair of auxiliary wheels located rearwardly of the rear wheels.

주행 모터는 뒷 바퀴를 구동시키며, 배터리는 본 발명에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇의 각 구성들에 전원을 공급한다.The traveling motor drives the rear wheels, and the battery supplies power to the respective components of the biometric-based intelligent upper and lower rehabilitation wheelchair robot according to the present invention.

탑승자는 조이스틱 및/또는 터치 스크린(900)을 통해 휠체어의 주행 조작을 할 수 있고, 이때 제어부(500)는 조이스틱 및/또는 터치 스크린(900)으로부터 입력받은 주행 신호에 의해 주행부를 제어한다.
The occupant controls the traveling part by the joystick and / or the driving signal inputted from the touch screen 900. The control part 500 controls the traveling part of the wheelchair through the joystick and / or the touch screen 900.

생체신호 측정부(200)는 휠체어 탑승자의 재활 운동능력을 분석하기 위해 휠체어 탑승자의 생체신호를 측정한다.The bio-signal measuring unit 200 measures the bio-signal of the wheelchair occupant in order to analyze the rehabilitation ability of the wheelchair occupant.

휠체어에 탑승한 탑승자가 측정 센서(미도시)를 몸에 부착하면, 생체신호 측정부(200)는 측정 센서(미도시)를 통해 휠체어 탑승자의 생체신호를 측정한다.When a passenger on a wheelchair attaches a measurement sensor (not shown) to the body, the bio-signal measuring unit 200 measures the bio-signal of the passenger through the measurement sensor (not shown).

생체신호 측정부(200)에 의해 측정되는 탑승자의 생체신호는 뇌파(Electroencephalogram; EEG) 및 근전도(Electromyogram; EMG) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The passenger's bio-signal measured by the bio-signal measuring unit 200 may include at least one of an electroencephalogram (EEG) and an electromyogram (EMG).

여기서, 뇌파 측정에 의해서는 탑승자의 운동 의지 등을 측정할 수 있고, 근전도 측정에 의해서는 탑승자 근육의 활동도 등을 측정할 수 있다.
Here, EEG measurement can measure the ego of the passenger by the EEG measurement, and the activity level of the occupant muscle can be measured by EMG measurement.

상지 재활기구부(300)는 휠체어에 탑재되어 휠체어 탑승자의 상지를 운동시킨다.The upper limb rehabilitation mechanism 300 is mounted on a wheelchair to move the upper limb of the wheelchair occupant.

여기서, 상지(上肢)는 어깨와 손목 사이의 신체 부위를 지칭하므로, 상지 재활기구부(300)는 탑승자 좌·우측 팔의 견관절(어깨), 주관절(팔목), 및 수관절(손목)을 운동시킨다.Here, since the upper limb refers to the body part between the shoulder and the wrist, the upper limb rehabilitation mechanism 300 exercises the shoulder (shoulder), the elbow (cuff) and the male joint (wrist) of the left and right arms of the passenger .

이를 위해, 상지 재활기구부(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 탑승자의 견관절 부위에 착용되는 견관절 모듈(310), 주관절 부위에 착용되는 주관절 모듈(320), 및 수관절 부위에 착용되는 수관절 모듈(330)을 포함하여 이루어질 수 있다. 도 2의 (a)는 한쪽의 상지 재활기구부를 나타낸 도면이고, 도 2의 (b)는 좌·우 한 쌍의 상지 재활기구부를 나타낸 도면이다.2, the upper limb rehabilitation mechanism 300 includes a shoulder module 310 worn on the shoulder of a passenger, an elbow module 320 worn on the elbow joint, Module 330 as shown in FIG. 2 (a) is a view showing one upper limb rehabilitation mechanism part, and Fig. 2 (b) is a view showing a pair of upper limb rehabilitation mechanism parts on the left and right sides.

여기서, 각 관절 모듈(310, 320, 330)은 엑츄에이터(312, 322)와 감속기(314, 324)에 의해 구동될 수 있다.Here, each of the joint modules 310, 320, and 330 may be driven by the actuators 312 and 322 and the speed reducers 314 and 324.

또한, 주관절 모듈(320)과 수관절 모듈(330)은 탑승자의 팔 길이에 맞게 길이가 조절될 수 있을 것이다.In addition, the elbow module 320 and the water-joint module 330 may be adjusted in length according to the arm length of the occupant.

그리고, 상지 재활기구부(300)의 각 관절 모듈(310, 320, 330)은 각각 독립적으로 작동하거나 또는 상지 재활기구부(300)가 일련의 동작을 이루도록 각 관절 모듈(310, 320, 330)이 일체적 내지 연속적으로 작동할 수 있다.Each of the joint modules 310, 320, and 330 of the upper extremity rehabilitation mechanism 300 operates independently or the respective joint modules 310, 320, and 330 are integrally connected to each other so that the upper extremity rehabilitation mechanism 300 performs a series of operations. It can be operated continuously or continuously.

한편, 상지 재활기구부(300)는 중력보상유닛(350)을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the upper extremity rehabilitation mechanism 300 may further include a gravity compensation unit 350.

즉, 탑승자의 상지 재활 운동 시 상지 재활기구부(300)의 회전각이 커지면 중력으로 인한 모멘트가 커지게 되는데 중력보상유닛(350)이 이와 같이 증가되는 모멘트를 보상해줌으로써, 탑승자가 편안하게 상지 재활 운동을 하도록 할 수 있다.
That is, when the rotation angle of the upper extremity rehabilitation mechanism 300 increases during the upper extremity rehabilitation exercise of the occupant, the moment due to the gravity becomes larger. The gravity compensation unit 350 compensates for the increased moment, I can do exercise.

하지 재활기구부(400)는 휠체어에 탑재되어 휠체어 탑승자의 하지를 운동시킨다.The lower limb rehabilitation mechanism (400) is mounted on a wheelchair to move the lower limb of the wheelchair occupant.

여기서, 하지(下肢)는 사람의 몸통 아래 붙어서 몸통을 지탱하고 이동할 수 있게 해주는 신체 부위를 지칭하므로, 하지 재활기구부(400)는 탑승자 좌·우측 다리의 고관절(다리), 슬관절(무릎), 족관절(발목)을 운동시킨다.Here, the lower limb refers to a body part that is attached to the lower part of a human body so as to support and move the torso. Thus, the lower limb rehabilitation mechanism unit 400 includes a hip joint, a knee joint, (Ankle).

하지 재활기구부(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 탑승자의 고관절 부위에 착용되는 고관절 모듈(410), 슬관절 부위에 착용되는 슬관절 모듈(420), 및 족관절 부위에 착용되는 족관절 모듈(430)을 포함하여 이루어질 수 있다. 도 3의 (a)는 한쪽의 하지 재활기구부를 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 좌·우 한 쌍의 하지 재활기구부를 나타낸 도면이다.3, the lower limb rehabilitation mechanism 400 includes a hip joint module 410 to be worn on the hips of a passenger, a knee joint module 420 to be worn on the knee joint region, and an ankle joint module 430 to be worn on the ankle joint region . Fig. 3 (a) is a view showing one of the under-rehabilitation mechanism parts, and Fig. 3 (b) is a view showing a pair of left and right under-

여기서, 각 관절 모듈(410, 420, 430)은 관절을 구동하기 위한 엑츄에이터(412, 432)와 감속기(미도시)를 통해 구동될 수 있다.Here, each of the joint modules 410, 420, and 430 may be driven through actuators 412 and 432 for driving joints and a speed reducer (not shown).

또한, 고관절 모듈(410)과 슬관절 모듈(420)은 탑승자의 다리 길이에 맞게 길이가 조절될 수 있을 것이다.In addition, the hip joint module 410 and the knee joint module 420 may be adjusted in length according to the leg length of the passenger.

그리고, 하지 재활기구부(400)의 각 관절 모듈(410, 420, 430)은 각각 독립적으로 작동하거나 또는 하지 재활기구부(400)가 일련의 동작을 이루도록 각 관절 모듈(410, 420, 430)이 일체적 내지 연속적으로 작동할 수 있다.The joint modules 410, 420, and 430 of the lower limb rehabilitation mechanism 400 operate independently of each other or the joint modules 410, 420, and 430 are integrally formed so that the lower limb mechanism 400 performs a series of operations. It can be operated continuously or continuously.

한편, 하지 재활기구부(400)는 근력보조유닛(450)을 더 포함할 수 있다.On the other hand, the lower limb rehabilitation mechanism unit 400 may further include a muscle power assisting unit 450.

근력보조유닛(450)은 탑승자의 하지 재활 운동 시 탑승자의 근력을 보조하여 탑승자가 약한 힘으로도 하지 재활 운동을 실시할 수 있도록 한다.
The strength assisting unit 450 assists the strength of the occupant during the underarm rehabilitation exercise of the occupant so that the occupant can perform the underarm rehabilitation exercise even with a weak force.

제어부(500)는 생체신호 측정부(200)로부터 측정된 신호를 분석하여 상지 재활기구부(300) 및 하지 재활기구부(400)의 동작을 제어한다.The control unit 500 analyzes the signals measured by the bio-signal measuring unit 200 and controls the operations of the upper and lower rehabilitation mechanisms 300 and 400.

즉, 제어부(500)는 도 4에 도시된 바와 같이 생체신호 측정부(200)로부터 측정된 탑승자의 생체신호로부터 탑승자의 운동능력 패턴을 분석하고 진단 소프트웨어를 통해 이 운동능력 패턴에 따른 탑승자의 재활 운동 범위(관절), 시간, 강도 등을 산출하여 상지 재활기구부(300) 및 하지 재활기구부(400)의 동작을 제어한다.That is, as shown in FIG. 4, the controller 500 analyzes the passenger's athletic performance pattern from the passenger's bio-signal measured by the bio-signal measuring unit 200, and through the diagnostic software, And controls the operation of the upper limb rehabilitation mechanism 300 and the lower limb rehabilitation mechanism 400 by calculating a range of motion (joint), time, intensity, and the like.

좀더 구체적으로, 생체신호 측정부(200)로부터 측정된 신호가 탑승자의 재활 운동 시작 내지 필요를 알리는 신호로 분석되면, 제어부(400)는 상지 재활기구부(300) 및 하지 재활기구부(400)로 상지 재활기구부(300) 및 하지 재활기구부(400)의 동작 제어 신호를 전송한다. 이때, 상지 재활기구부(300) 및 하지 재활기구부(400)로 전송되는 동작 제어 신호는 상지 재활기구부(300) 및/또는 하지 재활기구부(400)의 특정 관절 모듈만의 동작을 제어하는 제어 신호일 수 있다.More specifically, when the signal measured by the bio-signal measuring unit 200 is analyzed as a signal indicating the need for starting or rehabilitation of the occupant, the controller 400 controls the upper and lower limb rehabilitation mechanism 300 and the lower limb rehabilitation mechanism 400, And transmits operation control signals of the rehabilitation mechanism unit 300 and the under-rehabilitation mechanism unit 400. [ The operation control signal transmitted to the upper and lower limb rehabilitation mechanism 300 and the lower limb rehabilitation mechanism 400 may be a control signal for controlling the operation of only the specific joint module of the upper limb rehabilitation mechanism 300 and / have.

한편, 탑승자의 재활 운동 중 생체신호 측정부(200)로부터 측정된 신호가 탑승자의 재활 운동 종료를 알리는 신호로 분석되면, 제어부(500)는 상지 재활기구부(300) 및 하지 재활기구부(400)의 동작을 종료하라는 동작 제어 신호를 상지 재활기구부(300) 및 하지 재활기구부(400)로 전송한다.When the signal measured by the bio-signal measuring unit 200 during the rehabilitation of the occupant is analyzed as a signal indicating the end of the rehabilitation movement of the occupant, the control unit 500 controls the upper and lower rehabilitation mechanism units 300 and 400 And transmits an operation control signal for ending the operation to the upper and lower rehabilitation mechanism units 300 and 400. [

바람직하게, 제어부(500)는 생체신호 측정부(200)로부터 측정된 신호를 학습알고리즘(신경망, SVM 등)을 이용하여 분석하고, 이를 통해 상지 재활기구부(300) 및 하지 재활기구부(400)의 동작을 제어할 것이다.
The controller 500 analyzes the signals measured from the bio-signal measuring unit 200 using a learning algorithm (a neural network, SVM, etc.), and transmits the analyzed signals to the upper and lower rehabilitation mechanism units 300 and 400 I will control the operation.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇은 휠체어 탑승자의 생체신호를 측정하고 이에 따라 상·하지 재활기구부의 동작을 제어함으로써, 탑승자 개개인의 특성에 맞게 능동적으로 탑승자의 재활 운동을 보조해 줄 수 있다.
The biometric-based intelligent top and bottom rehabilitative wheelchair robot according to an embodiment of the present invention as described above measures the bio-signals of a wheelchair occupant and controls the operation of the upper and lower rehabilitation mechanisms, It can actively support the rehabilitation movement of the occupant.

한편, 본 발명에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇은 상·하지 재활 휠체어 로봇의 기울기를 측정하는 기울기 센서(600)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the biometric-based intelligent upper and lower rehabilitative wheelchair robot according to the present invention may further include a tilt sensor 600 for measuring the tilt of the upper and lower wheelchair robot.

본 발명에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇은 탑승자의 움직임 또는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇이 이동하는 노면 내지 노면에 존재하는 장애물에 의해 전복될 수 있는데, 기울기 센서(600)가 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇의 기울어진 정도를 측정하고, 제어부(500)가 이 측정값을 분석하여 휠체어(100)의 주행부를 제어함으로써, 본 발명에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇이 전복되는 것을 방지할 수 있다.
The biometric-based intelligent top and bottom rehabilitative wheelchair robot can be overturned by obstacles existing on the road surface or the road surface on which the motion of the passenger or the biometric-based intelligent upper / lower wheelchair robot is moved. The tilt sensor 600 , The controller 500 measures the inclination degree of the biometric-based intelligent upper / lower rehabilitative wheelchair robot and controls the traveling part of the wheelchair 100 to analyze the biometric-based intelligent image · It is possible to prevent the rehabilitation wheelchair robot from overturning.

또한, 본 발명에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇은 레이저 스캐너(700)를 더 포함할 수 있다.In addition, the biometric-based intelligent upper / lower rehabilitative wheelchair robot according to the present invention may further include a laser scanner 700.

레이저 스캐너(700)를 통해 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇의 위치 및 이동 방향에 존재하는 장애물 등을 측정하고, 제어부(500)가 이 측정된 데이터를 분석하여 휠체어의 주행부를 제어함으로써, 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇의 자동 주행을 구현할 수 있을 것이다.
An obstacle existing in the position and movement direction of the intelligent upper / lower rehabilitation wheelchair robot based on the biometric recognition is measured through the laser scanner 700, and the control unit 500 analyzes the measured data to control the traveling part of the wheelchair, It is possible to realize the automatic driving of the biometric based intelligent upper / lower rehabilitation wheelchair robot.

또한, 본 발명에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇은 초음파 센서(800)를 더 포함할 수 있다.In addition, the biometric-based intelligent upper / lower rehabilitative wheelchair robot according to the present invention may further include the ultrasonic sensor 800. [

초음파 센서(800)가 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇의 주변에 존재하는 장애물을 감시하고, 제어부(500)가 이를 통해 휠체어의 주행부를 제어함으로써, 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇이 장애물에 부딪치거나 하는 사고가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
The ultrasonic sensor 800 monitors the obstacles present around the biometric-based intelligent upper and lower rehabilitative wheelchair robots, and the control unit 500 controls the traveling part of the wheelchair, thereby enabling the intelligent upper and lower wheelchair robot It is possible to prevent an accident such as collision with the obstacle.

그리고, 본 발명에 따른 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇은 터치 스크린(900)을 더 포함할 수 있고, 이 터치 스크린(900)에는 휠체어 탑승자의 상·하지 운동 데이터 및 재활 운동 아이콘이 표시될 수 있을 것이다. 탑승자가 재활 운동 아이콘을 선택하면 제어부(500)는 선택된 재활 운동 아이콘에 따라 상지 재활기구부(300) 및 하지 재활기구부(400)의 동작을 제어한다.The biometric-based intelligent top and bottom rehabilitative wheelchair robot according to the present invention may further include a touch screen 900. In this touch screen 900, upper and lower exercise data and a rehabilitation exercise icon of a wheelchair occupant are displayed . When the occupant selects the rehabilitation exercise icon, the controller 500 controls the operation of the upper and lower rehabilitation mechanism 300 and the rehabilitation mechanism 400 according to the selected rehabilitation exercise icon.

또한, 터치 스크린에(900)는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇의 주행 아이콘이 더 표시될 수 있으며, 탑승자가 이 주행 아이콘을 선택하면 제어부(500)가 선택된 주행 아이콘에 따라 휠체어(100)의 주행부를 제어할 것이다.
Further, on the touch screen, the driving icon of the biometric-based intelligent upper / lower rehabilitative wheelchair robot can be further displayed. When the occupant selects the driving icon, the controller 500 controls the wheelchair 100 ) Of the vehicle.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

100: 휠체어 200: 생체신호 측정부
300: 상지 재활기구부 400: 하지 재활기구부
500: 제어부 600: 기울기 센서
700: 레이저 스캐너 800: 초음파 센서
900: 터치 스크린100: wheelchair 200: bio-signal measuring unit
300: Upper limb rehabilitation unit 400: Lower limb rehabilitation unit
500: controller 600: tilt sensor
700: Laser scanner 800: Ultrasonic sensor
900: Touch screen

Claims (11)

휠체어;
상기 휠체어 탑승자의 생체신호를 측정하는 생체신호 측정부;
상기 휠체어에 탑재되어 상기 휠체어 탑승자의 상지를 운동시키는 상지 재활기구부;
상기 휠체어에 탑재되어 상기 휠체어 탑승자의 하지를 운동시키는 하지 재활기구부; 및
상기 생체신호 측정부로부터 측정된 신호를 분석하여 상기 상지 재활기구부 및 하지 재활기구부의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 제어부는 상기 생체신호 측정부로부터 측정된 신호를 학습알고리즘을 이용하여 분석하고, 이를 통해 상기 상지 재활기구부 및 하지 재활기구부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇.
bathchair;
A bio-signal measuring unit for measuring a bio-signal of the wheelchair occupant;
An upper limb rehabilitation mechanism part mounted on the wheelchair for moving the upper limb of the wheelchair occupant;
A restoration rehabilitation mechanism part mounted on the wheelchair for moving the floor of the wheelchair occupant; And
A controller for analyzing a signal measured by the bio-signal measuring unit and controlling operations of the upper and lower rehabilitation mechanism units;
Lt; / RTI >
Wherein the controller analyzes the signal measured by the bio-signal measuring unit using a learning algorithm, and controls the operation of the upper rehabilitation mechanism unit and the lower limb rehabilitation mechanism unit based on the learning algorithm. .
제1항에 있어서,
상기 생체신호 측정부에 의해 측정되는 상기 휠체어 탑승자의 생체신호는 뇌파 및 근전도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇.
The method according to claim 1,
Wherein the biometric signal of the wheelchair occupant measured by the bio-signal measuring unit includes at least one of brain waves and electromyogram.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 상지 재활기구부는 탑승자의 견관절, 주관절, 및 수관절에 각각 착용되는 견관절 모듈, 주관절 모듈, 및 수관절 모듈을 포함하고,
상기 하지 재활기구부는 탑승자의 고관절, 슬관절, 및 족관절에 각각 착용되는 고관절 모듈, 슬관절 모듈, 및 족관절 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇.
The method according to claim 1,
The upper limb rehabilitation mechanism includes a shoulder joint module, an elbow joint module, and a cannula joint module, respectively, which are worn on a shoulder joint, an elbow joint, and a male joint of a passenger,
Wherein the lower limb rehabilitation mechanism includes a hip joint module, a knee joint module, and an ankle joint module respectively worn on the hips, the knee joint, and the ankle joint of the passenger, and a biometric recognition based intelligent upper and lower wheelchair robot.
제1항에 있어서,
상기 상지 재활기구부는 중력보상유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇.
The method according to claim 1,
Wherein the upper limb rehabilitation mechanism unit further includes a gravity compensation unit.
제1항에 있어서,
상기 하지 재활기구부는 근력보조유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇.
The method according to claim 1,
Wherein the lower limb rehabilitation mechanism unit further includes a muscle power assisting unit.
제1항에 있어서,
상기 상·하지 재활 휠체어 로봇은 기울기 센서를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 기울기 센서로부터 측정된 값을 분석하여 상기 휠체어의 주행부를 더 제어하는 것을 특징으로 하는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇.
The method according to claim 1,
The upper and lower rehabilitation wheelchair robot further includes a tilt sensor,
Wherein the control unit analyzes the measured value from the tilt sensor to further control the traveling unit of the wheelchair.
제1항에 있어서,
상기 상·하지 재활 휠체어 로봇은 레이저 스캐너을 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 레이저 스캐너로부터 측정된 데이터를 분석하여 상기 휠체어의 주행부를 더 제어하는 것을 특징으로 하는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇.
The method according to claim 1,
The upper and lower rehabilitation wheelchair robot further includes a laser scanner,
Wherein the controller analyzes the measured data from the laser scanner to further control the traveling part of the wheelchair. ≪ RTI ID = 0.0 > 18. < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 상·하지 재활 휠체어 로봇은 초음파 센서를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 초음파 센서로부터 측정된 신호를 분석하여 상기 휠체어의 주행부를 더 제어하는 것을 특징으로 하는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇.
The method according to claim 1,
The upper and lower rehabilitation wheelchair robot further includes an ultrasonic sensor,
Wherein the control unit analyzes the signal measured by the ultrasonic sensor to further control the traveling unit of the wheelchair.
제1항에 있어서,
상기 상·하지 재활 휠체어 로봇은 터치 스크린을 더 포함하고,
상기 터치 스크린에는 상기 휠체어 탑승자의 운동량 데이터 및 재활 운동 아이콘이 표시되고,
상기 제어부는 선택된 재활 운동 아이콘에 따라 상기 상지 재활기구부 및 하지 재활기구부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇.
The method according to claim 1,
The upper and lower rehabilitation wheelchair robot further includes a touch screen,
The touch screen displays the data of the exercise amount of the wheelchair occupant and the icon of the rehabilitation exercise,
Wherein the control unit controls the operation of the upper limb rehabilitation mechanism unit and the lower limb rehabilitation mechanism unit according to the selected rehabilitation exercise icon.
제10항에 있어서,
상기 터치 스크린에는 상기 휠체어의 주행 아이콘이 더 표시되고,
상기 제어부는 선택된 상기 주행 아이콘에 따라 상기 휠체어의 주행부를 더 제어하는 것을 특징으로 하는 생체인식기반 지능형 상·하지 재활 휠체어 로봇.
11. The method of claim 10,
A traveling icon of the wheelchair is further displayed on the touch screen,
Wherein the control unit further controls the traveling unit of the wheelchair according to the selected traveling icon.
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