KR101584341B1 - 보행보조로봇 하중 보상시스템 및 이를 구비하는 보행훈련장치 - Google Patents

보행보조로봇 하중 보상시스템 및 이를 구비하는 보행훈련장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 보행훈련자에게 착용되는 보행보조로봇의 하중을 상쇄하는 보행보조로봇 하중 보상시스템에 있어서, 상기 보행보조로봇의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해주는 동적보상부를 포함하고, 상기 동적보상부는, 상기 변위 또는 관성에 연동하여 이동가능한 제1 플레이트; 상기 제1 플레이트와 이격배치되고 이동가능한 제2 플레이트, 상기 제1 및 제2 플레이트에 연결되는 연결와이어, 및 상기 연결와이어에 마찰력을 인가하는 동적보상유닛을 포함하여 보행보조로봇의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해줄 수 있다.

Description

보행보조로봇 하중 보상시스템 및 이를 구비하는 보행훈련장치{Load Compensation System of Walking Assistant Robot and Walking Practice Apparatus having the same}
본 발명은 보행보조로봇 하중 보상시스템 및 이를 구비하는 보행훈련장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보행보조로봇의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해줄 수 있는 보행보조로봇 하중 보상시스템 및 이를 구비하는 보행훈련장치에 관한 것이다.
일반적으로 보행훈련장치는 하반신 마비 증세가 있는 환자 또는 다리 관절과 근력에 이상이 있어 정상적인 보행이 곤란한 환자들의 재활을 위한 장치이다.
보행이 불편한 환자들은 대부분 스스로 다리를 움직이는 것이 어렵기 때문에, 보행보조로봇을 착용한 상태로 보행보조로봇이 유도하는 보행 패턴을 따라 다리를 구부리거나 이동하며 보행훈련을 수행하였다. 이러한 보행보조로봇은 고유의 하중을 가지고 있다. 따라서, 종래에는 환자들이 보행보조로봇의 하중을 느끼지 못하도록 보행보조로봇 견인기를 통해 보행보조로봇의 하중을 상쇄시켰다.
하지만, 종래의 보행보조로봇 견인기는 정적인 상태의 환자들을 기준으로 환자들에게 인가되는 보행보조로봇의 하중을 상쇄시켰다. 이에, 보행보조로봇이 이동하면 보행보조로봇의 변위 또는 관성에 의해 보행보조로봇의 동적하중이 가변하면, 보행보조로봇 견인기가 가변하는 동적하는 상쇄시키지 못하였다. 따라서, 보행보조로봇을 착용한 환자들이 정적인 상태에서는 보행보조로봇의 하중을 감지하지 못하였으나 보행보조로봇이 이동하는 동적인 상태에서는 보행보조로봇의 가변하는 동적하중을 감지하여 불편함을 느끼고, 하지에 무리를 주어 보행훈련이 안전하게 수행되지 못할 수 있다.
한국등록특허공보 제10-1074754호
본 발명은 보행보조로봇의 변위 또는 관성에 따른 동적하중의 변화를 최소화할 수 있는 보행보조로봇 하중 보상시스템 및 이를 구비하는 보행훈련장치를 제공한다.
본 발명은 보행훈련자가 불편함을 느끼지 않고 안전하게 보행훈련을 수행할 수 있는 보행보조로봇 하중 보상시스템 및 이를 구비하는 보행훈련장치를 제공한다.
본 발명은, 보행훈련자에게 착용되는 보행보조로봇의 하중을 상쇄하는 보행보조로봇 하중 보상시스템에 있어서, 상기 보행보조로봇의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해주는 동적보상부를 포함하고, 상기 동적보상부는, 상기 변위 또는 관성에 연동하여 이동가능한 제1 플레이트; 상기 제1 플레이트와 이격배치되고 이동가능한 제2 플레이트, 상기 제1 및 제2 플레이트에 연결되는 연결와이어, 및 상기 연결와이어에 마찰력을 인가하는 동적보상유닛을 포함한다.
상기 동적보상유닛은, 상기 연결와이어에 의해 회전하는 풀리, 상기 풀리와 연결되어 회전하는 캠, 회전하는 상기 캠에 마찰력을 제공하는 탄성체를 포함한다.
상기 캠의 회전축은 상기 캠의 무게중심부에서 편심되어 배치된다.
상기 동적보상유닛은, 상기 캠과 상기 탄성체를 수납하는 케이스; 상기 케이스 내부를 밀봉하는 커버; 및 상기 캠의 위치를 조절하는 레버를 더 포함하고, 상기 케이스 내부에 윤활유가 제공된다.
상기 탄성체는 상기 캠의 회전축과 직교하는 두 개의 방향으로 배치된다.
가이드바디, 상기 제1 및 제2 플레이트 또는 상기 보행보조로봇과 연결되고 상기 가이드바디에 이동가능하게 연결되는 이동블록, 상기 가이드바디에 설치되는 가이드샤프트, 및 상기 가이드샤프트에 연결되고 상기 동적보상유닛의 배치되는 위치를 고정하는 고정부재를 구비하는 가이드부를 더 포함한다.
상기 가이드부는 상기 고정부재의 상기 동적보상유닛을 고정시키는 위치를 조절하는 위치조절기를 더 포함한다.
상기 보행보조로봇에 연결되는 와이어; 및 상기 와이어에 연결되고 장력을 일정하게 유지하는 탄성유닛을 구비하는 정적보상부를 더 포함한다.
상기 탄성유닛은 스프링밸런서를 포함한다.
본 발명은, 보행훈련자에게 역하중을 인가하는 역하중 시스템, 상기 보행훈련자의 하지에 착용되는 보행보조로봇, 및 상기 보행보조로봇을 지지하고 상기 보행보조로봇의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해주는 상기 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 보행보조로봇 하중 보상시스템을 포함한다.
상기 보행보조로봇을 지지하는 프레임, 상기 보행보조로봇 하중 보상시스템과 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 보행보조로봇 하중 보상시스템과 상기 프레임을 연결하는 연결부재를 더 포함한다.
상기 연결부재는 일단이 상기 프레임에 힌지결합되고, 상기 연결부재는 상기 보행보조로봇을 회전시켜 상기 보행훈련자의 착용위치로 이동시켜준다.
상기 보행훈련자에게 이동하는 바닥면을 제공하는 트레드밀을 더 포함한다.
상기 역하중 시스템, 보행보조로봇, 트레드밀 또는 보행보조로봇 하중 보상시스템 중 적어도 어느 하나의 구동을 제어하여 상기 보행훈련자의 보행조건을 변화시키는 컨트롤러를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 보행훈련장치는 보행보조로봇의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해주는 동적보상부를 포함하기 때문에, 보행 훈련 시 보행보조로봇이 이동하면서 보행보조로봇의 변위 또는 관성에 의해 보행보조로봇의 동적하중이 변하는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 보행훈련을 수행하는 환자들이 보행보조로봇의 하중 때문에 느끼는 불편함이나 피로감을 감소시켜 보행훈련의 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 보행보조로봇을 안정적으로 지지해주어 보행훈련자에게 무리가 가는 것을 방지하여 안전하게 보행훈련을 수행할 수 있고, 동적보상부가 간단한 구조로 형성되어 가변하는 보행보조로봇의 동적하중을 보상해줄 수 있어 장치가 간소화되고 공간 효율성이 향상될 수 있다.
그리고, 보행보조로봇과 연결되는 연결부재가 보행보조로봇을 회전시켜 보행훈련자의 착용위치로 이동시켜줄 수 있어 보행훈련자가 용이하게 보행보조로봇을 착탈할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조로봇 하중 보상시스템을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동적보상부의 작동을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동적보상유닛을 나타내는 분해사시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연결부재의 작동을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조로봇 하중 보상시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동적보상부의 작동을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동적보상유닛을 나타내는 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연결부재의 작동을 나타내는 도면이다.
도 1 또는 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조로봇 하중 보상시스템(300)은 보행훈련자에게 착용되는 보행보조로봇(200)의 하중을 상쇄하는 보행보조로봇 하중 보상시스템으로서, 상기 보행보조로봇(200)의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해주는 동적보상부(330)를 포함하고, 가이드부(320)와 정적보상부(310)를 더 포함할 수 있다.
보행훈련자는 보행이 불편한 환자들로서 대부분 스스로 걷기가 어렵다. 따라서, 보행보조로봇 하중 보상시스템(300)이 보행보조로봇(200)을 지탱하여 보행보조로봇(200)의 하중을 상쇄시킨다. 이에, 보행훈련자가 보행보조로봇(200)을 착용하여 보행훈련을 수행하는 경우 보행보조로봇(200)의 하중을 거의 느끼지 않고 보행훈련을 수행할 수 있다.
그러나, 보행훈련자가 보행훈련을 수행하면 보행보조로봇(200)이 이동하면서 변위가 발생하여, 보행보조로봇(200)의 무게중심의 위치가 계속 변할 수 있다. 이에, 보행보조로봇(200)의 하중이 일정하게 상쇄되지 못하여 보행훈련자가 보행보조로봇(200)의 하중을 일부 감지할 수 있다. 또한, 보행보조로봇(200)을 작동시키면 처음에는 보행보조로봇(200)이 가만히 있으려는 관성을 가지고 있어 보행보조로봇(200)을 이동시키기 어렵고, 보행보조로봇(200)이 이동하면 계속 이동하려는 관성을 가지게 되어 쉽게 이동시킬 수 있다. 이에, 보행보조로봇(200)에 훈련 시작부터 종료까지 동일한 힘을 가해 작동시키면 보행보조로봇(200)이 관성에 의해 이동하는 힘이 달라져 보행훈련자가 이로 인한 동적하중의 변화를 감지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조로봇 하중 보상시스템(300)은 동적보상부(330)를 구비한다. 이에, 동적보상부(330)가 변위 또는 관성에 의해 가변하는 보행보조로봇(200)의 동적하중을 보상해주어 동적하중이 가변하는 것을 억제할 수 있다.
우선, 본 발명을 이해하기 위해 정적보상부(310)와 가이드부(320)에 대해 설명하기로 한다. 정적보상부(310)는, 상기 보행보조로봇(200)에 연결되는 와이어(311), 및 상기 와이어(311)에 연결되고 장력을 일정하게 유지하는 탄성유닛(312)을 포함한다.
와이어(311)는 일단이 보행보조로봇(200)에 연결되고 타단이 후술될 탄성유닛(312)에 연결될 수 있다. 이에, 와이어(311)를 통해 탄성유닛(312)이 보행보조로봇(200)에 대한 정적보상을 해줄 수 있다.
탄성유닛(312)은 보행보조로봇(200)에 일정한 장력을 인가하는 역할을 한다. 예를 들어, 탄성유닛(312)은 스프링밸런서일 수 있다. 이에, 탄성유닛(312)은 보행보조로봇(200)이 지면으로부터 100mm, 500mm, 800mm 등 어느 위치로 이동하든지 보행보조로봇(200)을 동일한 힘으로 당겨줄 수 있다. 따라서, 보행보조로봇(200)을 상측으로 이동시키면 탄성유닛(312)이 일정한 장력을 인가하여 정적보상을 해주기 때문에 적은 힘으로 보행보조로봇(200)을 상하로 이동시켜줄 수 있다. 그러나 스프링밸런서에 한정되지 않고 탄성 또는 장력을 인가할 수 있는 다양한 부재가 사용될 수 있다.
이러한 탄성유닛(312)은 정적 즉 정지상태에서 보행훈련을 수행하기 전 보행보조로봇(200)의 하중을 기준으로 장력을 인가한다. 따라서, 보행훈련을 위해 보행보조로봇(200)이 이동하면 변위 또는 계속 이동하려는 관성에 의해 정지상태에서 상쇄된 보행보조로봇(200)의 하중을 보행훈련자가 감지할 수 있다. 보행훈련자가 감지하는 보행보조로봇(200)의 동적하중은 보행훈련자에게 불편함을 느끼게 하고, 보행훈련자에게 무리를 주어 보행훈련이 안전하게 수행되지 못하게 할 수 있다. 이에, 동적보상부(330)가 구비되어 보행보조로봇(200)의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 보행보조로봇(200)의 동적하중을 보상해주어 동적하중이 가변하는 것을 억제할 수 있다.
가이드부(320)는, 가이드바디(321), 후술될 제1 및 제2 플레이트(331,332) 또는 상기 보행보조로봇(200)과 연결되고 상기 가이드바디(321)에 이동가능하게 연결되는 이동블록(323), 상기 가이드바디(321)에 설치되는 가이드샤프트(322), 및 상기 가이드샤프트(322)에 연결되고 후술될 동적보상유닛(335)의 배치되는 위치를 고정하는 고정부재(324)를 포함하고, 위치조절기(325)를 더 포함할 수 있다.
가이드바디(321)는 플레이트 형상으로 형성되고 배치되는 위치에 고정될 수 있다.
이동블록(323)은 플레이트 형상으로 형성되어 일측은 보행보조로봇(200)에 연결되고 타측은 가이드바디(321)에 이동가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 상하방향으로 연장형성되는 LM가이드(321a)가 구비되어 가이드바디(321)와 연결될 수 있다. 이동블록(323)은 가이드바디(321)에 구비된 LM가이드(321a)에 연결되어 LM가이드(321a)의 연장방향을 따라 상하로 이동할 수 있다. 이에, 보행보조로봇(200)이 이동하여 변위가 발생하면 보행보조로봇(200)에 연결된 이동블록(323)이 보행보조로봇(200)의 변위에 따라 상하로 이동할 수 있다. 그러나 가이드바디(321)와 이동블록(323)의 구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있고, 이동블록(323)이 가이드바디(321)에 이동가능하게 연결되는 방법도 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
가이드샤프트(322)는 상하방향으로 연장형성되어 LM가이드(321a)와 평행한 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 가이드샤프트(322)는 복수개가 구비될 수 있다. 예를 들어, 가이드샤프트(322)는 한 쌍이 구비될 수 있다. 이에, 후술될 고정부재(324)가 하나의 가이드샤프트(322)에 의해 지지될 때보다 안정적으로 지지될 수 있다.
고정부재(324)는 플레이트 모양으로 형성되어 양측이 한 쌍의 가이드샤프트(322)에 연결될 수 있다. 고정부재(324)의 상측에는 후술될 동적보상유닛(335)이 배치되어 동적보상유닛(335)을 지지해줄 수 있다. 이에, 고정부재(324)는 동적보상유닛(335)의 배치되는 위치를 고정해줄 수 있다. 따라서, 도 2와 같이 보행보조로봇(200)의 변위 또는 관성에 의해 이동블록(323)과 후술될 이동블록(323)에 연결되는 제1 플레이트(331)와 제2 플레이트(332)는 상하로 이동하더라도 동적보상유닛(335)은 고정되어, 제1 플레이트(331)와 제2 플레이트(332)에 연결되어 상하로 이동하는 연결와이어(333)에 마찰력을 인가할 수 있다. 그러나 고정부재(324)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
위치조절기(325)는 고정부재(324)의 후술될 동적보상유닛(335)을 고정시키는 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 위치조절기(325)로 전자식 브레이크 또는 수동식 레버를 사용할 수 있다. 즉, 고정부재(324)는 가이드샤프트(322)의 연장방향을 따라 상하로 이동가능하고 위치조절기(325)에 의해 배치되는 위치가 고정되어 동적보상유닛(335)을 고정시킬 수 있다. 이에, 보행보조로봇(200)의 변위 또는 관성에 의해 후술될 연결와이어(333)가 어느 위치로 이동하든지 고정부재(324)를 이동시켜 고정시킨 후 동적보상유닛(335)이 연결와이어(333)에 마찰력을 인가하게 할 수 있다.
동적보상부(330)는, 보행보조로봇(200)의 변위 또는 관성에 연동하여 이동가능한 제1 플레이트(331), 상기 제1 플레이트(331)와 이격배치되고 이동가능한 제2 플레이트(332), 상기 제1 및 제2 플레이트(331,332)에 연결되는 연결와이어(333), 및 상기 연결와이어(333)에 마찰력을 인가하는 동적보상유닛(335)을 포함한다.
제1 플레이트(331)는 판모양으로 형성되어 원판, 사각판 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 제1 플레이트(331)는 이동블록(323) 또는 보행보조로봇(200)에 연결될 수 있다. 이에, 보행보조로봇(200)이 이동하면 보행보조로봇(200)을 따라 또는 보행보조로봇(200)에 의해 이동하는 이동블록(323)을 따라 상하로 이동할 수 있다.
제2 플레이트(332)는 판모양으로 형성되어 원판, 사각판 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 제2 플레이트(332)는 제1 플레이트(331)로부터 하측으로 이격배치된다. 또한, 제2 플레이트(332)는 이동블록(323) 또는 보행보조로봇(200)에 연결될 수 있다. 이에, 보행보조로봇(200)이 이동하면 보행보조로봇(200)을 따라 또는 보행보조로봇(200)에 의해 이동하는 이동블록(323)을 따라 상하로 이동할 수 있다.
연결와이어(333)는 일단이 제1 플레이트(331)에 연결되고 타단이 제2 플레이트(332)에 연결된다. 이에, 제1 플레이트(331) 또는 제2 플레이트(332)가 보행보조로봇(200) 또는 이동블록(323)을 따라 이동하면 연결와이어(333)도 함께 상하로 이동할 수 있다.
도 3을 참조하면, 동적보상유닛(335)은, 상기 연결와이어(333)에 의해 회전하는 풀리(335a), 상기 풀리(335a)와 연결되어 회전하는 캠(335b,335c), 회전하는 상기 캠(335b,335c)에 마찰력을 제공하는 탄성체(335d)를 포함하고, 케이스(335f)와, 커버(335g), 및 레버(335h)를 더 포함할 수 있다.
풀리(335a)는 원판 모양으로 형성될 수 있고, 중심축을 중심으로 회전할 수 있다. 풀리(335a)의 둘레에는 홈이 형성되어 연결와이어(333)가 풀리(335a)의 홈과 접촉할 수 있다. 이에, 연결와이어(333)가 제1 플레이트(331)를 따라 상하로 이동하면서 접촉하고 있는 풀리(335a)를 회전시킬 수 있다. 그러나, 풀리(335a)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
캠(335b,335c)은, 풀리(335a)와 연결되어 회전하는 회전축(335c)과, 회전축(335c)에 구비되는 캠부(335b)를 포함할 수 있다. 캠부(335b)는 원판모양으로 형성될 수 있고, 회전축(335c)은 캠부(335b)의 무게중심부에서 편심되어 연결될 수 있다. 이에, 회전축(335c)에 의한 캠부(335b)의 일측과 타측의 회전반경이 달라질 수 있다. 따라서, 캠부(335b)의 회전반경이 큰 부분은 후술될 탄성체(335d) 또는 탄성체(335d)와 연결된 접촉부재(335e)를 밀어 탄성체(335d)를 더 많이 압축시키면서 회전하기 때문에 탄성체(335d)로부터 더 큰 마찰력을 제공받을 수 있다. 그리고, 캠부(335b)의 회전반경이 작은 부분은 탄성체(335d) 또는 탄성체(335d)와 연결되는 접촉부재(335e)에 접촉하지 않거나 적게 접촉하여 탄성체(335d)로부터 마찰력을 제공받지 않거나 적은 마찰력만 제공받을 수 있다.
한편, 캠부는 일부가 돌출되어 형성될 수 있다. 이에, 회전축(335c)에 의한 캠부의 돌출된 부분과 돌출되지 않은 부분의 회전반경이 달라질 수 있다. 따라서, 캠부의 돌출된 부분은 후술될 탄성체(335d) 또는 탄성체(335d)와 연결된 접촉부재(335e)에 더 많이 접촉하여 탄성체(335d)를 밀면서 회전하기 때문에 탄성체(335d)로부터 더 큰 마찰력을 제공받을 수 있다. 그리고, 캠부의 돌출되지 않은 부분은 탄성체(335d)와 접촉하지 않거나 적게 접촉하여 탄성체(335d)로부터 마찰력을 제공받지 않거나 적은 마찰력만 제공받을 수 있다. 그러나, 캠부의 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
탄성체(335d)는 탄성력을 가진 스프링일 수 있다. 또한, 탄성체(335d)는 캠의 회전축(335c)과 직교하는 방향으로 하나 이상 배치될 수 있다. 이에, 캠부(335b)의 회전반경이 크거나 돌출된 부분과 직간접적으로 접촉하면서 캠부(335b)의 회전을 방해할 수 있다. 그러면, 캠(335b,335c)과 연결되는 풀리(335a)의 회전이 방해를 받아 풀리(335a)와 접촉하여 이동하는 연결와이어(333)에 마찰력이 인가될 수 있다.
예를 들어, 탄성체는 캠의 회전축(335c)과 직교하는 두 개의 방향으로 배치되어 캠부(335b)의 상측과 측면에 배치될 수 있다. 따라서, 캠부(335b)의 회전반경이 크거나 돌출된 부분이 탄성체(335e)가 배치되는 구간에서는 마찰력을 제공받고 탄성체(335e)가 배치되지 않은 구간에서는 마찰력을 제공받지 않아 캠부(335b)의 마찰력을 제공하는 시점을 선택할 수 있다. 즉, 캠부(335b)는 회전하면서 상측의 탄성체(335d)를 상측으로 힘을 가해 압축시킨다. 그러면, 압축된 탄성체(335d)는 탄성력에 의해 신장하려고 하면서 캠부(335b)가 전달하는 힘과 반대방향 즉 하측으로 힘을 제공한다. 이에, 탄성체(335d)의 힘이 캠부(335b)에 캠부(335b)의 회전방향과 다른 방향으로 전달되어 캠부(335b)의 회전을 방해할 수 있다. 캠부(335b)의 측면에 구비된 탄성체(335d)도 회전하는 캠부(335b)에 의해 압축되었다가 신장하면서 캠부(335b)에 캠부(335b)의 회전방향과 다른 방향으로 힘을 전달하여 캠부(335b)의 회전을 방해할 수 있다.
이때, 캠(335b,335c)의 위치를 조절하는 레버(335h) 구비될 수 있다. 레버(335h)는 캠(335b,335c)과 연결되어 캠부(335b)를 회전시켜 캠부(335b)가 탄성체(335d)로부터 탄성력 제공받는 시점을 설정할 수 있다. 이에, 보행훈련자의 상황에 맞추어 동적보상이 이루어지는 시작점을 설정할 수 있다.
또한, 탄성체(335d)를 네 개 또는 세 개의 방향으로 배치할 때보다 소형화가 가능하여 설치 및 유지보수가 용이해질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 우레탄 등 탄성력을 가지는 다양한 부재가 사용될 수 있다.
이때, 탄성체(335d)에 접촉부재(335e)를 더 구비될 수 있다. 접촉부재(335e)는 플레이트 모양으로 형성되어 회전하는 캠부(335b)와 접촉할 수 있다. 따라서, 탄성체(335d)가 접촉부재(335e)를 통해 캠부(335b)와 간접적으로 접촉하여 탄성체(335d)가 회전하는 캠부(335b)에 의해 마모되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
케이스(335f)는 캠부(335b)와 탄성체(335d)를 수납하는 내부공간을 형성하고, 일부가 개방될 수 있다. 이에, 탄성체(335d)는 케이스(335f)의 내측벽에 설치되고 캠부(335b)는 케이스(335f) 내부에서 회전할 수 있다. 또한, 커버(335g)가 케이스(335f)의 개방된 부분에 구비되어 케이스(335f) 내부를 밀봉할 수 있다. 따라서, 캠부(335b), 탄성체(335d) 또는 접촉부재(335e)가 파손되는 경우 커버(335g)를 개방하여 용이하게 수리할 수 있다. 그리고, 밀봉된 케이스(335f) 내부에는 윤활유가 제공되어 캠(335b,335c)이 케이스(335f) 내부에서 용이하게 회전하게 할 수 있다.
이에, 동적보상유닛(335)은 연결와이어(333)와 접촉하면서 보행보조로봇(200) 또는 이동블록(323)에 의해 상하로 이동하려는 제1 플레이트(331)에 연결되는 연결와이어(333)의 이동을 방해할 수 있다. 즉, 동적보상유닛(335) 내부에서 탄성체(335d)가 캠(335b,335c)의 회전방향과 다른 방향으로 캠(335b,335c)에 마찰력을 인가하여 캠(335b,335c)의 회전을 방해한다. 따라서, 탄성체(335d)가 인가하는 마찰력 의해 캠(335b,335c)과 연결된 풀리(335a)의 회전도 방해를 받아 풀리(335a)를 회전시키려는 연결와이어(333)와 풀리(335a) 사이에 마찰이 생길 수 있다. 그러면, 보행보조로봇(200)의 변위 또는 관성에 의해 상하로 이동하려는 제1 플레이트(331)와 제2 플레이트(332)의 이동이 방해를 받아 보행보조로봇(200)의 동적하중이 가변하는 억제하거나 최소화할 수 있다. 따라서, 보행훈련을 수행하는 보행훈련자가 보행보조로봇(200)의 하중 때문에 느끼는 불편함이나 피로감을 감소시켜 보행훈련의 효율성이 향상될 수 있다. 그리고, 동적보상부(330)는 간단한 구조를 가지면서 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해줄 수 있어 장치가 간소화되고 공간 효율성이 향상될 수 있다.
하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 보행훈련장치에 대해 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 보행훈련장치는, 보행훈련자에게 역하중을 인가하는 역하중 시스템(미도시), 상기 보행훈련자의 하지에 착용되는 보행보조로봇(200), 상기 보행보조로봇(200)을 지지하고 상기 보행보조로봇(200)의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해주는 상기 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 보행보조로봇 하중 보상시스템(300)을 포함하고, 트레드밀(미도시), 컨트롤러(미도시), 프레임(500), 연결부재(400)를 더 포함할 수 있다.
트레드밀은 정위치에서 보행훈련자에게 이동하는 바닥면을 제공한다. 이러한 트레드밀은 보행 훈련 장치 동작 중에 보행보조로봇(200)과 동기화된 보행 속도로 0.3~3.0km/h 범위 내에서 동작할 수 있고, 보행훈련자의 상태와 훈련 목적에 따라서 컨트롤러에 의하여 자동 제어될 수 있다. 또한, 보행훈련자의 의지에 따라서 수동으로 작동할 수도 있다. 트레드밀의 바닥에는 바퀴가 설치되어 있어서 이동가능하며 브레이크를 통하여 이동 후 기기의 위치를 고정할 수 있다.
역하중 시스템은 구동기, 메인와이어, 하네스, 및 연결바를 포함하여 하네스를 착용한 보행훈련자에게 역하중을 인가한다. 즉, 구동기가 메인와이어를 당기면 메인와이어와 연결된 연결바가 상측으로 이동하고 연결바와 연결된 하네스도 상측으로 이동하여 보행훈련자를 상향 견인한다. 이에, 보행훈련자의 하중이 경감될 수 있다. 또는 구동기 대신 역하중 무게추를 사용하여 역하중 무게추의 하중으로 보행훈련자의 하중을 상쇄시킬 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 다양한 방법으로 보행훈련자에게 역하중을 인가할 수 있다.
보행보조로봇(200)은 보행훈련자의 하지에 착용되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 보행보조로봇(200)은 하체 관절 중 고관절에 착용되는 고관절 로봇, 슬관절에 착용되는 슬관절 로봇, 족관절에 착용되는 족관절 로봇을 포함하며, 환자에 따라 어느 하나의 관절 로봇만을 선택하여 사용할 수 있다. 보행보조로봇(200)은 보행훈련자의 하지에 장착되어 구동됨으로써 보행에 장애가 있는 보행훈련자의 보행을 보조하는 기능을 한다. 또한, 보행보조로봇(200)의 로봇들 사이에는 보행훈련자의 다리 길이 따라서 조정이 가능한 길이 조절기(미도시)가 구비될 수 있다. 길이 조절기는 보행훈련자의 체형에 맞추어 자동 조절이 가능하며, 자동 길이 조절 후 오차가 발행한 경우 수동으로 분절 길이를 미세조정할 수 있다.
보행보조로봇 하중 보상시스템(300)은 보행훈련자에게 착용되는 보행보조로봇(200)의 하중을 상쇄하는 보행보조로봇 하중 보상시스템으로서, 보행보조로봇(200)의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해주는 동적보상부(330)를 포함하고, 가이드부(320)와 정적보상부(310)를 더 포함할 수 있다. 이에, 보행보조로봇(200)의 변위 또는 관성에 의해 보행보조로봇(200)의 동적하중이 가변하는 억제하거나 최소화할 수 있다. 따라서, 보행훈련을 수행하는 보행훈련자가 보행보조로봇(200)의 하중 때문에 느끼는 불편함이나 피로감을 감소시켜 보행훈련의 효율성이 향상될 수 있다. 그리고, 동적보상부(330)는 간단한 구조를 가지면서 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해줄 수 있어 장치가 간소화되고 공간 효율성이 향상될 수 있다.
컨트롤러는 역하중 시스템, 보행보조로봇(200), 트레드밀 또는 보행보조로봇 하중 보상시스템(300) 중 적어도 어느 하나의 구동을 제어하여 보행훈련자의 보행조건을 변화시킬 수 있고, 구동 정보를 생성하거나 저장할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러에 보행훈련자의 상태와 훈련 목적에 따라 트레드밀의 속도 및 보폭 범위를 입력하면, 입력된 범위 내에서 트레드밀을 작동시킬 수 있다. 또한, 보행훈련자에 신체조건에 따라 보행보조로봇 하중 시스템(300)을 작동시켜 보행보조로봇(200)을 보행훈련자가 착용할 수 있는 높이로 이동시킬 수 있다.
프레임(500)은 보행보조로봇(200), 보행보조로봇 하중 보상시스템(300) 등을 지탱할 수 있다.
연결부재(400)는 보행보조로봇 하중 보상시스템(300)과 프레임(200) 사이에 배치되어 보행보조로봇 하중 보상시스템(300)과 프레임(200)을 연결해준다. 즉, 연결부재(400)는 보행보조로봇 보상 시스템(300)의 중심부는 가이드바디(321)와 연결되고 양단부는 프레임(400)에 연결된다. 그리고, 가이드바디(321)는 연결부재(400)와 체결되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 연결부재(400)는 일단이 상기 프레임(500)에 힌지결합되고, 상기 보행보조로봇을 회전시켜 보행훈련자의 착용위치로 이동시켜줄 수 있다. 즉, 연결부재(400)의 일단에는 힌지부(410)가 구비되어 프레임(500)의 일측과 연결되고 타단에는 고정유닛(420)이 구비되어 프레임(500)의 타측에 연결될 수 있다.
고정유닛(420)은 걸쇠일 수 있다. 이에, 고정유닛(420)을 풀어주면 연결부재(400)가 힌지부(410)를 중심으로 회전하고 연결부재(400)에 연결된 보행보조로봇 하중 시스템(300)과 보행보조로봇(200)이 함께 이동할 수 있다. 따라서 보행훈련자가 보행훈련장치가 용이하게 탑승할 수 있다. 그런 다음 연결부재(400)를 반대방향으로 회전시켜 고정유닛(420)을 프레임(500)에 잠그면 보행훈련자의 탑승위치로 보행보조로봇(200)이 이동하여 보행훈련자가 용이하게 보행보조로봇(200)을 착용하고 보행훈련을 수행할 수 있다. 반대로 보행훈련자가 보행훈련 후 보행훈련장치에서 내릴 경우 고정유닛(420)을 풀어주어 연결부재(400)를 회전시키면 보행훈련자가 용이하게 보행훈련장치에서 내릴 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
300: 보행보조로봇 하중 보상시스템 310: 정적보상부
320: 가이드부 330: 동적보상부
400: 연결부재 500: 프레임

Claims (14)

  1. 보행훈련자에게 착용되는 보행보조로봇의 하중을 상쇄하는 보행보조로봇 하중 보상시스템에 있어서,
    상기 보행보조로봇의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해주는 동적보상부를 포함하고,
    상기 동적보상부는, 상기 변위 또는 관성에 연동하여 이동가능한 제1 플레이트; 상기 제1 플레이트와 이격배치되고 이동가능한 제2 플레이트; 상기 제1 및 제2 플레이트에 연결되는 연결와이어; 및 상기 연결와이어에 마찰력을 인가하는 동적보상유닛을 포함하는 보행보조로봇 하중 보상시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 동적보상유닛은, 상기 연결와이어에 의해 회전하는 풀리; 상기 풀리와 연결되어 회전하는 캠; 회전하는 상기 캠에 마찰력을 제공하는 탄성체를 포함하는 보행보조로봇 하중 보상시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 캠의 회전축은 상기 캠의 무게중심부에서 편심되어 배치되는 보행보조로봇 하중 보상시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 동적보상유닛은, 상기 캠과 상기 탄성체를 수납하는 케이스; 상기 케이스 내부를 밀봉하는 커버; 및 상기 캠의 위치를 조절하는 레버를 더 포함하고,
    상기 케이스 내부에 윤활유가 제공되는 보행보조로봇 하중 보상시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성체는 상기 캠의 회전축과 직교하는 두 개의 방향으로 배치되는 보행보조로봇 하중 보상시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    가이드바디; 상기 제1 및 제2 플레이트 또는 상기 보행보조로봇과 연결되고 상기 가이드바디에 이동가능하게 연결되는 이동블록; 상기 가이드바디에 설치되는 가이드샤프트; 및 상기 가이드샤프트에 연결되고 상기 동적보상유닛의 배치되는 위치를 고정하는 고정부재를 구비하는 가이드부를 더 포함하는 보행보조로봇 하중 보상시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 고정부재의 상기 동적보상유닛을 고정시키는 위치를 조절하는 위치조절기를 더 포함하는 보행보조로봇 하중 보상시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 보행보조로봇에 연결되는 와이어; 및 상기 와이어에 연결되고 장력을 일정하게 유지하는 탄성유닛을 구비하는 정적보상부를 더 포함하는 보행보조로봇 하중 보상시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 탄성유닛은 스프링밸런서를 포함하는 보행보조로봇 하중 보상시스템.
  10. 보행훈련자에게 역하중을 인가하는 역하중 시스템;
    상기 보행훈련자의 하지에 착용되는 보행보조로봇; 및
    상기 보행보조로봇을 지지하고 상기 보행보조로봇의 변위 또는 관성에 따라 가변하는 동적하중을 보상해주는 상기 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 보행보조로봇 하중 보상시스템을 포함하는 보행훈련장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 보행보조로봇을 지지하는 프레임;
    상기 보행보조로봇 하중 보상시스템과 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 보행보조로봇 하중 보상시스템과 상기 프레임을 연결하는 연결부재를 더 포함하는 보행훈련장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 연결부재는 일단이 상기 프레임에 힌지결합되고, 상기 연결부재는 상기 보행보조로봇을 회전시켜 상기 보행훈련자의 착용위치로 이동시켜주는 보행훈련장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 보행훈련자에게 이동하는 바닥면을 제공하는 트레드밀을 더 포함하는 보행훈련장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 역하중 시스템, 보행보조로봇, 트레드밀 또는 보행보조로봇 하중 보상시스템 중 적어도 어느 하나의 구동을 제어하여 상기 보행훈련자의 보행조건을 변화시키는 컨트롤러를 더 포함하는 보행훈련장치.
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