KR101602728B1

KR101602728B1 - 고정훈련과 이동훈련이 가능한 분리형 하지 재활로봇

Info

Publication number: KR101602728B1
Application number: KR1020140110516A
Authority: KR
Inventors: 구칠효
Original assignee: 주식회사 바로텍시너지
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-03-11
Also published as: KR20160024110A

Abstract

본 발명은 트레드밀을 탈착하게 구성되어 트레드밀을 이용한 고정훈련과 트레드밀을 제거한 상태의 이동훈련이 가능하고, 보행훈련자를 하네스로 들어올려 하중을 지지하는 것이 아니라 보행훈련자의 어깨 및 골반을 받쳐주어 하중을 지지하며, 보행 중의 상하 이동을 추적 반영하여 정상인의 거동을 재현하도록 편안하게 균형을 잡아주고, 체중 및 재활조건에 적합하게 용이하게 설정하여 이용할 수 있는 고정훈련과 이동훈련이 가능한 분리형 하지 재활로봇에 관한 것이다.

Description

고정훈련과 이동훈련이 가능한 분리형 하지 재활로봇{LEGS REHABILITATION ROBOT CAPABLE OF MOVABLE GAIT TRAINING AND STATIONARY GAIT TRAINING}

재활로봇은 신체의 기능 회복 및 향상을 위하여 환자의 물리적인 접촉을 통해 재활 치료를 돕는 로봇을 의미하며, 전문가들은 치료용 재활로봇의 도입을 계기로 환자의 상태에 맞추어 치료의 정도를 정량적으로 조절하여 제공할 수 있고, 치료의 효율성을 획기적으로 향상시킬 수 있다고 평가하고 있다.

실제로 미국 뇌졸중학회(America Stroke Association)의 발표에 따르면, 치료사의 도움으로 60~80회 수행하던 재활동작 및 연습을 로봇을 활용하는 경우 800~1,000회까지 증가시킬 수 있고, 로봇의 보급이 확대되는 경우 치료사 한 사람이 여러명의 환자를 동시에 치료할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

또한, 정확한 자세로 반복이 쉬운 재현성에 효과적이며, 정량화하기 힘들었던 재활치료의 결과를 데이터로 축적하여 활용함으로써 최적화된 재활치료법을 정립하고 치료의 효과를 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

특히, 로봇보행 기술을 이용한 하지 재활로봇은 편마비 혹은 하지 마비 환자가 보행 훈련을 수행할 수 있도록 하고, 발목 부분에 위치한 다자유도 보조 장치를 통해 훈련 시 안전성과 안락성을 추구하며, 추가적인 재활 기능을 부가하는 것이 가능한 재활 훈련 기구가 될 수도 있다.

이러한 하지 재활로봇은 완전 마비 환자의 경우나 아니면 장애가 고착화된 경우 보행 운동을 통하여 마비된 다리의 근육퇴화, 골밀도 약화 등의 부작용을 방지할 수 있고, 부분마비/일반 상해로 인한 재활 환자들의 경우 상태 호전/회복시킬 수 있다. 또한, 치료사의 역할을 감소시켜 집중적 훈련이 가능하고, 센서 시스템 및 정밀 제어에 의한 정량적 운동 평가와 정확한 재활방법의 구현이 가능하며, 다양한 프로그램을 통하여 동기 유발 및 자발적 참여를 유도하여 재활효과를 극대화 할 수 있고, 다양한 운동을 재현함으로써 하나의 기기로 맞춤화된 훈련이 가능하다.

그런데, 중증 마비환자의 실제 재활 훈련에는 공개특허 제10-2009-0104261호에 개시한 바와 같이 트레드밀을 결합한 재활로봇이 가장 효과적인 운동프로그램을 구현하는 데 적합하고 환자의 안전에도 적합하다.

하지만, 공개특허 제10-2009-0104261호는 무게추를 장착하지 아니하고 견인기를 사용하여 장치의 중량을 경감한 장점을 갖지만, 여전히 환자를 하네스로 들어올리는 방식을 채용하고 있어서 부피도 커서 설치 공간에 제약이 따르고, 천정고가 높은 병실에서만 사용할 수 제약도 따른다. 또한, 가해지는 하중만을 반영하여 지지력을 가함에 따라 보행 중 나타나는 상하 이동을 무시하고 무리하게 견인하게 되어 환자가 불편함을 호소하고 피도감도 쉽게 오는 문제를 갖고 있다. 또한, 고정식으로 되어 있어서, 실제 이동하며 보행훈련을 할 수 있는 장치로 활용할 수 없는 활용상 제약도 따른다.

반면에, 공개특허 제10-2010-0044359호는 보행속도에 맞춰 이동 가능하게 구성된 재활로봇을 보여주고 있으나, 예를 들어 중증 마비환자에게 적합한 트레드밀을 사용하기에 적합하게 구성되지 아니하여서, 이또한 활용에 제약이 따른다.

KR 10-2009-0104261 A 2009.10.06. KR 10-2010-0044359 A 2010.04.30.

본 발명은 상기와 같은 문제 또는 제약을 해결하기 위해서 창안된 발명으로서, 트레드밀을 이용한 고정식 보행훈련 및 보행에 따라 이동하는 이동식 보행훈련이 가능하여 환자 상태에 적합한 다양한 재활운동 기구로 활용할 수 있고, 전체적으로 부피, 중량 및 높이를 줄여 사용 설치가 용이하며, 실제 정상인의 거동을 재현한 편안한 재활운동도 가능한 고정훈련과 이동훈련이 가능한 분리형 하지 재활로봇을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 고정훈련과 이동훈련이 가능한 분리형 하지 재활로봇에 있어서, 보행훈련자의 하체 움직임을 감지하는 센서를 구비하고 하체에 착용되어 하체의 균형을 잡아주며, 하체의 움직임을 유도하는 능동적 동작 또는 하체의 움직임에 따라 관절 부위를 회전시키는 수동적 동작을 하는 관절 엑츄에이터를 구비한 보행보조로봇(100); 보행훈련자의 상체에 착용되는 웨어러블 슈트(200); 상기 보행보조로봇(100) 및 웨어러블 슈트(200)를 상향지지하는 하중지지장치(310)가 장착되고, 이동가능하게 바퀴를 구비하되, 적어도 어느 하나의 바퀴는 엑츄에이터(340)에 의해 보행훈련자의 이동에 맞춰 따라가도록 회전하고 제동에 의해 정차시킬 수 있는 구동바퀴(330)로 구성된 워커(300); 발을 디디는 면이 평평한 평판식 트레드 밀, 경사가 진 경사식 트레드밀, 계단으로 된 계단식 트레드밀 및 울퉁불퉁한 비포장식 트레드밀 중에 적어도 어느 하나 이상으로 마련되어 상기 워커(300)에 탈착가능하게 결합되고, 상기 워커(300)에 결합될 시에 보행보조로봇(100)의 하부에 배치되는 트레드밀(500); 상기 워커(300)에 장착되며, 상기 보행보조로봇(100), 하중지지장치(310) 및 트레드밀(500)의 구동방식을 입력부로 셋팅하게 구성되어 셋팅에 따라 제어하되, 트레드밀(500)이 워커(300)에 장착될 시에는 워커(300)를 정차시키고 트레드밀(500)이 워커(300)에 장착되지 아니할 시에 보행보조로봇(100)의 센서로 감지한 보행훈련자의 하체 움직임에 맞춰 워커(300)가 보행훈련자를 따라가도록 구동바퀴(330)의 엑츄에이터(340)를 제어하는 컨트롤러(600); 를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 하중지지장치(310)는 상기 보행보조로봇(100) 및 웨어러블 슈트(200)에 각각 수평바(101, 201)로 고정되어 보행훈련자의 움직임에 의한 하중을 받게 되는 슬라이딩체(312)와, 슬라이딩체(312)에 가해지는 하중을 감지하는 힘센서와, 슬라이딩체(312)의 변위 위치를 감지하는 위치센서와, 슬라이딩체(312)를 상하이동시키는 서보 엑츄에이터(315)를 포함하며, 상기 컨트롤러(600)는 슬라이딩체(312)를 이동시켜 보행훈련자의 신체에 맞게 높이를 셋팅하게 하고, 힘센서로 감지한 하중으로부터 가속도, 속도 및 변위 성분을 추출하고 추출한 성분을 미리 설정된 모델에 반영하여 얻는 승강력을 슬라이딩체(312)에 가하도록 상기 서보 엑츄에이터(315)를 제어함을 특징으로 한다.

상기 미리 설정된 모델은 가속도, 속도 및 높이를 변수로 하여 승강력을 산출하는 모델이며, 상기 컨트롤러(600)는 가속도, 속도 및 높이에 대한 mass, damping 및 spring 계수를 보행훈련자의 체중 및 재활조건 따라 조절함을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 트레드밀을 탈착 가능하게 결합하여서, 워커를 정차시켜 고정식으로 사용할 수 있고, 트레드밀을 분리한 상태에서 워커의 구동바퀴를 구동시켜 이동식으로 사용할 수 있어서, 하나의 장치로 환자의 상태에 따라 적합한 다양한 운동을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 상체 및 골반을 후방에서 받쳐주는 구조로 지지하고, 엑츄에이터로 지지력을 가하게 구성되어서, 전체적으로 부피, 중량 및 높이를 줄여 사용하기 간편하고 고정식으로 사용할 시에 설치 공간의 제약을 받지 아니하고 이동식으로 사용할 시에도 공간의 제약을 받지 아니하고 환자의 이동에 맞춰 이동할 수 있다.

또한, 본 발명은 하중으로부터 가속도, 속도 및 변위를 추출하여 환자의 보행시 나타나는 상하 움직임을 세부적으로 추적 활용함으로써, 실제 걸음걸이처럼 재활운동을 재현할 수 있고, 환자의 체중과 재활조건에 따라 튜닝 변수를 조절하여 최적의 하중지지 분산 제어가 가능한 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고정훈련과 이동훈련이 가능한 분리형 하지 재활로봇의 정면 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고정훈련과 이동훈련이 가능한 분리형 하지 재활로봇의 배면 사시도.
도 3은 트레드밀(500)을 분리한 상태의 사시도.
도 4는 트레드밀(500) 및 손잡이대(400)를 분리한 상태의 사시도.
도 5는 보행보조로봇(100) 및 웨어러블 슈트(200)에 고정되어 워커(300)에 장착되는 하중지지장치(310)의 배면 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고정훈련과 이동훈련이 가능한 분리형 하지 재활로봇의 정면 사시도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고정훈련과 이동훈련이 가능한 분리형 하지 재활로봇의 배면 사시도이고,

도 3은 트레드밀(500)을 분리한 상태의 사시도이고,

도 4는 트레드밀(500) 및 손잡이대(400)를 분리한 상태의 사시도이고,

도 5는 보행보조로봇(100) 및 웨어러블 슈트(200)에 고정되어 워커(300)에 장착되는 하중지지장치(310)의 배면 사시도이다.

상기 도 1 내지 도 5에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 고정훈련과 이동훈련이 가능한 분리형 하지 재활로봇을 참조하면, 보행훈련자가 착용하는 보행보조로봇(100)과 웨어러블 슈트(200)이 이동 가능한 워커(300)의 전방에 돌출되게 설치되고, 보행훈련자가 손으로 잡을 수 있는 손잡이대(400)가 보행보조로봇(100)과 웨어러블 슈트(200)의 양측에 각각 마련되며, 보행보조로봇(100)의 하부에는 트레드밀(500)이 배치된다. 하지 분리형 재활보봇의 전반 동작을 제어하는 컨트롤러(600)는 상기 워커(300)에 탑재된다.

상기 보행보조로봇(100)은 보행훈련자의 하체에 착용되어 하체의 균형을 잡아주면서 보행 동작을 유도하고 보조하는 기구로서, 양측 다리에 하나씩 착용되게 한쌍으로 마련된다. 보행보조로봇(100)은 예를 들면 한국 공개특허 제10-2010-0044359호에 의해 공지된 기술인 바, 간략하게 설명한다.

보행보조로봇(100)은 골반부터 발까지 이르되 고관절, 슬관절 및 발목관절 부위에서 꺽일 수 있게 형성되어 하체에 착용되는 브레이스(110)와, 고관절, 슬관절 및 발목관절 부위에 각각 설치되는 관절용 엑츄에이터(120 : 120a, 120b. 120c)와, 관절용 엑츄에이터(120 : 120a, 120b. 120c)에 설치되어 회전각(즉, 꺽이는 각도)를 감지하는 센서(미도시)를 포함하여 구성된다. 여기서, 관절용 엑츄에이터(120 : 120a, 120b. 120c)는 컨트롤러(600)에 의해 제어에 의해서, 보행보조로봇(100)을 착용한 보행훈련자의 하체 움직임에 따라 꺽이는 관절 부위의 회전각에 맞춰 회전시키는 수동적 동작 또는 인위적으로 관절 부위를 회전시켜 하체의 움직임을 유도하는 능동적 동작을 선택적으로 할 수 있으며, 능동적 동작의 경우에 재활조건에 따라 회전력이 컨트롤러(600)에 의해 조절될 수 있다.

본 발명에 따르면, 워커(300)에 장착하는 하중지지장치(310)의 슬라이딩체(312)에 일단을 고정한 한쌍의 수평바(101)를 골반의 양측에 이르도록 워커(300)의 전방에 돌출되게 하고, 수평바(101)의 타단에 보행보조로봇(100)을 하나씩 장착하였다. 그리고, 골반을 감싸는 밸트(102)를 수평바(101)의 타단에 구비하여서, 골반으로 실리는 체중을 수평바(101)로 지지할 수 있게 하였다.

관절용 엑츄에이터(120 : 120a, 120b. 120c)에 설치한 센서(미도시)로 감지하는 회전각은 컨트롤러(600)에 전달되어 보행훈련자의 하체 움직임을 판별하게 하며, 이에, 컨트롤러(600)는 감지한 회전각에 따라 관절용 엑츄에이터(120 : 120a, 120b. 120c)의 수동적 동작 또는 능동적 동작을 제어할 수 있다.

상기 웨어러블 슈트(200)는 보행훈련자의 상체에 착용되어 상체의 균형을 작아준다. 본 발명에 따르면, 일단을 하중지지장치(310)의 슬라이딩체(312)에 고정한 한쌍의 수평바(201)를 보행훈련자의 어깨를 향해 돌출되게 하고, 웨어러블 슈트(200)를 수평바(201)의 타단에 고정하여서, 상체가 하부로 처지지 아니하게 지지한다. 이때, 웨어러블 슈트(200)는 등과 가슴을 감싸며 지지하되 벗을 수 있게 구성된다.

상기 워커(300)는 상기 보행보조로봇(100) 및 웨어러블 슈트(200)를 상향지지하여 보행훈련자의 자세 균형을 잡아주는 하중지지장치(310)가 장착되고, 이동가능하도록 저면에 바퀴(320, 330)를 구비하되, 적어도 어느 하나의 바퀴는 엑츄에이터(340)에 의해 회전되어 보행훈련자의 이동에 맞춰 따라갈 수 있도록 구동바퀴(330)로 구성된다. 여기서, 엑츄에이터(340)는 구동바퀴(330)를 제동시켜 워커(300)를 정차시킬 수 있게 구성되며, 이에, 본 발명은 이동훈련 및 고정훈련이 가능하게 된다. 이를 위해서, 도 2에 도시한 바와 같이 구동바퀴(330)는 바닥과의 접지력을 크게 되도록 구성하는 것이 좋다.

도 5를 참조하면, 상기 하중지지장치(310)는 워커(300)에 고정되는 프레임(311), 상기 보행보조로봇(100)에 고정된 수평바(101) 및 웨어러블 슈트(200)에 고정된 수평바(201)가 고정되어 보행훈련자의 움직임에 의한 하중을 받게 되는 슬라이딩체(312), 프레임(311)에 고정되어 슬라이딩체(312)를 상하로 이동 가능하게 가이드하는 가이드바(314), 연직으로 세워지게 설치되며 상단을 슬라이딩체(312)에 결합한 피스톤로드(313), 프레임(311)에 설치되며 피스톤로드(313)를 승강시켜 슬라이딩체(312)를 상하 이동시키는 서보 엑츄에이터(315), 슬라이딩체(312)에 가해지는 하중을 감지하는 힘센서(미도시), 슬라이딩체(312)의 변위 위치(즉, 높이)를 감지하는 위치센서(미도시)를 포함하여 구성된다.

여기서, 서보 엑츄에이터(315)는 회전력을 승강력으로 변환시키는 동력변환수단이 장착되어 회전력으로 피스톤로드(313)를 승강시킬 수 있게 하고, 힘센서(미도시)는 피스톤로드(313)의 중간에 설치할 수 있다. 또한, 위치센서(미도시)는 서보 엑츄에이터(315)의 회전각을 감지하는 엔코더로 구성할 수 있으며, 이는 회전각이 높이 변화를 반영하기 때문이다.

상기 손잡이대(400)는 보행훈련자가 양측 손으로 잡거나 또는 양측 겨드랑이를 걸칠 수 있도록 한쌍으로 마련되어 상기 보행보조로봇(100) 및 웨어러블 슈트(200)의 양측을 지나가게 워커(300)의 전방에 배치되게 하되, 탈착 가능한 결합부(430)에 의해서 워커(300)에 결합된다. 이에, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 손잡이대(400)를 워커(300)로부터 분리할 수 있다.

또한, 상기 손잡이대(400)의 전방 하측에는 바퀴(410)가 마련되어 있어서, 상기 손잡이대(400)는 워커(300)에 결합한 상태로 워커(300)와 함께 이동할 수 있게 된다.

한편, 한쌍의 손잡이대(400) 전방을 가로지르게 설치하는 여닫이식 문(420)을 설치하여서, 보행훈련자가 한쌍의 손잡이대(400) 사이로 들어갈 수 있다.

상기 트레드밀(500)은 보행훈련자가 발을 디디며 보행할 수 있는 면이 상기 보행보조로봇(100)의 하부에 배치되도록 설치되되, 상기 워커(300)에 탈착 가능하게 결합된다. 이때, 결합의 의미는 워커(300)에 장착되는 컨트롤러(600)에 전기 신호적으로 연결되는 것이지만, 기구적으로 워커(300)에 안정되게 고정되게 할 수 있는 결합구조를 갖게 하여도 된다.

여기서, 상기 트레드밀(500)은 발을 디디는 면이 평평한 평판식 트레드 밀, 경사가 진 경사식 트레드밀, 계단으로 된 계단식 트레드밀 및 울퉁불퉁한 비포장식 트레드밀 중에 적어도 어느 하나 이상으로 마련된다.

상기 트레드밀(500)은 도 3에 도시한 바와 같이 워커(300)로부터 분리할 수 있으므로, 복수개로 마련하여 보행방식에 맞는 트레드밀(500)로 교체하며 사용하게 하는 것이 좋다. 물론, 본 발명에 따르면, 상기 워커(300)는 도 3에 도시한 바와 같이 상기 트레드밀(500)로부터 분리되어 이동훈련용으로 사용할 수 있다.

한편, 상기 트레드밀(500)은 발을 디디는 면이 무한궤도로서 엑츄에이터에 의해 보행 속도에 맞춰 이동하는 통상의 기구이므로, 상세 설명을 생략한다.

다만, 본 발명에 따르면 상기 트레드밀(500)은 컨트롤러(600)에 전기 신호적으로 연결됨에 따라 컨트롤러(600)에 의해 제어되고, 보행훈련 상황를 컨트롤러(600)로부터 전달받아 화면 출력하는 디스플레이어(510)를 구비한다.

상기 컨트롤러(600)는 상기 워커(300)에 장착되며, 상기 보행보조로봇(100), 하중지지장치(310) 및 트레드밀(500)의 구동방식을 입력부로 셋팅하게 구성되어서, 셋팅에 따라 제어한다.

이때, 구동방식의 셋팅은 도 1에 도시한 바와 같이 트레드밀(500)이 워커(300)에 결합될 시의 고정훈련 구동방식과 트레드밀(500)이 워커(300)에 결합되지 아니하고 분리될 시의 이동훈련 구동방식으로 구분된다.

고정훈련 구동방식으로 셋팅될 시에, 상기 컨트롤러(600)는 이동용 엑츄에이터(340)로 구동바퀴(330)를 제동시켜 워커(300)를 이동하지 아니하게 정차시킨 상태에서, 상기 보행보조로봇(100), 하중지지장치(310) 및 트레드밀(500)에 대해 셋팅된 구동방식에 따라 제어한다.

이동훈련 구동방식으로 셋팅될 시에 트레드밀(500)이 워커(300)로부터 분리되어 이동훈련을 할 수 있게 된 상태이므로, 상기 컨트롤러(600)는 상기 보행보조로봇(100) 및 하중지지장치(310)에 대해 셋팅된 구동방식에 따라 제어함과 동시에, 보행보조로봇(100)의 센서로 감지한 보행훈련자의 하체 움직임에 맞춰 워커(300)가 보행훈련자를 따라가도록 구동바퀴(330)에 연결된 이동용 엑츄에이터(340)를 제어한다.

그리고, 보행보조로봇(100)의 구동방식에 대해서는 능동적 동작 및 수동적 동작 중의 어느 하나로 셋팅되고, 수동적 동작의 경우에 관절용 엑츄에이터(120)로 하체에 가할 수 있는 반력의 크기를 재활조건에 따라 셋팅하며, 능동적 동작의 경우에도 관절용 엑츄에이터(120)로 가하는 힘의 크기를 재활조건에 따라 셋팅한다.

상기 컨트롤러(600)는 보행보조로봇(100)에 대한 셋팅에 따라 제어하되, 보행보조로봇(100)의 센서로 감지한 신호에 따라 보행훈련자의 보행 상태를 분석하여 기구학적인 모델링을 통해 보행 속도 및 보행 위치 변위를 조절하여도록 관절용 엑츄에이터(120)을 제어한다. 이때, 기구학적인 모델은 보행속도, 각 부위의 실체 길이, 제어축 및 제어각도를 종속 변수로 하는 모델로 할 수 있다.

한편, 컨트롤러(600)는 이동훈련 구동방식 하에서 이동용 엑츄에이터(340)로 보행에 맞춰 구동바퀴(330)를 회전시키되, 보행 방향에 반대되는 방향으로 반력을 가하도록 회전시키게 제어할 수 있다. 이때의 반력은 보행훈련자의 재활조건에 따라 그 크기를 셋팅하게 한다.

하중지지장치(310)의 구동방식에 대한 셋팅은 보행훈련자의 신체조건에 따라 상이하게 되는 보행보조로봇(100) 및 웨어러블 슈트(200)의 착용 높이를 조절하도록 슬라이딩체(312)를 이동시켜 높이를 조절하게 하는 높이 조절, 및 보행훈련자마다 상이한 체중 및 보행훈련자의 상태에 따른 재활조건에 대해 셋팅하는 것이다.

컨트롤러(600)는 하중지지장치(310)의 높이 조절에 대한 셋팅이 이루어질 시에, 셋팅된 높이를 기준 높이(또는 초기 위치)로 설정하고, 이후, 보행훈련 중에 슬라이딩체(312)에 가해지는 하중을 힘센서(미도시)로 감지하여 감지한 하중으로부터 가속도, 속도 및 변위 성분을 추출하고, 추출한 성분을 미리 설정된 모델에 반영하여 승강력을 획득하며, 획득한 승강력이 슬라이딩체(312)를 승강시키는 방향으로 가하도록 상기 서보 엑츄에이터(315)를 제어한다.

여기서, 가속도는 슬라이딩체(312)를 포함한 기구학적 질량 및 보행훈련자의 체중을 힘센서(미도시)로 감지한 하중에 반영하여 얻을 수 있고, 속도는 가속도를 수학적으로 적분하여 얻을 수 있고, 변위는 속도를 수학적으로 적분하여 얻을 수 있다. 이때, 수학적 적분은 상기한 기준 높이(또는 초기 위치)을 반영한다. 이에, 보행훈련자의 보행 중에 발생하는 신체의 상하 이동 상태를 나타내는 세부적인 항목으로 추적할 수 있다.

상기 미리 설정된 모델은 가속도, 속도 및 높이를 변수로 하는 2차 함수로 승강력을 산출하는 모델이며, 상기 컨트롤러(600)는 상기 미리 설정된 모델에서 가속도에 대한 mass 계수, 속도에 대한 damping 계수 및 높이에 대한 spring 계수를 보행훈련자의 체중 및 재활조건에 따라 조절할 수 있도록 셋팅을 허용함으로써, 체충 및 재활조건에 적합한 승강력으로 보행훈련자를 상향지지한다.

이때, 슬라이딩체(312)에 대한 변위 위치(높이 또는 회전각)을 위치센서(미도시)로 감지하므로, 변위 위치의 수학적 미분연산으로 얻는 속도 및 속도의 수학적 미분연산으로 얻는 가속도를 얻을 수 있고, 서보 엑츄에이터(315)를 구동할 시에 변위 위치, 속도 및 가속도의 변동량을 가감하여 목표로 하는 승강력이 가해지게 한다.

한편, 슬라이딩체(312)에 승강력을 가할 시에, 힘센서(미도시)로 감지한 하중으로부터 얻는 속도 및 가속도를 최적의 값으로 하여 승강력을 가하는 것이 좋다.

이와 같이 보행훈련 중인 보행훈련자의 상하 움직임을 추적하여 이를 반영한 승강력으로 상향 지지함으로써 정상인의 보행 상황과 매우 유사한 거동을 재현할 수 있고, 이에 보행훈련자의 피로도를 저감시키며, 보행훈련자의 몸무게 및 재활상태에 적합한 지지력을 가하도록 용이하게 설정할 수 있는 사용상의 편의성도 제공한다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

100 : 보행보조로봇 101 : 수평바 102 : 골반용 밸트
110 : 브레이스 120 : 관절용 엑츄에이터
200 : 웨어러블 슈트 201 : 수평바
300 : 워커
310 : 하중지지장치 311 : 프레임 312 : 슬라이딩체
313 : 피스톤로드 314 : 가이드바 315 : 서보 엑츄에이터
320 : 바퀴 330 : 구동바퀴 340 : 이동용 엑츄에이터
400 : 손잡이대 410 : 바퀴 420 : 문
430 : 겹합부
500 : 트레드밀 510 : 디스플레이어
600 : 컨트롤러

Claims

삭제
삭제
보행훈련자의 하체 움직임을 감지하는 센서를 구비하고 하체에 착용되어 하체의 균형을 잡아주며, 하체의 움직임을 유도하는 능동적 동작 또는 하체의 움직임에 따라 관절 부위를 회전시키는 수동적 동작을 하는 관절 엑츄에이터를 구비한 보행보조로봇(100);
보행훈련자의 상체에 착용되는 웨어러블 슈트(200);
상기 보행보조로봇(100) 및 웨어러블 슈트(200)를 후방에서 상향지지하는 하중지지장치(310)가 장착되고, 이동가능하게 바퀴를 구비하되, 적어도 어느 하나의 바퀴는 엑츄에이터(340)에 의해 보행훈련자의 이동에 맞춰 따라가도록 회전하고 제동에 의해 정차시킬 수 있는 구동바퀴(330)로 구성된 워커(300);
보행훈련자가 양측 손으로 잡거나 또는 양측 겨드랑이를 걸칠 수 있도록 한쌍으로 마련되어 상기 보행보조로봇(100) 및 웨어러블 슈트(200)의 양측을 지나가게 워커(300)의 전방에 배치되되, 워커(300)에 탈착 가능하게 결합되며, 전방 하측에 바퀴(410)가 마련되어 워커(300)와 함께 이동 가능하고, 전방을 가로지르는 여닫이식문(420)을 설치한 손잡이대(400);
발을 디디는 면이 평평한 평판식 트레드 밀, 경사가 진 경사식 트레드밀, 계단으로 된 계단식 트레드밀 및 울퉁불퉁한 비포장식 트레드밀 중에 적어도 어느 하나 이상으로 마련되어 상기 워커(300)에 탈착가능하게 결합되고, 상기 워커(300)에 결합될 시에 보행보조로봇(100)의 하부에 배치되는 트레드밀(500);
상기 워커(300)에 장착되며, 상기 보행보조로봇(100), 하중지지장치(310) 및 트레드밀(500)의 구동방식을 입력부로 셋팅하게 구성되어 셋팅에 따라 제어하되, 트레드밀(500)이 워커(300)에 장착될 시에는 워커(300)를 정차시키고 트레드밀(500)이 워커(300)에 장착되지 아니할 시에 보행보조로봇(100)의 센서로 감지한 보행훈련자의 하체 움직임에 맞춰 워커(300)가 보행훈련자를 따라가도록 구동바퀴(330)의 엑츄에이터(340)를 제어하는 컨트롤러(600);
를 포함하여 구성되며,
상기 하중지지장치(310)는 상기 보행보조로봇(100) 및 웨어러블 슈트(200)에 각각 수평바(101, 201)로 고정되어 보행훈련자의 움직임에 의한 하중을 받게 되는 슬라이딩체(312)와, 슬라이딩체(312)에 가해지는 하중을 감지하는 힘센서와, 슬라이딩체(312)의 변위 위치를 감지하는 위치센서와, 슬라이딩체(312)를 상하이동시키는 서보 엑츄에이터(315)를 포함하며,
상기 컨트롤러(600)는 슬라이딩체(312)를 이동시켜 보행훈련자의 신체에 맞게 높이를 셋팅하게 하고, 힘센서로 감지한 하중으로부터 가속도, 속도 및 변위 성분을 추출하고 추출한 성분을 가속도, 속도 및 높이를 변수로 하여 승강력을 산출하는 미리 설정된 모델에 반영하여 얻는 승강력을 슬라이딩체(312)에 가하도록 상기 서보 엑츄에이터(315)를 제어하되, 가속도, 속도 및 높이에 대한 mass, damping 및 spring 계수를 보행훈련자의 체중 및 재활조건 따라 조절함을 특징으로 하는 고정훈련과 이동훈련이 가능한 분리형 하지 재활로봇.