KR101624405B1 - 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관성센서를 이용하여 요양침대 상에 있는 사용자의 자세를 추정하고, 요양침대의 자세전환에 사용되는 선형구동기 동작과 링크 구동메커니즘의 기구학 해석을 통해 사용자의 자세를 추정하고, 추정결과를 기반으로 하여 사용자의 자세가 전환될 수 있도록 하는 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템에 관한 것에 관한 것으로, 등판 후면의 소정 위치에 설치되며, 둔부판을 기준으로 하여 등판의 절곡 각도를 일정 간격으로 감지하여 출력하는 등판 각도감지부, 대퇴판 후면의 소정 위치에 설치되며, 둔부판을 기준으로 하여 대퇴판의 절곡 각도를 일정 간격으로 감지하여 출력하는 대퇴판 각도감지부, 등판 각도감지부 및 대퇴판 각도감지부로부터 각각 입력되는 등판의 절곡 각도 및 대퇴판의 절곡 각도가 미리 설정된 시간을 초과하여 유지되면 등판 각도조절신호 및 대퇴판 각도조절신호를 출력하는 제어부, 제어부의 등판 각도조절신호에 응하여 등판을 둔부판을 기준으로 하여 상측 또는 하측 방향으로 회전시키는 등판 각도조절부 및 제어부의 대퇴판 각도조절신호에 응하여 대퇴판을 둔부판을 기준으로 하여 상측 또는 하측 방향으로 회전시키는 대퇴판 각도조절부를 포함한다. 이에 따라 사용자나 간병인 등과 같이 타인의 도움을 받지 않고도 자세를 바꿀 수 있도록 하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템에 관한 것으로, 특히 관성센서를 이용하여 요양침대 상에 있는 사용자의 자세를 추정하는 한편, 요양침대의 자세전환에 사용되는 선형구동기 동작과 링크 구동메커니즘의 기구학 해석을 통해 사용자의 자세를 추정하고, 추정결과를 기반으로 하여 요양침대 상의 사용자 자세가 전환될 수 있도록 하는 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템에 관한 것이다.
요양침대(care-bed)는 거동이 어려운 고령자나 장애인의 요양을 위한 대표적인 보조기기(assistive-device)의 하나이다. 장기요양에 있어서 주의해야 할 점은 같은 자세로 유지한 채 장기간 방치되거나, 욕창 발병, 그리고 간병인의 자세변환 케어시의 부상 등이다. 특히 욕창을 예방하기 위해서는 일정 시간 내에 요양침대에 누워 있는 사용자의 자세를 전환함으로써 장기간 동일 부위에 가해진 체압을 분산시키는 것이 중요하다.
현재 대부분의 요양침대는 전동으로 등판이나 대퇴판의 각도를 조절할 수 있다. 즉, 기존의 요양침대는 침대 매트리스 상부에 별도의 시트를 양끝에 시트를 감거나 침대 매트리스의 각도를 조절할 수 있는 기구부를 제어하여 사용자를 회전시킬 수 있도록 하였다.
그러나 사용자나 간병인의 조작에 의해서만 자세변환이 가능하므로, 침대 사용자의 자세에 따라서는, 자동으로 자세 변환하는 것이 필요하다. 특히 간병인의 야간 케어시 편의를 위해서도 자동 자세변환에 대한 요구가 많다.
이와 같은 요구를 충족시키기 위해 본 발명은 관성센서를 이용하여 요양침대 상에 있는 사용자의 자세를 추정하고, 추정결과를 기반으로 하여 요양침대 상의 사용자 자세가 전환될 수 있도록 하는 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 요양침대의 자세전환에 사용되는 선형구동기 동작과 링크 구동메커니즘의 기구학 해석을 통해 사용자의 자세를 추정하고, 추정결과를 기반으로 하여 요양침대 상의 사용자 자세가 전환될 수 있도록 하는 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명은 등판과 대퇴판의 각도를 측정하지 않고 별도의 링크 구조에 의해 두 판의 사이의 각도만을 추정하여 사용자의 자세를 자동적으로 전환 시킬 수 있도록 하는 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템은 다리판, 대퇴판, 둔부 판 및 등판으로 구분되어 상호 회동 가능하도록 결합된 요양침대에 있어서, 등판 후면의 소정 위치에 설치되며, 둔부판을 기준으로 하여 등판의 절곡 각도를 일정 간격으로 감지하여 출력하는 등판 각도감지부, 대퇴판 후면의 소정 위치에 설치되며, 둔부판을 기준으로 하여 대퇴판의 절곡 각도를 일정 간격으로 감지하여 출력하는 대퇴판 각도감지부, 등판 각도감지부 및 대퇴판 각도감지부로부터 각각 입력되는 등판의 절곡 각도 및 대퇴판의 절곡 각도가 미리 설정된 시간을 초과하도록 유지되면 등판 각도조절신호 및 대퇴판 각도조절신호를 출력하는 제어부, 제어부의 등판 각도조절신호에 응하여 등판을 둔부판을 기준으로 하여 상측 또는 하측 방향으로 회전시키는 등판 각도조절부 및 제어부의 대퇴판 각도조절신호에 응하여 대퇴판을 둔부판을 기준으로 하여 상측 또는 하측 방향으로 회전시키는 대퇴판 각도조절부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 등판 각도감지부 및 대퇴판 각도감지부는 3축 관성센서 또는 변위 센서일 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 제어부는 θ1=tan-1〔-GPX / GPZ〕 및 θ2=180-tan-1〔-GPX / GPZ〕을 이용하여 등판각도(θ1) 및 대퇴판각도(θ2)를 추정할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 제어부는 등판과 대퇴판이 동일한 방향으로 회전되도록 등판 각도조절부 및 대퇴판 각도조절부를 제어할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 제어부는 등판과 대퇴판을 상측방향으로 회전시킨 후 하측방향으로 회전시키되, 순차적이면서 반복적으로 이루어지도록 상기 등판 각도조절부 및 대퇴판 각도조절부를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템은 다리판, 대퇴판, 둔부판 및 등판으로 구분되어 상호 회동 가능하도록 결합된 요양침대에 있어서, 등판과 둔부판 연결부에 회동가능하도록 결합되는 제 1 링크와, 제 1 링크에 회동 가능하도록 결합되는 제 2 링크와, 제 2 링크에 결합되어 제 2 링크가 전진 또는 후진 구동되도록 하는 제 1 선형구동기로 이루어진 등판 각도조절부, 대퇴판과 상기 둔부판 연결부에 회동가능하도록 결합되는 제 3 링크와, 제 3 링크에 회동 가능하도록 결합되는 제 4 링크와, 제 4 링크에 결합되어 제 4 링크가 전진 또는 후진 구동되도록 하는 제 2 선형구동기로 이루어진 대퇴판 각도조절부, 제 1 링크 및 제 2 링크 길이를 기반으로 하여 연결부로부터 제 1 선형구동기까지의 거리를 추정하여 출력하는 등판 선형구동기 길이측정부, 제 3 링크 및 제 4 링크 길이를 기반으로 하여 연결부로부터 제 2 선형구동기까지의 거리를 추정하여 출력하는 대퇴판 선형구동기 길이측정부, 등판 선형구동기 길이측정부 및 대퇴판 선형구동기 길이측정부에 의해 추정된 연결부로부터 제 1 선형구동기까지의 거리 및 연결부로부터 제 2 선형구동기까지의 거리를 입력받아 등판 절곡 각도 및 대퇴판 절곡 각도를 추정하고, 추정된 등판 절곡 각도 및 대퇴판 절곡 각도가 미리 설정된 시간을 초과하여 유지되면 등판 선형구동기 길이조절신호 및 대퇴판 선형구동기 길이조절신호를 출력하는 제어부, 제어부의 등판 선형구동기 길이조절신호에 응하여 제 1 선형구동기가 제 2 링크를 일정 거리만큼 전진 또는 후진 구동시키는 등판 선형구동기 길이조절부 및 제어부의 대퇴판 선형구동기 길이조절신호에 응하여 제 2 선형구동기가 제 4 링크를 일정 거리만큼 전진 또는 후진 구동시키는 대퇴판 선형구동기 길이조절부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 제어부는 및 을 이용하여 등판 절곡 각도(θ1) 및 대퇴판 절곡 각도(θ2)를 추정할 수 있다. 여기서, θB는 등판과 제 1 링크 사이의 각도, θ'b는 둔부판과 연결부로부터 제 1 선형구동기까지의 거리와 둔부판 사이의 각도, I1은 제 1 링크길이, Ia1은 제 2 링크길이, I'b는 연결부로부터 제 1 선형구동기까의 거리를 나타내며, θL는 등판과 제 3 링크 사이의 각도, θ'1은 둔부판과 연결부로부터 제 2 선형구동기까지의 거리와 둔부판 사이의 각도, I'1은 제 3 링크길이, Ia2은 제 2 링크길이, I'b는 연결부로부터 제 2 선형구동기까의 거리를 나타냄
본 발명과 관련된 실시예로서, 제어부는 등판과 대퇴판이 동일한 방향으로 회전되도록 등판 선형구동기 길이조절부 및 대퇴판 선형구동기 길이조절부를 제어할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 제어부는 등판과 대퇴판을 상측방향으로 회전시킨 후 하측방향으로 회전시키되, 순차적이면서 반복적으로 이루어지도록 등판 선형구동기 길이조절부 및 대퇴판 선형구동기 길이조절부를 제어할 수 있다.
본 발명은 관성센서를 이용하여 요양침대 상에 있는 사용자의 자세를 추정하고, 추정 결과를 기반으로 하여 요양침대 상의 사용자 자세가 자동적으로 전환될 수 있도록 하여, 사용자나 간병인 등과 같이 타인의 도움을 받지 않고도 자세를 바꿀 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 요양침대의 자세전환에 사용되는 선형구동기 동작과 링크 구동메커니즘의 기구학 해석을 통해 사용자의 자세를 추정하고, 추정결과를 기반으로 하여 요양침대 상의 사용자 자세가 전환될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 요양침대에 누워 있는 환자의 자세를 자동으로 전환시켜 줌으로써, 신체에 집중된 체압을 분산 또는 이동시켜 같은 자세로 장시간 방치되도록 않도록 하고, 이로 인해 욕창이 발병되지 않도록 하는 효과가 있으며, 간병인 케어시 환자의 자세를 강제로 전환시키기 위해 가해지는 힘으로 인해 부상을 당할 수 있는데, 이러한 환경적 요소를 제거하여 강제적 힘에 의한 부상을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 실시예 1을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 실시예 2를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 실시예 3을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 실시예 4를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 관성센서의 축 정의 및 이 축으로부터의 상대적 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 요양침대에 관성센서가 구비된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 선형구동기의 구동에 따른 등판 및 대퇴판의 구동 메커니즘의 기구학 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명이 적용된 요양침대의 등판 각도를 측정한 그래프이다.
도 9는 본 발명이 적용된 요양침대의 대퇴판 각도를 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 실시예 2를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 실시예 3을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 실시예 4를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 관성센서의 축 정의 및 이 축으로부터의 상대적 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 요양침대에 관성센서가 구비된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 선형구동기의 구동에 따른 등판 및 대퇴판의 구동 메커니즘의 기구학 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명이 적용된 요양침대의 등판 각도를 측정한 그래프이다.
도 9는 본 발명이 적용된 요양침대의 대퇴판 각도를 측정한 그래프이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 본 발명에서는 등판의 절곡 각도 및 대퇴판의 절곡 각도는 등판 및 대퇴판이 회전된 후 정지되었을 때 둔부판과 등판, 둔부판과 대퇴판 사이 각도를 의미한다.
(
실시예
1_센서를 이용한 자동 자세전환방식채용)
도 1은 본 발명에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 실시예 1을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 관성센서의 축 정의 및 이 축으로부터의 상대적 각도를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 요양침대에 관성센서가 구비된 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 본 발명이 적용된 요양침대의 등판 각도를 측정한 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템은 다리판, 대퇴판, 둔부 판 및 등판으로 구분되어 상호 회동 가능하도록 결합되는 요양침대에 등판 각도감지부(110), 대퇴판 각도감지부(120), 제어부(130), 등판 각도조절부(140), 대퇴판 각도조절부(150)로 이루어진다.
등판 각도감지부(110)는 도 6에 도시된 바와 같이 등판(40) 후면의 소정 위치에 설치되며, 둔부판(35)을 기준으로 하여 등판(40)의 절곡 각도를 일정 간격으로 감지하여 출력한다.
대퇴판 각도감지부(120)는 도 6에 도시된 바와 같이 대퇴판(10) 후면의 소정 위치에 설치되며, 둔부판(35)을 기준으로 하여 대퇴판(10)의 절곡 각도를 일정 간격으로 감지하여 출력한다.
제어부(130)는 등판 각도감지부(110)로부터 입력되는 등판의 절곡 각도 및 대퇴판 각도감지부(120)로부터 입력되는 대퇴판의 절곡 각도가 미리 설정된 시간을 초과하도록 유지되면 등판 각도조절신호 및 대퇴판 각도조절신호를 출력한다.
등판 각도조절부(140)는 제어부(130)의 등판 각도조절신호에 응하여 등판을 둔부판을 기준으로 하여 상측 또는 하측 방향으로 회전시킨다.
대퇴판 각도조절부(150)는 제어부(130)의 대퇴판 각도조절신호에 응하여 대퇴판을 둔부판을 기준으로 하여 상측 또는 하측 방향으로 회전시킨다.
등판 각도감지부(110) 및 대퇴판 각도감지부(120)는 3축 관성센서 또는 변위 센서 등으로 이루어진다.
여기서, 관성센서는 가속도센서가 사용될 수 있다.
제어부(130)는 θ1=tan-1〔-GPX / GPZ〕 및 θ2=180-tan-1〔-GPX / GPZ〕을 이용하여 등판각도(θ1) 및 대퇴판각도(θ2)를 추정한다.
제어부(130)는 등판과 대퇴판이 동일한 방향으로 회전되도록 등판 각도조절부(140) 및 대퇴판 각도조절부(150)를 제어한다.
제어부(130)는 등판과 대퇴판을 상측방향으로 회전시킨 후 하측방향으로 회전시키되, 순차적이면서 반복적으로 이루어지도록 등판 각도조절부(140) 및 대퇴판 각도조절부(150)를 제어한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 구성된 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 자동 자세 전환방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 1을 통해 도시된 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템은 관성센서를 채용하여 요양침대에 누워있는 사용자의 자세를 추정하고, 추정결과를 기반으로 하여 요양침대를 구동시켜 사용자의 자세를 현재 자세로부터 다른 자세로 전환시키기 위한 실시예로서, 도 5를 참조하여 관성센서의 축 및 이 축으로부터 상대적 각도에 대해서 설명한 것으로 롤각(Roll φ)을 조정함으로써 요양침대를 좌우로 회전시키고, 피치각(Pitch θ)을 조정함으로써 등판(도 6의 40)과 대퇴판(도 6의 10)을 회전시킬 수 있게 된다.
이에, 도 6에 도시된 바와 같이 등판(40)에 구비된 등판 각도감지부(110)는 현재 요양침대의 등판 절곡 각도를 감지하여 제어부(130)로 출력하고, 대퇴판(10)에 구비된 대퇴판 각도감지부(120)는 요양침대의 대퇴판 절곡 각도를 감지하여 제어부(130)로 출력한다. 즉 등판 각도감지부(110) 및 대퇴판 각도감지부(120)는 X축 및 Z축으로 작용하는 중력가속도(, )를 각각 측정하여 제어부(130)로 출력한다.
그러면 제어부(130)는 등판 각도감지부(110) 및 대퇴판 각도감지부(120)로부터 각각 입력되는 등판 절곡 각도 및 대퇴판 절곡 각도가 미리 설정된 시간을 초과하도록 유지되면 등판 각도조절신호 및 대퇴판 각도조절신호를 출력한다. 여기서, 미리 설정된 시간은 사용자가 요양침대에서 동일한 자세로 유지하고 있는 시간을 의미하는 것으로, 제어부(130)는 미리 설정된 시간을 초과함에도 불구하고 등판 절곡 각도 및 대퇴판 절곡 각도가 지속적으로 동일한 각도로 유지되면 요양침대에 누워있는 사용자의 자세를 전환시켜 주어야 한다는 다음 명령을 등판 각도조절부(140) 및 대퇴판 각도조절부(150)로 내리게 된다.
즉, 제어부(130)는 θ1=tan-1〔-GPX / GPZ〕 및 θ2=180-tan-1〔-GPX / GPZ〕을 이용하여 등판 절곡 각도(θ1) 및 대퇴판 절곡 각도(θ2)를 추정하고, 추정된 등판 절곡 각도(θ1) 및 대퇴판 절곡 각도(θ2)를 기반으로 하여 등판 및 대퇴판을 일정방향으로 회전시켜 사용자의 자세가 전환되도록 한다. 그러면 등판 각도조절부(140) 및 대퇴판 각도조절부(150)는 제어부(130)의 등판 각도조절신호 및 대퇴판 각도조절신호에 각각 응하여 등판 및 대퇴판을 회전시켜 사용자의 자세를 전환시킨다.
여기서 제어부(130)는 등판과 대퇴판을 회전시킬 때 동일한 방향으로 회전되도록 등판 각도조절부(140) 및 대퇴판 각도조절부(150)를 제어하는 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 등판과 대퇴판을 서로 다른 방향으로 회전되도록 제어하여 사용자의 자세가 약간 비틀어지도록 구현할 수도 있다.
또한 제어부(130)는 등판과 대퇴판을 상측방향으로 회전시킨 후 하측방향으로 회전시키되, 순차적이면서 반복적으로 이루어지도록 등판 각도조절부(140) 및 대퇴판 각도조절부(150)를 제어하도록 하는 것이 바람직하나, 이 또한 상측방향으로 단계적으로 회전시킨 후 다시 하측방향으로 단계적으로 회전시키는 방식으로 구현할 수도 있다. 즉 경우에 따라서 등판 및 대퇴판의 회전방식을 채용하여 구현할 수 있다.
(
실시예
2_
실시예
1의 다른
실시예
)
도 2는 본 발명에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 실시예 2를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 도 1의 실시예에 저장부(160), 입력부(170), 출력부(180), 통신부(190)를 더 구비시킨 것으로서, 제어부(130)는 의사, 간호사, 간병인을 비롯하여 사용자가 입력부(170)를 통해 설정한 등판 절곡 각도, 대퇴판 절곡 각도, 등판 절곡 각도 및 대퇴판 절곡 각도가 동일하게 유지되는 한계시간 등을 저장부(160)에 저장시킨 후 이를 기반으로 하여 등판 각도조절부(140) 및 대퇴판 각도조절부(150)로 등판 각도조절신호 및 대퇴판 각도조절신호를 각각 출력하여 등판 및 대퇴판을 회전시키고, 이로 인해 요양침대 상의 사용자 자세를 전환시킬 수 있도록 한다. 또한 제어부(130)는 요양침대의 등판 및 대퇴판 회전제어프로세스를 출력부(180)를 통해 출력시킬 수 있을 뿐만 아니라, 통신부(190)를 통해 미리 등록된 사용자의 휴대용 단말기로 송출함으로써, 사용자의 보호자들이 원격지에서도 이를 확인할 수 있도록 한다.
(
실시예
3_기구학에 의한 자세추정 및 자세전환)
도 3은 본 발명에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 실시예 3을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 선형구동기의 구동에 따른 등판 및 대퇴판의 구동 메커니즘의 기구학 모델을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템은 도 7에 도시된 바와 같이 다리판, 대퇴판, 둔부판 및 등판으로 구분되어 상호 회동 가능하도록 결합되어 형성된 요양침대에 등판 선형구동기 길이측정부(210), 대퇴판 선형구동기 길이측정부(220), 제어부(230), 등판 각도조절부(240), 대퇴판 각도조절부(250)로 이루어진다.
등판 각도조절부(240)는 도 7에 도시된 바와 같이 등판(40)과 둔부판(35) 연결부에 회동가능하도록 결합되는 제 1 링크(45)와, 제 1 링크(45)에 회동 가능하도록 결합되는 제 2 링크(50)에 결합되어 제 2 링크(50)가 전진 또는 후진 구동되도록 하는 제 1 선형구동기(60)로 이루어진다.
대퇴판 각도조절부(250)는 대퇴판(10)과 둔부판(35) 연결부에 회동가능하도록 결합되는 제 3 링크(15)와, 제 3 링크(15)에 회동 가능하도록 결합되는 제 4 링크(20)와, 제 4 링크(20)에 결합되어 제 4 링크(20)가 전진 또는 후진 구동되도록 하는 제 2 선형구동기(30)로 이루어진다.
등판 선형구동기 길이측정부(210)는 제 1 링크 길이(45, l1) 및 제 2 링크 길이(50, la1)를 기반으로 하여 연결부로부터 제 1 선형구동기까지의 거리(55, l'b)를 추정하여 제어부(230)로 출력한다.
대퇴판 선형구동기 길이측정부(220)는 제 3 링크 길이(15, l2) 및 제 4 링크 길이(20, la2)를 기반으로 하여 연결부로부터 제 2 선형구동기까지의 거리(25, l'1)를 추정하여 제어부(230)출력한다.
제어부(230)는 등판 선형구동기 길이측정부(210) 및 대퇴판 선형구동기 길이측정부(220)에 의해 추정된 연결부로부터 제 1 선형구동기(60)까지의 거리(55, l'b) 및 연결부로부터 제 2 선형구동기(30)까지의 거리(25, l'1)를 입력받아 등판각도(θ1) 및 대퇴판각도(θ2)를 추정하고, 추정된 등판 절곡각도 및 대퇴판 절곡각도가 미리 설정된 시간을 초과하여 유지되면 등판 선형구동기 길이조절신호 및 대퇴판 선형구동기 길이조절신호를 등판 선형구동기 길이조절부(240) 및 대퇴판 선형구동기 길이조절부(250)로 각각 출력한다.
등판 선형구동기 길이조절부(240)는 제어부(230)의 등판 선형구동기 길이 조절신호에 응하여 제 1 선형구동기(60)가 제 2 링크(50)를 일정 거리만큼 전진 또는 후진 구동시키고, 이에 따라 제 1 링크(45)가 당겨지거나 밀쳐지고, 이에 따라 등판(40)이 하측방향 또는 상측방향으로 회전하게 된다.
대퇴판 선형구동기 길이조절부(250)는 제어부(230)의 대퇴판 선형구동기 길이조절신호에 응하여 제 2 선형구동기(30)가 제 4 링크(20)를 일정 거리만큼 전진 또는 후진 구동시키고, 등판 각도조절 방식과 동일하게 제 3 링크(15)가 당겨지거나 밀쳐지고, 이에 따라 대퇴판(10)이 하측방향 또는 상측방향으로 회전하게 된다.
제어부(230)는 및 을 이용하여 등판각도(θ1) 및 대퇴판각도(θ2)를 추정한다. 여기서, θB는 등판과 제 1 링크 사이의 각도, θ'b는 둔부판과 연결부로부터 제 1 선형구동기까지의 거리와 둔부판 사이의 각도, I1은 제 1 링크길이, Ia1은 제 2 링크길이, I'b는 연결부로부터 제 1 선형구동기까의 거리를 나타내며, θL는 등판과 제 3 링크 사이의 각도, θ'1은 둔부판과 연결부로부터 제 2 선형구동기까지의 거리와 둔부판 사이의 각도, I'1은 제 3 링크길이, Ia2은 제 2 링크길이, I'b는 연결부로부터 제 2 선형구동기까의 거리를 나타낸다.
제어부(230)는 등판(40)과 대퇴판(10)이 동일한 방향으로 회전되도록 등판 선형구동기 길이조절부(240) 및 대퇴판 선형구동기 길이조절부(250)를 제어한다.
제어부(230)는 등판(40)과 대퇴판(10)을 상측방향으로 회전시킨 후 하측방향으로 회전시키되, 순차적이면서 반복적으로 이루어지도록 등판 선형구동기 길이조절부(240) 및 대퇴판 선형구동기 길이조절부(250)를 제어한다.
상기와 같이 구성된 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 자동 자세 전환방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저 등판 선형구동기 길이측정부(210) 및 대퇴판 선형구동기 길이측정부(220)는 각각의 연결부로부터 제 1 선형구동기까지의 거리(55, l'b) 및 제 2 선형구동기까지의 거리(25, l'1)를 추정하여 제어부(230)로 출력하면, 제어부(230)는 이를 기반으로 하여 등판각도(θ1) 및 대퇴판각도(θ2)를 추정하고, 추정된 등판 절곡각도 및 대퇴판 절곡각도가 미리 설정된 시간을 초과하도록 유지되는지의 여부를 판단한다.
판단 결과 등판 절곡 각도 및 대퇴판 절곡 각도가 미리 설정된 시간을 초과하도록 유지되면 등판 선형구동기 길이조절신호 및 대퇴판 선형구동기 길이조절신호를 등판 선형구동기 길이조절부(240) 및 대퇴판 선형구동기 길이조절부(250)로 각각 출력한다. 그러면 등판 선형구동기 길이조절부(240)는 제어부(230)의 등판 각도조절신호에 응하여 제 1 선형구동기(60)가 제 2 링크(50)를 일정 거리만큼 전진 또는 후진 구동시키고, 이에 따라 제 1 링크(45)가 당겨지거나 밀쳐지고, 이에 따라 등판(40)이 하측방향 또는 상측방향으로 회전하게 된다.
대퇴판 선형구동기 길이조절부(250) 또한 제어부(230)의 대퇴판 각도조절신호에 응하여 제 2 선형구동기(30)가 제 4 링크(20)를 일정 거리만큼 전진 또는 후진 구동시키고, 등판 각도조절 방식과 동일하게 제 3 링크(15)가 당겨지거나 밀쳐지고, 이에 따라 대퇴판(10)이 하측방향 또는 상측방향으로 회전하게 된다.
이때 제어부(230)는 및 을 이용하여 등판 절곡 각도(θ1) 및 대퇴판 절곡 각도(θ2)를 추정한다. 여기서, θB는 등판과 제 1 링크 사이의 각도, θ'b는 둔부판과 연결부로부터 제 1 선형구동기까지의 거리와 둔부판 사이의 각도, I1은 제 1 링크길이, Ia1은 제 2 링크길이, I'b는 연결부로부터 제 1 선형구동기까의 거리를 나타내며, θL는 등판과 제 3 링크 사이의 각도, θ'1은 둔부판과 연결부로부터 제 2 선형구동기까지의 거리와 둔부판 사이의 각도, I'1은 제 3 링크길이, Ia2은 제 2 링크길이, I'b는 연결부로부터 제 2 선형구동기까의 거리를 나타낸다.
결과적으로 등판 선형구동기 및 대퇴판 선형구동기의 길이를 조절함으로써 요양침대의 등판 및 대퇴판을 일정 각도로 상측 또는 하측방향으로 회전시켜 요양침대에 누워있는 사용자의 자세를 미리 설정된 시간이 지나면 자동으로 전환시킬 수 있게 된다.
(
실시예
4_
실시예
3의 다른
실시예
)
도 4는 본 발명에 따른 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템의 실시예 4을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 도 3의 실시예에 저장부(260), 입력부(270), 출력부(280), 통신부(290)를 더 구비시킨 것으로서, 제어부(230)는 의사, 간호사, 간병인을 비롯하여 사용자가 입력부(270)를 통해 설정한 등판 절곡각도, 대퇴판 절곡각도, 등판 절곡각도 및 대퇴판 절곡각도가 동일하게 유지되는 한계시간 등을 저장부(260)에 저장시킨 후 이를 기반으로 하여 등판 선형구동기 길이조절부(240) 및 대퇴판 선형구동기 길이조절부(250)로 등판 선형구동기 길이조절신호 및 대퇴판 선형구동기 길이조절신호를 각각 출력하여 등판 선형구동기 및 대퇴판 선형구동기의 길이를 조절하여 등판 및 대퇴판을 회전시켜 사용자의 자세를 전환시킬 수 있도록 한다. 또한 제어부(230)는 요양침대의 등판 및 대퇴판 회전제어프로세스를 출력부(280)를 통해 출력시킬 수 있을 뿐만 아니라, 통신부(290)를 통해 미리 등록된 사용자의 휴대용 단말기로 송출함으로써, 사용자의 보호자들이 원격지에서도 이를 확인할 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명이 적용된 요양침대의 등판 각도를 측정한 그래프이다. 도 9는 본 발명이 적용된 요양침대의 대퇴판 각도를 측정한 그래프이다.
도 8 및 도 9는 등판과 대퇴판이 구동되었을 때, 3차원 측정장치로 측정한 각도(a), 관성센서를 이용한 추정각도(b), 그리고 기구학적 해석에 의해 추정된 각도(c)를 나타낸 그래프로서, 이 결과로부터 등판 구동 시 관성센서로 측정한 결과에서는 동작이 멈추는 부분에 진동이 발생하는 것을 알 수 있었다. 그리고 선형구동기의 길이 측정에 따른 기구학해석에 의해 추정된 각도는 진동은 보이지 않았다. 관성센서와 변위센서 측정 결과 모두 3차원 측정 각도와 오차는 거의 나타나지 않았음을 알 수 있다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 등판 각도감지부 120 : 대퇴판 각도감지부
130 : 제어부 140 : 등판 각도조절부
150 : 대퇴판 각도조절부
210 : 등판 선형구동기 길이 측정부
220 : 대퇴판 선형구동기 길이 측정부
230 : 제어부
240 : 등판 선형구동기 길이조절부
250 : 대퇴판 선형구동기 길이조절부
130 : 제어부 140 : 등판 각도조절부
150 : 대퇴판 각도조절부
210 : 등판 선형구동기 길이 측정부
220 : 대퇴판 선형구동기 길이 측정부
230 : 제어부
240 : 등판 선형구동기 길이조절부
250 : 대퇴판 선형구동기 길이조절부
Claims (10)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 다리판, 대퇴판, 둔부판 및 등판으로 구분되어 상호 회동 가능하도록 결합된 요양침대에 있어서,
상기 등판과 상기 둔부판 연결부에 회동가능하도록 결합되는 제 1 링크와, 상기 제 1 링크에 회동 가능하도록 결합되는 제 2 링크와, 상기 제 2 링크에 결합되어 상기 제 2 링크가 전진 또는 후진 구동되도록 하는 제 1 선형구동기로 이루어진 등판 각도조절부;
상기 대퇴판과 상기 둔부판 연결부에 회동가능하도록 결합되는 제 3 링크와, 상기 제 3 링크에 회동 가능하도록 결합되는 제 4 링크와, 상기 제 4 링크에 결합되어 상기 제 4 링크가 전진 또는 후진 구동되도록 하는 제 2 선형구동기로 이루어진 대퇴판 각도조절부;
상기 제 1 링크 및 제 2 링크 길이를 기반으로 하여 상기 연결부로부터 제 1 선형구동기까지의 거리를 추정하여 출력하는 등판 선형구동기 길이측정부;
상기 제 3 링크 및 제 4 링크 길이를 기반으로 하여 상기 연결부로부터 제 2 선형구동기까지의 거리를 추정하여 출력하는 대퇴판 선형구동기 길이측정부;
상기 등판 선형구동기 길이측정부 및 대퇴판 선형구동기 길이측정부에 의해 추정된 상기 연결부로부터 제 1 선형구동기까지의 거리 및 상기 연결부로부터 제 2 선형구동기까지의 거리를 입력받아 등판각도 및 대퇴판각도를 추정하고, 추정된 등판 절곡각도 및 대퇴판 절곡각도가 미리 설정된 시간을 초과하도록 유지되면 등판 선형구동기 길이조절신호 및 대퇴판 선형구동기 길이조절신호를 출력하는 제어부;
상기 제어부의 등판 선형구동기 길이조절신호에 응하여 상기 제 1 선형구동기가 제 2 링크를 일정 거리만큼 전진 또는 후진 구동시키는 등판 선형구동기 길이조절부; 및
상기 제어부의 대퇴판 선형구동기 길이조절신호에 응하여 상기 제 2 선형구동기가 제 4 링크를 일정 거리만큼 전진 또는 후진 구동시키는 대퇴판 선형구동기 길이조절부;
를 포함하는 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는 및 을 이용하여 등판각도(θ1) 및 대퇴판각도(θ2)를 추정하는 것을 특징으로 하는 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템.
여기서, θB는 등판과 제 1 링크 사이의 각도, θ'b는 둔부판과 연결부로부터 제 1 선형구동기까지의 거리와 둔부판 사이의 각도, I1은 제 1 링크길이, Ia1은 제 2 링크길이, I'b는 연결부로부터 제 1 선형구동기까의 거리를 나타내며,
θL는 등판과 제 3 링크 사이의 각도, θ'1은 둔부판과 연결부로부터 제 2 선형구동기까지의 거리와 둔부판 사이의 각도, I'1은 제 3 링크길이, Ia2은 제 2 링크길이, I'b는 연결부로부터 제 2 선형구동기까의 거리를 나타냄
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는 등판과 대퇴판을 상측방향으로 회전시킨 후 하측방향으로 회전시키되, 순차적이면서 반복적으로 이루어지도록 상기 등판 선형구동기 길이조절부 및 대퇴판 선형구동기 길이조절부를 제어하는 것을 특징으로 하는 요양침대 사용자의 자동 자세전환 시스템.
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