KR101921914B1 - 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 치료사의 눈이나 감각에 의해 측정되어 왔던 환자의 상태를 정량적으로 진단할 수 있고, 지치지 않고 환자의 운동치료를 지속적으로 수행할 수 있고, 외국에서 수입된 제품이 주를 이루어 가격이 고가여서 병원에서 여러명의 환자를 대상으로 사용하기에 부족한 실정의 종래 문제점을 해결하여 효율적인 운동치료가 가능하며, 인력을 동원한 수동으로 이루어지던 대부분의 재활훈련에서 환자 1명당 배치될 수 있는 재활치료사의 비율이 너무 낮아 효율적인 재활훈련의 시행이 불가능한 문제점이 해결되고, 이를 통해 재활치료사의 양성 및 보급의 시간을 확보할 수 있고, 환자의 키, 체중, 상태 등에 맞게 운동 정도를 보다 정확하게 설정할 수 있고, 이에 의해 환자의 치료가 적극적으로 이루어질 수 있고, 맞춤 설정을 통해 뇌병변, 뇌출혈 등의 심장혈관 질환으로 인한 편마비 환자 또는 교통 재해, 운동 상해, 산업 재해 등의 상해로 인한 환자 및 고관절, 무릎 관절 등과 같은 수술 환자 등의 다양한 대상자에게 효율적인 보행 재활훈련에 도움을 줄 수 있고, 사용자가 직접적으로 입력한 보행 명령에 따라 재활로봇을 제어하고, 보행에 수반되는 무의식적인 사용자의 보행 의도를 감지하여 체계적인 재활훈련이 가능하며, 사용자의 재활훈련을 위한 보행 의도 감지를 위해 각종 센서, 모터, 모니터링 장치 등을 활용하여 사용자 관점에서 편의성을 제공함과 아울러 센서 신호의 이용에 적합하도록 구성함으로써, 신체 상태의 모니터링을 통해 사용자가 자신의 보행 의도에 따라 용이한 재활훈련이 가능하고, 보행 능력을 완전히 상실하지 않은 사람을 대상으로 하며, 각종 상황을 체크하는 센서와 모터의 구동을 이용하여 일어서기와 앉기, 서서 좌우 균형 잡기, 체중이동 훈련, 보행 전 훈련과 보행 훈련 등 다향한 방식의 훈련이 가능하고, 이를 통해 하지 근육을 증진 시켜 보행 능력을 향상시키는 역할 및 하지재활 및 척추재활 환자에게 도움이 되는 장점을 가지며, 아날로그 센서 데이터를 이용한 정확한 환자의 의도분석을 통한 환자 맞춤형 효율적인 재활훈련 가능하고, 환자의 체중 및 신장에 따른 재활 운동 범위 설정 및 재활 운동 속도 조절 가능하며, IT기술을 접목하여 프로그램의 조작이 간단하고 환자의 상태를 상시로 모니터링 하며 사후 조치 및 그에 따른 편의성이 향상되는 장점을 갖는 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
본 개시의 실시예에 따른 하지 재활로봇의 제어장치는, 중심프레임과, 상기 중심프레임의 양측으로 일정간격 이격되어 한 쌍으로 배치된 측면프레임과, 상기 중심프레임에 설치된 지지프레임을 통해 지지되되 상부면에 설치된 업라이트 액추에이터의 구동력을 통해 상기 중심프레임에서 회동되는 업라이트가 구비된 프레임과, 상기 측면프레임의 각각에 설치되어 재활훈련자의 하지를 감싸며, 상기 재활훈련자의 재활훈련시 상기 측면프레임을 따라 교차되며 왕복 슬라이딩 이동되는 풋플레이트와, 상기 업라이트에 설치되며, 상기 재활훈련자의 둔부를 지지하는 안장의자와, 상기 안장의자로부터 소정 간격 이격되게 상기 업라이트에 설치되며, 상기 재활훈련자의 흉부를 지지하는 가슴지지대 및 상기 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활운동 범위 설정 및 재활운동 속도를 조절하고, 상기 재활훈련자의 상태를 실시간 확인하도록 표출하는 모니터링장치를 포함하여 구성된다. 그리고, 본 개시의 하지 재활보소의 제어방법은, 하지 재활로봇의 제어장치를 이용하여 재활훈련자의 재활훈련을 실시하기 위한 하지 재활로봇의 제어방법에 있어서, 상기 재활훈련자를 상기 재활로봇에 탑승시킨 후 재활훈련이 가능하도록 위치시켜 준비하는 시작단계와, 상기 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활훈련에 맞게 보폭 및 반복 횟수를 설정하는 설정단계와, 상기 재활훈련자의 훈련시에 각각의 발에 가해지는 하중을 비교하는 하중비교단계와, 상기 재활훈련자의 재활훈련에 따른 보행훈련으로 발생된 양발의 높이 차이를 상호 비교하는 높이비교단계와, 상기 높이비교단계에 따른 상기 재활훈련자 양발의 높이 차이에 맞춰 각각의 상기 풋플레이트가 대응하여 작동되게 상기 풋플레이트를 구동시키는 모터가 구동되는 모터구동단계 및 상기 설정단계에 따른 보폭 및 반복 횟수에 맞게 상기 재활훈련자의 재활훈련이 종료가 완료되는지 판단하여 상기 풋플레이트의 작동이 멈춤되도록 하는 종료단계를 포함한다.

Description

하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING OF LOWER-LIMB REHABILITATION ROBOT}
본 명세서에 개시된 내용은 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 특히, 뇌병변, 뇌출혈 등의 심장혈관 질환으로 인한 편마비 환자 또는 교통 재해, 운동 상해, 산업 재해 등의 상해로 인한 환자 및 고관절, 무릎 관절 등과 같은 수술 환자의 효율적인 보행 재활훈련을 위해 센서, 모터, 모니터링 장치 등을 활용하여 재활훈련에 도움을 줄 수 있는 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
일반적으로 두 다리로 체중을 지지하고 걷는 직립보행은 인간만이 할 수 있는 고도로 발달된 운동이며, 인간으로서의 생활을 유지하는 기본적인 동작 및 기능이다. 그러나, 직립보행에 장애가 생기게 되면 신체적으로 운동의 제약이 생길뿐 아니라, 사회적 활동에까지 장애가 오며, 더 나아가서는 정신적 문제까지 생길 수 있다.
한편, 뇌졸중은 국내의 사망원인 중 상위 2위를 차지하고 있으며, 환자에게 정신적, 신체적 장애를 남기며, 사회적으로 많은 경제적 부담을 주는 질환으로, 국내의 뇌졸중 환자수는 일예로서, 2005년 총 442,699명에서 2008년 521,359명으로 17.8%가 증가했으며, 이와 함께 국내 뇌졸중 진료비 역시 2005년 총5,625억원 에서 2008년 8,386억원으로 49.1%가 증가했다. 그러나, 2008년 당시의 국내의 뇌졸중 전문의 수는 1,566명으로, 뇌졸중 전문의 한 명당 332명의 환자를 담당하고 있어, 뇌졸중 환자의 수에 비해서 이를 치료하는 전문의의 수는 부족한 상황을 알 수 있다.
뇌졸중 환자의 재활을 위해서는 집중적, 지속적, 반복적, 목표지향적 훈련이 필요한데, 전통적인 운동 치료는 치료사가 환자의 신체를 직접 움직여 주는 방법으로 진행 되어왔다. 하지만 이는 매우 힘들고 지루한 작업이며 환자 입장에서도 비용적으로 부담스러운 일이다. 게다가, 의료기관이나 재활시설에서는 보행장애 환자는 스스로 보행할 수 없으므로, 이들의 재활을 위해 보행을 보조 또는 훈련시키려면 1-2명의 간호사, 물리치료사 또는 간병인이 필요하나 인력부족으로 인하여 회복이 지연되고 그 결과 합병증이 병발하게되어 이 시기가 지난 후의 치료비의 현저한 상승과 함께 많은 사람들이 적극적인 재활의 기회를 잃고 있는 실정이다.
또한, 최근의 산업화 과정에서 급속히 증가된 산업재해로 인해 거동이 불편한 보행 장애인, 관절염 환자, 비만환자 및 노인의 재활과정에서 환자를 바른 자세로 걸을 수 있도록 하는 것이 요청되고 있다.
상기된 바를 위한 해결책으로 재활로봇이 새로운 대안으로 제시되었으며, 재활로봇은 지치지 않고 환자의 운동치료를 지속적으로 수행할 수 있으며 치료사의 눈이나 감각에 의해 측정되어 왔던 환자의 상태를 정량적으로 진단할 수 있게 해줄 수 있는 장점을 갖는다.
따라서 현재까지 많은 재활로봇이 활발히 연구 및 개발됨과 동시에 그에 따른 제품이 출시 및 보급되고 있으며, 기존 개발된 재활로봇은 외국에서 수입된 제품이 주를 이루는데 가격이 고가여서 병원에서 여러명의 환자를 대상으로 사용하기에는 부족한 실정이어서 국내 개발이 시급한 실정이다.
전술된 바와 같이 대부분의 재활훈련은 인력을 동원한 수동으로 이루어지며 환자 1명당 배치될 수 있는 재활치료사의 비율이 너무 낮아 효율적인 재활훈련의 시행이 불가능하고, 기존 개발된 재활치료장치는 외국 수입 제품으로 고가여서 병원에서 여러명의 환자를 대상으로 사용하기에는 부족하며, 환자의 의도 혹은 현재 상태를 확인 할 수 없고, 환자의 키, 체중에 맞게 운동 정도를 설정할 수 없는 아쉬움이 있다.
따라서, 상기된 문제점을 해결하면서 뇌병변, 뇌출혈 등의 심장혈관 질환으로 인한 편마비 환자 또는 교통 재해, 운동 상해, 산업 재해 등의 상해로 인한 환자 및 고관절, 무릎 관절 등과 같은 수술 환자 등의 보행 훈련이 필요한 다양한 대상자에게 효율적인 보행 재활훈련에 도움이 가능한 획기적인 재활로봇이 필요하다.
1. 한국 특허등록 제10-1555999호(2015.09.21)
2. 한국 특허등록 제10-1394953호(2014.05.08)
3. 한국 특허공개 제10-2013-0127750호(2013.11.25)
4. 한국 특허등록 제10-1321791호(2013.10.18)
치료사의 눈이나 감각에 의해 측정되어 왔던 환자의 상태를 정량적으로 진단할 수 있고, 지치지 않고 환자의 운동치료를 지속적으로 수행할 수 있는 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
외국에서 수입된 제품이 주를 이루어 가격이 고가여서 병원에서 여러명의 환자를 대상으로 사용하기에 부족한 실정의 종래 문제점을 해결하여 효율적인 운동치료가 가능한 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
인력을 동원한 수동으로 이루어지던 대부분의 재활훈련에서 환자 1명당 배치될 수 있는 재활치료사의 비율이 너무 낮아 효율적인 재활훈련의 시행이 불가능한 문제점이 해결되고, 이를 통해 재활치료사의 양성 및 보급의 시간을 확보할 수 있는 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
환자의 키, 체중, 상태 등에 맞게 운동 정도를 보다 정확하게 설정할 수 있고, 이에 의해 환자의 치료가 적극적으로 이루어질 수 있는 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
맞춤 설정을 통해 뇌병변, 뇌출혈 등의 심장혈관 질환으로 인한 편마비 환자 또는 교통 재해, 운동 상해, 산업 재해 등의 상해로 인한 환자 및 고관절, 무릎 관절 등과 같은 수술 환자 등의 다양한 대상자에게 효율적인 보행 재활훈련에 도움을 줄 수 있는 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
사용자가 직접적으로 입력한 보행 명령에 따라 재활로봇을 제어하고, 보행에 수반되는 무의식적인 사용자의 보행 의도를 감지하여 체계적인 재활훈련이 가능한 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
사용자의 재활훈련을 위한 보행 의도 감지를 위해 각종 센서, 모터, 모니터링 장치 등을 활용하여 사용자 관점에서 편의성을 제공함과 아울러 센서 신호의 이용에 적합하도록 구성함으로써, 신체 상태의 모니터링을 통해 사용자가 자신의 보행 의도에 따라 용이한 재활훈련이 가능한 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
보행 능력을 완전히 상실하지 않은 사람을 대상으로 하며, 각종 상황을 체크하는 센서와 모터의 구동을 이용하여 일어서기와 앉기, 서서 좌우 균형 잡기, 체중이동 훈련, 보행 전 훈련과 보행 훈련 등 다향한 방식의 훈련이 가능하고, 이를 통해 하지 근육을 증진 시켜 보행 능력을 향상시키는 역할 및 하지재활 및 척추재활 환자에게 도움이 되는 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
실시예에 의한 하지 재활로봇의 제어장치는, 중심프레임과, 상기 중심프레임의 양측으로 일정간격 이격되어 소정의 경사를 갖고 한 쌍으로 배치된 측면프레임과, 상기 중심프레임에 설치된 지지프레임을 통해 지지되되 상부면에 설치된 업라이트 액추에이터의 구동력을 통해 상기 중심프레임에서 회동되고 팔을 거치하는 상지지지대를 상측에 구비하며 관절구조 형태를 갖는 업라이트가 구비된 프레임과, 상기 측면프레임의 각각에 설치되어 재활훈련자의 하지를 감싸는 것으로서 공기압을 이용해 상기 재활훈련자의 발을 감싸는 부츠와 상기 부츠가 지지되며 상기 측면프레임을 따라 상하 이동되도록 구동력을 제공하는 풋플레이트 액추에이터로 구성되되, 상기 재활훈련자의 보행 의도를 분석할 수 있도록 상기 재활훈련자의 재활훈련시에 체중이 좌우로 쏠리는 것을 감지하여 몸무게 이동을 확인하는 로드셀 및 상기 재활훈련자의 재활훈련시에 압력 변화를 체크하여 체중의 이동을 확인하는 압력센서가 구비되며, 상기 재활훈련자의 재활훈련시 상기 측면프레임을 따라 교차되며 왕복 슬라이딩 이동되는 풋플레이트와, 상기 업라이트에 홀더를 통해 결합되어 "T"자 형상으로 설치되며, 상기 재활훈련자의 둔부를 지지하되 상기 둔부가 위치되는 곳에 쿠션이 구비되고, 상기 홀더에 일단이 결합되고 상기 업라이트에 타단이 결합된 어시스트실린더를 통해 착석한 상기 재활훈련자의 재활훈련시에 맞춰 상기 업라이트를 따라 상하로 이동되어 완충 및 재활훈련에 따른 자세를 자연스럽게 취하게 유도하는 안장의자와, 상기 재활훈련자의 흉부를 지지하는 것으로서 상기 재활훈련자의 흉부를 편안하게 지지하도록 완만한 곡선으로 이루어진 오목한 형태를 가지며 상기 안장의자로부터 소정 간격 이격되게 상기 업라이트에 설치되되, 흉부에 가해지는 압력이 분산되고 편안하게 지지되도록 상기 업라이트에 설치된 단부측에 완충구를 통해 결합된 가슴지지대 및 상기 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활운동 범위 설정 및 재활운동 속도를 조절하고, 상기 재활훈련자의 상태를 실시간 확인하도록 표출하는 것으로서, 상기 풋플레이트의 제어를 위한 메인컨트롤 모듈과, 재활운동 범위와 재활운동 속도 등에 따른 맞춤 정보 및 상기 재활훈련자의 재활훈련 상태를 상기 메인컨트롤 모듈의 데이터 값을 외부장치를 통해 시각적으로 표출될 수 있게 연결하는 시리얼데이터 모듈과, 상기 풋플레이트로부터 상기 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활운동 범위의 기계적인 데이터 신호를 전기적인 데이터 신호로 변환하여 상기 메인컨트롤에 제공되게 하는 아날로그디지털변환 모듈과, 상기 메인컨트롤 모듈의 데이터 값에 의해 상기 풋플레이트의 구동을 위한 장치가 동시에 작동될 수 있도록 연결하는 외부 입출력 모듈과, 상기 시리얼데이터 모듈을 통해 상기 메인컨트롤에 제어됨으로써 재활운동에 대한 맞춤 정보를 시각적으로 표출하거나 재활훈련용 컨텐츠가 구현되도록 표시하는 모니터보드로 이루어진 모니터링장치를 포함하고, 상기 업라이트는, 상기 재활훈련자의 하지에 체중 부하가 집중되지 않도록 상기 프레임에 소정의 경사를 갖도록 설치되어 상기 가슴지지대에 흉부를 지지하며 상기 안장의자에 착석한 상기 재활훈련자가 어부바 자세를 취하게 함을 특징으로 한다.
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실시예에 의한 하지 재활로봇의 제어방법은, 청구항 1에 기재되어 있는 하지 재활로봇의 제어장치를 이용하여 재활훈련자의 재활훈련을 실시하기 위한 하지 재활로봇의 제어방법에 있어서, 상기 재활훈련자를 상기 재활로봇에 탑승시킨 후 재활훈련이 가능하도록 위치시켜 준비하는 시작단계와, 상기 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활훈련에 맞게 보폭 및 반복 횟수를 설정하는 설정단계와, 상기 재활훈련자의 훈련시에 각각의 발에 가해지는 하중을 비교하는 하중비교단계와, 상기 재활훈련자의 재활훈련에 따른 보행훈련으로 발생된 양발의 높이 차이를 상호 비교하는 높이비교단계와, 상기 높이비교단계에 따른 상기 재활훈련자 양발의 높이 차이에 맞춰 각각의 상기 풋플레이트가 대응하여 작동되게 상기 풋플레이트를 구동시키는 모터가 구동되는 모터구동단계 및 상기 설정단계에 따른 보폭 및 반복 횟수에 맞게 상기 재활훈련자의 재활훈련이 종료가 완료되는지 판단하여 상기 풋플레이트의 작동이 멈춤되도록 하는 종료단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
실시예에 의하면, 본 개시는 환자의 의도 분석을 위한 센서 장치 제어를 이용하는 것으로서, 환자의 왼발, 오른발 보행 방향 판단 및 왼발, 오른발의 하중 정도를 판단하기 위한 입력 센서 처리를 수행한다.
실시예에 의하면, 본 개시는 환자의 재활훈련을 위한 스텝 모터 제어를 이용하는 것으로서, 환자의 보폭에 따른 이동거리를 정확하게 계산하기 위해 정밀한 위치 제어가 가능한 스텝 모터를 이용하여 보행 훈련 동작 구현하고, 환자의 보행 능력에 따라 모터 동작 속도를 조절 하여 보행 훈련 구현한다.
실시예에 의하면, 본 개시는 환자의 상태 모니터링 및 동작 제어를 위한 모니터링 시스템으로서, 환자의 왼발, 오른발의 하중 세기 정보 출력, 보행 훈련 반복 횟수 설정 및 현재 보행 훈련 횟수 출력, 환자의 보행 보폭 측정 기능 및 현재 보폭 정보를 출력한다.
이상에서와 같은 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법은, 치료사의 눈이나 감각에 의해 측정되어 왔던 환자의 상태를 정량적으로 진단할 수 있고, 지치지 않고 환자의 운동치료를 지속적으로 수행할 수 있는 장점을 갖는다.
외국에서 수입된 제품이 주를 이루어 가격이 고가여서 병원에서 여러명의 환자를 대상으로 사용하기에 부족한 실정의 종래 문제점을 해결하여 효율적인 운동치료가 가능한 장점을 갖는다.
인력을 동원한 수동으로 이루어지던 대부분의 재활훈련에서 환자 1명당 배치될 수 있는 재활치료사의 비율이 너무 낮아 효율적인 재활훈련의 시행이 불가능한 문제점이 해결되고, 이를 통해 재활치료사의 양성 및 보급의 시간을 확보할 수 있는 장점을 갖는다.
환자의 키, 체중, 상태 등에 맞게 운동 정도를 보다 정확하게 설정할 수 있고, 이에 의해 환자의 치료가 적극적으로 이루어질 수 있는 장점을 갖는다.
맞춤 설정을 통해 뇌병변, 뇌출혈 등의 심장혈관 질환으로 인한 편마비 환자 또는 교통 재해, 운동 상해, 산업 재해 등의 상해로 인한 환자 및 고관절, 무릎 관절 등과 같은 수술 환자 등의 다양한 대상자에게 효율적인 보행 재활훈련에 도움을 줄 수 있는 장점을 갖는다.
사용자가 직접적으로 입력한 보행 명령에 따라 재활로봇을 제어하고, 보행에 수반되는 무의식적인 사용자의 보행 의도를 감지하여 체계적인 재활훈련이 가능한 장점을 갖는다.
사용자의 재활훈련을 위한 보행 의도 감지를 위해 각종 센서, 모터, 모니터링 장치 등을 활용하여 사용자 관점에서 편의성을 제공함과 아울러 센서 신호의 이용에 적합하도록 구성함으로써, 신체 상태의 모니터링을 통해 사용자가 자신의 보행 의도에 따라 용이한 재활훈련이 가능한 장점을 갖는다.
보행 능력을 완전히 상실하지 않은 사람을 대상으로 하며, 각종 상황을 체크하는 센서와 모터의 구동을 이용하여 일어서기와 앉기, 서서 좌우 균형 잡기, 체중이동 훈련, 보행 전 훈련과 보행 훈련 등 다향한 방식의 훈련이 가능하고, 이를 통해 하지 근육을 증진 시켜 보행 능력을 향상시키는 역할 및 하지재활 및 척추재활 환자에게 도움이 되는 장점을 갖는다.
아날로그 센서 데이터를 이용한 정확한 환자의 의도분석을 통한 환자 맞춤형 효율적인 재활훈련 가능하고, 환자의 체중 및 신장에 따른 재활 운동 범위 설정 및 재활 운동 속도 조절 가능하며, IT기술을 접목하여 프로그램의 조작이 간단하고 환자의 상태를 상시로 모니터링 하며 사후 조치 및 그에 따른 편의성이 향상되는 장점을 갖는다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 하지 재활로봇의 제어장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 하지 재활로봇의 제어장치의 정면도.
도 3은 도 1에 도시된 풋플레이트를 보여주기 위한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 풋플레이트의 부츠를 제거한 모습을 도시한 도면.
도 5는 도 1에 도시된 풋플레이트 액추에이터를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 하지 재활로봇의 제어장치 제어를 위한 시스템 구성을 설명하기 위한 개념도.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 하지 재활로봇의 제어장치의 제어 방법을 간략하게 도시한 도면.
도 8은 본 개시시의 실시예에 따른 하지 재활로봇의 제어장치를 이용하여 재활훈련을 실시하기 위한 제어방법을 설명하기 위한 블록도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 하지 재활로봇의 제어장치의 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 하지 재활로봇의 제어장치의 정면도, 도 3은 도 1에 도시된 풋플레이트를 보여주기 위한 도면, 도 4는 도 3에 도시된 풋플레이트의 부츠를 제거한 모습을 도시한 도면, 도 5는 도 1에 도시된 풋플레이트 액추에이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 1과 내지 도 5를 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 하지 재활로봇의 제어장치는, 뇌병변, 뇌출혈 등의 심장혈관 질환으로 인한 편마비 환자 또는 교통 재해, 운동 상해, 산업 재해 등의 상해로 인한 환자 및 고관절, 무릎 관절 등과 같은 수술 환자 등의 재활훈련자를 어부바자세를 이용한 보행재활 훈련 전 일어서기와 앉기, 서서 좌우 균형 잡기, 체중이동 훈련, 보행훈련 등을 할 수 있는 통합적인 훈련장비로서, 효율적인 재활훈련을 위해 센서, 모터, 모니터링 장치 등을 활용하여 재활훈련에 도움을 주도록 하며, 프레임(10), 풋플레이트(20), 안장의자(30), 가슴지지대(40) 및 모니터링장치(50)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
프레임(10)은 중심프레임(11)과, 중심프레임(11)의 양측으로 일정간격 이격되어 한 쌍으로 배치된 측면프레임(12)과, 중심프레임(11)에 설치된 지지프레임(14)을 통해 지지되되 상부면에 설치된 업라이트 액추에이터(16)의 구동력을 통해 중심프레임(11)에서 회동되는 업라이트(13)가 구비된다. 여기서, 업라이트는 프레임(10)에 소정의 경사를 갖도록 설치되어 가슴지지대(40)에 흉부를 지지하며 안장의자(30)에 착석한 재활훈련자의 하지에 체중 부하가 집중되지 않도록 한다. 이를 위해 본 개시의 측면프레임(12)은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 소정의 경사를 갖도록 구비되는게 바람직하다. 또한, 본 개시의 업라이트(13)의 상측에는 상지지지대(13a)가 더 구비될 수 있는데, 이를 통해 재활훈련자는 재활훈련시에 팔을 거치할 수 있다. 상기된 바와 같은 본 개시의 업라이트(13)는 도면에 도시된 바와 같이 관절구조를 가져 업라이트(13)가 회동될 시 지지되도록 하는 지지프레임(14)이 구비되는 것이 바람직하다. 이때, 업라이트(13)는 소정의 경사를 갖도록 프레임(10)에 구비되되 프레임(10)에 설치된 업라이트 액추에이터(16)를 통해 회동되게 된다. 여기서 업라이트 액추에이터(16)는 전기, 유압, 압축 공기 등을 사용하는 원동기를 지칭하는 일반적인 액추에이터로서 본 개시에서는 도면에 도시된 바와 같이 업라이트(13)가 회동될 수 있도록 당겨주거나 밀어주는 형태로 제작될 수 있으며, 이는 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 풋플레이트(20)는 측면프레임(12)의 각각에 설치되어 재활훈련자의 하지를 감싸며, 재활훈련자의 재활훈련시 측면프레임(12)을 따라 교차되며 왕복 슬라이딩 이동된다. 풋플레이트(20)는 재활훈련자의 재활훈련시 체중이 좌우로 쏠리는 것을 감지하여 몸무게 이동을 확인할 수 있도록 하는 로드셀과 재활훈련자의 재활훈련시에 압력 변화를 체크하여 체중의 이동을 확인할 수 있도록 하는 압력센서가 구비되는 것이 바람직하며, 이를 통해 본 개시의 재활훈련자의 의도를 분석함과 동시에 이에 대응하도록 장비가 제어될 수 있게 된다. 이러한, 본 개시의 풋플레이트(20)에는 재활훈련자의 사용연령 및 대상에 따른 발의 형태에 대응하며 발을 감쌀 수 있는 공기압 등을 이용하는 튜브가 장착될 수 있으며, 이를 통해 재활훈련자의 하지를 안정적 고정과 다양한 재활훈련자의 쉽고 간단한 탈부착이 가능하게 된다. 이를 위해 본 개시의 풋플레이트(20)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 재활훈련자의 발을 감싸는 부츠(23)와, 부츠(23)가 지지되며 측면프레임(12)을 따라 슬라이딩 이동되도록 결합되게 하는 베이스 플레이트(21)와, 부츠(23)를 측면프레임(12)을 따라 상하 이동되도록 구동력을 제공하는 풋플레이트 액추에이터(22)로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기된 바와 같은 본 개시의 풋플레이트(20)는 착용상태에 한정되지 않고 러닝머신 타입 또는 오버그라운드 타입 또는 트레드밀 타입의 구성으로 이루어져 복합적인 재활훈련이 가능하게 구비될 수 있으며, 이는 이 기술이 속한 통상의 지식을 가진 자가 설계변경을 통해 용이하게 변경할 수 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 그리고, 본 개시의 프레임(10)에는 후술되는 모니터링장치(50)를 설치시켜 사용자가 조작하거나 시청할 수 있도록 모니터 지지프레임(15)이 구비될 수 있다.
안장의자(30)는 업라이트(13)에 설치되며, 재활훈련자의 둔부를 지지한다. 이때, 안장의자(30)는 도면에 도시된 바와 같이 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 재활훈련자의 착석을 위해 홀더(31)와 함께 "T"자 형상으로 업라이트(13)에 결합되어 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때 둔부가 위치되는 곳에는 쿠션이 구비되어 사용자의 안락한 재활훈련 환경이 제공되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한, 안장의자(30)는 홀더(31)에 일단이 결합되고 타단이 업라이트(13) 하부의 단부측에 결합된 어시스트실린더(32)를 통해 착석한 재활훈련자이 재활훈련시에 맞춰 안장의자(30)가 업라이트(13)를 따라 상하로 이동되도록 하는 것이 바람직하며, 이를 통해 완충작용은 물론이거니와 다양한 재활훈련에 따른 재활훈련자의 자세가 자연스럽게 취할 수 있도록 유도하는 작용을 한다. 물론, 본 개시의 어시스트실린더(32)는 전술된 업라이트 액추에이터(16)와 동일한 구성의 형태를 갖도록 구성될 수 있음은 물론이다.
가슴지지대(40)는 안장의자(30)로부터 소정 간격 이격되게 업라이트(13)의 상부에 설치되며, 재활훈련자의 흉부를 지지한다. 가슴지지대(40)는 재활훈련자의 흉부를 편안하게 지지할 수 있도록 완만한 곡선으로 이루어진 오목한 형태로 구비될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한, 가슴지지대(40)는 업라이트(13)에 설치되는 단부측에 탄성작용을 하는 완충구(41)를 통해 결합되어 사용자의 흉부에 가해지는 압력이 분산되고 편안하게 지지될 수 있도록 함이 바람직하다. 이때, 가슴지지대(40)에는 쿠션을 덧대고, 완충구(41)는 실린더나 탄성스프링 또는 쿠션 등을 활용할 수 있다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 하지 재활로봇의 제어장치 제어를 위한 시스템 구성을 설명하기 위한 개념도, 도 7은 본 개시의 실시예에 따른 하지 재활로봇의 제어장치의 제어 방법을 간략하게 도시한 도면이다.
모니터링장치(50)는 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활운동 범위 설정 및 재활운동 속도를 조절하고, 재활훈련자의 상태를 실시간 확인하도록 표출한다. 모니터링장치(50)는, 메인컨트롤 모듈( ), 시리얼 데이터 모듈(52), 아날로그디지털변환 모듈(53), 외부 입출력 모듈(54), 모니터보드(55)로 이루어진다.
메인컨트롤 모듈(51)은 풋플레이트(20)를 제어한다. 즉, 본 개시의 메인컨트롤 모듈(51)은 재활운동 범위와 재활운동 속도 등에 따른 맞춤 정보 및 재활훈련자의 재활훈련 상태의 데이터 값을 통해 풋플레이트(20)의 제어하며, 이를 위해 풋플레이트 액추에이터(22) 뿐만 아니라 업라이트 액추에이터(16)와 어시스트실린더(32) 등이 제어되어 통합적인 관리가 가능하도록 한다. 시리얼 데이터 모듈(52)은 재활운동 범위와 재활운동 속도 등에 따른 맞춤 정보 및 재활훈련자의 재활훈련 상태를 메인컨트롤 모듈(51)의 데이터 값을 외부장치를 통해 시각적으로 표출될 수 있게 연결한다. 이를 통해 후술될 모니터보드(55)에 연결이 가능해져 보다 다양한 재활훈련이 가능하게 된다. 이때, 본 개시의 시리얼 데이터 모듈(52)는 USART를 사용하나 이에 국한되는 것은 아니다. 아날로그디지털변환 모듈(53)은 풋플레이트로부터 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활운동 범위의 기계적인 데이터 신호를 전기적인 데이터 신호로 변환하여 메인컨트롤 모듈(51)에 제공되게 한다. 이때, 풋플레이트(20)로부터 제공되는 신호를 변환하기 위해 로드셀과 포텐셔미터가 동시에 사욜될 수 있으나 이에 국한되는 것은 아니며, 여기서 아날로그디지털변환 모듈(53) 즉, ADC는 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 외부 입출력 모듈(54)은 메인컨트롤 모듈(51)의 데이터 값에 의해 풋플레이트(20)의 구동을 위한 구동장치가 동시에 작동될 수 있도록 연결한다. 이를 위한 본 개시에서는 스텝 모터, DC 모터, 포토 센서 등이 사용되는 것이 바람직하다. 모니터보드(55)는 시리얼 데이터 모듈(52)을 통해 메인컨트롤 모듈(51)에 제어됨으로써 재활운동에 대한 맞춤 정보를 시각적으로 표출하거나 게임과 같은 재활훈련용 컨텐츠가 구현되도록 표시한다. 상기된 바와 같은 모니터링장치(50)는 기계적 재활기구에 IT를 접목하여 조작이 간단하고 데이터 관리가 가능한 시스템으로서의 수행이 가능하며, 도 7에 도시된 바와 같이 휴대용 단말장치와 연동되어 사용의 편의를 더욱 증대할 수 있음은 물론이다. 여기서, 본 개시의 모니터링장치(50)는 본 개시의 구현을 위한 하나의 장치로서 설명되고 있으나, 시각화를 위한 모니터장치와 제어를 위한 제어장치로 구분되어 설치될 수 있음은 물론이다.
도 8은 본 개시시의 실시예에 따른 하지 재활로봇의 제어장치를 이용하여 재활훈련을 실시하기 위한 제어방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1과 2 및 도 8을 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 하지 재활로봇의 제어방법은, 전술된 하지 재활로봇의 제어장치를 이용하여 재활훈련자의 재활훈련을 실시하기 위한 하지 재활로봇의 제어방법에 있어서, 시작단계(S1), 설정단계(S2), 하중비교단계(S3), 높이비교단계(S4), 모터구동단계(S5), 종료단계(S6)를 포함하여 이루어진다.
시작단계(S1)는 재활훈련자를 재활로봇에 탑승시킨 후 재활훈련이 가능하도록 위치시켜 준비하는 단계이다. 설정단계(S2)는 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활훈련에 맞게 보폭 및 반복 횟수를 설정하는 단계이다. 즉, 모니터링장치(50)에 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활운동 범위 설정 및 재활운동 속도를 조절하고, 재활훈련자의 상태를 입력하는 단계를 포함하며, 이에 국한되는 것은 아니다. 하중비교단계(S3)는 재활훈련자의 훈련시에 각각의 발에 가해지는 하중을 비교한다. 즉, 로드셀 등을 포함한 재활로봇 장치에 설치된 센서로서 재활훈련자의 양발에 가해지는 하중을 비교하여 모니터링장치에 제공될 수 있도록 한다. 이를 통해 재활훈련자의 하지에 가해지는 하중에 맞춰 풋플레이트(20)의 적절한 작동이 가능하게 된다. 높이비교단계(S4)는 재활훈련자의 재활훈련에 따른 보행훈련으로 발생된 양발의 높이 차이를 상호 비교한다. 즉, 보행훈련시에 재활훈련자의 상태에 맞춰 불균형한 따라 가해지는 하중을 비교하면서 재활훈련자의 양발에 위치된 풋플레이트(20)가 교차되는 지를 파악하게 된다. 모터구동단계(S5)는 높이비교단계(S4)에 따른 재활훈련자 양발의 높이 차이에 맞춰 각각의 풋플레이트(20)가 대응하여 작동되도록 풋플레이트(20)를 구동시키는 모터가 구동된다. 이를통해 재활훈련자의 왼쪽이나 오른쪽 발의 움직임의 각각에 맞춰 풋플레이트(20)가 대응하여 작동되게 모터가 구동되게 되며, 이를 통해 운동 패턴의 비대칭성을 감소시켜 균등한 체중부하를 하여 균형 잡힌 자세를 취하게 함으로써 최종적으로는 대칭적 보행을 회복할 수 있게 된다. 종료단계(S6)는 설정단계(S2)에 따른 보폭 및 반복 횟수에 맞게 재활훈련자의 재활훈련이 종료가 완료되는지 판단하여 풋플레이트(20)의 작동이 멈춤되도록 한다.
전술된 바에 따른 본 개시의 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법에 따르면, 환자의 재활단계, 성별, 체형에 관계없이 착용 가능한 장비로서, 발과 발목, 종아리에 착용하고 상체는 어부바 자세로 기댈 수 있는 구조이며, 부츠형식으로 발 앞쪽과 뒤쪽에 각각의 공기 주머니를 가지고, 발을 간단하게 끼우면 공기압을 공급하여 잡고, 풀 때는 반대로 적용하되, 원터치 방식의 벨크로 타입으로 신고 벗기가 쉬우며 정강이 앞을 지지하는 방식으로 준비 시간을 줄일 수 있다. 또한, 좌우 발판의 로드셀은 환자의 체중이 좌우로 쏠리는 것을 감지하고, 전방과 후방에 각각의 공기압 센서는 환자의 발이 앞으로 혹은 두로 움직일 때 나타나는 압력 변화를 체크하여 보행의도를 분석하며, 분석한 데이터를 바탕으로 모터의 구동과 모니터 화면의 변화 등을 제어하는 자료로 활용될 수 있다. 특히, 상체 인양식 또는 허리를 고정하고 상체를 보조적으로 잡는 형태로 탈부착이 어렵고 시간이 많이 걸리며, 보행재활 외의 보행전 재활훈련에 도움을 줄 수 없는 기존 장비의 단점이 보완하여 어부바를 하는 형태의 장비로 가슴을 지지하고, 엉덩이를 받치는 형식으로 체중부하를 다리에 주지 않고 보행재활에 집중할 수 있어, 안정적 자세에서 훈련이 가능한 큰 장점을 가진다. 이때, 의도가 분석된 Data를 바탕으로 게임에 적용하고, 게임 콘텐츠를 활용한 환자의 적극적 재활 치료로서 보행재활 훈련 전 일어서기와 앉기, 서서 좌우 균형 잡기, 체중이동 훈련, 보행훈련을 참여가 가능하다.
전술된 바와 같은 본 개시는 sitting module과 standing module 및 gait module 의 조합으로 구성될 수 있는데 각각에 대하여 설명하면 다음과 같다.
가. sitting module (앉은 자세 유지 모듈)
휠체어(1)를 탄 상태에서도 쉽게 재활훈련이 가능한데, 휠체어(1)를 탄 상태에서 기구의 후방에서 전방으로 접근한다.
이후, 환자의 양쪽 발을 기구의 풋플레이트(20)에 쉽게 장착 고정한다. 이때, 양쪽 발바닥은 베이스 플레이트(21)에 고정되며 베이스 플레이트(21)에 내장된 압력센스를 통해 양측에 균등하게 몸무게가 지탱되는지 실시간 감시를 할 수 있다.
이후, 환자는 보호자의 도움을 받아 일어서서 기구의 안장의자(30)에 앉는데 기구의 업라이트(13)에 연결된 가슴지지대(40)에 안기면서 착석한다. 이때, 양쪽 다리가 고정되고 의자에 앉으면서 앞쪽 가슴은 가슴지지대에 고정되므로 안전하고 편안한 자세로 앉은 자세가 완료된다.
나. standing module(일어서기 동작)
편마비 환자의 일어서기 동작중 비정상 움직임은 다음과 같다
1) 상체의 전방이동이 안됨
2) 양쪽 다리에 균등하게 체중이 부하되지 못하고 건강한 다리에 체중이 대부분 부하됨
이러한 문제를 극복하고 정상적인 패턴의 일어서기 동작을 가능하게 치료하기 위해 본 개시의 일어서기 동작에서 환자의 치료의 내용 및 목적은
1) 상체의 전방이동
2) 양쪽 다리에 균등한 체중의 부하
3) 양쪽 다리에 체중이 부하되는 정도를 측정하여 일정 수준 이상이 되었을 때 기구부의 도움이 시작으로 규정하고 다음과 같은 기구부의 구성 및 동작 순서가 유지된다.
상기된 내용과 목적을 위해,
가슴지지대(40)에 부착된 업라이트(13)를 포함하여 상지지지대(13a)를 전방으로 환자가 민다. 이때, 기구부는 수동적으로 이동하며 업라이트(13)에 부착된 센서를 통해 전방이동을 감지한다.
이후, 환자가 양측 다리에 체중을 지지하면서 일어서려는 동작을 취한다. 이때 양다리의 베이스 플레이트(21)에 부착된 센서를 통해 두 가지 종류의 무게를 동시에 측정 분석한다. 여기서의 측정은 환자 전체 몸무게의 세팅된 값의 비율이상 감지되는지와 양다리에 몸무게의 분포가 세팅된 값의 비율에 해당되는지이다.
그리고, 위의 센서의 값에 해당되면 기구는 환자가 정상적인 체중이동 및 부하를 하였다고 판단하고 안장의자(30)가 업라이트(13)를 따라 상방 이동하면서 환자가 일어 설려는 동작을 보조해준다.
다. standing module(서서 하는 동작 및 보행 시뮬레이터)
일어서기 동작이 끝나거나 일어서기 훈련이 끝난 후 서서하는 동작의 치료 및 보행시뮬레이터 기능을 하기 위해 standing module with gait simulator가 탑재된다.
다-1. 서서 하는 동작
환자의 양 다리는 풋플레이트(20)에 고정되고, 가슴의 전방부는 가슴지지대(40)에 지지되며, 안장의자(30)에 거치된 상태로 선 자세를 유지하므로 편안하고 안전하게 선 자세를 취할 수 있다.
이때, 선 상태에서 양측 하지의 체중부하의 정도를 이용한 게임을 수행하면서 능동적으로 양 하지간의 체중부하, 이동, 전달 능력을 치료를 통해 배양할 수 있다.
다-2. 보행시물레이터(gait simulation)
보행능력이 없는 환자에게서 보행 감각에 대한 감각자극 및 보행의 각 시기별 단계별 구분 동작의 치료를 위해 보행 시뮬레이션 기능을 탑재한다.
보행시뮬레이션은 환자의 보행의도에 따라 보행 단계를 구분하여 구분 동작의 보행 훈련이 되도록하며 보행 궤적은 stepping motion(계단 오르기 동작)을 취득하여 좀 더 큰 동작의 궤적을 취하도록 한다.
한편, 본 개시를 컨텐츠를 접목하여 재활치료하는 방법을 예로들면 다음과 같이 구성될 수 있다.
1. 안녕하세요? 저는 재활로봇입니다.
이름 몸무게 마비쪽
2. 처음 이용하세요?
-> 아니라면 이름으로 찾기
찾은후 입력(이름, 몸무게, 마비쪽이 저장되었던 자료가 자동으로 제공됨)
3. 앉은상태에서 서기 운동 선택버튼
-> 서서하는 운동 선택 버튼
-> 걷기 운동 선택 버튼
4. 몸무게 입력 버튼
(모른다면
-> 몸무게를 재어봅시다,
-> 서 보세요, 넘어지지 않도록 조심하세요
그냥 한번 세워서 양측 로드셀의 합 = 몸무게)
-> 당신의 몸무게는 ___입니다.
-> enter
앉은상태에서 서기 운동인 경우의 예
마비쪽 다리; 오른쪽, 왼쪽 버튼
양쪽 다리에 힘을 주어질 때 허용할 범위를 결정해야 함
(즉, 환자의 경우 정확히 50;50 으로 체중을 골고루 나누기 힘드니
오른쪽 마비인 경우 체중을 40:60 으로 체중을 실어도 괜찮은 것으로
여긴다, 왼쪽의 경우 반대로 자동세팅)
->올바른 자세로 앉으셨나요?
-> 일어서기를 시작합니다.
-> 허리를 곧게 편 상태에서 상체를 앞으로 구부리세요
(그림으로 보여줌)
업라이트(13)가 천천히 앞으로 숙여짐
(환자가 미는 힘에 따라 환자가 앞으로 밀어야만 밀리는 정도의 저항만 있도록)
-> 양쪽 다리에 힘이 똑같이 주세요
(양쪽 다리에 힘이 주어지는 양을 막대 그래프로 표시
<- 양 발에 부착된 로드셀에서 측정된 무게를 오른쪽 왼쪽 막대 그래프로 표시되면서)
-> 양쪽 막대 그래프를 똑같이 만드세요
(오른쪽 마비인 경우 체중을 40:60 으로 체중을 실어도 괜찮은 것으로
여긴다, 왼쪽의 경우 반대로 자동세팅)
-> 체중을 골고루 실으셨네요. 이제 서기를 합니다.
-> 서세요.
(이때 왼쪽 오른쪽 체중부하를 계속 막대그래프로 보여줌)
-> 마비쪽 다리에도 체중을 계속 주세요..
(양측 로드셀의 측증된 몸무게를 막대그래프로 계속 보여줌.
마비쪽 다리에도 체중을 계속 주세요..란 메세시를 깜박 거리면서
체중을 주도록 격려한다
(환자 체중의 80% 정도 - 최초 입력된 몸무게의 80% 정도가 좌우측 로드셀에 다다르면 안장이 환자 엉덩이를 밀어준다
-> 완전히 선 자세가 됨
(양측 다리에 체중이 실리는 정도는 계속 막대 그래프로 그려지고
안장은 안전을 위해 최상위 위치에서 고정된 상태 유지
-> 자, 이제는 다시 앉습니다.
앉을때도 양쪽 다리에 힘을 똑같이 주도록 노력하세요
-> 양쪽 다리에 힘을 균등히 주지 않으면 안장이 내려가지 않습니다.
마비쪽에 힘을 더 주세요 < - 깜박 거림
(환자는 앉지만 안장이 받치고 있어 서서히 내려오도록 저항을 주고
이 내려오는 정도는 양측 몸무게가 허용된 범위를 유지하고 있을때만
내려오고 범위를 벗어나서 마비측에 몸무게가 실리지 않으면 안장이
내려오지 않도록 한다. 그리고, ~~마비쪽에 힘을 더 주세요~~란
안내 메시지가 깜박 거린다.)
-> 완전히 원래자세로 복귀한다
-> 이후 업라이트(13)가 원위치 한다 (구동모터 구동)
이상에서와 같은 하지 재활로봇의 제어장치 및 제어방법은, 치료사의 눈이나 감각에 의해 측정되어 왔던 환자의 상태를 정량적으로 진단할 수 있고, 지치지 않고 환자의 운동치료를 지속적으로 수행할 수 있고, 외국에서 수입된 제품이 주를 이루어 가격이 고가여서 병원에서 여러명의 환자를 대상으로 사용하기에 부족한 실정의 종래 문제점을 해결하여 효율적인 운동치료가 가능하며, 인력을 동원한 수동으로 이루어지던 대부분의 재활훈련에서 환자 1명당 배치될 수 있는 재활치료사의 비율이 너무 낮아 효율적인 재활훈련의 시행이 불가능한 문제점이 해결되고, 이를 통해 재활치료사의 양성 및 보급의 시간을 확보할 수 있고, 환자의 키, 체중, 상태 등에 맞게 운동 정도를 보다 정확하게 설정할 수 있고, 이에 의해 환자의 치료가 적극적으로 이루어질 수 있고, 맞춤 설정을 통해 뇌병변, 뇌출혈 등의 심장혈관 질환으로 인한 편마비 환자 또는 교통 재해, 운동 상해, 산업 재해 등의 상해로 인한 환자 및 고관절, 무릎 관절 등과 같은 수술 환자 등의 다양한 대상자에게 효율적인 보행 재활훈련에 도움을 줄 수 있고, 사용자가 직접적으로 입력한 보행 명령에 따라 재활로봇을 제어하고, 보행에 수반되는 무의식적인 사용자의 보행 의도를 감지하여 체계적인 재활훈련이 가능하며, 사용자의 재활훈련을 위한 보행 의도 감지를 위해 각종 센서, 모터, 모니터링 장치 등을 활용하여 사용자 관점에서 편의성을 제공함과 아울러 센서 신호의 이용에 적합하도록 구성함으로써, 신체 상태의 모니터링을 통해 사용자가 자신의 보행 의도에 따라 용이한 재활훈련이 가능하고, 보행 능력을 완전히 상실하지 않은 사람을 대상으로 하며, 각종 상황을 체크하는 센서와 모터의 구동을 이용하여 일어서기와 앉기, 서서 좌우 균형 잡기, 체중이동 훈련, 보행 전 훈련과 보행 훈련 등 다향한 방식의 훈련이 가능하고, 이를 통해 하지 근육을 증진 시켜 보행 능력을 향상시키는 역할 및 하지재활 및 척추재활 환자에게 도움이 되는 장점을 가지며, 아날로그 센서 데이터를 이용한 정확한 환자의 의도분석을 통한 환자 맞춤형 효율적인 재활훈련 가능하고, 환자의 체중 및 신장에 따른 재활 운동 범위 설정 및 재활 운동 속도 조절 가능하며, IT기술을 접목하여 프로그램의 조작이 간단하고 환자의 상태를 상시로 모니터링 하며 사후 조치 및 그에 따른 편의성이 향상되는 장점을 갖는다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.
1 : 휠체어 10 : 프레임
11 : 중심프레임 12 : 측면프레임
13 : 업라이트 13a : 상지지지대
14 : 지지프레임 15 : 모니터 지지프레임
16 : 업라이트 액추에이터 20 : 풋플레이트
21 : 베이스 플레이트 22 : 풋플레이트 액추에이터
23 : 부츠 30 : 안장의자
31 : 홀더 32 : 어시스트실린더
40 : 가슴지지대 41 : 완충구
50 : 모니터링장치 51 : 메인컨트롤 모듈(MCU)
52 : 시리얼 데이터 모듈(USAT) 53 : 아날로그디지털변환 모듈
54 : 외부 입출력 모듈(External I/O) 55 : 모니터보드
S1 : 시작단계 S2 : 설정단계
S3 : 하중비교단계 S4 : 높이비교단계
S5(S5a, S5b) : 모터구동단계 S6(S6a, S6b) : 종료단계

Claims (6)

  1. 중심프레임과, 상기 중심프레임의 양측으로 일정간격 이격되어 소정의 경사를 갖고 한 쌍으로 배치된 측면프레임과, 상기 중심프레임에 설치된 지지프레임을 통해 지지되되 상부면에 설치된 업라이트 액추에이터의 구동력을 통해 상기 중심프레임에서 회동되고 팔을 거치하는 상지지지대를 상측에 구비하며 관절구조 형태를 갖는 업라이트가 구비된 프레임;
    상기 측면프레임의 각각에 설치되어 재활훈련자의 하지를 감싸는 것으로서 공기압을 이용해 상기 재활훈련자의 발을 감싸는 부츠와 상기 부츠가 지지되며 상기 측면프레임을 따라 상하 이동되도록 구동력을 제공하는 풋플레이트 액추에이터로 구성되되, 상기 재활훈련자의 보행 의도를 분석할 수 있도록 상기 재활훈련자의 재활훈련시에 체중이 좌우로 쏠리는 것을 감지하여 몸무게 이동을 확인하는 로드셀 및 상기 재활훈련자의 재활훈련시에 압력 변화를 체크하여 체중의 이동을 확인하는 압력센서가 구비되며, 상기 재활훈련자의 재활훈련시 상기 측면프레임을 따라 교차되며 왕복 슬라이딩 이동되는 풋플레이트;
    상기 업라이트에 홀더를 통해 결합되어 "T"자 형상으로 설치되며, 상기 재활훈련자의 둔부를 지지하되 상기 둔부가 위치되는 곳에 쿠션이 구비되고, 상기 홀더에 일단이 결합되고 상기 업라이트에 타단이 결합된 어시스트실린더를 통해 착석한 상기 재활훈련자의 재활훈련시에 맞춰 상기 업라이트를 따라 상하로 이동되어 완충 및 재활훈련에 따른 자세를 자연스럽게 취하게 유도하는 안장의자;
    상기 재활훈련자의 흉부를 지지하는 것으로서 상기 재활훈련자의 흉부를 편안하게 지지하도록 완만한 곡선으로 이루어진 오목한 형태를 가지며 상기 안장의자로부터 소정 간격 이격되게 상기 업라이트에 설치되되, 흉부에 가해지는 압력이 분산되고 편안하게 지지되도록 상기 업라이트에 설치된 단부측에 완충구를 통해 결합된 가슴지지대; 및
    상기 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활운동 범위 설정 및 재활운동 속도를 조절하고, 상기 재활훈련자의 상태를 실시간 확인하도록 표출하는 것으로서, 상기 풋플레이트의 제어를 위한 메인컨트롤 모듈과, 재활운동 범위와 재활운동 속도 등에 따른 맞춤 정보 및 상기 재활훈련자의 재활훈련 상태를 상기 메인컨트롤 모듈의 데이터 값을 외부장치를 통해 시각적으로 표출될 수 있게 연결하는 시리얼데이터 모듈과, 상기 풋플레이트로부터 상기 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활운동 범위의 기계적인 데이터 신호를 전기적인 데이터 신호로 변환하여 상기 메인컨트롤에 제공되게 하는 아날로그디지털변환 모듈과, 상기 메인컨트롤 모듈의 데이터 값에 의해 상기 풋플레이트의 구동을 위한 장치가 동시에 작동될 수 있도록 연결하는 외부 입출력 모듈과, 상기 시리얼데이터 모듈을 통해 상기 메인컨트롤에 제어됨으로써 재활운동에 대한 맞춤 정보를 시각적으로 표출하거나 재활훈련용 컨텐츠가 구현되도록 표시하는 모니터보드로 이루어진 모니터링장치;를 포함하고,
    상기 업라이트는, 상기 재활훈련자의 하지에 체중 부하가 집중되지 않도록 상기 프레임에 소정의 경사를 갖도록 설치되어 상기 가슴지지대에 흉부를 지지하며 상기 안장의자에 착석한 상기 재활훈련자가 어부바 자세를 취하게 함을 특징으로 하는 하지 재활로봇의 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 기재되어 있는 하지 재활로봇의 제어장치를 이용하여 재활훈련자의 재활훈련을 실시하기 위한 하지 재활로봇의 제어방법에 있어서,
    상기 재활훈련자를 상기 재활로봇에 탑승시킨 후 재활훈련이 가능하도록 위치시켜 준비하는 시작단계;
    상기 재활훈련자의 신장 및 체중에 따른 재활훈련에 맞게 보폭 및 반복 횟수를 설정하는 설정단계;
    상기 재활훈련자의 훈련시에 각각의 발에 가해지는 하중을 비교하는 하중비교단계;
    상기 재활훈련자의 재활훈련에 따른 보행훈련으로 발생된 양발의 높이 차이를 상호 비교하는 높이비교단계;
    상기 높이비교단계에 따른 상기 재활훈련자 양발의 높이 차이에 맞춰 각각의 상기 풋플레이트가 대응하여 작동되게 상기 풋플레이트를 구동시키는 모터가 구동되는 모터구동단계; 및
    상기 설정단계에 따른 보폭 및 반복 횟수에 맞게 상기 재활훈련자의 재활훈련이 종료가 완료되는지 판단하여 상기 풋플레이트의 작동이 멈춤되도록 하는 종료단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하지 재활로봇의 제어방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102237814B1 (ko) * 2019-01-14 2021-04-09 주식회사 인바디 신장계 및 체중 측정 장치
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Citations (2)

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KR101623686B1 (ko) * 2015-05-18 2016-05-23 현대중공업 주식회사 착석형 보행 재활로봇

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101623686B1 (ko) * 2015-05-18 2016-05-23 현대중공업 주식회사 착석형 보행 재활로봇
KR101621683B1 (ko) * 2015-07-28 2016-05-17 영진전문대학 산학협력단 앉은 자세에서 일어나기 동작 훈련용 재활치료기기

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