KR102012348B1 - 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 장치는 착석부를 구비하고, 착석부에 앉은 사용자의 체간을 고정하면서 사용자의 체간 재활 훈련을 위한 움직임을 지원하는 장치부, 그리고 착석부의 하부에 설치되어 사용자를 앉은 상태에서 지지하면서 2자유도 이상의 움직임을 발생시키는 병렬 로봇부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 사용자의 신체 크기에 맞게 체간을 안정적으로 고정시킨 상태에서 착석부의 하부에 설치된 병렬 로봇을 이용하여 사용자의 밸런스 조절 및 보행 전 다양한 훈련이 가능하고, 모든 방향에서 움직임, 힘 또는 토크를 제공할 수 있기 때문에 불안정한 지면상에서의 모든 체간 재활 훈련을 사용자의 수준에 맞게 제공할 수 있으며 보다 정확하고 다양한 움직임과 속도로 체간 재활 훈련할 수 있다.

Description

병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치{Trunk Rehabilitation Apparatus using Parallel Robot}

본 발명은 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치에 관한 것이다.

일반적으로 뇌졸중, 편마비 환자 및 교통사고나 운동 중의 골절사고 등으로 오랫동안 병상에 있거나, 만성적인 운동부족 등으로 팔이나 다리의 근력이 약화된 경우, 환자의 신체 기능을 회복시키고 운동 조절 능력을 향상시키기 위하여 체간 재활 훈련을 지속적으로 실시하여야 한다.

사람이 보행하기 위한 조건으로는 체간의 안정, 팔다리의 근력 또는 감각 등이 필요하게 되며, 안정화된 체간의 조건은 사람이 앉아 있을 때 요부는 전만되어 있어야 하며 골반은 앞쪽으로 기울어져야 한다.

그러나 뇌졸중, 외상성 뇌손상, 척수손상 또는 뇌성마비 등에 의해 유발된 편마비 또는 사지마비 등으로 오랫동안 누워 있던 환자들은 안정화된 체간의 조건과는 반대로 요부는 후만되고, 골반은 뒤쪽으로 기울어져 있는 경우가 대부분이므로 체간과 골반을 정상화시켜 올바른 재활 훈련이 가능하도록 하는 체간 재활 훈련 기구가 필요하게 되었다.

하지만, 치료사의 체력적 한계, 체간 재활 훈련 기구를 사용하는데 있어서의 어려움, 위험성 또는 정확한 움직임으로 유도하는데 많은 어려움이 있었다.

이에 종래에는 대한민국 등록특허 제10-1674044호와 같이, 좌석 시트를 구비한 베이스 프레임, 등받이로 환자 등을 받쳐주면서 환자의 체간을 눌러 등을 앞쪽으로 구부리게 하거나 환자의 체간을 측면에서 밀어 좌/우의 각 방향으로 체간을 회전하게 하는 힘이 가해지는 모션 프레임, 체간의 좌/우 회전을 위한 동력을 발생하는 롤링 모터 및 체간의 등 구부림을 위한 동력을 발생하는 틸팅 모터 등을 포함하였다.

하지만, 종래에는 체간 재활 훈련 시 환자의 체간을 눌러 앞으로 구부리게 하거나, 환자의 체간을 측면에서 밀어 좌/우의 각 방향으로 체간을 회전하는 일부 동작만 훈련이 가능하며, 다양한 움직임을 구현하기 어려운 문제점이 있었다. 특히 앉기, 서기, 앉기/서기의 동작 등의 훈련에서 제약이 있었다.

그리고 환자의 특성에 따라 신체의 크기에 맞게 조절할 수 있는 고정 장치가 적용되어 있지 않아 신체 기능이 좋지 못한 환자는 사용하기가 어렵고, 많은 제약이 있었다.

이에 따라 구조적으로 인체공학적인 설계의 보완이 요구되었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 사용자의 신체 크기에 맞게 체간을 안정적으로 고정시킨 상태에서 착석부의 하부에 설치된 병렬 로봇을 이용하여 보다 정확하고 다양한 움직임으로 체간 재활 훈련할 수 있는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치를 제공하는 것이다.

그리고 본 발명의 다른 기술적 과제는 병렬 로봇을 이용하여 체간 재활 훈련하면서 판단된 사용자의 상태 정보를 따른 피드백을 실시간으로 제공하여 개인별 상태나 특성에 맞는 움직임을 구현할 수 있는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 명시적으로 언급된 목적 이외에도, 후술하는 본 발명의 구성으로부터 달성될 수 있는 다른 목적도 포함한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치는 착석부를 구비하고, 상기 착석부에 앉은 사용자의 체간을 고정하면서 사용자의 체간 재활 훈련을 위한 움직임을 지원하는 장치부, 그리고 상기 착석부의 하부에 설치되어 사용자를 앉은 상태에서 지지하면서 2자유도 이상의 움직임을 발생시키는 병렬 로봇부를 포함한다.

상기 병렬 로봇부는 상기 장치부가 안착되는 이동 베이스부, 상기 이동 베이스부와 미리 정해진 거리만큼 이격되어 설치되는 고정 베이스부, 양 끝단이 상기 이동 베이스부와 상기 고정 베이스부에 각각 연결되고, 상기 이동 베이스부를 지지한 상태에서 높이가 가변 가능하게 구비되는 복수의 링크부, 그리고 상기 복수의 링크부의 높이를 가변시키기 위한 구동력을 발생시키는 액츄에이터부를 포함한다.

상기 액츄에이터부는 X(수평), Y(수직), Z(깊이)에 대한 3자유도의 움직임을 위한 구동력을 발생시키거나, X(수평), Y(수직), Z(깊이), 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)에 대한 6자유도의 움직임을 위한 구동력을 발생시킬 수 있다.

상기 병렬 로봇부는 상기 발생된 움직임에 따른 상기 사용자의 체간 기울기를 측정하는 기울기 측정부, 상기 발생된 움직임에 따른 상기 사용자의 체중 이동을 측정하는 데이터 측정부, 그리고 상기 측정된 사용자의 체간 기울기 및 상기 사용자의 체중 이동에 따라 상기 사용자의 상태를 판단하고, 상기 판단된 사용자의 상태에 따라 상기 링크부의 높이를 제어하는 움직임 제어 신호를 상기 액츄에이터부에 제공하는 로봇 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 착석부는 일면에 설치되는 슬라이드 레일과, 상기 사용자가 착석할 수 있고, 상기 슬라이드 레일을 따라 슬라이드 이동하는 시트부재를 포함할 수 있다.

상기 장치부는 상기 사용자의 발이 안착되고, 지면으로부터 상기 사용자의 발의 높이 또는 지면에 대해 상기 사용자의 발이 기울어지는 각도의 조절이 가능한 발판부를 더 포함할 수 있다.

상기 장치부는 상기 착석부에 앉은 사용자의 체간을 고정하는 등받이부, 그리고 상기 등받이부가 상하로 이동 가능하게 결합되고, 상기 등받이부가 상기 착석부에 대하여 미리 설정된 각도로 기울어지거나 회전 가능하게 결합되는 회전 지지축을 더 포함할 수 있다.

상기 장치부는 상기 회전 지지축의 움직임을 제어하는 장치 제어부를 더 포함하고, 상기 장치 제어부는 상기 회전 지지축이 상기 착석부에 대하여 기울어지는 각도가 미리 정해진 기준 각도 이상인 경우, 상기 회전 지지축의 움직임을 제한할 수 있다.

상기 기울기 측정부는 상기 등받이부에 설치되어 상기 사용자의 체간 기울기를 측정하는 한 개 이상의 기울기 센서로 이루어질 수 있다.

상기 데이터 측정부는 상기 시트부재에 설치되어 상기 시트부재에 앉은 사용자의 압력을 측정하는 제1 데이터 측정부, 그리고 상기 발판부에 설치되어 상기 발판부에 안착된 사용자의 압력을 측정하는 제2 데이터 측정부를 포함할 수 있다.

상기 제1 데이터 측정부 및 상기 제2 데이터 측정부는 한 개 이상의 로드셀 또는 한 개 이상의 압력 센서로 이루어질 수 있다.

상기 병렬 로봇부는 사용자 정보 및 설정 정보를 입력받아 상기 로봇 제어부에 제공하는 입력부, 그리고 상기 기울기 측정부 및 상기 데이터 측정부로부터 감지된 정보 및 상기 로봇 제어부로부터 사용자의 상태에 대한 정보를 제공 받아 출력하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.

상기 병렬 로봇부는 사용자로부터 입력받은 비상 정지 신호를 상기 로봇 제어부로 전송하여 상기 액츄에이터부를 정지시키는 비상 신호 입력부를 더 포함할 수 있다.

상기 장치부는 상기 시트부재 상에 서로 이격되게 형성되어 대향 배치되고, 좌우로 이동 가능한 제1 플레이트 및 제2 플레이트와, 상기 시트부재에 착석한 사용자의 골반 크기에 따라 좌우로 이동된 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 체결하여 고정하는 체결부재를 포함하는 골반 고정부를 더 포함할 수 있다.

상기 장치부는 상기 사용자의 하지를 지지 및 고정시키는 하지 고정부를 더 포함할 수 있다.

상기 하지 고정부는 상기 사용자의 하지 상부에 착탈 가능하게 착용되어 상기 사용자의 하지 상부를 고정시키는 제1 하지 고정부를 포함할 수 있다.

상기 하지 고정부는 상기 사용자의 하지 하부에 착탈 가능하게 착용되어 상기 사용자의 하지 하부를 고정시키는 제2 하지 고정부를 더 포함할 수 있다.

상기 사용자의 발이 고정되고, 상기 사용자의 발의 내번 또는 외번 움직임에 맞추어 운동하는 발 고정부가 상기 발판부에 설치될 수 있다.

상기 장치부는 상기 착석부의 주변에 설치되어 상기 사용자의 손을 거치하고, 이동 및 착탈 가능하게 설치되는 손잡이부를 더 포함하고, 상기 손잡이부는 상기 사용자의 손을 거치할 수 있는 한 쌍의 거치부 및 일단이 상기 거치부와 연결되고 타단은 지면을 지지하고 높이 조절 가능하게 구비되는 한 쌍의 손잡이 지지부를 포함할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치에 따르면, 사용자의 신체 크기에 맞게 체간을 안정적으로 고정시킨 상태에서 착석부의 하부에 설치된 병렬 로봇을 이용하여 정확하고 반복적이면서 다양한 움직임과 속도를 구현하여 체간 재활 훈련할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이, 사용자의 체간 움직임을 병렬 로봇을 이용하여 제어함으로써 기능적 움직임 훈련, 체간 움직임을 위한 능동적(active) 훈련 또는 수동적(passive) 훈련 등과 같은 다양한 형태의 체간 재활 운동 및 재활 치료가 가능한 장점이 있다.

게다가 회전 지지축이 착석부에 대하여 기울어지는 각도가 미리 정해진 기준 각도 이상인 경우, 회전 지지축의 움직임을 제한함으로써 사용자에게 보다 안전하게 체간 운동을 시켜줄 수 있으며, 임의의 동작을 통한 체간 재활 운동이 가능한 장점이 있다.

그리고 등받이부의 기울기와, 시트부재 및 발판부에서 측정된 사용자의 압력을 이용하여 사용자의 상태를 판단하고, 사용자의 상태에 맞는 피드백을 제공하여 개인별 상태나 특성에 맞는 체간 재활 운동을 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 사용자의 체간 정렬이나 움직임에 대한 반응 정보를 실시간으로 제공하여 그 결과에 대한 평가를 신속하게 파악할 수 있고, 평가를 반영하여 사용자의 상태에 따른 체간 재활 운동이 가능한 장점이 있다.

이와 더불어, 병렬 로봇을 통해 체간의 안정성을 확보하여 사용자의 접근성, 사지 움직임이나 기능에 긍정적인 영향을 미치도록 하며, 정확하고 반복적인 움직임을 생성하여 치료의 효과를 높일 수 있는 장점이 있다.

그리고 종래의 상지 및 하지의 움직임 제어에 목표를 두던 재활 치료 기기 또는 운동 기구와 달리 사용자의 집중적인 체간 재활 운동이 이루어질 수 있고, 균형 능력의 감소에 따라 이동 기술 및 신체 조절 능력이 부족한 사용자들에게 있어서 체간 재활을 통해 일상생활에 필요한 기능을 회복하게 할 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 효과는 상술된 것에 국한되지 않고 후술하는 본 발명의 구성으로부터 도출될 수 있는 다른 효과도 본 발명의 효과에 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치의 사용 예를 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 등받이부의 움직임을 보여주는 다양한 예이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 착석부의 세부 구조를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 골반 고정부의 세부 구조를 보여주는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 하지 고정부의 세부 구조를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제1 발판부의 세부 구조를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 발판부의 세부 구조를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제2 발판부의 높이가 조절된 예를 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제2 발판부의 각도가 조절된 예를 보여주는 도면이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예에 따른 손잡이부의 세부 구조 및 동작 과정을 보여주는 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 병렬 로봇부의 세부 구조를 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 병렬 로봇부의 제어 블록도이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치의 사시도 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치의 사용 예를 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치(1)는 크게 장치부(100) 및 병렬 로봇부(200)를 포함할 수 있다.

병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치(1)는 장치부(100)를 통해 사용자의 신체 크기에 맞게 체간을 안정적으로 고정시킨 상태에서 장치부(100)의 하부에 설치된 병렬 로봇부(200)를 이용하여 보다 정확하고 다양한 움직임을 구현하여 체간 재활 훈련할 수 있도록 구성된다. 그리고 사용자가 체간 재활 훈련을 하면서 판단된 사용자의 상태, 특성 또는 평가 정보를 실시간으로 디스플레이부(280)에 출력하여 사용자가 자신의 상태를 직접 확인하면서 피드백(feedback)할 수 있도록 구성된다.

우선, 장치부(100)는 등받이부(110), 착석부(120), 회전 지지축(130), 장치 제어부(140), 골반 고정부(150), 하지 고정부(160), 발판부(170), 발 고정부(180) 및 손잡이부(190)를 포함하여 착석부(120)에 앉은 사용자의 체간을 고정하면서 사용자의 체간 재활 훈련을 위한 움직임을 지원할 수 있다.

장치부(100)의 각 구성요소는 착탈 가능하게 이루어져 사용자의 특성이나 사용 방법에 따라 구성요소를 선택적으로 조합하여 사용할 수 있도록 한다. 이에 따라 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치(1)는 복합적인 움직임을 구현할 수 있을 뿐 아니라, 각 구성요소를 분리하여 사용할 수 있기 때문에 선택적인 움직임의 구현이 가능하다. 이에 대한 내용은 아래에서 보다 자세하게 설명하도록 한다.

등받이부(110)는 착석부(120)에 앉은 사용자의 흉부 또는 허리 등과 같은 체간을 고정한다.

예컨대, 등받이부(110)는 사용자의 체간에 착탈 가능한 벨트 형태로 이루어지거나, 사용자의 체간을 감싸는 형태로 밴딩하여 사용자의 체간을 고정하는 장치로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 등받이부(110)는 사용자에게 필요한 체간 재활 훈련에 맞게 흉부 또는 허리 등을 고정할 수 있다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 등받이부의 움직임을 보여주는 다양한 예로서, 도 3과 같이, 등받이부(110)는 사용자의 체간을 수용하거나 고정한 상태에서 상하로 이동하여 높이를 조절할 수 있고, 도 4 및 도 5와 같이, 착석부(120)에 대하여 미리 설정된 각도로 기울어지거나 회전 가능한 구조로 이루어질 수 있다. 등받이부(110)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있으며, 체간 재활 훈련의 움직임에 따라 전, 후, 좌, 우로 기울어지게 움직이거나, 회전 지지축(130)의 중심을 기준으로 360도 방향으로 회전할 수 있다. 또한 등받이부(110)는 기울어진 상태에서 360도 방향으로 회전할 수 있음은 물론이다.

등받이부(110)는 상하 이동 및 회전까지 모두 가능한 이동식 등받이 구조와 상하 이동만 가능한 일반 등받이 구조로 모두 이루어질 수 있다.

등받이부(110)는 사용에 따라 착탈 가능하며, 도 3의 등받이부(110)를 제거하고 일반 등받이를 사용할 수도 있다. 그리고 사용자가 기울기 측정부(262)가 부착된 기구를 착용할 경우 해당 기구를 등받이로 사용할 수 있다.

회전 지지축(130)은 등받이부(110)가 상하로 이동 가능하게 결합될 수 있다. 회전 지지축(130)은 일단이 등받이부(110)와 결합되고 타단이 착석부(120)와 결합될 수 있으며, 신축 가능한 파이프 형태로 이루어져 등받이부(110)의 높이를 조절할 수 있다. 예컨대, 회전 지지축(130)은 파이프를 인입하거나 인출하는 동작을 통해 길이를 다단으로 늘이거나 줄여서 등받이부(110)의 높이를 조절할 수 있다.

회전 지지축(130)은 착석부(120)에 대하여 미리 설정된 각도로 기울어지거나 회전 가능하게 결합될 수 있다. 회전 지지축(130)은 체간 재활 훈련의 움직임에 따라 전, 후, 좌, 우로 기울어지게 움직이거나 중심을 기준으로 360도 방향으로 회전할 수 있는데, 이를 위하여 위치 조절 댐퍼 등이 설치될 수 있다. 이와 같이, 회전 지지축(130)을 미리 설정된 각도로 기울이거나 회전시키는 방식은 이미 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

장치 제어부(140)는 회전 지지축(130)의 움직임을 제어하는 장치로서, 회전 지지축(130)이 착석부(120)에 대하여 기울어지는 각도가 기준 각도 이상인 경우, 회전 지지축(130)의 움직임을 제한할 수 있다. 이를 위하여 장치부(100)는 회전 지지축(130)이 착석부(120)에 대하여 기울어지는 각도를 감지하는 각도 감지부(145)를 더 포함할 수 있다.

보다 자세하게 설명하면, 체간 재활 훈련 시 체간 재활 훈련의 효과를 향상시키기 위하여 사용자에게 임의의 재활 훈련 동작이 가해질 수 있는데 이때, 사용자의 특성상 균형이 무너지면서 하지가 흔들리거나 체간의 무너짐으로 인해 낙상 등이 발생될 수 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여 각도 감지부(145)에서 감지된 회전 지지축(130)이 착석부(120)에 대하여 기울어지는 각도가 기준 각도 이상인 경우, 장치 제어부(140)는 회전 지지축(130)의 움직임을 제한하여 하지가 흔들리거나 체간이 무너지는 것을 안전하게 잡아줄 수 있으며, 체간 재활 훈련 시 사용자에게 안전한 체간 재활 훈련을 제공할 수 있다.

한편, 장치 제어부(140)는 회전 지지축(130)이 착석부(120)에 대하여 기울어지는 각도 외에 하기에서 서술할 사용자의 체간 기울기를 이용하여 회전 지지축(130)의 움직임을 제한할 수 있다. 즉 장치 제어부(140)는 사용자의 체간 기울기가 기준 기울기 이상인 경우, 회전 지지축(130)의 움직임을 제한할 수 있으며, 이러한 경우 각도 감지부(145)는 제거될 수 있고, 등받이부(110)에 설치된 기울기 측정부(262)를 이용하여 사용자의 체간 기울기를 제공 받을 수 있다.

이를 위하여 장치 제어부(140)는 예컨대, 리밋 스위치(Limit Switch) 등과 같이 자동 제어 역할을 하는 안전 장치로 이루어질 수 있다. 장치 제어부(140)는 체간 재활 훈련 시에는 스위치를 오프 동작시키거나 전기 접점을 개방시키는 동작을 수행하여 회전 지지축(130)이 자유롭게 움직일 수 있게 하다가 회전 지지축(130)이 미리 정해진 기준 각도 이상으로 기울어지는 경우, 스위치를 온 동작시키거나 전기 접점을 잠그는 동작을 수행하여 회전 지지축(130)이 고정될 수 있게 한다.

장치 제어부(140)는 상기와 같은 안전 장치의 역할 외에 등받이부(110)의 독립된 움직임을 제어할 수 있고, 등받이부(110)가 기울어지는 각도에 따라 체간 재활 훈련의 강도를 조절할 수 있도록 한다. 하기에서 설명할 사용자의 상태 즉 사용자의 신체 능력에 따라 체간 재활 훈련의 난이도를 조절할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 착석부의 세부 구조를 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 착석부(120)는 사용자의 신체 크기에 맞게 조절하여 사용하기 위하여 전후로 이동 가능하게 구성될 수 있다.

착석부(120)는 일면에 설치되는 슬라이드 레일(121)과, 사용자가 착석할 수 있고 슬라이드 레일(121)을 따라 슬라이드 이동하는 시트부재(122)를 포함할 수 있고, 시트부재(122)의 하부는 롤러나 바퀴 등과 같은 슬라이드 부재(1222)가 설치될 수 있다. 슬라이드 부재(1222)는 슬라이드 레일(121)에 결합되어 슬라이드 이동되도록 가이드 함으로써 시트부재(122)를 용이하게 전후로 이동시킬 수 있다. 그리고 시트부재(122)를 슬라이드 레일(121)의 일정 위치에 고정함으로써 시트부재(122)를 고정한 상태에서 사용할 수 있다. 예컨대, 슬라이드 부재(1222)에는 슬라이드 홀이 형성되고, 슬라이드 레일(121)에는 길이 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 이격된 복수의 레일 홀이 형성되며, 슬라이드 홀과 복수의 레일 홀 중 어느 하나의 레일 홀을 핀이나 고정 나사 등을 사용하여 고정함으로써 시트부재(122)의 위치를 고정할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 골반 고정부의 세부 구조를 보여주는 도면이다.

도 7을 참조하면, 골반 고정부(150)는 시트부재(122)에 착석한 사용자의 골반 크기에 맞게 사용자가 착석할 수 있는 시트부재(122)의 면적을 조절하여 사용할 수 있도록 한다.

골반 고정부(150)는 시트부재(122) 상에 서로 이격되게 형성되어 대향 배치되는 제1 플레이트(151) 및 제2 플레이트(152)와, 시트부재(122)에 착석한 사용자의 골반 크기에 따라 거리가 조절된 제1 플레이트(151) 및 제2 플레이트(152)를 체결하여 고정하는 체결부재(153)를 포함한다. 제1 플레이트(151) 및 제2 플레이트(152)는 좌우로 이동 가능하게 구성될 수 있고, 사용자의 골반 크기가 작을수록 제1 플레이트(151) 및 제2 플레이트(152) 사이의 거리가 짧아지는 방향으로 이동할 수 있다. 그리고 체결부재(153)는 너트 또는 볼트 등과 같이 체결하여 조립할 수 있는 체결 수단으로 이루어짐으로써 사용자의 골반 크기에 따라 거리가 조절된 제1 플레이트(151) 및 제2 플레이트(152)를 고정하여 사용할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 하지 고정부의 세부 구조를 보여주는 도면을 나타낸다.

하지 고정부(160)는 사용자의 하지를 지지 및 고정시킬 수 있으며, 제1 하지 고정부(161) 및 제2 하지 고정부(162)를 포함할 수 있다.

도 8a를 참조하면, 제1 하지 고정부(161)는 사용자의 하지 상부에 착탈 가능하게 착용되어 사용자의 하지 상부(대퇴부)를 고정시킬 수 있다. 이를 위하여 제1 하지 고정부(161)는 사용자의 하지 상부에 착탈 가능한 벨트 형태로 이루어지는 제1 하지 지지부재(1612) 및 제1 하지 지지부재(1612)를 고정하는 제1 하지 고정부재(1614)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 하지 고정부(161)는 좌우 한 쌍의 대퇴부를 각각 고정시키기 위한 벨트 형태로 구성될 수 있으며, 시트부재(122)의 양측 하부로부터 시트부재(122)의 내측에 있는 제1 하지 고정부재(1614)까지 제1 하지 지지부재(1612)를 연결하여 좌우 한 쌍의 대퇴부를 각각 고정시킬 수 있다.

보다 자세하게는 제1 하지 고정부(161)는 대퇴부 측면으로부터 대퇴부 안쪽으로 연결하여 대퇴부를 고정시키며, 좌우 다리 모두 대퇴부 위쪽을 고정시켜 하지 상부를 고정할 수 있다. 그리고 제1 하지 고정부(161)는 사용자의 상태나 훈련 방법 등에 따라 제1 하지 지지부재(1612)의 길이를 늘이거나 줄여서 고정할 수 있다.

도 8b를 참조하면, 제2 하지 고정부(162)는 무릎이나 종아리 부위 등과 같은 사용자의 하지 하부를 고정시킬 수 있다.

제2 하지 고정부(162)는 좌우 한 쌍으로 이루어질 수 있고, 사용자의 하지 하부의 벌어짐과 흔들림으로 인한 움직임을 최소화하기 위하여 사용자의 하지 하부를 지지 및 고정하는 벨트 형태의 제2 하지 고정부재(1622)와, 제2 하지 고정부재(1622)가 발판부(170)에 대하여 미리 설정된 각도로 기울어지게 설치되는 하지 지지축(1624)을 포함할 수 있다.

하지 지지축(1624)은 발판부(170)에 부착되어 사용자의 하퇴부에서 발목 부분까지 파이프 형태로 연결될 수 있으며, 앉고 서는 등과 같은 체간 재활 훈련 시 발목과 다리 각도의 움직임에 따라 다리를 고정시킨 상태에서 각도에 따른 움직임이 가능하도록 구성될 수 있다.

이와 같이, 하지 지지축(1624)이 소정의 각도로 기울어질 수 있기 때문에 사용자는 앉고 서는 등과 같은 체간 재활 훈련을 원활하게 수행할 수 있게 된다. 그리고 하지 지지축(1624)은 상황에 따라 착탈 가능한 구조로 이루어질 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제1 발판부의 세부 구조를 보여주는 도면, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 발판부의 세부 구조를 보여주는 도면, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제2 발판부의 높이가 조절된 예를 보여주는 도면 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제2 발판부의 각도가 조절된 예를 보여주는 도면이다.

발판부(170)는 제2 하지 고정부(162)가 부착되어 있는 발판으로서, 발판부(170)는 사용자의 발이 안착되고, 지면으로부터 사용자의 발의 높이 또는 지면에 대해 사용자의 발이 기울어지는 각도를 조절할 수 있다. 발판부(170)는 제1 발판부(171) 또는 제2 발판부(172)로 이루어질 수 있으며, 사용자의 신체 능력 및 체간 재활 훈련 방법에 따라 제1 발판부(171) 및 제2 발판부(172)를 선택적으로 사용할 수 있다.

도 9와 같이, 제1 발판부(171)는 착석부(120)에 설치되는 제1 파이프(1712), 발 고정부(180)에 설치되고 제1 파이프(1712)에 결합되어 제1 파이프(1712)의 길이 방향을 따라 이동 가능한 제2 파이프(1714)와, 제1 파이프(1712) 및 제2 파이프(1714)를 관통하여 제2 파이프(1714)를 제1 파이프(1712)에 고정시키는 발판 고정부재(1716)를 포함할 수 있다.

제2 파이프(1714)는 일단이 제1 파이프(1712)를 수용하기 위하여 제1 파이프(1712)의 직경보다 큰 직경을 가지고, 타단이 발 고정부(180)와 결합될 수 있다. 예컨대, 제1 파이프(1712) 및 제2 파이프(1714)는 길이 방향을 따라 복수의 제1 파이프 홀 및 복수의 제2 파이프 홀이 각각 형성되어 있고, 제1 파이프(1712) 및 제2 파이프(1714)는 복수의 제1 파이프 홀 중 어느 하나의 제1 파이프 홀과, 복수의 제2 파이프 홀 중 어느 하나의 제2 파이프 홀을 관통하는 고정 나사 등과 같은 발판 고정부재(1716)에 의해 고정되어 사용자의 발 높이를 조절할 수 있다. 이때 복수의 제1 파이프 홀 및 복수의 제2 파이프 홀은 동일한 간격으로 형성될 수 있으며, 제1 발판부(171)는 상황에 따라 착탈 가능한 구조로 이루어질 수 있다.

이와 같이, 제1 발판부(171)는 제1 파이프(1712)와 제2 파이프(1714)가 중첩되는 길이를 조절함으로써 사용자의 발 높이를 조절할 수 있다.

도 10을 참조하면, 제2 발판부(172)는 지면에 설치되고 착탈 가능한 발판으로, 발 고정부(180)를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.

제2 발판부(172)는 상하 배치되는 제1 패널부(1722) 및 제2 패널부(1724)와, 제1 패널부(1722) 및 제2 패널부(1724) 사이에 설치되어 제1 패널부(1722) 및 제2 패널부(1724)의 거리를 조절하는 높이 조절부(1726)를 포함할 수 있다.

제1 패널부(1722)는 사용자의 발이 안착되고, 제2 패널부(1724)는 제1 패널부(1722)에 대향되고, 지면에 지지될 수 있다.

제1 패널부(1722)와 제2 패널부(1724)의 대향면에는 높이 조절부(1726)가 안착되는 복수 개의 제1 높이 조절 홈(1722a) 및 복수 개의 제2 높이 조절 홈(1724a)이 각각 형성될 수 있다.

높이 조절부(1726)는 X형태로 교차되어 내측 각도(θ)의 조절이 가능한 각도 조절 부재(1726a), 각도 조절 부재(1726a)의 단부에 구비되어 제1 높이 조절 홈(1722a) 및 제2 높이 조절 홈(1724a)에 각각 수용되는 안착부재(1726b)를 포함하고, 내측 각도(θ)가 작아질수록 제2 발판부(172)의 높이가 낮아지고, 도 11과 같이, 내측 각도(θ)가 커질수록 제2 발판부(172)의 높이가 높아질 수 있다. 즉, 안착부재(1726b)가 제1 패널부(1722) 및 제2 패널부(1724)의 내측에 위치한 제1 높이 조절 홈(1722a) 및 제2 높이 조절 홈(1724a)에 수용될수록 내측 각도(θ)는 커지고, 안착부재(1726b)가 제1 패널부(1722) 및 제2 패널부(1724)의 외측에 위치한 제1 높이 조절 홈(1722a) 및 제2 높이 조절 홈(1724a)에 수용될수록 내측 각도(θ)는 작아질 수 있다.

이와 같이, 안착부재(1726b)가 제1 높이 조절 홈(1722a) 및 제2 높이 조절 홈(1724a)의 어느 위치에 수용되는지에 따라 내측 각도(θ)가 조절될 수 있기 때문에 이에 따라 사용자의 발 높이를 조절할 수 있게 된다.

그리고 도 12와 같이, 안착부재(1726b)가 수용되는 제1 높이 조절 홈(1722a) 및 제2 높이 조절 홈(1724a)의 위치에 따라 지면에 대해 사용자의 발이 기울어지는 각도(α)를 조절할 수 있다. 즉 각도 조절 부재(1726a)가 비대칭적인 구조로 될 경우 제2 패널부(1724)에 대하여 제1 패널부(1722)가 기울어지기 때문에 사용자의 발 또한 기울어지게 된다. 이러한 각도(α)의 조절을 통해 사용자가 원하는 각도에 안정적으로 발을 고정시킬 수 있게 된다.

발 고정부(180)는 발판부(170)에 설치되어 사용자의 발을 고정하고, 사용자의 발의 내번 또는 외번 움직임에 맞추어 운동할 수 있다. 발 고정부(180)는 제1 발판부(171)와 제2 발판부(172)에 모두 사용될 수 있다.

도 8a와 같이, 발 고정부(180)는 발 위치 고정부(181) 및 발등 고정부(182)로 구성된다. 발 위치 고정부(181)는 발판부(170) 위의 외번(Inversion) 또는 내번(Eversion) 등의 움직임에 맞게 고정 가능한 신발을 발판부(170)에 고정 나사와 같은 고정 부재로 고정하고, 발등 고정부(182)는 고정된 신발에 발을 넣고 벨트 형태로 발등을 고정할 수 있고, 발판부(170)에 의해 양쪽 발 각각의 높이를 조절할 수 있으며, 각도 조절도 가능하다. 발 고정부(180)는 양쪽 발 2개, 즉 1세트로 구성되어 있으며 각각 발의 움직임을 안정적으로 고정하거나 제한할 수 있다.

도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예에 따른 손잡이부의 세부 구조 및 동작 과정을 보여주는 도면이다.

도 13a를 참조하면, 손잡이부(190)는 사용자의 상태, 특성이나 신체 능력에 따라 필요시 선택적으로 사용할 수 있는 수단으로, 사용 여부에 따라 접거나 펼칠 수 있거나, 탈부착하여 사용할 수 있다. 그리고 손잡이부(190)는 높이 조절과 이동이 가능하도록 구성될 수 있다.

손잡이부(190)는 제1 손잡이부(191) 및 제2 손잡이부(192)를 포함할 수 있으며, 제1 손잡이부(191)는 손을 거치할 수 있는 플레이트 형상의 제1 거치부(191a) 및 일단이 제1 거치부(191a)와 연결되고 타단이 지면을 지지하도록 형성되는 제1 손잡이 지지부(191b)로 이루어질 수 있다. 제2 손잡이부(192)는 손을 거치할 수 있는 플레이트 형상의 제2 거치부(192a) 및 일단이 제2 거치부(192a)와 연결되고 타단이 지면을 지지하도록 형성되는 제2 손잡이 지지부(192b)로 이루어질 수 있다.

제1 손잡이 지지부(191b) 및 제2 손잡이 지지부(192b)는 신축 가능한 파이프 형태로 이루어져 손잡이부(190)의 높이를 조절할 수 있다. 예컨대, 제1 손잡이 지지부(191b) 및 제2 손잡이 지지부(192b)는 파이프를 인입하거나 인출하는 동작을 통해 길이를 다단으로 늘이거나 줄여서 손잡이부(190)의 높이를 조절할 수 있다.

도 13b와 같이, 사용이 필요할 경우에는 제1 및 제2 거치부(191a, 192a)와, 제1 및 제2 손잡이 지지부(191b, 192b)를 각각 펴서 사용하고, 사용이 필요하지 않을 경우에는 제1 및 제2 거치부(191a, 192a)와, 제1 및 제2 손잡이 지지부(191b, 192b)를 접어서 보관할 수 있다. 도 13c와 같이, 사용이 필요할 경우에는 제1 및 제2 거치부(191a, 192a)와, 제1 및 제2 손잡이 지지부(191b, 192b)를 부착하여 사용하고, 사용이 필요하지 않을 경우에는 제1 및 제2 거치부(191a, 192a)와, 제1 및 제2 손잡이 지지부(191b, 192b)를 분리하여 보관할 수 있다.

도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 병렬 로봇부의 세부 구조를 보여주는 도면 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 병렬 로봇부의 제어 블록도를 나타낸다.

도 1, 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 병렬 로봇부(200)는 착석부(120)의 하부에 설치되어 사용자를 앉은 상태에서 지지하면서 2자유도 이상의 움직임을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 병렬 로봇부(200)는 3자유도의 움직임 또는 6자유도의 움직임을 발생시킬 수 있는데, 3자유도는 3개의 선형 움직임(x(수평), y(수직), z(깊이))으로 움직이는 것이고, 6자유도는 3개의 선형 움직임(x(수평), y(수직), z(깊이))과 3개의 회전 움직임(롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw))으로 움직이는 것으로, 롤(Roll)은 X축(전후 방향)을 기준으로 회전하고, 피치(Pitch)는 Y축(좌우 방향)을 기준으로 회전하고, 요(Yaw)는 Z축(수직 방향)을 기준으로 회전하는 것을 말한다.

병렬 로봇부(200)는 이동 베이스부(210), 고정 베이스부(220), 복수의 링크부(230), 액츄에이터부(240), 로봇 제어부(250), 기울기 측정부(262), 데이터 측정부(264), 입력부(270), 디스플레이부(280) 및 비상 신호 입력부(290)를 포함할 수 있다.

이동 베이스부(210)는 상부에 장치부(100)가 안착되어 장치부(100)를 지지할 수 있다. 보다 자세하게는 이동 베이스부(210)는 착석부(120)와 결합되거나 착석부(120)와 일체로 형성되어 착석부(120)에 앉은 사용자를 지지하면서 이동 가능하게 구성될 수 있다.

고정 베이스부(220)는 이동 베이스부(210)와 미리 정해진 거리만큼 이격되어 지면상에 설치될 수 있다.

복수의 링크부(230)는 양 끝단이 이동 베이스부(210)와 고정 베이스부(220)에 각각 연결되고, 서로 방사상으로 배치될 수 있으며, 이동 베이스부(210)를 지지한 상태에서 각 높이가 가변되도록 구성될 수 있다. 즉 복수의 링크부(230)는 고정 베이스부(220)에 대한 이동 베이스부(210)의 상대적 위치를 조절하여 이동 베이스부(210)와 고정 베이스부(220) 간의 간격이 변경되도록 구성될 수 있다.

복수의 링크부(230)는 액츄에이터(240)에 의해 각각 작동되어 링크부(230)와 연결된 이동 베이스부(210)를 다양한 각도로 기울일 수 있는데, 예컨대, 이동 베이스부(210)는 고정 베이스부(220)에 대하여 미리 정해진 거리만큼 평행하게 이격되어 있다가 액츄에이터부(240)의 구동에 따라 각 링크부(230)의 높이가 가변되어 일정 각도로 기울어질 수 있도록 한다. 그리고 이동 베이스부(210)와 링크부(230) 사이 또는 고정 베이스부(220)와 링크부(230) 사이는 조인트로 연결되도록 하여 모든 방향에서의 자유도를 얻을 수 있게 한다.

이와 같이, 링크부(230)의 높이를 가변하기 위하여 예컨대, 각 링크부(230)는 파이프 형태의 제1 링크부와, 제1 링크부에 결합되어 제1 링크부의 길이 방향을 따라 이동 가능한 제2 링크부를 포함할 수 있으며, 제2 링크부는 일단이 제1 링크부를 수용하기 위하여 제1 링크부의 직경보다 큰 직경을 가지고 액츄에이터부(240)의 구동에 따라 제1 링크부의 길이 방향을 따라 이동함으로써 링크부(230)의 높이를 가변시킬 수 있다.

또한 링크부(230)는 일측이 이동 베이스부(210)와 연결되는 제1 링크부와, 일측이 제1 링크부의 타측에 힌지 결합되고 타측이 고정 베이스부(220)에 연결되는 제2 링크부를 포함할 수 있고, 제1 링크부와 제2 링크부가 이루는 각을 조절하여 지면으로부터 링크부(230)의 높이를 가변시킬 수 있다.

이와 같이, 링크부(230)의 높이를 가변시키는 구성은 널리 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

액츄에이터부(240)는 복수의 링크부(230)의 높이가 가변되도록 구동력(움직임)을 발생하는 유압 잭, 전기 액츄에이터 또는 서보 모터(servo motor) 등으로 이루어질 수 있다. 액츄에이터부(240)는 링크부(230)와 동일한 개수로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 각 링크부(230)의 끝단에 설치되어 링크부(230)가 상하로 이동하기 위한 구동력을 제공할 수 있다. 그리고 액츄에이터부(240)는 링크부(230)의 높이와 속도를 적절하게 조절하여 병렬 로봇부(200)를 다양한 움직임(방향)과 속도로 움직일 수 있게 한다.

이와 같이, 병렬 로봇부(200) 상의 착석부(120)에 앉은 사용자가 병렬 로봇부(200)의 움직임에 따라 체간 재활 운동을 하고, 병렬 로봇부(200)의 움직임으로부터 도움을 받아 발판부(170)상에서 앉거나 서는 훈련 등의 기능적 움직임에 대한 체간 재활 운동을 할 수 있다.

한편, 병렬 로봇부(200)는 도 1의 구조에 한정되지 않고, 장치부(100)를 지지하면서 움직임을 구현할 수 있는 구조면 무엇이든지 가능하다.

로봇 제어부(250)는 병렬 로봇부(200)를 전반적으로 제어하는 수단으로서, 고정 베이스부(220)에 대한 이동 베이스부(210)의 상대적 위치를 조절하기 위하여 링크부(230)의 구동을 제어하는 움직임 제어 신호를 액츄에이터부(240)에 제공할 수 있다.

기울기 측정부(262)는 병렬 로봇부(200)의 움직임에 따른 사용자의 체간 기울기를 측정할 수 있다. 기울기 측정부(262)는 도 1과 같이, 등받이부(110)에 설치되어 사용자의 체간 기울기를 측정하는 한 개 이상의 기울기 센서로 이루어질 수 있다.

또한 등받이부(110)를 제거하여 사용하는 경우, 기울기 측정부(262)는 사용자의 신체 또는 사용자가 착용한 의복에 직접 부착될 수 있거나, 사용자가 착용 가능한 조끼나 하네스 형태의 의복이나 기구에 설치될 수 있다.

데이터 측정부(264)는 제1 데이터 측정부(264a) 및 제2 데이터 측정부(264b)를 포함하여 병렬 로봇부(200)의 움직임에 따른 사용자의 체중 이동을 측정할 수 있다.

제1 데이터 측정부(264a)는 도 1과 같이, 시트부재(122)의 하부에 설치되어 시트부재(122)에 앉은 사용자의 압력을 측정하고, 제2 데이터 측정부(264b)는 발판부(170)의 하부에 설치되어 발판부(170)에 안착된 사용자의 압력을 측정함으로써 사용자의 체중 이동을 측정할 수 있도록 한다. 제1 데이터 측정부(264a) 및 제2 데이터 측정부(264b)는 로드 셀과 같은 한 개 이상의 무게 측정 소자 또는 한 개 이상의 압력 센서로 이루어질 수 있다.

로봇 제어부(250)는 기울기 측정부(262)에서 측정된 사용자의 체간 기울기 및 데이터 측정부(264)에서 측정된 사용자의 체중 이동에 따라 사용자의 상태(특성)를 판단하고, 판단된 사용자의 상태에 따른 움직임 제어 신호를 액츄에이터부(240)에 제공할 수 있다. 즉 로봇 제어부(250)는 액츄에이터부(240)의 움직임 측정 값과 함께, 기울기 측정부(262)에서 측정된 사용자의 체간 기울기, 제1 데이터 측정부(264a) 및 제2 데이터 측정부(264b)에서 측정된 사용자의 압력을 기초로 추정된 사용자의 자세 추측 값을 조합하여 움직임 제어 신호를 생성할 수 있다. 그리고 로봇 제어부(250)는 판단된 사용자의 상태를 이용하여 사용자의 평가 정보를 생성할 수 있으며, 체간 재활 훈련 시 장치부(100)에 가해지는 사용자의 힘을 감지하여 훈련 상태에 대한 피드백을 제공할 수 있도록 한다.

예컨대, 로봇 제어부(250)는 데이터 측정부(264)에서 측정된 사용자의 체중 이동을 이용하여 사용자의 체중 이동 능력이나 밸런스 유지 능력 등과 같은 사용자의 기능이나 신체 능력 등과 같은 상태를 파악할 수 있고, 앉고 서는 훈련과 같이 사용자가 선 상태에서 제2 데이터 측정부(264b)를 통해 측정되는 사용자의 압력이나 반응을 파악하여 오른 발의 힘을 빼거나 왼발에 힘을 주도록 함으로써 양발에 실리는 체중이 일치하도록 유도할 수 있다. 그리고 로봇 제어부(250)는 앉고 서는 훈련 시 제1 데이터 측정부(264a)가 설치된 시트부재(122)에 사용자가 앉으면 착석부(120)가 병렬 로봇부(200)와 함께 일정 각도로 기울어지며, 사용자의 동작을 보조하도록 한다. 이와 같이, 로봇 제어부(250)는 사용자의 상태에 따라 미리 정해진 움직임 범위 내에서 사용자의 움직임을 도와줄 수 있다.

로봇 제어부(250)는 제1 데이터 측정부(264a) 및 제2 데이터 측정부(264b)에서 측정된 사용자의 압력이 디스플레이부(280)에 출력되도록 제어할 수 있다. 즉 로봇 제어부(250)는 시트부재(122)에 앉은 사용자의 압력과 발판부(170)에 안착된 사용자의 발에 대한 압력이 디스플레이부(280)에 출력되도록 제어하고, 상기한 압력들을 이용하여 체간 재활 훈련이 이루어지도록 한다.

입력부(270)는 사용자 정보 및 설정 정보를 입력받아 로봇 제어부(250)에 제공할 수 있다. 입력부(270)는 사용자 개인의 운동 능력이나 특성에 맞게 병렬 로봇부(200)의 움직임을 제어하기 위한 범위 값들을 입력받을 수 있다. Motion Generation GUI Program은 치료사가 입력부(270)를 사용하여 직접 운영 및 제어 가능하며, 입력부(270)를 통해 설정 정보를 입력받을 수 있다.

로봇 제어부(250)는 입력부(270)로부터 입력받은 사용자 정보 및 설정 정보에 따라 대응하는 훈련 프로그램을 실행하고 이에 대한 정보가 디스플레이부(280)에 출력되도록 제어할 수 있다.

그리고 로봇 제어부(250)는 체간 재활 운동 시 기울기 측정부(262)로부터 측정된 사용자의 체간 기울기나 사용자의 움직임 등을 입력받아 디스플레이부(280)에 출력함으로써 사용자 또는 치료사가 이를 확인하면서 체간 재활 운동하도록 한다.

한편, 본 발명의 실시예에서 장치부(100)는 장치 제어부(140)를 통해 제어하고, 병렬 로봇부(200)는 로봇 제어부(250)를 통해 제어하도록 설명하고 있으나, 로봇 제어부(250)와 장치 제어부(140)는 일체로 형성될 수 있음은 물론이다. 즉 하나의 제어부에서 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치(1)를 제어할 수 있다.

디스플레이부(280)는 사용자의 체간 재활 훈련을 위한 각종 정보를 출력한다. 디스플레이부(280)는 기울기 측정부(262) 및 데이터 측정부(264)로부터 측정된 정보들 및 사용자의 평가 정보를 제공 받아 출력할 수 있다. 예컨대, 디스플레이부(280)는 x(수평), y(수직), z(깊이)의 변위 지령 값과 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)의 각도 지령 값, 각 액츄에이터부(240)의 변위 지령 값, 데이터 측정부(264)에서 측정된 사용자의 압력에 대한 변수를 파일 형태로 출력할 수 있다.

비상 신호 입력부(290)는 무선 통신 모듈(미도시)이 내장되어 있으며, 비상 신호 입력부(290)에 구비된 버튼 등을 통해 사용자로부터 비상 정지 신호를 입력 받으면 무선 통신 모듈을 통해 비상 정지 신호를 로봇 제어부(250)로 출력함으로써 액츄에이터부(240)를 정지시킬 수 있게 한다. 이는 사용자가 위험을 인지하면 병렬 로봇부(200)를 직접 정지시켜 사용자의 안정성을 확보할 수 있게 하기 위함이다.

이와 같이, 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치(1)는 병렬 로봇부(200)를 구동부로 가짐으로써 지면으로부터의 각도 조절뿐만 아니라 공간상의 3차원 움직임까지 구현 가능한 체간 재활 운동을 할 수 있다. 그리고 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치(1)는 다양한 움직임과 속도 조절이 가능하고, 사용자의 밸런스 조절 및 보행 전 다양한 훈련이 가능하고, 모든 방향에서 움직임, 힘 또는 토크를 제공할 수 있기 때문에 불안정한 지면상에서의 모든 체간 재활 훈련을 사용자의 수준에 맞게 제공할 수 있다.

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.

1: 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치
100: 장치부 200: 병렬 로봇부
110: 등받이부 210: 이동 베이스부
120: 착석부 220: 고정 베이스부
130: 회전 지지축 230: 링크부
140: 장치 제어부 240: 액츄에이터부
150: 골반 고정부 250: 로봇 제어부
160: 하지 고정부 262: 기울기 측정부
264: 데이터 측정부
170: 발판부 270: 입력부
180: 발 고정부 280: 디스플레이부
190: 손잡이부 290: 비상 신호 입력부

Claims (19)

1. 착석부를 구비하고, 상기 착석부에 앉은 사용자의 체간을 고정하면서 사용자의 체간 재활 훈련을 위한 움직임을 지원하는 장치부, 그리고
   상기 착석부의 하부에 설치되어 사용자를 앉은 상태에서 지지하면서 2자유도 이상의 움직임을 발생시키는 병렬 로봇부를 포함하고,
   상기 병렬 로봇부는, 상기 장치부가 안착되는 이동 베이스부, 상기 이동 베이스부와 미리 정해진 거리만큼 이격되어 설치되는 고정 베이스부, 양 끝단이 상기 이동 베이스부와 상기 고정 베이스부에 각각 연결되고, 상기 이동 베이스부를 지지한 상태에서 높이가 가변 가능하게 구비되는 복수의 링크부, 상기 복수의 링크부의 높이를 가변시키기 위한 구동력을 발생시키는 액츄에이터부, 상기 발생된 움직임에 따른 상기 사용자의 체간 기울기를 측정하는 기울기 측정부, 상기 발생된 움직임에 따른 상기 사용자의 체중 이동을 측정하는 데이터 측정부, 그리고 상기 측정된 사용자의 체간 기울기 및 상기 사용자의 체중 이동에 따라 상기 사용자의 상태를 판단하고, 상기 판단된 사용자의 상태에 따라 상기 링크부의 높이를 제어하는 움직임 제어 신호를 상기 액츄에이터부에 제공하는 로봇 제어부를 포함하며,
   상기 로봇 제어부는, 상기 데이터 측정부에서 측정된 사용자의 압력을 기초로 추정된 사용자의 자세 측정값과 상기 액츄에이터부의 움직임 측정 값을 조합하여 상기 움직임 제어 신호를 생성하고,
   상기 장치부는, 상기 사용자의 발이 안착되고, 지면으로부터 상기 사용자의 발의 높이 또는 지면에 대해 상기 사용자의 발이 기울어지는 각도의 조절이 가능한 발판부를 더 포함하고,
   상기 발판부는,
   상기 사용자의 발이 안착되는 제1 패널부,
   상기 제1 패널부에 대향되고 지면에 지지되는 제2 패널부, 그리고
   제1 각도 조절 부재와 제2 각도 조절 부재를 포함하는 높이 조절부를 포함하고,
   상기 제1 패널부와 상기 제2 패널부의 대향면에는 각각 복수 개의 홈이 형성되며, 상기 제1 각도 조절 부재의 일단은 상기 제1 패널부에 형성된 복수 개의 홈 중 하나에 수용되고, 상기 제1 각도 조절 부재의 타단은 상기 제2 패널부에 형성된 복수 개의 홈 중 하나에 수용되며, 상기 제2 각도 조절 부재의 일단은 상기 제1 패널부에 형성된 복수 개의 홈 중 다른 하나에 수용되고, 상기 제2 각도 조절 부재의 타단은 상기 제2 패널부에 형성된 복수 개의 홈 중 다른 하나에 수용됨으로써, 상기 제1 각도 조절 부재와 상기 제2 각도 조절 부재는 X 형태로 교차되며, 상기 제1 패널부와 상기 제2 패널부의 대향면에 형성된 복수 개의 홈에 상기 제1 각도 조절 부재의 양단과 상기 제2 각도 조절 부재의 양단이 수용된 위치에 따라 상기 제1 패널부와 상기 제2 패널부 사이의 높이가 조절되는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에서,
   상기 액츄에이터부는,
   X(수평), Y(수직), Z(깊이)에 대한 3자유도의 움직임을 위한 구동력을 발생시키거나, X(수평), Y(수직), Z(깊이), 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)에 대한 6자유도의 움직임을 위한 구동력을 발생시키는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
4. 삭제
5. 제 1 항에서,
   상기 착석부는,
   일면에 설치되는 슬라이드 레일과,
   상기 사용자가 착석할 수 있고, 상기 슬라이드 레일을 따라 슬라이드 이동하는 시트부재를 포함하는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
6. 삭제
7. 제 5 항에서,
   상기 장치부는,
   상기 착석부에 앉은 사용자의 체간을 고정하는 등받이부, 그리고
   상기 등받이부가 상하로 이동 가능하게 결합되고, 상기 등받이부가 상기 착석부에 대하여 미리 설정된 각도로 기울어지거나 회전 가능하게 결합되는 회전 지지축을 더 포함하는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
8. 제 7 항에서,
   상기 장치부는,
   상기 회전 지지축의 움직임을 제어하는 장치 제어부를 더 포함하고,
   상기 장치 제어부는,
   상기 회전 지지축이 상기 착석부에 대하여 기울어지는 각도가 미리 정해진 기준 각도 이상인 경우, 상기 회전 지지축의 움직임을 제한하는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
9. 제 7 항에서,
   상기 기울기 측정부는,
   상기 등받이부에 설치되어 상기 사용자의 체간 기울기를 측정하는 한 개 이상의 기울기 센서로 이루어지는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
10. 제 5 항에서,
    상기 데이터 측정부는,
    상기 시트부재에 설치되어 상기 시트부재에 앉은 사용자의 압력을 측정하는 제1 데이터 측정부, 그리고
    상기 발판부에 설치되어 상기 발판부에 안착된 사용자의 압력을 측정하는 제2 데이터 측정부를 포함하는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
11. 제 10 항에서,
    상기 제1 데이터 측정부 및 상기 제2 데이터 측정부는,
    한 개 이상의 로드셀 또는 한 개 이상의 압력 센서로 이루어지는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
12. 제 1 항에서,
    상기 병렬 로봇부는,
    사용자 정보 및 설정 정보를 입력받아 상기 로봇 제어부에 제공하는 입력부, 그리고
    상기 기울기 측정부 및 상기 데이터 측정부로부터 감지된 정보 및 상기 로봇 제어부로부터 사용자의 상태에 대한 정보를 제공받아 출력하는 디스플레이부를 더 포함하는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
13. 제 1 항에서,
    상기 병렬 로봇부는,
    사용자로부터 입력받은 비상 정지 신호를 상기 로봇 제어부로 전송하여 상기 액츄에이터부를 정지시키는 비상 신호 입력부를 더 포함하는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
14. 제 8 항에서,
    상기 장치부는,
    상기 시트부재 상에 서로 이격되게 형성되어 대향 배치되고, 좌우로 이동 가능한 제1 플레이트 및 제2 플레이트와,
    상기 시트부재에 착석한 사용자의 골반 크기에 따라 좌우로 이동된 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 체결하여 고정하는 체결부재를 포함하는 골반 고정부를 더 포함하는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
15. 제 1 항에서,
    상기 장치부는,
    상기 사용자의 하지를 지지 및 고정시키는 하지 고정부를 더 포함하는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
16. 제 15 항에서,
    상기 하지 고정부는,
    상기 사용자의 하지 상부에 착탈 가능하게 착용되어 상기 사용자의 하지 상부를 고정시키는 제1 하지 고정부를 포함하는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
17. 제 16 항에서,
    상기 하지 고정부는,
    상기 사용자의 하지 하부에 착탈 가능하게 착용되어 상기 사용자의 하지 하부를 고정시키는 제2 하지 고정부를 더 포함하는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
18. 삭제
19. 제 1 항에서,
    상기 장치부는,
    상기 착석부의 주변에 설치되어 상기 사용자의 손을 거치하고, 이동 및 착탈 가능하게 설치되는 손잡이부를 더 포함하고,
    상기 손잡이부는,
    상기 사용자의 손을 거치할 수 있는 한 쌍의 거치부 및 일단이 상기 거치부와 연결되고 타단은 지면을 지지하고 높이 조절 가능하게 구비되는 한 쌍의 손잡이 지지부를 포함하는 병렬 로봇을 이용한 체간 재활 장치.
    
    

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