KR102014162B1 - 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보행 밸런스 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재활치료의 진행 상황에 따라 전 치료 주기에 모두 활용될 수 있으면서, 물리치료사나 재활의의 감독하에 있지 않더라도 밸런스 라인으로 표출되는 보행 밸런스의 유지여부를 재활환자가 실시간으로 직접 모니터링하며 스스로 자세를 교정할 수 있게 하여 재활훈련의 효과를 배가시킬 수 있게 함과 아울러, 물리치료사나 재활의로서도 재활훈련 과정을 항상 지켜보지 않고 재활훈련 결과를 확인하는 것만으로도 올바른 재활훈련이 이루어졌는지 여부를 간편하게 모니터링한 후 그 모니터링 결과를 토대로 개선된 재활훈련 프로그램을 제공할 수 있게 한 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Description

하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템{MONITORING SYSTEM OF WALKING BALANCE FOR LOWER LIMB REHABILITATION}

본 발명은 보행 밸런스 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재활치료의 진행 상황에 따라 전 치료 주기에 모두 활용될 수 있으면서, 물리치료사나 재활의의 감독하에 있지 않더라도 밸런스 라인으로 표출되는 보행 밸런스의 유지여부를 재활환자가 실시간으로 직접 모니터링하며 스스로 자세를 교정할 수 있게 하여 재활훈련의 효과를 배가시킬 수 있게 함과 아울러, 물리치료사나 재활의로서도 재활훈련 과정을 항상 지켜보지 않고 재활훈련 결과를 확인하는 것만으로도 올바른 재활훈련이 이루어졌는지 여부를 간편하게 모니터링한 후 그 모니터링 결과를 토대로 개선된 재활훈련 프로그램을 제공할 수 있게 한 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템에 관한 것이다.

최근 노령화 사회로의 급격한 진입과 더불어, 뇌졸중 환자나 장애인이 증가하게 되면서, 거동이 불편한 환자들의 재활치료를 돕기 위한 하지재활 치료기에 대한 연구와 보급이 활발해지고 있다.

이러한 하지재활 치료기 중, 하지 재활 로봇 및 보행보조기기는 주로 보행 장애를 갖고 있는 사람이 보다 안전하고 자유롭게 걸을 수 있도록 보조하는 기기로서, 타인에게 의지하지 않고 실내외에서 가고자 하는 곳으로 스스로 이동하는데 도움을 줄 수 있게 되어 거동이 불편한 사람들의 삶의 질 향상에 많은 기여를 할 수 있으므로 현재도 많은 연구와 개발이 진행되고 있다.

그러나, 지금까지 제안되고 있는 하지재활 치료기는 치료 초기의 중증 치료에 초점을 맞추고 있는 제품이 대부분이므로, 재활치료가 어느 정도 진행된 이후나 경증 치료 또는 일상보행 적응 등에는 적합하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

즉, 현재 보급되고 있는 대부분의 하지재활 치료기들은, 혼자서는 자발적 보행이 어려운 뇌손상 질환자와 노약자를 대상으로 하는 고정형 하지재활 시스템과, 로봇의 도움을 받아 잔존 근육에 의한 보행이 가능한 뇌손상 질환자나 주위의 도움 없이 자발적 보행을 하려는 노약자를 대상으로 하는 이동형 하지재활 시스템으로 구분되어 개발됨으로써, 하나의 하지재활 치료기를 이용하여 중증 치료와 경증 치료 및 일상보행 적응에 이르기까지 연속적인 치료 경과에 포괄적으로 적용하기는 어려운 문제점이 있었다.

종래 고정형 하지재활 시스템의 경우 박스 형태로 이루어진 고가의 대형 시스템으로서 주로 전문 재활 시설 등에 거치되며, 시스템 속에서 치료를 받는 재활 대상자와 로봇의 움직임을 정밀하게 관측하면서 물리치료사나 재활의의 감독하에 재활훈련을 시행하게 되므로, 재활 훈련을 시행하기 위한 장소와 시간의 제약을 많이 받게 되는 문제점이 있었다.

또한, 하지재활을 위해서는 하지 근육을 고르게 발달시킬 수 있도록 올바른 보행자세로 걷는 연습을 수없이 반복해야 하는바, 이를 위해서는 질병이나 노환 등에 의해 약화된 근육에 일부러 힘을 가하며 그 부분의 근육에 의도적으로 자극을 가해야 할 필요가 있다.

그에 따라, 전문 재활 시설에서는 물리치료사나 재활의의 감독하에 재활훈련을 시행하게 되는데, 이 경우 제한된 장소에서 제한된 시간 동안에만 재활훈련이 가능하게 되며, 물리치료사나 재활의의 감독이 없는 상태에서 스스로 하는 재활훈련의 경우 재활환자 스스로 약화된 근육을 강화시키기 위해 어떻게 해야 하는지, 독립적으로 시행하고 있는 재활훈련이 올바른지 여부를 일일이 모니터링하기 어려운 문제점이 있어, 스스로 많은 노력을 기울여도 재활훈련의 효과를 충분히 얻기 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 물리치료사나 재활의의 감독하에 있지 않더라도 스스로 하는 재활훈련이 올바른지 여부를 재활환자가 실시간으로 직접 확인하면서 자세를 교정할 수 있게 하여 재활훈련의 효과를 배가시킬 수 있게 함과 아울러, 재활훈련 과정을 항상 시켜보지 않더라도 재활훈련 결과를 확인하는 것만으로도 올바른 재활훈련이 이루어지는지 여부를 간편하게 모니터링하고 그 모니터링 결과를 토대로 재활훈련 프로그램을 제공할 수 있게 한 새로운 하지재활 치료기에 대한 필요성은 꾸준히 증가하고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2010-0037833호 대한민국 등록특허 제10-0854511호 대한민국 등록특허 제10-1732402호 대한민국 공개특허 제10-2016-0017385호

본 발명은 재활치료의 진행 상황에 따라 전 치료 주기에 모두 활용될 수 있으면서, 물리치료사나 재활의의 감독하에 있지 않더라도 밸런스 라인으로 표출되는 보행 밸런스의 유지여부를 재활환자가 실시간으로 직접 모니터링하며 스스로 자세를 교정할 수 있게 하여 재활훈련의 효과를 배가시킬 수 있게 함과 아울러, 물리치료사나 재활의로서도 재활훈련 과정을 항상 지켜보지 않고 재활훈련 결과를 확인하는 것만으로도 올바른 재활훈련이 이루어졌는지 여부를 간편하게 모니터링한 후 그 모니터링 결과를 토대로 개선된 재활훈련 프로그램을 제공할 수 있게 한 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템은,

재활환자가 트랙벨트 상에서 걸음을 옮기며 하지 재활훈련을 수행하는 트레드밀; 상기 트레드밀의 상부에 설치되어 있으며, 재활환자의 보행을 보조하는 하지재활 보조수단이 넘어지지 않도록 상기 하지재활 보조수단을 지지하는 재활 보조프레임; 상기 트랙벨트 저면의 양측 전후에 각각 설치되어, 보행 중 재활환자의 걸음에 따라 트랙벨트 상의 좌측과 우측에 가해지는 하중의 변화를 측정하는 적어도 4개 이상의 힘센서; 상기 힘센서에서 측정된 후 전송되는 하중의 변화를 지속적으로 수신하여 좌측 걸음과 우측 걸음을 구분하고, 각 걸음이 이루어지는 동안 발바닥에서 트랙벨트로 가해지는 하중의 변화를 토대로 보행 밸런스의 유지여부를 판단하여 보행정보를 생성하는 보행 모니터링 제어부; 및 상기 트레드밀에 구비되어 있으며, 상기 보행 모니터링 제어부에서 생성된 보행정보를 전달받아 재활환자가 인지할 수 있도록 실시간 표출시키는 디스플레이 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 힘센서는,

재활환자의 좌측보행시 발바닥을 통하여 트랙벨트에 가해지는 하중의 변화를 좌측에서 감지하도록 트랙벨트 좌측 저면에서 하부 프레임에 설치되어 있는 좌측보행 감지 힘센서; 및 재활환자의 우측보행시 발바닥을 통하여 트랙벨트에 가해지는 하중의 변화를 우측에서 감지하도록 트랙벨트 우측 저면에서 하부 프레임에 설치되어 있는 우측보행 감지 힘센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보행 모니터링 제어부는,

상기 힘센서에서 전송되는 각 힘센서의 고유코드와 하중 값을 수신하여 재활환자의 보행정보를 획득하는 보행정보 수신부; 상기 보행정보 수신부에서 획득한 힘센서의 고유코드에 의해 좌측보행과 우측보행을 구분하고, 각 힘센서에서 전송된 하중 값에 의해 재활환자에 의해 트랙벨트에 가해진 하중이 균형 잡힌 보행인지 여부를 판단하는 보행 밸런스 판단부; 상기 보행 밸런스 판단부에서 균형이 어느 일 측으로 치우처진 것으로 판단될 경우, 그 방향으로 더 가해진 하중만큼 치우처진 밸런스 라인이 발바닥 모양 위에 함께 표출되도록 그래픽 처리하여 새로운 밸런스 라인을 생성하는 밸런스 라인 생성부; 및 상기 밸런스 라인 생성부에서 어느 한 쪽으로 치우치게 표시되거나 올바른 균형이 유지되는 것으로 표시되도록 생성된 밸런스 라인을 상기 디스플레이 장치로 전송하여 자신의 보행 밸런스의 유지여부나 이탈여부를 재활훈련 중 실시간으로 인지할 수 있게 표출시키는 밸런스 라인 표출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 보행 밸런스 판단부는, 좌측과 우측 중 하중 값이 크게 감지되는 쪽을 현재 보행이 이루어지는 영역으로 인식하여 밸런스 라인을 생성할 영역을 특정하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보행 밸런스 판단부는, 그 특정된 영역에 설치되어 있는 좌측보행 감지 힘센서 또는 우측보행 감지 힘센서에서 전송된 하중 값을 미리 설정되어 있던 균형 잡힌 보행 밸런스 라인상의 하중 값과 비교하여 균형 잡힌 보행인지, 그렇지 않으면 하중 값이 그보다 크거나 작아서 어느 한 쪽으로 치우처진 보행인지 여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸런스 라인 생성부는, 발뒤꿈치 부분에 표출되는 밸런스 라인상의 하중은 전면 중앙부분에 설치된 힘센서에서 측정된 값을 나타내고, 발가락 부분에 표출되는 밸런스 라인상의 하중은 후면 중앙부분에 설치된 힘센서에서 측정된 값을 나타내도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보행 모니터링 제어부는,

물리치료사나 재활의가 제안하는 재활훈련 프로그램을 메모리에 등록하여 재활환자가 트레드밀 이용시 수행해야 할 목표를 제공할 수 있게 하는 재활 프로그램 등록부; 및 상기 보행 밸런스 판단부와 밸런스 라인 생성부에서의 판단 결과를 토대로 재활훈련 프로그램의 수행정도를 자동으로 평가하여 갱신한 후 물리치료사나 재활의에게 제공하는 훈련성취 평가부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 재활치료의 진행 상황에 따라 중증 재활치료에 적합한 거치형 외골격 로봇뿐만 아니라, 경증 재활치료에 적합한 이동형 외골격 로봇을 이용하는 재활훈련에 적용될 수 있음은 물론, 하지재활 보조수단에 의지하지 않는 일상보행 적응 재활훈련에도 적용될 수 있어, 재활훈련의 전 치료과정에 폭넓게 이용될 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 물리치료사나 재활의의 감독하에 있지 않더라도 밸런스 라인으로 표출되는 보행 밸런스의 유지여부를 재활환자가 실시간으로 직접 모니터링하며 스스로 자세를 교정할 수 있게 하여 재활훈련의 효과를 배가시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템의 블록 구성도.
도 3은 본 발명에 따라 트레드밀의 벨트 저면에 힘센서가 배치된 것을 나타내는 전체 사시도.
도 4는 본 발명에 따라 트레드밀의 벨트 저면에 힘센서가 배치된 것을 나타내는 평면도.
도 5는 본 발명에 따라 재활 훈련을 위한 보행 중 힘센서에 측정되는 값의 변화에 따라 보행정보가 실시간으로 변경 표출되는 것을 나타내는 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템을 이용하여 재활훈련을 시행하는 것을 나타내는 예시도.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템의 블록 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템은, 재활환자가 트랙벨트 상에서 걸음을 옮기며 하지 재활훈련을 수행하는 트레드밀(100)과, 상기 트레드밀의 상부에 설치되어 있으며 재활환자의 보행을 보조하는 하지재활 보조수단이 넘어지지 않도록 상기 하지재활 보조수단을 지지하는 재활 보조프레임(200)과, 상기 트랙벨트 저면의 양측 전후에 각각 설치되어 보행 중 재활환자의 걸음에 따라 좌측과 우측에 가해지는 하중의 변화를 측정하는 적어도 4개 이상의 힘센서(300)와, 상기 힘센서에서 측정된 후 전송되는 하중의 변화를 지속적으로 수신하여 좌측 걸음과 우측 걸음을 구분하고 각 걸음이 이루어지는 동안 발바닥에서 트랙벨트로 가해지는 하중의 변화를 토대로 보행 밸런스의 유지여부를 판단하여 보행정보를 생성하는 보행 모니터링 제어부(400)와, 상기 트레드밀에 구비되어 있으며 상기 보행 모니터링 제어부에서 생성된 보행정보를 전달받아 재활환자가 인지할 수 있도록 실시간 표출시키는 디스플레이 장치(500)를 포함하여 구성된다.

상기 트레드밀(100)은, 외부 동력에 의해 구동롤러가 회전하면서 그에 연결되어 있는 트랙벨트(110)가 일정한 속도로 움직여 그 상부에 있는 재활환자가 걸을 수 있게 한 운동기구로 구성된다.

다만, 트랙벨트 상에서 빠른 속도로 걷거나 뛰며 운동할 수 있게 한 통상적인 트레드밀과는 달리, 혼자서는 보행할 수 없거나 불편한 재활환자의 재활훈련을 위해 사용되는 것을 고려할 때, 트랙벨트의 구동속도가 일정 수준이상으로는 빨라지지 않으면서 긴급제동이 가능하게 한 트레드밀로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 재활 보조프레임(200)은, 상기 트랙벨트의 상부에 설치되어 있으며 재활훈련을 위해 재활환자가 이용하는 하지재활 보조수단(230)에 연결되어 상기 하지재활 보조수단이 넘어지지 않도록 지지하는 상부 고정프레임(210)과, 상기 트랙벨트의 좌우 양 측부에 설치되어 재활훈련 중 재활환자가 옆으로 넘어지는 것을 방지하는 좌우 지지프레임(220)을 포함하여 구성된다.

하지 재활훈련의 일환으로 트레드밀을 이용하여 보행훈련을 할 경우, 부상이나 질병으로 혼자 걷기 어려운 재활환자가 걸음을 옮기는 것을 돕기 위해 하지재활 보조수단(230)인 하지재활로봇을 다리에 착용하게 된다. 그에 따라, 혼자서 자발적 보행이 어려운 중증의 경우에는 거치형 외골격 로봇으로 이루어진 하지재활로봇을 착용하고, 잔존 근육이 있어 어느 정도 보행이 가능한 경우에는 이동형 외골격 로봇으로 이루어진 하지재활로봇을 착용하고 재활훈련을 하게 된다.

상기 상부 고정프레임(210)은 재활환자의 신체를 지지하고 있는 거치형 외골격 로봇이나 이동형 외골격 로봇에 연결되어 재활훈련 중 트랙벨트 상에서 균형이 흐트러지더라도 거치형 외골격 로봇이나 이동형 외골격 로봇이 넘어지는 것을 방지할 수 있게 된다.

이를 위하여 상기 상부 고정프레임(210)은, 트랙벨트의 길이 방향을 따라 상부에 길게 형성된 판형의 프레임에 트랙벨트를 향하여 아래로 길게 늘어진 와이어를 구비하고, 이러한 와이어의 말단에 하지재활 보조수단(230)을 결합하여 고정시킬 수 있는 고정수단이 구비되어 이루어진다. 이때, 판형의 프레임에서 고정수단에 이르는 와이어의 길이를 조절하여 재활환자의 신체조건에 맞추도록 이루어질 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 좌우 지지프레임(220)은, 재활훈련을 하는 재활환자가 보행훈련 중 손으로 잡아 신체를 지지할 수 있도록 트랙벨트의 길이 방향을 따라 트랙벨트의 좌우 상부에 형성되어 있는 긴 프레임으로 구성된다.

이러한 좌우 지지프레임(220)에 의해 보행훈련 중 재활환자가 손으로 잡고 균형을 유지하도록 노력하며 걸을 수 있게 됨은 물론, 균형을 잃고 외부로 넘어지면서 트랙벨트 외부로 이탈되는 낙상사고를 예방할 수 있게 된다.

이와 같이 상기 상부 고정프레임(210)에 중증 재활치료에 적합한 거치형 외골격 로봇뿐만 아니라, 경증 재활치료에 적합한 이동형 외골격 로봇으로 이루어진 하지재활로봇도 결합할 수 있게 함과 아울러, 하지재활로봇에 의지하지 않고 좌우 지지프레임만을 잡고도 일생생활 적응을 위한 재활훈련이 가능하게 된다. 그에 따라, 하나의 하지재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템을 이용하여 중증 재활치료뿐만 아니라, 치료 경과에 따라 하지재활 보조수단을 변경하면서 재활훈련을 할 수 있게 되므로, 전 치료 주기에서의 재활훈련에 폭넓게 이용할 수 있게 된다.

상기 힘센서(300)는, 보행훈련을 위해 걸음을 옮기는 트랙벨트(110)의 저면에 설치되어 좌측보행과 우측보행시 트랙벨트에 가해지는 하중 값을 측정하기 위한 것으로서, 재활환자의 좌측보행시 발바닥을 통하여 트랙벨트에 가해지는 하중의 변화를 좌측에서 강하게 감지하도록 트랙벨트 좌측 저면에서 하부 프레임에 설치되어 있는 좌측보행 감지 힘센서(310)와, 재활환자의 우측보행시 발바닥을 통하여 트랙벨트에 가해지는 하중의 변화를 우측에서 강하게 감지하도록 트랙벨트 우측 저면에서 하부 프레임에 설치되어 있는 우측보행 감지 힘센서(320)로 구성된다.

이때, 상기 좌측보행 감지 힘센서(310)와 우측보행 감지 힘센서(320) 각각은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 트랙벨트(110)의 전면 중앙부분과 후면 중앙부분에 각각 설치되어 있는 적어도 두 개 이상의 힘센서로 구성됨으로써, 재활환자가 보행을 위해 발뒤꿈치부터 발가락에 이르도록 발바닥 전체에 걸쳐 움직이고 있는 트랙벨트에 가하게 되는 하중 값을 측정할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 트랙벨트의 전면 중앙부분과 후면 중앙부분에 각각 힘센서가 설치되어 보행 중 각 힘센서에 가해지는 하중을 측정함으로써, 좌측보행과 우측보행시 트랙벨트에 가해지는 하중의 정도가 보행을 위해 처음 내딛는 발뒤꿈치 하중의 크기부터 발을 떼기 전의 발가락 하중의 크기까지 측정할 수 있게 되므로, 재활환자의 보행시 좌측과 우측 발에서 아래로 가하게 되는 하중의 변화를 감지할 수 있게 된다.

상기 보행 모니터링 제어부(400)는, 각 힘센서에서 측정된 하중 값을 수신하도록 상기 각 힘센서(300)에 전기적으로 연결되어 있으며, 수신한 각 힘센서의 하중 값을 토대로 발바닥을 통해 트랙벨트에 가해지는 하중의 변화를 토대로 보행 밸런스를 재활환자가 실시간으로 확인할 수 있게 그래픽 처리하여 전송하도록 상기 디스플레이 장치(500)에도 연결되어 있게 된다.

이러한 상기 보행 모니터링 제어부(400)는, 상기 힘센서에서 전송되는 각 힘센서의 고유코드와 하중 값을 수신하여 재활환자의 보행정보를 획득하는 보행정보 수신부(410)와, 상기 보행정보 수신부에서 획득한 힘센서의 고유코드에 의해 좌측보행과 우측보행을 구분하고 각 힘센서에서 전송된 하중 값에 의해 재활환자에 의해 트랙벨트에 가해진 하중이 균형 잡힌 보행인지 여부를 판단하는 보행 밸런스 판단부(420)와, 상기 보행 밸런스 판단부에서 균형이 어느 일 측으로 치우처진 것으로 판단될 경우 그 방향으로 더 가해진 하중만큼 치우처진 밸런스 라인이 발바닥 모양 위에 함께 표출되도록 그래픽 처리하여 새로운 밸런스 라인을 생성하는 밸런스 라인 생성부(430)와, 상기 밸런스 라인 생성부 처리부에서 어느 한 쪽으로 치우치게 표시되거나 올바른 균형이 유지되는 것으로 표시되도록 생성된 밸런스 라인을 상기 디스플레이 장치로 전송하여 자신의 보행 밸런스의 유지여부나 이탈여부를 재활훈련 중 실시간으로 인지할 수 있게 하는 밸런스 라인 표출부(440)를 포함하여 구성된다.

상기 보행정보 수신부(410)는, 재활훈련의 일환으로 트레드밀(100) 상에서 수행하는 보행훈련 중, 각 힘센서(300)로부터 전송되는 각 힘센서의 고유코드와 측정된 하중 값을 수신하도록 구성된다. 이를 위하여 상기 각 힘센서(300)는 유무선 통신망을 통하여 상기 보행정보 수신부(410)와 데이터의 송수신이 가능하도록 연결되어 있어야 하며, 각 힘센서에는 다른 힘센서와의 구별을 위한 고유코드가 미리 부여되어 있고, 그러한 고유코드가 좌측 전방과 후방, 그리고 우측 전방과 후방을 나타내는 각 힘센서의 위치정보와 함께 상기 보행 모니터링 제어부(400)에 미리 등록되어 있어야 함은 물론이다.

이때, 상기 보행정보 수신부(410)는 보행이 이루어지면서 힘센서에서 측정되는 하중이 달라질 때 마다 또는 일정 시간마다 모든 힘센서(300)로부터 측정된 하중 값을 전송받도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 보행 밸런스 판단부(420)는, 상기 보행정보 수신부(410)에서 획득한 힘센서의 고유코드와 하중 값에 의해 어디에 위치하고 있는 힘센서로부터 어느 정도의 하중 값이 전송되었는지 판단하여 좌측보행 감지 힘센서(310)에서 전송되는 하중 값이 우측보행 힘센서(320)에서 전송되는 하중 값보다 클 경우에는 좌측보행이 이루어진 것으로 판단하고, 그 반대의 경우에는 우측보행이 이루어진 것으로 판단하도록 구성된다. 즉, 트랙벨트 상에 발을 내딛는 위치에 따라 모든 힘센서에 어느 정도의 하중의 가해지게 되는바, 상기 보행 밸런스 판단부(420)에서는 좌측과 우측 중 하중 값이 크게 감지되는 쪽을 현재 보행이 이루어지는 영역으로 인식하여 밸런스 라인을 생성할 영역을 특정할 수 있게 된다.

이와 같이 좌측보행과 우측보행의 판단에 의해 영역 특정이 이루어진 후, 상기 보행 밸런스 판단부(420)는, 그 특정된 영역에 설치되어 있는 좌측보행 감지 힘센서 또는 우측보행 감지 힘센서에서 전송된 하중 값을 미리 설정되어 있던 균형 잡힌 보행 밸런스 라인상의 하중 값과 비교하여 균형 잡힌 보행인지, 그렇지 않으면 하중 값이 그보다 크거나 작아서 어느 한 쪽으로 치우처진 보행인지 여부를 판단하도록 구성된다. 이때, 균형 잡힌 보행 밸런스 라인 상의 하중 값은 재활환자의 신장과 체중을 고려하여 미리 산출된 하중 값으로 저장되어 있는 것이 바람직하다.

상기 밸런스 라인 생성부(430)는, 상기 보행 밸런스 판단부(420)에서 힘센서에서 측정된 하중 값이 균형 잡힌 보행 밸런스 라인 상의 하중 값보다 크거나 작아서 한 쪽으로 치우처진 보행이 이루어진 것으로 판단될 경우, 보행 밸런스 모니터링의 결과로 하중 값의 차이만큼 밸런스 라인을 이동시킨 밸런스 라인을 생성하도록 구성된다.

이때, 상기 밸런스 라인은 디스플레이 장치 상에서 발바닥 모양과 함께 표출되며, 보행시 발뒤꿈치 부분에서 가하게 되는 하중은 발뒤꿈치 영역에 표시되고 발가락 부분에서 가하게 되는 하중은 발가락 영역에 표시될 수 있도록, 발뒤꿈치 부분에 표출되는 밸런스 라인상의 하중은 전면 중앙부분에 설치된 힘센서에서 측정된 값을 나타내고, 발가락 부분에 표출되는 밸런스 라인상의 하중은 후면 중앙부분에 설치된 힘센서에서 측정된 값을 나타내도록 구성되는 것이 바람직하다.

그에 따라, 발바닥 모양과 함께 나타나는 밸런스 라인은 좌측다리와 우측다리를 번갈아 사용하는 연속적인 보행이 이루어지는 동안, 아래에서 위로 가면서 하중 값이 변경되는 것을 나타내는 연속적인 그래프로 표현될 수 있게 된다.

이때, 상기 보행 밸런스 판단부(420)에서 균형 잡힌 보행 밸런스를 유지하고 있는 것으로 판단된 경우에는, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 보행 밸런스의 균형이 좋다는 문구와 함께 밸런스 라인을 표출시키고 그렇지 않은 경우에는 보행 밸런스가 오른쪽 또는 왼쪽으로 치우쳐 있다는 문구와 함께 일 측으로 치우친 밸런스 라인을 표출시켜 재활환자가 직관적으로 인식할 수 있게 한다.

도 5의 (a)는 균형 잡힌 보행 밸런스에 대한 밸런스 라인을 나타내고 도 5의 (b)는 오른쪽으로 치우쳐서 밸런스가 무너진 상태의 밸런스 라인을 나타낸다. 이와 같이 재활훈련으로서의 보행훈련 중 밸런스 라인이 오른쪽으로 치우치게 되었다는 정보를 디스플레이 장치의 표출내용에 의해 확인한 재활환자는 오른쪽 다리의 내측으로 보다 힘을 가하면서 밸런스 라인을 균형 잡힌 밸런스 라인에 맞추기 위해 노력할 수 있게 되어 혼자서 하는 재활훈련 동안에도 물리치료사나 재활의의 지도를 받는 것과 같은 재활 효과를 얻을 수 있게 된다.

상기 밸런스 라인 표출부(440)는, 상기 밸런스 라인 생성부(430)에서 생성된 밸런스 라인을 보행 밸런스를 알려주는 문구 등의 안내 정보와 함께 상기 디스플레이 장치(500)로 전송하여, 발바닥 모양 상에 중첩 표출시킴으로써, 재활훈련을 하는 재활환자가 그래프의 위치가 바뀌는 것을 보는 것만으로도 지금 어느 쪽으로 균형이 기울어지고 있는지 신속하게 인식한 후 스스로 조절하여 균형 잡힌 보행을 수행할 수 있게 한다.

또한, 상기 보행 모니터링 제어부(400)는, 물리치료사나 재활의가 제안하는 재활훈련 프로그램을 메모리에 등록하여 재활환자가 트레드밀 이용시 수행해야 할 목표를 제공할 수 있게 하는 재활 프로그램 등록부(450)와, 상기 보행 밸런스 판단부와 밸런스 라인 생성부에서의 판단 결과를 토대로 재활훈련 프로그램의 수행정도를 자동으로 평가하여 갱신한 후 물리치료사나 재활의에게 제공하는 훈련성취 평가부(460)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

이와 같이 물리치료사나 재활의와 같은 재활 전문가가 제시하는 재활훈련 프로그램에 따라 트레드밀을 이용하여 재활환자 스스로 독립적인 재활훈련을 수행하고, 그 성과를 확인하는 과정을 거칠 수 있게 함으로써, 장소나 시간에 대한 제약을 크게 받지 않으면서 꾸준하고 효율적인 재활훈련이 가능하게 된다.

상기 디스플레이 장치(500)는, 도 6에 도시된 바와 같이 트레드밀에서 운동하는 재활환자가 트랙벨트 위에서 걸을 때 시선이 자연스럽게 위치하는 전면에 설치되어 있으며, 재활환자가 수행해야 하는 재활훈련 프로그램의 내용이나, 발바닥 모양과 함께 표출되는 밸런스 라인이 표출될 수 있도록 상기 보행 모니터링 제어부에 연결된다. 이러한 디스플레이 장치에도 통상적인 트레드밀과 마찬가지로 재활운동을 수행한 시간, 거리, 속도 및 소모된 칼로리 정보 등도 함께 표출되도록 구성될 수 있음은 물론이다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100 : 트레드밀 110 : 트랙벨트
200 : 재활 보조프레임 210 : 상부 고정프레임
220 : 좌우 지지프레임
300 : 힘센서 310 : 좌측보행 감지 힘센서
320 : 우측보행 감지 힘센서
400 : 보행 모니터링 제어부 410 : 보행정보 수신부
420 : 보행 밸런스 판단부 430 : 밸런스 라인 생성부
440 : 밸런스 라인 표출부
500 : 디스플레이 장치

Claims (7)

1. 재활환자가 트랙벨트 상에서 걸음을 옮기며 하지 재활훈련을 수행하는 트레드밀;
   상기 트레드밀의 상부에 설치되어 있으며, 재활환자의 보행을 보조하는 하지재활 보조수단이 넘어지지 않도록 상기 하지재활 보조수단을 지지하는 재활 보조프레임;
   상기 트랙벨트 저면의 양측 전후에 각각 설치되어, 보행 중 재활환자의 걸음에 따라 트랙벨트 상의 좌측과 우측에 가해지는 하중의 변화를 측정하는 적어도 4개 이상의 힘센서;
   상기 힘센서에서 측정된 후 전송되는 하중의 변화를 지속적으로 수신하여 좌측 걸음과 우측 걸음을 구분하고, 각 걸음이 이루어지는 동안 발바닥에서 트랙벨트로 가해지는 하중의 변화를 토대로 보행 밸런스의 유지여부를 판단하여 보행정보를 생성하는 보행 모니터링 제어부; 및
   상기 트레드밀에 구비되어 있으며, 상기 보행 모니터링 제어부에서 생성된 보행정보를 전달받아 재활환자가 인지할 수 있도록 실시간 표출시키는 디스플레이 장치;를 포함하며,
   상기 보행 모니터링 제어부는,
   상기 힘센서에서 전송되는 각 힘센서의 고유코드와 하중 값을 수신하여 재활환자의 보행정보를 획득하는 보행정보 수신부;
   상기 보행정보 수신부에서 획득한 힘센서의 고유코드에 의해 좌측보행과 우측보행을 구분하고, 각 힘센서에서 전송된 하중 값에 의해 재활환자에 의해 트랙벨트에 가해진 하중이 균형 잡힌 보행인지 여부를 판단하는 보행 밸런스 판단부;
   상기 보행 밸런스 판단부에서 균형이 어느 일 측으로 치우처진 것으로 판단될 경우, 그 방향으로 더 가해진 하중만큼 치우처진 밸런스 라인이 발바닥 모양 위에 함께 표출되도록 그래픽 처리하여 새로운 밸런스 라인을 생성하는 밸런스 라인 생성부; 및
   상기 밸런스 라인 생성부에서 어느 한 쪽으로 치우치게 표시되거나 올바른 균형이 유지되는 것으로 표시되도록 생성된 밸런스 라인을 상기 디스플레이 장치로 전송하여 자신의 보행 밸런스의 유지여부나 이탈여부를 재활훈련 중 실시간으로 인지할 수 있게 표출시키는 밸런스 라인 표출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 힘센서는,
   재활환자의 좌측보행시 발바닥을 통하여 트랙벨트에 가해지는 하중의 변화를 좌측에서 감지하도록 트랙벨트 좌측 저면에서 하부 프레임에 설치되어 있는 좌측보행 감지 힘센서; 및
   재활환자의 우측보행시 발바닥을 통하여 트랙벨트에 가해지는 하중의 변화를 우측에서 감지하도록 트랙벨트 우측 저면에서 하부 프레임에 설치되어 있는 우측보행 감지 힘센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,
   상기 보행 밸런스 판단부는, 좌측과 우측 중 하중 값이 크게 감지되는 쪽을 현재 보행이 이루어지는 영역으로 인식하여 밸런스 라인을 생성할 영역을 특정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 보행 밸런스 판단부는, 그 특정된 영역에 설치되어 있는 좌측보행 감지 힘센서 또는 우측보행 감지 힘센서에서 전송된 하중 값을 미리 설정되어 있던 균형 잡힌 보행 밸런스 라인상의 하중 값과 비교하여 균형 잡힌 보행인지, 그렇지 않으면 하중 값이 그보다 크거나 작아서 어느 한 쪽으로 치우처진 보행인지 여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 밸런스 라인 생성부는, 발뒤꿈치 부분에 표출되는 밸런스 라인상의 하중은 전면 중앙부분에 설치된 힘센서에서 측정된 값을 나타내고, 발가락 부분에 표출되는 밸런스 라인상의 하중은 후면 중앙부분에 설치된 힘센서에서 측정된 값을 나타내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 보행 모니터링 제어부는,
   물리치료사나 재활의가 제안하는 재활훈련 프로그램을 메모리에 등록하여 재활환자가 트레드밀 이용시 수행해야 할 목표를 제공할 수 있게 하는 재활 프로그램 등록부; 및
   상기 보행 밸런스 판단부와 밸런스 라인 생성부에서의 판단 결과를 토대로 재활훈련 프로그램의 수행정도를 자동으로 평가하여 갱신한 후 물리치료사나 재활의에게 제공하는 훈련성취 평가부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활용 보행 밸런스 모니터링 시스템.

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