KR102127011B1 - 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 구조가 간결, 단순하면서도 훈련자의 발이 올려지는 발판의 높이를 최소화함으로써 훈련자의 진입을 위한 별도의 진입수단을 갖추지 않더라도 훈련자가 용이하게 진입하여 편리하게 사용할 수 있고, 발판의 위치를 훈련자의 진입측에 배치되도록 함으로써 보행훈련의 효과를 증대시킬 수 있고 충돌 위험성을 줄일 수 있는 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇에 관한 것이다.
본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇은 착석형 보행재활로봇에 있어서, 수직지지대에 연결되어 승하강하는 승강부, 상기 승강부에 연결되는 착석부를 구비한 체중지지부; 및 훈련자의 보행 훈련을 위한 좌우측 발을 올려놓을 수 있는 한 쌍의 발판과, 상기 발판이 연결되는 발판지지부, 상기 발판 및 상기 발판지지부의 구동을 위한 발판구동부가 구비된 보행구동부를 포함하고, 상기 발판구동부는 상기 발판지지부를 병진운동 시키도록 상기 발판지지부가 접속되는 이송기구부, 및 상기 이송기구부에 구동력을 인가하는 이송구동부를 포함하는 병진운동구동부를 구비하되, 상기 이송기구부를 매달아 지지하는 구동부행거부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇{SEATING-TYPE ROBOT FOR GAIT TRAINER APPARATUS HAVING IMPROVED APPROACHING FUNCTION}
본 발명은 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 구조가 간결, 단순하면서도 훈련자의 발이 올려지는 발판의 높이를 최소화함으로써 훈련자의 진입을 위한 별도의 진입수단을 갖추지 않더라도 훈련자가 용이하게 진입하여 편리하게 사용할 수 있고, 발판의 위치를 훈련자의 진입측에 배치되도록 함으로써 보행훈련의 효과를 증대시킬 수 있고 충돌 위험성을 줄일 수 있는 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇에 관한 것이다.
일반적으로, 보행재활로봇은 재활 치료 등에 사용되는 치료용 로봇으로서, 하반신이 마비된 척수손상, 뇌졸증, 외상성 뇌손상, 근위축증, 파킨슨병, 다발성경화증, 뇌성마비, 직립 감각 증진 훈련 등에 이용되고 있다.
이러한 보행재활로봇은 훈련자의 체중 지지를 위해 오버헤드 하네스 타입의 하중 견인 장치를 사용한 방식이 주로 사용되고 있는데, 오버헤드 하네스는 하중의 완전한 상 방향 견인이 가능하고, 하네스의 유연성으로 인해 견인대상의 중력방향 외 구속이 비교적 자유롭다는 장점이 있다.
하지만, 오버헤드 하네스는 착용시에 지나치게 많은 시간이 소요되고 환자가 스스로 착용할 수가 없어서 별도로 한, 두명의 의료인이 시행하여야 하므로 사용이 불편할 뿐만 아니라, 착용 시 장시간 하중 지지에 부적합한 신체부위에 하중이 집중되어 통증을 유발하여 긴 시간 동안 사용할 수 없는 단점이 있다. 특히, 오버헤드 하네스 타압의 보행재활로봇은 환자를 매다는 형태여서 하네스 상부 방향으로 전고가 높아야 하므로 천정 높이가 낮은 건축물에는 설치할 수 없는 한계점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 본 출원인이 보유하고 있는 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1623686호에 개시된 바와 같은 '착석형 보행 재활로봇'이 제안되어 있다.
상기한 착석형 보행 재활로봇(10)은 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이 체중지지부(1)와 보행구동부(2) 및 훈련자 이송부(3)로 구성된다.
체중지지부(1)는 수직지지대(50) 내부에 설치되어 승강프레임과 연결되는 승강부(11)와, 승강프레임에 연결된 연결프레임(6)과 이 연결프레임(6)에 설치된 안장(7) 등을 포함하는 착석부(12)로 구성된다.
보행 구동부(2)는 훈련자의 보행 훈련이 가능하도록 체중지지부(1)의 후방 양쪽에서 소정의 길이를 가지면서 나란히 설치되는 한 쌍의 체중지지링크(223), 발판(233)과 함께 체중지지링크(223) 및 발판(233)이 보행 궤적에 따라 구동하는 동작을 수행하기 위한 1축 구동부(21)와 2축 구동부(22) 및 3축 구동부(23)를 각각 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로 설명하면, 1축 구동부(21)는 1축 모터(211)의 구동이 1축 감속장치(212)와 1축 구동풀리(215) 및 1축 직선 구동용 벨트(214) 등을 거쳐 1축 구동테이블(213)에 전달함으로써 체중지지링크(223)를 발판(233)과 함께 전후방향으로 직선운동을 가능하게 한다
2축 구동부(22)는 2축 모터(221)의 구동이 2축 감속장치(222)를 통해 체중지지링크(223)를 거쳐 체중지지링크(223)를 발판(233)과 함께 앞쪽이 올라갔다 내려갔다 하는 회전운동을 하게 한다.
3축 구동부(23)는 체중지지링크(223) 내의 중간에 설치된 3축 모터(231)와 3축 모터(231)와 연결되어 출력단이 발판(233)의 측면과 연결된 직교형 3축 감속기(232) 및 발판(233)을 포함하는 것으로서, 3축 감속기(232)에 발판(233)의 측면이 연결되어 발판(233)이 체중지지링크(223)와 상대적인 회전운동이 가능하도록 되어 있다.
훈련자 이송부(3)는 보행 구동부(2)의 후단에 설치되는 경사부(31)와 보행 구동부(2) 상에 설치되는 위치변경부(32) 및 위치변경부(32)의 이동을 가이드하는 가이드부(33)로 구성된다.
그리고, 보행 구동부(2)는 좌/우의 측면 및 앞쪽에는 외관커버(15)가 부착되어 보행 구동부(2)를 가리는 커버의 역할을 하고, 체중지지부(1)는 보행 구동부(2)의 앞쪽에 세워 설치되며, 보행구동부(2)의 뒷쪽에 훈련자를 이송하기 위한 훈련자 이송부(3)가 설치되어 있다.
전술한 착석형 보행 재활로봇(10)은 훈련자가 착석부(12)의 안장(7)에 착석한 상태에서 발판(233)에 발을 올려놓으면 보행 구동부(2)에 의해 발판이 보행궤적을 따라 운동을 하게 되므로 하네스를 훈련자에게 장착할 필요가 없게 되어 전술한 하네스 타입의 보행재활로봇의 여러 문제점을 해소할 수 있지만 이하와 같은 여러 가지의 단점을 가지고 있는 한계점이 있다.
먼저, 종래 착석형 보행 재활로봇(10)은 도1b에 도시된 바와 같이 1축 모터(211)의 구동력이 1축 감속장치(212), 1축 구동풀리(215) 및 1축 직선 구동용 벨트(214) 등을 거쳐 1축 구동테이블(213)에 전달되면, 1축 구동테이블(213)이 그 하부에 배치되는 엘앰 가이드 유닛(LM GUIDE UNIT)과 같은 병진운동 안내장치에 의해 안내되면서 전후방향으로 직선운동을 하게 된다. 이때, 엘앰 가이드 유닛(도면부호 미표기)은 사각봉 등의 형강재와, 판재 등으로 구성된 바닥의 지지프레임에 의해 지지되어 있다.
전술한 바와 같이 1축 구동부(21)는 1축 구동테이블(213)의 직선운동을 위해서 바닥쪽에 설치되는 엘앰 가이드 유닛(도면부호 미표시)의 상부에 설치됨에 따라 엘앰 가이드 유닛의 높이만큼 설치위치의 전고가 높아지게 되고, 이 1축 구동테이블(213)에 설치되는 체중지지링크(223) 및 발판(233)의 전고 또한 높아져 전체적인 높이가 높아지게 되므로 도1a에 도시된 바와 같이 훈련자를 발판(233)에 근접시키기 위해서는 별도의 훈련자 이송부(3)를 설치하여야 하는 단점이 있다.
그리고, 훈련자 이송부(3)는 도1에 도시된 바와 같이 휠체어에 탑승한 훈련자의 이동을 위해 경사부(31)가 형성된 구조이므로 전후방향 길이가 길어서 착석형 보행재활로봇의 길이를 수 미터 이상 증가시키게 되므로 보행재활로봇을 컴팩트하게 제작할 수 없고, 점유면적의 증가에 따라 공간적 제한으로 병원 등의 의료기관에서 손쉽게 설치할 수 없는 단점이 있었다.
특히, 종래 착석형 보행 재활로봇(10)은 휠체어에 탑승한 훈련자가 스스로 경사진 훈련자 이송부(3)를 통해 주행할 수 없어서 훈련시 의료인 등이 도움이 요구되므로 사용상에 불편함이 초래되고, 인건비의 발생 등으로 훈련 비용의 상승을 초래하는 단점이 있다.
그리고, 종래 착석형 보행 재활로봇(10)은 훈련자 이송부(3)를 추가로 제작하여야 할 뿐만 아니라 훈련자 이송부(3)는 전체적인 부피가 커 형강재 등의 많은 자재가 소요되고, 제조인건비의 등으로 인해 제조원가의 상승을 초래하는 단점이 있다.
또한, 종래 착석형 보행 재활로봇(10)은 훈련자의 발을 올려놓는 발판(233)이 앞쪽으로 지우쳐 배치됨에 따라 훈련중에 앞쪽의 구조물과 충돌될 위험성이 높고, 이러한 배치 위치의 한계로 발판 운동의 궤적범위를 제한함에 따라 보행재활 훈련의 효과를 저하시키는 단점이 있다.
그리고, 종래 착석형 보행 재활로봇(10)은 발판이 앞쪽으로 지우쳐 배치되어 있으므로 훈련자가 후방에서 진입하는 점을 고려할 때 진입시 진입거리가 상대적으로 길어 정상보행이 불가능한 환자의 진입이 어렵고 힘든 단점이 있다.
그 외에도, 종래 착석형 보행 재활로봇(10)은 도1b에 도시된 바와 같이 보행구동부(2)를 구성하는 모터와 감속기 등의 노출로 인한 안전사고의 방지와 미관불량을 위해 실벨트(40) 등을 설치하여야 하므로 구조가 복잡해지고 이물질의 축척이 쉬워져 고장을 유발하고 청결을 유지하기가 어려운 단점이 있다.
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본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 구조가 간결, 단순하고, 훈련자의 발이 올려지는 발판의 높이를 최소화함으로써 훈련자의 진입을 위한 별도의 진입수단을 갖추지 않더라도 훈련자가 용이하게 진입하여 편리하게 사용할 수 있도록 한 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 발판의 위치를 훈련자의 진입측에 배치되도록 함으로써 보행 궤적의 자유로운 설계를 통해 보행훈련의 효과를 증대시킬 수 있고, 충돌 위험성을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 훈련자가 보다 편리하고 쉽게 진입하여 사용할 수 있도록 한 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇은 착석형 보행재활로봇에 있어서, 수직지지대에 연결되어 승하강하는 승강부, 상기 승강부에 연결되는 착석부를 구비한 체중지지부; 및 훈련자의 보행 훈련을 위한 좌우측 발을 올려놓을 수 있는 한 쌍의 발판과, 상기 발판이 연결되는 발판지지부, 상기 발판 및 상기 발판지지부의 구동을 위한 발판구동부가 구비된 보행구동부를 포함하고, 상기 발판구동부는 상기 발판지지부를 병진운동 시키도록 상기 발판지지부가 접속되는 이송기구부, 및 상기 이송기구부에 구동력을 인가하는 이송구동부를 포함하는 병진운동구동부를 구비하되, 상기 이송기구부를 매달아 지지하는 구동부행거부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이송기구부는 병진운동 방향을 따라 매달리는 형태로 설치되는 가이드레일, 상기 가이드레일에 접속되는 슬라이더, 및 상기 슬라이더와 상기 발판지지부가 설치되는 이송베이스를 포함하고, 상기 구동부행거부재는 상기 가이드레일이 결합되는 측벽체로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 가이드레일은 상기 측벽체의 내측 면에 상하로 이격되게 복수 개가 결합되고, 상기 이송베이스는 상기 슬라이더가 결합되는 수직베이스부와, 상기 수직베이스부의 하부에 직교되는 방향으로 배치되는 수평베이스부를 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 이송구동부는, 상기 이송베이스에 양단부가 고정되고 상기 가이드레일의 배치경로를 따라 이동하도록 설치되는 이송벨트; 상기 이송벨트의 이동을 위한 구동력을 생성하여 제공하는 이송모터; 상기 이송모터의 모터축과 접속되어 감속기능을 수행하는 이송부감속장치; 상기 이송부감속장치의 출력단에 설치되고 상기 이송벨트의 일측이 걸림되는 이송부구동풀리; 및 상기 이송부구동풀리로부터 이격, 배치되고 상기 이송벨트의 타측이 걸림되는 이송부종동풀리를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 발판지지부는 일단부가 상기 이송기구부에 접속되고 타단부에 상기 발판이 장착되는 구조로 형성되되, 상기 발판이 좌우측 상기 구동부행거부재 사이에 형성된 진입공간의 진입측를 향해 배치되도록 상기 발판지지부는 상기 이송기구부와의 결속부위가 상기 진입공간의 내측에 위치되게 결합될 수 있다.
그리고, 상기 발판구동부는 상기 발판지지부의 회전운동을 수행하는 지지부회전구동부, 상기 발판의 회전운동을 수행하는 발판회전구동부, 및 상기 발판지지부가 접속되는 이송기구부 및 상기 이송기구부에 구동력을 인가하는 이송구동부를 포함하는 병진운동구동부를 구비하되, 상기 이송기구부는 병진운동 방향을 따라 매달리는 형태로 설치되는 가이드레일, 상기 가이드레일에 접속되는 슬라이더, 및 상기 슬라이더와 상기 발판지지부가 설치되는 이송베이스를 포함하고, 상기 이송베이스는 상기 슬라이더가 결합되는 수직베이스부와, 상기 수직베이스부의 하부에 직교되는 방향으로 배치되는 수평베이스부를 구비하되, 상기 발판지지부는 상기 수평베이스부에 설치되는 상기 지지부회전구동부에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
한편, 상기 지지부회전구동부는 지지부회전모터와, 상기 지지부회전모터의 회전력을 감속하는 지지부감속장치를 포함하고, 상기 발판지지부는 상기 지지부감속장치의 출력단과 접속되는 지지링크를 구비하되, 상기 수평베이스부에는 상기 지지링크의 접속부가 수용되어 회전되는 회동홀이 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇는 상기 구동부행거부재가 설치되는 메인베이스부재; 및 상기 구동부행거부재의 외부에 설치되는 커버부재를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇에 의하면, 보행구동부가 측부에 위치한 구동부행거부재에 매달리는 형태로 설치됨에 따라 양쪽 구동부행거부재 사이에 휠체어나 훈련자가 진입할 수 있는 진입공간이 확보되므로 종래와 같이 훈련자의 진입을 위한 별도의 진입수단을 갖추거나 설치하지 않더라도 훈련자가 휠체어에 탑승한 상태에서 용이하게 진입할 수 있어서 사용상에 편의성을 향상시킬 수 있고, 훈련자의 발이 올려지는 발판의 높이를 최소화 할 수 있어서 훈련자가 보다 편리하게 보행재활로봇에 탑승할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇은 보행구동부가 측부에 위치한 구동부행거부재에 매달리는 형태로 설치됨에 따라 휠체어의 발판 높이와 보행구동부의 발판의 높이가 서로 유사해지도록 설계할 수 있을 뿐만 아니라 발판지지부가 진입공간의 내측 깊숙한 지점에 위치한 병진운동구동부의 이송기구부에 접속됨에 따라 보행구동부의 발판 위치가 진입하는 휠체어의 발판 위치와 서로 근접하게 되므로 탑승시 의료인의 도움을 최소화할 수 있고, 장애 정도가 낮은 환자의 경우에는 의료인의 도움없이도 탑승하여 훈련할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇은 발판의 위치가 훈련자의 진입측인 외측에 배치됨에 따라 내측방향으로 보행구동부의 움직임을 위한 충분한 거리를 확보할 수 있다. 이로 인해, 훈련중에 앞쪽(내측)의 구조물과 충돌될 위험성이 줄어들어 안전사고를 미연에 방지할 수 있고, 발판 운동의 궤적범위를 충분히 확보함에 따라 보행재활 훈련의 효과를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇은 종래 착석형 보행 재활로봇에서 훈련자의 진입을 위해 갖추어야 했던 훈련자 이송부가 불필요하게 되므로 훈련시 의료인 등이 도움을 최소화할 수 있고, 사용상의 편의성이 향상됨에 따라 훈련 비용을 절감할 수 있으며, 착석형 보행 재활로봇의 구조가 간결, 단순해지고 전체적인 부피 및 중량이 작아져서 제조원가, 설치비용 및 유지관리비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.
그 외에도, 본 발명에 따른 보행구동부는 측부에 매달리는 형태로 설치됨에 따라 종래 보행구동부를 가리기 위해 설치되던 실벨트 등과 같은 복잡한 장치를 생략할 수 있어서 구조를 더욱 간결, 단순화할 수 있고, 고장의 요인을 줄일 수 있으며 유지보수작업을 편리하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
도1a는 종래 착석형 보행재활로봇의 전체적 구조를 나타낸 사시도,
도1b는 종래 착석형 보행재활로봇에서 상부 구성품을 제거하여 내부 보행구동부 부분이 도시되도록 한 부분확대 사시도,
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇을 나타낸 사시도,
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇의 일 구성품을 분리한 상태를 나타낸 사시도,
도4a 및 도4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇의 요부를 나타낸 사시도,
도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇의 요부를 나타낸 분리사시도,
도6a 및 도6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇의 사용상태를 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도2 내지 도6b에 의거하여 상세히 설명하고, 도2 내지 도6b에서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇을 나타낸 사시도, 도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇의 일 구성품을 분리한 상태를 나타낸 사시도이다.
도2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇은 보행재활 훈련이 필요한 환자 등의 훈련자의 체중을 지지하는 체중지지부(1), 이 체중지지부(1)에 탑승한 훈련자가 보행재활 훈련을 실질적으로 수행하도록 체중지지부(1)를 기준으로 양쪽에 대칭 구조로 배치되는 보행구동부(2)를 구비하되, 훈련자의 발이 올려지는 보행구동부(2)의 발판(21) 높이가 바닥면으로부터 최소의 높이를 갖도록 구성함으로써 훈련자의 진입을 위한 별도의 진입수단을 갖추지 않더라도 훈련자가 편리하게 사용할 수 있도록 구성한 점에 특징이 이다.
이를 위해 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇은 보행구동부(2)의 병진운동구동부(31)를 하부에 설치되는 것이 아니라 측부에 매달리는 형태로 설치함으로써 발판(21)의 정위치 높이가 낮아지도록 한 것으로서, 종래 착성형 보행재활로봇과 비교할 때 차별성을 갖는 보행구동부(2)를 중심으로 이하 구체적으로 설명하고, 체중지지부(1), 체중지지부(1) 및 보행구동부(2)의 구동을 제어하는 제어부(미도시), 구동상태를 디스플레이하는 표시부(미도시) 등과 같은 구성요소들에 대한 설명은 간략히 하거나 생략한다.
도4a 및 도4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇의 요부를 나타낸 사시도로서, 도4a는 정면(훈련자의 진입방향)에서 도시되는 형상을 나타낸 사시도, 도4b는 배면(훈련자 진입방향의 반대방향)에서 도시되는 형상을 나타낸 사시도이다. 도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇의 요부를 나타낸 분리사시도이다.
도4a 내지 도5를 참조하면, 체중지지부(1)는 지주의 기능을 수행하는 수직지지대(11), 수직지지대(11)에 연결되는 승강프레임(121)과 수직지지대(11)에 내장되고 승강프레임(121)과 연결되는 승강장치(미도시) 등을 포함하는 승강부(12), 및 승강프레임(121)에 연결된 연결프레임(131)과 이 연결프레임(131)에 설치된 안장(132) 등을 포함하는 착석부(13)로 구성된다.
그리고, 착석부(13)에는 훈련자의 가슴 부위를 지지할 수 있는 가슴지지대(133)가 설치되어 있고, 훈련자가 파지할 수 있는 손잡이부(미도시)가 설치될 수 있다.
승강장치(미도시)는 착석부(13)에 훈련자가 탑승한 상태에서 승강부(12)를 상하로 이동시킬 수 있는 구조라면 특별한 제한 없이 다양하게 구성될 수 있지만, 본 실시예에서는 배경기술에 나타난 메커니즘과 유사하게 수직지지대의 내부에 종방향으로 설치되는 가이드레일(미도시)과, 이 가이드레일을 타고 이동되는 슬라이더(미도시)를 구비한 엘앰 가이드 모듈(미도시)과, 슬라이더(미도시)의 이동을 위한 구동력을 생성, 인가하는 서보 모터(미도시)와, 이 서보 모터에 접속되어 회전되면서 슬라이더를 상하로 이동시키는 볼스크류(미도시)를 포함하는 구조로 구성될 수 있다.
한편, 보행구동부(2)는 훈련자의 보행 훈련을 위한 좌우측 발을 올려놓을 수 있는 한 쌍의 발판(21)과, 이 발판(21)이 연결되는 한 쌍의 발판지지부(22), 발판(21) 및 발판지지부(22)의 구동을 위한 발판구동부(3)가 구비되어 있다.
발판(21)은 훈련자의 발을 안정적으로 올려놓을 수 있어서 원활한 보행재활 훈련이 가능하도록 하고, 훈련자의 강직이나 보행재활로봇의 이상동작 발생시 훈련자의 발을 쉽게 분리할 수 있는 구조라면 형태나 구조에 특별한 제한 없이 다양하게 구성할 수 있다.
예컨대, 발판(21)은 대략 직사각 판 형상을 갖는 복수의 발판부재(2111)가 분리 가능하게 구성된 발판몸체(211), 이 발판몸체(211)에 훈련자의 발을 고정하기 위해 설치되고 고정밴드 또는 보조신발 등으로 구성되는 발고정수단(미도시), 복수의 발판부재(2111)를 서로 결속 및 분리하는 작용을 수행하도록 발판몸체 내에 설치되는 전자석과 같은 발판부재결속수단(미도시), 발판몸체(211)에 인가되는 압력이나 힘을 감지하여 환자의 강직 등 훈련자의 상태를 감지하는 발감지수단(미도시) 등이 설치되어 있다.
여기서, 발감지수단은 대표적으로 전술한 배경기술에 개시된 로드셀을 설치하는 방식을 적용할 수 있지만, 정전용량식 압력센서, 스트레인 게이지식 압력센서, 전위차계식 압력센서, 압전기식 압력센서, 실리콘 압력센서 등 다양한 압력센서 중에서 선택하여 적용할 수 있다.
상기한 발감지수단은 환자의 강직, 보행재활로봇의 이상동작 등과 같은 비상상황의 발생으로 발판에 일정 범위 이상의 힘이 인가될 경우, 제어부의 제어하에 발고정수단이 발판부재(2111)를 구속하고 있던 발판부재결속수단의 구속력(전자석이 발판부재에 인가하는 자기력)이 해제하도록 함으로써 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
한편, 발판지지부(22)는 후술되는 이송기구부(311)에 일단부가 접속되고 타단부에 발판(21)이 장착되는 아암 형태의 구조로 형성된 것으로서, 후술되는 지지부감속장치(322)의 출력단과 접속되는 지지링크(221)와, 이 지지링크(221)에 결합되는 지지부하우징(222)으로 구성되어 있다.
그리고 발판지지부(22)는 좌우측 구동부행거부재(24) 사이에 형성된 진입공간으로 훈련자의 진입이 용이하게 이루어지도록 발판지지부(22)의 지지링크(221)와 이송기구부(311)와의 결속부위가 진입공간의 내측인 체중지지부(1)와 가깝게 위치하도록 결합되는 것이 중요하다.
이와 같이 발판지지부(22)의 지지링크(221) 접속부(221a)가 진입공간의 안쪽 위치에 결속하게 되면 발판(21)은 자연스럽게 좌우측 구동부행거부재(24) 사이에 형성된 진입공간의 입구측를 향해 배치하게 되므로 도6a에 도시된 바와 같이 휠체어를 이용하여 이동하는 훈련자의 발을 발판(21)에 근접하여 위치시킬 수 있어서 편리하게 사용할 수 있다.
한편, 발판구동부(3)는 발판지지부(22)를 전후방향으로 병진운동 시키는 병진운동구동부(31), 발판지지부(22)의 회전운동을 수행하는 지지부회전구동부(32), 및 발판(21)의 회전운동을 수행하는 발판회전구동부(33)로 구성되되, 병진운동구동부(31)는 바닥면에 설치된 구조물에 올려져 구성되는 것이 아니라 측부에 매달리는 형태로 설치되도록 구동부행거부재(24)가 구성되어 있다.
병진운동구동부(31)는 발판지지부(22)의 전후방향 이동동작을 수행하는 구동부로서, 발판지지부(22)가 접속되는 이송기구부(311) 및 이송기구부(311)에 구동력을 인가하는 이송구동부(312)로 구성되어 있다.
그리고, 이송기구부(311)는 발판지지부(22)의 배치 높이를 낮추어 발판(21)가 정위치하는 높이를 최소화할 수 있도록 구동부행거부재(24)의 내측 측면에 설치되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 이송기구부(311)는 도4a 내지 도5에 도시된 바와 같이 병진운동 방향을 따라 매달리는 형태로 설치되는 가이드레일(311a), 가이드레일(311a)에 접속되는 슬라이더(311b), 및 슬라이더(311b)와 발판지지부(22)가 설치되는 이송베이스(311c)가 구비되어 있다. 여기서, 가이드레일(311a) 및 슬라이더(311b)는 직선운동을 효과적으로 안내할 수 있는 직선운동기구 안내수단이라면 특별한 제한 없이 선택하여 적용할 수 있지만 본 실시예에서는 통상 엘앰 가이드 모듈(LM guide module)로 호칭되는 직선이동기구를 이용하여 구성한다.
가이드레일(311a) 및 슬라이더(311b)는 훈련자가 탑승한 발판(21)을 포함하는 발판지지부(22)의 하중을 안정적으로 지탱하면서 이송베이스(311c)의 이동을 안내하도록 복수 개로 구성된 것으로, 구동부행거부재(24)의 내측 면에 상하 이격되게 매달리는 형태로 복수 개의 가이드레일(311a)이 결합되어 있고, 이 가이드레일과 대응하는 이송베이스(311c)에 각각 슬라이더(311b)가 결합되어 있다.
이송베이스(311c)는 가이드레일(311a)에 결합되는 슬라이더(311b)가 결합되는 수직베이스부(311c')와, 수직베이스부(311c')의 하부에 결합되는 수평베이스부(311c")로 구성되어 있다. 그리고, 이송베이스(311c)는 판상의 수직베이스부(311c')의 하단에 판상의 수평베이스부(311c")가 직교되게 형성된 'ㄴ'자 형상의 판상이동체로서, 수평베이스부(311c")에는 지지링크(221)의 접속부(221a)가 수용되어 회전되는 회동홀(311d)이 천공, 형성되어 있다.
그리고, 구동부행거부재(24)는 중앙에 배치되는 체중지지부(1)를 기준으로 좌우측에 보행구동부(2)가 설치되도록 구성되는 것으로서, 상기한 가이드레일(311a)이 결합되는 직사각 판 형상의 측벽체(241)로 구성되어 있다.
전술한 바와 같이 구동부행거부재(24)가 판 형상의 측벽체(241)로 구성될 경우 측벽체(241)가 고정되어 안정된 직립 상태를 유지하도록 바닥면에 설치되는 메인베이스부재(4)와, 측벽체(241)의 외부에 설치되는 커버부재(5)가 더 설치되는 것이 바람직하다.
여기서, 커버부재(5)는 측벽체(241)와 평행하게 배치되는 측커버판(51), 측커버판(51)의 상부에 설치되는 상커버판(52), 및 측커버판(51)과 상커버판(52) 사이에 설치되는 연결커버판(53)으로 구성되어 있다.
그리고, 커버부재(5)는 체중지지부(1)의 전면 방향에도 설치되는 것으로서, 그 내부에는 체중지지부(1) 및 보행구동부(2) 등에 전원을 공급하는 전기공급장치 등이 내장되어 있다.
한편, 상기 이송구동부(312)는 고정브라켓(312f)을 매개로 이송베이스(311c)의 수직베이스부(311c')에 양단부가 고정되고 가이드레일(311a)의 배치경로를 따라 이동하도록 설치되는 띠 형상의 이송벨트(312a), 이송벨트(312b)의 이동을 위한 구동력을 생성하여 제공하는 이송모터(312b), 이송모터(312b)의 모터축과 접속되어 감속기능을 수행하는 이송부감속장치(312c), 이송부감속장치(312c)의 출력단에 설치되고 이송벨트(312a)의 일측이 걸림되는 이송부구동풀리(312d), 및 이송부구동풀리(312d)로부터 이격, 배치되고 이송벨트의 타측이 걸림되는 이송부종동풀리(312e)로 구성되어 있다.
그리고, 이송모터(312b)는 결합브라켓(312g)을 매개로 구동부행거부재(24)에 조립되는 것으로, 모터축에 모터측 전동풀리(312i)가 설치되어 있고, 이송부감속장치(312c)는 결합브라켓(312j)을 매개로 구동부행거부재(24)에 조립되는 것으로 모터측 전동풀리(312i)에 일측이 걸림되는 벨트(미도시)의 타측이 걸림되는 감속측 전동풀리(312k)가 설치되어 있고, 출력단에 이송부구동풀리(312d)가 설치되어 있다. 상기 이송부종동풀리(312e)는 구동부행거부재(24)에 조립되는 결합브라켓(312m)에 회전 가능하게 설치되어 있다.
그리고, 상기 이송구동부(312)는 슬라이더(미도시)의 이동을 위한 구동력을 인가하는 구성요소로서, 도5에 도시된 벨트 구동방식 외에도 가이드레일에 장착되고 구동력을 생성하는 서보 모터(미도시)와, 이 서보 모터에 접속되어 회전되면서 슬라이더를 전후로 이동시키는 볼스크류(미도시)로 구성된 방식으로도 구성할 수 있는 것으로서 이에 대한 구체적인 도면상 도시를 생략한다.
한편, 발판구동부(3) 중에서 발판지지부(22)의 회전운동을 수행하는 지지부회전구동부(32)는 도4b 및 도5에 도시된 바와 같이 보행시 발을 들어올리거나 내리는 운동과 유사한 동작을 구현하기 위해 정역방향으로 각운동 시키는 구동부로서, 수평베이스부(311c")에 설치되는 지지부회전모터(321)와, 지지부회전모터(321)의 출력단에 설치되어 회전력을 감속하는 지지부감속장치(322)가 구비되어 있다.
지지부감속장치(322)는 입력측이 지지부회전모터(321)의 출력단에 설치되고 출력측이 발판지지부(22) 지지링크(221)의 접속부(221a)에 설치되어 정해진 감속비로 감소된 회전력을 전달하게 된다.
한편, 발판구동부(3) 중에서 발판(21)의 회전운동을 수행하는 발판회전구동부(33)는 도5에 도시된 바와 같이 보행시 발 뒤꿈치가 먼저 지면에 닿고 이어 발 앞꿈치가 지면에 닿는 운동과 유사한 동작을 구현하기 위해 발판을 정역방향으로 선회시키는 구동부로서, 지지링크(221)의 자유단에 설치되는 발판회전모터(331)와, 발판회전모터(331)의 출력단에 설치되어 회전력을 감속하는 발판감속장치(332)가 구비되어 있다. 여기서, 발판감속장치(332)는 일측이 발판회전모터(331)의 출력단에 접속되고 타측이 발판(21)의 측면에 접속되게 설치된다.
한편, 첨부도면 도4a 및 도4b에서 미설명부호 26은 보행구동부(2) 등에 전력을 공급하는 각종의 케이블을 넣어 보호하면서 함께 이동하도록 구성된 케이블베이어(cableveyor)이고, 미설명부호 27는 보행구동부(2)의 각 모터(312b,321,331)의 구동을 위한 모터 드라이버이다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇의 작용을 간략하게 설명한다.
도6a 및 도6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇의 사용상태를 설명하기 위한 사시도로서, 도6a는 훈련자가 휠체어에 탑승한 상태로 진입하는 과정을 나타낸 것이고, 도6b는 훈련자가 발판에 올라서 훈련하는 과정을 나타낸 것이다.
도6a에 도시된 바와 같이 거동이 불편한 훈련자가 보행훈련을 받고자 할 경우 휠체어에 탑승한 상태에서 좌우측 보행구동부(2)가 위치하는 커버부재(5) 사이의 진입공간의 입구 부분으로 이동하고 발판(21)과 근접한 위치에서 정지한 다음, 도6a에 도시된 바와 같이 둔부가 안장(132)에 위치하는 형태로 착석부(13)에 탑승하고 보행구동부(2)의 발판(21)에 발을 정위치하여 고정한 후 정해진 프로그램에 따라 작동되는 보행구동부(2)에 의해 보행재활을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 훈련자가 착석부(13)에 탑승하고 보행구동부(2)의 발판(21)에 발이 정위치하게 되면 입력신호에 따라 제어부의 제어하에 병진운동구동부(31)의 이송모터(312b)가 작동되면서 발판지지부(22)를 전후방향으로 병진운동 시키고, 지지부회전구동부(32)의 지지부회전모터(321)가 작동되면서 발판지지부(22)의 회전운동을 수행하는 한편, 발판회전구동부(33)의 발판회전모터(331)가 작동되면서 발판(21)의 회전운동을 수행하므로써 훈련자가 보행을 연습할 수 있게 된다.
한편 상기한 지지부회전구동부(32) 및 발판회전구동부(33)의 세부적인 동작은 배경기술로 제시한 본 출원인의 등록특허(대한민국 등록특허 등록번호 제10-1623686호)와 유사하므로 차별점을 갖는 병진운동구동부(31)에 대해서만 좀더 살펴보기로 한다.
병진운동구동부(31)는 이송모터(312b)가 구동되면 모터측 전동풀리(312i)의 회전력이 도시되지 않은 벨트를 매개로 감속측 전동풀리(312k)로 전달되고 회전력이 이송부감속장치(312c)에 의해 감속된 후 이송부구동풀리(312d)로 출력되고 이송부종동풀리(312e)와의 사이에 감김된 이송벨트(312a)로 전달된다. 이에 이송벨트(312a)가 정역 궤도운동을 수행하게 되면 고정브라켓(312f)을 매개로 이송벨트(312a)에 고정된 이송베이스(311c)가 전후로 이동되고, 이 이송베이스(311c)에 결합된 발판(21)를 포함하는 발판지지부(22)가 전후로 이동된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇은 보행구동부(2)의 병진운동구동부(31)가 바닥에 배치되는 것이 아니라 측부에 위치한 구동부행거부재(24)에 매달리는 형태로 설치됨에 따라 양쪽 구동부행거부재(24) 사이에 휠체어나 훈련자가 진입할 수 있는 진입공간이 확보되므로 종래와 같이 훈련자의 진입을 위한 별도의 이송부나 진입수단을 갖추거나 설치하지 않더라도 훈련자가 휠체어에 탑승한 상태에서 용이하게 진입할 수 있어서 사용상에 편의성이 현저히 향상되는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇은 보행구동부(2)의 병진운동구동부(31)가 구동부행거부재(24)에 매달리는 형태로 설치됨에 따라 훈련자의 발이 올려지는 발판(21)의 높이를 최소화 할 수 있어서 훈련자가 보다 편리하게 보행재활로봇에 탑승할 수 있다.
특히, 휠체어의 발판 높이와 보행구동부(2)의 발판(21) 높이가 서로 유사해지도록 배치할 수 있을 뿐만 아니라 발판지지부(22)가 진입공간의 안쪽에 위치한 병진운동구동부(31)의 이송기구부(311)에 접속됨에 따라 보행구동부(2)의 발판(21)의 위치와 진입하는 휠체어의 발판 위치가 서로 마주보는 형태로 근접하게 되므로 의료인의 도움을 최소화할 수 있고, 장애 정도가 낮은 환자의 경우에는 의료인의 도움없이도 탑승하여 훈련할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇은 발판(21)의 위치가 훈련자의 진입측에 배치함에 따라 보행구동부(2)의 움직임을 위한 충분한 궤적이 확보되어 훈련중에 앞쪽의 구조물과 충돌될 위험성이 없어서 안전사고를 미연에 방지할 수 있고, 발판 운동의 궤적범위를 충분히 확보함에 따라 보행재활 훈련의 효과를 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
그 외에도, 본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇은 종래 착석형 보행 재활로봇에서 훈련자의 진입을 위해 갖추어야 했던 훈련자 이송부가 불필요하게 되므로 훈련시 의료인 등이 도움을 최소화할 수 있고, 사용상의 편의성이 향상됨에 따라 훈련 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다. 아울러, 착석형 보행 재활로봇의 구조가 간결, 단순해지고 전체적인 부피 및 중량이 작아져서 제조원가, 설치비용 및 유지관리비용을 현저히 절감할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
상기한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
1:체중지지부 11:수직지지대
12:승강부 13:착석부
2:보행구동부 21:발판
22:발판지지부 24:구동부행거부재
3:발판구동부 311:이송기구부
312:이송구동부 31:병진운동구동부
32:지지부회전구동부 321:지지부회전모터
322:지지부감속장치 33:발판회전구동부
331:발판회전모터 332:발판감속장치
5:커버부재

Claims (8)

  1. 착석형 보행재활로봇에 있어서,
    수직지지대에 연결되어 승하강하는 승강부, 상기 승강부에 연결되는 착석부를 구비한 체중지지부; 및
    훈련자의 보행 훈련을 위한 좌우측 발을 올려놓을 수 있는 한 쌍의 발판과, 상기 발판이 연결되는 발판지지부, 상기 발판 및 상기 발판지지부의 구동을 위한 발판구동부가 구비된 보행구동부를 포함하고,
    상기 발판구동부는 상기 발판지지부를 병진운동 시키도록 상기 발판지지부가 접속되는 이송기구부, 및 상기 이송기구부에 구동력을 인가하는 이송구동부를 포함하는 병진운동구동부를 구비하되,
    상기 이송기구부를 매달아 지지하는 구동부행거부재를 더 포함하고,
    상기 이송기구부는 병진운동 방향을 따라 매달리는 형태로 설치되는 가이드레일, 상기 가이드레일에 접속되는 슬라이더, 및 상기 슬라이더와 상기 발판지지부가 설치되는 이송베이스를 포함하고,
    상기 구동부행거부재는 상기 가이드레일이 결합되는 측벽체로 구성되며,
    상기 가이드레일은 상기 측벽체의 내측 면에 상하로 이격되게 복수 개가 결합되고,
    상기 이송베이스는 상기 슬라이더가 결합되는 수직베이스부와, 상기 수직베이스부의 하부에 직교되는 방향으로 배치되는 수평베이스부를 포함하고,
    상기 발판지지부는 일단부가 상기 이송기구부에 접속되고 타단부에 상기 발판이 장착되는 구조로 형성되되, 상기 발판이 좌우측 상기 구동부행거부재 사이에 형성된 진입공간의 진입측를 향해 배치되도록 상기 발판지지부는 상기 이송기구부와의 결속부위가 상기 진입공간의 내측에 위치되게 결합되는 것을 특징으로 하는 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이송구동부는,
    상기 이송베이스에 양단부가 고정되고 상기 가이드레일의 배치경로를 따라 이동하도록 설치되는 이송벨트;
    상기 이송벨트의 이동을 위한 구동력을 생성하여 제공하는 이송모터;
    상기 이송모터의 모터축과 접속되어 감속기능을 수행하는 이송부감속장치;
    상기 이송부감속장치의 출력단에 설치되고 상기 이송벨트의 일측이 걸림되는 이송부구동풀리; 및
    상기 이송부구동풀리로부터 이격, 배치되고 상기 이송벨트의 타측이 걸림되는 이송부종동풀리를 포함하는 것을 특징으로 하는 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발판구동부는 상기 발판지지부의 회전운동을 수행하는 지지부회전구동부, 상기 발판의 회전운동을 수행하는 발판회전구동부, 및 상기 발판지지부가 접속되는 이송기구부 및 상기 이송기구부에 구동력을 인가하는 이송구동부를 포함하는 병진운동구동부를 구비하되,
    상기 이송기구부는 병진운동 방향을 따라 매달리는 형태로 설치되는 가이드레일, 상기 가이드레일에 접속되는 슬라이더, 및 상기 슬라이더와 상기 발판지지부가 설치되는 이송베이스를 포함하고,
    상기 이송베이스는 상기 슬라이더가 결합되는 수직베이스부와, 상기 수직베이스부의 하부에 직교되는 방향으로 배치되는 수평베이스부를 구비하되, 상기 발판지지부는 상기 수평베이스부에 설치되는 상기 지지부회전구동부에 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지지부회전구동부는 지지부회전모터와, 상기 지지부회전모터의 회전력을 감속하는 지지부감속장치를 포함하고,
    상기 발판지지부는 상기 지지부감속장치의 출력단과 접속되는 지지링크를 구비하되, 상기 수평베이스부에는 상기 지지링크의 접속부가 수용되어 회전되는 회동홀이 형성된 것을 특징으로 하는 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇.
  8. 제1항, 제4항, 제6항, 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부행거부재가 설치되는 메인베이스부재; 및
    상기 구동부행거부재의 외부에 설치되는 커버부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 진입 특성이 향상된 착석형 보행재활로봇.
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