KR102262191B1 - 하지 운동 로봇과 이의 제조방법 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본 발명은 재활 운동을 포함한 하체 운동을 보조 해 주는 로봇과 이의 제조방법 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 메인 프레임(1)과, 상기 메인 프레임(1)으로 지지되며 바닥에 배치되어 자동으로 전진 또는 후진됨으로써 제자리에서 보행이 가능하게 구동되는 발판 모듈(2)과, 상기 메인 프레임(1)에 설치되는 안전 바(3) 및, 상기 메인 프레임(1)에 설치되는 제어부(4)로 구성되되, 발판 모듈(2)은 오른발과 왼발에 대응되는 부위가 서로 분리되어 가변되며, 오른발과 왼발에 대응되는 부위는 서로 반대 방향으로 가변됨으로써, 간호보조사나 도우미가 주위에 없더라도 재활 환자의 동작 의도를 순간순간 정확하게 파악 해 내어 재활 운동을 도와줄 수 있는 자동 인식 기능이 마련된 하지 운동 로봇을 제공하고자 한다.

Description

하지 운동 로봇과 이의 제조방법 및 제어방법{Robot of assisting to exercise one's lower body, the production method of it, and the controlling method of it}
본 발명은 재활 운동을 포함한 하체 운동을 보조 해 주는 로봇과 이의 제조방법 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 보행 재활 로봇은 하지 마비나 근력 저하 등의 원인으로 거동이 불편해진 환자의 재활 치료에 사용되는 로봇이다.
고령화로 인해 뇌졸중으로 인한 중추 신경계 질환의 대표 질환의 환자들이 급속히 늘어나고 있다. 이러한 환자에게서 빈번히 발생하는 하지의 운동 능력 저하로 인해 환자가 서기, 걷기, 이동 등 일상생활의 여러 동작을 수행하는 것이 어려울 수 있다. 따라서 거동이 불편해진 환자의 재활 치료를 위한 보행 재활 기술의 개발이 지속적으로 이루어지는 추세이다.
특히 이처럼 재활 치료를 위한 경우에는 간호보조사가 주위에 없더라도 미약한 힘으로 걸음 동작을 수행할 수 있도록 간호보조사의 역할을 해 주는 도구나 기계가 필요할 수 있다.
그런데 종래의 하지 운동 기구들은 재활 환자들의 보행 의도를 간호보조사처럼 파악 해 주지 못하므로 보조 기구라 하더라도 걸음의 전 동작을 재활 환자 스스로 수행할 때 드는 노고로 인해 특히 초기 재활 치료는 기구로는 수행하기 힘든 경우가 대부분이다.
따라서 간호보조사나 도우미가 주위에 없더라도 재활 환자의 동작 의도를 순간순간 정확하게 파악해 내어 재활 운동을 도와줄 수 있는 자동 인식 기능이 마련된 하지 운동 로봇의 개발이 필요한 상황이다.
등록특허공보 제10-1934268호(공고일자: 2019. 01. 02)
이에 본 발명은 간호보조사나 도우미가 주위에 없더라도 재활 환자의 동작 의도를 순간마다 정확하게 파악해 내어 재활 운동을 도와줄 수 있는 자동 인식 기능이 마련된 하지 운동 로봇을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하지 운동 로봇은 일정한 형태를 가지는 메인 프레임(1)과, 상기 메인 프레임(1)으로 지지되며 바닥에 배치되어 자동으로 전진 또는 후진됨으로써 제자리에서 보행이 가능하게 구동되는 발판 모듈(2)과, 상기 메인 프레임(1)에 설치되는 안전 바(3) 및, 상기 메인 프레임(1)에 설치되는 제어부(4);로 구성되되, 발판 모듈(2)은 오른발과 왼발에 대응되는 부위가 서로 분리되어 가변되며, 상기 오른발과 왼발에 대응되는 부위는 서로 반대 방향으로 가변된다.
여기서 상기 발판 모듈(2)은 발바닥에 접촉되는 부위인 발판이 바람직하게는 발바닥의 전방 부위에 접촉되는 전방 발판(211)과 뒤꿈치에 접촉되는 뒤꿈치 발판(212)으로 분리되어, 발이 접촉되면서 압력을 받을 경우 전방 발판(211)과 뒤꿈치 발판(212)은 서로 독립적으로 압력을 받는다.
이 경우 상기 발판 모듈(2)에는 발바닥이 접촉될 경우 신체의 하중을 인식하여 발판 모듈(2)을 전방 또는 후방으로 구동시키기 위한 신호를 발생시키는 체중 인식 센서(26)가 부착되되, 바람직하게는 상기 체중 인식 센서(26)는 뒤꿈치 발판(212)에 설치된다.
보다 구체적으로 상기 발판 모듈(2)은 전방 발판(211)과, 뒤꿈치 발판(212)과, 전방 발판(211) 및 뒤꿈치 발판(212)을 지지하는 발판 프레임(213)과, 발판 프레임(213)을 전방 또는 후방으로 이동시키는 모터(22)와, 모터(22)의 회전운동을 발판 프레임(213)의 전 후진 동작으로 전달시키는 동력전달부재(23)와, 발판 프레임(213)의 이동을 안내하는 가이드레일(24)과, 발판 프레임(213)에 설치되어 가이드레일(24)을 따라 회전되는 구름 바퀴(25) 및, 뒤꿈치 발판(212)의 하부에 설치되는 체중 인식 센서(26)로 이루어진다.
이때 상기 뒤꿈치 발판(212)과 발판 프레임(213)을 연결시키는 연결 부재(214)는 바람직하게는 탄성적인 재질로 이루어져, 뒤꿈치 발판(212)이 신체 하중을 받으면 연결 부재(214)가 변형되면서 뒤꿈치 발판(212)이 하강하여 체중 인식 센서(26)에 체중이 인가된 것을 전달할 수 있다.
또는 상기 뒤꿈치 발판(212)과 발판 프레임(213)은 바람직하게는 텐션 스프링으로 연결되어, 뒤꿈치 발판(212)이 신체 하중을 받으면 텐션 스프링이 탄성 변형되면서 뒤꿈치 발판(212)이 하강하여 체중 인식 센서(26)에 체중이 인가된 것을 전달할 수 있다.
이때 상기 체중 인식 센서(26)는 광센서이고, 바람직하게는 상기 뒤꿈치 발판(212)이 가변되면서 광센서의 빛을 차단시킴으로써 뒤꿈치 발판(212)에 하중이 인가되게 구성될 수 있다.
이 경우 상기 광센서는 몸체로부터 평행하게 연장되는 두 개의 프로브(263)로 이루어지고, 두 개의 프로브(263) 중 어느 하나로부터 나머지 하나로 빛이 조사됨으로써, 두 개의 프로브(263) 사이에 빛을 막는 물체가 개입할 경우 차단신호를 발생시키고, 바람직하게는 상기 뒤꿈치 발판(212)의 저면에는 광센서가 내포되는 홈이 형성되고, 광센서는 상기 홈에 설치되되, 상기 광센서는 홈에 일정한 경사를 이루게 설치되고, 광센서를 홈에 연결시키는 부재는 탄성 부재(262)로 연결되며, 상기 홈에는 두 개의 프로브(263) 사이의 부위에 대응되는 지점에 차단 판(2151)이 형성됨으로써, 뒤꿈치 발판(212)의 상부에 체중이 인가되면 뒤꿈치 발판(212)이 하강되고, 광센서는 바닥에 닿은 상태에서 뒤꿈치 발판(212)의 하강으로 인해 탄성 부재(262)가 변형되면서 광센서와 뒤꿈치 발판(212)의 저면이 가까워지면서 차단 판(2151)이 두 개의 프로브(263) 사이로 진입되어 차단신호가 발생되면서 체중 인가가 광센서로 인해 인식된다.
그리고 상기 제어부(4)는 어느 한쪽의 뒤꿈치 발판(212)은 전방에 위치하고 나머지 뒤꿈치 발판(212)은 후방에 위치할 때, 바람직하게는 전방에 위치한 뒤꿈치 발판(212)에는 하중이 인가되고 후방에 위치한 뒤꿈치 발판(212)에는 하중이 인가되지 않을 경우에만, 자동으로 전방에 위치한 발판 모듈(2)은 1회 후진함과 동시에 후방에 위치한 발판 모듈(2)은 자동으로 1회 전진하도록 제어하게 설정된다.
한편, 본 발명에 따른 하지 운동 로봇의 제조방법은 일정한 형태를 가지는 메인 프레임(1)을 제작하는 단계와, 상기 메인 프레임(1)으로 지지되면서 전방 또는 후방으로 가변되도록 발판 모듈(2)을 바닥에 설치하는 단계와, 상기 메인 프레임(1)의 양 측에 안전 바(3)를 설치하는 단계 및, 메인 프레임(1)에 발판 모듈(2)을 제어시키는 제어부(4)를 설치하는 단계로 구성되되, 발판 모듈(2)을 바닥에 설치하는 단계에서는 오른 발과 왼 발에 대응되는 발판 모듈(2)을 독립적으로 설치하며, 제어부(4)를 설치하는 단계는 오른 발과 왼 발에 대응되는 발판 모듈(2)이 서로 다른 방향으로 가변되게 제어부(4)를 설정하는 단계를 포함한다.
여기서 상기 발판 모듈(2)을 바닥에 설치하는 단계는 바람직하게는 발바닥에 접촉되는 부위인 발판이 발바닥의 전방 부위에 접촉되는 전방 발판(211)과 뒤꿈치에 접촉되는 뒤꿈치 발판(212)으로 분리되게 설치하는 단계를 포함한다.
그리고 상기 발판 모듈(2)을 바닥에 설치하는 단계는 바람직하게는 발바닥이 접촉될 경우 신체의 하중을 인식하여 발판 모듈(2)을 전방 또는 후방으로 구동시키기 위한 신호를 발생시키는 체중 인식 센서(26)를 설치하는 단계를 포함하되, 체중 인식 센서(26)는 상기 뒤꿈치 발판(212)에 설치한다.
구체적으로 상기 발판 모듈(2)은 전방 발판(211)과, 뒤꿈치 발판(212)과, 전방 발판(211) 및 뒤꿈치 발판(212)을 지지하는 발판 프레임(213)과, 발판 프레임(213)을 전방 또는 후방으로 이동시키는 모터(22)와, 모터(22)의 회전운동을 발판 프레임(213)의 전 후진 동작으로 전달시키는 동력전달부재(23)와, 발판 프레임(213)의 이동을 안내하는 가이드레일(24)과, 발판 프레임(213)에 설치되어 가이드레일(24)을 따라 회전되는 구름 바퀴(25) 및, 뒤꿈치 발판(212)의 하부에 설치되는 체중 인식 센서(26)로 이루어진다.
여기서 상기 뒤꿈치 발판(212)과 발판 프레임(213)을 연결시키는 연결 부재(214)는 바람직하게는 탄성적인 재질로 제작하여, 뒤꿈치 발판(212)이 신체 하중을 받으면 연결 부재(214)가 변형되면서 뒤꿈치 발판(212)이 하강하여 체중 인식 센서(26)에 체중이 인가된 것을 전달하거나, 또는 상기 뒤꿈치 발판(212)과 발판 프레임(213)을 바람직하게는 텐션 스프링으로 연결하여, 뒤꿈치 발판(212)이 신체 하중을 받으면 텐션 스프링이 탄성 변형되면서 뒤꿈치 발판(212)이 하강하여 체중 인식 센서(26)에 체중이 인가된 것을 전달한다.
이때 상기 체중 인식 센서(26)는 광센서이고, 상기 뒤꿈치 발판(212)이 가변되면서 광센서의 빛을 차단시킴으로써 뒤꿈치 발판(212)에 하중이 인가되되, 상기 광센서는 몸체로부터 평행하게 연장되는 두 개의 프로브(263)로 이루어지고, 두 개의 프로브(263) 중 어느 하나로부터 나머지 하나로 빛이 조사됨으로써, 두 개의 프로브(263) 사이에 빛을 막는 물체가 개입할 경우 차단신호를 발생시키고, 상기 뒤꿈치 발판(212)의 저면에는 광센서가 내포되는 홈이 형성되고, 광센서는 상기 홈에 설치되되, 상기 광센서는 홈에 일정한 경사를 이루게 설치되고, 광센서를 홈에 연결시키는 부재는 탄성 부재(262)로 연결되며, 상기 홈에는 두 개의 프로브(263) 사이의 부위에 대응되는 지점에 차단 판(2151)이 형성됨으로써, 뒤꿈치 발판(212)의 상부에 체중이 인가되면 뒤꿈치 발판(212)이 하강되고, 광센서는 바닥에 닿은 상태에서 뒤꿈치 발판(212)의 하강으로 인해 탄성 부재(262)가 변형되면서 광센서와 뒤꿈치 발판(212)의 저면이 가까워지면서 차단 판(2151)이 두 개의 프로브(263) 사이로 진입되어 차단신호가 발생되면서 체중 인가가 광센서로 인해 인식된다.
이 경우 상기 제어부(4)를 설정하는 단계는 바람직하게는 어느 한쪽의 뒤꿈치 발판(212)은 전방에 위치하고 나머지 뒤꿈치 발판(212)은 후방에 위치할 때, 전방에 위치한 뒤꿈치 발판(212)에는 하중이 인가되고 후방에 위치한 뒤꿈치 발판(212)에는 하중이 인가되지 않을 경우에만, 자동으로 전방에 위치한 발판 모듈(2)은 1회 후진함과 동시에 후방에 위치한 발판 모듈(2)은 자동으로 1회 전진하도록 제어하게 설정하는 단계를 더 포함한다.
한편, 상기와 같은 방법으로 제조된 하지 운동 로봇을 제어하는 방법은, 상기 발판 모듈(2)에서 오른 발과 왼 발에 대응되는 발판 모듈(2)을 독립적으로 가변되도록 제어하되, 오른 발과 왼 발에 대응되는 발판 모듈(2)이 서로 반대 방향으로 가변되게 제어한다.
이때 상기 발판 모듈(2)이 서로 반대 방향으로 가변되게 제어함에 있어, 바람직하게는 전방 발판(211)과 뒤꿈치 발판(212) 중 뒤꿈치 발판(212)에 인가되는 하중을 인식하여 발판 모듈(2)이 가변되도록 제어한다.
또한 상기 발판 모듈(2)이 서로 반대 방향으로 가변되게 제어함에 있어, 바람직하게는 오른발에 대응되는 발판 모듈(2)과 왼발에 대응되는 발판 모듈(2) 중 어느 하나가 전진 위치에 있고 나머지 하나가 후진 위치에 있을 경우, 전진 위치에 있는 발판 모듈(2)의 뒤꿈치 발판(212)에만 하중이 인가될 때, 전진 위치의 발판 모듈(2)은 후진 위치로 이동하고 후진 위치의 발판 모듈(2)은 전진 위치로 이동하도록 설정함으로써, 보행 의사가 탐지될 때에만 발판 모듈(2)이 가변되게 제어한다.
본 발명에 따른 하지 운동 로봇은 간호보조사나 도우미가 주위에 없더라도 재활 환자의 동작 의도를 순간순간 정확하게 파악 해 내어 재활 운동을 도와줄 수 있으므로 특히 하체 힘이 미약한 초기의 재활 환자들도 간호보조사의 도움 없이 스스로 하지 재활 운동이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하지 운동 로봇의 사시도,
도 2는 도 1에서 발판 모듈의 사시도,
도 3은 도 2에서 전방 및 후방 발판의 확대 사시도,
도 4는 도 3의 저면 사시도,
도 5는 도 4에서 체중 인식 센서 부위의 확대 저면 사시도
도 6은 도 1에서 제어부의 터치 패널에 나타난 제어 화면 및 사용상태의 사진,
도 7은 본 발명에 따른 하지 운동 로봇의 제어 방법을 나타낸 블록도,
도 8은 도 7에 따른 하지 운동 과정을 인체로 표현한 개념도,
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 하지 운동 로봇은 도 1에 도시된 바와 같이 일정한 형태를 가지는 메인 프레임(1)과, 메인 프레임(1)으로 지지되며 바닥에 배치되어 자동으로 전진 또는 후진됨으로써 제자리에서 보행이 가능하게 구동되는 발판 모듈(2)과, 메인 프레임(1)에 설치되는 안전 바(3) 및, 메인 프레임(1)에 설치되는 제어부(4)로 구성된다.
여기서 특히 발판 모듈(2)은 오른발과 왼발에 대응되는 부위가 서로 분리되어 가변되며, 오른발과 왼발에 대응되는 부위는 서로 반대 방향으로 가변되는 것을 특징으로 한다.
하지 재활운동을 하고자 할 때에는 건강한 사람과는 달리 한 발짝씩 떼어내면서 걷는 과정 자체가 힘들다. 그런데 통상의 트레드밀은 건강한 사람을 기준으로 하므로 바닥 전체가 컨베이어처럼 회전되는 형태로 작동된다. 이럴 경우 건강한 사람은 한쪽 발을 전진시킬 때 바닥에서 떼어내어 공중을 가르며 전진시키지만, 재활이 필요할 정도로 하지가 약한 사람의 경우에는 발을 공중에 드는 동작 자체가 힘들 수 있다. 이러한 문제 해결을 위해 본 발명에서는 전진시키는 발도 앞꿈치로 어느 정도 체중이 지지될 수 있도록 양 발이 진행되는 방향에 따라 발판 모듈(2)이 진행될 필요가 있다.
따라서 본 발명에서는 발판 모듈(2)이 양 발 마다 별도로 제작되고, 양 발의 진행 방향이 반대인 점에 대응될 수 있게 서로 다른 방향으로 진행되며, 어느 한 발의 진행 방향은 보행 과정에서 전진만 되는게 아니라 전진과 후진이 반복되는 점에 착안하여 통상의 트레드밀처럼 회전되는 것이 아니라 슬라이딩 동작으로 전진 및 후진 될 수 있게 구성된다.
또한 발판 모듈(2)은 도 2에 도시된 바와 같이 발바닥에 접촉되는 부위인 발판이 발바닥의 전방 부위에 접촉되는 전방 발판(211)과 뒤꿈치에 접촉되는 뒤꿈치 발판(212)으로 분리되어, 발이 접촉되면서 압력을 받을 경우 전방 발판(211)과 뒤꿈치 발판(212)은 서로 독립적으로 압력을 받는다.
특히 발판 모듈(2)에는 발바닥이 접촉될 경우 신체의 하중을 인식하여 발판 모듈(2)을 전방 또는 후방으로 구동시키기 위한 신호를 발생시키는 체중 인식 센서(26)가 부착되되, 체중 인식 센서(26)는 뒤꿈치 발판(212)에 설치된다.
발판이 슬라이딩 동작으로 전진 또는 후진되는 작동은 특히 하지 재활 운동이 필요한 경우처럼 하체가 허약할 때에는 보행자가 한 걸음씩 내딛는 과정 자체가 상당히 힘들므로, 보행 의사가 있을 경우에만 발판이 작동되어야 보행자의 하지 재활에도 도움이 되고, 하지 재활 운동자의 안전 또한 도모될 수 있다.
그런데 이와 같이 보행 의사가 자동으로 파악되기 위해서는 보행을 하고자 하는 순간에 정확하게 발판 모듈(2)의 슬라이딩 동작이 작동되어야만 보행자의 안전이 최대한으로 보장될 수 있다.
사람이 보행을 하고자 할 때에는 체중은 후진되는 발에 실리고 나머지 발은 바닥에서 떨어져 공중을 가르며 앞으로 전진 하게 된다. 따라서 재활 운동자의 경우에도 체중은 후진되는 발에 실리게 마련이다.
이때 체중이 실리는 부위는 발의 전방 부위가 아니라, 신체의 수직 하방에 위치하는 뒤꿈치에 자연스럽게 실린다. 따라서 특히 체중이 실리는 후진되는 발은 후진되기 전에는 전방에서 지면에 접촉되므로, 보행 의사가 파악되기 위한 체중 감지 지점은 후진하게 될 발이 일단 착지하는 위치인 전방 지점이며, 그 중에서도 뒤꿈치이다. 왜냐하면 무심코 발을 전방에서 발판 모듈(2)에 접촉시키더라도 뒤꿈치에 체중이 실리지 않으면 아직 보행의사가 없는 단계이기 때문이다.
따라서 본 발명에서는 발판 패드가 전방 발판(211)과 후방 발판으로 나누어지고, 후방 발판에 체중 인식 센서(26)가 설치되어, 오른발과 왼 발의 발판 패드 중 전방에 위치한 발판 패드, 그 중에서도 전방에 위치한 발판 패드의 뒤꿈치 발판(212)에 체중이 감지될 경우에만 보행의사가 감지되게 구성됨으로써, 정확한 보행 의사 감지가 가능하다. 이와 같이 구성될 때에만 보행 의사가 잘못 판단되어 재활 운동자의 의사와 무관하게 발판 패드가 작동됨으로 인한 사고가 미연에 방지되는 효과가 있다.
보다 구체적으로 발판 모듈(2)은 도 3에 도시된 바와 같이 전방 발판(211)과, 뒤꿈치 발판(212)과, 전방 발판(211) 및 뒤꿈치 발판(212)을 지지하는 발판 프레임(213)과, 발판 프레임(213)을 전방 또는 후방으로 이동시키는 모터(22)와, 모터(22)의 회전운동을 발판 프레임(213)의 전 후진 동작으로 전달시키는 동력전달부재(23)와, 발판 프레임(213)의 이동을 안내하는 가이드레일(24)과, 발판 프레임(213)에 설치되어 가이드레일(24)을 따라 회전되는 구름 바퀴(25) 및, 뒤꿈치 발판(212)의 하부에 설치되는 체중 인식 센서(26)로 이루어진다.
이때 모터(22)의 회전운동을 발판 프레임(213)의 전 후진 동작으로 전달시키는 동력전달부재(23)는 도 2에서는 풀리 또는 이와 유사한 부재인 것으로 도시되어 있지만 반드시 이에 한정되진 않으며, 랙과 피니언 형태의 동력 전달이 이루어질 수도 있다.
따라서 구름 바퀴(25)가 가이드레일(24)을 따라 전진 또는 후진됨으로써 발판 패드가 전진과 후진 동작을 할 때 정지 마찰력과 운동 마찰력이 최소화 되어 부드러운 슬라이드 동작이 가능하다.
이 경우 뒤꿈치 발판(212)과 발판 프레임(213)을 연결시키는 연결 부재(214)는 도 4에 도시된 바와 같이 탄성적인 재질로 이루어져, 뒤꿈치 발판(212)이 신체 하중을 받으면 연결 부재(214)가 변형되면서 뒤꿈치 발판(212)이 하강하여 체중 인식 센서(26)에 체중이 인가된 것을 전달하도록 구성될 수 있다. 즉 도 4에서 뒤꿈치 발판(212)의 양 측에 길게 형성된 평행하는 두 부재가 모두 탄성 재질로 이루어짐으로써 상부에서 체중이 가해질 때 발판 모듈(2)이 비로소 하강하면서 체중 감지 센서에 신호를 보내도록 구성될 수 있다.
또는 도시되진 않았지만 뒤꿈치 발판(212)과 발판 프레임(213)은 텐션 스프링으로 연결될 수 있다. 이 경우 뒤꿈치 발판(212)이 신체 하중을 받으면 텐션 스프링이 탄성 변형되면서 뒤꿈치 발판(212)이 하강하여 체중 인식 센서(26)에 체중이 인가된 것을 전달하게 된다. 이때 텐션 스프링은 도 4에서 뒤꿈치 발판(212)의 양 측에 평행하게 길게 형성된 두 개의 연결 부재(214)의 단부가 발판 프레임(213)에 텐션 스프링으로 힌지 연결 되는 식으로 구성될 수 있다.
그리고 체중 인식 센서(26)는 체중이 인식될 수 있는 신호를 발생 시킬 수만 있으면 그 종류에는 제한이 없다. 따라서 압전 센서 형태로 구성되거나 기타 물리적인 압력 변화로 신호를 발생시키는 구성이라면 모두 여기에 해당될 수 있다.
다만 도 5에서는 체중 인식 센서(26)가 광센서로 구성되는 실시예가 도시되어 있지만 반드시 도 5에 한정되진 않는다.
도 5와 같이 체중 인식 센서(26)가 광센서일 경우, 뒤꿈치 발판(212)이 가변되면서 광센서의 빛을 차단시킴으로써 뒤꿈치 발판(212)에 하중이 인가되는 것이 체중 인식 센서(26)로 인식된다.
보다 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이 광센서는 몸체로부터 평행하게 연장되는 두 개의 프로브(263)로 이루어지고, 두 개의 프로브(263) 중 어느 하나로부터 나머지 하나로 빛이 조사됨으로써, 두 개의 프로브(263) 사이에 빛을 막는 물체가 개입할 경우 차단신호를 발생시킨다.
이때 뒤꿈치 발판(212)의 저면에는 광센서가 내포되는 홈이 형성되고, 광센서는 상기 홈에 설치되되, 광센서는 홈에 일정한 경사를 이루게 설치되고, 광센서를 홈에 연결시키는 부재는 탄성 부재(262)로 연결되며, 상기 홈에는 두 개의 프로브(263) 사이의 부위에 대응되는 지점에 차단 판(2151)이 형성됨으로써, 뒤꿈치 발판(212)의 상부에 체중이 인가되면 뒤꿈치 발판(212)이 하강되고, 광센서는 바닥에 닿은 상태에서 뒤꿈치 발판(212)의 하강으로 인해 광센서와 뒤꿈치 발판(212)의 저면이 가까워지면서 차단 판(2151)이 두 개의 프로브(263) 사이로 진입되어 차단신호가 발생되면 체중 인가가 광센서로 인해 인식된다.
즉 도 5에서 광센서에 두 개의 뿔처럼 돌출된 프로브(263)는 뒤꿈치 발판(212)에 하중이 인가되기 전에는 바닥을 향하도록 경사지게 설치된다. 이때 광센서를 뒤꿈치 발판(212) 저면에 결합시키는 부재는 탄성 부재(262)로서, 뒤꿈치 발판(212)과 광센서를 서로 가까워지는 방향으로 힘을 가하면 광센서가 뒤꿈치 발판(212)의 저면에 접촉될 수 있다.
따라서 뒤꿈치 발판(212)에 체중이 인가되면 프로브(263)가 바닥에 닿은 상태에서 계속 상부의 뒤꿈치 발판(212)이 프로브(263)에 가까워지면서, 두 개의 프로브(263) 사이에 형성되는 광 신호 투과 슬릿(216)에 차단 판(2151)이 삽입됨으로 인해 두 개의 프로브(263) 사이를 가로지르던 빛 신호가 차단된다. 이로써 뒤꿈치 발판(212)에 체중이 인가된 것이 체중 인식 센서(26)에 인지되는 것이다.
이 경우 뒤꿈치 발판(212)의 저면에는 도 5에 도시된 바와 같이 접촉 플레이트(215)가 더 설치되고, 뒤꿈치 발판(212)의 저면과 접촉 플레이트(215)의 상면 간에 간격이 형성되며, 뒤꿈치 발판(212)에 체중이 인가되어 하강되면 접촉 플레이트(215)가 일정 지점에서 뒤꿈치 발판(212)과 합체되어 함께 하강되게 구성될 수 있다. 이때의 차단 판(2151)은 접촉 플레이트(215)의 저면에 설치된다. 이로써 체중보다 작은 압력으로 인해 섣불리 체중 인식 센서(26)가 체중이 인가된 것으로 잘못 인식하는 현상이 보다 확실하게 방지될 수 있다.
그리고 제어부(4)는 어느 한쪽의 뒤꿈치 발판(212)은 전방에 위치하고 나머지 뒤꿈치 발판(212)은 후방에 위치할 때, 전방에 위치한 뒤꿈치 발판(212)에는 하중이 인가되고 후방에 위치한 뒤꿈치 발판(212)에는 하중이 인가되지 않을 경우에만, 자동으로 전방에 위치한 발판 모듈(2)은 1회 후진함과 동시에 후방에 위치한 발판 모듈(2)은 자동으로 1회 전진하도록 설정된다.
이로써, 앞서 설명된 바와 같이 하지 재활운동자의 보행 의사가 실제로 감지될 경우에만 정확하게 동작됨으로써, 재활 치료자는 간호사나 보조사의 도움이 전혀 없어도 안전하게 재활 치료를 스스로 할 수 있게 되는 효과가 있다.
한편, 본 발명에 따른 하지 운동 로봇의 제조방법은 일정한 형태를 가지는 메인 프레임(1)을 제작하는 단계와, 메인 프레임(1)으로 지지되면서 전방 또는 후방으로 가변되도록 발판 모듈(2)을 바닥에 설치하는 단계와, 메인 프레임(1)의 양 측에 안전 바(3)를 설치하는 단계 및, 메인 프레임(1)에 발판 모듈(2)을 제어시키는 제어부(4)를 설치하는 단계로 구성되되, 발판 모듈(2)을 바닥에 설치하는 단계에서는 오른 발과 왼 발에 대응되는 발판 모듈(2)을 독립적으로 설치하며, 제어부(4)를 설치하는 단계는 오른 발과 왼 발에 대응되는 발판 모듈(2)이 서로 다른 방향으로 가변되게 제어부(4)를 설정하는 단계를 포함한다.
이때 발판 모듈(2)을 바닥에 설치하는 단계는 발바닥에 접촉되는 부위인 발판이 발바닥의 전방 부위에 접촉되는 전방 발판(211)과 뒤꿈치에 접촉되는 뒤꿈치 발판(212)으로 분리되게 설치하는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우 발판 모듈(2)을 바닥에 설치하는 단계는 발바닥이 접촉될 경우 신체의 하중을 인식하여 발판 모듈(2)을 전방 또는 후방으로 구동시키기 위한 신호를 발생시키는 체중 인식 센서(26)를 설치하는 단계를 포함하되, 체중 인식 센서(26)는 뒤꿈치 발판(212)에 설치한다.
구체적으로 발판 모듈(2)은 전방 발판(211)과, 뒤꿈치 발판(212)과, 전방 발판(211) 및 뒤꿈치 발판(212)을 지지하는 발판 프레임(213)과, 발판 프레임(213)을 전방 또는 후방으로 이동시키는 모터(22)와, 모터(22)의 회전운동을 발판 프레임(213)의 전 후진 동작으로 전달시키는 동력전달부재(23)와, 발판 프레임(213)의 이동을 안내하는 가이드레일(24)과, 발판 프레임(213)에 설치되어 가이드레일(24)을 따라 회전되는 구름 바퀴(25) 및, 뒤꿈치 발판(212)의 하부에 설치되는 체중 인식 센서(26)로 이루어진다.
여기서 뒤꿈치 발판(212)과 발판 프레임(213)을 연결시키는 연결 부재(214)는 탄성적인 재질로 제작하여, 뒤꿈치 발판(212)이 신체 하중을 받으면 연결 부재(214)가 변형되면서 뒤꿈치 발판(212)이 하강하여 체중 인식 센서(26)에 체중이 인가된 것을 전달하거나, 또는 뒤꿈치 발판(212)과 발판 프레임(213)을 텐션 스프링으로 연결하여, 뒤꿈치 발판(212)이 신체 하중을 받으면 텐션 스프링이 탄성 변형되면서 뒤꿈치 발판(212)이 하강하여 체중 인식 센서(26)에 체중이 인가된 것을 전달하도록 제작된다.
이때 체중 인식 센서(26)가 광센서일 경우, 뒤꿈치 발판(212)이 가변되면서 광센서의 빛을 차단시킴으로써 뒤꿈치 발판(212)에 하중이 인가되되, 광센서는 몸체로부터 평행하게 연장되는 두 개의 프로브(263)로 이루어지고, 두 개의 프로브(263) 중 어느 하나로부터 나머지 하나로 빛이 조사됨으로써, 두 개의 프로브(263) 사이에 빛을 막는 물체가 개입할 경우 차단신호를 발생시키고, 뒤꿈치 발판(212)의 저면에는 광센서가 내포되는 홈이 형성되고, 광센서는 홈에 설치되되, 광센서는 홈에 일정한 경사를 이루게 설치되고, 광센서를 홈에 연결시키는 부재는 탄성 부재(262)로 연결되며, 홈에는 두 개의 프로브(263) 사이의 부위에 대응되는 지점에 차단 판(2151)이 형성됨으로써, 뒤꿈치 발판(212)의 상부에 체중이 인가되면 뒤꿈치 발판(212)이 하강되고, 광센서는 바닥에 닿은 상태에서 뒤꿈치 발판(212)의 하강으로 인해 광센서와 뒤꿈치 발판(212)의 저면이 가까워지면서 차단 판(2151)이 두 개의 프로브(263) 사이로 진입되어 차단신호가 발생되고 체중 인가가 광센서로 인해 인식되도록 제작한다.
이때 제어부(4)를 설정하는 단계는 어느 한쪽의 뒤꿈치 발판(212)은 전방에 위치하고 나머지 뒤꿈치 발판(212)은 후방에 위치할 때, 전방에 위치한 뒤꿈치 발판(212)에는 하중이 인가되고 후방에 위치한 뒤꿈치 발판(212)에는 하중이 인가되지 않을 경우에만, 자동으로 전방에 위치한 발판 모듈(2)은 1회 후진함과 동시에 후방에 위치한 발판 모듈(2)은 자동으로 1회 전진하도록 제어하게 설정하는 단계를 더 포함하게 제작한다.
한편, 본 발명에 따른 하지 운동 로봇의 제어방법은 앞서 설명된 내용에 함께 설명되어 있으므로 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
1 : 메인 프레임 2 : 발판 모듈
3 : 안전 바 4 : 제어부
22 : 모터 23 : 동력전달부재
24 : 가이드레일 25 : 구름 바퀴
26 : 체중 인식 센서 211 : 전방 발판
212 : 뒤꿈치 발판 213 : 발판 프레임
214 : 연결 부재 215 : 접촉 플레이트
261 : 광 신호 투과 슬릿 262 : 탄성 부재
263 : 프로브 2151 : 차단 판

Claims (11)

  1. 일정한 형태를 가지는 메인 프레임(1)과;
    상기 메인 프레임(1)으로 지지되며 바닥에 배치되어 자동으로 전진 또는 후진됨으로써 제자리에서 보행이 가능하게 구동되는 발판 모듈(2)과;
    상기 메인 프레임(1)에 설치되는 안전 바(3); 및,
    상기 메인 프레임(1)에 설치되는 제어부(4);로 구성되되,
    상기 발판 모듈(2)은 오른발과 왼발에 대응되는 부위가 서로 분리되어 가변되며, 상기 오른발과 왼발에 대응되는 부위는 서로 반대 방향으로 가변되게
    전방 발판(211)과, 뒤꿈치 발판(212)과, 전방 발판(211) 및 뒤꿈치 발판(212)을 지지하는 발판 프레임(213)과, 발판 프레임(213)을 전방 또는 후방으로 이동시키는 모터(22)와, 모터(22)의 회전운동을 발판 프레임(213)의 전 후진 동작으로 전달시키는 동력전달부재(23)와, 발판 프레임(213)의 이동을 안내하는 가이드레일(24)과, 발판 프레임(213)에 설치되어 가이드레일(24)을 따라 회전되는 구름 바퀴(25) 및, 뒤꿈치 발판(212)의 하부에 설치되는 체중 인식 센서(26)를 포함하며,
    상기 발판 모듈(2)은 발바닥에 접촉되는 부위인 발판이 발바닥의 전방 부위에 접촉되는 상기 전방 발판(211)과 뒤꿈치에 접촉되는 상기 뒤꿈치 발판(212)이 분리 형성되어 발이 접촉되면서 압력을 받을 경우 상기 전방 발판(211)과 상기 뒤꿈치 발판(212)은 서로 독립적으로 압력을 받으며,
    상기 체중 인식 센서(26)는 발바닥이 접촉될 경우 신체의 하중을 인식하여 상기 발판 모듈(2)을 전방 또는 후방으로 구동시키기 위한 신호를 발생시키되 상기 체중 인식 센서(26)는 상기 뒤꿈치 발판(212)에 설치되며,
    상기 뒤꿈치 발판(212)과 상기 발판 프레임(213)을 연결시키는 연결 부재(214)는 탄성적인 재질로 이루어져, 상기 뒤꿈치 발판(212)이 신체 하중을 받으면 상기 연결 부재(214)가 변형되면서 상기 뒤꿈치 발판(212)이 하강하여 상기 체중 인식 센서(26)에 체중이 인가된 것을 전달하며,
    상기 뒤꿈치 발판(212)과 상기 발판 프레임(213)은 텐션 스프링으로 연결되어, 상기 뒤꿈치 발판(212)이 신체 하중을 받으면 해당 텐션 스프링이 탄성 변형되면서 상기 뒤꿈치 발판(212)이 하강하여 상기 체중 인식 센서(26)에 체중이 인가된 것을 전달하며,
    상기 체중 인식 센서(26)는 그 몸체로부터 평행하게 연장되는 두 개의 프로브(263)로 이루어지고, 두 개의 상기 프로브(263) 중 어느 하나로부터 나머지 하나로 빛이 조사됨으로써, 두 개의 상기 프로브(263) 사이에 빛을 차단하는 상기 뒤꿈치 발판(212) 하면에 하방으로 돌출된 차단 판(2151)의 삽입으로 차단신호를 발생하여 체중이 상기 뒤꿈치 발판(212)이 인가되었음을 판단하는 광센서인 것을 특징으로 하는 하지 운동 로봇.
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  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(4)는 어느 한쪽의 뒤꿈치 발판(212)은 전방에 위치하고 나머지 뒤꿈치 발판(212)은 후방에 위치할 때, 전방에 위치한 뒤꿈치 발판(212)에는 하중이 인가되고 후방에 위치한 뒤꿈치 발판(212)에는 하중이 인가되지 않을 경우에만, 자동으로 전방에 위치한 발판 모듈(2)은 1회 후진함과 동시에 후방에 위치한 발판 모듈(2)은 자동으로 1회 전진하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 하지 운동 로봇.
  8. 일정한 형태를 가지는 메인 프레임(1)을 제작하는 단계;
    상기 메인 프레임(1)으로 지지되면서 전방 또는 후방으로 가변되도록 발판 모듈(2)을 바닥에 설치하는 단계;
    상기 메인 프레임(1)의 양 측에 안전 바(3)를 설치하는 단계; 및,
    상기 메인 프레임(1)에 발판 모듈(2)을 제어시키는 제어부(4)를 설치하는 단계;로 구성되되,
    상기 발판 모듈(2)을 바닥에 설치하는 단계에서는 오른 발과 왼 발에 대응되는 발판 모듈(2)을 독립적으로 설치하며,
    상기 제어부(4)를 설치하는 단계는 오른 발과 왼 발에 대응되는 발판 모듈(2)이 서로 다른 방향으로 가변되게 제어부(4)를 설정하는 단계를 포함하되,
    상기 발판 모듈(2)을 바닥에 설치하는 단계는 발바닥에 접촉되는 부위인 발판이 발바닥의 전방 부위에 접촉되는 전방 발판(211)과 뒤꿈치에 접촉되는 뒤꿈치 발판(212)으로 분리되게 설치하며,
    상기 발판 모듈(2)에서 오른 발과 왼 발에 대응되는 발판 모듈(2)을 독립적으로 가변되도록 제어하되 오른 발과 왼 발에 대응되는 발판 모듈(2)이 서로 반대 방향으로 가변되게 제어하며,
    상기 발판 모듈(2)이 서로 반대 방향으로 가변되게 제어함에 있어, 전방 발판(211)과 뒤꿈치 발판(212) 중 뒤꿈치 발판(212)에 인가되는 하중을 인식하여 발판 모듈(2)이 가변되도록 제어하며,
    상기 뒤꿈치 발판(212)의 하중 인식은 상기 뒤꿈치 발판(212)이 신체 하중을 받으면 텐션 스프링이 탄성 변형되면서 상기 뒤꿈치 발판(212)이 하강하여 체중 인식 센서(26)에 체중이 인가된 것을 감지하며, 상기 체중 인식 센서(26)는 그 몸체로부터 평행하게 연장되는 두 개의 프로브(263)로 이루어지고, 두 개의 상기 프로브(263) 중 어느 하나로부터 나머지 하나로 빛이 조사됨으로써, 두 개의 상기 프로브(263) 사이에 빛을 차단하는 상기 뒤꿈치 발판(212) 하면에 하방으로 돌출된 차단 판(2151)의 삽입으로 차단신호를 발생하여 체중이 상기 뒤꿈치 발판(212)이 인가되었음을 판단하는 광센서인 것을 특징으로 하는 하지 운동 로봇의 제조방법.
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