KR102317401B1 - 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치에 관한 것이다. 이는, 제어부를 갖는 본체, 상기 본체에 지지되며 환자의 양쪽 다리에 채워진 상태로 걷기 운동 모션을 출력하는 운동모션출력부, 상기 운동모션출력부의 상부에 설치되고 상기 환자에게 인양력을 제공하여 환자의 다리에 전달되는 체중 부담을 경감시키는 리프트장치를 갖는 보행 재활훈련로봇에 장착되는 것으로서, 상기 리프트장치에 장착되어 리프트장치에 인가되는 환자의 체중을 감지하는 하중감지부와; 상기 하중감지부에 접속되며 하중감지부가 감지한 내용을 디스플레이하는 하중디스플레이부를 포함하고, 상기 리프트장치에는, 상기 제어부의 제어신호를 받아 환자를 인양하는 액츄에이터가 포함된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치는, 환자를 매달아 올릴 수 있는 리프트장치의 제어를 통해, 환자에게 가해지는 체중 부담을 경감시켜, 혼자 힘으로 서 있을 수 없는 중증환자도 얼마든지 재활 치료를 할 수 있게 한다. 또한, 환자가 하네스를 착용한 상태로 리프트장치에 매달리므로, 재활훈련 중 균형을 잃더라도 앞으로 넘어질 염려가 없어 안전하게 사용할 수 있다.

Description

보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치{Patient weight burden reduction device of walking rehabilitation training robot}

본 발명은 다리가 불편한 환자의 재활운동을 보조하는 보행 재활훈련로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하네스를 착용한 환자를 설정된 힘으로 인양하여 환자에게 가해지는 체중 부담을 경감시켜 재활훈련의 효과를 상승시킬 수 있는 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치에 관한 것이다.

인구의 고령화에 따라, 치매나 놔졸중 또는 파킨슨병과 같은 여러 가지 노인성 질환 환자의 숫자도 함께 증가하고 있다. 이러한 노인성 질환으로 거동이 불편한 노인들에게는 약물치료 이외에 물리적 재활치료를 통하여 근력을 회복 내지 유지하는 것이 중요하다. 또한 굳이 노인성 질환이 아니더라도, 사고에 의해 하반신이 불편한 사람이나 뇌성마비 환자 등의 경우에도 손상 부위의 기능적 회복이나 근육 강화를 위해 재활훈련은 필수적이다.

재활훈련에서 중요한 것은 과학적이고 체계적인 노력이 장기적으로 진행되어야 하는 것이다. 그런데, 재활훈련을 장기적으로 수행하기 위해서는 물리치료사의 많은 육체적 노력과 숙련도 등이 요구된다. 하지만, 현실적으로, 한 사람의 불리치료사가 여러 명의 재활 훈련을 시켜야 하는 상황에서, 지속적이고 효과적인 재활 훈련을 하는 것은 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 다양한 재활훈련용 기계 전자 장치 들이 개발 및 사용되고 있다. 예를 들면, 보행 훈련을 보조해 주는 보행 보조 장치들이나, 어깨 등 상체의 거동을 보조하고 근력을 회복시킬 수 있는 상지 재활 기기들도 개발되고 있다.

보행 재활훈련로봇은, 일시적으로 보행 능력을 상실한 사람의 보행 능력을 회복시키는 재활 운동을 보조하거나, 영구적으로 보행 능력을 일부 상실한 사람이 혼자서 보행하는 것을 보조한다.

이와 같이 환자의 보행을 보조하는 장치로서, 국내 등록특허공보 제10-1221046호(지능형 외골격 로봇기반의 일상생활 보조 및 재활훈련 시스템)도 있다. 그런데, 상기 종래의 재활훈련 시스템은, 장치를 사용자의 몸에 정확히 맞추기가 힘들어 착용이 어렵고, 심한 경우 찰과상이나 피부 괴사 등을 초래할 수 있다.

아울러 국내 등록특허공보 제10-1979938호(보행 보조 로봇)에는, 환자의 다리에 착용되어 걷기 운동 모션을 제공하는 한 쌍의 하지외골격과, 하지외골격을 제어함과 동시에 주행능력을 갖는 본체가 개시되어 있다. 그런데, 상기 보행 보조 로봇은, 환자가 하지외골격 위에 서 있어야 하는 것이므로, 환자의 체중이 그대로 다리에 실려 관절이 약한 환자의 경우 오히려 관절 손상을 입을 수 있다. 특히 중증환자, 가령 침대에 누워 있을 수밖에 없는 중증환자의 경우에는, 다리에 아예 힘이 없으므로 보행 보조 로봇의 도움을 받는 것 자체가 거의 불가능하였다.

국내 등록특허공보 제10-1221046호(지능형 외골격 로봇기반의 일상생활 보조 및 재활훈련 시스템) 국내 등록특허공보 제10-1979938호(보행 보조 로봇)

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 환자를 매달아 올릴 수 있는 리프트장치의 제어를 통해, 환자에게 가해지는 체중 부담을 경감시켜, 혼자 힘으로 서 있을 수 없는 중증환자도 얼마든지 재활 치료를 할 수 있게 하는 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치는, 제어부를 갖는 본체, 상기 본체에 지지되며 환자의 양쪽 다리에 채워진 상태로 걷기 운동 모션을 출력하는 운동모션출력부, 상기 운동모션출력부의 상부에 설치되고 상기 환자에게 인양력을 제공하여 환자의 다리에 전달되는 체중 부담을 경감시키는 리프트장치를 갖는 보행 재활훈련로봇에 장착되는 것으로서, 상기 리프트장치에 장착되어 리프트장치에 인가되는 환자의 체중을 감지하는 하중감지부와; 상기 하중감지부에 접속되며 하중감지부가 감지한 내용을 디스플레이하는 하중디스플레이부를 포함하고, 상기 리프트장치에는, 상기 제어부의 제어신호를 받아 환자를 인양하는 액츄에이터가 구비된다.

또한, 상기 제어부에 접속되며, 환자의 상태에 따라 필요한 인양력을 입력하여, 제어부로 하여금 액츄에이터의 동작을 제어하게 하는 입출력부가 더 구비된다.

아울러, 상기 리프트장치는; 상기 본체에 고정되며 상부로 연장된 지지빔, 길이방향으로 직선 연장되며 그 상부에 가이드레일을 가지고 링크핀을 통해 상기 지지빔에 회전 가능하도록 링크된 붐, 상기 가이드레일에 결합하여 가이드레일의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동 가능한 리프팅아암, 상기 리프팅아암의 선단부에 연결되며 환자의 체중을 리프팅아암에 전가하는 행거를 포함하고, 상기 액츄에이터는; 상기 붐에 장착된 상태로 리프팅아암을 슬라이딩 운동시키는 제1리니어액츄에이터와, 상기 붐을 링크핀 기준으로 회전시켜 상기 행거가 승강운동 하게 하는 제2리니어액츄에이터를 포함하고, 상기 하중감지부는, 상기 리프팅아암과 행거의 사이에 설치되며 행거에 걸리는 환자의 체중을 감지하는 로드셀이다.

또한, 상기 행거는 길이방향으로 연장된 바의 형태를 취하고, 그 양단부에는 환자용 하네스의 인양벨트를 고정하는 벨트고정부가 마련되어 있다.

또한, 상기 벨트고정부는; 상기 인양벨트의 폭보다 상대적으로 길게 연장되며 내부공간을 갖는 받침하우징과, 상기 받침하우징의 일단부에 구비되는 릴리징버튼과, 상기 받침하우징에 끼워진 상태로 대기하며, 상기 릴리징버튼을 눌렀을 때 상향 회전하고, 받침하우징의 상부로 벨트가 통과한 상태에서 하향 회전하여 벨트와 함께 받침하우징의 내부에 끼워져, 벨트가 받침하우징에 고정되게 하는 회전죠오를 포함한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치는, 환자를 매달아 올릴 수 있는 리프트장치의 제어를 통해, 환자에게 가해지는 체중 부담을 경감시켜, 혼자 힘으로 서 있을 수 없는 중증환자도 얼마든지 재활 치료를 할 수 있게 한다.

또한, 환자가 하네스를 착용한 상태로 리프트장치에 매달리므로, 재활훈련 중 균형을 잃더라도 앞으로 넘어질 염려가 없어 안전하게 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치의 기본 구조를 나타내 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치가 적용된 보행 재활훈련로봇을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 하중감지부 및 행거를 별도로 도시한 사시도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활훈련로봇의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활훈련로봇의 동작을 정리하여 도시한 블록도이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 환자 체중부담 경감장치는, 리프트장치를 이용해 환자를 들어 올려 환자의 다리에 가해지는 체중을 경감시킴으로써, 다리의 힘이 거의 없는 중증 환자의 경우에도 얼마든지 재활 훈련을 할 수 있게 한다.

이러한 경감장치는, 제어부를 갖는 본체, 상기 본체에 지지되며 환자의 양쪽 다리에 채워진 상태로 걷기 운동 모션을 출력하는 운동모션출력부, 상기 운동모션출력부의 상부에 설치되고 상기 환자에게 인양력을 제공하여 환자의 다리에 전달되는 체중 부담을 경감시키는 리프트장치를 갖는 보행 재활훈련로봇에 장착되는 것으로서, 상기 리프트장치에 장착되어 리프트장치에 인가되는 환자의 체중을 감지하는 하중감지부와; 상기 하중감지부에 접속되며 하중감지부가 감지한 내용을 디스플레이하는 하중디스플레이부를 포함하고, 상기 리프트장치에는, 상기 제어부의 제어신호를 받아 환자를 인양하는 액츄에이터가 포함되는 기본 구성을 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치의 기본 구조를 나타내 보인 구성도이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 환자 체중부담 경감장치는, 제어부(25), 입출력부(29), 하중감지부(70), 하중디스플레이부(27), 행거(80), 제1리니어액츄에이터(64), 제2리니어액츄에이터(67)를 포함한다.

이러한 구성요소는 도 2에 도시한 보행 재활훈련로봇(10)에 산재되어 있으며, 그 기능은 하네스(90)를 착용하고 있는 환자의 몸을 상부로 인양하여, 환자의 다리에 가해지는 체중 부담을 경감시키는 것이다.

제어부(25)는 본체(20)에 설치되며 재활훈련로봇(10)의 작동을 컨트롤하는 것으로서, 일반 컴퓨터와 마찬가지로 메모리를 구비한다. 또한 입출력부(29)는 개별 환자의 이름과 키와 몸무게와 장애정도 등의 환자 정보를 입력하고, 제어부(25)가 제공하는 내용을 디스플레이 하는 터치패널이다.

하중감지부(70)는 행거(80)를 통해 전달된 환자의 체중을 감지하여 제어부(25)로 전송한다. 하중감지부(70)로서 로드셀을 적용할 수 있다. 하중디스플레이부(27)는 하중감지부가 감지한 체중 정보를 디스플레이하여 물리치료사나 관리자 또는 간호사에게 알려준다.

또한, 제1,2리니어액츄에이터(64,67)는 행거(80)에 매달려 있는 환자를 들어 올려 운동모션출력부(40)로 이동시키는 역할을 한다. 이러한 구성 요소는 도 2에 도시한 보행 재활훈련로봇(10)에 적용되어 있다.

도 2는 환자 체중부담 경감장치가 적용된 보행 재활훈련로봇(10)을 도시한 사시도이다. 또한, 도 3은 도 2에 도시한 하중감지부(70) 및 행거(80)를 별도로 도시한 사시도이다. 도 4 내지 도 7은 보행 재활훈련로봇의 작동을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 보행 재활훈련로봇의 동작을 정리하여 도시한 블록도이다. 본 발명의 체중부담 경감장치의 구조를 파악하기 위하여 보행 재활훈련로봇(10)의 구조 및 작동 원리를 참고적으로 설명하기로 한다.

도시한 바와 같이, 보행 재활훈련로봇(10)은, 본체(20), 운동모션출력부(40), 리프트장치(60)의 기본 구성을 갖는다.

또한, 본체(20)는, 베이스프레임(21), 바디프레임(23), 제어부(25), 하중디스플레이부(27)를 갖는다.

베이스프레임(21)은, 보행 재활훈련로봇(10)을 수평으로 받쳐 지지하는 것으로서, 두 개씩의 구동휠(22b) 및 보조휠(22c)과, 구동휠(22b)에 회전력을 인가하는 모터(22a)를 갖는다.

바디프레임(23)은 육면체 형태의 케이스(23a)와 배터리(23b)를 갖는다. 케이스(23a)는 베이스프레임(21) 상에 고정되며 제어부(25)와 리프트장치(60)를 지지한다. 또한 배터리(23b)는, 모터(22a)와 제1,2리니어액츄에이터(64,67)에 전력을 공급한다. 배터리(23b)는 충전형 배터리로서, 마치 전기 자동차와 같이 보행 재활훈련로봇이 먼거리 까지 이동 가능하게 한다. 먼거리라 함은 재활훈련을 위해 필요한 거리이다.

제어부(25)는 고정박스(25a)와 컨트롤러(25b)를 구비한다. 컨트롤러(25b)는 보행 재활훈련로봇(10)의 동작에 필요한 모든 제어신호를 출력한다. 고정박스(25a)는 육면체의 형태를 취하며 양측부에 수직의 승강가이드레일(25c)을 갖는다. 승강가이드레일(25c)은 위치유지부(41)를 승강운동 가능하게 지지한다.

상기 고정박스(25a)의 상부에는 하중디스플레이부(27)와 입출력부(29)가 설치된다. 하중디스플레이부(27)는 행거(80)에 가해진 하중을 디스플레이 하는 표시창이다. 즉, 후술할 하네스(90)를 착용한 상태로 행거(80)에 매달려 있는 환자의 체중을 표시하는 것이다. 관리자나 물리치료사는 하중디스플레이부(27)를 통해 리프트장치(60)의 리프팅력을 적절히 조절하여 환자의 체중 부담을 완화한다.

환자의 상태에 따라, 다리에 힘이 거의 없어, 서있을 수조차 없는 경우에는, 리프트장치(60)를 이용해 환자를 거의 매달아 환자의 다리에 체중이 실리지 않도록 한다. 예를 들어 50kg의 체중을 가진 환자가 다리를 거의 사용하지 못한다면, 환자를 가령 45kg의 힘으로 들어 올린 상태로 유지하여, 환자의 다리에 5kg의 체중만 부담시키는 것이다. 리프트장치(60)를 이용한 인양력은 환자의 상태에 따라 적절히 설계된다. 리프트장치(60)가 환자를 들어올리는 힘을 인양력이라 칭하기로 한다.

입출력부(29)는, 보행 재활훈련로봇(10)의 동작을 입력하거나, 훈련 중 환자의 운동량이나 운동시간, 맥박 등을 디스플레이 할 수 있는 터치스크린이다. 보행 재활훈련로봇(10)을 여러 사람이 사용할 경우, 환자의 이름과 신장, 체중, 장애정도, 운동 방법 등을 입력 및 저장하고, 해당 환자가 다시 재활훈련 할 때, 저장되어 있는 내용을 띄워 보행 재활훈련로봇(10)이 환자의 체형에 맞게 세팅되도록 한다. 상기 입출력부(29) 이외에도 별도의 파지(把持)형 콘트롤러를 더 구비할 수도 있다.

상기 운동모션출력부(40)는, 위치유지부(41), 하지운동부(43)를 구비한다. 하지운동부(43)는, 환자의 좌우측 다리를 운동시키고, 위치유지부(41)는 세팅된 상태의 하지운동부(43)의 위치를 고정시키는 역할을 한다.

위치유지부(41)는, 각 승강가이드레일(25c)에 지지되며 승강 운동하는 수직슬라이더(41a), 수직슬라이더(41a)를 연결하는 수평가이드레일(41b) 수평가이드레일(41b)에 슬라이딩 가능하도록 설치되는 한 쌍의 수평슬라이더(41c), 각 수평슬라이더(41c)의 단부에 고정되는 커넥팅아암(41d)으로 이루어진다. 커넥팅아암(41d)은 수평방향 및 수직방향으로 위치조절이 가능하다.

하지운동부(43)는, 환자의 좌측다리 및 우측다리와 결합한 상태로 걷기 운동 모션을 제공하는 역할을 하며, 좌우측 커넥팅아암(41d)에 지지된다.

하지운동부(43)는, 환자의 고관절 부분에 대응 배치되는 제1관절블록(43a), 제1관절블록(43a)에 고정되며 하부로 연장된 제1회전아암(43c), 제1회전아암(43c)을 앞뒤로 회전시키는 제1모터(43b), 제1회전아암(43c)의 하단부에 설치되는 제2관절블록(43e), 제2관절블록(43e)에 고정되며 하부로 연장된 제2회전아암(43g), 제2회전아암(43g)을 앞뒤로 회전시키는 제2모터(43f), 제2회전아암(43g)의 하단부에 구비되는 발판(43k), 제1회전아암(43c)의 내측에 결합하는 대퇴부홀더(43d), 제2회전아암(43g)의 내측에 설치되는 하퇴부홀더(43h)를 구비한다.

또한 제1관절블록(43a)의 상부에는 팔걸이(46)와 주행제어스틱(47)이 위치한다. 환자는 팔걸이(46)에 자신의 팔을 걸친 상태로 손가락으로 주행제어스틱(47)을 조작하여, 주행, 정지, 좌우회전 신호를 출력한다. 손을 사용할 수 없는 환자의 경우, 주행제어스틱(47)은, 함께 동반하고 있는 치료사가 조작한다.

환자가 발판(43k)에 올라선 상태로, 대퇴부홀더(43d)를 대퇴부에, 하퇴부홀더(43h)를 하퇴부에 고정하고, 허리를 허리받침대(45)에 붙인 상태로, 스타트버튼(미도시)을 누르면, 제1모터(43b) 및 제2모터(43f)가, 컨트롤러(25b)의 제어하에, 제1,2회전아암(43c,43g)을 일정속도로 회전시켜 걷기 운동 모션을 출력한다. 환자는 기계적인 힘을 받아 걷기 재활 훈련을 할 수 있다.

상기 리프트장치(60)는 환자가 스스로 서있을 수 없는 경우에 사용한다. 리프트장치(60)는 환자에게 인양력을 제공하여 환자가 운동모션출력부(40)에 서 있을 수 있게 한다. 리프트장치(60)는, 지지빔(61), 붐(63), 리프팅아암(65), 행거(80), 제1,2리이어액츄에이터(64,67)를 포함한다.

지지빔(61)은 하부고정판(61a) 및 상부고정판(61b)을 통해 본체(20)에 고정된 것으로서, 수직으로 상향 연장되며 후방으로 만곡된 형태를 취한다. 또한 지지빔(61)의 상단부에는 붐홀더부(61c)가 구비된다. 붐홀더부(61c)는 붐(63)을 수용한 상태로 링크핀(61d)을 통해 붐(63)과 연결된다. 붐(63)은 붐홀더(61c)에 연결된 상태로, 링크핀(61d)을 회동축으로 삼아, 화살표 a방향 및 b방향으로 회전운동 가능하다.

아울러, 상부고정판(61b)의 하부에는 받침브라켓(61e)이 고정된다. 받침브라켓(61e)은 제2리니어액츄에이터(67)의 하단부를 지지하는 지지대의 역할을 한다.

붐(63)은, 길이방향으로 직선 연장된 막대형 부재로서 그 상부에 가이드레일(63a)을 갖는다. 가이드레일(63a)은 리프팅아암(65)의 슬라이더(65b)를 지지하며 리프팅아암(65)의 화살표 c방향 및 그 반대 방향 직선운동을 가이드한다.

또한 붐(63)의 상부에는 제1리니어액츄에이터(64)가 설치된다. 제1리이어액츄에이터(64)는 리프팅아암(65)을 직선 운동시키는 역할을 하며, 붐(63)의 후단부에 고정되는 모터(64a), 길이방향으로 연장된 연장튜브(64b), 연장튜브(64b)의 내부에 설치되는 축회전샤프트(미도시)를 갖는다.

상기 축회전샤프트의 단부에는 수나사부가 형성되어 있다. 수나사부는, 리프팅아암의 아암본체(65a) 내부에 형성되어 있는 암나사부(미도시)에 치합한다. 축회전샤프트가 회전함에 의해 리프팅아암(65)이 직선운동하게 됨은 물론이다. 경우에 따라 제1리니어액츄에이터(64)를, 유압실린더와 피스톤로드를 갖는 유압액츄에이터로 대신할 수 있다.

상기 붐(63)의 선단부와 받침브라켓(61e)의 사이에는 제2리니어액츄에이터(67)가 설치된다. 제2리니어액츄에이터(67)는, 받침브라켓(61e)에 지지되는 모터(67a), 연장튜브(67b), 작동로드(67c)를 갖는다. 작동로드(67c)는 연장튜브(67b)에 지지된 상태로 직선 운동하는 직선부재로서 상단부가 연결핀(63c)을 통해 링크브라켓(63b)에 연결된다. 작동로드(67c)가 화살표 d방향 및 그 반대 방향으로 이동함에 의해 붐(63)이 회전운동하게 됨은 물론이다.

한편, 상기 리프팅아암(65)은, 가이드레일(63a)에 지지된 상태로 길이방향 슬라이딩 이동 가능한 슬라이더(65b)와, 슬라이더(65b)에 고정되며 전방으로 연장된 아암본체(65a)를 구비한다. 아암본체(65a)는 전방으로 연장되며 하부로 만곡된 형상을 취하고 선단부에 하중감지부(70)를 갖는다. 하중감지부(70)는 로드셀이며 신호케이블을 통해 컨트롤러(25b) 및 하중디스플레이부(27)에 접속된다. 하중감지부(70)에 인가되는 환자의 체중 정보는 컨트롤러(25b)와 하중디스플레이부(27)로 동시 전달되며, 특히 하중디스플레이부(27)를 통해 실시간 확인할 수 있다.

상기 하중감지부(70)의 하부에는 연결블록(74)과 베어링(73)과 행거(80)가 연결된다. 연결블록(74)은 베어링(73)을 하중감지부(70)에 링크시키는 역할을 하는 것으로서 상부로 개방된 ㄷ자의 형태를 취한다.

또한 연결블록(74)을 하중감지부(70)에 연결하기 위하여, 하중감지부(70)의 하측에 아이볼트(71)가 고정되어 있다. 아이볼트(71)는 연결블록(74)의 내측에 삽입된 상태로 연결핀(75)에 링크된다. 연결핀(75)은 연결블록(74)에 고정되며 아이볼트(71)에 끼워져 결합된 상태를 유지한다.

베어링(73)은 행거(80)의 수평바(81)와 연결블록(74)의 저면에 결합한 것으로서, 행거(80)를 화살표 d방향이나 그 반대 방향으로 회전 가능하게 지지한다.

상기 행거(80)는, 길이방향으로 연장된 수평바(81)와, 수평바(81)의 양단부에 위치하는 벨트고정부(83)를 갖는다. 베어링(73)은 수평바(81)의 길이방향 중앙부에 위치한다. 상기 중앙부는 수평바의 무게중심이기도 하다. 수평바(81)는 환자의 체중이 실리는 부분이므로 체중에 의해 구부러지지 않는 단면 구조를 갖는다.

벨트고정부(83)는 도 2에 도시한 바와 같이, 하네스(90)의 인양벨트(93)를 물어 고정하는 것으로서 도 3의 구조를 갖는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 벨트고정부(83)는, 받침하우징(83a), 릴리징버튼(83c), 회전죠오(83d)를 갖는다.

벨트고정부(83)는 수평바(81)의 길이방향으로 연장되며 내부공간(83b)을 제공한다. 벨트고정부(83)의 길이는 인양벨트(93)의 폭보다 상대적으로 길어, 인양벨트(93)가 벨트고정부(83)를 가로질러 걸쳐질 수 있다.

또한, 벨트고정부(83)의 일단부에는 릴리징버튼(83c)이 구비된다. 릴리징버튼(83c)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 회전죠오(83d)가 닫혀 있는 상태에서 회전죠오(83d)가 닫힌 상태를 유지하게 하고, 필요시 화살표 f방향으로 눌렸을 때 회전죠오(83d)가 상부로 개방되도록 한다.

회전죠오(83d)는 길이방향으로 연장된 막대형 부재로서, 받침하우징(83a)의 내부에서 핀(미도시) 연결되며 핀을 중심으로 상하 회전운동 한다. 받침하우징(83a)의 내부에는 회전죠오(83d)을 상향 탄력지지하는 스프링(미도시)이 내장된다.

아울러 회전죠오(83d)의 선단부에는 걸림돌기(83e)가 마련되어 있다. 걸림돌기(83e)는 회전죠오(83d)를 화살표 g방향으로 완전히 하강시킨 상태에서 릴리징버튼(83c)에 형성되어 있는 걸림턱(미도시)에 걸려 걸린 상태를 유지한다. 걸림돌기(83e)는, 릴리징버튼(83c)을 누름에 의해 걸림턱으로부터 벗어나 상부로 빠진다.

회전죠오(83d)는 받침하우징(83a)에 인양벨트(93)가 걸쳐져 있는 상태에서, 화살표 g방향으로 하강하여 인양벨트와 함께 내부공간(83b)에 끼워져 인양벨트(93)를 물어 고정한다. 이 때 걸림돌기(83e)가 걸림턱에 걸려 지지됨은 상기한 바와 같다.

한편, 하네스(90)는 재활훈련을 하기 위해 환자가 착용하는 안전장비로서, 하네스본체(91)와 인양벨트(93)를 구비한다. 하네스본체(91)는 환자의 엉덩이와 상체에 착용된다. 또한 인양벨트(93)는 길게 연장되며 상기한 벨트고정부(83)에 걸려 고정된다. 행거(80)에 인양벨트(93)를 고정시킨 상태에서 리프팅아암(65)을 상부로 들어 올리면 환자가 인양된다.

상기 구성을 갖는 보행 재활훈련로봇(10)의 사용 단계는 도 8에 도시한 바와 같이, 하네스착용단계, 행거전진 및 하강단계, 하네스연결단계, 행거상승 및 후퇴단계, 환자정위치단계, 유지인양력입력단계, 하중디스플레이단계, 재활훈련단계로 이루어진다.

하네스착용단계는, 가령 휠체어에 앉아 있는 환자가 하네스를 착용하는 과정이다. 하네스는 엉덩이와 상체에 착용하는 것으로서, 물리치료사의 도움으로 쉽게 착용 가능하다.

하네스를 착용한 환자의 휠체어가 보행 재활훈련로봇(10)의 앞에 도착하였다면, 상기 행거(80)를 최대한 하강 및 전진시킨 후, 행거(80)에 인양벨트(93)를 걸어 고정한다.

인양벨트가 벨트고정부(83)에 완전히 고정되었다면, 붐(63)을 도 4의 화살표 a방향으로 회전시킴과 동시에 리프팅아암(65)을 화살표 c방향으로 이동시킨다. 즉 행거를 상승 및 후퇴시킨다. 도 5는 행거가 완전히 상승한 모습을, 도 6는 상승한 행거가 후퇴한 모습을 보여준다.

상기 과정을 통해 휠체어에 앉아 있던 환자는, 행거(80)에 매달린 상태로 들어 올려지고 발판(43k)의 상부에 위치하게 된다. 이어서, 환자의 좌측다리와 우측다리를 양측 하지운동부(43)에 결합시킨다.

이러한 과정 중에 하중감지부(70)는 하중을 계속적으로 감지하고, 하중디스플레이부(27)는 행거(80)에 인가되고 있는 체중을 디스플레이 한다.

상기 환자정위치단계에 이어지는 유지인양력입력단계는, 하네스를 인양하는 힘을 조절하여 환자의 체중 부담을 경감시키는 과정이다. 예를 들어 환자의 몸무게가 60kg 일 경우, 20kg의 인양력을 제공하면, 환자의 다리에 가해지는 하중은 40kg으로서, 20kg의 하중이 경감되는 것이다. 환자의 상태에 따라 다리에 힘이 거의 없을 때, 유지인양력을 키워 환자의 운동부하를 낮춰줄 수 있는 것이다.

이러한 유지인양력의 크기는 행거(80)의 높이 조절을 통해 이루어진다. 행거가 높게 올라가면 하네스(90)를 착용하고 있는 환자의 위치도 높아지며 다리에 가해지는 하중이 줄어든다. 예를 들어, 행거(80)를 아주 높이 올려 환자의 발이 발판(43k)로부터 떨어지면 환자의 다리에 가해지는 하중은 없다. 또한, 행거를, 인양벨트(93)에 장력이 가해지지 않을 정도로 하강시키면 환자의 체중이 그대로 다리에 전달된다.

각 환자별 요구 유지인양력은 입출력부(29)를 통해 미리 입력되어 있으며, 보행 재활훈련로봇(10)을 사용할 때 자동으로 적용된다.

도 7은 행거(80)가 적절한 높이로 하강한 상태로서, 하네스를 착용한 환자는 행거에 지지된 채 재활훈련을 하게 된다. 환자의 하네스(90)가 행거(80)에 걸려 있는 한, 환자가 앞으로 넘어질 염려는 없다.

상기한 본 실시예에 따른 환자 체중부담 경감장치를 사용하기 위해서, 먼저, 입출력부(29)를 이용해 제어부(25)에 요구 체중경감량을 입력한다. 말하자면 환자 정보를 입력하면서 요구되는 체중 경감량을 함께 입력하는 것이다. 환자의 체중이 60kg이고 요구 체중 경감량을 20kg으로 입력하였다면, 리프트장치(60)는 하네스(90)에 20kg의 인양역을 제공할 것이다.

상기 과정이 완료된 후, 환자에게 하네스(90)를 착용시키고 하네스(90)를 행거(80)에 고정한 상태에서 제1,2리니어액츄에이터(64,67)를 작동시키면, 제1,2리니어액츄에이터(64,67)가 컨트롤러(25b)의 제어에 의해 자동으로 작동하여 환자를 발판(43k)의 상부에 내려놓는다. 이 때 요구 인양력이 반영됨은 물론이다. 즉, 환자의 다리에는 환자 자신의 본래 체중보다 가벼운 체중이 실리는 것이다. 이 상태에서, 물리치료사는 환자의 좌우측 다리를 하지운동부(43)에 결합시키고 재활훈련을 개시한다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10:보행재활훈련로봇 20:본체 21:베이스프레임
22a:모터 22b:구동휠 22c:보조휠
23:바디프레임 23a:케이스 23b:배터리
25:제어부 25a:고정박스 25b:제어부
25c:승강가이드레일 27:하중디스플레이부 29:입출력부
40:운동모션출력부 41:위치유지부 41a:수직슬라이더
41b:수평가이드레일 41c:수평슬라이더 41d:커넥팅아암
43:하지운동부 43a:제1관절블록 43b:제1모터
43c:제1회전아암 43d:대퇴부홀더 43e:제2관절블록
43f:제2모터 43g:제2회전아암 43h:하퇴부홀더
43k:발판 45:허리받침대 46:팔걸이
47:주행제어스틱 60:리프트장치 61:지지빔
61a:하부고정판 61b:상부고정판 61c:붐홀더부
61d:링크핀 61e:받침브라켓 63:붐
63a:가이드레일 63b:링크브라켓 64:제1리니어액츄에이터
64a:모터 64b:연장튜브 65:리프팅아암
65a:아암본체 65b:슬라이더 67:제2리니어액츄에이터
67a:모터 67b:연장튜브 67c:작동로드
70:하중감지부 71:아이볼트 73:베어링
74:연결블록 75:연결핀 80:행거
81:수평바 83:벨트고정부 83a:받침하우징
83b:내부공간 83c:릴리징버튼 83d:회전죠오
83e:걸림돌기 90:하네스 91:하네스본체
93:인양벨트

Claims (5)

1. 제어부를 갖는 본체, 상기 본체에 지지되며 환자의 양쪽 다리에 채워진 상태로 걷기 운동 모션을 출력하는 운동모션출력부, 상기 운동모션출력부의 상부에 설치되고 상기 환자에게 인양력을 제공하여 환자의 다리에 전달되는 체중 부담을 경감시키는 리프트장치를 갖는 보행 재활훈련로봇에 장착되는 것으로서,
   상기 리프트장치에 장착되어 리프트장치에 인가되는 환자의 체중을 감지하는 하중감지부를 포함하고,
   상기 리프트장치에는, 상기 제어부의 제어신호를 받아 환자를 인양하는 액츄에이터가 구비되고,
   상기 리프트장치는;
   상기 본체에 고정되며 상부로 연장된 지지빔, 길이방향으로 직선 연장되며 그 상부에 가이드레일을 가지고 링크핀을 통해 상기 지지빔에 회전 가능하도록 링크된 붐, 상기 가이드레일에 결합하여 가이드레일의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동 가능한 리프팅아암, 상기 리프팅아암의 선단부에 연결되며, 상기 환자가 착용한 하네스를 통하여 환자의 체중을 리프팅아암에 전가하는 행거를 포함하고,
   상기 하중감지부는, 상기 리프팅아암과 행거의 사이에 설치되며 행거에 걸리는 환자의 체중을 감지하는 로드셀이고,
   상기 액츄에이터는 상기 하네스를 인양하는 힘을 조절하여 상기 행거의 높이를 제어하여서 환자의 체중 부담을 조절하는 것을 특징으로 하는 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부에 접속되며, 환자의 상태에 따라 필요한 인양력을 입력하여, 제어부로 하여금 액츄에이터의 동작을 제어하게 하는 입출력부가 더 구비되는 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 액츄에이터는;
   상기 붐에 장착된 상태로 리프팅아암을 슬라이딩 운동시키는 제1리니어액츄에이터와, 상기 붐을 링크핀 기준으로 회전시켜 상기 행거가 승강운동 하게 하는 제2리니어액츄에이터를 포함하는 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 행거는 길이방향으로 연장된 바의 형태를 취하고, 그 양단부에는 환자용 하네스의 인양벨트를 고정하는 벨트고정부가 마련되어 있는 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 벨트고정부는;
   상기 인양벨트의 폭보다 상대적으로 길게 연장되며 내부공간을 갖는 받침하우징과,
   상기 받침하우징의 일단부에 구비되는 릴리징버튼과,
   상기 받침하우징에 끼워진 상태로 대기하며, 상기 릴리징버튼을 눌렀을 때 상향 회전하고, 받침하우징의 상부로 벨트가 통과한 상태에서 하향 회전하여 벨트와 함께 받침하우징의 내부에 끼워져, 벨트가 받침하우징에 고정되게 하는 회전죠오를 포함하는 보행 재활훈련로봇의 환자 체중부담 경감장치.

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