KR102643294B1 - 목발동작에 따라 선택적 보행모드를 구현하는 보행보조시스템 - Google Patents

목발동작에 따라 선택적 보행모드를 구현하는 보행보조시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 보행보조시스템은 인체의 팔에 착용하는 목발(100)과, 인체의 등과 다리에 착용하는 보행보조장치(200)로 이루어지고, 상기 목발의 움직임에 기초하여 선택적으로 보행모드가 구동된다.
상기 목발(100)은 하부 파이프(111)와 상기 하부 파이프로부터 하방으로 신축하는 하부 신축지지봉(112)과, 상기 하부 파이프의 상단부에서 연장되는 상부 파이프(121)와, 상기 상부 파이프로부터 상방으로 신축하는 상부 신축지지봉(122)과, 상기 상부 신축지지봉에 설치되는 포어암구속부(123)와, 상기 하부 파이프의 상단부에서 전측으로 연장되는 손잡이(130)와, 상기 손잡이의 전측에 설치되는 제어버튼(131)을 포함하여 이루어진다.
상기 보행보조장치(200)는 착용시에 인체의 등에 안착되는 본체(210)와 좌우측 회동체(220)로 이루어지고, 상기 좌우측 회동체(220)는 중간 지지대(221)와 상기 중간 지지대의 상측에서 회동하는 상측 지지대(222)와, 상기 중간 지지대의 하측에서 회동하는 하측 지지대(223)와, 상기 하측 지지대의 하부에 결합되는 풋안착대(224)를 포함하여 이루어진다.

Description

목발동작에 따라 선택적 보행모드를 구현하는 보행보조시스템{Walking assistance system for selectively walking mode according to crutches motion}
본 발명은 목발을 구비하는 보행보조시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 목발의 동작에 기반하여 선택적 보행모드를 제어하기 위한 보행보조시스템에 관한 것이다.
신체의 상부와 상지는 정상적 동작이 가능하나, 제한적인 하지 이동능력을 갖거나 하지를 완전히 사용하지 못하는 환자들은 보행보조장치를 착용한다. 보행보조장치는 착용자의 허리, 상벅지, 하벅지. 및 발 부분을 지지고정하는 형태를 가지며, 배터리 동력을 사용하여 기계적 보행을 수행할 수 있다.
보행보조장치를 이용한 기계적 보행은 정지모드, 보행모드 등이 있을 수 있고, 추가적으로 계단을 올라가거나 내려오는 동작을 갖는 모드를 더욱 프로그램될 수 있다.
보행보조장치와 더불어 사용되는 목발은 착용자의 보행 안전을 증대시킬 수 있다. 목발은 보행보조장치를 착용하는 착용자가 기계적 보행에 적응하지 못하고 신체 무게중심을 잃고 넘어질 수 있다. 목발은 보행보조장치를 착용하는 착용자가 신체의 무게중심을 유지하는 데 도움을 준다.
보행보조장치의 착용자가 이동하는 지반환경은 평탄한 지면이 아닐 수 있다. 또 착용자는 좌회전 또는 우회전을 의도할 수 있다. 이 경우, 보행보조장치를 착용한 착용자는 제어명령을 컨트롤러로 전달하여야 한다. 이때 제어명령수단, 예컨대, 제어판, 동작버튼을 누르기 위하여, 착용자의 시야는 일시적으로 전방을 주시하지 못하게 된다.
공개특허 제10-2016-0027952호, 사용자-연계 휴먼-머신 인터페이스 공개특허 제10-2018-0026975호, 보행보조방법 및 이를 수행하는 장치 공개특허 제10-2011-0133879호, 생체신호검출 및 낙상방지가 가능한 보행보조장치 공개특허 제10-2017-0037118호, 보행 훈련 보조장치
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 착용자의 보행안전을 제공하는 보행보조시스템을 제공하려는 데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 착용자가 전방을 주시한 상태에서 제어동작을 수행할 수 있도록 하여, 안전한 보행을 유지할 수 있는 보행보조시스템을 제공하려는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 언급한 과제로 제한되지 않는다. 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 보행보조시스템은 인체의 팔에 착용하는 목발(100)과, 인체의 등과 다리에 착용하는 보행보조장치(200)로 이루어지고, 상기 목발의 움직임에 기초하여 선택적으로 보행모드가 구동된다.
또한, 상기 목발(100)은 하부 파이프(111)와 상기 하부 파이프로부터 하방으로 신축하는 하부 신축지지봉(112)과, 상기 하부 파이프의 상단부에서 연장되는 상부 파이프(121)와, 상기 상부 파이프로부터 상방으로 신축하는 상부 신축지지봉(122)과, 상기 상부 신축지지봉에 설치되는 포어암구속부(123)와, 상기 하부 파이프의 상단부에서 전측으로 연장되는 손잡이(130)와, 상기 손잡이의 전측에 설치되는 제어버튼(131)을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 보행보조장치(200)는 착용시에 인체의 등에 안착되는 본체(210)와 좌우측 회동체(220)로 이루어지고, 상기 좌우측 회동체(220)는 중간 지지대(221)와 상기 중간 지지대의 상측에서 회동하는 상측 지지대(222)와, 상기 중간 지지대의 하측에서 회동하는 하측 지지대(223)와, 상기 하측 지지대의 하부에 결합되는 풋안착대(224)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 본체(210)에는 컨트롤러(300)가 설치되고, 상기 컨트롤러(300)는 목발움직임검출모듈(310)과 회동체구동모듈(320)을 포함하여 이루어지고, 상기 목발움직임검출모듈(310)은 목발의 회전동작과 목발의 전환동작을 검출하고, 상기 회동체 구동모듈(320)은 좌우측 회동체를 구동하기 위한 구동신호를 출력한다.
또한, 상기 목발의 회전동작은 3축가속도센서(S2)로부터 검출되고, 상기 전환동작은 압력센서(S1)으로부터 검출된다.
본 발명에 따른 목발움직임검출모듈은 3축가속도센서로부터 전송된 데이터를 기초로 목발의 움직임을 검출한다. 검출결과 회전동작인 경우, 회동체구동모듈은 좌회전 또는 우회전 보행모드로 회동체를 구동한다. 본 발명은 목발의 움직임으로부터 직진보행모드에서 회전보행모드로 전환할 수 있다. 움직을 통해 보행모드를 전환함으로써 보다 직관적인 구동 편의성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 보행보조시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 보행보조시스템을 착용한 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 목발의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 보행보조장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 보행보조장치의 회동체의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 컨트롤러의 구성도이다.
도 7은 착용자가 좌측 목발을 회전시키는 것을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 목발을 이용한 보행보조시스템의 구동방법을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 표현될 수 있다.
본 발명은 목발의 동작에 기반하여 보행보조장치를 선택적으로 회전보행모드를 제어하기 위한 보행보조시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 보행보조시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 보행보조시스템을 착용한 상태를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 보행보조시스템은 인체의 팔에 착용하는 목발(100)과, 인체의 등과 다리에 착용하는 보행보조장치(200)로 이루어진다. 상기 목발(100)은 보행보조장치(200)와 무선통신 또는 유선통신으로 데이터 및 신호를 송수신할 수 있다.
목발과 보행보조장치는 컨트롤러(Controller)의 제어에 따라 구동될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 목발의 구성도이다.
본 발명에 따른 목발(100)은 하부 파이프(111)와 상기 하부 파이프로부터 하방으로 신축하는 하부 신축지지봉(112)과, 상기 하부 파이프의 상단부에서 연장되는 상부 파이프(121)와, 상기 상부 파이프로부터 상방으로 신축하는 상부 신축지지봉(122)과, 상기 상부 신축지지봉에 설치되는 포어암구속부(123)와, 상기 하부 파이프의 상단부에서 전측으로 연장되는 손잡이(130)와, 상기 손잡이의 전측에 설치되는 제어버튼(131)을 포함하여 이루어진다.
상기 하부 신축지지봉(112)은 하부 파이프(111)로부터 하방으로 돌출되어 연장되거나 삽입될 수 있다. 이를 위해 하부 파이프의 내부에는 하부 신축지지봉을 구동하기 위한 신축기가 설치될 수 있다. 이 경우, 신축기는 모터와 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하기 위한 기구로 이루어질 수 있다.
한편, 하부 신축지지봉(112)의 하부에는 압력센서(S1)와 3축가속도센서(S2)가 설치될 수 있다. 상기 압력센서(S1)는 하부 신축지지봉의 바닥이 지면에 닺는 압력을 검출한다. 상기 목발이 지면과 부딧히면, 상기 압력센서는 컨트롤러(controller)로 착지신호를 전송한다. 또 3축가속도센서(S2)는 목발의 회전동작을 검출하고, 컨트롤러(controller)로 x축, y축, z축 가속도값을 출력한다.
상기 상부 신축지지봉(122)은 상부 파이프(121)로부터 상방으로 돌출되어 연장되거나 삽입될 수 있다. 이를 위해 상부 파이프의 내부에는 상부 신축지지봉을 구동하기 위한 신축기가 설치될 수 있다. 이 경우, 신축기는 모터와 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하기 위한 기구로 이루어질 수 있다.
상기 포어암(forearm) 구속부는 인체의 포어암, 즉 손목과 팔꿈치 사이의 팔을 구속한다. 상기 포어암 구속부는 섬유재질로 제조될 수 있고, 착용자의 포어암에 쉽게 착용할 수 있도록 벨크로(velcro)가 설치될 수 있다. 착용자는 포어암구속부를 이용하여 팔을 고정한 후 손잡이(130)를 잡은 상태를 유지함으로써 목발을 지탱할 수 있다.
도면을 참조하면, 손잡이(130)의 전측에는 제어버튼(131)이 구비된다. 상기 제어버튼은 손잡이의 전측상부에 설치되는 것으로 도시하고 있으나, 착용자의 손가락 위치에 대응하여, 손잡이의 전측측면이나 전측하면에 설치될 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 보행보조장치의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 보행보조장치의 회동체의 사시도이다.
본 발명에 따른 보행보조장치(200)는 착용시에 인체의 등에 안착되는 본체(210)와 좌우측 회동체(220)로 이루어진다.
상기 본체에는 배터리(battery)와 컨트롤러(controller)가 장착된다. 상기 본체(210)와 좌우측 회동체(220)는 각각 좌측 및 우측 연결대(CC)로 연결된다. 상기 연결대는 본체의 하부에서 좌측 및 우측으로부터 연장된 후, 전측으로 절곡된 다음, 다시 하측으로 절곡된다.
도 5에서, 좌우측 회동체(220)는 중간 지지대(221)와 상기 중간 지지대의 상측에서 회동하는 상측 지지대(222)와, 상기 중간 지지대의 하측에서 회동하는 하측 지지대(223)와, 상기 하측 지지대의 하부에 결합되는 풋안착대(224)를 포함한다.
상기 중간 지지대(221)는 상측 구동부(221U)와 하측 구동부(221D)를 포함한다.
상기 상측 구동부(221U)는 모터와 감속기로 이루어질 수 있고, 상기 모터에는 구동 에너지가 인가되지 않는다. 상기 상측 지지대(222)는 상측 구동부의 감속기에 연결된다.
상기 하측 구동부(221D)는 모터와 감속기로 이루어질 수 있고, 상기 모터에는 구동 에너지가 인가되지 않는다. 상기 하측 지지대(223)는 하측 구동부의 감속기에 연결된다.
도면을 참조하면, 하측 지지대의 하단부에는 풋안착대(224)가 결합된다. 풋안착대는 착용자의 발목을 감싸는 안착고리(221e)와, 상기 안착고리의 양측에 고정되고 착용자의 발바닥을 받치는 절곡대(221n)로 이루어진다. 상기 안착고리(221e)는 하측 지지대에 고정되는 고정 반원고리(221ef)와 상기 고정 반원고리로부터 회동되는 회전 반원고리(221er)로 이루어질 수 있다. 실시예로서, 회전 반원고리를 고정 반원고리로부터 회동시키고, 착용자의 발목을 고정 반원고리의 내측에 안착시킨 후, 회전 반원 고리를 고정 반원고리에 닫아 체결할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 컨트롤러의 구성도이다.
본 발명에 따른 컨트롤러(Controller, 300)는 목발움직임검출모듈(310)과 회동체구동모듈(320)로 이루어질 수 있다.
상기 목발움직임검출모듈(310)은 목발의 회전동작과 목발의 전환동작을 검출한다. 상기 회전동작과 전환동작의 검출은 제어버튼(131)의 누름신호가 유지되는 동안에 수행된다.
목발의 회전동작은 3축가속도센서(S2)로부터 검출될 수 있다. 일 실시예로서, 목발움직임검출모듈은 3축가속도센서로부터 전송된 데이터를 기초로 목발의 움직임을 검출한다. 상기 목발의 움직임은 목발의 회전동작일 수 있다. 상기 회전동작은 목발의 하단부가 삼각형상의 회전, 원형상의 회전, 타원형상의 회전을 포함할 수 있다. 예컨대, 좌측 목발로부터 누름신호가 전송되는 경우, 누름신호가 유지되는 도중에, 상기 3축가속도센서로부터 전송되는 x축, y축, z축 가속도값으로부터 목발의 움직임을 검출한다. 검출결과, 좌측 목발의 회전동작으로 판단되면, 좌회전신호를 회동체구동모듈(320)로 출력할 수 있다.
목발의 전환동작은 압력센서(S1)로부터 검출될 수 있다. 일 실시예로서, 목발움직임검출모듈은 압력센서로부터 전송되는 압력데이터를 기초로 목발이 지면을 타격하는 상태를 검출한다. 실시예로서, 소정의 시간동안 압력데이터가 연속하여 전송되는 경우, 회동체구동모듈(320)로 전환신호를 출력한다.
상기 회동체구동모듈(320)은 목발움직임검출모듈로부터 전송되는 좌측 또는 우측 회전신호에 따라 좌측 회전구동 또는 우측 회전구동을 위한 구동신호를 회동체로 전송한다.
한편, 목발움직임검출모듈로부터 전환신호가 전송되면, 회전구동을 정지하고, 직진보행모드로 전환된다.
이하, 컨트롤러에 의해 수행되는 보행구동방법에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 목발을 이용한 보행보조시스템의 구동방법을 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 보행보조시스템의 구동방법은, 목발의 제어버튼(131)으로부터 누름신호를 전송받는 단계(S100)와, 상기 누름신호가 유지되는 동안에, 좌측 또는 우측 목발의 움직임을 검출하고 좌회전신호 또는 우회전신호를 출력하는 단계(S200)와, 상기 좌회전신호 또는 우회전신호에 따라 회동체에 구동신호를 출력하는 단계(S300)와, 상기 누름신호가 유지되는 동안에, 목발로부터 전환신호를 전송받고, 보행모드를 전환하는 단계(S400)를 포함한다.
1. 목발의 제어버튼(131)으로부터 누름신호를 전송받는 단계(S100);
보행보조장치를 착용하는 착용자가 좌회전 또는 우회전을 의도하는 경우, 착용자는 목발의 손잡이에 구비된 제어버튼(131)을 눌러, 누름신호를 컨트롤러의 목발움직임검출모듈로 전송한다. 본 발명에서는 누름신호에 의해서만 회전구동을 수행할 수 있다. 이는 착용자의 의도하지 않는 동작에 의해 오작동하는 것을 방지할 수 있다.
2. 상기 누름신호가 유지되는 동안에, 좌측 또는 우측 목발의 움직임을 검출하고 좌회전신호 또는 우회전신호를 출력하는 단계(S200);
도 7은 착용자가 좌측 목발(100(L))을 회전시키는 것을 나타낸 것이다. 도면을 참조하면, 착용자는 좌측 목발을 좌회전시키거나 우회전시킬 수 있다. 좌측목발을 좌회전 또는 우회전시키는 동작은 모두 좌측 회전보행모드를 의도한다. 또한 우측목발을 좌회전 또는 우회전시키는 동작은 모두 우측 회전보행모드를 의도한다.
착용자가 좌측 목발 또는 우측 목발을 회전시키면, 목발에 설치된 3축가속도센서는 x축, y축, z축 가속도값을 목발움직임검출모듈로 출력한다. 상기 목발움직임검출모듈은 가속도값으로부터 회전동작을 검출하고 좌회전신호 또는 우회전신호를 회동체구동모듈로 출력한다.
한편, 상기 회전동작의 검출은 지도학습(supervised learning)에 의한 검출방식으로 수행될 수도 있다.
3. 상기 좌회전신호 또는 우회전신호에 따라 회동체에 구동신호를 출력하는 단계(S300);
회동체구동모듈은 목발움직임검출모듈로부터 좌회전신호 또는 우회전신호가 전송되는 경우, 보행보조장치의 좌측 및 우측 회동체를 구동한다. 상기 좌회전신호인 경우 좌측 회동체의 보폭구동은 짧게 하고, 우측 회동체의 보폭구동은 길게 할 수 있다. 또한 우회전신호인 경우 우측 회동체의 보폭구동은 짧게 하고, 좌측 회동체의 보폭구동은 길게 할 수 있다.
4. 상기 누름신호가 유지되는 동안에, 목발로부터 전환신호를 전송받고, 보행모드를 전환하는 단계(S400);
보행보조장치를 착용한 착용자가 우측 또는 좌측 회전보행모드를 정지하고자 한다면, 좌측 또는 우측 목발을 지면에 연타할 수 있다. 이때, 목발의 하단부에 설치된 압력센서로부터 전송되는 연속되어 전송되는 압력데이터로부터 전환신호를 회동체구동모듈로 전송한다. 이에 따라 회전보행모드에서 직진보행모드로 전환될 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100 : 목발
111 : 하부 파이프
112 : 하부 신축지지봉
121 : 상부 파이프
122 : 상부 신축지지봉
130 : 손잡이
131 : 제어버튼
200 : 보행보조장치
210 : 본체
220 : 좌우측 회동체
221 : 중간 지지대
221U : 상측 구동부
221D : 하측 구동부
222 : 상측 지지대
223 : 하측 지지대
224 : 풋안착대
300 : 컨트롤러
310 : 목발움직임검출모듈
320 : 회동체구동모듈
S1 : 압력센서
S2 : 3축가속도센서

Claims (5)

  1. 인체의 팔에 착용하는 목발(100)과, 인체의 등과 다리에 착용하는 보행보조장치(200)로 이루어지고,
    상기 목발(100)은 하부 파이프(111)와 상기 하부 파이프로부터 하방으로 신축하는 하부 신축지지봉(112)과, 상기 하부 파이프의 상단부에서 연장되는 상부 파이프(121)와, 상기 상부 파이프로부터 상방으로 신축하는 상부 신축지지봉(122)과, 상기 상부 신축지지봉에 설치되는 포어암구속부(123)와, 상기 하부 파이프의 상단부에서 전측으로 연장되는 손잡이(130)와, 상기 손잡이의 전측에 설치되는 제어버튼(131)을 포함하여 이루어지고,
    상기 하부 신축지지봉(112)의 하부에는 압력센서(S1)와 3축가속도센서(S2)가 설치되며,
    상기 보행보조장치(200)는 본체(210)와 좌우측 회동체(220)로 이루어지고,
    상기 본체(210)에는 컨트롤러(300)가 설치되고,
    상기 컨트롤러(300)는 목발움직임검출모듈(310)과 회동체구동모듈(320)을 포함하여 이루어지고,
    상기 목발움직임검출모듈(310)은 목발의 회전동작과 목발의 전환동작을 검출하고, 상기 회동체 구동모듈(320)은 좌우측 회동체를 구동하기 위한 구동신호를 출력하되,
    상기 목발의 회전동작은 3축가속도센서(S2)로부터 검출되고, 상기 전환동작은 압력센서(S1)으로부터 검출되는 것을 특징으로 하는 보행보조시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 좌우측 회동체(220)는 중간 지지대(221)와 상기 중간 지지대의 상측에서 회동하는 상측 지지대(222)와, 상기 중간 지지대의 하측에서 회동하는 하측 지지대(223)와, 상기 하측 지지대의 하부에 결합되는 풋안착대(224)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보행보조시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 목발의 회전동작은 좌측 목발을 좌회전 또는 우회전시키는 동작, 우측 목발을 좌회전 또는 우회전시키는 동작을 포함하고,
    상기 전환동작은 목발을 사용하여 지면을 연타하는 동작인 것을 특징으로 하는 보행보조시스템.


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