KR20100092755A

KR20100092755A - 보행보조로봇 전기자극 시스템 및 이를 이용한 전기자극 제어 방법

Info

Publication number: KR20100092755A
Application number: KR1020090012035A
Authority: KR
Inventors: 박광훈; 이경환
Original assignee: 주식회사 피앤에스미캐닉스
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-23
Also published as: KR101074753B1

Abstract

본 발명은 보행보조로봇 전기자극 시스템 및 이를 이용한 전기자극 제어 방법에 관한 것으로, 바닥부에 복수의 압력 검출기가 부착된 압력 신발부, 복수의 딜레이 타임을 저장하고, 상기 압력 신발부의 제1 압력 검출기로부터 압력이 검출되면 시작 신호 및 상기 복수의 딜레이 타임을 출력하는 시스템 제어부, 상기 복수의 딜레이 타임에 대응하는 복수의 채널을 구비하며, 상기 시스템 제어부로부터 n번째 시작 신호가 입력되면 상기 복수의 딜레이 타임 중 제1 딜레이 타임이 경과된 후에 제1 채널로 전기자극 신호를 인가하고, n+1번째 시작 신호가 입력되면 제1 채널의 전기자극 신호를 차단하는 전기자극부를 포함한다.

이로 인해, 본 발명은 사용자의 보행 상태에 따라 보행 훈련을 수행할 수 있으며, 환자의 근육반응속도에 따라 마비된 근육에 전기자극을 인가하여 마비된 근육의 신경을 치료할 수 있고, 유각기 동작 기간(스윙 동작)에서 환자의 발이 지면에 닿는 것을 방지할 수 있다.

보행보조로봇, 전기자극, 근육반응시간, 압력 검출, 족관절 배측 굴곡근

Description

보행보조로봇 전기자극 시스템 및 이를 이용한 전기자극 제어 방법 {Functional Electronical Stimulation system for Reciprocating Gait Orthosis and control method thereof}

본 발명은 보행보조로봇 전기자극 시스템 및 이를 이용한 전기자극 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환자의 보행 상태에 따라 보행 훈련을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 환자의 근육반응속도에 따라 마비된 근육의 신경을 치료할 수 있는 보행보조로봇 전기자극 시스템 및 이를 이용한 전기자극 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 보행훈련은 마비환자 또는 장애환자들에게 잔존 감각을 활용하여 독립 보행에 필요한 능력을 습득시키기 위하여 수행되는데, 자율적 보행을 위해서는 여러 분야의 전문가들의 포괄적 도움이 필요하며, 특히 치료사의 상당한 수고를 요구하게 된다.

따라서 마비환자 또는 보행 장애자들에게 보행에 필요한 능력을 익히게 하기 위하여 자연스러운 보행리듬을 제공할 수 있는 보행보조로봇 개발이 요망된다.

이를 위해 서보모타제어 구동시스템을 이용하여 보행훈련을 제공하는 시스템이 개발된 바는 있다.

그러나, 이러한 시스템들은 독자적인 보행을 수행할 수 없는 환자를 대상으로 주어진 보행 관절 운동을 유도함으로써 균형과 체중이동을 보상하여 환자의 상태에 따라 보행훈련을 반복 수행하도록 하지만, 마비된 근육의 신경을 치료할 수는 없었다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 환자의 보행 상태에 따라 보행 훈련을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 환자의 근육반응속도에 따라 마비된 근육의 신경을 치료할 수 있는 보행보조로봇 전기자극 시스템 및 이를 이용한 전기자극 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 보행보조로봇을 이용하여 사용자의 보행 훈련을 실시하는 보행보조로봇 전기자극 시스템이 제공된다. 이 시스템은 바닥부에 복수의 압력 검출기가 부착된 압력 신발부, 복수의 딜레이 타임을 저장하고, 상기 압력 신발부의 제1 압력 검출기로부터 압력이 검출되면 시작 신호 및 상기 복수의 딜레이 타임을 출력하는 시스템 제어부, 상기 복수의 딜레이 타임에 대응하는 복수의 채널을 구비하며, 상기 시스템 제어부로부터 n번째 시작 신호가 입력되면 상기 복수의 딜레이 타임 중 제1 딜레이 타임이 경과된 후에 제1 채널로 전기자극 신호를 인가하고, n+1번째 시작 신호가 입력되면 제1 채널의 전기자극 신호를 차단하는 전기자극부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전기자극을 인가하는 전기자극부를 포함하며, 보행보조로봇을 이용하여 사용자의 보행 훈련을 실시하는 보행보조로봇 전기자극 제어 방법이 제공된다. 이 방법은 상기 전기자극부에서 전기자극이 인가된 시 점에서 근육이 수축하는데 소요되는 제1 근육의 근육반응시간을 파악하는 단계, 상기 사용자의 발바닥과 맞닿는 바닥부에 부착된 복수의 압력 검출기 중 뒤꿈치 압력을 검출하는 제1 압력 검출기를 기준 압력 검출기로 지정하는 단계, 상기 제1 압력 검출기에서 압력이 검출된 시점에서 상기 사용자에게 전기 자극을 인가하는 시점까지 소요되는 제1 근육의 제1 딜레이 타임을 연산하는 단계, 상기 제1 압력 검출기에서 n번째 압력이 검출되면, 제1 근육에 연결되는 상기 전기자극부의 제1 채널로 제1 딜레이 타임이 경과된 후에 전지자극 신호를 인가하는 단계, 상기 제1 압력 검출기에서 n+1번째 압력이 검출되면 제1 채널의 전기자극 신호를 차단하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에서는 사용자의 보행 상태에 따라 보행 훈련을 수행할 수 있으며, 환자의 근육반응속도에 따라 마비된 근육에 전기자극을 인가하여 마비된 근육의 신경을 치료할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 족관절 배측 굴곡근 및 족관절 저측 굴곡근에 근육반응속도에 따라 전기자극을 인가/차단함으로써, 유각기 동작 기간(스윙 동작)에서 환자의 발이 지면에 닿는 것을 방지할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 발명의 보행보조로봇은 환자 인체의 관절축과 일치하여 인체에 장착할 수 있는 형태로서, 족관절부는 착용이 가능한 신발형 구조로서 인체 족관절 관절축과 일치한다.

본 발명의 보행보조로봇은 근육사용 능력이 없거나 현저히 떨어지는 환자에게 다리를 강제로 구동하는 운동방식과 전기자극을 연동시켜 적용하는 방식으로, 치료 목적에 따라 전기자극이 인가되는 근육을 선택할 수 있다.

보행은 입각기 동작과 유각기 동작으로 구분되며, 입각기 동작은 발 뒤꿈치 닿기, 중간 입각기, 발 앞꿈치 떼기 동작까지 이며, 유각기 동작은 발 앞꿈치 떼기 동작 이후 뒤꿈치 닿기 전까지의 스윙 동작이다.

본 발명에서는 보행에서 유각기 동작으로 구분되는 스윙 동작 중에 환자의 발이 지면에 끌리는 것을 방지하기 위해 전기자극을 족관절 배측 굴곡근 및 족관절 저측 굴곡근에 인가하는 것을 대표적으로 설명한다. 환자의 보행에서는 오른발과 왼발이 모두 사용되나, 본 발명에서는 왼발을 대표하여 설명한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조로봇 전기자극 시스템 및 이를 이용한 전기자극 제어 방법에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조로봇 전기자극 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오퍼레이터 조작부(120)의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보행부의 보행부의 개략적인 측면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 압력 검출기의 예시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기자극부(150)의 개략적인 구성도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자극부(150)의 패치부(155)가 부착된 예시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이 보행보조로봇 전기자극 시스템은 시스템 제어부(110), 오퍼레이터 조작부(120), 훈련자 조작부(130), 보행부(140), 전기자극부(150)를 포함한다.

우선, 시스템 제어부(110)는 보행프로그램을 수행하고, 주변장치들을 제어하며 보행간 데이터를 수집하여 환자치료 자료를 데이터베이스화하는 역할을 수행한다. 이때, 시스템 제어부(110)는 환자의 보행 훈련 상태를 모니터링할 수 있는 패널부(111)와 보행 데이터를 데이터베이스화하고 외부 메모리를 접속할 수 있고, 보행부에서 검출되는 센서의 신호를 받아들이고, 이에 따라 전기자극부(150)로 제어 신호를 출력하고 그 보행 데이터를 데이터 베이스화하고 외부 메모리를 접속할 수 있는 제어부(113)를 포함한다.

시스템 제어부(110)는 외부 메모리를 통해 환자의 보행 상태에 대한 데이터가 입력될 수 있고, 진료 모드에서 보행부(140)에서 입력되는 신호를 통해 환자의 보행 상태에 자료를 데이터로 저장할 수 있다.

시스템 제어부(110)에는 외부 메모리를 통해 환자의 근육반응시간에 대한 데이터가 입력될 수 있고, 진료 모드에서 보행부(140)에서 입력되는 신호를 통해 환자의 근육반응시간을 데이터로 저장할 수 있다. 근육반응시간은 하지 장애 환자의 근육에 전기자극을 인가한 시점으로부터 해당 근육이 수축되기까지 소요되는 시간을 의미한다.

시스템 제어부(110)는 환자의 근육반응시간을 고려하여 전기자극부(150)에서 환자의 근육에 전기 신호를 출력하는 시점을 결정하고, 환자마다 근육반응시간이 다르므로 전기 신호를 출력하는 시점도 다르게 결정한다.

본 발명에서는 보행부(140)의 압력 신발부(60)에서 압력이 감지된 시점에서 환자에게 전기자극을 인가하는 시점까지 소요되는 시간을 딜레이 타임(t)이라 하고, 시스템 제어부(110)에는 환자마다 별도의 딜레이 타임(t)이 데이터로 저장되어 있다.

초진인 환자의 경우, 시스템 제어부(110)는 진료 모드에서 파악된 초진 환자의 보행 상태와 근육반응시간을 이용하여 초진 환자의 딜레이 타임을 자동 생성하고 저장할 수 있다.

오퍼레이터 조작부(120)는 환자의 보행 훈련에 따른 보행모드를 선택하거나 환자의 훈련 상태에 따른 훈련강도를 설정하고, 환자의 보행상태를 시각적으로 출력하는 역할을 수행하고, 오퍼레이터 조작부(120)는 실시간으로 시스템 제어부(110)와 연동되어 오퍼레이터 조작부(120)에서 출력, 입력되는 신호를 시스템 제어부(110)로 출력한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 오퍼레이터 조작부(120)는 보행 모드를 선택하기 위한 모드선택버튼(121), 훈련 강도를 설정하기 위한 관절 각도/속도 조절버튼(123), 환자의 보행 상태를 시각적으로 출력하기 위한 보행상태 출력창(125)을 포함한다.

이때, 오퍼레이터 조작부(120)는 외부 메모리(127)와 접속이 가능한 메모리 접속단자를 형성할 수도 있다.

그리고, 상기 보행모드는 환자의 보행훈련에 대한 진료와 훈련에 따라 진료모드, 보행 치료모드, 구동모드, 메모리 모드와 같은 복수의 보행모드로 구분되고, 이는 오퍼레이터 조작부(120)를 통해 선택할 수 있게 된다.

다음, 훈련자 조작부(130)는 보행 훈련 준비가 완료된 상태에서 환자가 직접 보행기의 구동시작과 종료명령을 수행할 수 있도록 시스템 제어부(110)를 통해 오퍼레이터 조작부(120)로부터 구동권한을 부여받게 된다.

여기서, 시스템 제어부(110)는 보행훈련 도중 비정상적인 보행훈련 패턴이 감지되거나, 훈련자 조작부(130)의 비상정지 명령 버튼이 눌러진 경우에 보행훈련로봇의 전원을 자동 차단하게 된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 보행부(140)는 장애 하지의 고관절, 슬관절, 족관절(이하, "각 관절"이라 함) 각 관절을 운동시키는 구동모터(10)(11, 12, 13), 구 동모터(11, 12, 13) 각각에 장착되어 보행시 각 관절의 회전 각도를 검출하거나 회전 각도를 제어하는 엔코더(20)(21, 22, 23), 각 관절의 근력을 검출하는 근력검출기(30)(31, 32, 33), 각 관절의 회전 속도를 측정하기 위한 회전속도 검출기(40)(41, 42, 43), 환자의 마비된 근육의 힘을 정량적으로 검출하는 근전도 검출기(50)(51, 52, 53), 환자의 보행에 따른 발바닥과 접촉면 사이의 압력을 검출하는 압력 신발부(60)를 포함한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 압력 신발부(60)는 환자의 뒤꿈치가 바닥면과 접촉하는지를 검출하는 제1 압력 검출기(61), 환자의 뒤꿈치 중 바깥쪽 뒤꿈치가 바닥면과 접촉하는지를 검출하는 제2 압력 검출기(62), 환자의 중족골이 바닥면과 접촉하는지를 검출하는 제3 압력 검출기(63), 환자의 앞꿈치가 바닥면과 접촉하는지를 검출하는 제4 압력 검출기(64)를 포함한다. 장애 하지 환자의 경우, 보행시 제1 압력 검출기(61)에서 압력이 감지되지 않을 수 있다. 따라서, 제2 압력 검출기(62)는 환자의 보행을 판단하는 과정에서 환자의 상태에 따라 보조 또는 메인 센서로 작용할 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 전기자극부(150)는 전기자극 제어부(151), 전기자극 인가부(152), 연결단자부(153), 연결선(154), 패치부(155)를 포함한다.

도 5에서는 설명의 편의상 2채널로 전기자극을 출력하는 전기자극부(150)에 대해서 설명하며, 사용자의 편의에 따라 연결단자부(153)를 추가하여 복수의 패치부(155)를 더 연결함으로서 4채널, 6채널 등으로 전기자극을 출력할 수 있다.

전기자극 제어부(151)는 시스템 제어부(110)의 펄스 신호 및 딜레이 타임(t) 에 따라 전기자극 인가부(152)로 제어신호를 출력한다.

전기자극 인가부(152)는 전기자극 제어부(151)의 출력 신호에 따라 연결단자부(153)를 통해 패치부(155)로 전기자극의 출력을 온(on)/오프(off)한다.

연결단자부(153)는 전기자극 인가부(152)의 제1 채널에 연결되는 제1 단자부(153-1)와, 제2 채널에 연결되는 제2 단자부(153-2)를 포함하며, 제1 단자부(153-1) 및 제2 단자부(153-2)는 서로 구별되도록 단자부의 모양, 색상 등을 다르게 구성한다.

제1 단자부(153-1)에는 제1 채널의 전기가 이동하는 경로인 제1 연결선(154-1)이 연결되고, 제2 단자부(153-2)에는 제2 채널의 전기가 이동하는 경로인 제2 연결선(154-2)이 연결되어 있으며, 제1 연결선(154-1)과 제2 연결선(154-2)은 서로 구별되도록 모양, 색상 들을 다르게 구성한다.

패치부(155)는 환자의 근육에 부착되어 제1 채널 및 제2 채널의 전기자극을 환자의 근육에 전달한다. 제1 패치(155-1)는 제1 연결선(154-1)에 연결되고, 제2 패치(155-2)는 제2 연결선(154-2)에 연결된다.

전기자극부(150)의 패치부(140)는 환자의 치료 목적에 따라 선택적으로 근육에 부착되는 것으로, 도 6과 같이, 본 발명의 실시 예에서는 제1 패치(155-1)를 족관절 배측 굴곡근에 부착하고, 제2 패치(155-2)를 족관절 저측 굴곡근에 부착하였다.

본 발명의 전기자극부(150)는 제1 채널과 제2 채널이 구별되도록 구성함으로써, 의사 또는 치료사의 실수로 인해 치료하고자 하는 근육에 오부착되는 것을 방 지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조로봇 전기자극 제어 방법을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 보행 상태를 파악하는 방법을 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 근육반응시간을 파악하는 방법을 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조로봇 전기자극 제어 방법을 타임시트로 나타내는 도면이다.

우선, 보행 치료 전에 의사 또는 치료사는 환자의 보행 상태를 파악한다(S705).

환자의 보행 상태에 대한 데이터가 시스템 제어부(110)에 저장되어 있지 않은 환자의 경우, 도 8에 도시한 바와 같이, 보행 상태를 파악하는 단계(S705)는 의사 또는 치료사가 진료모드를 선택하는 단계(S810), 보행부(140)의 엔코더(20), 근력 검출기(30), 회전속도 검출기(40), 근전도 검출기(50)로부터 환자의 각 관절의 회전 각도, 근력, 회전속도, 근전도를 검출하는 단계(S820), 시스템 제어부(110)에 각각 검출된 신호가 저장되고, 환자 별로 보행 상태가 보행 데이터로 시스템 제어부(110)에 저장되는 단계(S830)를 포함한다.

환자의 보행 상태에 대한 데이터가 시스템 제어부(110)에 저장되어 있는 경우, 의사 또는 치료사는 기존에 저장된 해당 환자의 보행 상태 데이터를 통해 환자의 보행 상태를 파악할 수 있다.

다음으로, 의사 또는 치료사는 전기자극부(150)의 패치부(155)를 환자의 근육에 부착하여 근육반응시간을 파악한다(S710).

환자의 근육반응시간에 대한 데이터가 시스템 제어부(110)에 저장되어 있지 않은 환자의 경우, 도 9에 도시한 바와 같이, 근육반응시간을 파악하는 단계(S710)는 전기자극을 인가하고자 하는 근육 위치에 전기자극부(150)의 패치부(155)를 부착하는 단계(S910), 전기자극의 강도 변화시키면서 근전도 검출기(50)를 통해 근육반응시간을 검출하는 단계(S920), 시스템 제어부(110)에 전기자극 강도에 대응하는 근전도 검출기(50)의 근육반응시간을 데이터로 저장되는 단계(S930)를 포함한다.본 발명의 실시 예에서, 전기자극부(150)의 제1 패치(155-1)는 왼발의 족관절 배측 굴곡근에 부착되고, 제2 패치(155-2)는 왼발의 족관절 저측 굴곡근에 부착되고, 시스템 제어부(110)는 족관절에 위치한 근전도 검출기(53)의 근전도 검출값에 따라 근육반응시간을 데이터로 저장한다.

환자의 근육반응시간에 대한 데이터가 시스템 제어부(110)에 저장되어 있는 경우, 의사 또는 치료사는 기존에 저장된 해당 환자의 근육반응시간 데이터를 통해 환자의 근육반응시간을 파악할 수 있다.환자의 보행 상태 및 근육반응시간을 파악한 후에는 환자의 보행 상태에 따라 압력 신발부(60)에서 기준이 될 압력 검출기를 지정한다(S715).

대부분의 환자들은 입각기 동작에서 제1 압력 검출기(61)가 위치한 발 뒤꿈치가 먼저 지면에 닿지만, 일부 환자들의 경우에는 제2 압력 검출기(62)에 위치한 발 뒤꿈치의 측면이 지면에 먼저 닿는다. 따라서, 의사 또는 치료사는 환자의 보행 상태에 따라 압력 신발부(60)에서 환자의 발바닥이 지면과 먼저 닿는 위치에 압력 검출기를 기준 압력 검출기로 지정함으로써, 보다 정확하게 환자 별로 보행 패턴을 보행 치료를 실시할 수 있다. 아래에서는 제1 압력 검출기(61)가 기준 압력 검출기로 지정되었다고 가정하고 설명한다.

시스템 제어부(110)는 환자의 근육반응시간과, 지정된 압력 검출기에서 압력이 검출된 후 발 앞꿈치가 떼어지는 유각기 동작 시작점까지의 시간을 고려하여, 지정된 압력 검출기에서 압력이 검출된 후 근육에 전기자극을 인가하는 시점까지의 시간인 딜레이 타임(t)을 연산한다(S720). 여기서, 딜레이 타임(t)은 입각기 전 기간에서 근육반응시간을 뺀 시간으로 설정될 수 있다.

다음으로, 환자의 발바닥이 모두 바닥면과 맞닿는 시점을 기준으로 보행 치료를 시작한다(S725). 의사 또는 치료사가 오퍼레이터 조작부(120)의 보행 치료모드를 선택하는 시점을 기준으로 보행 치료가 시작될 수도 있다.

제1 압력 검출기(61)로부터 첫 번째(n)로 압력이 검출되면(S730), 시스템 제어부(110)는 펄스 신호와 딜레이 타임(t)을 전기자극 제어부(151)로 출력한다(S735).

그러면, 도 10에 도시한 바와 같이, 펄스 신호가 입력되면, 전기자극 제어부(151)는 족관절 저측 굴곡근에 부착된 제2 패치(155-2)로 전기자극을 인가하라는 제어 신호를 전기자극 인가부(152)로 출력하고, 펄스 신호가 입력되고 딜레이 타임(t)이 경과된 후에 족관절 배측 굴곡근에 부착된 제1 패치(155-1)로 전기자극을 인가하라는 제어 신호를 전기자극 인가부(152)로 출력한다(S740). 제1 패치(155-1)에 전기자극을 인가하지 않은 상태에서 보행 치료가 시작되나, 보행 치료가 진행 중일 경우 전기자극 제어부(151)로 펄스 신호가 입력되면, 전기자극 제어부(151)는 제1 패치(155-1)로 전기자극의 인가를 중지하라는 제어 신호를 전기자극 인가부(152)로 출력한다.

전기자극 인가부(152)는 전기자극 제어부(151)로부터 제2 패치(155-2)로 전기자극을 인가하라는 제어 신호가 입력되면, 제2 패치(155-2)로 전기자극 신호를 인가한다(S745). 그러면, 족관절 저축 굴곡근이 수축되어 환자의 왼발은 발뒤꿈치 닿기부터 발뒤꿈치 떼기까지의 입각기 동작을 안정적으로 수행한다. 제2 패치(155-2)로 전기자극을 인가하는데 소요되는 딜레이 타임(t)은 제로(zero, 0)이다.

제2 패치(155-2)에 전기자극이 인가되는 기간은 전기자극 제어부(151)로 펄스 신호가 입력된 시점부터 족관절 배측 굴곡근이 수축하는 시점까지이며, 이는 족관절 배측 굴곡근의 딜레이 타임(t)과 근육반응시간을 합한 기간이다.

족관절 배측 굴곡근의 딜레이 타임(t) 후에, 전기자극 인가부(152)로 제1 패치(155-1)로 전기자극을 인가하라는 제어 신호가 입력되면, 전기자극 인가부(152)는 제1 패치(155-1)로 전기자극 신호를 인가하고(S750), 근육반응시간 후에 제2 패치(155-2)로 인가되는 전기자극을 차단한다(S755). 그러면, 근육반응시간 후에 족관절 배측 굴곡근이 수축되고 족관절 저측 굴곡근이 이완되어 환자의 왼발이 스윙 동작 중에 지면에 닿는 것을 방지할 수 있다.

압력 검출기(61)로부터 두 번째(n+1)로 압력이 검출되면(S730), 본 발명의 보행보조로봇 전기자극 시스템은 보행 치료를 종료하라는 신호가 입력되기 전까지 단계(S735)에서 단계(S755)까지를 반복적으로 수행한다.

보행 종료 신호는 의사 또는 치료사가 입력할 수도 있지만, 환자가 훈련자 조작부(130)를 이용해 입력할 수도 있다.

본 발명에서는 족관절 전기자극에 대하여 설명하였으나, 고관절 및 슬관절 등에 대하여도 각각 적절한 딜레이 타임을 설정하여 본 발명의 보행보조로봇 전기자극 시스템 및 이를 이용한 전기자극 제어 방법을 적용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조로봇 전기자극 시스템의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오퍼레이터 조작부의 개략적인 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보행부의 보행부의 개략적인 측면도이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 압력 검출기의 예시도이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기자극부의 개략적인 구성도이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자극부의 패치부가 부착된 예시도이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조로봇 전기자극 제어 방법을 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 보행 상태를 파악하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 근육반응시간을 파악하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 보행보조로봇 전기자극 제어 방법을 타임시트로 나타내는 도면이다.

Claims

보행보조로봇을 이용하여 사용자의 보행 훈련을 실시하는 보행보조로봇 전기자극 시스템에 있어서,

바닥부에 복수의 압력 검출기가 부착된 압력 신발부,

복수의 딜레이 타임을 저장하고, 상기 압력 신발부의 제1 압력 검출기로부터 압력이 검출되면 시작 신호 및 상기 복수의 딜레이 타임을 출력하는 시스템 제어부, 및

상기 복수의 딜레이 타임에 대응하는 복수의 채널을 구비하며, 상기 시스템 제어부로부터 n번째 시작 신호가 입력되면 상기 복수의 딜레이 타임 중 제1 딜레이 타임이 경과된 후에 제1 채널로 전기자극 신호를 인가하고, n+1번째 시작 신호가 입력되면 제1 채널의 전기자극 신호를 차단하는 전기자극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1 압력 검출기는 상기 사용자의 뒤꿈치가 상기 바닥부에 닿는 압력을 검출하는 센서인 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 시스템.
제1항에 있어서,

상기 압력 신발부는 상기 사용자의 앞꿈치가 상기 바닥부에 닿는 압력을 검 출하는 제2 압력 검출기를 더 포함하고,

상기 전기자극부는 제2 채널을 더 포함하며, 상기 시스템 제어부로부터 상기 n번째 시작 신호가 입력되면 제2 딜레이 타임이 경과된 후에 제2 채널로 전기자극 신호를 인가하고, 상기 시스템 제어부로부터 상기 제2 압력 검출기에서 압력이 검출되었다는 신호가 입력되면 제2 채널의 전기자극 신호를 차단하는 보행보조로봇 전기자극 시스템.
제3항에 있어서,

상기 제2 딜레이 타임은 제로(zero, 0)인 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 시스템.
제3항에 있어서,

상기 제2 압력 검출기는 상기 사용자의 앞꿈치가 상기 바닥부에 닿는 압력을 검출하는 센서인 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 시스템.
제3항에 있어서,

제1 채널은 상기 사용자의 족관절 배측 굴곡근에 연결되고, 제2 채널은 상기 사용자의 족관절 저측 굴곡근에 연결되는 것을 특징으로 하는 보행보조로보 전기자극 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전기자극부는,

각 채널의 전기자극을 전달하는 패치부, 및

상기 시스템 제어부의 시작 신호 및 딜레이 타임에 따라 각 채널로 출력되는 전기자극을 제어하는 전기자극 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 시스템.
제7항에 있어서,

상기 전기자극부는 상기 전기자극 제어부와 상기 패치부를 연결하는 복수의단자부를 더 포함하고, 상기 복수의 단자부는 서로 구별되는 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 시스템.
제8항에 있어서,

상기 복수의 단자부는 모양 및 색상을 다르게 구성하여 구별성을 갖는 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 시스템.
제1항에 있어서,

상기 사용자의 고관절, 슬관절, 족관절 각 관절을 운동시키는 구동모터,

상기 구동모터에 장착되어 보행시 각 관절의 회전각도를 검출하는 엔코더,

상기 각 관절의 근력을 검출하는 근력 검출기,

상기 각 관절의 회전속도를 검출하는 회전속도 검출기, 및

근육의 힘을 정략적으로 검출하는 근전도 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 시스템.
전기자극을 인가하는 전기자극부를 포함하며, 보행보조로봇을 이용하여 사용자의 보행 훈련을 실시하는 보행보조로봇 전기자극 제어 방법에 있어서,

상기 전기자극부에서 전기자극이 인가된 시점에서 근육이 수축하는데 소요되는 제1 근육의 근육반응시간을 파악하는 단계,

상기 사용자의 발바닥과 맞닿는 바닥부에 부착된 복수의 압력 검출기 중 뒤꿈치 압력을 검출하는 제1 압력 검출기를 기준 압력 검출기로 지정하는 단계,

상기 제1 압력 검출기에서 압력이 검출된 시점에서 상기 사용자에게 전기 자극을 인가하는 시점까지 소요되는 제1 근육의 제1 딜레이 타임을 연산하는 단계,

상기 제1 압력 검출기에서 n번째 압력이 검출되면, 제1 근육에 연결되는 상기 전기자극부의 제1 채널로 제1 딜레이 타임이 경과된 후에 전지자극 신호를 인가하는 단계, 및

상기 제1 압력 검출기에서 n+1번째 압력이 검출되면 제1 채널의 전기자극 신호를 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 제어 방법.
제11항에 있어서,

상기 제1 압력 검출기에서 n번째 압력이 검출되면, 제2 근육에 연결되는 상기 전기자극부의 제2 채널로 제2 딜레이 타임이 경과된 후에 전기자극 신호를 인가하는 단계, 및

앞꿈치 압력을 검출하는 제2 압력 검출기에서 압력이 검출되면, 제2 채널의전기자극 신호를 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 제어 방법.
제12항에 있어서,

상기 제2 딜레이 타임은 제로(zero, 0)인 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 제어 방법.
제12항에 있어서,

상기 제1 근육은 족관절 배측 굴곡근이고, 상기 제2 근육은 족관절 저측 굴곡근인 것을 특징으로 하는 보행보조로봇 전기자극 제어 방법.