KR20110114974A - 보행보조 일체형 전극패드 및 이를 이용한 보행보조 장치 - Google Patents

보행보조 일체형 전극패드 및 이를 이용한 보행보조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보행보조 일체형 전극패드 및 이를 이용한 보행보조 장치에 관한 것이다. 상기 보행보조 일체형 전극패드는, 보행자의 다리를 감싸는 패드부와, 상기 보행자의 다리 근육에 전기자극을 가하도록 상기 패드부의 일측에 결합되는 제1 전극과 상기 제1 전극으로부터 하측으로 이격되어 결합된 제2 전극;을 포함하며, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 외부전원으로부터 전원을 공급받는 전극소자와, 상기 전극소자에 공급된 전원을 상기 보행자의 다리 근육에 인가하는 도전성 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

보행보조 일체형 전극패드 및 이를 이용한 보행보조 장치{Medical electrode Pad and Walking aid equipment using the same}
본 발명은 보행보조 일체형 전극패드 및 이를 이용한 보행보조 장치에 관한 것이다. 특히, 전류를 인체에 인가하여 기능을 회복하거나 증진시키는데 사용되는 기능적 전기자극(Functional electrical stimulation:FES)을 적용하기 위해서 필요한 근육의 자극점을 용이하게 결정할 수 있고, 착용 및 휴대가 용이한 보행보조 일체형 전극패드 및 이를 이용한 보행보조 장치에 관한 것이다.
본 발명은 교육과학기술부의 기업 혁신 인력 양성 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호:20080702185137, 연구과제명: 마비환자의 근기능 및 근력 회복을 위한 무선, 맞춤형 전기자극 재활치료기기 개발]
편마비(hemiplegia) 환자 또는 부전마비(incomplete paralysis) 환자의 보행보조를 위해서 기능적 전기자극(FES) 시스템이 응용되고 있다. 상기 기능적 전기자극(FES)은 보행시 적절하게 근육에 전기자극을 가함으로써 근육을 수축시켜 보행을 보조한다.
기능적 전기자극(FES)을 이용하여 보행자의 다리 근육에 전기자극을 가하기 위한 보행보조시스템은, 보행자의 보행신호를 검출하는 센서부와, 상기 센서부로부터 검출된 신호에 근거하여 정상적인 보행인지 비정상적인 보행인지를 판별하고 적절한 전기자극신호를 출력하는 메인시스템과, 상기 메인시스템의 분석에 따라 인가된 전기자극신호를 신체에 인가하는 전극으로 구성된다.
종래 보행보조시스템은, 보행자의 다리 근육에 전기자극을 가하기 위해서 근육의 적절한 위치에 전극을 부착시키는 것이 필요하고, 적절한 자극점을 찾기 위해 전문가의 도움이 필요하다. 일반적으로 음전극과 양전극을 별도로 부착시키고, 양전극을 통해 인가된 전류는 인체를 통해 음전극으로 흐르는 전류 경로를 형성하고, 이때 인가된 전류에 의해 근육이 수축된다. 따라서, 보행에 관여하는 다리 근육에 정확히 전기자극을 가하기 위해서는 전극의 부착위치를 결정하는 것이 무엇보다도 중요하다. 그러나, 종래 보행보조시스템은 일반인인 보행자가 전극의 부착위치를 식별하기에 어려움이 있다.
또한, 보행자의 보행신호를 검출하는 센서부와 상기 센서부와 통신하는 메인시스템은 유선(와이어)으로 연결되며, 상기 메인시스템과 전극도 유선으로 연결되어 메인시스템의 전기자극신호가 전달되도록 구성된다.
따라서, 보행자는 신체에 부착된 전극과 메인시스템을 연결하는 와이어 및 센서부와 메인시스템을 연결하는 와이어에 의해 보행을 방해받게 된다. 또한, 각 장비의 부착 및 연결을 위해 많은 시간이 소요되고 장비의 휴대가 불편한 단점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 보행시 사용되는 다리 근육에 정확한 전기자극을 가할 수 있도록 다리 근육의 자극점을 용이하게 파악하여 부착할 수 있으며 발목의 상하방향 및 좌우방향 운동을 담당하는 근육을 동시에 자극하고 단일의 패드에 제1.2 전극을 동시에 배치하여 착용이 간편한 일체형 전극패드를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 보행자의 보행보조를 수행하는 보행보조장치의 각 구성을 무선으로 구현함으로써 착용 및 휴대가 간편하도록 한 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보행보조 일체형 전극패드는, 보행자의 다리를 감싸는 패드부와, 상기 보행자의 다리 근육에 전기자극을 가하도록 상기 패드부의 일측에 결합되는 제1 전극과 상기 제1 전극으로부터 하측으로 이격되어 결합된 제2 전극;을 포함하며, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 외부전원으로부터 전원을 공급받는 전극소자와, 상기 전극소자에 공급된 전원을 상기 보행자의 다리 근육에 인가하는 도전성 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 전극의 도전성 필름의 면적은 상기 제2 전극의 도전성 필름의 면적보다 작은 것이 바람직하다.
여기서, 상기 보행자의 다리 근육에 접촉하며, 상기 제1 전극의 도전성 필름 및 상기 제2 전극의 도전성 필름에 결합되는 고분자겔 점착제층을 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전극소자는 상기 패드부의 일면으로부터 돌출되는 돌출부와, 상기 도전성필름에 접촉하는 베이스를 포함하며, 상기 돌출부에 끼워지는 도전성의 스터드를 구비한 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치는, 상기 보행보조 일체형 전극패드; 상기 제4항에 따른 보행보조 일체형 전극패드의 패드부에 착탈가능하게 결합되되, 보행자의 보행신호를 센싱하는 모션센서부와, 상기 보행신호를 무선전송하는 제1 무선통신부와, 상기 모션센서부의 보행신호를 수신하며 상기 제1 무선통신부의 무선전송을 제어하는 제1 제어부와, 상기 제1 제어부에 의해 전송된 전기자극제어신호에 따라 전기자극를 발생시켜 상기 전극패드에 인가하는 자극펄스발생기와, 상기 제1 제어부에 전원을 공급하는 제1 전원공급부를 갖는 FES 서브 모듈부; 상기 제1 무선통신부로부터 상기 보행신호를 입력받는 제2 무선통신부와, 상기 수신된 보행신호를 분석하여 상기 보행자에게 인가할 전기자극제어신호를 결정하고 상기 제2 무선통신부가 상기 전기자극제어신호를 상기 제1 무선통신부로 전송하는 것을 제어하는 제2 제어부와, 상기 제2 제어부에 전원을 공급하는 제2 전원공급부를 갖는 FES 메인 모듈부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 FES 서브 모듈부는 상기 스터드에 착탈가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 모션센서부는 가속도센서, 자이로센서, 기울기 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 FES 메인 모듈부는 온/오프 상태 및 제공되는 전기자극에 관한 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 보행보조 일체형 전극패드는, 보행시 사용되는 다리 근육의 정확한 부위에 전극자극을 가할 수 있도록 미리 선정된 위치에 제1 전극 및 제2 전극을 단일의 패드에 일체로 형성하므로, 보행자가 제1 전극 및 제2 전극을 다리 근육에 정확하고 용이하게 부착시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 보행보조 일체형 전극패드는, 제1 전극의 면적보다 제2 전극의 면적으로 넓게 형성한다. 보행시 발목을 상하방향으로 움직이게 하는 근육과 발목을 좌우방향으로 회전시키는 근육이 동시에 사용되는데, 제2 전극의 면적을 제1 전극의 면적보다 크게 함으로써 상기 두 근육을 동시에 자극하는 효과를 제공한다. 따라서, 종래 상기 두 근육을 모두 자극하기 위해 필요한 전극의 개수를 감소시켜 착용을 간편하게 하고 보행자의 활동 편의를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치는, FES 서브 모듈부를 일체형 전극패드에 착탈가능하게 결합시키고, 상기 FES 서브 모듈부와 FES 메인 모듈부는 무선으로 통신가능하도록 하여, 보행보조 장치의 착용 및 휴대가 간편하고, 와이어에 의한 보행방해 염려를 미연에 방지한다.
도1은 본 발명 실시예에 따른 보행보조 일체형 전극패드의 개략적인 사시도,
도2는 도1의 분리사시도,
도3는 도1의 요부 단면도,
도4은 본 발명 실시예에 따른 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치의 사용상태도,
도5는 도1의 제1,2 전극에 의한 다리 근육의 자극점을 개략적으로 도시한 도면,
도6는 본 발명 실시예에 따른 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치의 블록도,
도7은 본 발명 또 다른 실시예에 따른 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치의 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1 및 도2를 참조하면, 본 발명에 따른 보행보조 일체형 전극패드(100)는, 패드부(10), 제1 전극(20), 및 제2 전극(30)을 포함한다.
상기 패드부(10)는 보행자의 다리를 감싸는 부분이다. 직물, 부직포 등으로 형성되며 보행자의 다리를 감싼 후 양단부가 결합될 수 있도록 구성된다. 상기 패드부(10)의 양단부는 벨크로테이프, 단추 등 다양한 방식으로 결합가능하다. 상기 패드부(10)에는 제1,2 전극이 관통하여 돌출가능하도록 관통공(11,12)이 형성된다.
상기 제1 전극(20) 및 상기 제2 전극(30)은 보행자의 다리근육에 전류를 인가하기 위해 마련된다. 상기 제1 전극(20)은 상기 패드부(10)의 일측에 결합되며, 상기 제2 전극(30)은 상기 제1 전극(20)으로부터 하측으로 이격되어 결합된다.
상기 제1 전극(20)은 제1 전극소자(21)와, 제1 도전성필름(22)을 포함한다.
도3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전극소자(21)는 외부전원으로부터 전원을 공급받아 제1 도전성필름(22)으로 인가한다. 상기 제1 전극소자(21)는 상기 패드부(10)의 일면으로부터 돌출되는 제1 돌출부(212)와, 상기 제1 도전성필름(22)에 접촉하는 제1 베이스(211)를 포함한다. 상기 제1 전극소자(21)로는 유리섬유가 보강된 플라스틱에 은/은염화물이 도포된 전극소자가 사용된다.
상기 제1 도전성필름(22)은 상기 제1 전극소자(21)에 공급된 전원을 보행자의 다리 근육에 인가하기 위해 마련된다. 상기 제1 도전성필름(22)으로는 카본필름(Carbon film)이 사용될 수 있다. 상기 제1 도전성필름(22)에는 상기 패드부(10)의 관통공(11)에 대응하여 체결공(22a)이 형성된다.
상기 제1 전극소자(21)의 제1 돌출부(212)에는 도전성의 제1 스터드(40)가 삽입된다. 상기 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)에 각각 스터드(40,50)가 결합되며, 상기 제1,2 스터드(40,50)의 외주면에는 내측으로 함몰된 함몰부(41)가 구비된다. 후술할 FES 서브 모듈부(200)가 상기 스터드(40,50)의 함몰부(41)에 착탈가능하게 결합된다.
상기 제1 도전성필름(22)의 하측으로 도전성의 제1 고분자겔 점착제층(23)이 부착되고, 상기 제1 고분자겔 점착제층(23) 하측에 상기 패드부(10)에 대응하는 크기의 이형필름(60)이 결합된다. 본 실시예에서, 상기 제1 고분자겔 점착제층(23)으로는 하이드로겔층이 사용되며, 상기 이형필름(60)은 제1 고분자겔 점착제층(23) 및 그 나머지의 패드부(10) 하측을 보호하기 위해 부착된다.
상기 제2 전극(30)은 상기 제1 전극(20)과 마찬가지로 제2 전극소자(31)와 제2 도전성필름(32)을 포함한다. 상기 제2 전극소자(31)는 제2 돌출부(312)와 제2 베이스(311)로 구성되고, 상기 제2 도전성필름(32)에는 패드부(10)의 관통공(12)에 대응하여 체결공(32b)이 형성된다. 상기 제2 도전성필름(32)의 하측으로 제2 고분자겔 점착제층(33)이 결합되고, 상기 제2 전극소자(31)의 제2 돌출부(312)에 제2 스터드(50)가 삽입된다. 상기 제2 고분자겔 점착제층(33) 하측으로 역시 이형필름(60)이 배치된다.
상기 제2 전극소자(31), 제2 도전성필름(32), 제2 고분자겔 점착제층(33), 및 제2 스터드(50)의 각 세부구성은 상기 제1 전극소자(21), 제1 도전성필름(22), 제1 고분자겔 점착제층(23), 및 제1 스터드(40)와 동일하므로 그 구제적인 설명은 생략한다.
상기 제1 도전성필름(22)의 면적은 상기 제2 도전성필름(32)의 면적보다 작다.
보행자의 보행시 발목은 상하방향의 운동을 담당하는 근육에 의해 상하방향으로 운동하고, 좌우방향의 운동을 담당하는 근육에 의해 발목이 좌우방향으로 운동한다. 근육마비 장애인의 경우 보행시 발목이 제대로 들리지 않아 지면에 끌리는 족하수 현상이 발생하고, 발목이 안쪽으로 치우쳐 돌아가는 현상이 발생한다.
따라서, 근육마비 장애인의 보행을 보조하기 위해서, 발목의 상하운동 및 좌우운동 근육을 자극하여 보행을 보조할 필요가 있다. 도5는 발목의 상하운동을 담당(발가락당김)하는 근육(전경골근:pretible muscle)과, 발목의 좌우 회전운동을 담당하는 근육(비골근:peronear muscle)을 개략적으로 도시한 것이다.
상기 상하운동을 담당하는 근육과 좌우 회전운동을 담당하는 근육은 무릅 근처에서 서로 인접되어 있고, 발목근처에서는 서로 떨어져 있다. 따라서, 상기 제1 전극(20)의 제1 도전성필름(22)의 면적보다 제2 도전성필름(32)의 면적을 더 넓게 형성함으로써, 상하운동을 담당하는 근육과 좌우 회전운동을 담당하는 근육에 동시에 전기자극을 가할 수 있다. 따라서, 종래 발목의 상하방향운동을 담당하는 근육을 자극하기 위해서 두 지점의 전극을 부착하고, 좌우방향운동을 담당하는 근육을 자극하기 위해 또 다른 두 지점의 전극을 부착하는 것에 비하여 효율적이다.
한편, 본 발명은 상기 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치를 제공한다. 이하, 도4 및 도6을 참조하여 상세히 설명한다.
상기 보행보조 장치는, 상기 구성에 의한 보행보조 일체형 전극패드(100)와, FES 서브 모듈부(200)와, FES 메인 모듈부(300)를 포함한다.
상기 보행보조 일체형 전극패드(100)의 구성은 상술한 바 구체적인 설명은 생략한다.
상기 FES 서브 모듈부(200)는, 상기 일체형 전극패드의 패드부(10)에 착탈가능하게 결합된다. 도4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 FES 서브 모듈부(200)는 상기 제1 전극(20)의 스터드(40)와 상기 제2 전극(30)의 스터드(50)에 삽입되어 결합된다.
상기 FES 서브 모듈부(200)는 모션센서부(210), 제1 무선통신부(220), 제1 제어부(230), 자극펄스발생기(240), 제1 전원공급부(260)를 포함한다.
상기 모션센서부(210)는 보행자의 보행신호를 센싱하기 위해 마련된다. 상기 모션센서부(210)는 가속도센서, 자이로센서, 기울기센서 중 적어도 하나를 포함한다. 물론, 상기 가속도센서, 자이로센서, 기울기센서를 모두 이용하여 보행신호를 센싱할 수 있다.
상기 가속도센서는 보행자의 가속도를 센싱하여 보행주기를 검출하는 것으로, 상기 가속도센서로는 기계식 가속도센서 또는 실리콘 가속도 센서를 이용할 수 있다. 가속도센서에 대하여 부가적으로 설명하면, 상기 기계식 가속도센서는 미세전자기계시스템(MEMS) 기술로 제조되며, 코일 내에 장치된 이동체가 가속에 의해 움질일 때의 자장 변화를 측정하여 가속도 정보를 얻는 방식이다. 상기 실리콘 가속도센서는 반도체 집적회로 공정기술을 이용한 것으로 폴리실리콘을 표면 마이크로머시닝(surface micromachining)하여 제조한 용량형 타입(capacitive type)과, 단결정 실리콘 위에 압저항소자를 형성하고 기판 마이크로머시닝(bulk micromachining)으로 박막가공하여 제조한 압저항형 타입(piezoresistive type)이 사용된다. 가속도센서의 구성 및 원리는 이미 공지된 것이므로, 그 구체적인 설명은 생략한다.
상기 자이로센서는 보행시 다리의 회전에 따른 각속도를 검출하여 보행주기를 센싱하는 것이며, 상기 기울기센서는 보행시 다리 각도의 변화를 이용하여 보행주기를 센싱하는 것이다. 상기 자이로센서 및 상기 자이로센서의 구성 및 원리 또한 이미 공지된 것이므로, 그 구체적인 설명은 생략한다.
상기 제1 제어부(230)는 상기 모션센서부(210)에 의해 검출된 보행신호가 제1 무선통신부(220)를 경유하여 전송되는 것을 제어하고, 후술한 FES 메인 모듈부(300)로부터 수신된 전극자극제어신호를 자극펄스발생기(240)로 전송하며, 과전류검출부(250)에 의한 과전류 검출신호를 수신하여 과전류 발생을 제어하는 기능을 수행한다. 상기 제1 제어부(230)는 제1 전원공급부(260)로부터 전원을 공급받는다.
상기 제1 무선통신부(220)는 상기 모션센서부(210)에 의해 검출된 보행신호를 상기 제1 제어부(230)의 제어에 따라 FES 메인 모듈부(300)로 무선 전송한다.
상기 자극펄스발생기(240)는 FES 메인 모듈부(300)로부터의 전기자극제어신호가 상기 제1 제어부(230)에 수신되면 상기 제1 제어부(230)의 제어에 따라 전기자극신호(펄스)를 발생시킨다. 상기 전기자극신호는 상기 일체형 전극패드로 인가되어 보행자의 근육에 전달되게 된다. 상기 과전류검출부(250)는 FES 서브 모듈부(200)의 과전류 상태를 체크하여 제1 제어부(230)로 과전류 검출신호를 전송한다.
상기 FES 메인 모듈부(300)는 상기 FES 서브 모듈부(200)에 의해 센싱된 보행신호에 기초하여 보행자에게 인가할 전기자극제어신호를 결정하기 위해 마련된다. 상기 FES 메인 모듈부(300)는 제2 무선통신부(310), 상기 제2 제어부(320), 제2 전원공급부(330)를 포함한다.
상기 제2 무선통신부(310)는 상기 제1 무선통신부(220)에 의해 전송된 보행신호를 수신하고, 그 수신된 보행신호는 제2 제어부(320)에 입력된다.
상기 제2 제어부(320)는 수신된 보행신호를 분석하여 보행자에게 인가할 전기자극제어신호를 결정하고, 그 전기자극제어신호를 다시 제2 무선통신부(310)를 통하여 제1 무선통신부(220)로 전송하도록 제어한다. 상기 제2 제어부(320)는 제2 전원공급부(330)를 통해 전원을 공급받는다.
이때, 상기 제2 제어부(320)에는 보행신호에 따른 전기자극제어신호를 판별할 수 있도록 신호분석 알고리즘이 내장되어 있다. 상기 신호분석 알고리즘은 정상인의 보행신호 및 장애인의 보행신호를 비교분석하여, 비정상적인 보행시 이를 보조할 수 있는 전기자극의 파형, 주기, 진폭, 자극시점 등을 결정할 수 있도록 한 알고리즘으로 형성된다. 상기 신호분석알고리즘에 기초한 전기자극제어신호는 제2 무선통신부(310)를 통해 제1 무선통신부(220)로 전송되며, 이는 제1 제어부(230)를 거쳐 자극펄스발생기(240)로 전송되어 전기자극신호가 발생된다.
한편, 상기 FES 메인 모듈부(300)는 상기 전기자극제어신호의 모드를 수동으로 선택할 수 있는 기능키(350)와, 상기 FES 메인 모듈부(300)의 온/오프 상태 및 전기자극에 관한 정보를 표시하는 디스플레이부(360)와, 전기자극제어신호의 모드별 파라미터 및 치료모드별 파라미터 등을 저장하는 메모리(340)를 더 포함한다.
상기 기능키(350)는 전기자극제어신호를 수동으로 선택하거나, 비보행시 치료의 목적으로 치료모드를 설정하거나, 치료시작, 중지, 및 시간 설정 등을 담당한다. 상기 디스플레이부(360)에 표시되는 전기자극에 관한 정보로는 출력되는 전기자극신호의 출력강도 등에 관한 정보, 보행보조장치의 동작모드(예컨대, 보행중/비보행중인지에 관한 모드)에 관한 정보 등이 표시된다. 상기 메모리(340)는 전기자극제어신호에 관한 모드별 파라미터와 치료모드별 파라미터에 관한 데이터 등을 제2 제어부(320)에 제공한다.
이처럼, 본 발명에 따른 보행보조 일체형 전극패드(100)는, 하나의 전극패드에 제1,2 전극(20,30)을 서로 이격시켜 배치시킨다. 상기 이격거리는 다리 근육을 수축시키기 위해 최적의 지점을 선택하여 결정된다. 따라서, 본 발명에 따른 일체형 전극패드를 다리 근육의 전기 자극점을 전문가의 조력없이 보행자가 스스로 간편하게 패드를 부착시키는 것으로 결정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 제2 도전성필름(32)의 면적은 제1 도전성필름(22)의 면적보다 넓으므로, 발목의 상하운동을 담당하는 근육 및 좌우 회전운동을 담당하는 근육을 동시에 자극하여, 장애인의 보행시 발끌림을 방지하고 발목이 내측으로 회전된 상태로 보행하는 것을 예방하는 효과를 동시에 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치는, 상기 일체형 전극패드에 FES 서브 모듈부(200)를 착탈가능하게 부착하여 그 설치가 간편하고, FES 서브 모듈부(200)는 FES 메인 모듈부(300)와 무선으로 통신하므로 휴대가 간편하고, 종래 와이어에 의한 보행방해 문제를 해결한다.
한편, 도7은 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 따른 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치의 블록도를 도시한다. 이하, 도7을 참조하여, 본 실시예에 따른 보행보조 장치를 설명한다.
본 실시예에 따른 보행보조 장치는, 상술한 보행보조 일체형 전극패드(100)와, FES 모듈부(400)를 구비한다.
상기 보행보조 일체형 전극패드(100)의 구성은 상술한 바 구체적인 설명은 생략한다.
상기 FES 모듈부(400)는 보행보조 일체형 전극패드의 패드부(10)에 착탈가능하게 결합되며, 모션센서부(410), 제3 제어부(430), 자극펄스발생기(440), 제3 전원공급부(460)을 포함한다.
상기 모션센서부(410), 자극펄스발생기(440), 제3 전원공급부(460)는, 도6에 따른 실시예에서의 모션센서부(210), 자극펄스발생기(240), 제1 전원공급부(260)와 기능 및 구성이 유사하므로 그 구체적인 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 제3 제어부(430)은, 모션센서부(410)의 보행신호를 수신하여 상기 보행자에게 인가할 전기자극제어신호를 결정한다. 도6에 따른 실시예와 달리, 상기 제3 제어부(430)는 보행신호에 따른 전기자극제어신호를 판별할 수 있는신호분석 알고리즘을 갖는다. 상기 신호분석 알고리즘은 정상인의 보행신호 및 장애인의 보행신호를 비교분석하여, 비정상적인 보행시 이를 보조할 수 있는 전기자극의 파형, 주기, 진폭, 자극시점 등을 결정할 수 있도록 한 알고리즘으로 형성된다. 상기 신호분석알고리즘에 기초한 전기자극제어신호는 자극펄스발생기(440)로 전송된다. 즉, 도6에 따른 제2 제어부(320)가 수행했던 전기자극제어신호의 결정을 제3 제어부(430)가 직접 담당한다.
그리고, 상기 FES 모듈부(400)는 제3 무선통신부(420)와, 과전류검출부(450)을 더 구비하고, 본 실시예에 따른 보행보조 장치는 컨트롤러(500)를 더 구비한다.
상기 과전류검출부(450)은, 도6의 실시예에 따른 과전류검출부(250)와 동일한 기능 및 구성에 의하므로 그 구체적인 설명은 생략한다. 상기 제3 무선통신부(420)는 상기 컨트롤러(500)와 무선통신하기 위해 구비되며, 상기 제3 무선통신부(420)는 상기 컨트롤러(500)에 전기자극에 관한 정보를 무선으로 전송한다.
상기 컨트롤러(500)는 기능키(550) 및 디스플레이부(560)를 포함한다.
상기 기능키(550)는 FES 모듈부(400)를 온/오프시키고, 전기자극제어신호의 모드를 수동으로 선택하거나, 비보행시 치료의 목적으로 치료모드를 설정하거나, 치료시작, 중지 및 시간 설정 등을 담당한다.
상기 디스플레이부(560)는 FES 모듈부(400)의 제3 무선통신부(420)로부터 전송된 전기자극에 관한 정보 및 상기 기능키(550)에 선택된 모드 정보를 디스플레이하기 위해 마련된다. 상기 디스플레이부(560)에 표시되는 전기자극에 관한 정보로는 출력되는 전기자극신호의 출력강도 등에 관한 정보, 보행보조장치의 동작모드(예컨대, 보행중/비보행중인지에 관한 모드)에 관한 정보 등이 표시된다.
또한, 상기 컨트롤러(500)는 제4 무선통신부(510), 제4 제어부(520), 제4 전원공급부(530), 메모리(540)을 구비한다.
상기 제4 무선통신부(510)는 제3 무선통신부(420)와 무선통신하기 위해 마련되고, 상기 메모리(540)에는 상기 기능키(550)에 의해 선택되는 각종 모드에 관한 파라미터 데이터 등이 저장된다. 상기 제4 제어부(520)는 보행자가 상기 기능키(550)를 통해 선택된 모드 등의 정보를 제4 무선통신부(510)를 통해 FES 모듈부(400)로 전송하고, 상기 기능키(550)에 의해 선택된 모드 정보가 상기 디스플레이부(560)에 표시되도록 제어한다. 상기 제4 전원공급부(530)는 상기 제4 제어부(520)에 전원을 공급한다. 도7의 실시예에 따른 보행보조 장치는, 도6의 실시예에 따른 보행보조 장치의 효과를 동일하게 제공한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어서 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10... 패드부 11,12... 관통공
20... 제1 전극 21... 제1 전극소자
211... 제1 베이스 212... 제2 돌출부
22... 제1 도전성필름 23... 제1 고분자겔 점착제층
30... 제2 전극 31... 제2 전극소자
311... 제2 베이스 312... 제2 돌출부
32... 제2 도전성필름 33... 제2 고분자겔 점착제층
40... 제1 스터드 50... 제2 스터드
60... 이형필름 100... 보행보조 일체형 전극패드
200... FES 서브 모듈뷰 210,410... 모션센서부
220... 제1 무선통신부 230... 제1 제어부
240,440... 자극펄스발생기 250,450... 과전류검출부
260... 제1 전원공급부 300... FES 메인 모듈부
310... 제2 무선통신부 320... 제2 제어부
330... 제2 전원공급부 340,540... 메모리
350,550... 기능키 360,560... 디스플레이부

Claims (10)

  1. 보행자의 다리를 감싸는 패드부(10)와, 상기 보행자의 다리 근육에 전기자극을 가하도록 상기 패드부(10)의 일측에 결합되는 제1 전극(20)과 상기 제1 전극(20)으로부터 하측으로 이격되어 결합된 제2 전극(30);을 포함하며,
    상기 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)은 외부전원으로부터 전원을 공급받는 전극소자(21,31)와, 상기 전극소자(21,31)에 공급된 전원을 상기 보행자의 다리 근육에 인가하는 도전성 필름(22,32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조 일체형 전극패드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극(20)의 도전성 필름(21)의 면적은 상기 제2 전극(30)의 도전성 필름(32)의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 보행보조 일체형 전극패드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보행자의 다리 근육에 접촉하며, 상기 제1 전극(20)의 도전성 필름(21) 및 상기 제2 전극(30)의 도전성 필름(32)에 결합되는 고분자겔 점착제층(23,33)을 구비하는 것을 특징으로 하는 보행보조 일체형 전극패드.
  4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극소자(21,31)는 상기 패드부(10)의 일면으로부터 돌출되는 돌출부(212,312)와, 상기 도전성필름(22,32)에 접촉하는 베이스(211,311)를 포함하며,
    상기 돌출부(212,312)에 끼워지는 도전성의 스터드(40,50)를 구비한 것을 특징으로 하는 보행보조 일체형 전극패드.
  5. 상기 제4항에 따른 보행보조 일체형 전극패드(100);
    상기 제4항에 따른 보행보조 일체형 전극패드의 패드부(10)에 착탈가능하게 결합되되, 보행자의 보행신호를 센싱하는 모션센서부(210)와, 상기 보행신호를 무선전송하는 제1 무선통신부(220)와, 상기 모션센서부(210)의 보행신호를 수신하며 상기 제1 무선통신부(220)의 무선전송을 제어하는 제1 제어부(230)와, 상기 제1 제어부(230)에 의해 전송된 전기자극제어신호에 따라 전기자극를 발생시켜 상기 전극패드에 인가하는 자극펄스발생기(240)와, 상기 제1 제어부(230)에 전원을 공급하는 제1 전원공급부(260)를 갖는 FES 서브 모듈부(200); 및
    상기 제1 무선통신부(220)로부터 상기 보행신호를 입력받는 제2 무선통신부(310)와, 상기 수신된 보행신호를 분석하여 상기 보행자에게 인가할 전기자극제어신호를 결정하고 상기 제2 무선통신부(310)가 상기 전기자극제어신호를 상기 제1 무선통신부(220)로 전송하는 것을 제어하는 제2 제어부(320)와, 상기 제2 제어부(320)에 전원을 공급하는 제2 전원공급부(330)를 갖는 FES 메인 모듈부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 FES 서브 모듈부(200)는 상기 스터드에 착탈가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 모션센서부(210)는 가속도센서, 자이로센서, 기울기 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 FES 메인 모듈부(300)는 온/오프 상태 및 제공되는 전기자극에 관한 정보를 표시하는 디스플레이부(360)를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치.
  9. 상기 제4항에 따른 보행보조 일체형 전극패드(100);
    상기 제4항에 따른 보행보조 일체형 전극패드의 패드부(10)에 착탈가능하게 결합되되, 보행자의 보행신호를 센싱하는 모션센서부(410)와, 상기 모션센서부(410)의 보행신호를 수신하여 상기 보행자에게 인가할 전기자극제어신호를 결정하는 제3 제어부(430), 상기 제3 제어부(430)로부터 상기 전기자극제어신호를 수신하여 전기자극을 발생시켜 상기 전극패드에 인가하는 자극펄스발생기(440), 상기 제3 제어부(430)에 전원을 공급하는 제3 전원공급부(460)를 갖는 FES 모듈부(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 FES 모듈부(400)를 무선으로 온/오프시키며, 상기 보행자에게 제공되는 전기자극에 관한 정보를 표시하는 디스플레이부(560)를 갖는 컨트롤러(500)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보행보조 일체형 전극패드를 이용한 보행보조 장치.
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