KR20150090354A - Muscle rehabilation training method and apparatus using walking-assistive robot - Google Patents

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KR20150090354A KR1020140010427A KR20140010427A KR20150090354A KR 20150090354 A KR20150090354 A KR 20150090354A KR 1020140010427 A KR1020140010427 A KR 1020140010427A KR 20140010427 A KR20140010427 A KR 20140010427A KR 20150090354 A KR20150090354 A KR 20150090354A
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Abstract

The present invention relates to a walking-assist robot and, more specifically, to an apparatus and a method for controlling muscle rehabilitation using a walking-assist robot, which comprises: being equipped with a cloth-type wearable tool inside the exoskeleton of a walking-assist robot; attaching an electrode by determining a position to be set on a position capable of stimulating a neuromuscular junction of a muscle to be a target of rehabilitation treatment on the cloth wearable tool; stimulating at least one voluntary muscle of the paralyzed body part using a voluntary muscle biosignal such as electromyogram (EMG) of the paralyzed body part to be a target of rehabilitation treatment; and controlling an actuator of a walking-assist robot exoskeleton by using a biosignal thereof.

Description

보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치 및 방법{Muscle rehabilation training method and apparatus using walking-assistive robot}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a muscle rehabilitation training apparatus,

본 발명은 보행 보조 로봇에 관한 것으로서, 더 상세하게는 보행 보조 로봇 외골격 안쪽에 의복형 착용 도구를 구비하고, 그 의복 착용 도구에 재활 치료의 대상이 되는 근육의 신경근 접합부를 자극할 수 있는 위치에 설정되도록 위치를 결정하여 전극을 부착하고, 재활 치료 대상이 되는 마비된 신체 부분의 수의근 생체 신호(예를 들면, EMG: ElectroMyoGram)를 이용하여 마비된 신체 부분의 하나 이상의 수의근을 자극하도록 하고, 보행 보조 로봇 외골격의 액츄에이터를 그 생체 신호를 이용하여 제어하는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치 및 방법에 대한 것이다. [0001] The present invention relates to a walking assist robot, and more particularly, to a walking assist robot which is provided with a garment wearing tool on the inside of an exoskeleton of a walking-assist robot and is capable of stimulating a neuromuscular junction of a muscle, (EMG: ElectroMyoGram) of the paralyzed body part to be subjected to rehabilitation treatment, so as to stimulate one or more muscles of the paralyzed body part, And to a device and a method for controlling a muscle rehabilitation training using a walking assistant robot for controlling an actuator of an auxiliary robot exoskeleton using its bio signal.

일반적으로 착용식 외골격 보행 보조 로봇은 인체의 내골격 구조에 대응되는 외골격 구조의 외형으로 구현되고, 이를 착용한 사용자가 움직이고자 하는 동기 신호를 수신하면, 해당 동기 신호에 대응되는 모터, 유압실린더, 인공근육 등의 액추에이터를 작동시킴으로써, 사용자의 근력을 지원하는 로봇이다.Generally, the wearable exoskeletal walking-assist robot is realized by an external shape of an exoskeletal structure corresponding to the internal skeletal structure of the human body. When a wearer receives a synchronous signal to be moved by the wearer, the motor, hydraulic cylinder, A robot that supports a user's muscular power by operating an actuator such as a muscle.

이러한 착용식 외골격 보행 보조 로봇은 크게 사용자의 상반신 근육의 근력을 지원하는 상지 구조물 및 사용자의 하반신 근육의 근력을 지원하는 하지 구조물로 구분되는데, 여기서 하지 구조물의 경우, 사용자의 신발에 착용되는 신발 착용부가 각각 구비된 한 쌍의 다리 구조체, 한 쌍의 다리 구조체를 사용자의 허리에 착용되는 골반 구조체에 각각 회동 가능하게 연결하는 한 쌍의 고관절 구조체를 포함하여 이루어진다.Such a wearable exoskeleton walking assist robot is divided into an upper limb structure supporting the muscular strength of the upper body of the user and a lower limb structure supporting the muscular strength of the lower limb muscles of the user. Here, in the case of the limb structure, And a pair of hip structures each pivotably connecting a pair of leg structures to a pelvis structure to be worn on the user's waist.

도 1은 이와 같은 하지 구조물에 해당하는 착용식 외골격 보행 보조 로봇의 고관절 구조체(30)를 골반 구조체(10)에 조립된 상태로 도시한 사시도이다. 일반적인 착용식 외골격 보행 보조 로봇용 고관절 구조체(30)는, 일단이 골반 구조체(10)에 수평인 제1축(1)을 기준으로 회동가능하게 설치되는 긴 막대 형상의 회동부재(31), 이 회동부재(31)의 타단에 설치되는 회동체(32), 수직인 제2축(2)을 기준으로 회동 가능하게 회동체(32)의 하측에 설치되며 다리 구조체의 상단부가 제3축(3)을 기준으로 회동 가능하게 연결되는 연결체(33) 및 회동부재(31)의 회동 범위를 제한하도록 골반 구조체(10)에 설치되는 한 쌍의 스토퍼(34)로 이루어진다.FIG. 1 is a perspective view showing a hip joint structure 30 of a wearable exoskeletal walking-assist robot corresponding to such a foundation structure, assembled to the pelvis structure 10. FIG. A typical wearing type exoskeleton walking assist robot hinge structure 30 includes a long rod-shaped tilting member 31 which is rotatably mounted on a first shaft 1 which is horizontal to one end of the pelvic structure 10, A pivotal member 32 provided at the other end of the pivotal member 31 and a pivotal member 32 provided below the pivotal member 32 so as to be pivotable about a vertical second shaft 2, And a pair of stoppers 34 provided on the pelvis structure 10 to limit the pivotal range of the pivotal member 31. [

이와 같은 종래의 착용식 외골격 보행 보조 로봇용 고관절 구조체(30)는, 그 동작이 인체의 고관절과 최대한 유사하게 구현될 수 있도록 서로 직각을 이루는 세 개의 축(1, 2, 3)을 기준으로 각각 회동될 수 있게 설계되었다.The conventional hinge structure 30 for a wearable exoskeletal walking-assist robot has the three axes 1, 2 and 3 orthogonal to each other so as to be as close as possible to the hip joint of the human body It was designed to be pivoted.

그러나 이 고관절 구조체(30)는 다리 구조체를 통해 인가되는 충격과 외력이 연결체(33)와 회동체(32)를 통해 회동부재(31)의 타단에 전달되면, 이 충격과 외력은 상당한 길이를 갖는 회동부재(31)를 거쳐 그 일단의 골반 구조체(10)와의 연결 부분에 집중 인가된다. However, when the impact applied to the hip structure 30 through the leg structure 30 and the external force are transmitted to the other end of the pivoting member 31 through the connecting body 33 and the pivoting body 32, the impact and the external force have a considerable length Through the pivotal member 31 having the one end connected to the pelvis structure 10.

따라서 회동부재(31)와 골반 구조체(10)의 연결 부분은, 회동부재(31)를 통해 전달되면서 회동부재(31)의 길이로 인해 증폭되어 굽힘력, 회전력, 비틀림력 형태로 인가되는 충격과 외력에 의해, 그 내구성이 취약한 문제점이 있으며, 이러한 문제점은 사용자가 착용식 외골격 보행 보조 로봇을 착용하고 고중량물에 대한 양중작업 등 고부하 작업을 진행할 때에 더욱 부각될 수 있다.The connecting portion between the pivoting member 31 and the pelvis structure 10 is transmitted through the pivoting member 31 and is amplified due to the length of the pivoting member 31 so that the impact applied in the form of bending force, The problem is that the user wears a wearable exoskeletal walking-assist robot and is able to become more prominent when the user carries out a heavy load operation such as a double work on a heavy object.

이를 보완하기 위해, 회동부재(31)와 골반 구조체(10)의 연결 부분에 고하중을 지지할 수 있는 큰 용량의 감속기나 추가적인 베어링을 설치하기도 하지만, 이 경우 로봇의 제조 단가와 중량이 상승하는 단점이 있다.In order to compensate for this, a large-capacity reducer or an additional bearing capable of supporting a high load may be provided at a connection portion between the tiltable member 31 and the pelvic structure 10, but in this case, There are disadvantages.

그리고 이처럼 긴 길이의 회동부재(31)의 동작이 회동부재(31)와 골반 구조체(10)의 연결 부분, 즉 한 점으로 지지된 상태로 이루어짐에 따라, 고부하 작업시에 회동부재(31)의 동작이 불안정해져서 이 회동부재(31)의 타단에 설치된 다리 구조체의 동작이 전체적으로 불안정해지는 문제점이 있다.Since the operation of the pivoting member 31 having such a long length is carried out at the connection portion between the pivotal member 31 and the pelvic structure 10, that is, at one point, the pivotal movement of the pivotal member 31 The operation becomes unstable and the operation of the leg structure provided at the other end of the pivoting member 31 becomes unstable as a whole.

한편, 일반적인 착용식 외골격 보행 보조 로봇용 고관절 구조체에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 회동부재(31)의 회동 범위를 제한하는 한 쌍의 스토퍼(34)가 골반 구조체(10)의 회동부재(31) 일단의 상측과 하측에 각각 별도로 구비된다.1, a pair of stoppers 34 for restricting the pivoting range of the pivoting member 31 is mounted on the pivoting member (not shown) of the pelvic < Desc / 31), respectively.

그런데, 이러한 고관절 구조체가 적용되는 착용식 외골격 보행 보조 로봇의 경우 보행을 제어하여 보행에 실제 사용하는 근육을 재활하는데 사용될 뿐이었다. 따라서, 신경계를 복원하거나 생체 정보에 따른 재활에 한계가 있다는 문제점이 있었다.However, in the case of the wearable exoskeleton walking assist robot to which such a hinge structure is applied, it is used only for rehabilitating muscles actually used for walking by controlling the walking. Therefore, there is a problem that restoration of the nervous system or rehabilitation based on biometric information is limited.

따라서, 신경계를 회복시키기 위해서는 별도의 전기자극 시설이 있는 병원이나, 재활 의료기기를 사용하여 별도의 시간을 들여서 재활 치료를 받아야 하는 문제점이 있었다.Therefore, in order to recover the nervous system, there is a problem in that a rehabilitation medical treatment is required to be taken in a separate time by using a hospital having a separate electric stimulation facility or a rehabilitation medical device.

또한, 착용형 외골격 보행 보조 로봇의 경우 제어신호에 의해 하나 이상의 액츄에이터를 제어하여 보행 장애가 있는 환자가 이동하거나 보행 동작을 재활하는데, 환자 관점에서 착용형 외골격 보행 보조 로봇의 동작에 수동적으로 대처하게 되어 재활 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. In addition, in the case of a walking-type exoskeleton walking-assist robot, one or more actuators are controlled by a control signal to move a patient having a walking disorder or rehabilitate a gait, and passively cope with the operation of the wearable exoskeletal gait- The efficiency of rehabilitation is low.

1. 유럽공개특허번호 제EP002448540호1. European patent application EP002448540 2. 한국공개특허번호 제10-2012-0023735호2. Korean Patent Publication No. 10-2012-0023735 3. 한국등록특허번호 제10-1316840호3. Korean Patent No. 10-1316840

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 보행 보조 로봇을 착용하고 이동하는 동안 마비된 신체 부분의 수의근을 자극하여 근력 및 신경계를 동시에 복원하는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problem according to the above background art, and it is an object of the present invention to provide a muscular rehabilitation training using a walking-assist robot for restoring muscular strength and nervous system simultaneously by stimulating a paralytic muscle of a paralyzed body part while wearing a walking- And an object of the present invention is to provide a control apparatus and method.

또한, 본 발명은 환자의 의도대로 보행을 제어하여 보행에 실제 사용하는 근육을 재활할 수 있는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide an apparatus and a method for controlling a muscle rehabilitation training using a walking assistant robot capable of rehabilitating muscles actually used for walking by controlling walking according to a patient's intention.

본 발명은 보행 보조 로봇을 착용하고 이동하는 동안 마비된 신체 부분의 수의근을 자극하여 근력 및 신경계를 동시에 복원하는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치를 제공한다.The present invention provides a muscle rehabilitation training control device using a walking assistant robot that wears a walking assistant robot and simultaneously stimulates a muscular muscle of a paralyzed body part to simultaneously restore muscular strength and nervous system.

상기 근육 재활 훈련 제어 장치는,The muscle rehabilitation training control device includes:

보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치에 있어서,A muscle rehabilitation training control apparatus using a walking assistant robot,

생체를 센싱하여 센싱 정보를 생성하는 센싱부;A sensing unit sensing the living body to generate sensing information;

상기 센싱 정보를 이용하여 생체 신호를 검출하는 생체 신호 생성부;A biological signal generator for detecting a biological signal using the sensing information;

검출된 생체 신호를 이용하여 펄스를 생성하는 펄스 발생기;A pulse generator for generating a pulse using the detected bio-signal;

생성된 펄스를 이용하여 전극을 생성하는 다수의 전극 자극 패드;A plurality of electrode stimulating pads for generating electrodes using the generated pulses;

검출된 생체 신호를 이용하여 상기 보행 보조 로봇의 제어 신호를 생성하는 제어 신호 발생기; 및A control signal generator for generating a control signal of the walking-assist robot using the detected bio-signal; And

생성된 제어신호에 따라 상기 보행 보조 로봇을 구동하는 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And an actuator for driving the walking-assist robot according to the generated control signal.

이때, 상기 센싱부는 생체 중 마비된 신체 부분을 센싱하는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the sensing unit senses a body part that is paralyzed in the living body.

또한, 상기 생체 신호는 EMG(ElectroMyoGram) 신호인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the bio-signal may be an EMG (ElectroMyGram) signal.

또한, 상기 다수의 전극 자극 패드는 상기 보행 보조 로봇의 외골격 안쪽에 착용되는 의복형 착용 도구에 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the plurality of electrode stimulation pads may be a garment wearing tool worn inside the outer skeleton of the walking-assist robot.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 방법에 있어서, 생체를 센싱하여 센싱 정보를 생성하는 단계; 센싱 정보를 이용하여 생체 신호를 검출하는 단계; 검출된 생체 신호를 이용하여 펄스를 생성하는 단계; 생성된 펄스를 이용하여 전극을 생성하는 단계; 검출된 생체 신호를 이용하여 상기 보행 보조 로봇의 제어 신호를 생성하는 단계; 및 생성된 제어신호에 따라 상기 보행 보조 로봇을 구동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of controlling muscle rehabilitation using a walking assist robot, comprising: generating sensed information by sensing a living body; Detecting a biological signal using sensing information; Generating a pulse using the detected bio-signal; Generating an electrode using the generated pulse; Generating a control signal of the walking-assist robot using the detected bio-signal; And driving the walking-assist robot in accordance with the generated control signal. The present invention provides a method of controlling a muscle rehabilitation training using a walking-assist robot.

이때, 상기 생체를 센싱하는 단계는 생체 중 마비된 신체 부분을 센싱하는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the step of sensing the living body may be characterized by sensing the body part that is paralyzed in the living body.

본 발명에 따르면, 보행 보조 로봇을 착용하고 이동하는 동안에 마비된 신체 부분의 수의근을 자극하여 근력 및 신경계를 복원할 수 있으므로, 환자는 전기 자극 물리 치료 등을 받기 위한 별도의 시간 및/또는 비용을 마련할 필요가 없다.According to the present invention, since the muscular strength and the nervous system can be restored by stimulating the paralytic muscles of the paralyzed body part while the walking-assist robot is worn, the patient can obtain a separate time and / or cost for receiving the electric stimulation physical therapy There is no need to prepare.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 환자의 의도대로 보행을 제어하여 보행에 실제 사용하는 근육을 재활할 수 있기 때문에, 환자는 보행 보조 로봇을 이용하여 이동하는 경우(보행 훈련 포함) 단순히 이동 수단으로서의 역할뿐만 아니라 정상적인 보행을 수행하기 위한 근육을 사용하도록 재활 치료를 받을 수 있다는 점을 들 수 있다. In addition, as another effect of the present invention, since the muscles actually used for walking can be rehabilitated by controlling the walking according to the intention of the patient, the patient simply performs a role as a moving means (including gait training) In addition, rehabilitation can be used to use muscles to perform normal walking.

도 1은 일반적인 차용식 외골격 보행 보조 로봇에 적용되는 관절 구조체를 보여주는 사이도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 근육 재활 훈련 제어 장치(200)의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.1 is a cross-sectional view showing a joint structure applied to a general boring exoskeletal walking-assist robot.
2 is a block diagram of a muscle rehabilitation control apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a process of controlling a muscle rehabilitation training using a walking assist robot according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be construed in an ideal or overly formal sense unless expressly defined in the present application Should not.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus and method for controlling muscle rehabilitation using a walking assist robot according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 근육 재활 훈련 제어 장치(200)의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 상기 근육 재활 훈련 제어 장치(200)는, 생체를 센싱하는 센싱부(201), 센싱 정보를 이용하여 생체 신호를 검출하는 생체 신호 생성부(210), 검출된 생체 신호를 이용하여 펄스를 생성하는 펄스 발생기(220), 생성된 펄스를 이용하여 전극을 생성하는 다수의 전극 자극 패드(240), 검출된 생체 신호를 이용하여 보행 보조 로봇(270)의 제어 신호를 생성하는 제어 신호 발생기(250), 및 생성된 제어신호에 따라 상기 보행 보조 로봇을 구동하는 액츄에이터(260) 등을 포함하여 구성된다.2 is a block diagram of a muscle rehabilitation control apparatus 200 according to an embodiment of the present invention. 2, the muscle rehabilitation control apparatus 200 includes a sensing unit 201 for sensing a living body, a living body signal generating unit 210 for sensing a living body signal using sensing information, A plurality of electrode stimulating pads 240 for generating electrodes using the generated pulses, and a control signal generator for generating a control signal for the walking-assist robot 270 using the detected bio-signals A control signal generator 250, and an actuator 260 for driving the walking-assist robot according to the generated control signal.

센싱부(201)는 생체(Bio) 센서를 이용하여 환자의 생체 부분 중 마비된 신체 부분을 센싱하는 것을 특징으로 한다. 특히, 마비된 신체 부분의 수의근을 센싱한다. 생체 센서는 측정 대상물로부터 정보를 얻을 때 생물학적 요소를 이용하거나 또는 생물학적 요소를 모방하는 것을 사용하여 색, 형광, 전기 신호 등과 같이 인식 가능한 유용한 신호로 변환시켜주는 기능을 수행한다.The sensing unit 201 is configured to sense a paralyzed body part of a living body part of a patient using a bio sensor. In particular, the numb muscle of the paralyzed body part is sensed. A biosensor performs the function of converting information into a recognizable useful signal, such as color, fluorescence, electrical signal, etc., by using a biological element or imitating a biological element when obtaining information from a measurement object.

본 발명의 일실시예에서는 생체 센서 중 표면 근전도(EMG: ElectroMyoGram) 센서를 이용한다. EMG 신호란 사람의 근육 활동을 직접적으로 반영하여 나타낼 수 있는 중요한 생물학적 신호이다. EMG는 많은 근육 섬유로부터 나오는 전기적인 신호를 측정하는 것이다. 이것은 피부에 직접 부착되어 근육이 활동할 때 나오는 전기적 신호를 추출하기 때문에 비교적 정확하다.In an embodiment of the present invention, an EMG (ElectroMyGram) sensor is used among biosensors. An EMG signal is an important biological signal that can be directly reflected in human muscle activity. EMG measures electrical signals from many muscle fibers. This is relatively accurate because it extracts the electrical signals that come from the muscles when they are attached directly to the skin.

따라서 사용자의 피부 표면의 EMG 신호를 체크하면 보행 보조 로봇(270)의 움직임을 미리 예측할 수 있다. 피부 표면에 부착되어 근전도 신호를 추출하는 표면 근전도 센서는 Ag/Cl 패치와 바이폴라 스냅전극을 이용하여 추출한다.Therefore, if the EMG signal on the user's skin surface is checked, the movement of the walking-assist robot 270 can be predicted in advance. A surface electromyogram (EMG) sensor attached to the skin surface to extract EMG signals is extracted using Ag / Cl patches and bipolar snap electrodes.

생체 신호 생성부(210)는 EMG 신호를 추출하여 이 신호를 입력으로 하는 회로부이다. 이를 위해, 생체 신호 생성부(210)에는 노치 필터(Notch Filter), 로우 패쓰 필터, 하이 패쓰 필터, 클리핑 회로 등이 구성된다.The bio-signal generating unit 210 is a circuit unit that extracts an EMG signal and inputs this signal. To this end, the bio-signal generator 210 includes a notch filter, a low-pass filter, a high-pass filter, a clipping circuit, and the like.

또한, 제어신호 발생기(250)는 검출된 EMG 신호를 이용하여 보행 보조 로봇의 외골격을 움직이는 액츄에이터(260)를 제어하는 제어신호를 생성한다. 즉, 생체 신호를 이용하여 의복 착용 도구에 구비된 전극에 재활 치료 대상이 되는 마비된 신체 부분의 근육을 자극하여 근력을 회복시키는 보행 보로 로봇(270)의 제어 신호를 생성한다.The control signal generator 250 generates a control signal for controlling the actuator 260 that moves the exoskeleton of the walking-assist robot using the detected EMG signal. That is, a control signal of the walking robot 280 is generated by stimulating the muscles of the paralyzed body part to be rehabilitated and restoring muscle strength to electrodes provided in the garment wearing tool by using the bio-signals.

또한, 펄스 발생기(220)는 생체 신호인 EMG 신호를 이용하여 의복형 착용 도구에 구비된 전극 자극 패드(240)에 신경계를 회복시키기 위한 전기 자극 신호를 생성한다.The pulse generator 220 generates an electric stimulation signal for restoring the nervous system to the electrode stimulation pad 240 provided in the garment wearing tool using the EMG signal as a biological signal.

전극 생성기(230)는 펄스 발생기(220)에 의해 생성된 펄스 신호에 따라 전극을 생성하여 전극 자극 패드(240)에 공급한다.The electrode generator 230 generates an electrode according to the pulse signal generated by the pulse generator 220 and supplies the electrode to the electrode stimulating pad 240.

전극 자극 패드(240)는 다수로 구성되어, 상기 보행 보조 로봇(270)의 외골격 안쪽에 착용되는 의복형 착용 도구에 구성된다. The electrode stimulating pads 240 are composed of a plurality of electrodes and constitute a garment wearing tool worn inside the outer skeleton of the walking-assist robot 270.

특히, 전극 자극 패드(240)는 탄소분말(또는 카본블랙)과 같은 전기 전도율이 높은 재료를 함유한 실리콘 고무 소재를 소정 두께의 유연한 가요성 패드 부재로 성형하여 제공될 수 있다. 따라서, 이러한 전극 자극 패드(240)를 인체의 피부에 접촉시킴으로써 전기 자극용 전류를 피부에 전달할 수 있다.In particular, the electrode stimulating pad 240 can be provided by molding a silicone rubber material containing a material having high electrical conductivity such as carbon powder (or carbon black) into a flexible flexible pad member having a predetermined thickness. Therefore, by bringing the electrode stimulating pad 240 into contact with the skin of the human body, electric current for electric stimulation can be transmitted to the skin.

보행 보조 로봇(270)에는 외골격 안쪽에 의복형 착용 도구(미도시)가 구비될 수 있다. 따라서, 그 의복형 착용 도구에 재활 치료의 대상이 되는 근육의 신경근 접합부를 자극할 수 있는 위치로 설정되도록 위치를 결정하여 전극 자극 패드(240)를 부착한다. The walking-assist robot 270 may be provided with a garment-wearing tool (not shown) inside the exoskeleton. Accordingly, the electrode stimulating pad 240 is attached to the garment type wearing tool by determining the position to be set at a position capable of stimulating the neuromuscular junction of the muscle to be rehabilitated.

이러한 전기 자극 패드(240)의 작동을 위해 재활 치료 대상이 되는 마비된 신체 부분의 수의근 생체 신호를 이용하여 마비된 신체 부분의 하나 이상의 수의근을 자극하도록 하고, 보행 보조 로봇 외골격의 액츄에이터(260)를 그 생체 신호를 이용하여 제어한다.In order to operate the electrical stimulation pad 240, one or more muscles of the paralyzed body part are stimulated by using the limb muscle signals of the paralyzed body part to be rehabilitated, and the actuator 260 of the walking- And controls using the biological signal.

물론, 본 발명의 일실시예서는 액츄에이터(260)의 동작을 생체 신호를 이용하여 기술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 힘 센서 신호, 근경도 센서 신호 등의 동기 신호도 가능하다.Of course, in one embodiment of the present invention, the operation of the actuator 260 is described using a biomedical signal, but the present invention is not limited thereto, and a synchronous signal such as a force sensor signal or a rhythm degree sensor signal is also possible.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 센싱부(201)를 이용하여 생체를 센싱하여 센싱 정보를 생성한다(단계 S310).3 is a flowchart illustrating a process of controlling a muscle rehabilitation training using a walking assist robot according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, sensing information is generated by sensing a living body using the sensing unit 201 (step S310).

생체 신호 생성부(210)는 상기 센싱 정보를 이용하여 생체 신호를 검출 한다(단계 S320).The bio-signal generator 210 detects the bio-signal using the sensing information (step S320).

검출된 생체 신호를 이용하여 펄스를 생성하고, 생성된 펄스를 이용하여 전극을 생성하여 전극 자극을 실행한다(단계 S330 내지 S333).Pulses are generated using the detected bio-signals, and electrodes are generated using the generated pulses to perform electrode stimulation (steps S330 to S333).

이와 동시에, 검출된 생체 신호를 이용하여 상기 보행 보조 로봇의 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어신호에 따라 액츄에이터(도 2의 260)를 동작시켜 상기 보행 보조 로봇을 구동한다(단계 S340 내지 S343).At the same time, a control signal of the walking-assist robot is generated using the detected bio-signal, and the actuator (260 in Fig. 2) is driven in accordance with the generated control signal to drive the walking-assist robot (steps S340 to S343) .

이후, 센싱 위치가 변경되었는지를 판단하여 센싱 위치가 변경되지 않으면 일정시간 경과후 전극 자극 및/또는 보행 보조 로봇의 동작을 중지한다(단계 S335,S350).If it is determined that the sensing position is not changed, the operation of the electrode stimulus and / or the walking-assistance robot is stopped after a predetermined time elapses (steps S335 and S350).

이와 달리, 단계 S335에서, 센싱 위치가 변경되었으면, 단계 S310 내지 단계 S335)를 변복 수행한다.Alternatively, in step S335, if the sensing position has changed, steps S310 to S335 are performed.

200: 근육 재활 훈련 제어 장치
201: 센싱부
210: 생체 신호 생성부
220: 펄스 발생기
230: 전극 생성기
240: 전극 자극 패드
250: 제어 신호 발생기
260: 액츄에이터
270: 보행 보조 로봇200: Muscle rehabilitation training control device
201: sensing unit
210: biological signal generator
220: Pulse generator
230: electrode generator
240: electrode stimulating pad
250: control signal generator
260: Actuator
270: Walking Assist Robot

Claims (7)

보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치에 있어서,
생체를 센싱하여 센싱정보를 생성하는 센싱부;
상기 센싱 정보를 이용하여 생체 신호를 검출하는 생체 신호 생성부;
검출된 생체 신호를 이용하여 펄스를 생성하는 펄스 발생기;
생성된 펄스를 이용하여 전극을 생성하는 다수의 전극 자극 패드;
검출된 생체 신호를 이용하여 상기 보행 보조 로봇의 제어 신호를 생성하는 제어 신호 발생기; 및
생성된 제어신호에 따라 상기 보행 보조 로봇을 구동하는 액츄에이터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치.
A muscle rehabilitation training control apparatus using a walking assistant robot,
A sensing unit sensing the living body to generate sensing information;
A biological signal generator for detecting a biological signal using the sensing information;
A pulse generator for generating a pulse using the detected bio-signal;
A plurality of electrode stimulating pads for generating electrodes using the generated pulses;
A control signal generator for generating a control signal of the walking-assist robot using the detected bio-signal; And
An actuator for driving the walking-assist robot in accordance with the generated control signal;
And a controller for controlling the muscular rehabilitation exerciser using the walking assist robot.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱부는 생체 중 마비된 신체 부분을 센싱하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the sensing unit senses a body part paralyzed in the living body.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 신호는 EMG(ElectroMyoGram) 신호인 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the bio-signal is an EMG (ElectroMyoGram) signal.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 전극 자극 패드는 상기 보행 보조 로봇의 외골격 안쪽에 착용되는 의복형 착용 도구에 구성되는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of electrode stimulating pads are configured to be worn on the inside of the outer skeleton of the walking-assist robot. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 방법에 있어서,
생체를 센싱하여 센싱 정보를 생성하는 단계;
상기 센싱 정보를 이용하여 생체 신호를 검출하는 단계;
검출된 생체 신호를 이용하여 펄스를 생성하는 단계;
생성된 펄스를 이용하여 전극을 생성하는 단계;
검출된 생체 신호를 이용하여 상기 보행 보조 로봇의 제어 신호를 생성하는 단계; 및
생성된 제어신호에 따라 상기 보행 보조 로봇을 구동하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 방법.A method of controlling a muscle rehabilitation training using a walking assistant robot,
Sensing information on a living body to generate sensing information;
Detecting a biological signal using the sensing information;
Generating a pulse using the detected bio-signal;
Generating an electrode using the generated pulse;
Generating a control signal of the walking-assist robot using the detected bio-signal; And
Driving the walking-assist robot according to the generated control signal;
And a control unit for controlling the muscular rehabilitation training apparatus. 제 5 항에 있어서,
상기 생체를 센싱하는 단계는 생체 중 마비된 신체 부분을 센싱하는 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the step of sensing the living body senses a body part paralyzed in the living body.
제 5 항에 있어서,
상기 생체 신호는 EMG(ElectroMyoGram) 신호인 것을 특징으로 하는 보행 보조 로봇을 이용한 근육 재활 훈련 제어 방법.



6. The method of claim 5,
Wherein the bio-signal is an EMG (ElectroMyoGram) signal.



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