KR20160115245A

KR20160115245A - 보행 재활 훈련 시스템

Info

Publication number: KR20160115245A
Application number: KR1020150042502A
Authority: KR
Inventors: 김경; 정우석; 권대규; 김세곤; 송원경
Original assignee: 대한민국(국립재활원장)
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-10-06

Abstract

보행 재활 훈련 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활 훈련 시스템은, 사용자를 지지하면서 천장에 설치된 가이드 레일을 따라 이동하며, 상기 사용자의 이동 변위 및 상기 사용자에 의한 하중을 감지하여 전송하는 보행 훈련 장치와, 상기 전송된 이동 변위 및 하중을 기초로 상기 보행 훈련 장치를 제어하는 제어 장치를 포함하는 보행 재활 훈련 시스템에 있어서, 상기 보행 훈련 장치는, 천장에 설치된 가이드 레일을 따라 이동하고, 사용자를 지지하는 주행 지지 모듈; 상기 이동 변위 및 하중을 감지하는 센서 모듈; 및 상기 제어 장치로부터 제어 신호를 전송받아, 상기 제어 신호에 의해 상기 주행 지지 모듈을 제어하는 제1 제어 모듈을 포함하며, 상기 제어 장치는, 상기 보행 훈련 장치로부터 전송받은 상기 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 기초로 상기 보행 훈련 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 상기 보행 훈련 장치로 전송한다.

Description

보행 재활 훈련 시스템{A GAIT REHABILITATION SYSTEM}

본 발명은 보행 재활 훈련 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보행 훈련자의 하중 및 이동 변위를 감지하여 이를 기초로 상기 보행 훈련자의 보행 균형을 제어할 수 있는 보행 재활 훈련 시스템에 관한 것이다.

고령이거나 질환을 가져 거동이 불편한 노인의 경우, 야외에서 운동을 하는 것은 위험하고 어려운 일이다. 또한, 각종 산업 재해나 교통 사고, 중풍 등의 질환으로 신체를 잘 움직이지 못하는 재활 환자에게는 매일 정해진 시간 동안 규칙적으로 재활 훈련이 필요하다. 이러한 노인, 재활 환자 등의 보행 훈련을 위해 보행 훈련 장치가 사용되고 있다.

일반적으로, 보행 훈련 장치는 병원, 재활 센터 등에서 노인, 재활 환자, 장애인 등의 보행 훈련을 위해 사용되는 장치이다. 이러한 보행 훈련 장치는 천정 등에 설치되는 레일, 레일에 이동 가능하게 설치되는 보행 기구 및 보행 기구에 연결되어 사용자가 착용하는 자켓 등으로 구성된다.

그런데, 종래의 보행 훈련 장치는 보행 훈련 도중에 훈련자의 보행 균형을 정밀하게 제어할 수 없어 상기 훈련자가 힘이 빠지거나 발을 헛디디는 경우에 낙상과 같은 안전 사고가 발생할 수 있고, 상기 훈련자의 보행 균형을 제어하는데 어려움이 있다.

한국 등록특허 제1453482호 (2014.10.15. 공고) 한국 공개특허 제2008-0006437호 (2008.01.16. 공개)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보행 훈련자의 하중 및 이동 변위를 감지하여 상기 보행 훈련자의 보행 균형을 유지할 수 있는 보행 재활 훈련 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활 훈련 시스템은, 사용자를 지지하면서 천장에 설치된 가이드 레일을 따라 이동하며, 상기 사용자의 이동 변위 및 상기 사용자에 의한 하중을 감지하여 전송하는 보행 훈련 장치와, 상기 전송된 이동 변위 및 하중을 기초로 상기 보행 훈련 장치를 제어하는 제어 장치를 포함하는 보행 재활 훈련 시스템에 있어서, 상기 보행 훈련 장치는, 천장에 설치된 가이드 레일을 따라 이동하고, 사용자를 지지하는 주행 지지 모듈; 상기 이동 변위 및 하중을 감지하는 센서 모듈; 및 상기 제어 장치로부터 제어 신호를 전송받아, 상기 제어 신호에 의해 상기 주행 지지 모듈을 제어하는 제1 제어 모듈을 포함하며, 상기 제어 장치는, 상기 보행 훈련 장치로부터 전송받은 상기 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 기초로 상기 보행 훈련 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 상기 보행 훈련 장치로 전송한다.

또한, 상기 주행 지지 모듈은, 프레임; 상기 프레임에 설치되며, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 레일 주행용 롤러; 상기 프레임에 설치되며, 상기 레일 주행용 롤러에 구동력을 제공하는 주행용 모터; 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 윈치 드럼; 상기 윈치 드럼에 권취되며, 상기 사용자에게 연결되는 지지 와이어; 상기 지지 와이어를 가이드하는 와이어 가이드 롤러; 및 상기 윈치 드럼에 구동력을 제공하는 지지용 모터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 센서 모듈은, 상기 이동 변위를 감지하는 변위 감지 센서; 및 상기 하중을 감지하는 하중 감지 센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 제어 모듈은, 상기 이동 변위가 기준 변위의 범위를 벗어나고, 상기 하중이 기준 하중을 초과한 경우, 상기 주행 지지 모듈을 비상 정지시킬 수 있다.

또한, 상기 보행 훈련 장치는, 충방전이 가능한 배터리를 구비한 전원 공급 모듈을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 보행 훈련 장치는, 상기 제어 장치로 상기 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 전송하며, 상기 제어 장치로부터 상기 제어 신호를 전송받는 제1 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어 장치는, 상기 보행 훈련 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제2 제어 모듈; 및 상기 제1 통신 모듈로부터 상기 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 전송받고, 상기 제2 제어 모듈에서 생성된 다양한 제어 신호를 상기 보행 훈련 장치로 전송하는 제2 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제어 장치는, 상기 사용자의 훈련을 관리하는 관리자가 상기 보행 훈련 장치를 제어하기 위한 각종 입력 신호를 입력하는 입력 모듈; 각종 정보 및 데이터를 저장하는 저장 모듈; 및 상기 관리자에게 정보를 표시하여 제공하는 출력 모듈을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따르면, 보행 훈련자의 하중 및 이동 변위를 감지하여 상기 보행 훈련자의 보행 균형을 유지할 수 있다.

또한, 보행 훈련자의 보행 균형을 유지하고, 보행 훈련자의 낙상 시 보행 재활 훈련 시스템을 비상 정지시킴으로써, 상기 보행 훈련자의 낙상 사고를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활 훈련 시스템의 개념도이다.
도 2는 도 1의 보행 재활 훈련 시스템의 블록 구성도이다.
도 3은 도 1의 보행 재활 훈련 시스템에서 가이드 레일에 연결된 보행 훈련 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 보행 훈련 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 보행 훈련 장치의 주행 지지 모듈의 일부분을 투시하여 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5에서 프레임을 제거하여 도시한 주행 지지 모듈의 일부분을 도시한 사시도이다.
도 7은 도 3의 보행 훈련 장치의 프레임에 설치된 주행 지지 모듈의 일부분을 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 고안의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활 훈련 시스템의 개념도이다. 또한, 도 2는 도 1의 보행 재활 훈련 시스템의 블록 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활 훈련 시스템(10)은 사용자를 지지하면서 천장에 설치된 가이드 레일(50)을 따라 이동하며, 상기 사용자의 이동 변위 및 상기 사용자에 의한 하중을 감지하여 전송하는 보행 훈련 장치(100)와, 상기 전송된 이동 변위 및 하중을 기초로 상기 보행 훈련 장치(100)를 제어하는 제어 장치(200)를 포함한다.

다시 도 2를 참조하면, 보행 훈련 장치(100)는 천장에 설치된 가이드 레일(50)을 따라 이동하고, 사용자를 지지하는 주행 지지 모듈(110), 상기 이동 변위 및 하중을 감지하는 센서 모듈(120), 및 제어 장치(200)로부터 제어 신호를 전송받아, 상기 제어 신호에 의해 상기 주행 지지 모듈(110)을 제어하는 제1 제어 모듈(130)을 포함할 수 있다. 또한, 보행 훈련 장치(100)는 제어 장치(200)로 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 전송하며, 상기 제어 장치(200)로부터 제어 신호를 전송받는 제1 통신 모듈(140), 및 충방전이 가능한 배터리를 구비한 전원 공급 모듈(150)을 더 포함할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 제어 장치(200)는 보행 훈련 장치(100)로부터 전송받은 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 기초로 상기 보행 훈련 장치(100)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 상기 보행 훈련 장치(100)로 전송한다. 구체적으로, 제어 장치(200)는 보행 훈련 장치(100)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제2 제어 모듈(230), 및 보행 훈련 장치(100)로부터 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 전송받고, 상기 제2 제어 모듈(230)에서 생성된 다양한 제어 신호를 상기 보행 훈련 장치(100)로 전송하는 제2 통신 모듈(240)을 포함할 수 있다. 또한, 제어 장치(200)는 사용자의 훈련을 관리하는 관리자가 보행 훈련 장치(100)를 제어하기 위한 각종 입력 신호를 입력하는 입력 모듈(210), 각종 정보 및 데이터를 저장하는 저장 모듈(220), 및 상기 관리자에게 정보를 표시하여 제공하는 출력 모듈(250)을 더 포함할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활 훈련 시스템(10)의 보행 훈련 장치(100) 및 제어 장치(200)를 상세히 살펴보도록 한다.

먼저, 보행 훈련 장치(100)의 구체적 구성을 살펴 보도록 한다.

도 3은 도 1의 보행 재활 훈련 시스템에서 가이드 레일에 연결된 보행 훈련 장치의 사시도이다. 또한, 도 4는 도 3의 보행 훈련 장치의 분해 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 가이드 레일(50)은 보행 훈련 장치(100)가 연결되며, 상기 보행 훈련 장치(100)의 사용자의 상태에 따라 맞춤형으로 보행 재활 훈련을 하도록 상기 가이드 레일(50)을 적절히 위치시켜 보행 경로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 가이드 레일(50)은 직선 형태, 원 형태, 타원 형태, 8자 형태 등 다양한 경로를 형성할 수 있고, 이외에도 다른 다양한 경로를 형성할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 주행 지지 모듈(110)은, 프레임(111), 상기 프레임(111)에 설치되며, 가이드 레일(50)을 따라 이동하는 레일 주행용 롤러(112), 상기 프레임(111)에 설치되며, 상기 레일 주행용 롤러(112)에 구동력을 제공하는 주행용 모터(113), 상기 프레임(111)에 회전 가능하게 설치되는 윈치 드럼(114), 상기 윈치 드럼(114)에 권취되며, 사용자에게 연결되는 지지 와이어(115), 상기 지지 와이어(115)를 가이드하는 와이어 가이드 롤러(116), 및 상기 윈치 드럼(114)에 구동력을 제공하는 지지용 모터(117)를 포함할 수 있다. 여기에서, 레일 주행용 롤러(112) 및 주행용 모터(113)는 천장에 설치된 가이드 레일(50)을 따라 이동하며, 보행 훈련 장치(100)를 이동시키는 구동력을 제공한다. 또한, 윈치 드럼(114), 지지 와이어(115), 지지용 모터(117)는 레일 주행용 롤러(112) 및 주행용 모터(113)의 하부에 설치되며, 사용자를 지지하는 지지력을 제공한다.

또한, 주행 지지 모듈(110)은, 지지 와이어(115)를 가이드하는 와이어 가이드 롤러(116), 상기 와이어 가이드 롤러(116)가 지지 와이어(115)를 가이드하는 경우, 충격을 흡수할 수 있는 댐핑 스프링(118), 가이드 레일(50)의 곡선 부분을 원활하게 주행하도록 상기 윈치 드럼(114), 상기 지지 와이어(115), 상기 지지용 모터(117), 상기 와이어 가이드 롤러(116), 상기 댐핑 스프링(118)에 대해 상기 레일 주행용 롤러(112) 및 상기 주행용 모터(113)가 회전하도록 하는 연결하는 회전 연결축(119)을 더 포함할 수 있다.

프레임(111)은 보행 훈련 장치(100)의 주행 지지 모듈(110), 센서 모듈(120), 제1 제어 모듈(130), 제1 통신 모듈(140), 전원 공급 모듈(150) 등이 설치되는 곳이다. 이러한 프레임(111)은 사각 형상의 내부 공간을 형성하는 프레임 구조일수 있으며, 상기 프레임 구조의 상부에 레일 주행용 롤러(112), 주행용 모터(113), 회전 연결축(119) 등이 설치되며, 상기 프레임 구조의 내부에 윈치 드럼(114), 지지 와이어(115), 지지용 모터(117), 와이어 가이드 롤러(116), 댐핑 스프링(118) 등이 설치될 수 있다. 프레임(111)은 주행용 모터(113)의 구동력에 의해 가이드 레일(50)을 따라 이동할 수 있다. 예를 들어, 프레임(111)은 윈치 드럼(114), 지지 와이어(115), 지지용 모터(117), 와이어 가이드 롤러(116), 댐핑 스프링(118), 전원 공급 모듈(150) 등이 설치되는 주 프레임(1111), 주행용 모터(113)가 설치되는 제1 보조 프레임(1112), 회전 연결축(119)이 설치되는 제2 보조 프레임(1113), 회전 연결축(119)을 상기 주 프레임(1111)에 연결 설치하기 위한 평판 프레임(1113) 등으로 구성될 수 있다.

또한, 레일 주행용 롤러(112)는 프레임(111)에 회전 가능하게 장착되며, 가이드 레일(50)을 따라 이동 가능하게 설치된다. 또한, 레일 주행용 롤러(112)는 정방향 또는 역방향으로 회전 가능하게 설치된다. 이러한 레일 주행용 롤러(112)는 가이드 레일(50)에 길이 방향으로 양측에 쌍으로 복수개가 설치될 수 있으며, 적어도 한 쌍의 레일 주행용 롤러(112)에 주행용 모터(113)의 구동력이 전달되어 레일 주행용 롤러(112)가 이동하고, 이에 다른 레일 주행용 롤러(112)들이 이를 따라 이동할 수 있다.

또한, 주행용 모터(113)는 레일 주행용 롤러(112)에 구동력을 제공하여 보행 훈련 장치(100)를 가이드 레일(50)을 따라 이동시킨다. 상기 주행용 모터(113)는 복수의 레일 주행용 롤러(112)들 중에서 적어도 하나의 레일 주행용 롤러(112)에 연결될 수 있으며, 바람직하게는 가이드 레일(50)에 길이 방향으로 양측에 설치된 한 쌍의 레일 주행용 롤러(112)에 연결될 수 있다. 이러한 주행용 모터(113)는 제어 장치(200)의 제어 신호에 의해 제어되며, 제어 장치(200)는 주행용 모터(113)의 회전축을 정방향 또는 역방향으로 회전시키도록 제어함으로써, 상기 레일 주행용 롤러(112)의 이동 방향을 변화시킬 수 있다. 구체적으로, 제어 장치(200)로부터 제어 신호를 전송받아 제1 제어 모듈(130)의 CW(clockwise)/CCW(counterclockwise) 명령에 의해 주행용 모터(113)를 정회전/역회전시킬 수 있다. 즉, 제어 장치(200)의 제어 신호에 따라 제1 제어 모듈(130)이 CW/CCW 신호를 생성하여 주행용 모터(113)를 제어한다. 그리고, 주행용 모터(113)에는 제어를 위한 드라이버(1131) 및 속도를 제어하기 위한 감속기(미도시)가 설치될 수 있다. 물론, 제어 장치(200)의 제어 신호 없이 제1 제어 모듈(130)이 센서 모듈(120)에서 감지한 데이터를 기초로 직접 주행용 모터(113)를 제어할 수도 있다.

특히, 제어 장치(200) 및/또는 제1 제어 모듈(130)은 사용자의 이동 변위가 기준 변위의 범위를 벗어나는 경우, 이동 변위를 보정하도록 주행용 모터(113)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 지지 와이어(115)에 의해 지지되고 있는 사용자가 전방 또는 후방으로 급격히 쓰러지면서 이동하거나 또는 설정된 속도보다 빠른 속도로 이동하는 경우, 사용자의 이동 방향과 반대 방향으로 레일 주행용 롤러(112)가 이동하도록 주행용 모터(113)를 제어 장치(200) 및/또는 제1 제어 모듈(130)이 제어할 수 있다.

그리고, 회전 연결축(119)은 윈치 드럼(114), 지지 와이어(115), 지지용 모터(117), 와이어 가이드 롤러(116), 댐핑 스프링(118)과, 레일 주행용 롤러(112), 주행용 모터(113) 사이에 연결된다. 회전 연결축(119)을 통해 레일 주행용 롤러(112), 주행용 모터(113)가 가이드 레일(50)의 곡선 부분을 원활하게 주행할 수 있다. 이러한 회전 연결축(119)은 원활한 곡선 주행을 위하여 주 프레임(1111)과 회전 연결이 가능하게 설계되는 슬러스트 베어링 및 직선 또는 곡선 주행 시에 보행 훈련 장치(100)의 진동 등의 흔들림을 잡아주기 위한 볼 베어링을 포함할 수 있다.

도 5는 도 3의 보행 훈련 장치의 주행 지지 모듈의 일부분을 투시하여 도시한 사시도이다. 또한, 도 6은 도 5에서 프레임을 제거하여 도시한 주행 지지 모듈의 일부분을 도시한 사시도이다. 그리고, 도 7은 도 3의 보행 훈련 장치의 프레임에 설치된 주행 지지 모듈의 일부분을 도시한 사시도이다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 윈치 드럼(114)은 정방향 또는 역방향으로 회전 가능하게 설치되며, 지지 와이어(115)가 권취된다. 지지용 모터(117)에 의해 윈치 드럼(114)이 정방향/역방향으로 회전함으로써, 지지 와이어(115)가 풀리거나 감기게 되고, 이로써 지지 와이어(115)의 길이를 조절하여 사용자를 지지하게 된다. 여기에서, 윈치 드럼(114)은 지지 와이어(115)의 감김 및 풀림을 용이하게 하기 위해 상기 지지 와이어(115)가 안착되는 안착홈을 구비할 수 있다. 그리고, 윈치 드럼(114)에 권취된 지지 와이어(115)를 안착홈에 고정하기 위해 윈치 드럼(114)의 하부에 와이어 고정 지그(1151)가 배치될 수 있다. 윈치 드럼(114)에서 지지 와이어(115)를 감거나 풀 때 잘 안 감기는 현상이 발생할 수 있으나, 와이어 고정 지그(1151)가 지지 와이어(115)를 안착홈에 잘 고정되도록 함으로써, 윈치 드럼(114)에서 지지 와이어(115)가 용이하게 풀리거나 감길 수 있다.

또한, 지지 와이어(115)는 윈치 드럼(114)이 권취되며, 일단이 프레임(111)에 고정되고, 타단이 사용자에 연결된다. 구체적으로, 지지 와이어(115)의 타단은 사용자가 착용하는 자켓(미도시)이나 하네스 장비(미도시) 등에 연결된다. 이러한 지지 와이어(115)는 사용자의 중량, 하네스 장비의 무게 등 소정 무게를 견딜 수 있는 금속, 합성 수지, 고인장 섬유 등의 소재를 사용할 수 있다.

또한, 와이어 가이드 롤러(116)는 지지 와이어(115)를 가이드하며, 상기 와이어 가이드 롤러(116)에는 사용자에게 가해지는 충격을 흡수하기 위해 댐핑 스프링(118)이 연결될 수 있다.

이때, 와이어 가이드 롤러(116)는 제1 와이어 가이드 롤러(1161), 제2 와이어 가이드 롤러(1163)를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 와이어 가이드 롤러(1161, 1163)를 이용하여 지지 와이어(115)의 이동 방향을 전환시킬 수 있다. 구체적으로, 제1 와이어 가이드 롤러(1161)에 의해 지지 와이어(115)의 이동 방향이 반대 방향으로 전환되며, 제2 와이어 가이드 롤러(1163)에 의해 수평 방향에서 수직 방향으로 지지 와이어(115)의 이동 방향이 전환될 수 있다.

또한, 와이어 가이드 롤러(116)는 지지 와이어(115)를 양측에서 지지하며 사용자의 보행에 따라 왕복 회전하는 한 쌍의 보조 지지 롤러(1165)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 한 쌍의 보조 지지 롤러(1165)에 의해 수직 방향으로 이동하는 지지 와이어(115)를 양측에서 지지하며, 상기 한 쌍의 보조 지지 롤러(1165)는 프레임(111)의 제1 고정 구조물(1115)에 연결된 회전축(1116)을 따라 사용자의 전후 방향 이동에 따라 전후 방향으로 회전할 수 있다.

그리고, 지지용 모터(117)는 윈치 드럼(114)에 회전력을 제공하여 사용자가 보행 시 균형을 잃지 않도록 지지시킨다. 이러한 지지용 모터(117)는 균형을 잃지 않도록 사용자의 전체 몸무게를 지지할 뿐만 아니라, 보행 시에 사용자의 수직 방향의 변위를 제어하는 역할도 수행할 수 있다. 즉, 1개의 지지용 모터(117)를 사용하여 사용자를 지탱하고, 동시에 사용자의 상하 변위를 제어함으로써, 사용자의 보행이 원활히 이루어지도록 한다.

이때, 지지용 모터(117)가 전체 체중 지지 및 보행 제어에 동시에 사용되어 지지용 모터(117)의 작동에 의해 사용자에게 큰 힘이 가해질 수 있는데, 댐핑 스프링(118)이 이러한 힘을 흡수하여 사용자에게 가해질 수 있는 충격을 줄일 수 있다. 즉, 댐핑 스프링(118)에 의해 지지용 모터(117)의 작동에 따른 힘이 흡수되어 사용자가 보다 부드럽게(smooth) 보행할 수 있다.

상기 지지용 모터(117)는 상기 윈치 드럼(114)의 일단에 연결될 수 있다. 이러한 지지용 모터(117)는 제어 장치(200)의 제어 신호에 의해 제어되며, 제어 장치(200)는 지지용 모터(117)의 회전축을 정방향 또는 역방향으로 회전시키도록 제어함으로써, 상기 윈치 드럼(114)의 회전 방향을 정방향에서 역방향으로 또는 역방향에서 정방향으로 변화시킬 수 있다. 구체적으로, 제어 장치(200)로부터 제어 신호를 전송받아 제1 제어 모듈(130)의 CW(clockwise)/CCW(counterclockwise) 명령에 의해 지지용 모터(117)를 정회전/역회전시킬 수 있다. 즉, 제어 장치(200)의 제어 신호에 따라 제1 제어 모듈(130)이 CW/CCW 신호를 생성하여 지지용 모터(117)를 제어한다. 즉, 제어 장치(200)의 제어 신호에 따라 제1 제어 모듈(130)이 CW/CCW 신호를 생성하여 지지용 모터(117)를 제어하며, 지지용 모터(117)를 정/역방향으로 회전시켜 지지 와이어(115)의 길이를 조절하게 된다. 그리고, 지지용 모터(117)에는 제어를 위한 드라이버(1171) 및 속도를 제어하기 위한 감속기(미도시)가 설치될 수 있다. 물론, 제어 장치(200)의 제어 신호 없이 제1 제어 모듈(130)이 센서 모듈(120)에서 감지한 데이터를 기초로 직접 지지용 모터(117)를 제어할 수도 있다.

특히, 제어 장치(200) 및/또는 제1 제어 모듈(130)은 하중이 기준 하중을 초과하는 경우, 지지 와이어(115)의 길이를 조절하도록 지지용 모터(117)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 지지 와이어(115)에 의해 지지되고 있는 사용자가 균형을 잃고 쓰러지는 경우, 사용자가 쓰러지지 않도록 중력 방향과 반대 방향으로 상기 사용자를 견인하도록 지지용 모터(117)를 제어 장치(200) 및/또는 제1 제어 모듈(130)이 제어할 수 있다.

도 3, 그리고 도 6 및 도 7을 참조하면, 센서 모듈(120)은, 이동 변위를 감지하는 변위 감지 센서(122) 및 하중을 감지하는 하중 감지 센서(124)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 와이어 가이드 롤러(1163)에 하중 감지 센서(144)가 연결되어 설치될 수 있으며, 한 쌍의 보조 지지 롤러(1165)에 변위 감지 센서(122)가 연결되어 설치될 수 있다. 예를 들어, 회전축(1116)의 회전에 따라 한 쌍의 보조 지지 롤러(1165)가 회전하며, 이에 따라 사용자의 보행 방향을 알 수 있고, 상기 한 쌍의 보조 지지 롤러(1165)에 변위 감지 센서(122)를 연결하여 설치함으로써 보다 정확한 사용자의 이동 변위를 감지할 수 있다.

그리하여, 하중 감지 센서(124)가 제2 와이어 가이드 롤러(1363)에 연결되고, 변위 감지 센서(122)가 한 쌍의 보조 지지 롤러(1165)에 연결되어 설치됨으로써, 사용자에 의해 발생하는 하중 및 이동 변위를 정확히 감지하고, 상기 감지된 하중 및 이동 변위를 기초로 제어 장치(200)가 보행 훈련 장치(100)를 정밀하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 주행 지지 모듈(110)에 의해 지지되면서 전방으로 이동하고 있는 사용자가 앞으로 쓰러지는 경우, 제어 장치(200)는 주행 지지 모듈(110)을 사용자의 보행 방향의 반대 방향으로 이동시킴과 동시에, 지지 와이어(115)를 당겨 주행 지지 모듈(110)에 의해 지지되는 사용자의 하강을 방지할 수 있다. 특히, 제어 장치(200)는 하중이 기준 하중을 초과하고, 이동 변위가 기준 변위의 범위를 벗어난 경우, 주행 지지 모듈(110)을 비상 정지시킬 수 있다. 즉, 제어 장치(200)는 사용자가 갑작스럽게 쓰러지는 경우에 주행 지지 모듈(110)을 비상 정지시켜 사용자의 낙상 사고 등을 방지할 수 있다. 물론, 제어 장치(200)의 제어 신호 없이 제1 제어 모듈(130)이 센서 모듈(120)에서 감지한 데이터를 기초로 직접 주행 지지 모듈(110)을 제어할 수도 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 제어 모듈(130)은 제어 장치(200)로부터 제어 신호를 전송받아, 상기 제어 신호에 의해 주행 지지 모듈(110)을 제어하거나, 또는 직접 센서 모듈(120)로부터 감지된 하중 및 이동 변위를 받아 주행 지지 모듈(110)을 제어할 수 있다. 특히, 제1 제어 모듈(130)은 제어 장치(200)로부터 별도의 제어 신호가 없더라도 이동 변위가 기준 변위의 범위를 벗어나고, 하중이 기준 하중을 초과한 경우, 즉 급박한 위급 상황인 경우, 주행 지지 모듈(110)을 비상 정지시켜 안전 사고를 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 제어 모듈(130)은 제어 신호에 의해 주행용 모터(113)를 제어하고, 지지용 모터(117)를 제어한다. 제1 제어 모듈(130)이 주행용 모터(113)를 정/역회전시킴으로써, 레일 주행용 롤러(112)가 전/후로 이동할 수 있고, 이에 따라 사용자가 보행을 할 수 있게 된다. 또한, 제1 제어 모듈(130)이 지지용 모터(117)를 정/역회전시킴으로써, 윈치 드럼(114)이 정/역회전하여 지지 와이어(115)의 길이를 조절할 수 있고, 이에 따라 사용자를 지지할 수 있게 된다. 특히, 제1 제어 모듈(130)은 제1 통신 모듈(140)과 하나의 유닛(101)으로 구성될 수 있으며, 이를 통해 보행 훈련 장치(100)를 보다 컴팩트하게 설계할 수 있다.

제1 통신 모듈(140)은 제어 장치(200)와 각종 정보, 데이터 등을 송수신하며, 특히 제1 통신 모듈(140)은 제어 장치(200)의 제2 통신 모듈(240)과 무선으로 통신할 수 있다. 예를 들어, 제1 통신 모듈(140)은 제어 장치(200)로 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 전송하며, 제어 장치(200)로부터 제어 신호를 전송하는데, 이때 제1 통신 모듈(140)과 제2 통신 모듈(240)이 서로 근거리 무선 통신 또는 원거리 무선 통신할 수 있다. 바람직하게, 제1 통신 모듈(140)과 제2 통신 모듈(240)이 근거리 통신을 이용할 수 있다. 여기에서, 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), NFC(Near Field Communication), 와이브리(Wibree) 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 블루투스는 근거리 무선 통신 규격의 하나로, 반경 10~100m 안에서 각종 전자 및 정보통신 기기를 무선으로 연결 제어하며, 2.45Ghz 주파수를 사용하고, 와이브리는 2.4 Ghz 대역의 주파수를 사용하며, 10m 정도까지의 거리를 1Mbps의 통신 속도로 여러 기기를 무선으로 연결 제어한다. 물론, 상기 근거리 무선 통신에만 제한되지 않고, 다른 무선 통신 방식을 채택할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

전원 공급 모듈(150)은 프레임(111)에 탈부착 가능하며, 충방전이 가능한 적어도 하나의 배터리(미도시)를 포함할 수 있다. 즉, 전원 공급 모듈(150)은 충방전이 가능한 배터리, 즉 2차 전지이며, 외부로부터 전원 공급이 불필요하므로 별도의 전력 공급선을 생략할 수 있다. 또한, 전원 공급 모듈(150)은 외부 입력, 예를 들어 제어 장치(200)의 입력 모듈(210)이나 별도로 설치된 스위치(미도시), 리모콘(미도시) 등의 입력,에 의해 보행 훈련 장치(100)와 함께 이동하여 가이드 레일(50)의 소정 영역에 설치된 단자(미도시)에 접속하여 충전될 수도 있다. 이러한 단자에 접속하여 충전하는 방식은 보행 훈련 장치(100)를 사용하지 않을 경우에 이용될 것이다. 또한, 충전시간의 단축을 위해서 서랍방식으로 분리 결합이 가능하여 분리 후 충전된 배터리를 결합할 수도 있다.

다음으로, 제어 장치(200)의 구체적 구성을 살펴 보도록 한다.

전술한 바와 같이, 제어 장치(200)는 제2 제어 모듈(230), 제2 통신 모듈(240), 입력 모듈(210), 저장 모듈(220), 출력 모듈(250) 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제어 장치(200)는 하중 감지 센서(124) 및 변위 감지 센서(122)에서 감지되는 신호를 기초로 하여 사용자의 보행 시, 주행 균형 및 자세 균형을 보조할 수 있다. 또한, 낙상 사고 등을 미연에 방지하기 위해, 제어 장치(200)는 사용자의 이동 변위가 기준 변위의 범위를 벗어나는 경우, 상기 이동 변위를 보정하도록 주행용 모터(113)를 제어하며, 하중이 기준 하중을 초과하는 경우, 지지 와이어(115)의 길이를 조절하도록 지지용 모터(117)를 제어한다. 특히, 제어 장치(200)는 하중이 기준 하중을 초과하고, 이동 변위가 기준 변위의 범위를 벗어난 급박한 위급 상황인 경우에는 주행 지지 모듈(110)을 비상 정지시키도록 하는 제어 신호를 생성하여 보행 훈련 장치(100)로 전송함으로써, 안전 사고를 방지할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 제2 제어 모듈(230)은 보행 훈련 장치(100)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하며, 제어 장치(200)의 각 모듈을 제어한다. 예를 들어, 제2 제어 모듈(230)은 보행 훈련 장치(100)를 제어하기 위한 프로그램을 내장한 메모리가 구비된 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU, Micro Controlloer Unit)일 수 있다. 즉, MCU가 두뇌 역할을 하며, 제어하는 역할을 한다. 마이크로 컨트롤러 유닛은 롬(ROM)과 램(RAM) 회로까지 내장할 수 있으며, 칩 형태로 제작된다.

또한, 제2 통신 모듈(240)은 제1 통신 모듈(140)로부터 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 전송받고, 제2 제어 모듈(230)에서 생성된 다양한 제어 신호를 보행 훈련 장치(100)의 제1 통신 모듈(140)로 전송할 수 있다. 여기에서, 제1 및 제2 통신 모듈(140, 240)이 무선 통신을 하여 정보, 데이터 등을 송수신한다. 여기에서, 무선 통신은 원거리 무선 통신 또는 근거리 무선 통신 모두가 가능할 것이나, 근거리 무선 통신이 바람직하며, 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), NFC(Near Field Communication), 와이브리(Wibree) 등 여러 무선 통신 방식이 사용될 수 있음은 물론이다.

또한, 입력 모듈(210)은 사용자의 훈련을 관리하는 관리자가 보행 훈련 장치(100)를 제어하기 위한 각종 정보를 입력한다. 예를 들어, 관리자가 사용자의 신체 정보 등을 입력하고, 이러한 신체 정보는 저장 모듈(220)에 저장된다.

또한, 저장 모듈(220)은 각종 정보 및 데이터를 저장하며, 예를 들어 보행 훈련 장치(100)의 사용자 정보, 보행 훈련 장치(100)의 보행 훈련 프로그램 등을 저장할 수 있다.

그리고, 출력 모듈(250)은 관리자에게 정보를 표시하여 제공하며, 이러한 출력 모듈(250)은 시각적 정보로 표시하는 디스플레이(미도시) 또는 음성으로 안내하는 스피커(미도시) 등을 포함할 수 있다. 특히, 디스플레이는 보행 훈련 장치(100를 관리하는 관리자의 터치 입력에 의해 정보를 입력받는 인터페이스의 역할을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이는 터치 패널(미도시)과 디스플레이 패널(미도시)을 포함할 수 있다. 터치 패널은 터치 동작을 감지하는 센서가 구비될 수 있으며, 일례로 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 형태를 가질 수 있다. 그리고, 디스플레이 패널은 터치 패널과 상호 레이어 구조를 이루어 터치스크린이 출력 및 입력 장치로 사용될 수도 있다.

도면에는 도시하지 않았으나, 제어 장치(200)는 외부의 서버(미도시) 등과 유선 또는 무선 통신을 함으로써, 각종 정보를 송수신할 수 있다. 제어 장치(200)가 외부의 서버와 통신함으로써 보행 훈련 장치(100)와 관련된 각종 정보를 기초로 유비쿼터스 헬스케어 시스템을 구현할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(200)와 통신하는 외부의 서버에 저장, 기록되는 각종 정보 및 데이터는 마스터(Master)의 역할을 수행하는 전문가 그룹의 데이터 분석과 평가를 통해 보행 훈련 장치(100)의 사용자와 관련된 헬스케어 정보가 생성되며, 이러한 헬스케어 정보는 제어 장치(200)의 관리자에게 제공될 수 있을 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 보행 재활 훈련 시스템
100: 보행 훈련 장치
110: 주행 지지 모듈 120: 센서 모듈
130: 제1 제어 모듈 140: 제1 통신 모듈
150: 전원 공급 모듈
200: 제어 장치
210: 주행 지지 모듈 120: 센서 모듈
230: 제1 제어 모듈 240: 제1 통신 모듈
250: 전원 공급 모듈

Claims

사용자를 지지하면서 천장에 설치된 가이드 레일을 따라 이동하며, 상기 사용자의 이동 변위 및 상기 사용자에 의한 하중을 감지하여 전송하는 보행 훈련 장치와, 상기 전송된 이동 변위 및 하중을 기초로 상기 보행 훈련 장치를 제어하는 제어 장치를 포함하는 보행 재활 훈련 시스템에 있어서,
상기 보행 훈련 장치는,
천장에 설치된 가이드 레일을 따라 이동하고, 사용자를 지지하는 주행 지지 모듈;
상기 이동 변위 및 하중을 감지하는 센서 모듈; 및
상기 제어 장치로부터 제어 신호를 전송받아, 상기 제어 신호에 의해 상기 주행 지지 모듈을 제어하는 제1 제어 모듈을 포함하며,
상기 제어 장치는,
상기 보행 훈련 장치로부터 전송받은 상기 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 기초로 상기 보행 훈련 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 상기 보행 훈련 장치로 전송하는, 보행 재활 훈련 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 주행 지지 모듈은,
프레임;
상기 프레임에 설치되며, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 레일 주행용 롤러;
상기 프레임에 설치되며, 상기 레일 주행용 롤러에 구동력을 제공하는 주행용 모터;
상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 윈치 드럼;
상기 윈치 드럼에 권취되며, 상기 사용자에게 연결되는 지지 와이어;
상기 지지 와이어를 가이드하는 와이어 가이드 롤러; 및
상기 윈치 드럼에 구동력을 제공하는 지지용 모터를 포함하는, 보행 재활 훈련 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 센서 모듈은,
상기 이동 변위를 감지하는 변위 감지 센서; 및
상기 하중을 감지하는 하중 감지 센서를 포함하는, 보행 재활 훈련 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제1 제어 모듈은,
상기 이동 변위가 기준 변위의 범위를 벗어나고, 상기 하중이 기준 하중을 초과한 경우, 상기 주행 지지 모듈을 비상 정지시키는, 보행 재활 훈련 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 보행 훈련 장치는,
충방전이 가능한 배터리를 구비한 전원 공급 모듈을 더 포함하는, 보행 재활 훈련 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 전원 공급 모듈은,
상기 배터리를 서랍방식으로 교환 가능한, 보행 재활 훈련 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 보행 훈련 장치는,
상기 제어 장치로 상기 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 전송하며, 상기 제어 장치로부터 상기 제어 신호를 전송받는 제1 통신 모듈을 더 포함하는, 보행 재활 훈련 시스템.
제 7항에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 보행 훈련 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제2 제어 모듈; 및
상기 제1 통신 모듈로부터 상기 이동 변위 및 하중에 대한 데이터를 전송받고, 상기 제2 제어 모듈에서 생성된 다양한 제어 신호를 상기 보행 훈련 장치로 전송하는 제2 통신 모듈을 더 포함하는, 보행 재활 훈련 시스템.