KR20180041880A - 가상현실 플랫폼을 포함하는 중증 장애자용 보행 재활 장치 - Google Patents
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Abstract
가상현실 플랫폼을 포함하는 중증 장애자용 보행 재활 장치는, 환자의 체간을 들어 올린 상태로 상기 환자를 미리 설정된 재활위치까지 이동시키는 환자 자동 이송부; 선택한 보행패턴에 따라 상기 재활위치에서 상기 환자가 발판을 밟으면서 보행재활훈련을 진행할 수 있도록 구성되는 체간 운동부; 및 상기 환자가 상기 체간 운동부를 이용하여 보행재활훈련을 진행할 때, 가상현실방식 및 증강현실방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 상기 환자에게 3차원적인 공간영상을 제공하는 출력장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 보행 재활 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가상현실 플랫폼을 포함하는 중증 장애자용 보행 재활 장치에 관한 것이다.
일반적으로 보행은 사람의 하지 관절 및 근의 연속운동을 통해서 좌우의 다리를 번갈아 전방으로 내놓으면서 몸을 이동시키는 것을 말하며, 다수의 관절이나 골반이 동시에 사용되기 때문에 이들 기관이나 조직 또는 신경에 장애가 발생하는 경우 보행 장애를 초래하는 경우가 많다.
특히 보행 장애 환자의 약 90%가 후천적 장애에 의해 발생되며 척추질환, 관절염, 뇌졸중, 뇌성마비, 사고로 인한 편마비 환자의 경우 독립적인 보행이 어렵기 때문에 종래의 재활 기구를 이용하는 경우 넘어져 다칠 수 있으며 자력으로 보행할 수 없는 경우, 편마비 환자에게 독특하게 나타나는 밀기 증후군으로 보행시 골반을 위로 치켜 올리며 엉덩 관절에서 다리를 휘둘림(Circumduction)시켜 앞으로 내딛는 휘둘림 보행이 나타나서 재활 훈련이 어렵다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 한국특허 등록번호 제10-1327178호는 투 벨트 트레드밀 및 이를 구비한 보행재활 훈련장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 트레드밀 본체와, 트레드밀 본체에 좌우측으로 각각 구비되는 제 1 구동 모터 및 제 2 구동 모터와, 트레드밀 본체에 회전가능하게 설치되어 제 1 구동 모터 및 제 2 구동 모터에 의해 각각 회전하는 좌측 컨베이어 벨트 및 우측 컨베이어 벨트와, 트레드밀 본체에 설치되어 좌측 컨베이어 벨트와 우측 컨베이어 벨트의 벗겨짐을 방지하는 벨트 풀림방지부를 포함하는 투 벨트 트레드밀, 보행자를 지지하도록 착용되어 하지관절운동에 따른 각도 데이터 및 하지의 근전도 신호를 검출하며, 각 하지 관절부에 설치되는 관절 구동부를 구비하는 워커부, 투 벨트 트레드밀을 감싸도록 설치되며, 보행자가 파지할 수 있는 손잡이를 구비한 지지프레임, 지지프레임의 상부에 설치되어 보행자가 넘어져 부상 입는 것을 방지하도록 보행자의 인체를 상하 방향으로 견인할 수 있는 견인유닛 및 워커부, 제 1 구동 모터 및 제 2 구동 모터를 제어하는 중앙제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 투 벨트 트레드밀 및 이를 구비한 보행재활 훈련장치에 관한 것이다.
그러나 상기와 같은 종래기술은 컨베어 벨트가 구동하여 환자의 발을 이동시키도록 형성되어 있기 때문에 환자가 직접 다리를 들어 이동시켜야 하므로 재활 훈련에 어려움이 있고 훈련과정에서 2차 부상에 대한 두려움으로 힘이 많이 들어가며 훈련 시간이 짧다는 문제점이 있었다.
또한, 종래기술은 컨베어 벨트가 구동하여 환자의 발을 이동시키도록 형성되어 있기 때문에 환자가 직접 다리를 들어 보행해야 하고 재활 훈련을 하기 위해 환자가 장치 내부로 직접 걸어 들어가야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 환자의 체간을 들어 올린 상태로 상기 환자를 미리 설정된 재활위치까지 이동시킬 수 있고, 보행재활훈련을 진행할 때 환자에게 3차원적인 공간영상을 제공할 수 있는 중증 장애자용 보행 재활 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 환자의 체간을 들어 올린 상태로 상기 환자를 미리 설정된 재활위치까지 이동시키는 환자 자동 이송부; 선택한 보행패턴에 따라 상기 재활위치에서 상기 환자가 발판을 밟으면서 보행재활훈련을 진행할 수 있도록 구성되는 체간 운동부; 및 상기 환자가 상기 체간 운동부를 이용하여 보행재활훈련을 진행할 때, 가상현실방식 및 증강현실방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 상기 환자에게 3차원적인 공간영상을 제공하는 출력장치;를 포함하는 중증 장애자용 보행 재활 장치가 제공된다.
또한, 상기 체간 운동부는, 상기 보행패턴에 따라 상기 발판의 각도를 상하좌우방향으로 자동 이동시키며, 상기 환자의 신체적인 보행제한조건에 따라 상기 발판의 각도를 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보행패턴은, 평지걷기, 계단 오르기, 계단 내려오기, 경사로 오르기 및 경사로 내리기 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하며, 각 보행패턴의 보행높이, 보행너비 및 보행속도는 조절 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 선택된 보행패턴에 따라 상기 체간 운동부의 동작을 제어하는 제어장치;를 더 포함하고, 상기 제어장치는 각 환자의 보행재활훈련에 대한 데이터를 저장하여 각 환자가 자신의 과거의 보행재활훈련 데이터를 참조하여 훈련 목표치를 설정할 수 있는 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 무릎의 움직임을 감지하는 무릎 위치감지센서가 장착되어 있으며 상기 환자의 무릎에 착용하여 무릎의 이동각도를 제한하는 무릎 가이드;를 더 포함하며, 상기 제어장치는 상기 무릎 가이드의 무릎 위치감지센서로부터 전송된 무릎의 이동각도를 고려하여 상기 체간 운동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가상현실 플랫폼을 포함하는 중증 장애자용 보행 재활 장치는,
환자의 체간을 들어 올린 상태로 환자를 미리 설정된 재활위치까지 이동시킬 수 있고, 보행재활훈련을 진행할 때 환자에게 3차원적인 공간영상을 제공함으로서, 환자가 평소에 익숙한 길을 가상공간으로 하여 심리적인 안정감을 부여할 수 있다.
따라서 심리적으로 거부감이 완화된 상태에서 중증 장애자, 즉 환자가 보행재활훈련에 임할 수 있으므로 훈련성과가 좋은 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재활 시스템의 개념도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재활 시스템의 제어 관련 구성도
도 3은 도 1의 재활 시스템의 재활 실행 시스템의 구성도
도 4는 도 3의 재활 실행 시스템의 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 전체적인 모습을 나타낸 사시도
도 5는 제어장치(120)에 표시되는 메뉴를 통해 보행패턴을 선택하는 화면을 나타낸 도면.
도 6 내지 6b는 보행재활훈련 과정에서 출력장치(130)에 의해 제공되는 3차원적인 공간영상을 나타낸 도면
도 7은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)를 나타낸 사시도
도 8은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)의 세부 구조를 나타낸 분해도
도 9는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)가 이동하는 이동 경로를 나타낸 측면도
도 10은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)가 회동하는 모습을 나타낸 도면
도 11은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)가 회동하며 이동하는 이동 경로를 나타낸 사시도
도 12는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)의 다른 실시예를 나타낸 도면
도 13은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 이송부(300)를 나타낸 사시도
도 14는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 지지부(400)를 나타낸 사시도
도 15는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 안전보호구(500)를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재활 시스템의 제어 관련 구성도
도 3은 도 1의 재활 시스템의 재활 실행 시스템의 구성도
도 4는 도 3의 재활 실행 시스템의 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 전체적인 모습을 나타낸 사시도
도 5는 제어장치(120)에 표시되는 메뉴를 통해 보행패턴을 선택하는 화면을 나타낸 도면.
도 6 내지 6b는 보행재활훈련 과정에서 출력장치(130)에 의해 제공되는 3차원적인 공간영상을 나타낸 도면
도 7은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)를 나타낸 사시도
도 8은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)의 세부 구조를 나타낸 분해도
도 9는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)가 이동하는 이동 경로를 나타낸 측면도
도 10은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)가 회동하는 모습을 나타낸 도면
도 11은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)가 회동하며 이동하는 이동 경로를 나타낸 사시도
도 12는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)의 다른 실시예를 나타낸 도면
도 13은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 이송부(300)를 나타낸 사시도
도 14는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 지지부(400)를 나타낸 사시도
도 15는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 안전보호구(500)를 나타낸 사시도
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재활 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재활 시스템의 제어 관련 구성도이고, 도 3은 도 1의 재활 시스템의 재활 실행 시스템의 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본원발명의 재활 시스템은,
지체부자유 환자나 중증 장애자의 체간(體幹)을 들어 올려진 상태에서 보행이 가능 하도록 하체 다리를 시스템 프로그램에 저장된 패턴에 따라 회동시켜주며, 재활과 과정관리가능 하도록 하는 시스템으로서, 치료의 중점은 환자의 비정상적인 운동 패턴을 피하고 환자의 특성에 맞는 계획적인 정상적 운동패턴을 반복학습과 훈련할 수 있도록 하여 두려움을 스스로 극복하고 흥미와 성취감을 유발하여 재활시기를 앞당길 수 있도록 구성된다.
허리 디스크 등을 앓는 척추질환자, 다리 관절염으로 거동이 불편한 관절염 환자, 내지는 사고로 인한 편마비 환자, 한센병 환자, 뇌졸중 환자, 뇌성마비 환자 등에게 및 체간 장애자들에게 보행 훈련은 재활을 위해서 반드시 선행되어야 하는 치료요법으로서 이를 과학적이고 합리적 수준으로 지원해주고 관리하는 시스템을 제안한다.
도 4는 도 3의 재활 실행 시스템의 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 전체적인 모습을 나타낸 사시도이다.
본 실시예에 따른 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 4를 참조하면, 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)는 프레임(100), 체간운동부(200), 이송부(300), 지지부(400), 안전보호구(500), 제어장치(120), 출력장치(130)를 포함하여 구성된다.
본 실시예에서 이송부(300), 지지부(400) 및 안전보호구(500)를 모두 통칭하여 환자 자동 이송부(10)로 정의하고 설명하기로 한다. 즉, 환자 자동 이송부(10)는 이송부(300)와, 지지부(400)와, 안전보호구(500)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
이송부(300), 지지부(400) 및 안전보호구(500)로 구성되는 환자 자동 이송부(10)는,
환자의 체간을 들어 올린 상태로 환자를 미리 설정된 재활위치까지 자동으로 이동시킬 수 있도록 구성된다. 체간(Body Core)은 몸통(몸의 동체)을 지칭하는 것인데, 체간을 중심으로 팔, 다리 등이 분기되어 있다.
체간 운동부(200)는 선택한 보행패턴에 따라 재활위치에서 환자가 발판(210)을 밟으면서 보행재활훈련을 진행할 수 있도록 구성된다.
체간 운동부(200)는 보행패턴에 따라 발판(210)의 각도를 상하좌우방향으로 자동 이동시키며, 각 환자의 신체적인 보행제한조건에 따라 발판(210)의 각도를 개별 조절할 수 있도록 구성된다.
또한, 장애인의 경우 몸을 비틀어서 걷는 습관이 있으므로, 특히 발목의 각도가 정상인에 비해 유연하지 못할 수 있다. 따라서 각 환자의 신체적인 한계를 고려하여 발목의 위치를 조절할 수 있도록 발판(210)의 각도를 상하좌우방향으로 자동 이동시킬 수 있도록 구성된다. 제어장치(120)에 환자의 보행재활훈련 데이터가 저장된 경우, 발판(210)의 초기 각도 및 이동각도는 기존의 보행재활훈련 데이터를 기반으로 각 환자에 맞게 자동 조절된다.
제어장치(120)는 환자, 보호자 및 치료사 등이 선택한 보행패턴에 따라 체간 운동부(200)의 동작을 제어한다.
보행패턴은 평지걷기, 계단 오르기, 계단 내려오기, 경사로 오르기 및 경사로 내리기 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는데, 각 보행패턴의 보행높이, 보행너비 및 보행속도는 조절 가능하도록 구성된다.
출력장치(130)는 환자가 체간 운동부(200)를 이용하여 보행재활훈련을 진행할 때, 가상현실방식 및 증강현실방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 환자에게 3차원적인 공간영상을 제공한다.
환자, 보호자 및 치료사가 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)를 사용하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
우선, 중증 장애자(환자)가 휠체어를 타고 진입하면,
자동 이송부(300)가 환자의 체간을 들어 올려서 환자를 미리 설정된 재활위치까지 이동시킨다.
평지걷기, 계단 오르기, 계단 내려오기, 경사로 오르기 및 경사로 내리기 중 어느 하나 이상의 보행패턴을 선택한 후, 각 보행패턴의 보행높이, 보행너비 및 보행속도까지 선택하여 보행재활훈련의 진행을 준비한다.
제어장치(120)는 각 환자의 보행재활훈련에 대한 데이터를 저장하여 데이터베이스화 한 상태로 저장하고 있는데, 제어장치(120)는 각 환자가 자신의 과거 보행재활훈련 데이터를 참조하여 훈련 목표치를 설정할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.
즉, 환자가 과거의 데이터를 선택한 후, 과거의 데이터를 참조하여 훈련 목표치를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 과거의 데이터에는 환자의 평소 습관이 기록되어 있으므로 과거기록을 고려하여 훈련수준을 조절할 수 있다.
이때, 출력장치(130)는 가상현실방식 및 증강현실방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 환자에게 3차원적인 공간영간을 제공할 수 있는데,
보행재활훈련을 진행할 때 환자에게 3차원적인 공간영상을 제공함으로서, 환자가 평소에 익숙한 길을 가상공간으로 하여 심리적인 안정감을 부여할 수 있다. 여기서의 가상공간은 환자의 거주지 주변, 환자의 고향, 환자가 선호하는 영역, 환자의 집 내부 등의 공간정보를 포함할 수 있다.
한편, 촬영장치(110)가 가시광선 영역촬영렌즈, 적외선 영역촬영렌즈 및 레이더 센서를 모두 구비하여 영상 및 3차원 영상을 모두 식별할 수 있도록 구성될 경우,
현재 재활위치에 있는 환자가, 제어장치(120)에 의해 선택된 환자와 일치하는지를 영상객체인식 및 환자의 3차원 움직임의 특징을 토대로 파악할 수도 있을 것이다.
도 5는 제어장치(120)에 표시되는 메뉴를 통해 보행패턴을 선택하는 화면을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)는,
환자, 보호자 및 치료사가 제어장치(120)를 이용하여, 평지걷기, 계단 오르기, 계단 내려오기, 경사로 오르기 및 경사로 내리기 중 적어도 어느 하나 이상의 보행패턴을 선택하고, 각 보행패턴을 조합하여 보행재활훈련을 진행할 수 있다.
제어장치(120)는 터치 스크린 및 푸시 버튼을 포함하고 있어 사용자가 용이하게 보행패턴을 선택할 수 있도록 구성된다.
이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 보행패턴의 보행높이, 보행너비 및 보행속도는 조절 가능하도록 구성된다.
제어장치(120)는 각 환자의 보행재활훈련에 대한 데이터를 저장하여 데이터베이스화 한 상태로 저장하고 있는데, 각 환자가 자신의 과거 보행재활훈련 데이터를 참조하여 훈련 목표치를 설정할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.
즉, 환자가 과거의 데이터를 선택한 후, 과거의 데이터를 참조하여 훈련 목표치를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 과거의 데이터에는 환자의 평소 습관이 기록되어 있으므로 과거기록을 고려하여 훈련수준을 조절할 수 있다.
제어장치(120)는 발판(210)에 형성되어 발판(210)에 가해지는 압력을 측정하는 압력센서(도시되지 않음)로부터 전송된 센싱 데이터를 수신하여, 환자가 보행할 때 발생하는 압력을 분석한 후, 제어장치(120)의 화면에 표시할 수 있다.
발판(210)의 내부에는 다수의 압력센서(도시되지 않음)가 배치되어 있으며 환자가 보행할 때 발판(210)에 가해지는 하중의 분포를 압력센서를 통해 측정할 수 있다.
제어장치(120)는 환자가 발판(210)을 밟고 보행할 때 발생하는 하중 분포를 이용하여 특정 부위에 하중이 집중적으로 가해지지 않도록 제1회동장치(220)와 제2회동장치(230)를 이용하여 발판(210)을 회동시켜 발목의 위치를 조절함으로써, 균일한 하중을 받을 수 있도록 할 수 있다.
또한 환자의 상태에 따라 발판(210)이 도 7의 가이드홈(251)을 따라 이동할 때 발판(210)이 수평상태를 유지할 수 있도록 함으로써 환자의 발목에 부담이 가지 않도록 제어할 수도 있다.
제어장치(120)의 화면에 표시되는 발바닥의 가해지는 압력상태는, 발바닥의 각 위치에 대응하여 위험(RED), 정상(GREEN), 주의(BLUE) 상태로 표시될 수 있는데, 각 상태는 컬러 그래픽으로 표시되어 환자, 보호자, 치료사가 현재의 발바닥의 압력상태를 용이하게 관찰할 수 있다.
한편, 환자가 팔 및 다리 등의 각 부위에 적어도 하나 이상의 웨어러블 자세방위센서 - 미도시됨 - 를 착용하거나, 주머니에 휴대용 단말기를 소지할 경우,
제어장치(120)는 웨어러블 자세방위센서 및 휴대용 단말기와 무선통신방식으로 데이터를 상호간에 교환할 수 있도록 구성된다.
제어장치(120)는 선택된 보행패턴에 따라 체간 운동부(200)의 동작을 제어하되, 웨어러블 자세방위센서 및 휴대용 단말기로부터 실시간으로 전송된 3차원 위치정보를 토대로 환자의 행위인지 및 자세인지를 실시간으로 진행하여 보행재활훈련에 연동 반영할 수 있다.
참고적으로, 자세방위센서는 3차원 공간에서 동작들을 감지할 수 있는 센서이고, 9축 센서라고 지칭되기도 한다. 9축이라 함은 가속도 3축, 관성 3축, 지자기 3축으로 총 9축의 값이 측정되기 때문에 9축 센서라고 지칭된다.
따라서 환자가 웨어러블 자세방위센서를 팔, 허벅지, 골반, 다리에 착용할 경우, 각 부위의 3차원적인 움직임을 감지하여 제어장치(120)로 전송하며, 제어장치(120)는 수신된 데이터를 토대로 환자의 행위인지 및 자세인지를 실시간으로 진행할 수 있다.
도 6 내지 도 6b는 보행재활훈련 과정에서 출력장치(130)에 의해 제공되는 3차원적인 공간영상을 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 6b를 참조하면, 출력장치(130)는 환자가 체간 운동부(200)를 이용하여 보행재활훈련을 진행할 때, 가상현실방식 및 증강현실방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 환자에게 3차원적인 공간영상을 제공한다.
즉, 보행재활훈련을 진행할 때 환자에게 3차원적인 공간영상을 제공함으로서, 환자에게 평소에 익숙한 길을 가상공간으로 하여 심리적인 안정감을 부여할 수 있다. 여기서의 가상공간은 환자의 거주지 주변, 환자가 선호하는 영역, 환자의 집 내부 등의 공간정보를 포함할 수 있다.
따라서 심리적으로 거부감이 완화된 상태에서 중증 장애자, 즉 환자가 보행재활훈련에 임할 수 있으므로 훈련성과가 좋은 효과가 발생한다.
도 6 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 환자는 3차원적인 공간영상을 보면서 실제와 같은 느낌으로 보행재활훈련을 진행할 수 있다. 이때, 환자는 프로그램 선택, 사용자 프로그램 선택 및 도로 장애물 선택을 진행하여, 환자가 원하는 가상공간을 설정할 수 있다.
참고적으로, 환자가 휴대용 단말기를 이용하여 촬영한 영상을 제어장치(120)에 무선통신방식으로 업로드 할 수 있도록 구성될 수 있는데,
이때, 제어장치(120)는 업로드 된 영상을 3차원적인 공간영상으로 변환하여 표시할 수 있다. 따라서 환자가 훈련하고 싶은 익숙한 공간을 편리하게 반영할 수 있다.
이때, 도로경사는 화면에 실시간으로 표시될 수 있으며, 누적이동거리, 계획, 현재, 소모열량 등이 표시될 수도 있다.
한편, 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)는 환자의 체간을 들어 올린 상태로 환자를 미리 설정된 재활위치까지 이동시킬 수 있고, 환자가 착용한 적어도 하나 이상의 웨어러블 자세방위센서부터 실시간으로 전송된 3차원 위치정보를 토대로 환자의 행위인지 및 자세인지를 실시간으로 진행하여 보행재활훈련에 반영할 수 있다.
특히, 사용자가 장애물을 선택했을 경우,
제어장치(120)는 출력장치(130)에서 제공되는 3차원적인 공간영상에 가상의 장애물이 증강현실방식을 통해 나타나도록 제어하며,
환자가 착용한 적어도 하나 이상의 웨어러블 자세방위센서로부터 실시간으로 전송된 3차원 위치정보를 토대로 환자의 행위를 인지하면서, 체간 운동부(200)의 동작을 연동제어할 수 있다.
여기에서 장애물은 보행도로에 존재하는 물체, 맨홀, 평탄하지 않은 노면, 요철있는 노면 등을 포함할 수 있다.
환자가 평탄하지 않은 노면, 요철있는 노면 등을 통과할 때 발판(210)은 노면 상태에 따라 상하좌우 진동효과를 주어 체감효과를 증대시킬 수 있을 것이다. 이때의 진동효과는 체간 운동부(200)에 구비된 복수의 모터를 통해 구현될 수 있다.
또한, 장애물은 눈이 쌓인 노면, 빙판길까지 반영할 수 있는데, 제어장치(120)는 노면의 상태에 따라 체간 운동부(200)를 제어하여, 환자가 실제로 눈이 쌓인 노면 및 빙판길을 걷는 효과를 부여할 수 있다. 예를 들면 제어장치(120)는 체간 운동부(200)를 제어하여 빙판길의 미끄러움을 느낄 수 있는 훈련을 진행할 수 있으며, 눈이 쌓인 높이를 고려하여 미끄러움과, 눈을 밟는 느낌을 동시에 구현할 수 있다.
즉, 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)는 3차원적인 공간영상에 가상의 장애물을 회피하는 훈련까지 진행할 수 있으며, 가상의 장애물을 회피할 때의 환자의 자세를 감지하여 체간 운동부(200)까지 연동제어하여, 환자를 보호하면서 장애물 회피 훈련을 효과적으로 진행할 수 있다.
중증 장애자용 보행 재활 장치(1)는, 상술한 바와 같이 환자의 움직임을 촬영할 수 있는 촬영장치(110)를 포함하여 구성될 수 있다.
촬영장치(110)는 체간운동부(200)를 통해 재활 훈련을 하는 환자를 촬영하게 되며 환자의 보행 자세 또는 하체의 움직임을 촬영하여 제어장치(120)로 전송하며, 제어장치(120)는 객체인식방식을 통해 환자의 보행 상태를 분석한다.
촬영장치(110)는 가시광선 영역, 적외선 영역을 모두 촬영할 수 있어, 야간의 보행을 훈련하는 상황에서도 환자의 보행 자세 및 하체의 움직임을 촬영할 수 있다. 촬영장치(110)는 라이더 또는 레이더 센서를 이용하여 환자의 움직임을 3차원적으로 감지할 수 있도록 구성될 수 있다. 3차원적인 환자의 움직임은 제어장치(120)에 저장되며, 시각적으로 디스플레이 될 수 있다.
한편, 제어장치(120)는 촬영장치(110) 및 웨어러블 자세방위센서 등으로부터 전송되는 환자의 보행자세 및 하체의 움직임 데이터를 기반으로 환자의 신체적인 한계를 고려하여 위험패턴을 인지한 후, 위험패턴에 도달할 경우 훈련을 일시중지 시킬 수 있다.
즉, 제어장치(120)는 환자의 신체적인 한계정보(발목각도, 고관절 각도, 무릎 각도)를 저장하고 있으므로, 촬영장치(110) 및 웨어러블 자세방위센서 등으로부터 전송되는 환자의 보행자세 및 하체의 움직임 데이터를 통해서 위험상황을 인지한 후 안전한 보행훈련이 진행될 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 촬영장치(110)가 라이더 또는 레이더 센서를 이용하여 환자의 움직임을 3차원적으로 감지할 수 있도록 구성될 경우,
제어장치(120)는 체간 운동부(200)를 통해 환자가 몇 가지 표준 움직임을 진행하도록 제어하고, 이때의 환자의 움직임을 3차원적으로 감지한 후, 웨어러블 자세방위센서의 착용위치를 추천할 수 있다.
또한, 촬영장치(110)가 라이더 또는 레이더 센서를 이용하여 환자의 움직임을 3차원적으로 감지할 수 있도록 구성될 경우, 환자의 움직임의 특징을 토대로 제어장치(120)에서 선택된 환자가 정확한지를 재검토하는 과정이 진행될 수 있다.
즉, 제어장치(120)를 통해 환자의 기존 데이터를 선택하고 훈련을 진행할 때, 실수로 다른 환자의 데이터를 선택하더라도, 촬영장치(110)가 현재의 환자 3차원적인 움직임을 파악하여 제어장치(120)에서 선택된 환자와 일치하는지를 재검토하는 과정이 진행되어 안정성을 높일 수 있다.
또한, 촬영장치(110)가 가시광선 영역촬영렌즈, 적외선 영역촬영렌즈 및 레이더 센서를 모두 구비하여 영상 및 3차원 영상을 모두 식별할 수 있도록 구성될 경우, 현재 재활위치에 있는 환자가, 제어장치(120)에 의해 선택된 환자와 일치하는지를 객체인식 및 환자의 3차원 움직임 특징을 토대로 파악할 수도 있을 것이다.
한편, 도면에 미도시되었으나, 사용자가 무릎 가이드를 장착할 경우,
제어장치(120)는 무릎 가이드와 무선통신방식으로 데이터를 상호간에 교환할 수 있도록 구성된다.
무릎 가이드는 무릎의 움직임을 감지하는 무릎 위치감지센서가 장착되어 있으며 환자의 무릎에 착용하여 무릎의 이동각도를 제한하는 역할을 수행한다.
제어장치(120)는 무릎 가이드의 무릎 위치감지센서로부터 전송된 무릎의 이동각도를 고려하여 체간 운동부(200)의 동작을 연동제어한다. 즉, 제어장치(120)는 환자의 신체적인 한계를 고려하여 무릎의 각도를 조절함으로써, 고관절을 포함하는 골반의 자세를 조절할 수 있다.
중증 장애자용 보행 재활 장치(1)는 다리나 고관절, 무릎관절 및 발목관절을 자연스럽게 사용하게 되므로 퇴행성 관절 관련한 질환을 예방하게 되고 근력을 자연스럽게 강화 할 수 있다.
또한, 환자들이나 장애자들은 통증이 있는 다리 쪽으로는 체중 지지하는 것을 본능적으로 꺼리게 되고, 공포심을 가지게 되며, 운동 감각이나 지각, 촉각, 압력 감각 등의 감각이 결여된 상태에서 기술적 과제에 대해서 보행 운동을 실시하는 것은 불가능하기 때문에 물리치료사의 도움 없이는 보행 운동이 어려운 문제를 해소 할 수가 있다.
또한, 환자들이나 장애자들은 근육에 이완성, 긴장성, 견직성의 문제점을 안고 있기 때문에 보행 운동을 통해서 문제를 해결할 만한 능력이 없어 그대로 굳어 버리는 일이 있어 행동장애로 인한 경제활동이 제한되는 2차 빈곤을 방지할 수 있다. 이미 입력된 데이터에 의해 전문가의 조력으로 만들어진 프로그램으로 진행하고 그 결과에 따라 수정과 가감을 할 수가 있으며 신체의 컨디션에 따라 자의로 조절 할 수가 있다.
다시, 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 구조를 좀 더 상세히 살펴보면,
도 4에 도시된 바와 같이, 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)는 상부와 하부가 서로 이격되어 형성되는 프레임(100)과, 프레임(100)의 하부 양측에 결합되며 설정된 경로를 따라 이동하는 발판(210)(도 7 참조)이 형성되어 있어 환자가 발판(210)을 밟아 보행하면서 재활 훈련을 할 수 있도록 하는 체간운동부(200)와, 프레임(100)의 측면에 형성되어 체간운동부(200)의 동작을 제어하거나 환자의 상태를 분석하는 제어장치(120)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 프레임(100)의 상부에 결합되며 프레임(100)의 전방 또는 후방으로 이송판(310)(도 14 참조)을 이송시키는 이송부(300)와, 이송판(310)(도 14 참조)의 하부에 결합되며 환자가 체간운동부(200)를 이용하여 보행할 때 손으로 잡아 신체를 지지할 수 있도록 손잡이가 구비된 지지부(400)와, 이송판(310)(도 14 참조)의 하부에 결합되며 환자가 넘어지지 않도록 환자의 상체를 감싸는 안전보호구(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
프레임(100)은 후면에는 휠체어가 진입할 수 있도록 경사로가 형성되어 있어 독립적으로 보행할 수 없는 환자가 휠체어를 이용하여 프레임(100)의 후면에 형성된 경사로를 통해 프레임(100) 내부로 진입할 수 있게 된다.
또한 프레임(100)의 상부와 하부가 서로 이격되어 있어 상부에는 이송부(300)가 결합되고 하부에는 체간운동부(200)가 결합되게 되며 프레임(100)의 전면과 후면은 개구되어 있어 환자가 재활 훈련할 수 있는 공간이 마련된다.
체간운동부(200)는 도 7의 발판(210)을 밟아 환자가 제자리에서 보행함으로써 재활 훈련을 하는 장치로 도 7의 발판(210)이 외부 동력에 의해 움직이도록 함으로써 독립적으로 보행하지 못하는 환자도 재활 훈련을 할 수 있게 한다.
제어장치(120)는 체간운동부(200)의 동작을 제어하여 환자가 올바른 자세로 보행하거나 환자의 상태에 맞는 속도로 동작할 수 있도록 체간운동부(200)를 제어하며, 제어장치(120) 내에 설정된 프로그램을 따라 체간운동부(200)를 동작시킬 수도 있다.
이송부(300)는 프레임(100)의 상부에 결합되어 도 14의 이송판(310)을 프레임(100)의 전면 또는 후면으로 지정된 위치로 이송할 수 있어 도 14의 이송판(310)에 결합된 지지부(400)와 안전보호구(500)를 체간운동부(200)의 상부에 위치시키거나 프레임(100)의 후면에 휠체어를 타고 진입한 환자의 상부로 이동시킬 수 있다.
지지부(400)는 환자가 손으로 잡을 수 있도록 형성되며 환자가 체간운동부(200)를 이용하여 보행할 때 지지부(400)를 손으로 잡아 보행 중 전면으로 쓰러지지 않도록 보조하는 장치이다.
안전보호구(500)는 조끼 형태로 구성되어 있어 환자의 상체에 착용이 가능하며 프레임(100)의 상부를 이동하는 이송부(300)에 결합되어 있어 환자가 공중에 매달린 안전보호구(500)를 착용하면 기립된 상태가 되어 하체의 힘이 없는 환자라도 쓰러지지 않고 재활 훈련을 할 수 있게 된다.
또한 상기 프레임(100)의 상부에는 상기 체간운동부(200)를 통해 보행하는 환자를 촬영하여 환자의 보행 상태를 촬영하는 촬영장치(110)와, 상기 프레임(100)의 전면에 위치하여 설정된 영상이 출력되며 환자가 상기 체간운동부(200)를 이용하여 보행하면 이동량에 따라 출력되는 영상이 재생되는 출력장치(130)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
촬영장치(110)는 체간운동부(200)를 통해 재활 훈련을 하는 환자를 촬영하게 되며 환자의 보행 자세 또는 하체의 움직임을 촬영하여 환자의 보행 상태를 분석할 수 있는 영상자료로 활용되게 된다.
즉, 촬영장치(110)에서 촬영된 영상을 분석함으로써 재활치료사나 의사가 보행하는 속도나 자세를 교정할 수 있도록 제어장치(120)를 조작하여 환자에게 맞는 재활 훈련을 적용할 수 있게 된다.
출력장치(130)는 제어장치(120)에 저장된 영상이 출력되도록 디스플레이로 형성되어 있고 프레임(100)의 전면에 위치하여 환자가 영상을 보며 재활 훈련을 할 수 있도록 하는 장치다.
출력장치(130)에서 출력되는 영상은 공원, 길거리와 같이 사람이 보행할 수 있는 영상이 나타나도록 하거나 환자가 평소에 다니던 길을 출력하여 체간운동부(200)의 속도에 따라 영상이 재생되는 속도를 달라지게 함으로써 실제 거리를 걷고 있는 느낌을 받게 할 수 있다.
또한 출력장치(130)는 가상현실 헤드마운트 디스플레이로 대체될 수도 있으며 환자가 가상현실 헤드마운트 디스플레이를 착용한 후 재활 훈련을 하게 되면 체간운동부(200)의 속도에 따라 자신의 생활주변에서 경험했던 가상현실 영상이 재생되고 주위를 둘러 볼 수 있도록 함으로써 환자의 흥미를 유발할 수도 있다.
도 7은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부를 나타낸 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)는 환자의 발을 고정할 수 있도록 형성되는 발판(210)과, 발판(210) 하부에 형성되며 발판(210)을 좌측 또는 우측 방향으로 회동시키도록 제1회동장치(220)와, 제1회동장치(220) 하부에 형성되며 발판(210) 및 제1회동장치(220)를 전방 또는 후방 방향으로 회동시키는 제2회동장치(230)와, 일측은 제2회동장치(230)의 측면에 결합되고 타측은 프레임(100)에 결합되어 제2회동장치(230)를 전방 또는 후방 방향으로 이동시키는 실린더(240)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 체간운동부(200)의 상기 발판(210)의 일측은 상기 프레임(100)의 양 측면에 위치한 가이드판(250)에 형성된 가이드홈(251)에 삽입되고 상기 발판(210)의 타측은 실린더(240)에 결합되어 상기 실린더(240)가 동작하면 상기 발판(210)이 가이드홈(251)을 따라 이동되는 것을 특징으로 한다.
체간운동부(200)는 프레임(100)의 양측에 각각 위치하고 환자가 보행할 때 발을 고정할 수 있도록 발판(210)이 형성되어 있으며 발판(210) 하부에는 제1회동장치(220)와 제2회동장치(230)가 각각 차례대로 결합되게 된다.
제2회동장치(230)의 일측에는 실린더(240)의 피스톤로드(241)가 결합되고 타측은 가이드판(250)에 내측으로 파여진 가이드홈(251)에 삽입되어 제2회동장치(230)가 가이드홈(251)에서 이탈되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
가이드홈(251)은 사람이 보행할 때 발생되는 발의 궤적에 대응하는 타원 형상으로 이루어져 있으며 보행하는 환자의 보행 습관에 대응되는 형상의 가이드홈(251)이 형성된 가이드판(250)을 교체하여 사용할 수도 있다.
제2회동장치(230)의 일측에 결합된 피스톤로드(241)는 실린더(240)의 동작에 의해 실린더(240) 내부로 삽입되거나 외부로 돌출되면서 제2회동장치(230)를 밀어내거나 당겨 제2회동장치(230)가 가이드홈(251)을 따라 이동시키게 된다.
이때 실린더(240)의 끝단은 프레임(100)에 고정된 회동대(242)에 결합되기 때문에 회동대(242)를 기준으로 실린더(240)가 회동할 수 있게 되고 실린더(240)에서 돌출되거나 삽입되는 피스톤로드(241)는 가이드홈(251)을 따라 이동하는 제2회동장치(230)의 위치에 따라 회동되면서 동작되게 된다.
제1회동장치(220)는 발판(210)을 좌측 또는 우측으로 회동시키도록 형성되고, 제2회동장치(230)는 발판(210)을 전방 또는 후방으로 회동시킬 수 있도록 형성되어 있어 재활 훈련을 하는 환자가 보행할 때 발목을 사용하여 실제 보행과 유사한 발목 운동을 할 수 있게 된다.
도 8은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부의 세부 구조를 나타낸 분해도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)의 제1회동장치(220)는 발판(210)이 결합될 수 있도록 상부가 평평하게 형성되는 제1회동판(221)과, 제1회동판(221) 하부에 전방에서 후방 방향으로 결합되어 제1회동판(221)을 좌측 또는 우측으로 회동시키는 제1회전축(222)과, 제1회전축(222)의 끝단에 결합되어 제1회전축(222)에 동력을 가하여 회전시키는 제1회전모터(223)로 이루어진다.
제2회동장치(230)는 상부에 제1회전축(222)이 전방에서 후방으로 결합될 수 있도록 형성되는 제2회동판(231)과, 제2회동판(231)의 하부에 일측에서 타측으로 결합되어 제2회동판(231)을 전방에서 후방 방향으로 회동시키는 제2회전축(232)과, 제2회전축(232)의 일측에 결합되어 제2회전축(232)과는 별개로 회전이 가능한 베어링(234)과, 제2회전축(232)의 타측에 결합되어 제2회전축(232)을 회전시키는 제2회전모터(233)로 이루어진다.
또한 피스톤로드(241)의 끝단은 제2회전축(232)의 타측에 결합되게 되며 제2회전모터(233)는 피스톤로드(241)에 결합되어 고정되며 제2회전축(232)은 피스톤로드(241)를 관통하여 제2회전모터(233)에 의해 회전이 가능하도록 형성된다.
제1회전축(222)과 제1회동판(221), 제2회전축(232)과 제2회동판(231)은 결합할 때 키로 결합되어 제1회전축(222) 또는 제2회전축(232)이 회전할 때 제1회동판(221)과 제2회동판(231)이 슬립 없이 회동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한 제2회전축(232)의 일측에 결합되는 베어링(234)은 도 7의 가이드홈(251) 내측에 삽입된 후 도 7의 가이드홈(251)에서 빠져나오지 못하도록 도 7의 가이드홈(251)의 크기보다 베어링(234)의 외경을 크게 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 도 7의 가이드홈(251) 내측에는 베어링(234)의 외경에 대응되는 크기의 홈이 형성되어 있어 상부에서 하부로 전면이 보이도록 절단한 단면이 "T"자가 되도록 해야 한다.
또한 베어링(234)은 피스톤로드(241)가 왕복운동하면서 제2회전축(232)을 도 7의 가이드홈(251)을 따라 이동 시킬 때 베어링(234)이 제2회전축(232)과는 독립적으로 회전하면서 축에 가해지는 마찰력을 감소시켜 부드럽게 이동시킬 수 있게 된다.
제1구동모터와 제2구동모터는 서보모터 또는 스텝모터로 이루어져 있어 위치제어가 가능하므로 제1회전축(222)과 제2회전축(232)을 회전시킬 때 회전되는 양을 제어할 수 있으므로 발판(210)의 회동을 보행 자세에 맞춰 능동적으로 변화시킬 수 있게 된다.
도 9는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)가 이동하는 이동 경로를 나타낸 측면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중증 장애자용 보행 재활 장치의 체간운동부(200)의 발판(210)은 실린더(240)에서 돌출 또는 삽입되어 왕복 운동하는 피스톤로드(241)에 의해 가이드홈(251)을 따라 위치가 이동되는 것을 특징으로 한다.
발판(210)은 가이드판(250)에 형성된 가이드홈(251)에 의해 구속된 상태로 가이드홈(251)을 따라 이동되도록 형성되어 있으며 실린더(240)의 피스톤로드(241)가 왕복 운동을 하게 가이드홈(251)을 따라 이동할 수 있게 된다.
가이드홈(251)은 보행할 때 발생하는 발의 경로를 따라 형성되어 있으므로 환자가 체간운동부(200)를 이용하여 보행하는 경우 다리의 근육과 관절을 실제 보행할 때와 같이 사용되기 때문에 실제로 보행하는 느낌을 받을 수 있게 된다.
또한 가이드판(250)에 형성되는 가이드홈(251)을 환자의 보행 자세에 맞춘 경로로 형성한 후 가이드판(250)을 교체하여 사용할 수도 있게 되고, 표준 보행 자세에 맞춘 경로를 사용하는 경우 재활 훈련을 하면서 보행 자세를 교정할 수도 있게 된다.
실린더(240)의 끝단은 회동대(242)에 결합되어 회동대(242)를 기준으로 실린더(240)가 상부 또는 하부 방향으로 회동할 수 있기 때문에 실린더(240)에 결합되는 피스톤로드(241)는 가이드홈(251)을 따라 높낮이가 변경되면서 발판(210)을 이동시킬 수 있게 된다.
또한 도 4의 제어장치(120)는 환자의 상태에 따라 발판(210)이 도 7의 가이드홈(251)을 따라 이동할 때 발판(210)이 수평상태를 유지할 수 있도록 제어할 수 있으며 이를 통해 환자의 발목에 부담이 가지 않도록 제어할 수도 있다.
도 10은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)가 회동하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중증 장애자용 보행 재활 장치의 체간운동부(200)의 발판(210)은 좌측 또는 우측으로 회동이 가능하여 환자의 보행 습관에 맞춰 발판(210)을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
발판(210)과 결합되는 제1회동장치(220)의 제1회동판(221)은 제1구동모터에 의해 제1회전축(222)이 회전되면 좌측 또는 우측으로 회동될 수 있어 보행하는 환자의 보행 습관에 맞춰 조절이 가능하다.
즉, 환자가 보행할 때 발바닥의 내측이나 외측이 먼저 닿는 습관을 가지는 경우 발목에 무리가 가기 때문에 발판(210)을 좌측 또는 우측으로 회동시켜 기울인 상태에서 보행하도록 하여 발바닥에 가해지는 하중이 균일하게 되도록 유도할 수 있다.
또한 체간운동부(200)의 발판(210)은 전방 또는 후방으로 위치에 따라 회동되어 환자가 발판(210)을 밟고 보행할 때 발목을 움직일 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
제1회동장치(220)의 하부에 형성된 제2회동장치(230)를 통해 발판(210)과 제1회동장치(220)를 전방 또는 후방 방향으로 회동시킬 수 있어 환자가 보행할 때 지면을 박차고 나가는 형상으로 발목운동을 할 수 있게 된다.
제2회동장치(230)는 도 7의 발판(210)이 가이드홈(251)을 따라 이동되는 위치에 따라 발판(210)의 회전량을 능동적으로 변화시켜 보행이 자연스럽게 이루어지도록 도 4의 제어장치(120)에 의해 제어된다.
또한 도 4의 제어 장치는 발판(210)에 형성되어 발판(210)에 가해지는 압력을 측정하는 압력센서(도시되지 않음)를 통해 환자가 보행할 때 발생하는 압력을 분석하여 환자가 올바른 보행을 유지할 수 있도록 발판(210)을 회동시켜 환자의 보행자세를 제어하는 것을 특징으로 한다.
발판(210)의 내부에는 다수의 압력센서(도시되지 않음)가 배치되어 있으며 환자가 보행할 때 발판(210)에 가해지는 하중의 분포를 압력센서를 통해 측정할 수 있게 된다.
도 4의 제어장치(120)는 환자가 발판(210)을 밟고 보행할 때 발생하는 하중 분포를 이용하여 특정 부위에 하중이 집중적으로 가해지지 않도록 제1회동장치(220)와 제2회동장치(230)를 이용하여 발판(210)을 회동시켜 균일한 하중을 받을 수 있도록 할 수 있다.
또한 환자의 상태에 따라 발판(210)이 도 12의 가이드홈(251)을 따라 이동할 때 발판(210)이 수평상태를 유지할 수 있도록 함으로써 환자의 발목에 부담이 가지 않도록 제어할 수도 있다.
도 11은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부(200)가 회동하며 이동하는 이동 경로를 나타낸 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중증 장애자용 보행 재활 장치의 제어장치(120)(도 4 참조)는 설정된 프로그램을 이용하여 체간운동부(200)의 발판(210)이 이동되는 속도를 제어하거나 발판(210)의 회전량을 위치에 따라 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
발판(210)은 가이드홈(251)에 구속된 상태에서 피스톤로드(241)의 왕복운동에 의해 가이드홈(251)을 따라 이동하게 되는데, 발판(210)이 이동되는 위치에 따라서 발판(210)이 회동되어 실제 보행할 때 발생하는 발목운동과 동일한 효과가 나타나도록 도 4의 제어장치(120)가 제어하게 된다.
이때 도 4의 제어장치(120)는 발판(210)의 위치를 판단할 수 있도록 가이드홈(251) 내부에 다수의 감지센서(도시되지 않음)가 배치되어 있을 수 있으며 감지센서(도시되지 않음)에 의해 발판(210)의 위치를 도 4의 제어장치(120)가 판단하게 되면 구간별로 발판(210)이 회동되도록 도 10의 제1회동장치(220)와 제2회동장치(230)를 구동시키게 된다.
또한 도 4의 제어장치(120)는 실린더(240)에 가해지는 유체의 입출력을 속도를 제어하여 발판(210)이 이동되는 속도를 조절할 수 있으며 이를 통해 환자의 보행 상태에 따라 보행 속도를 느리게 하거나 빠르게 조절할 수 있게 된다.
도 12는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 체간운동부의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 중증 장애자용 보행 재활 장치의 체간운동부(200)는 실린더(240)(도 11 참조)의 피스톤로드(241)의 운동에 의해 경로를 따라 발판(210)이 이동할 때 제2회동장치(230)에 형성된 제2회전축(232)이 피스톤로드(241)의 하중에 의해 축이 휘어지거나 손상이 발생하지 않도록 피스톤로드(241)가 베어링(234)과 거리가 가까워지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
피스톤로드(241)가 도 7과 같이, 제2회전축(232)에 결합될 때 베어랑과 거리가 이격된 상태인 경우 피스톤로드(241)가 제2회전축(232)을 밀거나 당길 때 제2회전축(232)의 끝단에 결합된 베어링(234)을 기준으로 모멘트가 발생하여 제2회전축(232)이 휘어져 손상이 발생할 수 있게 된다.
이를 방지하기 위해 피스톤로드(241)는 베어링(234)과 가까운 거리를 유지할 수 있도록 해야 하며, 보다 바람직하게는 피스톤로드(241) 및 도 11의 실린더(240)가 베어링(234)이 삽입된 도 7의 가이드판(250)에 간섭받지 않을 정도로 도 7의 가이드판(250)에 밀착되도록 하여 베어링(234)과의 이격되는 거리를 줄여야 한다.
또한 피스톤로드(241)의 위치가 변동됨에 따라 제2회전모터(233)를 고정시키기 위해 피스톤로드(241)의 끝단에는 중공으로 형성된 연결구(236)가 형성되고, 연결구(236)의 일면에는 도 7의 가이드판(250) 내부에 형성된 베어링(234)과 결합되는 지지축(237)이 돌출되고, 연결구(236)의 타면에는 내부에 제2회전축(232)이 삽입될 수 있도록 중공으로 형성된 중공축(238)이 돌출되게 된다.
중공축(238)의 끝단에는 제2회전모터(233)가 결합되어 제2회전축(232)을 회전시킬 수 있게 되며 제2회전축(232)이 회전할 때 마찰력을 줄여주기 위해 중공축(238)의 양 단에는 제2회전축(232)을 지지하도록 지지대(235)가 위치하게 된다.
피스톤로드(241)가 도 11의 실린더(240)에 의해 전진 또는 후진하게 되면 연결구(236)의 일면에 결합된 지지축(237)이 베어링(234)을 가압하여 베어링(234)이 도 11의 가이드홈(251)에 의해 경로를 따라 이동하게 되므로 연결구(236)가 중공축(238)에 결합된 제2회동장치(230)를 이동시킬 수 있게 된다.
또한 제2회동장치(230)가 발판(210)을 전방 또는 후방으로 회동시킬 수 있도록 하기 위해 중공축(238)의 상부면에는 제2회전축(232)과 결합되는 제2회동판(231)의 하부가 회동할 수 있도록 삽입홈(239)이 형성되게 된다.
삽입홈(239)을 통해 제2회동판(231)의 하부가 중공축(238) 내부로 삽입되고 이후 중공축(238) 내부에 제2회전축(232)을 삽입시킴으로써 제2회동판(231)과 제2회전축(232)이 서로 연결이 가능하며 후 제2회전모터(233)의 회전력에 의해 제2회동판(231)을 전방 또는 후방으로 회동시킬 수 있게 된다.
이때, 중공축(238)의 외면에서부터 내측으로 파여지는 삽입홈(239)의 깊이에 따라 제2회동판(231)이 물리적으로 회동될 수 있는 각도를 제어할 수 있게 되며, 설정된 각도보다 제2회동판(231)이 더 많이 회동하게 되는 경우 삽입홈(239)에 걸리게 되어 재활훈련하는 환자의 발목이 다치지 않도록 예방할 수 있게 된다.
도 13은 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 이송부(300)를 나타낸 사시도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 다른 중증 장애자용 보행 재활 장치의 이송부(300)의 이송판(310)은 위치제어가 가능한 이송모터(321)에 의해 프레임(100)의 후면에 진입한 휠체어의 상부로 이동되거나 체간운동부(200)(도1 참조)의 상부로 이송하면서 안전보호구(500)를 장착한 환자를 이동시키는 것을 특징으로 한다.
이송부(300)는 이송판(310)을 프레임(100)의 전면 또는 후면으로 이동할 수 있도록 이송장치(320)가 구비되어 있으며, 이송장치(320)는 프레임(100)의 상부에 형성되는 이송레일(324)과, 이송레일(324)을 따라 미끄럼 운동을 하며 이송판(310)에 결합되는 이송블록(323)과, 이송판(310)의 하부 중앙에 결합되어 회전량에 따라 이송판(310)을 설정된 거리만큼 이동시키는 볼스크루(322)와, 볼스크루(322)에 회전력을 가하는 이송모터(321)로 구성되어 있다.
이송판(310)의 하부에는 지지부(400)와 안전보호구(500)가 장착되어 있기 때문에 프레임(100)의 후면에 형성된 경사로에 휠체어를 타고 환자가 진입하면 안전보호구(500)를 착용할 수 있도록 이송부(300)의 이송장치(320)가 작동되면서 이송판(310)을 프레임(100) 후면 방향으로 이동된다.
환자가 안전보호구(500)를 착용할 때는 재활치료사나 의사의 도움을 통해 착용할 수 있으며 안전보호구(500)를 승강 시키는 장치를 형성시켜 환자가 스스로 착용한 후 승강장치에 의해 기립될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
안전보호구(500)를 착용한 환자는 이송판(310)에 결합된 안전보호구(500)에 의해 매달리거나 기립된 상태가 되며 이송판(310)이 이송장치(320)에 의해 프레임(100)의 전면으로 이동할 때 환자도 함께 이동될 수 있게 된다.
또한 안전보호구(500) 전면에 위치한 지지부(400)를 손으로 붙잡을 수 있도록 하여 이동 중에 몸이 흔들리는 것을 방지할 수 있게 된다.
이송장치(320)의 이송모터(321)는 위치제어가 가능하도록 서보모터로 형성되어 프레임(100)의 후면과 전면에 지정된 위치로 이송판(310)을 이동시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 14는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 지지부(400)를 나타낸 사시도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중증 장애자용 보행 재활 장치의 지지부(400)는 이송판(310) 하부 양측에 각각 결합되며 크기가 서로 다른 다수의 중공관으로 연결되어 길이를 조절할 수 있는 높이조절대(410)와, 각각의 높이조절대(410)의 하단 전면에서 후면으로 관통하여 결합된 후 끝단이 가로지르도록 연결되어 환자가 손으로 잡아 지지할 수 있도록 형성되는 지지대(430)와, 이송판(310) 상부에 형성되어 높이조절대(410)의 높이를 모터 또는 실린더를 이용하여 조절하는 구동유닛(420)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 지지부(400)는 환자의 신체 사이즈에 맞춰 높이를 조절하거나 전방 또는 후방으로 위치를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
높이조절대(410)는 중공관으로 형성되어 있고 이송판(310)에서 멀어질수록 중관관의 크기가 점차 작아지도록 하여 크기가 작은 중공관이 크기가 큰 중공관으로 삽입되거나 돌출될 수 있어 높이를 조절할 수 있도록 구성된다.
즉, 크기가 서로 다른 다수의 중공관을 다단으로 연결시킴으로써 길이를 연장하거나 줄일 수 있으며 높이조절대(410)의 끝단에는 이송판(310)의 상부에 형성된 구동유닛(420)과 연결된다.
구동유닛(420)의 동작에 의해 높이조절대(410)의 끝단을 이송판(310) 방향으로 상승시켜 크기가 큰 중공관 내부로 삽입되거나 도 4의 체간운동부(200) 방향으로 하강시켜 높이조절대(410)의 길이를 조절할 수 있게 된다.
이때 구동유닛(420)은 모터 또는 실린더로 구성되어 있어 높이조절대(410)의 중공관을 이동시킬 수 있게 되며, 모터를 이용하는 경우 와이어를 높이조절대(410) 끝단에 연결시킨 후 와이어를 감거나 풀어 조절할 수 있게 된다.
또한 지지대(430)는 "ㄷ"자 형상으로 이루어져 있어 양 끝단이 이송판(310)의 양측에 각각 위치한 높이조절대(410)의 전면에서 후면을 관통하도록 결합되어 환자가 도 14의 체간운동부(200)를 통해 재활 훈련을 할 때 환자 전면에 위치한 지지대(430)를 손으로 잡아 지지할 수 있게 된다.
지지대(430)는 높이조절대(410)의 승강에 의해 높낮이가 조절될 수 있고, 지지대(430)가 높이조절대(410)의 전면 또는 후면 방향으로 이동이 가능하므로 환자의 신체에 따라 지지대(430)의 위치를 조절하여 사용할 수 있게 된다.
도 15는 중증 장애자용 보행 재활 장치(1)의 안전보호구(500)를 나타낸 사시도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중증 장애자용 보행 재활 장치의 안전보호구(500)의 상부에는 탄성체(520)가 형성되어 있어 보행 중 균형을 잃고 넘어질 때 발생하는 충격을 완화시켜 주며 탄성체(520)를 교체하여 환자의 신체에 따라 장력을 조절하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
안전보호구(500)는 환자의 상체를 감싸 착용할 수 있도록 보호조끼(540)로 형성되어 있으며 보호조끼(540)의 상부 양측에는 팔을 넣어 겨드랑이가 지지될 수 있도록 하는 팔지지끈(530)이 형성되어 있고 보호조끼(540)의 하부 양측에는 다리를 넣어 사타구니가 지지될 수 있도록 하는 다리지지끈(550)이 형성되어 있다.
어깨근의 상부는 연결대(510)가 형성되어 있으며 연결대(510)는 도 13의 이송판(310) 하부에 결합되게 되고 안전보호구(500)를 착용한 환자가 넘어지거나 쓰러질 때 발생하는 충격을 완화시키기 위해 연결대(510)의 중간에는 탄성체(520)가 위치하게 된다.
탄성체(520)는 교체가 가능하여 환자의 몸무게에 따라 탄성력을 조절하여 사용이 가능하며 환자의 키에 따라 탄성체(520)의 길이를 변경하여 사용할 수도 있다.
보호조끼(540)의 전면에는 조절벨트(560)가 형성되어 있어 조끼를 상체에 밀착시켜 고정할 수 있도록 형성되고, 다리지지끈(550)에는 연결벨트(570)가 형성되어 있어 각각의 다리지지끈(550)에 다리를 넣은 후 다리지지끈(550)을 서로 연결시켜 다리가 지지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 가상현실 플랫폼을 포함하는 중증 장애자용 보행 재활 장치는,
환자의 체간을 들어 올린 상태로 환자를 미리 설정된 재활위치까지 이동시킬 수 있고, 보행재활훈련을 진행할 때 환자에게 3차원적인 공간영상을 제공함으로서, 환자가 평소에 익숙한 길을 가상공간으로 하여 심리적인 안정감을 부여할 수 있다.
따라서 심리적으로 거부감이 완화된 상태에서 중증 장애자, 즉 환자가 보행재활훈련에 임할 수 있으므로 훈련성과가 좋은 효과가 발생한다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 환자 자동 이송부
100 : 프레임 110 : 촬영장치
120 : 제어장치 130 : 출력장치
200 : 체간운동부 210 : 발판
220 : 제1회동장치 221 : 제1회동판
222 : 제1회전축 223 : 제1회전모터
230 : 제2회동장치 231 : 제2회동판
232 : 제2회전축 233 : 제2회전모터
234 : 베어링 235 : 지지대
236 : 연결구 237 : 지지축
238 : 중공축 239 : 삽입홈
240 : 실린더 241 : 피스톤로드
242 : 회동대 250 : 가이드판
251 : 가이드홈 300 : 이송부
310 : 이송판 320 : 이송장치
321 : 이송모터 322 : 볼스크루
323 : 이송블록 324 : 이송레일
400 : 지지부 410 : 높이조절대
420 : 구동유닛 430 : 지지대
500 : 안전보호구 510 : 연결대
520 : 탄성체 530 : 팔지지끈
540 : 보호조끼 550 : 다리지지끈
560 : 조절벨트 570 : 연결벨트
100 : 프레임 110 : 촬영장치
120 : 제어장치 130 : 출력장치
200 : 체간운동부 210 : 발판
220 : 제1회동장치 221 : 제1회동판
222 : 제1회전축 223 : 제1회전모터
230 : 제2회동장치 231 : 제2회동판
232 : 제2회전축 233 : 제2회전모터
234 : 베어링 235 : 지지대
236 : 연결구 237 : 지지축
238 : 중공축 239 : 삽입홈
240 : 실린더 241 : 피스톤로드
242 : 회동대 250 : 가이드판
251 : 가이드홈 300 : 이송부
310 : 이송판 320 : 이송장치
321 : 이송모터 322 : 볼스크루
323 : 이송블록 324 : 이송레일
400 : 지지부 410 : 높이조절대
420 : 구동유닛 430 : 지지대
500 : 안전보호구 510 : 연결대
520 : 탄성체 530 : 팔지지끈
540 : 보호조끼 550 : 다리지지끈
560 : 조절벨트 570 : 연결벨트
Claims (5)
- 환자의 체간을 들어 올린 상태로 상기 환자를 미리 설정된 재활위치까지 이동시키는 환자 자동 이송부;
선택한 보행패턴에 따라 상기 재활위치에서 상기 환자가 발판을 밟으면서 보행재활훈련을 진행할 수 있도록 구성되는 체간 운동부; 및
상기 환자가 상기 체간 운동부를 이용하여 보행재활훈련을 진행할 때, 가상현실방식 및 증강현실방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 상기 환자에게 3차원적인 공간영상을 제공하는 출력장치;
를 포함하는 중증 장애자용 보행 재활 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 체간 운동부는,
상기 보행패턴에 따라 상기 발판의 각도를 상하좌우방향으로 자동 이동시키며, 상기 환자의 신체적인 보행제한조건에 따라 상기 발판의 각도를 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중증 장애자용 보행 재활 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 보행패턴은,
평지걷기, 계단 오르기, 계단 내려오기, 경사로 오르기 및 경사로 내리기 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하며, 각 보행패턴의 보행높이, 보행너비 및 보행속도는 조절 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중증 장애자용 보행 재활 장치.
- 제1항에 있어서,
선택된 보행패턴에 따라 상기 체간 운동부의 동작을 제어하는 제어장치;를 더 포함하고,
상기 제어장치는 각 환자의 보행재활훈련에 대한 데이터를 저장하여 각 환자가 자신의 과거의 보행재활훈련 데이터를 참조하여 훈련 목표치를 설정할 수 있는 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 중증 장애자용 보행 재활 장치.
- 제4항에 있어서,
무릎의 움직임을 감지하는 무릎 위치감지센서가 장착되어 있으며 상기 환자의 무릎에 착용하여 무릎의 이동각도를 제한하는 무릎 가이드;를 더 포함하며,
상기 제어장치는 상기 무릎 가이드의 무릎 위치감지센서로부터 전송된 무릎의 이동각도를 고려하여 상기 체간 운동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 중증 장애자용 보행 재활 장치.
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