KR20200011074A - 재활 로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지지프레임; 및 상기 지지프레임의 양측으로 구비되며 복수로 연결되는 링크의 연동 작동에 의해 이동 가능한 것으로서, 재활대상자의 보행을 돕는 제1, 2 젠슨 메커니즘; 을 포함하고, 재활대상자가 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘에 발을 지지한 상태로 보행하는 것을 특징으로 하는 재활 로봇을 제공한다.

Description

재활 로봇{REHABILITATION ROBOT}
본 발명은 젠슨 메커니즘(JANSEN MECHANISM) 기반의 재활 로봇에 관한 것이다.
테오 얀센(Theo Yansen)은 융합형 예술가이다. 그는 예술 전공자가 아니라 델프트공과대학교(Delft University of Technology)에서 물리학을 공부한 과학자이다. 테오 얀센의 작품인 해변의 괴물(Strandbeest)은 노란색 플라스틱 관을 뼈대 로 삼아 접착테이프로 연결하고 다리는 16개이고, 등에는 부채 같은 깃털이 구비되어 있으며, 엔진도 모터도 없지만 바람이 불면 저절로 움직인다. 이러한 테오 얀센의 이동형 링크 구조를 기반으로 한 메커니즘을 통상 "얀센 메커니즘 또는 젠슨 메커니즘(이하 "젠슨 메커니즘" 이라 한다)"이라고 한다.
한편, 보행재활로봇으로 "로코멧(LOKOMAT, Hocoma사(스위스))"이 있다. 로코멧은 보행 장애를 가진 환자의 양다리와 허리를 치료사 3명이 붙잡고 걸음 연습을 시키던 이전의 치료 방법에서 벗어난 최첨단 로봇 보조장비이다. 로코멧은 각 관절마다 정밀 센서가 부착된 로봇 다리를 구비하고 있다. 환자는 로코멧의 로봇 다리를 착용하여 자신의 능력에 맞는 적절한 힘을 지원받으며 정상인의 걸음걸이에 가장 근접한 패턴의 보행 훈련을 장시간 지속적으로 수행할 수 있다.
그러나 로코멧 등과 같은 보행재활로봇은 굉장히 고가이다. 이는 시스템이 크고 복잡하며, 복잡한 제어 로직을 사용하기 때문이다. 또한, 러닝머신 기반 외골격 타입의 로봇으로 실제 지면 위에서의 보행과 괴리가 존재하고, 링크부의 하지 착용이 정밀하게 요구되며 시상면(sagittal plane)에 구속이 될 수밖에 없어 자연스러운 보행을 할 수 없다. 외골격 타입의 재활 로봇의 주된 단점은 링크부가 하지에 정렬되어 각 조인트의 토크를 생성해주게 되는데 링크부의 관성을 사용자가 이질적으로 느낄 수 있고 사용자의 의도를 완벽하게 파악하지 못하기 때문에 보다 큰 토크 보상이 이루어지게 되는데, 이는 수동적인 재활 운동이 될 수밖에 없다.
이에 대하여 본 발명은 젠슨 메커니즘을 이용한 링크 구조 기반의 새로운 이동형 재활 로봇을 제시하고자 한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0121051호(2009.11.25. 공개)
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예는 젠슨 메커니즘을 기반으로 재활대상자의 재활 보행 중 궤적 속도를 링크 메커니즘에 의해 기구적으로 동기화시킬 수 있는 재활 로봇을 제공하고자 한다.
본 발명은, 지지프레임; 및 상기 지지프레임의 양측으로 구비되며 복수로 연결되는 링크의 연동 작동에 의해 이동 가능한 것으로서, 재활대상자의 보행을 돕는 제1, 2 젠슨 메커니즘; 을 포함하고, 재활대상자가 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘에 발을 지지한 상태로 보행하는 것을 특징으로 하는 재활 로봇을 제공한다.
또한, 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘의 상부에는 핸들이 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘의 구동이 출력되는 제1, 2 젠슨 메커니즘의 하부에 재활대상자의 발을 지지할 수 있는 발 지지부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 발 지지부는 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘의 하부에 연결되는 연결축; 및 상기 연결축과 연결되고 재활대상자의 발이 삽입되는 발 고정부; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발 지지부는 연결프레임에 의해 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘 하부에 장공이 구비되며, 상기 장공에 결합부재 가 삽입되어 상기 연결프레임에 결합되고, 상기 결합부재는 상기 장공을 따라 이동할 수 있다.
또한, 상기 지지프레임은 제1 지지프레임; 및 상기 제1 지지프레임 상부에 위치하며, 양단이 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결되는 회전축을 포함하는 제2 지지프레임; 을 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전축은 모터와 연결되며, 상기 모터의 구동은 상기 회전축을 거쳐 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘에 전달될 수 있다.
또한, 상기 회전축과 상기 모터는 기어에 의해 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2 지지프레임 하부에 안장이 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 지지프레임과 제2 지지프레임 사이에 스프링 실린더가 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘은, 제1 링크(111), 제2 링크(112), 제3 링크(113), 제4 링크(114), 제5 링크(115), 제6 링크(116), 제7 링크(117), 제8 링크(118)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전축은 상기 제3 링크에 의해 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제3 링크는 길이 방향을 따라 장공이 천공되고, 상기 장공에 결합부재가 삽입되어 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘에 결합되며, 상기 결합부재는 상기 장공을 따라 이동할 수 있다.
또한, 상기 제1 링크는, 상기 제2 지지프레임 양측으로 구비되면서 상기 회전축의 양단을 회전 가능하도록 지지하며, 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 링크는 제1 연결포인트에 의해 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제3 링크는 제2 연결포인트에 의해 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 지지프레임 저면에 캐스터가 구비될 수 있다.
또한, 상기 지지프레임은 트레드밀에 설치되어 재활대상자가 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘에 발을 지지한 상태로 상기 트레드밀의 벨트에서 보행할 수 있다.
또한, 상기 지지프레임은 트레드밀의 벨트에 닿지 않도록 상기 트레드밀의 벨트 외곽에 구비되는 외곽프레임과 연결될 수 있다.
본 발명은 저비용으로 장치를 구성할 수 있다.
또한, 본 발명은 실제 지면에서 재활 운동을 할 수 있다.
또한, 기존 재활장치는 링크부의 하지 착용이 정밀하게 요구되나 본 발명은 착용이 간편하다.
또한, 본 발명은 젠슨 메커니즘을 이용한 링크 구조로서 복잡한 제어 로직이나 로봇 자코비언을 고려하지 않아도 실제 보행 중 궤적 속도를 동기화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 제1, 2 젠슨 메커니즘의 구동을 위한 핸들이 있어 사용자의 능동적인 참여를 유도할 수 있다.
또한, 본 발명의 재활 로봇을 통해 보행 재활이 필요한 반신 마비 및 하지 마비 환자의 효과적인 재활 치료법을 개발할 수 있고, 이를 통해 재활 전문 기업을 육성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 재활 로봇의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A 부분 확대도로서, 연결프레임을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 B 부분 확대도로서, 제3 링크를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 재활 로봇을 이용한 보행 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 재활 로봇의 제1, 2 젠슨 메커니즘의 작동을 설명하기 위한 제1, 2 젠슨 메커니즘의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 재활 로봇의 제1, 2 젠슨 메커니즘의 작동을 설명하기 위해 제1, 2 젠슨 메커니즘을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예로서 재활 로봇이 트레드밀에 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
젠슨 메커니즘(JANSEN MECHANISM)은 복수의 링크를 연동 작동이 가능하도록 힌지축으로 연결하여 힘을 가할 경우 링크의 유기적인 작동에 의해 이동 가능한 링크 구조체이다. 이러한 젠슨 메커니즘은 이미 알려져 있다. 본 발명은 젠슨 메커니즘을 이용한 링크 구조 기반의 새로운 이동형 재활 로봇을 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 재활 로봇의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
본 발명은 지지프레임(10)을 사이에 두고 지지프레임(10)의 좌, 우 양측으로 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)이 구비된다.
지지프레임(10)에는 재활대상자가 앉을 수 있는 안장(17)과, 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)에 동력을 전달하기 위한 회전축(13)과 회전축(13)과 연결되는 모터(14)가 구비된다. 지지프레임(10) 하부에는 이동이 용이하도록 캐스터(30)가 구비될 수 있다.
제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)은 동일한 구조이다. 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)은 지지프레임(10)을 사이에 두고 서로 마주보도록 대향 설치된다. 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)은 여러 개의 링크가 힌지축(103)에 의해 연결되어 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)에 힘을 가할 경우 각 링크가 유기적으로 작동하면서 이동하는 메커니즘이다. 이러한 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)은 이미 알려진 다양한 형태의 구성을 채용할 수 있으며, 작동 메커니즘에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
일 실시예로, 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)은 제1 링크(111), 제2 링크(112), 제3 링크(113), 제4 링크(114), 제5 링크(115), 제6 링크(116), 제7 링크(117), 제8 링크(118)로 이루어질 수 있다.
제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)의 상부에는 핸들(40)이 구비될 수 있다. 재활대상자가 핸들(40)을 손으로 잡고 회전시키면 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)에 힘이 전달된다. 이러한 링크의 유기적인 연동 작동에 의해 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)이 이동한다. 일 실시예에 있어서, 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)의 링크는 삼각형 링크 형태, 일자 링크 형태 등 공지된 다양한 형태의 구성을 채용할 수 있다.
제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)의 하부에는 재활대상자의 발을 지지할 수 있는 발 지지부(20)가 구비된다. 재활대상자가 발 지지부(20)에 발을 삽입 고정한 상태에서 핸들(40)을 손으로 잡고 회전시키면, 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)에 힘이 전달된다. 이로 인해 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)이 사람과 유사한 보행 작동을 하면서 이동한다. 이러한 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)의 보행 작동의 도움을 받으면서 재활대상자가 보행 훈련을 할 수 있다.
지지프레임(10)은 하부에 위치하는 제1 지지프레임(11) 및 제1 지지프레임(11)의 상부에 위치하는 제2 지지프레임(12)을 포함한다.
제1 지지프레임(11)은 재활 로봇 전체를 지탱하는 베이스 프레임으로서, 안정적인 구조로 설계되는 것이 바람직하다.
제1 지지프레임(11)과 제2 지지프레임(12) 사이에는 스프링 실린더(18)가 장착될 수 있다. 스프링 실린더(18)의 완충 작용을 통해 재활대상자를 보호할 수 있다.
제2 지지프레임(12)은 안장(17), 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)에 모터(14)의 구동을 전달하기 위한 회전축(13) 및 회전축(13)과 연결되는 모터(14)를 포함한다.
안장(17)은 재활대상자가 앉을 수 있는 자리를 제공한다. 일 실시예로서, 안장(17)은 스프링 안장일 수 있다. 안장(17)은 공지된 다양한 구성을 적용하여 재활대상자의 엉덩이 높이에 맞추어 높이 조절이 가능한 구조로 설계하는 것이 바람직하다. 안장(17)에는 엉덩이를 고정할 수 있는 힙 스트랩(Hip strap)이 구비될 수 있다.
모터(14)는 제1 기어(15)를 포함한다. 회전축(13)은 제2 지지프레임(12)에 회전 가능하도록 설치된다. 회전축(13)의 좌, 우 양단은 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)과 연결된다. 회전축(13)은 제2 기어(16)를 포함한다.
모터(14)의 동력은 제1 기어(15)를 거쳐 맞물려 있는 제2 기어(16)로 전달된다. 제2 기어(16)의 회전에 의해 회전축(13)이 회전한다. 회전축(13)의 회전력은 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)으로 전달되어 재활대상자의 보행을 돕는다.
발 지지부(20)는 연결프레임(23)에 의해 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)의 하부에 연결된다. 발 지지부(20)는 연결축(21) 및 연결축(21)에 구비되는 발 고정부(22)를 포함한다.
연결축(21)은 연결프레임(23) 하단에 위치한다. 제1 지지프레임(11)을 향하는 연결축(21)의 일측 단부에는 발 고정부(22)가 구비된다. 발 고정부(22)는 재활대상자의 발을 삽입하여 안정적으로 고정할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 발 고정부(22)에는 재활대상자의 발목을 고정할 수 있는 앵클 스트랩(Ankle strap)이 구비될 수 있다.
도 2는 도 1의 A 부분 확대도로서, 연결프레임을 나타내는 도면이다.
연결프레임(23)의 하단에는 연결축(21)이 연결된다. 연결프레임(23)은 볼트 등과 같은 결합부재(50a)에 의해 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)과 연결된다. 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)의 하부의 제8 링크(118)에는 장공(118a)이 구비된다. 결합부재(50a)는 장공(118a)에 삽입된 상태로 연결프레임(23)에 결합된다. 결합부재(50a)는 복수로 구비될 수 있다. 결합부재(50a)는 장공(118a)을 따라 이동하면서 연결프레임(23)을 원하는 위치에 고정할 수 있다.
구체적으로 결합부재(50a)를 느슨하게 푼 상태에서 연결프레임(23)을 아래로 내리거나 또는 위로 올려 재활대상자의 신체에 발 지지부(20)의 위치를 맞춘다. 발 지지부(20)의 위치 조정 후 결합부재(50a)를 조여 연결프레임(23)을 고정한다. 결합부재(50a)와 장공(118a)은 발 지지부(20)의 위치 조정을 위한 구성요소이다.
도 3은 도 1의 B 부분 확대도로서, 제3 링크를 나타내는 도면이다.
회전축(13)의 좌, 우 양측 단부는 제3 링크(113)에 의해 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)과 연결될 수 있다.
제3 링크(113)는 길이 방향을 따라 장공(113a)이 천공된다. 장공(113a)에 볼트 등과 같은 결합부재(50b)가 삽입되어 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)에 결합된다. 결합부재(50b)는 복수로 구비될 수 있다.
결합부재(50b)는 제3 링크(113)의 장공(113a)을 따라 이동하면서 제3 링크(113)를 원하는 위치에서 고정할 수 있다.
구체적으로 결합부재(50b)를 느슨하게 푼 상태에서 제3 링크(113)를 아래로 내리거나 또는 위로 올려 재활대상자의 신체에 핸들(40)의 위치를 맞춘다. 핸들(40)의 위치 조정 후 결합부재(50b)를 조여 제3 링크(113)를 고정한다. 결합부재(50b)와 장공(113a)은 핸들(40)의 위치 조정을 위한 구성요소이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 재활 로봇을 이용한 보행 과정을 나타내는 도면이다.
안장(17)의 높이, 발 고정부(22)의 높이 및 핸들(40)의 높이를 재활대상자의 신체에 맞춘다. 재활대상자는 안장(17)에 앉은 상태에서 발을 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)에 마련된 발 고정부(22)에 삽입하여 고정한다.
이 상태에서 손으로 핸들(40)을 잡는다. 재활대상자가 힘을 주어 핸들(40)을 회전시키면 힘이 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)에 전달되면서 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)이 이동을 한다. 이동하는 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)의 도움을 받으면서 재활대상자는 보행 훈련을 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제1 실시예는 젠슨 메커니즘을 통해 실제 보행 중 제1, 2 젠슨 메커니즘의 궤적 속도와 링크 끝단의 궤적 속도를 로봇 자코비언이나 복잡한 제어로직이 필요 없이 기구적으로 구현할 수 있다. 구체적으로 본 발명의 제1 실시예는 모터(14)에 일정한 각속도를 입력하면 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)을 거쳐 발 지지부(20)로 전달되기 때문에 재활대상자가 보행 훈련을 할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서 안장(17)을 스프링 안장 방식으로 채택할 경우 재활대상자의 보행을 방해하지 않고 재활대상자의 고관절의 상하 움직임을 허락하면서 재활대상자의 낙상을 방지할 수 있어 재활 로봇의 안정성을 확보할 수 있다.
아울러 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)을 구동할 수 있는 핸들(40)이 있어 모터(14) 구동을 일정 비율로 줄이고, 재활대상자 자신의 상지 힘을 이용할 수 있기 때문에 재활대상자의 능동적인 참여를 유도할 수 있다.
재활대상자 자신의 상지 힘이 약하더라도 모터(14)의 힘을 지원받을 수 있다. 모터(14)의 힘은 제1 기어(15)를 통해 제2 기어(16)로 전달된다. 제2 기어(16)의 회전에 의해 회전축(13)이 회전하고, 회전축(13)의 회전력은 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)으로 전달된다. 이에 재활대상자 자신의 상지 힘이 약하더라도 어려움 없이 보행 훈련을 진행할 수 있다. 모터(14)는 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제1 실시예는 일상에서 보행하는 것과 같은 환경에서 재활대상자 자신의 의지로 걷기가 가능하도록 도와주는 하지 훈련 장치로서, 반복적인 보행 훈련을 통해 재활대상자가 독립보행을 할 수 있게 한다.
본 발명의 제1 실시예는 뇌졸중, 척수 손상, 뇌성마비, 다발성 경화증, 골관절염, 걸음장애 등과 같은 재활대상자의 보행 훈련에 활용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 재활 로봇의 제1, 2 젠슨 메커니즘의 작동을 설명하기 위한 제1, 2 젠슨 메커니즘의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 재활 로봇의 제1, 2 젠슨 메커니즘의 작동을 설명하기 위해 제1, 2 젠슨 메커니즘을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
지지프레임(10)은 제1 지지프레임(11) 및 제1 지지프레임(11)과 연결되면서 제1 지지프레임(11) 상부에 위치하는 제2 지지프레임(12)을 포함한다. 제2 지지프레임(12)의 양측으로 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)과 연결되는 프레임 구조의 제1 링크(111)가 구비된다. 제1 링크(111)는 회전축(13)의 양단을 회전 가능하도록 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
제1 링크(111)는 제1 연결포인트(111a)에 의해 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)과 회전 가능하도록 연결된다. 제3 링크(113)는 회전축(13)과 연결되면서 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)과 제2 연결포인트(111b)에 의해 회전 가능하도록 연결된다. 제1, 2 연결 포인트(111a, 111b)는 힌지축일 수 있다.
제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)을 구성하는 링크 수에는 제한이 없다. 일 실시예에 있어서, 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)은 제1 링크(111), 제2 링크(112), 제3 링크(113), 제4 링크(114), 제5 링크(115), 제6 링크(116), 제7 링크(117), 제8 링크(118) 등 총 8개의 링크 연결구조로 이루어질 수 있다.
제6 링크(116)와 제8 링크(118)의 2개 링크는 삼각형 구조의 링크일 수 있다. 제1 링크(111), 제2 링크(112), 제3 링크(113), 제4 링크(114), 제5 링크(115), 제7 링크(117)의 6개 링크는 일자형 링크 구조일 수 있다. 삼각형 구조의 링크인 제6 링크(116) 및 제8 링크(118)는 3개의 꼭지점 부위가 다른 일자형 링크와 힌지축에 의해 회전 가능하도록 연결될 수 있다.
재활대상자가 손으로 핸들(40)을 잡고 힘을 가하면, 핸들(40)과 연결된 삼각형 구조의 제6 링크(116)가 제1 연결포인트(111a)를 중심으로 회전하고, 이에 연동하여 제6 링크(116)와 연결된 제2 링크(112), 제5 링크(115), 제7 링크(117)가 작동한다. 제2 링크(112), 제5 링크(115), 제7 링크(117)의 작동에 연동하여 제4 링크(114)와 제8 링크(118)도 작동한다. 이러한 링크들의 유기적인 연동 작동에 의해 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)은 사람의 보행과 유사한 동작을 하면서 이동할 수 있다.
제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102) 하부의 제8 링크(118)는 발 지지부(20)와 연결되는 링크로서, 재활대상자는 제8 링크(118)의 보행 작동의 도움을 받으면서 보행 훈련을 할 수 있다.
재활대상자가 양측으로 구비되는 핸들(40)을 좌, 우 손으로 잡고 제1 젠슨 메커니즘(101)과 제2 젠슨 메커니즘(102)에 번갈아 힘을 가하기 때문에 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)이 사람이 보행하는 것과 같은 자연스러운 동작으로 움직이게 된다(도 6 참조). 이동하는 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)의 도움을 받으면서 재활대상자는 보행 훈련을 한다.
한편, 모터(14)의 구동은 제1 기어(15)를 거쳐 제2 기어(16)로 전달되어 회전축(13)이 회전한다. 회전축(13)이 회전함에 따라 회전축(13)과 연결된 제3 링크(113)가 작동한다. 제3 링크(113)는 제2 연결포인트(111b)에 의해 제2 링크(112), 제4 링크(114)와 연결되어 있기 때문에 제3 링크(113)의 작동은 제2 링크(112)와 제4 링크(114)에 전달된다. 제2 링크(112)와 제4 링크(114)가 움직임에 따라 이와 연결된 다른 링크들에 힘이 전달되어 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)의 보행 작동이 이루어진다.
이와 같이 재활대상자는 제1, 2 젠슨 메커니즘(101, 102)에 전달되는 모터(14) 구동의 도움을 받으면서 보행 훈련을 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예로서 재활 로봇이 트레드밀에 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제1 실시예는 재활대상자가 실제 지면에서 보행할 수 있도록 한 것이고, 본 발명의 제2 실시예는 재활대상자가 트레드밀(treadmill)의 벨트(belt)에서 보행할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예에서 캐스터(30)를 제거하고 지지프레임(10)을 트레드밀(60)에 장착한다.
제1 지지프레임(11)은 트레드밀(60)의 벨트(61) 작동에 방해를 주지 않도록 트레드밀(60)에 설치한다. 이를 위해 벨트(61)의 작동 영역을 벗어난 벨트(61)의 외곽프레임(62) 위에 제1 지지프레임(11)이 놓이도록 설치하는 것이 바람직하다.
일 실시예로서, 제1 지지프레임(11)은 "T" 등과 같은 형태로 구성될 수 있다. 제1 지지프레임(11)이 "T"와 같은 구조일 경우 제1 지지프레임(11)의 전방 좌, 우 양측 단부가 트레드밀(60)의 전방 외곽프레임(62)에 놓이도록 고정 설치한다.
제1 지지프레임(11)의 후방의 끝단부는 트레드밀(60)의 후방 외곽프레임(62)에 놓이도록 고정 설치한다.
본 발명의 제2 실시예는 트레드밀(60)의 회전무한 궤도의 벨트(61)와 같은 한정된 공간에서 재활대상자가 보행 훈련을 할 수 있기 때문에 제1 실시예에 비해 보행을 위한 넓은 공간을 확보하지 않아도 된다. 그뿐만 아니라 실제 지면에서 보행할 때와 같은 훈련 효과를 얻을 수 있다.
살펴본 바와 같이 본 발명은 복수의 링크로 이루어지는 젠슨 메커니즘을 이용한 링크 구조 기반의 새로운 이동형 재활 로봇을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 가볍고 복잡하지 않은 시스템으로 실제 지면 또는 트레드밀에서 재활 운동을 할 수 있다. 또한, 본 발명은 구동 핸들이 있어 100% 모터로부터의 구동이 아닌 사용자의 능동적인 참여를 유도할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 지지프레임
11 : 제1 지지프레임
12 : 제2 지지프레임
13 : 회전축
14 : 모터
15 : 제1 기어
16 : 제2 기어
17 : 안장
18 : 스프링 실린더
20 : 발 지지부
21 : 연결축
22 : 발 고정부
23 : 연결프레임
30 : 캐스터
40 : 핸들
50a, 50b : 결합부재
60 : 트레드밀
61 : 벨트
62 : 외곽프레임
101 : 제1 젠슨 메커니즘
102 : 제2 젠슨 메커니즘
103 : 힌지축
111 : 제1 링크
111a : 제1 연결포인트
111b : 제2 연결포인트
112 : 제2 링크
113 : 제3 링크
113a : 장공
114 : 제4 링크
115 : 제5 링크
116 : 제6 링크
117 : 제7 링크
118 : 제8 링크
118a : 장공

Claims (20)

  1. 지지프레임; 및
    상기 지지프레임의 양측으로 구비되며 복수로 연결되는 링크의 연동 작동에 의해 이동 가능한 것으로서, 재활대상자의 보행을 돕는 제1, 2 젠슨 메커니즘;
    을 포함하고,
    재활대상자가 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘에 발을 지지한 상태로 보행하는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1, 2 젠슨 메커니즘의 상부에는 핸들이 구비되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1, 2 젠슨 메커니즘의 구동이 출력되는 제1, 2 젠슨 메커니즘의 하부에 재활대상자의 발을 지지할 수 있는 발 지지부가 구비되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 발 지지부는,
    상기 제1, 2 젠슨 메커니즘의 하부에 연결되는 연결축; 및
    상기 연결축과 연결되고 재활대상자의 발이 삽입되는 발 고정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 발 지지부는 연결프레임에 의해 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1, 2 젠슨 메커니즘 하부에 장공이 구비되며, 상기 장공에 결합부재 가 삽입되어 상기 연결프레임에 결합되고, 상기 결합부재는 상기 장공을 따라 이동 가능한 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지프레임은,
    제1 지지프레임; 및
    상기 제1 지지프레임 상부에 위치하며, 양단이 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결되는 회전축을 포함하는 제2 지지프레임;
    을 포함하는 재활 로봇.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 회전축은 모터와 연결되며, 상기 모터의 구동은 상기 회전축을 거쳐 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘에 전달되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 회전축과 상기 모터는 기어에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 지지프레임 하부에 안장이 구비되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 지지프레임과 제2 지지프레임 사이에 스프링 실린더가 구비되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1, 2 젠슨 메커니즘은,
    제1 링크(111), 제2 링크(112), 제3 링크(113), 제4 링크(114), 제5 링크(115), 제6 링크(116), 제7 링크(117), 제8 링크(118)를 포함하는 재활 로봇.
  13. 제 12 항에 있어서
    상기 회전축은 상기 제3 링크에 의해 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제3 링크는 길이 방향을 따라 장공이 천공되고, 상기 장공에 결합부재가 삽입되어 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘에 결합되며, 상기 결합부재는 상기 장공을 따라 이동 가능한 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 링크는, 상기 제2 지지프레임 양측으로 구비되면서 상기 회전축의 양단을 회전 가능하도록 지지하며, 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 링크는 제1 연결포인트에 의해 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제3 링크는 제2 연결포인트에 의해 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘과 연결되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  18. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 지지프레임 저면에 캐스터가 구비되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지프레임은 트레드밀에 설치되어 재활대상자가 상기 제1, 2 젠슨 메커니즘에 발을 지지한 상태로 상기 트레드밀의 벨트에서 보행 가능한 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 재활 로봇.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 지지프레임은 트레드밀의 벨트에 닿지 않도록 상기 트레드밀의 벨트 외곽에 구비되는 외곽프레임과 연결되는 것을 특징으로 하는 재활 로봇.
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