WO2016006760A1 - 역하중 시스템 및 이를 구비하는 보행 훈련 장치 - Google Patents

역하중 시스템 및 이를 구비하는 보행 훈련 장치 Download PDF

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WO2016006760A1
WO2016006760A1 PCT/KR2014/008937 KR2014008937W WO2016006760A1 WO 2016006760 A1 WO2016006760 A1 WO 2016006760A1 KR 2014008937 W KR2014008937 W KR 2014008937W WO 2016006760 A1 WO2016006760 A1 WO 2016006760A1
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WO
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reverse load
walking
plate
pulley
cam
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/008937
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English (en)
French (fr)
Inventor
박광훈
이동찬
김종혁
Original Assignee
주식회사 피앤에스미캐닉스
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Filing date
Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/02—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B23/00—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body
    • A63B23/035—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously
    • A63B23/04—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously for lower limbs

Definitions

  • the present invention relates to a reverse load system and a walking training device having the same, and more particularly, to a reverse load system and a walking training device having the same, which compensate for a reverse load that varies according to a displacement of a walking trainer.
  • the gait training device is a device for rehabilitation of patients with paraplegia or patients with difficulty in walking because of abnormal leg joints and muscle strength.
  • the conventional load retractor is provided with a harness worn on the body of the walking trainer, and a drive motor for towing the harness.
  • a drive motor moves the harness upwards, a reverse load is applied to the walking trainer wearing the harness, thereby canceling at least a part of the load supported by the walking trainer.
  • the conventional walking training apparatus determines the reverse load applied to the walking trainer based on the walking trainer in the static state. Therefore, when the body of the walking trainer moves up and down according to the walking of the walking trainer during the walking training, a constant reverse load may not be applied to the walking trainer. As a result, the pedestrian may feel uncomfortable during pedestrian training and may not be stably supported.
  • the present invention provides a reverse load system and a walking training apparatus having the same, which can minimize the change in the reverse load applied to the walking trainer.
  • the present invention provides a walking load system and a walking training apparatus having the same, which can be stably supported by a walking trainer without feeling uncomfortable during walking training.
  • the present invention provides a reverse load system for providing a reverse load to an object, comprising: a dynamic compensator for compensating for a reverse load varying according to the displacement of the object, wherein the dynamic compensator includes a first plate movable in association with the displacement. And a second plate spaced apart from the first plate and movable, a connection wire connected to the first and second plates, and a dynamic compensation unit applying a friction force to the connection wire.
  • the apparatus may further include a static reverse load providing unit configured to provide a constant reverse load to the object, the pulley connected to the first plate, and a main wire wound around the pulley.
  • a static reverse load providing unit configured to provide a constant reverse load to the object, the pulley connected to the first plate, and a main wire wound around the pulley.
  • the dynamic compensation unit includes a pulley that rotates by the connection wire, a cam that is connected to the pulley to rotate, and an elastic body that provides frictional force to the cam that rotates.
  • the axis of rotation of the cam is disposed eccentrically at the center of gravity of the cam.
  • the dynamic compensation unit further includes a case for accommodating the cam and the elastic body, a cover for sealing the inside of the case, and a lever for adjusting the position of the cam, and lubricating oil is provided in the case.
  • the elastic body is disposed in two directions perpendicular to the axis of rotation of the cam.
  • the apparatus further includes an auxiliary compensator including a crimping plate which is spaced apart from and fixed to the second plate, and an elastic member disposed between the second plate and the crimping plate.
  • the auxiliary compensator further includes a guide for adjusting the fixed position of the pressing plate.
  • the static reverse load providing unit includes a driver connected to the main wire to provide a reverse load.
  • the present invention includes a harness worn on the body of a walking trainer, and the reverse load system according to any one of claims 1 to 9, which is connected to the harness and compensates for a reverse load which varies according to the displacement of the walking trainer.
  • a controller for changing the walking conditions of the walking trainer by controlling the driving of the reverse load system, the treadmill, or the walking assistance robot.
  • the walking training apparatus includes a dynamic compensator for compensating a reverse load varying according to the displacement of the walking trainer, the reverse load applied to the walking trainer even when the body of the walking trainer moves up and down during the walking training. Change can be minimized. Therefore, it is possible to reduce the walking fatigue of the walking trainer and improve the efficiency of the walking training.
  • the dynamic compensator since the dynamic compensator has a simple structure and can compensate for the reverse load that varies according to the displacement, the device can be simplified and space efficiency can be improved.
  • FIG. 1 is a view showing the operation of the reverse load system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a side configuration diagram showing a reverse load system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a side configuration diagram showing a dynamic compensator and an auxiliary compensator according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an exploded perspective view showing a dynamic compensation unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a side configuration diagram showing a walking training device according to an embodiment of the present invention.
  • the embodiment of the present invention describes an example of the reverse load system of the walking training device, the scope of application is not limited thereto, and may be used in various reverse load devices that can offset the load of the object having the load.
  • FIG. 1 is a view showing the operation of the reverse load system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a side configuration diagram showing a reverse load system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 according to an embodiment of the present invention 4 is an exploded perspective view illustrating a dynamic compensation unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a side configuration diagram illustrating a walking training device according to an embodiment of the present invention. to be.
  • the reverse load system 300 is a reverse load system for providing a reverse load to an object, dynamic compensation to compensate for the reverse load that varies according to the displacement of the object
  • the unit 330 may further include a static reverse load providing unit 350, a towing unit 310, an auxiliary compensation unit 370, and a support member 380.
  • the object may include a walking trainer (or a towing unit for towing a walking trainer) to perform the walking training.
  • Walking trainers are patients who have difficulty walking, and most of them are unable to support their weight.
  • the reverse load system 300 applies a reverse load to the walking trainer to offset at least a part of the load supported by the walking trainer. That is, the walking trainer may wear a harness 400 connected to the tow portion 310 of the reverse load system 300.
  • the towing unit 310 may include a support wire 311 connected to the harness 400, and a towing member 312 connected to the support wire 311 and the main wire 351 described later.
  • the reverse load transmitted by the main wire 351 of the reverse load system 300 was provided to the walking trainer through the traction member 312, the support wire 311, and the harness 400.
  • the structure and shape of the towing unit 310 may vary depending on the object.
  • the reverse load system 300 includes a dynamic compensator 330.
  • the dynamic compensation unit 330 compensates for the variable reverse load so that the reverse load can be suppressed from varying.
  • the static reverse load providing unit 350 includes a pulley 353 and a main wire 351 wound around the pulley 353, and is connected to the fixed pulley 354 and the main wire 351.
  • the driver 352 may be provided to provide a reverse load.
  • the main wire 351 may have one side connected to the towing member 312 and the other side connected to the driver 352 to be described later.
  • the main wire 351 may transfer the reverse load to the walking trainer while being released or wound by the driver 352.
  • the pulley 353 may be installed on an upper portion of the first plate 331 to be described later.
  • the main wire 351 is wound around the pulley 353 to move up and down according to the movement of the main wire 351.
  • the pulley 353 may cause the driver 352 to lift the walking trainer with less force than when the driver 352 directly transmits the reverse load to the walking trainer.
  • the driver 352 may further obtain a gain of the force pulling the walking trainer.
  • two moving pulleys 353 may be provided.
  • the number of the pulley 353 is provided is not limited thereto and may vary.
  • the fixed pulley 354 may be disposed above the pulley 353 to be fixed by the fixing member 355.
  • the main pulley 351 is wound around the fixed pulley 354 and provided with the number of pulleys 353 provided therein so that the pulley 353 may be linked with the pulley 353.
  • the position of the fixed pulley 354 or the number provided is not limited thereto and may vary.
  • the driver 352 may be a driving motor connected to the main wire 351.
  • the main wire 352 is wound or released in accordance with the rotation direction of the drive motor it can transfer the reverse load to the walking trainer.
  • the present invention is not limited thereto, and the reverse load may be provided to the walker.
  • the driver 352 provides a reverse load based on the load of the walking trainer who wears the harness 400 before performing the walking training in the static state or the stationary state. Therefore, when the walking trainer generates displacement up and down while performing dynamic, that is, walking training, it cannot compensate for the reverse load that varies according to the displacement.
  • the variable reverse load may cause pedestrians to feel uncomfortable during pedestrian training, and prevent pedestrians from being stably supported, resulting in safety accidents.
  • the dynamic compensation unit 330 may be provided to compensate for the reverse load that varies depending on the dynamic state of the walking trainer.
  • the dynamic compensator 330 may include a first plate 331 movable in association with the displacement, a second plate 332 spaced from the first plate 331, and movable.
  • Connection wire 333 is connected to the first and second plates 332, and the dynamic compensation unit 335 for applying a friction force to the connection wire 333.
  • the first plate 331 is formed in a plate shape may be formed in various forms such as a disc, a square plate.
  • the first plate 331 may have a pulley 353 installed at an upper portion thereof to move up and down according to the movement of the pulley 353.
  • the second plate 332 is formed in a plate shape may be formed in various forms such as a disc, a square plate.
  • the second plate 332 is spaced apart downward from the first plate 331.
  • the second plate 332 may move up and down.
  • connection wire 333 One end of the connection wire 333 is connected to the first plate 331 and the other end is connected to the second plate 332.
  • the connection wire 333 may also move along the first plate 331.
  • An elastic body 335d that provides frictional force to 335b and 335c may further include a case 335f, a cover 335g, and a lever 335h.
  • the pulley 335a may be formed in a disc shape and may rotate about a central axis. A groove is formed around the pulley 335a so that the connection wire 333 may contact the groove of the pulley 335a. Accordingly, the connection wire 333 may rotate the pulley 335a which is in contact while moving up and down along the first plate 331.
  • the shape of the pulley 335a may be various but not limited thereto.
  • the cams 335b and 335c may include a rotation shaft 335c connected to the pulley 335a to rotate and a cam part 335b provided on the rotation shaft 335c.
  • the cam portion 335b may be formed in a disc shape, and the rotation shaft 335c may be eccentrically connected at the center of gravity of the cam portion 335b.
  • the radius of rotation of one side and the other side of the cam portion 335b by the rotation shaft 335c may vary. Therefore, the portion of the large rotation radius of the cam portion 335b rotates while compressing the elastic body 335d by pushing the contact member 335e connected to the elastic body 335d or the elastic body 335d, which will be described later, from the elastic body 335d. Greater friction can be provided.
  • the portion of the cam 335b that has a small radius of rotation does not come into contact with or is less in contact with the elastic member 335d or the contact member 335e connected to the elastic member 335d so that the frictional force is not provided from the elastic member 335d or only a small frictional force is achieved. Can be provided.
  • the cam portion may be formed by protruding part.
  • the radius of rotation of the protruding portion and the non-protruding portion of the cam portion by the rotating shaft 335c may vary.
  • the protruding portion of the cam portion provides greater friction from the elastic body 335d because the cam portion rotates while pushing the elastic body 335d in more contact with the elastic body 335d or the contact member 335e connected to the elastic body 335d to be described later. I can receive it.
  • the non-protruding portion of the cam part may not be in contact with or less contact with the elastic body 335d so that the frictional force may not be provided from the elastic body 335d or only a small frictional force may be provided.
  • the shape of the cam portion is not limited thereto and may vary.
  • the elastic body 335d may be a spring having an elastic force.
  • one or more elastic bodies 335d may be disposed in a direction orthogonal to the rotation axis 335c of the cam.
  • the rotation radius of the cam portion 335b may be in direct or indirect contact with the protruding portion, thereby preventing the rotation of the cam portion 335b.
  • the rotation of the pulley 335a connected to the cams 335b and 335c is disturbed, and a friction force may be applied to the connection wire 333 which moves in contact with the pulley 335a.
  • the elastic body may be disposed in two directions orthogonal to the rotation axis 335c of the cam and disposed on the upper side and the side of the cam part 335b. Accordingly, the frictional force of the cam portion 335b is not provided with a frictional force in a section in which the rotation radius of the cam portion 335b is large or a protruding portion is provided with a frictional force in a section in which the elastic body 335e is not disposed. You can choose when to provide the That is, the cam portion 335b compresses the upper elastic body 335d by applying a force upward while rotating.
  • the compressed elastic body 335d provides a force in a direction opposite to the force transmitted by the cam portion 335b while being lowered by the elastic force. Accordingly, the force of the elastic body 335d may be transmitted to the cam portion 335b in a direction different from the rotation direction of the cam portion 335b to hinder the rotation of the cam portion 335b.
  • the elastic body 335d provided on the side of the cam portion 335b is also compressed by the rotating cam portion 335b and extends while transmitting a force to the cam portion 335b in a direction different from the rotational direction of the cam portion 335b. ) May interfere with the rotation of.
  • the lever 335h may be connected to the cams 335b and 335c to rotate the cam part 335b to set a time point at which the cam part 335b is provided with an elastic force from the elastic body 335d. Accordingly, it is possible to set the starting point of the dynamic compensation according to the situation of the walking trainer.
  • the elastic body 335d is disposed in four or three directions, it can be miniaturized, thereby facilitating installation and maintenance.
  • the present invention is not limited thereto, and various members having elastic force such as urethane may be used.
  • the contact member 335e may be further provided on the elastic body 335d.
  • the contact member 335e may be formed in a plate shape to contact the rotating cam part 335b. Therefore, the elastic body 335d can be indirectly contacted with the cam portion 335b through the contact member 335e, thereby preventing the elastic body 335d from being worn or damaged by the rotating cam portion 335b.
  • the case 335f forms an inner space for accommodating the cam portion 335b and the elastic body 335d, and part of the case 335f may be opened. Accordingly, the elastic body 335d may be installed on the inner wall of the case 335f and the cam part 335b may rotate inside the case 335f.
  • a cover 335g may be provided at an open portion of the case 335f to seal the inside of the case 335f. Therefore, when the cam part 335b, the elastic body 335d, or the contact member 335e is damaged, the cover 335g can be opened for easy repair.
  • lubricating oil is provided inside the sealed case 335f to allow the cams 335b and 335c to easily rotate inside the case 335f.
  • the dynamic compensation unit 335 may interfere with the movement of the connection wire 333 to move up and down along the pulley 353 and the first plate 331 while contacting the connection wire 333. That is, in the dynamic compensation unit 335, the elastic body 335d applies frictional force to the cams 335b and 335c in a direction different from the rotation direction of the cams 335b and 335c to hinder the rotation of the cams 335b and 335c. . Accordingly, the friction between the connection wire 333 and the pulley 335a to rotate the pulley 335a is also prevented by the rotation of the pulley 335a connected to the cams 335b and 335c by the friction force applied by the elastic body 335d. This can happen.
  • the dynamic compensator 330 has a simple structure and can compensate for the reverse load that varies according to the displacement, thereby simplifying the device and improving space efficiency.
  • the auxiliary compensator 370 may include a crimping plate 371 that is spaced apart from the second plate 332 and fixed upward, and an elastic member disposed between the second plate 332 and the crimping plate 371. 337, and may further include a support bar 375, a connection block 372, and a guide 374.
  • the pressing plate 371 is formed in a plate shape and disposed between the first plate 331 and the second plate 332.
  • the pressing plate 371 serves to press the elastic member 373 to be described later.
  • the guide 374 extends in the longitudinal direction and is connected to the pressing plate 371.
  • the guide 374 may adjust the fixed position of the crimping plate 371.
  • the guide 374 may be a ball screw, the position of the pressing plate 371 can be adjusted up and down.
  • the pressing plate 371 can be moved up and down to adjust the degree to which the pressing plate 371 compresses the elastic member 373 to be described later. Accordingly, the pulley 353 is pulled by the amount of displacement of the elastic member 373, so that the walking load is compensated for the reverse load by the amount of displacement of the elastic member 373.
  • the support bar 375 extends in the longitudinal direction to penetrate the pressing plate 371 and is disposed between the first plate 331 and the second plate 332. Thus, when the first plate 331 moves upward or downward, the second plate 332 connected through the support bar 375 may also move upward or downward along the first plate 331.
  • connection block 372 has a lower portion connected to the second plate 332 and an upper portion connected to the support bar 375 to serve to connect the support bar 375 and the second plate 332.
  • the elastic member 373 may be a spring having an elastic force.
  • the elastic member 373 may be provided between the pressing plate 371 and the connection block 372 and may be disposed while surrounding the support bar 375. Accordingly, when the first plate 331 moves upward, the second plate 332 and the connection block 372 may also move upward by the support bar 375. Then, the connecting block 372 moves upward and moves the elastic member 373 upward, but the pressing plate 371 above the elastic member 373 is fixed so that the connection block 372 and the pressing plate 371 are fixed therebetween. Can be compressed.
  • the elastic force in the downward direction may be provided to the connection block 372 to move upward by the elastic force.
  • the elastic member 373 is not limited to this, and various members having elastic force may be used.
  • the auxiliary compensation unit 350 may provide a static or dynamic compensation auxiliary.
  • the driver 352 of the static reverse load providing unit 350 when operated to provide a reverse load to the walking trainer, the lower side of the second plate 332 is provided because the elastic member 373 provides a force to be stretched. The force to move to may be provided. Then, as the second plate 332 moves downward, the main wire 351 wound on the pulley 353 may be pulled by transmitting a force to move downward to the first plate 331 and the pulley 353. have.
  • the driver 352 may provide the reverse load to the walking trainer by pulling the main wire 351 with a small force.
  • the reverse load applied through the driver 352 may vary due to the displacement change of the walking trainer.
  • the dynamic compensation unit 330 can compensate for the variable reverse load.
  • the supplementary compensator 370 may also assist with dynamic compensation.
  • the pulley 353 connected by the main wire 351 may move up and down to compress or extend the elastic member 373 through the second plate 332. Since the elastic member 373 has an elastic force, the elastic member 373 provides an elastic force in a direction opposite to the force transmitted through the second plate 332. Therefore, the movement of the pulley 353 and the main wire 351 may be prevented and the variation of the reverse load with the dynamic compensator 330 may be minimized by the displacement.
  • the support member 380 is provided between the first plate 331 and the pressing plate 371 to support the dynamic compensator 330 and the auxiliary compensator 370.
  • the position where the support member 380 is disposed may be various but not limited thereto.
  • the walking training device according to an embodiment of the present invention, the harness 400 worn on the body of the walking trainer, and the reverse load connected to the harness 400 and varies depending on the displacement of the walking trainer
  • a treadmill 100 comprising a reverse load system 300 having a dynamic compensator for compensating and providing a walking surface at a specified speed to a walking trainer and a walking assistance robot 200 or a controller worn on the walking trainer's lower leg. 500 may be included.
  • the harness 400 is formed in a shape that is worn on the body of the walking trainer can be connected to the reverse load system 300.
  • the harness 400 and the reverse load system 300 may be separated, and when the walking trainer equipped with the harness 400 stands on the treadmill 100, the harness 400 and the reverse load system 300 may be connected.
  • the reverse load applied by the reverse load system 300 may be transmitted to the walking trainer wearing the harness 400.
  • the treadmill 100 provides a walking surface to the walking trainer to continue the walking training in place.
  • the treadmill 100 can operate within a range of 0.3 ⁇ 3.0km / h at a walking speed synchronized with the walking aid robot 200 during the operation of the walking training device, the controller 500 according to the status and training purpose of the walking trainer Can be controlled automatically. It may also be operated manually according to the will of the walking trainer. Wheels are installed at the bottom of the treadmill 100 to allow movement and to fix the position of the device after the movement through the brakes.
  • the walking aid robot 200 may be formed in a shape that is worn on the lower legs of the walking trainer.
  • the walking aid robot 200 includes a hip robot 210 worn on the hip joint of the lower limb joint, a knee robot 220 worn on the knee joint, and an ankle robot 230 worn on the ankle joint. Only one joint robot can be selected and used.
  • the walking assistant robot 200 is mounted on both legs of the walking trainer and functions to assist the walking of a walking trainer with a disability.
  • between the robots of the walking aid robot 200 may be provided with a length adjuster (not shown) that can be adjusted according to the length of the legs of the walking trainer.
  • the length adjuster can be automatically adjusted according to the body shape of the walking trainer, and can finely adjust the segment length manually if an error occurs after the automatic length adjustment.
  • the controller 500 may control the driving of the reverse load system 300, the treadmill 100, and the walking assistance robot 200 to change the walking conditions of the walking trainer, and generate or store driving information.
  • the controller 500 may include an input unit 510, a main body 511 including a control unit such as information storage means and a control circuit, and a monitor unit 520 that outputs a control state to a screen.
  • the controller 500 may operate the treadmill 100 within the input range. .
  • the reverse load system 300 is a reverse load system that provides a reverse load to an object, and includes a dynamic compensator 330 for compensating a reverse load that varies according to the displacement of the walking trainer, and provides a reverse load to the walking trainer.
  • it supports pedestrian trainer stably to reduce the safety accidents that can occur to pedestrian trainees during pedestrian training by variable back load
  • the dynamic compensator has a simple structure to compensate for the reverse load that varies according to displacement. Can simplify the device and improve space efficiency.
  • the walking trainer should wear the harness 400 in a stationary state.
  • the main wire 351 connected to the harness 400 may be pulled by operating the driver of the static reverse load providing unit 350. Then, the harness 400 may transfer the reverse load to the walking trainer while moving upward by the main wire 351.
  • the magnitude of the reverse load provided by the driver may vary depending on the training conditions of the walking trainer.
  • the walking trainer who is authorized to load, may perform walking training at a constant speed on the treadmill 100.
  • the speed of the treadmill 100 may vary depending on the training conditions of the walking trainer.
  • displacement since the walking trainees move while performing the walking training, displacement may occur up and down.
  • the reverse load applied while the harness 400 which constantly transmits the reverse load by the driver to the walking trainer moves up and down by the walking trainer may be variable.
  • the pulley 353 on which the main wire 351 is wound is raised. Then, the first plate 331, the connection wire 333, and the second plate 332 connected thereto move upward. Then, as the connection wire 333 moves upward, the pulley 335a of the dynamic compensation unit 335 rotates, and the cam part 335b connected to the pulley 335a rotates. At this time, the rotation radius of the cam portion 335b is large or protruded while rotating the contact member 335e while hitting the contact member 335e.
  • the elastic body 335d connected to the contact member 335e may be pressed to apply a force to be extended to the contact member 335e by the elastic force. Therefore, the contact member 335e may apply frictional force to the cam portion 335b to hinder the rotation of the cam portion 335b. Accordingly, while the rotation of the pulley 335a connected to the cam portion 335b is also hindered, the friction force may be provided to the connection wire 333 in contact with the pulley 335a in a direction opposite to the moving direction of the connection wire 333. That is, it is possible to reduce the reverse load change due to the displacement by compensating for the variable reverse load by interfering with the movement of the pulley 353 moving upward by the walking trainer. On the contrary, when the walking trainer moves upward, the dynamic compensation unit 335 may compensate for the variable reverse load by providing a friction force in a direction opposite to the moving direction of the pulley 353.
  • the second plate 332 and the connection block 372 are raised.
  • the elastic member 373 also tries to move upward, but the connection block 372 and the compression plate 371 cannot be moved upward by the pressing plate 371 above the elastic member 373. Is compressed between). Then, while the elastic member 373 compressed by the elastic force is about to stretch, it is possible to provide a force downward to the connection block 372. Accordingly, the second plate 332, the first plate 331 and the pulley 353 as well as the connection block 372 can be suppressed from rising to compensate for the reverse load which is varied by the displacement of the walking trainer. have.
  • the compression rate of the elastic member 373 is adjusted through the guide 374, the magnitude of the elastic force applied through the elastic member 373 may be adjusted.
  • the elastic member 373 may compensate for the variable reverse load by providing an elastic force in a direction opposite to the moving direction of the pulley 353. Therefore, it is possible to reduce the walking fatigue of the walking trainer and improve the efficiency of the walking training. In addition, it is possible to stably support the walking trainer to reduce the safety accidents that may occur to the walking trainer during the pedestrian training by the variable reverse load.
  • the reverse load system provided in the walking training device has been exemplarily described, but the application range is not limited thereto, and may be used in various reverse load devices capable of offsetting the load of the object having the load.

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Abstract

본 발명은 역하중 시스템 및 이를 구비하는 보행 훈련 장치에 관한 것으로, 대상물의 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해주는 동적보상부를 포함하고, 상기 동적보상부는, 상기 변위에 연동하여 이동가능한 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트와 이격배치되고 이동가능한 제2 플레이트, 상기 제1 및 제2 플레이트에 연결되는 연결와이어, 및 상기 연결와이어에 마찰력을 인가하는 동적보상유닛을 포함하여 대상물의 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해주는 역하중 시스템 및 이를 구비하는 보행 훈련 장치에 관한 것이다.

Description

역하중 시스템 및 이를 구비하는 보행 훈련 장치
본 발명은 역하중 시스템 및 이를 구비하는 보행 훈련 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보행훈련자의 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해주는 역하중 시스템 및 이를 구비하는 보행 훈련 장치에 관한 것이다.
일반적으로 보행 훈련 장치는 하반신 마비 증세가 있는 환자 또는 다리 관절과 근력에 이상이 있어 정상적인 보행이 곤란한 환자들의 재활을 위한 장치이다.
보행이 불편한 환자들은 대부분 자신의 체중을 지탱하기 어렵다. 따라서, 종래의 하중 견인기는 보행훈련자의 몸체에 착용되는 하네스와, 하네스를 견인하기 위한 구동모터로 구비하였다. 구동모터가 하네스를 상측으로 이동시키면 하네스를 착용한 보행훈련자에게 역하중이 인가되어 보행훈련자가 지탱하는 하중의 적어도 일부가 상쇄되었다.
하지만, 종래의 보행 훈련 장치는 정적인 상태의 보행훈련자를 기준으로 보행훈련자에게 인가되는 역하중을 결정하였다. 따라서, 보행 훈련시 보행훈련자의 보행에 따라 보행훈련자의 몸체가 상하로 움직이게 되면, 보행훈련자에게 일정한 역하중이 인가되지 못할 수 있다. 이에, 보행 훈련 시 보행훈련자가 불편함을 느끼고, 안정적으로 지지되지 못해 안전사고가 발생할 수 있다.
(선행문헌) 한국공개특허 제2009-0104261호
본 발명은 보행훈련자에게 인가되는 역하중의 변화를 최소화할 수 있는 역하중 시스템 및 이를 구비하는 보행 훈련 장치를 제공한다.
본 발명은 보행훈련자가 보행 훈련 시 불편함을 느끼지 않고 안정적으로 지지될 수 있는 역하중 시스템 및 이를 구비하는 보행 훈련 장치를 제공한다.
본 발명은 대상물에 역하중을 제공하는 역하중 시스템에 있어서, 상기 대상물의 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해주는 동적보상부를 포함하고, 상기 동적보상부는, 상기 변위에 연동하여 이동가능한 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트와 이격배치되고 이동가능한 제2 플레이트, 상기 제1 및 제2 플레이트에 연결되는 연결와이어, 및 상기 연결와이어에 마찰력을 인가하는 동적보상유닛을 포함한다.
상기 대상물에 일정한 역하중을 제공하고, 상기 제1 플레이트에 연결되는 움직도르래, 및 상기 움직도르래에 감겨지는 메인와어어를 포함하는 정적 역하중 제공부를 더 포함한다.
상기 동적보상유닛은, 상기 연결와이어에 의해 회전하는 풀리, 상기 풀리와 연결되어 회전하는 캠, 회전하는 상기 캠에 마찰력을 제공하는 탄성체를 포함한다.
상기 캠의 회전축은 상기 캠의 무게중심부에서 편심되어 배치된다.
상기 동적보상유닛은, 상기 캠과 상기 탄성체를 수납하는 케이스, 상기 케이스 내부를 밀봉하는 커버, 및 상기 캠의 위치를 조절하는 레버를 더 포함하고, 상기 케이스 내부에 윤활유가 제공된다.
상기 탄성체는 상기 캠의 회전축과 직교하는 두 개의 방향으로 배치된다.
상기 제2 플레이트와 상측으로 이격배치되어 고정되는 압착플레이트, 및 상기 제2 플레이트와 상기 압착플레이트 사이에 배치되는 탄성부재를 구비하는 보조보상부를 더 포함한다.
상기 보조보상부는, 상기 압착플레이트의 고정위치를 조절하는 가이드를 더 포함한다.
상기 정적 역하중 제공부는 상기 메인와이어에 연결되어 역하중을 제공하는 구동기를 포함한다.
본 발명은, 보행훈련자의 몸체에 착용되는 하네스, 및 상기 하네스에 연결되고 상기 보행훈련자의 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해주는 상기 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 역하중 시스템을 포함한다.
상기 보행훈련자에게 지정속도로 이동하는 바닥면을 제공하는 트레드밀과 상기 보행훈련자에게 착용되는 보행보조로봇 중 적어도 어느 하나를 더 포함한다.
상기 역하중 시스템, 상기 트레드밀, 또는 상기 보행보조로봇의 구동을 제어하여 상기 보행훈련자의 보행조건을 변화시키는 제어기를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 보행 훈련 장치는 보행훈련자의 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해주는 동적보상부를 포함하기 때문에, 보행 훈련 시 보행훈련자의 몸체가 상하로 움직이더라도 보행훈련자에게 인가되는 역하중의 변화를 최소화시킬 수 있다. 따라서, 보행훈련자의 보행훈련 피로감을 감소시키고 보행훈련의 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 보행훈련자를 안정적으로 지지해주기 때문에, 가변하는 역하중에 의해 보행훈련 중 보행훈련자에게 발생할 수 있는 안전사고를 감소시킬 수 있다.
그리고, 동적보상부가 간단한 구조를 가지면서 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해줄 수 있기 때문에, 장치가 간소화되고 공간 효율성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 역하중 시스템의 작동을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 역하중 시스템을 나타내는 측면 구성도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동적보상부 및 보조보상부를 나타내는 측면 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동적보상유닛을 나타내는 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 보행 훈련 장치를 나타내는 측면 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예는 보행 훈련 장치의 역하중 시스템에 대해 예시적으로 서술하지만, 적용범위는 이에 한정되지 않고 하중을 가지는 대상물의 하중을 상쇄시켜줄 수 있는 다양한 역하중 장치들에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 역하중 시스템의 작동을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 역하중 시스템을 나타내는 측면 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 동적보상부 및 보조보상부를 나타내는 측면 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 동적보상유닛을 나타내는 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 보행 훈련 장치를 나타내는 측면 구성도이다.
도 1 또는 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 역하중 시스템(300)은 대상물에 역하중을 제공하는 역하중 시스템으로서, 상기 대상물의 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해주는 동적보상부(330)를 포함하고, 정적 역하중 제공부(350), 견인부(310), 보조보상부(370), 지지부재(380)를 더 포함할 수 있다.
이때, 대상물은 보행훈련을 수행하는 보행훈련자 (또는 보행훈련자를 견인하는 견인부)를 포함할 수 있다. 보행훈련자는 보행이 불편한 환자들로서 대부분 자신의 체중을 지탱하기 어렵다. 따라서, 역하중 시스템(300)이 보행훈련자에게 역하중이 인가하여 보행훈련자가 지탱하는 하중의 적어도 일부를 상쇄시킨다. 즉, 보행훈련자는 역하중 시스템(300)의 견인부(310)와 연결되는 하네스(400)를 착용할 수 있다. 견인부(310)는 하네스(400)와 연결되는 지지와이어(311), 및 지지와이어(311)와 후술된 메인와이어(351)에 연결되는 견인부재(312)를 포함할 수 있다. 이에, 역하중 시스템(300)의 메인와이어(351)가 전달하는 역하중이 견인부재(312), 지지와이어(311), 및 하네스(400)를 통해 보행훈련자에게 제공되었다. 그러나, 견인부(310)의 구조와 형상은 대상물에 따라 다양할 수 있다.
그러나, 보행훈련자가 보행훈련을 수행하면 하지의 관절, 근의 연속운동에 의해서 몸의 중심을 전방으로 이동시키려고 하기 때문에, 도 1과 같이 보행훈련자의 무게중심의 위치가 계속 변할 수 있다. 이에, 보행훈련자에게 상하로 변위가 발생하여 보행훈련자에게 일정한 역하중이 인가되지 못할 수 있다. 그러면 보행훈련자가 보행훈련 중 불편함을 느끼고, 안정적으로 지지되지 못해 안전사고가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 역하중 시스템(300)은 동적보상부(330)를 구비한다. 이에, 동적보상부(330)가 가변하는 역하중을 보상해주어 역하중이 가변하는 것을 억제할 수 있다.
우선 본 발명을 이해하기 위해 보행훈련자에게 일정한 역하중을 제공하는 정적 역하중 제공부(350)에 대해 설명하기로 한다. 정적 역하중 제공부(350)는 움직도르래(353), 및 상기 움직도르래(353)에 감겨지는 메인와어어(351)를 포함하고, 고정도르래(354)와, 상기 메인와이어(351)에 연결되어 역하중을 제공하는 구동기(352)를 포함할 수 있다.
메인와이어(351)는 일측이 견인부재(312)에 연결되고 타측이 후술될 구동기(352)에 연결될 수 있다. 메인와이어(351)는 구동기(352)에 의해 풀어지거나 감기면서 보행훈련자에게 역하중을 전달할 수 있다.
움직도르래(353)는 후술될 제1 플레이트(331)의 상부에 설치될 수 있다. 움직도르래(353)에는 메인와이어(351)가 감겨져 메인와이어(351)의 이동에 따라 상하로 이동할 수 있다. 움직도르래(353)는 구동기(352)가 직접 보행훈련자에게 역하중을 전달할 때보다 작은 힘으로 보행훈련자를 들어올리게 할 수 있다. 이에, 움직도르래(353)를 복수개 구비하면 구동기(352)가 보행훈련자를 당기는 힘의 이득을 더 얻을 수 있다. 예를 들어, 본 실시 예에서는 움직도르래(353)가 2개 구비될 수 있다. 그러나 움직도르래(353)가 구비되는 개수는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
고정도르래(354)는 움직도르래(353)의 상측에 배치되어 고정부재(355)에 의해 고정될 수 있다. 고정도르래(354)에는 메인와이어(351)가 감겨있고, 움직도르래(353)가 구비되는 개수만큼 구비되어 움직도르래(353)와 연동될 수 있다. 그러나 고정도르래(354)의 배치되는 위치나 구비되는 개수는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
구동기(352)는 메인와이어(351)에 연결되는 구동모터일 수 있다. 이에, 구동모터의 회전방향에 따라 메인와이어(352)가 감기거나 풀어지면서 보행훈련자에게 역하중을 전달할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 다양한 방법으로 보행훈련자에게 역하중을 제공할 수 있다.
구동기(352)는 정적 즉 정지 상태에서 보행훈련을 수행하기 전 하네스(400)를 착용한 보행훈련자의 하중을 기준으로 역하중을 제공한다. 따라서, 보행훈련자가 동적 즉 보행훈련을 수행하면서 상하로 변위를 발생시키면, 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해줄 수 없다. 가변하는 역하중은 보행훈련자에게 보행훈련 중 불편함을 느끼게 하고, 보행훈련자가 안정적으로 지지되는 것을 방해하여 안전사고가 발생할 수 있다. 이에, 동적보상부(330)가 구비되어 보행훈련자의 동적상태에 따라 가변하는 역하중을 보상해줄 수 있다.
도 3을 참조하면, 동적보상부(330)는, 상기 변위에 연동하여 이동가능한 제1 플레이트(331), 상기 제1 플레이트(331)와 이격배치되고 이동가능한 제2 플레이트(332), 상기 제1 및 제2 플레이트(332)에 연결되는 연결와이어(333), 및 상기 연결와이어(333)에 마찰력을 인가하는 동적보상유닛(335)을 포함한다.
제1 플레이트(331)는 판모양으로 형성되어 원판, 사각판 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 제1 플레이트(331)는 상부에 움직도르래(353)가 설치되어 움직도르래(353)의 이동에 따라 상하로 이동할 수 있다.
제2 플레이트(332)는 판모양으로 형성되어 원판, 사각판 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 제2 플레이트(332)는 제1 플레이트(331)로부터 하측으로 이격배치된다. 또한, 제2 플레이트(332)는 상하로 이동할 수 있다.
연결와이어(333)는 일단이 제1 플레이트(331)에 연결되고 타단이 제2 플레이트(332)에 연결된다. 이에, 제1 플레이트(331)가 움직도르래(353)에 의해 이동하면 연결와이어(333)를 통해 연결된 제2 플레이트(332)도 제1 플레이트(331)를 따라 함께 이동할 수 있다.
도 4를 참조하면, 동적보상유닛(335)은, 상기 연결와이어(333)에 의해 회전하는 풀리(335a), 상기 풀리(335a)와 연결되어 회전하는 캠(335b,335c), 회전하는 상기 캠(335b,335c)에 마찰력을 제공하는 탄성체(335d)를 포함하고, 케이스(335f)와, 커버(335g), 및 레버(335h)를 더 포함할 수 있다.
풀리(335a)는 원판 모양으로 형성될 수 있고, 중심축을 중심으로 회전할 수 있다. 풀리(335a)의 둘레에는 홈이 형성되어 연결와이어(333)가 풀리(335a)의 홈과 접촉할 수 있다. 이에, 연결와이어(333)가 제1 플레이트(331)를 따라 상하로 이동하면서 접촉하고 있는 풀리(335a)를 회전시킬 수 있다. 그러나, 풀리(335a)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
캠(335b,335c)은, 풀리(335a)와 연결되어 회전하는 회전축(335c)과, 회전축(335c)에 구비되는 캠부(335b)를 포함할 수 있다. 캠부(335b)는 원판모양으로 형성될 수 있고, 회전축(335c)은 캠부(335b)의 무게중심부에서 편심되어 연결될 수 있다. 이에, 회전축(335c)에 의한 캠부(335b)의 일측과 타측의 회전반경이 달라질 수 있다. 따라서, 캠부(335b)의 회전반경이 큰 부분은 후술될 탄성체(335d) 또는 탄성체(335d)와 연결된 접촉부재(335e)를 밀어 탄성체(335d)를 더 많이 압축시키면서 회전하기 때문에 탄성체(335d)로부터 더 큰 마찰력을 제공받을 수 있다. 그리고, 캠부(335b)의 회전반경이 작은 부분은 탄성체(335d) 또는 탄성체(335d)와 연결되는 접촉부재(335e)에 접촉하지 않거나 적게 접촉하여 탄성체(335d)로부터 마찰력을 제공받지 않거나 적은 마찰력만 제공받을 수 있다.
한편, 캠부는 일부가 돌출되어 형성될 수 있다. 이에, 회전축(335c)에 의한 캠부의 돌출된 부분과 돌출되지 않은 부분의 회전반경이 달라질 수 있다. 따라서, 캠부의 돌출된 부분은 후술될 탄성체(335d) 또는 탄성체(335d)와 연결된 접촉부재(335e)에 더 많이 접촉하여 탄성체(335d)를 밀면서 회전하기 때문에 탄성체(335d)로부터 더 큰 마찰력을 제공받을 수 있다. 그리고, 캠부의 돌출되지 않은 부분은 탄성체(335d)와 접촉하지 않거나 적게 접촉하여 탄성체(335d)로부터 마찰력을 제공받지 않거나 적은 마찰력만 제공받을 수 있다. 그러나, 캠부의 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
탄성체(335d)는 탄성력을 가진 스프링일 수 있다. 또한, 탄성체(335d)는 캠의 회전축(335c)과 직교하는 방향으로 하나 이상 배치될 수 있다. 이에, 캠부(335b)의 회전반경이 크거나 돌출된 부분과 직간접적으로 접촉하면서 캠부(335b)의 회전을 방해할 수 있다. 그러면, 캠(335b,335c)과 연결되는 풀리(335a)의 회전이 방해를 받아 풀리(335a)와 접촉하여 이동하는 연결와이어(333)에 마찰력이 인가될 수 있다.
예를 들어, 탄성체는 캠의 회전축(335c)과 직교하는 두 개의 방향으로 배치되어 캠부(335b)의 상측과 측면에 배치될 수 있다. 따라서, 캠부(335b)의 회전반경이 크거나 돌출된 부분이 탄성체(335e)가 배치되는 구간에서는 마찰력을 제공받고 탄성체(335e)가 배치되지 않은 구간에서는 마찰력을 제공받지 않아 캠부(335b)의 마찰력을 제공하는 시점을 선택할 수 있다. 즉, 캠부(335b)는 회전하면서 상측의 탄성체(335d)를 상측으로 힘을 가해 압축시킨다.
그러면, 압축된 탄성체(335d)는 탄성력에 의해 신장하려고 하면서 캠부(335b)가 전달하는 힘과 반대방향 즉 하측으로 힘을 제공한다. 이에, 탄성체(335d)의 힘이 캠부(335b)에 캠부(335b)의 회전방향과 다른 방향으로 전달되어 캠부(335b)의 회전을 방해할 수 있다. 캠부(335b)의 측면에 구비된 탄성체(335d)도 회전하는 캠부(335b)에 의해 압축되었다가 신장하면서 캠부(335b)에 캠부(335b)의 회전방향과 다른 방향으로 힘을 전달하여 캠부(335b)의 회전을 방해할 수 있다.
이때, 캠(335b,335c)의 위치를 조절하는 레버(335h) 구비될 수 있다. 레버(335h)는 캠(335b,335c)과 연결되어 캠부(335b)를 회전시켜 캠부(335b)가 탄성체(335d)로부터 탄성력 제공받는 시점을 설정할 수 있다. 이에, 보행훈련자의 상황에 맞추어 동적보상이 이루어지는 시작점을 설정할 수 있다.
또한, 탄성체(335d)를 네 개 또는 세 개의 방향으로 배치할 때보다 소형화가 가능하여 설치 및 유지보수가 용이해질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 우레탄 등 탄성력을 가지는 다양한 부재가 사용될 수 있다.
이때, 탄성체(335d)에 접촉부재(335e)를 더 구비될 수 있다. 접촉부재(335e)는 플레이트 모양으로 형성되어 회전하는 캠부(335b)와 접촉할 수 있다. 따라서, 탄성체(335d)가 접촉부재(335e)를 통해 캠부(335b)와 간접적으로 접촉하여 탄성체(335d)가 회전하는 캠부(335b)에 의해 마모되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
케이스(335f)는 캠부(335b)와 탄성체(335d)를 수납하는 내부공간을 형성하고, 일부가 개방될 수 있다. 이에, 탄성체(335d)는 케이스(335f)의 내측벽에 설치되고 캠부(335b)는 케이스(335f) 내부에서 회전할 수 있다. 또한, 커버(335g)가 케이스(335f)의 개방된 부분에 구비되어 케이스(335f) 내부를 밀봉할 수 있다. 따라서, 캠부(335b), 탄성체(335d) 또는 접촉부재(335e)가 파손되는 경우 커버(335g)를 개방하여 용이하게 수리할 수 있다. 그리고, 밀봉된 케이스(335f) 내부에는 윤활유가 제공되어 캠(335b,335c)이 케이스(335f) 내부에서 용이하게 회전하게 할 수 있다.
이에, 동적보상유닛(335)은 연결와이어(333)와 접촉하면서 움직도르래(353)와 제1 플레이트(331)를 따라 상하로 이동하려는 연결와이어(333)의 이동을 방해할 수 있다. 즉, 동적보상유닛(335) 내부에서 탄성체(335d)가 캠(335b,335c)의 회전방향과 다른 방향으로 캠(335b,335c)에 마찰력을 인가하여 캠(335b,335c)의 회전을 방해한다. 따라서, 탄성체(335d)가 인가하는 마찰력 의해 캠(335b,335c)과 연결된 풀리(335a)의 회전도 방해를 받아 풀리(335a)를 회전시켜려는 연결와이어(333)와 풀리(335a) 사이에 마찰이 생길 수 있다. 그러면, 보행훈련자의 변위에 의해 상하로 이동하려는 움직도르래(353)의 이동이 방해를 받아 보행훈련자에게 전달되는 역하중이 가변하는 것을 억제하거나 최소화할 수 있다. 그리고, 동적보상부(330)가 간단한 구조를 가지면서 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해줄 수 있어 장치가 간소화되고 공간 효율성이 향상될 수 있다.
보조보상부(370)는, 상기 제2 플레이트(332)와 상측으로 이격배치되어 고정되는 압착플레이트(371)와, 상기 제2 플레이트(332)와 상기 압착플레이트(371) 사이에 배치되는 탄성부재(373)를 포함하고, 지지바(375), 연결블록(372), 가이드(374)를 더 포함할 수 있다.
압착플레이트(371)는 플레이트 모양으로 형성되고 제1 플레이트(331)와 제2 플레이트(332) 사이에 배치된다. 압착플레이트(371)는 후술될 탄성부재(373)를 압착하는 역할을 한다.
가이드(374)는 길이방향으로 연장형성되고 압착플레이트(371)와 연결된다. 가이드(374)는 압착플레이트(371)의 고정위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 가이드(374)는 볼스크류일 수 있는데, 압착플레이트(371)의 배치되는 위치를 상하로 조절할 수 있다. 볼스크류일 경우 수동식 레버 또는 전동식 액추에이터에 연결되어 수동식 레버를 이용하거나 전동식 액츄에이터에 신호를 보내 탄성부재(373)의 변위를 조절할 수 있다. 따라서, 압착플레이트(371)를 상하로 이동시켜 압착플레이트(371)가 후술될 탄성부재(373)를 압축하는 정도를 조절할 수 있다. 이에, 탄성부재(373)의 변위량 만큼 움직도르래(353)를 당기게 되어, 보행훈련자에게 탄성부재(373)의 변위량만큼의 역하중이 보상된다.
지지바(375)는 길이방향으로 연장형성되어 압착플레이트(371)를 관통하고 제1 플레이트(331)와 제2 플레이트(332) 사이에 배치된다. 이에, 제1 플레이트(331)가 상측이나 하측으로 이동하면 지지바(375)를 통해 연결된 제2 플레이트(332)도 제1 플레이트(331)를 따라 상측이나 하측으로 이동할 수 있다.
연결블록(372)은 하부가 제2 플레이트(332)와 연결되고 상부가 지지바(375)와 연결되어 지지바(375)와 제2 플레이트(332)를 연결해주는 역할을 한다.
탄성부재(373)는 탄성력을 가지는 스프링일 수 있다. 탄성부재(373)는 압착플레이트(371)와 연결블록(372) 사이에 구비될 수 있고 지지바(375)를 감싸면서 배치될 수 있다. 이에, 제1 플레이트(331)가 상측으로 이동하면, 지지바(375)에 의해 제2 플레이트(332)와 연결블록(372)도 상측으로 이동할 수 있다. 그러면, 연결블록(372)이 상측으로 이동하며 탄성부재(373)를 상측으로 이동시키지만 탄성부재(373) 상측의 압착플레이트(371)가 고정되어 있어 연결블록(372)과 압착플레이트(371) 사이에서 압축될 수 있다. 그리고, 탄성력에 의해 상측으로 이동하려는 연결블록(372)에 하측방향으로 탄성력을 제공할 수 있다. 그러나, 탄성부재(373)는 이에 한정되지 않고 탄성력을 가지는 다양한 부재를 사용할 수 있다.
이에, 보조보상부(350)는 보조적으로 정적 또는 동적 보상을 해줄 수 있다. 예를 들어, 정적 역하중 제공부(350)의 구동기(352)를 작동시켜 보행훈련자에게 역하중을 제공하는 경우 탄성부재(373)가 신장하려는 힘을 제공하기 때문에 제2 플레이트(332)에 하측으로 이동하려는 힘이 제공될 수 있다. 그러면, 제2 플레이트(332)가 하측으로 이동하면서 제1 플레이트(331)와 움직도르래(353)에 하측으로 이동하려는 힘을 전달하여 움직도르래(353)에 감겨있는 메인와이어(351)가 당겨질 수 있다. 이에, 구동기(352)는 적은 힘으로 메인와이어(351)를 당겨 보행훈련자에게 역하중을 제공할 수 있다.
한편, 보행훈련자가 보행훈련을 수행하는 경우 보행훈련자의 변위 변화로 인해 구동기(352)를 통해 인가되는 역하중이 가변할 수 있다. 그러면, 동적보상부(330)가 가변하는 역하중에 대한 보상을 해줄 수 있다. 또한, 보조보상부(370)도 보조적으로 동적보상을 해줄 수 있다. 예를 들어, 메인와이어(351)에 의해 연결된 움직도르래(353)가 상하로 이동하여 제2 플레이트(332)를 통해 탄성부재(373)를 압축하거나 신장시킬 수 있다. 탄성부재(373)는 탄성력을 가지고 있기 때문에, 제2 플레이트(332)를 통해 전달받는 힘과 반대방향으로 탄성력을 제공한다. 따라서, 움직도르래(353)와 메인와이어(351)의 이동을 방해하여 변위에 의해 동적보상부(330)와 함께 역하중이 가변하는 것을 최소화할 수 있다.
지지부재(380)는 제1 플레이트(331)와 압착플레이트(371) 사이에 구비되어 동적보상부(330) 및 보조보상부(370)을 지지해주는 역할을 한다. 그러나, 지지부재(380)의 배치되는 위치는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 보행 훈련 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 보행 훈련 장치는, 보행훈련자의 몸체에 착용되는 하네스(400), 및 상기 하네스(400)에 연결되고 보행훈련자의 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해주는 동적보상부를 구비하는 역하중 시스템(300)을 포함하고, 보행훈련자에게 지정속도로 이동하는 바닥면을 제공하는 트레드밀(100)과 보행훈련자의 하지에 착용되는 보행보조로봇(200) 또는 제어기(500)를 포함할 수 있다.
하네스(400)는 보행훈련자의 몸체에 착용되는 형태로 형성되어 역하중 시스템(300)과 연결될 수 있다. 하네스(400)와 역하중 시스템(300)은 분리 가능하며 하네스(400)를 장착한 보행훈련자가 트레드밀(100) 상에 서게 되면 하네스(400)와 역하중 시스템(300)을 연결할 수 있다. 이에, 역하중 시스템(300)이 인가하는 역하중을 하네스(400)를 착용한 보행훈련자에게 전달할 수 있다.
트레드밀(100)은 보행훈련자에게 정위치에서 보행훈련을 지속하도록 바닥면을 제공한다. 이러한 트레드밀(100)은 보행 훈련 장치 동작 중에 보행보조로봇(200)과 동기화된 보행 속도로 0.3~3.0km/h 범위 내에서 동작할 수 있고, 보행훈련자의 상태와 훈련 목적에 따라서 제어기(500)에 의하여 자동 제어될 수 있다. 또한, 보행훈련자의 의지에 따라서 수동으로 작동할 수도 있다. 트레드밀(100)의 바닥에는 바퀴가 설치되어 있어서 이동가능하며 브레이크를 통하여 이동 후 기기의 위치를 고정할 수 있다.
보행보조로봇(200)은 보행훈련자의 하지에 착용되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 보행보조로봇(200)은 하체 관절 중 고관절에 착용되는 고관절 로봇(210), 슬관절에 착용되는 슬관절 로봇(220), 족관절에 착용되는 족관절 로봇(230)을 포함하며, 환자에 따라 어느 하나의 관절 로봇만을 선택하여 사용할 수 있다. 보행보조로봇(200)은 보행훈련자의 양다리에 장착되어 구동됨으로써 보행에 장애가 있는 보행훈련자의 보행을 보조하는 기능을 한다. 또한, 보행보조로봇(200)의 로봇들 사이에는 보행훈련자의 다리 길이 따라서 조정이 가능한 길이 조절기(미도시)가 구비될 수 있다. 길이 조절기는 보행훈련자의 체형에 맞추어 자동 조절이 가능하며, 자동 길이 조절 후 오차가 발행한 경우 수동으로 분절 길이를 미세조정할 수 있다.
제어기(500)는 역하중 시스템(300), 트레드밀(100), 보행보조로봇(200)의 구동을 제어하여 보행훈련자의 보행조건을 변화시킬 수 있고, 구동 정보를 생성하거나 저장할 수 있다. 또한, 제어기(500)는, 입력부(510), 정보 저장 수단 및 제어회로 등의 제어부 내장한 본체(511), 제어상태를 화면으로 출력하는 모니터부(520)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(500)에 보행훈련자의 상태와 훈련 목적에 따라 트레드밀(100)의 속도 및 보폭 범위를 입력하면, 제어기(500)는 입력된 범위 내에서 트레드밀(100)을 작동시킬 수 있다.
역하중 시스템(300)은 대상물에 역하중을 제공하는 역하중 시스템으로서, 보행훈련자의 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해주는 동적보상부(330)를 포함하고, 보행훈련자에게 역하중을 제공하는 정적 역하중 제공부(350), 하네스(400)를 지지하는 견인부(310), 보행훈련자에게 인가되는 역하중에 대해 정적 또는 동적 보상을 해주는 보조보상부(370)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 보행 훈련 시 보행훈련자의 몸체가 상하로 움직이더라도 보행훈련자에게 인가되는 역하중의 변화를 최소화시킬 수 있다. 이에, 보행훈련자의 보행훈련 피로감을 감소시키고 보행훈련의 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 보행훈련자를 안정적으로 지지해주어 가변하는 역하중에 의해 보행훈련 중 보행훈련자에게 발생할 수 있는 안전사고를 감소시킬 수 있고, 동적보상부가 간단한 구조를 가지면서 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해줄 수 있어 장치가 간소화되고 공간 효율성이 향상될 수 있다.
하기에서 본 발명의 실시 예에 따른 보행 훈련 장치의 작동을 설명하기로 한다.
보행훈련자가 보행훈련을 수행하기 위해서는 정지된 상태에서 하네스(400)를 착용해야 한다. 그리고 정적 역하중 제공부(350)의 구동기를 작동시켜 하네스(400)와 연결된 메인와이어(351)를 당길 수 있다. 그러면, 하네스(400)가 메인와이어(351)에 의해 상측으로 이동하면서 보행훈련자에게 역하중을 전달할 수 있다. 이때, 구동기가 제공하는 역하중의 크기는 보행훈련자의 훈련조건에 따라 달라질 수 있다.
역하중을 인가받은 보행훈련자는 트레드밀(100) 위에서 일정한 속도로 보행훈련을 수행할 수 있다. 트레드밀(100)의 속도는 보행훈련자의 훈련조건에 따라 다양할 수 있다. 이때, 보행훈련자 보행훈련을 수행하면서 움직이기 때문에 상하로 변위가 발생할 수 있다. 이에, 보행훈련자에게 구동기에 의한 역하중을 일정하게 전달해주던 하네스(400)가 보행훈련자에 의해 상하로 이동하면서 인가되는 역하중이 가변할 수 있다.
예를 들어, 보행훈련자의 변위에 의해 인가되는 역하중이 달라라져 하네스(400)가 하측으로 이동하면, 메인와이어(351)가 감겨있는 움직도르래(353)가 상승한다. 그러면, 이와 연결된 제1 플레이트(331)와 연결와이어(333) 및 제2 플레이트(332)가 상측으로 이동한다. 그리고, 연결와이어(333)가 상측으로 이동하면서 동적보상유닛(335)의 풀리(335a)를 회전시키고 풀리(335a)와 연결된 캠부(335b)가 회전한다. 이때, 캠부(335b)의 회전반경이 크거나 돌출된 부분이 접촉부재(335e)와 부딪히면서 접촉부재(335e)를 밀면서 회전한다.
그러면, 접촉부재(335e)에 연결된 탄성체(335d)가 압착되면서 탄성력에 의해 접촉부재(335e)에 신장되려는 힘을 가할 수 있다. 따라서, 접촉부재(335e)가 캠부(335b)에 마찰력을 가해 캠부(335b)의 회전을 방해할 수 있다. 이에, 캠부(335b)와 연결된 풀리(335a)의 회전도 방해를 받으면서 풀리(335a)와 접촉하는 연결와이어(333)에 연결와이어(333)의 이동방향과 반대방향으로 마찰력을 제공할 수 있다. 즉, 보행훈련자에 의해 상측으로 이동하는 움직도르래(353)의 이동을 방해하여 가변하는 역하중에 대한 보상을 해주어 변위에 의한 역하중 변화를 감소시킬 수 있다. 반대로, 보행훈련자가 상측으로 이동하는 경우 동적보상유닛(335)은 움직도르래(353)의 이동방향과 반대방향으로 마찰력을 제공하여 가변하는 역하중에 대한 보상을 해줄 수 있다.
또한, 움직도르래(353)가 상승하면 제2 플레이트(332)와 연결블록(372)이 상승한다. 연결블록(372)이 상측으로 이동하면 탄성부재(373)도 상측으로 이동하려 하지만 탄성부재(373) 상측의 압착플레이트(371)에 의해 상측으로 이동하지 못하고 연결블록(372)과 압착플레이트(371) 사이에서 압축된다. 그러면, 탄성력에 의해 압축된 탄성부재(373)가 신장하려고 하면서 연결블록(372)에 하측으로 힘을 제공할 수 있다. 이에, 연결블록(372)뿐만 아니라 제2 플레이트(332), 제1 플레이트(331) 및 움직도르래(353)가 상승하는 것을 억제하여 보행훈련자의 변위에 의해 가변하는 역하중에 대한 보상을 해줄 수 있다.
이때, 가이드(374)를 통해 탄성부재(373)의 압축률을 조절하면 탄성부재(373)를 통해 인가되는 탄성력의 크기를 조절할 수 있다. 반대로, 보행훈련자가 상측으로 이동하는 경우 탄성부재(373)는 움직도르래(353)의 이동방향과 반대방향으로 탄성력을 제공하여 가변하는 역하중에 대한 보상을 해줄 수 있다. 따라서, 보행훈련자의 보행훈련 피로감을 감소시키고 보행훈련의 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 보행훈련자를 안정적으로 지지해주어 가변하는 역하중에 의해 보행훈련 중 보행훈련자에게 발생할 수 있는 안전사고를 감소시킬 수 있다.
상기에서는 보행 훈련 장치에 구비되는 역하중 시스템에 대해 예시적으로 설명하였으나, 적용범위는 이에 한정되지 않고 하중을 가지는 대상물의 하중을 상쇄시켜줄 수 있는 다양한 역하중 장치들에 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (12)

  1. 대상물에 역하중을 제공하는 역하중 시스템에 있어서,
    상기 대상물의 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해주는 동적보상부를 포함하고,
    상기 동적보상부는, 상기 변위에 연동하여 이동가능한 제1 플레이트; 상기 제1 플레이트와 이격배치되고 이동가능한 제2 플레이트; 상기 제1 및 제2 플레이트에 연결되는 연결와이어; 및 상기 연결와이어에 마찰력을 인가하는 동적보상유닛을 포함하는 역하중 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 플레이트에 연결되는 움직도르래; 및 상기 움직도르래에 감겨지는 메인와어어를 포함하며, 상기 대상물에 일정한 역하중을 제공하는 정적 역하중 제공부를 더 포함하는 역하중 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 동적보상유닛은, 상기 연결와이어에 의해 회전하는 풀리; 상기 풀리와 연결되어 회전하는 캠; 회전하는 상기 캠에 마찰력을 제공하는 탄성체를 포함하는 역하중 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 캠의 회전축은 상기 캠의 무게중심부에서 편심되어 배치되는 역하중 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 동적보상유닛은, 상기 캠과 상기 탄성체를 수납하는 케이스; 상기 케이스 내부를 밀봉하는 커버; 및 상기 캠의 위치를 조절하는 레버를 더 포함하고,
    상기 케이스 내부에 윤활유가 제공되는 역하중 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 탄성체는 상기 캠의 회전축과 직교하는 두 개의 방향으로 배치되는 역하중 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 플레이트와 상측으로 이격배치되어 고정되는 압착플레이트; 및 상기 제2 플레이트와 상기 압착플레이트 사이에 배치되는 탄성부재를 구비하는 보조보상부를 더 포함하는 역하중 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 보조보상부는, 상기 압착플레이트의 고정위치를 조절하는 가이드를 더 포함하는 역하중 시스템.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 정적 역하중 제공부는 상기 메인와이어에 연결되어 역하중을 제공하는 구동기를 포함하는 역하중 시스템.
  10. 보행훈련자의 몸체에 착용되는 하네스; 및
    상기 하네스에 연결되고 상기 보행훈련자의 변위에 따라 가변하는 역하중을 보상해주는 상기 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 역하중 시스템을; 포함하는 보행 훈련 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 보행훈련자에게 지정속도로 이동하는 바닥면을 제공하는 트레드밀과 상기 보행훈련자에게 착용되는 보행보조로봇 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 보행 훈련 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 역하중 시스템, 상기 트레드밀, 또는 상기 보행보조로봇의 구동을 제어하여 상기 보행훈련자의 보행조건을 변화시키는 제어기를 포함하는 보행 훈련 장치.
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