WO2020171406A1 - 보폭 조절 기능을 갖는 가상현실 보행장치 - Google Patents

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WO2020171406A1
WO2020171406A1 PCT/KR2020/001336 KR2020001336W WO2020171406A1 WO 2020171406 A1 WO2020171406 A1 WO 2020171406A1 KR 2020001336 W KR2020001336 W KR 2020001336W WO 2020171406 A1 WO2020171406 A1 WO 2020171406A1
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virtual reality
walking
flywheel
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foot step
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PCT/KR2020/001336
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김형식
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휴카시스템 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a walking rehabilitation device having a function to adjust the stride length according to the character in the virtual reality while providing virtual reality, and specifically, when the walking speed of the user increases, the stride length increases in proportion thereto, such a variable ( Speed and stride) are reflected in the movement of the character in virtual reality (VR) so that the movement of the user and the movement of the character are matched, thereby enabling intensive gait rehabilitation in rehabilitation training.
  • a variable Speed and stride
  • a gait rehabilitation device is a device used for rehabilitation treatment of a patient whose movement is uncomfortable due to a cause of paralysis of a lower extremity or a decrease in muscle strength.
  • Gait-related training can be the most essential and high rehabilitation effect for patients with brain lesions and lower limb joint surgery, which are rapidly increasing due to aging, accidents, and stress.
  • Skeletal movement and muscle contraction relaxation exercises within the normal range of motion are the most important factors to strengthen and restore intrinsic functions in gait training and rehabilitation.
  • the market of gait rehabilitation devices that can perform gait rehabilitation within this normal range of motion is rapidly expanding, and in preparation for this trend, the market of gait rehabilitation devices that are inexpensive so that they can be widely used in gait rehabilitation and can increase the rehabilitation effect Development is in demand.
  • a treadmill-based gait rehabilitation device filed by the present applicant and disclosed in Patent Publication No. 10-1790048 is, as shown in Figs. 1 and 2 of this document, a treadmill-based gait including a foot step.
  • a rehabilitation device comprising: a frame portion including a horizontal frame portion and a vertical frame portion placed vertically on both sides thereof; A link unit provided between the foot step and the vertical frame and providing a walking trajectory to the foot step; A roller part provided on the horizontal frame part and moving together with the foot step part by contacting the foot step part; And a linking part for interlocking the link unit with the roller part.
  • the prior art is a walking rehabilitation device based on the links of Sections 4 and 5, but for adjusting the stride length, it was possible to change only by manual adjustment by a person, and there was no natural stride adjustment function according to the increase in walking speed.
  • the end-effect type gait rehabilitation device based on the section and section 5 links there is no virtual reality system linked to the gait pattern provided by the driving unit.
  • the technical problem of the present invention is to provide a virtual reality walking device capable of interlocking rehabilitation progress information with a smart device such as an HMD, and also a configuration capable of easily adjusting the rehabilitation trainee's stride length according to the image provided in the virtual reality. Is to provide. In addition, it is to provide a configuration capable of easily adjusting the stride length of a rehabilitation subject matched with the character movement (walking speed, stride length) of an image provided in virtual reality.
  • the present invention a flywheel that is driven by the foot step 110 to rotate;
  • a link unit 130 provided between the foot step and the flywheel and providing a walking trajectory to the foot step;
  • a head mounted display that provides a virtual reality image;
  • a disk attached to the outer periphery of the flywheel and integrally rotated and having grooves 158a formed at predetermined intervals;
  • a sensor for detecting a groove of the rotating disk;
  • An electric step motor attached to the flywheel;
  • a crank having one end connected to the electric step motor so as to be adjustable in length, and the other end connected to the link unit;
  • a control unit that calculates a walking speed based on the number of grooves sensed by the sensor, and adjusts the length of the crank by adjusting the length of the crank based on the walking speed of the character in the virtual reality image. It provides a virtual reality walking device comprising a.
  • the link unit 130 may include a first link member 131 having one end connected to the foot step portion; A third link member (133) having one end connected to the crank and the other end connected to the first link member; And a second link member 132 having one end connected to a predetermined point of the first link member 131 and the other end connected to the frame part; and the first, second, and third link members 131 ( As 132 and 133 operate, respectively, a walking trajectory is provided to the foot step 110.
  • a plurality of rollers are disposed back and forth, and both ends of the rollers are rotatably mounted to the frame portion.
  • a coupling groove 155 is formed at a point spaced a predetermined distance from the rotation center point of the flywheel, and the electric step motor 145 is fitted and coupled to the coupling groove.
  • stoppers 118 and 119 protruding from the first link member 131 and restricting the foot step coupled to the first link member 131 to rotate only by a predetermined angle to prevent over-rotation of the ankle joint.
  • the virtual reality walking apparatus provides a walking rehabilitation system based on virtual reality, but because the rehabilitation trainer's stride length can be controlled through a mechanism that is linked with the movement of the lower limbs of the virtual reality character, You can increase the effect.
  • a virtual reality system reflecting changes in walking speed and stride length can maximize the effect of rehabilitation by increasing the degree of immersion in walking rehabilitation.
  • FIG. 1 is a perspective view of a virtual reality walking device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the virtual reality walking device of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a view showing the internal structure after removing the outer cover of the virtual reality walking device of FIG. 2,
  • FIG. 4 is a view of the structure of FIG. 3 viewed from the opposite side
  • FIG. 5 is a view showing only a flywheel and an electric step motor, which are some configurations of the virtual reality walking device of the present invention.
  • FIG. 6 shows a configuration for sensing the walking speed of the virtual reality walking device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 shows a configuration for preventing an ankle over-rotation of a virtual reality walking device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a view of an embodiment in which upper and lower legs can be used simultaneously as a virtual reality walking device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a cross-sectional view of Figure 8.
  • FIG. 10 is a view showing an actual use of the virtual reality walking device of the present invention for rehabilitation by wearing an HMD.
  • FIG. 1 is a perspective view of a virtual reality walking device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the virtual reality walking device of FIG. 1
  • FIG. 3 is an outer cover of the virtual reality walking device of FIG. 4 is a view of the structure of FIG. 3 viewed from the opposite side
  • FIG. 5 is a view showing only a flywheel and an electric step motor, which are some components of the virtual reality walking device of the present invention.
  • 6 shows a configuration for detecting the walking speed of a virtual reality walking device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a configuration for preventing an ankle over-rotation of a virtual reality walking device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view of an embodiment in which upper and lower limbs can be simultaneously used as a virtual reality walking device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of FIG. 8
  • FIG. 10 is a virtual reality walking device of the present invention. This is the actual use of rehabilitation exercise by wearing an HMD.
  • the stride length increases in proportion to it.
  • these variables (speed, stride length) of the user are the characters in the virtual reality (VR). It is good to have it reflected in your movement. That is, the movement of the user and the movement of the character are matched to enable intensive walking rehabilitation for rehabilitation training.
  • the present invention has a sensor capable of detecting a user's walking speed and derives a mechanism capable of adjusting the stride length, and based on this, the movement of a person in a character is matched with the movement of the user.
  • a virtual reality walking device characterized in that the walking speed or the step length of the user is reflected in the movement of the character in the virtual reality to perform intensive gait rehabilitation.
  • Virtual reality walking apparatus 100 as shown in Figs. 1 to 5, the foot step 110, the frame unit 120, and the link unit 130 for the lower extremity , A roller unit (R), a connection frame 125 provided on the upper side in a horizontal direction, a control display unit (D) provided in the connection frame, and a head mounted display (HMD) that displays virtual reality by being worn by a user And the like.
  • a roller unit (R) a connection frame 125 provided on the upper side in a horizontal direction
  • D control display unit
  • HMD head mounted display
  • the foot step 110 is a place where the user's foot is raised and fixed as shown in FIG. 1.
  • the foot step 110 may include a foot fixing unit made of a foot step that the user's foot is in contact with and a band that fixes the user's foot.
  • the foot step 110 may be provided to be movable back and forth with respect to the link unit 130 to be described later.
  • the frame unit 120 is a component that serves as a skeleton of the virtual reality walking device 100 of the present invention, and may include a horizontal frame unit 121 and a vertical frame unit 122 placed vertically on both sides thereof. have. Furthermore, as shown in FIG. 1, for appearance and safety, the frame unit 120 may be covered by an exterior cover.
  • the link unit 130 is a component that provides a walking trajectory to the foot step part 110, and is provided between the foot step part 110 and the frame part 120 as shown in FIGS. 3 to 4. I can.
  • the link unit 130 may include a first link member 131, a second link member 132, and a third link member 133.
  • the first link member 131 may be rotatably provided at one end of the second link member 321 through a first hinge H1 provided at a central point.
  • the other end of the second link member 132 is rotatably mounted to the vertical frame portion 1200.
  • the first link member 131 has a bent shape having a bent portion at a central portion, and is connected to the third link member 133 through a second hinge H2 at one end of the first link member 131.
  • the roller unit R is a place where the foot step 110 touches, and is a component that allows the foot step 110 to naturally move back and forth when the foot step 110 touches.
  • a plurality of rollers are disposed back and forth, but both ends thereof are rotatably mounted on the horizontal frame unit 121. That is, each of the plurality of rollers constituting the roller unit can rotate freely without being restricted from rotation while mounted on the horizontal frame unit.
  • This allows walking rehabilitation training to be performed naturally to the user who walks on the roller unit R with his foot.
  • the existing gait rehabilitation device had the same configuration as the belt driving part of the treadmill, not the roller, the rehabilitation trainee had to rotate the belt in order to move the foot forward and backward by magnetic force on the belt driving part. It was very difficult to easily perform gait rehabilitation.
  • the present invention overcomes this and allows the foot to move naturally while resting on the roller.
  • Another feature of the present invention is that it has an electric stride adjustment device capable of adjusting the stride length according to the user's walking speed.
  • the stride adjustment device includes a crank 140 connected to the third link member 133 so as to be extendable in the longitudinal direction, and an electric stepper motor 145 provided at one end of the crank to extend the length of the crank. Done.
  • the electric stepper motor 145 has a structure capable of moving a crank length (S in FIG. 4) by a predetermined distance by directly connecting a ball screw to a worm reducer.
  • the first, second, and third link members 131, 132, and 133 become a five-fold link system consisting of first and second hinges H1, H2, etc.
  • the distance (W in FIG. 4, the distance between the front and rear of the foot step, and the stride length) of the foot step 100 in contact with the roller is adjusted.
  • the electric step motor 145 is coupled to the rotating flywheel 150.
  • a coupling groove 155 is formed on one side of the flywheel 150, and an electric stepper motor 145 is inserted into the coupling groove 155 to be coupled.
  • the coupling groove is located at a point separated by a predetermined distance from the rotation center point of the flywheel, and the electric step motor also rotates about the center axis.
  • the flywheel 150 rotates about the central axis
  • the electric stepper motor 145 also rotates about the central axis, and at this time, the crank 140 connected to the electric step motor and the third link member 133 are interconnected.
  • the link operation is performed in the state.
  • any one foot step 110 becomes a roller unit R
  • the process of touching (the contacting roller rotates freely) and the rest of the foot step 110 is alternately repeated.
  • both ends of the roller are fastened in a state in which rotation is not restricted and can rotate freely, the foot step can move forward and backward without any resistance in a state in contact with the roller.
  • This is a big difference from the existing belt-type rehabilitation device. In other words, the rehabilitation trainer is able to walk very naturally (without resistance at the bottom of the foot) on his own.
  • a force may be continuously applied to the link unit 130 while the rehabilitation trainer performs a walking motion, and this force is applied to the first, second, and third link members 131, 132, 133 and the The flywheel 150 is driven through the crank 140.
  • the user does not need to strongly contact the foot step 110 to the roller unit R in order to push the roller unit R, so that the user naturally performs gait rehabilitation and the link operation is stably performed by the flywheel.
  • the present invention aims to provide a virtual reality-based reactivation work (described below), and for this purpose, it is necessary to adjust the walking speed or the walking width (W in FIG. 4) according to the image provided in the virtual reality. This will be described with reference to FIG. 6.
  • the flywheel rotates in conjunction with the walking speed, and the walking speed is measured by detecting the rotation speed of the flywheel.
  • an aluminum disk 158 is attached to the outer periphery of the flywheel 150 to rotate like the flywheel.
  • grooves 158a are formed radially at a predetermined angle and at a predetermined interval in the disk.
  • a sensor 170 is disposed on the side of the groove to detect the rotational speed of the disk 158 by detecting the groove. The sensor is properly fixedly coupled through a bracket (175).
  • the sensor 170 detects the number of grooves 158a of the disk and transmits a signal to the controller to calculate the disk rotation speed and walking speed.
  • the left and right strides are adjusted narrowly or wider, and a mechanism is implemented to link them with the motion of the lower limbs of a virtual reality character.
  • the adjustment of the left and right stride is performed by linking the foot step 110 to the flywheel 150 through the first, second, and third link members 131, 132, 133 and the crank 140 Since the operation is performed, when the length of the crank 140 is stretched, the step length in the front and rear direction of the foot step is changed.
  • the present invention provides a control board for collecting signals measured by a sensor for realization of a virtual reality character linked to the movement of the walking device, a PC connected thereto, and a head mounted display (HMD) connected to a graphic card of the PC. ) And more.
  • a control board for collecting signals measured by a sensor for realization of a virtual reality character linked to the movement of the walking device, a PC connected thereto, and a head mounted display (HMD) connected to a graphic card of the PC.
  • the foot stepping surface corresponding to various stride lengths and walking speeds, rollers provided from a heel strike to a toe-off section are fixed to a support frame portion supporting both axes of rollers of a certain length, wherein the support frame portion is a ball bearing
  • the groove is drilled in the shape of to prevent separation of the rollers due to external shock, and it is composed of a roller set combined with ball bearings to realize continuous and stable walking rehabilitation without artificial resistance.
  • the present invention configures a stopper for preventing over-rotation in order to eliminate the risk of an ankle joint being over-rotated during gait rehabilitation, which will be described with reference to FIG. 7.
  • the foot step 110 is freely connected to the first link member 131 by a connecting member 115 and attached to the first link member 131 to enable free rotation.
  • the foot step 110 is attached to the first link member 131, but it is necessary to limit the over-rotation of the ankle joint by limiting the rotation to a certain angle, so in the present invention, the rotation angle of the connecting member 115 is limited. It was provided with a stopper (118, 119). Through this, over-rotation of the drive shaft (connection member 115) of the foot step 110 is prevented, thereby protecting the ankle joint of the rehabilitation trainer.
  • the virtual reality walking apparatus 100 further includes a hyperextension preventing unit 210 for preventing hyperextension of the knee joint of a rehabilitation trainer, as shown in FIG. 4. I can.
  • a hyperextension prevention part 210 may be provided on the second link member 132 as shown in FIG. 4.
  • the overextension prevention part 210 may include a height adjustment member 211 and an overextension prevention rod 212.
  • the height adjustment member 211 may be provided to move up and down on the second link member 132, and the second link member 132 is fastened to which the height adjustment member 211 of the overextension prevention part 210 is fastened.
  • Ball (132a) is formed.
  • the overextension prevention rod 212 is provided on the height adjustment member 211 and may have a shape protruding from the height adjustment member 211 toward the occupant so that the knee joint 12 of the occupant is folded. Therefore, since the hyperextension prevention rod 212 presses the knee joint of the occupant at the moment the foot touches the floor, overextension of the knee joint of the occupant can be prevented during one gait cycle. It is possible to suppress excessive stretching of the knee joint without the help of a therapist, thereby further enhancing the effect of patient-centered continuous rehabilitation training.
  • upper and lower legs can be used simultaneously as a virtual reality walking device. It is also possible to perform rehabilitation of the upper and lower limbs at the same time by combining the upper frame to the lower frame.
  • one purchase of a rehabilitation device for upper and lower extremities is purchased, and according to the improvement of the degree of disability, the upper frame is initially mounted on the lower frame to perform both upper and lower rehabilitation, and the degree of disability improves. Since the upper frame part can be removed to perform lower limb rehabilitation, it is possible to minimize the burden on the installation space of the device and the cost of purchasing the device.
  • the structure for attaching and detaching the upper frame part to the lower frame part may include an insertion protrusion provided at a lower end of the upper frame part, and an insertion groove formed at an upper end of the lower frame part so that the insertion protrusion is inserted.
  • the insertion protrusion When the insertion protrusion is inserted into the insertion groove, the insertion protrusion can be fastened to the lower frame using a separate fastening bolt.

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Abstract

본 발명은, 발 디딤부(110)에 의해 구동되어 회전하는 플라이휠; 상기 발 디딤부 플라이휠 사이에 구비되며 상기 발 디딤부에 보행 궤적을 제공하는 링크 유닛(130); 가상현실 영상을 제공하는 헤드마운트 디스플레이; 상기 플라이휠의 외주에 부착되어 일체로 회전하며 소정간격으로 형성된 홈(158a)을 구비한 디스크; 상기 회전하는 디스크의 홈을 감지하는 센서; 상기 플라이휠에 부착되는 전동 스텝 모터; 일단이 상기 전동 스텝 모터에 길이 조절이 가능하게 연결되고, 타단은 상기 링크 유닛에 연결되는 크랭크; 상기 센서가 감지한 홈의 개수를 기초로 보행 속도를 산출하고 이를 기초로 상기 가상현실 영상 속 캐릭터의 하지 보행에 연동하여, 상기 크랭크의 길이를 조절함으로써 상기 발 디딤부의 보폭을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 보행장치를 제공한다.

Description

보폭 조절 기능을 갖는 가상현실 보행장치
본 발명은 가상현실을 제공하면서 가상현실 속 캐릭터에 맞추어 보폭을 조절할 수 있는 기능을 갖는 보행 재활 기기에 관한 것이며, 구체적으로는 사용자의 보행 속도가 빨라지면 그에 비례해 보폭이 늘어나게 되는데, 이러한 변인(속도, 보폭)이 가상현실(VR) 속 캐릭터의 움직임에 반영되어 사용자의 움직임과 캐릭터의 움직임이 일치되도록 함으로써 재활 훈련에 집중력 있는 보행 재활을 할 수 있게 하는 것이다.
일반적으로, 보행 재활 기기는 하지 마비나 근력 저하 등의 원인으로 거동이 불편해진 환자의 재활 치료에 사용되는 기기이다.
고령화, 사고, 스트레스 등으로 인해 급속히 증가되고 있는 뇌병변 장애인 및 하지 관절 수술환자에게 있어 가장 필수적이고 재활 효과가 높은 것은 보행 관련 훈련이 될 수 있다. 정상적인 신체의 가동범위(Range of Motion) 내에서 골격의 움직임과 근육의 수축이완 운동은 보행 훈련 및 재활에 있어 고유 기능을 강화시키고 회복시키는 가장 중요한 요소이다. 이러한 정상 가동범위 내에서 보행 재활을 시킬 수 있는 보행 재활 기기의 시장은 급속히 팽창하는 추세이며, 이러한 추세를 대비하여 보행 재활에 널리 활용될 수 있게 값이 싸며 재활 효과를 높일 수 있는 보행 재활 기기의 개발이 요구되고 있다.
종래의 기술로, 본 출원인에 의해 출원되어 등록특허공보 제10-1790048호에 개시된 트레드밀 기반의 보행 재활 기기는, 이 문헌의 도면 1 및 2에 나타난 바와 같이, 발 디딤부를 포함하는 트레드밀 기반의 보행 재활 기기로, 수평프레임부와 이의 양측에 각각 수직되게 놓이는 수직프레임부를 포함하는 프레임부; 상기 발 디딤부와 상기 수직프레임부 사이에 구비되며 상기 발 디딤부에 보행 궤적을 제공하는 링크 유닛; 상기 수평프레임부에 구비되며 상기 발 디딤부가 닿아 상기 발 디딤부와 함께 움직이는 롤러부; 및 상기 링크 유닛과 상기 롤러부를 연동시키는 연동부를 포함하는 내용을 개시한다.
그러나, 종래 기술은 4절 및 5절 링크 기반의 보행재활기기이나, 보폭 조절을 위해서는 사람이 수동적인 조절에 의해서만 변경이 가능하였으며, 보행속도 증가에 따른 자연스런 보폭조절 기능이 없었으며, 종래의 4절 및 5절링크를 기반으로 한 엔드이펙트 방식의 보행재활기기에서는 구동부에서 제공하는 보행패턴과 연동된 가상현실 시스템은 없었다.
본 발명의 기술적 과제는, 재활 진행 정보를 HMD와 같은 스마트 디바이스와 연동시킬 수 있는 가상현실 보행장치를 제공하는 것이며, 또한 가상현실에서 제공되는 영상에 맞추어 재활 훈련자의 보폭을 용이하게 조절할 수 있는 구성을 제공하는 것이다. 또한, 가상현실에서 제공되는 영상의 캐릭터 움직임(보행 속도, 보폭)과 일치된 재활 대상자의 보폭을 용이하게 조절할 수 있는 구성을 제공하는 것이다.
본 발명은, 발 디딤부(110)에 의해 구동되어 회전하는 플라이휠; 상기 발 디딤부와 플라이휠 사이에 구비되며 상기 발 디딤부에 보행 궤적을 제공하는 링크 유닛(130); 가상현실 영상을 제공하는 헤드마운트 디스플레이; 상기 플라이휠의 외주에 부착되어 일체로 회전하며 소정간격으로 형성된 홈(158a)을 구비한 디스크; 상기 회전하는 디스크의 홈을 감지하는 센서; 상기 플라이휠에 부착되는 전동 스텝 모터; 일단이 상기 전동 스텝 모터에 길이 조절이 가능하게 연결되고, 타단은 상기 링크 유닛에 연결되는 크랭크; 상기 센서가 감지한 홈의 개수를 기초로 보행 속도를 산출하고 이를 기초로 상기 가상현실 영상 속 캐릭터의 하지 보행에 연동하여, 상기 크랭크의 길이를 조절함으로써 상기 발 디딤부의 보폭을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 보행장치를 제공한다.
상기 링크 유닛(130)은, 일단이 상기 발 디딤부가 연결되는 제1 링크 부재(131); 상기 크랭크에 일단이 연결되고 타단은 상기 제1 링크 부재에 연결되는 제3 링크 부재(133); 및 일단은 상기 제1 링크 부재(131)의 소정 지점에 연결되고 타단은 프레임부에 연결되는 제2 링크 부재(132);로 이루어져서, 상기 제1, 제2, 제3 링크 부재(131)(132)(133)가 각각 동작하면서 발 디딤부(110)에 보행 궤적을 제공한다.
복수개의 롤러가 앞뒤로 배치되되 그 양단이 상기 프레임부에 회전 자유롭게 장착된다.
상기 플라이휠(150)의 일 측면에서, 플라이휠의 회전 중심점에서 소정거리 이격된 지점에 결합홈(155)이 형성되고, 상기 전동 스텝 모터(145)는 상기 결합홈에 끼워져서 결합된다.
상기 제1 링크 부재(131)에 돌출 형성되어, 상기 제1 링크 부재(131)에 결합된 발 디딤부가 일정 각도 만큼만 회전하도록 제한하여 발목관절의 과회전을 방지하는 스톱퍼(118,119)를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 가상현실 보행장치는, 가상현실에 기반한 보행재활 시스템을 제공하되, 가상현실 캐릭터의 하지 움직임과 연동하는 메커니즘을 통해 재활 훈련자의 보폭을 제어할 수 있기 때문에, 보행 재활의 효과를 높일 수 있다. 또한, 보행속도와 보폭의 변화를 반영한 가상현실 시스템은 보행재활의 몰입도를 상승시켜 재활의 효과를 극대화 시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 보행장치를 사시도이며,
도 2는 도 1의 가상현실 보행장치의 내부 구조를 보여주는 단면이며,
도 3은 도 2의 가상현실 보행장치의 외부 커버를 제거하고 내부 구조를 보여주는 모습이며,
도 4는 도 3의 구조를 반대측에서 바라본 모습이며,
도 5는 본 발명의 가상현실 보행장치의 일부 구성인 플라이휠과 전동 스텝 모터만을 도시한 모습이며,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 보행장치의 보행 속도를 감지하는 구성을 도시한 것이며,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 보행장치의 발목 과회전 방지를 위한 구성을 보여주며,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가상현실 보행장치로 상하지를 동시에 사용할 수 있는 실시예의 모습이며,
도 9는 도 8의 횡단면도이며,
도 10은 본 발명의 가상현실 보행장치를 HMD를 착용하여 재활운동을 하는 실제 사용모습이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 보행장치를 사시도이며, 도 2는 도 1의 가상현실 보행장치의 내부 구조를 보여주는 단면이며, 도 3은 도 2의 가상현실 보행장치의 외부 커버를 제거하고 내부 구조를 보여주는 모습이며, 도 4는 도 3의 구조를 반대측에서 바라본 모습이며, 도 5는 본 발명의 가상현실 보행장치의 일부 구성인 플라이휠과 전동 스텝 모터만을 도시한 모습이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 보행장치의 보행 속도를 감지하는 구성을 도시한 것이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 보행장치의 발목 과회전 방지를 위한 구성을 보여주며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가상현실 보행장치로 상하지를 동시에 사용할 수 있는 실시예의 모습이며, 도 9는 도 8의 횡단면도이며, 도 10은 본 발명의 가상현실 보행장치를 HMD를 착용하여 재활운동을 하는 실제 사용모습이다.
통상적으로, 재활 보행 기기 사용자의 보행 속도가 빨라지면 그에 비례해 보폭이 늘어나게 되는데, 가상현실의 캐릭터를 보면서 재활훈련을 하는 경우, 사용자의 이러한 변인(속도, 보폭)이 가상현실(VR) 속 캐릭터의 움직임에 반영되도록 하는 것이 좋다. 즉, 사용자의 움직임과 캐릭터의 움직임이 일치되도록 함으로써 재활 훈련에 집중력 있는 보행 재활을 할 수 있게 하는 것이다. 본 발명은 이를 위해, 사용자의 보행 속도를 감지할 수 있는 센서를 구비하고 보폭을 조절할 수 있는 기구를 도출하였으며, 이를 기초로 캐릭터 속 인물의 움직임 보행 등을 사용자의 동작과 일치하도록 하였다.
사용자의 보행 속도 내지 보폭이 가상현실 속 캐릭터의 움직임에 반영되도록 하여 집중력 있는 보행 재활을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 가상현실 보행장치.
본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 보행장치(100)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 발 디딤부(110), 프레임부(120)와, 하지용 링크 유닛(130)과, 롤러부(R)와, 가로 방향으로 상측에 구비되는 연결프레임(125)과, 상기 연결프레임에 구비되는 제어용 디스플레이부(D)와, 사용자가 착용하여 가상현실을 보여주는 HMD(head mounted display) 등을 포함할 수 있다.
발 디딤부(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 발이 올려져 고정되는 곳이다. 예를 들어, 발 디딤부(110)는 사용자의 발 바닥이 접하는 발 디딤판과 사용자의 발을 고정하는 밴드 등으로 이루어진 발 고정부를 포함할 수 있다. 나아가, 발 디딤부(110)는, 후술하는 링크 유닛(130)에 대해 전후 이동 가능하게 구비될 수 있다.
프레임부(120)는, 본 발명의 가상현실 보행장치(100)의 뼈대 역할을 하는 구성요소로, 수평프레임부(121)와 이의 양측에 각각 수직되게 놓이는 수직프레임부(122)를 포함할 수 있다. 나아가, 도 1에 도시된 바와 같이, 외관 및 안전을 위해, 프레임부(120)는 외장 커버에 의해 덮일 수 있다.
링크 유닛(130)은, 발 디딤부(110)에 보행 궤적을 제공하는 구성요소로, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 발 디딤부(110)와 프레임부(120) 사이에 구비될 수 있다. 링크 유닛(130)은, 제1 링크 부재(131), 제2 링크 부재(132), 제3 링크 부재(133)를 포함할 수 있다. 제1 링크 부재(131)는 가운데 일정 지점에 구비된 제1 힌지(H1)를 통해 상기 제2 링크 부재(321)의 일단에 회동 가능하게 구비될 수 있다. 상기 제2 링크 부재(132)의 타단은 수직프레임부(1200)에 회동가능하게 장착된다. 상기 제1 링크 부재(131)는 중심 부분에 벤딩부를 가지는 절곡된 형상을 하며 상기 제1 링크 부재(131)의 일단에는 제2 힌지(H2)를 통해 제3 링크 부재(133)와 연결된다. 사용자가 발 디딤부(110)에 발로 힘을 가하면 발 디딤부(110)와 함께 제1, 제2, 제3 링크 부재(131)(132)(133)가 해당 힌지를 기준으로 각각 회동되면서 발 디딤부(110)에 보행 궤적을 제공할 수 있다.
롤러부(R)는, 발 디딤부(110)가 닿는 곳이며, 발 디딤부(110)가 닿을 경우 발 디딤부(110)가 자연스럽게 앞뒤로 움직일 수 있도록 하는 구성요소이다. 예를 들어, 롤러부(R)는 복수개의 롤러가 앞뒤로 배치되되 그 양단이 상기 수평프레임부(121)에 회전 자유롭게 장착된다. 즉, 상기 롤러부를 구성하는 복수개의 롤러 각각은 수평프레임부에 장착된 상태에서 회전이 구속됨이 없이 자유롭게 회전할 수 있다. 이것은 상기 롤러부(R) 위를 발로 딛고 보행 연습을 하는 사용자에게 자연스럽게 보행 재활훈련이 이루어지도록 한다. 즉, 기존의 보행재활장치에서는 롤러가 아니라 트레드밀의 벨트구동부와 같은 구성을 가지고 있었기 때문에, 재활 훈련자가 벨트구동부 위에서 자력으로 발을 전후 방향으로 움직이기 위해서는 벨트를 회전시켜야 하므로, 재활 훈련자가 자력으로 용이하게 보행 재활을 하기가 매우 어려웠다. 본 발명은 이를 극복하여 발을 상기 롤러 위에 딛고 자연스럽게 이동할 수 있게 한 것이다.
본 발명의 특징은 또한 사용자의 보행속도에 따라 보폭을 조절할 수 있는 전동식 보폭조절 장치를 갖는 점에 있다.
보폭조절 장치는, 상기 제3 링크 부재(133)와 연결되어 길이 방향으로 연장 가능하게 연결되는 크랭크(140)와 상기 크랭크의 길이를 연장시키기 위해 크랭크의 일단에 구비되는 전동 스텝 모터(145)로 이루어진다. 상기 전동 스텝 모터(145)는 웜 감속기에 볼스크류를 직결시켜 크랭크의 길이(도 4의 S)를 일정 거리만큼 이동시킬 수 있는 구조이다. 상기 크랭크의 길이(S)가 늘어나면, 제1, 제2, 제3 링크 부재(131)(132)(133)가 제1 및 제2 힌지(H1,H2) 등으로 이루어진 5절링크 시스템이 동작하면서 발 디딤부(100)가 롤러부를 접촉하여 이동하는 거리(도 4의 W, 발 디딤부의 전후 간격, 보폭)을 조절하게 된다.
도 5를 보면, 회전하는 플라이휠(150)에 전동 스텝 모터(145)가 결합되는 모습을 도시하고 있다. 상기 플라이휠(150)의 일 측면에는 결합홈(155)이 형성되고, 상기 결합홈(155)에 전동 스텝 모터(145)가 끼워져서 결합되는 구조이다. 상기 결합홈은 플라이휠의 회전 중심점에서 소정거리 이격된 지점에 위치하여, 상기 전동 스텝 모터 역시 상기 중심축을 기준으로 회전하게 된다. 상기 플라이휠(150)이 중심축을 기준으로 회전하면 전동 스텝 모터(145) 역시 상기 중심축을 기준으로 회전하게 되고, 이때 전동 스텝 모터에 연결된 크랭크(140)와 제3 링크 부재(133) 등이 상호 연결된 상태에서 링크 동작을 수행하게 된다.
사용자가 보행 재활을 하는 과정을 보면, 사용자가 자전거 페달과 같이 좌측 및 우측의 발 디딤부(110)을 디디면서 걷기 훈련을 하게 되면, 어느 하나의 발 디딤부(110)가 롤러부(R)에 닿고(접촉한 롤러는 자유롭게 돌게 되고) 나머지 발 디딤부(110)가 체공되는 과정을 번갈아 반복하게 된다. 이때 상기 롤러는 회전이 구속되지 않고 자유롭게 회전할 수 있는 상태로 양단이 체결되어 있으므로, 발 디딤부가 롤러에 접촉한 상태에서 아무런 저항없이 전후 방향으로 이동할 수 있다. 이것이 기존에 벨트 형태의 재활장치와 큰 차이점이다. 즉, 재활 훈련자는 스스로의 힘으로 매우 자연스럽게 (발 바닥에서 저항을 받지 않고) 걷기 동작을 할 수 있는 것이다.
그리고, 재활 훈련자가 걷기 동작을 하는 과정에서 링크 유닛(130)에 계속해서 힘이 가해질 수 있고, 이 힘이 상기 제1, 제2, 제3 링크 부재(131)(132)(133) 및 상기 크랭크(140)을 통해 플라이휠(150)을 구동시키게 된다. 궁극적으로, 사용자가 롤러부(R)를 밀기 위해 발 디딤부(110)를 롤러부(R)에 강하게 접촉시킬 필요가 없어 사용자는 자연스럽게 보행 재활을 수행하고 플라이휠에 의해 링크 동작이 안정적으로 이루어진다.
본 발명은 가상현실 기반의 재활동작을 제공하는 것을 목적으로 하며(이하 설명함), 이를 위해 가상현실에서 제공되는 영상에 맞추어 보행 속도 내지 보행 폭(도 4의 W)을 조절할 필요가 있는데, 이것은 도 6을 참조하여 설명한다.
본 발명에서는 재활훈련자가 보행을 하면 그 보행속도에 연동되어 플라이휠이 회전하는 것을 이용하여, 보행속도를 상기 플라이휠의 회전속도를 감지하여 측정하도록 하였다. 이를 위해, 플라이휠(150)의 외주에 알루미늄 디스크(158)가 부착되어 플라이휠과 같이 회전하도록 한다. 그리고, 상기 디스크에는 방사상으로 일정각도 및 일정 간격을 이루도록 한 홈(158a)을 형성한다. 그리고, 상기 홈의 측면에는 홈을 감지하여 상기 디스크(158)의 회전속도를 감지하는 센서(170)가 배치된다. 상기 센서는 브라켓(175)을 통해 적절한 고정 결합된다.
상기 센서(170)가, 디스크가 회전함에 따라 디스크의 홈(158a)의 개수를 감지하고, 이를 제어부에 신호를 전송하여 디스크 회전속도 및 보행속도를 산출하게 된다. 그리고, 산출된 속도를 기반으로 좌우 보폭을 좁게 또는 넓게 조절하고 이를 가상현실(Virtual Reality) 캐릭터의 하지 움직임과 연동하는 메커니즘을 구현한 것이다. 여기서 좌우 보폭의 조절은, 발 디딤부(110)가 상기 제1, 제2, 제3 링크 부재(131)(132)(133) 및 상기 크랭크(140)을 통해 플라이휠(150)과 연결되어 링크 동작을 하게 되므로, 상기 크랭크(140)의 길이를 신축하게 되면 상기 발 디딤부의 전후방향 보폭이 변경되는 원리를 이용한 것이다.
본 발명은, 상기 보행 장치 기구의 움직임과 연동되는 가상현실 캐릭터의 구현을 위해 센서에서 측정된 신호를 수집하는 제어보드, 이와 연결된 PC, PC의 그래픽카드와 연결된 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display, HMD) 등을 더 포함한다.
본 발명은, 다양한 보폭 및 보행속도에 대응하는 발 디딤 지면은, 힐 스트라이크부터 토-오프 구간까지 구비된 롤러들은 일정 길이의 롤러 양축을 지지하는 지지프레임부에 고정되고, 이때 지지프레임부는 볼 베어링의 형상으로 홈이 파여져 외부충격에 의한 롤러의 이탈을 방지하고 볼 베어링으로 조합된 롤러 세트로 구성하여 인위적인 저항 없이 연속적이고 안정적인 보행재활을 구현하였다.
본 발명은 보행재활 동작 중 발목관절이 과회전되어 발생할 위험성을 제거하기 위해 과회전 방지를 위한 스톱퍼를 구성하였는데 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7을 보면, 발 디딤부(110)는 연결부재(115)에 의해 상기 제1 링크 부재(131)에 회전 자유롭게 연결되어 자유로운 회전이 가능하게 부착된다. 이때 발 디딤부(110)가 제1 링크 부재(131)에 부착되되 일정 각도 만큼만 회전하도록 제한하여 발목관절의 과회전을 제한할 필요가 있어서 본 발명에서는 상기 연결부재(115)의 회전각도를 제한하는 스톱퍼(118,119)를 구비하였다. 이를 통해, 상기 발 디딤부(110)의 구동축(연결부재(115))의 체공시 과회전을 방지하게 되어 재활 훈련자 발목관절을 보호하게 된다.
이와 더불어, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 보행장치(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 재활 훈련자의 슬관절의 과신전을 방지하기 위한 과신전 방지부(210)를 더 포함할 수 있다. 이러한 과신전 방지부(210)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 링크 부재(132)에 구비될 수 있다.
상기 과신전 방지부(210)는, 높이 조절 부재(211)와 과신전 방지봉(212)을 포함할 수 있다. 높이 조절 부재(211)는 제2 링크 부재(132)에 상하 이동 가능하게 구비될 수 있는데, 제2 링크 부재(132)에는 상기 과신전 방지부(210)의 높이 조절 부재(211)가 체결되는 체결공(132a)가 형성된다.
상기 과신전 방지봉(212)은 높이 조절 부재(211)에 구비되며 탑승자의 슬관절(12)이 접히도록 높이 조절 부재(211)에서 탑승자 측으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 따라서, 발이 바닥을 디디는 순간 과신전 방지봉(212)이 탑승자의 슬관절을 가압하게 되므로, 하나의 보행 사이클(1 Gait Cycle)이 이루어지는 동안, 탑승자의 슬관절의 과신전을 방지할 수 있다. 치료사의 도움 없이도 슬관절의 과도한 펴짐 현상을 억제시킬 수 있어, 환자중심의 연속적인 재활 훈련의 효과를 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 도 8 내지 도 9를 보면, 가상현실 보행장치로 상하지를 동시에 사용할 수 있는 실시예를 도시하고 있다. 하부 프레임부에 상부 프레임부를 결합하여 상지와 하지를 동시에 재활을 수행하는 것도 가능하다. 특히, 본 발명에 의할 때, 의 상하지 보행 재활 기기를 한 대 구입하는 것으로, 장애의 정도의 호전에 따라 처음에는 하부 프레임부에 상부 프레임부를 장착하여 상하지 재활을 모두 하다가 장애의 정도가 호전되면 상부 프레임부를 탈거하여 하지 재활을 할 수 있어, 기기의 설치 공간 및 기기 구입 비용에 대한 부담을 최소화할 수 있다.
하부 프레임부에 상부 프레임부를 착탈하는 구조로는, 상부 프레임부의 하단에 구비되는 삽입 돌기와, 삽입 돌기가 삽입되도록 하부 프레임부의 상단에 형성되는 삽입홈을 포함할 수 있다. 삽입 돌기가 삽입홈에 삽입되면 별도의 체결 볼트를 이용하여 삽입 돌기를 하부 프레임부에 체결할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (5)

  1. 발 디딤부(110)에 의해 구동되어 회전하는 플라이휠;
    상기 발 디딤부와 플라이휠 사이에 구비되며 상기 발 디딤부에 보행 궤적을 제공하는 링크 유닛(130);
    가상현실 영상을 제공하는 헤드마운트 디스플레이;
    상기 플라이휠의 외주에 부착되어 일체로 회전하며 소정간격으로 형성된 홈(158a)을 구비한 디스크;
    상기 회전하는 디스크의 홈을 감지하는 센서;
    상기 플라이휠에 부착되는 전동 스텝 모터;
    일단이 상기 전동 스텝 모터에 길이 조절이 가능하게 연결되고, 타단은 상기 링크 유닛에 연결되는 크랭크;
    상기 센서가 감지한 홈의 개수를 기초로 보행 속도를 산출하고 이를 기초로 상기 가상현실 영상 속 캐릭터의 하지 보행에 연동하여, 상기 크랭크의 길이를 조절함으로써 상기 발 디딤부의 보폭을 조절하는 제어부;를 포함하여,
    사용자의 보행 속도 내지 보폭이 가상현실 속 캐릭터의 움직임에 반영되도록 하여 집중력 있는 보행 재활을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 가상현실 보행장치.
  2. 제1항에서, 상기 링크 유닛(130)은,
    일단이 상기 발 디딤부가 연결되는 제1 링크 부재(131);
    상기 크랭크에 일단이 연결되고 타단은 상기 제1 링크 부재에 연결되는 제3 링크 부재(133); 및
    일단은 상기 제1 링크 부재(131)의 소정 지점에 연결되고 타단은 프레임부에 연결되는 제2 링크 부재(132);로 이루어져서,
    상기 제1, 제2, 제3 링크 부재(131)(132)(133)가 각각 동작하면서 발 디딤부(110)에 보행 궤적을 제공하는 가상현실 보행장치.
  3. 제2항에서,
    복수개의 롤러가 앞뒤로 배치되되 그 양단이 상기 프레임부에 회전 자유롭게 장착되는 가상현실 보행장치.
  4. 제1항에서,
    상기 플라이휠(150)의 일 측면에서, 플라이휠의 회전 중심점에서 소정거리 이격된 지점에 결합홈(155)이 형성되고,
    상기 전동 스텝 모터(145)는 상기 결합홈에 끼워져서 결합되는 것을 특징으로 하는 가상현실 보행장치.
  5. 제2항에서,
    상기 제1 링크 부재(131)에 돌출 형성되어, 상기 제1 링크 부재(131)에 결합된 발 디딤부가 일정 각도 만큼만 회전하도록 제한하여 발목관절의 과회전을 방지하는 스톱퍼(118,119)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 보행장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112826695A (zh) * 2020-12-24 2021-05-25 阁步(上海)医疗科技有限公司 一种用于下肢康复训练装置的双足末端执行机构
CN114587943A (zh) * 2022-03-18 2022-06-07 四川大学华西医院 一种用于下肢瘫痪患者的辅助康复设备
CN115671668A (zh) * 2022-11-02 2023-02-03 湖南师范大学 一种下肢运动康复用仿人体运动康复装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111685979B (zh) * 2020-06-10 2023-01-13 遂宁市中心医院 一种神经康复运动训练装置
CN111920657B (zh) * 2020-08-12 2023-02-24 遂宁市中心医院 一种神经康复运动训练装置
KR102481296B1 (ko) 2021-02-23 2022-12-26 휴카시스템 주식회사 중력보상용 무게추를 구비한 보행재활장치
KR102559659B1 (ko) 2021-08-13 2023-07-27 휴카시스템 주식회사 족저부 압력 측정을 위한 3축 로드셀을 구비한 보행재활장치
CN113599190B (zh) * 2021-08-19 2022-04-15 吉林大学 用于骨科康复锻炼中下肢单次步进距离的调节构件
CN113813566B (zh) * 2021-10-08 2022-07-19 上海卓道医疗科技有限公司 踝关节康复训练设备
KR20240018740A (ko) 2022-08-02 2024-02-14 휴카시스템 주식회사 체중지지수단을 구비한 보행재활장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070232457A1 (en) * 2004-01-23 2007-10-04 Porth Timothy J Exercise Equipment With Automatic Adjustment Of Stride Length And/Or Stride Height Based Upon Direction Of Foot Support Rotation
KR20160072301A (ko) * 2014-12-12 2016-06-23 대한민국(국립재활원장) 보행궤적을 구현한 상하지 보행운동기기
KR101661465B1 (ko) * 2015-05-14 2016-10-10 대한민국 상하지 보행운동기기
KR101790048B1 (ko) * 2017-03-07 2017-10-26 김형식 트레드밀 기반의 보행 재활 기기
KR20180041880A (ko) * 2016-10-17 2018-04-25 대구대학교 산학협력단 가상현실 플랫폼을 포함하는 중증 장애자용 보행 재활 장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4185108B2 (ja) * 2006-04-06 2008-11-26 本田技研工業株式会社 運動管理システム
US8968163B1 (en) * 2011-02-03 2015-03-03 David J. Vidmar Unweighted therapy and training device
CN102671341A (zh) * 2012-05-30 2012-09-19 华南理工大学 一种下肢智能康复训练装置
CN204563490U (zh) * 2015-04-02 2015-08-19 青岛英派斯健康科技有限公司 椭圆机的电动调幅机构
CN108309698B (zh) * 2018-03-29 2023-09-01 上海邦邦机器人有限公司 一种步态康复训练器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070232457A1 (en) * 2004-01-23 2007-10-04 Porth Timothy J Exercise Equipment With Automatic Adjustment Of Stride Length And/Or Stride Height Based Upon Direction Of Foot Support Rotation
KR20160072301A (ko) * 2014-12-12 2016-06-23 대한민국(국립재활원장) 보행궤적을 구현한 상하지 보행운동기기
KR101661465B1 (ko) * 2015-05-14 2016-10-10 대한민국 상하지 보행운동기기
KR20180041880A (ko) * 2016-10-17 2018-04-25 대구대학교 산학협력단 가상현실 플랫폼을 포함하는 중증 장애자용 보행 재활 장치
KR101790048B1 (ko) * 2017-03-07 2017-10-26 김형식 트레드밀 기반의 보행 재활 기기

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112826695A (zh) * 2020-12-24 2021-05-25 阁步(上海)医疗科技有限公司 一种用于下肢康复训练装置的双足末端执行机构
CN114587943A (zh) * 2022-03-18 2022-06-07 四川大学华西医院 一种用于下肢瘫痪患者的辅助康复设备
CN115671668A (zh) * 2022-11-02 2023-02-03 湖南师范大学 一种下肢运动康复用仿人体运动康复装置
CN115671668B (zh) * 2022-11-02 2023-10-24 湖南师范大学 一种下肢运动康复用仿人体运动康复装置

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