WO2021002661A1

WO2021002661A1 - 윈치보상 견인장치를 이용한 bws 시스템 및 그 운영 방법

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Publication number: WO2021002661A1
Application number: PCT/KR2020/008564
Authority: WO
Inventors: 박수현; 박정규; 지영훈; 조정호; 김호준; 최동은; 안철웅; 한창수
Original assignee: 주식회사 헥사휴먼케어
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2020-07-01
Publication date: 2021-01-07
Also published as: CN113226487A; KR102203822B1; CN113226487B; KR20210003000A

Abstract

본 발명의 BWS 시스템(1)은 하네스(Harness)(50)와 연결되어 하네스 부가 무게를 받는 윈치 와이어(21-1)가 외부로 빠져 나온 서포트 프레임(10)에 구비된 윈치보상 견인장치(10-2)가 하네스 부가 무게를 상기 윈치 와이어(21-1)가 감고 풀어지는 윈치(21)와 연결된 무게 추(27)의 중량 밸런스 효과(Weight Balance Effect)로 하중보상 해줌으로써 BWS 시스템(1)의 제조비용을 액추에이터 보상견인장치 대비 낮출 수 있고, 특히 윈치 상/하단 위치 센서(40-1,40-2)와 함께 무게 검출 센서(40-3)의 조합을 이용한 수동조작 최소화로 BWS 시스템(1)에 대한 사용자 편리성도 제공하는 특징을 갖는다

Description

윈치보상 견인장치를 이용한 BWS 시스템 및 그 운영 방법

본 발명은 보행훈련을 위한 BWS 시스템에 관한 것으로, 특히 윈치보상 견인 장치로 훈련강도의 다양화와 함께 수동조작 절차가 크게 축소된 BWS 시스템 운영이 가능한 BWS 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 보행견인 시스템(BWS ; Body Weight Support)(이하 BWS 시스템)에는 보행 훈련 시 보행 훈련자의 체중으로 하중 부담을 느끼지 않도록 무게보상 견인장치가 구비된다.

구체적으로 상기 무게보상 견인장치는 무게 추 적용 구조와 액추에이터 적용 구조로 구분된다.

일례로 상기 무게 추 보상견인장치는 보행 훈련자에 대한 하중 부담을 무게 추로 담당하고, 무게 추의 수량 증감을 통한 하중 부담 경감 및 보행 훈련 강도 조절을 수행하는 방식이다. 반면 상기 액추에이터 보상견인장치는 보행 훈련자에 대한 하중 부담을 스프링과 액추에이터의 조합으로 담당하고, 액추에이터의 작동 변화에 대한 스프링의 탄성반력변화를 통한 하중 부담 경감 및 보행 훈련 강도 조절을 수행하는 방식이다.

그러므로 BWS 시스템은 무게 추 보상견인장치 또는 액추에이터 보상견인장치를 이용함으로써 뇌 가소성을 통한 보행 훈련에 도움이 되는 2족 보행 자세 경험을 효과적으로 얻을 수 있게 된다.

하지만, 상기 무게 추 방식 보상견인장치 및 상기 액추에이터 보상견인장치는 장점 대비 단점이 커 개선을 필요로 하고 있다.

일례로 상기 무게 추 보상견인장치는 단순한 구조와 제작비용이 낮은 장점이 있으나 BWS 시스템에서 필요로 하는 무게보상/자세/훈련강도세팅 기능을 모두 수동으로 조작하여 야 하고, 특히 무게 추의 수량 증감을 위해선 불편을 주는 별도의 고정 수단(Locking Means)에 의한 무게 추 고정과 같은 수동조작 작업이 많이 필요함으로써 사용자 편의성이 매우 낮은 단점이 있다.

반면 상기 액추에이터 보상견인장치는 수동조작의 불편을 거의 해소하여 BWS 시스템에 대한 사용자 편의성이 우수한 장점이 있으나 스프링과 액추에이터의 조합으로 인해 구조가 복잡하면서 제작비용도 높다는 단점이 있다.

따라서 BWS 시스템은 여러 가지 사고 등으로 재활 요구가 높아지고 있는 상황에 맞춰 무게 추 방식 장점인 구조/가격 경쟁력은 물론 액추에이터 방식 장점인 사용자 편의성을 함께 갖춘 무게보상 견인장치에 대한 필요성을 요구하고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 BWS 시스템에서 필요로 하는 무게 보상범위의 확장이 무게 추와 윈치의 결합을 이용한 중량 밸런스 효과(Weight Balance Effect)로 이루어지고, 특히 BWS 시스템에서 필요로 하는 무게보상/자세/훈련강도세팅 기능에 대한 수동조작제거가 무게 추와 윈치 및 센서의 조합을 이용한 시너지효과(Synergies Effect)로 이루어지는 윈치보상 견인장치를 이용한 BWS 시스템 및 그 운영 방법의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 BWS 시스템은 하네스와 연결되어 하네스 부가 무게를 받는 윈치 와이어가 외부로 빠져 나온 서포트 프레임; 상기 하네스 부가 무게를 상기 윈치 와이어가 감고 풀어지는 윈치와 연결된 무게 추의 중량 밸런스 효과로 하중보상 해주는 윈치보상 견인장치가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 하중보상은 상기 하네스 부가 무게의 범위를 0 ~ 80Kg 중량으로 설정할 수 있도록 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 윈치는 전동 윈치이고, 상기 무게 추는 무게 경감을 단위 무게 추의 조합으로 구현 해 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 윈치보상 견인장치는 윈치 모션 가이더를 구비하고, 상기 윈치 모션 가이더는 상기 윈치가 상기 하네스 부가 무게와 상기 무게 추의 보상하중 차로 상하 이동이 이루어지도록 하며, 상기 윈치 모션 가이더는 세팅 윈치위치와 훈련윈치위치로 상방향 이동 위치를 달리하는 상기 윈치의 이동을 안내하는 메인 포스트, 상기 윈치와 함께 상기 메인 포스트가 결합되어 상하방향으로 이동되는 윈치 플레이트, 상기 윈치의 초기윈치위치를 형성하도록 위치 고정된 센서 플레이트로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 세팅윈치위치는 윈치 상단 위치 센서로 형성되고, 상기 윈치 상단 위치 센서는 상기 윈치 플레이트와 함께 이동하는 위치 센서 타겟, 상기 센서 플레이트에 고정되어 상기 위치 센서 타겟이 방출 광을 차단하거나 해제할 때 상기 위치 센서 타겟의 이동을 감지하는 포토 센서로 구성된다. 반면 상기 훈련윈치위치는 윈치 하단 위치 센서로 형성되고, 상기 윈치 하단 위치 센서는 상기 윈치 플레이트와 함께 이동하는 위치 센서 타겟, 상기 센서 플레이트에 고정되어 상기 위치 센서 타겟이 방출 광을 차단하거나 해제할 때 상기 위치 센서 타겟의 이동을 감지하는 포토 센서로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 윈치보상 견인장치는 무게 검출 센서를 구비하고, 상기 무게 검출 센서는 적외선을 발성하는 적외선 센서, 상기 적외선을 상기 적외선 센서로 반사시켜주도록 상기 무게 추에 구비된 반사판으로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 반사판은 상기 무게 추의 단위 무게 추의 조합 상태를 고정시켜 준다. 상기 적외선 센서는 상기 반사판의 거리로 무게 추 중량 데이터 맵으로 축적하는 데이터 프로세서와 연계된다.

바람직한 실시예로서, 상기 윈치보상 견인장치는 윈치 발란서를 구비하고, 상기 윈치 발란서는 상기 윈치가 포함된 윈치 구조물의 총 무게를 상쇄하는 윈치 무게 추로 작용한다. 상기 윈치 발란서는 서브 포스트로 안내되어 상기 윈치와 반대방향으로 움직이고, 상기 서브 포스트는 상기 서포트 프레임에 결합된 사이드 플레이트를 이용하여 고정된 포스트 브래킷에 일단이 고정된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 BWS 시스템 운영방법은 서포트 프레임에서 빠져 나와 하네스에 걸린 하네스 부가 무게가 작용하는 윈치 와이어를 감거나 푸는 윈치에 무게 추를 연결하고, 상기 하네스 부가 무게가 하중 보상되는 상기 무게 추의 중량 밸런스 효과를 상기 윈치의 상하 이동 움직임으로 구현해 주는 윈치보상 견인장치제어가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 윈치보상 견인장치제어는 윈치를 내려 초기윈치 위치로 형성시켜 주는 BWS 세팅 단계; 상기 윈치 와이어가 내려온 후 상기 하네스부가 무게가 걸린 상기 하네스를 올려 주도록 상기 윈치의 구동이 이루어지고, 상기 윈치가 상방향으로 올라가 초기윈치위치에서 세팅윈치위치로 상방향 위치 이동되는 BWS 착용 단계; 상기 하네스가 올려진 후 내려져 상기 윈치의 구동 정지되고, 상기 윈치가 하방향으로 내려가 세팅윈치위치에서 훈련윈치위치로 하방향 위치 이동되는 BWS 워밍업 단계; 상기 윈치가 구동 정지 상태에서 트레드 밀 보행 속도 운전이 이루어지는 BWS 훈련 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 BWS 훈련 단계는 상기 위치가 상기 훈련윈치위치 내에서 상하 이동됨으로써 상기 중량 밸런스 효과로 상기 하네스 부가 무게를 하중 보상 하여 준다.

이러한 본 발명의 윈치보상 견인장치는 무게 추와 윈치 및 센서의 일체화에 따른 기능자동화를 갖춤으로써 BWS 시스템에서 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 무게 추와 윈치의 결합으로 중량 밸런스 효과(Weight Balance Effect)를 발생시켜 줌으로써 보행견인시스템에 적용되는 보행훈련 무게를 0~80kg 중량(Weight)까지 가변적으로 커버하면서 역으로 보행훈련 강도를 0~80kg 하중(Load)까지 가변적으로 조절할 수 있다. 둘째, 0~80kg 하중(Load)에 달하는 가변적인 보행훈련 강도 조절로 낙상 방지와 함께 훈련 목적에 따른 다양한 보행훈련이 이루어질 수 있다. 셋째, 무게 추와 윈치 및 센서의 조합으로 시너지효과(Synergies Effect)를 발생시켜 줌으로써 보행견인시스템에서 무게보상/자세/훈련강도세팅 기능을 위해 필요한 수동조작을 최대한 제거할 수 있다. 넷째, 수동조작을 최대한 제거함으로써 보행견인시스템 운영 또는 조작에 대한 사용자 편의성이 크게 높아진다. 다섯째, 적외선 센서와 무게 추의 연계로 훈련강도 등에 따라 다르게 적용되는 무게 추의 무게를 훈련성과 데이터와 연계시켜 줄 수 있다. 여섯째, 적외선 센서를 이용한 훈련성과 데이터로 맞춤형 훈련 및 훈련효과 극대화가 가능할 뿐만 아니라 훈련성과 데이터의 축적 및 구축으로 통해 추후 빅 데이터 및 AI(Artificial Intelligence) 활용 등이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 BWS 시스템에 적용된 윈치보상 견인장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 윈치보상 견인장치의 부분 확대도이며, 도 3은 본 발명에 따른 윈치보상 견인장치로 수동조작빈도가 축소된 BWS 시스템 운영 방법의 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 윈치보상 견인장치의 동작 상태이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, BWS 시스템(1)은 리모컨(1-7), 서포트 프레임(10-1), 윈치 보상 견인장치(10-2) 및 하네스(Harness)(50)를 포함한다.

일례로 상기 리모컨(1-7)은 윈치보상 견인장치(10-2)의 윈치(21)를 정/역회전 구동 및 정지시켜 주고, 윈치 구동/정지 신호 발생을 위해 윈치(21)에 와이어로 연결된 유선방식이 우선되나 블루투스(Bluetooth)와 같은 근거리 무선통신이 이용될 수 있다.

일례로 상기 서포트 프레임(10-1)은 트러스 구조로 이루어져 내부 빈공간을 형성한다. 일례로 상기 서포트 프레임(10-1)은 바닥에 놓여져 윈치보상 견인장치(10-2)를 내부로 수용한 수직 프레임의 상단부에서 절곡된 수평 프레임으로 이루어진 프레임 바디로 특징된다. 특히 상기 서포트 프레임(10-1)은 윈치보상 견인장치(10-2)의 윈치(21)에 연결된 윈치 와이어(21-1)의 장력을 유지하기 위해 수평 프레임의 내부에서 서로 간격을 두고 위치되어 윈치 와이어(21-1)가 걸어진 와이어 롤러(10A)를 구비한다. 이 경우 상기 와이어 롤러(10A)는 자유회전 롤러를 적용한다.

일례로 상기 윈치보상 견인장치(10-2)는 자중보상 윈치(20), 윈치 모션 가이더(30) 및 윈치 센서(40)로 구성된다.

구체적으로 상기 자중보상 윈치(20)는 윈치(Winch)(21), 윈치 와이어(21-1), 하네스 연결단(21-1A), 윈치 발란서(Winch Balancer)(23), 윈치 발란서 와이어(23-1), 무게 추(27), 무게 추 연결대(29)로 구성된다.

특히 상기 윈치보상 견인장치(10-2)는 하네스(50)를 착용한 트레이니(Trainee)(100)(예, 보행 훈련자)로부터 윈치 와이어(21-1)가 받는 하네스 부가 무게에 대해 약 0~80kg를 보상하중범위로 하고, 보상하중범위의 약 60%를 무게 추(27)의 중량 밸런스 효과(Weight Balance Effect)에 의한 하중보상으로 구현함으로써 트레이니(100)가 받는 부담 하중을 최대 약 60Kg까지 늘려 보행훈련 강도의 조절이 가능한 특징을 갖는다.

또한 상기 윈치보상 견인장치(10-2)는 보행훈련 강도조절을 위해 필요한 무게 추 변경/고정 작업과 같은 훈련 보조자(예, 물리 치료사)의 한 수동조작을 거의 없애 사용자 편리성이 크게 향상되는 특징을 갖는다.

나아가 상기 윈치보상 견인장치(10-2)는 보행훈련 강도 조절을 위해 가변되는 무게 추 중량이 트레이니(100)의 퍼스널 데이터로 축적 가능함으로써 훈련성과 분석/개선 등에 이용되는 빅 데이터 및 AI(Artificial Intelligence)영역으로 확장되는 특징을 갖는다.

일례로 상기 윈치(21)는 리모컨(1-7)에 의해 정지/구동 및 정/역회전되며, 연결된 윈치 와이어(21-1)를 정회전(또는 역회전)으로 연결된 풀어주거나 역회전(또는 정회전)으로 감아준다. 그러므로 상기 윈치(21)는 전기 모터를 구동원으로 하는 전동식 윈치이고, 모터 드라이버(또는 인버터)를 구비할 수 있다. 상기 윈치 와이어(21-1)는 윈치(21)의 회전축에 연결된 한쪽 끝단의 반대쪽 끝단이 서포트 프레임(10-1)으로 노출되어 하네스 연결단(21-1A)과 연결된다. 상기 하네스 연결단(21-1A)은 트레이니(100)가 착용하는 하네스(50)를 연결한다.

일례로 상기 윈치 발란서(23)는 윈치 발란서 와이어(23-1)를 매개로 윈치(21)와 역방향 이동(예, 엘리베이터 무게 추 원리 적용)함으로써 윈치(21)와 윈치 모션 가이더(30)를 윈치 구조물로 한 총 무게(중량)을 상쇄하는 윈치 무게 추로 작용하여 준다. 그러므로 상기 윈치 발란서(23)는 윈치 구조물의 무게를 뺀 무게 추(27)로 한정된 무게만 트레이니(100)에게 가해지도록 작용한다. 특히 상기 윈치 발란서(23)는 로드 홀을 천공하여 서브 포스트(37)가 관통한다. 또한 상기 윈치 발란서 와이어(23-1)는 윈치 플레이트(33)에 일단이 고정된 상태에서 윈치 발란서(23)와 연결되어 윈치 발란서(23)의 이동을 허용함이 바림직하나 LM(Linear Motion) 가이드레일이나 볼 스크류 로드 등이 적용될 수 있다.

일례로 상기 무게 추(27)는 무게 추 연결대(29)로 윈치 플레이트(33)에 고정되어 윈치(21)의 상하 이동을 추종함으로써 무게 추(27)의 무게를 하네스(50)를 착용한 트레이니(100)에 가하는 하중 부담으로 제공하여 준다. 그러므로 상기 무게 추(27)는 윈치 구조물 중량이 제거된 상태에서 트레이니(100)에 대한 중량 밸런스 효과(Weight Balance Effect)로 하중보상을 구현한다.

특히 상기 무게 추(27)는 단위 무게 추를 조합하여 무게를 늘이거나 줄여 줌으로써 헬스 운동기구의 무게 추와 같이 단위 무게 추의 집합으로 구성되나 레이저 반사판(47)을 적용함으로써 통상적인 무게 추 고정 수단을 적용하지 않는 차이가 있다.

구체적으로 상기 윈치 모션 가이더(30)는 메인 포스트(Post)(31), 윈치 플레이트(33), 센서 플레이트(35), 서브 포스트(37), 포스트 브래킷(37-1) 및 사이드 플레이트(39)로 구성된다.

일례로 상기 메인 포스트(31)는 윈치 와이어(21-1)의 권치(즉, 감김 또는 풀림) 시 트레이니(100)와 무게 추(27)의 보상하중 차로 인해 윈치(21)에서 발생되는 상하이동을 안정적으로 안내하여 준다. 이 경우 보상하중 차는 보행 훈련이 이루어지는 트레이니(100)의 하중을 약 0 ~ 80Kg 중량 범위로 보상하도록 무게 추(27)의 단위 무게 추 수량을 조절할 수 있다.

특히 상기 메인 포스트(31)는 그 길이를 윈치(21)의 하단 위치에서 트레이니(100)가 바닥에서 약간 떨어진 상태를 이룰 수 있도록 형성하고, 그 구성 수량은 사각 형상을 이루는 윈치 플레이트(33)의 형상에 따라 모서리로 각각 위치된 4개의 메인 포스트(31)로 구성되나 1~3개로 다양하게 구성할 수 있다.

일례로 상기 윈치 플레이트(33)는 윈치(21)와 이에 연관된 윈치 부속품을 장착하는 장소로 제공되고, 사각 평판 형상으로 이루어짐으로써 각 모서리에 메인 포스트(31)가 고정된다. 그러므로 상기 윈치 플레이트(33)는 윈치(21)와 함께 상하이동이 이루어진다.

일례로 상기 센서 플레이트(35)는 윈치(21)와 플레이트(33)의 상하 이동 움직임에 반해 위치 고정되도록 서포트 프레임(10-1)의 수직 프레임을 이용해 고정된다. 특히 상기 센서 플레이트(35)는 메인 포스트(31)가 관통되는 포스트 홀을 모서리 각각에 천공하고, 포스트 홀 주위를 윈치 센서(40)의 윈치 상단 위치 센서(40-1)와 윈치 하단 위치 센서(40-2)가 장착되는 장소로 제공한다.

일례로 상기 서브 포스트(37)는 윈치 발란서(23)는 윈치(21)의 상하이동 시윈치(21)의 이동방향과 역방향으로 이루어지는 상하이동을 안정적으로 안내하여 준다. 특히 상기 서브 포스트(37)는 윈치 발란서(23)의 로드 홀을 관통하고, 사이드 플레이트(39)에 결합된 포스트 브래킷(37-1)에 일단이 고정된 상태에서 상하 이동된다.

일례로 상기 사이드 플레이트(39)는 윈치 발란서(23)의 상하 이동을 위해 서브 포스트(37)를 고정시켜 주는 포스트 브래킷(37-1)이 결합되는 장소를 제공하고, 서포트 프레임(10-1)의 수직 프레임을 이용해 고정된다.

구체적으로 상기 윈치 센서(40)는 윈치 상단 위치 센서(40-1), 윈치 하단 위치 센서(40-2) 및 무게 검출 센서(40-3)로 구분된다.

일례로 상기 윈치 상단 위치 센서(40-1)는 센서 플레이트(35)의 한쪽 모서리에 천공된 포스트 홀 주위에 위치되고, 윈치(21)의 상방향 이동에 대한 메인 포스트(31)의 스토퍼로 작용한다. 상기 윈치 하단 위치 센서(40-2)는 센서 플레이트(35)의 다른 쪽 모서리에 천공된 포스트 홀 주위에 위치되고, 윈치(21)의 하방향 이동에 대한 메인 포스트(31)의 스토퍼로 작용한다.

이를 위해 상기 윈치 상단 위치 센서(40-1)와 상기 윈치 하단 위치 센서(40-2)의 각각은 비접촉 구조를 적용한다.

일례로 상기 윈치 상단 위치 센서(40-1)와 상기 윈치 하단 위치 센서(40-2)의 각각은 위치 센서 타겟(41)과 포토 센서(43)로 구성요소로 한다. 상기 위치 센서 타겟(41)은 로드 바(Rod Bar)의 형태로 직선을 이루고, 상기 포토 센서(43)는 위치 센서 타겟(41)의 상하 이동 경로로 빛을 방출한다. 또한 상기 위치 센서 타겟(41)은 윈치 플레이트(33)에 고정되어 윈치 플레이트(33)와 함께 이동하는 반면 상기 포토 센서(43)는 센서 플레이트(35)에 고정된다.

그러므로 상기 위치 센서 타겟(41)은 위로 올라가 세팅윈치위치(b)에 도달(예, 윈치 상단 위치 센서(40-1))하거나 또는 밑으로 내려가 훈련윈치위치(c)에 도달(예, 윈치 하단 위치 센서(40-2))하고, 상기 포토 센서(43)는 세팅윈치위치(b)에 도달(예, 윈치 상단 위치 센서(40-1))하기 전까지 또는 훈련윈치위치(c)에 도달(예, 윈치 하단 위치 센서(40-2))하기 전까지 위치 센서 타겟(41)로 빛이 차단되지 않는 상태에 있다가 세팅윈치위치(b)에 도달되도록 위로 이동한 위치 센서 타겟(41)으로 빛 차단 상태로 전환됨으로써 윈치(21)가 초기윈치위치(a)에서 세팅윈치위치(b) 또는 세팅윈치위치(b)에서 훈련윈치위치(c)로 이동했음이 시스템 사용자(예, 재활 치료사)에게 인지된다. 이 경우 상기 위치 센서 타겟(41)은 초기윈치 위치(a)에서 포토 센서(43)의 빛을 차단하도록 구성됨과 같이 역으로 작동하도록 설정될 수 있다.

하지만, 상기 윈치 상단 위치 센서(40-1)와 상기 윈치 하단 위치 센서(40-2)의 각각은 접촉구조를 적용할 수 있다.

일례로 상기 윈치 상단 위치 센서(40-1)와 상기 윈치 하단 위치 센서(40-2)의 각각은 위치 센서 타겟(41)과 포토 센서(43)로 구성요소로 한다. 상기 위치 센서 타겟(41)은 끝단으로 돌출 돌기를 갖는 로드 바(Rod Bar)의 형태로 이루어지고, 윈치 플레이트(33)에 고정되어 윈치 플레이트(33)와 함께 이동한다. 반면 상기 포토 센서(43)는 로드 바가 수용되도록 개구 채널(Open Channel)의 형태로 이루어지고, 센서 플레이트(35)에 고정된다.

그러므로 상기 위치 센서 타겟(41)이 위로 올라가 세팅윈치위치(b)에 도달하거나 밑으로 내려가 훈련윈치위치(c)에 도달하고, 상기 포토 센서(43)는 위치 센서 타겟(41)의 돌출 돌기를 구속함으로써 윈치(21)가 초기윈치위치(a)에서 세팅윈치위치(b) 또는 세팅윈치위치(b)에서 훈련윈치위치(c)로 이동했음이 시스템 사용자(예, 재활 치료사)에게 인지될 수 있다.

일례로 상기 무게 검출 센서(40-3)는 무게 추(27)의 수량 중가에 따른 거리 변화를 검출한다. 이를 위해 상기 무게 검출 센서(40-3)는 적외선 센서(45)와 반사판(47)으로 이루어진다. 상기 적외선 센서(45)는 바닥을 향한 적외선을 생성하고, 상기 반사판(47)은 적외선 센서(45)로 적외선을 반사시켜준다. 또한 상기 반사판(47)은 통상적인 무게 추 고정 수단을 대신하여 무게 추(27)의 단위 무게 추 조합을 고정시켜 준다.

특히 상기 적외선 센서(45)는 거리 측정이 가능한 레이저 센서 또는 3D 타입으로서 빛을 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 반사체의 위치좌표를 측정할 수 있는 라이다(LiDAR: Light Detection And Range)를 적용할 수 있다.

구체적으로 상기 하네스(50)는 서포트 프레임(10-1)에서 노출된 윈치 와이어(21-1)의 하네스 연결단(21-1A)과 연결되고, 트레이니(100)가 입을 수 있는 착용 시트를 구비한다.

한편 도 2는 상기 윈치보상 견인장치(10-1)에 적용된 윈치 센서(40)의 작용 효과를 예시한다.

먼저 윈치 상단 위치 센서(40-1)와 윈치 하단 위치 센서(40-2)를 참조하면, 초기윈치위치(a), 세팅윈치위치(b), 훈련윈치위치(c)로 윈치이동을 제한한다.

일례로 상기 초기윈치위치(a)는 윈치(21)를 포함한 윈치보상 견인장치(10-1)의 작동이 이루어지지 않은 BWS 시스템(1)의 초기 상태를 의미한다. 그러므로 상기 윈치보상 견인장치(10-1)에서 윈치 플레이트(33)와 센서 플레이트(35)는 서로 근접 위치되고, 윈치(21)는 메인 포스트(31)와 함께 최대로 내려간 상태인 반면 윈치 발란서(23)는 윈치(21)와 반대로 서브 포스트(37)를 타고 최대로 올라간 상태로 된다.

일례로 상기 세팅윈치위치(b)는 윈치(21)의 정회전(또는 역회전)으로 구현된다. 즉 윈치(21)가 느슨해진 윈치 와이어(21-1)를 팽팽하게 감어 주게 되면, 무게 추(27)의 전체 무게 보다 무거운 트레이니(100)의 무게가 하네스(50)에 연결된 윈치 와이어(21-1)에 걸려 진다. 그 결과 윈치 와이어(21-1)는 윈치(21)의 회전력에 의한 감김 중지와 함께 보상하중 차로 인한 트레이니(100)의 무게로 인해 위치(21)를 위로 올려 주도록 밑으로 내려간다.

그러므로 상기 윈치(21)는 트레이니(100)의 무게로 센서 플레이트(35)가 고정된 상태에서 메인 포스트(31)를 통해 윈치 플레이트(33)와 함께 위로 올라감으로써 초기윈치위치(a)에서 세팅윈치위치(b)로 상승된다. 동시에 윈치 발란서(23)는 밑으로 내려가 윈치(21)와 반대방향으로 이동됨으로써 윈치 구조체의 무게가 윈치 와이어(21-1)에 걸리지 않도록 작용한다.

이때 윈치 상단 위치 센서(40-1)의 위치 센서 타겟(41)은 윈치 플레이트(33)와 함께 이동함으로써 포토 센서(43)는 빛 차단 상태로 전환되므로 윈치(21)가 초기윈치위치(a)에서 세팅윈치위치(b)로 이동했음이 시스템 사용자(예, 재활 치료사)에게 인지된다. 반면 윈치 하단 위치 센서(40-2)의 포토 센서(43)는 위치 센서 타겟(41)으로 빛이 차단되지 않은 상태로 유지된다.

일례로 상기 훈련윈치위치(c)는 윈치(21)의 역회전(또는 정회전)으로 구현된다. 즉 윈치(21)가 강한 회전력으로 트레이니(100)를 바닥에서 떨어지도록 위로 올려줌으로써 윈치 와이어(21-1)가 트레이니(100)의 무게를 이겨내고 윈치 회전축에 감아진다.

그러므로 상기 윈치(21)는 센서 플레이트(35)가 고정된 상태에서 메인 포스트(31)를 통해 윈치 플레이트(33)와 함께 위로 내려감으로써 세팅윈치위치(b)에서 훈련윈치위치(c)로 하강된다. 동시에 윈치 발란서(23)는 위로 올라가 윈치(21)와 반대방향으로 이동됨으로써 윈치 구조체의 무게가 윈치 와이어(21-1)에 걸리지 않도록 작용한다.

이때 윈치 하단 위치 센서(40-2)의 위치 센서 타겟(41)은 윈치 플레이트(33)와 함께 이동함으로써 포토 센서(43)는 빛 차단 상태로 전환되므로 윈치(21)가 세팅윈치위치(b)에서 훈련윈치위치(c)로 이동했음이 시스템 사용자(예, 재활 치료사)에게 인지된다. 반면 윈치 상단 위치 센서(40-1)의 포토 센서(43)는 위치 센서 타겟(41)으로 빛이 차단되지 않은 상태로 유지된다.

또한 무게 검출 센서(40-3)를 참조하면, 거리 인식으로 보상무게 데이터화를 구현한다.

일례로 상기 무게 검출 센서(40-3)의 적외선 센서(45)는 무게 추(27)의 적용 수량에 따라 무게 추(27) 고정 위치가 변화는 반사판(47)과 거리를 무게 추 검출 거리로 측정하고, 상기 무게 추 검출 거리를 데이터 프로세서(49)로 제공한다. 그러면 상기 데이터 프로세서(49)는 내장된 거리-무게 변환 테이블로 무게 추 검출 거리를 무게 추 무게로 변환하고, 이를 트레이니 무게 별 보상무게 비율(Ratio)로 하여 무게 추 중량 데이터 맵으로 축적한다. 이를 위해 상기 데이터 프로세서(49)는 메모리와 함께 중앙처리장치를 구비한다.

그러므로 상기 윈치보상 견인장치(10-2)는 무게 추 중량 데이터 맵을 빅 데이터 및 AI 영역으로 확장시켜 줄 수 있고, 이러한 빅 데이터 및 AI 활용은 BWS 시스템(1)의 보행 훈련 효과를 크게 높여 주는데 기여할 수 있다.

한편 도 3은 BWS 시스템(1)이 윈치보상 견인장치(10-2)를 이용하여 이루어지는 BWS 시스템 운영 방법을 예시한다.

도시된 바와 같이, BWS 시스템 운영 방법은 서포트 프레임(10)에서 빠져 나와 하네스(Harness)(50)에 걸린 하네스 부가 무게가 작용하는 윈치 와이어(21-1)를 감거나 푸는 윈치(21)에 무게 추(27)를 연결하고, 상기 하네스 부가 무게가 하중보상되는 상기 무게 추(27)의 중량 밸런스 효과(Weight Balance Effect)를 상기 윈치(21)의 상하 이동 움직임으로 구현해 주는 윈치보상 견인장치제어를 포함한다.

이를 위해 상기 BWS 시스템 운영 방법은 S10의 BWS 세팅 단계, S20의 BWS 착용 단계, S30의 BWS 워밍업 단계, S40의 BWS 훈련 단계, S50의 BWS 훈련 강도 조절 단계가 훈련 보조자에게 요구하는 BWS 수동조작 절차를 극히 일부로 줄여 줌으로써 기존 BWS 방식 대비 수동조작빈도 축소로 사용자 편의성이 매우 높게 제공된다.

일례로 상기 BWS 세팅(S10)은 BWS 수동조작 절차가 요구되고, 이는 S11의 윈치보상 견인장치(10-2)에 대한 세팅으로 예시된다. 이 경우 BWS 수동조작은 무게보상 비 및 보행훈련강도를 위한 무게 추(27) 조정을 예로 들 수 있다.

도 4(가)를 참조하면, 상기 BWS 세팅(S10)에 따른 윈치보상 견인장치(10-2)의 초기윈치위치(a)가 예시된다. 도시된 바와 같이, 윈치보상 견인장치(10-1)의 윈치(21) 작동이 이루어지지 않은 초기윈치위치(a)는 윈치 플레이트(33)와 센서 플레이트(35)에 대해 서로 근접 위치를 형성함으로써 윈치(21)는 최대로 내려간 반면 윈치 발란서(23)는 최대로 올라간 상태로 된다. 또한 무게 추(27)의 사용 수량은 트레이니(100)의 보행 훈련 강도에 맞춰 결정되고, 사용된 무게 추는 반사판(47)을 이용해 고정 상태로 된다.

그러므로 상기 초기윈치위치(a)에 따른 트레이니 훈령강도 정보는 반사판(47)과 거리를 측정한 적외선 센서(45)의 무게 추 검출 거리로 트레이니 무게 별보상무게 비울을 산출한 데이터 프로세서(49)에 의해 트레이니 훈련강도 정보로 되어 무게 추 중량 데이터 맵에 저장된다.

일례로 상기 BWS 착용(S20)은 BWS 수동조작 절차가 일부 요구되고, 이는 S21의 리모컨 조작에 의한 윈치 와이어 하강이 이루어지는 윈치 정회전 단계, S22의 트레이니의 하네스 착용을 위한 윈치 하네스 세팅 단계, S23의 리모컨 조작에 의한 윈치 와이어 상승이 이루어지는 윈치 역회전 단계, S24의 리모컨 조작에 의한 윈치 와이어 당김으로 트레이니를 바닥에서 올려주는 윈치 역회전 증가 단계로 예시된다. 이 경우 BWS 수동조작은 리모컨(1-7)의 조작을 포함하지 않으므로 BWS 수동조작은 트레이니(100)의 하네스(50)에 대한 하네스 세팅으로 국한된다.

일례로 상기 BWS 워밍업(S30)은 BWS 수동조작 절차가 요구되지 않고, 이는 S31의 리모컨 조작에 의한 윈치 구동 정지 단계, S32의 트레이니를 바닥으로 내려주는 리모컨 조작에 의한 윈치 정회전 단계로 예시된다. 그러므로 BWS 수동조작은 요구되지 않는다.

도 4(나)를 참조하면, 상기 BWS 착용(S20)에 따른 윈치보상 견인장치(10-2)의 세팅윈치위치(b)가 예시된다. 도시된 바와 같이, 윈치보상 견인장치(10-1)의 윈치(21) 작동이 이루어진 세팅윈치위치(b)는 트레이니(100)의 하중이 하네스(50)에 연결된 윈치 와이어(21-1)에 걸려 짐으로써 윈치 플레이트(33)와 센서 플레이트(35)의 이격에 의해 윈치(21)는 최대로 올라간 반면 윈치 발란서(23)는 최대로 내려간 상태로 된다.

그러므로 상기 세팅윈치위치(b)에 따른 윈치 상단 위치 센서(40-1)의 포토 센서(43)는 위치 센서 타겟(41)에 의해 빛 차단 상태로 전환되는 반면 윈치 하단 위치 센서(40-2)의 포토 센서(43)는 위치 센서 타겟(41)으로 빛이 차단되지 않은 상태로 유지된다.

일례로 상기 BWS 훈련(S40)은 BWS 수동조작 절차가 요구되지 않고, 이는 S41의 리모컨 조작에 의한 윈치 구동 정지 후 트레드 밀 보행 속도 운전이 이루어지는 윈치 구동 정지 단계, S42의 윈치보상 견인장치의 중량 밸런스 효과 발생 단계로 예시된다. 그러므로 BWS 수동조작은 요구되지 않는다.

일례로 상기 BWS 훈련 강도 조절(S50)은 BWS 보행 훈련 사이클 변경이므로 강도 조절 필요성은 S10의 BWS 세팅 복귀에 따른 재 세팅으로 새로운 훈련 사이클을 수행함을 의미한다.

도 4(다)를 참조하면, 상기 BWS 착용(S20)에 따른 윈치보상 견인장치(10-2)의 훈련윈치위치(c)가 예시된다. 도시된 바와 같이, 윈치보상 견인장치(10-1)의 윈치(21) 작동 후 정지가 이루어진 훈련윈치위치(c)는 무게 추(27)의 트레이니 무게보상을 통한 중량 밸런스 효과(Weight Balance Effect)로 바닥에 발이 닿은 상태에서 트레이니(100)의 보행 모션이 이루어진다.

이때 윈치(21)는 초기윈치위치(a)에서 훈련윈치위치(c)를 상하 이동영역으로 하여 트레이니(100)의 보행 모션에 반응하는 메인 포스트(31)와 함께 상하로 움직이고, 반면 윈치 발란서(23)는 윈치(21)의 반대방향으로 움직여 트레이니(100)에게 가해질 수 있는 윈치(21)를 포함한 윈치 구조체의 무게를 상쇄시켜 준다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 BWS 시스템(1)은 하네스(Harness)(50)와 연결되어 하네스 부가 무게를 받는 윈치 와이어(21-1)가 외부로 빠져 나온 서포트 프레임(10)에 구비된 윈치보상 견인장치(10-2)가 하네스 부가 무게를 상기 윈치 와이어(21-1)가 감고 풀어지는 윈치(21)와 연결된 무게 추(27)의 중량 밸런스 효과(Weight Balance Effect)로 하중보상 해줌으로써 BWS 시스템(1)의 제조비용을 액추에이터 보상견인장치 대비 낮출 수 있고, 특히 윈치 상/하단 위치 센서(40-1,40-2)와 함께 무게 검출 센서(40-3)의 조합을 이용한 수동조작 최소화로 BWS 시스템(1)에 대한 사용자 편리성도 제공한다.

Claims

하네스(Harness)와 연결되어 하네스 부가 무게를 받는 윈치 와이어가 외부로 빠져 나온 서포트 프레임;

상기 하네스 부가 무게를 상기 윈치 와이어가 감고 풀어지는 윈치와 연결된 무게 추의 중량 밸런스 효과(Weight Balance Effect)로 하중보상 해주는 윈치보상 견인장치;

가 포함되는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 하중보상은 상기 하네스 부가 무게의 범위를 0 ~ 80Kg 중량으로 설정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 윈치는 전동 윈치인 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 무게 추는 무게 경감을 단위 무게 추의 조합으로 구현 해주는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 윈치보상 견인장치는 윈치 모션 가이더를 구비하고, 상기 윈치 모션 가이더는 상기 윈치가 상기 하네스 부가 무게와 상기 무게 추의 보상하중 차로 상하 이동이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 5에 있어서, 상기 윈치 모션 가이더는 세팅윈치위치와 훈련윈치위치로 상방향 이동 위치를 달리하는 상기 윈치의 이동을 안내하는 메인 포스트, 상기 윈치와 함께 상기 메인 포스트가 결합되어 상하방향으로 이동되는 윈치 플레이트, 상기 윈치의 초기윈치위치를 형성하도록 위치 고정된 센서 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 6에 있어서, 상기 세팅윈치위치는 윈치 상단 위치 센서로 형성되고, 상기 윈치 상단 위치 센서는 비접촉 구조로 상기 세팅윈치위치를 형성해 주는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 7에 있어서, 상기 윈치 상단 위치 센서는 상기 윈치 플레이트와 함께 이동하는 위치 센서 타겟, 상기 센서 플레이트에 고정되어 상기 위치 센서 타겟으로 방출 광이 차단되는 포토 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 6에 있어서, 상기 훈련윈치위치는 윈치 하단 위치 센서로 형성되고, 상기 윈치 하단 위치 센서는 비접촉 구조로 상기 세팅윈치위치를 형성해 주는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 9에 있어서, 상기 윈치 하단 위치 센서는 상기 윈치 플레이트와 함께 이동하는 위치 센서 타겟, 상기 센서 플레이트에 고정되어 상기 위치 센서 타겟으로 방출 광이 차단되는 포토 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 윈치보상 견인장치는 무게 검출 센서를 구비하고, 상기 무게 검출 센서는 적외선을 발성하는 적외선 센서, 상기 적외선을 상기 적외선 센서로 반사시켜주도록 상기 무게 추에 구비된 반사판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 11에 있어서, 상기 반사판은 상기 무게 추의 단위 무게 추의 조합 상태를 고정시켜 주는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 윈치보상 견인장치는 윈치 발란서(Winch Balancer)를 구비하고, 상기 윈치 발란서는 상기 윈치가 포함된 윈치 구조물의 총 무게를 상쇄하는 윈치 무게 추로 작용하는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
청구항 13에 있어서, 상기 윈치 발란서는 서브 포스트로 안내되어 상기 윈치와 반대방향으로 움직이고, 상기 서브 포스트는 상기 서포트 프레임에 결합된 사이드 플레이트를 이용하여 고정된 포스트 브래킷에 일단이 고정되는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템.
서포트 프레임에서 빠져 나와 하네스(Harness)에 걸린 하네스 부가 무게가 작용하는 윈치 와이어를 감거나 푸는 윈치에 무게 추를 연결하고, 상기 하네스 부가 무게가 하중 보상되는 상기 무게 추의 중량 밸런스 효과(Weight Balance Effect)를 상기 윈치의 상하 이동 움직임으로 구현해 주는 윈치보상 견인장치제어;

가 포함되는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템 운영 방법.
청구항 15에 있어서, 상기 윈치보상 견인장치제어는 윈치를 내려 초기윈치위치로 형성시켜 주는 BWS 세팅 단계;

상기 윈치 와이어가 내려온 후 상기 하네스 부가 무게가 걸린 상기 하네스를 올려 주도록 상기 윈치의 구동이 이루어지고, 상기 윈치가 상방향으로 올라가 초기 윈치위치에서 세팅윈치위치로 상방향 위치 이동되는 BWS 착용 단계;

상기 하네스가 올려진 후 내려져 상기 윈치의 구동 정지되고, 상기 윈치가 하방향으로 내려가 세팅윈치위치에서 훈련윈치위치로 하방향 위치 이동되는 BWS 워밍업 단계;

상기 윈치가 구동 정지 상태에서 트레드 밀 보행 속도 운전이 이루어지는 BWS 훈련 단계;

로 수행되는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템 운영 방법.
청구항 16에 있어서, 상기 BWS 훈련 단계는 상기 위치가 상기 훈련윈치위치 내에서 상하 이동됨으로써 상기 중량 밸런스 효과(Weight Balance Effect)로 상기 하네스 부가 무게를 하중보상 해주는 것을 특징으로 하는 BWS 시스템 운영 방법.