KR100802533B1 - 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드결정방법 - Google Patents
인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드결정방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 인체 하지의 보행모드 결정 및 근력 보조기기를 제공한다. 상기 인체 하지의 보행모드 결정장치는 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 감지기와. 상기 감지기와 전기적으로 연결되며, 상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모드를 설정하는 제어부와, 상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 제어부에 의하여 설정되는 상기 보행모드에 따라 서로 다른 구동력이 발생되는 구동부를 구비한다. 또한, 본 발명은 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법도 제공한다. 따라서, 본 발명은 노약자 및 보행장애자의 보행을 용이하게 도움을 줄 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 다른 측면도이다.
도 4는 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇에서의 결합유닛을 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇에서의 결합유닛을 보여주는 다른 사시도이다.
도 6은 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇에서의 결합유닛의 결합관계를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따르는 보조기기를 보여주는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 9는 본 발명을 실시하기 위해 실제 착용된 상태를 보여주는 사진들이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 지지프레임 110 : 제 1지지프레임
120 : 제 2지지프레임 150 : 감지기
200 : 구동부 211 : 제 1기어
212 : 제 2기어 230 : 구동모터
300 : 제어부 400 : 보조기기
410 : 좌측 지지대 420 : 우측 지지대
430 : 연결대 440 : 회전수단
500 : 결합유닛 510 : 디스크판
520 : 연결수단 530 : 연결봉
본 발명은 인체 하지용 보조 근력 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노약자 및 보행장애자의 보행을 용이하게 도움을 줄 수 있는 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 노약자 및 보행의 장애가 있는 사람들은 무릎 근방의 근력이 일정 이상으로 약하게 형성된다.
따라서, 이들은 보행의 도움을 얻고자 무릎보조기를 사용한다. 이러한, 일반의료 기기로의 무릎보조기는 무릎 관절각의 구속을 통한 치료용 보조기의 개념으로 시판되고 있다. 또한, 근래에는 엑츄에이터에 의해 관절각을 변화할 수 있는 보행보조기도 여러 가지의 연구방향을 갖고 개발중에 있다,
이러한 보행보조기는 공,유압 및 모터 구동형의 경우에, 인공근육 등의 엑츄에이터를 구동하기 위하여 사용되는 동기신호는 여러 가지의 형태로 사용되고 있다. 상기 동기신호는 크게 생체신호 관련 센서, 힘 센서 및 근경도 센서 등을 많이 사용하고 있다.
동기신호로써 힘 센서를 사용한 착용형 보행보조기의 경우에, 신호의 수집이 용이한 장점이 있지만, 사람이 센서에 직접적으로 힘을 전달해야하기 때문에 보행 시 사용자의 의도를 정확하게 파악할 수 없고 외부의 영향에 의해 힘센서가 영향을 받을 수도 있기 때문에 정확한 제어를 할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 근경도 센서 입력형은 근육의 팽창정도를 측정하여 동기신호로 사용하기 때문에 근육의 움직임을 간단하게 파악할 수 있으나 사람마다 근육의 발달정도와 팽창정도가 각기 달라 일정수준 이상의 동작 성능을 확보할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 종래의 보행보조기는 크게 3가지분야로 나울 수 있다. 첫째, 인체의 몸을 기대어 움직일 때 사용자의 몸무게를 대신 지지해주고, 상체의 힘을 이용하여 균형을 잡아주는 형태의 보조기 분야와, 둘째, 걸을 수 없는 사람의 보행을 가능하게 해주는 휠체어 분야와, 셋째, 쉽게 걷지 못하는 사람의 하지 관절에 엑츄에이터를 부착하여 근력을 보조해주는 착용형 로봇 분야로 나눌 수 있다.
그러나, 바퀴구동형태의 보행보조기의 경우에는, 계단 등의 지형에서 사용하기 어려운 문제점이 있고, 휴대하기에도 매우 어려운 문제점이 있다.
또한, 착용형 로봇 형태의 보행 보조기의 경우 엑츄에이터의 구동을 사용하고, 그 크기가 크고 그 무게가 무겁기 때문에, 노약자 및 보행장애를 갖고 있는 사람이 직접 착용하고 작동하기에 매우 까다로운 문제점이 있다.
이에 더하여, 엑츄에이터는 종래의 전동실린더와 유압/공압 구동형 엑츄에이터, 인공근육에 의한 시스템 등이 있으나 이들 엑츄에이터는 그 엑츄에이터의 길이가 가변되고 이에 따라 다른 기구부에 간섭을 줄 수 있으며, 작동을 위해 여러 가지 보조 장치들이 수반되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1목적은 노약자 및 보행장애를 갖고 있는 사람의 하지근육의 근전도값을 감지하여, 하지근육의 근력을 구동부를 사용하여 보조하여, 보행을 함에 있어 도움을 줄 수 있는 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 제공함에 있다.
본 발명의 제 2목적은 인체의 하지측에 부착되는 보조기기에 탈부착되도록 하여 장소에 구애받지 않고 쉽게 휴대할 수 있는 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 제공함에 있다.
본 발명의 제 3목적은 구동부를 구동하기 위한 동기신호로 근전도값을 사용하고, 보행 시에 무릎 주변 주동근과 길항근의 근전도 신호값을 감지하여 단순 보행 시와 계단 오름/내림 시의 보행모드를 설정하게 할 수 있는 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 제공함에 있다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 인체 하지의 보행모드 결정장치를 제공한다.
상기 인체 하지의 보행모드 결정장치는 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 감지기와. 상기 감지기와 전기적으로 연결되며, 상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모 드를 설정하는 제어부와, 상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 제어부에 의하여 설정되는 상기 보행모드에 따라 서로 다른 구동력이 발생되는 구동부를 포함한다.
여기서, 상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,
상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드를 구비하되,
상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되되,
상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며,
상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,
상기 A/C컨버터는 상기 제어부로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부로 전송하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구동부는 서로 기어치 연결되는 한 쌍의 기어와, 상기 한 싸의 기어 중 어느 하나의 중심과 축연결되며 상기 제어부로부터 전기적 신호를 전송받아 구동되는 구동모터와, 상기 기어들 각각으로부터 일정길이 연장되는 상기 기어들 각각이 회전됨에 따라 동시에 회전되는 지지프레임들을 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 제공한다.
상기 인체 하지용 보조 근력 로봇은 한 쌍의 지지프레임들과, 상기 지지프레임들을 서로 연결하여 회전시키는 구동부와, 상기 지지프레임들 근방에 마련되며, 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 감지기와, 상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모드를 설정하며, 상기 설정되는 보행모드에 따라 상기 구동부를 서로 다른 구동력으로 구동시키는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 한 쌍의 지지프레임은 상기 인체의 무릎 상부에 위치되는 제 1지지프레임과, 상기 무릎 하부에 위치되는 제 2지지프레임으로 구성되고,
상기 구동부는 상기 제 1지지프레임의 일단에 설치된 제 1기어와, 상기 제 2지지프레임의 일단에 설치되어 상기 제 1기어와 기어치 연결되는 제 2기어와, 상기 제 1기어 또는 제 2기어 중 어느 하나와 축연결되어 상기 제어부로부터 전기적 신호를 받아 구동되는 구동모터를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,
상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것이 바람직하다.
또한, 상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드를 구비하되,
상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되되,
상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며,
상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것이 바람직하다.
상기 제어부는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,
상기 A/C컨버터는 상기 제어부로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부로 전송하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 인체의 무릎 근방에는 상기 무릎과 상기 무릎의 상/하부를 에워 싸도록 상기 인체에 설치되는 보조기기가 더 설치되되,
상기 보조기기는 상기 무릎의 양측방에 배치되는 좌측 지지대와 우측 지지대와, 상기 좌/우측 지지대들을 서로 연결하는 연결대를 구비하고,
상기 좌측 지지대 또는 우측 지지대 각각은 상부 지지대와 하부 지지대와 상기 상/하부 지지대를 서로 연결시키어 회전시키는 회전수단을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구동부에는 상기 보조기기와 결합되는 결합수단이 더 구비되며,
상기 결합수단은 상기 제 1기어와 상기 제 2기어의 축이 끼워지는 회전홀들이 형성되며, 상기 회전홀들을 관통한 상기 제 1기어와 상기 제 2기어의 축을 상기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나의 회전수단에 연결시키는 디스크판과, 상기 제 1,2,지지프레임에 마련되어 상기 제1,2지지프레임과 상기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나를 서로 연결시키는 연결수단을 구비하되,
상기 디스크판은 상기 회전수단의 회전력을 상기 제 1,2기어의 축에 전달시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결수단은 상기 제 1,2지지프레임에 각각 형성된 제 1지지홀들과, 상기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나의 상/하부 지지대들에 형성괸 제 2지지홀들과, 상기 제 1,2지지홀들을 서로 연결하되, 그 양단에 상기 제 1,2지지홀들의 주면부에 걸치어지는 머리부가 형성된 연결봉들을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부에는 착용자의 안전을 위해 제 1지지프레임과 상기 제 2지 지프레임이 상기 구동부를 통하여 서로 회전되어 결정되는 사이각의 범위가 기설정되며,
상기 사이각의 범위는 120도 내지 150도 인 것이 바람직하다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 제공한다.
상기 인체 하지의 보행모드 결정방법은 감지기를 사용하여 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 단계와, 상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모드를 제어부를 통하여 설정하는 단계와, 상기 제어부에 의하여 설정되는 상기 보행모드에 따라 상기 제어부를 통하여 구동부를 서로 다른 구동력이 발생되도록 하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,
상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드로 구분되 고,
상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되되,
상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며,
상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것이 바람직하다.
상기 제어부는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,
상기 A/C컨버터는 상기 제어부로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부로 전송하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부되는 도면들을 참조로 하여, 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 정면도이다. 도 2는 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 측면도이다. 도 3은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇을 보여주는 다른 측면도이다. 도 4는 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇 에서의 결합유닛을 보여주는 사시도이다. 도 5는 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇에서의 결합유닛을 보여주는 다른 사시도이다. 도 6은 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇에서의 결합유닛의 결합관계를 보여주는 도면이다. 도 7은 본 발명에 따르는 보조기기를 보여주는 사시도이다. 도 8은 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 방법을 설명하기 위한 구성도이다. 도 9는 본 발명을 실시하기 위해 실제 착용된 상태를 보여주는 사진들이다.
여기서, 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치는 상기 인체 하지용 보조 근력 로봇에 포함되는 구성이기 때문에, 하기에서는 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇을 설명함에 포함하여 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 7을 참조로 하면, 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇은 한 쌍의 지지프레임들(100)을 갖는다. 상기 한 쌍의 지지프레임들(100)은 일정 길이를 갖는 제 1지지프레임(110)과 제 2지지프레임(120)으로 구성된다. 상기 제 1,2지지프레임(110,120)은 판(plate)상의 바(bar)타잎으로 제작될 수 있다.
여기서, 상기 제 1지지프레임(110)은 상기 인체(10)의 무릎(11) 상부에 위치되고, 제 2지지프레임(120)은 상기 무릎(11) 하부에 위치된다.
상기 제 1,2지지프레임들(110,120)은 구동부(200)에 의하여 서로 회전되도록 연결된다.
상기 구동부(200)는 상기 제 1지지프레임(110)의 일단에 설치된 제 1기어(211)와, 상기 제 2지지프레임(120)의 일단에 설치되어 상기 제 1기어(211)와 기어치 연결되는 제 2기어(212)와, 상기 제 1기어(211) 또는 제 2기어(212) 중 어느 하나와 축(231)으로 연결되어 제어부(300)로부터 전기적 신호를 받아 구동되는 구동모터(230)를 구비한다.
그리고, 상기 제 1,2지지프레임(110,120) 근방에는 감지기들(150)이 마련된다. 상기 감지기들(150)은 보조기기(400)에 마련될 수 있다. 상기 감지기들(150)은 상기 보조기기(400)의 좌/우측 지지대(410,420)에 마련될 수 있다. 특히, 상기 좌/우측 지지대들(410,420)의 상/하부 지지대들(411,412,421,422)에 각각 설치될 수 있다.
상기 감지기(150)는 인체(10)의 하지에 해당되는 무릎(11)근방에서 상기 무릎(11)근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지할 수 있는 근전도 감지기일 수 있다.
상기 감지기(150)는 제어부(300)와 전기적으로 연결된다.
상기 제어부(300)는 상기 감지기(150)로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체(10)의 하지에 대한 보행모드를 설정하며, 상기 설정되는 보행모드에 따라 상기 구동부(200)를 서로 다른 구동력으로 구동시킬 수 있다.
여기서, 상기 제 1근육은 상기 인체(10) 하지의 주동근(Agonist)이고, 상기 제 2근육은 상기 인체(10) 하지의 길항근(Antagonist)일 수 있다. 상기 주동근은 운동시에 주요한 동기 역할을 하며, 상기 길항근은 상기 주동근이 작용함에 따라 수동적으로 긴장/이완될 수 있다. 즉, 주동근은 짧아지는 수축을 통해 주로 작용하는 근육이고, 길항근은 주동근에 길항하는 근육이다. 여기서, 상기 주동근에 도움 을 주는 보조근육인 협력근(Associate)을 더 고려할 수도 있다.
따라서, 상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것이다.
또한, 상기 보행모드는 상기 인체(10)의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체(10)의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드로 구분될 수 있다.
그리고, 상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며, 상기 구동부(200)의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 클 수 있다.
따라서, 계단을 오르는 제 1보행모드인 경우에, 구동부의 구동력이 제 2보행모드인 경우보다 크므로, 구동력으로 인한 작용력이 커질 수 있다.
이에 더하여, 상기 제어부(300)는 A/C 컨버터(170)와 전기적으로 연결되며, 상기 A/C컨버터(170)은 상기 제어부(300)로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부(200)로 전송할 수 있다. 따라서, 서로 다른 근육의 근전도 신호값을 구동부를 구동시키는 동기신호로 사용할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 인체 하지용 보조 근력 로봇은 상기 인체(10)의 무릎(11) 근방에는 상기 무릎(11)과 상기 무릎(11)의 상/하부를 에워싸도록 상기 인체(10)의 하지에 설치되는 보조기기(400)를 구비한다.
상기 보조기기(400)는 상기 무릎(11)의 양측방에 배치되는 좌측 지지대(410)와 우측 지지대(420)와, 상기 좌/우측 지지대들(410,420)을 서로 연결하는 연결대(430)를 구비한다.
상기 좌측 지지대(410) 또는 우측 지지대(420) 각각은 상부 지지대(411,421)와 하부 지지대(412,422)와 상기 상/하부 지지대(411,421,412,422)를 서로 연결시키어 회전시키는 회전수단(440)을 구비할 수 있다.
상기 회전수단(440)은 상부 지지대(411,421)와 하부 지지대(412,422)를 서로 기어치 연결시키는 한 쌍의 기어부(441)이다. 상기 한 쌍의 기어부(441)는 각각 상부 지지대(411,421)와 하부 지지대(412,422)의 일단에 장착될 수 있다. 즉, 상기 한 쌍의 기어부(441)가 위치되는 부분이 인체(10)의 무릎(11)관절에 해당된다.
또 한편, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 구동부(200)에는 상기 보조기기(400)와 결합되는 결합유닛(500)이 더 구비된다.
상기 결합유닛(500)은 상기 제 1기어(211)와 상기 제 2기어(212)의 축(211a,212a)이 끼워지는 회전홀들(511)이 형성되며, 상기 회전홀들(511)을 관통한 상기 제 1기어(211)와 상기 제 2기어(212)의 축(211a,212a)을 상기 좌측 지지대(410)와 상기 우측 지지대(420) 중 어느 하나의 회전수단(440)에 연결시키는 디스크판(510)과, 상기 제 1,2,지지프레임(110,120)에 마련되어 상기 제1,2지지프레임(110,120)과 상기 좌측 지지대(410)와 상기 우측 지지대(420) 중 어느 하나를 서로 연결시키는 연결수단(520)을 구비한다.
상기 디스크판(510)의 회전홀(511)을 통하여 관통된 제 1,2기어(211,212)의 축들(211)은 상기 한 쌍의 기어부(441)와 축연결될 수 있다. 따라서, 상기 디스크판(510)은 상기 회전수단(440)의 회전력을 상기 제 1,2기어(211,212)의 축(211a,212a)에 전달시킬 수 있다.
이에 더하여, 상기 좌측 지지대(410)와 상기 우측 지지대(420) 중 어느 하나의 내측에는 상기 디스크판(510)과 결합되는 다른 디스크판(510')을 더 구비할 수 있다.
여기서, 상기 연결수단(520)은 상기 제 1,2지지프레임(110,120)에 각각 형성된 제 1지지홀들(521)과, 상기 좌측 지지대(410)와 상기 우측 지지대(420) 중 어느 하나의 상/하부 지지대들(411,421.412,422)에 형성된 제 2지지홀들(522)과, 상기 제 1,2지지홀들(521,522)을 서로 연결하되, 그 양단에 상기 제 1,2지지홀들(521,522)의 주변부에 걸치어지는 머리부(531)가 형성된 연결봉들(530)을 구비한다.
상기 연결봉들(530)은 상기 제 1,2지지홀들(521,522) 각각에 3개씩 배치될 수 있다. 즉, 다점지지될 수 있다.
또 한편, 상기 제어부(300)에는 상기 제 1지지프레임(110)과 상기 제 2지지프레임(120)이 상기 구동부(200)를 통하여 서로 회전되어 결정되는 사이각의 범위가 기설정될 수 있다. 따라서, 상기 제 1,2지지프레임들(110,120)이 서로 벌어질 수 있는 사이각의 범위는 120도 내지 150도의 범위로 국한될 수 있다. 이 사이각의 범위는 인체(10)의 무릎(11)을 회전축으로 하여 그 상/하방의 관절이 회전될 수 있 는 각도의 범위에 대응될 수 있다.
다음은, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇의 작용 및 효과와, 이를 사용한 인체 하지의 보행모드 결정방법을 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3을 참조로 하면, 인체(10)의 하지는 보조기기(400)에 장착될 수 있다. 즉, 인체(10)의 무릎(11) 주변은 보조기기(400)에 의하여 감싸질 수 있다. 인체(10)의 무릎(11) 근방의 좌/우측에는 지지대(410,420)가 위치되고, 이 지지대들(410,420)을 연결하는 연결대(430)는 무릎(11)의 전후방을 감쌀 수 있다. 또한, 무릎(11)관절의 조인트 위치에는 지지대(410,420)에 마련된 회전수단(440)이 위치될 수 있다.
이어, 인체(10)의 하지가 동작되면, 감지기들(150)은 무릎(11) 근방의 주동근과 길항근의 동작에 의하여 발생되는 제 1근전도 신호값(또는 주동근 근전도 신호값) 및 2근전도 신호값(또는 길항근 근전도 신호값)을 감지할 수 있다.
상기 감지기(150)는 이 감지된 제 1,2근전도 신호값을 제어부(300)로 전송할 수 있다.
상기 제어부(300)는 상기 감지기(150)로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체(10)의 하지에 대한 보행모드 설정한다.
즉, 상기 보행모드는 상기 인체(10)의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려 가는 제 1보행모드와, 상기 인체(10)의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드로 구분되고, 상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되기 때문에, 상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성된다.
따라서, 상기 제어부(300)는 설정되는 상기 보행모드에 따라 구동부(200)를 서로 다른 구동력을 발생시키도록 한다. 즉, 상기 구동부(200)의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 크게 형성된다.
한편, 상기 감지기(150)는 A/C 컨버터(170)와 전기적으로 연결되기 때문에, 상기 A/C컨버터(170)는 상기 감지되는 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 제어부(300)로 전송할 수 있다.
예를 들어, 제어부(300)에 의하여 계단을 오르는 제 1보행모드가 설정되는 경우에, 제어부(300)는 구동모터(230)로 전기적 신호를 전송하여 상기 구동모터(230)를 구동시킨다.
이 구동모터(230)는 제 2기어(212)를 회전시키고, 이 제 2기어(212)와 기어치 연결된 제 1기어(211)는 상기 제 2기어(212)와 연동되어 회전된다. 따라서, 제 1,2지지프레임(110,120)은 서로 벌어질 수 있다.
그러나, 이 벌어지는 각도의 범위 즉, 제 1,2지지프레임(110,120)들의 사이각의 범위는 제어부(300)에 120도 내지 150도의 범위로 설정되어 있기 때문에 상기 제 1,2지지프레임들(110,120)은 상기 범위를 벗어나 벌어질 수 없다. 따라서, 제 1,2지지프레임(110,120)은 상기 120도 내지 150도의 범위내에서 벌어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 바와 같이, 본 발명은 노약자 및 보행장애를 갖고 있는 사람의 하지근육의 근전도값을 감지하여, 하지근육의 근력을 구동부를 사용하여 보조하여, 보행을 함에 있어 도움을 줄 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 인체의 하지측에 부착되는 보조기기에 탈부착되도록 하여 장소에 구애받지 않고 쉽게 휴대할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 구동부를 구동하기 위한 동기신호로 근전도값을 사용하고, 보행 시에 무릎 주변 주동근과 길항근의 근전도 신호값을 감지하여 단순 보행 시와 계단 오름/내림 시의 보행모드를 설정하게 하여, 슬관절의 관절구조와 유사한 기어부에 의해 착용과 보행에 전혀 불편함이 없으며, 평지보행시의 패턴 이외에도 계단의 오름/내림 시에 근전도 패턴의 분류 및 선택제어를 할 수 있게 하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 제 1,2지지프레임의 사이각의 범위를 120도 내지 150도로 제한을 함으로써, 기구적으로 무릎의 Extension Motion일 경우 사람의 무릎 관절이 무리 없이 움직이는 각도이상으로 기구부가 구동하지 않도록 하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 구동모터와 연결되어 회전되는 한 싸의 기어를 연결하여 무릎관절의 구동모습과 최대한 유사하도록 하여 무릎운동에 기구부가 불편함을 주지 않도록 하는 효과도 갖는다.
Claims (18)
- 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 감지기;상기 감지기와 전기적으로 연결되며, 상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모드를 설정하는 제어부; 및상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 제어부에 의하여 설정되는 상기 보행모드에 따라 서로 다른 구동력이 발생되는 구동부를 포함하는 인체 하지의 보행모드 결정장치.
- 제1항에 있어서,상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치.
- 제2항에 있어서,상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드를 구비하되,상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되며,상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되고,상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치.
- 제1항에 있어서,상기 감지기는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,상기 A/C컨버터는 상기 감지되는 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치.
- 제1항에 있어서,상기 구동부는 서로 기어치 연결되는 한 쌍의 기어와, 상기 한 싸의 기어 중 어느 하나의 중심과 축연결되며 상기 제어부로부터 전기적 신호를 전송받아 구동되는 구동모터와, 상기 기어들 각각으로부터 일정길이 연장되는 상기 기어들 각각이 회전됨에 따라 동시에 회전되는 지지프레임들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치.
- 한 쌍의 지지프레임들;상기 지지프레임들을 서로 연결하여 회전시키는 구동부;상기 지지프레임들 근방에 마련되며, 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 감지기; 및상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모드를 설정하며, 상기 설정되는 보행모드에 따라 상기 구동부를 서로 다른 구동력으로 구동시키는 제어부를 포함하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.
- 제6항에 있어서,상기 한 쌍의 지지프레임은 상기 인체의 무릎 상부에 위치되는 제 1지지프레 임과, 상기 무릎 하부에 위치되는 제 2지지프레임으로 구성되고,상기 구동부는 상기 제 1지지프레임의 일단에 설치된 제 1기어와, 상기 제 2지지프레임의 일단에 설치되어 상기 제 1기어와 기어치 연결되는 제 2기어와, 상기 제 1기어 또는 제 2기어 중 어느 하나와 축연결되어 상기 제어부로부터 전기적 신호를 받아 구동되는 구동모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.
- 제6항에 있어서,상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.
- 제8항에 있어서,상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드를 구비하되,상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되되,상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며,상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.
- 제6항에 있어서,상기 제어부는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,상기 A/C컨버터는 상기 제어부로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부로 전송하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.
- 제7항에 있어서,상기 인체의 무릎 근방에는 상기 무릎과 상기 무릎의 상/하부를 에워싸도록 상기 인체에 설치되는 보조기기가 더 설치되되,상기 보조기기는 상기 무릎의 양측방에 배치되는 좌측 지지대와 우측 지지대 와, 상기 좌/우측 지지대들을 서로 연결하는 연결대를 구비하고,상기 좌측 지지대 또는 우측 지지대 각각은 상부 지지대와 하부 지지대와 상기 상/하부 지지대를 서로 연결시키어 회전시키는 회전수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.
- 제11항에 있어서,상기 구동부에는 상기 보조기기와 결합되는 결합유닛이 더 구비되며,상기 결합유닛은 상기 제 1기어와 상기 제 2기어의 축이 끼워지는 회전홀들이 형성되며, 상기 회전홀들을 관통한 상기 제 1기어와 상기 제 2기어의 축을 상기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나의 회전수단에 연결시키는 디스크판과, 상기 제 1,2,지지프레임에 마련되어 상기 제1,2지지프레임과 상기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나를 서로 연결시키는 연결수단을 구비하되,상기 디스크판은 상기 회전수단의 회전력을 상기 제 1,2기어의 축에 전달시키는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.
- 제12항에 있어서,상기 연결수단은 상기 제 1,2지지프레임에 각각 형성된 제 1지지홀들과, 상 기 좌측 지지대와 상기 우측 지지대 중 어느 하나의 상/하부 지지대들에 형성된 제 2지지홀들과, 상기 제 1,2지지홀들을 서로 연결하되, 그 양단에 상기 제 1,2지지홀들의 주면부에 걸치어지는 머리부가 형성된 연결봉들을 구비하는 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.
- 제7항에 있어서,상기 제어부에는 상기 제 1지지프레임과 상기 제 2지지프레임이 상기 구동부를 통하여 서로 회전되어 결정되는 사이각의 범위가 기설정되며,상기 사이각의 범위는 120도 내지 150도 인 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정장치를 갖는 인체 하지용 보조 근력 로봇.
- 감지기를 사용하여 인체의 하지에 해당되는 무릎근방에서 상기 무릎근방에 포함되는 제 1근육의 제 1근전도 신호값과 제 2근육의 제 2근전도 신호값을 각각 감지하는 단계;상기 감지기로부터 감지된 상기 제 1근전도 신호값과 상기 제 2근전도 신호값을 전송받아 기설정된 기준 근전도 신호값과 서로 비교하여 상기 인체의 하지에 대한 보행모드를 제어부를 통하여 설정하는 단계: 및상기 제어부에 의하여 설정되는 상기 보행모드에 따라 상기 제어부를 통하여 구동부를 서로 다른 구동력이 발생되도록 하는 단계를 포함하는 인체 하지의 보행모드 결정방법.
- 제15항에 있어서,상기 제 1근육은 상기 인체 하지의 주동근이고, 상기 제 2근육은 상기 인체 하지의 길항근이며,상기 제 1근전도 신호값은 상기 주동근의 동작에 대한 값이고, 상기 제 제 2근전도 신호값은 상기 길항근의 동작에 대한 값인 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정방법.
- 제16항에 있어서,상기 보행모드는 상기 인체의 하지가 단차진 계단을 오르거나 내려가는 제 1보행모드와, 상기 인체의 하지가 평지를 보행하는 제 2보행모드로 구분되고,상기 제 1보행모드와 상기 제 2보행모드 각각은 상기 제 1근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 크고, 상기 제 2근전도 신호값이 상기 기준 근전도 신호값보다 작게 형성되되,상기 제 1보행모드에서의 상기 제 1근전도 신호값은 상기 제 2보행모드에서의 제 1근전도 신호값보다 크도록 형성되며,상기 구동부의 구동력은 상기 제 1보행모드인 경우에 상기 제 2보행모드인 경우보다 큰 것을 특징으로 하는 인체 하지의 보행모드 결정방법.
- 제15항에 있어서,상기 제어부는 A/C 컨버터와 전기적으로 연결되며,상기 A/C컨버터는 상기 제어부로 전송된 제 1,2근전도 신호값을 동기신호로 필터링하여 상기 구동부로 전송하는 것을 특징으로 인체 하지의 보행모드 결정방법.
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| KR1020070041942A KR100802533B1 (ko) | 2007-04-30 | 2007-04-30 | 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드결정방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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Family
ID=39342941
Family Applications (1)
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| KR1020070041942A KR100802533B1 (ko) | 2007-04-30 | 2007-04-30 | 인체 하지의 보행모드 결정장치 및 이를 갖는 인체 하지용보조 근력 로봇 및 이를 사용한 인체 하지의 보행모드결정방법 |
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