KR100976180B1

KR100976180B1 - 보행훈련용 로봇 및 그 운용방법

Info

Publication number: KR100976180B1
Application number: KR1020080029605A
Authority: KR
Inventors: 박광훈; 이경환
Original assignee: 주식회사 피앤에스미캐닉스
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2010-08-17
Also published as: US20110071442A1; KR20090104261A; WO2009145423A1; US8460162B2

Abstract

본 발명은 보행훈련용 로봇 및 그 운용방법에 관한 것으로, 보행훈련자의 다리에 착용되는 보행보조로봇(100); 보행훈련자가 정위치에서 보행훈련을 지속가능하도록 지정속도로 이동되는 바닥면을 제공하는 트레드밀(200); 보행훈련자의 몸체를 상향지지하는 하중견인기(300); 및 보행훈련자의 신체사이즈, 보행훈련자의 훈련에 필요한 각 관절부의 속도와 각도, 회전력에 대한 정보나 명령을 전달받거나 입력가능한 단자를 구비한 입력부(410)와, 상기 입력부(410)를 통해 입력받은 정보나 명령을 선택적으로 저장하는 정보저장장치와, 상기 입력부(410)를 통해 입력받거나 상기 정보저장장치로부터 전달받은 정보나 명령에 따라 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동상태를 제어하는 제어부와, 상기 입력부(410)를 통해 입력받거나 상기 정보저장장치, 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)로부터 전달받은 정보를 수치나 그래프로 디스플레이하는 모니터부(420)가 구비되는 컨트롤러(400);를 포함하여 구성됨을 기술적 요지로 하여, 보행훈련자의 각 관절부의 각도, 속도, 토크를 실시간으로 확인가능하도록 하여, 보행훈련자의 현재의 보행을 보행훈련자의 훈련에 적합한 표준 보행패턴과 비교하면서 보행훈련을 올바르게 수행중인지, 보행훈련자에게 보다 적합한 보행패턴이 무엇인지를 분석, 판단할 수 있도록 하는 보행훈련용 로봇 및 그 운용방법

보행훈련, 로봇, 트레드밀, 디스플레이, 리모콘

Description

보행훈련용 로봇 및 그 운용방법{robot for walking training and working method thereof}

본 발명은 보행훈련용 로봇 및 그 운용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보행에 장애가 있는 환자들의 재활치료를 목적으로 하는 보행훈련용 로봇 및 그 운용방법에 관한 것이다.

보행에 장애가 있는 환자들은 보행보조로봇을 착용한 상태로 보행보조로봇이 유도하는 보행패턴을 따라 다리를 구부리거나 이동하며 보행훈련을 하게 되는데, 보행보조로봇을 이용하여 훈련을 하는 과정에서 고관절, 슬관절, 족관절에 해당되는 각 관절부의 각도, 속도, 토크 중 한가지라도 보행훈련자의 훈련에 적합한 표준화된 보행패턴으로부터 어긋난다면, 보행훈련자는 현재 재활훈련에 적합한 보행패턴으로 보행훈련을 수행하고 있다고 볼 수 없다.

종래에는 보행훈련자가 보행보조로봇을 다리에 착용한 상태에서 보행보조로봇을 지정 각도와 속도로 구동시키며 보행훈련을 수행하고 있으나, 단순히 지정 각도와 속도로 다리를 이동시키는 것만으로는 훈련자가 올바른 보행패턴으로 보행훈련을 수행중인가를 판단할 수 없으며. 보행훈련자에게 보다 적합한 보행패턴이 무 엇인지를 판단하기도 어려워 보행훈련이 효율적으로 이루어지지 못하고 있다.

또한, 보행보조로봇을 착용하여 보행훈련을 수행하는 보행훈련자들은 각기 다른 인체치수를 가지고 있어, 종래에 보행보조로봇을 사용하여 보행훈련을 수행함에 있어서는 매번 보행훈련을 도와주는 사람의 도움을 얻어 보행보조로봇의 분절 길이를 보행훈련자의 인체치수에 맞추어 수동으로 조절해야 하는 불편함이 있었다.

사람이 수동으로 분절의 길이를 조정함에 따라, 보행훈련자의 인체치수에 적절한 특정길이로만 보행보조로봇을 항상 일정하게 조정하기 어려워 오차를 수반할 수밖에 없으며, 분절길이를 조정하는 사람에 따라서도 개인차가 있음에 따라, 보행보조로봇의 착용과정에 있어서 시간과 인력의 소모가 막대하다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 보행훈련자의 각 관절부의 각도, 속도, 토크를 실시간으로 확인가능하도록 하여, 보행훈련자의 현재의 보행을 보행훈련자의 훈련에 적합한 표준화된 보행패턴과 비교하면서 보행훈련을 올바르게 수행중인지, 보행훈련자에게 보다 적합한 보행패턴이 무엇인지를 분석, 판단할 수 있도록 하는 보행훈련용 로봇 및 그 운용방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 보행훈련자 신체치수와 관련된 정보를 입력하면 보행보조로봇의 분절길이 조정장치가 구동되며 보행훈련자의 분절 길이에 맞춰 보행보조로봇의 분절길이가 자동으로 맞추어져, 수동으로 조작함에 따른 오차발생을 방지하고 시간과 인력의 효율성을 현격히 향상시킬 수 있는 보행훈련용 로봇 및 그 운용방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 보행훈련자의 다리에 착용되는 보행보조로봇(100); 보행훈련자가 정위치에서 보행훈련을 지속가능하도록 지정속도로 이동되는 바닥면을 제공하는 트레드밀(200); 보행훈련자의 몸체를 상향지지하는 하중견인기(300); 및 보행훈련자의 신체사이즈, 보행훈련자의 훈련에 필요한 각 관절부의 속도와 각도, 회전력에 대한 정보나 명령을 전달받거나 입력가능한 단자를 구비한 입력부(410)와, 상기 입력부(410)를 통해 입력받은 정보나 명령, 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동과정에서 생성되는 정보를 선택적으로 저장하는 정보저장장치와, 상기 입력부(410)를 통해 입력받거나 상기 정보저장장치로부터 전달받은 정보나 명령에 따라 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동상태를 제어하는 제어부와, 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300), 정보저장장치로부터 전달받은 정보를 수치나 그래프로 디스플레이하는 모니터부(420)가 구비되는 컨트롤러(400);를 포함하여 구성되는 보행훈련용 로봇을 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 보행보조로봇(100)은, 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치를 전송하는 위치센서; 및 상기 컨트롤러(400)의 제어부로부터 신호를 입력받아 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치 및 분절의 길이를 조정하게 되는 기어부재;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 보행보조로봇(100)은, 보행훈련자의 발바닥과 트레드밀(200)간의 접촉여부를 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 압력센서;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하중견인기(300)는, 보행훈련자의 몸체에 하부가 착용되는 하네스(310); 및 상기 컨트롤러(400)의 제어부로부터 신호를 입력받아 상기 하네스(310)의 상하길이 조정하는 구동수단을 구비한 하네스구동장치(320); 및 상기 하네스(310)에 걸리는 하중을 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 하중센서;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 컨트롤러의 입력부(410)는, 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장 치, 모니터부(420), 제어부와 함께 케이싱되며, 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 정보나 명령을 직접 입력가능한 입력단자를 제공하는 본체(411); 및 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 정보나 명령을 무선으로 전송가능한 무선 입력단자를 제공하는 리모콘(412);을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 리모콘(412)은, 상기 보행보조로봇(100)을 순방향 또는 역방향으로 진행시키는 입력명령을 터치조작에 의해 실시간으로 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 전송하는 무선입력부(412a)와, 상기 보행보조로봇(100)의 순방향 또는 역방향으로의 보행의 진행상태, 고관절 각도, 슬관절 각도, 족관절 각도, 현재의 시점이 지정 보행주기 중 어느 시점인지를 실시간으로 표시하는 무선모니터부(412b)을 포함하여 구성되는 것이 바람작하다.

그리고, 본 발명은, 보행훈련자의 다리에 착용되는 보행보조로봇(100)과, 보행훈련자가 정위치에서 보행훈련을 지속가능하도록 지정속도로 이동되는 바닥면을 제공하는 트레드밀(200)과, 보행훈련자의 몸체를 상향지지하는 하중견인기(300)와, 보행훈련자의 신체사이즈, 보행훈련자의 훈련에 필요한 각 관절부의 속도와 각도, 회전력에 대한 정보를 입력받아 선택적으로 저장하고 수치나 그래프로 디스플레이하고 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동상태를 제어하는 컨트롤러(400)를 구비한 보행훈련용 로봇을 운용하는 방법에 있어서, 보행훈련자의 신체사이즈, 보행훈련이나 테스트에 의해 취득한 보행패턴에 관한 정보, 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동 및 설정에 필요한 정보나 명령을 네트워크 시스템의 서버 또는 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치로 부터 전달받거나 상기 컨트롤러의 입력부(410)의 입력단자 조작에 의해 입력받는 정보입력단계; 상기 정보입력단계에서 입력된 정보나 명령에 따라 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)를 특정한 형태로 구동시키는 로봇구동단계; 상기 로봇구동단계에서 특정한 형태로 보행훈련을 실시중인 보행훈련자의 각 관절부의 속도, 각도, 토크에 대한 정보를 실시간으로 입력받으며, 실시간으로 입력된 정보를 선택적으로 상기 컨트롤러의 정보저장장치에 분류, 정리하여 저장하는 훈련데이터생성단계; 및 상기 훈련데이터생성단계에서 입력 또는 저장된 정보들을 상기 컨트롤러의 모니터부(420)를 통해 실시간으로 화면에 출력하는 훈련데이터출력단계;를 포함하여 구성되는 보행훈련용 로봇의 운용방법을 다른 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 보행보조로봇(100)은, 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치를 전송하는 위치센서와, 상호간의 치합상태에 따라 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치 및 분절의 길이를 조정하게 되는 기어부재를 포함하여 구성되며, 상기 로봇구동단계는, 상기 보행보조로봇(100)의 위치센서로부터 현재 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치를 입력받는 관절위치입력단계; 상기 관절위치입력단계에서 입력된 각 관절부의 위치데이터간의 상대거리를 계산하여 상기 보행보조로봇(100)의 분절의 길이를 도출하는 분절길이연산단계; 상기 분절길이연산단계에서 도출된 분절의 길이를 상기 정보입력단계에서 입력된 보행훈련자의 신체사이즈와 비교, 연산하는 길이비교연산단계; 및 상기 길이비교연산단계에서 도출된 차이에 대응하여 상기 보행보조로봇(100)의 기어부재의 구동방향 및 변위를 조정하여 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부를 보행훈련자의 각 관절부에 대응되는 지점에 위치시키는 분절길이조정단계;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보행보조로봇(100)은, 보행훈련자의 발바닥과 트레드밀(200)간의 접촉여부를 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 압력센서를 포함하여 구성되며, 상기 로봇구동단계는, 상기 보행보조로봇(100)의 압력센서로부터 보행훈련자의 발과 트레드밀(200)간의 접촉여부를 실시간으로 입력받는 접촉여부입력단계; 보행훈련자의 한 걸음 보행 중 좌, 우측 양발 중 일측과 타측이 각각 상기 트레드밀(200)에 접촉되는 시점을 보행주기로 하여, 좌, 우측 양발간의 보폭을 상기 보행주기로 나누어 보행훈련자의 보행속도를 실시간 또는 주기적으로 도출하는 보행속도연산단계; 및 상기 보행속도연산단계에서 도출된 보행속도와 동일한 속도로 상기 트레드밀(200)을 구동시키는 양발속도동기화단계;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 보행보조로봇(100)은, 보행훈련자의 바닥과 트레드밀(200)간의 접촉여부를 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 압력센서를 포함하여 구성되며, 상기 로봇구동단계는, 상기 보행보조로봇(100)의 압력센서로부터 보행훈련자의 발과 트레드밀(200)간의 접촉여부를 실시간으로 입력받는 접촉여부입력단계; 보행훈련자의 좌, 우 양발 중 일측이 상기 트레드밀(200)에 접촉, 이탈되는 시점을 상기 정보입력단계를 통해 미리 지정된 기준시점과 비교, 연산하는 접촉시점비교연산단계; 및 상기 접촉시점비교연산단계에서 도출된 차이에 대응하여 상기 트레드 밀(200)의 구동속도를 조정하여 보행훈련자의 좌, 우 양발 중 일측의 보행속도와 동일한 속도로 상기 트레드밀(200)을 구동시키는 한발속도동기화단계;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하중견인기(300)는, 보행훈련자의 몸체에 하부가 착용되는 하네스(310)와, 상기 하네스(310)의 상하길이 조정하는 구동수단을 구비한 하네스구동장치(320)와, 상기 하네스(310)에 걸리는 하중을 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 하중센서를 포함하여 구성되며, 상기 로봇구동단계는, 상기 하중견인기(300)의 하중센서로부터 현재 상기 하네스(310)에 걸리는 하중을 실시간으로 입력받는 하중입력단계; 상기 하중입력단계에서 입력된 하중을 상기 정보입력단계에서 입력받은 지정 견인량과 비교, 연산하는 하중비교연산단계; 및 상기 하중비교연산단계에서 도출된 차이에 대응하여 상기 하중견인기(300)의 하네스구동장치(320)의 구동방향 및 구동시간을 조정하여 상기 하네스(310)의 길이조정에 의해 보행훈련자에 대한 견인량을 상기 지정견인량에 대응되도록 조정하는 지정견인량유지단계;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법은, 상기 정보입력단계에서 상기 보행보조로봇(100)의 순방향 또는 역방향으로의 진행명령을 입력받는 중에는 상기 로봇구동단계, 훈련데이터생성단계, 훈련데이터출력단계를 실시간으로 수행하며, 상기 보행보조로봇(100)의 진행방향에 대한 명령이 미입력중인 상태에서는 상기 보행보조로봇(100)의 구동이 정지되는 보행테스트모드; 및 상기 정보입력단계에서 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)를 특정한 패턴 으로 구동시키는 명령이 일차적으로 입력되면, 상기 정보입력단계에서 다른 명령이 재입력되기까지 상기 정보입력단계에서 일차적으로 입력된 명령에 따라 상기 로봇구동단계, 훈련데이터생성단계, 훈련데이터출력단계를 지속적으로 수행하는 보행훈련모드;로 구분되어 운용되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 보행테스트모드는, 상기 보행보조로봇(100)의 고관절, 슬관절, 족관절에 해당되는 각 관절부를 개별적으로 이동시키는 개별구동모드; 및 상기 보행보조로봇(100)의 고관절, 슬관절, 족관절에 해당되는 각 관절부를 동시에 이동시키는 복합구동모드;로 구분되어 운용되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보행테스트모드에서 상기 컨트롤러의 입력부(410)는, 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 정보나 명령을 무선으로 전송가능한 무선 입력단자를 제공하는 리모콘(412);인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 리모콘(412)은, 상기 보행보조로봇(100)을 순방향 또는 역방향으로 진행시키는 입력명령을 터치조작에 의해 실시간으로 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 전송하는 무선입력부(412a); 및 상기 보행보조로봇(100)의 순방향 또는 역방향으로의 보행의 진행상태와, 현재의 시점이 보행주기 중 어느 시점에 해당되는지와, 해당시점에서의 고관절 각도, 슬관절 각도, 족관절 각도를 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로부터 전송받아 실시간으로 표시하는 무선모니터부(412b);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 훈련데이터출력단계는, 상기 정보입력단계에서 보행훈련자에게 적합한 표준형태의 각 관절부의 각도, 속도, 회전력, 견인량에 대하여 기입력된 정 보를, 상기 훈련데이터생성단계에서 실시간으로 입력된 각 관절부의 각도, 속도, 회전력, 견인량에 대한 정보와 함께 하나의 화면상에 출력하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명은, 컨트롤러의 모니터부 내지 리모콘의 무선모니터부를 통해 보행훈련자의 각 관절부의 각도, 속도, 토크와 지면접촉상태를 실시간으로 확인할 수 있으며, 보행훈련자의 훈련에 적합한 표준화된 보행패턴과 하나의 화면상에 함께 출력하여 표준 보행패턴과 현재 수행한 보행의 차이를 명확하게 확인, 비교하면서, 보행훈련자가 보행훈련을 올바르게 수행중인지, 보행훈련자에게 보다 적합한 보행패턴이 무엇인지를 분석, 판단할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 컨트롤러의 정보저장장치, 다수의 컨트롤러 상호간에 정보의 전송이 가능하도록 하는 네트워크 통신망을 이용하여, 환자의 신체사이즈나, 훈련정보에 대한 기록을 저장 내지 공유함으로써, 같은 환자가 보행훈련을 다른 시간, 장소에서 수행하는 경우에, 환자의 신체사이즈나 훈련조건을 재입력하지 않고도, 자동으로 보행훈련자의 신체치수에 맞추어 보행보조로봇의 분절길이를 조정가능하며, 보행훈련자의 훈련의 성취도와 훈련방향에 관한 정보를 확인하며 이를 근거로 보행훈련자에게 적합한 보행패턴으로 훈련을 수행하며 치료를 일관성있게 유지할 수 있다는 다른 효과가 있다.

그리고, 보행훈련자의 ID나 보행훈련자의 키, 허벅지 길이, 장단지 길이, 발목높이와 같은 보행훈련자의 신체치수와 관련된 정보를 입력하면, 보행보조로봇의 분절길이 조정장치가 컨드롤러에 의해 자동으로 구동되며 보행훈련자의 분절 길이 에 맞춰 보행보조로봇의 분절길이가 맞추어져, 수동으로 보행보조로봇의 분절길이를 조정함에 따른 오차발생을 방지하고 시간과 인력의 효율성을 현격히 향상시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.

또한, 보행훈련자의 양발에 설치된 압력센서의 센싱주기와 보폭으로부터 보행속도를 연산하여 트레드밀의 구동속도를 보행훈련자의 보행속도와 동시화시키거나, 한발에 설치된 압력센서의 센싱시점과 지점을 기설정된 임의의 시점 및 지점과 비교, 연산하여 트레드밀의 구동속도를 보행훈련자의 보행속도와 동기화시킴로써, 보행훈련자가 양발 또는 한발에만 보행보조로봇을 착용한 모든 경우에 보행훈련중의 발끌림현상이나 보행위치의 불안정성을 방지하면서 지정된 공간내에서 안정적으로 보행훈련을 수행할 수 있다는 다른 효과가 있다.

그리고, 보행훈련모드에서 특정한 보행패턴으로 보행훈련을 지속적으로 수행하기 전이나, 보행훈련모드에서 보행훈련 중에 보행훈련자의 훈련수행능력이 향상되거나 저하되어 보행패턴을 변경, 수정시킬 필요가 있을 경우, 보행테스트모드를 운용하여 보행보조로봇의 각 관절부를 독립적으로 또는 동기적으로 구동시켜 봄으로서 보행훈련자의 각 관절부가 가동가능한 한계를 확인하며 보행훈련자의 보행훈련에 적합한 보행패턴을 찾아낼 수 있다는 다른 효과가 있다.

또한, 리모콘을 이용하여 컨트롤러의 본체로부터 이격된 위치에서도 보행보조로봇의 구동에 필요한 명령을 실시간으로 입력할 수 있어 치료사가 보행훈련자의 보행상태를 다양한 위치에서 상세하게 살피면서 보행보조로봇을 컨트롤하여 보행훈련을 보다 효율적으로 수행할 수 있으며, 보행테스트모드에서 리모콘의 무선입력부 를 이용해 특정한 보행패턴을 따라 진행시키다가 환자가 불편을 호소하거나 더이상 진행을 원하지 않는 특정시점에서 역방향, 다시 순방향으로 진행시키는 것을 반복하고 현재의 각 관절부의 가동상태를 무선모니터부를 통해 실시간으로 확인하면서 보행훈련자의 각 관절부의 사용능력의 한계를 명확하게 찾아낼 수 있다는 다른 효과가 있다.

그리고, 로봇의 구동에 필요한 정보를 전달받거나 명력을 입력받아 입력받은 정보나 명령에 따라 자동으로 로봇을 구동시키고 로봇의 구동상태를 이상적인 패턴의 데이터와 함께 디스플레이하며, 보행테스트모드 내지 리모콘을 이용하여 로봇의 각 관절부를 독립적으로 또는 동기적으로 구동시켜 봄으로서 다양한 구동패턴을 실시간으로 적용하고 문제가 되는 원인을 확인할 수 있어, 인체에 착용이 이루어지게 되는 보행보조로봇 뿐만 아니라 기타 이족보행로봇의 보행분석에도 광범위하게 적용가능하다는 다른 효과가 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇 및 그 운용방법을 다음의 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 제1실시예를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법의 제1실시예를 도시한 흐름도이며, 도 3은 훈련중에 실시간으로 입력된 고관절의 속도 및 각도, 슬관절의 속도 및 각도를, 보행훈련자의 훈련에 적합한 표준화된 보행패턴에 대하여 기입력된 정보와 함께 하나의 화면상에 출력한 일예를 도시한 그래프이다.

그리고, 도 4는 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법의 제2실시예를 도시한 흐름도이고, 도 5는 보행보조로봇의 분절의 길이를 자동으로 조정하는 운용방법의 일예를 도시한 순서도이며, 도 6은 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법의 제3실시예를 도시한 흐름도이고, 도 7은 압력센서의 센싱상태와 보행주기 및 보폭의 관계를 보이고자 도시한 그래프이며, 도 8은 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법의 제4실시예를 도시한 흐름도이고, 도 9는 표준 보행패턴에 따른 압력센서의 실시간 센싱상태를 보이고자 도시한 그래프이며, 도 10은 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법의 제5실시예를 도시한 흐름도이다.

또한, 도 11은 보행훈련모드와 보행테스트모드로 구분되어 운용되는 과정을 보이고자 도시한 순서도이고, 도 12는 리모콘의 일예를 도시한 개략도이며, 도 13은 보행테스트모드에서 리모콘, 컨트롤러, 보행보조로봇간의 정보 내지 신호 전달관계를 도시한 블록도이고, 도 14, 15는 각각 보행테스트모드에서 기설정된 추종 보행패턴을 따라 보행보조로봇의 각 관절부를 개별적으로,또는 동기화하여 순방향으로 구동시키다가 임의의 지점에서 역방향으로 방향전환하여 구동시키는 것을 반복하며 보행훈련자의 관절 사용능력의 한계점을 찾는 과정을 보이고자 도시한 그래프이며, 도 16은 보행훈련자의 관절 사용능력의 한계점을 이용하여 재구성된 보행패턴을 보이고자 도시한 그래프이다.

본 발명에 따른 보행훈련용 로봇은, 도 1에 도시된 바와 같이 크게 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300), 컨트롤러(400)로 이루어지며, 상기 트레드밀(200)은 상기 보행보조로봇(100)을 착용한 상태로 훈련중인 보행훈련자의 보행속도에 대응되는 속도로 구동되고, 상기 하중견인기(300)는 보행훈련자의 몸체를 지정 견인량으로 상향지지한다.

상기 컨트롤러(400)는 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동에 필요한 정보나 명령을 입력받아 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동상태를 제어하고 선택적으로 저장하며, 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동중에 생성되는 정보를 출력하고 선택적으로 저장한다.

상기 보행보조로봇(100)은 보행훈련자의 각 관절부에 대응되는 관절부를 구비하여 보행훈련이 필요한 보행훈련자의 다리에 착용되며, 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치와 각도, 각 관절부 사이에 형성되는 분절의 길이를 조정가능한 구조를 가지며, 고관절, 슬관절, 족관절 중에서 적어도 하나의 관절부를 선택적으로 구비할 수도 있고, 한쪽 다리에만 착용될 수도 있으며, 보행훈련자의 필요에 따라 보행훈련자의 양다리에 전부 착용될 수도 있다.

상기 보행보조로봇(100)의 구조 및 작동원리에 대해서는 인체의 다리에 대응되는 관절부를 구비하여 특정한 패턴으로 구동되는 로봇을 제작하는 당업계의 공지기술내용을 따르는 바 그 상세한 설명을 생략하기로 하며, 특정한 구조와 형태로 한정되지 않고 본 발명을 사용하는 보행훈련자의 장애정도와 훈련상태, 사용장소 등에 따라 적절한 구조의 보행보조로봇을 선택적용하는 것이 바람직하다.

보행훈련자가 정위치에서 보행훈련을 지속가능하도록 지정속도로 이동되는 바닥면을 제공하는 상기 트레드밀(200)의 구조와 작동원리 또한 기존의 공지된 기 술내용을 따르는 바 그 상세한 설명을 생략하기로 하며, 보행훈련자의 몸체를 상향지지하는 상기 하중견인기(300)의 구조와 작동원리 또한 본 출원인의 대한민국 특허출원번호 제2008-21889호의 로드셀 감지기구, 보행보조로봇용 지지프레임 및 이들을 구비한 보행보조로봇용 견인장치에 기재된 기술내용을 따르는 바 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

상기 컨트롤러(400)는 크게 입력부(410), 정보저장장치(미도시), 제어부(미도시), 모니터부(420)로 이루어진다.

상기 컨트롤러의 입력부(410)는 상기 컨트롤러(400)의 제어부나 정보저장장치로부터, 또는 서로 다른 장소(예를 들어 서로 다른 병원이나 물리치료실)에 설치된 다수의 컨트롤러(400) 상호간에 정보의 전송이 가능하도록 하는 네트워크 통신망에 연결되는 통신단자를 구비하여 다른 컨트롤러(400)나 네트워크 서버로부터 보행훈련자의 신체사이즈, 보행훈련자의 훈련에 필요한 각 관절부의 속도와 각도, 회전력에 대한 정보나 명령을 전달받거나, 상기 컨트롤러(400)에 수치 등을 입력가능한 던말기를 구비하여 사용자로부터 정보나 명령을 직접 입력받는다.

상기 컨트롤러의 입력부(410)는, 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치, 제어부, 모니터부(420)와 함께 케이싱되어 정위치에 설치된 상태를 유지하면서 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 정보나 명령을 직접 입력가능한 입력단자를 제공하는 입력부의 본체(411)와, 상기 입력부의 본체(411)로부터 이격된 임의의 지점에서 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 무선으로 정보나 명령을 전송가능한 리모콘(412)에 구비된 무선입력부(412b)로 이루어진다.

상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치는 상기 입력부(410)나 제어부를 통해 입력받은 정보나 명령, 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동과정에서 생성되는 정보를 선택적으로 분류하여 저장하며, 상기 컨트롤러(400)의 제어부는 상기 입력부(410)를 통해 입력받거나 상기 컨트롤러의 정보저장장치로부터 전달받은 정보나 명령에 따라 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동상태를 제어한다.

상기 컨트롤러의 모니터부(420)는 상기 입력부(410)를 통해 입력된 정보나 명령, 상기 제어부에서 제어중인 상기 정보저장장치, 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동상태, 보행훈련 중에 상기 정보저장장치에 저장되는 정보나 명령, 상기 정보저장장치, 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)로부터 전달받은 정보를 수치나 그래프로 디스플레이한다.

상기 컨트롤러의 모니터부(420) 또한, 상기 컨트롤러의 입력부(410)와 마찬가지로, 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치, 제어부, 입력부의 본체(411)와 함께 케이싱되어 정위치에 설치된 상태를 유지하게 되는 모니터부의 본체(421)와, 상기 모니터부의 본체(421)로부터 이격된 임의의 지점에서 상기 컨트롤러의 입력부(410), 정보저장장치나 제어부로부터 정보나 명령을 무선으로 전송받아 표시하는 상기 리모콘의 무선모니터부(412a)로 이루어진다.

상기 리모콘(412)을 이용하여 상기 컨트롤러(400)의 본체로부터 이격된 위치에서도 상기 보행보조로봇(100)의 구동에 필요한 명령을 실시간으로 입력할 수 있어, 치료사가 보행훈련자의 보행상태를 다양한 위치에서 상세하게 살피면서 상기 보행보조로봇(100)을 컨트롤하여 보행훈련을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법은 상기와 같은 구성을 가지는 보행훈련용 로봇을 운용하는 방법에 관한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 정보입력단계, 로봇구동단계, 훈련데이터생성단계, 훈련데이터출력단계로 이루어지며, 상기 로봇구동단계에서는 상기 정보입력단계에서 입력받은 정보나 명령에 따라 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)를 특정하게 구동시키고, 상기 훈련데이터생성단계에서는 구동중인 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)로부터 각각의 구동상태에 관한 정보를 입력받아 선택적으로 저장하며, 상기 훈련데이터출력단계에서는 상기 훈련데이터생성단계에서 생성된 정보를 화면에 출력한다.

상기 정보입력단계에서는 보행훈련자의 신체사이즈, 보행훈련이나 테스트에 의해 취득한 보행패턴에 관한 정보, 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동 및 설정에 필요한 정보나 명령을 네트워크 시스템의 서버 또는 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치로부터 전달받거나 상기 컨트롤러의 입력부(410)의 입력단자 조작에 의해 입력받는다.

상기 로봇구동단계에서는 상기 정보입력단계에서 입력된 정보나 명령에 따라 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)를 특정한 형태로 구동시키며, 상기 보행보조로봇(100), 하중견인기(300)에 구비된 검출단자로부터 현재의 보행훈련자의 보행상태나 장치의 구동상태에 대한 정보를 실시간으로 입력받아 보 행훈련자의 보행상태에 맞추어 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)를 상호연계하여 제어, 구동시킨다.

상기 훈련데이터생성단계에서는 상기 로봇구동단계에서 특정한 형태로 보행훈련을 실시중인 보행훈련자의 각 관절부의 속도, 각도, 토크에 대한 정보와 함께 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)로부터 각각의 구동상태에 관한 정보를 실시간으로 입력받고, 실시간으로 입력된 정보를 선택적으로 상기 컨트롤러의 정보저장장치에 분류, 정리하여 저장한다.

상기 훈련데이터출력단계에서는 상기 훈련데이터생성단계에서 입력 또는 저장된 정보들을 상기 컨트롤러의 모니터부의 본체(421) 내지 무선모니터부(412a)를 통해 직접적인 수치, 표, 그래프나, 도형 중 적절한 형태로 실시간으로 화면에 출력함으로써, 보행훈련자와 물리치료사는 현재 수행중인 보행훈련상에서 보행훈련자의 각 관절부의 각도, 속도, 토크와 지면접촉상태를 실시간으로 확인할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 훈련데이터생성단계에서 실시간으로 입력된 각 관절부의 각도, 속도, 회전력, 견인량에 대한 정보를 상기 정보입력단계에서 보행훈련자에게 적합한 표준형태의 각 관절부의 각도, 속도, 회전력, 견인량에 대하여 기입력된 정보와 함께 하나의 화면상에 출력하면, 보행훈련자와 물리치료사는 객관적인 지표에 의해 보행훈련자에게 적합한 표준 보행패턴과 현재 수행한 보행의 차이를 명확하게 확인, 비교하면서, 보행훈련자가 보행훈련을 올바르게 수행중인지, 보행훈련자에게 보다 적합한 보행패턴이 무엇인지를 분석, 판단할 수 있다.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇이 운용됨에 있어서, 상기 보행보조로봇(100)이, 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치를 전송하는 위치센서(미도시)와, 상기 컨트롤러(400)의 제어부로부터 신호를 입력받아 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치 및 분절의 길이를 조정하게 되는 기어부재(미도시)를 구비한 구조를 가지면, 상기 로봇구동단계에서는 도 4에 도시된 바와 같이 관절위치입력단계, 분절길이연산단계,길이비교연산단계, 분절길이조정단계를 거쳐 상기 보행보조로봇(100)의 분절의 길이를 보행훈련자의 신체치수에 맞추어 자동으로 조정할 수 있다.

상기 관절위치입력단계에서는 상기 보행보조로봇(100)의 위치센서로부터 현재 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치를 입력받으며, 상기 분절길이연산단계에서는 상기 관절위치입력단계에서 입력된 각 관절부의 위치데이터간의 상대거리를 계산하여 상기 보행보조로봇(100)의 분절의 길이를 도출한다.

상기 길이비교연상단계에서는 상기 분절길이연산단계에서 도출된 분절의 길이를 상기 정보입력단계에서 입력된 보행훈련자의 신체사이즈와 비교, 연산하며, 상기 분절길이조정단계에서는 상기 길이비교연산단계에서 도출된 차이에 대응하여 상기 보행보조로봇(100)의 기어부재의 구동방향 및 변위를 조정하여 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부를 보행훈련자의 각 관절부에 대응되는 지점에 위치시키게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 보행훈련자의 ID를 입력하여 해당 ID에 관한 저장기록이 존재하는 경우에는 해당 ID의 저장기록을 불러들임으로써, 해당 ID가 없거 나 해당ID에 관한 저장기록이 존재하지 않는 경우에는 보행훈련자의 키, 허벅지 길이, 장단지 길이, 발목높이와 같은 보행훈련자의 신체치수와 관련된 정보를 직접 입력하면, 상기 보행보조로봇(100)의 분절길이가 보행훈련자의 분절길이에 맞추어지도록 상기 보행보조로봇(100)의 분절길이를 조정하는 기어부재가 상기 컨드롤러(400)에 의해 자동으로 구동제어되어, 기존에 수동으로 보행보조로봇의 분절길이를 조정함에 따른 오차발생을 방지하고 시간과 인력의 효율성을 현격히 향상시킬 수 있다.

상기 정보입력단계에서 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치, 다수의 컨트롤러(400) 상호간에 정보의 전송이 가능하도록 하는 네트워크 통신망을 이용함에 있어서는, 보행훈련자가 다른 시간, 장소에서 보행훈련을 수행하는 경우에, 환자의 신체사이즈나 훈련조건을 매번 재입력하지 않고도, 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 네트워크 통신망으로 연결된 서버나 다른 컨트롤러(400)로부터 필요한 정보를 불러들여 보행훈련에 이용할 수 있어, 상기와 같이 보행훈련자의 ID 입력만으로 보행훈련자의 신체치수에 맞추어 보행보조로봇의 분절길이를 자동으로 조정가능할 뿐만 아니라, 보행훈련자의 훈련의 성취도와 훈련방향에 관한 정보를 확인하며 이를 근거로 보행훈련자에게 적합한 보행패턴으로 훈련을 수행하며 치료를 일관성있게 유지할 수 있다.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇이 운용됨에 있어서, 상기 보행보조로봇(100)이, 보행훈련자의 발바닥과 상기 트레드밀(200)간의 접 촉여부를 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 압력센서(미도시)를 구비한 구조를 가지면, 상기 로봇구동단계에서는 도 6에 도시된 바와 같이 접촉여부입력단계, 보행속도연산단계, 양발속도동기화단계를 거치거나, 도 8에 도시된 바와 같이 접촉여부입력단계, 접촉시점비교연산단계, 한발속도동기화단계를 거쳐, 보행훈련자의 보행속도와 상기 트레드밀(200)의 바닥면 구동속도를 자동으로 동기화시킬 수 있다.

상기 로봇구동단계가 도 6에 도시된 바와 같이 상기 접촉여부입력단계, 보행속도연산단계, 양발속도동기화단계를 순차적으로 거치는 구성을 가짐에 있어서, 상기 접촉여부입력단계에서는 상기 보행보조로봇(100)의 압력센서로부터 보행훈련자의 발과 트레드밀(200)간의 접촉여부를 실시간으로 입력받으며, 상기 보행속도연산단계에서는 보행훈련자의 한 걸음 보행 중 좌, 우측 양발 중 일측과 타측이 각각 상기 트레드밀(200)에 접촉되는 시점을 보행주기로 하여, 좌, 우측 양발간의 보폭을 상기 보행주기로 나누어 보행훈련자의 보행속도를 실시간 또는 주기적으로 도출하고, 상기 양발속도동기화단계에서는 상기 보행속도연산단계에서 도출된 보행속도와 동일한 속도로 상기 트레드밀(200)을 구동시키게 된다.

도 7은 상기와 같이 상기 접촉여부입력단계, 보행속도연산단계, 양발속도동기화단계를 순차적으로 거치는 구성을 가짐에 있어서, 한 걸음 보행 중 오른발과 왼발의 센싱시점의 차이와 오른발과 왼발의 위치의 차이(구간 T)가, 전체 보행주기와 보폭의 50%에 각각 해당되는 것을 보이고자 도시한 것으로, 상기 트레드밀(200)은 상기 구간 T에 해당되는 보폭을 구간 T에 해당되는 보행주기로 나눈 속도로 구 동되며 보행훈련자의 보행속도와 동기화된다.

양다리에 상기 보행보조로봇(100)을 착용한 상태로 일정한 패턴으로 보행훈련 중인 상태에서는 상기와 같이 양발에서 교대로 상기 트레드밀(200)과의 접촉여부를 센싱받아 상기 트레드밀(200)의 구동속도를 동기화 시킬 수 있으며, 상기와 같이 한 걸음의 보행속도를 연산단위로 함에 따라, 매 걸음마다 상기 트레드밀(200)의 속도를 동기화시키거나, 두 걸음 이상의 보행속도를 연산하여 두 걸음마다 즉, 전체 보행주기마다 상기 트레드밀(200)의 속도를 동기화시킬 수 있다.

상기 로봇구동단계가 도 8에 도시된 바와 같이 상기 접촉여부입력단계, 접촉시점비교연산단계, 한발속도동기화단계를 순차적으로 거치는 구성을 가짐에 있어서, 상기 접촉여부입력단계에서는 상기 보행보조로봇(100)의 압력센서로부터 보행훈련자의 양발과 트레드밀(200)간의 접촉여부를 실시간으로 입력받으며, 상기 접촉시점비교연산단계에서는 보행훈련자의 좌, 우 양발 중 일측이 상기 트레드밀(200)에 접촉, 이탈되는 시점을 상기 정보입력단계를 통해 미리 지정된 기준시점과 비교, 연산하고, 상기 한발속도동기화단계에서는 상기 접촉시점비교연산단계에서 도출된 차이에 대응하여 상기 트레드밀(200)의 구동속도를 조정하여 보행훈련자의 좌, 우 양발 중 일측의 보행속도와 동일한 속도로 상기 트레드밀(200)을 구동시키게 된다.

도 9는 상기와 같이 상기 접촉여부입력단계, 접촉시점비교연산단계, 한발속도동기화단계를 순차적으로 거치는 구성을 가짐에 있어서, 상기 정보입력단계를 통해 미리 입력, 지정되고 상기 접촉시점비교연산단계에서 현재의 센싱시점 및 위치 와 비교하는 기준이 되는 기준시점에 대해 설명하고자 도시한 것으로, 발이 땅에 닿고 있는 상태를 뜻하는 입각기는 정상보행에 있어서 일반적으로 전체 보행주기의 60%를 형성하며, 발이 지면에서 떨어져 있는 상태를 뜻하는 유각기는 정상보행에 있어서 일반적으로 전체 보행주기의 40%를 형성하므로, 이에 근거하여 보행훈련자의 훈련에 적합한 표준화된 보행패턴(도 9에 도시된 고관절 각도 보행패턴, 슬관절 각도 보행패턴)상에서 입각기와 유각기로써 적절한 센싱on, off시점을 표시한 것이다.

따라서, 상기 접촉시점비교연산단계에서 현재 보행과의 비교의 대상이 되는 기준시점이란 도 9에 도시된 바와 같은 패턴 상에서는 압력센서의 센싱상태가 전환되는 지점으로, 상기 기준시점 및 위치와 비교하여 보다 짧은 시간이나 먼 거리로 압력상태가 전환되면 그 차이에 비례하여 상기 트레드밀(200)의 속도를 현재 구동속도보다 빠르게 하고, 보다 긴 시간이나 짧은 거리로 압력상태가 전환되면 그 차이에 비례하여 상기 트레드밀(200)의 속도를 현재 구동속도보다 느리게 하여 보행훈련자의 보행속도와 동기화시키게 된다.

한쪽 다리만 보행훈련이 필요하여 한쪽 다리에만 상기 보행보조로봇(100)을 착용한 상태로 보행훈련 중인 상태에서는, 상기 보행보조로봇(100)을 착용하지 않아 속도가 가변적인 정상적인 다리의 이동속도를 주요하게 반영해야 보행에 무리가 가지 않으므로, 상기와 같이 상기 접촉시점비교연산단계, 한발속도동기화단계를 거쳐 상기 트레드밀(200)의 속도를 보행속도와 동기화시키는 것이 바람직하다.

상기와 같이 보행훈련자의 양발에 설치된 압력센서의 센싱주기와 보폭으로부 터 보행속도를 연산하거나, 한발에 설치된 압력센서의 센싱시점과 지점을 기설정된 임의의 시점 및 지점과 비교, 연산하여 상기 트레드밀(200)의 구동속도를 보행훈련자의 보행속도와 동기화시킴로써, 보행훈련중의 발끌림현상이나 바닥면과의 상대적인 위치차이에 의한 보행의 불안정성을 방지할 수 있어, 보행훈련자는 보행보조로봇을 착용한 갯수나 위치와 무관하게 지정된 공간내에서 안정적으로 보행훈련을 수행할 수 있다.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇이 운용됨에 있어서, 상기 하중견인기(300)가, 보행훈련자의 몸체에 하부가 착용되는 하네스(310)와, 상기 컨트롤러(400)의 제어부에 의해 상기 하네스(310)의 상하길이 조정하는 구동수단을 구비한 하네스구동장치(320)와, 상기 하네스(310)에 걸리는 하중을 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 하중센서로 이루어진 구조를 가지면, 상기 로봇구동단계에서는 도 10에 도시된 바와 같이 하중입력단계, 하중비교연산단계, 지정견인량유지단계를 거쳐, 자신의 자중 전체를 다리에 부담시킨 상태로 보행훈련을 수행하기 어려운 보행훈련자를 항상 일정한 양으로 견인할 수 있다.

상기 하중입력단계에서는 상기 하중견인기(300)의 하중센서로부터 현재 상기 하네스(310)에 걸리는 하중을 실시간으로 입력받으며, 상기 하중비교연산단계에서는 상기 하중입력단계에서 입력된 하중을 상기 정보입력단계에서 입력받은 지정 견인량과 비교, 연산하고, 상기 지정견인량유지단계에서는 상기 하중비교연산단계에서 도출된 차이에 대응하여 상기 하중견인기(300)의 하네스구동장치(320)의 구동방 향 및 구동시간을 조정하여 상기 하네스(310)의 길이조정에 의해 보행훈련자에 대한 견인량을 상기 지정견인량에 대응되도록 조정하게 된다.

상기 서술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법을 적용함에 있어서는 도 11에 도시된 바와 같이 보행테스트모드와 보행훈련모드로 구분하여 적용이 이루어지는 것이 보다 바람직하다.

상기 보행테스트모드는, 상기 정보입력단계에서 상기 보행보조로봇(100)의 순방향 또는 역방향으로의 진행명령을 입력받는 중에는 상기 로봇구동단계, 훈련데이터생성단계, 훈련데이터출력단계를 실시간으로 수행하면서도, 상기 보행보조로봇(100)의 진행방향에 대한 명령이 미입력중인 상태에서는 상기 보행보조로봇(100)의 구동이 정지되는 운용모드이다.

상기 보행테스트모드는, 사용자의 조작이 이루어지는 중에만 실시간 구동이 이루어지도록 하여 사용자가 보행상태를 실시간으로 신속하게 전환시키며 각각의 패턴의 적합성을 검사할 수 있도록 하는 운용모드로, 상기 보행테스트모드를 운용함에 있어서는, 상기 보행보조로봇(100)의 고관절, 슬관절, 족관절에 해당되는 각 관절부를 개별적으로 이동시키는 개별구동모드와, 상기 보행보조로봇(100)의 고관절, 슬관절, 족관절에 해당되는 각 관절부를 동시에 이동시키는 복합구동모드로 구분하여 운용하면, 각 관절부의 개별적인 테스트와, 각 관절부 전체가 상호연계되어 보행이 이루어지는 상태의 테스트로 세분화되어 보다 정밀하고 명확한 진단이 이루어질 수 있다.

상기 보행테스트모드에서 상기 컨트롤러의 입력부(410)는, 물리치료사가 보행훈련자의 훈련상태를 확인하기 용이한 다양한 위치에서 실시간으로 상기 보행보조로봇의 구동상태를 제어할 수 있도록 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 정보나 명령을 무선으로 전송가능한 무선 입력단자를 제공하는 상기 리모콘(412)인 것이 바람직하며, 상기 보행훈련모드를 운용함에 있어서도 상기 리모콘(412)을 이용하여 동일한 효과를 기대할 수 있음은 물론이다.

상기 리모콘(412)은, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 보행보조로봇(100)을 순방향 또는 역방향으로 진행시키는 입력명령을 터치조작에 의해 실시간으로 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 전송하는 무선입력부(412a)와, 상기 보행보조로봇(100)의 순방향 또는 역방향으로의 보행의 진행상태와, 현재의 시점이 보행주기 중 어느 시점에 해당되는지와, 해당시점에서의 고관절 각도, 슬관절 각도, 족관절 각도를 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로부터 전송받아 실시간으로 표시하는 무선모니터부(412b)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

도 13은 상기 리모콘(412), 컨트롤러(400), 보행보조로봇(100)간의 정보 내지 신호 전달관계를 도시한 블록도로, 보행훈련자나 물리치료사는 상기 리모콘의 무선입력부(412a)를 통해 순방향 진행명령을 상기 컨트롤러(400)에 입력하여 상기 보행보조로봇(100)의 고관절, 슬관절, 족관절에 해당되는 각 관절부를 개별적 또는 복합적으로 구동시키면서, 상기 위치센서로부터 각 관절부의 위치정보를 수신받아 선택적으로 저장함과 동시에 상기 리모콘의 무선모니터부(412b)를 통해 각 관절부의 위치정보 및 전체 보행주기상에서 어느 시점에 해당되는지를 확인할 수 있다.

상기 보행훈련모드는, 상기 정보입력단계에서 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)를 특정한 패턴으로 구동시키는 명령이 일차적으로 입력되면, 상기 정보입력단계에서 다른 명령이 재입력되기까지 상기 정보입력단계에서 일차적으로 입력된 명령에 따라 상기 로봇구동단계, 훈련데이터생성단계, 훈련데이터출력단계를 지속적으로 수행하게 되는 운용모드로, 보행훈련자의 훈련에 적합한 표준화된 보행패턴을 적용, 추종하며 지속적인 보행훈련이 이루어지게 되는 일반적인 보행훈련에 해당되는 운용모드이다.

상기와 같이 상기 보행테스트모드와 보행훈련모드로 구분되어 운용이 이루어지게 되면, 상기 보행훈련모드에서 특정한 보행패턴으로 보행훈련을 지속적으로 수행하기 전이나, 상기 보행훈련모드에서 보행훈련 중에 보행훈련자의 훈련수행능력이 향상되거나 저하되어 보행패턴을 변경, 수정시킬 필요가 있을 경우, 상기 보행테스트모드를 운용하여 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부를 독립적으로 또는 동기적으로 구동시켜 봄으로서 보행훈련자의 각 관절부가 가동가능한 한계를 확인하며 보행훈련자의 보행훈련에 적합한 보행패턴을 찾아낸 후, 상기 보행훈련모드에 상기 보행테스트모드에서 찾아낸 적합한 보행패턴을 적용하여 본격적으로 보행훈련을 실시할 수 있다.

상기 보행테스트모드에서 보행훈련자의 보행훈련에 적합한 보행패턴을 찾아내는 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 리모콘(412)에 형성된 상기 무선입력부(412b)의 순방향진행을 표시하는 입력단자를 손가락으로 누른 상태를 지속하면서 도 14, 15에 도시된 바와 같은 특정한 보행패턴을 따라 상기 보행보조로 봇(100)의 각 관절부를 순방향으로 구동시키다가 환자가 불편을 호소하거나 더이상 진행을 원하지 않으면, 즉시 상기 리모콘의 모선입력부(412b)로부터 손가락을 떼어 정지시킨 후, 상기 리모콘의 무선입력부(412b)의 역방향진행을 표시하는 입력단자를 손가락으로 눌러 환자가 불편을 호소하지 않는 지점까지 역방향으로 진행시키고, 다시 순방향으로 짧은 구간진행시키는 것을 반복함으로써 보행훈련자의 각 관절부의 사용능력의 한계를 찾아낼 수 있다.

상기와 같은 방법으로 보행훈련자의 보행훈련에 적합한 보행패턴을 찾아냄에 있어서는, 각 관절부의 가동상태를 상기 리모콘(412)에 형성된 무선모니터부(412a)나 모니터부의 본체(421)를 통해 실시간으로 확인, 저장하면서 이루어질 수 있어 객관적인 지표에 의해 보다 명확한 분석이 가능하며, 상기 보행훈련모드에 적용시킴에 있어서는, 도 16에 도시된 바와 같이 보행훈련자의 관절 사용능력의 한계점을 초과하지 않는 범위 내에서 재구성된 보행패턴을 적용하여 보행훈련이 효율적으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법에 의하면, 로봇의 구동에 필요한 정보를 전달받거나 명력을 입력받아 입력받은 정보나 명령에 따라 자동으로 로봇을 구동시키고 로봇의 구동상태를 이상적인 패턴의 데이터와 함께 디스플레이하며, 보행테스트모드 내지 리모콘을 이용하여 로봇의 각 관절부를 독립적으로 또는 동기적으로 구동시켜 봄으로서 다양한 구동패턴을 실시간으로 적용하고 문제가 되는 원인을 확인할 수 있어, 인체에 착용이 이루어지게 되는 상기 보행보조로 봇(100) 뿐만 아니라 기타 이족보행로봇의 보행분석에도 광범위하게 적용가능하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

도 1 - 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 제1실시예를 도시한 개략도

도 2 - 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법의 제1실시예를 도시한 흐름도

도 3 - 훈련중에 실시간으로 입력된 고관절의 속도 및 각도, 슬관절의 속도 및 각도를, 보행훈련자의 훈련에 적합한 표준화된 보행패턴에 대하여 기입력된 정보와 함께 하나의 화면상에 출력한 일예를 도시한 그래프

도 4 - 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법의 제2실시예를 도시한 흐름도

도 5 - 보행보조로봇의 분절의 길이를 자동으로 조정하는 운용방법의 일예를 도시한 순서도

도 6 - 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법의 제3실시예를 도시한 흐름도

도 7 - 압력센서의 센싱상태와 보행주기 및 보폭의 관계를 보이고자 도시한 그래프

도 8 - 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법의 제4실시예를 도시한 흐름도

도 9 - 표준 보행패턴에 따른 압력센서의 실시간 센싱상태를 보이고자 도시한 그래프

도 10 - 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇의 운용방법의 제5실시예를 도시한 흐름도

도 11 - 보행훈련모드와 보행테스트모드로 구분되어 운용되는 과정을 보이고자 도시한 순서도

도 12 - 리모콘의 일예를 도시한 개략도

도 13 - 보행테스트모드에서 리모콘, 컨트롤러, 보행보조로봇간의 정보 내지 신호 전달관계를 도시한 블록도

도 14 - 보행테스트모드에서 기설정된 추종 보행패턴을 따라 보행보조로봇의 각 관절부를 개별적으로 순방향으로 구동시키다가 임의의 지점에서 역방향으로 방향전환하여 구동시키는 것을 반복하며 보행훈련자의 관절 사용능력의 한계점을 찾는 과정을 보이고자 도시한 그래프

도 15 - 보행테스트모드에서 기설정된 추종 보행패턴을 따라 보행보조로봇의 각 관절부를 모두 동기화하여 순방향으로 구동시키다가 임의의 지점에서 역방향으로 방향전환하여 구동시키는 것을 반복하며 보행훈련자의 관절 사용능력의 한계점을 찾는 과정을 보이고자 도시한 그래프

도 16 - 보행훈련자의 관절 사용능력의 한계점을 이용하여 재구성된 보행패턴을 보이고자 도시한 그래프

<도면에 사용된 주요 부호에 대한 설명>

100 :보행보조로봇 200 : 트레드밀

300 : 하중견인기 310 : 하네스

320 : 하네스구동장치 400 : 컨트롤러

410 : 컨트롤러의 입력부 411 : 입력부의 본체

412 : 리모콘 412a : 무선입력부

412b : 무선모니터부 420 : 컨트롤러의 모니터부

421 : 모니터부의 본체

Claims

보행훈련자의 다리에 착용되는 보행보조로봇(100);

보행훈련자가 정위치에서 보행훈련을 지속가능하도록 지정속도로 이동되는 바닥면을 제공하는 트레드밀(200);

보행훈련자의 몸체를 상향지지하는 하중견인기(300); 및

보행훈련자의 신체사이즈, 보행훈련자의 훈련에 필요한 각 관절부의 속도와 각도, 회전력에 대한 정보나 명령을 전달받거나 입력가능한 단자를 구비한 입력부(410)와, 상기 입력부(410)를 통해 입력받은 정보나 명령, 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동과정에서 생성되는 정보를 선택적으로 저장하는 정보저장장치와, 상기 입력부(410)를 통해 입력받거나 상기 정보저장장치로부터 전달받은 정보나 명령에 따라 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동상태를 제어하는 제어부와, 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300), 정보저장장치로부터 전달받은 정보를 수치나 그래프로 디스플레이하는 모니터부(420)가 구비되는 컨트롤러(400);

를 포함하며,

상기 보행보조로봇(100)은,

상기 컨트롤러(400)의 제어부로 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치를 전송하는 위치센서; 및

상기 컨트롤러(400)의 제어부로부터 신호를 입력받아 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치 및 분절의 길이를 조정하게 되는 기어부재;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 보행보조로봇(100)은,

보행훈련자의 발바닥과 트레드밀(200)간의 접촉여부를 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 압력센서;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇.
제 1항에 있어서, 상기 하중견인기(300)는,

보행훈련자의 몸체에 하부가 착용되는 하네스(310);

상기 컨트롤러(400)의 제어부로부터 신호를 입력받아 상기 하네스(310)의 상하길이 조정하는 구동수단을 구비한 하네스구동장치(320); 및

상기 하네스(310)에 걸리는 하중을 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 하중센서;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇.
제 1항에 있어서, 상기 컨트롤러의 입력부(410)는,

상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치, 모니터부(420), 제어부와 함께 케이싱되며, 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 정보나 명령을 직접 입력가능한 입력단자를 제공하는 본체(411); 및

상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 정보나 명령을 무선으로 전송가능한 무선 입력단자를 제공하는 리모콘(412);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 보행보조로봇(100)을 순방향 또는 역방향으로 진행시키는 입력명령을 터치조작에 의해 실시간으로 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 전송하는 무선입력부(412a)와, 상기 보행보조로봇(100)의 순방향 또는 역방향으로의 보행의 진행상태, 고관절 각도, 슬관절 각도, 족관절 각도, 현재의 시점이 지정 보행주기 중 어느 시점인지를 실시간으로 표시하는 무선모니터부(412b)가 구비된 리모콘(412);

을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇.
보행훈련자의 다리에 착용되는 보행보조로봇(100)과, 보행훈련자가 정위치에서 보행훈련을 지속가능하도록 지정속도로 이동되는 바닥면을 제공하는 트레드밀(200)과, 보행훈련자의 몸체를 상향지지하는 하중견인기(300)와, 보행훈련자의 신체사이즈, 보행훈련자의 훈련에 필요한 각 관절부의 속도와 각도, 회전력에 대한 정보를 입력받아 선택적으로 저장하고 수치나 그래프로 디스플레이하며 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동상태를 제어하는 컨트롤러(400)를 구비한 보행훈련용 로봇을 운용하는 방법에 있어서,

보행훈련자의 신체사이즈, 보행훈련이나 테스트에 의해 취득한 보행패턴에 관한 정보, 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동 및 설정에 필요한 정보나 명령을 네트워크 시스템의 서버 또는 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치로부터 전달받거나 상기 컨트롤러의 입력부(410)의 입력단자 조작에 의해 입력받는 정보입력단계;

상기 정보입력단계에서 입력된 정보나 명령에 따라 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)를 특정한 형태로 구동시키는 로봇구동단계;

상기 로봇구동단계에서 특정한 형태로 보행훈련을 실시중인 보행훈련자의 각 관절부의 속도, 각도, 토크에 대한 정보를 실시간으로 입력받으며, 실시간으로 입력된 정보를 선택적으로 상기 컨트롤러의 정보저장장치에 분류, 정리하여 저장하는 훈련데이터생성단계; 및

상기 훈련데이터생성단계에서 입력 또는 저장된 정보들을 상기 컨트롤러의 모니터부(420)를 통해 실시간으로 화면에 출력하는 훈련데이터출력단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇의 운용방법.
제 7항에 있어서, 상기 보행보조로봇(100)은,

상기 컨트롤러(400)의 제어부로 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치를 전송하는 위치센서와, 상호간의 치합상태에 따라 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치 및 분절의 길이를 조정하게 되는 기어부재를 포함하여 구성되며,

상기 로봇구동단계는,

상기 보행보조로봇(100)의 위치센서로부터 현재 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부의 위치를 입력받는 관절위치입력단계;

상기 관절위치입력단계에서 입력된 각 관절부의 위치데이터간의 상대거리를 계산하여 상기 보행보조로봇(100)의 분절의 길이를 도출하는 분절길이연산단계;

상기 분절길이연산단계에서 도출된 분절의 길이를 상기 정보입력단계에서 입력된 보행훈련자의 신체사이즈와 비교, 연산하는 길이비교연산단계; 및

상기 길이비교연산단계에서 도출된 차이에 대응하여 상기 보행보조로봇(100)의 기어부재의 구동방향 및 변위를 조정하여 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절부를 보행훈련자의 각 관절부에 대응되는 지점에 위치시키는 분절길이조정단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇의 운용방법.
제 7항에 있어서, 상기 보행보조로봇(100)은,

보행훈련자의 발바닥과 상기 트레드밀(200)간의 접촉여부를 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 압력센서를 포함하여 구성되며,

상기 로봇구동단계는,

상기 보행보조로봇(100)의 압력센서로부터 보행훈련자의 발과 상기 트레드밀(200)간의 접촉여부를 실시간으로 입력받는 접촉여부입력단계;

보행훈련자의 한 걸음 보행 중 좌, 우측 양발 중 일측과 타측이 각각 상기 트레드밀(200)에 접촉되는 시점을 보행주기로 하여, 좌, 우측 양발간의 보폭을 상기 보행주기로 나누어 보행훈련자의 보행속도를 실시간 또는 주기적으로 도출하는 보행속도연산단계; 및

상기 보행속도연산단계에서 도출된 보행속도와 동일한 속도로 상기 트레드밀(200)을 구동시키는 양발속도동기화단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇의 운용방법.
제 7항에 있어서, 상기 보행보조로봇(100)은,

보행훈련자의 바닥과 트레드밀(200)간의 접촉여부를 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 압력센서를 포함하여 구성되며,

상기 로봇구동단계는,

상기 보행보조로봇(100)의 압력센서로부터 보행훈련자의 발과 트레드밀(200) 간의 접촉여부를 실시간으로 입력받는 접촉여부입력단계;

보행훈련자의 좌, 우 양발 중 일측이 상기 트레드밀(200)에 접촉, 이탈되는 시점을 상기 정보입력단계를 통해 미리 지정된 기준시점과 비교, 연산하는 접촉시점비교연산단계; 및

상기 접촉시점비교연산단계에서 도출된 차이에 대응하여 상기 트레드밀(200)의 구동속도를 조정하여 보행훈련자의 좌, 우 양발 중 일측의 보행속도와 동일한 속도로 상기 트레드밀(200)을 구동시키는 한발속도동기화단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇의 운용방법.
제 7항에 있어서, 상기 하중견인기(300)는,

보행훈련자의 몸체에 하부가 착용되는 하네스(310)와, 상기 하네스(310)의 상하길이 조정하는 구동수단을 구비한 하네스구동장치(320)와, 상기 하네스(310)에 걸리는 하중을 상기 컨트롤러(400)의 제어부로 전송하는 하중센서를 포함하여 구성되며,

상기 로봇구동단계는,

상기 하중견인기(300)의 하중센서로부터 현재 상기 하네스(310)에 걸리는 하중을 실시간으로 입력받는 하중입력단계;

상기 하중입력단계에서 입력된 하중을 상기 정보입력단계에서 입력받은 지정 견인량과 비교, 연산하는 하중비교연산단계; 및

상기 하중비교연산단계에서 도출된 차이에 대응하여 상기 하중견인기(300)의 하네스구동장치(320)의 구동방향 및 구동시간을 조정하여 상기 하네스(310)의 길이조정에 의해 보행훈련자에 대한 견인량을 상기 지정견인량에 대응되도록 조정하는 지정견인량유지단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇의 운용방법.
제 7항에 있어서,

상기 정보입력단계에서 상기 보행보조로봇(100)의 순방향 또는 역방향으로의 진행명령을 입력받는 중에는 상기 로봇구동단계, 훈련데이터생성단계, 훈련데이터출력단계를 실시간으로 수행하며, 상기 보행보조로봇(100)의 진행방향에 대한 명령이 미입력중인 상태에서는 상기 보행보조로봇(100)의 구동이 정지되는 보행테스트모드; 및

상기 정보입력단계에서 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)를 특정한 패턴으로 구동시키는 명령이 일차적으로 입력되면, 상기 정보입력단계에서 다른 명령이 재입력되기까지 상기 정보입력단계에서 일차적으로 입력된 명령에 따라 상기 로봇구동단계, 훈련데이터생성단계, 훈련데이터출력단계를 지속적으로 수행하는 보행훈련모드;

로 구분되어 운용되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇의 운용방법.
제 12항에 있어서, 상기 보행테스트모드는,

상기 보행보조로봇(100)의 고관절, 슬관절, 족관절에 해당되는 각 관절부를 개별적으로 이동시키는 개별구동모드; 및

상기 보행보조로봇(100)의 고관절, 슬관절, 족관절에 해당되는 각 관절부를 동시에 이동시키는 복합구동모드;

로 구분되어 운용되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇의 운용방법.
제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 보행테스트모드에서 상기 컨트롤러의 입력부(410)는,

상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 정보나 명령을 무선으로 전송가능한 무선 입력단자를 제공하는 리모콘(412);

인 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇의 운용방법.
제 14항에 있어서, 상기 리모콘(412)은,

상기 보행보조로봇(100)을 순방향 또는 역방향으로 진행시키는 입력명령을 터치조작에 의해 실시간으로 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로 전송하는 무선입력부(412a); 및

상기 보행보조로봇(100)의 순방향 또는 역방향으로의 보행의 진행상태와, 현재의 시점이 보행주기 중 어느 시점에 해당되는지와, 해당시점에서의 고관절 각도, 슬관절 각도, 족관절 각도를 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치나 제어부로부터 전송받아 실시간으로 표시하는 무선모니터부(412b);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇의 운용방법.
제 7항에 있어서, 상기 훈련데이터출력단계는,

상기 정보입력단계에서 보행훈련자에게 적합한 표준형태의 각 관절부의 각도, 속도, 회전력, 견인량에 대하여 기입력된 정보를, 상기 훈련데이터생성단계에서 실시간으로 입력된 각 관절부의 각도, 속도, 회전력, 견인량에 대한 정보와 함께 하나의 화면상에 출력하는 것을 특징으로 하는 보행훈련용 로봇의 운용방법.