KR101430867B1 - 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치 - Google Patents
편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 공압 액추에이터에 일정한 공기 압력을 넣어주면 수축하는 원리를 통해 족하수 환자의 발끝이 지면을 끌고 이동하는 족하수 환자를 대상으로 공압 액추에이터가 발등에 부착되어 보행시 보행감지 스위치의 동작에 따라 발목을 자동으로 올려줄 수 있는 장치로 환자의 발목을 끌고 보행하는 불편함을 개선하도록 한 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치에 관한 것으로서, 편마비 환자가 넘어지지 않도록 몸통에 고정된 낙상방지 하네스와, 환자의 무릎에 고정되어 환자가 무릎의 굽힘은 가능하나 더 이상 펴지지 않도록 무릎보호 보조기 역할을 수행하는 외골격보조기와, 환자의 발에 고정된 발목고정 스트랩과, 상기 발목고정 스트랩의 앞뒤에 설치되어 환자의 보행패턴을 검출하는 한 쌍의 보행감지센서와, 상기 외골격보조기의 슬관절보조기에 일단이 연결되어 공압제어 솔레노이드 밸브의 제어에 의해 작동하는 공압 액추에이터와, 상기 공압 엑추에이터의 타단에 연결되어 상기 발목고정 스트랩과 연결된 줄의 장력을 조절하는 줄장력조절캡으로 이루어진 공압식 보행훈련 장치와; 상기 보행감지센서에 연결되어 상기 공압식 보행 훈련장치를 구동 제어하기 위한 보행훈련 제어장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공압 액추에이터에 일정한 공기 압력을 넣어주면 수축하는 원리를 통해 족하수 환자의 발끝이 지면을 끌고 이동하는 족하수 환자를 대상으로 공압 액추에이터가 발등에 부착되어 보행시 보행감지 스위치의 동작에 따라 발목을 자동으로 올려줄 수 있는 장치로 환자의 발목을 끌고 보행하는 불편함을 개선하도록 한 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치에 관한 것이다.
대한민국 특허출원 제1998-14026호 및 대한민국 특허등록 제0546485호에 개시된 바와 같이, 종래의 시스템은 발 뒤꿈치에 풋 스위치 또는 풋 압력센서를 본체와 연결하여 보행할 때 발뒤꿈치가 떨어질 때 전경골근에 전기자극을 하여 발목을 위쪽으로 들어 올라가도록 함으로써 족하수 환자의 보행보조를 위한 전기자극 장치이다.
그러나 이러한 장치는 풋 스위치를 발뒤꿈치에 부착해야하는 불편함과 전경골근에 표면 전극을 부착하여 전기자극 케이블을 통해 본체 자극기까지 연결해야 함에 따른 환자가 본체 자극기를 들고 다녀야하는 불편함과 케이블의 노출에 따른 환자의 불편함 등이 자극기 본체와 풋 스위치, 자극케이블의 일체형이 아님에 따른 문제가 초래되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압 액추에이터에 일정한 공기 압력을 넣어주면 수축하는 원리를 통해 족하수 환자의 발끝이 지면을 끌고 이동하는 족하수 환자를 대상으로 공압 액추에이터가 발등에 부착되어 보행시 보행감지 스위치의 동작에 따라 발목을 자동으로 올려줄 수 있는 장치로 환자의 발목을 끌고 보행하는 불편함을 개선하도록 한 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치는, 특편마비 환자가 넘어지지 않도록 몸통에 고정된 낙상방지 하네스와, 환자의 무릎에 고정되어 환자가 무릎의 굽힘은 가능하나 더 이상 펴지지 않도록 무릎보호 보조기 역할을 수행하는 외골격보조기와, 환자의 발에 고정된 발목고정 스트랩과, 상기 발목고정 스트랩의 앞뒤에 설치되어 환자의 보행패턴을 검출하는 한 쌍의 보행감지센서와, 상기 외골격보조기의 슬관절보조기에 일단이 연결되어 공압제어 솔레노이드 밸브의 제어에 의해 작동하는 공압 액추에이터와, 상기 공압 엑추에이터의 타단에 연결되어 상기 발목고정 스트랩과 연결된 줄의 장력을 조절하는 줄장력조절캡으로 이루어진 공압식 보행훈련 장치와; 상기 보행감지센서에 연결되어 상기 공압식 보행 훈련장치를 구동 제어하기 위한 보행훈련 제어장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치에 의하면, 공압 액추에이터에 일정한 공기 압력을 넣어주면 수축하는 원리를 통해 족하수 환자의 발끝이 지면을 끌고 이동하는 족하수 환자를 대상으로 공압 액추에이터가 발등에 부착되어 보행시 보행감지 스위치의 동작에 따라 발목을 자동으로 올려줄 수 있는 장치로 환자의 발목을 끌고 보행하는 불편함을 개선하도록 하는 효과를 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 편마비 환자의 보행을 보조하기 위한 공압식 보행훈련장치를 도시한 사진.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 공압 액추에이터를 장착한 보조기를 도시한 사진.
도 3은 보행의 시점을 검출하기 위한 무선 보행검출 장치를 도시한 사진.
도 4는 공압식 보행훈련장치를 제어하기 위한 시스템 블록도.
도 5는 무선 보행검출 스위치의 데이터를 메인 시스템에 전송하기 위한 블록도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 공압 액추에이터를 장착한 보조기를 도시한 사진.
도 3은 보행의 시점을 검출하기 위한 무선 보행검출 장치를 도시한 사진.
도 4는 공압식 보행훈련장치를 제어하기 위한 시스템 블록도.
도 5는 무선 보행검출 스위치의 데이터를 메인 시스템에 전송하기 위한 블록도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
[실시예]
본 발명의 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치는, 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공압 액추에이터에 일정한 공기 압력을 넣어주면 수축하는 원리를 통해 족하수 환자의 발끝이 지면을 끌고 이동하는 족하수 환자를 대상으로 공압 액추에이터가 발등에 부착되어 보행시 보행감지 스위치의 동작에 따라 발목을 자동으로 올려줄 수 있는 장치로, 무릎에 부착된 외골격보조기에 공압 액추에이터가 연결되고 줄 장력 조절 캡과 발목당김 고리링에 연결되어 콤푸레샤에 강한 압력을 공압 솔레노이드 벨브를 통해 보행검출 시점에 따라 일정한 공기 압력을 공압 액추에이터 제공하여 편마비 환자의 보행시 발끝을 끌고 움직이는 족하수 환자의 보행을 보조하기 위한 보행훈련 장치이다.
본 발명의 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치는, 편마비 환자가 넘어지지 않도록 몸통에 고정된 낙상방지 하네스와, 환자의 무릎에 고정되어 환자가 무릎의 굽힘은 가능하나 더 이상 펴지지 않도록 무릎보호 보조기 역할을 수행하는 외골격보조기와, 환자의 발에 고정된 발목고정 스트랩과, 상기 발목고정 스트랩의 앞뒤에 설치되어 환자의 보행패턴을 검출하는 한 쌍의 보행감지센서와, 상기 외골격보조기의 슬관절보조기에 일단이 연결되어 공압제어 솔레노이드 밸브의 제어에 의해 작동하는 공압 액추에이터와, 상기 공압 엑추에이터의 타단에 연결되어 상기 발목고정 스트랩과 연결된 줄의 장력을 조절하는 줄장력조절캡으로 이루어진다.
상기 보행감지센서는, 발의 앞뒤에 각각 설치된 좌측 foot 압력센서와, 우측 foot 압력센서로 이루어진다.
도 1에서 환자를 넘어지지 않도록 낙상방지 하네스를 이용하여 환자가 보행시 넘어지지 않도록 고정하며, 무릎고정 외골격보조기는 환자가 무릎의 굽힘은 가능하나 더 이상 펴지지 않도록 하기 위한 무릎보호 보조기 역할을 수행하며, 보행감지센서를 이용하여 환자의 보행패턴을 검출하게 된다.
상기 보행감지센서는 앞과 뒤쪽의 2개의 센서를 이용하여 발 앞쪽과 뒤쪽의 움직이는 시점을 검출하게 되며, 보행시 발이 이동되는 스윙단계(Swing Phase)에서는 2개의 보행감지센서가 오프(OFF)되며, 발이 지면에 닿을 때는 2개의 보행감지센서가 온(ON)이 된다.
제어 프로그램에서 트레드밀이 구동하게 되면 보행감지센서를 통해 보행의 시점을 검출하게 되며, 스윙단계(Swing Phase)에서 공압제어 솔레노이드 밸브를 통해 일정한 압력을 공압 액추에이터에 공급하여 공압 액추에이터의 길이가 줄어들게 됨으로 발목이 위로 올라오게 되며, 발이 지면에 닿을 때는 공압 액추에이터의 압력을 공압제어 솔레노이드 밸브에서 공기를 빼내 공압 액추에이터는 원상 복귀되어 발목이 다시 아래로 내려오게 된다.
트레드밀의 일정한 속도로 계속 구동될 때 편마비 환자의 보행시 자동으로 발목을 올려주어 보행훈련에 도움을 주는 장치이다.
도 2a 및 도 2b에서는 공압 액추에이터와 공압제어 솔레노이드 밸브와 저소음 콤푸레샤를 이용하여 보행시 스윙단계(Swing Phase)에서는 공압제어 솔레노이드 밸브를 통해 강한 공기의 압력을 공압 액추에이터에 압력을 가하게 되어 공압 액추에이터가 수축하고, 발이 지면에 닿을 때는 역으로 공기 압력을 빼주어 공압 액추에이터가 원상 복귀되도록 한다. 공압 액추에이터는 무릎에 부착된 외골격보조기와 줄장력조절캡에 연결되어 공기 압력에 따라 수축되는 원리를 이용하여 발목을 들어 올려주는 역할을 제공한다.
상기 줄장력조절캡은 발등에 부착된 발목 당김 고리에 발목 당김 고리링을 연결한 후 공압 액추에이터가 수축할 때 발목을 올려줄 수 있도록 최대한 길이를 짧게 조절하는 역할을 제공한다.
도 3에서는 보행시 앞쪽과 뒤쪽의 보행감지센서의 정보를 무선으로 데이터를 송수신하여 보행시 전선에 의해 보행이 지장을 받지 않도록 무선검출 보행감지센서를 제공하며, 보행의 앞쪽과 뒤쪽의 검출을 위해 압력센서를 앞쪽과 뒤쪽에 배치하여 발의 눌린 시점을 검출하게 된다.
또한, 발목 고정 스트랩을 이용하여 신발을 신고, 센서를 부착하기 위한 구조물로 신발을 신고 발목을 고정하기 위한 스트랩과 발등에 발목 당김 고리링을 부착하여 공압 액추에이터와 줄장력조절캡에 연결할 수 있는 구조를 제공한다.
도 4에서는 보행훈련 장치를 구동하고 제어하기 위한 전체적인 블록도이며, BLDC 모터 제어용 인버터, 좌, 우측 속도정보 피드백, 보행센서 검출을 위한 컨트롤러와 독립적으로 데이터 통신과 시스템의 전체 컨트롤을 위한 MCU부로 구성되어 있으며, 2개의 BLDC 드라이버 제어 및 구동회로와 좌·우측 속도 측정을 위한 엔코더 입력 및 PC 프로그램과 데이터 통신을 위한 시리얼 통신부, Wireless 보행감지 검출 시스템부, 공압을 이용한 공압 액추에이터 시스템부, 조작 스위치 입력회로로 구성된다.
도 5에서는 보행검출 시점을 검출하기 위한 무선 보행감지 검출 시스템부와 공압 솔레노이드 밸브를 제어하기 위한 블록도이다. 각 구성은 Wireless Bluetooth 통신방식을 적용한 보행검출부는 왼쪽과 오른쪽 앞, 뒤 4포인트 보행검출 스위치 정보를 검출하여 블루투스 통신 모듈을 통해 무선으로 수신부에 데이터를 송수신 하게 된다. 도 4의 Main MCU에 19,200bps 속도로 데이터를 통신하며, 보행검출 정보를 이용하여 D/A 변환기를 통해 공압제어 솔레노이드 밸브를 제어하게 되어 콤푸레샤의 공기 압력을 일정하게 공압 액추에이터에 제공하기 위한 밸브이다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
Claims (3)
- 편마비 환자가 넘어지지 않도록 몸통에 고정된 낙상방지 하네스와, 환자의 무릎에 고정되어 환자가 무릎의 굽힘은 가능하나 더 이상 펴지지 않도록 무릎보호 보조기 역할을 수행하는 외골격보조기와, 환자의 발에 고정된 발목고정 스트랩과, 상기 발목고정 스트랩의 앞뒤에 설치되어 환자의 보행패턴을 검출하는 한 쌍의 보행감지센서와, 상기 외골격보조기의 슬관절보조기에 일단이 연결되어 공압제어 솔레노이드 밸브의 제어에 의해 작동하는 공압 액추에이터와, 상기 공압 액추에이터의 타단에 연결되어 상기 발목고정 스트랩과 연결된 줄의 장력을 조절하는 줄장력조절캡으로 이루어진 공압식 보행훈련 장치와;
상기 보행감지센서에 연결되어 상기 공압식 보행 훈련장치를 구동 제어하기 위한 보행훈련 제어장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 발목 고정 스트랩은 상기 보행감지센서를 부착하기 위한 구조물로서, 신발을 신고 발목을 고정하기 위한 스트랩과, 발등에 발목 당김 고리링을 부착하여 상기 공압 액추에이터와 줄장력조절캡에 연결할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서
상기 보행훈련 제어장치는, BLDC 모터 제어용 인버터, 좌우측 속도정보 피드백 및 상기 보행감지센서의 검출을 위한 컨트롤러와 독립적으로 데이터 통신을 위한 MCU부와;
BLDC 드라이버 제어 및 구동회로와 좌·우측 속도 측정을 위한 엔코더 입력 및 PC 프로그램과 데이터 통신을 위한 시리얼 통신부와;
Wireless 보행감지 검출 시스템부와;
공압을 이용한 공압 액추에이터 시스템부와;
조작 스위치 입력회로로 구성된 것을 특징으로 하는 편마비 환자의 보행보조를 위한 공압식 보행훈련 장치.
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