KR101593028B1 - 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치 - Google Patents

회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치 Download PDF

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Abstract

본 명세서에서는 고정단으로부터 순차적으로 3개 관절을 구비한 제1연결부를 통해 연결된 제1플레이트를 포함하는 제1보행 보조부, 상기 고정단과 제2연결부를 통해 연결된 제2플레이트를 포함하는 제2보행 보조부, 소정의 보행궤적에 대한 왼발 및 오른발의 걸음 위치 데이터를 포함하는 보행궤적 데이터베이스 및 상기 보행 데이터에 기반하여 상기 제1플레이트 및 제2플레이트가 상기 소정의 보행궤적에 대한 왼발 및 오른발의 걸음 위치로 지속적으로 움직이도록 보행 상기 제1플레이트 및 제2플레이트를 회전 또는 병진운동시키는 제어부를 포함하되, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 사용자의 양 발을 지지하고, 회전 3 자유도(roll, pitch, yaw)의 이동이 가능하며, 상기 제1연결부의 3개 관절은 각각 좌우, 전후, 상하운동이 가능하여 상기 제1플레이트가 병진 3자유도 운동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치가 설명된다.

Description

회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치{GAIT REHABILITATION DEVICE BASED ON ROTATIONAL THREE DEGREE FREEDOM AND TRANSLATION THREE DEGREE FREEDOM}
본 발명은 보행 재활 훈련 장치에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 회전3자유도 및 병진3자유도를 이용하여 재활자가 직선뿐만 아니라 곡선 및 계단에 대한 보행훈련을 할 수 있게 하는 보행 재활 훈련 장치에 관한 것이다.
전방십자인대(Anterior cruciate ligament, ACL) 손상 및 뇌졸중 그리고 하지 근육 손상 등으로 인해 신체의 한쪽 부분만의 기능이 약화되거나 전신의 근육이 마비되게 되면 기초적인 사회 생활을 영위하는데 꼭 필요한 보행 능력에 악영향을 미치게 된다.
이러한 손상이 발생하게 되면 환자는 재활 훈련을 통해 약화된 신체 기능을 정상으로 되돌려 사회 생활에 복귀하고자 하는데, 재활 훈련은 기본적으로 근육의 손실을 보충하기 위한 점진적 저항훈련(Progressive resistance training, PRT)와 신경 재활을 위한 신경근 훈련(Neuromuscular training, NT) 그리고 보행 재활을 위한 체중 지지 트래드밀 훈련(Treadmill training with body-weight support)를 수행하게 된다.
각 훈련을 적절히 조합하여 꾸준히 수행하게 되면 환자의 운동 기능이 눈에 띄게 향상되게 된다. 하지만 위에서 언급된 모든 재활 운동의 종래 기술들은 평면의 직선운동만을 훈련시킬 수 있다.
따라서 환자의 재활정도에 따라서 평면이 아니라 계단을 오르내리거나 직선을 걷는 것뿐만 아니라 곡선을 걷는 연습도 할 필요가 있음에도 이러한 훈련을 제공하지는 못한다.
한국등록특허 10-1038925
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 환자가 계단을 오르거나 내려가는 연습 및 옆으로 걷는 연습을 제공할 필요가 있다.
일 실시예에 따른 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치는 고정단으로부터 순차적으로 3개 관절을 구비한 제1연결부를 통해 연결된 제1플레이트를 포함하는 제1보행 보조부, 상기 고정단과 제2연결부를 통해 연결된 제2플레이트를 포함하는 제2보행 보조부, 소정의 보행궤적에 대한 왼발 및 오른발의 걸음 위치 데이터를 포함하는 보행궤적 데이터베이스 및 상기 보행 데이터에 기반하여 상기 제1플레이트 및 제2플레이트가 상기 소정의 보행궤적에 대한 왼발 및 오른발의 걸음 위치로 지속적으로 움직이도록 보행 상기 제1플레이트 및 제2플레이트를 회전 또는 병진운동시키는 제어부를 포함하되, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 사용자의 양 발을 지지하고, 회전 3 자유도(roll, pitch, yaw)의 이동이 가능하며, 상기 제1연결부의 3개 관절은 각각 좌우, 전후, 상하운동이 가능하여 상기 제1플레이트가 병진 3자유도 운동을 가능하게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는 일 실시예에에 따른 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치에서, 상기 제2연결부는, 고정단으로부터 순차적으로 3개 관절을 구비하고, 상기 제2연결부의 3개 관절은 각각 좌우, 전후, 상하운동이 가능하여 상기 제2플레이트가 병진 3자유도 운동을 가능하게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는 일 실시예에에 따른 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치에서, 상기 제어부는, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 중 사용자의 발이 떨어진 쪽의 플레이트를 회전 또는 병진운동시킴으로써 사용자의 다음 걸음 위치를 지정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는 일 실시예에에 따른 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치에서, 상기 소정의 보행궤적은, 계단 오르내리기 및 곡선 보행 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는 일 실시예에에 따른 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치에서, 상기 제어부는, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트에 임의 크기의 외란을 적용시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는 일 실시예에에 따른 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치에서, 상기 소정의 보행궤적 및 상기 소정의 보행궤적상의 아바타를 표시하는 표시부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 아바타 제1플레이트 및 제2플레이트를 밟는 사용자의 동작에 따라 상기 아바타를 동작시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 3자유도를가진 한쪽 플레이트와 6자유도를 가진 다른쪽 플레이트를 이용하여 다양한 궤적의 걸음을 연습할 수 있다. 또는 두 플레이트가 6자유도를 가지고 동작함으로써 더 다양한 궤적의 걸음 연습을 제공할 수도 있다.
또한 사용자가 이동하는 궤적에 대한 영상과 사용자의 아바타를 보여줌으로써 훈련의 지루함을 제거하고 훈련의 효율성을 높일 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치의 사시도이다.
도2는 도1의 보행 재활 훈련 장치(1000)를 아래에서 바라본 사시도이다.
도3은 다른 일 실시예에 따른 보행 재활 훈련 장치의 사시도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활 훈련 장치의 동작을 설명하기 위한 도이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치의 사시도이다. 도1을 참조하면, 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치(1000)는 사용자의 한쪽 발을 지탱하고 이동할 수 있는 제1보행 보조부(100), 사용자의 다른 한쪽 발을 지탱하고 이동할 수 있는 제2보행 보조부(200) 및 소정의 보행 궤적에 대한 데이터를 포함하고 있는 보행궤적 데이터 베이스(300) 및 소정의 보행 궤적에 따라 상기 제1보행 보조부 및 제2보행 보조부를 동작시키는 제어부(400)를 포함할 수 있다. 상기 제1보행보조부 및 제2보행보조부는 사용자의 왼발과 오른발을 각각 지탱하고 보행을 유도하는 수단으로서 제1보행보조부 및 제2보행보조구는 각각 왼발과 오른발 또는 오른발 왼발에 대응되도록 동작할 수 있다.
일 실시예에서 제1보행 보조부(100)는 고정단으로부터 순차적으로 3개의 관절을 구비한 연결부를 통해 연결된 제1플레이트를 포함할 수 있다. 도1을 참조하면, 고정단(10)으로부터 제1연결부(120)의 끝단에 제1플레이트(110)가 구비된다.
제1플레이트(110)와 고정단(10) 사이의 제1연결부(120)는 3개의 축을 가지고 있다. 제1연결부(120)의 3개 관절 각각은 제1플레이트(110)가 좌우(축 123), 전후(축 122), 상하(축 121)운동 할 수 있도록 한다. 즉 상기 3개의 관절은 제1플레이트(110)가 병진 3자유도 운동을 가능하게 할 수 있다.
한편 제2보행 보조부(200)는 고정단(10)과 제2연결부(220)를 통해 연결된 제2플레이트(210)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서 제2연결부(220)는 관절을 구비하지 않아 제2플레이트(210)가 병진운동하지 않도록 고정 시킬 수 있다. 그러나 다른 실시예에서 상기 제2연결부(210)는 제1연결부(110)와 마찬가지로 3개의 축을 가지고 제2플레이트(210)가 병진 3자유 운동을 할 수 있게 할 수 있다.
본 명세서에서 고정단(10)은 제1플레이트 및 제2플레이트를 지지하기 위한 임의의 수단일 수 있으며, 도1에서는 하나의 고정단에 제1플레이트 및 제2플레이트가 설치되는 것으로 도시하였으나 이는 예시적인 것에 불과하고 다른 실시예에서는 두개 이상의 고정단이 설치되어 제1플레이트 및 제2플레이트를 각각 지지할 수 있다.
일 실시예에서, 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치(1000)는 소정의 보행궤적에 대한 왼발 및 오른발의 걸음 위치 데이터를 포함하는 보행궤적 데이터베이스(300) 및 상기 보행 데이터에 기반하여 상기 제1플레이트 및 제2플레이트가 상기 소정의 보행궤적에 대한 왼발 및 오른발의 걸음 위치로 지속적으로 움직이도록 보행 상기 제1플레이트 및 제2플레이트를 회전 또는 병진운동시키는 제어부(400)를 포함한다.
도2는 도1의 보행 재활 훈련 장치(1000)를 아래에서 바라본 사시도이다. 도2를 참조하면 제1플레이트(110) 및 제2플레이트(210)와 제1 및 제2 연결부의 끝단에 각 플레이트를 회전 3자유도 이동할수 있게 하는 회전부가 나타난다. 이 회전부에 의해 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 회전 3 자유도(roll, pitch, yaw) 운동을 할 수 있다.
제1회전부는 제1플레이트의 회전 3자유도 운동을 가능하게 한다. 구체적으로 제1회전부는 요(yaw)방향 운동을 가능하게 하는 축(101), 피치(pitch)방향 운동을 가능하게 하는 축(102) 및 롤(roll)방향 운동을 가능하게 하는 축(103)을 가질 수 있다.
이와 유사하게, 제2회전부는 제2플레이트의 회전 3자유도 운동을 가능하게 한다. 구체적으로 제2회전부는 요(yaw)방향 운동을 가능하게 하는 축(201), 피치(pitch)방향 운동을 가능하게 하는 축(202) 및 롤(roll)방향 운동을 가능하게 하는 축(203)을 가질 수 있다.
즉, 상술한 설명에서 제1플레이트(110)는 회전3 자유도 운동 및 병진3 자유도 운동을 할 수 있으며, 제2플레이트(210)는 회전3자유도 운동을 할 수 있다. 아래에서는 제2플레이트도 병진3 자유도 운동을 할 수 있는 경우에 대한 보행 재활 훈련 장치(1000)의 동작에 대하여 설명 하도록 한다.
도3은 다른 일 실시예에 따른 보행 재활 훈련 장치의 사시도이다. 이 실시예에서 보행 재활 훈련 장치(1000)의 제2플레이트(210)도 병진3자유도 운동을 할 수 있다. 이를 위해 도3에 나타난 바와 같이, 제2연결부(220)는, 고정단(10)으로부터 순차적으로 3개 관절(221-223)을 구비할 수 있다. 상기 제2연결부(220)의 3개 관절은 각각 좌우(223), 전후(222), 상하(221)운동이 가능하여 상기 제2플레이트(210)의 병진 3자유도 운동을 가능하게 한다.
일 실시예에서 보행궤적 데이터 베이스(300)는 소정의 보행 궤적에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 상기 소정의 보행 궤적은 계단을 오르거나 내려가는 걸음에 대한 궤적일 수 있다. 또는 상기소정의 보행 궤적은 평지를 직선 또는 곡선으로 걸어가거나 오르막길 또는 내리막길을 직선 또는 곡선으로 걸어가는 걸음에 대한 궤적일 수 있다. 이에 따라서 사용자는 직선운동뿐만 아니라 곡선 및 계단등의 상황에 대하여도 재활운동을 할 수 있다.
이러한 소정의 보행 궤적에 대한 데이터는 데이터 베이스(300)에 저장되며, 데이터 베이스(300)는 일시적, 비일시적 저장 장치 등 임의의 저장장치일 수 있다. 데이터베이스의 데이터는 제어부(400)에 제공될 수 있다.
일 실시예에서 제어부(400)는 제1보행보조부(100) 및 제2보행보조부(200)를 동작 시킬 수 있다. 예컨대 제어부(400)는 컴퓨터(PC)일 수 있으며 구체적으로는 임의의 처리장치일 수 있다. 제어부(400)는 데이터 베이스의 보행 궤적에 대한 데이터의 소정의 보행 궤적에 따라 상기 제1보행 보조부 및 제2보행 보조부를 동작시킬 수 있다.
제어부(400)는 사용자가 소정의 보행 궤적에 대응하는 걸음을 걸을 수 있도록 상기 제1플레이트(110)와 제2플레이트(210)를 지속적으로 위치를 바꿔줄 수 있다. 즉 제어부(400)는 상기 제1플레이트(110)와 상기 제2플레이트(210) 중 사용자의 발이 떨어진 쪽의 플레이트를 회전 또는 병진운동시킴으로써 사용자의 다음 걸음 위치를 지정하는 것을 특징으로 하는 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치.
예컨대 사용자가 제1플레이트를 밟고 있던 오른발을 떼고, 왼발로 제2플레이트를 밟고 있는 상황이라면, 제어부(400)는 제1플레이트를 다음 걸음에 해당하는 위치로 이동시킬 수 있다. 이에 따라서 사용자는 제자리에서 앞으로 걸어가는 느낌을 받을 수 있다.
또한 다른 일 실시예에서 제어부(400)는 제1플레이트(110) 및 제2플레이트(210)에 임의 크기 및 주기의 외란(random disturbance)를 가하여 플레이트에 올라선 사용자의 균형감을 높이는 훈련을 걷기와 함께 제공할 수 있다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 재활 훈련 장치의 동작을 설명하기 위한 도이다. 도4를 참조하면 보행 재활 훈련 장치(1000)는 소정의 보행궤적(510) 및 상기 소정의 보행궤적상의 아바타(520)를 표시하는 표시부(500)를 더 포함할 수 있다. 사용자는 표시부(500)에 나타난 가상의 길을 보고 길을 따라서 걷는 연습을 할 수 있다.
이를 위해 제어부(400)는 제1플레이트(110) 및 제2플레이트(210)를 밟는 사용자의 동작에 따라 상기 아바타를 동작시킬 수 있다. 사용자는 표시부에 나타난 아바타를 보고 실제로 휘어진 길 또는 계단을 오르내리는 것으로 생각할 수 있다.
상술한 보행 재활 훈련 장치는 두 플레이트가 각각 회전 3자유도를 가지고 적어도 하나의 플레이트는 병진 3자유도를 가짐으로써 계단을 오르내리거나 휘어진 도로를 걷는 훈련을 할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
100 : 제1보행 보조부
200 : 제2보행 보조부
300 : 데이터 베이스
400 : 제어부
500 : 표시부
10 : 고정단
110 : 제1플레이트
210 : 제2플레이트
1000 : 보행 재활 훈련 장치

Claims (6)

  1. 고정단으로부터 순차적으로 3개의 회전 관절을 구비한 제1연결부를 통해 연결된 제1플레이트를 포함하는 제1보행 보조부;
    상기 고정단과 제2연결부를 통해 연결된 제2플레이트를 포함하는 제2보행 보조부;
    소정의 보행궤적에 대한 왼발 및 오른발의 걸음 위치 데이터를 포함하는 보행궤적 데이터베이스; 및
    상기 걸음 위치 데이터에 기반하여 상기 제1플레이트 및 제2플레이트가 상기 소정의 보행궤적에 대한 왼발 및 오른발의 걸음 위치로 지속적으로 움직이도록 보행 상기 제1플레이트 및 제2플레이트를 회전 또는 병진운동시키는 제어부를 포함하되,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 사용자의 양 발을 지지하고, 회전 3 자유도(roll, pitch, yaw)의 이동이 가능하며, 상기 제1연결부의 3개의 회전 관절은 각각 좌우, 전후, 상하운동이 가능하여 상기 제1플레이트가 병진 3자유도 운동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2연결부는,
    고정단으로부터 순차적으로 3개의 회전 관절을 구비하고,
    상기 제2연결부의 3개의 회전 관절은 각각 좌우, 전후, 상하운동이 가능하여 상기 제2플레이트가 병진 3자유도 운동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 중 사용자의 발이 떨어진 쪽의 플레이트를 회전 또는 병진운동시킴으로써 사용자의 다음 걸음 위치를 지정하는 것을 특징으로 하는 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소정의 보행궤적은,
    계단 오르내리기 및 곡선 보행 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트에 임의 크기의 외란을 적용시키는 것을 특징으로 하는 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 보행궤적 및 상기 소정의 보행궤적상의 아바타를 표시하는 표시부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제1플레이트 및 제2플레이트를 밟는 사용자의 동작에 따라 상기 아바타를 동작시키는 것을 특징으로 하는 회전3자유도 및 병진3자유도 기반의 보행 재활 훈련 장치.
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