KR101611474B1 - 보행 시스템 - Google Patents

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KR101611474B1
KR101611474B1 KR1020150006520A KR20150006520A KR101611474B1 KR 101611474 B1 KR101611474 B1 KR 101611474B1 KR 1020150006520 A KR1020150006520 A KR 1020150006520A KR 20150006520 A KR20150006520 A KR 20150006520A KR 101611474 B1 KR101611474 B1 KR 101611474B1
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방영봉
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재단법인차세대융합기술연구원
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Abstract

본 개시는, 보행 시스템 사용자의 하지에 결합되는 보행 보조기; 보행 시스템 사용자의 팔의 움직임을 측정하는 1개 이상의 센서; 그리고, 센서로부터 측정된 정보에 따라 보행 보조기의 움직임을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템에 관한 것이다.

Description

보행 시스템{Walking System}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 보행 시스템에 대한 것으로, 특히 하지마비 장애인을 위한 보행 시스템에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
하지마비 장애인의 보행을 보조하기 위한 보행 시스템에 있어서, 보행 보조기의 움직임을 제어하는 다양한 방법이 개발되어 왔다.
도 1은 미국공개특허공보 제2013-0197408호에 기재된 보행 시스템에 대한 것이다.
도 1에 기재된 보행 시스템은 하지에 착용하는 보행 보조기(10)와 팔에 장착하여 기립 및 보행 시 몸의 균형을 잡도록 하는 클러치(20)를 포함하고 있다. 착용자 신체의 기울어짐 등을 감지하여 보행 보조기(10)를 움직이도록 한 것으로 동작이 제한적이지만 하지마비 장애인의 보행을 가능하게 하였다는 의의가 있다. 설명의 편의를 위하여 도면 부호를 새로이 부여하였다.
도 2에 기재된 보행 시스템은 미국등록특허공보 제7153242호에 기재된 보행 시스템에 대한 것이다.
도 2에 기재된 보행 시스템은 하지에 착용하는 보행 보조기(30)와 몸체(40) 부착된 센서를 포함하고 있다. 몸체(40)에 부착된 센서가 몸체의 기울기를 측정하여 몸체가 앞으로 기울어지면 보행 보조기는 앞으로 발걸음을 옮기게 된다. 설명의 편의를 위하여 도면 부호를 새로이 부여하였다.
이외에도 피부에 부착된 센서가 하지 근육의 미세 움직임을 측정하여 외갑형 보행 보조기의 움직임을 제어하는 보행 시스템이 있다.
그러나 도 1에 기재된 보행 시스템은 클러치를 사용해야 하고, 동작이 제한적이라서 험지를 보행할 수 없고, 발 디딜 곳을 마음대로 정할 수 없으므로 불규칙한 형상의 계단 등을 이동할 수 없는 문제점이 있으며, 도 2에 기재된 보행 시스템도 동작이 제한적이라는 문제점을 갖고 있다. 또한 피부에 부착된 센서를 이용하는 방식의 경우 하지마비로 하지 근육을 전혀 움직이지 못하는 환자에게는 사용할 수 없고, 피부에 부착하는 센서는 땀에 떨어지는 등 측정 안정성에도 문제가 있다.
본 개시는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 보행 시스템에 관한 것이다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 하지에 결합되는 보행 보조기; 팔의 움직임을 측정하는 1개 이상의 센서; 그리고, 센서로부터 측정된 정보에 따라 보행 보조기의 움직임을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템이 제공된다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 미국공개특허공보 제2013-0197408호에 기재된 보행 시스템에 대한 도면,
도 2는 미국등록특허공보 제7153242호에 기재된 보행 시스템에 대한 도면,
도 3 및 도 4는 본 개시에서 보행 제어 알고리즘에 대한 원리를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 개시에 따른 보행 시스템을 설명하는 도면,
도 6은 보행 보조기의 자유도를 설명하는 도면,
도 7은 보행 보조기의 자유도를 설명하는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 보행 시스템의 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 도 8에 기재된 보행 시스템의 일 예를 보행 시스템 사용자가 착용한 모습을 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
종래 보행 시스템이 갖고 있는 문제점 중 첫 번째는 바닥 형상과 전방 인식 및 발을 놓을 위치를 실시간으로 결정할 수 없는 문제이고, 두 번째는 험지에서도 안정되게 걸을 수 있게 하는 보행 제어 알고리즘이 없다는 문제이다. 본 개시는 종래 기술이 갖고 있는 2 가지 문제를 해결하고자 한다. 종래 보행 시스템이 갖고 있는 첫 번째 문제를 해결하고자 본 개시에서는 하지마비 장애인 자신의 시각을 이용하여 주변 환경을 인식하고 발을 놓을 위치를 결정한다. 또한 두 번째 문제를 해결하고자 하지마비 장애인의 평형감각과 운동학습 기능을 활용하고, 하지마비 장애인의 팔의 움직임을 측정하여 보행 보조기의 움직임을 제어한다.
도 3 및 도 4는 본 개시에서 보행 제어 알고리즘에 대한 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에서는 하지마비 장애인이 휠체어를 타고 있지만 앞바퀴를 들고 뒷바퀴만 이용하여 중심을 잡고 서있다. 이것은 하지마비 장애인의 운동과 자세제어를 담당하는 소뇌 등이 전정기관(100) 및 시각(110)으로부터 자세신호를 받은 후 자세신호에 따라 중심을 잡기 위한 제어신호(120)를 팔(130)의 근육으로 보내고, 제어신호(120)에 따라 팔(130)이 움직여서 바퀴(140)를 조정하여 중심을 잡고 서 있는 것이다. 이렇게 중심을 잡기 위해서는 처음에는 연습을 해야 하지만 인간의 평형감각과 운동학습 능력에 의해 이와 같은 동작을 할 수 있게 된다.
도 4에서는 체조선수가 물구나무를 서서 걸어가는 모습이다. 이것은 체조선수의 운동과 자세제어를 담당하는 소뇌 등이 전정기관(100), 시각(110) 및 손바닥에 가해지는 압력분포로부터 자세신호를 받은 후 자세신호에 따라 물구나무서서 걸어가기 위한 제어신호(120)를 팔(130)의 근육으로 보내고, 제어신호(120)에 따라 팔(130)이 움직여서 체조선수가 중심을 잡고 물구나무서서 걸어가는 것이다. 도 3과 비교해보면 자세신호로서 손바닥에 가해지는 압력분포가 추가되었다. 도 3, 도 4에서는 주요한 자세신호로 전정기관, 시각, 손바닥 압력분포를 예로서 들었지만, 이외에도 몸의 각 부분에 가해지는 힘도 자세를 측정하기 위한 자세신호로 사용될 수 있다. 물구나무서서 걸어가는 것도 도 3에서의 앞바퀴를 들고 휠체어를 타는 것처럼 처음에는 연습을 해야 하지만 인간의 평형감각과 운동학습 능력에 의해 가능하게 된다. 본 개시의 보행 시스템에서는 험지나 불규칙한 계단 등 복잡한 환경에서도 하지마비 장애인이 안정적으로 걸을 수 있도록 보행 제어기를 제어하는 보행 제어 알고리즘의 일부 또는 전부를 인간의 평형감각과 운동학습 능력으로 대체하여 보행 제어 알고리즘을 안정적이고 단순하게 만들 수 있다.
도 5는 본 개시에 따른 보행 시스템을 설명하는 도면이다.
본 개시에 따른 보행 시스템(200)은 팔(210)의 움직임을 측정하는 센서(220), 보행 보조기(230), 제어기(240)를 포함하고 있다. 보행 보조기(230)는 착용자의 하지와 구분하기 위해서 점선으로 표시하였다.
본 개시에 따른 보행 시스템(200)의 작동원리는 다음과 같다. 먼저 전정기관(250), 시각(251), 또는 하지마비 장애인의 발바닥 감각이 살아 있는 경우에는 발바닥에 가해지는 압력분포로부터 자세신호가 만들어진다. 이후 자세신호를 받은 소뇌 등이 제어신호(260)를 팔(210)에 보낸다. 이후 팔(210)은 제어신호(260)에 따라 움직이고, 팔(210)이 움직이는 각 관절의 운동과 패턴을 센서(220)가 측정하여 팔(210)의 움직임 정보를 제어기(240)에 보낸다. 이후 제어기(240)는 적당한 변환함수를 거쳐 제어신호(270)를 만들어 보행 보조기(230)에 전달한다. 센서(220)에서 제어기(240)에 정보를 보내는 것과 제어기(240)에서 보행 보조기(230)로 제어신호(270)를 보내는 것은 무선,유선 모두 가능하다. 착용자의 편의를 위해서는 무선으로 보내는 것이 바람직하다. 무선으로 정보 및 신호를 보내는 방법으로는 블루투스, 지그비 등 상용화된 무선 통신 방법이 가능하다. 이후 보행 보조기(230)는 제어기(240)로부터 받은 제어신호(270)에 따라 보행 보조기(230)의 각 관절을 제어하여 보행 보조기(230)의 착용자가 중심을 잡고 보행을 하거나, 서있게 한다. 예를 들어 보행 시스템(200) 사용자의 어깨 관절(211), 팔꿈치 관절(212), 손목 관절(213)의 움직임에 따라 제어기(240)로부터 만들어진 제어신호(270)는 보행 보조기(230)의 고관절(231), 무릎 관절(232), 발목 관절(233)의 움직임을 제어할 수 있다. 이때 어깨 관절(211)의 움직임은 고관절(231)의 움직임을 제어하고, 팔꿈치 관절(212)의 움직임은 무릎 관절(232)의 움직임을 제어하고, 손목 관절(213)의 움직임은 발목 관절(233)의 움직임을 제어할 수 있다. 또한 오른 팔이 앞으로 갈 경우 보행 보조기의 오른 다리도 앞으로 가도록 제어기에 내재 된 변환함수를 정한다면, 직관적이어서 초기학습 속도는 빠를 수 있다. 다만 보행시 걷는 모습이 어색하여 실용화에 지장을 초래할 수 있다. 이에 보행에 관련된 제어기에 내재 된 변환함수를 정함에 있어서 오른 팔이 앞으로 갈 경우 보행 보조기의 오른 다리는 뒤로 가도록 할 수 있고, 팔꿈치 관절의 회전이 그대로 보행 보조기의 무릎 관절의 회전으로 대응되는 것이 아니라, 자연스런 보행 시의 팔 동작이 보행 보조기의 다리 동작과 대응이 되도록 시간에 따라 보행 보조기의 각 관절을 움직이는 변환함수를 정할 수 있다.
본 개시에 따른 보행 시스템(200)에서 보행 시스템(200) 사용자의 팔(210)의 움직임을 측정하여 보행 보조기(230)의 움직임을 제어하는 것은 소뇌 등이 다리 근육을 직접 제어하여 걷거나, 도 4와 같이 소뇌 등이 팔 근육을 직접 제어하여 물구나무서서 걷는 경우와는 달리, 팔(210)의 움직임을 측정하여 분석하는 단계가 필요하나 이러한 작업들은 전기적으로 행해지는 것으로 다른 동작에 비하여 무시할 만큼 짧은 시간에 이루어지므로 보행의 구현에 지장을 주지 않는다.
본 개시에 따른 보행 시스템(200)은 보행 시스템(200) 사용자의 팔(210)의 움직임에 따라 보행 보조기(230)를 직접제어하는 것과, 필요에 따라 관성센서를 이용하여 보행 보조기(230)를 자동제어하는 것이 가능하다. 자동제어가 필요한 이유는 직접제어와 관련된 팔(210)이 직접제어와 관련없는 다른 동작을 수행해야 하거나, 제어 안정성을 높이기 위함이다. 사람은 심장의 박동을 의지적으로 제어할 수는 없지만, 폐의 호흡작용은 무의식 중에 자율적으로 행해질 뿐 아니라 의지적으로 멈추거나 심호흡을 할 수도 있다. 본 개시에 따른 보행 시스템(200)은 험지를 보행하는 경우에는 보행 보조기(230)를 팔(210)의 움직임으로 직접제어하고, 제자리에 서서 물건을 살 때는 팔(210)의 움직임과 관련없이 자동으로 중심을 잡고 서 있을 수 있게 자동제어를 한다. 또한 외란 등에 의해 뜻하지 않게 팔(210)이 움직이게 되었을 때는 팔(210)의 움직임을 해석하는 제어기(240)에 내재 된 자동제어알고리즘에서 이를 판별하여 직접제어에서 자동제어로 순간적으로 전환하여 보행 보조기(230)를 제어한다. 즉 제어기(240)는 팔(210)의 움직임에 의해 보행 보조기(230)의 움직임을 제어하는 직접제어모드와 팔(210)의 움직임과 관계없이 보행 보조기(230)의 움직임을 제어하는 자동제어모드를 갖고 있다. 직접제어모드와 자동제어모드의 변경은 보행 시스템(200) 사용자의 선택에 의해 이루어질 수도 있으며, 자동제어알고리즘에 의해 자동으로 이루어질 수 있다. 보행 시스템(200) 사용자의 특정한 동작을 통해 직접제어모드와 자동제어모드 사이의 전환이 이루어질 수 있다. 예를 들어 양쪽 하측 팔을 빠르게 반대 방향으로 회전하는 것을 통해 직접제어모드와 자동제어모드의 전환을 행할 수 있다. 또한 제어기(240)는 직접제어모드와 자동제어모드로 각각 작동하기도 하지만, 두 모드가 동시에 작동할 수도 있다. 예를 들어 제어기(240)의 직접제어모드가 보행 보조기(230)의 고관절(231)과 무릎 관절(232)을 제어하지만, 발목 관절(233)은 제어기의 자동제어모드가 제어할 수 있다. 또한 제어기(240)는 도 5에서 외장형으로 도시되었지만, 보행 보조기(230)에 내장되어 있을 수도 있다.
보행 시스템(200)을 구현하기 위한 보행 보조기(230)는 인간과 마찬가지로 각 다리마다 고관절(231)은 앞 및 뒤로 움직임(Hip flexion/extension), 좌측 및 우측으로 움직임(Hip abduction/adduction), 그리고 회전(Hip rotation)을 갖는 3 자유도, 무릎 관절(132)은 앞 및 뒤로 움직임(Knee flexion/extension)을 갖는 1 자유도, 발목 관절(233)은 앞 및 뒤로 움직임(Ankle plantarflexion/dorsiflexion) 좌측 및 우측으로 움직임(Ankle abduction/adduction), 그리고 회전(Ankle rotation)을 갖는 3 자유도를 가져 총 7 자유도로 구성하면 바람직하나, 메커니즘을 단순화하기 위하여 자유도를 일부 줄여서 구현할 수도 있다. 예를 들어 일반적인 휴머노이드와 같이 발목 관절의 자유도를 앞 및 뒤로 움직임, 그리고 좌측 및 우측으로 움직임을 갖는 2 자유도로 하거나, 발목 관절의 자유도를 생략하고 도 6에 도시한 블레이드 러너와 같이 4 자유도(고관절 3 자유도, 무릎 관절 1 자유도)로 구성하는 것도 가능하다. 반면 좀 더 메커니즘을 고도화하여 도 7과 같이 인간과 같이 발가락 부분(300)에 자유도를 추가할 수도 있다. 다만 보행 시스템(200)을 구현하기 위한 보행 보조기(230)의 구성은 상기 내용에 제한되지 않으며, 본 개시를 구현하기 위한 것이라면 모두 본 개시의 범위에 포함된다.
보행 시스템(200)을 구현하기 위한 센서(220)는 보행 시스템(20) 사용자의 팔(210)의 각 관절의 움직임을 측정할 수 있게 각 관절마다 위치하는 것이 바람직하다. 센서(220)는 도 5에서와 같이 사용자의 각 관절에 직접 부착하는 것도 가능하며, 외갑형으로 센서가 부착된 측정기구를 사용자가 착용하는 것도 가능하다. 측정기구를 착용하는 것은 도 8에서 설명한다. 센서(220)는 엔코터, 포텐셔미터, 자이로센서, 가속도센서, 또는 자기센서 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 다만 보행 시스템(200)을 구현하기 위한 센서(220)는 상기 내용에 제한되지 않으며, 본 개시를 구현하기 위한 것이라면 모두 본 개시의 범위에 포함된다.
도 8은 본 개시에 따른 보행 시스템의 일 예를 보여주는 도면이다.
본 개시 따른 보행 시스템의 일 예(400)는 하지마비 장애인이 착용할 수 있게 되어 있으며, 보행 시스템(400) 사용자의 팔 움직임을 측정하는 센서(410)가 부착된 측정기구(420), 보행 보조기(430), 제어기(440)를 포함하고 있다.
보행 시스템(400) 사용자의 팔의 움직임을 측정하는 측정기구(420)에 부착된 센서(410)는 어깨관절의 상하 움직임 각도를 측정하는 센서(411), 어깨관절의 앞뒤 움직임 각도를 측정하는 센서(412), 어깨관절의 좌우 움직임 각도를 측정하는 센서(413), 어깨관절과 팔꿈치 관절을 연결하는 상측 팔 회전 각도를 측정하는 센서(414), 팔꿈치 관절의 움직임 각도를 측정하는 센서(415), 팔꿈치 관절과 손목 관절을 연결하는 하측 팔의 회전 각도를 측정하는 센서(416), 손목 관절의 좌우 움직임 각도를 측정하는 센서(417), 손목 관절의 상하 움직임 각도를 측정하는 센서(418)를 포함하고 있다. 즉 본 개시에 따른 보행 시스템(400)의 측정기구(420)는 어깨 관절 4 자유도, 팔꿈치 관절 1 자유도, 손목 관절 3 자유도를 측정할 수 있도록 센서를 포함하였다. 보행 시스템(400) 사용자가 측정기구(420)를 착용하기 때문에 사용자의 편의를 위해 소형화/단순화가 필요하다. 측정기구(420)의 소형화/단순화를 위해 측정기구(420)의 상측 팔 및 하측 팔의 회전축은 사용자의 상측 팔 및 하측 팔의 실제 회전위치와 떨어진 사용자의 팔 외부에 설치하였고, 회전 시 비틀림에 의해 측정기구(420)의 관절 위치와 보행 시스템(400) 사용자의 팔 관절 위치가 어긋나지 않도록 측정기구(420)는 볼스플라인(419)을 포함한다. 볼스플라인(419)은 회전운동은 그대로 전달하면서 길이방향 변화를 흡수하는 역할을 한다. 도 8의 보행 시스템(400)에 포함된 측정기구(420)는 보행 시스템(400) 사용자의 팔의 8 자유도를 측정할 수 있도록 하였으나, 팔의 움직임에 의해 제어되는 보행 보조기(420)의 자유도를 고려하여 측정이 필요한 부분만을 측정할 수 있다. 예를 들어 어깨 관절의 앞뒤 움직임 각도를 측정하는 센서(412), 어깨 관절의 좌우 움직임 각도를 측정하는 센서(413), 팔꿈치 관절의 움직임을 측정하는 센서(415), 하측 팔의 회전 각도를 측정하는 센서(416) 4개를 이용하여 보행 보조기(430)의 고관절 3 자유도와 무릎 관절 1 자유도를 제어할 수 있다.
보행 보조기(430)는 보행 보조기(430)의 각 관절을 움직이기 위한 액추에이터(431, 432, 433, 434, 435, 436)를 포함한다. 즉 보행 보조기(430)는 보행 보조기(430)의 고관절 회전 액추에이터(431), 고관절 앞 및 뒤로 움직임 액추에이터(432), 고관절 좌측 및 우측 움직임 액추에이터(433), 무릎 관절 앞 및 뒤로 움직임 액추에이터(434), 발목 관절 앞 및 뒤로 움직임 액추에이터(435), 발목 관절의 좌측 및 우측 움직임 액추에이터(436)를 포함하고 있다. 보행 보조기(430)의 발가락 관절(437)에도 액추에이터를 넣어도 좋으나, 보행 보조기(430)의 구조가 복잡해지므로 회전 스프링이나 평판 스프링 등을 설치하여 사용자 체중에 의해 수동적으로 회전할 수 있게 해도 좋다. 보행 보조기(430)는 고관절 3 자유도, 무릎 관절 1 자유도, 발목 관절 2 자유도로 움직일 수 있다. 보행 시스템(400) 사용자는 보행 보조기(430)를 착용하기 때문에 사용자의 편의를 위해 소형화/단순화가 필요하다. 보행 보조기(430)의 소형화/단순화를 위해 일반적인 보행에서 중요도가 비교적 적은 발목 관절의 회전 자유도를 제외하였고, 보행 보조기(430)의 고관절 회전 액추에이터(431)는 보행 시스템(400) 사용자의 고관절 회전 위치와 떨어진 등쪽 허리 받침대(438)에 설치되었다.
제어기(440)는 보행 보조기(430)의 허리 받침대(438)에 설치되었다.
또한 본 개시에 따른 보행 시스템(400)은 보행 시스템(400) 사용자의 상체의 기울기를 측정하는 관성센서 또는 기울기 센서(450)를 추가로 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 보행 시스템(200)과 비교했을 때, 팔 이외의 상체의 움직임을 측정하는 관성센서 또는 기울기 센서(450)를 추가하여 보행 시스템(400) 사용자의 평형감각과 운동학습능력을 더 잘 반영할 수 있다. 예를 들어 상체의 기울기를 측정하는 센서(450)를 추가함으로써 상체의 기울기 정보가 사용자의 팔 움직임 정보에 추가하여 보행 보조기(430)의 제어에 활용될 수 있다.
본 보행 시스템(400)은 팔 움직임 패턴과 다리 움직임 패턴을 매칭시키므로, 보행 보조기(430)의 능동자유도와 팔 움직임 측정 자유도가 일치할 필요는 없고, 팔 운동 측정 자유도가 더 많거나 적을 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 보행 시스템의 일 예(400)를 보행 시스템(400) 사용자가 착용한 모습을 나타내는 도면이다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 하지에 결합되는 보행 보조기; 팔의 움직임을 측정하는 1개 이상의 센서; 그리고, 센서로부터 측정된 정보에 따라 보행 보조기의 움직임을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(2) 보행 보조기는 앞 및 뒤로 움직이거나(Hip flexion/extension) 우측 및 좌측으로 움직이는(Hip abduction/adduction) 2 자유도의 고관절과 앞 및 뒤로 움직이는(Knee flexion/extension) 1 자유도의 무릎 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(3) 고관절이 회전하는(Hip rotation) 자유도를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(4)보행 보조기는 앞 및 뒤로 움직이는(Ankle plantarflexion/dorsiflexion)발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(5) 보행 보조기는 내번(inversion) 및 외번(eversion)으로 움직이는 자유도를 추가로 갖는 발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(6) 보행 보조기는 내전(adduction) 및 외전(abduction)으로 움직이는 자유도를 추가로 갖는 발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(7) 팔의 움직임을 측정하는 센서가 어깨관절, 상측 팔, 팔꿈치 관절, 하측 팔, 손목 관절의 움직임 중 적어도 하나의 움직임을 측정하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(8) 어깨관절의 움직임은 고관절의 움직임을 제어하고, 팔꿈치 관절의 움직임은 무릎 관절의 움직임을 제어하고, 손목 관절의 움직임은 발목 관절의 움직임을 제어하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(9) 센서에 의해 측정되는 팔의 공간상의 움직임 패턴이 보행 보조기의 공간상의 움직임 패턴에 일대응 대응하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(10) 팔의 움직임을 측정하는 센서로는 엔코터, 포텐션미터, 자이로센서, 가속도센서 또는 자기센서 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(11) 제어기는 팔의 움직임을 측정한 센서 정보에 따라 보행 보조기를 제어하는 직접제어모드와 팔의 움직임과 관계없이 보행 보조기를 제어하는 자동제어모드를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(12) 보행 시스템 사용자의 특정 행동에 의해 제어기의 직접제어모드와 자동제어모드 사이에 전환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(13) 보행 시스템 사용자의 특정 행동은 사용자의 양쪽 하측 팔을 반대방향으로 회전하는 행동인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(14) 자동제어알고리즘에 의해 제어기의 직접제어모드가 자동제어모드로 자동 전환되는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(15) 보행 보조기의 관절 중 일부는 직접제어모드로 일부는 자동제어모드로 동시에 제어되는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(16) 팔 이외의 상체 부분의 움직임을 측정하는 센서;를 추가하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
(17) 팔 이외의 상체 부분의 움직임을 측정하는 센서는 상체의 기울기를 측정하는 센서 또는 관성센서인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
본 개시에 따른 보행 시스템에 의하면, 하지마비 장애인은 평형감각 및 운동학습 능력을 통해 복잡한 보행 제어 알고리즘을 사용하지 않고도, 험지나 계단 등을 제한 없이 이동할 수 있다.
본 개시에 따른 보행 시스템 의하면, 복잡한 보행 제어 알고리즘이 필요없으며, 팔의 움직임을 보행 보조기의 움직임에 대응시키는 변환함수만을 제어기가 갖고 있으면 되기 때문에, 제어기가 단순화될 수 있으며, 복잡한 보행 제어 알고리즘을 실행하지 않기 때문에 보행 제어기를 착용자의 운동 학습 능력에 의해 습득된 특정 행동이 즉각적으로 보행 제어기에 반영될 수 있다.
200, 400 : 보행 시스템
210: 보행 시스템 사용자의 팔
220, 410 : 보행 시스템 사용자의 팔 움직임 측정 센서
450 : 보행 시스템 사용자의 상체 기울기 측정 센서
230, 430 : 보행 보조기
240, 440 : 제어기

Claims (17)

  1. 보행 시스템 사용자의 하지에 결합되는 보행 보조기;
    보행 시스템 사용자의 팔의 움직임 및 팔의 움직임 패턴을 측정하는 1개 이상의 센서; 그리고,
    센서로부터 측정된 정보에 따라 보행 보조기의 움직임을 제어하는 제어기;를 포함하며,
    팔의 움직임 및 팔의 움직임 패턴을 측정하는 센서가 어깨관절, 상측 팔, 팔꿈치 관절, 하측 팔, 손목 관절의 움직임 중 적어도 하나의 움직임을 측정하고, 측정된 어깨관절의 움직임은 제어기에 의해 보행 보조기의 고관절의 움직임을 제어하고, 측정된 팔꿈치 관절의 움직임은 보행 보조기의 무릎 관절의 움직임을 제어하고, 측정된 손목 관절의 움직임은 보행 보조기의 발목 관절의 움직임을 제어하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    보행 보조기는 앞 및 뒤로 움직이거나(Hip flexion/extension) 우측 및 좌측으로 움직이는(Hip abduction/adduction) 2 자유도의 고관절과 앞 및 뒤로 움직이는(Knee flexion/extension) 1 자유도의 무릎 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    보행 보조기의 고관절이 회전하는(Hip rotation) 자유도를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    보행 보조기는 앞 및 뒤로 움직이는(Ankle plantarflexion/dorsiflexion)발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    보행 보조기는 내번(inversion)/외번(eversion)으로 움직이는 자유도를 추가로 갖는 발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    보행 보조기는 내전(adduction) 및 외전(abduction)으로 움직이는 자유도를 추가로 갖는 발목 관절을 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    센서에 의해 측정되는 팔의 공간상의 움직임 패턴이 보행 보조기의 공간상의 움직임 패턴에 일대일 대응하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    팔의 움직임을 측정하는 센서로는 엔코터, 포텐셔미터, 자이로센서, 가속도센서 또는 자기센서 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 팔의 움직임을 측정한 센서 정보에 따라 보행 보조기를 제어하는 직접제어모드와 팔의 움직임과 관계없이 보행 보조기를 제어하는 자동제어모드를 갖는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    보행 시스템 사용자의 특정 행동에 의해 제어기의 직접제어모드와 자동제어모드 사이에 전환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    보행 시스템 사용자의 특정 행동은 사용자의 양쪽 하측 팔을 반대방향으로 회전하는 행동인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  14. 청구항 11에 있어서,
    자동제어알고리즘에 의해 제어기의 직접제어모드가 자동제어모드로 자동 전환되는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  15. 청구항 11에 있어서,
    보행 보조기의 관절 중 일부는 직접제어모드로 일부는 자동제어모드로 동시에 제어되는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  16. 청구항 1에 있어서,
    보행 시스템 사용자의 팔 이외의 상체 부분의 움직임을 측정하는 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    팔 이외의 상체 부분의 움직임을 측정하는 센서는 상체의 기울기를 측정하는 센서 또는 관성센서인 것을 특징으로 하는 보행 시스템.
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