KR101676307B1 - 보행 보조 시스템 제어 장치 - Google Patents

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장윤영
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엘지전자 주식회사
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    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/30—General characteristics of devices characterised by sensor means
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Abstract

본 발명은 보행 보조 시스템 제어 장치에 관한 것으로서, 본 발명은 사용자가 팔을 얹어놓도록 구성된 상판 프레임; 상기 상판 프레임의 하부에 위치하는 하판 프레임;과 상기 상판 프레임과 상기 하판 프레임 사이에 구비되는 복수의 제어 센서들로 구성된 보행 보조 시스템 제어 장치에서, 상기 제어 센서는, 상기 하판 프레임에 부착되는 하판 고정부; 상기 하판 고정부의 일면에 부착되는 복수의 압축 센서들; 상기 압축 센서의 상단에 위치하며, 상기 압축 센서에 접촉되는 고무 장치; 상기 하판 고정부에 수직으로 위치하여, 사용자의 동작에 따라 이동성을 부여되어, 상기 압축 센서에 사용자의 힘을 전달하는 수직 고무 장치; 상기 상판 프레임에 부착되어, 상기 수직 고무 장치와 결합되는 상판 고정부로 구성된 보행 보조 시스템 제어 장치를 제공한다. 따라서, 본 발명에 의하며, 반응 속도가 매우 빠르고, 오작동의 위험이 적어, 사용자의 조작 의지를 직관적으로 측정할 수 있다. 그리고, 본 발명의 보행 보조 시스템 제어 장치는 범용적으로 사용되는 압축 센서를 이용하므로, 적은 비용으로 보행 보조 시스템 제어 장치를 구성할 수 있다.

Description

보행 보조 시스템 제어 장치{CONTROL DEVICE FOR WALKING ASSISTANCE SYSTEM}
본 발명은 노약자 또는 장애인의 걷기, 앉기, 서기 등과 같은 일상 활동들을 지원하고 근력을 보조하기 위한 보행 보조 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 복수의 압축 센서로 구성된 제어 센서를 이용하여, 노약자 또는 장애인이 보행 보조 시스템을 효율적으로 조작할 수 있도록 구성된, 보행 보조 시스템 제어 장치에 관한 것이다.
최근 전세계는 평균 수명 연장에 따른 노인 인구의 지속적인 증가로 급속하게 초고령화 사회로 진입하고 있다. 일본을 비롯한 유럽의 여러 국가들은 이미 고령 사회로 접어들었으며, 한국과 미국도 빠른 속도로 고령화되어 가고 있다. 고령화 시대에 따라, 뇌졸중, 신체마비 그리고 장애인 또한 증가 추세에 있으며, 근력이 부족하여 거동이 불편한 노약자가 급속하게 증가하고 있다.
노약자 또는 장애인의 걷기, 앉기, 서기 등의 일상 생활을 지원하고, 근력을 보조하기 위한 보행 보조 시스템이 개발되어 이용되고 있다. 일반적인 보행 보조 시스템은 바퀴, 구동부, 핸들부 등으로 구성되어, 사용자가 핸들부를 잡고 밀면서 앞으로 걸어가는 형태로 동작한다.
또한, 진일보한 보행 보조 시스템으로, 전동 모터 등에 의해 구동 및 조향이 이뤄지는 모바일 로봇 형태로 구성된 보행 보조 시스템이 이용되고 있다. 이 경우, 보행 보조 시스템은 사용자의 조작 의지를 파악하여, 사용자의 조작 의지에 따라 시스템을 구동하도록 구성되어야 하는데, 보행 보조 시스템의 특성상, 사용자의 세밀한 조작을 직관적으로 파악할 수 있는 시스템이 필요하게 된다.
이에 따라, 사용자의 조작 의지를 직관적으로 파악하여, 보행 보조 시스템을 효율적으로 제어하는 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 보행 보조 시스템을 효율적으로 제어하기 위하여, 사용자의 조작 의지를 직관적으로 파악할 수 있는 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
따라서, 본 발명은 사용자가 팔을 얹어놓도록 구성된 상판 프레임; 상기 상판 프레임의 하부에 위치하는 하판 프레임;과 상기 상판 프레임과 상기 하판 프레임 사이에 구비되는 복수의 제어 센서들로 구성된 보행 보조 시스템 제어 장치에서, 상기 제어 센서는, 상기 하판 프레임에 부착되는 하판 고정부; 상기 하판 고정부의 일면에 부착되는 복수의 압축 센서들; 상기 압축 센서의 상단에 위치하며, 상기 압축 센서에 접촉되는 고무 장치; 상기 하판 고정부에 수직으로 위치하여, 사용자의 동작에 따라 이동성을 부여되어, 상기 압축 센서에 사용자의 힘을 전달하는 수직 고무 장치; 상기 상판 프레임에 부착되어, 상기 수직 고무 장치와 결합되는 상판 고정부로 구성된 보행 보조 시스템 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제어 센서는, 상기 고무 장치를 고정하기 위한 고정틀을 더 포함하는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 압축 센서들은, 상기 하판 고정부의 내부 일면에 부착되어 구성되는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 압축 센서들은, 상기 하판 고정부의 외부 일면에 부착되어 구성되는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 상판 프레임 하부 일면에 부착되며, 사용자의 동작에 따라 움직이도록 구성되어, 상기 하판 고정부의 외부 일면에 부착되어 있는 상기 압축 센서에 접촉되는 외부 고무장치를 더 포함하는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 압축 센서와 상기 고무 장치 사이에 일정 거리의 이격이 형성되는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 압축 센서와 상기 고무 장치 사이에 스프링이 삽입되어 구성되는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 압축 센서는, 상기 고무 장치와의 접촉에 의한, 압축력에 따른 압축 신호를 발생토록 구성되는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 제어 센서로부터 발생되는 상기 압축 센서의 상기 압축 신호를 분석하여, 사용자의 조작 의도를 파악하도록 구성된 제어 시스템을 더 포함하는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 제어 시스템은, 상기 압축 신호를 이용하여, 상기 사용자의 힘을 6축의 힘과 모멘트로 측정하도록 구성되는 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 제어 시스템은, 상기 사용자의 힘에 관한 정보를 저장하도록 구성되는 실시예를 포함한다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속함을 밝혀둔다.
상기와 같은 구성을 통하여, 본 발명에 따른 보행 보조 시스템 제어 장치는, 반응 속도가 매우 빠르고, 오작동의 위험이 적어, 사용자의 조작 의지를 직관적으로 측정할 수 있다. 그리고, 본 발명의 보행 보조 시스템 제어 장치는 범용적으로 사용되는 압축 센서를 이용하므로, 적은 비용으로 보행 보조 시스템 제어 장치를 구성할 수 있다. 또한, 본 발명의 보행 보조 시스템 제어 장치에서 측정된 사용자의 조작 의지를 판단하여 보행 보조 시스템을 제어함으로써, 사용자의 보행 안전을 보장할 수 있다. 그리고, 본 발명의 보행 보조 시스템 제어 장치는 소형화된 제어 센서로 구성되므로, 보행 보조 시스템을 소형화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보행 보조 시스템을 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보행 보조 시스템의 제어 장치인 컴플라이언스 제어부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 센서의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 결합된 제어 센서의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제어 센서의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컴플라이언스 제어부에 작용하는 힘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 보행 보조 시스템를 이용하여, 사용자의 안기/서기 동작 시의 작용하는 힘을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 이하 설명에서 동일한 구성 요소에는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보행 보조 시스템을 도시한 측면도이다.
도 1은 사용자의 안정적이고 효율적인 보행을 지원하는 보행 보조 시스템으로, 본 발명의 보행 보조 시스템은 조작부(100), 기구부(200), 구동부(300)을 포함하여 구성된다.
우선, 조작부(100)는 사용자가 보행 보조 시스템의 이동 방향 또는 속도 등을 조작하거나, 사용자가 보행 보조 시스템에 기댈 수 있도록 구성된다. 본 발명의 조작부(100)는 컴플라이언스 제어부(110)와 핸들부(120)를 구비하여 구성된다.
컴플라이언스 제어부(110)는 보행 보조 시스템의 최상부에 위치하여, 사용자의 팔을 걸칠 수 있도록 하는 지지대로 구성된다. 도면에서 보는 바와 같이, 사용자의 팔을 자연스럽게 걸칠 수 있도록 하는 "U" 형태의 지지대로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 컴플라이언스 제어부(110)는 사용자가 컴플라이언스 제어부(110)에 가하는 힘으로부터, 사용자의 조작 의지를 측정하도록 구성될 수 있다. 보행 보조 시스템은 컴플라이언스 제어부(110)에서 측정된 사용자의 조작 의지에 따라, 구동되는 것이다. 컴플라이언스 제어부(110)에 대하여는, 도 2 이하에서 자세히 후술하도록 한다.
핸들부(120)는 컴플라이언스 제어부(110)의 전면 일측에 부착되어, 사용자가 손으로 잡을 수 있도록 구성된다. 사용자의 양손으로 보행 보조 시스템을 구속하기 위하여, 도면과 같이, 2개의 원형 프레임으로 구성된 핸들부(120)가 컴플라이언스 제어부(110)에 부착되도록 구성할 수 있다.
사용자는 핸들부(120) 또는 컴플라이언스 제어부(110)를 조작하여, 보행 보조 시스템의 이동을 조정할 수 있다. 일례로, 사용자는 핸들부(120)를 조정하여, 보행 보조 시스템의 이동 방향을 바꿀 수 있으며, 컴플라이언스 제어부(110)에 힘을 가하여, 보행 보조 시스템의 이동 방향 또는 속도 등을 조정할 수 있다. 또한, 사용자는 핸들부(120) 또는 컴플라이언스 제어부(110)를 통해 보행 보조 시스템에 몸을 지지할 수 있게 된다.
기구부(200)는 조작부(100)와 구동부(300)를 연결하여, 보행 보조 시스템을 지지하는 메인 몸체 부분으로, 본 발명의 기구부(200)는 메인 연결 프레임(210), 구동부 연결 프레임(220), 기구부 연결 프레임(230), 전면 받침부(240)를 포함하여 구비된다.
메인 연결 프레임(210)은 조작부(100)의 컴플라이언스 제어부(110)에 수직으로 연결되는 복수 개의 프레임으로 구성되어, 컴플라이언스 제어부(110)와 구동부(300)의 바퀴 받침부(310)를 연결하고 고정하는 역할을 한다.
또한, 메인 연결 프레임(210)은 조작부(100)와 체결되는 상부 메인 연결 프레임(211)과 구동부와 체결되는 하부 메인 연결 프레임(212)으로 구성될 수 있다.
상부 메인 연결 프레임(211)과 하부 메인 연결 프레임(212)는 슬라이딩 방식으로 연결되어, 상부 메인 연결 프레임(211)과 하부 메인 연결 프레임(212)의 연결 상태에 따라, 메인 연결 프레임(210)의 길이를 조절할 수 있게 구성된다.
따라서, 본 발명의 보행 보조 시스템에 의하며, 사용자는 메인 연결 프레임(210)의 길이를 조절하여, 사용자의 키에 맞춰 보행 보조 시스템의 높이를 조절할 수 있게 된다.
구동부 연결 프레임(220)은 메인 연결 프레임(210)에 수직으로 연결되는 복수 개의 프레임으로 구성되어, 하부 메인 연결 프레임(212)와 구동부(300)의 바퀴 받침부(310)를 고정하는 역할을 한다.
도면에서 보는 바와 같이, 구동부 연결 프레임(220)은 "ㄱ"자의 상부 구동부 연결 프레임과 "ㄴ"자의 하부 구동부 연결 프레임으로 구분되어 구성될 수 있다. 여기서, 상부 구동부 연결 프레임은 기구부 연결 프레임(230)을 통해, 메인 연결 프레임(210)에 구속되며, 하부 구동부 연결 프레임은 바퀴 받침부(310)과 함께 메인 연결 프레임(210)에 구속된다.
관련하여, 바퀴 받침부(310)는 구동부 연결 프레임(220)에 고정되어 체결되나, 메인 연결 프레임(210)은 구동부 연결 프레임(220)에 따라 지면과 수평하게 이동 가능하도록, 구동부 연결 프레임(220)에 체결될 수 있다.
이 경우, 하부 메인 연결 프레임(212)과 구동부 연결 프레임(220)에 상호 연결되도록 구성되는, 기구부 연결 프레임(230)에 의해, 보행 보조 시스템과 사용자 사이의 거리를 조절할 수 있게 된다. 즉, 기구부 연결 프레임(230)은, 메인 연결 프레임(100)과 같이, 길이 조절이 가능하도록 구성되어, 기구부 연결 프레임(230)의 길이에 의해, 구동부(300)와 사용자 사이의 거리가 조절되는 것이다.
전면 받침부(240)는 구동부 연결 프레임(220)의 전면부에 위치하여, 복수 개의 구동부 연결 프레임(220)이 상호 연결되도록, 구동부 연결 프레임(220) 사이에 고정되어 구비된다. 즉, 전면 받침부(240)는 구동부 연결 프레임(220)들이 인위적으로 외측으로 벌어지지 않도록, 구동부 연결 프레임(220)들을 연결하는 것이다.
일례로, 전면 받침부(240)는 안장시트로 구성될 수 있다. 이 경우, 보행 중에 휴식을 취하고자 할 때 사용자가 앉을 수 있는 자리를 제공하도록, 전면 받침부(240)는 사용자 내측으로 젖혀질 수 있다.
구동부(300)는 보행 보조 시스템의 이동을 담당하며, 구동부(300)는 바퀴 받침부(310), 바퀴부(320), 록킹부(330)를 구비한다.
바퀴 받침부(310)는 메인 연결 프레임(210)과 구동부 연결 프레임(220)에 고정되는 복수의 프레임으로 구성된다. 바퀴 받침부(310)의 프레임 일측에는 바퀴가 부착되도록 구성된다.
보행 보조 시스템의 안정적인 이동을 위하여, 바퀴 받침부(310)는 4개의 프레임으로 구비하여, 2개 프레임은 구동부(300)의 전면을 향해 기울어진 2개의 프레임과 구동부(300)의 후면을 향해 기울어진 2개의 프레임으로 구성될 수 있다.
바퀴부(320)는 보행 보조 시스템의 이동시키는 바퀴로 구성되어, 바퀴 받침부(310)의 일측에 부착된다. 안정적인 보행을 위하여, 바퀴부(320)는 바퀴 받침부(310)의 구성과 마찬가지로, 4개의 바퀴로 구성될 수 있다.
이 경우, 구동부(300) 전면에는 모터와 일체화된 형태(In-Wheel Motor)의 바퀴 2개가 구비되고, 구동부(300) 후면에는 일정 각도 내에서 전방향 구동한 형태(Omni-wheel)의 바퀴 2개가 구비되어, 사용자가 보행 보조 시스템의 구동과 제어를 동시에 가능하게 하여, 사용자의 이동 효율성을 극대화할 수 있다.
록킹부(330)는 바퀴부(320)에 부착되어, 바퀴를 움직이지 못하도록 고정시키는 역할을 담당한다. 록킹부(330)는 모든 바퀴부(320)에 부착될 수 있으나, 구동부 (300)의 전면 바퀴부(320) 또는 후면 바퀴부(320) 한쪽에만 부착될 수 있다.
이하에서는, 전술한 보행 보조 시스템에 대한 사용자의 조작 의지를 측정하여, 보행 보조 시스템을 제어할 수 있도록 구성된 컴플라이언스 제어부(110)에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보행 보조 시스템의 제어 장치인 컴플라이언스 제어부(110)를 도시한 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 컴플라이언스 제어부(110)는 상부에 위치하여 사용자가 팔을 얹어놓도록 구성된 상판 프레임(20), 하부에 위치하여 기구부(200)와 연결되도록 구성된 하판 프레임(30)과 상판 프레임(20)과 하판 프레임(30) 사이에 설치되는 복수의 제어 센서(10)들로 구성된다.
상판 프레임(20)과 하판 프레임(30)은 동일한 형태로 구성될 수 있으며, 상판 프레임(20)과 하판 프레임(30)은 전술한 바와 같이, 사용자의 팔을 자연스럽게 걸칠 수 있도록 하는 "U" 형태의 지지대로 구성될 수 있다.
본 발명의 제어 센서(10)는 사용자가 상판 프레임(20)에 가하는 힘을 측정하여, 사용자의 조작 의지를 파악하는 센서이다.
사용자는 보행 보조 시스템의 구동을 조작하기 위해, 상판 프레임(20)에 힘을 가하게 된다. 상판 프레임(20)에 가해진 힘은 제어 센서(10)에 전해지고, 제어 센서(10)는 그 힘을 측정/판단하여, 사용자의 조작 의지를 파악하게 된다. 즉, 사용자가 보행 보조 시스템을 구동하려는, 조작 의지를 파악하게 되는 것이다.
구체적으로, 사용자가 상판 프레임(20)의 앞쪽에 힘을 가하면, 사용자는 보행 보조 시스템을 전진시키려는 조작 의지를 가지는 것이고, 사용자가 상판 프레임(20)의 좌측에 힘을 가하면, 사용자는 보행 보조 시스템을 좌측으로 이동시키려는 조작 의지를 가지는 것으로 파악할 수 있다.
또한, 제어 센서(10)는 사용자가 상판 프레임(20)에 가하는 힘을 3축의 힘으로 측정할 수 있다. 즉, 사용자의 힘은, 지면을 기준으로, X축, Y축, Z축으로의 3축의 힘으로 측정될 수 있으므로, 본 발명의 제어 센서(10)는 사용자의 3축의 힘을 측정하여, 사용자의 조작 의지를 측정 및 판단하여, 보행 보조 시스템을 구동시키는 것이다.
본 발명의 제어 센서(10)는 상판 프레임(20)과 하판 프레임(30) 사이에 위치한다. 도면에 도시된 바와 같이, 제어 센서(10)는 4개로 구성되어, 상판 프레임(20)과 하판 프레임(30)의 가장자리에 설치될 수 있다. 이는 제어 센서(10)가 사용자의 힘을 효율적으로 측정하기 위함이며, 제어 센서(10)의 수와 위치는 도면에 의해 제한되지 않음을 밝혀둔다.
제어 센서(10)의 구성에 대하여는 도 3 이하에서 자세히 후술하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 센서(10)의 분해도이며, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 결합된 제어 센서(10)의 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 센서(10)는 하판 프레임(30)에 부착되는 하판 고정부(12)와 하판 고정부(12)의 삼면(X축의 면, Y축의 면, Z축의 면)에 위치하는 3개의 압축 센서(15), 압축 센서(15)의 위쪽에 위치하며 압축 센서(15)와 접촉하고 있는 고무 장치(14)와 고무 장치(14)를 고정하기 위한 고정틀(13), Z축에 위치하여 사용자의 동작에 따라 이동성을 부여하며 압축 센서(15)에 사용자의 힘을 전달하기 위한 수직 고무 장치(16), 그리고 상판 프레임(20)과 수직 고무 장치(16)와 결합되는 상판 고정부(11)로 구성된다. 따라서, 상판 고정부(11)는 사용자의 동작에 따라 움직이는 것이 가능하게 구성된다.
압축 센서(15)는 압축 센서(15)에 가해지는 압축력을 일정한 압축 신호로 변환하여 발생시키는 센서이다.
제어 센서(10)의 구성 시에 사용되는 고무 장치(14)와 수직 고무 장치(16)는 압축 센서(15)와 상판 고정부(11) 또는 압축 센서(15)와 하판 고정부(12) 사이에 위치하며, 고무의 연성 특성을 최소화하기 위하여, 경도가 높은 고무 재질을 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제어 센서(10)는 크게 상판 고정부(11)와 하판 고정부(12) 그리고 3개의 압축 센서(15)와 압축 센서(15)에 접촉되어 있는 고무 장치(14)로 구성되어, 상판 프레임(20)에 가해지는 사용자의 힘은 상판 고정부(11)에 전해진다. 그리고, 상판 고정부(11)에 전해진 사용자의 힘은, 고무 장치(14)가 압축 센서(15)를 누르는 압축력으로 변해, 하판 고정부(12)에 부착된 3개의 압축 센서(15)에 전해지게 된다. 따라서, 3개의 압축 센서(15)는 사용자의 힘을 X축, Y축, Z축의 3축으로 측정하여, 사용자의 보행 보조 시스템의 조작 의도를 파악하게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 센서(10)는 3개의 압축 센서(15)가 하판 고정부(12)의 내부에 부착되어 있도록 구성된다. 따라서, 사용자의 동작에 따라 움직이는 것이 가능한 상판 고정부(11)가 하판 고정부(12)의 내부에 부착되어 있는 압축 센서(15)에 전하는 압축력에 의해, 사용자 힘의 방향과 크기를 얻음으로써, 사용자의 3축의 힘을 측정하는 것이다.
추가로, 압축 센서(15)와 고무 장치(14) 또는 수직 고무 장치(16) 사이에 일정한 공간을 두거나, 스프링과 같은 장치를 추가로 삽입함으로써, 제어 센서(10)가 사용자의 의지로 부가된 힘이 아닌 것을 사용자의 조작 의도로 오판하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제어 센서(10)의 구성 시에, 압축 센서(15)의 눌림 현상과 사용자의 힘에 의해 상판 프레임(20)이 미세하게 휘어지면서 압축 센서(15)를 누르는 경우와 같이, 사용자의 조작 의도가 아닌 아주 미세한 힘에 의해 사용자의 조작 의도를 잘못 파악하는 것을 방지하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제어 센서(10)의 개념도이다.
제어 센서(10)의 또 다른 실시 예로, 제어 센서(10)를 하판 고정부(12)와 3개의 압축 센서(15)로 구성하여, 3개의 압축 센서(15)를 하판 고정부(12)의 외부에 부착한다.
제어 센서(10)를 본 발명의 제 2 실시예에 따라 구성하게 되면, 제어 센서(10)는 사용자의 힘을 상판 프레임(20)에 부착되는 고무 재질의 장치를 통해 전달받게 된다. 즉, 사용자의 동작에 따라 움직이도록 구성되는 고무 재질의 장치가 상판 프레임(20)에 추가로 부착되어, 하판 고정부(12)의 외부에 부착되어 있는 3개의 압축 센서(15)에 접촉된다. 따라서, 사용자의 힘에 의해 움직이는 고무 재질의 장치가 하판 고정부(12)의 외부에 부착되어 있는 3개의 압축 센서(15)에 사용자의 힘을 전달하고, 3개의 압축 센서(15)는 사용자의 힘을 3축의 힘으로 분리/측정하는 것이다.
제어 센서(10) 구성 시에 사용되는 고무 재질의 장치는, 압축 센서(15)와 상판 프레임(20) 사이에 위치하며, 고무 연성의 특성을 최소화하기 위하여, 경도가 높은 고무 재질을 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 센서(10)에는 3개의 압축 센서(15)가 하판 고정부(12)의 내부에 부착되며, 제 2 실시예에 따른 제어 센서(10)에는 압축 센서(15)가 하판 고정부(12)의 외부에 부착되는 것이다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 센서(10)에서는 사용자의 힘이 상판 고정부(11)에서 압축 센서(15)로 전해지는 반면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제어 센서(10)에서는 상판 프레임(20)에 부착되는 고무 재질의 장치로부터 사용자의 힘이 하판 고정부(12)의 외부에 부착된 압축 센서(15)에 전해지는 것이다.
전술한 본 발명의 제어 센서(10)는, 전술한 바와 같이, 3개의 압축 센서(15)만을 이용하여 구성되므로, 사용자의 힘에 대한 반응 속도가 매우 빠르고, 오작동의 위험이 적어, 사용자의 조작 의지를 직관적으로 측정할 수 있다.
그리고, 본 발명의 압축 센서(15)는 범용적으로 사용되는 센서로, 적은 비용으로 제어 센서(15)를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 제어 센서(10)는 소형화된 센서로 조립되므로, 보행 보조 시스템을 소형화시킬 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 도면과 함께, 제어 센서(10)로부터 사용자의 조작 의도를 파악하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컴플라이언스 제어부(110)에 작용하는 힘을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 컴플라이언스 제어부(110)가 구비된 보행 보조 시스템를 이용하여, 사용자의 안기/서기 동작 시의 작용하는 힘을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 컴플라이언스 제어부(110)에는 4개 이상의 제어 센서(10)가 구비될 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 제어 센서(10)는 컴플라이언스 제어부(110)의 모서리 부분에 위치할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 4개의 제어 센서(10)를 구비한 컴플라이언스 제어부(110)를 기준으로 설명하며, 도면에서와 같이, 각 제어 센서(10)에는 해당 숫자를 표기하였다.
즉, 컴플라이언스 제어부(110)의 좌측 전방에 위치하는 제어 센서(10)는 1번 제어 센서(10), 컴플라이언스 제어부(110)의 좌측 후방에 위치하는 제어 센서(10)는 2번 제어 센서(10), 컴플라이언스 제어부(110)의 우측 후방에 위치하는 제어 센서(10)는 3번 제어 센서(10), 컴플라이언스 제어부(110)의 우측 전방에 위치하는 제어 센서(10)는 4번 제어 센서(10)로 정의한다. 그리고, 좌측 제어 센서(10)와 우측 제어 센서(10)와의 거리를 Ly로 표기하며, 전방 제어 센서(10)와 후방 제어 센서(10)와의 거리를 Lx로 표기하여 설명하도록 한다.
컴플라이언스 제어부(110)는, 4개의 제어 센서(10)로부터 나오는 압축 센서(15)의 신호를 조합/분석하여 사용자의 조작 의도를 파악하는, 또 하나의 제어 시스템(미도시)과 같이 동작할 수 있다.
본 발명의 제어 시스템은, 4개의 제어 센서(10)로부터 나오는 압축 센서(15)의 신호를 조합/분석하여, 사용자의 힘을 6축의 힘과 모멘트로 나타내도록 구성될 수 있다. 여기서, 6축의 힘과 모멘트는 X,Y,Z축의 힘과 X,Y,Z축의 모멘트를 나타낸다. 사용자의 힘을 6축의 힘과 모멘트로 표현하는 방법은 아래의 [수학식 1]과 [수학식 2]으로 설명할 수 있다.
Figure 112010070459639-pat00001
Figure 112010070459639-pat00002
Figure 112010070459639-pat00003
Figure 112010070459639-pat00004
Figure 112010070459639-pat00005
Figure 112010070459639-pat00006
따라서, 본 발명의 제어 시스템은 측정된 사용자의 6축의 힘과 모멘트를 분석하여, 사용자의 조작 의지를 파악할 수 있게 되는 것이다.
일례로, 사용자가 보행 보조 시스템을 앞으로 이동시키기 위해 컴플라이언스 제어부(110)에 힘을 가하면, 도 6에서 도시된 1번과 4번 제어 센서(10)는 사용자의 힘에 따라 상판 프레임(20)에 부착되어 있는 상판 고정부(11)가 앞으로 밀리며서, X축 면에 부착되어 있는 압축 센서(15)가 눌려, 압축 신호를 보내는 등의 반응을 하게 된다. 그러나, 1번과 4번 제어 센서(10)의 반대 방향으로 부착되어 있는 2번과 3번 제어 센서(10)는 아무 반응도 보이지 않게 된다.
이와 반대로, 사용자가 보행 보조 시스템을 뒤로 이동시키기 위해 컴플라이언스 제어부(110)에 힘을 가하면, 도 6에서 도시된 2번과 3번 제어 센서(10)는 반응을 하고, 1번과 4번 제어 센서(10)는 반응하지 않게 된다.
이는 [수학식 1]의 Fx항을 구현하는 경우, 1번 제어 센서(10)의 X방향 힘과 4번 제어 센서(10)의 X방향 힘을 커플링하고, 2번 제어 센서(10)의 X방향 힘과 3번 제어 센서(10)의 X방향 힘을 커플링하고 있는 것으로도 알 수 있다.
따라서, 도 6에 도시된 것과 같이, 제어 시스템은, 컴플라이언스 제어부(110)에 가해지는 사용자의 힘에서, X축으로의 힘(Fx)이 크면 사용자가 보행 보조 시스템을 앞 또는 뒤로 이동시키기 위한 동작으로 판단할 수 있으며, Y축으로의 힘(Fy)이 크면 사용자가 보행 보조 시스템을 좌 또는 우로 이동하기 위한 동작으로 판단할 수 있다. 또한, Z축으로의 모멘트(Mz)가 크면 사용자가 회전하기 위한 동작을 취한다고 판단할 수 있다.
또한, 도 7에서 도시한 것과 같이, 사용자가 앉기 또는 서기의 동작을 취하는 경우에는, 컴플라이언스 제어부(110)를 기준으로, 사용자의 힘은 Z축으로의 힘(Fz)과 X축으로의 힘(Fx), 그리고 Y축으로의 모멘트(My)가 크게 측정된다.
따라서, 본 발명의 제어 시스템은, 사용자의 Z축으로의 힘(Fz)과 X축으로의 힘(Fx), 그리고 Y축으로의 모멘트(My)가 크게 측정되어, 사용자가 앉기 또는 서기의 동작을 취하는 것으로 판단되면, 동일한 Z축으로의 힘(Fz)과 X축으로의 힘(Fx), 그리고 Y축으로의 모멘트(My)를 더욱 가중시키도록 보행 보조 시스템을 구동하여, 사용자가 앉기 또는 서기의 동작을 원활히 취할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제어 시스템은 사용자가 일상적으로 보행 보조 시스템을 사용할 경우에 가해지는 사용자의 힘에 대한 정보 등을 저장할 수 있다. 이를 바탕으로 제어 시스템은 사용자가 저장된 정보에서 과도하게 벗어나는 힘을 가하게 되면, 이를 무시하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 보행 보조 시스템 제어 장치인 컴플라이언스 제어부(110)에서 측정된 사용자의 조작 의지를 측정 및 판단하여, 보행 보조 시스템을 제어함으로써, 사용자의 보행 안전을 보장할 수 있는 것이다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (11)

  1. 사용자가 팔을 얹어놓도록 구성된 상판 프레임; 상기 상판 프레임의 하부에 위치하는 하판 프레임;과 상기 상판 프레임과 상기 하판 프레임 사이에 구비되는 복수의 제어 센서들; 및 상기 제어 센서로부터 발생되는 신호를 분석하여 사용자의 조작 의도를 파악하는 제어 시스템으로 구성된 보행 보조 시스템 제어 장치에서,
    상기 제어 센서는,
    상기 하판 프레임에 부착되는 하판 고정부; 상기 하판 고정부의 일면에 부착되는 복수의 압축 센서들; 상기 압축 센서의 상단에 위치하며, 상기 압축 센서에 접촉되는 고무 장치; 상기 하판 고정부에 수직으로 위치하여, 사용자의 동작에 따라 이동성을 부여되어, 상기 압축 센서에 사용자의 힘을 전달하는 수직 고무 장치; 상기 상판 프레임에 부착되어, 상기 수직 고무 장치와 결합되는 상판 고정부로 구성되고,
    상기 압축 센서는, 상기 고무 장치와의 접촉에 의한 압축력에 따른 압축 신호를 발생시키고,
    상기 제어 시스템은, 상기 압축 신호를 이용하여 사용자의 힘을 6축의 힘과 모멘트로 측정하도록 구성되는 보행 보조 시스템 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 센서는,
    상기 고무 장치를 고정하기 위한 고정틀을 더 포함하는 보행 보조 시스템 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 센서들은,
    상기 하판 고정부의 내부 일면에 부착되어 구성된 보행 보조 시스템 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 센서들은,
    상기 하판 고정부의 외부 일면에 부착되어 구성된 보행 보조 시스템 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상판 프레임 하부 일면에 부착되며, 사용자의 동작에 따라 움직이도록 구성되어, 상기 하판 고정부의 외부 일면에 부착되어 있는 상기 압축 센서에 접촉되는 외부 고무장치를 더 포함하는 보행 보조 시스템 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 센서와 상기 고무 장치 사이에 일정 거리의 이격이 형성되는 보행 보조 시스템 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 센서와 상기 고무 장치 사이에 스프링이 삽입되어 구성되는 보행 보조 시스템 제어 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은,
    상기 사용자의 힘에 관한 정보를 저장하도록 구성된 보행 보조 시스템 제어 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001327563A (ja) * 2000-05-22 2001-11-27 Hitachi Ltd 歩行補助装置
JP2005228040A (ja) 2004-02-13 2005-08-25 Sunarrow Ltd 静電容量式フォースセンサの操作機構
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000501840A (ja) 1995-12-16 2000-02-15 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 力センサ
JP2001327563A (ja) * 2000-05-22 2001-11-27 Hitachi Ltd 歩行補助装置
JP2005228040A (ja) 2004-02-13 2005-08-25 Sunarrow Ltd 静電容量式フォースセンサの操作機構
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