KR101913187B1 - A walking aiding device for a hemiplegic patient and a control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 편마비 환자용 보행 보조장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하지의 편측(한쪽)에 근력 저하가 나타나 자력 보행이 어려운 편마비 환자의 보행을 보조하여 자연스러운 보행이 가능케 함과 동시에, 정상측 하지의 근력 손상을 방지하고 마비측 하지의 재활 치료에 도움이 되게 한 편마비 환자용 보행 보조장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a walking aid for a hemiplegic patient and a control method thereof. More particularly, the present invention relates to a walking aid for a hemiplegic patient and a method for controlling the same, The present invention relates to a walking assistance device for a hemiplegic patient and a control method thereof for preventing damage to the muscular strength of the normal lower limb and contributing to the rehabilitation treatment of the paralyzed limb.
일반적으로 보행보조기는 노인이나, 신체적 장애 또는 부상 등으로 인하여 두 다리만으로 보행이 어려운 보행자의 보행을 보조하는 장치로서, 지팡이(B), 목발, 휠워커(바퀴가 달린 보행 보조기) 등이 있다.Generally, the walking aids are devices for supporting the walking of the elderly, the pedestrians who are difficult to walk by only two legs due to physical disability or injuries, such as a cane (B), crutches and wheel walkers (wheeled walking aids).
이러한 보행보조기는 보행자가 손으로 잡아 체중의 일부분을 지탱함으로써 하지의 근력이 저하된 보행자의 보행을 보조하는 것으로서, 하지의 근력 저하를 손과 팔 근육을 이용해 대신하는 것이기 때문에 팔 근육이 약한 보행자는 사용하기 어렵다는 단점이 있다.These walking aids assist the walking of the pedestrians whose leg strength is lowered by supporting the part of the weight by grabbing with the hand by the pedestrians. Since the lowering of the leg strength is substituted by the hand and arm muscles, the weak pedestrian It is difficult to use.
또한, 종래의 보행보조기를 이용한 보행의 경우, 보행 속도는 보행자의 근력에 의해서만 결정되기 때문에 근력이 매운 약한 노인이나, 신체 기능이 크게 손실된 장애인이나 부상자의 경우에 보행속도가 매우 느릴 뿐만 아니라, 자신의 근력만을 이용해 보행이 이루어지기 때문에 에너지 소모가 많고, 그로 인한 피로감이 극심하여 장시간 보행이 어려운 문제점이 있었다.In addition, in the case of a walking using a conventional walking aiding device, since the walking speed is determined only by the strength of the pedestrian, the walking speed is very slow in the case of a weak elderly person with a weak muscle strength, There is a problem that walking is performed using only the muscle strength of the user, so that energy consumption is high and fatigue due to the walking is extreme, making it difficult to walk for a long time.
따라서 종래기술의 보행보조기는 충분한 근력과 자유로운 관절 움직임이 가능한 환자에게만 사용이 국한되는 것으로서, 근력 저하가 심한 중증환자의 보행에는 도움이 되지 못하는 문제점이 있다.Therefore, the conventional artificial walking aids are limited to use only for patients who have sufficient strength and free movement of joints, and thus they are not helpful for walking of severe patients with severe muscle weakness.
그리하여 중증환자의 보행을 위해서 개발된 것이 웨어러블(wearable) 형태의 보행 보조장치이다.Thus, it was developed as a wearable type walking aid for the walking of serious patients.
이러한 웨어러블 형태의 보행 보조장치는 하지 마비 환자 또는 노약자나 근 약자를 위하여 허리부터 신발까지 하체 전부를 감싸거나, 하체 일부만을 감싸는 형태로 되어 모터의 구동력을 이용해 보행을 보조하게 된다.Such a wearable type walking assist device wraps the entire lower body from the waist to the shoe for a patient suffering from paraplegia or for the elderly or the elderly, or wraps a part of the lower body so as to assist the walking using the driving force of the motor.
그러나 이러한 종래의 보행 보조장치는 양측 하지가 모두 불편한 환자를 위한 것으로서, 모터의 구동력을 이용해 양측 하지에 균일한 동력을 보조하여 환자의 보행을 가능케 하는 것이다. However, such a conventional walking aiding device is intended for a patient who is inconvenienced in both lower limbs, and is capable of supporting the uniform power to both lower limbs by using the driving force of the motor, thereby enabling the patient to walk.
따라서, 뇌졸중(특히, 뇌출혈)으로 인해 반신불수(편마비)가 된 환자들이 사용하기에는 적합하지 않은 문제점이 있다.Therefore, there is a problem that is not suitable for use by patients who become hemiplegia (hemiplegia) due to stroke (especially, cerebral hemorrhage).
즉, 편마비 환자의 경우 일측 하지만 정상적인 근력의 사용이 곤란한 것으로서, 보행 중 편마비 환자의 족저압 분포에 대한 연구에 따르면 마비측 뿐만 아니라 정상측의 뒤꿈치 닿기 시 압력이 정상인의 60% 수준이며, 마비측 하지의 경우 발가락 부분에 가해지는 압력 저하로 인해 추진력이 떨어지고, 보행 속도가 감소하는 반면, 이를 보상하기 위해 정상측의 발가락 부분에 과도한 압력을 가하여 추진력을 증가시켜 보행속도를 증가시키는 것으로 알려져 있다.According to a study of foot pressure distribution in patients with hemiplegia during walking, the pressure on the heel of the normal side as well as the paralyzed side is 60% of that of the normal person, and the paralyzed side In the case of the lower extremity, it is known that the propulsive force is lowered due to the pressure drop applied to the toe portion, and the walking speed is decreased. However, in order to compensate for this, it is known that excessive pressure is applied to the toe portion of the normal side,
따라서 편마비 환자의 보행 메커니즘은 일반적인 하지 마비 환자 또는 노약자나 근 약자의 보행 메커니즘과는 전혀 다르기 때문에, 종래의 일반적인 웨어러블 형태의 보행 보조장치를 사용하는 경우에 보행 보조장치의 도움을 제대로 받을 수 없어서 정상적인 보행이 곤란한 단점이 있었다.Therefore, since the walking mechanism of the hemiplegic patient is completely different from the general gait mechanism or the gait mechanism of the elderly or the elderly, when the conventional wearable type walking aid is used, There was a disadvantage that walking was difficult.
그리하여 편마비 환자의 경우에는 지팡이(B), 목발, 휠워커와 같은 종래의 보행보조기를 사용하여 보행을 하는 경우가 일반적인데, 이 경우 보행 과정에서 정상적인 정상측 하지에 의지하려는 경향이 강해 마비된 마비측 하지의 기능이 점점 더 약화되는 경향이 있을 뿐만 아니라, 정상측 하지에 신체적 부담이 가중되는 문제점이 있었다.Thus, in the case of hemiplegic patients, it is common to walk using a conventional walking aids such as a cane (B), a crutch, and a wheel walker. In this case, a tendency to rely on a normal normal lower limb during a walking process is strong. There is a tendency that the function of the lower limb is gradually weakened and the burden on the normal lower limb is increased.
또한, 보행보조기를 사용한 보행 시 정상측 하지에 누적되는 신체적 부담은 균형 유지를 위한 신체적 반응의 저하를 초래하여 보행 중 빈번한 낙상을 유발함으로써 낙상에 따른 골절과 연부 조직 손상 등의 합병증을 유발하는 단점도 있다. In addition, the physical burden accumulated in the normal lower limb during walking using the walking aids causes a decrease in the physical reaction to maintain the balance, causing frequent falls during gait, resulting in complications such as fractures and soft tissue injuries caused by falls There is also.
이상과 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 편마비 환자용 보행보조장치가 개발된 바 있는데, 그 종래기술을 살펴보면 다음과 같다.In order to solve the above-mentioned conventional problems, a walking assistance device for a hemiplegic patient has been developed, and the related art will be described as follows.
등록특허 제10-1644106호에는 편마비 사용자의 이동보조 및 보행훈련을 위해 좌측/우측 관계없이 비마비측에서 사용 가능하도록 편측에 위치시켜 사용하는 보행보조기구에 있어서, 비마비측 손으로 잡아 체중을 지지하며, 제어센서가 구비되어 상기 사용자의 조작에 제어신호를 전달하는 손잡이; 상부에 상기 손잡이가 결합되어 상기 제어센서를 통해 전달되는 제어 신호에 따라 이동속도를 조절하면서 이동하는 이동몸체; 및 상기 이동몸체 양 측면으로 일단이 결합되어 형성된 한 쌍의 지지축 각각의 타단에 연결된 프레임의 양단에 형성된 보조바퀴;를 포함하되, 상기 보조바퀴는 상기 프레임에 회전 가능하게 형성되고, 상기 프레임도 상기 지지축에 소정각도만큼 회동 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 편마비 장애인이 한 손으로 이용 가능한 실내 전동형 보행보조기구가 개시되어 있다.Japanese Patent Registration No. 10-1644106 discloses a gait assist device which is placed on one side so as to be usable on the non-paralysis side for left and right side for the movement assist and gait training of the hemiplegic user, A handle provided with a control sensor and transmitting a control signal to the operation of the user; A moving body coupled to the handle at the upper portion and moving while adjusting a moving speed according to a control signal transmitted through the control sensor; And auxiliary wheels formed at both ends of a frame connected to the other end of each of a pair of support shafts formed at one end of the movable body by both ends thereof, wherein the auxiliary wheels are rotatably formed on the frame, Wherein said support member is rotatably supported on said support shaft by a predetermined angle.
상기와 같은 종래기술의 편마비 장애인용 보행보조기구는 일반적인 보행보조기 중 하나인 휠워커와 같이 바퀴를 구비하되, 구동모터와 브레이크를 이용해 바퀴의 구동을 제어할 수 있게 하고, 비상멈춤버튼과 제어센서를 구비한 손잡이를 이용해 모터의 동작을 제어할 수 있게 한 것으로서, 편마비 환자의 정상측 또는 편측 하지에 근육이나 관절의 움직임을 보조하는 방식이 아니라, 편마비 환자의 체중을 실어서 편마비 환자가 좀 더 편하게 보행하도록 하는 방식이기 때문에 다양한 경사, 턱, 계단 등이 존재하는 실외에서의 보행용으로 사용이 곤란하여 실내용으로 사용이 제한되는 단점이 있을 뿐만 아니라, 보행 시 환자의 체력 소모가 크기 때문에 장시간 보행이 어렵고, 그로 인해 일상생활에 많은 지장을 초래하는 단점이 있다. The walking assist device for a person with a hemiplegic disorder as described above has a wheel like a wheel walker that is one of general walking aids, and can control the driving of the wheel by using a driving motor and a brake, and includes an emergency stop button and a control sensor The present invention is not limited to a method of assisting the movement of muscles or joints to the normal or unilateral limb of a hemiplegic patient, It is difficult to use it for walking in the outdoors where various inclines, jaws, stairs, etc. are present. Therefore, there is a disadvantage in that the use of the indoor unit is limited, and since the patient consumes a large amount of power during walking, It is difficult to walk, which causes many obstacles in everyday life.
또한, 편마비 환자가 보행하는 과정에서 단순히 체중 부담만을 덜어주는 종래기술의 편마비 장애인용 보행보조기구는 마비측 하지의 자연스런 보행을 위한 보조나 지원이 전혀 없기 때문에 마비측 하지의 재활 치료에 큰 도움이 되지 못하는 단점도 있다.In addition, since the conventional hemiplegia pedestrian assistance device for relieving only the weight burden in the process of walking on the hemiplegic patient has no assistance or support for the natural walking of the paralyzed lower limb, it is very helpful for the rehabilitation treatment of the paralytic lower limb There is also a disadvantage that it can not be.
따라서 뇌출혈로 인한 편마비 환자의 수가 꾸준히 증가하는 현실을 고려할 때, 편마비 환자를 위한 안전한 보행과 안정적인 보행속도, 장거리 보행을 가능케 하는 보행 보조장치의 개발이 절실한 실정이다. Therefore, considering the fact that the number of hemiplegic patients due to cerebral hemorrhage steadily increases, it is urgent to develop a pedestrian assistance device capable of safe walking, stable walking speed and long distance walking for hemiplegic patients.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로서, 하지의 편측(한쪽)에 근력 저하가 나타나 자력 보행이 어려운 편마비 환자의 보행을 보조하여 자연스러운 보행이 가능케 함과 동시에 정상측 하지의 근력 손상을 방지하고, 마비측 하지의 재활 치료에 도움이 되게 한 편마비 환자용 보행 보조장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made in order to solve the problems of the related art as described above, and it is an object of the present invention to provide a walking assist system for a person with hemiplegia, And to provide a walking assist device for a patient with hemiplegia and a control method thereof.
또한, 편마비 환자의 안전한 보행을 가능케 함과 동시에 정상인에 가까운 보행속도를 제공하면서, 보행에 따른 체력 부담을 줄여 장거리 보행이 가능케 함으로써 편마비 환자가 일상생활을 영위하는데 따른 불편을 최소화할 수 있게 한 편마비 환자용 보행 보조장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, it enables a safe walking of a hemiplegic patient while providing a walking speed close to that of a normal person, while reducing the physical burden upon walking, thereby enabling a long distance walking, thereby minimizing the inconvenience that a hemiplegic patient may experience in daily life. And a control method of the same.
또한, 편마비 환자의 신체 상태와 신체 조건에 따라 다른 정상측 하지의 보행 속도나 보폭에 자동으로 대응하여 마비측 하지의 보행이 이루어지도록 함으로써 다양한 신체 조건을 가진 편마비 환자의 다양한 보행 패턴에 능동적으로 대응 가능하여 신체 조건에 관계없이 자연스러운 보행을 가능케 한 편마비 환자용 보행 보조장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, by allowing the gait of the paralyzed lower limb to automatically correspond to the walking speed and stride of the other normal lower limbs according to the physical condition and the physical condition of the hemiplegic patient, it can actively cope with various gait patterns of the hemiplegic patients having various physical conditions A walking assist device for a hemiplegic patient which enables a natural walking regardless of a physical condition, and a control method thereof.
또한, 편마비 환자의 보행 중 낙상이나 추락 등의 사고 발생에 따른 갑작스런 보행 패턴의 변화를 원격으로 감지하여 그에 따른 능동적인 대처가 가능케 함으로써 편마비 환자의 보다 안전한 보행을 가능케 한 편마비 환자용 보행 보조장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a walking assist device for a hemiplegic patient and a walking assist device for a hemiplegic patient, which enables a safer walking of a hemiplegic patient by remotely detecting a sudden change in a walking pattern caused by an accident such as a fall or a fall during a walk of a hemiplegic patient, And to provide a control method.
상술한 바와 같은 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치는 사용자의 신체에 착용하여 제1, 2모터(102, 302)의 구동력을 이용해 사용자의 보행을 직접 보조하는 착용형본체(A)와, 사용자의 정상측 손에 파지하여 지면에 내딛는 동작에 따라 상기 착용형본체(A)의 작동에 필요한 제어신호를 제공하는 지팡이(B)를 포함하여 구성하고; In order to accomplish the above object, the present invention provides a walking assist device for a hemiplegic patient, comprising a wearable body for directly supporting a user's walking using a driving force of first and second motors (102, 302) (B) for providing a control signal required for operation of the wearable body (A) in accordance with an operation of grasping the normal hand of the user and taking an action on the ground;
상기 착용형본체(A)는, 제1모터(102)를 설치하고, 제1, 2모터(102, 302)의 동작을 제어하는 제어부(104)를 구비하여 골반에 착용하는 골반착용부(10)와; The wearable type main body A is provided with a
정상측 대퇴부에 착용하되, 상단부를 상기 골반착용부(10)의 일측에 회동 가능케 힌지 결합하여, 사용자의 정상측 고관절축을 기준으로 한 정상측 대퇴부의 운동정보를 상기 제어부(104)에 제공하는 정상측대퇴착용부(20)와;The upper part is hinged to one side of the
마비측 대퇴부에 착용하되, 상단부를 상기 제1모터(102)의 구동축에 결합하여, 상기 제어부(104)에 제공되는 정상측 대퇴부의 운동정보를 바탕으로 제어되는 제1모터(102)에 의해 사용자의 마비측 대퇴부를 마비측 고관절축을 기준으로 회전 운동 가능케 하고, 하단부에는 제2모터(302)를 설치한 마비측대퇴착용부(30)와;The
마비측 하퇴부에 착용하되, 상단부를 상기 제2모터(302)의 구동축에 결합하여, 상기 제어부(104)에 제공되는 정상측 대퇴부의 운동정보를 바탕으로 상기 제1모터(102)와 연동하여 제어되는 제2모터(302)에 의해 사용자의 마비측 하퇴부를 마비측 슬관절축을 기준으로 회전 운동 가능케 하는 마비측하퇴착용부(40)를 포함하여 구성한다.The upper end of the
상기 골반착용부(10)는, 사용자의 둔부를 감싸는 원호 형태로 된 골반지지부(101)와;The
상기 골반지지부(101)의 마비측 외면에 설치되어 상기 제어부(104)의 제어신호에 따라 정·역회전하는 제1모터(102)와;A
상기 골반지지부(101)의 전방 개구부에서 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 골반에 착용하는 착용수단(103)과;A wearing means (103) installed in the form of a belt having a buckle at a front opening of the pelvis supporting portion (101) and worn on the user 's pelvis;
상기 골반지지부(101) 일측에 설치되고, 상기 지팡이(B)와, 정상측대퇴착용부(20)와, 마비측대퇴착용부(30)와, 마비측하퇴착용부(40)에서 제공되는 센싱값을 바탕으로 사용자의 보행속도, 보행방향, 보폭을 산출하여 그 산출값에 따른 제어신호로 상기 제1, 2모터(102, 302)를 제어하는 제어부(104)와;And a pawl supporting portion provided on one side of the pelvis support portion and provided with a sensing portion provided on the side of the pawl supporting portion and provided with the stick B, the normal side
상기 골반지지부(101) 일측에 설치되어 상기 제1, 2모터(102, 302)에 전원을 공급하는 전원부(105)를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a
상기 골반착용부(10)는, 사용자의 위치정보를 산출하는 GPS센서(106)와;The
상기 제어부(104)에 의한 제1, 2모터(102, 302)의 제어에 따른 사용자의 보행 상태와, The user's walking state under the control of the first and
상기 사용자의 위치정보를 원격서버(109)로 전송하고, 상기 원격서버(109)에서 제공되는 서비스정보를 수신하여 제어부(104)로 제공하는 무선통신수단(107)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.And wireless communication means 107 for transmitting the location information of the user to the
상기 제어부(104)는 각 센서에서 제공되는 센싱값을 유무선으로 수신하기 위한 유무선통신부(104a)와; The
상기 수신된 센싱값을 바탕으로 미리 저장된 보행자세분석프로그램을 통해 사용자의 보행속도, 보행방향, 보폭을 산출하고, 그에 따른 상기 제1, 2모터(102, 302)의 제어값을 산출하여 출력하는 마이크로프로세서(104b)와; The walking speed, the walking direction, and the stride width of the user are calculated through the pre-stored walking posture analysis program based on the received sensing value, and the control values of the first and
상기 수신된 센싱값과, 상기 마이크로프로세서(104b)에 의해 산출된 제어값을 저장하는 메모리부(104c)와; A
상기 마이크로프로세서(104b)에 의해 출력되는 제어값을 상기 제1, 2모터(102, 302)로 전송하기 위한 입출력포트(104d)를 포함하는 것을 특징으로 한다.And an input / output port (104d) for transmitting the control value output by the microprocessor (104b) to the first and second motors (102, 302).
상기 정상측대퇴착용부(20)는, 사용자의 정상측 고관절축을 기준으로 회전하도록 상기 골반착용부(10)의 일측에 상단부를 회동 가능케 힌지 결합하는 정상측대퇴지지부(201)와;The normal side
상기 정상측대퇴지지부(201) 일측에 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 정상측 대퇴부에 착용하는 착용수단(202)과;A wearing means 202 installed in a belt form having a buckle at one side of the normal side
상기 정상측대퇴지지부(201)에 설치되어 정상측대퇴지지부(201)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공하는 정상측대퇴각속도센서(203)를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a normal side femoral
상기 마비측대퇴착용부(30)는, 사용자의 마비측 고관절축을 기준으로 회전하도록 상기 골반착용부(10)에 설치된 제1모터(102)의 구동축에 상단부를 결합하는 마비측대퇴지지부(301)와;The paralyzed
상기 마비측대퇴지지부(301)의 하단부에 설치되어 상기 제어부(104)의 제어신호에 따라 정·역회전하는 제2모터(302)와;A
상기 마비측대퇴지지부(301) 일측에 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 마비측 대퇴부에 착용하는 착용수단(303)과; A
상기 마비측대퇴지지부(301)에 설치되어 마비측대퇴지지부(301)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공하는 마비측대퇴각속도센서(304)를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a paralyzed femoral angular velocity sensor (304) installed at the paralyzed femoral support (301) to sense the rotational direction, rotational angle, and rotational speed of the paralyzed femoral support (301) .
상기 마비측대퇴지지부(301)의 제1모터(102) 일측에는 에어펌프(305)를 설치하고, 상기 마비측대퇴지지부(301) 내측에는 마비측 대퇴부를 감싸는 형태로 된 에어패드(306)을 더 구비하여 상기 에어펌프(305)에 의해 충진되는 에어패드(306)로 마비측 대퇴부의 선택적인 압박이 가능케 하는 것을 특징으로 한다.An
상기 마비측하퇴착용부(40)는, 사용자의 마비측 슬관절축을 기준으로 회전하도록 상기 마비측대퇴착용부(30)의 하단부에 설치된 제2모터(302)의 구동축에 상단부를 결합하는 마비측하퇴지지부(401)와;The paralyzed side lower
상기 마비측하퇴지지부(401) 일측에 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 마비측 하퇴부에 착용하는 착용수단(402)과; A wearing means 402 installed in a belt form having a buckle at one side of the paralyzed
상기 마비측하퇴지지부(401)에 설치되어 마비측하퇴지지부(401)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공하는 마비측하퇴각속도센서(403)를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a paralyzed
상기 제1, 2모터(102, 302)는 모션컨트롤러(102a. 302a)와 토크센서(102b, 302b)를 구비하여 속도값, 위치값, 토크값을 상기 제어부(104)에 실시간으로 제공하는 것을 특징으로 한다.The first and
상기 정상측대퇴지지부(201), 마비측대퇴지지부(301), 마비측하퇴지지부(401)의 내측에는 근육에서 방출하는 전기적 신호를 센싱하여 디지털 값으로 변환하고 이를 제어부(104)에 제공하는 근전도센서(50)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.An electric signal emitted from a muscle is sensed and converted into a digital value and an electromyogram (EMG) signal is provided to the
상기 지팡이(B)는 길이 조절이 가능한 다단의 안테나 형으로 된 지주부(601)와;The cane B includes a
사용자의 파지 여부를 감지하는 조도센서(603)와, 사용자에 의한 지면 접촉 여부를 감지하는 압전센서(604)와, 지팡이(B)의 움직임에 따른 각속도와 기울기를 센싱하는 관성측정센서(605)와, 상기 각 센서에서 센싱된 센싱값을 상기 제어부(104)에 제공하는 유무선통신부(606)를 구비하여 상기 지주부(601)의 상단부에 설치되는 손잡이부(602)와;An
지면과의 접촉 시 충격을 완화하는 완충 소재로 되어 상기 지지부의 하단부에 나사 결합하는 앤드팁부(607)를 포함하는 것을 특징으로 한다.And an
또한, 본 발명의 목적 달성을 위하여 지팡이(B)의 손잡이부(602)에 설치된 압전센서(604)가 파지력을 감지하여 그 센싱값을 제어부(104)에 제공하는 제1단계(S10);In order to achieve the object of the present invention, a first step S10 of sensing a gripping force by a
지팡이(B)의 손잡이부(602)에 설치된 조도센서(603)가 조도 변화 여부를 감지하여 그 센싱값을 제어부(104)에 제공하는 제2단계(S20);A second step S20 of detecting whether the
지팡이(B)에 설치된 관성측정센서(605)가 지팡이(B)의 진행방향, 진행속도, 진행거리 센싱값을 제어부(104)에 제공하는 제3단계(S30);A third step (S30) in which the inertia measurement sensor (605) provided on the staff (B) provides the control unit (104) with the progress direction, the progress speed, and the progress distance sensing value of the staff (B);
제어부(104)가 상기 압전센서(604), 조도센서(603), 관성측정센서(605)에서 제공된 센싱값과, 미리 저장된 기준값을 비교하여 지팡이(B)를 내디딘 사용자의 보행의도를 판단하는 제4단계(S40);The
제어부(104)가 사용자의 보행의도 판단에 따라, 미리 저장된 모터제어신호를 마비측대퇴착용부(30)의 제1모터(102)와, 마비측하퇴착용부(40)의 제2모터(302)로 출력하여 제1, 2모터(102, 302)가 작동하면서 마비측 하지의 기본보행이 이루어지는 제5단계(S50);The
정상측 하지의 자율 보행이 이루어지는 제6단계(S60);A sixth step (S60) in which an autonomic gait of the normal lower limb is performed;
정상측 하지의 보행에 따른 정상측대퇴지지부(201)의 정상측대퇴각속도센서(203)의 센싱값이 제어부(104)에 제공되는 제7단계(S70);A seventh step (S70) in which the sensing value of the normal side femoral
제어부(104)가 미리 저장된 보행자세분석프로그램을 이용해 상기 정상측대퇴지지부(201)의 각속도센서 센싱값을 분석하여 정상측 하지의 보행패턴을 분석하는 제8단계(S80);An eighth step S80 of analyzing the gait pattern of the normal lower leg by analyzing the angular velocity sensor sensed value of the normal side
마비측대퇴지지부(301)의 마비측대퇴각속도센서(304)와, 마비측하퇴지지부(401)의 마비측하퇴각속도센서(403)의 센싱값을 분석하여 마비측 하지의 토우 오프를 감지하는 제9단계(S90);A sensed value of the paralyzed femoral
제어부(104)가 상기 분석된 정상측 하지의 보행패턴에 대응하는 모터제어신호를 산출하여 저장하고, 상기 제1, 2모터(102, 302)에 전송하는 제10단계(S100);A tenth step S100 of calculating and storing a motor control signal corresponding to the analyzed gait pattern of the normal lower limb and transmitting the motor control signal to the first and
상기 모터제어신호에 따라 상기 제1, 2모터(102, 302)가 작동하여 정상측 하지의 보행패턴과 일치하는 보행패턴의 마비측 하지 보행이 이루어지는 제11단계(S110);An eleventh step (S110) in which the first and second motors (102, 302) are operated in accordance with the motor control signal to perform a paralyzed lower limb gait that corresponds to a gait pattern of a normal lower limb;
마비측 하지의 보행에 따른 마비측대퇴지지부(301)의 마비측대퇴각속도센서(304)와, 마비측하퇴지지부(401)의 마비측하퇴각속도센서(403)의 센싱값이 제어부(104)에 제공되는 제12단계(S120);The sensed values of the paralyzed femoral
제어부(104)가 상기 정상측대퇴각속도센서(203)의 센싱값에 따른 정상측 하지의 보행패턴과, 상기 마비측대퇴각속도센서(304) 및 마비측하퇴각속도센서(403)의 센싱값에 다른 마비측 하지의 보행패턴을 비교 분석하여 정상측 하지와 마비측 하지의 보행이 정상적으로 이루어졌는지를 판단한 후 보행 보조의 계속 여부를 결정하는 제13단계(S130); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치 제어방법을 제공한다.The
상기 제8단계(S80)의 정상측 하지의 보행패턴은 정상측 하지의 보행방향, 보행각, 보행속도, 보폭을 분석하는 것을 특징으로 한다.The walking pattern of the normal lower leg of the eighth step S80 is characterized by analyzing the walking direction, walking angle, walking speed, and stride of the normal lower leg.
상기 제10단계(S100)의 제어부(104)가 제1, 2모터(102, 302)에 전송하는 모터제어신호는 제1, 2모터(102, 302)의 속도값, 위치값, 토크값을 포함하는 것을 특징으로 한다.The motor control signals transmitted to the first and
상기 편마비 환자용 보행 보조장치 제어방법은 GPS센서(106)를 이용해 사용자의 위치정보를 산출하는 단계(S140)와; The method of controlling a walking support device for a hemiplegic patient includes the steps of: (S140) calculating location information of a user using a
상기 제1, 2모터(102, 302)의 제어에 따른 사용자의 보행 상태를 감지하는 단계(S150)와;A step S150 of sensing a user's walking state under the control of the first and
상기 사용자의 위치정보를 원격서버(109)로 전송하고, 상기 원격서버(109)에서 제공되는 서비스 정보를 수신하여 제1, 2모터(102, 302)의 동작 제어에 반영하는 단계(S160)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.A step S160 of transmitting the location information of the user to the
본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치 및 그 제어방법은 하지의 편측에 근력 저하가 나타나 자력 보행이 어려운 편마비 환자의 보행을 보조하여 자연스러운 보행이 가능케 함과 동시에 정상인에 가까운 보행속도를 제공하면서, 보행에 따른 체력 부담을 줄여 장거리 보행이 가능케 함으로써 편마비 환자가 일상생활을 영위하는데 따른 불편을 최소화할 수 있는 효과가 있다. The present invention provides a walking aid for a hemiplegic patient and a control method therefor, which is capable of supporting a walking of a hemiplegic patient whose strength is weak on the one side of the lower limb and is difficult to walk, It is possible to minimize the inconvenience caused by the patient having a hemiplegic disease.
또한, 정상측 하지의 자연스러운 보행 패턴에 연동하여 마비측 하지의 보행이 이루어지도록 보조함으로써, 정상측 하지의 근력 손상을 방지함과 동시에 마비측 하지의 재활 치료 효과가 향상되는 이점이 있다. In addition, by supporting the walking of the paralyzed lower limb by interlocking with the natural gait pattern of the normal lower limb, there is an advantage that the muscular strength damage of the normal lower limb is prevented and the effect of rehabilitation treatment of the paralyzed limb is improved.
또한, 편마비 환자의 신체 상태와 신체 조건에 따라 다른 정상측 하지의 보행 속도나 보폭에 자동으로 대응하여 마비측 하지의 보행이 이루어지도록 보조함으로써 다양한 신체 조건을 가진 편마비 환자의 다양한 보행 패턴에 능동적으로 대응 가능하여 신체 조건에 따른 사용 제약을 최소화하면서 다양한 사용자가 활용 가능케 되는 효과가 있다.In addition, by assisting the walking of the paralyzed lower limbs by automatically coping with the walking speed and stride of the other normal lower limbs according to the physical condition and the body condition of the hemiplegic patient, various types of walking patterns of the hemiplegic patients having various physical conditions are actively So that it is possible to utilize various users while minimizing the use restriction according to the body condition.
또한, 편마비 환자의 보행 중 낙상이나 추락 등의 사고 발생에 따른 갑작스런 보행 패턴의 변화를 원격으로 감지하여 그에 따른 능동적인 대처가 가능케 함으로써 편마비 환자의 보다 안전한 보행을 보장하는 효과도 있다. In addition, it is possible to remotely detect a sudden change in gait pattern due to an accident such as a fall or a fall during walking of a hemiplegic patient, and thereby to actively cope with the sudden change in gait pattern, thereby assuring safer walking of the hemiplegic patient.
도 1은 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치의 실시 예에 따른 사시도.
도 2는 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치의 실시 예에 따른 장치 구성을 나타낸 블록도
도 3은 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치의 실시 예에 따른 주요 시스템 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치의 또 다른 실시 예에 따른 제어부 구성을 나타낸 블록도
도 5는 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치의 실시 예에 따른 착용 상태 예시도.
도 6은 일반적인 편마비 환자의 보행 메커니즘을 나타낸 보행 진행도.
도 7은 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치 제어방법의 실시 예에 따른 제어 과정을 나타낸 흐름도. 1 is a perspective view of an embodiment of a walking aid for a hemiplegic patient of the present invention.
2 is a block diagram showing a configuration of a device according to an embodiment of the present invention
3 is a block diagram showing a main system configuration according to an embodiment of the walking aid for a hemiplegic patient of the present invention.
4 is a block diagram showing a configuration of a control unit according to another embodiment of the walking aid for a hemiplegic patient of the present invention
FIG. 5 is an exemplary view of a worn state according to an embodiment of the walking aid for a hemiplegic patient of the present invention. FIG.
6 is a progress chart showing a gait mechanism of a general hemiplegic patient.
7 is a flowchart illustrating a control process according to an embodiment of the method for controlling a walking aid for a hemiplegic patient of the present invention.
이하, 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치 및 그 제어방법의 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부도면에 의하여 더욱 상세히 설명함에 있어서, 다음의 설명은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, the configuration and operation according to the embodiment of the walking aid for the hemiplegic patient and the control method thereof will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, And should be understood to include the various modifications, equivalents, and / or alternatives of the embodiments of the present invention.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있으며, 본 발명에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for similar elements, and the terms " first, "" second, ", etc. used in the present invention may refer to various elements in order and / It is used to distinguish one component from another, and is not limited to those components.
예를 들면, '제1부분'과 '제2부분'은 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 부분을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.For example, 'first part' and 'second part' may represent different parts, regardless of order or importance. For example, without departing from the scope of the invention described in the present invention, the first component can be named as the second component, and similarly, the second component can also be named as the first component.
또한, 본 발명에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Furthermore, the terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the scope of other embodiments. The singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명에 기재된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 발명에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 발명에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 발명에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없음은 물론이다. Terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. The general predefined terms used in the present invention can be interpreted in the same or similar meaning as the contextual meanings of the related art, and, unless expressly defined in the present invention, mean ideal or overly formal meanings . It is needless to say that the terms defined in the present invention can not be construed as excluding the embodiments of the present invention.
첨부도면 도 1과 같이 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치는, 사용자의 신체에 착용하여 제1, 2모터(102, 302)의 구동력을 이용해 사용자의 보행을 직접 보조하는 착용형본체(A)와, 사용자의 정상측 손에 파지하여 지면에 내딛는 동작에 따라 상기 착용형본체(A)의 작동에 필요한 제어신호를 제공하는 지팡이(B)를 포함하여 구성함으로써, 하지의 편측(한쪽)에 근력 저하가 나타나 자력 보행이 어려운 편마비 환자의 보행을 보조하여 자연스러운 보행이 가능케 함과 동시에 정상측 하지의 근력 손상을 방지하고, 마비측 하지의 재활 치료에 도움이 되게 한다. As shown in FIG. 1, the walking assist device for a hemiplegic patient according to the present invention includes a wearable main body A to be worn on a user's body and directly assist a user's walking using the driving force of the first and
상기 착용형본체(A)는 제어부(104)를 구비하여 사용자의 골반에 착용하는 골반착용부(10)와; 사용자의 정상측 대퇴부에 착용하여 정상측 대퇴부의 운동정보를 상기 제어부(104)에 제공하는 정상측대퇴착용부(20)와; 마비측 대퇴부에 착용하여 상기 정상측 대퇴부의 운동정보를 바탕으로 제어되는 제1모터(102)에 의해 사용자의 마비측 대퇴부를 회전 운동 가능케 하는 마비측대퇴착용부(30)와; 마비측 하퇴부에 착용하여 상기 정상측 대퇴부의 운동정보를 바탕으로 제어되는 제2모터(302)에 의해 사용자의 마비측 하퇴부를 회전 운동 가능케 하는 마비측하퇴착용부(40)를 포함하여 구성한다. The wearable type main body A includes a
상기 골반착용부(10)는 사용자의 골반에 착용하기 위하여 사용자의 둔부를 감싸는 원호 형태로 된 골반지지부(101)와; 상기 골반지지부(101)의 마비측 외면에 설치되어 상기 제어부(104)의 제어신호에 따라 정·역회전하는 제1모터(102)와; 상기 골반지지부(101)의 전방 개구부에서 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 골반에 착용하는 착용수단(103)과; 상기 골반지지부(101) 일측에 설치되고, 상기 지팡이(B)와, 정상측대퇴착용부(20)와, 마비측대퇴착용부(30)와, 마비측하퇴착용부(40)에서 제공되는 센싱값을 바탕으로 사용자의 보행속도, 보행방향, 보폭을 산출하여 그 산출값에 따른 제어신호로 상기 제1, 2모터(102, 302)를 제어하는 제어부(104)와; 상기 골반지지부(101) 일측에 설치되어 상기 제1, 2모터(102, 302)에 전원을 공급하는 전원부(105)를 포함한다. The
상기 골반지지부(101)는 사용자의 둔부가 감싸지도록 착용할 때, 착용이 용이하도록 전방에 개구부를 형성한 평면상 원호 형태로 형성하되, 착용감 향상 및 안정적이고 견고한 착용을 위하여 소정의 두께를 가진 쿠션패드를 골반지지부(101)의 내면에 탈부착 가능케 하는 것이 바람직하다.The
상기 제1모터(102)는 상기 마비측대퇴착용부(30)의 구동을 위하여 구동축을 내향으로 돌출 형성하여 상기 골반지지부(101)의 마비측 외면에 설치한다. 제1모터(102)는 상기 제어부(104)의 제어신호에 따라 정·역회전한다.The
상기 착용수단(103)은 상기 골반지지부(101)의 전방 개구부 양측에 각각 길이 조절이 가능한 벨트 형태로 구비하되, 상호 대향하는 각 벨트의 단부에는 암수 버클을 각각 구비함으로써 암수 버클을 이용한 벨트의 고정력에 의해 상기 골반지지부(101)가 사용자의 골반에서 임의로 이탈하지 않도록 고정되며, 암수 버클을 이용함으로써 골반지지부(101)의 신속하고 간편한 착용 및 탈착이 가능케 된다. The wearing means 103 is provided on both sides of the front opening of the
상기 제어부(104)는 상기 골반지지부(101) 일측에 설치하되, 상기 지팡이(B)와, 정상측대퇴착용부(20)와, 마비측대퇴착용부(30)와, 마비측하퇴착용부(40)에서 제공되는 센싱값을 유무선으로 수신하기 위한 유무선통신부(104a)와; 상기 수신된 센싱값을 바탕으로 미리 저장된 보행자세분석프로그램을 통해 사용자의 보행속도, 보행방향, 보폭을 산출하고, 그에 따른 상기 제1, 2모터(102, 302)의 제어값을 산출하여 출력하는 마이크로프로세서(104b)와; 상기 수신된 센싱값과, 상기 마이크로프로세서(104b)에 의해 산출된 제어값을 저장하는 메모리부(104c)와; 상기 마이크로프로세서(104b)에 의해 출력되는 제어값을 상기 제1, 2모터(102, 302)로 전송하기 위한 입출력포트(104d)를 구비한다. The
상기 유무선통신부(104a)는 상기 착용형본체(A)와 지팡이(B) 간의 유선통신을 지원하는 통신케이블연결포트를 구비함과 동시에 착용형본체(A)와 지팡이(B) 간의 무선통신을 지원하는 근거리무선통신수단을 구비하는 것이 바람직하다. The wired and
상기 마이크로프로세서(104b)는 상기 지팡이(B)와, 정상측대퇴착용부(20)와, 마비측대퇴착용부(30)와, 마비측하퇴착용부(40)에서 제공되는 센싱값을 미리 저장된 보행자세분석프로그램에 대입하고, 사용자의 신장, 하체 길이, 체중 , 마비측 하지 방향, 마비상태, 평균보폭에 관한 사용자 정보를 보행자세분석프로그램에 대입하여 사용자의 보행방향, 보행각, 보행속도, 보폭으로 구성되는 보행패턴의 산출을 수행한다. The
상기 메모리부(104c)는 각 부 센서에서 제공되는 센싱값과, 마이크로프로세서(104b)에 의해 산출되는 제어값을 저장할 뿐만 아니라, 사용자 개인 정보, 사용자의 보행 보조를 수행하는 과정에서 발생하는 각종 정보를 저장할 수 있음을 미리 밝혀둔다.The
상기 입출력포트(104d)는 상기 마이크로프로세서(104b)와 상기 제1, 2모터(102, 302) 간 데이터 통신을 지원하기 위한 것으로서, 유선 양방향 통신을 지원하는 것이라면 어떠한 방식을 사용하더라도 무방함을 미리 밝혀둔다.The input /
상기 전원부(105)는 상기 제1, 2모터(102, 302)에 전원을 공급하기 직류배터리를 사용하되, 이에 한정하는 것은 아니며, 교류 전원을 사용하여서도 충전이 가능한 대용량 리튬이온 배터리를 사용하는 것이 바람직하다. The
상기 전원부(105)는 제1, 2모터(102, 302)에만 한정적으로 전원을 공급하는 것은 아니며, 유선을 통한 전원 공급이 가능한 착용형본체(A) 각부의 전원 사용부 뿐만 아니라, 유선을 통해 착용형본체(A)와 연결 가능한 지팡이(B)에 전원을 공급하는 것도 가능하다. The
한편, 상기 골반착용부(10)는 상기 전원부(105)의 전원 공급 제어를 위한 전원버튼(105a), 전원부(105)의 충전 잔량을 표시하는 충전량표시부(105b), 전원부(105)의 방전을 경고하는 알림부(105c)를 더 구비할 수 있다. The
또한, 상기 골반착용부(10)는 사용자의 위치정보를 산출하는 GPS센서(106)를 더 구비할 수 있다. In addition, the
상기 GPS센서(106)는 GPS위성에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 현재 위치를 산출하는데 사용하는 것으로서, 골반착용부(10)를 착용한 사용자의 현재 위치를 산출하고, 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치를 원격 관리하는 관리자의 원격서버(109)에 사용자의 현재 위치를 전송함으로써 사용자의 위치 추적이 가능케 된다. The
또한, 상기 골반착용부(10)는 상기 관리자의 원격서버(109)와 무선 데이터 통신이 가능한 무선통신수단(107)을 더 구비할 수 있다.The
상기와 같이 무선통신수단(107)을 통해 원격 서버와 무선 데이터 통신이 가능케 되면, 제어부(104)에 의한 제1, 2모터(102, 302)의 제어에 따른 사용자의 보행 상태 정보와 사용자의 위치정보, 전원부(105)의 충전량 정보 및 사용자 개인정보 등을 원격서버(109)에 무선으로 전송함으로써 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치의 유지, 관리를 원격으로 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 원격서버(109)로부터 제공되는 서비스정보를 수신하여 제어부(104)에 제공함으로써 제어부(104)에 의한 제1, 2모터(102, 302)를 원격 제어도 가능케 된다. When wireless data communication with the remote server is enabled via the
따라서 사용자가 보행 중 전원부(105)의 방전에 따른 작동불능 또는 오작동 등 비상 상황이 발생하였을 때, 원격서버(109)의 관리자가 이를 즉각 인지할 수 있게 됨으로써 원격서버(109) 관리자에 의한 도움을 받을 수 있게 되어 각종 안전사고를 방지함으로써 편마지 환자의 보행 안전성이 향상된다. Accordingly, when an emergency situation occurs such as a malfunction or malfunction due to a discharge of the
아울러, 위험 상황이나 비상 상황 발생 시 원격 제어를 통해 상기 제1, 2모터(102, 302)의 동작을 제어함으로써 보행 중 편마비측 하지의 이상으로 인해 발생할 수 있는 낙상 사고 등 각종 안전사고로부터 편마비 환자를 보호할 수 있게 된다. In addition, by controlling the operation of the first and
또한, 상기 골반착용부(10)는 상기 제어부(104) 및 제어부(104)에 미리 저장되는 보행자세분석프로그램의 데이터 입, 출력 및 관리를 위하여 외부장치와 접속할 수 있는 인터페이스부(108)를 더 구비함으로써 보행자세분석프로그램 및 메모리부(104c)에 저장된 데이터의 효율적인 관리가 가능케 된다.The
상기 정상측대퇴착용부(20)는 정상측 대퇴부에 착용하되, 상단부를 상기 골반착용부(10)의 일측에 회동 가능케 힌지 결합하여, 사용자의 정상측 고관절축을 기준으로 한 정상측 대퇴부의 운동정보를 상기 제어부(104)에 제공하기 위하여 사용자의 정상측 고관절축을 기준으로 회전하도록 상기 골반착용부(10)의 일측에 상단부를 회동 가능케 힌지 결합하는 정상측대퇴지지부(201)와; 상기 정상측대퇴지지부(201) 일측에 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 정상측 대퇴부에 착용하는 착용수단(202)과; 상기 정상측대퇴지지부(201)에 설치되어 정상측대퇴지지부(201)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공하는 정상측대퇴각속도센서(203)를 포함한다. The normal side
상기 정상측대퇴지지부(201)의 상단부는 사용자의 정상측 고관절부에 최대한 근접하도록 하여 상기 골반착용부(10)에 회동 가능케 힌지 결합함과 동시에 사용자의 정상측 대퇴부 외측에 밀착시킴으로써, 사용자의 정상측 대퇴부가 보행을 위하여 정상측 고관절축을 기준으로 회전할 때, 정상측 대퇴부와 동일한 운동정보가 발생한다. The upper end of the normal side
상기 정상측 대퇴부와, 정상측대퇴지지부(201)의 운동정보가 동일할수록 정상측대퇴지지부(201)의 운동정보 분석을 통해 정상측 하지의 보행패턴 분석이 가능케 되므로 상기 운동정보의 정확성을 위해서 정상측대퇴지지부(201)의 길이는 한정하지 않으나, 정상측대퇴지지부(201)의 하단부는 정상측 하지의 슬관절부에 최대한 근접하는 것이 바람직하다.As the exercise information of the normal side femoral portion and the normal side
아울러, 정상측대퇴지지부(201)의 상하부 내측에는 정상측 대퇴부와의 보다 긴밀하고 견고한 밀착을 위하여 정상측 대퇴부 쪽으로 개구부를 형성한 평면상 원호 형태의 밀착부(201a)를 더 구비할 수 있다.In addition, the upper side and lower side of the normal side
또한, 상기 밀착부(201a) 내면에는 착용감 향상 및 안정적이고 견고한 착용을 위하여 소정의 두께를 가진 쿠션패드를 탈부착 가능케 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a cushion pad having a predetermined thickness can be attached to and detached from the inner surface of the tight
상기 착용수단(202)은 정상측대퇴지지부(201)의 전후측에 각각 길이 조절이 가능한 벨트 형태로 구비하되, 상호 대향하는 각 벨트의 단부에는 암수 버클을 각각 구비함으로써 암수 버클을 이용한 벨트의 고정력에 의해 정상측대퇴지지부(201)가 정상측 대퇴부의 측면에 긴밀하게 밀착 고정되며, 암수 버클을 이용함으로써 정상측대퇴지지부(201)의 신속하고 간편한 착용 및 탈착이 가능케 된다. The wearing means 202 is provided on the front and rear sides of the normal side
상기 정상측대퇴각속도센서(203)는 정상측 하지가 보행을 위하여 개시할 때, 정상측 하지의 보행 방향에 따른 정상측 대퇴부의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 측정하기 위하여 정상측 대퇴부에 긴밀하게 밀착 고정된 정상측대퇴지지부(201)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공함으로써 제어부(104)에 의한 제1, 2모터(102, 302)의 동작 제어를 위한 제어신호 산출의 기준값이 된다.The normal side femoral
상기 마비측대퇴착용부(30)는 마비측 대퇴부에 착용하되, 상기 제어부(104)에 제공되는 정상측 대퇴부의 운동정보를 바탕으로 제어되는 제1모터(102)에 의해 사용자의 마비측 대퇴부를 마비측 고관절축을 기준으로 회전 운동 가능케 하기 위하여 사용자의 마비측 고관절축을 기준으로 회전하도록 상기 골반착용부(10)에 설치된 제1모터(102)의 구동축에 상단부를 결합하는 마비측대퇴지지부(301)와; 상기 마비측대퇴지지부(301)의 하단부에 설치되어 상기 제어부(104)의 제어신호에 따라 정·역회전하는 제2모터(302)와; 상기 마비측대퇴지지부(301) 일측에 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 마비측 대퇴부에 착용하는 착용수단(303)과; 상기 마비측대퇴지지부(301)에 설치되어 마비측대퇴지지부(301)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공하는 마비측대퇴각속도센서(304)를 포함한다.The paralyzed femur
상기 마비측대퇴지지부(301)는 상단부가 사용자의 마비측 고관절부에 최대한 근접하도록 하여 상기 골반착용부(10)에 설치된 상기 제1모터(102)의 구동축에 결합함과 동시에 사용자의 마비측 대퇴부 외측에 밀착시킴으로써, 제1모터(102)가 제어부(104)의 제어신호에 의해 정, 역회전할 때 제1모터(102)의 구동력을 마비측 대퇴부로 전달하여 마비측 하지의 보행을 위한 마비측 대퇴부의 회전운동이 이루어진다.The paralyzed
상기 제1모터(102)에 의한 마비측대퇴지지부(301)의 최대회전각도는 수직축을 기준으로 하여 전후 최대회전각도를 각각 다르게 설계하되, 전방최대회전각도가 후방최대회전각도보다 크게 설계하는 것이 바람직하며, 최대회전각도의 수치는 수직축을 기준으로 전방 90ㅀ, 후방 45ㅀ이내에서 다양한 형태로 설계 변경 가능함을 미리 밝혀둔다. The maximum rotation angle of the paralyzed
상기 제1모터(102)의 구동력을 마비측대퇴지지부(301)로 전달함으로써 마비측 대퇴부의 회전 운동이 이루어지는 과정에서 제1모터(102)의 정확한 구동력 전달을 위하여 마비측대퇴지지부(301)의 길이는 한정하지 않으나, 마비측대퇴지지부(301)의 하단부는 마비측 하지의 슬관절부에 최대한 근접하는 것이 바람직하다.In order to transmit the driving force of the
아울러, 마비측대퇴지지부(301)의 상하부 내측에는 마비측 대퇴부와의 보다 긴밀하고 견고한 밀착을 위하여 마비측 대퇴부 쪽으로 개구부를 형성한 평면상 원호 형태의 밀착부(301a)를 더 구비할 수 있다.In addition, the inside of upper and lower parts of the paralyzed
또한, 상기 밀착부(301a) 내면에는 착용감 향상 및 안정적이고 견고한 착용을 위하여 소정의 두께를 가진 쿠션패드를 탈부착 가능케 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a cushion pad having a predetermined thickness is detachably attached to the inner surface of the
상기 제2모터(302)는 상기 마비측하퇴착용부(40)의 구동을 위하여 구동축을 내향으로 돌출 형성하여 상기 마비측대퇴지지부(301)의 하단부에 설치한다. 제2모터(302)는 상기 제어부(104)의 제어신호에 따라 정·역회전한다.The
상기 착용수단(303)은 마비측대퇴지지부(301)의 전후측에 각각 길이 조절이 가능한 벨트 형태로 구비하되, 상호 대향하는 각 벨트의 단부에는 암수 버클을 각각 구비함으로써 암수 버클을 이용한 벨트의 고정력에 의해 마비측대퇴지지부(301)가 마비측 대퇴부의 측면에 긴밀하게 밀착 고정되며, 암수 버클을 이용함으로써 마비측대퇴지지부(301)의 신속하고 간편한 착용 및 탈착이 가능케 된다. The wearing means 303 is provided at the front and rear sides of the paralyzed
상기 마비측대퇴각속도센서(304)는 마비측 하지가 보행을 위하여 개시할 때, 마비측 하지의 보행 방향에 따른 마비측 대퇴부의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 측정하기 위하여 마비측 대퇴부에 긴밀하게 밀착 고정된 마비측대퇴지지부(301)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공한다.The paralyzed femoral
한편, 상기 마비측대퇴지지부(301)의 제1모터(102) 일측에는 에어펌프(305)를 설치하고, 상기 마비측대퇴지지부(301) 내측에는 마비측 대퇴부를 감싸는 형태로 된 에어패드(306)을 더 구비하여 상기 에어펌프(305)에 의해 충진되는 에어패드(306)로 마비측 대퇴부의 선택적인 압박이 가능케 하는 에어패드(306)를 더 구비할 수 있다. An
즉, 상기 제1모터(102)의 구동력에 의해 상기 마비측대퇴지지부(301)가 마비측 대퇴부를 회전 운동시키면서 마비측 하지의 보행이 이루어질 때, 상기 에어펌프(305)를 이용해 상기 에어패드(306)를 충진하면, 마비측 대퇴부를 감싸는 형태로 된 에어패드(306)가 마비측 대퇴부의 근육을 압박함으로써, 압력에 의한 일시적 근육 강화를 유도하여 보행을 위해 마비측 하지를 들어 올리거나, 지면에 디뎌 체중을 지지할 때, 보다 안정적인 자세 유지를 통한 안정적인 보행의 수행이 가능케 된다.That is, when the paralyzed thighs are rotated by the driving force of the
상기 마비측하퇴착용부(40)는 마비측 하퇴부에 착용하되, 상기 제어부(104)에 제공되는 정상측 대퇴부의 운동정보를 바탕으로 제어되는 제2모터(302)에 의해 사용자의 마비측 하퇴부를 마비측 슬관절축을 기준으로 회전 운동 가능케 하기 위하여 사용자의 마비측 슬관절축을 기준으로 회전하도록 상기 마비측대퇴착용부(30)의 하단부에 설치된 제2모터(302)의 구동축에 상단부를 결합하는 마비측하퇴지지부(401)와; 상기 마비측하퇴지지부(401) 일측에 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 마비측 하퇴부에 착용하는 착용수단(303)과; 상기 마비측하퇴지지부(401)에 설치되어 마비측하퇴지지부(401)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공하는 마비측하퇴각속도센서(403)를 포함한다. The paralyzed side lower
상기 마비측하퇴지지부(401)의 상단부는 사용자의 마비측 슬관절부에 최대한 근접하도록 하여 상기 마비측대퇴지지부(301)에 설치된 상기 제2모터(302)의 구동축에 결합함과 동시에 사용자의 마비측 하퇴부 외측에 밀착시킴으로써, 제2모터(302)가 제어부(104)의 제어신호에 의해 정, 역회전할 때 제2모터(302)의 구동력을 마비측 하퇴부로 전달하여 마비측 하지의 보행을 위한 마비측 하퇴부의 회전운동이 이루어진다.The upper end of the paralyzed
상기 제2모터(302)에 의한 마비측하퇴지지부(401)의 최대회전각도는 수직축을 기준으로 하여 전후 최대회전각도를 각각 다르게 설계하되, 전방최대회전각도가 후방최대회전각도보다 크게 설계하는 것이 바람직하며, 최대회전각도의 수치는 수직축을 기준으로 전방 90ㅀ, 후방 60ㅀ이내에서 다양한 형태로 설계 변경 가능함을 미리 밝혀둔다. The maximum rotation angle of the paralyzed lowering
상기 제2모터(302)의 구동력을 마비측하퇴지지부(401)로 전달함으로써 마비측 하퇴부의 회전 운동이 이루어지는 과정에서 제2모터(302)의 정확한 구동력 전달을 위하여 마비측하퇴지지부(401)의 길이는 한정하지 않으나, 마비측하퇴지지부(401)의 하단부는 마비측 하지의 장딴지근 하단에 최대한 근접하는 것이 바람직하다.In order to transmit the driving force of the
아울러, 마비측하퇴지지부(401)의 내측에는 마비측 하퇴부와의 보다 긴밀하고 견고한 밀착을 위하여 마비측 하퇴부 쪽으로 개구부를 형성한 평면상 원호 형태의 밀착부(401a)를 더 구비할 수 있다.In addition, the inner side of the paralyzed lower
또한, 상기 밀착부(401a) 내면에는 착용감 향상 및 안정적이고 견고한 착용을 위하여 소정의 두께를 가진 쿠션패드를 탈부착 가능케 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a cushion pad having a predetermined thickness can be attached to and detached from the inner surface of the
상기 착용수단(402)은 마비측하퇴지지부(401)의 전후측에 각각 길이 조절이 가능한 벨트 형태로 구비하되, 상호 대향하는 각 벨트의 단부에는 암수 버클을 각각 구비함으로써 암수 버클을 이용한 벨트의 고정력에 의해 마비측하퇴지지부(401)가 마비측 하퇴부의 측면에 긴밀하게 밀착 고정되며, 암수 버클을 이용함으로써 마비측하퇴지지부(401)의 신속하고 간편한 착용 및 탈착이 가능케 된다. The wearing means 402 is provided on the front and rear sides of the paralyzed side lowering
상기 마비측하퇴각속도센서(403)는 마비측 하지가 보행을 위하여 개시할 때, 마비측 하지의 보행 방향에 따른 마비측 하퇴부의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 측정하기 위하여 마비측 하퇴부에 긴밀하게 밀착 고정된 마비측하퇴지지부(401)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공한다.When the paralyzed lower limb is started for walking, the paralyzed-side lowering
상기 제1, 2모터(102, 302)는 감속모터를 사용한다. 아울러 제1, 2모터(102, 302)에는 모션컨트롤러(102a. 302a)와 토크센서(102b, 302b)를 구비하여 속도값, 위치값, 토크값을 상기 제어부(104)에 실시간으로 제공한다. The first and
특히, 토크센서(102b, 302b)를 구비함으로써, 사용자의 보행 중 마비측 하지에 갑작스런 경련이 발생하여 제1, 2모터(102, 302)에 과부하가 걸리는 경우 상기 제1, 2모터(102, 302)의 토크센서(102b, 302b)에 의해 감지되어 그 센싱값이 제어부(104)에 제공됨으로써 제어부(104)는 사용자의 마비측 하지의 경련이 멈출 때까지 제1, 2모터(102, 302)의 작동을 정지시킴으로써 하지 경련 중 제1, 2모터(102, 302)의 작동으로 인한 부자연스러운 보행과 그로 인한 낙상 사고를 방지한다. In particular, by providing the
한편, 상기 정상측대퇴지지부(201), 마비측대퇴지지부(301), 마비측하퇴지지부(401)의 내측에는 근전도센서(50)를 더 구비할 수 있다. The
상기 근전도센서(50)는 근육에서 방출하는 전기적 신호를 센싱하여 근육의 움직임을 감지하는데 사용하는 것으로서, 정상측대퇴지지부(201), 마비측대퇴지지부(301), 마비측하퇴지지부(401)에 설치함에 따라 보행에 따른 정상측 대퇴부, 마비측 대퇴부, 마비측 하퇴부의 움직임을 감지하여 그 센싱값을 제어부(104)에 제공함으로써 상기 정상측대퇴지지부(201), 마비측대퇴지지부(301), 마비측하퇴지지부(401)에 각각 설치된 각속도센서의 센싱값과 함께 제어부(104)에 대입하여 사용자의 보행 의도 감지 및 보행패턴 산출의 정확성을 향상시킬 수 있게 된다.The
상기 지팡이(B)는 길이 조절이 가능한 다단의 안테나 형으로 된 지주부(601)와; 사용자의 파지 여부를 감지하는 조도센서(603)와, 사용자에 의한 지면 접촉 여부를 감지하는 압전센서(604)와, 지팡이(B)의 움직임에 따른 각속도와 기울기를 센싱하는 관성측정센서(605)와, 상기 각 센서에서 센싱된 센싱값을 상기 제어부(104)에 제공하는 유무선통신부(606)를 구비하여 상기 지주부(601)의 상단부에 설치되는 손잡이부(602)와; 지면과의 접촉 시 충격을 완화하는 완충 소재로 되어 상기 지지부의 하단부에 나사 결합하는 앤드팁부(607)를 포함하여 구성한다. The cane B includes a
상기 지주부(601)는 일반적인 등산지팡이(B)와 같이 다단의 안테나 형으로 되어 전체 길이의 신축한 후, 원하는 길이로 설정 가능한 구조를 가지는데 이러한 길이 조절 구조는 주지된바 구체적인 도면의 도시나 설명은 생략한다.The
상기 압전센서(604)는 외부에서 가해지는 압력에 의한 진동이나 충격을 감지하는 센서로서, 지팡이(B)의 손잡이부(602)에 설치하여 지팡이(B)의 사용에 따른 진동이나 충격을 센싱하여 그 센싱값을 제어부(104)에 제공한다. The
따라서 압전센서(604)의 센싱값이 제어부(104)에 미리 저장된 기준값을 초과하면, 제어부(104)는 상기 제1, 2모터(102, 302)의 작동 제어를 위한 제어신호를 출력하고, 상기 압전센서(604)의 센싱값이 미리 저장된 기준값을 초과하지 않으면 상기 제1, 2모터(102, 302)의 작동 제어를 위한 제어신호를 출력하지 않음으로써, 제1, 2모터(102, 302)는 정지 상태가 된다.Therefore, when the sensed value of the
상기 조도센서(603)는 빛의 세기에 따른 조도를 센싱하는 센서로서, 지팡이(B)의 손잡이부(602)에 설치하여 조도 센싱값의 변화를 제어부(104)로 제공함으로써 사용자의 손잡이부(602) 파지 여부 판단의 기준이 된다.The
따라서 조도센서(603)의 센싱값이 제어부(104)에 미리 저장된 기준값을 초과하면, 제어부(104)는 상기 제1, 2모터(102, 302)의 작동 제어를 위한 제어신호를 출력하고, 상기 조도센서(603)의 센싱값이 미리 저장된 기준값을 초과하지 않으면 상기 제1, 2모터(102, 302)의 작동 제어를 위한 제어신호를 출력하지 않음으로써, 제1, 2모터(102, 302)는 정지 상태가 된다.The
상기 관성측정센서(605)는 이동 물체의 속도와 방향, 중력, 가속도를 센싱하는 장치이다. 관성측정센서(605)의 기본 구성요소는 3차원 공간에서 자유로운 움직임을 센싱하는 자이로스코프, 가속도계, 지자계 센서이다. 자이로스코프는 정해진 기준방향에 따른 회전 관성을 센싱하고, 가속도계는 속도변화에 따른 이동 관성을 센싱하며, 지자계 센서는 방위각을 센싱함으로써 이동하는 물체의 롤(Roll), 요(yaw), 핏치(pitch)등을 통합적으로 감지한다. The
즉, 관성측정센서(605)는 사용자가 보행을 위해 지팡이(B)를 내딛을 때, 지팡이(B)를 내디딘 거리, 속도, 방향을 감지하여 이를 제어부(104)에 제공함으로써, 사용자의 보행 의도 감지 및 보행패턴 산출이 가능케 된다. That is, the
따라서 관성측정센서(605)의 센싱값이 제어부(104)에 미리 저장된 기준값을 초과하면, 제어부(104)는 상기 제1, 2모터(102, 302)의 작동 제어를 위한 제어신호를 출력하고, 상기 관성측정센서(605)의 센싱값이 미리 저장된 기준값을 초과하지 않으면 상기 제1, 2모터(102, 302)의 작동 제어를 위한 제어신호를 출력하지 않음으로써, 제1, 2모터(102, 302)는 정지 상태가 된다.Therefore, when the sensed value of the
상기 유무선통신부(606)은 상기 제어부(104)의 유무선통신부(104a)와 유선케이블로 연결되어 데이터를 유선 전송하거나, 근거리무선통신수단을 이용해 상기 유무선통신부(104a)에 데이터를 무선으로 전송할 수 있다.The wired /
근거리무선통신수단은 주지된 다양한 근거리무선통신수단 중 어느 한 가지를 선택적으로 사용할 수 있으나, 보안성을 가지는 블루투스 방식을 사용하는 것이 바람직하다. The short-range wireless communication means may use any one of various well-known short-range wireless communication means, but it is preferable to use a Bluetooth method having security.
이상과 같은 본 발명의 기술이 적용된 편마비 환자용 보행 보조장치 및 그 제어방법에 따른 편마비 환자의 보행 과정과 일반적인 편마비 환자의 보행 메커니즘을 비교 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the walking process of a patient with hemiplegia according to the present invention and the walking mechanism of a general hemiplegic patient will be described as follows.
<일반적인 편마비 환자의 평지 전진 보행 메커니즘><Flattened forward gait mechanism of common hemiplegic patients>
첨부도면 도 6은 일반적인 편마비 환자의 지팡이(B)를 이용한 평지 전진 보행 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다. 6 is a view for explaining a flat-forward walking gait using a walking stick (B) of a general hemiplegic patient.
도 6을 참조하면, 편마비 환자의 지팡이(B)를 이용한 평지 전진 보행은 모두 4단계로 이루어진다. Referring to FIG. 6, a flat advance walking using a staff (B) of a hemiplegic patient is made in four stages.
즉, 제1단계에서는 정상적인 움직임이 가능한 정상측 하지와 같은 방향의 손에 지팡이(B)를 잡은 상태로 지팡이(B)를 짚고 선다. That is, in the first step, the cane (B) is held with the cane (B) held in the hand in the same direction as the normal canine where normal movement is possible.
제2단계에서는 지팡이(B)를 전방으로 내딛는다. In the second step, the cane (B) is moved forward.
제3단계에서는 지팡이(B)와 정상측 하지에 체중을 의지한 상태로 마비측 발을 전방으로 내딛는다. 일반적으로 편마비 환자라 하더라도 마비측 하지의 근력이 정상 근력에 비해 현저히 저하된 상태가 대부분이며 완전한 동작 불능 상태가 아닌 경우가 많기 때문에 마비측 발을 전방으로 내딛는 것은 가능하다. In the third step, the paralyzed foot is moved forward with the weight on the cane (B) and the normal lower limb. In general, even in the case of hemiplegic patients, the strength of the paralyzed lower extremity is significantly lower than that of the normal muscular strength, and it is possible to move the paralyzed foot forward because it is not completely inoperable.
제4단계에서는 마비측 하지의 근력 저하로 인하여 마비측 발에 체중을 실을 수 없기 때문에 지팡이(B)에 체중을 의지한 상태에서 정상측 발을 전방으로 내딛는다.In the fourth step, the weight of the paralyzed foot can not be weighted due to the decrease in the strength of the paralyzed lower limb. Therefore, the normal foot is moved forward with the weight on the staff (B).
그리하여 제2단계 내지 제4단계를 반복함으로써 연속적인 보행이 이루어지게 된다. Thus, by repeating the second to fourth steps, continuous walking is performed.
상기와 같이 지팡이(B)를 이용하는 일반적인 편마비 환자의 평지 전진 보행의 경우에, 보행자의 체중 대부분을 지팡이(B)와 정상측 하지로 의지하게 되는데 지팡이(B)를 지지하는 팔의 근력보다 정상측 하지의 근력이 강하기 때문에 정상측 하지에 더 많은 체중 부담이 가해지면서 피로감이 가중됨에 따라 지팡이(B)를 사용하더라도 장시간의 보행이 힘들게 된다. As described above, in the case of a general forward riding of a general hemiplegic patient using the cane B as described above, most of the body weight of the pedestrian is relied on the cane B and the normal side lower than the strength of the arm supporting the cane B, Since the strength of the lower limbs is strong, the fatigue is increased due to more weight burden on the normal lower limbs, so that even if the staff (B) is used, it becomes difficult to walk for a long time.
< 본 발명에 따른 편마비 환자의 평지 전진 보행 메커니즘>≪ Mechanism of flat-backward gait of a hemiplegic patient according to the present invention &
첨부도면 도 7은 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치 제어방법에 따른 편마비 환자의 평지 전진 보행 매카니즘을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining the flat-lying forward walking mechanism of the hemiplegic patient according to the method of controlling the walking aid for the hemiplegic patient of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치를 착용한 사용자의 평지 전진 보행은 모두 13단계로 이루어진다. Referring to FIG. 7, the user who wears the walking support device for hemiplegic patient according to the present invention is made up of 13 steps in advance.
제1단계(S10)에서는 지팡이(B)의 손잡이부(602)에 설치된 압전센서(604)가 파지력을 감지하여 그 센싱값을 제어부(104)에 제공한다. In the first step S10, the
즉, 사용자가 지팡이(B)를 사용하기 위하여 지팡이(B)의 손잡이부(602)를 잡은 상태로 지팡이(B)를 짚고 서면 사용자의 체중이 지팡이(B)의 손잡이부(602)에 의지되면서 손잡이부(602)를 쥔 손의 파지력이 손잡이부(602)에 설치된 압전센서(604)에 의해 감지되고, 감지된 센싱값은 손잡이부(602)에 설치된 유무선통신부(606)를 통해 상기 제어부(104)에 제공된다.That is, if the user holds the staff B while holding the
제2단계(S20)에서는 지팡이(B)의 손잡이부(602)에 설치된 조도센서(603)가 조도 변화 여부를 감지하여 그 센싱값을 제어부(104)에 제공한다.In the second step S20, the
즉, 사용자가 지팡이(B)를 사용하기 위하여 지팡이(B)의 손잡이부(602)를 잡으면, 지팡이(B)의 손잡이부(602)에 설치된 조도센서(603)에 조도 변화가 감지되고, 감지된 센싱값은 손잡이부(602)에 설치된 유무선통신부(606)를 통해 상기 제어부(104)에 제공된다.That is, when the user holds the
제3단계(S30)에서는 지팡이(B)에 설치된 관성측정센서(605)가 지팡이(B)의 진행방향, 진행속도, 진행거리 센싱값을 제어부(104)에 제공한다.In the third step S30, the
즉, 사용자가 보행을 위하여 지팡이(B)를 전방으로 내딛으면, 지팡이(B)에 설치된 관성측정센서(605)에 의해 지팡이(B)의 움직임에 따른 진행방향, 진행속도, 진행거리가 감지되고, 감지된 센싱값은 손잡이부(602)에 설치된 유무선통신부(606)를 통해 상기 제어부(104)에 제공된다.That is, when the user pushes the cane B forward for walking, the direction, speed, and travel distance of the cane B are detected by the
한편, 보행을 위한 후속 단계의 진행이 이루어지는 동안에서 상기 압전센서(604), 조도센서(603) 및 관성측정센서(605)의 센싱값은 제어부(104)에 지속적으로 제공된다.On the other hand, the sensing values of the
따라서 후속 단계의 진행 중, 압전센서(604), 조도센서(603) 및 관성측정센서(605)의 각 센싱값이 제어부(104)에 저장된 임계치를 초과하거나, 기준값이 현저히 미달되는 경우에는 보행을 위한 후속 단계의 진행이 즉각 정지되게 한다.Therefore, if the sensed values of the
한 예로서 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치를 착용한 사용자가 보행 중 지팡이(B)를 놓치는 경우에, 압전센서(604), 조도센서(603) 및 관성측정센서(605)의 각 센싱값 변화에 따라 제어부(104)는 제1, 2모터(102, 302)의 작동을 즉시 정지시킴으로써 보행 안전성이 향상된다.As an example, when the user wearing the walking support device for hemiplegic patient of the present invention misses the walking stick B, the sensing value change of the
제4단계(S40)에서는 제어부(104)가 상기 압전센서(604), 조도센서(603), 관성측정센서(605)에서 제공된 센싱값과, 미리 저장된 기준값을 비교하여 지팡이(B)를 내디딘 사용자의 보행의도를 판단한다.In the fourth step S40, the
즉, 압전센서(604)의 센싱값을 미리 저장된 기준값과 비교하여 압전센서(604)의 센싱값이 기준값을 초과하고, 조도센서(603)가 미리 저장된 기준값을 만족하며, 관성측정센서(605)의 센싱값이 기준값을 초과하면 사용자가 보행 의도를 가진 것으로 판단한다. That is, by comparing the sensed value of the
따라서 상기 압전센서(604), 조도센서(603), 관성측정센서(605)의 센싱값 중 어느 하나라도 제어부(104)에 미리 저장된 기준값에 만족하지 않으면 본 발명의 보행 보조장치는 동작하지 않게 된다. Therefore, if any one of the sensing values of the
제5단계(S50)에서는 사용자의 보행의도 판단에 따라 제어부(104)는 메모리부(104c)에 미리 저장된 모터제어신호를 마비측대퇴착용부의 제1모터와, 마비측하퇴착용부의 제2모터로 출력하여 제1, 2모터(102, 302)가 작동하면서 마비측 하지의 기본보행이 이루어진다. In the fifth step S50, the
이때, 상기 모터제어신호는 이전 보행 시 마비측 하지의 보행을 위해 사용된 제어값으로써 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치를 사용하는 과정에서 항상 제1, 2모터(102, 302)의 최종 제어값이 메모리부(104c)에 저장된다.At this time, the motor control signal is a control value used for walking on the paralyzed lower limb in the previous gait. In the course of using the walking support device for hemiplegic patient of the present invention, the final control value of the first and
제6단계(S60)에서는 정상측 하지의 자율 보행이 이루어진다. 정상측 하지의 보행은 사용자의 신체 상태, 보행 의도, 보행지 환경, 보행 조건 등에 따른 사용자의 의지에 의해 자유롭게 이루어진다.In the sixth step S60, autonomic walking of the normal lower limb is performed. The walking of the normal lower limb is freely performed by the user's will according to the user's physical condition, walking intention, walking environment, walking condition, and the like.
제7단계(S70)에서는 정상측 하지의 보행에 따른 정상측대퇴지지부(201)의 정상측대퇴각속도센서(203)의 센싱값이 제어부(104)에 제공된다.In the seventh step S70, the sensing value of the normal side femoral
즉, 정상측 하지의 고관절축을 기준으로 한 정상측 대퇴부의 회전각도 및 각속도 등에 관한 운동정보가 정상측대퇴지지부(201)에 설치된 정상측대퇴각속도센서(203)에 의해 센싱되어 제어부(104)에 유선으로 제공된다.That is, motion information about the rotation angle, angular velocity, and the like of the normal side femoral portion based on the hip joint axis of the normal lower limb is sensed by the normal side femoral
이때, 정상측 대퇴부의 운동정보만 수집하되, 정상측 하지의 보행에 따른 하퇴부의 운동정보는 미리 보행자세분석프로그램을 이용한 보행 자세 분석을 통해 사전 축적되어 제어부(104)에 저장된 대퇴부 운동정보 별 하퇴부 운동정보 중에서 상기 정상측대퇴각속도센서(203)에서 센싱된 정상측 대퇴부의 운동정보와 일치하는 하퇴부 운동정보를 활용한다.At this time, only the exercise information of the normal side femoral region is collected, and the exercise information of the lower leg due to the walking of the normal side lower limb is pre-accumulated through the walking posture analysis using the walking posture analysis program, And uses the hypothetical exercise information corresponding to the exercise information of the normal side femoral component sensed by the normal side femoral
제8단계(S80)에서는 제어부(104)가 미리 저장된 보행자세분석프로그램을 이용해 상기 정상측대퇴지지부(201)의 정상측대퇴각속도센서(203) 센싱값을 분석하여 정상측 하지의 보행패턴을 분석한다.In step S80, the
즉, 제어부(104)는 미리 저장된 보행자세분석프로그램에 정상측대퇴지지부(201)의 정상측대퇴각속도센서(203) 센싱값을 대입하여 정상측 하지의 고관절부 회전방향, 회전각, 회전속도로 이루어진 제1산출값을 산출하고, 제어부(104)에 미리 저장된 사용자의 신장, 체중, 하체 길이를 상기 제1산출값에 대입하여 정상측 하지 고관절부의 운동정보에 대응하는 정상측 하지의 슬관절부 회전방향, 회전각, 회전속도로 이루어진 제2산출값을 산출한 후, 제1산출값과 제2산출값의 분석을 통해 정상측 하지의 보행방향, 보행각, 보행속도, 보폭으로 이루어진 보행패턴을 분석한다. That is, the
제9단계(S90)에서는 마비측대퇴지지부(301)의 마비측대퇴각속도센서(304)와, 마비측하퇴지지부(401)의 마비측하퇴각속도센서(403)의 센싱값을 분석하여 마비측 하지의 토우 오프(toe off)를 감지한다. In the ninth step S90, the sensed values of the paralyzed femoral
토우 오프란, 사람이 보행을 위하여 발을 지면에서 떼는 동작을 말하는데, 편마비 환자라 하더라도 마비측 하지의 근력이 정상 근력에 비해 현저히 저하된 상태가 대부분이며 완전한 동작 불능 상태가 아닌 경우가 많기 때문에 정상적인 보행 수준은 아니지만, 마비측 하지의 토우 오프는 가능하다. The toe-off refers to the movement of the foot from the ground for a person's walking. Even in the case of a hemiplegic patient, the muscle strength of the paralyzed lower extremity is significantly lowered than the normal muscle strength. It is not a walking level, but a toe-off of the paralyzed lower limb is possible.
따라서 편마비 환자의 안정적인 보행을 위해서는 마비측 하지의 토우 오프를 감지하여 보행의지를 판단하는 것이 중요하다.Therefore, it is important to determine the walking will by detecting the toe-off of the paralyzed lower limb for stable walking of the hemiplegic patient.
본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치를 착용한 사용자가 마비측 하지를 움직여 마비측 하지의 토우 오프가 이루어지면, 마비측대퇴지지부(301)의 마비측대퇴각속도센서(304)와, 마비측하퇴지지부(401)의 마비측하퇴각속도센서(403)가 마비측 하지의 움직임을 감지하여 이를 제어부(104)에 제공함으로써 제어부(104)는 사용자가 보행의지가 있음으로 판단한다. When the user wearing the walking support device for hemiplegic patient according to the present invention moves the paralyzed lower limb to perform the toe-off of the paralyzed lower limb, the paralyzed femoral
상기와 같이 마비측 하지의 토우 오프 감지를 통해 사용자의 보행의지가 있음이 판정되면, 이를 알림수단을 이용해 사용자에게 인지시킬 수 있다.As described above, if it is determined that the user is willing to walk through the detection of the toe-off of the lower limbs, the user can be informed by using the notifying means.
한 예로서 지팡이(B)에 진동모터를 구비하여 토우 오프가 감지되었을 때, 진동모터를 이용한 진동 발생으로 사용자에게 제1, 2모터(102, 302)의 구동 준비가 되었음을 인지시킴으로써, 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치를 이용한 보행에 있어서 사용자의 긴장감을 줄일 수 있게 되어 보다 편안한 보행 환경을 제공할 수 있게 된다.As an example, when the toe-off is detected by providing a vibration motor to the staff B, by recognizing that the user is ready to drive the first and
상기 제1단계(S10) 내지 제8단계(S80)를 수행한 후에 제9단계(S90)에서 사용자의 마비측 하지의 움직임이 전혀 없는 경우에는 사용자가 보행의지가 없음으로 판단하여 제1, 2모터(102, 302)는 정지 상태를 유지한다.If there is no movement of the user's lower limbs in the ninth step (S90) after performing the first step (S10) to the eighth step (S80), the user determines that there is no will to walk, The
아울러, 드물지만 편마비측 하지의 운동이 완전히 불가능한 편마비 환자가 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치를 사용하는 경우에, 상기 제9단계(S90)는 생략할 수 있음을 미리 밝혀두는 바이다. In addition, it should be noted in advance that the ninth step (S90) can be omitted in the case where a hemiplegic patient whose exercise on the hemiparesis basis is rarely used, in the rare case of using the walking support device for hemiplegic patient according to the present invention.
제10단계(S100)에서는 제어부(104)가 상기 분석된 정상측 하지의 보행패턴에 대응하는 모터제어신호를 산출하고, 동시에 그 모터제어신호를 상기 제1, 2모터(102, 302)에 전송한다. In the tenth step S100, the
즉, 상기 모터제어신호는 마비측 하지가 정상측 하지의 보행패턴과 일치하는 보행패턴으로 보행이 이루어지도록 상기 제1, 2모터(102, 302)를 제어하기 위한 제어값으로서, 제1, 2모터(102, 302)의 속도값, 위치값, 토크값을 포함하고 있다.That is, the motor control signal is a control value for controlling the first and
아울러, 상기 제어부(104)에 저장되는 모터제어신호는 반복적인 보행이 이루어지는 과정에서 상기 제5단계의 제어부가 사용하는 모터제어신호가 된다. In addition, the motor control signal stored in the
제11단계(S110)에서는 상기 모터제어신호에 따라 상기 제1, 2모터(102, 302)가 작동하여 정상측 하지의 보행패턴과 일치하는 보행패턴으로 마비측 하지의 보행이 이루어진다.In the eleventh step S110, the first and
즉, 제어부(104)에 의해 정상측 하지의 보행패턴과 일치하는 보행패턴을 수행하기 위한 모터제어신호가 제1, 2모터(102, 302)에 전송되면, 정상측 하지의 보행 시 정상측 대퇴부의 운동정보와 일치하도록 제1모터(102)가 마비측대퇴지지부(301)를 회전시킴으로써 마비측 대퇴부가 마비측 고관절축을 기준으로 정상측 하지의 대퇴부와 같은 보행패턴으로 회전한다. That is, when the motor control signal for performing the gait pattern coinciding with the gait pattern on the normal lower side is transmitted to the first and
또한, 제어부(104)의 보행자세분석프로그램에서 제공되는 정상측 하지의 보행패턴에 포함된 정상측 하퇴부의 운동정보와 일치하도록 제2모터(302)가 마비측하퇴지지부(401)를 회전시킴으로써 마비측 하퇴부가 마비측 슬관절축을 기준으로 정상측 하지의 하퇴부와 같은 보행패턴으로 회전한다.The
제12단계(S120)는 마비측 하지의 보행에 따른 제1, 2모터(102, 302)의 토크센서(102b, 302b) 센싱값과 마비측대퇴지지부(301)의 마비측대퇴각속도센서(304)와, 마비측하퇴지지부(401)의 마비측하퇴각속도센서(403)의 센싱값이 제어부(104)에 제공된다.The twelfth step S120 is a step of comparing the sensed values of the
아울러, 마비측대퇴지지부(301)와 마비측하퇴지지부(401)에 각각 근전도센서(50)가 추가 구비된 경우에, 마비측 하지의 보행이 이루어진 후, 마비측대퇴각속도센서(304)와, 마비측하퇴각속도센서(403)의 센싱값을 제공하는 과정에서 마비측 대퇴부와 마비측 하퇴부의 근전도센서(50) 센싱값을 제어부(104)에 함께 제공하는 것이 바람직하다. In addition, when the
상기 제1, 2모터(102, 302)의 센싱값과 근전도센서(50)의 센싱값을 제어부(104)에 제공하는 경우에, 마비측 하지의 보행 직후 발생하는 마비측 하지의 경련 등을 즉각 감지할 수 있게 되고, 마비측 하지의 경련이 감지되는 경우에, 제1, 2모터(102, 302)의 동작을 정지시킴으로써, 마비측 하지의 경련 중 제1, 2모터(102, 302)의 동작으로 인한 낙사 사고를 방지할 수 있게 된다. When the sensing value of the first and
제13단계(S130)는 제어부(104)가 상기 정상측대퇴각속도센서(203)의 센싱값에 따른 정상측 하지의 보행패턴과, 상기 마비측대퇴각속도센서(304) 및 마비측하퇴각속도센서(403)의 센싱값에 따른 마비측 하지의 보행패턴을 비교 분석하여 정상측 하지와 마비측 하지의 보행이 정상적으로 이루어졌는지를 판단한 후 보행 보조의 계속 여부를 결정한다. In the thirteenth step S130, the
즉, 정상측 하지의 보행패턴에 대응하는 모터제어신호에 의해 제1, 2모터(102, 302)가 제어되어 마비측 하지의 보행이 이루어지더라도, 제1, 2모터(102, 302)가 모터제어신호에 따라 정확히 작동하였는지를 확인함으로써 보행 보조의 정확성과 정밀성을 높일 수 있게 된다.That is, even if the first and
또한, 정상측 하지의 보행이 이루어지는 과정에서 정상측대퇴각속도센서(203)의 센싱값에 따른 정상측 하지의 보행패턴이 제어부(104)에서 산출된 후, 그 산출결과에 따른 정상측 하지의 보행패턴과 일치하는 보행이 이루어지도록 제1, 2모터(102, 302)가 제어되어 마비측 하지의 보행이 이루어지더라도 지면의 요철, 경사도, 각종 장애물 등에 따라서 마비측 하지의 보행패턴이 정상측 하지의 보행패턴과 일치하지 않을 수 있는데, 이러한 경우를 대비하여 정상측 하지의 보행패턴과 마비측 하지의 보행패턴의 편차 기준값을 제어부에 사전 저장한 후, 그 편차가 심한 경우에는 제1, 2모터(102, 302)의 동작을 일시 정지시켜 보행 보조의 안전성을 향상시킬 수 있게 된다. In addition, in the process of walking on the normal lower limb, a gait pattern of the normal lower limb according to the sensing value of the normal side femoral
따라서 하지의 편측(한쪽)에 마비에 의한 근력 저하가 나타나 자력 보행이 어려운 편마비 환자도 정상측 하지의 보행에 대응하여 마비측 하지의 보행이 이루어짐으로써 정상측 하지와 마비측 하지의 보행패턴의 일치로 인해 더욱 자연스러운 연속 보행이 가능케 된다. Thus, even in patients with hemiplegic disease, in which the strength of the lower limb is weakened due to paralysis on one side (one side) of the lower limb, walking on the paralyzed lower limb corresponds to the walking on the normal lower limb, So that a more natural continuous walking is possible.
아울러, 보행이 이루어지는 과정에서 마비측 하지의 보행을 보조함으로써 정상측 하지에 가해지는 체중 부담을 줄여 정상측 하지의 근력 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 정상측 하지와 일치하는 보행패턴으로 마비측 하지의 보행이 이루어지기 때문에 정상측 하지와 마비측 하지의 균형 있는 운동 효과를 통해 마비측 하지의 재활 치료 효과를 높일 수 있게 된다. In addition, by supporting the walking of the paralyzed lower limb in the process of walking, it is possible to prevent the damage of the normal lower limb by reducing the weight burden on the normal limb, Because of the gait of the lower limb, the effect of the rehabilitation treatment of the paralyzed lower limb can be improved through a balanced exercise effect of the normal lower limb and the paralyzed lower limb.
한편, 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치 제어방법에 따른 보행 메커니즘에는 GPS센서(106)를 이용해 사용자의 위치정보를 산출하는 단계(S140)와; 상기 제1, 2모터(102, 302)의 제어에 따른 사용자의 보행 상태를 감지하는 단계(S150)와; 상기 사용자의 위치정보를 원격서버(109)로 전송하고, 상기 원격서버(109)에서 제공되는 서비스 정보를 수신하여 제1, 2모터(102, 302)의 동작 제어에 반영하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the walking mechanism according to the method for controlling a walking support device for a hemiplegic patient of the present invention includes a step (S140) of calculating position information of a user using a
따라서 GPS센서(106)를 이용해 사용자의 현재 위치를 산출하고, 제어부(104)에 의한 제1, 2모터(102, 302)의 제어에 따른 사용자의 보행 상태 정보를 본 발명의 편마비 환자용 보행 보조장치를 원격 관리하는 관리자의 원격서버(109)에 무선통신수단(107)으로 전송함으로써, 사용자가 보행 중 전원부(105)의 방전에 따른 작동불능 또는 오작동 등 비상 상황이 발생하였을 때, 원격서버(109)의 관리자가 이를 즉각 인지할 수 있게 되어 원격서버(109) 관리자에 의한 도움을 받아 각종 안전사고를 방지함으로써 편마비 환자의 보행 안전성이 향상된다. Therefore, the current position of the user is calculated using the
아울러, 위험 상황이나 비상 상황 발생 시 원격 제어를 통해 상기 제1, 2모터(102, 302)의 동작을 제어함으로써 보행 중 편마비측 하지의 이상으로 인해 발생할 수 있는 낙상 사고 등 각종 안전사고로부터 편마비 환자를 보호할 수 있는 등 편마비 환자의 보행에 따른 불편함을 해소할 수 있게 된다. In addition, by controlling the operation of the first and
A: 착용형본체 B: 지팡이
10: 골반착용부 101: 골반지지부
102: 제1모터 103: 착용수단
104: 제어부 104a: 유무선통신부
104b: 마이크로프로세서 104c: 메모리부
104d: 입출력포트 105: 전원부
105a: 전원버튼 105b: 충전량표시부
105c: 알림부 106: GPS센서
107: 무선통신수단 108: 인터페이스부
109: 원격서버 20: 정상측대퇴착용부
201: 정상측대퇴지지부 201a: 밀착부
202: 착용수단 203: 정상측대퇴각속도센서
30: 마비측대퇴착용부 301: 마비측대퇴지지부
301a: 밀착부 302: 제2모터
303: 착용수단 304: 마비측대퇴각속도센서
305: 에어펌프 306: 에어패드
40: 마비측하퇴착용부 401: 마비측하퇴지지부
401a: 밀착부 402: 착용수단
403: 마비측하퇴각속도센서 50: 근전도센서
601: 지주부 602: 손잡이부
603: 조도센서 604: 압전센서
605: 관성측정센서 606: 유무선통신부
607: 앤드팁부A: Wearable body B: Staff
10: pelvic wear part 101: pelvic support part
102: first motor 103: means for wearing
104:
104b:
104d: I / O port 105: Power supply section
105a:
105c: notification unit 106: GPS sensor
107: wireless communication means 108:
109: remote server 20: normal side femoral wear part
201: normal side
202: Wear means 203: Normal side femoral angular velocity sensor
30: a paralyzed femur wearing part 301: a paralyzed femur supporting part
301a: Adhered portion 302: Second motor
303: Wear means 304: Paralyzed femoral angular velocity sensor
305: air pump 306: air pad
40: paralyzed side lowered wear portion 401: paralyzed side lowered portion
401a: Adhered portion 402: Wearing means
403: Paralysis side lowering angular velocity sensor 50: EMG sensor
601: support part 602: handle part
603: illuminance sensor 604: piezoelectric sensor
605: inertia measurement sensor 606: wired / wireless communication unit
607: And the tip
Claims (15)
상기 착용형본체(A)는, 제1모터(102)를 설치하고, 제1, 2모터(102, 302)의 동작을 제어하는 제어부(104)를 구비하여 골반에 착용하는 골반착용부(10)와;
정상측 대퇴부에 착용하되, 상단부를 상기 골반착용부(10)의 일측에 회동 가능케 힌지 결합하여, 사용자의 정상측 고관절축을 기준으로 한 정상측 대퇴부의 운동정보를 상기 제어부(104)에 제공하는 정상측대퇴착용부(20)와;
마비측 대퇴부에 착용하되, 상단부를 상기 제1모터(102)의 구동축에 결합하여, 상기 제어부(104)에 제공되는 정상측 대퇴부의 운동정보를 바탕으로 제어되는 제1모터(102)에 의해 사용자의 마비측 대퇴부를 마비측 고관절축을 기준으로 회전 운동 가능케 하고, 하단부에는 제2모터(302)를 설치한 마비측대퇴착용부(30)와;
마비측 하퇴부에 착용하되, 상단부를 상기 제2모터(302)의 구동축에 결합하여, 상기 제어부(104)에 제공되는 정상측 대퇴부의 운동정보를 바탕으로 상기 제1모터(102)와 연동하여 제어되는 제2모터(302)에 의해 사용자의 마비측 하퇴부를 마비측 슬관절축을 기준으로 회전 운동 가능케 하는 마비측하퇴착용부(40)를 포함하고,
상기 제1, 2모터(102, 302)는 모션컨트롤러(102a. 302a)와 토크센서(102b, 302b)를 구비하여 속도값, 위치값, 토크값을 상기 제어부(104)에 실시간으로 제공하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치.A wearable type main body A to be worn on the body of the user and directly assist the user's walking using the driving force of the first and second motors 102 and 302; (B) for providing a control signal necessary for operation of the wearable body (A);
The wearable type main body A is provided with a first motor 102 and a control unit 104 for controlling the operation of the first and second motors 102 and 302 so that the pelvis wear part 10 )Wow;
The upper part is hinged to one side of the pelvic wear part 10 by being hinged to the upper part of the pelvis wear part 10 to provide the control part 104 with exercise information of the normal side pelvis based on the normal hip joint axis of the user, Side femur wear part (20);
The first motor 102 is attached to the paralyzed femur with an upper end coupled to the driving shaft of the first motor 102 and is controlled by the first motor 102 based on motion information of the normal side femoral part provided to the controller 104. [ A pawl-side femur fitting portion 30 capable of rotating on the paralyzed side femoral component of the paralyzed hip joint axis and a second motor 302 mounted on the lower end portion thereof;
The upper end of the second motor 302 is coupled to the driving shaft of the second motor 302 and the control unit 104 is controlled to interlock with the first motor 102 based on the motion information of the normal side femoral part, And a paralyzed side lowering wearing portion (40) for enabling the user to rotate the paralyzed side lowering portion with respect to the paralyzed knee axis by the second motor (302)
The first and second motors 102 and 302 are provided with a motion controller 102a and a torque sensor 102b and a torque sensor 102b to provide a speed value, a position value, and a torque value to the control unit 104 in real time A walking assist device for a patient with hemiplegia.
상기 골반착용부(10)는, 사용자의 둔부를 감싸는 원호 형태로 된 골반지지부(101)와;
상기 골반지지부(101)의 마비측 외면에 설치되어 상기 제어부(104)의 제어신호에 따라 정·역회전하는 제1모터(102)와;
상기 골반지지부(101)의 전방 개구부에서 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 골반에 착용하는 착용수단(103)과;
상기 골반지지부(101) 일측에 설치되고, 상기 지팡이(B)와, 정상측대퇴착용부(20)와, 마비측대퇴착용부(30)와, 마비측하퇴착용부(40)에서 제공되는 센싱값을 바탕으로 사용자의 보행속도, 보행방향, 보폭을 산출하여 그 산출값에 따른 제어신호로 상기 제1, 2모터(102, 302)를 제어하는 제어부(104)와;
상기 골반지지부(101) 일측에 설치되어 상기 제1, 2모터(102, 302)에 전원을 공급하는 전원부(105)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치.The method according to claim 1,
The pelvic wear part 10 includes an arcuate pelvis support part 101 that surrounds the user's buttocks;
A first motor 102 installed on the paralyzed outer surface of the pelvis supporting portion 101 and rotating in the forward and reverse directions in accordance with a control signal of the controller 104;
A wearing means (103) installed in the form of a belt having a buckle at a front opening of the pelvis supporting portion (101) and worn on the user 's pelvis;
And a pawl supporting portion provided on one side of the pelvis support portion and provided with a sensing portion provided on the side of the pawl supporting portion and provided with the stick B, the normal side femur wear portion 20, the paralyzed femur wear portion 30, A controller 104 for calculating a walking speed, a walking direction, and a stride of the user based on the calculated value and controlling the first and second motors 102 and 302 with a control signal according to the calculated value;
And a power supply unit (105) installed at one side of the pelvis support unit (101) to supply power to the first and second motors (102, 302).
상기 골반착용부(10)는, 사용자의 위치정보를 산출하는 GPS센서(106)와;
상기 제어부(104)에 의한 제1, 2모터(102, 302)의 제어에 따른 사용자의 보행 상태와, 상기 사용자의 위치정보를 원격서버(109)로 전송하고, 상기 원격서버(109)에서 제공되는 서비스정보를 수신하여 제어부(104)로 제공하는 무선통신수단(107)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치. 3. The method of claim 2,
The pelvis wearer 10 includes a GPS sensor 106 for calculating positional information of a user;
The user's walking state and the position information of the user in accordance with the control of the first and second motors 102 and 302 by the control unit 104 are transmitted to the remote server 109, Further comprising wireless communication means (107) for receiving the service information received from the control unit (104) and receiving the service information from the control unit (104).
상기 제어부(104)는 각 센서에서 제공되는 센싱값을 유무선으로 수신하기 위한 유무선통신부(104a)와;
상기 수신된 센싱값을 바탕으로 미리 저장된 보행자세분석프로그램을 통해 사용자의 보행속도, 보행방향, 보폭을 산출하고, 그에 따른 상기 제1, 2모터(102, 302)의 제어값을 산출하여 출력하는 마이크로프로세서(104b)와;
상기 수신된 센싱값과, 상기 마이크로프로세서(104b)에 의해 산출된 제어값을 저장하는 메모리부(104c)와;
상기 마이크로프로세서(104b)에 의해 출력되는 제어값을 상기 제1, 2모터(102, 302)로 전송하기 위한 입출력포트(104d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The control unit 104 includes a wired / wireless communication unit 104a for receiving a sensing value provided by each sensor by wire / wireless;
The walking speed, the walking direction, and the stride width of the user are calculated through the pre-stored walking posture analysis program based on the received sensing value, and the control values of the first and second motors 102 and 302 are calculated and output A microprocessor 104b;
A memory unit 104c for storing the received sensing value and the control value calculated by the microprocessor 104b;
And an input / output port (104d) for transmitting the control value output by the microprocessor (104b) to the first and second motors (102, 302).
상기 정상측대퇴착용부(20)는, 사용자의 정상측 고관절축을 기준으로 회전하도록 상기 골반착용부(10)의 일측에 상단부를 회동 가능케 힌지 결합하는 정상측대퇴지지부(201)와;
상기 정상측대퇴지지부(201) 일측에 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 정상측 대퇴부에 착용하는 착용수단(202)과;
상기 정상측대퇴지지부(201)에 설치되어 정상측대퇴지지부(201)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공하는 정상측대퇴각속도센서(203)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치. The method according to claim 1,
The normal side femoral support portion 20 includes a normal side femoral support portion 201 for hingingly coupling an upper end portion to one side of the pelvis wear portion 10 so as to rotate about a normal hip joint axis of the user,
A wearing means 202 installed in a belt form having a buckle at one side of the normal side femoral support portion 201 and worn on the normal side femoral portion of the user;
And a normal side femoral angular velocity sensor 203 installed on the normal side femoral support portion 201 for sensing the rotational direction, rotational angle and rotational speed of the normal side femoral support portion 201 and providing the sensor to the control portion 104 A walking assist device for a patient with hemiplegia.
상기 마비측대퇴착용부(30)는, 사용자의 마비측 고관절축을 기준으로 회전하도록 상기 골반착용부(10)에 설치된 제1모터(102)의 구동축에 상단부를 결합하는 마비측대퇴지지부(301)와;
상기 마비측대퇴지지부(301)의 하단부에 설치되어 상기 제어부(104)의 제어신호에 따라 정·역회전하는 제2모터(302)와;
상기 마비측대퇴지지부(301) 일측에 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 마비측 대퇴부에 착용하는 착용수단(303)과;
상기 마비측대퇴지지부(301)에 설치되어 마비측대퇴지지부(301)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공하는 마비측대퇴각속도센서(304)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치. The method according to claim 1,
The paralyzed femur fitting portion 30 includes a paralyzed femoral support portion 301 for coupling an upper end to a driving shaft of a first motor 102 installed on the pelvis wear portion 10 so as to rotate with respect to a user's paralyzed hip joint axis, Wow;
A second motor 302 installed at a lower end of the paralyzed femoral support unit 301 and rotating forward or backward according to a control signal of the control unit 104;
A wearing means 303 installed on one side of the paralyzed femoral support 301 in the form of a belt having a buckle and worn on the paralyzed side of the user;
And a paralyzed femoral angular velocity sensor (304) installed at the paralyzed femoral support (301) to sense the rotational direction, rotational angle, and rotational speed of the paralyzed femoral support (301) A walking assist device for a patient with hemiplegia.
상기 마비측대퇴지지부(301)의 제1모터(102) 일측에는 에어펌프(305)를 설치하고, 상기 마비측대퇴지지부(301) 내측에는 마비측 대퇴부를 감싸는 형태로 된 에어패드(306)을 더 구비하여 상기 에어펌프(305)에 의해 충진되는 에어패드(306)로 마비측 대퇴부의 선택적인 압박이 가능케 하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치. The method according to claim 6,
An air pump 305 is installed on one side of the first motor 102 of the paralyzed femoral support 301 and an air pad 306 is formed on the inside of the paralyzed femoral support 301 to surround the paralyzed thigh Wherein the air pad (306) filled by the air pump (305) enables selective pressing of the paralyzed femur part.
상기 마비측하퇴착용부(40)는, 사용자의 마비측 슬관절축을 기준으로 회전하도록 상기 마비측대퇴착용부(30)의 하단부에 설치된 제2모터(302)의 구동축에 상단부를 결합하는 마비측하퇴지지부(401)와;
상기 마비측하퇴지지부(401) 일측에 버클을 구비한 벨트 형태로 설치되어 사용자의 마비측 하퇴부에 착용하는 착용수단(402)과;
상기 마비측하퇴지지부(401)에 설치되어 마비측하퇴지지부(401)의 회전방향, 회전각도, 회전속도를 센싱하여 상기 제어부(104)에 제공하는 마비측하퇴각속도센서(403)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치. The method according to claim 1,
The paralyzed side lower back wearing portion 40 includes a paralyzed side lower back portion 30 that engages an upper end portion with a driving shaft of a second motor 302 provided at a lower end portion of the paralyzed femur wear portion 30 so as to rotate with reference to a user's paralyzed knee axis, A supporting portion 401;
A wearing means 402 installed in a belt form having a buckle at one side of the paralyzed lower back support 401 to wear the user's paralyzed lower back;
And a paralyzed lateral acceleration sensor 403 provided at the paralyzed lateral support unit 401 for sensing the rotational direction, rotational angle, and rotational speed of the paralyzed lateral support unit 401 and providing the sensed rotational angle, rotational angle, and rotational speed to the control unit 104 A walking assist device for a patient with hemiplegia.
상기 정상측대퇴지지부(201), 마비측대퇴지지부(301), 마비측하퇴지지부(401)의 내측에는 근육에서 방출하는 전기적 신호를 센싱하여 디지털 값으로 변환하고 이를 제어부(104)에 제공하는 근전도센서(50)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치. 6. The method of claim 5,
An electric signal emitted from a muscle is sensed and converted into a digital value and an electromyogram (EMG) signal is provided to the control part 104. The control part 104 senses an electric signal emitted from the muscles inside the normal side femoral support part 201, the paralyzed side femoral support part 301, Further comprising a sensor (50).
상기 지팡이(B)는 길이 조절이 가능한 다단의 안테나 형으로 된 지주부(601)와;
사용자의 파지 여부를 감지하는 조도센서(603)와, 사용자에 의한 지면 접촉 여부를 감지하는 압전센서(604)와, 지팡이(B)의 움직임에 따른 각속도와 기울기를 센싱하는 관성측정센서(605)와, 상기 각 센서에서 센싱된 센싱값을 상기 제어부(104)에 제공하는 유무선통신부(606)를 구비하여 상기 지주부(601)의 상단부에 설치되는 손잡이부(602)와;
지면과의 접촉 시 충격을 완화하는 완충 소재로 되어 상기 지주부(601)의 하단부에 나사 결합하는 앤드팁부(607)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치. The method according to claim 1,
The cane B includes a padding portion 601 having a multi-stage antenna shape and capable of adjusting the length thereof;
An inertial sensor 605 for sensing the angular velocity and inclination of the wand B according to the movement of the wand B, a light sensor 603 for detecting whether or not the user holds the wand, a piezoelectric sensor 604 for detecting whether the user touches the ground, And a wrist unit 602 provided at an upper end of the support unit 601 to provide a sensing value sensed by the sensors to the controller 104;
And an end tip portion (607) threadedly coupled to a lower end of the support portion (601) as a shock absorbing material for alleviating an impact upon contact with the ground.
지팡이(B)의 손잡이부(602)에 설치된 조도센서(603)가 조도 변화 여부를 감지하여 그 센싱값을 제어부(104)에 제공하는 제2단계(S20);
지팡이(B)에 설치된 관성측정센서(605)가 지팡이(B)의 진행방향, 진행속도, 진행거리 센싱값을 제어부(104)에 제공하는 제3단계(S30);
제어부(104)가 상기 압전센서(604), 조도센서(603), 관성측정센서(605)에서 제공된 센싱값과, 미리 저장된 기준값을 비교하여 지팡이(B)를 내디딘 사용자의 보행의도를 판단하는 제4단계(S40);
제어부(104)가 사용자의 보행의도 판단에 따라, 미리 저장된 모터제어신호를 마비측대퇴착용부(30)의 제1모터(102)와, 마비측하퇴착용부(40)의 제2모터(302)로 출력하여 제1, 2모터(102, 302)가 작동하면서 마비측 하지의 기본보행이 이루어지는 제5단계(S50);
정상측 하지의 자율 보행이 이루어지는 제6단계(S60);
정상측 하지의 보행에 따른 정상측대퇴지지부(201)의 정상측대퇴각속도센서(203)의 센싱값이 제어부(104)에 제공되는 제7단계(S70);
제어부(104)가 미리 저장된 보행자세분석프로그램을 이용해 상기 정상측대퇴지지부(201)의 각속도센서 센싱값을 분석하여 정상측 하지의 보행패턴을 분석하는 제8단계(S80);
마비측대퇴지지부(301)의 마비측대퇴각속도센서(304)와, 마비측하퇴지지부(401)의 마비측하퇴각속도센서(403)의 센싱값을 분석하여 마비측 하지의 토우 오프를 감지하는 제9단계(S90);
제어부(104)가 상기 분석된 정상측 하지의 보행패턴에 대응하는 모터제어신호를 산출하여 저장하고, 상기 제1, 2모터(102, 302)에 전송하는 제10단계(S100);
상기 모터제어신호에 따라 상기 제1, 2모터(102, 302)가 작동하여 정상측 하지의 보행패턴과 일치하는 보행패턴의 마비측 하지 보행이 이루어지는 제11단계(S110);
마비측 하지의 보행에 따른 마비측대퇴지지부(301)의 마비측대퇴각속도센서(304)와, 마비측하퇴지지부(401)의 마비측하퇴각속도센서(403)의 센싱값이 제어부(104)에 제공되는 제12단계(S120);
제어부(104)가 상기 정상측대퇴각속도센서(203)의 센싱값에 따른 정상측 하지의 보행패턴과, 상기 마비측대퇴각속도센서(304) 및 마비측하퇴각속도센서(403)의 센싱값에 다른 마비측 하지의 보행패턴을 비교 분석하여 정상측 하지와 마비측 하지의 보행이 정상적으로 이루어졌는지를 판단한 후 보행 보조의 계속 여부를 결정하는 제13단계(S130); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치 제어방법.A first step S10 of sensing the gripping force by the piezoelectric sensor 604 provided on the handle portion 602 of the wand B and providing the sensed value to the control portion 104;
A second step S20 of detecting whether the illuminance sensor 603 provided on the handle 602 of the staff B changes the illuminance and providing the sensed value to the control unit 104;
A third step (S30) in which the inertia measurement sensor (605) provided on the staff (B) provides the control unit (104) with the progress direction, the progress speed, and the progress distance sensing value of the staff (B);
The control unit 104 compares the sensing value provided by the piezoelectric sensor 604, the light intensity sensor 603 and the inertia measurement sensor 605 with a previously stored reference value to determine the walking intention of the user who put the staff B (Step S40);
The controller 104 controls the first motor 102 of the paralyzed femur fitting part 30 and the second motor of the paralyzed back and forth wearing part 40 302) so that the first and second motors (102, 302) are operated to perform the basic walking of the paralyzed lower limb (S50);
A sixth step (S60) in which an autonomic gait of the normal lower limb is performed;
A seventh step (S70) in which the sensing value of the normal side femoral angular velocity sensor 203 of the normal side femoral support portion 201 according to the gait of the normal side lower limb is provided to the control portion 104;
An eighth step S80 of analyzing the gait pattern of the normal lower leg by analyzing the angular velocity sensor sensed value of the normal side femoral support portion 201 using the gait analysis program stored in advance by the control unit 104;
A sensed value of the paralyzed femoral angular velocity sensor 304 of the paralyzed femoral support 301 and a sensed value of the paralyzed lowered angular velocity sensor 403 of the paralyzed lowered support portion 401 to detect a toe- Step 9 (S90);
A tenth step S100 of calculating and storing a motor control signal corresponding to the analyzed gait pattern of the normal lower limb and transmitting the motor control signal to the first and second motors 102 and 302;
An eleventh step (S110) in which the first and second motors (102, 302) are operated in accordance with the motor control signal to perform a paralyzed lower limb gait that corresponds to a gait pattern of a normal lower limb;
The sensed values of the paralyzed femoral angular velocity sensor 304 of the paralyzed femoral support portion 301 and the paralyzed side lowered angular velocity sensor 403 of the paralyzed lowered supporting portion 401 according to the gait of the paralyzed lower limb are transmitted to the control portion 104 A twelfth step S120 provided;
The control unit 104 calculates the difference between the gait pattern of the normal lower limb according to the sensing value of the normal side femoral angular velocity sensor 203 and the sensing value of the paralyzed side femoral angular velocity sensor 304 and the parallax side lower angular velocity sensor 403 A thirteenth step (S130) of comparing and analyzing the gait pattern of the paralyzed lower limb to determine whether the gait of the normal limb and the paralyzed limb is normally performed, and then continuing the gait assist; And a control unit for controlling the operation of the walking assist device.
상기 제8단계(S80)의 정상측 하지의 보행패턴은 정상측 하지의 보행방향, 보행각, 보행속도, 보폭을 분석하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치 제어방법.13. The method of claim 12,
Wherein the walking pattern of the normal lower leg of the eighth step (S80) analyzes the walking direction, the walking angle, the walking speed, and the stride of the normal lower limb.
상기 제10단계(S100)의 제어부(104)가 제1, 2모터(102, 302)에 전송하는 모터제어신호는 제1, 2모터(102, 302)의 속도값, 위치값, 토크값을 포함하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치 제어방법.13. The method of claim 12,
The motor control signals transmitted to the first and second motors 102 and 302 by the control unit 104 in the tenth step S100 correspond to the speed values, the position values, and the torque values of the first and second motors 102 and 302 And a control unit for controlling the position of the patient.
GPS센서(106)를 이용해 사용자의 위치정보를 산출하는 단계(S140)와;
상기 제1, 2모터(102, 302)의 제어에 따른 사용자의 보행 상태를 감지하는 단계(S150)와;
상기 사용자의 위치정보를 원격서버(109)로 전송하고, 상기 원격서버(109)에서 제공되는 서비스 정보를 수신하여 제1, 2모터(102, 302)의 동작 제어에 반영하는 단계(S160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자용 보행 보조장치 제어방법.13. The method of claim 12,
A step (S140) of calculating position information of the user using the GPS sensor 106;
A step S150 of sensing a user's walking state under the control of the first and second motors 102 and 302;
A step S160 of transmitting the location information of the user to the remote server 109 and receiving the service information provided from the remote server 109 and reflecting the information on the operation control of the first and second motors 102 and 302 Further comprising the steps of: detecting the position of the patient;
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