KR102634831B1

KR102634831B1 - 자이로 센서를 이용한 보행 보조기

Info

Publication number: KR102634831B1
Application number: KR1020220035952A
Authority: KR
Inventors: 오소연
Original assignee: 오소연
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2024-02-07
Also published as: KR20230138205A

Abstract

본 발명은 자이로 센서를 이용하여 평평하지 않은 노면에서 자동으로 다리길이를 조절하여 수평이 이루어지도록 구성된 보행 보조기에 관한 것이다.
전술한 과제 해결을 위해 본 발명은 「사용자의 보행이 용이하도록 구성된 보행 보조기로서, 지면에 종방향으로 배치되는 복수개의 다리부 및 상기 다리부를 연결하는 연결부를 포함하여 구성되고, 상기 다리부는, 내부에 중공홀이 형성된 상부관, 상기 상부관의 중공홀에 출입 가능하도록 상기 상부관의 하단에 맞물려 구비되는 하부봉, 상기 상부관에 구비되고, 외부로부터 인가된 전력에 의해 상기 하부봉을 수직 방향의 축으로 회전시키는 모터, 상기 연결부는, 복수개의 상부관 상단을 연결하는 손잡이 프레임, 상기 복수개의 상부관 하부를 연결하는 보강 프레임, 상기 손잡이 프레임에 구비되는 컨트롤 박스 및 상기 컨트롤 박스에 구비되고, 노면의 기울기를 측정하는 자이로 센서를 포함하되, 상기 컨트롤 박스는 상기 자이로 센서로부터 수신한 데이터에 기초하여 복수개의 하부봉이 상기 복수개의 상부관으로 출입하는 내부 삽입 길이를 각각 제어하여 상기 연결부의 수평이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 자이로 센서를 이용한 보행 보조기」를 제공한다.

Description

자이로 센서를 이용한 보행 보조기{A walking aid using a gyro sensor}

본 발명은 자이로 센서를 이용하여 평평하지 않은 노면에서 자동으로 다리길이를 조절하여 수평이 이루어지도록 구성된 보행 보조기에 관한 것이다.

보행 보조기(워커)는 질병이나 수술로 인하여 신체능력 감소로 보행에 어려움이 있는 환자 또는 노화나 근력 감소로 인하여 활동의 폭이 제한되는 노약자에게 유용하게 사용되는 기구이다. 보행 보조기 이외에도 보행 보조 기구에는 지팡이, 휠체어, 유모차 등이 있으나 사용자는 용이한 보행 연습을 위하여 주로 보행 보조기를 사용하게 된다.

기존의 보행 보조기는 일반적으로 하단부에 바퀴가 설치되어 이동시 보행 보조기를 미는 방식으로 이용할 수 있도록 구성되었다. 하지만, 규격화된 높이로 제작되어 다양한 체형의 사용자들이 이용하기에는 다소 불편함이 있었다.

이와 관련된 기존의 고안으로는 등록실용·신안 20-0484810 "편마비 환자용 수동형 보행재활 훈련장치"가 있다. 해당 고안은 바퀴로 이동하도록 구성된 워커에 편마비 환자용 수동형 보행재활장치를 부가하여 사용자가 사용시 재활 훈련을 겸할 수 있도록 하였다. 하지만, 워커의 이동방법이 바퀴로만 한정되어 조작시 미끄러움에 취약하며, 각 프레임의 별도 조절이 어려워 평지가 아닌 계단, 비포장 도로면 등에서는 사용자의 보행이 용이하도록 도울 수 없다.

또한, 등록특허 10-2155312 "보행보조기구"가 있다. 해당 발명은 전방은 바퀴, 후방은 바퀴가 아닌 지지대로 구성된다. 사용자의 보행을 용이하게 하면서 사용자가 의자나 변기에 앉는 경우 또한 고려하여 앉은 키에 맞추어 높이를 낮춰 사용할 수 있도록 구성되어 개인의 활동성을 증가시켰다. 높낮이 변화방법도 다양하여 기본형태인 손으로 조절하는 방법부터 와이어, 모터 등을 부가하여 사용자의 편의성을 높였으나 해당 발명 또한 사용자가 지탱하는 지지프레임을 각각 조절할 수 없어 평지인 곳에서는 작동이 용이하겠으나 계단, 비포장 도로와 같은 평지가 아닌 곳에서는 사용자의 보행이 용이하도록 도울 수 없다.

따라서, 평지인 곳은 물론이고 계단, 비포장 도로, 경사로 등에서도 타인의 도움을 최소화하여 사용자가 보행 보조기를 이용해서 보행할 수 있도록 다리가 각각 지면 상태에 맞추어 길이가 조절 되는 보행 보조기의 필요성이 대두되고 있다.

1. 등록특허 10-1671683 "편마비 장애인의 이동보조 및 보행훈련을 위한 워커" 2. 등록실용·신안 20-0484810 "편마비 환자용 수동형 보행재활 훈련장치" 3. 등록특허 10-2155312 "보행보조기구" 4. 등록특허 10-1148503 "보행 의지력에 따라 구동되는 전동 보행 보조기"

본 발명의 주된 목적은 자이로 센서를 이용한 보행 보조기가 자동으로 기울기를 파악하여 평평하지 않은 노면(비포장도로, 계단, 경사로 등)에서 보행할 때, 자동으로 다리길이를 조절하여 수평을 이루어 사용자의 보행을 용이하게 하도록 구성된 보행 보조기를 제공하는 데 있다.

전술한 과제 해결을 위해 본 발명은 「사용자의 보행이 용이하도록 구성된 보행 보조기로서, 지면에 종방향으로 배치되는 복수개의 다리부 및 상기 다리부를 연결하는 연결부를 포함하여 구성되고, 상기 다리부는, 내부에 중공홀이 형성된 상부관, 상기 상부관의 중공홀에 출입 가능하도록 상기 상부관의 하단에 맞물려 구비되는 하부봉, 상기 상부관에 구비되고, 외부로부터 인가된 전력에 의해 상기 하부봉을 수직 방향의 축으로 회전시키는 모터, 상기 연결부는, 복수개의 상부관 상단을 연결하는 손잡이 프레임, 상기 복수개의 상부관 하부를 연결하는 보강 프레임, 상기 손잡이 프레임에 구비되는 컨트롤 박스 및 상기 컨트롤 박스에 구비되고, 노면의 기울기를 측정하는 자이로 센서를 포함하되, 상기 컨트롤 박스는 상기 자이로 센서로부터 수신한 데이터에 기초하여 복수개의 하부봉이 상기 복수개의 상부관으로 출입하는 내부 삽입 길이를 각각 제어하여 상기 연결부의 수평이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 자이로 센서를 이용한 보행 보조기」를 제공한다.

상기 손잡이 프레임은 전원 스위치를 더 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 하부봉은, 상기 하부봉의 하단에 끼워져 설치되는 보호대 및 상기 보호대 내부에 구비되고, 바닥면으로부터 소정의 간격이 이격되어 배치된 바닥 스위치를 더 포함하여 구성되고, 상기 컨트롤 박스의 제어에 따라 상기 하부봉의 내부 삽입 길이가 조절되는 경우, 상기 하부봉의 하단이 상기 바닥 스위치를 눌러 상기 바닥 스위치가 상기 보호대의 바닥면에 닿는 것을 기준으로 상기 다리부의 접지 상태를 확인하도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 다리부는 전방좌측(Forward-Left; FL), 전방우측(Forward-Right; FR), 후방좌측(Rear-Left; RL), 후방우측(Rear-Right; RR)의 4개로 구성할 수 있다.

본 발명에 따르면 다음의 효과가 있다.

1. 평면이 아닌 다른 곳(계단, 비포장면, 경사로 등)에서 자동으로 다리길이가 조절되어 워커가 기울어지지 않고 균형감있게 보행할 수 있다.

2. 경사면에 따라 자동으로 다리길이가 조절되어 환자의 경우 평지에서 재활 뿐 아니라, 계단을 오르고 내리는 재활 활동도 가능하다.

3. 스위치를 작동하여 자동으로 다리 높이 조절이 가능하여 한 걸음을 뗄 때마다 수동으로 다리의 높이를 조절할 필요가 없다.

4. 자이로 센서를 이용하여 조절할 다리 길이를 자동으로 파악하기 때문에 신체 보행이 자유롭지 않음에도 불구하고 보호자 없이 용이한 거동이 가능하다.

[도 1]은 본 발명에 따른 자이로 센서를 이용한 보행 보조기의 사시도이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 보호대와 바닥 스위치의 구성을 상세히 나타낸 사시도이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 자이로 센서를 이용한 보행 보조기의 평면을 도시한 것이다.
[도 4]는 본 발명에 따른 자이로 센서를 이용한 보행 보조기의 평면과 자이로 센서의 x, y축을 도시한 것이다.
[도 5]는 본 발명에 따른 컨트롤 박스가 하부봉의 내부 삽입 길이를 조절하는 조건식의 순서도이다.
[도 6]은 본 발명에 따른 자이로 센서를 이용한 보행 보조기로 경사로를 보행하는 일 실시예를 나타낸 순서도이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.

[도 1]은 본 발명의 사시도이다.

상기 다리부는 지면에 종방향으로 배치되는 복수개의 상부관과 하부봉의 결합으로 이루어질 수 있다. 사용자의 안정적인 보행을 위하여 복수개로 구성될 수 있으며, 일반적으로 4개의 다리부로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 상부관은 상기 다리부의 상부에 배치되며, 내부에 중공홀이 형성될 수 있다.

상기 하부봉은 상기 다리부의 하부, 상기 상부관의 하단에 맞물려 설치될 수 있다. 또한, 상기 하부봉은 상기 상부관의 중공홀의 내부로 상하 슬라이딩 할 수 있다. 상기 하부봉이 상이 상부관의 중공홀로 용이하게 슬라이딩 하기 위해서는, 상기 하부봉의 직경은 상기 상부관의 중공홀의 직경보다 작은 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 모터는 상기 상부관에 구비되고, 외부로부터 인가된 전력을 통하여 상기 하부봉을 수직 방향의 축으로 회전시켜 상기 상부관의 중공홀의 내부로 상하 슬라이딩하는 동력을 제공할 수 있다.

상기 연결부는 상기 복수개의 다리부를 연결하여 다리부가 이탈하지 않고 결합한 형태를 유지하도록 할 수 있다.

상기 손잡이 프레임은 상기 복수개의 상부관의 상단을 연결할 수 있다. 상기 손잡이 프레임이 상기 복수개의 상부관의 상단을 결속시킴으로써 상기 다리부가 이탈되지 않고 안정적으로 결합을 유지할 수 있다. 또한, 상기 손잡이 프레임이 상기 상부관의 상단을 연결하는 방식은 다양하게 제안될 수 있으나, 사용자가 본 발명에 따른 보행 보조기를 쉽게 사용하기 위해서는 [도 1]과 같이 '∩' 자로 형성되어 사용자의 출입이 용이하면서도 최소한의 연결형태를 갖추는 것이 바람직하다.

상기 보강 프레임은 상기 복수개의 상부관의 하부를 연결할 수 있다. 상기 보강 프레임이 상기 복수개의 상부관의 하부를 결속시킴으로써 상기 다리부가 이탈되지 않고 안정적으로 결합을 유지할 수 있다. 또한, 상기 보강 프레임이 상기 상부관의 하부를 연결하는 방식은 다양하게 제안될 수 있으나, 사용자가 본 발명에 따른 보행 보조기를 손쉽게 사용하기 위해서는 [도 1]과 같이 '∩' 자로 형성되어 사용자의 출입이 용이하면서도 최소한의 연결형태를 갖추는 것이 바람직하다.

상기 컨트롤 박스는 상기 손잡이 프레임에 구비될 수 있다. 또한, 상기 컨트롤 박스는 상기 하부봉의 내부 삽입 길이를 조절할 수 있다.

상기 자이로 센서는 상기 컨트롤 박스에 구비될 수 있다. 상기 자이로 센서의 기울기로 본 발명에 따른 보행 보조기의 기울기를 파악하여 상기 컨트롤 박스에 전달 할 수 있다.

따라서, 상기 컨트롤 박스는 상기 자이로 센서로부터 수신한 데이터를 기초하여 본 발명에 따른 보행 보조기가 지면에 대하여 수평을 이루는데 필요한 상기 하부봉이 상기 상부관에 삽입되는 내부 삽입 길이 값을 설정하고, 해당 설정값 만큼 상기 하부봉이 상기 상부관의 중공홀의 내부로 내입되거나 내부에서 빠져나올 수 있도록 할 수 있다.

상기 전원 스위치는 상기 손잡이 프레임에 구비되고, 본 발명에 따른 보행 보조기의 작동을 전체적으로 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 보행 보조기의 작동이라 함은, 상기 자이로 센서의 데이터가 상기 컨트롤 박스로 전달되고, 이를 기초로 컨트롤 박스에서 내부 삽입 길이를 설정하여 해당 설정값 만큼 상기 하부봉이 상기 상부관의 중공홀의 내부로 내입되거나 내부에서 빠져나올 수 있도록 하는 과정이다. 평평하지 않은 바닥면에서 한 걸음을 내딛을 때 마다 바닥 경사가 변화하는 환경일 때, 사용자가 매번 상기 자이로 센서가 작동하도록 작동 버튼을 누르는 번거로움 없이 상기 전원 스위치를 작동 시킴으로써 한 걸음마다 자동으로 상기 다리부가 조절될 수 있다.

상기 하부봉은, 상기 하부봉의 하단에 끼워져 설치되는 보호대 및 상기 보호대 내부에 구비되고, 바닥면으로부터 소정의 간격이 이격되어 배치된 바닥 스위치를 더 포함하여 구성되고, 상기 컨트롤 박스의 제어에 따라 상기 하부봉의 내부 삽입 길이가 조절되는 경우, 상기 하부봉의 하단이 상기 바닥 스위치를 눌러 상기 바닥 스위치가 상기 보호대의 바닥면에 닿는 것을 기준으로 상기 다리부의 접지 상태를 확인하도록 구성할 수 있다.

이는 [도 2]를 참조하여 설명한다.

상기 보호대는 상기 하부봉의 하단에 끼워져 설치되고, 상기 하부봉의 하단이 외부환경으로부터 파손, 훼손되는 상황을 예방할 수 있다. 또한, 상기 보호대는 상기 하부봉의 바닥면에 밀착되지 않고, 소정의 거리만큼 이격되어 설치될 수 있다.

상기 바닥 스위치는 상기 보호대 내부에 구비되고, 바닥면으로부터 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 이 상태를 'off' 상태로 지칭하며, 상기 상부관과 상기 하부봉의 결합으로 이루어진 상기 다리부가 바닥면에 안정적으로 접지하지 않은 상태를 나타낸다. 상기 바닥 스위치의 'off' 신호는 상기 컨트롤 박스에 전달 될 수 있다.

또한, 상기 하부봉이 상기 컨트롤 박스에 의하여 적절한 내부 삽입 길이 설정값을 전달받고 보행 보조기의 수평을 만족하는 길이로 조절된 후 보행 보조기를 지면에 내려놓았을 때, 상기 바닥 스위치는 상기 하부봉에 의하여 눌려 상기 보호대의 내부 바닥면에 닿을 수 있다. 상기 바닥 스위치가 눌려 상기 보호대의 내부 바닥면에 닿는 것을 통하여 상기 다리부가 바닥면에 안정적으로 접지된 것을 확인할 수 있으며 이 상태를 'on' 상태로 지칭할 수 있다. 상기 바닥 스위치의 'on' 신호는 상기 컨트롤 박스에 전달될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 보행 보조기는 상기 복수개의 다리부의 구비된 각각의 바닥 스위치가 모두 'on' 상태가 된 것을 통하여 바닥면에 안정적으로 접지한 것을 확인할 수 있으므로, 상기 컨트롤 박스에 전달된 각각의 바닥 스위치의 신호가 모두 'on'이면 더 이상의 내부 삽입 길이 조정 없이 보행 보조기를 사용할 수 있으나, 복수개의 바닥 스위치 중에서 한 개 이상의 'off' 신호가 확인되면, 한 개 이상의 다리부가 바닥면에 불안정하게 접지된 것이므로, 컨트롤 박스는 해당 다리부 하부봉의 내부 삽입 길이를 재조정할 수 있다.

본 발명에 따른 보행 보조기는 안정적인 보행과 간결한 조립을 위해 4개의 다리부로 구성되는 것이 바람직하다.

[도 3]은 본 발명에 따른 보행 보조기의 평면을 도시한 것으로, 도면의 상하좌우를 본 발명의 청구항에 적용하여 설명하되, 도면상 보이는 방향을 기준으로 전방좌측(Forward-Left; FL), 전방우측(Forward-Right; FR), 후방좌측(Rear-Left; RL), 후방우측(Rear-Right; RR)으로 지칭할 수 있다.

또한, [도 4]는 FL·FR·RL·RR을 표기한 [도 3]에 상기 자이로 센서로부터 전달받는 데이터의 x축, y축 기준을 표기한 것을 도시한 것이다.

일 실시예로, 상기 컨트롤 박스는 하기 [조건식]에 따라 상기 하부봉의 길이를 조절할 수 있다.

[조건식]

상기 자이로 센서로부터 입력받은 x축, y축 값에 있어서,

x가 0이 아니고

x<0 일 때,

FL, FR = +x

RL, RR = -x

x>0 일 때,

FL, FR = -x

RL, RR = +x

y가 0이 아니고

y<0 일 때,

FL, RL = +y

FR, RR = -y

y>0 일 때,

FL, RL = -y

FR, RR = +y

에 적용할 수 있다.

상기 [조건식]은 [도 5]의 순서도를 참조하여 더욱 자세히 설명하도록 한다.

상기 전원 스위치를 가동하면 상기 컨트롤 박스는 FL=A, FR=B, RL=C, RR=D로 변수선언을 하며, 상기 자이로 센서는 x축, y축을 기준으로 센서의 기울어진 방향을 판별한다. x와 y의 값이 0일 때는 기울어짐이 없는 상태, 즉 평지에 있는 상태이므로 별도의 상기 바닥 스위치가 눌려 'on' 상태가 되고 보행 보조기는 상기 하부봉의 내부 삽입 길이 보정 없이 안정적으로 작동할 수 있다.

반면, x와 y의 값이 0이 아닐 때는 차이 값의 평균값 만큼 A, B, C, D의 길이를 조절할 수 있다.

x의 값이 0보다 작을 때는, 전방의 다리부(A, B)의 값을 늘리고, 후방의 다리부(C, D)의 값을 줄인다. x의 값이 0보다 클 때는, 전방의 다리부(A, B)의 값을 줄이고, 후방의 다리부(C, D)의 값을 늘린다.

x값을 보정 한 후, y값의 보정도 동일하게 반복한다.

y의 값이 0보다 작을 때는, 좌측의 다리부(A, C)의 값을 늘리고, 우측의 다리부(B, D)의 값을 줄인다. y의 값이 0보다 클 때는, 좌측의 다리부(A, C)의 값을 줄이고, 우측의 다리부(B, D)의 값을 늘린다.

상술한 과정을 거친 후, 네개 다리부의 상기 바닥 스위치가 상기 하부봉에 의해 눌려 상태가 'on' 상태가 되면 보행 보조기는 안정적으로 작동할 수 있으며, 한 개 이상의 바닥 스위치가 눌려지지 않은 'off' 상태로 확인되면 상기 하부봉이 지면에 맞춰 적절히 보정되지 않은 것으로, 상기 컨트롤 박스는 처음부터 동일한 과정을 반복하여 올바른 설정값을 추출할 수 있다.

[도 6]은 본 발명에 따른 보행 보조기가 평지에서 경사로로 이동하며 다리부의 길이가 변경되는 것을 단계별로 도시한 순서도이다. 보행 진행방향에 따라 전방 다리부는 A, B, 후방 다리부는 C, D로 표기하였다.

(a)는 사용자가 보행 보조기를 평지에서 사용하고 있으므로 A, B, C, D 동일한 길이로 설정되어 있다.

(b)는 사용자가 보행 보조기를 이용하여 경사로로 보행하는 것으로, 컨트롤 박스는 자이로 센서로 부터 수신한 데이터에 기초하여 복수개의 A, B, C, D의 하부봉의 내부 삽입 길이 설정값을 파악한다.

(c)는 컨트롤 박스로 부터 전달된 내부 삽입 길이 설정값에 따라 A, B의 값은 줄어들고, C, D의 값은 늘도록 조절되어 보행 보조기가 경사로에서도 평행을 유지하는 상태를 도시한 것이다.

이상에서 본 발명에 대하여 구체적인 실시예와 함께 상세하게 살펴보았다. 그러나 본 발명은 위의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 수정 및 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이와 같은 수정 및 변형을 포함한다.

100 : 다리부
110 : 상부관
111 : 중공홀
120 : 하부봉
121 : 보호대 122 : 바닥 스위치
130 : 모터
200 : 연결부
210 : 손잡이 프레임
211 : 전원 스위치
220 : 보강 프레임
230 : 컨트롤 박스
231 : 자이로 센서

Claims

사용자의 보행이 용이하도록 구성된 보행 보조기로서,
지면에 종방향으로 배치되는 복수개의 다리부(100); 및
상기 다리부(100)를 연결하는 연결부(200)를 포함하여 구성되고,
상기 다리부(100)는,
내부에 중공홀(111)이 형성된 상부관(110);
상기 상부관의 중공홀(111)에 출입 가능하도록 상기 상부관(110)의 하단에 맞물려 구비되는 하부봉(120); 및
상기 상부관(110)에 구비되고, 외부로부터 인가된 전력에 의해 상기 하부봉(120)을 수직 방향의 축으로 회전시키는 모터(130);를 포함하되,
전방좌측(Forward-Left; FL), 전방우측(Forward-Right; FR), 후방좌측(Rear-Left; RL), 후방우측(Rear-Right; RR)의 4개의 다리로 구성되고,
상기 연결부(200)는,
복수개의 상부관(110) 상단을 연결하는 손잡이 프레임(210);
상기 복수개의 상부관(110) 하부를 연결하는 보강 프레임(220);
상기 손잡이 프레임(210)에 구비되는 컨트롤 박스(230); 및
상기 컨트롤 박스(230)에 구비되고, 노면의 기울기를 측정하는 자이로 센서(231);를 포함하되,
상기 컨트롤 박스(230)는 상기 자이로 센서(231)로부터 수신한 데이터에 기초하여 복수개의 하부봉(120)이 상기 복수개의 상부관(110)으로 출입하는 내부 삽입 길이를 각각 제어하여 상기 연결부(200)의 수평이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 자이로 센서를 이용한 보행 보조기.
제1항에서,
상기 손잡이 프레임(210)은 전원 스위치(211);를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자이로 센서를 이용한 보행 보조기.
제1항에서, 상기 하부봉(120)은,
상기 하부봉(120)의 하단에 끼워져 설치되는 보호대(121); 및
상기 보호대(121) 내부에 구비되고, 바닥면으로부터 소정의 간격이 이격되어 배치된 바닥 스위치(122); 를 더 포함하여 구성되고,
상기 컨트롤 박스(230)의 제어에 따라 상기 하부봉(120)의 내부 삽입 길이가 조절되는 경우, 상기 하부봉(120)의 하단이 상기 바닥 스위치(122)를 눌러 상기 바닥 스위치(122)가 상기 보호대(121)의 바닥면에 닿는 것을 기준으로 상기 다리부(100)의 접지 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 자이로 센서를 이용한 보행 보조기.
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