KR20130127750A

KR20130127750A - Rehabilitation robot of legs, boarding and driving method thereof

Info

Publication number: KR20130127750A
Application number: KR1020120051503A
Authority: KR
Inventors: 송원경; 이휘영
Original assignee: 대한민국(국립재활원장)
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2013-11-25
Also published as: KR101892237B1

Abstract

The present invention relates to a rehabilitation robot for lower body which is for lower body rehabilitation exercise for people with lower body disabilities. The rehabilitation robot for lower body comprises: a boarding chair on which disabled people are sit; exoskeleton robots which are equipped in both sides of the boarding chair as detachable; a vertical frame which is equipped in a back support part of the boarding chair and vertically operated; and a combination unit which is perpendicularly formed from the vertical frame and horizontally operated. The rehabilitation robot for lower body enables severely disabled people who has difficulties in voluntary trunk control and movement of limbs to take on and off with minimal help from others and can independently proceed walking exercise by attaching a sensor to upper body which has remaining functions.

Description

하지 재활 운동 로봇 및 이 로봇의 탑승 및 구동방법{REHABILITATION ROBOT OF LEGS, BOARDING AND DRIVING METHOD THEREOF}Rehabilitation exercise robot and how to ride and drive this robot {REHABILITATION ROBOT OF LEGS, BOARDING AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 하지 재활 운동 로봇 및 이 로봇의 탑승 및 구동방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수의적으로 체간 및 사지를 조절하기 어려운 중증 장애인이나 환자를 하지 재활 운동 로봇으로 이송 및 구동을 함에 있어, 안전하고 손쉬운 탑승 및 구동을 지원할 수 있는 수단을 확보한 하지 재활 운동 로봇 및 이 로봇의 탑승 및 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lower limb rehabilitation robot and a method of boarding and driving the robot, and more particularly, in transporting and driving a severely disabled person or a patient who is difficult to voluntarily adjust the trunk and limbs to a lower limb rehabilitation exercise robot, The present invention relates to a leg rehabilitation exercise robot having a means for supporting safe and easy riding and driving, and a method of boarding and driving the robot.

종래 기술로는 아래와 같은 선행기술문헌들이 있다.The prior art has the following prior art documents.

먼저, 특허문헌 1은 하체에 착용하는 외골격을 휠체어 형태의 리프트 및 주행부와 함께 결합한 휠체어식 보행 보조 로봇으로 환자의 보행 재활 또는 노약자의 거동 보조를 할 수 있는 장치이다. First, Patent Document 1 is a wheelchair-type walking assistance robot that combines an exoskeleton worn on the lower body with a wheelchair-type lift and a running unit, and is a device capable of assisting the walking rehabilitation of the patient or the behavior of the elderly.

즉 특허문헌 1은 기능적으로 보행 보조, 재활 기능 및 주행 기능을 결합하여 사용 편의성을 향상시키고, 장거리 주행이 가능하여 이동 수단으로도 활용이 가능하다. 이를 위해, 상기 의자 상단부가 고정 결합되는 리프트 체결부와, 허벅지 브레이스가 결합된 상부 프레임과, 종아리 브레이스가 결합된 하부 프레임, 상기 리프트 체결부와 상기 상부 프레임 사이에 설치되어 상기 리프트 체결부를 기준으로 상기 상부 프레임을 회전시키는 고관절부와, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 사이에 설치되어 상기 상부 프레임을 기준으로 상기 하부 프레임을 회전시키는 슬관절부를 구비하는 외골격을 제공한다.That is, Patent Document 1 is functionally combined with a walking aid, rehabilitation function and driving function to improve the ease of use, and can be used as a means of transportation because it is possible to travel long distance. To this end, the lift fastening portion to which the upper end of the chair is fixedly coupled, the upper frame coupled to the thigh brace, the lower frame coupled to the calf brace, is installed between the lift fastening portion and the upper frame based on the lift fastening portion It provides an exoskeleton having a hip joint portion for rotating the upper frame, and a knee joint portion installed between the upper frame and the lower frame to rotate the lower frame relative to the upper frame.

그리고 특허문헌 2는 사용자의 보행시 상지 운동 상태를 실시간으로 정확히 측정하고 이를 사용자의 보행 재활 진행 상황에 반영하여 보행 재활을 도울 수 있는 상지 연동형 재활로봇으로, 상지 입력 부를 통하여 재활단계에 따라 팔의 회전 각 및 회전력, 손잡이의 토오크 및 손잡이 스위치 센서 값 등에 비례하여 보행 속도 및 보폭 조절을 통해 자연스러운 보행 능동 모드를 구현할 수 있는 장치이다. And patent document 2 is an upper limb linked rehabilitation robot that can help to walk rehabilitation by accurately measuring the state of upper limb exercise in walking the user in real time and reflecting it on the progress of the walking rehabilitation, the arm according to the rehabilitation stage through the upper limb input unit It is a device that can realize a natural walking active mode by adjusting walking speed and stride length in proportion to the rotation angle and rotation force of the handle, the torque of the handle and the sensor value of the handle switch.

즉, 특허문헌 2의 상지 입력 부는 팔과 손, 손가락의 회전 및 세기 정보 등을 이용해 슬라이딩 기구부의 전 후진 위치 및 속도를 제어하고, 슬라이딩 기구부의 플랫폼 위에 위치한 발 지지부의 상하운동 및 회전 운동의 위치 및 속도를 조절하고, 사용자의 상지 운동에 관련된 센서 정보들을 토해 하지의 보행 정도를 변화시킬 수 있는 특징이 있다. That is, the upper limb input unit of Patent Literature 2 controls the forward and backward positions and speeds of the sliding mechanism unit by using the arm and hand, the rotation and strength information of the finger, and the position of the vertical movement and the rotational movement of the foot support unit located on the platform of the sliding mechanism unit. And adjusting the speed and changing the walking degree of the lower limb by spitting sensor information related to the upper limb movement of the user.

하지만, 종래 기술들은 체간 및 사지의 마비로 수의적 움직임의 조절이 어려운 중증 장애인을 시스템으로 이송 및 탑승하는 데 안전상의 어려움이 있 고, 많은 인력을 필요로 한다는 문제점이 있고, 하지의 외골격부를 착용함에 있어서도, 안전사고의 위험이 있을 수 있고, 보행에 있어 상지 입력부의 손잡이를 잡고 보행을 진행해야 한다는 점에서 자연스러운 보행이 이루어질 수 없다는 문제점이 있다.However, the prior art has a problem in that it is difficult to transport and ride a severely disabled person, which is difficult to control voluntary movement due to paralysis of trunk and limbs, has a problem of requiring a lot of manpower, and wears the exoskeleton of the lower limb. In the case, there may be a risk of a safety accident, there is a problem that can not be walked in nature in that the gait to hold the handle of the upper limb input unit in walking.

특허문헌 1 : 대한민국 등록특허 제10-1043207호(2011.06.15)Patent Document 1: Republic of Korea Patent No. 10-1043207 (2011.06.15) 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허 제10-0841177호(2008.06.18)Patent Document 2: Republic of Korea Patent No. 10-0841177 (2008.06.18)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 사용자가 휠체어를 탄 상태에서 하지 재활 운동 로봇에 접근할 때, The present invention was created to solve the above problems, when the user approaches the lower limb rehabilitation robot in a wheelchair,

하지의 움직임을 발생시킬 수 있는 외골격 로봇과 기립이 가능하고 이동할 수 있는 이동 로봇, 체중지지 장치 등으로 구성된 하지 재활 운동 로봇과 휠체어 사이에 안전한 이송 및 탑승이 이루어질 수 있도록 하고, 사지의 마비나 감각 저하로 인해, 기립 상태로 보행 보조 기구로의 접근이 어려운 중증 장애인은 하네스를 착용한 후, 하지 재활 운동 로봇을 전면에서 바라보는 상태로 접근하여, 하네스를 하지 재활 운동 로봇과 연결한 후, 공중에 띄운 상태에서 180도 회전하여 안전하게 이송할 수 있도록 하는 하지 재활 운동 로봇 및 이 로봇의 탑승 및 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Safe transport and boarding between lower extremity rehabilitation exercise robot and wheelchair consisting of exoskeleton robot that can generate lower limb movement, standing mobile robot, weight support device, etc. Due to the deterioration, the severely disabled person who is standing up and has difficulty in accessing the walking aid, wears a harness, approaches the leg rehabilitation robot from the front, connects the harness with the leg rehabilitation robot, It is an object of the present invention to provide a rehabilitation exercise robot and a boarding and driving method of the robot to rotate safely 180 degrees in a floating state.

또한, 본 발명은 하지 외골격을 착용할 때, 의자 끝에 앉아서 착용을 할 경우, 체간 조절을 하지 못하는 중증장애인은 낙상의 위험이 있는데, 이를 방지하기 위해 하지 재활 운동 로봇의 의자부와 하지 외골격부가 일체형으로 되어 있어, 외골격부를 착용할 때에도 사용자가 체간 및 엉덩이를 전방으로 옮길 필요가 없고, 안정적으로 외골격부를 착용할 수 있도록 하는 하지 재활 운동 로봇 및 이 로봇의 탑승 및 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention, when wearing the lower extremity exoskeleton, when sitting at the end of the chair to wear, the severely disabled who can not adjust the trunk, there is a risk of falls, the chair part and lower extremity exoskeleton of the lower limb rehabilitation exercise robot to prevent this It is intended to provide a lower limb rehabilitation robot and a method of boarding and driving the robot so that the user does not need to move the trunk and hips forward even when the exoskeleton is worn. .

뿐만 아니라, 본 발명은 보행시 상지의 자연스러운 팔 흔듦이 이루어지기 위해, 별도의 기구부를 장착하지 않고, 상지에 휴대용 무선 센서를 부착해 팔 흔듦 시의 각속도에 관한 정보를 하지 외골격부에 전달하여 자연스러운 보행 훈련이 가능하게 하는 하지 재활 운동 로봇 및 이 로봇의 탑승 및 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention in order to achieve the natural arm shaking of the upper limbs when walking, without attaching a separate mechanism, by attaching a portable wireless sensor to the upper limbs to transmit information about the angular velocity during arm shaking to the lower extremity skeletal An object of the present invention is to provide a lower limb rehabilitation robot and a method of boarding and driving the robot.

상술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇은 하지에 장애가 있는 장애인의 하지 재활 운동을 위한 로봇에 있어서, 장애인이 탑승하는 탑승의자, 탑승의자의 양측에 탈부착 가능하게 구비되는 외골격 로봇, 탑승의자의 등받이 부분에 구비되어 상하로 구동하는 상하 프레임, 및 상하 프레임과 수직 방향으로 형성되어 전후방으로 구동하는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the lower extremity rehabilitation exercise robot according to the present invention is a robot for the lower extremity rehabilitation exercise of a disabled person with a lower limb, the exoskeleton which is detachably provided on both sides of the boarding chair, the boarding chair for the disabled It is characterized in that it comprises a robot, the upper and lower frames are provided on the backrest portion of the boarding chair to drive up and down, and the coupling portion is formed in a vertical direction with the vertical frame to drive forward and backward.

본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇 탑승 방법은 하지에 장애가 있는 장애인의 하지 재활 운동 로봇 탑승방법에 있어서,기립 또는 착석한 상태로 하네스를 착용한 장애인이 하지 재활 운동 로봇으로 진입하는 단계, 하지 재활 운동 로봇의 결합부가 전방으로 전진하는 단계, 하네스와 결합부의 말단에 구비된 슬링부를 연결하는 단계, 하지 재활 운동 로봇의 상한 프레임이 상부로 구동되어 장애인을 지면으로부터 부양시키는 단계, 하지 재활 운동 로봇의 결합부가 후방으로 후진하여 부양된 상태의 장애인을 탑승의자에 탑승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Rehabilitation exercise robot riding method according to the present invention is a rehabilitation exercise robot riding method of a disabled person with a disability in the lower limb, step of entering the rehabilitation exercise robot for the disabled person wearing a harness in a standing or seated state, rehabilitation exercise Advancing the engaging portion of the robot forward, connecting the slings provided at the end of the harness and the coupling portion, the upper frame of the lower limb rehabilitation exercise robot is driven upward to support the disabled from the ground, coupling of the rehabilitation exercise robot The additional step of back to the rear characterized in that it comprises the step of boarding the disabled person in the boarding chair.

본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇 구동 방법은 장애인의 상완 또는 손목에 3차원 가속도계나 자이로 센서와 같은 무선형 센서부가 착용되어 팔의 흔듦을 하지 외골격 로봇이 감지함에 따라 팔을 전후로 움직일 때 발생하는 각속도의 방향과 크기로 하지 외골격 로봇의 보행 폭과 속도가 조절되어 재활이 이루어지는 것을 특징으로 한다.The method of driving the lower limb rehabilitation exercise robot according to the present invention wears a wireless sensor such as a 3D accelerometer or a gyro sensor on the upper arm or wrist of a handicapped person. Rehabilitation is performed by adjusting the walking width and speed of the lower extremity exoskeleton in the direction and size of the robot.

본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇은 휠체어, 의자 또는 침대에 있는 중증 장애인을 연결부 말단에 하네스를 연결하여 환자를 든 상태에서 회전하여 간편하고 안전하게 이송할 수 있는 효과가 있다.Rehabilitation exercise robot according to the present invention has an effect that can be easily and safely transported by rotating the patient in a state of lifting the patient by connecting the harness to the terminal of the severely disabled in a wheelchair, chair or bed.

또한, 본 발명은 하지 재활 운동 로봇에 탑승 후 기립 및 보행이 필요한 하지 외골격 로봇를 사용자의 체간 및 엉덩이의 움직임 없이 착용이 가능하므로, 안전성 및 착용 편의성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, the present invention is possible to wear the lower extremity exoskeleton robot that needs to stand and walk after boarding the lower rehabilitation exercise robot, without the movement of the trunk and hip of the user, there is an effect to improve the safety and wearing convenience.

또한, 본 발명은 사용자의 상지에 휴대형 무선 센서를 부착하여, 실제 보행 시 나타나는 팔 움직임을 통해 자연스러운 보행 훈련을 할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is attached to the portable wireless sensor on the user's upper limb, there is an effect that can be a natural walking training through the movement of the arm appears when walking.

뿐만 아니라, 본 발명은 수의적인 체간 조절 및 사지 움직임이 어려운 중증 장애인도 최소한의 외부 인력의 도움으로 이송 및 탑승이 가능하고, 잔존 기능이 있는 상지 부위에 센서를 부착하여 독립적으로 보행 훈련을 진행할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can be transported and boarded even with the help of a minimum number of external personnel difficult to voluntarily adjust the trunk and limb movement, attach the sensor to the upper extremity portion with the remaining function can proceed to walk training independently It has an effect.

도 1은 본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇을 이용한 재활 치료자의 탑승을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇의 탑승의자를 도시한 도면,
도 3은 기립 자세를 유지할 수 있는 장애인을 하지 재활 운동 로봇(100)에 탑승시키는 순서도면,
도 4는 착석한 자세를 유지하고 있는 장애인을 하지 재활 운동 로봇(100)에 탑승시키는 순서도면,
도 5는 본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇을 이용하는 장애인이 손목에 센서를 착용하고 허벅지 외골격 로봇을 제어하는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇을 이용하는 장애인이 착용한 하네스를 도시한 도면이다.1 is a view showing the boarding of the rehabilitation therapist using the lower limb rehabilitation exercise robot according to the present invention,
Figure 2 is a view showing a boarding chair of the rehabilitation exercise robot according to the invention,
3 is a flow chart for boarding the disabled rehabilitation exercise robot 100 to maintain the standing posture,
Figure 4 is a flow chart for boarding the disabled person holding a seated position in the rehabilitation exercise robot 100,
FIG. 5 is a view of a handicapped person using a lower limb rehabilitation exercise robot according to the present invention, wearing a sensor on a wrist, and controlling a thigh exoskeleton robot;
6 is a view illustrating a harness worn by a disabled person using a lower limb rehabilitation exercise robot according to the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concept of the term appropriately in order to describe its own invention in the best way. The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇을 이용한 재활 치료자의 탑승을 도시한 도면이다.1 is a view showing the boarding of the rehabilitation therapist using the lower limb rehabilitation exercise robot according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇은 탑승의자(110), 상하 프레임(120) 및 결합부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the lower limb rehabilitation robot according to the present invention includes a boarding chair 110, a top and bottom frame 120, and a coupling unit 130.

상기 탑승의자(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 허벅지 외골격 로봇(111)이 일체형으로 구비되되, 외골격의 허벅지부 형상으로 오목하게 파여 탑승자의 허벅지 일부가 수용할 수 있도록 오목한 구조로 이루어져 있고, 외골격 로봇(111)이 양측에 각각 고정되어 있다.The boarding chair 110 is provided with a thigh exoskeleton robot 111 integrally, as shown in Figure 2, it is made of a concave structure to accommodate a part of the thigh of the occupant is recessed in the shape of the thigh portion of the exoskeleton, The exoskeleton robot 111 is fixed to both sides, respectively.

상기 탑승의자(110)가 위와 같은 구조로 이루어져, 사용자는 하지 외골격 로봇(111)을 착용하기 위해 체간 및 엉덩이를 앞쪽으로 옮기지 않고도 의자에 탑승한 상태에서 외골격 로봇(111)과 신체를 고정시키는 커프(cuff)를 이용해 쉽게 착용할 수 있다.The boarding chair 110 is made of the same structure as above, the user to wear the lower extremity exoskeleton robot 111 cuff to fix the exoskeleton robot 111 and the body in the state of boarding the chair without moving forward Can be easily worn with (cuff).

이때, 상기 외골격 로봇(111)은 사용자의 기립 및 보행시, 편의성을 위해 상기 탑승의자(111)에서 탈부착 가능한 것이 바람직하다.At this time, the exoskeleton robot 111 is preferably detachable from the boarding chair 111 for the convenience of the user standing and walking.

상기 상하 프레임(120)은 상기 탑승의자(110)의 등받이 부분에 구비되고, 상하로 움직여 사용자를 들어올리거나 내리는 기능을 수행한다.The upper and lower frames 120 are provided in the backrest portion of the boarding chair 110 and move upward and downward to lift or lower a user.

한편, 상기 결합부(130)는 상기 상하 프레임(120)과 수직 방향으로 형성되고, 말단부위에 사용자가 착용한 하네스를 걸어 고정할 수 있는 슬링부(131)가 형성되어, 전후 방향으로 움직이는 동작을 통해 사용자를 재활 운동 로봇(100)으로 탑승시키게 된다.On the other hand, the coupling portion 130 is formed in the vertical direction with the upper and lower frames 120, the sling portion 131 that can be fixed to the user to hang the harness worn by the user is formed, the movement in the front and rear direction Through the user to the rehabilitation exercise robot 100 to board.

이때, 상기 결합부(130)는 상기 슬링부(131)를 회전시켜 사용자의 방향전환을 통해 사용자가 탑승의자(110)에 올바르게 탑승할 수 있도록 한다.At this time, the coupling part 130 rotates the sling part 131 so that the user can correctly ride in the boarding chair 110 through the direction of the user.

상기 탑승의자(110)는 사용자가 기립한 상태에서 하지 외골격 로봇에 의한 재활운동 등을 실시할 경우 바닥이 아래쪽으로 접혀서 재활운동이 가능한 공간을 확보할 수 있다.The boarding chair 110 may secure a space for rehabilitation by folding down the floor when the user performs a rehabilitation exercise by the lower extremity exoskeleton robot in a standing state.

상술한 바와 같은 구성을 가진 재활 운동 로봇(100)으로 사용자를 탑승시키는 방법에 대하여, 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. A method of boarding a user with the rehabilitation exercise robot 100 having the above-described configuration will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.

참고로, 도 3은 기립 자세를 유지할 수 있는 장애인을 하지 재활 운동 로봇(100)에 탑승시키는 순서도 이다.For reference, Figure 3 is a flow chart for the disabled to maintain the standing posture to board the rehabilitation exercise robot 100.

도 4는 착석한 자세를 유지하고 있는 장애인을 하지 재활 운동 로봇(100)에 탑승시키는 순서도 이다.Figure 4 is a flow chart for the disabled to maintain a seated position boarding the rehabilitation exercise robot 100.

하지 재활 운동 로봇의 탑승 방법은 장애인의 상태에 따라 두 가지가 있을 수 있다.There are two ways of boarding the rehabilitation exercise robot, depending on the condition of the disabled.

첫 번째 방법은 기립 자세를 유지할 수 있는 장애인이 체중 지지용 하네스(210)와 하지 외골격 로봇(111)을 착용한 상태에서 하지 재활 운동 로봇(100)으로 진입하면, 하네스(210) 줄을 상기 슬링부(131)에 걸고 180도 회전 후, 탑승의자(110)에 탑승시키는 방법이다.The first method is to enter the lower leg rehabilitation exercise robot 100 while wearing a weight support harness 210 and the lower extremity exoskeleton robot 111 that can maintain the standing posture, the sling line 210 of the sling After rotating 180 degrees on the part 131, the boarding chair 110 is a method.

더욱 구체적으로, 하지 재활 운동 로봇(100)의 탑승의자(110)와 하지 외골격 로봇(111)은 분리가 가능하므로, 도 3a에 도시된 바와 같이 사용자는 기립 상태에서 하지 외골격 로봇(111)을 착용한 후, 하지 재활 운동 로봇(100) 방향으로 진입한다.More specifically, since the boarding chair 110 and the lower extremity exoskeleton robot 111 of the lower rehabilitation exercise robot 100 can be separated, the user wears the lower extremity exoskeleton robot 111 in a standing state as shown in FIG. 3A. After that, the lower rehabilitation exercise robot 100 enters the direction.

이후, 도 3b에 도시된 바와 같이 사용자가 착용한 상기 체중 지지용 하네스(210) 줄을 결합부(130)의 슬링부(131)에 걸어 고정시킨 후, 상기 상하 프레임(120)이 상부로 구동하여 사용자를 들어올리면, 전방으로 전진한 상태의 상기 결합부(130)가 후방으로 후진하여 사용자를 하지 재활 운동 로봇(100) 쪽으로 이동시키고, 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 슬링부가 180도 회전하여 사용자를 하지 재활 운동하기에 올바른 자세로 위치시킨다.Thereafter, as shown in FIG. 3B, the weight support harness 210 worn by the user is fixed to the sling part 131 of the coupling part 130, and the upper and lower frames 120 are driven upward. By lifting the user, the engaging portion 130 in the forward state is moved backwards to move the user toward the lower rehabilitation robot 100, the sling portion is rotated 180 degrees as shown in Figure 3c Position the user in the correct position for rehabilitation.

두 번째 방법은 사지 마비로 인해 기립 자세를 유지할 수 없어 체간 조절이 어려운 중증 장애인의 재활 운동을 위한 방법이다.The second method is a rehabilitation exercise for a severely disabled person who is unable to maintain his standing posture due to quadriplegia.

즉, 도 4a에 도시된 바와 같이 휠체어, 의자 또는 침대에서 체중 지지용 하네스(210)를 입은 상태에서 하네스(210) 줄을 상기 슬링부(131)에 걸고, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 상하 프레임(120)으로 장애인을 공중에 살짝 띄운 상태에서 180도 회전시킨다.That is, as shown in FIG. 4A, the harness 210 is connected to the sling part 131 in a state of wearing a weight support harness 210 in a wheelchair, a chair, or a bed, and the upper and lower parts as shown in FIG. 4B. The frame 120 is rotated 180 degrees in a state slightly floating in the air.

그리고, 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 탑승의자(110)에 탑승시켜, 상기 탑승의자(110)에 결합된 하지 외골격 로봇(111)을 착용하게 하여 하지 재활 운동이 이루어질 수 있도록 하는 방법이다.And, as shown in Figure 4c is a way to board the chair 110, wearing the lower extremity exoskeleton robot 111 coupled to the boarding chair 110, so that the lower limb rehabilitation exercise can be made.

필요한 경우 하네스(210) 줄로부터 상기 슬링부(131)를 제거할 수 있거나, 중증장애인의 경우 슬링부와 하네스를 분리하지 않은 상태에서 체중지지를 받을 수 있으므로 그대로 사용할 수 있다.If necessary, the sling part 131 may be removed from the harness 210 line, or in the case of a severely disabled person, since the sling part and the harness are not separated, weight support may be used.

또한 하지 외골격 로봇(111)을 착용하지 않은 상태에서 비슷한 방법으로 하네스(210) 줄을 슬링부(131)에 걸고 사용자를 휠체어에서 하지 재활 운동 로봇(100) 이동시켜 사용자가 기립한 상태에서 하지 외골격 로봇(111)을 착용할 수도 있다.In addition, the lower extremity exoskeleton robot (111) in a state in which the user hangs the harness 210 in a similar manner to the sling part 131 in a similar manner, and moves the user to the lower limb rehabilitation robot (100) in a wheelchair, the lower extremity exoskeleton in a standing state. The robot 111 may be worn.

본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇으로 하지 재활 운동시 도 5에 도시된 바와 같이 3차원 가속도계나, 자이로 센서(상대적 자세 정보) 등의 무선형 센서부(220)를 밴드 형태로 사용자의 상지에 착용한 후(상완 착용형 또는 손목 착용형이 있을 수 있음.) 상지의 흔듦을 상기 하지 외골격 로봇(111)이 감지하여 하지 외골격 로봇(111)을 제어할 수 있다.In the lower limb rehabilitation exercise according to the present invention, as shown in FIG. 5, a wireless sensor unit 220 such as a 3D accelerometer or a gyro sensor (relative posture information) is worn on the upper limb of the user in a band form. Afterwards (the upper arm may be worn or wrist worn). The lower extremity exoskeleton robot 111 may detect the shaking of the upper limb and control the lower extremity exoskeleton robot 111.

참고로, 도 5는 본 발명에 따른 하지 재활 운동 로봇을 이용하는 장애인이 손목에 센서를 착용하고 허벅지 외골격 로봇을 제어하는 도면이다.For reference, FIG. 5 is a diagram in which a disabled person using a lower limb rehabilitation exercise robot according to the present invention wears a sensor on a wrist and controls a thigh exoskeleton robot.

위와 같은 제어로 인해, 기존의 건강한 성인의 걸음걸이를 모사한 보행 패턴이 가능해지는데, 외쪽 상지를 흔들면, 오른쪽 다리가 움직이는 등의 상하지 상호 교대적 움직임이 일어난다.Due to the above control, it is possible to walk pattern that mimics the conventional gait of healthy adults. When the outer upper limbs are shaken, the upper and lower mutual movements such as the right leg are moved.

더욱 구체적으로 설명하면, 상지의 움직임에 따라 하지의 다리 움직임이 교차로 일어나 보행 훈련이 가능하고, 팔의 움직임에 따라 발생하는 방향과 각속도에 의해 보행의 폭 및 속도조절이 가능하다.In more detail, the leg movement of the lower limbs occurs at the intersection with the movement of the upper limb, and the gait training is possible, and the width and the speed of the gait can be adjusted by the direction and the angular velocity generated by the arm movement.

즉, 사용자의 팔목 혹은 팔의 상단부에 휴대형 타입의 3차원 가속도계 또는 자이로 센서와 같은 무선형 센서부(220)를 착용하고, 팔을 전후로 움직일 때 발생하는 각속도의 방향과 양에 따라 하지 외곡격 로봇(111)의 보행 폭과 속도가 조절된다.That is, wearing a wireless sensor unit 220, such as a portable three-dimensional accelerometer or gyro sensor on the user's wrist or upper end of the arm, according to the direction and amount of angular velocity generated when moving the arm forward and backward robot The walking width and speed of 111 are adjusted.

오른쪽 팔이 전방으로 향하면, 왼쪽 다리가 전방으로 향하고, 왼쪽 팔이 전방으로 향하면, 오른쪽 다리가 전방으로 향하도록 상호 교대적인 움직임으로 보행이 가능하고, 팔의 흔드는 범위와 속도에 따라 보폭과 보행속도가 달라진다.If the right arm is facing forward, the left leg is facing forward, and if the left arm is facing forward, the walking can be done in alternating movements with the right leg facing forward, and the stride length and walking speed depending on the swinging range and speed of the arm Is different.

참고로, 상기 무선형 센서부(220)가 무선으로 되어 있어 하지 외골격 로봇(111)은 복잡한 환경에서 적용되는 되는데 효과적이다.For reference, since the wireless sensor unit 220 is wireless, the lower extremity skeletal robot 111 is effective to be applied in a complicated environment.

즉, 기존 시스템과 달리 상지부에 별도의 기구물이 없어, 상지 흔듦이 가능할 정도의 공간이 확보되면 구동이 가능하고, 기존 시스템에 있는 손잡이부가 없어 마비 및 근력 약화로 인해 파지 및 손가락의 선택적 움직임이 가능하지 않은 사용자들에게 적용이 가능하다.In other words, unlike the existing system, there is no separate mechanism in the upper limb, so if the space enough to shake the upper limb is secured, it can be driven, and there is no handle in the existing system, so that the selective movement of the grip and finger due to paralysis and muscle weakness is prevented. Applicable to users not available.

여기서, 도 6을 참조하여 상기 체중 지지용 하네스(210)에 대하여 설명한다.Here, the weight support harness 210 will be described with reference to FIG. 6.

상기 체중 지지용 하네스(210)는 체간 고정부(211), 하지 고정부(212) 및 체간 고정부(211)와 하지 고정부(212)를 연결하는 연결부(213)으로 구성된다.The weight support harness 210 is composed of a trunk body 211, a lower leg 212 and the connecting portion 213 connecting the trunk body 211 and the lower leg 212.

상기 체간 고정부(211)는 사용자의 겨드랑이 아랫부분부터 복부를 충분히 감싸고, 양단에 구비된 이중의 고정장치로 고정되고,The trunk fixing portion 211 is fully wrapped around the abdomen from the lower armpit of the user, is fixed by a dual fixing device provided at both ends,

상기 하지 고정부(212)는 앉은 상태에서 사용자의 허벅지를 충분히 감싸고 역시 양단에 구비된 고정장치로 고정되는데, 상기 고정장치는 벨크로, 자크 등과 같은 고정장치가 해당 될 수 있다.The lower leg fixing portion 212 is wrapped around the user's thighs in a sitting state and is fixed with a fixing device also provided at both ends, the fixing device may be a fixing device such as Velcro, Jacque and the like.

상기 연결부(213)는 앞쪽 연결부(213a)와 뒤쪽 연결부(213b)로 구성되는데, 상기 앞쪽 연결부(213a)는 상기 체간 고정부(211)와 하지 고정부(212)를 측면에서 고정되어 연결하고, The connection portion 213 is composed of a front connection portion 213a and a rear connection portion 213b, the front connection portion 213a is fixed to the interbody fixing portion 211 and the lower limb fixing portion 212 from the side,

상기 뒤쪽 연결부(213b)는 상기 하네스(210)의 줄과 하지 상기 슬링부(131)를 연결하여 사용자를 수직으로 살짝 들어올려, 하지 고정부(212)의 뒤쪽에 남아 있는 부분을 사용자의 엉덩이를 감싸고 상기 체간 고정부(211)와 상기 하지 고정부(212)를 연결한다.The rear connection portion 213b connects the string of the harness 210 and the lower sling portion 131 to slightly lift the user vertically, and the portion remaining behind the lower leg fixing portion 212 is connected to the hip of the user. Wrap and connect the interbody fixing portion 211 and the lower limb fixing portion 212.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실 시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.

100 : 하지 재활 운동 로봇 110 : 탐승의자
111 : 허벅지 외골격 로봇 120 : 상하 프레임
130 : 결합부 131 : 슬링부
200 : 휠체어 210 : 하네스
211 : 체가 고정부 212 : 하지 고정부
213 : 연결부 213a : 앞쪽 연결부
213b : 뒤쪽 연결부 220 : 무선형 센서100: rehabilitation exercise robot 110: rider chair
111: thigh exoskeleton robot 120: vertical frame
130: coupling portion 131: sling portion
200: wheelchair 210: harness
211: sieve fixing portion 212: lower limb fixing portion
213: connection portion 213a: front connection portion
213b: rear connection 220: wireless sensor

Claims

하지에 장애가 있는 장애인의 하지 재활 운동을 위한 로봇에 있어서,
상기 장애인이 탑승하는 탑승의자(110);
상기 탑승의자(110)의 양측에 탈부착 가능하게 구비되는 외골격 로봇(111);
상기 탑승의자(110)의 등받이 부분에 구비되어 상하로 구동하는 상하 프레임(120); 및
상기 상하 프레임(120)과 수직 방향으로 형성되어 전후방으로 구동하는 결합부(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 운동 로봇.
In the robot for lower leg rehabilitation exercise of the handicapped person with a lower leg,
A boarding chair 110 on which the handicapped rides;
An exoskeleton robot 111 detachably provided at both sides of the boarding chair 110;
An upper and lower frame 120 provided in the backrest portion of the boarding chair 110 to drive up and down; And
Rehabilitation exercise robot comprising a; is formed in a vertical direction with the upper and lower frames 120 to drive forward and backward.

제 1항에 있어서,
상기 결합부(130)의 말단에는 고리형태로 슬링부(131)가 구비되어 상기 장애인이 착용하고 있는 하네스(210)와 결합되는 것을 특징으로 하는 하지 재활 운동 로봇.
The method of claim 1,
At the end of the coupling portion 130 is provided with a sling portion 131 in a ring shape rehabilitation exercise robot, characterized in that coupled with the harness (210) worn by the disabled.

제 2항에 있어서,
상기 상하 프레임(120)은 상기 하네스(210)와 상기 슬링부(131)가 결합된 상태에서 상하로 구동하여 기립 또는 착석해 있는 장애인을 들어올리거나 내리도록 구동하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 운동 로봇.
The method of claim 2,
The upper and lower frames 120, the lower rehabilitation exercise robot, characterized in that the drive to lift or lower the disabled standing up or sitting by driving up and down in a state in which the harness 210 and the sling portion 131 is coupled.

제 3항에 있어서,
상기 결합부(130)는 전후방으로 구동하여 상기 상하 프레임(120)에 의해 부양된 장애인을 이동시키는 것을 특징으로 하는 하지 재활 운동 로봇.
The method of claim 3, wherein
The coupling portion 130 is driven to the front and rear rehabilitation exercise robot, characterized in that for moving the disabled person supported by the upper and lower frames 120.

제 2항에 있어서,
상기 슬링부(131)는 상기 결합부(130)의 말단에서 180°회전가능한 것을 특징으로 하는 하지 재활 운동 로봇.
The method of claim 2,
The sling portion 131 is a rehabilitation exercise robot, characterized in that rotatable 180 ° from the end of the coupling portion 130.

제 2항에 있어서,
상기 하네스(210)는
상기 장애인의 겨드랑이 아랫부분부터 복부를 감싸고 양단에 고정장치가 구비된 체간 고정부(211);
상기 장애인이 앉은 상태에서 사용자의 허벅지를 감싸고 양단에 고정장치가 구비된 하지 고정부(212); 및
상기 체간 고정부(211)와 상기 하지 고정부(212)를 연결하는 연결부(213)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 운동 로봇.
The method of claim 2,
The harness 210 is
Interbody fixing part 211 which wraps the abdomen from the lower armpit of the disabled and is provided with fixing devices at both ends;
A lower limb fixing part 212 which surrounds the thigh of the user in the sitting state and is provided with fixing devices at both ends thereof; And
Rehabilitation exercise robot, characterized in that it comprises a connecting portion (213) for connecting the interbody fixing portion (211) and the lower limb fixing portion (212).

하지에 장애가 있는 장애인의 하지 재활 운동 로봇 탑승방법에 있어서,
기립 또는 착석한 상태로 하네스(210)를 착용한 장애인이 하지 재활 운동 로봇(100)으로 진입하는 단계;
상기 하지 재활 운동 로봇(100)의 결합부(130)가 전방으로 전진하는 단계;
상기 하네스(210)와 상기 결합부(130)의 말단에 구비된 슬링부(131)를 연결하는 단계;
상기 하지 재활 운동 로봇(100)의 상한 프레임(120)이 상부로 구동되어 장애인을 지면으로부터 부양시키는 단계; 및
상기 하지 재활 운동 로봇(100)의 결합부(130)가 후방으로 후진하여 부양된 상태의 장애인을 탑승의자(110)에 탑승시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 운동 로봇 탑승 방법.
In the method of riding the lower limb rehabilitation exercise robot of the handicapped person with a lower limb,
Entering the rehabilitation exercise robot 100 by a disabled person wearing the harness 210 in a standing or seated state;
Advancing the coupling part 130 of the lower limb rehabilitation robot 100 forward;
Connecting the harness 210 and the sling part 131 provided at the end of the coupling part 130;
The upper frame 120 of the lower limb rehabilitation exercise robot 100 is driven upward to support the disabled from the ground; And
Rehabilitation exercise robot boarding method characterized in that it comprises; the step of engaging the disabled 130 in a support state by the coupling unit 130 of the lower back rehabilitation exercise robot (100).

제 7항에 있서서,
상기 장애인을 탑승의자에 탑승시키는 단계 이후에,
상기 장애인의 중증장애 여부에 따라 상기 슬링부(131)와 상기 하네스(210)를 분리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 운동 로봇 탑승 방법.
In claim 7,
After the step of boarding the disabled person in the boarding chair,
Rehabilitation exercise robot riding method further comprises the step of separating the sling portion (131) and the harness (210) according to the severely disabled of the disabled.

제 8항에 있어서,
상기 장애인을 지면으로부터 부양시키는 단계와 상기 탑승의자(110)에 탑승시키는 단계 사이에
상기 장애인이 주시하는 방향이 전방을 향하도록 상기 슬링부(131)를 180°회전시켜는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 운동 로봇 탑승 방법.
The method of claim 8,
Between the step of supporting the disabled from the ground and the step of boarding the boarding chair 110
Rotating the sling portion (131) 180 ° so that the direction facing the disabled toward the front; Rehabilitation exercise robot riding method further comprising a.

제 8항에 있어서,
착석한 상태로 하네스(210)를 착용한 장애인의 경우,
상기 슬링부(131)와 상기 하네스(210)를 분리시키는 단계 이후에,
상기 탑승의자(110)에 결합된 하지 외골격 로봇(111)을 착용시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 운동 로봇 탑승 방법.
The method of claim 8,
In case of disabled person wearing harness 210 in a seated state,
After separating the sling portion 131 and the harness 210,
Wearing the lower extremity exoskeleton robot (111) coupled to the boarding chair (110); Rehabilitation exercise robot riding method characterized in that it further comprises.

제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 탑승 방법으로 탑승한 하지 재활 운동 로봇의 구동 방법에 있어서,
상기 장애인의 상완 또는 손목에 무선형 센서부(220)가 착용되어 팔의 흔듦을 하지 외골격 로봇(111)이 감지함에 따라 팔을 전후로 움직일 때 발생하는 각속도의 방향과 크기로 상기 하지 외골격 로봇(111)의 보행 폭과 속도가 조절되어 재활이 이루어지는 하지 재활 운동 로봇 구동 방법.
In the driving method of the lower limb rehabilitation exercise robot which boarded by the boarding method of any one of Claims 7-10,
The lower extremity skeletal robot 111 is worn in the upper arm or wrist of the handicapped by the wireless sensor unit 220 and the direction and magnitude of the angular velocity generated when the arm moves back and forth as the exoskeleton robot 111 detects the shaking of the arm. Rehabilitation exercise robot driving method in which the rehabilitation is performed by adjusting the walking width and speed).

제 11항에 있어서,
상기 무선형 센서부(220)는 3차원 가속도계나, 자이로 센서인 것을 특징으로 하는 재활운동 로봇 구동 방법.12. The method of claim 11,
The wireless sensor unit 220 is a three-dimensional accelerometer, a gyro sensor, characterized in that the robot driving method.