WO2016186270A1 - 착석형 보행 재활로봇 - Google Patents

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WO2016186270A1
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rehabilitation robot
axis
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한정우
김영환
민동명
이정현
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현대중공업 주식회사
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Definitions

  • FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view of FIG.
  • the weight support part 1 is an elevating part 11 including an elevating frame 5 connected to the vertical support 50 and an elevating block 245 connected to the elevating frame 5 inside the vertical support 50. ), And a seating portion 12 including a connection frame 6 connected to the elevating frame 5 and a saddle 7 installed on the connection frame 6.
  • the exterior cover 15 is attached to the left and right sides and the front side of the walking driver 2 to serve as a cover covering the walking driver 2, and the weight support part 1 is the front of the walking driver 2. It is installed in the up, the trainer driving unit (3) for transferring the trainer in the back of the walking driving unit (2) is installed.
  • the roller part 242 is installed in the position change part 32 to be rotatable as the position change part 32 moves.
  • the roller part 242 may rotate along the moving direction of the plate part 321 and the connection part 322 as the plate part 321 and the plate part 321 move.
  • the walking rehabilitation robot 10 according to the present invention is implemented such that the roller part 242 rotates to move the position change part 32 while the position change part 32 moves. Therefore, the walking rehabilitation robot 10 according to the present invention can reduce the force required to move the position change unit 32, it is possible to move the position change unit 32 even with a small force. Accordingly, the walking rehabilitation robot 10 according to the present invention can further prevent the force applied to the body of the operator in the process of moving the position change unit 32.
  • the weight support link 223 is a part of the biaxial drive unit 22 installed on the upper surface of the single axis drive table 213, which is a part of the single axis drive unit 21 of the walking drive unit 2, the end side The footrest 233 is provided.
  • FIG. 10 is a side view of the scaffold assembly in which the scaffold of FIG. 9 is assembled, and FIG. 11 illustrates a longitudinal cross-sectional view of FIG. 10.
  • the upper plate 54 is superimposed on the intermediate plate 55 in the state where the elastic member 66 is inserted in the upper portion of the scaffold detecting unit 65, and the elastic member 66 is placed on four lower surfaces of the upper plate 54.
  • the footrest 223 is completed. Therefore, the upper plate 54 and the lower plate 56 are overlapped with each other with a plurality of elastic members 66 including the footrest detecting unit 65 therebetween, respectively, between the upper plate 54 and the intermediate plate 55. This is not to be separated from each other.

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Abstract

본 발명은 수직지지대에 연결되어 승하강하는 승강부, 및 상기 승강부에 연결되는 착석부를 포함하고, 상기 착석부에 착석한 훈련자를 지지하는 체중지지부; 및 상기 체중지지부와 연결되어 지면에 설치되고 훈련자의 보행 훈련을 위하여 발판이 연결된 체중지지링크가 양쪽으로 나란히 각각 장착되는 보행 구동부를 포함하고, 상기 보행 구동부는 상기 각 발판의 보행 궤적운동에 따른 전후방향 이동을 위한 1축 구동부, 상기 체중지지링크의 회전운동으로 만들어지는 상기 발판의 상하운동을 위한 2축 구동부, 및 상기 발판의 회전운동을 위한 3축 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇에 관한 것이다.

Description

착석형 보행 재활로봇
본 발명은 착석형 보행 재활로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 훈련자의 체중 지지를 위해 착석부의 안장에 착석한 상태에서 발판에 발을 올려놓으면 상기 발판이 체중지지링크와 함께 보행 구동부에 의해 보행궤적을 따라 운동함으로써, 하지 마비 환자와 같이 보행훈련이 필요한 훈련자의 보행훈련을 도와 수행할 수 있도록 한 착석형 보행 재활로봇에 관한 것이다.
일반적으로 보행 재활로봇은 재활 치료 등에 사용되는 치료장치로써, 하반신이 마비된 척수손상, 뇌졸중, 외상성 뇌손상, 근위축증, 파킨슨병, 다발성경화증, 뇌성마비, 직립 감각 증진 훈련 등이 그 적용 대상이 될 수 있다.
그리고 본 발명의 보행 재활로봇과 같은 것으로 도시된 도 1은 종래의 보행 훈련용 장치를 나타낸 것으로서, 이러한 종래의 보행 훈련용 장치(100)는 훈련자의 체중 지지를 위해 오버헤드 하네스 타입의 하중 견인 장치를 사용한다.
이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 상기 오버헤드 하네스는 하중의 완전한 상 방향 견인이 가능하고, 하네스의 유연성으로 인해 견인대상의 중력방향 외 구속이 비교적 자유롭다는 점에서 사람을 비롯한 생명체를 견인하는 분야에 널리 사용되고 있다.
한편, 대한민국 등록특허공보 제10-0976180호 및 대한민국 등록특허공보 제10-0403672호에 기재된 바와 같이, 보행에 장애가 있는 환자들의 재활치료를 목적으로 하는 보행훈련용 로봇 및 그 운용방법과 보행 재활훈련 로봇용 보행자의 전／후진 보행거리 및 보행방향 측정 장치가 제안된 바 있다.
그러나 상기 오버헤드 하네스는 착용에 일정 시간이 소비되고, 착용 시 장시간 하중 지지에 부적합한 신체부위에 많은 하중이 집중되며, 하네스 상부 방향으로 비교적 큰 설치공간을 필요로 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 훈련자의 체격에 맞추어 승하강할 수 있는 체중지지부가 훈련자의 체중을 지지하는 상태에서, 보행궤적 운동을 하는 보행 구동부의 체중지지링크 및 발판에 의해 스스로 보행을 할 수 없는 훈련자의 보행훈련을 보조하여 수행할 수 있도록 한 착석형 보행 재활로봇을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 보행 재활로봇의 보행훈련 위치로 훈련자를 안전하게 이송하기 위해 상기 보행 재활로봇에 경사부와 위치변경부 및 가이드부로 된 훈련자 이송부를 설치한 착석형 보행 재활로봇을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 상기 발판의 일부가 비상시에 훈련자의 발로부터 분리할 수 있도록 하면서 상기 발판을 발로 밟아 누르는 힘이 발판감지부에 의해 정확하게 전달되도록 한 착석형 보행 재활로봇을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 손잡이와 훈련자의 가슴을 기대는 방식의 가슴지지대를 상기 체중지지부에 구성함으로써 안장에 안착되는 훈련자의 상부를 고정하여 안장만으로 부족할 수 있는 훈련자의 낙상 등에 대한 안전성을 확보할 수 있도록 한 착석형 보행 재활로봇을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 보행 재활로봇의 작동상태를 알려주는 알림등을 설치함으로써 보행 재활로봇의 정상적인 작동을 항시 감시할 수 있고, 비상시에는 작동을 정지할 수 있는 비상버튼을 설치한 보행 재활로봇을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇은 수직지지대에 연결되어 승하강하는 승강부, 및 상기 승강부에 연결되는 착석부를 포함하고, 상기 착석부에 착석한 훈련자를 지지하는 체중지지부; 및 상기 체중지지부와 연결되어 지면에 설치되고 훈련자의 보행 훈련을 위하여 발판이 연결된 체중지지링크가 양쪽으로 나란히 각각 장착되는 보행 구동부를 포함할 수 있다. 상기 보행 구동부는 상기 각 발판의 보행 궤적운동에 따른 전후방향 이동을 위한 1축 구동부, 상기 체중지지링크의 회전운동으로 만들어지는 상기 발판의 상하운동을 위한 2축 구동부, 및 상기 발판의 회전운동을 위한 3축 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 착석형 보행 재활로봇에 따르면, 착석용 안장이 높낮이를 조절하며 훈련자의 체중을 지지하는 상태에서 보행 훈련을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 안장을 이용한 체중 지지부의 역할을 하는 연결프레임의 사용으로 오버헤드 하네스 방식의 보행 훈련 장치에 비해 착·탈 시간을 단축할 수 있으므로 훈련자 및 훈련보조자의 사용상 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명의 보행 재활로봇의 설치 시 천장공사가 필요한 종래 오버헤드 하네스 타입의 하중 견인 장치에 비해 필요한 설치 높이가 낮아 병원 등의 설치 대상 기관에 설치를 위한 별도의 공간개조가 필요하지 않다는 장점이 있다.
또 보행재활 로봇의 이상작동, 환자의 강직 등 예측하기 어려운 돌발 상황에서 환자의 관절 부상의 위험을 감소시킬 수 있어, 보행재활 로봇의 안전성 및 이에 따른 상품성을 제고할 수 있고, 보행훈련을 할 때 상기 발판에 가해지는 힘을 안정적으로 측정하여 재활운동에 올바르게 반영할 수 있는 효과가 있다.
또한 손잡이와 가슴지지대를 구성하여 안장에 안착되는 훈련자의 상부를 고정할 수 있으므로 훈련자의 낙상과 같은 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 알림등에 의해 보행 재활로봇의 정상작동을 보행훈련 중에 수시로 확인할 수 있고, 비상버튼에 의한 작동정지에 의해 보행 재활로봇의 오작동을 신속하게 대처할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 보행 훈련용 장치를 나타낸 사시도
도 2는 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 우측면도
도 4는 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 평면도
도 5는 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 한쪽 보행 구동부 부분의 사시도
도 6은 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 한쪽 보행 구동부 부분의 우측면도
도 7은 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 한쪽 보행 구동부 부분의 좌측면도
도 8은 본 발명에 따른 보행재활 로봇의 발판의 사시도
도 9는 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 발판의 분해 사시도
도 10은 상기 도 9의 발판을 조립한 발판 어셈블리의 측면도
도 11은 상기 도 10의 종단면도
도 12는 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부 부분의 측면도
도 13은 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부 부분의 내부를 보여주는 내부 사시도
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부에서 가슴지지대가 연결프레임으로부터 이격되는 거리가 조절되는 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 16은 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부에서 가슴지지대가 회전되는 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도
이하, 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 우측면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 평면도를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇(10)은, 체중지지부(1)와 보행구동부(2) 및 훈련자 이송부(3)로 대별된다. 상기 보행 구동부(2)는 도 5에 도시되어 있다.
여기서 상기 보행 재활로봇(10)에 적용되는 전원과 연결선 등은 공지된 구성을 택일하여 적용되고 별도의 설명은 생략하기로 한다.
상기 체중지지부(1)는 수직지지대(50)에 연결되는 승강프레임(5)과 상기 수직지지대(50) 내부에 승강프레임(5)과 연결되는 승강블록(245) 등을 포함하는 승강부(11)와, 상기 승강프레임(5)에 연결된 연결프레임(6)과 이 연결프레임(6)에 설치된 안장(7) 등을 포함하는 착석부(12)로 구성된다.
상기 보행 구동부(2)의 좌/우의 측면 및 앞쪽에는 외관커버(15)가 부착되어 상기 보행 구동부(2)를 가리는 커버의 역할을 하고, 상기 체중지지부(1)는 보행 구동부(2)의 앞쪽에 세워 설치되며, 상기 보행구동부(2)의 뒷쪽에 훈련자를 이송하기 위한 훈련자 이송부(3)가 설치된다. 또한 상기 체중지지부(1)의 승강부(11)가 설치되는 수직지지대(50) 상면 내부에는 알림등(20)이 설치되어 개방된 둘레를 통해 서로 다른 색깔의 빛을 발산하게 되며, 상기 체중지지부(1)의 수직지지대(50) 전면에는 비상버튼(14a)이 설치되어, 예컨대 상기 알림등(20)이 녹색으로 빛을 발산할 때는 보행 재활로봇의 정상작동으로 인지하다가 적색으로 빛을 발산하는 경우 자동정지하거나, 보호자 또는 훈련자의 판단에 따라 오작동으로 인지하는 경우 상기 비상버튼(14a)을 눌러 작동을 바로 정지하도록 한다.
상기 훈련자 이송부(3)는 보행 구동부(2)의 후단에 설치되는 경사부(31)와 상기 보행 구동부(2) 상에 설치되는 위치변경부(32) 및 상기 위치변경부(32)의 이동을 가이드하는 가이드부(33)로 구성된다.
상기 경사부(31)는 훈련자가 보행 구동부(2) 상방의 보행훈련공간(200)으로 이동하도록 상기 보행 구동부(2)에 설치된다. 상기 경사부(31)는 바닥면과 보행 구동부(2)를 연결한다. 훈련자는 상기 경사부(31)를 통해 상기 보행 구동부(2)의 상측으로 이동함으로써, 상기 보행훈련공간(200)으로 이동할 수 있다.
상기 위치변경부(32)는 훈련자가 상기 보행훈련공간(200)으로 이동하기 위한 이동위치(P1) 및 훈련자에 대한 보행훈련을 수행하기 위한 훈련위치(P2) 간에 이동 가능하게 상기 보행 구동부(2)에 설치된다. 예컨대, 훈련자가 상기 보행훈련공간(200)으로 이동해야 할 경우, 상기 위치변경부(32)는 상기 이동위치(P1)에 위치될 수 있다. 이 경우, 훈련자는 휠체어에 탑승한 상태 또는 다른 사람의 부축을 받은 상태로 상기 경사부(31) 및 상기 위치변경부(32)를 따라 상기 보행훈련공간(200)으로 이동할 수 있다. 훈련자가 상기 보행훈련공간(200)에 위치되어 상기 안장(7)에 착석하면, 상기 위치변경부(32)는 상기 훈련위치(P2)로 이동할 수 있다. 여기서, 상기 훈련자 이송부(3)는 상기 위치변경부(32)에 형성되는 파지부(201)를 포함할 수 있다.
상기 파지부(201)는 상기 위치변경부(32)에 홀 또는 홈 형태로 형성될 수 있다. 즉, 상기 파지부(201)는 상기 위치변경부(32)로부터 상기 보행 구동부(2)를 향하는 방향으로 인입된 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 위치변경부(32)는 훈련자를 보조해주는 다른 사람이 상기 파지부(201)를 파지한 상태에서 이동함으로써, 이동할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 상기 파지부(201)가 돌출되게 형성되는 경우와 비교하면, 훈련자가 상기 위치변경부(32)로 이동하는 과정에서 훈련자의 이동경로와 파지부(201)가 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
상기 가이드부(33)는 상기 위치변경부(32)의 이동을 가이드한다. 상기 가이드부(33)는 상기 보행 구동부(2)에 설치될 수 있다. 상기 가이드부(33)는 상기 위치변경부(32)가 중력방향에 대해 수직한 이동방향으로 이동하도록 상기 위치변경부(32)의 이동을 가이드할 수 있다. 이 경우, 상기 위치변경부(32)는 상기 가이드부(33)를 따라 상기 이동방향으로 이동함으로써, 상기 훈련위치(P2)에서 상기 경사부(31) 상측에 위치될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 하기와 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 상기 이동방향으로 상기 위치변경부(32)를 이동시킬 수 있도록 구현됨으로써, 중력방향으로 이동시키는 경우와 비교하면, 상기 위치변경부(32)의 하중에 의해 조작자의 신체에 무리가 가는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 보행 훈련을 하는 과정에서 근골격계 질환 등의 질병 및 조작자에 대한 안전사고를 방지하는데 기여할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 상기 위치변경부(32)를 이동시킨 상태에서 보행훈련을 수행함으로써, 상기 보행 구동부(2)와 상기 위치변경부(32)가 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 충분한 보행범위를 확보할 수 있으므로, 작업자에 대한 보행훈련의 효율성을 향상시킬 수 있다.
상기 위치변경부(32)는 평판부(321) 및 연결부(322)를 포함할 수 있다.
상기 평판부(321)는 상기 가이드부(33)에 설치된다. 상기 평판부(321)는 훈련자를 지지한다. 상기 평판부(321)는 상기 가이드부(33)를 따라 이동하여 상기 이동위치(P1) 및 상기 훈련위치(P2) 중에서 어느 한 위치에 위치될 수 있다. 상기 평판부(321)의 일측에는 상기 연결부(322)가 설치될 수 있다. 이에, 훈련자는 상기 평판부(321)가 상기 이동위치(P1)에 위치되면 상기 경사부(31), 상기 연결부(322) 및 상기 평판부(321)를 통해 상기 보행훈련공간(200)으로 이동할 수 있다. 상기 평판부(321)에는 상기 파지부(201)가 형성될 수 있다.
상기 연결부(322)는 상기 평판부(321) 및 상기 경사부(31)를 연결한다. 상기 연결부(322)는 상기 평판부(321)에 힌지를 이용해 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 평판부(321)가 이동위치(P2)로 이동함에 따라 상기 연결부(322)도 같이 이동할 수 있다. 상기 연결부(322)는 상기 평판부(321)에서 상기 경사부(31)를 향할수록 경사가 감소되게 상기 평판부(321)에 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 연결부(322)는 상기 경사부(31)의 전방 일단에 연속적으로 위치되어 훈련자가 경사부(31)를 거쳐 연결부(322)를 통해 상기 평판부(321)에 위치될 수 있다.
상기 평판부(321)가 상기 이동위치(P1)에서 상기 훈련위치(P2)로 이동할 경우, 상기 평판부(321)에 설치된 상기 연결부(322)가 상기 경사부(31)와 접촉된 상태에서 이동할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 상기 이동방향으로 슬라이딩 방식 및 중력을 이용해서 상기 위치변경부(32)를 이동시킬 수 있도록 구현됨으로써, 중력방향으로 이동시키는 경우와 비교하면, 상기 위치변경부(32)의 하중에 의해 조작자의 신체에 무리가 가는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 보행 훈련을 하는 과정에서 근골격계 질환 등의 질병 및 조작자에 대한 안전사고를 방지하는데 기여할 수 있다.
상기 가이드부(33)는 상기 위치변경부(32)의 이동경로를 제공하는 가이드레일(241) 및 상기 위치변경부(32)에 설치되는 롤러부(242)를 포함할 수 있다.
상기 가이드레일(241)은 상기 외관커버(15)에 설치된다. 상기 가이드레일(241)은 상기 위치변경부(32)의 이동경로를 제공한다. 예컨대, 상기 평판부(321)는 상기 가이드레일(241)을 따라 이동함으로써, 상기 이동위치(P1) 및 상기 훈련위치(P2) 중에서 어느 한 위치에 위치될 수 있다. 이에, 상기 연결부(322)는 상기 평판부(321)가 상기 가이드레일(241)을 따라 이동함으로써, 상기 경사부(31)와 접촉된 상태에서 이동될 수 있다.
상기 롤러부(242)는 상기 위치변경부(32)가 이동함에 따라 회전 가능하게 상기 위치변경부(32)에 설치된다. 예컨대, 상기 롤러부(242)는 상기 평판부(321)및 상기 평판부(321)가 이동함에 상기 평판부(321) 및 상기 연결부(322)의 이동방향을 따라 회전할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 상기 위치변경부(32)가 이동하는 과정에서 상기 롤러부(242)가 회전하여 상기 위치변경부(32)를 이동시킬 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 상기 위치변경부(32)를 이동시키는데 필요한 힘을 줄임으로써, 작은 힘으로도 상기 위치변경부(32)를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 상기 위치변경부(32)를 이동시키는 과정에서 조작자의 신체에 무리가 가해지는 것을 더 방지할 수 있다.
상기 가이드부(33)는 상기 이동위치(P1) 및 상기 훈련위치(P2) 중에서 적어도 하나에 위치되게 형성되는 제2고정부(243) 및 고정부재(244)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 훈련자 이송부(3)는 상기 위치변경부(32)에 설치되는 제1고정부(203)를 포함할 수 있다.
상기 제2고정부(243)는 상기 가이드레일(241)에 설치된다. 상기 제2고정부(243)는 상기 이동위치(P1) 및 상기 고정위치(P2) 중에서 적어도 한 위치에 위치되게 상기 가이드레일(241)에 설치될 수 있다. 상기 제2고정부(243)는 홀 또는 홈 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 제1고정부(203)는 상기 위치변경부(32)에 설치된다. 상기 제1고정부(203)는 상기 위치변경부(32)가 이동함에 따라, 상기 이동위치(P1) 및 상기 고정위치(P2) 각각에서 상기 제2고정부(243)와 대응되는 위치에 위치될 수 있다. 상기 제1고정부(203)는 상기 위치변경부(32)에 홀 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 고정부재(244)는 상기 위치변경부(32)를 고정시킬 수 있다. 상기 고정부재(244)는 상기 위치변경부(32)가 이동함에 따라 상기 이동위치(P1)의 상기 제2고정부(243) 및 상기 제1고정부(203)에 삽입될 수 있다. 이 경우, 상기 고정부재(244)는 상기 위치변경부(32)를 상기 이동위치(P1)에 고정시킬 수 있다. 또한, 상기 고정부재(244)는 상기 훈련위치(P2)의 상기 제2고정부(243) 및 상기 제1고정부(203)에 삽입될 수 있다. 이 경우, 상기 고정부재(244)는 상기 위치변경부(32)를 상기 훈련위치(P2)에 고정시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 훈련자가 상기 위치변경부(32) 상에 올라간 상태에서 상기 위치변경부(32)의 위치가 임의로 변경되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 훈련자가 상기 안장(7)에 착석하는 과정이나 상기 보행훈련공간(200)으로 이동하는 과정에서 넘어지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 보행훈련을 수행하는 과정에서 훈련자에 대한 안전사고가 발생하는 것을 방지하는데 기여할 수 있다.
여기서, 상기 훈련자 이송부(3)는 상기 가이드부(33)에 설치되는 스토퍼(202)를 포함할 수도 있다.
상기 스토퍼(202)는 상기 위치변경부(32) 상기 이동위치(P1)에 위치됨에 따라 상기 위치변경부(32)와 접촉되어 상기 위치변경부(32)의 이동을 정지시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 스토퍼(202)는 상기 이동위치(P1)에 위치되게 상기 외관커버(15)에 설치될 수 있다. 상기 스토퍼(202)는 충격을 흡수하고 소음을 줄일 수 있는 우레탄 등으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 스토퍼(202)는 스프링 등의 탄성부재를 이용하여 상기 위치변경부(32)와 충돌함에 따라 발생되는 충격을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 상기 위치변경부(32)가 상기 이동위치(P1)로 이동하는 과정에서 상기 가이드부(33)에 발생되는 충격 및 소음을 줄일 수 있다.
상기 가이드부(33)의 후단에는 위치변경부(32)의 평판부(321) 후단과 각각 접촉하는 감지센서(18)가 설치되어 있다. 이와 같은 감지센서(18)는 상기 위치변경부(32)의 평판부(321) 후단이 접촉하는 것을 감지하였을 때에만 상기 보행 구동부(2)를 작동하도록 함으로써, 상기 위치변경부(32)의 평판부(321)가 보행 훈련공간(200)에 위치한 상태로 상기 보행 구동부(2)가 작동하여 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있다. 상기 훈련자 이송부의 위치변경부(32)가 보행훈련공간(200)을 벗어나 훈련위치(P2)에 위치하여 보행 재활로봇의 동작이 가능한 상태임을 인지하도록 상기 가이드부(33)의 일부분에 설치되는 감지센서(18) 등은 훈련자이송부 감지장치로 설치된다.
상기 보행 구동부(2)는 훈련자의 보행 훈련이 가능하도록 상기 체중지지부(1)의 후방 양쪽에서 소정의 길이를 가지면서 나란히 설치되는 한 쌍의 체중지지링크(223) 및 발판(233)과 함께 상기 체중지지링크(223) 및 발판(233)이 보행 궤적에 따라 구동하는 동작을 수행하기 위한 1축 구동부(21)와 2축 구동부(22) 및 3축 구동부(23)를 각각 포함하여 구성된다. 이러한 보행 구동부(2)의 상기 각 체중지지링크(223) 중 한쪽 체중지지링크의 끝단 우측면 및 다른 쪽 체중지지링크의 끝단 좌측면에 발판(233)이 서로 마주보며 각각 장착되며, 상기 각 보행 구동부(2)의 구성 및 구체적인 구동에 대해서는 상세히 후술하도록 한다.
상기 구동제어부는 보행 구동부(2) 및 체중지지부(1) 내부에 설치되며, 상기 보행 구동부(2) 내부의 구동제어부는 보행 구동부(2)를 구동하기 위한 드라이브 등이 포함되며, 상기 체중지지부(1) 내부의 구동제어부도 동일한 역할을 수행한다. 상기 보행 구동부(2) 및 체중지지부(1) 각각의 구동제어부는 보행 구동부(2) 내에 설치된 신호입출력 및 통신장치와의 통신을 통해 연동되며, 이 연동 제어 및 구동 명령은 상위 개념의 통합제어기 또는 통합제어부를 통해 전달된다.
상기 승강부(11)의 승강프레임(5)은 체중지지부(1)의 후면에 연결되어 상기 체중지지부(1)의 수직지지대(50) 내부에 설치되는 리드스크류와 승강블록 등에 의해 안장(7)이 설치된 연결프레임(6)과 함께 상하로 승하강되나, 이에 대한 구성 및 구체적인 작동도 상세히 후술한다.
상기 착석부(12)의 연결프레임(6)은 하단에 안장(7)을 설치한 상태에서 승강프레임(5)의 일단에 체결된 체중감지부(8)의 일단에 연결되며, 상기 연결프레임(6)의 일지점에 보행 재활로봇(10)의 오작동시 이를 바로 정지하도록 하는 비상버튼(14b)이 설치된다.
상기 착석부(12)의 일부 구성인 안장(7)은 훈련자가 앉은 상태에서 체중을 지지하면서 좌우로 회전 가능하게 설치되며, 이러한 안장(7)은 좌우로 일정범위 내에서 회전을 허용하도록 함으로써 과도하게 회전하여 훈련자에 부담을 주는 등의 일이 없도록 하는 것이 바람직하다. 즉 상기 안장(7)이 고정되어 있을 경우에 비해 골반부의 움직임을 더 자연스럽게 하여 보행훈련을 수행할 수 있다. 연결프레임(6)에는 앞쪽 상부에 훈련자의 가슴을 지지할 수 있는 가슴지지대(140)가 가슴지지대 조절링크(130)로 삽입하여 설치되고, 상기 연결프레임(6)의 양측으로는 손잡이(150)가 설치된다.
상기 체중감지부(8)는 연결프레임(6)과 연결되는 승강프레임(5) 내에 힘 센서 또는 로드 셀(load cell)로 마련되어 설치될 수 있다. 즉 연결프레임(6) 쪽의 승강프레임(5) 끝단의 일부에 상기 체중감지부(8)를 설치하되, 상기 체중감지부(8)의 한쪽이 연결프레임(6)과 연결됨으로써 상기 안장(7) 등을 통해 전달되는 훈련자의 체중 및 힘을 상기 연결프레임(6)을 통해 체중감지부(8)로 전달되도록 한다. 상기 체중감지부(8)가 외부로 노출되지 않도록 체중감지부(8) 부근의 승강프레임(5) 일단에 커버(19)를 설치할 수 있다.
상기 손잡이 프레임(9)은 상기 외관커버(15)에 설치된다. 상기 손잡이 프레임(9)은 상기 경사부(31)가 갖는 경사와 같은 경사를 갖도록 설치될 수 있다. 훈련자는 상기 손잡이 프레임(9)를 파지한 상태에서 상기 경사부(31) 및 상기 이동위치(P1)에 위치된 상기 위치변경부(32)를 따라 이동하여 상기 보행훈련공간(200)으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 훈련자가 손잡이 프레임(9)을 파지한 상태에서 상기 보행훈련공간(200)으로 이동할 수 있도록 구현됨으로써, 훈련자가 넘어지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 보행 재활로봇(10)은 보행훈련을 수행하는 과정에서 훈련자에 대한 안전사고가 발생하는 것을 방지하는데 더 기여할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 한쪽 보행 구동부 부분의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 한쪽 보행 구동부 부분의 우측면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 한쪽 보행 구동부 부분의 좌측면도를 도시한 것이다.
도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇의 보행 구동부(2)는 상기한 바와 같이 한 쌍의 체중지지링크(223)와 발판(233), 1축 구동부(21)와 2축 구동부(22) 및 3축 구동부(23)로 구성된다. 도면에서는 보행 재활로봇(10)의 우측 보행 구동부(2)만 도시하였으나, 좌측 보행 구동부(2a)도 동일한 구성으로 되어 있다.
상기 체중지지링크(223)는 보행 구동부(2)의 1축 구동부(21)의 일부 구성인 1축 구동 테이블(213) 상면에 설치되는 2축 구동부(22)의 일부 구성으로, 끝단부 측면에 발판(233)을 설치하고 있다.
상기 보행 구동부(2)의 1축 구동부(21)는 보행 구동부 프레임(24)에 설치되는 1축 모터(211), 상기 1축 모터(211)의 출력단에 설치된 풀리 또는 감속기와 같은 것을 포함하는 1축 감속장치(212), 상기 1축 감속장치(212)의 출력단에 설치된 1축 구동풀리(215), 상기 1축 구동풀리(215)와 일정 거리 떨어져 보행 구동부 프레임(24)에 설치되는 1축 종동풀리(216), 상기 보행 구동부 프레임(24)의 전후 방향으로 구동이 가능하고 상기 발판(233)을 포함한 체중지지링크(223)가 설치되는 1축 구동테이블(213), 상기 1축 구동테이블(213)의 전후 방향 구동을 동작시키기 위해 1축 구동테이블(213)의 일단부와 1축 구동풀리(215) 및 1축 구동테이블(213)의 타단부와 1축 종동풀리(216)를 동시에 연결한 1축 직선 구동용 벨트(214)를 포함하여 구성된다. 여기서 상기 1축 구동풀리(215)는 상기 1축 감속장치(212)의 출력단과 같은 축을 공유하여 회전동기된다.
따라서 이와 같은 1축 구동부(21)의 1축 모터(211)의 구동이 1축 감속장치(212)와 1축 구동풀리(215) 및 1축 직선 구동용 벨트(214) 등을 거쳐 1축 구동테이블(213)에 전달함으로써 상기 체중지지링크(223)는 발판(233)과 함께 전후방향으로 직선운동을 하게 된다.
상기 보행 구동부(2)의 2축 구동부(22)는 상기 1축 구동테이블(213)에 설치되어 1축 구동테이블(213)의 전후방향 구동과 연동되어 구동되는 2축 모터(221), 상기 2축 모터(221)의 출력단에 설치되는 2축 감속장치(222), 상기 2축 감속장치(222)의 출력단에 일단이 연결되고 상기 발판(233)이 체중지지링크(223)의 타단에 위치하도록 상기 3축 구동부(23)가 내부에 설치된 체중지지링크(223)를 포함하여 구성되며, 상기 1축 구동부(21)의 전후 방향 구동과 독립적으로 상기 체중지지링크(223)의 회전운동이 가능하도록 한 것이다. 상기 2축 감속장치(222)가 연결된 2축 모터(221)의 반대편에는 상기 보행 구동부(2)에 전력을 공급하는 각종의 케이블을 넣어 보호하면서 같이 구동하는 케이블 베이어(324)를 설치하고 있다.
따라서 이와 같은 2축 구동부(22)의 2축 모터(221)의 구동이 2축 감속장치(222)를 통해 체중지지링크(223)를 거쳐 상기 체중지지링크(223)는 발판(233)과 함께 앞쪽이 올라갔다 내려갔다 하는 회전운동을 하게 된다.
상기 보행 구동부(2)의 3축 구동부(23)는 상기 체중지지링크(223) 내의 중간에 설치된 3축 모터(231)와 상기 3축 모터(231)와 연결되어 출력단이 발판(233)의 측면과 연결된 직교형 3축 감속기(232) 및 상기 발판(233)을 포함하여 구성된다. 상기 3축 감속기(232)에 발판(233)의 측면이 연결되어 상기 발판(233)이 체중지지링크(223)와 상대적인 회전운동이 가능하도록 되어 있다.
따라서 이와 같은 3축 구동부(23)의 3축 모터(231)의 구동이 3축 감속기(332)를 통해 발판(233)에 전달됨으로써 상기 발판(233)은 상기한 바와 같이 회전운동을 하게 된다.
이러한 보행 구동부(2)의 1축 구동부(21)와 2축 구동부(22)에 의해 상기 보행 구동부(2)는 일측 끝단을 중심으로 보행 구동부(2)의 한쪽 발판(233)이 상부로 이동하면서 약간 후퇴하면 반대측 발판(233)은 하부로 이동하면서 약간 전진하고, 반대로 한쪽 발판(233)이 하부로 이동하면서 약간 전진하면 반대 측 발판(233)은 상부로 이동하면서 약간 후퇴하는 형태와 같이 보행 궤적운동을 연속적으로 거치게 된다. 이때 상기 3축 구동부(23)에 의해 발판(233)은 보행할 때 발 뒤꿈치가 먼저 지면에 닿고 이어서 발 앞꿈치가 지면에 닿는 동작을 자연스럽게 따라 할 수 있도록 회전운동을 하게 된다.
상기 보행 구동부(2)는 모터와 감속기 등이 구동을 하게 되면 안전사고의 위험이 있고 미관상으로 보기 좋지 않으므로 이를 실벨트(40)로 가리게 된다. 즉 상기 1축 구동 테이블(213) 상의 전후방에 각각 설치된 실벨트용 롤러(41)를 이용하여 상기 실벨트(40)를 연결하되, 상기 실벨트(40)가 보행 구동부(2)의 앞쪽 상면과 1축 구동테이블(213)의 하면 및 보행 구동부(2)의 뒤쪽 상면으로 이어지면서 덮도록 설치한다.
도 8은 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 발판의 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 발판의 분해 사시도를 도시한 것이다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 발판(233)은, 직사각의 판 형상으로 상판(54)과 중간판(55) 및 하판(56)으로 구성되며, 상면에 환자의 발을 고정하기 위한 고정밴드(51)가 설치된 상판(54) 하면의 길이방향 양쪽에 강블록(57)을 돌출하여 설치하고 있고, 중간판(55) 상면의 상기 강 블록(57)과 대응하는 위치에 전자석(58)을 함몰부(58a)에 설치하여 상기 강블록(57)에 자기력에 의해 부착됨으로써 상판(54)과 중간판(55)이 연결되도록 한다. 상기 전자석(58)은 일정 두께를 갖기 때문에 중간판(55)을 관통하여 아래 방향으로 돌출되어 있다. 또한 중간판(55)의 4 모서리에는 로드셀(59)과 접촉하기 위한 접촉부(60)가 너트(60a) 및 우레탄 와셔(66)에 체결되어 설치되어 있다(도 10 참조).
상기 하판(56)은 상면의 전자석(58)과 대응하는 위치에 상기 함몰부(58a)와 함께 전자석(58)이 삽입되는 관통공(H)이 각각 나란히 형성되며, 4 모서리에 상기 접촉부(60)와 접촉하는 일종의 힘 센서인 로드셀(59)이 설치되어 있다. 상기 로드셀(59)은 하판(56)의 상면으로부터 약간 돌출되도록 설치되어 상기 중간판(55)과 하판(56)을 서로 겹쳐 결합하였을 때 약간 간격을 두고 결합하게 된다. 상기 각 관통공(H) 사이의 하면에는 상기한 보행 재활로봇(10)의 체중지지링크(223)의 3축 감속기(232)의 출력단에 체결하기 위한 체결부(513)가 존재한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 보행 재활로봇(10)에 설치되는 발판(233)에 의하면, 환자의 강직 또는 보행재활 로봇의 이상동작과 같은 비상상황 시에 환자의 발을 고정하고 있는 발판(233)에 일정 수준 이상의 힘을 가해지는 경우, 로드셀(59)이 접촉부(60)를 통해 이를 감지함과 동시에 중간판(55) 상면에 설치된 전자석(58)에 전류를 공급하여, 상기 전자석(58)의 자기력이 상실됨으로써 상판(54)이 전자석(58) 에 의해 달라 붙어 있던 중간판(55)으로부터 분리되는 동작이 제어부의 제어를 통해 이루어지게 된다. 따라서 상기 전자석(58)으로는 전류가 인가되지 않았을 경우에는 자기력을 발생하여 상판(54)과 중간판(55)이 서로 결합되어 있도록 하는 전자석을 사용하게 된다. 또한 상기 상판(54)이 중간판(55)에서 분리된 비정상적인 상황을 인지하도록 상기 상판(54)의 부착여부를 감지하는 접촉센서와 같은 발판 조립상태 감지센서(51)(도 11 참조)를 상기 발판(233)에 더 설치할 수도 있다.
도 10은 상기 도 9의 발판을 조립한 발판 어셈블리의 측면도이고, 도 11은 상기 도 10의 종단면도를 도시한 것이다.
도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 도 9의 발판을 조립한 발판 어셈블리는 직사각의 판 형상으로 된 상판(54)과 중간판(55) 및 하판(56)을 나란히 겹쳐 결합하여 구성하되, 상기 중간판(55)과 하판(56)이 일정 간격을 두고 상기 하판(56) 상의 사면에 발판감지부(65)를 각각 설치하여 도출시킨 상태에서 하부를 너트(60a) 및 우레탄 와셔(60b)와 함께 볼트(64)로 하판(56)에 고정 설치하면서, 돌출된 상기 발판감지부(65)의 상부와 상기 중간판(55)의 사이에 와셔 형태의 탄성재(66)를 너트(60a)와 각각 삽입하여 고정한다. 즉 상기 발판감지부(65)의 상부에 중간판(55)의 하면을 접촉시키고, 상면을 볼트(64)로 압착시킬 때 압착면인 중간판(55)의 상면과 볼트(64)의 하면 사이에 와셔 형태의 상기 탄성재(66)를 삽입하여 체결한 것이다. 그리고 상기 발판 조립상태 감지센서(51)는 발판(233) 중간의 내부에 설치되고, 상기 발판감지부(65)와 연결되는 하판(56)의 4모서리 내부에 로드셀(59)이 설치되며, 상판(54) 하면의 강블록(57)에 중간판(55) 상면의 전자석(58)이 부착된 것은 상기한 바와 같다.
이렇게 상기 각 발판감지부(65)의 상부에 탄성재(66)가 삽입된 상태에서 중간판(55) 위에 상판(54)을 겹쳐놓고, 상판(54)의 하면 4곳에 탄성재(66)를 각각 수용하면서 고정함으로써 발판(223)을 완성하게 된다. 따라서 상판(54)과 중간판(55)의 사이에 발판감지부(65)를 내부에 포함한 다수의 탄성재(66)가 각각 사이에 두고 서로 겹쳐 연결됨으로써 상기 상판(54)과 하판(56)이 서로 분리되지 않도록 한 것이다.
상기 각 탄성재(66)로는 일반적으로 천연 또는 합성 고무나 탄성이 있는 수지계열의 재료를 사용할 수 있으며, 수지계열의 재료로는 대표적으로 우레탄이 있지만 그 외에 상기한 바와 같이 탄성이 있는 수지계열의 재료는 모두 사용할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 보행 재활로봇(10)의 발판(233)에서는 중간판(55)과 로드셀(59) 사이에 탄성재(66)가 삽입되기 때문에 상판(54)을 발로 누를 때 발생하는 힘이 중간판(55)을 통해 로드셀(59) 제대로 잘 전달된다. 즉 중간판(55)에서 로드셀(59)로 힘이 전달될 때, 중간판(55)과 발판감지부(65)가 단단히 체결된 상태에서는 연직방향 힘뿐만 아니라 모멘트도 같이 전달이 되어 노이즈로 작용하나, 본 발명과 같이 탄성재(66)가 삽입된 형태의 체결에서는 탄성재(66)의 강성이 중간판(55)과 발판감지부(65)의 강성에 비해 무시할 만큼 작으므로 발생하는 모멘트를 탄성재가 변형하면서 흡수하여 발판감지부(65)에 힘만 전달하게 된다. 또한 상기 탄성재(66)가 중간판(55)과 하판(56)이 서로 분리되는 것도 방지한다.
따라서 발판(233)의 중간판(55)과 하판(56)을 간격을 두고 겹쳐 고정한 상태에서도 상기 탄성재(66)로 인해 발판감지부(65)의 이동이나 변형이 전혀 없으므로, 상판(54)에 작용하는 힘이 중간판(55)에 전달되어 중간판(55)이 휘어짐에 따라 상기 발판감지부(65)에 가해지는 모멘트가 전달되지 않아 발판을 누르는 힘의 정확한 감지와 측정이 이루어지게 된다.
이러한 탄성재(66)가 적용된 발판(233)을 본 발명의 보행재활 로봇에 적용하여 사용하는 것으로 설명하였지만, 상기 보행재활 로봇 외에도 힘을 기반으로 하는 외골격 로봇과 보행분석 로봇 등의 발판에도 얼마든지 적용하여 사용할 수 있을 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부 부분의 측면도이고, 도 13은 상기 도 12의 승강부 부분의 내부 사시도를 도시한 것이다.
도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 보행 재활로봇은 착석부(12)의 안장(7)을 체중지지부(1)의 수직지지대(50)에 지지하기 위하여, 상기 안장(7)과 수직지지대(50) 사이에는 승강부(11)의 승강프레임(5)이 개재되어 상기 안장(7)이 하단에 설치된 연결프레임(6)을 통해 연결될 수 있다. 상세히 설명하면, 승강프레임(5)의 일측 부위는 체중지지부(1)의 수직지지대(50)에 지지되고, 타측 부위는 체중지지부(1)의 외측으로 돌출되어 보행 구동부(2) 쪽에 위치된다. 그리고, 상기 보행 구동부(2) 쪽에 위치된 승강프레임(5)의 타측 부위에 안장(7)이 설치된 연결프레임(6)이 연결된다.
상기 연결프레임(6)과 연결되는 승강프레임(5) 내에는 힘 센서 또는 로드 셀(load cell)로 마련되는 상기한 바와 같은 체중감지부(8)가 설치될 수 있다. 즉 연결프레임(6) 쪽의 승강프레임(5) 끝단의 일부에 체중감지부(8)를 설치하여 커버로 덮고, 상기 체중감지부(8)의 한쪽이 연결프레임(6)과 연결됨으로써 상기 안장(7) 등을 통해 전달되는 재활환자의 체중 및 힘을 상기 연결프레임(6)을 통해 체중감지부(8)로 전달되도록 한다.
재활환자의 신체적 특성에 따라 안장(7)의 높이를 조절할 수 있도록, 승강부(11)의 승강프레임(5)은 승강할 수 있도록 설치될 수 있다. 승강프레임(5)의 승강을 위하여, 리드스크류(246)와 승강블록(245)이 마련된다. 리드스크류(246)는 체중지지부(1)의 수직지지대(50)와 평행하게 상하방향을 향하면서 상기 체중지지부(1)의 수직지지대(50) 내에서 회전할 수 있도록 설치되고, 승강블록(245)은 리드스크류(246)를 감싸면서 리드스크류(246)와 맞물린다. 이때, 승강블록(245)의 일측면은 승강프레임(5)측과 결합된다. 그리하여, 리드스크류(246)가 모터 등과 같은 구동부(미도시)에 의하여 정·역회전하면, 승강블록(245)은 리드스크류(246)를 따라 승강하고, 이로 인해 승강프레임(5)이 승강한다. 그러면, 승강프레임(5)에 연결프레임(6)을 통해 연결되어 설치된 안장(7)이 승강하는 것이다.
이렇게 안장(7)이 연결프레임(6)과 함께 승강프레임(5)에 따라 승강할 수 있으므로 체중감지부(8)는 상기 안장(7)을 통해 연결프레임(6)으로부터 전달된 하중(힘)을 감지하여 통합제어부(미도시)로 송신하고, 상기 통합제어부는 안장(7)에 가해진 하중과 재활환자의 체중 등을 비교하여 재활환자의 특성에 적합하도록 안장(7)의 높이가 위치되었는가를 비교한 다음 재활환자의 특성에 따라 안장(7)의 높이를 적절하게 결정한다. 그 후, 승강프레임(5)을 상기한 방법으로 적절하게 승강시킨다.
본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부(1)의 수직지지대(50) 내에는 승강프레임(5)이 안정되게 승강할 수 있도록 지지하는 LM 가이드(250)가 양측에 각각 설치되어, 이러한 LM 가이드(250)에 의해 안장(7)에 작용하는 하중으로부터 전달되는 회전모멘트를 상쇄하도록 함으로써, 상기 체중감지부(8)에는 재활환자의 체중 등에 의해 발생하는 힘이 연직하방으로만 리드스크류(246)에 전달되도록 한 것이다.
상기 연결프레임(6)에는 재활환자의 가슴을 받쳐서 지지하는 가슴지지대(140)가 설치될 수 있다. 따라서 재활환자가 안장(7)에 착석한 상태에서 가슴을 가슴지지대(140)의 일면에 접촉 지지할 수 있으면, 더욱 안정되게 보행 동작을 훈련할 수 있다. 상기 가슴지지대(140)가 연결프레임(6)에 연결되어 설치되기 때문에 재활환자가 가슴지지대(140)를 통해 가슴을 지지할 때 발생하는 하중(힘)도 연결프레임(6)을 통해 체중감지부(8)에 전달할 수 있도록 되어 있다.
상기 가슴지지대(140) 양측의 연결프레임(6)에는 재활환자의 겨드랑이 부위를 받쳐서 지지하거나 손으로 잡을 수 있는 한 쌍의 손잡이(150)가 형상으로 연결되어 설치될 수 있다. 재활환자가 안장(7)에 착석한 상태에서 겨드랑이를 손잡이(150)에 받치거나 손으로 상기 손잡이(150)를 잡을 수 있으면, 더욱 안정되게 보행 동작을 훈련할 수 있다. 상기 손잡이(150)가 연결프레임(6)에 연결되어 설치되기 때문에 재활환자가 손잡이(150)를 통해 겨드랑이를 받치거나 손으로 잡을 때 발생하는 하중(힘)도 연결프레임(6)을 통해 체중감지부(8)에 전달할 수 있도록 되어 있다.
이와 같이 안장(7)에 재활환자가 착석하여 실리는 체중은 연결프레임(6)을 통해 체중감지부(8)에 그대로 전달되지만, 가슴지지대(140)에 재활환자의 가슴을 지지하거나 손잡이(150)에 재활환자의 겨드랑이 받치거나 상기 손잡이(150)를 잡았을 때 분산되는 하중도 연결프레임(6)을 통해 체중감지부(8)에 전달되므로, 안장(7)에 착석한 재활환자의 전체적인 하중을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 보행 재활로봇은 체중감지부(8)가 안장(7)과 이격되어 승강프레임(5)의 내부에 위치되므로, 상기 승강프레임(5)의 내부에 설치된 체중감지부(8)만을 커버(19)를 열어 수리하거나 교체하는 작업이 간편하게 된다.
본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부(1)는 별도로 마련되어 이동하면서 사용할 수 있다. 이러한 경우에는, 상기 체중지지부(1)가 바닥 등에 접촉 지지될 수 있다.
본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇은, 재활환자를 안장(7)에 착석시킨 상태에서 보행 훈련의 상태로 조정할 수 있으므로, 대단히 편리하다.
그리고, 재활환자를 상측으로 견인하기 위한 부품들이 필요 없으므로 상측 방향의 설치 공간이 감소된다.
그리고, 재활환자로부터 안장(7)에 작용하는 하중을 정확하게 측정한 후, 재활환자의 특성에 따라 안장(7)을 높이를 조절할 수 있으므로, 재활환자의 특성에 따른 맞춤형 훈련을 실시할 수 있다.
그리고, 체중감지부(8)가 승강프레임(5)의 내부에 설치되므로, 유지보수가 간편하고, 안장(7) 및 안장(7) 주위 부품들의 부피가 감소된다.
한편 상기한 바와 같은 감지부의 위치를 변경한 보행재활 로봇에 의해 재활환자의 체중 등의 하중을 정확하게 감지하여 측정하게 되면, 이렇게 측정된 데이터를 분석하여 재활환자의 하지에 전달되는 힘을 분석하고 이를 재활훈련에 적용하며 재활 프로그램 제어에도 이용하게 된다.
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부에서 가슴지지대가 연결프레임으로부터 이격되는 거리가 조절되는 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 16은 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부에서 가슴지지대가 회전되는 것을 설명하기 위한 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 14 및 도 15를 참고하면, 가슴지지대 조절링크(130)는 연결프레임(6)에 일측이 이동 및 회전 가능하게 결합된다. 상기 가슴지지대 조절링크(130)의 타측에는 상기 가슴지지대(140)가 결합된다. 상기 가슴지지대(140)는 상기 안장(7)이 위치한 하측과 반대되는 상측이 상기 가슴지지대 조절링크(130)에 결합된다. 상기 가슴지지대 조절링크(130)는 상기 연결프레임(6)을 관통하여 일측에는 너트 혹은 볼트 머리가 위치되고, 타측에는 상기 가슴지지대 (140)가 위치될 수 있다. 상기 가슴지지대 조절링크(130)는 볼트로 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 상기 연결프레임(6)과 상기 가슴지지대(140)를 연결하고 상기 연결프레임(6)로부터 이동 및 회전 가능한 형태이면 다른 형태로 형성될 수도 있다. 상기 가슴지지대 조절링크(130)는 상기 안장(7)과 평행하도록 중력 방향에 수직한 방향으로 상기 연결프레임(7)에 결합될 수 있다.
상기 가슴지지대(140)는 상기 가슴지지대 조절링크(130) 가 이동 및 회전함에 따라 함께 이동 및 회전할 수 있다. 예컨대, 상기 가슴지지대 조절링크(130)가 상기 연결프레임(6)로부터 상기 안장(7)이 위치하는 방향으로 이동하면, 상기 가슴지지대(140)는 상기 연결프레임(6)으로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 된다. 이 경우, 상기 안장(7)과 상기 가슴지지대(140)의 거리가 가까워지므로, 어린이 혹은 여성 등 체격이 작은 보행 훈련자가 보행 훈련하기에 적합한 위치가 될 수 있다. 예컨대, 상기 가슴지지대 조절링크(130)가 상기 연결프레임(6)로부터 상기 안장(7)이 위치하는 방향과 반대되는 방향으로 이동하면, 상기 가슴지지대(140)는 상기 연결프레임(6)에 가까워지는 방향으로 이동하게 된다. 이 경우, 상기 안장(7)과 상기 가슴지지대(140)의 거리가 멀어지므로, 남성과 같이 체격이 큰 보행 훈련자가 보행 훈련하기에 적합한 위치가 될 수 있다.
도 15 및 도 16을 참고하면, 상기 가슴지지대(140)는 상기 보행 훈련자의 상반신을 지지한다. 이를 위해, 상기 가슴지지대(140)는 상기 연결프레임(6)의 전체적인 'L'자 형태에서 'l'부분에 결합된다. 상기 가슴지지대(140)는 상기 가슴지지대 조절링크(130)를 통해 상기 연결프레임(6)에 결합될 수 있다. 상기 가슴지지대(140)는 상기 보행 훈련자의 상반신을 지지함으로써 상기 안장(7)이 지지하는 보행 훈련자의 체중을 분산시킨다. 예컨대, 상기 가슴지지대(140)는 보행 훈련자가 상기 안장(7)에 앉은 상태에서 상반신을 상기 연결프레임(6)이 위치하는 방향으로 기울일 경우, 상기 보행 훈련자의 흉부 또는 배를 지지함으로써 상기 안장(7)이 지지하는 체중을 분산시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부(1)는 보행 훈련자의 골반부에만 체중이 집중될 경우 보행 훈련자의 하반신이 저리거나 마비되는 등 오랜 시간 보행 훈련을 수행하지 못하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부(1)는 보행 훈련자의 보행 훈련 시간을 증가시킴으로써, 보행 가능한 상태로의 회복 기간을 단축시킬 수 있다.
상기 가슴지지대(140)는 높이가 조절된다. 상기 가슴지지대(140)는 상기 가슴지지대 조절링크(130)가 제1방향(R1, 도 16에 도시됨)으로 회전함에 따라 함께 회전함으로써 상기 보행 훈련자의 상반신을 지지하는 높이가 높아질 수 있다. 예컨대, 상기 상반신지지부(140)는 상기 제1방향으로 회전하기 전인 제1위치에 위치될 경우 높이가 낮아진다. 이 경우, 상기 안장(7)과 상기 가슴지지대(140)의 거리가 가까워지므로 어린이 또는 여성과 같이 키가 작아 상반신의 높이가 낮은 보행 훈련자가 보행 훈련하기에 적합한 위치가 될 수 있다. 예컨대, 상기 가슴지지대(140)는 상기 제1방향으로 회전한 후인 제2위치에 위치될 경우 높이가 높아진다. 이 경우, 상기 안장(7)과 상기 가슴지지대(140)의 거리가 멀어지므로 남성과 같이 키가 커서 상반신의 높이가 높은 보행 훈련자가 보행 훈련하기에 적합한 위치가 될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 보행 재활로봇의 체중지지부(1)는 상기 상반신지지부(140)가 보행 훈련자의 체격 또는 키에 맞도록 위치가 조절되도록 구현됨으로써, 보행 훈련 간에 불편함 없이 자유롭게 보행 훈련을 수행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 착석형 보행 재활로봇에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

Claims (20)

  1. 수직지지대에 연결되어 승하강하는 승강부, 및 상기 승강부에 연결되는 착석부를 포함하고, 상기 착석부에 착석한 훈련자를 지지하는 체중지지부; 및
    상기 체중지지부와 연결되어 지면에 설치되고 훈련자의 보행 훈련을 위하여 발판이 연결된 체중지지링크가 양쪽으로 나란히 각각 장착되는 보행 구동부를 포함하고,
    상기 보행 구동부는 상기 각 발판의 보행 궤적운동에 따른 전후방향 이동을 위한 1축 구동부, 상기 체중지지링크의 회전운동으로 만들어지는 상기 발판의 상하운동을 위한 2축 구동부, 및 상기 발판의 회전운동을 위한 3축 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    훈련자의 체중을 측정하는 체중감지부를 포함하고,
    상기 승강부는 상기 수직지지대에 연결되는 승강프레임을 포함하며,
    상기 착석부는 훈련자가 착석하기 위한 안장, 및 상기 안장에 연결되는 연결프레임을 포함하고,
    상기 체중감지부는 상기 연결프레임를 통해 훈련자의 체중을 측정하도록 상기 승강프레임 및 상기 연결프레임을 연결하는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결프레임에 설치된 손잡이 프레임을 포함하고,
    상기 체중감지부는 훈련자의 체중 및 상기 손잡이 프레임에 가해지는 하중을 상기 연결프레임을 통해 측정하는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 연결프레임에 설치된 가슴지지대를 포함하고,
    상기 체중감지부는 훈련자의 체중 및 상기 가슴지지대에 가해지는 하중을 상기 연결프레임을 통해 측정하는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보행 구동부의 1축 구동부는,
    보행 구동부의 프레임에 설치된 1축 모터;
    상기 1축 모터의 출력단에 설치된 풀리 또는 감속기를 포함하는 1축 감속장치;
    상기 1축 감속장치의 출력단에 설치된 1축 구동풀리;
    상기 1축 구동풀리와 이격되어 보행 구동부 프레임에 설치되는 1축 종동풀리;
    상기 보행 구동부 프레임의 전후 방향으로 구동이 가능하고 상기 발판을 포함한 체중지지링크가 설치되는 1축 구동테이블; 및
    상기 1축 구동테이블의 전후 방향 구동을 동작시키기 위해 1축 구동테이블의 일단부와 1축 구동풀리 및 1축 구동테이블의 타단부와 1축 종동풀리를 동시에 연결한 1축 직선구동용 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 2축 구동부는,
    상기 1축 구동테이블에 설치되어 1축 구동테이블의 전후방향 구동과 연동된 2축 모터;
    상기 2축 모터의 출력단에 설치되는 2축 감속장치; 및
    상기 2축 감속장치의 출력단에 일단이 연결되고 상기 발판이 체중지지링크의 타단에 위치하도록 상기 3축 구동부가 내부에 설치된 체중지지링크를 포함하여, 상기 1축 구동부의 전후방향 직선 운동 중에 상기 체중지지링크의 회전운동이 가능하도록 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발판과 연결된 3축 구동부는,
    상기 체중지지링크 내의 중간에 설치된 3축 모터;
    상기 3축 모터와 연결되어 출력단이 발판의 측면과 연결된 직교형 3축 감속기; 및
    상기 발판을 포함하여, 상기 발판이 상기 체중지지링크와 상대적인 회전운동이 가능하도록 구성한 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보행 구동부를 가리기 위해 상기 1축 구동테이블 상의 전후 양쪽에 각각 설치되는 실벨트용 롤러에 감겨, 상기 보행 구동부의 앞쪽 상면과 1축 구동테이블 하면 및 상기 보행 구동부의 뒤쪽 상면으로 이어져 설치되는 실벨트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보행 구동부에 연결되고 지면에 설치되어 훈련자의 이동을 보조하는 훈련자 이송부를 포함하고,
    상기 훈련자 이송부는,
    훈련자가 경사를 따라 상기 보행 구동부 위로 이동하도록 보행 구동부의 후단에 설치되는 경사부;
    훈련자가 상기 체중지지부 위로 이동하기 위한 이동위치 및 훈련자에 대한 보행훈련을 수행하기 위한 훈련위치 간에 이동 가능하게 상기 보행 구동부에 설치되는 위치변경부; 및
    상기 위치변경부의 이동을 가이드하는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 위치변경부의 이동경로를 제공하는 가이드레일과, 상기 위치변경부가 이동함에 따라 회전 가능하게 상기 위치변경부에 설치되는 롤러부를 포함하는 것을 특징으로 착석형 보행 재활로봇.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 훈련자 이송부의 위치변경부가 훈련위치로부터 위치하여 로봇의 동작이 가능한 상태임을 감지하도록 상기 가이드부의 일부분에 설치되는 감지센서 등의 훈련자이송부 감지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 보행 구동부는 환자의 발을 고정하는 있는 상기 발판의 일부가 발판에 설치된 전자석의 자기력에 의해 발판의 다른 일부와 결합되며, 상기 발판에 설치된 로드셀에 의한 일정 수준 이상의 힘의 감지에 따라 자기력을 상실한 발판의 일부가 다른 일부와 분리되는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전자석은 전류가 인가되지 않았을 경우에 자기력을 발생시키는 방식의 전자석인 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 발판은,
    환자의 발을 감싸 고정하는 고정밴드가 상면에 설치된 상판;
    상기 상판에 가해지는 가압력을 측정하는 로드셀의 일단을 하면에 설치하고 상면에 전자석을 설치하여, 상기 전자석에 상판의 하면에 설치하는 강블록이 부착되는 방식으로 상기 상판과 결합된 중간판;
    상기 중간판의 하면에 설치된 로드셀의 타단에 결합되는 하판; 및
    상기 로드셀의 감지에 따라 일정 가압력 이상에서 전자석의 전류공급으로 자기력을 상실하게 하여 상판을 중간판에서 분리하도록 하는 발판감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 상판이 중간판에서 분리된 비정상적인 상황을 인지하도록 상기 상판의 부착여부를 감지하는 발판 조립상태 감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 하판의 사면에 각각 설치한 로드셀의 상부와 상기 중간판 사이에 와셔 형태의 탄성재가 삽입 체결된 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 로드셀의 상부에 상기 중간판의 하면을 접촉시키고, 상면을 볼트로 압착시킬 때 압착면인 중간판의 상면과 볼트의 하면 사이에 와셔 형태의 상기 탄성재를 삽입하여 체결한 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 승강부는 승강프레임을 포함하며,
    상기 착석부는 승강프레임의 후단에 위치한 연결프레임, 및 상기 연결프레임의 하단에 회전 가능하게 설치되어 훈련자가 착석하는 안장을 포함하고,
    상기 체중지지부의 수직지지대에는 상하방향으로 배치된 리드스크류가 회전가능하게 설치되고, 상기 리드스크류에는 상기 리드스크류가 정역회전함에 따라 승강하면서 상기 연결프레임과 함께 승강프레임을 승강시키는 승강블록이 설치되며,
    상기 승강블록에는 상기 안장에 작용하는 하중으로부터 전달되는 회전모멘트를 상쇄하여 리드스크류가 연직하방으로만 힘을 받도록 LM가이드가 설치된 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 승강부는 승강프레임을 포함하며,
    상기 착석부는 승강프레임의 후단에 위치한 연결프레임을 포함하고,
    상기 연결프레임의 상부에는 훈련자의 가슴을 받쳐 지지하는 가슴지지대가 설치되며,
    상기 가슴지지대는 후면에 연결된 가슴지지대 조절링크를 통해 연결프레임에 삽입 설치되어, 훈련자의 체격에 따라 상기 가슴지지대 조절링크를 통해 연결프레임으로부터 이격거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 승강부는 승강프레임을 포함하며,
    상기 착석부는 승강프레임의 후단에 위치한 연결프레임을 포함하고,
    상기 연결프레임의 상부에는 훈련자의 가슴을 받쳐 지지하는 가슴지지대가 설치되며,
    상기 가슴지지대는 상기 안장이 위치한 하측에 반대되는 상측이 상기 가슴지지대 조절링크에 결합되고, 상기 훈련자의 체격에 따라 상기 가슴지지대 조절링크를 중심으로 회전하여 높이가 조절되는 것을 특징으로 하는 착석형 보행 재활로봇.
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