KR20190031936A - Rehabilitation exercise based on random error signal and controlling method thereof - Google Patents

Rehabilitation exercise based on random error signal and controlling method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20190031936A
KR20190031936A KR1020170120223A KR20170120223A KR20190031936A KR 20190031936 A KR20190031936 A KR 20190031936A KR 1020170120223 A KR1020170120223 A KR 1020170120223A KR 20170120223 A KR20170120223 A KR 20170120223A KR 20190031936 A KR20190031936 A KR 20190031936A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
patient
rehabilitation exercise
power
movement
unit
Prior art date
Application number
KR1020170120223A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
유승현
차영주
박지호
황종석
김건
정도희
Original Assignee
연세대학교 원주산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 원주산학협력단 filed Critical 연세대학교 원주산학협력단
Priority to KR1020170120223A priority Critical patent/KR20190031936A/en
Publication of KR20190031936A publication Critical patent/KR20190031936A/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0255Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved together in a plane substantially parallel to the body-symmetrical plane
    • A61H1/0262Walking movement; Appliances for aiding disabled persons to walk
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/112Gait analysis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0218Drawing-out devices
    • A61H1/0229Drawing-out devices by reducing gravity forces normally applied to the body, e.g. by lifting or hanging the body or part of it
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • A61H3/008Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about using suspension devices for supporting the body in an upright walking or standing position, e.g. harnesses
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16Physical interface with patient
    • A61H2201/1602Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/164Feet or leg, e.g. pedal
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50Control means thereof
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2230/00Measuring physical parameters of the user
    • A61H2230/62Posture
    • A61H2230/625Posture used as a control parameter for the apparatus

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

The present invention relates to a rehabilitation exercise apparatus for assisting a rehabilitation exercise of a patient. Specifically, the present invention relates to a rehabilitation exercise apparatus comprising: a skeleton frame worn on a patient and formed into a joint structure capable of moving according to the movement of the patient; a power unit for transmitting power to the movement of the joint structure of the skeleton frame; and a control unit for controlling an operation of the power unit.

Description

랜덤 에러 신호를 이용한 재활 운동 기구 및 이를 제어하는 제어 방법{REHABILITATION EXERCISE BASED ON RANDOM ERROR SIGNAL AND CONTROLLING METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rehabilitation exercise apparatus using a random error signal,

본 발명은 재활 운동 기구 및 이를 제어하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로 재활 운동을 하는 환자의 움직임에 랜덤한 움직임을 인가하여 재활 훈련을 보다 집중적을 수행할 수 있도록 보조해주는 재활 훈련 기구에 관한 것이다.The present invention relates to a rehabilitation exercise apparatus and a method for controlling the same, and more particularly, to a rehabilitation training apparatus for assisting a patient to perform a rehabilitation exercise more intensively by applying a random movement to a motion of a patient performing a rehabilitation exercise.

일반적으로 보행 훈련 장치는 하반신 마비 증세가 있는 환자 또는 다리 관절과 근력에 이상이 있어 정상적인 보행이 곤란한 환자들의 재활을 위한 장치이다. 이러한 보행훈련은 마비 환자 또는 보행 장애 환자들에게 잔존 감각을 활용하여 독립 보행에 필요한 능력을 습득시키기 위하여 수행되는데, 자율적 보행을 위해서는 여러 분야의 전문가들의 포괄적 도움이 필요하며, 특히 치료사의 상당한 수고를 요구하게 된다.Generally, gait training device is a device for rehabilitation of patients with paraplegia of the lower half of the body or patients with leg joints and muscular difficulties and difficulty in normal walking. This gait training is performed to acquire the necessary skills for independent gait using the residual sensation to paralyzed patients or patients with gait disorder. Autonomous gait requires comprehensive help from experts in various fields. In particular, .

따라서 마비환자 또는 보행 장애자들에게 보행에 필요한 능력을 익히게 하기 위하여 자연스러운 보행리듬을 제공할 수 있는 보행 훈련 장치나 시스템에 대한 연구가 진행되고 있다.Therefore, research is being conducted on a gait training device or system that can provide a natural gait rhythm in order to learn the ability to walk in patients with paralysis or those with a disability.

종래의 보행 훈련 장치를 살펴보면, 실제 보행과 유사하게 환자의 하지를 움직일 수 있는 동력을 제공할뿐이다. 즉, 환자는 보행 훈련 장치를 착용한 상태에서 근육에 아무런 힘을 주지 않더라도, 실제 보행과 유사한 움직임을 수행할 수 있다.Looking at the conventional gait training device, it provides only the power to move the patient's legs in a similar manner to the actual gait. That is, the patient can perform a motion similar to a real gait without applying any force to the muscles while wearing the gait training device.

하지만, 이와 같은 움직임이 있다고 하더라도, 효과적인 재활 훈련이 된다고 볼 수는 없다. 왜냐하면, 보행 훈련 장치에 의해서 강제적으로 움직임이 이루어진다고 하더라도, 이러한 움직임에 적응해버린 신체는 근육에 대해서 자발적으로 제어를 하지 않기 때문이다.However, even if there is such a move, it can not be said to be an effective rehabilitation exercise. This is because, even if a movement is forcibly performed by a gait training device, a body adapted to such movement does not voluntarily control the muscles.

이에 따라서, 효과적인 재활 훈련을 할 수 있는 재활 운동 기구에 대한 연구가 요구되는 실정이다.Therefore, there is a need for research on rehabilitation exercise equipment that can perform effective rehabilitation training.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 환자가 재활훈련을 하는 동안 지속적으로 근육에 집중할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is directed to solving the above-mentioned problems and other problems. Another goal is to provide a system that allows the patient to continue to focus on the muscles during rehabilitation training.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 재활 운동 기구에 있어서, 환자에 착용되어 상기 환자의 움직임에 따라 함께 움직일 수 있는 관절 구조로 형성되는 골격 프레임; 상기 골격 프레임의 관절 구조의 움직임에 동력을 전달하기 위한 동력부; 및 상기 동력부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는, 재활 운동 기구 를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a rehabilitation exercise device comprising: a skeleton frame formed of an articulated structure that can be worn on a patient and moved together with a movement of the patient; A power unit for transmitting power to movement of a joint structure of the skeleton frame; And a control section for controlling the operation of the power section.

본 발명에 따른 재활 훈련 기구 및 그것의 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Effects of the rehabilitation training apparatus and its control method according to the present invention will be described as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 재활 훈련을 수행하는 도중 지속적으로 근육에 집중을 하여 효과적은 재활 훈련을 수행할 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage that it is possible to perform effective rehabilitation training by concentrating on the muscles continuously during the rehabilitation training.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 재활 훈련을 하는 동안 지속적으로 근육을 제어하기 위한 노력을 수행할 수 있다는 장점이 있다.Also, according to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage that an effort to continuously control the muscles during rehabilitation training can be performed.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다. Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. It should be understood, however, that the detailed description and specific examples, such as the preferred embodiments of the invention, are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기구 중 하나인 보행훈련용 로봇의 본 발명의 일실시예를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 훈련 기구의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라, '균일 에러'를 주는 일예시를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 진폭의 세기가 변경됨에 따라 달라지는 랜덤 에러의 예시를 도시하는 도면이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지속 시간이 변경됨에 따라 달라지는 랜덤 에러의 예시를 도시하는 도면이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 힘의 방향 변수가 변경됨에 따라 달라지는 랜덤 에러의 예시를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 랜덤 에러 복합 형태의 일예시를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라, 도 3에서의 고관절 각도 그래프(제 1 그래프, 301)에 랜덤 에러를 적용한 예시를 도시하는 그래프이다.
도 9는 상술한 실시예에서의 재활 운동 기구의 제어 방법의 순서도를 도시하는 도면이다.
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention of a robot for gait training, which is one of rehabilitation exercises according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a rehabilitation training apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram illustrating an example of providing a 'uniform error', in accordance with one embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of a random error that varies as the intensity of an amplitude changes according to an embodiment of the present invention. 5 is a diagram illustrating an example of a random error that varies as the duration of time varies according to an embodiment of the present invention. Figure 6 is an illustration of an example of a random error as the directional variable of force according to an embodiment of the invention changes.
7 is a diagram illustrating an example of a random error complex form according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph illustrating an example of applying a random error to the hip joint angle graph (first graph, 301) in FIG. 3, in accordance with one embodiment of the present invention.
9 is a flowchart showing a control method of the rehabilitation exercise mechanism in the above-described embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

뇌나 척추 등이 손상된 환자는, 자신의 의지대로 근육을 움직일 수 없다. 따라서, 팔(상지)이나 다리(하지) 등을 다시 원래 상태로 회복하기 위해서는, 지속적인 재활 훈련을 수행해야 한다. 이러한 훈련은 보통 재활 훈련 보조자가 환자의 팔이나 다리 운동을 강제적으로 움직이게 도와주는 방식으로 이루어 지게 된다. 하지만, 이렇게 재활 훈련 보조자에 의해서 이루어지는 운동은, 수 많은 인력을 필요로 할뿐만 아니라, 재활 훈련 보조자의 수가 환자의 수에 비해 지나치게 적은 것이 문제가 된다.Patients with impaired brain or spine can not move their muscles to their will. Therefore, in order to restore the arm (upper limb) or leg (lower limb) back to the original state, continuous rehabilitation training should be performed. This training is usually done in a way that helps the rehabilitation assistant to move the patient's arm or leg exercises compulsorily. However, the exercise performed by the rehabilitation assistant not only requires a lot of manpower, but also the number of rehabilitation aids is too small compared to the number of patients.

이를 위해서, 다양한 형태의 재활 운동 기구가 개발되었으며, 이러한 재활 운동 기구는 환자의 상하지에 착용되는 형태로 구비되어, 환자의 상하지를 다양한 방식으로 움직일 수 있도록 동력을 제공하여 준다. 이러한 재활 운동 기구는 대표적으로 이하에서 후술하는 보행훈련용 로봇이 존재한다.To this end, various types of rehabilitation exercise devices have been developed. These rehabilitation exercise devices are provided in the form of being worn on the upper and lower sides of the patient, and provide power to move the upper and lower sides of the patient in various ways. Such a rehabilitation exercise machine typically includes a robot for gait training to be described later.

본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기구는 환자에 착용되어 상기 환자의 움직임에 따라 함께 움직일 수 있는 관절 구조로 형성되는 골격 프레임, 상기 골격 프레임의 관절 구조의 움직임에 동력을 전달하기 위한 동력부, 및 상기 동력부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함할 수 있다. 이하, 재활 운동 기구의 대표적인 예시인 보행훈련용 로봇을 기초로 설명한다.The rehabilitation exercise device according to an embodiment of the present invention includes a skeleton frame that is worn by a patient and formed of a joint structure that can move together with the movement of the patient, a power unit for transmitting power to the movement of the joint structure of the skeleton frame, And a control unit for controlling the operation of the power unit. Hereinafter, a robot for walking training, which is a representative example of a rehabilitation exercise machine, will be described.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기구 중 하나인 보행훈련용 로봇의 본 발명의 일실시예를 도시한 개략도이다. 도 1에서의 상기 재활 운동 기구는, 환자(골반)에 착용되는 형태로 구비되어, 상기 환자의 보행운동이 보조되도록 하는 보행보조기로 구비된다.FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention of a robot for gait training, which is one of rehabilitation exercises according to an embodiment of the present invention. The rehabilitation exercise device shown in FIG. 1 is provided in a form to be worn on a patient (pelvis), and is provided with a walking aid for assisting the walking motion of the patient.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 훈련 기구의 블록도를 도시하는 도면이다. 이하 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 설명한다.2 is a block diagram of a rehabilitation training apparatus according to an embodiment of the present invention. 1 and Fig. 2 together. Fig.

본 발명에 따른 보행훈련용 로봇은, 도 1에 도시된 바와 같이 크게 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300), 컨트롤러(400)로 이루어지며, 상기 트레드밀(200)은 상기 보행보조로봇(100)을 착용한 상태로 훈련중인 보행훈련자의 보행속도에 대응되는 속도로 구동되고, 상기 하중견인기(300)는 보행훈련자의 몸체를 지정견인량으로 상향지지한다.1, the walking robot according to the present invention comprises a walking-assist robot 100, a treadmill 200, a load retractor 300 and a controller 400. The treadmill 200 includes a treadmill 200, The walking retractor 300 is driven at a speed corresponding to the walking speed of the walking trainee while the walking-assist robot 100 is worn. The load retractor 300 supports the body of the walking trainee up to a designated retraction amount.

상기 컨트롤러(400)는 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동에 필요한 정보나 명령을 입력받아 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동상태를 제어하고 선택적으로 저장하며, 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동중에 생성되는 정보를 출력하고 선택적으로 저장한다.The controller 400 receives the information and commands necessary for driving the walking-assist robot 100, the treadmill 200 and the load retractor 300 to receive the walking assist robot 100, the treadmill 200, the load retractor 300, and selectively outputs and stores information generated during the driving of the walking-assist robot 100, the treadmill 200, and the load-retractor 300. [

상기 보행보조로봇(100)은 보행훈련자(환자)의 각 관절 구조에 대응되는 관절 구조로 형성되는 골격 프레임을 구비하여 보행훈련이 필요한 보행훈련자의 다리에 착용되며, 상기 보행보조로봇(100)의 각 관절 구조의 위치와 각도, 각 관절 구조 사이에 형성되는 분절의 길이를 조정가능한 구조를 가지며, 고관절, 슬관절, 족관절 중에서 적어도 하나의 관절 구조를 선택적으로 구비할 수도 있고, 한쪽 다리에만 착용될 수도 있으며, 보행훈련자의 필요에 따라 보행훈련자의 양다리에 전부 착용될 수도 있다.The walking-assist robot 100 includes a skeleton frame formed of a joint structure corresponding to each joint structure of the walking trainee (patient), and is worn on the legs of a walking trainee who needs gait training. A joint structure of at least one of a hip joint, a knee joint, and ankle joint may be selectively provided, and a joint structure may be provided at one leg And may be worn entirely on the legs of the walking trainee according to the needs of the walking trainee.

상기 보행보조로봇(100)의 구조 및 작동원리에 대해서는 인체의 다리에 대응되는 관절 구조를 구비하여 특정한 패턴으로 구동되는 로봇을 제작하는 당업계의 공지기술내용을 따르는 바 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The structure and operation principle of the walking-assist robot 100 are well known in the art for manufacturing a robot having a joint structure corresponding to the legs of a human body and driven in a specific pattern, and a detailed description thereof will be omitted do.

상기 컨트롤러(400)는 크게 입력부(410), 정보저장장치(190), 제어부(180), 모니터부(420) 및 동력부(230) 중 필요한 구성을 포함하도록 이루어진다.The controller 400 may include an input unit 410, an information storage unit 190, a controller 180, a monitor unit 420, and a power unit 230.

상기 컨트롤러의 입력부(410)는 상기 컨트롤러(400)의 제어부(180)나 정보저장장치(190)로부터, 또는 서로 다른 장소(예를 들어 서로 다른 병원이나 물리치료실)에 설치된 다수의 컨트롤러(400) 상호간에 정보의 전송이 가능하도록 하는 네트워크 통신망에 연결되는 통신단자를 구비하여 다른 컨트롤러(400)나 네트워크 서버로부터 보행훈련자의 신체사이즈, 보행훈련자의 훈련에 필요한 각 관절부의 속도와 각도, 회전력에 대한 정보나 명령을 전달받거나, 상기 컨트롤러(400)에 수치 등을 입력가능한 단말기를 구비하여 사용자로부터 정보나 명령을 직접 입력받는다.The input unit 410 of the controller is connected to the controller 400 or the information storage 190 of the controller 400 or to a plurality of controllers 400 installed in different places (for example, different hospitals or physical therapy rooms) And a communication terminal connected to a network communication network for enabling information to be transmitted to each other, so that the body size of the walking trainee, the speed and angle of each joint necessary for the training of the walking trainee, And a terminal capable of receiving information and commands or inputting numerical values or the like to the controller 400 and directly receives information or commands from the user.

상기 컨트롤러의 입력부(410)는, 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치(190), 제어부(180), 모니터부(420)와 함께 케이싱되어 정위치에 설치된 상태를 유지하면서 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치(190)나 제어부(180)로 정보나 명령을 직접 입력가능한 입력단자를 제공하는 입력부(411)의 본체와, 상기 입력부(411)의 본체로부터 이격된 임의의 지점에서 상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치(190)나 제어부(180)로 무선으로 정보나 명령을 전송가능한 리모콘에 구비된 무선 입력부(미도시)로 이루어진다.The input unit 410 of the controller 400 is installed on the controller 400 while maintaining the installed state of the controller 400 in the casing together with the information storage device 190, the control unit 180, and the monitor unit 420. A main body of an input unit 411 that provides an input terminal through which information or commands can be directly input to the information storage device 190 or the control unit 180 and a control unit 400 which controls the controller 400 at an arbitrary point spaced apart from the main body of the input unit 411. [ And a wireless input unit (not shown) included in a remote controller capable of transmitting information or commands wirelessly to the information storage device 190 or the controller 180.

제어부(180)는, 전반적인 제어를 담당한다. 예를 들어서, 입력부(410)를 통해 입력받은 명령을 필요한 구성에 전달해주거나, 정보저장장치(190)에 저장시킬 수 있다. 또한, 제어부(180)는 동력부(230)를 제어하는 명령을 전달하여, 상기 골격 프레임(210)의 움직임을 제어하기 위한 동력을 제공하거나, 후술할 렌덤한 형태의 동력을 전달할 수 있다.The control unit 180 takes charge of the overall control. For example, the command received through the input unit 410 may be transmitted to a necessary configuration or may be stored in the information storage device 190. In addition, the controller 180 may transmit a command for controlling the power unit 230 to provide power for controlling the movement of the skeleton frame 210, or may transmit a random-type power to be described later.

상기 컨트롤러(400)의 정보저장장치(190)는 상기 입력부(410)나 제어부(180)를 통해 입력받은 정보나 명령, 상기 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동과정에서 생성되는 정보를 선택적으로 분류하여 저장하며, 상기 컨트롤러(400)의 제어부(180)는 상기 입력부(410)를 통해 입력받거나 상기 컨트롤러의 정보저장장치(190)로부터 전달 받은 정보나 명령에 따라 상기 보행보조로봇(100), 동력부(230), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동상태를 제어한다.The information storage device 190 of the controller 400 stores information or commands received through the input unit 410 or the control unit 180 as well as information about the walking assist robot 100 and the treadmill 200 and the load retractor 300 The control unit 180 of the controller 400 receives information input through the input unit 410 or information or command received from the information storage device 190 of the controller Controls the driving state of the walking-assist robot 100, the power unit 230, the treadmill 200, and the load retractor 300.

상기 컨트롤러의 모니터부(420)는 상기 입력부(410)를 통해 입력된 정보나 명령, 상기 제어부(180)에서 제어중인 상기 정보저장장치(190), 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)의 구동상태, 보행훈련 중에 상기 정보저장장치(190)에 저장되는 정보나 명령, 상기 정보저장장치(190), 보행보조로봇(100), 트레드밀(200), 하중견인기(300)로부터 전달받은 정보를 수치나 그래프로 디스플레이한다.The monitor unit 420 of the controller monitors information or commands input through the input unit 410 and the information storage unit 190, the walking-assist robot 100, the treadmill 200, The information storage device 190, the walking-assist robot 100, the treadmill 200, and the load retractor 300 (see FIG. 3) stored in the information storage device 190 during the walking state of the load retractor 300, ) In a numerical value or a graph.

상기 컨트롤러의 모니터부(420) 또한, 상기 컨트롤러의 입력부(410)와 마찬가지로, 상기 컨트롤러(400)의 정보 저장장치, 제어부(180), 입력부의 본체(411)와 함께 케이싱되어 정위치에 설치된 상태를 유지하게 되는 모니터부의 본체(421)와, 상기 모니터부의 본체(421)로부터 이격된 임의의 지점에서 상기 컨트롤러의 입력부(410), 정보저장장치(190)나 제어부(180)로부터 정보나 명령을 무선으로 전송받아 표시하는 상기 리모콘의 무선모니터부로 이루어진다.The monitor unit 420 of the controller is also installed in a state of being installed in a proper position with the main body 411 of the information storage device, the control unit 180 and the input unit of the controller 400, like the input unit 410 of the controller And information and commands from the controller 410, the information storage device 190, and the controller 180 at any point spaced apart from the main body 421 of the monitor unit. And a wireless monitor unit of the remote controller for transmitting and displaying wirelessly.

상기 리모콘을 이용하여 상기 컨트롤러(400)의 본체로부터 이격된 위치에서도 상기 보행보조로봇(100)의 구동에 필요한 명령을 실시간으로 입력할 수 있어, 치료사가 보행훈련자의 보행상태를 다양한 위치에서 상세하게 살피면서 상기 보행보조로봇(100)을 컨트롤하여 보행훈련을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.A command necessary for driving the walking-assist robot 100 can be input in real time at a position spaced apart from the main body of the controller 400 using the remote controller, so that the therapist can walk the walker in various positions It is possible to control the walking-assist robot 100 while performing the walking exercise more efficiently.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명에 따른 보행훈련용 로봇이 운용됨에 있어서, 상기 하중견인기(300)가, 보행훈련자의 몸체에 하부가 착용되는 하네스(310)와, 상기 컨트롤러(400)의 제어부(180)에 의해 상기 하네스(310)의 상하길이 조정하는 구동수단을 구비한 하네스구동장치(320)와, 상기 하네스(310)에 걸리는 하중을 상기 컨트롤러(400)의 제어부(180)로 전송하는 하중센서로 이루어진 구조를 가짐으로써, 자신의 자중 전체를 다리에 부담시킨 상태로 보행훈련을 수행하기 어려운 보행훈련자를 항상 일정한 양으로 견인할 수 있다.In the above-described configuration, when the robot for gait training according to the present invention is operated, the load retractor 300 includes a harness 310 to which a lower portion of the gait trainee is worn and a controller (not shown) A load for transferring a load applied to the harness 310 to the control unit 180 of the controller 400. The control unit 180 controls the operation of the harness 310, Sensor, it is possible to always pull the walking trainee, which is difficult to perform the gait training in a state in which the whole of his / her own weight is burdened on the leg, at a constant amount.

동력부(230)는, 상기 골격 프레임(201)에 동력을 전달할 수 있다. 이때 전달되는 동력은 골격 프레임(201)의 전체적인 움직임을 위한 동력일 수 있다. 예를 들어, 골격 프레임(201)을 형성하고 있는 관절 구조에서, 관절의 움직임에 관한 동력일 수 있다. 즉, 관절을 중심으로 프레임이 회동하는 움직임일 수 있을 것이다. 상기 동력부(230)의 일예시로, 상기 관절 구조에 회전 동력을 전달하기 위한 모터일 수 있다. 동력부(230)의 다른 예시로는, 상기 관절 구조에 슬라이딩 동력을 전달하기 위한 엑추에이터일 수 있다. 동력부(230)가 이러한 모터나 엑추에이터의 구조에 한정되지는 않을 것이다.The power unit 230 can transmit power to the skeleton frame 201. At this time, the transmitted power may be the power for the overall movement of the skeleton frame 201. For example, in the joint structure forming the skeleton frame 201, it may be power relating to movement of the joint. In other words, it may be a movement of the frame around the joint. As an example of the power unit 230, it may be a motor for transmitting rotational power to the joint structure. Another example of the power unit 230 may be an actuator for transmitting sliding power to the joint structure. The power section 230 is not limited to the structure of such a motor or an actuator.

도 9는 상술한 실시예에서의 재활 운동 기구의 제어 방법의 순서도를 도시하는 도면이다.9 is a flowchart showing a control method of the rehabilitation exercise mechanism in the above-described embodiment.

S901 단계에서 재활 운동 기구는, 관절 구조의 움직임을 센싱할 수 있다. 이어서 S902 단계에서는 골격 프레임의 관절 구조에 동력을 전달할 수 있다.In step S901, the rehabilitation exercise device can sense the movement of the joint structure. In step S902, power can be transmitted to the joint structure of the skeleton frame.

S903 단계에서 재활 운동 기구는, 환자의 움직임을 방해하는 형태의 동력을 제공한다. 이때 제공되는 동력은 상술한 세 가지 모드에 따라 서로 다른 형태로 전달 될 수도 있을 것이다.In step S903, the rehabilitation exercise device provides power in a form that interferes with the movement of the patient. The power provided at this time may be transmitted in different forms according to the above three modes.

이하에서는 재활 운동 기구의 동력부의 동작을 설명하기 위하여 마찬가지로 보행훈련용 로봇을 통하여 보행 훈련하는 과정을 통하여 설명하나, 이러한 보행훈련용 로봇에 한정되는 것이 아님은 자명할 것이다.Hereinafter, in order to explain the operation of the power unit of the rehabilitation exercise apparatus, it will be explained through the process of gait training through the gait training robot, but it will be obvious that it is not limited to the gait training robot.

일반적으로, 뇌 손상 정도나 척추 손상 정도에 따라서 사람마다 근육 마비의 정도가 제각각일 것이다. 뿐만 아니라, 동일한 사람이라고 하더라도 재활훈련이 진행됨에 따라서 점차 근육의 마비 정도가 개선될 수 있을 것이다. 이에 따라서, 본 발명에서는, 근육 마비 정도에 따라서 다음과 같이 재활 운동 기구의 동작 모드로 구분하도록 제안하고 있다.Generally, the degree of muscle paralysis will vary depending on the degree of brain damage or degree of spinal injury. In addition, even if the same person, the degree of muscle paralysis can be improved gradually as rehabilitation training progresses. Accordingly, in the present invention, it is proposed that the operation mode of the rehabilitation exercise apparatus is divided as follows according to the degree of muscle paralysis.

1) 수동 모드(passive mode)1) Passive mode

수동 모드는, 재활 훈련자(환자)의 마비 정도가 매우 심할때 사용할 수 있는 모드이다. 재활 운동 기구는 동력부를 통한 동력의 전달을 통하여, 재활 훈련자가 근육을 거의 제어하지 못한다고 하더라도 강제로 움직이게 보조해준다. 즉, 상기 제어부(180)는, 상기 환자의 움직임을 보조해 주기 위한 동력을 제공하도록 상기 동력부(230)를 제어할 수 있다.Manual mode is a mode that can be used when the degree of paralysis of a rehabilitation trainee (patient) is very severe. Rehabilitation exercises assist force movement through the transmission of power through the power unit, even if the rehabilitation trainer has little control over the muscles. That is, the control unit 180 may control the power unit 230 to provide the power for assisting the movement of the patient.

또한, 상기 환자의 움직임을 보조해 주기 위해서는, 환자의 현지 움직임을 감지할 필요성이 존재한다. 이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기구는, 상기 관절 구조의 움직임을 센싱하기 위한 센싱부(미도시)를 더 포함할 수 있을 것이다. 이하에서 설명되는 모드들에서도, 센싱부가 포함될 수 있음은 자명하다. 이 경우 제어부(180)는, 상기 센싱부의 센싱 결과에 기초하여 상기 환자의 움직임이 감지될 경우, 상기 환자의 움직임과 동일한 방향으로의 동력을 제공하도록 상기 동력부를 제어하여, 환자의 움직임을 보조해 줄 수 있을 것이다.In addition, there is a need to detect local motion of the patient in order to assist the movement of the patient. Accordingly, the rehabilitation exercise device according to an embodiment of the present invention may further include a sensing unit (not shown) for sensing movement of the joint structure. It is apparent that the sensing unit can be included in the modes described below. In this case, when the motion of the patient is sensed based on the sensing result of the sensing unit, the controller 180 controls the power unit to provide power in the same direction as the movement of the patient, I will be able to give.

2) 균일 에러 모드(constant error mode)2) constant error mode

균일 에러 모드는, 재활 훈련자가 어느 정도 근육을 제어할 수 있는 상태에서 사용될 수 있는 모드이다. 재활 훈련자가 동력부(230)로부터 골격 프레임(201)에 전달되는 동력이 없다고 하더라도, 스스로 골격 프레임(201)을 움직일 수 있다. 즉, 재활 훈련자가 어느 정도 근육을 제어할 수는 있지만, 근육의 힘을 키우기 위하여 재활 훈련이 요구되는 상태라고 볼 수 있다.The uniform error mode is a mode in which the rehabilitation trainer can be used in a state where the muscle can be controlled to some extent. Even if the rehabilitation trainer does not have the power transmitted from the power unit 230 to the skeleton frame 201, the skeleton frame 201 can be moved by itself. In other words, although the rehabilitation trainer can control the muscles to some extent, rehabilitation training is required to increase muscle strength.

이와 같은 경우, 단순히 보행하는 동작만으로도 재활이 될 수도 있지만, 보다 효율적인 운동을 위해서 근육이 작용하는 반대의 방향으로 저항을 줄 필요성이 존재한다. 이를 위한 저항을 '균일 에러'라고 호칭하고, 이렇게 동작하는 모드를 '균일 에러 모드'라고 부르기로 한다.In such a case, it may be possible to rehabilitate by merely walking, but there is a need to provide resistance in the opposite direction in which muscles act for more efficient exercise. The resistance for this is called a 'uniform error', and a mode in which this operation is performed will be referred to as a 'uniform error mode'.

제어부(180)는 근육이 작용하는 방향의 반대 방향(환자의 움직임을 방해하기 위한 방향)으로 동력을 제공할 수 있다. 구체적으로 어떠한 방향으로 어떠한 힘을 줄지에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다.The control unit 180 can provide power in a direction opposite to the direction in which the muscles act (direction to obstruct the movement of the patient). Specifically, what kind of force is applied in any direction will be described with reference to Fig.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라, '균일 에러'를 주는 일예시를 도시하는 도면이다.Figure 3 is a diagram illustrating an example of providing a 'uniform error', in accordance with one embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따르면, 근육을 방해하는 방향으로 '일정한 힘'을 줄 수도 있지만, 변위(이동거리, 고관절의 회전 각도)에 비례하는 힘을 줄 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, a 'constant force' may be given in the direction of obstructing the muscles, but a force proportional to the displacement (movement distance, rotation angle of the hip joint) may be given.

도 3에서 제 1 그래프(301)는, 재활 훈련 시 시간에 따른 환자의 고관절 각도(환자 기준으로 전후방으로 회전하는 각도)의 변화를 도시하는 도면이다. 즉, y축은 중심을 기준으로 고관절의 전후방 각도(전방이면 양수, 후방이면 음수)를 나타내는 축이며, x축은 재활 훈련을 시작한 시점에서부터의 시간(단위 [s])을 나타내는 축이다. 제 1 그래프(301)는 환자의 왼쪽 또는 오른쪽 중 어느 하나에 대한 각도만을 나타내고 있으나, 다른 각도도 동일한 그래프 개형을 보일 것이다.In FIG. 3, the first graph 301 is a diagram showing a change in the patient's hip joint angle (an angle that rotates forward and backward on a patient basis) with time in rehabilitation training. That is, the y-axis is an axis representing the front-to-back angle of the hip joint with respect to the center (positive in the front and negative in the rear), and the x-axis is the axis representing the time (unit [s]) from the start of the rehabilitation exercise. The first graph 301 shows only the angle with respect to either the left or the right side of the patient, but other angles will also show the same graph shape.

제 1 그래프(301)를 참조하면, 고관절은 한 걸음 주기 당 전방으로 약 10˚가량 회전하였다가 다시 후방으로 -10˚ 가량 회전하고 있다. 그리고, 위와 같은 움직임이 재활훈련 내내 비슷한 개형으로 반복될 수 있을 것이다.Referring to the first graph 301, the hip joint rotates forward by about 10 degrees per one step cycle and then backward by -10 degrees. In addition, the above movement can be repeated in a similar fashion throughout the rehabilitation training.

본 발명에서는, 회전 변위가 가장 큰 지점에서 가장 큰 저항(방해하는 힘)을 갖고, 중심점에 가까울 수록 가장 작은 저항을 갖도록 제안한다. 왜냐하면, 그러한 저항이 실제 사람이 걸을 때 중력에 의해서 받는 저항과 가장 유사하기 때문이다. 즉 사람이 다리를 올리는 만큼 고관절을 회전시키는 힘이 커지기 때문이다.In the present invention, it is proposed to have the largest resistance (disturbing force) at the position where the rotational displacement is the greatest, and the smallest resistance near the center point. This is because the resistance is most similar to the resistance received by gravity when the person is walking. In other words, the greater the strength of the human body to rotate the hip joint as the leg is raised.

따라서, 도 3에서 도시된 바에서와 같이, 저항하는 힘(303)의 크기는 10˚부근에서 가장 크고, 0˚부근에서 가장 작게(0에 가깝게) 설정될 수 있을 것이다. 이를 위해서 본 발명의 일실시예에서는, 아래 수학식 1에서와 같이 힘의 크기를 결정하도록 제안한다.Therefore, as shown in Fig. 3, the magnitude of the resistive force 303 can be set to be the largest at about 10 deg., And the smallest (near zero) at about 0 deg.. To this end, in one embodiment of the present invention, it is proposed to determine the force magnitude as shown in Equation (1) below.

Figure pat00001
Figure pat00001

Fresistance는 저항하는 힘의 크기를 의미하고, K는 상수(단위: N/deg)이고, θ는 제 1 그래프(301)에서 나타나는 고관절의 전후방 각을 의미한다.F resistance refers to the magnitude of the resistive force, K is a constant (unit: N / deg), and? Refers to the anteroposterior angle of the hip joint shown in the first graph 301.

K의 값은 저항하는 힘의 세기를 조절하기 위한 상수로서, 크기가 커 질수록 더 숙련된 재활 훈련자에게 적용하고, 크기가 작아질 수록 더 마비가 심한 재활 훈련자에게 적용 가능할 것이다. 즉, K의 값을 조절함으로써, 훈련의 난이도를 결정할 수 있을 것이다.The value of K is a constant for controlling the strength of the resistive force. The larger the size, the more applicable to more skilled rehabilitation trainees. The smaller the size, the more applicable to rehabilitation trainees with more severe paralysis. That is, by adjusting the value of K, the difficulty level of the training can be determined.

이어서, 랜덤 에러 모드에 대해서 설명한다.Next, the random error mode will be described.

3) 랜덤 에러 모드(Random error mode)3) Random error mode

균일 에러 모드에서는, 환자의 운동 방향과 반대 방향으로 작용하는 저항 힘만을 인가하였다. 하지만, 이렇게 특정 방향으로 인가되는 힘은, 훈련자가 예측하기 쉽다는 것으로 이해될 수 있고, 즉 환자가 적응하기 쉽다고 결론낼 수 있다. 환자가 재활 훈련을 하면서 적응을 한다는 것은, 아무래도 재활 훈련에 집중하는 것이 어렵다는 것이다.In the uniform error mode, only the resistance force acting in the direction opposite to the direction of motion of the patient was applied. However, the force applied in this particular direction can be understood as being easy for the trainee to predict, i. E., It can be concluded that the patient is likely to adjust. It is difficult for the patient to adjust to rehabilitation training, and to focus on rehabilitation training.

따라서, 본 발명에서는, 일정한 방향으로의 저항이 아니라, 환자의 운동 방향(움직이는 방향)과 무관하게 저항하는 힘(랜덤한 형태의 동력)을 인가하도록 제안하고, 이러한 힘을 '랜덤 에러(Random error)'라고 표현하기로 한다. 즉, 제어부는 환자의 움직임과는 무관하게 랜덤한 형태의 동력을 제공하도록 상기 동력부를 제어할 수 있을 것이다.Therefore, in the present invention, it is proposed to apply a force (random type of power) that does not depend on the resistance in a certain direction but to resist irrespective of the motion direction of the patient (moving direction) ). That is, the control unit may control the power unit to provide a random type of power regardless of the motion of the patient.

본 발명의 일실시예에서는 랜덤 에러의 발생(generation) 방식으로, 진폭의 세기(Amplitude) 조정, 지속 시간(duration) 및 힘의 방향(force vector)을 랜덤으로 결정하고, 이를 조합하여 랜덤한 에러 신호를 발생시키도록 제안한다. 즉, 1) 진폭의 세기 변수(variable), 2) 지속 시간 변수, 3) 힘의 방향 변수(일예로, 0일때 음, 1일때 양)를 설정하고, 설정된 변수들에 랜덤값을 할당하여 랜덤 신호를 생성할 수 있을 것이다. 이러한 예시에 대해서 이하 도면을 참조하여 살펴본다.In one embodiment of the present invention, the amplitude adjustment, the duration and the force vector of the force are randomly determined in a generation method of a random error, and a random error Signal. In other words, a random variable is assigned to the set variables by 1) a variable of amplitude, 2) a duration variable, 3) a direction variable of force (for example, Lt; / RTI > signal. Such an example will be described below with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 진폭의 세기가 변경됨에 따라 달라지는 랜덤 에러의 예시를 도시하는 도면이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지속 시간이 변경됨에 따라 달라지는 랜덤 에러의 예시를 도시하는 도면이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 힘의 방향 변수가 변경됨에 따라 달라지는 랜덤 에러의 예시를 도시하는 도면이다. 도시된 도면에서 x축은 시간, y축은 가해지는 error의 세기를 나타낼 수 있을 것이며, (+) 방향은 운동 방향과 같은 방향, (-) 방향은 운동 방향과 반대 방향일 수 있다.4 is a diagram illustrating an example of a random error that varies as the intensity of an amplitude changes according to an embodiment of the present invention. 5 is a diagram illustrating an example of a random error that varies as the duration of time varies according to an embodiment of the present invention. Figure 6 is an illustration of an example of a random error as the directional variable of force according to an embodiment of the invention changes. In the figure, the x axis represents the time and the y axis represents the intensity of the error. The (+) direction may be the same as the direction of motion, and the (-) direction may be the direction opposite to the direction of motion.

도 4 (a) 및 (b)를 참조하면, 진폭의 세기 변수(h)가 h1이나 h2등으로 변할 경우, 가해지는 랜덤 에러의 세기가 작아지거나 커질 수 있을 것이다. 도 5 (a) 및 (b)를 참조하면, 지속 시간 변수(d)가 d1이나 d2등으로 변할 경우, 랜덤 에러가 가해지는 시간이 작아지거나 커질 수 있을 것이다. 도 6 (a) 및 (b)를 참조하면, 지속 시간 변수(d)가 d1이나 d2등으로 변할 경우, 랜덤 에러가 가해지는 시간이 작아지거나 커질 수 있을 것이다.Referring to FIGS. 4 (a) and 4 (b), when the amplitude parameter h changes to h 1 or h 2 , the intensity of the applied random error may become smaller or larger. Referring to FIGS. 5 (a) and 5 (b), when the duration variable d changes to d 1 or d 2 , the time during which the random error is applied may become smaller or larger. Referring to FIGS. 6 (a) and 6 (b), when the duration variable d changes to d 1 or d 2 , the time during which the random error is applied may become smaller or larger.

도 4 내지 도 6에 의해서 생성된 랜덤 에러들은 직사각 형태(구형파 형태)로 한정될 수도 있지만, 이러한 직사각 형태의 랜덤 에러들을 조합하여 복합 랜덤을 형성할 수 있을 것이다.The random errors generated by FIGS. 4 to 6 may be limited to a rectangular shape (rectangular wave shape), but such rectangular random errors may be combined to form a composite random.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 랜덤 에러 복합 형태의 일예시를 도시하는 도면이다.7 is a diagram illustrating an example of a random error complex form according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 6에서 상술한 바에서와 같이 진폭의 세기 변수, 지속시간 변수나 힘의 방향이 달라지는 에러를 형성시키고 조합하여 도 7에서와 같이 랜덤한 형태의 에러를 형성시킬 수 있을 것이다.As shown in FIG. 4 to FIG. 6, errors of varying amplitude, duration, and direction of force may be formed and combined to form random errors as shown in FIG.

더 나아가, 본 발명에서는, 정현파 형태의 에러까지 조합할 수도 있을 것이다. 정현파 형태의 에러가 인가될 경우, 환자는 마치 진동이 인가되는 것과 같이 느낄 수 있을 것이다. 정현파 형태의 에러의 경우, 정현파 신호의 진폭값, 주기(또는 주파수) 값의 조정을 통하여 랜덤한 형태의 에러를 발생킬 수 있을뿐만 아니라, 이러한 정현파 형태의 에러가 상술한 도 4 내지 도 6에서 형성된 에러와 조합되어 복합적인 형태의 에러가 형성될 수 있음은 자명할 것이다.Furthermore, in the present invention, an error of a sinusoidal waveform may be combined. If a sinusoidal error is applied, the patient will feel as if the vibration is applied. In the case of a sinusoidal error, it is possible not only to generate a random error by adjusting the amplitude value and the period (or frequency) value of the sinusoidal signal, It will be appreciated that a complex type of error can be formed in combination with the formed error.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라, 도 3에서의 고관절 각도 그래프(제 1 그래프, 301)에 랜덤 에러를 적용한 예시를 도시하는 그래프이다.FIG. 8 is a graph illustrating an example of applying a random error to the hip joint angle graph (first graph, 301) in FIG. 3, in accordance with one embodiment of the present invention.

한 번의 걸음 주기에 세 번의 랜덤 에러(801-1, 801-2, 801-3)가 적용되었다. 재활 훈련자는, 재활 훈련을 하는 동안 발생하는 랜덤 에러에 의해서 지속적으로 근육에 집중을 함으로써, 효과적인 재활 훈련을 수행할 수 있을 것이다.Three random errors (801-1, 801-2, 801-3) are applied in one step cycle. Rehabilitation trainees will be able to perform effective rehabilitation training by constantly focusing on the muscles due to random errors that occur during rehabilitation training.

이상으로 본 발명에 따른 제어 방법 및 이를 이용한 재활 훈련 기구의 실시예를 설시하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정/제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.The control method according to the present invention and the embodiment of the rehabilitation training apparatus using the same have been described above, but this is explained as at least one embodiment, and the technical idea, structure and action of the present invention are not limited thereto , The scope of the technical idea of the present invention is not limited / limited by the description with reference to the drawings or the drawings. It will also be appreciated by those skilled in the art that the concepts and embodiments of the invention set forth herein may be used as a basis for modifying or designing other structures for carrying out the same purposes of the present invention It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims and their equivalents. And various changes, substitutions, and alterations can be made without departing from the scope of the invention.

Claims (14)

재활 운동 기구에 있어서,
환자에 착용되어 상기 환자의 움직임에 따라 함께 움직일 수 있는 관절 구조로 형성되는 골격 프레임;
상기 골격 프레임의 관절 구조의 움직임에 동력을 전달하기 위한 동력부; 및
상기 동력부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는,
재활 운동 기구.
In the rehabilitation exercise apparatus,
A skeleton frame which is worn on a patient and formed into a joint structure capable of moving together with the movement of the patient;
A power unit for transmitting power to movement of a joint structure of the skeleton frame; And
And a control unit for controlling operation of the power unit.
Rehabilitation exercise apparatus.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 환자의 움직임과는 무관하게 랜덤한 형태의 동력을 제공하도록 상기 동력부를 제어하는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기구.
The method according to claim 1,
Wherein,
Wherein the control unit controls the power unit to provide a random type of power regardless of the movement of the patient.
Rehabilitation exercise apparatus.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 환자의 움직임을 보조해 주기 위한 동력을 제공하도록 상기 동력부를 제어하는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기구.
The method according to claim 1,
Wherein,
Wherein the control unit controls the power unit to provide power for assisting the movement of the patient,
Rehabilitation exercise apparatus.
제 3 항에 있어서,
상기 관절 구조의 움직임을 센싱하기 위한 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기구.
The method of claim 3,
And a sensing unit for sensing movement of the joint structure.
Rehabilitation exercise apparatus.
제 4 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 센싱부의 센싱 결과에 기초하여 상기 환자의 움직임이 감지될 경우, 상기 환자의 움직임과 동일한 방향으로의 동력을 제공하도록 상기 동력부를 제어하는,
재활 운동 기구.
5. The apparatus of claim 4,
And controls the power unit to provide power in the same direction as the motion of the patient when the motion of the patient is detected based on the sensing result of the sensing unit.
Rehabilitation exercise apparatus.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 환자의 움직임을 방해하기 위한 동력을 제공하도록 상기 동력부를 제어하는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기구.
The apparatus of claim 1,
Wherein the control unit controls the power unit to provide power for interrupting the movement of the patient.
Rehabilitation exercise apparatus.
제 6 항에 있어서,
상기 관절 구조의 움직임을 센싱하기 위한 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기구.
The method according to claim 6,
And a sensing unit for sensing movement of the joint structure.
Rehabilitation exercise apparatus.
제 7 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 센싱부의 센싱 결과에 기초하여 상기 환자의 움직임이 감지될 경우, 상기 환자의 움직임과 반대 방향으로의 동력을 제공하도록 상기 동력부를 제어하는,
재활 운동 기구.
8. The apparatus of claim 7,
And controls the power unit to provide power in a direction opposite to the movement of the patient when the movement of the patient is sensed based on a sensing result of the sensing unit.
Rehabilitation exercise apparatus.
제 1 항에 있어서,
상기 재활 운동 기구는, 환자(골반)에 착용되는 형태로 구비되어, 상기 환자의 보행운동이 보조되도록 하는 보행보조기인 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기구.
The method according to claim 1,
Characterized in that the rehabilitation exercise device is a walking aiding device provided in a form to be worn on a patient (pelvis) to assist the walking motion of the patient,
Rehabilitation exercise apparatus.
제 1 항에 있어서,
상기 동력부는, 상기 관절 구조에 회전 동력을 전달하기 위한 모터인 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기구.
The method according to claim 1,
Wherein the power unit is a motor for transmitting rotational power to the joint structure.
Rehabilitation exercise apparatus.
제 1 항에 있어서,
상기 동력부는, 상기 관절 구조에 슬라이딩 동력을 전달하기 위한 엑추에이터인 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기구.
The method according to claim 1,
Wherein the power unit is an actuator for transmitting a sliding power to the joint structure.
Rehabilitation exercise apparatus.
환자에 착용되어 상기 환자의 움직임에 따라 함께 움직일 수 있는 관절 구조로 형성되는 재활 운동 기구의 제어 방법에 있어서,
상기 관절 구조의 움직임을 센싱하는 단계;
상기 골격 프레임의 관절 구조의 움직임에 동력을 전달하는 단계; 및
상기 센싱 결과에 기초하여, 상기 환자의 움직임을 방해하는 형태의 동력을 제공하도록 상기 동력을 제어하는 단계를 포함하는,
재활 운동 기구의 제어 방법.
1. A control method for a rehabilitation exercise device, the rehabilitation exercise device being formed in a joint structure which is worn on a patient and movable together with the movement of the patient,
Sensing motion of the joint structure;
Transmitting power to movement of a joint structure of the skeletal frame; And
And controlling the power based on the sensing result to provide power in a form that interferes with movement of the patient.
Control method of rehabilitation exercise device.
제 12 항에 있어서,
상기 동력을 제어하는 단계는,
상기 환자의 움직임과는 무관하게 랜덤한 방향으로의 동력을 제공하는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기구의 제어 방법.
13. The method of claim 12,
The step of controlling the power comprises:
Characterized in that it provides power in a random direction regardless of the movement of the patient.
Control method of rehabilitation exercise device.
제 12 항에 있어서,
상기 재활 운동 기구는, 환자(골반)에 착용되는 형태로 구비되어, 상기 환자의 보행운동이 보조되도록 하는 보행보조기인 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기구의 제어 방법.
13. The method of claim 12,
Characterized in that the rehabilitation exercise device is a walking aiding device provided in a form to be worn on a patient (pelvis) to assist the walking motion of the patient,
Control method of rehabilitation exercise device.
KR1020170120223A 2017-09-19 2017-09-19 Rehabilitation exercise based on random error signal and controlling method thereof KR20190031936A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170120223A KR20190031936A (en) 2017-09-19 2017-09-19 Rehabilitation exercise based on random error signal and controlling method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170120223A KR20190031936A (en) 2017-09-19 2017-09-19 Rehabilitation exercise based on random error signal and controlling method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190031936A true KR20190031936A (en) 2019-03-27

Family

ID=65906588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170120223A KR20190031936A (en) 2017-09-19 2017-09-19 Rehabilitation exercise based on random error signal and controlling method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20190031936A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110801367A (en) * 2019-11-12 2020-02-18 张如瑞 Rehabilitation and nursing device for neurology
KR20210054736A (en) * 2019-11-06 2021-05-14 연세대학교 원주산학협력단 Upper body assembly for walk assistance apparatus and control method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210054736A (en) * 2019-11-06 2021-05-14 연세대학교 원주산학협력단 Upper body assembly for walk assistance apparatus and control method thereof
CN110801367A (en) * 2019-11-12 2020-02-18 张如瑞 Rehabilitation and nursing device for neurology

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4695605B2 (en) Neuromuscular stimulation
Meng et al. Recent development of mechanisms and control strategies for robot-assisted lower limb rehabilitation
US8147436B2 (en) Powered orthosis
Akdoğan et al. The design and control of a therapeutic exercise robot for lower limb rehabilitation: Physiotherabot
Vaca Benitez et al. Exoskeleton Technology in Rehabilitation: Towards an EMG‐Based Orthosis System for Upper Limb Neuromotor Rehabilitation
Wolbrecht et al. Optimizing compliant, model-based robotic assistance to promote neurorehabilitation
EP3217942B1 (en) Exoskeleton
Chaparro-Cárdenas et al. A review in gait rehabilitation devices and applied control techniques
US6666831B1 (en) Method, apparatus and system for automation of body weight support training (bwst) of biped locomotion over a treadmill using a programmable stepper device (psd) operating like an exoskeleton drive system from a fixed base
JP6301862B2 (en) Lower leg exercise device and control method thereof
CN110393895A (en) Knee joint trains adapter, rehabilitation training equipment and its Training Control method
KR20220058597A (en) KINOPED lower extremity improvement, injury prevention and rehabilitation system
Ekkelenkamp et al. LOPES: a lower extremity powered exoskeleton
Xu et al. Learning robotic motion with mirror therapy framework for hemiparesis rehabilitation
Taherifar et al. Assistive-compliant control of wearable robots for partially disabled individuals
KR20190031936A (en) Rehabilitation exercise based on random error signal and controlling method thereof
van der Kooij et al. Design of a compliantly actuated exo-skeleton for an impedance controlled gait trainer robot
Kubo et al. Gait rehabilitation device in central nervous system disease: a review
Calderón et al. Design, development and evaluation of a robotic platform for gait rehabilitation and training in patients with cerebral palsy
JP7573724B2 (en) Ankle rehabilitation device
Vashista A cable-driven pelvic robot: Human gait adaptation and rehabilitation studies
Rodriguez-Cianca et al. Design, control and evaluation of a treadmill-based Pelvic Exoskeleton (PeXo) with self-paced walking mode
JP4019227B2 (en) Training equipment
JP4926042B2 (en) Neuromuscular stimulation
Rajasekaran Adaptive control for wearable robots in human-centered rehabilitation tasks

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
E601 Decision to refuse application
E801 Decision on dismissal of amendment
  NODES
Idea 2
idea 2