AIPS Lab · AI피지컬사이언스 연구실 | 정석률 교수

정석률 교수가 대표 발명자로 등록한 특허 2건입니다. 특허권자는 차의과학대학교 산학협력단이며, 특허 공보 원문을 바탕으로 구성과 작동 방식을 풀어 썼습니다.

도 5 · 서 있을 때(a)와 오른발을 내디딘 때(b) 바닥에 비추는 목표 표시

KR 10-2640953

휴대용 보행 교정 및 보폭 유도 장치

Portable Gait-Correction and Stride-Guidance Device

허리에 두르는 벨트의 레이저 장치가 걸을 때 발끝 방향과 다음 발을 디딜 위치를 바닥에 빛의 선으로 비추고, 몸이 얼마나 기울며 걷는지도 보여 줍니다. 걷는 사람이 눈으로 보며 스스로 걸음걸이를 바로잡게 돕는 휴대용 장치입니다.

등록: 2024-02-21 (공고 2024-02-27)
출원: 2021-08-27 · 10-2021-0114262
발명자: 정석률, 신수연, 박지현, 정다희, 채예지
특허권자: 차의과학대학교 산학협력단
청구항: 2항 (3–5항 삭제)
분류: A61B 5/00 · A61B 5/11 · A61F 5/01
원문: FindIP 특허 원문 ↗

해결하려는 문제

팔자걸음·안짱걸음 같은 잘못된 보행은 하지 정렬을 무너뜨려 체형 문제로 이어질 수 있고, 무의식중에 나타나 스스로 알아차리기 어렵습니다. 발달장애나 뇌신경계 장애가 있는 사람은 소리 신호(청각 큐잉)만으로는 자신의 걸음을 인지하기 어렵고, 트레드밀에서 교정하면 안전 부담이 있습니다. 이 발명은 안전한 장소에서 눈으로 보며 고칠 수 있는 시각적 큐잉 장치를 목표로 합니다.

구성 요소(도면 부호)

10벨트 — 허리 등에 차는 탄성 벨트(팔·허벅지·종아리에도 착용 가능)
20버클 — 몸에 맞게 벨트 길이를 조절
30레이저 장치 — 배 정면 가운데에 고정되어 진행 방향 바닥에 유도선을 비춤
31–34조절 다이얼 — 발 크기, 양발 유도선 간격, 보폭, 착지 확인선 간격
35수준기 버튼 — 걸을 때 몸이 기운 정도를 바닥에 표시
40레이저 — 빔을 내는 광원
50다축 짐벌 — 걸을 때 빔 흔들림을 막고 수평을 유지(모터·가속도·자이로 센서 포함 가능)
60레이저 조사 제어부 — 조절부 61–64의 값을 합쳐 빔 모양을 결정
111·112바닥 표시: 왼발·오른발 발끝방향 교정 유도라인
131·132바닥 표시: 출발 전 보폭 유도라인, 착지 후 발끝 목표위치 확인라인
140·141바닥 표시: 몸의 기울기를 나타내는 원과 각도

작동 순서

벨트를 허리에 두르고 버클로 길이를 맞춥니다. 레이저 장치는 배 정면 가운데에 옵니다.
옆면의 다이얼 4개로 발 크기, 양발 유도선 간격, 보폭, 착지 확인선 간격을 몸에 맞게 조절합니다. 제어부는 미리 정한 기준값에 다이얼 변경값을 더해 최종값을 정합니다.
레이저가 걸음 진행 방향 바닥에 왼발·오른발의 발끝방향 교정 유도라인(111·112)과 보폭 유도라인(131)을 비춥니다.
한 걸음 내디디면 허리도 앞으로 이동해 처음 비춘 목표가 그만큼(D1) 멀어집니다. 그래서 착용자 쪽으로 D1만큼 당겨 그린 확인라인(132)을 함께 비춰, 발끝이 이 선에 놓이면 목표 위치에 정확히 착지했음을 알 수 있게 합니다.
수준기 버튼(35)을 누르면 바르게 선 자세를 기준으로 좌우·앞뒤로 기운 각도가 바닥에 원과 숫자로 표시됩니다(예: −8°, −21°). 숫자의 절댓값이 작아지도록 걸음걸이를 고칩니다.
다축 짐벌(50)이 걸을 때 빔이 흔들리지 않게 잡아 줍니다.

청구항 요지

청구항 1 — 벨트·버클·레이저 장치로 이루어지고, 레이저 장치는 발끝방향 교정 유도라인, 보폭 유도라인, 그리고 보폭 유도라인보다 착용자 쪽에 비추는 발끝 목표위치 확인라인을 조사합니다. 조절 다이얼(제4 다이얼로 확인라인 간격 조절)과 네 개의 조절부가 기준값에 변경값을 반영해 빔 모양을 정하고, 보행 균형을 벗어난 수준을 바닥에 비추는 수준기 버튼을 포함합니다.
청구항 2 — 걸을 때 빔 흔들림을 막는 다축 짐벌을 더합니다. 청구항 3–5는 심사 과정에서 삭제되었습니다.

활용

팔자걸음·안짱걸음 같은 보행 습관 교정
소리 신호만으로 자기 걸음을 인지하기 어려운 사람에게 시각적 큐잉 제공
낙상 위험이 있는 고령자, 균형 능력이 떨어지거나 몸을 흔들며 걷는 사람의 보행 훈련
트레드밀 없이 착용하고 걷는 구조라 안전한 실내 공간에서 쓸 수 있습니다.
교육부·한국연구재단 대학혁신지원사업(2021.03–2022.02) 수행 중 개발

도면

도 3a 레이저 장치 A-A 단면 — **도 3a**레이저 장치 A-A 단면

도 4 다이얼로 빔 각도를 조절한 모습 — **도 4**다이얼로 빔 각도를 조절한 모습

도 5 서 있을 때와 한 걸음 내디딜 때의 목표 표시 — **도 5**서 있을 때와 한 걸음 내디딜 때의 목표 표시

도 6 같은 상황을 선으로 표시 — **도 6**같은 상황을 선으로 표시

도 7 수준기 기울기 표시(예: −8°, −21°) — **도 7**수준기 기울기 표시(예: −8°, −21°)

도 8 레이저 조사 제어부 구성 — **도 8**레이저 조사 제어부 구성

KR 10-2453399

가상현실을 이용한 상지재활 훈련 시스템

Virtual-Reality Upper-Limb Rehabilitation Training System

VR 헤드셋을 쓰고 천장에 매달린 손잡이를 당기거나 밀면, 링크에 달린 전자수평계가 잰 기울기대로 가상현실 속 행글라이더의 자세가 바뀝니다. 오십견 환자가 게임하듯 어깨를 들어 올리는 재활 훈련 시스템입니다.

등록: 2022-10-05 (공고 2022-10-07)
출원: 2020-12-31 · 10-2020-0189051
발명자: 정석률, 한승희, 김민지, 박현주, 신수연
특허권자: 차의과학대학교 산학협력단
청구항: 10항
분류: A63B 71/06 · A63B 21/00 · A63B 23/12 · G01C 9/00
원문: FindIP 특허 원문 ↗

해결하려는 문제

오십견은 어깨를 머리 위로 들어 올릴 때 통증과 움직임 제한이 생기는 질환이라, 팔을 머리 위로 반복해 움직이는 운동이 필요합니다. 기존 재활 로봇·운동기구는 환자가 의식적으로 반복해야 해 지루하고, 손목 가속도센서로 게임을 조작하는 방식은 어깨 자세를 정확히 재지 못해 화면과 실제 동작이 어긋나 흥미가 떨어졌습니다. 이 발명은 사람이 매달린 채 팔을 들어 조종하는 행글라이더를 게임 소재로 택했습니다.

구성 요소(도면 부호)

10VR 헤드셋 — 눈앞 디스플레이에 가상현실 화면 표시
20팔운동 장치 — 천장에 매다는 기구
21천장고정링크 — 천장에 고정
22수직연장링크 — 앞뒤(y-z 평면)로 회전
23수평연장링크 — 좌우(x-z 평면)로 회전
241·242좌·우 로프 — 수평연장링크 양 끝에서 손잡이까지
251·252좌·우 손잡이 — 환자가 잡는 부분
261좌우 전자수평계 — 수평연장링크의 좌우 기울기 측정
262전후 전자수평계 — 수직연장링크의 앞뒤 회전 측정
30제어장치 — VR 시뮬레이션을 실행하고 수평계 신호로 화면을 갱신(RS-485 유선 또는 블루투스 무선 연결 가능)
600·71·72다른 실시예: 수평연장몸체와 폭 조절 부재 — 체결홀 6쌍 중 골라 끼워 두 손잡이 간격을 조절

작동 순서

VR 헤드셋을 쓰고 천장에 매달린 두 손잡이를 잡습니다. 제어장치가 행글라이딩 시뮬레이션을 실행해 헤드셋에 보여 줍니다.
가만히 있으면 링크가 기본 자세를 유지하고, 두 수평계는 기준값을 보냅니다.
왼쪽 손잡이를 아래로 당기면 수평연장링크가 왼쪽으로 기울고, 좌우 전자수평계가 그 기울기를 보냅니다. 제어장치는 이 값으로 행글라이더의 좌우 기울기(제1각도)를 바꿉니다.
두 손잡이를 앞으로 밀면 수직연장링크가 앞으로 회전하고, 전후 전자수평계 값으로 행글라이더의 앞뒤 기울기(제2각도)를 바꿉니다.
바뀐 각도대로 가상현실 화면이 갱신되어 헤드셋에 표시됩니다. 환자는 화면 속 비행을 조종하며 팔을 들어 올리는 동작을 반복합니다.

청구항 요지

청구항 1 — VR 헤드셋, 전자수평계가 달린 팔운동 장치, 제어장치로 이루어지며, 제어장치가 수평계의 기울기 정보로 가상현실 속 이동객체의 자세를 바꾸고 바뀐 화면을 헤드셋에 다시 보냅니다.
청구항 2–3 — 좌우·전후 기울기로 이동객체의 두 각도를 조정합니다.
청구항 4 — 이동객체는 행글라이더, 배경은 하늘·지표면·수면입니다.
청구항 5–8 — 천장고정·수직·수평 링크와 로프·손잡이 구조, 수평계 위치, 회전축을 정합니다.
청구항 9–10 — 체결홀과 스프링 폭 조절 부재로 두 손잡이 간격을 바꾸는 구성입니다.

활용