KR101280364B1 - Apparatus for supporting a muscular strength of arm - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재활자나 노약자의 상지 근력 강화 운동을 보조하는 상지 근력 보조 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 사용자의 동작 의도에 따라 임피던스를 조절하여 작동가능한 상지 근력 보조 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 근력 보조 장치는, 사용자의 상지 근육의 근전도 신호를 측정하는 생체 신호 측정 전극; 상기 생체 신호 측정 전극에서 측정된 근전도 신호를 기반으로 사용자의 동작 의도 타이밍을 분석하는 생체 신호 처리부; 사용자의 상지가 접촉하는 상지 접촉부를 갖는 연결 링크부; 상기 연결 링크부에 부착되어 상지의 힘을 감지하는 힘 센서; 상기 생체 신호 처리부에서 분석한 정보와 상기 힘 센서에서 감지한 정보를 통합하여, 상기 연결 링크부의 이동 및 회전 각도를 제어하기 위한 신호를 생성하는 동작 신호 처리부; 및 상기 동작 신호 처리부에서 생성한 신호를 전달받아 구동하며, 상기 연결 링크부와 연결되는 모터를 포함한다. The present invention relates to an upper extremity muscle strength assisting device for assisting rehabilitation or the elderly senior upper extremity strength strengthening exercise, and more particularly, to an upper extremity muscle assisting device operable by adjusting the impedance according to the user's intention of operation. Upper limb muscle strength assistance apparatus according to an embodiment of the present invention, the biological signal measuring electrode for measuring the EMG signal of the upper extremity muscle of the user; A biosignal processor configured to analyze an operation intention timing of a user based on an EMG signal measured by the biosignal measuring electrode; A connection link having an upper limb contact that the upper limb of the user contacts; A force sensor attached to the connection link to sense a force of the upper limb; An operation signal processor for integrating information analyzed by the biosignal processor and information sensed by the force sensor to generate a signal for controlling a movement and rotation angle of the connection link unit; And a motor driven by receiving the signal generated by the operation signal processor and connected to the connection link unit.

Description

상지 근력 보조 장치 {APPARATUS FOR SUPPORTING A MUSCULAR STRENGTH OF ARM}Upper extremity muscle assist device {APPARATUS FOR SUPPORTING A MUSCULAR STRENGTH OF ARM}

본 발명은 재활자나 노약자의 상지 근력 강화 운동을 보조하는 상지 근력 보조 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 사용자의 동작 의도에 따라 임피던스를 조절하여 작동가능한 상지 근력 보조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an upper extremity muscle strength assisting device for assisting rehabilitation or the elderly senior upper extremity strength strengthening exercise, and more particularly, to an upper extremity muscle assisting device operable by adjusting the impedance according to the user's intention of operation.

신체의 노령화에 따른 노약자의 상지 근력의 기능이 약화되거나, 뇌졸증 또는 사고 등으로 근력이 상실된 환자의 근력을 강화하기 위한 재활 장비로 상지 근력 보조 장치가 사용되고 있다. Upper limb strength assistance device is used as a rehabilitation equipment for reinforcing the strength of a patient whose strength is weakened due to aging of the body, or whose strength is lost due to stroke or accident.

그러나, 종래의 상지 근력 보조 장치는, 중력 보상이나 단순한 반복 운동을 통한 재활의 목적으로 개발된 장치이다. 그러나, 종래의 장치는 사용자의 의도대로 장치가 움직이지 않으므로, 근력 강화를 효과적으로 수행할 수 없을 뿐만 아니라, 안전 사고의 위험도 내포하고 있다. However, the conventional upper extremity muscle strength assist device is a device developed for the purpose of rehabilitation through gravity compensation or simple repetitive exercise. However, the conventional device does not move the device according to the user's intention, not only can not effectively strengthen muscle strength, but also includes the risk of a safety accident.

또한, 종래의 장치의 경우, 외골격 형태로 팔을 감싸서 근력 강화를 보조하는 형태가 대부분인데, 이는 기기 자체의 하중을 사용자가 감당함으로써 무게에 대한 부담이 발생하며, 팔을 기기에 집어 넣거나 감싸는 작업이 필요하므로, 착용시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. In addition, in the case of the conventional device, it is mostly in the form of exoskeleton to support the strength strengthening by wrapping the arm, which bears the weight of the user to bear the load of the device itself, the task of putting or wrapping the arm into the device Since this is necessary, it takes a long time to wear.

또한, 상지 근력 보조 장치가 고정된 형태인 경우, 인체 관절의 회전 축과 기기의 회전 축을 정합하도록 보정할 수 없으므로 사용이 불편하며, 사용자에 따라 사용이 적합하지 않은 경우도 발생한다. In addition, when the upper extremity muscle strength assist device is fixed, it can not be corrected to match the rotation axis of the human joint and the rotation axis of the device is inconvenient to use, there is also a case where the user is not suitable for use.

또한, 종래의 장치는 근전도 신호를 입력받거나, 힘 센서를 이용한 측정 신호를 필터링 한 후 단순 증폭하여 제어 신호로 사용함으로써, 사용자가 의도하는 임피던스(힘을 주었을 때 움직이는 정도)로 조절할 수 없는 문제가 있다. In addition, the conventional device receives the EMG signal or filters the measured signal using the force sensor and then simply amplifies and uses it as a control signal. have.

특허문헌 1: 한국공개특허 10-2009-0030402 (한양대학교 산학협력단) 2009. 03. 25. 요약, 청구항 1, 도면 1Patent Document 1: Korea Patent Publication 10-2009-0030402 (Hanyang University Industry-Academic Cooperation Foundation) 2009. 03. 25. Summary, Claim 1, Drawing 1 특허문헌 2: 한국공개특허 10-2011-0027447 (학교법인 동의학원) 2011. 03. 16. 요약, 청구항 1, 도면 1Patent Document 2: Korean Patent Application Publication No. 10-2011-0027447 (School of Consent for School Corporation) 2011. 03. 16. Summary, Claim 1, Drawing 1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 사용자의 동작 의도에 따라 임피던스를 조절하여 작동가능한 상지 근력 보조 장치를 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an upper extremity muscle strength assistive device operable by adjusting the impedance according to the user's intention to operate.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 근력 보조 장치는, 사용자의 상지 근육의 근전도 신호를 측정하는 생체 신호 측정 전극; 상기 생체 신호 측정 전극에서 측정된 근전도 신호를 기반으로 사용자의 동작 의도 타이밍을 분석하는 생체 신호 처리부; 사용자의 상지가 접촉하는 상지 접촉부를 갖는 연결 링크부; 상기 연결 링크부에 부착되어 상지의 힘을 감지하는 힘 센서; 상기 생체 신호 처리부에서 분석한 정보와 상기 힘 센서에서 감지한 정보를 통합하여, 상기 연결 링크부의 이동 및 회전 각도를 제어하기 위한 신호를 생성하는 동작 신호 처리부; 및 상기 동작 신호 처리부에서 생성한 신호를 전달받아 구동하며, 상기 연결 링크부와 연결되는 모터를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an upper limb muscle strength assisting device, comprising: a bio-signal measuring electrode configured to measure an EMG signal of an upper limb muscle of a user; A biosignal processor configured to analyze an operation intention timing of a user based on an EMG signal measured by the biosignal measuring electrode; A connection link having an upper limb contact that the upper limb of the user contacts; A force sensor attached to the connection link to sense a force of the upper limb; An operation signal processor for integrating information analyzed by the biosignal processor and information sensed by the force sensor to generate a signal for controlling a movement and rotation angle of the connection link unit; And a motor driven by receiving the signal generated by the operation signal processor and connected to the connection link unit.

상기 상지 근력 보조 장치는, 상기 연결 링크부에 부착되어 상지의 관절 각도를 감지하여, 상기 동작 신호 처리부로 전달하는 위치 센서를 더 포함할 수 있다. The upper extremity muscle strength assist device may further include a position sensor attached to the connection link unit to detect a joint angle of the upper limb and transmit it to the motion signal processor.

상기 연결 링크부는, 손잡이와, 사용자의 팔꿈치가 접촉하는 팔꿈치 고정대를 포함할 수 있다. The connection link unit may include an elbow holder to which the handle and the elbow of the user contact.

상기 팔꿈치 고정대는, 일면이 개방되어 사용자의 팔꿈치가 안착되는 오목한 구조를 가질 수 있다. The elbow holder may have a concave structure in which one side is opened and the elbow of the user is seated.

상기 상지 근력 보조 장치는, 상기 팔꿈치 고정대를 팔꿈치 회전축을 중심으로 회전시키는 동력을 전달하는 제1 모터; 및 상기 손잡이를 손목 회전축을 중심으로 회전시키는 동력을 전달하는 제2 모터를 더 포함할 수 있다. The upper extremity muscle strength support device, the first motor for transmitting power for rotating the elbow support around the elbow rotation axis; And a second motor configured to transmit power for rotating the handle about the wrist rotation axis.

상기 상지 근력 보조 장치는, 상기 팔꿈치 고정대의 위치를 조정하여, 상기 팔꿈치의 회전축과 정합시키는 팔꿈치 회전축 조절부를 더 포함할 수 있다. The upper extremity muscle strength assist device may further include an elbow rotation axis adjusting unit for adjusting the position of the elbow holder, to match the rotation axis of the elbow.

상기 상지 근력 보조 장치는, 상기 제2 모터의 동력을 상기 손목 회전축을 중심으로 하는 회전력으로 변환하는 손목회전 동력 전달 메커니즘을 더 포함할 수 있다. The upper limb muscle strength assist device may further include a wrist rotation power transmission mechanism for converting the power of the second motor into a rotational force around the wrist rotation axis.

상기 동작 신호 처리부는, 상기 연결 링크부의 위치와 속도를 제어하기 위한 신호를 생성하는 위치 및 속도 제어기; 및 상기 위치 및 속도 제어기에서 생성된 신호를 증폭하여 상기 모터로 입력시키는 증폭기를 포함할 수 있다. The operation signal processor may include a position and speed controller configured to generate a signal for controlling a position and a speed of the connection link unit; And an amplifier for amplifying a signal generated by the position and speed controller and inputting the signal to the motor.

본 발명의 상지 근력 보조 장치는 사용자의 동작 의도에 따라 임피던스를 조절하여 작동가능하므로, 재활 치료 등의 상지 근력 강화 운동을 효과적으로 보조할 수 있는 효과가 있다. The upper extremity muscle strength assist device of the present invention can operate by adjusting the impedance according to the user's intention of operation, there is an effect that can effectively assist the upper extremity muscle strengthening exercise, such as rehabilitation treatment.

또한, 본 발명의 상지 근력 보조 장치는, 사용자가 장치 위에 팔을 거치시키는 형태를 가지므로, 사용자가 상지 근력 보조 장치의 하중을 부담하지 않고, 근력 강화 운동을 수행할 수 있는 효과가 있다. In addition, the upper extremity muscle strength assisting device of the present invention has a form in which the user mounts the arm on the device, there is an effect that the user can perform the strength strengthening exercise without burdening the load of the upper extremity strength assisting device.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 근력 보조 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 동작 신호 처리부의 처리 과정을 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 상지 근력 보조 장치의 예시적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 2자유도 상지 근력 보조 로봇을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 상지 근력 보조 장치의 사용 상태를 도시하는 도면이다. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an upper limb muscle strength assistance apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a process of the operation signal processor of FIG. 1.
3 is a block diagram showing an exemplary configuration of the upper extremity muscle strength assist device of the present invention.
Figure 4 is a perspective view showing a two degree of freedom upper extremity muscle strength assistance robot of the present invention.
It is a figure which shows the use state of the upper extremity muscle strength assistance apparatus of this invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상지 근력 보조 장치에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the upper extremity muscle strength assist device according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 근력 보조 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 도 2는 도 1의 동작 신호 처리부의 처리 과정을 도시하는 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an upper limb muscle strength assistance apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram illustrating a process of the operation signal processor of FIG. 1.

우선, 도 1을 참조하면, 상지 근력 보조 장치는 생체 신호 측정 전극(110), 신호 처리부(120), 모터(152, 154), 연결 링크부(160), 상지 접촉부(162) 및 힘 센서(170)를 포함하며, 신호 처리부(120)는 생체신호 처리부(130)와 동작 신호 처리부(140)로 이루어진다. First, referring to FIG. 1, the upper extremity muscle strength assisting device includes a biosignal measuring electrode 110, a signal processing unit 120, a motor 152 and 154, a connection link unit 160, an upper limb contact unit 162, and a force sensor ( 170, the signal processor 120 includes a biosignal processor 130 and an operation signal processor 140.

생체 신호 측정 전극(110)은 사용자의 상지 근육의 근전도(electromyography, EMG) 신호를 측정하며, 근전도 측정 신호는 생체신호 처리부(130)로 전달된다. 근전도 신호는 근섬유막에서 발생하는 생리적 변화에 따라 발생하는 전기 신호로서, 생체 신호 측정 전극(110)은 근육의 동작 시, 근육에서 발생되는 전기신호를 측정한다. The biosignal measurement electrode 110 measures an electromyography (EMG) signal of a user's upper limb muscle, and the electromyography measurement signal is transmitted to the biosignal processor 130. The EMG signal is an electrical signal generated according to a physiological change occurring in the myofibril, and the biosignal measuring electrode 110 measures an electric signal generated in the muscle when the muscle is operated.

이어서, 생체신호 처리부(130)는 생체 신호 측정 전극(110)에서 측정된 근전도 신호를 기반으로 사용자의 동작 의도 타이밍(timing)을 분석한다. 상기 분석을 위해 도 2에서와 같이 생체신호 처리부(130)는 근전도 측정신호를 필터링, 절대값 산출, 적분, 및 P 스레쉬홀드 데드밴드를 연산하고, 상기 연산 결과를 동작 신호 처리부(140)로 전달한다. Subsequently, the biosignal processor 130 analyzes an operation intention timing of the user based on the EMG signal measured by the biosignal measuring electrode 110. For the analysis, as shown in FIG. 2, the biosignal processing unit 130 filters the EMG measurement signal, calculates the absolute value, integrates the P threshold deadband, and transfers the calculation result to the operation signal processing unit 140. To pass.

동작 신호 처리부(140)는 생체 신호 처리부(130)에서 분석한 정보와 힘 센서(170)에서 감지한 힘 측정 신호를 통합하여, 사용자의 동작 의도 타이밍을 조절하기 위한 신호를 생성한다. 구체적으로, 동작 신호 처리부(140)에서 생성된 신호는 연결 링크부(160)의 이동 및 회전 각도를 제어하기 위한 신호이다. The motion signal processor 140 integrates the information analyzed by the biosignal processor 130 and the force measurement signal detected by the force sensor 170 to generate a signal for adjusting a user's operation intention timing. Specifically, the signal generated by the operation signal processor 140 is a signal for controlling the movement and rotation angle of the connection link unit 160.

제1 모터(152)와 제2 모터(154)는 동작 신호 처리부(140)에서 생성한 신호를 전달받아 구동하며, 상기 연결 링크부(160)와 연결된다. 따라서, 연결 링크부(160)는 모터(152, 154)의 구동에 따라 회전 내지 이동할 수 있게 된다. 도 1에서, 모터는 제1 모터(152)와 제2 모터(154)를 구비하는 것으로 도시되었으나, 모터의 개수는 이에 한정되지 않으며, 사용자의 상지 근력 강화 운동을 보조하기 위한 회전 방향에 따라 모터의 개수가 변경될 수 있다. The first motor 152 and the second motor 154 are driven by receiving a signal generated by the operation signal processor 140 and are connected to the connection link unit 160. Accordingly, the connection link unit 160 may rotate or move according to the driving of the motors 152 and 154. In FIG. 1, the motor is illustrated as having a first motor 152 and a second motor 154, but the number of motors is not limited thereto, and the motor may be rotated according to a rotational direction for assisting a user's upper extremity muscle strengthening exercise. The number of can be changed.

연결 링크부(160)는 사용자의 상지가 접촉하는 상지 접촉부(162)를 갖는다. 본 발명의 상지 접촉부(162)는, 사용자의 팔을 감싸는 형태인 종래의 상지 근력 보조 장치와 달리, 일면이 개방되어 사용자의 팔꿈치를 안착시킬 수 있는 오목한 구조의 형태를 가진다. 따라서, 사용자는 상지 근력을 강화하기 위한 재활 시, 상지 근력 보조 장치 자체의 하중을 감당하지 않아도 되는 장점이 있다. The connection link 160 has an upper limb contact 162 to which the upper limb of the user contacts. The upper limb contact portion 162 of the present invention has a concave structure that allows one side to be opened to seat the elbow of the user, unlike a conventional upper limb strength assisting device that surrounds a user's arm. Therefore, when the user rehabilitation to strengthen the upper extremity muscle strength, there is an advantage that the user does not have to bear the load of the upper extremity muscle strength assist device itself.

힘 센서(170)는 연결 링크부(160)에 부착되어 상지의 힘을 감지하여, 동작 신호 처리부(140)로 전달한다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 위치 센서(미도시)를 힘 센서(170)와 같이 연결 링크부(160)에 부착하고, 위치 센서에서 감지한 사용자의 상지의 관절 각도 신호와 힘 센서(170)에서 감지한 힘 측정신호를 동작 신호 처리부(140)로 전달할 수 있다. The force sensor 170 is attached to the connection link unit 160 detects the force of the upper limb, and transmits it to the operation signal processor 140. In another embodiment of the present invention, a position sensor (not shown) is attached to the connection link unit 160 as the force sensor 170, and the joint angle signal and the force sensor 170 of the user's upper limb detected by the position sensor The force measurement signal detected by the motion signal processor 140 may be transmitted.

도 2를 참조하여, 동작 신호 처리부(140)의 신호 처리 과정을 더 상세히 살펴본다. 우선, 전술한 바와 같이 생체신호 측정 전극(110)에서 감지된 사용자의 근전도 신호가 생체신호 처리부(130)에서 처리되어 동작 신호 처리부(140)로 전달된다. 한편, 힘 센서(170)에서 감지된 힘 측정 신호는 동작 신호 처리부(140)에 전달되어, 필터링 과정을 거치며, 생체신호 처리부(130)에서 처리된 신호와 통합되어, 사용자의 동작 의도 타이밍을 조절하도록 신호 처리된다. 신호 처리를 위해, 동작 신호 처리부(140)는 신호를 증폭하고, 가상의 임피던스를 적용할 수 있다. Referring to FIG. 2, a signal processing process of the operation signal processor 140 will be described in more detail. First, as described above, the EMG signal of the user sensed by the biosignal measuring electrode 110 is processed by the biosignal processor 130 and transmitted to the operation signal processor 140. Meanwhile, the force measurement signal sensed by the force sensor 170 is transmitted to the motion signal processor 140, undergoes a filtering process, and is integrated with the signal processed by the biosignal processor 130 to adjust an operation intention timing of the user. Signal is processed. For signal processing, the operation signal processor 140 may amplify a signal and apply a virtual impedance.

또한, 동작 신호 처리부(140)는, 연결 링크부(160)의 위치와 속도를 제어하기 위한 신호를 생성하는 위치 및 속도 제어기(141)와, 상기 위치 및 속도 제어기(141)에서 생성된 신호를 증폭하여 모터(150)로 입력시키는 선형 전압-전류 증폭기(142)를 포함할 수 있다.In addition, the operation signal processor 140 may include a position and speed controller 141 for generating a signal for controlling the position and speed of the connection link unit 160, and a signal generated by the position and speed controller 141. It may include a linear voltage-current amplifier 142 to amplify and input to the motor 150.

동작 신호 처리부(140)에서 생성된 신호는 모터(150)로 전달되며, 이후 과정은 전술한 바와 같다. The signal generated by the operation signal processor 140 is transmitted to the motor 150, and the process is as described above.

도 3은 본 발명의 상지 근력 보조 장치의 예시적인 구성을 도시한 블록도이다. 3 is a block diagram showing an exemplary configuration of the upper extremity muscle strength assist device of the present invention.

도 3을 참조하면, 상지 근력 보조 장치는 2자유도 상지 근력 보조 로봇(100), 생체 신호 처리부(130) 및 동작 신호 처리부(140)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the upper limb muscle strength assistance apparatus includes a two degree of freedom upper limb muscle assistance robot 100, a biosignal processor 130, and an operation signal processor 140.

2자유도 상지 근력 보조 로봇(100)은, 도 1에서 제1 모터(152), 제2 모터(154), 연결 링크부(160), 상지 접촉부(162) 및 힘 센서(170)를 포함하는 구성에 해당한다.The two degree of freedom upper extremity muscle assistance robot 100, in FIG. 1, includes a first motor 152, a second motor 154, a link link 160, an upper limb contact 162, and a force sensor 170. Corresponds to the configuration.

2자유도 상지 근력 보조 로봇(100)에서 감지된 근전도 측정신호, 힘 측정신호, 관절 각도 측정신호는 A/D 컨버터(143)와 엔코더(144)로 입력되어 도 2에서 설명한 바와 같은 처리 과정을 거친다. 이어서, 동작 신호 처리부(140)에서 생성된 신호는 D/A 컨버터(145)를 거쳐 2자유도 상지 근력 보조 로봇(100)의 모터로 전달된다. The EMG measurement signal, the force measurement signal, and the joint angle measurement signal detected by the two degree of freedom upper limb muscle assistance robot 100 are input to the A / D converter 143 and the encoder 144 to perform the processing as described in FIG. 2. Rough Subsequently, the signal generated by the operation signal processor 140 is transferred to the motor of the 2 degree of freedom upper limb muscle assistance robot 100 via the D / A converter 145.

도 4는 본 발명의 2자유도 상지 근력 보조 로봇을 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 상지 근력 보조 장치의 사용 상태를 도시하는 도면이다. 4 is a perspective view showing a two degree of freedom upper limb muscle assistance robot of the present invention, Figure 5 is a view showing a state of use of the upper limb muscle strength assist device of the present invention.

도 4를 참조하면, 2자유도 상지 근력 보조 로봇(100)은, 제1 모터(152), 제2 모터(154), 손목회전 동력 전달메커니즘(156), 손잡이(164), 팔꿈치 고정대(166) 및 팔꿈치 회전축 조절부(180)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the two degree of freedom upper limb muscle assistance robot 100 includes a first motor 152, a second motor 154, a wrist rotation power transmission mechanism 156, a handle 164, and an elbow support 166. And elbow rotation axis adjustment unit 180 is included.

사용자는 도 5에서와 같이, 상지를 팔꿈치 고정대(166)에 거치시킨 후, 손으로 손잡이(164)를 잡은 상태에서 2자유도 상지 근력 보조 로봇(100)을 작동시킬 수 있다. As shown in FIG. 5, the user may mount the upper limb on the elbow holder 166 and then operate the two degree of freedom upper limb muscle assistance robot 100 while holding the handle 164 by hand.

제1 모터(152)는 팔꿈치 고정대(166)를 팔꿈치 회전축(1)을 중심으로 회전시키는 동력을 전달하며, 제2 모터(154)는 손잡이(164)를 손목 회전축(2)을 중심으로 회전시키는 동력을 전달한다. 상기 제2 모터(154)의 동력을 손목 회전축(2)을 중심으로 하는 회전력으로 변환하기 위해 손목회전 동력 전달 메커니즘(156)이 더 포함될 수 있다. The first motor 152 transmits power for rotating the elbow holder 166 about the elbow rotation axis 1, and the second motor 154 rotates the handle 164 about the wrist rotation axis 2. Transmits power. Wrist rotation power transmission mechanism 156 may be further included to convert the power of the second motor 154 into a rotational force about the wrist rotation axis (2).

제1 모터(152)와 제2 모터(154)에 의해, 사용자는 팔꿈치 회전축(1)과 손목 회전축(2)을 중심으로 하는 2자유도 상지 근력 운동을 할 수 있다. 또한, 모터를 부가하여, 더 높은 자유도를 갖는 상지 근력 보조 로봇을 구성할 수도 있다. By the first motor 152 and the second motor 154, the user can exercise two degrees of freedom upper extremity muscle centering around the elbow rotation axis 1 and the wrist rotation axis 2. In addition, a motor may be added to configure an upper limb muscle assistance robot having a higher degree of freedom.

팔꿈치 회전축 조절부(180)는 팔꿈치 고정대(166)의 위치를 조정하여, 상기 팔꿈치 회전축(1)과 정합시킨다. 사용자에 따라 팔꿈치 회전축 조절부(180)를 통해 팔꿈치 고정대(166)의 위치를 용이하게 조절할 수 있으므로, 상지 근력 운동을 적절하게 수행할 수 있다. The elbow rotation shaft adjusting unit 180 adjusts the position of the elbow support 166 to match the elbow rotation shaft 1. Since the position of the elbow holder 166 can be easily adjusted through the elbow rotation shaft adjusting unit 180 according to the user, the upper extremity muscle strength exercise can be appropriately performed.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

1: 팔꿈치 회전축
2: 손목 회전축
100: 2자유도 상지 근력 보조 로봇
110: 생체신호 측정 전극
120: 신호 처리부
130: 생체 신호 처리부
140: 동작 신호 처리부
141: 위치 및 속도 제어기
142: 선형 전압-전류 증폭기
143: A/D 컨버터
144: 엔코더
145: D/A 컨버터
150: 모터
152: 제1 모터
154: 제2 모터
156: 손목회전 동력 전달 메커니즘
160: 연결 링크부
162: 상지 접촉부
164: 손잡이
166: 팔꿈치 고정대
170: 힘 센서
180: 팔꿈치 회전축 조절부
200: 사용자1: elbow rotation axis
2: wrist rotation axis
100: 2 degree of freedom upper extremity muscle assist robot
110: biosignal measuring electrode
120: Signal processor
130: the biosignal processing unit
140: operation signal processing unit
141: position and speed controller
142: linear voltage-current amplifier
143: A / D converter
144: encoder
145: D / A Converter
150: motor
152: first motor
154: second motor
156: wrist rotation power transmission mechanism
160: connection link unit
162: upper limb contact
164: handle
166: elbow support
170: force sensor
180: elbow rotation axis adjustment unit
200: user

Claims (8)

사용자의 상지 근육의 근전도 신호를 측정하는 생체 신호 측정 전극;
상기 생체 신호 측정 전극에서 측정된 근전도 신호를 기반으로 사용자의 동작 의도 타이밍을 분석하는 생체 신호 처리부;
사용자의 상지가 접촉하는 상지 접촉부를 갖는 연결 링크부;
상기 연결 링크부에 부착되어 상지의 힘을 감지하는 힘 센서;
상기 생체 신호 처리부에서 분석한 정보와 상기 힘 센서에서 감지한 정보를 통합하여, 상기 연결 링크부의 이동 및 회전 각도를 제어하기 위한 신호를 생성하는 동작 신호 처리부; 및
상기 동작 신호 처리부에서 생성한 신호를 전달받아 구동하며, 상기 연결 링크부와 연결되는 모터를 포함하며,
상기 연결 링크부는,
손잡이와, 사용자의 팔꿈치가 접촉하는 팔꿈치 고정대를 포함하는 것을 특징으로 하는 상지 근력 보조 장치. A biosignal measuring electrode configured to measure an EMG signal of a user's upper extremity muscle;
A biosignal processor configured to analyze an operation intention timing of a user based on an EMG signal measured by the biosignal measuring electrode;
A connection link having an upper limb contact that the upper limb of the user contacts;
A force sensor attached to the connection link to sense a force of the upper limb;
An operation signal processor for integrating information analyzed by the biosignal processor and information sensed by the force sensor to generate a signal for controlling a movement and rotation angle of the connection link unit; And
It receives and drives the signal generated by the operation signal processor, and includes a motor connected to the connection link unit,
The connection link unit,
And an elbow holder to which the handle and the elbow of the user come in contact. 제 1 항에 있어서, 상기 연결 링크부에 부착되어 상지의 관절 각도를 감지하여, 상기 동작 신호 처리부로 전달하는 위치 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상지 근력 보조 장치. The upper limb muscle strength assist device according to claim 1, further comprising a position sensor attached to the connection link unit to sense a joint angle of the upper limb and transmit it to the motion signal processor. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 팔꿈치 고정대는, 일면이 개방되어 사용자의 팔꿈치가 안착되는 오목한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 상지 근력 보조 장치.The upper limb muscle strength assist device according to claim 1, wherein the elbow holder has a concave structure in which one side is open and the elbow of the user is seated. 제 1 항에 있어서,
상기 팔꿈치 고정대를 팔꿈치 회전축을 중심으로 회전시키는 동력을 전달하는 제1 모터; 및
상기 손잡이를 손목 회전축을 중심으로 회전시키는 동력을 전달하는 제2 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상지 근력 보조 장치. The method of claim 1,
A first motor for transmitting power for rotating the elbow holder about an elbow rotation axis; And
The upper extremity muscle strength assist device further comprises a second motor for transmitting power for rotating the handle about the wrist axis of rotation. 제 5 항에 있어서, 상기 팔꿈치 고정대의 위치를 조정하여, 상기 팔꿈치의 회전축과 정합시키는 팔꿈치 회전축 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상지 근력 보조 장치.6. The upper extremity muscle strength assist device according to claim 5, further comprising an elbow rotation axis adjusting unit for adjusting the position of the elbow holder and matching the rotation axis of the elbow. 제 5 항에 있어서, 상기 제2 모터의 동력을 상기 손목 회전축을 중심으로 하는 회전력으로 변환하는 손목회전 동력 전달 메커니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상지 근력 보조 장치. 6. The upper extremity muscle strength assist device according to claim 5, further comprising a wrist rotation power transmission mechanism for converting the power of the second motor into a rotational force about the wrist rotation axis. 제 1 항에 있어서, 상기 동작 신호 처리부는,
상기 연결 링크부의 위치와 속도를 제어하기 위한 신호를 생성하는 위치 및 속도 제어기; 및
상기 위치 및 속도 제어기에서 생성된 신호를 증폭하여 상기 모터로 입력시키는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 상지 근력 보조 장치. The method of claim 1, wherein the operation signal processing unit,
A position and speed controller for generating a signal for controlling the position and speed of the connection link portion; And
And an amplifier for amplifying the signal generated by the position and speed controller and inputting the signal to the motor.
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