KR100424675B1 - 손 재활 훈련을 위한 햅틱 그립프 장치 및 그를 이용한 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트/의사용 서버/햅틱 그립프 제어 장치와 재활 훈련 방법 - Google Patents

손 재활 훈련을 위한 햅틱 그립프 장치 및 그를 이용한 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트/의사용 서버/햅틱 그립프 제어 장치와 재활 훈련 방법 Download PDF

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KR100424675B1 KR10-2000-0082268A KR20000082268A KR100424675B1 KR 100424675 B1 KR100424675 B1 KR 100424675B1 KR 20000082268 A KR20000082268 A KR 20000082268A KR 100424675 B1 KR100424675 B1 KR 100424675B1
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Abstract

본 발명은 손 재활 훈련을 위한 햅틱 그립프 장치 및 그를 이용한 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트/의사용 서버/햅틱 그립프 제어 장치와 재활 훈련 방법과, 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 특히 가상현실 기술을 이용하여 손 쥐는 훈련이 필요한 환자(손 재활 훈련이 필요한 환자)를 보다 효과적으로 훈련시킬 수 있는 햅틱 그립프 장치를 제공하기 위하여, 손 재활 훈련을 위한 햅틱 그립프 장치에 있어서, 다수의 모터로 된 동력 구동수단; 각 모터와 연결된 나선형 모양의 홈이 있는 힘 전달축의 회전에 의하여 위치가 바뀌어 햅틱을 발생하게 되는 동체와 손잡이 축, 그리고 연결쇠, 손바닥 축, 연결축으로 형태를 유지하는 힘 생성수단; 및 손잡이의 힘이 환자의 손에 전달되는 힘이 되도록 팔을 고정하기 위한 팔목 고정대와 조리개를 구비하는 고정수단을 포함하며, 손 재활 훈련 시스템 등에 이용됨.

Description

손 재활 훈련을 위한 햅틱 그립프 장치 및 그를 이용한 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트/의사용 서버/햅틱 그립프 제어 장치와 재활 훈련 방법{Haptic gripper apparatus and client/server/haptic gripper controlling apparatus and training method in tele-rehabilitation system using it}
본 발명은 손 재활 훈련을 위한 햅틱 그립프 장치 및 그를 이용한 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트/의사용 서버/햅틱 그립프 제어 장치와 재활 훈련 방법과, 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 특히 손 재활 훈련이 필요한 환자를 훈련시킬 수 있는 햅틱 그립프 장치와, 인터넷을 이용한 환자와 의사의 연결을 통하여 효과적인 환자 치료 및 훈련을 하기 위한 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트/의사용 서버/햅틱 그립프 제어 장치와 재활 훈련 방법과, 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
종래의 손 재활 훈련 시스템으로 각각의 손가락 끝에 대하여 힘 제어를 할 수 있는 장치가 있었다.
상기 장치는 힘 전달을 위하여 각 손가락 끝에 손가락 위쪽 마디마다 고정이 되어 있으며, 실제 손가락 끝은 줄로 힘이 전달되어지게 되어 있으며, 회전을 계산하여 손 굽힘에 대한 수치를 계산할 수 있게 되어 있고, 손 등에 중심 고정쇠가 장치되어 있다.
상기 장치는 가상훈련에서 쥐는 것과 같은 경우에 손가락 끝을 제어함으로써힘을 생성할 수 있다.
다른 종래의 장치로, 가상현실에 글러브와 같이, 또는 독립적으로 각 손에 힘 반력을 생성할 수 있는 장치가 있는데, 상기 장치는 4개의 손가락 마디에 힘 반력을 생성하기 위하여 4개의 원통형 유압 실린더와 엘(L)자형 고정쇠 그리고 공기압 등을 조정하는 제어 컨트롤러로 구성되어 있으며, 각 엄지, 집게, 가운데, 약지 손가락에 대하여 공기압을 조정하여 위치를 변경시킴으로써 손가락에 힘을 제공한다.
상기 장치는 가상현실 속에서 각 손가락에 힘 반력을 제공할 수 있는 범용적인 햅틱 장치를 제시하였다.
또 다른 종래의 장치로는, 손 재활을 위하여 정형 및 기능 훈련을 하며 그 결과를 저장하여 분석할 수 있도록 한 장치로서, 루터즈 마스터 2(Rutgers Master Ⅱ)라는 공기압을 통하여 제어되는 장갑형 햅틱 장치를 이용하여 각 손가락에 대한 제어를 통하여 환자를 훈련시킬 수 있다.
비록, 상기 장치는 집에서 재활 환자의 훈련이 가능하고 저장된 자료를 통하여 환자의 상태를 분석할 수 있지만, 의사와 환자의 상호 작용은 제한되어 있다.
상기와 같은 종래의 손 재활 훈련 시스템은 환자의 쥐는 기능을 효과적으로 훈련할 수 있는 시스템이 아니며, 일반적인 햅틱 장비를 이용하여 움직이는 훈련만을 하도록 되어 있거나, 각 손가락마다 햅틱 장치를 붙여서 각각을 제어하도록 되어 있다. 따라서, 기존의 시스템에서는 손을 쥐는 작업을 효과적으로 훈련하기가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 가상현실 기술을 이용하여 손 쥐는 훈련이 필요한 환자(손 재활 훈련이 필요한 환자)를 보다 효과적으로 훈련시킬 수 있는 햅틱 그립프 장치를 제공하는데 제1 목적이 있다.또한, 본 발명은 인터넷을 이용하여 환자와 의사의 연결을 통해 보다 효과적인 환자 치료 및 훈련을 하기 위한 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트 장치를 제공하는데 제2 목적이 있다.또한, 본 발명은 인터넷을 이용하여 환자와 의사의 연결을 통해 보다 효과적인 환자 치료 및 훈련을 하기 위한 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 의사용 서버 장치를 제공하는데 제3 목적이 있다.또한, 본 발명은 본 발명은 인터넷을 이용하여 환자와 의사의 연결을 통해 보다 효과적인 환자 치료 및 훈련을 하기 위한 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 햅틱 그립프 제어 장치를 제공하는데 제4 목적이 있다.또한, 본 발명은 인터넷을 이용하여 환자와 의사의 연결을 통해 보다 효과적인 환자 치료 및 훈련을 하기 위한 손 재활 훈련용 햅틱 시스템에 의한 재활 훈련 방법을 제공하는데 제5 목적이 있다.또한, 본 발명은 인터넷을 이용하여 환자와 의사의 연결을 통해 보다 효과적인 환자 치료 및 훈련을 하기 위한 손 재활 훈련용 햅틱 시스템에 의한 재활 훈련 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 제6 목적이 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 일실시예 구성도.
도 2a 내지 2d 는 본 발명에 따른 손 재활 훈련용 햅틱 그립프 장치의 일실시예 외형도.
도 3 은 본 발명에 따른 손 재활 훈련의 종류에 따라 사용될 손잡이의 일실시예 외형도.
도 4 는 본 발명에 따른 손 재활 훈련용 햅틱 시스템에 의한 재활 훈련 방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
101 : 의사용 서버 102 : 3차원 가상손 제어부
103 : 데이터 표시부 104 : 환자 데이터 기록부
111 : 환자용 클라이언트 112 : 3차원 입체영상 표시부
121 : 햅틱 제어장치 122 : 햅틱 그립프 장치부
130 : 네트워크
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 손 재활 훈련을 위한 햅틱 그립프 장치에 있어서, 다수의 모터로 된 동력 구동수단; 각 모터와 연결된 나선형 모양의 홈이 있는 힘 전달축의 회전에 의하여 위치가 바뀌어 햅틱을 발생하게 되는 동체와 손잡이 축, 그리고 연결쇠, 손바닥 축, 연결축으로 형태를 유지하는 힘 생성수단; 및 손잡이의 힘이 환자의 손에 전달되는 힘이 되도록 팔을 고정하기 위한 팔목 고정대와 조리개를 구비하는 고정수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 장치는, 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트 장치에 있어서, 의사용 서버 장치와 연결하여 재활 훈련 프로그램을 다운로드받고, 다운로드된 상기 재활 훈련 프로그램에 따라 햅틱 그립프 제어 장치로 제어명령을 보내고, 상기 햅틱 그립프 제어 장치로부터 센싱 데이터를 수신하여 상기 의사용 서버 장치로 전달하기 위한 환자용 클라이언트 제어수단; 및 상기 환자용 클라이언트 제어수단의 제어과정을 표시하기 위한 3차원 입체영상 표시수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위한 장치는, 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 의사용 서버 장치에 있어서, 제어신호에 따라, 3차원 가상손을 제어하기 위한 3차원 가상손 제어수단; 제어신호에 따라, 환자의 훈련 기록을 저장하기 위한 환자 데이터 기록수단; 제어신호에 따라, 환자 훈련에 대한 통계적 정보 및 훈련값에 대한 정보를 화면 표시하기 위한 데이터 표시수단; 및 네트워크를 통해 환자용 클라이언트 장치로부터 연결신호를 입력받아 재활 훈련 프로그램을 다운로드시켜 주고, 상기 재활 훈련 프로그램에 의거한 환자의 훈련 데이터를 전달받아 상기 3차원 가상손 제어수단, 상기 데이터 표시수단, 상기 환자 데이터 기록수단을 제어하기 위한 의사용 제어수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제4 목적을 달성하기 위한 장치는, 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 햅틱 그립프 제어 장치에 있어서, 환자용 클라이언트 장치의 제어명령에 의하여 햅틱 그립프 장치를 제어하고, 상기 햅틱 그립프 장치에서 전달되는 데이터를 상기 환자용 클라이언트 장치로 보내기 위한 햅틱 제어수단; 및 상기 햅틱 제어수단의 제어에 따라 제어되고, 훈련과정에서 발생하는 데이터를 상기 햅틱 제어수단으로 전송하기 위한 상기 햅틱 그립프 장치를 포함하되, 상기 햅틱 그립프 장치는, 다수의 모터로 된 동력 구동부; 각 모터와 연결된 나선형 모양의 홈이 있는 힘 전달축의 회전에 의하여 위치가 바뀌어 햅틱을 발생하게 되는 동체와 손잡이 축, 그리고 연결쇠, 손바닥 축, 연결축으로 형태를 유지하는 힘 생성부; 및 손잡이의 힘이 환자의 손에 전달되는 힘이 되도록 팔을 고정하기 위한 팔목 고정대와 조리개를 구비하는 고정부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 제5 목적을 달성하기 위한 방법은, 손 재활 훈련용 햅틱 시스템에 의한 재활 훈련 방법에 있어서, 환자용 클라이언트가 의사용 서버로부터 네트워크를 통해 재활 훈련 프로그램을 다운받아, 다운받은 재활 훈련 프로그램을 실행하는 제 1 단계; 상기 환자용 클라이언트가 환자 훈련용 햅틱 제어 모델에 의하여 훈련용 햅틱 제어 힘을 계산하여, 햅틱 제어장치로 상기 계산된 데이터를 전송하는 제 2 단계; 상기 햅틱 제어장치에 의해 손 재활 훈련용 햅틱 그립프 장치와 입체 안경을 통해 상기 재환 훈련 프로그램에 의거하여 훈련된 환자의 훈련 데이터를 상기 햅틱 제어장치로부터 입력받아, 상기 환자용 클라이언트가 상기 재활 훈련 프로그램의 3차원 모델을 변경하고, 운동의 목적이 성취되었는지를 확인하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계의 확인 결과, 성취되었으면 상기 재활 훈련 프로그램을 종료하고 지금까지의 훈련 데이터를 상기 의사용 서버에 전달하는 제 4 단계; 및 상기 제 3 단계의 확인 결과, 성취되지 않았으면 현재의 훈련 데이터를 상기 의사용 서버로 전달하여, 상기 의사용 서버로부터 변경된 모델 변화량을 전달받아 상기 햅틱 제어장치를 제어하는 제 5 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 제6 목적을 달성하기 위한 기록매체는, 손 재활 훈련을 위하여, 프로세서를 구비한 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트 장치에 있어서, 환자용 클라이언트가 의사용 서버로부터 네트워크를 통해 재활 훈련 프로그램을 다운받아, 다운받은 재활 훈련 프로그램을 실행하는 제 1 기능; 상기 환자용 클라이언트가 환자 훈련용 햅틱 제어 모델에 의하여 훈련용 햅틱 제어 힘을 계산하여, 햅틱 제어장치로 상기 계산된 데이터를 전송하는 제 2 기능; 상기 햅틱 제어장치에 의해 손 재활 훈련용 햅틱 그립프 장치와 입체 안경을 통해 상기 재환 훈련 프로그램에 의거하여 훈련된 환자의 훈련 데이터를 상기 햅틱 제어장치로부터 입력받아, 상기 환자용 클라이언트가 상기 재활 훈련 프로그램의 3차원 모델을 변경하고, 운동의 목적이 성취되었는지를 확인하는 제 3 기능; 상기 제 3 기능의 확인 결과, 성취되었으면 상기 재활 훈련 프로그램을 종료하고 지금까지의 훈련 데이터를 상기 의사용 서버에 전달하는 제 4 기능; 및 상기 제 3 기능의 확인 결과, 성취되지 않았으면 현재의 훈련 데이터를 상기 의사용 서버로 전달하여, 상기 의사용 서버로부터 변경된 모델 변화량을 전달받아 상기 햅틱 제어장치를 제어하는 제 5 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 손 재활 훈련용 햅틱 시스템은, 환자용 클라이언트 장치(110)와 연결되어 환자의 기록을 참조하여 재활 훈련 프로그램을 다운로드시키고, 3차원 가상손을 제어하는 의사용 서버 장치(100)와, 의사용 서버 장치(100)로부터 재활 훈련 프로그램을 다운로드받아서 햅틱 그립프 제어 장치(120)를 제어하고, 햅틱 그립프 제어 장치(120)로부터 센싱 데이터를 받아서 의사용 서버 장치(100)로 전송하는 환자용 클라이언트 장치(110)와, 그리고 환자용 클라이언트 장치(110)로부터 제어명령을 받아서 햅틱 그립프 장치(122)를 제어하고, 햅틱 그립프 장치(122)로부터 센싱된 데이터를 받아서 환자용 클라이언트 장치(110)로 전송하는 햅틱 그립프 제어 장치(120)를 포함한다.
손 재활 훈련을 위한 의사용 서버 장치(100)는, 환자용 클라이언트 장치(110)로부터 연결신호를 입력받아 재활 훈련 프로그램을 다운로드시켜 주는 의사용 서버(101), 의사용 서버(101)의 제어에 따라서 3차원 가상손을 이용하여 제어하는 3차원 가상손 제어부(102), 환자의 훈련 기록을 저장하는 환자 데이터 기록부(104), 그리고 환자 데이터 기록부(104)에 있는 데이터를 표시하는 데이터 표시부(103)를 포함한다.
그리고, 손 재활 훈련을 위한 환자용 클라이언트 장치(110)는, 의사용 서버(101)와 연결하여 재활 훈련 프로그램을 다운로드받고, 다운로드된 재활 훈련 프로그램에 따라 햅틱 그립프 제어 장치(120)로 제어명령을 보내고, 햅틱 그립프 제어 장치(120)로부터 센싱 데이터를 수신하는 환자용 클라이언트(111), 그리고 상기 과정을 표시하는 3차원 입체영상 표시부(112)를 포함한다.
또한, 손 재활 훈련을 위한 햅틱 그립프 제어 장치(120)는, 환자용 클라이언트(111)의 제어명령에 의하여 햅틱 그립프 장치부(122)를 제어하고, 햅틱 그립프 장치부(122)에서 전달되는 데이터를 환자용 클라이언트(111)로 보내는 햅틱 제어장치(121), 그리고 햅틱 제어장치(121)의 제어에 따라 제어되고 훈련과정에서 발생하는 데이터를 다시 햅틱 제어장치(121)로 전송하는 햅틱 그립프 장치부(122)를 포함한다.
상기 환자용 클라이언트 장치(110)와 의사용 서버 장치(100)는 네트워크(130)를 통하여 연결되어 있고, 환자용 클라이언트 장치(110)와 햅틱 그립프 제어 장치(120)는 시리얼 포트나 환자용 클라이언트(111)의 확장 슬롯에 연결된 드라이브를 이용하여 제어 및 통신을 하게 된다.
상기와 같이 구성된 손 재활 훈련용 햅틱 시스템은 다음과 같이 동작한다.
집에서 재활 훈련을 받고자 하는 환자의 환자용 클라이언트 장치(110)는 네트워크를 통하여 의사용 서버 장치(100)에 접속하여, 이전의 훈련 기록을 참조한 후, 그날 훈련에 적합한 재활 훈련 프로그램을 다운받게 된다.
이후, 다운받은 재활 훈련 프로그램을 통하여 환자의 훈련 작업에 따라 의사와 상호작용을 하면서 햅틱 그립프 장치부(122)를 이용하여 훈련을 받고, 이때 훈련 결과는 의사용 서버(101)의 환자 데이터 기록부(104)에 기록으로 남아 분석되어 추후 훈련에 사용되게 된다.
본 발명에서는, 환자와 의사의 효과적인 상호작용을 위하여 인터넷을 기반으로 환자용 클라이언트(111)와 의사용 서버(101)가 연결되어 있으며, 환자의 훈련을 지시하기 위하여 의사용 서버(101)에 제시되어 있는 가상의 3차원 손을 이용한 3차원 가상손 제어부(102)에서 제어하면, 이 움직임을 이용하여 환자의 손에 연결된 햅틱 그립프 제어 장치(120)를 제어하도록 함으로써 의사가 햅틱 장비(즉, 햅틱 그립프 장치부(122))에 대한 지식이 없이도 효과적으로 환자에게 훈련을 예시하고, 환자에게 필요한 적절한 힘을 제어할 수 있도록 한다.
또한, 환자의 운동에 관련된 데이터를 네트워크를 통하여 전달받아서 그래프나 여러 가지 데이터 정보와 함께 그래프를 이용한 데이터 표시부(103)에서 표시함으로 환자의 상태에 대하여 효과적으로 이해하고 처리할 수 있다.
도 2a 내지 2d 는 본 발명에 따른 손 재활 훈련용 햅틱 그립프 장치의 일실시예 외형도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 햅틱 그립프 장치(122)는, 손 쥐는 훈련을 효과적으로 처리하기 위하여 손잡이 모양의 햅틱 장치와 이를 구동하는 모터로 되어 있으며, 상기 모터 시스템의 경우, 톱니바뀌 모양의 날을 통하여 모터의 회전력을 운동력으로 변형한다. 또한, 운동 거리 및 정확성 및 작용하는 힘을 높이기 위하여 두 개의 모터를 사용하며, 각 모터에 사용되는 톱니바퀴 모양의 날 간격을 조절하여, 미세한 날을 통한 보다 정확한 값으로의 제어와 측정을 하며, 큰 간격의 날을 이용하여 큰 거리의 운동이 가능하도록 한다. 또한, 사용자에게 적절하게 힘을 전달하기 위하여 기존의 시스템이 손등이나 손 끝에 힘을 전달하는 것과는 달리, 손목에 고정을 시킴으로써 효과적으로 힘을 전달할 수 있도록 한다.
상기 손 재활 훈련용 햅틱 그립프 장치(122)는, 도 2a 내지 2d에 도시된 바와 같이 동력 구동부(200), 힘 생성부(210), 고정부(220)로 구성되어 있다.
여기서, 동력 구동부(200)는 두 개의 모터(231,232)로 구성되어 있으며, 모터(231,232)는 연결쇠(233)를 통하여 나사선 모양으로 홈이 있는 힘 전달축(234,235)에 연결되어 있다.
그리고, 동력 구동부(200)에 속하는 힘 전달축(234,235)에는 모터(231, 232)의 회전에 따라 위치가 바뀌는 동체(250)와, 동체(250)에 고정되어 있는 손잡이 부분(236)이 있다.
손잡이 부분(236)은 훈련과정에 따라 교체할 수 있도록 동체(250)와 나사 장치를 통하여 분리, 교체, 설치가 가능하도록 되어 있다.
상기 힘 전달축(234,235)은 손바닥 축(237)과 연결쇠(233) 및 상하 2개씩 있는 연결축을 통하여 형태가 고정되며, 고정부(220)에 의하여 팔목에 고정되어 손잡이 부분이 움직임에 따라 힘이 전달된다.
상기 고정부(220)는 팔목고정대(241)에 팔을 집어 넣고, 조리개(242)에 의하여 각 사람의 팔의 두께에 따라 고정시키도록 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 손 재활 훈련의 종류에 따라 사용될 손잡이의 일실시예 외형도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 손 재활 훈련의 종류에 따른 손잡이는, 기본형 쥐기(301), 엄지 손가락 쥐기(302), 원통형 물건 쥐기(303), 공모양 쥐기(304) 등 여러 가지 훈련을 할 수 있도록 교체하여 사용할 수 있다.
상기 각각의 손잡이 안에서 압전센서가 부착되어 있어서 환자 손의 손잡이에 대한 접촉 여부나 손잡이에 가해지는 힘을 계산할 수 있도록 하였다.
상기 도 2 및 도 3과 같이 구성된 손 재활 훈련용 햅틱 그립프 장치는 다음과 같이 동작한다.
먼저, 재활 훈련을 하고자 하는 환자는 네트워크를 통하여 의사와 연결되어 프로그램을 다운받은 후, 프로그램에서 제시하는 손잡이 종류를 선택하여 설치하고, 고정부(220)의 팔목고정대에 팔을 집어 넣고 조리개를 조정하여 햅틱 그립프 장치를 팔에 고정한다.
손바닥 축에 손을 붙이고 손잡이를 잡고 입체 안경을 쓴 상태에서 훈련 프로그램에 나오는 손의 움직임에 따라 운동을 하거나, 이를 응용한 게임을 하면서 훈련을 한다. 이때, 환자의 쥐는 힘의 세기를 측정하기 위하여 손잡이에는 압력 센서가 부착되어 있어서 훈련환자 손의 손잡이에의 접촉여부를 알 수 있다.
상기 환자의 손이 접촉하지 않고 있으면 모터를 회전하여 위치를 바꾸어 환자의 손과 닿도록 하는 등 훈련 프로그램의 제어에 따라 손 재활과 관련된 훈련이 실시된다.
이때, 햅틱 그립프 제어 장치에서는 햅틱 그립프 장치로부터 받은 신호를 이용하여 각 모터의 회전값과 압력 센서의 값을 계산하여 환자용 클라이언트 장치에 전달하며, 환자용 클라이언트의 제어값을 받아서 모터 제어를 위한 신호를 생성한다.
도 4 는 본 발명에 따른 손 재활 훈련용 햅틱 시스템에 의한 재활 훈련 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 환자와 햅틱 그립프 장치(122)가 미리 환자의 손 크기나 움직임의 범위 등에 대한 기초 데이터를 얻는 미세조정(calibration)이 끝난 상태에서, 훈련이 시작되면, 환자용 클라이언트(111)는 의사용 서버(101)에 연결하여 환자의 이전 훈련 데이터를 바탕으로 오늘 필요한 훈련을 위한 프로그램을 다운받게 된다(401).
상기 다운받은 프로그램은 환자용 클라이언트 장치(120)에서 실행이 되게 되며, 상기 훈련 프로그램은 환자 훈련을 위한 햅틱 제어와 훈련 데이터에 대한 의사용 서버(101)에 전달하는 역할을 하게 된다. 이때, 환자는 입체 안경을 통하여 훈련 프로그램에 의한 훈련과정을 3차원 공간과 같이 보게 되며, 햅틱 그립프 제어 장치(120)에 연결된 햅틱 그립프 장치(122)를 이용하여 가상의 물체를 움직이며, 게임을 하는 등 그날에 부과된 훈련을 수행하게 된다(402,403).
미세조정 데이터를 바탕으로 환자 훈련용 햅틱 제어 모델을 현재의 환자에 맡게 수정한 다음(404), 훈련 프로그램의 흐름에 따라 훈련용 햅틱 제어에 필요한 힘을 계산하여(405) 햅틱 제어장치(121)에 제어 명령을 보낸다.
상기 제어 명령을 받은 햅틱 제어장치(121)는 힘을 발생시키며(406), 이에 따라 환자는 작업을 수행하고(407), 상기 작업에 따라 손잡이가 붙어 있는 동체의 위치나 손잡이에 가해지는 압력 등에 대한 계산을 하여(408), 환자용 클라이언트(111)로 계산된 데이터를 보낸다.
환자용 클라이언트(111)는 상기 데이터를 햅틱 제어장치(121)로부터 받아서, 훈련 프로그램의 3차원 모델을 변경하고(409), 지시한 훈련에 따라 운동의 목적이 성취되었는지 판단하여(410), 성취된 경우에 훈련 프로그램을 종료하고 지금까지의 훈련시간, 시도횟수, 최종 변위량 등의 데이터를 의사용 서버(101)에 전달하여(420) 환자 데이터 기록부(104)에 상기 데이터를 저장하고(421), 상기 데이터가 그래프로 디스플레이된다(422).
상기 판단 결과, 성취되지 않았으면, 현재의 햅틱 그립프 장치(122)에 대한 압력 데이터를 의사용 서버(101)에 전달하고(411), 그러는 동안 환자의 움직임은 의사용 서버(101)에 있는 환자 데이터 기록부(104)에 기록되며(421), 통계적인 수치 및 환자 움직임에 대한 정보가 그래프로 의사에게 표시된다(422).
상기 데이터를 바탕으로 의사용 3차원 모델이 수정되면(412), 의사는 환자에게 필요한 훈련을 지시하거나 햅틱 제어장치(121)에 가해질 힘을 조정하기 위하여 3차원 모델을 제어하게 된다(413). 상기 3차원 모델의 변화량은 재활 훈련 프로그램에 전달되고(414), 환자 훈련용 햅틱 제어 모델(404)에서 햅틱 제어장치(121)에 가해야 할 힘으로 계산된다(416).
상기 추가적인 힘을 제어기에 전달함으로 의사의 의도에 따라 필요한 훈련의 세기가 속도 등을 조절하며 환자가 훈련할 수 있도록 동작한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 손 재활에 적합한 훈련을 효과적으로 시킬 수 있고, 사용자의 훈련을 위한 힘을 3차원 모델을 이용하여 효과적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 의사용 서버 장치에 있어서,
    제어신호에 따라, 3차원 가상손을 제어하기 위한 3차원 가상손 제어수단;
    제어신호에 따라, 환자의 훈련 기록을 저장하기 위한 환자 데이터 기록수단;
    제어신호에 따라, 환자 훈련에 대한 통계적 정보 및 훈련값에 대한 정보를 화면 표시하기 위한 데이터 표시수단; 및
    네트워크를 통해 환자용 클라이언트 장치로부터 연결신호를 입력받아 재활 훈련 프로그램을 다운로드시켜 주고, 상기 재활 훈련 프로그램에 의거한 환자의 훈련 데이터를 전달받아 상기 3차원 가상손 제어수단, 상기 데이터 표시수단, 상기 환자 데이터 기록수단을 제어하기 위한 의사용 제어수단
    을 포함하는 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 의사용 서버 장치.
  2. 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트 장치에 있어서,
    의사용 서버 장치와 연결하여 재활 훈련 프로그램을 다운로드받고, 다운로드된 상기 재활 훈련 프로그램에 따라 햅틱 그립프 제어 장치로 제어명령을 보내고, 상기 햅틱 그립프 제어 장치로부터 센싱 데이터를 수신하여 상기 의사용 서버 장치로 전달하기 위한 환자용 클라이언트 제어수단; 및
    상기 환자용 클라이언트 제어수단의 제어과정을 표시하기 위한 3차원 입체영상 표시수단
    을 포함하는 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트 장치.
  3. 삭제
  4. 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 햅틱 그립프 제어 장치에 있어서,
    환자용 클라이언트 장치의 제어명령에 의하여 햅틱 그립프 장치를 제어하고, 상기 햅틱 그립프 장치에서 전달되는 데이터를 상기 환자용 클라이언트 장치로 보내기 위한 햅틱 제어수단; 및
    상기 햅틱 제어수단의 제어에 따라 제어되고, 훈련과정에서 발생하는 데이터를 상기 햅틱 제어수단으로 전송하기 위한 상기 햅틱 그립프 장치를 포함하되,
    상기 햅틱 그립프 장치는,
    다수의 모터로 된 동력 구동부;
    각 모터와 연결된 나선형 모양의 홈이 있는 힘 전달축의 회전에 의하여 위치가 바뀌어 햅틱을 발생하게 되는 동체와 손잡이 축, 그리고 연결쇠, 손바닥 축, 연결축으로 형태를 유지하는 힘 생성부; 및
    손잡이의 힘이 환자의 손에 전달되는 힘이 되도록 팔을 고정하기 위한 팔목 고정대와 조리개를 구비하는 고정부
    를 포함하는 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 햅틱 그립프 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 힘 생성부는,
    손 재활 훈련의 종류에 따라 사용될 다양한 모양의 손잡이를 사용하고, 이와 같은 손잡이가 그립프 전체에 붙어있지 않고 동체에 부착되어 교환할 수 있도록 손잡이와 동체를 구성하고, 손의 접촉 여부 및 그 강도를 알기 위하여 손잡이의 표면에 압력 센서를 부착하여 사용자와의 접촉을 파악하는 것을 특징으로 하는 손 재활 훈련용 햅틱 시스템의 햅틱 그립프 제어 장치.
  6. 손 재활 훈련을 위한 햅틱 그립프 장치에 있어서,
    다수의 모터로 된 동력 구동수단;
    각 모터와 연결된 나선형 모양의 홈이 있는 힘 전달축의 회전에 의하여 위치가 바뀌어 햅틱을 발생하게 되는 동체와 손잡이 축, 그리고 연결쇠, 손바닥 축, 연결축으로 형태를 유지하는 힘 생성수단; 및
    손잡이의 힘이 환자의 손에 전달되는 힘이 되도록 팔을 고정하기 위한 팔목 고정대와 조리개를 구비하는 고정수단
    을 포함하는 손 재활 훈련을 위한 햅틱 그립프 장치.
  7. 손 재활 훈련용 햅틱 시스템에 의한 재활 훈련 방법에 있어서,
    환자용 클라이언트가 의사용 서버로부터 네트워크를 통해 재활 훈련 프로그램을 다운받아, 다운받은 재활 훈련 프로그램을 실행하는 제 1 단계;
    상기 환자용 클라이언트가 환자 훈련용 햅틱 제어 모델에 의하여 훈련용 햅틱 제어 힘을 계산하여, 햅틱 제어장치로 상기 계산된 데이터를 전송하는 제 2 단계;
    상기 햅틱 제어장치에 의해 손 재활 훈련용 햅틱 그립프 장치와 입체 안경을 통해 상기 재환 훈련 프로그램에 의거하여 훈련된 환자의 훈련 데이터를 상기 햅틱 제어장치로부터 입력받아, 상기 환자용 클라이언트가 상기 재활 훈련 프로그램의 3차원 모델을 변경하고, 운동의 목적이 성취되었는지를 확인하는 제 3 단계;
    상기 제 3 단계의 확인 결과, 성취되었으면 상기 재활 훈련 프로그램을 종료하고 지금까지의 훈련 데이터를 상기 의사용 서버에 전달하는 제 4 단계; 및
    상기 제 3 단계의 확인 결과, 성취되지 않았으면 현재의 훈련 데이터를 상기 의사용 서버로 전달하여, 상기 의사용 서버로부터 변경된 모델 변화량을 전달받아 상기 햅틱 제어장치를 제어하는 제 5 단계
    를 포함하는 손 재활 훈련용 햅틱 시스템에 의한 재활 훈련 방법.
  8. 손 재활 훈련을 위하여, 프로세서를 구비한 햅틱 시스템의 환자용 클라이언트 장치에 있어서,
    환자용 클라이언트가 의사용 서버로부터 네트워크를 통해 재활 훈련 프로그램을 다운받아, 다운받은 재활 훈련 프로그램을 실행하는 제 1 기능;
    상기 환자용 클라이언트가 환자 훈련용 햅틱 제어 모델에 의하여 훈련용 햅틱 제어 힘을 계산하여, 햅틱 제어장치로 상기 계산된 데이터를 전송하는 제 2 기능;
    상기 햅틱 제어장치에 의해 손 재활 훈련용 햅틱 그립프 장치와 입체 안경을 통해 상기 재환 훈련 프로그램에 의거하여 훈련된 환자의 훈련 데이터를 상기 햅틱 제어장치로부터 입력받아, 상기 환자용 클라이언트가 상기 재활 훈련 프로그램의 3차원 모델을 변경하고, 운동의 목적이 성취되었는지를 확인하는 제 3 기능;
    상기 제 3 기능의 확인 결과, 성취되었으면 상기 재활 훈련 프로그램을 종료하고 지금까지의 훈련 데이터를 상기 의사용 서버에 전달하는 제 4 기능; 및
    상기 제 3 기능의 확인 결과, 성취되지 않았으면 현재의 훈련 데이터를 상기 의사용 서버로 전달하여, 상기 의사용 서버로부터 변경된 모델 변화량을 전달받아 상기 햅틱 제어장치를 제어하는 제 5 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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