KR101098565B1 - Apparatus for hand rehabilitation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 손 재활 로봇 기구에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 1자유도로 간단한 구조를 갖지만 엄지손가락과 네 손가락의 동시 재활이 가능하며, 완전히 쥘 수 있는 관절가동범위를 구현한 손 재활 로봇 기구에 관한 것이다.The present invention relates to a hand rehabilitation robot mechanism, and more particularly, to a hand rehabilitation robot mechanism having a simple structure with one degree of freedom, but capable of simultaneous rehabilitation of a thumb and four fingers, and a fully movable range of joint movement. will be.
뇌졸중(腦卒中,stroke)은 흔히 중풍(中風)으로 불리며 암, 심장질환과 함께 우리나라 3대 사망질환 중에 하나로 단일 질병으로는 사망률 1위인 심각한 질병이다. 뇌졸중은 그동안 혈관의 노화로 인한 중·장년층에서 많이 발병되었으나, 최근에는 식생활의 변화, 정신적 스트레스의 증가 등으로 나이와 성별에 무관하게 발병되고 있다. 이에 따라 뇌졸중 환자 수는 점차 증가하고 있다.Stroke, commonly called stroke, is one of the three major mortality diseases in Korea, along with cancer and heart disease. Stroke has been common in middle and old age due to aging of blood vessels, but recently it has been developed regardless of age and gender due to changes in diet and mental stress. As a result, the number of stroke patients is increasing.
뇌졸중 환자의 90% 이상은 편마비(hemiplegia,반신마비) 장애를 나타내게 되어 환 측(affected side)의 팔과 손, 다리에 장애를 갖게 된다. 뇌졸중 환자는 이런 갑작스런 장애로 인해 독립적인 일상생활이 불가능하게 되며 극심한 스트레스와 삶의 질 저하를 경험하게 된다.More than 90% of stroke patients develop hemiplegia (paraplegia) disorders that affect the arms, hands and legs of the affected side. Stroke patients can't live independently because of this sudden disorder, and they experience extreme stress and poor quality of life.
뇌졸중 환자의 재활 목적은 환자 독립적으로 일상생활을 불편함 없이 수행할 수 있도록 환자의 장애를 최소화하는 것이다. 대부분의 일상생활 동작 수행과정에서 손동작이 수반되므로 손 재활은 꼭 필요하다. 일반적으로 뇌졸중 환자의 재활은 몸통과 가까운 관절부터 회복이 일어나게 된다. 이런 이유로 손 재활은 보통 마지막 단계에 일어나게 되는데, 그만큼 오랜 시간이 걸리며 지속적인 노력이 필요하다. 발병 초기부터 지속적인 재활치료를 받지 않게 되면 환 측은 계속 사용하지 않게 되어 관절 구축 등의 심각한 후유증이 남게 된다.The purpose of rehabilitation of stroke patients is to minimize the disability of the patients so that they can carry out their daily lives without inconvenience. Hand rehabilitation is essential because most hand movements involve performing hand movements. In general, the rehabilitation of stroke patients recover from joints close to the trunk. For this reason, hand rehabilitation usually occurs at the last stage, which takes a long time and requires constant effort. If you do not receive continuous rehabilitation from the beginning of the onset, the patient will not continue to use it, leaving serious sequelae such as joint building.
뇌졸중 환자의 재활은 물리치료, 작업치료, 전기자극치료(Functional Electric Stimulation: FES), 약물치료, 심리치료 등 복합적인 과정으로 이루어진다. 이러한 치료과정 중 물리치료와 작업치료는 치료사가 치료시간 동안 환자와 1:1로 계속해서 치료를 수행해야 하기 때문에 치료사의 노동력이 가장 많이 요구된다. 하지만 뇌졸중 환자의 수에 비해 치료사의 수는 부족한 실정이며, 환자는 충분한 시간 동안 치료를 받지 못하고 있다.Rehabilitation of stroke patients is a complex process of physical therapy, occupational therapy, functional electric stimulation (FES), medication, and psychotherapy. Physical therapy and occupational therapy are the most demanding labor of the therapist because the therapist must continuously perform 1: 1 treatment with the patient during the treatment period. However, the number of therapists is insufficient compared to the number of stroke patients, and patients have not been treated for a sufficient time.
손은 총 16 자유도로 모사되는 매우 복잡한 시스템이며, 그 크기가 팔이나 다리에 비해 작기 때문에 엑츄에이터와 센서 등을 장착하는데 어려움이 있다. 하지만 손 재활 로봇/장비들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 손 재활 로봇 연구는 로봇이 환자의 손과 어떻게 접촉하느냐에 따라 크게 두 갈래로 나눌 수 있다.The hand is a very complex system that simulates a total of 16 degrees of freedom, and its size is small compared to the arms or legs, making it difficult to mount actuators and sensors. However, research on hand rehabilitation robots / equipments is being actively conducted. Hand rehabilitation robot research can be divided into two main categories depending on how the robot contacts the patient's hand.
첫 번째 흐름은 손가락의 모든 관절과 접촉하는 방법이다 . 도 1의 (a)는 이러한 방법을 모사한 도면이다. 이 연구는 정상인의 손가락 움직임을 완벽히 모사하는 데 초점을 맞추고 있다. 예를 들어 일본 Gifu University의 손 재활 로봇은 각 관절을 모두 제어하기 때문에 관절마다 개별적인 움직임이 가능하며, 손가락을 개별적으로 움직일 수 있게 되어 다양한 일상생활 동작을 훈련할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 관절마다 엑츄에이터와 센서를 사용해야 하기 때문에 그 구조가 굉장히 복잡하며, 로봇의 각 관절들과 사람의 해부학적 관절들이 일치해야 하기 때문에 착용이 어렵고, 환자의 손가락 관절 사이의 길이에 따라 로봇의 각 관절 사이 링크 길이를 조절해야 하는 어려움이 있다.The first flow is how to contact all the joints of the fingers. Fig. 1A is a diagram illustrating this method. This study focuses on the perfect simulation of normal human finger movements. For example, the hand rehabilitation robot at Gifu University in Japan controls each joint so that each joint can be individually moved, and the fingers can be moved individually to train various everyday movements. However, the structure is very complicated because actuators and sensors must be used for each joint, and it is difficult to wear because each joint of the robot and the human anatomical joints must match, and each joint of the robot depends on the length between the finger joints of the patient. There is a difficulty in adjusting the link length.
또 다른 흐름은 손가락의 끝이나 어느 한 부분만 접촉하는 방법이다. 도 1의 (b)는 이러한 방법을 모사한 도면이다. RIC의 IntelliArm과 현재 병원에서 사용되고 있는 1자유도의 간단한 CPM(Continuous Passive Motion) 장비가 그 예이다. 이 방법은 구조가 간단하여 착용이 편리하며 손끝만 접촉하기 때문에 손가락 전체 길이만 고려하여 로봇의 링크 길이를 조절하면 된다. 하지만 지금까지 제안된 로봇/장비들은 엄지손가락과 네손가락을 동시에 재활할 수 없고, 일상생활 동작에서 엄지손가락이 중요함에도 불구하고 엄지손가락에 대해 한가지 동작만을 수행할 수 있거나 관절가동범위에 제한이 있어서 일상생활 동작을 구현하는데 한계가 있다. Another flow is to touch the tip of the finger or just one part. FIG. 1B is a diagram illustrating this method. For example, RIC's IntelliArm and one-degree-of-freedom simple passive passive motion (CPM) equipment currently used in hospitals. This method is easy to wear because of its simple structure and only touches the fingertips. However, the robots / devices proposed so far cannot rehabilitate the thumb and the four fingers at the same time, and even though the thumb is important in daily life movements, only one movement can be performed on the thumb or the range of joint movement is limited. There are limitations in implementing daily life behaviors.
뇌졸중 환자는 대부분 굽힘 공동운동(flexor synergy)이 발달 되어 있어 환 측의 손을 굽힌 상태로 유지하게 된다. 이 굽혀진 손을 반복적으로 펴주고, 일상생활을 동작 훈련을 통해 환자가 원하는 동작을 독립적으로 수행 가능하도록 해야 한다. 앞서 언급한 바와 같이 뇌졸중 환자의 복합적인 재활 치료 과정 중에서 물리치료와 작업치료가 치료사의 노동력이 가장 많이 요구된다. Most stroke patients have advanced flexor synergy, which keeps their hands bent. This bent hand should be stretched repeatedly, and daily life should be able to independently perform the desired movement through the exercise training. As mentioned above, physical therapy and occupational therapy are the most demanding labor of the therapists among the complex rehabilitation procedures of stroke patients.
로봇을 통해 물리치료와 작업치료를 구현할 수 있게 된다면 부족한 치료사 수에 대한 문제점을 극복할 수 있으며, 치료사의 노동력을 줄일 수 있다. 환자는 회복에 필요한 충분한 시간 동안 치료를 받을 수 있게 되며 치료비의 부담을 줄일 수 있게 된다. If it is possible to implement physical therapy and occupational therapy through the robot, it can overcome the problem of insufficient number of therapists and reduce the labor of the therapist. Patients will be able to receive treatment for as long as needed for recovery and reduce the burden of treatment costs.
본 발명은 상기의 필요성에서 안출된 것으로서, 본 발명은 구조가 간단하면서도 일상생활 동작을 수행할 수 있는 1자유도 손 재활 로봇 기구를 제시한다. The present invention has been made in view of the above necessity, the present invention provides a single degree of freedom hand rehabilitation robot mechanism that is simple in structure and capable of performing daily life operations.
본 발명이 해결하고자 하는 목적은 다음과 같다. The object of the present invention is to solve the following.
첫째, 1자유도로 간단한 구조를 갖지만 엄지손가락과 네 손가락의 동시 재활이 가능하며, 완전히 쥘 수 있는 관절가동범위를 구현한 손 재활 로봇 기구를 제공한다. First, it has a simple structure with one degree of freedom, but it is possible to simultaneously rehabilitation of the thumb and four fingers, and provides a hand rehabilitation robot mechanism that implements a fully movable range of joint movement.
둘째, 일상생활 동작에 따른 엄지손가락의 움직이는 방향을을 조절할 수 있는 손 재활 로봇 기구를 제공한다. Second, it provides a hand rehabilitation robot mechanism that can adjust the direction of movement of the thumb according to the daily life operation.
셋째, 1자유도로 엄지손가락과 네손가락을 동시에 움직이도록 하기 위해 4절 링크를 설계하였고 엄지손가락을 위해 케이블 구동 메커니즘을 적용한 손 재활 로봇 기구를 제공한다. 이를 통해 엄지손가락의 움직이는 방향을 조절할 수 있도록 수동 회전 조인트를 설계하여 일상생활 동작에 맞는 엄지의 움직임을 선택할 수 있는 손 재활 로봇 기구를 제공한다. Third, a four-section link is designed to move the thumb and four fingers simultaneously in one degree of freedom and provides a hand rehabilitation robot mechanism with a cable drive mechanism for the thumb. This provides a hand rehabilitation robot mechanism that can select the movement of the thumb to match the movement of daily life by designing a manual rotary joint to adjust the direction of thumb movement.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다. The present invention provides the following problem solving means to achieve the above object.
본 발명에 의한 손 재활 로봇 기구의 일실시예는,내측으로 손이 삽입되어 체결되는 손 안착부(25)와, 상기 손 안착부(25)의 양측에 각각 제공되는 한 쌍의 관절 지지부(21)와, 상기 관절 지지부(21)에 각각 연결되는 한 쌍의 관절부와, 상기 한 쌍의 관절부를 연결하는 연결부(15)를 포함하고, 상기 관절부는 제1 링크(11), 제2 링크(12) 및 제3 링크(13)을 포함하고, 상기 제2 링크(12)의 일단은 상기 연결부(15)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제3 링크(13)의 일단은 상기 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제2 링크(12)와 제3 링크(13)의 타단은 서로에 대해 회동가능하게 제공되며, 상기 제1 링크(11)의 일단은 상기 제2 링크(12)에 회동가능하게 제공되고, 타단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the hand rehabilitation robot mechanism according to the present invention, a
다른 실시예로서, 내측으로 손이 삽입되어 체결되는 손 안착부(25)와, 상기 손 안착부(25)의 양측에 각각 제공되는 한 쌍의 관절 지지부(21)와, 상기 관절 지지부(21)에 각각 연결되는 한 쌍의 관절부와, 상기 한 쌍의 관절부를 연결하는 연결부(15)와, 상기 관절부를 구동하는 모터(53)를 포함하고, 상기 관절부는 제1 링크(11), 제2 링크(12) 및 제3 링크(13)을 포함하고, 상기 제2 링크(12)의 일단은 상기 연결부(15)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제3 링크(13)의 일단은 상기 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제2 링크(12)와 제3 링크(13)의 타단은 서로에 대해 회동가능하게 제공되며, 상기 제1 링크(11)의 일단은 상기 제2 링크(12)에 회동가능하게 제공되고, 타단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되는 것을 특징으로 한다. In another embodiment, a
또 다른 실시예로서, 내측으로 손이 삽입되어 체결되는 손 안착부(25)와, 상기 손 안착부(25)의 양측에 각각 제공되는 한 쌍의 관절 지지부(21)와, 상기 관절 지지부(21)에 각각 연결되는 한 쌍의 관절부와, 상기 한 쌍의 관절부를 연결하는 연결부(15)와, 상기 연결부(15)에 제공되어 손가락 끝과 연결되고, 환자의 손가락 길이에 따라 길이를 조절할 수 있는 길이 조절 링크(40)를 포함하고, 상기 관절부는 제1 링크(11), 제2 링크(12) 및 제3 링크(13)을 포함하고, 상기 제2 링크(12)의 일단은 상기 연결부(15)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제3 링크(13)의 일단은 상기 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제2 링크(12)와 제3 링크(13)의 타단은 서로에 대해 회동가능하게 제공되며, 상기 제1 링크(11)의 일단은 상기 제2 링크(12)에 회동가능하게 제공되고, 타단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되는 것을 특징으로 한다. In another embodiment, a
또 다른 실시예로서, 내측으로 손이 삽입되어 체결되는 손 안착부(25)와, 상기 손 안착부(25)의 양측에 각각 제공되는 한 쌍의 관절 지지부(21)와, 상기 관절 지지부(21)에 각각 연결되는 한 쌍의 관절부와, 상기 한 쌍의 관절부를 연결하는 연결부(15)와, 상기 관절 지지부(21)에 제공되어 엄지 손가락이 연결되는 엄지 손가락 관절부를 포함하고, 상기 관절부는 제1 링크(11), 제2 링크(12) 및 제3 링크(13)을 포함하고, 상기 제2 링크(12)의 일단은 상기 연결부(15)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제3 링크(13)의 일단은 상기 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제2 링크(12)와 제3 링크(13)의 타단은 서로에 대해 회동가능하게 제공되며, 상기 제1 링크(11)의 일단은 상기 제2 링크(12)에 회동가능하게 제공되고, 타단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되는 것을 특징으로 한다. In another embodiment, a
또 다른 실시예로서, 내측으로 손이 삽입되어 체결되는 손 안착부(25)와, 상기 손 안착부(25)의 양측에 각각 제공되는 한 쌍의 관절 지지부(21)와, 상기 관절 지지부(21)에 각각 연결되는 한 쌍의 관절부와, 상기 한 쌍의 관절부를 연결하는 연결부(15)와, 상기 관절부를 구동하는 모터(53)와, 손에 가해지는 토크를 측정하는 토크센서(51)와, 상기 토크센서(51)에 의해 측정된 토크의 크기를 기초로 하여 상기 모터(53)의 토크를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 관절부는 제1 링크(11), 제2 링크(12) 및 제3 링크(13)을 포함하고, 상기 제2 링크(12)의 일단은 상기 연결부(15)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제3 링크(13)의 일단은 상기 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제2 링크(12)와 제3 링크(13)의 타단은 서로에 대해 회동가능하게 제공되며, 상기 제1 링크(11)의 일단은 상기 제2 링크(12)에 회동가능하게 제공되고, 타단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되는 것을 특징으로 한다. In another embodiment, a
이때, 상기 길이 조절 링크(40)는, 가이드 홈(47)을 가진 가이드 부재(41)와, 상기 가이드 홈(47)을 따라 이동가능하게 제공되고, 상기 연결부(15)가 삽입되어 고정되는 고정홀(46)이 형성된 조절부(44)와, 상기 가이드 부재(41)의 끝단에 회동가능하게 제공되고, 손가락 끝이 연결되는 손가락 지지부(43)를 포함하는 것을 특징으로 한다. In this case, the
이때, 상기 연결부(15)의 단면은 원형이고, 상기 고정홀(46)은 상기 연결부(15)의 단면에 대응하는 원형이며, 상기 길이 조절 링크(40)는 상기 연결부(15)에 대하여 회동가능한 것을 특징으로 한다. At this time, the cross section of the connecting
상기 엄지 손가락 관절부는 회전 조인트부(33), 제4 링크(31), 제5 링크(32) 및 엄지 손가락 지지부(35)를 포함하고, 상기 회전 조인트부(33)는 상기 관절 지지부(21)에 대하여 회동가능하게 제공되고, 상기 제5 링크(32)는 일단부가 상기 회전 조인트부(33)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제4 링크(31)의 일단부는 상기 제5 링크(32)의 타단부에 회동가능하게 제공되고, 상기 엄지 손가락 지지부(35)는 상기 제4 링크(31)의 타단부에 회동가능하게 제공되는 것을 특징으로 한다. The thumb joint part includes a rotary
상기 회전 조인트부(33)의 회전축과 상기 제5 링크(32)의 회전축은 수직하게 제공되는 것을 특징으로 한다. The rotation axis of the rotary joint 33 and the rotation axis of the
상기 회전 조인트부(33)는 수동으로 제어되는 것을 특징으로 한다. The rotary
상기 모터(53)는 상기 제1 링크(11)를 구동하는 것을 특징으로 한다. The
이때, 상기 제2 링크(12)에는 상기 제3 링크(13)가 소정의 각도 이상으로 꺽어지는 것을 방지하는 스토퍼(14)를 더 포함한다. In this case, the
이때, 상기 길이 조절 링크(40)는 4개가 제공되는 것을 특징으로 한다. At this time, the
상기 제1 링크(11)가 상기 관절 지지부(21)에 연결된 부분은 상기 제3 링크(13)가 상기 관절 지지부(21)에 연결된 부분 보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다. The portion where the
상기 엄지 손가락 관절부는 양측의 관절 지지부(21)에 각각 제공되는 것을 특징으로 한다. The thumb joint portion is characterized in that it is provided in each of the
본 발명은 구조가 간단하면서도 일상생활 동작을 수행할 수 있는 1자유도 손 재활 로봇 기구를 제시하는 효과가 있으며, 보다 구체적으로는 다음과 같은 효과를 제공한다. The present invention has the effect of presenting a single degree of freedom hand rehabilitation robot mechanism that is simple in structure but can perform daily life operations, and more specifically, provides the following effects.
첫째, 1자유도로 간단한 구조를 갖지만 엄지손가락과 네 손가락의 동시 재활이 가능하며, 완전히 쥘 수 있는 관절가동범위를 구현할 수 있다. First, it has a simple structure with 1 degree of freedom, but it is possible to simultaneously rehabilitation of the thumb and four fingers, and to implement a fully movable range of joint movement.
둘째, 일상생활 동작에 따른 엄지손가락의 움직이는 방향을을 조절할 수 있다. Second, it is possible to adjust the direction of movement of the thumb according to the daily life movements.
셋째, 1자유도로 엄지손가락과 네손가락을 동시에 움직이도록 하기 위해 4절 링크를 설계하였고 엄지손가락을 위해 케이블 구동 메커니즘을 적용할 수 있다. 이를 통해 엄지손가락의 움직이는 방향을 조절할 수 있도록 수동 회전 조인트를 설계하여 일상생활 동작에 맞는 엄지의 움직임을 선택할 수 있다. Third, a four-section link is designed to move the thumb and four fingers simultaneously in one degree of freedom, and a cable drive mechanism can be applied for the thumb. This allows the manual rotary joint to be designed to control the direction of thumb movement, allowing the user to select the thumb movement that matches their daily activities.
도 1은 손가락의 관절과 손가락이 접촉하는 방법을 도시한 도면.
도 2는 손가락 관절 위치와 명칭을 도시한 도면.
도 3은 4절 링크를 이용한 손끝 궤적 모사의 개념도.
도 4는 4절 링크를 이용해 설계된 신전과 굴곡의 구성도.
도 5는 길이 조절 링크와 사시도 및 길이 조절 링크가 적용된 사시도.
도 6은 일상생활에서 엄지 손가락의 움직임 방향을 도시한 도면.
도 7은 회전 조인트가 장착되어 동작하는 원리를 설명한 도면.
도 8은 링크에 적용된 각도 제한의 안정성을 설명하는 도면.
도 9는 본 발명에 의한 1자유도 손 재활 로봇 기구의 사시도.
도 10은 본 발명에 의한 1자유도 손 재활 로봇 기구의 작동 예시도.
도 11은 본 발명에 의한 1자유도 손 재활 로봇 기구의 작동 예시도.
도 12는 본 발명에 의한 1자유도 손 재활 로봇 기구의 동역학 시뮬레이션 몇 결과 그래프.1 is a diagram illustrating a method of contacting a finger joint with a finger.
2 shows finger joint positions and names.
3 is a conceptual diagram of fingertip trajectory simulation using a four-section link.
Figure 4 is a configuration diagram of the temple and flexion designed using the four-section link.
5 is a perspective view of the length adjustment link and the length adjustment link is applied.
6 is a view showing the direction of movement of the thumb in everyday life.
7 is a view for explaining the principle that the rotary joint is mounted to operate.
8 illustrates the stability of an angle constraint applied to a link.
9 is a perspective view of a one degree of freedom hand rehabilitation robot mechanism according to the present invention.
10 is an exemplary operation diagram of the one degree of freedom hand rehabilitation robot mechanism according to the present invention.
11 is an exemplary operation diagram of a one degree of freedom hand rehabilitation robot mechanism according to the present invention.
12 is a graph showing some results of dynamics simulation of the 1 degree of freedom hand rehabilitation robot mechanism according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Even if the terms are the same, if the displayed portions are different, it is to be noted that the reference numerals do not match.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The terms to be described below are terms set in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to a user's intention or custom such as an experimenter and a measurer, and the definitions should be made based on the contents throughout the present specification.
먼저 본 발명에 적용된 기구학적 및 공학적 원리에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. First, the kinematic and engineering principles applied to the present invention will be described in detail.
물리치료와 작업치료를 구현하기 위해서는 손가락의 자유도, 공동운동(synergy), 관절가동범위, 길이/형상 및 재활을 위해 필요한 힘/토크 등 생체 역학적 특성을 고려해야 한다.To implement physiotherapy and occupational therapy, biomechanical characteristics such as finger freedom, synergy, range of motion, length / shape, and force / torque required for rehabilitation must be considered.
손가락 관절은 아래와 같이 한 손가락에 3개의 관절로 구성되어 있으며, 도 2에는 손가락 관절 위치와 명칭을 도시한 도면이다. DIP는 Distal Interphalangeal을, PIP는 Proximal Interphalangeal을, MCP는 Metacarpophalangeal을, CMC는 Carpometacarpal을 의미한다. The finger joint is composed of three joints on one finger as shown below, and FIG. 2 is a diagram showing the position and names of the finger joints. DIP stands for Distal Interphalangeal, PIP stands for Proximal Interphalangeal, MCP stands for Metacarpophalangeal, and CMC stands for Carpometacarpal.
먼저 손가락 자유도에 대해 설명하면 다음과 같다. 네 손가락은 각각 2자유도의 MCP 관절, 공동운동으로 인한 1자유도를 갖는 PIP와 DIP관절로 총 3자유도로 모사되며, 엄지손가락은 1자유도의 IP 관절, 1자유도의 MCP 관절, 그리고 2자유도의 CMC 관절 총 4자유도로 모사되어 총 16자유도를 갖는 시스템이다. 작업치료를 위해서는 엄지손가락과 네 손가락이 동시에 움직일 수 있어야 한다.First, the finger degrees of freedom will be described. The four fingers are PIP and DIP joints with 2 degrees of freedom MCP joints and 1 degree of freedom due to joint movement, and 3 fingers are simulated with 3 degrees of freedom.The thumb is 1 degree of freedom IP joint, 1 degree of freedom MCP joint, and 2 degrees of freedom CMC. It is a system having a total of 16 degrees of freedom by simulating 4 degrees of freedom of joint. Occupational therapy requires the thumb and four fingers to move simultaneously.
손가락 공동운동(synergy)에 대해 설명하면 다음과 같은 특징이 있다. 손가락 관절은 독립성을 갖는 관절도 있지만, 상호 간에 종속적으로 움직이는 관절을 고려해야 한다. 이를 공동운동이라 한다. 네 손가락의 DIP와 PIP, 엄지손가락의 MCP와 CMC는 다음과 같은 종속성을 갖는다.The finger synergy is described as follows. Finger joints are joints that have independence, but jointly moving joints must be considered. This is called a joint movement. The four fingers' DIP and PIP and the thumb's MCP and CMC have the following dependencies:
네 손가락에서 나타나는 공동 운동은 다음과 같은 식으로 표현된다. The joint movement of four fingers is expressed as follows.
엄지 손가락에서 나타나는 공동 운동은 다음과 같은 식들로 표현된다. The joint movement of the thumb is expressed by the following equation.
마지막으로 물리치료를 위해서는 정상인과 같은 관절가동범위가 구현되어야 하는데, 이는 다음과 같은 표 1의 식에 따른다. Lastly, for physiotherapy, the joint range of motion should be implemented as in normal people, which is based on the formula in Table 1 below.
손가락의 길이와 형상과 관련하여, 다양한 환자들이 착용할 수 있어야 하기 때문에 사람들의 손가락 길이에 맞게 조절할 수 있어야 한다. 따라서 손가락의 길이에 맞게 각각 조절 가능하도록 한다.Regarding the length and shape of the finger, it must be adjustable to the length of the fingers of people because it must be worn by various patients. Therefore, it can be adjusted to fit the length of the finger.
또한, 환 측이 왼손, 오른손에 상관없이 사용 가능하도록 하기 위해 양손에 착용이 가능하도록 해야 한다.In addition, in order for the affected side to be usable regardless of the left hand or the right hand, it must be possible to wear it on both hands.
물리치료와 작업치료를 할 때 필요한 토크는 엄지손가락의 경우 1.12Nm 네손가락의 경우 2.32Nm로 동시에 재활할 경우 최대 3.44Nm의 토크가 요구된다. 자료값은 치료사가 직접 측정한 값으로서 이 토크를 낼 수 있도록 설계해야 한다. 다만, 이러한 토크의 크기는 실험을 통해 얻은 바람직한 값일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지는 않는다. The torque required for physical and occupational therapy is 1.12Nm for the thumb and 2.32Nm for the four fingers, and up to 3.44Nm is required for rehabilitation at the same time. The data are measured directly by the therapist and should be designed to produce this torque. However, the magnitude of such torque is only a preferable value obtained through experiments, and does not limit the scope of the present invention.
이하 본 발명의 1자유도 손 재활 로봇 기구의 기구학적 특징에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, the kinematic features of the single degree of freedom hand rehabilitation robot mechanism of the present invention will be described.
네 손가락을 모사한 기구학적 설계 개념은 다음과 같다. 도 3은 4절 링크를 이용한 손끝 궤적 모사의 개념도이다. 모든 관절 접촉 방법의 경우 다자유도로 구현되어 복잡하고 길이 조정 등의 어려움이 있는 반면에 손 끝 접촉 방법의 경우 1자유도를 통해 모든 관절가동범위를 구현할 수 있다. 따라서 손끝 접촉 방법을 이용하여 손끝의 움직임을 모사할 수 있는 로봇을 4절 링크로 구현한다. 손끝의 궤적을 모사할 수 있는 4절 링크는 도해적 방법(Graphical synthesis analysis)을 이용하여 설계하였다. 도 4는 4절 링크를 이용해 설계된 신전과 굴곡의 구성도이다. The concept of kinematic design that simulates four fingers is as follows. 3 is a conceptual diagram of fingertip trajectory simulation using a four-section link. In the case of all joint contact methods, the degree of complexity and difficulty in adjusting the length are implemented, while in the case of the fingertip contact method, all joint movement ranges can be realized through one degree of freedom. Therefore, the robot that can simulate the movement of the fingertip using the fingertip contact method is implemented as a four-section link. The four-section link, which can simulate the fingertip trajectory, was designed using graphical synthesis analysis. 4 is a configuration diagram of the temple and flexion designed using the four-section link.
본 발명에 의한 손 재활 로봇 기구는 내측으로 손이 삽입되어 체결되는 손 안착부(25)가 제공된다. 손 안착부(25)에는 손바닥 부분이 접하여 지지되고, 손등 역시 부재(23)에 의해 접하여 안착되는 것이 바람직하다. The hand rehabilitation robot mechanism according to the present invention is provided with a
손 안착부(25)의 양측에는 각각 한 쌍의 관절 지지부(21)가 제공된다. 한 쌍의 관절 지지부(21)의 사이에 손이 삽입되는 구조이다. 관절 지지부(21)는 좀더 크게 형성되는 것도 가능하고, 부재(23)와 함께 모터 등의 수용공간을 형성하는 것도 가능하다. Both sides of the
관절 지지부(21)에는 각각 한 쌍의 관절부가 연결된다. 관절부는 앞에서 설명한 바와 같이 4절 링크 구조이다. 즉, 제1 링크(11), 제2 링크(12) 및 제3 링크(13)을 포함한다. A pair of joints are connected to the
한 쌍의 관절부는 연결부(15)에 의해 서로 연결된다. The pair of joint parts are connected to each other by the connecting
이때, 제2 링크(12)의 일단은 연결부(15)에 회동가능하게 제공되고, 제3 링크(13)의 일단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되고, 제2 링크(12)와 제3 링크(13)의 타단은 서로에 대해 회동가능하게 제공되며, 제1 링크(11)의 일단은 제2 링크(12)에 회동가능하게 제공되고, 타단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되는 것을 특징으로 한다. At this time, one end of the
제1 링크(11)가 관절 지지부(21)에 연결된 부분은 제3 링크(13)가 관절 지지부(21)에 연결된 부분 보다 높게 형성되는 것이 바람직하다. The portion where the
설계된 4절 링크를 손의 양 옆에 배치하여 4절 링크 사이에서 손이 위치하게 한다. 손가락 끝과 4절 링크는 길이 조절 링크를 통해 연결할 수 있게 하여 환자의 손가락 길이에 따라 길이를 조절할 수 있도록 한다. Place the designed Section 4 links on either side of the hand so that the hands are placed between the Section 4 links. The tip of the finger and the four-section link can be connected via a length adjustment link, allowing the length to be adjusted according to the length of the patient's finger.
도 5는 길이 조절 링크와 사시도 및 길이 조절 링크가 적용된 사시도이다. 5 is a perspective view of the length adjustment link and the length adjustment link is applied.
길이 조절 링크(40)는 연결부(15)에 제공되어 손가락 끝과 연결되고, 환자의 손가락 길이에 따라 길이를 조절할 수 있는 기능을 수행한다. The
보다 구체적으로, 길이 조절 링크(40)는, 가이드 홈(47)을 가진 가이드 부재(41)와, 가이드 홈(47)을 따라 이동가능하게 제공되고, 연결부(15)가 삽입되어 고정되는 고정홀(46)이 형성된 조절부(44)와, 가이드 부재(41)의 끝단에 회동가능하게 제공되고, 손가락 끝이 연결되는 손가락 지지부(43)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 조절부(44)는 가이드 홈(47)을 따라 슬라이딩 방식으로 이동한다. More specifically, the
또한, 연결부(15)의 단면은 원형이고, 고정홀(46)은 연결부(15)의 단면에 대응하는 원형으로 제공되는 것이 바람직하고, 길이 조절 링크(40)는 연결부(15)에 대하여 회동가능하게 제공된다. In addition, the cross section of the connecting
이하, 엄지 손가락을 모사한 기구학적 설계 개념에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a kinematic design concept that simulates a thumb will be described.
일상생활 동작을 구현할 때 쥐는 방법에 따라 엄지손가락의 움직이는 방향이 달라진다. 도 6은 일상생활에서 엄지 손가락의 움직임 방향을 도시한 도면이다., (a)와 같이 열쇠를 쥐는 동작에서는 엄지손가락의 움직이는 방향은 손바닥과 평행한 방향이며, (b)와 같이 컵을 쥐는 동작에서는 손바닥과 약 90°방향으로 움직인다. 이는 네 손가락과 달리 엄지손가락의 CMC 관절이 자유롭게 움직일 수 있기 때문이다. The way you hold your thumb depends on how you hold it. Figure 6 is a view showing the direction of thumb movement in daily life, in the operation of holding the key as shown in (a) the direction of movement of the thumb is parallel to the palm, the operation of holding the cup as shown in (b) Move in the direction of about 90 ° with the palm of the hand. This is because, unlike four fingers, the CMC joint of the thumb can move freely.
이를 구현하기 위해 본 발명에서는 엄지 손가락의 방향 전환을 위한 회전 조인트를 제공한다. 도 7은 이러한 회전 조인트가 장착되어 동작하는 설명도이다. 도 7에 도시된 바와 같이 엄지 손가락의 움직이는 방향을 변화할 수 있도록 구성된다. 이는 도 6의 도면과 대응된다. In order to implement this, the present invention provides a rotary joint for changing the direction of the thumb. 7 is an explanatory diagram in which such a rotary joint is mounted and operated. As shown in Figure 7 is configured to change the direction of movement of the thumb. This corresponds to the diagram of FIG. 6.
엄지 손가락 관절부가 관절 지지부(21)에 제공되어 엄지 손가락이 연결된다. The thumb joint is provided to the
엄지 손가락 관절부는 회전 조인트부(33), 제4 링크(31), 제5 링크(32) 및 엄지 손가락 지지부(35)를 포함한다. The thumb joint part includes a rotation
회전 조인트부(33)는 관절 지지부(21)에 대하여 회동가능하게 제공되고, 제5 링크(32)는 일단부가 회전 조인트부(33)에 회동가능하게 제공되고, 제4 링크(31)의 일단부는 제5 링크(32)의 타단부에 회동가능하게 제공되고, 엄지 손가락 지지부(35)는 제4 링크(31)의 타단부에 회동가능하게 제공되는 것이 바람직하다. The rotary joint 33 is rotatably provided with respect to the
모터(53)로부터의 동력이 제5 링크(32)에 전달되어, 제4 링크(31)를 수동적으로 움직이게 할 수 있다. Power from the
이때, 회전 조인트부(33)의 회전축과 제5 링크(32)의 회전축은 수직하게 제공되는 것이 바람직하다. At this time, the rotation axis of the rotary joint 33 and the rotation axis of the
회전 조인트부(33)는 자동 혹은 수동으로 제어될 수 있다. The rotary joint 33 can be controlled automatically or manually.
본 발명에서는 엄지손가락의 움직임을 위해서 케이블 구동 메커니즘을 적용하였다. 케이블 구동 메커니즘은 마찰과 백래쉬가 작다고 알려져 있으며, 협소한 공간을 고려해 모터를 피동부와 바로 연결시키지 않고 원하는 위치로 떨어트릴 수 있다는 장점을 갖는다. 앞서 설명한 바와 같이 엄지손가락의 회전 방향을 조절하더라도 엄지손가락에 동력이 전달되게 하도록 케이블 구동 메커니즘을 적용하였다. In the present invention, a cable driving mechanism is applied for the movement of the thumb. The cable drive mechanism is known to have low friction and backlash, and has the advantage of allowing the motor to be dropped to a desired position without directly connecting the driven part in consideration of the narrow space. As described above, even if the direction of rotation of the thumb is adjusted, a cable driving mechanism is applied so that power is transmitted to the thumb.
손 재활 치료 도중 로봇 기구의 갑작스런 오작동으로부터 손가락이 과도하게 펴지거나 굽혀지는 것을 방지하기 위해 기구학적으로 로봇의 가동 범위를 제한할 필요성이 있다. 본 발명에서는 각도 제한을 기계적으로 설정함으로써 소프트웨어적인 안정성 설계의 오작동이 일어나더라도 안정성을 보장할 수 있도록 하였다. 도 9는 링크에 적용된 각도 제한의 안정성을 설명하는 도면이다. There is a need to kinematically limit the robot's range of motion to prevent fingers from being excessively stretched or bent from sudden malfunctions of the robotic instruments during hand rehabilitation therapy. In the present invention, by setting the angle limit mechanically, even if a malfunction of the software stability design occurs, it is possible to ensure the stability. 9 is a diagram illustrating the stability of the angle constraint applied to the link.
2 링크(12)에는 제3 링크(13)가 소정의 각도 이상으로 꺽어지는 것을 방지하는 스토퍼(14)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 스토퍼(14)는 도 8에서 보이는 바와 같이 돌출부 등의 구조가 제3 링크(13)의 회전을 방해하는 구조이다. The
본 발명에서는 소프트웨어적으로 안정성 설계가 가능하다. 모터에는 엔코더가 내장되어 있어서 움직인 각도를 측정할 수 있다. 이를 바탕으로 각도가 가동범위를 벗어나게 되었을 때 초기 위치로 복구할 수 있도록 하였다. 초기위치는 환자의 굽힌 공동운동을 고려하여 살짝 쥔 상태로 설정하는 것이 바람직하다.In the present invention, the stability design is possible in software. The motor has a built-in encoder that can measure the angle of movement. Based on this, it was possible to return to the initial position when the angle was out of the moving range. The initial position is preferably set to a slightly gripped state in consideration of the bent joint motion of the patient.
또한, 환자마다 가동범위가 달라질 수 있는데, 이러한 환자 개개인의 조건을 소프트웨어적으로 추가할 수도 있다. In addition, the range of motion may vary from patient to patient, and individual patient conditions may be added in software.
제어를 할 때 환자의 손에 가해지는 토크가 토크센서에 의해 실시간으로 측정되는 것이 바람직하다. 즉, 필요한 최대 토크보다 큰 값이 소정의 시간 이상 지속적으로 측정될 때에는 로봇이 초기 위치로 복구하도록 제어하여 안정성을 확보할 수 있다. It is preferable that the torque applied to the hand of the patient during the control is measured in real time by the torque sensor. That is, when a value larger than the required maximum torque is continuously measured for a predetermined time or more, the robot may be controlled to recover to the initial position to ensure stability.
따라서 본 발명은 관절부를 구동하는 모터(53)와, 손에 가해지는 토크를 측정하는 토크센서(51)와, 토크센서(51)에 의해 측정된 토크의 크기를 기초로 하여 상기 모터(53)의 토크를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다. Therefore, the present invention is based on the
모터(53)는 모터(53)의 출력을 증가시켜주는 기어 박스와 같은 기능을 수행하는 하모닉 드라이브(52)에 연결될 수 있다. The
도 9는 본 발명에 의한 1자유도 손 재활 로봇 기구의 일실시예의 사시도이다. 도 10은 네 손가락이 완전히 쥐어졌을 때와 펼쳤을 때의 움직임이 구현되는 모습을 보여준다. (a)는 초과 신전을 구현하는 모습이고, (b)는 완전한 쥐기를 구현하는 모습이다. Figure 9 is a perspective view of one embodiment of a one degree of freedom hand rehabilitation robot mechanism according to the present invention. Figure 10 shows how the movement when the four fingers are fully gripped and when extended. (a) shows the implementation of excess temples, and (b) shows the complete grip.
도 11는 엄지 손가락과 다른 손가락으로 쥐기를 구현하는 모습을 보여준다. Figure 11 shows the implementation of the grip with the thumb and other fingers.
도 12는 물리치료의 경우를 동역학 시뮬레이션 툴을 이용한 결과이다. 시뮬레이션 시나리오는 다음과 같다. 환자를 재활하는 과정과 최대한 유사하게 설정하였다. 환자의 네 손가락을 재활하기 위해 필요한 토크를 힘으로 환산할 경우 손끝에 30N(2.32Nm/0.07649m, 네 손가락 재활에 필요한 토크 2.32Nm, 중지의 평균길이 76.49mm)의 힘이 작용하는 것과 같다. 이를 바탕으로 설계된 4절 링크 끝 단에 30N의 접촉힘이 작용하고 있다고 가정한다. 환자의 손을 펼 때 환자의 근 경직도에 인한 저항력은 펼치는 속도에 영향을 받는다. 펼치는 속도는 치료사가 수행할 때와 비슷하게 2초로 설정하였다. 이러한 조건에서 손을 펼 때 모터에서 얼마만큼의 토크가 요구되는지를 확인하였다. 12 shows the results of physiotherapy using a kinetic simulation tool. The simulation scenario is as follows. The patient was set as similar as possible to the rehabilitation process. When converting the torque required for the rehabilitation of the patient's four fingers into force, the force of 30N (2.32Nm / 0.07649m, the torque required for rehabilitation of the four fingers, 2.32Nm, average length of the middle finger 76.49mm) is applied. Based on this, it is assumed that a contact force of 30 N is acting on the designed end of section 4 link. When the patient's hand is stretched, the resistance due to the patient's muscle stiffness is affected by the rate of spread. Unfolding speed was set to 2 seconds, similar to that performed by the therapist. It was confirmed how much torque is required in the motor when hands are released under these conditions.
시뮬레이션 결과 최대 토크가 약 -2.6 Nm로서 선정한 모터로 구동 가능함을 확인하였다. 엄지손가락을 고려한 동시 움직임은 케이블 구동 메커니즘을 CAD 모델을 이용하여 구현할 수 없어 접촉힘을 45N(3.44Nm/0.07649m, 네손가락과 엄지손가락 재활에 필요한 토크 3.44Nm)으로 가정하여 동일하게 수행했을 때 약 1.5배인 -3.9Nm로 역시 선정한 모터로 수행가능함을 확인할 수 있다. 또한 EC-i40 모터의 특성곡선을 통해 저속에서는 더 큰 출력 토크 범위 안에서 사용할 수 있음을 확인하였다.Simulation results confirm that the maximum torque is approximately -2.6 Nm and can be driven by the selected motor. Simultaneous movements in consideration of thumb can not be implemented using the CAD model, so the contact force is the same as assuming 45 N (3.44 Nm / 0.07649 m, 3.44 Nm of torque required for four-finger and thumb rehabilitation). It is confirmed that it can be performed by the selected motor as -3.9Nm which is about 1.5 times. In addition, the characteristic curve of the EC-i40 motor confirms that it can be used within a larger output torque range at low speeds.
본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.The present invention is not limited to the scope of the embodiments by the above embodiments, all having the technical spirit of the present invention can be seen to fall within the scope of the present invention, the present invention is the scope of the claims by the claims Note that is determined.
11 : 제1 링크, 12 : 제2 링크, 13 : 제3 링크, 15 : 연결부, 21 : 관절 지지부, 25 : 손 안착부, 40 : 길이 조절 링크, 41 : 가이드 부재, 43 : 손가락 지지부, 44 : 조절부, 46 : 고정홀, 47 : 가이드 홈11: 1st link, 12: 2nd link, 13: 3rd link, 15: connection part, 21: joint support part, 25: hand seating part, 40: length adjustment link, 41: guide member, 43: finger support part, 44 : Adjuster, 46: fixing hole, 47: guide groove
Claims (15)
상기 손 안착부(25)의 양측에 각각 제공되는 한 쌍의 관절 지지부(21)와,
상기 관절 지지부(21)에 각각 연결되는 한 쌍의 관절부와,
상기 한 쌍의 관절부를 연결하는 연결부(15)를 포함하고,
상기 관절부는 제1 링크(11), 제2 링크(12) 및 제3 링크(13)을 포함하고,
상기 제2 링크(12)의 일단은 상기 연결부(15)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제3 링크(13)의 일단은 상기 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제2 링크(12)와 제3 링크(13)의 타단은 서로에 대해 회동가능하게 제공되며, 상기 제1 링크(11)의 일단은 상기 제2 링크(12)에 회동가능하게 제공되고, 타단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되는 것을 특징으로 하는,
손 재활 로봇 기구.A hand seating portion 25 into which a hand is inserted and fastened inward;
A pair of joint support portions 21 provided on both sides of the hand seating portion 25,
A pair of joints respectively connected to the joint support 21;
It includes a connecting portion 15 for connecting the pair of joints,
The joint part includes a first link 11, a second link 12, and a third link 13,
One end of the second link 12 is rotatably provided to the connecting portion 15, one end of the third link 13 is rotatably provided to the joint support 21, and the second link ( 12 and the other end of the third link 13 are rotatably provided with respect to each other, one end of the first link 11 is rotatably provided to the second link 12, and the other end is provided with a joint support ( 21) characterized in that is provided rotatably,
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 손 안착부(25)의 양측에 각각 제공되는 한 쌍의 관절 지지부(21)와,
상기 관절 지지부(21)에 각각 연결되는 한 쌍의 관절부와,
상기 한 쌍의 관절부를 연결하는 연결부(15)와,
상기 관절부를 구동하는 모터(53)를 포함하고,
상기 관절부는 제1 링크(11), 제2 링크(12) 및 제3 링크(13)을 포함하고,
상기 제2 링크(12)의 일단은 상기 연결부(15)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제3 링크(13)의 일단은 상기 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제2 링크(12)와 제3 링크(13)의 타단은 서로에 대해 회동가능하게 제공되며, 상기 제1 링크(11)의 일단은 상기 제2 링크(12)에 회동가능하게 제공되고, 타단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되는,
손 재활 로봇 기구.A hand seating portion 25 into which a hand is inserted and fastened inward;
A pair of joint support portions 21 provided on both sides of the hand seating portion 25,
A pair of joints respectively connected to the joint support 21;
A connection part 15 connecting the pair of joint parts,
It includes a motor 53 for driving the joint portion,
The joint part includes a first link 11, a second link 12, and a third link 13,
One end of the second link 12 is rotatably provided to the connecting portion 15, one end of the third link 13 is rotatably provided to the joint support 21, and the second link ( 12 and the other end of the third link 13 are rotatably provided with respect to each other, one end of the first link 11 is rotatably provided to the second link 12, and the other end is provided with a joint support ( Provided rotatably at 21),
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 손 안착부(25)의 양측에 각각 제공되는 한 쌍의 관절 지지부(21)와,
상기 관절 지지부(21)에 각각 연결되는 한 쌍의 관절부와,
상기 한 쌍의 관절부를 연결하는 연결부(15)와,
상기 연결부(15)에 제공되어 손가락 끝과 연결되고, 환자의 손가락 길이에 따라 길이를 조절할 수 있는 길이 조절 링크(40)를 포함하고,
상기 관절부는 제1 링크(11), 제2 링크(12) 및 제3 링크(13)을 포함하고,
상기 제2 링크(12)의 일단은 상기 연결부(15)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제3 링크(13)의 일단은 상기 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제2 링크(12)와 제3 링크(13)의 타단은 서로에 대해 회동가능하게 제공되며, 상기 제1 링크(11)의 일단은 상기 제2 링크(12)에 회동가능하게 제공되고, 타단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되는 것을 특징으로 하는,
손 재활 로봇 기구.A hand seating portion 25 into which a hand is inserted and fastened inward;
A pair of joint support portions 21 provided on both sides of the hand seating portion 25,
A pair of joints respectively connected to the joint support 21;
A connection part 15 connecting the pair of joint parts,
It is provided in the connecting portion 15 is connected to the fingertip, and includes a length adjusting link 40 that can adjust the length according to the length of the finger of the patient,
The joint part includes a first link 11, a second link 12, and a third link 13,
One end of the second link 12 is rotatably provided to the connecting portion 15, one end of the third link 13 is rotatably provided to the joint support 21, and the second link ( 12 and the other end of the third link 13 are rotatably provided with respect to each other, one end of the first link 11 is rotatably provided to the second link 12, and the other end is provided with a joint support ( 21) characterized in that is provided rotatably,
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 손 안착부(25)의 양측에 각각 제공되는 한 쌍의 관절 지지부(21)와,
상기 관절 지지부(21)에 각각 연결되는 한 쌍의 관절부와,
상기 한 쌍의 관절부를 연결하는 연결부(15)와,
상기 관절 지지부(21)에 제공되어 엄지 손가락이 연결되는 엄지 손가락 관절부를 포함하고,
상기 관절부는 제1 링크(11), 제2 링크(12) 및 제3 링크(13)을 포함하고,
상기 제2 링크(12)의 일단은 상기 연결부(15)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제3 링크(13)의 일단은 상기 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제2 링크(12)와 제3 링크(13)의 타단은 서로에 대해 회동가능하게 제공되며, 상기 제1 링크(11)의 일단은 상기 제2 링크(12)에 회동가능하게 제공되고, 타단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되는 것을 특징으로 하는,
손 재활 로봇 기구.A hand seating portion 25 into which a hand is inserted and fastened inward;
A pair of joint support portions 21 provided on both sides of the hand seating portion 25,
A pair of joints respectively connected to the joint support 21;
A connection part 15 connecting the pair of joint parts,
A thumb joint part provided at the joint support part 21 to which a thumb is connected;
The joint part includes a first link 11, a second link 12, and a third link 13,
One end of the second link 12 is rotatably provided to the connecting portion 15, one end of the third link 13 is rotatably provided to the joint support 21, and the second link ( 12 and the other end of the third link 13 are rotatably provided with respect to each other, one end of the first link 11 is rotatably provided to the second link 12, and the other end is provided with a joint support ( 21) characterized in that is provided rotatably,
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 손 안착부(25)의 양측에 각각 제공되는 한 쌍의 관절 지지부(21)와,
상기 관절 지지부(21)에 각각 연결되는 한 쌍의 관절부와,
상기 한 쌍의 관절부를 연결하는 연결부(15)와,
상기 관절부를 구동하는 모터(53)와,
손에 가해지는 토크를 측정하는 토크센서(51)와
상기 토크센서(51)에 의해 측정된 토크의 크기를 기초로 하여 상기 모터(53)의 토크를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 관절부는 제1 링크(11), 제2 링크(12) 및 제3 링크(13)을 포함하고,
상기 제2 링크(12)의 일단은 상기 연결부(15)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제3 링크(13)의 일단은 상기 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되고, 상기 제2 링크(12)와 제3 링크(13)의 타단은 서로에 대해 회동가능하게 제공되며, 상기 제1 링크(11)의 일단은 상기 제2 링크(12)에 회동가능하게 제공되고, 타단은 관절 지지부(21)에 회동가능하게 제공되는,
손 재활 로봇 기구.A hand seating portion 25 into which a hand is inserted and fastened inward;
A pair of joint support portions 21 provided on both sides of the hand seating portion 25,
A pair of joints respectively connected to the joint support 21;
A connection part 15 connecting the pair of joint parts,
A motor 53 for driving the joint part;
Torque sensor 51 for measuring the torque applied to the hand and
It includes a control unit for controlling the torque of the motor 53 on the basis of the magnitude of the torque measured by the torque sensor 51,
The joint part includes a first link 11, a second link 12, and a third link 13,
One end of the second link 12 is rotatably provided to the connecting portion 15, one end of the third link 13 is rotatably provided to the joint support 21, and the second link ( 12 and the other end of the third link 13 are rotatably provided with respect to each other, one end of the first link 11 is rotatably provided to the second link 12, and the other end is provided with a joint support ( Provided rotatably at 21),
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 길이 조절 링크(40)는,
가이드 홈(47)을 가진 가이드 부재(41)와,
상기 가이드 홈(47)을 따라 이동가능하게 제공되고, 상기 연결부(15)가 삽입되어 고정되는 고정홀(46)이 형성된 조절부(44)와,
상기 가이드 부재(41)의 끝단에 회동가능하게 제공되고, 손가락 끝이 연결되는 손가락 지지부(43)를 포함하는,
손 재활 로봇 기구. The method according to claim 3,
The length adjustment link 40,
A guide member 41 having a guide groove 47,
An adjusting part 44 provided to be movable along the guide groove 47 and having a fixing hole 46 to which the connection part 15 is inserted and fixed;
It is provided rotatably at the end of the guide member 41, and includes a finger support 43 to which the finger tip is connected,
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 연결부(15)의 단면은 원형이고, 상기 고정홀(46)은 상기 연결부(15)의 단면에 대응하는 원형이며,
상기 길이 조절 링크(40)는 상기 연결부(15)에 대하여 회동가능한,
손 재활 로봇 기구. The method of claim 6,
The cross section of the connecting portion 15 is circular, and the fixing hole 46 is circular corresponding to the cross section of the connecting portion 15,
The length adjusting link 40 is rotatable relative to the connecting portion 15,
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 엄지 손가락 관절부는 회전 조인트부(33), 제4 링크(31), 제5 링크(32) 및 엄지 손가락 지지부(35)를 포함하고,
상기 회전 조인트부(33)는 상기 관절 지지부(21)에 대하여 회동가능하게 제공되고,
상기 제5 링크(32)는 일단부가 상기 회전 조인트부(33)에 회동가능하게 제공되고,
상기 제4 링크(31)의 일단부는 상기 제5 링크(32)의 타단부에 회동가능하게 제공되고,
상기 엄지 손가락 지지부(35)는 상기 제4 링크(31)의 타단부에 회동가능하게 제공되는,
손 재활 로봇 기구.The method of claim 4,
The thumb joint part includes a rotary joint part 33, a fourth link 31, a fifth link 32, and a thumb support part 35,
The rotary joint portion 33 is provided rotatably with respect to the joint support portion 21,
One end of the fifth link 32 is rotatably provided to the rotary joint part 33,
One end of the fourth link 31 is provided rotatably at the other end of the fifth link 32,
The thumb support 35 is rotatably provided at the other end of the fourth link 31,
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 회전 조인트부(33)의 회전축과 상기 제5 링크(32)의 회전축은 수직하게 제공되는,
손 재활 로봇 기구.The method according to claim 8,
The axis of rotation of the rotary joint portion 33 and the axis of rotation of the fifth link 32 is provided vertically,
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 회전 조인트부(33)는 수동으로 제어되는,
손 재활 로봇 기구.The method according to claim 9,
The rotary joint 33 is manually controlled,
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 모터(53)는 상기 제1 링크(11)를 구동하는 것을 특징으로 하는,
손 재활 로봇 기구.The method according to claim 2 or 5,
The motor 53 is characterized in that for driving the first link 11,
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 제2 링크(12)에는 상기 제3 링크(13)가 소정의 각도 이상으로 꺽어지는 것을 방지하는 스토퍼(14)를 더 포함하는,
손 재활 로봇 기구.The method according to any one of claims 1 to 5,
The second link 12 further includes a stopper 14 which prevents the third link 13 from being bent over a predetermined angle.
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 길이 조절 링크(40)는 4개가 제공되는,
손 재활 로봇 기구.The method according to claim 3,
The length adjustment link 40 is provided with four,
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 제1 링크(11)가 상기 관절 지지부(21)에 연결된 부분은 상기 제3 링크(13)가 상기 관절 지지부(21)에 연결된 부분 보다 높게 형성된,
손 재활 로봇 기구.The method according to any one of claims 1 to 5,
The portion where the first link 11 is connected to the joint support 21 is formed higher than the portion where the third link 13 is connected to the joint support 21.
Hand rehabilitation robot apparatus.
상기 엄지 손가락 관절부는 양측의 관절 지지부(21)에 각각 제공되는,
손 재활 로봇 기구.The method according to claim 5,
The thumb joints are respectively provided on the joint support 21 on both sides,
Hand rehabilitation robot apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100071414A KR101098565B1 (en) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | Apparatus for hand rehabilitation |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100071414A KR101098565B1 (en) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | Apparatus for hand rehabilitation |
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|---|---|
| KR101098565B1 true KR101098565B1 (en) | 2011-12-26 |
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Family Applications (1)
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