KR101239404B1 - Apparatus and method for controlling finger exerciser - Google Patents

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Abstract

손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치으로서, 사람이 손가락을 펴는 동작에 필요한 최소힘의 평균값에 대한 정보를 저장하는 선행 정보부(prior information); 상기 선행 정보부에 의해 획득된 정보를 이용하여, 상기 손가락 재활 운동 장치를 이용하여 재활 운동을 하는 사용자가 손가락을 펼 때 필요한 최소힘을 계산하는 최소힘 계산부; 및 상기 최소힘 계산부에 의해 계산된 최소힘을 고려하여 결정되는 보조힘이 제공되었을 때, 상기 사용자의 손가락이 실제 펴진 각도와 특정 재활 동작의 손가락 자세에 따른 목표 각도의 차이로부터 상기 계산된 최소힘과 실제힘의 차이를 계산하는 오차 계산부를 포함하는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치가 제공된다.An active auxiliary control device of a finger rehabilitation exercise device, comprising: a prior information unit for storing information about an average value of minimum force required for a man's finger-stretching operation; A minimum force calculator configured to calculate a minimum force required when a user performing a rehabilitation exercise using the finger rehabilitation exercise device extends a finger by using the information obtained by the preceding information unit; And when the auxiliary force determined in consideration of the minimum force calculated by the minimum force calculation unit is provided, the calculated minimum from the difference between the actual extension angle of the user's finger and the target angle according to the finger posture of a specific rehabilitation operation. Provided is an active assist control device for a finger rehabilitation exercise device including an error calculation unit for calculating a difference between a force and an actual force.

Description

손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING FINGER EXERCISER}Active auxiliary control method and device of finger rehabilitation exercise device {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING FINGER EXERCISER}

본 발명은 손가락 재활 운동/훈련과 관련된 것으로서, 보다 구체적으로는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to finger rehabilitation exercise / training, and more particularly to an active auxiliary control method and apparatus of a finger rehabilitation exercise device.

뇌졸중 환자의 손 기능을 재활시키는 훈련에 필요한 손가락 보조힘은 일반인과 같은 정상적인 손 기능을 하기 위한 충분한 힘이 필요한 것이 아니고 특정작업 훈련을 수행하기 위한 최소한의 힘을 보조해주는 것이 더 효과적이다. 그리고 손가락 보조힘은 일정할 필요가 없고 재활환자의 상태나 동기 부여와 같은 다른 여러 요소에 따라 적절한 값으로 계속 변화되어야 한다.
Finger assistive forces, which are required for rehabilitation of stroke function in stroke patients, do not require sufficient force to perform normal hand functions such as the general public, and it is more effective to support the minimum force for performing specific task training. Finger assist forces need not be constant and must continue to change to appropriate values depending on other factors such as rehabilitation status and motivation.

본 발명은 뇌졸중 등으로 뇌 손상을 입은 환자 중 특히 손가락에 장애가 있는 환자의 손가락을 펴는 동작(신전, extension)을 보조하는 힘의 양을 계산하는 방법을 제공한다.
The present invention provides a method for calculating the amount of force to assist in the extension of the fingers (extension, extension) of a patient, especially a patient with a brain injury, such as stroke.

본 발명의 일 측면에 따르면, 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치로서, 사람이 손가락을 펴는 동작에 필요한 최소힘의 평균값에 대한 정보를 저장하는 선행 정보부(prior information); 상기 선행 정보부에 의해 획득된 정보를 이용하여, 상기 손가락 재활 운동 장치를 이용하여 재활 운동을 하는 사용자가 손가락을 펼 때 필요한 최소힘을 계산하는 최소힘 계산부; 및 상기 최소힘 계산부에 의해 계산된 최소힘을 고려하여 결정되는 보조힘이 제공되었을 때, 상기 사용자의 손가락이 실제 펴진 각도와 특정 재활 동작의 손가락 자세에 따른 목표 각도의 차이로부터 상기 계산된 최소힘과 실제힘의 차이를 계산하는 오차 계산부를 포함하는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치가 제공된다.
According to an aspect of the present invention, an active auxiliary control device of a finger rehabilitation exercise device, comprising: a prior information unit (prior information) for storing information on the average value of the minimum force required for the user's fingers stretched out; A minimum force calculator configured to calculate a minimum force required when a user performing a rehabilitation exercise using the finger rehabilitation exercise device extends a finger by using the information obtained by the preceding information unit; And when the auxiliary force determined in consideration of the minimum force calculated by the minimum force calculation unit is provided, the calculated minimum from the difference between the actual extension angle of the user's finger and the target angle according to the finger posture of a specific rehabilitation operation. Provided is an active assist control device for a finger rehabilitation exercise device including an error calculation unit for calculating a difference between a force and an actual force.

본 발명의 실시예에 의하면, 손가락이 펴진 각도를 측정하는 각도 측정부를 더 포함하고,According to an embodiment of the present invention, it further comprises an angle measuring unit for measuring the angle of spreading fingers,

상기 최소힘 계산부는, 상기 각도 측정부에 의해 측정된 상기 사용자의 현재 손가락 각도로부터 상기 특정 재활 동작의 손가락 자세를 취하는데 필요한 최소힘을, 상기 선행 정보부에 저장된 정보에 기초하여 계산할 수 있다.
The minimum force calculator may calculate a minimum force required to obtain a finger posture of the specific rehabilitation operation from the current finger angle of the user measured by the angle measurer based on the information stored in the preceding information unit.

본 발명의 실시예에 의하면, 근전도를 측정하는 근전도 측정부를 더 포함하고, According to an embodiment of the present invention, further comprising an EMG measurement unit for measuring the EMG,

상기 최소힘 계산부는, 상기 근전도 측정부에 의해 측정된 상기 사용자의 현재 근전도 값으로부터 상기 특정 재활 동작의 손가락 자세를 취하는데 필요한 최소힘을, 상기 선행 정보부에 저장된 정보에 기초하여 계산할 수 있다.
The minimum force calculator may calculate a minimum force required to take the finger posture of the specific rehabilitation operation from the current EMG value of the user measured by the EMG measurer based on the information stored in the preceding information unit.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 계산된 최소힘에 임의성을 제공하는 임의 잡음 신호 생성기(random noise signal generator)를 더 포함하고,According to an embodiment of the present invention, it further comprises a random noise signal generator that provides randomness to the calculated minimum force,

상기 사용자에게 제공되는 보조힘은, 상기 계산된 최소힘에 상기 임의 잡음 신호 생성기에 의해 생성된 임의 잡음 신호가 반영된다.
The auxiliary force provided to the user is a reflection of the random noise signal generated by the random noise signal generator in the calculated minimum force.

여기서, 상기 오차 계산부는, 상기 특정 재활 동작에 필요한 손가락 자세에 따른 목표 각도와 상기 실제 펴진 각도의 차이에 특정 상수값을 곱함으로써 상기 최소힘과 실제힘의 차이를 계산할 수 있다.
Here, the error calculator may calculate the difference between the minimum force and the actual force by multiplying the difference between the target angle according to the finger posture required for the specific rehabilitation operation and the actual unfolded angle by a certain constant value.

여기서, 상기 최소힘 계산부는, 상기 오차 계산부에 의해 계산된 상기 최소힘과 상기 실제힘의 차이에 기초하여, 상기 사용자가 상기 특정 재활 동작의 재활 운동을 하는데 보조할 최소힘을 갱신할 수 있다.
The minimum force calculator may update the minimum force to assist the user in rehabilitation of the specific rehabilitation operation based on the difference between the minimum force and the actual force calculated by the error calculator. .

여기서, 최소힘 계산부는, 선형 리그레션 모델(linear regression model), 칼만 필터(kalman filter) 및 베이시안 필터(bayesian filter) 중 적어도 하나에 의해 구현될 수 있다.
Here, the minimum force calculator may be implemented by at least one of a linear regression model, a Kalman filter and a Bayesian filter.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법으로서, 사람이 손가락을 펴는 동작에 필요한 최소힘의 평균값에 대한 정보를 저장하는 단계; 상기 손가락 재활 운동 장치를 이용하여 재활 운동을 하는 사용자가 손가락을 펼 때 필요한 최소힘을 계산하는 단계; 상기 계산된 최소힘을 고려하여 결정되는 보조힘이 제공되었을 때, 상기 사용자의 손가락이 실제 펴진 각도와 특정 재활 동작의 손가락 자세에 따른 목표 각도의 차이로부터 상기 계산된 최소힘과 실제힘의 차이를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 최소힘과 실제힘의 차이에 기초하여, 상기 사용자가 상기 특정 재활 동작의 재활 운동을 하는데 보조할 최소힘을 갱신하는 단계를 포함하는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법이 제공된다.
According to another aspect of the present invention, an active auxiliary control method of a finger rehabilitation exercise device, the method comprising: storing information on the average value of the minimum force required for the user's fingers stretched; Calculating a minimum force required when a user who performs a rehabilitation exercise using the finger rehabilitation exercise apparatus extends a finger; When the auxiliary force determined in consideration of the calculated minimum force is provided, the difference between the calculated minimum force and the actual force is obtained from the difference between the actual angle of the user's finger spread and the target angle according to the finger posture of the specific rehabilitation operation. Calculating; And updating the minimum force to assist the user in rehabilitation of the specific rehabilitation motion based on the difference between the calculated minimum force and the actual force. .

여기서, 상기 최소힘을 계산하는 단계는,Here, the step of calculating the minimum force,

손가락 각도 측정부에 의해 측정된 상기 사용자의 현재 손가락 각도로부터 상기 특정 재활 동작의 손가락 자세를 취하는데 필요한 최소힘을, 상기 선행 정보부에 저장된 정보에 기초하여 계산할 수 있다.
The minimum force required to take the finger posture of the specific rehabilitation operation from the current finger angle of the user measured by the finger angle measuring unit may be calculated based on the information stored in the preceding information unit.

여기서, 상기 최소힘을 계산하는 단계는,Here, the step of calculating the minimum force,

근전도 측정부에 의해 측정된 상기 사용자의 현재 근전도 값으로부터 상기 특정 재활 동작의 손가락 자세를 취하는데 필요한 최소힘을, 상기 선행 정보부에 저장된 정보에 기초하여 계산할 수 있다.
The minimum force required to take the finger posture of the specific rehabilitation operation from the current EMG value of the user measured by the EMG measuring unit may be calculated based on the information stored in the preceding information unit.

본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명의 실시예에 의하면, 뇌졸중 등으로 뇌 손상을 입은 환자 중 특히 손가락에 장애가 있는 환자의 손가락을 펴는 동작(신전, extension)을 보조하는 힘의 양을 계산할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, according to an embodiment of the present invention, it is possible to calculate the amount of force assisting the straightening (extension, extension) of the fingers of patients suffering from brain damage, such as stroke, especially those with a finger disorder. have.

도 1은 본 발명에 적용 가능한, 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치를 전반적으로 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1의 재활 운동 장치의 A-A 단면도.
도 3은 도 1의 재활 운동 장치의 또 다른 형태의 A-A 단면도.
도 4는 도 1의 재활 운동 장치의 작동 설명도.
도 5는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법 및 장치를 설명하기 블록 구성도.1 is a view for explaining the overall rehabilitation exercise apparatus for a neurological disorder patient, applicable to the present invention.
FIG. 2 is an AA sectional view of the rehabilitation exercise device of FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line AA of another embodiment of the rehabilitation exercise device of FIG. 1.
4 is an operation explanatory diagram of the rehabilitation exercise apparatus of FIG. 1.
5 is a block diagram illustrating a method and apparatus for actively assisting control of a finger rehabilitation exercise device.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention may be variously modified and have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, numerals (e.g., first, second, etc.) used in the description of the present invention are merely an identifier for distinguishing one component from another.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, in this specification, when an element is referred to as being "connected" or "connected" with another element, the element may be directly connected or directly connected to the other element, It should be understood that, unless an opposite description is present, it may be connected or connected via another element in the middle.

또한, 본 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the terms "~ unit", "~ group", "~ ruler", "~ module" as used herein refers to a unit for processing at least one function or operation, which means hardware or software or hardware and It can be implemented in a combination of software.

그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
In addition, it is intended to clarify that the division of the components in the present specification is only divided by the main functions in charge of each component. That is, two or more components to be described below may be combined into one component, or one component may be provided divided into two or more for each function. Each of the components to be described below may additionally perform some or all of the functions of other components in addition to the main functions of the components, and some of the main functions of each of the components are different. Of course, it may be carried out exclusively by.

본 발명은 뇌졸중 재활환자의 손가락에 보조 힘을 제공하는 구동기의 힘을 제어하는 방법론에 관한 것이다. 그리고 뇌졸중 재활을 효과적으로 유도하는 방법에 대한 지식, 즉 재활이론과 뇌 과학 분야의 이론이 제어 방법론에 반영되었다. 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법 및 장치에 관하여 이하 도 5를 참조하여 상세히 설명하되, 이에 앞서 본 발명의 능동 보조 제어 방법 및 장치가 적용될, 손가락 재활 운동 장치의 일 예시에 관하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
The present invention relates to a methodology for controlling the force of a driver to provide assistance to the fingers of a stroke rehabilitation patient. And knowledge of how to effectively induce stroke rehabilitation, that is, theory of rehabilitation theory and brain science, was reflected in the control methodology. An active auxiliary control method and apparatus of a finger rehabilitation exercise apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5 below. However, prior to this, the active auxiliary control method and apparatus of the present invention will be applied. An example will be described with reference to FIGS. 1 to 4.

[도 1 내지 도 4의 설명 - 손가락 재활 운동 장치]1 to 4-Finger Rehabilitation Exercise Device

본 발명에 적용 가능한 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치는, 뇌졸중 등의 신경장애 환자의 손에 착용하는 장갑의 형태로 손 운동을 보조하는 튜브를 설치하여 스스로 손을 움직이기 힘든 신경장애 환자의 손 움직임을 감지하고 지속적인 재활 운동을 돕는다.Rehabilitation exercise apparatus for a neurological disorder patient applicable to the present invention, the hand of a neurological disorder patient difficult to move his or her own hands by installing a tube for assisting hand movement in the form of a glove worn on the hand of a neurological disorder patient, such as stroke Detect movements and help with ongoing rehabilitation exercises.

본 명세서에서는, 재활 환자가 손가락 운동을 통한 재활 운동(훈련)에 이용하는 경우를 중심으로 설명하지만, 본 발명에 따른 재활 운동 장치는, 재활 목적 이외에도, 손가락의 근력을 키우거나 세밀한 손 동작의 연습이 요구되는 사람이 특정 목적을 위해 사용할 수도 있음은 물론이다. 일 예로, 손가락의 근력을 증대시켜야 할 특정 목적을 가진 자(예를 들어, 씨름 선수, 체조 선수 등과 같이 손의 악력을 크게 증대시킬 필요가 있는 자)에게도 본 발명의 손가락 재활 운동 장치는 유용하게 쓰일 수 있을 것임을 먼저 명확히 해둔다.
In the present specification, the rehabilitation patient will be described in the case of using the rehabilitation exercise (training) through the finger movement, the rehabilitation exercise apparatus according to the present invention, in addition to the purpose of rehabilitation, to increase the muscle strength of the finger or to practice the fine hand movement Of course, the required person may use it for a specific purpose. For example, the finger rehabilitation exercise device of the present invention is useful to those who have a specific purpose of increasing the strength of the finger (for example, a person who needs to greatly increase the grip of the hand such as a wrestler or a gymnast). Make it clear first that it can be used.

도 1은 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치를 전반적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면 본 발명에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치(100)는, 장갑체(10), 운동 보조 튜브(60), 컴프레서(70), 감지부(20, 30, 80) 및 제어부(40)를 포함하여 구성된다.1 is a view for explaining the overall rehabilitation exercise apparatus for a neurological disorder patient. Referring to FIG. 1, the rehabilitation exercise apparatus 100 for a neurological disorder patient according to the present invention includes a glove body 10, an exercise auxiliary tube 60, a compressor 70, a sensing unit 20, 30, and 80. It is configured to include a control unit 40.

장갑체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 손에 착용하는 통상의 장갑 형태를 가진다. 장갑체(10)는 그 재질이 제한되지 않으나 손의 움직임이 자유롭지 못한 신경장애 환자가 주된 사용자 임을 감안하면 손가락과 손의 움직임에 저항이 적은 부드러운 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 장갑체(10)에는 손의 움직임을 감지하는 각종 센서와 제어부(40), 컴프레서(70) 등의 다른 구성요소가 설치되어 이들을 고정하는 역할을 한다.The armor body 10 has the form of a conventional glove worn on the hand as shown in FIG. Armored body 10 is not limited in its material, but considering that the hand of the handicapped neuropathy patient is the main user is preferably made of a soft material with less resistance to finger and hand movement. The armored body 10 is provided with various sensors for detecting the movement of the hand, and other components such as the controller 40 and the compressor 70 to fix them.

장갑체(10)의 형상은 통상의 장갑과 같이 편안하게 다섯 손가락이 구분되어 삽입되는 형태가 바람직하다.The shape of the armor body 10 is preferably a form in which five fingers are separated and inserted comfortably as in the conventional gloves.

장갑체(10)의 각 손가락부에는 손가락의 길이 방향으로 운동 보조 튜브(60)가 설치된다. 운동 보조 튜브(60)는 공기가 주입되는 곳으로 공기가 새지 않도록 비닐 등의 유연한 합성수지재로 제작되는 것이 바람직하다. 신경장애 환자의 경우 손가락이 오므라져 있는 상태에서 손가락을 펴는 운동에 장애가 생기는 경우가 많으므로, 운동 보조 튜브(60)는 스스로 손가락을 완전히 펼치지 못하는 신경장애 환자의 손가락 운동을 보조하는 역할을 한다. 운동 보조 튜브(60)에 공기가 일정 이상의 압력으로 주입되면 운동 보조 튜브(60)는 공기압에 의해 막대 모양으로 펼쳐지도록 힘을 받게 되므로 사용자의 손가락이 펴지도록 보조하게 된다. 주입된 공기가 빠져나가면 다시 손가락이 오므라들게 되므로 손가락을 펼쳤다 오므리는 운동이 반복될 수 있게 된다.Each finger part of the armor body 10 is provided with an exercise auxiliary tube 60 in the longitudinal direction of the finger. The exercise auxiliary tube 60 is preferably made of a flexible synthetic resin material such as vinyl so as not to leak air to the place where the air is injected. In the case of a neuropathy patient, since the movement of extending the finger in a state where the finger is lifted is often caused, the exercise assistance tube 60 serves to assist the finger movement of the neuropathy patient who does not fully extend his or her finger. When air is injected into the exercise assisting tube 60 at a predetermined pressure or more, the exercise assisting tube 60 is forced to expand in a rod shape by air pressure, thereby assisting the user's fingers to be stretched. As the injected air escapes, the fingers are retracted, so the extended and retracted movements of the fingers can be repeated.

운동 보조 튜브(60)는 손가락의 바닥, 등, 측면 중 어느 곳에나 설치될 수 있다. 손가락은 바닥쪽으로 구부러지게 되므로 손가락의 움직임을 제약하지 않으면서 손가락의 운동을 보조하기 위해서는 손가락의 등 부위에 설치되는 것이 가장 바람직하다.The exercise assistance tube 60 may be installed at any of the bottom, the back, and the side of the finger. Since the finger is bent toward the bottom, it is most preferable to be installed at the back of the finger to assist the movement of the finger without restricting the movement of the finger.

운동 보조 튜브(60)는 손가락의 길이 방향으로 설치되는데, 튜브의 단면은 원형, 타원형 등 다양한 형태가 될 수 있다. 운동 보조 튜브(60)에 공기가 주입된 경우에 손가락의 펴는 운동을 잘 보조하기 위해서는 굽힘 응력에 대한 저항이 커야 하므로 굽힘응력에 대한 응력이 큰 아이(I)빔의 형태가 가장 바람직하다. 도 2와 도 3은 각각 운동 보조 튜브(60)의 단면을 나타낸 것인데 도 2는 단면이 타원형인 경우이며, 도 3은 단면이 아이(I) 빔의 형태인 경우이다. 도 3에 도시된 바와 같이 단면이 아이 빔의 형태인 경우에 내부 공기압에도 단면 형상을 I 자로 유지하기 위해서는 상부(61), 중간부(62), 하부(63)가 각각 구별되되 공기가 통과하여 동일한 압력을 가지도록 통공(64)이 형성되는 것이 바람직하다.Exercise auxiliary tube 60 is installed in the longitudinal direction of the finger, the cross section of the tube may be a variety of shapes, such as circular, oval. In the case where air is injected into the exercise auxiliary tube 60, the resistance to bending stress must be large in order to assist the straightening of the finger well, and thus the shape of the eye (I) beam having a large stress on bending stress is most preferable. 2 and 3 are cross-sectional views of the exercise assisting tube 60, respectively. FIG. 2 is an elliptical cross section, and FIG. 3 is a cross section of an eye beam. As shown in FIG. 3, the upper portion 61, the middle portion 62, and the lower portion 63 may be distinguished from each other in order to maintain the cross-sectional shape as an I-shape even when the cross section is in the form of an eye beam. Preferably, the through holes 64 are formed to have the same pressure.

운동 보조 튜브(60)에 공기를 주입하기 위하여 컴프레서(70)가 구비된다. 컴프레서는 공기를 압축하여 운동 보조 튜브(60)에 공기를 주입하는 장치로 실린더형과 로터리형 등이 있다. 어떤 형태의 압축방식인지는 제한되지 않는다. 다만 손가락을 펼치기 위해 운동 보조 튜브(60)에 주입되는 공기의 압력이 크게 요구되지는 않으므로 소형 모터에 의해서 구동되는 작고 가벼운 소형 컴프레서인 것이 바람직하다. A compressor 70 is provided to inject air into the exercise assistance tube 60. The compressor is a device that compresses air and injects air into the exercise auxiliary tube 60, and includes a cylinder type and a rotary type. The type of compression is not limited. However, since the pressure of the air injected into the exercise auxiliary tube 60 is not required to spread the fingers, it is preferable that the compressor is a small and light compact compressor driven by a small motor.

컴프레서(70)와 운동 보조 튜브(60)의 사이에는 공급되는 공기의 역류를 방지하도록 작동되는 체크밸브(check valve, 75))가 설치되는 것이 바람직하다. 컴프레서(70)에서 운동 보조 튜브(60)로 공기가 이동하는 경우에는 밸브(75)가 개방되고 반대로 공기가 이동하려 할때에는 밸브(75)가 닫혀 공기가 빠져나가지 못하도록 유지된다. 제어부(40)의 신호에 따라 밸브(75)가 개방되면 공기가 외부로 배출된다. 본 발명에서는 전기적 신호에 따라 밸브가 개폐되는 솔레노이드형 체크밸브가 사용되는 것이 바람직하다.Between the compressor 70 and the exercise auxiliary tube 60 is preferably provided a check valve (75) which is operated to prevent the back flow of the supplied air. When air moves from the compressor 70 to the exercise assisting tube 60, the valve 75 is opened. On the contrary, when the air is about to move, the valve 75 is closed to keep the air from escaping. When the valve 75 is opened in response to a signal from the controller 40, air is discharged to the outside. In the present invention, it is preferable that a solenoid type check valve for opening and closing the valve in accordance with an electrical signal is used.

재활 운동을 하는 신경장애 환자의 손과 손가락의 운동을 감지하기 위하여 감지부(20, 30, 80)가 구비된다. 감지부(20, 30, 80)는 구체적으로 손가락의 굽혀진 정도를 측정하는 손가락 굽힘 감지부(20)와 손의 위치와 손의 움직임을 측정하는 손 운동 감지부(30) 및 사용자의 근전도를 측정하는 근전도 측정부(80)를 포함할 수 있다. Sensors 20, 30, and 80 are provided to detect the movement of the hand and finger of the neurological disorder patient doing rehabilitation. The detectors 20, 30, and 80 may specifically measure the bending of the finger 20, which measures the degree of bending of the finger, the hand motion detector 30, which measures the position and movement of the hand, and the EMG of the user. It may include an EMG measuring unit 80 to measure.

먼저 손가락의 굽혀진 정도를 측정하기 위하여 손가락 굽힘 감지부(20)가 구비된다. 손가락의 굽혀진 정도를 측정하는 방법은 다양할 것이나 가장 쉽게 구부러진 정도를 측정할 수 있도록 플렉스 센서(Flex Sensor)를 채택하는 것이 가장 바람직하다. 플렉스 센서는 구부러진 정도에 따라 저항값이 달라져 측정된 저항값에 따라 구부러진 정도를 감지하는 센서이다. 플렉스 센서는 각 손가락 마다 개별적으로 설치된다. 즉, 5개의 센서가 부착된다. 부착된 센서는 각 손가락의 움직임을 독립적으로 감지하게 된다. 플렉스 센서는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 운동 보조 튜브(60)와 장갑체(10)의 사이에 장착되는 것이 가장 바람직하며, 플렉스 센서와 운동 보조 튜브(60)는 외피(15)에 의해 장갑체(10)와 분리되지 않도록 고정된다.First, the finger bend detection unit 20 is provided to measure the degree of bending of the finger. The method of measuring the degree of bending of the finger will vary, but it is most preferable to adopt a flex sensor to measure the degree of bending most easily. The flex sensor is a sensor that detects the degree of bending according to the measured resistance value because the resistance value varies depending on the degree of bending. The flex sensor is installed separately for each finger. That is, five sensors are attached. The attached sensor detects the movement of each finger independently. Most preferably, the flex sensor is mounted between the exercise assist tube 60 and the armored body 10 as shown in FIGS. 2 to 4, and the flex sensor and the exercise assist tube 60 are attached to the shell 15. It is fixed not to be separated from the armor body (10).

손의 운동을 감지하기 위하여 손 운동 감지부(30)가 구비된다. 손 운동 감지부(30)는 장갑체(10)의 손등 또는 손바닥 부분 어느 곳에나 설치될 수 있다. 다만 손의 자유로운 운동을 보장하기 위해서는 손등 부위에 부착되는 것이 가장 바람직하다. 손 운동을 감지하는 센서는 다양한 종류가 채택될 수 있으나, 본 발명에서는 가속도 센서, 자이로 센서, 관성측정유닛(IMU : Inetial Measurement Unit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 가속도 센서, 자이로 센서 및 가속도 센서와 자이로 센서의 혼합형태인 관성측정유닛 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 손 운동 감지부(30)로 채택할 수 있다. 상기의 센서들을 이용하면 손의 상/하/좌/우/전/후 방향의 움직임과 손의 회전된 정도 등 손 운동에 관한 정보를 얻을 수 있게 된다.In order to detect the motion of the hand, the hand motion detector 30 is provided. The hand motion detection unit 30 may be installed at the back of the hand or palm of the glove body 10. However, to ensure the free movement of the hand is most preferably attached to the back of the hand. Various types of sensors for detecting hand movements may be adopted, but in the present invention, it is preferable to include at least one of an acceleration sensor, a gyro sensor, and an inertial measurement unit (IMU). Any one or a combination of an acceleration sensor, a gyro sensor, and an inertial measurement unit which is a mixture of the acceleration sensor and the gyro sensor may be adopted as the hand motion detection unit 30. Using the sensors, it is possible to obtain information about hand movements such as the movement of the hands up / down / left / right / front / rear and the degree of rotation of the hands.

사용자의 운동 의지를 파악하기 위해서는 근전도 센서가 사용될 수 있다. 근전도 센서는 골격근의 수축시에 발생하는 근 활동전류를 증폭하여 감지하는 센서를 말한다. 뇌졸중 등의 신경장애 환자의 경우 자유롭게 손을 움직일 수는 없으나 손가락을 움직이려 할 때 미세한 근 활동전류의 변화는 측정할 수 있다. 근전도 센서에 의해 환자의 운동 의지가 감지되면 운동 보조 튜브(60)에 공기가 주입되어 손가락을 펼칠 수 있도록 보조하게 된다.The EMG sensor may be used to determine the user's willingness to exercise. The EMG sensor refers to a sensor that amplifies and detects the muscle active current generated during contraction of skeletal muscle. In patients with neurological disorders such as stroke, they cannot move their hands freely, but when they try to move their fingers, they can measure minute changes in muscle active current. When the patient's exercise intention is detected by the EMG sensor, air is injected into the exercise assistance tube 60 to assist the fingers to be extended.

감지부에서 감지된 신호는 제어부(40)로 전달된다. 즉, 제어부(40)는 근전도 측정부(80), 손가락 굽힘 감지부(20), 손 운동 감지부(30)로부터 감지된 신호를 토대로 콤프레서(70)의 구동상태를 제어하게 된다. 또한, 제어부(40)는 각 감지부에서 감지된 신호를 통신 모듈(50)을 통해 원격으로 연동되는 모바일 단말(200)로 전송한다. 전송된 신호는 모바일 단말(200)에 데이터로 기록되거나 모바일 단말(200)에 구동중인 프로그램을 조작하는 신호로 활용할 수 있다.The signal detected by the detector is transmitted to the controller 40. That is, the controller 40 controls the driving state of the compressor 70 based on the signals detected from the EMG measuring unit 80, the finger bend detecting unit 20, and the hand movement detecting unit 30. In addition, the control unit 40 transmits a signal sensed by each sensing unit to the mobile terminal 200 which is remotely linked through the communication module 50. The transmitted signal may be recorded as data in the mobile terminal 200 or used as a signal for manipulating a program running on the mobile terminal 200.

도 1에 도시된 바와 같이 재활 운동 장치(100)는 모바일 단말(200)과 데이터를 주고 받을 수 있으며, 모바일 단말(200)은 관리서버(300)와 데이터를 주고 받을 수 있다. 재활 환자가 본 발명에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치를 사용하게 되면, 모바일 단말(200)을 통해 관리서버에 재활 운동 기록이 저장될 수 있다. As shown in FIG. 1, the rehabilitation apparatus 100 may exchange data with the mobile terminal 200, and the mobile terminal 200 may exchange data with the management server 300. When a rehabilitation patient uses a rehabilitation exercise device for a neurological disorder patient according to the present invention, the rehabilitation exercise record may be stored in the management server through the mobile terminal 200.

재활 운동 장치의 작동원리를 살핀다. 본 발명에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치를 착용한 재활 환자가 손가락을 펴려고 하면 근전도 센서에 의해 환자의 운동 의지가 근 활동전류의 측정에 의해 감지되고, 감지된 신호는 제어부(40)에 전달된다. 제어부(40)는 컴프레서(70)를 구동시켜 운동 보조 튜브(60)로 공기를 주입한다. 운동 보조 튜브(60)에 공기가 주입되어 일정 압력 이상이 되면 운동 보조 튜브(60)는 손가락이 펴지도록 보조한다. 압력측정부(90)에 의해 측정된 운동 보조 튜브(60) 내부의 압력이 일정 이상으로 감지되거나 되거나 플렉스 센서에 의해 손가락이 일정이상 펴진 것이 감지되면 감지 신호를 받은 제어부(40)에 의해 컴프레서(70)의 구동이 정지된다. 컴프레서의 구동이 정지되어도 체크밸브(75)에 의해 폐쇄되어 운동 보조 튜브(60) 내의 압력이 유지된다. 재활 환자가 손가락을 구부리려 하면 근전도 센서를 통해 제어부(40)가 감지하여 체크밸브를 개방하고 운동 보조 튜브(60) 내의 공기가 배출되어 손가락이 오므라지게 된다. 상기와 같은 운동의 반복으로 손가락을 쥐고 펴는 재활 운동을 반복적으로 수행하게 된다. 또한, 관리서버(300)에 저장된 각 환자별 맞춤 프로그램에 의해 재활 운동이 수행되도록 할 수도 있다.
Understand how the rehabilitation apparatus works. When a rehabilitation patient wearing a rehabilitation exercise device for a neurological disorder patient according to the present invention tries to straighten a finger, the exercise will of the patient is detected by the EMG sensor by measuring the muscle active current, and the detected signal is controlled by the controller 40. Is passed on. The controller 40 drives the compressor 70 to inject air into the exercise assistance tube 60. When air is injected into the exercise assisting tube 60 to be above a predetermined pressure, the exercise assisting tube 60 assists the fingers to be stretched out. When the pressure inside the exercise auxiliary tube 60 measured by the pressure measuring unit 90 is detected to be above a certain level or when the finger is extended by a certain time by the flex sensor, the compressor 40 receives a detection signal. 70) is stopped. Even if the compressor is stopped, the check valve 75 is closed to maintain the pressure in the exercise auxiliary tube 60. When the rehabilitation patient attempts to bend the finger, the control unit 40 senses the EMG sensor, opens the check valve, and discharges the air in the exercise auxiliary tube 60 to lift the finger. By repetition of the above exercise, the rehabilitation exercise is held repeatedly by holding a finger. In addition, the rehabilitation exercise may be performed by the program for each patient stored in the management server 300.

[도 5의 설명 - 능동 보조 제어 장치 및 방법]5-Active Auxiliary Control Device and Method

도 5는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법 및 장치를 설명하기 블록 구성도이다. 이하, 도 5를 참조하여, 각 구성부의 기능에 대해 설명한다.Figure 5 is a block diagram illustrating a method and apparatus for active assist control of the finger rehabilitation exercise device. Hereinafter, with reference to FIG. 5, the function of each structure part is demonstrated.

도 5에 도시된 능동 보조 제어 장치는 손가락 재활 운동 장치에 탑재되어, 손가락 재활 운동 장치를 이용하여 재활 운동을 하는 사용자의 재활 동작을 보조할 수 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 손가락 각도 측정부(520) 또는/및 근전도 측정부(530)는 본 발명의 능동 보조 제어 장치 자체에 기능 탑재되어 있지 않더라도, 도 1의 재활 운동 장치(100)에 포함된 동일/유사 기능의 구성에 의해 대체될 수도 있다. 즉, 도 5에서 손가락 각도 측정부(520) 및 근전도 측정부(530)는 본 발명의 능동 보조 제어 장치에 반드시 포함되어야만 하는 구성은 아니며, 도 5는, 사용자가 사용하는 손가락 재활 운동 장치에 도 1에서와 같이 손가락 각도 측정 또는/및 근전도 측정이 가능한 구성요소가 포함되어 있지 않은 경우를 가정한 블록도이다. 따라서, 손가락 각도 측정부(520) 및 근전도 측정부(530)의 구체적 구현례는 앞서 도 1을 통해 설명한 동일/유사 구성의 경우와 동일 또는 유사할 수 있는 바, 여기에서는 그 중복되는 설명은 생략하기로 한다.The active auxiliary control device illustrated in FIG. 5 may be mounted on a finger rehabilitation exercise device to assist a user in rehabilitation by using a finger rehabilitation exercise device. In this case, the finger angle measuring unit 520 and / or EMG measuring unit 530 shown in FIG. 5 is not included in the active auxiliary control device itself of the present invention, even if the rehabilitation exercise apparatus 100 of FIG. It may be replaced by the configuration of the same / similar function included. That is, in FIG. 5, the finger angle measuring unit 520 and the EMG measuring unit 530 are not necessarily included in the active auxiliary control device of the present invention, and FIG. 5 illustrates the finger rehabilitation exercise device used by the user. As shown in FIG. 1, the block diagram assumes that a component capable of measuring finger angle and / or electromyography is not included. Accordingly, specific implementation examples of the finger angle measuring unit 520 and the EMG measuring unit 530 may be the same as or similar to those of the same / similar configuration described with reference to FIG. 1. Let's do it.

또한 본 발명에 따른 능동 보조 제어 장치(또는 본 장치에 의해 실행되는 구체적 기능들 또는 방법)는 실시예에 따라, 손가락 재활 운동 장치에 직접 탑재되지 않고, 손가락 재활 운동 장치와 통신하는 사용자의 통신 단말(도 1의 모바일 단말(200) 참조)에 탑재되거나 또는 상기 통신 단말과 통신하는 외부의 서버(도 1의 관리 서버(300) 참조)에 탑재 구현될 수도 있음은 물론이다.In addition, the active auxiliary control device (or specific functions or methods executed by the device) according to the present invention, according to the embodiment, is not directly mounted on the finger rehabilitation exercise device, the communication terminal of the user communicating with the finger rehabilitation exercise device It may be implemented in a mount (see the mobile terminal 200 of FIG. 1) or on an external server (see management server 300 of FIG. 1) to communicate with the communication terminal.

선행 정보부(510)는 사람이 손가락을 펴는 동작을 수행하는데 필요한 최소힘의 평균값에 대한 정보를 저장한다. 이때, 저장되는 최소힘의 평균값은, 뇌졸중 환자가 아닌 일반인이 손가락을 펴는 동작에 필요한 최소힘의 평균값에 대한 정보일 수 있다. 미리 다수의 사람들이 손을 펴는 동작을 하도록 하여 그때의 힘을 측정하고 이의 평균치를 저장해둔 것일 수 있다.The preceding information unit 510 stores information on the average value of the minimum force required to perform a user's fingers spread. In this case, the average value of the minimum force to be stored may be information about the average value of the minimum force required for the fingers stretched by the general public, not the stroke patient. Many people may have their hands open in advance to measure the force at that time and store the average value.

또한 이때, 선행 정보부(510)에 저장되는 최소힘의 평균값은, 손가락을 완전히 오므린 상태에서 완전히 펼 때까지 필요한 일반인들의 최소힘의 평균값일 수도 있고, 손가락이 구부러진 각도(또는 반대로 펴진 각도) 별로 특정 각도(이 또한 손가락을 완전히 편 상태의 각도일 수도 있지만, 특정 재활 동작에 따른 손가락 자세에 대응되는 손가락 각도일 수도 있음)까지 손가락을 펴는데 필요한 최소힘의 평균값들을 각각 저장해둔 것일 수도 있다.In this case, the average value of the minimum force stored in the preceding information unit 510 may be the average value of the minimum force required of the general public until the finger is fully extended in a state of fully closed, or by the angle at which the finger is bent (or the opposite angle). Each of the average values of the minimum force required to straighten a finger to a certain angle (which may also be an angle with the finger fully open, but may also be a finger angle corresponding to a finger posture according to a specific rehabilitation operation) may be stored.

그리고 손가락 각도 측정부(520)는, 손가락 관절마디의 각도를 측정하는 센서 (예, Flexpoint센서)를 각 손가락별 하나 혹은 모든 마디에 부착하여 손가락 각도를 측정하여 최소힘 계산부로 그 값을 전달할 수 있다. 또한 근전도 측정부(530)는, 손가락을 펴는 동작(신전, extension)에 관련된 근육의 근전도를 근전도 센서로 측정하여 최소힘 계산부로 그 값을 전달할 수 있다.In addition, the finger angle measuring unit 520 may attach a sensor (eg, Flexpoint sensor) that measures the angle of the finger joint node to one or all nodes of each finger, measure the finger angle, and transmit the value to the minimum force calculator. have. In addition, the EMG measurement unit 530, by measuring the EMG of the muscles associated with the fingers spread (extension, extension) with the EMG sensor may transmit the value to the minimum force calculation unit.

도 5의 경우 손가락 각도 측정을 위한 구성과 근전도 측정을 위한 구성을 모두 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 최소힘 계산의 경우 이 중 어느 하나의 값(즉, 손가락 각도 또는 근전도 값)만을 이용하여도 계산 가능할 수 있는 바, 이 중 일부 구성만을 구비할 수도 있음은 물론이다. 또한, 손가락 각도 측정 또는 근전도 측정은 모두, 재활 운동 환자가 손가락을 펴는 동작을 수행하는데 필요한 최소힘을 예측해내는데 활용하는 것인 바, 그 최소힘 예측이 가능하다면 이외에도 다양한 기초 데이터 측정 구성이 이용될 수도 있다. 다만, 이하에서는 손가락 각도 측정 또는 근전도 측정의 경우를 중심으로 설명하기로 한다.In the case of Figure 5 is shown to include both the configuration for measuring the finger angle and the configuration for EMG, but in the case of the minimum force calculation is calculated using only one of these values (that is, the finger angle or EMG value) As may be possible, only some of them may be provided. In addition, the finger angle measurement or the EMG measurement are all used to estimate the minimum force required for the rehabilitation patient to perform a finger spreading operation, and various basic data measurement configurations may be used in addition to the minimum force prediction. It may be. However, hereinafter, the description will be made based on the case of finger angle measurement or EMG measurement.

최소힘 계산부(540)는 선행 정보부(510)에 의해 저장된 정보와, 손가락 각도 측정부(520) 또는/및 근전도 측정부(530)에서 측정된 측정 값에 기초하여, 손가락 재활 운동 장치를 이용하여 재활 운동을 하는 사용자가 손가락을 펼 때 필요한 최소힘을 계산한다. 이때, 최소힘 계산은 다음과 같은 방법에 의할 수 있다.The minimum force calculator 540 uses a finger rehabilitation exercise device based on the information stored by the preceding information unit 510 and the measured values measured by the finger angle measuring unit 520 or / and the EMG measuring unit 530. To calculate the minimum force required by the user of the rehabilitation exercise. At this time, the minimum force may be calculated by the following method.

일 예로, 최소힘 계산부(540)는, 손가락 각도 측정부(520)에 의해 측정된 사용자의 현재 손가락 각도로부터 특정 재활 동작의 손가락 자세를 취하는데 필요한 최소힘을, 선행 정보부(510)에 저장된 정보에 기초하여 계산할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 도 1에 도시된 장갑 형태의 재활 운동 장치를 착용한 상태에서 특정 재활 동작에 따라 손가락을 펴는 동작을 취하고자 한다고 가정한다. 이 경우, 손가락 각도 측정부(520)는 사용자의 현재(즉, 그 특정 재활 동작을 취하기 전 상태) 손가락 각도를 측정할 수 있다. 이때 측정된 현재 손가락 각도는 최소힘 측정부(540)로 전달되며, 최소힘 측정부(540)는 현재 손가락 각도에서 특정 재활 동작에 따른 손가락 자세로 변화하는데 필요한 최소힘을 선행 정보부(510)에 저장된 데이터를 참조하여 계산할 수 있다. 예를 들어, 현재 상태의 손가락 각도에서 특정 재활 동작에 따른 손가락 자세로 변화하기 위해서 손가락 각도가 50도 이상 펴져야 한다면, 그 50도만큼 펴지는데 필요한 최소힘을 선행 정보부(510)에 저장된 데이터들을 참조하여 계산하는 방식을 이용할 수 있다.For example, the minimum force calculator 540 may store the minimum force required to obtain a finger posture of a specific rehabilitation operation from the current finger angle of the user measured by the finger angle measurer 520 in the preceding information unit 510. Can be calculated based on the information. For example, it is assumed that a user intends to take a gesture of extending a finger according to a specific rehabilitation operation while wearing a glove-type rehabilitation exercise device shown in FIG. 1. In this case, the finger angle measuring unit 520 may measure the current finger angle (ie, the state before taking the specific rehabilitation operation) of the user. In this case, the measured current finger angle is transmitted to the minimum force measuring unit 540, and the minimum force measuring unit 540 transmits the minimum force required to change from the current finger angle to the finger posture according to a specific rehabilitation operation to the preceding information unit 510. It can be calculated by referring to the stored data. For example, if the finger angle needs to be extended by 50 degrees or more in order to change from the current finger angle to the finger posture according to a specific rehabilitation operation, the data stored in the preceding information unit 510 is obtained by applying the minimum force required to extend the 50 degrees. The calculation method can be used as a reference.

다른 예로, 최소힘 계산부(540)는, 근전도 측정부(530)에 의해 측정된 사용자의 현재 근전도 값으로부터 상기 특정 재활 동작의 손가락 자세를 취하는데 필요한 최소힘을 구할 수 있으며, 이때에도 선행 정보부(510)에 저장된 정보를 참조할 수 있다. 또 다른 예로, 최소힘 계산은 앞서 설명한 두 가지 방식(손가락 각도 이용 방식와 근전도 값 이용 방식)을 함께 고려할 수도 있을 것이다.As another example, the minimum force calculation unit 540 may obtain the minimum force required to take the finger posture of the specific rehabilitation operation from the current EMG value of the user measured by the EMG measurement unit 530, and the prior information unit Reference may be made to information stored at 510. As another example, the minimum force calculation may take into account the two methods described above (finger angle and electromyogram).

상술한 바에 따라 최소힘이 계산되면, 그 계산된 최소힘을 고려하여 사용자에게 제공할 보조힘을 결정한다. 이때, 보조힘은 계산된 최소힘과 동일한 세기의 힘일 수도 있지만, 이하 후술할 바와 같이 그 계산된 최소힘에 임의성이 부가된 세기의 힘일 수도 있다. 이때 결정된 보조힘은 다음과 같은 방법에 의해 사용자의 재활 운동에 보조될 수 있다. 이를 도 1 내지 도 4의 재활 운동 장치의 경우를 참조하여 설명하면, 제어부(40)가 컴프레서(70)를 구동시켜 운동 보조 튜브(60)로 상기 보조힘 만큼의 팽창력을 부여함으로써, 뇌졸중 환자 등과 같이 신경 장애로 손가락을 본인의 의지대로 움직이기 어려운 경우에 이를 보조함이 바로 그 예이다.When the minimum force is calculated as described above, the auxiliary force to be provided to the user is determined in consideration of the calculated minimum force. In this case, the auxiliary force may be a force of the same intensity as the calculated minimum force, but may be a force of intensity added to the calculated minimum force as described below. In this case, the determined auxiliary force may be assisted in the rehabilitation exercise of the user by the following method. Referring to the case of the rehabilitation exercise apparatus of FIGS. 1 to 4, the control unit 40 drives the compressor 70 to impart the expansion force as much as the assisting force to the exercise assisting tube 60, such as a stroke patient. Likewise, if a finger is unable to move a finger at will because of a neurological disorder, this is an example.

이후, 오차 계산부(550)는 상기 보조힘이 제공되었을 때, 사용자의 손가락이 실제 펴진 각도와 특정 재활 동작의 손가락 자세에 따른 목표 각도의 차이로부터, 앞서 계산된 최소힘과 실제힘 간의 힘의 차이를 계산한다. 이러한 오차 계산은 사용자에 의한 이후의 재활 운동에 보다 적합한 보조힘을 결정해내기 위한 것이다. 즉, 최초 계산된 최소힘을 고려한 보조힘이 제공되었을 때, 어떤 경우는 너무 많은 보조힘이 제공된 결과로 사용자가 운동 효과를 보지 못하는 경우가 발생할 수 있고, 경우에 따라 그 반대 경우도 발생할 수 있다. 따라서, 오차 계산부(550)에 의해 계산된 적용된 최소힘과 실제힘 간의 힘의 차이에 따라, 너무 과도한 보조힘이 제공된 경우는 그 보조힘을 낮추고, 반대로 보조힘이 과소한 경우 보조힘을 증가시킬 필요가 있다. 이와 같이, 오차 계산부(550)에 의해 계산된 오차 결과는 사용자의 재활 운동의 효과를 높이기 위해 다음 번 재활 동작의 능동 보조 제어를 위한 기초 정보로서 활용된다.Then, the error calculation unit 550, when the auxiliary force is provided, from the difference between the actual angle of the user's finger stretched and the target angle according to the finger posture of the specific rehabilitation operation, the force between the minimum force and the actual force previously calculated Calculate the difference. This error calculation is intended to determine the assist force more suitable for subsequent rehabilitation by the user. That is, when a supplemental force is provided considering the first calculated minimum force, in some cases, the user may not see the exercise effect as a result of providing too much assist force, and in some cases, the opposite may also occur. . Therefore, according to the difference between the applied minimum force and the actual force calculated by the error calculation unit 550, if too much auxiliary force is provided, the auxiliary force is lowered, and if the auxiliary force is too small, the auxiliary force is increased. I need to. As such, the error result calculated by the error calculator 550 is used as basic information for the active auxiliary control of the next rehabilitation operation in order to increase the effect of the user's rehabilitation exercise.

위와 같이 오차 계산이 완료되면, 최소힘 계산부(540)는, 오차 계산부(550)에 의해 계산된 상기 최소힘과 상기 실제힘의 차이에 기초하여, 사용자가 특정 재활 동작의 재활 운동을 하는데 보조할 최소힘을 갱신한다.When the error calculation is completed as described above, the minimum force calculation unit 540, based on the difference between the minimum force and the actual force calculated by the error calculation unit 550, the user performs a rehabilitation exercise of a specific rehabilitation operation Update the minimum force to assist.

이를 위해, 최소힘 계산부(540)는, 최소힘 계산 및 재활 운동 과정에서의 사용자의 재활운동결과 및 습득(재활학습)능력을 반영한 최소힘 갱신을 위해, 하기와 같은 수학적 모델로 구현될 수 있다. 여기서, 수학적 모델은 간단한 linear regression부터, Kalman filter를 이용한 Optimal estimation, Bayes확률이론을 활용한 Bayesian estimation등 다양한 방법이 있을 수 있다.To this end, the minimum force calculator 540 may be implemented with a mathematical model as follows for minimum force update reflecting the user's rehabilitation results and learning (rehabilitation) ability in the minimum force calculation and rehabilitation exercise process. have. Here, the mathematical model may include various methods such as simple linear regression, optimal estimation using Kalman filter, and Bayesian estimation using Bayes probability theory.

만약 다음과 같이 간단한 linear regression방법을 사용할 경우, If you use the simple linear regression method,

y = f(x)y = f (x)

라는 수학적 모델을 가정하고,Assume a mathematical model called

y를 최소힘이라고 가정 하고,Assume y is the minimum force

x=(x1, x2)=(손가락 각도 측정부(520) 출력값, 근전도 측정부(530) 출력값) 하면,If x = (x1, x2) = (finger angle measuring unit 520 output value, EMG measuring unit 530 output value),

y = f(x) = Axy = f (x) = Ax

라고 할 수 있다.
.

A=(a1, a2)를 계산해내면 x 즉, 손가락 각도 측정부(520) 출력값, 근전도 측정부(530) 출력값을 측정했을때 최소힘 y를 구할수 있다.By calculating A = (a1, a2), the minimum force y can be obtained when x, i.e., the output value of the finger angle measuring unit 520 and the output value of the EMG measuring unit 530 are measured.

A의 초기값 A_(0)는 y의 초기값 y0를 보통사람이 손가락을 펴는 동작에 필요한 최소한의 힘 (이하 최소힘)의 평균값, 즉, 선행정보부(510)의 출력값이라고 가정하고(혹은 경험적으로 초기값을 설정할 수도 있다), 초기에 x에 대해서 두 개의 sample을 구해서 A의 초기값 A_(0)를 구한다.The initial value A_ (0) of A assumes that the initial value y0 of y is the average value of the minimum force (hereinafter, the minimum force) required for an ordinary person's finger spreading operation, that is, the output value of the preceding information unit 510 (or empirical). You can also set the initial value with), and initially find two samples of x and get the initial value of A_ (0).

그리고 나서는 A값은 오차최소힘의 제곱을 최소화하는 즉, E = (B*(목표손가락각도-실제손가락각도))^2 = (B*(목표손가락각도-x2))^2를 최소화하도록 한다.The value of A then minimizes the square of the error minimum force, that is, E = (B * (target finger angle-actual finger angle)) ^ 2 = (B * (target finger angle-x2)) ^ 2 .

E를 x에 대해서 편미분하여 상수만큼 곱하여 A에 더하여 A값을 갱신하면,If you multiply E by x, multiply it by a constant, add A to A, and update A,

A_(n+1) =A_(n)+ (B*C1*2(목표손가락각도-x2), B*C2*2(목표손가락각도-x2)) = (a1_(n)+B*C1*2(목표손가락각도-x2), a2_(n) +B*C2*2(목표손가락각도-x2))로 나타내어진다.
A_ (n + 1) = A_ (n) + (B * C1 * 2 (target finger angle-x2), B * C2 * 2 (target finger angle-x2)) = (a1_ (n) + B * C1 * 2 (target finger angle-x2) and a2_ (n) + B * C2 * 2 (target finger angle-x2).

여기서 B*C1, B*C2를 각각 D1, D2로 치환하면Where B * C1 and B * C2 are replaced with D1 and D2, respectively.

A_(n+1)=(a1_(n)+D1*2(목표손가락각도-x2), a2_(n)+D2*2(목표손가락각도-x2))이고, 여기서 D1, D2는 임의의 값을 경험적으로 설정하는 상수로, 모델의 학습속도 (learning rate)에 상관관계가 있다. 예를 들어, 재활 운동을 하는 사용자의 재활 학습 속도가 재활 환자들의 평균 학습속도를 상회하는 경우, 운동 효과를 높이기 위해 그 운동 제어값(본 예의 경우에는 보조힘의 세기)을 조절(새롭게 갱신)할 필요가 있는데, 상기 D1 및 D2는 이러한 값 제어를 위한 상수에 해당한다.A_ (n + 1) = (a1_ (n) + D1 * 2 (target finger angle-x2), a2_ (n) + D2 * 2 (target finger angle-x2)), where D1 and D2 are arbitrary values Is an empirical constant that correlates to the learning rate of the model. For example, if the rehabilitation learning rate of the user who is doing the rehabilitation exercise exceeds the average learning rate of the rehabilitation patients, the exercise control value (in this example, the strength of the assist force) is adjusted (newly updated) to increase the exercise effect. It is necessary to do this, where D1 and D2 correspond to constants for controlling these values.

이때, 오차 계산부(550)에 의해 계산되는 최소힘과 실제힘의 차이는, 목표각도와 실제 각도의 차이에 특정 상수값을 곱해서 계산할 수 있으며, 위의 예시의 경우 B*(목표손가락각도-실제손가락각도)로 나타낼 수 있다.In this case, the difference between the minimum force and the actual force calculated by the error calculator 550 may be calculated by multiplying the difference between the target angle and the actual angle by a specific constant value, and in the above example, B * (target finger angle − Actual finger angle).

본 발명은, 일 실시예에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 계산된 최소힘에 임의성(randomness)을 제공하는 임의 잡음 신호 생성기(random noise signal generator, 560)를 더 포함할 수 있다. 이때, 사용자에게 제공되는 보조힘은, 최소힘 계산부(540)에서 계산된 최소힘에 임의 잡음 신호 생성기(560)에 의해 생성된 임의 잡음 신호가 반영된 것일 수 있다. 이때, 임의 잡음 신호 생성부(560)는, 난수 발생기에서 평균이 0이고 표준편차(std)를 경험적으로 너무 크지 않도록 하는 값을 정할 수 있다. 즉 n(0, std)로 나타낼 수 있다. 이러한 임의 잡음 신호 생성부(560)가 적용되면, 사용자가 동일한 재활 동작을 반복적으로 수행함에 있어서 그 운동 효과를 더욱 높일 수 있는 이점이 있다.
The invention may further comprise a random noise signal generator 560 that provides randomness to the calculated minimum force, as shown in FIG. 5, according to one embodiment. In this case, the auxiliary force provided to the user may include a random noise signal generated by the random noise signal generator 560 in the minimum force calculated by the minimum force calculator 540. In this case, the random noise signal generator 560 may set a value such that the average is 0 in the random number generator and the standard deviation std is not too large empirically. That is, it can be represented by n (0, std). When the random noise signal generation unit 560 is applied, the user may further increase the exercise effect when repeatedly performing the same rehabilitation operation.

이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
Although the above has been described with reference to embodiments of the present invention, those skilled in the art may variously modify the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. And can be changed easily.

Claims (10)

손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치로서,
사람이 손가락을 펴는데 동작에 필요한 최소힘의 평균값에 대한 정보를 저장하는 선행 정보부(prior information);
상기 선행 정보부에 의해 획득된 정보를 이용하여, 상기 손가락 재활 운동 장치를 이용하여 재활 운동을 하는 사용자가 손가락을 펼 때 필요한 최소힘을 계산하는 최소힘 계산부; 및
상기 최소힘 계산부에 의해 계산된 최소힘을 고려하여 결정되는 보조힘이 제공되었을 때, 상기 사용자의 손가락이 실제 펴진 각도와 특정 재활 동작의 손가락 자세에 따른 목표 각도의 차이로부터 상기 계산된 최소힘과 실제힘의 차이를 계산하는 오차 계산부
를 포함하는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치.
As an active auxiliary control device of the finger rehabilitation exercise device,
A prior information unit for storing information on the average value of the minimum force required for the motion of the person spreading the finger;
A minimum force calculator configured to calculate a minimum force required when a user performing a rehabilitation exercise using the finger rehabilitation exercise device extends a finger by using the information obtained by the preceding information unit; And
When the auxiliary force determined in consideration of the minimum force calculated by the minimum force calculator is provided, the calculated minimum force is obtained from the difference between the actual angle of the user's finger stretched and the target angle according to the finger posture of the specific rehabilitation operation. Error calculation unit for calculating the difference between the actual force
Active auxiliary control device of the finger rehabilitation exercise device comprising a.
제1항에 있어서,
손가락이 펴진 각도를 측정하는 각도 측정부를 더 포함하고,
상기 최소힘 계산부는, 상기 각도 측정부에 의해 측정된 상기 사용자의 현재 손가락 각도로부터 상기 특정 재활 동작의 손가락 자세를 취하는데 필요한 최소힘을, 상기 선행 정보부에 저장된 정보에 기초하여 계산하는 것을 특징으로 하는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치.
The method of claim 1,
Further comprising an angle measuring unit for measuring the angle of spreading the fingers,
The minimum force calculation unit calculates a minimum force required to take a finger posture of the specific rehabilitation operation from the current finger angle of the user measured by the angle measuring unit based on the information stored in the preceding information unit. Active auxiliary control device of the finger rehabilitation exercise device.
제1항에 있어서,
근전도를 측정하는 근전도 측정부를 더 포함하고,
상기 최소힘 계산부는, 상기 근전도 측정부에 의해 측정된 상기 사용자의 현재 근전도 값으로부터 상기 특정 재활 동작의 손가락 자세를 취하는데 필요한 최소힘을, 상기 선행 정보부에 저장된 정보에 기초하여 계산하는 것을 특징으로 하는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치.
The method of claim 1,
Further comprising an EMG measuring unit for measuring the EMG,
The minimum force calculator is configured to calculate a minimum force required to take the finger posture of the specific rehabilitation operation from the current EMG value of the user measured by the EMG measurer based on the information stored in the preceding information unit. Active auxiliary control device of the finger rehabilitation exercise device.
제1항에 있어서,
상기 계산된 최소힘에 임의성(randomness)을 제공하는 임의 잡음 신호 생성기(random noise signal generator)를 더 포함하고,
상기 사용자에게 제공되는 보조힘은, 상기 계산된 최소힘에 상기 임의 잡음 신호 생성기에 의해 생성된 임의 잡음 신호가 반영되는 것을 특징으로 하는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치.
The method of claim 1,
A random noise signal generator that provides randomness to the calculated minimum force,
The auxiliary force provided to the user is an active auxiliary control device of a finger rehabilitation exercise device, characterized in that the random noise signal generated by the random noise signal generator is reflected in the calculated minimum force.
제1항에 있어서,
상기 오차 계산부는, 상기 특정 재활 동작에 필요한 손가락 자세에 따른 목표 각도와 상기 실제 펴진 각도의 차이에 특정 상수값을 곱함으로써 상기 최소힘과 실제힘의 차이를 계산하는, 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치.
The method of claim 1,
The error calculator calculates a difference between the minimum force and the actual force by multiplying a difference between the target angle according to the finger posture required for the specific rehabilitation operation and the actual unfolding angle by a specific constant value. controller.
제1항에 있어서,
상기 최소힘 계산부는, 상기 오차 계산부에 의해 계산된 상기 최소힘과 상기 실제힘의 차이에 기초하여, 상기 사용자가 상기 특정 재활 동작의 재활 운동을 하는데 보조할 최소힘을 갱신하는 것을 특징으로 하는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치.
The method of claim 1,
The minimum force calculating unit updates the minimum force to assist the user in rehabilitation of the specific rehabilitation operation based on the difference between the minimum force and the actual force calculated by the error calculating unit. Active auxiliary control device of finger rehabilitation exercise device.
제6항에 있어서,
최소힘 계산부는, 선형 리그레션 모델(linear regression model), 칼만 필터(kalman filter) 및 베이시안 필터(bayesian filter) 중 적어도 하나에 의해 구현되는, 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 장치.
The method according to claim 6,
The minimum force calculator is implemented by at least one of a linear regression model, a Kalman filter and a Bayesian filter.
손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법으로서,
사람이 손가락을 펴는 동작에 필요한 최소힘의 평균값에 대한 정보를 저장하는 단계;
상기 손가락 재활 운동 장치를 이용하여 재활 운동을 하는 사용자가 손가락을 펼 때 필요한 최소힘을 계산하는 단계;
상기 계산된 최소힘을 고려하여 결정되는 보조힘이 제공되었을 때, 상기 사용자의 손가락이 실제 펴진 각도와 특정 재활 동작의 손가락 자세에 따른 목표 각도의 차이로부터 상기 계산된 최소힘과 실제힘의 차이를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 최소힘과 실제힘의 차이에 기초하여, 상기 사용자가 상기 특정 재활 동작의 재활 운동을 하는데 보조할 최소힘을 갱신하는 단계
를 포함하는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법.
As an active auxiliary control method of a finger rehabilitation exercise device,
Storing information about the average value of the minimum forces required for the man's fingers to open;
Calculating a minimum force required when a user who performs a rehabilitation exercise using the finger rehabilitation exercise apparatus extends a finger;
When the auxiliary force determined in consideration of the calculated minimum force is provided, the difference between the calculated minimum force and the actual force is obtained from the difference between the actual angle of the user's finger spread and the target angle according to the finger posture of the specific rehabilitation operation. Calculating; And
Updating the minimum force to assist the user in rehabilitation of the specific rehabilitation motion based on the difference between the calculated minimum force and the actual force
Active auxiliary control method of the finger rehabilitation exercise device comprising a.
제8항에 있어서,
상기 최소힘을 계산하는 단계는,
손가락 각도 측정부에 의해 측정된 상기 사용자의 현재 손가락 각도로부터 상기 특정 재활 동작의 손가락 자세를 취하는데 필요한 최소힘을, 상기 선행 정보부에 저장된 정보에 기초하여 계산하는 것을 특징으로 하는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법.
9. The method of claim 8,
The step of calculating the minimum force,
The minimum force required to take the finger posture of the specific rehabilitation operation from the current finger angle of the user measured by the finger angle measuring unit is calculated based on the information stored in the preceding information unit. Active auxiliary control method.
제8항에 있어서,
상기 최소힘을 계산하는 단계는,
근전도 측정부에 의해 측정된 상기 사용자의 현재 근전도 값으로부터 상기 특정 재활 동작의 손가락 자세를 취하는데 필요한 최소힘을, 상기 선행 정보부에 저장된 정보에 기초하여 계산하는 것을 특징으로 하는 손가락 재활 운동 장치의 능동 보조 제어 방법.
9. The method of claim 8,
The step of calculating the minimum force,
The minimum force required to take the finger posture of the specific rehabilitation operation from the current EMG value of the user measured by the EMG measurer is calculated based on the information stored in the preceding information unit. Auxiliary control method.
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