KR101413317B1 - 하지 재활장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하지 재활장치에 관한 것으로, 환자의 허벅지에 채워지는 허벅지 밴드가 구비되며 상기 이동 블록에 와이어로 연결되어 상하 이동되는 허벅지 지지부재와; 환자의 종아리에 채워지는 종아리 밴드가 구비하며 상기 허벅지 지지부재와 링크에 의해 힌지 연결되는 종아리 지지부재와; 환자의 발에 채워지는 발 밴드가 구비되며 상기 종아리 지지부재에 힌지 연결되는 발 지지부재를 포함하는 하지 보조기와; 나사산이 반대 방향으로 형성된 2개의 스크류 샤프트를 각각 회전 가능하게 연결하는 연결부재 및 이들 스크류 샤프트를 회전시키는 한 쌍의 서보 모터와; 상기 스크류 샤프트에 각각 체결되어 상기 스크류 샤프트의 회전에 따라 전후 방향으로 수평 이동되는 한 쌍의 이동블록으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

하지 재활장치{Remedial Apparatue for Crural}

본 발명은 신경계 손상으로 인해 혼자서는 거동이 불편한 환자의 재활 운동에 사용되는 하지 재활장치에 관한 것으로서, 특히 모터를 이용하여 환자의 다리에 연결된 작동체가 전후로 움직이도록 함과 아울러 환자의 거동 후 다시 서는 순간에 다리가 움직이지 않도록 고정하여 재활운동 중 환자가 넘어지는 것을 방지할 수 있는 하지 재활장치에 관한 것이다.

일반적으로 신경계가 손상된 환자는 손발을 마음대로 움직이기가 어려워 혼자서는 거동이 불편하다. 이러한 신경계 손상은 최근 빈발하고 있는 뇌졸증, 노산이나 조산으로 인한 뇌성마비 및 각종 사고로 인한 척수 손상 등 다양한 원인으로 발생하고 있다.

이러한 신경계 손상 환자들은 대부분 하지(下肢)에 기능적인 문제점이 있으며, 이러한 신경계 환자의 하지가 원래의 역할을 할 수 있도록 하기 위한 치료가 필요하다. 이때, 신경계 환자의 하지가 원래의 역할을 할 수 있도록 재활시키거나 하지를 움직일 수 있도록 하는 장치를 하지 보조기라 한다. 이러한 하지 보조기는 도 1에 도시된 바와 같이, 환자의 발목 부근에 작동체를 연결하여 환자가 발목을 움직일 수 있도록 하고 있다.

다시 말해서 종래의 하지 보조기는 도 2에 도시된 바와 같이 나사산이 반대 방향으로 형성된 2개의 스크류 샤프트(51)를 연결부재(52)로 연결하고 이들 스크류 샤프트(51)를 각각 서보 모터(50)로 회전시킴과 아울러 상기 스크류 샤프트(51)에 각각 체결된 한 쌍의 이동블록(53)에 환자의 발목에 채워지는 발목 밴드(55)를 와이어(54)로 연결하여 구성되어 있다.

이에 따라 상기 서보 모터(50)가 상기 스크류 샤프트(51)를 정회전 또는 역회전시켰을 때 상기 이동블록(53) 사이의 거리가 멀어졌다 가까워졌다를 반복하게 되고, 그에 따라 상기 이동 블록(53)에 와이어(54)로 연결된 발목 밴드(55)가 환자의 몸을 기준으로 상하로 이동하게 되어 환자의 다리를 들었다 놓았다 하는 동작이 반복할 수 있게 된다.

따라서, 환자는 발목 밴드(55)를 착용한 상태에서 서보 모터(50)를 구동하여 스크류 샤프트(51)를 정회전 또는 역회전시켜 발을 들었다 놓는 동작을 반복하면서 하지에 대한 재활운동을 하고 있는 실정이다.

그러나 상기한 종래의 하지 보조기를 사용하여 재활운동을 하는 경우 환자가 거동 후 다시 입각할 때, 즉 환자가 다리를 들었다가 제자리로 복귀하여 서는 순간에 무릎에 하중이 가해질 수밖에 없고, 이를 환자가 지탱하지 못할 경우 넘어지게 되는 문제점이 있다.

또한, 보통 사람이 보행할 때에는 발목이 아닌 허벅지를 움직여 보행하고 있어 허벅지가 보행을 위한 힘의 근원에 해당하지만, 기존의 하지 보조기는 허벅지가 아닌 발목을 움직이도록 하고 있어 실제 환자의 재활에는 큰 도움이 되지 않는 다른 문제점이 있다.

한편, 특허문헌 1에는 다수의 센서와 자극기 및 모터를 포함하는 하지의 로봇 보조기가 기재되어 있고, 특허문헌 2에는 허리 지지장치와 고관절다축 조절장치, 신축성 내외전 보 및 허벅지 지지장치로 구성되어 경직성 뇌성마비 소아의 보행 중 발생하는 운동 특성 중 고관절과 슬관절의 하중 방향을 정상적인 방향으로 유도하는 경직성 뇌성마비 아동의 재활을 위한 다축 하지보조기가 기재되어 있다.

KR 10-2004-0043307 A KR 10-2009-0089528 A

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하지 재활을 위해 힘의 근원이 되는 허벅지에 힘이 가해지도록 함과 아울러 환자의 발을 들어올렸다가 제자리로 복귀하는 순간 종아리 부분이 움직이지 않도록 함으로써 환자의 재활을 돕고 입각시 환자가 넘어지지 않도록 한 하지 재활장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하지 재활장치에 관한 것으로, 환자의 허벅지에 채워지는 허벅지 밴드가 구비되며 상기 이동 블록에 와이어로 연결되어 상하 이동되는 허벅지 지지부재와; 환자의 종아리에 채워지는 종아리 밴드가 구비하며 상기 허벅지 지지부재와 링크에 의해 힌지 연결되는 종아리 지지부재와; 환자의 발에 채워지는 발 밴드가 구비되며 상기 종아리 지지부재에 힌지 연결되는 발 지지부재를 포함하는 하지 보조기와; 나사산이 반대 방향으로 형성된 2개의 스크류 샤프트를 각각 회전 가능하게 연결하는 연결부재 및 이들 스크류 샤프트를 회전시키는 한 쌍의 서보 모터와; 상기 스크류 샤프트에 각각 체결되어 상기 스크류 샤프트의 회전에 따라 전후 방향으로 수평 이동되는 한 쌍의 이동블록으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하지 보조기는 상기 허벅지 지지부재와 종아리 지지부재를 상호 연결하여 자유 회전 가능하도록 상기 링크에 대향하여 상기 하지 보조기의 외측에 형성된 클러치를 더 구비하여 상기 종아리 지지부재의 상대 회전을 허용 또는 차단할 수 있다.

상기 클러치는 제1연결부재와 제2연결부재에 의해 상기 허벅지 지지부재와 종아리 지지부재와 각각 연결될 수 있다.

상기 클러치는 전자 신호에 따라 자동으로 제어되는 전자 클러치이고, 상기 발 지지부재에 구비된 감지 센서의 신호에 따라 록킹될 수 있다.

본 발명의 하지 재활장치는 서보 모터에 의해 수평 이동되는 이동 블록을 이용하여 허벅지 지지부재를 상하 이동시키는 방식으로 환자의 하지에 대한 재활운동을 하게 되므로 재활 효과가 향상된다.

또, 본 발명의 하지 재활장치에 따르면, 허벅지에 대한 종아리 부분의 상대 회전을 허용하면서도 환자의 입각시에는 클러치를 이용하여 종아리 부분의 회전을 차단함으로써 환자가 넘어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 하지 재활장치에 따르면, 종아리 지지부재의 상대 회전을 차단하는 클러치를 전자 신호로 제어함에 따라 클러치 제어가 용이한 효과가 있다.

또, 본 발명의 하지 재활장치에 따르면, 발 지지부재에 구비된 감지 신호에 따라 전자 클러치가 록킹되도록 함에 따라 자동 제어가 가능한 효과가 있다.

도 1은 일반적인 하지 재활장치를 이용한 재활 모습을 나타낸 참고도.
도 2는 종래의 하지 재활장치가 개략적으로 도시된 모식도.
도 3은 본 발명에 의한 하지 재활장치가 개략적으로 도시된 모식도.
도 4는 본 발명에 의한 하지 보조기를 착용한 모습을 나타낸 참고도.
도 5는 하지 보조기의 허벅지 지지부재와의 연결부(a)와 종아리 지지부재와의 연결부(b) 및 그들의 결합 상태(c)를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 요부 구성인 전자 클러치 부분이 도시된 구성도.
도 7은 본 발명에서 전자 클러치의 구동 메커니즘을 나타낸 블록도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 하지 재활장치를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 3 내지 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하지 재활장치는 환자의 허벅지에 채워지는 허벅지 밴드(16)가 구비되며 상기 이동 블록(23)에 와이어(24)로 연결되어 상하 이동되는 허벅지 지지부재(11)와 환자의 종아리에 채워지는 종아리 밴드(17)가 구비되며 상기 허벅지 지지부재(11)에 링크에 힌지 연결되는 종아리 지지부재(12)와 환자의 발에 채워지는 발 밴드(18)가 구비되며 상기 종아리 지지부재(12)에 힌지 연결되는 발 지지부재(13)를 포함하는 하지 보조기와; 나사산이 반대 방향으로 형성된 2개의 스크류 샤프트(21)를 회전 가능하게 연결하는 연결부재 및 이들 스크류 샤프트(21)를 각각 회전시키는 한 쌍의 서보 모터(20)와; 상기 스크류 샤프트(21)에 각각 체결되어 수평 이동되는 한 쌍의 이동블록(23)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 하지 보조기는 상기 허벅지 지지부재(11)와 종아리 지지부재(12)를 상호 연결하여 자유 회전 가능하도록 상기 링크에 대향하여 상기 하지 보조기의 외측에 형성된 클러치를 더 구비하여 상기 종아리 지지부재의 상대 회전을 허용 또는 차단할 수 있다. 이 때에, 상기 클러치(15)는 제1연결부재와 제2연결부재에 의해 상기 허벅지 지지부재(11)와 종아리 지지부재(12)와 연결될 수 있다.

이하에서는, 좀 더 상세하게 상기 허벅지 지지부재(11)와 종아리 지지부재(12) 사이에 연결부재를 이용하여 상호 연결시켜 주는 자유 회전 가능한 클러치(15)의 연결 방법에 관해 설명하고자 한다.

상기한 클러치 또는 전자 클러치의 구성은 널리 알려져 있으므로, 이들 클러치 또는 전자 클러치의 구체적인 구성 및 작용에 대한 설명은 생략하고, 연결부재를 이용하여 상기 허벅지 지지부재(11)와 종아리 지지부재(12) 사이에 상호 연결되는 클러치(15)에 관해 도 5를 참조하여 간략하게 설명하고자 한다.

도 5는 하지 보조기의 허벅지 지지부재(11)와의 연결부재(a)와 종아리 지지부재(12)와의 연결부재(b) 및 그들의 결합 상태(c)를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 허벅지 지지부재(11)와의 연결부는 클러치(15)의 자유 회전이 가능한 허브와 결합될 수 있도록 원형 고리 형태로 구성되며 옆부분은 허벅지 지지부재(11)와 볼트로 체결하기 위하여 홈을 형성하였다. 연결부 위쪽에는 클러치(15)의 조절 단자를 외부에서 조정하는 솔레노이드를 고정시킬 수 있는 홈을 추가하였으며 무게를 고려하여 전체를 가벼운 알루미늄 소재로 제작하였다.

종아리 지지부재(12)와의 연결부는 허벅지 지지부재(11) 연결부와 같이 클러치(15)의 자유 회전이 가능한 허브와 결합될 수 있도록 상부는 원형 고리 형태이고, 종아리 지지부재(12)와 볼트로 연결하기 위하여 원형고리에서부터 클러치(15)의 몸체를 지나서 일정 각도로 연결되는 지지대를 별도로 형성하였다.

도 5의 (c)에서와 같이, 상기 클러치(15)는 이와 같은 허벅지 지지부재와의 연결부(6)와 종아리 지지부재와의 연결부(8)를 이용하여 하지 보조기의 내측에 형성된 무릎 링크(미도시)에 대향하여 외측에 형성한다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 허벅지 지지부재와의 연결부(6)의 원형 고리에 클러치(15)의 일면이 결합되고 조인트 와셔(4)를 사이에 두고 상기 허벅지 지지부재(11)와 볼트 결합되고 상기 클러치(15)의 타면은 상기 종아리 지지부재와의 연결부(8)의 원형 고리에 결합되어 상기 종아리 지지부재(12)에 볼트 결합된다.

상기 발 지지부재(13)의 바닥에는 감지 센서(19)가 설치되어, 상기 감지 센서(19)의 신호에 따라 상기 클러치(15)가 록킹(locking) 또는 언록킹되도록 구성한다. 즉, 상기 감지 센서(19)의 감지 신호를 증폭기가 증폭시키고, 증폭된 신호를 컨트롤러가 수신하여 상기 클러치(15)에 설치된 솔레노이드(15')를 작동시킴으로써 상기 솔레노이드(15')에 의해 클러치(15)가 록킹되도록 하는 것이다. 이때, 상기 클러치(15)를 전자 신호에 따라 자동으로 제어되는 전자 클러치로 구성하게 되면, 컨트롤러의 전자 신호에 따라 전자 클러치가 곧바로 록킹될 수 있으므로 솔레노이드를 설치할 필요가 없어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 하지 재활장치는 서보 모터를 이용하여 스크류 샤프트를 정회전 또는 역회전시킴으로써 환자의 다리를 들어올렸다 놓았다를 반복하여 환자의 하지에 대한 재활운동이 가능하게 한다.

서보 모터(20)를 작동시켜 스크류 샤프트(21)를 동일 방향으로 회전시키게 되면, 스크류 샤프트(21)에 각각 결합된 한 쌍의 이동 블록(23) 사이의 간격이 좁아지거나 멀어지게 되고, 그에 따라 상기 이동 블록(23)에 와이어(24)로 연결된 허벅지 지지부재(11)가 상승 또는 하강하게 된다.

상기 허벅지 지지부재(11)가 상승하는 경우, 상기 허벅지 지지부재(11)에 연결된 종아리 지지부재(12) 및 상기 종아리 지지부재(12)에 연결된 발 지지부재(13)로 인해 환자의 허벅지와 종아리 및 발이 동시에 들어 올려진다. 이 상태에서 상기 허벅지 지지부재(11)에 힌지 연결된 종아리 지지부재(12) 및 상기 종아리 지지부재(12)에 힌지 연결된 발 지지부재(13)로 인해 환자는 허벅지에 대한 종아리의 회전 운동 및 종아리에 대한 발의 회전 운동을 통해 하지에 대한 다양한 하지 재활 치료를 수행할 수 있게 된다.

또, 상기 이동 블록(23) 사이의 간격이 멀어지면서 상기 허벅지 지지부재(11)가 하강하게 되면, 마찬가지로 상기 종아리 지지부재(12) 및 발 지지부재(13)가 동시에 하강하여 환자의 다리와 발을 내려놓게 된다. 따라서, 상기 서보 모터(20)들의 회전 방향을 변경하면서 환자의 다리와 발을 승강시켜 재활 운동을 할 수 있게 된다.

한편, 환자가 서기 위하여 입각하는 경우에는 환자의 발이 먼저 바닥에 닿게 되고, 상기 발 지지부재(13)에 구비된 감지 센서(19)가 바닥과의 접촉을 감지하여 컨트롤러로 전달하게 되고, 컨트롤러는 허벅지 지지부재(11)와 종아리 지지부재(12)의 연결 부분에 설치된 클러치(15)에 전자 신호를 보내게 된다. 그리고, 전자 신호를 받은 상기 클러치(15)는 상기 종아리 지지부재(12)가 허벅지 지지부재(11)에 대한 상대 회전을 하지 않도록 힌지로 연결된 부분을 록킹하게 된다. 따라서, 환자가 입각할 때 환자의 무릎 부위에 힘이 가해져 환자가 넘어지지 않게 된다.

물론, 상기 발 지지부재(13)를 바닥으로부터 들어올려 상기 감지 센서(19)가 바닥으로부터의 이탈을 감지하면 상기 컨트롤러에 신호가 입력되지 않게 되고, 그에 따라 컨트롤러가 상기 클러치에 전자 신호를 보내 클러치의 록킹이 해제되도록 한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

3, 4: 조인트 와셔 5: 클러치와의 연결부 (상부)
6: 허벅지 지지부재와의 연결부 8: 종아리 지지부재와의 연결부
11: 허벅지 지지부재 12: 종아리 지지부재
13: 발 지지부재 15: 클러치
15': 솔레노이드 16: 허벅지 밴드
17: 종아리 밴드 18: 발 밴드
19: 감지 센서 20: 서보 모터
21: 스크류 샤프트 22: 연결부재
23: 이동 블록 24: 와이어

Claims (4)

1. 환자의 허벅지에 채워지는 허벅지 밴드가 구비되며 이동블록에 와이어로 연결되어 상하 이동되는 허벅지 지지부재와; 환자의 종아리에 채워지는 종아리 밴드가 구비하며 상기 허벅지 지지부재와 링크에 의해 힌지 연결되는 종아리 지지부재와; 환자의 발에 채워지는 발 밴드가 구비되며 상기 종아리 지지부재에 힌지 연결되는 발 지지부재를 포함하는 하지 보조기와;
   나사산이 반대 방향으로 형성된 2개의 스크류 샤프트를 각각 회전 가능하게 연결하는 연결부재 및 이들 스크류 샤프트를 회전시키는 한 쌍의 서보 모터와;
   상기 스크류 샤프트에 각각 체결되어 상기 스크류 샤프트의 회전에 따라 전후 방향으로 수평 이동되는 한 쌍의 이동블록으로 이루어진 것을 특징으로 하는 하지 재활장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 허벅지 지지부재와 종아리 지지부재를 상호 연결하여 자유 회전 가능하도록 상기 링크에 대향하여 상기 하지 보조기의 외측에 형성된 클러치를 구비하여 상기 종아리 지지부재의 상대 회전을 허용 또는 차단하는 것을 특징으로 하는 하지 재활장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 클러치는 제1연결부재와 제2연결부재에 의해 상기 허벅지 지지부재와 종아리 지지부재와 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 하지 재활장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 클러치는 전자 신호에 따라 자동으로 제어되는 전자 클러치이고, 상기 발 지지부재에 구비된 감지 센서의 신호에 따라 록킹되는 것을 특징으로 하는 하지 재활장치.

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