KR101586028B1 - 상지 운동 로봇 및 상지 운동 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시트가 구비된 기구에 탈착 가능하게 결합되는 고정부와, 상기 고정부에 장착되고, 회전력을 발생하는 구동부와, 상기 회전력에 의해 회전 가능하도록 상기 구동부에 장착되며, 사용자의 상지를 운동시키는 운동부와, 상기 구동부에 구동신호를 제공하는 제어부를 포함하는 상지 운동 로봇 및 이를 구비하는 상지 운동 시스템에 관한 것이다. 상지 운동 시스템은 휠체어에 탈착되는 상지 운동 로봇을 이용하여 휠체어에 착석한 사용자의 상지를 효율적으로 운동시킬 수 있다.

Description

상지 운동 로봇 및 상지 운동 시스템{Robot for moving upper extremity and system for moving upper extremity}

본 발명은 상지 운동 로봇 및 상지 운동 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각종 기구에 탈착 가능하여 사용자의 이용이 편리한 상기 운동 로봇 및 이를 구비하는 상지 운동 시스템에 관한 것이다.

상지 운동 기구는 상지(upper extremity)의 운동 기능이 저하된 사용자의 근육 재건 및 관절운동의 회복 등에 사용된다. 상지 운동 기구는 사용자의 상지를 운동시키는 손잡이, 손잡이를 회전시키는 구동부를 포함하는 기구이다. 일반적인 상지 운동 기구는 예컨대 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0022993호에 개시된 바와 같이, 그 크기 및 무게에 의하여 이동이 어려워 정해진 장소에 설치되고, 이를 이용하고자 하는 사용자는 상지 운동 기구가 설치된 장소에 이동한 후, 상지 운동 기구를 사용하여 재활훈련을 하였다.

하지만 재활훈련은 거동이 불편한 사용자를 대상으로 실시되는 훈련이며, 따라서 종래의 상지 운동 기구는 다음과 같은 문제점이 있다. 상지 운동 기구는 고정된 위치에 놓여 거동이 불편한 사용자가 훈련을 위해 고정된 장소까지 이동하여 운동을 해야 하며, 휠체어에 탑승한 채 이동 중에는 운동을 할 수 없다. 즉, 접근성과 휴대성이 떨어지는 문제점이 있다.

KR 10-2014-0022993 A

본 발명은 사용자의 이용이 편리한 상지 운동 로봇 및 상지 운동 시스템을 제공한다.

본 발명은 상지 운동 로봇을 휠체어에 장착하여 사용자가 이동 중에 재활훈련을 할 수 있는 상지 운동 로봇 및 상지 운동 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 상지 운동 로봇은 시트가 구비된 기구에 탈착 가능하게 결합되는 고정부; 상기 고정부에 장착되고, 회전력을 발생하는 구동부; 상기 회전력에 의해 회전 가능하도록 상기 구동부에 장착되며, 사용자의 상지를 운동시키는 운동부; 및 상기 구동부에 구동신호를 제공하는 제어부;를 포함한다.

상기 고정부는, 제1 방향으로 서로 이격되는 복수개의 고정블록; 상기 고정블록들의 사이를 연결하여 장착되는 가이드부재; 및 상기 가이드부재의 외주면을 따라 이동 및 회전 가능하도록 상기 가이드부재에 탈착되며, 일면에 상기 구동부가 지지되는 결합부재;를 포함할 수 있고, 상기 결합부재의 이동 및 회전에 의하여 상기 구동부의 결합위치 및 결합자세가 제어될 수 있다.

상기 고정부는, 일면에 상기 결합부재가 장착되고, 타면에 상기 구동부가 장착되어 상기 구동부의 진동을 흡수하는 마운트;를 더 포함할 수 있다.

상기 결합부재는, 상기 마운트의 일면에 장착되는 결합블록; 상기 결합블록을 관통하여 형성되는 결합구; 및 상기 결합구를 조이거나 풀도록 상기 결합블록에 장착되는 걸쇠;를 포함할 수 있고, 상기 가이드부재는 상기 결합구 내에 배치될 수 있다.

상기 구동부는 상기 운동부에 회전력을 제공하고, 상기 운동부의 운동 부하를 조절할 수 있다.

상기 운동부는, 일단이 상기 구동부의 로터에 장착되며, 상기 회전력에 의하여 회전 가능한 연결부재; 및 상기 연결부재의 타단에 회전 가능하게 장착되며, 상기 연결부재의 회전에 의하여 상기 로터를 중심으로 회전 가능한 손잡이;를 포함할 수 있다.

상기 운동부의 회전방향, 회전속도 및 운동 부하를 측정하는 센서부;를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 상기 구동부의 작동 모드를 등척성 운동 모드로 설정하거나 자동운동 모드로 설정 가능하며, 상기 센서부로부터 측정되는 측정값은 상기 제어부로 피드백될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 상지 운동 시스템은, 사용자의 이동을 보조하고, 사용자의 상지를 운동시키는 상지 운동 시스템으로서, 시트가 구비된 휠체어; 및 상기 휠체어에 착석한 사용자의 상지를 운동시키는 상기 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 상기 상지 운동 로봇;을 포함하고, 상기 휠체어의 동작에 의하여 상기 사용자의 이동을 보조할 수 있고, 상기 상지 운동 로봇의 동작에 의하여 상기 사용자의 상지를 운동시킬 수 있다.

상기 제어부는 상기 휠체어를 전동이동시키도록 상기 휠체어에 구동신호를 제공할 수 있다.

상기 상지 운동 로봇을 제1 방향 및 이에 교차하는 제2 방향으로 슬라이딩시키도록 상기 기구에 장착되는 슬라이딩부재;를 더 포함할 수 있다.

상기 상지 운동 로봇은 상기 시트의 양측으로 각각 이격되어 결합될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 사용자가 착석 가능한 각종 기구에 탈착 가능한 상지 운동 로봇을 설치하고, 기구에 착석한 사용자의 상지를 효과적으로 운동시킬 수 있다. 이로부터, 상지 운동 로봇이 휠체어에 장착되는 경우 사용자는 휠체어에 착석한 상태에서 용이하게 상지를 운동시킬 수 있다. 또한 휠체어에 착석한 사용자가 이동 중에 상지 운동 로봇을 사용하여 상지를 효과적으로 운동시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면 서로간에 탈착이 용이한 가이드부재와 결합부재 형성하고 이들을 이용하여 가이드부재 상에서 구동부의 결합위치 및 결합 자세를 용이하게 조절할 수 있다. 이로부터, 구동부의 결합위치를 조절함에 따라 각기 다른 신체조건을 가지는 사용자들의 상지 길이에 각각 맞추어 손잡이를 위치시킬 수 있고, 구동부의 결합자세를 조절함에 따라 상지의 다양한 부위에 자극을 줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 상지 운동 로봇의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 상지 운동 로봇의 분해도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 상지 운동 시스템의 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면은 실시 예를 설명하기 위해 그 크기가 과장될 수 있고, 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 상지 운동 로봇을 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 상지 운동 로봇의 구성부들의 연결관계를 도시한 분해도이며, 도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 상지 운동 로봇을 구비하는 상지 운동 시스템을 도시한 개략도이다.

상지 운동 로봇(1000)은 사용자가 착석할 수 있는 기구에 탈착 가능하게 결합되어 사용자의 상지를 운동시키는 로봇이다. 상지 운동 로봇(1000)은 본 발명의 실시 예에 따른 상지 운동 시스템에 구비될 수 있고, 이에 거동이 불편한 사용자의 이동을 보조함과 함께, 사용자의 상지를 효과적으로 운동시킬 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상지 운동 로봇은 시트(미도시)가 구비된 기구(10)에 탈착 가능하게 결합되는 고정부(100), 고정부(100)에 장착되고, 회전력을 발생하는 구동부(200), 상기의 회전력에 의해 회전 가능하도록 구동부(200)에 장착되며, 사용자의 상지를 운동시키는 운동부(300), 구동부(200)에 구동신호를 제공하는 제어부(400)를 포함한다.

상지 운동 로봇(1000)이 장착되는 기구(10)는 사용자가 착석 가능하도록 제작되는 의자 형태의 일반적인 기구일 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 기구(10)로서 거동이 불편한 사용자의 이동을 보조할 수 있는 휠체어를 예시하고, 휠체어에는 전동식 휠체어 및 수동식 휠체어 모두 적용 가능하다. 예컨대 상지 운동 로봇(1000)이 전동식 휠체어에 장착되는 경우에, 상지 운동 로봇(1000)은 후술하는 제어부(400)를 이용하여, 전동식 휠체어를 전동 이동시키도록 구동신호를 생성할 수 있고, 이를 전동식 휠체어에 제공하여 전동식 휠체어의 이동을 제어할 수 있다.

고정부(100)는 제1 방향 예컨대 x축 방향으로 서로 이격되는 복수개의 고정블록(110), 고정블록(110)들의 사이를 연결하여 장착되는 가이드부재(120), 가이드부재(120)의 외주면을 따라 이동 및 회전 가능하도록 가이드부재(120)에 탈착되며, 일면에 구동부(200)가 지지되는 결합부재(130)를 포함할 수 있고, 일면에 결합부재(130)가 장착되고, 타면에 구동부(200)가 장착되며, 구동부(200)의 진동을 흡수하는 마운트(140)를 더 포함할 수 있다.

고정블록(110)은 고정부(100)를 기구(10)에 장착시키기 위하여 마련되는 구성부로서, 소정 면적과 소정 두께를 가지며, 제1 방향으로 서로 이격되어 기구(10)에 마련된 프레임(11)에 결합 될 수 있다. 이때, 고정블록(110)은 예컨대 볼팅(bolting) 방식으로 기구(10)에 탈착 가능하게 결합 될 수 있다. 물론 고정블록(110)의 결합 방식에는 기계적인 두 구성부를 서로 탈착 가능하게 결합시키는 다양한 결합 방식이 적용될 수 있다. 고정블록(110)의 제2 방향 예컨대 y축 방향으로의 길이는 고정블록(110)의 단부에 장착되는 가이드부재(120)가 기구(10)로부터 목적하는 길이만큼 이격될 수 있도록 형성된다. 가이드부재(120)의 기구(10)의 이격 거리의 의미는 하기에서 가이드부재(120)를 설명하며 함께 설명한다. 한편, 고정블록(110)들이 제1 방향으로 소정 길이 서로 이격됨에 따라, 고정블록(110)들의 사이에 마련되는 구동부(200)는 고정블록(110)들의 사이에서 제1 방향을 따라 이동하며 고정블록(110)들의 이격 길이만큼 그 결합위치를 조절할 수 있다. 즉, 고정블록(110)들은 고정블록(110)들의 사이에 마련되는 구동부(200)의 결합위치를 제1 방향을 따라 목적하는 만큼 이동하여 조절 가능하도록 이격될 수 있다.

가이드부재(120)는 예컨대 원통 형상으로 제작될 수 있고, 제1 방향으로 연장될 수 있다. 가이드부재(120)는 기구(10)로부터 제2 방향 예컨대 y축 방향으로 소정 거리 이격되어 고정블록(110)들의 각 단부에 관통 장착될 수 있으며, 그 장착 방식은 예컨대 볼팅 방식, 리벳(rivet)결합 방식, 접착재(binder)에 의한 접합 방식을 포함할 수 있다. 가이드부재(120)는 기구(10)로부터 제2 방향으로 소정 길이 이격됨에 따라, 가이드부재(120)에 지지되는 구동부(200)는 가이드부재(120)를 중심으로 회전하며 그 결합자세를 조절할 때, 기구(10)와의 충돌 및 간섭을 방지할 수 있다. 즉, 가이드부재(120)는 가이드부재(120)에 지지되는 구동부(200)의 결합자세를 제1 방향으로의 중심축을 중심으로 목적하는 만큼 회전 하여 조절 가능하도록 이격될 수 있다.

결합부재(130)는 가이드부재(120)의 외주면을 감싸 장착될 수 있다. 결합부재(130)는 가이드부재(120)의 외주면을 감싸 장착되는 결합블록(131), 결합블록(131)을 관통하여 형성되는 결합구(131a), 결합구(131a)를 조이거나 풀도록 결합블록(131)에 장착되는 걸쇠(132)를 포함할 수 있다.

결합블록(131)은 가이드부재(120)의 외주면을 따라 이동하며 이에 지지되는 구동부(200)의 결합위치 및 결합자세를 조절 가능하도록 마련되는 구성부로서, 소정 면적과 소정 두께를 가지며, 가이드부재(120)에 교차하는 방향으로 가이드부재(120)의 외주면을 감싸 장착될 수 있다. 이를 위해, 결합블록(131)에는 결합블록(131)을 제1 방향으로 관통하여 결합구(131a)가 형성되고, 결합구(131a) 내에는 가이드부재(120)가 배치되어 지지될 수 있다. 결합구(131a)의 내측벽 중 일부 영역으로부터 결합구(131a)의 외측을 향하는 방향으로 결합블록(131)의 일부 영역을 절단하여 슬롯(slot)이 형성될 수 있다. 슬롯에 의해 결합블록(131)의 하부영역은 제1 단부(131b)와 제2 단부(131c)로 분리될 수 있다. 슬롯에 의하여 제1 단부(131b)와 제2 단부(131c)가 서로 가까워 지거나 멀어지는 방향으로 이동될 수 있고, 이에 결합구(131a)를 조이거나 풀 수 있다. 결합구(131a)를 조이거나 푸는 동작은 제1 단부(131b)와 제2 단부(131c)를 관통하도록 장착되는 걸쇠(132)에 의해 수행될 수 있다.

걸쇠(132)는 제2 방향으로 연장되는 예컨대 원통 형상으로 제작될 수 있다. 그 외주면의 일부 영역에는 나사산이 형성될 수 있고, 이에 대응하도록 제2 단부(131c)의 관통면에도 나사산이 형성될 수 있다. 걸쇠(132)는 제2 단부(131c)의 관통면에 형성된 나사산을 따라 회전하며 결합구(131a)를 조이거나 풀 수 있다. 걸쇠(132)의 단부에는 잠금레버(132a)가 힌지 결합되며, 걸쇠(132)의 일 방향 회전에 의해 잠금레버(132a)가 결합블록(131)에 근접 위치하거나 접촉될 수 있고, 잠금레버(132a)의 일방향 회전에 의하여 결합블록(131)과 잠금레버(132a)가 밀착되며 걸쇠(132)를 결합블록(131)에 고정시킬 수 있다. 또한, 걸쇠(132)의 회전과 잠금레버(132a)의 상기의 동작에 의하여 결합구(131a)가 조여질 수 있고, 이에 결합부재(130) 및 이에 지지되는 구동부(200)가 가이드부재(120)에 단단하게 결속될 수 있다.

한편, 고정부(100)에는 손잡이(320)의 회전 및 외부 충격에 의하여 구동부(200)가 진동하는 경우 이를 진동을 소산시키도록 마운트(140)가 더 구비될 수 있다. 마운트(140)는 일면에 결합부재(130)가 장착되고, 타면에 구동부(200)가 장착되는 예컨대 판 형상의 부재로서, 구동부(200)가 장착되기 용이한 면적과 두께를 가질 수 있다. 마운트(130)에는 다양한 충격 흡수 구조를 가지는 구성요소 및 그 결합방식이 적용될 수 있고, 예컨대 심재로서 완충부재로서 고무 또는 판 스프링 등이 구비된 샌드위치 구조의 복합재일 수 있다. 마운트(140)에 의해 구동부(200)의 구동시 그 진동이 결합부재(130)로 전달되는 것을 방지할 수 있고, 이에 결합부재(130)와 가이드부재(120)의 결합면을 진동으로부터 보호할 수 있다.

물론 이와는 별도로, 고정부(100)에는 구동부(200)의 진동 시 구동부(200)의 결합자세 및 결합위치의 변형을 방지하도록 교체가 용이한 소모성 부재(미도시)가 더 구비될 수 있고, 소모성 부재 예컨대 지지판은 구동부(200)의 외부면의 복수의 위치에 밀착되도록 고정블록(110)의 일측에 탈착 가능하게 장착될 수 있다.

상술한 바와 같이 형성되는 고정부(100)는 가이드부재(120)와 결합부재(130)의 상기의 결합 구조 및 방식에 따른 결합부재(130)의 이동 및 회전에 의하여 결합부재(130)에 지지되는 구동부(200)의 결합위치 및 결합자세를 용이하게 변경할 수 있다. 즉, 거동이 불편하고 상지의 기능이 떨어지는 사용자라도, 결합부재(130)의 걸쇠(132)를 동작시켜 결합구(131a)를 푼 다음 목적하는 위치 즉, 사용자가 손잡이(320)를 쥐기 용이한 위치로 구동부(200)를 이동시킨 후, 걸쇠(132)를 동작시켜 결합구(131a)를 죄는 방식으로 결합위치를 조절할 수 있다. 물론 이와 함께 구동부(200)의 결합자세를 변경하여 사용자가 손잡이(320)가 회전하는 평면을 다양하게 변경할 수 있다. 예컨대 수평면 즉, x-y평면 상에서 회전하는 손잡이를 수직면 즉,y-z평면 상에서 회전하도록 구동부(200)의 결합자세를 변경할 수 있다. 손잡이가 회전하는 평면에 따라 사용자의 상지의 자극받는 부분에 변화를 줄 수 있으며, 따라서, 종래보다 더욱 효과적으로 사용자의 상지를 운동시킬 수 있다.

정리하면, 고정부(100)의 가이드부재(120)와 결합부재(130)의 구조 및 결합방식에 의하여 결합위치를 이동시킴으로써, 각기 다른 신체조건을 가지는 사용자의 상지 길이에 맞추어 손잡이(320)를 위치시킬 수 있으며, 결합자세를 변경함으로써, 이를 운용하는 사용자의 상지의 다양한 부위에 자극을 줄 수 있다.

구동부(200)는 예컨대 BL(brushless)DC 모터일 수 있다. 물론 이에 한정하지 않고, 회전력을 발생할 수 있는 다양한 구동부를 포함할 수 있다. 구동부(200)는 운동부(300)에 회전력을 제공하고, 운동부(300)의 운동 부하를 조절하도록 마련되는 구성부이다. 즉, 구동부(200)는 로터(rotor)(200a)를 통하여 이에 연결된 운동부(300)에 회전력을 인가하여 운동부(300)를 쥔 사용자의 상지를 운동시킬 수 있다. 또한 구동부(200)는 로터(rotor)(200a)를 통하여 이에 연결된 운동부(300)를 쥔 사용자가 운동부(300)를 회전시킬 때 운동 부하 인가하고 그 크기를 조절할 수 있다. 구동부(200)는 로터(200a)가 예컨대 제1 방향에 교차하는 복수개의 방향 중 어느 한 방향으로 정렬되도록 배치될 수 있고, 로터(200a)의 위치는 로터(200a)에 장착된 운동부(300)가 회전할 때 운동부(300)와 고정부(100) 및 기구(10)가 서로 충돌 간섭되지 않도록 구동부(300)로부터 소정 거리 돌출 형성되어 그 위치가 형성될 수 있다.

운동부(300)는 구동부(200)의 로터(200a)에 연결되어 회전력에 의해 회전되도록 마련되는 구성부로서, 그 구조 및 연결관계는 특별히 한정하지는 않으나, 본 실시 예에서는 아래와 같이 운동부(300)의 구조 및 연결관계를 예시한다. 운동부(300)는 일단이 구동부(200)의 로터(200a)에 장착되며, 상기의 회전력에 의하여 회전 가능한 연결부재(310), 연결부재(310)의 타단에 회전 가능하게 장착되며, 연결부재(310)의 회전에 의하여 로터(200a)를 중심으로 회전 가능한 손잡이(320)를 포함할 수 있다. 연결부재(310)는 로터(200a)에 교차하는 방향으로 연장되는 부재이며, 로터(200a)의 회전과 함께 회전되도록 로터(200)에 예컨대 볼팅에 의해 결합될 수 있다. 손잡이(320)는 연결부재(310)에 교차하는 방향으로 연장되는 부재이며, 연결부재(310)와의 장착면에는 베어링(미도시)이 구비되어 연결부재(310)에 회전 가능하도록 장착될 수 있다. 이에 손잡이(320)의 회전에 의하여 손잡이(320)를 쥔 사용자의 상지와 손잡이(320) 사이에 마찰이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

제어부(400) 예컨대 제어보드는 기구(10)의 일측에 장착될 수 있고, 혹은 고정부(100)의 일측에 장착될 수 있다. 즉, 그 장착위치는 특별히 한정하지 않는다. 제어부(400)는 구동부(200)에 연결되고, 구동부(200)에 공급되는 전원의 전류값, 전압값 및 전류의 방향을 제어함으로써 구동부(200)의 운동 모드를 등척성운동 모드 및 자동운동 모드로 변경할 수 있고, 이에 사용자의 상지를 등척성 운동 및 자동 운동시킬 수 있다.

아래에서는 본 실시 예에 따른 상지 운동 로봇의 동작에 대한 이해를 돕기 위하여 등척성운동 모드 및 자동운동 모드를 설명한다.

등척성 운동은 정적인 근육의 수축을 이용한 근력 운동을 의미하며, 본 실시 예에서는, 등척성 운동 모드는 사용자가 손잡이(320)에 능동적으로 회전시켜 상지를 운동 시킬 때 사용자의 상지에 운동 부하를 가하는 것을 의미한다. 따라서, 등척성 운동 모드는 사용자가 손잡이(320)를 회전시킬 때, 부하를 주어 그 근육에 작용되는 힘을 조절하기 위하여 손잡이(320)가 회전하는 방향의 반대방향으로 구동부(200)의 로터(200a)에 토크를 가하고, 이에 손잡이(320)에 운동 부하를 인가하는 운동 모드를 의미한다.

자동운동은 관절의 가동범위 내에서 정맥계의 순환을 개선하도록 수행되는 근력 운동을 의미하며, 본 실시 예에서는 자동운동 모드는 등척성 운동 모드와 대응되는 개념으로써 사용하여, 즉, 외력 및 외부 동작에 의하여 상지를 운동시키는 모드를 의미한다. 즉, 사용자가 손잡이(320)를 능동적으로 회전시키지 않고, 손잡이(320)에 인가되는 회전력에 의해 상지를 운동시키는 운동 모드이다.

제어부(400)는 구동부(300)에 공급되는 전원을 제어함으로써, 구동부(300)가 운동부(300)에 회전력을 제공하여 사용자의 상지를 자동운동 시키거나, 운동부(300)의 운동부하를 조절하여 사용자의 상지를 등척성 운동 시킬 수 있다. 이를 위해 제어부(400)는 전압값 및 전류값을 조절 가능한 회로(미도시)를 구비하고, 이를 이용하여 구동부(300)에 공급되는 전원의 전압값 및 전류값을 목적하는 값으로 조절하여 공급할 수 있다.

한편, 제어부(400)는 기 설정된 등척성 운동 모드에 따라 손잡이(320)에 가해지는 부하의 크기를 단계적으로 설정할 수 있다. 이를 위해, 제어부(400)는 다단으로 설치되는 병렬저항들을 구비하고, 기 설정된 등척성 운동 모드에 따라 선택적으로 병렬 저항값을 설정하여 구동부(300)에 가해지는 부하전류를 조절한다. 이에 구동부(300)의 로터(200a)에 가해지는 토크가 조절되어 사용자는 소정 단계의 등척성 운동 모드를 수행할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 기 설정된 자동운동 모드에 따라 손잡이(320)에 인가되는 회전력의 회전속도 및 회전방향을 단계적으로 설정할 수 있다. 이를 위해, 제어부(400)는 구동부(300)에 가해지는 전원의 전압값을 조절하는 전압조절수단(미도시)을 구비하고, 기 설정된 자동운동 모드에 따라 선택적으로 전압값을 설정하여 구동부(300)에 인가되는 전류의 크기 및 방향을 조절한다. 이에 구동부(300)의 로터(200a)으로부터 인가되는 회전력의 회전속도 및 회전방향이 조절되어 사용자는 소정단계의 자동운동 모드를 수행할 수 있다. 따라서, 사용자는 소정단계의 스트레칭과 반복훈련의 수행이 가능하다.

기 설정된 등척성 운동 모드는 각각의 병렬저항값과 이에 대응하는 구동부(300) 예컨대 구동부(200)의 로터(200a)의 부하율 정보로 데이터 베이스를 구축하고, 이를 활용하여 복수의 단계를 가지는 등척성 운동 모드를 설정할 수 있다. 이와 마찬가지로 기 설정된 자동운동 모드는 각각의 전압값과 이에 대응하는 구동부(300) 예컨대 구동부의 로터(200a)의 회전속도 및 회전방향으로 데이터 베이스를 구축하고, 이를 활용하여 복수의 단계를 가지는 자동운동 모드를 설정할 수 있다.

한편, 상지 운동 로봇(1000)은 운동부(300)의 회전방향, 회전속도 및 운동 부하를 측정 가능한 센서부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 센서부는 복수개 구비될 수 있고, 상지 운동 로봇(1000)의 소정 위치에 마련될 수 있다. 센서부로부터 측정되는 값 즉, 운동부의 회전방향 정보, 회전속도값, 운동부하 예컨대 로터(200a)의 토크값 들은 제어부(400)로 전달되어 제어부의 피드백 제어에 활용될 수 있다.

이하, 본 실시 예에 따른 상지 운동 로봇(1000)이 장착된 상지 운동 시스템을 설명한다.

상지 운동 시스템은 사용자의 이동을 보조함과 함께, 사용자의 상지를 운동시키는 상지 운동 시스템으로서, 시트(미도시)가 구비된 휠체어, 휠체어에 착석한 사용자의 상지를 운동시키는 본 실시 예에 따른 상지 운동 로봇(1000)을 포함한다. 이때 제어부(400)는 휠체어를 전동이동시키도록 휠체어에 구동신호를 제공할 수 있다. 또한, 상지 운동 시스템은 상지 운동 로봇(1000)을 제1 방향 및 이에 교차하는 제2 방향으로 슬라이딩시키도록 휠체어에 장착되는 슬라이딩부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상지 운동 시스템에는 상지 운동 로봇(1000)이 복수개 구비될 수 있으며, 예컨대 상지 운동 로봇(1000)은 시트의 양측으로 이격되어 각각 결합될 수 있고, 이에 사용자의 양측 상지를 함께 운동시킬 수 있다.

휠체어는 휠체어 프레임, 시트, 휠체어 프레임의 하부에 배치되는 복수개의 바퀴를 구비한다. 이때, 휠체어 프레임의 제1 방향으로의 좌측 및 우측에는 상지 운동 로봇을 장착 가능한 프레임(11)이 구비될 수 있다. 프레임(11)은 제2 방향으로 연장 형성되며, 서로 상하방향 예컨대 z축 방향으로 서로 이격되는 상부 프레임(11a), 하부 프레임(11b)를 포함한다. 상지 운동 로봇(1000)의 고정부(100)는 고정블록(110)을 이용하여 프레임(11)에 탈착될 수 있다.

여기서, 휠체어는 전동이동이 가능한 휠체어일 수 있고, 이를 위해 휠체어에는 휠체어를 구동시키는 구동기(미도시)를 구비할 수 있고, 구동기는 상지 운동 로봇(1000)으로부터 구동신호를 제공받아 제어될 수 있다. 본 실시 예에 따른 상지 운동 로봇(1000)은 사용자가 착석 가능한 일반적인 기구에 장착되어 독립적으로 동작이 가능하나, 휠체어에 장착되는 경우에 휠체어의 일부로써 동작이 가능하다. 이에, 사용자는 휠체어를 타고 이동할 수 있을 뿐만 아니라, 휠체어에 앉은 상태로 등척성 운동 모드 및 자동운동 모드로 상지를 운동시킬 수 있다.

상술한 슬라이딩부재(미도시)는 상부프레임(11a)와 하부프레임(11b)에 장착될 수 있고, 슬라이딩부재에 상지 운동 로봇(1000)이 탈착 가능하게 장착될 수 있다. 슬라이딩 부재에 의하여 사용자의 신체 조건에 적합하도록 상지 운동 로봇의 장착 위치가 조절될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 휠체어에 장착되어 운용되는 경우가 예시되었으나, 이외의 다양한 기구에도 적용될 수 있다. 한편, 본 발명의 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 또한, 본 발명이 해당하는 기술분야에서의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100: 고정부 120: 가이드부재
130: 결합부재 200: 구동부
320: 손잡이 400: 제어부

Claims (11)

1. 시트가 구비된 기구에 탈착 가능하게 결합되는 고정부;
   상기 고정부에 장착되고, 회전력을 발생하는 구동부;
   상기 회전력에 의해 회전 가능하도록 상기 구동부에 장착되며, 사용자의 상지를 운동시키는 운동부; 및
   상기 구동부에 구동신호를 제공하는 제어부;를 포함하고,
   상기 고정부는,
   제1 방향으로 서로 이격되는 복수개의 고정블록;
   상기 고정블록들의 사이를 연결하여 장착되는 가이드부재;
   상기 가이드부재의 외주면을 따라 이동 및 회전 가능하도록 상기 가이드부재에 탈착되며, 일면에 상기 구동부가 지지되는 결합부재; 및
   일면에 상기 결합부재가 장착되고, 타면에 상기 구동부가 장착되어 상기 구동부의 진동을 흡수하는 마운트;를 포함하는 상지 운동 로봇.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 결합부재의 이동 및 회전에 의하여 상기 구동부의 결합위치 및 결합자세가 제어되는 상지 운동 로봇.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 결합부재는,
   상기 마운트의 일면에 장착되는 결합블록;
   상기 결합블록을 관통하여 형성되는 결합구; 및
   상기 결합구를 조이거나 풀도록 상기 결합블록에 장착되는 걸쇠;를 포함하고,
   상기 가이드부재는 상기 결합구 내에 배치되는 상지 운동 로봇.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동부는 상기 운동부에 회전력을 제공하고, 상기 운동부의 운동 부하를 조절하는 상지 운동 로봇.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 운동부는,
   일단이 상기 구동부의 로터에 장착되며, 상기 회전력에 의하여 회전 가능한 연결부재; 및
   상기 연결부재의 타단에 회전 가능하게 장착되며, 상기 연결부재의 회전에 의하여 상기 로터를 중심으로 회전 가능한 손잡이;를 포함하는 상지 운동 로봇.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 운동부의 회전방향, 회전속도 및 운동 부하를 측정하는 센서부;를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 구동부의 작동 모드를 등척성 운동 모드로 설정하거나 자동운동 모드로 설정 가능하며,
   상기 센서부로부터 측정되는 측정값은 상기 제어부로 피드백 되는 상지 운동 로봇.
   
8. 시트가 구비된 휠체어; 및
   상기 휠체어에 착석한 사용자의 상지를 운동시키는 상기 청구항 1 내지 청구항 2 및 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 상지 운동 로봇;을 포함하고,
   상기 휠체어에 의하여 사용자의 이동을 보조 가능하고, 상기 상지 운동 로봇에 의하여 사용자의 상지를 운동시킬 수 있는 상지 운동 시스템.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제어부는 상기 휠체어를 전동이동시키도록 상기 휠체어에 구동신호를 제공하는 상지 운동 시스템.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 상지 운동 로봇을 제1 방향 및 이에 교차하는 제2 방향으로 슬라이딩시키도록 상기 휠체어에 장착되는 슬라이딩부재;를 더 포함하는 상지 운동 시스템.
    
11. 청구항 8에 있어서,
    상기 상지 운동 로봇은 상기 시트의 양측으로 이격되어 각각 결합되는 상지 운동 시스템.
    

Images