KR101831602B1 - 영상 처리를 통해 정밀 제어하는 상지 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템 - Google Patents

영상 처리를 통해 정밀 제어하는 상지 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101831602B1
KR101831602B1 KR1020160030902A KR20160030902A KR101831602B1 KR 101831602 B1 KR101831602 B1 KR 101831602B1 KR 1020160030902 A KR1020160030902 A KR 1020160030902A KR 20160030902 A KR20160030902 A KR 20160030902A KR 101831602 B1 KR101831602 B1 KR 101831602B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
user
external object
hand
rehabilitation robot
finger
Prior art date
Application number
KR1020160030902A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170107231A (ko
Inventor
방문석
김성완
남형석
김윤재
오병모
범재원
서한길
이자호
고석규
박성우
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020160030902A priority Critical patent/KR101831602B1/ko
Publication of KR20170107231A publication Critical patent/KR20170107231A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101831602B1 publication Critical patent/KR101831602B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0274—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • A61H1/0285—Hand
    • A61H1/0288—Fingers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/1635—Hand or arm, e.g. handle
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1657—Movement of interface, i.e. force application means
    • A61H2201/1659—Free spatial automatic movement of interface within a working area, e.g. Robot
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5097—Control means thereof wireless
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2205/00—Devices for specific parts of the body
    • A61H2205/06—Arms
    • A61H2205/065—Hands
    • A61H2205/067—Fingers

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자의 손에 연결되는 재활 로봇 모듈에 있어서, 상기 사용자의 손에 연결되며 상기 사용자의 손을 지지하는 바디; 상기 바디의 일측에 형성되어 상기 사용자의 손가락을 움직이는 구동부; 상기 구동부가 목표하는 외부 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정부; 상기 외부 물체의 형상을 인식하는 촬영부; 및 상기 외부 물체와의 거리 및 형상을 기초로 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 재활 로봇 모듈이 제공된다.

Description

영상 처리를 통해 정밀 제어하는 상지 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템{UPPER LIMB REHABILITATION ROBOT MODULE AND UPPER LIMB REHABILITATION ROBOT SYSTEM FOR PRECISION CONTROL BY IMAGE PROCESSING}
본 발명의 실시예는 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템에 관한 것이다.
뇌는 각 부위마다 각각 담당하는 기능이 있다는 것이 정설로 되어 있으며, 뇌졸증, 외상성 뇌손상, 뇌종양 등의 이유로 뇌의 특정 부위가 손상되는 경우 편측 또는 양측 상지(손, 팔) 운동 마비가 발생할 수 있으며, 뇌졸증의 경우 편마비 형태로 나타나는 경우가 가장 흔하다. 이와 같이 다양한 질환에 의해 발생하는 상지 마비에 대해 재활 치료가 최근에 많이 개발되고 있고, 임상에서도 일부 활용되고 있다.
상지 재활 로봇은 크게 재활치료용 및 일상생활 동작 수행용으로 구분할 수 있다. 재활치료용 로봇은 대부분 정해진 알고리즘 및 게임을 통해 로봇을 제어하는 방식을 통해 구동되고, 일상생활 동작 수행용 로봇은 개별 상황에 맞추어 구동해야 하기 때문에 주로 다양한 생체 신호를 인식하는 방법을 사용하는 형태로 개발되어 있다.
사용자 의도에 따른 로봇 구동을 위해 뇌파(electroencephalography, EEG), 뇌자도(magnetoencephalography, MEG), 뇌피질도(electrocorticography,ECoG) 등의 뇌신호 및 근육 활성 신호인 근전도(electromyography, EMG) 등이 주로 개발되고 있으나, 대부분 신호의 정확도가 낮고 잡음이 많아서 신호의 패턴을 구분하기 어렵고, 침습적인 뇌수술을 통해 얻어지는 뇌피질도는 상대적으로 신호의 정확도는 높으나 현실적으로 일상생활 동작 보조를 위해 뇌수술을 시행하기에는 기술적, 윤리적인 문제가 해결되어야 한다.
손 잡기 기능(grasp function)을 구현하기 위한 외골격형 재활 로봇은 현재 여러 연구팀에서 개발되고 있고, 의도 파악(intention sensing), 동력 전달(force transmission) 방법, 제어 방법의 여러가지 기술의 조합에 의한 로봇이 개발되고 있다.
의도 파악의 방식으로는 근전도(EMG) 감지, 힘 감지, 각도 감지, 휘어짐 감지, 호흡 또는 입으로 불기 등이 사용되고 있다. 동력 전달 방법으로는 링키지(linkage), 케이블, 모터의 직접 접촉 등이 이용되고 있다. 구동 방식은 크게 능동(active) 방식 및 수동(passive) 방식으로 나뉘며, 손가락 동작의 경우 관절이 많은 특성 때문에 각 관절에 대응하는 모터를 이용하기 보다는 언더엑츄에이트(underactuate) 방식이 많이 이용되고 있다.
의도 파악으로 사용되는 근전도 감지는 정확성이 떨어진다. 또한, 근전도 감지 및 힘 감지는 사용자인 환자 또는 장애인이 손가락을 움직일 수 있는 정도의 힘이 있어야 사용이 가능한데, 주요 사용자인 뇌졸중 환자(편마비 환자)의 경우 근련의 회복이 근위부(proximal)인 어깨나 팔꿈치에서 원위부(distal)인 손목이나 손의 순서로 서서히 나타나고, 인지 기능도 저하된 상태인 경우가 많아서 환자 스스로 세밀하게 로봇, 특히 손 로봇을 조작하기는 어렵고, 이에 따라 개발된 손 재활이 일상생활에서 실용적으로 이용되는 경우가 드물다. 근전도 이외에 힘 센서 등을 이용한 방식의 손재활로봇의 경우에도 잡기 및 놓기(grasp & release)와 같은 단순한 동작을 매우 제한된 환경에서 시행할 수 있는 경우가 대부분이다.
손 이외에 어깨, 팔꿈치, 손목 관절 위주로 개발된 로봇의 경우에는 재활 목적으로는 사용이 가능하지만, 손 기능(주로 잡기 기능)이 구현되지 않으면 일상생활용으로 사용되기 어렵다.
반면, 대부분의 편마비 뇌졸증 환자의 경우 질환의 아급성기(subacute stage)로 접어들면서 재활 치료를 받고, 자연적인 회복도 함께 일어나면서 어깨, 팔꿈치의 경우 정교하지는 않아도 어느 정도는 움직일 수 있으나, 손 및 손가락의 경우 뇌졸중 발병 후 수개월이 경과하여도 물건을 집는 등 일상생활에 필요한 동작을 정확히 수행하기 어렵다. 비장애인의 경우에도 팔과 손을 뻗어 물건을 잡는 동작을 수행할 때에는 뇌, 눈, 팔, 손, 손가락 등이 조화를 이루면서 작동하는 동시에 시각, 손의 감각 등을 통한 지속적인 피드백이 함께 이루어져야 물건을 잡을 수 있는데, 아무리 정교한 로봇이라 해도 사용자의 의도를 정확히 파악하고 정밀하게 작동하기는 어렵기 때문에 실생활에 사용할 수 있을 정도의 정확성을 갖추기 위해서는 외부 센서 등을 통한 움직임 보정이 필수적이다.
이에 환자 또는 장애인이 손가락을 움직이기 어려운 경우에 잡기 기능을 구현하여 사용자가 실생활에서 사용할 수 있고 동시에 재활 치료 효과를 유발할 수 있는 새로운 형태의 손 재활 로봇 개발이 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-1098565호 (2011.12.19.)
본 발명의 실시예들은, 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템에 관한 것으로서, 영상처리를 통한 보정 기능을 활용하여 제어의 정확도를 높일 수 있는 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들은, 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템에 관한 것으로서, 사용자 의도에 따른 로봇 팔 제어를 가능하게 하여, 일상생활 동작을 수행하고 아울러 재활치료에도 활용할 수 있는 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자의 손에 연결되는 재활 로봇 모듈에 있어서, 상기 사용자의 손에 연결되며 상기 사용자의 손을 지지하는 바디; 상기 바디의 일측에 형성되어 상기 사용자의 손가락을 움직이는 구동부; 상기 구동부가 목표하는 외부 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정부; 상기 외부 물체의 형상을 인식하는 촬영부; 및 상기 외부 물체와의 거리 및 형상을 기초로 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 재활 로봇 모듈이 제공된다.
상기 바디는 상기 사용자의 손목에 고정되는 손목 고정부를 포함할 수 있다.
상기 바디는 상기 사용자의 손의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 바디는 상기 사용자의 손목을 회전시키도록 하는 별도의 회전축을 포함할 수 있다.
상기 구동부는 상기 사용자의 손의 손바닥 측에 위치할 수 있다.
상기 구동부의 일단에는 상기 사용자의 손가락에 파지 압력을 전달하는 압력 전달부가 형성될 수 있다.
상기 압력 전달부는 압축 공기 벌룬(balloon)일 수 있다.
상기 구동부는 상기 사용자의 손의 손등 측에 위치할 수 있다.
상기 구동부의 일단에는 상기 사용자의 손가락의 적어도 일부를 수용하는 손가락 수용부가 형성될 수 있다.
상기 손가락 수용부 내에는 상기 사용자의 손가락에 파지 압력을 전달하는 압력 전달부가 형성될 수 있다.
상기 구동부는 복수개 형성되어, 상기 사용자의 손가락 중 적어도 일부에 대응될 수 있다.
상기 구동부 중 상기 바디와 연결되는 부분은 상기 바디를 기준으로 회전되는 회전 부재로 형성될 수 있다.
상기 거리 측정부는 초음파 센서 또는 레이저 센서일 수 있다.
상기 촬영부는 상기 사용자의 팔의 근력에 반응하여 상기 외부 물체를 특정할 수 있다.
상기 특정된 외부 물체를 표시하는 인터페이스(interface)부를 더 포함할 수 있다.
상기 인터페이스부에는 상기 특정된 외부 물체의 확정 여부를 확인하는 표시가 나타날 수 있다.
상기 인터페이스부는 무선통신을 이용할 수 있다.
상기 인터페이스부는 블루투스(Bluetooth)를 이용할 수 있다.
상기 사용자의 손목에 착용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 재활 로봇 모듈이 상기 사용자의 상지(upper limb)에 착용되는 상지 착용 로봇에 부착되는, 재활 로봇 시스템이 제공된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 외부 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정부 및 외부 물체의 형상을 인식하는 촬영부를 포함함으로써, 영상처리를 통한 보정 기능을 활용하여 제어의 정확도를 높여 실제 일상 생활에서도 사용할 수 있다.
또한, 외부 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정부 및 외부 물체의 형상을 인식하는 촬영부를 포함함으로써, 사용자 의도에 따른 로봇 팔 제어를 가능하게 하여, 일상생활 동작을 수행하고 아울러 사용자의 의도에 따른 움직임을 제공함으로써 뇌가소성(neuroplasticity)을 활성화하여 뇌신경재활의 기본 개념에 입각한 재활치료에도 폭넓게 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재활 로봇 모듈을 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 재활 로봇 모듈을 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 재활 로봇 시스템을 나타내는 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스부의 표시 상태를 나타내는 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재활 로봇 모듈(100)을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 재활 로봇 모듈(100)은, 사용자의 손(50)에 연결되며 사용자의 손(50)을 지지하는 바디(110), 바디(110)의 일측에 형성되어 사용자의 손가락을 움직이는 구동부(120), 구동부(120)가 목표하는 외부 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정부(130), 외부 물체의 형상을 인식하는 촬영부(135) 및 외부 물체와의 거리 및 형상을 기초로 구동부(120)의 동작을 제어하는 제어부(미도시됨)를 포함할 수 있다.
본 재활 로봇 모듈(100)은 외골격 형태로서, 거리 측정부(130) 및 촬영부(135)를 장착하여 외부 목표의 위치와 형태를 인식하고 이에 따라서 구동부(120)를 제어하여 일상생활 동작을 수행할 수 있다. 특히, 뇌졸증, 뇌성마비, 루게릭 병과 같은 질환으로 인하여 손과 팔을 제대로 쓸 수 없는 환자가 재활 로봇 모듈(100)을 착용하고, 상지 근위부에 미세하게 남아있는 근력으로 재활 로봇 모듈(100)에 있는 촬영부(135)의 방향을 조절하는 것을 통해 사용자의 의도를 반영할 수 있는 새로운 모듈에 관한 것이다.
재활 로봇 모듈(100)에 포함되는 바디(110)는 사용자의 손목에 고정되는 손목 고정부(140)를 포함할 수 있다. 손목 고정부(140)는 재활 로봇 모듈(100)의 리스트 파트(wrist part)에 연결될 수 있고, 사용자의 손목에 감기는 밴드 형태일 수 있다.
바디(110)는 'ㄷ'자의 바(bar) 형태일 수 있고, 사용자의 손(50)의 외측을 둘러싸는 형태일 수 있다. 바디(110)는 사용자의 손목을 회전시킬 수 있는 별도의 회전축을 포함하여, 사용자의 손목이 회전되어 사용자의 손의 그립이 자유롭게 변화하도록 할 수 있다.
구동부(120)는 사용자의 손가락 중 적어도 일부에 대응되도록 복수개(120-1, 120-2, 120-3)가 형성될 수 있다. 도 1에서는 구동부(120)가 세 개(120-1, 120-2, 120-3) 형성되어, 사용자의 손가락 중 엄지, 검지, 중지 손가락이 끼워지는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
구동부(120)의 일단에는 사용자의 손가락에 압력을 전달하는 압력 전달부(121)가 형성될 수 있다. 구동부(120)가 외부 물체를 파지할 때의 압력을 압력 센서를 통해 검지한 후에, 해당 압력을 사용자의 손가락에 그대로 전달하기 위한 것일 수 있다. 특히, 재활 치료의 경우에 사용자에게 외부 물체를 파지할 때의 감각이 손가락을 통해 느껴지도록 함으로써, 재활 치료 효과를 높일 수 있다. 압력 전달부(121)는 검지된 압력에 따라 수축과 팽창이 가능한 압축 공기 벌룬(balloon)일 수 있다. 압력 전달부(121)는 각각의 구동부(120-1, 120-2, 120-3)마다 형성될 수 있다. 따라서, 도 1에서는 압력 전달부(121)는 세 개(121-1, 121-2, 121-3) 형성될 수 있다.
구동부(120)는 사용자의 손(50)의 손등 쪽이 아닌 손바닥 쪽에 위치할 수 있다. 즉, 사용자의 손가락이 구동부(120)에 얹혀지는 형태로 사용될 수 있다. 이에 의해, 구동부(120)가 직접 외부 물체를 파지하기 때문에, 구동부(120)가 외부 물체를 파지하였을 때의 파지 압력을 용이하게 검지할 수 있다. 따라서, 구동부(120)가 지나치게 약하거나 센 힘으로 외부 물체를 파지하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 유리와 같은 외부 물체의 경우에 지나치게 센 힘으로 파지하여 외부 물체가 파쇄됨으로써 사용자의 손(50)이 다치는 것을 방지할 수 있다.
구동부(120) 중 바디(110)와 연결되는 부분은 바디(110)를 기준으로 회전되는 회전 부재(125)일 수 있다. 회전 부재(125)의 회전에 의해 구동부(120)가 이동하게 되고, 사용자의 손가락을 움직일 수 있다. 회전 부재(125)도 각각의 구동부(120-1, 120-2, 120-3)마다 형성될 수 있다. 도 1에 있어서, 회전 부재(125)는 세 개(125-1, 125-2, 125-3) 형성될 수 있다.
거리 측정부(130)는 초음파 센서 또는 레이저 센서일 수 있다.
촬영부(135)는 이미지 인식용 카메라로서, 물체의 형상을 인식하여 인식된 물체의 형상을 제어부에 제공하고, 사용자 측에 위치하는 인터페이스부에 표시되는 물체의 형상을 제공할 수 있다. 또한, 촬영부(135)는 사용자의 팔의 미세한 근력에 반응하여 외부 물체를 특정할 수도 있다. 즉, 사용자가 팔을 미세하게 움직여서 촬영부(135)의 촬영 방향을 원하는 외부 물체 측으로 이동시키면 촬영부(135)는 촬영 방향 내의 물체를 인식하고 해당 물체의 이미지를 인터페이스부에 표시할 수 있다. 사용자는 인터페이스부에 표시된 물체의 이미지를 확인하고 해당 물체가 맞는지를 결정할 수 있다. 이와 같은 방법으로, 촬영부(135)를 이용하여 외부 물체를 특정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스부의 표시 상태를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 인터페이스부(300)는 촬영부(135)를 통해 촬영된 외부 물체의 이미지(10')를 표시할 수 있다. 사용자는 인터페이스부(300)에 표시된 외부 물체의 이미지(10')를 보고 해당 물체가 맞는지 여부를 확정하기 위한 표시(310) 중에서 선택하여 물체를 확정할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스부(300)에 표시된 외부 물체의 이미지(10')가 원하는 물체가 맞으면 표시(310) 중 "○"를 눌러서 물체를 확정할 수 있다. 만약, 인터페이스부(300)에 표시된 외부 물체의 이미지(10')가 원하는 물체가 아니면 표시(310) 중 "×"를 눌러서 물체가 아님을 전달할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 사용자의 행동(예를 들어, 일정 시간 동안 정지하고 있음)을 통해 사용자의 의도를 확인할 수도 있다.
인터페이스부(300)를 통해 물체가 확정되면, 재활 로봇 모듈(100)을 통해 사용자의 손목 및 손가락을 움직여서 해당 물체에 대한 동작(예를 들어, 해당 물체를 잡음)을 행할 수 있다.
인터페이스부(300)는 무선통신을 이용할 수 있으며, 특히 블루투스(Bluetooth)를 통해 통신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 재활 로봇 모듈(200)을 나타내는 도면이다.
재활 로봇 모듈(200)에 포함되는 바디(210)는 앞선 실시예와 달리 사용자의 손(50)의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다.
구동부(220)는 사용자의 손가락 중 적어도 일부에 대응되도록 복수개(220-1, 220-2, 220-3)가 형성될 수 있다. 도 2에서는 구동부(220)가 세 개(220-1, 220-2, 220-3) 형성되어, 사용자의 손가락 중 엄지, 검지, 중지 손가락이 끼워지는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
앞선 실시예와 달리, 구동부(220)는 사용자의 손(50)의 손등 쪽에 위치할 수 있다. 즉, 구동부(220)가 사용자의 손가락을 감싸는 형태로 사용될 수 있다.
구동부(220)의 일단에는 사용자의 손가락의 적어도 일부를 수용하는 손가락 수용부(221)가 형성될 수 있다. 손가락 수용부(221)는 그 내부에 사용자의 손가락을 수용함으로써, 외부 물체를 파지할 때 손가락 수용부(221)가 외부 물체에 직접 접촉하도록 할 수 있다. 이에 의해, 손가락 수용부(221)가 직접 외부 물체를 파지하기 때문에, 손가락 수용부(221)가 외부 물체를 파지하였을 때의 파지 압력을 용이하게 검지할 수 있다. 따라서, 손가락 수용부(221)가 지나치게 약하거나 센 힘으로 외부 물체를 파지하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 유리와 같은 외부 물체의 경우에 지나치게 센 힘으로 파지하여 외부 물체가 파쇄됨으로써 사용자의 손(50)이 다치는 것을 방지할 수 있다.
손가락 수용부(221)는 각각의 구동부(220-1, 220-2, 220-3)마다 형성될 수 있다. 도 2에 따르면, 손가락 수용부(221)는 세 개(221-1, 221-2, 221-3) 형성될 수 있다. 손가락 수용부(221)의 내측에는 사용자의 손가락에 압력을 전달하는 압력 전달부(미도시됨)가 형성될 수 있다. 이는, 재활 치료의 경우에 사용자에게 외부 물체를 파지할 때의 감각이 손가락을 통해 느껴지도록 함으로써, 재활 치료 효과를 높일 수 있다.
구동부(220) 중 바디(210)와 연결되는 부분은 바디(210)를 기준으로 회전되는 회전 부재(225)일 수 있다. 회전 부재(225)의 회전에 의해 구동부(220)가 이동하게 되고, 사용자의 손가락을 움직일 수 있다. 회전 부재(225)도 각각의 구동부(220-1, 220-2, 220-3)마다 형성될 수 있다. 도 2에 있어서, 회전 부재(225)는 세 개(225-1, 225-2, 225-3) 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 재활 로봇 모듈(200)의 경우에도 거리 측정부 및 촬영부를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 재활 로봇 시스템(500)을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 재활 로봇 시스템(500)은 앞서 설명한 재활 로봇 모듈(100, 200)을 포함하고, 재활 로봇 모듈(100, 200)이 사용자의 상지(upper limb)에 착용되는 상지 착용 로봇(400)에 부착될 수 있다. 상지 착용 로봇(400)의 경우에는 사용자의 팔꿈치 및 어깨의 움직임까지 제어할 수 있기 때문에 해당 물체(10)에 손을 뻗는 동작까지 유도할 수 있다.
재활 로봇 시스템(500)에 따른 동작을 설명하면 다음과 같다. 우선, 촬영부를 통해 원하는 물체(10)를 인식하고 거리 측정부를 통해 물체(10)의 정확한 위치를 확정할 수 있다. 인식된 물체(10)는 인터페이스부(300)를 통해 사용자가 확정할 수 있다. 물체(10)가 확정되면, 상지 착용 로봇(400)에 의해 사용자의 팔을 물체(10)까지 이동시키고, 재활 로봇 모듈(100, 200)의 구동부(120, 220)를 동작시켜서 물체(10)를 잡는 것과 같은 동작을 행할 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니고 재활 로봇 모듈(100, 200)만으로도 사용자의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 뇌졸증 환자의 경우에는 근위부 근력이 다소 남아있기 때문에 스스로 물체 근처로 손을 이동시킬 수 있다. 그리고, 재활 로봇 모듈(100, 200)의 촬영부를 통해 원하는 물체(10)를 인식하고 거리 측정부를 통해 물체(10)의 정확한 위치를 확정할 수 있다. 인식된 물체(10)를 인터페이스부(300)를 통해 사용자가 확정하면, 구동부(120, 220)를 동작시켜서 물체(10)를 잡는 것과 같은 동작을 행할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 외부 물체
10' : 외부 물체의 이미지
50 : 손
100, 200 : 재활 로봇 모듈
110: 바디
120, 120-1, 120-2, 120-3 : 구동부
121, 121-1, 121-2, 121-3 : 압력 전달부
125, 125-1, 125-2, 125-3 : 회전 부재
130 : 거리 측정부
135 : 촬영부
140 : 손목 고정부
210 : 바디
220, 220-1, 220-2, 220-3 : 구동부
221, 221-1, 221-2, 221-3 : 손가락 수용부
225, 225-1, 225-2, 225-3 : 회전 부재
300 : 인터페이스부
400 : 상지 착용 로봇
500 : 재활 로봇 시스템

Claims (20)

  1. 사용자의 손에 연결되는 재활 로봇 모듈에 있어서,
    상기 사용자의 손에 연결되며 상기 사용자의 손을 지지하는 바디;
    상기 바디의 일측에 형성되어 상기 사용자의 손가락을 움직이는 구동부;
    상기 구동부의 일단에 형성되어 상기 사용자의 손가락에 파지 압력을 전달하는 압력 전달부;
    상기 바디에 형성되어 상기 구동부가 목표하는 외부 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정부;
    상기 바디에 형성되어 상기 외부 물체의 형상을 인식하고, 상기 사용자의 팔의 근력에 반응하여 방향이 조정되며 상기 외부 물체를 특정하는 촬영부;
    상기 특정된 외부 물체를 표시하는 인터페이스(interface)부; 및
    상기 외부 물체와의 거리 및 형상을 기초로 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 바디는 상기 사용자의 손목을 회전시키도록 하는 별도의 회전축을 포함하고,
    상기 인터페이스부에는 상기 특정된 외부 물체의 확정 여부를 확인하는 표시가 나타나며, 상기 사용자는 상기 표시의 선택을 통해 상기 외부 물체의 확정 여부를 결정 가능하고,
    상기 외부 물체가 확정되면, 상기 외부 물체와의 거리 및 형상을 기초로 상기 외부 물체를 파지하는, 재활 로봇 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디는 상기 사용자의 손목에 고정되는 손목 고정부를 포함하는, 재활 로봇 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디는 상기 사용자의 손의 적어도 일부를 감싸도록 형성되는, 재활 로봇 모듈.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부는 상기 사용자의 손의 손바닥 측에 위치하는, 재활 로봇 모듈.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 전달부는 압축 공기 벌룬(balloon)인, 재활 로봇 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부는 상기 사용자의 손의 손등 측에 위치하는, 재활 로봇 모듈.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 구동부의 일단에는 상기 사용자의 손가락의 적어도 일부를 수용하는 손가락 수용부가 형성되고,
    상기 압력 전달부는 상기 손가락 수용부 내에 위치되는, 재활 로봇 모듈.
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부는 복수개 형성되어, 상기 사용자의 손가락 중 적어도 일부의 각각에 각기 대응되는, 재활 로봇 모듈.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부 중 상기 바디와 연결되는 부분은 상기 바디를 기준으로 회전되는 회전 부재로 형성되는, 재활 로봇 모듈.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 거리 측정부는 초음파 센서 또는 레이저 센서인, 재활 로봇 모듈.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 인터페이스부는 무선통신을 이용하는, 재활 로봇 모듈.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 인터페이스부는 블루투스(Bluetooth)를 이용하는, 재활 로봇 모듈.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 사용자의 손목에 착용되는, 재활 로봇 모듈.
  20. 청구항 1 내지 3, 5, 7 내지 9, 11 내지 13 및 17 내지 19 중 어느 한 항에 따른 재활 로봇 모듈이 상기 사용자의 상지(upper limb)에 착용되는 상지 착용 로봇에 부착되는, 재활 로봇 시스템.
KR1020160030902A 2016-03-15 2016-03-15 영상 처리를 통해 정밀 제어하는 상지 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템 KR101831602B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160030902A KR101831602B1 (ko) 2016-03-15 2016-03-15 영상 처리를 통해 정밀 제어하는 상지 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160030902A KR101831602B1 (ko) 2016-03-15 2016-03-15 영상 처리를 통해 정밀 제어하는 상지 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170107231A KR20170107231A (ko) 2017-09-25
KR101831602B1 true KR101831602B1 (ko) 2018-02-23

Family

ID=60035363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160030902A KR101831602B1 (ko) 2016-03-15 2016-03-15 영상 처리를 통해 정밀 제어하는 상지 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101831602B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102035110B1 (ko) * 2018-01-24 2019-10-22 원광대학교산학협력단 손 재활 장치
CN109325106A (zh) * 2018-07-31 2019-02-12 厦门快商通信息技术有限公司 一种医美聊天机器人意图识别方法及装置
CN111221955A (zh) * 2020-01-09 2020-06-02 厦门快商通科技股份有限公司 一种基于少量数据的访客意图数据预抽取方法及系统
CN112828882B (zh) * 2020-12-11 2023-03-31 天津大学 一种分布式外肢体手指机器人控制系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004329490A (ja) * 2003-05-06 2004-11-25 Osaka Industrial Promotion Organization 指運動機能回復支援具および指運動機能回復支援システム
KR101126637B1 (ko) * 2009-09-10 2012-03-26 학교법인 동의학원 상지재활훈련로봇 및 그에 적용되는 패러럴 링크 장치
KR101361999B1 (ko) 2009-04-09 2014-02-11 고쿠리쯔 다이가쿠 호징 츠쿠바 다이가쿠 장착식 동작보조장치
KR101515951B1 (ko) 2013-12-02 2015-05-04 주식회사 피앤에스미캐닉스 손가락 운동 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004329490A (ja) * 2003-05-06 2004-11-25 Osaka Industrial Promotion Organization 指運動機能回復支援具および指運動機能回復支援システム
KR101361999B1 (ko) 2009-04-09 2014-02-11 고쿠리쯔 다이가쿠 호징 츠쿠바 다이가쿠 장착식 동작보조장치
KR101126637B1 (ko) * 2009-09-10 2012-03-26 학교법인 동의학원 상지재활훈련로봇 및 그에 적용되는 패러럴 링크 장치
KR101515951B1 (ko) 2013-12-02 2015-05-04 주식회사 피앤에스미캐닉스 손가락 운동 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170107231A (ko) 2017-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11096746B2 (en) User interface devices for use in robotic surgery
US11771613B2 (en) Robot system for active and passive upper limb rehabilitation training based on force feedback technology
KR101831602B1 (ko) 영상 처리를 통해 정밀 제어하는 상지 재활 로봇 모듈 및 재활 로봇 시스템
US9744092B2 (en) Limb rehabilitation and training system
CA2980964C (en) Method and apparatus for controlling a surgical mechatronic assistance system by means of a holding arm for medical purposes
US20200390510A1 (en) Master control device and methods therefor
US20170209737A1 (en) Upper limb rehabilitation system
KR20170139655A (ko) 초정교 수술 시스템 사용자 인터페이스 디바이스
Maimon-Mor et al. Towards free 3D end-point control for robotic-assisted human reaching using binocular eye tracking
JP7157424B2 (ja) インタラクティブ情報伝達システム及びインタラクティブ情報伝達方法並びに情報伝達システム
JP2021194539A (ja) 外科手術中のコンピュータ支援ナビゲーション用のカメラ追跡バー
US11504200B2 (en) Wearable user interface device
Schiatti et al. Soft brain-machine interfaces for assistive robotics: A novel control approach
KR20190044335A (ko) 자동 손동작 보조기구
Struijk et al. Comparison of tongue interface with keyboard for control of an assistive robotic arm
US20230240781A1 (en) System, method, and apparatus for hand-centric controller for the robotic digital surgical microscope
US20230397965A1 (en) Fingers-driven haptic interface for robot-assisted surgical system
CN113194870B (zh) 使用者界面装置、手术机器人装置的主控制台及其操作方法
KR20170053854A (ko) 장갑형 모션 측정 웨어러블 리모트 컨트롤러
Fu et al. Mobile teleoperation: Feasibility of wireless wearable sensing of the operator’s arm motion
KR101934272B1 (ko) 뇌-기계 인터페이스 로봇 제어 시스템
CN111246829B (zh) 在感觉运动功能康复和增强期间提供间接移动反馈的系统和方法
JP7281924B2 (ja) 情報伝達システム
KR20240085209A (ko) 비대면 자가재활시스템
Lee et al. Biosignal-integrated robotic systems with emerging trends in visual interfaces: A systematic review

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant