KR101866255B1

KR101866255B1 - 손 재활로봇

Info

Publication number: KR101866255B1
Application number: KR1020160140038A
Authority: KR
Inventors: 장평훈
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2018-06-12
Also published as: KR20180045561A

Abstract

본 발명은, 일측에 축회전 가능하도록 동력전달축이 결합된 베이스프레임, 베이스프레임에 설치된 상태로 동력전달축과 연결되며, 동력전달축을 회전시키도록 회전력을 발생시키는 구동발생부, 환자의 엄지손가락을 제외한 네손가락을 고정 지지하는 메인안착부, 일단이 베이스프레임의 양단에서 회전 가능하게 핀으로 연결되고, 타단은 메인안착부의 양단에서 회전 가능하게 핀으로 연결되는 한 쌍의 주링크부, 베이스프레임에 설치하며, 동력전달축의 회전력을 주링크부의 일단으로 전달할지 여부를 조절하는 네손가락운동제어부를 포함하며, 주링크부는, 메인안착부에 고정 결합되는 제1링크바, 일단은 제1링크바의 일단에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하며, 타단은 베이스프레임에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하는 제2링크바, 제2링크바와 엇갈리게 배치된 상태로 일단은 제1링크바의 타단에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하며, 타단이 네손가락운동제어부에 의해 동력전달축의 회전력을 전달받아 회전하게 되는 제3링크바를 포함하는 손 재활로봇을 제공한다.

Description

손 재활로봇{Hand rehabilitation robot}

본 발명은 환자나 장애인의 엄지손가락과 네 손가락을 훈련시켜 운동 기능 회복 유지 등의 재활을 가능하게 하는 손 재활로봇에 관한 것이다.

일반적으로, 상지 재활 로봇장치는 상지의 신체기능이 손상 혹은 마비된 환자의 운동 기능 회복 유지 등의 재활을 위해 로봇 기술을 활용한 장치이다.

이러한, 상지 재활 로봇장치는 반복 훈련, 훈련량과 시간의 조절, 훈련의 진행 및 경과 여부를 정량화하는 등에 유용하여 재활 훈련을 표준화할 수 있는 장점과 더불어 치료사의 신체적 부담을 경감할 수 있어 국내외 그 수요가 증가 추세에 있다. 그리고, 근래에는 다양한 형태와 기능을 갖춘 상지 재활 로봇장치가 사용된다.

특히, 손의 재활운동을 돕는 재활로봇은 연구의 편의성 및 기구적 복잡도를 감소시키기 위해 엄지손가락을 제외한 네손가락에만 기구를 장착하여 네손가락만 운동되게 하는 로봇을 사용하거나, 엄지손가락만 별도로 운동되게 하는 로봇을 사용하거나, 엄지손가락 및 네손가락을 동시에 운동되게 하는 각각의 로봇을 적용하고 있다.

그러나, 종래에는 엄지손가락과 네손가락의 선택적인 운동을 가능하게 하기 어렵고, 네손가락을 운동되게 하는 모터와 더불어 별도로 엄지손가락을 운동되게 하기 위한 모터를 추가로 구비해야 함으로써, 구조가 복잡해짐에 따라 제조비용이 많이 소요되고, 네손가락 및 엄지손가락에 대한 선택적인 운동이 이루어지게 하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 네손가락에 대한 운동 움직임을 최소의 연결 구조를 구현하기 어려운 문제점이 있다.

이러한, 종래의 손 재활로봇은, 대한민국등록특허공보 제10-1191555호(2012.10.09)에 제시된다.

본 발명은, 하나의 모터를 사용하여 손가락에 대한 각각의 재활운동을 가능하게 함과 더불어 손가락 부위의 움직임을 최소의 연결 구조로 구현할 수 있게 하는 손 재활로봇을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 일측에 축회전 가능하도록 동력전달축이 결합된 베이스프레임, 상기 베이스프레임에 설치된 상태로 상기 동력전달축과 연결되며, 상기 동력전달축을 회전시키도록 회전력을 발생시키는 구동발생부, 환자의 엄지손가락을 제외한 네손가락을 고정 지지하는 메인안착부, 일단이 상기 베이스프레임의 양단에서 회전 가능하게 핀으로 연결되고, 타단은 상기 메인안착부의 양단에서 회전 가능하게 핀으로 연결되는 한 쌍의 주링크부, 상기 베이스프레임에 설치하며, 상기 동력전달축의 회전력을 상기 주링크부의 일단으로 전달할지 여부를 조절하는 네손가락운동제어부를 포함하며, 상기 주링크부는, 상기 메인안착부에 고정 결합되는 제1링크바, 일단은 상기 제1링크바의 일단에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하며, 타단은 상기 베이스프레임에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하는 제2링크바, 상기 제2링크바와 엇갈리게 배치된 상태로 일단은 상기 제1링크바의 타단에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하며, 타단이 상기 네손가락운동제어부에 의해 상기 동력전달축의 회전력을 전달받아 회전하게 되는 제3링크바를 포함하는 손 재활로봇을 제공한다.

또한, 상기 구동발생부는, 상기 베이스프레임에 결합 설치하며, 회전력을 발생시키는 구동모터, 상기 구동모터와 연결 설치하며, 상기 구동모터에서 발생되는 회전력의 회전속도를 감속시키는 감속기, 상기 감속기에 연결 설치하며, 상기 감속기에 가해지는 토크를 측정하는 토크센서, 상기 감속기의 출력축과 상기 동력전달축의 일단을 연결하여, 상기 감속기에서 출력되는 회전력을 상기 동력전달축으로 전달하는 주동력전달벨트, 상기 토크센서에서 측정된 토크에 따라 상기 구동모터의 회전력을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 메인안착부는, 사각형상의 틀 구조를 가지며, 일측에는 상기 주링크부의 타단이 회전 가능하게 연결 결합하며, 내측에는 상호 이격상태로 나란하게 배치되는 4개의 슬라이딩바가 결합 형성된 메인손가락지지프레임, 각각의 상기 슬라이딩바 외측에 슬라이딩 이동가능하게 삽입 설치하며, 일측면에는 상기 엄지손가락을 제외한 나머지 네손가락이 각각 안착 배치되는 메인손가락안착부, 각각의 상기 메인손가락안착부에 연결 설치하며, 상기 메인손가락안착부에 안착 배치된 각각의 손가락을 고정시키는 메인손가락고정밴드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 주링크부의 타단에는 제1걸림나사부가 관통 형성되며, 상기 네손가락운동제어부는, 상기 베이스프레임에 회전가능하게 연결 설치하며, 내주면에는 제2걸림나사부가 형성된 네손가락구동풀리, 상기 동력전달축과 상기 네손가락구동풀리를 연결하여, 상기 동력전달축의 회전력을 상기 네손가락구동풀리로 전달하는 네손가락구동벨트, 일단이 상기 제1걸림나사부를 통해 상기 네손가락구동풀리에 삽입 배치되며, 외측면 일측에는 상기 베이스프레임으로 밀림 이동되면서 상기 제1걸림나사부와 상기 제2걸림나사부에 동시에 나사 결합되며, 상기 네손가락구동풀리의 회전력이 상기 주링크부의 타단으로 전달되게 하는 네손가락구동기어가 형성된 네손가락구동제어바를 포함할 수 있다.

또한, 상기 베이스프레임에 연결 설치하는 엄지연결프레임, 상기 환자의 엄지손가락을 고정 지지하는 엄지안착부, 일단이 상기 엄지연결프레임에 핀으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 엄지안착부에 회전 가능하게 연결되는 엄지링크부, 상기 엄지연결프레임에 연결 설치하며, 상기 동력전달축의 회전력을 상기 엄지링크부의 일단으로 전달할지 여부를 조절하는 엄지손가락운동제어부를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 엄지링크부는, 상기 엄지안착부에 결합하는 제4링크바, 일단이 상기 제4링크바의 일단에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하며, 타단은 상기 엄지연결프레임에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하는 제5링크바, 일단이 상기 제4링크바의 타단에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하며, 타단은 엄지손가락운동제어부에 의한 상기 동력전달축의 회전력을 전달받아 회전하도록 상기 엄지연결프레임에 회전 가능하게 연결 결합하는 제6링크바를 포함할 수 있다.

또한, 상기 엄지연결프레임의 일측에는 상기 동력전달축에 수직하게 배치되도록 링기어를 축회전 가능하게 연결 설치하며, 상기 엄지손가락운동제어부는, 일단이 상기 동력전달축의 단부에 축방향으로 이동 가능하게 연결 결합된 상태로 타단은 상기 엄지연결프레임에 회전 가능하게 연결 설치하며, 외주면 일측에는 상기 동력전달축에 연결된 상태로 축방향으로 이동되며 상기 링기어에 이맞춤시, 상기 동력전달축의 회전력을 상기 링기어로 전달되게 하는 엄지구동피니언기어가 형성된 엄지손가락구동제어바, 상기 링기어와 상기 엄지링크부 일단의 핀 부분을 연결하여, 상기 링기어의 회전력을 상기 엄지링크부의 일단으로 전달하는 엄지손가락구동벨트를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 손 재활로봇은, 구동발생부에서 발생된 회전력이 베이스프레임의 동력전달축으로 전달되고, 네손가락운동제어부가 주링크부로의 회전력 전달여부를 조절하면서, 메인안착부 상에 안착되는 네손가락에 대한 재활운동여부를 제어하며, 엄지손가락운동제어부는 엄지링크부로의 회전력 전달여부를 조절하면서, 엄지안착부 상에 안착되는 엄지손가락에 대한 재활운동여부를 제어하며, 주링크부는 제1링크바, 제2링크바, 제3링크바를 통해 메인손가락안착부를 베이스프레임에 회전 가능하게 간단한 구조로 연결하면서 1자유도로 네손가락에 대한 움직임을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 손 재활로봇의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 네손가락조절핸들 부분을 제거한 상태의 사시도이다.
도 3은 도 1에서 주링크부의 제3링크바 부분을 제거한 상태의 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 손 재활로봇에서 엄지연결프레임과 엄지안착부와 엄지링크부 및 엄지손가락운동제어부를 분리한 상태의 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 손 재활로봇의 측면도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 손 재활로봇에서 분리된 엄지연결프레임과 엄지안착부와 엄지링크부 및 엄지손가락운동제어부를 사시도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 손 재활로봇의 측면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 손 재활로봇의 사시도이며, 도 2는 도 1에서 네손가락조절핸들 부분을 제거한 상태의 사시도이고, 도 3은 도 1에서 주링크부의 제3링크바 부분을 제거한 상태의 사시도이며, 도 4는 도 1에 나타낸 손 재활로봇에서 엄지연결프레임과 엄지안착부와 엄지링크부 및 엄지손가락운동제어부를 분리한 상태의 사시도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 손 재활로봇의 측면도이며, 도 6은 도 1에 나타낸 손 재활로봇에서 분리된 엄지연결프레임과 엄지안착부와 엄지링크부 및 엄지손가락운동제어부를 사시도이고, 도 7은 도 6에 나타낸 손 재활로봇의 측면도이다. 도 1 내지 도 7을 참조하면, 일 실시예의 손 재활로봇은, 베이스프레임(100), 구동발생부(200), 메인안착부(300), 주링크부(400), 네손가락운동제어부(500), 엄지연결프레임(600), 엄지안착부(700), 엄지링크부(800), 엄지손가락운동제어부(900)를 구비하고 있다.

상기 베이스프레임(100)은 이후 설명될 구동발생부(200), 메인안착부(300), 주링크부(400), 네손가락운동제어부(500), 엄지연결프레임(600), 엄지안착부(700), 엄지링크부(800), 엄지손가락운동제어부(900)를 연결 지지하는 프레임이다. 이러한, 상기 베이스프레임(100)은 환자의 재활이 이루어지는 장소에 배치한다. 여기서, 상기 베이스프레임(100)은 상호 이격상태로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 수직판(100)과, 한 쌍의 상기 수직판(100) 사이를 연결하는 연결대(120)로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 베이스프레임(100)의 일측, 보다 상세하게는 상기 베이스프레임(100)의 선단에는 이후 설명될 구동발생부(200)에서 발생된 회전력을 전달받아 축회전하게 되는 동력전달축(130)이 형성된다. 이때, 상기 동력전달축(130)의 단부에는 풀리(131)를 결합 구비할 수 있다.

또한, 상기 베이스프레임(100)의 각 수직판(110)에는 구동발생부(200)의 주동력전달벨트(240) 및 네손가락운동제어부(500)의 구동벨트(520)에 대한 장력을 유지되게 하는 아이들러(150)가 각각 축회전 가능하게 연결 설치될 수 있다.

상기 구동발생부(200)는 상기 베이스프레임(100)에 형성된 동력전달축(130)을 회전시키도록 회전력을 발생시킨다. 즉, 상기 구동발생부(200)는 동력전달축(130)을 회전시켜, 이후 설명될 주링크부(400)의 회전에 의한 네손가락의 운동을 위한 구동력 및 엄지링크부(800)의 회전에 의한 엄지손가락의 운동을 위한 구동력을 제공하게 된다. 이러한, 상기 구동발생부(200)는 상기 베이스프레임(100)에 결합 설치하며, 상기 동력전달축(130)에 회전력을 전달하도록 상기 동력전달축(130)과 연결되게 한다. 여기서, 상기 구동발생부(200)는 구동모터(210), 감속기(220), 토크센서(230), 주동력전달벨트(240), 제어부(250)를 포함한다.

상기 구동모터(210)는 외부에서 전원을 공급받아 작동하면서 회전력을 발생시킨다. 이러한, 상기 구동모터(210)는 상기 베이스프레임(100)의 일측에 배치되는 수직판(110)에 고정상태로 결합 설치한다.

상기 감속기(220)는 상기 구동모터(210)와 연결되도록 설치하여, 상기 구동모터(210)에서 발생되는 회전력의 회전속도를 감속되게 한다. 즉, 상기 감속기(220)는 상기 구동모터(210)의 구동축과 연결되도록 상기 베이스프레임(100)의 연결대(120)에 고정 결합한다. 그리고, 상기 감속기(220)의 출력축은 상기 베이스프레임(100)의 타측에 배치되는 수직판(110)에 회전 가능하게 관통상태로 배치한다. 이러한, 상기 감속기(220)의 출력축 단부에는 주동력전달벨트(240)를 통해 상기 동력전달축(130)으로의 회전력 전달이 이루어지도록 하는 풀리(221)가 결합 구비된다.

상기 토크센서(230)는 상기 환자의 손가락을 움직일 때 부하되는 토크를 측정한다. 즉, 상기 토크센서(230)는 상기 감속기(220)에서 상기 동력전달축(130)을 통해 각각 상기 주링크부(400)나 상기 엄지링크부(800)로 전달되면서, 상기 환자의 네손가락이나 엄지손가락에 대한 펼침 또는 접힘 운동시 경직도에 따라 가해지는 토크를 측정하게 된다. 이러한, 상기 토크센서(230)는 상기 감속기(220)의 출력축외측에 삽입상태로 연결 설치한다. 그리고, 상기 토크센서(230)는 제어부(250)와 케이블을 통해 전기적으로 연결되어, 상기 토크센서(230)에서 측정된 토크를 제어부(250)로 전달하게 된다.

상기 주동력전달벨트(240)는 상기 감속기(220)의 출력축을 통해 출력되는 회전력을 상기 동력전달축(130)으로 전달되게 한다. 이러한, 상기 주동력전달벨트(240)는 상기 감속기(220)의 출력축 단부와 상기 동력전달축(130)의 일단을 연결하도록 설치한다.

상기 제어부(250)는 상기 토크센서(230)에서 측정된 토크에 따라 상기 구동모터(210)의 회전력을 제어한다. 즉, 상기 제어부(250)는 상기 환자의 네손가락이나 엄지손가락에 대한 펼침 또는 접힘 운동시 경직도에 따라 가해지는 토크에 따라 상기 구동모터(210)의 회전력을 조절되게 하면서, 상기 환자의 안정적인 재활운동이 이루어지게 한다. 이러한, 상기 제어부(250)는 상기 토크센서(230)와 상기 구동모터(210)에 케이블을 통해 전기적으로 연결한다.

상기 메인안착부(300)는 상기 환자의 엄지손가락을 제외한 나머지 네손가락을 고정지지하는 프레임 부분이다. 이러한, 상기 메인안착부(300)는 이후 설명될 주링크부(400)를 통해 상기 베이스프레임(100) 선단에 회전 가능하게 연결 설치된다. 여기서, 메인안착부(300)는 메인손가락지지프레임(310), 메인손가락안착부(320), 메인손가락고정밴드(330)를 포함한다.

상기 메인손가락지지프레임(310)은 사각형상의 틀 구조를 가지도록 형성된 프레임이다. 이러한, 상기 메인손가락지지프레임(310)은 메인손가락안착부(320)를 전후방향으로 슬라이딩 이동가능하게 지지하게 된다. 그리고, 상기 메인손가락지지프레임(310)의 일측에는 주링크부(400)의 타단이 회전 가능하게 연결됨으로써, 상기 베이스프레임(100)에 연결 배치된다.

또한, 상기 메인손가락지지프레임(310)의 내측에는 상호 이격상태로 나란하게 배치되는 4개의 슬라이딩바(311)가 결합 형성된다. 이러한, 상기 슬라이딩바(311) 외측에는 각각의 메인손가락안착부(320)를 삽입하여, 상기 메인손가락안착부(320)가 전후방향으로 슬라이딩 이동가능하게 가이드하게 된다.

상기 메인손가락안착부(320)는 엄지손가락을 제외한 나머지 네손가락을 안착 지지하게 된다. 이러한, 상기 메인손가락안착부(320)는 상기 메인손가락지지프레임(310)의 각 슬라이딩바(311) 외측에 슬라이딩 이동 가능하게 삽입 설치되도록 관통공(도면미도시)이 형성된 블럭 형상으로 형성된다. 그리고, 상기 메인손가락안착부(320)의 일측면, 보다 상세하게는 저면에는 엄지손가락을 제외한 나머지 네손가락을 각각 안정적으로 안착 배치되게 하도록 오목하게 메인손가락안착홈(321)이 형성된다. 더불어, 상기 메인손가락안착부(320)의 일측에는 메인손가락고정밴드(330)를 연결 설치할 수 있도록 밴드설치홈(322)이 관통 형성될 수 있다.

상기 메인손가락고정밴드(330)는 상기 메인손가락안착부(320)의 메인손가락안착홈(321)에 상기 환자의 엄지손가락을 제외한 나머지 네손가락을 밀착상태로 안착 배치시, 이탈하지 않도록 각각의 손가락을 고정되게 한다. 이러한, 상기 메인손가락고정밴드(330)는 각각의 상기 메인손가락안착부(320)에 형성된 밴드설치홈(322)에 연결 설치된 상태로 상기 손가락을 감싼상태로 고정하게 된다.

상기 주링크부(400)는 상기 메인손가락안착부(300)를 상기 베이스프레임(100)에 회전 가능하게 연결하는 부재이다. 이러한, 상기 주링크부(400)의 일단은 상기 베이스프레임(100)의 수직판(110)에 회전 가능하게 핀(440)으로 연결 설치한다. 그리고, 상기 주링크부(400)의 타단은 상기 메인안착부(300)의 메인손가락지지프레임(310)의 일측에 회전 가능하게 핀(440)으로 연결 설치한다. 이때, 상기 주링크부(400)는 상기 메인안착부(300)의 메인손가락지지프레임(310)을 안정적으로 연결 지지할 수 있도록 한 쌍을 구비하며, 상기 베이스프레임(100)의 각 수직판(110) 및 상기 메인손가락지지프레임(310)의 양측에 연결되게 구비한다. 여기서, 상기 주링크부(400)는 제1링크바(410), 제2링크바(420), 제3링크바(430)를 포함한다.

상기 제1링크바(410)는 상기 제2링크바(420)의 타단 및 상기 제3링크바(430)의 타단을 상기 메인안착부(300)의 메인손가락지지프레임(310)에 연결되게 하는 바 부재이다. 이러한, 상기 제1링크바(410)는 상기 메인안착부(300)의 메인손가락지지프레임(310) 양측에 각각 고정상태로 결합 설치한다.

상기 제2링크바(420)의 일단은 상기 제1링크바(410)의 일단에 회전 가능하게 핀(440)으로 연결 결합하며, 상기 제2링크바(420)의 타단은 상기 베이스프레임(100)의 수직판(110)에 회전 가능하게 핀(400)으로 연결 결합한다.

상기 제3링크바(430)는 상기 제2링크바(420)와 엇갈리게 배치되는 바 부재이다. 이러한, 상기 제3링크바(430)의 일단은 상기 제1링크바(410)의 타단에 회전 가능하게 핀(440)으로 연결 결합하며, 상기 제3링크바(430)의 타단은 상기 베이스프레임(100)의 수직판(110)에 연결 배치한다. 이때, 상기 제3링크바(430)의 타단에는 이후 설명될 네손가락운동제어부(500)의 움직임에 따라 선택적으로 상기 동력전달축(130)의 회전력을 전달받아 회전할 수 있도록 제1걸림나사부(431)가 관통 형성된다.

이같이, 상기 주링크부(400)는 제1링크바(410), 제2링크바(420), 제3링크바(430)를 통해 상기 메인손가락안착부(300)의 메인손가락지지프레임(310)을 상기 베이스프레임(100)에 회전 가능하게 연결함에 있어, 1자유도로 네손가락에 대한 움직임을 가능하게 한다.

상기 네손가락운동제어부(500)는 상기 동력전달축(130)의 회전력을 상기 주링크부(400)의 일단으로 전달하지 여부를 조절한다. 즉, 상기 네손가락운동제어부(500)는 상기 동력전달축(130)의 회전력을 상기 주링크부(400)로 전달되게 하여 상기 메인안착부(300)의 메인손가락지지프레임(310)을 회전되게 하여, 상기 메인안착부(300)의 메인손가락안착부(320)에 안착된 상기 네손가락에 대한 재활운동을 가능하게 한다. 또는, 상기 네손가락운동제어부(500)는 상기 동력전달축(130)의 회전력을 상기 주링크부(400)로 전달되지 않게 하여 상기 메인안착부(300)의 메인손가락지지프레임(310)을 회전하지 않게 하면서, 상기 메인안착부(300)의 메인손가락안착부(320)에 안착된 상기 네손가락에 대한 재활운동을 중지상태를 유지한다. 이러한, 상기 네손가락운동제어부(500)는 네손가락구동풀리(510), 네손가락구동벨트(520), 네손가락구동제어바(530)를 포함한다.

상기 네손가락구동풀리(510)는 네손가락구동벨트(520)를 통해 상기 동력전달축(130)의 회전력을 전달받아 회전하게 되는 풀리이다. 이러한, 상기 네손가락구동풀리(510)는 상기 베이스프레임(100)의 수직판(110) 일측, 보다 상세하게는 상기 주링크부(400)의 제3링크바(430) 일단에 대응되는 위치에 회전 가능하게 연결 설치한다. 그리고, 상기 네손가락구동풀리(510)의 내주면에는 제2걸림나사부(511)가 형성된다.

상기 네손가락구동벨트(520)는 상기 동력전달축(130)의 회전력을 상기 네손가락구동풀리(510)로 전달되게 한다. 이러한, 상기 네손가락구동벨트(520)는 상기 동력전달축(130)의 풀리(140)와 상기 네손가락구동풀리(510)를 연결한다.

상기 네손가락구동제어바(530)는 상기 네손가락구동풀리(510)의 회전력을 상기 주링크부(400)의 제3링크바(430)에 사용자가 선택적으로 전달할 수 있게 조절하는 봉 형상 부재이다. 이러한, 상기 네손가락구동제어바(530)의 일단은 상기 제3링크바(430)의 제1걸림나사부(431)를 관통한 상태로 상기 네손가락구동풀리(510)의 제2걸림나사부(511)에 삽입되도록 배치한다.

그리고, 상기 네손가락구동제어바(530)의 외측면 일측에는 네손가락구동기어(531)를 고정상태로 삽입 형성한다. 이러한, 상기 네손가락구동기어(531)는 상기 네손가락구동제어바(530)를 상기 베이스프레임(100)의 수직판(110) 방향으로 밀림 이동시키면서 상기 제1걸림나사부(431)와 상기 제2걸림나사부(511)에 동시에 대응되게 나사 결합되어, 상기 네손가락구동풀리(510)의 회전력이 상기 주링크부(400)의 제3링크바(430)로 전달되면서, 상기 제3링크바(430)의 회전이 이루어지게 된다. 반면에, 상기 네손가락구동기어(531)가 상기 제1걸림나사부(431)와 상기 제2걸림나사부(511)에 동시에 대응되게 나사 결합되지 않도록 상기 네손가락구동제어바(530)를 이동시킬 경우에는 상기 네손가락구동풀리(510)의 회전력은 상기 주링크부(400)의 제3링크바(430)로 전달되지 않게 된다. 여기서, 상기 네손가락구동제어바(530)의 단부에는 사용자에 의한 파지를 용이하게 할 수 있도록 하는 네손가락조절핸들(532)을 결합 구비할 수 있다.

상기 엄지연결프레임(600)은 이후 설명될 엄지링크부(800)의 일단을 회전 가능하게 연결 지지한 상태로 상기 베이스프레임(100)에 결합 설치되는 프레임이다. 이러한, 상기 엄지연결프레임(600)은 기어박스부(610), 엄지지지판(620)을 포함한다.

상기 기어박스부(610)는 상기 베이스프레임(100)의 수직판(110)에 고정 결합되는 통 구조를 가지는 부재이다. 이러한, 상기 기어박스부(610)의 일측에는 상기 동력전달축(130)에 수직하게 배치된 상태로 축회전 가능하게 링기어(611)를 설치한다. 이때, 상기 링기어(611)의 축 단부는 상기 기어박스부(610) 외측으로 돌출되게 배치되며, 상기 링기어(611)의 축 단부에는 풀리(612)를 결합 구비할 수 있다. 여기서, 상기 링기어(611)는 이후 설명될 엄지손가락운동제어부(900)의 엄지구동피니언기어(911)와 이맞춤시, 회전력을 전달받아 회전하게 된다. 이같이, 상기 기어박스부(610)에는 엄지손가락운동제어부(900)의 엄지손가락구동제어바(910)를 슬라이딩 이동 가능하게 연결 설치하여, 엄지손가락구동제어바(910)의 이동에 따라 엄지구동피니언기어(911)와 상기 링기어(611)의 이맞춤이 이루어질 수 있게 한다.

상기 엄지지지판(620)은 상기 기어박스부(610)의 일측에 고정 결합되는 판 부분이다. 이러한, 상기 엄지지지판(620)은 엄지링크부(800)의 일단을 회전 가능하게 연결 지지한다. 그리고, 상기 엄지지지판(620)에는 엄지손가락운동제어부(900)의 엄지손가락구동벨트(920)의 장력을 안정적으로 유지되게 하는 복수의 아이들러(621)가 회전 가능하게 연결 설치될 수 있다.

상기 엄지안착부(700)는 상기 환자의 엄지손가락을 고정 지지하는 블럭부재이다. 이러한, 상기 엄지안착부(700)는 이후 설명될 엄지링크부(800)의 타단에 회전 가능하게 연결 설치한다. 여기서, 상기 엄지안착부(700)의 일측면에는 상기 엄지손가락을 안정적인 안착 배치되게 할 수 있도록 엄지안착홈(710)이 형성된다. 그리고, 상기 엄지안착부(700)에는 상기 엄지안착홈(710)에 안착 배치된 상기 엄지손가락을 감싼상태로 고정되게 하는 엄지고정밴드(720)를 연결 구비한다.

상기 엄지링크부(800)는 상기 엄지안착부(700)를 상기 엄지연결프레임(600)의 엄지지지판(620)에 회전 가능하게 연결하는 부재이다. 즉, 상기 엄지링크부(800)의 일단은 상기 엄지연결프레임(600)의 엄지지지판(620)에 회전 가능하게 핀(840)으로 연결되며, 상기 엄지링크부(800)의 타단은 상기 엄지안착부(700)의 타측에 회전 가능하게 연결한다. 이러한, 상기 엄지링크부(800)의 일단은 이후 설명될 엄지손가락운동제어부(900)의 작동에 따라 상기 동력전달축(130)의 회전력을 전달받아 회전하게 된다. 여기서, 상기 엄지링크부(800)는 제4링크바(810), 제5링크바(820), 제6링크바(830)를 포함한다.

상기 제4링크바(810)는 상기 엄지안착부(700)의 타측에 연결 결합하는 바 부재이다. 그리고, 상기 제4링크바(810)의 양단에는 각각 제5링크바(820) 및 제6링크바(830)를 핀(840)으로 회전 가능하게 연결 결합하게 된다.

상기 제5링크바(820)의 일단이 상기 제4링크바(810)의 일단에 회전 가능하게 핀(840)으로 연결 결합하며, 상기 제5링크바(820)의 타단은 상기 엄지연결프레임(600)의 엄지지지판(620) 일측에 회전 가능하게 핀(840)으로 연결 결합한다.

상기 제6링크바(830)는 상기 제5링크바(820)와 나란하게 배치되는 바 부재이다. 이러한, 상기 제6링크바(830)의 일단은 상기 제4링크바(810)의 타단에 회전 가능하게 핀(840)으로 연결 결합하며, 상기 제6링크바(830)의 타단은 엄지손가락운동제어부(900)의 움직임에 따라 선택적으로 상기 동력전달축(130)의 회전력을 전달받아 회전하도록 상기 엄지연결프레임(600)의 엄지지지판(620)에 회전 가능하게 핀(840)으로 연결 결합한다. 그리고, 상기 제6링크바(830)의 타단에 연결된 핀(840)에는 상기 동력전달축(130)의 회전력을 안정적으로 전달받을 수 있도록 풀리(831)를 결합 구비한다.

상기 엄지손가락운동제어부(900)는 상기 동력전달축(130)의 회전력을 상기 엄지링크부(800)로의 일단으로 전달할지 여부를 조절한다. 즉, 상기 엄지손가락운동제어부(900)는 상기 동력전달축(130)의 회전력을 상기 엄지링크부(800)로 전달되게 하여 상기 엄지링크부(800)가 상기 엄지연결프레임(600)의 엄지지지판(620)을 기준으로 회전되게 하면서 상기 엄지안착부(700)에 안착 배치된 엄지손가락의 재활운동을 가능하게 한다. 또는, 상기 엄지손가락운동제어부(900)는 상기 동력전달축(130)의 회전력을 상기 엄지링크부(800)로 전달되지 않게 하여 상기 엄지링크부(800)를 회전하지 않게 하면서, 상기 엄지안착부(700)에 안착 배치된 엄지손가락의 재활운동을 중지상태를 유지되게 한다. 이러한, 상기 엄지손가락운동제어부(900)는 엄지손가락구동제어바(910), 엄지손가락구동벨트(920)를 포함한다.

상기 엄지손가락구동제어바(910)는 상기 동력전달축(130)의 회전력을 상기 엄지연결프레임(600)의 링기어(611)에 사용자가 선택적으로 전달할 수 있게 조절하는 봉 형상 부재이다. 이러한, 상기 엄지손가락구동제어바(910)의 일단은 상기 동력전달축(130)의 일단에 축방향으로 이동 가능하게 연결 결합한다. 좀 더 상세하게는, 상기 엄지손가락구동제어바(910)의 일단과 상기 동력전달축(130)의 일단은 상호 나사 결합되어, 상기 동력전달축(130)이 정지된 상태에서 상기 엄지손가락구동제어바(910)를 시계방향으로 회전시키면, 상기 엄지손가락구동제어바(910)가 상기 동력전달축(130) 반대방향으로 연장되도록 이동한다. 그리고, 상기 엄지손가락구동제어바(910)의 타단은 상기 엄지연결프레임(600)의 기어박스부(610) 일측벽부에 회전 가능하게 관통상태로 연결 설치한다. 여기서, 상기 엄지손가락구동제어바(910)의 타단 테두리 부분에는 사용자에 의한 파지를 용이하게 할 수 있도록 하는 엄지조절핸들(912)을 결합 구비할 수 있다.

그리고, 상기 엄지손가락구동제어바(910)의 외측면 일측에는 엄지구동피니언기어(911)를 고정상태로 삽입 형성한다. 이러한, 상기 엄지구동피니언기어(911)는 상기 엄지손가락구동제어바(910)를 상기 동력전달축(130)의 반대 방향으로 이동시키면서 상기 기어박스부(610)의 링기어(611)에 이맞춤되어, 상기 동력전달축(130)의 회전력이 상기 링기어(611)로 전달되며, 상기 엄지링크부(800)를 회전되게 한다. 반면에, 상기 엄지손가락구동기어(910)가 상기 엄지구동피니언기어(911)와 상기 링기어(611)를 이맞춤되지 않도록 이동 배치될 경우에는 상기 동력전달축(130)의 회전력은 상기 링기어(611)로 전달되지 않으면서, 상기 엄지링크부(700)를 회전되지 않게 한다.

상기 엄지손가락구동벨트(920)는 상기 링기어(611)의 회전력을 상기 제6링크바(830)의 핀(840)에 결합 구비된 풀리(831)로 전달되게 한다. 이러한, 상기 엄지손가락구동벨트(920)는 상기 링기어(611)의 풀리(612)와 상기 제6링크바(830)의 풀리(831)를 연결한다.

이와 같이 구성되는 일 실시예의 손 재활로봇의 작동을 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

이러한, 손 재활로봇은 3가지 모드로 선택사용할 수 있는데, 엄지손가락을 제외한 나머지 네손가락만을 재활운동되게 하거나, 엄지손가락만을 재활운동되게 하거나, 엄지손가락과 나머지 네손가락을 동시에 재활운동되게 할 수 있다.

먼저, 엄지손가락을 제외한 나머지 네손가락만을 재활운동되게 하는 작동에 대해 설명하면, 이때, 상기 엄지손가락운동제어부(900)의 엄지손가락구동제어바(910)를 이동시켜, 상기 엄지구동피니언기어(911)와 상기 기어박스부(610)에 마련된 링기어(611)를 이맞춤되지 않게 배치한다. 그리고, 상기 네손가락운동제어부(500)의 네손가락구동제어바(530)를 이동시켜, 상기 네손가락구동기어(531)가 상기 제3링크바(430)의 제1걸림나사부(431) 및 상기 네손가락구동풀리(510)의 제2걸림나사부(511)에 삽입 체결되도록 배치한다. 그러면, 상기 구동발생부(200)에서 발생된 후, 상기 동력전달축(130)으로 전달된 회전력은, 상기 주링크부(400)로만 전달되고, 상기 엄지링크부(800)로는 전달되지 않으면서, 엄지손가락을 제외한 나머지 네손가락만을 재활운동되게 한다.

즉, 상기 구동발생부(200)의 구동모터(210)가 작동되며 회전력을 발생시키면, 상기 감속기(220)와 상기 주동력전달벨트(240)를 통해 상기 동력전달축(130)으로 회전력이 전달된다. 이때, 상기 동력전달축(130)으로 전달된 회전력은 상기 네손가락구동벨트(520)를 통해 상기 네손가락구동풀리(510)로 전달되고, 상기 네손가락구동풀리(510)의 회전력은 상기 네손가락구동제어바(530)의 네손가락구동기어(531)에 의해 상기 주링크부(400)의 제3링크바(430)로 전달된다.

그러면, 상기 주링크부(400)에 연결된 상기 메인안착부(300)의 메인손가락지지프레임(310)이 회전하면서, 상기 메인손가락안착부(320)에 안착상태로 고정 배치된 네손가락에 대한 펼침 또는 접힘 동작이 반복적으로 이루어지면서 재활운동을 수행되게 한다.

두번째로, 엄지손가락만을 재활운동되게 하는 작동에 대해 설명하면, 이때, 상기 엄지손가락운동제어부(900)의 엄지손가락구동제어바(910)를 이동시켜, 상기 엄지구동피니언기어(911)와 상기 기어박스부(610)에 마련된 링기어(611)를 이맞춤되게 배치한다. 그리고, 상기 네손가락운동제어부(500)의 네손가락구동제어바(530)를 이동시켜, 상기 네손가락구동기어(531)가 상기 제3링크바(430)의 제1걸림나사부(431) 및 상기 네손가락구동풀리(510)의 제2걸림나사부(511)에 동시에 삽입 체결되지 않게 배치한다. 그러면, 상기 구동발생부(200)에서 발생된 후, 상기 동력전달축(130)으로 전달된 회전력은, 상기 엄지링크부(800)로만 전달되고, 상기 주링크부(400)로는 전달되지 않으면서, 엄지손가락만을 재활운동되게 한다.

즉, 상기 구동발생부(200)의 구동모터(210)가 작동되며 회전력을 발생시키면, 상기 감속기(220)와 상기 주동력전달벨트(240)를 통해 상기 동력전달축(130)으로 회전력이 전달된다. 이때, 상기 동력전달축(130)으로 전달된 회전력은 상기 엄지손가락제어바(910)로 전달되고, 상기 엄지손가락제어바(910)의 회전력은 엄지구동피니언기어(911)를 통해 상기 기어박스부(610)의 링기어(611)를 회전되게 한다. 그러면, 상기 엄지손가락구동벨트(920)가 상기 링기어(611)의 회전력을 상기 제6링크바(830)의 풀리(831)로 전달하면서, 상기 엄지링크부(800)를 회전되게 한다.

그러면, 상기 엄지링크부(800)에 연결된 상기 엄지안착부(700)가 회전하면서, 상기 엄지안착홈(710) 상에 고정 배치된 엄지손가락에 대한 펼침 또는 접힘 동작이 반복적으로 이루어지면서 재활운동을 수행되게 한다.

마지막으로, 엄지손가락과 나머지 네손가락을 동시에 재활운동을 수행하고자 할 경우에는, 상기 네손가락운동제어부(500)의 네손가락구동제어바(530)를 이동시켜, 상기 네손가락구동기어(531)가 상기 제3링크바(430)의 제1걸림나사부(431) 및 상기 네손가락구동풀리(510)의 제2걸림나사부(511)에 삽입 체결되도록 배치함과 더불어, 상기 엄지구동피니언기어(911)와 상기 기어박스부(610)에 마련된 링기어(611)를 이맞춤되게 배치한다. 그러면, 앞서 설명한 바와 같이 상기 주링크부(400)의 회전에 의한 상기 메인안착부(300)의 회전 및 상기 엄지링크부(800)의 회전에 의한 상기 엄지안착부(700)의 회전이 동시에 이루어지면서 엄지손가락 및 나머지 네손가락에 대한 재활운동을 수행되게 한다.

이와 같이, 일 실시예의 손 재활로봇은, 상기 구동발생부(200)에서 발생된 회전력이 상기 베이스프레임(100)의 동력전달축(130)으로 전달되고, 상기 네손가락운동제어부(500)가 상기 주링크부(400)로의 회전력 전달여부를 조절하면서, 상기 메인안착부(300) 상에 안착되는 네손가락에 대한 재활운동여부를 제어하며, 상기 주링크부(400)는 제1링크바(410), 제2링크바(420), 제3링크바(430)를 통해 상기 메인손가락안착부(300)을 상기 베이스프레임(100)에 회전 가능하게 간단한 구조로 연결하면서 1자유도로 네손가락에 대한 움직임을 가능하게 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 베이스프레임 110: 수직판
120: 연결대 130: 동력전달축
200: 구동발생부 210: 구동모터
220: 감속기 230: 토크센서
240: 주동력전달벨트 250: 제어부
300: 메인안착부 310: 메인손가락지지프레임
320: 메인손가락안착부 330: 메인손가락고정밴드
400: 주링크부 410: 제1링크바
420: 제2링크바 430: 제3링크바
431: 제1걸림나사부 500: 네손가락운동제어부
510: 네손가락구동풀리 511: 제2걸림나사부
520: 네손가락구동벨트 530: 네손가락구동제어바
531: 네손가락구동기어 600: 엄지연결프레임
610: 기어박스부 611: 링기어
620: 엄지지지판 700: 엄지안착부
800: 엄지링크부 810: 제4링크바
820: 제5링크바 830: 제6링크바
900: 엄지손가락운동제어부 910: 엄지손가락구동제어바
911: 엄지구동피니언기어 920: 엄지손가락구동벨트

Claims

일측에 축회전 가능하도록 동력전달축이 결합된 베이스프레임과;
상기 베이스프레임에 설치된 상태로 상기 동력전달축과 연결되며, 상기 동력전달축을 회전시키도록 회전력을 발생시키는 구동발생부와;
환자의 엄지손가락을 제외한 네손가락을 고정 지지하는 메인안착부와;
일단이 상기 베이스프레임의 양단에서 회전 가능하게 핀으로 연결되고, 타단은 상기 메인안착부의 양단에서 회전 가능하게 핀으로 연결되는 한 쌍의 주링크부; 및
상기 베이스프레임에 설치하며, 상기 동력전달축의 회전력을 상기 주링크부의 일단으로 전달할지 여부를 조절하는 네손가락운동제어부를 포함하며,
상기 주링크부는,
상기 메인안착부에 고정 결합되는 제1링크바와,
일단은 상기 제1링크바의 일단에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하며, 타단은 상기 베이스프레임에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하는 제2링크바와,
상기 제2링크바와 엇갈리게 배치된 상태로 일단은 상기 제1링크바의 타단에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하며, 타단이 상기 네손가락운동제어부에 의해 상기 동력전달축의 회전력을 전달받아 회전하게 되는 제3링크바를 포함하는 손 재활로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 구동발생부는,
상기 베이스프레임에 결합 설치하며, 회전력을 발생시키는 구동모터와,
상기 구동모터와 연결 설치하며, 상기 구동모터에서 발생되는 회전력의 회전속도를 감속시키는 감속기와,
상기 감속기에 연결 설치하며, 상기 감속기에 가해지는 토크를 측정하는 토크센서와,
상기 감속기의 출력축과 상기 동력전달축의 일단을 연결하여, 상기 감속기에서 출력되는 회전력을 상기 동력전달축으로 전달하는 주동력전달벨트, 및
상기 토크센서에서 측정된 토크에 따라 상기 구동모터의 회전력을 제어하는 제어부를 포함하는 손 재활로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 메인안착부는,
사각형상의 틀 구조를 가지며, 일측에는 상기 주링크부의 타단이 회전 가능하게 연결 결합하며, 내측에는 상호 이격상태로 나란하게 배치되는 4개의 슬라이딩바가 결합 형성된 메인손가락지지프레임과,
각각의 상기 슬라이딩바 외측에 슬라이딩 이동가능하게 삽입 설치하며, 일측면에는 상기 엄지손가락을 제외한 나머지 네손가락이 각각 안착 배치되는 메인손가락안착부 및,
각각의 상기 메인손가락안착부에 연결 설치하며, 상기 메인손가락안착부에 안착 배치된 각각의 손가락을 고정시키는 메인손가락고정밴드를 포함하는 손 재활로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 주링크부의 타단에는 제1걸림나사부가 관통 형성되며,
상기 네손가락운동제어부는,
상기 베이스프레임에 회전가능하게 연결 설치하며, 내주면에는 제2걸림나사부가 형성된 네손가락구동풀리와,
상기 동력전달축과 상기 네손가락구동풀리를 연결하여, 상기 동력전달축의 회전력을 상기 네손가락구동풀리로 전달하는 네손가락구동벨트 및,
일단이 상기 제1걸림나사부를 통해 상기 네손가락구동풀리에 삽입 배치되며, 외측면 일측에는 상기 베이스프레임으로 밀림 이동되면서 상기 제1걸림나사부와 상기 제2걸림나사부에 동시에 나사 결합되며, 상기 네손가락구동풀리의 회전력이 상기 주링크부의 타단으로 전달되게 하는 네손가락구동기어가 형성된 네손가락구동제어바를 포함하는 손 재활로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스프레임에 연결 설치하는 엄지연결프레임과,
상기 환자의 엄지손가락을 고정 지지하는 엄지안착부와,
일단이 상기 엄지연결프레임에 핀으로 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 엄지안착부에 회전 가능하게 연결되는 엄지링크부 및,
상기 엄지연결프레임에 연결 설치하며, 상기 동력전달축의 회전력을 상기 엄지링크부의 일단으로 전달할지 여부를 조절하는 엄지손가락운동제어부를 더 구비하는 손 재활로봇.
청구항 5에 있어서,
상기 엄지링크부는,
상기 엄지안착부에 결합하는 제4링크바와,
일단이 상기 제4링크바의 일단에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하며, 타단은 상기 엄지연결프레임에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하는 제5링크바 및,
일단이 상기 제4링크바의 타단에 회전 가능하게 핀으로 연결 결합하며, 타단은 엄지손가락운동제어부에 의한 상기 동력전달축의 회전력을 전달받아 회전하도록 상기 엄지연결프레임에 회전 가능하게 연결 결합하는 제6링크바를 포함하는 손 재활로봇.
청구항 5에 있어서,
상기 엄지연결프레임의 일측에는 상기 동력전달축에 수직하게 배치되도록 링기어를 축회전 가능하게 연결 설치하며,
상기 엄지손가락운동제어부는,
일단이 상기 동력전달축의 단부에 축방향으로 이동 가능하게 연결 결합된 상태로 타단은 상기 엄지연결프레임에 회전 가능하게 연결 설치하며, 외주면 일측에는 상기 동력전달축에 연결된 상태로 축방향으로 이동되며 상기 링기어에 이맞춤시, 상기 동력전달축의 회전력을 상기 링기어로 전달되게 하는 엄지구동피니언기어가 형성된 엄지손가락구동제어바와,
상기 링기어와 상기 엄지링크부 일단의 핀 부분을 연결하여, 상기 링기어의 회전력을 상기 엄지링크부의 일단으로 전달하는 엄지손가락구동벨트를 포함하는 손 재활로봇.