KR101901216B1

KR101901216B1 - 모듈형 상지 재활로봇

Info

Publication number: KR101901216B1
Application number: KR1020160140035A
Authority: KR
Inventors: 장평훈; 이동진
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2018-11-08
Also published as: KR20180045558A

Abstract

본 발명은, 베이스프레임, 베이스프레임에 착탈 가능하게 설치하며, 인체의 상완을 지지하는 상완 지지부, 베이스프레임에 결합 설치하는 전완 회전감속기, 전완 회전감속기의 축 단부에 착탈 가능하게 설치하는 전완 운동부, 베이스프레임에 결합 설치된 상태로 전완 회전감속기와 연결되어, 전완회전감속기로 회전력을 전달하면서 전완 운동부가 회전되게 하는 전완 구동모터, 전완 운동부의 일단에 착탈 가능하게 설치하며, 인체의 손을 지지한 상태로 상기 손을 운동시키는 손재활로봇부를 포함하는 모듈형 상지 재활로봇을 제공한다.
이와 같은 모듈형 상지 재활로봇은, 상완 지지부 및 전완 운동부의 환자의 상완 및 전완 부분을 안착시킨 상태에서 전완 구동모터와 전완 회전감속기를 통해 팔꿈치 재활운동이 이루어지는 부분과 환자의 손을 안착 지지한 상태에서 손목 및 손가락의 재활운동이 이루어지게 하는 손재활로봇부가 상호 대응되는 도브테일을 통해 착탈 가능하게 결합된 바, 환자의 팔꿈치 재활운동을 위한 장치 부분과 손목 및 손가락의 재활운동을 위한 장치 부분을 선택적으로 분리 사용할 수 있게 함으로써, 설치공간을 효율적으로 설정할 수 있음과 더불어 유용성을 증대시킬 수 있게 한다.

Description

모듈형 상지 재활로봇{Modular upper limb exoskeleton robot}

본 발명은 상지의 신체기능이 손상 혹은 마비된 환자의 운동 기능 회복 유지 등의 재활을 가능하게 하는 모듈형 상지 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.

그러나, 종래의 상지 재활 로봇장치는, 환자의 팔꿈치와 손에 대한 재활을 필요로 하는 경우, 환자의 팔꿈치를 재활하는 로봇과 손을 재활하는 로봇이 일체상태로 구성됨으로써 비용 문제와 설치공간 문제 및 유용성을 문제를 발생시키는 애로가 있다. 즉, 일체형의 재활로봇은 환자의 재활부위를 특정하여 사용함에 상관없이 하나의 구성으로 모두 결합 구비됨으로써, 구매시 가격이 비싸지며, 크기가 커짐에 따라 재활부위에 따른 설치공간을 따로 설정하지 못함으로써 하나의 설치공간에 배치해야 하는 바 많은 공간을 차지하게 되고, 상황에 맞게 특정한 부위의 재활만을 위한 로봇의 선택사용이 어렵다. 또한, 환자의 재활하고자 하는 상지 측 방향, 즉 오른쪽 상지나 왼쪽 상지에 대한 선택적인 재활운동에 따라 전체적인 재활장치의 이동을 통해 위치를 변경해야 함으로써, 사용상의 불편함을 초래하게 된다.

이러한, 종래의 상지 재활로봇은, 대한민국등록특허공보 제10-1316840호(2013.10.10)에 제시된다.

본 발명은, 재활부위에 따라 로봇을 선택 사용할 수 있게 하여, 설치공간을 효율적으로 설정함과 더불어 유용성을 증대시킬 수 있는 모듈형 상지 재활로봇을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 베이스프레임, 상기 베이스프레임에 착탈 가능하게 설치하며, 인체의 상완을 지지하는 상완 지지부, 상기 베이스프레임에 결합 설치하는 전완 회전감속기, 상기 전완 회전감속기의 축 단부에 착탈 가능하게 설치하는 전완 운동부, 상기 베이스프레임에 결합 설치된 상태로 상기 전완 회전감속기와 연결되어, 상기 전완회전감속기로 회전력을 전달하면서 상기 전완 운동부가 회전되게 하는 전완 구동모터, 상기 전완 운동부의 일단에 착탈 가능하게 설치하며, 인체의 손을 지지한 상태로 상기 손을 운동시키는 손재활로봇부를 포함하는 모듈형 상지 재활로봇을 제공한다.

또한, 상기 베이스프레임 및 상기 상완 지지부와, 상기 전완 회전감속기의 축 단부 및 상기 전완 운동부와, 상기 전완 운동부 및 상기 손재활로봇부는 상호 대응되는 도브테일로 착탈 가능하게 결합할 수 있다.

또한, 상기 도브테일에는 제1고정공이 관통 형성되며, 상기 제1고정공에 나사 결합되는 제1고정볼트를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 상완지지부는, 상기 베이스프레임에 착탈 가능하게 결합되는 상완지지프레임, 상기 상완지지프레임에 회전 가능하게 연결 설치하며, 상기 상완이 안착상태로 착용 배치되는 상완착용구를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전완운동부는, 일측은 상기 전완 회전감속기의 축 단부에 착탈 가능하게 결합하며, 타측에는 슬라이딩가이드를 구비하는 전완연결부재, 상기 슬라이딩가이드에 전후방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 연결 설치되며, 일단에 상기 손재활로봇부가 착탈 가능하게 결합하는 길이조절대를 포함할 수 있다.

또한, 상기 슬라이딩가이드에는 체결공이 형성되며, 상기 길이조절대의 길이방향으로는 상호 이격되게 복수의 제2고정공이 형성되고, 상기 체결공을 통해 상기 제2고정공에 나사 결합하는 제2고정볼트를 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 모듈형 상지 재활로봇은, 상완 지지부 및 전완 운동부의 환자의 상완 및 전완 부분을 안착시킨 상태에서 전완 구동모터와 전완 회전감속기를 통해 팔꿈치 재활운동이 이루어지는 부분과 환자의 손을 안착 지지한 상태에서 손목 및 손가락의 재활운동이 이루어지게 하는 손재활로봇부가 상호 대응되는 도브테일을 통해 착탈 가능하게 결합된 바, 환자의 팔꿈치 재활운동을 위한 장치 부분과 손목 및 손가락의 재활운동을 위한 장치 부분을 선택적으로 분리 사용할 수 있게 함으로써, 설치공간을 효율적으로 설정할 수 있음과 더불어 유용성을 증대시킬 수 있게 한다.

또한, 베이스프레임에 상완 지지부가 착탈 가능하게 설치되고, 전완 운동부에 손재활로봇부가 착탈 가능하게 설치됨으로써, 환자의 좌측 또는 우측 상지 부분에 대한 재활위치를 용이하게 변경할 수 있으므로, 환자의 좌측 또는 우측 상지 부분에 대한 선택적인 재활치료를 용이하게 수행할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 상지 재활로봇의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 모듈형 상지 재활로봇의 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 모듈형 상지 재활로봇의 정면도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 모듈형 상지 재활로봇의 측면도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 모듈형 상지 재활로봇의 손재활로봇부를 분리시킨 사시도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 손재활로봇부의 사시도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 손재활로봇부 및 손재활로봇지지프레임의 결합상태 측면도이다.
도 8은 도 6에 나타낸 손재활로봇부 및 손재활로봇지지프레임의 결합상태 평면도이다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 상지 재활로봇의 사시도이며, 도 2는 도 1에 나타낸 모듈형 상지 재활로봇의 분해사시도이고, 도 3은 도 1에 나타낸 모듈형 상지 재활로봇의 정면도이며, 도 4는 도 1에 나타낸 모듈형 상지 재활로봇의 측면도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예의 모듈형 상지 재활로봇은, 베이스프레임(100), 상완 지지부(200), 전완 회전감속기(300), 전완 운동부(400), 전완 구동모터(500), 손재활로봇(600)을 구비하고 있다.

상기 베이스프레임(100)은 이후 설명될 상완 지지부(200), 전완 회전감속기(300), 전완 운동부(400), 전완 구동모터(500), 손재활로봇(600)을 연결 지지하는 프레임이다. 이러한, 상기 베이스프레임(100)은 설치장소에 설치되는데, 이때, 상기 베이스프레임(100)은 도 1과 같이 스탠드(110)에 연결 설치될 수 있으며, 이때, 상기 스탠드(110)에는 상기 베이스프레임(100)을 상기 스탠드(110)의 길이방향을 따라 위치를 이동시킨 상태로 고정되게 하는 홀더브라켓(120)을 연결 설치할 수 있다. 즉, 상기 베이스프레임(100)은 상기 홀더브라켓(120)에 결합된 상태로 상기 스탠드(110)에 연결 배치됨으로써, 상기 스탠드(110) 상에서 상하방향 위치를 조절할 수 있게 한다.

그리고, 상기 베이스프레임(100)의 일측면에는 각각 이후 설명될 상완 지지부(200)를 착탈 가능하게 결합할 수 있게 하는 도브테일(700)을 결합 구비한다. 이때, 상기 베이스프레임(100)의 일측면에는 상기 도브테일(700)을 상기 베이스프레임(100)의 일단 및 타단에 각각 결합 구비하여, 상완 지지부(200)를 상기 베이스프레임(100)의 일단 또는 타단에 선택적으로 결합되게 할 수 있는 바, 환자의 재활하고자 하는 위치가 왼팔 또는 오른팔에 상관없이 사용을 가능하게 할 수 있다. 이러한, 상기 베이스프레임(100)의 일측면에 결합 구비되는 상기 도브테일(700)에는 제1고정공(710)이 관통 형성되며, 제1고정공(710)에는 제1고정볼트(720)를 삽입상태로 체결 구비한다. 따라서, 상기 베이스프레임(100)의 일측면에 상완 지지부(200)를 상호 대응되는 도브테일(700)로 결합한 후, 상기 제1고정볼트(720)의 단부가 상완지지부(200)에 마련된 도브테일(700)의 제1고정공(710)에 삽입되면서, 상기 베이스프레임(100)과 상완 지지부(200)를 결합상태로 고정유지되게 할 수 있다.

또한, 상기 베이스프레임(100)의 타측면에는 이후 설명될 전완 회전감속기(300)와 전완 구동모터(500)를 구동벨트(510)로 연결시, 구동벨트(510)의 장력을 유지되게 하는 아이들러(130)를 축회전 가능하게 결합 구비할 수 있다.

상기 상완 지지부(200)는 재활대상 환자의 인체 중 상완 부분을 지지하게 된다. 이러한, 상기 상완 지지부(200)는 상기 베이스프레임(100)의 일측에 착탈 가능하게 설치하는데, 보다 상세하게는 상기 상완 지지부(200)의 일측에는 상기 베이스프레임(100)의 일측에 결합된 도브테일(700)에 대응되는 도브테일(700)이 형성된다. 여기서, 상기 상완 지지부(200)에 대해 상세하게 설명하면, 상기 상완지지부(200)는 상완지지프레임(210), 상완착용구(220)를 포함한다.

상기 상완지지프레임(210)은 상기 베이스프레임(100)에 연결 설치되는 프레임이다. 즉, 상기 상완지지프레임(210)은 반원통 형상을 가지는데, 이후 설명될 전완 운동부(400)의 일단이 삽입 배치된 상태에서 전완 운동부(400)의 회전시 간섭이 발생하는 것을 방지하도록 일측이 개방된 구조를 가지게 된다.

이러한, 상기 상완지지프레임(210)에는 상기 베이스프레임(100)의 도브테일(700)에 대응되게 체결되는 도브테일(700)을 결합 구비한다. 이때, 상기 상완지지프레임(210)에 결합되는 도브테일(700)은 상기 상완지지프레임(210)의 일측면 및 타측면에 각각 구비됨으로써, 상기 상완지지프레임(210)과 상기 베이스프레임(100)의 결합되는 위치를 변경하면서 환자의 재활하고자 하는 팔 위치가 왼팔 또는 오른팔에 상관없이 사용을 가능하게 할 수 있다.

상기 상완착용구(220)는 상기 상완지지프레임(210)에 상기 환자의 상완 부분을 안착상태로 착용 배치되게 하면서, 상기 상완 부분을 상기 상완지지프레임(210)이 지지할 수 있게 한다. 이러한, 상기 상완착용구(220)의 일단에는 상기 상완 부분을 삽입하면서 안착상태로 착용되도록 'U'자형의 안착부(221)가 형성된다. 여기서, 상기 상완착용구(220)의 타단은 상기 상완지지프레임(210)에 회전 가능하게 연결 결합됨으로써, 이후 상기 환자의 재활운동에 따라 대응되게 움직이게 됨으로써, 상기 환자에게 편안한 착용감을 유지할 수 있게 한다.

그리고, 상기 상완착용구(220)는 상기 상완지지프레임(210)의 일측 및 타측에 각각 결합 구비됨으로써, 상기 상완지지프레임(210)이 상기 베이스프레임(100)과 앞서 설명한 바와 같이 도브테일(700)을 통해 결합되는 위치에 따라 환자의 왼팔 또는 오른팔을 선택적으로 안착되게 착용 배치할 수 있다.

상기 전완 회전감속기(300)는 이후 설명될 전완 운동부(400)를 축회전 가능하게 연결 지지한다. 보다 상세하게는, 상기 전완 회전감속기(300)는 전완 구동모터(500)로부터 발생된 회전력을 전달받아 전완 운동부(400)로 전달되게 하는데, 이때, 전완 구동모터(500)에서 발생된 회전력의 회전속도를 감속시킨 상태로 전완 운동부(400)로 전달되게 한다.

이러한, 상기 전완 회전감속기(300)는 상기 베이스프레임(100)에 결합 설치하며, 상기 전완 회전감속기(300)의 축 일단에는 전완 구동모터(500)로부터 발생된 회전력을 구동벨트(510)로 전달받을 수 있도록 풀리(310)가 결합 구비된다.

그리고, 상기 전완 회전감속기(300)의 축 타단에는 전완 운동부(400)를 착탈 가능하게 결합할 수 있도록 도브테일(700)을 결합 설치한다. 이러한, 상기 전완 회전감속기(300)의 축 타단에 결합 구비되는 도브테일(700)에는 제1고정공(710)이 관통 형성되며, 제1고정공(710)에는 제1고정볼트(720)를 삽입상태로 체결 구비한다. 따라서, 상기 전완 회전감속기(300)의 축 타단에 전완 운동부(400)를 상호 대응되는 도브테일(700)로 결합한 후, 상기 제1고정볼트(720)의 단부가 전완 운동부(400)에 마련된 도브테일(700)의 제1고정공(710)에 삽입되면서, 상기 전완 회전감속기(300)이 축 타단에 전완 운동부(400)를 결합상태로 고정유지되게 할 수 있다.

또한, 상기 전완 회전감속기(300)에는 전완 운동부(400)를 회전시키면서, 상기 환자의 전완 부분에 대한 재활운동시, 환자의 전완 부분, 보다 상세하게는 팔꿈치가 접혀질 때 강직도에 따라 부하되는 토크를 측정하는 토크센서(320)를 구비할 수 있다. 이러한, 상기 토크센서(320)는 전완 구동모터(500)와 케이블을 통해 전기적으로 연결되어, 상기 토크센서(320)에서 입력되는 토크값에 따라 전완 구동모터(500)의 회전속도를 제어하게 된다.

상기 전완 운동부(400)는 상기 전완 회전감속기(300)로부터 회전력을 전달받아 회전하면서 상기 환자의 전완 부분, 보다 상세하게는 팔꿈치 부분을 접거나 펼 수 있게 하면서 운동이 이루어지게 한다. 이러한, 상기 전완 운동부(400)는 상기 전완 회전감속기(300)의 축 타단에 착탈 가능하게 결합 설치한다. 더불어, 상기 전완 운동부(400)에는 이후 설명될 손재활로봇부(600)를 착탈 가능하게 결합 설치한다. 즉, 상기 전완 운동부(400)의 일측에는 상기 전완 회전감속기(300)의 축 타단에 설치된 도브테일(700) 및 손재활로봇부(600)에 각각 대응되게 결합되는 도브테일(700)을 결합 구비하며, 상기 전완 운동부(400)에 결합되는 도브테일(700)에는 상기 전완 회전감속기(300)의 도브테일(700)에 체결된 제1고정볼트(720)의 단부가 삽입 체결되도록 제1고정공(710)이 형성된다. 이같은, 상기 전완 운동부(400)는 전완연결부재(410), 길이조절대(420)를 포함한다.

상기 전완연결부재(410)는 상기 전완 회전감속기(300)의 축 타단에 결합된 도브테일(700)에 착탈 가능하게 결합되는 판 부재이다. 이러한, 상기 전완연결부재(410)의 일측에는 앞서 설명한 바와 같이 상기 전완 회전감속기(300)의 축 타단에 결합된 도브테일(700)에 대응되게 결합되는 도브테일(700)을 고정상태로 결합 구비한다.

그리고, 상기 전완연결부재(410)의 타측에는 길이조절대(420)를 전후방향으로 슬라이딩 이동되게 가이드하는 슬라이딩가이드(411)를 결합 구비한다. 이러한, 상기 슬라이딩가이드(411)에는 전후방향으로 관통된 가이드홈(411a)이 형성되며, 상기 가이드홈(411a)에 길이조절대(420)를 슬라이딩 가능하게 삽입 설치한다. 이러한, 상기 슬라이딩가이드(411)의 외측면에는 상기 가이드홈(411a)으로 연결되는 체결공(412)이 형성되고, 상기 체결공(412)에는 제2고정볼트(430)를 삽입 체결할 수 있다. 여기서, 상기 제2고정볼트(430)는 상기 체결공(412)을 통해 길이조절대(420)의 제2고정공(421)에 삽입 체결되면서, 길이조절대(420)가 상기 전완연결부재(410)의 슬라이딩가이드(411) 상에서 슬라이딩 이동된 위치를 고정상태로 유지되게 한다.

상기 길이조절대(420)는 상기 전완연결부재(410)의 슬라이딩가이드(411)에 전후방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 직사각 형상의 프레임이다. 즉, 상기 길이조절대(420)는 상기 슬라이딩가이드(411)의 가이드홈(411a)에 슬라이딩 이동 가능하게 관통 설치한다. 그리고, 상기 길이조절대(420)의 일측면에는 길이방향으로 상호 이격되게 복수의 제2고정공(421)이 형성된다. 이러한, 상기 제2고정공(421)에는 앞서 설명한 상기 슬라이딩가이드(411)의 체결공(412)에 삽입된 상기 제2고정볼트(430)의 단부가 삽입 체결된다.

이러한, 상기 길이조절대(420)의 일단 일측에는 앞서 설명한 바와 같이, 손재활로봇부(600)를 착탈 가능하게 결합할 수 있도록 도브테일(700)을 고정상태로 결합 구비한다. 즉, 상기 길이조절대(420)에 구비된 도브테일(700)은 손재활로봇부(600)에 결합 구비되는 도브테일(700)에 대응되게 결합한다.

상기 전완 구동모터(500)는 상기 전완 운동부(400)의 길이조절대(420)를 회전되게 하면서, 상기 환자의 전완 부분, 보다 상세하게는 상기 환자의 팔꿈치를 접힘되게 하거나 펼침되게 하면서 재활운동이 이루어지게 구동력을 발생시킨다. 이러한, 상기 전완 구동모터(500)는 상기 베이스프레임(100)에 고정상태로 결합 설치하며, 상기 전완 구동모터(500)의 구동축에 결합된 풀리(511)가 상기 전완 회전감속기(300)의 풀리(310)와 구동벨트(510)를 통해 연결되어, 상기 전완 회전감속기(300)로 회전력을 전달하게 된다. 이때, 상기 전완 구동모터(500)는 상기 전완 회전감속기(300)에 연결 설치된 상기 토크센서(320)와 연결되어, 상기 토크센서(320)로부터 입력되는 토크에 따라 발생되는 회전력을 조절하게 된다.

상기 손재활로봇부(600)는 상기 환자의 손 부분, 보다 상세하게는 상기 환자의 손목을 접힘되게 하거나 펼침되게 하고, 손가락을 접힘되게 하거나 펼침되게 하면서 재활운동이 이루어지게 한다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 손재활로봇부(600)는 상기 환자의 손 부분을 지지할 수 있도록 상기 전완 운동부(400)의 길이조절대(420) 일단에 착탈 가능하게 결합 설치한다. 즉, 상기 손재활로봇부(600)에는 상기 길이조절대(420) 일단 일측에 결합된 도브테일(700)에 대응되게 결합하는 도브테일(700)을 고정상태로 결합 구비한다. 여기서, 상기 손재활로봇부(600)는 팔목 연결프레임(610), 손목 회전프레임(620), 손목운동 구동수단(630), 손가락 연결프레임(640), 손가락운동 구동수단(650)을 포함한다.

상기 팔목 연결프레임(610)은 상기 전완 운동부(400)의 길이조절대(420)에 착탈 가능하게 결합된 상태로 상기 환자의 팔목 부분을 지지하는 프레임이다. 이러한, 상기 팔목 연결프레임(610)의 일단 일측에는 상기 길이조절대(420) 일단 일측에 결합된 도브테일(700)에 대응되게 결합하는 도브테일(700)을 고정상태로 결합 구비한다.

그리고, 상기 팔목 연결프레임(610)에는 상기 환자의 손목 양측 부분을 가압하면서 고정 지지하도록 상기 팔목 연결프레임(610)에 대향되게 배치된 상태로 상기 환자의 팔목 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 연결 설치되는 팔목가압지지판(611)를 구비할 수 있다.

상기 손목 회전프레임(620)은 상기 팔목 연결프레임(610)의 타단에 축회전 가능하게 연결 설치되는 프레임이다. 이러한, 상기 손목 회전프레임(620)은 상기 환자의 손등 부분을 지지한 상태로 손목운동 구동수단(630)에서 발생된 회전력을 전달받아 회전하면서, 상기 환자의 손목을 접힘되게 하거나 펼침되게 한다. 여기서, 상기 손목 회전프레임(620)의 일단, 즉 상기 팔목 연결프레임(610)에 회전되게 연결되는 축 부분에는 손목운동 구동수단(630)으로부터 회전력을 전달받도록 풀리(620)를 결합 구비한다.

상기 손목운동 구동수단(630)은 상기 손목 회전프레임(620)을 회전시키도록 구동력을 발생시킨다. 이러한, 상기 손목운동 구동수단(630)은 상기 손목운동모터(631), 손목운동감속기(632), 손목운동벨트(633)를 포함한다. 상기 손목운동모터(631)는 상기 팔목 연결 프레임(610)의 일측에 결합 설치되며, 회전력을 발생시킨다. 그리고, 상기 손목운동감속기(632)는 상기 손목운동모터(631)와 연결되어, 상기 손목운동모터(631)에서 발생된 회전력을 전달받아 회전속도를 감속시킨 후 출력되게 한다. 그리고, 상기 손목운동벨트(633)는 상기 손목운동감속기(632)의 축 부분에 마련된 풀리(632a)와 상기 손목 회전프레임(620)의 풀리(621)를 연결하여, 상기 손목운동감속기(632)에서 출력되는 회전력을 상기 손목 회전프레임(620)으로 전달한다. 여기서, 상기 손목운동 구동수단(630)에는 상기 손목운동감속기(632)에서 출력되는 회전력으로 상기 손목 회전프레임(620)을 회전시키면서, 상기 환자의 손목 부분에 대한 재활운동시, 환자의 손목이 접혀질 때 강직도에 따라 부하되는 토크를 측정하는 토크센서(634)를 구비할 수 있다. 이러한, 상기 토크센서(634)는 상기 손목운동감속기(632)의 토크를 측정할 수 있도록 상기 손목운동감속기(632)에 설치된 상태로 상기 손목운동모터(631)와 케이블을 통해 전기적으로 연결되어, 상기 토크센서(634)에서 입력되는 토크값에 따라 상기 손목운동모터(631)의 회전속도를 제어하게 된다.

상기 손가락연결프레임(640)은 상기 환자의 손가락을 접힘되게 하거나 펼침되게 하도록 상기 손목회전프레임(610)의 타단에 회전 가능하게 연결 설치되는 프레임이다. 이러한, 상기 손가락연결프레임(640)은 손가락안착부(641), 링크부재(642)를 포함한다.

상기 손가락안착부(641)는 상기 환자의 손가락을 안착 상태로 고정 지지하는 프레임이다. 이러한, 상기 손가락안착부(641)에는 상기 손가락을 삽입상태로 안착 지지되게 하며, 상기 손가락안착부(641)에 전후방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 연결 설치되는 복수의 손가락지지부(641a)를 구비한다.

상기 링크부재(642)는 상기 손가락안착부(641)의 일단을 상기 손목회전프레임(620)의 타단에 회전 가능하게 연결하는 한 쌍의 연결부재이다. 이러한, 상기 링크부재(620)의 일단 및 타단은 각각 상기 손가락안착부(641)의 일단 및 상기 손목회전프레임(620)의 타단에 회전 가능하게 연결된다. 여기서, 상기 링크부재(642)는 제1링크(642a), 제2링크(642b), 제3링크(642c)를 포함한다. 상기 제1링크(642a)의 일단 및 타단은 상기 손가락안착부(641)의 일측에 고정상태로 연결 설치된다. 그리고, 상기 제2링크(642b)의 일단은 상기 제1링크(642a)의 일단에 회전 가능하게 핀으로 연결 설치되고, 상기 제2링크(642b)의 타단은 상기 손가락연결프레임(640) 일측에 회전 가능하게 핀으로 연결 설치한다.

더불어, 상기 제3링크(642c)는 상기 제2링크(642b)에 교차하도록 배치되며, 상기 제3링크(642c)의 일단은 상기 제1링크(642a)의 타단에 회전 가능하게 핀으로 연결설치되고, 상기 제3링크(642c)의 타단은 상기 손가락연결프레임(640) 일측에 회전 가능하게 연결 설치한다. 여기서, 상기 제3링크(642c)의 일단에는 풀리(643)를 결합 구비할 수 있다.

상기 손가락운동구동수단(650)은 상기 손가락안착부(641)를 상기 손목 회전프레임(620) 상에 연결된 상태에서 회전하도록 구동력을 발생시킨다. 보다 상세하게는 상기 손가락운동구동수단(650)은 회전력을 발생시킨 후, 상기 링크부재(642)의 제3링크(642c)의 일단으로 회전력을 전달되게 한다.

이러한, 상기 손가락운동구동수단(650)은 손가락운동모터(651), 손가락운동감속기(652), 손가락운동벨트(653)을 포함한다. 상기 손가락운동모터(651)는 상기 손목 회전프레임(620)의 일측에 결합 설치되며, 회전력을 발생시킨다. 그리고, 상기 손가락운동감속기(652)는 상기 손가락운동모터(651)와 연결되어, 상기 손가락운동모터(651)에서 발생된 회전력을 전달받아 회전속도를 감속시킨 후 출력되게 한다. 그리고, 상기 손가락운동벨트(653)는 상기 손가락운동감속기(652)의 축 부분에 마련된 풀리(652a)와 상기 손가락 연결프레임(640)의 제3링크(643)에 결합된 풀리(643)를 연결하여, 상기 손가락운동감속기(652)에서 출력되는 회전력이 상기 링크부재(642)를 통해 상기 손가락안착부(641)로 전달되게 한다. 여기서, 상기 손가락운동 구동수단(650)에는 상기 손가락운동감속기(652)에서 출력되는 회전력으로 상기 손가락연결프레임(640)의 손가락안착부(641)를 회전시키면서, 상기 환자의 손가락 부분에 대한 재활운동시, 환자의 손가락이 접혀질 때 강직도에 따라 부하되는 토크를 측정하는 토크센서(654)를 구비할 수 있다. 이러한, 상기 토크센서(654)는 상기 손가락운동감속기(652)의 토크를 측정할 수 있도록 상기 손가락운동감속기(652)에 설치된 상태로 상기 손가락운동모터(651)와 케이블을 통해 전기적으로 연결되어, 상기 토크센서(654)에서 입력되는 토크값에 따라 상기 손가락운동모터(651)의 회전속도를 제어하게 된다.

도 5를 참조하면, 상기 전완 운동부(400)에서 상기 손재활로봇부(600)를 해체한 상태에서, 상기 상완 지지부(200)와 상기 전완운동부(400)에 상기 환자의 상완과 전원을 안착시킨 상태에서 상기 환자의 팔꿈치 재활운동만을 수행하고자 할 경우에는, 상기 손재활로봇부(600)가 분리된 상기 길이조절대(420)의 일단 일측에 구비된 도브테일(700)에 착탈 가능하게 전완착용구(800)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 전완착용구(800)는 상기 손재활로봇부(600)를 대신하여 상기 환자의 팔목 부분을 안착 지지하게 된다. 이러한, 상기 전완착용구(800)의 일측에는 상기 길이조절대(420)의 일단 일측에 구비된 도브테일(700)에 대응되게 결합되는 도브테일(700)을 고정상태로 구비한다. 그리고, 상기 전완착용구(800)의 타측에는 상기 환자의 팔목 부분을 안정적으로 안착 지지하도록 오목하게 라운드 진 안착부(810)가 형성된다.

도 6을 참조하면, 상기 전완 운동부(400)에서 상기 손재활로봇부(600)를 해체한 상태에서, 상기 손재활로봇부(600)를 통해 상기 환자의 손 부분에 대한 재활운동만을 수행하고자 할 경우, 상기 손재활로봇부(600)를 결합 지지하는 손재활로봇지지프레임(900)을 구비할 수 있다. 이러한, 상기 손재활로봇지지프레임(900)는 바닥판부(910), 수직지지부(920)를 포함한다. 여기서, 상기 바닥판부(910)는 설치위치에 안착 배치되는 판 부재이다. 이러한, 상기 바닥판부(910)의 저면에는 상기 설치위치에 상기 바닥판부(910)를 고정시키는 클램프부재(911)를 결합 구비할 수 있다. 그리고, 상기 수직지지부(920)는 상기 바닥판부(910)에 수직하게 결합되어, 상기 손재활로봇부(600)를 연결 지지한다. 이러한, 상기 수직지지부(920)는 상기 바닥판부(910)의 양측에 상호 대향 배치되게 한 쌍을 구비한다. 여기서, 상기 수직지지부(920)에는 상기 손재활로봇부(600)의 팔목연결프레임(610)에 결합된 도브테일(700)에 대응되게 결합되는 도브테일(700)을 결합 구비한다.

이와 같이 구성되는 일 실시예의 모듈형 상지 재활로봇의 사용방법을 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1과 같이, 상기 전완운동부(400)와 상기 손재활로봇부(600)를 상호 대응되게 결합되는 상기 도브테일(700)을 통해 상호 결합시킨 상태로 상기 환자의 팔꿈치와 손 부분에 대한 재활운동을 동시에 수행하거나, 도 5 및 도 6 같이, 상기 전완운동부(400)에서 상기 손재활로봇부(600)를 분리, 즉 상기 전완운동부(400)의 길이조절대(420)에 마련된 도브테일(700)과 상기 손재활로봇부(600)의 팔목연결프레임(610)에 마련된 도브테일(700)을 상호 대응되게 결합된 상태를 해제시켜, 상기 상완지지부(200)와 상기 전완운동부(400)를 통한 상기 환자의 팔꿈치 부분에 대한 재활운동만을 하거나, 상기 손재활로봇부(600)를 통한 상기 환자의 손 부분에 대한 재활운동만을 할 수 있게 한다.

이때, 상기 환자의 팔꿈치 부분에 대한 재활운동시 작동에 대해 상세하게 설명하면, 먼저, 상기 환자의 상완 부분을 상기 상완지지부(200)의 상완착용구(220)에 형성된 안착부(221)에 안착 배치하고, 상기 환자의 전완 부분은 상기 전완운동부(400)의 길이조절대(420) 일단에 안착 배치한다. 이때, 상기 전완운동부(400)의 길이조절대(420) 일단에는 앞서 설명한 바와 같이 상기 환자의 전완 부분, 보다 상세하게는 팔목 부분을 안정적으로 안착 지지할 수 있도록 상기 전완착용구(800)를 상호 대응되게 결합하는 도브테일(700)로 결합되게 설치할 수 있다.

이후, 상기 전완 구동모터(500)가 작동하면, 상기 전완 회전감속기(300)를 통해 상기 전완연결부재(410)로 회전력이 전달되면서, 상기 전완연결부재(410)가 회전한다. 그러면, 상기 길이조절대(420)도 상기 전완연결부재(410)에 대응되게 회전하면서, 상기 환자의 전완 부분, 보다 상세하게는 팔꿈치 부분을 펼침되거나 접힘되게 하면서 재활운동이 이루어지게 된다.

그리고, 상기 환자의 손 부분, 보다 상세하게는 손목 및 손가락에 대한 재활운동시 작동에 대해 상세하게 설명하면, 먼저, 상기 환자의 팔목 부분을 상기 팔목연결프레임(610)의 팔목고정지지부(611)를 통해 안착상태로 지지되게 배치한 후, 상기 손목회전프레임(620) 상에 손등을 안착 배치하고, 손가락은 상기 손가락연결프레임(640)의 손가락안착부(641)에 마련된 손가락지지부(641a)로 안착상태로 지지되게 배치한다.

이후, 상기 손목운동구동수단(630)의 손목운동모터(631)가 작동하면, 상기 손목운동감속기(632)를 통해 상기 손목회전프레임(620)이 회전하면서, 상기 환자의 손목 부분을 펼침되거나 접힘되게 하면서 재활운동이 이루어지게 된다.

또한, 상기 순가락운동구동수단(650)의 손가락운동모터(651)가 작동하면, 상기 손가락운동감속기(652)를 통해 상기 손가락연결프레임(640)의 링크부재(642)가 회전하고, 이를 통해 상기 손가락안착부(641)가 회전하면서 상기 환자의 손가락 부분을 펼침되거나 접힘되게 하면서 재활운동이 이루어지게 된다.

이와 같이, 일 실시예의 모듈형 상지 재활로봇은, 상기 상완 지지부(200) 및 상기 전완 운동부(400)의 상기 환자의 상완 및 전완 부분을 안착시킨 상태에서 상기 전완 구동모터(500)와 상기 전완 회전감속기(300)를 통해 팔꿈치 재활운동이 이루어지는 부분과 상기 환자의 손을 안착 지지한 상태에서 손목 및 손가락의 재활운동이 이루어지게 하는 상기 손재활로봇부(600)가 상호 대응되는 상기 도브테일(700)을 통해 착탈 가능하게 결합된 바, 상기 환자의 팔꿈치 재활운동을 위한 장치 부분과 손목 및 손가락의 재활운동을 위한 장치 부분을 선택적으로 분리 사용할 수 있게 함으로써, 설치공간을 효율적으로 설정할 수 있음과 더불어 유용성을 증대시킬 수 있게 한다.

또한, 상기 베이스프레임(100)에 상기 상완 지지부(200)가 착탈 가능하게 설치되고, 상기 전완 운동부(400)에 상기 손재활로봇부(600)가 착탈 가능하게 설치됨으로써, 상기 환자의 좌측 또는 우측 상지 부분에 대한 재활위치를 용이하게 변경할 수 있으므로, 상기 환자의 좌측 또는 우측 상지 부분에 대한 선택적인 재활치료를 용이하게 수행할 수 있게 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 200: 상완지지부
210: 상완 지지프레임 220: 상완착용구
300: 전완 회전감속기 400: 전완 운동부
410: 전완연결부재 420: 길이조절대
500: 전완 구동모터 600: 손재활로봇부
610: 팔목연결프레임 620: 손목회전프레임
630: 손목운동구동수단 640: 손가락연결프레임
650: 손가락운동구동수단 700: 도브테일
800: 전완착용구 900: 손재활로봇지지프레임

Claims

베이스프레임과;
상기 베이스프레임에 착탈 가능하게 설치하며, 인체의 상완을 지지하는 상완 지지부와;
상기 베이스프레임에 결합 설치하는 전완 회전감속기와;
상기 전완 회전감속기의 축 단부에 착탈 가능하게 설치하는 전완 운동부와;
상기 베이스프레임에 결합 설치된 상태로 상기 전완 회전감속기와 연결되어, 상기 전완 회전감속기로 회전력을 전달하면서 상기 전완 운동부가 회전되게 하는 전완 구동모터; 및
상기 전완 운동부의 일단에 착탈 가능하게 설치하며, 인체의 손을 지지한 상태로 상기 손의 손목을 접힘되게 하거나 펼침되게 하고, 손가락을 접힘되게 하거나 펼침되게 운동시키는 손재활로봇부;를 포함하며,
상기 손재활로봇부는,
상기 전완 운동부에 착탈 가능하게 설치하며, 환자의 팔목 부분을 지지하는 팔목 연결프레임과,
상기 팔목 연결프레임에 축회전 가능하게 연결 설치하는 손목 회전프레임과,
상기 손목 회전프레임과 연결되어, 상기 손목 회전프레임을 회전시키도록 구동력을 발생시키는 손목운동 구동수단과,
상기 손목 회전프레임에 회전 가능하게 연결 설치되어, 손가락을 접힘되게 하거나 펼침되게 하는 손가락 연결프레임, 및
상기 손가락 연결프레임과 연결되어, 상기 손가락 연결프레임이 회전하도록 구동력을 발생시키는 손가락운동구동수단을 포함하는 모듈형 상지 재활로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스프레임 및 상기 상완 지지부와, 상기 전완 회전감속기의 축 단부 및 상기 전완 운동부와, 상기 전완 운동부 및 상기 손재활로봇부는 상호 대응되는 도브테일로 착탈 가능하게 결합된 모듈형 상지 재활로봇.
청구항 2에 있어서,
상기 도브테일에는 제1고정공이 관통 형성되며,
상기 제1고정공에 나사 결합되는 제1고정볼트를 더 구비하는 모듈형 상지 재활로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 상완지지부는,
상기 베이스프레임에 착탈 가능하게 결합되는 상완지지프레임과,
상기 상완지지프레임에 회전 가능하게 연결 설치하며, 상기 상완이 안착상태로 착용 배치되는 상완착용구를 포함하는 모듈형 상지 재활로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 전완운동부는,
일측은 상기 전완 회전감속기의 축 단부에 착탈 가능하게 결합하며, 타측에는 슬라이딩가이드를 구비하는 전완연결부재와,
상기 슬라이딩가이드에 전후방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 연결 설치되며, 일단에 상기 손재활로봇부가 착탈 가능하게 결합하는 길이조절대를 포함하는 모듈형 상지 재활로봇.
청구항 5에 있어서,
상기 슬라이딩가이드에는 체결공이 형성되며,
상기 길이조절대의 길이방향으로는 상호 이격되게 복수의 제2고정공이 형성되고,
상기 체결공을 통해 상기 제2고정공에 나사 결합하는 제2고정볼트를 더 구비하는 모듈형 상지 재활로봇.