KR101911147B1 - 상지 재활 훈련 로봇 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치는, 인체의 상완으로부터 이격 배치되어 상하 방향으로 연장된 기준 프레임; 상기 기준 프레임에 장착되어 상기 기준 프레임을 따라 슬라이딩 이동되는 승하강 부재; 상기 승하강 부재의 일측으로부터 전방을 향하여 돌출되어, 견괄절의 움직임에 대응하여 회전 운동하는 회동 프레임; 및 상기 승하강 부재 및 상기 회동 프레임 사이에 연결되어, 상기 회동 프레임의 움직임에 연동되어 상기 승하강 부재를 승하강 운동시키는 운동 변환 부재;를 포함하고, 상기 승하강 부재의 상하 방향 슬라이딩 이동에 의해 견관절의 움직임에 따른 회전 중심 이동이 보상될 수 있다.

Description

상지 재활 훈련 로봇 장치{UPPER LIMB REHABILITATION TRAINING APPARATUS}
본 발명은 상지 재활 훈련 로봇 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 견관절의 굴곡/신전 및 내외전 운동 수행 시 발생되는 순간 회전 중심의 이동을 보상할 수 있는 상지 재활 훈련 로봇 장치에 관한 것이다.
인체는 일반적으로 관절 부위와 인접한 부위들이 관절 부위를 기준으로 회전 가능한 구조를 가진다. 그런데 관절 부위를 수술한 환자의 경우 스스로 운동이 불가능하여 근육이 약해지고 원활한 영양 공급이 이루어지지 않아 관절 부위가 굳어질 우려가 있다. 따라서 관절의 변형을 방지하고 정상적인 활동에 복귀하기 위해서 재활운동을 하여야 한다. 또한 환자뿐만 아니라 노화에 의해 근력이 약한 노인이나 장애인의 경우에도 재활운동이 필요하다. 이를 위해 다양한 재활장치들이 개발되고 있다.
예를 들어, 한국등록특허 제10-08411776호에는 상지 재활을 위한 재활로봇이 개시되어 있다. 하지만, 한국등록특허 제10-08411776호에 개시된 장치는 손의 움직임을 단순 진자운동으로 고려하여 설계되어 있기 때문에, 실제 견관절의 움직임과는 맞지 않는 한계점이 있다.
또한, 한국공개특허 제 2010-0078046 호에는 뇌졸증 환자의 상지 재활을 위한 외골격 로봇이 개시되어 있다. 개시된 장치에 의하면 견관절의 상하 병진운동을 구현하기 위해 선형 모터를 이용한다. 그러나 견관절의 움직임이 발생하는 평면을 하나로 고정하기 때문에 한 종류의 회전 운동만을 재활운동의 대상으로 한다는 한계점이 있다.
일 실시예에 따른 목적은 어깨 관절(견관절)의 굴곡/신전 및 내외전 운동 수행 시 발생되는 순간 회전 중심(instantaneous center of rotation; ICR)의 이동을 보상할 수 있고, 견갑상완리듬을 보상하여 장시간 재활 훈련 시 관절 회전 중심의 불일치에 의한 훈련 방해 요인을 제거할 수 있는 상지 재활 훈련 로봇 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 능동 관절 또는 수동 관절로 구현되어 견관절의 회전 중심의 이동을 자연스럽게 보상할 수 있고, 비교적 간단한 구조로 마련되어 제작 단가를 절감할 수 있는 상지 재활 훈련 로봇 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 어깨의 굴곡 구간에서 90도 이상 회전할 때 지렛대 구조를 이용하여 승하강 운동부를 승하강 운동시킬 수 있는 상지 재활 훈련 로봇 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치는, 인체의 상완으로부터 이격 배치되어 상하 방향으로 연장된 기준 프레임; 상기 기준 프레임에 장착되어 상기 기준 프레임을 따라 슬라이딩 이동되는 승하강 부재; 상기 승하강 부재의 일측으로부터 전방을 향하여 돌출되어, 견괄절의 움직임에 대응하여 회전 운동하는 회동 프레임; 및 상기 승하강 부재 및 상기 회동 프레임 사이에 연결되어, 상기 회동 프레임의 움직임에 연동되어 상기 승하강 부재를 승하강 운동시키는 운동 변환 부재;를 포함하고, 상기 승하강 부재의 상하 방향 슬라이딩 이동에 의해 견관절의 움직임에 따른 회전 중심 이동이 보상될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 승하강 부재 및 상기 회동 프레임 사이에 배치된 연결 부재;를 더 포함하고, 상기 연결 부재의 일단은 상기 승하강 부재의 일 측에 수직하게 연결되고, 상기 연결 부재의 타단은 상기 회동 프레임의 중앙에 수직하게 연결되며, 상기 회동 프레임은 상기 연결 부재에 대하여 회전 가능하도록 연결될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 운동 변환 부재는, 상기 기준 프레임의 하측으로부터 전방을 향하여 돌출된 베이스 요소; 상기 베이스 요소의 상부에 배치되어, 일단은 상기 회동 프레임의 단부에 연결되고 타단은 상기 승하강 부재의 일측에 회전 가능하게 연결된 제1 링크 요소; 일단은 상기 제1 링크 요소의 중앙에 힌지 연결되고 타단은 상기 베이스 요소 상면에 힌지 연결되는 제2 링크 요소;를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치는, 인체의 상완에 대하여 이격 배치되어 상하 방향으로 연장된 기준 프레임; 상기 기준 프레임에 장착되어 상기 기준 프레임을 따라 슬라이딩 이동되는 승하강 부재; 상기 승하강 부재의 일측에서 전방을 향하여 수직하게 연장된 연결 부재; 상기 연결 부재에 대하여 동일 평면 상에서 수직하게 연장되고, 견괄절의 움직임에 대응하여 회전 운동하는 회동 프레임; 및 일단은 상기 승하강 부재에 대하여 회전 가능하도록 연결되고, 타단은 상기 회동 프레임의 단부에 연결되는 제1 링크 부재;를 포함하고, 상기 연결 부재, 상기 회동 프레임 및 상기 링크 부재는 직각 삼각형의 형태로 배치될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 기준 프레임의 하측으로부터 전방을 향하여 돌출된 베이스 부재; 및 상기 제1 링크 부재 및 상기 베이스 부재 사이에 연결된 제2 링크 부재;를 더 포함하고, 상기 제1 링크 부재는 상기 회동 프레임의 움직임에 연동되어 상하 방향으로 경사지게 배치되고, 상기 제2 링크 부재는 상기 제1 링크 부재의 움직임에 연동되어 좌우 방향으로 회전될 수 있다.
일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치에 의하면, 어깨 관절(견관절)의 굴곡/신전 및 내외전 운동 수행 시 발생되는 순간 회전 중심(instantaneous center of rotation; ICR)의 이동을 보상할 수 있고, 견갑상완리듬을 보상하여 장시간 재활 훈련 시 관절 회전 중심의 불일치에 의한 훈련 방해 요인을 제거할 수 있다.
일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치에 의하면, 능동 관절 또는 수동 관절로 구현되어 견관절의 회전 중심의 이동을 자연스럽게 보상할 수 있고, 비교적 간단한 구조로 마련되어 제작 단가를 절감할 수 있다.
일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치에 의하면, 어깨의 굴곡 구간에서 90도 이상 회전할 때 지렛대 구조를 이용하여 승하강 운동부를 승하강 운동시킬 수 있다.
도 1은 견관절의 상하 움직임에 따른 회전 중심 이동을 도시한다.
도 2는 견관절의 견갑상완리듬에 따른 회전 중심 이동을 도시한다.
도 3은 견관절이 90도일 때, 일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치를 도시한다.
도 4는 견관절이 150도일 때, 일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치를 도시한다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 견관절의 상하 움직임에 따른 회전 중심 이동을 도시하고, 도 2는 견관절의 견갑상완리듬에 따른 회전 중심 이동을 도시하고, 도 3는 견관절이 90도일 때, 일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치를 도시하고, 도 4은 견관절이 150도일 때, 일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치를 도시한다.
도 1 및 2를 참조하여, 견관절의 회전 중심 이동은 다음과 같다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 견관절의 굴곡(flexion)/신전(extension) 운동 수행 시 견관절의 순간 회전 중심(ICT)이 상부로 이동되는 것을 확인할 수 있다. 이에 의해 상지 재활 훈련 시 견관절의 순간 회전 중심 이동에 대응되도록 로봇 장치 또한 작동될 필요성이 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 내외전 운동 수행 시 견관절의 순간 회전 중심이 상부로 이동되는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 2(a)는 상완골의 견갑골에 대한 각도가 0도인 경우이고, 2(b)는 상완골의 견갑골에 대한 각도가 90도인 경우이고, 2(c)는 상완골의 견갑골에 대한 각도가 150도인 경우이다.
이때, G-H:S-T는 2:1로 되는데, 이를 인체의 견관절 동작이 상완골 2도 동작에 대한 견갑골 1도 동작을 수행하는 2:1 비율 상호작용인 견갑상완리듬이라 하며, 견갑상완리듬에 따라서 견관절의 순간 회전 중심(ICT)이 이동함을 확인할 수 있다.
특히, 도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치(10)는 전술된 견관절의 굴곡(flexion)/신전(extension) 운동 또는 내외전 운동 수행 시 견관절의 순간 회전 중심의 이동을 보상하기 위한 것이다.
구체적으로, 일 실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 장치(10)는 기준 프레임(100), 승하강 부재(200), 연결 부재(300), 회동 프레임(400) 및 운동 변환 부재(500)를 포함할 수 있다.
상기 기준 프레임(100)은 인체의 상완에 인접하게 배치될 수 있다.
예를 들어, 기준 프레임(100)은 인체의 상완보다 후방에 또는 인체의 상완으로부터 외측에 이격 배치될 수 있다.
또한, 기준 프레임(100)은 상하 방향으로 수직하게 연장될 수 있다. 예를 들어, 기준 프레임(100)은 원기둥 형상으로 마련되어 기준 프레임(100)의 중심축이 Z축 상에 배치되어 Z축 방향으로 연장될 수 있다.
이때, 기준 프레임(100)은 고정된 상태로 유지되므로, 상지 재활 훈련 로봇 장치(10)이 작동 중일 때 고정 축으로서의 기능을 할 수 있다.
상기 기준 프레임(100)에는 승하강 부재(200)가 장착될 수 있다.
상기 승하강 부재(200)는 기준 프레임(100)의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동될 수 있다. 예를 들어, 승하강 부재(200)는 Z축 상에서 상하 방향으로 슬라이딩 이동될 수 있다.
이는 전술된 견관절의 움직임에 따른 순간 회전 중심 이동을 보상하기 위한 것으로서 승하강 부재(200)의 승하강 원리에 대해서는 이하에서 상술된다.
또한, 승하강 부재(200)는 능동적으로 또는 수동적으로 구동될 수 있으며, 예를 들어 승하강 부재(200)에 구동 모터(미도시)가 장착됨으로써 능동적으로 구동될 수 있으나, 이하에서는 승하강 부재(200)가 수동적으로 구동되는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 승하강 부재(200)의 일측에는 결합 요소(210)가 구비될 수 있다.
이때, 결합 요소(210)는 승하강 부재(200)의 일측에 대하여 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이에 의해 회동 프레임(400)의 움직임과 연동되어 결합 요소(210) 또한 승하강 부재(200)에 대하여 회전될 수 있다. 예를 들어, 결합 요소(210)는 회동 프레임(400)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전될 수 있다.
구체적으로, 결합 요소(210)에는 연결 부재(300) 및 운동 변환 부재(500), 특히 제1 링크 요소(520)가 결합될 수 있다.
상기 연결 부재(300)는 결합 요소(210)에 고정되게 연결되어, 승하강 부재(200)가 승하강 운동 시 연결 부재(300) 또한 승하강 이동될 수 있다.
상기 제1 링크 요소(520)는 결합 요소(210)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이때, 제1 링크 요소(520)가 결합 요소(210)에 대하여 회전할 때 결합 요소(210) 또한 승하강 부재(520)에 대하여 회전할 수 있다.
전술된 바와 같이 결합 요소(210)에는 연결 부재(300)가 연결될 수 있다.
연결 부재(300)는 승하강 부재(200)의 일측에서 전방을 향하여 돌출되게 연장될 수 있다. 이때, 연결 부재(300)는 X축 방향으로 연장될 수 있으며, 기준 프레임(100)에 대하여 수직하게 배치될 수 있다. 그리고 상지 재활 훈련 로봇 장치(10)의 작동 중에도 연결 부재(300)는 기준 프레임(100)에 대하여 수직하게 유지될 수 있다.
상기 연결 부재(300)에는 회동 프레임(400)이 연결될 수 있다.
상기 회동 프레임(400)은 인체의 상완 상에 배치되어, 예를 들어 어깨에 의해 지지될 수 있다.
예를 들어, 회동 프레임(400)은 연결 부재(300)에 대하여 수직 방향으로 연결될 수 있다. 연결 부재(300)가 X축 방향으로 연장되므로, 회동 프레임(400)은 Y축 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다.
또한, 연결 부재(300)는 회동 프레임(400)의 후면 중앙에 연결되어 회동 프레임(400)에 대하여 후방으로 또는 -X축 방향으로 연장될 수 있다.
이때, 회동 프레임(400)은 연결 부재(300)에 대하여 회전 가능하도록 연결될 수 있다. 예를 들어, 회동 프레임(400)은 연결 부재(300)의 길이방향 축 또는 X축을 중심으로 회전할 수 있다.
구체적으로, 회동 프레임(400)은 견괄절의 움직임에 대응되어 회전 운동할 수 있다. 팔이 외전 운동을 수행하여 견괄절 각도가 90인 경우, 회동 프레임(400)은 연결 부재(300)와 동일 평면 상에 배치될 수 있고, 회동 프레임(400)은 수평 상태를 유지할 수 있다.
이러한 상태를 기준으로 팔이 외전 운동을 수행하기 전 견관절 각도가 0도인 경우, 회동 프레임(400)은 연결 부재(300)를 중심으로 시계 방향으로 회전하여, 회동 프레임(400)의 우측 단부가 좌측 단부(제1 링크 요소(520)와 연결된 단부)보다 하부에 위치될 수 있다.
반면, 도 4를 참조하여, 팔이 외전 운동을 수행하여 견관절 각도가 120도인 경우, 회동 프레임(400)은 연결 부재(300)를 중심으로 반시계 방향으로(A 방향) 회전하여, 회동 프레임(400)의 좌측 단부(제1 링크 요소(520)와 연결된 단부)가 우측 단부보다 하부에 위치되도록 회동 프레임(400)의 좌측 단부가 하방으로(B 방향) 경사지게 배치될 수 있다.
이와 같이 팔이 내외전 운동을 수행하는 경우, 회동 프레임(400)이 연결 부재(300)에 대하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전되거나, 회동 프레임(400)이 연결 부재(300)를 중심으로 상하 방향으로 경사지게 시소 운동할 수 있다.
이러한 회동 프레임(400)의 회전 또는 움직임은 운동 변환 부재(500)를 통하여 승하강 부재(200)를 승하강시킬 수 있다. 즉, 운동 변환 부재(500)는 회동 프레임(400)의 회전 또는 움직임에 연동되어 승하강 부재(200)를 기준 프레임(100) 상에서 승하강시킬 수 있다.
상기 운동 변환 부재(500)는 베이스 요소(510), 제1 링크 요소(520) 및 제2 링크 요소(530)를 포함할 수 있다.
상기 베이스 요소(510)는 베이스 부재라고도 할 수 있으며, 기준 프레임(100)의 하단 일측에 연결되어 전방으로 또는 X축 방향으로 돌출될 수 있다. 이에 의해 베이스 요소(510)는 연결 부재(300)의 하부에 이격 배치될 수 있다.
상기 제1 링크 요소(520)는 제1 링크 부재라고도 할 수 있으며, 베이스 요소(510)의 상부에 배치될 수 있다.
상기 제1 링크 요소(520)의 일단은 승하강 부재(200)의 일측에 구비된 결합 요소(210)에 회전 가능하게 연결될 수 있고, 예를 들어 제1 링크 요소(520)의 일단은 결합 요소(210)에 힌지 연결될 수 있다.
또한, 제1 링크 요소(520)의 타단은 회동 프레임(400)의 단부에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 링크 요소(520)의 타단은 회동 프레임(400)의 후면에서 단부에 연결될 수 있고, 이에 의해 연결 부재(300), 회동 프레임(400) 및 제1 링크 요소(520)가 직각 삼각형의 형태로 연결될 수 있다. 다시 말해서, 연결 부재(300)과 회동 프레임(400)가 직각을 이루고, 제1 링크 요소(520)가 빗변이 될 수 있다.
이때, 제1 링크 요소(520)의 타단은 회동 프레임(400)의 단부에 고정되게 연결되므로, 제1 링크 요소(520)의 타단은 회동 프레임(400)의 회전 또는 움직임에 대응되도록 이동될 수 있다.
예를 들어, 회동 프레임(400)이 시계 방향으로 회전하는 경우, 회동 프레임(400)이 연결 부재(300)를 중심으로 상하 방향으로 경사지게 시소 운동을 하여, 제1 링크 요소(520)의 타단과 회동 프레임(400)의 연결 지점은 상방으로 이동될 수 있다. 반면, 회동 프레임(400)이 반시계 방향으로 회전하는 경우, 회동 프레임(400)이 연결 부재(300)를 중심으로 상하 방향으로 경사지게 시소 운동을 하여, 제1 링크 요소(520)의 타단과 회동 프레임(400)의 연결 지점은 하방으로 이동될 수 있다.
전술된 베이스 요소(510) 및 제1 링크 요소(520) 사이에는 제2 링크 요소(530)가 연결될 수 있다.
제2 링크 요소(530)는 제2 링크 부재라고도 할 수 있으며, 제2 링크 요소(530)의 일단은 제1 링크 요소(520)의 중앙에 힌지 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 링크 요소(530)의 일단은 제1 링크 요소(520)의 하단에서 중앙에 힌지 연결될 수 있다.
또한, 제2 링크 요소(530)의 타단은 베이스 요소(510)의 상면에 힌지 연결될 수 있다. 이에 의해 제2 링크 요소(530)는 X축을 중심으로 좌우 방향으로 회전 운동할 수 있다.
한편, 베이스 요소(510) 및 제1 링크 요소(520)의 배치에 의해 제2 링크 요소(530)는 경사지게 배치될 수 있다. 구체적으로, 베이스 요소(510)는 연결 부재(300)의 하부에 이격 배치되고, 제1 링크 요소(520)는 연결 부재(300)에 대하여 경사지게 배치되므로, 제2 링크 요소(530)는 베이스 요소(510)로부터 좌측 상부로 경사지게 배치될 수 있다.
전술된 바와 같이, 베이스 요소(510) 및 제1 링크 요소(520) 사이에 제2 링크 요소(530)가 힌지 연결됨으로써, 베이스 요소(510)에 대한 제2 링크 요소(530)의 회전 운동과 제2 링크 요소(530)에 대한 제1 링크 요소(520)의 회전 운동이 서로 연동될 수 있다.
구체적으로, 팔이 외전 운동을 통하여 90도로 들어올려진 경우, 즉 견관절 각도가 90도인 경우, 회동 프레임(400)의 경사 각도는 0도로서 연결 부재(300)와 동일 평면 상에 위치되고, 제1 링크 요소(520)는 결합 요소(210) 및 제2 링크 요소(530)에 대하여 회전되지 않은 상태로 배치될 수 있다.
이를 기준으로 팔이 외전 운동을 수행하기 전, 즉 견관절 각도가 0도인 경우, 회동 프레임(400)은 시계 방향으로 회전하여 회동 프레임(400)과 제1 링크 요소(520)의 연결 지점이 상방으로 이동되고, 제1 링크 요소(520)는 제2 링크 요소(530)에 대하여 시계 방향으로 회전되는 동시에, 제2 링크 요소(530)는 베이스 요소(510)에 대하여 좌측 방향으로 회전될 수 있다. 이에 의해 베이스 요소(510)로부터 제2 링크 요소(530)의 수직 높이가 낮아지게 되고, 승하강 부재(200) 및 연결 부재(300)는 기준 프레임(100) 상에서 하부로 슬라이딩 이동될 수 있다.
반면, 다시 도 4를 참조하여, 팔이 외전 운동을 수행하여 견관절 각도가 120도인 경우, 회동 프레임(400)은 반시계 방향으로(A 방향) 회전하여 회동 프레임(400)과 제1 링크 요소(520)의 연결 지점이 하방으로(B 방향) 이동되고, 제1 링크 요소(520)는 제2 링크 요소(530)에 대하여 반시계 방향으로(C 방향) 회전되는 동시에, 제2 링크 요소(530)는 베이스 요소(510)에 대하여 우측 방향으로(D 방향) 회전될 수 있다. 이에 의해 베이스 요소(510)로부터 제2 링크 요소(530)의 수직 높이가 높아지게 되고, 승하강 부재(200) 및 연결 부재(300)는 기준 프레임(100) 상에서 상부로(E 방향) 슬라이딩 이동될 수 있다.
전술된 바와 같이 견관절의 움직임 또는 견관절의 회전축의 이동에 대응되어, 승하강 부재(200), 연결 부재(300), 회동 프레임(400) 및 운동 변환 부재(500)가 동시적으로 작동될 수 있다.
이를 통하여 어깨 관절(견관절)의 굴곡/신전 및 내외전 운동 수행 시 발생되는 순간 회전 중심(instantaneous center of rotation; ICR)의 이동을 보상할 수 있고, 견갑상완리듬을 보상하여 장시간 재활 훈련 시 관절 회전 중심의 불일치에 의한 훈련 방해 요인을 제거할 수 있다.
또한, 능동 관절 또는 수동 관절로 구현되어 어깨 관절의 회전 중심의 이동을 자연스럽게 보상할 수 있고, 비교적 간단한 구조로 마련되어 제작 단가를 절감할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 상지 재활 훈련 로봇 장치
100: 기준 프레임
200: 승하강 부재
210: 결합 요소
300: 연결 부재
400: 회동 프레임
500: 운동 변환 부재
510: 베이스 요소
520: 제1 링크 요소
530: 제2 링크 요소
H: 상완골의 길이방향 축
G: 관절와 평면
T: 몸통의 길이방향에 대하여 평행하는 선
G-H: 견관절 각도
S-T: 견갑흉곽관절 각도

Claims (5)

  1. 인체의 상완으로부터 이격 배치되어 상하 방향으로 연장된 기준 프레임;
    상기 기준 프레임에 장착되어 상기 기준 프레임을 따라 슬라이딩 이동되는 승하강 부재;
    상기 승하강 부재의 일측으로부터 전방을 향하여 돌출되어, 견관절의 움직임에 대응하여 회전 운동하는 회동 프레임; 및
    상기 승하강 부재 및 상기 회동 프레임 사이에 연결되어, 상기 회동 프레임의 움직임에 연동되어 상기 승하강 부재를 승하강 운동시키는 운동 변환 부재;
    를 포함하고,
    상기 승하강 부재의 상하 방향 슬라이딩 이동에 의해 견관절의 움직임에 따른 회전 중심 이동이 보상되고,
    상기 승하강 부재 및 상기 회동 프레임 사이에 배치된 연결 부재;
    를 더 포함하고,
    상기 연결 부재의 일단은 상기 승하강 부재의 일 측에 수직하게 연결되고,
    상기 연결 부재의 타단은 상기 회동 프레임의 중앙에 수직하게 연결되며,
    상기 회동 프레임은 상기 연결 부재에 대하여 회전 가능하도록 연결되는 상지 재활 훈련 로봇 장치.
  2. 삭제
  3. 인체의 상완으로부터 이격 배치되어 상하 방향으로 연장된 기준 프레임;
    상기 기준 프레임에 장착되어 상기 기준 프레임을 따라 슬라이딩 이동되는 승하강 부재;
    상기 승하강 부재의 일측으로부터 전방을 향하여 돌출되어, 견괄절의 움직임에 대응하여 회전 운동하는 회동 프레임; 및
    상기 승하강 부재 및 상기 회동 프레임 사이에 연결되어, 상기 회동 프레임의 움직임에 연동되어 상기 승하강 부재를 승하강 운동시키는 운동 변환 부재;
    를 포함하고,
    상기 승하강 부재의 상하 방향 슬라이딩 이동에 의해 견관절의 움직임에 따른 회전 중심 이동이 보상되고,
    상기 운동 변환 부재는,
    상기 기준 프레임의 하측으로부터 전방을 향하여 돌출된 베이스 요소;
    상기 베이스 요소의 상부에 배치되어, 일단은 상기 회동 프레임의 단부에 연결되고 타단은 상기 승하강 부재의 일측에 회전 가능하게 연결된 제1 링크 요소;
    일단은 상기 제1 링크 요소의 중앙에 힌지 연결되고 타단은 상기 베이스 요소의 상면에 힌지 연결되는 제2 링크 요소;
    를 포함하는 상지 재활 훈련 로봇 장치.
  4. 인체의 상완에 대하여 이격 배치되어 상하 방향으로 연장된 기준 프레임;
    상기 기준 프레임에 장착되어 상기 기준 프레임을 따라 슬라이딩 이동되는 승하강 부재;
    상기 승하강 부재의 일측에서 전방을 향하여 수직하게 연장된 연결 부재;
    상기 연결 부재에 대하여 동일 평면 상에서 수직하게 연장되고, 견관절의 움직임에 대응하여 회전 운동하는 회동 프레임; 및
    일단은 상기 승하강 부재에 대하여 회전 가능하도록 연결되고, 타단은 상기 회동 프레임의 단부에 연결되는 제1 링크 부재;
    를 포함하고,
    상기 연결 부재, 상기 회동 프레임 및 상기 링크 부재는 직각 삼각형의 형태로 배치되는 상지 재활 훈련 로봇 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기준 프레임의 하측으로부터 전방을 향하여 돌출된 베이스 부재; 및
    상기 제1 링크 부재 및 상기 베이스 부재 사이에 연결된 제2 링크 부재;
    를 더 포함하고,
    상기 제1 링크 부재는 상기 회동 프레임의 움직임에 연동되어 상하 방향으로 경사지게 배치되고, 상기 제2 링크 부재는 상기 제1 링크 부재의 움직임에 연동되어 좌우 방향으로 회전되는 상지 재활 훈련 로봇 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3670103A1 (de) * 2018-12-17 2020-06-24 Hilti Aktiengesellschaft Vorrichtung zum ausgleich einer schulterelevation bei einem passiven exoskelett
EP3670104A1 (de) * 2018-12-17 2020-06-24 Hilti Aktiengesellschaft Passives exoskelett mit einem ratschenmechanismus mit nackenschaltung
EP3670105A1 (de) * 2018-12-17 2020-06-24 Hilti Aktiengesellschaft Überkopf-exoskelett
CN110123572B (zh) * 2019-04-04 2021-10-26 华南理工大学 一种偏瘫上肢代偿运动多模态交互的康复机器人训练系统
KR102220000B1 (ko) * 2019-10-08 2021-02-25 가천대학교 산학협력단 상지 근력 강화 재활 로봇
CN111000699B (zh) * 2019-12-26 2022-03-04 中国科学院宁波工业技术研究院慈溪生物医学工程研究所 一种刚柔混合式上肢辅助运动装置
WO2024019301A1 (ko) * 2022-07-18 2024-01-25 서울대학교산학협력단 어깨 스트레칭 기구

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101669130B1 (ko) * 2014-09-25 2016-10-25 한국과학기술원 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200067443A (ko) 2018-12-04 2020-06-12 한남대학교 산학협력단 의료용 관절 보조장치

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