KR101929228B1 - 손 운동과 연동한 원위부 재활장치 - Google Patents

손 운동과 연동한 원위부 재활장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 손 운동과 연동하여 원위부의 재활을 유도하는 장치에 있어서: 지지대(10); 상기 지지대(10)에 손목회전부(20)와 손목굽힘부(30)를 개재하여 연결되고, 손으로 파지 가능한 글로브(45)를 구비하는 파지부(40); 및 상기 글로브(45)를 통한 손의 3축 모션을 유발하고 감지하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 휴대와 보관이 용이하도록 경박단소한 구조로 형성되고 손으로 파지한 상태에서 팔의 근력 강화를 위한 일련의 모션을 맞춤형으로 유도하여 재활훈련의 성과를 향상하는 효과가 있다.

Description

손 운동과 연동한 원위부 재활장치{Rehabilitation apparatus for distal arm linked to hand exercise}
본 발명은 신체의 재활장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 손으로 파지한 상태에서 팔의 근력 강화를 위한 일련의 모션을 유도하는 손 운동과 연동한 원위부 재활장치에 관한 것이다.
손실된 근골격계의 기능을 정상으로 회복키기 위한 다양한 재활의료기기가 개발되면서 노약자, 고령자, 장애인 등의 의료재활과 원활한 사회활동을 조력하고 있다. 근래 들어 제반 산업의 발전과 더불어 병원이 아닌 가정에서도 재활치료가 가능한 범위가 확대되고 있다. 특히 일상생활에서 긴밀하게 활용되는 손과 팔의 경우 재활의 중요성이 높으면서 경박단소화 구조로 보급하기 용이하다.
이와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제1571934호(선행문헌 1), 일본 공개특허공보 제2010-201111호(선행문헌 2) 등의 특허문헌이 알려져 있다.
선행문헌 1은 구름요소가 마련되고, 상기 구름요소에 의해 이동 가능한 이동부, 상기 이동부 상에 장착된 손잡이부 및 상기 이동부와 상기 손잡이부에 장착되어 힘의 세기를 측정하는 센서부를 포함하고, 상기 센서부는 수직방향 및 수평방향으로 작용하는 힘을 측정한다. 이에, 마비된 팔의 사용을 유도하고 사용자의 체간 조절 능력을 향상하는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 각 스테이지에 고정된 팔 관절 동작 지원부를 지니고, 팔 관절 동작 지원부는 액츄에이터를 이용하여 팔을 지지하는 암레스트와 손으로 잡는 그립을 설정된 방향으로 회전 또는 굴신시키면서 시각적으로 표시한다. 이에, 건측 팔 움직임에 따른 좌우 정대칭 동작을 유도하여 뇌졸중 마비 환자의 마비 측 상지 기능을 개선하는 효과를 기대한다.
그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 손과 팔의 다양한 모션을 유도하기에 근본적인 한계성을 드러낼뿐더러 그러한 기능을 경박단소화 구조로 접목하려면 개선의 여지가 크다.
1. 한국 등록특허공보 제1571934호 "상지 재활 시스템" (공개일자 : 2015.06.26.) 2. 일본 공개특허공보 제2010-201111호 "上肢リハビリテ??ション支援裝置" (공개일자 : 2010.09.16.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 휴대와 보관이 용이하도록 경박단소한 구조로 형성되고 손으로 파지한 상태에서 팔의 근력 강화를 위한 일련의 모션을 유도할 수 있는 손 운동과 연동한 원위부 재활장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 손 운동과 연동하여 원위부의 재활을 유도하는 장치에 있어서: 지지대; 상기 지지대에 손목회전부와 손목굽힘부를 개재하여 연결되고, 손으로 파지 가능한 글로브를 구비하는 파지부; 및 상기 글로브를 통한 손의 3축 모션을 유발하고 감지하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 손목회전부는 지지대 상에 회전모션축을 개재하여 연결되는 회전대를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 손목굽힘부는 회전대에 수직모션축을 개재하여 연결되는 수직대, 수직대에 수평모션축을 개재하여 연결되는 수평대를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 파지부의 글로브는 파지축을 개재하여 수평대에 연결되는 에어튜브를 감싸는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 회전모션축, 수직모션축, 수평모션축에 각각 연결되어 회전력을 부가하는 구동기, 각각의 구동기에 설치되어 회전정보를 생성하는 센서, 사용자에 대응하여 설정된 패턴으로 구동기를 제어하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 휴대와 보관이 용이하도록 경박단소한 구조로 형성되고 손으로 파지한 상태에서 팔의 근력 강화를 위한 일련의 모션을 맞춤형으로 유도하여 재활훈련의 성과를 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 전체를 개략적으로 나타내는 구성도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 장치의 주요부 회로 연결을 나타내는 블록도
도 5는 본 발명에 따른 장치의 작동 상태를 나타내는 구성도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 손 운동과 연동하여 원위부의 재활을 유도하는 장치에 관하여 제안한다. 신체의 팔을 상박과 하박으로 구분할 때 원위부는 하박에 해당한다. 손의 모션을 통하여 원위부의 운동을 유발함을 요지로 하지만 반드시 이러한 용도에 국한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 지지대(10)는 장치를 전체적으로 지지하는 부분으로서 안정성을 위해 상협하광의 구조로 형성하는 것이 좋다. 지지대(10)의 측면에는 다수의 다리(12)를 인출 가능하게 설치하여 사용시 넓게 펼치고 휴대와 보관시 좁게 접는다. 지지대(10)의 상측 일면에는 지지판(15)을 설치하는데, 착탈 가능한 구조로 연결하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 따르면 손으로 파지 가능한 글로브(45)를 구비하는 파지부(40)가 상기 지지대(10)에 손목회전부(20)와 손목굽힘부(30)를 개재하여 연결되는 구조를 지닌다. 파지부(40)는 복싱용 장갑의 형태인 글로브(45)를 통하여 사용자의 손을 수용한다. 지지대(10)와 파지부(40) 사이에는 손목회전부(20)와 손목굽힘부(30)가 순차적으로 연결된다. 손목회전부(20)와 손목굽힘부(30)가 연계되어 글로브(45)의 3축 운동을 구현한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 손목회전부(20)는 지지대(10) 상에 회전모션축(22)을 개재하여 연결되는 회전대(25)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 1 및 도 2을 참조하면 회전모션축(22)은 지지판(15)에 수평으로 직교하도록 연결되고, 회전대(25)는 "ㄷ"자 단면 구조로 형성되어 회전모션축(22)의 단부에 연동 가능하게 결합된다. 회전대(25)의 개방된 일면은 사용자의 손이 글로브(45)로 출입하는 부분으로서 손목굽힘부(30)의 수직대(32)와 수평대(35)가 수용된다. 손목회전부(20)는 사용자의 손목을 시계/반시계 방향으로 돌리는 운동을 구현한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 손목굽힘부(30)는 회전대(25)에 수직모션축(31)을 개재하여 연결되는 수직대(32), 수직대(32)에 수평모션축(34)을 개재하여 연결되는 수평대(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다. "ㄷ"자 단면 구조로 형성되는 수직대(32)는 상하로 분리된 각각의 수직모션축(31)을 개재하여 상면과 하면에서 회전대(25)와 연결된다. "ㄷ"자 단면 구조로 형성되는 수평대(35)는 수평모션축(34)을 개재하여 수직대(32)와 연결된다. 수직대(32)의 개방된 일면은 사용자의 손이 글로브(45)로 출입하는 부분이고, 수평대(35)의 개방된 일면은 글로브(45)가 장착되는 부분이다. 손목굽힘부(30)의 수직대(32)는 사용자의 손목(손)을 손바닥/손등 방향으로 굽히는 운동을 구현하고, 수평대(35)는 사용자의 손목(손)을 악수하는 방향으로 굽히는 운동을 구현한다.
이와 같이 지지대(10)의 지지판(15)에 회전대(25), 수직대(32), 수평대(35)가 순차적으로 연결되어 3축 모션 스테이지 역할을 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 파지부(40)의 글로브(45)는 파지축(43)을 개재하여 수평대(35)에 연결되는 에어튜브(47)를 감싸는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다. 도 3에서 수평대(35)에 수직으로 연결되는 파지축(43)에 에어튜브(47), 글로브(45)가 순차적으로 결합된 상태를 예시한다. 사용자가 손을 글로브(45)에 넣어 파지하면 결국 에어튜브(47)를 유연하게 파지한 상태로 된다. 에어튜브(47)는 공압기(54)에 연결되어 공기의 적절한 충진 상태를 유지한다. 이에 사용자는 손으로 에어튜브(47)를 부드럽게 쥐고 펴는 모션에 더하여 전술한 것처럼 손목의 3축 모션을 병행할 수 있다.
한편, 사용자가 글로브(45)를 파지한 상태에서 팔을 편안한 상태로 지지하도록 회전대(25)의 단부에 거치대(41)를 설치하는 것이 좋다. 도시에는 생략하나 거치대(41)는 운동중에 팔의 결속을 유지하는 밴드를 더 설치할 수 있다.
또, 본 발명에 따르면 제어수단이 상기 글로브(45)를 통한 손의 3축 모션을 유발하고 감지하는 구조를 지닌다. 제어수단은 회전대(25), 수직대(32), 수평대(35)의 모션 유발 및 모션 감지로 손과 팔의 재활을 유도한다. 이외에 글로브(45)에 연동되는 에어튜브(47)의 모션을 감지할 수도 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 회전모션축(22), 수직모션축(31), 수평모션축(34)에 각각 연결되어 회전력을 부가하는 구동기(51)(52)(53), 각각의 구동기(51)(52)(53)에 설치되어 회전정보를 생성하는 센서, 사용자에 대응하여 설정된 패턴으로 구동기(51)(52)(53)를 제어하는 제어기(56)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 제1구동기(51)는 회전모션축(22)에 연결되여 회전대(25)의 회전을 유발하고, 제2구동기(52)는 평수직모션축(31)에 연결되어 수직대(32)의 회전을 유발하고, 제3구동기(53)는 수평모션축(34)에 연결되어 수평대(35)의 회전을 유발한다. 구동기(51)(52)(53)는 모터나 솔레노이드를 구동원으로 하고 웜기어나 링크를 결합하여 구성한다. 센서는 회전모션축(22), 수직모션축(31), 수평모션축(34) 또는 구동원인 모터에 엔코더를 탑재하여 구성한다. 글로브(45)를 통한 악력 변동은 에어튜브(47)에 연결된 압력센서(도시 생략)로 감지한다. 제어기(56)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 마이컴 회로를 기반으로 구성된다. 도 4는 구동기(51)(52)(53), 센서, 경보기(58) 등이 제어기(56)의 입출력인터페이스에 연결되는 상태를 예시한다.
이때, 경보기(58)는 사용자의 운동 상태를 시청각적으로 알려주는 것으로서 디스플레이, 램프, 부저 등을 포함할 수 있다.
작동의 일예로서, 사용자가 손을 글로브(45)에 넣고 에어튜브(47)를 쥐고 펴는 동작을 취하면 디스플레이로 악력의 변동이 표시되고, 이와 동시에 디스플레이를 통하여 손과 손목의 3축 운동 모드를 선택할 수 있다. 후자의 경우 도 5(a)와 제1구동기(51)가 작동되면 손목의 비틀림 회전 모션이 유발되고, 도 5(b)와 같이 제2구동기(52)가 작동되면 손의 전후방향 회전 모션이 유발되며, 같은 방식으로 제3구동기(53)가 작동되면 손의 상하방향 회전 모션이 유발된다. 어느 경우에나 손의 운동 상태는 디스플레이로 표시되고 운동 횟수, 가속도 등이 설정된 범위를 벗어나면 경보를 발생한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 지지대 15: 지지판
20: 손목회전부 22: 회전모션축
25: 회전대 30: 손목굽힘부
31: 수직모션축 32: 수직대
34: 수평모션축 35: 수평대
40: 파지부 41: 거치대
43: 파지축 45: 글로브
47: 에어튜브 51, 52, 53: 구동기
54: 공압기 56: 제어기
58: 경보기

Claims (5)

  1. 손 운동과 연동하여 원위부의 재활을 유도하는 장치에 있어서:
    인출과 접이 가능한 다수의 다리(12)를 지닌 지지대(10);
    상기 지지대(10)에 손목회전부(20)와 손목굽힘부(30)를 개재하여 연결되고, 손으로 파지 가능한 글로브(45)를 구비하는 파지부(40); 및
    상기 글로브(45)를 통한 손의 3축 모션을 유발하고 감지하는 제어수단;을 포함하여 이루어지되,
    상기 파지부(40)의 글로브(45)는 파지축(43)을 개재하여 수평대(35)에 연결되는 에어튜브(47)를 감싸는 구조로 형성되고,
    상기 제어수단은 회전모션축(22), 수직모션축(31), 수평모션축(34)에 각각 연결되어 회전력을 부가하는 구동기(51)(52)(53), 각각의 구동기(51)(52)(53)에 설치되어 회전정보를 생성하는 센서, 사용자에 대응하여 설정된 패턴으로 구동기(51)(52)(53)를 제어하는 제어기(56)를 구비하는 것을 특징으로 하는 손 운동과 연동한 원위부 재활장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 손목회전부(20)는 지지대(10) 상에 회전모션축(22)을 개재하여 연결되는 회전대(25)를 구비하는 것을 특징으로 하는 손 운동과 연동한 원위부 재활장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 손목굽힘부(30)는 회전대(25)에 수직모션축(31)을 개재하여 연결되는 수직대(32), 수직대(32)에 수평모션축(34)을 개재하여 연결되는 수평대(35)를 구비하는 것을 특징으로 하는 손 운동과 연동한 원위부 재활장치.
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