KR101932343B1 - 하이브리드형 운동 보조 장치 - Google Patents
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Abstract
일 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 사용자의 근위부에 장착되는 근위 장착부; 사용자의 원위부에 장착되는 원위 장착부; 상기 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 하는 강제 운동 모듈; 및 상기 근위 장착부 및 원위 장착부 사이에 설치되어, 상기 근위부 및 원위부 사이에 인장력을 인가하는 탄성 모듈을 포함할 수 있다.
Description
이하의 설명은 하이브리드형 운동 보조 장치에 관한 것이다.
뇌졸중이나 뇌성마비, 파킨슨병, 다발성 경화증과 같이 중추신경계 손상이 있을 경우 근력 약화와 근육 경직을 동반하는 운동 장애가 발생할 수 있다. 신경학적 장애가 있는 환자는 운동 조절에 어려움을 겪고 있으며, 이는 일상생활에 큰 불편함을 초래하고 있다.
현재 중추신경계 환자의 일상생활을 돕기 위한 다양한 운동 보조 시스템이 개발되었으며, 주로 센서를 통한 동작 의도 파악, 액추에이터를 이용한 운동 보조, 신호의 입출력에 대한 제어를 기반으로 하고 있다.
그러나 기존 시스템은 환자의 부족한 근력을 소형 액추에이터의 동력 범위 내에서 보조해 주는 형태이며, 운동 보조에 요구되는 동력 수준이 액추에이터의 역량을 초과할 경우 보다 크고 무거운 액추에이터를 사용해야 하는 한계가 있었다.
또한, 근육 경직과 같이 중추신경계 환자에게 나타나는 비의도적 근수축 증상에 대한 대응이 반대 방향으로 관절을 움직이는 수준에 머물러 있어 환자의 항진된 반사반응 때문에 오히려 경직성 근수축을 유발시키는 단점을 지니고 있다.
따라서, 중추신경계 환자의 증상 및 상황에 따라서, 다양한 방식으로 운동의 보조 및 억제 기술을 사용하여 사용자 맞춤형 방식으로 운동을 보조하는 장치가 필요한 실정이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 환자 증상에 따른 다양한 형태의 운동 장애를 효과적으로 보조할 수 있는 하이브리드형 운동 보조 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 사용자의 근위부에 장착되는 근위 장착부; 사용자의 원위부에 장착되는 원위 장착부; 상기 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 하는 강제 운동 모듈; 및 상기 근위 장착부 및 원위 장착부 사이에 설치되어, 상기 근위부 및 원위부 사이에 인장력을 인가하는 탄성 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 사용자의 뇌로부터 상기 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 하는 연결 근육으로 전기 신호를 전달하는 신경을 전기적으로 차단하기 위한 신경 차단 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 강제 운동 모듈은, 상기 근위 장착부에 장착되는 제 1 장착부; 상기 원위 장착부에 장착되는 제 2 장착부; 및 양단부가 상기 제 1 장착부 및 제 2 장착부 각각에 회동 가능하게 설치되는 액추에이터를 포함할 수 있다.
상기 강제 운동 모듈은, 상기 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 하는 연결 근육을 수축시키기 위한 전기 신호를 전달하는 전기 자극 모듈을 포함할 수 있다.
상기 탄성 모듈은, 상기 근위 장착부 및 원위 장착부 사이에 연결되는 탄성 밴드; 및 상기 탄성 밴드에 연결되고, 상기 탄성 밴드에 인가되는 장력을 조절하기 위한 탄성 밴드 조절 장치를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 상기 근위 장착부 및 원위 장착부 사이에 설치되고, 상기 근위부 및 원위부 사이의 관절의 적어도 일부를 감싸고, 상기 관절의 운동 방향을 가이드하는 관절 보호대를 더 포함할 수 있다.
상기 탄성 모듈은, 상기 근위부 및 원위부에 걸쳐 상기 관절 보호대에 연결되는 탄성이 있는 조임 끈; 및 상기 조임 끈과 연결되어 상기 조임 끈에 인가되는 장력을 조절하기 위한 조임 끈 조절 장치를 포함할 수 있다.
상기 조임 끈은, 상기 관절 보호대에 지그재그 형상으로 연결될 수 있다.
상기 원위 장착부는, 상기 원위부의 움직임을 감지하는 제 1 관성 센서를 포함할 수 있고, 상기 근위 장착부는, 상기 근위부의 움직임을 감지하는 제 2 관성 센서를 포함할 수 있고, 상기 운동 보조 장치는, 상기 제 1 관성 센서 및 제 2 관성 센서의 정보에 기초하여, 상기 강제 운동 모듈 및 탄성 모듈을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 강제 운동 모듈은, 상기 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 하는 연결 근육을 수축시키기 위한 전기 신호를 전달하는 전기 자극 모듈을 포함할 수 있다.
상기 강제 운동 모듈은, 상기 근위 장착부 및 원위 장착부 사이에 설치되고, 상기 근위 장착부에 대해 상기 원위 장착부를 상대적으로 움직이게 하는 운동 보조 모듈을 포함할 수 있고,
상기 운동 보조 모듈은, 상기 근위 장착부에 형성된 제 1 운동 보조 모듈 포트에 탈부착 가능한 제 1 장착부; 상기 원위 장착부에 형성된 제 2 운동 보조 모듈 포트에 탈부착 가능한 제 2 장착부; 및 양단부가 상기 제 1 장착부 및 제 2 장착부 각각에 회동 가능하게 설치되는 액추에이터를 포함할 수 있고, 상기 제 1 운동 보조 모듈 포트 및 제 2 운동 보조 모듈 포트 중 적어도 하나 이상은 상기 제어부에 전기적으로 연결되어, 상기 액추에이터로 제어 신호를 전달할 수 있다.
상기 탄성 모듈은, 상기 근위 장착부에 형성되는 제 1 탄성 모듈 포트에 탈부착 가능한 제 3 장착부; 상기 원위 장착부에 형성되는 제 2 탄성 모듈 포트에 탈부착 가능한 제 4 장착부; 상기 제 3 장착부 및 제 4 장착부 사이에 연결되는 탄성 밴드; 및 상기 탄성 밴드에 인가되는 장력을 조절하기 위한 탄성 밴드 조절 장치를 포함할 수 있고, 상기 제 1 탄성 모듈 포트 및 제 2 탄성 모듈 포트 중 적어도 하나 이상은 상기 제어부에 전기적으로 연결되어, 상기 탄성 밴드 조절 장치로 제어 신호를 전달할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 운동 조절 장애를 가진 사용자의 근육 경직 및 근력 약화를 보완하여 정상적인 운동을 가능하게 하는 운동 보조 장치를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 신경을 차단하고 약화된 근력을 보완함으로써, 심한 통증 또는 근력 약화의 우려가 적고, 불수의적 근육 수축이 있는 사용자의 움직임을 효과적으로 보조할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 사용자의 운동 장애의 정도, 형태 및 증상에 따라서, 각각의 모듈들을 자유롭게 설치하는 것이 가능하여 사용자에게 맞춤형으로 구성된 운동 보조 장치를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 사용자가 필요로 하는 근력 수준에 따라 운동 보조 모듈 또는 전기 자극 모듈을 선택적으로 설치할 수 있음에 따라 동력의 소비를 최적화할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 근위 장착부 및 원위 장착부를 나타내는 측면도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 장착된 모습을 나타내는 측면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 동작하는 모습을 나타내는 측면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 배면을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 장착된 모습을 나타내는 측면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 동작하는 모습을 나타내는 측면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 배면을 나타내는 도면이다.
이하, 실시 예들을 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, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 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 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 근위 장착부 및 원위 장착부를 나타내는 측면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(100)는, 예를 들어, 사용자의 관절을 기준으로 근위부(proximal part) 및 원위부(distal part)에 걸쳐서 장착되어 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 하는 연결 근육의 기능을 보조하고 근육 경직을 차단할 수 있다. 예를 들어, 운동 보조 장치(100)는, 사용자의 무릎 관절에 장착될 수 있다. 이 경우 사용자가 보행 시, 다리 근육의 불수의적 근육 수축 및 경직성 근육 수축을 억제하고, 필요한 경우 사용자의 근력을 보조할 수 있다.
근위부 및 원위부에 있어서, 해당 관절을 기준으로 사용자의 몸통과 가까운 부분을 "근위부", 사용자의 몸통으로부터 먼 부분을 "원위부"라고 칭할 수 있다.
예를 들어, 도 1과 같이 운동 보조 장치(100)가 사용자의 무릎 관절에 설치되는 경우, 사용자의 무릎 관절을 기준으로 몸통과 가까운 허벅지 부분을 근위부, 몸통과 먼 종아리 부분을 원위부라고 칭할 수 있다. 마찬가지로 운동 보조 장치(100)가 사용자의 팔꿈치 관절에 설치되는 경우, 사용자의 팔꿈치 관절을 기준으로 몸통과 가까운 상박 부분을 근위부, 몸통과 먼 하박 부분을 원위부라고 칭할 수 있다. 이하 운동 보조 장치(100)가 사용자의 무릎 관절에 설치되는 경우를 예시적으로 설명하기로 한다. 다만, 근위부 및 원위부가 이와 같이 한정되는 것은 아니며, 운동 보조 장치(100)가 장착되는 관절 부위에 따라서 바뀔 수 있다는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 운동 보조 장치(100)는 사람뿐만 아니라 동물의 신체에 장착되어 동작될 수 있다.
도 1을 참조하면, 운동 보조 장치(100)의 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20)가 사용자의 신체에 설치된 모습을 확인할 수 있다.
예를 들어, 운동 보조 장치(100)는 근위 장착부(10), 원위 장착부(20) 및 제어부(91)를 포함할 수 있다. 또한, 후술할 도 2 내지 도 4에 개시되는 바와 같이, 운동 보조 장치(100)는, 운동 보조 장치(100)는 강제 운동 모듈(93), 탄성 모듈(40), 관절 보호대(70) 및 신경 차단 모듈(60) 중 적어도 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
근위 장착부(10)는, 근위부에 장착될 수 있다. 예를 들어, 근위 장착부(10)는 근위부의 둘레를 감싸도록 형성될 수 있고 근위부에 고정될 수 있다. 예를 들어, 도 1과 같이, 운동 보조 장치(100)가 사람의 무릎 관절에 설치될 경우, 근위 장착부(10)는 허벅지의 둘레를 감싸도록 장착되어 고정될 수 있다.
예를 들어, 근위 장착부(10)는 제 1 운동 보조 모듈 포트(11), 제 1 탄성 모듈 포트(12) 및 제 1 관절 보호대 장착부(13)를 포함할 수 있다.
제 1 운동 보조 모듈 포트(11)는, 운동 보조 모듈(30)의 일단이 탈부착될 수 있는 포트로서, 운동 보조 모듈(30)의 제 1 장착부(31)가 장착되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 운동 보조 모듈 포트(11)는 관절 부위가 접히는 쪽인 관절 굽힘(flexion) 방향에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 운동 보조 모듈 포트(11)는 제어부(91)에 전기적으로 연결되는 접촉 단자를 포함할 수 있다.
제 1 탄성 모듈 포트(12)는, 탄성 모듈(40)의 일단이 탈부착될 수 있는 포트로서, 탄성 모듈(40)의 제 3 장착부(41)가 장착되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 탄성 모듈 포트(12)는 관절 굽힘 방향에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 탄성 모듈 포트(12)는 제어부(91)에 전기적으로 연결되는 접촉 단자를 포함할 수 있다.
제 1 관절 보호대 장착부(13)는, 관절 보호대(70)의 일단이 탈부착될 수 있다. 예를 들어, 제 1 관절 보호대 장착부(13)에는 관절 보호대(70)가 장착되어 고정될 수 있도록 관절 보호대(70)의 일단이 끼워 맞춰질 수 있는 홈 또는 구멍이 형성될 수 있다.
원위 장착부(20)는, 원위부에 장착될 수 있다. 예를 들어, 원위 장착부(20)는 원위부의 둘레를 감싸도록 형성되어 원위부에 고정될 수 있다. 예를 들어, 도 1과 같이, 운동 보조 장치(100)가 사람의 무릎 관절에 설치될 경우, 원위 장착부(20)는 종아리의 둘레를 감싸도록 장착되어 고정될 수 있다.
예를 들어, 원위 장착부(20)는 제 2 운동 보조 모듈 포트(21), 제 2 탄성 모듈 포트(22) 및 제 2 관절 보호대 장착부(23)를 포함할 수 있다.
제 2 운동 보조 모듈 포트(21)는, 운동 보조 모듈(30)의 타단이 탈부착될 수 있는 포트로서 운동 보조 모듈(30)의 제 2 장착부(33)가 장착되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 제 2 운동 보조 모듈 포트(21)는 관절의 굽힘 방향에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 운동 보조 모듈 포트(21)는 후술할 원위부 관성 센서(82)에 전기적으로 연결되는 접촉 단자를 포함할 수 있다.
근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20)에 형성된 제 1 운동 보조 모듈 포트(11) 및 제 2 운동 보조 모듈 포트(21)에 의하면, 운동 보조 모듈(30)을 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20)에 탈부착 가능하도록 설치할 수 있고, 운동 보조 모듈(30)에 전원을 공급하거나, 전기적인 제어 신호를 전달할 수 있다.
제 2 탄성 모듈 포트(22)는, 탄성 모듈(40)의 타단이 탈부착될 수 있는 포트로서 탄성 모듈(40)의 제 4 장착부(43)가 장착되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 제 2 탄성 모듈 포트(22)는 관절의 굽힘 방향에 형성될 수 있다.
근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20)에 형성된 제 1 탄성 모듈 포트(12) 및 제 2 탄성 모듈 포트(22)에 의하면, 탄성 모듈(40)을 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20)에 탈부착 가능하도록 설치할 수 있고, 탄성 모듈(40)에 전원을 공급하거나, 전기적인 제어 신호를 전달할 수 있다.
제 2 관절 보호대 장착부(23)는, 관절 보호대(70)의 타단이 탈부착될 수 있는 부분일 수 있다. 예를 들어, 제 2 관절 보호대 장착부(23)에는 관절 보호대(70)가 장착되어 고정될 수 있도록, 관절 보호대(70)의 타단; 끼워 맞춰질 수 있는 홈 또는 구멍이 형성될 수 있다.
제어부(91)는, 운동 보조 모듈(30), 전기 자극 모듈(50), 탄성 모듈(40) 및 신경 차단 모듈(60) 중 어느 하나 이상에 전력을 제공하고 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(91)는, 도 1과 같이 근위 장착부(10)에 설치될 수 있지만, 제어부(91)는 원위 장착부(20) 또는 운동 보조 장치(100)의 외부에 위치하여도 무방하다.
도 2는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 장착된 모습을 나타내는 측면도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치가 동작하는 모습을 나타내는 측면도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(100)는 도 1의 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20)에 설치될 수 있는 강제 운동 모듈(93), 탄성 모듈(40), 관절 보호대(70), 신경 차단 모듈(60), 전원부(92), 근위부 관성 센서(81) 및 원위부 관성 센서(82)를 포함할 수 있다.
강제 운동 모듈(93)은 사용자의 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 할 수 있다. 다시 말하면, 강제 운동 모듈(93)은 사용자의 관절의 운동을 보조할 수 있다. 예를 들면, 관절을 움직일 힘이 없는 사용자 또는 신경 차단 모듈(60)에 의해 뇌로부터 연결 근육으로 연결되는 신경이 차단된 사용자의 관절의 운동을 보조할 수 있다. 예를 들어, 강제 운동 모듈(93)은 운동 보조 모듈(30) 및 전기 자극 모듈(50)을 포함할 수 있다.
운동 보조 모듈(30)은 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20) 사이에 직접적으로 연결되어 근위 장착부(10)에 대해서 원위 장착부(20)를 상대적으로 움직이도록 할 수 있다. 예를 들어, 운동 보조 모듈(30)은 관절 부위가 접히는 쪽, 다시 말하면, 근위부와 원위부가 가까워 지는 쪽, 예를 들어, 관절의 굽힘 방향으로 설치될 수 있다.
예를 들어, 운동 보조 모듈(30)은 제 1 장착부(31), 제 2 장착부(33) 및 액추에이터(32)를 포함할 수 있다.
제 1 장착부(31)는, 근위 장착부(10)의 제 1 운동 보조 모듈 포트(11)에 장착되는 부재로서 근위 장착부(10)로부터 일정 간격만큼 관절의 굽힘 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 장착부(31)는 제어부(91)와 전기적으로 연결될 수 있고, 이에 따라 제 1 장착부(31)와 연결되는 액추에이터(32)가 제어부(91)를 통해 제어될 수 있다.
제 2 장착부(33)는, 원위 장착부(20)의 제 2 운동 보조 모듈 포트(21)에 장착될 수 있고, 원위 장착부(20)로부터 일정 간격만큼 관절의 굽힘 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 예를 들어 제 2 장착부(33)는 원위부 센서(82)와 전기적으로 연결될 수 있어서, 결과적으로 제어부(91)는 원위부 센서(82)와 통신하는 것이 가능할 수 있다.
액추에이터(32)는, 예를 들어, 제 1 장착부(31) 및 제 2 장착부(33) 사이에서 설치되고 근위 장착부(10)에 대해 원위 장착부(20)를 선형적으로 움직이도록 하는 원동기일 수 있다. 액추에이터(32)는 제 1 장착부(31) 및 제 2 장착부(33) 각각에 회동 가능하게 연결될 수 있다.
액추에이터(32)의 일측과 타측이 서로 병진 이동하면, 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20)가 서로에 대해 상대적으로 이동할 수 있다. 따라서, 근위부 및 원위부가 서로에 대해 상대적인 운동, 즉 관절의 굽힘(flexion) 운동 또는 신장(extension) 운동을 수행할 수 있다.
충분히 출력이 높은 액추에이터(32)를 선택할 경우, 운동 보조 모듈(30)은 전기 자극 모듈(50) 보다 더 큰 힘으로 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 할 수 있다. 따라서, 사용자가 관절을 움직일 힘이 전혀 없는 경우에도 운동 보조 모듈(30)을 사용하여, 사용자의 관절 운동을 보조할 수 있다. 물론 사용자가 어느 정도 관절을 움직일 힘이 있는 경우라면, 적절한 출력의 가벼운 액추에이터(32)를 선택함으로써, 사용자의 착용감을 향상시키고, 전력 소비를 줄일 수도 있을 것이다.
전기 자극 모듈(50)은 사용자의 근위부 및 원위부 사이의 연결 근육의 신경으로 상기 연결 근육을 수축시키기 위한 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 다시 말하면, 전기 자극 모듈(50)은, 근육을 움직이게 하는 기능적 전기 자극(functional electrical stimulation)을 연결 근육에 전달할 수 있다.
전기 자극 모듈(50)은, 전원부(92)에서 생성되는 전류를 제어부(91)를 통해서 인가 받아 작동할 수 있다. 예를 들어, 전기 자극 모듈(50)은, 제어부(91)로부터 연결되어 사용자의 피부에 부착되는 음극 및 양극으로 이루어진 한 쌍의 탈부착형 표면 전극일 수 있다.
전기 자극 모듈(50)에 전류가 인가되면, 연결 근육의 신경을 통해 기능적 전기 자극(functional electrical stimulation)이 가해질 수 있고, 이를 통해 연결 근육이 수축됨에 따라서, 원위부가 근위부에 대해서 상대적으로 움직일 수 있다.
사용자가 어느 정도 관절을 움직일 힘이 있어서 적은 힘의 보조 만을 필요할 경우 운동 보조 모듈(30) 보다 전력 소비 효율이 높은 전기 자극 모듈(50) 만을 설치하여 전력 소비를 줄일 수도 있다. 한편, 강제 운동 모듈(93) 및 운동 보조 모듈(30)은 같이 사용되어도 무방하다.
탄성 모듈(40)은, 상기 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20) 사이에 설치되어, 상기 근위부 및 원위부 사이에 인장력을 인가할 수 있다. 예를 들어, 탄성 모듈(40)은, 제 3 장착부(41), 제 4 장착부(43), 탄성 밴드(42) 및 탄성 밴드 조절기(411)를 포함할 수 있다.
제 3 장착부(41)는, 근위 장착부(10)의 제 1 탄성 모듈 포트(12)에 장착되는 부재로서 근위 장착부(10)로부터 일정 간격만큼 관절의 굽힘 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 3 장착부(41)는 제어부(91)와 전기적으로 연결될 수 있고, 이에 따라 제 3 장착부(41)와 연결되는 탄성 밴드 조절기(411)가 제어부(91)를 통해 제어될 수 있다.
제 4 장착부(43)는, 원위 장착부(20)의 제 2 탄성 모듈 포트(22)에 장착될 수 있고, 원위 장착부(20)로부터 일정 간격만큼 관절의 굽힘 방향으로 돌출 형성될 수 있다.
탄성 밴드(42)는, 제 3 장착부(41) 및 제 4 장착부(43) 사이에 연결될 수 있고, 제 3 장착부(41)에 설치된 탄성 밴드 조절기(411)에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 탄성 밴드(42)는 고무, 실리콘 또는 우레탄과 같은 탄성 소재로 이루어진 끈 또는 밴드형 부재일 수 있다. 탄성 밴드(42)는, 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20) 사이에서 관절이 굽혀지는 방향으로 인장력을 인가할 수 있다.
탄성 밴드 조절기(411)는, 탄성 밴드(42)의 일단과 연결되어 탄성 밴드에 인가되는 장력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 탄성 밴드 조절기(411)는 제 3 장착부(41)에 설치될 수 있다. 이 경우 탄성 밴드 조절기(411)는 다이얼식으로 제 3 장착부(41)에 대해 회전 가능할 수 있다. 탄성 밴드 조절기(411)가 회전함에 따라서 탄성 밴드(42)가 탄성 밴드 조절기(411)에 감겨지거나 풀어질 수 있어서 결과적으로 탄성 밴드(42)의 장력이 조절될 수 있다.
탄성 모듈(40)에 의하면, 관절을 굽히는 힘이 부족하거나, 관절을 펴지게 하는 근육의 경직이 있는 사용자에게 있어서, 관절의 굽힘 방향으로 근위부 및 원위부 사이에서 인장력을 가할 수 있고, 사용자의 필요에 따라 장력을 조절할 수 있다. 또한, 탄성 모듈(40)에 의하면, 강제 운동 모듈(93)을 통하여 인가하여야 할 힘을 줄여줄 수 있으므로, 전력 소비 효율을 향상시킬 수 있다.
신경 차단 모듈(60)은, 뇌로부터 근위부 및 원위부 사이의 연결 근육으로 전기 신호를 전달하는 신경을 전기적으로 차단할 수 있다. 예를 들어, 신경 차단 모듈(60)은, 사용자의 연결 근육의 신경 근처의 피부에 탈부착되는 음극 및 양극으로 이루어진 한 쌍의 표면 전극일 수 있다.
신경 차단 모듈(60)은, 전원부(92)에서 생성되는 전류를 제어부(91)를 통해서 인가 받아 작동할 수 있다. 신경 차단 모듈(60)에 전류가 인가되면 연결 근육의 근육 운동이 억제됨에 따라서 불수의적 또는 비의도적인 근육 경직 증상이 억제될 수 있다.
탈부착 가능한 표면 전극으로 이루어진 신경 차단 모듈(60)에 의하면, 신체에 삽입되는 삽입형 전극보다 위험성 및 통증이 적고, 간편하게 사용할 수 있다. 신경 차단 모듈(60)은 피부 하층에 근육이 없으면서 신경이 지나가는 부위에 부착될 수 있다. 이와 같은 부착 위치에 따르면, 근육 바로 위쪽의 피부에 부착된 전극의 전기 자극에 의해 근 수축이 유발되는 현상을 방지할 수 있다.
관절 보호대(70)는, 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20) 사이에 설치되어 근위부 및 원위부 사이의 관절의 일부를 감쌀 수 있고 관절의 운동 방향을 가이드 할 수 있다. 예를 들어 관절 보호대(70)는 근위 보호대(71), 원위 보호대(72) 및 보조 관절부(73)를 포함할 수 있다.
근위 보호대(71)는, 근위부로부터 관절 부위까지의 신체 부위를 감싸는 부재일 수 있다.
원위 보호대(72)는, 원위부로부터 관절 부위까지의 신체 부위를 감싸는 부재일 수 있다.
보조 관절부(73)는, 근위 보호대(71) 및 원위 보호대(72)와 서로 연결되어 근위 보호대(71) 및 원위 보호대(72)를 상대적으로 회동시킬 수 있다. 예를 들어 보조 관절부(73)는 근위 보호대(71) 및 원위 보호대(72) 사이의 힌지 결합일 수 있다.
관절 보호대(71)에 의하면, 사용자가 관절 운동을 수행함에 있어서, 관절이 뒤틀리지 않게 하고, 관절 운동 방향이 한쪽 방향으로 이루어지도록 가이드 해줌으로써, 불안정한 관절에 대한 지지를 보조할 수 있다.
전원부(92)는, 강제 운동 모듈(93), 신경 차단 모듈(60), 탄성 모듈(40)을 동작시키기 위한 전원을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전원부(92)는, 제어부(91)와 연결되어 제어부(91)를 통해 상기 모듈(93, 60, 40)들에 전원을 인가할 수 있다. 예를 들어, 전원부(92)는 근위 장착부(10) 또는 원위 장착부(20)에 설치될 수 있지만, 운동 보조 장치(100)의 외부에 설치되어도 무방하다.
근위부 관성 센서(81)는, 근위 장착부(10)에 장착되어 근위부의 움직임을 감지하는 센서일 수 있다. 예를 들어, 근위부 관성 센서(81)는 가속도 및 각 가속도를 측정할 수 있는 자이로 센서 또는 IMU(Inertia Measurement Unit) 센서일 수 있다. 예를 들어, 근위부 관성 센서(81)는, 제어부(91)와 연결되어 통신할 수 있다.
원위부 관성 센서(82)는, 원위 장착부(20)에 장착되어 원위부의 움직임을 감지하는 센서일 수 있다. 예를 들어, 원위부 관성 센서(82)는 자이로 센서 또는 IMU 센서일 수 있다. 예를 들어, 원위부 관성 센서(82)는, 제어부(91)와 연결되어 통신할 수 있다. 예를 들어, 제어부(91)가 근위 장착부에 설치되는 경우, 원위부 관성 센서(82)는 직접적으로 제어부(91)와 연결될 수 있지만, 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20) 사이에 설치되는 운동 보조 모듈(40)을 통해서 제어부(91)와 연결될 수도 있다.
근위부 관성 센서(81) 및 원위부 관성 센서(82)에 의하면, 제어부(91)는 센서(81, 82)에서 감지한 데이터를 토대로, 사용자의 운동, 즉 근위부 및 원위부의 움직임 및 상대적인 움직임을 감지할 수 있다.
예를 들어, 제어부(91)는, 사용자가 보행에 있어서, 근위부에 해당하는 허벅지 및 원위부에 해당하는 종아리가 어떠한 자세 또는 동작에 있는지를 파악하여 결과적으로 사용자의 다리가 보행 동작 중에 어떠한 단계에 있는지를 파악할 수 있다.
예를 들어, 근위부 관성 센서(81) 및 원위부 관성 센서(82)를 통해 사용자의 보행 상태를 감지함으로써 운동 보조 장치(100)가 착용된 사용자의 다리가 앞으로 나아가는 스윙 단계(swing phase)에 있을 경우에 강제 운동 모듈(93)을 동작되도록 하여 원위부가 바닥쪽으로 처지는 증상을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(100)에 의하면, 사용자의 보행 과정 중에 강제 운동 모듈(93), 탄성 모듈(40), 관절 보호대(70) 및 신경 차단 모듈(50) 중 적어도 하나 이상을 필요에 맞게 선택적으로 탈부착하고 제어함으로써 사용자의 근육 또는 신경 질환에 따라 사용자의 근위부 및 원위부를 적절히 회동 시킬 수 있다. 따라서, 사용자가 겪고 있는 근육 또는 신경의 질환의 종류 및 정도 따라서 운동 보조 장치(100)를 ?춤형으로 제공할 수 있다.
예를 들어, 뇌졸중, 뇌성마비, 파킨슨병 또는 다발성 경화증과 같이 중추신경에 손상이 있는 사용자에 있어서, 근육의 경직 또는 근력의 약화가 발생하여 관절 운동을 수행하기 어려운 경우, 운동 보조 장치(100)에 강제 운동 모듈(93)을 부착하여 관절 운동을 보조할 수 있다.
또한, 관절을 어느정도 회동 시킬 근육의 힘은 있지만, 관절을 굽혀진 상태를 유지하기 어렵거나, 관절이 펴지는 방향으로 근육 수축이 일어나는 사용자에게 있어서, 탄성 모듈(40)이 운동 보조 장치(100)에 선택적으로 설치될 수 있다.
한편, 근육의 경직으로 정상적인 관절의 운동을 수행하지 못하는 사용자에게 있어서, 근육의 경직을 차단하기 위한 신경 차단 모듈(60)이 운동 보조 장치(100)에 선택적으로 설치될 수 있다.
뿐만 아니라, 관절을 운동을 고정하는 고정근이 약하거나 관절이 불안정한 사용자에게 있어서, 관절 보호대(70)가 운동 보조 장치(100)에 선택적으로 설치될 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 배면을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 운동 보조 장치(200)는, 관절 보호대(270) 및 탄성 모듈(240)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 운동 보조 장치(200)는 도 1 내지 도 4에 개시된 근위 장착부(10), 원위 장착부(20), 강제 운동 모듈(93), 제어부(91) 등을 포함할 수 있으며, 이하 설명의 편의를 위하여 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
관절 보호대(270)는, 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20) 사이에 배치될 수 있고, 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20) 사이의 관절 부위를 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 관절 보호대(270)는 탄성 있는 섬유 재질로 이루질 수 있다. 운동 보조 장치(200)가 사람의 무릎 관절에 설치될 경우, 관절 보호대(270)는, 무릎을 감싸도록 형성된 무릎 보호대일 수 있다.
관절 보호대(270)에 의하면, 사용자가 관절 운동을 수행함에 있어서, 관절이 뒤틀리지 않게 하고, 관절 운동 방향이 한쪽 방향으로 이루어지도록 가이드 해줄 수 있다.
탄성 모듈(240)은, 근위 장착부(10) 및 원위 장착부(20) 사이에 설치되어 근위부 및 원위부 사이에 인장력을 인가할 수 있다. 예를 들어, 탄성 모듈(240)은 관절 보호대(270)에 설치될 수 있고, 구체적으로 관절 보호대(270)에서 관절의 굽힘 부분에 설치되어 해당 관절이 굽혀지는 방향으로 인장력을 인가할 수 있다.
예를 들어, 탄성 모듈(240)은 조임 끈(241) 및 조임 끈 조절 장치(242)를 포함할 수 있다.
조임 끈(241)은 탄성을 갖는 선형 부재로, 사용자의 근위부 및 원위부에 걸쳐서 관절 보호대(270)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 조임 끈(241)은 상기 관절 보호대(270)의 관절 굽힘 방향에서 근위부 및 원위부를 걸쳐서 지그재그 형상으로 연결될 수 있다. 다시 말하면, 조임 끈(241)은 일반적으로 신발끈이 신발에 매여있는 패턴과 유사하게 형성될 수 있다.
조임 끈 조절 장치(242)는 조임 끔의 일측에 연결되어 조임 끈에 인가되는 장력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 조임 끈 조절 장치(242)는 회전 가능한 다이얼로 형성될 수 있어서 조임 끈 조절 장치(242) 회전함 에 따라 조임 끈 조절 장치(242)에 연결된 조임 끈(241)이 감기거나 풀려질 수 있어서 결과적으로, 조임 끈(241)의 장력이 조절될 수 있다.
예를 들어, 조임 끈 조절 장치(242)는 관절 보호대(270)에 설치될 수 있지만, 근위 장착부(10) 또는 원위 장착부(20)에 설치될 수 도 있다. 예를 들어, 조임 끈 조절 장치(242)는 제어부(91)와 연결되어 제어부(91)로부터 제어될 수 있다.
탄성 모듈(240)에 의하면, 근위부 및 원위부에 관절이 접히는 방향으로 인장력을 인가할 수 있고, 장력의 세기를 조절하는 것이 가능할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (12)
- 사용자의 근위부에 장착되는 근위 장착부;
사용자의 원위부에 장착되는 원위 장착부;
상기 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 하는 강제 운동 모듈;
상기 근위 장착부 및 원위 장착부 사이에 설치되어, 상기 근위부 및 원위부 사이에 인장력을 인가하는 탄성 모듈; 및
상기 근위 장착부 및 원위 장착부 사이에 설치되고, 상기 근위부 및 원위부 사이의 관절의 적어도 일부를 감싸고, 상기 관절의 운동 방향을 가이드하는 관절 보호대를 포함하고,
상기 탄성 모듈은,
상기 근위부 및 원위부에 걸쳐 상기 관절 보호대에 연결되고, 탄성을 갖는 조임 끈; 및
상기 조임 끈과 연결되어 상기 조임 끈에 인가되는 장력을 조절하기 위한 조임 끈 조절 장치를 포함하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서,
사용자의 뇌로부터 상기 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 하는 연결 근육으로 전기 신호를 전달하는 신경을 전기적으로 차단하기 위한 신경 차단 모듈을 더 포함하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 강제 운동 모듈은,
상기 근위 장착부에 장착되는 제 1 장착부;
상기 원위 장착부에 장착되는 제 2 장착부; 및
양단부가 상기 제 1 장착부 및 제 2 장착부 각각에 회동 가능하게 설치되는 액추에이터를 포함하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 강제 운동 모듈은,
상기 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 하는 연결 근육을 수축시키기 위한 전기 신호를 전달하는 전기 자극 모듈을 포함하는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 탄성 모듈은,
상기 근위 장착부 및 원위 장착부 사이에 연결되는 탄성 밴드; 및
상기 탄성 밴드에 연결되고, 상기 탄성 밴드에 인가되는 장력을 조절하기 위한 탄성 밴드 조절 장치를 포함하는 운동 보조 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 조임 끈은, 상기 관절 보호대에 지그재그 형상으로 연결되는 운동 보조 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 원위 장착부는, 상기 원위부의 움직임을 감지하는 제 1 관성 센서를 포함하고,
상기 근위 장착부는, 상기 근위부의 움직임을 감지하는 제 2 관성 센서를 포함하고,
상기 운동 보조 장치는, 상기 제 1 관성 센서 및 제 2 관성 센서의 정보에 기초하여, 상기 강제 운동 모듈 및 탄성 모듈을 제어하는 제어부를 더 포함하는 운동 보조 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 강제 운동 모듈은,
상기 근위부 및 원위부를 상대적으로 움직이게 하는 연결 근육을 수축시키기 위한 전기 신호를 전달하는 전기 자극 모듈을 포함하는 운동 보조 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 강제 운동 모듈은,
상기 근위 장착부 및 원위 장착부 사이에 설치되고, 상기 근위 장착부에 대해 상기 원위 장착부를 상대적으로 움직이게 하는 운동 보조 모듈을 포함하고,
상기 운동 보조 모듈은,
상기 근위 장착부에 형성된 제 1 운동 보조 모듈 포트에 탈부착 가능한 제 1 장착부;
상기 원위 장착부에 형성된 제 2 운동 보조 모듈 포트에 탈부착 가능한 제 2 장착부; 및
양단부가 상기 제 1 장착부 및 제 2 장착부 각각에 회동 가능하게 설치되는 액추에이터를 포함하고,
상기 제 1 운동 보조 모듈 포트 및 제 2 운동 보조 모듈 포트 중 적어도 하나 이상은 상기 제어부에 전기적으로 연결되어, 상기 액추에이터로 제어 신호를 전달하는 운동 보조 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 탄성 모듈은,
상기 근위 장착부에 형성되는 제 1 탄성 모듈 포트에 탈부착 가능한 제 3 장착부;
상기 원위 장착부에 형성되는 제 2 탄성 모듈 포트에 탈부착 가능한 제 4 장착부;
상기 제 3 장착부 및 제 4 장착부 사이에 연결되는 탄성 밴드; 및
상기 탄성 밴드에 인가되는 장력을 조절하기 위한 탄성 밴드 조절 장치를 포함하고,
상기 제 1 탄성 모듈 포트 및 제 2 탄성 모듈 포트 중 적어도 하나 이상은 상기 제어부에 전기적으로 연결되어, 상기 탄성 밴드 조절 장치로 제어 신호를 전달하는 운동 보조 장치.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020170078606A KR101932343B1 (ko) | 2017-06-21 | 2017-06-21 | 하이브리드형 운동 보조 장치 |
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| KR1020170078606A KR101932343B1 (ko) | 2017-06-21 | 2017-06-21 | 하이브리드형 운동 보조 장치 |
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