KR101932904B1 - 팔다리 교대 재활 운동 기기와 그것의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신체의 마비를 재활하기 위한 재활 운동 기기에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은, 환자가 업드린 상태로 팔다리의 재활 운동을 할 수 있는 재활 운동 기기에 있어서, 몸체부; 상기 환자의 왼팔, 오른팔, 왼다리 및 오른다리 각각에 대응되는 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드; 및 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드 각각이 슬라이딩 되도록 구비되는 제 1 내지 제 4 레일을 포함하는, 재활 운동 기기를 제공한다.
Description
본 발명은 팔다리를 교대로 운동하는 방식을 통하여 뇌졸중 등의 후유증을 재활할 수 있는 운동 기구 및 그것의 제어 방법에 관한 것이다.
한국에서만 매년 105,000명 가량의 뇌졸중 환자가 생기고 795,000명의 국민이 뇌졸중으로 고생하고 있다. 뇌졸중으로 신체의 근골격계, 신경계에 많은 영향을 미쳐 몸통, 상지, 하지 등 원활한 일상 생활 동작에 제한을 준다.
일반적인 보행 훈련 장치는 뇌졸중 등의 뇌손상에 의한 마비 증세가 있는 환자 또는 팔다리 관절과 근력에 이상이 있어 정상적인 움직임이 곤란한 환자들의 재활을 위한 장치이다. 이러한 장치는 재활 훈련자가 보행 훈련 장치를 착용한 상태에서 트레드밀(treadmill) 등에서 실제 보행 동작을 수행함으로써 진행하게 된다.
하지만, 이와 같은 보행 동작과 유사한 움직임이 있다고 하더라도, 효과적이지는 못하다. 또한 마비가 심한 환자의 경우에는 이러한 보행 훈련 장치를 착용하더라도 온전하게 서서 훈련하는 것이 쉽지 않다.
이에 따라서, 뇌졸중과 같이 신체의 근골격계, 신경계통에서의 마비 증세를 완화하기 위하여 가장 효과적이면서도, 마비 정도에 따라서 온전히 선 채로 운동하기 어려운 환자들을 위한 운동 기기에 대한 연구가 요구되는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 상하지를 교대로 운동할 수 있는 운동 기기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 환자가 업드린 상태로 팔다리의 재활 운동을 할 수 있는 재활 운동 기기에 있어서, 몸체부; 상기 환자의 왼팔, 오른팔, 왼다리 및 오른다리 각각에 대응되는 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드; 및 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드 각각이 슬라이딩 되도록 구비되는 제 1 내지 제 4 레일을 포함하는, 재활 운동 기기를 제공한다.
여기서 상기 제 1 내지 제 4 레일은 상기 몸체부와 회동결합되어, 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 신체의 대각선 방향으로 슬라이딩 가능하도록 구비될 수 있다.
그리고 상기 재활 운동 기기는 동력부를 더 포함하고, 상기 동력부는 상기 제 1 내지 제 2 슬라이딩 패드가 슬라이딩 될 수 있는 동력을 제공할 수 있다.
또한 상기 동력부를 제어하기 위한 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 사용자로부터 입력 받은 사용 모드 설정 정보에 기초하여, 상기 동력부의 동작을 제어할 수 있다.
이때 상기 사용 모드 설정 정보란, 상기 동력부의 동작에 관한 복수 개의 동작 모드 중에서 특정 동작 모드를 나타내는 정보일 수 있다.
그리고 상기 복수 개의 동작 모드는, 상기 환자의 움직임에 무관하게 일정한 주기로 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 슬라이딩 이동되되록 상기 동력부를 제어하는 수동 모드를 포함할 수 있다.
이 경우 상기 수동 모드는, 상기 왼팔과 오른다리에 대응하는 제 1 및 제 4 패드를 슬라이딩시키는 제 1 슬라이딩 동작과, 상기 오른팔과 왼다리에 대응하는 제 2 및 제 3 패드를 슬라이딩시키는 제 2 슬라이딩 동작을 교대로 적용하는 것을 의미할 수 있다.
이어서, 상기 복수 개의 동작 모드는, 상기 환자에 의해서 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 이동되면, 상기 이동되는 방향으로 보조적인 힘을 전달하도록 상기 동력부를 제어하는 보조 모드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 동작 모드는, 상기 환자에 의해서 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 이동되면, 상기 이동되는 방향과 반대 방향으로의 저항적인 힘을 전달하도록 상기 동력부를 제어하는 저항 모드를 포함할 수 있다.
추가적으로 상기 복수 개의 동작 모드는, 상기 환자에 의해서 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 이동될 때, 상기 이동되는 방향과 무관하게 랜덤한 방향으로의 저항적인 힘을 전달하도록 상기 동력부를 제어하는 랜덤 에러 모드를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 복수 개의 동작 모드는, 상기 환자에 의해서 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 이동되면 그 이동을 위해서 가해지는 힘의 세기를 측정하고, 상기 측정된 힘의 세기가 부족한 경우 상기 이동하는 방향과 같은 방향의 보조적인 힘을 전달하고, 상기 측정된 힘의 세기가 충분한 경우 상기 이동하는 방향과 반대 방향의 저항적인 힘을 전달하도록 상기 동력부를 제어하는 하이브리드 모드를 포함할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 몸체부, 상기 환자의 왼팔, 오른팔, 왼다리 및 오른다리 각각에 대응되는 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드, 및 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드 각각이 슬라이딩 되도록 구비되는 제 1 내지 제 4 레일을 포함하는, 재활 운동 기기의 제어 방법에 있어서, 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 상기 제 1 내지 제 4 레일 상에서 움직임을 감지하는 단계; 및 상기 감지되는 움직임에 따라, 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드 상에 동력을 가하는 단계를 포함하는, 재활 운동 기기의 제어 방법을 제공한다.
이 경우, 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 움직이면, 상기 동력을 가하는 단계는 상기 움직이는 방향과 같은 방향으로 보조적인 동력을 가할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 움직이면, 상기 동력을 가하는 단계는 상기 움직이는 방향과 반대 방향으로 저항적인 동력을 가할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 움직이면, 상기 슬라이딩 패드를 움직이는 힘의 세기를 측정하는 단계를 더 포함하고,
상기 동력을 가하는 단계는, 상기 측정된 힘의 세기가 부족한 경우 상기 이동하는 방향과 같은 방향의 보조적인 힘을 전달하고, 상기 측정된 힘의 세기가 충분한 경우 상기 이동하는 방향과 반대 방향의 저항적인 힘을 전달할 수 있다.
본 발명에 따른 재활 운동 기기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일실시예는 상하지 교대운동으로 인하여 운동조절을 가능하게 하게해주고 상하지 체간의 감각자극을 뇌를 활성화 시키고 상하지 교대 운동인 보행에 크게 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 상하지를 교대로 운동할 수 있어서, 재활의 효과가 매우 높아질 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 온전하게 서서 재활할 수 없는 환자의 경우에도 지속적이고 효과적인 재활 훈련을 제공하여 줄 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100)의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100)의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100) 상에 환자(301)가 업드린 상태를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100)의 슬라이딩 패드를 상세하게 도시하는 도면이다.
도 5는 도 4의 슬라이딩 패드(200-1)가 슬라이딩 되는 상태를 도시하는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 레일의 방향을 대각선으로 설정할 수 있는 구조에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 교차 운동을 수행하기 위한 재활 운동 기기(100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 교차 운동을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 수동 모드에서 수행 가능한 슬라이딩 운동의 다른 예시를 도시하는 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일실시예에 따라 상체, 하체 연결부(203-1, 203-2)의 너비를 조정하는 실시예를 도시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따라, 재활 훈련 도중 기기에서 떨어졌을 때의 충격을 완화시킬 수 있는 구성을 제안하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100)의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100) 상에 환자(301)가 업드린 상태를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100)의 슬라이딩 패드를 상세하게 도시하는 도면이다.
도 5는 도 4의 슬라이딩 패드(200-1)가 슬라이딩 되는 상태를 도시하는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 레일의 방향을 대각선으로 설정할 수 있는 구조에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 교차 운동을 수행하기 위한 재활 운동 기기(100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 교차 운동을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 수동 모드에서 수행 가능한 슬라이딩 운동의 다른 예시를 도시하는 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일실시예에 따라 상체, 하체 연결부(203-1, 203-2)의 너비를 조정하는 실시예를 도시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따라, 재활 훈련 도중 기기에서 떨어졌을 때의 충격을 완화시킬 수 있는 구성을 제안하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한국에서만 매년 105,000명 가량의 뇌졸중 환자가 생기고 795,000명의 국민이 뇌졸중으로 고생하고 있다. 뇌졸중으로 신체의 근골격계, 신경계에 많은 영향을 미쳐 몸통, 상지, 하지 등 원활한 일상 생활 동작에 제한을 준다.
본 발명의 일실시예는 상하지 교대운동으로 인하여 운동조절을 가능하게 하게해주고 상하지 체간의 감각자극을 뇌를 활성화 시키고 상하지 교대 운동인 보행에 크게 도움을 줄 수 있는 구조에 대해서 제안하고자 한다.
본 발명의 일실시예에서 제안하는 것과 같이, 교대적인 상하지 체간 운동으로 과사용이나 비사용으로 인한 병적 비대칭을 교정 할 수 있다. 특히, 상하지의 교대운동은 첫 손상 이후에 초기 치료에 매우 중요하다고 알려져 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 운동 기기에서는 네 발 기기자세(환자가 업드린 상태)에서 교대적으로 다리와 팔을 교대적으로 움직 일 수 있는 구조를 제안하고자 한다.
그리고, 위와 같은 운동 기기는 환자의 상하지를 강제로 움직일 수 있는 동력부를 포함하며, 동력부의 제어 동작에 따라 구분되는 네 가지 모드를 제안한다.
1) 수동적 모드로 움직일 수 있는 근력이 없어서 외부의 힘으로 움직이는 모드
2) 보조 능동적 모드로 본인의 힘과 외부의 힘을 합하여 움직이는 모드
3) 능동적 모드 본인 힘으로 움직이는 모드가 4) 에러가중모드 - 여러 시간적 역학적 변화를 줄 때 운동조절이 더 잘된다는 선행 연구가 있다.
4) 환자가 움직이려는 방향과 반대 방향으로 힘을 가하는 저항모드
5) 임피던스 모드 재활기구 자체가 환자의 힘을 감지하여 힘이 부족하면 도와주고 힘이 충분하면 여러 가지 에러를 유발하여 운동 조절을 촉진시키는 모드가 있을 수 있으며, 이와 관련되는 모드의 상세한 동작 방식에 대해서는 이하 구체적으로 후술하기로 한다.
더 나아가, 본 발명의 일실시예에 따른 운동 기구는 운동 방향에 있어서는 제 1방향, 제 2방향, 제 3방향으로 운동을 할 있다. 예를 들면 앞뒤, 좌우, 사선 방향이 있을 수 있다. 이를 위해서 본 발명에서는, 복수 개의 레일을 구비하고, 복수 개의 레일 각각에 슬라이딩 이동 되는 팔 받침대, 다리 받침대(슬라이딩 패드로 호칭함)를 구비할 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예는 하지 근력이 약화된 중추신경계 환자인 뇌졸중, 불완전 척수손상, 파킨슨, 소아마비, 다발성 경화증등 이나 말초 신경계 손상 환자인 길리안바렌증후군이나 외상성 손상 환자, 척추 측만증 환자에게도 이용 될 수 있을 것이다. 이하 도면을 참조하여 보다 상세하게 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100)의 블록도를 도시하는 도면이다.
본 발명의 재활 운동 기기(100)는 프레임(110), 메모리(170), 제어부(180), 전원 공급부(180) 및 동력부(150)를 포함할 수 있다.
프레임(110)은 재활 운동 기기(100)를 형성하는 구조물이다. 이하 도 2에서 상기 프레임(110)의 세부 구조에 대해서 살펴본다.
메모리(170)는 재활 운동 기기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 재활 운동 기기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램, 재활 운동 기기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 재활 운동 기기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 재활 운동 기기(100)의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 재활 운동 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1의 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 재활 운동 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작 시킬 수 있다.
전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 재활 운동 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
동력부(150)는 재활 운동 기기(100)의 일부 구성 요소에 제공될 수 있는 동력을 생산한다. 본 발명의 일실시예에서는, 프레임(110)을 형성하는 슬라이딩 패드 상에 동력을 제공하도록 동력부(150)가 구비될 수 있다. 동력부(150)는, 이하 프레임(110)의 구조와 관련되는 도면에서 상세하게 도시되지는 않지만, 모터나 액츄에이터 등의 일반적으로 동력을 생산할 수 있는 다양한 타입이 본 발명에 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100)의 사시도를 도시하는 도면이다.
도시된 도면에 따르면, 재활 운동 기기(100)의 프레임(110) 구조를 도시하고 있다. 프레임(110)은 몸체부(202), 상기 환자의 왼팔, 오른팔, 왼다리 및 오른다리 각각에 대응되는 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드(200-1 내지 200-4) 및 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드(200-1 내지 200-4) 각각이 슬라이딩 되도록 구비되는 제 1 내지 제 4 레일(205-1 내지 205-4)을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100) 상에 환자(301)가 업드린 상태를 도시하는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100)는 몸체부(202) 상에 배를 받칠 수 있는 받침대(201)를 구비하고, 환자(301)는 상기 받침대(201)에 배를 댄 채로 업드린 상태를 유지할 수 있다. 환자(301)는 받침대(201)에 배를 댄 채로 누워서 안정적인 자세로 재활 운동을 할 수 있다. 이러한 받침대(201)는 필수 구성이 아니기 때문에, 생략하여 실시하는 것도 가능할 것이다. 한편, 이러한 받침대(201)는, 환자의 신체 사이즈에 따라 높이 조절이 가능하도록 구비될 수 있을뿐만 아니라, 필요없는 경우 제거해 버릴 수 있도록 구비될 수도 있을 것이다.
재활 훈련을 하고자 하는 환자는 업드린 상태에서 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드(200-1 내지 200-4)를 상기 제 1 내 제 4 레일(205-1 내지 205-4) 상에서 슬라이딩 이동시키면서 운동을 수행할 수 있을 것이다. 또는, 상기 동력부(150)는 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드(200-1 내지 200-4)를 슬라이딩 이동 시켜서, 환자의 상하지를 강제로 움직이도록 하여 재활 훈련을 수행할 수도 있을 것이다. 이러한 구체적인 동작의 차이는 이하, 동작 모드에서 후술한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 재활 운동 기기(100)의 슬라이딩 패드를 상세하게 도시하는 도면이다.
도시된 바에 따르면, 제 1 레일(205-1) 상에 제 1 슬라이딩 패드(200-1)가 슬라이딩 이동될 수 있도록 구비되고 있으며, 제 1 레일(205-1)의 하부에는 바닥을 지지하기 위한 제 1 바퀴(204-1)이 구비된다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 환자(301)가 제 1 슬라이딩 패드(200-1)를 편하게 슬라이딩시킬 수 있도록, 제 1 손잡이(401-1)를 구비할 수 있다. 이때 제 1 손잡이(401-1)는 제 1 슬라이딩 패드(200-1)의 전방(환자 기준으로 머리 방향)에 구비될 수 있다.
제 1 슬라이딩 패드(200-1)는 제 1 레일(205-1)의 길이 방향(도 4의 화살표 402 방향)으로 슬라이딩 될 수 있다.
도 4에서는 제 1 슬라이딩 패드(200-1)만을 설명하고 있지만, 도 4에서의 설명이 나머지 슬라이딩 패드 역시 동일하게 슬라이딩 이동 가능할 것이다.
도 5는 도 4의 슬라이딩 패드(200-1)가 슬라이딩 되는 상태를 도시하는 도면이다. 도시된 도면에서와 같이, 슬라이딩 패드(200-1)는 레일(205-1) 상을 슬라이딩 이동할 수 있다.
한편, 환자의 키 방향을 기준으로 수직 방향이나 수평 방향으로의 운동 보다는 대각선 방향의 운동이 재활에 더욱 효과적인 결과를 가져다 줄 수 있다. 그렇기 때문에 본 발명에서는, 대각선 방향으로 운동할 수 있는 운동 기기의 구조에 대해서 살펴본다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 레일의 방향을 대각선으로 설정할 수 있는 구조에 대하여 설명한다.
단순하게 복수 개의 레일이 회동 될수 있도록 결합되는 것 만으로는 부족하다. 왜냐하면, 단순하게 레일을 대각선 방향으로 설정하게 되면, 운동하기에 적합한 레일의 궤적이 나올 수 없기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는, 상기 몸체부(202)는, 상기 환자의 신체 길이 방향으로 길게 형성되는 바닥지지부(204); 및 상기 바닥지지부(204)의 일단에 회동 결합되고, 좌우방향으로 길게 형성되는 상체 연결부(203-1)를 포함하되, 상기 왼팔 및 오른팔에 대응되는 제 1 및 제 2 레일(205-1, 205-2)은 상기 상체 연결부(203-1)에 각각 회동결합되도록 한다.
그리고, 상기 몸체부(202)는, 상기 바닥지지부의 타단에 회동 결합되고, 좌우방향으로 길게 형성되는 하체 연결부(203-2)를 더 포함하고, 상기 왼다리 및 오른다리에 대응되는 제 3 및 제 4 레일(205-3, 205-4)은 상기 하체 연결부(203-2)에 각각 회동결합되도록 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상술한 바와 같이 바닥지지부(204)의 일단에는 상체 연결부(203-1)가 회동결합되어 있다. 그리고 타단에는 하체 연결부(203-2)가 회동결합되어 있다. 이렇게 회동결합된 상체, 하체 연결부(203-1, 203-2)는 도 7에서와 같이 회동될 수 있다.
상체 연결부(203-1)에 연결된 제 1 및 제 2 레일(205-1, 205-2) 역시 회동결합되어 있다. 따라서, 도 8에서와 같이 회동될 수 있을 것이다.
도 8에서 회동된 상태를 살펴보면, 제 1 내지 제 4 레일(205-1 내지 205-4)는 시계 방향으로 θ각도 만큼 회동되어 있다. 반면, 상체, 하체 연결부(203-1, 203-2)는 반시계 방향으로 회동되어 있다. 이와 같이 상체, 하체 연결부(203-1, 203-2)와 레일이 서로 다른 방향으로 회동되는 경우, 신체의 재활 훈련 하기에 가장 적합한 레일 경로가 형성될 수 있어서, 단순하게 레일만이 회동되는 경우에 비하여 보다 편리하고 효과적인 재활 훈련을 수행할 수 있게 된다.
상술하는 실시예에서는, 환자의 기준으로 레일이 우측 대각선(시계방향으로 회전)하는 경우만을 설명하였으나, 이는 설명을 위한 예시에 불과하고, 좌측 대각선(반시계 방향으로의 회전) 역시 가능할 것이다.
본 발명의 일실시예에서는, 상기 레일과 상하체 연결부의 회동이 사용자가 힘을 가하여 수동으로 회동할 수도 있지만, 동력부(150) 및 제어부(180)의 설정에 의해서 자동으로 설정되도록 제안한다.
동력부(150)는, 별도로 구조가 도시되지는 않았지만, 모터나 액추어에터등의 구조를 통하여 상기 프레임들 간의 회동을 수행할 수 있으며, 제어부(180)는 동력부(150)의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어서, 사용자가 오른쪽 대각선 방향으로 θ만큼의 각도를 회동하도록 제어 신호를 입력하면, 제어부(180)는 동력부(150)를 제어하여 그 회동 동작을 수행할 수 있다. 이때 구체적인 회동은 다음과 같다.
먼저 레일의 방향이 θ 각도 만큼 회전하기 위해서는, 먼저 상체, 하체 연결부(203-1, 203-2)가 θ 각도 만큼 반대 방향으로 회전한다(도 6 -> 도 7 참조). 그 상태에서 제 1 내지 제 4 레일(205-1 내지 205-4)가 상체, 하체 연결부(203-1, 203-2) 상에서 시계 방향으로 2θ 각도 만큼 회전(도 7 -> 도 8 참조)하여, 최종적으로 레일이 환자의 신체 기준(즉, 받침대(204) 기준)으로 θ 각도 만큼 시계 방향으로 회동된 상태가 될 수 있다.
지금까지는, 프레임(110)구조에 대해서 설명하였다. 이하에서는 제어부(180) 및 제어부(180)가 제어하는 동력부(150)의 동작 방식이나 모드에 대해서 좀 더 상세하게 살펴본다.
일반적으로 재활 훈련의 경우, 재활 훈련자가 스스로 움직이는 것이 가장 효과적이라는 것은 두말할 필요가 없을 것이다. 하지만, 재활 훈련자가 스스로 움직이지 못할 정도로 상태가 안 좋은 경우도 존재하기 때문에, 본 발명에서는 재활 훈련자의 현재 상태에 따라서, 적합한 동작 모드를 선택할 수 있도록, 복수 개의 동작 모드를 제안한다.
재활 훈련자의 상태가 아주 안좋은 경우에서부터, 정상인에 가까울정도로 회복되기 까지 본 발명에서는 5개의 동작 모드를 제안하나, 이러한 5가지 동작 모드는 모두 필수적인 것은 아니기 때문에 일부의 동작 모드만으로도 실시 가능할 것이다.
상기 복수 개의 동작 모드는, 수동 모드, 보조 모드, 저항 모드, 랜덤 에러 모드(랜덤 저항 모드), 하이브리드 모드를 포함한다.
1) 수동 모드
수동 모드는, 재활 훈련자가 거의 거동을 하지 못하는 경우 사용할 수 있는 모드로서, 슬라이딩 패드들이 훈련자에 의한 움직임이 없이도 동력부(150)에 의해서 자동으로 반복적으로 슬라이딩 이동될 수 있다.
이에 따라, 수동 모드에서 제어부(180)는 환자의 움직임에 무관하게 일정한 주기로 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 슬라이딩 이동되되록 상기 동력부를 제어한다.
이와 같은 상하지 재활 훈련 같은 경우에는, 단순하게 상하지를 움직이는 훈련 보다는, 상하지를 교대로 번갈아 가면서 운동하는 것이 필요하다. 왜냐하면, 대부분의 신체 활동이 그러하기 때문이다. 예를 들면, 걷기나 뛰기, 수영하기 등의 운동을 떠올렸을 때, 왼발과 오른손이 짝을 이루고, 왼손과 오른발이 짝을 이뤄 교차로 움직이게 된다.
이에 따라, 본 발명의 일실시예에서의 제어부(180)는, 수동 모드 상에서 왼쪽과 오른쪽의 교차 운동을 할 수 있도록 슬라이딩 패드를 이동시킬 수 있다. 여기서 교차운동이란, 왼손과 오른발이 함께 움직이고, 오른손과 오른발이 함께 움직이는 운동을 의미한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 교차 운동을 수행하기 위한 재활 운동 기기(100)를 설명하기 위한 도면이다.
도시된 도면에서와 같이, 교차 운동을 위해서는, 레일이 한 방향으로 회전하는 것이 아니라 좌우로 벌어지는 형태로 회전할 수 있다.
도 9의 상태에서 도 10 및 도 11에서와 같이 교차 운동이 수행될 수 있다. 즉, 상기 수동 모드는, 상기 왼팔과 오른다리에 대응하는 제 1 및 제 4 패드를 슬라이딩시키는 제 1 슬라이딩 동작과, 상기 오른팔과 왼다리에 대응하는 제 2 및 제 3 패드를 슬라이딩시키는 제 2 슬라이딩 동작을 교대로 적용할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 교차 운동을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 왼손에 대응하는 제 1 슬라이딩 패드(200-1) 및 오른발에 대응하는 제 4 슬라이딩 패드(200-4)가 안쪽 방향으로 슬라이딩 이동되었다가(도 10 (a)), 다시 바깥쪽 방향으로 슬라이딩 이동(도 10 (b))된다. 즉, 재활 훈련자는 왼손과 오른발을 함께 운동한다.
이어서 도 11을 참조하면, 반대로 오른손에 대응하는 제 2 슬라이딩 패드(200-2) 및 왼발에 대응하는 제 3 슬라이딩 패드(200-3)가 안쪽 방향으로 슬라이딩 이동되었다가(도 11 (a)), 다시 바깥쪽 방향으로 슬라이딩 이동(도 11 (b))된다. 즉, 재활 훈련자는 오른손과 왼발을 함께 운동한다.
도 10의 운동과 도 11의 운동을 번갈아가면서 수행할 경우, 재활 훈련자는 상술한 교차운동을 수행할 수 있을 것이다.
이에 따라, 상기 수동 모드에서 제어부(180)는 동력부(150)를 제어하여 상술한 교차운동을 수행할 수 있도록 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드(200-1 내지 200-4)를 슬라이딩 이동 제어할 수 있을 것이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 수동 모드에서 수행 가능한 슬라이딩 운동의 다른 예시를 도시하는 도면이다.
마비 상태가 안좋을 경우, 대각선 방향으로 팔을 뻗는 행위 자체가 어려운 동작이 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 왼팔 혹은 오른팔을 뻗는 동작을 하기 위하여, 해당 팔에 대응하는 슬라이딩 패드를 고정한 뒤 나머지 슬라이딩 패드를 후퇴시키도록 제안한다. 그럴 경우, 상대적으로 수월하게 팔을 뻗을 수 있기 때문에 효과적인 재활이 가능해진다.
도시된 도면에 따르면, 환자(301)는 왼팔을 왼쪽 대각선 방향으로 뻗는 재활 훈련을 하고자 한다. 이러한 경우, 본 발명의 일실시예에서는 제 1 슬라이딩 패드(200-1)를 왼쪽 대각선 방향으로 이동시키는 것이 아니라, 제 1 슬라이딩 패드를 고정시킨 후, 나머지 슬라이딩 패드(200-2 내지 200-4)를 반대 방향으로 이동(도 12 -> 도 13)시킨다. 이러한 동작을 위하여, 제어부(180)는 동력부(150)를 제어하여 슬라이딩 패드의 슬라이딩 이동을 위와 같이 수행할 수 있을 것이다. 더 나아가, 오른팔을 대각선 방향으로 뻗는 경우 역시 위와 같은 동작을 반대로 수행하여 진행할 수 있을 것이다.
지금까지 수동 모드에 대해서 설명하였다. 계속하여 보조 모드에 대해서 설명한다.
2) 보조 모드
보조 모드는, 훈련자가 어느 정도 몸을 움직일 수는 있지만, 그 힘이 충분하지 못할 때 사용할 수 있는 모드이다. 제어부(180)는 훈련자가 슬라이딩 패드를 특정 방향으로 이동시키고자 하면, 그에 보조되는 힘을 주어 수월하게 이동시킬 수 있도록 제어한다.
이를 위하여, 제어부(180)는 슬라이딩 패드의 이동을 감지할 수 있을 것이다. 예를 들어, 슬라이딩 패드가 특정 방향으로 이동하는 것을 감지하면, 제어부(180)는 동력부(150)를 제어하여 그 특정 방향으로 보조되는 힘을 더 제공하여 줄 수 있다.
3) 저항 모드
저항 모드란, 어느 정도 훈련을 수행할 수 있는 환자에게 근력을 길러주기 위한 모드일 수 있다. 따라서, 저항 모드에서는, 환자가 슬라이딩 패드를 움직이는 방향과 반대 방향으로 작용하는 저항적인 힘을 제공한다.
즉, 제어부(180)는 상기 환자에 의해서 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 이동되면, 상기 이동되는 방향과 반대 방향으로의 저항적인 힘을 전달하도록 상기 동력부를 제어한다.
4) 랜덤 에러 모드(랜덤 저항 모드)
랜덤 에러 모드란, 환자가 예측할 수 없는 방향으로의 힘을 제공해 주어, 환자가 운동을 수행하는 내내 근육을 긴장할 수 있도록 해 주는 모드이다.
따라서, 랜덤 에러 모드에서 제어부(180)는, 환자가 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드를 움직일 때, 그 움직이는 방향과 무관한 방향으로의 저항적인 힘을 전달하도록 동력부(150)를 제어할 수 있다.
이때, 이러한 저항적인 힘의 요소(파라미터)로는, 힘이 작용하는 방향, 세기나 힘의 지속시간 등이 있을 수 있으며, 이러한 요소들의 값 자체에도 랜덤한 값을 적용하여 환자의 예측이 더 불가능하도록 힘을 제공하여 줄 수 있을 것이다.
5) 하이브리드 모드
하이브리드 모드는, 어느 특정한 모드로 동작하는 것이 아니라, 환자의 상태를 파악하여 위와 같은 모드들 간에 전환을 수행할 수 있는 모드를 의미한다.
예를 들어, 환자가 재활 훈련 초반에는 힘이 많기 때문에 '랜덤 에러 모드'로 동작하다가, 힘이 다소 떨어지게 되면 '저항 모드'로 전환하여 동작할 수 있을 것이다. 그 이상으로 진행하였을 때 상술한 '보조 모드'라던지 '수동 모드'로도 전환할 수 있을 것이다.
이에 따라서, 제어부(180)는 상기 환자에 의해서 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 이동되면 그 이동을 위해서 가해지는 힘의 세기를 측정하고, 상기 측정된 힘의 세기가 부족한 경우 상기 이동하는 방향과 같은 방향의 보조적인 힘을 전달하고, 상기 측정된 힘의 세기가 충분한 경우 상기 이동하는 방향과 반대 방향의 저항적인 힘을 전달하도록 상기 동력부를 제어하도록 동작할 수 있다.
한편, 환자마다 어깨의 너비라던지 골반의 너비가 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서는 어깨나 골반의 너비를 조정할 수 있도록 상체, 하체 연결부(203-1, 203-2)의 너비를 조정하도록 제안한다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일실시예에 따라 상체, 하체 연결부(203-1, 203-2)의 너비를 조정하는 실시예를 도시하는 도면이다.
도 14를 참조하면, 상체 연결부(203-1)는 연결부몸체(1400) 및 연결부몸체(1400)의 내부에 삽입된 채로 슬라이딩 이동 가능하도록 결합된 좌연결부(1401-1) 및 우연결부(미도시)를 포함할 수 있다.
연결부몸체(1400)은 고정핀(1403)이 구비될 수 있으며, 상기 좌연결부(1401-1)가 슬라이딩 이동된 상태(도 15 참조)에서 고정핀(1403)을 구멍에 고정시키는 방식을 통하여 좌우 너비를 조정할 수 있을 것이다.
도 14 및 도 15에서와 같은 구조에 의해서 환자의 어깨나 골반 너비에 맞도록 레일이나 슬라이딩 패드 간의 간격이 조정될 수 있을 것이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따라, 재활 훈련 도중 기기에서 떨어졌을 때의 충격을 완화시킬 수 있는 구성을 제안하는 도면이다.
본 발명의 재활 운동은 주로 몸의 거동이 많이 불편한 환자들이 수행하기 때문에, 이와 같은 재활 운동 도중 언제든지 좌우로 떨어질 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 도 16에서와 같이 재활 운동 기기(100)의 좌우에 배치되는 충격완화쿠션(1601-1, 1601-2)을 더 구비할 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 재활 운동 기기의 실시예를 설시하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정／제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.
Claims (15)
- 환자가 엎드린 상태로 팔다리의 재활 운동을 할 수 있는 재활 운동 기기에 있어서,
몸체부;
상기 환자의 왼팔, 오른팔, 왼다리 및 오른다리 각각에 대응되는 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드;
상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드 각각이 슬라이딩 되도록 구비되는 제 1 내지 제 4 레일;
동력부; 및
상기 동력부를 제어하기 위한 제어부를 포함하되,
상기 동력부는 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 슬라이딩 될 수 있는 동력을 제공하는 것을 특징으로 하고,
상기 제어부는, 사용자로부터 입력 받은 사용 모드 설정 정보에 기초하여, 상기 동력부의 동작을 제어하며,
상기 사용 모드 설정 정보란, 상기 동력부의 동작에 관한 복수 개의 동작 모드 중에서 특정 동작 모드를 나타내는 정보이고,
상기 복수 개의 동작 모드는, 상기 환자에 의해서 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 이동되면, 상기 이동되는 방향으로 보조적인 힘을 전달하도록 상기 동력부를 제어하는 보조 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 내지 제 4 레일은 상기 몸체부와 회동결합되어,
상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 신체의 대각선 방향으로 슬라이딩 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기기. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 동작 모드는,
상기 환자의 움직임에 무관하게 일정한 주기로 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 슬라이딩 이동되되록 상기 동력부를 제어하는 수동 모드를 포함하는,
재활 운동 기기. - 제 6 항에 있어서,
상기 수동 모드는, 상기 왼팔과 오른다리에 대응하는 제 1 및 제 4 패드를 슬라이딩시키는 제 1 슬라이딩 동작과, 상기 오른팔과 왼다리에 대응하는 제 2 및 제 3 패드를 슬라이딩시키는 제 2 슬라이딩 동작을 교대로 적용하는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기기. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 동작 모드는,
상기 환자에 의해서 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 이동되면, 상기 이동되는 방향과 반대 방향으로의 저항적인 힘을 전달하도록 상기 동력부를 제어하는 저항 모드를 포함하는,
재활 운동 기기. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 동작 모드는,
상기 환자에 의해서 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 이동될 때, 상기 이동되는 방향과 무관하게 랜덤한 방향으로의 저항적인 힘을 전달하도록 상기 동력부를 제어하는 랜덤 에러 모드를 포함하는,
재활 운동 기기. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 동작 모드는,
상기 환자에 의해서 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 이동되면 그 이동을 위해서 가해지는 힘의 세기를 측정하고,
상기 측정된 힘의 세기가 부족한 경우 상기 이동하는 방향과 같은 방향의 보조적인 힘을 전달하고,
상기 측정된 힘의 세기가 충분한 경우 상기 이동하는 방향과 반대 방향의 저항적인 힘을 전달하도록 상기 동력부를 제어하는 하이브리드 모드를 포함하는,
재활 운동 기기. - 몸체부, 환자의 왼팔, 오른팔, 왼다리 및 오른다리 각각에 대응되는 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드, 및 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드 각각이 슬라이딩 되도록 구비되는 제 1 내지 제 4 레일을 포함하는, 재활 운동 기기의 제어 방법에 있어서,
상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 상기 제 1 내지 제 4 레일 상에서 움직임을 감지하는 단계; 및
상기 감지되는 움직임에 따라, 상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드 상에 동력을 가하는 단계를 포함하는,
재활 운동 기기의 제어 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 움직이면, 상기 동력을 가하는 단계는 상기 움직이는 방향과 같은 방향으로 보조적인 동력을 가하는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기기의 제어 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 움직이면, 상기 동력을 가하는 단계는 상기 움직이는 방향과 반대 방향으로 저항적인 동력을 가하는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기기의 제어 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 내지 제 4 슬라이딩 패드가 움직이면, 상기 슬라이딩 패드를 움직이는 힘의 세기를 측정하는 단계를 더 포함하고,
상기 동력을 가하는 단계는,
상기 측정된 힘의 세기가 부족한 경우 이동하는 방향과 같은 방향의 보조적인 힘을 전달하고,
상기 측정된 힘의 세기가 충분한 경우 상기 이동하는 방향과 반대 방향의 저항적인 힘을 전달하는 것을 특징으로 하는,
재활 운동 기기의 제어 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170134904A KR101932904B1 (ko) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | 팔다리 교대 재활 운동 기기와 그것의 제어 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170134904A KR101932904B1 (ko) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | 팔다리 교대 재활 운동 기기와 그것의 제어 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101932904B1 true KR101932904B1 (ko) | 2019-04-05 |
Family
ID=66103737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170134904A KR101932904B1 (ko) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | 팔다리 교대 재활 운동 기기와 그것의 제어 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101932904B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5407406A (en) * | 1993-06-16 | 1995-04-18 | Canela; Heriberto | Exercise device for handicapped children |
| KR20050018446A (ko) * | 2003-08-13 | 2005-02-23 | 박봉수 | 레일위에 호보(호랑이 걸음) |
| KR20050050755A (ko) * | 2003-11-26 | 2005-06-01 | 백범준 | 포복자세의 전신 운동장치 |
| US9265986B1 (en) * | 2013-02-26 | 2016-02-23 | Primus Exerceo LLC | Full body exercise equipment |
-
2017
- 2017-10-17 KR KR1020170134904A patent/KR101932904B1/ko active
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