KR101934270B1 - Wearable Mechanism of the Hand for Rehabilitation - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 손 재활을 위한 착용형 메커니즘은 손가락의 MCP관절의 움직임을 위해 MCP관절과 PIP관절 사이의 손가락 첫번째 마디와 손등 쪽 사이에서 구동되는 4절링크와; 상기 4절링크에 연결되어 상기 4절링크를 구동하는 4절링크 구동부; 손가락의 PIP관절의 움직임을 위해 손가락의 첫번째 마디와 두번째 마디 사이에서 구동되며, 상기 4절링크와 연계되는 6절링크; 상기 6절링크에 연결되어 상기 6절링크를 구동하는 6절링크 구동부; 상기 6절링크와 연계되며 손끝마디에 연결되어 손끝이 펼쳐질 수 있도록 당겨주는 끝마디 링크; 상기 링크들과 손가락을 연결할 수 있도록 상기 각각의 링크와 결합되며 상기 손가락에 착용되는 착용부들; 및 상기 링크들과 상기 손가락 간 힘 전달을 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명에 의한 손 재활을 위한 착용형 메커니즘을 이용하면, 손 기능을 정확하게 평가하고 이를 이용하여 수의적, 불수의적, 보조적으로 재활, 치료를 통합적으로 할 수 있는 장점이 있다.The wearable mechanism for hand rehabilitation according to the present invention comprises: a four-bar link driven between the first finger and the back of the finger between the MCP joint and the PIP joint for movement of the MCP joint of the finger; A four-bar link drive connected to the four-bar link to drive the four-bar link; A six-bar link driven between the first node and the second node of the finger for movement of the PIP joint of the finger and associated with the four-bar link; A six-bar link driver connected to the six-bar link to drive the six-bar link; A link to the 6th section link and connected to the fingertip to pull the fingertip so that the fingertip can be unfolded; A wearer coupled to each of the links so as to connect the links with the fingers and worn on the fingers; And a measurement unit for measuring the force transmission between the links and the finger. Using the wearable mechanism for hand rehabilitation according to the present invention, it is possible to integrate rehabilitation and therapy in a numerical, involuntary, and auxiliary manner by accurately evaluating the hand function and using it.

Description

손 재활을 위한 착용형 메커니즘{Wearable Mechanism of the Hand for Rehabilitation} {Wearable Mechanism of the Hand for Rehabilitation}

본 발명은 손 재활을 위한 착용형 메커니즘에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 손 기능 장애 회복을 위한 재활 치료 등에 이용될 수 있는 손 재활을 위한 착용형 메커니즘에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wearable mechanism for rehabilitation of a hand, and more particularly, to a wearable mechanism for rehabilitation that can be used for rehabilitation therapy for recovery of hand dysfunction.

의료기술의 발달 및 각종 사회복지의 확충으로 인해 세계 각국의 노령 인구가 증가하고 있으며, 우리나라도 사회의 노령화 현상이 점차 가속화되고 있으며, 이에 따라 노령 인구의 증가로 인해 노인성 질병인 뇌졸중 등의 뇌혈관질환, 또는 파킨슨 병이나 노환 등으로 인해 움직임에 불편을 겪으며 재활을 필요로 하는 환자가 증가하고 있다. 예컨대 뇌졸중을 겪는 75%의 환자들이 일상생활에 문제가 될 만큼의 신체장애를 겪고 있으며, 뇌졸중 환자들의 경우 경직 등에 의해 정상 움직임이 제한되는데, 이 중 손 재활은 독립적이고 정상적인 생활을 위해 필수적이다.Due to the development of medical technology and expansion of social welfare, the elderly population of the world is increasing, and the aging of the society is gradually accelerating in our country. Therefore, due to the increase of the elderly population, the cerebral blood vessels There is an increasing number of patients who are in need of rehabilitation, suffering from discomfort due to disease, or Parkinson's disease or aging. For example, 75% of patients suffering from strokes suffer from physical disabilities that are a problem in their daily lives. In patients with stroke, normal movement is limited by rigidity, among which hand rehabilitation is essential for independent and normal life.

그런데, 지금으로서는 손재활을 위해 치료사들이 직접 손가락을 굴곡, 신전시키거나, 간단한 기구를 이용하여 손가락의 움직임을 연습시키고 있는 실정이다. 다만 최근 손재활을 위해 로봇, 메카트로닉스 기술을 이용한 재활시스템이 활발히 연구되고 있다. 하지만 손가락의 움직임 측정, 힘전달/측정이 모두 가능하며 수의적, 불수의적, 보조움직임이 모두 가능한 통합적인 메커니즘에 대한 연구는 아직 미비하다. 또한 손기능 평가를 위해 Fugl-Meyer, Jebsen hand function test 등의 방법을 이용하지만, 손가락의 경직, 수지 독립성, 다수지 공동성 등의 손기능을 평가할 수 있는 정량적 방법에 대한 연구도 매우 미흡하다.Now, for the purpose of hand rehabilitation, therapists are practicing finger movements by bending or stretching their fingers directly or by using simple instruments. Recently, rehabilitation systems using robot and mechatronics technology have been actively researched for hand rehabilitation. However, there are still few researches on the integrated mechanism that enables both finger movement measurement, force transmission / measurement, and both voluntary, involuntary, and assistive movements. In addition, Fugl-Meyer and Jebsen hand function test are used for hand function evaluation. However, there is not much research on quantitative methods for evaluating hand functions such as finger stiffness, resin independence, and multifocality.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0049531호(공개일자; 2013년 5월 14일)Korean Patent Publication No. 10-2013-0049531 (published date: May 14, 2013)

본 발명의 목적은, 손 기능을 정확하게 평가하고 이를 이용하여 수의적, 불수의적, 보조적으로 재활, 치료를 통합적으로 할 수 있는 손 재활을 위한 착용형 메커니즘을 제공한다.It is an object of the present invention to provide a wearable mechanism for hand rehabilitation which can accurately evaluate hand functions and use them to integrate rehabilitation and therapy in a voluntary, involuntary, and auxiliary manner.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 손 재활을 위한 착용형 메커니즘은 손가락의 MCP관절의 움직임을 위해 MCP관절과 PIP관절 사이의 손가락 첫번째 마디와 손등 쪽 사이에서 구동되는 4절링크; 상기 4절링크에 연결되어 상기 4절링크를 구동하는 4절링크 구동부; 손가락의 PIP관절의 움직임을 위해 손가락의 첫번째 마디와 두번째 마디 사이에서 구동되며, 상기 4절링크와 연계되는 6절링크; 상기 6절링크에 연결되어 상기 6절링크를 구동하는 6절링크 구동부; 상기 6절링크와 연계되며 손끝마디에 연결되어 손끝이 펼쳐질 수 있도록 당겨주는 끝마디 링크; 상기 링크들과 손가락을 연결할 수 있도록 상기 각각의 링크와 결합되며 상기 손가락에 착용되는 착용부들; 및 상기 링크들과 상기 손가락 간 힘 전달을 측정하는 측정부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wearable mechanism for rehabilitation of a hand, comprising: a first finger between a MCP joint and a PIP joint for movement of an MCP joint of a finger, link; A four-bar link drive connected to the four-bar link to drive the four-bar link; A six-bar link driven between the first node and the second node of the finger for movement of the PIP joint of the finger and associated with the four-bar link; A six-bar link driver connected to the six-bar link to drive the six-bar link; A link to the 6th section link and connected to the fingertip to pull the fingertip so that the fingertip can be unfolded; A wearer coupled to each of the links so as to connect the links with the fingers and worn on the fingers; And a measurement unit for measuring the force transmission between the links and the finger.

상기 4절링크의 손등 쪽 끝단은 손등에 착용되는 손등 착용부에 연결되며, 상기 4절링크 구동부는 상기 손등 착용부와 손등 쪽을 기준으로 상기 4절링크의 손등 쪽 제1마디에 의해 지지되도록 설치되고 상기 4절링크의 제1,제2마디 사이의 조인트에 연결될 수 있다.Wherein the 4-link link is connected to the back of the hand wearing on the back of the hand, and the 4-section link driver is supported on the back of the hand by the first node on the back of the 4-link And may be connected to a joint between the first and second nodes of the four-bar link.

상기 4절링크는 손등 쪽에서 손가락의 첫번째 마디를 향해 순서대로 연결되는 제1~제4마디를 포함하며; 상기 6절링크는 손가락의 첫번째 마디에서 두번째 마디를 향해 순서대로 연결되는 6개의 마디를 포함하며, 첫번째, 두번째 마디는 상기 4절링크의 제3,4마디와 공유되고, 세번째 마디는 상기 4절링크의 제2마디와 일자로 일체화되고; 상기 6절링크 구동부는 상기 4절링크의 제2마디 위에 설치되고 상기 6절링크의 세번째, 네번째 마디 사이의 조인트에 연결될 수 있다.The four-bar link includes first to fourth nodes which are connected in order from the back of the hand toward the first node of the finger; The sixth clause link includes six nodes connected in order from the first node to the second node of the finger, the first and second nodes being shared with the third and fourth nodes of the four-node link, Integrated with the second node of the link on a date; The six-link drive unit may be installed above the second node of the four-bar link and may be connected to the joint between the third and fourth nodes of the six-bar link.

상기 구동부들은 상기 링크들의 마디들 간 조인트를 회전시키는 베벨기어를 포함할 수 있다.The drive units may include a bevel gear for rotating a joint between the nodes of the links.

상기 끝마디 링크는 4개의 마디로 이루어져 끝단이 상기 6절링크에 연결되며, 두번째와 세번째 마디 사이에 토션 스프링이 구비될 수 있다.The end effector link is composed of four nodes, the end of which is connected to the six-link link, and the torsion spring is provided between the second and third nodes.

상기 착용부는 손가락에 착용되는 손가락 끼움부와, 상기 링크들과 끼움 결합되는 링크 결합부와, 상기 링크들과 자력에 의해 착탈될 수 있도록 상기 링크 결합부에 설치되는 자석을 포함하며; 상기 손가락 끼움부는 손가락에 끼워져 테이핑될 수 있도록 집게형으로 형성되며, 실리콘으로 형성되고; 상기 링크 결합부는 상기 링크들의 끝단에 구비되는 ㄷ자형 끼움부에 끼움 결합될 수 있도록 갈고리 형태로 형성될 수 있다.The wearer includes a finger-fitting portion to be worn on a finger, a link-engaging portion to be engaged with the links, and a magnet to be attached to the link-engaging portion to be detachable by the links and the magnetic force; The fingertip is formed into a gripping shape so as to be fitted on the finger and taped, and is formed of silicon; The link coupling portion may be formed in the form of a hook so as to be fitted into a U-shaped fitting portion provided at an end of the links.

상기 링크들의 끼움부에는 상기 측정부를 이루는 로드셀이 설치될 수 있다.A load cell constituting the measurement unit may be installed in the fitting portion of the links.

상기 엄지손가락 측 세트는 엄지손가락을 자유롭게 벌리거나 붙일 수 있도록 나머지 손가락 측 세트에 대하여 회동 가능토록 결합될 수 있다.The thumb side set can be pivotally coupled to the other set of fingertips so that the thumb can be freely opened or glued.

상기 링크들을 포함하는 손등에 착용되는 유닛은 손을 받치는 베이스에 상하 회동 가능토록 결합될 수 있다.A unit worn on the hand including the links can be coupled to the base for supporting the hands so as to be vertically rotatable.

또한, 상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 손 재활을 위한 착용형 메커니즘 시스템은 상기 측정부의 데이터 및 상기 구동부들의 데이터를 처리하고 손가락의 경직도와 수지 독립성 및 다수지 공동성을 정량적으로 산출하여 손가락의 수의적, 불수의적 및 보조적 움직임을 위해 상기 구동부들을 제어하는 제어모듈을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wearable mechanism system for hand rehabilitation, which processes data of the measurement unit and data of the drive units, and measures finger stiffness, resin independence, And a control module for quantitatively calculating the control signals to control the driving units for numerical, involuntary and auxiliary motions of the finger.

본 발명에 따른 손 재활을 위한 착용형 메커니즘은, 손가락의 경직도 및 수지 독립성, 다수지 공동성 등을 정량적으로 측정하여 손 기능을 정확하게 평가할 수 있고, 이를 이용하여 수의적, 불수의적, 보조적 움직임이 가능한 재활, 치료 등을 통합적으로 할 수 있다.The wearable mechanism for hand rehabilitation according to the present invention can accurately evaluate the hand function by quantitatively measuring the rigidity of the finger, the resin independence, the multifiber jointness, and the like, and can use it to perform numerical, involuntary, Rehabilitation, and treatment.

또한 본 발명에 따른 메커니즘은 4절링크와 6절링크의 조합구조이며, 4절링크와 6절링크의 일부가 연계되는 것은 물론 공유되는 구조이기 때문에 관절별 독립적 움직임은 물론 관절 간 유기적 움직임이 가능하고, 굴곡, 신전 움직임 범위 및 각도가 모두 만족될 수 있고, 전체적인 구조가 간소화, 소형화될 수 있고, 따라서 착용 하중으로 인한 불편함이 방지될 수 있다.In addition, the mechanism according to the present invention is a combination structure of a four-bar link and a six-bar link, and since a part of a four-bar link and a six-bar link are linked to each other, The bending, the extension movement range and the angle can all be satisfied, the overall structure can be simplified and miniaturized, and the inconvenience due to the wear load can be prevented.

또한 본 발명에 따른 메커니즘은 손등 착용형으로서 풀 그립(full grip)이 가능하다.In addition, the mechanism according to the present invention is a full-grip type hand-held type.

또한 본 발명에 따른 메커니즘은 착용부와 링크들이 분리될 수 있고, 착용부의 손가락 끼움부가 부드러운 실리콘 재질로 이루어지기 때문에 착용이 용이하고 착용감이 좋으며, 손가락 굵기 변화에 대처할 수 있다.In addition, the mechanism according to the present invention can easily be worn, is comfortable to wear, and can cope with a change in finger thickness because the wear part and the links can be separated and the finger-fitting part of the wear part is made of a soft silicone material.

또한 본 발명에 따른 메커니즘은 착용부와 링크들이 단순히 자력에 의해서만 착탈되는 것이 아니라, 상호 끼움 결합에 의해 기구적으로 용이하면서도 견고하고 안정적으로 착탈될 수 있다.Further, the mechanism according to the present invention can be easily and firmly and reliably attached and detached mechanically by mutual fitting, rather than being simply attached and detached by a magnetic force.

또한 본 발명에 따른 메커니즘은 요측 회전각도(radial deviation)와 회내/회의(pronation/supination)의 회전각도 및 엄지손가락 위치 변화가 가능하기 때문에 환자의 상태에 능동적으로 대처할 수 있다.In addition, the mechanism according to the present invention can actively cope with the patient's condition because it can change the rotation angle and thumb position of the radial deviation and pronation / supination.

또한 본 발명에 따른 메커니즘은 착용부가 손가락 각 마디 중간쯤에 착용되는 방식으로서 손가락 끝을 덮지 않은 개방형 구조이기 때문에 손가락 감각 수용을 통한 피드백(feedback)이 가능하여 재활/물리치료 효과를 보다 높일 수 있다.Further, since the mechanism according to the present invention is an open structure in which the wearer is worn around the middle of each finger, it is possible to feedback through the acceptance of the finger sense, thereby enhancing the rehabilitation / physical therapy effect .

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 손 재활을 위한 착용형 메커니즘 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 메커니즘의 손등 각도 조절 기능을 보여주는 정면도.
도 3은 도 1에 도시된 메커니즘의 엄지 위치 조절 기능을 보여주는 정면도.
도 4는 도 1에 도시된 메커니즘 중 일부를 재현한 시제품의 손등 착용 상태를 보여주는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 시제품의 손가락 착용 상태를 보여주는 도면.
도 6은 도 1에 도시된 메커니즘의 4절링크 구동부의 베벨기어가 상세하게 도시된 사시도.
도 7은 도 1에 도시된 메커니즘의 각 세트의 링크 구조도이고,
도 8은 도 7에 도시된 링크 구조도에 대한 실험 결과 그래프로서,
도 8a는 본 발명의 비교예로서 작은 손인 경우 그래프,
도 8b는 본 발명의 비교예로서 큰 손의 경우 그래프,
도 8c는 본 발명에 대한 그래프.
도 9는 도 1에 도시된 메커니즘 중 착용 상태를 상세히 보여주는 도면.
도 10은 도 9에 도시된 착용부의 사시도.
도 11은 도 9에 도시된 착용부 중 링크 결합부 사시도.
도 12는 도 9에 도시된 링크들의 끼움부 사시도로서, 자석 결합 상태를 보여주는 도면.
도 13은 도 9에 도시된 링크들의 끼움부 사시도로서, 측정부와의 결합 상태를 보여주는 도면.
도 14는 도 1에 도시된 메커니즘을 포함하는 시스템의 구성도.
도 15는 도 14에 도시된 시스템의 정면도.
도 16은 도 1에 도시된 메커니즘 유닛의 세트 구성도로서,
도 16a는 손가락을 일자로 폈을 때 상태,
도 16b는 손가락의 MCP만 굽혔을 때 상태,
도 16c는 손가락의 PIP만 굽혔을 때 상태,
도 16d는 손가락의 DIP만 굽혔을 때 상태,
도 16e는 손가락 관절을 모두 굽혔을 때 상태.
도 17은 도 7에 도시된 링크 구조도의 각도 계산 과정을 상세히 설명하기 위한 도면.
1 is a perspective view of a wearable mechanism for hand rehabilitation according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a front view showing a hand angle adjusting function of the mechanism shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a front view showing the thumb position adjusting function of the mechanism shown in FIG. 1; FIG.
Fig. 4 is a view showing a state in which a prototype reproduces a part of the mechanism shown in Fig.
FIG. 5 is a view showing a finger wearing state of the prototype shown in FIG. 4; FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing in detail a bevel gear of a four-section link drive unit of the mechanism shown in FIG. 1; FIG.
Fig. 7 is a link structure diagram of each set of the mechanism shown in Fig. 1,
FIG. 8 is a graph of an experimental result of the link structure shown in FIG. 7,
FIG. 8A is a graph illustrating a case where a small hand is used as a comparative example of the present invention,
FIG. 8B is a graph illustrating a graph of a large hand as a comparative example of the present invention,
Figure 8c is a graph for the present invention.
FIG. 9 is a detailed view showing a wearing state of the mechanism shown in FIG. 1. FIG.
10 is a perspective view of the wearing portion shown in Fig.
FIG. 11 is a perspective view of a link joint portion of the wearing portion shown in FIG. 9; FIG.
Fig. 12 is a perspective view of the fitting portion of the links shown in Fig. 9, showing the magnet coupling state. Fig.
Fig. 13 is a perspective view of the fitting portion of the links shown in Fig. 9, showing a state of engagement with the measurement unit; Fig.
FIG. 14 is a configuration diagram of a system including the mechanism shown in FIG. 1; FIG.
Figure 15 is a front view of the system shown in Figure 14;
Fig. 16 is a set structural diagram of the mechanism unit shown in Fig. 1,
16A shows a state in which a finger is spread in a straight line,
16B shows a state when only the MCP of the finger is bent,
16C shows a state in which only the PIP of the finger is bent,
16D shows a state in which only the DIP of the finger is bent,
FIG. 16E shows a state when all of the finger joints are bent.
FIG. 17 is a view for explaining in detail the angle calculation process of the link structure diagram shown in FIG. 7; FIG.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능, 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in order to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 손 재활을 위한 착용형 메커니즘 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 메커니즘의 손등 각도 조절 기능을 보여주는 정면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 메커니즘의 엄지 위치 조절 기능을 보여주는 정면도이다.FIG. 1 is a perspective view of a wearable mechanism for hand rehabilitation according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view showing a handgrip angle adjustment function of the mechanism shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross- It is a front view showing thumb position adjustment function.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 손 재활을 위한 착용형 메커니즘는 구조적으로는 크게 손을 받치는 베이스(10)와, 상기 베이스(10)의 상측에 결합되고 손등에 착용되며 엄지손가락 측 세트 및 나머지 네 손가락 측 세트를 포함하는 유닛(20)을 포함한다.1 to 3, a wearable mechanism for hand rehabilitation according to an embodiment of the present invention includes a base 10, which is structurally largely supported by a hand, And a unit 20 comprising a thumb side set and the remaining four finger side set.

상기 베이스(10)는 안정화를 위해 I형 구조로 형성될 수 있으며, 밴드(12)를 이용하여 손등 및 팔꿈치 등 상완을 견고하고 안정적으로 고정시킬 수 있고, 손등 및 팔꿈치와 접촉되는 상판이 부드러운 소재로 만들어질 수 있다.The base 10 can be formed in an I-shaped structure for stabilization, and the upper arm can be firmly and stably fixed using the band 12, such as the back and elbow, and the upper plate in contact with the back and the elbow can be made of a soft material . ≪ / RTI >

상기 유닛(20)은 요측 회전각도(radial deviation)와 회내/회의(pronation/supination)의 회전각도 조절을 위해 상기 베이스(10) 위에 안착되는 팔 옆에서 상기 베이스(10)에 대하여 회동될 수 있도록 상기 베이스(10)의 상판 좌우 측면 중 일측에 제1회전 조인트(14)를 이용하여 결합될 수 있다. 이때 고정핀을 이용하여 상기 베이스(10)를 기준으로 시계 방향으로 0도에서 90도까지 요측 회전각도(radial deviation)와 회내/회의(pronation/supination)의 회전각도를 15도 등 일정 각도씩 조절할 수 있다. 예컨대 상기 베이스(10) 측 고정핀 끼움홀과 상기 유닛(20) 측 고정핀 끼움홀이 15도 간격으로 서로 합치될 수 있게 형성하고, 요측 회전각도(radial deviation)와 회내/회의(pronation/supination)의 회전각도 조절 후 상기 고정핀을 끼워 고정시킬 수 있다. 따라서 손 크기 등 환자 상태에 맞춰 상기 베이스(10)에 대한 상기 유닛(20)의 회동 각도를 조절할 수 있고, 손의 착탈이 용이하게 이루어질 수 있다.The unit 20 may be adapted to be pivoted relative to the base 10 next to an arm that rests on the base 10 for adjustment of the rotational angle of radial deviation and pronation / And can be coupled to one side of the left and right side surfaces of the upper plate of the base 10 by using the first rotary joint 14. [ At this time, the rotation angle of the radial deviation and the pronation / supination from 0 to 90 degrees in the clockwise direction with respect to the base 10 is adjusted by a fixed angle such as 15 degrees using the fixing pin . For example, the fixing pin insertion holes on the base 10 side and the fixing pin insertion holes on the unit 20 side are formed so as to be aligned with each other at intervals of 15 degrees, and a radial deviation and a pronation / The fixing pin can be fitted and fixed after the rotation angle of the fixing pin is adjusted. Therefore, the rotation angle of the unit 20 with respect to the base 10 can be adjusted according to the patient condition such as the size of the hand, and the hand can be easily attached and detached.

상기 유닛(20)은 다섯 손가락에 대응하여 다섯 세트로 구성될 수 있다. 상기 다섯 세트 중 엄지손가락 측 세트 외 나머지 네 손가락 측 세트들은 서로 고정되어 구조적으로 일체화될 수 있다. 상기 엄지손가락 측 세트는 엄지손가락을 자유롭게 벌리거나 붙일 수 있도록 나머지 네 손가락 측 세트들에 대하여 좌우 회동 가능토록 결합될 수 있다. 즉 위에서의 손등 각도 회전 기능에 대한 설명과 마찬가지로 상기 엄지손가락 측 세트의 손등 측 끝단을 검지손가락 측 세트에 제2회전 조인트(22)를 이용하여 결합시켜 상기 엄지손가락 측 세트의 위치를 자유롭게 조절하며, 고정핀을 이용하여 상기 엄지손가락 측 세트의 회동을 고정시킬 수 있다. 예컨대 상기 엄지손가락 측 세트는 상기 검지손가락 측 세트를 기준으로 반시계 방향으로 0도에서 60도까지 15도씩 간격으로 위치 변화될 수 있다.The unit 20 may comprise five sets corresponding to five fingers. Of the five sets, the remaining four-finger side sets other than the thumb side set may be fixed to each other and structurally integrated. The thumb side set may be pivotally coupled to the remaining four finger side sets so that the thumb can be freely opened or glued. The thumb side set of the thumb side set is coupled to the index finger side set using the second rotational joint 22 to freely adjust the position of the thumb side set, , It is possible to fix the rotation of the thumb side set using a fixing pin. For example, the thumb side set may be displaced counterclockwise with respect to the index finger side set at intervals of 15 degrees from 0 degrees to 60 degrees.

도 4는 도 1에 도시된 메커니즘 중 일부를 재현한 시제품의 손등 착용 상태를 보여주는 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 시제품의 손가락 착용 상태를 보여주는 도면이고, 도 6은 도 1에 도시된 메커니즘의 4절링크 구동부(110)의 베벨기어가 상세하게 도시된 사시도이고, 도 7은 도 1에 도시된 메커니즘의 각 세트의 링크 구조도이다. FIG. 4 is a view showing a state in which a prototype reproduced in part of the mechanism shown in FIG. 1 is worn on the back of a hand, FIG. 5 is a view showing a state in which the prototype is worn by the finger shown in FIG. 7 is a perspective view of the bevel gear of the four-link drive unit 110 of the mechanism in detail, and Fig. 7 is a link structure diagram of each set of the mechanism shown in Fig.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 각 세트는 손등을 기준으로 손가락의 첫번째 관절 중수지절관절인 MCP관절(Metacarpophalangeal joint)(2a) 움직임과, 두번째 관절 근위지절간관절인 PIP관절(Proximal interpahlangeal joint)(2b) 움직임, 그리고 엄지손가락 외 나머지 네 손가락의 세번째 관절 원위지절간관절인 DIP관절(Distal interphalangeal joint)(2c) 움직임을 위해 구성된다. 즉 각 세트는 4절링크(100)와, 4절링크 구동부(110)와, 6절링크(120)와, 6절링크 구동부(130)를 포함하며, 엄지손가락 측 세트 외 나머지 네 세트는 끝마디 링크(140)를 더 포함한다.Referring to FIGS. 4 to 7, each set includes a movement of a metacarpophalangeal joint (2a), which is the joint of the first joint of the finger, and a proximal interpahlange joint (PIP), which is a joint of the second joint, (2b) movement, and a distal interphalangeal joint (2c) movement, which is the third joint of the four fingers other than the thumb. That is, each set includes a four-bar link 100, a four-bar link driving unit 110, a six-bar link 120 and a six-bar link driving unit 130, And a link (140).

상기 4절링크(100)는 손가락의 MCP관절의 움직임을 위한 것으로서, 4절 구조로 구성되어 손가락의 MCP관절과 PIP관절 사이의 첫번째 마디(l1)와 손등 쪽 사이에서 구동된다. 즉 상기 4절링크(100)는 손등 쪽에서 손가락의 첫번째 마디(l1)를 향해 순서대로 일렬로 연결되는 제1~제4마디(a1,a2,a3,d1)를 포함한다. 상기 4절링크(100)의 각 마디들(a1,a2,a3,d1)은 상호 손등 위로 볼록한 구조로 연결되며 조인트를 통해 회동 가능토록 결합될 수 있다. 이와 같은 4절링크(100)는 상기 4절링크(100)의 제1마디(a1)와 제4마디(d1) 사이의 손가락 일부과 함께 폐쇄된 회로를 구성하게 된다. 상기 4절링크(100)의 손등 쪽 끝단, 즉 4절링크(100)의 제1마디(a1)의 시작단은 상기 유닛(20)의 손등에 착용되는 부분인 손등 착용부(190)에 고정될 수 있다. 상기 4절링크(100)의 손가락 쪽 끝단, 즉 상기 4절링크(100)의 제4마디(d1)의 종단은 손가락의 첫번째 마디(l1)에 착용되는 착용부(150)와 결합될 수 있다.The four-bar link 100 is for movement of the MCP joint of the finger and is configured in a four-fold structure, and is driven between the first node 11 between the MCP joint of the finger and the PIP joint and the back of the hand. That is, the four-link 100 includes first to fourth nodes a1, a2, a3, and d1 that are connected in series in the order from the back of the hand to the first node 11 of the finger. Each of the nodes a1, a2, a3, and d1 of the four-bar link 100 may be connected to each other by a convex structure, and may be coupled to be rotatable through a joint. The four-bar link 100 constitutes a closed circuit together with a part of the finger between the first bar a1 and the fourth bar d1 of the four-bar link 100. [ The starting end of the first node a1 of the quadrangle link 100, that is, the starting end of the quadrangle link 100, is fixed to the handwarming unit 190, which is a part worn on the back of the unit 20 . The finger end of the four-bar link 100, that is, the end of the fourth bar d1 of the four-bar link 100, can be engaged with the wear portion 150 worn on the first node 11 of the finger .

상기 4절링크 구동부(110)는 각 세트의 상측에 설치된다. 상기 4절링크 구동부(110)는 각 손가락 마디(l1,l2,l3)에 대한 수직방향으로 선형 구동력을 전달하는 선형 구동부보다는 도시된 바와 같이 회전형이 보다 효과적이다. 즉 상기 4절링크 구동부(110)는 회전 모터(112)와, 상기 회전 모터(112)와 상기 4절링크(100) 간 힘 전달을 매개하는 힘 전달매체를 포함할 수 있다. 상기 4절링크 구동부(110)는 상기 손등 착용부(190) 및 상기 4절링크(100)에 의해 지지될 수 있도록, 상기 손등 착용부(190)에 대하여 상하방향으로 비스듬하게 배치되어 그 회전 모터(112)의 아래쪽이 상기 손등 착용부(190)에 고정되고 그 회전 모터(112)의 위쪽이 상기 4절링크(100)의 제1마디(a1)에 고정될 수 있다. 그리고, 상기 힘 전달매체는 상기 회전 모터(112)의 위쪽에 구성되고, 상기 4절링크 구동부(110)의 위쪽에 근접된 상기 4절링크(100)의 제1,제2마디(a1,a2) 사이의 조인트인 구동 조인트(102)에 연결될 수 있다. 상기 힘 전달매체는 예컨대 도 6에 상세하게 도시된 바와 같이, 상기 회전 모터(112)의 축(112a)에 고정되어 일체로 회전되는 제1베벨기어(114)와, 상기 4절링크(100)의 구동 조인트(102)의 축에 고정되어 일체로 회전되며 상기 제1베벨기어(114)와 맞는 제2베벨기어(116)를 포함할 수 있다. 따라서 상기 4절링크(100)의 제1마디(a1)는 상기 손등 착용부(190)에 고정되어 있기 때문에 상기 4절링크(100)의 제2마디(a2)가 상대적으로 회전되며, 이와 아울러 4절링크(100)의 제3마디(a3), 제4마디(d1)가 연계되어 움직일 수 있다. 이와 같은 회전형의 4절링크 구동부(110)를 선형 구동기와 비교해보면, 선형 구동기는 예컨대 1.5Hz, 50N의 힘을 가해줄 수 있는 스펙(spec)이 요구되는 경우 그 크기가 상대적으로 크며, 손에 유닛(20)의 하중이 그대로 작용되어 불편하고, 2자유도의 움직임을 위해 4개의 모터가 필요하게 되어 비효율적이다.The four-bar link driving unit 110 is installed on the upper side of each set. The four-link link driving unit 110 is more effective than the linear driving unit that transmits the linear driving force in the vertical direction with respect to the finger nails 11, 12, and 13, as shown in FIG. That is, the four-bar link driving unit 110 may include a rotary motor 112 and a force transmission medium that mediates force transmission between the rotary motor 112 and the four-bar link 100. The four-link link driving unit 110 is arranged obliquely in the vertical direction with respect to the hand wearing unit 190 so as to be supported by the hand wearing unit 190 and the four-link 100, The lower portion of the rotary shaft 112 is fixed to the hand wearing portion 190 and the upper portion of the rotary motor 112 is fixed to the first portion a1 of the four- The force transmission medium is configured on the upper side of the rotary motor 112 and the first and second nodes a1 and a2 of the four-link link 100 close to the upper side of the four- To the drive joint 102, which is a joint between the drive joint 102 and the drive joint 102. 6, the force transmission medium includes a first bevel gear 114 fixed to the shaft 112a of the rotary motor 112 and integrally rotated therewith, a first bevel gear 114 fixed to the shaft 112a of the rotary motor 112, And a second bevel gear 116 fixed to the shaft of the driving joint 102 and integrally rotated and fitted to the first bevel gear 114. Therefore, since the first node a1 of the four-link link 100 is fixed to the back of the hand wearing unit 190, the second node a2 of the four-link link 100 relatively rotates, The third node a3 and the fourth node d1 of the four-bar linkage 100 can be linked and moved. Compared with the linear actuator, the linear actuator has a relatively large size when a spec that can apply a force of 1.5 Hz and 50 N is required, The load of the unit 20 acts as it is, which is uncomfortable, and four motors are required for the movement of two degrees of freedom, which is inefficient.

상기 6절링크(120)는 손가락의 PIP관절의 움직임을 위한 것으로서, 6절 구조로 구성되어 손가락의 첫번째 마디(l1)와 두번째 마디(l2) 사이에서 구동된다. 즉 상기 6절링크(120)의 각 마디들(d1,a3,a4,a5,a6,d2)은 상호 손등 위로 볼록한 구조로 순서대로 일렬로 연결되며, 조인트를 통해 회동 가능토록 결합될 수 있다. 상기 6절링크(120) 또한 상기 6절링크(120)의 첫번째 마디(d1)와 여섯번재 마디(d2) 사이의 손가락 일부과 함께 폐쇄된 회로를 구성하게 된다. The six-link 120 is for movement of the PIP joint of the finger, and is configured in a six-fold structure, and is driven between the first node 11 and the second node 12 of the finger. That is, each of the nodes d1, a3, a4, a5, a6, and d2 of the six-link 120 is connected in a line in order with a convex upward convex structure and can be coupled to be rotatable through a joint. The six-bar link 120 also constitutes a closed circuit together with a portion of the finger between the first bar d1 and the sixth bar d2 of the six-bar link 120.

상기 6절링크(120)는 구조적으로 상기 4절링크(100)와 연계될 수 있다. 특히 상기 6절링크(120)의 첫번째, 두번째 마디가 별도로 구성되는 대신 상기 4절링크(100)의 제3마디(a3)와 제4마디(d1)와 공유될 수 있다. 즉 상기 6절링크(120)의 세번째 마디(a4)가 상기 4절링크(100)의 제2마디(a2)와 제3마디(a3) 사이의 조인트에 연결되며, 상기 4절링크(100)의 제3마디(a3)와 제4마디(d1)가 상기 6절링크(120)의 첫번째, 두번째 마디 역할을 겸할 수 있다. 상기 6절링크(120)의 세번째 마디(a4)는 상기 4절링크(100)와의 연계성 및 구조적 간소화를 위해 상기 4절링크(100)의 제2마디(a2)와 일자로 일체화될 수 있다.The six-section link 120 may be structurally associated with the four-section link 100. In particular, the first and second nodes of the six-link 120 may be shared with the third node a3 and the fourth node d1 of the four-link 100, instead of being separately configured. That is, the third node a4 of the six-link 120 is connected to the joint between the second node a2 and the third node a3 of the four-link 100, The third node a3 and the fourth node d1 may serve as the first and second nodes of the six-link 120. [ The third node a4 of the six-node link 120 may be integrated with the second node a2 of the four-link link 100 for the connection with the four-link link 100 and the structural simplification.

상기 6절링크 구동부(130)는 위에서 4절링크 구동부(110)에 대하여 설명한 바와 같이 마찬가지로 회전 모터(132)와, 베벨 기어들로 구성될 수 있다. 상기 6절링크 구동부(130)는 상기 4절링크(100)의 제2마디(a2) 위에 설치되고 상기 6절링크(120)의 세 번째 마디(a4)와 네번째 마디(a5) 사이의 조인트인 구동 조인트(122)에 연결될 수 있다. The six-link drive unit 130 may be composed of a rotary motor 132 and bevel gears as described above with reference to the four-section link drive unit 110. [ The six-link drive unit 130 is installed on the second node a2 of the four-link 100 and is a joint between the third node a4 and the fourth node a5 of the six- May be connected to the drive joint 122.

이와 같이 PIP관절 움직임을 위한 링크가 4절,5절링크가 아닌 6절링크(120)로 구성되고, 아울러 4절링크(100)와 6절링크(120)의 일부가 공유되어 4절링크(100)와 6절링크(120)의 조합으로 구성되는 경우, 전체적인 링크 길이가 줄어들 수 있고, 손가락의 MCP관절 및 PIP관절의 회동 범위가 0도에서 80도 정도까지 넓게 확보될 수 있다. 따라서 손가락의 MCP관절 및 PIP관절의 움직임이 보다 자유롭고 정확하게 제어될 수 있다.In this way, the link for the PIP joint motion is composed of the six-section link 120, not the four-section link and the five-section link, and part of the four-link link 100 and the six- 100 and the six-link 120, the overall link length can be reduced, and the range of rotation of the MCP joint and the PIP joint of the finger can be wide from 0 to 80 degrees. Therefore, the movement of the MCP joint and the PIP joint of the finger can be controlled more freely and accurately.

상기 끝마디 링크(140)는 손가락의 DIP관절의 움직임을 위한 것이다. 특히 상기 끝마디 링크(140)는 상기 4절링크(100) 또는 6절링크(120)처럼 별도 구동부에 의해 구동되는 대신 탄성력을 이용하여 보다 간소하게 구동될 수 있다. 즉 상기 끝마디 링크(140)는 4개의 마디로 이루어져 손가락의 두번째 마디(l2)와 세번째 마디(l3) 사이에서 상측으로 볼록한 구조로 구성될 수 있다. 상기 끝마디 링크(140)의 첫번째 마디는 상기 6절링크(120)의 여섯번째 마디(d2)에 고정되어 상기 6절링크(120)와 연계될 수 있다. 상기 끝마디 링크(140)의 두번째와 세번째 마디 사이의 조인트에는 탄성력에 의해 손끝을 항상 손등 쪽으로 잡아당겨 펼칠 수 있도록, 토션 스프링(미도시)이 구비될 수 있다. The endpiece link 140 is for movement of the DIP joint of the finger. In particular, the trunk link 140 may be driven more simply by using an elastic force instead of being driven by a separate driving unit such as the four-link link 100 or the six-link link 120. [ That is, the endpiece link 140 may be formed of four nodes, and may be configured to be convex upward between the second node 12 and the third node 13 of the finger. The first node of the end node link 140 may be fixed to the sixth node d2 of the six-link 120 and associated with the six-link 120. [ A torsion spring (not shown) may be provided on the joint between the second and third nodes of the endmember link 140 so that the fingertips can always be pulled out to the back of the hand by the elastic force.

위와 같은 각 세트의 링크들(100,120,140)은 손가락의 굴곡, 신전 움직임 범위 및 자유도를 보장할 수 있도록 설계되어야 한다. 도 8을 참조하여, 상술한 각 세트에 대한 구체적인 설계를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. Each set of links 100, 120 and 140 as described above should be designed to ensure the flexion of the fingers, the extension range of motion and the degree of freedom. Referring to FIG. 8, the detailed design of each set will be described in detail as follows.

상기 각 세트를 비교예로서 예컨대 a1=70mm, a2=45mm, a3=44mm, a4=30mm, a5=25mm, a6=30mm, ψ=30°로 설계하고, 시간에 따라 MCP관절과 PIP관절의 각도를 변화시키면서 그에 따른 링크길이의 변화를 측정한 가상실험의 결과를 보면, 도 8a에 나타난 바와 같이 작은 손의 경우 예컨데 손가락 길이가 l1=45mm, l2=25mm, l3=15mm일 때 손가락의 굴곡, 신전에 따른 시간에 대한 a3 및 a4의 길이가 변하지 않는 것을 알 수 있다. 하지만, 도 8b에 나타난 바와 같이 큰 손의 경우 예컨데 손가락 길이가 l1=40mm, l2=40mm, l3=30mm일 때, 손가락의 MCP관절과 PIP관절이 같이 움직일 때 a6의 길이가 일정하지 않고 크게 변하는 것을 알 수 있다. 반면, 상술한 비교예와 달리 a3=45mm, a4=46mm로 변경한 경우 도 8c에 도시된 바와 같이 큰 손과 작은 손 모두를 만족시키는 움직임을 만들 수 있어 다양한 손 크기의 변화에 대처할 수 있음을 알 수 있고, 또한 a6의 길이가 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있음을 알 수 있다. Each set was designed as a comparative example with a1 = 70 mm, a2 = 45 mm, a3 = 44 mm, a4 = 30 mm, a5 = 25 mm, a6 = 30 mm and? = 30 degrees and the angle between the MCP joint and the PIP joint A change in the link length is measured and the result of the virtual experiment is shown. As shown in FIG. 8A, in the case of a small hand, when the finger length is l1 = 45 mm, l2 = 25 mm, l3 = 15 mm, It can be seen that the lengths of a3 and a4 with respect to the time according to the extension do not change. However, as shown in FIG. 8B, when the finger length is l1 = 40 mm, l2 = 40 mm, l3 = 30 mm, for example, when the finger MCP joint and the PIP joint move together, . On the other hand, unlike the above-described comparative example, when a3 = 45 mm and a4 = 46 mm are changed, it is possible to make a movement satisfying both a large hand and a small hand as shown in FIG. 8C, And it can be seen that the length of a6 can be kept constant without changing.

도 9 내지 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 착용부(150), 측정부(170)가 상세히 도시된 도면이다. 9 to 13 are views showing the wearer 150 and the measuring unit 170 in detail according to an embodiment of the present invention.

도 9 내지 도 13을 참조하면, 상기 각 세트는 상술한 링크들(100,120,140)과 손가락을 연결할 수 있도록 상기 각각의 링크와 결합되며 상기 손가락에 착용되는 착용부(150)를 포함한다. 상기 착용부(150)는 자력을 이용하여 상기 링크들(100,120,140) 및 손가락에 자유롭게 착탈될 수 있도록, 손가락에 착용되는 손가락 끼움부(152)와, 링크 결합부(154)와, 자석(예컨대, 네오디움 자석 등)(156)을 포함할 수 있다. 상기 착용부(150)의 손가락 끼움부(152)는 손가락에 끼워져 테이핑될 수 있도록 집게형으로 형성될 수 있다. 따라서 상기 착용부(150)는 손가락에 용이하게 착탈되는 것은 물론, 정확한 위치에 흔들리지 않고 견고하게 착용될 수 있다. 상기 착용부(150)의 손가락 끼움부(152)는 다양한 재질로 형성될 수 있으나, 실리콘으로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 따라서 상기 착용부(150)의 손가락 끼움부(152)는 착용감이 부드러워 피부 자극이 없으며, 손가락 굵기에 탄력적으로 대처할 수 있고, 반복 사용에도 충분한 내구성을 가질 수 있다. 상기 착용부(150)의 링크 결합부(154)는 특히 상기 링크들(100,120,140)과 끼움 결합될 수 있는 구조로 구성될 수 있다. 즉 상기 링크들(100,120,140)의 착용부(150) 측 끝단에는 상기 착용부(150)와의 착탈을 위한 끼움부(104,124)가 구성되며, 상기 링크들(100,120,140)의 끼움부는 ㄷ자형 구조로 구성될 수 있다. 상기 착용부(150)의 링크 결합부(154)는 상기 링크들(100,120,140)의 ㄷ자형 끼움부(104) 중간에 끼워질 수 있도록 ㄱ자형 등의 갈고리 부분(154a)을 포함할 수 있다. 이와 같이 상기 착용부(150)와 상기 링크들(100,120,140)이 단순히 자력만으로 결합되지 않고, 기구적 구조를 이용하여 보다 안정적이고 견고하게 결합될 수 있다. 상기 착용부(150)의 자석(156)은 상기 착용부(150)의 링크 결합부(154) 중 끝단 외측면에 안착될 수 있다. 상기 링크들(100,120,140) 측 자석(105)은 상기 링크들(100,120,140)의 끼움부의 내측면에 안착되는데, 상기 착용부(150)와 상기 링크들(100,120,140)의 결합시 상기 착용부(150)의 자석(156)과 맞닿는 부분에 안착될 수 있다. 한편 상기 착용부(150)의 링크 결합부(154)는 상기 갈고리 부분의 손가락 끼움부(152) 측 끝단에 일체로 구성되어 상기 손가락 끼움부(152)의 일부분에 내장되는 실리콘 지지부분(154b)을 더 포함할 수 있다. 상기 실리콘 지지부분(154b)은 상기 손가락 끼움부(152) 중 상기 실리콘 지지부분(154b)이 내장되는 부분의 형상에 대응하여 형성될 수 있다. 이때 상기 착용부(150)의 손가락 끼움부(152)는 몰드(mold)를 이용하여 상기 착용부(150)의 링크 결합부(154)와 일체로 결합될 수 있다.9 to 13, each set includes a wearer 150 which is engaged with the links and is worn on the fingers so as to connect the fingers with the links 100, 120, and 140 described above. The wearer 150 is provided with a finger fitting part 152 to be worn on the finger, a link coupling part 154, a magnet (for example, A neodymium magnet, etc.) 156. The finger fitting portion 152 of the wearing portion 150 may be formed in a gripping shape so as to be fitted on the finger and taped. Accordingly, the wearer 150 can be easily attached to and detached from the fingers, and can be firmly worn without being shaken at an accurate position. The finger-fitting portion 152 of the wearer 150 may be formed of various materials, but is preferably formed of silicon. Therefore, the finger-fitting portion 152 of the wearer 150 is smooth and has no irritation to the skin, can be flexibly coped with the thickness of the finger, and can have sufficient durability for repeated use. The linkage portion 154 of the wearable portion 150 may be configured to be particularly fittable with the links 100, 120 and 140. That is, the end portions of the links 100, 120 and 140 at the side of the wearer 150 are formed with fitting portions 104 and 124 for attaching / detaching the wearer 150, and the fitting portions of the links 100, 120 and 140 have a U- . The linkage portion 154 of the wearer 150 may include a hook portion 154a such that the linkage portion 154 can be fitted in the middle of the U-shaped fitting portion 104 of the links 100, 120 and 140. As described above, the wearer 150 and the links 100, 120, and 140 can be coupled more stably and firmly using a mechanical structure without being merely magnetically coupled. The magnet 156 of the wearer 150 may be seated on the outer surface of the end of the linkage 154 of the wearer 150. The magnet 105 on the side of the links 100, 120 and 140 is seated on the inner side of the fitting portion of the links 100, 120 and 140. When the wearer 150 and the links 100, 120 and 140 are engaged, And can be seated in a portion abutting the magnet 156. The linking part 154 of the wearing part 150 is integrally formed at the end of the claw part on the side of the finger fitting part 152 and has a silicon supporting part 154b embedded in a part of the finger fitting part 152. [ As shown in FIG. The silicon supporting portion 154b may be formed corresponding to the shape of the portion of the finger fitting portion 152 where the silicon supporting portion 154b is embedded. The finger fitting portion 152 of the wearing portion 150 may be integrally coupled to the link fitting portion 154 of the wearing portion 150 using a mold.

일반적으로 메커니즘을 이용한 재활/ 치료시 착용성, 내구성, 착용감, 손가락 크기에 대한 적응성, 안정성 등이 중요하게 고려된다. 즉 착용성은 환자가 메커니즘을 착탈할 때 걸리는 시간을 기준으로 하며, 내구성은 메커니즘 자체의 내구도 및 마모 정도, 착용감은 장시간 착용에 의한 통증 발생여부, 적응성은 다양한 손 크기에 대한 수용범위 등을 기준으로 하는데, 상기 착용부(150)는 부드러운 실리콘 재질이며 자력에 의해 착탈되는 등의 방식이기 때문에 착용성, 내구성, 착용감 및 적응성,안정성 측면에서 유리하다.In general, wearability, durability, wearing comfort, adaptability to finger size, and stability are considered important in rehabilitation / treatment using a mechanism. In other words, wearability is based on the time taken by the patient to remove the mechanism, durability is based on the durability and wear of the mechanism itself, the feeling of wear due to prolonged wear, and the adaptability to various hand sizes However, since the wearer 150 is a soft silicone material and is detached and removed by a magnetic force, it is advantageous in terms of wearability, durability, wearing comfort, adaptability, and stability.

상기 각 세트는 상기 링크들(100,120,140)과 상기 손가락 간 힘 전달을 측정하는 측정부(170)를 포함한다. 상기 측정부(170)는 다양한 메커니즘으로 이루어질 수 있는데, 도시된 바와 같이 간소하게 로드셀(load cell)로 이루어질 수 있다. 상기 측정부(170)는 손가락과 상기 링크들(100,120,140) 간 힘 전달을 보다 정확히 측정할 수 있도록 상기 링크들(100,120,140)의 끼움부에 설치될 수 있다. 이와 같은 측정부(170)는 상기 링크들(100,120,140)의 끼움부 중 상기 링크들(100,120,140)의 자석과 대향되는 부분, 즉 상기 링크들(100,120,140)의 자석과 반대쪽에 설치될 수 있다.Each set includes a measurement unit 170 for measuring the force transmission between the links 100, 120, 140 and the finger. The measuring unit 170 may have various mechanisms. As shown in the drawing, the measuring unit 170 may be a load cell. The measuring unit 170 may be installed in the fitting portion of the links 100, 120 and 140 so as to more accurately measure force transmission between the finger and the links 100, 120 and 140. The measuring unit 170 may be installed on a side opposite to the magnet of the links 100, 120 and 140, that is, on the opposite side of the magnet of the links 100, 120 and 140 among the fitting portions of the links 100, 120 and 140.

상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 손 재활을 위한 착용형 메커니즘은 다음과 같이 손 기능 평가 및 재활/ 치료를 위한 시스템을 이룰 수 있다. 즉 상기 시스템은 테이블(200)과, 상기 회전 모터(112,132), 측정부(170) 등의 전원 공급을 위한 전원 어댑터(210)와, 제어모듈(220)과, 상기 측정부(170) 및 구동부들(110,130)의 구동을 위한 드라이버(230)와, 손 기능 평가 결과 내지 재활/ 치료 상태 등을 보여주기 위한 모니터(240) 등을 포함할 수 있다.The wearable mechanism for hand rehabilitation according to an embodiment of the present invention may be a system for evaluating hand function and rehabilitation / treatment as follows. That is, the system includes a table 200, a power adapter 210 for supplying power to the rotating motors 112 and 132, the measuring unit 170, a control module 220, the measuring unit 170, A driver 230 for driving the hands 110 and 130, and a monitor 240 for displaying a hand function evaluation result, a rehabilitation / treatment state, and the like.

상기 테이블(200)은 상기 손 재활을 위한 착용형 메커니즘을 이용하여 손 기능을 평하고 재활/ 치료하기에 편리한 구조라면 어떠한 것이든 사용될 수 있다. 예컨대 상기 테이블(200)의 상판 위에는 상기 손 재활을 위한 착용형 메커니즘이 설치될 수 있고, 상기 테이블(200)의 상판은 높이 조절 가능한 구조일 수 있으며, 그 상판 아래에는 상기 전원 어댑터(210) 및 제어모듈(220), 드라이버(230) 등이 탑재될 수 있는 서랍칸이 구성될 수 있고, 그 상판 위 앞쪽 부분에는 상기 모니터(240) 등을 일정 높이로 받치는 모니터(240) 받침대가 구성될 수 있다. 상기 테이블(200)은 이동이 용이토록 바퀴가 달린 구조로 구성될 수 있다.The table 200 may be any structure that is convenient for evaluating and rehabilitating / treating a hand function using the wearable mechanism for hand rehabilitation. For example, the upper surface of the table 200 may be provided with a wearable mechanism for the rehabilitation of the hand, and the upper plate of the table 200 may have a height adjustable structure, and the power adapter 210 and / A drawer compartment on which the control module 220 and the driver 230 can be mounted and a monitor 240 support for supporting the monitor 240 and the like at a predetermined height may be formed in a front portion of the top plate. have. The table 200 may have a structure in which a wheel is mounted for movement.

상기 제어모듈(220)은 손 기능 평가 및 그에 따른 재활, 치료 과정 등을 통합적으로 제어한다. 즉 상기 제어모듈은 상기 측정부(170)의 데이터 및 상기 구동부들(110,130)의 데이터, 그리고 그 밖의 데이터 등을 입력받아 처리하고, 이로부터 손 기능을 평가하며, 평가 결과에 따라 재활/ 치료가 진행될 수 있도록 측정부(170) 및 구동부들(110,130)의 구동을 위한 드라이버를 제어하는 것을 주 목적으로 한다. The control module 220 integrally controls hand function evaluation, rehabilitation and therapies, and the like. That is, the control module receives and processes the data of the measuring unit 170, the data of the driving units 110 and 130, and other data, evaluates the hand function therefrom, and determines whether the rehabilitation / And to control the driver for driving the measuring unit 170 and the driving units 110 and 130 so as to be able to proceed.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 손 재활을 위한 착용형 메커니즘의 작동을 상세히 살펴보면, 다음과 같다.The operation of the wearable mechanism for hand rehabilitation according to one embodiment of the present invention constructed and operative as described above will be described in detail as follows.

도 16을 참조하면, 상기 착용부(150)를 손가락의 각 마디 중간쯤에 각각 끼우고, 상기 각각의 착용부(150)를 상기 4절링크(100), 6절링크(120), 끝마디 링크(140)와 일체로 결합시킨다. 이와 같은 상태에서 상기 4절링크 구동부(110) 및/또는 상기 6절링크 구동부(130)를 구동시켜 손가락을 수의적, 불수의적 또는 보조적으로 움직일 수 있다. 또한 손가락을 스스로 움직이게 하며, 이때 손가락 움직임을 상기 4절링크 구동부(110) 및 상기 6절링크 구동부(130)가 따라갈 수 있다. 즉 상기 4절링크 구동부(110) 및 상기 6절링크 구동부(130)의 구동력 또는 환자 자력 또는 상기 4절링크 구동부(110) 및 상기 6절링크 구동부(130)의 구동력 보조를 받는 환자 자력에 의해, 도 16a에 도시된 바와 같이 손가락을 일자로 펼치거나, 도 16b에 도시된 바와 같이 손가락의 MCP관절만 굽히거나, 도 16c에 도시된 바와 같이 손가락의 PIP관절만 굽히거나, 도 16d에 도시된 바와 같이 손가락의 DIP관절만 굽히거나, 도 16e에 도시된 바와 같이 손가락 관절을 모두 굽히면, 4절링크(100) 및 6절링크(120), 끝마디 링크(140)가 손가락 움직임과 연동된다. Referring to FIG. 16, the wearer 150 is sandwiched between the fingers of the fingers, and the wearer 150 is connected to the four-link 100, the six-link 120, (140). In this state, the four-bar link driving unit 110 and / or the six-fold link driving unit 130 may be driven to move the fingers arbitrarily, involuntarily or auxiliaryly. In addition, the four-link link driving unit 110 and the six-fold link driving unit 130 can follow the finger movement at this time. That is, by the driving force of the 4-bar link driving unit 110 and the 6-bar link driving unit 130 or the patient's magnetic force or the patient's magnetic force that is assisted by the 4-link driving unit 110 and 6-link driving unit 130 , Spreading the finger in a line as shown in Fig. 16A, bending only the MCP joint of the finger as shown in Fig. 16B, bending only the PIP joint of the finger as shown in Fig. 16C, The four-bar link 100, the six-bar link 120, and the end bar link 140 are interlocked with the finger movements when only the DIP joint of the finger is flexed as shown in FIG.

상술한 메커니즘의 작동을 모듈에 따라 보다 세분화하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the above-described mechanism will be described in more detail according to modules.

수의적 움직임 모듈의 경우 즉 전적으로 손가락을 스스로 움직이는 경우, 손가락 움직임을 측정하여 환자의 움직임을 측정할 수 있도록 한다. 이때 상기 4절링크(100) 및 6절링크(120)가 손가락의 수의적 움직임에 연동될 수 있도록 상기 4절링크 구동부(110) 및 상기 6절링크 구동부(130)가 상기 4절링크(100) 및 6절링크(120)의 움직임을 구속하지 않도록 한다. In the case of a voluntary movement module, that is, when the finger is moved by itself, the finger movement is measured to measure the movement of the patient. In order for the four-bar linkage 100 and the six-bar linkage 120 to interlock with the numerical motion of the fingers, the four-bar linkage driving unit 110 and the six- And the six-link 120 are not constrained.

불수의적 움직임 모듈의 경우, 정해진 쥠/폄 동작 등에 대한 손가락 관절 궤적을 정해놓고 이에 따라 상기 구동부들(110,130)의 구동력에 의한 링크들(100,120,140)의 움직임에 의해 손가락이 움직일 수 있도록 한다. 정해진 쥠/폄 동작 등의 움직임은 정상인의 움직임을 측정하고 그 궤적 정보를 이용하되, 사용자의 손 크기를 고려하고 움직임 변이(motor variability)를 고려하여 정할 수 있다. In the case of the involuntary movement module, the locus of the finger joint for the predetermined swinging / unclamping operation is determined and the finger is moved by the movement of the links 100, 120 and 140 by the driving force of the driving units 110 and 130. The determined motion of the swing / swing motion can be determined by measuring the motion of the normal person and using the trajectory information, considering the hand size of the user and considering the motor variability.

보조적 움직임 모듈의 경우, 상술한 바와 같이 측정한 손 기능 평가 결과에 따라 손가락이 움직이는 방향으로 보조힘을 줄 수 있도록 상기 4절링크(100) 및 상기 6절링크(120)를 구동한다. 수의적 기능처럼 사용자의 움직임을 따라 가지만, 움직임방향으로 특정 힘을 줄 수 있으며, 가해주는 힘의 크기는 환자의 상태, 손 기능에 따라 결정된다.In the case of the auxiliary motion module, the four-link link 100 and the six-link link 120 are driven so as to give an auxiliary force in a direction in which the finger moves in accordance with the hand function evaluation result measured as described above. It follows the movement of the user like a numerical function, but it can give a specific force in the direction of movement, and the magnitude of the force applied depends on the state of the patient and the function of the hand.

한편 이와 같은 메커니즘을 이용하여 환자 개별적으로 손 기능을 평가하고, 평가된 손 기능 결과를 기초로 상기 메커니즘 각각의 모듈이 환자 개별적으로 설정, 실행될 수 있도록 상기 메커니즘의 알고리즘을 구성할 수 있다. 예컨대, 손 기능을 평가하는 지표로서 손가락 경직도(spasticity)와 다수지 공동성(multi-digit synerge) 및 수지 독립성(finger independence) 등을 설정하고, 상기 손 기능 평가 지표들을 상기 4절링크 구동부(110) 및 6절링크 구동부(130)의 데이터, 상기 측정부(170)의 데이터, 손가락의 MCP관절각도인 θMCP와, PIP관절각도인 θPIP 데이터 등을 활용하여 정량적으로 측정하며, 정량적으로 측정한 손 기능 평가 데이터에 의해서 상기 4절링크 구동부(110)와 상기 6절링크 구동부(130)의 구동력 등을 환자 개별적으로 제어할 수 있다. 또한 이와 같이 환자 개별적으로 측정한 손 기능 결과 기초로 재활/물리치료 효과 등을 확인할 수 있다. On the other hand, such a mechanism can be used to evaluate the hand function individually for the patient, and the algorithm of the mechanism can be configured so that each module of the mechanism can be individually set and executed on the basis of the evaluated hand function result. For example, spuriousity, multi-digit synergy, and finger independence are set as indexes for evaluating the hand function, and the hand function evaluation indexes are set to the four- And the six-link drive unit 130, the data of the measurement unit 170, the MCP joint angle? MCP of the finger, and the PIP joint angle? PIP Data can be quantitatively measured, and the driving force of the 4-link drive unit 110 and the 6-link drive unit 130 can be individually controlled by hand function evaluation data quantitatively measured. In addition, the rehabilitation / physical therapy effect can be confirmed based on the result of the hand function measured individually by the patient.

상술한 손가락의 MCP관절각도인 θMCP 와, PIP관절각도인 θPIP는 도 17를 참조하면, 다음과 같이 삼각함수 원리에 의해 산출될 수 있다. 이때, a1,a2,a3,a4,a5,a6,d,ψ는 상기 4절링크(100) 및 6절링크(120)의 설계인자로서 알려진 값이며, θ12는 각각 상기 4절링크 구동부(110), 6절링크 구동부(130)의 데이터를 통해 측정될 수 있는 값이다. The MCP joint angle? MCP of the finger and the PIP joint angle? PIP of the finger described above can be calculated by the trigonometric function principle as follows with reference to FIG. At this time, a 1, a 2, a 3, a 4, a 5, a 6, d, ψ is a value known as the design parameters of the four-bar linkage 100 and 6 bar linkage (120), θ 1, θ 2 are values that can be measured through the data of the four-bar link driving unit 110 and the six-fold link driving unit 130, respectively.

Figure 112016096549734-pat00001
Figure 112016096549734-pat00002
Figure 112016096549734-pat00003
Figure 112016096549734-pat00001
Figure 112016096549734-pat00002
Figure 112016096549734-pat00003

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It should also be understood that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the invention, as would be understood by one of ordinary skill in the art.

10; 베이스 20; 유닛
100; 4절링크 110; 4절링크 구동부
120; 6절링크 130; 6절링크 구동부
140; 끝마디 링크 150; 착용부
170; 측정부 200; 테이블
210; 전원 어댑터 220; 제어모듈
230; 드라이버 240; 모니터
10; Base 20; unit
100; Four-section link 110; 4-section link driver
120; Section 6 link 130; Section 6 Link Driver
140; End node link 150; Wearing part
170; A measuring unit 200; table
210; Power adapter 220; Control module
230; Driver 240; monitor

Claims (9)

손을 받치는 베이스와, 상기 베이스에 회동가능토록 상기 베이스의 상측에 제1회전 조인트를 이용하여 결합되고 손등에 착용되며 다섯 손가락에 대응하도록 엄지손가락 측 세트 및 나머지 네 손가락 측 세트를 포함하는 다섯 세트로 구성된 유닛을 포함하고,
상기 엄지손가락 측 세트가 상기 나머지 네 손가락 측 세트들에 대하여 회동하여 엄지손가락을 자유롭게 벌리거나 붙일 수 있도록 상기 엄지 손가락 측 세트의 손등 측 끝단은 검지 손가락 측 세트에 제2회전 조인트를 이용하여 결합되고,
상기 각 세트는,
손가락의 MCP관절의 움직임을 위해 MCP관절과 PIP관절 사이의 손가락 첫번째 마디와 손등 쪽 사이에서 구동되는 4절링크와;
상기 4절링크에 연결되어 상기 4절링크를 구동하는 4절링크 구동부;
손가락의 PIP관절의 움직임을 위해 손가락의 첫번째 마디와 두번째 마디 사이에서 구동되며, 상기 4절링크와 연계되는 6절링크;
상기 6절링크에 연결되어 상기 6절링크를 구동하는 6절링크 구동부;
상기 링크들과 손가락을 연결할 수 있도록 상기 각각의 링크와 결합되며 상기 손가락에 착용되는 착용부들; 및
상기 링크들과 상기 손가락 간 힘 전달을 측정하는 측정부를 포함하고,
상기 나머지 네 손가락 측 세트들은 각각,
상기 6절링크와 연계되며 손끝마디에 연결되어 손끝이 펼쳐질 수 있도록 당겨주는 끝마디 링크를 더 포함하고,
상기 끝마디 링크는, 4개의 마디로 이루어져 끝단이 상기 6절링크에 연결되며, 두번째와 세번째 마디 사이에 토션 스프링이 구비되고,
상기 착용부는 손가락에 착용되는 손가락 끼움부와, 상기 링크들과 끼움 결합되는 링크 결합부와, 상기 링크들과 자력에 의해 착탈될 수 있도록 상기 링크 결합부에 설치되는 자석을 포함하며,
상기 손가락 끼움부는 손가락에 끼워지도록 집게형으로 형성되며, 실리콘으로 형성되고,
상기 링크 결합부는 상기 링크들의 끝단에 구비되는 ㄷ자형 끼움부에 끼움 결합될 수 있도록 ㄱ자형 갈고리 형태로 형성된 갈고리 부분과, 상기 갈고리 부분에 일체로 구성되어 상기 손가락 끼움부에 내장되는 실리콘 지지부분을 포함하는 손 재활을 위한 착용형 메커니즘.
Five sets of hands coupled to each other using a first rotating joint on top of the base so as to be pivotable on the base and worn on the back of the hand and including a thumb side set and a remaining four finger side set to correspond to five fingers And a control unit,
The thumb side set of the thumb side set is coupled to the index finger side set using a second rotational joint so that the thumb side set is pivoted relative to the remaining four finger side sets so that the thumb can freely open and snap ,
Each set comprising:
A four-bar link driven between the first finger and the back of the finger between the MCP joint and the PIP joint for movement of the MCP joint of the finger;
A four-bar link drive connected to the four-bar link to drive the four-bar link;
A six-bar link driven between the first node and the second node of the finger for movement of the PIP joint of the finger and associated with the four-bar link;
A six-bar link driver connected to the six-bar link to drive the six-bar link;
A wearer coupled to each of the links so as to connect the links with the fingers and worn on the fingers; And
And a measurement unit for measuring the force transmission between the links and the finger,
The remaining four-finger side sets are each,
Further comprising a trunnion link linked to the six-link link and connected to the fingertip to pull the fingertip apart,
The endpiece link is composed of four nodes, the end of which is connected to the six-link link, the torsion spring is provided between the second and third nodes,
The wearer includes a finger insertion portion to be worn on a finger, a link engagement portion to be engaged with the links, and a magnet to be installed on the link engagement portion so as to be detachable by the links and the magnetic force,
Wherein the finger-fitting portion is formed in a gripping shape so as to be fitted to the finger,
The linkage portion includes a claw portion formed in the shape of a letter-shaped hook so as to be fit into a U-shaped fitting portion provided at an end of the links, and a silicone supporting portion integrally formed in the claw portion and embedded in the finger- Includes a wearable mechanism for hand rehabilitation.
청구항 1에 있어서,
상기 4절링크의 손등 쪽 끝단은 손등에 착용되는 손등 착용부에 연결되며,
상기 4절링크 구동부는 상기 손등 착용부와 손등 쪽을 기준으로 상기 4절링크의 손등 쪽 제1마디에 의해 지지되도록 설치되고 상기 4절링크의 제1,제2마디 사이의 조인트에 연결될 수 있도록 구성되는 손 재활을 위한 착용형 메커니즘.
The method according to claim 1,
The link-side end of the four-bar link is connected to the back of the hand wearing on the back of the hand,
The four-link link driving unit is installed to be supported by the first side of the back side of the four-link link with respect to the back of the hand and the back side of the hand, and can be connected to the joint between the first and second nodes of the four- Wearable mechanism for hand rehabilitation.
청구항 1에 있어서,
상기 4절링크는 손등 쪽에서 손가락의 첫번째 마디를 향해 순서대로 연결되는 제1~제4마디를 포함하며;
상기 6절링크는 손가락의 첫번째 마디에서 두번째 마디를 향해 순서대로 연결되는 6개의 마디를 포함하며, 첫번째, 두번째 마디는 상기 4절링크의 제3,4마디와 공유되고, 세번째 마디는 상기 4절링크의 제2마디와 일자로 일체화되고;
상기 6절링크 구동부가 상기 4절링크의 제2마디 위에 설치되고 상기 6절링크의 세번째, 네번째 마디 사이의 조인트에 연결될 수 있도록 구성되는 손 재활을 위한 착용형 메커니즘.
The method according to claim 1,
The four-bar link includes first to fourth nodes which are connected in order from the back of the hand toward the first node of the finger;
The sixth clause link includes six nodes connected in order from the first node to the second node of the finger, the first and second nodes being shared with the third and fourth nodes of the four-node link, Integrated with the second node of the link on a date;
Wherein the six-link drive is configured to be mounted on a second node of the four-bar link and to be connected to a joint between the third and fourth nodes of the six-bar link.
청구항 1에 있어서,
상기 구동부들은 상기 링크들의 마디들 간 조인트를 회전시키는 베벨기어를 포함하는 손 재활을 위한 착용형 메커니즘.
The method according to claim 1,
Wherein the actuators comprise a bevel gear for rotating a joint between the nodes of the links.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 링크들의 끼움부에는 상기 측정부를 이루는 로드셀이 설치되는 손 재활을 위한 착용형 메커니즘.
The method according to claim 1,
And a load cell constituting the measurement unit is installed in a fitting portion of the links.
삭제delete 삭제delete
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