KR101948261B1

KR101948261B1 - 손가락 재활 가이드장치

Info

Publication number: KR101948261B1
Application number: KR1020180132223A
Authority: KR
Inventors: 강석원; 김중호; 김윤영
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-02-14
Also published as: US20200129363A1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치는 3개의 조인트와 3개의 분절을 갖는 손가락의 제1 조인트(MCP)와 제2 조인트(PIP)의 사이에 위치되는 제1 분절에 결합되는 제1 지지대, 제2 조인트와 제3 조인트(DIP)의 사이에 위치되는 제2 분절에 결합된 제2 지지대, 일측이 손가락이 위치되는 손을 지지하며, 타측이 바닥면에 지지되어 링크 구조체의 전체 움직임에 대한 기준이 되는 제1 링크, 제1 링크에서 제1 지지대와 제2 지지대로 전달되는 구동력을 발생하는 구동부, 제1 지지대와 제1 링크의 사이에서 서로 다른 형상을 갖고 연결되는 7개의 링크, 복수의 회전 조인트 중 일부 회전 조인트, 그리고 5개의 병진 조인트를 포함하며, 구동부의 구동력을 제1 지지대로 전달하는 제1 전달부, 그리고 제2 지지대와 제1 링크의 사이에서 서로 다른 형상을 갖고 연결되는 7개의 링크, 복수의 회전 조인트, 그리고 5개의 병진 조인트를 포함하며, 구동부의 구동력을 제2 지지대로 전달하는 제2 전달부를 포함한다.

Description

손가락 재활 가이드장치{FINGER REHABILITATION EXERCISE GUIDE APPARATUS}

본 발명은 손가락 재활 가이드장치에 관한 것이다.

일반적으로, 뇌졸중 환자는 신경계의 손상으로 인해 본인의 의지대로 손가락을 움직이는데 어려움을 느낀다. 이들은 손가락을 반복적으로 움직이는 재활운동을 통해 손상된 신경계를 회복시키고 점차 손가락을 움직일 수 있는 능력을 회복할 수 있다.

최근 들어, 재활 훈련을 훈련사의 도움 없이 체계적으로 도와줄 수 있는 손가락 외골격 로봇 장치들이 개발되고 있다. 손가락의 정밀한 재활을 위해선 손가락의 자세와 위치를 잘 가이드 해 줄 수 있어야 한다. 손가락은 복잡한 골격 구조로 이루어져 있기 때문에 여러 개의 구동기를 사용한 로봇들이 개발되었으나, 값이 비싸서 실용성이 떨어지고 복잡한 제어 알고리즘이 필요한 단점이 있었다.

최근에는 한 개의 구동기(actuator)만을 이용해서 간단한 제어 알고리즘으로 손가락의 자세와 위치를 정밀하게 가이드 하면서 적절한 저항력 혹은 보조력을 가해줄 수 있는 1 자유도(degree of freedom) 링키지(linkage) 장치들이 개발되고 있다. 하지만, 기존의 1 자유도 링키지 장치들은 선형 구동기를 사용할 때에는 추가 기구 체인을 도입하여야 하여 기구 부품 수가 증가하는 단점과, 기구의 설치 가능 공간이 변하여 조인트의 위치를 변경하면 가이드 되는 손가락의 움직임이 변경 되어 기구의 레이아웃이 변경이 한정적인 단점이 있다.

따라서 상황에 따라 자유로운 레이아웃 변경이 가능하고 기구 체인의 추가 없이 선형 구동기의 추가가 가능하도록 다수의 병진조인트를 포함하는 1 자유도 손가락 재활 링키지 메커니즘의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 실시예는 동작 방향의 면 외 방향으로 컴팩트한 레이아웃을 가질 수 있도록 선형 구동기를 통해 구동시킬 수 있으면서, 동작 방향의 면 내 레이아웃은 병진 조인트의 위치를 변경하며 자유롭게 변경할 수 있으면서도 필요에 따라 하나의 병진 조인트, 하나의 회전 조인트, 및 양 끝단이 해당 병진 조인트와 회전 조인트로 연결된 링크를 하나의 핀-인-슬롯 조인트로 대체할 수 있어 적은 수의 요소로 구현 가능하며 착용자의 손가락의 움직임을 정밀하게 가이드 할 수 있는 손가락 재활 가이드장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치는 3개의 조인트와 3개의 분절을 갖는 손가락의 제1 조인트(MCP)와 제2 조인트(PIP)의 사이에 위치되는 제1 분절에 결합되는 제1 지지대, 제2 조인트와 제3 조인트(DIP)의 사이에 위치되는 제2 분절에 결합된 제2 지지대, 일측이 손가락이 위치되는 손을 지지하며, 타측이 바닥면에 지지되어 링크 구조체의 전체 움직임에 대한 기준이 되는 제1 링크, 제1 링크에서 제1 지지대와 제2 지지대로 전달되는 구동력을 발생하는 구동부, 제1 지지대와 제1 링크의 사이에서 서로 다른 형상을 갖고 연결되는 복수의 링크, 복수의 회전 조인트 중 일부 회전 조인트, 그리고 복수의 병진 조인트를 포함하며, 구동부의 구동력을 제1 지지대로 전달하는 제1 전달부, 그리고 제2 지지대와 제1 링크의 사이에서 복수의 링크, 복수의 회전 조인트, 그리고 복수의 병진 조인트를 공유하며, 구동부의 구동력을 제2 지지대로 전달하는 제2 전달부를 포함한다.

복수의 링크는 일측이 제6 링크에 제4 병진 조인트로 결합되고, 타측이 제7 링크에 제5 병진 조인트로 결합되며, 또 다른 타측이 제3 링크에 제1 병진 조인트로 결합되며, 또 다른 타측이 제4 링크에 제2 회전 조인트로 결합되는 제2 링크,

일측이 제2 링크에 제1 병진 조인트로 결합되고, 타측이 제2 지지대에 제4 회전 조인트로 결합되며, 또 다른 타측이 제8 링크에 제3 병진 조인트로 결합되는 제3 링크,

일측이 제2 링크에 제2 회전 조인트로 결합되고, 타측이 제1 지지대에 고정 조인트로 결합되며, 또 다른 타측이 제5 링크에 제2 병진 조인트로 결합되는 제4 링크,

일측이 제4 링크에 제2 병진 조인트로 결합되며, 타측이 제3 링크에 제3 회전 조인트로 결합되는 제5 링크,

제1 링크에 제5 회전 조인트로 결합되며, 타측이 제2 링크에 제4 병진 조인트로 결합되는 제6 링크,

일측이 제1 링크에 제6 회전 조인트로 결합되며, 타측이 제2 링크에 제5 병진 조인트로 결합되는 제7 링크,

일측이 제1 링크에 제1 회전 조인트로 결합되고, 타측이 제3 링크에 제3 병진 조인트로 결합되는 제8 링크를 포함할 수 있다.

복수의 회전 조인트는 제1 링크와 제8 링크를 연결하는 제1 회전 조인트, 제2 링크와 제4 링크를 연결하는 제2 회전 조인트, 제3 링크와 제5 링크를 연결하는 제3 회전 조인트, 제3 링크와 제2 지지대를 연결하는 제4 회전 조인트, 제1 링크와 제6 링크를 연결하는 제5 회전 조인트, 그리고 제1 링크와 제7 링크를 연결하는 제6 회전 조인트를 포함할 수 있다.

복수의 병진 조인트는 제3 링크와 제2 링크를 연결하는 제1 병진 조인트, 제4 링크와 제5 링크를 연결하는 제2 병진 조인트, 제3 링크와 제8 링크를 연결하는 제3 병진 조인트, 제2 링크와 제6 링크를 연결하는 제4 병진 조인트, 그리고 제2 링크와 제7 링크를 연결하는 제5 병진 조인트를 포함할 수 있다.

기구를 구성하는 부품 수를 줄이기 위해 양측이 회전 조인트와 병진 조인트를 통해 다른 링크들과 결합되는 링크들은 핀-인-슬롯 조인트로 대체될 수 있다.

예를 들어, 제6 링크, 제5 회전 조인트, 제4 병진 조인트는 제1 핀-인-슬롯 조인트로 대체될 수 있다. 제1 핀-인-슬롯 조인트는 제2 링크에 구비된 제1 슬롯에 제1 링크에 구비된 제1 핀이 결합되는 방식으로 구현될 수 있다.

제7 링크, 제6 회전 조인트, 제5 병진 조인트는 제2 핀-인-슬롯 조인트로 대체될 수 있다. 제2 핀-인-슬롯 조인트는 제2 링크에 구비된 제2 슬롯에 제1 링크에 구비된 제2 핀이 결합되는 방식으로 구현될 수 있다.

제8 링크, 제1 회전 조인트, 제3 병진 조인트는 제3 핀-인-슬롯 조인트로 대체될 수 있다. 제3 핀-인-슬롯 조인트는 제3 링크에 구비된 제3 슬롯에 제1 링크에 구비된 제3 핀이 결합되는 방식으로 구현될 수 있다.

제5 링크, 제3 회전 조인트, 제2 병진 조인트는 제4 핀-인-슬롯 조인트로 대체될 수 있다. 제4 핀-인-슬롯 조인트는 제4 링크에 구비된 제4 슬롯에 제3 링크에 구비된 제4 핀이 결합되는 방식으로 구현될 수 있다.

복수의 회전 조인트, 복수의 병진 조인트, 그리고 복수의 회전 조인트 또는 복수의 병진 조인트들과 연결된 복수의 링크들 중 선택된 회전 조인트, 병진 조인트, 그리고 링크들 중 일부를 회전 구동기 또는 선형 구동기로 대체함으로써 구동될 수 있다.

제1 병진 조인트가 일측이 제2 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 제3 링크와 고정 조인트로 결합되는 선형 구동기로 대체될 수 있다.

제2 병진 조인트 및 제5 링크가 일측이 제4 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 제3 링크와 제3 회전 조인트로 결합되는 선형 구동기로 대체될 수 있다.

제3 병진 조인트 및 제8 링크가 일측이 제3 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 제1 링크와 제1 회전 조인트로 결합되는 선형 구동기로 대체될 수 있다.

제4 병진 조인트 및 제6 링크가 일측이 제2 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 제1 링크와 제5 회전 조인트로 결합되는 선형 구동기로 대체될 수 있다.

제5 병진 조인트 및 제7 링크가 일측이 제2 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 제1 링크와 제6 회전 조인트로 결합되는 선형 구동기로 대체될 수 있다.

제1 회전 조인트 및 제8 링크가 일측이 제1 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 제3 링크와 제3 병진 조인트로 결합되는 회전 구동기로 대체될 수 있다.

제2 회전 조인트가 일측이 제2 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 상기 제4 링크와 고정조인트로 결합되는 회전 구동기로 대체될 수 있다.

제3 회전 조인트와 제5 링크가 일측이 제3 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 제4 링크와 제2 병진조인트로 결합되는 회전 구동기로 대체될 수 있다.

제5 회전 조인트와 제6 링크가 일측이 제1 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 제2 링크와 제4 병진조인트로 결합되는 회전 구동기로 대체될 수 있다.

제6 회전 조인트와 제7 링크가 일측이 제1 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 제2 링크와 제5 병진조인트로 결합되는 회전 구동기로 대체될 수 있다.

각 조인트에 선형 스프링, 회전 스프링, 선형 댐퍼, 혹은 회전 댐퍼를 추가로 장착하여 착용자의 손가락에 저항력을 가하게 할 수 있다.

원하는 구동 범위 내에서 착용자 손가락의 제1 분절에 결합되는 제1 지지대와 고정 조인트를 통해 결합되는 제4 링크의 제1 링크에 대한 순간 회전 중심이 착용자의 손가락의 제1 조인트에 근접할 수 있다.

원하는 구동 범위 내에서 착용자 손가락의 제2 분절에 결합되는 제2 지지대와 제4 회전 조인트를 통해 결합되는 제3 링크의 제4 링크에 대한 순간 회전 중심과 제4 회전 조인트를 잇는 직선이 착용자의 손가락의 제2 조인트에 근접하여 지나게 할 수 있다.

회전 조인트와 병진 조인트를 포함하여 필요에 따라 손가락 재활 가이드장치의 출력 경로를 유지하면서 병진 조인트의 위치를 자유롭게 조정하여 레이아웃(layout)을 변경할 수 있으며 병진 조인트를 선형 기계 요소로 대체할 수 있는 효과가 있다.

또한, 회전 조인트와 병진 조인트를 포함하여 추가 기구 체인을 도입하지 않아도 조인트 중 하나를 구동기로 대체함으로써 회전 구동기나 선형 구동기의 추가가 용이한 효과가 있다.

또한, 스프링이나 댐퍼와 같은 다른 기계 요소들도 요소의 특성에 따라 회전 조인트 또는 병진 조인트 위치에 추가하거나 해당 조인트를 대체할 수 있다.

또한, 두 양단이 회전 조인트와 병진 조인트를 통해 다른 링크들과 연결되는 링크와 해당 회전 조인트 및 병진 조인트를 하나의 핀-인-슬롯 조인트로 대체하여 기구를 구성하는 기계 요소의 수를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치의 개략적인 이해를 돕기 위한 손가락의 해부학적 구조와 일반적인 움직임을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치에서 링크 구조체의 링크들 간 및 링크와 손가락의 결합 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치의 움직임을 분석한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치의 주요 회전 조인트, 병진 조인트, 그리고 고정 조인트들의 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치의 구동 범위 내에서 착용자의 손가락 움직임이 수학식 2를 만족하기 위해 가이드 되야 할 지점들과 기구에 의해 가이드 되는 지점들이 특정 오차 이내에서 일치함을 비교한 도면이다.
도 6은 도 2의 링크 구조체에서 부분적으로 핀-인-슬롯 조인트를 적용한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치를 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치의 제4 링크의 제1 링크에 대한 순간 회전 중심과 제3 링크의 제4 링크에 대한 순간 회전 중심을 분석하고 제1 지지대와 제2 지지대를 통해 착용자의 손가락에 가하는 힘을 분석한 도면이다.
도 11은 도 7의 실시예와는 달리 제3 병진 조인트가 아닌 다른 조인트를 구동기로 대체하거나 병진 조인트들의 위치가 변경되어 실시된 실시예를 도시한 도면이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치의 개략적인 이해를 돕기 위한 손가락의 해부학적 구조와 일반적인 움직임을 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치에서 링크 구조체의 링크들 간 및 링크와 손가락의 결합 관계를 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고 도 6은 도 2의 링크 구조체에 핀-인-슬롯 조인트를 적용한 도면이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치를 도시한 도면이다. 도 1, 도 2, 도 6, 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치는 제1 지지대(510), 제2 지지대(520), 구동부, 제1 전달부, 그리고 제2 전달부를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치는 뇌졸중 환자의 손가락 재활을 돕는 장치의 기구부를 포함하며, 정상적인 손가락 움직임의 가이드 정확도가 매우 우수할 뿐만 아니라, 회전 조인트와 병진 조인트를 모두 포함하는 링크 구조체를 구현할 수 있다. 그리고 회전 조인트와 병진 조인트를 모두 포함하는 링키지 메커니즘을 이용하여 선형 구동기의 적용이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치는 구동부의 힘이 손가락의 각 분절에 정밀하게, 그리고 사용자에게 불편함을 주지 않고 전달되도록 할 수 있다. 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위해 도 1에 손가락의 해부학적 구조와 일반적인 움직임을 도시하였다. 착용 가능한 손가락은 엄지를 제외한 둘째, 셋째, 넷째, 혹은 다섯째 손가락이다. 도 1(a)는 일반적인 사람의 손가락이 손바닥에 세 개의 분절인 제1 분절(proximal phalanx)(910), 제2 분절(middle phalanx)(920), 제3 분절(distal phalanx)(930))이 세 개의 조인트인 제1 조인트(MCP ; Metacarpophalangeal, 중수지절관절)(810), 제2 조인트(PIP ; Proximal Interphalangeal, 근위지절관절)(820), 제3 조인트(DIP ; Distal Interphalangeal, 원위지절관절)(830)로 직렬 연결된 형태임을 나타낸다. 손가락이 움직이면 각 조인트를 회전 조인트 삼아 도 1(b)와 같은 형태를 보이게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치는 손가락의 두 분절인 제1 분절(910)과 제2 분절(920)에 결합된 제1 지지대(510)와 제2 지지대(520)를 통해 구동부의 힘을 전달하는 장치이다. 제1 지지대(510)는 3개의 조인트와 3개의 분절을 갖는 손가락의 제1 조인트(MCP)와 제2 조인트(PIP)의 사이에 위치되는 제1 분절(910)에 강체 결합될 수 있다. 제1 지지대(510)는 고정 조인트(410)를 통해 손가락 재활 가이드장치의 기구부와 연결될 수 있다.

제2 지지대(520)는 제2 조인트와 제3 조인트(DIP)의 사이에 위치되는 제2 분절에 강체 결합될 수 있다. 제2 지지대(520)는 제4 회전 조인트(240)을 통해 손가락 재활 가이드장치의 기구부와 연결될 수 있다.

따라서, 구동 범위 내에서 제1 지지대(510)의 순간 회전 중심이 제1 조인트(MCP)(810)와 거의 일치되며 제1 지지대(510)에 대해 제2 지지대(520)가 상대적으로 그리는 경로의 중심이 제2 조인트(PIP)(820)이 근접하게 위치한다. 만약, 그렇지 않다면, 장치는 사용자 손가락이 자연스럽게 움직일 수 없는 방향으로 힘을 가하게 되고, 사용자는 손가락이 쓸리는 불편한 힘을 느끼게 된다. 다시 말해, 도 1(b)의

고정조인트(410)를 통해 제1 조인트(MCP)(810)를 중심으로 갖는 모멘트 T이, 제4 회전 조인트(240)를 통해 제2 조인트(PIP)(820)와 제4 회전 조인트(240)를 지나는 선에 수직인 방향의 힘

이 각각 사용자에게 가해져야 할 모멘트 및 힘의 방향이며, F나

방향의 힘은 되도록 발생하지 않아야 한다. 이러한 특성은 손가락의 제1 조인트(MCP)(810), 제2 조인트(PIP)(820)와 동일한 위치에 회전 조인트를 갖는 장치를 사용한다면 용이하게 구현 가능하다. 하지만, 이러한 장치가 손가락과 간섭이 생기면 착용시 물건을 잡는 행위를 할 수 없으며 동작면 외 방향으로 부피가 커져 한 손의 네 손가락에 동시에 착용하는 것이 불가능하기 때문에 장치를 손가락 외부에 위치시키면서 특성을 만족하는 장치가 필요하다.

구동부는 일측이 손가락이 위치되는 손을 지지하며, 타측이 바닥면에 지지되어 링크 구조체의 전체 움직임에 대한 기준이 되는 제1 링크에 결합되며, 제1 지지대와 제2 지지대로 전달되는 구동력을 발생한다. 구동부는 규정된 구동 범위(

에서 손가락과 간섭을 일으키지 않으며 특성을 만족하는 1자유도 링크 장치를 작동시킬 수 있다. 또한, 구동부는 면 외 방향으로 적은 공간을 차지하는 콤팩트(compact)한 장치 구성을 위해 면 내 방향의 구동이 가능하도록 병진 조인트를 포함하는 선형 구동기(linear actuator)를 적용할 수 있다.

다만, 필요에 따라 양측이 모두 제1 링크가 아닌 다른 링크에 결합될 수 있다. 또한, 콤팩트(compact)한 장치 구성이 필요하지 않을 시 회전 조인트를 포함하는 회전 구동기(rotary actuator)를 적용할 수도 있다.

제1 전달부는 제1 지지대(510)와 제1 링크(10)의 사이에서 서로 다른 형상을 갖고 연결되는 7개의 링크, 복수의 회전 조인트 중 일부 회전 조인트, 그리고 5개의 병진 조인트를 포함하며, 구동부의 구동력을 제1 지지대(510)로 전달한다. 제1 전달부는 7개의 링크, 즉, 제2 링크(20), 제3 링크(30), 제4 링크(40), 제5 링크(50), 제6 링크(60), 제7 링크(70), 그리고 제8 링크(80)를 포함할 수 있다. 그리고 복수의 회전 조인트 중 일부 회전 조인트는 제1 회전 조인트(210), 제2 회전 조인트(220), 제3 회전 조인트 (230), 제5 회전 조인트(250), 그리고 제6 회전 조인트(260)를 포함할 수 있다. 그리고 5개의 병진 조인트는 제1 병진 조인트(310), 제2 병진 조인트(320), 제3 병진 조인트(330), 제4 병진 조인트(340), 그리고 제5 병진 조인트(350)를 포함할 수 있다.

제2 전달부는 제2 지지대(520)와 제1 링크(10)의 사이에서 서로 다른 형상을 갖고 연결되는 7개의 링크, 복수의 회전 조인트, 그리고 5개의 병진 조인트를 포함하며, 구동부의 구동력을 제2 지지대(520)로 전달한다. 제2 전달부에서 복수의 회전 조인트는 제1 회전 조인트(210), 제2 회전 조인트(220), 제3 회전 조인트(230), 제4 회전 조인트(240), 제5 회전 조인트(250), 그리고 제6 회전 조인트(260)를 포함할 수 있다. 그리고 5개의 병진 조인트는 제1 병진 조인트(310), 제2 병진 조인트(320), 제3 병진 조인트(330), 제4 병진 조인트(340), 그리고 제5 병진 조인트(350)를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치에서 링크 구조체의 링크들 간 및 링크와 손가락의 결합 관계를 나타낸다. 착용 가능한 손가락은 엄지를 제외한 둘째, 셋째, 넷째, 혹은 다섯째 손가락이다. 링크 구조체는 8개의 링크, 6개의 회전 조인트(revolute joint), 5개의 병진 조인트(prismatic joint)를 포함할 수 있다. 여기서, 8개의 링크는 그라운드 링크(ground link)인 제1 링크(10), 제2 링크(20), 제3 링크(30), 제4 링크(40), 제5 링크(50), 제6 링크(60), 제7 링크(70), 제8 링크(80)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 링크(10)는 기구의 설치 장소에서 사용자의 손목을 연결하는 부위로써 링크 구조체의 움직임의 기준이 되기 때문에 도 2에서는 생략될 수 있다. 그리고 6개의 회전 조인트는 제1 회전 조인트(210), 제2 회전 조인트(220), 제3 회전 조인트(230), 제4 회전 조인트(240), 제5 회전 조인트(250), 제6 회전 조인트(260)를 포함할 수 있다. 그리고 5개의 병진 조인트는 제1 병진 조인트(310), 제2 병진 조인트(320), 제3 병진 조인트(330), 제4 병진 조인트(340), 제5 병진 조인트(350)를 포함할 수 있다.

한편, 회전 조인트와 병진 조인트를 통해 해당되는 링크간의 연결관계를 설명하면 다음과 같다.

제1 회전 조인트(210)는 제1 링크(10)와 제8 링크(80)를 연결한다. 제2 회전 조인트(220)는 제2 링크(20)와 제4 링크(40)를 연결한다. 제3 회전 조인트(230)는 제3 링크(30)와 제5 링크(50)를 연결한다. 제4 회전 조인트(240)는 제3 링크(30)와 제2 지지대(520)를 연결한다. 제5 회전 조인트(250)는 제1 링크(10)와 제6 링크(60)를 연결한다. 제6 회전 조인트(260)는 제1 링크(10)와 제7 링크(70)를 연결한다.

제1 병진 조인트(310)는 제3 링크(30)와 제2 링크(20)를 연결한다. 제2 병진 조인트(320)는 제4 링크(40)와 제5 링크(50)를 연결한다. 제3 병진 조인트(330)는 제3 링크(30)와 제8 링크(80)를 연결한다. 제4 병진 조인트(340)는 제2 링크(20)와 제6 링크(60)를 연결한다. 제5 병진 조인트(350)는 제2 링크(20)와 제7 링크(70)를 연결한다.

상기한 바와 같이 제1 링크(10), 제2 링크(20), 제3 링크(30), 제4 링크(40), 제5 링크(50), 제6 링크(60), 제7 링크(70), 제8 링크(80)를 포함하는 8절 링키지 메커니즘의 자유도는 gruebler 방정식에 의해 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.

[수학식 1]

여기서, M은 자유도(DOF), N은 링크(link)의 개수, 그리고 J는 1 자유도의 상대 운동을 허락하는 조인트(joint)의 개수를 나타낸다. 즉, 8개의 링크와 5개의 회전 조인트, 그리고 5개의 병진 조인트를 갖는 8절 링키지 메커니즘의 자유도는 1이 된다. 제4 회전 조인트(240)는 8절 링키지를 이루는 회전 조인트가 아닌 링키지와 제2 지지대를 연결하기 때문에 계산에서 제외되었다. 즉, 5개의 병진 조인트들 중 하나인 제1 병진 조인트(310), 제2 병진 조인트(320), 제3 병진 조인트(330), 제4 병진 조인트(340), 혹은 제5 병진 조인트(350)를 선형 구동기(1000)로 대체하여 힘 전달이 가능한 시스템을 구성할 수 있다. 한편, 필요에 따라 선형 구동기(1000)를 사용하지 않고 5개의 회전 조인트들(210, 220, 230, 250, 260) 중 하나를 회전 구동기(rotation actuator)로 대체하여 시스템을 구성할 수도 있다.

도 3은 8절 링키지 메커니즘이 구동기의 구동력을 착용자의 손가락으로 전달하는 원리를 나타낸다. 제3 병진 조인트(330)이 선형 구동기(1000)로 대체 된 경우를 설명하였다. 도 3(a)에 도시한 바와 같이 제2 링크(20)의 제1 링크(10)에 대한 제21 순간 회전 중심(670)은 제5 회전 조인트(250)를 지나고 제4 병진 조인트(340)의 가이드라인에 수직인 제1 수직선(610)과 제6 회전 조인트(260)를 지나고 제5 병진 조인트(350)의 가이드라인에 수직인 제2 수직선(620)의 교점이다. 즉, 제2 링크(20)는 순간적으로 도 3(b)에 도시한 바와 같이 제21 순간 회전 중심(670)의 위치에서 제1 링크(10)와 회전 조인트(671)로 연결되는 링크로 간주될 수 있다. 그렇다면 제1 링크(10)와 제2 링크(20)는 가상의 회전 조인트(671)로 연결되고, 제2 링크(20)와 제3 링크(30)는 제1 병진 조인트(310)로 연결되고, 제3 링크(30)와 제8 링크(80)는 제3 병진 조인트(330)로 연결되고, 제8 링크(80)와 제1 링크(10)는 제1 회전 조인트(210)로 연결되므로, 4개의 링크(10, 20, 30, 80)는 1 자유도의 4절 기구를 이룬다. 따라서 도 3(c)에 도시한 바와 같이 제3 병진 조인트(330)가 선형구동기(1000)로써 구동되어 (330')이 된다면, 제2 링크(20)는 (20'), 제3 링크(30)는 (30'), 제8 링크(80)는 (80') 위치로 움직인다. 이에 따라 제4 회전 조인트(240)가 (240')으로 이동하며 이에 연결된 제2 지지대(520)에 이동 방향으로 힘을 주게 된다. 한편, 제3 링크(30)와 제5 링크(50)는 제3 회전 조인트(230)로 연결되고, 제5 링크(50)와 제4 링크(40)는 제2 병진 조인트(320)로 연결되고, 제4 링크(40)와 제2 링크(20)는 제2 회전 조인트(220)로 연결되고, 제2 링크(20)와 제3 링크(30)는 제1 병진 조인트(310)로 연결되므로, 4개의 링크(30, 50, 40, 20)은 1 자유도의 4절 기구를 이룬다. 따라서 제2 링크(20)가 (20')으로 움직이고 제3 링크(30)가 (30')으로 움직임에 따라 제4 링크(40)가 (40')으로 움직이게 된다. 이에 따라 고정 조인트(410)이 (410')으로 이동하며 이에 연결된 제1 지지대(510)가 제4 링크(40)의 순간 회전 중심을 중심으로 모멘트를 가하게 된다.

도 4는 손가락 가이드 재활 장치의 움직임을 결정하기 위한 회전 조인트, 고정 조인트 및 병진 조인트들의 치수들을 나타낸다. 다음의 표 1은 제4 링크 (40)이 고정 조인트 (410)을 통해 제1 지지대 (510)에 전달하는 모멘트와 제3 링크 (30)이 제4 회전 조인트 (240)을 통해 제2 지지대 (520)에 전달하는 힘이 도1(b)의 조건에 맞게 되는 치수 값들을 나타낸다.

[표 1]

상기 치수들은 도1 (b)의 조건에 더하여 사용자의 손가락이 자연스러운 움직임을 가지며 재활 운동이 되도록 도 1(b)의

와

간에 수학식 2를 만족하도록 치수를 결정하였다.

[수학식 2]

수학식 2를 만족하는 손가락 움직임이 일반적으로 물건을 잡을 때 그리는 손가락 움직임이 알려져 있다.

도 4의

은 제5 회전 조인트의 위치 벡터,

은 제6 회전 조인트의 위치 벡터,

는 제1 회전 조인트의 위치 벡터,

및

은 각각 초기 상태에서 제2 회전 조인트(220)에서 제5 회전 조인트(250)로 연결되는 벡터의 길이 및 global X축으로부터 시계방향으로 회전한 각도,

및

는 각각 초기 상태에서 제2 회전 조인트(220)에서 제3 회전 조인트(230)로 연결되는 벡터의 길이 및 global X축으로부터 시계방향으로 회전한 각도,

및

은 각각 초기 상태에서 제2 회전 조인트(220)에서 제6 회전 조인트(260)로 연결되는 벡터의 길이 및 global X축으로부터 시계방향으로 회전한 각도,

및

은 각각 초기 상태에서 제1 회전 조인트(210)에서 제3 회전 조인트(230)로 연결되는 벡터의 길이 및 global X축으로부터 시계방향으로 회전한 각도,

및

은 각각 초기 상태에서 제2 회전 조인트(220)에서 고정 조인트(410) 로 연결되는 벡터의 길이 및 global X축으로부터 시계방향으로 회전한 각도,

및

은 각각 초기 상태에서 제3 회전 조인트(230)에서 제4 회전 조인트(240)로 연결되는 벡터의 길이 및 global X축으로부터 시계방향으로 회전한 각도,

은 초기 상태에서 제1 병진 조인트(310)의 병진 가이드 라인의 global X축으로부터 회전한 각도,

은 초기 상태에서 제2 병진 조인트(320)의 병진 가이드 라인의 global X축으로부터 회전한 각도,

은 초기 상태에서 제3 병진 조인트(330)의 병진 가이드 라인의 global X축으로부터 회전한 각도,

은 초기 상태에서 제4 병진 조인트(340)의 병진 가이드 라인의 global X축으로부터 회전한 각도,

은 초기 상태에서 제5 병진 조인트(350)의 병진 가이드 라인의 global X축으로부터 회전한 각도를 나타낸다. 위에서 치수들은 초기 상태에서 주어지는 값이다. 한편, 장치가 움직임에 따라 계산되어야 하는 변수들은, 제2 링크(20)가 초기 위치에서부터 제1 병진 조인트(310)를 통해 제3 링크(30)로부터 병진 가이드 된 길이

, 제5 링크(50)가 초기 위치에서부터 제2 병진 조인트(320)를 통해 제4 링크(40)로부터 병진 가이드 된 길이

, 제3 링크(30)가 초기 위치에서부터 제3 병진 조인트(330)를 통해 제8 링크(80)로부터 병진 가이드 된 길이

, 제2 링크(20)가 초기 위치에서부터 제4 병진 조인트(340)를 통해 제6 링크(60)로부터 병진 가이드 된 길이

, 제2 링크(20)가 초기 위치에서부터 제5 병진 조인트(350)를 통해 제7 링크(70)로부터 병진 가이드 된 길이

가 있다. 또한, 병진 조인트로 연결 된 링크들은 초기 상태에서 같은 각도만큼 회전하므로, 제2 링크(20), 제3 링크(30), 제6 링크(60), 제7 링크(70), 제8 링크(80)가 초기 상태에서 회전한 각도를

, 제4 링크(40)와 제5 링크(50)가 초기 상태에서 회전한 각도를

라 할 수 있다. 이 때 제4 링크(40)는 착용자의 근위지(910)와 결합되는 제1 지지대(510)와 고정 조인트(410)를 통해 연결되므로 도 1b의 (910)의 회전 각도인

와 같은 각도로 회전한다.

이 때, 제5 회전 조인트(250), 제4 병진 조인트(340), 제2 회전 조인트(220), 제5 병진 조인트(350), 제6 회전 조인트(260)가 이루는 폐루프 방정식은 수학식 3과 같다.

[수학식 3]

또한, 제5 회전 조인트(250), 제4 병진 조인트(340), 제2 회전 조인트(220), 제1 병진 조인트(310), 제3 회전 조인트(230), 제3 병진 조인트(330), 제1 회전 조인트(210)가 이루는 폐루프 방정식은 수학식 4와 같다.

[수학식 4]

또한, 제5 회전 조인트(250), 제4 병진 조인트(340), 제2 회전 조인트(220), 제2 병진 조인트(320), 제3 회전 조인트(230), 제3 병진 조인트(330), 제1 회전 조인트(210)가 이루는 폐루프 방정식은 수학식 5와 같다.

[수학식 5]

즉, 회전 각도

가 주어졌다면, 수학식 3, 수학식 4, 수학식 5의 6개의 방정식을 통해

,

값들을 계산할 수 있고, 8절 링키지 메커니즘의 움직임을 파악할 수 있다.

이 때, 회전 각도

가 변함에 따라 기구가 움직이며 결정되는 고정 조인트(410)과 제4 회전 조인트(240)의 위치는 각각 수학식 6과 수학식 7을 통해 구할 수 있다.

[수학식 6]

[수학식 7]

도 5는 표 1의 치수를 갖는 기구에 대해 수치적 방법을 통하여

에 대하여 계산된 (410)과 (240)이 그리는 경로와 착용자의 손가락 움직임이 수학식 2를 만족하기 위해 그려야 할 경로를 비교한 것이다. 거의 유사하게 따라가는 것을 볼 수 있다. 경로를 잘 따라감으로 인해 힘 전달도 적절히 이루어 진다는 것은 뒤의 도 8, 9, 10에서 설명한다.

도 6은 도 2의 링키지 메커니즘과 같은 연결관계(위상)를 갖지만 부품수가 더 적은 링키지 메커니즘을 나타낸다. 도 2에서 제작 부품수를 감소시키기 위해 양단이 회전 조인트와 병진 조인트로 구성된 링크들 중 제6 링크(60), 제7 링크(70)는 도 3의 제1 핀-인-슬롯 조인트(pin-in-slot joint)(110), 제2 핀-인-슬롯 조인트(120)로 대체될 수 있다. 여기서, 핀-인-슬롯 조인트는 한 링크의 슬롯에 다른 링크의 핀이 결합된 형태의 조인트를 의미한다. 제1 핀-인-슬롯 조인트(110)는 양단이 제5 회전 조인트(250)와 제4 병진 조인트(340)에 각각 연결되는 제6 링크(60)를 포함할 수 있다. 그리고 제2 핀-인-슬롯 조인트(120)는 양단이 제6 회전 조인트(260)와 제5 병진 조인트(350)에 각각 연결되는 제7 링크(70)를 포함할 수 있다. 한편, 핀-인-슬롯 조인트를 통해 연결된 두 링크 간의 회전 운동 및 병진 운동의 2 자유도 움직임을 허용할 수 있다. 예를 들어 양단이 회전 조인트 및 병진 조인트로 연결된 링크는 모두 핀-인-슬롯 조인트로 대체될 수 있다. 예를 들어 도 6의 제5 링크(50), 제3 회전 조인트(230), 그리고 제2 병진 조인트(320)는 하나의 핀-인-슬롯 조인트로 대체될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예 중 도 6에 따른 손가락 재활 가이드장치를 도시한 도면이며, 도 7을 참조하면, 도 6에서 제3 병진 조인트(330)를 선형 구동기(1000)로 구현한 실시예를 나타낸다. 이와 같이 선형 구동기(1000)를 적용함으로써 사용자의 손가락에 구동력을 가할 수 있다. 선형 구동기(1000)의 일측은 제1 링크(10)와 제1 회전 조인트(210)로 연결되고 타측은 제3 링크(30)에 제2 고정 조인트(fixed joint)(420)로 연결되어 강체 결합될 수 있다. 도 7에서는 로봇 손가락과 결합된 형태로 표현되었지만, 실제 사람 손가락에도 착용이 가능하다.

또한, 도 7은 도 4 및 표 1의 치수가 적용된 실시예이다. 도 7의 제1 핀-인-슬롯 조인트(110)의 슬롯의 각도는 도 4의 제4 병진 조인트(340)의 각도인

, 도 7의 제 1 핀-인-슬롯 조인트(110)의 핀의 위치는 도 4의 제5 회전 조인트(250)의 위치인

, 도 7의 제2 핀-인-슬롯 조인트(120)의 슬롯의 각도는 도 4의 제5 병진 조인트(350)의 각도인

, 도 7의 제 2 핀-인-슬롯 조인트(120)의 핀의 위치는 도 4의 제6 회전 조인트(260)의 위치인

, 도 7의 선형 구동기(1000)의 구동 방향의 각도는 도 4의 제3 병진 조인트(330)의 각도인

이며, 나머지 도 4와 공통된 요소들의 치수는 표 1과 같다.

도 8은

인 경우에 순간 회전 중심을 분석한 도면이다. 도 8a를 참조하면, 제2 링크(20)의 제1 링크(10)에 대한 제21 순간 회전 중심(670)은 제1 핀-인-슬롯 조인트(110)의 제1 핀(112)을 지나며 제1 슬롯을 지나는 제1 중심선(111)에 수직인 제1 수직선(610)과 제2 핀-인-슬롯 조인트(120)의 제2 핀(122)을 지나며 제2 슬롯을 지나는 제2 중심선(121)에 수직인 제2 수직선(620)의 교점이다. 제3 링크(30)의 제1 링크(10)에 대한 제31 순간 회전 중심(680)은 제1 회전 조인트(210)를 지나면서 선형 구동기(1000)의 구동 방향 라인(1001)에 수직인 제3 수직선(630)과 순간 회전 중심(670)을 지나며 제1 병진 조인트(310)의 제1 병진 운동 라인(311)에 수직인 제4 수직선(660)의 교점이다. 제4 링크(40)의 제3 링크(30)에 대한 제43 순간 회전 중심(690)은 제3 회전 조인트(230)를 지나며 제2 병진 조인트(320)의 제2 병진 운동 라인(321)에 수직인 제5 수직선(650)과 제2 회전 조인트(220)를 지나며 제1 병진 조인트(310)의 제1 병진 운동 라인(311)에 수직인 제6 수직선(640)의 교점이다. 도 8b를 참고하면, 제4 링크(40)의 제1 링크(10)에 대한 제41 순간 회전 중심(800)은 제3 링크(30)의 제1 링크(10)에 대한 제31 순간 회전 중심(680)과 제4 링크(40)의 제3 링크(30)에 대한 제43 순간 회전 중심(690)을 연결하는 제1 가상선(702) 상에 위치한다. 또한, 제41 순간 회전 중심(800)은 제4 링크(40)의 제2 링크(20)에 대한 제42 순간 회전 중심(220)과 제2 링크(20)의 제1 링크(10)에 대한 제21 순간 회전 중심(670)을 연결하는 제2 가상선(701) 상에 위치한다. 즉, 제4 링크(40)의 제1 링크(10)에 대한 제41 순간 회전 중심(800)은 제1 가상선(702)과 제2 가상선(701)의 교점이 된다. 이와 마찬가지로 도 9

인 경우)과 도 10

에서도 제4 링크(40)의 제1 링크(10)에 대한 제41 순간 회전 중심(800)은 사용자의 MCP 조인트(810) 근처에 위치함을 알 수 있다.

또한, 도 8b, 9b, 10b를 참고하면, 제4 링크(40)의 제3 링크(30)에 대한 순간 회전 중심인 제43 순간 회전 중심(690)과 제4 병진 조인트(240)을 연결한 제3 가상선(703)이 사용자의 PIP 조인트(820) 근처를 지남을 알 수 있다.

도 8c, 도 9c, 도 10c는 각각

,

에 제1 링크(10)로부터 제1 지지대(510)에 전달되는 모멘트

와 제1 지지대(510)에 대해 제2 지지대(520)를 통해 착용자의 손가락에 전달되는 힘

을 나타낸다. 모멘트

는 제41 순간 회전 중심(800)을 중심으로 착용자의 제1 분절(910)에 가해지게 되며, 제41 순간 회전 중심(800)이 착용자의 제1 조인트(810) 근처에 위치하기 때문에

는 도 1b에 설명된 적절한 모멘트 T와 유사하게 됨을 나타낸다. 또한, 힘

는 제4 회전 조인트(240)를 지나며 제3 가상선(703)에 수직한 방향으로 착용자의 제2 분절(920)에 가해지게 되며, 제3 가상선(703)이 착용자의 제2 조인트(820) 근처를 지나기 때문에

는 도 1b에 설명된 적절한 힘

과 유사하게 됨을 나타낸다.

또한, 상기 치수의 실시예는 구동 범위 동안 착용자의 손가락과 간섭이 일어나지 않기 때문에 구동이 가능하며, 얇은 두께를 유지할 수 있어 사용자 손의 여러 손가락에 동시에 착용할 수 있다.

즉, 본 발명은 주어진 구동 범위 내에서 제4 링크(40)의 제1 링크(10)에 대한 제41 순간 회전 중심(800)이 착용자의 MCP 조인트(810) 근처에 위치하고 제3 링크(30)의 제4 링크(40)에 대한 순간 회전 중심(690)과 제4 회전 조인트(240)을 연결한 가상선(703)이 착용자의 PIP 조인트(820) 근처를 지나는 치수를 모두 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 손가락 재활 가이드장치는 서로 다른 형상을 갖고 배치되는 8개의 링크, 그리고 8개의 링크에 각각 연결되어 1 자유도를 가진 8절 링키지를 형성하는 연결 조인트를 포함할 수 있다. 여기서, 연결 조인트는 6개의 회전 조인트, 그리고 5개의 병진 조인트를 포함하며, 8개의 링크 연결부위에 선택적으로 결합되어 손가락을 가이드하는 경로를 일정하게 유지하면서도 자유롭게 병진 조인트의 위치를 변경할 수 있다. 즉, 회전 조인트와 병진 조인트를 연결하는 링크를 포함하여 손가락 재활 가이드장치의 출력 경로를 유지하면서 병진 조인트의 위치를 자유롭게 조정하여 레이아웃(layout)을 변경할 수 있다. 여기서, 병진 조인트를 선형 기계 요소로 대체할 수 있으며, 필요에 따라 회전 조인트와 병진 조인트 중 하나를 구동기로 대체할 수도 있다. 그리고 스프링이나 댐퍼와 같은 다른 기계 요소들도 요소의 특성에 따라 회전 조인트 또는 병진 조인트 위치에 추가하거나 해당 조인트를 대체할 수 있다.

도 11은 도 7과는 또 다른 실시예들을 나타낸다. 도 11(a)는 도 6의 실시예에서 제8 링크(80), 제3 병진 조인트(330), 제1 회전 조인트(210)가 제 3 핀-인-슬롯 조인트(130)로 대체되고 선형 구동기(1000)가 제3 링크(30)와 제2 링크(20)에 고정 조인트로 연결되며 제1 병진 조인트(310)를 대체한 실시예를 나타낸다. 도 11(b)는 도 7의 실시예에서 제2 병진 조인트(320)의 위치가 변경된 실시예를 나타낸다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이것도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10 ; 제1 링크 20 ; 제2 링크
30 ; 제3 링크 40 ; 제4 링크
50 ; 제5 링크 60 ; 제6 링크
70 ; 제7 링크 80 ; 제8 링크
110 ; 제1 핀-인-슬롯 조인트 120 ; 제2 핀-인-슬롯 조인트
210 ; 제1 회전 조인트 220 ; 제2 회전 조인트
230 ; 제3 회전 조인트 240 ; 제4 회전 조인트
250 ; 제5 회전 조인트 260 ; 제6 회전 조인트
310 ; 제1 병진 조인트 320 ; 제2 병진 조인트
330 ; 제3 병진 조인트 340 ; 제4 병진 조인트
350 ; 제5 병진 조인트 510 ; 제1 지지대
520 ; 제2 지지대

Claims

3개의 조인트와 3개의 분절을 갖는 손가락의 제1 조인트(MCP)와 제2 조인트(PIP)의 사이에 위치되는 제1 분절에 결합되는 제1 지지대,
상기 제2 조인트와 제3 조인트(DIP)의 사이에 위치되는 제2 분절에 결합된 제2 지지대,
일측이 상기 손가락이 위치되는 손을 지지하며, 타측이 바닥면에 지지되어 링크 구조체의 전체 움직임에 대한 기준이 되는 제1 링크,
상기 제1 링크에서 상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대로 전달되는 구동력을 발생하는 구동부,
상기 제1 지지대와 상기 제1 링크의 사이에서 서로 다른 형상을 갖고 연결되는 복수의 링크, 복수의 회전 조인트 중 일부 회전 조인트, 그리고 복수의 병진 조인트를 포함하며, 상기 구동부의 구동력을 상기 제1 지지대로 전달하는 제1 전달부, 그리고
상기 제2 지지대와 상기 제1 링크의 사이에서 상기 복수의 링크, 상기 복수의 회전 조인트, 그리고 상기 복수의 병진 조인트를 공유하며, 상기 구동부의 구동력을 상기 제2 지지대로 전달하는 제2 전달부를 포함하고,
상기 복수의 링크는
일측이 제6 링크에 제4 병진 조인트로 결합되고, 타측이 제7 링크에 제5 병진 조인트로 결합되며, 또 다른 타측이 제3 링크에 제1 병진 조인트로 결합되며, 또 다른 타측이 제4 링크에 제2 회전 조인트로 결합되는 제2 링크,
일측이 제2 링크에 제1 병진 조인트로 결합되고, 타측이 제2 지지대에 제4 회전 조인트로 결합되며, 또 다른 타측이 제8 링크에 제3 병진 조인트로 결합되는 제3 링크,
일측이 제2 링크에 제2 회전 조인트로 결합되고, 타측이 제1 지지대에 고정 조인트로 결합되며, 또 다른 타측이 제5 링크에 제2 병진 조인트로 결합되는 제4 링크,
일측이 제4 링크에 제2 병진 조인트로 결합되며, 타측이 제3 링크에 제3 회전 조인트로 결합되는 제5 링크,
제1 링크에 제5 회전 조인트로 결합되며, 타측이 제2 링크에 제4 병진 조인트로 결합되는 제6 링크,
일측이 제1 링크에 제6 회전 조인트로 결합되며, 타측이 제2 링크에 제5 병진 조인트로 결합되는 제7 링크, 그리고
일측이 제1 링크에 제1 회전 조인트로 결합되고, 타측이 제3 링크에 제3 병진 조인트로 결합되는 제8 링크를 포함하는 손가락 재활 가이드장치.
삭제
제1항에서,
상기 복수의 회전 조인트는 상기 제1 링크와 상기 제8 링크를 연결하는 제1 회전 조인트, 상기 제2 링크와 상기 제4 링크를 연결하는 제2 회전 조인트, 상기 제3 링크와 상기 제5 링크를 연결하는 제3 회전 조인트, 상기 제3 링크와 상기 제2 지지대를 연결하는 제4 회전 조인트, 상기 제1 링크와 상기 제6 링크를 연결하는 제5 회전 조인트, 그리고 상기 제1 링크와 상기 제7 링크를 연결하는 제6 회전 조인트를 포함하는 손가락 재활 가이드장치.
제3항에서,
상기 복수의 병진 조인트는 상기 제3 링크와 상기 제2 링크를 연결하는 제1 병진 조인트, 상기 제4 링크와 상기 제5 링크를 연결하는 제2 병진 조인트, 상기 제3 링크와 상기 제8 링크를 연결하는 제3 병진 조인트, 상기 제2 링크와 상기 제6 링크를 연결하는 제4 병진 조인트, 그리고 상기 제2 링크와 상기 제7 링크를 연결하는 제5 병진 조인트를 포함하는 손가락 재활 가이드장치.
제4항에서,
양측이 회전 조인트와 병진 조인트를 통해 다른 링크와 결합되는 링크에 연결된 상기 회전 조인트와 상기 병진 조인트는 핀-인-슬롯 조인트로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제5항에서,
상기 핀-인-슬롯 조인트는
상기 제2 링크에 구비된 제1 슬롯에 상기 제1 링크에 구비 된 제1 핀이 결합되는 방식으로 구현되는 제1 핀-인-슬롯 조인트,
상기 제2 링크에 구비된 제2 슬롯에 상기 제1 링크에 구비 된 제2 핀이 결합되는 방식으로 구현되는 제2 핀-인-슬롯 조인트,
상기 제3 링크에 구비된 제3 슬롯에 상기 제1 링크에 구비된 제3 핀이 결합되는 방식으로 구현되는 제3 핀-인-슬롯 조인트,
상기 제4 링크에 구비된 제4 슬롯에 상기 제3 링크에 구비된 제4 핀이 결합되는 방식으로 구현되는 제4 핀-인-슬롯 조인트 중 하나 이상을 포함하는 손가락 재활 가이드장치.
제6항에서,
상기 제1 핀-인-슬롯 조인트는 상기 제6 링크, 상기 제5 회전 조인트, 상기 제4 병진 조인트를 포함하는 손가락 재활 가이드장치.
제6항에서,
상기 제2 핀-인-슬롯 조인트는 상기 제7 링크, 상기 제6 회전 조인트, 상기 제5 병진 조인트를 포함하는 손가락 재활 가이드장치.
제6항에서,
상기 제3 핀-인-슬롯 조인트는 상기 제8 링크, 상기 제1 회전 조인트, 상기 제3 병진 조인트를 포함하는 손가락 재활 가이드장치.
제6항에서,
상기 제4 핀-인-슬롯 조인트는 상기 제5 링크, 상기 제3 회전 조인트, 상기 제2 병진 조인트를 포함하는 손가락 재활 가이드장치.
제4항에서,
상기 복수의 회전 조인트, 상기 복수의 병진 조인트, 그리고 상기 복수의 회전 조인트 또는 복수의 병진 조인트들과 연결된 복수의 링크들 중 선택된 회전 조인트, 병진 조인트, 그리고 링크들 중 일부를 구동기로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제11항에서,
상기 제1 병진 조인트가 일측이 상기 제2 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 상기 제3 링크와 고정 조인트로 결합되는 선형 구동기로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제11항에서,
상기 제2 병진 조인트 및 상기 제5 링크가 일측이 상기 제4 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 상기 제3 링크와 제3 회전 조인트로 결합되는 선형 구동기로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제11항에서,
상기 제3 병진 조인트 및 상기 제8 링크가 일측이 상기 제3 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 상기 제1 링크와 제1 회전 조인트로 결합되는 선형 구동기로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제11항에서,
상기 제4 병진 조인트 및 상기 제6 링크가 일측이 상기 제2 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 상기 제1 링크와 제5 회전 조인트로 결합되는 선형 구동기로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제11항에서,
상기 제5 병진 조인트 및 상기 제7 링크가 일측이 상기 제2 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 상기 제1 링크와 제6 회전 조인트로 결합되는 선형 구동기로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제11항에서,
상기 제1 회전 조인트 및 상기 제8 링크가 일측이 상기 제1 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 상기 제3 링크와 제3 병진 조인트로 결합되는 회전 구동기로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제11항에서,
상기 제2 회전 조인트가 일측이 상기 제2 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 상기 제4 링크와 고정 조인트로 결합되는 회전 구동기로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제11항에서,
상기 제3 회전 조인트와 상기 제5 링크가 일측이 상기 제3 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 상기 제4 링크와 제2 병진 조인트로 결합되는 회전 구동기로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제11항에서,
상기 제5 회전 조인트와 상기 제6 링크가 일측이 상기 제1 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 상기 제2 링크와 제4 병진 조인트로 결합되는 회전 구동기로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제11항에서,
상기 제6 회전 조인트와 제7 링크가 일측이 상기 제1 링크와 고정 조인트로 결합되며 타측이 상기 제2 링크와 제5 병진 조인트로 결합되는 회전 구동기로 형성하는 손가락 재활 가이드장치.
제4항에서,
상기 복수의 병진 조인트 중 선택된 병진 조인트에 결합되는 선형 스프링과 선형 댐퍼를 더 포함하는 손가락 재활 가이드장치.
제4항에서,
상기 복수의 회전 조인트 중 선택된 회전 조인트에 결합되는 회전 스프링과 회전 댐퍼를 더 포함하는 손가락 재활 가이드장치.
제4항에서,
미리 설정된 구동 범위 내에서 상기 제1 지지대와 상기 고정 조인트를 통해 결합되는 상기 제4 링크의 상기 제1 링크에 대한 순간 회전 중심이 상기 제1 조인트에 근접하는 손가락 재활 가이드장치.
제24항에서,
미리 설정된 구동 범위 내에서 상기 제2 지지대와 상기 제4 회전 조인트를 통해 결합되는 상기 제3 링크의 상기 제4 링크에 대한 순간 회전 중심과 상기 제4 회전 조인트를 잇는 직선이 상기 제2 조인트에 근접하는 손가락 재활 가이드장치.