KR101988609B1 - 재활 장치 - Google Patents

Abstract

위치 센서(1, 2)는 홀더(3), 이 홀더(3)에 영구적으로 연결된 힘 측정 장치(5), 및 이 힘 측정 장치(5)에 영구적으로 연결되고 전기 모터(7)를 가지는 구동 장치(7)를 구비하는 권취 장치(6, 16)를 포함한다. 이 권취 장치(6, 16)는 케이블(8)을 권출하고 권취하며 권출된 케이블(8)의 권출 길이를 결정하도록 설정된다. 홀더(3)에 영구적으로 연결된 안내 장치(11)는 한정된 방식으로 케이블(8)을 관통시키기 위한 센터링 장치, 유니버셜 조인트에 장착되고 가변 방향으로 케이블(8)을 관통시키도록 의도된 아울릿 장치(15), 및 아울릿 장치(15)의 각도 위치를 결정하기 위한 위치 센서를 구비한다. 위치 센서(1, 2)는 결정된 각도 위치와 권출 길이에 기초하여 홀더(3)에 대해 케이블(8)의 미리 결정된 점의 위치를 결정하도록 설정된다. 전기 모터(7)는, 힘 측정 장치(5)에 의해 결정되고 케이블을 통해 홀더(3)에 작용하는 힘에 기초하여 조절되는 조절가능한 인장력을 케이블(8)에 작용하도록 설정된다.

Description

위치 센서, 센서 장치 및 재활 장치{POSITION SENSOR, SENSOR ARRANGEMENT AND REHABILITATION DEVICE}

본 발명은 위치 센서, 이 위치 센서에 기초한 센서 장치, 및 이 위치 센서에 기초한 재활 장치에 관한 것이다.

특히, 상지(upper extremity) 기능이 약화된 환자를 위한 재활 장치는, 일부 실시예에서 환자의 상지(extremity)의 위치를 위치 센서가 결정하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 이 위치 센서는 부재의 일 단부에, 예를 들어 환자의 상지, 예를 들어 팔을 지지(hold)하도록 의도된 루프 또는 슬링을 구비하는 케이블 시스템을 포함한다. 일례로서, 중량 시스템은 롤러를 통해 케이블을 안내하여, 이에 의해 중량 시스템은 환자의 팔에 스트레인(strain) 완화를 제공한다. 예를 들어, 케이블 시스템에서 특정 케이블 길이를 결정하고, 추가적으로, 카메라를 사용하여 카메라 신호와 케이블의 계산된 길이에 기초하여 위치를 계산하여 팔의 위치를 결정한다.

해결하고자 하는 하나의 목적은, 특히 치료 장치(therapy device)에 사용될 수 있는 위치를 결정하는 개선된 개념을 제공하는 것에 있다.

본 목적은 독립 청구항에 한정된 장치에 의해 달성된다. 추가적인 실시예 및 구성 형태는 종속항에 한정된 장치에 의해 달성된다.

제안된 해결책은 전기 구동 장치를 갖는 권취 장치(winding device)를 통해 케이블을 권출(unwind)하고 권취(wind)하는 것에 의해, 권취와 권출이 권출 케이블의 권출 길이를 동시에 결정할 수 있다는 아이디어에 기초한다. 안내 장치를 통하여 권취 장치로부터 케이블을 안내하여, 이에 의해 안내 장치는 고정된 센터링 장치(centering device)와, 짐벌-장착 아울릿 장치(gimbal-mounted outlet apparatus)를 구비한다. 이에 의해 유연한 아울릿 장치 상의 위치 센서는 케이블의 아울릿 각도(outlet angle)를 결정할 수 있다. 케이블의 결정된 권출 길이와 빠져나가는 각도에 기초하여, 위치 센서는 케이블의 미리 결정된 점의 위치, 예를 들어, 루프에 부착된 케이블의 단부의 위치를 결정하도록 설정된다. 이 개념에 기초하여, 제안된 해결책은 비교적 작은 공간 요구 조건으로 매우 정밀한 방식으로 위치를 결정할 수 있다. 힘 측정 장치와 전기 구동 장치는 특정 조절 가능한 힘을 케이블에 또는 케이블에 부착된 물체에 가할 수 있게 된다.

두 개의 이러한 위치 센서를 결합하면, 케이블에 부착된 룸에서 물체의 위치는 매우 작은 노력 없이 각 케이블 위치의 계산된 룸 위치에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 위치 센서는 그리하여 케이블의 단부 점에 부착되거나 이 단부 점에서 두 개의 루프로 팔을 지지하여, 예를 들어 팔의 위치를 파악하고 그래픽으로 시각화(visualize)하는 치료 장치에 특히 매우 적합하다.

일 실시예에서, 위치 센서는 홀더(holder), 이 홀더에 고정 연결된 힘 측정 장치, 및 상기 힘 측정 장치에 고정 연결되고 전기 모터를 갖는 구동 장치를 특징으로 하는 권취 장치를 포함한다. 이 권취 장치는 케이블을 권출하고 권취하고 권출된 케이블의 권출 길이를 결정하도록 설계된다. 위치 센서는, 홀더에 고정 연결되고, 특히 고정된 방향으로 케이블을 한정하여 관통시키기 위한 센터링 장치, 가변 방향으로 케이블을 관통시키기 위한 짐벌-장착 아울릿 장치, 및 아울릿 장치의 각도 위치를 결정하기 위한 위치 센서를 특징으로 하는 안내 장치를 더 포함한다. 결정된 각도 위치와 권출 길이에 기초하여, 위치 센서는 홀더에 대해 케이블의 미리 한정된 점의 위치를 결정하도록 설계된다. 전기 모터는, 힘 측정 장치에 의해 결정되고 케이블을 통해 홀더에 작용하는 힘에 기초하여 설정된 조절 가능한 인장력(tensile force)이 케이블에 작용하도록 설정된다.

안내 장치는 룸에서 케이블의 각도 위치를 정확히 결정할 수 있다. 특히, 센터링 장치 및 아울릿 장치에서 안내 장치를 두 개의 한정된 케이블이 관통하는 통로(feed-through passage)로 인해, 위치 센서의 외부 케이블 방향으로 위치 벡터 또는 방향 벡터를 계산하는 것이 가능하다. 이 경우에, 센터링 장치에서의 관통은 고정 한정된 점인 반면, 아울릿 장치를 통한 관통은 짐벌 장착으로 인해 가변 점을 제공한다. 이들 두 개의 점에 기초하여, 벡터 기하(vector geometry)로부터 알려진 절차를 통해 위치 벡터를 계산하는 것이 가능하다. 계산의 정밀도는 위치 센서를 통해 아울릿 장치의 배향을 정확히 결정할 수 있다는 것에 기초한다. 예를 들어, 위치 센서는 하나 또는 복수의 가속 센서를 포함하여, 아울릿 장치의 각도 위치 및 이에 의해 아울릿 장치에서 케이블이 관통하는 점을 결정할 수 있다.

케이블의 계산된 위치 벡터와 권출 길이에 기초하여, 룸에서 또는 홀더에 대해 또는 위치 센서에 대해 케이블의 미리 결정된 점의 위치를 계산하는 것이 가능하다. 이를 위해서는 미리 한정된 점으로부터 위치 센서까지의 거리와, 특정 권출 길이에서의 레퍼런스 상태(reference state)만 알면 된다. 이것은, 예를 들어 위치 센서를 프로그래밍하거나 구성하는 것을 통해 설정될 수 있다. 예를 들어, 인코더는 권취 장치에서 권출 길이를 결정하도록 의도된 것이고, 이 인코더는 스풀(spool)의 회전수를 카운트하여, 이에 의해 부분적인 회전들을 미리 한정된 정밀도로 계산에 포함시킬 수 있다. 정수가 아닌 수일 수 있는 이 회전수에 기초하여, 스풀의 반경 또는 권취 반경을 통해 권출 길이를 결정하는 것이 가능하다. 가능한 한 정확히 권출 길이를 결정하기 위하여, 권취 장치는, 바람직하게는 케이블이 하나의 평행한 층으로 권취되어 이에 따라 일정한 권취 반경을 가지게 권취되거나, 또는 하나의 층으로 적층되어 연속적으로 상승하는 권취 반경을 가지게 권취되는 방식으로 설계된다. 그러나, 더 얇은 케이블의 강도에서는, 예를 들어 평균 권취 반경을 취하는 것을 통해 충분히 높은 정밀도로 권출 길이를 결정하는 것이 임의의 권취 유형에서 달성될 수 있다.

상이한 실시예에서, 구동 장치는, 예를 들어 지정된 힘으로 케이블을 자동 권취하는데 기여하는 자체 권취 스프링을 구비한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 구동 장치는 권취 장치의 스풀에 동력을 제공하는 전기 모터를 구비할 수 있다. 일례로서, 이 전기 모터는 조절 가능한 인장력을 케이블에 가하도록 설정된다. 대응하여, 케이블에 부착된 부하는 이 힘으로 올려질(pull up) 수 있다. 그 결과, 예를 들어, 부하가 모터의 설정 힘보다 더 높은 내리는 힘을 가지는 경우, 케이블이 권출된다. 한편, 케이블은 이 케이블에 부착된 부하가 모터에 의해 설정된 힘보다 더 작은 힘을 가하는 경우 권취된다.

일례로서, 전기 모터의 인장력은, 힘 측정 장치에 의해 결정되어 케이블을 통해 홀더에 작용하는 힘에 기초하여 설정된다. 따라서, 예를 들어, 케이블에 부착된 부하는 휴지 위치(rest position)에 유지될 수 있다. 나아가, 예를 들어, 교정 단계에서, 케이블에 작용하는 부하의 힘을 지정하여 모터의 인장력을 설정하는 기초로 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 케이블에서 양 및 음의 방향으로 부하가 변하면 권취 장치를 통해 케이블이 권출되거나 권취된다.

구동 장치에 전기 모터를 사용하면, 예를 들어 전기 모터에 연결된 모터 인코더를 통해 권출 길이를 결정할 수 있다. 이를 위해, 일부 실시예에서, 모터는 모터의 위치를 결정하는 위치 센서 또는 회전 센서를 구비한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전기적 파라미터는 모터의 회전 각도를 모니터링하기 위하여 모터가 동작하는 동안에 분석될 수 있다.

아울릿 장치의 짐벌 장착으로 인해, 이 아울릿 장치는 적어도 두 개의 룸 축을 따라 이동되거나 회전될 수 있다. 아울릿 장치의 각도 위치는, 특히 두 개의 룸 각도, 즉 방위각 각도와 고도 각도에 의해 도시될 수 있는데, 여기에서 방위각 각도는 약 0°내지 약 360°의 각도 범위를 커버하고, 고도 각도는 약 0°내지 최대 약 180°또는 약 -90°내지 최대 약 +90°각도를 커버한다. 이들 각도 및 케이블이 관통하는 가변 방향이 알려진 점에 기초하여, 가변 관통 점을 사용하여 케이블의 위치 벡터 또는 방향 벡터를 결정할 수 있다. 센터링 장치에서 관통 점이 아울릿 장치의 선회 중심과 일직선인 경우, 케이블의 방향 벡터는, 예를 들어 아울릿 장치의 각도 위치에 직접 대응한다.

설명된 실시예들 중 하나에서 위치 센서는, 예를 들어, 재활 장치 또는 치료 장치에 사용될 수 있고, 이 경우, 상지, 특히 환자의 팔을 지지할 수 있는 루프 또는 슬링이 케이블의 미리 한정된 점에 지지될 수 있다. 조절 가능한 힘 또는 힘 측정으로 인해, 환자의 사지(extremity), 특히 팔을 지지하는데 환자에게 더 적은 내부 강도를 요구하도록 환자의 사지가 완화될 수 있다. 미리 한정된 점 또는 루프 또는 슬링의 위치를 결정하면 환자의 움직임을 추적하고, 이를, 예를 들어 그래픽으로 시각화하는 것이 가능하다. 정확한 위치를 결정하는데 위치 센서에 카메라와 같은 외부 구성이 필요 없으므로, 이러한 치료 장치 또는 재활 장치는 저비용으로 제조되거나 설치되어 동작될 수 있다.

상이한 실시예에서, 이들 위치 센서 수 개가 또한 결합될 수 있다. 예를 들어, 센서 장치의 일 실시예에서는 설명된 실시예들 중 하나에 따라 제1 및 제2 위치 센서를 포함할 수 있는 반면, 제1 위치 센서와 제2 위치 센서는 조인트 홀더(joint holder)에 배열될 수 있다. 특히, 이를 통해, 두 개의 위치 센서의 안내 장치와 각 힘 측정 장치가 조인트 홀더와 견고히 연결된다. 예를 들어, 이 경우에, 제1 위치 센서의 홀더는 제2 위치 센서의 홀더로도 기능한다.

상이한 실시예에서, 추가적인 위치 센서가 전술된 예시적인 실시예에 기초한 센서 장치에 통합될 수 있다.

그럼에도 불구하고, 각 위치 센서에서 각 케이블에서 각각 미리 한정된 점의 위치가 서로 독립적으로 결정될 수 있다. 그리하여 두 개의 케이블의 룸에서 결정된 점에 기초하여, 제1 위치 센서의 케이블의 미리 한정된 점 및 제2 위치 센서의 케이블의 미리 한정된 점에 장착된 조인트 홀더에 대해 물체의 위치를 결정하는 것이 가능하다. 특히, 알려진 벡터 기하를 계산하는 것을 통해, 예를 들어，두 개의 특정 룸 점들에 기초하여 룸에서 또는 홀더에 대해 물체의 위치에 대해 위치 벡터를 계산하는 것이 가능하다.

추가적인 실시예에서, 센서 장치는 물체의 위치를 디스플레이 장치에 그래픽으로 시각화할 것을 전제로 설정된다. 이를 달성하기 위해, 센서 장치는, 예를 들어, 계산 유닛과 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 이러한 계산 유닛은, 예를 들어, 위치 센서에 연결된 표준 컴퓨터에 의해 제공될 수 있다.

센서 장치의 상이한 실시예에서, 사람 또는 동물의 사지, 특히 팔을 지지하는 슬링 또는 루프는 제1 위치 센서의 케이블의 미리 한정된 점 및 제2 위치 센서의 케이블의 미리 한정된 점에 의도된다.

예를 들어, 물체, 특히 팔을 시각화하는 것에 더하여, 가상 현실(virtual reality)을 도시한 것이 일어날 수 있는데, 이 경우, 팔 또는 사지(extremity)의 움직임에 의해 제어된 동작이 트리거되거나 또는 물체가 가상 현실에서 조작될 수 있다.

설명된 유형의 센서 장치는, 특히 두 개의 슬링 또는 루프에서 환자의 팔을 지지하거나 고정하는 치료 장치 또는 재활 장치에 사용될 수 있다. 이러한 센서 장치는, 예를 들어 환자의 두 팔을 동시에 지지하도록 결합될 수 있다. 대응하여, 재활 장치의 하나의 실시예는, 예를 들어，이전에 설명된 실시예에 따른 적어도 두 개의 센서 장치를 포함한다.

이러한 재활 장치 또는 치료 장치를 통해 상지(upper extremity) 기능이 약화된 환자는 움직임을 실행하거나 재학습하는 것이 더 용이해 진다. 이 경우에, 환자는, 치료 장치의 케이블의 슬링 또는 루프를 통해 팔의 두 개의 점에, 예를 들어 손목와 팔꿈치에 연결된다. 전술된 바와 같이, 위치 센서의 케이블을 통해 조절 가능한 힘으로 팔을 올리는 것에 의해 중력의 힘으로부터 환자의 팔을 완전히 또는 부분적으로 완화하는 것이 가능하다. 위쪽으로 견인은 능동적으로 동력이 제공되거나 및/또는 스프링 부하에 의해 동력이 제공되는 별개의 권취 장치에 의해 생성된다. 장치의 하우징 또는 홀더에 권취 장치 또는 구동 장치를 부착하고 이들 사이에 힘 측정 장치를 부착하는 것을 통해, 환자가 팔을 들어올리는 것을 상쇄하는 힘, 또는 환자가 팔을 내리는 힘을 영구적으로 및 연속적으로 측정하는 것이 가능하다. 이것은 환자의 거동에 동적으로 반응하고, 예를 들어, 권취 장치의 인장력의 변동을 통해 장치에 지능적인 거동을 추가할 수 있게 한다.

중량을 경감하고 힘을 측정하는 것으로 인해, 설명된 실시예에 따른 치료 장치는 팔, 특히 환자의 하부 팔의 위치를 정확히 재구성하는 기회를 언제나 제공한다. 전술된 바와 같이, 이러한 정보는 모니터에 팔을 시각화하는데 사용될 수 있다.

케이블을 사용하는 것에 의해, 장치 자체에 의해 제한됨이 없이 치료할 환자 앞 전체 룸을 치료하는 동안 사용하는 것이 가능하고; 설명된 실시예들 중 하나에서 센서 장치는 하나의 팔을 각각 취급할 수 있다. 두 개의 유사한 또는 동일한 시스템을 연결하는 것을 통해, 두 개의-팔 동작이 가능하게 만들어질 수 있다. 설명된 실시예에 따라 사용된 위치 센서를 구성하면, 카메라와 같은 추가적인 외부 센서가 필요한 일반적인 치료 장치 또는 위치 센서와 대조적으로, 팔의 위치를 완전히 결정할 수 있다. 환자의 팔을 통해 위치 센서에 가해지는 힘을 분석하여 환자의 팔에 가해지는 중량의 경감을 조절할 수 있다. 설명된 실시예에 따른 센서 장치는, 예를 들어 자체 프레임, 천장 위 설비, 병원 침대 또는 유사한 것 위의 설비에 상이한 설계 형태로 매달릴 수 있다.

본 발명은 여러 예시적인 실시예를 사용하여 아래 도면을 통해 보다 상세히 설명된다. 여기에서, 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 가지는 요소 또는 성분을 표시한다. 부분 또는 성분들이 그 기능에 있어 서로 대응하는 경우 그 설명은 이하 도면에서 반복하지 않는다.

도 1은 위치 센서의 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 2는 센서 장치의 예시적인 실시예를 도시한 도면.
도 3은 안내 장치의 일 실시예를 도시한 상세도.
도 4는 재활 장치의 일 실시예를 도시한 도면.

도 1은 홀더(3) 또는 하우징을 갖는 위치 센서(1)의 일 실시예를 도시한다. 홀더(3)에서, 권취 장치(6)는 구동 장치(7)와 스풀(9)을 가지게 배열되고 이 권취 장치는 측정 장치(5)를 통해 홀더(3)에 연결된다. 힘 측정 장치(5)를 통해, 권취 장치(6)와 홀더(3) 사이에 작용하는 힘이 측정될 수 있다.

나아가, 홀더(3)에는 안내 장치(11)가 견고히 연결되고, 이 안내 장치는 센터링 장치(13)와 짐벌-장착 아울릿 장치(15)를 구비한다. 센터링 장치(13)를 통해, 특히 센터링 장치(13)의 중심점을 통해, 스풀(9)에 권취된 케이블(8)은 중앙을 통해 고정된 위치 또는 고정된 방향으로 통과된다. 케이블(8)은 아울릿 장치(15)의 중심점을 통해 더욱 안내되고, 이에 의해 아울릿 장치(15)의 짐벌 장착으로 인해, 아울릿 장치의 배향은 조절가능하다. 예를 들어，점선으로 도시된 케이블(8)의 인장력 방향을 케이블(8)이 수직으로 연장하는 라인에 대해 소정 각도로 변화시키면 아울릿 장치의 각도 위치도 변화된다.

안내 장치(11)는 명료함을 위해 도면에 도시되지 않은 위치 센서를 더 구비하며, 이 위치 센서는 아울릿 장치(15)의 각도 위치를 결정할 수 있다. 위치 센서는, 바람직하게는 아울릿 장치(15)의 내부에 배열된다. 예를 들어, 방위각 각도와 고도 각도를 통해 도시될 수 있는 아울릿 장치(15)의 결정된 각도 위치에 기초하여, 아울릿 장치(15)에서 관통하는 점의 위치가 결정될 수 있다. 아울릿 장치(15)에서 관통하는 점 및 센터링 장치(13)를 통해 케이블(8)이 관통하는 점에 기초하여, 위치 센서(1)로부터 케이블(8)이 빠져나가는 방향에 대응하는 방향 벡터를 결정할 수 있다. 이것은 알려진 벡터 기하 절차에 의해 계산될 수 있다.

아울릿 장치가 구 형상(spherical shape)으로 구성되고 센터링 장치(13)에서 관통하는 점이 이 구의 중심점에 대응하는 경우, 아울릿 장치(15)의 각도 위치 또는 기울기는 위치 센서(1)로부터 빠져나가는 케이블(8)의 방향 벡터로 직접 사용될 수 있다.

권취 장치(6)에는 대응하는 센서가 의도되고, 이 센서는 스풀(9)의 회전을 기록(register)하여, 스풀(9)의 회전수로부터 권출 케이블의 길이를 시작 길이에 기초하여 결정할 수 있다. 본 실시예에서, 케이블(8)은 스풀(9) 위에 하나의 층으로 권취되어 케이블은 적층되는 방식으로 권취되고 평행한 방식으로 권취되지 않는다. 대응하여, 스풀(9)의 결정된 회전수 및 회전에 의존하는 권취 반경에 따라, 케이블의 권출 길이를 계산할 수 있다. 대안적으로, 케이블(8)은 스풀 위에 하나의 평행한 층으로 권취될 수도 있다.

이 권출 길이 및 이전에 계산된 각도 또는 기존의 케이블(8)의 위치 벡터에 기초하여, 룸에서 또는 홀더(3)에 대해 케이블(8)의 미리 한정된 점의 위치가 계산될 수 있다. 이를 위해, 위치 센서(1)는, 예를 들어, 필요한 계산을 수행하는 각 전자 장치를 갖는 미도시된 분석 장치를 구비한다. 예를 들어, 디지털 신호 프로세서 또는 응용 특정 집적 회로(ASIC)가 이 목적을 위해 사용될 수 있다.

나아가, 특히, 힘 측정 장치(5)를 통해, 케이블(8)을 통해 홀더(3)에 작용하는 힘이 계산될 수 있다. 나아가, 구동 장치(7), 예를 들어 전기 모터는 케이블(8)에 작용하는 조절 가능한 인장력을 제어할 수 있다. 특히, 이 인장력은 힘 측정 장치를 통해 계산된 케이블(8)에 대한 힘에 기초하여 조절될 수 있다. 인장력은 위치 센서(1)의 동작 동안 조절될 수 있으나, 반복될 수 있는 교정 단계에 기초하여 견고히 설정될 수 있다. 예를 들어, 슬링 또는 루프는 환자의 팔을 지지하는 케이블에 부착될 수 있다. 교정 단계에서, 홀더(3)에 가해진 아이들 위치(idle position)에서의 팔의 힘을 계산하여, 이 계산된 힘을 구동 장치(7)의 인장력으로 설정할 수 있다. 대응하여, 환자의 팔은 이 설정된 인장력에 의해 완화되고, 팔의 움직임은 더 적은 힘을 사용하여 수행될 수 있다.

도 2는, 도 1에 도시된 위치 센서의 실시예에 각각 기초하여 제1 위치 센서(1)와 제2 위치 센서(2)를 갖는 센서 장치의 일 실시예를 도시한다. 대응하여, 제2 위치 센서(2)는 여기에 도시되지 않은 힘 측정 장치를 통해 조인트 홀더(3)에 연결된 구동 장치(17)와 스풀(19)을 갖는 권취 장치(16)를 구비한 것을 특징으로 한다. 나아가, 제2 위치 센서(2)는 짐벌-장착 안내 장치(25)만을 안내하는 안내 장치(21)를 구비한 것을 특징으로 한다.

센서 장치는, 권취 장치(6, 16)를 제어하고 대응하는 측정 데이터를 분석하도록 설정된, 전원 유닛(24) 및 전자 시스템(26)을 더 포함한다.

센서 장치를 통해, 두 개의 각 케이블은 서로 독립적으로 제어되거나, 또는 그 권출 길이 및 빠져나가는 각도를 계산하여 대응하는 케이블에 미리 한정된 점의 각 위치를 결정할 수 있다.

예를 들어, 여기에서 도시되지 않은 케이블은 환자의 팔을 지지할 수 있는 루프 또는 슬링을 구비하도록 의도된다. 도 1에 도시된 실시예에 대해 전술된 바와 같이, 각각 미리 한정된 점, 즉 슬링 또는 루프의 부착 점은, 두 개의 위치 센서에 대해 계산될 수 있다. 이 두 개의 점에 기초하여, 예를 들어, 룸에서 환자의 하부 팔의 위치를 반영하는, 룸 내 벡터를 계산하는 것이 가능하다. 케이블에 있는 루프 또는 슬링은, 예를 들어 환자의 손목과 팔꿈치에 부착된다. 환자의 하부 팔의 공간 위치에 관한 정보를 사용하여, 예를 들어, 모니터에서 팔을 시각화하여 디스플레이하고 가상 현실(artificial reality)을 제어하고, 여기에서 물체를 조작할 수 있다. 이를 위해, 센서 장치는, 예를 들어 각 소프트웨어를 특징으로 하는 컴퓨터에 연결된다. 도시된 전기 모터(7, 17)에 추가적으로 또는 대안적으로, 구동 장치는 한정된 힘을 스풀(9, 19) 및 이에 의해 케이블에 가하는 권취 스프링을 특징으로 할 수 있다.

도 3은 안내 장치(11)의 일 실시예의 상이한 사시도를 도시하고, 도 3A는 상부 사시도를 도시하고 도 3B는 하부 사시도를 도시한다. 안내 장치(11)는 이 경우에 케이블이 관통하는 중앙에 위치된 홀(13A)을 구비하는 센터링 장치(13)를 포함한다. 나아가, 짐벌-장착 아울릿 장치(15)는 도시되어 있는데, 이 아울릿 장치는 짐벌 장착에 따라 두 개의 축에 따라 회전 가능하다. 센터링 장치(13)는 아울릿 장치가 선회 운동을 하는 경우에도 제 위치에 유지된다. 아울릿 장치(15)는 케이블이 통과하는 홀(15A)을 특징으로 하는 반면, 케이블에 대응하는 힘의 영향을 통해, 홀(15A)의 위치가 변하고 아울릿 장치(15)의 각도 위치가 변경된다. 정확한 각도 위치는 아울릿 장치(15)의 내부에 위치된 의도된 위치 센서(15B)로 결정될 수 있다. 예를 들어, 이 위치 센서(15B)는, 가속 및 상이한 배향을 결정하여 각도 위치를 결정하는 하나의 또는 복수의 가속 센서로 구성된다. 이러한 위치 센서는 자이로스코픽 센서라고 언급될 수 있다. 도 3B는, 특히 아울릿 홀(15A)을 갖는 아울릿 장치(15)의 반구 형상의 구성을 도시한다.

도 2에 도시된 센서 장치는, 예를 들어 치료 장치 또는 재활 장치에 사용되어 상지(upper extremity) 기능이 약화된 환자가 움직임을 수행하거나 재학습하는 것을 용이하게 한다. 이것은, 특히 환자의 팔에 중력 스트레인을 완전히 또는 부분적으로 경감하는 것을 통해 달성된다. 나아가, 전술된 루프 또는 슬링이 통합된 위치는 환자 또는 환자의 각 팔의 운동 거동을 결정하고 필요한 경우, 기록할 수 있다. 팔의 운동 데이터와 위치 데이터는, 예를 들어, 그래픽으로 시각화되어, 환자가, 예를 들어 가상 현실의 프레임워크 내에서 특정 움직임을 수행할 수 있는 모티브를 환자에 제공할 수 있다.

도 2에 도시된 센서 장치는 각 팔의 치료 처리를 위해 사용될 수 있으나, 두 개의 센서 장치를 각 조합하면 두 개의-팔 동작을 가능하게 할 수 있다. 도 4는 제1 및 제2 치료 장치(100, 200)가 환자의 우측 및 좌측 팔에 각각 사용되는 치료 장치의 예시적인 실시예를 도시한다. 센서 장치(100, 200)는, 예를 들어 도시된 실시예에서 환자를 운반하는 휠체어에 부착된 프레임(300)의 대응하는 홀더(310, 320)에 부착된다. 센서 장치(100, 200)로부터 대응하는 케이블(8, 18 또는 208, 218)은 환자의 우측 또는 좌측 팔로 각각 연장한다. 특히, 우측 팔은 슬링(27, 29)에 의해 지지되는 반면, 우측 팔은 슬링(227, 229)에 의해 지지된다.

휠체어 대신에, 프레임(300)은 병원 침대 또는 일반적인 체어에 부착될 수 있다. 케이블(8, 18, 208, 218)을 사용하여 장치 자체에 의해 제한됨이 없이 치료 할 환자 앞 전체 룸을 치료 동안 사용하는 것이 가능하다. 특히, 팔의 위치를 결정하는데 요구되는 모든 필요한 센서는, 예를 들어 카메라를 사용하여 위치를 결정하는 일반적인 시스템과는 대조적으로, 대응하는 센서 장치(100, 200)에 통합된다.

환자의 팔의 힘을 분석하여 이에 대응하여 중량의 경감을 조절할 수 있고， 이는, 특히 우측 및 좌측 팔에 상이하게 설계될 수 있다.

측정 가능한 변수를 분석하는 것은, 예를 들어 컴퓨터 또는 노트북과 같은 센서 장치(100, 200)에 연결된 컴퓨팅 유닛에서 및 대응하는 센서 장치에서 일어날 수 있다.

Claims (13)

1. 적어도 하나의 위치 센서를 포함하는 재활 장치로서,
   상기 적어도 하나의 위치 센서(1, 2)는,
   - 홀더(3);
   - 상기 홀더(3)에 견고히 연결된 힘 측정 장치(5);
   - 상기 힘 측정 장치(5)에 견고히 연결되며 전기 모터(7)인 구동 장치를 구비하는 권취 장치(6, 16)로서, 상기 권취 장치(6, 16)는 케이블(8)을 권출 및 권취하고, 권출된 상기 케이블(8)의 권출 길이를 결정하도록 설정된, 권취 장치(6, 16); 및
   - 상기 홀더(3)에 견고히 연결된 안내 장치(11)를 포함하며;
   - 상기 안내 장치는, 상기 케이블(8)을 한정하여 고정된 방향으로 관통시키기 위한 센터링 장치(13), 상기 케이블(8)을 가변 방향으로 관통시키기 위한 짐벌-장착 아울릿 장치(15), 및 상기 아울릿 장치(15)의 각도 위치를 결정하기 위한 위치 센서를 구비하고;
   - 상기 적어도 하나의 위치 센서(1, 2)는 상기 결정된 각도 위치와 상기 권출 길이에 기초하여 상기 홀더(3)에 대해 상기 케이블(8)의 미리 한정된 점의 위치를 결정하도록 설계되고;
   - 상기 전기 모터(7)는 상기 힘 측정 장치(5)에 의해 결정되고 상기 케이블을 통해 상기 홀더(3)에 작용하는 힘에 기초하여 조절되는 조절가능한 인장력을 상기 케이블(8)에 작용하도록 설정된 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 권취 장치(6, 16)는 상기 케이블이 하나의 평행한 층으로 권취되거나 또는 하나의 층으로 적층되도록 구성된 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 구동 장치는 권취 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 권출 길이는 상기 전기 모터(7)에 연결된 모터 인코더를 통해 결정되는 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 위치 센서는 적어도 하나의 가속 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 권취 장치(6, 16)는 상기 힘 측정 장치(5)에 의해 결정된 힘의 변화에 기초하여 상기 케이블(8)을 권출 및 권취하도록 설정된 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 위치 센서는 센서 장치 내에 제1 및 제2 위치 센서(1, 2)를 포함하고, 상기 제1 위치 센서(1)와 상기 제2 위치 센서(2)는 조인트 홀더(3)에 배열되는 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 위치 센서(1)의 홀더는 상기 제2 위치 센서(2)의 홀더인 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상시 센서 장치는, 상기 제1 위치 센서(1)의 케이블(8)의 미리 한정된 점의 위치 및 상기 제2 위치 센서(2)의 케이블(18)의 미리 한정된 점의 위치에 기초하여, 상기 조인트 홀더(3)에 대한 물체의 위치를 계산하도록 설정된 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 센서 장치는 물체의 위치를 디스플레이 장치에서 그래픽으로 시각화하도록 설정된 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
11. 제9항에 있어서,
    상기 센서 장치는 룸에서 상기 물체의 위치 벡터로서 상기 물체의 위치를 계산하도록 설정된 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 위치 센서(1)의 케이블(8)의 미리 한정된 점 및 상기 제2 위치 센서(2)의 케이블(18)의 미리 한정된 점에서, 슬링 또는 루프(27, 29, 227, 229)가 각각 사람 또는 동물의 사지를 지지하도록 한 것을 특징으로 하는, 재활 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 센서 장치를 적어도 두 개 갖는 것을 특징으로 하는, 재활 장치.

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