KR102021744B1 - 신체움직임보조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신체움직임 보조장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 신체움직임 보조장치는, 사용자의 특정한 신체에 착용하는 신체착용부; 상기 신체착용부에 일측이 연결되는 스트랩; 상기 스트랩 상에 배치되어, 상기 스트랩에 인가되는 장력을 측정하는 스트레인센서; 및 상기 스트랩이 연결되고, 회전함에 따라 상기 스트랩을 감거나 줄어주는 스트랩구동부;를 포함하고, 상기 스트랩구동부는, 정지상태에서 상기 스트레인센서에 특정한 세기의 기준장력이 가해지도록 회전하고, 사용자의 움직임에 따라 상기 스트랩에 가해지는 인가장력이 상기 기준장력보다 높거나 낮아짐에 따라 소정의 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.

Description

신체움직임보조장치 {APPARTUS FOR ASSISTING BODY MOVEMENT}

본 발명은 재활환자의 신체움직임을 보조하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 인체의 각 관절 부위는 관절 부위와 인접한 부위들이 관절 부위를 기준으로 회전 가능한 구조를 가진다.

한편, 노인이나 근력이 약한 재활 환자들은 건강한 사람들에 비해 관절 운동에 어려움을 겪고 있으며, 실질적으로 운동이 필요함에도 일반적인 운동기구로는 운동을 하는 것이 현실적으로 어려운 실정이다.

특히, 뇌졸중이나 파킨슨병 등의 경우, 병세에 따라 다양한 신체적 변화가 나타난다. 특히, 위와 같은 병의 경우, 손이 마비되고 손가락이 오그라드는 현상이 동반된다.

이러한 손의 마비와 손가락이 오그라드는 현상을 계속적으로 방치하면, 근육이나 관절이 점차 굳어져 움직일 때 통증을 느끼게 되고 신경이 회복되어도 정상적인 활동에 지장을 초래할 수 있다.

또한, 손목 및 어깨와 같은 관절 부위를 수술한 환자의 경우에는 스스로 운동이 불가능하므로, 근육이 약해지고 원활한 영양 공급이 이루어지지 않아서 손목 및 어깨의 관절 부위가 뻣뻣해지면서 굳어질 우려가 있다.

이에 따라, 마비가 오거나 장애를 갖게 된 손을 계속적으로 움직이게 재활 치료를 하므로써, 혈액순환과 신경소통을 촉진하여 운동 능력을 최대한 유지하게 해주는 것이 매우 중요하다.

즉, 관절의 변형을 방지하고 정상적인 활동에 복귀하기 위해서는 장시간 통증을 동반한 재활 운동을 하여야 한다.

국내등록특허공보 제10-1163903호(발명의 명칭: 뇌졸중 환자의 상지 재활을 위한 외골격 로봇, 등록일: 2012.07.02.)

본 발명은 스트레인센서를 통해 획득되는 스트랩에 대한 장력을 기반으로 환자의 신체움직임 의도를 파악하여 신체움직임을 보조하는 동력을 적절히 제공하여 주어, 효과적인 신체 재활 훈련을 제공하는, 신체움직임보조장치를 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 신체움직임 보조장치는, 사용자의 특정한 신체에 착용하는 신체착용부; 상기 신체착용부에 일측이 연결되는 스트랩; 상기 스트랩 상에 배치되어, 상기 스트랩에 인가되는 장력을 측정하는 스트레인센서; 및 상기 스트랩이 연결되고, 회전함에 따라 상기 스트랩을 감거나 줄어주는 스트랩구동부;를 포함하고, 상기 스트랩구동부는, 정지상태에서 상기 스트레인센서에 특정한 세기의 기준장력이 가해지도록 회전하고, 사용자의 움직임에 따라 상기 스트랩에 가해지는 인가장력이 상기 기준장력보다 높거나 낮아짐에 따라 소정의 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 다른 일실시예로, 상기 스트레인센서의 측정값을 기반으로 스트랩구동부를 제어하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 기준장력 및 최대장력이 설정된 것이다.

또한, 다른 일실시예로, 상기 제어부는, 상기 인가장력이 상기 기준장력보다 임계치 이상으로 작아지면, 상기 스트랩을 감아주는 방향으로 상기 스트랩구동부를 회전시키고, 상기 인가장력이 상기 기준장력보다 임계치 이상으로 커지면, 상기 스트랩을 풀어주는 방향으로 상기 스트랩구동부를 회전시킨다.

또한, 다른 일실시예로, 상기 신체착용부는, 손가락 마디에 착용되는 복수의 손가락착용부인 것을 특징으로 한다.

또한, 다른 일실시예로, 각각의 손가락착용부에 연결되는 상기 스트랩을 감거나 풀어주는 복수의 스트랩구동부;를 포함한다.

또한, 다른 일실시예로, 상기 스트랩구동부의 회전데이터를 측정하는 엔코더;를 더 포함하되, 상기 회전데이터는 회전수 또는 회전각도이다.

또한, 다른 일실시예로, 상기 회전데이터를 단말기로 전송하는 통신부;를 더 포함하고, 상기 단말기는 상기 회전데이터에 대응하는 신체이미지를 생성하여 출력하는 것이다.

또한, 다른 일실시예로, 상기 신체착용부가 환자의 손등에 장착되어, 환자의 손가락을 재활 운동시키는 손가락착용부인 경우, 환자의 손목 부위에 마련되어, 환자의 손목을 지지하는 손목지지부; 및 상기 손목지지부와 이격 배치되어, 환자의 상지를 지지하는 상지지지부를 더 포함한다.

또한, 다른 일실시예로, 상기 상지지지부는, 팔꿈치가 거치되는 팔꿈치 거치대; 및 상기 팔꿈치 거치대에 거치된 상지의 승강 움직임에 따라 동작하는 승강 동작부를 포함한다.

또한, 다른 일실시예로, 상기 승강 동작부는, 상기 팔꿈치 거치대에 선회가능하게 힌지 결합되는 제1관절 링크; 상기 제1관절 링크에 선회가능하게 힌지 결합되는 제2관절 링크; 상기 제1관절 링크와 상기 제2관절 링크에 선회가능하게 힌지 결합되는 피봇 조인트; 및 상기 팔꿈치 거치대에 거치된 상지의 승강 움직임에 따라 상기 제1관절 링크, 상기 제2관절 링크 및 상기 피봇 조인트를 선회 운동시키는 선회 운동부를 포함한다.

또한, 다른 일실시예로, 상기 스트랩구동부의 회전데이터를 측정하는 엔코더; 상기 손목지지부 및 상지지지부의 실시간 배치상태를 측정하여 배치상태데이터를 생성하는 배치상태측정부; 및 상기 회전데이터 및 상기 배치상태데이터를 단말기로 전송하는 통신부;를 더 포함하고, 상기 단말기는 상기 회전데이터 및 상기 배치상태데이터를 기반으로 실시간 신체이미지를 생성하여 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 기준장력과 인가장력 사이의 비교를 통해 환자의 신체움직임을 파악하여 환자의 운동방향에 부합하는 보조 동력을 제공하여 줄 수 있어서, 효과적인 신체 재활 훈련을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 신체움직임보조장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 엔코더를 더 포함하는 신체움직임보조장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 통신부를 더 포함하는 신체움직임보조장치의 구성도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락착용부, 손목지지부 및 상지지부를 포함하는 신체움직임보조장치의 정면 사시도,
도 5는 도 4의 배면 사시도,
도 6은 도 4의 손가락 운동부의 요부 확대도,
도 7는 도 4의 요부 단면도,
도 8는 도 4의 신체움직임보조장치에 상지가 장착된 상태를 도시한 도면이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른, 상지지지부 및 손목지지부를 포함하는 신체움직임보조장치의 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서 '인가장력'은 스트레인센서에 의해 측정시점마다 획득되는 장력을 의미한다.

본 명세서에서 '기준장력'은 사용자 신체의 움직임 방향 판단을 위해 인가장력과 비교를 위해 기준으로 설정되는 장력을 의미한다.

본 명세서에서 '최소장력'은 스트랩 또는 스트레인센서에 최소한 인가되어야 하는 것으로 설정된 장력을 의미한다.

본 명세서에서 '최대장력'은 스트랩 또는 스트레인센서에 인가될 수 있는 최대값으로 설정된 장력을 의미한다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 신체움직임 보조장치에 대한 상세한 설명을 기술한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 신체움직임 보조장치의 구조도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 신체움직임 보조장치는, 신체착용부(100); 스트랩(200); 스트레인센서(300); 제어부(500); 및 스트랩구동부(400)의 전부 또는 일부를 포함한다.

상기 신체착용부(100)는 사용자의 특정한 신체에 착용된다. 상기 신체착용부(100)는 신체움직임보조장치(10)에 의해 보조되어 움직이는 신체부위에 착용된다. 예를 들어, 손가락 재활훈련을 수행하는 경우, 상기 신체착용부(100)는 손가락착용부일 수 있다. 즉, 상기 신체착용부(100)는 후술되는 스트랩구동부(400)가 배치되는 신체부위와의 사이에 관절이 위치하는 신체부위에 착용된다.

상기 스트랩(200)은 상기 신체착용부(100)에 일측이 연결된다. 스트랩(200)의 일단부는 신체착용부(100)에 연결되고, 타단부는 후술되는 스트랩구동부(400)에 연결되어 있다.

상기 스트랩(200)은, 일실시예로, 신체착용부(100)가 착용된 신체부위의 굽힘 동작(즉, 신체착용부(100)와 스트랩구동부(400) 사이에 위치한 관절의 굽힘동작)에 따라 길이방향을 따라 탄성 변형하는 재질로 이루어진다. 여기서, 스트랩(200)은 손가락에 힘을 크게 가하기 어려운 환자가 손가락을 구부릴 경우, 저항력을 최소화하도록 설계되는 것이 바람직하다.

상기 스트랩(200)은 후술되는 스트레인센서(300)가 배치되도록 일정 폭의 띠 형상을 가질 수 있다.

상기 스트레인센서(300)는 상기 스트랩(200) 상에 배치되어, 상기 스트랩(200)에 인가되는 장력을 측정한다. 스트레인 센서는 스트랩(200)의 일측 판면에 프린팅 또는 부착될 수 있다. 즉, 스트랩(200)의 일측 판면에는 스트랩(200)의 탄성 변형에 따라, 스트랩(200)에 작용하는 힘을 측정하는 스트레인 센서가 마련될 수 있다.

이에 의해, 본 발명의 일실시예에 따른 신체움직임보조장치(10)는 스트레인 센서의 신축 변형 정도에 따라 예컨대, 스트랩(200)이 길이 방향을 따라 늘어나거나 또는 줄어드는 정도에 따라 금속 패턴에 걸리는 저항을 측정하여, 스트랩(200)에 작용하는 힘(즉, 장력)을 측정한다. 일 예로서, 스트레인 센서는 스트랩(200, 41)이 인장하며 늘어남에 따라 금속 패턴의 길이가 늘어나면서 금속 패턴의 저항값이 증가하고, 반대로 스트랩(200)이 압축하며 줄어듦에 따라 금속 패턴의 길이가 줄어들면서 금속 패턴의 저항값이 감소한다. 그리고, 스트레인 센서에 의해 측정된 저항값에 따라, 스트랩구동부(400)의 구동을 제어한다.

상기 스트랩구동부(400)는 상기 스트랩(200)이 연결되고, 회전함에 따라 상기 스트랩(200)을 감거나 줄어준다. 상기 스트랩구동부(400)는, 정지상태에서 상기 스트레인센서(300)에 특정한 세기의 기준장력이 가해지도록 회전하고, 사용자의 움직임에 따라 상기 스트랩(200)에 가해지는 인가장력이 상기 기준장력보다 높거나 낮아짐에 따라 소정의 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.

일실시예로, 도 6에서와 같이, 스트랩구동부(400)는 스트랩(200)의 이동방향에 대해 가로로 배치되어 스트랩(200)(41)이 권취 및 권취해제되는 스트랩(200) 권취 롤러(25)와, 스트랩(200) 권취 롤러(25)를 정역회전시키는 스트랩(200) 구동모터(27)를 포함한다. 이에 의해, 스트랩(200) 구동모터(27)를 정역회전시킴에 따라, 스트랩(200, 41)은 스트랩(200) 권취 롤러(25)에 권취 및 권취해제된다.

제어부(500)는 상기 스트레인센서(300)의 측정값(즉, 저항값)을 기반으로 스트랩구동부(400)를 제어하는 역할을 수행한다. 상기 제어부(500)는 기준장력이 설정되어 있어 기준장력과 실시간 인가장력을 비교하여 스트랩구동부(400)(예를 들어, 회전모터)의 회전방향을 조절한다. 즉, 상기 제어부(500)는, 상기 인가장력이 상기 기준장력보다 임계치 이상으로 작아지면, 상기 스트랩(200)을 감아주는 방향으로 상기 스트랩구동부(400)를 회전시키고, 상기 인가장력이 상기 기준장력보다 임계치 이상으로 커지면, 상기 스트랩(200)을 풀어주는 방향으로 상기 스트랩구동부(400)를 회전시킨다. 스트레인센서(300)의 저항값을 바탕으로 산출되는 인가장력과 기준장력 사이의 차이가 임계값 이내인 경우, 제어부(500)는 신체가 움직이지 않고 정지되어 있는 것으로 판단하여 스트랩구동부(400)를 구동하지 않는다.

이를 위해, 제어부(500)는, 신체착용부(100)가 착용된 신체부위가 정지할 때, 스트랩구동부(400)를 제어하여 스트랩(200)에 기준장력이 인가되도록 한다. 일실시예로, 상기 기준장력은 최소장력 값으로 고정될 수 있다. 즉, 제어부는 사용자가 신체를 움직이는 경우에 스트랩에 최소장력이 인가되도록 반복적으로 스트랩구동부를 구동할 수 있다. 또한, 다른 일실시예로, 상기 기준장력은 최소장력과 같거나 큰 값으로 설정되거나 주기적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 사용자 신체의 움직임이 정지되어 있는 경우에는 기준장력을 최소장력으로 적용하고, 사용자 신체가 움직이는 경우에는 기준장력을 인가장력을 기반으로 변경하여 설정할 수 있다. 기준장력을 인가장력에 부합하게 주기적으로 업데이트하는 경우, 제어부(500)는 스트랩구동부(400)를 계속적으로 구동할 필요없이 사용자 신체의 움직임방향을 판단할 수 있고, 변경되는 기준장력이 최대장력에 가까워지면 스트랩구동부(400)를 구동하여 스트랩에 걸리는 인가장력을 낮추고 기준장력도 인가장력에 부합하게 업데이트할 수 있다.

제어부(500)는 기준장력과 인가장력을 비교하여 신체부위의 운동방향 또는 움직임유형(예를 들어, 굽히는 움직임 또는 펴는 움직임)을 판단하므로, 신체부위의 움직임에 부합하게 스트랩구동부(400)가 신체움직임을 보조한 후 정지하면 기준장력에 대응하는 저항값이 스트레인센서(300)에서 측정되도록 스트랩구동부(400)를 회전한 후 정지한다. 즉, 제어부(500)는 신체부위의 정지 시에 다음 움직임의 방향을 판단할 수 있도록 스트레인센서(300)에 기준장력이 인가되는 기준상태를 형성하도록 스트랩구동부(400)를 제어한다.

또한, 다른 실시예로, 제어부(500)는 최대장력이 설정되어 있다. 즉, 제어부(500)는, 스트레인센서(300)에서 측정되는 인가장력이 최대장력으로부터 특정범위 이내가 되면, 스트랩구동부(400)를 정지하거나 회전속도를 조절할 수 있다. 환자의 신체부위가 너무 큰 장력으로 당겨지면 신체에 무리가 갈 수 있으므로, 제어부(500)는 신체부위 운동 시에 최대장력 이상이 인가되지 않도록 제어한다.

예를 들어, 신체부위를 펴는 경우(예를 들어, 굽혀진 손가락을 펼치는 경우), 인가장력이 기준장력 이하로 낮아짐에 따라 제어부(500)가 굽힌 관절을 펴는 동작으로 판단하여 스트랩(200)을 권취하는 방향으로 회전하도록 스트랩구동부(400)를 제어할 때, 신체부위의 움직임 속도가 모터 회전 속도보다 느려서 스트랩(200)에 걸리는 장력이 최대장력에 가깝게 높아질 수 있다. 이 때, 스트랩구동부(400)가 계속 신체부위의 움직임속도보다 높은 속도로 회전하여 신체부위를 당기면 신체에 과도한 힘이 가해질 수 있으므로, 제어부(500)는 인가장력이 최대장력에 가까워지면 모터 회전을 정지하거나 회전속도를 낮출 수 있다.

또한, 예를 들어, 환자 신체부위의 근육이 굳어짐에 따라 굽혀진 상태가 일상적인 자세가 되어 있을 수 있다. 이에 따라, 환자가 굽혀진 신체부위를 펴는 동작을 수행한 후 힘을 빼면서 신체부위가 빠르게 구부러질 수 있다. 스트랩구동부(400)가 스트랩(200)을 풀어주는 속도보다 신체부위가 구부러지는 속도가 빠른 경우, 스트랩(200)에 가해지는 인가장력이 점점 높아질 수 있다. 제어부(500)는 인가장력이 최대장력에 가까워지면 스트랩구동부(400)(예를 들어, 회전모터)의 회전속도를 높혀서 스트랩(200)이 빨리 풀려서 인가장력이 낮아지도록 할 수 있다.

이를 통해, 정상적인 관절 움직임을 수행하지 못하는 신체부위에 움직임을 보조할 수 있는 적절한 동력을 제공하여 줌에 따라, 환자 상태에 부합하는 재활훈련을 제공할 수 있다.

또한, 다른 일실시예로, 도 2에서와 같이, 엔코더(600);를 더 포함한다. 상기 엔코더(600)는 상기 스트랩구동부(400)의 회전데이터를 측정하는 역할을 수행한다. 상기 회전데이터는 회전수 또는 회전각도이다. 회전데이터는 스트랩(200)이 감긴 정도를 산출하는데 이용될 수 있다.

예를 들어, 스트랩(200)의 전체길이 및 스트랩(200) 권취 롤러의 둘레길이를 저장하고 있는 경우, 엔코더(600)에 의해 획득된 회전수 또는 회전각도를 통해 스트랩(200) 권취 롤러에 감긴 스트랩(200)의 길이를 산출하면, 신체착용부(100)와 스트랩구동부(400) 사이의 스트랩(200)의 현재길이를 파악할 수 있다. 신체착용부(100)와 스트랩구동부(400) 사이의 스트랩(200)의 현재길이는 현재 신체부위의 배치상태를 산출하는데 이용될 수 있다.

또한, 다른 일실시예로, 제어부(500)는 엔코더(600) 최대값 및 최소값을 저장할 수 있다. 즉, 제어부(500)는 신체부위가 최대로 구부러졌을 때의 엔코더(600)값을 최소값으로 설정하고, 신체부위가 완전히 펴져 있을 때의 엔코더(600)값을 최대값으로 설정한다. 이를 통해, 제어부(500)는 엔코더(600)의 측정값이 최대값 또는 최소값에 도달하면 스트랩구동부(400)의 회전을 정지하여, 신체부위가 움직일 수 있는 범위 이상으로 보조하는 것을 방지할 수 있다. 제어부(500)는 환자가 재활 훈련을 시작할 때 신체부위를 펴고 접도록 하여 엔코더(600) 측정값의 최대값 및 최소값을 초기설정할 수 있다. 환자는 실제 운동가능한 최대범위만큼 관절 운동을 하지 못할 수 있으므로, 초기설정 시에 보조자에 의해 최대로 구부린 상태와 최대로 펼친 상태로 운동되어 엔코더(600) 측정값의 최대값 및 최소값을 초기설정할 수 있다.

또한, 다른 일실시예로, 도 3에서와 같이, 통신부(700);를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 통신부(700)는 엔코더(600)에서 획득되는 회전데이터를 단말기(20)로 전송한다. 즉, 단말기(20)가 신체움직임보조장치(10)로부터 회전데이터를 수신한 후, 스트랩(200)의 전체길이 및 스트랩(200) 권취 롤러의 둘레길이에 회전데이터를 적용하여 신체착용부(100)와 스트랩구동부(400) 사이의 스트랩(200)의 현재길이를 산출하고, 신체착용부(100)와 스트랩구동부(400) 사이의 스트랩(200)의 현재길이를 바탕으로 현재 신체부위의 배치상태(예를 들어, 신체부위가 구부러져 있는 각도)를 산출한다. 그 후, 상기 단말기(20)는 현재 신체부위의 배치상태에 대응하는 신체이미지를 생성하여 출력한다.

또한, 예를 들어, 상기 통신부(700)는 엔코더(600)에서 획득되는 회전데이터를 기반으로 제어부(500)에서 산출된 현재 신체부위의 배치상태데이터를 단말기(20)로 전송한다. 즉, 엔코더(600)는 회전데이터를 제어부(500)로 전달하고, 제어부(500)는 스트랩(200)의 전체길이 및 스트랩(200) 권취 롤러의 둘레길이에 회전데이터를 적용하여 신체착용부(100)와 스트랩구동부(400) 사이의 스트랩(200)의 현재길이를 산출하고, 신체착용부(100)와 스트랩구동부(400) 사이의 스트랩(200)의 현재길이를 바탕으로 현재 신체부위의 배치상태(즉, 배치상태데이터)를 산출한다. 그 후, 제어부(500)는 통신부(700)로 배치상태데이터를 전달하고, 통신부(700)는 유선 또는 무선통신을 통해 배치상태데이터를 단말기(20)로 전달한다. 그 후, 상기 단말기(20)는 현재 신체부위의 배치상태에 대응하는 신체이미지를 생성하여 출력한다.

또한, 다른 일실시예로, 상기 신체착용부(100)는, 손가락 마디에 착용되는 복수의 손가락착용부이다. 이하, 도 4내지 도 8를 참고하여 스트랩구동부(400)에 의해 당겨지는 신체착용부(100)가 손가락착용부인 경우에 대해 상세히 설명한다.

손가락착용부(31)는 실리콘 소재로 이루어진 고리 형상을 가지며, 환자의 각 손가락에 결합된다. 한편, 본 실시예에서는 손가락착용부(31)가 검지, 중지, 약지, 소지 각각에 대응하도록 마련되어 있는 것으로 도시되어 있지만 이에 한정되지 않으며, 다른 실시예로서 손가락착용부는 엄지, 검지, 중지, 약지, 소지 중 하나 이상에 대응하며 마련될 수도 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 신체움직임보조장치(10)는, 스트랩구동부가 배치되는 손등착용부(21)를 더 포함할 수 있다. 손등착용부(21)에는 스트랩(41)을 권취 및 권취해제하기 위한 스트랩구동부(23)가 마련되어 있다.

또한, 손등착용부(21)에는 손등착용부(21)의 상부면을 따라 이동하는 스트랩(41)의 이동 경로 상에 마련되어, 스트랩(41)의 이동을 안내하는 복수의 스트랩 가이드 롤러(29)가 마련되어 있다. 스트랩 가이드 롤러(29)는 스트랩(41)의 수량에 대응하여 마련되고, 복수의 스트랩 가이드 롤러(29)는 상호 간격을 두고 나란하게 배치되어 있다. 스트랩(41)은 일정 폭의 띠 형상을 가지며, 손등착용부(21)는 스트랩을 포함하는 이동 경로를 가진다.

이와 같이, 환자의 손등에 손등착용부(21)를 장착하고, 환자의 구부러진 각 손가락에 손가락착용부(31)를 결합한 상태에서, 스트랩(41)을 권취 및 권취해제하도록 스트랩구동부(23)를 구동시킴에 따라, 환자의 손가락을 운동시켜 재활 운동할 수 있게 된다.

또한, 다른 일실시예로, 각각의 손가락착용부에 연결되는 상기 스트랩을 감거나 풀어주는 복수의 스트랩구동부;를 포함한다. 즉, 스트랩이 연결되는 각 손가락에 부합하는 운동보조를 개별적으로 수행하기 위해, 신체움직임보조장치의 일실시예는 복수의 스트랩구동부를 포함할 수 있다. 제어부는 각각의 스트랩 상의 스트레인센서에서 측정된 인가장력을 기반으로 각 스트랩이 연결된 스트랩구동부를 개별적으로 제어한다.

또한, 다른 일실시예로, 상기 신체착용부가 환자의 손등에 장착되어, 환자의 손가락을 재활 운동시키는 손가락착용부인 경우, 손목지지부(61) 및 상지지지부(101);를 더 포함한다.

손목지지부(61)는 환자의 손목 부위에 마련되어, 환자의 손목을 지지한다. 손목지지부(61)는 손목이 거치되는 손목 거치대(71)와, 손목의 회전 궤적을 따라 마련되어 손목 거치대(71)의 회전운동을 안내하는 트랙(81)이 마련되어 있다.

손목 거치대(71)는 손목을 부분적으로 둘러싸도록, 상측이 개구된 원형의 단면형상 예컨대, 'U'자의 단면형상을 가진다. 이에 의해, 환자는 손목을 손목 거치대(71)에 안정적으로 거치할 수 있게 된다. 여기서, 손목 거치대(71)에 밴드를 마련하여, 손목 운동시, 손목이 손목 거치대(71)로부터 이탈하지 않도록 손목을 고정할 수도 있다.

트랙(81)은 손목 거치대(71)의 형상에 대응하여, 'U'자의 단면형상을 가진다. 트랙(81)은 서포트(85)에 의해 지지되어 있다. 서포트(85)에는 손목 거치대(71)와 후술할 상지지지부(101)의 팔꿈치 거치대(111) 사이의 간격을 조절하기 위한 간격 조절 노브(87)가 마련되어 있다.

한편, 트랙(81)에 대한 손목 거치대(71)의 회전운동에 대응하여, 트랙(81)에는 롤러(91)가 마련되어 있다. 롤러(91)는 트랙(81)에 롤링하며 이동가능하게 마련되고, 롤러 지지 브래킷(93)에 의해 손목 거치대(71)와 연결되어 있다.

이에 의해, 손목 거치대(71)는 손목에 작용하는 회전력에 의해 트랙(81)을 따라 이동하게 된다.

이와 같이, 손목 거치대(71)에 손목을 거치한 후 손목에 회전력을 가하면, 손목 거치대(71)는 트랙(81)을 따라 이동하여, 손목은 자연스럽게 회전 운동을 하게 된다.

상기 상지지지부(101)는 상기 손목지지부와 이격 배치되어, 환자의 상지를 지지한다. 일실시예로, 상기 상지지지부(101)는, 팔꿈치가 거치되는 팔꿈치 거치대(111); 및 상기 팔꿈치 거치대(111)에 거치된 상지의 승강 움직임에 따라 동작하는 승강 동작부(121)를 포함한다.

팔꿈치 거치대(111)는 팔꿈치를 부분적으로 둘러싸도록, 상측이 개구된 원형의 단면형상 예컨대, 'U'자의 단면형상을 가진다. 이에 의해, 환자는 팔꿈치를 팔꿈치 거치대(111)에 안정적으로 거치할 수 있게 된다. 여기서, 팔꿈치 거치대(111)에 밴드를 마련하여, 상지(7) 운동시 팔꿈치가 팔꿈치 거치대(111)로부터 이탈하지 않도록 팔꿈치를 고정할 수도 있다.

한편, 팔꿈치 거치대(111)는 연결 브래킷(115)에 의해 손목지지부(61)의 서포트(85)와 연결되어 있다.

승강 동작부(121)는 한 쌍의 관절 링크(123,125)와, 피봇 조인트(127)와, 팔꿈치 거치대(111)에 거치된 상지(7)의 승강 움직임에 따라 한 쌍의 관절 링크(123,125) 및 피봇 조인트(127)를 선회 운동시키는 선회 운동부를 포함한다.

선회 운동부는 스프링(133)과, 제1와이어 풀리(141)와, 제2와이어 풀리(143)와, 제3와이어 풀리(145)와, 제4와이어 풀리(147)와, 와이어(151)를 포함한다.

한편, 한 쌍의 관절 링크는 일단부가 팔꿈치 거치대(111)에 결합되는 제1관절 링크(123)와, 제1관절 링크(123)의 타단부에 결합되는 제2관절 링크(125)를 포함한다.

제1관절 링크(123)는 속이 빈 바아 형상을 가진다. 제1관절 링크(123)의 일단부는 팔꿈치 거치대(111)에 선회가능하게 힌지 결합됨과 동시에, 제1관절 링크(123)의 타단부는 제2관절 링크(125)의 일단부와 피봇 조인트(127)에 선회가능하게 힌지 결합된다.

한편, 제1관절 링크(123)의 내부에는 압축 및 인장하는 스프링(133)이 수용되어 있다. 스프링(133)의 일단부는 제1관절 링크(123)에 지지되고, 타단부에 와이어(151)가 연결되어 있다. 여기서, 제1관절 링크(123)와 와이어(151)를 직결하지 않고, 제1관절 링크(123)와 와이어(151) 사이에 연결 블록(미도시)을 개재하여, 연결 블록에 의해 제1관절 링크(123)와 와이어(151)를 연결할 수도 있다.

제2관절 링크(125)의 일단부는 제1관절 링크(123)의 타단부와 피봇 조인트(127)에 힌지 결합되어 있다.

한편, 와이어(151)의 이동 경로 상에는 복수의 와이어 풀리가 마련되어 있다.

복수의 와이어 풀리는, 스프링(133)과 간격을 두고 제1관절 링크(123)의 내측에 마련된 제1와이어 풀리(141)와, 제1관절 링크(123)와 제2관절 링크(125)의 일단부가 힌지 결합되는 부분에 마련된 제2와이어 풀리(143)와, 피봇 조인트(127)에 마련된 제3와이어 풀리(145)와, 제2관절 링크(125)의 타단부에 마련된 제4와이어 풀리(147)를 포함한다.

이에, 와이어(151)는 일정 길이를 가진다. 와이어(151)는 스프링(133)의 타단부로부터 제1와이어 풀리(141)와 제2와이어 풀리(143)와 제3와이어 풀리(145)를 거쳐, 제4와이어 풀리(147)에 지지된다.

피봇 조인트(127)는 제1관절 링크(123)의 타단부와 제2관절 링크(125)의 일단부를 피봇 가능하게 지지한다.

피봇 조인트(127)의 하측에는 제3와이어 풀리(145)가 노출되게 마련되어 있다.

이에 의해, 환자의 팔꿈치를 팔꿈치 거치대(111)에 거치하면, 도 4에서와 같이 스프링(133)은 인장되면서, 제3와이어 풀리(145)와 제4와이어 풀리(147) 사이의 와이어(151)의 길이가 길어지게 된다. 이 때, 환자의 팔꿈치를 팔꿈치 거치대(111)에 거치함에 따라 발생하는 중력 하중을 스프링(133)의 탄성력에 의해 보상된다.

한편, 상지(7)를 들어 올리면, 도 7에서 보았을 때 제2관절 링크(125)가 시계반대방향으로 선회하면서 스프링(133)이 압축됨과 동시에, 제3와이어 풀리(145)와 제4와이어 풀리(147) 사이의 와이어(151)의 길이가 짧아지게 된다.

이로써, 상지(7)의 승강 움직임 시 상지(7)에 무리한 힘을 가하지 않고, 상지(7)를 재활 운동을 할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지지지부(101)는 상지(7)의 좌우 움직임에 따라 동작하는 좌우 동작부(161)를 더 포함할 수 있다.

좌우 동작부(161)는 상호 접근 및 이격가능하도록 마련되는 한 쌍의 아암(171,173)을 포함한다.

한 쌍의 아암(171,173)의 각 일단부는 예컨대, 한 쌍의 아암(171,173)의 상호 대향하는 각 단부는, 상지(7)의 좌우 움직임에 대응하도록, 브래킷(175)에 각각 선회가능하게 힌지 결합되어 있다.

한 쌍의 아암 중 피봇 조인트(127)에 인접하게 배치된 아암(171)의 타단부는 피봇 조인트(127)에 힌지 결합되고, 나머지 아암(173)의 타단부는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 로봇(10)을 구조물 또는 구조체에 편지지하기 위한 고정구(181)에 힌지 결합되어 있다.

또한, 다른 일실시예로, 도 9에서와 같이, 신체움직임보조장치(10)가 손목지지부 및 상지지지부를 포함하는 경우, 엔코더(600); 배치상태측정부(800); 및 통신부(700);를 더 포함한다.

상기 엔코더(600)는 스트랩구동부의 회전데이터를 측정하는 역할을 수행한다. 상기 기재된 엔코더(600)에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 배치상태측정부(800)는 상기 손목지지부 및 상지지지부의 실시간 배치상태를 측정하여 배치상태데이터를 생성하는 역할을 수행한다. 손목지지부 및 상지지지부에 구비된 센서를 통해 실시간 배치상태를 측정할 수 있다.

예를 들어, 손목지지부에 배치된 배치상태측정부(801)는, U자형 트랙(81) 상의 롤러(91) 회전을 측정하여 트랙 일측 끝에서부터 이동한 거리를 측정하여 현재 배치상태를 측정할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상지지지부에 배치된 배치상태측정부(802)는, 스프링(133)에 가해지는 장력 세기를 기반으로 현재 상지지지부가 배치된 높이를 산출할 수 있다. 다만, 손목지지부 및 상지지지부에 배치된 배치상태측정부(800)가 실시간 배치상태를 측정하는 방식은 이에 한정되지 아니하고, 다양한 방식이 적용될 수 있다.

상기 통신부(700)는 엔코더(600)에서 획득된 회전데이터 또는 손가락 배치상태데이터와 손목지지부 및 상지지지부에 배치된 배치상태측정부(800)에서 측정된 배치상태데이터를 단말기(20)로 전송한다. 상기 단말기(20)는 수신된 데이터를 기반으로 실시간 신체이미지를 생성하여 출력한다. 이를 통해, 사용자는 단말기(20) 화면 상에 본인의 현재 동작과 동일하게 생성된 이미지를 보면서 재활훈련을 수행할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

1. 신체착용부;
   상기 신체착용부에 배치되는 스트랩;
   상기 스트랩에 인가되는 장력을 측정하는 스트레인센서;
   상기 스트랩을 당기거나 풀어주는 스트랩구동부; 및
   상기 스트레인센서의 측정값을 기반으로 상기 스트랩구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 인가장력이 기준장력보다 임계치 이상으로 작아지면 상기 스트랩을 당기는 방향으로 상기 스트랩구동부를 구동시키고, 상기 인가장력이 상기 기준장력보다 임계치 이상으로 커지면 상기 스트랩을 푸는 방향으로 상기 스트랩구동부를 구동시키고, 상기 기준장력을 상기 인가장력을 기반으로 변경하여 설정하는 신체움직임 보조장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 기준장력이 최대장력에 가까워지면, 상기 인가장력이 낮아지도록 상기 스트랩구동부를 구동시키는 신체움직임 보조장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 인가장력이 최대장력에 가까워지면, 상기 인가장력이 낮아지도록 상기 스트랩구동부의 구동속도를 변경시키는 신체움직임 보조장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 신체착용부는 손가락 마디에 착용되는 복수의 손가락착용부인 것을 특징으로 하는 신체움직임 보조장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 스트랩구동부는 복수 개로 구비되고, 상기 복수의 손가락착용부 각각에 연결되어 상기 스트랩을 당기거나 풀어주는 신체움직임 보조장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 스트랩구동부는 회전 구동하고,
   상기 신체움직임 보조장치는 상기 스트랩구동부의 회전데이터를 측정하는 엔코더를 더 포함하고,
   상기 회전데이터는 회전수 또는 회전각도인 신체움직임 보조장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 신체움직임 보조장치는 상기 회전데이터를 단말기로 전송하는 통신부를 더 포함하고,
   상기 단말기는 상기 회전데이터에 대응하는 신체이미지를 생성하여 출력하는 신체움직임 보조장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 신체움직임 보조장치는,
   환자의 손목 부위에 마련되어, 환자의 손목을 지지하는 손목지지부; 및
   상기 손목지지부와 이격 배치되어, 환자의 상지를 지지하는 상지지지부를 더 포함하는 신체움직임 보조장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 상지지지부는,
   팔꿈치가 거치되는 팔꿈치 거치대; 및
   상기 팔꿈치 거치대에 거치된 상지의 승강 움직임에 따라 동작하는 승강 동작부를 포함하는 신체움직임 보조장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 승강 동작부는,
    상기 팔꿈치 거치대에 선회가능하게 힌지 결합되는 제1관절 링크;
    상기 제1관절 링크에 선회가능하게 힌지 결합되는 제2관절 링크;
    상기 제1관절 링크와 상기 제2관절 링크에 선회가능하게 힌지 결합되는 피봇 조인트; 및
    상기 팔꿈치 거치대에 거치된 상지의 승강 움직임에 따라 상기 제1관절 링크, 상기 제2관절 링크 및 상기 피봇 조인트를 선회 운동시키는 선회 운동부를 포함하는 신체움직임 보조장치.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 스트랩구동부는 회전 구동하고,
    상기 신체움직임 보조장치는,
    단말기;
    상기 스트랩구동부의 회전데이터를 측정하는 엔코더;
    상기 손목지지부 및 상지지지부의 실시간 배치상태를 측정하여 배치상태데이터를 생성하는 배치상태측정부; 및
    상기 회전데이터 및 상기 배치상태데이터를 상기 단말기로 전송하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 단말기는 상기 회전데이터 및 상기 배치상태데이터를 기반으로 실시간 신체이미지를 생성하여 출력하는 신체움직임 보조장치.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 인가장력과 상기 기준장력 차이가 임계치 이내인 경우, 상기 스트랩구동부를 구동시키지 않는 신체움직임 보조장치.

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