KR102036288B1 - Hand Rehabilitation System for Task-Oriented Therapy - Google Patents

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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명에 따르는 협조운동을 위한 손 재활 로봇 시스템은, 환자의 손가락에 끼워지는 골무들; 상기 골무들 중 미리 정해둔 둘 이상의 골무를 감싸 하나 이상의 루프를 형성하는 굴곡 와이어; 상기 골무들 각각과 연결되어 신장 방향의 힘을 전달하는 신장 와이어들; 상기 굴곡 와이어와 상기 신장 와이어들 각각과 연결되어 상기 와이어들을 당기거나 푸는 모터들; 상기 모터들의 구동횟수를 센싱하는 인코더들; 상기 굴곡 와이어와 상기 신장 와이어들 각각에 대한 장력을 센싱하는 로드셀들; 및 상기 인코더들의 센싱정보와 상기 로드셀들의 센싱정보를 이용하여 상기 골무들의 위치를 산출하고, 상기 위치들이 미리 정해둔 위치들로 이동되도록 상기 모터들을 하나 이상 선택적으로 구동하여 상기 환자의 손가락에 대한 굴곡 또는 신장 운동을 실행하는 제어장치;를 구비함을 특징으로 한다. Hand rehabilitation robot system for the cooperative movement according to the present invention, thimbles that are fitted to the finger of the patient; A bend wire that surrounds two or more predetermined thimble of the thimble to form one or more loops; Extension wires connected to each of the thimble to transmit a force in an extension direction; Motors connected to each of the bending wires and the extension wires to pull or unwind the wires; Encoders for sensing the number of driving of the motors; Load cells configured to sense tension with respect to each of the bending wire and the extension wire; And calculating the positions of the thimble by using the sensing information of the encoders and the sensing information of the load cells, and selectively driving one or more of the motors to move the positions to predetermined positions. Or a control device for executing the stretching movement.

Figure 112018028250842-pat00078
Figure 112018028250842-pat00078

Description

협조운동을 위한 손 재활 로봇 시스템{Hand Rehabilitation System for Task-Oriented Therapy}Hand Rehabilitation System for Task-Oriented Therapy

본 발명은 재활 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 협조운동을 위한 손 재활 로봇 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rehabilitation system, and more particularly to a hand rehabilitation robot system and method for cooperative movement.

2015년 통계청 자료에 따르면 한국의 65세 이상 노인 인구는 657만 명으로 2010년 대비 121만 명이 증가했으며 그 비율은 증가하고 있고, 뼈의 약화와 뇌졸중에 의한 관절 구축과 같은 질병을 앓고 있는 고령 인구도 증가하고 있는 추세이다 (인구주택총조사: 고령인구 규모 및 추이, 통계청, 2015., 국민건강통계: 뇌졸중 의사진단경험률 추이, 보건복지부, 2015., 노인실태조사: 노인(65세 이상)의 성별 만성질환의 본인인지 유병률 및 의사진단율, 보건복지부, 2014., 골절에 관한 건강보험 및 의료급여 심사결정자료 분석: 골절 연도별 총진료비 추이, 건강보험심사평가원, 2014.). 이러한 환자들은 후유증과 질병 자체를 이유로 완전히 회복되기 어렵다. According to data from the Korea National Statistical Office in 2015, the number of elderly people aged 65 or older in Korea was 6.65 million, an increase of 1.12 million compared to 2010, and the proportion is increasing, and the elderly population suffering from diseases such as bone weakness and joint building due to stroke The Population and Housing Census: Aging and Population Survey, National Statistical Office, 2015., National Health Statistics: Stroke Photographic Experience Rate, Ministry of Health and Welfare, 2015., Elderly Survey: Elderly (65 years or older) Analysis of prevalence and doctor's prevalence rate of chronic chronic diseases, Ministry of Health and Welfare, 2014., Analysis of health insurance and medical benefit examination decision data about fractures: Total medical expenses by fracture year, Korea Health Insurance Review and Assessment Service, 2014.). These patients are difficult to recover completely due to sequelae and the disease itself.

상기 후유증에는 운동이 비정상적으로 제한되는 관절 구축 또는 상지 부위, 하지 또는 얼굴 부위의 강도가 감소되는 편마비가 포함된다. 상기 관절 구축 또는 편마비와 같은 후유증은 오랫동안 제대로 운동하지 않은 관절이 경화되어 운동 능력이 감소하는 것이 원인이다. 이에 상기 후유증에 대한 치료는 열, 전기 또는 기계적인 힘을 이용한 점진적이고 반복적인 재활 치료와 같은 물리 치료가 요구된다. 또한 후유증의 발생 시기에 따라 전용 재활 치료사가 요구될 수도 있다. The sequelae includes hemiplegia in which the intensity of the joint contracture or upper limb, lower extremity or face area is abnormally restricted in motion. The sequelae, such as joint buildup or hemiplegia, are caused by the hardening of joints that have not been properly exercised for a long time, resulting in decreased motor performance. Therefore, the treatment for sequelae requires physical therapy such as gradual and repetitive rehabilitation treatment using heat, electric or mechanical force. Dedicated rehabilitation therapists may also be required depending on when sequelae occur.

그러나 치료사의 부족으로 인해 치료받지 못한 환자의 수는 증가하고 있다(나은우 외 21명, “뇌졸중 재활치료를 위한 한국형 표준 진료 지침 2012,” 대한뇌신경재활학회, Vol. 7, Suppl. March. 2014., 백남종, “편마비 환자의 재활,” 대한임상신경생리학회지, Vol3, No. 2, 2001.). However, the number of untreated patients is increasing due to the shortage of therapists (Na Eun-Woo et al., 21, Korean Standard Practice Guideline for Stroke Rehabilitation, 2012, Korean Society for Brain Rehabilitation, Vol. 7, Suppl. March. 2014. , Paik, “Rehabilitation of Hemiplegic Patients,” Journal of the Korean Society for Clinical Neurophysiology, Vol3, No. 2, 2001.).

더욱이 우선 순위가 높은 부분에 대해 적시의 치료가 이루어지는 동안에도 손목이나 손가락 등 상대적으로 우선순위가 낮은 신체부위는 무시되거나 뼈나 연골같은 말초 조직도 경화하여 관절 경직이 발생하기도 하였다. Moreover, during timely treatment of high priority areas, relatively low-priority body parts such as wrists and fingers were ignored, or peripheral tissues such as bones and cartilage were also hardened, resulting in joint stiffness.

일반적으로 재활치료는 증상의 정도에 따라 다르며, 환자가 마비된 부분을 움직이지 못할 때에는 재활 치료사가 환자 대신 움직여 주거나 재활 치료사가 환자의 동기와 반대 방향으로 장시간 반복적으로 하중을 가하여 치료한다. In general, rehabilitation therapy depends on the severity of symptoms, and when the patient cannot move the paralyzed part, the rehabilitation therapist moves the patient instead of the patient or the rehabilitation therapist applies the load repeatedly for a long time in the direction opposite to the patient's motivation.

근래에는 재활 치료 서비스의 수요를 충족하기 위해 재활 치료의 반복성을 적용한 로봇 기반 재활 치료 보조 서비스가 제안되고 있고, 이러한 재활 보조 시스템의 개발 및 효과에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다(서한길, 범재원, 오병모, 한태륜, “편마비 환자에서 로봇 보조 상지 재활 치료의 효과,” Brain and NeuroRehabilitation, Vol. 7, No. 1, pp. 39-47, March 2014.). Recently, robot-based rehabilitation assistance services have been proposed to apply the repetitiveness of rehabilitation treatment to meet the demand of rehabilitation treatment services, and researches on the development and effectiveness of such rehabilitation assistance systems have been actively conducted. , Oh Byung Mo, Han Tae-Ryun, “Effects of Robot-Assisted Upper Limb Rehabilitation in Hemiplegic Patients,” Brain and NeuroRehabilitation, Vol. 7, No. 1, pp. 39-47, March 2014.).

도 1은 재활 치료를 위해 환자의 신체부위에 따라 상이한 움직임을 적용하는 것을 예시한 것으로, 이는 재활 치료에서 환자의 운동기능을 평가하는 수단으로도 이용된다(Fugl-Meyer, A. R., Jaasko, L., Leyman, I., Olsson, S., and Steglind, S. , “The post-stroke hemiplegic patient,” Scand J Rehabil Med, Vol. 7, No. 1, Jan 1975.).Figure 1 illustrates the application of different movements according to the body part of the patient for rehabilitation treatment, which is also used as a means of evaluating the motor function of the patient in rehabilitation treatment (Fugl-Meyer, AR, Jaasko, L.). , Leyman, I., Olsson, S., and Steglind, S., “The post-stroke hemiplegic patient,” Scand J Rehabil Med , Vol. 7, No. 1, Jan 1975.).

상기한 움직임은 크게 두 가지 키 모션으로 분류되며, 이는 도 2에 도시한 바와 같다. 상기 첫번째 키 모션은 신체 부분들 사이의 각도를 변경하는 관절의 움직임인 굴곡/신장(flexion/extension)의 움직임이다. 그리도 두번째 키 모션은 장축의 주변의 몸체를 회전시키는 회내/회외(pronation/supination)의 움직임이다. The above motion is largely classified into two key motions, as shown in FIG. The first key motion is the movement of the flexion / extension, which is the movement of the joint that changes the angle between body parts. The second key motion is also the movement of the pronation / supination to rotate the body around the long axis.

대부분의 재활치료에서 수행되는 움직임은 상기한 키 모션들로 수행되며, 특히 손의 움직임은 두가지 이상의 손가락이 협업하여 물체를 잡거나 젓가락을 들고 있는 것과 같은 작업을 수행하기 위해, 상기한 키 모션들과 협업 연습을 포함한다. The movements performed in most rehabilitation treatments are performed with the key motions described above, and in particular, the hand movements may be combined with the key motions described above in order to perform tasks such as holding two or more fingers together and holding an object or holding chopsticks. Includes collaborative exercises.

이제 재활 시스템의 경향을 설명한다. Now explain the trend of the rehabilitation system.

도 3은 재활 치료를 지원하기 위해 개발된 다양한 형태와 특징을 가진 재활 시스템을 예시한 것이다. 이러한 재활 시스템은 적용 부위에 따라 상지와 하지, 손 등의 시스템으로 분류되며 착용 유형에 따라 착용형, 비착용형 및 외골격 형으로 분류할 수 있다. 도 4는 상기한 종래의 재활 시스템의 기능을 정리한 표를 도시한 것이다. 상기 도 3 및 도 4에서 항목 (a)는 착용할 수 없는 유선 기반의 상지 재활 시스템으로 3 DOF(Degrees of freedom)를 가지며, 비용이 적게 들고 와이어 작동의 장점으로 높은 DOF를 갖지만 부피가 크고 무겁다. 그리고 항목 (b)는 착용할 수 없는 하지 재활 시스템이며 사용자의 무릎 및 엉덩이의 굴곡/신장을 위한 것이며, 다른 시스템의 보조, 수동 또는 저항 훈련의 수행을 할 수 있는 동안 물리치료사의 능동 또는 수동 훈련과 저항 치료 훈련을 수행할 수 있으나, 이 역시 부피가 크고 무겁다. 그리고 항목 (c)는 손의 외골격 재활 시스템으로, EMG(electromyography) 신호를 사용하는 환자의 의지를 이해하고 환자가 특정 업무를 수행하도록 돕지만 동작 범위에 대한 DOF와 제한이 낮다. 그리고 항목 (D)는 착용할 수 있는 손의 재활 시스템으로 고압식 액추에이터를 사용하여 간단한 구조와 경량을 가지며, 부드럽게 동작한다. 그러나 그 동작은 비선형적이며 불확실성을 가진다. 또한 수학적 모델에 대한 일반적인 설명이 없기 때문에 수학적 모델을 기반으로 한 전통적인 제어 방법을 적용하기가 어렵다. 그리고 항목 (e)는 착용할 수 있는 손목 재활 시스템으로 무선이다. 이는 센서에 의한 손의 다양한 동적 정보를 측정하고 이를 기반으로 가상 현실에서 구현된 게임을 수행하여 재활 치료를 수행한다. 그러나 엑추에이터가 없으므로 손을 전혀 움직이지 못하는 환자에게는 적용되기 어렵다. 그리고 항목 (f)는 거의 모든 단계에서 재활을 허용하고 환자의 신체 특성에 맞게 조정할 수 있는 비 착용식 손 재활 시스템이나, 이는 부피가 크고 무겁고 비싼 문제가 있었다. 3 illustrates a rehabilitation system with various forms and features developed to support rehabilitation treatment. These rehabilitation systems are classified into upper and lower extremities and hands according to the application site and can be classified into wearable, non-wearable and exoskeleton according to the type of wear. Figure 4 shows a table summarizing the functions of the conventional rehabilitation system described above. 3 and 4, item (a) is a non-wearable, wire-based upper limb rehabilitation system with 3 degrees of freedom, low cost and high DOF due to the advantages of wire operation, but bulky and heavy . And item (b) is a non-wearable lower limb rehabilitation system for flexion / extension of the user's knees and hips, and active or passive training by a physiotherapist while performing assistive, manual or resistance training of other systems. Over resistance training can be done, but it is also bulky and heavy. And item (c) is an exoskeletal rehabilitation system of the hand, which understands the patient's will using EMG (electromyography) signals and helps the patient perform certain tasks, but with a low DOF and limited range of motion. Item (D) is a wearable hand rehabilitation system using a high pressure actuator, simple structure and light weight, and operates smoothly. However, the operation is nonlinear and uncertain. Also, because there is no general description of mathematical models, it is difficult to apply traditional control methods based on mathematical models. And item (e) is wireless with a wearable wrist rehabilitation system. It measures various dynamic information of hands by sensors and performs rehabilitation treatment by playing games implemented in virtual reality. However, since there is no actuator, it is difficult to apply to patients who cannot move their hands at all. And item (f) is a non-wearable hand rehabilitation system that allows rehabilitation at almost every stage and can be adapted to the patient's physical characteristics, but this has been a bulky, heavy and expensive problem.

상술한 바와 같이 종래에는 다양한 기능을 갖춘 재활 시스템이 제안되고 개발되었으나, 고비용이며, 크고 복잡한 구조를 가지며, 제한된 유형의 동작 범위를 가지는 문제가 있었다. As described above, a rehabilitation system having various functions has been proposed and developed in the related art, but there is a problem that it is expensive, has a large and complex structure, and has a limited type of operating range.

이에 종래에는 작고 간결한 구조를 가지면서도 정밀하게 환자의 손가락의 동작을 제어하여 협조 운동을 가능하게 하는 기술의 개발이 절실하게 요망되었다. Therefore, in the related art, there is an urgent need for the development of a technology that enables the cooperative movement by precisely controlling the operation of the finger of the patient while having a small and concise structure.

더욱이 환자가 자신의 동작을 가상 현실 방식으로 확인할 수 있게 하여 더욱 효과적으로 재활 치료를 가능하게 할 수 있는 기술의 개발이 요구되었다. Furthermore, there is a need for the development of a technology that enables patients to check their movements in a virtual reality manner to enable more effective rehabilitation treatment.

대한민국 특허공개 제1020140142895호Republic of Korea Patent Publication No. 1020140142895 대한민국 특허공개 제1020120133321호Republic of Korea Patent Publication No. 1020120133321 대한민국 특허공개 제1020120139473호Republic of Korea Patent Publication No. 1020120139473 대한민국 특허공개 제1020150111235호Republic of Korea Patent Publication No. 1020150111235

본 발명은 환자의 손가락들에 끼워지는 골무들에 연결된 와이어들을 협조 운동을 위해 당기거나 풀어 상기 손가락들에 대한 굴곡 또는 신장 운동을 이행하여 작고 간결한 구조를 가지면서도 정밀하게 환자의 손가락의 동작을 제어하여 협조 운동을 가능하게 협조운동을 위한 손 재활 로봇 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. According to the present invention, the wires connected to the thimbles fitted to the fingers of the patient are pulled or released for cooperative movement to perform flexion or extension of the fingers to control the movement of the finger of the patient with a compact and concise structure. The purpose of the present invention is to provide a hand rehabilitation robot system for the cooperative movement.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 굴곡 또는 신장 운동을 이행하는 손가락의 모션을 센싱하여 가상현실로 뷰잉하여 환자에 의한 시각적인 자극과 손가락의 움직임을 일치시켜 재활 치료의 효과를 높이는 협조운동을 위한 손 재활 로봇 시스템을 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to sense the motion of the finger to perform the flexion or kidney movement to view in virtual reality to match the visual stimulation and the movement of the finger by the patient to increase the effect of the rehabilitation treatment hand It is to provide a rehabilitation robot system.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 와이어들에 의해 제어되는 골무들에 대한 위치를 역운동학에 따라 산출하여 상기 골무들에 대한 위치를 제어하는 협조운동을 위한 손 재활 로봇 시스템을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a hand rehabilitation robot system for a cooperative exercise for controlling the position of the thimble by calculating the position of the thimble controlled by the wires according to inverse kinematics.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 협조운동을 위한 손 재활 로봇 시스템은, 환자의 손가락에 끼워지는 골무들; 상기 골무들 중 미리 정해둔 둘 이상의 골무를 감싸 하나 이상의 루프를 형성하는 굴곡 와이어; 상기 골무들 각각과 연결되어 신장 방향의 힘을 전달하는 신장 와이어들; 상기 굴곡 와이어와 상기 신장 와이어들 각각과 연결되어 상기 와이어들을 당기거나 푸는 모터들; 상기 모터들의 구동횟수를 센싱하는 인코더들; 상기 굴곡 와이어와 상기 신장 와이어들 각각에 대한 장력을 센싱하는 로드셀들; 및 상기 인코더들의 센싱정보와 상기 로드셀들의 센싱정보를 이용하여 상기 골무들의 위치를 산출하고, 상기 위치들이 미리 정해둔 위치들로 이동되도록 상기 모터들을 하나 이상 선택적으로 구동하여 상기 환자의 손가락에 대한 굴곡 또는 신장 운동을 실행하는 제어장치;를 구비함을 특징으로 한다. Hand rehabilitation robot system for cooperative exercise according to the present invention for achieving the above object, thimbles that are fitted to the finger of the patient; A bend wire that surrounds two or more predetermined thimble of the thimble to form one or more loops; Extension wires connected to each of the thimble to transmit a force in an extension direction; Motors connected to each of the bending wires and the extension wires to pull or unwind the wires; Encoders for sensing the number of driving of the motors; Load cells configured to sense tension with respect to each of the bending wire and the extension wire; And calculating the positions of the thimble by using the sensing information of the encoders and the sensing information of the load cells, and selectively driving one or more of the motors to move the positions to predetermined positions. Or a control device for executing the stretching movement.

본 발명은 환자의 손가락들에 끼워지는 골무들에 연결된 와이어들을 협조 운동을 위해 당기거나 풀어 상기 손가락들에 대한 굴곡 또는 신장 운동을 이행하여 작고 간결한 구조를 가지면서도 정밀하게 환자의 손가락의 동작을 제어하여 협조 운동을 가능하게 하는 효과를 야기한다. According to the present invention, the wires connected to the thimbles fitted to the fingers of the patient are pulled or released for cooperative movement to perform flexion or extension of the fingers to control the movement of the finger of the patient with a compact and concise structure. Thereby causing the effect of enabling cooperative movement.

또한 본 발명은 상기 굴곡 또는 신장 운동을 이행하는 손가락의 모션을 센싱하여 가상현실로 뷰잉하여 환자에 의한 시각적인 자극과 손가락의 움직임을 일치시켜 재활 치료의 효과를 높이는 효과를 야기한다. In another aspect, the present invention senses the motion of the finger to perform the flexion or stretching motion to view in virtual reality to match the visual stimulation and the movement of the finger by the patient to cause the effect of rehabilitation treatment.

또한 본 발명은 상기 와이어들에 의해 제어되는 골무들에 대한 위치를 역운동학에 따라 산출하여 상기 골무들에 대한 위치를 정밀하게 제어할 수 있게 하는 효과를 야기한다. In addition, the present invention calculates the position of the thimble controlled by the wires according to inverse kinematics, thereby causing the effect of being able to precisely control the position of the thimble.

도 1은 재활 치료를 위해 환자의 신체 부위에 따라 상이한 움직임을 적용하는 것을 예시한 도면.
도 2는 재활 치료를 위한 키 모션을 도시한 도면.
도 3은 재활 치료를 지원하기 위해 개발된 재활 시스템을 예시한 도면.
도 4는 도 3의 재활 시스템의 기능을 정리한 표를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 외관도.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 와이어 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 블록구성을 정리한 표를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 블록구성도.
도 11은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 처리 절차도.
도 12 및 도 13은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 역 운동학적 모델링을 이행한 것을 예시한 도면.
도 14는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 로드셀 테스트 결과를 예시한 도면.
도 15는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 인코더 테스트 결과를 예시한 도면.
도 16은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 장력 제어 테스트 결과를 예시한 도면.
도 17은 손가락 끝의 경로와 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따라 와이어가 통과하는 위치를 도시한 도면.
도 18은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따라 역 운동학을 기반으로 계산된 와이어 길이 변화와 인코더에 측정된 실제 와이어 길이를 도시한 도면.
도 19는 4가지 유형의 그립 유형을 도시한 도면.
도 20은 다수의 그립을 위한 초기 외치와 최종 위치를 도시한 도면.
도 21은 다수의 그립을 위한 풀리의 위치를 나타낸 표를 도시한 도면.
도 22 및 도 23은 다수의 그립을 위한 와이어의 길이 변화를 예시한 도면.
도 24 및 도 25는 립 모션 센서로 측정된 데이터와 이를 바탕으로 표시한 환자의 가상 손과 가상 탄성체를 예시한 도면.
도 26은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 외관도.
도 27 및 도 28은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 와이어 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 29는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 블록구성을 정리한 표를 도시한 도면.
도 30은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템을 메델링한 도면.
도 31은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 로드셀 실험결과 그래프를 도시한 도면.
도 32는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 인코더 실험결과 그래프를 도시한 도면.
도 33은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 장력 제어 실험 결과를 도시한 도면.
도 34 및 도 35는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 역 운동학에 대한 실험 결과를 도시한 도면.
도 36 내지 도 39는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 다양한 구성에 대한 실험 결과를 도시한 도면.
도 40 내지 도 41은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 가상 현실 인터페이스에 대한 실험 결과를 도시한 도면.
도 42는 본 발명의 바람직한 제1 및 제2실시예에 따르는 KUREHAND-I 및 II 시스템의 사양을 나타낸 표를 도시한 도면.
도 43은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따라 와이어 장력을 측정하는 로드셀의 구조를 도시한 도면.
1 illustrates the application of different movements according to the body part of a patient for the treatment of rehabilitation.
2 illustrates key motion for rehabilitation treatment.
3 illustrates a rehabilitation system developed to support rehabilitation treatment.
4 is a table showing the functions of the rehabilitation system of FIG.
5 is an external view of a KUREHAND-I system according to a first preferred embodiment of the present invention.
6 to 8 schematically show the wire structure of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention.
9 is a table showing the block arrangement of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention.
10 is a block diagram of a KUREHAND-I system according to a first preferred embodiment of the present invention.
11 is a processing procedure diagram of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention.
12 and 13 illustrate the implementation of inverse kinematic modeling of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention.
14 illustrates load cell test results of a KUREHAND-I system according to a first preferred embodiment of the present invention.
15 illustrates encoder test results of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention.
FIG. 16 illustrates the tension control test results of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention. FIG.
Figure 17 shows the path of the fingertip and the position where the wire passes in accordance with the first preferred embodiment of the present invention.
FIG. 18 shows the wire length change calculated on the basis of inverse kinematics and the actual wire length measured on the encoder according to the first preferred embodiment of the present invention.
19 illustrates four types of grip types.
20 shows the initial outer tooth and final position for a number of grips.
FIG. 21 shows a table showing the position of pulleys for multiple grips. FIG.
22 and 23 illustrate changes in length of wire for multiple grips.
24 and 25 illustrate data measured by a lip motion sensor and a virtual hand and a virtual elastic body of a patient displayed thereon.
26 is an external view of a KUREHAND-II system according to a second preferred embodiment of the present invention.
27 and 28 schematically show the wire structure of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a table showing a block arrangement of a KUREHAND-II system according to a second preferred embodiment of the present invention. FIG.
30 is a diagram illustrating the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a graph showing a test result of a load cell of a KUREHAND-II system according to a second preferred embodiment of the present invention. FIG.
32 is a graph showing an experiment result of the encoder of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention.
33 is a diagram showing the results of a tension control experiment of the KUREHAND-II system according to a second preferred embodiment of the present invention.
34 and 35 show experimental results for inverse kinematics of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention.
36 to 39 show experimental results of various configurations of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention.
40 to 41 show experimental results of the virtual reality interface of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention.
FIG. 42 is a table showing specifications of the KUREHAND-I and II systems according to the first and second preferred embodiments of the present invention. FIG.
43 is a view showing a structure of a load cell for measuring wire tension according to the first embodiment of the present invention.

본 발명은 환자의 손가락들에 끼워지는 골무들에 연결된 와이어들을 협조 운동을 위해 당기거나 풀어 상기 손가락들에 대한 굴곡 또는 신장 운동을 이행하여 작고 간결한 구조를 가지면서도 환자의 신체적 특성에 따라 독립적이고 정밀하게 환자의 손가락의 동작을 제어하여 협조 운동을 가능하게 한다. The present invention is independent and precise according to the physical characteristics of the patient while having a small and concise structure by performing a bending or stretching movement for the fingers by pulling or releasing the wires connected to the thimble fitted to the fingers of the patient for cooperative movement. Control the movement of the finger of the patient to enable cooperative movement.

또한 본 발명은 상기 굴곡 또는 신장 운동을 이행하는 손가락의 모션을 센싱하여 가상현실로 뷰잉하여 환자에 의한 시각적인 자극과 손가락의 움직임을 일치시켜 재활 치료의 효과를 높인다. In addition, the present invention senses the motion of the finger to perform the flexion or stretching movements to view in virtual reality to match the visual stimulation and the movement of the finger by the patient to enhance the effect of rehabilitation treatment.

또한 본 발명은 상기 와이어들에 의해 제어되는 골무들에 대한 위치를 역운동학에 따라 산출하여 상기 골무들에 대한 위치를 정밀하게 제어하는 할 수 있게 한다. In another aspect, the present invention can calculate the position of the thimble controlled by the wires according to the inverse kinematics to precisely control the position of the thimble.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 재활 시스템은, 이하 KUREHAND (Kyungpook national university’s Universal REhabilitation system for HAND) 시스템으로 칭한다. This rehabilitation system according to a preferred embodiment of the present invention, hereinafter referred to as KUREHAND (Kyungpook national university's Universal REhabilitation system for HAND) system.

본 발명의 KUREHAND 시스템은 둘 이상의 손가락의 굴곡 및 신장운동을 동시에 이행하는 KUREHAND-I 시스템과 손가락 각각에 대해 굴곡 및 신장운동을 이행하는 KUREHAND-II 시스템으로 나뉘며, 이하 설명에서는 KUREHAND-I 시스템과 KUREHAND-II 시스템을 나누어 설명한다. The KUREHAND system of the present invention is divided into a KUREHAND-I system for simultaneously performing the flexion and extension of two or more fingers and a KUREHAND-II system for performing the flexion and extension for each of the fingers, and in the following description, the KUREHAND-I system and the KUREHAND system. -II Describe the system separately.

<제1실시예 : KUREHAND-I 시스템><First Embodiment: KUREHAND-I System>

먼저 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 구성 및 동작에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. First, the configuration and operation of the KUREHAND-I system according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<KUREHAND-I 시스템의 기구적인 구성>Mechanical configuration of KUREHAND-I system

도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 외관을 예시한 도면이다. 상기 KUREHAND-I 시스템은 메인 프레임(10), 다수의 골무(20), 다수의 와이어(30), 다수의 풀리(40), 다수의 모터 및 로드셀 센서(50), 립모션 센서(60), 미도시된 제어장치를 포함한다. 5 is a diagram illustrating the appearance of a KUREHAND-I system according to a first preferred embodiment of the present invention. The KUREHAND-I system includes a main frame 10, a plurality of thimble 20, a plurality of wires 30, a plurality of pulleys 40, a plurality of motor and load cell sensors 50, a lip motion sensor 60, It includes a control device not shown.

상기 메인 프레임(10)은 큐브 형태를 가지며, 내부에는 상기 다수의 골무(20)가 위치하며, 상기 다수의 골무(20)는 본 발명의 바람직한 제1실시예에서는 엄지, 검지, 중지의 재활 치료를 위해 세 개가 구비될 수 있다. 상기 다수의 골무(20) 각각에는 환자의 세 손가락이 끼워지며, 상기 다수의 골무(20)는 환자의 손가락 각각에 신장 또는 굴곡을 위한 물리적인 힘을 전달하여 환자의 손가락 재활치료를 이행한다. The main frame 10 has a cube shape, the plurality of thimble 20 is located inside, the plurality of thimble 20 is a rehabilitation treatment of the thumb, index finger, middle finger in the first preferred embodiment of the present invention Three can be provided for. Three fingers of the patient are inserted into each of the plurality of thimble 20, and the plurality of thimble 20 delivers physical force for stretching or flexing to each of the patient's fingers to perform the finger rehabilitation treatment of the patient.

상기 다수의 골무(20)는 다수의 와이어(30)를 통해 다수의 모터 및 로드셀 센서(50)와 연결되며, 상기 다수의 와이어(30)는 상기 다수의 모터를 통해 생성된 힘 에너지를 상기 다수의 골무(20)로 전달한다. 그리고 상기 다수의 모터 및 로드셀은 상기 다수의 와이어(30)에 가해지는 인장력과 모터 구동수를 센싱하여 상기 제어장치에 제공한다. The plurality of thimble 20 is connected to a plurality of motors and load cell sensors 50 through a plurality of wires 30, the plurality of wires 30 are the plurality of force energy generated through the plurality of motors Passed to the thimble 20. The plurality of motors and load cells sense the tensile force and the number of motor driving force applied to the plurality of wires 30 and provide them to the control device.

상기 메인 프레임(10)의 내측에는 다수의 풀리(40)가 위치하며, 상기 다수의 풀리(40)는 상기 다수의 모터 및 로드셀 센서(50)와 다수의 골무(20) 사이에 연결된 다수의 와이어(30)의 힘 에너지 전달 경로를 전환하며, 이는 상기 다수의 와이어(30) 각각이 손가락 관절의 신장 또는 굴곡을 위해 적절한 위치에서 다수의 골무(20)로 힘 에너지를 전달할 수 있게 한다. A plurality of pulleys 40 are positioned inside the main frame 10, and the plurality of pulleys 40 are connected to the plurality of motors and load cell sensors 50 and the plurality of thims 20. The force energy transfer path of 30 is diverted, which allows each of the plurality of wires 30 to transfer force energy to the plurality of thimble 20 at a suitable location for stretching or flexing the finger joint.

상기 메인 프레임(100)의 하부면에는 적외선 센서인 립 모션 센서(60)가 위치하며, 상기 립 모션 센서(60)는 상기 메인 프레임(10)의 내부 공간에 삽입된 손 및 손가락의 형상을 센싱하고 그에 따른 센싱정보를 제어장치로 제공한다. A lip motion sensor 60, which is an infrared sensor, is positioned on a lower surface of the main frame 100, and the lip motion sensor 60 senses the shape of a hand and a finger inserted into an internal space of the main frame 10. And provide the sensing information according to the control device.

상기 제어장치는 상기 손 및 손가락의 형상에 대한 센싱정보와 상기 다수의 와이어(30)에 가해지는 인장력에 대한 센싱정보, 상기 다수의 모터의 모터 구동수를 제공받아 환자의 손가락, 즉 골무의 위치를 역 운동학에 따라 검출하고, 검출된 골무의 위치 변화에 따라 모터의 구동을 제어함으로써 환자의 움직임 상태를 반영하여 정밀하게 재활 치료를 이행하게 한다. The control device is provided with the sensing information on the shape of the hand and finger, the sensing information on the tensile force applied to the plurality of wires 30, the motor drive number of the plurality of motors to receive the position of the finger of the patient, that is, the thimble It is detected according to the inverse kinematics, and by controlling the driving of the motor in accordance with the position change of the detected thimble to reflect the movement state of the patient to perform the rehabilitation treatment precisely.

또한 상기 제어장치는 상기 손 및 손가락의 형상에 대한 센싱정보와 상기 다수의 와이어(30)에 가해지는 인장력에 대한 센싱정보, 상기 다수의 모터의 모터 구동수를 제공받아 재활 치료에 따른 손가락의 움직임을 가상현실 이미지로 생성하고, 이를 미도시된 디스플레이를 통해 출력하여 환자 또는 재활치료사의 재활 치료 과정의 이해를 돕는다. In addition, the control device is provided with the sensing information on the shape of the hand and finger, the sensing information on the tensile force applied to the plurality of wires 30, the number of motor drive of the plurality of motors to receive the movement of the finger according to the rehabilitation treatment To create a virtual reality image and output it through a display not shown to help the patient or rehabilitation of the rehabilitation of the rehabilitation therapist.

또한 상기 제어장치는 미도시된 사용자 인터페이스를 통한 환자 또는 물리치료사의 명령에 대응되게 상기 다수의 모터를 구동하여 환자의 손가락에 대한 재활 치료를 이행한다. In addition, the control device performs the rehabilitation treatment of the finger of the patient by driving the plurality of motors in response to the command of the patient or physiotherapist through a user interface not shown.

<와이어 구조><Wire structure>

상기한 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 와이어 구조에 대해 좀더 상세히 설명한다. The wire structure of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention described above will be described in more detail.

하나의 손가락의 관절은 굴곡/신장(flexion/extension)의 두가지 관절 운동을 수행한다. 이러한 관절을 독립적으로 구부리거나 늘리기 위해 와이어를 감아서 인장력을 발생시키는 데에는 2개의 와이어와 2개의 액츄에이터가 요구된다. 따라서 3개의 손가락을 독립적으로 구부리거나 신장시키기 위해서는 6개의 와이어와 6개의 액츄에이터가 요구된다. The joint of one finger performs two joint movements of flexion / extension. In order to bend or stretch these joints independently, two wires and two actuators are required to generate the tensile force by winding the wire. Thus, six wires and six actuators are required to bend or stretch the three fingers independently.

그러나 본 발명의 KUREHAND-I 시스템은 재활 시스템에 요구되는 액츄에이터의 수를 줄이기 위해 새로운 멀티 와이어 구조를 가지며, 이는 도 6 내지 도 8에 개략적으로 도시하였다. 도 6은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 와이어 구조에 따라 손가락을 굴곡하는 하는 과정을 예시하였고, 도 7은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 와이어 구조에 따라 손가락을 신장하는 과정을 예시하였고, 도 8은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 와이어 구조의 실제 구현예를 예시한 것이다. However, the KUREHAND-I system of the present invention has a new multi-wire structure to reduce the number of actuators required for the rehabilitation system, which is shown schematically in FIGS. 6 to 8. 6 illustrates a process of bending a finger according to a wire structure according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7 illustrates a process of stretching a finger according to the wire structure according to the first embodiment of the present invention. 8 illustrates an actual embodiment of the wire structure according to the first preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 3개의 손가락을 독립적으로 구부리거나 신장하기 위해 4개의 와이어(31 내지 34)와 4개의 액츄에이터(51 내지 54)를 구비한다. 즉, 각 손가락을 광범위하게 바깥으로 움직이게 하는 3개의 신장 와이어(32 내지 34)와 안쪽으로 당기기는 하나의 굴곡 와이어(31)가 구비된다. The present invention includes four wires 31 to 34 and four actuators 51 to 54 to bend or stretch the three fingers independently. That is, three extension wires 32 to 34 for widespread movement of each finger and one bending wire 31 for pulling inward are provided.

상기 3개의 신장 와이어(32 내지 34) 각각은 손가락에 의해 지시된 방향과 직교하는 방향으로 손가락을 당겨 손가락을 편다. Each of the three extension wires 32 to 34 pulls a finger in a direction orthogonal to the direction indicated by the finger.

그리고 상기 하나의 굴곡 와이어(31)는 엑추에이터의 수를 줄이기 위해 손가락들을 감싸서 루프를 형성한다. 즉, 상기 굴곡 와이어(31)는 엄지와 중지를 감싸는 루프, 엄지와 검지를 감싸는 루프를 형성하고, 굴곡 와이어의 끝은 엄지 손가락에 고정되며, 상기 굴곡 와이어(31)가 풀리에 의해 당겨지면 상기 손가락들을 감싸는 루프들의 둘레가 줄어들어 손가락들이 모여지게 된다. 상기 두개의 루프는 독립적으로 굴곡을 수행할 수 없으므로 두개의 손가락을 각각 감싸며, 세 손가락은 모두 하나의 루프로 감긴다. In addition, the one bending wire 31 wraps fingers to form a loop to reduce the number of actuators. That is, the bending wire 31 forms a loop surrounding the thumb and middle finger, a loop surrounding the thumb and the index finger, and the end of the bending wire is fixed to the thumb, and when the bending wire 31 is pulled by the pulley, The circumference of the loops surrounding the fingers is reduced so that the fingers gather. Since the two loops cannot bend independently, they surround each of the two fingers, and all three fingers are wound in one loop.

이를 통해 세 손가락은 3개의 신장 와이어와 하나의 굴곡 와이어의 상호작용을 통해 독립적으로 구부러지거나 신장된다. 예를들어, 가운데 손가락만 휘게 하기 위해 엄지와 검지의 익스텐션 와이어의 길이를 고정하고 가운데 손가락의 익스텐션 와이어를 풀고 플렉션 와이어를 당길 수 있다. This allows three fingers to bend or stretch independently through the interaction of three extension wires and one bending wire. For example, in order to bend only the middle finger, you can fix the length of the extension wires of the thumb and index finger, loosen the extension wires of the middle finger, and pull the flex wire.

<KUREHAND-I 시스템의 블럭 구성>Block Configuration of KUREHAND-I System

상기한 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 블럭 구성에 대해 좀더 상세히 설명한다. The block configuration of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention described above will be described in more detail.

도 9는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 블록구성을 정리한 표를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 블록구성도를 도시한 것이다. 9 is a table showing a block diagram of a KUREHAND-I system according to a first preferred embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a block diagram of a KUREHAND-I system according to a first preferred embodiment of the present invention. The figure is shown.

환자의 인체(100)는 뇌(102), 근육(104), 제1 내지 제3손가락(106,108,110)과 눈(112)을 구비한다. 상기 눈(112)은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템(200)에 의해 재활 치료 중인 손가락의 가상현실 영상정보를 입력받아 뇌(102)로 전달하고, 상기 뇌(102)는 실제 자신의 손가락들(106,108,110)을 근육(104)을 통해 움직이면서 상기 가상현실 영상정보를 입력받아 재활 치료를 수행한다. The human body 100 of the patient includes a brain 102, muscles 104, first to third fingers 106, 108, 110, and eyes 112. The eye 112 receives virtual reality image information of a finger under rehabilitation treatment by the KUREHAND-I system 200 according to the first preferred embodiment of the present invention, and transmits it to the brain 102, and the brain 102. In practice, his / her fingers 106, 108, and 110 move through the muscle 104 to receive the virtual reality image information and perform rehabilitation treatment.

상기 KUREHAND-I 시스템(200)은 크게 기구부(202)와 센서부(236)와 제어부(238)와 PC(222)와 스위치(230)로 구성된다. The KUREHAND-I system 200 is largely composed of a mechanism 202, a sensor 236, a controller 238, a PC 222, and a switch 230.

상기 기구부(202)는 큐브 형태의 메인 프레임과, 상기 메인 프레임의 내부에 위치하며 환자의 제1 내지 제3손가락(106,108,110)에 끼워지는 제1 내지 제3골무(2041~2043)와, 상기 제1 내지 제3골무(2041~2043) 각각에 연결되어 손가락 관절의 신장방향으로 잡아당기거나 놓는 손가락 신장용 제1 내지 제3와이어(2061~2063)와, 상기 제1 및 제2골무(2041,2042)를 감싸는 루프와 제2골무(2042,2043)를 감싸는 루프를 형성하며 상기 루프들을 당겨 루프의 크기를 줄이거나 상기 루프들을 놓아 루프의 크기를 크게 하는 손가락 굴곡용 제4와이어(2064)와, 제1 내지 제4와이어(2061~2064)와 연결되어 상기 제1 내지 제4와이어(2061~2064)를 잡아당기거나 풀어주는 힘 에너지를 생성하는 제1 내지 제4모터(2101~2104)와, 상기 메인 프레임의 측면에 위치하여 상기 제1 내지 제4와이어(2061~2064)의 힘 에너지 전달경로를 전환하는 제1 내지 제4풀리(2081~2084)로 구성된다. The instrument unit 202 is a cube-shaped main frame, the first to third thimble (2041 to 2043) which is located inside the main frame and fitted to the patient's first to third fingers (106, 108, 110), and the first First to third wires 2061 to 2063 for finger extension, which are connected to each of the first to third thimbles 2041 to 2043 and pull or release in the direction of extension of the finger joint, and the first and second thimbles 2041 and A fourth wire 2064 for finger bending to form a loop surrounding 2042 and a second thimble 2042 and 2043 and pulling the loops to reduce the size of the loop or releasing the loops to increase the size of the loop; And first to fourth motors 2101 to 2104 connected to the first to fourth wires 2061 to 2064 to generate force energy for pulling or releasing the first to fourth wires 2061 to 2064. Force energy of the first to fourth wires 2061 to 2064 is located on the side of the main frame. It consists of the first to fourth pulleys (2081 ~ 2084) for switching the transmission path.

상기 센서부(236)는 상기 제1 내지 제4와이어(2061~2064)에 가해지는 압력을 센싱하는 제1 내지 제4로드셀(2121~2124)과, 상기 제1 내지 제4로드셀(2121~2124)로부터의 센싱신호를 AD 변환하여 MCU(232)에 제공하는 제1 내지 제4ADC(2141~2144)와, 상기 제1 내지 제4모터(2101~2104)의 구동수를 센싱하는 제1 내지 제4인코더(2161~2164)와, 상기 메인 프레임의 하측면에 위치하여 상기 환자의 손가락의 형태와 위치를 검출한 센싱정보를 생성하는 적외선 센서인 립모션부(220)로 구성된다. The sensor unit 236 may include first to fourth load cells 2121 to 2124 that sense pressure applied to the first to fourth wires 2061 to 2064, and the first to fourth load cells 2121 to 2124. AD to convert the sensing signal from the first to fourth ADC (2141 ~ 2144) for providing to the MCU 232, and the first to fourth sensing the number of driving of the first to fourth motor (2101 ~ 2104) Four encoders (2161 ~ 2164), and the lip motion unit 220 that is located on the lower side of the main frame and the infrared sensor for generating the sensing information for detecting the shape and position of the finger of the patient.

상기 제어부(238)는 상기 제1 내지 제4로드셀(2121~2124) 및 제1 내지 제4인코더(2161~2164)로부터의 센싱신호에 따라 환자의 손가락끝, 즉 제1 내지 제3골무(2041~2043)의 위치를 역운동학에 따라 검출하고, 검출된 골무의 위치 변화에 따라 제1 내지 제4모터(2101~2104)의 구동을 제어함으로써 환자의 움직임 상태를 반영하여 정밀하게 재활 치료를 이행되게 하거나, 스위치(230)를 통한 환자 또는 물리치료사의 요청에 따라 상기 모터들의 구동을 제어하는 MCU(232)와, 상기 PC(222)와 MCU(232) 사이의 인터페이스를 위한 제2SCI(226)와, 상기 제1 내지 제4인코더(2161~2164)와 MCU(232) 사이의 인터페이스를 위한 제1SCI(218)와, 스위치(230)와 MCU(232) 사이의 인터페이스를 위한 GPIO(228)로 구성된다. The control unit 238 is the fingertips of the patient, that is, the first to third thimble 2041 according to the sensing signals from the first to fourth load cells 2121 to 2124 and the first to fourth encoders 2161 to 2164. 2043) detects the position according to inverse kinematics and controls the driving of the first to fourth motors 2101 to 2104 according to the detected change in the position of the thimble to accurately reflect the movement state of the patient and perform the rehabilitation treatment precisely. Or a second SCI 226 for interfacing between the PC 222 and the MCU 232 and the MCU 232 for controlling the driving of the motors at the request of a patient or physiotherapist via a switch 230. And a first SCI 218 for an interface between the first to fourth encoders 2161 to 2164 and the MCU 232, and a GPIO 228 for an interface between the switch 230 and the MCU 232. It is composed.

상기 PC(222)는 상기 립모션부(220)를 통해 제공되는 환자의 손가락의 형상 및 위치정보들과 상기 제어부(238)의 MCU(232)가 제공하는 제1 내지 제3골무(2041~2043)의 위치를 토대로 상기 환자의 손가락에 대한 가상현실 영상정보를 생성하고, 이를 디스플레이(224)를 통해 출력하여 환자 또는 물리치료사에게 안내한다. The PC 222 is the first and the third thimble (2041 ~ 2043) provided by the MCU 232 of the control unit 238 and the shape and position information of the finger of the patient provided through the lip motion unit 220 Virtual reality image information about the finger of the patient is generated based on the location of the patient, and is output through the display 224 to guide the patient or the physiotherapist.

상기 스위치(230)는 상기 환자 또는 물리치료사로부터의 각종 명령 또는 정보를 입력받아 상기 MCU(232)에 제공한다. The switch 230 receives various commands or information from the patient or physiotherapist and provides them to the MCU 232.

상기한 MCU(232)는 Syncworks TMS320F28335 모듈이 채용될 수 있고, 상기 제1 내지 제4모터(2101~210)는 ROBOTIS 서보 모터 MX64-R가 채용될 수 있고, 상기 제1 내지 제4로드셀(2121~2124)은 KTOYO의 247C-5kg 로드셀이 채용될 수 있다. 특히 상기 와이어의 장력은 도 43에 도시한 바와 같이 부재가 와이어의 장력을 로드셀 방향으로 전달하는 형태의 로드셀 센서에 의해 측정되며, 와이어의 장력이 높으면 상기 부재가 로드셀을 더 힘껏 누르고 상기 와이어의 장력이 낮으면 상기 부재가 로드셀을 덜 누르게 형성된다. 이와 같이 본 발명은 와이어의 장력이 로드셀을 누르도록 하는 압축력으로 변환되어 측정된다. The MCU 232 may employ a Syncworks TMS320F28335 module, the first to fourth motors 2101 to 210 may employ a ROBOTIS servo motor MX64-R, and the first to fourth load cells 2121. 2124) KTOYO's 247C-5kg load cell can be employed. In particular, the tension of the wire is measured by a load cell sensor in which the member transmits the tension of the wire in the direction of the load cell, as shown in FIG. 43. When the tension of the wire is high, the member presses the load cell harder and tensions the wire. If this is low, the member is formed to push the load cell less. As such, the present invention is measured by converting the tension of the wire into a compressive force to press the load cell.

<KUREHAND-I 시스템의 처리 과정><Process of KUREHAND-I System>

상기한 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 처리 과정을 도 11을 참조하여 상세히 설명한다. The processing of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention described above will be described in detail with reference to FIG.

상기한 KUREHAND-1 시스템의 작동 모드는 자동 모드 또는 수동 모드를 구비하며, 상기 자동 모드에서는 미리 설정된 재활 치료를 위한 동작이 수행되도록 제1 내지 제3골무들이 움직이도록 제1 내지 제4모터들을 구동하며, 상기 수동 모드에서는 스위치 입력에 따라 제1 내지 제3골무들이 움직이도록 제1 내지 제4모터들을 구동한다. The operation mode of the KUREHAND-1 system includes an automatic mode or a manual mode, in which the first to third motors are driven to move the first to third thimbles to perform an operation for a predetermined rehabilitation treatment. In the manual mode, the first to fourth motors are driven to move the first to third thimbles according to a switch input.

상기 자동 모드에서 재활 치료는 환자의 상태에 따른다. 즉, 손을 전혀 움직일 수 없는 환자의 경우에는 위치 제어를 통해 특정 자세에 따라 손가락을 강제로 늘리거나 구부리는 등의 조정 운동을 통해 재활 치료를 이행한다. 이때 재활 치료사는 풀리들과 모터의 구동을 제어하여 환자의 손가락이 원하는 형태에 따라 움직임을 이행할 수 있게 할 수 있다. The rehabilitation treatment in this automatic mode depends on the condition of the patient. That is, in the case of a patient who cannot move his or her hand at all, rehabilitation treatment is performed by adjusting movement such as forcibly extending or bending a finger according to a specific posture through position control. In this case, the rehabilitation therapist may control the driving of the pulleys and the motor so that the finger of the patient may perform the movement according to the desired shape.

손가락의 굴곡 과정을 좀더 설명한다. 특정 손가락을 굴곡하기 위해 손가락들을 감싸는 굴곡 와이어에 연결된 모터가 굴곡 와이어를 당겨 길이를 감소시키고, 굴곡 와이어의 길이가 감소함에 따라 굴곡 와이어의 장력이 커지고 손가락을 감싸는 고리의 지름이 작아져, 결과적으로 각 손가락에 연결된 신장 와이어가 신장되어 장력을 증가시킨다. 이때, 굴곡하고자 하는 손가락 이외의 나머지 손가락에 연결된 신장 와이어를 제어하는 모터는 정지되어 전선이 움직이지 않는다. 동시에, 굴곡될 손가락에 연결된 신장 와이어의 장력은 로드셀을 밀어주는 기구에 의해 압축력으로 변환되고 이 힘은 로드셀의 전기 신호로 변환된다. 이 신호는 인터페이스 회로를 통해 증폭되고 디지털화되어 MCU로 전달된다. 상기 MCU는 상기 로드셀의 출력 값을 와이어 장력에 대한 디지털 값과 비교하여 오차를 산출하고, 지글러 - 니콜스 법에 의해 얻어진 PD 파라미터 값에 의해 모터의 속도에 대한 출력을 산출한다. 상기 MCU는 상기 모터의 속도에 따른 출력값을 SCI 모듈을 통해 인터페이스 회로의 RS485 통신 인터페이스를 통해 모터로 전송한다. 또한 MCU는 일정한 간격으로 모터의 엔코더 값을 읽고, 이를 통해 상기 MCU는 손가락의 위치 변화를 추정한다. 이러한 방식으로, 손가락의 독립적인 굴곡동작 및 위치 제어가 가능하다. Explain the flexion process of the finger further. A motor connected to the bend wire that wraps the fingers to bend the specific finger pulls the bend wire to reduce its length, and as the length of the bend wire decreases, the tension of the bend wire becomes larger and the diameter of the ring surrounding the finger becomes smaller, consequently An extension wire connected to each finger is stretched to increase the tension. At this time, the motor for controlling the extension wire connected to the remaining fingers other than the finger to be bent is stopped and the wire does not move. At the same time, the tension of the extension wire connected to the finger to be bent is converted into a compressive force by a mechanism for pushing the load cell and this force is converted into an electrical signal of the load cell. This signal is amplified and digitized through the interface circuit and passed to the MCU. The MCU calculates an error by comparing the output value of the load cell with a digital value for wire tension, and calculates an output for the speed of the motor by a PD parameter value obtained by the Ziegler-Nichols method. The MCU transmits the output value according to the speed of the motor to the motor through the RS485 communication interface of the interface circuit through the SCI module. In addition, the MCU reads the encoder value of the motor at regular intervals, through which the MCU estimates the position change of the finger. In this way, independent bending and position control of the fingers is possible.

그리고 손가락의 신장 과정을 좀 더 설명한다. 특정 손가락을 신장하기 위해 신장될 손가락을 제외한 다른 손가락에 대응되는 모터는 정지된 상태에서, 신장될 손가락에 대응되는 모터는 연결된 신장 와이어를 감는다. 이에 따라 손가락이 늘어남에 따라 손가락을 감싸는 굴곡 와이어의 길이가 늘어나고 장력이 증가한다. 이 장력은 MCU에 의해 일정한 장력이 유지되게 제어된다. 이러한 방식으로 손가락의 독립적인 신장 동작 및 위치 제어가 가능하다.It also explains the finger stretching process a bit more. The motor corresponding to the finger to be stretched is stopped while the motor corresponding to the finger to be stretched to stretch the specific finger is wound. Accordingly, as the fingers stretch, the length of the bending wire surrounding the fingers increases and the tension increases. This tension is controlled by the MCU to maintain a constant tension. In this way, independent stretching motions and position control of the fingers are possible.

그리고 환자가 자신의 손을 움직일 수 있을 때에는 환자가 특정 작업을 수행 할 수 있도록함 으로써 작업 위주의 재활이 수행된다. 즉 손의 자세와 위치에 관한 데이터는 립모션을 통해 PC로 전송되고, 이 데이터를 바탕으로 게임 개발을 위한 소프트웨어인 Unity를 사용하여 환자의 손과 물체가 가상 공간에서 실현된다. 환자는 손가락을 구부려 가상 공간에서 물건을 잡아당겨서 연결된 전선의 장력을 바꾼다. 변경된 장력은 MCU에 의해 일정한 장력으로 유지됩니다.And when the patient can move his or her hand, work-oriented rehabilitation is performed by allowing the patient to perform specific tasks. In other words, data about the position and position of the hand is transmitted to the PC via lip motion, and based on the data, the hand and the object of the patient are realized in the virtual space using Unity, a software for game development. The patient bends his finger and pulls an object in the virtual space to change the tension of the connected wire. The changed tension is maintained at a constant tension by the MCU.

상기 가상 공간에서, 환자의 손이 강체에 닿거나 탄성체가 파지되면, 손가락은 더이상 구부리지 못하거나 물체의 탄성에 따라 반력을 받을 수 있으므로, 이를 실현하기 위해 손에 물건이 닿았을 때의 정보나 탄성 물체의 가압 정도 등의 데이터를 PC가 MCU로 제공하면, MCU는 모터 정지 명령을 보내거나 장력을 높여 대상체의 탄성으로 인한 반력을 구현한다. 이와 같이 구현된 반력은 손을 통해 환자에게 피드백되어 환자가 실제로 물건을 들거나 탄성을 느끼고 작업 치료를 수행할 수 있게 한다. In the virtual space, when the hand of the patient touches a rigid body or the elastic body is gripped, the finger may no longer bend or may receive a reaction force according to the elasticity of the object. When the PC provides data such as the degree of pressurization of the object to the MCU, the MCU sends a motor stop command or increases the tension to produce a reaction force caused by the object's elasticity. The reaction force thus implemented is fed back to the patient through the hand, allowing the patient to actually lift or feel elastic and perform occupational therapy.

상기 KUREHAND-I 시스템은 프로그램이 실행되면, TMS320F28335 칩의 주변 회로 SCI, ADC 등, MX64-R를 사전 설정 상태로 초기화하고(300단계), 규칙적인 간격으로 알고리즘을 반복하기 위해 타이머를 구동한다(302단계). 이후 상기 KUREHAND-I 시스템은 타이머 인터럽트가 발생되면(304단계), 환자 또는 재활치료사에 의한 수동 또는 자동모드 인터럽트가 발생되는지를 체크한다(306단계). When the program is executed, the KUREHAND-I system initializes the MX64-R, such as the peripheral circuits SCI and ADC of the TMS320F28335 chip to a preset state (step 300), and drives a timer to repeat the algorithm at regular intervals ( Step 302). The KUREHAND-I system then checks if a timer interrupt is generated (step 304), whether a manual or automatic mode interrupt is generated by the patient or rehabilitation therapist (step 306).

상기 환자 또는 재활치료사에 의한 자동모드로의 동작이 요청되면, 상기 KUREHAND-I 시스템은 현재의 인코더 값을 반환받기 위해 모터에 읽기 명령을 전송하고 처음에 수신된 데이터를 기반으로 손가락의 변위를 0으로 초기화한다(308단계). 이때 모터에 대한 리드 커맨드를 송수신하는 데에는 시간이 많이 걸리기 때문에 모든 모터가 아닌 하나의 모터로부터의 인코더 데이터만을 판독한다. 즉 메인 루프를 한번 실행하면 4개의 모터 중 하나의 모터에서만 인코더 데이터를 읽을 수 있으며 모든 모터의 인코더 데이터를 얻으려면 4개의 메인 루프를 실행되어야 한다. 상기 인코더 값을 수신한 후에, 상기 KUREHAND-I 시스템은 4개의 로드셀 각각에서 센싱신호를 20회 측정하고 측정된 데이터를 평균하여 노이즈를 필터링하여 와이어 텐션 데이터를 검출한다(310단계). 상기 와이어의 텐션이 미리 정해둔 오버 텐션이면, 상기 KUREHAND-I 시스템은 비상 정지를 이행하여 시스템과 환자를 보호한다(332단계). 이와 달리 상기 와이어 텐션이 오버 텐션이 아니면, 상기 KUREHAND-I 시스템은 이미 정해둔 재활 치료에 따라 환자의 손가락들을 움직이기 위한 출력값들을 순차적으로 산출하고(314단계), 상기 출력값들에 따라 모터들을 구동하여 환자의 손가락이 미리 정해둔 재활 치료에 따라 움직일 수 있게 한다(316단계). 즉 상기 KUREHAND-I 시스템의 PD 제어기는 획득된 텐션 데이터에 기초한 지글러 - 니콜스 방법을 사용하여 모터들의 구동 파라미터를 얻는다. 그리고 메인 루프의 모든 프로세스가 완료된 후, KUREHAND-I 시스템은 실험에 필요한 인코더 값 및 텐션 값과 같은 데이터가 다른 메모리 위치에 시간 순서대로 저장한다(318단계). When an operation in automatic mode is requested by the patient or rehabilitation therapist, the KUREHAND-I system sends a read command to the motor to return the current encoder value and resets the finger displacement based on the initially received data. Initialize to step 308. At this time, since it takes a long time to transmit and receive the read command for the motor, only the encoder data from one motor is read, not all the motors. In other words, once the main loop is executed, the encoder data can be read only by one of the four motors, and four main loops must be executed to obtain encoder data of all the motors. After receiving the encoder value, the KUREHAND-I system measures the sensing signal 20 times in each of the four load cells, averages the measured data, and filters the noise to detect wire tension data (step 310). If the tension of the wire is a predetermined over tension, the KUREHAND-I system performs an emergency stop to protect the system and the patient (step 332). In contrast, if the wire tension is not over tension, the KUREHAND-I system sequentially calculates output values for moving the patient's fingers according to the rehabilitation treatment already established (step 314), and drives the motors according to the output values. The patient's fingers can be moved according to a predetermined rehabilitation treatment (step 316). That is, the PD controller of the KUREHAND-I system obtains the drive parameters of the motors using the Ziegler-Nichols method based on the obtained tension data. After all processes of the main loop are completed, the KUREHAND-I system stores data such as encoder values and tension values required for the experiment in chronological order in different memory locations (step 318).

그리고 본 발명에 따르는 립모션(Leapmotion)의 데이터는 인터럽트 서비스 루틴에 의해 처리되며, 이는 전송 속도가 주 프로그램의 전송 속도에 비해 매우 느리기 때문이며, 이는 가상 현실에서 손가락이 탄성체를 얼마나 누르고 있는지에 대한 정보이다. And the data of the Leapmotion according to the present invention is processed by the interrupt service routine, because the transmission speed is very slow compared to the transmission speed of the main program, which is information about how the finger pressed the elastic body in the virtual reality to be.

그리고 상기 환자 또는 재활치료사에 의한 수동모드로의 동작이 요청되면, 상기 KUREHAND-I 시스템은 모터를 턴 오프하여 대기 상태로 전환하여 스위치 입력에 따라 인터럽트 서비스 루틴을 실행한다(320단계). 상기 KUREHAND-I 시스템은 환자가 스위치를 눌러 구동하고자 하는 모터를 선택하여 동작을 명령하면, 인터럽트 서비스 루틴에서 선택된 모터의 출력이 미리 설정된 속도로 모터로 전달되어, 와이어를 당기거나 풀어 손가락을 움직여 재활치료를 이행할 수 있게 한다(326단계). When the operation in the manual mode by the patient or the rehabilitation therapist is requested, the KUREHAND-I system turns off the motor to the standby state and executes an interrupt service routine according to the switch input (step 320). In the KUREHAND-I system, when a patient selects a motor to be driven by pressing a switch and commands an operation, the output of the motor selected in the interrupt service routine is transmitted to the motor at a predetermined speed, and the wire is pulled or released to move the finger to rehabilitation. Allow treatment to be carried out (step 326).

이러한 재활치료중에 상기 KUREHAND-I 시스템은 와이어 텐션 데이터를 검출한다(322단계). 상기 와이어의 텐션이 미리 정해둔 오버 텐션이면, 상기 KUREHAND-I 시스템은 비상 정지를 이행하여 시스템과 환자를 보호한다(332단계). During this rehabilitation treatment, the KUREHAND-I system detects wire tension data (step 322). If the tension of the wire is a predetermined over tension, the KUREHAND-I system performs an emergency stop to protect the system and the patient (step 332).

<역 운동학에 따른 조정>Adjustment by Inverse Kinematics

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템은 손의 다양한 조정 작업을 수행하도록 설계된다. 즉, 손가락에 착용하는 골무 모양의 메커니즘은 시스템의 최종 효과이며 시스템의 구성 상태에 따라 3차원 공간에서 다양한 동작을 가능하게 한다. 이에 따라 골무에 직접 힘을 전달하는 와이어는 그 방향으로 자유롭게 조절 가능해야 하며, 이를 위해 풀리의 위치가 조정된다. 즉 풀리의 위치와 와이어의 길이가 시스템의 엔드 이펙터의 동작 범위를 변경한다. As described above, the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention is designed to perform various adjustment tasks of the hand. That is, the thimble-shaped mechanism worn on the finger is the final effect of the system and allows various operations in three-dimensional space according to the configuration state of the system. Accordingly, the wire transmitting force directly to the thimble must be freely adjustable in that direction, for which the position of the pulley is adjusted. The position of the pulley and the length of the wire change the operating range of the end effector of the system.

또한 와이어가 골무에 연결되기 전에 와이어가 통과하는 마지막 풀리만 와이어의 방향에 영향을 미치므로 나머지 풀리와 모터의 위치는 엔드 이펙터의 궤적에 영향을 미치지 않는다. Also, the position of the remaining pulleys and motors does not affect the trajectory of the end effector because only the last pulley through which the wire passes before the wire is connected to the thimble is affected.

이러한 역 운동학에 따른 조정과정을 좀 더 설명한다. The adjustment process according to this inverse kinematics is further explained.

<가정과 제약>Home and Constraints

상기 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 역 기구학을 얻기 전에 3차원 공간에서 와이어 시스템으로 시스템을 모델링하기 위한 몇 가지 정의, 가정 및 제약 조건을 설명한다. Before obtaining the inverse kinematics of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention, some definitions, assumptions and constraints for modeling the system as a wire system in three-dimensional space are described.

도 12는 3 차원 공간에서 KUREHAND-I 시스템의 기하학적 모델을 나타내며, 큐브 형태의 메인 프레임은 큐브로 모델링된다. 상기 도 12의 중앙에 있는 엔드 이펙터의 위치는 식 1와 같이 정의된다. 12 shows a geometric model of the KUREHAND-I system in three-dimensional space, the cube-shaped main frame is modeled as a cube. The position of the end effector in the center of FIG. 12 is defined as in Equation 1.

Figure 112018028250842-pat00001
Figure 112018028250842-pat00001

상기 수학식 1에서 Pt, Pi, Pm은 엄지, 중지 그리고 검지에 대한 골무의 위치를 나타낸다. In Equation 1, Pt, Pi, Pm represents the position of the thimble with respect to the thumb, middle finger and index finger.

상기 골무는 반구 Rf로 가정하며, Pt, Pi, Pm는 메인 프레임 내부에 위치하며 수학식 2에 따른다. The thimble is assumed to be hemisphere Rf, and Pt, Pi, and Pm are located inside the main frame and are represented by Equation 2.

Figure 112018028250842-pat00002
Figure 112018028250842-pat00002

그리고 와이어에 접하는 점과 전선이 통과하는 풀리는 수학식 3에 따라 정의된다. And the point of contact with the wire and the pulley passing through the wire is defined according to the equation (3).

Figure 112018028250842-pat00003
Figure 112018028250842-pat00003

3개의 신장 와이어와 하나의 굴곡 와이어는 구로 모델링된 각 골무와 접촉한다. 이 와이어들과 골무가 만나는 지점은 수학식 4에 따른다. Three extension wires and one flexing wire contact each thimble modeled as a sphere. The point where these wires and thimble meet is according to equation (4).

Figure 112018028250842-pat00004
Figure 112018028250842-pat00004

4개의 와이어 및 와이어의 길이

Figure 112018028250842-pat00005
는 다음과 같이 정의된다. 이 와이어는 항상 적절하게 인장되고 탄성을 유지하며, 무게는 무시된다. 상기 와이어들의 위치
Figure 112018028250842-pat00006
를 결정하는 와이어의 길이는 와이어의 실제 길이가 아니라 와이어가 통과하는 마지막 풀리에서 와이어의 끝까지의 길이다. 그리고 신장 와이어들의 길이
Figure 112018028250842-pat00007
Figure 112018028250842-pat00008
위치에서부터
Figure 112018028250842-pat00009
위치까지의 길이로 정의된다. 그리고 굴곡 와이어의 길이
Figure 112018028250842-pat00010
Figure 112018028250842-pat00011
위치에 영향을 받은 엄지, 검지, 엄지, 중지의 순서로 감싸진 부분에 이르는
Figure 112018028250842-pat00012
까지이다. 4 wires and wire length
Figure 112018028250842-pat00005
Is defined as This wire is always properly tensioned and elastic, and the weight is ignored. Location of the wires
Figure 112018028250842-pat00006
The length of the wire to determine is not the actual length of the wire but the length from the last pulley through which the wire passes to the end of the wire. And the length of the extension wires
Figure 112018028250842-pat00007
Is
Figure 112018028250842-pat00008
From location
Figure 112018028250842-pat00009
It is defined as the length to the location. And the length of the bend wire
Figure 112018028250842-pat00010
Is
Figure 112018028250842-pat00011
To reach the wrapped part in the order of thumb, index finger, thumb, middle finger
Figure 112018028250842-pat00012
Until.

상기

Figure 112018028250842-pat00013
에 의해 평면 S가 형성되면, 상기 평면 S는 수학식 5에 따라 표현될 수 있다. remind
Figure 112018028250842-pat00013
If the plane S is formed by, the plane S can be expressed according to the equation (5).

Figure 112018028250842-pat00014
Figure 112018028250842-pat00014

이때, P4의 위치는 수학식 6 및 수학식 7에 따라 표현된다. At this time, the position of P4 is expressed according to equation (6) and equation (7).

Figure 112018028250842-pat00015
Figure 112018028250842-pat00015

Figure 112018028250842-pat00016
Figure 112018028250842-pat00016

이는, 지점

Figure 112018028250842-pat00017
의 위치는 평면 S에 위치하며, 직선
Figure 112018028250842-pat00018
상에 존재하며, 세그먼트
Figure 112018028250842-pat00019
상에 존재하지는 않는다. 이는 수학식 8에 따라 표현된다. This is a branch
Figure 112018028250842-pat00017
The position of is located on the plane S, straight
Figure 112018028250842-pat00018
Present in the segment
Figure 112018028250842-pat00019
It is not present in the phase. This is expressed according to equation (8).

Figure 112018028250842-pat00020
Figure 112018028250842-pat00020

부가적으로

Figure 112018028250842-pat00021
의 위치는
Figure 112018028250842-pat00022
에 근접할 수 있으며, 왜냐하면
Figure 112018028250842-pat00023
Figure 112018028250842-pat00024
또는
Figure 112018028250842-pat00025
에 평행할 때에 마찰력은 가장 작기 때문이다. 또한
Figure 112018028250842-pat00026
는 꼭지점에 있는 삼각형
Figure 112018028250842-pat00027
에만 존재할 수 있다. 이는 와이어가 항상 적절하게 인장된 것으로 가정하기 때문이다. Additionally
Figure 112018028250842-pat00021
The location of
Figure 112018028250842-pat00022
Close to, because
Figure 112018028250842-pat00023
end
Figure 112018028250842-pat00024
or
Figure 112018028250842-pat00025
This is because the frictional force is the smallest when parallel to. Also
Figure 112018028250842-pat00026
Is the triangle at the vertex
Figure 112018028250842-pat00027
Can only exist. This is because the wire is always assumed to be properly tensioned.

이는 수학식 9 및 10으로 표현될 수 있다. This can be represented by equations (9) and (10).

Figure 112018028250842-pat00028
Figure 112018028250842-pat00028

Figure 112018028250842-pat00029
Figure 112018028250842-pat00029

<역 운동학>Inverse Kinematics

상기 위치들

Figure 112018028250842-pat00030
이 원하는 조정 운동에 따라 결정될 때에, 원하는 위치에서의 위치
Figure 112018028250842-pat00031
를 위한 와이어의 길이
Figure 112018028250842-pat00032
는 다음과 같다. 상기
Figure 112018028250842-pat00033
Figure 112018028250842-pat00034
Figure 112018028250842-pat00035
사이의 거리에서 골무의 반지름을 뺀 것과 같으며, 이는 와이어가 항상 적절히 인장되어 있기 때문이다. 즉, 이는 수학식 11에 따라 획득된다. The locations
Figure 112018028250842-pat00030
The position at the desired position when determined according to the desired adjusting movement
Figure 112018028250842-pat00031
Length of wire
Figure 112018028250842-pat00032
Is as follows. remind
Figure 112018028250842-pat00033
Is
Figure 112018028250842-pat00034
Wow
Figure 112018028250842-pat00035
It is equal to the distance between the thimble minus the radius, because the wire is always properly tensioned. That is, this is obtained according to the equation (11).

Figure 112018028250842-pat00036
Figure 112018028250842-pat00036

그리고

Figure 112018028250842-pat00037
의 길이는
Figure 112018028250842-pat00038
에서
Figure 112018028250842-pat00039
까지의 거리의 합과 같고, 각 손가락의 둘레의 길이는 엄지 손가락과 검지 손가락 사이의 거리의 두배이고, 엄지와 중지 사이의 거리의 두배이며, 이는 도 13에 도시한 바와 같다. And
Figure 112018028250842-pat00037
The length of
Figure 112018028250842-pat00038
in
Figure 112018028250842-pat00039
It is equal to the sum of the distances to, and the length of the circumference of each finger is twice the distance between the thumb and the index finger, and twice the distance between the thumb and the middle finger, as shown in FIG.

이는 세그먼트의 합과 호를 나타내며, 이는 수학식 12와 같다. This represents the sum and the arc of the segment, which is represented by Equation 12.

Figure 112018028250842-pat00040
Figure 112018028250842-pat00040

상기 수학식 12에서

Figure 112018028250842-pat00041
는 지점
Figure 112018028250842-pat00042
는 직각 삼각형을 형성하므로, 수학식 13에 따라 피타고라스 정리를 사용하여 획득된다. In Equation 12
Figure 112018028250842-pat00041
Point
Figure 112018028250842-pat00042
Since forms a right triangle, it is obtained using Pythagorean theorem according to equation (13).

Figure 112018028250842-pat00043
Figure 112018028250842-pat00043

그리고

Figure 112018028250842-pat00044
Figure 112018028250842-pat00045
가 평행하다고 가정하면,
Figure 112018028250842-pat00046
는 수학식 14에 나타낸 바와 같이 0로 근접한다. And
Figure 112018028250842-pat00044
Wow
Figure 112018028250842-pat00045
Suppose is parallel
Figure 112018028250842-pat00046
Approaches
0 as shown in equation (14).

Figure 112018028250842-pat00047
Figure 112018028250842-pat00047

Figure 112018028250842-pat00048
Figure 112018028250842-pat00049
,
Figure 112018028250842-pat00050
사이의 둔각과 같고, 각
Figure 112018028250842-pat00051
Figure 112018028250842-pat00052
Figure 112018028250842-pat00053
에 의해 형성되는 둔각과 같다. 이는 수학식 15를 사용하여 쉽게 얻어질 수 있다. bracket
Figure 112018028250842-pat00048
silver
Figure 112018028250842-pat00049
,
Figure 112018028250842-pat00050
Equal to obtuse angle between
Figure 112018028250842-pat00051
silver
Figure 112018028250842-pat00052
and
Figure 112018028250842-pat00053
It is equal to the obtuse angle formed by. This can be easily obtained using equation (15).

Figure 112018028250842-pat00054
Figure 112018028250842-pat00054

상기한 역 운동학은 실험에 의해 검증될 수 있다. The inverse kinematics described above can be verified by experiment.

<실험 결과><Experiment Result>

이제 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 실험 및 결과에 대해 설명한다. 상기 KUREHAND-I 시스템을 구성하는 각 구성요소의 테스트와 결과를 설명한다. Experiments and results of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention will now be described. Test and result of each component constituting the KUREHAND-I system will be described.

<로드셀(Loadcell) 테스트><Loadcell test>

본 발명의 KUREHAND-I 시스템에서 로드셀은 다수의 와이어 각각에 대해 장력을 측정하여 전기 신호로 변환한다. 즉 환자의 손에 연결된 와이어의 장력은 손의 움직임에 따라 달라지며, 이 변화는 주 컨트롤러가 제어 시스템에서 제어하기 위한 로드셀에 의해 측정된다. In the KUREHAND-I system of the present invention, the load cell measures tension on each of the plurality of wires and converts the electrical signal into an electrical signal. That is, the tension of the wire connected to the patient's hand depends on the hand's movement, and this change is measured by the load cell for the main controller to control in the control system.

상기한 로드셀에 대한 테스트는 다음과 같이 진행된다. 와이어에 진자를 부착한 후에 와이어에 적용되는 장력을 측정한다. 상기 진자의 질량을 3 [Kg]까지 200 [g] 증가하면서 측정하였고, 그에 따른 실험 결과 그래프는 도 14에 도시한 바와 같으며, 로드셀에서 측정된 신호는 거의 직선 형태를 보인다. 이를 MATLAB를 사용하여 선형 함수로 피팅한 결과 전압대질량의 비율은 0.365[V/Kg]로 계산되며 오차의 원인은 센서의 히스테리시스 또는 비선형성에 기인한 것으로 추정된다. The test for the load cell is carried out as follows. After the pendulum is attached to the wire, the tension applied to the wire is measured. The mass of the pendulum was measured to increase 200 [g] to 3 [Kg], and the experimental result graph is as shown in FIG. 14, and the signal measured in the load cell was almost linear. As a result of fitting this as a linear function using MATLAB, the ratio of voltage-to-mass is calculated to be 0.365 [V / Kg], and the cause of the error is assumed to be due to the hysteresis or nonlinearity of the sensor.

<인코더 테스트><Encoder test>

그리고 본 발명의 KUREHAND-I 시스템에서 모터에 내장된 인코더의 데이터와 모터에 조립된 풀리의 직경을 이용하여 와이어의 길이와 손가락 끝의 변위를 측정할 수 있다. In the KUREHAND-I system of the present invention, the length of the wire and the displacement of the fingertip can be measured by using the data of the encoder embedded in the motor and the diameter of the pulley assembled in the motor.

상기 인코더의 출력값을 이용하여 손가락의 위치 및 와이어 길이의 변화를 실험했으며, 실험방법은 다음과 같다. 상기 와이어의 길이가 50 [mm]만큼 변경될 때마다, 인코더 값과 와이어의 실제 길이의 변화를 측정하였으며, 이는 도 15에 도시한 바와 같다. 상기 도 15는 실제 와이어 길이와 인코더의 측정값의 차이가 커짐을 나타낸다. 이는 화이어가 모터에 조립된 풀리에 권취될 때에 풀리의 직경이 커지기 때문이다. The change in the position of the finger and the wire length were tested using the output value of the encoder, and the experimental method is as follows. Whenever the length of the wire was changed by 50 [mm], the change in the encoder value and the actual length of the wire was measured, as shown in FIG. 15 shows that the difference between the actual wire length and the measured value of the encoder is increased. This is because the diameter of the pulley becomes large when the fire is wound around the pulley assembled to the motor.

<장력 제어에 대한 실험><Experiment on Tension Control>

본 발명에 따르는 KUREHAND-I 시스템은 PD 컨트롤러를 사용하여 원하는 전선에 원하는 장력을 유지하며, 이를 검증하기 위해 다음과 같은 실험을 수행하였다. The KUREHAND-I system according to the present invention maintains a desired tension on a desired wire using a PD controller, and the following experiment was performed to verify this.

먼저 원하는 기준 장력을 PD 컨트롤러에 입력하고 로드셀이 측정한 실제 와이어 장력을 측정하였으며, 그에 따른 결과는 도 16에 도시한 바와 같다. 상대적으로 낮은 장력에서는 원하는 장력이 약간의 오차로 유지되지만 높은 장력에서는 약간의 진동이 나타났으며, 진동의 원인은 고정되지 않은 풀리의 구조에 기인하며, 시스템에 조립된 풀리를 통과하면서 풀리의 마찰에 의해 와이어의 미세한 진동이 제거되므로 진동은 거의 없게 느껴졌다. 이로서 KUREHAND-I 시스템은 원하는 장력을 제어할 수 있는 것으로 입증되었으며, 이는 도 17 및 도 18에 도시하였다. First, the desired reference tension was input to the PD controller, and the actual wire tension measured by the load cell was measured, and the result is shown in FIG. 16. At relatively low tensions, the desired tension is maintained with a slight error, but at high tensions there is some vibration, and the cause of the vibration is due to the structure of the unfixed pulley, and the friction of the pulley as it passes through the pulley assembled in the system. By virtue of removing the minute vibration of the wire, there was almost no vibration. This proved that the KUREHAND-I system can control the desired tension, which is shown in FIGS. 17 and 18.

도 17은 손가락의 경로와 와이어가 통과하는 위치를 나타낸다. 역 운동학을 기반으로 계산된 와이어 길이 변화와 경로에 따라 인코더에 측정된 실제 와이어 길이는 도 18에 도시되어 있다. 두 그래프는 차이가 있기는 하나 거의 동일하며, 오류의 원인은 인코더 테스트에서 생성된 오류의 원인과 동일하다. 따라 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템은 손가락 끝을 원하는 위치로 제어할 수 있음이 증명된다.  17 shows the path of the finger and the position through which the wire passes. The actual wire length measured at the encoder according to the wire length change and path calculated based on the inverse kinematics is shown in FIG. 18. The two graphs, although different, are nearly identical, and the source of the error is the same as the source of the error generated by the encoder test. Accordingly, it is proved that the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention can control the fingertip to a desired position.

<KUREHAND-I 시스템의 다양한 구성에 대한 실험>Experiment on various configurations of KUREHAND-I system

본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템은 와이어 구조를 재구성하여 손의 다양한 조정된 동작을 달성하도록 설계되었다. 이를 확인하기 위해 A. I. Kapandju가 제안한 30개 그립 중 일부는 실제 시스템을 사용하여 구현되었으며 그 당시 시스템 상태가 기록되었다. The KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention is designed to reconstruct the wire structure to achieve various coordinated motions of the hand. To verify this, some of the 30 grips proposed by A. I. Kapandju were implemented using a real system, and the state of the system was recorded at that time.

도 19는 4가지 유형의 그립을 나타내며, subterminal opposition, spherical pentadigital palmar prehension, subterminal tridigital prehension and centralized grip이다. 19 shows four types of grips: subterminal opposition, spherical pentadigital palmar prehension, subterminal tridigital prehension and centralized grip.

도 20은 각 그립의 초기 위치와 최종 위치를 도시한 것이며, 도 21은 각 그립을 수행하기 위해 재구성된 풀리의 초기 위치를 나타낸 표를 도시한 것이다. 20 shows the initial and final positions of each grip, and FIG. 21 shows a table showing the initial positions of the pulleys reconfigured to perform each grip.

도 22 및 도 23은 각 그립을 수행할 때에 인코더 데이터를 기반으로 와이어의 길이 변화를 나타내며, 이는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템이 손의 다양한 협동 동작을 구현할 수 있음을 나타낸다. 22 and 23 show the change in the length of the wire based on the encoder data when performing each grip, indicating that the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention can implement various cooperative operations of the hand. Indicates.

<가상 현실 인터페이스에 대한 실험>Experiment on Virtual Reality Interface

본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 KUREHAND-I 시스템의 가상 현실 인터페이스는 환자가 시각적 및 기계적 피드백을 환자에게 제공하여 환자가 약간을 이동할 수 있을 때 KUREHAND-I 시스템으로 재활을 수행할 수 있게 한다. 이 실험을 검증하기 위해 다음과 같은 실험을 수행했다.The virtual reality interface of the KUREHAND-I system according to the first preferred embodiment of the present invention allows the patient to provide visual and mechanical feedback to the patient to perform rehabilitation with the KUREHAND-I system when the patient can move slightly. . To verify this experiment, the following experiment was performed.

본 발명은 립 모션(Leapmotion) 센서로 측정된 데이터를 바탕으로 환자의 가상 손과 운동을 위한 가상 탄성체를 실현하여 모니터에 표시하며, 환자는 모니터를 보고 주어진 작업을 수행하면서 와이어의 장력을 통해 대상의 신축성을 느낄 수 있게 한다. 상기 와이어의 장력 변화를 측정함과 아울러, 표시된 손과 물체가 캡처하며, 이때 측정된 데이터는 도 24 및 도 25에 도시한 바와 같다. The present invention realizes a virtual elastic body for the patient's virtual hands and movements based on the data measured by the lip motion sensor and displays it on the monitor, the patient looks at the monitor and performs a given task to the target through the tension of the wire I feel the elasticity of the. In addition to measuring the tension change of the wire, the displayed hand and object are captured, and the measured data are as shown in FIGS. 24 and 25.

도 24의 (a)는 환자가 가상현실에서 실현된 가상물체를 잡기 위해 손가락을 구부리고 확장할 때에 립모션 센서가 검출한 위치 데이터를 나타낸다. FIG. 24A illustrates position data detected by the lip motion sensor when the patient bends and extends a finger to grasp a virtual object realized in virtual reality.

이와 같이 환자는 특정 작업을 수행하고 재활 치료를 수행하면서 시각적 및 기계적으로 모니터 및 와이어에서 피드백을 수신할 수 있으며, 이는 치료효과를 증진시키는 이유가 된다. As such, the patient may receive feedback from the monitor and wire visually and mechanically while performing certain tasks and performing rehabilitation treatment, which is the reason for enhancing the therapeutic effect.

<제2실시예 : KUREHAND-II 시스템>Second Embodiment: KUREHAND-II System

먼저 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 구성 및 동작에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. First, the configuration and operation of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<KUREHAND-II 시스템의 기구적인 구성>Mechanical configuration of KUREHAND-II system

도 26은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 외관을 도시한 것이다. Fig. 26 shows the appearance of a KUREHAND-II system according to a second preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템은 메인 프레임(500)과 메인 프레임(500)의 중심과 세 손가락 위치에 대응되는 위치에 위치하는 지지 프레임들(504,506)이 형성된다. 상기 중심 지지 프레임(502)의 상부에는 상하 운동가능한 형태의 원통형 가이드 모듈이 구비된다. 그리고 상기 세 손가락을 위한 세개의 지지 프레임들(506)은 상측종단과 하측부에 인코더를 구비하는 모터(508,510)가 각각 설치되며, 상기 모터(508,510)에는 와이어를 감거나 푸는 풀리가 부착되어 세 손가락에 끼워질 골무(504)가 연결된 와이어(504)의 양 종단을 감거나 풀면서 상기 손가락의 위치를 변경한다. 상기 지지 프레임들(406)의 하측부에는 상기 와이어의 장력을 측정하는 로드셀이 위치한다. In the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention, support frames 504 and 506 are formed at positions corresponding to the center and three-finger positions of the main frame 500 and the main frame 500. The upper portion of the center support frame 502 is provided with a cylindrical guide module of the vertical movement. The three support frames 506 for the three fingers are provided with motors 508 and 510 having encoders at upper and lower ends, respectively. The motors 508 and 510 are attached with pulleys for winding or unwinding wires. The thimble 504 to be fitted to the finger changes the position of the finger while winding or unwinding both ends of the connected wire 504. A load cell for measuring the tension of the wire is positioned below the support frames 406.

상기한 메인 프레임(500)에 설치된 모터의 위치와 프레임의 각도는 환자의 상태에 따라 조정될 수 있도록 설계된다. The position of the motor and the angle of the frame installed in the main frame 500 is designed to be adjusted according to the condition of the patient.

특히 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 KUREHAND-II 시스템은 모터로 모듈화하기 위해 더 작은 크기의 로드셀을 사용할 수 있다. In particular, the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention may use a smaller load cell to modularize the motor.

또한 상기 KUREHAND-II 시스템에는 두 개의 와이어, 두 개의 액추에이터 및 두 개의 로드셀이 추가되며 다른 부분은 KUREHAND-I 시스템과 동일하다. In addition, two wires, two actuators and two load cells are added to the KUREHAND-II system, and the other part is the same as the KUREHAND-I system.

상기한 본 발명의 바람직한 제2실시예의 KUREHAND-II 시스템의 와이어 구조, 하드웨어 구성, 제어 시스템 및 역 기구학을 보다 자세히 설명하며, KUREHAND-I 시스템과 공통되는 부분은 생략한다. The wire structure, hardware configuration, control system and inverse kinematics of the KUREHAND-II system of the second preferred embodiment of the present invention will be described in more detail, and the parts common to the KUREHAND-I system will be omitted.

<와이어 구조><Wire structure>

본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템에 적용된 와이어 구조는 도 27 및 도 28에 도시하였다. The wire structure applied to the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention is shown in FIGS. 27 and 28.

상기 KUREHAND-II 시스템은 세 개의 손가락을 독립적으로 움직이기 위해 총 6개의 와이어와 6개의 액츄에이터를 구비한다. 상기 와이어들은 3개의 신장 와이어와 3개의 굴곡 와이어로 분류된다. 상기 굴곡 와이어는 가이드 모듈을 통해 시스템의 하단에 위치한 모터에 연결된다. 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템은 루프 구조를 사용하지 않고 모터가 곧장 당겨지기 때문에 반응성이 우수하고 마찰력을 줄일 수 있는 장점이 있다. The KUREHAND-II system has a total of six wires and six actuators to move three fingers independently. The wires are classified into three extension wires and three bending wires. The bending wire is connected to a motor located at the bottom of the system via a guide module. The KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention has the advantage of excellent reactivity and reduced friction since the motor is pulled straight without using a loop structure.

즉 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 굴곡 와이어들은 메인 프레임의 중심에 수직방향으로 형성된 지지 프레임에 형성된 가이드에 끼워져 들어가, 환자의 손 중심방향으로 상기 손가락들이 굴곡되게 한다. That is, the bent wires according to the second preferred embodiment of the present invention are inserted into the guide formed in the support frame formed in the direction perpendicular to the center of the main frame to allow the fingers to be bent in the direction of the center of the hand of the patient.

<KUREHAND-II 시스템의 블럭구성>Block Configuration of KUREHAND-II System

본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 블럭구성은 도 29에 도시한 바와 같다. 상기 KUREHAND-II 시스템은 기계적 메커니즘, 주 컨트롤러, 액추에이터, 센서 부품, 기타 인터페이스 회로 부품 및 가상 현실 인터페이스로 구성된다. The block configuration of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention is as shown in FIG. The KUREHAND-II system consists of a mechanical mechanism, a main controller, an actuator, a sensor component, other interface circuit components, and a virtual reality interface.

상기 기계적 메커니즘은 Y 형 프레임이 있는 메인 프레임, 중심 지지 프레임, 와이어의 경로를 결정하는 가이드 모듈, 와이어 구동을 위한 모터를 지지하는 지지 프레임들, 손목을 지탱하기 위한 지지대로 구성된다. 그리고 센서로 사용되는 로드셀은 247C-5kg와 유사한 CBMS이지만 더 작은 부피가 사용된다. 그리고 액추에이터와 로드셀의 수는 각각 6개이고, 2개의 로드셀 인터페이스와 RS485 통신 인터페이스가 와이어 구조의 변화 때문에 인터페이스 보드에 추가된다. 언급되지 않은 다른 구성 요소는 KUREHAND-I 시스템과 동일하다. The mechanical mechanism consists of a main frame with a Y-shaped frame, a center support frame, a guide module for determining the path of the wire, support frames for supporting the motor for driving the wire, and a support for supporting the wrist. The load cell used as the sensor is a CBMS similar to 247C-5kg, but a smaller volume is used. The number of actuators and load cells is six, respectively, and two load cell interfaces and an RS485 communication interface are added to the interface board due to changes in the wire structure. Other components not mentioned are identical to the KUREHAND-I system.

<KUREHAND-II 시스템의 처리절차><Process of KUREHAND-II System>

본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 제어 시스템과 주요 알고리즘은 KUREHAND-I 시스템의 시스템과 거의 동일하며, 두 개의 모터와 와이어가 추가되고 각 손가락이 독립적으로 제어된다는 점이 상이하다. 상기 KUREHAND-I 시스템과 달리 KUREHAND-II 시스템에는 루프 모양의 와이어가 없고, 손가락을 독립적으로 제어한다. 예를 들어, 엄지를 구부리려면 엄지용 골무에 부착된 굴곡 와이어를 당기면서 동시에 연장 와이어의 장력을 유지하거나 굴곡 와이어와 같은 속도로 풀어줌으로써 해당 기능을 수행할 수 있다. The control system and main algorithm of the KUREHAND-II system according to the preferred embodiment of the present invention are almost the same as the system of the KUREHAND-I system, except that two motors and wires are added and each finger is controlled independently. Unlike the KUREHAND-I system, the KUREHAND-II system does not have a loop-shaped wire and controls the finger independently. For example, in order to bend the thumb, the corresponding function can be performed by pulling the bending wire attached to the thimble for the thumb while simultaneously maintaining the tension of the extension wire or releasing it at the same speed as the bending wire.

<역 운동학>Inverse Kinematics

<가정과 제약>Home and Constraints

본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 전자 운동학을 습득하기 전에 3차원 공간에서 와이어 시스템으로 시스템을 모델링하기 위한 몇 가지 정의, 가정 및 제약 조건을 설명한다. Before acquiring the electronic kinematics of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention, some definitions, assumptions and constraints for modeling the system as a wire system in three-dimensional space are described.

도 30은 3 차원 공간에서 KUREHAND-II 시스템의 기하학적 모형을 도시한 것이다. x, y 및 z 축으로 구성된 직교 좌표계에서 원점은 직립 프레임의 중심축이 정의된 점으로 정의되며, 프레임의 바닥면을 통과한다. 메인 프레임은 공간 길이 25 [mm]의 선분으로 모델링된다. 상기 도 30의 중심에 있는 종단 이펙터는 수학식 16에 따라

Figure 112018028250842-pat00055
로 정의한다. 그리고 골무는 구의 반경
Figure 112018028250842-pat00056
로 가정한다. 30 shows a geometric model of the KUREHAND-II system in three-dimensional space. In a Cartesian coordinate system composed of x, y and z axes, the origin is defined as the point where the center axis of the upright frame is defined and passes through the bottom surface of the frame. The main frame is modeled as a line segment with a space length of 25 [mm]. The end effector in the center of FIG. 30 is represented by equation (16).
Figure 112018028250842-pat00055
It is defined as And the thimble is the radius of the sphere
Figure 112018028250842-pat00056
Assume

Figure 112018028250842-pat00057
Figure 112018028250842-pat00057

그리고

Figure 112018028250842-pat00058
의 위치는 시스템 내부에 위치하며 수학식 17로 표현된다. And
Figure 112018028250842-pat00058
The position of is located inside the system and is represented by Equation 17.

Figure 112018028250842-pat00059
Figure 112018028250842-pat00059

상기 모터에 장착된 로드셀 모듈로부터 획득되는 와이어의

Figure 112018028250842-pat00060
의 위치는 수학식 18로 정의된다. Of the wire obtained from the load cell module mounted to the motor
Figure 112018028250842-pat00060
The position of is defined by Equation 18.

Figure 112018028250842-pat00061
Figure 112018028250842-pat00061

그리고 세개의 신장 와이어의 길이는

Figure 112018028250842-pat00062
로 정의된다. 이 와이어는 항상 적절하게 신장되어 있으며 탄성과 무게는 무시된다. 이 경우 와이어의 전체 길이는 아니지만, 골무에서
Figure 112018028250842-pat00063
까지의 길이가 된다. And the length of the three extension wires
Figure 112018028250842-pat00062
Is defined as This wire is always properly stretched and its elasticity and weight are ignored. In this case, not the entire length of the wire, but in thimble
Figure 112018028250842-pat00063
Will be the length to.

또한 가이드 모듈로 와이어가 인입되는 위치

Figure 112018028250842-pat00064
는 수학식 19로 정의된다. Also, where the wire is drawn into the guide module
Figure 112018028250842-pat00064
Is defined by equation (19).

Figure 112018028250842-pat00065
Figure 112018028250842-pat00065

<역 운동학>Inverse Kinematics

상기

Figure 112018028250842-pat00066
그리고
Figure 112018028250842-pat00067
는 미리 설정된 조건에 따라 주어지고, 원하는 위치인
Figure 112018028250842-pat00068
로의 위치 변화를 위한 와이어의 길이
Figure 112018028250842-pat00069
는 수학식 20에 따라 산출된다. remind
Figure 112018028250842-pat00066
And
Figure 112018028250842-pat00067
Is given according to the preset conditions,
Figure 112018028250842-pat00068
Length of wire for changing furnace position
Figure 112018028250842-pat00069
Is calculated according to equation (20).

Figure 112018028250842-pat00070
Figure 112018028250842-pat00070

상기한 와이어들은 항상 적절하게 인장되었다고 가정하기 때문에,

Figure 112018028250842-pat00071
Figure 112018028250842-pat00072
Figure 112018028250842-pat00073
사이의 거리로부터 골무의 반지름을 뺀 값과 같다. Since these wires are always assumed to be properly tensioned,
Figure 112018028250842-pat00071
silver
Figure 112018028250842-pat00072
Wow
Figure 112018028250842-pat00073
It is equal to the distance between the minus the radius of the thimble.

<KUREHAND-II 시스템의 실험 결과>Experimental Results of the KUREHAND-II System

이제 상기한 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 실험 및 결과를 설명한다. The experiments and results of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention described above will now be described.

<로드셀 테스트><Load Cell Test>

상기한 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 실험 방법은 KUREHAND-I 시스템에서 수행된 것과 동일하며, 진자의 질량은 2 [Kg]까지 200 [g] 증가했다. 실험 결과 그래프는 도 31에 도시한 바와 같다. 상기 도 31을 참조하면, 상기 로드셀에서 측정 된 신호는 거의 직선 형태를 보였다. MATLAB을 사용하여 선형 함수로 피팅한 결과 전압 대 질량 비는 0.512 [V / Kg]로 계산되며 센서의 히스테리시스 또는 비선형성에 기인하여 오차의 원인이 추정된다. The experimental method of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention was the same as that performed in the KUREHAND-I system, and the mass of the pendulum increased by 200 [g] to 2 [Kg]. The experimental result graph is as shown in FIG. Referring to FIG. 31, the signal measured by the load cell was almost straight. As a linear function using MATLAB, the voltage-to-mass ratio is calculated to be 0.512 [V / Kg] and the cause of the error is estimated due to the hysteresis or nonlinearity of the sensor.

<인코더 테스트><Encoder test>

상기한 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템의 엔코더 테스트와 동일한 실험을 수행했으며, 실험 결과는 도 32에 도시한 바와 같다. 상기 도 32를 참조하면, KUREHAND-I의 결과와는 달리 측정된 와이어 길이와 측정된 와이어 길이 사이에는 거의 차이가 없다. 이는 모터에 조립된 풀리의 직경이 KUREHAND-I의 직경보다 크고 전선의 구조가 변경되었기 때문이다. The same experiment as the encoder test of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention was performed, and the experimental results are shown in FIG. 32. Referring to FIG. 32, unlike the result of KUREHAND-I, there is almost no difference between the measured wire length and the measured wire length. This is because the diameter of the pulley assembled in the motor is larger than that of KUREHAND-I and the structure of the electric wire is changed.

<장력 제어에 대한 실험><Experiment on Tension Control>

상기한 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템에 대한 장력 제어 실험은 KUREHAND-I 시스템에서 수행된 것과 동일하다. 실험 결과는 도 33에 도시한 바와 같다. 상기 도 33에 따르면 입력된 기준 장력에 따라 와이어의 장력이 제어되고 KUREHAND-I 시스템에 비해 오류 및 진동이 감소하였다. 이는 와이어 장력을 측정하는 새로운 로드셀 모듈 때문이다. 따라서 시스템이 원하는 장력을 제어할 수 있는 것으로 입증된다. The tension control experiment for the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention described above is the same as that performed in the KUREHAND-I system. The experimental result is as shown in FIG. According to FIG. 33, the tension of the wire is controlled according to the input reference tension, and errors and vibrations are reduced compared to the KUREHAND-I system. This is due to the new load cell module that measures wire tension. It is thus proved that the system can control the desired tension.

<역 운동학에 대한 실험>Experiment on Inverse Kinematics

상기한 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템에 대한 역 운동학에 대한 검증은 KUREHAND-I 시스템과 동일한 방식으로 수행하였으며, 실험 결과는 도 34에 따른다. 도 34는 손가락의 경로를 나타낸다. 그리고 역 운동학을 기반으로 계산된 와이어 길이의 변화와 경로에 따라 인코더가 측정한 실제 와이어 길이가 도 35에 도시되어 있다. 상기 도 35를 참조하면, 두 그래프는 거의 동일하며, 일부 오류의 원인은 인코더 테스트에서 생성된 오류의 원인과 동일하다. 따라서, KUREHAND-II 시스템이 손가락 끝을 원하는 위치로 제어할 수 있다는 것이 입증되었습니다.Verification of the inverse kinematics for the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention was performed in the same manner as the KUREHAND-I system, and the experimental results are according to FIG. 34. 34 shows the path of the finger. The actual wire length measured by the encoder according to the change and the path of the wire length calculated based on the inverse kinematics is shown in FIG. 35. Referring to FIG. 35, the two graphs are almost identical, and the cause of some errors is the same as that of the error generated in the encoder test. Thus, the KUREHAND-II system proved to be able to control the fingertip to the desired position.

<다양한 구성에 대한 실험>Experiment on various configurations

상기한 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템에 대한다양한 구성에 대한 실험은 KUREHAND-I에서와 같은 방식으로 수행하였으며, 실험 결과는 다음과 같다. 도 36은 각 그립의 초기 위치와 최종 위치를 보여 주며, 도 37은 각 그립을 수행하기 위해 재구성된 풀리의 초기 위치를 나타낸다. 도 38 및 도 39는 그립을 수행할 때 인코더 데이터를 기반으로 와이어 길이의 변화를 나타내며, 이는 시스템이 손의 다양한 협동 동작을 구현할 수 있음을 나타낸다. Experiments on various configurations of the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention were performed in the same manner as in the KUREHAND-I, and the experimental results are as follows. 36 shows the initial position and the final position of each grip, and FIG. 37 shows the initial position of the pulley reconfigured to perform each grip. 38 and 39 show a change in wire length based on encoder data when performing the grip, which indicates that the system can implement various cooperative operations of the hand.

<가상 현실 인터페이스에 대한 실험>Experiment on Virtual Reality Interface

상기한 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 KUREHAND-II 시스템에 대한가상 현실 인터페이스에 대한 실험은 KUREHAND-I에서와 같은 방식으로 수행하였으며, 그 결과를 다음과 같다. 도 40의 (a)는 가상 현실에서 실현 된 가상 물체를 유지하기 위해 환자가 손가락을 구부리고 확장 할 때의 립모션의 위치 데이터를 나타낸다. 그때 손과 물건의 모양이 (b)와 (c)에 도시하였다. 도 41의 (a)는 탄성체를 손으로 잡을 때 연장선의 장력에 의해 손가락이 탄력을 느끼게 하기 위해 증가 된 장력을 나타낸다. 이로서 환자는 특정 작업을 수행하고 재활 치료를 수행할 수 있으며 모니터 및 전선에서 시각적 및 기계적으로 피드백을 받을 수 있습니다.The experiment on the virtual reality interface for the KUREHAND-II system according to the second preferred embodiment of the present invention was performed in the same manner as in the KUREHAND-I, and the results are as follows. 40 (a) shows the position data of the lip motion when the patient bends and extends the finger to maintain the virtual object realized in the virtual reality. The shapes of the hands and objects are then shown in (b) and (c). Figure 41 (a) shows the increased tension to make the fingers feel the elasticity by the tension of the extension line when holding the elastic body by hand. This allows patients to perform specific tasks, perform rehabilitation treatments, and get visual and mechanical feedback from monitors and wires.

본 발명은 시스템을 재구성할 수 있는 KureHand 시스템을 소개하고 다양한 조정 작업으로 손작업 중심의 치료를 지원한다. 이러한 KUREHAND 시스템은 구조가 간단하고 길이를 변경하기 쉬운 와이어와 액츄에어터 시스템의 장점을 활용한다. 또한 저렴하며 사용자의 신체적 특성에 의존하지 않는다. The present invention introduces a KureHand system that can reconfigure the system and supports hand-oriented treatment with various adjustments. This KUREHAND system takes advantage of the wire and actuator system, which is simple in structure and easy to change length. It is also inexpensive and does not depend on the physical characteristics of the user.

또한 본 발명에 따르는 KUREHAND 시스템은 역 운동학(inverse-kinematics)을 얻기 위해 기하학적 모델로 모델링되었으며 실험을 통해 검증하였다. 또한 KUREHAND 시스템의 구성 요소는 테스트를 통해 검증하였다. In addition, the KUREHAND system according to the present invention was modeled as a geometric model to obtain inverse-kinematics and verified through experiments. In addition, the components of the KUREHAND system were verified through testing.

또한 KUREHAND 시스템의 성능을 확인하기 위해 KUREHAND 시스템을 통해 손의 다양한 조정 운동을 구현하였으며, KUREHAND 시스템을 재구성하여 손을 움직일 수없는 환자의 다양한 조정 작업을 지원할 수 있음을 입증하였다. In addition, to verify the performance of the KUREHAND system, various adjustment movements of the hand were implemented through the KUREHAND system, and it was proved that the reconstruction of the KUREHAND system can support various adjustment tasks of patients who cannot move their hands.

또한 모든 실험은 가상 현실 인터페이스를 사용하여 손을 움직일 수 있는 환자에게 시각적 및 기계적 피드백을 제공하여 작업 위주의 치료를 수행할 수 있음을 확인하였다. In addition, all experiments confirmed that task-oriented treatment can be performed by providing visual and mechanical feedback to hand-movable patients using a virtual reality interface.

도 42는 KUREHAND-I 및 II 시스템의 사양을 나타낸 표이다. 상기 KUREHAND-I 시스템은 3개의 손가락이 각각 4개의 액추에이터로 독립적으로 구부러질 수 있도록 루프 구동형 와이어 구조를 사용한다. 즉, 보다 적은 수의 액추에이터가 높은 차수를 가질 수 있다는 장점이 있다. 그리고 KUREHAND-II 시스템은 와이어의 장력으로직접 손가락을 당기므로 마찰력으로 인한 손실이 적고 시스템의 응답성이 향상된다. 42 is a table showing the specifications of the KUREHAND-I and II systems. The KUREHAND-I system uses a loop driven wire structure so that three fingers can each bend independently with four actuators. In other words, there is an advantage that fewer actuators can have a higher degree. In addition, the KUREHAND-II system pulls the finger directly under the tension of the wire, reducing friction loss and improving the system's responsiveness.

상기한 본 발명의 KUREHAND 시스템은 가장 복잡한 구조를 가진 손의 재활을 위해 시스템을 재구성하도록 설계되었기 때문에 상지와 하지 등 다양한 분야의 재활 보조 시스템에 적용될 수 있으며, 이는 본 발명에 의해 당업자에게 자명하다. Since the KUREHAND system of the present invention is designed to reconstruct a system for rehabilitation of a hand having the most complicated structure, it can be applied to rehabilitation assistance systems in various fields such as upper and lower limbs, which is obvious to those skilled in the art by the present invention.

또한 본 발명의 KUREHAND 시스템에서 제안한 다중 와이어 메커니즘 및 역 기구학에 대한 연구는 HRI 시스템과 같은 다양한 분야에서 사용될 수 있다.In addition, the research on the multi-wire mechanism and inverse kinematics proposed by the KUREHAND system of the present invention can be used in various fields such as the HRI system.

10 : 메인 프레임
20 : 골무
30 : 와이어
40 : 풀리
50 : 모터
60 : 립 모션
10: main frame
20 thimble
30: wire
40: pulley
50: motor
60: Lip Motion

Claims (21)

협조운동을 위한 손 재활 로봇 시스템에 있어서,
환자의 손가락에 끼워지는 골무들;
상기 골무들 중 미리 정해둔 둘 이상의 골무를 감싸 하나 이상의 루프를 형성하는 굴곡 와이어;
상기 골무들 각각과 연결되어 신장 방향의 힘을 전달하는 신장 와이어들;
상기 굴곡 와이어와 상기 신장 와이어들 각각과 연결되어 상기 와이어들을 당기거나 푸는 모터들;
상기 모터들의 구동횟수를 센싱하는 인코더들;
상기 굴곡 와이어와 상기 신장 와이어들 각각에 대한 장력을 센싱하는 로드셀들;
상기 인코더들의 센싱정보와 상기 로드셀들의 센싱정보를 이용하여 상기 골무들의 위치를 산출하고, 상기 위치들이 미리 정해둔 위치들로 이동되도록 상기 모터들을 하나 이상 선택적으로 구동하여 상기 환자의 손가락에 대한 굴곡 또는 신장 운동을 실행하는 제어장치;를 구비함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
In the hand rehabilitation robot system for the cooperative movement,
Thimbles fitted to a patient's finger;
A bend wire that surrounds two or more predetermined thimble of the thimble to form one or more loops;
Extension wires connected to each of the thimble to transmit a force in an extension direction;
Motors connected to each of the bending wires and the extension wires to pull or unwind the wires;
Encoders for sensing the number of driving of the motors;
Load cells configured to sense tension with respect to each of the bending wire and the extension wire;
Using the sensing information of the encoders and the sensing information of the load cells to calculate the position of the thimble, by selectively driving one or more of the motors to move the position to a predetermined position to bend the finger of the patient or Hand rehabilitation robot system for cooperative movement, characterized in that;
제1항에 있어서,
상기 모터들과 상기 골무들 사이에 연결된 와이어들의 힘 에너지 전달방향을 전환하는 다수의 풀리;를 더 구비하며,
상기 풀리는 메인 프레임에 부착되며 그 위치가 가변됨을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 1,
And a plurality of pulleys for changing a force energy transfer direction of wires connected between the motors and the thimble.
The pulley is attached to the main frame and the hand rehabilitation robot system for cooperative movement, characterized in that the position is variable.
제1항에 있어서,
상기 굴곡 와이어는 엄지와 검지를 감싸는 루프와 엄지와 중지를 감싸는 루프를 구성하여,
상기 모터에 의해 당겨짐에 따라 상기 루프들의 크기를 줄여 손가락 관절이 구부러지게 함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 1,
The bending wire constitutes a loop surrounding the thumb and index finger and a loop surrounding the thumb and middle finger,
Hand rehabilitation robot system for cooperative movement, characterized in that for reducing the size of the loops as the pulled by the motor to bend the finger joints.
제1항에 있어서,
상기 로드셀은 와이어 장력을 압축력으로 변환하여 상기 와이어 장력을 센싱하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 1,
The load cell is a hand rehabilitation robot system for the cooperative movement for sensing the wire tension by converting the wire tension into a compressive force.
제1항에 있어서,
상기 환자의 손가락에 끼워지는 골무들의 하측면에 설치되어 상기 환자의 손가락들에 대한 위치와 형상을 검출하는 적외선 센서를 더 구비함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 1,
Hand rehabilitation robot system for the cooperative movement characterized in that it further comprises an infrared sensor which is installed on the lower side of the thimble fitted to the finger of the patient to detect the position and shape of the finger of the patient.
제5항에 있어서,
상기 적외선 센서로부터 획득되는 환자의 손가락들에 대한 위치와 형상을 가상현실 영상으로 변환하여 출력하는 PC를 더 구비함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 5,
Hand rehabilitation robot system for the cooperative movement further comprises a PC for converting the position and shape of the fingers of the patient obtained from the infrared sensor to convert to a virtual reality image.
제1항에 있어서,
상기 제어장치가,
상기 인코더들의 센싱정보와 상기 로드셀들의 센싱정보를 이용하여 상기 골무들의 위치를 역 운동학에 따라 산출하고,
미리 정해둔 위치로의 이동을 위한 와이어 길이를 산출하여,
그에 대응되게 상기 모터들 중 하나 이상을 선택적으로 구동함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 1,
The controller,
Calculating the position of the thimble according to inverse kinematics using the sensing information of the encoders and the sensing information of the load cells,
By calculating the length of the wire for the movement to the predetermined position,
Hand rehabilitation robot system for cooperative movement, characterized in that for selectively driving one or more of the motors correspondingly.
제1항에 있어서,
환자 또는 물리치료사에 의해 조작되는 스위치를 더 구비하며,
상기 제어장치는
상기 스위치를 통해 수동모드가 요청되면,
상기 스위치를 통해 입력되는 정보에 따라 상기 모터들 중 하나 이상을 선택적으로 구동함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 1,
It is further provided with a switch operated by the patient or physiotherapist,
The control device
If a manual mode is requested through the switch,
Hand rehabilitation robot system for cooperative movement, characterized in that for selectively driving one or more of the motors in accordance with the information input through the switch.
제1항에 있어서,
환자 또는 물리치료사에 의해 조작되는 스위치를 더 구비하며,
상기 제어장치는
상기 스위치를 통해 자동모드가 요청되면,
미리 정해둔 재활 운동을 위한 위치들로 상기 골무가 이동되게 상기 모터들 중 하나 이상을 선택적으로 구동함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 1,
It is further provided with a switch operated by the patient or physiotherapist,
The control device
When auto mode is requested through the switch,
And selectively driving one or more of the motors to move the thimble to a predetermined position for rehabilitation.
제1항에 있어서,
상기 제어장치는
상기 로드셀들 하나이상으로부터 센싱된 와이어의 장력이 미리 정해둔 값 이상이면, 상기 모터들을 비상정지함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 1,
The control device
Hand rehabilitation robot system for cooperative movement, characterized in that the emergency stop of the motor, if the tension of the wire sensed from one or more of the load cells more than a predetermined value.
삭제delete 협조운동을 위한 손 재활 로봇 시스템에 있어서,
환자의 손가락에 끼워지는 골무들;
상기 골무들 각각과 연결되어 신장 방향의 힘을 전달하는 신장 와이어들;
상기 골무들 각각과 연결되어 굴곡 방향으로 힘을 전달하는 굴곡 와이어들;
상기 굴곡 와이어들과 상기 신장 와이어들 각각과 연결되어 상기 와이어들을 당기거나 푸는 모터들;
상기 모터들의 구동횟수를 센싱하는 인코더들;
상기 굴곡 와이어들과 상기 신장 와이어들 각각에 대한 장력을 센싱하는 로드셀들;
상기 인코더들의 센싱정보와 상기 로드셀들의 센싱정보를 이용하여 상기 골무들의 위치를 산출하고, 상기 위치들이 미리 정해둔 위치들로 이동되도록 상기 모터들을 하나 이상 선택적으로 구동하여 상기 환자의 손가락에 대한 굴곡 또는 신장 운동을 실행하는 제어장치;를 포함하고,
상기 제어장치가,
상기 인코더들의 센싱정보와 상기 로드셀들의 센싱정보를 이용하여 상기 골무들의 위치를 역 운동학에 따라 산출하고,
미리 정해둔 위치로의 이동을 위한 와이어 길이를 산출하여,
그에 대응되게 모터들 중 하나 이상을 구동함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
In the hand rehabilitation robot system for the cooperative movement,
Thimbles fitted to a patient's finger;
Extension wires connected to each of the thimble to transmit a force in an extension direction;
Bending wires connected to each of the thimble and transmitting a force in a bending direction;
Motors connected to each of the bending wires and the extension wires to pull or unwind the wires;
Encoders for sensing the number of driving of the motors;
Load cells configured to sense tension with respect to each of the bending wires and the extension wires;
Using the sensing information of the encoders and the sensing information of the load cells to calculate the position of the thimble, by selectively driving one or more of the motors to move the position to a predetermined position to bend the finger of the patient or It includes; a control device for performing a renal movement;
The controller,
Calculating the position of the thimble according to inverse kinematics using the sensing information of the encoders and the sensing information of the load cells,
By calculating the length of the wire for the movement to the predetermined position,
Hand rehabilitation robot system for cooperative movement, characterized in that it drives one or more of the motors correspondingly.
제12항에 있어서,
상기 굴곡 와이어들은 메인 프레임의 중심에 수직방향으로 형성된 지지 프레임에 형성된 가이드에 끼워져 들어가, 환자의 손 중심방향으로 상기 손가락들이 굴곡되게 함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 12,
The bending wires are inserted into the guide formed in the support frame formed in a direction perpendicular to the center of the main frame, the hand rehabilitation robot system for cooperative movement, characterized in that the fingers are bent in the direction of the center of the hand of the patient.
제12항에 있어서,
상기 로드셀은 와이어 장력을 압축력으로 변환하여 상기 와이어 장력을 센싱하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 12,
The load cell is a hand rehabilitation robot system for the cooperative movement for sensing the wire tension by converting the wire tension into a compressive force.
제12항에 있어서,
상기 환자의 손가락에 끼워지는 골무들의 하측면에 설치되어 상기 환자의 손가락들에 대한 위치와 형상을 검출하는 적외선 센서를 더 구비함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 12,
Hand rehabilitation robot system for the cooperative movement characterized in that it further comprises an infrared sensor which is installed on the lower side of the thimble fitted to the finger of the patient to detect the position and shape of the finger of the patient.
제15항에 있어서,
상기 적외선 센서로부터 획득되는 환자의 손가락들에 대한 위치와 형상을 가상현실 영상으로 변환하여 출력하는 PC를 더 구비함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 15,
Hand rehabilitation robot system for the cooperative movement further comprises a PC for converting the position and shape of the fingers of the patient obtained from the infrared sensor to convert to a virtual reality image.
삭제delete 제12항에 있어서,
환자 또는 물리치료사에 의해 조작되는 스위치를 더 구비하며,
상기 제어장치는
상기 스위치를 통해 수동모드가 요청되면,
상기 스위치를 통해 입력되는 정보에 따라 상기 모터들 중 하나 이상을 구동함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 12,
It is further provided with a switch operated by the patient or physiotherapist,
The control device
If a manual mode is requested through the switch,
Hand rehabilitation robot system for cooperative movement, characterized in that for driving one or more of the motors in accordance with the information input through the switch.
제12항에 있어서,
환자 또는 물리치료사에 의해 조작되는 스위치를 더 구비하며,
상기 제어장치는
상기 스위치를 통해 자동모드가 요청되면,
미리 정해둔 재활 운동을 위한 위치들로 상기 골무가 이동되게 상기 모터들 중 하나 이상을 선택적으로 구동함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 12,
It is further provided with a switch operated by the patient or physiotherapist,
The control device
When auto mode is requested through the switch,
And selectively driving one or more of the motors to move the thimble to a predetermined position for rehabilitation.
제12항에 있어서,
상기 제어장치는
상기 로드셀들 하나이상으로부터 센싱된 와이어의 장력이 미리 정해둔 값 이상이면, 상기 모터를 비상정지함을 특징으로 하는 협조 운동을 위한 손 재활 로봇 시스템.
The method of claim 12,
The control device
The hand rehabilitation robot system for cooperative exercise, characterized in that the emergency stop of the motor, if the tension of the wire sensed from one or more of the load cells is greater than a predetermined value.
삭제delete
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