KR102096292B1 - 곡선형 손잡이를 갖는 상지 운동 기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 베이스(B)에 한쪽 변이 고정되되 틸팅 각도가 가변되는 프레임(10); 상기 프레임에 장착되고 타겟포인터가 표시되는 디스플레이(20); 및 상기 디스플레이의 위쪽에서 상기 프레임(10)에 장착되고, 구동가능한 제1링크(30)와 제2링크(40)로 이루어지는 5-bar 링크 형상의 가동부(30,40);를 포함하고, 상기 제1링크(30)는, 일단이 상기 프레임에 부착되어 회전구동되는 제1-1부재(31)와, 일단이 상기 제1-1부재의 타단에 회동가능하게 부착되고 타단에는 사용자가 파지하는 손잡이(50)가 부착되는 제1-2부재(33)로 이루어지고, 상기 제2링크(40)는, 일단이 상기 프레임에 부착되어 회전구동되는 제2-1부재(41)와, 일단이 상기 제2-1부재의 타단에 회동가능하게 부착되고 타단에는 사용자가 파지하는 손잡이(50)가 부착되는 제2-2부재(43)로 이루어지고, 상기 제1-1부재(31)의 일단과 제2-1부재(41)의 일단 각각에는 회동력을 제공하는 직렬탄성구동기(60)가 구비되고, 상기 손잡이(50)는, 상기 제1-2부재의 타단 및 제2-2부재의 타단에 결합되되, 하단에서 상단으로 곡선형으로 휘어진 형상인 것을 특징으로 하는 상지 운동 기구를 제공한다.

Description

곡선형 손잡이를 갖는 상지 운동 기구{Upper limb rehabilitation device with curved handgrip}

본 발명은 운동 영역 내에서의 재활 동작을 유도하여 노약자나 환자의 재활에 사용되는 재활 기구 또는 로봇에 관한 것이며, 특히 손잡이의 형상이 휘어진 곡선형으로 이루어져 평면을 움직이는 경사각을 어느 정도 조정하여도 별도의 기구나 장치가 필요 없이 사용자의 손목 통증 유발을 방지할 수 있는 상지 운동 기구에 관한 것이다.

최근 고령화 노령화 사회에 접어들면서 뇌졸중 환자가 증가하고, 교통사고로 척수 손상 환자가 증가하고 있으며, 뇌졸중, 외상성 외손상, 뇌성마비 등과 같은 뇌손상을 입거나, 척수 손상에 의한 신경계 손상을 입는 등 다양한 질병으로 인하여 손의 능동적 움직임이 결여된 환자에게 적용될 수 있는 상지 재활 장치가 개발되고 있다.

종래의 상지재활장치는 어깨와 팔꿈치와 같은 상완부 움직임을 중심으로 재활시키기는 형태로 구성되고, 작업테이블 위에서 특수 동작을 수행하는 형태로 치료가 대부분 이뤄지게 된다. 이러한 종래 기술의 일예가 특허번호 제10-1620633호에 개시되어 있다.

종래기술을 간략히 살펴보면, 투명 디스플레 이부를 통하여 볼 수 있도록 위치하고, 사용자의 팔과 손가락을 움직일 수 있도록 지지하는 상지 기구 모듈과 상기 상지 기구 모듈의 단부에 구비되고, 사용자의 손가락 위치와 움직임을 감지하는 센서와 상기 센서의 신호를 전송받고, 상기 투명 디스플레이부를 통해서 제공되는 영상의 미션 수행 여부 및 성과를 분석하는 제어부를 포함하는 증강 현실 기반의 상지재활장치를 개시하고 있다. 상기 투명 디스플레이는, 수평면에 대해 소정 높이에서 경사지도록 지지하는 디스플레이 지지부를 더 포함하고 상기 센서는, 상기 상지 기구 모듈에 지지된 손가락의 말단 위치에 내장된다.

위와 같은 구성에서 종래기술은 제어부에 의해 미션이 선택되면, 투명 디스플레이부에 미션 영상이 가상환경으로 제공되고, 상기 상지 기구 모듈에 놓인 팔과 손가락을 이용하여 현실 환경에서 미션을 수행하게 된다. 이때, 상기 상지 기구 모듈에 올려진 팔과 손가락은 사용자의 의도대로 직접 움직이거나, 상기 제어부에 의해 설정된 프로그램에 따라 자동으로 움직여질 수 있으며, 다양한 형태로 구현이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 상지 재활 기구는 운동 시에 사용자의 팔이 수평면과 평행한 평면상에서만 움직이기 때문에 일상생활과 관련된 움직임에 필요한 다양한 팔의 근육을 운동시키는데 어려움이 있다.

또한, 종래 상지 재활 기구에서의 손잡이는 손잡이가 기울어지는 등의 방향 변경이 되지 않아 재활 동작에 어려움이 있었다.

또한, 종래 상지 재활 기구에서의 손잡이는 직선형으로 구성되어 있어서 상지 운동 기구의 경사각(Tilting Angle)을 크게 변경하면 사용자 손목에 통증이 발생하는 문제가 있었다.

등록특허공보 제10-1620633호(2016.05.04) 등록특허공보 제10-1555871호(2015.09.30)

본 발명은 뇌손상이나 척수 손상에 의한 신경계 손상 등으로 인하여 손의 움직임이 결여된 환자의 재활을 도와 독립적으로 일상생활을 할 수 있도록 하는 상지 운동 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상지 운동 로봇으로 기본적으로 지면과 평행한 평면의 디스플레이 위에서 5-bar link 구조(Parallogram 구조)를 가진 로봇팔의 말단자(end-effector)타입의 기구 손잡이를 사용자가 잡고 상지 운동을 할 수 있는 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상지 재활 기구에서 손잡이를 다양한 방향으로 회전시킬 수 있는 구조를 제공하여 환자가 손잡이를 잡고 운동하는데 손목에 무리가 없이 편하게 상지 운동을 할 수 있는 운동 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 손잡이에 각도 조정 기능을 부여하여 디스플레이의 각도 변화에도 손목의 통증 없이 편안하게 운동을 할 수 있고, 사용자의 양팔을 동시에 사용하여 상지 운동을 할 수 있고 IMU 센서로 사용자의 움직임 데이터를 획득하여 운동 내용을 분석할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 상지 운동 기구 손잡이 형태를 새롭게 하여, 경사각이 커졌을 때 사용자 손목의 통증을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 베이스(B)에 한쪽 변이 고정되되 틸팅 각도가 가변되는 프레임(10); 상기 프레임에 장착되고 타겟포인터가 표시되는 디스플레이(20); 및 상기 디스플레이의 위쪽에서 상기 프레임(10)에 장착되고, 구동가능한 제1링크(30)와 제2링크(40)로 이루어지는 5-bar 링크 형상의 가동부(30,40);를 포함하고, 상기 제1링크(30)는, 일단이 상기 프레임에 부착되어 회전구동되는 제1-1부재(31)와, 일단이 상기 제1-1부재의 타단에 회동가능하게 부착되고 타단에는 사용자가 파지하는 손잡이(50)가 부착되는 제1-2부재(33)로 이루어지고, 상기 제2링크(40)는, 일단이 상기 프레임에 부착되어 회전구동되는 제2-1부재(41)와, 일단이 상기 제2-1부재의 타단에 회동가능하게 부착되고 타단에는 사용자가 파지하는 손잡이(50)가 부착되는 제2-2부재(43)로 이루어지고, 상기 제1-1부재(31)의 일단과 제2-1부재(41)의 일단 각각에는 회동력을 제공하는 직렬탄성구동기(60)가 구비되고, 상기 손잡이(50)는, 상기 제1-2부재의 타단 및 제2-2부재의 타단에 결합되되, 하단에서 상단으로 곡선형으로 휘어진 형상인 것을 특징으로 하는 상지 운동 기구를 제공한다.

상기 손잡이는, 하단에 구비되는 자석의 자력으로 고정될 수 있다.

상기 손잡이는, 손잡이의 외주면에 부착되는 둘 이상의 자립스프링에 의해 방위가 유지될 수 있다.

상기 손잡이 하단에 구비되는 힘/토크 센서(force/torque sensor); 상기 힘/토크 센서에서 측정된 힘과 토크 정보를 이용하여, 사용자에게 필요한 만큼의 힘을 계산하고, 상기 직렬탄성구동기의 회전을 제어하여 사용자에게 필요한 만큼의 힘을 제공하는 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 손잡이를 파지하는 사용자의 손목의 동작을 돕기 위해서, 상기 제1-2부재의 타단 및 제2-2부재의 타단에 결합되는 고정축(50'-1); 상기 고정축에 장착되는 원통 형상의 마찰재(50'-2); 상기 손잡이의 하단에 형성되고, 상기 마찰재를 사이에 두고 고정축에 삽입되는 손잡이 장착홈(50'-3);을 더 포함하여, 상기 마찰재는 상기 고정축과 상기 손잡이 장착홈 사이에 마찰력을 부가함으로써 사용자의 손목의 폄과 굽힘동작이 용이하게 되도록 할 수 있다.

본 발명은 만성기의 뇌졸중 장애인에게 가정에서도 쉽게 사용이 가능한 방위가 변경되는 손잡이가 포함된 상지 운동 로봇을 제공하여 평면 디스플레이의 각도를 크게 변경하더라도 손목의 통증 없이 편안한 상태에서 상지 운동을 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 양팔운동이 가능한 손잡이 및 입력장치를 통해 사용자가 환측 팔 뿐만 아니라 건측 팔도 동시에 같이 운동을 할 수 있고, 사용자의 몸에 부착한 IMU 센서를 통해 얻은 데이터로 상지 운동에 대한 문제점 및 결과를 분석할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 만성기의 뇌졸중 장애인에게 가정에서도 쉽게 사용이 가능한 바나나의 형태로 둥글게 휘어져 있는 손잡이가 포함된 상지 운동 기구를 제공하여 평면을 움직이는 경사각을 어느 정도 조정하여도 별도의 기구나 장치가 필요 없이 사용자의 손목 통증 유발을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 상지 운동 기구 손잡이 아랫부분에 Force/Torque 센서를 부착하여 상지 운동 기구를 이용한 상지 운동 시 다양한 방향에 대해 사용자와 상지 운동 기구에 대한 힘의 상관관계 등을 분석할 수 있다.

도 1은 본 발명 일 실시예에 따른 상지 운동 기구의 평면도이며,
도 2a는 본 발명 일 실시예에 따른 상지 운동 기구의 사시도이며,
도 2b는 본 발명 일 실시예에 따른 상지 운동 기구의 측면도이며,
도 3은 본 발명 일 실시예에 따른 상지 운동 기구의 직렬탄성구동기의 개략적인 모습이며,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명 일 실시예에 따른 상지 운동 기구의 직렬탄성구동기의 변형예들의 모습이며,
도 5는 본 발명 일 실시예에 따른 상지 운동 기구의 5-bar 링크 형상의 가동부에 탄성체가 부착된 모습이며,
도 6은 본 발명 일 실시예에 따른 상지 운동 기구의 손잡이에 탄성체가 부착된 모습이며,
도 7은 본 발명 일 실시예에 따른 상지 운동 기구의 일부 구성만 도시한 형상이며,
도 8은 본 발명 일 실시예에 따른 상지 운동 기구의 실제 사용상태 모습이며,
도 9와 도 10은 본 발명 제2실시예에 따른 상지 운동 기구의 사용 모습이며,
도 11은 본 발명 제2실시예에 따른 상지 운동 기구 손잡이의 모습이며,
도 12와 도 13은 본 발명 제2실시예에 따른 상지 운동 기구 손잡이의 일부 변형된 모습이며,
도 14는 본 발명 제2실시예에 따른 상지 운동 시 사용자의 몸에 IMU센서가 부착된 모습이며,
도 15와 도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 상지 운동 기구의 손잡이의 사용 모습이며,
도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 상지 운동 기구의 손잡이에 자립을 위한 스프링이 구비된 모습이며,
도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 상지 운동 기구의 손잡이에 힘/토크센서가 구비된 모습이며,
도 19와 도 20은 본 발명의 제3실시예에 따른 상지 운동 기구의 손잡이에 마찰재가 구비되어 사용자의 손목이 꺾이지 않도록 하는 구성을 보여준다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

[ 제1실시예 ]

도 1은 본 발명에 따른 상지 운동 기구의 평면도이며, 도 2a는 본 발명에 따른 상지 운동 기구의 사시도이며, 도 2b는 본 발명에 따른 상지 운동 기구의 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 상지 운동 기구의 직렬탄성구동기의 개략적인 모습이며, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 직렬탄성구동기의 변형예들의 모습이며, 도 5는 본 발명에 따른 상지 운동 기구의 5-bar 링크 형상의 가동부에 탄성체가 부착된 모습이며, 도 6은 본 발명에 따른 상지 운동 기구의 손잡이에 탄성체가 부착된 모습이며, 도 7은 본 발명에 따른 상지 운동 기구의 일부 구성만 도시한 형상이며, 도 8은 본 발명에 따른 상지 운동 기구의 실제 사용상태 모습이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 가정용 상지 운동 기구는 기구적으로 간단하면서 저렴해야 하고 사용하기 쉬워야 한다. 도 1 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 상지 운동 기구는, 베이스(B)와 상기 베이스에 한쪽변이 고정되되 틸팅 각도가 가변되는 프레임(10)과 상기 프레임에 장착되고 타겟포인터가 표시되는 디스플레이(20)와 상기 디스플레이의 위쪽 또는 아래쪽에서 위치하고, 구동가능한 제1링크(30)와 제2링크(40)로 이루어지는 5-bar링크 형상의 가동부(30,40)를 포함한다. 또한, 본 발명은 사용자(환자)가 손으로 파지하여 상지 운동을 하는 손잡이(50)와 상기 손잡이에 사용자의 힘을 보조하여 보조적인 움직임을 제공하는 직렬탄성구동기(60)를 포함한다.

이하 본 발명에 대한 설명에서 '상지 운동 기구'라고 편의상 호칭하는 장치는 로봇으로서의 모습 내지 역할을 수행하고 있으므로 '상지 운동 로봇'이라고도 할 수 있을 것이다. 그러므로, 이하 설명에서는 이 둘의 명칭은 동일한 장비를 의미하는 것으로 혼용하여 사용하도록 한다.

상기 제1링크(30)는 제1-1부재(31)와 제1-2부재(33)가 연결된 형태이다. 제1-1부재는 일단이 상기 프레임에 부착되어 회전구동되고, 제1-2부재는 일단이 상기 제1-1부재의 타단에 제1연결부재(35)에 의해서 회동가능하게 부착되고 타단에는 사용자가 파지하는 손잡이(50)가 부착된다. 그리고, 상기 제2링크(40)는제2-1부재(41)와 제2-2부재(43)가 연결된 형태이며, 제2-1부재(41)는 일단이 상기 프레임에 부착되어 회전구동되고, 제2-2부재(43)는 일단이 상기 제2-1부재의 타단에 회동가능하게 부착되고 타단에는 환자가 파지하는 손잡이(50)와 상기 제1-2부재의 타단이 부착된다. 그리고, 상기 제1-1부재(31)의 일단과 제2-1부재(41)의 일단에는 각각 회동력을 제공하는 직렬탄성구동기(60)가 구비된다.

그리고, 사용자가 손잡이(50)를 파지한 상태에서 중력으로 인한 상기 디스플레이 파손을 방지하기 위하여, 상기 손잡이 아래에는 볼 롤러(미도시)가 구비되고, 상기 디스플레이 상면에는 상기 볼 롤러가 맞닿아 움직일 수 있는 투명한 디스플레이 커버가 위치한다.

본 발명에 따른 가정용 상지 운동 로봇은 시각 정보를 제공하면서 필요에 따라 틸팅 각도(Tilting Angle θ)를 조절할 수 있는 평면 디스플레이를 포함한다. 틸팅 각도(Tilting Angle θ)는 베이스(B)와 프레임(10)이 이루는 각도를 의미한다(도 2b 및 도 7 참조).

상기 프레임의 틸팅각도(도 7의 θ)는 0°~ 180°까지 조절되는 것이 좋다. 본 발명의 상지 운동 로봇의 디스플레이(20) 틸팅각도는 조절 가능하므로 상지 운동 시에 사용자의 손은 디스플레이 위쪽 평면상에서 움직이지만 디스플레이 각도를 필요한 만큼 조절하여 3차원 공간상에서 운동하는 것과 유사한 결과를 얻을 수 있다. 또한, 근력이 약한 사용자는 틸팅각도를 주지 않은 상태로 지면과 평행한 기본자세에서 운동을 할 수 있고, 근력이 증가함에 따라서 점점 틸팅각도를 높여서 중력을 이기면서 상지 운동을 할 수 있다.

평면의 디스플레이(20)는 기본적으로 손잡이의 아래에 위치하며 지면과 평행하게 놓이지만 손잡이의 위치를 감추고 시각 피드백으로 오차 증강(Error Augmentation)을 적용하기 위해 손잡이와 사용자의 눈 사이에 위치할 수도 있다.

본 발명의 상지 운동 로봇의 디스플레이(20)에는 상지 운동을 위해 사용자가 추종하도록 하는 타겟포인터(도 8의 T)가 표시된다. 타겟포인터는 예를 들면 빨간색 원으로 표시될 수 있다. 사용자는 상기 손잡이(50)를 잡고서 손잡이를 상기 디스플레이(20)에 표시되는 타겟포인터(T)를 향해서 이동시키는 과정을 통해서 상지 운동을 하게 되는 것이다. 타겟포인터는 무작위로 주어질 수도 있고, 손잡이의 위치를 고려하여 운동효과가 좋은 위치에 타겟포인터를 표시할 수도 있다. 이를 위해, 상기 손잡이의 위치와 상기 타겟포인터의 위치를 감지하고 이를 기초로 상기 손잡이를 상기 타겟포인터의 위치로 이동시키기 위해, 상기 직렬탄성구동기의 회전을 제어하는 제어부를 더 포함한다.

다만, 본 발명의 제어부는 손잡이를 타겟위치로 바로 이동시키는 것이 아니라, 디스플레이에 타겟포인터(T)를 표시한 후 손잡이(50)의 움직임을 일정 시간 기다려 준 후 손잡이의 움직임 없을 경우에만 상기 손잡이를 타겟포인터로 이동시키도록 제어한다. 단, 상기 타겟포인터로의 이동은 강제적인 것이 아니라 사용자의 힘을 로봇이 보조하여 이동하는 것이다. 이것은 재활훈련을 하는 사용자가 손의 움직임이 익숙하지 않음을 고려하여 일정 시간을 기다려 주도록 한 것이다. 즉, 일정 시간 동안 사용자가 스스로의 힘으로 상기 손잡이를 타겟포인터 지점으로 이동시키는 동작이 이루어지는 경우에는 상기 손잡이를 외부 동력을 사용하여 구동하지 않고 사용자 스스로 움직이도록 한 것이다. 그런데, 일정 시간 동안 손잡이의 움직임이 없는 것이 검지되면, 사용자가 스스로의 힘으로 상기 손잡이를 이동시키지 못한다고 판단하고 비로소 상기 손잡이의 움직임을 보조하기 위해 제어부가 상기 직렬탄성구동기(60)를 구동시켜서 가동부(30,40)를 회동시키게 된다. 본 발명의 상지 운동 로봇 제어방법의 특징은 상기 손잡이의 움직임을 소정 시간 동안 기다린 후 외부동력(직렬탄성구동기) 구동 여부를 시도하는 것이며, 이를 통해 외부 동력은 보조적인 역할만 수행하게 한 점이다.

본 발명의 상지 운동 로봇의 직렬탄성구동기(60)는 상기 제1링크(30)와 제2링크(40)를 구동하여 상기 손잡이(50)의 위치를 이동시키게 되는데, 직렬탄성구동기는, 모터(61)와 상기 모터의 회전속도를 감속하여 상기 제1링크 또는 제2링크에 전달하는 감속기(62)를 포함하되, 상기 감속기와 상기 제1링크 또는 제2링크 사이에 구비되는 스프링(63)과 엔코더를 더 포함한다. 상기 감속기는 다수 개의 기어를 연결하여 감속하게 되는데 감속과정에서 회전수는 감소하지만 토크가 커지고 거칠어 질 수 있는데, 이를 보완하여 회전력이 상기 제1링크 또는 제2링크에 부드럽게 전달되도록 하게 하기 위해서 상기 스프링(63)을 구비한다. 엔코더는 상기 제1링크 또는 제2링크에 연결되어 실제 링크가 회전한 각도를 알아내기 위해 구비된다.

본 발명의 제어부는, 입력된 아날로그 및 디지털 센서 신호 처리가 가능하고 직렬탄성구동기의 회전각 및 회전 토크 명령 출력이 가능하다. 5-bar 링크 구조의 상지 운동 로봇에 연결된 직렬탄성구동기 제어를 통해 말단부(손잡이(50)) 위치를 제어할 수 있으며 직렬탄성구동기 제어 시 링크와 연결된 엔코더 값을 통해 직렬 연결된 탄성체의 변위량 측정 역시 가능하다. 제어부는 사용자의 상지 움직임에 따라 손잡이가 사용자의 손과 같은 위치에 있도록 두 개의 직렬탄성구동기 위치(회전각)를 계산하여, 상지 움직임을 추종하도록 제어하여 사용자의 동작을 보조하게 된다. 또한, 탄성체(스프링)를 직렬 연결하므로 사용자의 상지 움직임에 따른 직렬탄성구동기 대비 탄성체의 변위량을 측정, 제어하여 사용자가 구조물의 저항감을 거의 느끼지 못하게 하거나 임의의 저항감을 생성해주는 햅틱 기능 등을 구현할 수도 있다. 또한 직렬탄성구동기는 구동기와 링크 사이에 탄성체를 부착하여 사용자 및 구동기가 감당해야 할 기구 부하를 감소시켜 구동기의 역구동(back-drive)을 통해 발생할 수 있는 구동기 파손을 예방할 수 있다.

직렬탄성구동기의 형태는 도 4a 내지 도 4c에서 도시한 바와 같이 다양하게 구성할 수 있다. 도 4a는 링크부터 토션 스프링, 모터의 엔코더까지 축을 일렬로 정렬한 구성의 예이며 도 4b는 타이밍 벨트와 풀리를 추가 적용하여 구성한 예이며, 도 4c는 토션 스프링 대신 다른 종류의 스프링을 사용하여 같은 기능을 할 수 있도록 구성한 예이다.

또한, 다른 실시형태로 도 5와 같이 직렬탄성구동기를 사용하지 않고 링크에 탄성체만을 부착하여 구동기의 역구동(back-drive)으로 발생할 수 있는 구동기 파손을 예방할 수 있다. 도 5에서 보듯이, 상기 프레임(10)과 제1링크(30)의 제1-1부재(31) 사이에 탄성스프링(S1)이 배치될 수 있고, 상기 프레임(10)과 상기 제2링크(40)의 제2-1부재(41) 사이에는 탄성스프링(S2)이 배치될 수 있다. 구동기가 멈추면 각각의 링크 위치가 고정되어 움직일 수 없지만 탄성체를 부착하면 탄성체의 탄성력으로 의도하지 않은 외력이 발생할 때 링크가 조금씩 이동함으로써 구동기를 물리적으로 보호할 수 있다.

그리고, 도 6을 보면, 본 발명에 따른 상지 운동 로봇의 손잡이에 탄성체가 부착된 모습을 보여주는데, 상기 손잡이에 탄성스프링(S3)를 부착함으로써 상지 운동 로봇을 사용 중 사용자가 일시적으로 손잡이를 놓이는 경우나 기타 상기 프레임(10)이 기울어지는 경우에도 상기 손잡이는 스프링 탄성력에 의해 떨어지지 않고 일정 지점에 위치하도록 할 수 있다. 즉, 본 발명은 상기 프레임과 상지 운동 로봇의 손잡이에 탄성체가 부착되어 있어서, 사용자는 저항성 운동을 할 수 있고, 디스플레이를 기울였을 때 링크 무게와 사용자 팔 무게 등에 의한 중력방향으로의 치우침을 어느 정도 보상할 수 있는 효과가 있다.

이 경우, 탄성체의 탄성력으로 인해 손잡이에는 탄성체의 기본 위치로 이동하려는 힘이 계속 작용하므로 사용자는 저항성 운동을 할 수 있다. 모터를 사용 사용하지 않고 링크에 탄성체만 배치한다면 사용자는 모터의 보조힘을 받을 수는 없지만 탄성체를 어떻게 배치하느냐에 따라 저항성 운동도 가능하고 디스플레이의 틸팅 각도 변경 시 탄성체의 탄성력에 의해 어느 정도 중력 보상이 이루어져 사용자는 조금 더 편하게 운동을 할 수도 있다.

본 발명의 상지 운동 로봇을 사용하면, 상지 운동을 할 때 사용자의 근력이 조금 부족하여 목표 위치에 도달하지 못하면 모터의 힘으로 손잡이를 목표 위치에 도달할 수 있도록 힘의 보조가 가능하도록 할 수 있으며, 반대로 힘의 보조가 필요 없는 사용자에게는 모터로 저항력을 가하여 상지 운동을 하게 할 수도 있다. 또한 사용자가 디스플레이를 정면으로 바라보지 않고 시계방향이나 반시계방향으로 90° 돌아서 앉으면 기구적인 수정 없이 디스플레이의 로테이팅 각도(Rotating Angle 도 7의 Φ)를 조절하여 운동하는 것과 같은 결과를 얻을 수 있어 하나의 기구와 간단한 구조로 다양한 운동이 가능하다.

또한, 본 발명은 최근 재활 운동에 많이 사용되고 있는 오차 증강(Error Augmentation)을 적용하기 위해 손잡이를 디스플레이 아래로 배치하여 적용할 수도 있다. 손잡이의 위치가 디스플레이 아래에 있기 때문에 사용자는 자신의 손 위치를 정확하게 알 수가 없다. 따라서 타겟포인터를 따라 가는 손 위치의 오차를 증강시키는 시각 피드백을 통해 사용자의 재활 효과를 증가시킬 수 있다. 본 발명은 만성기의 뇌졸중 장애인이 가정에서도 쉽게 사용이 가능한 직렬탄성구동기와 링크 구조를 가지는 상지 운동 로봇을 제공하여 디스플레이 각도를 필요한 만큼 조절하면 3차원 공간상에서 운동하는 것과 유사한 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 상지 운동 로봇을 이용하여 이를 제어하는 방법을 요약하여 설명하면, 상기 디스플레이에서 상기 타켓포인터의 위치를 검출하는 제1단계; 상기 손잡이(50)의 위치를 검출하는 제2단계; 및 상기 손잡이의 위치를 이동시키기 위해, 상기 직렬탄성구동기를 작동시켜 상기 제1-1부재와 제2-1부재에 회동력을 제공하는 제3단계;를 포함하며, 상기 제2단계 후, 소정의 시간 동안 상기 손잡이의 움직임 여부를 검출하는 검출단계;를 더 포함하며, 상기 검출단계에서 소정 시간 동안 손잡이의 움직임이 검출되지 않는 경우 상기 제3단계로 진행하여 상기 손잡이를 상기 타겟포인터의 위치로 이동하여 사용자의 동작을 보조하도록 한다.

또한, 본 발명은 상지 운동 로봇을 제어하는 방법으로서 저항력을 주는 방법으로는, 상기 디스플레이에서 상기 타켓포인터의 위치를 검출하는 제1단계; 상기 손잡이(50)의 위치를 검출하는 제2단계; 사용자에 의해 상기 손잡이의 위치 이동을 감지하는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 감지된 손잡이의 위치를 이동에 저항력을 주기 위해, 상기 직렬탄성구동기를 작동시켜 상기 제1-1부재와 제2-1부재에 회동력을 제공하는 제4단계;를 포함하는 상지 운동 로봇 제어방법을 제공한다.

[ 제2실시예 ]

도 9와 도 10은 본 발명 제2실시예에 따른 상지 운동 기구의 사용 모습이며, 도 11은 본 발명 제2실시예에 따른 상지 운동 기구 손잡이의 모습이며, 도 12와 도 13은 본 발명 제2실시예에 따른 상지 운동 기구 손잡이의 일부 변형된 모습이며, 도 14는 본 발명 제2실시예에 따른 상지 운동 시 사용자의 몸에 IMU센서가 부착된 모습이다.

이하에서 설명하는 본 발명의 제2실시예는 위에서 설명한 제1실시예의 유사한 상지 운동 기구이면서 손잡이에 각도 조정 기능이 부여되거나 양손 운동이 가능하거나 IMU센서를 부가하는 등의 특징이 더 추가된 구조이다. 그러므로, 위 제1실시예의 설명에서 설명한 부분과 동일하거나 근사한 부분에 대해서는 중복되는 설명을 피하기 위해 생략하고, 추가되는 새로운 내용 위주로 설명하도록 한다.

본 발명의 제2실시예 역시, 베이스(B)에 한쪽변이 고정되되 틸팅 각도가 가변되는 프레임(10)과 상기 프레임에 장착되고 타겟포인터가 표시되는 디스플레이(20)와 상기 디스플레이의 위쪽에 위치하고, 구동가능한 제1링크(30)와 제2링크(40)로 이루어지는 5-bar 링크 형상의 가동부(30,40)를 포함하고, 상기 제1링크(30)는, 일단이 상기 프레임에 부착되어 회전구동되는 제1-1부재(31)와, 일단이 상기 제1-1부재의 타단에 회동가능하게 부착되고 타단에는 사용자가 파지하는 손잡이(50)가 부착되는 제1-2부재(33)로 이루어지고, 상기 제2링크(40)는, 일단이 상기 프레임에 부착되어 회전구동되는 제2-1부재(41)와, 일단이 상기 제2-1부재의 타단에 회동가능하게 부착되고 타단에는 환자가 파지하는 손잡이(50)가 부착되는 제2-2부재(43)로 이루어지고, 상기 제1-1부재(31)의 일단과 제2-1부재(41)의 일단 각각에는 회동력을 제공하는 직렬탄성구동기(60)가 구비되는 구성은 제1실시예에서 기 설명한 바와 동일하다.

그런데, 본 발명의 상지 운동 로봇은 사용자의 상지 기능 정도에 따라 디스플레이 및 로봇이 틸팅 각도(Tilting angle θ)를 조절하며 상지 운동이 가능함은 위에서 설명한 바와 같다. 그런데, 디스플레이의 상기 틸팅 각도(θ)가 변경되어도 상기 로봇의 손잡이(50)의 회전축은 항상 디스플레이와 수직을 이루고 있기 때문에 사용자가 로봇 손잡이를 잡고 상지 운동을 할 때, 도 9에 도시된 것처럼, 손목에 통증을 유발하게 된다. 그리고, 손잡이와 손을 고정시킬 수 있는 장치가 없는 경우 사용자가 손잡이를 잡고 힘을 많이 주면 손이 위로 올라가서 손잡이를 놓치는 문제가 발생할 수 있다.

본 실시예에서는 이를 개선하고자, 상지 운동 로봇 손잡이는 사용자의 손과 로봇 손잡이를 단단히 고정시킬 수 있는 체결공간을 가진 손잡이 형태를 고안하였다. 손잡이 아랫부분에는 손잡이의 방위를 변경시킬 수 있도록 방위 조정이 가능한 볼 조인트가 위치하도록 하였다. 방위 변경은 손잡이 축이 디스플레이를 기준으로 회동할 수 있는 것을 의미하는 것으로 이하에서는 이러한 동작을 손잡이의 '각도 조정'이라 하기로 한다.

즉, 본 실시예에서 상기 손잡이(50)는 위 제1실시예에서 설명한 바와 같이, 상기 제1-2부재의 타단 및 제2-2부재의 타단에 일체로 결합되되, 각도 조정 동작이 가능하게 결합된다. 그래서, 도 10에서 보는 바와 같이 디스플레이의 기울기 변경에 대응하여 손잡이(50)가 각도 변경 가능하므로 사용자의 손목에 통증이 방지된다.

도 11을 참조하여 상기 손잡이(50)는 상기 가동부(30,40)를 이루는 제1링크(30)와 제2링크(40)의 상기 제1-2부재의 타단 및 제2-2부재의 타단에 일체로 결합되되, 각도가 조정 가능하게 결합된다. 즉, 상기 손잡이(50)를 구체적으로 보면, 상기 제1-2부재의 타단 및 제2-2부재의 타단에 일체로 결합되는 고정결합부(51)와 상기 고정결합부에 결합되는 각도조정부재(52)와 상기 각도조정부재에 결합되는 파지부(53)로 이루어진다. 그런데, 상기 파지부는 사용자가 손으로 직접 잡는 부분으로써 사용자가 용이하게 잡고 놓치지 않도록 하기 위해 두개의 상하 플레이트와 이들 사이에 원통부재를 배치한 구조를 이룬다.

즉, 상기 파지부(53)는, 서로 이격되어 나란히 배치되는 제1플레이트(53a)와 제2플레이트(53b)와, 상기 제1 및 제2플레이트 사이에 원통형으로 구비되는 원통부재(53c)로 이루어져서, 사용자가 상기 원통부재를 용이하게 잡을 수 있도록 된다. 그림에 도시되지는 않았으나, 상기 손잡이에는 벨크로 등으로 이루어져 사용자의 손을 손잡이에 묶을 수 있는 부재를 더 구비하여 운동 중 실수로 손잡이를 놓치는 것을 방지할 수도 있다. 상기 각도조정부재(52)는 상기 고정결합부에 볼 조인트 방식으로 결합되어서 손잡이 각도 조정 동작이 이루어지도록 한다. 상기 볼 조인트는 각도 조정과정에서 조정되는 각도 범위는 수직 방향에 대해 15° 이내로 움직이도록 제한되는 것이 좋다.

상기 볼 조인트는 필요에 따라 모터나 나사 등을 이용하여 로봇 손잡이의 각도 범위를 제한시킬 수 있다. 또한, 상지 운동시 평판 디스플레이의 틸팅 각도(θ)을 계산하여 이에 따라 상대적으로 사용자에게 적합한 로봇 손잡이의 방위를 모터가 자동으로 조절할 수도 있다. 로봇 손잡이의 방위 허용 각은 사용자의 안전을 고려하여 손목의 관절 가동 범위 이내로 제한하여 움직일 수 있도록 하였다.

도 12에서 보는 바와 같이, 본 실시예의 상기 손잡이(50)는 한손이 아니라 두 손이 모두 파지 가능하도록 제1손잡이(50-1)와 제2손잡이(50-2)로 이루어질 수도 있다. 두손 모두 파지 가능한 형상으로는 도면에 도시된 형상 뿐 아니라, 파지부가 수평을 이루면서 길이를 좌우로 연장하여 좌우 손이 잡을 수 있도록 할 수도 있는 등 다양한 형상이 가능할 것이다.

또한, 본 실시예에서는 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 손잡이(50)와 고정되거나 또는 분리된 상태로 상기 디스플레이의 위쪽에 위치하면서, IMU센서를 내장하는 입력장치(80)를 더 포함하여 두 손으로 잡고 상지 운동을 할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 도 14에 도시된 바와 같이, 사용자의 체간, 양팔 중 어느 하나 이상의 위치에 부착되는 IMU센서(90)를 더 포함하여, 사용자의 움직임에 대한 데이터를 확보할 수 있다.

본 실시예와 같이, 본 발명의 상지 운동 로봇은 뇌졸중 장애인의 건측(A1), 환측(A2) 양팔운동이 가능한 손잡이 및 입력장치를 포함한다. 양팔 운동은 두 손을 함께 로봇 손잡이를 잡는 것과 환측 손만 로봇 손잡이를 잡고 건측 손은 별도의 입력장치를 잡고 운동하는 것으로 나눌 수 있다. 두 손을 함께 로봇 손잡이를 잡고 운동을 할 때는 양옆, 위아래 등 여러 가지 방법으로 손잡이를 잡고 상지 운동이 가능하도록 손잡이를 구성할 수 있다.

본 실시예에서는 도 13에 도시된 것처럼, 상지 운동 로봇 손잡이를 환측(A2) 손에 잡고 건측(A1) 손은 IMU 센서가 내장된 별도의 입력장치를 잡고 양팔을 사용하여 상지 운동을 할 수 있는데 이때 IMU 센서가 내장된 손잡이는 상지 운동 로봇 손잡이와 고정되거나 분리되어 동작할 수 있다.

건측 손으로는 IMU센서가 내장된 입력장치를 사용하여 타겟포인트의 위치를 제어하여 디스플레이상에서 사용자가 원하는 방향이나 위치로 타겟포인트가 움직이도록 할 수 있다. 그리고, 환측 손으로는 손잡이가 상기 타겟포인트를 따라가도록 움직이면서 재활 동작을 할 수 있게 된다.

이때, 평면 디스플레이에 표시되는 목표(타겟포인트)의 위치는 건측 손이 움직이는 방향과 동일한 방향으로 움직일 수도 있고, 건측 손이 움직이는 방향과 대칭되는 방향으로 움직일 수도 있다. 즉, 양팔을 서로 대칭되게 움직이는 재활 동작을 하는 경우에는, 환측 팔이 건측 팔의 움직임과 대칭되는 방향을 따라가도록 타겟포인트가 움직이도록 구성할 수도 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 도 14에 도시된 것처럼, 상지 운동시 사용자의 양팔과 체간에 IMU 센서를 부착하여 체간의 보상작용과 팔의 움직임 등에 대한 내용도 분석하여 운동 효과에 어떤 영향을 미치는지 알 수 있다.

즉, IMU센서를 이용하여 체간 및 양팔의 움직임을 분석한 후 이를 재활 치료용 데이터로 활용하는 것이다. 환측 손의 사용이 부자연스러운 경우 환자는 재활 대상인 팔을 사용하는 대신에 자신의 체간을 움직이거나 혹은 건측 손이나 건측 팔의 동작을 통해 환측 팔의 움직임을 보상하려는 동작이 있을 수 있다. 이렇게 환측 팔 재활 과정에 적절하지 않은 체간의 움직임이나 건측 팔(또는 손)의 움직임이 감지되었을 때, 이를 사용자(환자)에게 피드백으로 알려서 적절하지 않은 체간이나 건측 팔의 움직임 동작을 하지 못하도록 함으로써 효과적인 환측 팔의 재활동작이 이루어지도록 하는 것이다. 그리고, 재활 동작 중에 체간과 건측 및 환측 팔의 움직임 방향과 움직임 정도에 대한 데이터를 축적하고 이를 재활 데이터로 활용함으로써 향후 효과적인 재활치료에 도움을 주도록 할 수도 있다.

[곡선형 손잡이 구조]

본 발명에서는 상기 상지 운동 기구 손잡이 형태를 곡선형으로 새롭게 하여(바나나 형상), 상지 운동 기구의 틸팅 각도가 커졌을 때에도 사용자 손목에 통증이 발생하는 것을 방지할 수 있는 구조를 개발하였다.

도 15와 도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 상지 운동 기구의 손잡이의 사용 모습이며, 도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 상지 운동 기구의 손잡이에 자립을 위한 스프링이 구비된 모습이며, 도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 상지 운동 기구의 손잡이에 힘/토크센서가 구비된 모습이며, 도 19와 도 20은 본 발명의 제3실시예에 따른 상지 운동 기구의 손잡이에 마찰재가 구비되어 사용자의 손목이 꺾이지 않은 정상적인 자세로 상지 운동을 할 수 있도록 하는 구성을 보여준다.

본 실시예에서 상기 손잡이(50)는, 상기 제1-2부재의 타단 및 제2-2부재의 타단에 결합되는 형상은 위에서 설명한 실시예들과 동일하다. 본 실시예에서는 상기 손잡이(50')는 도 15에서 도시된 바와 같이, 하단에서 상단으로 곡선형으로 휘어진 형상으로 이루어진다. 이것은, 상기 운동 기구 작동시 상기 디스플레이부의 틸팅 각도가 변경했을 때 사용자 손목에 통증이 유발되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 방위가 전 방향으로 너무 쉽게 조절이 되면, 손목에 힘이 없는 사용자가 손잡이를 잡고 상지 운동을 할 때 사용자의 자세가 무너져서 제대로 된 상지 운동을 하기가 어려워 질 수 있는 점을 보완한 것이다. 즉, 본 발명의 손잡이는 굴곡률이 크지 않은 곡선형(바나나 형태)으로 휘어지게 함으로써, 도 15에서와 같이 디스플레이가 수평한 경우에도 손으로 파지하여 사용할 수도 있고, 또한 도 16에서와 같이 디스플레이가 기울어진 경우에도 사용자가 손잡이(50')를 손잡이의 상단을 자연스럽게 파지할 수 있어서 계속하여 손잡이를 잡고 있을 수 있는 것이다. 다시 말해, 뇌손상을 입거나, 척수 손상에 의한 신경계 손상 등으로 인하여 손의 능동적 움직임이 결여된 환자가 디스플레이 기울어짐이 변경되더라도 손잡이가 곡선형이기 때문에 자연스럽게 상단을 파지할 수 있게 된다.

상기 손잡이는, 하단에 구비되는 자석의 자력으로 고정될 수 있다. 즉, 본 발명의 상지 운동 기구 손잡이는 손잡이가 고정되는 부위와 손잡이 사이에 자석을 이용하여 간단하게 탈부착이 가능하도록 구성될 수 있다.

도 17에 도시한 바와 같이, 본 발명의 상기 손잡이(50')는, 손잡이의 외주면에 부착되는 둘 이상의 자립스프링(S-1, S-2..등)에 의해 방위가 유지될 수 있다. 방위가 유지된다는 의미는 상기 손잡이가 어떤 원인에 의해서 조금 기울어지더라도 상기 자립스프링의 탄성력에 의해 다시 기립할 수 있다는 의미이다.

또한, 본 발명은 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 손잡이(50')의 하단에 힘/토크 센서(force/torque sensor, 55)를 구비할 수 있다. 상기 힘/토크 센서는 상지 운동을 하는 사용자의 힘을 감지하여 계산한 후 사용자에게 필요한 만큼의 힘을 피드백하기 위한 것이다.

힘/토크 센서는 사용자가 손잡이를 잡고 상지 운동을 할 때 필요한 힘을 계산하여 모터(직렬탄성구동기)를 제어하는데 이용할 수 있다. 사용자에 따라 장애 등으로 인한 상지 근육의 특성이 다르기 때문에 구축이나 경직 등으로 사용자가 팔을 더 뻗지 못하고 있을 때 힘/토크 센서로 힘을 측정하여 필요한 만큼의 사용자가 필요로 하는 힘만　계산해서 상기 직렬탄성구동기의 모터에서 보조를 해주면서 사용자의 팔을 움직이게 할 수 있다. 그렇지 않고 동일한　힘으로만　모터로　제어하게 되면 사용자에 따라서는 그 힘이 과할 수도 있고 모자랄 수도 있어서 상지 운동에 적절하지 않아　좋은 운동 효과를 기대하기 힘들 수도 있기 때문이다. 또한, 디스플레이의 틸팅 각도가 높아질수록 사용자는 중력의 영향을 받게 되고, 상지 운동 기구는 2차원 평면에서 움직이는 로봇이지만 손잡이, F/T센서, 링크, 사용자 팔　등의 무게로 인해 사용자가 손잡이를 아래로 누르는 힘이 작용하여 실제 사용자에게 필요한 힘을 계산하여 모터에 적용하는　것이 수학적으로 계산하는 값과 차이가 커서 제어하는데 많은 어려움이 있을 수 있는데, 본 실시예에서는 이를 힘/토크 센서를 적용하여 실시간으로 필요로 하는 힘을 계산하여 제공할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 이를 위해 상기 힘/토크 센서에서 측정된 힘과 토크 정보를 이용하여, 사용자에게 필요한 만큼의 힘을 계산하고, 상기 직렬탄성구동기의 회전을 제어하여 사용자에게 필요한 만큼의 힘을 제공하는 제어부를 포함한다.

또한, 도 19 내지 도 20에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 손잡이(50')를 파지하는 사용자의 손목의 동작을 돕기 위해서, 손잡이(50') 부분 중 손으로 직접 파지하는 원통이 회전하도록 하되, 적절한 마찰력을 부가하여 회전 동작이 조절되도록 할 수 있다.

즉, 상기 손잡이(50')는 상기 제1-2부재의 타단 및 제2-2부재의 타단에 결합되는 고정축(50'-1)과, 상기 고정축에 장착되는 원통 형상의 마찰재(50'-2)와, 상기 손잡이의 하단에 형성되고, 상기 마찰재를 사이에 두고 고정축에 삽입되는 손잡이 장착홈(50'-3)으로 이루어진다. 상기 마찰재는 상기 고정축과 상기 손잡이 장착홈 사이에 마찰력을 부가함으로써 사용자의 손목의 폄과 굽힘 동작이 용이하게 되도록 한다.

이때, 마찰력의 조절은 사용자의 상지 움직임 정도에 따라 조절이 가능하게 구성되고, 이로 인해 사용자는 손목이 꺾이지 않은 정상적인 자세로 상지 운동을 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (5)

1. 베이스(B)에 한쪽 변이 고정되되 틸팅 각도가 가변되는 프레임(10);
   상기 프레임에 장착되고 타겟포인터가 표시되는 디스플레이(20); 및
   상기 디스플레이의 위쪽에서 상기 프레임(10)에 장착되고, 구동가능한 제1링크(30)와 제2링크(40)로 이루어지는 5-bar 링크 형상의 가동부(30,40);를 포함하고,
   상기 제1링크(30)는, 일단이 상기 프레임에 부착되어 회전구동되는 제1-1부재(31)와, 일단이 상기 제1-1부재의 타단에 회동가능하게 부착되고 타단에는 사용자가 파지하는 손잡이(50)가 부착되는 제1-2부재(33)로 이루어지고,
   상기 제2링크(40)는, 일단이 상기 프레임에 부착되어 회전구동되는 제2-1부재(41)와, 일단이 상기 제2-1부재의 타단에 회동가능하게 부착되고 타단에는 사용자가 파지하는 손잡이(50)가 부착되는 제2-2부재(43)로 이루어지고,
   상기 제1-1부재(31)의 일단과 제2-1부재(41)의 일단에 각각 부착되어 회동력을 제공하는 직렬탄성구동기(60)가 구비되고,
   상기 직렬탄성구동기(60)는, 모터(61); 상기 모터의 회전속도를 감속하여 상기 제1링크 또는 제2링크에 전달하는 감속기(62);를 포함하되,
   상기 감속기와 상기 제1링크 또는 제2링크 사이에 구비되는 스프링(63)과 엔코더;를 더 포함하여 상기 감속기를 거친 회전력이 상기 제1링크 또는 제2링크에 부드럽게 전달되도록 하며,
   상기 손잡이(50)는, 상기 제1-2부재의 타단 및 제2-2부재의 타단에 결합되되, 하단에서 상단으로 곡선형으로 휘어진 형상인 것을 특징으로 하는 상지 운동 기구.
2. 제1항에 있어서,
   상기 손잡이는, 하단에 구비되는 자석의 자력으로 고정되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 상지 운동 기구.
3. 제1항에 있어서, 상기 손잡이는,
   손잡이의 외주면에 부착되는 둘 이상의 자립스프링에 의해 방위를 유지하는 것을 특징으로 하는 상지 운동 기구.
4. 제1항에 있어서,
   상기 손잡이 하단에 구비되는 힘/토크 센서(force/torque sensor);
   상기 힘/토크 센서에서 측정된 힘과 토크 정보를 이용하여, 사용자에게 필요한 만큼의 힘을 계산하고, 상기 직렬탄성구동기의 회전을 제어하여 사용자에게 필요한 만큼의 힘을 제공하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상지 운동 기구.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1-2부재의 타단 및 제2-2부재의 타단에 결합되는 고정축(50'-1);
   상기 고정축에 장착되는 원통 형상의 마찰재(50'-2);
   상기 손잡이의 하단에 형성되고, 상기 마찰재를 사이에 두고 고정축에 삽입되는 손잡이 장착홈(50'-3);을 더 포함하여,
   상기 마찰재는 상기 고정축과 상기 손잡이 장착홈 사이에 마찰력을 부가하여 사용자의 손목의 폄과 굽힘동작을 돕도록 함으로써, 손목이 꺾이지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 상지 운동 기구.

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