KR102176061B1

KR102176061B1 - 재활 교육 시뮬레이터

Info

Publication number: KR102176061B1
Application number: KR1020180173647A
Authority: KR
Inventors: 이학; 공재호
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2018-12-31
Filing date: 2018-12-31
Publication date: 2020-11-10
Also published as: KR20200082754A

Abstract

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터는 세 개의 축을 중심으로 각각 회전이 가능하도록 몸체에 부착되는 제1 관절, 일 단이 제1 관절에 연결되어 길이 방향으로 연장된 제1 프레임, 제1 프레임의 타단에 연결되어 적어도 하나의 축을 중심으로 회전 가능한 제2 관절, 일 단이 제2 관절에 연결되어 길이 방향으로 연장된 제2 프레임, 제2 프레임의 타단에 연결되어 적어도 두 개의 축을 중심으로 회전 가능한 제3 관절 및 제2 관절과 제2 프레임 사이에 구비되거나 제3 관절과 손목부재 사이에 구비되어 엔드필을 구현하는 떨림 모듈을 포함한다.
따라서, 사용자는 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터를 통해 재활 치료를 간접적으로 훈련할 수 있으며, 이에 따라 재활 치료 시 발생할 수 있는 사고를 예방할 수 있다.

Description

재활 교육 시뮬레이터 {REHABILITATION SIMULATOR WITH TREMORING FUNCTION}

본 발명은 재활 교육 시뮬레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 관절의 떨림 기능이 있는 재활 교육 시뮬레이터에 관한 것이다.

고령자나 부상자 등 환자들은 신체 기능을 회복하기 위해 재활 치료가 필요할 수 있다. 재활 치료는 일반적으로 재활치료사가 조력하여 환자의 관절 움직임을 수동적으로 만들어 주거나, 보행을 교육하는 등 물리적 자극을 이용하여 이루어진다. 이 때, 치료 경험이 부족한 재활치료사의 미숙한 치료 기술로 인해 팔, 다리 근육이 부분적으로 마비된 환자들 등에 재활 치료를 시행하는 도중에 사고가 발생할 가능성이 있다. 따라서, 이러한 재활치료사 또는 재활의학과 및 물리치료과 전공자들이 간접적으로 재활 치료를 경험하고 훈련하기에 적합한 재활 교육 장치가 마련될 필요가 있으며, 이 장치는 바람직하게는 실제 인체의 관절과 보다 유사하도록 구현될 필요가 있다.

이에 관련하여, 2015년 04월 22일에 출원된 대한민국 등록특허 제 10-1695659 호에서는 무릎관절용 시뮬레이터에 대해 개시한다.

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 목적은 인체의 관절 구조를 모사하는 것이다.

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 목적은 관절의 떨림을 구현하는 것이다.

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 목적은 사용자가 장치에 가하는 힘을 측정하여 이에 대한 반력을 계산하는 것이다.

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 목적은 재활 치료를 간접적으로 훈련하는 것이다.

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 목적은 재활 치료 시 발생할 수 있는 사고를 예방하는 것이다.

실시 예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터는 세 개의 축을 중심으로 각각 회전이 가능하도록 몸체에 부착되는 제1 관절, 일 단이 제1 관절에 연결되어 길이 방향으로 연장된 제1 프레임, 제1 프레임의 타단에 연결되어 적어도 하나의 축을 중심으로 회전 가능한 제2 관절, 일 단이 제2 관절에 연결되어 길이 방향으로 연장된 제2 프레임, 제2 프레임의 타단에 연결되어 적어도 두 개의 축을 중심으로 회전 가능한 제3 관절 및 제2 관절과 제2 프레임 사이에 구비되거나 제3 관절과 손목부재 사이에 구비되어, 엔드필(End-Feel)을 구현하는 떨림 모듈을 포함할 수 있다.

일 측에 의하면, 떨림 모듈은 구동력을 전달받아 회전하는 능동 링크, 능동 링크와 이격된 수동 링크 및 능동 링크와 수동 링크를 연결하는 탄성 부재를 포함하고, 탄성 부재에 의해 능동 링크와 연결된 수동 링크는 능동 링크가 회전할 때 함께 회전하며, 이 때 탄성 부재에 발생하는 장력에 의해 엔드필(End-Feel)을 구현할 수 있다

일 측에 의하면, 떨림 모듈은 관절의 수동적 떨림을 구현하는 탄성 부재에 발생하는 장력을 조절하는 장력조절부를 더 포함할 수 있다.

일 측에 의하면, 장력조절부는, 능동 링크 및 수동 링크 사이에서 탄성 부재의 길이 방향으로 이동 가능하고, 탄성 부재의 적어도 하나의 면과 맞닿는 조절바, 조절바가 탄성 부재와 평행하게 이동하도록 경로를 안내하는 가이드홈 및 가이드홈 상에서 조절바의 위치가 고정되도록 조절의 일측에 체결 가능한 고정 부재를 포함할 수 있다.

일 측에 의하면, 능동 링크는 제2 관절에 연결되고, 수동 링크는 제2 프레임에 연결되며, 제2 관절에 직접 전달된 동력이 탄성 부재를 통해 제2 프레임으로 전달될 수 있다.

일 측에 의하면, 능동 링크는 제3 관절에 연결되고, 수동 링크는 손목부재에 연결되며, 제3 관절에 직접 전달된 동력이 탄성 부재를 통해 손목부재로 전달될 수 있다.

일 측에 의하면, 제1 프레임은, 제1 프레임이 제1 관절에 연결된 축과 동일한 축으로 구비된 모터, 모터의 회전축의 방향을 90도로 전환하는 기어, 기어의 회전 축 또는 제2 관절의 회전축과 동일한 회전축에 설치되는 풀리 및 풀리에 걸쳐 장착되어, 모터의 운동을 제2 관절에 전달하는 벨트를 포함할 수 있다.

일 측에 의하면, 제1 관절 및 제1 프레임 사이에 설치되는 제1 센서, 제2 프레임 및 제3 관절 사이에 설치되는 제2 센서 및 제3 관절 및 손목부재 사이에 설치되는 제3 센서를 더 포함하며, 제1 센서 및 상기 제2 센서는 각각의 위치에서 사용자가 제1 프레임 및 제2 프레임에 가하는 힘의 방향 및 크기를 측정하고, 제3 센서는 사용자가 제3 관절에 가하는 힘의 크기를 측정할 수 있다.

일 측에 의하면, 제3 관절은 정상인의 손목 움직임과 유사하도록 회전 각도를 제한하는 장치를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터에 의하면, 인체의 관절 구조를 모사할 수 있다.

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터에 의하면, 관절의 떨림을 구현할 수 있다.

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터에 의하면, 사용자가 장치에 가하는 힘을 측정하여 이에 대한 반력을 계산할 수 있다.

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터에 의하면, 재활 치료를 간접적으로 훈련할 수 있다.

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터에 의하면, 재활 치료 시 발생할 수 있는 사고를 예방할 수 있다.

일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 제1 관절을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 제1 프레임, 제2 관절 및 제2 프레임을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 제3 관절을 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 제2 관절 및 제2 프레임 사이에 구비되는 떨림 모듈을 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 제3 관절에 구비되는 떨림 모듈을 도시한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 재활 교육 시뮬레이터는 제1 관절(100), 제1 프레임(200), 제2 관절(300), 제2 프레임(400), 제3 관절(500) 및 떨림 모듈(600)을 포함할 수 있다.

제1 관절(100)은 일측이 몸체에 연결될 수 있으며, 세 개의 축을 중심으로 각각 회전할 수 있다.

또한, 제1 관절(100)은 인체에서 어깨관절에 대응하는 부분일 수 있다.

제1 프레임(200)은 일단이 제1 관절(100)에 연결될 수 있으며, 길이 방향으로 연장될 수 있다.

또한, 제1 프레임(200)은 인체에서 위팔 또는 위팔뼈에 대응하는 부분일 수 있다.

제2 관절(300)은 제1 프레임(200)의 타단에 연결될 수 있으며, 적어도 하나의 축을 중심으로 회전할 수 있다.

또한, 제2 관절(300)은 인체의 팔꿉관절에 대응하는 부분일 수 있다.

제2 프레임(400)은 일단이 제2 관절(300)에 연결될 수 있으며, 길이 방향으로 연장될 수 있다.

또한, 제2 프레임(400)은 인체의 아래팔 또는 아래팔뼈에 대응하는 부분일 수 있다.

제3 관절(500)은 제2 프레임(400)의 타단에 연결될 수 있으며, 적어도 두 개의 축을 중심으로 회전할 수 있다.

또한, 제3 관절(500)은 인체의 손목관절에 대응하는 부분일 수 있다.

떨림 모듈(600)은 제2 관절(300)과 제2 프레임(400) 사이에 구비되거나 제3 관절과 손목부재 사이에 구비되어, 재활 교육 시뮬레이터에 엔드필(End-Feel)을 구현할 수 있다.

또한, 떨림 모듈(600)은 인체의 인대 및 근육에 대응하는 부분일 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 제1 관절(100)을 도시한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 관절(100)은 내부에 서로 다른 회전축(X, Y, Z)을 갖는 세 개의 모터가 구비될 수 있다. 즉, 제1 관절(100)은 3 자유도를 가지는 구성으로 마련될 수 있다. 이에 따라, 몸체 및 제1 프레임(200) 사이에 배치된 제1 관절(100)은 인체의 어깨관절을 매개로 하여 몸통에 연결되어 있는 위팔 또는 위팔뼈의 움직임을 보다 유사하게 모사할 수 있다.

도 2를 참조하여, 제1 관절(100)의 회전축은 각각 X축, Y축, Z축으로 도시된다.

제1 관절(100)에 장착된 각각의 모터는 실제 관절의 힘에 근접한 토크를 발생시킬 수 있다.

또한, 제1 관절(100) 및 제1 프레임(200)의 사이에는 제1 센서(110)가 설치될 수 있다.

제1 센서(110)는 6축 힘/토크 센서로 마련될 수 있으며, 사용자가 시뮬레이터를 사용하여 재활 치료를 훈련할 때, 사용자에 의해 제1 프레임(200), 즉 인체의 위팔에 가해지는 힘의 크기 및 방향을 측정할 수 있다. 이와 같이 측정된 데이터는 시뮬레이터가 사용자에게 전달하는 반력의 크기를 계산하는 데이터로 활용될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 제1 프레임(200), 제2 관절(300) 및 제2 프레임(400)을 도시한다.

도 3을 참조하여, 제1 프레임(200), 제2 관절(300) 및 제2 프레임(400)의 연결 관계를 상세하게 설명하기로 한다.

제1 프레임(200)은 일단이 제1 관절(100)에 연결되어 있으며, 이때 일단에서 연장하는 제1 프레임(200)의 길이 방향은 제1 관절(100)의 Z축 방향과 일치할 수 있다. 이에 따라, 제1 관절(100)의 모터들 중 적어도 하나 이상이 구동되어 회전 운동할 때, 제1 프레임(200) 또한 제1 관절(100)의 움직임을 따라 같은 방향으로 회전될 수 있다.

도 3을 참조하여, 제1 프레임(200)은 모터(210), 제1 기어(220), 제2 기어(230), 제1 풀리(240), 제2 풀리(250) 및 벨트(260)를 포함할 수 있다.

모터(210)는 제1 프레임(200)의 내부에 구비될 수 있으며, 이 모터(210)의 회전축 방향은 제1 프레임(200)의 길이 방향과 일치할 수 있다.

모터(210)는 실제 관절의 힘에 근접한 토크를 발생시킬 수 있다.

또한, 모터(210)는 회전축의 일단에 제1 기어(220)가 결합될 수 있으며, 이때 제1 기어(220)는 베벨기어로 마련될 수 있다.

제2 기어(230)는 제1 프레임(200)의 일측에 구비될 수 있으며, 제1 기어(220)와 마찬가지로 베벨기어로 마련될 수 있다.

제2 기어(230)는 제1 기어(220)와 직각으로 맞물려, 모터(210)의 회전축 방향을 90도 전환할 수 있다. 즉, 제1 프레임(200)의 모터(210)가 구동할 때, 제2 기어(230)는 제1 프레임(200)의 횡 방향을 중심으로 회전할 수 있다.

제1 풀리(240)는 제2 기어(230)의 회전축과 동일한 회전축에 결합되어, 제2 기어(230)가 회전함에 따라 함께 회전할 수 있다.

제2 풀리(250)는 제1 풀리(240)와 이격되어 배치될 수 있다. 제2 풀리(250)는 제2 관절(300)의 회전축(X')과 동일한 회전축에 결합될 수 있다.

벨트(260)는 제1 풀리(240) 및 제2 풀리(250)에 함께 걸쳐지는 형태로 장착될 수 있으며, 타이밍 벨트로 마련될 수 있다.

제1 프레임(200) 내부에 구비된 구성 요소들은 전술한 바와 같이 서로 연결되어 있어, 제1 프레임(200)의 모터(210)가 구동할 때 모터(210) 회전축의 운동을 제2 관절(300)의 회전축(X')으로 전달할 수 있다. 즉, 제2 관절(300)은 제1 프레임(200)의 횡 방향을 중심으로 회전 가능한 1 자유도를 갖는 구성으로 마련될 수 있다. 이에 따라, 제1 프레임(200) 및 제2 프레임(400) 사이에 배치된 제2 관절(300)은 인체의 팔꿉관절을 매개로 하여 서로 연결된 위팔 및 아래팔의 움직임을 보다 유사하게 모사할 수 있다.

도 3을 참조하여, 제2 관절(300)의 회전축은 X'축으로 도시된다.

전술한 바와 같이, 제2 관절(300)은 제1 프레임(200)의 모터의 구동력을 전달받아 회전하므로, 능동 관절로 볼 수 있다.

제2 프레임(400)은 일단이 제2 관절(300)에 연결되어, 제1 프레임(200)의 모터로부터의 구동력을 직접적으로 전달받지 못하고, 제2 관절(300)의 움직임에 의해 수동적으로 움직이므로, 수동 관절로 볼 수 있다.

또한, 제2 프레임(400)은 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있으며, 제2 프레임(400)의 개방된 양단부에 회전축(X')이 구비될 수 있고, 이러한 회전축(X')을 중심으로 제2 프레임(400)은 제2 관절(300)에 비구속적으로 연결되어 제2 관절(300)을 중심으로 선회될 수 있다.

제2 관절(300) 및 제2 프레임(400) 사이에는 떨림 모듈(600)이 구비될 수 있다.

떨림 모듈(600)은 아래에서 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

또한, 제2 프레임(400) 및 제3 관절(500)의 사이에는 제2 센서(410)가 설치될 수 있다.

제2 센서(410)는 6축 힘/토크 센서로 마련될 수 있으며, 사용자가 시뮬레이터를 사용하여 재활 치료를 훈련할 때, 사용자에 의해 제2 프레임(400), 즉 인체의 아래팔에 가해지는 힘의 크기 및 방향을 측정할 수 있다. 이와 같이 측정된 데이터는 시뮬레이터가 사용자에게 전달하는 반력의 크기를 계산하는 데이터로 활용될 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 제3 관절(500)을 도시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제3 관절(500)은 내부에 서로 다른 회전축(X'', Z'')을 갖는 적어도 두 개의 모터가 구비될 수 있다. 즉, 제3 관절(500)은 2 자유도를 가지는 구성으로 마련될 수 있다.

제3 관절(500)에 장착된 각각의 모터는 실제 관절의 힘에 근접한 토크를 발생시킬 수 있으며, 인체의 손목 움직임과 유사하도록 회전 각도를 제한할 수 있다.

또한, 제3 관절(500)은 손목부재가 더 연결될 수 있으며, 손목부재는 인체의 손에 대응하는 손 모형일 수 있다.

따라서, 제2 프레임(400) 및 손목부재 사이에 배치된 제3 관절(500)은 인체의 손목관절을 매개로 하여 서로 연결된 아래팔 및 손의 움직임을 보다 유사하게 모사할 수 있다.

도 4를 참조하여, 제3 관절(100)의 회전축은 각각 X''축, Z''축으로 도시된다.

제3 관절(500)은 제3 관절(500)에 구비된 모터의 구동력을 직접 전달받아 회전하는 능동 관절 및 이 능동 관절에 연결되어 능동 관절의 움직임에 의해 수동적으로 움직이는 수동 관절로 구성될 수 있다.

또한, 제3 관절(500) 및 손목부재 사이에는 떨림 모듈(600)이 구비될 수 있다.

제3 관절(500)에는 제3 센서(510)가 설치될 수 있다.

제3 센서(510)는 로드셀 센서로 마련될 수 있으며, 사용자가 시뮬레이터를 사용하여 재활 치료를 훈련할 때, 사용자에 의해 제3 관절(500), 즉 인체의 손목관절에 가해지는 힘의 크기를 측정할 수 있다. 이와 같이 측정된 데이터는 시뮬레이터가 사용자에게 전달하는 반력의 크기를 계산하는 데이터로 활용될 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 제2 관절(300) 및 제2 프레임(400) 사이에 구비되는 떨림 모듈(600)을 도시한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 떨림 모듈(600)은 능동 링크(610), 수동 링크(620), 탄성 부재(630)를 포함할 수 있다.

능동 링크(610)는 제2 프레임(400) 내부에 배치될 수 있으며, 양단이 제2 프레임(400)에 구비된 홀을 통과하여 제2 관절(300)에 연결될 수 있다. 이를 통해 제2 관절(300)에 의한 회전력은 능동 링크(610)로 전달될 수 있다.

수동 링크(620)는 제2 프레임(400) 내부에서 능동 링크(610)와 이격되게 배치될 수 있으며, 양단이 제2 프레임(400)에 연결될 수 있다.

탄성 부재(630)는 일단이 능동 링크(610)에 부착되고, 타단이 수동 링크(620)에 부착되도록 배치되어, 능동 링크(610) 및 수동 링크(620)를 연결하는 역할을 할 수 있다. 또한, 탄성 부재(630)는 탄성을 가지는 재료로 구성될 수 있고, 예를 들어 판 스프링으로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

능동 링크(610), 수동 링크(620) 및 탄성 부재(630)는 전술한 바와 같이 서로 연결되어 있으므로, 능동 링크(610)는 능동 관절의 역할을 하는 제2 관절(300)에 의해 움직일 수 있다. 이 능동 링크(610)의 움직임은 탄성 부재(630)를 통해 수동 링크(620)로 전달된다. 이 때, 수동 링크(620)는 수동 관절의 역할을 하는 제2 프레임(400)에 연결되 있으므로, 결과적으로 제2 프레임(400)을 움직일 수 있다. 다시 말해, 탄성 부재(630)는 능동 관절 및 수동 관절을 연결하는 역할을 할 수 있으며, 이에 따라, 엔드필(End-Feel)을 구현할 수 있다.

이와 같이 탄성을 갖는 구성 요소를 포함하여 능동 관절 및 수동 관절을 연결하는 목적은 인체의 인대 및 근육을 모사하고, 엔드필(End-Feel), 즉 관절의 떨림을 구현하기 위함이다.

인대는 주로 관절을 이루는 뼈와 뼈 사이에 위치하며 이들을 연결하는 섬유성 조직으로, 장력에 강하다.

근육은 움직임이 가능한 모든 부분에 위치하며 근섬유로 이루어져 수축과 이완 운동이 가능한 조직이다.

엔드필(End-Feel)은 일반적으로 관절이 움직일 때 끝에 걸리는 느낌을 말한다. 이 엔드필(End-Feel)은 뼈와 뼈가 부딪히는 느낌, 인대가 늘어나는 느낌 또는 연부조직이 압박되는 느낌 등을 아울러 지칭할 수 있다.

정상적인 관절은 부드럽게 움직이지만, 관절에 이상이 있는 환자의 경우, 수동 검사시 전술한 바와 같은 엔드필(End-Feel)이 존재할 수 있다. 또한, 이에 따라 환자의 근골격계의 질환을 유추하는 것도 가능하다. 그러나, 이러한 환자들에 대한 치료 경험이 부족한 재활치료사들은 엔드필(End-Feel)을 느끼기 어렵다.

따라서, 일 실시예에 따른 재활 훈련 시뮬레이터는 탄성을 갖는 구성 요소를 포함함으로써, 사용자가 시뮬레이터를 사용하여 손목의 굴곡 운동 및 손목의 신전 운동을 구현할 수 있고, 이에 의해 시뮬레이터에 가해지는 힘의 크기 및 방향을 측정하여, 미숙한 치료 기술로 인해 발생할 수 있는 사고를 예방할 수 있다.

다시 도 5를 참조하여, 떨림 모듈(600)은 장력조절부(640)를 더 포함할 수 있다.

장력조절부(640)는 탄성 부재(630)에 발생하는 장력을 조절할 수 있다. 이 장력조절부(640)에 의해 탄성 부재(630)가 구현하는 관절의 떨림의 각도 범위 및 엔드필(End-Feel)의 크기가 조절될 수 있다.

장력조절부(640)는 조절바(641), 가이드홈(642), 고정 부재(643)를 포함할 수 있다.

조절바(641)는 능동 링크(610) 및 수동 링크(620) 사이에 배치되며, 탄성 부재(630)의 길이 방향으로 이동할 수 있다.

조절바(641)는 또한, 탄성 부재(630)의 적어도 하나의 면에 맞닿도록, 조절바(641)의 내부를 탄성 부재(630)가 통과하는 형태로 구성될 수 있다. 조절바(641)가 탄성 부재(630) 상에서 고정된 위치에 따라 탄성 부재(630)가 떨리는 길이를 조절할 수 있다.

가이드홈(642)은 제2 프레임(400)의 적어도 일 측에 제2 프레임(400)의 길이 방향으로 연장된 슬롯의 형태로 구비될 수 있다. 가이드홈(642)은 조절바(641)가 탄성 부재(630)와 평행하게 이동하도록 조절바(641)의 이동 경로를 안내하는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 조절바(641)의 양단은 가이드홈(642)에 결합되어 이를 따라 이동할 수 있다.

고정 부재(643)는 제2 프레임(400)의 외측으로부터 가이드홈(642)을 통과하여 조절바(641)의 양단에 체결될 수 있다. 이에 따라, 능동 링크(610) 및 수동 링크(620) 사이에서 움직이는 조절바(641)를 원하는 위치에 고정시킬 수 있다. 또한, 고정 부재(643)는 볼트로 마련되어, 조절바(641)를 손쉽게 고정 및 해제할 수 있다.

도 6는 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 제3 관절(500)에 구비되는 떨림 모듈(600)을 도시한다.

여기서 떨림 모듈(600)은 제3 관절(500) 및 손목부재의 사이에 구비될 수 있다.

도 6에 도시된 떨림 모듈(600)의 구조 및 기능은 위에서 도 5를 참조하여 설명한 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터의 제2 관절(300) 및 제2 프레임(400) 사이에 구비되는 떨림 모듈(600)과 동일하므로, 설명의 간략화를 위해 이하에서 생략하기로 한다.

결과적으로, 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터는 인체의 어깨관절, 팔꿉관절 및 손목관절의 움직임을 보다 유사하게 모사하기 위해, 제1 관절(100), 제2 관절(300) 및 제3 관절(500)과 이들 사이의 제1 프레임(200) 및 제2 프레임(400)을 통해 6 자유도를 갖는 구조로 제공될 수 있다.

또한, 떨림 모듈(600)을 통해 인체의 인대 및 근육의 역할을 수행하도록 하여, 실제 인체 관절을 움직이는 것과 유사하게 제공될 수 있다. 떨림 모듈(600)은 관절의 떨림을 구현하고 장력을 조절할 수 있도록 구성되어, 환자의 강직 정도에 따른 재활 치료를 훈련할 수 있다.

각 관절에 장착된 모터들은 실제 관절의 힘에 근접한 토크를 발생시키도록 하여, 이를 통해 시뮬레이터를 사용하여 훈련하는 사용자는 인체 관절의 힘에 근접한 힘을 경험할 수 있다.

또한, 관절 및 프레임 사이에 장착된 센서들은 사용자가 장치에 가하는 힘의 크기 및 방향을 측정할 수 있고, 이에 대한 반력을 계산하는데 사용될 수 있다.

이에 따라, 일 실시예에 따른 재활 교육 시뮬레이터를 통해 사용자는 재활 치료를 훈련할 수 있고, 재활 치료 시 발생할 수 있는 사고를 예방하는 것이 가능하다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 제1 관절
200: 제1 프레임
300: 제2 관절
400: 제2 프레임
500: 제3 관절
600: 떨림 모듈
610: 능동 링크
620: 수동 링크
630: 탄성 부재
640: 장력조절부
641: 조절바
642: 가이드홈
643: 고정 부재

Claims

세 개의 축을 중심으로 각각 회전이 가능하도록 몸체에 부착되는 제1 관절;
일 단이 상기 제1 관절에 연결되어 길이 방향으로 연장된 제1 프레임;
상기 제1 프레임의 타단에 연결되어 적어도 하나의 축을 중심으로 회전 가능한 제2 관절;
일 단이 상기 제2 관절에 연결되어 길이 방향으로 연장된 제2 프레임;
상기 제2 프레임의 타단에 연결되어 적어도 두 개의 축을 중심으로 회전 가능한 제3 관절; 및
상기 제2 관절과 제2 프레임 사이에 구비되거나 상기 제3 관절과 상기 제3 관절에 연결되는 손목부재 사이에 구비되어, 엔드필을 구현하는 떨림 모듈;
을 포함하고,
상기 떨림 모듈은,
구동력을 전달받아 회전하는 능동 링크;
상기 능동 링크와 이격된 수동 링크; 및
상기 능동 링크와 상기 수동 링크를 연결하는 탄성 부재;
를 포함하고,
상기 탄성 부재에 의해 상기 능동 링크와 연결된 수동 링크는 상기 능동 링크가 회전할 때 함께 회전하며,
이때 상기 탄성 부재에 발생하는 장력에 의해 엔드필을 구현하는, 재활 교육 시뮬레이터.
삭제
제1항에 있어서.
상기 떨림 모듈은
관절의 수동적 떨림을 구현하는 상기 탄성 부재에 발생하는 장력을 조절하는 장력조절부를 더 포함하는, 재활 교육 시뮬레이터.
제3항에 있어서,
상기 장력조절부는,
상기 능동 링크 및 상기 수동 링크 사이에서 탄성 부재의 길이 방향으로 이동 가능하고, 상기 탄성 부재의 적어도 하나의 면과 맞닿는 조절바;
상기 조절바가 상기 탄성 부재와 평행하게 이동하도록 경로를 안내하는 가이드홈; 및
상기 가이드홈 상에서 상기 조절바의 위치가 고정되도록 상기 조절의 일측에 체결 가능한 고정 부재;
를 포함하는, 재활 교육 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 능동 링크는 상기 제2 관절에 연결되고, 상기 수동 링크는 상기 제2 프레임에 연결되며,
상기 제2 관절에 직접 전달된 동력이 상기 탄성 부재를 통해 상기 제2 프레임으로 전달되는, 재활 교육 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 능동 링크는 상기 제3 관절에 연결되고, 상기 수동 링크는 상기 손목부재에 연결되며,
상기 제3 관절에 직접 전달된 동력이 상기 탄성 부재를 통해 상기 손목부재로 전달되는, 재활 교육 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 제1 프레임은,
상기 제1 프레임이 상기 제1 관절에 연결된 축과 동일한 축으로 구비된 모터;
상기 모터의 회전축의 방향을 90도로 전환하는 기어;
상기 기어의 회전 축 또는 상기 제2 관절의 회전축과 동일한 회전축에 설치되는 풀리; 및
상기 풀리에 걸쳐 장착되어, 상기 모터의 운동을 상기 제2 관절에 전달하는 벨트;
를 포함하는, 재활 교육 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 제1 관절 및 상기 제1 프레임 사이에 설치되는 제1 센서;
상기 제2 프레임 및 상기 제3 관절 사이에 설치되는 제2 센서; 및
상기 제3 관절 및 상기 손목부재 사이에 설치되는 제3 센서;
를 더 포함하며,
상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는 각각의 위치에서 사용자가 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임에 가하는 힘의 방향 및 크기를 측정하고,
상기 제3 센서는 사용자가 상기 제3 관절에 가하는 힘의 크기를 측정하는, 재활 교육 시뮬레이터.
제1항에 있어서,
상기 제3 관절은 정상인의 손목 움직임과 유사하도록 회전 각도를 제한하는 장치를 포함하는, 재활 교육 시뮬레이터.