KR102675096B1 - 발목 재활장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 발목 재활장치는 발목 재활기구와 컨트롤러로 이루어지고, 상기 발목 재활기구는 다리고정부(100)와 발판부(200)로 이루어지며, 상기 발목 재활기구는 컨트롤러(300)에 연결되고, 상기 컨트롤러는 다리고정부로부터 발판부가 움직임을 가지도록 제어된다. 상기 다리고정부(100)는 한 쌍의 지지대(110a,110b)와, 상기 기지대의 상부와 하부에 각각 설치되는 상부 및 하부 착용벨트(120a,120b)와, 상기 일측 지지대의 하단부에 설치되는 제1 모터(130)를 포함하여 구성된다. 상기 발판부(200)는 상기 다리고정부로부터 회동하는 바닥판(210)과 상기 바닥판의 상부에서 좌우로 회동하는 회동판(220)으로 이루어지고, 상기 바닥판(210)은 인체의 발바닥 형상을 갖는 바닥 플레이트(211)와, 상기 바닥 플레이트의 후측에 설치되고 다리고정부와 연결되는 일측 및 타측 절곡편(212a,212b)과, 상기 바닥 플레이트의 후측에 설치되는 제2 베어링(213)과, 상기 바닥 플레이트의 전측에 설치되는 구동기어를 갖는 제2 모터(214)와, 상기 플레이트의 상부 전측 양단부영역에 설치되는 레일블럭(215)으로 이루어지고, 상기 회동판(220)은 회동 플레이트(221)와, 상기 회동 플레이트의 전측에 설치되는 고정벨트(222)와, 상기 회동 플레이트의 하부 후측에 구비되는 샤프트 홀(223)과, 상기 회동 플레이트의 하부 전측에 구비되는 피동기어(224)과, 상기 피동기어의 전측에 설치되는 가이드 레일(225)로 이루어진다.

Description

발목 재활장치{Ankle rehabilitation apparatus}
본 발명은 발목 재활장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환자의 다리를 지지한 채로 발을 전후좌우로 움직일 수 있도록 하는 발목 재활장치에 관한 것이다.
인체의 발목 손상은 수술, 회복, 그리고 재활치료가 요구된다. 발목손상에 대한 재활치료는 기구에 의한 수동적인 운동과 자력에 의한 능동적인 운동이 있을 수 있다.
공개특허공보 제10-2018-0091165호는 모터의 동력을 이용한 발목 재활기구를 제안한다. 상기 선행문헌의 재활기구는 환자의 발을 지지하는 발판과 상기 발판을 구동하는 구동기구를 포함하여 구성되고, 발판의 앞부분을 들어주거나 내려줄 수 있도록 하여, 환자의 발목 근육이 굳는 형상을 방지하고 있다.
손상된 발목 근육과 인대의 회복정도는 환자의 상태에 따라 다를 수 있다. 재활치료시 회복 정도에 따라 차별화된 재활운동이 필요하다.
등록특허공보 제10-1912920호, 착용형 하지 보행 재활 로봇용 발목 모듈 공개특허공보 제10-2018-0091165호, 발목 재활 기구 등록특허공보 제10-1408966호, 발목 강화 및 재활장치 등록특허공보 제10-2062388호, 발목관절 재활운동 장치
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 발목의 인대, 근육이 손상된 환자의 보행기능을 회복하기 위한 발목 재활기구 및 이를 구비한 발목 재활장치를 제공하려는 데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 발목 환자의 기능회복 정도에 따라 운동량을 조절할 수 있는 발목 재활기구 및 이를 구비한 발목 재활장치를 제공하려는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 언급한 과제로 제한되지 않는다. 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 발목 재활장치는 발목 재활기구와 컨트롤러로 이루어지고, 상기 발목 재활기구는 다리고정부(100)와 발판부(200)로 이루어지며, 상기 발목 재활기구는 컨트롤러(300)에 연결되고, 상기 컨트롤러는 다리고정부로부터 발판부가 움직임을 가지도록 제어된다.
또한, 상기 다리고정부(100)는 한 쌍의 지지대(110a,110b)와, 상기 기지대의 상부와 하부에 각각 설치되는 상부 및 하부 착용벨트(120a,120b)와, 상기 일측 지지대의 하단부에 설치되는 제1 모터(130)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 발판부(200)는 상기 다리고정부로부터 회동하는 바닥판(210)과 상기 바닥판의 상부에서 좌우로 회동하는 회동판(220)으로 이루어지고, 상기 바닥판(210)은 인체의 발바닥 형상을 갖는 바닥 플레이트(211)와, 상기 바닥 플레이트의 후측에 설치되고 다리고정부와 연결되는 일측 및 타측 절곡편(212a,212b)과, 상기 바닥 플레이트의 후측에 설치되는 제2 베어링(213)과, 상기 바닥 플레이트의 전측에 설치되는 구동기어를 갖는 제2 모터(214)와, 상기 플레이트의 상부 전측 양단부영역에 설치되는 레일블럭(215)으로 이루어지고, 상기 회동판(220)은 회동 플레이트(221)와, 상기 회동 플레이트의 전측에 설치되는 고정벨트(222)와, 상기 회동 플레이트의 하부 후측에 구비되는 샤프트 홀(223)과, 상기 회동 플레이트의 하부 전측에 구비되는 피동기어(224)과, 상기 피동기어의 전측에 설치되는 가이드 레일(225)로 이루어진다.
또한, 상기 다리고정부(100)에는 제1 모터의 회전각도를 검출하는 제1 각센서가 더욱 설치될 수 있고, 상기 바닥판(210)에는 제2 모터의 회전각도를 검출하는 제2 각센서가 더욱 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 컨트롤러(300)는 단일기구 동작모드, 노멀 동작모드, 리버스 동작모드 중에서 어느 하나의 동작모드를 입력받는 모드 선택부(310)와, 노멀 동작모드 또는 리버스 동작모드가 선택되는 경우, 메인 재활기구와 보조 재활기구를 선택받는 기구 설정부(320)와, 미리 저장된 프로그램에 따라 재활기구를 구동하는 단일기구 동작모드 구동부(330)와, 메인 재활기구의 움직임 데이터에 대응하여 보조 재활기구를 구동하는 노멀 동작모드 구동부(340)와, 메인 재활기구의 움직임 데이터를 변환하여 보조 재활기구를 구동하는 리버스 동작모드 구동부(350)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 발목의 배굴 움직임과 척굴 움직임을 위한 제1 모터를 구비하고, 발목의 내번 움직임과 외번 움직임을 위한 제1 모터를 구비한다. 이에 따라 재활을 필요로 하는 발의 배굴, 척굴, 내번, 및 외번 움직임을 구현할 수 있어, 환자의 발목 움직임을 회복시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 메인 재활기구를 치료사의 발에 착용하고, 보조 재활기구를 환자의 발에 착용할 수 있다. 치료사의 발의 움직임에 따라 환자의 발의 움직임을 유도할 수 있다. 때문에, 환자의 상태에 따라 치료사의 치료강도를 조절할 수 있고, 회복 기간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발목 재활기구의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 발목 재활기구의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발판부의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 회동판의 뒷면 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 회동판을 이용하여 내번과 외번 동작을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 컨트롤러의 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 표현될 수 있다.
본 발명은 발목의 인대, 근육의 손상으로 보행기능이 손상된 환자의 보행기능을 회복하기 위한 발목 재활장치에 관한 것이다. 상기 발목 재활장치는 발목 재활기구와 컨트롤러로 이루어진다.
도 1은 본 발명에 따른 발목 재활기구의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 발목 재활기구의 측면도이다.
본 발명에 따른 발목 재활기구는 다리고정부(100)와 발판부(200)로 이루어지며, 상기 발목 재활기구는 컨트롤러(controller)에 연결된다.
상기 다리고정부(100)는 한 쌍의 지지대(110a,110b)와, 상기 기지대의 상부와 하부에 각각 설치되는 상부 및 하부 착용벨트(120a,120b)와, 상기 일측 지지대의 하단부에 설치되는 제1 모터(130)를 포함한다.
추가적으로 상기 제1 모터의 회전각도를 검출하는 제1 각센서(미도시)가 더욱 설치될 수 있다. 상기 제1 각센서는 제1 모터의 회전각도를 검출하고, 검출된 회전각도값을 컨트롤러(300)로 전송한다.
도면을 참조하면, 일측 지지대(110a)와 타측 지지대(110b)는 대칭적인 형상을 갖는다. 일측 및 타측 지지대는 하측에서 전측으로 굴곡진 형상을 갖는다. 일측 지지대와 타측 지지대의 상부에는 상부 착용벨트(120a)가 설치되고, 상기 상부 착용벨트의 하측에는 하부 착용벨트(120b)가 설치된다.
일측 지지대의 하단부에는 제1 모터(130)가 설치되고, 타측 지지대의 하단부에는 제1 베어링(140)이 설치된다. 상기 제1 모터(130)는 발(foot)의 배굴 움직임과 척굴 움직임을 발생시킨다. 상기 제1 모터(130)가 정회전하면 발판부(200)가 상측으로 회동하고, 상기 제1 모터(130)가 역회전하면 발판부(200)가 하측으로 회동한다.
상기 발판부(200)는 상기 다리고정부로부터 회동하는 바닥판(210)과 상기 바닥판의 상부에서 좌우로 회동하는 회동판(220)으로 이루어진다.
도 2에서, 도면부호 A는 배굴 동작을 나타낸 것이고, 도면부호 B는 척굴 동작을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 발판부의 사시도이다.
상기 바닥판(210)은 인체의 발바닥 형상을 갖는 바닥 플레이트(211)와, 상기 바닥 플레이트의 후측에 설치되고 다리고정부와 연결되는 일측 및 타측 절곡편(212a,212b)과, 상기 바닥 플레이트의 후측에 설치되는 제2 베어링(213)과, 상기 바닥 플레이트의 전측에 설치되는 구동기어를 갖는 제2 모터(214)와, 상기 플레이트의 상부 전측 양단부영역에 설치되는 레일블럭(215)으로 이루어진다. 도면부호 214a는 제2 모터의 회전축에 구비되는 구동기어를 나타낸 것이다.
추가적으로 상기 제2 모터의 회전각도를 검출하는 제2 각센서(미도시)가 더욱 설치될 수 있다. 상기 제2 각센서는 제2 모터의 회전각도를 검출하고, 검출된 회전각도값을 컨트롤러(300)로 전송한다.
상기 바닥 플레이트(211)는 인체의 발바닥 형상을 갖는다. 바닥 플레이트의 후측 가장자리 양측에는 일측 및 타측 절곡편(212a,212b)이 구비된다. 상기 일측 절곡편(212a)은 제1 모터(130)를 통해 일측 지지대(110a)와 연결되고, 타측 절곡편(212b)는 제1 베어링(140)을 통해 타측 지지대(110b)와 연결된다.
상기 바닥 플레이트(211)의 후측에는 제2 베어링(213)이 설치되고, 바닥 플레이트의 전측에는 제2 모터(214)와 레일블럭(215)가 설치된다.
상기 바닥 플레이트(211)와 회동판(220)은 제2 베어링(213)을 통해 결합된다.
상기 제2 모터(214)는 회동판(220)의 움직임 동력을 제공한다. 상기 제2 모터(214)의 축 단부에는 구동기어(214a)가 결합된다. 상기 제2 모터(214)는 발(foot)의 내번 움직임과 외번 움직임을 발생시킨다. 도면을 참조하면, 제2 모터는 바닥 플레이트의 하부에 고정되고, 제2 모터의 축은 바닥 플레이트의 상부로 돌출되며, 돌출된 제2 모터의 축 단부에는 구동기어(214a)가 결합되어 있다.
상기 레일블럭(215)는 후술하는 회동판(220)에 설치된 가이드 레일(225)에 결합된다. 레일블럭(215)은 가이드 레일(225)을 따라 이동한다.
도 4는 본 발명에 따른 회동판의 뒷면 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 회동판을 이용하여 내번과 외번 동작을 나타낸 것이다.
도 4는 회동판을 뒤집어 놓은 상태를 나타낸 것인데, 회동판(220)은 회동 플레이트(221)와, 상기 회동 플레이트의 전측 상부에 설치되는 고정벨트(222)와, 상기 회동 플레이트의 하부 후측에 구비되는 샤프트 홀(223)과, 상기 회동 플레이트의 하부 전측에 구비되는 피동기어(224)과, 상기 피동기어의 전측에 설치되는 가이드 레일(225)로 이루어진다.
상기 고정벨트(222)는 착용시 인체의 발등을 구속한다. 상기 고정벨트는 발의 크기에 따라 착용상태를 조절하기 위하여 벨크로 형태로 구성할 수도 있다.
상기 샤프트 홀(223)에는 앞서 설명한 제2 베어링이 결합된다.
상기 피동기어(224)는 구동기어(214a)와 치합된다. 도 4를 참조하면, 피동기어(224)의 중심축은 샤프트 홀(223)이 된다. 이에 따라 피동기어가 회전하면 구동기어가 설치된 회동판(220)은 샤프트 홀(223)을 축으로 하여 회전될 수 있다.
상기 가이드 레일(225)는 앞서 설명한 레일블럭(215)과 결합한다. 상기 가이드 레일과 레일블럭은 바닥 플레이트(211)로부터 회동판(220)의 움직임을 가이드한다.
상기 피동기어(224)와 가이드 레일(225)은 샤프트 홀을 중심축으로 하는 호(arc, 원의 일부) 형상을 갖는다.
도 5에서, 도면부호 FR은 오른쪽 발이 착용되는 발목 재활기구를 나타낸 것이고, 도면부호 FL은 왼쪽 발이 착용되는 발목 재활기구를 나타낸 것이며, 도면부호 C는 내번 동작을 나타낸 것이고, 도면부호 D는 외번 동작을 나타낸 것이다.
이와 같이 구성된 발목 재활기구는 컨트롤러에 연결된다. 컨트롤러는 발목 재활기구의 구동을 제어한다.
도 6은 본 발명에 따른 컨트롤러의 구성도이다.
본 발명에 따른 컨트롤러(300)는 단일기구 동작모드, 노멀 동작모드, 리버스 동작모드 중에서 어느 하나의 동작모드를 입력받는 모드 선택부(310)와, 노멀 동작모드 또는 리버스 동작모드가 선택되는 경우, 메인 재활기구와 보조 재활기구를 선택받는 기구 설정부(320)와, 미리 저장된 프로그램에 따라 재활기구를 구동하는 단일기구 동작모드 구동부(330)와, 메인 재활기구의 움직임 데이터에 대응하여 보조 재활기구를 구동하는 노멀 동작모드 구동부(340)와, 메인 재활기구의 움직임 데이터를 변환하여 보조 재활기구를 구동하는 리버스 동작모드 구동부(350)를 포함한다.
상기 모드 선택부(310)는 단일기구 동작모드와, 노멀 동작모드와, 리버스 동작모드를 갖는다. 사용자는 이들 중에서 어느 하나의 모드를 선택받는다.
상기 단일기구 동작모드인 경우, 하나의 재활기구가 컨트롤러에 접속되고, 상기 노멀 동작모드와 리버스 동작모드인 경우, 2개의 재활기구가 컨트롤러에 접속될 수 있다.
상기 기구 설정부(320)는 컨트롤러에 연결되는 2개의 재활기구들 중에서 하나의 재활기구는 메인 재활기구로 설정하고, 다른 하나의 재활기구는 보조 재활기구로 설정한다.
이때, 메인 재활기구는 재활치료사의 정상적인 발목에 착용되고, 보조 재활기구는 움직임이 원활하지 않는 환자의 발목에 착용될 수 있다. 다른 예로서, 한쪽 발의 움직임이 원활하지 않는 환자인 경우에, 환자의 정상적인 발에 메인 재활기구를 착용하고, 재활을 필요로 하는 발에 보조 재활기구를 착용할 수도 있다.
상기 단일기구 동작모드 구동부(330)는 컨트롤러의 저장부에 저장된 미리 저장된 프로그램에 따라 발목 재활기구의 구동을 제어한다. 예를 들어, 제1 모터를 구동하여 발목의 배굴 움직임과 척굴 움직임을 제어할 수 있고, 제2 모터를 구동하여 발목의 내번 움직임과 외번 움직임을 제어할 수 있다. 물론, 제1 모터와 제2 모터를 동시에 구동하여 발목의 배굴, 척굴, 내번, 외번 움직임을 제어할 수도 있다.
상기 노멀 동작모드 구동부(340)는 메인 재활기구에 설치된 제1 및 제2 각센서로부터 센싱신호를 전송받고, 상기 센싱신호를 팔로우 변환하여 구동신호를 생성한다. 이후 생성된 구동신호를 보조 재활기구의 제1 및 제2 모터로 전송한다. 예를 들어, 메인 재활기구의 제1 모터가 정회전하면 제1 각센서는 정회전 각도신호를 컨트롤러로 전송한다. 컨트롤러의 노멀 동작모드 구동부는 상기 정회전 각도신호를 순시적으로 팔로우 변환하여 보조 재활기구의 제1 모터를 구동하기 위한 구동신호를 생성한다. 이에 따라 보조 재활기구의 제1 모터는 메인 재활기구의 제1 모터의 회전방향과 동일한 회전방향 및 동일한 속도로 회전할 수 있다.
상기 리버스 동작모드 구동부(350)는 메인 재활기구에 설치된 제1 및 제2 각센서로부터 센싱신호를 전송받고, 상기 센싱신호를 리버스 변환하여 구동신호를 생성한다. 이후 생성된 구동신호를 보조 재활기구의 제1 및 제2 모터로 전송한다. 여기서, 리버스 변환은 정회전을 역회전으로 또는 역회전을 정회전으로 변환하는 것을 말한다.
실시예로서, 메인 재활기구의 제1 모터가 정회전하면 제1 각센서는 정회전 각도 데이터를 컨트롤러로 전송한다. 컨트롤러의 리버스 동작모드 구동부는 상기 정회전 각도 데이터를 순시적으로 보조 재활기구의 제1 모터를 구동하기 위한 구동신호를 생성한다. 이에 따라 보조 재활기구의 제1 모터는 메인 재활기구의 제1 모터의 역회전방향 및 동일한 속도로 회전할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발목의 배굴 움직임과 척굴 움직임을 위한 제1 모터를 구비하고, 발목의 내번 움직임과 외번 움직임을 위한 제1 모터를 구비한다. 이에 따라 재활을 필요로 하는 발의 배굴, 척굴, 내번, 및 외번 움직임을 구현할 수 있어, 환자의 발목 움직임을 회복시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 메인 재활기구를 치료사의 발에 착용하고, 보조 재활기구를 환자의 발에 착용할 수 있다. 치료사의 발의 움직임에 따라 환자의 발의 움직임을 유도할 수 있다. 때문에, 환자의 상태에 따라 치료사의 치료강도를 조절할 수 있고, 회복 기간을 단축시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100 : 다리고정부
110a, 110b : 일측 및 타측 지지대
120a, 120b : 상부 및 하부 착용벨트
130 : 제1 모터
140 : 제1 베어링
200 : 발판부
210 : 바닥판
211 : 바닥 플레이트
212a,212b : 일측 및 타측 절곡편
213 : 제2 베어링
214 : 제2 모터
214a : 구동기어
215 : 레일블럭
220 : 회동판
221 : 회동 플레이트
222 : 고정벨트
223 : 샤프트 홀
224 : 피동기어
225 : 가이드 레일
300 : 컨트롤러
310 : 모드 선택부
320 : 기구 설정부
330 : 단일 동작모드 구동부
340 : 노멀 동작모드 구동부
350 : 리버스 동작모드 구동부

Claims (5)

  1. 발목 재활기구와 컨트롤러로 이루어지고,
    상기 발목 재활기구는 다리고정부(100)와 발판부(200)로 이루어지며, 상기 발목 재활기구는 다리고정부로부터 발판부를 제어하는 컨트롤러(300)에 연결되고,
    상기 다리고정부(100)는 한 쌍의 지지대(110a,110b)와, 상기 지지대의 상부와 하부에 각각 설치되는 상부 및 하부 착용벨트(120a,120b)와, 상기 일측 지지대의 하단부에 설치되는 제1 모터(130)를 포함하여 구성되고,
    상기 발판부(200)는 다리고정부로부터 회동하는 바닥판(210)과 상기 바닥판의 상부에서 좌우로 회동하는 회동판(220)으로 이루어지고,
    상기 바닥판(210)은 인체의 발바닥 형상을 갖는 바닥 플레이트(211)와, 상기 바닥 플레이트의 후측에 설치되고 다리고정부와 연결되는 일측 및 타측 절곡편(212a,212b)과, 상기 바닥 플레이트의 후측에 설치되는 제2 베어링(213)과, 상기 바닥 플레이트의 전측에 설치되는 구동기어를 갖는 제2 모터(214)와, 상기 플레이트의 상부 전측 양단부영역에 설치되는 레일블럭(215)으로 이루어지고,
    상기 회동판(220)은 회동 플레이트(221)와, 상기 회동 플레이트의 전측에 설치되는 고정벨트(222)와, 상기 회동 플레이트의 하부 후측에 구비되는 샤프트 홀(223)과, 상기 회동 플레이트의 하부 전측에 구비되는 피동기어(224)과, 상기 피동기어의 전측에 설치되는 가이드 레일(225)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발목 재활장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다리고정부(100)에는 제1 모터의 회전각도를 검출하는 제1 각센서가 더욱 설치되고,
    상기 바닥판(210)에는 제2 모터의 회전각도를 검출하는 제2 각센서가 더욱 설치되는 것을 특징으로 하는 발목 재활장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 컨트롤러(300)는,
    단일기구 동작모드, 노멀 동작모드, 리버스 동작모드 중에서 어느 하나의 동작모드를 입력받는 모드 선택부(310)와, 노멀 동작모드 또는 리버스 동작모드가 선택되는 경우, 메인 재활기구와 보조 재활기구를 선택받는 기구 설정부(320)와, 미리 저장된 프로그램에 따라 재활기구를 구동하는 단일기구 동작모드 구동부(330)와, 메인 재활기구의 움직임 데이터에 대응하여 보조 재활기구를 구동하는 노멀 동작모드 구동부(340)와, 메인 재활기구의 움직임 데이터를 변환하여 보조 재활기구를 구동하는 리버스 동작모드 구동부(350)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발목 재활장치.

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