KR20140005279U - A reconfigurable ankle exoskeleton device - Google Patents

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KR20140005279U KR2020130002398U KR20130002398U KR20140005279U KR 20140005279 U KR20140005279 U KR 20140005279U KR 2020130002398 U KR2020130002398 U KR 2020130002398U KR 20130002398 U KR20130002398 U KR 20130002398U KR 20140005279 U KR20140005279 U KR 20140005279U
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볼칸 파토글루
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사반치 유니버시티
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Abstract

본 고안은 인간의 발목을 위한 비접지되고, 재구성 가능한, 평행 메커니즘 기반의, 힘 피드백 외골격 디바이스에 관한 것이다. 디바이스의 주된 이용은 균형/고유 수용성 감각 트레이너를 위한 것이나, 외골격 디바이스는 또한 운동의 범위(RoM)/강화 운동들을 수용하기 위해 활용될 수 있다. 이러한 디바이스는 또한 중족지절관절 운동들을 위해 사용된다.The present invention relates to a ungrounded, reconfigurable, parallel mechanism based force feedback exoskeleton device for a human ankle. The main use of the device is for balanced / proprioceptive sensory trainer, but exoskeleton devices can also be utilized to accommodate range of motion (RoM) / enhancement exercises. These devices are also used for cervical articulation exercises.

Description

재구성 가능한 발목 외골격 디바이스{A RECONFIGURABLE ANKLE EXOSKELETON DEVICE}Reconfigurable ankle exoskeleton device {A RECONFIGURABLE ANKLE EXOKELETON DEVICE}

본 고안은 인간의 발목을 위한 비접지되고(ungrounded), 재구성 가능한, 평행 메커니즘 기반의, 힘 피드백 외골격 디바이스에 관한 것이다. 디바이스의 주된 이용은 균형/고유 수용성 감각(proprioception) 트레이너를 위한 것이나, 외골격 디바이스는 또한 가동 범위(RoM)/강화 운동들을 제공하기 위해 활용될 수 있다. 이러한 디바이스는 또한 중족지절 조인트(metatarsophalangeal joint) 운동들을 위해 사용된다.The present invention relates to ungrounded, reconfigurable, parallel mechanism based, force feedback exoskeleton devices for human ankles. The main use of the device is for balanced / proprioception proprioception trainer, but an exoskeleton device can also be utilized to provide motion range (RoM) / reinforcement movements. These devices are also used for metatarsophalangeal joint movements.

재활(rehabilitation)의 목적은 병 또는 부상에 의해 손상된 환자의 신체, 감각 및 신경 능력들을 회복하는 것이다. 발목 재활은 스포츠 및 일상 생활에서 가장 일반적인 손상들 중 하나인, 발목이 염좌된(sprained) 후에 일반적으로 요구된다[1]. 발목에서의 기능적인 능력, 무게를 견디는 능력, 및 조인트 안정성의 손실은 또한 발작에 대해 이차적인 신경의 손상들 및 뇌혈관 질병에 대해 이차적인 경축 기형 후에 경험된다. 조인트의 가동 범위(RoM)를 다시 얻기 위해, 무게를 견디도록 근육들을 재강화시키기 위해, 조인트 위치의 더 나은 지각(고유 수용성 감각)을 촉진시키기 위해, 신경의 완전함을 보장하기 위해, 그리고 동적인 균형을 회복하기 위해, 물리 치료 운동들은 불가피하다.The goal of rehabilitation is to restore the body, sensory and nerve abilities of patients who are injured by illness or injury. Ankle rehabilitation is generally required after sprained ankles, one of the most common injuries in sport and everyday life [1]. Loss of functional ability at the ankle, ability to withstand weight, and joint stability is also experienced after secondary congenital malformations of cerebral vascular disease and secondary nerve damage to seizures. To reinforce the muscles to withstand the weight, to promote the better perception of the joint position (proprioceptive sense), to ensure the perfection of the nerve, and to ensure dynamic To restore balance, physical therapy exercises are inevitable.

발목 부상의 재활은 일반적으로 세 개의 순차적인 운동 단계들[2], [3]로 다뤄진다. 초기 단계에서의 운동들은 우선 조인트의 완전한 RoM을 가능하게 하고 그런 다음 발목 근육을 강화시키는 데 집중한다. 일단 요구되는 RoM 및 유연성이 달성되면 근육은 고통을 유발하지 않고 일부 무게를 견디기에 충분히 강해지며, 정적 균형 운동들의 이용을 통해 고유 수용성 감각 능력의 향상에 집중하는, 치료의 중간 단계가 시작될 수 있다. 치료의 마지막 단계에서는, 더 진보된 동적 균형 운동들이 연습된다.Rehabilitation of ankle injuries is generally treated as three sequential exercise steps [2], [3]. The movements in the initial stage first enable the complete RoM of the joint and then focus on strengthening the ankle muscles. Once the required RoM and flexibility are achieved, the muscles are not painful enough and are strong enough to tolerate some weight, and an intermediate stage of therapy can be initiated, concentrating on improving the proprioceptive sensory ability through the use of static balancing movements . In the final stages of therapy, more advanced dynamic balance exercises are practiced.

물리 치료를 보조하기 위해 사용되는 통상적인 재활 디바이스들은 강화 및 스트레칭 운동들을 위한 발목 재활 펌프들 및 탄성 밴드들; 고유 수용성 감각 및 균형 운동들을 위한 폼(foam) 롤러들 및 흔들림 보드들(wobble boards) 같이, 간단한 수동 장비이다. RoM 운동들은 일반적으로 치료 전문가에 의해 손으로 수행된다. 이러한 유형의 장비들은 간단하고 고정된 비용으로 효율적이나, 이러한 통상적인 디바이스들은 환자의 진척에 대한 수치의 측정값들을 수집하고, 재-평가를 위해 환자의 이력을 감시하고, 맞춤식의(customized), 상호적인 치료 프로토콜들(interactive treatment protocols)을 획득하는 데 미흡하다. 치료 전문가들은 이러한 디바이스들을 구비하여 운동하는 동안 환자에게 완전히 집중하도록 그리고 운동 치료에 대해 신체적인 부담을 전하도록 요구된다. Conventional rehabilitation devices used to assist in physical therapy include ankle rehabilitation pumps and elastic bands for strengthening and stretching exercises; It is a simple manual device, such as foam rollers and wobble boards for proprietary aqueous sensory and balance motions. RoM exercises are usually performed manually by a therapist. While these types of equipment are simple and cost-effective, these conventional devices collect measurements of the patient's progress, monitor the patient's history for re-evaluation, customize, It is insufficient to acquire interactive treatment protocols. Therapeutic specialists are required to have these devices to concentrate fully on the patient during exercise and to convey the physical burden to exercise therapy.

오늘날에는 재활 운동들이 로봇 디바이스들의 도움으로 수행된다. 로봇 디바이스들을 사용하는 반복적이고 물리적으로 관련된 재활 운동들에 대한 보조는 치료 전문가들을 위해 운동 치료에 대한 신체적 부담을 제거하게 할뿐만 아니라, 적용에 관련된 비용을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 로봇-매개의(robot-mediated) 재활 치료는 환자의 진척에 대한 양적인 측정치들을 제공하고 맞춤식의, 상호적인 조치 프로토콜들을 실현하는 데 사용될 수 있다.Today, rehabilitation exercises are performed with the help of robotic devices. Aids to repetitive, physically related rehabilitation exercises using robotic devices can not only eliminate the physical burden of exercise therapy for therapists, but also reduce the cost associated with the application. Moreover, robot-mediated rehabilitation therapy can be used to provide quantitative measures of patient progress and to implement customized, interactive treatment protocols.

로봇 보조적인 재활 프로토콜들의 유익한 효과들은 문헌[4]에서의 임상 실험들을 통해 종래의 치료를 하는 동안에 증명되었다. 발목 물리 치료를 위한 로봇 보조의 재활 디바이스들에 대한 필요성을 인식하여, 몇몇의 설계들이 지금까지 제안되었다. Girone 외는 스튜어트 플랫폼 [5]에 기반하는, 러트거스 발목이라고 불리는, 힘 피드백 인터페이스를 제안했다. [6]에서, 가상 현실 기반의 상호적인 트레이닝 프로토콜은 정형외과 재활을 위해 러트거스 발목을 사용하여 실시되었다. 시스템은 몇몇의 사례 연구를 통해 [7] 및 [8]에서 더 연구되었다. 가정-중심의 원격 발목 재활은 [9]에서 언급되었으며, 반면 [10]에서 시스템은 걸음걸이 시뮬레이션 및 재활을 위해 사용되도록 이중의 스튜어트 플랫폼 구성으로 확장되었다.The beneficial effects of robotic assisted rehabilitation protocols have been demonstrated during conventional treatments through clinical trials in [4]. Recognizing the need for robotic assisted rehabilitation devices for ankle physical therapy, several designs have so far been proposed. Girone et al proposed a force feedback interface, called Rutgers ankle, based on the Stuart platform [5]. In [6], a virtual reality-based interactive training protocol was conducted using Rutgers ankle for orthopedic rehabilitation. The system has been further studied in [7] and [8] through several case studies. Home-centric remote ankle rehabilitation was mentioned in [9], while in [10] the system was extended to dual Stuart platform configurations for use in gait simulation and rehabilitation.

[11]에서, Dai 외는 염좌된 발목 부상들을 치료하기 위해 다른 로봇 디바이스를 제안했다. 스튜어트 플랫폼 설계와 달리, 이 디바이스는 인간의 발목의 방향 작업 영역(orientation workspace)을 포함하도록 충분한 자유도(DoF)로 나아간다. 이 참조문헌에서 제시된 정역학적 분석은 디바이스로부터 더 높은 경직성을 획득하기 위해 중앙 스트러트를 활용하는 것에 대한 중요성을 강조했다. [12]에서, Agrawal 외는 로봇 보조의 재활을 위한 발목-발 정형장치를 제안했고 제안된 메커니즘의 제어 및 운동학적 분석을 제시했다. 유사하게, [13]에서 앵클봇(anklebot)이 발목 기능의 회복을 돕기 위해 Roy 외에 의해 제안되었다. 이 디바이스는 또한 보행력(locomotion)을 위한 강한 신체 역학적인 요소인, 발목 경직성을 측정하기 위해 사용될 수 있다.In [11], Dai et al proposed another robotic device to treat sprained ankle injuries. Unlike the Stewart platform design, the device goes to a degree of freedom (DoF) to include the orientation workspace of the human ankle. The static analysis presented in this reference emphasizes the importance of utilizing a central strut to achieve greater rigidity from the device. In [12], Agrawal et al. Proposed an ankle-foot shaping device for robot assisted rehabilitation and presented kinematic analysis and control of the proposed mechanism. Similarly, in [13], anklebots have been proposed by Roy et al. To help restore ankle function. The device can also be used to measure ankle rigidity, a strong bodily factor for locomotion.

Syrseloudis 및 Emiris는 인간 대상의 실험들을 통해 인간의 발목 및 발의 병진 및 회전 RoM을 연구했으며, 연속적으로 추가적인 회전축을 구비하는 평행 삼각 메커니즘이 인간의 발목과 관련된 발 운동학을 따르기 위한 가장 적절한 운동학적인 설계라고 결론을 내렸다. [15]에서 Yoon 및 Ryu는 하이브리드 네 개의 DoF 평행 메커니즘 기반의 풋패드(footpad) 디바이스를 제안했고 새로운 디바이스의 운동학적 분석을 제시했다. [3] 및 [16]에서, 이러한 연구는 몇몇의 별개의 운동 모드들을 지지하기 위해 디바이스의 재구성을 허용하도록 확대되었다.Syrseloudis and Emiris studied the translational and rotational RoM of human ankles and feet through experiments in humans and the parallel triangular mechanism with a continuous additional axis of rotation is the most appropriate kinematic design to follow the foot kinematics associated with human ankles I concluded. In [15] Yoon and Ryu proposed a footpad device based on a hybrid four DoF parallel mechanism and presented a kinematic analysis of the new device. In [3] and [16], this study was extended to allow reconfiguration of the device to support several distinct motion modes.

그러므로 본 고안의 목적은 재구성 가능한 설계를 구비하는 디바이스를 제공하는 것이다. 그것의 실시는 간단하며 디바이스는 통상적으로 이용 가능한 부품들을 조립하여 제작될 수 있다. 그것의 재구성 능력에 의해, 디바이스는 가동 범위 RoM/강화 운동들 및 균형/고유 수용성 감각 운동들 모두를 허용한다.Therefore, the purpose of this invention is to provide a device with a reconfigurable design. Its implementation is simple and the device can be fabricated by assembling commonly available components. By its reconfigurable capability, the device allows both range-of-motion RoM / enhancement motions and balance / proprioceptive sensory motions.

본 고안의 일 실시예에 따라, 디바이스는 RoM/강화 운동들을 위한 인간의 발목의 전체 복합적인 범위를 포함할 수 있다. 디바이스는 균형/고유 수용성 감각 운동들 동안 인간의 무게를 지지할 수 있다. 중족지절 조인트 운동은 또한 베이스 평판의 재구성 가능한 설계를 통해 가능해질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the device may include a whole range of complexities of the human ankle for RoM / strengthening exercises. The device can support human weight during balance / proprioceptive sensory movements. Torsional joint motion can also be achieved through the reconfigurable design of the base plate.

본 고안의 일 실시예에 따라, 디바이스는 임상 측정 도구로서 활용될 수 있다. 발목 조인트 레벨 운동들, 힘들, 및 임피던스들이 결정될 수 있어 진단을 도울 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the device can be utilized as a clinical measurement tool. Ankle joint level movements, forces, and impedances can be determined to help diagnose.

본 고안의 일 실시예에 따라, 디바이스는 인간 공학적이며, 인간의 발목의 전체 가동 범위를 고려한다. 디바이스는 가벼우며 착용 가능하다; 따라서 휴대 가능하다. 디바이스는 그것의 작동기들의 선택에 의해 본질적으로 안전하다.According to one embodiment of the present invention, the device is ergonomic and takes into account the entire operating range of the human ankle. The device is lightweight and wearable; Therefore, it is portable. The device is intrinsically safe by the choice of its actuators.

본 고안의 일 실시예에 따라, 디바이스는 그것의 평행한 운동학적 구조 및 최적화된 대역폭에 의해 유사한 디바이스들보다 더 높은 제어 성능을 구비한다.According to one embodiment of the present invention, the device has higher control performance than similar devices by its parallel kinematic structure and optimized bandwidth.

본 고안의 일 실시예에 따라, 디바이스는 발의 복잡한 운동들을 지지하며 많이 존재하는 설계들을 구비하는 경우와 같이 단일의 자유도에 제한되지 않는다.According to one embodiment of the present invention, the device supports the complicated movements of the foot and is not limited to a single degree of freedom, as is the case with many existing designs.

본 고안의 일 실시예에 따라, 디바이스는 물리 치료 동안 환자를 안내하고, 보조하고, 또는 저지하도록 프로그래밍될 수 있고, 컴퓨터 시스템과 실시된다. 보조 및 저항의 레벨은 소프트웨어로 조절 가능하다. 디바이스는 또한 발목 긴장도 및 임피던스와 같은, 발목 조인트 파라미터들을 측정하도록 프로그래밍될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the device can be programmed to guide, assist, or block the patient during physical therapy and is implemented with a computer system. The level of auxiliary and resistance is software adjustable. The device can also be programmed to measure ankle joint parameters, such as ankle tension and impedance.

본 고안에 따른 디바이스의 측면들은 재활 로봇들, 로봇 보조의 재활, 물리 치료 디바이스들, 힘 피드백 외골격들, 치료를 위한 촉각 인터페이스들, 임상 측정 디바이스들, 발목 재활 시스템들, 발목 정형장치, 발목 물리 치료를 위한 재활 디바이스들, 발목 기능을 평가하기 위한 디바이스들, 발목 임피던스의 결정에 관한 것이다.The aspects of the device according to the present invention include rehabilitation robots, robot assisted rehabilitation, physiotherapy devices, force feedback exoskeletons, tactile interfaces for treatment, clinical measurement devices, ankle rehabilitation systems, ankle orthopedic devices, Rehabilitation devices for treatment, devices for evaluating ankle function, and determination of ankle impedance.

본 명세서 내에 포함되어 있음.Are included herein.

도 1은 디바이스의 사시도이다;
도 2는 3UPS 구성인 디바이스의 측면도이다;
도 3은 3RPS 메커니즘으로 작동하는 디바이스의 사시도이다;
도 4는 3UPS 메커니즘으로 작동할 때 디바이스의 사시도이다(중간 링크는 인간의 발 및 발목을 나타낸다);
도 5는 디바이스에서 사용되는 조인트 부재의 비잠금 위치에서의 사시도이다;
도 6은 디바이스에서 사용되는 조인트 부재의 잠금 위치에서의 사시도이다;
도 7은 반작용 토크 관측기를 구비하는 견고한 위치 제어장치의 블록 다이어그램이다;
1 is a perspective view of a device;
Figure 2 is a side view of a device with a 3UPS configuration;
Figure 3 is a perspective view of a device operating with a 3RPS mechanism;
Figure 4 is a perspective view of the device when operating in a 3UPS mechanism (the intermediate link represents the human foot and ankle);
5 is a perspective view of the joint member used in the device in a non-locking position;
Figure 6 is a perspective view of the joint member used in the device in the locked position;
Figure 7 is a block diagram of a robust position control device with a reaction torque observer;

바람직한 실시예들의 다음의 상세한 설명은 전적으로 예시적이며 본 고안, 그것의 적용, 또는 이용방법들을 결코 제한하지 않는다.The following detailed description of the preferred embodiments is purely exemplary and in no way restricts the invention, its application, or uses.

발목 치료 및 측정 외골격 디바이스(ankle therapy and measurement exoskeleton device; 1)는,Ankle therapy and measurement exoskeleton device (1)

작동자의 발과 맞대는 이동 플랫폼(moving platform; 2),A moving platform 2 against which the operator ' s feet rest,

작동자의 다리와 맞대는 베이스 플랫폼(base platform; 3),A base platform 3 facing the legs of the operator,

베이스 플랫폼(3)과 이동 플랫폼(2)을 연결하는 연결 부재(connecting member; 4),A connecting member 4 for connecting the base platform 3 and the moving platform 2,

를 포함한다..

외골격 디바이스(1)는 베이스 플랫폼(3)에 연결 부재(4)를 연결하는 조인트 부재(joint member; 5)를 더 포함한다. 상기 조인트 부재(5)의 도움으로 외골격 디바이스(1)는 두 개의 다른 운동 유형들, 즉 RoM/강화 운동들 및 균형/고유 수용성 감각 운동들을 서로 별개로 지지할 수 있다. 조인트 부재(5)는 선택적으로 다른 모드들일 수 있다. 본 고안의 바람직한 실시예에서 그것은 유니버셜 조인트(universal joint) 및 리볼루트 조인트(revolute joint) 사이에서 전환된다.The exoskeleton device 1 further includes a joint member 5 for connecting the connecting member 4 to the base platform 3. With the aid of the joint member 5, the exoskeleton device 1 can separately support two different types of motion, RoM / strengthening movements and balance / proprioceptive sensory movements. The joint member 5 may alternatively be other modes. In a preferred embodiment of the present invention, it is switched between a universal joint and a revolute joint.

본 고안의 바람직한 실시예에서 연결 부재(4)는 구형(spherical) 조인트들을 사용하여 이동 플랫폼(2)에 연결된다.In a preferred embodiment of the present invention, the connecting member 4 is connected to the moving platform 2 using spherical joints.

발목 조인트는 두 개의 리볼루트 조인트들(RR), 즉 상부 발목 조인트 및 거골하(subtalar) 조인트를 구비하는 공간의 일련의 운동학적 체인(spatial serial kinematic chain)으로 형성될 수 있다. 상부 발목 조인트는 회전하는 발등굽힘(dorsiflexion)/발바닥굽힘(plantarflexion) 운동을 지지하는 반면 거골하 조인트는 회전하는 외전(supination)/내전(pronation) 운동을 지지한다. 외전/내전 회전은 내번(inversion)/외번(pronation) 및 외전(abduction)/내전(adduction) 구성요소들을 모두 구비하는 복잡한 운동이다.The ankle joint may be formed as a series of kinematic chains of space having two revolute joints (RR), an upper ankle joint and a subtalar joint. The upper ankle joint supports a rotating dorsiflexion / plantar flexion movement while the subtalia joint supports a rotating supination / pronation movement. Abduction / adduction rotation is a complex movement that includes both inversion / pronation and abduction / adduction components.

본 고안의 바람직한 실시예에서 사용되는 운동학적 체인은 폐쇄된 운동학적 체인(평행 메커니즘)이다. 상기 폐쇄된 운동학적 체인은 외골격으로 이용되고 그것은 작동자가 디바이스(1)를 착용할 때 인간의 조인트들의 자연스런 움직임들을 고려하여 지지된다. 폐쇄된 운동학적 체인은 높은 경직성을 구비하는 컴팩트한(compact) 설계들을 제공하고 낮은 효율의 관성을 구비한다. 폐쇄된 운동학적 체인들은 낮은 가속도를 경험하는 메커니즘의 부품들 상에 위치되거나 접지(ground)될 수 있다.The kinematic chain used in the preferred embodiment of the present invention is a closed kinematic chain (parallel mechanism). The closed kinematic chain is used as an exoskeleton and it is supported in consideration of the natural movements of human joints when the operator wears the device 1. [ Closed kinematic chains provide compact designs with high rigidity and low inertia. Closed kinematic chains can be placed on or grounded on parts of the mechanism that experience low acceleration.

본 고안에서 사용되는 폐쇄된 운동학적 체인은 조인트 부재(5)의 도움으로 적어도 두 개의 다른 메커니즘들로 이용될 수 있다. 이러한 사실에 의해 디바이스(1)는 재구성 가능한 특성을 얻는다. 본 고안의 바람직한 실시예에서 그것은 3UPS(유니버셜, 프리즘(prismatic), 구형) 및 3RPS(리볼루트, 프리즘, 구형) 메커니즘으로 서로로부터 별개로 이용될 수 있다.The closed kinematic chain used in the present invention can be used with at least two different mechanisms with the aid of the joint member 5. By this fact, the device 1 obtains a reconfigurable characteristic. In a preferred embodiment of the present invention it can be used separately from each other in a 3UPS (universal, prismatic, spherical) and 3RPS (revolute, prism, spherical) mechanism.

본 고안의 바람직한 실시예에서 조인트 부재(5)는 비잠금(unlocked) 또는 잠금(locked) 위치들로 선택적으로 사용될 수 있는 재구성 가능한 조인트이다. 비잠금 위치에서 재구성 가능한 조인트(5)는 두 개의 축들(A, B) 주위에서 자유롭게 회전할 수 있다. 제 1 축(A)은 베이스 평판(3)에 접선방향인 반면 제 2 축(B)은 베이스 평판(3)에 수직방향이다. 조인트(5)가 비잠금일 때, 일련의 리볼루트 조인트들은 바람직한 상기 축들에 대해 회전하는 유니버셜 조인트로 기능한다. 제 2 조인트 축(B)이 잠금일 때, 재구성 가능한 조인트(5)는 리볼루트 조인트로서 기능하도록 제한되어, 제 1 축(A) 주위에서만 자유롭게 회전할 수 있다. 따라서, 재구성 가능한 조인트(5)는 3UPS 메커니즘이 3RPS 메커니즘으로 재구성 가능하게 하며, 반대의 경우도 마찬가지이다.In a preferred embodiment of the present invention, the joint member 5 is a reconfigurable joint that may optionally be used in unlocked or locked positions. At the non-locking position, the reconfigurable joint 5 is free to rotate about the two axes A, B. The first axis A is tangential to the base plate 3 while the second axis B is perpendicular to the base plate 3. [ When the joint 5 is unlocked, a series of revolute joints function as a universal joint that rotates about the desired axes. When the second joint axis B is a lock, the reconfigurable joint 5 is restricted to function as a revolute joint and can rotate freely only around the first axis A. Thus, the reconfigurable joint 5 allows the 3UPS mechanism to be reconfigured with the 3RPS mechanism, and vice versa.

연결 부재(4)는 기본적으로 구동 유닛(drive unit; 6) 및 이동 요소(moving element; 7)를 포함한다. 구동 유닛(6)은 이동 요소(7) 위에 필요한 힘을 작용시킬 수 있어, 이동 요소(7)를 이동시킬 수 있다. 본 고안의 바람직한 실시예에서 구동 유닛(6)은 전기 모터인 반면 이동 요소(7)는 적어도 하나의 연장 가능한 링크이다.The connecting member 4 basically comprises a drive unit 6 and a moving element 7. The driving unit 6 can apply a necessary force on the moving element 7 and can move the moving element 7. In a preferred embodiment of the present invention, the drive unit 6 is an electric motor, while the moving element 7 is at least one extendable link.

폐쇄된 운동학적 체인이 3UPS 메커니즘으로 사용되는 경우, 재구성 가능한 조인트(5)는 비잠금 위치에 있으며, 즉 바람직한 축들(A, B)에 대해 자유롭게 회전하며, 유니버셜 조인트로 작용한다. 게다가, 작동자의 다리는 메커니즘의 중앙 링크들로 작용하며, 즉 작동자의 발목은 메커니즘의 부재가 된다. 본 고안의 바람직한 실시예에서 메커니즘은 대칭적인 3UPS 메커니즘이며 유니버셜 조인트(5) 및 구형 조인트들은 베이스 플랫폼(3) 및 이동 플랫폼(2)의 외주부를 따라 120°로 이격된다. 사용자에 의해 착용될 때, 인간의 발목에 장착된 3UPS 메커니즘은 고정된 베이스 플랫폼(3)에 대한 이동 플랫폼(2)의 짝 운동(coupled motion)에 대응하는 두 개의 자유도(DoF)를 구비한다. 연장 가능한 링크들(7)의 길이는 이러한 DoF를 제어하도록 작동된다. 이동 플랫폼(2)은 베이스 플랫폼(3)으로부터 거리가 z이며 베이스(2)를 통해 수직 축에 대해 횡단하는 병진 운동을 가지지 않는다. 심지어 작동자가 완전히 수동적일 때, 두 개의 DoF 3UPS 메커니즘은 세 개의 작동되는 조인트들을 구비한다; 그러므로 여자유도(redundant) 메커니즘이다. 이러한 여자유도(redundancy)는 디바이스(1)가 작업 공간 내부에서 특이성들(singularities)에 접근하는 경우 특이성 해결(resolution)이 실현 가능하므로, 디바이스(1)의 효율적인 작업 공간을 증가시키도록 활용될 수 있다.When a closed kinematic chain is used as the 3UPS mechanism, the reconfigurable joint 5 is in the unlocked position, i.e. rotates freely about the desired axes A and B, and acts as a universal joint. In addition, the legs of the operator act as central links of the mechanism, i.e. the ankle of the operator becomes the absence of the mechanism. In the preferred embodiment of the present invention, the mechanism is a symmetrical 3UPS mechanism and the universal joint 5 and the spherical joints are spaced 120 [deg.] Along the periphery of the base platform 3 and the moving platform 2. When worn by the user, the 3UPS mechanism mounted on the human ankle has two degrees of freedom (DoF) corresponding to the coupled motion of the moving platform 2 relative to the fixed base platform 3 . The length of the extendable links 7 is operated to control this DoF. The moving platform 2 has a distance z from the base platform 3 and does not have translational motion transverse to the vertical axis through the base 2. [ Even when the operator is fully passive, the two DoF 3UPS mechanisms have three working joints; Therefore, it is a redundant mechanism. This redundancy can be exploited to increase the effective working space of the device 1 since the resolution can be realized when the device 1 approaches singularities within the workspace. have.

폐쇄된 운동학적 체인이 3RPS 메커니즘으로 사용되는 경우, 재구성 가능한 조인트(5)는 잠금 위치에 있으며, 즉 제 2 축(B)에 대한 조인트(5)의 회전 운동이 방지된다. 재구성 가능한 조인트(5)는 리볼루트 조인트로 작용하고 그것의 회전축은 베이스 플랫폼(3)의 접선들을 따라 향해진다. 베이스 플랫폼(3)은 발의 내부/외부 회전들을 허용하도록 수동의 리볼루트 조인트를 통해 다리의 상부 중앙-장딴지(mid-calf)에 장착된다. 본 고안의 바람직한 실시예에서, 메커니즘은 대칭적인 3RPS 메커니즘이며 리볼루트 조인트들(5) 및 구형 조인트들은 베이스 플랫폼(3) 및 이동 플랫폼(2)의 외주부를 따라 120°로 이격된다. 3RPS 메커니즘은 높이(z)에 대응하는 세 개의 DoF를 구비한다. 연장 가능한 링크들(7)은 이러한 DoF를 제어하도록 작동된다. 이동 플랫폼(2)은 리볼루트 조인트 각도들의 제한된 값들을 위한 비특이성들 및 베이스(3)를 통해 수직 축에 대해 횡단하는 제한된 병진 운동을 가진다.When a closed kinematic chain is used as the 3RPS mechanism, the reconfigurable joint 5 is in the locked position, i.e. the rotational movement of the joint 5 relative to the second axis B is prevented. The reconfigurable joint 5 acts as a revolute joint and its axis of rotation is directed along the tangents of the base platform 3. The base platform 3 is mounted to the upper mid-calf of the leg via a manual revolute joint to allow internal / external rotations of the foot. In the preferred embodiment of the present invention, the mechanism is a symmetrical 3RPS mechanism and the revolute joints 5 and the spherical joints are spaced 120 [deg.] Along the periphery of the base platform 3 and the moving platform 2. The 3RPS mechanism has three DoFs corresponding to the height z. Extendable links 7 are operated to control this DoF. The mobile platform 2 has non-specificities for limited values of the revolute joint angles and limited translational motion traversing the vertical axis through the base 3.

폐쇄된 운동학적 체인이 3UPS 모드에 있을 때, 디바이스(1)는 RoM/강화 운동 디바이스로 활용될 수 있는 반면 3RPS 모드에 있을 때 그것(1)은 균형/고유 수용성 감각 운동 디바이스로 활용될 수 있다.When the closed kinematic chain is in the 3UPS mode, the device 1 can be utilized as a RoM / enriched motion device, while when in the 3RPS mode it can be utilized as a balanced / proprioceptive sensory motor device .

외골격 디바이스(1) 및 작동자 사이의 결합들은 작은 조인트 정렬 불량들 및 제작 결함들을 허용하도록 그리고 안전을 보장하도록 탄성체로 설계된다. 디바이스(1)의 운동학이 발목의 자연스런 움직임과 충돌할 때 탄성은 디바이스(1)에 대한 인간의 사지(limb)의 상대 운동을 허용한다.The joints between the exoskeleton device 1 and the actuators are designed as elastic to ensure small joint alignment defects and fabrication defects and to ensure safety. The elasticity allows the relative movement of the limb of the human to the device 1 when the kinematics of the device 1 collide with the natural movement of the ankle.

본 고안의 일 실시예에서, 디바이스(1)의 무게는 무릎 주위에서 타이트한(tight) 스트랩들(straps)을 이용하여 상부 중앙-장딴지 및 상부 다리 위에 분포된다.In one embodiment of the present invention, the weight of device 1 is distributed over upper mid-calves and upper legs using tight straps around the knee.

본 고안의 다른 실시예에서 디바이스(1)의 무게는 작동자의 어깨로부터 디바이스(1)를 매다는 것에 의해 몸통(body)에 분포될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the weight of the device 1 can be distributed to the body by hanging the device 1 from the shoulder of the operator.

외골격 디바이스(1)는 (도면들에 도시되지 않은) 제어 유닛, 및 (도면들에 도시되지 않은) 적어도 두 개의 센서들을 더 포함한다. 센서들 중의 하나는 연결 부재(4)의 길이를 측정하는 반면 제 2 센서는 조인트 부재(5)의 축 회전 양을 측정한다. 요소들의 측정된 데이터는 디바이스(1)의 구성을 계산하기 위해 그리고 그것(1)에 작용하는 힘들을 측정하기 위해 제어 유닛에 의해 처리된다. 특히, 디바이스(1)의 전진 운동학(forward kinematics)은 이동 플랫폼(2)의 구성을 계산하기 위해 사용되는 반면, 디바이스(1)의 동역학은 그것(1)에 작용하는 힘들을 측정하기 위해 소프트웨어로 실시되는 반작용 토크 관측기(reaction torque observer)와 함께 사용된다.The exoskeleton device 1 further comprises a control unit (not shown in the figures) and at least two sensors (not shown in the figures). One of the sensors measures the length of the connecting member (4) while the second sensor measures the amount of axial rotation of the joint member (5). The measured data of the elements are processed by the control unit to calculate the configuration of the device 1 and to measure the forces acting on it (1). In particular, the forward kinematics of the device 1 are used to calculate the configuration of the mobile platform 2, while the kinematics of the device 1 are software It is used in conjunction with an applied reaction torque observer.

발목 파라미터들을 측정하기 위해, 운동학적 체인의 링크(1) 길이들은 리볼루트 조인트들의 회전 축들과 일치하여 알려져야 한다. 작동자의 뼈 길이의 결정은 상대적으로 간단하며 이는 발목의 x-ray 이미지들이 합리적으로 정확한 측정을 달성하도록 연구될 수 있기 때문이다. 그러나, 발목의 운동이 발 뼈들의 크기 및 방향, 그리고 관절로 연결된(articulated) 표면들의 형상에 의존하므로, 회전축들의 결정은 간단하지 않다. 조인트 축들의 코스 측정만이 x-ray 이미지들을 연구하는 것에 획득될 수 있다. 더 정확한 조인트 축들의 측정들은 발목 운동을 연구하기 위해 바람직하며 그러한 측정들은 외골격으로 수집되는 데이터 덕분에 가능해질 수 있다.To measure the ankle parameters, the link (1) lengths of the kinematic chain must be known to coincide with the rotational axes of the revolute joints. The determination of the operator's bone length is relatively simple, as ankle x-ray images can be studied to achieve reasonably accurate measurements. However, since the motion of the ankle depends on the size and orientation of the foot bones and the shape of the articulated surfaces, the determination of the rotational axes is not straightforward. Only the course measurements of joint axes can be obtained for studying x-ray images. Measurements of more accurate joint axes are desirable for studying ankle motion and such measurements may be made possible by data collected in the exoskeleton.

뼈 길이의 좋은 측정이 주어지면, 인간의 발목의 리볼루트 조인트들의 회전축들은 바람직하게 조인트 부재(5) 상에 위치된 세 개의 회전 센서들 및 연장 가능한 링크들(7)로부터 위치 데이터를 수집하여 그리고 자유로운 RoM 운동들을 수행하기 위해 작동자에게 지시하는 것에 의해 결정될 수 있다. 데이터가 이용 가능해지면, 3UPS 메커니즘의 구성 레벨 전진 운동학은 각각의 순간에 이동 플랫폼(2) 구성들을 위해 해결된다. 일단 발 구성들이 기록되면, (인간의 발목을 나타내는) 비공지된 리볼루트 조인트 축들을 구비하는 두 개의 링크 RR 매니퓰레이터(manipulator)의 구성 레벨 역 운동학이 이러한 축들 주위에서의 회전 양 및 리볼루트 조인트들의 축들을 위해 해결된다.Given a good measure of bone length, the rotational axes of the revolute joints of the human ankle preferably collect position data from the three rotational sensors and extensible links 7 located on the joint member 5, Can be determined by instructing the operator to perform free RoM motions. Once the data is available, the configuration level forward kinematics of the 3UPS mechanism is resolved for the mobile platform 2 configurations at each instant. Once the foot configurations are recorded, the constituent level inverse kinematics of the two link RR manipulators with unrecognized revolute joint axes (representing the human ankle) are determined by the amount of rotation about these axes, Axis.

오직 외골격 디바이스(1)의 동역학적 특성들 및 결합된 3UPS-RR 시스템(인간의 발목에 결합된 외골격)의 구성 및 운동 레벨 전진 및 역 운동학으로 주어지면, 반작용 토크 관측기(reaction torque observer)를 구비하는 견고한 위치 제어장치가 발목의 동역학적 특성들을 특징으로 하기 위해 실시될 수 있다. 특히, 견고한 위치 제어장치를 이용하여, 외골격 디바이스(1)는 발목이 바람직한 궤적을 그리도록 명령할 수 있는 반면, 발목의 공지되지 않은 동역학에 의해 외란(disturbance) 힘들이 이러한 운동 동안 측정될 수 있다. 제어장치 실시에서, 외골격 디바이스(1)의 공지된 동역학에 의한 힘들은 시스템에 작용하는 외란이 오로지 발목의 비공지된 동역학에 의한 것이라는 것을 확실히 하도록 피드 포워드(feed forward) 방식으로 시스템에 추가된다. 그러한 제어 하에, 제어장치에 의해 명령된 힘들은 발목의 비형성된 동역학에 반대로 작용하는 것이다. 따라서, 작동기 힘들은 발목에서 조인트 토크들에 나타내질 수 있으며(mapped) 모든 다른 외란들이 비교적 작다고 가정했을 때, 이러한 토크들은 발목 동역학에 의해 실질적인 조인트 토크들에 근접한 측정을 제공한다.Given the kinetic characteristics of the exoskeleton device 1 and the configuration and motion level advances and inverse kinematics of the combined 3UPS-RR system (the exoskeleton associated with the human ankle), a reaction torque observer is provided A rigid position control device may be implemented to characterize the dynamic characteristics of the ankle. In particular, with a robust position control device, the exoskeleton device 1 can command the ankle to draw the desired trajectory, while disturbance forces can be measured during this exercise by the unknown dynamics of the ankle . In the control device implementation, the known kinetic forces of the exoskeleton device 1 are added to the system in a feed forward fashion to ensure that the disturbances acting on the system are due solely to the ankle's unknown dynamics. Under such control, the forces commanded by the control device act against the unconstrained dynamics of the ankle. Thus, assuming that actuator forces can be mapped to joint torques in the ankle and all other disturbances are relatively small, these torques provide a measurement close to the actual joint torques by ankle dynamics.

외골격 디바이스(1)는 수동, 능동, 보조 및 저항 운동 모드들을 수행할 수 있다. 가상 터널들(virtual tunnels) 및 이러한 터널들 내부의 힘 장들(force fields)은 보조 또는 저항과 함께 안전한 연습을 가능하게 하도록 실시될 수 있다.The exoskeleton device 1 may perform passive, active, assist, and resistance exercise modes. Virtual tunnels and force fields within these tunnels can be implemented to allow safe practice with assistance or resistance.

3UPS 구성에서의 디바이스(1)는 그것의 완전한 범위 내에서 발목의 모든 가능한 운동을 허용하므로, 임상 측정을 위해 디바이스(1)를 이용할 수 있다. 첫째, 디바이스는 환자의 운동 범위를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 환자가 그의/그녀의 발목을 이동할 때, 디바이스는 이러한 운동의 시간 이력(time history)(궤적)을 기록하고 측정할 수 있다. 측정된 운동의 시간 이력이 주어진다면, 환자가 얼마나 빨리 운동을 완료하는지, 참조 궤적에 대해 관련된 에러의 양 및 이러한 운동들이 얼마나 평탄한지/주기적인지를 결정할 수 있다. 디바이스(1)의 동역학이 공지되므로, 발목 조인트의 회전에 대해 측정된 구성 변화들을 또한 나타낼 수 있다. 이러한 가능성은 발목 조인트 운동의 방향, 속도 및 평탄함(smoothness)의 측정을 허용한다. 조인트 운동의 조정 및 상승 작용 또한 이러한 측정들로부터 탐지될 수 있다.Since the device 1 in the 3UPS configuration allows all possible movements of the ankle within its full range, the device 1 can be used for clinical measurements. First, the device can be used to determine the range of motion of the patient. As the patient moves on his / her ankle, the device can record and measure the time history (trajectory) of such movement. Given a time history of the measured movement, it is possible to determine how quickly the patient completes the motion, the amount of error associated with the reference trajectory, and how flat / periodic these movements are. Since the dynamics of the device 1 are known, it is also possible to show the measured configuration changes with respect to the rotation of the ankle joint. This possibility allows measurement of the direction, velocity and smoothness of the ankle joint motion. The coordination and synergy of the joint motion can also be detected from these measurements.

전술된 것과 같이, 견고한 위치 제어장치를 이용하여 그리고 외골격 디바이스(1)가 바람직한 궤적을 그리도록 명령하여, 발목의 비공지된 동력학에 의한 외란 힘들이 이러한 운동 동안 측정될 수 있다. 이러한 힘들은 또한 발목 동역학을 이용하여 발목에서 조인트 토크들에 나타내질 수 있다.Disturbance forces due to the non-known kinetics of the ankle can be measured during this exercise, using a robust position control device and by instructing the exoskeleton device 1 to draw the desired trajectory, as described above. These forces can also be expressed in joint torques in the ankle using ankle dynamics.

이러한 측정 기술은 환자가 발목의 어떠한 구성에서도, 환자의 발목의 긴장도(tone) 및 임피던스(impedance)에 영향을 미칠 수 있는 최대 조인트 토크들을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 견고한 위치 제어장치의 이득(gains)이 어떠한 참조 구성에서 머물도록 설정되고, 환자가 그의/그녀의 발목 조인트들에 최대 토크를 작용하도록 요청된다면, 제어장치에 대해 작용하는 외란 힘들이 관계되는 축들에 대한 인간의 발목 조인트 토크들을 측정하기 위해 조인트 토크들에 나타내질 수 있다. 마지막으로, 견고한 위치 제어장치를 위해 미리-특정된 참조 궤적이 주어진다면, 조인트 토크들은 각각의 순간에 측정될 수 있으며 조인트 회전 및 조인트 토크들 사이의 관계는 발목 임피던스 및/또는 긴장도를 측정하기 위해 사용될 수 있다.This measurement technique can be used to determine the maximum joint torques that can affect the tone and impedance of the patient's ankle in any configuration of the ankle. In particular, if the gains of the robust position control device are set to stay in some reference configuration and the patient is required to exert a maximum torque on his / her ankle joints, then the disturbance forces acting on the control device Can be expressed in joint torques to measure human ankle joint torques for the axes. Finally, given a pre-specified reference locus for a robust position controller, the joint torques can be measured at each instant and the relationship between joint rotation and joint torques can be measured to determine the ankle impedance and / Can be used.

본 고안의 다른 실시예에서 비접지되고(ungrounded), 착용 가능하고 재구성 가능한 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스는 가상 현실 게임들과 결합될 수 있다.In other embodiments of the present invention, ungrounded, wearable, and reconfigurable ankle care and measurement exoskeleton devices may be combined with virtual reality games.

본 고안의 상세한 설명은 전적으로 예시적이며, 본 고안의 요지로부터 벗어나지 않는 변형들이 본 고안의 범위 내에 있도록 의도된다. 그러한 변형들은 본 고안의 사상 및 범위로부터 벗어나도록 간주되지 않는다.The detailed description of the present invention is intended to be purely exemplary, and variations that do not depart from the gist of the present invention are intended to be within the scope of the present invention. Such variations are not to be regarded as a departure from the spirit and scope of the invention.

1: 외골격 디바이스
2: 이동 플랫폼
3: 베이스 플랫폼
4: 연결 부재
5: 조인트 부재
6: 구동 유닛
7: 이동 요소
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1: exoskeleton device
2: Mobile Platform
3: Base platform
4:
5: joint member
6: drive unit
7: Moving element
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[14] CE Syrseloudis, IZ Emiris, CN Maganaris, and TE Lilas, "Design Framework for Simple Robot Ankle Evaluation and Rehabilitation Devices", Medical Biotechnology Society, 2008. EMBS 2008. 30th Annual International Conference of the IEEE, pp. 4310-4313, AUG. 2008.
[15] J. Yoon and J. Ryu, "Application of the Hydro-4Dof Parallel Mechanism with Two Platforms to a New Family and Footpad Device", Journal of Robotic Systems, vol. 22, no. 5, pp. 287-298, 2005.
[16] ---, "A New Reconstructable Ankle / Foot Rehabilitation Robot", Robotics and Automation, 2005. ICRA 2005. Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on, pp. 2290-2295, April 2005.

Claims (16)

작동자의 다리와 맞대는 베이스 플랫폼;
상기 작동자의 발과 맞대는 이동 플랫폼;
상기 베이스 플랫폼 및 상기 이동 플랫폼을 연결하는 연결부재; 및
상기 이동 플랫폼에 상기 연결부재를 연결하는 조인트 부재;
를 포함하는 비접지되고, 착용 가능하고 재구성 가능한 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
A base platform that abuts an operator's leg;
A moving platform for mating with the feet of the operator;
A connecting member connecting the base platform and the moving platform; And
A joint member connecting the connecting member to the moving platform;
And a non-earthed, wearable, and reconfigurable ankle care and measurement exoskeleton device.
제1항에 있어서,
상기 외골격 디바이스는 두 개의 다른 운동 유형들, 즉 RoM/강화 운동들 및 균형/고유 수용성 감각 운동들을 서로 별개로 지지할 수 있는 것을 특징으로 하는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
The method according to claim 1,
Wherein the exoskeleton device is capable of supporting two different motion types: RoM / strengthening movements and balance / proprioceptive sensory movements separately from each other.
제1항 및 제2항에 있어서,
상기 조인트 부재는 재구성 가능한 조인트이며 비잠금 위치에서 상기 재구성 가능한 조인트는 두 개의 축들 주위에서 자유롭게 회전할 수 있으며 제 1 축은 베이스 평판에 대해 접선 방향이고 제 2 축은 상기 베이스 평판에 대해 수직방향인 것을 특징으로 하는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
3. The method according to claim 1 or 2,
Characterized in that the joint member is a reconfigurable joint and the reconfigurable joint at the unlocked position is free to rotate about the two axes, the first axis is tangential to the base plate and the second axis is perpendicular to the base plate An ungrounded ankle therapy and measurement exoskeleton device.
제3항에 있어서,
상기 재구성 가능한 조인트가 비잠금일 때, 일련의 리볼루트 조인트들이 바람직한 상기 축들에 대해 회전하는 유니버셜 조인트로 작용하는 것을 특징으로 하는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
The method of claim 3,
Characterized in that when said reconfigurable joint is non-locking, a series of revolute joints acts as a universal joint rotating about said preferred axes.
제3항에 있어서,
상기 제 2 조인트 축이 잠금일 때, 상기 재구성 가능한 조인트는 리볼루트 조인트로 기능하도록 제한되어, 상기 1 축 주위에서만 자유롭게 회전하는 것을 특징으로 하는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
The method of claim 3,
Wherein when the second joint axis is a lock, the reconfigurable joint is restricted to function as a revolute joint so that it is free to rotate only about the uni-axial.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 재구성 가능한 조인트는 상기 디바이스가 RoM/강화 운동 디바이스로서 사용되는 3UPS 메커니즘이 상기 디바이스가 균형/고유 수용성 감각 운동 디바이스로서 사용되는 3RPS 메커니즘으로 재구성되게 하고, 반대의 경우도 마찬가지인 것을 특징으로 하는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the reconfigurable joint allows a 3UPS mechanism in which the device is used as a RoM / enhanced motion device to be reconfigured with a 3RPS mechanism in which the device is used as a balanced / proprietary sensory motion device, and vice versa. An ankle care and measurement exoskeleton device.
제6항에 있어서,
상기 디바이스가 3UPS 메커니즘으로 사용될 때, 상기 재구성 가능한 조인트는 비잠금 위치에 있고 유니버셜 조인트로 작용하며 작동자의 다리는 상기 메커니즘의 중앙 링크들로 작용하는 것을 특징으로 하는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
The method according to claim 6,
Characterized in that when the device is used in a 3UPS mechanism, the reconfigurable joint is in a non-locking position and acts as a universal joint and the leg of the operator acts as the center links of the mechanism. .
제6항에 있어서,
상기 디바이스가 3RPS 메커니즘으로 사용될 때 상기 재구성 가능한 조인트는 잠금 위치에 있고, 리볼루트 조인트로 작용하며 회전축이 베이스 플랫폼의 접선들을 따라 향해지는 것을 특징으로 하는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
The method according to claim 6,
Wherein the reconfigurable joint is in the locked position when the device is used as a 3RPS mechanism and acts as a revolute joint and the rotational axis is directed along the tangents of the base platform.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결 부재는 구동 유닛 및 이동 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
9. The method according to any one of claims 1 to 8,
Wherein the connecting member comprises a drive unit and a moving element. ≪ Desc / Clms Page number 14 >
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
제어 유닛, 및 적어도 두 개의 센서들을 더 포함하는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
10. The method according to any one of claims 1 to 9,
A control unit, and at least two sensors.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디바이스는 수동, 능동, 보조 및 저항 운동 모드들을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
11. The method according to any one of claims 1 to 10,
Wherein the device is capable of performing passive, active, assist, and resistance exercise modes. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
제11항에 있어서,
가상 터널들 및 상기 터널들 내부의 힘의 장은 보조 또는 저항 모드들을 구비하여 안전한 연습을 가능하기 하기 위해 상기 디바이스에 제공되는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
12. The method of claim 11,
Wherein the virtual tunnels and the field of forces within the tunnels are provided with the auxiliary or resistive modes to enable secure practice.
제12항에 있어서,
가상 현실 게임들과 결합되는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
13. The method of claim 12,
Ungrounded ankle therapy and measurement exoskeleton devices combined with virtual reality games.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
토크 관측기들을 구비하는 견고한 위치 제어장치를 더 포함하는 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.
14. The method according to any one of claims 1 to 13,
≪ / RTI > further comprising a rigid position control device having a torque observer.
임상 측정을 수행하기 위한 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스의 이용방법.A method of using an ungrounded ankle care and measurement exoskeleton device according to any one of claims 10 to 14 for performing clinical measurements. 조인트 구성, 이동 속도, 궤적, 궤적 에러, 이동의 평탄함, 가동 범위, 조정 및 협력 작용들, 어떠한 구성에서의 최대 조인트 토크들, 어떠한 궤도를 추적하는 동안 조인트 토크들, 발목의 긴장도 및 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 제15항에 따른 비접지되는 발목 치료 및 측정 외골격 디바이스.Joint configuration, movement speed, trajectory, trajectory error, smoothness of movement, range of motion, coordination and cooperation, maximum joint torques in any configuration, joint torque during tracing of any trajectory, ankle tension and impedance 15. An unbalanced ankle care and measurement exoskeleton device according to claim 15.
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