KR20140111439A - Haptic rehabilitation training device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 상지 마비 치료를 위하여 시각과 운동감각의 협응 방식으로 재활 치료를 구현할 수 있는 햅틱 기반의 재활 훈련장치에 관한 것이다.The present invention relates to a haptic-based rehabilitation training device capable of realizing rehabilitation therapy in a coordinated manner of visual and kinesthetic sense for treating upper limb paralysis.
최근 고령화 노령화 사회에 접어들면서 뇌졸중 환자가 증가하고, 교통사고로 척수 손상 환자가 증가하고 있다.Recently, as the aging society becomes more and more aged, the stroke patients are increasing and the spinal cord injury patients are increasing due to traffic accidents.
이와 같이, 뇌졸중, 외상성 외손상, 뇌성마비 등과 같은 뇌손상을 입거나, 척수 손상에 의한 신경계 손상을 입거나, 류마토이드, 골관절염 등과 같은 다양한 질병으로 인하여 손의 능동적 움직임이 결여된 환자에게 적용될 수 있는 상지 재활 훈련장치가 개발되고 있다.Thus, it can be applied to patients suffering from cerebral damage such as stroke, traumatic external injury, cerebral palsy, nervous system damage caused by spinal cord injury, or patients lacking active movement of hands due to various diseases such as rheumatoid, osteoarthritis Upper extremity rehabilitation training device is being developed.
종래의 상지 재활 훈련장치는 어깨와 팔꿈치와 같은 상완부 움직임을 중심으로 재활시키기는 형태로 구성되고, 작업테이블 위에서 특수 동작을 수행하는 형태로 치료가 대부분 이뤄지게 된다.The conventional upper extremity rehabilitation training device is configured to rehabilitate the upper arm motion such as shoulder and elbow, and most of the treatment is performed in a form of performing a special operation on the work table.
따라서, 종래의 상지 재활 훈련장치는 환자의 능동적으로 훈련하기 어렵고, 단순히 상완부 근력 재활에 국한되는 문제점이 있다.Therefore, the conventional upper extremity rehabilitation training apparatus is difficult to actively train the patient, and is limited to the upper arm strength rehabilitation.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 환자의 시각과 운동감각의 협응에 의한 능동적인 미션 수행을 통하여 재활 효과를 높일 수 있는 햅틱 기반의 재활 훈련장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a haptic-based rehabilitation training device capable of enhancing a rehabilitation effect by performing an active mission by coordinating a patient's visual sense and kinesthetic sense, .
또한, 본 발명은 팔 근력을 높이는 동시에 손을 스트레칭시킬 수 있는 햅틱 기반의 재활 훈련장치를 제공하는데 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a haptic-based rehabilitation training device capable of stretching a hand while increasing arm strength.
본 발명은 재활 프로그램에 따라 미션을 영상으로 표시하는 디스플레이부; 상기 디스플레이부와 별도로 구비되고, 상기 디스플레이부의 영상에 따라 미션을 수행하는 팔의 움직임을 감지하는 햅틱 기구부; 상기 햅틱 기구부의 끝단에 구비되고, 손을 스트레칭시키는 수지 기구부; 및 상기 재활 프로그램을 구동시킬 뿐 아니라 상기 디스플레이와 햅틱 기구부 및 수지 기구부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 햅틱 기반의 재활 훈련장치를 제공한다.The present invention provides a rehabilitation program, comprising: a display unit for displaying a mission as an image in accordance with a rehabilitation program; A haptic mechanism unit provided separately from the display unit for detecting movement of an arm performing a mission according to an image of the display unit; A resin mechanism provided at an end of the haptic mechanism and stretching a hand; And a control unit for controlling the operation of the display, the haptic mechanism unit and the resin mechanism unit as well as driving the rehabilitation program.
본 발명은 디스플레이부에 영상으로 표시된 미션을 햅틱 기구부를 통하여 팔을 움직이면서 수행하며, 정상 수행하지 못하는 경우에 능동적으로 팔의 움직임에 제한이 가해지도록 하여 감각 신경을 자극함으로써, 지각과 시각 및 운동감각의 협응에 의한 능동적으로 재활 치료가 이루어질 수 있으며, 이로 인하여 뇌손상 환자의 초기 재활 치료에 효과적일 뿐 아니라 뇌와 신경 및 팔 근력의 재활 효과를 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.In the present invention, the missions displayed on the display unit are performed while moving the arms through the haptic mechanism, and when there is no normal operation, the movement of the arms is actively limited to stimulate the sensory nerves, , Which is effective not only for early rehabilitation of brain injured patients but also for maximizing the rehabilitation effect of brain, nerve and arm muscles.
또한, 본 발명은 환자의 팔이 햅틱 기구부를 통하여 능동적으로 움직이는 동시에 환자의 손이 수지 기구부에 의해 수동적으로 스트레칭되도록 함으로써, 팔의 근력과 손의 스트레칭을 동시에 수행하여 재활 시간을 절약하는 동시에 재활 효과를 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, the patient's arm is actively moved through the haptic mechanism and the patient's hand is manually stretched by the resin mechanism to simultaneously perform muscle strength and stretching of the hand to save rehabilitation time, Can be increased.
도 1은 본 발명에 따른 햅틱 기반의 재활 훈련장치가 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 햅틱 기구부와 수지 기구부가 도시된 도면.
도 3은 본 발명에 따른 수지 기구부의 확장 상태가 도시된 도면.
도 4는 본 발명에 따른 수지 기구부의 수축 상태가 도시된 도면.1 shows a haptic-based rehabilitation training device according to the present invention.
2 is a view showing a haptic mechanism unit and a resin mechanism unit according to the present invention.
3 is a view showing an expanded state of a resinous mechanical part according to the present invention.
4 is a view showing a contracted state of the resinous mechanical part according to the present invention.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the scope of the inventive concept of the present embodiment can be determined from the matters disclosed in the present embodiment, and the spirit of the present invention possessed by the present embodiment is not limited to the embodiments in which addition, Variations.
도 1은 본 발명에 따른 햅틱 기반의 재활 훈련장치가 도시된 도면이다.1 is a view showing a haptic-based rehabilitation training apparatus according to the present invention.
본 발명의 햅틱 기반의 재활 훈련장치는 도 1에 도시된 바와 같이 테이블(110)과, 디스플레이부(120)와, 햅틱 기구부(130)와, 수지 기구부(140)를 포함하도록 구성된다.The haptic-based rehabilitation training apparatus of the present invention is configured to include a table 110, a
상기 테이블(110)은 상기 디스플레이부(120)와 햅틱 기구부(130) 및 수지 기구부(140)가 올려지는 곳으로써, 환자가 편안하게 팔을 올리고 움직일 수 있는 형태로 제공되며, 한정되지 아니한다.The table 110 is provided on the
상기 디스플레이부(120)는 재활 프로그램에 따라 수행해야 할 미션을 영상으로 보여줄 수 있는 장치이다. 예를 들어, 상기 디스플레이부(120)는 데스크탑 모니터, 노트북, 텔레비전 등과 같이 재활 프로그램이 구동될 수 있는 장치와 연동되고, 그에 따라 영상을 표시할 수 있도록 구성될 수 있다.The
이때, 상기 재활 프로그램은 그래픽 유저 인터페이스(Graphic User Interface : 이하, GUI라 함) 환경에서 작동하는 운동 프로그램이 적합하며, 제한되지 아니한다. 일예로, 미로 영상을 표시하고, 미로를 따라 빠져나가는 미션을 제공하거나, 나무에 달린 사과와 이로부터 떨어진 바구니 영상을 표시하고, 사과를 따서 바구니에 담는 미션을 제공할 수도 있다.At this time, the rehabilitation program is suitable for an exercise program operating in a graphical user interface (hereinafter referred to as a GUI) environment, and is not limited. For example, you can display a labyrinth image, provide a mission to escape along a maze, display a basket of apples with a tree in it, and a mission to pick apples in a basket.
상기 햅틱 기구부(130)는 환자의 팔이 올려진 상태에서 그 팔의 능동적인 움직임을 감지하고, 미션 수행 여부에 따라 팔의 움직임에 제한을 가할 수 있도록 구성되는데, 2축 병렬 로봇을 이용할 수 있다. The haptic
이때,상기 햅틱 기구부(130)는 로봇의 끝단부에 환자가 잡을 수 있는 손잡이인 수지 기구부(140)가 구비되며, 하기에서 자세히 설명하기로 한다.Here, the
상기 수지 기구부(140)는 환자의 손과 접촉한 상태에서 손을 수동적으로 스트레칭시키도록 구성되며, 하기에서 자세히 설명하기로 한다.The
이와 같이, 상기 디스플레이부(120), 햅틱 기구부(130), 수지 기구부(140)는 제어부(미도시)에 의해 그 작동이 조절된다. 즉, 상기 제어부는 재활 프로그램에 따라 상기 디스플레이부(120)에 영상을 제공하도록 하고, 상기 햅틱 기구부(130)에 올려진 팔의 움직임에 따라 미션 수행 여부를 판단하여 상기 햅틱 기구부(130)의 움직임을 제한하며, 상기 수지 기구부(140)의 확장 또는 수축을 설정 시간에 걸쳐 반복하도록 동작시킨다.The operation of the
도 2는 본 발명에 따른 햅틱 기구부와 수지 기구부가 도시된 도면이다.2 is a view showing a haptic mechanical part and a resin mechanical part according to the present invention.
상기 햅틱 기구부(130)는 복수개의 햅틱 링크(131a,131b,131c,131d)와, 감속 디스크(132)와, 한 쌍의 햅틱 모터(133,134)와, 보조대(135)를 포함하도록 구성된다.The
상기 햅틱 링크들(131a,131b,131c,131d)은 평면 상에서 팔의 움직임을 감지할 수 있도록 구성되는데, 실시예에서 4개의 햅틱 링크들(131a,131b,131c,131d)에 의해 2축으로 움직일 수 있도록 구성된다. The
이때, 상기 햅틱 링크들(131a,131b,131c,131d)의 일측에 팔을 올려놓을 수 있는 상기 보조대(135)가 구비되는데, 상기 보조대(135) 위에 팔을 고정시키는 밴드 등이 구비될 수 있으며, 상기 보조대(135) 끝단에 손과 접촉하는 상기 수지 기구부(140)가 구비될 수 있다. 물론, 상기 수지 기구부(140)가 위치한 지점을 기준으로 팔의 위치를 감지할 수 있다.At this time, the
상기 감속 디스크(132)는 한 쌍의 햅틱 링크들(131c,131d)이 교차한 지점을 회전 가능하도록 지지하는 원판 형상으로 구성된다. The
상기 햅틱 모터들(133,134)은 상기 햅틱 링크들(131a,131b,131c,131d)의 다른 일측에 한 쌍이 구비될 수 있으며, 각각의 회전축(131a)이 상기 감속 디스크(132)의 외주면과 접촉한 형태로 설치된다.The pair of
이와 같이, 상기 감속 디스크(132)의 외주면에는 와이어가 감기게 되며, 상기 햅틱 모터들(133,134)의 회전축(133a)이 와이어에 감긴 형태로 구성된다. As described above, the wire is wound on the outer peripheral surface of the
따라서, 상기 햅틱 모터들(133,134)이 작동하지 않으면, 팔의 움직임에 따라 상기 햅틱 링크들(131a,131b,131c,131d)과 연동되면서 상기 햅틱 모터들(133,134)의 회전축(133a)이 상기 감속 디스크(132)의 외주면을 따라 이동한다. Accordingly, when the
하지만, 상기 햅틱 모터들(133,134)이 작동하면, 팔의 움직임에 따라 상기 햅틱 링크들(131a,131b,131c,131d)과 연동되더라도 상기 햅틱 모터들(133,134)의 회전축(133a)이 와이어에 의해 상기 감속 디스크(132)의 외주면에서 제동된다. 이때, 상기 감속 디스크(132)와 햅틱 모터들(133,134)의 회전축(133a) 사이에 와이어 방식으로 설치되기 때문에 백래시(Backlash)를 제거할 뿐 아니라 정/역방향 구동이 가능하다.However, when the
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 수지 기구부의 확장 및 수축 상태가 도시된 도면이다.3 to 4 are views showing the expansion and contraction states of the resin mechanical part according to the present invention.
상기 수지 기구부(140)는 한 쌍의 접촉판(141a,141b)과, 스토퍼(142)와, 한 쌍의 수지 링크(143a,143b)와, 볼 스크루(144) 및 수지 모터(145)를 포함하도록 구성된다.The
상기 접촉판들(141a,141b)은 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되는데, 엄지와 다른 손가락들을 나눠서 접촉할 수 있도록 하며, 실시예에서 평판 형태로 구성된다. 물론, 상기 접촉판들(141a,141b)은 손 바닥의 크기를 고려한 정도의 크기로 구성되고, 손가락 또는 손바닥의 자극을 위하여 돌기 등이 구비될 수도 있으며, 한정되지 아니한다.The
상기 스토퍼(142)는 상기 접촉판들(141a,141b) 사이에 고정된 부채꼴 형태로 구비되는데, 상기 접촉판들(141a,141b)이 설정각도 이하로 오무려지는 것을 방지하기 위하여 구비되며, 실시예에서 접촉판들(141a,141b) 사이의 최소 각도(a)가 20°로 설정될 수 있다. 물론, 상기 접촉판들(141a,141b)이 상기 스토퍼(142)에 부딪히더라도 손상되지 않도록 상기 스토퍼(142)는 소정의 탄성을 가진 소재로 제작될 수 있다.The
상기 수지 링크들(143a,143b)은 상기 스토퍼(142)가 위치한 방향 즉, 상기 접촉판들(141a,141b)의 서로 마주 보는 일면에 각각 일단이 힌지 연결된다. 이때, 상기 수지 링크들(143a,143b)의 길이에 따라 상기 접촉판들(141a,141b)이 설정각도 이상으로 펼쳐지는 것을 제한할 수 있으며, 실시예에서 접촉판들(141a,141b) 사이의 최대 각도(b)가 90°로 설정될 수 있다.The
상기 볼 스크루(144)는 상기 수지 링크들(143a,143b)의 다른 일단과 힌지 연결되는데, 회전됨에 따라 길이가 가변하여 상기 수지 링크들(143a,143b)을 움직일 수 있다.The
상기 수지 모터(145)는 상기 볼 스크루(144)를 회전시킬 수 있는데, 상기 볼 스크루(144)의 회전 방향에 따라 상기 접촉판들(141a,141b)을 펼쳤다가 오무려지도록 움직일 수 있다. 이때, 상기 수지 모터(145)는 주기적으로 정/역방향으로 구동시킬 수 있으며, 이러한 동작은 상기 제어부에 의해 상기에서 설명한 재활 프로그램의 미션을 수행하는 동안 이뤄지도록 제어될 수 있다.The
상기와 같이 구성된 햅틱 기구부와 수지 기구부의 동작을 도 2 내지 도 4를 참조하여 살펴보면, 다음과 같다.The operation of the haptic mechanism unit and the resin mechanism unit constructed as above will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG.
먼저, 상기 디스플레이부(120 : 도 1에 도시)에 재활 프로그램에 따라 영상으로 미션이 제공되면, 환자의 팔이 상기 보조대(135) 위에 고정시킨 다음, 영상에 따라 팔을 움직이면서 미션을 수행하게 된다. First, when a mission is provided as an image in accordance with a rehabilitation program on the display unit 120 (shown in FIG. 1), a patient's arm is fixed on the
따라서, 팔의 움직임에 따라 상기 햅틱 링크들(131a,131b,131c,131d)이 연동되고, 상기 햅틱 모터들(133,134)도 상기 감속 디스크(132)의 외둘레를 따라 움직이게 된다. Therefore, the
이때, 상기 제어부는 팔의 끝단 즉, 햅틱 링크들(131a,131b,131c,131d)의 일측을 기준으로 미션의 수행 여부를 판단하게 되는데, 미션의 정상 수행 시에 상기 햅틱 모터들(133,134)을 정지시킨 상태로 유지함으로써, 상기 햅틱 링크들(131a,131b,131c,131d)이 팔의 움직임에 따라 자유롭게 움직일 수 있도록 하지만, 미션의 비정상 수행 시에 상기 햅틱 모터들(133,134)을 작동시킴으로써, 상기 햅틱 링크들(131a,131b,131c,131d)의 움직임을 제한하여 팔의 움직임에도 충격 등과 같은 감각을 느낄 수 있도록 한다.At this time, the controller determines whether or not the mission is performed based on one end of the arm, that is, one side of the
이와 같이, 영상을 보면서 미션을 수행하기 위하여 팔을 능동적으로 움직이고, 미션의 비정상 수행 시에 팔에 충격이 가해지도록 함으로써, 뇌와 신경 및 운동 감각을 동시에 자극할 수 있어 재활 효과를 극대화시킬 수 있다.In this way, it is possible to actively move the arm in order to perform the mission while watching the image, and to make the arm impact on the abnormal performance of the mission, thereby stimulating the brain, nerve and kinetic sense simultaneously, thereby maximizing the rehabilitation effect .
한편, 환자의 팔이 올려진 끝 부분에는 상기 수지 기구부(140)를 손잡이 형태로 잡도록 구비되는데, 상기 접촉판들(141a,141b)에 엄지 손가락과 다른 손가락들이 나눠지도록 접촉하면, 상기와 같인 재활 프로그램을 수행되는 동안, 상기 수지 모터(145)가 주기적으로 정/역방향으로 회전하게 된다.On the other hand, the tip of the patient's arm is provided on the end of the arm to hold the
이때, 상기 수지 모터(145)의 동작에 의해 상기 볼 스크루(144)의 길이가 가변되면, 상기 수지 링크들(143a,143b)에 의해 상기 접촉판들(141a,141b)이 최고 각도와 최대 각도 범위 내에서 펼쳐졌다가 오무려지는 동작을 반복하게 되고, 엄지 손가락과 다른 손가락들 사이에 스트레칭이 이뤄지도록 한다.At this time, if the length of the
따라서, 팔의 능동적인 움직임과 함께 능동적으로 움직이기 어려운 손을 강제로 스트레칭시켜주기 때문에 재활 시간을 단축시킬 뿐 아니라 재활 효과를 더욱 높일 수 있다.Thus, with the active movement of the arm, it is possible to forcefully stretch the hard-to-move hand, thereby shortening the rehabilitation time and enhancing the rehabilitation effect.
110 : 테이블 120 : 디스플레이부
130 : 햅틱 기구부 140 : 수지 기구부110: Table 120:
130: haptic mechanism part 140: resin mechanism part
Claims (6)
상기 디스플레이부와 별도로 구비되고, 상기 디스플레이부의 영상에 따라 미션을 수행하는 팔의 움직임을 감지하는 햅틱 기구부;
상기 햅틱 기구부의 끝단에 구비되고, 손을 스트레칭시키는 수지 기구부; 및
상기 재활 프로그램을 구동시킬 뿐 아니라 상기 디스플레이와 햅틱 기구부 및 수지 기구부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 햅틱 기반의 재활 훈련장치.A display unit for displaying a mission as an image in accordance with a rehabilitation program;
A haptic mechanism unit provided separately from the display unit for detecting movement of an arm performing a mission according to an image of the display unit;
A resin mechanism provided at an end of the haptic mechanism and stretching a hand; And
And a controller for controlling operations of the display, the haptic mechanism unit and the resin mechanism unit as well as driving the rehabilitation program.
상기 햅틱 기구부는,
팔을 올릴 수 있는 보조대와,
상기 보조대와 연결된 복수개의 햅틱 링크와,
상기 햅틱 링크들과 연결된 햅틱 모터와,
상기 햅틱 모터가 구동됨에 따라 상기 햅틱 링크들의 움직임을 제한하는 감속 디스크를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 재활 프로그램의 미션을 상기 보조대에 올려진 팔의 움직임에 따라 정상 수행 또는 비정상 수행으로 판단하는 햅틱 기반의 재활 훈련장치.The method according to claim 1,
The haptic-
An auxiliary arm for raising the arm,
A plurality of haptic links connected to the support,
A haptic motor coupled to the haptic links,
And a deceleration disk for restricting movement of the haptic links as the haptic motor is driven,
Wherein,
Wherein the mission of the rehabilitation program is judged to be normal or abnormal according to the movement of the arm mounted on the assistant.
상기 제어부는,
상기 재활 프로그램의 미션을 정상 수행하면, 상기 햅틱 모터를 정지 상태로 유지하고,
상기 재활 프로그램의 미션을 비정상 수행하면, 상기 햅틱 모터를 구동시키도록 제어하는 햅틱 기반의 재활 훈련장치.3. The method of claim 2,
Wherein,
Wherein when the mission of the rehabilitation program is normally performed, the haptic motor is kept stationary,
Wherein the haptic motor is controlled to be driven when the mission of the rehabilitation program is abnormally performed.
상기 수지 기구부는,
회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 엄지와 다른 손가락들을 나뉘어서 접촉하는 한 쌍의 접촉판과,
상기 접촉판들의 서로 마주 보는 일면에 각각 일단이 연결된 한 쌍의 수지 링크와,
상기 수지 링크들의 다른 일단과 연결되고, 회전 구동됨에 따라 길이가 가변하여 상기 수지 링크들을 움직이는 볼 스크루와,
상기 볼 스크루와 연결되고, 상기 볼 스크루를 정/역방향 회전시킴에 따라 상기 접촉판들을 펼쳐졌다가 오무려지도록 움직이는 수지 모터를 포함하는 햅틱 기반의 재활 훈련장치. The method according to claim 1,
The resin-
A pair of contact plates which are installed to be rotatable around a rotation axis and in which the thumb and the other fingers are divided and brought into contact with each other,
A pair of resin links each having one end connected to one of opposite surfaces of the contact plates,
A ball screw connected to the other end of the resin links and moving the resin links by varying the length of the resin links,
A haptic-based rehabilitation training device connected to the ball screw, the haptic-based rehabilitation training device comprising a resin motor for moving the contact plates so as to spread out as the ballscrew rotates in the forward and reverse directions.
상기 수지 기구부는 상기 회전축을 중심으로 상기 접촉판들을 20°~ 90°범위 내에서 펼쳐졌다가 오무려지도록 움직이는 햅틱 기반의 재활 훈련장치.5. The method of claim 4,
The haptic-based rehabilitation training apparatus is characterized in that the resin mechanism section is moved in a range of 20 ° to 90 ° around the rotation axis to move the contact plates so as to be clear.
상기 제어부는,
상기 재활 프로그램의 미션을 수행하는 동안, 상기 수지 모터를 주기적으로 정/역방향으로 구동시키는 햅틱 기반의 재활 훈련장치.
5. The method of claim 4,
Wherein,
And a haptic-based rehabilitation training apparatus for periodically driving the resin motor in a forward / reverse direction during a mission of the rehabilitation program.
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|---|---|---|---|
| KR1020130025564A KR20140111439A (en) | 2013-03-11 | 2013-03-11 | Haptic rehabilitation training device |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140111439A true KR20140111439A (en) | 2014-09-19 |
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ID=51756918
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