KR20160036279A

KR20160036279A - 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇

Info

Publication number: KR20160036279A
Application number: KR1020140128271A
Authority: KR
Inventors: 박형순; 박정호
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-04-04
Also published as: KR101669130B1

Abstract

본 발명은 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재활치료 환자가 원하는 운동 범위에서 견관절을 회전시키며 관련된 근골격 구조를 스트레칭시켜 주는 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 기존의 견관절 재활장치에 비해 상지를 움직일 수 있는 범위가 크기 때문에 더 효과적인 재활이 가능하고 견관절의 해부학적 구조를 고려하여 자연스럽고 편안한 견관절의 운동을 구현하기 때문에 더 큰 운동 범위 안에서 효과적인 재활이 가능한 효과가 있다.

Description

견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇{Multi-DOF shoulder rehabilitation robot adapting to anatomical structure of shoulder joint}

본 발명은 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재활치료 환자가 원하는 운동 범위에서 견관절을 회전시키며 관련된 근골격 구조를 스트레칭시켜 주는 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇에 관한 것이다.

기존에는 관절 수술 후 환자의 회복을 돕기 위한 관절운동 치료기로서 수동적 굴신 운동(CPM: Continuous Passive Motion) 장치가 일반적으로 사용되고 있다.

그러나, 이러한 환자의 재활 과정에서 사용되고 있는 장치는 관절 수술을 한 대부분의 환자들은 관절운동 시 많은 통증이 수반되기 때문에 관절을 움직이기 어렵고, 관절 주위의 조직이 경직되고 상처 조직이 형성되는 등 관절이 제한된 운동 범위만을 갖게 되어 회복까지 상당한 재활기간이 요구된다는 문제점이 있었다.

KR

10-0841177

B1

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 기존 수동적 굴신 운동(CPM: Continuous Passive Motion) 장치에 비해 중력 보상 및 팔 움직임에 따른 견관절의 상승/하강을 추종할 수 있어 견관절에 통증을 유발하지 않을 뿐 아니라 견관절의 회전 운동 범위를 제한하지 않도록 한 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇을 제공함을 목적으로 한다.

또한, 다른 모양의 부목을 상지에 장착하여 모터를 하나 사용하면서도 견관절의 굴곡/신전 및 외전/내전 뿐만 아니라 외/내회전 동작까지도 재활 가능하도록 한 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇을 제공함을 목적으로 한다.

또한, 모터의 축 방향을 수평면 내에서 자유롭게 조정할 수 있어 재활 동작에 맞춰 환자가 돌려 앉을 필요 없이 환자를 중심으로 모터의 방향을 설정할 수 있도록 한 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇을 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇의 일 측면에 따르면, 프레임에 고정된 수직 방향의 축을 따라 위아래로 운동이 가능한 수평레일 고정부; 상기 수평레일 고정부에 대하여 수평면 내에서 슬라이딩이 가능하도록 구속되는 수평레일; 상기 수평레일의 일측 끝단부에 한 방향 회전이 가능하도록 연결되는 축방향 조정부; 상기 측방향 조정부에 의해 한 방향 회전이 가능하도록 연결되는 구동부; 상기 구동부에 연결되어 환자의 상지를 고정시키기 위한 부목; 및 상기 수평레일 고정부에 부착되어 환자의 상지가 고정된 상기 부목의 회전에 따른 견관절의 상승 및 하강을 추종하는 중력보상장치를 포함한다.

본 발명에 의하면, 기존의 견관절 재활장치에 비해 상지를 움직일 수 있는 범위가 크기 때문에 더 효과적인 재활이 가능하고 견관절의 해부학적 구조를 고려하여 자연스럽고 편안한 견관절의 운동을 구현하기 때문에 더 큰 운동 범위 안에서 효과적인 재활이 가능한 효과가 있다.

또한, 하나의 모터를 사용하여 2개 이상의 모터를 활용하는 기존의 장치들에 비해 가격이 저렴하면서도 재활할 수 있는 동작의 범위는 더 다양하게 할 수 있으며, 하나의 구동 모터로 재활하고자 하는 특정 동작에 대해 스트레칭하는 방식은 치료사들이 스트레칭할 운동 범위를 설정하기 더 쉬워 임상 치료 현장에서의 사용성도 개선될 수 있는 효과가 있다.

또한, 기존 수동적 굴신 운동(CPM: Continuous Passive Motion) 장치들과 같은 기존의 값비싼 견관절 재활장치를 대체할 수 있고, 추후 제품이 소형화되어 가정 내에서 견관절 강화를 위한 운동 목적으로 활용된다면 신경질환 환자들뿐만 아니라 일반인들의 견관절 질환의 치료에 도움이 될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에서 수평 레일의 슬라이딩 구조와 수평 레일에 연결되어 구동부 모터의 축 방향이 조정되는 구조를 나타내는 도면.
도 3은 도 1의 다자유도 재활치료 로봇을 이용한 팔의 움직임을 통해 재활치료를 하는 경우의 일예를 나타내는 도면.
도 4는 도 1에서 모터 구동부에 연결되어 팔을 회전 동작시키기 위한 부목 구조의 일예를 나타내는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에서 수평 레일의 슬라이딩 구조와 수평 레일에 연결되어 구동부 모터의 축 방향이 조정되는 구조를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1의 다자유도 재활치료 로봇을 이용한 팔의 움직임을 통해 재활치료를 하는 경우의 일예를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1에서 모터 구동부에 연결되어 팔을 회전 동작시키기 위한 부목 구조의 일예를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇은 프레임(10)과, 수직 방향의 축(20)과, 중력보상장치(30)와, 수평 레일(40)과, 구동부(50)와, 부목(60)과, 수평레일 고정부(70)와, 축방향 조정부(80)와, 모터위치 조정장치(90)를 포함한다.

중력보상장치(30)는 수평레일 고정부(70)에 부착되어 환자의 상지가 고정된 부목(60)의 회전에 따른 견관절의 상승 및 하강을 추종한다.

수평 레일(40)은 수평레일 고정부(70)에 대하여 수평면 내에서 슬라이딩이 가능하도록 구속된다.

구동부(50)는 축방향 조정부(80)에 의해 한 방향 회전이 가능하도록 연결된다.

부목(60)은 구동부(50)에 연결되어 환자의 상지(어깨와 손목 사이 신체 부위)를 고정시킨다.

수평레일 고정부(70)는 프레임(10)에 고정된 수직 방향의 축(20)을 따라 위아래로 운동이 가능한 구조를 갖는다.

축방향 조정부(80)는 수평 레일(40)의 일측 끝단부에 한 방향 회전이 가능하도록 연결된다.

모터위치 조정장치(90)는 축방향 조정부(80)에 부착되어 구동부(50)의 모터를 수직 및 수평 방향으로 이동시키고, 모터 축을 견관절의 회전중심으로부터 일정한 거리에 위치시킨다.

이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 다자유도 재활치료 로봇은 팔을 원하는 운동 범위 안에서 움직여주어 견관절을 재활하는 관절운동치료장치와 견관절을 추종하는 중력보상장치를 결합한 장치이다.

또한, 본 발명의 다자유도 재활치료 로봇은 장치의 정렬 상태에 따라 기존 수동적 굴신 운동(CPM : Continuous Passive Motion) 장치에 비해 더 많고 다양한 회전방향으로의 재활 운동을 가능하게 한다.

특히 기존의 장치에서는 2개 이상 사용되어야 했던 구동 모터의 수를 본 발명에서는 하나로 줄여 가격이 저렴하고 사용법이 간단하며, 중력보상장치 및 견관절 추종장치를 사용하여 팔 동작에 따른 견관절의 움직임을 추종하여 견관절에 무리가 가해지지 않고 통증을 유발하지 않아 생체 역학적으로 자연스러운 운동을 구현할 수 있다.

본 발명의 견관절 재활 장치는 견관절의 다양한 회전 동작 중 재활하고자 하는 특정 방향의 회전 운동방향으로 장치를 세팅한 다음 그 방향에 대해서만 견관절을 스트레칭하는 방식으로 견관절을 재활한다.

본 발명의 장치로 훈련할 수 있는 동작은 도 3에 도시된 바와 같이 팔을 들었다 내리는 동작 3가지와, 팔을 상완(어깨에서 팔꿈치까지의 부분)의 길이 방향에 대하여 회전시키는 회전 동작 1가지로 총 4종류의 동작을 훈련할 수 있다.

팔을 들었다 내리는 동작에는 전면을 향해 팔을 들었다 내리는 굴곡/신전(Flexion/Extension), 측면을 향해 팔을 들었다 내리는 외전/내전(Abduction/Adduction) 뿐만 아니라, 두 동작 사이에서 임의의 각도로 팔을 들었다 내리는(Scaption) 무한대 가짓수의 동작이 포함되며, 팔을 회전시키는 동작은 상지를 전면을 향해 90도로 굴곡한 상태에서 외/내회전(External/Internal Rotation)하는 동작이다.

하나의 모터로 위의 네 동작을 훈련하기 위해 구동 모터의 축 방향을 수평면 내에서 조정한다. 모터를 포함하는 구동부(50)는 임의의 곡률을 갖는 곡선형(또는 직선형)의 수평 레일(40)의 끝에 부착되어 있다.

수평 레일(40)은 수평레일 고정부(70)에 대하여 수평면 내에서 슬라이딩이 가능하도록 구속되어 있고, 수평 레일(40)의 슬라이딩을 통해 견관절에 대한 모터의 상대 위치를 결정한다.

수평레일 고정부(70)는 프레임(10)에 고정된 수직 방향의 축(20)을 따라 위아래로 운동이 가능하며, 수평레일 고정부(70)에는 견관절의 상승/하강을 추종할 수 있는 수동 또는 능동형 중력보상장치(30)가 부착된다.

중력보상장치(30)에 의해 팔을 원하는 운동 범위 안에서 움직여주어 견관절을 재활하는 관절운동치료장치(CPM)가 상지의 운동에 따른 견관절의 상승/하강을 추종하며 견관절의 회전 운동 범위를 제한하지 않아 더 큰 운동 범위 안에서 재활 훈련을 할 수 있다.

수평 레일(40)의 끝에서 구동부(50)는 축방향 조정부(80)에 의해 한 방향 회전이 가능하도록 연결되어 어느 위치에서든 모터 축이 견관절의 중심을 향하도록 정렬할 수 있다. 또한 구동부(50)의 축 방향을 수평면 내에서 자유롭게 조정할 수 있다.

축방향 조정부(80)에는 도 2에 나타난 바와 같이 모터를 수직, 수평 방향으로 이동시킬 수 있는 모터위치 조정장치(90)가 부착되어 모터 축을 견관절의 회전중심으로부터 일정한 거리에 위치시킬 수 있다.

팔을 드는 동작을 재활하기 위해서는 도 3에 나타난 바와 같이 수평면 내에서 구동부(50) 모터의 축 방향을 조정한 뒤 탈부착이 가능한 일자형의 부목(60)을 환자의 팔에 착용하고 부목의 어깨 쪽 끝 지점에 구동부(50) 모터를 연결한다. 구동부(50) 모터가 축에 수직한 평면 내에서 팔을 들었다 내리며 굴곡/신전과 외전/내전 혹은 두 동작을 임의의 비율로 조합한 동작을 훈련한다.

또한, 외/내회전 운동을 재활하기 위해서는 도 4에 나타난 바와 같이 모터의 축을 외전/내전 운동의 회전 방향에 맞추고, 어깨 쪽 끝이 수직으로 굽은 형태의 탈부착이 가능한 부목(100)을 착용하면 부목(100)이 상완의 길이 방향에 대하여 회전하며 견관절의 외/내회전 동작을 훈련할 수 있다.

환자의 상지를 장치에 고정하기 위해 본 발명에서 사용되는 부목은 탈부착이 가능하여 재활 동작에 맞는 다양한 형태의 부목을 사용할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 견관절 재활장치는 원하는 운동 범위에서 견관절을 회전시키며 관련된 근골격 구조를 스트레칭시켜 주는 장치로 임상 현장에서 뇌졸중 등 각종 신경질환 환자들뿐만 아니라, 유착성 견관절염, 충돌증후근 등 견관절 재활 운동이 필요한 환자들을 위한 재활 치료 장치로 활용될 수 있다. 또한 제품의 소형화 정도에 따라 노화 혹은 부상으로 견관절 기능이 약화된 사람이 가정 내에서 재활 운동을 목적으로 사용할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 프레임 20 : 수직 방향의 축
30 : 중력보상장치 40 : 수평 레일
50 : 구동부 60,100 : 부목
70 : 수평레일 고정부 80 : 축방향 조정부
90 : 모터위치 조정장치

Claims

견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇으로서,
프레임에 고정된 수직 방향의 축을 따라 위아래로 운동이 가능한 수평레일 고정부;
상기 수평레일 고정부에 대하여 수평면 내에서 슬라이딩이 가능하도록 구속되는 수평레일;
상기 수평레일의 일측 끝단부에 한 방향 회전이 가능하도록 연결되는 축방향 조정부;
상기 측방향 조정부에 의해 한 방향 회전이 가능하도록 연결되는 구동부;
상기 구동부에 연결되어 환자의 상지를 고정시키기 위한 부목; 및
상기 수평레일 고정부에 부착되어 환자의 상지가 고정된 상기 부목의 회전에 따른 견관절의 상승 및 하강을 추종하는 중력보상장치를 포함하는 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 축방향 조정부에는 상기 구동부의 모터를 수직 및 수평 방향으로 이동시킬 수 있는 모터위치 조정장치가 부착되어 모터 축을 견관절의 회전중심으로부터 일정한 거리에 위치시키는
것을 특징으로 하는 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 구동부에 연결되는 상기 부목은 탈부착이 가능한 구조로서 일자형 또는 어깨 쪽 끝이 수직으로 굽은 형상을 갖는
것을 특징으로 하는 견관절의 해부학적 구조에 적응하는 다자유도 재활치료 로봇.