KR20180080544A - 손 운동과 연동한 상지부 재활장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 손 운동과 연동하여 상지부의 재활을 유도하는 장치에 있어서: 지지대(10); 상기 지지대(10)에 상지부의 상하 및 비틀림 운동을 유발하도록 연결되는 제1운동부; 상기 제1운동부에 상지부의 굴신 운동을 유발하도록 연결되는 제2운동부; 상기 제2운동부에 손으로 파지하기 위한 글로브(42)를 개재하여 연결되는 제3운동부; 및 상기 제1운동부, 제2운동부, 제3운동부를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 휴대와 보관이 용이하도록 경박단소한 구조로 형성되고 손으로 파지한 상태에서 팔의 근력 강화를 위한 일련의 모션을 맞춤형으로 유도하여 재활훈련의 성과를 향상하는 효과가 있다.

Description

손 운동과 연동한 상지부 재활장치{Rehabilitation apparatus for arm linked to hand exercise}

본 발명은 신체의 재활장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 손으로 파지한 상태에서 팔의 근력 강화를 위한 일련의 모션을 유도하는 손 운동과 연동한 상지부 재활장치에 관한 것이다.

손실된 근골격계의 기능을 정상으로 회복키기 위한 다양한 재활의료기기가 개발되면서 노약자, 고령자, 장애인 등의 의료재활과 원활한 사회활동을 조력하고 있다. 근래 들어 제반 산업의 발전과 더불어 병원이 아닌 가정에서도 재활치료가 가능한 범위가 확대되고 있다. 특히 일상생활에서 긴밀하게 활용되는 손과 팔의 경우 재활의 중요성이 높으면서 경박단소화 구조로 보급하기 용이하다.

이와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제1571934호(선행문헌 1), 일본 공개특허공보 제2010-201111호(선행문헌 2) 등의 특허문헌이 알려져 있다.

선행문헌 1은 구름요소가 마련되고, 상기 구름요소에 의해 이동 가능한 이동부, 상기 이동부 상에 장착된 손잡이부 및 상기 이동부와 상기 손잡이부에 장착되어 힘의 세기를 측정하는 센서부를 포함하고, 상기 센서부는 수직방향 및 수평방향으로 작용하는 힘을 측정한다. 이에, 마비된 팔의 사용을 유도하고 사용자의 체간 조절 능력을 향상하는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 각 스테이지에 고정된 팔 관절 동작 지원부를 지니고, 팔 관절 동작 지원부는 액츄에이터를 이용하여 팔을 지지하는 암레스트와 손으로 잡는 그립을 설정된 방향으로 회전 또는 굴신시키면서 시각적으로 표시한다. 이에, 건측 팔 움직임에 따른 좌우 정대칭 동작을 유도하여 뇌졸중 마비 환자의 마비 측 상지 기능을 개선하는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 손과 팔의 다양한 모션을 유도하기에 근본적인 한계성을 드러낼뿐더러 그러한 기능을 경박단소화 구조로 접목하려면 개선의 여지가 크다.

1. 한국 등록특허공보 제1571934호 "상지 재활 시스템" (공개일자 : 2015.06.26.) 2. 일본 공개특허공보 제2010-201111호 "上肢リハビリテ??ション支援裝置" (공개일자 : 2010.09.16.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 휴대와 보관이 용이하도록 경박단소한 구조로 형성되고 손으로 파지한 상태에서 팔의 근력 강화를 위한 일련의 모션을 유도할 수 있는 손 운동과 연동한 상지부 재활장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 손 운동과 연동하여 상지부의 재활을 유도하는 장치에 있어서: 지지대; 상기 지지대에 상지부의 상하 및 비틀림 운동을 유발하도록 연결되는 제1운동부; 상기 제1운동부에 상지부의 굴신 운동을 유발하도록 연결되는 제2운동부; 상기 제2운동부에 손으로 파지하기 위한 글로브를 개재하여 연결되는 제3운동부; 및 상기 제1운동부, 제2운동부, 제3운동부를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1운동부는 상하운동을 수행하는 승강대 상에 회전운동을 수행하는 회전대를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제2운동부는 관절축으로 연결되는 아암의 단부에 지지판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제3운동부는 3축스테이지를 개재하여 글로브를 3축 운동 가능하게 수용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 감지기와 구동기에 연결된 제어기를 이용하여 특정 사용자의 상지부 모션이 설정된 범위를 벗어나지 않도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 휴대와 보관이 용이하도록 경박단소한 구조로 형성되고 손으로 파지한 상태에서 팔의 근력 강화를 위한 일련의 모션을 맞춤형으로 유도하여 재활훈련의 성과를 향상하는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 장치의 전체적으로 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 주요부를 분리하여 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 장치의 주요부 회로 연결을 나타내는 블록도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 손 운동과 연동하여 상지부의 재활을 유도하는 장치에 관하여 제안한다. 상지부는 팔의 상박과 하박은 물론 손목과 손을 포함하는 신체 영역을 의미한다. 손의 모션을 통하여 상지부 전체의 운동을 유발함을 요지로 하지만 반드시 이러한 용도에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 지지대(10)는 장치를 전체적으로 지지하는 부분으로서 안정성을 위해 상협하광의 구조로 형성하는 것이 좋다. 지지대(10)의 측면에는 다수의 다리(12)를 인출 가능하게 설치할 수도 있으며 이 경우 휴대와 보관시 접을 수 있는 구조로 형성한다.

본 발명에 따르면 제1운동부가 상기 지지대(10)에 상지부의 상하 및 비틀림 운동을 유발하도록 연결되는 구조를 지닌다. 제1운동부는 글로브(42)에 파지된 사용자의 손을 통하여 상지부의 2축 운동을 수행한다. 제1운동부의 구동원은 전기적 제어가 용이한 모터 또는 솔레노이드를 사용한다. 이에 상지부는 상하로 이동하는 모션이나 좌우로 비틀리는 모션을 반복하게 된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1운동부는 상하운동을 수행하는 승강대(22) 상에 회전운동을 수행하는 회전대(25)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 승강대(22)는 지지대(10)의 일측면 개구를 통하여 상하운동 가능하게 연결된다. 승강대(22)의 상하운동은 래크-피니언, 체인-스프라켓, 타이밍벨트-풀리 등의 방식으로 구현 가능하다. 회전대(25)는 승강대(22)의 단부에 회전운동 가능하게 연결된다. 회전대(25)의 회전운동은 전술한 구동원만으로 가능하지만 역전방지 기능을 지닌 웜기어를 개재할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 제2운동부가 상기 제1운동부에 상지부의 굴신 운동을 유발하도록 연결되는 구조를 지닌다. 제2운동부는 글로브(42)에 파지된 사용자의 손을 통하여 상지부를 접었다 펴는 운동을 수행한다. 제2운동부의 구동원도 전기적 제어가 용이한 모터 또는 솔레노이드를 사용한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제2운동부는 관절축(34)으로 연결되는 아암(32)의 단부에 지지판(36)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 관절축(34)을 지닌 한 쌍의 아암(32)은 일단에서 회전대(25)에 연결되는 동시에 타단에서 지지판(36)에 연결된다. 아암(32)의 굴신운동은 전술한 구동원만으로 가능하지만 역전방지 기능을 지닌 웜기어를 개재할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 제3운동부가 상기 제2운동부에 손으로 파지하기 위한 글로브(42)를 개재하여 연결되는 구조를 지닌다. 제3운동부는 글로브(42)를 수용하는 부분으로서 지지판(36)을 통하여 제1운동부 및 제2운동부와 순차적으로 연결된다. 글로브(42)의 손바닥 부분에는 공압기(53)를 통하여 공기 충진이 가능한 에어튜브(41)가 일체로 결합된다. 글로브(42)의 개구에는 사용자의 팔(하박)을 지지하기 위한 거치대(43)가 설치된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제3운동부는 3축스테이지(45)를 개재하여 글로브(42)를 3축 운동 가능하게 수용하는 것을 특징으로 한다. 제3운동부의 3축스테이지(45)는 하박에 해당하는 원위부의 모션을 유발할 수 있다. 3축 운동은 악수하는 자세의 손(손목)을 전후로 굴신하는 운동, 상하로 굴신하는 운동, 시계/반시계 방향으로 비트는 운동을 포함한다.

도 3(a)(b)에서 지지판(36)과 글로브(42) 사이에 부호 45a로 표시한 제1축, 부호45b로 표시한 제2축, 도시를 생략한 제3축을 연결하여 구성된 3축스테이지(45)를 예시한다. 3축스테이지(45)는 "ㄷ"자 단면이면서 크기가 다른 3개의 브라켓을 공지의 방식으로 각 축과 연결하여 구현할 수 있다.

한편, 제3운동부는 전체적 또는 부분적으로 지지판(36) 상에 착탈 가능하게 구성할 수도 있다. 어느 경우에나 도 3(a)에서 지지판(36)의 제1축(45a)에 해당하는 위치에 글로브(42)를 연결하여 편안한 파지 상태를 확보하는 것이 좋다.

또, 본 발명에 따르면 제어수단이 상기 제1운동부, 제2운동부, 제3운동부를 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조를 지닌다. 제어수단은 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 제어기(55)를 기반으로 구성한다. 도 4는 감지기(51), 구동기(52), 공압기(53), 경보기(57) 등이 제어기(56)의 입출력인터페이스에 연결되는 상태를 예시한다. 경보기(57)는 사용자의 운동 상태를 시청각적으로 알려주는 것으로서 디스플레이, 램프, 부저 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 감지기(51)와 구동기(52)에 연결된 제어기(55)를 이용하여 특정 사용자의 상지부 모션이 설정된 범위를 벗어나지 않도록 조절하는 것을 특징으로 한다. 감지기(51)는 승강대(22), 회전대(25), 아암(32), 3축스테이지(45)의 운동 상태를 엔코더를 이용하여 검출한다. 구동기(52)는 승강대(22), 회전대(25), 아암(32), 3축스테이지(45)의 구동원에 연결되어 제어기(55)의 출력을 변환하여 인가한다. 사용자의 신체 조건에 따라 손, 손목, 하박, 상박의 최적 모션 범위가 달라진다. 본 발명에서 손을 통하여 6축에 해당하는 운동을 구현지만 각각의 모션이 상호 영향을 끼치므로 관절에 무리나 손상을 초래하지 않도록 제어기(55)를 통한 데이터 축적과 모션 한정이 중요하다.

작동의 일예로서, 사용자가 손을 글로브(42)에 넣고 에어튜브(41)를 쥐고 펴는 동작을 취하면 디스플레이로 악력의 변동이 표시되고, 이와 동시에 디스플레이를 통하여 상지부의 다축 운동 모드를 선택할 수 있다. 후자의 경우 제3운동부를 통하여 손에서 하박에 이르는 원위부의 재활운동이 가능할뿐더러 제1운동부 및 제2운동부를 통하여 주로 상박에 대한 근위부 재활운동도 가능하다. 어느 경우에나 상지부의 운동 상태는 디스플레이로 표시되고 운동 횟수, 가속도 등이 설정된 범위를 벗어나면 경보를 발생한다.

만일, 제어기(55)가 사용자의 설정된 모드로 운동을 유도하는 중에 손목 관절에 무리가 예상됨을 연산하거나 사용자의 수동 입력에 의한 인터럽트가 발생하는 경우 각 축의 모션을 설정된 범위로 감소시키고 이러한 상황에 대한 데이터를 지속적으로 축적한다. 이에 제어수단의 감지기(51)에 사용자를 식별하는 지문센서 등을 부가하여 맞춤형 재활운동이 가능하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 지지대 22: 승강대
25: 회전대 32: 아암
34: 관절축 36: 지지판
41: 에어튜브 42: 글로브
43: 거치대 45: 3축스테이지
51: 감지기 52:구동기
53: 공압기 55: 제어기
57: 경보기

Claims (5)

1. 손 운동과 연동하여 상지부의 재활을 유도하는 장치에 있어서:
   지지대(10);
   상기 지지대(10)에 상지부의 상하 및 비틀림 운동을 유발하도록 연결되는 제1운동부;
   상기 제1운동부에 상지부의 굴신 운동을 유발하도록 연결되는 제2운동부;
   상기 제2운동부에 손으로 파지하기 위한 글로브(42)를 개재하여 연결되는 제3운동부; 및
   상기 제1운동부, 제2운동부, 제3운동부를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 손 운동과 연동한 상지부 재활장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1운동부는 상하운동을 수행하는 승강대(22) 상에 회전운동을 수행하는 회전대(25)를 구비하는 것을 특징으로 하는 손 운동과 연동한 상지부 재활장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2운동부는 관절축(34)으로 연결되는 아암(32)의 단부에 지지판(36)을 구비하는 것을 특징으로 하는 손 운동과 연동한 상지부 재활장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3운동부는 3축스테이지(45)를 개재하여 글로브(42)를 3축 운동 가능하게 수용하는 것을 특징으로 하는 손 운동과 연동한 상지부 재활장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단은 감지기(51)와 구동기(52)에 연결된 제어기(55)를 이용하여 특정 사용자의 상지부 모션이 설정된 범위를 벗어나지 않도록 조절하는 것을 특징으로 하는 손 운동과 연동한 상지부 재활장치.

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