KR20190044335A - 자동 손동작 보조기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상지 마비 환자가 가벼운 물건을 집거나 잡을 수 있는 동작을 실시할 수 있으며, 자기 근육을 통해 구동신호를 자동으로 입력할 수 있는 자동 손동작 보조기구에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자동 손동작 보조기구는 사용자의 손목에 설치되는 액추에이터와, 사용자의 신체 부위 중 자력으로 근육을 움직일 수 있는 근육에 부착되는 근전도센서와, 상기 근전도센서의 감지 정보가 전달되며, 근전도센서의 감지정보에 따라 상기 액추에이터를 구동하는 제어부와, 상기 사용자의 손에 착용되며 상기 액추에이터의 구동에 따라 사용자의 손이 손목을 중심으로 회동해 상기 액추에이터를 향해 견인될 수 있도록 상기 액추에이터에 연결되는 견인연결부를 포함한다.

Description

자동 손동작 보조기구 {Automatic Hand-operated Aids}

본 발명은 자동 손동작 보조기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상지 마비 환자가 가벼운 물건을 집거나 잡을 수 있는 동작을 실시할 수 있으며, 자기 근육을 통해 구동신호를 자동으로 입력할 수 있는 자동 손동작 보조기구에 관한 것이다.

마비란 신경이나 근육이 형태의 변화 없이 기능을 잃어버리는 산태로서, 감각이 없어지거나 움직일 수 없는 상태를 말한다. 이러한 마비 환자는 증상에 따라 움직일 수 없는 상태를 주 증상으로 하는 운동마비와, 감각이 없어지는 감각 마비로 나눌 수 있다.

이렇게 신체의 골격은 남아 있으나 마비와 같은 신경 장애로 인해 신체의 일부를 움직이지 못하는 사람들을 돕기 위하여 입는 형태의 로봇이 다수 개발되었다.

하지 마비 환자의 경우 하체에 착용하여 사용자의 보행을 보조할 수 있는 다수의 착용형 보행보조기구들이 개발되어 있는데, 일례로 대한민국 등록특허 제 10-1718345호, 대한민국 등록특허 제10-1656695호 등에서 이러한 하체를 지지하여 보행을 돕는 외골격형 착용 로봇에 관한 기술을 볼 수 있다.

그리고 상체 특히 팔이나 손의 움직임을 보조하는 착용형 외골격 보조로봇 장치에 대해서도 다양한 기술이 개발되었는데, 특히 손가락을 움직이지 못하는 사람들을 돕기 위하여 장갑처럼 손에 끼워서 착용하는 형태의 착용형 손 로봇이 개발되고 있다.

종래의 장갑 형태의 입는 로봇은 외골격(exoskeleton) 구조를 이용하여 각 손가락의 각 관절마다 그 관절을 움직이는 구동부(actuator)를 구비하고 그 관절의 움직이는 변위 또는 각도를 감지하는 센서를 구비하는 것이 일반적이다. 이와 같이 손가락의 움직이는 부분에 구동부 또는 센서가 설치되면 착용형 손 로봇의 부피가 매우 커지고 무게도 무거워 진다. 이와 같은 복잡한 구조로 인해 제작 비용도 매우 높아지는 문제가 있다.

이러한 착용형 손동작 보조 로봇의 경우 'MYOMO'사의 'MYOPRO'와 같은 제품이 대표전인데, 이러한 종래의 착용형 외골격 보조 로봇의 경우 복잡한 구조와 큰 부피로 인해 사용자가 착용하기도 불편하고 사용하기도 매우 불편한 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0056722호 : 착용형 손 로봇

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 손을 자유로이 사용할 수 없는 마비 환자가 자신의 의지로 움직일 수 있는 근육을 통해 작동신호를 보내고 손으로 간단한 물건을 잡거나 집을 수 있도록 돕는 자동 손동작 보조기구를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 자동 손동작 보조기구는 사용자의 손목에 설치되는 액추에이터와, 사용자의 신체 부위 중 자력으로 근육을 움직일 수 있는 근육에 부착되는 근전도센서와, 상기 근전도센서의 감지 정보가 전달되며, 근전도센서의 감지정보에 따라 상기 액추에이터를 구동하는 제어부와, 상기 사용자의 손에 착용되며 상기 액추에이터의 구동에 따라 사용자의 손이 손목을 중심으로 회동해 상기 액추에이터를 향해 견인될 수 있도록 상기 액추에이터에 연결되는 견인연결부를 포함한다.

자동 손동작 보조기구는 사용자의 팔뚝에 착탈 가능하게 착용할 수 있는 제1 착용부재와, 상기 사용자의 손등 및 손바닥을 둘러 감싸도록 착탈 가능하게 착용할 수 있는 제2 착용부재를 더 구비하며, 상기 제1 착용부재는 상기 액추에이터 및 제어부가 내장되는 본체부가 결합 설치되고, 상기 견인연결부는 상기 제2 착용부재의 손등 측에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 액추에이터는 상기 견인연결부와 연결되는 견인로드와, 상기 견인로드가 인입 및 인출될 수 있는 구동본체와, 상기 구동본체의 내부에 설치되는 볼스크류와, 상기 구동본체의 일측에 설치되어 상기 볼스크류를 정·역회전하도록 구동하는 구동모터와, 상기 볼스크류와 체결되며, 상기 견인로드의 단부에 결합되어 상기 볼스크류의 정회전 또는 역회전에 따라 상기 견인로드를 진퇴 구동하게 하는 스크류너트를 포함할 수 있다.

상기 근전도센서는 사용자가 자력으로 근육을 움직일 수 있는 서로 다른 부위에 각각 설치되는 제1 센서 및 제2 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 센서와 제2 센서에서 감지되는 신호에 따라 상기 액추에이터에 의한 손의 견인속도가 다르도록 제어할 수 있다.

본 발명의 자동 손동작 보조기구는 간단한 구성으로 손을 자유롭게 사용할 수 없는 운동 마비 환자가 간단하게 물건을 잡거나 집을 수 있도록 도와 마비 환자가 스스로 할 수 있는 일이 많아지는 이점이 있다.

아울러 본 발명의 자동 손동작 보조기구는 사용자의 근전도 신호를 이용해 작동이 이루어지기 때문에 사용자가 직접 자동신호를 빠르고 용이하게 전달할 수 있어 사용 편의성이 뛰어난 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 손동작 보조기구의 착용상태를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 자동 손동작 보조기구의 구성을 도시한 블럭도,
도 3은 액추에이터를 도시한 부분절단 사시도,
도 4는 도 1의 자동 손동작 보조기구에 의한 손의 움직임을 도시한 측면도,
도 5는 자동 손동작 보조기구의 다른 실시예의 구성을 표시한 블럭도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자동 손동작 보조기구에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명에 따른 자동 손동작 보조기구(1)의 일 실시예가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 자동 손동작 보조기구(1)는 팔을 자신의 의지대로 사용할 수 없는 운동마비 환자를 위한 것으로, 사용자의 손목과 손에 설치되어 사용자의 의지에 따라 손을 팔뚝을 향해 견인시켜 손가락들이 상호 가까워지도록 함으로써 물건을 잡거나 집는 행동을 할 수 있도록 돕는다.

이를 위해 본 발명의 자동 손동작 보조기구(1)는 사용자의 팔뚝에 착용하는 제1 착용부재(10)와, 제1 착용부재(10)에 설치되는 액추에이터(20)와, 상기 제1 착용부재(10)가 설치된 팔의 손에 착용하는 제2 착용부재(40)와, 사용자의 의지에 따라 움직일 수 있는 근육에 장착되는 근전도센서(50)를 포함한다.

상기 근전도센서(50)는 상술한 것처럼 사용자가 자신의 의지에 따라 움직일 수 있는 근육, 예를 들어 이두근이나 가슴근육 또는 안면근육에 설치될 수 있으며, 해당 근육을 움직이는 경우 발생하는 근전도 신호를 감지한다.

상기 제1 착용부재(10)는 사용자의 팔뚝에 착용할 수 있도록 된 것으로, 액추에이터(20)가 설치될 수 있는 설치공간을 제공하며, 필요에 따라 착탈 가능하게 형성되어 사용자가 필요에 따라 착용한다.

착탈 가능한 구조로 형성될 수 있도록 상기 제1 착용부재(10)는 팔뚝을 소정길이 감쌀 수 있는 형태의 본체부와, 본체부의 양단을 연결하는 고정벨트를 포함하도록 형성될 수도 있고, 신축성 있는 소재의 몸체부를 포함하도로 형성될 수도 있다.

본 실시예의 경우 제1 착용부재(10)가 사용자의 팔뚝을 둘러싸며 단부에 벨크로테이프가 형성되어 있어서 상기 벨크로테이프에 의해 착용된 상태를 유지할 수 있게 고정하도록 형성되어 있다.

상기 제1 착용부재(10)는 사용자의 팔뚝에 착탈 가능하도록 고정될 수 있는 형태라면 이 외에도 다양한 형태로 형성될 수 있다.

상기 액추에이터(20)는 제1 착용부재(10)에 설치되어 제어부(30)에 의해 구동한다.

액추에이터(20)는 제1 착용부재(10)에 설치되는 구동본체(21)와, 구동본체(21)의 내부에 설치되는 구동모터(22)와, 구동모터(22)에 의해 정회전 또는 역회전하는 볼스크류(23)와, 볼스크류(23)에 결합되는 스크류너트(24)와, 상기 스크류너트(24)와 연결되고 상기 구동본체(21)에 진입 또는 인출 가능하도록 설치되는 견인로드(25)를 포함한다.

구동본체(21)는 구동모터(22)와 볼스크류(23), 스크류너트(24)가 내장될 수 있는 소정의 내부공간을 제공하며, 상기 제1 착용부재(10)에 설치된다.

구동모터(22)는 제어부(30)의 구동신호에 따라 전원공급부(60)로부터 공급되는 전원에 의해 구동하며, 볼스크류(23)를 정회전 또는 역회전시킨다. 구동모터(22)는 정역회전이 가능하도록 DC모터를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 볼스크류(23)에 결합되는 스크류너트(24)는 내주면에 상기 볼스크류(23)의 나사산에 대응하는 나사산이 형성된 체결홀이 마련되어 있는 부재이며, 본 실시예의 경우 상기 스크류너트(24)가 견인로드(25)의 단부에 결합된다.

상기 스크류너트(24)는 구동본체(21)의 내부에서 회전이 이루어질 수 없도록 구속되어 있기 때문에 볼스크류(23)가 회전하면 스크류너트(24)는 볼스크류(23)의 길이방향을 따라 진퇴 구동을 하게 되며, 견인로드(25)가 스크류너트(24)와 연결되어 있으므로, 결과적으로 견인로드(25)의 진퇴 구동이 이루어지게 된다.

상기 제2 착용부재(40)는 사용자의 손에 착용하는 것으로, 손등과 손바닥을 감쌀 수 있는 형태로 착탈 가능하게 형성된다. 제2 착용부재(40) 역시 신축성이 있는 밴드형태로 형성되거나 고정밸트에 의해 고정이 이루어지는 형태로 형성될 수도 있으며, 벨크로테이프에 의해 고정이 이루어지는 착용부재 형태로 이루어질 수 있다.

상기 제2 착용부재(40)에는 손등 측에 견인로드(25)와 연결되는 견인연결부(41)가 형성되어 있다.

본 발명의 자동 손동작 보조기구(1)는 도 4에 도시되어 있는 것처럼 액추에이터(20)에 의해 손을 견인하는 동작을 통해 물건을 잡거나 집을 수 있다.

즉, 사용자는 자신의 의지로 손을 움직일 수는 없지만, 근전도센서(50)가 부착된 근육을 통해 구동신호를 인가할 수 있다. 예를 들어 근전도센서(50)가 사용자의 이두근에 부착되어 있는 경우, 사용자는 손으로 어떤 물체를 잡거나 집기 위해 이두근에 힘을 주면 근전도센서(50)에서 이를 감지하고 제어부(30)로 감지신호를 전달한다.

제어부(30)는 감지신호가 인가되면 액추에이터(20)를 가동하여 견인로드(25)가 구동본체(21)의 내부로 진입하는 방향으로 구동하게 하며, 견인로드(25)의 구동에 의해 사용자의 손이 액추에이터(20)와 가까워지는 방향으로 견인된다.

도 4의 (a)에 도시되어 있는 것처럼, 마비 환자의 경우 손을 견인하지 않은 상태에서는 손가락들이 벌어진 상태로 있지만, (b)에 도시된 것처럼 견인로드(25)에 의해 손을 액추에이터(20) 측으로 견인하면 엄지손가락과 검지손가락이 접촉하도록 움직이게 된다.

따라서 액추에이터(20)에 의해 손을 견인하는 동작만으로도 간단하게 물건을 잡거나 집는 행위가 가능하게 된다.

사용자가 이두근의 힘을 풀면 근전도센서(50)에서 감지되는 신호가 제거되며, 제어부(30)는 액추에이터(20)를 가동해 견인로드(25)를 구동본체(21)로부터 인출시켜 손을 초기 위치로 복귀한다.

이렇게 본 발명에 따른 자동 손동작 보조기구(1)는 사용자가 스스로 움직일 수 있는 근육에 근전도센서(50)를 부착하고, 근전도센서(50)를 통해 액추에이터(20)의 구동신호를 인가하여 사용자의 의도에 따라 손을 견인하거나 초기위치로 복귀시키는 동작을 함으로써 물건을 잡거나 집는 행동이 가능하게 된다.

아울러 본 발명의 자동 손동작 보조기구(1)는 도 5에 도시되어 있는 것처럼 근전도센서(50)가 상호 다른 근육에 부착되는 제1 센서(51)와 제2 센서(52)를 포함할 수도 있다.

예를들어 제1 센서(51)와 제2 센서(52)는 각각 왼팔과 오른팔의 이두근에 각각 부착될 수 있으며, 제어부(30)는 제1 센서(51)와 제2 센서(52)로부터 감지되는 신호에 따라 액추에이터(20)의 가동속도를 달리하도록 제어할 수 있다.

즉, 제1 센서(51)를 통해 감지신호가 인가되는 경우 제어부(30)는 빠른 속도로 손을 견인하도록 액추에이터(20)를 구동할 수 있으며, 제2 센서(52)를 통해 감지신호가 인가되는 경우에는 제1 센서(51)에서 신호가 감지되었을 때보다 느린 속도로 손을 견인하도록 액추에이터(20)를 구동할 수 있다.

이렇게 근전도센서(50)가 상호 다른 근육에 부착되는 복수개의 센서를 포함하도록 구성되고, 각각의 센서에서 감지되는 신호에 따라 제어부(30)가 액추에이터(20)의 구동속도를 제어함으로써 사용자가 상황에 따라 손이 견인되는 속도까지 결정할 수 있도록 하여 다양한 형태로 손을 사용할 수 있도록 한다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

1: 자동 손동작 보조기구
10: 제1 착용부재 20: 액추에이터
21: 구동본체 22: 구동모터
23: 볼스크류 24: 스크류너트
25: 견인로드 30: 제어부
40: 제2 착용부재 41: 견인연결부
50: 근전도센서 51: 제1 센서
52: 제2 센서 60: 전원공급부

Claims (4)

1. 사용자의 손목에 설치되는 액추에이터와;
   사용자의 신체 부위 중 자력으로 근육을 움직일 수 있는 근육에 부착되는 근전도센서와;
   상기 근전도센서의 감지 정보가 전달되며, 근전도센서의 감지정보에 따라 상기 액추에이터를 구동하는 제어부와;
   상기 사용자의 손에 착용되며 상기 액추에이터의 구동에 따라 사용자의 손이 손목을 중심으로 회동해 상기 액추에이터를 향해 견인될 수 있도록 상기 액추에이터에 연결되는 견인연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 손동작 보조기구.
   
2. 제 1항에 있어서,
   사용자의 팔뚝에 착탈 가능하게 착용할 수 있는 제1 착용부재와, 상기 사용자의 손등 및 손바닥을 둘러 감싸도록 착탈 가능하게 착용할 수 있는 제2 착용부재를 더 구비하며,
   상기 제1 착용부재는 상기 액추에이터 및 제어부가 내장되는 본체부가 결합 설치되고,
   상기 견인연결부는 상기 제2 착용부재의 손등 측에 설치된 것을 특징으로 하는 자동 손동작 보조기구.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 액추에이터는 상기 견인연결부와 연결되는 견인로드와,
   상기 견인로드가 인입 및 인출될 수 있는 구동본체와,
   상기 구동본체의 내부에 설치되는 볼스크류와,
   상기 구동본체의 일측에 설치되어 상기 볼스크류를 정·역회전하도록 구동하는 구동모터와,
   상기 볼스크류와 체결되며, 상기 견인로드의 단부에 결합되어 상기 볼스크류의 정회전 또는 역회전에 따라 상기 견인로드를 진퇴 구동하게 하는 스크류너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 손동작 보조기구.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 근전도센서는 사용자가 자력으로 근육을 움직일 수 있는 서로 다른 부위에 각각 설치되는 제1 센서 및 제2 센서를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 제1 센서와 제2 센서에서 감지되는 신호에 따라 상기 액추에이터에 의한 손의 견인속도가 다르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자동 손동작 보조기구.
   

Images