KR20190116798A - 사지 재활을 위한 외골격 장치 - Google Patents

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Abstract

외골격 장치는 기저부(1)와, 지지부(2)와, 위팔부(3) 및 아래팔부(4)를 구비한다. 상기 지지부(2)는 상기 기저부(1)에 대해 수직 제 1 축선(L1)을 중심으로 회전가능하다. 상기 위팔부(3)는 링크 액슬(313)과, 수평 제 2 축선(L2)을 중심으로 회전가능한 연결 단부(311)를 갖는 주 아암과, 수평 제 3 축선(L3)을 중심으로 상기 주 아암(31)에 대해 상기 링크 액슬(313)을 회전시키기 위한 링크 기구(32)를 포함한다. 상기 아래팔부(4)는 위팔부(3)에 대해 회전가능하다. 아래팔부(4)는, 상기 링크 액슬(313)에 공동회전가능하게 결합된 아래팔 세트(10)와, 상기 아래팔 세트(10)에 회전가능하게 연결된 손 수용 시트(30)와, 상기 손 수용 시트(20)에 연결된 아래팔 수용 시트(50)를 포함한다. 아래팔 세트는 수평 제 4 축선(L4)을 중심으로 상기 손 수용 시트(30)를 회전시키기 위한 구동 부재(40)를 구비한다.

Description

사지 재활을 위한 외골격 장치{EXOSKELETON APPARATUS FOR LIMB REHABILITATION}
본 개시는 외골격 장치(exoskeleton apparatus)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사지 재활(limb rehabilitation)을 위한 외골격 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에 개시된 것과 같은 사지 재활을 위한 종래의 외골격 장치는 벽체, 상기 벽체에 장착된 수평연장 빔, 상기 빔의 단부에 배치된 제 1 모터, 상기 빔에 대해 수직 제 1 축선을 둘레로 회전하도록 상기 제 1 모터에 의해 구동되는 수평봉, 상기 수평봉의 단부에 피봇가능하게 연결된 수직 연장 힌지 요소, 상기 힌지 요소의 바닥부에 배치된 제 2 모터, 상기 제 1 축선에 직교하는 수평 제 2 축선 둘레로 상기 힌지 요소에 대해 회전하도록 상기 제 2 모터에 의해 구동되는 지지 부재, 상기 지지 부재의 길이방향으로 이동가능하도록 배치된 슬라이드 부재, 상기 슬라이드 부재에 연결된 C자형 프레임, 상기 C자형 프레임의 회전을 구동하기 위한 제 3 모터, 상기 C자형 프레임에 피봇가능하게 연결된 아래팔 위치설정 부재, 및 상기 아래팔 위치설정 부재의 회전을 구동하기 위한 제 4 모터를 포함한다. 종래의 외골격 장치는 재활 목적으로 6 자유도의 외골격 기구를 제공할 수 있다. 그러나, 빔, 수평 봉 및 힌지 요소는 사용자의 견갑골, 상완골 및 견관절의 위에 배치되기 때문에, 종래의 외골격 장치의 상기 구성요소들은 재활중 사용자의 팔 운동을 바람직하지 않게 방해할 수도 있다. 게다가, 종래의 외골격 장치의 구성요소들의 위치는 상이한 신체 크기의 사용자에게 맞추도록 정밀하게 조절되어야 한다.
특허문헌 2에 개시된 것과 같은 다른 종래의 외골격 장치는 휴대가능하며 사용자가 백팩(backpack)으로 착용할 수 있다. 이 종래의 외골격 장치는, 견관절을 흉내 내고 모터에 의해 구동되며 재활 목적의 4 자유도의 외골격 기구를 제공하는 다중 링크 기구를 포함한다. 그러나, 그러한 종래의 외골격 장치의 팔 길이는 고정되며, 상이한 신체 크기의 사용자용으로 조절할 수 없고, 다중 링크 기구는 비교적 복잡한 구조물이며 왼팔 사용 및 오른팔 사용을 위해 조절할 수 없다.
특허문헌 3에 개시된 것과 같은 또 다른 종래의 외골격 장치는 장착 시트, 상기 장착 시트에 연결된 수평봉, 상기 장착 시트에 대한 상기 수평봉의 회전을 구동하기 위한 제 1 모터, 상기 수평봉에 연결된 수직봉, 상기 수평봉에 대한 상기 수직봉의 상하 스윙 운동을 구동하기 위한 제 2 모터, 상기 수직봉에 연결된 내측 링크봉, 및 상기 내측 링크봉에 피봇가능하게 연결된 외측 링크봉을 포함한다. 그러한 종래의 외골격 장치는 3 자유도의 외골격 기구를 제공할 수 있지만, 종래의 외골격 장치는 장치의 회전 중심과 사용자의 견관절의 회전 중심 사이의 거리가 비교적 크기 때문에 그 크기가 비교적 크다. 더구나, 외측 링크봉은 그 단부에 2 자유도 기구를 제공하는 손잡이를 구비하며, 따라서 사용자의 손과 팔의 정확한 위치를 판단할 수 없다.
미국 특허 US9017271 B2 국제 공보 WO2013186705 A2 국제 공보 WO2015048688 A1
따라서 본 개시의 목적은 종래 기술의 결점들중 적어도 하나를 완화시킬 수 있는 외골격 장치를 제공하는 것이다.
본 개시에 따르면, 사지 재활을 위한 외골격 장치는 기저부와, 지지부와, 위팔부와, 아래팔부를 구비한다.
상기 기저부는 베이스와, 상기 베이스 위에 배치된 제 1 구동 부재를 구비한다.
상기 지지부는 상기 베이스에 대해 수직 제 1 축선 둘레로 회전하도록 제 1 구동 부재에 의해 구동된다. 상기 지지부는, 상기 베이스에 피봇가능하게 연결된 서포트와, 상기 서포트에 연결되고 상기 베이스 위에 배치되며 제 2 구동 부재 및 제 3 구동 부재를 구비하는 위치설정 시트를 포함한다.
상기 위팔부는 링크 액슬, 주 아암 및 링크 기구를 포함한다. 상기 주 아암은, 상기 위치설정 시트에 회전가능하게 연결되고, 상기 제 1 축선에 직교하는 수평 제 2 축선을 중심으로 회전하도록 상기 제 2 구동 부재에 의해 구동되는 연결 단부와, 상기 연결 단부에 대향하고 상기 링크 액슬에 연결되는 링크 단부를 갖는다. 상기 링크 기구는 상기 주 아암의 측부에 배치되고, 상기 주 아암의 링크 단부와 위치설정 시트 사이에 연결되며, 상기 제 2 축선에 평행한 수평 제 3 축선을 중심으로 상기 주 아암의 링크 단부에 대해 상기 링크 액슬을 회전시키도록 상기 제 3 구동 부재에 의해 구동된다.
아래팔부는 위팔부에 대해 회전하도록 상기 링크 기구에 의해 구동된다. 아래팔부는, 상기 링크 액슬에 공동회전가능하게 고정 결합된 아래팔 세트와, 상기 아래팔 세트에 회전가능하게 연결되고 손을 수용하도록 구성된 손 수용 시트와, 상기 손 수용 시트에 연결되고 상기 아래팔 세트의 측부에 배치되며 아래팔을 수용하도록 구성된 아래팔 수용 시트를 포함한다. 아래팔 세트는 상기 제 1 및 제 2 축선에 직교하는 수평 제 4 축선을 중심으로 상기 손 수용 시트를 회전시키기 위한 제 4 구동 부재를 구비한다.
본 개시의 다른 특징 및 이점은 하기의 첨부 도면을 참조한 후술하는 실시형태의 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 외골격 장치의 실시형태를 도시하는 사시도,
도 2는 지지부, 위팔부 및 아래팔부를 도시하는, 상기 실시형태의 절결 사시도,
도 3은 지지부의 위치설정 시트, 위팔부 및 아래팔부의 일 부분을 도시하는, 상기 실시형태의 부분 분해 절결 사시도,
도 4는 아래팔부의 부분 분해 사시도,
도 5는 상기 실시형태의 개략적인 절결 측면도,
도 6은 상기 실시형태의 개략적인 평면도,
도 7은 아래팔부를 도시하는, 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도,
도 8은 상기 실시형태의 동작을 도시하는 개략도,
도 9는 상기 실시형태의 동작을 도시하는 다른 개략도,
도 10은 상이한 사용자들의 위팔 및 아래팔 사이에 형성된 각도와 그들의 수학적인 관계를 도시하는 개략적인 다이아그램,
도 11은 오른팔 사용을 위한 상기 실시형태의 동작을 도시하는 개략도,
도 12는 왼팔 사용을 위한 상기 실시형태의 동작을 도시하는 다른 개략도,
도 13은 아래팔부의 손잡이의 변경예를 도시하는 사시도.
도 1 및 도 2를 참조하면, 사지 재활을 위한 외골격 장치의 실시형태는 기저부(1)와 지지부(2)와 위팔부(3)와 아래팔부(4)를 포함한다.
기저부(1)는 베이스(101)와, 베이스(101)의 바닥 부분에 장착된 복수의 휠(102)과, 베이스(101) 상에 배치된 제 1 구동 부재(103)와, 상기 제 1 구동 부재(103), 지지부(2), 그리고 위팔부(3) 및 아래팔부(4)를 베이스(101)에 대해 승강시키도록 작동가능한 승강 부재(104)를 포함한다. 이 실시형태에 있어서, 제 1 구동 부재(103)는 서보 모터이며, 상기 승강 부재(104)는 유압 실린더(예를 들면 오일 실린더)이다.
지지부(2)는 수직 제 1 축선(L1)을 중심으로 베이스(101)에 대해 회전하도록 제 1 구동 부재(103)에 의해 구동된다. 상기 지지부(2)는 서포트(201)와, 서포트(201)의 정상 부분에 연결되고 베이스(101)의 위쪽에서 그 측부에 배치된 위치설정 시트(202)를 포함한다.
서포트(201)는 베이스(101)로부터 대체로 상향으로 만곡 연장되며 상기 베이스(101)에 피봇가능하게 연결된다. 서포트(201)는 위치설정판(206) 및 고착 부재(207)를 포함한다. 위치설정판(206)은 위치설정 시트(202)의 측부에 배치된다. 위치설정판(206)은 서로 이격되어 있는 제 1 결합 구멍(206') 및 제 2 결합 구멍(206'')을 갖는다. 고착 부재(207)는 위치설정 시트(202) 내로 제거가능하게 연장되며, 제 1 및 제 2 결합 구멍(206', 206'')중 선택된 하나 내에 결합하여서, 위치설정 시트(202)를 서포트(201)에 대해 위치설정할 수 있다.
위치설정 시트(202)는, 제 2 구동 부재(203), 상기 제 2 구동 부재(203)의 측부에 배치된 제 3 구동 부재(204), 그리고 제 1 및 제 2 구동 액슬(205, 205')을 구비한다. 이 실시형태에 있어서, 제 2 및 제 3 구동 부재(203, 204)는 제 1 및 제 2 구동 액슬(205, 205')의 회전을 각기 구동하는 서보 모터이다.
도 3 및 도 5를 추가로 참조하면, 위팔부(3)는 링크 액슬(313), 주 아암(31) 및 링크 기구(32)를 포함한다. 주 아암(31)은 연결 단부(311) 및 링크 단부(312)를 갖는다. 연결 단부(311)는 위치설정 시트(202)에 회전가능하게 연결되고, 제 1 구동 액슬(205)에 공동회전가능하게 결합하며, 제 1 축선(L1)에 직교하는 수평 제 2 축선(L2)을 중심으로 회전하도록 제 2 구동 부재(203)에 의해 구동된다. 링크 단부(312)는 연결 단부(311)에 대향하고 링크 액슬(313)에 연결된다.
링크 기구(32)는 주 아암(31)의 측부에 배치되며, 위치설정 시트(202)의 제 2 구동 액슬(205')과 주 아암(31)의 링크 단부(312) 사이에 연결되고, 제 2 축선(L2)에 평행한 수평 제 3 축선(L3)을 중심으로 주 아암(31)의 링크 단부(312)에 대해 링크 액슬(313)을 회전시키도록 제 3 구동 부재(204)에 의해 구동된다.
링크 기구(32)는, 위치설정 시트(202)의 제 2 구동 액슬(205')에 연결되고 제 2 축선(L2)을 중심으로 회전하도록 제 3 구동 부재(204)에 의해 구동되는 연결판(321)과, 상기 연결판(321)에 피봇가능하게 연결된 일 단부를 갖는 제 1 링크(322)와, 상기 제 1 링크(322)의 타 단부에 피봇가능하게 연결된 일 단부를 갖는 제 2 링크(323)와, 상기 제 2 링크(323)의 타 단부에 피봇가능하게 연결되고 주 아암(31)의 링크 단부(312)와 제 2 링크(323)의 사이에 배치된 일 단부, 및 링크 액슬(313)에 공동 회전가능하게 고정 결합된 타 단부를 갖는 제 3 링크(324)와, 상기 제 1 링크(322) 및 제 2 링크(323)에 피봇가능하게 연결된 일 단부, 및 주 아암(31)의 링크 단부(312)에 피봇가능하게 연결된 타 단부를 갖는 제 4 링크(325)를 포함한다. 링크 액슬(313)은 제 3 축선(L3)을 따라 연장된다.
도 3, 4 및 6을 참조하면, 아래팔부(4)는 위팔부(3)에 대해 회전하도록 링크 기구(32)에 의해 구동되며, 아래팔 세트(10), 커플링 시트(20), 손 수용 시트(30), 아래팔 수용 시트(50), 및 탄성 부재(60)를 포함한다.
아래팔 세트(10)는 링크 액슬(313)에 공동회전가능하게 고정 결합된다. 아래팔 세트(10)는 제 1 및 제 2 축선(L1, L2)에 직교하는 수평 제 4 축선(L4)을 중심으로 손 수용 시트(30)를 회전시키기 위해 커플링 시트(20) 내에 배치된 제 4 구동 부재(40)를 구비한다. 아래팔 세트(10)는 링크 액슬(313)에 고정 결합된 주 부분(11)과, 상기 주 부분(11)에 연결되고 제 4 축선(L4)에 평행한 수평 제 5 축선(L5)을 중심으로 주 부분(11)에 대해 회전가능한 전방 부분(12)과, 상기 주 부분(11)에 대해 전방 부분(12)의 각도 위치를 고정하기 위한 2개의 로크 피스(13, 13')를 포함한다. 이 실시형태에 있어서, 아래팔 세트(10)의 전방 부분(12)은 주 부분(11)에 대해 180도까지 회전가능하며, 로크 피스(13, 13') 중 하나는 스터드이고 로크 피스(13, 13') 중 나머지 하나는 스크류이다. 변형예로서, 아래팔 세트(10)가 로크 피스(13, 13') 중 단 하나만을 포함할 수도 있다.
아래팔 세트(10)의 전방 부분(12)은 제 3 축선(L3)에 평행한 방향을 따라 연장되는 제 1 판(121)과, 제 5 축선(L5)에 평행한 방향을 따라 연장되고 일 단부가 제 1 판(121)의 일 단부에 연결되는 제 2 판(122)과, 제 2 판(122)의 타 단부에 배치된 커넥터(123)를 구비한다. 아래팔 세트(10)의 제 2 판(122)은 그의 종방향으로 연장되는 슬라이드 슬롯(124)과, 상기 슬롯(124) 내에서 이동가능한 슬라이더(125)를 갖는다.
도 7을 추가로 참조하면, 커플링 시트(20)는 제 2 판(122)과 손 수용 시트(30)의 사이에 연결되며, 제 3 축선(L3)에 평행한 수평 제 6 축선(L6)을 중심으로 커넥터(123)에 대해 회전가능하다. 커플링 시트(20)는 시트 본체(21)와, 상기 시트 본체(21) 상에 회전가능하게 장착된 복수의 외측 롤러(22)와, 상기 시트 본체(21)에 회전가능하게 장착되고 상기 외측 롤러(22)로부터 이격되어 있는 복수의 내측 롤러(23)를 구비한다. 상기 내측 롤러(23)는 제 위치에서 상기 외측 롤러(22)와 각기 대응하여서, 내측 및 외측 롤러(22)가 원호형상 레일(24)을 구성하도록 협동한다.
손 수용 시트(30)는 아래팔 세트(10)에 회전가능하게 연결되고, 손을 수용하도록 구성된다. 손 수용 시트(30)는, 내측 롤러(23) 둘레로 배치되고 외측 롤러(22)에 의해 둘러싸이도록 원호형상 레일(24) 상에 미끄럼 이동가능하게 배치된 원호형상 프레임(301)과, 상기 원호형상 프레임(301)에 연결되어서 손으로 잡을 수 있게 구성된 손잡이(302)를 포함한다. 원호형상 프레임(301)은 제 4 축선(L4) 둘레로 회전하도록 제 4 구동 부재(40)에 의해 구동된다. 원호형상 프레임(301)은 내부에 손을 넣을 수 있도록 구성된 삽입 공간(303)을 형성하는 내면(304)과, 내면(304)에 대향하고 볼록한 외면(305)을 갖는다. 이 실시형태에 있어서, 손잡이(302)는 봉형상이며, 원호형상 프레임(301)의 양 단부에 각기 연결된 2개의 단부를 갖는다. 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 손 수용 시트(30)의 손잡이(302)는 제 6 축선(L6) 위에 놓인 회전 중심을 갖는다.
제 4 구동 부재(40)는 커플링 시트(20)에 장착된 모터(41)와, 모터(41)에 의해 회전하도록 구동되는 풀리(42)와, 외측 롤러(22)의 측부에 배치된 2개의 아이들러(43)와, 원호형상 프레임(301)에 고정되고 제 4 축선(L4)을 중심으로 한 손 수용 시트(30)의 회전을 허용하도록 풀리(42) 및 아이들러(43) 둘레로 주행하는 타이밍 벨트(44)를 구비한다.
아래팔 수용 시트(50)는 손 수용 시트(30) 및 커플링 시트(20)에 연결되며, 제 위치에서 원호형상 프레임(301)의 삽입 공간(303)에 대응하도록 아래팔 세트(10)의 측부에 배치되고, 아래팔을 수용하도록 구성된다. 아래팔 수용 시트(50)는 사용자의 팔을 제 위치에 위치설정하기 위해 고정되도록 구성된 복수의 이격된 고정 부재(51)를 갖는다.
탄성 부재(60)는 제 2 판(122)의 슬라이더(125)에 연결된 일 단부와, 커넥터(123)에 연결된 타 단부를 가지며, 제 2 판(122)에 대한 커플링 시트(20)의 회전 중 댐핑력을 발생시키고 회전 후 커플링 시트(20)를 원래의 각도 위치로 복귀시키기 위한 복원력을 제공하도록 커플링 시트(20)에 연결된다. 탄성 부재(50)는 텐션 스프링으로서 구성될 수도 있고 폴리우레탄으로 만들어질 수도 있다.
도 1 및 도 11을 참조하면, 휠체어 또는 좌석에 착석한 사용자/환자가 잘 위치된 후, 재활전문의는 외골격 장치의 위치를 조절하고, 외골격 장치의 전원을 켜고, 그 다음에 환자의 필요에 맞추도록 외골격 장치를 재설정하기 위해 환자의 생리적 지수를 입력한다. 그 후, 외골격 장치를 예를 들면 환자의 오른팔 근처로 가져오고, 승강 부재(104)를 사용하여 제 위치에서 위치설정 시트(202)의 높이를 환자의 견관절에 대응하도록 조절할 수 있다. 그 때, 환자는 그의 아래팔을 고정 부재(51)가 고정되어 있는 아래팔 수용 시트(50) 상에 배치하고 그의 손으로 손잡이(302)를 잡고 있을 수 있다.
이 시점에서 재활전문의는 재활 목적을 위해 환자의 팔을 이동시킬 수 있으며, 외골격 장치의 제어부(도시하지 않음)는 그것을 따른 이동을 기록한다. 제어부의 구성은 본 개시의 본질이 아니기 때문에, 제어부의 추가 상세는 간략함을 위해 여기에서 기술하지는 않을 것이다. 외골격 장치의 구성요소는, 재활전문의가 훈련 프로그램을 시작하기 위한 버튼(도시하지 않음)을 누른 후, 제어부에 의해 기록된 정확한 운동을 수행할 수 있다. 그 운동은 사전설정된 기간 동안 반복되며, 그 후 외골격 장치의 구성요소는 원래의 위치로 복귀된다. 이 때, 훈련이 완료되고, 고정 부재(51)는 환자의 팔을 풀어서 자유롭게 놓아 줄 수 있다.
외골격 장치의 상세 동작을 하기에서 기술할 것이다. 도 1, 도 2 및 도 5는 외골격 장치의 구성요소들이 그 원래 위치에 있는 경우를 도시하는데, 여기에서 위팔부(3)는 실질적으로 수직이고 제 1 축선(L1)에 평행하며, 아래팔부(4)는 실질적으로 수평이고 위팔부(3)에 직교한다.
재활 훈련이 시작될 때, 외골격 장치는 하기의 방식으로 이동하도록 동작할 수 있다.
제 1 구동 부재(103)는 도 1 및 도 6에 도시한 바와 같이 환자의 신체를 향해 외향 또는 내향으로 위팔부(3)의 회전을 제어한다. 구체적으로, 제 1 구동 부재(103)는 수직 제 1 축선(L1)을 중심으로 회전하도록 지지부(2), 위팔부(3) 및 아래팔부(4)의 회전을 일체부로서 구동한다.
제 2 구동 부재(203)는 도 5 내지 도 9에 도시한 바와 같이 위팔부(3)를 전방 및 상방으로 이동하도록 또는 후방 및 하방으로 이동하도록 제어한다. 제 2 구동 부재(203)가 제 1 구동 액슬(205)을 회전하도록 구동하며, 주 아암(31)의 링크 단부(312)는 수평 제 2 축선(L2)을 중심으로 회전하도록 구동된다. 이러한 방식으로, 환자는 환자의 견관절을 피봇점으로 해서 그의 위팔을 전후 방향으로 스윙할 수 있다.
제 3 구동 부재(204)는 아래팔부(4)를 상하 방향으로 이동하도록 제어한다. 제 3 구동 부재(204)가 제 2 구동 액슬(205')을 회전하도록 구동할 때, 링크 기구(32)의 연결판(321)은 제 2 축선(L2)을 중심으로 회전하도록 구동되어서, 주 아암(31)의 링크 단부(312)에 대한 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 링크(322, 323, 324, 325)의 운동을 구동시킨다. 그 동안에, 제 3 링크(324)는 제 3 축선(L3)을 중심으로 한 링크 액슬(313)의 회전을 구동하여, 아래팔부(4)가 위팔부(3)에 대해 회전하도록 하고, 환자는 환자의 팔꿈치를 피봇점으로 해서 그의 아래팔을 상하 방향으로 스윙할 수 있다.
제 4 구동 부재(40)는 아래팔부(4)의 회전 운동을 제어한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 제 4 구동 부재(40)가 작동할 때, 모터(41)는 타이밍 벨트(44)를 이동시키도록 풀리(42)의 회전을 구동하여, 손 수용 시트(30)가 제 4 축선(L4)을 중심으로 회전하도록 타이밍 벨트(44)에 의해 구동되어서, 환자의 아래팔을 위팔에 대해 회전시킨다.
추가로, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 커플링 시트(20), 손 수용 시트(30) 및 아래팔 수용 시트(50)는 환자의 손목의 스윙 운동을 위해 아래팔 세트(10)에 대해 제 6 축선(L6)을 중심으로 회전할 수 있는 일체부로서 형성된다. 탄성 부재(60)의 구성 및 제 6 축선(L6) 상에 놓인 회전 중심을 갖는 손 수용 시트(30)의 손잡이(302)의 설계구조 덕분에, 아래팔부(4)는 환자의 손목에 맞추도록 인체공학적으로 설계된다.
도 11에 도시한 바와 같이, 고착 부재(207)를 제 1 결합 구멍(206') 내에 삽입하여, 위치설정 시트(202)가 환자의 오른팔의 재활에 적합한 위치에 있도록 한다. 고착 부재(207)가 제 1 결합 구멍(206')으로부터 제거되고, 고착 부재(207)가 제 2 결합 구멍(206'') 내에 삽입될 수 있는 위치까지 위치설정 시트(202)가 서포트(201)에 대해 회전할 때, 위치설정 시트(202)는 도 12에 도시한 바와 같이 환자의 왼팔의 재활에 적합한 위치에 있다. 오른팔 사용과 왼팔 사용 사이를 전환할 때, 로크 피스(13, 13')는 주 부분(11)에 대한 전방 부분(12)의 회전후 아래팔 세트(10)의 전방 부분(12)을 주 부분(11)에 대해 제 위치에 위치설정하도록 동작할 수 있다.
손 수용 시트(30)의 손잡이(302)는 상이한 재활 필요에 맞추도록 변경될 수 있다는 점을 인지하여야 한다. 도 13에 도시한 바와 같이, 변경된 손잡이(302')는, U자형 단면을 가지며 환자의 손바닥을 수용하도록 구성된 손바닥 수용 부분(306')과, 환자의 손바닥을 제 위치에 고정하도록 구성된 2개의 스트랩(307')을 갖는다.
요약하면, 본 개시의 외골격 장치는 하기의 이점을 갖는다:
1. 기저부(1), 지지부(2) 및 위아래팔부(3, 4) 사이의 협동 덕분에, 외골격 장치는 재활 목적으로 3차원 운동을 제공한다.
2. 도 10의 방정식에서, H0 는 일 사용자(H)의 위팔의 길이를 나타내고, H1 는 그 사용자(H)의 아래팔의 길이를 나타내며, R0 는 일 사용자(R)의 위팔의 길이를 나타내고, R1 는 그 사용자(R)의 아래팔의 길이를 나타낸다. 제 1 구동 액슬(205)과 손잡이(302) 사이의 거리가 고정(R2=H2)된 상태에서, 환자의 생리적 지수가 입력될 때, 외골격 장치의 제어부는 각 사용자(H, R)의 위팔과 아래팔 사이의 각도(θH2, θR2)를 계산하여 판단하고, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 상이한 신체 크기(즉, 상이한 팔 길이)의 사용자(H, R)에 맞추도록 위팔부(3)과 아래팔부(4) 사이의 각도를 그에 맞춰 조절할 수 있다.
3. 외골격 장치의 구성요소는 재활 중 환자의 팔 운동을 방해하지 않아서, 훈련에서의 원활함을 향상시킬 것이다.
4. 외골격 장치는 왼팔 사용 및 오른팔 사용의 모두에 적합하며, 왼팔 및 오른팔 사이의 전환은 조작이 비교적 쉽다.
전술한 설명에 있어서, 설명의 목적으로 실시형태의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 상세가 기술되었다. 그러나, 당업자라면, 이들 특정 상세의 일부 없이 하나 또는 그 이상의 실시형태가 실시될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 또한 "일 실시형태", "실시형태"에 대한 명세서 전체를 통한 참조에 있어서, 서수 등의 표시를 갖는 실시형태는 특정 특성, 구조 또는 특징이 본 개시의 실시에 포함될 수도 있다는 것을 의미하는 것이 이해되어야 한다. 추가로, 설명에 있어서, 다양한 특성은 때로 본 개시를 간소화할 목적으로 그리고 다양한 발명적 관점의 이해에 도움을 줄 목적으로 단일 실시형태, 도면 또는 그 설명 내에서 함께 분류되며(grouped). 본 개시의 실시에서, 일 실시형태로부터의 하나 이상의 특성 또는 특정 상세는 적용가능하다면 다른 실시형태로부터의 하나 이상의 특성 또는 특정 상세와 함께 실시될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시는 예시적인 실시형태라 여겨지는 것과 관련하여 기술되었지만, 본 개시가 개시된 실시형태에 제한되는 것은 아니며, 모든 변경예 및 균등 구조물을 포괄하도록 가장 넓은 해석의 정신 및 범주 내에 포함되는 다양한 구조물을 포함하는 의도임이 이해되어야 한다.

Claims (11)

  1. 사지 재활을 위한 외골격 장치에 있어서,
    베이스와, 상기 베이스 위에 배치된 제 1 구동 부재를 구비하는 기저부와;
    상기 베이스에 대해 수직 제 1 축선을 중심으로 회전하도록 상기 제 1 구동 부재에 의해 구동되는 지지부로서, 상기 베이스에 피봇가능하게 연결된 서포트와, 상기 서포트에 연결되고 상기 베이스 위에 배치되며 제 2 구동 부재 및 제 3 구동 부재를 구비하는 위치설정 시트를 포함하는 상기 지지부와;
    링크 액슬,
    상기 위치설정 시트에 회전가능하게 연결되고 상기 제 1 축선에 직교하는 수평 제 2 축선을 중심으로 회전하도록 상기 제 2 구동 부재에 의해 구동되는 연결 단부와, 상기 연결 단부에 대향하고 상기 링크 액슬에 연결된 링크 단부를 갖는 주 아암, 및
    상기 주 아암의 측부에 배치되고, 상기 주 아암의 링크 단부와 상기 위치설정 시트의 사이에 연결되며, 상기 제 2 축선에 평행한 수평 제 3 축선을 중심으로 상기 주 아암의 링크 단부에 대해 상기 링크 액슬을 회전시키도록 상기 제 3 구동 부재에 의해 구동되는 링크 기구
    를 구비하는 위팔부와;
    상기 위팔부에 대해 회전하도록 상기 링크 기구에 의해 구동되는 아래팔부로서, 상기 링크 액슬에 공동회전가능하게 고정 결합된 아래팔 세트와, 상기 아래팔 세트에 회전가능하게 연결되고 손을 수용하도록 구성된 손 수용 시트와, 상기 손 수용 시트에 연결되고 상기 아래팔 세트의 측부에 배치되며 아래팔을 수용하도록 구성된 아래팔 수용 시트를 구비하는 상기 아래팔부를 포함하며,
    상기 아래팔 세트는 상기 제 1 및 제 2 축선에 직교하는 수평 제 4 축선을 중심으로 상기 손 수용 시트를 회전시키기 위한 제 4 구동 부재를 구비하는
    외골격 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기저부는 상기 제 1 구동 부재, 상기 지지부, 상기 위팔부 및 아래팔부를 상기 베이스에 대해 승강시키도록 동작가능한 승강 부재를 구비하는
    외골격 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 링크 기구는, 상기 위치설정 시트에 연결되고 상기 제 2 축선을 중심으로 회전가능한 연결판과, 상기 연결판에 피봇가능하게 연결된 일 단부를 갖는 제 1 링크와, 상기 제 1 링크의 타 단부에 피봇가능하게 연결된 일 단부를 갖는 제 2 링크와, 상기 제 2 링크의 타 단부에 피봇가능하게 연결되고 상기 주 아암의 링크 단부와 상기 제 2 링크의 사이에 배치된 일 단부, 및 상기 링크 액슬에 공동회전가능하게 결합된 타 단부를 갖는 제 3 링크와, 상기 제 1 링크와 상기 제 2 링크에 피봇가능하게 연결된 일 단부, 및 상기 주 아암의 링크 단부에 피봇가능하게 연결된 타 단부를 갖는 제 4 링크를 포함하며, 상기 링크 액슬은 상기 제 3 축선을 따라 연장되는
    외골격 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 아래팔부의 아래팔 세트는, 상기 링크 액슬에 고정 결합된 주 부분과, 상기 주 부분에 연결되고 상기 제 4 축선에 평행한 수평 제 5 축선을 중심으로 상기 주 부분에 대해 회전가능한 전방 부분과, 상기 주 부분에 대한 상기 전방 부분의 각도 위치를 고정하기 위한 적어도 하나의 로크 피스를 포함하는
    외골격 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 아래팔 세트의 전방 부분은 상기 주 부분에 대해 180도까지 회전가능한
    외골격 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 아래팔 세트의 전방 부분은, 상기 제 3 축선에 평행한 방향을 따라 연장되는 제 1 판과, 상기 제 5 축선에 평행한 방향을 따라 연장되고 일 단부가 상기 제 1 판의 단부에 연결된 제 2 판과, 상기 제 2 판의 타 단부에 배치된 커넥터를 포함하고;
    상기 아래팔부는:
    상기 제 2 판과 상기 손 수용 시트의 사이에 연결되고, 상기 제 3 축선에 평행한 수평 제 6 축선을 중심으로 상기 커넥터에 대해 회전가능한 커플링 시트와,
    상기 제 2 판과 상기 커넥터 사이에 연결되고, 상기 제 2 판에 대한 상기 커플링 시트의 회전 중 댐핑력을 발생시키며, 회전 중 상기 커플링 시트를 원래의 각도 위치로 복귀시키기 위한 복원력을 제공하는 탄성 부재를 더 포함하는
    외골격 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 아래팔 세트의 제 2 판은, 그의 종방향으로 연장되는 슬라이드 슬롯과, 상기 탄성 부재의 일 단부에 연결되고 상기 슬롯 내에서 이동가능한 슬라이더를 포함하는
    외골격 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 아래팔부의 커플링 시트는, 시트 본체와, 상기 시트 본체 상에 회전가능하게 장착된 복수의 외측 롤러와, 상기 시트 본체 상에 회전가능하게 장착되는 복수의 내측 롤러를 포함하며, 상기 내측 롤러 및 상기 외측 롤러가 협동하여 원호형상 레일을 구성하도록 상기 내측 롤러가 상기 외측 롤러로부터 이격되고 상기 외측 롤러에 제 위치에서 각기 대응하고;
    상기 손 수용 시트는, 상기 내측 롤러 둘레로 배치되고 상기 외측 롤러로 둘러싸이도록 상기 원호형상 레일 상에 미끄럼 이동 가능하게 배치된 원호형상 프레임과, 상기 원호형상 프레임에 연결되고 손으로 잡을 수 있게 구성된 손잡이를 포함하며;
    상기 원호형상 프레임은 상기 제 4 축선을 중심으로 회전하도록 상기 제 4 구동 부재에 의해 구동되는
    외골격 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 4 구동 부재는, 상기 커플링 시트에 장착된 모터와, 상기 모터에 의해 회전하도록 구동되는 풀리와, 상기 외측 롤러의 측부에 배치된 2개의 아이들러와, 상기 원호형상 프레임에 고정되고, 상기 제 4 축선을 중심으로 한 상기 손 수용 시트의 회전을 허용하도록 상기 풀리 및 상기 아이들러 둘레로 주행하는 타이밍 벨트를 갖는
    외골격 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 손 수용 시트는 상기 제 6 축선 상에 놓인 회전 중심을 갖는
    외골격 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부의 서포트는:
    상기 위치설정 시트의 측부에 배치되고, 서로 이격되어 있는 제 1 결합 구멍 및 제 2 결합 구멍을 갖는 위치설정판과,
    상기 위치설정 시트 내로 제거가능하게 연장되며, 상기 서포트에 대해 상기 위치설정 시트를 위치설정하도록 상기 제 1 및 제 2 결합 구멍 중 선택된 하나 내에 결합가능한 고착 부재를 포함하는
    외골격 장치.
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