KR20200120473A - 공압 팽창식 재활 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공압 팽창식 재활 장치에 관한 것으로서, 상기 공압 팽창식 재활 장치는 전완부의 위쪽 부분에 장착되는 제1 고정 밴드, 상기 전완부의 아래쪽 부분에 장착되는 제2 고정 밴드, 상기 제1 고정 밴드와 상기 제2 고정 밴드 사이에 일측과 타측이 각각 장착되고, 상기 전완부에 적어도 한 번 권선되는 적어도 하나의 재활 밴드를 포함한다.

Description

공압 팽창식 재활 장치{PNEUMATIC INFLATABLE REHABILITATION DEVICE}

본 발명은 공압 팽창식 재활 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 팔뚝의 회내(pronation) 및 회외(supination)용 재활을 위한 웨어러블 공압 팽창식 재활 장치에 관한 것이다.

팔 중에서 아래팔인 전완부(forearm), 즉 하박의 장애는 뇌졸중, 척수 손상(SPI), 후천성 또는 외상성 뇌 손상(ABI/TBI), 뇌졸중, 골절 및 절개나 구멍이 발생한 부상 등과 같은 수많은 질병이나 부상으로 발생할 있다.

이러한 전완부 장애로 인해 팔뚝에 문제가 있는 환자에게는 물을 마시거나 옷을 입는 동작과 같은 일상적인 동작들이 더 이상 일상적인 동작이 아니게 된다.

따라서, 전완부 장애가 있는 환자는 일상 생활 중에 많은 고통을 겪고 있고, 전완부 장애를 극복하기 위한 많은 재활 동작이 중요 시 된다.

하지만, 일반적으로 이용 가능한 대부분의 재활 장치는 부피가 크고 무거우며, 비싸 또한 비싸기 때문에, 많은 전완부 장애 환자들은 개인적으로 재활 장치를 구입해 집에 설치한 후 집에서 지속적인 관리를 할 수 없게 된다.

따라서, 대부분의 전완부 장애 환자는 가까운 병원이나 진료소 등을 방문하여 재활 동작을 실시해야 하므로, 많은 시간과 비용이 소요되며, 거둥이 원활하지 못한 환자의 경우 재활 동작에 대한 많은 어려움과 불편함이 따르다.

현재 전완부 장애를 위한 재활 운동 중 하나는 로봇을 이용하는 보조 팔 훈련으로서, 요즘 널리 사용되고 있으며 환자의 운동 기능 향상에 효과적이다.

기존의 로봇을 이용한 일반적인 재활 메커니즘은 환자가 로봇의 손잡이를 잡고 있는 동안, 로봇을 통해 환자의 팔뚝 근육에 대한 기능 회복에 도움이 되는 보조력(assistive force)이나 저항력(resistive force)이 환자의 팔뚝에 인가된다.

이러한 로봇을 이용한 로봇 재활 장치는 대부분 금속과 같은 강성 물질로 만들어져 있고 장치의 무게가 무겁고 가격 또한 매우 비쌌다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전완부 장애를 갖는 환자의 재활을 편리하게 하기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전완부 장애를 시간과 장소에 구애받지 않고 자유롭게 하여 환자의 편리성을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 저렴한 비용으로 전완부의 재활 동작을 실시하기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 착용감을 향상시키고 장착의 편리성을 높이기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 전완부 재활을 위한 안전하고 소형인 재활 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 공압 팽창식 재활 장치는 전완부의 위쪽 부분에 장착되는 제1 고정 밴드, 상기 전완부의 아래쪽 부분에 장착되는 제2 고정 밴드, 상기 제1 고정 밴드와 상기 제2 고정 밴드 사이에 일측과 타측이 각각 장착되고, 상기 전완부에 적어도 한 번 권선되는 적어도 하나의 재활 밴드를 포함한다.

상기 재활 밴드는 외부로부터 주입되는 공기가 채워지는 본체 및 상기 본체의 양 단부에 위치하고, 상기 제1 고정 밴드와 상기 제2 고정 밴드에 각각 장착되는 부착부를 포함할 수 있다.

상기 본체는 길이 방향을 따라 구획되어 있고 각각 공기가 채워지는 복수 개의 공기실을 포함할 수 있다.

인접한 두 공기실을 서로 연결될 수 있다.

상기 부착부의 끝단은 사선 구조를 가질 수 있다.

상기 본체의 양 끝단을 사선 구조를 가질 수 있다.

상기 부착부는 벨크로 구조를 가질 수 있다.

상기 재활 밴드는 상기 본체의 일측에 연결되어 있는 공기 주입구를 더 포함할 수 있다.

상기 재활 밴드는 두 개를 포함할 수 있다.

상기 제1 고정 밴드와 상기 제2 고정 밴드는 각각 본체 및 상기 본체의 단부에 연결되어 있는 고정부를 각각 포함할 수 있다.

상기 제1 고정 밴드와 상기 제2 고정 밴드의 각 본체는 미끄럼 방지 패드를 포함할 수 있다.

상기 제1 고정 밴드의 본체와 상기 제2 고정 밴드의 본체의 외부면은 각각 벨크로 구조를 가질 수 있다.

상기 제1 고정 밴드의 고정부와 상기 제2 고정 밴드의 고정부는 각각 고정끈 및 상기 고정끈에 결합되는 고정 고리를 포함할 수 있다.

상기 공압 팽창식 재활 장치는 직물을 포함할 수 있다.

이러한 특징에 따르면, 생체 공학적 구조인 비정형의 기하학적 구조를 갖고 있으므로, 착용감과 동작 시 불편함이 크게 줄어들어 사용자의 만족도가 높으며, 오동작 시 부상의 위험이 크게 감소한다.

또한, 경량의 직물로 이루어져 있으므로, 착용 및 탈거가 용이하며, 착용 시 무게로 인한 불편함이 크게 감소한다. 또한 제조 비용 역시 크게 감소하여, 사용자의 경제적인 부담이 크게 줄어든다.

더욱이 본 예의 공압 팽창식 재활 장치는 공기를 이용한 공압식 이므로, 사용 시에도 가볍고 통증의 발생이 크지 않으며 오동작 시 부상의 위험이 크게 줄어든다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라 공압 팽창식 재활 장치에 대한 도면으로서, (a)는 제1 고정 밴드와 제2 고정 밴드의 고정 밴드의 앞부분과 뒷부분을 도시한 도면이고, (b)는 공기가 빠졌을 때 재활 밴드의 앞부분과 뒷부분을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 공압 팽창식 재활 장치가 재활자의 팔뚝에 착용된 상태를 도시한 도면으로서, (a)는 팔뚝의 위쪽 부분과 아래 부분에 각각 제1 고정 밴드와 제2 고정 밴드가 착용된 상태를 도시한 도면이고, (b)는 제1 고정 밴드와 제2 고정 밴드에 제1 재활 밴드가 착용된 상태를 도시한 도면으로 회내(pronation)일 때의 상태를 도시한 도면이고, (c)는 제1 고정 밴드와 제2 고정 밴드에 제2 재활 밴드가 착용된 상태를 도시한 도면으로 회외(supination)일 때의 상태를 도시한 도면이고, (c)는 실제 사용자의 팔뚝에 착용된 상태를 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 한 실시예에 따라 공압 팽창식 재활 장치가 암 모델에 장착된 상태를 도시한 도면으로서, (a)는 재활 밴드의 수축 방향으로 도시하고, (b)는 팔의 회전 방향을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 공압 팽창식 재활 장치에서 수축 전(AR13 영역)과 수축 후(AR14 영역)의 회전의 작동 메커니즘을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 공압 팽창식 재활 장치의 열 접착을 위한 3축 전동 스테이지와 열 인가 장치(heat application unit)를 도시한 도면으로서, 구형 롤러 볼 팁(4.95mm)이 구리로 만들어진 어댑터를 구비한 인두(soldering iron)에 장착되어 있는 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 공압 팽창식 재활 장치에 대한 필링 테스트(peeling test)의 제 1 피크를 정의한 그래프로서, 부하의 첫 번째 피크 값은 팽창 특성의 기능을 상실한 시간인 품질 특성값(quality characteristic value)을 나타낸다.
도 7의 (a)는 제1 실험 설정에 대한 S/N비를 도시한 것이고, (b)는 제 2 실험 설정에 대한 S/N비를 도시한 것이고, (a)와 (b)에서, 빨간색 원은 각 매개 변수를 기준으로 가장 높은 S/N비가 가장 높은 것을 나타낸다.
도 8은 서로 다른 압력 크기(pressure level)를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 재활 밴드에서의 힘-길이 관계를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공압 팽창식 재활 장치의 특성화 실험 장비를 도시한 도면이다.
도 10은 다양한 압력 크기(pressure level)를 갖는 본 실시예에 따른 재활 밴드에서의 토크 대 회전 각도를 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 재활 밴드에 대한 실험 장비를 도시한 도면으로서, 비전 시스템을 이용하는 폐쇄 루프 제어를 위한 실험 장비를 도시한 도면이다.
도 12는 한 실시예에 따라 공압 팽창식 재활 장치를 착용한 암 모델(arm model)의 폐쇄 루프 각도 제어의 결과를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공압 팽창식 재활 장치에 대해서 설명하도록 한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 예에 따른 공압 팽창식 재활 장치(이하, 이 공압 팽창식 재활 장치는 '재활 장치'로 칭한다)는 제1 고정 밴드(11), 제2 고정 밴드(13). 그리고 제1 밴드(11) 및 제2 밴드(13)에 부착되는 적어도 하나의 재활 밴드[예, 제1 재활 밴드 및 제2 재활 밴드](21, 23)를 구비할 수 있다.

도 2의 (a)에 도시한 것처럼, 제1 고정 밴드(11)는 사용자, 즉 재활자의 전완부(100)의 위쪽 부분(즉 발꿈치와 인접한 부분)에 장착되는 밴드로서, 제1 및 제2 재활 밴드(21, 23)가 부착되는 부분이다.

이러한 제1 고정 밴드(11)는 재활자의 해당 전완부(100) 부분에 둘레 방향을 따고 감기게 장착되므로, 긴 띠 형상을 갖고 있다.

따라서, 제1 고정 밴드(11)는 긴 띠 형상을 갖는 본체(111)와 본체(111)의 양단에 위치하는 고정부(112)를 구비한다.

본체(111)는 재활자의 전완부(100) 위쪽 부분을 주로 감싸는 부분으로서, 내부면, 즉 재활자의 전완부(110)에 감기는 면에는 실리콘(silicon)과 같은 합성수지재를 함유한 미끄럼 방지 패드(P11)가 적어도 하나가 구비될 수 있다.

도 1에 도시한 것처럼, 한 예에서, 미끄럼 방지 패드(P11)는 두 개가 본체(111)의 해당 면에 부착될 수 있고, 이 경우, 두 개의 미끄럼 방지 패드(P11)는 본체(111)의 길이 방향으로 나란히 이격되게 위치할 수 있다.

또한, 본체(111)의 내부면의 반대편에 위치하고 외부로 노출되는 면인 외부면에는 벨크로(Velcro) 구조를 갖고 있고, 제1 및 제2 재활 밴드(21, 23)와의 결합이 용이하고 신속하게 이루어질 수 있도록 한다.

고정부(112)는 전완부(100)의 해당 부분에 감긴 제1 고정 밴드(11)의 감긴 상태를 안정적으로 유지하기 위한 것이다.

이러한 고정부(112)는 고정끈(1121)과 고정끈(1121)에 결합되는 고정 고리(1122)를 구비할 수 있다.

따라서, 재활자나 보호자는 고정끈(1121)을 고정 고리(1122)에 삽입하여 제1 고정 밴드(11)의 감긴 상태가 유지될 수 있도록 한다.

하지만, 이러한 고정부(112)의 구조는 본 예에 한정되지 않고, 벨크로 구조(즉 후크 앤 루프 구조)나 3-글라이드 버클 등과 같은 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

도 1에 도시한 것처럼, 고정끈(1121)의 외부면 끝부분은 벨크로 구조를 갖고 있는 본체(111)의 외부면과의 접착과 탈착이 용이하게 이루어지도록 벨크로 구조를 갖는 접착 부분(C11)을 가질 수 있다.

제2 고정 밴드(13)는 도 2의 (a)와 같이 제1 고정 밴드(11)의 장착 부위의 반대편인 재활자의 전완부(100)의 아래쪽 부분(즉, 손에 인접한 부분)에 장착되어 재활자의 전완부(100)의 위쪽 부분에 장착되는 제1 고정 밴드(11)와 반대편에서 마주보게 된다.

이러한 제2 고정 밴드(13)는 제1 고정 밴드(11)와의 상이한 장착 위치에 따른 연장 길이의 차이를 제외하면 제1 고정 밴드(11)와 같은 구조와 같은 기능을 갖는다.

따라서, 제2 고정 밴드(13)는 긴 띠 형상을 갖는 본체(121)와 본체(121)의 양단에 위치하는 고정부(132)를 구비한다.

본체(121) 역시 연장 길이만 제1 고정 밴드(11)의 본체(111)와 상이할 뿐 제1 고정 밴드(11)의 본체(111)와 동일한 형상을 갖고 있고, 내부면에는 적어도 하나의 접착 패드(P13)가 부착되어 있다.

이러한 적어도 하나의 접착 패드(P13) 역시 실리콘과 같은 합성수지를 구비할 수 있고, 재활자의 해당 부분과의 접착력과 향상시키기 위한 것이다.

제2 고정 밴드(13)의 본체(121)의 외부면 역시 제1 및 제2 재활 밴드(21, 23)와의 결합을 위해 벨크로 구조를 가질 수 있다.

고정부(132) 역시 제1 고정 밴드(11)와 동일하게 고정끈(1321)과 고정 고리(1322)를 구비할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

고정끈(1321)의 끝부분 역시 제2 고정 밴드(13)의 외부면과의 접착 및 탈착이 이루어지는 접착 부분(C13)을 구비할 수 있다.

제1 고정 밴드(11)와 제2 고정 밴드(13)는 하나의 예로서, 폴리에스터(polyester)(88%)와 폴리우레탄섬유(예, 스판텍스(spandex)(12%)의 합성으로 이루어질 수 있고, 460g/yd의 무게를 가질 수 있다.

제1 및 제2 재활 밴드(21, 23)는 접착 땀 등을 통한 공기 통과성이 없으며, 높은 강도(high burst strength)를 갖고, 공기의 주입 동작에 따른 잦은 팽창(frequent inflation)에도 찢어지지 않는 내구성이 양호한 원단으로 이루어지는 것이 좋다.

한 예로, 제1 및 제2 재활 밴드(21, 23)는 립스톤 원단(Ripstop fabric)과 나일론(nylon)의 합성인 열 접착 가능한 립스톤 원단(heat-sealable Ripstop fabric)으로 이루어질 수 있다.

이러한 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)는 서로 동일한 구조를 갖고 있고, 도 2에 도시한 것처럼, 해당 신체 부위에 착용될 경우에는 서로 좌우 반전 형태로 착용될 수 있다.

제1 및 제2 재활 밴드(21, 23)는 각각 서로 반대 방향으로 재활자의 전완부(100)를 나선 형태로 감고 있고, 일단이 제1 고정 밴드(11)에 접착되고, 타단이 제2 고정 밴드(13)에 접착되어 위치가 고정된다.

예를 들어, 제1 재활 밴드(21)는 도 2의 (b)에 도시한 것처럼 전완부(100)를 오른쪽 방향으로 나산 형태로 감고 있을 수 있고, 제2 재활 밴드(23)는 도 2의 (c)에 도시한 것처럼 제1 재활 밴드(21)의 감김 방향과 반대인 전완부(100)를 왼쪽 방향으로 나산 형태로 감고 있을 수 있다.

이러한 제1 및 제2 재활 밴드(21)는, 이미 기술한 것처럼, 서로 동일한 구조를 갖고 있으므로 고, 제1 재활 밴드(21)를 예로 설명하면 본체(211), 본체(211)의 양 단부에 위치하는 부착부(212) 및 부착부(212)의 일단에 연결되어 있는 공기 주입구(213)를 구비할 수 있다.

제1 재활 밴드(21)의 본체(211)는 내부에 빈 공간을 구비하고 있고, 공기 주입구(212)를 통해 공기가 유입되어 채워지는 하나의 공기 주머니 역할을 하는 부분으로서, 길게 연장되어 있는 띠 형상으로 내부에는 하나로 연결된 빈 공간을 구비하고 있다.

이때, 본체(211)는 길이 방향으로 따라서 구획되어 복수 개의 공기실(air chamber)(A211)로 나눠져 있어, 각 공기실(A211)은 하나의 작은 공기 주머니로 기능할 수 있다.

이때, 각 공기실(A211)은 상단, 하단 및 측부로 에워싸여져 있다.

도 1에 도시한 것처럼, 각 공기실(A211)의 측부는 모두 막혀 있지만, 상단과 하단은 각각 일부(예를 들어, 측부)와 연결되어 있는 가장자리 부분]은 접착되어 있지만, 가운데 부분은 접착되지 않고 개방되어 있는 개방부(OP)를 구비하고 있다. 따라서, 서로 인접한 두 공기실(A211)은 접착되지 않는 개방부(OP)를 통해 서로 연결되어 있고 인접한 두 공기실(A211) 사이의 공기 흐름이 이루어진다.

이때, 제1 재활 밴드(21)의 부착부(212)와 접해 있는 본체(211)의 첫번째 공기실(A211)과 마지막 공기실(A211)의 일측 끝단(즉, 하단과 상단)은 완전히 접착되어 있어, 공기 주입구(213)를 통해 유입된 공기가 공기 주입구(213)를 통하지 않고 제1 재활 밴드(21) 외부로 배출되지 못하도록 한다.

본 예에서, 본체(211) 내부에 공기실(A211)을 형성하기 위해, 열 접착(heat sealing) 동작을 통해 해당 공간을 분리할 수 있다.

이러한 제1 재활 밴드(21)의 몸체(211)의 양 끝단은 사선 형태를 갖고 있어 첫번째 공기실(A211)과 마지막 공기실(A211)은, 도 1의 (a)에 도시한 것처럼, 삼각형의 평면 형상을 갖고 있고 나머지 공기실(A211)은 상단과 하단의 가운데 부분에 개방구(OP)를 구비하고 있는 사각형의 평면 형상을 가질 수 있다.

이때, 수평선(L1)과 사선이 이루는 각도(θ1, θ2)는 서로 상이하고, 재활자의 전완부 위쪽 부분에 위치한 본체(211)의 끝단이 이루는 각도(θ1)가 전완부 아래쪽 부분에 위치한 본체(211)의 끝단이 이루는 각도(θ2)보다 작을 수 있다. 본 예에서, 수평선(L1)은 본체(211)의 연장 방향과 수직한 방향으로 뻗어 있는 직선이다.

이처럼, 본체(211)의 양 끝단이 경사지게 이루어져 있으므로, 이에 부착되는 대략 직사각형의 평면 형상을 갖는 부착부(232) 역시 수평선(L1)에 대해 본체(211)의 해당 끝단과 동일하게 경사져 있다.

따라서, 제1 고정 밴드(11)와 제2 고정 밴드(13)에 각각 부착되는 부착부(212)의 외측단[즉, 본체(211)와 연결된 내측단의 반대편 단] 역시 사선 구조를 갖게 되고, 이로 인해, 재활자는 좀더 용이하고 효율적으로 제1 및 제2 고정부(112, 132)에 해당 재활 밴드(21)를 부착할 수 있게 된다.

제1 재활 밴드(21)의 양 끝단, 즉 상단과 하단에 각각 위치하고 있는 접착부(212)는 각각 제1 고정 밴드(11)와 제2 고정 밴드(13)의 해당 위치에 각각 부착되는 부분으로서, 제1 고정 밴드(11)와 제2 고정 밴드(13)의 외부면에 각각 접착된다.

따라서, 한 예로서, 제1 재활 밴드(21)의 접착부(212)는 벨크로 구조를 갖는 제1 고정 밴드(11)와 제2 고정밴드(13)와의 부착과 탈착이 용이한 벨크로 구조를 가질 수 있다.

제1 재활 밴드(21)의 공기 주입구(213)는 외부로부터 공기가 주입되는 부분으로서, 본체(211)의 해당 공기실(예, 첫 번째 공기실)(A211)과 연결되어 있어, 해당 공기실(A211)로의 공기 주입과 공기 배출이 이루어지도록 한다.

이때, 공기 주입구(213)에는 본체(211) 내로 주입된 공기가 사용자의 의도와 무관하게 외부로 배출되는 것을 방지하기 위한 차단막(미도시)이 위치할 수 있다.

따라서, 제1 재활 밴드(21)의 본체(211) 속으로 공기 주입을 위해, 공기 펌프(미도시)의 공기 주입관이 공기 주입구(213) 내로 삽입되면, 공기 주입관은 차단막을 밀게 되고 미는 힘에 의해 차단막은 개방될 수 있다. 이로 인해, 공기 펌프로부터 배출되는 공기는 개방된 차단막을 통과해 본체(211)의 첫 번째 공기실(A211)로의 공기 주입을 실시하게 되고, 개방구(OP)를 통해 직렬로 서로 연결되어 있는 나머지 공기실(A211)에도 순차적으로 공기 주입이 이루어져, 모둔 공기실(A211)이 거의 동시에 팽창되고 수축될 수 있다.

하지만, 차단막으로부터 공기 펌프의 공기 주입관이 빠지게 되면 차단막의 복원력에 의해 차단막의 위치는 초기 위치로 원상 복귀하여 초기 상태인 닫힘 상태를 유지하게 된다. 이로 인해, 본체(211) 내에 위치하는 공기는 외부로 배출되지 않게 된다.

이때, 제1 재활 밴드(21)의 본체(211) 속에 삽입되어 있는 공기를 배출하기 위해서는 보호자나 재활자가 본체(211)를 손으로 눌러 강제적으로 차단막을 개방시켜 외부로 배출할 수 있다.

이러한 구조를 갖는 본 예의 공압 팽창식 재활 장치를 해당 팔의 전완부(100)에 장착하기 위해서는 먼저 도 2의 (a)에 도시한 것처럼 전완부(100)의 상부와 하단에 각각 제1 고정 밴드(11)와 제2 고정 밴드(13)를 감아 장착한다.

이러한 제1 고정 밴드(11)와 제2 고정 밴드(13)의 재활자의 팔뚝 둘레에 따라 고정끈(1121, 1321)의 길이를 조정하여 장착 상태를 조정할 수 있다.

다음, 도 2의 (b)와 같이, 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23) 중 하나[예, 제1 재활 밴드(21)]의 끝단을 제1 고정 밴드(21)와 제2 고정 밴드(23) 중 하나[예, 제1 고정 밴드(21)]의 외부면에 부착시킨 후 해당 방향(예, 오른쪽 방향)을 따라 나선형으로 감아 나머지 끝단을 다른 고정 밴드[예, 제2 고정 밴드(23)]의 외부면에 부착시킨다.

그런 다음, 도 2의 (c)에 도시한 것처럼, 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23) 중 나머지 하나[예, 제2 재활 밴드(23)]도 끝단을 제1 고정 밴드(11)와 제2 고정 밴드(13) 중 하나[예, 제1 고정 밴드(11)]의 외부면에 부착시킨 후 해당 방향(예, 왼쪽 방향)을 따라 나선형으로 감아 나머지 끝단을 다른 제2 고정 밴드(예, 13)의 외부면에 부착시켜 도 2의 (d)와 같은 형태로 재활자의 전완부(100)에 장착되게 된다.

이처럼, 본 예의 재활 장치가 재활자의 전완부(100)에 장착된 후 공기 주입이 이루어지지 않는 형상은 도 3의 (a)와 같을 수 있다.

이런 상태에서, 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)의 각 공기 주입구(213, 233)를 통해 공기가 해당 본체(211, 221) 내의 각 공기실(A211, A221)로 주입되게 되고, 이러한 공기 주입에 의해 도 2의 (b)와 (c)에 도시한 것처럼 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)는 감겨 있는 전완부(100)의 해당 부분에 압력을 줘, 접해 있는 해당 근육의 수축 운동 등과 같은 재활 동작을 실시할 수 있게 된다. 이처럼, 본 예의 재활 장치가 재활자의 전완부(100)에 장착된 후 공기 주입이 이루어진 형상은 도 3의 (b)와 같을 수 있다.

이와 같이, 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)에 공기가 주입되면, 도 3의 (b)에 도시한 것처럼, 방사형 팽창(radial expansion)으로 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)는 인간의 생물학적 근육과 같이 축방향으로 수축하게 된다.

이처럼, 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)은 인체 공학적 설계가 이루어져 있고, 두 개의 팔뚝 근육, 즉 외측 상과(lateral epicondyle)와 요골(radius)에 부착되어 있는 원형 회외근(supinator teres)과 내측 상과(medial epicondyle)과 요골에 부착되어 있는 원형 회내근(pronator teres)에 기초해 설계될 수 있다.

따라서, 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23))는 전완부(100)의 재활 동작뿐만 아니라 부착된 부분에 따라 위의 두 개의 근육, 즉 원형 회외근과 원형 회내근의 기능을 동시에 수행할 수 있다.

제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)의 감기 방향에 기초해서, 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)가 수축 동작이 이루어질 때, 전완부(100)는 회외되거나(supinate)나 회전된다.

인간의 근육은 해당 부분의 견고한 부분(예, 뼈)에 붙어서 있고 피부로 덮여 있는 반면, 본 예의 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)는 피부 위에 위치하게 된다. 따라서, 이러한 이유로, 본 예의 제1 및 제2 재활 밴드(21, 23)는 부피가 큰 재활 밴드의 압축이 전완부의 불편함을 초래하기 때문에, 본 예의 제1 및 제2 재활 밴드(21, 23)는 인간의 근육과 달리 얇아야 한다.

따라서, 본 예의 직물로 이루어진 평탄한 공압 액츄에이터, 즉 제1 및 제2 재활 밴드(21, 23)는 맥키븐 근육(Mckiben muscle)에서 선택될 수 있다.

맥키븐 근육의 선택과 함께, 뼈를 중심으로 제1 및 제2 재활 밴드(21, 23)가 부착된 피부는 뼈를 중심으로 하여 팽창(stretch)되거나 회전(rotate)되야 되므로, 부착 방식(anchoring method) 역시 매우 중요하다.

이러한 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)는 다양한 의료 제작 기술을 이용하여 착용감이 좋고 제작이 용이한 직물(fabric material)로 이루어질 수 있다.

한 예로, 제1 고정 밴드(11)와 제2 고정 밴드(13)는 경량의 합성 수지재를 함유할 수 있고 2중겹으로 이루어져 견고성이 양호할 수 있다. 또한 공기의 통과성이 양호할 수 있다.

다시 도 2로 되돌아가, (b)에 도시한 것처럼, 제1 재활 밴드(21)로의 공기 주입이 이루어져 제1 재활 밴드(21)가 화살표(즉, 파란색 화살표)와 같은 방향으로 감긴 방향을 따라 수축 동작이 이루어지게 되면, 이 제1 재활 밴드(21)와 동일한 방향으로 형성되어 있는 원형 회내근(pronator teres)과 반형 회내근(pronator quadratus)에 압력이 인가되어 화살표(즉, 빨간색 화살표)와 같이 해당 제1 재활 밴드(21)의 수축 방향과 동일한 나선 방향으로의 수축이 이루어진다. 이로 인해, 원형 회내근(pronator teres)과 반형 회내근(pronator quadratus)의 비틀림 운동이 이루어지게 된다.

또한, 도 2의 (c)에 도시한 것처럼, 제2 재활 밴드(23)로의 공기 주입이 이루어져 제2 재활 밴드(23)가 화살표(즉, 파란색 화살표)와 같은 방향으로 감긴 방향을 따라 수축 동작이 이루어지게 되면, 이 제2 재활 밴드(23)와 유사한 방향으로 형성되어 있는 회외근(supinator)에 압력이 인가되어 화살표(즉, 빨간색 화살표)와 같이 해당 제2 재활 밴드(23)의 수축 방향과 동일한 나선 방향으로의 수축이 이루어진다. 이로 인해, 회외근(supinator)의 비틀림 운동이 이루어지게 된다.

이와 같이, 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)에 주입된 공기에 의해 해당 근육의 수축이 이루어지기 때문에, 재활자는 커다란 고통없이 전완부(100)의 재활 운동을 행할 수 있어 사용자의 만족도가 좋다.

또한, 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)가 인체 공학적으로 설계되어, 근육의 형성 방향대로 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23)의 수축이 이루어지므로 해당 근육의 재활 동작뿐만 아니라 해당 근육의 동작을 보조하는 보조 역할을 수행하게 된다. 따라서, 본 예의 재활 장치를 착용한 후 일상 생활을 행할 경우, 재활자는 좀 더 수월하게 일생 생활을 할 수 있어 재활자의 편리성이 향상된다.

이에 더해, 제1 및 제2 고정밴드(11, 13)와 제1 및 제2 재활 밴드(21, 23)는 모두 신축성이 있고 경량의 직물로 이루어져 있으므로, 본 예의 재활 장치를 착용하더라도 운동 동작이나 생활이 큰 불편함을 느끼지 못하게 되며, 휴대 역시 용이하게 때와 장소에 구애받지 않고 전완부(100)의 재활 운동을 실시할 수 있게 된다.

본 예에서, 재활 밴드(21, 23)의 개수는 두 개이지만, 이에 한정되지 않고 한 개일 수 있다.

일반적으로 연장된 발꿈치 위치에 대해 전완부(100)의 회내(pronation)와 회외(supination)에 범위는 약 160도이므로, 제1 재활 밴드(21)와 제2 재활 밴드(23) 역시 이 회전 범위(약 160도)와 유사한 회전 범위를 가져야 한다.

일반적인 공압식 인조 근육(pneumatic artificial muscle)의 수축율(contraction ratio)은 약 10 내지 30%일 수 있지만, 전완 길이(forearm length)(L_f)가 각 재활 밴드(21, 23)의 양쪽 끝 사이에 고정되어 있으면 비교적 큰 회전각을 가질 수 있다.

따라서, 도 4는 전완부가 원뿔대(truncated cone)라고 가정할 때, 평탄한 공압 액츄에이터(flat pneumatic actuator)(예, 본 예의 재활 밴드)의 동작 개념도이다.

도 4에서, 작은 반경을 갖는 파란색 영역인 제1 영역(AR11)은 손목, 큰 반경을 갖는 노란색 영역인 제2 영역(AR12)은 팔꿈치를 나타낸다.

옅은 회색 영역인 제3 영역(AR13)은 공기가 빠져 수축될 때 액츄에이터인 본 예의 재활 밴드이고, 짙은 회색 영역인 제4 영역(AR14)은 공기가 주입되어 팽창될 때 액츄에이터이다.

액츄에이터의 두 피벗점(pivot point)은 힌지 역할을 수행한다.

액추에이터가 수축하면(즉, 재활 밴드로 공기가 주입되면), 재활 밴드의 팽창 동작에 의해 도 3의 (a)에 화살표로 표시한 것과 같은 방향으로 전완부를 회전시켜 액추에이터의 초기 길이(Li)는 짧아지고 두 피벗점 사이의 길이(Lp)가 전완 길이(Lf)와 같아질 때까지, 재활 밴드 (b)에 도시한 것처럼, 화살표 방향으로의 회전이 이루어진다. 수축율, 팔 둘레(arm circumference) 등과 같은 설계 인자(design factor)가 부여되면 간단한 기하학적 계산에 근거하여 어떠한 운동 범위도 결정할 수 있게 된다.

다시, 재활 밴드로 주입된 공기가 빠지게 되면 전완부를 감싸고 있던 재활 밴드의 압력이 해제되므로, 도 3의 (a)에 도시한 것처럼, 전완부의 상태를 초기 위치로 복귀된다.

이로 인해, 재활 밴드로의 공기 주입 및 공기 배출 동작이 반복됨에 따라 전완부의 회전 및 복귀 동작이 자동으로 이루어져, 전완부의 재활 동작이 이루어지게 된다.

이때, 고정 밴드의 당김 힘이 증가하면, 해당 고정 밴드가 해당 전완부 부분에서 미끄러져서 액추에이터(즉 해당 재활 밴드)의 동작을 방해할 수 있다.

따라서, 이러한 원치 않는 고정 밴드의 미끄러짐 동작을 피하기 위해, 해당 재활 밴드의 권선 수를 증가시키게 되면 해당 재활 밴드와 고정 밴드 사이의 각도가 작아지게 된다.

하지만, 전완부(100)를 나선형으로 감는 재활 밴드의 권선 수를 증가시키게 되면 재활자가 불편함을 느끼게 되므로, 본 예의 경우, 재활 밴드는 360도로 감기는 한 번의 권선 동작이 이루어지지만, 이에 한정되지 않고, 전완부(1100)에 감기는 재활 밴드의 권선 횟수는 복수 번일 수 있고, 이에 따라 전완부(100)에 감겨 있는 해당 재활 밴드의 회전 각도는 360도를 초과할 수 있다.

또한, 재활 밴드의 수축율이 클수록, 동일하게 재활 밴드가 동작할 때 전완부는 좀 더 많이 회전하게 된다.

따라서, 재활 밴드의 수축율을 증가시키기 위해서는, 싱글 챔버인 각 공기실(A211, A221)의 폭과 길이가 커야 한다. 하지만, 단일 챔버의 크기는 또한 착용감(wearability)에 영향을 미치는 해당 재활 밴드의 크기를 결정짓게 된다.

25%의 수축율과 착용감을 달성하기 위해, 각 공기실(A211)은 20 내지 30mm 폭과 40 내지 50mm 길이를 가질 수 있고, 재활 밴드(21, 23)는 일 예로, 9개의 공기실(A211)을 구비할 수 있다.

이러한 본 예의 재활 장치는 제품의 신뢰성(reliability), 제품의 일관성(consistency)및 내구성(durability)을 위해, 자동화된 제조 시스템을 구축하여 제작할 수 있다. 이로 인해, 본 예의 재활 장치에 대한 견고성과 일관성을 유지할 수 있다.

또한, 복수 개의 공기실(A211)을 구비한 재활 밴드(21, 23)과 고정 밴드(11, 13)을 제작하기 위해, 수동 패터닝법(manual patterning), 열 프레스법(heat press) 및 자동 패터닝법(automatic patterning)과 같은 다른 열 접착법이 이용될 수 있다.

수동 접착법(manual sealing)인 수동 패터닝법은 주로 작동자의 개인 기술에 제품의 품질이 결정되고 접착(sealing)을 위한 복잡한 시스템을 필요로 하지 않으므로 간단하고 비용면에서 유리하다.

하지만, 때때로 제작 시간이 많이 소요되고 완성된 제품의 품질이 보장되지 않는다.

열 프레스법은 열 전도성 스텐실을 사용하여 동일한 제품을 접착하는데 보다 안정이다. 그러나 제품의 접착 패턴이 빈번하게 변경되는 경우, 효율적이지 못하다.

자동 패터닝은 위의 두 가지 방법과 비교하면 빠른 속도로 제품을 제작하기에 가장 효과적인 열 접착 방법이다. 일반적으로 열 인가기(heat applicator)(예, 인두기)는 간단한 2차원(2D) 스케치로 접착 패턴을 그리기 위해 모터가 달린 x-y-z 스테이지의 엔드 이펙터(end-effector)로 사용된다. 이 방법은 무겁고 부피가 큰 스텐실을 준비할 필요가 없다. 따라서 본 예는 비교적 복잡한 패턴의 재활 장치, 특히 재활 밴드(21, 23)를 제작하기 위해 자동 패터닝을 채택할 수 있다.

본 예의 재활 장치를 제조하기 위한 자동화된 제조 시스템은, 도 5에 도시한 것처럼, 950mmХ900mm의 작업 공간을 가진 열 접착을 위한 3축 전동 스테이지(three axis motorized stage)에 구형 롤러볼 팁(spherical rollerball tip)이 장착된 인두를 장착할 수 있다(도 5). 약 4.95mm 직경의 롤러볼 팁은 패턴을 그리는 동안 견인력(dragging force)을 최소화하여 엔드 이펙터의 부드러운 이동을 용이하게 할 수 있다.

3축 전동 스테이지의 x좌표(즉, x축 좌표)와 y좌표(즉, y축 좌표)의 위치는 2차원 스케치 입력을 기반으로 컨트롤 유닛(control unit)에 의해 제어된다.

그러나 작업 공간 등의 변경 등으로 인해, 3축 전동 스테이지의 수직 위치(level)가 변경되는 경우, 컨트롤 유닛은 신속하게 z좌표(즉, z축 좌표)를 신속하게 제어할 수 없어, 접착 시스템의 기저부, 즉 받침대(base)가 완전히 평탄한 상태, 즉 지표면에 평행한 상태를 유지하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

이런 경우, 재활 장치를 제작하는 중에, 기울어진 면에서 팁의 수직력(vertical force) 감소로 인해 해당 부분에 대한 완전히 접착이 이루어지지 않는 동안, 기저부에 너무 높은 수직 항력(normal force)이 가해져 경사면에서 타거나 찢어지는 등의 불량이 발생할 수 있다. 최악의 경우, 해당 부품에 대한 영구 손상이 발생할 수도 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 예의 제조 시스템은 리니어 가이드(linear guide)와 스프링(spring)을 장착 블록에 부착하여 z축의 패시브 컴플라이언스(passive compliance)를 접착 팁(sealing tip)에 제공한다. 리니어 가이드는 엔드 이펙터의 수직 이동만을 허용하고, 고르지 않은 표면, 예를 들어, 평탄하지 못한 표면에서는 신속하게 반응한다. 미리 인장된 스프링(pre-tensioned spring)은 엔드 이펙터가 z축에서 직물 기판, 즉 직물이 위치한 기판에 상대적으로 일정한 압력을 인가하도록 도와준다. 이로 인해, 접착의 견고함과 일관성이 향상된다.

접착 패턴(sealing pattern)의 품질을 결정하는 몇 가지 매개 변수가 존재한다. 이러한 매개 변수는 접착 속도, 가열 부재의 온도 및 z축의 엔드 이펙터의 초기 높이일 수 있다.

본 예에서는 타구치 방법(Taguchi method)을 사용하여 재활 밴드의 견고성을 높이기 위한 매개 변수를 찾을 수 있다.

3개의 레벨을 갖는 초기 매개 변수가 L₉(3⁴) 직교 배열(orthogonal array)에 표시된다.

초기에, 30mm 길이를 갖는 직선 패턴이 재활 밴드의 실험 샘플(#1~#9)로서 제작되고, 제작된 샘플은 총 9개였다. 그런 다음, 각 샘플에 대해 [표 1]에 도시한 것과 같은 여러 매개 변수에 대한 테스트를 실시하였다.

그런 다음, 전동 인장 테스트 스탠드(motorized tensile test stand, Mark-10, ESM303)로 샘플에 대한 열접착 후 접착력 실험을 위한 필링 테스트(peeling test)를 수행한다.

팽창 가능한 재활 밴드가 공기 누출이 시작되면 재활 밴드의 기능성을 상실하므로, 부하의 초기 피크값은 품질 특성값으로 결정된다(도 6). 이는 부하의 초기 피크값이 커짐에 따라 접착 안정성(sealing robustness)이 증가함을 의미한다.

따라서 타구치의 larger-the-better 명제(theorem)가 적용되어, 아래의 [수학식 1]에 도시한 신호대 잡음비(S/N)를 계산하게 된다.

(여기서, y1은 품질 특성값이고, n은 실험 횟수이다.)

도 7의 (b)에 도시한 것처럼, 가장 높은 신호대 잡음비(S/N)를 갖는 실험 레벨이 두 번째 실험 세트(test set)를 위해 선택되었다.

[표 2]는 두 번째 실험 세트를 위한 실험 샘플에 대한 매개 변수를 요약한 것이다.

온도는 고온인 경우 직물로 이루어진 실험 샘플이 탈 수 있기 때문에 약 350도로 정했다. 직교 설계(orthogonal design)는 다른 매개 변수에 대한 물리적 한계로 인해 L₄(2³)로 변경되었다. 실험 결과, 접착 속도(sealing speed), 온도 및 인두기의 높이인 z값은 각각 40mm/min, 350 도 및 4.5mm로 결정된다[도 7의 (b) 참고].

이하, 본 예에 따른 재활 밴드 즉, 액츄에이터에 대한 실험 결과를 설명한다.

A. 특성(characterization)

특성 실험은 수축력과 액추에이터(즉, 재활 밸드)의 길이 사이의 관계 및 전완부 회전각(forearm rotation)과 웨어러블 장비(즉, 본 예의 재활 장치)의 토크 사이의 관계를 얻기 위해 수행되었습니다.

첫 번째 실험에서, 모터 구동 테스트 스탠드(Mark-10, ESM303)를 사용해 5가지의 다른 압력 레벨(10, 20, 30, 40 및 50kPa) 하에서 액추에이터의 길이가 감소함에 따른 액츄에이터의 두 끝단 사이의 장력을 측정하였다. 다른 공압식 액츄에이터와 마찬가지로, 본 예의 액츄에이터의 길이가 짧아질수록 수축력이 감소하였다(도 8 참고).

두 번째 실험에서는, 알루미늄 구조의 바닥에 토크 센서(RFT60-HA01, ROBOTUS)와 엔코더(SME360CAP-12, SERA)를 장착하고 암 모델(arm model)을 엔코더의 축을 따라 회전시켰다(도 9).

암은 엔코더의 축에만 부착되어 있었으므로 회전 중에 기계적 저항은 없었다.

도 9에 도시한 손목 고정대에 손을 고정시킨 후, 액추에이터를 팽창시키고 암 위치대(arm setup)의 상단에서 힘-토크 센서로 토크를 측정했다. 힘이 가해지는 팔 위쪽 부분의 반경은 4.14cm였다. z축 토크는 팔을 5도씩 180도 회전시켜 5 가지의 다른 압력 수준(10, 20, 30, 40 및 50kPa)으로 측정했다.

도 10의 그래프를 참고하면, 팔 각도가 180도에 도달하면 토크가 제로)(0)에 근접함을 보여주었다. 액추에이터는 최대 180도까지 회전할 수 있도록 설계되었기 때문에 액츄에이터의 두 끝은 피벗 지점으로 작동하는 것이 합리적임을 보여줬다.

B. 시각 피드백을 이용한 위치 제어(Position Control with Vision Feedback)

위치 제어는 사용자, 즉 재활자가 자신이 원하는 위치에 도달할 수 없는 동안 팔뚝 회전 동작을 도울 수 있는 가능성을 평가하기 위해 테스트되었다.

특성 결과를 통해 각 액추에이터의 압력이 힘 평형에 의해 계산되다. 특성화된 데이터는 이산적이기 때문에 선형 보간이 사용되었다. 사용자의 근육이 재활 장치의 원하는 동작을 방해할 수 있으므로 개방 루프 제어(open-loop control) 이외에도 폐쇄 루프 제어(closed-loop control)로 장치를 테스트하였다.

RGB 및 적외선 카메라(Kinect)들을 포함한 비전 시스템(vision system)이 팔뚝의 각도 변화를 수집하기 위해 세팅되었다. 비전 시스템에서 얻어지는 비전 데이터(vision data)를 처리하기 위해 예를 들어 매트랩(MATLAB)과 같은 광학용 프로그램이 탑재된 제어부가 사용되었습니다. 도 11에 도시한 것처럼, 비전 시스템은 설치면(ground)에 배치되고 암 모델이 그 위에서 회전되었다.

궤적은 360도/min의 속도로 계획되었다. 목표 각도에 도달하기 위해서 두 개의 액추에이터(예, 제1 및 제2 재활 밴드)는 힘 평형force equilibrium)에 도달해야 다. 기존의 실험 결과에 따르면, 회전각이 증가함에 따라 힘은 비선형적으로 감소한다. 첫 번째 액츄에이터의 회전각이 결정되면 다른 액추에이터의 회전각은 180도에서 첫 번째 액츄에이터의 각도를 차감한 각도일 수 있다. 그런 다음 서로 다른 공기 압력이 힘 평형에 도달하도록 액추에이터에 공급된다.

폐 루프 동안, 도 11에 도시한 것처럼, 암 모델의 엄지 손가락과 새끼 손가락에 빨간색의 원 마커와 녹색의 원 마커를 각각 표시하였다. 비전 데이터의 샘플링 속도는 약 6Hz이었다. 제어부는 두 개의 원 마커를 점으로 인식하고, 수평선과 두 점을 연결하여 만들어진 선 사이의 각도를 측정했다. 이 때, 제어의 단순화를 위해 비례 제어(proportional control)가 적용되었다.

암 모델이 원하는 각도만큼 회전하여 원하는 각도를 따라가는 결과를 보여줬다. 40도에서 140도까지의 각도에서, 원하는 각도와 조절된 각도 사이의 RMSE(root-mean-square error)는 약 7.83도였다. 본 실험에서는 발진을 피하기 위해 비례 이득(proportional gain)이 작게 설정되었다. 그 결과, 제어된 각도는 일반적으로 원하는 각도를 따랐다. 하지만, 작은 각도와 큰 각도 범위(0도~40도 및 140도~180도)에서 비교적 큰 오차가 발생하였다. 액추에이터가 완전히 수축되면, 액추에이터는 약한 토크를 발생시켰지만, 이러한 약한 토크는 입력 공기 압력이 거의 없는 반대쪽 액추에이터의 토크에 의해 극복되었다. 이러한 문제를 고려할 때, 액추에이터의 길이는 실험 예보다 좀 더 긴 것이 좋다.

실험 세팅은 대칭적이기 때문에, 반대 방향의 제어도 같은 방법으로 될 수 있다.

이와 같이, 본 예의 재활 장치는 인간의 근골격계에서 영감을 얻은 경량의 직물 팽창식 구조물로 만들어져, 부드럽고 경량의 웨어러블 재활 장치이다.

또한, 3축 열 접착 시스템을 이용한 제작으로 인해, 본 예의 재활 장치는 견고성(robustness) 및 안전성(safety)이 확보되고 동작의 신뢰성을 위한 매개 변수가 탐색되어, 재활 장치의 동작에 대한 신뢰성이 향상된다.

또한, 본 예의 재활 장치는 실현 가능성을 검증하기 위해 특성화 및 위치 제어에 대한 실험이 수행되었다. 본 예의 재활 장치는 기존의 무겁고 값비싼 재활 장치에 비해, 컴플라이언스(compliance), 안전성, 비용 효율성 및 경량이라는 이점을 가지고 있다.

실리콘 패드와 마찰력에 강한 재료가 현재 장치에 선택되었지만 이들 장치는 높은 공기 압력이 공급될 때 피부에서 미끄러지는 현상이 발생하였다.

또한, 전완부의 위쪽과 아래쪽에 착용되는 제1 및 제2 고정 밴드에 의해 미끄러짐의 현상 없이 용이하고 손쉽게 본 예의 재활 장치가 해당 팔뚝에 착용되므로, 착용감이 향상되고 사용이 용이하다.

또한, 실리콘과 같은 합성수지재를 함유한 미끄럼 방지패드로 인해, 본 예의 재활 장치의 착용감을 더욱 더 향상되고 동작 중 재활 장치가 해당 신체 부위에서 떨어지거나 미끄러지는 현상이 더욱 더 방지된다.

본 예의 재활 장치는 다른 신체 부위[예, 상지(upper limb)]의 재활 장치와 함께 사용될 수 있음을 물론이고 통합되게 제작될 수 있다.

이상, 본 발명에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 전완부 11: 제1 고정 밴드
13: 제2 고정 밴드 21: 제1 재활 밴드
23: 제2 재활 밴드 211: 본체
212: 부착부 213: 공기 주입구
111, 121: 본체 112, 132: 고정부
1121, 1321: 고정끈 1321, 1322: 고정 고리
P11, P13: 미끄럼 방지 패드 C11, C13: 접착 부분
A211: 공기실

Claims (14)

1. 전완부의 위쪽 부분에 장착되는 제1 고정 밴드;
   상기 전완부의 아래쪽 부분에 장착되는 제2 고정 밴드; 및
   상기 제1 고정 밴드와 상기 제2 고정 밴드 사이에 일측과 타측이 각각 장착되고, 상기 전완부에 적어도 한 번 권선되는 적어도 하나의 재활 밴드
   를 포함하는 공압 팽창식 재활 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 재활 밴드는,
   외부로부터 주입되는 공기가 채워지는 본체;
   상기 본체의 양 단부에 위치하고, 상기 제1 고정 밴드와 상기 제2 고정 밴드에 각각 장착되는 부착부
   를 포함하는 공압 팽창식 재활 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 본체는 길이 방향을 따라 구획되어 있고 각각 공기가 채워지는 복수 개의 공기실을 포함하고 있는 공압 팽창식 재활 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   인접한 두 공기실을 서로 연결되어 있는 공압 팽창식 재활 장치.
5. 제2 항에 있어서,
   상기부착부의 끝단은 사선 구조를 갖는 공압 팽창식 재활 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 본체의 양 끝단을 사선 구조를 갖는 공압 팽창식 재활 장치.
7. 제2 항에 있어서,
   상기 부착부는 벨크로 구조를 갖는 공압 팽창식 재활 장치.
8. 제2 항에 있어서,
   상기 재활 밴드는 상기 본체의 일측에 연결되어 있는 공기 주입구를 더 포함하는 공압 팽창식 재활 장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 재활 밴드는 두 개를 포함하는 공압 팽창식 재활 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 고정 밴드와 상기 제2 고정 밴드는,
    본체; 및
    상기 본체의 단부에 연결되어 있는 고정부를 각각 포함하는 공압 팽창식 재활 장치.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 고정 밴드와 상기 제2 고정 밴드의 각 본체는 미끄럼 방지 패드를 포함하는 공압 팽창식 재활 장치.
12. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 고정 밴드의 본체와 상기 제2 고정 밴드의 본체의 외부면은 각각 벨크로 구조를 갖는 공압 팽창식 재활 장치.
13. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 고정 밴드의 고정부와 상기 제2 고정 밴드의 고정부는 각각,
    고정끈; 및
    상기 고정끈에 결합되는 고정 고리를 포함하는 공압 팽창식 재활 장치.
14. 제1 항에 있어서,
    상기 공압 팽창식 재활 장치는 직물을 포함하는 공압 팽창식 재활 장치.
    

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