WO2013032061A1 - 재활장치 및 이의 구동방법 - Google Patents

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WO2013032061A1
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이강업
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(주)앞썬아이앤씨
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Definitions

  • the present invention relates to a rehabilitation apparatus and a driving method thereof, and more particularly, to a rehabilitation apparatus and a driving method thereof capable of performing a rehabilitation exercise in consideration of the exercise intention and exercise ability of the patient.
  • rehabilitation treatment devices are used to enable patients to be unable to freely move certain parts of the body due to physical injuries such as traffic accidents or fractures during exercise, strokes, strokes, etc. have.
  • Such rehabilitation therapy device is generally made of CPM (Continuous Passive Motion) type.
  • CPM-type rehabilitation therapy devices can assist the recovery of the patient by providing the power to move the patient continuously to a particular area, thereby improving the flexibility and strength of the area.
  • the conventional rehabilitation treatment apparatus moves the power of the drive unit provided by itself to manually exercise the patient, it is difficult to proceed with the rehabilitation treatment considering the patient's exercise ability and the patient's condition. Furthermore, in the rehabilitation treatment for a specific lesion, the rehabilitation treatment using a muscle consciously and actively using the muscle with the willingness of the patient to exercise has a remarkable therapeutic effect, rather than the passive rehabilitation treatment of the patient. Nevertheless, the conventional rehabilitation treatment device has a disadvantage that can not perform such rehabilitation treatment.
  • An object of the present invention is to provide a rehabilitation apparatus and a method of driving the rehabilitation apparatus that can proceed with the rehabilitation treatment in consideration of the patient's willingness to exercise and the exercise ability of the patient.
  • the present invention provides a support for supporting the body of the patient, a first drive for providing the power to rotate the support, a measuring unit for measuring the magnitude of the force applied to the support by the movement of the patient, and measured by the measuring unit It provides a rehabilitation device including a control unit for selectively controlling the first drive unit and the second drive unit based on the magnitude of the force.
  • the controller may further include a reference value setting unit configured to set a reference value for the controller to selectively control the driving unit according to the exercise ability of the patient.
  • the reference value setting unit may set a value input from the outside as the reference value or set the reference value based on the magnitude of the force measured by the measuring unit.
  • the controller may drive the driving unit when the force measured by the measuring unit is greater than or equal to the reference value, and stop the driving unit when the force measured by the measuring unit is smaller than the reference value.
  • the reference value setting unit sets a driving reference value and a stop reference value having a value lower than the driving reference value, respectively, and the control unit drives the driving unit when the force measured by the measuring unit is equal to or higher than the driving reference value, and in the measuring unit If the measured force is less than the stop reference value can be configured to control to stop the drive.
  • the reference value may be set to be lowered linearly or nonlinearly with time.
  • the support part may move along a predetermined trajectory by the power provided by the driver, and the reference value setting part may be configured to separately set the reference value according to a section of the trajectory in which the support part moves.
  • the measurement unit may include a torque cell or a load cell, or may be configured to measure the magnitude of the force by measuring a change in resistance value or current value generated in the driving unit by a force applied to the support unit.
  • the present invention comprises the steps of setting a reference value based on the patient's exercise ability, the measuring unit measures the magnitude of the force applied to the support by the patient's exercise, and the control unit is the reference value and the magnitude of the measured force
  • a method of driving a rehabilitation apparatus comprising the step of selectively controlling a drive unit for providing power for the support to move.
  • the present invention it is possible to significantly improve the rehabilitation effect of the patient and to prevent further injuries during rehabilitation by identifying the patient's exercise intention and exercise ability and proceeding with the corresponding rehabilitation treatment.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a rehabilitation apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a graph illustrating an example of setting a reference value in the reference value setting unit
  • 3 is a graph showing a driving state of the driving unit according to the magnitude of the force measured in the measuring unit
  • FIG. 4 is a graph illustrating another application example of the driving state of the driving unit according to the magnitude of the force measured in the measuring unit;
  • 5 is a graph illustrating another application example of the driving state of the driving unit according to the magnitude of the force measured in the measuring unit;
  • FIG. 6 is a graph showing a reference value for each section according to the trajectory of the support moving
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of driving the rehabilitation apparatus of FIG. 1;
  • FIG. 8 is a perspective view showing a rehabilitation device for the shoulder joint according to the first embodiment
  • FIG. 9 is a front view illustrating a state in which the first driving unit of FIG. 8 provides power in a first direction
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a state in which the second driving unit of FIG. 8 provides power in a second direction;
  • FIG. 11 is a block diagram showing the main components of the rehabilitation apparatus of FIG.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of driving the rehabilitation apparatus of FIG. 8;
  • FIG. 13 is a perspective view showing a rehabilitation device for a knee joint according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an elbow joint rehabilitation device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a rehabilitation device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the rehabilitation apparatus 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a rehabilitation apparatus according to the present invention.
  • the rehabilitation apparatus 1 includes a support 10 for supporting the body of the patient and a driving unit 20 for providing power to drive the support 10 during rehabilitation of the patient. do.
  • the support 10 is a component for positioning a specific part of the patient's body during the rehabilitation treatment.
  • the patient may perform a rehabilitation treatment by applying a force to a part or the whole of the support part while the body part is placed on the support part 10.
  • the shape of the support 10 may be configured in various embodiments. It may be configured to support and support the body part of the patient, may be configured to fix the position of the body part of the patient, it is configured as a handle structure to allow the patient to hold the hand in the rehabilitation treatment It is also possible. Therefore, the support part 10 may be formed of various types of members, such as a plate structure and a rod structure, according to an embodiment. Furthermore, the support 10 may be composed of a single member, such as a handle, and may be configured of a plurality of members rotatably installed to support adjacent body parts moving around the joint, such as the upper and lower arms. It is also possible.
  • the support 10 is installed to move along a predetermined trajectory during rehabilitation treatment.
  • the support 10 may be designed to be movable in various ways, such as a rotational motion, a linear reciprocating motion or a sliding motion, depending on the body part to be rehabilitated.
  • the drive unit 20 provides power to move the above-described support unit 10. Therefore, patients who are difficult to move by magnetic force may perform a rehabilitation exercise using the power provided by the driving unit 20.
  • the drive unit 20 may be configured in various embodiments. In an embodiment in which the support moves in a rotational manner, power may be provided using a motor, and in an embodiment in which the support moves in a linear motion or sliding manner, power may be provided using an actuator.
  • the driving unit may be configured by using various power sources capable of providing power.
  • the driving unit 20 may use one driving source in consideration of the direction of power provided, or may use a plurality of driving sources.
  • the rehabilitation effect may be inferior as compared to the patient actively performing the rehabilitation exercise.
  • patients undergoing joint surgery or trauma patients with muscle damage may also be able to recover muscles faster and regenerate tissue in the correct position when actively performing rehabilitation, as compared to performing passive rehabilitation. It turned out.
  • the rehabilitation apparatus 1 of the present invention does not always provide the power required for the rehabilitation exercise by the drive unit 20, but rather to grasp the exercise intention of the patient and selectively provide power when the exercise intention is detected. Can be configured.
  • the rehabilitation apparatus 1 may be configured to measure the force applied to the support 10 by the movement of the patient to the measurement unit 30 and the value detected by the measurement unit 30.
  • the control unit 40 further selectively controls the driving unit accordingly.
  • the measuring unit 30 measures the force that the patient actually applies to the outside by moving his or her own body. If the force is simply measured whether the muscles are contracted by the patient's seizure or the like, even if the patient performs the exercise exercise, unlike the intention of the patient may drive the drive may cause a large injury. Therefore, the measuring unit 30 according to the present invention is configured to measure the force applied to the support by the patient to determine whether the patient is actually performing the exercise.
  • the measuring unit 30 may be configured in various embodiments to measure the force applied to the support 10. For example, it may be configured in a manner of measuring the pressure applied to the support using a load cell installed in the support or the member interlocking with the support. As another example, it may be configured by measuring the torque generated by the force applied to the support using a torque cell installed in a specific position. As another example, it may be configured by measuring the change in the current or the change in the resistance value generated by the motor connected to the support by the force applied to the support, and various other methods can be applied.
  • the control unit 40 selectively selects the driving unit 20 based on the magnitude of the force detected by the measurement unit 30. To control. Specifically, when the magnitude of the force detected by the measuring unit 30 is greater than or equal to the preset reference value, the driving unit 20 is driven. When the magnitude of the force detected by the measuring unit 30 is smaller than the preset reference value, the driving unit ( 20) Control not to drive.
  • the measuring part 30 measures the magnitude of the force applied to the support part 10 continuously or periodically.
  • the controller 40 continuously drives the driving unit 20 when the magnitude of the force applied to the support unit 10 is greater than or equal to the reference value, and controls the driving unit 20 to stop driving if the magnitude of the force applied to the support unit 10 is greater than or equal to the reference value.
  • the rehabilitation apparatus of the present invention further includes a reference value setting unit 50 for setting a reference value as shown in FIG. 1.
  • the reference value setting unit 50 may adjust the reference value differently to set an appropriate rehabilitation exercise condition according to the exercise ability of the patient.
  • the patient may proceed to preliminarily exert a force on the support, such as exercising.
  • the measurement unit 30 measures the magnitude of the force applied to the support by the patient, and the reference value setting unit 50 may set a reference value based on this.
  • the reference value setting unit may set the reference value based on the maximum force magnitude Fmax.
  • the magnitude of the force corresponding to 0.7 times the maximum magnitude Fmax is set to the reference value R.
  • the method of setting the reference value may be different depending on the specific configuration of the exercise method and the embodiment of the rehabilitation site, it may be set in the range of 0.5 to 0.9 times the magnitude of the maximum force.
  • the reference value setting unit 50 may set a value directly input by the user through a separate control panel (not shown) as a reference value, and may set the reference value through various other methods.
  • 3 is a graph illustrating a driving state of the driving unit according to the magnitude of the force measured by the measuring unit.
  • the measuring unit 30 measures the magnitude of the force applied to the support unit 10 by the patient.
  • the controller 40 may selectively drive the driving unit to provide power.
  • the driving part is driven from the time t1 at which the magnitude of the force becomes equal to or greater than the reference value R.
  • FIG. At the time points t2, t4, and t6 that the force provided by the patient to the support during driving decreases to be smaller than the reference value, the driving unit stops and does not provide power.
  • the driving unit is driven again to provide power (t3 and t5).
  • the reference value for determining the driving time points t1, t3, and t5 of the driving unit 20 and the reference value for determining the stopping time points t2, t4, t6 of the driving unit are set to be the same.
  • the reference value setting unit 50 may set the driving reference value R1 and the stop reference value R2 to different values.
  • the stop reference value R2 may be set to have a lower value than the drive reference R1 (eg, FIG. 2, the stop reference value is 0.7Fmax and the drive reference value is 0.5Fmax). Therefore, as shown in FIG.
  • the driving unit 20 in the state in which the driving unit 20 is stopped, the driving unit 20 is driven when the force applied to the supporting unit 10 is equal to or higher than the driving reference value R1 (t1, t3), In a state where the driving unit is being driven, the driving unit 10 may be controlled to stop when the force applied to the support unit 10 is smaller than the stop reference value R2 (t2, t4).
  • the reference value setting unit 50 may set the reference value Rt to gradually decrease according to the time when the rehabilitation exercise is performed in consideration of the exhaustion of the patient's physical fitness as the rehabilitation exercise is performed (see FIG. 5). ).
  • the reference value is set to decrease linearly with time, but it may be set such that the reference value decreases non-linearly as in a step shape.
  • the support 10 moves along a predetermined trajectory by the power provided from the driving unit 20.
  • the reference value setting unit 50 may separately set the reference values for each section of the trajectory in which the support unit 10 moves.
  • the difficulty of applying a force may be different according to the position of the arm. For example, applying force in zone A may be more difficult than applying force in zone B, and applying force in zone F may be more difficult than applying force in zone E.
  • a relatively low reference value may be set in an area of difficulty of exercise, and a relatively high reference value may be set in an area of difficulty.
  • the treatment effect can be further improved by reflecting the difficulty of each region of the exercise trajectory and the exercise ability of the patient in rehabilitation exercise in more detail.
  • the driving unit 20 when the magnitude of the force measured by the measuring unit 30 during driving is smaller than the reference value, the driving unit 20 is controlled to stop, but the magnitude of the force measured by the measuring unit 30 is controlled. May be configured to control to linearly reduce the power provided to the drive unit 20 by a reduced size.
  • the present invention is not limited to the above-described configuration, and may be embodied and applied in various ways.
  • FIG. 7 is a flowchart of a method of driving the rehabilitation apparatus of FIG. 1.
  • the rehabilitation apparatus described above may be driven by the following driving method.
  • setting the reference value (S10) is a preliminary operation in which the patient applies a force to the support for a predetermined time as described above, the reference value setting unit according to the exercise ability of the patient based on the magnitude of the force applied to the support during the preliminary operation
  • the reference value can be set.
  • the preliminary operation may be separately performed prior to the rehabilitation treatment exercise of the patient, or may be set as a reference value by determining an initial section in which the patient starts the rehabilitation exercise as a preliminary operation section.
  • reference value may be set using a separate control panel, and the reference value may be set using various other methods.
  • the patient starts the rehabilitation exercise in earnest and exerts a force on the support 10.
  • the measuring unit 30 measures the force applied to the support by the patient (S20).
  • the controller 40 compares the magnitude of the force measured by the measurement unit 30 with the reference value set by the reference value setting unit 50 (S30). If the magnitude of the force measured by the measuring unit 30 is greater than or equal to the reference value, the control unit 40 drives the driving unit 20 to provide the power necessary for the rehabilitation exercise of the patient (S40). On the other hand, if the magnitude of the measured force is smaller than the reference value, the controller controls the driving unit not to drive (S50).
  • This operation is repeatedly performed until reaching the end point of operation according to the operation mode of the rehabilitation device (S60).
  • the measuring unit 30 continuously or periodically measures the magnitude of the force applied by the patient, and the control unit 40 compares the reference value with the magnitude of the force measured by the measuring unit 30 to control the driving unit 20. do. Therefore, when the magnitude of the force exerted by the patient in the state in which the driving unit is being driven decreases below the reference value, the driving unit is controlled to stop (S50). Alternatively, when the magnitude of the force applied by the patient in the state in which the driving unit 20 is stopped rises above the reference value, the driving unit 20 may be driven to provide power (S40).
  • 8 is a perspective view showing a shoulder joint rehabilitation device 100 according to the first embodiment of the present invention. 8 illustrates an apparatus for rehabilitation of the right shoulder joint as an example, but it is also possible to configure an apparatus for rehabilitation of the left shoulder joint, and of course, to configure the rehabilitation of both shoulder joints. It is possible.
  • the shoulder joint rehabilitation device 100 has a frame 160 made of a chair shape. Therefore, the rehabilitation exercise can be performed while the patient is sitting on the frame 160.
  • One side of the frame is a support 110 is mounted on the right lower arm, and the other side is formed with an armrest 161 for mounting the left lower arm.
  • the support 110 is configured to fix the lower arm in a state where the right lower arm is mounted.
  • the support 110 may be configured to include an elbow holder 111 for fixing the position of the elbow, a handle 112 that the patient can grab by hand, and a band 113 that can surround the lower arm of the patient. have. Therefore, even if the patient moves the lower arm in the horizontal direction, the vertical direction or a combination of the horizontal direction and the vertical direction, the lower arm and the support 110 may move integrally.
  • the support unit 110 further includes a drive unit 120 to provide power for the movement so that the patient can perform a rehabilitation exercise.
  • Rehabilitation exercises for the shoulder joint may be performed to move the upper arm and the lower arm in various directions in the front-rear direction, the left-back direction, the vertical direction or a combination thereof. Therefore, the shoulder joint recycling rehabilitation apparatus 100 may include a plurality of driving units, and in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the first driving unit 121, the second driving unit 122, and two driving units are provided. do.
  • the first driving unit 121 is fixedly installed at one side of the frame 160.
  • the first driver 121 may be configured as a forward and reverse rotation motor capable of controlling the rotation speed and the rotation direction.
  • One end of the first link 171 is axially connected to the rotation shaft of the first driver 121. Therefore, the first link 171 may rotate in the rotation direction of the first driver 121 when the first driver 121 rotates.
  • the second link 172 is connected to the other end of the first link 171.
  • both the first link 171 and the second link 172 may be formed of a bar-shaped member that can adjust the length.
  • an angle adjusting member 174 may be installed at the connecting portion of the first link 171 and the second link 172 to adjust an angle between the first link 171 and the second link 172. Therefore, the rehabilitation device of the present embodiment can set the rehabilitation device to fit the body of the patient by adjusting the length and the installation angle of the first link 171 and the second link 172, and also controls the direction of the rehabilitation exercise can do.
  • the second driving part 122 is fixedly installed at an end of the second link 172.
  • the second driver 122 may be configured as a forward and reverse rotation motor capable of adjusting the rotation speed and the rotation direction.
  • the second driver 122 is installed in a different direction from the first driver 121 as shown in FIG. 8 so as to provide power in a direction different from that of the first driver 121.
  • a third link 173 is installed in the second driver 122.
  • One end of the third link 173 is axially connected to the second driver 122, and the other end thereof is connected to the support 110. Therefore, as the second driver 122 rotates, the third link 173 and the support 110 rotate.
  • the first driver 121 and the second driver 122 are connected to the support 110 by the first to third links, thereby providing power for the support 110 to rotate.
  • the driving contents of the first driver 121 and the second driver 122 will be described in detail with reference to FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 9 is a front view illustrating a state in which the first driving unit of FIG. 8 provides power in a first direction.
  • the first driving unit 121 has a rotation shaft formed in the front-rear direction (a condition on which the patient is seated). Therefore, the first driving unit 121 provides power in the first direction while rotating about the rotational axis, whereby the patient performs the rotational movement by lifting and lowering the upper and lower arm parts outwardly with the shoulder axis. .
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a state in which the second driving unit 122 of FIG. 8 provides power in a second direction.
  • the second driving unit 122 has a rotation shaft formed in a direction inclined to some extent in a vertical direction or a vertical direction.
  • the third link 173 is formed in a direction bent several times as shown in FIG. 10, and transmits the rotational power of the second driver 122 to the support 110.
  • the support on which the lower arm of the patient is fixed rotates to the inside and the outside of the body.
  • the first driving unit 121 and the second driving unit 122 are individually driven, but the rehabilitation apparatus according to the present embodiment may include the first driving unit 121 and the second driving unit ( 122 may be combined to provide power to perform rehabilitation exercises in more diverse ways.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating major components of the rehabilitation apparatus of FIG. 8.
  • the shoulder joint rehabilitation apparatus 100 of FIG. 8 includes a measurement unit 130 for measuring the magnitude of the force applied by the patient, a reference value setting unit 150 for setting a reference value, and a value detected by the measurement unit 130.
  • the controller 140 may further include a controller 140 for selectively driving the first driver 121 and the second driver 122 by comparing the reference values.
  • the measurement unit 130 distinguishes the force in the first direction corresponding to the direction of the power provided from the first driver 121 and the force in the second direction corresponding to the direction of the power provided from the second driver 122. It can be measured.
  • the measurement unit 130 of the present embodiment measures the force applied in the first direction by measuring the change in the resistance value generated in the first drive unit 121 while the patient applies the force to the support unit 110, the second drive unit It may be configured to measure the force applied in the second direction by measuring a change in resistance value occurring at 122. Accordingly, the measurement unit 130 is installed in each of the first driver 121 and the second driver 122, and is electrically connected to the controller 140 so as to transmit the measured value to the controller 140.
  • the measurement unit may be configured using a torque cell, a load cell, etc. in addition to the above-described method.
  • a first measuring unit and a second measuring unit each consisting of a torque cell, are provided on the rotation shafts of the first driving unit and the second driving unit, respectively, and the magnitude of torque generated by the force applied to the supporting unit is measured to measure the first direction. And measuring the force applied in the second direction.
  • a plurality of load cells may be installed at various positions in the support part, and the force applied in the first direction and the second direction may be measured by analyzing values sensed by each load cell.
  • the reference value setting unit 150 may measure the exercise ability of the patient in the measurement unit through the preliminary operation of the patient, and set the reference value based on the measurement.
  • the first reference value is set based on the force measured in the first direction so that the reference values for the first driver 121 and the second driver 122 can be set separately, and the force is measured in the second direction.
  • the second reference value can be set based on this.
  • one reference value may be set and controlled according to the control content.
  • the first reference value corresponding to the first driver may be set to one value, or as described above with reference to FIGS. 4 and 6, a plurality of reference values may be set according to driving conditions, times, and positions.
  • the reference value setting unit 150 is divided into a first reference value setting unit 151 for measuring a first reference value and a second reference value setting unit 152 for setting a second reference value. It is also possible to comprise 150. In addition, without having the reference value setting unit 150 as a separate configuration, it is also possible to set the reference value in the measurement unit to provide to the control unit, or to allow the control unit to set the reference value itself from the value measured by the measurement unit. . In addition, in addition to this, a separate control panel (not shown) may be configured so that a user directly inputs a reference value.
  • the controller 140 selectively drives the first driver 121 and the second driver 122 by comparing the values detected by the reference value setting unit and the measurement unit. For example, when the force in the first direction measured by the measuring unit 130 is greater than or equal to the first reference value, the first driver 121 is driven. When the force in the first direction is smaller than the first reference value, the first driver 121 is performed. ) To stop. When the force in the second direction measured by the measuring unit 130 is greater than or equal to the second reference value, the second driver 122 is driven. When the force in the second direction is smaller than the second reference value, the second driver 122 is driven. Can be controlled to stop. Therefore, when the force applied in the first direction is greater than the first reference value and the force applied in the second direction is smaller than the second reference value, the controller 140 may control to provide power only to the first driver 121. have.
  • the controller may control the first driver and the second driver in various ways by using the magnitude of the force measured by the measurement unit and the set reference value.
  • both the first drive part and the second drive part stop, and both the first drive part only when the reference value is greater than or equal to the reference value. And it is also possible to control the second drive unit to operate.
  • the first driving unit and the second driving unit operate to provide power, but the first driving unit and the second driving unit It is also possible to control the amount of power provided to be proportional to the magnitude of the force applied in the first direction and the force applied in the second direction, respectively.
  • the controller may automatically set the mode of the rehabilitation exercise through the preliminary operation of the patient. Since the first driving unit and the second driving unit respectively provide power in different directions, when the size (eg, rotational speed) of the power provided by each driving unit is set differently, the supporting unit may move along different trajectories. Therefore, the control unit sets the exercise mode by analyzing the magnitude and direction of the force applied to the support part during the preliminary operation of the patient, and differs in the magnitude of the power provided by the first driving unit and the second driving unit according to the set exercise mode. It can be set so that the rehabilitation exercise proceeds to the exercise mode.
  • the control unit sets the exercise mode by analyzing the magnitude and direction of the force applied to the support part during the preliminary operation of the patient, and differs in the magnitude of the power provided by the first driving unit and the second driving unit according to the set exercise mode. It can be set so that the rehabilitation exercise proceeds to the exercise mode.
  • the driving method of the shoulder joint rehabilitation apparatus is a flowchart illustrating a method of driving the rehabilitation device for the shoulder joint of FIG. 8.
  • a step of setting a reference value is performed (S110).
  • the reference value setting unit 150 may separately set the first reference value and the second reference value for the first direction.
  • the setting of the reference value may be set by using the magnitude of the force measured during the preliminary operation of the patient, and may be set by using an externally input reference value.
  • the patient When the reference value is set, the patient performs a rehabilitation exercise in a state where the lower arm is fixed to the support 110. Then, the measuring unit 130 performs a step (S120) for measuring the force applied to the support 110 by the patient.
  • the measurement unit may measure the force applied in the first direction and the force applied in the second direction.
  • the controller 140 performs a step of comparing the magnitude of the force measured by the measuring unit 130 with a predetermined reference value.
  • the magnitude of the force applied in the first direction is compared with the magnitude of the first reference value (S130). If the magnitude of the force applied in the first direction is equal to or greater than the first reference value, the first driving unit 121 is driven (S141). If the magnitude of the force applied to the first direction is smaller than the first reference value, the first driving unit 121 is stopped (S142). Then, the force applied in the first direction is compared with the first reference value, and the magnitude of the force applied in the second direction is compared with the magnitude of the second reference value (S150). If the magnitude of the force applied in the second direction is equal to or greater than the second reference value, the second driving unit is driven (S161). If the magnitude of the force applied to the second direction is smaller than the second reference value, the second driving unit is stopped (S162).
  • control unit 140 can control the measured force by the measurement unit 130 and the set reference values.
  • first driving unit 121 and the first driving unit 121 may be controlled in various ways.
  • the second driver 122 may be selectively controlled.
  • the step of measuring the force applied to the support 110 in the measuring unit 130 may proceed continuously or periodically until the operation of the rehabilitation device is finished.
  • the control unit 140 may reflect the value measured by the measuring unit 130 in real time, and may continuously perform the above-described control step.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a knee joint rehabilitation device according to a second embodiment of the present invention.
  • the rehabilitation apparatus of this embodiment is a rehabilitation apparatus 200 for rehabilitation of the knee joint.
  • the rehabilitation apparatus 200 for rehabilitation of the knee joint.
  • a detailed description of the technical features similar to the above-described embodiment will be omitted.
  • Knee joint rehabilitation device is configured to include a base 260 and the support portion 210 that is movable to the base 260.
  • the support 210 includes a thigh support 211 supporting a thigh located above the knee joint of the patient, a lower thigh support 212 positioned below the knee joint, and a foot support 214 supporting the foot. ).
  • the femoral support 211 and the lower support 212 each include a pair of rod members. And, each rod member is configured to be elastically adjustable to adjust according to the length of the thigh or lower leg of the patient.
  • a separate plate 211a capable of supporting the thigh may be installed between the pair of rod members constituting the thigh support 211.
  • a separate plate (not shown) may be provided between the pair of rod members constituting the lower support to support the lower leg.
  • the foot support 214 is provided on one side of the lower leg.
  • One end of the thigh support 211 is hinged to one side of the base 260, is installed rotatably.
  • the other end of the femoral support is connected by one end of the lower support and the hinge portion 213. Therefore, the hinge part 213 is provided so that relative rotation is possible between the thigh support part 211 and the lower thigh support part 212.
  • the base 260 is provided with a sliding bar 261 in the direction in which the thigh support 211 and the lower thigh support 212 extend.
  • the other end of the lower support 212 is connected to the sliding bar 261 of the base 260, the mutual rotation is made so as to change the angle of the thigh support 211 and the lower support 212, the lower support ( The other end of 212 performs a linear reciprocating motion along the sliding bar. Therefore, the patient may perform a rehabilitation exercise of straightening and bending the knee joint as the femoral support 211 and the lower support 212 move.
  • the driving unit 220 is installed adjacent to the hinge portion 213, the femoral support portion 211 and the lower support portion 212 provides the power to rotate around the hinge portion 213.
  • the driver 220 may be configured using a forward and reverse rotation motor that can control the rotation speed and the rotation direction. Therefore, as the driving unit 220 provides power to the thigh support 211 or the lower thigh support 212, the inclination of the thigh support 211 and the lower thigh support 212 is changed to assist the knee joint movement of the patient. Can be.
  • the measuring unit (see 30 in FIG. 1) is configured to measure the force applied by the patient to the femoral support 211 and the lower support 212 during the rehabilitation exercise.
  • a torque cell (not shown) is used.
  • the torque cell is installed to have the same axis as the axis of the hinge portion 213. Therefore, when the patient exerts a force on the femoral support 211 or the lower support 212, it is possible to measure the magnitude of the force applied by the patient through the magnitude of the rotational torque generated in the torque cell.
  • the reference value setting unit sets the reference value in consideration of the exercise ability of the patient (see 50 of FIG. 1). As described above, the reference value setting unit may set the reference value using the value measured by the measurement unit during the preliminary operation of the patient, or may be set by using an externally input value by a separate control panel (not shown). Each reference value may set one reference value, and as described with reference to FIGS. 4 to 6, a plurality of reference values may be set according to driving conditions, time, and trajectory.
  • the controller compares the value measured by the measurement unit and the reference value to control to drive the drive selectively. Since this has been described above, detailed descriptions will be omitted to avoid duplication.
  • the measurement unit measures the force applied by the patient to the femoral support and the lower support substantially, and compares it with the reference value to selectively provide the power required for the rehabilitation exercise. Therefore, it is possible to control according to the exercise ability of the patient, and to induce active rehabilitation exercise of the patient.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a rehabilitation device for elbow joint according to a third embodiment of the present invention.
  • the rehabilitation device of the present embodiment is a treatment device 300 for rehabilitation of the elbow joint.
  • the rehabilitation device of the present embodiment is a treatment device 300 for rehabilitation of the elbow joint.
  • a detailed description of the technical features similar to the above-described embodiment will be omitted.
  • the elbow joint rehabilitation device 300 includes an upper arm support 310 and a lower arm support 320, and a driving unit 330 that provides power for rehabilitation exercise.
  • the upper arm support part 310 is a structure which supports the upper arm part located in the upper side of the elbow of a patient
  • the lower arm support part 320 is a structure which supports the lower arm part located in the lower side of an elbow.
  • the upper arm support 310 and the lower arm support 320 may be provided with bands 311 and 321, respectively, to fix the upper arm and the lower arm of the patient.
  • the lower arm support 320 is rotatably installed at one end of the upper arm support 310. Specifically, the end of the lower arm support 320 is hinged to one end of the upper arm support 310. Therefore, as the lower arm support 320 rotates, the patient may perform a rehabilitation exercise by bending and extending the elbow.
  • the driving unit 330 is installed adjacent to the position where the lower arm support 320 and the upper arm support 310 is connected, and provides the power to rotate the lower arm support 320.
  • the driving unit 330 may be configured using a forward and reverse rotation motor capable of controlling the rotation speed and the rotation direction.
  • the rotation shaft of the drive unit 330 may be installed so that the shaft coupling with the hinge shaft 322, the upper arm support 310 and the lower arm support 320 is hinged. Accordingly, as the driving unit 330 rotates, the rotational force is provided to the lower arm support, and thus the lower arm support 320 may assist the elbow joint movement of the patient while performing the rotational movement with respect to the upper arm support 310. .
  • the measuring unit (see 30 in Figure 1) of the present embodiment is configured to measure the force applied to the lower arm support while the patient bends and avoids the lower arm during rehabilitation exercise.
  • the measuring unit of this embodiment may be configured using a torque cell.
  • the torque cell may be installed to be axially coupled to the hinge shaft to which the upper arm support 310 and the lower arm support 320 are hinged, or may be installed to be axially coupled to the rotating shaft of the drive unit 330. have. Therefore, when the patient part applies a force to the lower arm, the magnitude of the force applied by the patient can be measured using the magnitude of the rotational torque generated in the torque cell.
  • the reference value setting unit of the present embodiment sets the reference value in consideration of the exercise ability of the patient (see 50 of FIG. 1). As described above, the reference value setting unit may set the reference value using the value measured by the measurement unit during the preliminary operation of the patient, or may be set by using an externally input value by a separate control panel (not shown). Each reference value may set one reference value, and as described with reference to FIGS. 4 to 6, a plurality of reference values may be set according to driving conditions, time, and trajectory.
  • the controller controls the driving unit 330 to be selectively driven by comparing the measured value with the reference value. Since this has been described above, detailed descriptions will be omitted to avoid duplication.
  • the force measured by the patient on the lower arm support 320 is measured by the measurement unit during the elbow rehabilitation exercise, and compared with the reference value to selectively provide the power required for the rehabilitation exercise. Therefore, it is possible to control according to the exercise ability of the patient, and to induce active rehabilitation exercise of the patient.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a rehabilitation device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the rehabilitation apparatus of this embodiment is a treatment apparatus 400 for rehabilitation of a patient who cannot move his arm freely.
  • the rehabilitation apparatus of this embodiment is a treatment apparatus 400 for rehabilitation of a patient who cannot move his arm freely.
  • a detailed description of the technical features similar to the above-described embodiment will be omitted.
  • the elbow joint rehabilitation device 400 is provided by the support unit 410 for the patient to perform the rehabilitation exercise using the body, the driving unit 420 for providing the power required for the rehabilitation exercise, and the driving unit 420. It is configured to include a transmission unit 440 for transmitting the power to the support.
  • the support 410 of this embodiment consists of a handle that includes an arm 411 and a knob 412.
  • the arm of the handle is coupled to the axis of motion 413 installed in the base plate 450. Therefore, the patient can perform the rehabilitation exercise by rotating the handle in a state where the handle is held by the hand.
  • the base plate 450 is provided with a drive unit 420 for providing power for rehabilitation exercises.
  • the driving unit 420 may include a forward and reverse rotation motor 421 for generating rotational power and a clutch brake 422 for controlling transmission of power.
  • the transmission part includes a plurality of belts 441 and 442 and a belt connecting shaft 443 which is connected to each belt can interlock.
  • the present embodiment is configured using two belts, specifically connecting the first belt 441 and the belt connecting shaft 443 and the support 410 connecting the drive unit 420 and the belt connecting shaft 443 It may be configured to include a second belt (442).
  • one side of the belt may be further provided with a bearing shaft 444 for adjusting the tension of the belt.
  • the bearing shaft 444 is supported on the outer surface of the first belt 441, and the tension of the first belt 441 may be adjusted by moving the position of the bearing shaft 444. .
  • the power generated by the driving unit 420 is transmitted to the movement shaft 413 of the support unit 410 through the first belt 441 and the second belt 442 of the transmission unit 440. Accordingly, the patient may perform a rehabilitation exercise of rotating the handle of the support 410 in a circle by using the rotational power transmitted to the exercise shaft 413.
  • the measuring unit of the present embodiment (see 30 of Figure 1) is configured to measure the force applied to the handle when the patient rehabilitation exercise.
  • the measuring unit of the present embodiment may be configured using the torque cell 430.
  • the torque cell 430 may be installed to be coupled to the axis of motion. Therefore, when the patient applies a force to the handle, the magnitude of the force applied by the patient may be measured using the magnitude of the rotational torque generated in the torque cell 430.
  • the reference value setting unit of the present embodiment sets the reference value in consideration of the exercise ability of the patient (see 50 of FIG. 1). As described above, the reference value setting unit may set the reference value using the value measured by the measurement unit during the preliminary operation of the patient, or may be set by using an externally input value by a separate control panel (not shown). Each reference value may set one reference value, and as described with reference to FIGS. 4 to 6, a plurality of reference values may be set according to driving conditions, time, and trajectory.
  • the controller controls the driving unit 420 to be selectively driven by comparing the measured value with the reference value. Since this has been described above, detailed descriptions will be omitted to avoid duplication.
  • the force applied to the handle by the patient in the measuring unit during the elbow rehabilitation exercise and compared with the reference value to provide the power required for the rehabilitation exercise selectively. Therefore, it is possible to control according to the exercise ability of the patient, and to induce active rehabilitation exercise of the patient.
  • Such a rehabilitation device and a driving method thereof may induce active rehabilitation treatment because the patient may selectively provide the power required for the rehabilitation exercise by judging the willingness to exercise the patient. Further, by setting the reference value differently according to the exercise ability of the patient, it is possible to provide an optimal rehabilitation environment according to the condition of the patient.

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Abstract

본 발명은 재활장치 및 이의 구동방법에 관한 것으로, 환자의 신체를 지지하는 지지부, 상기 지지부가 회동하는 동력을 제공하는 제1 구동부, 환자의 운동에 의해 상기 지지부에 가해지는 힘의 크기를 측정하는 측정부 그리고, 상기 측정부에서 측정된 힘의 크기에 근거하여 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부를 선택적으로 제어하는 제어부를 포함하는 재활장치 및 이의 구동방법을 제공한다.

Description

재활장치 및 이의 구동방법
본 발명은 재활장치 및 그 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환자의 운동 의지 및 운동 능력을 반영하여 재활 운동을 수행할 수 있는 재활장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
교통사고, 운동 중 골절 사고 등의 물리적인 상해나 뇌졸중, 중풍 등의 질병으로 인해 신체의 특정 부위를 자유롭게 움직일 수 없는 환자들이 재활 운동을 통해 빠른 회복이 가능하도록 다양한 종류의 재활 치료장치가 이용되고 있다.
이러한 재활 치료장치는 CPM(Continuous Passive Motion) 타입으로 이루어지는 것이 일반적이다. CPM 타입의 재활 치료장치는 환자가 특정 부위를 연속적으로 움직일 수 있는 동력을 제공함으로써, 해당 부위의 유연성을 개선하고 근력을 향상시킴으로써 환자의 회복에 조력할 수 있다.
다만, 종래의 재활 치료장치는 자체적으로 구비한 구동부의 동력을 이동하여 환자를 수동적으로 운동시키기 때문에, 환자의 운동 능력 및 환자의 상태를 고려한 재활 치료를 진행하는 것이 곤란하였다. 나아가, 특정 병변에 대한 재활 치료에 있어서는 환자가 수동적으로 재활 치료를 진행하는 것보다, 환자가 운동하고자하는 의지를 갖고 의식적으로 근육을 사용하여 능동적으로 재활 치료를 진행하는 것이 현저한 치료 효과를 갖음에도 불구하고 종래의 재활 치료장치로는 이러한 재활 치료를 수행할 수 없는 단점이 있었다.
본 발명은 환자가 운동하려는 의지여부 및 환자의 운동 능력을 고려하여 재활 치료를 진행할 수 있는 재활장치 및 그 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 환자의 신체를 지지하는 지지부, 상기 지지부가 회동하는 동력을 제공하는 제1 구동부, 환자의 운동에 의해 상기 지지부에 가해지는 힘의 크기를 측정하는 측정부 그리고, 상기 측정부에서 측정된 힘의 크기에 근거하여 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부를 선택적으로 제어하는 제어부를 포함하는 재활장치를 제공한다.
그리고, 환자의 운동 능력에 따라 상기 제어부가 상기 구동부를 선택적으로 제어하기 위한 기준값을 설정하는 기준값 설정부를 더 포함할 수 있다. 기준값 설정부는 외부에서 입력되는 값을 상기 기준값으로 설정하거나, 상기 측정부에서 측정된 힘의 크기에 근거하여 상기 기준값을 설정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 측정부에서 측정된 힘이 상기 기준값 이상이면 상기 구동부를 구동하고, 상기 측정부에서 측정된 힘이 상기 기준값보다 작으면 상기 구동부를 정지하도록 제어할 수 있다.
여기서, 상기 기준값 설정부는 구동 기준값 및 상기 구동 기준값보다 낮은 값을 갖는 정지 기준값을 각각 설정하고, 상기 제어부는 상기 측정부에서 측정된 힘이 상기 구동 기준값 이상이면 상기 구동부를 구동하고, 상기 측정부에서 측정된 힘이 상기 정지 기준값보다 작으면 상기 구동부를 정지하도록 제어하도록 구성할 수 있다.
또는, 상기 기준값은 시간이 경과함에 따라 선형 또는 비선형적으로 낮아지도록 설정될 수 있다.
나아가, 상기 지지부는 상기 구동부에서 제공되는 동력에 의해 기 설정된 궤적을 따라 이동하고, 상기 기준값 설정부는 상기 지지부가 이동하는 궤적의 구간에 따라 상기 기준값을 별도로 설정하도록 구성될 수도 있다.
그리고, 측정부는 토크셀 또는 로드셀을 포함하여 구성되거나, 상기 지지부에 가해지는 힘에 의해 상기 구동부에 발생되는 저항값 또는 전류값의 변화를 측정하여 상기 힘의 크기를 측정하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명은 환자의 운동 능력에 근거하여 기준값을 설정하는 단계, 측정부가 환자의 운동에 의해 지지부에 가해지는 힘의 크기를 측정하는 단계 그리고, 제어부가 상기 기준값과 상기 측정된 힘의 크기를 비교하여 상기 지지부가 이동하기 위한 동력을 제공하는 구동부를 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 재활장치의 구동방법을 제공할 수도 있다.
본 발명에 의할 경우, 환자의 운동 의지 및 운동 능력을 파악하고 이에 대응하는 재활 치료를 진행함으로써 환자의 재활 효과를 현저히 개선시킬 수 있을 뿐 아니라 재활 치료 중 추가적인 부상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 재활장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 2는 기준값 설정부에서 기준값을 설정하는 일 예를 나타낸 그래프,
도 3은 측정부에서 측정되는 힘의 크기에 따른 구동부의 구동 상태를 도시한 그래프,
도 4는 측정부에서 측정되는 힘의 크기에 따른 구동부의 구동 상태의 다른 적용예를 도시한 그래프,
도 5는 측정부에서 측정되는 힘의 크기에 따른 구동부의 구동 상태의 또 다른 적용예를 도시한 그래프,
도 6은 지지부가 이동하는 궤적에 따른 구간별로 기준값을 도시한 그래프,
도 7은 도 1의 재활 장치를 구동하는 방법을 순서도,
도 8은 제1 실시예에 따른 어깨 관절용 재활 장치를 도시한 사시도,
도 9는 도 8의 제1 구동부가 제1 방향으로 동력을 제공하는 모습을 도시한 정면도,
도 10은 도 8의 제2 구동부가 제2 방향으로 동력을 제공하는 모습을 도시한 사시도,
도 11은 도 8의 재활장치의 주요 구성요소를 도시한 블록도이고,
도 12는 도 8의 재활 장치의 구동 방법을 도시한 순서도,
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무릎 관절용 재활 장치를 도시한 사시도,
도 14은 본 발명의 제3 실시예에 따른 팔꿈치 관절용 재활 장치를 도시한 사시도이고,
도 15은 본 발명의 제4 실시예에 따른 재활 장치를 도시한 사시도이다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명에 따른 재활장치 및 이의 구동방법에 대해 구체적으로 설명한다. 아래의 설명에서 각 구성요소의 위치관계는 원칙적으로 도면을 기준으로 설명한다. 도면은 설명의 편의를 위해 구조를 단순화하거나 필요할 경우 과장되어 표시될 수 있다. 본 발명은 아래에서 설명하는 구성 및 방법에 한정되는 것은 아니며, 각종 구성요소들을 부가하거나, 변경 또는 생략하여 실시할 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 재활장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 재활장치(1)는 환자의 재활 치료시 환자의 신체를 지지하는 지지부(10) 및 상기 지지부(10)가 구동할 수 있는 동력을 제공하는 구동부(20)를 포함한다.
지지부(10)는 재활 치료시 환자의 신체 중 특정 부위를 위치(positioning)시키기 위한 구성이다. 환자는 지지부(10)에 자신의 신체 일부를 위치시킨 상태에서 지지부의 일부 또는 전체에 힘을 가하여 재활 치료를 진행할 수 있다.
지지부(10)의 형상은 다양한 실시예로 구성될 수 있다. 환자의 신체 일부를 거치시켜 지지할 수 있도록 구성될 수도 있고, 환자의 신체 일부의 위치를 고정시키도록 구성될 수도 있으며, 환자가 재활 치료시 손에 쥐고 운동을 수행할 수 있도록 핸들 구조로 구성되는 것도 가능하다. 따라서, 지지부(10)는 실시예에 따라 플레이트 구조, 막대 구조 등의 다양한 형태의 부재로 구성될 수 있다. 나아가, 지지부(10)는 핸들과 같이 하나의 부재로 구성되는 것도 가능하고, 상완 및 하완과 같이 관절을 중심으로 이동하는 인접한 신체 부위들을 각각 지지할 수 있도록 회동 가능하게 설치되는 복수개의 부재로 구성되는 것도 가능하다.
이러한 지지부(10)는 재활 치료시 소정 궤적을 따라 이동할 수 있도록 설치된다. 여기서 지지부(10)는 재활하고자 하는 신체 부위에 따라 회동 운동, 직선 왕복 운동 또는 슬라이딩 운동 등 다양한 방식으로 이동 가능하게 설계될 수 있다.
한편, 구동부(20)는 전술한 지지부(10)가 움직일 수 있는 동력을 제공한다. 따라서 자력으로 움직이는 것이 어려운 환자들은 구동부(20)에서 제공되는 동력을 이용하여 재활 운동을 수행할 수 있다.
이러한 구동부(20)는 다양한 실시예로 구성될 수 있다. 지지부가 회동 운동하는 방식으로 이동하는 실시예에서는 모터를 이용하여 동력을 제공할 수도 있고, 지지부가 직선 운동 또는 슬라이딩 방식으로 이동하는 실시예의 경우 액추에이터를 이용하여 동력을 제공하는 것도 가능하다. 이 이외에도 동력을 제공할 수 있는 다양한 동력원을 이용하여 구동부를 구성할 수 있다. 또한 구동부(20)는 제공되는 동력의 방향 등을 고려하여 하나의 구동원을 이용할 수도 있고, 다수개의 구동원을 이용할 수도 있다.
그런데, 환자의 재활 운동이 전술한 구동부의 동력에 전적으로 의존하는 경우, 환자가 능동적으로 재활 운동을 수행하는 것에 비해 재활 효과가 떨어질 수 있다.
예를 들어, 신체의 특정 부위를 운동시키는 뇌세포가 손실된 경우, 반복적인 운동을 통해 다른 신경세포가 축색돌기를 증가시켜 손상된 뇌세포의 기능을 보완하도록 재활 치료를 진행하는데, 환자가 수동적으로 재활 운동을 진행하는 것에 비해 환자가 자력으로 움직이고자 하는 의지를 갖고 재활 운동을 진행하는 경우 치료 효과가 현저하게 개선되는 것이 실험 결과 증명되었다.
또한, 관절 수술을 받는 환자나 근육의 손상을 입은 외상 환자의 경우도, 수동적으로 재활 운동을 수행하는 것에 비해 능동적으로 재활 운동을 수행할 때 근육의 회복 속도가 향상되고 조직이 올바른 위치에서 재생되는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 본 발명의 재활 장치(1)는 구동부(20)가 재활 운동에 필요한 동력을 항시적으로 제공하는 것이 아니라, 환자의 운동 의지를 파악하고 운동 의지가 감지되는 경우에 선택적으로 동력을 제공하도록 구성할 수 있다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 재활 치료장치(1)는 환자의 운동에 의해 지지부(10)에 가해지는 힘을 측정하는 측정부(30) 및 측정부(30)에서 감지되는 값에 따라 구동부를 선택적으로 제어하는 제어부(40)를 더 포함한다.
여기서, 측정부(30)는 환자가 자신의 신체를 스스로 움직여 외부에 실질적으로 가하는 힘을 측정한다. 단순히 근육에 힘이 주어지는지 여부를 측정한다면 환자의 발작 등에 의해 근육이 수축하는 경우에도 이를 환자가 운동을 수행하는 것으로 오해하여 환자의 의지와 달리 구동부가 구동하여 큰 부상을 야기할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 측정부(30)는 환자에 의해 지지부에 가해지는 힘을 측정하여 환자가 실제로 운동을 수행하고 있는지 여부를 확인하도록 구성된다.
측정부(30)는 지지부(10)에 가해지는 힘을 측정할 수 있도록 다양한 실시예로 구성될 수 있다. 일 예로, 지지부 또는 지지부와 연동하는 부재에 설치되는 로드셀을 이용하여 지지부에 가해지는 압력을 측정하는 방식으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 특정 위치에 설치된 토크셀을 이용하여 지지부에 가해지는 힘에 의해 발생하는 토크를 측정하는 방식으로 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 지지부에 가해지는 힘에 의해 지지부와 연결되는 모터 등에 발생되는 전류의 변화 또는 저항값의 변화를 측정하는 방식으로 구성되는 것도 가능하며, 이 이외에도 다양한 방식을 적용할 수 있다.
이와 같이, 측정부(30)에서 환자가 지지부(10)에 가해지는 힘의 크기를 측정하면, 제어부(40)는 측정부(30)에서 감지된 힘의 크기에 근거하여 구동부(20)를 선택적으로 제어한다. 구체적으로, 측정부(30)에서 감지된 힘의 크기가 기 설정된 기준값의 크기 이상이면 구동부(20)를 구동하고, 측정부(30)에서 감지된 힘의 크기가 기 설정된 기준값보다 작으면 구동부(20)를 구동하지 않도록 제어한다.
그리고 재활 장치(1)가 운전하는 동안, 측정부(30)는 연속적으로 또는 주기적으로 지지부(10)에 가해지는 힘의 크기를 측정한다. 그리고, 제어부(40)는 지지부(10)에 가해지는 힘의 크기가 기준값 이상이면 구동부(20)를 계속하여 구동하고, 기준값 보다 작으면 구동부(20)의 구동을 정지시키도록 제어한다.
여기서, 본 발명의 재활 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 기준값을 설정하는 기준값 설정부(50)를 더 포함한다. 기준값 설정부(50)는 환자의 운동 능력에 따라 적당한 재활 운동 조건을 설정할 수 있도록 기준값을 상이하게 조절할 수 있다.
예를 들어, 재활 치료를 수행하기에 앞서 실제 운동하는 것과 같이 환자가 예비적으로 지지부에 힘을 가하는 단계를 진행할 수 있다. 이때, 측정부(30)는 환자에 의해 지지부에 가해지는 힘의 크기를 측정하고, 기준값 설정부(50)는 이에 근거하여 기준값을 설정할 수 있다.
환자의 예비 동작을 통해 지지부에 가해지는 힘의 크기가 도 2와 같이 측정되는 경우, 기준값 설정부는 최대 힘의 크기(Fmax)에 기초하여 기준값을 설정할 수 있다. 도 2에서는 최대 힘의 크기(Fmax)의 0.7배에 해당하는 힘의 크기를 기준값(R)으로 설정한 것을 도시하고 있다. 다만, 기준값을 설정하는 방식은 재활 부위의 운동 방식 및 실시예의 구체적인 구성에 따라 상이할 수 있으며, 최대 힘의 크기의 0.5배 내지 0.9배의 범위에서 설정될 수 있다.
이 이외에도, 기준값 설정부(50)는 별도의 컨트롤 패널(미도시)을 통해 사용자가 직접 입력하는 값을 기준값으로 설정하는 것도 가능하며, 기타 다양한 방식을 통해 기준값을 설정할 수 있다.
도 3은 측정부에서 측정되는 힘의 크기에 따른 구동부의 구동 상태를 도시한 그래프이다.
기준값이 설정되고 환자가 운동을 시작하면, 전술한 바와 같이 측정부(30)는 환자에 의해 지지부(10)에 가해지는 힘의 크기를 측정한다. 그리고, 제어부(40)는 측정부(30)에서 측정된 힘의 크기가 설정된 기준값의 이상인 경우 선택적으로 구동부를 구동하여 동력을 제공할 수 있다.
따라서, 환자가 지지부(10)에 가하는 힘이 도 3과 같은 경우, 힘의 크기가 기준값(R) 이상이 되는 시점(t1)부터 구동부가 구동된다. 그리고, 구동 중 환자가 지지부에 제공하는 힘이 기준값보다 작도록 감소하는 시점(t2, t4, t6)에서는 구동부가 정지하여 동력을 제공하지 않는다. 그리고, 다시 환자가 힘을 가하여 기준값 이상의 힘이 측정되면 구동부가 다시 구동하여 동력을 제공한다(t3, t5).
한편, 도 3에서는 구동부(20)의 구동 시점(t1, t3, t5)을 판단하기 위한 기준값과 구동부의 정지 시점(t2, t4, t6)을 판단하기 위한 기준값을 동일하게 설정하고 있다. 이에 비해, 도 4에 도시된 바와 같이, 기준값 설정부(50)는 구동 기준값(R1)과 정지 기준값(R2)을 서로 다른 값으로 설정하는 것도 가능하다. 일반적으로 정지 상태에서 운동을 시작하는 힘이 운동 중 지속적으로 가해지는 힘보다 큰 것을 고려하여, 정지 기준값(R2)은 구동 기준(R1)보다 낮은 값을 갖도록 설정될 수 있다(예를 들어, 도 2에서 정지 기준값은 0.7Fmax, 구동 기준값은 0.5Fmax). 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 구동부(20)가 정지된 상태에서는 지지부(10)에 가해지는 힘이 구동 기준값(R1)의 이상인 경우에 구동부(20)가 구동되고(t1, t3), 구동부가 구동되고 있는 상태에서는 지지부(10)에 가해지는 힘이 정지 기준값(R2)보다 작은 경우에 정지되도록(t2, t4) 제어될 수 있다.
또한, 기준값 설정부(50)는 재활운동을 수행함에 따라 환자의 체력이 소진되는 것을 고려하여, 재활 운동이 진행된 시간에 따라 기준값(Rt)이 점차적으로 낮아지도록 설정하는 것도 가능하다(도 5 참조). 도 5에서는 기준값이 시간이 경과함에 따라 선형적으로 감소하도록 설정되는 경우를 도시하였으나, 계단형과 같이 비선형적으로 기준값이 감소하도록 설정되는 것도 가능하다.
나아가, 환자의 재활운동이 진행됨에 따라 지지부(10)는 구동부(20)에서 제공되는 동력에 의해 기 설정된 궤적을 따라 이동한다. 이때, 이동 궤적의 구간에 따라 운동의 난이도가 상이하기 때문에, 환자가 일정한 크기 이상의 힘을 지속적으로 제공하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 기준값 설정부(50)는 도 6에 도시된 바와 같이, 지지부(10)가 이동하는 궤적의 구간별로 각각 기준값을 별도로 설정하는 것도 가능하다.
예를 들어, 도 6의 a에 도시된 바와 같이 팔이 일정한 궤적을 따라 왕복 운동을 수행하는 경우, 팔의 위치에 따라 힘을 가하는 난이도가 상이할 수 있다. 일 예로 A 구역에서 힘을 가하는 것이 B 구역에서 힘을 가하는 것 보다 어렵고, F 구역에서 힘을 가하는 것이 E 구역에서 힘을 가하는 것보다 어려울 수 있다. 도 6의 B에 도시된 바와 같이, 운동 궤적 중 운동 난이도가 어려운 구역에서는 상대적으로 낮은 기준값을 설정하고, 난이도가 쉬운 구역에서는 상대적으로 높은 기준값을 설정할 수 있다. 이 경우, 재활 운동시 운동 궤적의 구역별 난이도와 환자의 운동 능력을 보다 세부적으로 반영함으로써, 치료 효과를 더욱 개선시킬 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 5에서는 구동 중 측정부(30)에서 측정되는 힘의 크기가 해당 기준값보다 작은 경우에는 구동부(20)를 정지하도록 제어하고 있으나, 측정부(30)에서 측정되는 힘의 크기가 감소한 크기만큼 구동부(20)에 제공되는 동력을 선형적으로 감소하도록 제어하도록 구성할 수도 있다.
이처럼, 본 발명은 앞서 설명한 구성에 한정되는 것은 아니며 다양한 방식으로 구체화되어 적용되는 것이 가능하다.
도 7 는 도 1의 재활 장치를 구동하는 방법을 순서도이다. 전술한 재활 장치는 아래와 같은 구동 방법으로 구동될 수 있다.
우선, 기준값 설정부에서 기준값을 설정하는 단계를 진행한다(S10). 기준값을 설정하는 단계(S10)는 전술한 바와 같이 환자가 지지부에 소정 시간 동안 힘을 가하는 예비 동작을 진행하고, 기준값 설정부는 예비 동작 동안 지지부에 가해진 힘의 크기에 근거하여 환자의 운동 능력에 따른 기준값을 설정할 수 있다. 이러한 예비 동작은 환자의 재활 치료 운동에 앞서 별도로 진행될 수도 있고, 환자가 재활 운동을 시작하는 초기 구간을 예비 동작 구간으로서 판단하여 기준값을 설정하는 것도 가능하다.
나아가, 별도의 컨트롤 패널을 이용하여 기준값을 설정하는 것도 가능하며, 이 외의 다양한 방식을 이용하여 기준값을 설정하는 것도 가능하다.
기준값이 설정되면 환자는 본격적으로 재활 운동을 시작하여 지지부(10)에 힘을 가한다. 이때, 측정부(30)는 환자에 의해 지지부에 가해지는 힘을 측정한다(S20).
그리고, 제어부(40)는 측정부(30)에서 측정되는 힘의 크기와 기준값 설정부(50)에서 설정된 기준값을 비교한다(S30). 측정부(30)에서 측정된 힘의 크기가 기준값 이상이면, 제어부(40)는 구동부(20)를 구동하여 환자의 재활 운동에 필요한 동력을 제공한다(S40). 반면, 측정된 힘의 크기가 기준값보다 작으면, 제어부는 구동부가 구동하지 않도록 제어한다(S50).
이러한 동작은 재활 장치의 운전 모드에 따른 운전 종료시점에 도달하기 전까지 반복적으로 진행된다(S60).
측정부(30)에서는 환자에 의해 가해지는 힘의 크기를 연속적으로 또는 주기적으로 측정하고, 제어부(40)는 기준값과 측정부(30)에서 측정된 힘의 크기를 비교하여 구동부(20)를 제어한다. 따라서, 구동부가 구동되고 있는 상태에서 환자에 의해 가해지는 힘의 크기가 기준값 아래로 감소하는 경우 구동부가 정지되도록 제어한다(S50). 또는, 구동부(20)가 정지된 상태에서 환자에 의해 가해지는 힘의 크기가 기준값 이상으로 상승하는 경우 구동부(20)를 구동하여 동력을 제공할 수 있다(S40).
재활 장치의 운전 동안 위와 같은 단계를 지속적으로 수행하며, 운전 종료 시점에 도달하면 제어부는 구동부를 정지시켜 재활 운동을 종료한다(S70).
이하에서는 본 발명을 적용한 실시예를 구체적으로 설명한다.
제1 실시예
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 어깨 관절용 재활 장치(100)를 도시한 사시도이다. 도 8에서는 오른쪽 어깨 관절의 재활 운동을 위한 장치를 일 예로 도시하고 있으나, 왼쪽 어깨 관절의 재활 운동을 위한 장치를 구성하는 것도 가능하며, 양측 어깨 관절의 재활 운동을 동시에 진행할 수 있도록 구성하는 것도 물론 가능하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 어깨 관절용 재활장치(100)는 의자 형상으로 이루어진 프레임(160)을 구비한다. 따라서, 환자가 프레임(160)에 앉은 상태에서 재활 운동을 수행할 수 있다. 프레임의 일측에는 오른쪽 하완부가 거치되는 지지부(110)가 위치하고, 타측에는 왼쪽 하완부를 거치하기 위한 팔걸이(161)가 형성된다.
지지부(110)는 오른쪽 하완부가 거치된 상태에서 하완부를 고정시킬 수 있도록 구성된다. 구체적으로 지지부(110)는 팔꿈치의 위치를 고정시키는 팔꿈치 고정대(111), 환자가 손으로 움켜쥘 수 있는 핸들(112) 및 환자의 하완부를 둘러쌀 수 있는 밴드(113)를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 환자가 하완부를 수평 방향, 상하 방향 또는 수평 방향과 상하 방향을 조합한 방향으로 움직이더라도 하완부와 지지부(110)가 일체로 움직일 수 있다.
한편, 환자가 재활 운동을 수행할 수 있도록 지지부(110)가 움직이기 위한 동력을 제공하는 구동부(120)를 더 포함한다. 어깨 관절에 대한 재활 운동은 상완과 하완을 전후 방향, 좌후 방향, 상하 방향 또는 이들을 조합하여 다양한 방향으로 움직이도록 진행될 수 있다. 따라서, 어깨 관절 재활용 재활 장치(100)는 복수개의 구동부를 구비할 수 있으며, 본 실시예에서는 도 8에 도시된 바와 같이 제1 구동부(121) 및 제2 구동부(122), 2개의 구동부를 구비한다.
구체적으로, 제1 구동부(121)는 프레임(160)의 일측에 고정 설치된다. 제1 구동부(121)는 회전 속도 및 회전 방향을 제어할 수 있는 정역 회전 모터로 구성될 수 있다.
제1 구동부(121)의 회전축에는 제1 링크(171)의 일단이 축 연결된다. 따라서, 제1 링크(171)는 제1 구동부(121) 회전시 제1 구동부(121)의 회전 방향을 따라 회동할 수 있다.
제1 링크(171)의 타단에는 제2 링크(172)가 연결된다. 여기서, 제1 링크(171) 및 제2 링크(172)는 모두 길이를 조절할 수 있는 바 형상의 부재로 구성될 수 있다. 그리고, 제1 링크(171) 및 제2 링크(172)의 연결부에는 각도 조절 부재(174)가 설치되어, 제1 링크(171)와 제2 링크(172) 사이의 각도를 조절할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 재활 장치는 제1 링크(171) 및 제2 링크(172)의 길이 및 설치 각도를 조절함으로써, 환자의 체형에 맞도록 재활 장치를 셋팅할 수 있고, 재활 운동의 방향 또한 제어할 수 있다.
제2 링크(172)의 단부에는 제2 구동부(122)가 고정 설치된다. 제2 구동부(122)는 제1 구동부(121)와 마찬가지로 회전 속도 및 회전 방향을 조절할 수 있는 정역 회전 모터로 구성될 수 있다. 다만, 제2 구동부(122)는 제1 구동부(121)와 상이한 방향의 동력을 제공할 수 있도록, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 구동부(121)와 상이한 방향으로 설치된다.
그리고, 제2 구동부(122)에는 제3 링크(173)가 설치된다. 제3 링크(173)의 일단은 제2 구동부(122)와 축 연결되고, 타단은 지지부(110)와 연결된다. 따라서, 제2 구동부(122)가 회전함에 따라 제3 링크(173) 및 지지부(110)가 회동한다.
전술한 바와 같이, 제1 구동부(121) 및 제2 구동부(122)는 제1 링크 내지 제3 링크에 의해 지지부(110)와 연결되어, 지지부(110)가 회동하기 위한 동력을 제공한다. 이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여, 제1 구동부(121) 및 제2 구동부(122)의 구동 내용을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 9는 도 8의 제1 구동부가 제1 방향으로 동력을 제공하는 모습을 도시한 정면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 구동부(121)는 전후 방향(환자가 착석한 상태 기준)으로 회전축이 형성된다. 따라서, 제1 구동부(121)는 회전축을 중심으로 회전하면서 제1 방향으로 동력을 제공하며, 이에 의해 환자는 어깨를 축으로 상완부 및 하완부를 바깥 방향으로 들어올리고 내리는 방식으로 회동 운동을 수행하게 된다.
도 10은 도 8의 제2 구동부(122)가 제2 방향으로 동력을 제공하는 모습을 도시한 사시도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 구동부(122)는 수직 방향 또는 수직 방향에서 어느 정도 비스듬히 기울어진 방향으로 회전축이 형성된다. 이때, 제3 링크(173)는 도 10에 도시된 바와 같이 여러번 절곡된 방향으로 형성되어, 제2 구동부(122)의 회전 동력을 지지부(110)에 전달한다. 이에 의해 환자의 하완이 고정된 지지부가 몸의 안쪽과 바깥쪽으로 회동하게 된다.
다만, 도 9 및 도 10에서는 제1 구동부(121) 및 제2 구동부(122)가 개별적으로 구동되는 모습을 도시하였으나, 본 실시예에 따른 재활장치는 제1 구동부(121) 및 제2 구동부(122)를 조합하여 동력을 제공함으로써 보다 다양한 방식으로 재활 운동을 수행할 수 있다.
또한, 도 8 내지 도 10에 도시된 구동부 및 지지부의 구성은 일 예에 불과하며, 재활 치료 위치에 따라 다양한 구조로 변경 실시 가능함은 물론이다.
도 11은 도 8의 재활장치의 주요 구성요소를 도시한 블록도이다. 도 8의 어깨 관절용 재활장치(100)는 환자에 의해 가해지는 힘의 크기를 측정하는 측정부(130), 기준값을 설정하는 기준값 설정부(150) 및 측정부(130)에서 감지된 값과 기준값을 비교하여 제1 구동부(121) 및 제2 구동부(122)를 선택적으로 구동하는 제어부(140)를 더 포함한다.
측정부(130)는 제1 구동부(121)로부터 제공되는 동력의 방향과 대응되는 제1 방향의 힘과 제2 구동부(122)로부터 제공되는 동력의 방향과 대응되는 제2 방향의 힘을 구분하여 측정할 수 있다.
본 실시예의 측정부(130)는 환자가 지지부(110)에 힘을 가하면서 제1 구동부(121)에 발생하는 저항값의 변화를 측정하여 제1 방향으로 가해지는 힘을 측정하고, 제2 구동부(122)에 발생하는 저항값의 변화를 측정하여 제2 방향으로 가해지는 힘을 측정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 측정부(130)는 제1 구동부(121) 및 제2 구동부(122)에 각각 내장 설치되며, 제어부(140)로 측정된 값을 전달할 수 있도록 제어부(140)와 전기적으로 연결 설치된다.
다만, 측정부는 전술한 방식 이외에도 토크셀 및 로드셀 등을 이용하여 구성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제1 구동부 및 제2 구동부의 회전축에 각각 토크셀로 구성되는 제1 측정부 및 제2 측정부를 설치하고, 지지부에 가해지는 힘에 의해 발생하는 토크의 크기를 측정하여 제1 방향 및 제2 방향으로 가해지는 힘을 측정하는 것도 가능하다. 또는 지지부에 다양한 위치에 다수개의 로드셀을 설치하여, 각각의 로드셀에서 감지되는 값을 분석하여 제1 방향 및 제2 방향으로 가해지는 힘을 측정하는 것도 가능하다.
기준값 설정부(150)는 환자의 예비 동작을 통해 측정부에서 환자의 운동 능력을 측정하고, 이에 근거하여 기준값을 설정할 수 있다. 여기서, 제1 구동부(121) 및 제2 구동부(122)에 대한 기준값을 별개로 설정할 수 있도록, 제1 방향으로 측정된 힘에 근거하여 제1 기준값을 설정하고, 제2 방향으로 측정된 힘에 근거하여 제2 기준값을 설정할 수 있다. 또는, 제어 내용에 따라 하나의 기준값을 설정하여 제어하는 것도 가능하다.
여기서, 제1 구동부에 대응되는 제1 기준값은 하나의 값으로 설정될 수도 있고, 앞서 도 4 및 도 6에서 설명한 바와 같이 구동 조건, 시간, 위치에 따라 다수개의 기준값을 설정하는 것도 가능하다.
도 11에서는 기준값 설정부(150)를 제1 기준값을 측정하는 제1 기준값 설정부 (151) 및 제2 기준값을 설정하는 제2 기준값 설정부(152)를 구분하여 도시하였으나, 하나의 기준값 설정부(150)로 구성하는 것도 가능하다. 또한, 기준값 설정부(150)를 별개의 구성으로 구비하지 않고, 측정부에서 기준값을 설정하여 제어부에 제공하거나, 측정부에서 측정된 값으로부터 제어부가 자체적으로 기준값을 설정하도록 실시하는 것도 물론 가능하다. 또한, 이 이외에도 별도의 컨트롤 패널(미도시)을 이용하여 사용자가 직접 기준값을 입력하도록 구성할 수도 있다.
한편, 제어부(140)는 기준값 설정부와 측정부에서 감지된 값을 비교하여 제1 구동부(121) 및 제2 구동부(122)를 선택적으로 구동한다. 예를 들어, 측정부(130)에서 측정된 제1 방향의 힘이 제1 기준값 이상이면 제1 구동부(121)를 구동하고, 제1 방향의 힘이 제1 기준값 보다 작으면 제1 구동부(121)를 정지하도록 제어할 수 있다. 그리고, 측정부(130)에서 측정된 제2 방향의 힘이 제2 기준값 이상이면 제2 구동부(122)를 구동하고, 제2 방향의 힘이 제2 기준값보다 작으면 제2 구동부(122)를 정지하도록 제어할 수 있다. 따라서, 제1 방향으로 가해지는 힘은 제1 기준값보다 크고, 제2 방향으로 가해지는 힘은 제2 기준값보다 작은 경우, 제어부(140)는 제1 구동부(121)로만 동력을 제공하도록 제어할 수 있다.
다만, 이외에도 제어부는 측정부에서 측정된 힘의 크기와 설정된 기준값을 이용하여 다양한 방식으로 제1 구동부 및 제2 구동부를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 방향으로 가해지는 힘과 제2 방향으로 가해지는 힘 중 어느 하나라도 기준값을 만족하는 경우에는 제1 구동부 및 제2 구동부가 모두 정지하고, 둘 다 기준값 이상인 경우에만 제1 구동부 및 제2 구동부가 동작하도록 제어하는 것도 가능하다.
또는, 제1 방향으로 가해지는 힘 및 제2 방향으로 가해지는 힘의 합력이 일정 기준값을 초과하는 경우, 제1 구동부 및 제2 구동부가 동작하여 동력을 제공하되, 제1 구동부 및 제2 구동부에서 제공하는 동력의 크기를 각각 제1 방향으로 가해지는 힘 및 제2 방향으로 가해지는 힘의 크기에 비례하도록 제어하는 것도 가능하다.
나아가, 제어부는 환자의 예비 동작을 통해 재활 운동의 모드를 자동적으로 설정하는 것도 가능하다. 제1 구동부 및 제2 구동부는 각각 상이한 방향으로 동력을 제공하므로, 각각의 구동부에서 제공되는 동력의 크기(예를 들어, 회전 속도)를 상이하게 설정되는 경우 지지부는 상이한 궤적을 따라 이동할 수 있다. 따라서, 제어부는 환자의 예비 동작 시 환자가 지지부에 가하는 힘의 크기 및 방향을 분석하여 운동 모드를 설정하고, 설정된 운동 모드에 따라 제1 구동부 및 제2 구동부가 구동시 제공하는 동력의 크기를 상이하게 설정하여 해당 운동 모드로 재활 운동이 진행되도록 제어할 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 어깨 관절용 재활 장치의 구동 방법에 대해 설명한다. 도 12는 도 8의 어깨 관절용 재활 장치의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
우선 기준값을 설정하는 단계를 수행한다(S110). 이때, 기준값 설정부(150)는 제1 방향에 대한 제1 기준값 및 제2 기준값을 별개로 설정할 수 있다. 이러한 기준값을 설정하는 단계는 전술한 바와 같이 환자의 예비 동작시 측정된 힘의 크기를 이용하여 설정하는 것도 가능하여, 외부에서 입력된 기준값을 이용하여 설정하는 것도 가능하다.
기준값이 설정되면, 환자는 지지부(110)에 하완을 고정시킨 상태에서 재활 운동을 수행한다. 그리고, 측정부(130)는 환자가 지지부(110)에 가하는 힘을 측정하는 단계(S120)를 수행한다. 여기서 측정부는 제1 방향으로 가해지는 힘 및 제2 방향으로 가해지는 힘을 구분하여 측정할 수 있다.
한편, 제어부(140)는 측정부(130)에서 측정된 힘의 크기와 기설정된 기준값을 비교하는 단계를 수행한다. 우선, 제1 방향으로 가해지는 힘의 크기와 제1 기준값의 크기를 비교한다(S130). 제1 방향으로 가해지는 힘의 크기가 제1 기준값 이상이면 제1 구동부(121)를 구동하고(S141), 제1 기준값보다 작으면 제1 구동부(121)를 정지시키도록 제어한다(S142). 그리고, 제1 방향으로 가해지는 힘과 제1 기준값을 비교하는 것과 동시에, 제2 방향으로 가해지는 힘의 크기와 제2 기준값의 크기를 비교한다(S150). 제2 방향으로 가해지는 힘의 크기가 제2 기준값 이상이면 제2 구동부를 구동하고(S161), 제2 기준값보다 작으면 제2 구동부를 정지시키도록 제어한다(S162).
다만, 이는 제어부(140)가 측정부(130)에서 측정된 힘과 설정된 기준값들을 이용하여 제어할 수 있는 일 예에 불과하며, 이 이외에도 앞서 설명한 바와 같이 다양한 방식으로 제1 구동부(121)와 제2 구동부(122)를 선택적으로 제어할 수 있다.
여기서, 측정부(130)에서 지지부(110)에 가해지는 힘을 측정하는 단계는 재활 장치의 운전이 종료될 때까지 연속적으로 또는 주기적으로 진행될 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 측정부(130)에서 측정된 값을 실시간으로 반영하여, 전술한 제어 단계를 지속적으로 수행할 수 있다.
그리고, 재활 장치의 운전 모드의 운전 종료시점이 도래하면(S170) 재활 장치의 운전을 종료한다(S180).
제2 실시예
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무릎 관절용 재활 장치를 도시한 사시도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 재활장치는 무릎 관절을 재활하기 위한 재활 장치(200)이다. 다만, 설명의 중복을 피하기 위해, 전술한 실시예와 유사한 기술적 특징에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 무릎 관절용 재활장치는 베이스(260) 및 베이스(260)에 이동 가능하게 설치되는 지지부(210)를 포함하여 구성된다.
본 실시예에 따른 지지부(210)는 환자의 무릎 관절의 상측에 위치하는 대퇴부를 지지하는 대퇴 지지부(211), 무릎관절의 하측에 위치하는 하퇴 지지부(212) 그리고 발을 지지하는 발 지지부(214)를 포함한다.
구체적으로 대퇴 지지부(211) 및 하퇴 지지부(212)는 각각 한 쌍의 막대 부재를 포함한다. 그리고, 각각의 막대부재는 환자의 대퇴부 또는 하퇴부의 길이에 따라 조절할 수 있도록 신축 가능하게 구성된다. 대퇴 지지부(211)를 구성하는 한 쌍의 막대 부재 사이에는 대퇴부를 지지할 수 있는 별도의 플레이트(211a)가 설치될 수 있다. 그리고, 하퇴 지지부를 구성하는 한 쌍의 막대 부재 사이 또한 하퇴부를 지지할 수 있는 별도의 플레이트(미도시) 설치될 수 있다. 그리고, 발 지지부(214)는 하퇴부의 일측에 구비된다.
대퇴 지지부(211)는 일단이 베이스(260)의 일측에 힌지 연결되어, 회동 가능하게 설치된다. 그리고 대퇴 지지부의 타단은 하퇴 지지부의 일단과 힌지부(213)에 의해 연결된다. 따라서, 힌지부(213)에 의해 대퇴 지지부(211)와 하퇴 지지부(212)간에 상대적인 회동이 가능하도록 설치된다. 이때, 베이스(260)에는 대퇴 지지부(211)와 하퇴 지지부(212)가 연장되는 방향으로 슬라이딩 바(261)가 구비된다. 그리고, 하퇴 지지부(212)의 타단은 베이스(260)의 슬라이딩 바(261)에 연결되어, 대퇴 지지부(211)와 하퇴 지지부(212)의 사잇각이 변경되도록 상호 회동이 이루어짐에 따라, 하퇴 지지부(212)의 타단은 슬라이딩 바를 따라 직선 왕복운동을 수행한다. 따라서, 환자는 대퇴 지지부(211) 및 하퇴 지지부(212)가 이동함에 따라 무릎 관절을 펴고 굽히는 재활 운동을 수행할 수 있다.
한편, 구동부(220)는 힌지부(213)에 인접 설치되며, 대퇴 지지부(211)와 하퇴 지지부(212)가 힌지부(213)를 중심으로 회동하는 동력을 제공한다. 구동부(220)는 회전 속도 및 회전 방향을 제어할 수 있는 정역 회전 모터를 이용하여 구성될 수 있다. 따라서, 구동부(220)가 상기 대퇴 지지부(211) 또는 하퇴 지지부(212)에 동력을 제공함에 따라, 대퇴 지지부(211) 및 하퇴 지지부(212)의 경사가 변하게 되면서 환자의 무릎 관절 운동에 조력할 수 있다.
한편, 측정부(도 1의 30 참조)는 환자가 재활 운동시 대퇴 지지부(211) 및 하퇴 지지부(212)에 가하는 힘을 측정할 수 있도록 구성된다. 본 실시예에서는 토크셀(미도시)을 이용하여 구성된다. 도면에서는 별도로 도시하지 않았으나, 토크셀은 힌지부(213)의 축과 동일한 축을 갖도록 설치된다. 따라서, 환자가 대퇴 지지부(211) 또는 하퇴 지지부(212)에 힘을 가하는 경우, 토크셀에 발생하는 회전 토크의 크기를 통해 환자가 가하는 힘의 크기를 측정할 수 있다.
그리고, 기준값 설정부는 환자의 운동 능력을 고려하여 기준값을 설정한다(도 1의 50 참조). 기준값 설정부는 전술한 바와 같이, 환자의 예비 동작시 측정부에서 측정한 값을 이용하여 기준값을 설정하거나, 별도의 컨트롤 패널(미도시)에 의해 외부에서 입력된 값을 이용하여 설정될 수 있다. 그리고, 각각의 기준값은 하나의 기준값을 설정하는 것도 가능하고, 도 4 내지 도 6에서 설명한 바와 같이 구동 조건, 시간 및 궤적에 따라 다수개의 기준값을 설정하는 것도 가능하다.
한편, 제어부는 측정부에서 측정되는 값과 기준값을 비교하여 구동부를 선택적으로 구동하도록 제어한다. 이에 대해서는 앞서 설명하였으므로, 중복을 피하기 위해 구체적인 설명은 생략한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 측정부에서 환자가 실질적으로 대퇴 지지부 및 하퇴 지지부에 가하는 힘을 측정하고, 이를 기준값과 비교하여 선택적으로 재활 운동에 필요한 동력을 제공한다. 따라서, 환자의 운동 능력에 따른 제어가 가능하고, 환자의 능동적인 재활 운동을 유도할 수 있다.
제3 실시예
도 14은 본 발명의 제3 실시예에 따른 팔꿈치 관절용 재활 장치를 도시한 사시도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 재활장치는 팔꿈치 관절을 재활하기 위한 치료장치(300)이다. 다만, 설명의 중복을 피하기 위해, 전술한 실시예와 유사한 기술적 특징에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 팔꿈치 관절용 재활 장치(300)는 상완 지지부(310) 및 하완 지지부(320) 그리고, 재활 운동에 필요한 동력을 제공하는 구동부(330)를 포함한다.
상완 지지부(310)는 환자의 팔꿈치 상측에 위치하는 상완부를 지지하는 구성이며, 하완 지지부(320)는 팔꿈치 하측에 위치하는 하완부를 지지하는 구성이다. 상완 지지부(310) 및 하완 지지부(320)는 각각 환자의 상완부와 하완부를 고정시킬 수 있도록 각각 밴드(311, 321)가 설치될 수 있다.
여기서, 하완 지지부(320)는 상완 지지부(310)의 일단에 회동 가능하게 설치된다. 구체적으로, 하완 지지부(320)의 단부가 상완 지지부(310)의 일단에 힌지 연결된다. 따라서, 하완 지지부(320)가 회동함에 따라 환자는 팔꿈치를 굽히고 펴는 방식으로 재활 운동을 수행할 있다.
한편, 구동부(330)는 하완 지지부(320)와 상완 지지부(310)가 연결되는 위치에 인접 설치되며, 하완 지지부(320)가 회동하는 동력을 제공한다. 구동부(330)는 회전 속도 및 회전 방향을 제어할 수 있는 정역 회전 모터를 이용하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 구동부(330)의 회전축은 상완 지지부(310)와 하완 지지부(320)가 힌지 연결되는 힌지축(322)과 축 결합이 이루어지도록 설치될 수 있다. 따라서, 구동부(330) 회전함에 따라 이러한 회전 동력을 하완 지지부에 제공하고, 이로 인해 하완 지지부(320)가 상완 지지부(310)를 기준으로 회동 운동을 수행하면서 환자의 팔꿈치 관절 운동에 조력할 수 있다.
한편, 본 실시예의 측정부(도 1의 30 참조)는 환자가 재활 운동시 하완부를 굽히고 피면서 하완 지지부에 가하는 힘을 측정할 수 있도록 구성된다. 본 실시예의 측정부는 토크셀을 이용하여 구성될 수 있다. 도면에서는 별도로 도시하지 않았으나, 토크셀은 상완 지지부(310)와 하완 지지부(320)가 힌지 연결되는 힌지축에 축 결합 되도록 설치될 수도 있고, 또는 구동부(330)의 회전축에 축 결합되도록 설치될 수 있다. 따라서, 환자부가 하완부에 힘을 가하게 되면, 토크셀에 발생하는 회전 토크의 크기를 이용하여 환자가 가하는 힘의 크기를 측정할 수 있다.
그리고, 본 실시예의 기준값 설정부는 환자의 운동 능력을 고려하여 기준값을 설정한다(도 1의 50 참조). 기준값 설정부는 전술한 바와 같이, 환자의 예비 동작시 측정부에서 측정한 값을 이용하여 기준값을 설정하거나, 별도의 컨트롤 패널(미도시)에 의해 외부에서 입력된 값을 이용하여 설정될 수 있다. 그리고, 각각의 기준값은 하나의 기준값을 설정하는 것도 가능하고, 도 4 내지 도 6에서 설명한 바와 같이 구동 조건, 시간 및 궤적에 따라 다수개의 기준값을 설정하는 것도 가능하다.
한편, 제어부는 측정부에서 측정되는 값과 기준값을 비교하여 구동부(330)를 선택적으로 구동하도록 제어한다. 이에 대해서는 앞서 설명하였으므로, 중복을 피하기 위해 구체적인 설명은 생략한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 팔꿈치 재활 운동시 측정부에서 환자가 실질적으로 하완 지지부(320)에 가하는 힘을 측정하고, 이를 기준값과 비교하여 선택적으로 재활 운동에 필요한 동력을 제공한다. 따라서, 환자의 운동 능력에 따른 제어가 가능하고, 환자의 능동적인 재활 운동을 유도할 수 있다.
제4 실시예
도 15은 본 발명의 제4 실시예에 따른 재활 장치를 도시한 사시도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 재활장치는 팔을 자유롭게 움직일 수 없는 환자를 재활하기 위한 치료장치(400)이다. 다만, 설명의 중복을 피하기 위해, 전술한 실시예와 유사한 기술적 특징에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 팔꿈치 관절용 재활 장치(400)는 환자가 신체를 이용하여 재활 운동을 진행하는 지지부(410), 재활 운동에 필요한 동력을 제공하는 구동부(420), 그리고 구동부(420)에서 제공되는 동력을 지지부에 전달하는 전달부(440)를 포함하여 구성된다.
본 실시예의 지지부(410)는 암(411)과 노브(412)를 포함하는 핸들로 구성된다. 핸들의 암은 베이스 플레이트(450)에 설치된 운동축(413)에 결합된다. 따라서, 환자는 손으로 핸들을 움켜준 상태에서 핸들을 회동하는 방식으로 재활 운동을 수행할 수 있다.
한편, 베이스 플레이트(450)에는 재활 운동에 필요한 동력을 제공하는 구동부(420)가 설치된다. 구동부(420)는 회전 동력을 발생시키는 정역 회전 모터(421) 및 동력이 전달되는 것을 제어하는 클러치 브레이크(422)를 포함하여 구성될 수 있다.
구동부(420)에서 발생되는 동력은 전달부(440)를 통해 지지부(410)로 전달된다. 여기서 전달부는 다수개의 벨트(441, 442)와 각각의 벨트가 연동할 수 있도록 연결되는 벨트 연결축(443)을 포함한다. 본 실시예에서는 두 개의 벨트를 이용하여 구성되며, 구체적으로 구동부(420)와 벨트 연결축(443)을 연결하는 제1 벨트(441) 및 벨트 연결축(443)과 지지부(410)를 연결하는 제2 벨트(442)를 포함하여 구성될 수 있다.
나아가, 벨트의 일측에는 벨트의 장력을 조절하기 위한 베어링 축(444)이 더 설치될 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 베어링 축(444)은 제1 벨트(441)의 외측면에 지지되며, 베어링 축(444)의 위치를 이동시킴으로써 제1 벨트(441)의 장력이 조절될 수 있다.
이와 같이 구동부(420)에서 발생되는 동력은 전달부(440)의 제1 벨트(441) 및 제2 벨트(442)를 통해 지지부(410)의 운동축(413)에 전달된다. 따라서, 환자는 운동축(413)으로 전달되는 회전 동력을 이용하여 지지부(410)의 핸들을 원형으로 회전시키는 재활 운동을 수행할 수 있다.
한편, 본 실시예의 측정부(도 1의 30 참조)는 환자가 재활 운동시 핸들에 가하는 힘을 측정할 수 있도록 구성된다. 본 실시예의 측정부는 토크셀(430)을 이용하여 구성될 수 있다. 토크셀(430)은 운동축과 축 결합되도록 설치될 수 있다. 따라서, 환자가 핸들에 힘을 가하게 되면, 토크셀(430)에 발생하는 회전 토크의 크기를 이용하여 환자가 가하는 힘의 크기를 측정할 수 있다.
그리고, 본 실시예의 기준값 설정부는 환자의 운동 능력을 고려하여 기준값을 설정한다(도 1의 50 참조). 기준값 설정부는 전술한 바와 같이, 환자의 예비 동작시 측정부에서 측정한 값을 이용하여 기준값을 설정하거나, 별도의 컨트롤 패널(미도시)에 의해 외부에서 입력된 값을 이용하여 설정될 수 있다. 그리고, 각각의 기준값은 하나의 기준값을 설정하는 것도 가능하고, 도 4 내지 도 6에서 설명한 바와 같이 구동 조건, 시간 및 궤적에 따라 다수개의 기준값을 설정하는 것도 가능하다.
한편, 제어부는 측정부에서 측정되는 값과 기준값을 비교하여 구동부(420)를 선택적으로 구동하도록 제어한다. 이에 대해서는 앞서 설명하였으므로, 중복을 피하기 위해 구체적인 설명은 생략한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 팔꿈치 재활 운동시 측정부에서 환자가 핸들에 가하는 힘을 측정하고, 이를 기준값과 비교하여 선택적으로 재활 운동에 필요한 동력을 제공한다. 따라서, 환자의 운동 능력에 따른 제어가 가능하고, 환자의 능동적인 재활 운동을 유도할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예로서, 어깨 관절용 재활 장치, 무릎 관절용 재활 장치, 팔꿈치 관절용 재활 장치 및 팔 운동 재활장치에 대해 설명하였다. 그러나, 전술한 실시예는 본 발명을 실시할 수 있는 예시에 불과하며, 이 이외에도 다양한 부위에 다양한 구조로 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
이러한 재활 장치 및 이의 구동 방법은 환자가 실질적으로 운동하고자 하는 의지를 판단하여 재활 운동에 필요하는 동력을 선택적으로 제공하므로 능동적인 재활 치료를 유도할 수 있다. 또한, 환자의 운동 능력에 따라 기준값을 상이하게 설정함으로써 환자의 상태에 따른 최적의 재활 환경을 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 환자의 신체를 지지하는 지지부;
    상기 지지부가 회동하는 동력을 제공하는 구동부;
    환자의 운동에 의해 상기 지지부에 가해지는 힘의 크기를 측정하는 측정부; 그리고,
    상기 측정부에서 측정된 힘의 크기에 근거하여 상기 구동부를 선택적으로 제어하는 제어부;를 포함하는 재활장치.
  2. 제1항에 있어서,
    환자의 운동 능력에 따라 상기 제어부가 상기 구동부를 선택적으로 제어하기 위한 기준값을 설정하는 기준값 설정부;를 더 포함하는 재활장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준값 설정부는 외부에서 입력되는 값을 상기 기준값으로 설정하거나, 상기 측정부에서 측정된 힘의 크기에 근거하여 상기 기준값을 설정하는 것을 특징으로 하는 재활장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정부에서 측정된 힘이 상기 기준값 이상이면 상기 구동부를 구동하고, 상기 측정부에서 측정된 힘이 상기 기준값보다 작으면 상기 구동부를 정지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재활장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기준값 설정부는 구동 기준값 및 상기 구동 기준값보다 낮은 값을 갖는 정지 기준값을 각각 설정하고,
    상기 제어부는 상기 측정부에서 측정된 힘이 상기 구동 기준값 이상이면 상기 구동부를 구동하고, 상기 측정부에서 측정된 힘이 상기 정지 기준값보다 작으면 상기 구동부를 정지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재활장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 기준값은 시간이 경과함에 따라 선형 또는 비선형적으로 낮아지는 것을 특징으로 하는 재활장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 구동부에서 제공되는 동력에 의해 기 설정된 궤적을 따라 이동하고, 상기 기준값 설정부는 상기 지지부가 이동하는 궤적의 구간에 따라 상기 기준값을 별도로 설정하는 것을 특징으로 하는 재활장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 측정부는 토크셀 또는 로드셀을 포함하여 구성되거나, 상기 지지부에 가해지는 힘에 의해 상기 구동부에 발생되는 저항값 또는 전류값의 변화를 측정하여 상기 힘의 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 재활장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 구동부는 정역 회전 모터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 재활장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는 환자의 하완을 지지하도록 구성되고,
    상기 구동부는 상기 지지부가 제1 방향으로 회동하는 동력을 제공하는 제1 구동부 및 제2 방향으로 회동하는 동력을 제공하는 제2 구동부를 포함하도록 구성되며,
    상기 제어부는 상기 측정부에서 측정된 힘의 방향에 근거하여 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부를 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 재활 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 지지부에 가해지는 상기 제1 방향의 힘 및 상기 제2 방향의 힘을 각각 측정하고,
    상기 기준값 설정부는 상기 제1 방향에 대한 제1 기준값 및 상기 제2 방향에 대한 제2 기준값을 각각 설정하며,
    상기 제어부는 상기 측정부에서 측정되는 상기 제1 방향의 힘이 상기 제1 기준값 이상이면 상기 제1 구동부를 구동하고, 상기 측정부에서 측정되는 상기 제2 방향의 힘이 상기 제2 기준값 이상이면 상기 제2 구동부를 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재활장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는 환자의 상완을 지지하는 상완 지지부 및 상기 상완 지지부의 일단에 힌지 연결되어 환자의 하완을 지지하는 하완 지지부를 포함하여 구성되고,
    상기 구동부는 상기 하완 지지부에 동력을 제공하여 상기 하완 지지부를 선택적으로 회동시키는 것을 특징으로 하는 재활장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는 회동 가능하게 설치되는 핸들로 구성되며, 상기 지지부는 상기 구동부가 회전하는 동력이 전달되어 회동할 수 있도록 상기 지지부의 회전축이 상기 구동부의 회전축과 직접 또는 간접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 재활장치.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는 환자의 대퇴부를 지지하는 대퇴 지지부 및 상기 대퇴 지지부의 일단에 힌지 연결되어 환자의 하퇴부를 지지하는 하퇴 지지부를 포함하여 구성되고,
    상기 구동부는 상기 하퇴 지지부에 동력을 제공하여 상기 하퇴 지지부를 선택적으로 회동시키는 것을 특징으로 하는 재활장치.
  15. 환자의 운동 능력에 근거하여 기준값을 설정하는 단계;
    측정부가 환자의 운동에 의해 지지부에 가해지는 힘의 크기를 측정하는 단계; 그리고,
    제어부가 상기 기준값과 상기 측정된 힘의 크기를 비교하여 상기 지지부가 이동하기 위한 동력을 제공하는 구동부를 선택적으로 제어하는 단계;를 포함하는 재활장치의 구동방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기준값을 설정하는 단계는 외부로부터 입력되는 값을 상기 기준값으로 설정하거나, 환자가 예비적으로 상기 지지부에 가하는 힘을 측정하여 상기 기준값을 설정하는 것을 특징으로 하는 재활장치의 구동방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정된 힘이 상기 기준값 이상이면 상기 구동부를 구동하여 동력을 제공하고, 상기 측정된 힘이 상기 기준값 보다 작으면 상기 구동부를 정지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재활장치의 구동방법.
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