이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 로봇이 도시되어 있다.1 to 5 show an upper limb rehabilitation robot according to an embodiment of the present invention.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 로봇(10)은 손가락 운동부(11)와, 손목 운동부(61)와, 상지 운동부(101)를 포함한다.As shown in these drawings, the upper limb rehabilitation robot 10 according to an embodiment of the present invention includes a finger motion unit 11, a wrist motion unit 61, and an upper limb motion unit 101.
손가락 운동부(11)는 환자의 손등에 장착되어, 환자의 손가락을 재활 운동시킨다.The finger moving part 11 is mounted on the back of the patient's hand so as to rehabilitate the patient's finger.
손가락 운동부(11)는 손등 착용부(21)와, 스트랩 구동부(23)와, 손가락 결합부(31)와, 스트랩(41)을 포함한다.The finger moving section 11 includes a hand wearing section 21, a strap driving section 23, a finger fitting section 31, and a strap 41.
손등 착용부(21)는 인간의 손등면에 대응하는 형상을 가지며, 도시하지 않은 밴드와 같은 고정수단에 의해 환자의 손등에 착용된다.The back of the hand 21 has a shape corresponding to the back of a human's hand and is worn on the back of the patient by a fixing means such as a band not shown.
손등 착용부(21)에는 스트랩(41)을 권취 및 권취해제하기 위한 스트랩 구동부(23)가 마련되어 있다.A strap driving part 23 for winding and releasing the strap 41 is provided on the back part 21 of the hand.
스트랩 구동부(23)는 스트랩(41)의 이동방향에 대해 가로로 배치되어 스트랩(41)이 권취 및 권취해제되는 스트랩 권취 롤러(25)와, 스트랩 권취 롤러(25)를 정역회전시키는 스트랩 구동모터(27)를 포함한다.The strap drive unit 23 includes a strap take-up roller 25 which is disposed laterally with respect to the moving direction of the strap 41 and on which the strap 41 is wound and unwound, a strap drive motor 25 for rotating the strap take- (27).
이에 의해, 스트랩 구동모터(27)를 정역회전시킴에 따라, 스트랩(41)은 스트랩 권취 롤러(25)에 권취 및 권취해제된다.Thereby, as the strap drive motor 27 is rotated in the forward and reverse directions, the strap 41 is wound and unwound by the strap take-up roller 25.
또한, 손등 착용부(21)에는 손등 착용부(21)의 상부면을 따라 이동하는 스트랩(41)의 이동 경로 상에 마련되어, 스트랩(41)의 이동을 안내하는 복수의 스트랩 가이드 롤러(29)가 마련되어 있다. 스트랩 가이드 롤러(29)는 스트랩(41)의 수량에 대응하여 마련되고, 복수의 스트랩 가이드 롤러(29)는 상호 간격을 두고 나란하게 배치되어 있다.A plurality of strap guide rollers 29 provided on the movement path of the strap 41 moving along the upper surface of the hand warmer 21 and guiding the movement of the strap 41, Respectively. The strap guide rollers 29 are provided corresponding to the number of the straps 41, and the plurality of strap guide rollers 29 are arranged in parallel with each other.
손가락 결합부(31)는 실리콘 소재로 이루어진 고리 형상을 가지며, 환자의 각 손가락에 결합된다. 한편, 본 실시예에서는 손가락 결합부(31)가 검지, 중지, 약지, 소지 각각에 대응하도록 마련되어 있는 것으로 도시되어 있지만 이에 한정되지 않으며, 다른 실시예로서 손가락 결합부(31)는 엄지, 검지, 중지, 약지, 소지 중 하나 이상에 대응하며 마련될 수도 있다.The finger engagement portion 31 has an annular ring made of a silicone material and is joined to each finger of the patient. In the present embodiment, the finger coupling unit 31 is shown as being adapted to correspond to the detection, stop, ring finger, and hand finger, respectively. However, the finger coupling unit 31 is not limited thereto, Stop, ring finger, or possession of the user.
스트랩(41)은 일정 폭의 띠 형상을 가지며, 손등 착용부(21)에 이동 경로를 형성한다. 스트랩(41)의 일단부는 손가락 결합부(31)에 지지되고, 타단부는 스트랩 구동부(23)에 연결되어 있다.The strap 41 has a band shape having a constant width and forms a movement path in the back of the hand wearing portion 21. [ One end of the strap 41 is supported by the finger engagement portion 31 and the other end is connected to the strap driving portion 23. [
스트랩(41)은 손가락의 굽힘 동작에 따라 길이방향을 따라 탄성 변형하는 재질로 이루어진다. 여기서, 스트랩(41)은 손가락에 힘을 크게 가하기 어려운 환자가 손가락을 구부릴 경우, 저항력을 최소화하도록 설계되는 것이 바람직하다.The strap 41 is made of a material which is elastically deformed along the longitudinal direction according to the bending operation of the finger. Here, it is preferable that the strap 41 is designed so as to minimize the resistance when the patient bends the finger, which is difficult to apply a large force to the finger.
또한, 스트랩(41)의 일측 판면에는 스트랩(41)의 탄성 변형에 따라, 스트랩(41)에 작용하는 힘을 측정하는 스트레인 센서가 마련될 수 있다.A strain sensor for measuring the force acting on the strap 41 may be provided on one side of the strap 41 in accordance with the elastic deformation of the strap 41.
스트레인 센서는, 회로를 형성하는 금속 패턴과, 금속 패턴과 전기적으로 접속된 터미널을 형성한 스트레인 센서를 포함한다. 스트레인 센서는 스트랩(41)의 일측 판면에 프린팅 또는 부착될 수 있다.The strain sensor includes a metal pattern forming a circuit and a strain sensor forming a terminal electrically connected to the metal pattern. The strain sensor may be printed or attached to one side of the strap 41.
이에 의해, 스트레인 센서의 신축 변형 정도에 따라 예컨대, 스트랩(41)이 길이 방향을 따라 늘어나거나 또는 줄어드는 정도에 따라 금속 패턴에 걸리는 저항을 측정하여, 스트랩(41)에 작용하는 힘을 측정한다.Thus, the force acting on the strap 41 is measured, for example, by measuring the resistance of the metal pattern depending on the extent to which the strap 41 is stretched or shrunk in the longitudinal direction according to the degree of expansion and contraction of the strain sensor.
일 예로서, 스트레인 센서는 스트랩(41)이 인장하며 늘어남에 따라 금속 패턴의 길이가 늘어나면서 금속 패턴의 저항값이 증가하고, 반대로 스트랩(41)이 압축하며 줄어듦에 따라 금속 패턴의 길이가 줄어들면서 금속 패턴의 저항값이 감소한다.For example, in the strain sensor, as the strap 41 is stretched and stretched, the length of the metal pattern is increased and the resistance value of the metal pattern is increased. On the other hand, as the strap 41 is compressed and reduced, The resistance value of the metal pattern decreases.
그리고, 스트레인 센서에 의해 측정된 저항값에 따라, 스트랩 구동부(23)의 구동을 제어한다.Then, the driving of the strap driver 23 is controlled in accordance with the resistance value measured by the strain sensor.
예컨대, 스트레인 센서에 의해 측정된 저항값이 증가하여 기준 저항값의 범위를 초과하면, 손가락이 구부러진 것으로 판단하여, 스트랩(41)을 권취하도록 스트랩 구동부(23)를 구동시켜 스트랩(41)을 인장시킨다.For example, when the resistance value measured by the strain sensor increases and exceeds the range of the reference resistance value, it is judged that the finger is bent and the strap driving section 23 is driven so as to wind the strap 41, .
스트랩(41)을 인장시킴에 따라, 손가락 결합부(31)에 결합된 손가락은 구부러지지 않고 펴지게 된다.As the strap 41 is tensioned, the finger coupled to the finger engagement portion 31 is stretched without being bent.
그리고, 스트랩(41)이 권취해제되도록 스트랩 구동부(23)를 구동시키면, 스트랩(41)이 스트랩 구동부(23)로부터 풀려나면서 손가락은 초기의 상태로 복원되며 구부러지게 된다.When the strap driving unit 23 is driven so that the strap 41 is retracted, the strap 41 is released from the strap driving unit 23, and the finger is restored to the initial state and bent.
이와 같이, 환자의 손등에 손등 착용부(21)를 장착하고, 환자의 구부러진 각 손가락에 손가락 결합부(31)를 결합한 상태에서, 스트랩(41)을 권취 및 권취해제하도록 스트랩 구동부(23)를 구동시킴에 따라, 환자의 손가락을 운동시켜 재활 운동할 수 있게 된다.The strap driving unit 23 is provided so that the strap 41 is retracted and retracted in the state where the finger bonding unit 21 is attached to the patient's hand and the finger engagement unit 31 is engaged with each bent finger of the patient The user can exercise the patient's fingers to perform rehabilitation.
손목 운동부(61)는 환자의 손목 부위에 마련되어, 손목을 운동시킨다.The wrist motion part 61 is provided on the wrist part of the patient, and moves the wrist.
손목 운동부(61)는 손목이 거치되는 손목 거치대(71)와, 손목의 회전 궤적을 따라 마련되어 손목 거치대(71)의 회전운동을 안내하는 트랙(81)이 마련되어 있다.The wrist moving part 61 is provided with a wrist rest 71 on which the wrist is rested and a track 81 provided along the wobbling trajectory of the wrist for guiding the rotational movement of the wrist rest 71. [
손목 거치대(71)는 손목을 부분적으로 둘러싸도록, 상측이 개구된 원형의 단면형상 예컨대, 'U'자의 단면형상을 가진다. 이에 의해, 환자는 손목을 손목 거치대(71)에 안정적으로 거치할 수 있게 된다. 여기서, 손목 거치대(71)에 밴드를 마련하여, 손목 운동시, 손목이 손목 거치대(71)로부터 이탈하지 않도록 손목을 고정할 수도 있다.The wrist rest 71 has a circular cross-sectional shape, for example, a U-shaped cross section, which is open on the upper side so as to partially surround the wrist. Thereby, the patient can stably mount the wrist on the wrist rest 71. Here, a band may be provided on the wrist rest 71 so that the wrist can be fixed so that the wrist does not come off the wrist rest 71 during wrist movement.
트랙(81)은 손목 거치대(71)의 형상에 대응하여, 'U'자의 단면형상을 가진다. 트랙(81)은 서포트(85)에 의해 지지되어 있다. 서포트(85)에는 손목 거치대(71)와 후술할 상지 운동부(101)의 팜꿈치 거치대(111) 사이의 간격을 조절하기 위한 간격 조절 노브(87)가 마련되어 있다.The track 81 has a U-shaped cross-sectional shape corresponding to the shape of the wrist rest 71. The track 81 is supported by a support 85. The support 85 is provided with a gap adjusting knob 87 for adjusting the distance between the wrist rest 71 and the palm dream stand 111 of the upper arm moving part 101 to be described later.
한편, 트랙(81)에 대한 손목 거치대(71)의 회전운동에 대응하여, 트랙(81)에는 롤러(91)가 마련되어 있다. 롤러(91)는 트랙(81)에 롤링하며 이동가능하게 마련되고, 롤러 지지 브래킷(93)에 의해 손목 거치대(71)와 연결되어 있다.On the other hand, in correspondence with the rotational movement of the wrist rest 71 against the track 81, a roller 91 is provided on the track 81. [ The roller 91 is rollably and movably provided on the track 81 and is connected to the wrist rest 71 by a roller supporting bracket 93. [
이에 의해, 손목 거치대(71)는 손목에 작용하는 회전력에 의해 트랙(81)을 따라 이동하게 된다.Thereby, the wrist rest 71 is moved along the track 81 by the rotational force acting on the wrist.
이와 같이, 손목 거치대(71)에 손목을 거치한 후 손목에 회전력을 가하면, 손목 거치대(71)는 트랙(81)을 따라 이동하여, 손목은 자연스럽게 회전 운동을 하게 된다.When the wrist rest 71 is rotated by applying a rotational force to the wrist after mounting the wrist on the wrist rest 71, the wrist rest 71 moves along the track 81 and the wrist naturally rotates.
상지 운동부(101)는 손목 이동부와 이격 배치되어, 환자의 상지(7)를 운동시킨다.The upper limb movement part (101) is disposed apart from the wrist moving part to move the upper limb (7) of the patient.
상지 운동부(101)는 팔꿈치가 거치되는 팔꿈치 거치대(111)와, 상지(7)의 승강 움직임에 따라 동작하는 승강 동작부(121)를 포함한다.The upper limb movement part 101 includes an elbow rest 111 on which the elbow is rested and an elevation operation part 121 that operates in accordance with the elevation movement of the upper limb 7.
팔꿈치 거치대(111)는 팔꿈치를 부분적으로 둘러싸도록, 상측이 개구된 원형의 단면형상 예컨대, 'U'자의 단면형상을 가진다. 이에 의해, 환자는 팔꿈치를 팔꿈치 거치대(111)에 안정적으로 거치할 수 있게 된다. 여기서, 팔꿈치 거치대(111)에 밴드를 마련하여, 상지(7) 운동시 팔꿈치가 팔꿈치 거치대(111)로부터 이탈하지 않도록 팔꿈치를 고정할 수도 있다. The elbow rest 111 has a circular cross-sectional shape, for example, a U-shaped cross-section, which is open on the upper side so as to partially surround the elbow. As a result, the patient can stably mount the elbow on the elbow rest 111. Here, a band may be provided on the elbow rest 111 so that the elbow can be fixed so that the elbow does not separate from the elbow rest 111 when the upper limb 7 is exercised.
한편, 팔꿈치 거치대(111)는 연결 브래킷(115)에 의해 손목 운동부(61)의 서포트(85)와 연결되어 있다.On the other hand, the elbow rest 111 is connected to the support 85 of the wrist moving part 61 by the connecting bracket 115.
승강 동작부(121)는 한 쌍의 관절 링크(123,125)와, 피봇 조인트(127)와, 팔꿈치 거치대(111)에 거치된 상지(7)의 승강 움직임에 따라 한 쌍의 관절 링크(123,125) 및 피봇 조인트(127)를 선회 운동시키는 선회 운동부를 포함한다.The lifting and lowering operation unit 121 includes a pair of articulated links 123 and 125, a pivot joint 127 and a pair of articulated links 123 and 125 in accordance with the lifting movement of the upper body 7, And a pivoting portion for pivoting the pivot joint 127.
선회 운동부는 스프링(133)과, 제1와이어 풀리(141)와, 제2와이어 풀리(143)와, 제3와이어 풀리(145)와, 제4와이어 풀리(147)와, 와이어(151)를 포함한다.The pivoting portion includes a spring 133, a first wire pulley 141, a second wire pulley 143, a third wire pulley 145, a fourth wire pulley 147, and a wire 151 .
한편, 한 쌍의 관절 링크는 일단부가 팔꿈치 거치대(111)에 결합되는 제1관절 링크(123)와, 제1관절 링크(123)의 타단부에 결합되는 제2관절 링크(125)를 포함한다.On the other hand, the pair of articulated links includes a first articulated link 123, one end of which is coupled to the elbow rest 111, and a second articulated link 125, which is coupled to the other end of the first articulated link 123 .
제1관절 링크(123)는 속이 빈 바아 형상을 가진다. 제1관절 링크(123)의 일단부는 팔꿈치 거치대(111)에 선회가능하게 힌지 결합됨과 동시에, 제1관절 링크(123)의 타단부는 제2관절 링크(125)의 일단부와 피봇 조인트(127)에 선회가능하게 힌지 결합된다.The first joint link 123 has a hollow bar shape. One end of the first joint link 123 is pivotably hinged to the elbow rest 111 and the other end of the first joint link 123 is connected to one end of the second joint link 125 and the pivot joint 127 (Not shown).
한편, 제1관절 링크(123)의 내부에는 압축 및 인장하는 스프링(133)이 수용되어 있다. 스프링(133)의 일단부는 제1관절 링크(123)에 지지되고, 타단부에 와이어(151)가 연결되어 있다. 여기서, 제1관절 링크(123)와 와이어(151)를 직결하지 않고, 제1관절 링크(123)와 와이어(151) 사이에 연결 블록(미도시)을 개재하여, 연결 블록에 의해 제1관절 링크(123)와 와이어(151)를 연결할 수도 있다.On the other hand, a spring 133 for compressing and tensioning is accommodated in the first joint link 123. One end of the spring 133 is supported by the first joint link 123, and the wire 151 is connected to the other end. Here, the first joint link 123 and the wire 151 are not directly connected but the first joint link 123 and the wire 151 are connected to each other by a connection block (not shown) The link 123 and the wire 151 may be connected.
제2관절 링크(125)의 일단부는 제1관절 링크(123)의 타단부와 피봇 조인트(127)에 힌지 결합되어 있다. One end of the second joint link 125 is hinged to the other end of the first joint link 123 and the pivot joint 127.
한편, 와이어(151)의 이동 경로 상에는 복수의 와이어 풀리가 마련되어 있다.On the other hand, on the movement path of the wire 151, a plurality of wire pulleys are provided.
복수의 와이어 풀리는, 스프링(133)과 간격을 두고 제1관절 링크(123)의 내측에 마련된 제1와이어 풀리(141)와, 제1관절 링크(123)와 제2관절 링크(125)의 일단부가 힌지 결합되는 부분에 마련된 제2와이어 풀리(143)와, 피봇 조인트(127)에 마련된 제3와이어 풀리(145)와, 제2관절 링크(125)의 타단부에 마련된 제4와이어 풀리(147)를 포함한다.The plurality of wire pulleys includes a first wire pulley 141 provided at an inner side of the first joint link 123 at an interval from the spring 133 and a second wire pulley 141 provided at one end of the first joint link 123 and the second joint link 125 A third wire pulley 145 provided at the pivot joint 127 and a fourth wire pulley 147 provided at the other end of the second joint link 125. The second wire pulley 143, ).
이에, 와이어(151)는 일정 길이를 가진다. 와이어(151)는 스프링(133)의 타단부로부터 제1와이어 풀리(141)와 제2와이어 풀리(143)와 제3와이어 풀리(145)를 거쳐, 제4와이어 풀리(147)에 지지된다.Thus, the wire 151 has a predetermined length. The wire 151 is supported by the fourth wire pulley 147 from the other end of the spring 133 through the first wire pulley 141 and the second wire pulley 143 and the third wire pulley 145.
피봇 조인트(127)는 제1관절 링크(123)의 타단부와 제2관절 링크(125)의 일단부를 피봇 가능하게 지지한다.The pivot joint 127 pivotally supports the other end of the first joint link 123 and one end of the second joint link 125.
피봇 조인트(127)의 하측에는 제3와이어 풀리(145)가 노출되게 마련되어 있다. A third wire pulley 145 is exposed under the pivot joint 127.
이에 의해, 환자의 팔꿈치를 팔꿈치 거치대(111)에 거치하면, 도 4에서와 같이 스프링(133)은 인장되면서, 제3와이어 풀리(145)와 제4와이어 풀리(147) 사이의 와이어(151)의 길이가 길어지게 된다. 이 때, 환자의 팔꿈치를 팔꿈치 거치대(111)에 거치함에 따라 발생하는 중력 하중을 스프링(133)의 탄성력에 의해 보상된다.4, the spring 133 is pulled and the wire 151 between the third wire pulley 145 and the fourth wire pulley 147 is pulled out, The longer the length of the link. At this time, the gravity load generated as the elbow of the patient is placed on the elbow rest 111 is compensated by the elastic force of the spring 133.
한편, 상지(7)를 들어 올리면, 도 4에서 보았을 때 제2관절 링크(125)가 시계반대방향으로 선회하면서 스프링(133)이 압축됨과 동시에, 제3와이어 풀리(145)와 제4와이어 풀리(147) 사이의 와이어(151)의 길이가 짧아지게 된다.4, the second joint link 125 is pivoted counterclockwise and the spring 133 is compressed while the third wire pulley 145 and the fourth wire pulley 145 are compressed, The length of the wire 151 between the wire 147 and the wire 147 is shortened.
이로써, 상지(7)의 승강 움직임 시 상지(7)에 무리한 힘을 가하지 않고, 상지(7)를 재활 운동을 할 수 있게 된다.Thereby, the upper limb 7 can be rehabilitated without applying excessive force to the upper limb 7 when the upper limb 7 is lifted or lowered.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 운동부(101)는 상지(7)의 좌우 움직임에 따라 동작하는 좌우 동작부(161)를 더 포함할 수 있다.In addition, the upper limb movement part 101 according to an embodiment of the present invention may further include left and right operation parts 161 operated according to the left and right movement of the upper limb 7.
좌우 동작부(161)는 상호 접근 및 이격가능하도록 마련되는 한 쌍의 아암(171,173)을 포함한다.The left and right operating portions 161 include a pair of arms 171 and 173 provided so as to be mutually approachable and spaced apart.
한 쌍의 아암(171,173)의 각 일단부는 예컨대, 한 쌍의 아암(171,173)의 상호 대향하는 각 단부는, 상지(7)의 좌우 움직임에 대응하도록, 브래킷(175)에 각각 선회가능하게 힌지 결합되어 있다.Each of the ends of each of the pair of arms 171 and 173 has a pair of arms 171 and 173 facing each other at opposite ends of the pair of arms 171 and 173 that are pivotally connected to the bracket 175, .
한 쌍의 아암 중 피봇 조인트(127)에 인접하게 배치된 아암(171)의 타단부는 피봇 조인트(127)에 힌지 결합되고, 나머지 아암(173)의 타단부는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 로봇(10)을 구조물 또는 구조체에 편지지하기 위한 고정구(181)에 힌지 결합되어 있다.The other end of the arm 171 disposed adjacent to the pivot joint 127 of the pair of arms is hinged to the pivot joint 127 and the other end of the other arm 173 is pivotally connected to the pivot joint 127 in accordance with an embodiment of the present invention And is hinged to a fixture 181 for stationery of the upper limb rehabilitation robot 10 to a structure or a structure.
이로써, 상지(7)를 좌우로 움직일 때, 환자는 상지(7)에 무리한 힘을 가하지 않고, 상지(7)를 재활 운동할 수 있게 된다.Thereby, when the upper limb 7 is moved to the left and right, the patient can rehabilitate the upper limb 7 without applying excessive force to the upper limb 7.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 로봇(10)은 고정구(181)에 의해 편지지됨으로써, 바닥으로부터 이격된 상태에서 환자의 손, 손목 및 상지의 관절 각도를 변화시키며 재활 운동을 할 수 있게 된다.In addition, the upper limb rehabilitation robot 10 according to an embodiment of the present invention can be rewound by changing the joint angles of the patient's hand, wrist, and upper limb in a state of being spaced from the floor by being stationary with the fixture 181 .
이와 같이, 본 발명에 따르면, 환자의 손등에 장착되어 환자의 손가락을 재활 운동시키는 손가락 운동부와, 환자의 손목 부위에 마련되어 환자의 손목을 운동시키는 손목 운동부와, 환자의 상지를 운동시키는 상지 운동부를 마련함으로써, 무리한 힘을 가하지 않고, 환자의 손, 손목 및 상지의 관절 각도를 변화시키며 재활 운동을 할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, there is provided a finger movement device comprising: a finger motion part mounted on a patient's hand to rehabilitate a patient's finger; a wrist motion part provided on the wrist part of the patient to move the wrist of the patient; It is possible to perform the rehabilitation exercise by changing the joint angle of the patient's hand, wrist and upper limb without applying excessive force.