WO2019013490A1 - 커프 및 이를 포함하는 재활훈련장치 - Google Patents

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WO2019013490A1
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guide
curved
point
walking
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문영진
최재순
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University of Ulsan Foundation for Industry Cooperation
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Asan Foundation
University of Ulsan Foundation for Industry Cooperation
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    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0255—Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved together in a plane substantially parallel to the body-symmetrical plane
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
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    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1657—Movement of interface, i.e. force application means
    • A61H2201/1659—Free spatial automatic movement of interface within a working area, e.g. Robot

Definitions

  • the present invention relates to a cuff and a rehabilitation training apparatus including the same, and more particularly, to a cuff for providing rehabilitation training by assisting a rehabilitation patient in normal movement and an apparatus including the same.
  • the joint orthosis is a device for supporting or correcting the operated part due to the rupture of the cruciate ligament. It minimizes the movement of the injured ligament and supports the joint.
  • the rehabilitation robot generates an operation of joints (hip, knee joint, ankle joint) by a driver (for example, a motor) to create a normal gait pattern of the user (i.e., patient).
  • a driver for example, a motor
  • the limb is restrained by the cuff so that the motion of the driver (for example, a motor) is well followed by the body part of the patient.
  • the cuff usually uses a soft tissue such as a sponge or an air cell.
  • the cuff is not adjusted in accordance with the movement of the body part (for example, the movement of the lower limb during walking), so that the body is not excessively squeezed or properly restrained.
  • the motion of the patient is similar to the motion of the robot to increase the effect of the training, but it gives the patient a strong pain. Therefore, there is a need for an invention that provides a high rehabilitation effect by restraining a body part in accordance with body movements over a wide range.
  • the present invention relates to a cuff and a cuff which provide a high rehabilitation training effect and a body assist effect by real time adjusting the shape in real time according to the shape of the body part and the body movement according to the body part while pressing the body part requiring rehabilitation training, And a rehabilitation training device including the same.
  • a rehabilitation robot cuff includes: a plurality of curved guides formed by continuous lamination; And a guide adjuster for adjusting the curvature of each curved guide, wherein the curved guide forms a separate point of compression to support each point of the body part.
  • the apparatus further includes a control unit for controlling the guide adjusting unit to individually adjust the plurality of curved guides.
  • control unit adjusts the curvature of each curved guide based on a specific walking cycle.
  • the walking cycle is a type determined for treadmills and for general walking.
  • the guide adjusting unit may include a plurality of control belts included in the curved guide and controlling the curvature of the curved guide according to the degree of pulling.
  • a rehabilitation training device includes: a cuff according to embodiments of the present invention; And a joint motor disposed at a joint of the patient to assist joint movement.
  • the distance between the joint motor and the cuff is fixed, and the circumferential length of each curved guide is initially set according to the patient to be worn.
  • the treadmill in which the patient wearing the cuff and the joint motor performs walking is used.
  • the treadmill is applied in the same manner as the walking cycle applied to the cuff.
  • the rehabilitation robot can accurately provide movement to the body part of the patient.
  • the multi-point squeeze can reliably restrain the body part rather than the existing cuff, and accurately reflect the movement of the rehabilitation training device to the body.
  • the cuff shape can be controlled in real time in accordance with the shape of the body part, so accurate rehabilitation training and exercise aids are possible. That is, the cuff is deformed in real time according to the shape in which the body part is changed by the muscles according to the movement of the body part (for example, the arm or the leg), so that the correct rehabilitation training can be provided compared to the existing cuff.
  • the cuff shape can be modified in real time to match the movement of the body during walking. This can provide a rehabilitation patient with a motion that matches the normal motion (e.g., a normal walking motion).
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a cuff according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view of a curved guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a curved guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exemplary illustration of a motor, pulley, and control belt connected in accordance with one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing a change in a main compression point according to a walking cycle according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a graph of the torque change of a joint in a walking cycle according to an embodiment of the invention.
  • the 'rehabilitation robot' includes a device for performing rehabilitation training and a device for assisting movement (for example, walking) of a rehabilitation patient.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a cuff 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the cuff 100 according to an embodiment of the present invention can be used in a rehabilitation robot.
  • the cuff 100 according to one embodiment of the present invention may be one of the components of the rehabilitation robot.
  • the cuff 100 includes a curved guide 110; And a guide adjuster 120.
  • the curved guide 110 serves to support each point on the body part.
  • the rehabilitation patient plays a role of supporting the leg so as to perform the leg motion during walking.
  • the cuff 100 is formed by continuously laminating a plurality of curved surface guides 110.
  • Each curved guide 110 individually forms a point of compression to support each point of the body part (i. E., A plurality of body points spaced apart by a certain distance).
  • the point of compression refers to the point at which the curved guide 110 squeezes the body (i.e., the point at which the body is held) to support the body. Since the thickness of the legs or arms varies continuously depending on the position, the plurality of curved guides 110 formed with a specific thickness are adjusted by the guide adjusting portion 120, A compression point is formed according to the body shape.
  • the curved guide 110 may be deformed to have a different curvature by the guide adjusting portion 120, which will be described later.
  • the curved surface guide 110 may be made of a soft material.
  • the curved surface guide 110 can be manufactured in various forms.
  • the curved surface guide 110 may be U-shaped to surround one side of the body part. At this time, portions of both ends of the U-shape in the curved surface guide 110 can form a point of compression of the curved surface guide 110. 1, the front point (point A) and the rear point (point B) of the curved guide 110 can press the body. That is, the curved surface guide 110 may extend in a U-shape from the front point (point A) to the rear point (point B).
  • the curved surface guide 110 has a first extending portion extending to one side from a front point (point A), a second extending portion extending to one side from a rear point (point B), and a second extending portion And a curvature portion disposed between the two extensions and having a convex curvature formed on one side.
  • the front point (point A) of the curved surface guide 110 and the rear point (point B) of the curved surface guide 110 approach or depart from each other when the curvature of the curved surface guide 110 is changed by the guide adjusting unit 120 . That is, the distance between the front point (point A) of the curved surface guide 110 and the rear point (point B) of the curved surface guide 110 can be varied by the curvature of the curved surface guide 110.
  • the curved surface guide 110 can be moved in a direction perpendicular to the front point A of the curved surface guide 110 and the rearward point of the curved surface guide 110 according to the change in the thickness (Point B) can be adjusted.
  • the guide adjuster 120 serves to deform each curved guide 110 such that each curved guide 110 squeezes a bodily point. That is, the guide adjuster 120 adjusts the curvature of each curved guide 110 so that the cuff 100 can restrain the body part. This is because if the cuff 100 is larger than the body part (i.e., the body part to be restrained) performing the rehabilitation, the cuff 100 can not assist the patient in the normal walking unless the body part is squeezed.
  • the guide adjusting unit 120 individually adjusts curvatures of the curved guides 110.
  • the guide adjuster 120 may be implemented in various forms.
  • the guide adjuster 120 may be coupled to one side of the curved guide 110 or may be disposed within the curved guide 110 to adjust the curvature of the curved guide 110 according to the degree of tension Or a control belt 121 (or strap).
  • One control belt 121 is provided in one curved guide 110 and the curvature of the curved guide 110 coupled to a particular control belt 121 is adjusted as the particular control belt 121 is adjusted. That is, the plurality of control belts 121 are arranged in a one-to-one correspondence with the plurality of curved surface guides 110, so that the plurality of curved surface guides 110 can be individually (independently) controlled.
  • the control belt 121 is disposed inside a curved guide made of a soft material and coupled to a pulley 122 driven by a motor 123, Or by being driven.
  • the motor can rotate (rotate) the pulley 122.
  • the control belt 121 may have a distal end fixed to one end of the curved guide 110.
  • the curvature of the curved surface guide 110 increases as the control belt 121 is pulled by the control belt 121 The radius can be reduced so that the wearer can press the body part.
  • the cuff 100 may be manufactured in different sizes depending on the body part to be worn.
  • the cuff 100 may be formed in a size wearable on the undergarment.
  • the cuff 100 further includes a control unit (not shown).
  • the control unit controls the guide adjusting unit 120 so that the plurality of curved surface guides 110 individually adjust.
  • the body such as an arm or a leg varies in thickness depending on the position, and the thickness varies depending on the movement state of the body.
  • the calf region where the cuff 100 is placed i.e., the leg portion between the knee and ankle
  • the control unit controls the guide regulating unit 120 such that each curved guide 110 has a shape (e.g., curvature control) conforming to each body point at each time point.
  • the control unit applies a different shape change pattern (e.g., a curvature change pattern) to each curved surface guide 110 included in the cuff 100. That is, since each of the curved guides 110 is continuously disposed at different body points, the control unit controls the shape change patterns (e.g., the curved guides 110 and the curved guides 110) For example, a curvature change pattern) is applied. For example, when the guide adjusting unit 120 individually adjusts each curved surface guide 110, the control unit controls the guide adjusting unit 110 so that each curved guide 110 has a shape change pattern corresponding to the body point where the curved guides 110 are disposed. (120).
  • a curvature change pattern e.g., a curvature change pattern
  • the control unit controls the guide adjusting unit 120 so that the plurality of curved surface guides 110 stacked at a specific time have an arrangement corresponding to the body shape. That is, the controller 130 applies a shape change pattern (for example, a curvature change pattern) so that the plurality of curved surface guides 110 stacked are arranged along the body surface at a specific point in time.
  • a shape change pattern for example, a curvature change pattern
  • the controller adjusts the curvature of each curved guide 110 according to a specific walking cycle .
  • the main pressing points of the lower limbs are changed at the time of walking, and the shapes of the plurality of curved guides 110 are changed accordingly.
  • the desired pressing point / position refers to the point at which the desired pressing point must be squeezed to provide adequate bodily movement.
  • the desired pressing point / position is a specific point in the vertical section between the ankle and below the knee, Means a point that must be squeezed to move the user's legs efficiently at a certain point in time.
  • the control unit can change the shape of the plurality of curved guides 110 so that the point near the knee is the main pressing point in order to provide the high joint torque. That is, the controller controls the plurality of curved guides 110 so as to squeeze a point close to the knee when a high joint torque is required.
  • the torque efficiency of the rehabilitation robot can be increased.
  • the rehabilitation robot must forcibly push the foot backward. Therefore, at this time, the control unit sets a point near the ankle to be the main pressing point, and controls the curved surface guide 110 to press the point near the ankle.
  • the control unit stores a walking cycle corresponding to a user wearing the cuff 100 (i.e., a patient), and controls the guide adjusting unit 120 when walking. For example, since the walking cycle is different according to the physical condition of the user (i.e., the patient), the controller 130 applies the shape change pattern of the curved guide 110 matching the body condition, 120). That is, the control unit calculates and stores the optimum compression curvature suitable for supporting the body during walking based on the physical information of each user (for example, the circumference length of the lower limb in the case of the lower limb) It is possible to control the curvature according to the walking cycle. Further, the walking cycle may be determined to be of a type for the treadmill and for the general walking.
  • a walking cycle in accordance with the present invention can be applied.
  • the controller may sense movement of a user (e.g., a patient) to implement a shape change of the cuff 100 for motion aids of a user (e.g., a patient). That is, when the rehabilitation robot is a rehabilitation patient assisting device, the control unit can control the cuff 100 to assist the weak muscular strength by sensing the movement pattern in advance when the patient is to perform a specific movement on a specific body part. For example, if the rehabilitation patient wishes to walk forward, the control unit senses the leg muscle movement to perform a normal gait (i.e., a walking gait) and applies a gait cycle of a normal gait to the cuff 100 worn on the leg .
  • a normal gait i.e., a walking gait
  • the control unit 130 adjusts the control belt 121 to a tension level with a high compression efficiency based on the tension data measured by a tension sensor (not shown). That is, the control unit controls the curved surface guide 110 to firmly restrain the body based on the tension data measured by the tension sensor, so that the user's pain due to the pressing can be reduced.
  • the rehabilitation training device includes a cuff 100 according to embodiments of the present invention; And a joint motor (not shown).
  • the joint motor is placed in the patient 's joints and serves to assist the movement of the joints.
  • the joint motor is worn on the knee joint, and the cuff 100 is worn on the foot between the foot and the knee, The state of the cuff 100 is adjusted in real time.
  • the distance between the joint motor and the cuff 100 is fixed, and the cuff 100 initializes the curvature of each curved guide 110 according to the wearer.
  • the cradle 100 and the treadmill in which the patient wearing the joint motor performs walking.
  • the treadmill is synchronized with the gait cycle applied to the cuff 100.
  • the floor surface of the treadmill 300 is controlled at a speed at which the rehabilitation patient can perform the walking due to the change in the shape of the cuff 100 according to the walking cycle.
  • the rehabilitation robot can accurately provide movement to the body part of the patient. That is, it is possible to reliably restrain the body part rather than the existing cuff 100 through the multi-point pressing and accurately provide the movement of the rehabilitation training device to the body.
  • the shape of the cuff 100 can be adjusted in real time in accordance with the shape of the body part, accurate rehabilitation training and exercise aids are possible. That is, the cuff 100 is deformed in real time in accordance with the shape of the body part (for example, the arm or the leg) changed by the muscles according to the movement, thereby providing accurate rehabilitation training compared to the existing cuff 100.
  • the shape of the cuff 100 can be modified in real time in a form corresponding to the body movement at the time of walking. This can provide a rehabilitation patient with a motion that matches the normal motion (e.g., a normal walking motion).
  • the present invention can provide a rehabilitation training method using the rehabilitation training apparatus (rehabilitation robot) including the cuff 100 described above.
  • the first step of the rehabilitation training method may be the step of mounting the cuff 100 on the body part
  • the second step may be a step of guiding the curved guide (not shown) of each of the plurality of cuffs 100 110 may be controlled in real time and individually.
  • the control unit can control the guide adjusting unit 120 with a walking cycle for a treadmill or a walking cycle for a normal walking.
  • a joint motor disposed in the joint and assisting the movement of the joint may be added.
  • the movement of the body part can be assisted by the excessive motor.
  • the treadmill 300 can be added.
  • the bottom surface of the treadmill 300 can be controlled according to the movement of the body part.

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Abstract

본 발명은 커프 및 이를 포함하는 재활훈련장치에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 커프는, 상호 적층되어 배치되는 복수 개의 곡면가이드; 상기 복수 개의 곡면가이드 중 적어도 일부의 곡률을 조절하는 가이드조절부를 포함하고, 각각의 상기 복수 개의 곡면가이드는 신체부위에 개별적인 압착지점을 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

커프 및 이를 포함하는 재활훈련장치
본 발명은 커프 및 이를 포함하는 재활훈련장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 재활환자에게 정상움직임을 보조하여 재활훈련을 제공하는 커프 및 이를 포함하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 무릎 관절에 손상이 생겨 수술을 거친 환자의 경우에는 병변 부위가 회복될 때까지 깁스 등으로 손상 부위를 고정하는 작업을 거쳐야 한다. 하지만, 깁스를 탈착하는 순간, 장시간 고정되어 있던 관절이 굳어져 재활 치료를 수행하는데 상당한 시간이 소요되고 환자 스스로도 재활 치료를 통해 근력을 강화시켜 본래의 컨디션으로 회복하는 과정에 많은 노력이 필요하다.
한편, 관절 보조기는 십자 인대 등의 파열로 인하여 수술한 부위를 보조하거나 교정하는 장치로서, 손상된 인대의 움직임을 최소화하여 관절을 지지할 수 있도록 한다.
관절보조기와 관련되어 다양한 기술이 연구개발 중에 있으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로서, 대한민국 공개특허공보 제2010-0018599호(2010.2.17 공개)에서는 관절보조기용 재활 운동기에 관하여 개시하고 있다.
또한, 뇌졸중 등과 같은 질환에 의한 신체의 마비(편마비)를 물리적인 훈련으로 치료하기 위해 하지재활로봇을 이용하는 사례가 늘어나고 있다.
이 경우, 재활로봇은 사용자(즉, 환자)의 정상적인 보행패턴을 만들어 내기 위해 관절부(고관절, 무릎관절, 발목관절)의 동작을 구동기(일 예로, 모터)에 의해서 생성한다. 이 때, 구동기(일 예로, 모터)가 제공하는 움직임에 환자의 신체부위가 잘 따르도록 하기 위해 하지를 커프로 구속한다.
통상적으로 커프는 스펀지 또는 에어셀과 같은 연성조직을 이용하고 있다. 이러한 경우, 신체부위의 움직임(예를 들어, 보행 시 하지의 움직임)에 부합하게 커프가 조절되지 않아서, 신체가 과도하게 압착되거나 제대로 구속되지 못하는 문제가 있었다. 많은 지점에서 견고하게 신체를 구속하는 커프를 이용하는 경우, 환자의 모션이 로봇의 모션과 유사하게 되어 훈련의 효과를 높일 수 있지만 환자에게 강한 통증을 제공하는 문제가 있다. 따라서 넓은 범위에서 신체 움직임에 부합하게 신체부위를 구속하여, 높은 재활훈련 효과를 제공하는 발명이 필요하다.
본 발명은 재활훈련이 요구되는 신체부위를 다점압착하면서 신체부위의 형상 및 신체움직임에 따른 신체부위의 실시간 상태에 부합하게 형상을 실시간 조절하여, 높은 재활훈련 효과 및 신체 보조 효과를 제공하는 커프 및 이를 포함하는 재활훈련장치를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 재활로봇 커프는, 연속으로 적층되어 형성된 복수의 곡면가이드; 및 각각의 곡면가이드의 곡률을 조절하는 가이드조절부;를 포함하고, 상기 곡면가이드는 신체부위의 각 지점을 지지하도록 개별적인 압착지점을 형성하는 것이다.
또한, 다른 일실시예로, 상기 복수의 곡면가이드의 개별적으로 조절하도록 상기 가이드조절부를 제어하는 제어부;를 더 포함한다.
또한, 다른 일실시예로, 상기 제어부는, 특정한 보행 사이클(Cycle)을 기반으로 각각 곡면가이드의 곡률을 조절하는 것이다.
또한, 다른 일실시예로, 상기 보행 사이클은, 트레드밀용 및 일반보행용 중에서 유형이 결정되는 것이다.
또한, 상기 가이드조절부는, 상기 곡면가이드 내에 포함되어, 당겨진 정도에 따라 상기 곡면가이드의 곡률을 조절하는 복수의 제어용 벨트인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 재활훈련장치는, 본 발명의 실시예들에 따른 커프; 및 환자의 관절에 배치되어 관절 움직임을 보조하는 관절모터;를 포함한다.
또한, 다른 일실시예로, 상기 관절모터와 커프 사이의 거리가 고정되어 있고, 상기 커프는 착용하는 환자에 따라 각 곡면가이드의 둘레길이를 초기설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 다른 일실시예로, 상기 커프 및 상기 관절모터를 착용한 환자가 보행을 수행하는 트레드밀;을 더 포함한다.
또한, 다른 일실시예로, 상기 트레드밀은, 상기 커프에 적용되는 보행사이클과 동일하게 적용되는 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 아래와 같은 다양한 효과들을 가진다.
첫째, 기존 커프보다 넓은 범위에 구속이 가능하여 재활로봇에 의해 환자의 신체부위에 정확하게 움직임을 제공할 수 있다. 즉, 다점 압착을 통해 기존 커프보다 신체부위를 확실히 구속하여, 재활훈련장치의 움직임을 신체에 정확히 반영할 수 있다.
둘째, 신체부위의 형상에 부합하게 실시간으로 커프 형상을 조절할 수 있어서 정확한 재활훈련 및 운동보조가 가능하다. 즉, 신체부위(예를 들어, 팔 또는 다리)의 움직임에 따라 신체 부위가 근육에 의해 변화되는 형상에 맞게, 실시간으로 커프가 변형되어 기존 커프에 비해 정확한 재활훈련을 제공할 수 있다.
셋째, 보행사이클을 적용하여, 보행 시 신체움직임과 일치하는 형태로 커프 형상을 실시간 변형할 수 있다. 이를 통해, 재활환자에게 정상 움직임과 일치하는 움직임(예를 들어, 정상보행 시 움직임)을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 커프의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 곡면가이드의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 곡면가이드의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 모터, 풀리 및 제어용벨트가 연결된 예시도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 보행 사이클에 따른 주요압착지점 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 발명의 일실시예에 따라 보행 사이클 내에서 관절의 토크 변화 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 '재활로봇'은 재활훈련을 수행하는 장치 및 재활환자의 움직임(예를 들어, 보행)을 보조하는 장치를 포함한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 커프 및 재활훈련장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 커프(100)의 구성도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 커프(100)는 재활 로봇에 사용될 수 있다. 일 예로, 본 발명의 일실시예에 따른 커프(100)는 재활 로봇의 구성 요소 중 하나일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 커프(100)는, 곡면가이드(110); 및 가이드조절부(120);를 포함한다.
곡면가이드(110)는 신체부위의 각각의 지점을 지지하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 보행용 재활로봇에 이용되는 곡면가이드(110)의 경우, 재활환자가 보행 시 다리 움직임을 수행하도록 다리를 지지하는 역할을 수행한다.
커프(100)는 복수 개의 곡면가이드(110)가 연속으로 적층되어 형성된다. 각각의 곡면가이드(110)는 신체부위의 각각의 지점(즉, 특정간격으로 이격된 복수의 신체지점)을 지지하도록, 개별적으로 압착지점을 형성한다. 압착지점은 신체를 지지하기 위해, 곡면가이드(110)가 신체를 압착하는 지점(즉, 신체를 잡아주는 지점)을 의미한다. 다리 또는 팔은 위치에 따라 굵기가 상이하고 다리 또는 팔의 굵기는 위치에 따라 연속적으로 변하므로, 특정한 두께로 형성된 복수의 곡면가이드(110)는 후술되는 가이드조절부(120)에 의해 조절되어 개별적인 신체 형상에 맞추어 압착지점을 형성한다.
곡면가이드(110)는 후술되는 가이드조절부(120)에 의해 상이한 곡률을 가지도록 변형될 수 있다. 이를 위해, 곡면가이드(110)는 연성재질로 제작될 수 있다.
또한, 곡면가이드(110)는 다양한 형태로 제작될 수 있다. 일 예로, 곡면가이드(110)는 U자형으로 제작되어 신체부위의 일측을 둘러쌀 수 있다. 이 때, 곡면가이드(110)에서 U자형의 양 끝단의 부분이 곡면가이드(110)의 압착지점을 형성할 수 있다. 구체적으로, 도 1을 참조하면, 곡면가이드(110)의 전방지점(A지점)과 후방지점(B지점)이 신체를 압착할 수 있다. 즉, 곡면가이드(110)는 전방지점(A지점)에서 후방지점(B지점)으로 U자 형태로 연장될 수 있다. 또한, 곡면가이드(110)는 전방지점(A지점)에서 일측으로 연장되는 제1연장부와, 후방지점(B지점)에서 일측으로 연장되는 제2연장부와, 상기 제1연장부와 상기 제2연장부의 사이에 배치되고 일측으로 볼록하게 곡률이 형성되는 곡률부를 포함할 수 있다. 후술하는 가이드조절부(120)에 의해 곡면가이드(110)의 곡률이 달라지면, 곡면가이드(110)의 전방지점(A지점)과 곡면가이드(110)의 후방지점(B지점)은 가까워지거나 멀어진다. 즉, 곡면가이드(110)의 전방지점(A지점)과 곡면가이드(110)의 후방지점(B지점)의 사이의 거리는, 곡면가이드(110)의 곡률에 의해 가변될 수 있다. 이를 통해, 곡면가이드(110)는 신체부위의 움직임에 따른 특정한 신체지점의 굵기(둘레길이)의 변화에 따라, 곡면가이드(110)의 전방지점(A지점)과 곡면가이드(110)의 후방지점(B지점)의 사이의 거리가 조절될 수 있다.
가이드조절부(120)는 각각의 곡면가이드(110)가 신체지점을 압착하도록 각각의 곡면가이드(110)를 변형시키는 역할을 한다. 즉, 가이드조절부(120)는 각각의 곡면가이드(110)의 곡률을 조절하여, 커프(100)가 신체부위를 구속할 수 있도록 한다. 커프(100)가 재활을 수행하는 신체부위(즉, 구속하고자 하는 신체부위)보다 커서 신체부위에 압착되지 않으면 환자의 정상보행을 보조하지 못하기 때문이다.
일 예로, 곡면가이드(110)가 U자 형상을 가지는 경우, 가이드조절부(120)는 각각의 곡면가이드(110)의 곡률을 개별적으로 조절하는 역할을 수행한다.
가이드조절부(120)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 일 예로, 가이드조절부(120)는 곡면가이드(110)의 일측면에 결합되거나 곡면가이드(110) 내에 배치되어, 당겨진 정도(긴장 정도)에 따라 곡면가이드(110)의 곡률을 조절하는 복수 개의 제어용 벨트(121)(또는 스트랩)일 수 있다. 하나의 제어용 벨트(121)가 하나의 곡면가이드(110)에 구비되고, 특정한 제어용 벨트(121)가 조절됨에 따라 특정한 제어용 벨트(121)에 결합된 곡면가이드(110)의 곡률이 조절된다. 즉, 복수 개의 제어용 벨트(121)는 복수 개의 곡면가이드(110)에 일대일로 대응되게 배치되어, 복수 개의 곡면가이드(110)를 개별적(독립적)으로 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 2 내지 도 4에서와 같이 제어용 벨트(121)가 연성재질로 된 곡면가이드의 내부에 배치되고 모터(123)에 의해 가동하는 풀리(Pulley; 122)에 결합되어, 모터(123)의 구동에 의해 당겨지거나 풀릴 수 있다. 이 경우, 모터는 풀리(122)를 회전(자전)시킬 수 있다. 제어용 벨트(121)는 말단이 곡면가이드(110)의 일측 말단에 고정될 수 있다. 이 경우, 모터(123)의 구동에 의해 제어용 벨트(121)가 풀리(122)에 감기면(권취되면), 곡면가이드(110)는 제어용 벨트(121)에 의해 당겨짐에 따라 곡률이 커져(곡률 반경이 작아져서) 착용된 신체부위를 압착할 수 있다.
커프(100)는 착용되는 신체부위에 따라 상이한 크기로 제작될 수 있다. 예를 들어, 하지(Lower-limb) 재활로봇인 경우, 커프(100)는 하지에 착용 가능한 크기로 형성될 수 있다.
또한, 다른 일실시예로, 커프(100)는 제어부(미도시)를 더 포함한다. 제어부는 복수 개의 곡면가이드(110)가 개별적으로 조절하도록, 가이드조절부(120)를 제어하는 역할을 수행한다. 팔 또는 다리와 같은 신체는 위치에 따라 굵기가 다르고, 신체의 움직임 상태에 따라 굵기가 달라진다. 예를 들어, 다리 재활을 위해 커프(100)를 사용하는 경우, 커프(100)가 배치되는 종아리 부위(즉, 무릎과 발목 사이의 다리 부분)는 보행 시 근육 상태에 따라 각각의 지점의 둘레길이 또는 폭이 달라진다. 따라서, 각각의 신체지점과 움직임의 상태에 따라, 각각의 곡면가이드(110)의 압착지점을 조절해야할 필요가 있다. 제어부는 각각의 곡면가이드(110)가 각각의 시점별로 각각의 신체지점에 부합하는 형상(예를 들어, 곡률을 조절)이 되도록, 가이드조절부(120)를 제어한다.
제어부는 커프(100)의 내부에 포함된 각각의 곡면가이드(110)에 상이한 형상변화패턴(예를 들어, 곡률변화패턴)을 적용한다. 즉, 각각의 곡면가이드(110)는 연속적으로 상이한 신체지점에 배치되므로, 제어부는 각각의 곡면가이드(110)가 배치되는 신체지점에 부합하도록 각각의 곡면가이드(110)에 형상변화패턴(예를 들어, 곡률변화패턴)을 적용한다. 예를 들어, 가이드조절부(120)가 각각의 곡면가이드(110)를 개별적으로 조절하는 경우, 제어부는 각각의 곡면가이드(110)가 배치되는 신체지점에 맞는 형상변화패턴을 가지도록 가이드조절부(120)를 제어한다.
그리고, 제어부는 특정 시점에 적층된 복수 개의 곡면가이드(110)가 신체 형태에 부합하는 배치를 가지도록 가이드조절부(120)를 제어한다. 즉, 제어부(130)는 적층된 복수 개의 곡면가이드(110)가 특정 시점에 신체표면을 따라 배치되도록 형상변화패턴(예를 들어, 곡률변화패턴)을 적용한다.
일실시예로, 커프(100)를 하지에 착용하여 하지 재활훈련(즉, 정상보행 훈련)에 이용하는 경우, 제어부는 특정한 보행 사이클(Cycle)에 따라 각각의 곡면가이드(110)의 곡률을 조절한다. 도 5에서와 같이, 보행 시에 하지의 주요 압착지점은 달라지게 되고, 이에 맞추어 복수 개의 곡면가이드(110)의 형상을 변경한다. 주요 압착지점(desired pressing point/position)은 적절한 신체움직임을 제공하기 위해 압착되어야 하는 지점을 의미한다. 즉, 하지 움직임을 보조하기 위해 무릎 아래에 재활로봇의 커프(100)가 착용되는 경우, 주요 압착지점(desired pressing point/position)은 발목 위에서 무릎 아래 사이의 수직구간 중 특정 지점으로서, 보행 사이클 내의 특정 시점에서 사용자의 하지를 효율적으로 움직이기 위해 압착되어야 하는 지점을 의미한다.
예를 들어, 도 6에서와 같이, 보행 사이클에 대한 각 관절별 모멘트(토크) 그래프에서 무릎관절의 경우, 높은 관절토크가 필요한 상황(예를 들어, 도 5에서 C구간(들어진 반대 다리가 바닥을 지지하는 다리를 통과하는 구간; Midstance) 및 E구간(바닥에서 발이 떨어지는 구간; Preswing))이 존재한다. 이 때, 커프(100)를 무릎과 발목 사이에 착용하면, 제어부는 높은 관절토크를 제공하기 위해 무릎에 가까운 지점을 주요 압착지점으로 하도록 복수 개의 곡면가이드(110)의 형상을 변경할 수 있다. 즉, 제어부는 높은 관절토크가 필요한 경우에 무릎에 가까운 지점을 압착하도록 복수 개의 곡면가이드(110)를 제어한다. 이를 통해, 재활로봇의 토크 효율을 높일 수 있다.
또한, 예를 들어, 보행 사이클 내 C-D 구간에서는 재활로봇이 강제로 발을 뒤로 밀어주는 역할을 수행하여야 한다. 따라서, 이 때, 제어부는 발목에 가까운 지점을 주요 압착지점으로 설정하여, 발목에 가까운 지점을 곡면가이드(110)가 압착하도록 조절한다.
제어부는 커프(100)를 착용하는 사용자(즉, 환자)에 부합하는 보행 사이클(Cycle)을 저장하여 보행 시에 가이드조절부(120)를 제어한다. 예를 들어, 사용자(즉, 환자)의 신체조건에 따라 보행 사이클(Cycle)이 상이하므로, 제어부(130)는 신체조건에 부합하는 곡면가이드(110)의 형상변화패턴을 적용하여 가이드조절부(120)를 제어한다. 즉, 제어부는 각 사용자의 신체 물리정보(예를 들어, 하지의 경우, 하지 각 위치의 둘레길이)를 바탕으로 보행 시에 신체를 지지하기에 적합한 최적 압착곡률을 산출하여 저장하고, 이에 근거하여 보행 사이클에 따른 곡률을 조절할 수 있다. 또한, 상기 보행 사이클은, 트레드밀용 및 일반보행용 중에서 유형이 결정될 수 있다. 일반보행 시와 트레드밀 보행 시에 사람의 보행 사이클은 차이가 있으므로(구체적으로, 일반보행 시와 트레드밀 보행 시에 바닥면을 미는 과정에서 하지 변화에 차이가 있으므로), 커프(100)를 사용하는 상황에 부합한 보행 사이클을 적용할 수 있다.
또한, 다른 일실시예로, 제어부는 사용자(예를 들어, 환자)의 움직임을 감지하여, 사용자(예를 들어, 환자)의 움직임 보조를 위한 커프(100)의 형상 변화를 구현할 수 있다. 즉, 재활로봇이 재활환자 보조장치인 경우, 제어부는 환자가 특정한 신체부위에 특정한 움직임을 수행하고자 할 때 움직임 형태를 미리 감지하여 부족한 근력을 보조하도록 커프(100)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 재활환자가 앞으로 걷고자 하는 경우, 제어부는 정상보행(즉, 앞으로 걷는 보행)을 하기 위한 하지 근육 움직임을 감지하여 하지에 착용된 커프(100)에 정상보행의 보행사이클을 적용할 수 있다.
또한, 다른 일실시예로, 장력센서(미도시)를 더 포함한다. 상기 장력센서는 연성재질로 된 곡면가이드(110) 또는 제어용 벨트(121)에 구비되어 신체 압착 시의 압력을 측정할 수 있다. 제어부(130)는 장력센서(미도시)에 의해 측정된 장력데이터를 기반으로 압착효율이 높은 장력 수준으로 제어용 벨트(121)를 조절한다. 즉, 제어부는 장력센서에 의해 측정된 장력데이터를 기반으로 곡면가이드(110)가 신체를 견고하게 구속하면서 압착에 따른 사용자의 통증이 적은 상태로 되도록 제어한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 재활훈련장치는, 본 발명의 실시예들에 따른 커프(100); 및 관절모터(미도시);를 포함한다. 관절모터는 환자의 관절에 배치되어 관절 움직임을 보조하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 하지 재활 훈련을 수행하는 경우, 관절모터는 무릎 관절에 착용되고 커프(100)는 발과 무릎 사이의 하지에 착용되어, 관절모터의 운동에 따라 보행 시에 하지가 움직이고, 하지 움직임에 부합하게 커프(100)의 상태를 실시간으로 조절한다.
또한, 다른 일실시예로, 관절모터와 커프(100) 사이의 거리가 고정되어 있고, 커프(100)는 착용하는 환자에 따라 각각의 곡면가이드(110)의 곡률을 초기설정한다.
또한, 다른 일실시예로, 상기 커프(100) 및 상기 관절모터를 착용한 환자가 보행을 수행하는 트레드밀(미도시);을 더 포함한다. 트레드밀은 커프(100)에 적용되는 보행사이클과 동기화된다. 즉, 보행 사이클에 따른 커프(100)의 형태 변화에 의해 재활환자가 보행을 수행할 수 있는 속도로 트레드밀(300)의 바닥면이 제어된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 아래와 같은 다양한 효과들을 가진다.
첫째, 기존 커프(100)보다 넓은 범위에 구속이 가능하여 재활로봇에 의해 환자의 신체부위에 정확하게 움직임을 제공할 수 있다. 즉, 다점 압착을 통해 기존 커프(100)보다 신체부위를 확실히 구속하고 재활훈련장치의 움직임을 신체에 정확히 제공할 수 있다.
둘째, 신체부위의 형상에 부합하게 실시간으로 커프(100)의 형상을 조절할 수 있어서 정확한 재활훈련 및 운동보조가 가능하다. 즉, 신체부위(예를 들어, 팔 또는 다리)가 움직임에 따라 근육에 의해 변화되는 형상에 맞게 실시간으로 커프(100)가 변형되어 기존 커프(100)에 비해 정확한 재활훈련을 제공할 수 있다.
셋째, 보행사이클을 적용하여 보행 시 신체움직임과 일치하는 형태로 커프(100)의 형상을 실시간으로 변형할 수 있다. 이를 통해, 재활환자에게 정상 움직임과 일치하는 움직임(예를 들어, 정상보행 시 움직임)을 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 커프(100)를 포함하는 재활훈련장치(재활 로봇)를 이용하여 재활훈련방법을 제공할 수 있다. 이 경우, 재활훈련방법의 제1단계는 커프(100)를 신체부위에 장착하는 단계일 수 있고, 제2단계는 제어부가 신체부위의 움직임에 맞게 각각의 복수 개의 커프(100)의 곡면가이드(110)의 형상이 실시간 및 개별적으로 조절되도록, 가이드조절부(120)를 제어하는 단계일 수 있다. 이 경우, 제어부는 트레드밀용 보행 사이클 또는 일반보행용 보행 사이클로 가이드조절부(120)를 제어할 수 있다.
나아가 상술한 바와 같이, 제2단계에서는 관절에 배치되어 관절의 움직임을 보조하는 관절모터가 추가될 수 있다. 이 경우, 신체부위의 움직임은 과절모터에 의해 보조될 수 있다.
나아가 상술한 바와 같이, 제2단계에서는 트레드밀(300)이 추가될 수 있다. 이 경우, 신체부위의 움직임에 따라 트레드밀(300)의 바닥면이 제어될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (14)

  1. 재활로봇에 사용되는 커프에 있어서,
    상호 적층되어 배치되는 복수 개의 곡면가이드; 및
    상기 복수 개의 곡면가이드 중 적어도 일부의 곡률을 조절하는 가이드조절부를 포함하고,
    각각의 상기 복수 개의 곡면가이드는 신체부위에 개별적인 압착지점을 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 커프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드조절부가 각각의 상기 복수 개의 곡면가이드를 개별적으로 조절하도록, 상기 가이드조절부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 각각의 상기 복수 개의 곡면가이드가 각각의 시점별로 각각의 신체지점에 부합하는 형상이 되도록, 상기 가이드조절부를 제어하는 것을 특징으로 하는 커프.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 커프는 상기 곡면가이드에 구비되어 신체 압착 시의 압력을 측정하는 장력 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 장력 센서에 의해 측정된 장력 데이터를 기반으로 상기 곡면가이드를 조절하도록, 상기 가이드조절부를 제어하는 것을 특징으로 하는 커프.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 보행 사이클에 따라 상기 가이드조절부를 제어하는 것을 특징으로 하는 커프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보행 사이클은 트레드밀용 보행 사이클이거나 일반보행용 보행 사이클인 것을 특징으로 하는 커프.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가이드조절부는 상기 복수 개의 곡면가이드의 일측면에 배치되거나 상기 복수 개의 곡면가이드의 내부 중 적어도 하나의 지점에 배치되는 복수 개의 제어용 벨트를 포함하고,
    상기 복수 개의 제어용 벨트는 상기 복수 개의 곡면가이드의 곡률을 개별적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 커프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가이드조절부는 모터와 상기 모터에 의해 회전하는 풀리를 더 포함하고, 상기 제어용 벨트는 상기 풀리에 감겨 상기 풀리의 회전에 의해 곡률이 조절되는 것을 특징으로 하는 커프.
  9. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 복수 개의 곡면 가이드는 전방 지점에서 후방 지점으로 U자 형태로 연장되는 것을 특징으로 하고,
    각각의 상기 복수 개의 곡면 가이드의 전방 지점과 각각의 상기 복수 개의 곡면 가이드의 후방 지점은 신체부위를 압착하는 것을 특징으로 하는 커프.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 커프; 및
    환자의 관절에 배치되어 관절의 움직임을 보조하는 관절모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활훈련장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 커프와 상기 관절모터의 사이의 거리는 고정되고,
    상기 커프는 환자에 따라 각각의 곡면가이드의 둘레길이를 초기설정하는 것을 특징으로 하는 재활훈련장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 재활훈련장치는 상기 커프 및 상기 관절모터를 착용한 환자가 보행을 수행하는 트레드밀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활훈련장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 재활훈련장치는 상기 커프 및 상기 관절모터를 착용한 환자가 보행을 수행하는 트레드밀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활훈련장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 트레드밀은 상기 커프에 적용되는 보행사이클에 동기화되는 것을 특징으로 하는 재활훈련장치.
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