WO2022131412A1 - 손가락 운동 보조 장치 - Google Patents

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WO2022131412A1
WO2022131412A1 PCT/KR2020/018724 KR2020018724W WO2022131412A1 WO 2022131412 A1 WO2022131412 A1 WO 2022131412A1 KR 2020018724 W KR2020018724 W KR 2020018724W WO 2022131412 A1 WO2022131412 A1 WO 2022131412A1
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finger
wire
extension
support
palm
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PCT/KR2020/018724
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박형순
김동현
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한국과학기술원
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    • A61H2201/165—Wearable interfaces

Definitions

  • the present invention relates to a device for assisting finger movement.
  • the hand function is improved by rehabilitation exercise that flexes and elongates the user's hand joint. maintain or restore.
  • the user performs a rehabilitation exercise with the assistance of a physical therapist or performs a rehabilitation exercise using an exercise device.
  • a pulling force may be transmitted through a wire installed at the end of the finger in general, and the length of the wire may be deformed due to tension or friction. At this time, if the length of the wire is deformed, there may be a problem in that an error occurs when the finger angle control is performed based on the length of the wire thereafter.
  • An object of the present invention is to provide a device for assisting finger movement.
  • the problem to be solved by the present invention includes compensating for characteristics caused by non-linear length changes of the system due to friction and deformation using such a finger motion assistance device, and being able to quickly and accurately assist the user's finger.
  • a finger motion assisting device includes: a palm support installed to cover a back of a hand and a part of a wrist; an extension auxiliary unit having one side fixed to the middle phalanx of the finger and the other side connected to the palm support to assist the extension movement of the finger through an elastic force between both ends; and a distal phalanx support mounted to the distal end of the finger and a first bending wire and a second bending wire mounted on a portion of the finger to assist the bending motion of the finger based on a tensile force provided from the outside. It may include auxiliary units.
  • first flexure wire assists the flexion motion of the first joint or the second joint of all fingers
  • second flexure wire assists the extension motion of the first joint, and flexion of the second joint Can assist with exercise.
  • first joint may be a proximal interphalangeal joint of the finger
  • second joint may be a metacarpophalangeal joint of the finger
  • extension auxiliary unit a first fixing ring mounted on the middle phalanx of the finger; a second fixing ring mounted on the proximal phalanx of the finger; and a first extension elastic member having one end connected to the outer portion of the distal phalanx support and the other end connected to a portion of the palm support portion in contact with the back of the hand.
  • the first bending wire is formed so that one end is fixed to the inner portion of the distal phalanx support and the other end passes through the inner side of the finger and passes through a portion of the palm support portion in contact with the palm
  • the second bending wire has one end fixed to a portion of the first extension elastic member that passes outside the middle phalanx of the finger, and the other end is obliquely wrapped around the proximal phalanx of the finger in the inward direction, then the palm It may be formed to pass through the portion in contact with the palm of the portion of the support.
  • the extension auxiliary unit further includes a second extension elastic member having one end connected to an outer portion of the distal phalanx support and the other end connected to a portion of the palm support portion in contact with the wrist, and the first fixing ring Silver may be installed on all fingers except the thumb, the second fixing ring and the first elastic extension member may be installed on all fingers, and the second elastic extension member may be installed only on the thumb.
  • the flexural auxiliary unit further includes a third flexing wire surrounding the metacarpophalangeal joint, the first flexing wire is installed in all fingers, and the second flexing wire is installed only in the index finger and middle finger. and the third bending wire is installed only on the thumb, one end is fixed to the wire fixing device installed on the palm support and the other end passes through the wire fixing device after surrounding the metacarpophalangeal joint of the thumb can be formed.
  • the palm support, the back of the hand support is mounted so as to surround the metacarpal region of the palm portion; a wrist support mounted to surround the wrist part of the palm; and a plurality of coupling buttons disposed to be spaced apart from each other along the circumference of the back of the hand support and the wrist support, wherein the first elastic member or the second elastic member is attached to any one of the coupling buttons of the plurality of coupling buttons. It may include a coupling hole capable of being coupled.
  • the extension auxiliary unit when the extension auxiliary unit is mounted on the thumb, the second fixing ring is installed on the proximal phalanx, and the engagement hole of the first extension elastic member is any one of the plurality of engagement buttons formed on the back support of the hand. is coupled to the coupling button of the second extension elastic member, the coupling hole of the second elastic member is coupled to any one coupling button among the plurality of coupling buttons formed on the wrist support, and the extension auxiliary unit is mounted on the fingers other than the thumb.
  • the first fixing ring is installed in the middle phalanx
  • the second fixing ring is installed in the proximal phalanx
  • the coupling hole of the first extension elastic member is one of the plurality of coupling buttons formed in the back support of the hand. It may be coupled to any one coupling button.
  • first bending wire passes through the inner portion of the first fixing ring and the second fixing ring mounted on the finger on which the bending auxiliary unit is installed
  • second bending wire is the bending auxiliary unit It may pass through the inner portion of the second fixing ring mounted on the installed finger.
  • the bending auxiliary unit when the bending auxiliary unit is mounted on the thumb, the bending auxiliary unit further includes a metacarpal support mounted to surround the metacarpal region of the thumb, wherein the first bending wire or the second bending wire is the After passing through the medial portion of the metacarpal support, it may be formed to pass through the palm support.
  • the motion detection sensor is mounted on the finger or palm of the motion detection sensor for measuring the movement of the hand; and calculating at least one of the tensile forces of the first bending wire, the second bending wire, and the third bending wire for the finger bending motion based on the information measured by the motion detection sensor, the first bending wire; It may further include a control unit for controlling an external device so that the calculated tensile force is provided to at least one of the second bent wire and the third bent wire.
  • the motion detection sensor may include an inertia sensor for detecting inertia of a finger or palm portion or a bending detection sensor for detecting joint motion of a finger portion.
  • the device for assisting finger movement it is possible to effectively assist the movement of the hand by selectively combining one or more modules of the extension assisting unit and the flexion assisting unit according to the symptoms and conditions of patients.
  • the first bending wire or the second bending wire for the finger bending motion is calculated, and the first bending wire or the second bending wire is controlled according to the calculated tensile force, the middle finger of the index finger and the middle finger Since the rotational force is provided according to the individual angle control of the joint and proximal limb joint, as the angle control and rotational force control are simultaneously performed, the first flexure wire or the second flexure wire, which exhibits non-linear characteristics due to friction and deformation, is compensated for the finger It can assist with flexion movements quickly and accurately.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a state in which a finger movement assisting device according to an exemplary embodiment is worn.
  • FIG. 2 is a block diagram of an apparatus for assisting finger movement according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a view showing an auxiliary extension unit and a bending auxiliary unit according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a view showing an auxiliary extension unit and a flexion auxiliary unit according to an embodiment.
  • FIG 5 is a view showing a state in which the extension assisting unit and the bending assisting unit are worn on the index finger according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a state in which a finger motion assisting device according to an embodiment is worn
  • FIG. 2 is a block diagram of the finger motion assisting device according to an exemplary embodiment.
  • the device for assisting finger movement 1 may be worn on a hand with a deteriorated movement function to assist in extension and/or flexion of the finger.
  • the finger performs an extension or flexion movement
  • the present invention is not limited thereto. That is, the extension or flexion movement described herein may be understood to be performed at the joint of the finger.
  • the finger motion assistance device 1 includes a palm support 11 , an extension assistance unit 12 , a flexion assistance unit 13 , a motion detection sensor 16 , a nerve suppression electrode 14 , and a muscle stimulation electrode. (15) and may include a control unit (17).
  • the palm support 11 may be formed to cover at least a portion of the user's wrist and palm.
  • the palm support 11 may be formed to surround a portion of the carpal and metacarpal constituting the wrist bone.
  • the extension auxiliary unit 12 may be worn between the user's finger and the palm support 11 to apply an elastic force in a direction in which the finger performs extension.
  • the flexion assisting unit 13 may be installed on the user's finger and palm support 11 to pull the finger to perform flexion.
  • the motion sensor 16 may be installed on the user's finger to measure the posture and movement of the hand including the finger.
  • the motion detection sensor 16 may include a bending forearm sensor 161 or an inertial sensor 162 .
  • the bending sensor 161 may be installed in the joint portion of the user's finger to measure the degree of bending.
  • the bending sensor 161 may be a bending sensor measuring a degree of bending or a stretchable sensor detecting a degree of stretching by an external force.
  • the bending detection sensor 161 may be installed in the palm support 11 , the extension assistance unit 12 , or the bending assistance unit 13 .
  • the inertial sensor 162 may be attached to the user's palm or finger, and may measure the inertial force of a hand portion including a finger according to a gripping or gripping operation of the finger or palm.
  • the inertial sensor 162 may be installed in the palm support 11 , the extension assistance unit 12 , or the flexion assistance unit 13 .
  • the nerve suppression electrode 14 may electrically inhibit the nerve connected from the brain to the connective muscle responsible for the motion of the finger in order to suppress the muscle movement of the finger, thereby preventing muscle contraction of the connective muscle.
  • the nerve suppression electrode 14 may be a pair of surface electrodes composed of a cathode and an anode that are detachably attached to the skin near the nerves of the connective muscles of the user.
  • the negative electrode may be attached to the user's elbow bone
  • the positive electrode may be attached to the user's wrist or forearm, and the movement is transmitted to the median nerve and ulnar nerve of the arm. It can interfere with nerve signals.
  • a medium frequency alternating current may be applied to the nerve suppression electrode 14 .
  • the nerve suppression electrode 14 can prevent muscle contraction of the connective muscle of the finger during the extension exercise of the finger assisted through the extension assisting unit 12, it suppresses bending, stiffness and stiffness of the finger. This makes it easy to assist with the extension movement of the fingers.
  • the muscle stimulation electrode 15 may generate an electrical signal for contracting a connecting muscle that moves a finger. In other words, the muscle stimulation electrode 15 may deliver functional electrical stimulation for moving the muscle to the connecting muscle.
  • the muscle stimulation electrode 15 may be a pair of detachable surface electrodes comprising a cathode and an anode that are attached to the user's skin.
  • the muscle stimulation electrode 15 may be attached to the forearm and may be attached to the skin adjacent to the nerve connected to the connective muscle.
  • a low-frequency current may be applied to the muscle stimulation electrode 15 .
  • the muscle stimulation electrode 15 may assist in the bending motion of the finger by contracting the connecting muscle of the finger during the flexion motion of the finger assisted through the flexion assistance unit 12 .
  • the nerve suppression electrode 14 and the muscle stimulation electrode 15 may be formed by being connected to different channels provided in one electrical stimulator.
  • the controller 17 may control the operation of the finger motion assisting device 1 .
  • the controller 17 may operate the flexion actuator 132 , which is an external device not included in the finger motion assisting device 1 , to perform a flexion motion of the finger on which the flexion assisting unit 13 is worn.
  • the control unit 17 may suppress the contraction of the connective muscle of the finger by applying a current to the nerve suppression electrode 14 .
  • the controller 17 may contract the connecting muscle of the finger by applying a current to the muscle stimulation electrode 15 .
  • the flexural actuator 132 has been described as being included in the finger motion assisting device 1 , the present invention is not limited thereto and may be included in the finger motion assisting device 1 .
  • the flexion actuator 132 when the flexion actuator 132 is included in the finger motion assistance device 1, the flexion actuator 132 includes a first flexure wire 133, one end of which is fixed to the distal phalanx support 131, It is connected to the other end of the second bent wire 134 and the third bent wire 135 to selectively tension the first bent wire 133 , the second bent wire 134 , and the third bent wire 135 . .
  • the flexion actuator 132 may be installed on the user's hand or arm.
  • the flexion actuator 132 may be installed adjacent to the palm support 11 .
  • the flexion actuator 132 may be located in a more proximal direction than the palm support 11 with respect to the user's arm.
  • the flexion actuator 132 may be installed on the user's wrist.
  • the flexion actuator 132 may be integrally formed with the palm support 11 .
  • the flexion actuator 132 may be a motor.
  • the controller 17 may control (or operate) the flexion actuator 132 of the flexion assist unit 13 to perform a flexion motion of the finger on which the flexion assist unit 13 is worn.
  • the controller 17 may determine the posture and movement of the hand, including the fingers, based on the information measured by the motion detection sensor 16 . For example, the controller 17 may determine whether the user's finger performs a flexion motion or an extension motion based on information measured by the motion detection sensor 16 . For example, the controller 17 may determine whether the user performs a gripping operation or a grip release operation using a finger.
  • control unit 17 may control the first bending wire 133, the second bending wire 134 and the third bending wire connected to the bending actuator 132 through an encoder provided in the bending actuator 132, etc. 135), the posture and movement of the hand may be recognized based on the amount of displacement that at least one of them moves.
  • the controller 17 drives the nerve suppression electrode 14, thereby incomplete extension of the finger. Can assist with exercise.
  • the starting point of the extension movement of the finger is (i) the time when the tension sensed by the tension sensor connected to the extension auxiliary unit 12 is reduced or (ii) the first bending wire 133, the second bending It may be set to a time point at which the tension sensed by the tension sensor connected to at least one of the wire 134 and the third bent wire 135 is increased, and in this case, the control unit 17, the information sensed by the tension sensors Based on this, the nerve suppression electrode 14 may be driven.
  • the time point at which the extension movement of the finger starts may be set based on a change in the joint angle of the finger determined using information sensed by the motion detection sensor 16 .
  • control unit 17 may include a first bending wire 133 , a second bending wire 134 and a third bending wire 135 for finger bending motion based on information measured by the motion detection sensor 16 .
  • an external device eg, calculates a tensile force of at least one of , the bending actuator 132 can be controlled.
  • control unit 17 controls at least one of the first bent wire 133, the second bent wire 133 of the first bent wire 133, the second bent wire 134, and the third bent wire 135. 134) and an external device (eg, a flexion actuator 132) to provide a calculated tensile force to at least one of the third flexion wire 135 to measure the individual angles of the metacarpophalangeal joint and the proximal limb joint of the finger. You can control it to make your fingers perform flexion movements.
  • an external device eg, a flexion actuator 132
  • control unit 17 calculates a tensile force for maintaining the individual angle-controlled finger flexion motion based on the information measured by the motion detection sensor 16, and according to the calculated tensile force, an external device (eg, flexion) By driving the actuator 132), it is possible to provide a turning force capable of maintaining the finger bending motion to at least one of the first bending wire 133, the second bending wire 134, and the third bending wire 135. .
  • control unit 17 may control the flexion assisting unit 13 and/or Alternatively, by driving the muscle stimulation electrode 15, it is possible to assist the incomplete flexion movement of the finger.
  • the starting point of the bending motion of the finger is (i) detected by a tension sensor connected to at least one of the first bending wire 133 , the second bending wire 134 , and the third bending wire 135 . It may be set as a time point at which the tension is decreased or (ii) a time point at which the tension sensed by the tension sensor connected to the extension auxiliary unit 12 is increased, in this case, the control unit 17, the information detected by the tension sensors Based on the flexion auxiliary unit 13 and/or the muscle stimulation electrode 15 may be driven.
  • the timing at which the flexion movement of the finger starts may be set based on a change in the joint angle of the finger determined using information sensed by the motion sensor 16 .
  • this is merely an example, and it should be noted that other well-known means known to those skilled in the art may be used.
  • FIG. 3 is a view showing an auxiliary extension unit and a flexion auxiliary unit according to an embodiment
  • FIG. 4 is a view showing an extension auxiliary unit and a flexion auxiliary unit according to an embodiment
  • FIG. 5 is an extension assistance according to an embodiment It is a diagram showing a state in which the unit and the bending auxiliary unit are worn on the index finger.
  • the configuration of the palm support 11 , the extension assistance unit 12 , and the flexion assistance unit 13 according to an embodiment can be confirmed.
  • the palm support 11 may be formed of a flexible material that can be bent, and may have a thin flat shape.
  • the palm support 11 may be formed of a silicone material. Accordingly, the palm support 11 may be bent according to the curved shape of the wrist or palm, and may wrap at least a portion of the palm.
  • the drawings show an embodiment in which the palm support 11 covers only a part of the palm, it should be noted that the palm support 11 may also be provided in the form of a glove that completely wraps the user's hand.
  • the palm support 11 may be formed of a flexible polymer material, and may be in close contact with the skin to provide sufficient frictional force to pull the wrist and palm portions.
  • the palm support 11 may include a back support 111 , a wrist support 112 , and a plurality of coupling buttons 113 .
  • the back support 111 may be installed to surround the metacarpal region of the fingers other than the thumb among the parts of the user's palm.
  • the wrist support 112 may be installed to surround the lower portion of the wrist and palm, that is, the periphery of the carpal region connecting the wrist region and the wrist and palm.
  • the back support 111 and the wrist support 112 may be connected to each other.
  • the plurality of coupling buttons 113 may be spaced apart along the circumference of each of the back of the hand support 111 and the wrist support 112 .
  • the plurality of coupling buttons 113 may be coupled to coupling holes 1221 formed in a first elastic member 123 or a second elastic member 124 to be described later.
  • the extension assisting unit 12 has one end mounted on the user's finger and the other end mounted on the palm support 11 to assist the extension movement of the mounted finger.
  • the extension assistance unit 12 may be selectively mounted on a finger requiring assistance with extension movement, or may be mounted on all five fingers.
  • the auxiliary extension unit 12 may include a first fixing ring 121 , a second fixing ring 122 , a first elastic extension member 123 and a second extension elastic member 124 .
  • the first fixing ring 121 is installed on all fingers except the thumb, and the second fixing ring 122 and the first extension elastic member ( 123) may be installed on all fingers, and the second extension elastic member 124 may be installed only on the thumb.
  • the first fixing ring 121 may be a ring-shaped member mounted on the middle phalanx of the finger.
  • the first fixing ring 121 may not be mounted on the thumb, but is not limited thereto.
  • the second fixing ring 122 may be a ring-shaped member mounted on the proximal phalanx of the finger.
  • the first extension elastic member 123 is an elastic member connected between the first fixing ring 121 and the palm support 11 or between the second fixing ring 122 and the palm support 11, and is formed through an elastic force.
  • the first fixing ring 121 or the second fixing ring 122 may assist the extension movement of the mounted finger.
  • the first extension elastic member 123 is an upper portion of the first fixing ring 121 or the second fixing ring 122 , that is, the first fixing ring 121 or the second fixing ring 122 .
  • it may be a member that is fixed from a part adjacent to the outer direction of the finger and extends in the longitudinal direction of the corresponding finger.
  • the second extension elastic member 124 may be installed only on the thumb, one end connected to the outer portion of the distal phalanx supporter 131 and the other end connected to the portion of the palm supporter 11 in contact with the wrist. .
  • first elastic member 123 and the second elastic member 124 may be formed of silicon (Si).
  • the second elastic extension member 124 may be a member fixed from the distal phalanx support 133 and spaced apart from the first elastic member 123 at a predetermined angle to extend in the longitudinal direction of the corresponding finger. .
  • first extension elastic member 123 or the second extension elastic member 124 may be a strap-type member having elasticity and elasticity.
  • first extension elastic member 123 or the second extension elastic member 124 has a coupling hole 1221 formed on one side extending to the opposite side from the first fixing ring 121 or the second fixing ring 122 .
  • the coupling hole 1221 is one of the plurality of coupling buttons 113 of the palm support 11, the coupling button ( 113) and may be fixed.
  • the coupling hole 1221 may be formed in plurality, and in this case, the plurality of coupling holes 1221 are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the first elastic member 123 or the elastic member 124 to extend. and can be installed. Accordingly, by adjusting the position of the coupling hole 1221 coupled to the coupling button 113 , the magnitude of the tensile force of the extension elastic member 123 may be adjusted.
  • the tensile force formed between the user's (i) middle phalanx region and (ii) metacarpal or carpal bone region is opposite to the inner side where the finger is bent. Since it is formed outside the phosphorus, the tensile force of the first elastic member 123 or the elastic member 124 may provide a force capable of extending the user's finger.
  • the extension auxiliary unit 12 when the extension auxiliary unit 12 is mounted on the thumb, the first extension elastic member 123 or the second extension elastic member extending from the first fixing ring 121 or the second fixing ring 122 . (124) on the outer direction of the finger, after extending along the longitudinal direction of the proximal phalange or metacarpal of the thumb, a plurality of coupling holes 1221 formed in the extended portion are formed in the wrist support 112 It may be coupled to one of the coupling buttons 113 .
  • the first coupling hole 1221 of the first elastic member 123 and the second elastic member 124 mounted on the thumb is a plurality of coupling buttons installed along the circumference of the wrist support 112 ( 113) adjacent to the metacarpal region of the thumb, it may be installed on the coupling button 113 exposed in the outward direction of the thumb at the same time.
  • the first elastic extension member 123 or the second extension elastic member 124 mounted on the thumb may assist not only the extension movement of the thumb but also the reposition movement.
  • the position of the coupling button 113 to which the coupling hole 1221 of the first elastic member 123 or the coupling hole 1221 of the second elastic member 124 is coupled is changed, the direction of the tensile force may be changed, Through this, the specific gravity of the extension motion and the adduction motion according to the tensile force of the first elastic member 123 or the second elastic member 124 may be adjusted.
  • the first extension elastic member 123 extending from the first fixing ring 121 is on the outside of the finger, the middle phalanx of the finger.
  • the coupling hole 1221 formed in the extended portion may be coupled to one of the plurality of coupling buttons 113 formed in the back support 111 of the hand.
  • the coupling hole 1221 may be fixed to the coupling button 113 located in the outer direction of the metacarpal region of the finger among the plurality of coupling buttons 113 installed along the circumference of the back support 111 of the hand.
  • the flexion assisting unit 13 may assist flexion motion of the finger according to the gripping motion of the hand.
  • the flexion assistance unit 13 may include a distal phalanx support 131 , a first flexure wire 133 , and a second flexure wire 134 .
  • the distal phalanx supporter 131 may be mounted at the distal end of the distal phalanx region.
  • the distal phalanx supporter 131 may have the shape of a thimble fitted to the distal end of the finger as shown in FIGS. 3 to 5 .
  • the distal phalanx supporter 131 may be formed of a flexible polymer material that can be bent.
  • the distal phalanx supporter 131 may have a frictional force capable of pulling the distal phalanx portion of the finger in close contact with the skin.
  • the first flexure wire 133 may be a wire connected between the distal phalanx support 131 and the control unit 17 .
  • the distal phalanx supporter 131 may be pulled to perform a flexion motion.
  • the first flexure wire 133 may assist flexion motion of all fingers.
  • the first bending wire 133 has one end fixed to a portion located in the inner direction of the finger among the portions of the distal phalanx support 131 , and the other end extending along the longitudinal direction of the finger on the inner side of the finger After that, it may be connected to the control unit 17 disposed in a more proximal direction than the palm support 11 .
  • the first bending wire 133 may be installed on all fingers, and when the first bending wire 133 is mounted on the thumb, the first bending wire 135 faces four fingers except for the thumb.
  • the first flexure wire 133 may assist the flexion movement of the proximal interphalangeal joint or metacarpophalangeal joint of the finger as tensile force is supplied by the controller 17 .
  • the second bending wire 134 may be a wire connected between the first fixing ring 121 or the second fixing ring 122 and the control unit 17 .
  • the second flexure wire 134 may assist the extension and flexion movements of some fingers.
  • the second flexion wire 134 may be traction to perform a flexion movement of the metacarpophalangeal joint of the finger and an extension movement of the proximal limb joint.
  • the second flexure wire 134 may assist the extension movement of the proximal interphalangeal joint of the finger and the flexion movement of the metacarpophalangeal joint as a tensile force is supplied by the controller 17 .
  • the second bending wire 134 is fixed to a portion of the first extension elastic member 123 that passes outside of the middle phalanx of the finger, and the other end thereof moves the circumference of the proximal phalanx of the finger in the inward direction. After wrapping at an angle, it can be connected to a control unit 17 disposed in a more proximal direction than the palm support 11 .
  • the second bending wire 134 may be installed on the index finger and middle finger except for the ring finger and the little finger.
  • the third bending wire 135 is installed only on the thumb, one end is fixed to the wire fixing device 114 installed on the palm support 11, and the other end is the wire fixing device 114 after surrounding the metacarpophalangeal joint of the thumb. It may be formed to pass through.
  • the first bending wire 133, the second bending wire 134, and the third bending wire 135 may be formed of an elastic material, so that the bending motion of the finger can be performed smoothly, and also , it is possible to prevent abruptly performing a bending motion due to an excessive supply of tensile force from an external device (eg, a bending actuator) due to an unintentional excessive output from the control unit 17 .
  • an external device eg, a bending actuator
  • first bent wire 133 the second bent wire 134 , and the third bent wire 135 may be formed of a cable.
  • the first flexion wire 133 extending from the distal phalanx supporter 131 is connected to the distal phalanx supporter.
  • (131) may be formed to penetrate the inner portion of the first fixing ring 121 and the second fixing ring 122 mounted in the more proximal direction, the first fixing ring 121 or the extension elastic member (
  • the second bending wire 134 extending from the portion passing the outside of the middle phalanx of the finger among the portions 123 may be formed to penetrate the portion in the inner direction of the second fixing ring 122 .
  • the first flexure wire 133, the second flexure wire 134, and the third flexure wire 135 can be prevented from being separated from the finger.
  • the flexion motion of the finger joint may be sequentially performed according to the position of the joint.
  • the tensioned first bending wire 133 is primarily supported by the inner portion of the first fixing ring 121 so that the tension is increased. Since it can be applied to the distal phalanx region before the proximal phalanx region, flexion motion can be performed in the order of the joints close to the distal phalanx region.
  • the order in which the flexion state of the joint is restored may also follow the order of the joint adjacent to the distal phalanx.
  • the tensioned second bending wire 134 is primarily supported by the inward portion of the second fixing ring 122 so that the tensile force is applied to the proximal phalanx. Since it can be applied to the site first, the flexion movement can be performed in the order of the joint close to the proximal phalanx.
  • the order in which the flexion state of the joint is restored may also follow the order of the joint adjacent to the proximal phalanx.
  • the tensioned third bending wire 135 when the third bending wire 135 is tensioned through the control unit 17, the tensioned third bending wire 135 primarily surrounds the proximal phalanx of the finger, so that the tensile force is first applied to the proximal phalanx region. Therefore, flexion movements can be performed in the order of the joints close to the proximal phalanx.
  • the order in which the flexion state of the joint is restored may also follow the order of the joint adjacent to the proximal phalanx.
  • first bending wire 133, the second bending wire 134, and the third bending wire 135 extend along the length direction of the finger and before being connected to the control unit 17, the palm of the hand as shown in FIG. It may pass while penetrating a portion in the inner direction of the support 11 .
  • the palm support 11 can prevent the first bending wire 133, the second bending wire 134 and the third bending wire 135 from being separated from the hand, and at the same time, The direction in which the tensile force of the bending wire 133, the second bending wire 134, and the third bending wire 135 is formed may be guided.
  • the flexion assisting unit may be mounted on all five fingers, but when the flexion assisting unit is installed on all five fingers, the ring finger and the little finger are the distal phalanx support 131 and the first flexion wire 133 . only, the second bent wire 134 and the third bent wire 135 may not be installed.
  • the reason for this is that the ring finger and little finger have relatively low usage in daily life, so there is no difficulty in finger bending motion only with the first bending wire 133 , and the ring finger and the little finger have a second connection to the control unit 17 . This is to reduce implementation complexity and cost by not installing the bending wire 134 and the third bending wire 135 .
  • the finger motion assistance device 1 when the extension auxiliary unit 12 and the bending auxiliary unit 13 are installed on all five fingers, the five first bending wires 133 and two second flexure wires 134 , one third flexure wire 135 , five first elastic members 123 and one second elastic members 124 , but in this case It is not limited.
  • a first elastic member, a second elastic member, a first bending wire, and a third bending wire are formed on the thumb, so that the thumb is opposed to each other. Since it can assist with flexion, pronation, and abduction of the muscle, it can assist with extension and restoration of the thumb.
  • the finger motion assisting device 1 does not include an external device (eg, a flexion actuator) to which a tensile force is supplied, the palm support 11 and the extension assisting unit 12 . and the bending auxiliary unit 13 may be separated from an external device (eg, a bending actuator) to which a tensile force is supplied.
  • an external device eg, a flexion actuator
  • the finger motion assistance device 1 it is possible to effectively assist the movement of the hand by selectively combining one or more modules of the extension assistance unit and the flexion assistance unit according to the symptoms and conditions of patients. .
  • the finger motion assisting device 1 among the extension assisting unit 12, the flexion assisting unit 13, the nerve suppression electrode 14, and the muscle stimulation electrode 15 according to the symptoms and conditions of patients.
  • One or more modules can be selectively combined to effectively assist the movement of the hand.
  • the first bending wire or the second bending wire for the finger bending motion is calculated, and the first bending wire or the second bending wire is controlled according to the calculated tensile force, the middle finger of the index finger and the middle finger Since the rotational force is provided according to the individual angle control of the joint and the proximal limb joint, as the angle control and the rotational force control are simultaneously performed, the first flexure wire or the second flexure wire, which exhibits non-linear characteristics due to friction and deformation, is compensated for It can assist with flexion movements quickly and accurately.

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Abstract

일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치는, 손등 및 손목의 일부를 감싸도록 설치되는 손바닥 지지체; 일측이 손가락의 중위지골 부위에 고정되고 타측은 상기 손바닥 지지체에 연결되어 양단 사이의 탄성력을 통해 상기 손가락의 신전 운동을 보조하는 신전 보조 유닛; 및 상기 손가락의 말단에 장착되는 원위지골 지지체, 상기 손가락의 일부분에 장착되고 외부로부터 인장력을 제공 받은 것에 기초하여 상기 손가락의 굴곡 운동을 보조하는 제 1 굴곡 와이어 및 제 2 굴곡 와이어를 포함하는 굴곡 보조 유닛을 포함할 수 있다.

Description

손가락 운동 보조 장치
본 발명은 손가락 운동 보조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 뇌졸중 후 손 마비를 겪는 환자들이 관절의 움직임을 자의적으로 수행할 수 없고, 예를 들어 다양한 패턴과 크기의 강직 및 경직 현상을 겪고 있음에 따라 다양한 손 동작으로 효과적인 재활을 수행하기 위한 운동 보조 기기들이 개발되고 있다.
예를 들어, 질병 또는 사고에 의해 손의 운동 기능이 저하된 사용자 또는 경직과 강직을 비롯한 손의 마비를 겪는 사용자에 있어서, 사용자의 손의 관절을 굴곡 및 신장시키는 재활운동에 의해 손의 기능을 유지하거나 또는 회복시키게 된다. 이를 위해, 사용자는 물리치료사의 보조를 받아 재활 운동을 수행하거나 또는 운동 기구를 사용하여 재활 운동을 수행한다.
한편, 기존의 손가락 운동 보조 기기의 경우, 일반적으로 손가락의 단부에 설치된 와이어를 통해 당기는 힘(장력)을 전달할 수 있는데, 장력이나 마찰 등에 의해 와이어의 길이 변형이 일어날 수 있었다. 이때, 와이어의 길이 변형이 일어나게 되면 그 이후부터는 와이어의 길이를 바탕으로 손가락 각도 제어를 수행할 경우에 오차가 발생되는 문제점이 발생할 수 있었다.
한편, 변형을 고려하여 제어할 경우에도 관절의 굴곡/신전 전환 시점에 필연적으로 한쪽 와이어가 느슨해지는 순간이 발생될 수 있으며, 손가락 관절이 움직이지 않는 데드존(Dead-zone)이 형성될 수 있었다.
또한, 손가락의 관절 각각에 구동원을 장착시킴으로써, 복잡한 손가락의 움직임을 구현할 수 있는 운동 보조 기기도 개발되고 있으나, 이 경우 장치가 과도하게 무거워지고 제어적 측면에서 복잡하고, 휴대하기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 손가락 운동 보조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 이러한 손가락 운동 보조 장치를 이용하여 마찰과 변형 등에 의한 시스템의 비선형적인 길이 변화에 의한 특성을 보상하고, 사용자의 손가락을 빠르고 정확하게 보조할 수 있는 것 등이 본 발명의 해결하고자 하는 과제에 포함될 수 있다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치는, 손등 및 손목의 일부를 감싸도록 설치되는 손바닥 지지체; 일측이 손가락의 중위지골 부위에 고정되고 타측은 상기 손바닥 지지체에 연결되어 양단 사이의 탄성력을 통해 상기 손가락의 신전 운동을 보조하는 신전 보조 유닛; 및 상기 손가락의 말단에 장착되는 원위지골 지지체 및 상기 손가락의 일부분에 장착되고, 외부로부터 제공받은 인장력에 기초하여 상기 손가락의 굴곡 운동을 보조하는 제 1 굴곡 와이어와 제 2 굴곡 와이어를 포함하는 굴곡 보조 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 굴곡 와이어는, 모든 손가락의 제 1 관절 또는 제 2 관절의 굴곡 운동을 보조하고, 상기 제 2 굴곡 와이어는, 상기 제 1 관절의 신전 운동을 보조하고, 상기 제 2 관절의 굴곡 운동을 보조할 수 있다.
또한, 상기 제 1 관절은, 손가락의 근위지절간관절이고, 상기 제 2 관절은, 손가락의 중수지절간관절일 수 있다.
또한, 상기 신전 보조 유닛은, 손가락의 중위지골에 장착되는 제 1 고정링; 상기 손가락의 근위지골 부위에 장착되는 제 2 고정링; 및 일단이 상기 원위지골 지지체의 외측 부분에 연결되고 타단이 상기 손바닥 지지체의 부분 중 손등과 접하는 부분에 연결되는 제 1 신전 탄성 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 굴곡 와이어는, 일단이 상기 원위지골 지지체의 내측 방향 부분에 고정되고 타단이 상기 손가락의 내측을 지나 상기 손바닥 지지체의 부분 중 손바닥과 접하는 부분을 관통하도록 통과하여 형성되고, 상기 제 2 굴곡 와이어는, 일단이 상기 제 1 신전 탄성 부재의 부분 중 손가락의 중위지골 부위의 외측을 지나가는 부분에 고정되고 타단이 상기 손가락의 근위지골 부위의 둘레를 내측 방향으로 비스듬히 감싼 이후, 상기 손바닥 지지체의 부분 중 손바닥과 접하는 부분을 관통하도록 통과하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 신전 보조 유닛은, 일단이 상기 원위지골 지지체의 외측 부분에 연결되고 타단이 손바닥 지지체의 부분 중 손목에 접하는 부분에 연결되는 제 2 신전 탄성 부재를 더 포함하고, 상기 제 1 고정링은, 엄지 손가락을 제외한 모든 손가락에 설치되고, 상기 제 2 고정링 및 상기 제 1 신전 탄성 부재는, 모든 손가락에 설치되고, 상기 제 2 신전 탄성 부재는, 상기 엄지 손가락에만 설치될 수 있다.
또한, 상기 굴곡 보조 유닛은, 중수지관절을 둘러싸는 제 3 굴곡 와이어를 더 포함하고, 상기 제 1 굴곡 와이어는, 모든 손가락에 설치되고, 상기 제 2 굴곡 와이어는, 검지 손가락 및 중지 손가락에만 설치되고, 상기 제 3 굴곡 와이어는, 상기 엄지 손가락에만 설치되며, 일단이 상기 손바닥 지지체에 설치된 와이어 고정장치에 고정되고 타단이 상기 엄지 손가락의 중수지관절을 둘러싼 이후 상기 와이어 고정장치를 관통하도록 통과하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 손바닥 지지체는, 손바닥의 부분 중 중수골 부위를 감싸도록 장착되는 손등 지지체; 손바닥의 부분 중 손목 부위를 감싸도록 장착되는 손목 지지체; 및 상기 손등 지지체 및 손목 지지체의 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되는 복수개의 결합 버튼을 포함하고, 상기 제 1 신전 탄성 부재 또는 상기 제 2 신전 탄성 부재는 상기 복수개의 결합 버튼 중 어느 하나의 결합 버튼에 결합될 수 있는 결합 홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 신전 보조 유닛이 엄지 손가락에 장착되는 경우, 상기 제 2 고정링은 근위지골 부위에 설치되고, 상기 제 1 신전 탄성 부재의 결합 홀은 상기 손등 지지체에 형성된 상기 복수개의 결합 버튼 중 어느 하나의 결합 버튼에 결합되고, 상기 제 2 신전 탄성 부재의 결합 홀은 상기 손목 지지체에 형성된 상기 복수개의 결합 버튼 중 어느 하나의 결합 버튼에 결합되고, 상기 신전 보조 유닛이 엄지 손가락을 제외한 나머지 손가락에 장착되는 경우, 상기 제 1 고정링은 중위지골 부위에 설치되고, 상기 제 2 고정링은 근위지골 부위에 설치되고, 상기 제 1 신전 탄성 부재의 결합 홀은 상기 손등 지지체에 형성된 상기 복수개의 결합 버튼 중 어느 하나의 결합 버튼에 결합될 수 있다.
또한, 상기 제 1 굴곡 와이어는 상기 굴곡 보조 유닛이 설치된 손가락에 장착된 상기 제 1 고정링 및 상기 제 2 고정링의 내측 방향 부분을 관통하여 통과하고, 상기 제 2 굴곡 와이어는 상기 굴곡 보조 유닛이 설치된 손가락에 장착된 상기 제 2 고정링의 내측 방향 부분을 관통하여 통과할 수 있다.
또한, 상기 굴곡 보조 유닛이 엄지 손가락에 장착되는 경우, 상기 굴곡 보조 유닛은, 엄지 손가락의 중수골 부위를 감싸도록 장착되는 중수골 지지체를 더 포함하고, 상기 제 1 굴곡 와이어 또는 상기 제 2 굴곡 와이어는 상기 중수골 지지체의 내측 방향 부분을 관통하여 통과한 이후, 상기 손바닥 지지체를 통과하도록 형성될 수 있다.
또한, 손가락 또는 손바닥에 장착되어 손의 움직임을 계측하는 운동 감지 센서; 및 상기 운동 감지 센서에서 계측된 정보에 기초하여 상기 손가락 굴곡 운동을 위한 상기 제 1 굴곡 와이어, 상기 제 2 굴곡 와이어 및 상기 제 3 굴곡 와이어의 인장력 중 적어도 하나를 계산하고, 상기 제 1 굴곡 와이어, 상기 제 2 굴곡 와이어 및 상기 제 3 굴곡 와이어 중 적어도 하나에 계산된 인장력이 제공되도록 외부 장치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 운동 감지 센서는, 손가락 또는 손바닥 부위의 관성을 감지하는 관성 센서 또는 손가락 부위의 관절 운동을 감지하는 굽힘 감지 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치에 의하면, 환자들의 증상과 상태에 따라 신전 보조 유닛 및 굴곡 보조 유닛 중 하나 이상의 모듈을 선택적으로 조합하여 효과적으로 손의 움직임을 보조할 수 있다.
또한, 뇌졸중, 뇌성마비 등 신경계 손상 후 손 마비를 겪는 뇌병변 환자의 재활 훈련을 수동적으로 또는 능동적으로 보조할 수 있다.
또한, 수동 방식의 신전 보조 유닛을 이용하여 경직에 의해 구부러진 손가락을 자연스러운 자세로 펴줄 수 있다.
또한, 제 1 신전 탄성 부재, 제 2 신전 탄성 부재, 제 1 굴곡 와이어 및 제 3 굴곡 와이어를 이용하여 엄지 손가락의 굴곡 운동 또는 신전 운동뿐만 아니라, 엄지 손가락을 손바닥 내측으로 회전하는 대립 운동 또는 회전된 상태에서 다시 복귀할 수 있는 복원 운동(reposition)을 동시에 보조할 수 있다.
또한, 제 1 신전 탄성 부재, 제 1 굴곡 와이어 및 제 2 굴곡 와이어를 이용하여 검지 손가락 및 중지 손가락의 손가락의 중수지관절 및 근위지관절의 개별적인 각도 제어가 가능하다.
또한, 손가락 굴곡 운동을 위한 제 1 굴곡 와이어 또는 제 2 굴곡 와이어의 인장력을 계산하고, 계산된 인장력에 따라 제 1 굴곡 와이어 또는 제 2 굴곡와이어를 제어하기 때문에 검지 손가락 및 중지 손가락의 손가락의 중수지관절 및 근위지관절의 개별적인 각도 제어에 따른 돌림힘이 제공되므로, 각도 제어 및 돌림힘 제어를 동시에 수행함에 따라, 마찰과 변형 등에 의하여 비선형적인 특성을 보이는 제 1 굴곡 와이어 또는 제 2 굴곡 와이어를 보상하여 손가락 굴곡 운동을 빠르고 정확하게 보조할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치를 착용한 모습을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 신전 보조 유닛 및 굴곡 보조 유닛을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 신전 보조 유닛 및 굴곡 보조 유닛을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 신전 보조 유닛 및 굴곡 보조 유닛이 검지 손가락에 착용된 모습을 나타내는 도면이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치를 착용한 모습을 나타내는 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치의 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치(1)는, 운동 기능이 저하된 손에 착용되어 손가락의 신전 및 굴곡 동작을 보조할 수 있다.
본 명세서에서는, 손가락이 신전 운동 또는 굴곡 운동을 수행한다고 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 명세서에 기재된 신전 운동 또는 굴곡 운동은, 손가락의 관절에서 수행하는 것이라고 이해될 수도 있다.
예를 들어, 따른 손가락 운동 보조 장치(1)는 손바닥 지지체(11), 신전 보조 유닛(12), 굴곡 보조 유닛(13), 운동 감지 센서(16), 신경 억제 전극(14), 근육 자극 전극(15) 및 제어부(17)를 포함할 수 있다.
손바닥 지지체(11)는, 사용자의 손목 및 손바닥의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 손바닥 지지체(11)는, 손목뼈를 구성하는 수근골(carpal) 및 중수골(metacarpal)의 일부를 감싸도록 형성될 수 있다.
신전 보조 유닛(12)은, 사용자의 손가락 및 손바닥 지지체(11) 사이에 착용되어 손가락이 신전 운동(extension)을 수행하는 방향으로 탄성력을 인가할 수 있다.
굴곡 보조 유닛(13)은, 사용자의 손가락 및 손바닥 지지체(11)에 설치되어 손가락이 굴곡 운동(flexion)을 수행하도록 견인할 수 있다.
손바닥 지지체(11), 신전 보조 유닛(12) 및 굴곡 보조 유닛(13)에 대한 구체적인 설명은 아래 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
운동 감지 센서(16)는, 사용자의 손가락에 설치되어 손가락을 비롯한 손의 자세 및 움직임을 계측할 수 있다.
예를 들어, 운동 감지 센서(16)는 굽힘 갑지 센서(161) 또는 관성 센서(162)를 포함할 수 있다.
굽힘 감지 센서(161)는, 사용자의 손가락의 관절 부위에 설치되어 구부러지는 정도를 계측할 수 있다. 예를 들어, 굽힘 감지 센서(161)는 구부러지는 정도를 계측하는 굽힘 센서(bending sensor) 또는 외력에 의해 늘어나는 정도를 감지하는 스트레쳐블 센서(stretchable sensor)일 수 있다.
예를 들어, 굽힙 감지 센서(161)는, 손바닥 지지체(11), 신전 보조 유닛(12) 또는 굴곡 보조 유닛(13)에 설치될 수 있다.
관성 센서(162)는, 사용자의 손바닥 또는 손가락에 부착될 수 있고, 손가락 또는 손바닥의 파지 또는 파지 해제 동작에 따른 손가락을 비롯한 손 부위의 관성력을 계측할 수 있다.
예를 들어, 관성 센서(162)는, 손바닥 지지체(11), 신전 보조 유닛(12) 또는 굴곡 보조 유닛(13)에 설치될 수 있다.
신경 억제 전극(14)은, 손가락의 근육 운동을 억제하기 위해 뇌로부터 손가락의 운동을 담당하는 연결 근육으로 연결된 신경을 전기적으로 억제하여 연결 근육의 근수축을 방지할 수 있다.
예를 들어, 신경 억제 전극(14)은, 사용자의 연결 근육의 신경 근처의 피부에 탈부착되는 음극 및 양극으로 이루어진 한 쌍의 표면 전극일 수 있다. 예를 들어, 음극의 전극은 사용자의 팔꿈치 뼈에 부착될 수 있고, 양극의 전극은 사용자의 손목 또는 팔뚝 부위에 부착되어 팔의 정중 신경(median nerve) 및 척골 신경(ulnar nerve)으로 전달되는 운동신경신호를 방해할 수 있다. 예를 들어, 신경 억제 전극(14)에는 중주파의 교류 전류가 인가될 수 있다.
예를 들어, 신경 억제 전극(14)은 신전 보조 유닛(12)을 통해 보조되는 손가락의 신전 운동 도중에, 손가락의 연결 근육의 근수축을 방지할 수 있기 때문에, 손가락의 굽힘, 강직 및 경직을 억제하여 손가락의 신전 운동을 수월하게 보조할 수 있다.
근육 자극 전극(15)은, 손가락을 움직이도록 하는 연결 근육을 수축시키기 위한 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 다시 말하면, 근육 자극 전극(15)은, 근육을 움직이게 하는 기능적 전기 자극(functional electrical stimulation)을 연결 근육에 전달할 수 있다.
예를 들어, 근육 자극 전극(15)은, 사용자의 피부에 부착되는 음극 및 양극으로 이루어진 한 쌍의 탈부착형 표면 전극일 수 있다. 예를 들어, 근육 자극 전극(15)은 팔뚝에 부착될 수 있으며 연결 근육에 연결되는 신경에 근접한 피부에 부착될 수 있다. 예를 들어, 근육 자극 전극(15)에는 저주파의 전류가 인가될 수 있다.
예를 들어, 근육 자극 전극(15)은 굴곡 보조 유닛(12)을 통해 보조되는 손가락의 굴곡 운동 도중에, 손가락의 연결 근육을 수축시킴으로써 해당 손가락의 굽힘 운동 보조할 수 있다.
한편, 신경 억제 전극(14) 및 근육 자극 전극(15)은, 하나의 전기 자극기에 마련된 서로 다른 채널에 연결되어 형성될 수도 있다.
제어부(17)는, 손가락 운동 보조 장치(1)의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는, 손가락 운동 보조 장치(1)에 포함되지 않는 외부 장치인 굴곡 액추에이터(132)를 동작시켜 굴곡 보조 유닛(13)이 착용된 손가락의 굴곡 운동을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(17)는, 신경 억제 전극(14)에 전류를 인가함으로써, 손가락의 연결 근육의 수축을 억제시킬 수 있다. 예를 들어, 제어부(17)는, 근육 자극 전극(15)에 전류를 인가함으로써, 손가락의 연결 근육을 수축시킬 수 있다.
한편, 굴곡 액추에이터(132)는 손가락 운동 보조 장치(1)에 포함되는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 손가락 운동 보조 장치(1)에 포함되는 것도 가능하다.
일 실시예로서, 손가락 운동 보조 장치(1)에 굴곡 액추에이터(132)가 포함될 경우, 굴곡 액추에이터(132)는, 일단이 원위지골 지지체(131)에 고정된 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135)의 타단에 연결되어, 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135)를 선택적으로 인장시킬 수 있다.
예를 들어, 굴곡 액추에이터(132)는 사용자의 손 또는 팔에 설치될 수 있다. 예를 들어, 굴곡 액추에이터(132)는 손바닥 지지체(11)에 인접하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 굴곡 액추에이터(132)는 사용자의 팔을 기준으로 손바닥 지지체(11)보다 더 근위 방향에 위치할 수 있다. 예를 들어, 굴곡 액추에이터(132)는 사용자의 손목에 설치될 수도 있다.
다른 예로, 굴곡 액추에이터(132)는 손바닥 지지체(11)와 일체로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 굴곡 액추에이터(132)는 모터일 수 있다.
한편, 제어부(17)는, 굴곡 보조 유닛(13)의 굴곡 액추에이터(132)를 제어하여(또는 동작시켜) 굴곡 보조 유닛(13)이 착용된 손가락의 굴곡 운동을 수행할 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 운동 감지 센서(16)에서 계측되는 정보를 기초로 손가락을 비롯한 손의 자세 및 움직임을 파악할 수 있다. 예를 들어, 제어부(17)는 운동 감지 센서(16)에서 계측되는 정보에 기초하여 사용자의 손가락이 굴곡 운동 또는 신전 운동을 수행하는지 여부를 파악할 수 있다. 예를 들어, 제어부(17)는 사용자가 손가락을 통한 파지 또는 파지 해제 동작을 수행하는지 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 굴곡 액추에이터(132)에 구비된 엔코더 등을 통하여, 굴곡 액추에이터(132)에 연결된 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135) 중 적어도 하나가 이동하는 변위량에 기초하여 손의 자세 및 움직임을 파악할 수 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 사용자의 손가락의 신전 운동이 시작되는 시점으로부터 설정된 시간 내에 설정 신전 각도 이상으로 신전 운동이 수행되지 않을 경우, 신경 억제 전극(14)을 구동함으로써, 손가락의 불완전한 신전 운동을 보조할 수 있다.
예를 들어, 손가락의 신전 운동이 시작되는 시점은, (i) 신전 보조 유닛(12)에 연결된 장력 센서에서 감지된 장력이 감소되는 시점 또는 (ii) 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135) 중 적어도 하나에 연결된 장력 센서에서 감지된 장력이 증가되는 시점으로 설정될 수 있고, 이 경우 제어부(17)는, 상기한 장력 센서들에서 감지된 정보에 기초하여 신경 억제 전극(14)을 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 손가락의 신전 운동이 시작되는 시점은, 운동 감지 센서(16)에서 감지된 정보를 이용하여 결정된 손가락의 관절 각도 변화에 기초하여 설정될 수도 있다.
예를 들어, 제어부(17)는 운동 감지 센서(16)에서 계측된 정보에 기초하여 손가락 굴곡 운동을 위한 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135) 중 적어도 하나의 인장력을 계산하고, 제 1 굴곡 와이어(133), 상기 제 2 굴곡 와이어(134) 및 상기 제 3 굴곡 와이어(135) 중 적어도 하나에 계산된 인장력이 제공되도록 외부 장치(예를 들어, 굴곡 엑추에이터(132))를 제어할 수 있다.
보다 상세하게, 제어부(17)는 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135) 중 적어도 하나의 제 1 굴곡 와이어(133), 상기 제 2 굴곡 와이어(134) 및 상기 제 3 굴곡 와이어(135) 중 적어도 하나에 계산된 인장력이 제공되도록 외부 장치(예를 들어, 굴곡 엑추에이터(132))를 구동시켜 손가락의 중수지관절 및 근위지관절의 개별적인 각도를 제어하여 손가락이 굴곡 운동을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 제어부(17)는 운동 감지 센서(16)에서 계측된 정보에 기초하여 개별적인 각도가 제어된 손가락 굴곡 운동이 유지되기 위한 인장력을 계산하여, 계산된 인장력에 따라 외부 장치(예를 들어, 굴곡 엑추에이터(132))를 구동시켜 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 상기 제 3 굴곡 와이어(135) 중 적어도 하나에 손가락 굴곡 운동이 유지될 수 있는 돌림힘을 제공할 수 있다.
한편, 이는 하나의 예시에 불과하며, 통상의 기술자에게 알려진 다른 공지의 수단을 이용할 수도 있음을 밝혀 둔다.
예를 들어, 제어부(17)는 사용자의 손가락을 통한 파지 과정 중에서 손가락의 굴곡 운동이 시작되는 시점으로부터 설정된 시간 내에 설정 굴곡 각도 이상으로 굴곡 운동이 수행되지 않을 경우, 굴곡 보조 유닛(13) 및/또는 근육 자극 전극(15)을 구동함으로써, 손가락의 불완전한 굴곡 운동을 보조할 수 있다.
예를 들어, 손가락의 굴곡 운동이 시작되는 시점은, (i) 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135) 중 적어도 하나에 연결된 장력 센서에서 감지된 장력이 감소되는 시점 또는 (ii) 신전 보조 유닛(12)에 연결된 장력 센서에서 감지된 장력이 증가되는 시점으로 설정될 수 있고, 이 경우 제어부(17)는, 상기한 장력 센서들에서 감지된 정보에 기초하여 굴곡 보조 유닛(13) 및/또는 근육 자극 전극(15)을 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 손가락의 굴곡 운동이 시작되는 시점은, 운동 감지 센서(16)에서 감지된 정보를 이용하여 결정된 손가락의 관절 각도 변화에 기초하여 설정될 수도 있다. 한편, 이는 하나의 예시에 불과하며, 통상의 기술자에게 알려진 다른 공지의 수단을 이용할 수도 있음을 밝혀 둔다.
도 3은 일 실시 예에 따른 신전 보조 유닛 및 굴곡 보조 유닛을 나타내는 도면이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 신전 보조 유닛 및 굴곡 보조 유닛을 나타내는 도면이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 신전 보조 유닛 및 굴곡 보조 유닛이 검지 손가락에 착용된 모습을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 손바닥 지지체(11), 신전 보조 유닛(12) 및 굴곡 보조 유닛(13)의 구성을 확인할 수 있다.
손바닥 지지체(11)는 휘어질 수 있는 유연한 소재로 형성될 수 있고, 얇은 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 손바닥 지지체(11)는 실리콘 재질로 형성될 수 있고 이에 따라, 손바닥 지지체(11)는 손목 또는 손바닥의 굴곡진 형상에 따라서 휘어질 수 있고, 손바닥의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 도면에는 손바닥 지지체(11)가 손바닥의 일부만 감싸는 형태의 실시 예에 대하여 도시되어 있으나, 이와 달리 손바닥 지지체(11)는 사용자의 손을 전체적으로 감싸는 장갑 형태로도 제공될 수 있음을 밝혀 둔다.
예를 들어, 손바닥 지지체(11)는, 유연한 폴리머 소재로 형성될 수 있고, 피부와 밀착되어 손목 및 손바닥 부분을 견인할 수 있는 충분한 마찰력을 제공할 수 있다.
예를 들어, 손바닥 지지체(11)는 손등 지지체(111), 손목 지지체(112) 및 복수개의 결합 버튼(113)을 포함할 수 있다.
손등 지지체(111)는, 사용자의 손바닥의 부분 중 엄지 손가락을 제외한 나머지 손가락들의 중수골(metacarpal) 부위를 감싸도록 설치될 수 있다.
손목 지지체(112)는, 손목 및 손바닥의 밑부분, 다시 말하면, 손목 부위와 손목 및 손바닥을 연결하는 수근골(carpal) 부위의 주변을 감싸도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 손등 지지체(111) 및 손목 지지체(112)는 서로 연결되어 형성될 수 있다.
복수개의 결합 버튼(113)은, 손등 지지체(111) 및 손목 지지체(112) 각각의 둘레를 따라서 이격되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 복수개의 결합 버튼(113)은 후술할 제 1 신전 탄성 부재(123) 또는 제 2 신전 탄성 부재(124)에 형성된 결합홀(1221)에 결합될 수 있다.
신전 보조 유닛(12)은 일단이 사용자에 손가락에 장착되고 타단이 손바닥 지지체(11)에 장착되어 장착된 손가락의 신전 운동을 보조할 수 있다. 예를 들어, 신전 보조 유닛(12)은 신전 운동의 보조가 필요한 손가락에 선택적으로 장착될 수 있으며, 5개의 손가락 모두에 장착될 수도 있다.
예를 들어, 신전 보조 유닛(12)은 제 1 고정링(121), 제 2 고정링(122), 제 1 신전 탄성 부재(123) 및 제 2 신전 탄성 부재(124)를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 모든 손가락에 장착되는 신전 보조 유닛(12) 중, 제 1 고정링(121)은 엄지 손가락을 제외한 모든 손가락에 설치되고, 제 2 고정링(122) 및 제 1 신전 탄성 부재(123)는 모든 손가락에 설치되고, 제 2 신전 탄성 부재(124)는 엄지 손가락에만 설치될 수 있다.
제 1 고정링(121)은, 손가락의 중위지골(middle phalanx) 부위에 장착되는 링형 부재일 수 있다.
예를 들어, 신전 보조 유닛(12)이 엄지 손가락에 장착될 경우, 제 1 고정링(121)은 엄지 손가락에 장착되지 않을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제 2 고정링(122)은, 손가락의 근위지골 부위에 장착되는 링형 부재일 수 있다.
제 1 신전 탄성 부재(123)은, 제 1 고정링(121) 및 손바닥 지지체(11) 사이 또는 제 2 고정링(122) 및 손바닥 지지체(11) 사이에 연결되는 탄성 부재로서, 탄성력을 통해 제 1 고정링(121) 또는 제 2 고정링(122)이 장착된 손가락의 신전 운동을 보조할 수 있다.
예를 들어, 제 1 신전 탄성 부재(123)는 제 1 고정링(121) 또는 제 2 고정링(122)의 상측 부분, 다시 말하면 제 1 고정링(121) 또는 제 2 고정링(122)의 부분 중, 손가락의 외측 방향에 인접한 부분으로부터 고정되어 해당 손가락의 길이 방향으로 연장된 부재일 수 있다.
제 2 신전 탄성 부재(124)는 엄지 손가락에만 설치될 수 있으며, 일단이 원위지골 지지체(131)의 외측 부분에 연결되고 타단이 손바닥 지지체(11)의 부분 중 손목에 접하는 부분에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제 1 신전 탄성 부재(123) 및 제 2 신전 탄성 부재(124)는 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제 2 신전 탄성 부재(124)는 원위지골 지지체(133)로부터 고정되어 제 1 신전 탄성 부재(123)와 소정 각도로 이격되어 해당 손가락의 길이 방향으로 연장되어 설치된 부재일 수 있다.
예를 들어, 제 1 신전 탄성 부재(123) 또는 제 2 신전 탄성 부재(124)는, 탄성 및 신축성이 있는 스트랩형 부재일 수 있다.
예를 들어, 제 1 신전 탄성 부재(123) 또는 제 2 신전 탄성 부재(124)는 제 1 고정링(121) 또는 제 2 고정링(122)으로부터 반대편으로 연장된 일측에 형성된 결합홀(1221)을 포함할 수 있다.
결합홀(1221)은 손바닥 지지체(11)의 복수개의 결합 버튼(113) 중, 제 1 고정링(121) 또는 제 2 고정링(122)이 장착된 손가락의 외측 방향으로 돌출되어 있는 결합 버튼(113)에 결합되어 고정될 수 있다.
예를 들어, 결합홀(1221)은 복수개로 형성될 수 있고, 이 경우, 복수개의 결합홀(1221)은 제 1 신전 탄성 부재(123) 또는 제 2 신전 탄성 부재(124)의 길이 방향에 이격되어 설치될 수 있다. 이에 따라, 결합 버튼(113)에 결합되는 결합홀(1221)의 위치를 조절함에 따라 신전 탄성 부재(123)의 인장력의 크기를 조절할 수 있다.
제 1 신전 탄성 부재(123) 또는 제 2 신전 탄성 부재(124)에 의하면, 사용자의 (i) 중위지골 부위 및 (ii) 중수골 또는 수근골 부위 사이에서 형성되는 인장력이 손가락이 굽혀지는 내측의 반대편인 외측에서 형성되기 때문에, 제 1 신전 탄성 부재(123) 또는 제 2 신전 탄성 부재(124)의 인장력은 사용자의 손가락을 신전 운동시킬 수 있는 힘을 제공할 수 있다.
예를 들어, 신전 보조 유닛(12)이 엄지 손가락에 장착될 경우, 제 1 고정링(121) 또는 제 2 고정링(122)으로부터 연장된 제 1 신전 탄성 부재(123) 또는 제 2 신전 탄성 부재(124)는 손가락의 외측 방향 상에서, 엄지 손가락의 근위지골(proximal phalange) 또는 중수골의 길이 방향을 따라 연장된 이후, 연장된 부분에 형성된 결합홀(1221)이 손목 지지체(112)에 형성된 복수개의 결합 버튼(113) 중 하나에 결합될 수 있다.
예를 들어, 엄지 손가락에 장착된 제 1 신전 탄성 부재(123) 및 제 2 신전 탄성 부재(124)의 제 1 결합홀(1221)은 손목 지지체(112)의 둘레에 따라 설치된 복수개의 결합 버튼(113) 중 엄지 손가락의 중수골 부위에 인접하고, 동시에 엄지 손가락의 외측 방향으로 노출된 결합 버튼(113)에 설치될 수 있다.
예를 들어, 엄지 손가락에 장착된 제 1 신전 탄성 부재(123) 또는 제 2 신전 탄성 부재(124)는, 엄지 손가락의 신전 운동뿐만 아니라 복원 운동(reposition)을 동시에 보조할 수 있다. 이 경우, 제 1 신전 탄성 부재(123) 또는 제 2 신전 탄성 부재(124)의 결합홀(1221)이 결합되는 결합 버튼(113)의 위치를 변경함에 따라서, 인장력의 방향이 변화될 수 있으며, 이를 통해 제 1 신전 탄성 부재(123) 또는 제 2 신전 탄성 부재(124)의 인장력에 따른 신전 운동 및 내전 운동의 비중이 조절될 수 있다.
예를 들어, 신전 보조 유닛(12)이 엄지 손가락을 제외한 나머지 손가락에 장착될 경우, 제 1 고정링(121)으로부터 연장된 제 1 신전 탄성 부재(123)는 손가락의 외측 상에서, 손가락의 중위지골 및 근위지골의 길이 방향에 따라 연장된 이후, 연장된 부분에 형성된 결합홀(1221)이 손등 지지체(111)에 형성된 복수개의 결합 버튼(113) 중 하나에 결합될 수 있다.
이 경우, 결합홀(1221)은 손등 지지체(111)의 둘레에 따라 설치된 복수개의 결합 버튼(113) 중 해당 손가락의 중수골 부위의 외측 방향에 위치한 결합 버튼(113)에 고정될 수 있다.
굴곡 보조 유닛(13)은, 손의 파지 동작에 따른 손가락의 굴곡 운동을 보조할 수 있다. 예를 들어, 굴곡 보조 유닛(13)은 원위지골 지지체(131), 제 1 굴곡 와이어(133) 및 제 2 굴곡 와이어(134)를 포함할 수 있다.
원위지골 지지체(131)는, 원위지골 부위의 말단에 장착될 수 있다. 예를 들어, 원위지골 지지체(131)는 도 3 내지 도 5과 같이 손가락의 말단에 끼워지는 골무의 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 원위지골 지지체(131)는, 휘어질 수 있는 유연한 폴리머 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 원위지골 지지체(131)는 피부와 밀착되어 손가락의 원위지골 부위를 견인할 수 있는 마찰력을 가질 수 있다.
제 1 굴곡 와이어(133)는 원위지골 지지체(131) 및 제어부(17) 사이에 연결된 와이어일 수 있다. 예를 들어, 제 1 굴곡 와이어(133)는 제어부(17)에 의해 인장됨에 따라서, 원위지골 지지체(131)가 굴곡 운동을 수행하도록 견인할 수 있다.
예를 들어, 제 1 굴곡 와이어(133)는 모든 손가락의 굴곡 운동을 보조할 수 있다.
예를 들어, 제 1 굴곡 와이어(133)는, 일단이 원위지골 지지체(131)의 부분 중 손가락의 내측 방향 부분에 위치한 부분에 고정되고, 타단이 손가락의 내측 상에서 손가락의 길이방향을 따라 연장된 이후, 손바닥 지지체(11)보다 더 근위 방향에 배치된 제어부(17)에 연결될 수 있다.
이때, 제 1 굴곡 와이어(133)는 모든 손가락에 설치될 수 있으며, 제 1 굴곡 와이어(133)가 엄지 손가락에 장착될 경우, 제 1 굴곡 와이어(135)는 엄지 손가락을 제외한 4개의 손가락과 마주보게 하는 대립근에 위치할 수 있다.예를 들어, 제 1 굴곡 와이어(133)는 제어부(17)에 의해 인장력이 공급됨에 따라 손가락의 근위지절간관절 또는 중수지절간관절의 굴곡 운동을 보조할 수 있다.
제 2 굴곡 와이어(134)는 제 1 고정링(121) 또는 제 2 고정링(122) 및 제어부(17) 사이에 연결된 와이어일 수 있다. 예를 들어, 제 2 굴곡 와이어(134)는 제어부(17)에 의해 인장됨에 따라서, 일부 손가락의 신전 운동 및 굴곡 운동을 보조할 수 있다. 구체적으로, 제 2 굴곡 와이어(134)는 손가락의 중수지관절의 굴곡 운동과 근위지관절의 신전 운동을 수행하도록 견인할 수 있다.
예를 들어, 제 2 굴곡 와이어(134)는 제어부(17)에 의해 인장력이 공급됨에 따라 손가락의 근위지절간관절의 신전 운동을 보조하고, 중수지절간관절의 굴곡 운동을 보조할 수 있다.
예를 들어, 제 2 굴곡 와이어(134)는 제 1 신전 탄성 부재(123)의 부분 중 손가락의 중위지골 부위의 외측을 지나가는 부분에 고정되고, 타단이 손가락의 근위지골 부위의 둘레를 내측 방향으로 비스듬히 감싼 이후, 손바닥 지지체(11)보다 더 근위 방향에 배치된 제어부(17)에 연결될 수 있다.
이때, 제 2 굴곡 와이어(134)는 약지 손가락 및 소지 손가락을 제외한 검지 손가락 및 중지 손가락에 설치될 수 있다.
제 3 굴곡 와이어(135)는 엄지 손가락에만 설치되어, 일단이 손바닥 지지체(11)에 설치된 와이어 고정장치(114)에 고정되고, 타단이 엄지 손가락의 중수지관절을 둘러싼 이후 와이어 고정장치(114)를 관통하도록 통과하여 형성되어 있을 수 있다.
예를 들어, 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135)는, 탄성이 있는 소재로 형성될 수 있어서 손가락의 굴곡 운동이 부드럽게 수행될 수 있고, 또한, 제어부(17)에서 의도치 않은 과도한 출력에 의해 외부 장치(예를 들어, 굴곡 액추에이터)로부터 인장력이 과도하게 공급되어 굴곡 운동이 갑작스럽게 수행되는 것이 방지될 수 있다.
예를 들어, 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135)는 케이블로 형성될 수 있다.
예를 들어, 하나의 손가락에 신전 보조 유닛(12) 및 굴곡 보조 유닛(13)이 모두 장착되어 있는 경우, 원위지골 지지체(131)로부터 연장된 제 1 굴곡 와이어(133)는 원위지골 지지체(131)보다 더 근위 방향에 장착된 제 1 고정링(121) 및 제 2 고정링(122)의 내측 방향의 부분을 관통하도록 형성될 수 있고, 제 1 고정링(121) 또는 신전 탄성 부재(123)의 부분 중 손가락의 중위지골 부위의 외측을 지나가는 부분으로부터 연장된 제 2 굴곡 와이어(134)는 제 2 고정링(122)의 내측 방향의 부분을 관통하도록 형성될 수 있다.
위의 구조에 의하면, 손가락이 굴곡 및 신전 운동을 수행하는 경우, 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135)가 손가락으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있고, 손가락 관절의 굴곡 운동을 상기 관절의 위치에 따라 순차적으로 수행되도록 할 수 있다.
예를 들어, 제 1 굴곡 와이어(133)가 제어부(17)를 통해 인장될 경우, 인장되는 제 1 굴곡 와이어(133)는 일차적으로 제 1 고정링(121)의 내측 방향 부분에 지지되어 인장력이 근위지골 부위보다 원위지골 부위에 먼저 인가될 수 있어서, 원위지골 부위에 가까운 관절의 순서대로 굴곡 운동이 수행될 수 있다.
마찬가지로, 제 1 굴곡 와이어(133)의 인장력이 해제될 경우, 관절의 굴곡 상태가 복귀되는 순서 또한 원위지골 부위에 인접한 관절의 순서를 따를 수 있다.
한편, 제 2 굴곡 와이어(134)가 제어부(17)를 통해 인장될 경우, 인장되는 제 2 굴곡 와이어(134)는 일차적으로 제 2 고정링(122)의 내측 방향 부분에 지지되어 인장력이 근위지골 부위에 먼저 인가될 수 있어서, 근위지골 부위에 가까운 관절의 순서대로 굴곡 운동이 수행될 수 있다.
마찬가지로, 제 2 굴곡 와이어(134)의 인장력이 해제될 경우, 관절의 굴곡 상태가 복귀되는 순서 또한 근위지골 부위에 인접한 관절의 순서를 따를 수 있다.
한편, 제 3 굴곡 와이어(135)가 제어부(17)를 통해 인장될 경우, 인장되는 제 3 굴곡 와이어(135)는 일차적으로 손가락의 근위지골을 둘러싸고 있어, 인장력이 근위지골 부위에 먼저 인가될 수 있기 때문에 근위지골 부위에 가까운 관절의 순서대로 굴곡 운동이 수행될 수 있다,
마찬가지로, 제 3 굴곡 와이어(135)의 인장력이 해제될 경우, 관절의 굴곡 상태가 복귀되는 순서 또한 근위지골 부위에 인접한 관절의 순서를 따를 수 있다.
결과적으로, 신전 보조 유닛(12) 및 굴곡 보조 유닛(13)을 통한 손의 굴곡 또는 신전에 따른 동작에서, 자연스러운 손가락의 움직임을 구현할 수 있다.
예를 들어, 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135)는 손가락의 길이 방향에 따라 연장되어 제어부(17)에 연결되기 이전에, 도 4와 같이 손바닥 지지체(11)의 내측 방향의 부분을 관통하면서 통과할 수 있다.
위의 구조에 의하면, 손바닥 지지체(11)는, 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135)가 손으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있고, 동시에 제 1 굴곡 와이어(133), 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135)의 인장력이 형성되는 방향을 가이드할 수 있다.
한편, 굴곡 보조 유닛은 5개의 손가락 모두에 장착될 수도 있으나, 5개의 손가락 모두에 굴곡 보조 유닛이 설치될 경우, 약지 손가락 및 소지 손가락은 원위지골 지지체(131) 및 제 1 굴곡 와이어(133)만 설치되고, 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135)는 설치되지 않을 수 있다.
이러한 이유는, 약지 손가락 및 소지 손가락은 일상 생활에서 비교적 사용 비중이 낮기 때문에 제 1 굴곡 와이어(133)만으로도 손가락 굴곡 운동에 무리가 없으며, 약지 손가락 및 소지 손가락에는 제어부(17)에 연결되는 제 2 굴곡 와이어(134) 및 제 3 굴곡 와이어(135)를 설치하지 않음으로써 구현 복잡도 및 비용을 절감하기 위함이다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치(1)는 5개의 손가락 모두에 신전 보조 유닛(12) 및 굴곡 보조 유닛(13)이 설치될 경우, 5개의 제 1 굴곡 와이어(133)와, 2개의 제 2 굴곡 와이어(134), 1개의 제 3 굴곡 와이어(135), 5개의 제 1 신전 탄성 부재(123) 및 1개의 제 2 신전 탄성 부재(124)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치(1)는 엄지 손가락에 제 1 신전 탄성 부재, 제 2 신전 탄성 부재, 제 1 굴곡 와이어 및 제 3 굴곡 와이어가 형성되어, 엄지 손가락의 대립근의 굴곡 운동(flexion), 내전 운동(Pronation) 및 벌림 운동(Abduction)을 보조할 수 있기 때문에, 엄지 손가락의 신전 운동과 복원 운동을 보조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 운동 보조 장치(1)는 인장력이 공급되는 외부 장치(예를 들어, 굴곡 액추에이터)를 포함하지 않기 때문에, 손바닥 지지체(11), 신전 보조 유닛(12) 및 굴곡 보조 유닛(13)이 인장력이 공급되는 외부 장치(예를 들어, 굴곡 액추에이터)와 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치(1)에 의하면, 환자들의 증상과 상태에 따라 신전 보조 유닛 및 굴곡 보조 유닛 중 하나 이상의 모듈을 선택적으로 조합하여 효과적으로 손의 움직임을 보조할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 장치(1)에 의하면, 환자들의 증상과 상태에 따라 신전 보조 유닛(12), 굴곡 보조 유닛(13), 신경 억제 전극(14) 및 근육 자극 전극(15) 중 하나 이상의 모듈을 선택적으로 조합하여 효과적으로 손의 움직임을 보조할 수 있다.
또한, 뇌졸중, 뇌성마비 등 신경계 손상 후 손 마비를 겪는 뇌병변 환자의 재활 훈련을 수동적으로 또는 능동적으로 보조할 수 있다.
또한, 수동 방식의 신전 보조 유닛을 이용하여 경직에 의해 구부러진 손가락을 자연스러운 자세로 펴줄 수 있다.
또한, 제 1 신전 탄성 부재, 제 2 신전 탄성 부재, 제 1 굴곡 와이어 및 제 3 굴곡 와이어를 이용하여 엄지 손가락의 굴곡 운동 또는 신전 운동뿐만 아니라, 엄지 손가락을 손바닥 내측으로 회전하는 대립 운동 또는 회전된 상태에서 다시 복귀할 수 있는 복원 운동(reposition)을 동시에 보조할 수 있다.
또한, 제 1 신전 탄성 부재, 제 1 굴곡 와이어 및 제 2 굴곡 와이어를 이용하여 검지 손가락 및 중지 손가락의 손가락의 중수지관절 및 근위지관절의 개별적인 각도 제어가 가능하다.
또한, 손가락 굴곡 운동을 위한 제 1 굴곡 와이어 또는 제 2 굴곡 와이어의 인장력을 계산하고, 계산된 인장력에 따라 제 1 굴곡 와이어 또는 제 2 굴곡와이어를 제어하기 때문에 검지 손가락 및 중지 손가락의 손가락의 중수지관절 및 근위지관절의 개별적인 각도 제어에 따른 돌림힘이 제공되므로, 각도 제어 및 돌림힘 제어를 동시에 수행함에 따라, 마찰과 변형 등에 의하여 비선형적인 특성을 보이는 제 1 굴곡 와이어 또는 제 2 굴곡 와이어를 보상하여 손가락 굴곡 운동을 빠르고 정확하게 보조할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (13)

  1. 손등 및 손목의 일부를 감싸도록 설치되는 손바닥 지지체;
    일측이 손가락의 중위지골 부위에 고정되고 타측은 상기 손바닥 지지체에 연결되어 양단 사이의 탄성력을 통해 상기 손가락의 신전 운동을 보조하는 신전 보조 유닛; 및
    상기 손가락의 말단에 장착되는 원위지골 지지체 및 상기 손가락의 일부분에 장착되고, 외부로부터 제공받은 인장력에 기초하여 상기 손가락의 굴곡 운동을 보조하는 제 1 굴곡 와이어와 제 2 굴곡 와이어를 포함하는 굴곡 보조 유닛을 포함하는
    손가락 운동 보조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 굴곡 와이어는,
    모든 손가락의 제 1 관절 또는 제 2 관절의 굴곡 운동을 보조하고,
    상기 제 2 굴곡 와이어는,
    상기 제 1 관절의 신전 운동을 보조하고, 상기 제 2 관절의 굴곡 운동을 보조하는
    손가락 운동 보조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 관절은,
    손가락의 근위지절간관절이고,
    상기 제 2 관절은,
    손가락의 중수지절간관절인
    손가락 운동 보조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 신전 보조 유닛은,
    손가락의 중위지골 부위에 장착되는 제 1 고정링;
    상기 손가락의 근위지골 부위에 장착되는 제 2 고정링; 및
    일단이 상기 원위지골 지지체의 외측 부분에 연결되고 타단이 상기 손바닥 지지체의 부분 중 손등과 접하는 부분에 연결되는 제 1 신전 탄성 부재를 포함하는
    손가락 운동 보조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 굴곡 와이어는,
    일단이 상기 원위지골 지지체의 내측 방향 부분에 고정되고 타단이 상기 손가락의 내측을 지나 상기 손바닥 지지체의 부분 중 손바닥과 접하는 부분을 관통하도록 통과하여 형성되고,
    상기 제 2 굴곡 와이어는,
    일단이 상기 제 1 신전 탄성 부재의 부분 중 손가락의 중위지골 부위의 외측을 지나가는 부분에 고정되고 타단이 상기 손가락의 근위지골 부위의 둘레를 내측 방향으로 비스듬히 감싼 이후, 상기 손바닥 지지체의 부분 중 손바닥과 접하는 부분을 관통하도록 통과하여 형성되는
    손가락 운동 보조 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 신전 보조 유닛은,
    일단이 상기 원위지골 지지체의 외측 부분에 연결되고 타단이 손바닥 지지체의 부분 중 손목에 접하는 부분에 연결되는 제 2 신전 탄성 부재를 더 포함하고,
    상기 제 1 고정링은,
    엄지 손가락을 제외한 모든 손가락에 설치되고,
    상기 제 2 고정링 및 상기 제 1 신전 탄성 부재는,
    모든 손가락에 설치되고,
    상기 제 2 신전 탄성 부재는,
    상기 엄지 손가락에만 설치되는
    손가락 운동 보조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 굴곡 보조 유닛은,
    중수지관절을 둘러싸는 제 3 굴곡 와이어를 더 포함하고,
    상기 제 1 굴곡 와이어는,
    모든 손가락에 설치되고,
    상기 제 2 굴곡 와이어는,
    검지 손가락 및 중지 손가락에만 설치되고,
    상기 제 3 굴곡 와이어는,
    상기 엄지 손가락에만 설치되며, 일단이 상기 손바닥 지지체에 설치된 와이어 고정장치에 고정되고 타단이 상기 엄지 손가락의 중수지관절을 둘러싼 이후 상기 와이어 고정장치를 관통하도록 통과하여 형성되는
    손가락 운동 보조 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 손바닥 지지체는,
    손바닥의 부분 중 중수골 부위를 감싸도록 장착되는 손등 지지체;
    손바닥의 부분 중 손목 부위를 감싸도록 장착되는 손목 지지체; 및
    상기 손등 지지체 및 손목 지지체의 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되는 복수개의 결합 버튼을 포함하고,
    상기 제 1 신전 탄성 부재 또는 상기 제 2 신전 탄성 부재는 상기 복수개의 결합 버튼 중 어느 하나의 결합 버튼에 결합될 수 있는 결합 홀을 포함하는
    손가락 운동 보조 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 신전 보조 유닛이 엄지 손가락에 장착되는 경우,
    상기 제 2 고정링은 근위지골 부위에 설치되고, 상기 제 1 신전 탄성 부재의 결합 홀은 상기 손등 지지체에 형성된 상기 복수개의 결합 버튼 중 어느 하나의 결합 버튼에 결합되고, 상기 제 2 신전 탄성 부재의 결합 홀은 상기 손목 지지체에 형성된 상기 복수개의 결합 버튼 중 어느 하나의 결합 버튼에 결합되고,
    상기 신전 보조 유닛이 엄지 손가락을 제외한 나머지 손가락에 장착되는 경우,
    상기 제 1 고정링은 중위지골 부위에 설치되고, 상기 제 2 고정링은 근위지골 부위에 설치되고, 상기 제 1 신전 탄성 부재의 결합 홀은 상기 손등 지지체에 형성된 상기 복수개의 결합 버튼 중 어느 하나의 결합 버튼에 결합되는
    손가락 운동 보조 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 굴곡 와이어는 상기 굴곡 보조 유닛이 설치된 손가락에 장착된 상기 제 1 고정링 및 상기 제 2 고정링의 내측 방향 부분을 관통하여 통과하고,
    상기 제 2 굴곡 와이어는 상기 굴곡 보조 유닛이 설치된 손가락에 장착된 상기 제 2 고정링의 내측 방향 부분을 관통하여 통과하는
    손가락 운동 보조 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 굴곡 보조 유닛이 엄지 손가락에 장착되는 경우,
    상기 굴곡 보조 유닛은,엄지 손가락의 중수골 부위를 감싸도록 장착되는 중수골 지지체를 더 포함하고,
    상기 제 1 굴곡 와이어 또는 상기 제 2 굴곡 와이어는 상기 중수골 지지체의 내측 방향 부분을 관통하여 통과한 이후, 상기 손바닥 지지체를 통과하도록 형성되는
    손가락 운동 보조 장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    손가락 또는 손바닥에 장착되어 손의 움직임을 계측하는 운동 감지 센서; 및
    상기 운동 감지 센서에서 계측된 정보에 기초하여 상기 손가락 굴곡 운동을 위한 상기 제 1 굴곡 와이어, 상기 제 2 굴곡 와이어 및 상기 제 3 굴곡 와이어의 인장력 중 적어도 하나를 계산하고, 상기 제 1 굴곡 와이어, 상기 제 2 굴곡 와이어 및 상기 제 3 굴곡 와이어 중 적어도 하나에 계산된 인장력이 제공되도록 외부 장치를 제어하는 제어부를 더 포함하는
    손가락 운동 보조 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 운동 감지 센서는,
    손가락 또는 손바닥 부위의 관성을 감지하는 관성 센서 또는 손가락 부위의 관절 운동을 감지하는 굽힘 감지 센서를 포함하는
    손가락 운동 보조 장치.
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