KR101264560B1 - 상지운동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 손가락과 손목의 관절운동을 수행하기 위해 근전도기의 작동에 따른 와이어의 담김과 풀림을 통해 근력 강화 및 신경계 회복을 돕고, 상기 와이어의 당김과 풀림으로 손가락과 손목의 근육 및 신경계를 회복에 도움을 줌으로써 환자 스스로의 평가와 함께 질병의 회복을 도와주는 상지의 운동장치에 관한 것으로, 상지를 중심으로 뇌졸증이나 척수손상, 말초신경손상, 뇌성마비 등과 같은 신경계 손상 환자 합병증 예방과 일상생활에 필요한 상지의 움직임을 용이하게 보조하는 동시에 신경계 손상의 운동치료가 가능한 상지운동장치에 관한 것이다.

Description

상지운동장치{MOTION APPARATUS ORTHOSIS FOR UPPER EXTREMITY}

본 발명은 손가락과 손목의 관절운동을 수행하기 위해 근전도기의 작동에 따른 와이어의 담김과 풀림을 통해 근력 강화 및 신경계 회복을 돕고, 상기 와이어의 당김과 풀림으로 손가락과 손목의 근육 및 신경계를 회복에 도움을 줌으로써 환자 스스로의 평가와 함께 질병의 회복을 도와주는 상지의 운동장치에 관한 것으로, 상지를 중심으로 뇌졸증이나 척수손상, 말초신경손상, 뇌성마비 등과 같은 신경계 손상 환자 합병증 예방과 일상생활에 필요한 상지의 움직임을 용이하게 보조하는 동시에 신경계 손상의 운동치료가 가능한 상지운동장치에 관한 것이다.

대한민국은 질병 중에 뇌졸중의 발병률이 굉장히 높은 나라이며, 최근 노산에 의한 조산으로 인해 뇌성마비 환자도 적지 않게 발생하고 있다. 뇌졸중이나 척수손상, 말초신경손상, 뇌성마비 등과 같은 신경계 손상 환자의 거동을 보조하기 위하여 로봇형 상지보조기가 개발되어 사용되고 있다.

이러한 뇌졸중이나 파킨슨병의 경우 병세에 따라 여러 가지 다양한 신체적 변화가 나타나며 예컨대 손과 발이 마비되고 오그라드는 현상이 발생한다. 이러한 마비와 오그라드는 현상을 그냥 두면 근육이나 관절이 점차 굳어져 움직일 때 통증을 느끼게 되고 신경이 회복되어도 활동에 지장을 초래할 수 있다.

따라서 마비가 오거나 오그라드는 손이나 발 등을 계속적으로 맛사지하거나 움직여 혈액순환과 신경소통을 촉진하여 운동능력을 최대한 유지해주는 것이 매우 중요하다. 이러한 운동치료를 통해 환자의 운동능력이 유지되거나 경우에 따라 향상될 수 도 있다.

상기한 운동치료를 위하여 사용되는 운동기구에는 여러 가지 종류가 있으며 각자 나름대로의 효과를 가져 환자의 재활에 도움을 준다. 그러나 종래의 운동치료용 기구에는 몸의 허리나 다리 또는 목 등의 주요 부분을 재활하기 위한 것 등은 많이 있지만 손가락을 전문적으로 재활하기 위한 제대로 된 손가락 운동장치가 없었다.

이에 기존에 개발된 로봇형 상지보조기의 경우 이동이 불가능하거나 외관상 복잡하고 부피가 크고 무거워 활동에 불편이 따랐다.

예를 들어 코엔네만 에드워드(Koeneman, Edward J.), 코엔네만 제임스(Koeneman, James B.), 헤링 도날드(Herring, Donald E.), 슐츠 로버트(Schultz, Robert S.) 등은 액츄에이터, 관절위치 측정 시스템, force 센싱측정 시스템, EMG 측정 시스템, 신경근 저 레벨(low-level) 자극 시스템, 콘트롤러, 디스플레이 장치를 포함하는 운동기능 회복 장치를 발표하였으나, 이는 사용하기 불편할 정도로 크고, 무거워 실용성이 떨어졌다.

기능적인 면에 있어서도 종래 상지보조기의 경우에는 만성기 때만 사용이 가능하며, 환자를 수동적으로 보조할 뿐 능동적 치료와 평가의 기능이 없어 장기 착용시 근력 약화나 근위축이 발생할 수 있는 문제가 있다.

예를 들어 뇌졸중 환자의 경우에는 경직이 심하여 손목의 굴곡이 일어나 손목을 펴지 못하여 일상생활에 상당히 불편을 가지고 있으나, 종래 로봇 보조기만으로는 이러한 문제점을 해결할 수 없다.

즉, 종래 사용되고 있는 상지보조기는 치료나 평가적인 개념보다는 단순 보조기만으로 사용되었으며, 그 부피가 매우 크고 무게가 무거워 환자들이 실외나 장애물이 있는 실내에서는 보조기를 사용할 수 없는 불편함이 있었고, 현실적으로 환자들이 보조기를 이용하기 어려운 문제가 있었다.

따라서, 종래 상지보조기에 비하여 가볍고 구조가 단순하여 실내는 물론 실외에서도 사용가능하여 환자의 활동시 장애를 최소화하는 보조기의 개발이 요구된다.

또한, 보조기에 보조적인 개념 외에 치료와 운동의 개념을 추가하여 치료시간 외에도 늘 착용하여 강력하고 지속적인 운동을 할 수 있는 치료효과를 볼 수 있도록 환자의 회복속도를 빠르게 진행시킬 수 있는 운동장치의 개발이 요구된다.

또한, 만성기의 수동적인 보조기에서 탈피하여 급성기나 심각한 기능적 장애를 가질 때에는 수동적으로, 만성기나 재활후기 혹은 회복기에는 능동적으로 보조, 치료를 할 수 있는 상지운동장치의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 상지를 중심으로 뇌졸증이나 척수손상, 말초신경손상, 뇌성마비 등과 같은 신경계 손상 환자의 합병증을 예방과 일상생활에 필요한 상지의 움직임을 용이하게 보조하는 동시에 운동치료를 통해 근력강화 및 신경계 회복이 가능한 상지운동장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 구성에 있어 팔목을 지지하도록 형성된 지지구와, 상기 지지구 양측으로 팔목 양측을 길이방향으로 지지하도록 형성된 메인지지편과, 상기 메인지지편 일단과 손등 양측을 지지하는 제1보조지지편 일단 사이에 연결되어 상기 제1보조지지편이 소정의 각도로 회전할 수 있도록 형성된 제1회동부재와, 상기 제1보조지지편 타단과 손가락부 양측을 지지하는 제2보조지지편 일단 사이에 연결되어 상기 제2보조지지편이 소정의 각도로 회전할 수 있도록 형성된 제2회동부재와, 상기 제2보조지지편 일면을 결속하고, 손등의 상부로 연계하여 형성된 제1고정부 및, 상기 지지구 상면에 형성된 구동부재로 구성되는 상지운동장치에 있어서,

상기 구동부재 내부에 제어부에 의해 구동되는 구동모터가 수용되며, 상기 구동모터의 동력을 전달하는 제1기어가 형성되고,

상기 제1기어의 동력을 회전축에 형성된 제2기어에 전달되도록 상기 제1기어와 제2기어를 연계되는 타임밸트가 구비되고.

상기 회전축 길이방향으로 이격되게 복수개의 와이어 일단이 연결되며, 상기 와이어의 타단은 제1고정부의 상부에 결속되는 상지운동장치를 제공한다.

한편, 상기 구동부재내의 제어부와 연계되어 팔목 또는 팔등의 근력의 움직임을 감지하는 감지기가 내주면에 복수개 형성되는 근전도기가 더 포함되는 상지운동장치를 제공한다.

이상과 같이 본 발명의 상지운동장치에 따르면, 상지를 중심으로 뇌졸증이나 척수손상, 말초신경손상, 뇌성마비 등과 같은 신경계 손상 환자의 합병증을 예방과 일상생활에 필요한 상지의 움직임을 용이하게 보조하는 동시에 운동치료까지 가능하다.

또한, 상지의 기능적 조작 패턴이나 속도에 영향을 주어 일상생활에 필요한 동작을 원활하게 할 수 있도록 보조함으로써 부피가 크고 무게가 무거워 활동시 제약이 컸던 종래 상지운동장치로 인한 불편이나 문제점을 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 상지운동장치의 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 상지운동장치의 와이어-구동부재-근전도기의 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 상지운동장치에서 구동모터-타임밸트-회전축-와이어의 조립분리도.
도 4는 본 발명에 따른 상지운동장치를 착용한 상태도.
도 5는 본 발명에 따른 상지운동장치에서 제2고정부에 연결로드가 연결된 구조도.

상기한 목적을 달성하기 위해 하기와 같은 상세한 설명 및 도면을 통해 상세히 설명한다.

본 발명의 구성에 있어 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이 팔목을 지지하도록 형성된 지지구(100)와, 상기 지지구(100) 양측으로 팔목 양측을 길이방향으로 지지하도록 형성된 메인지지편(200)과, 상기 메인지지편(200) 일단과 손등 양측을 지지하는 제1보조지지편(300) 일단 사이에 연결되어 상기 제1보조지지편(300)이 소정의 각도로 회전할 수 있도록 형성된 제1회동부재(500a)와, 상기 제1보조지지편(300) 타단과 손가락부 양측을 지지하는 제2보조지지편(400) 일단 사이에 연결되어 상기 제2보조지지편(400)이 소정의 각도로 회전할 수 있도록 형성된 제2회동부재(500b)와, 상기 제2보조지지편(400) 일면을 결속하고, 손등의 상부로 연계하여 형성된 제1고정부(800a) 및, 상기 지지구(100) 상면에 형성된 구동부재(600)로 구성되는 상지운동장치(10)에 있어서, 상기 구동부재(600) 내부에 제어부(610)에 의해 구동되는 구동모터(620)가 수용되며, 상기 구동모터(620)의 동력을 전달하는 제1기어(621)가 형성되고, 상기 제1기어(621)의 동력을 회전축(640)에 형성된 제2기어(641)에 전달되도록 상기 제1기어(621)와 제2기어(641)를 연계되는 타임밸트(630)가 구비되고, 상기 회전축(640) 길이방향으로 이격되게 복수개의 와이어(700) 일단이 연결되며, 상기 와이어(700)의 타단은 제1고정부(800a)의 상부에 결속되는 상지운동장치(10)를 제공한다.

본 발명에서는 손가락과 손목을 움직이고 싶을 때, 사용자가 움직일 수 있는 소정의 근육(예를들어 대흉근)을 움직이도록 하여, 손을 움직이는 근육, 즉, 자극 근육을 자극 및 재생하기 위해 주기적인 근력 강화운동을 가하여 손이 움직이게 한다. 상기 자극근육으로 손목 신전근(요측수근신근과 척측수근신근)과 손목· 손가락의 굴곡근, 엄지·소지의 대립근 등을 들 수 있다.

이에 본 발명의 상지운동장치(10)는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이 팔목을 지지하도록 형성된 지지구(100)와, 상기 지지구(100) 양측으로 팔목 양측을 길이방향으로 지지하도록 형성된 메인지지편(200)과, 상기 메인지지편(200) 일단과 손등 양측을 지지하는 제1보조지지편(300) 일단 사이에 연결되어 상기 제1보조지지편(300)이 소정의 각도로 회전할 수 있도록 형성된 제1회동부재(500a)와, 상기 제1보조지지편(300) 타단과 손가락부 양측을 지지하는 제2보조지지편(400) 일단 사이에 연결되어 상기 제2보조지지편(4000이 소정의 각도로 회전할 수 있도록 형성된 제2회동부재(500b)와, 상기 제2보조지지편(400) 일면을 결속하고, 손등의 상부로 연계하여 형성된 제1고정부(800a) 및, 상기 지지구(100) 상면에 형성된 구동부재(600)로 구성되는 상지운동장치(10)에 있어서, 상기 구동부재(600) 내부에 제어부(610)에 의해 구동되는 구동모터(620)가 수용되며, 상기 구동모터(620)의 동력을 전달하는 제1기어(621)가 형성되고, 상기 제1기어(621)의 동력을 회전축(640)에 형성된 제2기어(641)에 전달되도록 상기 제1기어(621)와 제2기어(641)를 연계되는 타임밸트(300)가 구비되고, 상기 회전축(640) 길이방향으로 이격되게 복수개의 와이어(700) 일단이 연결되며, 상기 와이어(700)의 타단은 제1고정부(800a)의 상부에 결속되는 상지운동장치(10)를 제공한다.

도 2와 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 상지운동장치(10)의 구동부재(600) 내부에 장착된 제어부(610)의 신호에 의해 구동모터(620)를 정방향으로 동력을 발생시켜 제1기어(621)에 동력을 전달하고, 상기 제1기어(621)에 전달된 동력은 타임밸트(300)를 통해 회전축(640)의 제2기어(641)로 동력을 전달하여 회전축(640)의 회전을 일으키게 된다.

이때 회전축(640)의 회전에 의해 회전축(640) 길이방향으로 복수개의 와이어(700) 일단이 고정되어 와이어(700)가 회전축(640) 외주면에 감겨지게 되며, 동시에 와이어(700)의 타단이 제1고정부(800a)에 연결되어 있어 제1고정부(800a)에 힘이 전달되어 굽어진 손목을 펴지게 하며, 반대로 구동모터(620)의 역방향으로 동력을 진행하면 회전축(640)에 감겨진 와이어(700)가 풀리면서 제1고정부(800a)에 힘이 전달되어 손목이 오므라지는 것으로 이러한 구동모터(620)의 정/역방향의 반복적인 작동에 의해 손목의 반복적인 운동을 하게 된다.

상기 구동모터(620)-회전축(640)-와이어(700)-제1고정구(800a)로 구성되어 손목의 근력을 운동시키는 것으로 기술되어 있다면, 하기에 서술되는 기술요소는 손가락의 근력을 운동시키는 것으로 제공된다.

이러한 구성요소는 상기 기술되는 상지운동장치(10)와 결합되어 손목과 손가락을 병행하면서 근력운동을 하는 것으로 제공되어 일체를 이루는 운동장치로 구성될 수 있음을 밝힌다.

도 5에 나타낸 바와 같이 상기 연결로드(700) 타단이 결속되며, 양측면이 손가락부의 양측에 형성된 제2보조지지편(400) 타단을 결속하고, 엄지를 제외한 4개의 손가락을 삽입할 수 있도록 결속구(820)가 형성된 제2고정부(800b)가 더 포함되어 있으며, 상기 손가락부는 엄지를 제외한 4개의 손가락을 칭하는 것으로 그 손가락부 양측에 제2보조지지편(400)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

상기 구동부재(600) 내의 회전축(640)에 일단이 연결된 와이어(700)의 타단이 제2고정부(800b) 상면에 결속되며, 상기 제2고정부(800b) 일면에는 손가락부의 각 손가락을 삽입하여 결속하게 되며, 즉 손가락에 끼워져 고정된 상태가 되고, 이에 상기 구동모터(620)의 정/역방향에 따른 반복적인 작동으로 회전축(640)의 회전에 의해 와이어(700)의 감김과 풀림의 반복적인 작동으로 손가락이 상/하로 왕복운동을 행하게 되며, 이때 상기 상/하운동의 회절각도는 제1보조지지편(300) 타단과 제2보조지지편(400) 일단 사이에 연계된 제2회동부재(500b)의 소정의 각도 조절에 따라 조절되게 된다.

그리고, 상기 제2고정부(800b)의 고정은 상기 제2보조지지편(400) 타단에 제2고정부(800b) 일면이 결속되어 지지하게 된다.

한편, 상기 구동부재(600) 내의 제어부(610)와 연계되어 팔목 또는 팔등의 근력의 움직임을 감지하는 감지부(910)가 내주면에 복수개 형성되는 근전도기(900)가 더 포함됨으로서, 상기 근전도기(900)를 장애가 있는 팔등 또는 장애가 없는 반대쪽 팔등에 착용하여 근전도기(900)의 감지부(910)가 팔등의 근력의 움직임을 감지하고, 상기 감지된 신호를 제어부(610)에 전송하며, 이런 감지신호를 인식한 제어부(610)는 구동모터(620)에 전력을 공급하여 구동모터(620)에 따른 회전축(640)의 회전에 따라 손가락 또는 손목에 반복적인 운동을 일으키도록 하는 상지운동장치(10)를 제공한다.

상기 제1, 2회동부재(500a, 500b)는 공지의 기술로서 다음과 같이 기술요소로 작동됨을 서술한다.

도 6에서 도 9에 나타낸 바와 같이 상기 제1, 2회동부재(500a, 500b)는 상기 메인지지편(200)과 제1보조지지편(300), 제1보조지지편(300)과 제2보조지지편(400)에에 각각 고정되는 것으로, 일면에 가이드홈(512)이 형성된 고정편(511)이 일측부에 형성되고, 상기 고정편(511)에 연장되며 원형의 형태로 중앙에 제1보조지지편(300)의 일단부에 형성된 제1자유홈(310)과 힌지(515)에 의해 연결되어 구속없이 회동하도록 제2자유홈(514)이 형성된 원형편(513)이 형성되고, 상기 원형편(513)의 외주면 내측으로 절개된 절개부(516)가 형성되고, 상기 절개부(516) 외측면에 제1톱니부(517)가 형성되어 이루어지는 한쌍의 회동조절판(510)과, 상기 회동조절판(510) 양측을 각각 커버하도록 형성되며, 일측부가 상기 고정편(511)과 메인지지편(200)의 일단부에 같이 고정되도록 하며, 일측에는 원형편(513)의 절개부(516)에 형성된 제1톱니부(517)에 탈부착되도록 제1결속핀(522a)을 조정하는 굴곡바(521a)가 형성되며, 다른 일측에는 상기 굴곡바(521a)와 소정의 길이로 이격되어 설치되며, 상기 절개부(516)에 형성된 제1톱니부(517)에 탈부착하도록 제2결속핀(522b)을 조정하는 신전바(521b)가 형성되고, 후면의 일면에 제3자유홈(528)이 형성되며 일단에는 가이드바(529)가 형성되어 고정된 조절편(527)으로 이루어지는 회동덮개부(520)와, 상기 메인지지편(200)의 일단부에 형성된 결착홈(210)과 상기 회동조절판(510)의 고정편(511)에 형성된 가이드홈(512)에 결속되는 형틀부(531)가 형성되고, 상기 형틀부(531) 내에 내속되어 일단은 제3결속핀(534)에 의해 관통되어 회동덮개부(520) 후면의 일면에 고정된 조절편(527)의 제3자유홈(528)에 내속되고, 타단은 한쌍의 돌출편(535)이 이격되게 형성되며, 상기 각 돌출편(535) 양면에는 조절편의 가이드바(529)를 따라 이동되도록 단차지게 형성된 이동편(532)이 형성되고, 상기 제3결속핀(534)이 일측 회동덮개부(520) 외부로 돌출된 일단에 제2레버(533)가 고정되어 이루어지는 메인멈춤바(530)로 구성되는 것을 제공한다.

도 10에 나타낸 바와 같이 상기 신전바(521b) 또는 굴곡바(521a)를 원하는 각도에 조정하는 것은, 상기 회동조절판(510)의 원형편(513)에 형성된 절개부(516)의 제1톱니부(517)에 상기 굴곡바(521a)의 제1결속핀(522a) 또는 신전바(521b)의 제2결속핀(522b)을 조정하는 제1레버(523)에 의해 부착하며, 상기 제1레버(523) 양측으로 형성된 멈춤편(524)에 의해 상기 제1보조지지편(300)이 회동하는 반경을 조절하게 된다.

이때, 상기 신전바(521b) 또는 굴곡바(521a)는 회동덮개부(520)의 외주면 일측으로 돌출되어 상기 제1보조지지편(300)이 회동시 상기 신전바(521b) 또는 굴곡바(521a)에 형성된 멈춤편(524)에 의해 멈추어져 있으며, 상기 멈춤편(524)과 연장되어 상기 힌지(515)에 관통되도록 제4자유홈(526)이 형성된 연장편(525)이 더 형성되는 것을 제공한다.

이는 상기 신전바(521b)와 굴곡바(521a)가 각도 조절을 위해 이동할 때 더욱 강한 결속과 외부의 충격 또는 하중과 힘에 의해 풀림현상을 방지하기 위해 힌지(515)와 연결되어 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이 상기 메인멈춤바(530)의 작동에 있어, 상기 일측 회동덮개부(520)의 제2레버(533)를 내측으로 밀게 되면, 상기 제2레버(533)의 작동과 동시에 제3결속핀(534)이 상기 각 회동덮개부(520) 후면에 고정된 조절편(527)의 제3자유홈(528)을 따라 이동되며, 또한 동시에 상기 조절편(527)의 일단에 형성된 가이드바(529)를 따라 상기 메인멈춤바(530)의 이동편(532)에 형성된 단차진 돌출편(535)이 이탈되지 않도록 이동되어 상기 서로 이격된 돌출편(535)이 상기 제1보조지지편(300)의 일단부를 결속하게 된다.

이러한 제1회동부재(500a)의 구성이 제2회동부재(500b)의 구성과 동일하게 형성되어 있으며, 다만 그 결속위치가 메인지지편(200)과 제1보조지지편(300) 사이, 제1보조지지편(300)과 제2보조지지편(400) 사이에 연결되어 구성되는 위치에 차이가 있음을 알 수 있다.

또한, 이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상지운동장치 : 10, 작동부 : 20, 지지구 : 100, 메인지지편 : 200, 제1보조지지편 : 300, 제2보조지지편 : 400, 제1, 2회동부재 : 500a, 500b, 구동부재 : 600, 제어부 : 610, 구동모터 : 620, 제1기어 : 621, 타임밸트 : 630, 회전축 : 640, 제2기어 : 641, 와이어 : 700, 제1, 2고정부 : 800a, 800b, 체결구 : 810a, 810b, 결속구 : 820, 근전도기 : 900, 감지부 : 910

Claims (2)

1. 팔목을 지지하도록 형성된 지지구(100)와, 상기 지지구(100) 양측으로 팔목 양측을 길이방향으로 지지하도록 형성된 메인지지편(200)과, 상기 메인지지편(200) 일단과 손등 양측을 지지하는 제1보조지지편(300) 일단 사이에 연결되어 상기 제1보조지지편(300)이 소정의 각도로 회전할 수 있도록 형성된 제1회동부재(500a)와, 상기 제1보조지지편(300) 타단과 손가락부 양측을 지지하는 제2보조지지편(400) 일단 사이에 연결되어 상기 제2보조지지편(400)이 소정의 각도로 회전할 수 있도록 형성된 제2회동부재(500b)와, 상기 제2보조지지편(400) 일면을 결속하고, 손등의 상부로 연계하여 형성된 제1고정부(800a) 및, 상기 지지구(100) 상면에 형성된 구동부재(600)로 구성되는 상지운동장치(10)에 있어서,
   상기 구동부재(600) 내부에 제어부(610)에 의해 구동되는 구동모터(620)가 수용되며, 상기 구동모터(620)의 동력을 전달하는 제1기어(621)가 형성되고,
   상기 제1기어(621)의 동력을 회전축(640)에 형성된 제2기어(641)에 전달되도록 상기 제1기어(621)와 제2기어(641)를 연계되는 타임밸트(630)가 구비되고,
   상기 회전축(640) 길이방향으로 이격되게 복수개의 와이어(700) 일단이 연결되며, 상기 와이어(700)의 타단은 제1고정부(800a)의 상부에 결속되는 것을 특징으로 하는 상지운동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 구동부재(600) 내의 제어부(610)와 연계되어 팔목 또는 팔등의 근력의 움직임을 감지하는 감지부(910)가 내주면에 복수개 형성되는 근전도기(900)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 상지운동장치.

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