KR101704907B1 - 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예들에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 방법이 제공된다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 방법은, 건측 상지의 근전도 신호를 검출하는 단계, 상기 건측 상지의 근전도 신호에 기초하여 미리 정해진 재활 훈련 모드를 선택하는 단계, 상기 재활 훈련 모드에 기초하여 건측 상지의 움직임 신호를 검출하는 단계 및 상기 재활 훈련 모드에 기초하여 상지 재활 훈련 로봇을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

상지 재활 훈련 로봇 제어 장치 및 제어 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING UPPER LIMB REHABILITATION TRAINING ROBOT}
본 발명은 편마비 환자의 상지 재활 훈련 로봇의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 건측 상지의 움직임을 이용하여 환측 상지 재활 훈련을 제어하는 상지 재활 훈련 로봇을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
편마비 증상은 신체의 한쪽 근육이 경직되거나 근력이 저하되는 증상으로서, 주로 합병증으로 인한 2차 발명이나 사고로 인한 근육 손상에서 비롯된다.
편마비 증상이 발생하는 부위에 따라 상지 편마비와 하지 편마비로 구분되며, 그 중 상지 편마비는 하지와 달리 양쪽 움직임이 서로 영향을 주지 않으므로 환측이 무시되거나 방치되어 상지 운동 능력을 완전히 상실하게 된다. 따라서, 상지 편마비 환자들은 기능 손상 이전에 비해 상지 활동 기능에 제약이 따르며, 이러한 원인으로 일상 생활 활동(ADL: Activities of Daily Living)을 보장받지 못한다. 이러한 상지 편마비 환자들의 일상 생활 활동을 보장받기 위해서는 상실된 기능을 복구하는 것이 중요하며, 재활 훈련을 통한 기능 회복 방법과 기능을 대체하거나 보조하는 보조 기구를 활용하는 방법이 있다.
현재 편마비 환자들의 재활 훈련은 크게 신경 발달 치료, 재활 훈련, 신경근 전기 자극 치료 등이 있다. 이러한 재활 훈련 방법은 근력의 강화 및 신경 회복이 주된 목적이며, 재활 치료사의 직접적인 접근 훈련이 장기적으로 이루어져야 한다. 그러나 현재 우리나라에서는 재활 치료사들의 수가 부족한 실정으로, 한 명의 치료사가 다수의 환자를 지원하기 때문에 훈련의 집중도를 보장할 수 없게 된다. 이러한 문제로 부족한 재활 치료사를 대신할 수 있는 재활 훈련 기기에 대한 관심이 높아지고 있다.
상지 편마비 환자들의 재활 훈련에 사용되는 훈련 기기는 단순 운동을 반복적으로 수행하는 CMP(Continuous Passive Motion) 형태의 훈련 기기가 대다수이다. CPM 형태의 재활 훈련 기기들은 환자의 능동적인 훈련이 불가하며, 능동적인 훈련이 가능한 기기들은 미미한 실정이다.
상기 편마비 환자의 능동적인 재활 훈련을 수행하기 위해서는 훈련자의 의도 파악이 선행되어 재활 훈련에 반영되어야 한다. 하지만, 편마비 환자들의 환측에서는 근육의 긴장도를 스스로 조절하는 능력이 저하되어 환측에서 정확한 의도 파악이 어렵다.
현재 상지 편마비 환자들의 의도 파악 기법은 다양한 방법으로 연구가 진행되고 있다. 그 중 휘어짐에 따라 저항값이 변하는 특성을 갖는 굽힘 센서를 건측에 착용하여 관절의 각을 검출하여 의도를 파악하는 기법도 제안되고 있다.
그러나, 종래의 재활 기기들은 환측의 정보를 기반으로 재활 훈련자의 의도를 파악하기 때문에 훈련자의 정확한 의도 파악이 어렵고, 이로 인해 재활 훈련을 최적으로 수행할 수 없는 단점이 있다.
실시예들은, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치 및 제어 방법을 통해 건측 상지의 명령에 기초하여 환측 상지 재활 훈련 로봇을 제어하는 것을 목적으로 한다.
실시예들은, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치 및 제어 방법을 통해 편마비 환자의 의도에 따라 재활 훈련을 수행하는 것을 목적으로 한다.
실시예들은, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치 및 제어 방법을 통해 양측성 재활 훈련을 이용하여 환측 상지 기능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는, 건측 상지의 움직임 신호 및 근전도 신호를 검출하는 감지부, 환측 상지의 상완 및 전완에 부착되어 상기 환측 상지의 재활 훈련을 유도하는 상지 재활 훈련 로봇 및 상기 건측 상지의 상기 움직임 신호 및 상기 근전도 신호에 기초하여 상기 상지 재활 훈련 로봇을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 제어부는, 미리 정해진 양측성 반복 훈련 모드 및 일상 생활 훈련 모드 중 적어도 하나의 훈련 모드에 따라 상기 상지 재활 훈련 로봇을 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 방법은 건측 상지의 근전도 신호를 검출하는 단계, 상기 건측 상지의 근전도 신호에 기초하여 미리 정해진 재활 훈련 모드를 선택하는 단계, 상기 재활 훈련 모드에 기초하여 건측 상지의 움직임 신호를 검출하는 단계 및 상기 재활 훈련 모드에 기초하여 상지 재활 훈련 로봇을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 방법은 환측 상지의 근전도 신호를 검출하는 단계 및 상기 환측 상지의 근전도 신호에 기초하여 상지 재활 훈련 로봇의 활성화 여부를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따른 미리 정해진 재활 훈련 모드를 선택하는 단계는, 양측성 반복 훈련 모드 및 일상 생활 훈련 모드 중 적어도 하나의 훈련 모드를 선택하고, 상기 일상 생활 훈련 모드를 선택한 경우, 미리 정해진 동작의 수행 시간을 측정하는 단계 및 상기 수행 시간을 기초로 재활 훈련의 진행 정도를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치 및 제어 방법은 양 손 협응 능력을 향상시켜 양 손을 이용한 작업 수행 능력을 향상시킬 수 있다.
실시예들에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치 및 제어 방법은 관절 가동 범위를 증가시켜 작업 가능 역영을 증가시킬 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 감지부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 상지 재활 훈련 로봇을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 편마비 환자가 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치를 착용한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 일실시예에 따른 재활 훈련 모드 중 양측성 반복 훈련을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 일실시예에 따른 재활 훈련 모드 중 제1 일상 생활 훈련을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 일실시예에 따른 재활 훈련 모드 중 제2 일상 생활 훈련을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 일실시예에 따른 재활 훈련 모드 중 제3 일상 생활 훈련을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치(100)는 감지부(110), 상지 재활 훈련 로봇(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 감지부(110)는, 건측 상지의 움직임 신호 및 근전도 신호를 검출할 수 있다. 감지부(110)에서 검출되는 근전도 신호를 이용해서 편마비 환자의 재활 훈련 의사를 판단하고, 감지부(110)에서 검출되는 움직임 신호를 이용해서 편마비 환자의 환측 상지의 동작을 유도할 수 있다. 감지부에 대한 보다 구체적인 설명은 도 2에서 하도록 한다.
일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇(120)은 환측 상지의 상완 및 전완에 부착되어 상기 환측 상지의 재활 훈련을 유도할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇(120)은 제어부(130)의 명령에 따라 환측 상지의 상완 및 전완의 동작을 도와줄 수 있다. 상지 재활 훈련 로봇(120)에 대한 보다 구체적인 설명은 도 3에서 하도록 한다.
일실시예에 따르면, 제어부(130)는 건측 상지의 움직임 신호 및 근전도 신호에 기초하여 상지 재활 훈련 로봇(120)을 제어할 수 있다. 제어부(130)는 감지부(110)에서 검출된 근전도 신호를 수신하여 편마비 환자의 재활 훈련 의사를 판단할 수 있다. 예를 들면, 감지부(110)에서 검출한 주먹을 쥐었다 펴는 동작의 반복 횟수에 따라, 제어부(130)는 상지 재활 훈련 로봇의 온/오프(ON/OFF)를 제어할 수 있다. 다른 예를 들면, 감지부(110)에서 검출한 주먹을 쥐었다 펴는 동작의 진행 속도에 따라 제어부(130)는 상지 재활 훈련 로봇의 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다. 그러나, 재활 훈련 의사의 판단은 본 명세서에서 설명된 예시에 한정될 것이 아니라, 근전도 신호를 검출할 수 있는 모든 동작에 대해 미리 설정된 명령을 적용할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제어부(130)는 미리 정해진 양측성 반복 훈련 모드 및 일상 생활 훈련 모드 중 적어도 하나의 훈련 모드에 따라 상기 상지 재활 훈련 로봇을 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 양측성 반복 훈련 모드는, 양 팔이 동일한 동작을 수행하는 반복 훈련을 포함할 수 있다. 예를 들면, 양측성 반복 훈련 모드는 팔을 안쪽으로 접었다가 펴는 Flexion 및 Extesion 훈련을 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 양측성 반복 훈련 모드는 팔을 몸통 바깥쪽으로 벌렸다가 다시 몸통쪽으로 붙이는 Abduction 및 Adduction 훈련을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 일상 생활 훈련 모드는, 제1 일상 생활 훈련 모드, 제2 일상 생활 훈련 모드 및 제3 일상 생활 훈련 모드를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 제1 일상 생활 훈련 모드는, 양 팔이 같은 동작을 수행하는 훈련으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 제1 일상 생활 훈련 모드는, 제1 위치에 있는 물건들을 크기에 맞게 양손으로 들어서 정리하는 훈련을 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 제1 일상 생활 훈련 모드는, 제1 위치에 있는 물건들을 제2 위치로 이동시키는 훈련을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 제2 일상 생활 훈련 모드는, 편마비 환자의 의사에 관계 없이 동일한 동작을 반복 수행하는 훈련으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 제2 일상 생활 훈련 모드는, 제1 위치에 있는 물건들을 환측 상지를 이용하여 제2 위치로 이동시키는 훈련을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 제3 일상 생활 훈련 모드는, 양 팔이 서로 다른 동작을 수행하는 훈련으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 제3 일상 생활 훈련 모드는, 환측 상지의 손에 컵을 들고, 동작을 정지시킨 상태에서 건측 상지의 손으로 컵에 물을 따르는 훈련을 포함할 수 있다. 이때, 건측 상지의 손으로 주전자를 들고, 환측 상지의 손에 들려진 컵에 물을 따르는 동작을 수행할 수 있다.
일실시예에 따른 제어부(130)는 편마비 환자에 대응하여 훈련의 진행 정도를 기록할 수 있다. 따라서, 어느 단계의 훈련 모드까지 수행했는지를 기억하여, 다음에 편마비 환자가 재활 훈련을 수행할 때 처음부터 재활 훈련을 수행하지 않고, 편마비 환자의 진도에 맞는 재활 훈련을 제공할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제어부(130)는 환측 상지의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 피로도를 측정할 수 있다. 이때, 편마비 환자의 피로도가 미리 정해진 임계값보다 클 경우, 재활 훈련을 중단할 수 있다. 이때, 환측 상지의 근전도 신호는 상지 재활 훈련 로봇(120)을 통해 검출할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 감지부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 감지부(200)는 관성 센서(210), 근전도 센서(220) 및 통신 모듈(230)을 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 관성 센서(210)는 편마비 환자의 건측 상지의 움직임을 감지할 수 있다. 이때, 관성 센서는 각가속도를 측정하는 자이로 센서 및 중력 가속도를 측정하는 가속도 센서를 이용하여 편마비 환자의 건측 상지의 움직임을 감지할 수 있다.
일실시예에 따르면, 감지부(200)는 상완 감지부와 전완 감지부로 구성될 수 있다. 이때, 상완 감지부의 관성 센서와 전완 감지부의 관성 센서에서 측정된 움직임을 이용해서 건측 상지의 정확한 움직임을 계산할 수 있다.
일실시예에 따르면, 관성 센서(210)는 편마비 환자의 재활 훈련 시작 명령에 대응하는 건측 상지의 움직임을 감지할 수 있다. 예를 들면, 재활 훈련 시작 명령이 건측 상지를 앞에서 뒤로 한바퀴 돌리는 동작인 경우, 관성 센서(210)를 이용하여 건측 장치의 동작을 센싱하여, 편마비 환자의 재활 훈련 시작 의도를 파악할 수 있다.
일실시예에 따르면, 관성 센서(210)는 편마비 환자의 환측 상지가 수행할 동작을 복사하기 위해 건측 상지의 움직임을 감지할 수 있다.
예를 들면, 관성 센서(210)는 편마비 환자가 건측 상지를 안쪽으로 구부리는 Flexion 동작을 감지할 수 있다. 다른 예를 들면, 관성 센서(210)는 편마비 환자가 안쪽으로 구부려진 건측 상지를 바깥쪽으로 피는 Extension 동작을 감지할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 관성 센서(210)는 편마비 환자가 건측 상지를 몸통에서 바깥쪽으로 들어 올리는 Abduction 동작을 감지할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 관성 센서(210)는 편마비 환자가 몸통에서 바깥쪽으로 올려진 건측 상지를 몸통쪽으로 붙이는 Adduction 동작을 감지할 수 있다.
제어부는 관성 센서(210)를 통해 감지된 건측 상지의 움직임을 복사하여 실시간으로 상지 재활 훈련 로봇을 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 근전도 센서(220)는 편마비 환자의 건측 상지의 근전도(EMG; electromyography)를 측정할 수 있다. 이때, 근전도는 근육의 움직임을 측정하는 것으로, 이를 통해서 편마비 환자의 의도를 파악할 수 있다.
예를 들면, 편마비 환자가 건측 상지의 주먹을 쥐었다 폈다 하게 되면, 근전도 센서(220)는 근전도 신호를 감지할 수 있다. 따라서, 편마비 환자가 미리 정해진 동작을 수행하면, 근전도 센서(200)에서 근전도 신호를 감지하고, 제어부에서 편마비 환자의 의도를 판단할 수 있다.
다른 예를 들면, 근전도 신호를 통해서 건측 상지의 움직임에 따라 사용되는 근육을 확인할 수 있다. 이때, 제어부는 건측 상지의 근전도 신호와 환측 상지의 근전도 신호를 비교하여 재활 훈련의 진행 정도를 판단할 수 있다.
일실시예에 따르면, 통신 모듈(230)은 감지부에서 감지된 신호를 제어부에 전송할 수 있다. 예를 들면, 제어부가 사용자 단말의 형태로 제공되는 경우, 통신 모듈(230)은 건측 상지에서 감지된 근전도 신호 및 움직임 신호를 제어부로 송신할 수 있다. 만일 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치가 별도의 모듈로 구성되지 않고, 하나의 장치고 구성된 경우라면, 별도의 통신 모듈은 필요하지 않고, 감지된 신호를 제어부에 바로 전달할 수도 있다.
도 3은 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 상지 재활 훈련 로봇을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 상지 재활 훈련 로봇(300)은 상완 제어부(310), 전완 제어부(320), 근전도 센서(330) 및 통신 모듈(340)을 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상완 제어부(310)는 편마비 환자의 환측 상지의 상완의 움직임을 유도할 수 있다. 예를 들면, 제어부(도 1의 130)의 명령에 따라 환측 상지의 상완을 옆으로 펼치는 동작을 수행해야 할 경우, 상완 제어부(310)는 모터에 의해 해당 동작을 수행할 수 있다.
일실시예에 따르면, 전완 제어부(320)는 편마비 환자의 환측 상지의 전완의 움직임을 유도할 수 있다. 예를 들면, 제어부(도 1의 130)의 명령에 따라 환측 상지의 전완을 구부리는 동작을 수행해야 할 경우, 전완 제어부(320)는 모터에 의해 해당 동작을 수행할 수 있다.
일실시예에 따르면, 근전도 센서(330)는 편마비 환자의 환측 상지의 근전도 신호를 감지할 수 있다. 이때, 환측 상지의 근전도 신호는 편마비 환자의 환측 상지의 피로도를 판단하는데 사용될 수 있다. 또, 환측 상지의 근전도 신호는 환측 상지의 움직임에 필요한 근육을 잘 사용하고 있는지 검출하는데 사용될 수 있다.
일실시예에 따르면, 통신 모듈(340)은 제어부(도 1의 130)로부터 명령을 수신하고, 근전도 센서(330)에서 감지된 신호를 제어부(도 1의 130)에 전송할 수 있다. 예를 들면, 제어부(도 1의 130)가 사용자 단말의 형태로 제공되는 경우, 통신 모듈(340)은 환측 상지에서 감지된 근전도 신호를 제어부로 송신할 수 있다. 만일 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치가 별도의 모듈로 구성되지 않고, 하나의 장치고 구성된 경우라면, 별도의 통신 모듈은 필요하지 않고, 감지된 신호를 제어부에 바로 전달할 수도 있다.
도 4는 편마비 환자가 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치를 착용한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 편마비 환자(410)는 건측 상지(420)에 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 감지부(440)를 착용하고, 환측 상지(430)에 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 상지 재활 훈련 로봇(450)을 착용할 수 있다. 일실시예에 따른 감지부(440)는 상완 감지부(441) 및 전완 감지부(442)를 포함할 수 있다. 제어부(460)는 감지부(440) 및 상지 재활 훈련 로봇(450)과 무선 통신으로 연결된 사용자 단말의 형태가 될 수도 있고, 감지부(440), 상지 재활 훈련 로봇(450) 및 제어부(460)가 하나의 장치로 결합되어 구성될 수도 있다. 이때, 일실시예에 따르면, 제어부(460)는 디스플레이 화면(461)을 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상완 감지부(441) 및 전완 감지부(442)는 편마비 환자(410)의 건측 상지(420)의 근전도 신호 및 움직임 신호를 감지할 수 있다. 이때, 전완 감지부(442)는 근전도 신호의 반복 주기 및 횟수를 검출하여 편마비 환자(410)의 재활 훈련 진행 의사를 감지할 수 있다.
일실시예에 따르면, 감지부(440)는 상완 감지부(441) 및 전완 감지부(442)의 움직임 신호를 통해 건측 상지(420)의 움직임을 감지할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상완 감지부(441) 및 전완 감지부(442)는 편마비 환자의 탈부착 및 움직임이 용이하도록, 건측 상지(420)의 상완과 전완의 위치에 팔찌 형태로 착용될 수 있도록 제작될 수 있다. 상완 및 전완에서의 움직임 신호는 관절 회전 운동의 원호에서 검출되며, 상완과 전완의 검출 방법은 동일하다. 이때, 상완 감지부(441) 및 전완 감지부(442)에서 검출된 움직임 신호를 이용하여 건측 상지(420)의 관절 회전각을 추정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇(450)은 환측 상지(430)의 움직임을 유도할 수 있다. 예를 들면, 양측성 훈련 모드의 경우, 제어부(460)의 제어에 따라 건측 상지(420)의 움직임에 대응하여 환측 상지(430)의 움직임을 제어할 수 있다. 즉, 건측 상지(420)가 몸통 바깥쪽으로 벌리는 동작을 수행할 경우, 상지 재활 훈련 로봇(450)은 환측 상지(430)가 몸통 바깥쪽으로 벌리는 동작을 수행하도록 유도할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇(450)은 환측 상지(430)의 근전도 신호를 감지할 수 있다. 이때, 환측 상지의 근전도 신호는 편마비 환자의 피로도를 판단하거나, 재활 훈련의 진행 정도를 측정하는데 사용될 수 있다.
일실시예에 따르면, 제어부(460)는 감지부(440)의 근전도 신호 및 움직임 신호를 수신하여 상지 재활 훈련 로봇(450)의 움직임을 제어할 수 있다. 예를 들면, 양측성 훈련 모드의 경우, 제어부(460)는 건측 상지(420)의 움직임에 대응하여 환측 상지(430)의 움직임을 제어할 수 있다. 즉, 건측 상지(420)가 몸통 바깥쪽으로 벌리는 동작을 수행할 경우, 제어부(460)는 상지 재활 훈련 로봇(450)이 환측 상지(430)가 몸통 바깥쪽으로 벌리는 동작을 유도하도록 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제어부(460)는 감지부(440)에서 감지된 근전도 신호와 상지 재활 훈련 로봇(450)에서 감지된 근전도 신호의 유사성을 통해 재활 훈련의 진행 정도를 판단할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제어부(460)는 상지 재활 훈련 로봇(450)에서 측정된 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 피로도를 측정할 수 있다. 예를 들면, 환측 상지(430)의 근전도 신호를 통해 계산된 피로도가 미리 정한 임계값을 초과하는 경우, 제어부(460)는 재활 훈련의 진행을 종료해야 되는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(460)는 상지 재활 훈련 로봇(450)의 온/오프를 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제어부(460)는 감지부(440)에서 감지된 근전도 신호와 상지 재활 훈련 로봇(450)에서 감지된 근전도 신호의 유사성을 통해 재활 훈련의 진행 정도를 판단할 수 있다. 예를 들면, 건측 상지(420)에서 사용되는 근육과 환측 상지(430)에서 사용되는 근육의 근전도 신호를 측정하여 비교하면 재활 훈련이 잘 진행되고 있는지 판단할 수 있다. 제어부(460)는 편마비 환자(410)에 대응하여 재활 훈련의 진행 정도를 저장하고 출력할 수 있다.
도면에서는 제어부(460)가 별도의 단말로 도시되어 있으나, 본 발명은 실시예에 한정되지 않고, 상지 재활 훈련 로봇(450)에 제어부(460)가 포함될 수도 있으며, 감지부(440), 상지 재활 훈련 로봇(450) 및 제어부(460)가 합쳐진 하나의 장치로 제공될 수도 있다.
도 5는 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 단계(510)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 근전도 신호를 검출할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 감지부에서 검출되는 근전도 신호를 이용해서 편마비 환자의 재활 훈련 의사를 판단할 수 있다. 예를 들면, 편마비 환자가 건측 상지의 주먹을 쥐었다 폈다 하게 되면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 근전도 신호를 감지할 수 있다. 따라서, 편마비 환자가 미리 정해진 동작을 수행하면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 감지부에서 근전도 신호를 감지할 수 있다.
단계(520)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 근전도 신호에 기초하여 미리 정해진 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다. 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 검출된 근전도 신호의 반복 횟수에 따라, 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 검출된 근전도 신호의 진행 속도에 따라 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다.
이때, 미리 정해진 재활 훈련 모드는, 양측성 반복 훈련 모드 및 일상 생활 훈련 모드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 일상 생활 훈련 모드는 제1 일상 생활 훈련 모드, 제2 일상 생활 훈련 모드 및 제3 일상 생활 훈련 모드를 포함할 수 있다.
일상 생활 훈련 모드를 선택한 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 미리 정해진 동작의 수행 시간을 측정할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 미리 정해진 동작의 수행 시간을 편마비 환자에 따라 측정하여 저장할 수 있다.
상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 미리 정해진 동작의 수행 시간을 이용하여 재활 훈련의 진행 정도를 측정할 수 있다. 예를 들면, 정상인이 미리 정해진 동작을 수행하는데 걸리는 수행 시간과 편마비 환자가 미리 정해진 동작을 수행하는데 걸리는 수행 시간을 비교할 수 있다. 다른 예를 들면, 편마비 환자의 재활 훈련의 진행에 따라 기록된 수행 시간의 변화를 보고 재활 훈련의 진행 정도를 측정할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 디스플레이를 통해서 재활 훈련의 진행 정도를 출력할 수 있다.
단계(530)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 움직임 신호를 검출할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 관성 센서를 이용하여 건측 상지의 움직임 신호를 검출할 수 있다. 관성 센서는 각가속도를 측정하는 자이로 센서 및 중력 가속도를 측정하는 가속도 센서를 이용하여 편마비 환자의 건측 상지의 움직임을 감지할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 재활 훈련 모드에 기초하여 건측 상지의 움직임 신호를 검출할 수 있다.
일실시예에 따르면, 재활 훈련 모드가 양측성 훈련 모드인 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 움직임을 복사하여 상지 재활 훈련 로봇의 동작을 제어하기 위해 건측 상지의 움직임 신호를 검출할 수 있다.
예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자가 건측 상지를 안쪽으로 구부리는 Flexion 동작을 감지할 수 있다. 다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자가 안쪽으로 구부려진 건측 상지를 바깥쪽으로 피는 Extension 동작을 감지할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자가 건측 상지를 몸통에서 바깥쪽으로 들어 올리는 Abduction 동작을 감지할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자가 몸통에서 바깥쪽으로 올려진 건측 상지를 몸통쪽으로 붙이는 Adduction 동작을 감지할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 재활 훈련 모드가 일상 생활 훈련 모드인 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지와 환측 상지의 상호 작용을 위해 건측 상지의 움직임 신호를 검출할 수 있다.
단계(540)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 상지 재활 훈련 로봇을 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 재활 훈련 모드에 기초하여 상지 재활 훈련 로봇을 제어할 수 있다.
예를 들면, 양측성 훈련 모드의 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 움직임을 묘사하여 환측 상지의 움직임을 제어할 수 있다. 즉, 건측 상지가 몸통 바깥쪽으로 벌리는 동작을 수행할 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지가 몸통 바깥쪽으로 벌리는 동작을 수행하도록 유도할 수 있다.
다른 예를 들면, 일상 생활 훈련 모드의 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 미리 저장된 동작대로 환측 상지의 움직임을 제어할 수 있다. 즉, 물건을 옮기는 동작을 수행할 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 손으로 물건을 옮기는 동작을 수행하도록 유도할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 검출할 수 있다. 이때, 환측 상지의 근전도 신호는 편마비 환자의 환측 상지의 피로도를 판단하는데 사용될 수 있다. 또, 환측 상지의 근전도 신호는 환측 상지의 움직임에 필요한 근육을 잘 사용하고 있는지 검출하는데 사용될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호에 기초하여 상지 재활 훈련 로봇의 활성화 여부를 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 피로도를 판단할 수 있다. 따라서, 피로도의 분석 결과를 기초로 훈련 계속 여부를 판단할 수 있다. 그리고 판단 결과를 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 제어부에 피드백시켜, 편마비 환자의 상지 재활 훈련이 최적으로 이루어지도록 할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 재활 훈련 모드 중 양측성 반복 훈련을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계(610)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 자세를 감지할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 초기 자세를 이용하여 상지 재활 훈련 로봇의 초기 상태를 확인할 수 있다.
단계(620)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다.
일실시예에 따르면, 편마비 환자의 명령은 편마비 환자의 음성 명령이 될 수 있다. 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 음성을 인식하여 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다. 다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 음성을 인식하여 재활 훈련을 시작할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 편마비 환자의 명령은 편마비 환자의 미리 정해진 동작이 될 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 동작을 감지하여 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다. 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다. 편마비 환자가 건측 상지의 주먹을 쥐었다 피는 동작을 할 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 근전도 신호의 변화를 감지할 수 있다. 따라서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 근전도 신호의 변화를 이용하여 편마비 환자의 재활 훈련에 관련된 의사를 파악할 수 있다.
다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 미리 정해진 움직임 신호를 이용하여 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다. 편마비 환자가 건측 상지를 이용하여 미리 정해진 동작(예를 들면, 팔 휘두르기)을 수행할 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 움직임 신호의 변화를 이용하여 편마비 환자의 재활 훈련에 관련된 의사를 파악할 수 있다.
단계(630)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 움직임을 감지할 수 있다.
일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는, 감지부를 이용하여 건측 상지의 움직임을 감지할 수 있다. 이때, 감지부는 편마비 환자의 건측 상지의 상완 및 전완에 팔찌 형태로 부착되어, 건측 상지의 움직임을 감지할 수 있다. 이때, 감지부는 관성 센서를 이용하여 상완과 전완의 회전 각을 검출할 수 있다. 이때, 감지부는 관성 센서를 통해 건측 상지의 움직임을 추정하여 편마비 환자의 의도를 정확하게 파악하고, 이를 기반으로 재활 훈련을 진행하여 상지 재활 훈련의 효율을 높일 수 있다. 상완과 전완에서의 움직임 감지는 관절 회전 운동의 원호를 이용하여 검출하게 되며, 상완과 전완에서의 검출 방법은 동일하다.
단계(640)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 움직임에 대응하여 환측 상지의 움직임을 유도할 수 있다.
일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 상지 재활 훈련 로봇이 건측 상지의 움직임을 묘사하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 편마비 환자가 건측 상지를 안쪽으로 구부리는 Flexion 동작을 수행하면, 상지 재활 훈련 로봇은 환측 상지를 안쪽으로 구부리도록 유도할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 상지 재활 훈련 로봇이 건측 상지에서 감지된 움직임과 동일한 움직임을 수행하고 있는지 점검할 수 있다.
다른 예를 들면, 편마비 환자가 안쪽으로 구부려진 건측 상지를 바깥쪽으로 피는 Extension 동작을 수행하면, 상지 재활 훈련 로봇은 환측 상지를 바깥쪽으로 피도록 유도할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 Flexion 동작 및 Extesion 동작을 5~7회 반복할 수 있도록 유도할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 편마비 환자가 건측 상지를 몸통에서 바깥쪽으로 들어 올리는 Abduction 동작을 수행하면, 상지 재활 훈련 로봇은 환측 상지를 바깥쪽으로 들어 올리도록 유도할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 상지 재활 훈련 로봇이 건측 상지에서 감지된 움직임과 동일한 움직임을 수행하고 있는지 점검할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 편마비 환자가 몸통에서 바깥쪽으로 올려진 건측 상지를 몸통쪽으로 붙이는 Adduction 동작을 수행하면, 상지 재활 훈련 로봇은 환측 상지를 몸통쪽으로 붙이도록 유도할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 Abduction 동작 및 Adduction 동작을 5~7회 반복할 수 있도록 유도할 수 있다.
종래에 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치를 이용하지 않고 편마비 환자의 양측성 재활 운동을 수행할 경우에는 양 손에 깍지를 끼고 재활 훈련을 수행할 수 밖에 없었다. 그러나, 이러한 종래 방법으로는 팔을 구부렸다 피는 동작이나, 몸통에서 바깥쪽으로 벌리는 동작들은 수행할 수가 없었다. 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치를 이용하면 일상 생활에 필요한 양측성 재활 훈련을 수행할 수가 있다.
단계(650)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 감지할 수 있다.
편마비 환자의 환측 상지에 무리한 운동을 요구할 경우, 증세가 더욱 악화될 수가 있다. 따라서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 피로도를 검사할 필요가 있다. 일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 감지하여 편마비 환자의 피로도를 검사할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 상지 재활 훈련 로봇은 근전도 센서를 포함할 수 있다.
단계(660)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 이용하여 도출된 편마비 환자의 피로도가 임계값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
상지 재활 훈련 로봇 제어 장치가 재활 훈련을 진행하면, 상지 재활 훈련 로봇에서 환측 상지의 근전도 신호를 측정하여 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 제어부에 피드백할 수 있다. 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 제어부는 측정한 근전도 신호를 내부 메모리에 저장함과 동시에 출력부를 통해 디스플레이할 수 있다. 일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 피로도를 판단할 수 있다. 따라서, 피로도의 분석 결과를 기초로 훈련 계속 여부를 판단할 수 있다. 그리고 판단 결과를 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 제어부에 피드백시켜, 편마비 환자의 상지 재활 훈련이 최적으로 이루어지도록 할 수 있다.
만약, 편마비 환자의 피로도가 임계값보다 작거나 같은 경우, 단계(630)으로 돌아가서 재활 훈련을 계속할 수 있다.
만약, 편마비 환자의 피로도가 임계값보다 큰 경우, 재활 훈련을 종료할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자에 대응하는 재활 훈련 내용을 저장할 수 있다. 이를 통해서 편마비 환자는 재활 훈련의 진행 상황을 기억하고 있지 않아도 다음 단계의 재활 훈련을 수행할 수 있다.
도 7, 도8 및 도 9는 일실시예에 따른 재활 훈련 모드 중 일상 생활 훈련 모드에 대한 흐름도이다.
도 7은 일실시예에 따른 일상 생활 훈련 모드 중 제1 일상 생활 훈련을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 단계(710)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다.
일실시예에 따르면, 편마비 환자의 명령은 편마비 환자의 음성 명령이 될 수 있다. 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 음성을 인식하여 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다. 다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 음성을 인식하여 재활 훈련을 시작 또는 정지할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 편마비 환자의 명령은 편마비 환자의 미리 정해진 동작이 될 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 동작을 감지하여 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다.
예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다. 편마비 환자가 건측 상지의 주먹을 쥐었다 피는 동작을 할 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 근전도 신호의 변화를 감지할 수 있다. 따라서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 근전도 신호의 변화를 이용하여 편마비 환자의 재활 훈련에 관련된 의사를 파악할 수 있다.
다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 미리 정해진 움직임 신호를 이용하여 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다. 편마비 환자가 건측 상지를 이용하여 미리 정해진 동작(예를 들면, 팔 휘두르기)을 수행할 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 움직임 신호의 변화를 이용하여 편마비 환자의 재활 훈련에 관련된 의사를 파악할 수 있다.
단계(720)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 양측성 일상 생활 동작의 수행을 유도할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 일상 생활 동작 중 양 팔이 같은 동작을 하는 훈련을 구성하여 동작 수행을 유도할 수 있다. 예를 들면, 양측성 일상 생활 동작은 테이블 위에 올려진 물건들을 양 손으로 들어서 정리하는 동작을 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 양측성 일상 생활 동작은 선반 위에 올려진 물건들을 들어 크기 별로 정리하는 동작을 포함할 수 있다. 그러나, 양측성 일상 생활 동작은 본 명세서에 기재된 예시적인 동작들에 한정되지 않고, 양 팔의 동일한 동작을 요구하는 모든 양측성 일상 생활 동작을 포함할 수 있다.
단계(730)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 미리 정해진 동작의 수행 시간을 측정할 수 있다. 예를 들면, 미리 정해진 동작이 A위치에 있는 물건들을 B 위치에 옮기는 동작인 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 모든 물건들을 B 위치로 옮기는데 걸리는 시간을 측정할 수 있다. 그러나, 미리 정해진 동작은 본 명세서에 기재된 예시적인 동작들에 한정되지 않고, 양 팔의 동일한 동작을 요구하는 모든 양측성 일상 생활 동작을 포함할 수 있다.
단계(740)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 재활 훈련의 진행 정도를 측정하여 출력할 수 있다. 예를 들면, 정상인이 미리 정해진 동작을 수행하는데 걸리는 수행 시간과 편마비 환자가 미리 정해진 동작을 수행하는데 걸리는 수행 시간을 비교할 수 있다. 다른 예를 들면, 편마비 환자의 기록된 수행 시간의 단축 정도를 보고 재활 훈련의 진행 정도를 측정할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 디스플레이를 통해서 재활 훈련의 진행 정도를 출력할 수 있다.
단계(750)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 감지할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 감지하여 편마비 환자의 피로도를 검사할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 상지 재활 훈련 로봇은 근전도 센서를 포함할 수 있다.
단계(760)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 피로도가 임계값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 피로도를 판단할 수 있다. 따라서, 피로도의 분석 결과를 기초로 훈련 계속 여부를 판단할 수 있다.
만약, 편마비 환자의 피로도가 임계값보다 작거나 같은 경우, 단계(720)으로 돌아가서 재활 훈련을 계속할 수 있다.
만약, 편마비 환자의 피로도가 임계값보다 큰 경우, 재활 훈련을 종료할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자에 따라 재활 훈련 내용을 저장할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 미리 정해진 양측성 일상 생활 동작의 수행 시간을 편마비 환자에 따라 측정하여 저장할 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 일상 생활 훈련 모드 중 제2 일상 생활 훈련을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 단계(810)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다.
일실시예에 따르면, 편마비 환자의 명령은 편마비 환자의 음성 명령이 될 수 있다. 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 음성을 인식하여 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다. 다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 음성을 인식하여 재활 훈련을 시작 또는 정지할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 편마비 환자의 명령은 편마비 환자의 미리 정해진 동작이 될 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 동작을 감지하여 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다.
예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다. 편마비 환자가 건측 상지의 주먹을 쥐었다 피는 동작을 할 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 근전도 신호의 변화를 감지할 수 있다. 따라서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 근전도 신호의 변화를 이용하여 편마비 환자의 재활 훈련에 관련된 의사를 파악할 수 있다.
다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 미리 정해진 움직임 신호를 이용하여 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다. 편마비 환자가 건측 상지를 이용하여 미리 정해진 동작(예를 들면, 팔 휘두르기)을 수행할 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 움직임 신호의 변화를 이용하여 편마비 환자의 재활 훈련에 관련된 의사를 파악할 수 있다.
단계(820)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 움직임 감지하고 저장할 수 있다. 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 개별적인 동작을 수행하기 위해 미리 건측 상지의 움직임을 감지하여 복사할 수 있다.
일실시예에 따르면, 단계(820)은 생략되고, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 움직임을 미리 저장할 수 있다.
단계(830)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 저장된 움직임을 기초로 환측 상지의 움직임 유도할 수 있다. 이때, 저장된 움직임은 일상 생활에서 빈번히 일어나는 동작을 포함할 수 있다.
예를 들면, 저장된 움직임은 제1 위치의 물체를 들어올려 제2 위치로 옮기는 동작이 될 수 있다.
단계(840)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 감지할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 감지하여 편마비 환자의 피로도를 검사할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 상지 재활 훈련 로봇은 근전도 센서를 포함할 수 있다.
단계(850)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 피로도가 임계값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 피로도를 판단할 수 있다. 따라서, 피로도의 분석 결과를 기초로 훈련 계속 여부를 판단할 수 있다.
만약, 편마비 환자의 피로도가 임계값보다 작거나 같은 경우, 단계(830)으로 돌아가서 재활 훈련을 계속할 수 있다.
만약, 편마비 환자의 피로도가 임계값보다 큰 경우, 재활 훈련을 종료할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자에 따라 재활 훈련 내용을 저장할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 미리 정해진 양측성 일상 생활 동작의 수행 시간을 편마비 환자에 따라 측정하여 저장할 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 일상 생활 훈련 모드 중 제3 일상 생활 훈련을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 단계(910)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다.
일실시예에 따르면, 편마비 환자의 명령은 편마비 환자의 음성 명령이 될 수 있다. 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 음성을 인식하여 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다. 다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 음성을 인식하여 재활 훈련을 시작 또는 정지할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 편마비 환자의 명령은 편마비 환자의 미리 정해진 동작이 될 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 동작을 감지하여 재활 훈련 모드를 선택할 수 있다.
예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다. 편마비 환자가 건측 상지의 주먹을 쥐었다 피는 동작을 할 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 근전도 신호의 변화를 감지할 수 있다. 따라서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 근전도 신호의 변화를 이용하여 편마비 환자의 재활 훈련에 관련된 의사를 파악할 수 있다.
다른 예를 들면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 건측 상지의 미리 정해진 움직임 신호를 이용하여 편마비 환자의 명령을 수신할 수 있다. 편마비 환자가 건측 상지를 이용하여 미리 정해진 동작(예를 들면, 팔 휘두르기)을 수행할 경우, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 움직임 신호의 변화를 이용하여 편마비 환자의 재활 훈련에 관련된 의사를 파악할 수 있다.
단계(920)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 미리 저장된 움직임을 기초로 환측 상지의 움직임 유도할 수 있다.
일실시예에 따른 미리 저장된 움직임은, 양팔이 개별적인 동작을 하는 일상 생활에서 필요한 훈련을 포함할 수 있다. 예를 들면, 미리 저장된 움직임은 컵에 물을 따르는 동작을 포함할 수 있다. 이때, 환측 상지의 손에 컵을 쥐고, 위로 들어 올리는 동작을 유도할 수 있다.
단계(930)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 근전도 신호 감지할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 근전도 신호를 이용해서 환측 상지의 움직임을 제어할 수 있다. 예를 들면, 건측 상지의 손이 주먹을 세번 쥐었다 펴면 근전도 신호가 검출될 수 있다.
단계(940)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 건측 상지의 근전도 신호를 기초로 환측 상지의 움직임 제어할 수 있다. 예를 들면, 건측 상지의 근전도 신호에 따라 환측 상지의 움직임을 멈추고 컵을 들고 있는 동작을 수행할 수 있다. 이때, 건측 상지의 손으로 주전자의 물을 컵에 따르는 동작을 수행할 수 있다.
단계(950)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 감지할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 감지하여 편마비 환자의 피로도를 검사할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치의 상지 재활 훈련 로봇은 근전도 센서를 포함할 수 있다.
단계(960)에서, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 환측 상지의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 피로도가 임계값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
일실시예에 따른 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자의 근전도 신호를 이용하여 편마비 환자의 피로도를 판단할 수 있다. 따라서, 피로도의 분석 결과를 기초로 훈련 계속 여부를 판단할 수 있다.
만약, 편마비 환자의 피로도가 임계값보다 작거나 같은 경우, 단계(930)으로 돌아가서 재활 훈련을 계속할 수 있다.
만약, 편마비 환자의 피로도가 임계값보다 큰 경우, 재활 훈련을 종료할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 편마비 환자에 따라 재활 훈련 내용을 저장할 수 있다. 이때, 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치는 미리 정해진 양측성 일상 생활 동작의 수행 시간을 편마비 환자에 따라 측정하여 저장할 수 있다.
일실시예에 따르면, 도 6내지 도 9에서 도시된 재활 훈련은 편마비 환자의 재활 훈련 순서에 따를 수 있다. 따라서, 도 6의 양측성 재활 훈련이 완성되고, 편마비 환자의 피로도가 임계치를 초과하지 않는 경우, 도 7의 제1 일상 생활 훈련을 수행할 수 있다. 마찬가지로, 도 7의 제1 일상 생활 훈련이 완성되고, 편마비 환자의 피로도가 임계치를 초과하지 않는 경우, 도 8의 제2 일상 생활 훈련을 수행할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 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 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
410: 편마비 환자
420: 건측 상지
430: 환측 상지
440: 감지부
450: 상지 재활 훈련 로봇
460: 제어부

Claims (5)

  1. 건측 상지의 움직임 신호 및 근전도 신호를 검출하는 감지부;
    환측 상지의 상완 및 전완에 부착되어 상기 환측 상지의 재활 훈련을 유도하는 상지 재활 훈련 로봇; 및
    상기 검출된 건측 상지의 움직임 신호 및 근전도 신호에 기초하여 상기 상지 재활 훈련 로봇을 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 상지 재활 훈련 로봇은,
    재활 훈련을 수행하는 사용자의 환측 상지의 근전도 신호를 검출하고,
    상기 제어부는,
    상기 상지 재활 훈련 로봇을 통해 검출된 상기 사용자의 환측 상지의 근전도 신호에 기초하여 상기 사용자의 피로도를 측정하고, 측정된 사용자의 피로도에 기초하여 상기 상지 재활 훈련 로봇의 활성화 여부를 결정하며,
    미리 정해진 동작을 수행하는 경우, 정상인에 기초하여 미리 측정된 시간과 상기 사용자가 상기 상지 재활 훈련 로봇을 이용하여 걸리는 시간을 비교하거나 상기 사용자의 건측 상지의 근전도 신호와 환측 상지의 근전도 신호의 유사성에 기초하여 상기 사용자의 재활 훈련 진행 정도를 측정하는 상지 재활 훈련 로봇 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    미리 정해진 양측성 반복 훈련 모드 및 일상 생활 훈련 모드 중 적어도 하나의 훈련 모드에 따라 상기 상지 재활 훈련 로봇을 제어하는
    상지 재활 훈련 로봇 제어 장치.
  3. 건측 상지의 움직임 신호 및 근전도 신호를 검출하는 단계;
    상기 검출된 건측 상지의 움직임 신호 및 근전도 신호에 기초하여 미리 정해진 재활 훈련 모드를 선택하는 단계;
    상기 선택된 재활 훈련 모드에 기초하여 상지 재활 훈련 로봇을 제어하는 단계;
    상기 상지 재활 훈련 로봇을 이용하여 재활 훈련을 수행하는 사용자의 환측 상지의 근전도 신호를 검출하는 단계;
    상기 검출된 환측 상지의 근전도 신호에 기초하여 상기 사용자의 피로도로 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 사용자의 피로도에 기초하여 상기 상지 재활 훈련 로봇의 활성화 여부를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 상지 재활 훈련 로봇을 이용하여 재활 훈련을 수행하는 사용자의 재활 훈련 진행 정도를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 재활 훈련 진행 정도를 디스플레이를 통해 출력하는 단계
    를 더 포함하며,
    상기 측정하는 단계는,
    미리 정해진 동작을 수행하는 경우, 정상인에 기초하여 미리 측정된 시간과 상기 사용자가 상기 상지 재활 훈련 로봇을 이용하여 걸리는 시간을 비교하거나 상기 사용자의 건측 상지의 근전도 신호와 환측 상지의 근전도 신호의 유사성에 기초하여 상기 사용자의 재활 훈련 진행 정도를 측정하는 상지 재활 훈련 로봇 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 미리 정해진 재활 훈련 모드를 선택하는 단계는,
    양측성 반복 훈련 모드 및 일상 생활 훈련 모드 중 적어도 하나의 훈련 모드를 선택하고,
    상기 일상 생활 훈련 모드를 선택한 경우,
    미리 정해진 동작의 수행 시간을 측정하는 단계; 및
    상기 수행 시간을 기초로 재활 훈련의 진행 정도를 출력하는 단계
    를 더 포함하는 상지 재활 훈련 로봇 제어 방법.
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