KR101997068B1 - Shoulder Joint Tracking and Gravity-Compensating Device for Upper Limb Rehabilitation - Google Patents

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Abstract

상지 재활을 위한 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치는 재활 환자의 어깨 관절의 수직 방향으로의 움직임과 팔의 무게, 팔에 부착되는 재활 운동 장치의 무게에 대한 중력을 보상하며, 정하중 스프링으로 구현되는 중력 보상 스프링, 재활 환자의 어깨 관절 움직임에 따라 상하 운동을 통해 관절 추종을 수행하며, 중력 보상 스프링이 설치된 위치의 반대편 위치에 구비되는 제1 직선 운동 가이드, 그리고 중력 보상 스프링과 직선 운동 가이드를 연결하는 보상 하중 전달 케이블로 구현된다.The shoulder joint follow-up and gravity compensation device for upper extremity rehabilitation compensates for the vertical movement of the shoulder joint of the rehabilitation patient, the weight of the arm, and the weight of the rehabilitation exercise device attached to the arm, A first linear motion guide provided at a position opposite to a position where the gravity compensating spring is installed, and a second linear motion guide provided at a position opposite to the first linear motion guide, Compensated load transfer cable.

Description

상지 재활을 위한 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치{Shoulder Joint Tracking and Gravity-Compensating Device for Upper Limb Rehabilitation}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a shoulder joint follow-up and gravity-compensating device for upper limb rehabilitation,

본 발명은 상지 재활을 위한 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a shoulder joint follower and a gravity compensation device for upper limb rehabilitation.

최근 다양한 어깨 관절 질환을 앓는 환자의 수가 크게 증가하면서, 어깨 재활에 대한 관심이 높아지고 있다. 일반적으로 고무줄 등을 이용하여 어깨의 힘을 보조해주거나, 수동형 운동 기구를 이용한 방법을 통해 재활이 이루어지고 있으나, 정확한 자세 제어와 평가, 그리고 검진이 어려워 전문성이 떨어진다는 문제점이 있다.Recently, there has been a growing interest in shoulder rehabilitation as the number of patients suffering from various shoulder joint diseases has increased significantly. Generally, there is a problem that the shoulder force is assisted by the use of rubber band or the rehabilitation is performed by the method using the passive exercise device, but the problem is that the accurate posture control and evaluation, and difficulty in examination are difficult.

또 다른 어깨 재활 방법으로는 상지 재활 장치를 이용하여 어깨 관절의 움직임을 구속하여 재활하는 방법이 있다. 이러한 방법을 통해 어깨 재활을 수행할 경우 어깨 관절의 움직임을 허용하지 않아 가동범위가 제한되고, 관절과 상지 재활 장치의 축이 일치하지 않은 경우 각 관절에 힘이 가해질 수 있기 때문에 어깨 통증을 유발하고 장기적인 손상을 일으키기도 하는 문제점이 있다. 따라서 어깨 관절의 움직임을 구현하기 위해 구동기를 이용하지만, 구동기의 부피가 커지고 가격이 비싸져서 병원이나 임상 현장에서 사용 및 유지가 어려운 문제점이 있다.Another method of shoulder rehabilitation is to rehabilitate the movement of the shoulder joint using upper limb rehabilitation device. In this way, shoulder rehabilitation does not allow movement of the shoulder joints, so the range of motion is limited. If the axes of the joints and the upper rehabilitation device are not aligned, force may be applied to each joint. Which causes long-term damage. Therefore, although the actuator is used to implement the movement of the shoulder joint, the actuator is bulky and expensive, which makes it difficult to use and maintain in a hospital or clinical field.

이를 해결하기 위하여 어깨 관절 추종 기능이 없는 일반 상지 재활 보조 장치에 결합하고 스프링을 이용하여 상지 및 재활 보조 장치의 하중을 지탱하는 수동형 중력 보상 및 견관절 추종 장치를 이용하여 어깨 관절을 재활하는 방법이 연구되었다. 그러나 이 방법에서 사용되는 중력보상 및 견관절 추종 장치 즉, 재활 보조 장치는 10kg 이내의 가벼운 상지 로봇 장치에만 적용이 가능하기 때문에, 사용 범위가 한정된다는 문제점이 있다.To solve this problem, a method of rehabilitating the shoulder joint using passive gravity compensation and shoulder follower that supports the upper limb and the rehabilitation assist device by using the spring is combined with the upper limb rehabilitation assist device without the shoulder joint follow- . However, the gravity compensation and shoulder follower used in this method, that is, the rehabilitation assist device, can be applied only to a light upper limb robot device of 10 kg or less.

또한, 견갑골과 상체의 움직임에 따라 견관절의 3차원 공간상의 위치가 변하는 것을 추종하지 못하여, 상지의 운동 자세에 따라 견관절의 손상을 초래할 수 있다.In addition, due to the movement of the scapula and the upper body, the position of the shoulder joint in the three - dimensional space can not be followed, and the shoulder joint may be injured according to the upper body movement posture.

따라서, 본 발명은 정하중 스프링과 케이블을 이용한 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a shoulder joint follow-up and gravity compensation device using a static load spring and a cable.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 상지 재활을 위한 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치는,According to another aspect of the present invention, there is provided a shoulder joint follower and gravity compensation device for upper extremity rehabilitation,

재활 환자의 어깨 관절의 수직 방향으로의 움직임과 팔의 무게, 팔에 부착되는 재활 운동 장치의 무게에 대한 중력을 보상하며, 정하중 스프링으로 구현되는 중력 보상 스프링; 재활 환자의 어깨 관절 움직임에 따라 상하 운동을 통해 관절 추종을 수행하며, 상기 중력 보상 스프링이 설치된 위치의 반대편 위치에 구비되는 제1 직선 운동 가이드; 및 상기 중력 보상 스프링과 상기 제1 직선 운동 가이드를 연결하는 보상 하중 전달 케이블를 포함한다.A gravity compensating spring which compensates for the gravity of the rehabilitation patient in the vertical direction of the shoulder joint, the weight of the arm, and the weight of the rehabilitation exercise device attached to the arm, and is implemented as a static load spring; A first linear motion guide provided at a position opposite to a position where the gravity compensating spring is installed, performing a joint following up and down movement according to the movement of the shoulder joint of the rehabilitation patient; And a compensation load transmission cable connecting the gravity compensation spring and the first linear motion guide.

상기 장치는 재활 환자의 팔 움직임에 따라 어깨 관절의 수평 방향 움직임을 보상하는 제2 직선 운동 가이드를 포함할 수 있다.The device may include a second linear motion guide that compensates for horizontal movement of the shoulder joint in accordance with the arm motion of the rehabilitation patient.

상기 제2 직선 운동 가이드는, 제1 방향의 어깨 관절의 움직임을 보상하는 제1 방향 직선 운동 가이드; 및 제1 방향과 상이한 제2 방향의 어깨 관절의 움직임을 보상하는 제2 방향 직선 운동 가이드를 포함하고, 상기 제1 방향과 제2 방향 각각은 X 방향 또는 Y 방향 중 어느 하나의 방향이다.The second linear motion guide includes: a first direction linear motion guide for compensating movement of a shoulder joint in a first direction; And a second direction linear motion guide for compensating movement of the shoulder joint in a second direction different from the first direction, wherein each of the first direction and the second direction is one of an X direction and a Y direction.

상기 장치는, 상기 보상 하중 전달 케이블이 연결되며, 상기 중력 보상 스프링이 가하는 힘의 방향을 바꿔주는 풀리를 포함할 수 있다.The apparatus may include a pulley to which the compensating load transmission cable is connected and changes the direction of the force applied by the gravity compensating spring.

상기 풀리는, 상기 제1 직선 운동 가이드에 연결된 보상 하중 전달 케이블이 연결되는 제1 풀리; 및 상기 제1 폴리에서 미리 설정된 간격만큼 떨어져 설치되며, 상기 제1 폴리에 연결된 보상 하중 전달 케이블이 연결되어 상기 중력 보상 스프링으로 이어지도록 하는 제2 풀리를 포함할 수 있다.The pulley includes a first pulley to which a compensating load transmission cable connected to the first linear motion guide is connected; And a second pulley installed at a predetermined interval in the first poly and connected to the compensation load transmission cable connected to the first poly to connect to the gravity compensating spring.

상기 제1 직선 운동 가이드는 복수개의 직선 운동 부시로 구현될 수 있다.The first linear motion guide may be implemented as a plurality of linear motion bushes.

상기 제1 직선 운동 가이드의 일측에 구현되며, 상기 중력 보상 스프링이 상기 제1 직선 운동 가이드에 연결되도록 고정하는 케이블 고정부를 포함할 수 있다.And a cable fixing part that is formed on one side of the first linear motion guide and fixes the gravity compensation spring to be connected to the first linear motion guide.

상기 장치는 상기 제1 직선 운동 가이드와 중력 보상 스프링, 그리고 제1 직선 운동 가이드가 연결되는 수직 프레임; 및 상기 수직 프레임에 90도 각도로 연결되어 지면과 수평 방향으로 구비되는 수평 프레임을 더 포함할 수 있다.The apparatus includes a vertical frame to which the first linear motion guide, the gravity compensation spring, and the first linear motion guide are connected; And a horizontal frame connected to the vertical frame at an angle of 90 degrees and provided in a horizontal direction with respect to the ground.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 상지 재활을 위한 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치는,According to another aspect of the present invention, there is provided a shoulder joint follower and gravity compensation device for upper limb rehabilitation,

재활 환자의 어깨 관절의 수직 방향으로의 움직임과 팔의 무게, 팔에 부착되는 재활 운동 장치의 무게에 대한 중력을 보상하며, 정하중 스프링으로 구현되는 중력 보상 스프링; 및 재활 환자의 어깨 관절 움직임에 따라 상하 운동을 통해 관절 추종을 수행하며, 상기 중력 보상 스프링이 설치된 위치의 반대편 위치에 구비되는 제1 직선 운동 가이드를 포함하며, 상기 중력 보상 스프링은 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치의 상단에 구현된다.A gravity compensating spring which compensates for the gravity of the rehabilitation patient in the vertical direction of the shoulder joint, the weight of the arm, and the weight of the rehabilitation exercise device attached to the arm, and is implemented as a static load spring; And a first linear motion guide provided at a position opposite to a position at which the gravity compensating spring is installed, the gravity compensating spring performing joint follow-up through up-and-down movement according to a shoulder joint movement of a rehabilitation patient, Is implemented at the top of the gravity compensation device.

상기 장치는 상기 중력 보상 스프링의 한쪽 끝에 설치되며, 재활 환자의 팔 움직임에 따라 어깨 관절의 수평 방향 움직임을 보상하는 제2 직선 운동 가이드를 포함할 수 있다.The apparatus may include a second linear motion guide installed at one end of the gravity compensating spring for compensating horizontal movement of the shoulder joint according to arm movement of a rehabilitation patient.

상기 장치는 지면에서 수직 방향으로 구비되는 제1 프레임; 상기 제1 프레임에 90도 각도로 연결되어 지면과 수평 방향으로 구비되는 제2 프레임; 및 상기 제1 직선 운동 가이드와 중력 보상 스프링, 그리고 제2 직선 운동 가이드가 연결되며, 상기 제2 프레임의 상단에 평행하게 구비되는 제3 프레임을 더 포함할 수 있다. The apparatus comprising: a first frame disposed in a vertical direction on the ground; A second frame connected to the first frame at an angle of < RTI ID = 0.0 > 90 < / RTI > And a third frame connected to the first linear motion guide, the gravity compensation spring, and the second linear motion guide, and parallel to the upper end of the second frame.

본 발명에 따르면 정하중 스프링을 이용하여 일정한 중력 보상력을 제공하고 스트로크를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a constant gravity compensating force and improve stroke by using a static load spring.

또한, 어깨 근육이 약화된 환자들의 어깨 관절 아탈구로 인한 통증을 줄이고, 팔의 움직임을 보조하여 재활 운동의 효과를 높일 수 있다.In addition, it is possible to reduce the pain caused by the shoulder joint atrophy of patients with weakened shoulder muscles, and to enhance the effect of rehabilitation exercise by assisting the movement of the arm.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치를 다른 각도에서 설펴본 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 직선 운동 가이드의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치의 구현 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치의 구현 예시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치와 재활 장치가 결합된 예시도이다.1 is an exemplary view of a shoulder joint following apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exemplary view illustrating a shoulder joint follower according to a first embodiment of the present invention from another angle. FIG.
3 is an exemplary view of a first linear motion guide according to a first embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating an embodiment of a shoulder joint following apparatus according to the first embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view of a shoulder joint following apparatus according to a second embodiment of the present invention.
6 is a view illustrating an embodiment of a shoulder joint following apparatus according to a second embodiment of the present invention.
7 is a view illustrating an example in which a shoulder joint follower and a rehabilitation device according to a second embodiment of the present invention are combined.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 상지 재활을 위한 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a shoulder-joint follow-up and gravity compensation apparatus for upper limb rehabilitation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치의 예시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치를 다른 각도에서 살펴본 예시도이다.FIG. 1 is an exemplary view of a shoulder joint following apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exemplary view illustrating a shoulder joint following apparatus according to an embodiment of the present invention from another angle.

도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이, 어깨 관절 추종 장치(100)는 팔 움직임에 따른 어깨관절의 수평방향 움직임을 보상하기 위해 XY 테이블 형태의 제1 직선 운동 가이드(110)가 구비되어 있다. 제1 직선 운동 가이드(110)의 형태에 대해 도 3을 참조로 먼저 설명한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the shoulder joint follow-up device 100 is provided with a first linear motion guide 110 in the form of an XY table to compensate for movement of the shoulder joint in the horizontal direction according to arm movement. The shape of the first linear motion guide 110 will be described first with reference to FIG.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 직선 운동 가이드의 예시도이다.3 is an exemplary view of a first linear motion guide according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 직선 운동 가이드(110)는 제1 방향(X 방향)의 어깨 관절의 움직임을 보상하는 제1 방향 직선 운동 가이드(111)와 제2 방향(Y 방향)의 어깨 관절의 움직임을 보상하는 제2 방향 직선 운동 가이드(112)를 포함한다. 3, the first linear motion guide 110 includes a first direction linear motion guide 111 for compensating the motion of the shoulder joint in the first direction (X direction) and a second linear motion guide 111 for compensating for the motion of the shoulder joint in the second direction And a second direction linear motion guide 112 for compensating for movement of the shoulder joint.

제1 방향 직선 운동 가이드(111)는 기존에 두 개의 직선 운동 가이드로 구현된 것을 하나의 정격 하중의 제1 직선 운동 가이드로 변경한다. 이를 토대로, 종래의 2개의 제1 직선 운동 가이드를 사용할 때 발생하는 정렬 불량(misalignment)과 마찰 문제를 해결할 수 있다.The first direction linear motion guide 111 changes the one that has been conventionally implemented as two linear motion guides to a first linear motion guide having a single rated load. Based on this, it is possible to solve misalignment and friction problems that occur when using two conventional first linear motion guides.

그리고, 제2 방향 직선 운동 가이드(112)는 길이를 기존 640mm에서 일정 길이로 감소시켜 구현한다. 본 발명의 실시예에서는 360mm의 제2 방향 직선 운동 가이드(112)가 설치되는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.In addition, the second direction linear motion guide 112 is realized by decreasing the length from a conventional length of 640 mm to a predetermined length. In the embodiment of the present invention, a 360 mm second direction linear motion guide 112 is provided as an example, but it is not limited thereto.

제1 방향 직선 운동 가이드(111)와 제2 방향 직선 운동 가이드(112)의 기능은 이미 알려진 것으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.The functions of the first direction linear motion guide 111 and the second direction linear motion guide 112 are already known, and a detailed description thereof will be omitted in the embodiment of the present invention.

상기 도 1과 도 2를 이어 설명하면, 어깨 관절 추종 장치(100)의 보상 하중 전달 케이블(120)은 제2 직선 운동 가이드(150)와 중력 보상 스프링(130)을 연결하여 주는 것으로, 일측이 제2 직선 운동 가이드(150)에 구비되어 있는 케이블 고정부(160)에 연결되어 있고, 다른 측이 중력 보상 스프링(130)에 연결되어 있다. 보상 하중 전달 케이블(120) 중 케이블 고정부(160)에 연결된 부분은 제1 풀리(170-1)에 연결되어 있고, 제1 풀리(170-2)와 일정 간격 이격된 부분에 설치된 제2 풀리(170-2)에 연결되어 있다. 보상 하중 전달 케이블(120)의 길이는 일정한 길이를 유지하며, 길이를 어느 하나의 수치로 한정하지 않는다.1 and 2, the compensating load transmission cable 120 of the shoulder joint follower 100 connects the second linear motion guide 150 and the gravity compensating spring 130, Is connected to a cable fixing portion 160 provided in the second linear motion guide 150 and the other end is connected to the gravity compensation spring 130. The portion of the compensating load transmission cable 120 connected to the cable fixing portion 160 is connected to the first pulley 170-1 and is connected to the second pulley 170-1, (170-2). The length of the compensating load transmission cable 120 is kept constant, and the length is not limited to any numerical value.

중력 보상 스프링(130)은 재활 환자 어깨 관절의 수직 방향으로의 움직임과 팔의 무게, 팔에 부착되는 재활 운동 장치의 무게에 대한 중력을 보상한다. 본 발명의 실시예에서는 중력 보상 스프링(130)으로 정하중 스프링을 이용하는 것을 예로 하여 설명한다. 이는 정하중 스프링은 스프링을 늘릴 때 복귀력이 스트로크에 관계 없이 일정하기 때문에 중력 보상하중의 변화가 없다는 장점이 있다.The gravity compensating spring 130 compensates for the vertical movement of the rehabilitation shoulder joint, the weight of the arm, and the weight of the rehabilitation exercise device attached to the arm. In the embodiment of the present invention, the use of a static force spring as the gravity compensation spring 130 will be described as an example. This is because the static force spring is advantageous in that there is no change in the gravity compensation load because the return force is constant regardless of the stroke when the spring is extended.

중력 보상 스프링(130)이 중력을 보상하기 위해서는, 중력에 반대 방향으로 보상력이 작용해야 한다. 중력 보상 스프링(130)이 어깨 관절 추종 장치(100)의 상단에 배치될 경우, 어깨 관절 추종 장치(100)의 크기가 커지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 보상 하중 전달 케이블(120)과 복수개의 풀리(170)를 이용하여 보상력의 작용 방향을 변환시키고, 중력 보상 스프링(130)을 어깨 관절 추종 장치(100)의 하부이며 수직 프로파일(141)에 배치하는 것을 예로 하여 설명한다. In order for gravity compensating spring 130 to compensate for gravity, a compensating force must act in the opposite direction of gravity. When the gravity compensating spring 130 is disposed at the upper end of the shoulder follower 100, the size of the shoulder follower 100 may increase. The gravity compensating spring 130 is connected to the vertical profile 141 of the lower part of the shoulder joint follower 100. The compensating load transmission cable 120 and the plurality of pulleys 170 are used to change the acting direction of the compensating force, As shown in Fig.

중력 보상 스프링(130)에 의해 보상되는 중력 보상 하중은 팔의 무게와 재활 환자가 착용한 재활 장치(도면 미도시)의 무게의 합으로 결정된다. 여기서, 환자가 팔을 지면으로 내릴 때 중력 보상 스프링(130)의 길이는 늘어나고, 제2 직선 운동 가이드(150)는 위로 상승한다. 반대로, 환자가 팔을 위로 올리면, 중력 보상 스프링(130)의 길이는 줄어들고, 제2 직선 운동 가이드(150)는 아래로 하강한다.The gravity compensation load compensated by the gravity compensation spring 130 is determined by the sum of the weight of the arm and the weight of the rehabilitation device (not shown) worn by the rehabilitation patient. Here, the length of the gravity compensation spring 130 is increased and the second linear motion guide 150 is raised upward when the patient descends the arm to the ground. Conversely, when the patient lifts his / her arm, the length of the gravity compensation spring 130 decreases and the second linear motion guide 150 descends.

프레임(140)은 어깨 관절 추종 장치(100)의 수직 프레임(141)과 수직 프레임(141)에 90도 각도로 연결되어 지면과 수평이 되도록 구비되는 수평 프레임(142)으로 이루어져 있다. 본 발명의 실시예에서는 수직 프레임(141)의 폭을 미리 설정된 수치만큼 증가시켜 강성이 보완되도록 한다. 또한, 중력 보상 스프링(130)이 수직 프레임(141)에 배치되기 때문에, 하단 수평 프레임(142)에 작용하는 부하 모멘트가 감소된다.The frame 140 includes a horizontal frame 142 connected to the vertical frame 141 of the shoulder follower 100 and the vertical frame 141 at an angle of 90 degrees and horizontal with respect to the ground. In the embodiment of the present invention, the width of the vertical frame 141 is increased by a preset value, so that rigidity is complemented. Further, since the gravity compensation spring 130 is disposed on the vertical frame 141, the load moment acting on the lower horizontal frame 142 is reduced.

제2 직선 운동 가이드(150)는 어깨 관절 추종 장치(100)의 축방향인 수직 프레임(141)에 고정 장착되어 있으며, 상하 운동을 통해 관절 추종을 수행한다. 제2 직선 운동 가이드의 기능은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다. 그리고, 본 발명의 실시예에서는 제2 직선 운동 가이드(150)를 예로 하여 설명하나, 직선 운동 부시를 사용할 수도 있다.The second linear motion guide 150 is fixedly mounted on the vertical frame 141 which is the axial direction of the shoulder joint follow-up device 100, and follows the joint through vertical movement. The function of the second linear motion guide is already known, and a detailed description thereof will be omitted in the embodiment of the present invention. In the embodiment of the present invention, the second linear motion guide 150 is described as an example, but a linear motion bushing may also be used.

케이블 고정부(160)는 제2 직선 운동 가이드(150)의 일측에 구비되어 있다. 보상 하중 전달 케이블(120)의 한쪽 끝면이 케이블 고정부(160)에 고정되어 있으며, 제2 직선 운동 가이드(150)의 움직임에 따라 케이블 고정부(160) 또한 상하로 움직이며, 케이블 고정부(160)에서 제1 풀리(170-1)까지의 보상 하중 전달 케이블(120)의 길이가 조절되도록 한다.The cable fixing part 160 is provided on one side of the second linear motion guide 150. One end surface of the compensating load transmission cable 120 is fixed to the cable fixing portion 160 and the cable fixing portion 160 is also moved up and down in accordance with the movement of the second linear motion guide 150, 160 to the first pulley 170-1 can be adjusted.

풀리(170-1, 170-2)는 수직 프레임(141)의 상단, 즉, 수직 프레임(141)과 수평 프레임(142)이 연결된 위치가 아닌 반대편 상단에 설치된다. 본 발명의 실시예에서는 제1 풀리(170-1)와 제2 풀리(170-2) 두 개의 풀리가 구비되어 있는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.The pulleys 170-1 and 170-2 are installed at the upper end of the vertical frame 141, that is, the upper end opposite to the vertical frame 141 and the horizontal frame 142. In the embodiment of the present invention, two pulleys of the first pulley 170-1 and the second pulley 170-2 are provided. However, the present invention is not limited thereto.

제1 풀리(170-1)는 제2 직선 운동 가이드(150) 위치에 구현되어 있으며, 제2 풀리(170-2)는 중력 보상 스프링(130)이 설치된 위치의 수직 상단에 구현되어 있다. 제1 풀리(170-1)와 제2 풀리(170-2)의 위치는 중력 보상 스프링(130)의 설치에 의해 늘어나는 부피를 줄이고, 어깨 관절 추종 장치(100)의 안정성을 높이기 위하여, 중력 보상 스프링(130)이 설치되어 있는 수직 프레임(141)의 뒤편 수직 프레임(141)에 설치하는 것을 예로 하여 설명한다.The first pulley 170-1 is implemented at the position of the second linear motion guide 150 and the second pulley 170-2 is implemented at the vertical upper end of the position where the gravity compensation spring 130 is installed. The positions of the first pulley 170-1 and the second pulley 170-2 are adjusted by gravity compensating spring 130 in order to reduce the volume that is increased by the installation of gravity compensating spring 130 and to improve the stability of shoulder follow- A description will be given taking as an example the case where the spring 130 is installed on the vertical frame 141 behind the vertical frame 141 on which the spring 130 is installed.

제1 풀리(170-1)와 제2 풀리(170-2)는 중력 보상 스프링(130)이 가하는 힘의 방향을 바꿔주는 기능을 수행하며, 풀리(170-1, 170-2)의 기능인 힘의 방향을 바꿔주는 기능은 이미 알려진 사항으로 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다. 중력 보상 스프링(130)의 힘의 방향은 어깨 관절 추종 장치(100)의 아래 방향으로 작용하기 때문에, 중력 보상 스프링(130)의 힘의 방향을 중력에 반대되는 위쪽 방향으로 가해주기 위해 풀리(170-1, 170-2)를 보상 하중 전달 케이블(120)과 함께 이용한 구조로 구현한다.The first pulley 170-1 and the second pulley 170-2 perform a function of changing the direction of the force applied by the gravity compensating spring 130 and the force that is a function of the pulleys 170-1 and 170-2 And the detailed description thereof will be omitted in the embodiment of the present invention. Since the direction of the force of the gravity compensating spring 130 acts in the downward direction of the shoulder joint follower 100, the force of the force of the gravity compensating spring 130 is applied to the pulley 170 -1, and 170-2 are used together with the compensating load transmission cable 120.

제1 풀리(170-1)와 제2 풀리(170-2)의 반경은 동일 반경으로 형성하는 것을 예로 하여 설명한다. 그리고, 제1 풀리(170-1)와 제2 풀리(170-2)가 설치된 간격은 어느 하나의 간격으로 한정하지 않는다.The radii of the first pulley 170-1 and the second pulley 170-2 are formed to have the same radius. The interval between the first pulley 170-1 and the second pulley 170-2 is not limited to any one interval.

이상에서 설명한 어깨 관절 추종 장치(100)의 실제 구현 예에 대해 도 4를 참조로 설명한다.An actual embodiment of the shoulder joint follower 100 described above will be described with reference to FIG.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치의 구현 예시도이다.4 is a view illustrating an embodiment of a shoulder joint follower according to an embodiment of the present invention.

도 4의 (a)는 어깨 관절 추종 장치(100)의 전체 구현 예에 대해 나타낸 것이다. 그리고 도 4의 (b)는 어깨 관절 추종 장치(100)를 일측에서 살펴본 구현 예시도이고, (c)는 반대편에서 살펴본 구현 예시도이다. Fig. 4 (a) shows an entire embodiment of the shoulder joint following device 100. Fig. FIG. 4 (b) is a view illustrating an embodiment of the shoulder follower 100 according to one embodiment of the present invention, and FIG.

도 4에 도시된 바와 같이, 어깨 관절 추종 장치(100)의 수직 프레임(141) 상단에는 제1 직선 운동 가이드(110)가 구비되어 있다. 제1 직선 운동 가이드(110)의 일측에는 재활 환자의 팔에 부착되는 상용 재활 장치가 연결될 수 있도록 연결 부재(도면 미도시)가 구비되어 있다.As shown in FIG. 4, a first linear motion guide 110 is provided at an upper end of the vertical frame 141 of the shoulder joint follow-up device 100. A connecting member (not shown) is provided at one side of the first linear motion guide 110 so that a commercial rehabilitation device attached to the arm of the rehabilitation patient can be connected.

제1 직선 운동 가이드(110)의 하부의 수직 프레임(141)의 일측에는 즉, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 중력 보상 스프링(130)이 구비되어 있고, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 반대편 면에는 제2 직선 운동 가이드(150)가 구비되어 있다. 제2 직선 운동 가이드(150)의 일측에는 케이블 고정부(160)가 구현되어 있으며, 제2 직선 운동 가이드(150)의 보호를 위해 케이스(180)를 추가할 수 있다. 여기서 케이스(180)는 제2 직선 운동 가이드(150)에 부착되어, 제2 직선 운동 가이드(150)와 함께 상하로 같이 움직이는 부품을 의미한다.A gravity compensating spring 130 is provided at one side of the vertical frame 141 under the first rectilinear motion guide 110 as shown in Figure 4 (b) As shown in the figure, a second linear motion guide 150 is provided on the opposite surface. A cable fixing portion 160 is implemented on one side of the second linear motion guide 150 and a case 180 can be added for protecting the second linear motion guide 150. Here, the case 180 refers to a part attached to the second linear motion guide 150 and moving up and down together with the second linear motion guide 150.

도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 중력 보상 스프링(130)이 설치된 수직 프레임(141)의 상측에는 제2 풀리(170-2)가 설치되어 있고, 도 4의 (a)에 도시되지 않았으나, 케이스(180) 내부에 제1 풀리(170-1)가 설치되어 있다. 제1 풀리(170-1)와 제2 풀리(170-2)는 제2 직선 운동 가이드(150)와 중력 보상 스프링(130)을 연결해주는 보상 하중 전달 케이블(120)이 연결되어, 보상 하중 전달 케이블(120)이 용이하게 움직일 수 있도록 함과 동시에 중력 보상 스프링(130)이 가하는 힘의 방향을 바꿔주는 기능을 수행한다.4 (b), a second pulley 170-2 is provided on the upper side of the vertical frame 141 provided with the gravity compensation spring 130. Although not shown in FIG. 4 (a) , And a first pulley (170-1) is provided inside the case (180). The first pulley 170-1 and the second pulley 170-2 are connected to the compensating load transmission cable 120 connecting the second linear motion guide 150 and the gravity compensating spring 130, So that the cable 120 can be easily moved and the force of the gravity compensation spring 130 is changed.

환자가 팔에 재활 장치를 착용하고 어깨 관절 추종 장치(100)에 연결되어 재활하는 과정에서, 팔을 지면으로 내리게 되면 중력 보상 스프링(130)의 길이는 늘어나고 제2 직선 운동 가이드(150)는 아래로 내려가게 된다. 반대로 환자가 팔을 위로 올리게 되면, 중력 보상 스프링(130)의 길이는 줄어들고 제2 직선 운동 가이드(150)는 위로 상승하게 된다. When the arm is lowered to the ground, the length of the gravity compensating spring 130 is increased and the second linear motion guide 150 is lowered in the process of rehabilitation when the patient wears a rehabilitation device on the arm and is connected to the shoulder joint follow- . Conversely, when the patient raises his / her arm, the length of the gravity compensation spring 130 decreases and the second linear motion guide 150 ascends upward.

이와 같이, 환자가 팔의 움직임에 따라 어깨 관절을 움직이는 과정에서 중력 보상 스프링(130)의 길이가 늘어나거나 줄어들게 되는데, 만약 중력 보상 스프링(130)을 인장 스프링으로 사용하는 경우, 스프링이 늘어날 때 더 큰 복귀력을 발생시키기 때문에, 어깨 높이 변화에 따른 중력 보상 하중에 변화가 생기게 되고, 이로 인한 수직 스트로크에 제한이 생기게 된다. 그러나, 본 발명과 같이 중력 보상 스프링(130)을 정하중 스프링으로 사용하면, 스프링의 복귀력이 스트로크에 관계없이 일정하기 때문에, 인장 스프링을 이용하는 방법과 비교하여 중력 보상하중의 변화가 없어지고 스트로크를 향상시킬 수 있게 된다.As described above, the length of the gravity compensating spring 130 is increased or decreased in the process of moving the shoulder joint according to the movement of the arm. If the gravity compensating spring 130 is used as a tension spring, A large return force is generated, so that the gravity compensation load is changed according to the change of the shoulder height, and the vertical stroke due to this change is limited. However, when the gravity compensating spring 130 is used as the static load spring as in the present invention, the return force of the spring is constant regardless of the stroke. Therefore, compared with the method using the tension spring, .

또한, 본 발명의 실시예에서는 도면에 도시하지 않았으나, 어깨 관절 추종 장치(100)의 진동 발생이 심할 경우를 대비하여, 댐퍼(damper)를 함께 구성할 수 있다. 댐퍼는 중력 보상 스프링(130)과 평행하게 부착되어 구성되는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.In addition, although not shown in the drawings, a damper may be formed together with the shoulder joint follower 100 in case of severe vibration. The damper is constructed to be attached in parallel with the gravity compensating spring 130. However, the damper is not necessarily limited to such a structure.

이상에서는 중력 보상 스프링(130)이 어깨 관절 추종 장치(100)의 하단에 구현되어 있는 제1 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 중력 보상 스프링(130)이 어깨 관절 추종 장치(100)의 상단에 구현될 수도 있으며, 이에 대해 도 5를 참조로 설명한다.In the above, the first embodiment in which the gravity compensation spring 130 is implemented at the lower end of the shoulder joint follower 100 has been described. However, the gravity compensation spring 130 may be implemented at the upper end of the shoulder follower 100, which will be described with reference to Fig.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치의 예시도이다.5 is an exemplary view of a shoulder joint following apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 어깨 관절 추종 장치(100)의 상단에 중력 보상 스프링(130)이 구현되어 있다. 이 경우, 견관절의 움직임을 따라 가며 중력 보상 스프링(130)의 인장 길이가 변하고, 이에 따라 중력 보상 힘과 재활 환자가 착용한 장치 무게 사이의 차이만큼 견관절에 힘이 가해지게 된다.As shown in FIG. 5, a gravity compensation spring 130 is implemented at the upper end of the shoulder joint follower 100. In this case, the tension length of the gravity compensating spring 130 is changed along the movement of the shoulder joint, so that the force is applied to the shoulder joint by the difference between the gravity compensation force and the weight of the device worn by the rehabilitation patient.

본 발명의 제2 실시예에 따르면 중력 보상 스프링(130)이 어깨 관절 추종 장치(100)의 상단에 구현되어 있기 때문에, 중력 보상 스프링(130)과 제2 직선 운동 가이드(150)를 연결하는 보상 하중 전달 케이블이 별도로 설치되지 않는다. According to the second embodiment of the present invention, since the gravity compensation spring 130 is implemented at the upper end of the shoulder joint follower 100, the compensation for connecting the gravity compensation spring 130 and the second linear motion guide 150 Load transfer cables are not installed separately.

그리고 중력 보상 스프링(130)이 어깨 관절 추종 장치(100)의 상단이자 제1 직선 운동 가이드(110)와 제3 프레임(143)의 일측에 구현되는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 여기서 제3 프레임(143)은 제1 프레임(141)과 연결되며 지면으로부터 미리 설정된 높이만큼 떨어져 제2 프레임(142)과 평행하게 구현되어 중력 보상 스프링(130)과 제1 직선 운동 가이드(110)가 설치되는 프레임을 의미한다.The gravity compensation spring 130 is mounted on one side of the first linear motion guide 110 and the third frame 143 at the upper end of the shoulder joint follower 100. However, no. The third frame 143 is connected to the first frame 141 and is installed parallel to the second frame 142 at a predetermined height from the ground so that the gravity compensation spring 130 and the first rectilinear motion guide 110, Quot; is a frame in which "

이와 같이 중력 보상 스프링(130)이 어깨 관절 추종 장치(100)의 상단에 구현된 어깨 관절 추종 장치의 구현 예에 대해 도 6과 도 7을 참조로 설명한다.6 and 7, an embodiment of a shoulder joint follower having the gravity compensating spring 130 implemented at the upper end of the shoulder joint follow-up device 100 will be described.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치의 구현 예시도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 어깨 관절 추종 장치와 재활 장치가 결합된 예시도이다.FIG. 6 is a view illustrating an embodiment of a shoulder joint following apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an example of combining a shoulder joint following apparatus and a rehabilitation apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 인장 길이에 관계 없이 일정한 힘으로 중력을 보상하는 정하중 스프링으로 구현된 중력 보상 스프링(130)을 이용하면, 제1 직선 운동 가이드(110)가 수직 방향으로 움직일 경우 중력 보상의 힘이 지면으로부터 상단으로 가해진다.As shown in FIG. 6, when the gravity compensating spring 130, which is implemented as a static load spring that compensates for gravity by a constant force regardless of the tension length, is used, when the first linear motion guide 110 moves in the vertical direction, The force of compensation is applied from the ground to the top.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 견관절의 움직임을 고려하지 않은 상용 재활 장치(200)를 어깨 관절 추종 장치(100)에 장착할 수 있도록, 제1 직선 운동 가이드(110)의 한쪽 끝단(210) 즉, 어깨 관절 추종 장치(100)에 연결되지 않은 끝단(210)이 "ㄷ"자 형태가 되도록 구현하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.7, in order to mount the commercial rehabilitation apparatus 200 without considering the movement of the shoulder joint to the shoulder joint follower 100, one end 210 of the first linear motion guide 110 That is, the end 210 that is not connected to the shoulder follow-up device 100 is formed in a "C" shape, but it is not necessarily limited thereto.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

Claims (13)

상지 재활을 위한 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치에 있어서,
지면에서 수직 방향으로 구비되어 있는 수직 프레임,
상기 수직 프레임에 90도 각도로 연결되어 있으며, 지면과 수평 방향으로 구비되는 수평 프레임,
상기 수평 프레임에 연결되어 있지 않은 수직 프레임의 일측에 구성되어 있으며, 재활 환자의 팔 움직임에 따라 어깨 관절의 수평 방향 움직임을 보상하는 제1 직선 운동 가이드,
상기 재활 환자의 어깨 관절의 수직 방향으로의 움직임과 팔의 무게, 팔에 부착되는 재활 운동 장치의 무게에 대한 중력을 보상하며, 정하중 스프링으로 구현되어 상기 수직 프레임의 제1 면에 설치되어 있는 중력 보상 스프링;
상기 재활 환자의 어깨 관절 움직임에 따라 상하 운동을 통해 관절을 추종하며, 상기 중력 보상 스프링이 설치된 제1 면의 반대편 위치인 상기 수직 프레임의 제2 면에 구비되는 제2 직선 운동 가이드; 및
상기 중력 보상 스프링과 상기 제2 직선 운동 가이드를 연결하는 보상 하중 전달 케이블
을 포함하고,
상기 제2 직선 운동 가이드 상에 설치되어 있는 상기 제1 직선 운동 가이드는,
제1 방향의 어깨 관절의 움직임을 보상하는 제1 방향 직선 운동 가이드; 및
제1 방향과 상이한 제2 방향의 어깨 관절의 움직임을 보상하는 제2 방향 직선 운동 가이드
를 포함하는 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치.
A shoulder joint follower and gravity compensation device for upper extremity rehabilitation,
A vertical frame provided in the vertical direction on the ground,
A horizontal frame connected to the vertical frame at an angle of 90 degrees,
A first linear motion guide arranged on one side of the vertical frame which is not connected to the horizontal frame and compensating for movement of the shoulder joint in the horizontal direction according to arm movement of the rehabilitation patient,
The weight of the arm and the weight of the rehabilitation exercise device attached to the arm are compensated for by the vertical movement of the shoulder joint of the rehabilitation patient and the weight of the rehabilitation exercise device attached to the arm, Compensating spring;
A second linear motion guide provided on a second surface of the vertical frame, the second linear motion guide being in a position opposite to a first surface provided with the gravity compensating spring, the second linear motion guide following the joint through vertical movement according to the movement of the shoulder joint of the rehabilitation patient; And
A compensating load transmission cable connecting the gravity compensating spring and the second linear motion guide
/ RTI >
The first linear motion guide provided on the second linear motion guide,
A first direction linear motion guide for compensating movement of a shoulder joint in a first direction; And
A second direction linear motion guide for compensating movement of the shoulder joint in a second direction different from the first direction,
A shoulder joint follower and a gravity compensation device.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 방향과 제2 방향 각각은 X 방향 또는 Y 방향 중 어느 하나의 방향인 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치.The method according to claim 1,
Wherein each of the first direction and the second direction is one of an X direction and a Y direction. 제1항에 있어서,
상기 보상 하중 전달 케이블이 연결되며, 상기 중력 보상 스프링이 가하는 힘의 방향을 바꿔주는 풀리
를 포함하는 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치.The method according to claim 1,
The compensating load transmission cable is connected, and the pulley for changing the direction of the force applied by the gravity compensating spring
A shoulder joint follower and a gravity compensation device. 제4항에 있어서,
상기 풀리는,
상기 제2 직선 운동 가이드에 연결된 보상 하중 전달 케이블이 연결되는 제1 풀리; 및
상기 제1 풀리에서 미리 설정된 간격만큼 떨어져 설치되며, 상기 제1 풀리에 연결된 보상 하중 전달 케이블이 연결되어 상기 중력 보상 스프링으로 이어지도록 하는 제2 풀리
를 포함하는 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치.5. The method of claim 4,
The pulley,
A first pulley to which a compensating load transmission cable connected to the second linear motion guide is connected; And
A second pulley installed at a predetermined interval in the first pulley and connected to the compensating load transmission cable connected to the first pulley and connected to the gravity compensating spring,
A shoulder joint follower and a gravity compensation device. 제1항에 있어서,
상기 제1 직선 운동 가이드는 복수개의 직선 운동 부시로 구현되는 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first linear motion guide is implemented as a plurality of linear motion bushes. 제6항에 있어서,
상기 제2 직선 운동 가이드의 일측에 구현되며, 상기 중력 보상 스프링이 상기 제2 직선 운동 가이드에 연결되도록 고정하는 케이블 고정부
를 포함하는 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치.The method according to claim 6,
And a cable fixing portion which is formed at one side of the second linear motion guide and fixes the gravity compensating spring to be connected to the second linear motion guide,
A shoulder joint follower and a gravity compensation device. 제1항에 있어서,
상기 수직 프레임은 제2 직선 운동 가이드와 중력 보상 스프링이 연결되는 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치.The method according to claim 1,
Wherein the vertical frame is connected to a second linear motion guide and a gravity compensation spring. 제8항에 있어서,
상기 중력 보상 스프링은 상기 수직 프레임과 수평 프레임이 만나는, 상기 수직 프레임의 하단에 설치되는 어깨 관절 추종 및 중력 보상 장치.

9. The method of claim 8,
Wherein the gravity compensating spring is installed at a lower end of the vertical frame where the vertical frame meets a horizontal frame.

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