KR102001657B1 - Motion transmission mechanism apparatus for upper limb rehabilitation robot - Google Patents

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KR102001657B1
KR102001657B1 KR1020180071508A KR20180071508A KR102001657B1 KR 102001657 B1 KR102001657 B1 KR 102001657B1 KR 1020180071508 A KR1020180071508 A KR 1020180071508A KR 20180071508 A KR20180071508 A KR 20180071508A KR 102001657 B1 KR102001657 B1 KR 102001657B1
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백승환
강상훈
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영산대학교 산학협력단
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Abstract

According to the present invention, provided is a motion transfer mechanism device for an upper limb rehabilitation robot, which transfers, to a grip, a driving force of a driving device unit in an upper limb rehabilitation robot including a first driver having a first rotary motor and generating a first axial rotational motion around a first rotary axis, and a second driver having a second rotary motor and generating a second axial rotational motion around a second rotary axis parallel to the first rotary axis. The motion transfer mechanism device for an upper limb rehabilitation robot of the present invention comprises: a guide mechanism unit for guiding movement of a grip; and a link mechanism unit for converting a first axial rotational motion into a second axial rotational motion to move the grip. The guide mechanism unit includes: a fixed base member, an intermediate linear movement member coupled to the base member to linearly reciprocate in a first linear movement direction; and a final linear movement member coupled to the intermediate linear movement member to linearly reciprocate in a second linear movement direction perpendicular to the first linear movement direction, and having the grip fixed thereto. The link mechanism unit connects a driving device unit and the final linear movement member.

Description

상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치 {MOTION TRANSMISSION MECHANISM APPARATUS FOR UPPER LIMB REHABILITATION ROBOT}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a motion transfer apparatus for upper limb rehabilitation treatment robot,

본 발명은 재활치료 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상지 재활치료 로봇에 사용되는 운동 전달 기구 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rehabilitation treatment apparatus, and more particularly, to a motion transmission mechanism apparatus used in an upper limb rehabilitation treatment robot.

중풍이나 뇌졸중 또는 외상성 뇌손상 등과 같은 이유로 뇌의 특정 부분이 손상되는 경우, 편측 또는 양측 상지(上肢) 운동 마비가 발생할 수 있다. 특히 뇌졸중의 경우 편마비 형태로 나타나는 경우가 많다. 이러한 마비 증상은 규칙적이고 반복적인 재활 훈련을 통해 개선될 수 있는 것으로 알려져 있으며, 체계적이고 강도 높은 반복 훈련 방식이나 물리치료학 등을 포함하는 재활의학 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다.Unilateral or bilateral upper limb movement paralysis may occur when certain parts of the brain are damaged for reasons such as stroke or stroke or traumatic brain injury. In particular, stroke is often seen as a form of hemiplegia. It is known that these paralysis symptoms can be improved through regular and repetitive rehabilitation training, and researches on rehabilitation medicine including systematic and intensive repetition training method and physical therapy are being actively carried out.

그러나, 재활치료를 담당하는 전문 의료진이 환자에 비해 여전히 부족하고, 의료진의 체력적 한계로 인하여 환자의 입장에서는 충분하고 만족스러운 재활 치료를 받기 어려운 실정이다.However, there is still a shortage of specialist medical staff in charge of rehabilitation treatment, and it is difficult to obtain satisfactory and satisfactory rehabilitation treatment from the patient 's point of view due to the physical limitation of the medical staff.

이러한 이유로 최근에는 치료사를 대신하는 의료용 로봇을 재활치료에 적용하고 있다. 재활치료 로봇은 환자에게 충분하고 일관성 있으며 강도 높은 재활 훈련을 유도할 수 있음은 물론, 반복 훈력, 훈련량과 시간의 조절, 훈련의 진행 및 경과 여부를 정량화하는 등 재활 훈련을 표준화할 수 있고 물리 치료사의 체력적 부담을 덜어준다.For this reason, medical robots replacing therapists have recently been applied to rehabilitation. Rehabilitation therapy robots can provide sufficient, consistent and intensive rehabilitation training for patients, as well as standardize rehabilitation training such as repeated training, adjustment of training volume and time, quantification of progress and progress of training, It relieves the physical burden of.

그러나, 종래의 재활치료 로봇은 고가의 장비이기 때문에, 소규모의 병원이나 재활치료 센터에서는 운용하기가 어렵다. However, since the conventional rehabilitation robot is expensive equipment, it is difficult to operate it in a small hospital or rehabilitation center.

대한민국 공개특허 제10-2015-0074600호 "상지 재활 치료 로봇" (2016.12.08.)Korean Patent Publication No. 10-2015-0074600 entitled "Upper Rehabilitation Therapy Robot" (Aug. 20, 2016).

본 발명의 목적은 구조가 간단하면서 그립을 안정적으로 이동시키는 상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a motion transmission mechanism device for an upper limb rehabilitation robot which has a simple structure and stably moves a grip.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 회전 모터를 구비하고 제1 회전축선을 중심으로 하는 제1 축회전 운동을 발생시키는 제1 구동기와, 제2 회전 모터를 구비하고 상기 제1 회전축선과 평행한 제2 회전축선을 중심으로 하는 제2 축회전 운동을 발생시키는 제2 구동기를 포함하는 구동 장치부를 구비하는 상지 재활치료 로봇에서 상기 구동 장치부의 구동력을 그립으로 전달하는 운동 전달 기구 장치로서, 상기 그립의 이동을 가이드하는 가이드 기구부; 및 상기 제1 축회전 운동과 상기 제2 축회전 운동을 변환하여 상기 그립을 이동시키는 링크 기구부를 포함하며, 상기 가이드 기구부는, 고정된 베이스 부재와, 상기 베이스 부재에 제1 직선이동방향을 따라서 직선왕복 이동이 가능하게 결합되는 중간 직선이동 부재와, 상기 중간 직선이동 부재에 상기 제1 직선이동방향과 직교하는 제2 직선이동방향을 따라서 직선왕복 이동이 가능하게 결합되고 상기 그립이 고정되는 최종 직선이동 부재를 구비하며, 상기 링크 기구부는 상기 구동 장치부와 상기 최종 직선이동 부재를 연결하는, 상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a driving apparatus including a first driver that includes a first rotation motor and generates a first axis rotation movement about a first rotation axis, And a driving unit including a motor and a second driver for generating a second axis rotational motion about a second axis of rotation parallel to the first axis of rotation, wherein the driving force of the driving unit is transmitted to the grip A guide mechanism for guiding the movement of the grip; And a link mechanism portion for converting the first shaft rotational motion and the second shaft rotational motion to move the grip, wherein the guide mechanism portion includes: a fixed base member; An intermediate rectilinear moving member that is coupled to the intermediate linearly-movable member so as to be able to reciprocate linearly, a second end that is coupled to the intermediate rectilinear moving member in a linear reciprocating motion along a second linear movement direction perpendicular to the first linear- And the link mechanism unit connects the drive unit and the final rectilinear moving member to the motion transmission mechanism device for the upper limb rehabilitation robot.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치가 슬라이드 이동으로 그립의 이동을 안내하는 가이드 기구부와, 구동기의 회전 운동을 변환하여 그립의 평면 운동으로 전달하는 링크 기구부를 구비하므로 단순한 구조이면서 그립의 운동이 안정적으로 이루어질 수 있다.According to the present invention, all of the objects of the present invention described above can be achieved. Specifically, the motion transmission mechanism device for upper limb rehabilitation robot according to the present invention includes a guide mechanism portion for guiding the movement of the grip due to the slide movement, and a link mechanism portion for transferring the rotational motion of the actuator to the planar motion of the grip The structure of the grip can be stably performed with a simple structure.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 전달 기구 장치를 구비하는 상지 재활치료 로봇을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 상지 재활치료 로봇의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 상지 재활치료 로봇에 대한 블록도이다.
도 4는 도 1에 도시된 상지 재활치료 로봇에서 그립 모듈과 구동 모듈의 주요 부분을 도시한 사시도로서, 아래에서 바라본 형태를 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 상지 재활치료 로봇에서 그립 모듈과 구동 모듈의 주요 부분을 도시한 사시도로서, 위에서 바라본 형태를 도시한 것이다.1 is a perspective view showing an upper limb rehabilitation robot having a motion transmission mechanism device according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view of the upper limb rehabilitation robot shown in Fig.
FIG. 3 is a block diagram of the upper limb rehabilitation robot shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing a main part of the grip module and the driving module in the upper extremity rehabilitation robot shown in FIG. 1, and shows a view as seen from below.
FIG. 5 is a perspective view showing a main part of the grip module and the driving module in the upper limb rehabilitation robot shown in FIG. 1, and shows a view from above.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활치료 로봇에 대한 사시도 및 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활치료 로봇에 대한 블록도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활치료 로봇(100)은 지지 구조물(110)과, 환자가 손으로 잡고 사용하는 그립 모듈(120)과, 환자에 의해 그립 모듈(120)에 가해지는 힘을 감지하는 힘센서(130)와, 지지 구조물(110)에 설치되어서 지지되고 그립 모듈(120)을 구동하는 구동 모듈(140)과, 구동 모듈(140)의 제어를 위한 엔코더(encoder)(170) 및 리졸버(resolver)(171)와, 그립 모듈(120)의 위치를 촬영하는 카메라(180)와, 지지 구조물(110)에 고정된 제어박스(190) 내에 위치하는 제어부(191)를 포함한다.FIGS. 1 and 2 are a perspective view and a side view of an upper limb rehabilitation treatment robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of a upper limb rehabilitation treatment robot according to an embodiment of the present invention. 1 to 3, the upper extremity rehabilitation robot 100 according to an embodiment of the present invention includes a support structure 110, a grip module 120 used by a patient to hold it by hand, A force sensor 130 for sensing a force applied to the module 120, a drive module 140 mounted on the support structure 110 to drive the grip module 120, An encoder 170 and a resolver 171 for the grip module 120 and a camera 180 for capturing the position of the grip module 120 and a control box 190 fixed to the support structure 110. [ And a control unit 191 for controlling the display unit.

지지 구조물(110)은 지지판(111)과, 지지판(111)을 아래에서 지지하는 지지 다리(115)를 구비한다. 지지판(111)은 수평으로 배치되며 편평한 상면을 구비한다. 지지판(111)은 지지 다리(115)에 의해 지지되며, 지지 다리(115)에 의해 높이가 조절될 수 있다. 지지판(111)에 환자는 팔을 올려 놓거나 상체를 기댈 수 있다. 또한, 지지판(111)에는 구동 모듈(140)이 설치된다. 지지판(111)의 위에 그립 모듈(120)이 이격되어서 위치한다. 지지판(111)의 상면에는 디스플레이부(112)가 설치된다. 디스플레이부(112)는 환자의 재활치료에 도움을 주는 영상을 출력하는데, 예를 들어, 게임, 그립 모듈(120)의 이동방향을 알려는 경로, 환자 자신의 건강했던 사진 또는 동영상, 가족들의 응원 영상, 화상통화시 상대방 모습 등을 출력할 수 있다. 지지 다리(111)는 지지판(111)이 지면으로부터 일정 높이 위에 안정적으로 위치하도록 지지판(111)을 아래에서 지지한다. 지지 다리(111)는 그 길이가 조절되도록 구성되어서 환자의 신체 조건 및 사용 조건에 적합하게 지지판(111)의 높이가 조절될 수 있다. 지지 다리(111)에 제어박스(190)가 고정되어서 설치된다.The support structure 110 has a support plate 111 and a support leg 115 for supporting the support plate 111 from below. The support plate 111 is horizontally disposed and has a flat upper surface. The support plate 111 is supported by the support legs 115 and can be adjusted in height by the support legs 115. The patient can place his / her arm on the support plate 111 or lean on the upper body. A drive module 140 is installed on the support plate 111. The grip module 120 is positioned apart from the support plate 111. A display unit 112 is installed on the upper surface of the support plate 111. The display unit 112 displays an image for helping rehabilitation of the patient, for example, a game, a route for informing the direction of movement of the grip module 120, a healthy photo or video of the patient himself, Video, and the other party's image when a video call is made. The support leg 111 supports the support plate 111 from below so that the support plate 111 is stably positioned at a certain height from the ground. The length of the support leg 111 can be adjusted so that the height of the support plate 111 can be adjusted to suit the physical condition and use conditions of the patient. A control box 190 is fixedly mounted on the support leg 111.

그립 모듈(120)은 상지 재활치료 훈련을 위하여 환자가 손을 잡고 사용하는 것으로서, 지지판(111)의 상면 위에 일정 거리 이격되어서 위치한다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 그립 모듈(120)은 환자가 손으로 잡는 부분인 그립(121)과, 그립(121)으로부터 위로 연장되는 연결 막대(125)와, 그립(121)에 결합되는 마커 형성판(128)을 구비한다. 환자에 의해 그립(121)에 가해지는 힘은 힘센서(130)를 통해 측정되어서 제어부(191)로 전송되며, 그립 모듈(120)은 제어부(191)에 의해 제어되는 구동 모듈(140)을 통해 구동된다.The grip module 120 is used by the patient's hand for upper limb rehabilitation therapy training, and is located at a distance from the upper surface of the support plate 111. [ 1 to 5, the grip module 120 includes a grip 121 that is a portion of the patient's hand grip, a connecting rod 125 that extends upward from the grip 121, And a marker forming plate 128. The force applied to the grip 121 by the patient is measured through the force sensor 130 and transmitted to the control unit 191. The grip module 120 is driven by the driving module 140 controlled by the control unit 191 .

그립(121)은 상하방향으로 연장된 짧은 막대 형태로서, 지지판(111)의 상면 위에 일정 거리 이격되어서 위치하는데, 디스플레이부(112)의 영역 내에 위치한다. 환자는 손을 세운 상태로 그립(121)을 잡게 된다. 그립(121)의 상단에는 연결 막대(125)의 하단이 연결되어서 고정된다. 그립(121)의 하단에는 마커 형성판(128)이 결합되어서 고정된다. 환자는 그립(121)을 잡고 힘을 가하여 그립(121)을 이동시키게 되는데, 환자에 의해 그립(121)에 가해지는 힘은 환자를 기준으로 좌우방향, 전후방향, 높이방향 및 3축 회전 방향을 포함하며, 이러한 환자에 의해 그립(121)에 가해지는 힘의 방향 및 크기는 힘센서(130)에 의해 측정된다.The grip 121 is in the shape of a short bar extending in the vertical direction and is located at a distance from the upper surface of the support plate 111 and is located within the area of the display unit 112. The patient holds the grip 121 with his or her hands up. The lower end of the connecting rod 125 is connected and fixed to the upper end of the grip 121. A marker forming plate 128 is coupled and fixed to the lower end of the grip 121. The patient holds the grip 121 and applies a force to move the grip 121. The force applied by the patient to the grip 121 is applied to the patient in the left-right direction, the back-and-forth direction, the height direction, And the direction and magnitude of the force exerted on the grip 121 by such a patient is measured by the force sensor 130.

연장 막대(125)는 상하방향으로 연장되어서 그립(121)과 힘센서(130)를 연결시킨다. 연장 막대(125)의 하단은 그립(121)에 고정되고, 연장 막대(125)의 상단은 힘센서(130)에 결합된다.The extension bar 125 extends in the vertical direction to connect the grip 121 and the force sensor 130. The lower end of the extension bar 125 is fixed to the grip 121 and the upper end of the extension bar 125 is coupled to the force sensor 130.

마커 형성판(128)은 그립(121)의 하단에 결합되며, 후방 측으로 일부가 돌출된다. 마커 형성판(128)에서 후방 측으로 돌출된 부분의 상면에는 마커(128)가 노출되도록 형성된다. 마커(128)가 카메라(180)에 의해 촬영되어서, 그립(121)의 실시간 위치가 파악될 수 있다.The marker forming plate 128 is coupled to the lower end of the grip 121 and partly protrudes rearward. The markers 128 are exposed on the upper surface of the portion protruding rearward from the marker forming plate 128. The marker 128 is photographed by the camera 180 so that the real time position of the grip 121 can be grasped.

힘센서(130)는 구동 모듈(140)에 고정되도록 결합되며, 그립(121)에 가해지는 환자의 힘을 감지하여 제어부(191)로 전송한다. 힘센서(130)는 연장 막대(125)의 상단과 결합되어서, 연장 막대(125)를 통해 환자에 의해 그립(121)에 가해지는 힘을 감지한다. 힘센서(130)는 그립(121)에 가해지는 힘의 방향 및 크기를 측정하여 제어부(191)로 전송한다. 힘센서(130)는 6축 힘센서로서, 환자를 기준으로 좌우방향, 전후방향, 높이방향 및 3축 회전 방향의 힘 및 크기를 측정한다. 힘센서(130)는 구동 모듈(140)에 의해 수평면 상에서 이동하며, 힘센서(130)에 결합된 그립 모듈(120)도 힘센서(130)와 함께 이동하게 된다.The force sensor 130 is coupled to be fixed to the driving module 140 and senses the force of the patient applied to the grip 121 and transmits the force to the control unit 191. The force sensor 130 is engaged with the upper end of the extension bar 125 to sense the force applied to the grip 121 by the patient through the extension bar 125. The force sensor 130 measures the direction and magnitude of the force applied to the grip 121 and transmits it to the control unit 191. The force sensor 130 is a six-axis force sensor that measures force and magnitude in the left-right direction, the back-and-forth direction, the height direction, and the three-axis rotation direction with respect to the patient. The force sensor 130 moves on a horizontal plane by the drive module 140 and the grip module 120 coupled to the force sensor 130 moves with the force sensor 130.

구동 모듈(140)는 지지 구조물(110)의 지지판(111)에 설치되어서 그립 모듈(120)을 이동시킨다. 구동 모듈(140)은 구동력을 출력하는 구동 장치부(150)와, 구동 장치부(150)에서 출력되는 구동력을 그립 모듈(120)로 전달하는 운동 전달 기구 장치(160)를 구비한다.The drive module 140 is installed on the support plate 111 of the support structure 110 to move the grip module 120. The driving module 140 includes a driving unit 150 that outputs a driving force and a motion transmission mechanism 160 that transmits the driving force output from the driving unit 150 to the grip module 120.

구동 장치부(150)는 제어부(191)에 의해 제어되어서 그립 모듈(120)을 이동시키기 위한 구동력을 발생시킨다. 구동 장치부(150)는 폭방향을 따라서 나란하게 배치되는 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152)를 구비한다. 제1 구동기(151)는 회전력을 발생시키는 구동 장치로서, 제1 회전 모터와, 제1 회전 모터와 연결되는 제1 감속기를 구비한다. 제1 구동기(151)는 높이방향을 따라서 연장되는 제1 회전축선(A1)을 중심으로 축회전하는 회전력을 발생시킨다. 제2 구동기(152)는 회전력을 발생시키는 구동 장치로서, 제2 회전 모터와, 제2 회전 모터와 연결되는 제2 감속기를 구비한다. 제2 구동기(152)는 높이방향을 따라서 연장되는 제2 회전축선(A2)을 중심으로 축회전하는 회전력을 발생시킨다. 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152)는 각각 독립적으로 구동되도록 제어부(191)에 의해 제어된다. 즉, 제1 구동기(151)에 의해 발생하는 제1 회전과 제2 구동기(152)에 의해 발생하는 제2 회전은 방향과 회전력이 각각 독립적으로 제어된다. 그에 따라 그립 모듈(120)의 평면 상 위치가 자유롭게 변경될 수 있다. 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152) 각각에는 엔코더(170) 및 리졸버(171)가 설치되어서 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152)의 회전 각도가 측정된다.The driving unit 150 is controlled by the controller 191 to generate a driving force for moving the grip module 120. The driving unit 150 includes a first driving unit 151 and a second driving unit 152 arranged in parallel along the width direction. The first driver 151 is a driving device for generating a rotational force, and has a first rotary motor and a first reducer connected to the first rotary motor. The first driver 151 generates rotational force about the first rotational axis A1 extending along the height direction. The second driver 152 is a driving device for generating a rotational force, and includes a second rotary motor and a second reducer connected to the second rotary motor. The second driver 152 generates rotational force about the second rotational axis A2 extending along the height direction. The first driver 151 and the second driver 152 are controlled by the controller 191 so as to be independently driven. That is, the first rotation generated by the first driver 151 and the second rotation generated by the second driver 152 are controlled independently of the direction and the rotational force. The position of the grip module 120 on the plane can be freely changed. An encoder 170 and a resolver 171 are installed in each of the first driver 151 and the second driver 152 to measure the rotational angles of the first driver 151 and the second driver 152.

운동 전달 기구 장치(160)는 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152)에 의한 회전운동을 변환하여 그립 모듈(120)로 전달한다. 운동 전달 기구 장치(160)는 가이드 기구부(161)와, 링크 기구부(166)를 구비한다.The motion transmission mechanism 160 converts the rotational motion of the first driver 151 and the second driver 152 and transmits the rotational motion to the grip module 120. The motion transmission mechanism device 160 includes a guide mechanism part 161 and a link mechanism part 166.

가이드 기구부(161)는 베이스 부재(162)와, 베이스 부재(162)에 슬라이드 직선 이동이 가능하게 결합되는 중간 직선이동 부재(163)와, 중간 직선이동 부재(163)에 슬라이드 직선 이동이 가능하게 결합되는 최종 직선이동 부재(164)와, 중간 직선이동 부재(163)와 함께 직선이동하는 보조 직선이동 부재(165)를 구비한다. 가이드 기구부(161)에 의해 그립(121)은 회전하지 않으면서 수평면 상에서 안정적으로 2차원 평면 운동을 하게 된다.The guide mechanism unit 161 includes a base member 162, an intermediate linearly movable member 163 that is slidably linearly movable with respect to the base member 162, A final linearly-moving member 164 to be engaged, and a subsidiary linear-movement member 165 that linearly moves together with the intermediate linearly-moving member 163. The grip 121 does not rotate by the guide mechanism unit 161 and stably performs two-dimensional plane motion on the horizontal plane.

베이스 부재(162)는 기초판(1621)과, 기초판(1621)에 설치된 두 제1 레일(1622)들을 구비한다.The base member 162 includes a base plate 1621 and two first rails 1622 provided on the base plate 1621. [

기초판(1621)은 수평으로 배치되는 판상의 부재로서, 움직이지 않도록 지지판(111)의 상부에 고정된다. 기초판(1621)에 두 제1 레일(1622)들이 고정되도록 설치된다.The base plate 1621 is a horizontally arranged plate-shaped member and is fixed to the upper portion of the support plate 111 so as not to move. And two first rails 1622 are fixed to the base plate 1621.

두 제1 레일(1622)들 각각은 기초판(1621)의 전방 단부 및 후방 단부에 위치하도록 기초판(1621)에 결합된다. 두 제1 레일(1622)들은 서로 평행하며 환자를 기준으로 폭방향을 따라서 직선으로 연장된다. 두 제1 레일(1622)들이 연장되는 방향을 따라서 중간 직선이동 부재(163)가 슬라이드 직선 왕복 이동하게 된다.Each of the two first rails 1622 is coupled to the base plate 1621 so as to be located at the front end and the rear end of the base plate 1621. [ The two first rails 1622 are parallel to each other and extend in a straight line along the width direction with respect to the patient. The intermediate linearly-moving member 163 reciprocally slides along the direction in which the two first rails 1622 extend.

중간 직선이동 부재(163)는 중간 기초판(1631)과, 중간 기초판(1631)에 설치된 두 제1 슬라이더(1632)들과, 중간 기초판(1631)에 설치된 두 제2 레일(1633)들을 구비한다.The intermediate rectilinear moving member 163 is provided with an intermediate base plate 1631 and two first sliders 1632 provided on the intermediate base plate 1631 and two second rails 1633 provided on the intermediate base plate 1631 Respectively.

중간 기초판(1631)은 베이스 부재(162)에 구비되는 기초판(1621)의 아래에 수평으로 배치되는 판상의 부재이다. 중간 기초판(1631)에 두 제1 슬라이더(1632)들과 두 제2 레일(1633)들이 고정되도록 설치된다.The intermediate base plate 1631 is a plate-like member horizontally disposed under the base plate 1621 provided in the base member 162. [ And two first sliders 1632 and two second rails 1633 are fixed to the intermediate base plate 1631.

두 제1 슬라이더(1632)들 각각은 중간 기초판(1631)의 전방 단부와 후방 단부에 각각 위치하도록 중간 기초판(1631)에 결합된다. 두 제1 슬라이더(1632)들 각각은 베이스 부재(162)에 구비되는 두 제1 레일(1622)들 각각에 슬라이드 직선 이동이 가능하게 결합된다. 제1 슬라이더(1632)와 제1 레일(1622)는 리니어 모션 가이드를 형성한다. Each of the first sliders 1632 is coupled to the intermediate base plate 1631 so as to be positioned at the front end and the rear end of the intermediate base plate 1631, respectively. Each of the first sliders 1632 is slidably coupled to each of the two first rails 1622 provided in the base member 162. The first slider 1632 and the first rail 1622 form a linear motion guide.

두 제2 레일(1633)들 각각은 중간 기초판(1631)의 양측 단부에 각각 위치하도록 중간 기초판(1631)에 결합된다. 두 제2 레일(1633)들은 서로 평행하며 환자를 기준으로 전후방향을 따라서 직선으로 연장된다. 두 제2 레일(1633)들이 연장되는 방향을 따라서 최종 직선이동 부재(164)가 슬라이드 직선 왕복 이동하게 된다.Each of the two second rails 1633 is coupled to the intermediate base plate 1631 so as to be positioned at both side ends of the intermediate base plate 1631, respectively. The two second rails 1633 are parallel to each other and extend in a straight line along the anteroposterior direction with respect to the patient. The final linearly-moving member 164 reciprocally slides along the direction in which the two second rails 1633 extend.

최종 직선이동 부재(164)는 이동판(1641)과, 이동판(1641)에 설치된 두 제2 슬라이더(1642)들을 구비한다.The final linearly movable member 164 includes a moving plate 1641 and two second sliders 1642 provided on the moving plate 1641. [

이동판(1641)은 중간 직선이동 부재(163)에 구비되는 중간 기초판(1631)의 아래에 수평으로 배치되는 판상의 부재이다. 이동판(1641)에 두 제2 슬라이더(1642)들이 고정되도록 설치된다. 이동판(1641)의 하면에는 힘센서(130)가 설치된다. The moving plate 1641 is a plate-shaped member disposed horizontally below the intermediate base plate 1631 provided in the intermediate linearly-moving member 163. [ And the two second sliders 1642 are fixed to the moving plate 1641. A force sensor 130 is provided on the lower surface of the moving plate 1641.

두 제2 슬라이더(1642)들 각각은 이동판(1641)의 양측 단부에 각각 위치하도록 이동판(1641)에 결합된다. 두 제2 슬라이더(1642)들 각각은 중간 직선이동 부재(163)에 구비되는 두 제2 레일(1633)들 각각에 슬라이드 직선 이동이 가능하게 결합된다. 제2 슬라이더(1642)와 제2 레일(1633)는 리니어 모션 가이드를 형성한다. 최종 직선이동 부재(164)는 폭방향을 따라 이동이 가능한 중간 직선이동 부재(163)에 대해 전후 방향을 따라 이동이 가능하므로, 최종 직선이동 부재(164)는 수평면 상에서 2차원 평면이동이 가능하게 되고, 그에 따라 최종 직선이동부재(164)에 힘센서(130)를 통해 결합된 그립 모듈(120)도 수평면 상에서 2차원 평면이동이 가능하게 된다.Each of the two second sliders 1642 is coupled to the moving plate 1641 so as to be positioned at both side ends of the moving plate 1641, respectively. Each of the two second sliders 1642 is slidably linearly coupled to each of the two second rails 1633 provided in the intermediate linearly-moving member 163. The second slider 1642 and the second rail 1633 form a linear motion guide. Since the final linearly-moving member 164 can be moved along the longitudinal direction with respect to the intermediate linearly-moving member 163 movable along the width direction, the final linearly-moving member 164 can be moved in two- So that the grip module 120 coupled to the final linearly movable member 164 via the force sensor 130 is also allowed to move in a two-dimensional plane on the horizontal plane.

보조 직선이동 부재(165)는 힘센서(130)보다 아래에 위치하여 최종 직선이동 부재(164)보다 아래에 위치하며, 중간 직선이동 부재(163)와 함께 폭방향을 따라서 직선 왕복이동이 가능하다. 보조 직선이동 부재(165)에는 최종 직선이동 부재(164)가 중간 직선이동 부재(163)에 대해 이동하는 전후 방향을 따라서 길게 연장되는 관통 구멍(1651)이 형성된다. 관통 구멍(1651)을 통해 연장 막대(125)가 통과한다.The auxiliary linearly-moving member 165 is located below the force sensor 130 and is located below the final linearly-movable member 164, and is capable of linear reciprocating motion along the width direction together with the intermediate linearly-moving member 163 . The auxiliary linearly-moving member 165 is formed with a through-hole 1651 which is elongated along the front-rear direction in which the final linearly-moving member 164 moves relative to the intermediate linearly-moving member 163. The extension rod 125 passes through the through hole 1651.

링크 기구부(166)는 제1 구동기(151)에서 발생하는 회전력과 제2 구동기(152)에서 발생하는 회전력을 가이드 기구부(161)에 구비되는 최종 직선이동 부재(164)의 이동을 위해 전달한다. 링크 기구부(166)는 제1 구동기(151)와 최종 직선이동 부재(164)를 연결하는 제1 링크부(167)와 제2 구동기(152)와 최종 직선이동 부재(164)를 연결하는 제2 링크부(168)을 구비한다.The link mechanism 166 transmits the rotational force generated by the first driver 151 and the rotational force generated by the second driver 152 for the movement of the final linearly movable member 164 provided in the guide mechanism unit 161. [ The link mechanism 166 includes a first link portion 167 connecting the first driver 151 and the final linearly movable member 164 and a second link portion 167 connecting the second driver 152 and the final linearly movable member 164, And a link portion 168.

제1 링크부(167)는 제1 구동기(151)로부터 연장되는 제1 내측 링크 부재(1671)과, 제1 내측 링크 부재(1671)로부터 연장되어서 최종 직선이동 부재(164)에 결합되는 제1 외측 링크 부재(1672)를 구비한다.The first link portion 167 includes a first inner link member 1671 extending from the first driver 151 and a second inner link member 1671 extending from the first inner link member 1671 to the first linear moving member 164, And an outer link member 1672.

제1 내측 링크 부재(1671)는 제1 회전축선(A1)으로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되며, 제1 구동기(151)에 의해 구동되어서 회전한다. 제1 내측 링부 부재(1671)의 끝단에는 제1 외측 링크 부재(1672)가 제1 회전축선(A1)과 평행한 회전축선을 중심으로 회전가능하게 결합된다.The first inside link member 1671 extends radially outward from the first rotational axis A1 and is driven by the first driver 151 and rotates. At the end of the first inner ring member 1671, the first outer link member 1672 is rotatably coupled about a rotation axis parallel to the first rotation axis A1.

제1 외측 링크 부재(1672)는 제1 내측 링크 부재(1671)와 최종 직선이동 부재(164)를 연결시킨다. 제1 외측 링크 부재(1672)의 양단은 제1 내측 링크 부재(1671)와 최종 직선이동 부재(164)와 회전 가능하게 결합된다. 제1 외측 링크 부재(1672)와 최종 직선이동 부재(164)는 제1 회전축선(A1)과 평행한 회전축선을 중심으로 회전가능하게 결합된다.The first outer link member 1672 connects the first inner link member 1671 and the final linearly movable member 164. Both ends of the first outside link member 1672 are rotatably engaged with the first inside link member 1671 and the final rectilinear member 1664. The first outer link member 1672 and the final linearly movable member 164 are rotatably coupled about a rotation axis parallel to the first rotation axis A1.

제2 링크부(168)는 제2 구동기(152)로부터 연장되는 제2 내측 링크 부재(1681)과, 제2 내측 링크 부재(1681)로부터 연장되어서 최종 직선이동 부재(164)에 결합되는 제2 외측 링크 부재(1682)를 구비한다.The second link portion 168 includes a second inner link member 1681 extending from the second driver 152 and a second inner link member 1681 extending from the second inner link member 1681 to the second linear linking member 164, And an outer link member 1682.

제2 내측 링크 부재(1681)는 제2 회전축선(A2)으로부터 반경방향 바깥쪽으로 연장되며, 제2 구동기(152)에 의해 구동되어서 회전한다. 제2 내측 링부 부재(1681)의 끝단에는 제2 외측 링크 부재(1682)가 제2 회전축선(A2)과 평행한 회전축선을 중심으로 회전가능하게 결합된다.The second inside link member 1681 extends radially outward from the second rotational axis A2 and is driven by the second driver 152 to rotate. The second outer link member 1682 is rotatably coupled to an end of the second inner ring member 1681 about a rotational axis parallel to the second rotational axis A2.

제2 외측 링크 부재(1682)는 제2 내측 링크 부재(1681)와 최종 직선이동 부재(164)를 연결시킨다. 제2 외측 링크 부재(1682)의 양단은 제2 내측 링크 부재(1681)와 최종 직선이동 부재(164)와 회전 가능하게 결합된다. 제2 외측 링크 부재(1682)와 최종 직선이동 부재(164)는 제2 회전축선(A2)과 평행한 회전축선을 중심으로 회전가능하게 결합된다.The second outer link member 1682 connects the second inner link member 1681 and the final linearly movable member 164. Both ends of the second outside link member 1682 are rotatably engaged with the second inside link member 1681 and the final rectilinear member 164. [ The second outer link member 1682 and the final linearly movable member 164 are rotatably coupled about a rotation axis parallel to the second rotation axis A2.

엔코더(170)는 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152) 각각에 설치되어서 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152)의 회전 각도를 측정하여 제어부(191)로 전송한다. 엔코더(170)는 통상적으로 사용되는 구성의 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The encoder 170 is installed in each of the first driver 151 and the second driver 152 and measures the rotation angle of the first driver 151 and the second driver 152 and transmits the measurement result to the controller 191. Since the encoder 170 is of a commonly used configuration, a detailed description thereof will be omitted.

리졸버(resolver)(171)는 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152)에 가해지는 아날로그 신호인 전압으로부터 회전 각도를 측정하여 제어부(191)로 전송한다. 리졸버는 통상적으로 사용되는 구성의 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 리졸버(171)는 엔코더(170)가 고장인 경우 사용되는 것으로 설명한다.The resolver 171 measures a rotation angle from a voltage, which is an analog signal applied to the first driver 151 and the second driver 152, and transmits the measured rotation angle to the controller 191. Since the resolver is of a commonly used configuration, a detailed description thereof will be omitted. The resolver 171 is described as being used when the encoder 170 fails.

카메라(180)는 상부에서 마커(129)를 촬영하도록 위치가 고정되어서 설치된다. 카메라(180)에 의해 촬영된 마커(129)의 영상은 제어부(191)로 전송되어서 그립(121)의 위치가 실시간으로 확인됨으로써, 설정된 영역 밖으로 그립(121)이 이동하는 것을 방지할 수 있으며, 환자의 손동작의 특성을 분석하는 것에 이용될 수 있다.The camera 180 is fixedly positioned to photograph the marker 129 at the top. The image of the marker 129 photographed by the camera 180 is transmitted to the controller 191 so that the position of the grip 121 can be checked in real time to prevent the grip 121 from moving outside the set area, Can be used to analyze the characteristics of the patient ' s hand gestures.

제어부(191)는 지지 구조물(110)에 고정된 제어박스(190) 내에 설치되어서, 상지 재활치료 로봇(100)의 전체적인 작동을 제어한다. 이하, 제어부(191)에 대한 설명을 통해 상지 재활치료 로봇(100)의 작용이 상세하게 설명될 것이다.The control unit 191 is installed in the control box 190 fixed to the support structure 110 and controls the overall operation of the upper limb rehabilitation robot 100. [ Hereinafter, the operation of the upper limb rehabilitation robot 100 will be described in detail with reference to the control unit 191. [

제어부(191)는 제어 프로그램이 저장된 메모리 장치와 메모리 장치에 저장된 제어 프로그램을 실행시키는 마이크로프로세서를 포함하는 통상적인 구성으로서, 힘센서(130)와 엔코더(170)로부터 전송되는 신호에 기초하여 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152) 각각을 독립적으로 제어한다. 이를 구체적으로 설명하면, 환자가 그립(121)에 힘을 가하면, 힘센서(130)에 의해 그립(121)에 가해진 힘의 방향 및 힘의 크기가 측정되고 측정된 힘에 대한 정보 데이터는 제어부(191)로 전송된다. 제어부(191)는 그립(121)에 가해진 힘의 크기가 설정된 힘 이상인 것으로 확인되면 그립 모듈(120)이 이동하도록 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152)를 제어한다. 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152) 각각은 제어부(191)에 의해 독립적으로 제어되어서 제1 구동기(151)의 회전력과 제2 구동기(152)의 회전력이 운동 전달 기구 장치(160)를 통해 그립 모듈(120)로 변형되어 전달됨으로써, 그립 모듈(120)은 수평면 상에서 2차원 평면이동을 하게 된다. 엔코더(170)가 고정인 경우에는 리졸버(171)가 엔코더(170)의 기능을 대신하여 제1 구동기(151)와 제2 구동기(152)의 회전 각도를 측정하여 제어부(191)에 제공하게 된다. 카메라(180)는 마커(129)를 촬영한 영상을 제어부(191)로 전송하고, 제어부(191)는 카메라(180)로부터 전송된 영상을 분석하여 그립(121)의 위치를 실시간으로 파악함으로써, 그립(121)이 설정된 영역을 벗어나지 않도록 두 구동기(151, 152)의 작동을 제어한다. 또한, 그립(121)의 이동 데이터가 저장되어서 이후 손 동작의 특성 분석에 사용될 수 있다. 그리고, 힘센서(130)에 의해 측정된 그립(121)에 가해진 힘 데이터도 저장되어서 환자의 재활치료에 활용될 수 있다.The control unit 191 is a typical configuration including a microprocessor for executing a control program stored in a memory device and a memory device in which a control program is stored, And independently controls the driver 151 and the second driver 152, respectively. Specifically, when the patient applies a force to the grip 121, the direction and force magnitude of the force applied to the grip 121 by the force sensor 130 are measured, and the information data on the measured force is transmitted to the control unit 191). The control unit 191 controls the first driver 151 and the second driver 152 so that the grip module 120 moves when the magnitude of the force applied to the grip 121 is equal to or greater than the set force. Each of the first driver 151 and the second driver 152 is independently controlled by the controller 191 so that the rotational force of the first driver 151 and the rotational force of the second driver 152 are transmitted to the motion transmitting mechanism 160, So that the grip module 120 moves in a two-dimensional plane on the horizontal plane. When the encoder 170 is fixed, the resolver 171 measures the rotation angle of the first driver 151 and the second driver 152 instead of the function of the encoder 170, and provides the measured angle to the controller 191 . The camera 180 transmits the image of the marker 129 to the control unit 191. The control unit 191 analyzes the image transmitted from the camera 180 to grasp the position of the grip 121 in real time, The operation of the two drivers 151 and 152 is controlled so that the grip 121 does not deviate from the set area. Also, the movement data of the grip 121 may be stored and then used for characterization of the hand motion. Force data applied to the grip 121 measured by the force sensor 130 may also be stored and utilized for rehabilitation of the patient.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100 : 상지 재활훈련용 로봇 110 : 지지 구조물
111 : 지지판 120 : 그립 모듈
121 : 그립 125 : 연장 막대
129 : 마커 130 : 힘센서
140 : 구동 모듈 150 : 구동 장치부
151 : 제1 구동기 152 : 제2 구동기
160 : 운동 전달 기구 장치 161 : 가이드 기구부
162 : 베이스 부재 163 : 중간 직선이동 부재
164 : 최종 직선이동 부재 166 : 링크 기구부
167 : 제1 링크부 168 : 제2 링크부
170 : 엔코더 171 : 리졸버
180 : 카메라 191 : 제어부100: upper body rehabilitation training robot 110: supporting structure
111: support plate 120: grip module
121: Grip 125: Extension rod
129: marker 130: force sensor
140: driving module 150: driving unit
151: first driver 152: second driver
160: motion transmission mechanism device 161: guide mechanism
162: base member 163: intermediate rectilinear moving member
164: final linearly-moving member 166: link mechanism part
167: first link portion 168: second link portion
170: Encoder 171: Resolver
180: camera 191:

Claims (8)

제1 회전 모터를 구비하고 제1 회전축선을 중심으로 하는 제1 축회전 운동을 발생시키는 제1 구동기와, 제2 회전 모터를 구비하고 상기 제1 회전축선과 평행한 제2 회전축선을 중심으로 하는 제2 축회전 운동을 발생시키는 제2 구동기를 포함하는 구동 장치부를 구비하는 상지 재활치료 로봇에서 상기 구동 장치부의 구동력을 그립으로 전달하는 운동 전달 기구 장치로서,
상기 그립의 이동을 가이드하는 가이드 기구부; 및
상기 제1 축회전 운동과 상기 제2 축회전 운동을 변환하여 상기 그립을 이동시키는 링크 기구부를 포함하며,
상기 가이드 기구부는, 고정된 베이스 부재와, 상기 베이스 부재에 제1 직선이동방향을 따라서 직선왕복 이동이 가능하게 결합되는 중간 직선이동 부재와, 상기 중간 직선이동 부재에 상기 제1 직선이동방향과 직교하는 제2 직선이동방향을 따라서 직선왕복 이동이 가능하게 결합되고 상기 그립이 고정되는 최종 직선이동 부재를 구비하며,
상기 링크 기구부는 상기 구동 장치부와 상기 최종 직선이동 부재를 연결하는, 상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치.A first driving unit having a first rotary motor and generating a first axial rotary motion about a first rotary axis, and a second rotary motor having a second rotary motor and a second rotary axis parallel to the first rotary axis And a second driver for generating a second axis rotational motion, wherein the motion transmitting mechanism device transmits the driving force of the driving unit to the grip in the upper limb rehabilitation robot,
A guide mechanism for guiding the movement of the grip; And
And a link mechanism portion for converting the first shaft rotational motion and the second shaft rotational motion to move the grip,
Wherein the guide mechanism portion includes a fixed base member, an intermediate linearly-moving member coupled to the base member so as to be capable of linear reciprocating movement along the first linear-moving direction, and an intermediate linearly-moving member coupled to the intermediate linearly- And a final linearly-moving member coupled to the second linear moving direction so as to be capable of linear reciprocating motion and to which the grip is fixed,
And the link mechanism unit connects the driving unit and the final linearly-moving member. 청구항 1에 있어서,
상기 베이스 부재는 상기 제1 직선이동방향을 따라 연장되는 제1 레일을 구비하며,
상기 중간 직선이동 부재는 상기 제1 레일에 이동가능하게 결합되는 제1 슬라이더와, 상기 제2 직선이동방향을 따라서 연장되는 제2 레일을 구비하며,
상기 최종 직선이동 부재는 상기 제2 레일에 이동가능하게 결합되는 제2 슬라이더를 구비하는 상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치.The method according to claim 1,
Wherein the base member has a first rail extending along the first linear movement direction,
Wherein the intermediate linearly-moving member has a first slider movably coupled to the first rail and a second rail extending along the second linear movement direction,
And the final linearly-moving member has a second slider movably coupled to the second rail. 청구항 2에 있어서,
상기 제1 레일은 이격되어서 2개가 배치되고, 상기 제1 슬라이더는 상기 두 제1 레일들 각각에 대응하여 2개가 구비되는 상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치.The method of claim 2,
Wherein the first slider is spaced apart from the first rail, and the first slider is provided with two corresponding to the first and second rails. 청구항 3에 있어서,
상기 베이스 부재는 상기 두 제1 레일들이 결합되는 기초판을 더 구비하며,
상기 중간 직선이동 부재는 상기 두 제1 슬라이더들이 결합되는 중간 기초판을 더 구비하는 상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치.The method of claim 3,
The base member further includes a base plate to which the two first rails are coupled,
And the intermediate rectilinear moving member further comprises an intermediate base plate to which the two first sliders are engaged. 청구항 2에 있어서,
상기 제2 레일은 이격되어서 2개가 배치되고, 상기 제2 슬라이더는 상기 두 제2 레일들에 각각 대응하여 2개가 구비되는 상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치.The method of claim 2,
Wherein the second rail is spaced apart from the second rail and two second sliders are provided corresponding to the two second rails. 청구항 5에 있어서,
상기 중간 직선이동 부재는 상기 두 제2 레일들이 결합되는 중간 기초판을 더 구비하며,
상기 최종 직선이동 부재는 상기 두 제2 슬라이더들과 상기 그립이 결합되는 이동판을 더 구비하는 상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치.The method of claim 5,
The intermediate linearly-moving member further comprises an intermediate base plate to which the two second rails are coupled,
Wherein the final linearly-moving member further comprises a moving plate coupled to the two second sliders and the grip. 청구항 1에 있어서,
상기 링크 기구부는, 상기 제1 구동기와 상기 최종 직선이동 부재를 연결하는 제1 링크부와, 상기 제2 구동기와 상기 최종 직선이동 부재를 연결하는 제2 링크부를 구비하는 상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치.The method according to claim 1,
Wherein the link mechanism portion includes a first link portion connecting the first driver and the final linearly movable member and a second link portion connecting the second driver and the final linearly movable member, Device device. 청구항 7에 있어서,
상기 제1 링크부는 상기 제1 구동기에 의해 회전하는 제1 내측 링크 부재와, 상기 제1 내측 링크 부재와 상기 최종 직선이동 부재 각각에 회전가능하게 결합되는 제1 외측 링크 부재를 구비하며,
상기 제2 링크부는 상기 제2 구동기에 의해 회전하는 제2 내측 링크 부재와, 상기 제2 내측 링크 부재와 상기 최종 직선이동 부재 각각에 회전가능하게 결합되는 제2 외측 링크 부재를 구비하는 상지 재활치료 로봇용 운동 전달 기구 장치.The method of claim 7,
Wherein the first link portion includes a first inner link member rotated by the first driver and a first outer link member rotatably coupled to the first inner link member and the last linearly movable member,
Wherein the second link portion includes a second inner link member rotated by the second driver and a second outer link member rotatably coupled to the second inner link member and the last linearly movable member, Motion transfer device for robots.
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