KR102628161B1

KR102628161B1 - 어깨 재활 장치

Info

Publication number: KR102628161B1
Application number: KR1020210163194A
Authority: KR
Inventors: 김광기; 이정수; 김태현; 송원경
Original assignee: 가천대학교 산학협력단; 대한민국(국립재활원장)
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2024-01-23
Also published as: KR20230076360A

Abstract

어깨 통증의 유발을 감소시키면서 점진적 저항운동과 보조력을 이용한 운동이 가능하고, 어깨의 스트레칭 운동이 가능한 어깨 재활 장치를 개시한다.
어깨 재활 장치는 액츄에이터, 제1 구동축을 가지고, 액츄에이터에 높이 조절 가능하게 지지되는 제1암, 제1 구동축과 평행한 제2 구동축을 가지는 제2암, 제1 구동축 및 제2 구동축과 다른 방향으로 배치되는 제3 구동축을 가지는 제3암, 제3암에 회전 가능하게 결합되는 제4암, 제4암에 슬라이드 이동 가능하게 결합되고, 사용자의 상박과 하박을 고정하도록 구성되는 제5암 및 제1암과 상기 제2암을 연결하며, 제1암에 회전 가능하게 결합된 상태에서 제1 구동축 방향 및 제2 구동축 방향과 다른방향으로 회전 가능한 연결링크를 포함한다.

Description

어깨 재활 장치{Shoulder rehabilitation apparatus}

본 발명은 사용자의 어깨 재활에 사용되는 어깨 재활 장치에 관한 것이다.

일반적으로 마비 환자의 상지 재활을 위해 상지 재활 로봇이 사용되고 있다.

상지 재활 로봇은 사용자의 팔을 로봇암에 고정시킨 상태에서 로봇암의 직선 움직임 또는 회전 움직임에 의해 상지 근력을 향상시키는 것에 목적을 두는 재활 로봇이다.

그러나 상지 재활 로봇은 견갑골과 상체의 움직임에 의한 견관절 중심의 움직임의 대한 고려가 부족하였으며, 관절 중심이 구속되어 관절 가동 범위(Range Of Motion)가 줄어들거나 관절에 의도하지 않은 힘이 가해져 재활 효과가 감소되는 문제점에 의해 어깨의 운동 범위 감소에 의한 어깨통증을 호소하는 환자에게는 적합하지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 어깨 통증의 유발을 감소시키면서 점진적 저항운동과 보조력을 이용한 운동이 가능하고, 어깨의 스트레칭 운동이 가능한 어깨 재활 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨 재활 장치는 액츄에이터; 제1 구동축을 가지고, 상기 액츄에이터에 높이 조절 가능하게 지지되는 제1암; 상기 제1 구동축과 평행한 제2 구동축을 가지는 제2암; 상기 제1 구동축 및 상기 제2 구동축과 다른 방향으로 배치되는 제3 구동축을 가지는 제3암; 상기 제3암에 회전 가능하게 결합되는 제4암; 상기 제4암에 슬라이드 이동 가능하게 결합되고, 사용자의 상박과 하박을 고정하도록 구성되는 제5암; 상기 제1 구동축과 상기 제2 구동축의 평행을 유지하면서 상기 제1암과 상기 제2암을 연결하며, 그 양단이 상기 제1암과 상기 제2암에 각각 회전 가능하게 연결되는 제1 링크바디와, 상기 제1 링크바디와 평행하게 배치되고, 그 양단이 상기 제1암과 상기 제2암에 각각 회전 가능하게 연결되는 제2 링크바디를 가지는 연결링크; 및 상기 제1암과 상기 제1 링크바디 사이에 배치되어 상기 제2암이 이동되는 방향에 따라 상기 제2암에 저항력을 발생시키거나 상기 제2암에 보조력을 발생시키도록 구성되는 적어도 하나의 탄성부재; 를 포함한다.

상기 제1암과 상기 제1 링크바디에 결합되어, 상기 제1 링크바디가 회전되는 속도를 조절하도록 구성되는 댐퍼; 를 포함할 수 있다.

상기 제2암은, 상기 연결링크에 결합된 상태에서 상기 제1암과 이격 배치될 수 있다.

상기 제2암은, 상기 연결링크에 결합된 상태에서 상기 제1 구동축을 중심으로 회전될 수 있다.

상기 제1암은, 상기 액츄에이터에 결합되며, 상기 제1 구동축을 홀딩 가능한 제1 홀더; 및 상기 제1 구동축의 단부에 배치되며, 상기 연결링크를 회전 가능하게 지지하는 제1 링크부; 를 포함할 수 있다.

상기 제2암은, 상기 제1 구동축과 이격 배치되는 제2 구동축; 상기 제2 구동축을 홀딩 가능한 제2 홀더; 및 상기 제2 홀더에 결합되며, 상기 연결링크의 하측에 배치되는 제2 링크부; 를 포함할 수 있다.

상기 제3암은 상기 제3 구동축을 홀딩하며, 상기 제2 구동축의 상측에 배치되는 제3 홀더; 및 상기 제3 홀더를 지지하며, 상기 제3 홀더와 함께 수용공간을 형성하는 제3 링크부; 를 포함할 수 있다.

상기 제4암은, 상기 제1 구동축, 상기 제2 구동축 및 상기 제3 구동축과 다른 방향으로 배치되는 제4 구동축; 상기 제4 구동축을 홀딩하며, 상기 제5암과 결합되는 제4 홀더; 및 상기 제4 구동축을 지지하며, 상기 제3 구동축에 결합되어 상기 제3 구동축과 함께 회전 가능한 제4 링크부; 를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨 재활 장치는 액츄에이터; 및 상기 액츄에이터에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 암 어셈블리; 를 포함하며, 상기 암 어셈블리는, 상기 액츄에이터의 상측에 배치되는 제1암; 상기 액츄에이터의 외측에 배치되며, 상기 제1암과 이격 배치되는 제2암; 상기 제2암에 회전가능하게 결합되는 제3암; 상기 제3암에 결합되어 상기 제3암을 중심으로 회전 가능한 제4암; 상기 제4암에 결합되며, 길이 조절 가능하게 마련되는 제5암; 상기 제1암과 상기 제2암에 각각 결합되어 상기 제2암을 회전 가능하게 지지하는 연결링크; 상기 제1암과 상기 연결링크에 결합되어 상기 연결링크의 회전각도 또는 회전속도를 측정하는 제1 센서; 상기 제5암에 결합되어 상기 제1암 내지 상기 제4암의 토크를 측정하는 제2 센서; 및 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에 의해 측정된 측정값들에 근거하여 상기 제1암 내지 상기 제4암에 보조력을 생성하거나 저항력을 생성하는 신호를 전달하는 컨트롤러; 를 포함한다.

상기 제1암의 단부에 결합되며, 상기 연결링크가 상기 제1암의 외부로 회전되는 것을 방지하는 스토퍼; 를 포함할 수 있다.

상기 제5암은 사용자의 상박 및 하박을 고정하도록 상기 상박 및 하박을 감싸는 고정 벨트; 를 포함하며, 상기 고정 벨트에 결합되어 상기 사용자의 근활성도를 측정하는 제3 센서; 를 포함할 수 있다.

상기 연결링크는, 상기 제1암에 결합되는 제1 커넥팅 바디; 및 상기 제1암과 상기 제2암의 사이 간격을 조절할 수 있도록 상기 제1 커넥팅 바디에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 제2 커넥팅 바디; 를 포함할 수 있다.

상기 제5암은, 상기 고정 벨트의 하측에 배치되며, 사용자가 파지할 수 있도록 마련되는 손잡이; 를 포함하며, 상기 손잡이는, 상기 액츄에이터의 길이방향을 따라 배치되는 제1 홀딩바디; 및 상기 제1 홀딩바디에 틸팅 가능하게 결합되는 제2 홀딩바디; 를 포함할 수 있다.

상기 손잡이는 자성체로 마련되어 상기 제2 홀딩바디가 상기 제1 홀딩바디에 방향조절 가능하도록 고정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 저항운동과 보조력을 이용한 운동이 가능하므로 환자의 어깨 근육이 점진적으로 향상될 수 있다.

또한, 어깨 주변 근육을 풀어주는 스트레칭 운동이 가능하므로 어깨 통증의 유발을 감소시키면서 어깨 근육의 피로가 저하될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨 재활 장치의 전체적인 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 어깨 재활 장치의 배면사시도이다.
도 3은 사용자의 팔이 암 어셈블리에 고정된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 암 어셈블리를 도시한 도면이다.
도 5는 제1암을 도시한 확대도이다.
도 6은 연결판, 제2암 및 제1 센서를 도시한 확대도이다.
도 7은 제3암을 도시한 확대도이다.
도 8은 제4암 및 제5암의 일부를 도시한 확대도이다.
도 9는 제5암의 일부를 도시한 확대도이다.
도 10은 외전 동작을 위해 암 어셈블리가 회전된 모습을 도시한 도면이다.
도 11은 내회전 동작을 위해 암 어셈블리가 회전된 모습을 도시한 도면이다.
도 12는 외회전 동작을 위해 암 어셈블리가 회전된 모습을 도시한 도면이다.

본 명세서에 기재된 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨 재활 장치의 전체적인 구성을 도시한 사시도이며, 도 2는 어깨 재활 장치의 배면사시도이고, 도 3은 사용자의 팔이 암 어셈블리에 고정된 상태를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 어깨 재활 장치(10)는 베이스 프레임(100), 지지 프레임(200), 액츄에이터(300), 암 어셈블리(400) 및 컨트롤러(700)를 포함한다.

어깨 재활 장치(10)를 설명하기에 앞서, 본 실시예에서 설명되는 제1 방향(D1)은 액츄에이터(300)의 길이방향을 의미할 수 있으며, 제2 방향(D2)은 제1 방향(D1)과 교차되는 방향을 의미할 수 있고, 제3 방향(D3)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 수직하게 교차되는 상하방향을 의미할 수 있다.

베이스 프레임(100)은 지지 프레임(200)과 결합된다. 베이스 프레임(100)의 하부에는 어깨 재활 장치(10)가 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)을 따라 이동될 수 있도록 캐스터(Caster)가 배치된다.

지지 프레임(200)은 베이스 프레임(100)에 결합된다. 지지 프레임(200)은 액츄에이터(300)와 결합되며, 액츄에이터(300)를 지지한다.

액츄에이터(300)는 지지 프레임(200)에 지지된다. 액츄에이터(300)는 암 어셈블리(400)와 결합된다. 액츄에이터(300)는 암 어셈블리(400)를 높이조절 가능하게 지지하여, 암 어셈블리(400)를 상승시키거나 하강시키도록 구성된다.

액츄에이터(300)는 액츄에이터 본체(310), 액츄에이터 로드(320), 가이드 레일(330) 및 제1 홀더(340)를 포함한다.

액츄에이터 본체(310)는 컨트롤러(700)의 명령에 따라 구동력을 발생시켜 액츄에이터 로드(320)를 제3 방향(D3)을 따라 상승시키거나 하강시킬 수 있다.

액츄에이터 로드(320)는 액츄에이터 본체(310)의 내부에 수용되며, 액츄에이터 본체(310)의 내부에서 이동 가능하게 배치된다. 액츄에이터 로드(320)는 액츄에이터 본체(310)에서 발생되는 구동력을 통해 상승되거나 하강될 수 있다. 액츄에이터 본체(310)의 상면으로부터 제3 방향(D3)을 따라 돌출되는 액츄에이터 로드(320)의 상승 범위는 0mm 내지 300mm 사이일 수 있다.

가이드 레일(330)은 액츄에이터 로드(320)의 상측에 배치된다. 가이드 레일(330)은 암 어셈블리(400)와 결합된다. 가이드 레일(330)은 암 어셈블리(400)를 슬라이드 이동 가능하게 지지할 수 있다.

제1 홀더(340)는 가이드 레일(330)에 슬라이드 이동 가능하게 결합된다. 홀더(134)는 후술할 제1 구동부(411)를 홀딩할 수 있다.

제1 홀더(340)는 결합부(341) 및 홀딩부(342)를 포함한다.

결합부(341)는 가이드 레일(330)에 결합되어 가이드 레일(330)에 고정될 수 있다. 결합부(341)는 홀딩부(342)를 지지할 수 있다.

홀딩부(342)는 제1 결합부(341)의 상측에 배치된다. 제1 홀딩부(342)는 제1 구동부(411)를 홀딩할 수 있도록 내부가 비어있는 형상을 가진다. 제1 홀딩부(342)는 제1 구동부(411)의 외면에 대응되는 내면을 가질 수 있다.

액츄에이터(300)는 암 어셈블리(400)를 제1 방향(D1) 또는 제3 방향(D3)으로 이동시킬 수 있으므로, 사용자의 신체 조건에 따라 암 어셈블리(400)가 적절한 위치에 배치될 수 있다.

도 4는 암 어셈블리를 도시한 도면이며, 도 5는 제1암을 도시한 확대도이고, 도 6은 연결판, 제2암 및 제1 센서를 도시한 확대도이며, 도 7은 제3암을 도시한 확대도이고, 도 8은 제4암 및 제5암의 일부를 도시한 확대도이며, 도 9는 제5암의 일부를 도시한 확대도이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 암 어셈블리(400)는 액츄에이터(300)에 결합된다. 암 어셈블리(400)는 가이드 레일(330)을 따라 슬라이드 이동 가능하며, 액츄에이터 로드(320)의 움직임에 의해 제3 방향(D3)을 따라 상승되거나 하강될 수 있다. 가이드 레일(330)을 따라 이동되는 암 어셈블리(400)의 이동 범위는 0mm 내지 50mm 사이일 수 있다.

암 어셈블리(400)는 제1암(410), 연결링크(420), 제2암(430), 제3암(440), 제4암(450), 제5암(460), 복귀스프링(470), 제1 센서(500) 및 제2 센서(600)를 포함한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1암(410)은 액츄에이터(300)에 결합된다. 제1암(410)은 사용자의 견갑골의 움직임을 도울수 있다.

제1암(410)은 제1 구동부(411), 제1 링크부(412) 및 스토퍼(413)를 포함한다.

제1 구동부(411)는 컨트롤러(700)의 명령에 따라 제2 방향(D2)을 중심으로 구동력을 발생시키는 제1 구동축을 가지는 모터 및 그 내부에 모터를 수용하며, 홀딩부(342)에 결합되어 홀딩부(342)에 홀딩되는 케이스를 포함할 수 있다. 제1 구동부(411)의 회전 범위는 0° 내지 60° 사이일 수 있다.

제1 링크부(412)는 제1 구동부(411)의 단부에 배치된다.

제1 링크부(412)는 제1 구동부(411)에 결합되어 제1 구동부(411)와 함께 회전되는 제1 결합 플레이트(412a)와 제1 결합 플레이트(412a)의 결합되며 연결링크(420)에 결합되는 직사각 형상의 제1 연결 플레이트(412b)를 포함할 수 있다. 제1 연결 플레이트(412b)는 제2 방향(D2)을 따라 연장되는 형상을 가질 수 있다.

제1 링크부(412)는 제1 구동부(411)에서 발생되는 구동력에 의해 제2 방향(D2)을 중심으로 회전될 수 있다. 제1 링크부(412)는 연결링크(420)를 회전 가능하게 지지할 수 있다.

스토퍼(413)는 제1 연결 플레이트(412b)의 단부에 결합된다. 스토퍼(413)는 연결링크(420)의 일부분을 커버할 수 있다. 스토퍼(413)는 제1 연결 플레이트(412b)에 결합된 상태에서 연결링크(420)의 일부분과 접촉될 수 있다. 스토퍼(413)는 암 어셈블리(400)에 사용자의 팔이 고정된 상태에서 사용자가 제2 방향(D2)을 따라 팔을 뒤로 당기는 동작을 수행할 경우, 제3 방향(D3)을 중심으로 회전되는 연결링크(420)가 제1 연결 플레이트(412b)의 외부로 돌출되지 않도록 연결판의 회전 범위를 제한할 수 있다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 연결링크(420)는 제1 링크부(412)와 후술할 제2 링크부(433)에 각각 회전 가능하게 결합되어 제1 링크부(412)와 제2 링크부(433)를 연결할 수 있다.

연결링크(420)는 제1 링크바디(421) 및 제2 링크바디(422)를 포함한다.

제1 링크바디(421)는 제1 링크부(412)와 제2 링크부(433)에 각각 결합된다. 제1 링크바디(421)는 제1 구동축과 제2 구동축의 평행을 유지하면서, 제1암(410)과 제2암(430)을 연결한다. 제1 링크바디(421)는 제1 방향(D1)을 따라 배치된다. 제1 링크바디(421)는 제1 결합볼트(F1)를 통해 제1 연결 플레이트(412b)에 회전 가능하게 결합된다. 제1 링크바디(421)는 제1 결합볼트(F1)를 중심으로 회전될 수 있다. 제1 결합볼트(F1)를 중심으로 회전되는 제1 링크바디(421)는 스토퍼(413)에 접촉되어 그 회전이 정지될 수 있다. 제1 링크바디(421)는 제2 결합볼트(F2)를 통해 제2 링크부(433)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 제1 결합볼트(F1) 또는 제2 결합볼트(F2)를 중심으로 회전되는 제1 링크바디(421)의 회전 범위는 0° 내지 50° 사이일 수 있다.

제1 링크바디(421)는 제1 결합 플레이트(412a)에 결합된 상태에서 제1 링크부(412)가 제1 구동부(411)에 의해 제2 방향(D2)을 중심으로 회전되면 제1 결합 플레이트(412a)와 함께 회전될 수 있다. 제1 링크바디(421)가 회전되면 제2 링크부(433) 또한 제1 링크바디(421)와 함께 제2 방향(D2)을 중심으로 회전될 수 있다.

제2 링크바디(422)는 제1 링크부(412)와 제2 링크부(433)에 각각 결합된다. 제2 링크바디(422)는 제1 방향(D1)을 따라 배치된다. 제2 링크바디(422)는 제2 방향(D2)을 따라 제1 링크바디(421)와 이격 배치된다. 제2 링크바디(422)는 제1 링크바디(421)와 평행하게 배치된다. 제2 링크바디(422)는 제3 결합볼트(F3)를 통해 제1 제1 결합 플레이트(412a)에 회전 가능하게 결합된다.

제2 링크바디(422)는 제1 링크부(412)에 결합된 상태에서 제1 링크바디(421)와 마찬가지로 제1 링크부(412)와 함께 제2 방향(D2)을 중심으로 회전될 수 있다. 제2 링크바디(422)는 제4 결합볼트(F4)를 통해 제2 링크부(433)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 제1 결합볼트(F1) 또는 제2 결합볼트(F2)를 중심으로 회전되는 제2 링크바디(422)의 회전 범위는 0° 내지 50° 사이일 수 있다.

도시하지는 않았지만, 제1 링크바디(421)와 제2 링크바디(422)는 제1 커넥팅 바디와 제2 커넥팅 바디를 포함할 수 있다. 제1 커넥팅 바디는 제1 연결 플레이트(412b)에 결합된다. 제2 커넥팅 바디는 제2 링크부(433)에 결합되며, 제1 커넥팅 바디에 슬라이드 이동 가능하게 결합될 수 있다. 제2 커넥팅 바디가 제1 커넥팅 바디로부터 슬라이드 이동되면서 제1암(410)과 제2암(430)사이 간격을 조절할 수 있다. 따라서, 사용자의 어깨 넓이에 따라 제2암(430)이 제1암(410)으로부터 적절한 간격을 두고 배치될 수 있다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 제2암(430)은 사용자의 어깨 및 팔의 외전 동작, 내전 동작, 외회전 동작 및 내회전 동작을 도울수 있다.

제2암(430)은 제2 구동부(431), 제2 홀더(432) 및 제2 링크부(433)를 포함한다.

제2 구동부(431)는 제1 구동부(411)와 구동 축방향이 평행하게 배치된다. 제2 구동부(431)는 컨트롤러(700)의 명령에 따라 제2 방향(D2)을 중심으로 구동력을 발생시키는 제2 구동축을 가지는 모터 및 그 내부에 모터를 수용하도록 모터를 감싸는 케이스를 포함할 수 있다. 제2 구동부(431)의 회전 범위는 -25° 내지 18° 사이일 수 있다.

제2 홀더(432)는 제2 구동부(431)에 결합되어 제2 구동부(431)를 홀딩할 수 있다. 제2 홀더(432)는 제2 구동부(431)를 홀딩할 수 있도록 내부가 비어있는 형상을 가진다. 제2 홀더(432)는 제2 구동부(431)의 외면에 대응되는 내면을 가질 수 있다.

제2 링크부(433)는 제2 방향(D2)을 따라 배치된다. 제2 링크부(433)는 제2 홀더(432)에 결합되어 제2 홀더(432)를 지지할 수 있다.

제2 링크부(433)는 제2 결합볼트(F2)를 통해 제1 링크바디(421)를 회전 가능하게 지지할 수 있으며, 제4 결합볼트(F4)를 통해 제2 링크바디(422)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 제2 링크부(433)는 연결 링크에 결합된 상태에서 사용자의 어깨 및 팔의 움직임에 의해 제2 방향(D2)을 따라 전진되거나 후진될 수 있다. 제2 링크부(433)는 스토퍼(413)에 접촉되는 제1 링크바디(421)에 의해 그 움직임이 정지될 수 있다.

제2 링크부(433)는 연결 링크에 결합된 상태에서 제1 구동부(411)에서 발생되는 구동력에 의해 연결 링크와 함께 제2 방향(D2)을 중심으로 회전될 수 있다. 제2 링크부(433)는 제2 방향(D2)으로 회전되면서 제2 구동부(431) 및 제2 홀더(432)를 제2 방향(D2)을 중심으로 회전시킬 수 있다.

도 4 및 도 7을 참조하면, 제3암(440)은 사용자의 어깨 및 팔의 외전 동작, 내전 동작, 외회전 동작 및 내회전 동작을 도울수 있다.

제3암(440)은 제3 구동부(441), 제3 홀더(442) 및 제3 링크부(443)를 포함한다.

제3 구동부(441)는 제1 구동부(411) 및 제2 구동부(431)와 다른 구동 축방향으로 배치될 수 있다. 제3 구동부(441)는 컨트롤러(700)의 명령에 따라 제1 구동부(411) 및 제2 구동부(431)와 다른 방향을 중심으로 구동력을 발생시키는 제3 구동축을 가지는 모터 및 그 내부에 모터를 수용하도록 모터를 감싸는 케이스를 포함할 수 있다. 제3 구동부(441)의 회전 범위는 -90° 내지 90° 사이일 수 있다.

제3 홀더(442)는 제3 구동부(441)에 결합되어 제3 구동부(441)를 홀딩할 수 있다.

제3 홀더(442)는 제3 구동부(441)를 홀딩할 수 있도록 제3 구동부(441)의 외면에 대응되는 내면을 가지는 링 형상의 제1 홀딩 플레이트(442a)와 제1 홀딩 플레이트(442a)의 단부로부터 연장되어 후술할 제3 링크부(443)와 연결되는 제2 연결 플레이트(442b)를 포함할 수 있다.

제3 링크부(443)는 제2 구동부(431)의 단부에 결합된다. 제3 링크부(443)는 제2 연결 플레이트(442b)에 결합된 상태에서 제2 구동부(431)에서 발생되는 구동력에 의해 제2 방향(D2)을 중심으로 회전될 수 있다.

제3 링크부(443)는 제2 구동부(431)를 통해 제2 방향(D2)을 중심으로 회전되면서 제3 홀더(442) 및 제3 구동부(441)를 제2 방향(D2)을 중심으로 회전시킬 수 있다.

제3 구동부(441)는 제3 링크부(443)에 의해 제3 방향(D3)을 따라 제2 구동부(431)보다 상측에 배치될 수 있다. 제3 구동부(441)가 제2 구동부(431)보다 상측에 배치되면 사용자의 어깨가 제3 구동부(441)에 접촉되어 불편함이 생길 수 있는 문제점이 미연에 방지될 수 있다.

제3암(440)은 제2 연결 플레이트(442b)와 제3 링크부(443)에 의해 수용공간(440a)이 형성된다. 수용공간(440a)에는 제3 구동부(441)의 축방향으로 회전 가능한 제4 구동부(451)를 수용할 수 있다.

도 4, 도 7 및 도 8을 참조하면, 제4암(450)은 사용자의 어깨 및 팔의 외전 동작, 내전 동작, 외회전 동작 및 내회전 동작을 도울수 있다.

제4암(450)은 제4 구동부(451), 제4 홀더(452) 및 제4 링크부(453)를 포함한다.

제4 구동부(451)는 제1 구동부(411), 제2 구동부(431) 및 제3 구동부(441)와 각각 다른 구동 축방향으로 배치될 수 있다. 제4 구동부(451)는 컨트롤러(700)의 명령에 따라 제1 방향(D1)을 중심으로 구동력을 발생시키는 제4 구동축을 가지는 모터 및 그 내부에 모터를 수용하도록 모터를 감싸는 케이스를 포함할 수 있다.

제4 구동부(451)는 제4 링크부(453)에 결합된 상태에서 제3 구동부(441)의 축방향을 중심으로 회전될 수 있다. 또한, 제4 구동부(451)는 제4 링크부(453)에 결합된 상태에서 제2 구동부(431)의 축방향을 중심으로 제3 구동부(441)와 함께 회전될 수 있다. 제4 구동부(451)의 회전 범위는 10° 내지 122° 사이일 수 있다.

제4 홀더(452)는 제4 구동부(451)에 결합되어 제4 구동부(451)를 홀딩할 수 있다. 제4 홀더(452)는 제4 구동부(451)를 홀딩한 상태에서 제5암(460)과 결합되어 제5암(460)을 지지할 수 있다.

제4 홀더(452)는 제4 구동부(451)를 홀딩할 수 있도록 제4 구동부(451)의 외면에 대응되는 내면을 가지는 링 형상의 제2 홀딩 플레이트(452a)와 제2 홀딩 플레이트(452a)의 단부로부터 연장되어 후술할 제5암(460)과 결합되는 제3 연결 플레이트(452b)를 포함할 수 있다.

제4 링크부(453)는 제3 구동부(441)의 단부에 결합된다. 제4 링크부(453)는 제3 구동부(441)에 결합된 상태에서 제3 구동부(441)에서 발생되는 구동력에 의해 제3 구동부(441)의 축방향을 중심으로 회전될 수 있다.

제4 링크부(453)는 제3 구동부(441)에 결합되어 제3 구동부(441)의 축방향을 중심으로 회전되는 원 형상의 제2 결합 플레이트(453a)와, 제2 결합 플레이트(453a)의 단부로부터 연장되며, 제4 구동부(451)에 결합되는 제4 연결 플레이트(453b)를 포함할 수 있다.

도 3, 도 4, 도 8 및 도 9를 참조하면, 제5암(460)은 제4암(450)에 결합된다. 제5암(460)은 사용자의 상박부분과 하박부분을 커버하며, 사용자의 팔이 로봇암을 따라 움직일 수 있도록 사용자의 상박부분과 하박부분을 암 어셈블리(400)에 고정시킬 수 있다.

제5암(460)은 제1 고정암(461), 이동암(462), 제2 고정암(463), 제1 고정 벨트(464), 제2 고정 벨트(465) 및 손잡이(466)를 포함한다.

제1 고정암(461)은 복수개의 플레이트의 조합으로 구성된다. 제1 고정암(461)은 제3 연결 플레이트(452b)에 결합된다. 제1 고정암(461)은 제1 고정 벨트(464)를 지지할 수 있다. 제1 고정암(461)은 제3 연결 플레이트(452b)와 결합되어 제3 연결 플레이트(452b)와 함께 이동암(462)을 수용할 수 있는 내부공간을 형성한다.

이동암(462)은 제1 고정암(461)의 내부에 일부분이 수용된다. 이동암(462)은 제1 고정암(461)과 제3 연결 플레이트(452b)에 의해 형성된 내부공간에 제3 방향(D3)을 따라 슬라이드 이동 가능하게 배치된다. 이동암(462)이 제1 고정암(461)과 제3 연결 플레이트(452b)에 의해 형성된 내부공간의 외부로 길이 조절 가능하게 돌출되므로, 제5암(460)이 각각 다른 길이의 사용자의 상박부분을 적절하게 커버할 수 있다. 제1 고정암(461)과 제3 연결 플레이트(452b)에 의해 형성된 내부공간의 외부로 돌출되는 이동암(462)의 돌출 범위는 290mm 내지 360mm 사이일 수 있다.

도 3, 도 4 및 도 9를 참조하면, 제2 고정암(463)은 이동암(462)에 힌지(H)(도 9 참조)를 통해 회전 가능하게 결합된다. 제2 고정암(463)은 사용자의 하박부분을 커버할 수 있다. 제2 고정암(463)은 이동암(462)에 결합된 상태에서 제1 고정암(461)과 함께 제4 구동부(451)의 축방향을 중심으로 회전될 수 있다. 제2 고정암(463)은 직사각 형상의 플레이트로 마련될 수 있다. 힌지(H)(도 9 참조)를 통해 이동암(462)에 회전가능하게 결합된 제2 고정암(463)의 회전 범위는 0° 내지 90° 사이일 수 있다.

제1 고정 벨트(464)는 제3 연결 플레이트(452b)에 결합된다. 제1 고정 벨트(464)는 사용자의 상박을 제3 연결 플레이트(452b)에 고정시킬 수 있다. 제1 고정 벨트(464)는 사용자의 상박을 제3 연결 플레이트(452b)에 고정시킬 수 있도록 벨크로로 마련될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

제2 고정 벨트(465)는 제2 고정암(463)에 결합된다. 제2 고정 벨트(465)는 사용자의 하박을 제2 고정암(463)에 고정시킬 수 있다. 제2 고정 벨트(465)는 사용자의 하박을 제2 고정암(463)에 고정시킬 수 있도록 벨크로로 마련될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

손잡이(466)는 제2 고정암(463)의 단부에 배치된다. 손잡이(466)는 사용자가 홀딩할 수 있도록 제1 방향(D1)을 따라 돌출된다. 손잡이(466)는 사용자가 부드럽게 파지할 수 있도록 원기둥 형상으로 마련될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도시하지는 않았지만, 손잡이(466)는 제1 홀딩바디 및 제2 홀딩바디를 포함할 수 있다.

제1 홀딩바디는 제1 방향(D1), 즉 액츄에이터(300)의 길이방향을 따라 제2 고장암(463)의 단부에 배치된다. 제1 홀딩바디는 사용자가 부드럽게 파지할 수 있도록 원기둥 형상으로 마련될 수 있다. 제1 홀딩바디는 제2 홀딩바디를 홀딩할 수 있도록 자성체로 마련될 수 있다.

제2 홀딩바디는 제1 홀딩바디에 틸팅 가능하게 결합된다. 제2 홀딩바디는 제1 홀딩바디에 결합된 상태에서 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2) 사이에서 회전될 수 있으며, 제2 방향(D2)과 제3 방향(D3) 사이에서 회전될 수 있고, 제1 방향(D1)과 제3 방향(D3) 사이에서 회전될 수 있다. 따라서, 사용자는 제2 홀딩바디를 파지한 상태에서 손목의 움직임을 통해 자유롭게 파지방향을 조절할 수 있다. 또한, 제2 홀딩바디는 제1 홀딩바디로부터 탈부착 가능하게 결합되며, 제1 홀딩바디에 고정된 상태에서 방향조절 가능하도록 자성체로 마련될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 복귀스프링(470)은 제1 연결 플레이트(412b)와 제1 링크바디(421)에 각각 결합될 수 있다.

복귀 스프링은 제1 지지대, 제2 지지대(472) 및 스프링 본체(473)를 포함한다.

제1 지지대는 제1 연결 플레이트(412b)에 지지된다. 제1 지지대는 제3 방향(D3)을 따라 배치된다. 제1 지지대는 스프링 본체(473)의 일단을 지지할 수 있다.

제2 지지대(472)는 제1 링크바디(421)에 지지될 수 있다. 제2 지지대(472)는 제3 방향(D3)을 따라 배치된다. 제2 지지대(472)는 스프링 본체(473)의 타단을 지지할 수 있다. 제1 링크바디(421)가 제1 연결 플레이트(412b)보다 하측에 배치되므로, 제2 지지대(472)는 스프링 본체(473)가 평형상태를 유지하기 위해 제1 지지대보다 긴 길이로 마련될 수 있다.

스프링 본체(473)는 제1 지지대와 제2 지지대(472)에 지지된다. 스프링 본체(473)는 암 어셈블리(400)에 사용자의 팔이 고정된 상태에서 사용자가 제2 방향(D2)을 따라 팔을 앞으로 내미는 동작을 수행할 경우, 그 길이가 신장될 수 있다. 또한, 스프링 본체(473)는 사용자가 제2 방향(D2)을 따라 팔을 앞으로 내밀어 그 길이가 신장된 상태에서 사용자자가 제2 방향(D2)을 따라 팔을 뒤로 당기는 동작을 수행할 경우, 그 길이가 수축될 수 있다.

스프링 본체(473)는 제2암(430)이 이동되는 방향에 따라 제2암(430)에 저항력을 발생시키거나 제2암(430)에 보조력을 발생시킬 수 있다.

복귀스프링(470)은 사용자의 팔이 암 어셈블리(400)에 고정된 상태에서 사용자 팔을 제2 방향(D2)을 따라 앞으로 뻗는 동작에 의해 그 길이가 신장된 상태에서, 스프링 본체(473)의 복원력을 통해 사용자의 팔 제2 방향(D2)을 따라 앞으로 뻗어진 팔을 당길 수 있다. 이에 의해 복귀스프링(470)은 원활한 복귀동작을 수행하지 못하는 사용자(환자)의 팔을 복귀시켜 원활한 재활 운동을 진행시킬 수 있다.

복귀스프링(470)은 암 어셈블리(400)에 고정된 사용자의 팔 및 어깨에 저항력을 발생시킬 수 있다. 암 어셈블리(400)에 사용자의 팔이 고정된 상태에서 사용자가 팔을 제2 방향(D2)을 따라 앞으로 내밀 때, 인장된 스프링 본체(473)의 복원력보다 사용자의 어깨 또는 팔의 힘이 약할 경우, 스프링 본체(473)의 복원력에 의해 사용자의 팔은 앞으로 내밀어지지 않을 수 있다.

따라서, 사용자는 스프링 본체(473)의 복원력을 극복하기 위해 복원력 보다 강한 힘으로 어깨 및 팔을 제2 방향(D2)을 따라 앞으로 내밀면서 어깨 근육 및 팔 근육을 강화시킬 수 있다.

도시하지는 않았지만, 암 어셈블리(400)는 댐퍼를 더 포함할 수 있다.

댐퍼는 제1 연결 플레이트(412b)와 제1 링크바디(421)에 각각 결합된다. 댐퍼는, 제2 방향(D2)을 따라 팔을 뻗은 상태에서 사용자가 뻗은 팔을 당길 때 무리한 속도로 팔을 당기지 않도록 팔의 이동속도를 조절할 수 있다. 보다 자세하게는, 사용자의 팔을 따라 제1 결합볼트(F1)를 중심으로 일 방향으로 회전된 제1 링크바디(421)가 사용자에 의해 일 방향과 반대되는 방향으로 회전될 때, 제1 링크바디(421)의 회전속도를 점진적으로 줄이도록 구성된다. 이에 의해 사용자가 뻗은 팔을 무리한 힘으로 복귀시키더라도 댐퍼에 의해 그 속도가 조절되므로, 과도한 복귀 힘에 의한 어깨 및 팔꿈치가 손상이 방지될 수 있다.

제1 센서(500)는 제2 방향(D2)을 중심으로 회전되는 연결링크(420)의 회전각도 또는 회전속도를 검출할 수 있다. 제1 센서(500)는 엔코더를 포함할 수 있다.

제1 센서(500)는 엔코더 본체(510), 회전핀(520) 및 포스트(530)를 포함한다.

엔코더 본체(510)는 제1 결합볼트(F1)를 통해 제1 링크바디(421)에 회전 가능하게 결합된다. 엔코더 본체(510)는 제1 결합볼트(F1)를 중심으로 회전되면서 회전각도 및 회전속도를 검출하여 컨트롤러(700)에 전달할 수 있다.

회전핀(520)은 엔코더 본체(510)의 하단에 배치된다. 회전핀(520)은 엔코더 본체(510)로부터 원기둥 형상으로 돌출된다. 회전핀(520)은 엔코더 본체(510)와 함께 회전된다. 회전핀(520)은 포스트(530)에 접촉될 수 있다.

포스트(530)는 엔코더 본체(510)와 제1 링크바디(421)에 각각 결합된다. 포스트(530)는 엔코더 본체(510)와 함께 회전되는 회전핀(520)과 접촉되어 회전핀(520)의 회전을 멈출수 있다. 포스트(530)는 복수개의 원기둥 형상의 바의 조합으로 구성될 수 있다.

제2 센서(600)는 이동암(462)에 결합된다. 제2 센서(600)는 제1암(410) 내지 제4암(450)이 제1 방향(D1) 내지 제3 방향(D3) 중 적어도 어느 하나를 따라 이동하거나, 제1암(410) 내지 제4암(450)이 제1 방향(D1) 내지 제3 방향(D3) 중 적어도 어느 하나를 중심으로 회전될 때 발생되는 힘을 측정하도록 구성된다. 제2 센서(600)는 6축 힘토크 센서(6-axis force torque sensor)를 포함할 수 있다.

도시하지는 않았지만, 어깨 재활 장치(10)는 사용자의 팔의 근활성도를 측정하는 제3 센서를 더 포함할 수 있다. 제3 센서는 제1 고정 벨트(464) 및 제2 고정 벨트(465)에 각각 배치될 수 있다. 제3 센서는 제1 고정 벨트(464) 및 제2 고정 벨트(465)를 통해 고정된 사용자의 팔의 근활성도를 측정하여 컨트롤러(700)에 측정값을 전달할 수 있다.

도 10은 외전 동작을 위해 암 어셈블리가 회전된 모습을 도시한 도면이며, 도 11은 내회전 동작을 위해 암 어셈블리가 회전된 모습을 도시한 도면이고, 도 12는 외회전 동작을 위해 암 어셈블리가 회전된 모습을 도시한 도면이다.

도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 암 어셈블리(400)는 외전(Abduction) 동작(도 10 참조), 내전(adduction) 동작, 내회전(internal rotation) 동작(도 11 참조) 또는 외회전(external rotation) 동작(도 12 참조)을 위해 회전될 수 있다.

각각의 동작을 위해 회전되는 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451), 연결링크(420) 및 제2 고정암(463)은 0°를 기준으로 시계방향으로 회전되는 방향이 양의 방향을 의미하며, 반시계방향으로 회전되는 방향이 음의 방향을 의미한다.

도 10을 참조하면, 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451), 연결링크(420) 및 제2 고정암(463)은 외전 동작을 위해 각각 회전될 수 있다.

이하에서 설명되는 동작들은 설정된 동작들이 아닌 외전(Abduction) 동작(도 10 참조), 내전(adduction) 동작, 내회전(internal rotation) 동작(도 11 참조) 또는 외회전(external rotation) 동작(도 12 참조)을 위해 수행되는 동작들 중 어느 하나의 동작을 설명한 것이므로 이에 한정되지 않는다.

예를 들면, 외전90° 동작을 위해 제1 구동부(411)는 축방향을 중심으로 초기상태(0°)로부터 60° 사이까지 회전될 수 있으며, 제2 구동부(431)는 축방향을 중심으로 초기상태(-25°)로부터 회전되지 않고, 제3 구동부(441)는 축방향을 중심으로 초기상태(90°)로부터 회전되지 않으며, 제4 구동부(451)는 축방향을 중심으로 초기상태(10°)에서 65° 내지 70° 사이까지 회전될 수 있다. 또한, 제1 링크바디(421)는 제1 결합볼트(F1)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 60° 사이까지 회전될 수 있으며, 제2 링크바디(422)는 제3 결합볼트(F3)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 60° 사이까지 회전될 수 있고, 제2 고정암(463)은 힌지(H)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 회전되지 않는다.

예를 들면, 외전180° 동작을 위해 제1 구동부(411)는 축방향을 중심으로 초기상태(0°)로부터 55° 내지 60° 사이까지 회전될 수 있으며, 제2 구동부(431)는 축방향을 중심으로 초기상태(-25°)로부터 13° 내지 18° 사이까지 회전될 수 있고, 제3 구동부(441)는 축방향을 중심으로 초기상태(90°)로부터 회전되지 않으며, 제4 구동부(451)는 축방향을 중심으로 초기상태(10°)에서 117° 내지 122° 사이까지 회전될 수 있다. 또한, 제1 링크바디(421)는 제1 결합볼트(F1)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 45° 내지 50° 사이까지 회전될 수 있으며, 제2 링크바디(422)는 제3 결합볼트(F3)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 45° 내지 50° 사이까지 회전될 수 있고, 제2 고정암(463)은 힌지(H)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 회전되지 않는다.

본 실시예에서 내전 동작은 외전 동작으로부터 암 어셈블리(400)의 각각의 구성들이 초기상태로 복귀되는 동작이므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 11을 참조하면, 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451), 연결링크(420) 및 제2 고정암(463)은 내회전 동작을 위해 각각 회전될 수 있다.

예를 들면, 내회전41° 동작을 위해 제1 구동부(411)는 축방향을 중심으로 초기상태(0°)로부터 1° 내지 3° 사이까지 회전될 수 있으며, 제2 구동부(431)는 축방향을 중심으로 초기상태(-25°)로부터 -23° 내지 -21° 사이까지 회전될 수 있고, 제3 구동부(441)는 축방향을 중심으로 초기상태(0°)로부터 -85° 내지 -90° 사이까지 회전될 수 있으며, 제4 구동부(451)는 축방향을 중심으로 초기상태(10°)에서 55° 내지 65° 사이로 회전될 수 있다. 또한, 제1 링크바디(421)는 제1 결합볼트(F1)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 45° 내지 50° 사이까지 회전될 수 있으며, 제2 링크바디(422)는 제3 결합볼트(F3)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 45° 내지 50° 사이까지 회전될 수 있고, 제2 고정암(463)은 힌지(H)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 85° 내지 90° 사이까지 회전될 수 있다.

도 12를 참조하면, 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451), 연결링크(420) 및 제2 고정암(463)은 외회전 동작을 위해 각각 회전될 수 있다.

예를 들면, 외회전90° 동작을 위해 제1 구동부(411)는 축방향을 중심으로 초기상태(0°)로부터 1° 내지 3° 사이까지 회전될 수 있으며, 제2 구동부(431)는 축방향을 중심으로 초기상태(-25°)로부터 -23° 내지 -21° 사이까지 회전될 수 있고, 제3 구동부(441)는 축방향을 중심으로 초기상태(0°)로부터 85° 내지 90° 사이까지 회전될 수 있으며, 제4 구동부(451)는 축방향을 중심으로 초기상태(10°)에서 17° 내지 27° 사이까지 회전될 수 있다. 또한, 제1 링크바디(421)는 제1 결합볼트(F1)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 회전되지 않으며, 제2 링크바디(422)는 제3 결합볼트(F3)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 회전되지 않고, 제2 고정암(463)은 힌지(H)를 중심으로 초기상태(0°)로부터 85° 내지 90° 사이까지 회전될 수 있다.

또한, 도시하지는 않았지만 암 어셈블리(400)는 굽힘동작을 위해 회전될 수 있다.

예를 들면, 제4 구동부(451)의 회전 범위는 초기상태(10°)로부터 최대 122° 로 설정되었으나 굽힘160° 동작을 위해 제4 구동부(451)는 축방향을 중심으로 초기상태(10°)로부터 155° 내지 160° 사이까지 회전될 수 있다. 이 외의 제1 구동부(411), 제2 구동부(431), 제3 구동부(441), 제1 링크바디(421), 제2 링크바디(422) 및 제2 고정암(463)은 초기상태로부터 각각 회전되지 않는다.

컨트롤러(700)는 제1 센서(500) 및 제2 센서(600)에 의해 측정된 측정값들에 근거하여 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)의 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(700)로 전달되는 측정값들은 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)의 회전 속도, 회전 각도 및 토크를 포함할 수 있다.

예를 들면, 컨트롤러(700)는 사용자가 외전(Abduction) 동작, 내전(adduction) 동작, 내회전(internal rotation) 동작 또는 외회전(external rotation) 동작을 위해 어깨 및 팔을 움직이면, 제1 센서(500) 및 제2 센서(600)를 통해 측정된 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)의 회전 속도 및 회전 각도에 대한 측정값을 전달받아 측정값과 기준값을 비교하며, 측정값을 통해 외전(Abduction) 동작, 내전(adduction) 동작, 내회전(internal rotation) 동작 또는 외회전(external rotation) 동작 중 어느 하나의 동작을 수행하고 있는지 판단할 수 있다.

또한, 컨트롤러(700)는 사용자가 외전(Abduction) 동작, 내전(adduction) 동작, 내회전(internal rotation) 동작 또는 외회전(external rotation) 동작을 2회 또는 2회 이상 수행했을 경우, 이전 측정값(이하 '기준값' 이라 함)과 이후 측정값(이하 '측정값' 이라 함)을 비교하여 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)에 보조력 또는 저항력을 생성시키는 신호를 전달할 수 있다.

예를 들면, 측정값이 기준값보다 낮을 경우, 컨트롤러(700)는 제1 센서(500) 및 제2 센서(600)를 통해 측정되는 값이 기준값에 도달할 수 있도록 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)에 보조력을 발생시키는 신호를 전달할 수 있다. 이때 신호는 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)에 보조력을 발생시키는 전류를 인가하는 신호이다.

예를 들면, 컨트롤러(700)는 제1 센서(500) 및 제2 센서(600)로부터 전달받은 값을 기준값과 비교했을 때 측정값이 기준값보다 높을 경우, 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)에 저항력을 발생시키는 신호를 전달할 수 있다. 이때 신호는 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)에 저항력을 발생시키는 전류를 인가하는 신호이다.

이하에서는 컨트롤러(700)의 제어를 통해 암 어셈블리(400)가 스트레칭 동작을 수행하는 과정에 대해 설명한다.

먼저, 사용자의 팔에 어깨 재활 장치(10)가 착용된 상태에서 외전(Abduction) 동작, 내전(adduction) 동작, 내회전(internal rotation) 동작 또는 외회전(external rotation) 동작 중 어느 하나의 동작을 수행하기 위해 어깨를 회전시키거나 팔을 회전시키면 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)가 회전된다.

제1 센서(500) 및 제2 센서(600)는 사용자가 외전(Abduction) 동작, 내전(adduction) 동작, 내회전(internal rotation) 동작 또는 외회전(external rotation) 동작 중 어느 하나의 동작을 지속하는 과정에서 통증을 느끼기 전까지의 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)의 회전 속도 회전 각도 및 토크를 일정한 주기로 측정한다. 여기서 주기는 10ms 내지 20ms 사이일 수 있다.

컨트롤러(700)는 사용자가 통증을 느끼기 전까지 측정된 측정값들 보다 높은 제어값을 설정하여 외전(Abduction) 동작, 내전(adduction) 동작, 내회전(internal rotation) 동작 또는 외회전(external rotation) 동작 중 어느 하나의 동작을 수행하는 제어 신호를 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)에 전달한다. 여기서 제어값은 외전(Abduction) 동작, 내전(adduction) 동작, 내회전(internal rotation) 동작 또는 외회전(external rotation) 동작 중 어느 하나의 동작에서 측정된 제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)의 회전 속도, 회전 각도 및 토크의 5% 내지 10%를 더한값을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 구동부(411) 내지 제4 구동부(451)는 컨트롤러(700)로부터 전달받은 제어 신호값을 바탕으로 사용자가 통증을 느끼기 전에 측정된 회전속도, 회전 각도 및 토크 보다 높은 회전속도, 회전 각도 및 토크 값으로 회전될 수 있다.

사용자는 제어 신호값을 바탕으로 통증을 느끼기 전보다 상승된 속도 및 토크로 회전되는 암 어셈블리(400)를 바탕으로 어깨의 스트레칭을 수행할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 제한하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 제한되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10. 어깨 재활 장치
100. 베이스 프레임
200. 지지 프레임
300. 액츄에이터
310. 액츄에이터 본체
320. 액츄에이터 로드
330. 가이드 레일
340. 제1 홀더
341. 결합부
342. 홀딩부
400. 암 어셈블리
410. 제1암
411. 제1 구동부
412. 제1 링크부
412a. 제1 결합 플레이트
412b. 제1 연결 플레이트
413. 스토퍼
420. 연결링크
421. 제1 링크바디
422. 제2 링크바디
430. 제2암
431. 제2 구동부
432. 제2 홀더
433. 제2 링크부
440. 제3암
440a. 수용공간
441. 제3 구동부
442. 제3 홀더
442a. 제1 홀딩 플레이트
442b. 제2 연결 플레이트
443. 제3 링크부
450. 제4암
451. 제4 구동부
452. 제4 홀더
452a. 제2 홀딩 플레이트
452b. 제3 연결 플레이트
453. 제4 링크부
453a. 제2 결합 플레이트
453b. 제4 연결 플레이트
460. 제5암
461. 제1 고정암
462. 이동암
463. 제2 고정암
464. 제1 고정 벨트
465. 제2 고정 벨트
466. 손잡이
470. 복귀스프링
471. 제1 지지대
472. 제2 지지대
473. 스프링 본체
500. 제1 센서
510. 엔코더 본체
520. 회전핀
530. 포스트
600. 제2 센서
700. 컨트롤러
D1. 제1 방향
D2. 제2 방향
D3. 제3 방향
F1. 제1 결합볼트
F2. 제2 결합볼트
F3. 제3 결합볼트
F4. 제4 결합볼트
H. 힌지

Claims

액츄에이터;
제1 구동축을 가지고, 상기 액츄에이터에 높이 조절 가능하게 지지되는 제1암;
상기 제1 구동축과 평행한 제2 구동축을 가지는 제2암;
상기 제1 구동축 및 상기 제2 구동축과 다른 방향으로 배치되는 제3 구동축을 가지는 제3암;
상기 제3암에 회전 가능하게 결합되는 제4암;
상기 제4암에 슬라이드 이동 가능하게 결합되고, 사용자의 상박과 하박을 고정하도록 구성되는 제5암;
상기 제1 구동축과 상기 제2 구동축의 평행을 유지하면서 상기 제1암과 상기 제2암을 연결하며, 그 양단이 상기 제1암과 상기 제2암에 각각 회전 가능하게 연결되는 제1 링크바디와, 상기 제1 링크바디와 평행하게 배치되고, 그 양단이 상기 제1암과 상기 제2암에 각각 회전 가능하게 연결되는 제2 링크바디를 가지는 연결링크; 및
상기 제1암과 상기 제1 링크바디 사이에 배치되어 상기 제2암이 이동되는 방향에 따라 상기 제2암에 저항력을 발생시키거나 상기 제2암에 보조력을 발생시키도록 구성되는 적어도 하나의 탄성부재; 를 포함하는 어깨 재활 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1암과 상기 제1 링크바디에 결합되어, 상기 제1 링크바디가 회전되는 속도를 조절하도록 구성되는 댐퍼; 를 포함하는 어깨 재활 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2암은,
상기 연결링크에 결합된 상태에서 상기 제1암과 이격 배치되는, 어깨 재활 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2암은,
상기 연결링크에 결합된 상태에서 상기 제1 구동축을 중심으로 회전되는, 어깨 재활 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1암은,
상기 액츄에이터에 결합되며, 상기 제1 구동축을 홀딩 가능한 제1 홀더; 및
상기 제1 구동축의 단부에 배치되며, 상기 연결링크를 회전 가능하게 지지하는 제1 링크부; 를 포함하는 어깨 재활 장치.
제5항에 있어서,
상기 제2암은,
상기 제1 구동축과 이격 배치되는 제2 구동축;
상기 제2 구동축을 홀딩 가능한 제2 홀더; 및
상기 제2 홀더에 결합되며, 상기 연결링크의 하측에 배치되는 제2 링크부; 를 포함하는 어깨 재활 장치.
제6항에 있어서,
상기 제3암은
상기 제3 구동축을 홀딩하며, 상기 제2 구동축의 상측에 배치되는 제3 홀더; 및
상기 제3 홀더를 지지하며, 상기 제3 홀더와 함께 수용공간을 형성하는 제3 링크부; 를 포함하는 어깨 재활 장치.
제7항에 있어서,
상기 제4암은,
상기 제1 구동축, 상기 제2 구동축 및 상기 제3 구동축과 다른 방향으로 배치되는 제4 구동축;
상기 제4 구동축을 홀딩하며, 상기 제5암과 결합되는 제4 홀더; 및
상기 제4 구동축을 지지하며, 상기 제3 구동축에 결합되어 상기 제3 구동축과 함께 회전 가능한 제4 링크부; 를 포함하는 어깨 재활 장치.
액츄에이터; 및
상기 액츄에이터에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 암 어셈블리; 를 포함하며,
상기 암 어셈블리는,
상기 액츄에이터의 상측에 배치되는 제1암;
상기 액츄에이터의 외측에 배치되며, 상기 제1암과 이격 배치되는 제2암;
상기 제2암에 회전가능하게 결합되는 제3암;
상기 제3암에 결합되어 상기 제3암을 중심으로 회전 가능한 제4암;
상기 제4암에 결합되며, 길이 조절 가능하게 마련되는 제5암;
상기 제1암과 상기 제2암에 각각 결합되어 상기 제2암을 회전 가능하게 지지하는 연결링크;
상기 제1암과 상기 연결링크에 결합되어 상기 연결링크의 회전각도 또는 회전속도를 측정하는 제1 센서;
상기 제5암에 결합되어 상기 제1암 내지 상기 제4암의 토크를 측정하는 제2 센서; 및
상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에 의해 측정된 측정값들에 근거하여 상기 제1암 내지 상기 제4암에 보조력을 생성하거나 저항력을 생성하는 신호를 전달하는 컨트롤러; 를 포함하는 어깨 재활 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1암의 단부에 결합되며, 상기 연결링크가 상기 제1암의 외부로 회전되는 것을 방지하는 스토퍼; 를 포함하는 어깨 재활 장치.
제9항에 있어서,
상기 제5암은
사용자의 상박 및 하박을 고정하도록 상기 상박 및 하박을 감싸는 고정 벨트; 를 포함하며,
상기 고정 벨트에 결합되어 상기 사용자의 근활성도를 측정하는 제3 센서; 를 포함하는 어깨 재활 장치.
제9항에 있어서,
상기 연결링크는,
상기 제1암에 결합되는 제1 커넥팅 바디; 및
상기 제1암과 상기 제2암의 사이 간격을 조절할 수 있도록 상기 제1 커넥팅 바디에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 제2 커넥팅 바디; 를 포함하는 어깨 재활 장치.
제11항에 있어서,
상기 제5암은,
상기 고정 벨트의 하측에 배치되며, 사용자가 파지할 수 있도록 마련되는 손잡이; 를 포함하며,
상기 손잡이는,
상기 액츄에이터의 길이방향을 따라 배치되는 제1 홀딩바디; 및
상기 제1 홀딩바디에 틸팅 가능하게 결합되는 제2 홀딩바디; 를 포함하는 어깨 재활 장치.
제13항에 있어서,
상기 손잡이는
자성체로 마련되어 상기 제2 홀딩바디가 상기 제1 홀딩바디에 방향조절 가능하도록 고정되는, 어깨 재활 장치.