KR20240005262A - 수부 훈련 장치 - Google Patents

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박광훈
김종혁
이경환
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주식회사 피앤에스미캐닉스
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Abstract

본 발명은 수부 훈련 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수부 관절의 신전 운동과 요척 운동을 효과적으로 제공하는 수부 훈련 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치는 훈련자의 손목부에 착용되는 손목 지지부; 상기 훈련자의 손가락에 착용되는 복수의 손가락 착용부; 상기 복수의 손가락 착용부에 각각 연결된 복수의 와이어; 및 상기 복수의 와이어를 당기거나 풀어서 상기 복수의 손가락 착용부를 이동시키는 구동력을 제공하는 구동부;를 포함할 수 있다.

Description

수부 훈련 장치{Training device for hand rehabilitation}
본 발명은 수부 훈련 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수부 관절의 신전 운동과 요척 운동을 효과적으로 제공하는 수부 훈련 장치에 관한 것이다.
일반적으로 수부 훈련 장치은 수부(Hand) 마비 증세가 있거나, 수부 관절이나 수부의 근력 및 근지구력에 이상이 있는 훈련자의 재활 훈련을 돕기 위한 장치이다.
수부의 움직임이 불편한 사용자는 대부분 스스로 수부를 움직이는 것이 어렵기 때문에, 수부 훈련 장치를 착용한 상태로 수부 훈련 장치가 유도하는 운동 패턴을 따라 수부를 이동하며 수부 훈련을 수행하였다. 이러한 수부 훈련 장치는 고유구조에 의한 운동 궤적을 가지고 있다. 종래의 수부 훈련 장치의 신전 운동은 손가락에 힘을 가하여 오므라들거나 꼬이고 굳어진 손을 펴는 운동 궤적을 제공하고 있으나, 굳어진 손의 정도에 따라 손가락 마디 중 일부가 펴지지 않는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래의 수부 훈련 장치는 추가적인 관절을 추가하였다. 이에, 수부 훈련 장치의 구조가 복잡해지거나 무게가 증가하여 훈련자가 착용이 어려워지며, 충분한 신전 운동 범위 혹은 요척 운동 범위를 제공하지 못하는 등의 문제가 발생하였다.
공개특허 제10-2018-0038113호
본 발명은 수부 관절의 신전 운동 궤적 또는 요척운동 궤적을 제공할 수 있는 소형 및 경량화 구조의 수부 훈련 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치는 훈련자의 손목부에 착용되는 손목 지지부; 상기 훈련자의 손가락에 착용되는 복수의 손가락 착용부; 상기 복수의 손가락 착용부에 각각 연결된 복수의 와이어; 및 상기 복수의 와이어를 당기거나 풀어서 상기 복수의 손가락 착용부를 이동시키는 구동력을 제공하는 구동부;를 포함할 수 있다.
상기 구동부는 상기 손목 지지부에 고정될 수 있다.
상기 복수의 손가락 착용부 각각은, 상기 훈련자의 손가락 끝마디에 착용되는 손가락 고정패드부; 상기 손가락 고정패드부가 연결되어 고정되는 연결부재; 및 상기 연결부재에 고정되어 상기 와이어의 이동 경로를 가이드하는 와이어 경로 가이드부;를 포함할 수 있다.
상기 와이어 경로 가이드부는, 상기 연결부재로부터 외측으로 연장되도록 상기 연결부재에 고정되고, 와이어의 이동 경로를 가이드하는 제1 와이어 경로 가이드부; 및 상기 제1 와이어 경로 가이드부와 이격되어 상기 연결부재로부터 외측으로 연장되도록 상기 연결부재에 고정되고, 와이어의 이동 경로를 가이드하는 제2 와이어 경로 가이드부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 와이어 경로 가이드부는 상기 제2 와이어 경로 가이드부보다 외측으로 연장되는 길이가 더 길 수 있다.
상기 연결부재는 일방향으로 연장된 형상을 이루고, 상기 제1 와이어 경로 가이드부는 상기 손가락 고정패드부가 연결되는 위치에 대응하는 상기 연결부재의 일단부에 고정되고, 상기 제2 와이어 경로 가이드부는 상기 일단부로부터 상기 일방향으로 이격된 상기 연결부재의 타단부에 고정될 수 있다.
상기 연결부재는 상기 복수의 손가락 착용부 각각에 연결되는 와이어가 고정되는 와이어 고정부를 포함하고, 상기 와이어 고정부는 상기 제1 와이어 경로 가이드부가 상기 연결부재에 고정되는 위치와 제2 와이어 경로 가이부가 상기 연결부재에 고정되는 위치 사이에 제공될 수 있다.
상기 복수의 손가락 착용부 각각은, 상기 훈련자의 손가락 길이에 따라 상기 와이어의 길이를 조절하는 와이어 길이 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 와이어는 탄성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 손목 지지부는, 상기 훈련자의 손등에 착용되는 손등 지지부;
상기 훈련자의 전완에 착용되는 전완 지지부; 및 상기 손등 지지부와 상기 전완 지지부에 각각 회전 가능하게 연결되는 연결 지지부;를 포함할 수 있다.
상기 손등 지지부 및 연결 지지부는 굴곡-신전 방향으로 회전 가능하게 연결되고, 상기 전완 지지부와 연결 지지부는 요척 방향으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.
상기 연결 지지부는 굴곡-신전 각도 또는 요척 각도를 제한하는 동작제한부를 포함할 수 있다.
상기 손목 지지부는, 상기 손등 지지부 또는 상기 연결 지지부 중 적어도 어느 하나에 고정되어 상기 와이어의 이동을 가이드하는 와이어 가이드부를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 와이어가 연결되는 와이어 연결부;를 더 포함하고, 상기 구동부는, 상기 와이 연결부를 이동시키는 모터부; 및 상기 모터부에 구동 신호를 제공하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 훈련자 손목부의 신경 또는 근육에 발생하는 전기적인 신호를 측정하는 센서부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서부의 측정 신호에 따라 상기 구동 신호를 생성할 수 있다.
운동 궤적, 운동 속도, 운동 가속도, 운동 위치, 운동 방향, 운동 범위, 운동 각도, 운동 강도, 및 훈련자의 훈련 패턴 중 적어도 하나에 대한 수부 훈련 조건을 설정하는 훈련 조건 설정부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 훈련 조건 설정부에서 설정된 훈련 조건에 따라 상기 구동 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 수부 훈련 장치에 따르면, 복수의 손가락 착용부에 각각 연결된 복수의 와이어를 당기거나 풀는 간단한 동작을 통하여 수부 관절에 대응하는 관절부나 연결구조의 추가 없이도 훈련자의 수부 관절 움직임을 보조하여 수부 관절의 운동에 부합하는 다양하고 자연스러운 형태의 운동 궤적을 제공할 수 있어서 훈련자가 불편함을 느끼지 않고 안전하게 수부 관절 재활 훈련을 할 수 있다.
또한, 훈련자의 손가락 길이에 관계 없이 수부 훈련 장치를 착용하고 수부 훈련을 실시할 수 있도록 훈련자의 손가락 끝마디에 착용되는 손가락 고정패드부의 위치를 조절할 수 있고, 이에 따라 복수의 손가락 착용부에 각각 연결된 와이어의 길이를 조절함으로써 다섯 손가락 중 검지, 중지, 약지, 소지의 원위지간 관절, 근위지간 관절, 중수지관절 및 엄지의 지절간 관절, 중수지절 관절과 손목관절의 순차적 신전 운동을 모든 수부 훈련자에게 제공할 수 있다. 게다가, 훈련자의 손가락 끝마디에 와이어를 동시에 이동시키면서도 개별 손가락의 관절들의 순차적 신전 운동을 가능하게 할 수 있다.
그리고, 손목 지지부가 굴곡-신전 방향으로 회전 가능하게 연결되고, 상기 전완 지지부와 연결 지지부는 요척 방향으로 회전 가능하게 연결되어 수부 훈련자가 수부 관절의 신전 운동 뿐만 아니라 요척 운동도 가능하게 하여 보다 효과적인 수부 재활 훈련이 가능하다.
추가적으로, 훈련자 손목부의 신경 또는 근육에 발생하는 전기적인 신호 또는 미리 설정된 수부 훈련 조건에 따라 수부 훈련을 진행함으로써 수부 훈련자가 겪을 수 있는 불편함이 개선되며, 훈련자가 불편하지 않게 수부 훈련을 받을 수 있는 범위가 확대될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 손가락 착용부를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치의 신전 운동 태양을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치의 요척 운동 태양을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치의 구동부의 구성을 설명하는 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 손가락 착용부를 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치의 신전 운동 태양을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치의 요척 운동 태양을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치는, 훈련자의 손목부에 착용되는 손목 지지부(100); 상기 훈련자의 손가락에 착용되는 복수의 손가락 착용부(200); 상기 복수의 손가락 착용부(200)에 각각 연결된 복수의 와이어(300); 및 상기 복수의 와이어(300)를 당기거나 풀어서 상기 복수의 손가락 착용부(200)를 이동시키는 구동력을 제공하는 구동부(400);를 포함할 수 있다.
손목 지지부(100)는 수부 훈련자의 손목부(A)에 착용되어 수부 훈련 장치를 지지할 수 있는 주골격부 역할을 수행한다. 손가락 관절의 운동을 위해서 필요한 손가락 착용부(200) 또는 구동력을 전달하는 와이어(300) 등이 별도의 구조물에 고정되는 것보다는 수부 훈련자가 착용한 상태에서 훈련하는 것이 보다 효과적이고 수부 훈련자가 자유로운 훈련 동작을 수행할 수 있다. 손목 지지부(100)는 수부 훈련자의 손목부에 착용된 상태에서 수부 훈련 장치를 지지하고, 수부 훈련 중에는 복수의 와이어를 당기거나 풀어서 손가락 착용부를 이동시킬 때 손가락 착용부에 미치는 힘의 반작용 힘을 견디는 역할을 수행하여 손가락 굴곡 신전 및 요척 움직임을 가이드한다.
복수의 손가락 착용부(200)는 훈련자의 손가락에 착용되는데, 수부 훈련자의 손가락 관절 운동을 위해서 힘이 전달되는 손가락 상의 목표 위치(예를 들어, 손가락 끝마디)를 특정할 수 있게 된다.
복수의 와이어(300)는 복수의 손가락 착용부(200)에 각각 연결되어 손가락 관절 운동을 위해서 힘을 전달할 수 있다. 손가락 관절의 원활한 신전 운동을 위해서 복수의 와이어(300)는 손등 또는 손가락 등 측에서 연장되어 손가락 착용부(200)로 연결되어 손가락 등쪽 방향으로 당기는 힘을 제공할 수 있다. 수부 훈련자의 경우 오므라들거나 꼬이고 굳어진 손을 펴는 운동 궤적을 필요로 하는데, 매우 간단한 구조인 와이어를 이용하여 보조적인 힘을 제공함으로서 손가락 마디를 모두 펼 수 있도록 도와줄 수 있다.
구동부(400)는 수부 훈련을 위한 운동 궤적에 따라 복수의 와이어(300)를 당기거나 풀어서 상기 복수의 손가락 착용부(200)를 이동시키는 구동력을 제공할 수 있다.
수부 훈련자(T)가 수부 훈련 장치를 착용한 상태에서 운동할 수 있도록 구동부(400)는 손목 지지부(100)에 고정될 수 있다. 손목 지지부(100)에 고정된 구동부(400)가 복수의 와이어(300)를 당기거나 풀어줄 수 있어서 수부 훈련자는 수부 훈련 장치를 착용한 상태에서 자유롭게 원하는 운동을 진행할 수 있다.
복수의 손가락 착용부(200) 각각은, 상기 훈련자의 손가락 끝마디에 착용되는 손가락 고정패드부(210); 상기 손가락 고정패드부(210)가 연결되어 고정되는 연결부재(220); 및 상기 연결부재(220)에 고정되어 상기 와이어의 이동 경로를 가이드하는 와이어 경로 가이드부(230);를 포함할 수 있다.
손가락 고정패드부(210)는 훈련자의 손가락(F) 끝마디에 착용되어 손가락 관절 운동을 위해서 힘을 전달하는 위치를 결정할 수 있다. 손가락 관절을 포함하는 손가락은 고유의 구조에 의한 운동 궤적을 갖고 있어서, 힘이 와이어(300)에 의해서 손가락 끝마디에 전달되어 손가락 등쪽 방향으로 견인되면 원위부에서 근위부 관절로 순차적인 신전 운동이 가능할 수 있다.
연결부재(220)는 손가락 고정패드부(210)가 연결되어 고정되고, 와이어(300)과도 연결되어 와이어(300)에 의해서 이동할 수 있다.
와이어 경로 가이드부(230)는 연결부재(220)에 고정된 상태에서 상기 와이어(300)의 이동 경로를 가이드할 수 있다. 손가락 관절 운동을 위한 힘은 손가락 등쪽 방향으로 견인되도록 손가락 끝마디에 전달되어야 원위부에서 근위부 관절로 순차적인 신전 운동이 가능하므로, 힘을 전달하는 경로(즉, 와이어의 이동 경로)가 손가락 등쪽에 위치하도록 가이드할 필요가 있다. 와이어(300)를 견인하는 경우와 마찬가지로 손가락 관절의 굴곡 운동을 위해서 와이어(300)를 풀어주는 경우에도 자연스러운 움직을 위해서 힘을 전달하는 경로(즉, 와이어의 이동 경로)가 손가락 등쪽에 위치하도록 가이드해야 한다. 와이어 경로 가이드부(230)이 없는 경우에는 훈련자가 손가락 관절 운동을 하게 되면 손가락 관절 운동 방향에 따라 손가락이 움직이게 되어 와이어의 이동 경로가 손가락 등쪽을 통과하지 않고 벗어나는 경우가 발생될 수 있다. 이런 경우에는 원위부에서 근위부 관절로 순차적인 신전 운동이 어려울 뿐만 아니라, 손가락 관절의 신전 방향과도 틀어지게 되어 수부 훈련자의 손가락에 통증과 외상을 유발할 수 있다.
와이어 경로 가이드부(230)에 의해서 가이드된 와이어(300)가 손가락 끝마디에 착용된 손가락 고정패드부(210)를 손가락 등쪽 방향으로 견인하면, 우선적으로 손가락 첫번째 관절을 신전하게 되고, 손가락 첫번째 관절이 가능한 범위에서 완전히 펴지게 되면 와이어(300)에 의한 추가적인 견인력은 손가락 두번째 관절을 신전함으로써, 수부 훈련자가 손가락 관절의 순차적 신전 운동을 할 수 있게 된다.
와이어 경로 가이드부(230)는, 상기 연결부재(220)로부터 외측으로 연장되도록 상기 연결부재(220)에 고정되고, 와이어(300)의 이동 경로를 가이드하는 제1 와이어 경로 가이드부(231); 및 상기 제1 와이어 경로 가이드부(231)와 이격되어 상기 연결부재(220)로부터 외측으로 연장되도록 상기 연결부재(220)에 고정되고, 와이어(300)의 이동 경로를 가이드하는 제2 와이어 경로 가이드부(232);를 포함할 수 있다.
원위부에서 근위부 관절로 순차적인 신전 운동이 가능하기 위해서는 손가락 관절 운동을 위한 힘은 손가락 등쪽 방향으로 견인되도록 손가락 끝마디에 전달되어야 한다. 이를 위해서 와이어(300)의 연장 방향 또는 이동 경로는 손가락(F)의 연장 방향과 평행할 수 있다. 여기서 평행하다는 것이 물리적으로 완전히 평행할 필요까지는 없고 어느 정도 수용가능한 범위의 각도(±10o)를 이루는 경우도 포함될 수 있다.
한편, 와이어 경로 가이드부(230)이 한 점에서만 와이어 경로를 가이드 한다면, 와이어(300)가 와이어 경로 가이드부(230)을 중심으로 꺽일 수 있으므로, 서로 이격된 제1 와이어 경로 가이드부(231) 내지 제2 와이어 경로 가이드부(232)를 이용하여 와이어(300)가 일직선을 이룰 수 있도록 두 점에서 와이어 경로 가이드를 하도록 하였다.
와이어(300)가 연결부재(220) 등의 다른 구조와 간섭되지 않도록 제1 와이어 경로 가이드부(231) 내지 제2 와이어 경로 가이드부(232)는 연결부재(220)의 일면으로부터 외측으로 연장될 수 있고, 와이어(300)의 이동 경로가 손가락(F)의 연장 방향과 평행할 수 있도록 제1 와이어 경로 가이드부(231) 내지 제2 와이어 경로 가이드부(232)의 이격 방향은 손가락의 연장 방향과 평행할 수 있다.
연결부재(220)는 손가락 마다 제공되므로, 이웃하는 손가락에 제공되는 연결부재(220)과 간섭되지 않도록 연결부재(200)는 일방향으로 연장된 형상을 이룰 수 있다. 또한, 연결부재(200)는 가벼우면서도 안정적으로 와이어 경로 가이드부(230)과 손가락 고정패드부(210)을 고정할 수 있도록 판상으로 이루어지고, 연결부재(200)의 일면에는 와이어 경로 가이드(230)이 고정되고, 연결부재의 타면에는 손가락 고정패드부(210)가 고정될 수 있다.
연결부재(200)의 연장된 방향과 손가락 연장 방향이 평행할 수 있도록 손가락 착용부(200)가 훈련자의 손가락 끝마디에 착용될 수 있다. 이때, 제1 와이어 경로 가이드부(231)는 상기 손가락 고정패드부(210)가 연결되는 위치에 대응하는 상기 연결부재(220)의 일단부에 고정되고, 제2 와이어 경로 가이드부(232)는 상기 일단부로부터 상기 일방향으로 이격된 상기 연결부재(200)의 타단부에 고정될 수 있다. 이렇게 구성함으로써 와이어(300)의 이동 경로와 손가락 연장 방향과 평행할 수 있게 된다.
제1 와이어 경로 가이드부(231)는 제2 와이어 경로 가이드부(232)보다 외측으로 연장되는 길이(혹은 높이)가 더 길(높을) 수 있다.
한편, 연결부재(220)는 복수의 손가락 착용부 각각에 연결되는 와이어가 고정되는 와이어 고정부(250)를 포함하고, 와이어 고정부(250)는 제1 와이어 경로 가이드부(231)가 연결부재(220)에 고정되는 위치와 제2 와이어 경로 가이부(232)가 연결부재(220)에 고정되는 위치 사이에 제공될 수 있다. 와이어 고정부(250)는 와이의 고정 위치를 변경하기 위하여 연결부재의 연장 방향을 따라 이동 가능하게 제공되거나, 복수개로 제공될 수 있다.
제1 와이어 경로 가이드부(231)와 제2 와이어 경로 가이드부(232)는 각각 그 외측 단부에서 와이어가 이동 가능하도록 연결되어 와이어(300)의 경로를 가이드 할 수 있다. 제1 와이어 경로 가이드부(231), 제2 와이어 경로 가이드부(232), 및 와이어 고정부(250)의 상대적인 위치에 따라서 연결된 와이어(300)의 이동 크기, 이동 각도, 및 이동 범위 등이 결정될 수 있다. 손가락 고정패드부(210)가 연결되는 위치에 대응하는 연결부재(220)의 일단부에 고정되는 제1 와이어 경로 가이드부(231)가 연결부재(220)의 일단부에 고정되는 제2 와이어 경로 가이드부(232)보다 연장 길이가 길게 하고, 제1 와이어 경로 가이드부(231)을 경유한 와이어가 고정되는 와이어 고정부(250)의 위치를 제1 와이어 경로 가이드부(231)과 제2 와이어 경로 가이드부(232) 사이로 하는 것에 의해서 손가락의 근위부에서 원위부로 갈수록 손가락 관절의 회전 운동 각도와 크기가 커지는 고유의 운동 궤도에 대응하여 순차적인 신전이 가능하게 할 수 있다.
복수의 손가락 착용부(200) 각각은, 훈련자의 손가락(F) 길이에 따라 와이어(300)의 길이를 조절하는 와이어 길이 조절부(240)를 더 포함할 수 있다.
훈련자의 손가락 끝마디에 착용되는 손가락 고정패드부(210)과 손가락 고정패드부(210)에 연결된 와이어의 당김과 풀림에 의해서 손가락 신전 운동이 이루어지므로, 적절한 신전-굴곡 운동을 위해서는 구동력이 손가락 고정패드부(210)에 신속하게 정밀하게 전달될 필요가 있다. 이를 위해서 구동부(400)와 손가락 고정패드부(210) 사이를 연결하는 와이어(300)는 느슨하지 않고 팽팽하게 유지되어야 한다.
수부 훈련자들은 개별적으로 서로 다른 손가락 길이를 가지고, 다섯개의 손가락도 서로 다른 손가락 길이를 가지고 있으므로, 본 발명에서는 와이어 길이 조절부(240)을 이용하여 구동부(400)와 손가락 고정패드부(210) 각각을 연결하는 와이어(300)길이를 손가락 길이에 맞춰서 개별적으로 조절하여 와이어를 팽팽하게 할 수 있다. 와이어 길이 조절부(240)는 조절 레버를 이용하여 와이어가 감기는 정도 혹은 횟수를 조절하여 와이어 길이를 조절할 수도 있고, 고정 슬롯(260)을 이용하여 길이를 조절할수도 있으나, 이들 방식에 특별히 한정되지는 않는다.
한편, 와이어 길이를 조절함에 따라서 구동부(400)에 의해서 제공되는 구동력에 의해서 서로 다른 길이를 갖는 다섯 손가락의 신전 운동이 동시에 가능하게 할 수 있다. 즉, 손가락 길이와 가동 범위가 서로 다른 다섯 손가락의 신전 운동을 위해서는 각각의 손가락에 대응하는 개별적으로 와이어를 이동시키는 다섯 개의 모터부가 필요하지만, 와이어 길이 조절부(240)으로 와이어 길이를 조절하여 와이어를 팽팽하게 유지함으로써 하나의 모터부로 구동력을 제공하는 것에 의해서도 서로 다른 길이의 손가락의 신전 운동을 가능하게 한다. 따라서, 간단한 구조의 수부 훈련 장치로서 훈련자의 손가락 길이에 관계없이 다섯 손가락 중 검지, 중지, 약지, 소지의 원위지간 관절(손가락 첫번째 관절), 근위지간 관절(손가락 두번째 관절), 중수지 관절(손가락 세번째 관절) 및 엄지의 지절간 관절(엄지 첫번째 관절), 중수지절 관절(엄지 두번째 관절)과 손목관절의 순차적 신전 운동이 모든 수부 훈련자에게 적용될 수 있다.
복수의 와이어(300)는 탄성 재질로 이루어질 수 있다.
훈련자의 각 손가락의 길이와 운동 범위 차이에 의해 최대 신전까지의 와이어 이동 거리가 달라질 수 있다. 와이어(300)가 탄성 재질로 이루어지면 손가락의 길이와 운동 범위 차이로 인한 변위량을 와이어의 탄성에 의한 길이 변화로 보상하기에 각 손가락마다 다른 이동 거리와 운동 범위에 관계없이 모두 최대 신전까지 도달할 수 있다.
한편, 손가락 움직임이 부자연스러운 수부 훈련자가 수부 훈련 장치를 착용한 후에 수부 훈련을 하는 도중에 수부 훈련 장치에 의해서 손가락 움직임이 가능한 방해 받지 않도록 복수의 손가락 착용부(200)는 손목 지지부(100)과 복수의 와이어(300)로만 연결될 수 있다. 또는, 수부 훈련자가 수부 훈련 장치를 착용하는데 편리할 수 있도록 손목 지지부(100)와 손가락 착용부(200)가 별도의 유연하고 얇은 두께의 섬유 등에 의해서 수부 훈련 동작에 방해가 되지 않는 범위 내에서 연결될 수도 있다.
수부 훈련 장치는 수부 훈련자가 손가락 관절의 신전 운동과 함께 손목 관절의 신전 운동 및 요척 운동을 할 수 있도록 할 필요가 있다. 손목 관절의 신전 운동과 요척 운동을 위해서는 손목 지지부(100)가 신전-굴곡 방향과 요척 방향으로 회전 가능하여야 한다. 따라서, 손목 지지부(100)는, 상기 훈련자의 손등에 착용되는 손등 지지부(110); 상기 훈련자의 전완에 착용되는 전완 지지부(120); 및 상기 손등 지지부(110)와 상기 전완 지지부(120)에 각각 회전 가능하게 연결되는 연결 지지부(130);를 포함할 수 있다. 이러한 구조를 통하여 손목 지지부(100)는 손목 관절의 요측과 척측 움직임, 굴곡과 신전 움직임을 가이드하면서 안전하게 손목 관절 훈련을 가능하게 할 수 있다.
수부 훈련 장치의 착용감을 높이면서도 보다 안정적으로 지지할 수 있도록 손목 지지부(100)는 손목 관절을 중심으로 일측에서 훈련자의 손등에 착용되는 손등 지지부(110); 및 타측에서 상기 훈련자의 전완에 착용되는 전완 지지부(120);을 포함할 수 있다. 훈련자의 손목 관절에 의해서 손이 굴곡-신전 방향과 요척 방향의 두가지 방향의 회전하게 되므로, 훈련자의 다양한 수부 훈련을 위해서는 손등 지지부(110)와 상기 전완 지지부(120)는 두가지 방향으로 회전 가능하게 연결되어야 한다.
이때, 손등 지지부(110)와 연결 지지부(130)는 굴곡-신전 방향으로 회전 가능하게 연결되고, 전완 지지부(120)와 연결 지지부(130)는 요척 방향으로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 또는 손등 지지부(110)와 연결 지지부(130)가 요척 방향으로 회전 가능하게 연결되고, 전완 지지부(120)와 연결 지지부(130)가 는 굴곡-신전 방향으로 회전 가능하게 연결될 수도 있다. 손등 지지부(110)가 신전 운동을 하는 손가락 관절과 인접하므로, 수부 관절 운동 역학적으로 손등 지지부(110)가 연결 지지부(130)와 굴곡-신전 방향으로 회전 가능하게 연결되는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위하여 손등 지지부(110)와 연결 지지부(130)는 제1 회전축(140)에 의해서 굴곡-신전 방향으로 회전 가능하게 서로 연결될 수 있고, 전완 지지부(120)와 연결 지지부(130)는 제2 회전축(160)에 의해서 요척 방향으로 회전 가능하게 서로 연결될 수 있다.
연결 지지부(130)는 굴곡-신전 각도 또는 요척 각도를 제한하는 동작제한부(170)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동작제한부는 훈련자의 안전 손목 움직임 각도 범위 내에서 최대 신전시와 최대 굴곡시에 서로 맞닿아 손등 지지부(110)와 연결 지지부(130)를 굴곡-신전 방향으로 회전 범위를 제한하는 돌기부 등의 스토퍼(미도시)일 수 있다. 또는 동작제한부(170)는 전완 지지부(120)와 연결 지지부(130)가 손목 관절의 요측과 척측 움직임을 안전 범위 내로 제한할 수 있다. 동작제한부(170)는 손등 지지부(110)와 연결 지지부(130)의 상대적인 위치를 고정하여 손목 관절의 요척 운동만이 가능하게 하거나, 전완 지지부(120)와 연결 지지부(130)의 상대적인 위치를 고정하여 손목 관절의 신전 운동만이 가능하게 할 수도 있다.
손목 지지부(100)는, 상기 손등 지지부(110) 또는 상기 연결 지지부(130) 중 적어도 어느 하나에 고정되어 상기 와이어(300)의 이동을 가이드하는 와이어 가이드부(150)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치에서는 복수의 손가락 각각에 연결되는 복수의 와이어(300)의 움직임에 의해서 수부 관절의 신전 운동 및 요척 운동을 훈련하게 하므로, 복수의 와이어(300)가 수부 훈련 도중에 꼬이거나 이탈하지 않아야 할 뿐만 아니라, 각각의 대응하는 손가락에 대해서 와이어의 상대적인 이동 위치와 각도 등이 일정할 필요가 있다. 와이어 가이드부(150)는 와이어(300)가 지나가는 손등 지지부(110) 또는 상기 연결 지지부(130)에 제공되어 와이어(300)의 이동을 가이드함으로써 와이어(300)가 꼬이거나 이탈하지 않게 하고, 와이어(300)의 이동 위치와 각도 등이 일정하게 유지할 수 있다. 와이어 가이드부(150)는 와이어(300)가 이동 가능하게 수용될 수 있는 오목부, 관통홀 등일 수 있고, 내부에 풀리 등을 제공하여 부드러운 이동을 유도할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치의 구동부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치는 상기 복수의 와이어(300)가 연결되는 와이어 연결부(310);를 더 포함하고, 상기 구동부(400)는, 상기 와이 연결부(310)를 이동시키는 모터부(410); 및 상기 모터부(410)에 구동 신호를 제공하는 제어부(420);를 포함할 수 있다.
훈련자의 복수의 손가락에 연결되는 복수의 와이어(300)를 개별적으로 구동하기 위해서는 각각의 와이어에 개별적으로 구동력을 제공하는 복수의 모터부 혹은 복잡한 전달 메카니즘을 필요로 한다. 수부 훈련 장치는 수부 훈련자가 착용하고서 수부 훈련을 하게 되는데, 복수의 모터부와 복잡한 전달 메카니즘을 포함하고 있으면 수부 훈련 장치의 무게와 크기에 의해서 수부 훈련자가 착용하기가 어려울 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 복수의 와이어(300)를 와이어 연결부(310)에 연결한 후에, 모터부(410)로서 와이어 연결부(310)를 이동 시킴으로써 간단한 구조로 복수의 와이어를 이동시킬 있도록 구성할 수 있다. 모터부(410)가 와이어 연결부(310)를 이동시켜 복수의 와이어(300)를 동시에 이동시키게 되면 서로 다른 길이와 운동 범위를 갖는 복수의 손가락을 훈련시키는데 한계가 있을 수 있는데, 본 발명에서는 와이어 길이 조절부(240)으로 각 손가락 길이에 부합하도록 와이어의 길이를 조절하거나 탄성 와이어를 사용함으로써 복수의 손가락이 갖는 서로 다른 길이와 운동 범위를 보상할 수 있도록 하였다.
제어부(420)는 와이어의 이동 속도, 이동 가속도, 이동 위치, 이동 방향, 이동 범위, 이동 시작 시점 및 이동 종료 시점 등을 제어할 수 있는 구동 신호를 모터부(410)에 제공할 수 있다.
제어부(420)는 운동 실행 정보에 따라 모터부(410)를 작동시켜서 와이어 연결부(310) 및/또는 와이어(300)의 이동과 위치 등을 다양하게 제어할 수 있다. 여기서, 운동 실행 정보에는 와이어의 이동 속도, 이동 가속도, 이동 위치, 이동 방향, 이동 범위 중에서 적어도 하나 이상 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치는 훈련자 손목부의 신경 또는 근육에 발생하는 전기적인 신호를 측정하는 센서부(500)를 더 포함하고, 상기 제어부(420)는 상기 센서부(500)의 측정 신호에 따라 상기 구동 신호를 생성할 수 있다. 이때, 센서부(500)는 EMG(electromyography) 검출 센서일 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니라.
손과 손가락을 신전시키는 신전근은 전완의 후면을 덮고, 손과 손가락을 굴곡시키는 굴곡근은 손의 움직임시 손목을 고정한다. 수부 훈련자가 손과 손가락을 움직이려고 하면, 손과 손가락이 가시적으로 움직이기 전에 신전근 및/또는 굴곡근이나 이들 근육 주변 신경들의 변화가 먼저 일어난다.
훈련자 손목부의 신경 또는 근육에 발생하는 전기적인 신호 중 하나인 EMG 신호는 신체(손과 손가락 등)의 움직임에 따라 근육 표면으로부터 근섬유를 따라 일어난다. 신체의 움직임을 발생시키는 근력의 세기에 따라 측정 신호의 강도 차이가 발생하기에, 실제 신체의 움직임이 관찰되기 전에도 측정 신호의 유무 및 강도 차이를 확인함으로써 사용자의 움직임 의도를 파악할 수 있다.
즉, 센서부(500)를 손목 신전근 및/또는 굴곡근의 피부 표면에 배치하면, 훈련자가 손의 신전 움직임과 그 근력의 세기 차이를 의도하면, 전완의 신전근 또는 굴곡근의 움직임이나 근력 세기에 따라 다른 전기적 신호가 발생하게 되고, 센서부(500)에 의해 훈련자의 훈련 의지에 따른 전기적 신호 또는 그 변화를 측정할 수 있다. 센서부(500)에서 측정된 측정 신호는 제어부(420)에 전달되고, 제어부(420)는 측정 신호에 따라 미리 설정된 운동 실행 정보를 이용해서 구동 신호를 생성하여 모터부(410)를 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치는 훈련자의 훈련 의지가 반영된 수부 관절의 운동 궤적, 운동 강도 및 운동 속도 등의 제어가 가능한 다양한 훈련 형태를 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 수부 훈련 장치는 운동 궤적, 운동 속도, 운동 가속도, 운동 위치, 운동 방향, 운동 범위, 운동 각도, 운동 강도, 및 훈련자의 훈련 패턴 중 적어도 하나에 대한 수부 훈련 조건을 설정하는 훈련 조건 설정부(600);를 더 포함하고, 제어부(420)는 상기 훈련 조건 설정부에서 설정된 훈련 조건에 따라 상기 구동 신호를 생성할 수 있다. 이때, 제어부(420)는 센서부(500)에서 측정된 훈련자 손목부의 신경 또는 근육에 발생하는 전기적인 신호를 참조하여 훈련 조건 설정부(600)에서 설정된 훈련 조건에 따라 생성된 구동 신호를 수정한 후에 수정된 구동 신호를 모터부(410)에 제공하여 모터부(410)를 제어할 수도 있다.
한편, 센서부(500)와 훈련 조건 설정부(600)는 구동부(400)에 탑재될 수도 있고, 별도의 장치로서 제공되어 구동부(400)에 유무선으로 연결될 수도 있다.
구동부(400)는 훈련자 등으로부터 운동 실행 정보에 대한 선택을 입력받거나 훈련자 등이 운동 실행 정보를 인지할 수 있도록 운동 실행 정보를 출력하는 입출력부(미도시)를 포함할 수도 있다. 입출력부의 일 형태로서, 화면상에 표시되는 정보를 보고 터치에 의해 훈련자의 선택을 입력받을 수 있는 터치스크린을 들 수 있다. 훈련자가 운동 실행 정보의 내용을 파악할 수 있도록 구동부(400)는 운동 실행 정보를 터치스크린에 전달하여 운동 실행 정보를 표시하도록 한다.
그리고, 훈련자 맞춤형 수부 훈련이 가능하도록 운동 실행 정보에는 과거 훈련자의 수부 훈련의 이력에 관한 정보도 포함될 수 있으며, 훈련자에게 무리가 되지 않는 수부 훈련의 한계치에 대한 정보도 포함될 수 있다. 수부 훈련의 한계치는 예를 들어, 와이어(300)의 이동 속도의 한계치 또는 힘의 한계치 등을 들 수 있다.
운동 실행 정보를 참조하여 훈련자는 운동 실행 정보를 재설정 또는 변경할 수 있다. 즉, 훈련자는 터치스크린에 표시된 운동 실행 정보에서 변경 또는 재설정할 사항을 터치스크린에 터치하여 입력한다. 훈련자로부터 변경 또는 재설정된 운동 실행 정보를 입력받은 제어부(420)는 변경 또는 재설정된 운동 실행 정보에 따라 모터부(410)를 구동시킴으로써 와이어(300)의 이동과 위치를 제어하게 되며, 훈련자의 수부 훈련이 실행된다.
구동부(400)는 훈련자가 수부 훈련 장치를 착용하고 자유스럽게 수부 훈련을 진행할 수 있도록 모터부(410)과 제어부(420) 등에 전원을 공급하고, 탈부착이 가능한 배터리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 수부 훈련 장치에 따르면, 복수의 손가락 착용부에 각각 연결된 복수의 와이어를 당기거나 풀는 간단한 동작을 통하여 수부 관절에 대응하는 관절부나 연결구조의 추가 없이도 훈련자의 수부 관절 움직임을 보조하여 수부 관절의 운동에 부합하는 다양하고 자연스러운 형태의 운동 궤적을 제공할 수 있어서 훈련자가 불편함을 느끼지 않고 안전하게 수부 관절 재활 훈련을 할 수 있다.
또한, 훈련자의 손가락 길이에 관계 없이 수부 훈련 장치를 착용하고 수부 훈련을 실시할 수 있도록 훈련자의 손가락 끝마디에 착용되는 손가락 고정패드부의 위치를 조절할 수 있고, 이에 따라 복수의 손가락 착용부에 각각 연결된 와이어의 길이를 조절함으로써 다섯 손가락 중 검지, 중지, 약지, 소지의 원위지간 관절, 근위지간 관절, 중수지관절 및 엄지의 지절간 관절, 중수지절 관절과 손목관절의 순차적 신전 운동을 모든 수부 훈련자에게 제공할 수 있다. 게다가, 훈련자의 손가락 끝마디에 와이어를 동시에 이동시키면서도 개별 손가락의 관절들의 순차적 신전 운동을 가능하게 할 수 있다.
그리고, 손목 지지부가 굴곡-신전 방향으로 회전 가능하게 연결되고, 상기 전완 지지부와 연결 지지부는 요척 방향으로 회전 가능하게 연결되어 수부 훈련자가 수부 관절의 신전 운동 뿐만 아니라 요척 운동도 가능하게 하여 보다 효과적인 수부 재활 훈련이 가능하다.
추가적으로, 훈련자 손목부의 신경 또는 근육에 발생하는 전기적인 신호 또는 미리 설정된 수부 훈련 조건에 따라 수부 훈련을 진행함으로써 수부 훈련자가 겪을 수 있는 불편함이 개선되며, 훈련자가 불편하지 않게 수부 훈련을 받을 수 있는 범위가 확대될 수 있다.
아울러, 종래의 수부 훈련 장치와 같이 다수의 관절을 포함하는 수부의 구조를 갖추지 않고서도 안전하게 충분한 운동 궤적을 제공할 수 있어서 수부 훈련 장치에서 구조의 복잡성이 경감될 수 있다. 구조의 복잡성이 개선됨에 따라 수부 훈련 장치에 대한 제조생산성이 개선됨과 동시에 제조비용 또한 경감될 수 있다.
상기 설명에서 사용한 '~ 상에'의 의미는 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부 또는 하부에 대향하여 위치하는 경우를 포함하고, 상부면 또는 하부면 전체에 대향하여 위치하는 것뿐만 아니라 부분적으로 대향하여 위치하는 것도 가능하며, 위치상 떨어져 대향하거나 상부면 또는 하부면에 직접 접촉한다는 의미로 사용하였다. 또한, 상기 설명에서 사용한 ‘위’, ‘아래’, '선단', '후단', '상부', '하부', '상단', '하단' 등의 용어는 편의를 위하여 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의해 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다
100: 손목 지지부 110: 손등 지지부
120: 전완 지지부 130: 연결 지지부
140: 제1 회전축 150: 와이어 가이드부
160: 제2 회전축 170: 동작제한부
200: 손가락 착용부 210: 손가락 고정패드부
220: 연결부재 230: 와이어 경로 가이드부
240: 와이어 길이 조절부 250: 와이어 고정부
260: 고정 슬롯 300: 와이어
310: 와이어 연결부 400: 구동부
410: 모터부 420: 제어부
500: 센서부 600: 훈련 조건 설정부
700: 제2 구동부 800: 위치 조절부
900: 의자부 950: 제어부

Claims (16)

  1. 훈련자의 손목부에 착용되는 손목 지지부;
    상기 훈련자의 손가락에 착용되는 복수의 손가락 착용부;
    상기 복수의 손가락 착용부에 각각 연결된 복수의 와이어; 및
    상기 복수의 와이어를 당기거나 풀어서 상기 복수의 손가락 착용부를 이동시키는 구동력을 제공하는 구동부;를 포함하는 수부 훈련 장치.
  2. 청구항 1항에 있어서
    상기 구동부는 상기 손목 지지부에 고정되는 수부 훈련 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 손가락 착용부 각각은,
    상기 훈련자의 손가락 끝마디에 착용되는 손가락 고정패드부;
    상기 손가락 고정패드부가 연결되어 고정되는 연결부재; 및
    상기 연결부재에 고정되어 상기 와이어의 이동 경로를 가이드하는 와이어 경로 가이드부;를 포함하는 수부 훈련 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 와이어 경로 가이드부는,
    상기 연결부재로부터 외측으로 연장되도록 상기 연결부재에 고정되고, 와이어의 이동 경로를 가이드하는 제1 와이어 경로 가이드부; 및
    상기 제1 와이어 경로 가이드부와 이격되어 상기 연결부재로부터 외측으로 연장되도록 상기 연결부재에 고정되고, 와이어의 이동 경로를 가이드하는 제2 와이어 경로 가이드부;를 포함하는 수부 훈련 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 와이어 경로 가이드부는 상기 제2 와이어 경로 가이드부보다 외측으로 연장되는 길이가 더 긴 수부 훈련 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 연결부재는 일방향으로 연장된 형상을 이루고,
    상기 제1 와이어 경로 가이드부는 상기 손가락 고정패드부가 연결되는 위치에 대응하는 상기 연결부재의 일단부에 고정되고,
    상기 제2 와이어 경로 가이드부는 상기 일단부로부터 상기 일방향으로 이격된 상기 연결부재의 타단부에 고정되는 수부 훈련 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 연결부재는 상기 복수의 손가락 착용부 각각에 연결되는 와이어가 고정되는 와이어 고정부를 포함하고,
    상기 와이어 고정부는 상기 제1 와이어 경로 가이드부가 상기 연결부재에 고정되는 위치와 제2 와이어 경로 가이부가 상기 연결부재에 고정되는 위치 사이에 제공되는 수부 훈련 장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 손가락 착용부 각각은,
    상기 훈련자의 손가락 길이에 따라 상기 와이어의 길이를 조절하는 와이어 길이 조절부를 더 포함하는 수부 훈련 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 와이어는 탄성 재질로 이루어진 수부 훈련 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 손목 지지부는,
    상기 훈련자의 손등에 착용되는 손등 지지부;
    상기 훈련자의 전완에 착용되는 전완 지지부; 및
    상기 손등 지지부와 상기 전완 지지부에 각각 회전 가능하게 연결되는 연결 지지부;를 포함하는 수부 훈련 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 손등 지지부 및 연결 지지부는 굴곡-신전 방향으로 회전 가능하게 연결되고,
    상기 전완 지지부와 연결 지지부는 요척 방향으로 회전 가능하게 연결되는 수부 훈련 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 연결 지지부는 굴곡-신전 각도 또는 요척 각도를 제한하는 동작제한부를 포함하는 수부 훈련 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 손목 지지부는,
    상기 손등 지지부 또는 상기 연결 지지부 중 적어도 어느 하나에 고정되어 상기 와이어의 이동을 가이드하는 와이어 가이드부를 더 포함하는 수부 훈련 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 와이어가 연결되는 와이어 연결부;를 더 포함하고,
    상기 구동부는,
    상기 와이 연결부를 이동시키는 모터부; 및
    상기 모터부에 구동 신호를 제공하는 제어부;를 포함하는 수부 훈련 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 훈련자 손목부의 신경 또는 근육에 발생하는 전기적인 신호를 측정하는 센서부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 센서부의 측정 신호에 따라 상기 구동 신호를 생성하는 수부 훈련 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    운동 궤적, 운동 속도, 운동 가속도, 운동 위치, 운동 방향, 운동 범위, 운동 각도, 운동 강도, 및 훈련자의 훈련 패턴 중 적어도 하나에 대한 수부 훈련 조건을 설정하는 훈련 조건 설정부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 훈련 조건 설정부에서 설정된 훈련 조건에 따라 상기 구동 신호를 생성하는 수부 훈련 장치.
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