KR20240099530A - 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법에 관한 것으로, (a) 상호 상이한 목표위치를 갖는 n개의 도달운동이 등록되는 단계와; (b) 상기 재활운동장치에 의해, 각각의 상기 도달운동에 대해 상기 재활 대상 신체 중 환측 신체에 대한 환측 도달운동 데이터가 측정되는 단계와; (c) 각각의 상기 도달운동에 대해 측정된 상기 환측 도달운동 데이터가 기 등록된 도달운동 모델에 적용되어 각각의 상기 도달운동에 대한 재활 평가값이 산출되는 단계와; (d) 각각의 상기 도달운동에 대해 산출된 상기 재활 평가값에 기초하여, m회의 도달운동으로 구성되는 훈련 순열이 생성되는 단계와 - m은 n보다 큰 자연수임 -; (e) 상기 재활운동장치에 의해, 상기 훈련 순열에 따라 각각의 상기 도달운동이 수행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 재활 대상자의 고유의 도달운동 특성을 반영하여 재활운동이 가능하고, 고유의 도달운동 특성이 반영된 재활 운동 계획 수립 및 진행이 가능하게 된다.

Description

재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법{PERSONALIZED CONTROL METHOD OF REHABILITATION EXERCISE APPARATUS}

본 발명은 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 재활 대상자의 도달운동 특성이 반영하여 개인 맞춤형으로 재활 운동을 수행할 수 있는 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 도달운동은 목표한 위치 또는 물체에 손을 뻗어 상호작용하는 행동으로 일상생활에서의 상지 기능을 대표하는 동작이며. 이는 상지 기능의 손상을 겪는 뇌졸중 환자들의 중요한 재활 목표이다.

도달운동과 관련하여, 치료사가 직접 환자의 움직임을 도와주는 재활 방식은 노동 집약적이므로 현재는 재활 로봇과 같은 재활운동장치를 통해 뇌졸중 후 재활 대상자인 환자에게 자동화된 훈련을 제공하는 시도들이 있다.

종래의 재활운동장치들은 반복적인 훈련을 제공하여 치료사의 부담을 경감시킬 수 있다는 장점이 있지만, 대부분의 재활운동장치를 이용한 재활 훈련 프로토콜이 환자의 도달운동 특성과 상관없이 미리 결정되어 있어, 자칫 환자에게 불필요한 훈련을 수행하게 할 수 있는 한계가 있다.

이는 재활 대상자에게 주어진 시간에 훈련 효과는 없고 무의미한 동작을 수행하는데 시간을 낭비 할 수 있음을 의미하므로, 도달운동을 통한 재활 훈련의 효과를 증진시키기 위해서는 도달운동 훈련 프로토콜의 개인화가 필요하다.

대부분의 재활 훈련에서 이상적인 목표는 개인이 가지고 있던 원래의 운동 수행 능력 수준에 도달하는 것이기 때문에, 도달운동 훈련의 개인화를 위해서는 환자 고유의 운동 성능, 즉 원래의 운동수행 능력을 평가할 수 있어야 한다.

뇌졸중 환자의 경우를 고려해 보면, 환자 고유의 운동 성능을 발병 전 정상 능력을 기준으로 평가하는 것이 이상적일 수 있다. 그러나 현실적으로 뇌졸중 발병전의 정상적인 도달운동 능력에 대한 데이터를 보유하는 것은 실현 가능이 없는 것이 현실이다.

또한, 개인화를 위해서는 환자 고유의 운동 성능에 기반하여 제공되어야 하므로 뇌졸중 환자에 대한 도달운동 능력을 방향별, 거리별로 평가하여 훈련을 계획하는데, 환자의 운동 성능은 변동성이 있으므로 진단에 시간 소요가 있다.

그러나 현실적으로 환자들이 주로 병원에서 재활로봇을 사용하게 되므로 재활 로봇 장치에 사용시간이 제한이 있다. 그러므로 진단 시간을 최소화하고, 회복에 유의미한 훈련을 진행하면서 훈련 계획을 적응형으로 훈련량을 조절하는 것이 필요하다.

국내등록특허공보 제10-1471805호 국내등록특허공보 제10-1163903호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 재활 대상자의 고유의 도달운동 특성을 반영하여 재활운동이 가능하고, 고유의 도달운동 특성이 반영된 재활운동 계획의 수립이 가능한 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 재활 대상자의 도달운동 특성을 반영하여 정상에 비해 비정상이 더 강한 도달운동의 목표위치에 훈련량을 조절하여 제공할 수 있는 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 목적은, 본 발명에 따라, 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법에 있어서, (a) 상호 상이한 목표위치를 갖는 n개의 도달운동이 등록되는 단계와; (b) 상기 재활운동장치에 의해, 각각의 상기 도달운동에 대해 상기 재활 대상 신체 중 환측 신체에 대한 환측 도달운동 데이터가 측정되는 단계와; (c) 각각의 상기 도달운동에 대해 측정된 상기 환측 도달운동 데이터가 기 등록된 도달운동 모델에 적용되어 각각의 상기 도달운동에 대한 재활 평가값이 산출되는 단계와; (d) 각각의 상기 도달운동에 대해 산출된 상기 재활 평가값에 기초하여, m회의 도달운동으로 구성되는 훈련 순열이 생성되는 단계와 - m은 n보다 큰 자연수임 -; (e) 상기 재활운동장치에 의해, 상기 훈련 순열에 따라 각각의 상기 도달운동이 수행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법에 의해서 달성된다.

여기서, 상기 (d) 단계는 (d1) 각각의 상기 도달운동에 대해, 상기 재활 평가값에 기초하여 확률 가중치가 산출되는 단계와; (d2) 각각의 상기 도달운동에 대한 상기 확률 가중치에 기초하여, 상기 훈련 순열에 포함될 각각의 상기 도달운동에 대한 훈련 횟수가 산출되어 m회의 도달운동이 결정되는 단계와; (d3) 상기 (d2) 단계에서 결정된 m회의 도달운동으로 상기 훈련 순열이 생성되는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 (d3) 단계에서 m회의 도달운동은 무작위로 상기 훈련 순열이 결정될 수 있다.

그리고, 상기 확률 가중치는 수학식

(

는 상기 확률 가중치이고,

는 상기 재활 평가값이고, 상기 i는 n개의 상기 도달운동의 인덱스이다)에 의해 산출될 수 있다.

그리고, (f) 상기 (e) 단계의 수행 과정에서, 각각의 상기 도달운동에 대해 환측 도달운동 데이터가 재 측정되는 단계와, (g) 상기 (f) 단계에서 각각의 상기 도달운동에 대해 재 측정된 상기 환측 도달운동 데이터가 상기 도달운동 모델에 적용되어 각각의 상기 도달운동에 대한 재활 평가값이 산출되는 단계를 더 포함하며; 상기 (g) 단계에서 재 산출된 상기 재활 평가값이 적용되어 상기 (d) 단계 및 상기 (e) 단계가 재 수행될 수 있다.

그리고, 상기 (g) 단계에서는 상기 도달운동 중 상기 훈련 순열에 복수의 훈련 횟수로 등록된 도달운동에 대해, 각 횟수에 대해 산출된 재활 평가값의 평균값이 상기 (d) 단계 및 상기 (e) 단계에 적용될 수 있다.

그리고, 상기 (c) 단계에서 상기 도달운동 모델은 (c1) 상기 재활운동장치에 의해, 상기 재활 대상자의 대칭되는 재활 대상 신체 중 건측 신체에 대한 건측 도달운동 데이터가 측정되는 단계와; (c2) 상기 건측 도달운동 데이터에 기초하여, 상기 정상 도달운동 모델이 생성되는 단계에 의해 등록될 수 있다.

그리고, 상기 (c1) 단계는 (c11) 상기 재활운동장치를 이용하여, 기 설정된 궤적 형상에 따라 최대 운동이 수행되어, 상기 궤적 형상에 대한 운동 궤적이 생성되는 단계와; (c12) 상기 운동 궤적 내에서 각각의 상기 도달운동에 대한 상기 목표위치가 설정되는 단계와; (c13) 상기 재활운동장치를 이용하여, 초기위치로부터 각각의 목표위치로 도달운동이 수행되는 단계와; (c14) 상기 (c13) 단계의 수행 결과로, 각각의 상기 목표위치에 대한 상기 건측 도달운동 데이터가 측정되는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 정상 도달운동 모델은 수학식

(여기서,

은 종속 변수로 예측되는 도달운동 시간이고,

는 독립 변수로 상기 목표위치까지의 목표 거리이고,

는 독립 변수로 도달운동의 평균 속도이고,

,

,

는 모델 상수로 각각의 상기 목표위치에 대한 상기 정상 도달운동 모델에 대해 고유한 값을 가진다)로 정의될 수 있다.

그리고, 상기 재활 평가값은 수학식

(여기서,

은 상기 재활 평가값이고,

는 상기 (c) 단계에서 측정된 상기 목표위치까지의 도달 시간이다)에 의해 산출될 수 있다.

본 발명에 따르면, 재활 대상자의 고유의 도달운동 특성을 반영하여 재활운동이 가능하고, 고유의 도달운동 특성이 반영된 재활운동 계획의 수립이 가능한 도재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법에 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 목표위치별로 재활 대상자의 도달운동 특성에 따라 훈련횟수의 가중치를 부여하여, 비정상성이 강한 목표위치에 대한 재활 운동의 횟수를 자동으로 증가시켜 재활 운동의 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 정상 도달운동 모델에 기반하여, 환자 개인의 성능과 비교하여 도달운동 성능을 평가하므로 환자 능력을 객관적으로 평가할 수 있다.

그리고, 정상 도달운동 모델에 기반하여, 환자 개인의 필요에 따라 도달운동 훈련을 수립하여 제공하므로, 불필요한 도달운동 동작을 최소화하여 훈련을 더 효과적으로 진행할 수 있다.

그리고, 정상 도달운동 모델에 기반하여, 치료사 없이 정량적으로 환자 개인의 능력을 평가하고 적절한 훈련을 제공하므로, 치료비 경감과 치료 대중화에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치의 예를 나타낸 사시도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치의 제어 블록도이고,
도 3은 본 발명의 실시에에 따른 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시에에 따른 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법에서 훈련 순열을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법에서 정상 도달운동 모델을 생성하는 과정을 설명하기 위한 제어 흐름도이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 재활 대상자의 실제 재활 운동의 특성의 예를 설명하기 위한ㄷ haus이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100)의 사시도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100)는 로봇 베이스(110), 로봇 본체(120), 링크 어셈블리(130), 손 안착부(140)을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100)은 테이블(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

로봇 베이스(110)는 바닥에 안착된 상태에서 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100) 전체를 지지한다. 도 1에서는 로봇 베이스(110)가 대략 직육면체 형상을 갖는 것을 예로 하고 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 국한되지 않음은 물론이다.

로봇 본체(120)는 로봇 베이스(110)의 상부에 설치된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 본체(120)는 로봇 베이스(110)에 상하 방향으로 승강 이동 가능하게 설치되는 것을 예로 하는데, 이를 통해 손 안착부(140)의 높이 조절이 가능하게 된다.

여기서, 로봇 본체(120)는 사용자가 직접 수동으로 승강 이동시키도록 구성될 수 있고, 다른 예로, 모터 등과 같은 모터의 정역 회전이 로봇 본체(120)의 상하 방향으로의 직선 운동으로 전환되도록 구성하는 승강 구동부가 마련될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 링크 어셈블리(130)는 로봇 본체(120)로부터 전방을 향해 돌출된다. 여기서, 링크 어셈블리(130)는 적어도 2 자유도로 움직이는 메커니즘으로 구동 가능하게 마련되는 것을 예로 한다. 예컨대, 링크 어셈블리(130)는 수평 방향으로 2 자유도로 움직일 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 링크 어셈블리(130)는 2 이상의 링크로 구성된 링크 구조로 구성될 수 있다.

여기서, 로봇 본체(120)와 로봇 베이스(110) 사이 정도의 높이에 테이블(150)이 설치될 수 있으며, 링크 어셈블리(130)은 테이블(150)의 상부에 위치할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 손 안착부(140)는 링크 어셈블리(130)의 말단에 결합된다. 사용자는 손 안착부(140)에 손을 안착시킨 후 재활운동, 즉 도달운동을 진행하게 된다. 여기서, 손 안착부(140)에는 파지 봉이 형성되어 사용자가 파지 봉을 잡고 2 자유도로 움직임을 수행할 수 있으며, 고정 밴드에 의해 손이 고정된 상태로 움직임을 수행할 수도 있다.

상기와 같은 재활운동장치(100)의 구성은 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상이 도 1에 도시된 예 및 상술한 재활운동장치(100)의 구성에 한정되어 해석되어서는 아니 된다. 즉, 다양한 구성의 재활운동장치(100)에 대해서도 후술할 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100)의 제어방법이 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100)의 제어 블록도이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100)는 재활 구동부(161), 센싱부(162), 모델 생성부(163), 재활 훈련부(164), 순열 생성부(165), 영상 디스플레이부(166) 및 메인 제어부(167)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100)는 통신부(168) 및 사용자 입력부(169)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 재활 구동부(161)는 링크 어셈블리(130)를 통해 운동 부하를 제공함으로써, 사용자의 재활운동을 보조하게 된다. 예를 들어, 재활운동부는 한 쌍의 모터로 구성되어 한 쌍의 모터의 회전에 따라 부하가 공급되는 것을 예로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 센싱부(162)는 손 안착부(140)를 파지한 상태에서, 재활 대상자가 도달운동을 수행할 때, 손 안착부(140)의 위치를 감지한다. 본 발명의 실시예에서는 재활 구동부(161)를 구성하는 각각의 모터의 회전량을 감지하는 휠 엔코더의 감지 결과에 기초하여 손 안착부(140)의 위치를 감지하는 것을 예로 하는데, 손 안착부(140)의 위치 감지가 가능한 다양한 센서가 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 실시예에 따른 모델 생성부(163)는 재활 대상자 고유의 정상 도달운동 모델을 생성한다. 여기서, 모델 생성부(163)에 의한 정상 도달운동 모델의 생성 방법에 대한 상세한 설명은 후술한다.

본 발명의 실시예에 따른 재활 훈련부(164)는 정상 도달운동 모델에 기반하여, 재활 대상자의 재활운동, 즉 도달운동을 수행하고, 이를 기반으로 재활 대상자의 재활 평가값을 산출할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 재활 훈련부(164)가 재활 평가값을 산출하는 과정과, 재활 훈련 계획을 결정하는 과정에 대한 상세한 설명은 후술한다.

본 발명의 실시?? 따른 순열 생성부(165)는 재활 훈련부(164)에 의해 산출된 재활 평가값에 기초하여, 훈련 순열을 생성한다. 여기서, 순열 생성부(165)에 의한 훈련 순열의 생성 방법에 대해서는 후술한다.

본 발명의 실시예에 따른 메인 제어부(166)는 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100)의 전체 기능을 제어하며, CPU, 메모리, 그래픽 카드와 같은 하드웨어적 구성과, 운영체계(Operating system), 각종 프로그램과 같은 소프트웨어적 구성을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 메인 제어부(167)는 재활 대상자의 재활 훈련 과정에서 재활 훈련과 관련된 다양한 정보를 영상 디스플레이부(166)를 통해 제공할 수 있다.

한편, 메인 제어부(167)는 통신부(166)를 통해, 후술할 정상 도달운동 모델에 대한 정보나, 재활 평가값에 대한 정보를 외부 디바이스, 예를 들어, 재활 대상자의 모바일 디바이스, 관리 서버 등으로 전송할 수 있다.

여기서, 도 2에 도시된 사용자 입력부(169)는 사용자의 조작에 따라 사용자의 입력을 수신되는 장치이다.

이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100)의 개인 맞춤형 제어방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 도 3을 참조하여 설명하면, 재활 운동 장치(100)에 정상 도달운동 모델이 등록된다(S30). 여기서, 정상 도달운동 모델은 도달운동에 대한 재활 평가값의 산출에 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 정상 도달운동 모델의 기본 원리를 설명하면 다음과 같다.

설명에 앞서, 본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100)는 재활 대상자의 대칭되는 재활 대상 신체를 그 대상으로 한다. 예를 들어, 상지인 경우, 좌측 상지와 우측 상지가 대칭되는 재활 대상 신체에 해당하며, 이중 재활이 필요한 신체가 환측(患側) 신체이고, 정상인 신체가 건측(健側) 신체가 된다.

본 발명의 실시예에 따른 재활운동장치(100)의 개인 맞춤형 제어방법은 먼저, 재활운동장치(100)를 이용한 재활운동에 기반하여, 건측 도달운동 데이터가 측정된다. 그런 다음, 측정된 건측 도달운동 데이터에 기초하여, 정상 도달운동 모델이 생성된다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 건측 신체를 이용하여 재활 대상자의 정상 상태에서의 운동 능력을 측정하고, 이를 정상 도달운동 모델로 생성하여 환측 신체의 도달운동에 반영함으로써, 재활 대상자의 고유의 운동 특성이 반영될 수 있다.

이와 같이, 정상 도달운동 모델이 등록된 상태에서, 환측 신체에 대해 도달운동이 진행되고, 이에 대한 환측 도달운동 데이터가 측정된다.

그런 다음, 정상 도달운동 모델에 환측 도달운동 데이터가 적용되어, 환측 신체에 대한 재활 평가값이 산출됨으로써, 재활 대상자의 고유의 운동 특성이 반영된 환자 상태의 평가가 가능하게 된다.

도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 재활 대상자는 자신의 건측 신체로, 재활운동장치(100)를 이용하여 기 설정된 궤적 형상을 따라 최대 운동을 수행하게 된다(S40). 본 발명의 실시예에서는 궤적 형상으로 재활 대상자의 몸통 중심으로 횡단면으로 큰 원을 그리는 것을 예로 한다.

즉 재활 대상자가 자신의 건측 신체, 예를 들어, 상지 중 정상인 일측 상지로 손 안착부(140)을 파지한 상태로 큰 원을 그리게 되면 센싱부(162)가 이를 인식하고, 모델 생성부(163)가 궤적 형상에 대한 운동 궤적(MT)을 생성하게 된다. 도 6의 (a)는 이와 같이 생성된 운동 궤적(MT)의 예를 나타낸 도면이다.

그런 다음, 모델 생성부(163)는 생성된 운동 궤적(MT) 내에서 복수의 목표위치를 설정한다(S41). 본 발명의 실시예에서는, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 8개의 목표위치가 운동 궤적(MT) 내에 설정되는 것을 예로 하며, 원형의 운동 궤적(MT) 내에 등 간격으로 설정되는 것을 예로 한다. 여기서, 도 6의 (a)에 도시된 목표위치의 개수나 위치는 일 예로 불과하며, 다양한 형태로 구성될 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 목표위치가 설정되면, 각각의 목표위치에 대한 건측 도달운동 데이터가 측정되는 과정이 수행된다(S43).

먼저, 첫 번째 목표위치에 대한 건측 도달운동 데이터의 측정을 위해, 모델 생성부(163)는 메인 제어부(167)와 연동하여, 영상 디스플레이부(166)에 첫 번째 목표위치에 대한 영상을 표시한다. 도 6의 (b)는 영상 디스플레이부(166)에 표시된 목표위치에 대한 영상의 예를 나타낸 도면이다.

도 6의 (b)를 참조하여 설명하면, 영상에는 목표위치, 초기위치, 그리고, 현재 손 안착부(140)의 위치에 대응하는 움직임 커서가 표시될 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에서는 초기위치로, 앞서 설명한 운동 궤적(MT)의 중심(MT)이 설정되는 것을 예로 한다.

상기와 같이 영상 디스플레이부(166)에 목표위치가 표시된 상태에서, 재활 대상자가 목표위치 방향으로 손 안착부(140)를 이동시키는 도달운동을 개시하게 된다(S42). 이 때, 영상 디스플레이부(166)에 표시되는 움직임 커서는 손 안착부(140)의 움직임에 대응하여 함께 이동함으로써, 재활 대상자가 손 안착부(140)의 위치를 실시간으로 확인 가능하게 된다.

상기와 같은 과정에서, 손 안착부(140)가 목표위치에 도달하게 되면, 모델 생성부(163)는 해당 목표위치에 대한 건측 도달운동 데이터를 측정하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 건측 도달운동 데이터로 해당 목표위치까지 도달하는데 소요된 도달운동 시간, 목표위치까지의 거리에 해당하는 목표 거리, 그리고, 목표위치가지 도달할때까지의 평균 속도가 산출되는 것을 예로 한다.

본 발명의 실시예에서는 하나의 목표위치에 대해 도달운동 수행을 n회 수행(S44)하는 것을 예로 하며, n회의 수행 과정에서 측정된 건측 도달운동 데이터를 이용하여 정상 도달운동 모델이 생성(S45)되는 것을 예로 한다.

여기서, 본 발명의 실시예에서는, 정상 도달운동 모델이 건측 도달운동 데이터가 선형회귀분석 기법에 적용되어 생성되는 것을 예로 한다. 여기서, 정상 도달운동 모델이 [수학식 1]과 같이 정의되는 것을 예로 한다.

[수학식 1]

[수학식 1]에서,

은 종속 변수로 예측되는 도달운동 시간이고,

는 독립 변수로 목표위치까지의 목표 거리이고,

는 독립 변수로 도달운동의 평균 속도이다.

그리고,

,

,

는 모델 상수로 각각의 목표위치에 대한 정상 도달운동 모델에 대해 고유한 값되며, 이러한 모델 상수가 재활 대상자의 고유의 운동 특성을 반영하게 된다.

다시, 도 5를 참조하여 설명하면, 하나의 목표위치에 대해, 상술한 과정을 통해 정상 도달운동 모델이 생성되면(S45), 다음 목표위치에 대한 정상 도달운동 모델의 생성을 위해 영상 디스플레이부(166)에 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 목표위치가 표시된다(S47). 이 때, 목표위치는 도 6의 (b)에 도시된 위치와 다른 위치가 됨은 물론이다.

그런 다음, 앞서 설명한 바와 같은 과정을 통해, 다음의 목표위치에 대한 정상 도달운동 모델을 생성하기 위한 과정이 진행되고, 모든 목표위치에 대해 정상 도달운동 모델이 생성될 때까지(S46), 정상 도달운동 모델의 생성 과정이 수행된 후, 생성된 모든 정상 도달운동 모델이 재활운동장치(100)에 등록(S48)된 후, 정상 도달운동 모델의 생성 과정이 종료된다.

다시 도 3을 참조하여 설명하면, 상기와 같이 각각의 목표위치에 대한 정상 도달운동 모델이 등록되면, 환자가 자신의 환측 신체로 재활 운동을 수행하는 과정을 진행하게 된다.

도 6에 도시된 실시에에서는 6개의 목표위치에 대한 정상 도달운동 모델이 등록된 것을 예로 하고 있으나, 환측 재활 운동이 6개의 목표위치에 대해 수행될 수도 있고, 6개 중 일부에 대해 수행될 수 있다.

일 예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 목표위치 a,b,c를 예로 들면, 재활 대상자가 정상 도달운동 모델의 생성 과정에서 높은 성취도를 발휘하거나, 치료사가 볼 때 특정 목표위치로의 재활운동이 필요치 한다고 판단할 때에는 일부를 재활 운동에서 배재할수도 있다.

이에, 본 발명의 실시예에서는 n개의 도달운동이 환측의 재활 운동을 위해 등록되는 것을 예로 한다(S31). 여기서, n개의 도달운동 각각은 상호 상이한 목표위치를 가지게 된다.

상기와 같이, n개의 도달운동이 등록되면, 대활 대상자는 각각의 목표위치로의 도달 운동을 수행하게 되고, 각각의 목표위치로의 도달운동 과정에서 환측 도달운동 데이터가 측정된다(S32). 여기서, S32 단계에서는 각각의 목표위치에 대한 도둘운동이 1회씩 수행되는 것을 예로 하나, 2회 이상이 수행될 수 있음은 물론이다.

n개의 도달운동의 과정에 대새 설명하면, n개의 도달운동 중 하나의 목표위치가 영상 디스플레이부(166)의 화면에 표시된 상태될 수 있다. 여기서, 목표위치의 표시는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 초기위치, 목표위치, 그리고 움직임 커서가 표시될 수 있으며, 동일하게 움직임 커서는 손 안착부(140)의 이동에 대응하여 이동하도록 구성될 수 있다.

그런 다음, 재활 대상자는 자신의 환측 신체를 이용하여 도달운동을 시작하게 되고, 재활 훈련부(164)는 해당 목표위치에 대한 환측 도달운동 데이터를 측정하게 된다.

그런 다음, 재활 훈련부(164)는 해당 목표위치에 대해 측정된 환측 도달운동 데이터를 해당 목표위치의 정상 도달운동 모델에 적용되어, 재활 평가값이 산출된다(S33).

여기서, 본 발명의 실시예에서는 환측 도달운동 데이터로 목표위치까지의 도달 시간이 측정되는 것을 예로 한다. 그리고, 재활 평가값은 [수학식 2]를 통해 산출되는 것을 예로 한다.

[수학식 2]

[수학식 2]에서,

은 재활 평가값이고,

는 환측 신체를 이용한 목표위치로의 도달운동에서 측정된 목표위치까지의 도달 시간이다. 그리고,

은 해당 목표위치까지의 목표 거리, 해당 목표위치에 대한 평균 속도, 및 해당 목표위치에 대한 모델 상수가 반영되어 예측된 정상 도달운동에 대한 도달 시간이다.

즉,

와

의 차이가 클수록 환측 신체의 도달운동이 정상, 즉 건측 신체의 도달운동과 다르다는 것을 의미하며, 이를 다시

으로 나누어 정규화시켜, 재활 평가값

을 산출하게 된다.

상기와 같이, 하나의 목표위치, 즉 하나의 도달운동에 대한 재활 평가값은 1회 수행되어 산출될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이, S32 단계가 2회 이상 수행되는 경우, 해당 도달운동에 대해 산출된 재활 평가값들의 평균을 최종적으로 재활 평가값으로 산출할 수 있다.

상기와 같은 과정을, n개의 목표위치에 대해 각각 진행하여, n개의 도달운동 각각에 대한 재활 평가값이 산출될 수 있다(S33).

상기와 같이, n개의 도달운동에 대해 재활 평가값이 산출되면(S33), 순열 생성부(165)가 재활 평가값에 기초하여, m회의 도달운동으로 구성된 훈련 순열을 생성한다(S34). 여기서, m은 n보다 큰 자연수이다.

즉, n개의 목표위치를 이용하여, n보다 큰 자연수의 m회의 도달운동에 대한 훈련 순열을 생성하게 되는데, 예컨대, 5개의 목표위치에 대해서 10회의 도달운동을 위한 훈련 순열을 생성하게 되는 바, 특정 목표위치의 경우 2회 이상이 훈련 순열에 포함될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시에에 따른 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법에서 훈련 순열을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 재활 대상자는 목표위치에 따라 도달운동의 특성, 예컨대, 도달 시간이 달라질 수 있으며, 이는 해당 목표위치에 대한 재활 평가값에 반영되어 산출된다.

본 발명에서는 이와 같은 재활 평가값에 기초하여, m회의 훈련 순열에 포함될 각각의 도달운동, 각 목표위치에 대한 도달운동의 훈련 횟수를 결정하는 것을 예로 한다.

도 4를 참조하여 설명하면, 순열 생성부(165)는 각각의 도달운동에 대해 산출된 재활 평가값에 기초하여, 각각의 도달운동, 즉 각 목표위치에 대한 확률 가중치를 산출할 수 있다(S341).

본 발명의 실시예에서는 순열 생성부(165)가, [수학식 3]을 통해 각각의 도달운동에 대한 확률 가중치를 산출하는 것을 예로 한다.

[수학식 3]

[수학식 3]에서,

는 확률 가중치이고,

는 재활 평가값이고, i는 n개의 도달운동, 즉 각각의 목표위치에 대한 인덱스이다.

[수학식 3]을 참조하여 설명하면, 재활 평가값은 해당 목표위치에서의 재활 대상자의 재활의 성취도를 나타내고 있으며, 전체 성취도의 합으로 확률을 산출함으로써, 현재 등록된 n개의 목표위치가 전체 목표위치의 성취도에서 차지하는 비율이 확률 가중치로 산출 가능하게 된다.

따라서, 순열 생성부(165)는 각각의 목표위치에 대해 산출된 확률 가중치에 기초하여 훈련 순열에 포함될 각각의 도달운동, 즉 해당 목표위치로의 도달운동에 대한 훈련 횟수를 산출할 수 있다.

여기서, 훈련 횟수의 합은 앞서 설명한 바와 같이, m회로 설정되어 있는 바, 순열 생성부(165)는 확률 가중치에 기초하여 m회의 도달운동에 포함될 각 목표위치의 훈련 횟수를 산출하게 된다.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 목표 위치(a,b,c)의 개수 n의 3이고, m이 10이라고 가정할 때, n개의 도달운동에 대한 각 목표위치에서의 재활 평가값, 즉 목표위치 a, b, c 각각의 재활 평가값이, 1, 2, 2로 산출되었다고 가정하게 되면, 각각의 목표위치 a, b, c에 대한 확률 가중치는 1/5, 2/5, 2/5로 산출될 수 있다.

여기서, 앞서 설명한 [수학식 2]에서

와

의 차이가 클수록 환측 신체의 도달운동이 건측 신체의 도달운동과 다르다는 것을 의미하여, 상대적으로 높은 재활 평가값을 가지게 된다.

즉, 재활 평가값이, 1, 2, 2 중 2 값을 갖는 목표위치 b, c에 대한 도달운동의 성능이 상대적으로 목표위치 a보다 좋지 않은 결과로 도출되었으며, 확률 가중치가 2/5로 산출되어 m회의 도달운동에 포함될 확률이 높아지게 된다.

목표위치 a, b, c 각각의 확률 가중치는 1/5, 2/5, 2/5 값으로 산출되고, m회가 10회라고 가정하면, 목표위치 a에 대한 도달운동의 훈련 횟수는 2회, 목표위치 b 및 c에 대한 도달운동의 훈련 횟수는 각각 4회로 산출되어, 전체 도달운동의 횟수 m인 10회가 결정될 수 있다(S343).

여기서, 본 발명의 실시예에서는 순열 생성부(165)가 S343 단계에서 결정된 m회의 도달운동을 이용하여 무작위로 훈련 순열을 생성하는 것을 예로 한다(S344). 이는, 재활 운동 과정에서 한 동작이 연속적으로 반복되는 경우, 신경학습에 효과가 떨어지기 때문에, 훈련 순열을 무작위로 결정하는 것을 예로 한다.

다시, 상기와 같은 과정을 통해 m회의 훈련 순열이 생성되면, 재활 훈련부(164)는 생성된 훈련 순열에 따라 재활 운동을 진행하게 된다(S35). 여기서, 재활 운동의 진행 과정에서는 각각의 목표위치로의 도달운동에 대한 환측 도달운동 데이터가 측정될 수 있다(S36). 여기서, S35 단계 및 S36 단계에서의 재활 운동 및 환측 도달운동 데이터의 산출 과정은 전술한 바와 같다.

상기와 같이 훈련 순열에 따른 재활 운동과 이에 따른 환측 도달운동 데이터의 측정이 완료되면, 전체 훈련이 만료되었는지 여부를 판단한다(S37). 여기서, 훈련 만료 여부는 훈련 순열에 따른 재활 훈련의 횟수가 복수회 설정된 경우, 해당 횟수의 만료에 의해 결정될 수 있고, 재활 대상자나 치료사가 훈련 중에 종료를 결정할 수 있다.

여기서, S37 단계에서 훈련 만료로 판단되면, 재활 훈련부(164)는 재활 훈련에 대한 평가 결과를 출력할 수 있다(S39). 일 예로 S36 단계에서 측정된 환축 도달운동 데이터에 기초하여 산출된 재활 평가값을 각 목표위치에 대해 출력할 수 있다.

반면, S37 단계에서 훈련 만료로 판단되지 않는 경우, 재활 훈련부(164)는 S36 단계에서 각 목표 위치에 대한 도달 운동을 통해 측정된 환측 도달운동 데이터에 기초하여, n개의 도달운동, 즉 n개의 목표위치 각각에 대한 재활 평가값을 산출하여, 재활 평가값을 업데이트한다(S38)

여기서, S36 단게에서는 훈련 순열에 따라 하나의 목표위치에 대해 환측 도달운동 데이터가 복수회 측정될 수 있는 바, 재활 평가값은 각 회수의 환측 도달운동 데이터에 대해 산출된 재활 평가값의 평균값이 업데이트될 수 있다.

그런 다음, 순열 생성부(165)는 업데이트된 재활 평가값을 이용하여 다시 m회의 훈련 순열을 앞서 설명한 과정을 통해 생성하고(S34), 재활 훈련부(164)는 새로이 생성된 훈련 순열에 따라, S35 단계 내지 S39 단계를 수행하게 된다.

상기와 같이, 재활 훈련 과정에서, 재할 대상자의 각각의 목표위치에 대한 도달운동의 특성이 반영된 재활 평가값이 산출 및 업데이트되고, 재활 평가값의 업데이트에 따라 각각의 목표위치에 대한 훈련 횟수가 도달운동의 특성이 반영되어 결정됨으로써, 재활 대상자의 고유의 도달운동 특성을 재활 운동 과정에서 자동으로 반영되어, 고유의 도달운동 특성이 반영된 재활 운동이 수립되고 진행될 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100 : 재활운동장치 110 : 로봇 베이스
120 : 로봇 본체 130 : 링크 어셈블리
140 : 손 안착부 150 : 테이블
161 : 재활 구동부 162 : 센싱부
163 : 모델 생성부 164 : 재활 훈련부
165 : 순열 생성부 166 : 영상 디스플레이부
167 : 메인 제어부 168 : 통신부
169 : 사용자 입력부

Claims (10)

1. 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법에 있어서,
   (a) 상호 상이한 목표위치를 갖는 n개의 도달운동이 등록되는 단계와;
   (b) 상기 재활운동장치에 의해, 각각의 상기 도달운동에 대해 상기 재활 대상 신체 중 환측 신체에 대한 환측 도달운동 데이터가 측정되는 단계와;
   (c) 각각의 상기 도달운동에 대해 측정된 상기 환측 도달운동 데이터가 기 등록된 도달운동 모델에 적용되어 각각의 상기 도달운동에 대한 재활 평가값이 산출되는 단계와;
   (d) 각각의 상기 도달운동에 대해 산출된 상기 재활 평가값에 기초하여, m회의 도달운동으로 구성되는 훈련 순열이 생성되는 단계와 - m은 n보다 큰 자연수임 -;
   (e) 상기 재활운동장치에 의해, 상기 훈련 순열에 따라 각각의 상기 도달운동이 수행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 (d) 단계는
   (d1) 각각의 상기 도달운동에 대해, 상기 재활 평가값에 기초하여 확률 가중치가 산출되는 단계와;
   (d2) 각각의 상기 도달운동에 대한 상기 확률 가중치에 기초하여, 상기 훈련 순열에 포함될 각각의 상기 도달운동에 대한 훈련 횟수가 산출되어 m회의 도달운동이 결정되는 단계와;
   (d3) 상기 (d2) 단계에서 결정된 m회의 도달운동으로 상기 훈련 순열이 생성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 (d3) 단계에서 m회의 도달운동은 무작위로 상기 훈련 순열이 결정되는 것을 특징으로 하는 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 확률 가중치는 수학식
   

   

   
   (

   

   는 상기 확률 가중치이고,

   

   는 상기 재활 평가값이고, 상기 i는 n개의 상기 도달운동의 인덱스이다)
   에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법.
5. 제1항에 있어서,
   (f) 상기 (e) 단계의 수행 과정에서, 각각의 상기 도달운동에 대해 환측 도달운동 데이터가 재 측정되는 단계와,
   (g) 상기 (f) 단계에서 각각의 상기 도달운동에 대해 재 측정된 상기 환측 도달운동 데이터가 상기 도달운동 모델에 적용되어 각각의 상기 도달운동에 대한 재활 평가값이 산출되는 단계를 더 포함하며;
   상기 (g) 단계에서 재 산출된 상기 재활 평가값이 적용되어 상기 (d) 단계 및 상기 (e) 단계가 재 수행되는 것을 특징으로 하는 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 (g) 단계에서는
   상기 도달운동 중 상기 훈련 순열에 복수의 훈련 횟수로 등록된 도달운동에 대해, 각 횟수에 대해 산출된 재활 평가값의 평균값이 상기 (d) 단계 및 상기 (e) 단계에 적용되는 것을 특징으로 하는 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 (c) 단계에서 상기 도달운동 모델은
   (c1) 상기 재활운동장치에 의해, 상기 재활 대상자의 대칭되는 재활 대상 신체 중 건측 신체에 대한 건측 도달운동 데이터가 측정되는 단계와;
   (c2) 상기 건측 도달운동 데이터에 기초하여, 상기 정상 도달운동 모델이 생성되는 단계에 의해 등록되는 것을 특징으로 하는 재활운동장치의 개인 맞춤형 제어방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 (c1) 단계는
   (c11) 상기 재활운동장치를 이용하여, 기 설정된 궤적 형상에 따라 최대 운동이 수행되어, 상기 궤적 형상에 대한 운동 궤적이 생성되는 단계와;
   (c12) 상기 운동 궤적 내에서 각각의 상기 도달운동에 대한 상기 목표위치가 설정되는 단계와;
   (c13) 상기 재활운동장치를 이용하여, 초기위치로부터 각각의 목표위치로 도달운동이 수행되는 단계와;
   (c14) 상기 (c13) 단계의 수행 결과로, 각각의 상기 목표위치에 대한 상기 건측 도달운동 데이터가 측정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도달운동을 위한 재활운동장치의 제어방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 정상 도달운동 모델은 수학식
   

   

   
   (여기서,

   

   은 종속 변수로 예측되는 도달운동 시간이고,

   

   는 독립 변수로 상기 목표위치까지의 목표 거리이고,

   

   는 독립 변수로 도달운동의 평균 속도이고,

   

   ,

   

   ,

   

   는 모델 상수로 각각의 상기 목표위치에 대한 상기 정상 도달운동 모델에 대해 고유한 값을 가진다)
   로 정의되는 것을 특징으로 하는 도달운동을 위한 재활운동장치의 제어방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 재활 평가값은 수학식
    

    

    
    (여기서,

    

    은 상기 재활 평가값이고,

    

    는 상기 (c) 단계에서 측정된 상기 목표위치까지의 도달 시간이다)
    에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 도달운동을 위한 재활운동장치의 제어방법.