WO2017116175A1 - 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치 - Google Patents

근육 강화용 수동 및 능동 구동장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a drive device, and more particularly, a muscle strengthening manual capable of strengthening muscles by accelerating or decelerating a speed of bending or straightening a body part having a joint part or changing a direction in which a body part is moved. And an active drive.
  • Continuous Passive Motion is a device designed to prevent joints from hardening after injury by deciding the range of motion of the joints so that the joints move at constant speed.
  • Continuous Passive Drive was conceptualized by Robert B Salter in 1970 and is commonly used in orthopedic surgery for use in a variety of joints including knee, ankle, shoulder and wrist joints. Recently, continuous passive driving (CPM) devices have been used in stroke patients. This continuous passive drive (CPM) device can only result in an increase in the range of motion.
  • Muscle strength can be divided into muscle hypertrophy, muscle endurance increase, actual strength and maximum strength increase.
  • the actual increase in muscle strength can be produced by muscle cell hypertrophy and muscle cell number increase.
  • repetitive muscle physical use must be induced, and in particular, repetitive anaerobic drive must be used to enhance intramuscular protein use, fat and carbohydrate storage capacity, and neovascularization.
  • the physical physiotherapist's direct physiotherapy alone is lacking in strengthening the strength of the patient who is unable to move, and as a result of the weakening of muscle strength due to inability to participate in physiotherapy being performed in the physical therapy room. There is a problem that you can not lie down and recover or end your life. Therefore, there is an urgent need for means to strengthen the muscle strength of immobile patients, such as those in the brain.
  • the present inventors have developed a device for strengthening muscle strength of a patient who cannot move.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a passive and active drive for muscle strengthening to enable muscle strengthening, including acceleration and deceleration functions.
  • the passive and active driving device for muscle strengthening is a joint support for supporting a part of the body that can be bent or stretched (flexing);
  • a drive unit coupled to the joint support unit to drive the joint support unit;
  • a control unit for controlling the drive unit, wherein the control unit may accelerate or reduce the driving speed of the joint support.
  • the joint support portion support means for moving while supporting the body part while the body part is flexed; And it may include a fixing portion for fixing the distal portion of the body part.
  • the joint support portion may further include a shock absorbing means at a portion where the end of the body portion is in contact.
  • the drive unit a power generating unit for generating power; And a power transmission unit coupled to the power generating unit and driving the joint support unit by using power from the power generating unit.
  • control unit may randomly accelerate or decelerate the driving speed of the joint support.
  • control unit may randomly change the driving direction of the joint support.
  • the fixing unit may further include a strap that can be fixed to surround the end of the body portion.
  • the fixing portion has a plate shape, and a groove corresponding to the distal portion of the body portion may be formed on one surface of the fixing portion in contact with the distal portion of the body portion.
  • the fixing portion the insertion portion that can be inserted into the distal portion of the body portion; And it may include an air inlet for injecting air into the insert.
  • the fixing part may surround the distal portion of the body and may further include a body end receiving portion made of a smooth material.
  • the present invention as described above, it is possible to generate a tension in the muscle, including the acceleration and deceleration function has the effect that can effectively perform muscle strengthening.
  • the present invention has the effect of effectively strengthening the muscles by generating tension in the muscles by changing the direction of flexion of the part of the body with a joint.
  • the present invention can extend a part of the body having a joint site, it is possible to prevent the construction of the joint, and to prevent atrophy and development of adjacent muscles.
  • the present invention includes a shock absorbing pad, there is an effect of preventing a comfortable contact to the patient and damage to sensitive skin.
  • the present invention includes a link structure, the part of the body having the joint portion can be flexed smoothly so that the skin and soft tissue of the patient can not be damaged.
  • the present invention can be configured to gradually accelerate or decelerate at the moment when the random acceleration, deceleration and movement direction is changed to prevent damage to sensitive skin through safe movement.
  • the present invention can effectively perform muscle strengthening by repeatedly applying the repetitive irregular tension to the muscles to enable the repetitive anaerobic driving even without the patient.
  • the present invention can be applied to the treatment of joint building, strengthening muscle function of a stroke patient, patients suffering from muscle function, and the like.
  • FIG. 1 is a view for explaining the passive and active driving device for muscle strengthening according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining the operating state of the passive and active drive device for muscle strengthening according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining the passive and active driving device for muscle strengthening according to another embodiment of the present invention.
  • the present invention includes a joint support for supporting a part of the body that can be stretched and have a joint portion, a drive unit coupled to the joint support to drive the joint support, and a control unit for controlling the drive unit, wherein the control unit includes the joint support unit.
  • FIG. 1 is a view for explaining a passive and active drive for muscle strengthening according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view for explaining the operating state of the passive and active drive for strengthening muscle according to an embodiment of the present invention Drawing.
  • the passive and active driving apparatus 1000 for strengthening muscles may include a joint support part 100, driving parts 3 and 4, and a control part 200. .
  • the joint support part 100 supports the body part when the body part having the joint part flexes.
  • the joint support part 100 includes a support means 140 for driving while supporting a body part when the body part is flexed, and a fixing part 120 coupled to the support means 140 and capable of fixing the distal portion of the body. can do.
  • the support means 140 may include a front plate 5, an upper plate 7, and a rear plate 10.
  • the front plate 5 may be linearly reciprocated by the driving units 3 and 4 to be described below, and the front plate 5 and the rear plate 10 may be driven while the rear plate 10 is driven by the linear reciprocating movement.
  • the upper plate 7 connected therebetween moves upward or downward, and by this movement, the body part can perform the bending motion of the joint while being fixed to the fixing part 120 to be described below.
  • the fixing part 120 may be a plate-shaped structure in which a groove corresponding to the sole shape is formed as a means for fixing the distal portion of the body.
  • the fixing part 120 may have a strap formed around the distal end of the body in contact with the distal end of the body.
  • the fixing part 120 may be a distal end of the body. It is configured to wrap and can itself be wrapped around the distal portion of the body.
  • the fixing part 120 may include an insertion part into which a distal part of a body part may be inserted, and an air inlet for injecting air into the insertion part.
  • the fixing part 120 may be made of a flexible polymer material.
  • the fixing part 120 may cover an end portion of the body and may further include a body end receiving portion (not shown) made of a smooth material, and the body end receiving portion may be inserted into the fixing portion 120. have.
  • a sock or stockings made of a smooth material may be used as the body end accommodating portion, and after the stockings are put on the feet of the patient, the feet of the patient are inserted into the fixing part 120 so that the skin of the patient is fixed ( 120) can be prevented from being damaged.
  • a shock absorbing pad (not shown) may be disposed on one surface of the fixing part 120, that is, the surface where the fixing part 120 is in contact with the distal portion of the body to prevent damage to the skin of the distal portion of the body.
  • the shock absorbing pad may be made of an elastic material, for example, made of a polymer material. By placing the shock absorbing pad, it is possible to prevent a comfortable contact and soft skin tissue damage to the patient.
  • the driving units 3 and 4 may be coupled to the joint supporter 100 to drive the joint supporter 100 under the control of the controller 200. To this end, the driving units 3 and 4 are combined with the power generating unit 3 and the power generating unit 3, and power transmission for driving the joint support unit 100 using the power generated by the power generating unit 3. It may include a portion (4).
  • the power generator 3 may be a device that can convert electrical energy into mechanical energy, such as a motor, a hydraulic cylinder. When the power generator 3 is a motor, a motor capable of forward / reverse driving may be used.
  • the power transmission unit 4 may be a screw capable of transmitting power, a shaft having a smooth surface in a long rod shape, or the like.
  • the power generator 3 when the power generator 3 is the motor 3 and the power transmission unit 4 is a screw, when the motor 3 rotates, the screw 4 supported by the frame 1 is driven.
  • the front plate 5, which is connected via a screw 4 and a nut 18, is advanced in the direction in which the patient is (rightward in FIG. 1).
  • the motor rotates in the opposite direction, the front plate 5 again reverses in the direction opposite to the direction in which the patient is.
  • the rear plate 10 is rotated around the third link 17, and when the rear plate 10 is rotated, the upper surface connected through the second link 9
  • the plate 7 is driven around the first link 6 while being forced upward.
  • the upper plate 7 is lifted by the rear plate 10, and a constant driving angle is created between the upper plate 7 and the rear plate 10.
  • the knee joint may be bent by the driving angle formed between the top plate 7 and the back plate 10.
  • the front plate 5 is reversed, the operation opposite to that described above is performed, and the driving angle disappears between the top plate 7 and the back plate 10 as the top plate 7 is lowered.
  • the drive angle disappears, the knee joint is stretched back.
  • the front plate 5 repeats the forward and backward movements so that the knee joint of the patient placed on the top plate 7 is stretched.
  • the nut 18 is used when the hydraulic cylinder generates power to move the piston in the direction of the patient. ) Moves along the surface of the shaft and the front plate 5 advances in the direction of the patient.
  • the hydraulic cylinder generates power to move the piston in the opposite direction to the patient's direction
  • the nut 18 moves along the surface of the shaft in the opposite direction to the previous one, so that the front plate 5 can be reversed. .
  • an extension plate 12 is installed at the end of the upper plate 7 through the fourth link 8, and the fifth link 16 and the sixth link between the extension plate 12 and the rear plate 10.
  • the support member 11 is connected via 13.
  • the rear plate 10 rotates about the third link 17 and pulls the extension plate 12 downward by the support member 11.
  • the extension plate 12 is pulled downward, the upper plate 7 receives upward force to increase the driving angle between the upper plate 7 and the rear plate 10 while maintaining the correct angle. Accordingly, the effective bending treatment of the leg is repeated accurately and consistently with a larger driving angle than before.
  • the passive and active driving device 1000 for strengthening muscles uses the linkages 6, 8, 13, 16, and 17, so that the part of the body with the joints can be flexed smoothly. It can prevent skin and soft tissues from being damaged.
  • the passive and active driving device 1000 for strengthening muscles may further include a force sensor (not shown) capable of detecting a force exerted by the body.
  • a force sensor capable of detecting a force exerted by the body.
  • the force sensor is inserted into the fixing part 120, and the force sensor may detect a force exerted on the body by contacting the distal portion of the body, and a pressure sensor may be used as the force sensor.
  • the force sensor can measure whether the force is exerted and the magnitude of the exerted force.
  • the controller 200 may change the speed and driving direction in which the driving units 3 and 4 drive the joint support unit 100 when it is detected that the force is exerted on the body through the force sensor.
  • the force sensor can detect the force exerted on the body of the patient, in this case, the control unit 200 controls the drive unit (3, 4) to extend the joint support to the patient's knee Can be driven in the direction.
  • the control unit 200 may control the driving units 3 and 4 to drive the joint support unit 100 in the direction in which the knee of the patient is bent.
  • the controller 200 may further increase the speed at which the driving units 3 and 4 drive the joint support unit 100 when it is detected that the force is exerted on the body. For example, when it is detected that the force is exerted on the body of the patient during the operation of avoiding the knee of the patient, the control unit 200 controls the driving unit (3, 4) to drive in the direction of the knee extension and at the same time the knee is stretched By increasing the driving speed in the direction can be made to facilitate the movement of the patient.
  • the controller 200 may control the speed and direction in which the driving units 3 and 4 drive the joint support unit 100. For example, the controller 200 may control the speed at which the driving units 3 and 4 extend the body part by accelerating or decelerating the rotational speed of the motor 3. In addition, the controller 200 may control the rotation direction of the motor 3 to move the front plate 5 forward or backward.
  • the controller 200 may control the speed at which the driving units 3 and 4 extend the body part by accelerating or decelerating the speed at which the piston of the hydraulic cylinder moves.
  • the controller 200 may move the front plate 5 forward or backward by controlling the movement direction of the piston of the hydraulic cylinder.
  • control unit 200 may change one or more of the driving direction, acceleration and deceleration of the driving speed of the joint support unit 100. For example, when the knee is extended while the knee is bent or the knee is bent again while the knee is extended, tension is generated in the muscles around the knee and the muscle may be strengthened by the tension.
  • control unit 200 is preferably configured to enable feedback control in order to prevent damage to the soft tissue of the body caused by the acceleration and deceleration change of the driving speed of the joint support unit 100, the change in the driving direction.
  • the controller 200 may control the joint support 100 to gradually change the acceleration / deceleration of the driving speed of the joint support 100, or may gradually change the driving direction of the joint support 100.
  • damage to the soft tissue of the body may be prevented by reducing the acceleration rate of the joint support unit 100 by about 10% of the original acceleration rate. .
  • the passive and active driving device 1000 for strengthening muscles may further include a vibration device (not shown) capable of vibrating a part of the body.
  • a vibration motor may be used as the vibration device.
  • the vibration unit is provided in the fixing unit 120, and the controller 200 may control the vibration device.
  • the vibrating device may be provided in the fixing part 120, but if it exhibits a function of vibrating a part of the body, the front plate 5, the upper plate 7 and the rear plate ( It may be provided in one or more of 10).
  • the intensity of the vibration may be configured to be adjustable and may be configured to vibrate even when a part of the body is bending.
  • the passive and active driving device 1000 for strengthening muscles may be made of a material having light and solid properties such as aluminum or carbon fiber to achieve light weight and robustness at the same time. It is not limited only to the above materials.
  • the passive and active drive device 1000 for muscle strengthening may be configured to be used by the patient lying down.
  • the muscle strengthening passive and active driving device 1000 flexes the body part of the patient so that the patient is comfortable. It can be passive and active driving while lying down, allowing the patient to exercise in a comfortable and comfortable state.
  • FIG. 3 is a view for explaining the passive and active driving device for muscle strengthening according to another embodiment of the present invention.
  • the passive and active driving device 2000 for strengthening muscles may include a joint support 210, a driver 220, and a controller 230.
  • the joint support 210 supports the body part when the body part having the joint part is flexed.
  • 3 illustrates a case where a part of the body is an arm.
  • the joint support 210 includes support means 212 for driving while supporting a body part when the body part is flexed, and a fixing part 214 coupled to the support means 212 and capable of fixing the distal portion of the body. can do.
  • the support means 212 may include a rod-shaped stretchable length adjusting part 216 and a rotating part 218 coupled to the length adjusting part 216 and rotating the length adjusting part 216.
  • the length adjusting part 216 may include a first rod 216-2 and a second rod 216-4, and the diameter of the first rod 216-2 may be the second rod 216-. It is smaller than the diameter of 4), the first rod (216-2) can be moved along the longitudinal direction of the second rod (216-4) in a state inserted into the second rod (216-4) and as desired After the movement, the first rod 216-2 may be configured to be fixed to the second rod 216-4. Since the length of the arm is different according to the patient, the length adjusting part 216 may be adjusted to allow the joint support part 210 to support the arm to fit the arm length.
  • the rotating unit 218 may be connected to the driving unit 220 to be described below, and may be rotated by the driving unit 200.
  • the rotating unit 218 rotates, and the supporting unit 212 rotates by rotating the rotating unit 218.
  • the fixing part 214 is a means for fixing the distal portion of the body, for example, a groove (not shown) in which a wrist can be seated is formed on one surface of the fixing part 214, and the wrist is wrapped around the fixing part 214.
  • a strap 215 can be formed.
  • the fixing part 214 may include, for example, a hemispherical handle part 217 that can be held by a hand while being in contact with a palm. When the patient holds the handle 217 by hand while the wrist is fixed to the fixing part 120, the arm may be fixed to the fixing part 120 in a comfortable state.
  • a shock absorbing pad (not shown) may be disposed on one surface of the fixing part 120, that is, the surface where the fixing part 120 is in contact with the distal portion of the body to prevent damage to the skin of the distal portion of the body.
  • the shock absorbing pad may be made of an elastic material, for example, made of a polymer material. By placing the shock absorbing pad, it is possible to prevent a comfortable contact and soft skin tissue damage to the patient.
  • the driving unit 220 may be connected to the joint support 210 to drive the joint support 210.
  • the driving unit 220 may be connected to one end of the joint support 210 to rotate the joint support 210.
  • a motor capable of forward / reverse rotation may be used as the driving unit 220, and the rotating shaft and the rotating unit 218 of the motor are coupled to each other so that the rotating unit 218 may also be rotated according to the direction in which the rotating shaft of the motor rotates. Can be.
  • the controller 230 may control a driving speed and a driving direction in which the driving unit 220 drives the joint support 210.
  • the controller 230 may control the acceleration or acceleration of the driving speed to change gradually, and control the forward / reverse direction of the driving direction.
  • the controller 230 may control the speed at which the driving unit 220 flexes the body part by accelerating or decelerating the rotation speed of the motor.
  • the passive and active driving device 2000 for strengthening muscles may further include a body end driving unit 240 capable of driving a body end portion.
  • Body end drive 240 may be coupled to support means 212 and fixture 214 between support means 212 and fixture 214, respectively.
  • a body capable of forward / reverse rotation may be used as the body end driver 240, and the rotation part of the fixing part 214 and the motor may be rotated so that the fixing part 214 may be rotated according to a direction in which the rotation axis of the motor rotates. Can be combined with each other.
  • the wrist may be rotated through the body distal drive unit 240 to release the muscles of the wrist and strengthen the muscles around the wrist.
  • the controller 230 may change one or more of the driving direction, acceleration and deceleration of the driving speed of the joint support 210. For example, when the elbow is bent while the elbow is bent, or when the elbow is bent again while the elbow is being stretched, the tension around the elbow is generated and the muscle may be strengthened by the tension. In addition, in the case of accelerating and decelerating the speed at which the elbow is bent, even when the speed at which the elbow is decelerated and accelerated, tension may occur in the muscles around the elbow, thereby strengthening the muscle.
  • the acceleration and deceleration of the driving speed of the joint support 210 and the driving direction of the joint support 210 are randomly changed.
  • the passive and active driving device 2000 for strengthening muscles may further include a force sensor (not shown) capable of detecting a force exerted by the body.
  • a force sensor capable of detecting a force exerted by the body.
  • the force sensor is inserted into the fixing part 214, and can detect the force exerted on the body in contact with the distal portion of the body, a pressure sensor or the like can be used as the force sensor.
  • the force sensor can measure whether the force is exerted and the magnitude of the exerted force.
  • the controller 230 may change the speed and the driving direction in which the driving unit 220 drives the joint support unit 210 when it is detected that the force is exerted on the body through the force sensor. For example, when the patient is elbowing the force sensor can detect the force exerted on the body of the patient, in this case, the control unit 230 controls the drive unit 220 to support the joint support 210 to the elbow of the patient It can be driven in the unfolding direction. On the contrary, when the patient bends the elbow, the controller 230 may control the driving unit 220 to drive the joint support 210 to the direction in which the elbow of the patient is bent.
  • the controller 230 may further increase the speed at which the driving unit 220 drives the joint support 210 when it is sensed that the force is exerted on the body. For example, when it is detected that the force is exerted on the body of the patient during the operation of elbowing the patient, the control unit 230 controls the drive unit 220 to drive in the direction of the elbow is extended and at the same time the elbow is extended By increasing the driving speed can be made to smoothly move the patient.
  • the controller 230 is preferably configured to enable feedback control in order to prevent damage to the soft tissue of the skin caused by the acceleration and deceleration change of the driving speed of the joint support 210, the change in the driving direction.
  • the controller 230 may control the joint support 210 to gradually change the acceleration and deceleration of the driving speed of the joint support 210, or gradually change the driving direction of the joint support 210.
  • acceleration of the joint support 210 may be reduced by about 10% of the original acceleration speed, thereby preventing damage to the soft tissue of the skin. .
  • the passive and active driving device 2000 for strengthening muscles may further include a vibration device (not shown) capable of vibrating a part of the body.
  • a vibration motor may be used as the vibration device.
  • the vibration unit is provided at the fixing unit 214, and the controller 230 may control the vibration device.
  • the vibration device may be provided in the fixing part 214, but if the vibration is transmitted to the body of the patient there is no limitation on the installation position.
  • the intensity of the vibration may be configured to be adjustable and may be configured to vibrate even when a part of the body is bending.
  • the passive and active driving device 2000 for strengthening muscles may be made of a material having light and solid properties, such as aluminum or carbon fiber, in order to achieve light weight and robustness at the same time. It is not limited only to the above materials.
  • the muscle strengthening passive and active drive device 2000 may be configured to be used by the patient lying down, it is possible to use the lying down so that the patient can exercise in a comfortable and comfortable state.
  • a case in which the muscle strengthening passive and active driving apparatuses 1000 and 2000 according to an embodiment of the present invention flexes the knees and elbows is not limited thereto. It is obvious that it can be applied.

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Abstract

근육 강화용 수동 및 능동 구동장치가 개시된다. 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치는 관절 부위가 있어 굴신 가능한 신체 일부를 지지하는 관절지지부; 상기 관절지지부와 결합되어 상기 관절지지부를 구동하는 구동부; 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 관절지지부의 구동 속도를 가속하거나 감속시킬 수 있어 근육에 불규칙적인 장력을 가하여, 움직임이 없는 환자에서도 반복적인 무산소 구동이 가능하도록 함으로써 근육 강화를 효과적으로 수행할 수 있다.

Description

근육 강화용 수동 및 능동 구동장치
본 발명은 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 관절 부위가 있는 신체 일부를 굽히거나 펴주는 속도를 가속 또는 감속하거나, 신체 일부를 이동하는 방향을 변경함으로써 근육을 강화시킬 수 있는 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치에 관한 것이다.
지속적 수동 구동(Continuous Passive motion, CPM)장치는 관절의 구동범위를 정해서 등속으로 관절이 움직이도록 하여 상해를 입은 후 해당관절이 굳지 않도록 하는 목적으로 만든 장치이다.
지속적 수동 구동(CPM)장치는 1970년에 Robert B Salter에 의해 개념화되었고 주로 정형외과에서 무릎, 발목, 어깨, 손목 관절 등 다양한 관절에서 사용되도록 상용화되어 있다. 최근에는 뇌졸중 환자에서도 지속적 수동 구동(CPM)장치가 사용되고 있다. 이러한 지속적 수동 구동(CPM)장치는 관절 가동범위(range of motion)의 증가만을 가져올 수 있다.
근력은 근형질비대, 근지구력증대, 실제근력 및 최대 근력의 증강 등으로 나누어 볼 수 있다. 실제적인 근력의 증강은 근육세포 비대와 근육의 세포수의 증가에 의해 생성될 수 있다. 이러한 근육세포의 변화를 일으키려면 반복적인 근육의 물리적인 사용이 유도되어야 하고 특히 반복적인 무산소 구동을 시행하여 근육 내 단백질 사용, 지방과 탄수화물 저장능력 그리고 신생혈관을 증진시켜야만 한다.
하지만, 움직이지 못하는 환자는 이러한 스스로 움직이는 현상이 없기 때문에 이러한 과정을 거치지 못하고 점점 근육이 위축되어 비극적인 결말을 맞게 될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 뇌졸중 환자를 비롯하여 만성적으로 누워있는 환자에게 물리치료사가 방문하여 근육을 강화하기 위한 물리치료를 수행하고 있으나, 물리치료사가 물리치료를 수행하는 시간이 제한적이기 때문에 근육 강화에 충분한 물리치료가 제대로 수행되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 물리치료가 제대로 수행되지 못하여 근력이 강화되지 않는 경우에는 본격적인 재활치료를 추가하여 수행하지 못하는 문제가 있다.
현재와 같은 물리치료사의 직접적인 물리치료만으로는 움직이지 못하는 환자의 근력을 강화시키에 부족한 부분이 있고, 근력이 강화되지 못하여 물리치료실에서 시행되고 있는 물리치료에 참여하지 못함으로써 근력 약화에 따른 결과로서 그 자리에 누워 회복하지 못하거나 일생을 마치게 되는 문제점이 있다. 따라서, 뇌줄중 환자와 같은 움직이지 못하는 환자의 근력을 강화시킬 수 있는 수단이 절실히 필요하다.
이에 본 발명자는 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 움직이지 못하는 환자의 근력 강화를 위한 장치를 개발하기에 이르렀다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 가속 및 감속기능을 포함하여 근육 강화를 가능하게 하는 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치는 관절 부위가 있어 굽히거나 펴는 것(굴신)이 가능한 신체 일부를 지지하는 관절지지부; 상기 관절지지부와 결합되어 상기 관절지지부를 구동하는 구동부; 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 관절지지부의 구동 속도를 가속하거나 감속시킬 수 있다.
하나의 실시예로 상기 관절지지부는, 신체 일부가 굴신하는 동안 상기 신체 일부를 지지하면서 이동하는 지지수단; 및 상기 신체 일부의 말단 부위를 고정하는 고정부를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 관절지지부는, 상기 신체 일부의 말단이 접촉하는 부위에 충격 흡수 수단을 더 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 구동부는, 동력을 발생하는 동력발생부; 및 상기 동력 발생부에 결합되고 상기 동력발생부로부터의 동력을 이용하여 상기 관절지지부를 구동시키는 동력전달부를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 제어부는, 상기 관절지지부의 구동 속도를 램덤하게 가속 또는 감속할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 제어부는, 상기 관절지지부의 구동 방향을 랜덤하게 변경할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 고정부는, 상기 신체 일부의 말단을 감싸 고정할 수 있는 스트랩을 더 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 고정부는, 판 형상이고, 상기 신체 일부의 말단 부분과 접촉하는 상기 고정부의 일 면에는 상기 신체 일부의 말단 부분에 대응하는 홈이 형성되어 있을 수 있다.
하나의 실시예로 상기 고정부는, 상기 신체 일부의 말단 부분이 삽입될 수 있는 삽입부; 및 상기 삽입부 내부로 공기를 주입할 수 있는 공기 주입구를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 고정부는, 상기 신체의 말단 부위를 감쌀 수 있고 매끄러운 재질로 이루어진 신체 말단 수용부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 가속 및 감속기능을 포함하여 근육에 장력을 발생시킬 수 있어 근육 강화를 효과적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 관절 부위가 있는 신체 일부의 굴신 방향을 변경하여 근육에 장력을 발생시키므로 근육 강화를 효과적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 관절 부위가 있는 신체 일부를 굴신할 수 있기 때문에 해당 관절의 구축(拘縮)을 방지할 수 있고, 인접 근육의 위축방지 및 발달을 꾀할 수 있다.
본 발명은 충격 흡수 패드를 포함하기 때문에 환자에게 안락한 접촉감과 민감한 피부의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 링크 구조를 포함하기 때문에 관절 부위가 있는 신체 일부를 부드럽게 굴신할 수 있어 환자의 피부 및 연부 조직이 손상되지 않도록 할 수 있다.
본 발명은 랜덤한 가속, 감속 및 이동 방향이 변경되는 순간에 점진적으로 가속 또는 감속되도록 구성함으로써 안전한 움직임을 통한 민감한 피부의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명은 근육에 반복적인 불규칙적인 장력을 가하여 움직임이 없는 환자에게도 반복적인 무산소 구동이 가능하도록 함으로써 근육 강화를 효과적으로 수행할 수 있다.
본 발명은 관절 구축 치료, 뇌졸중 환자의 근육 기능 강화, 근기능 저하 환자 등에게 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 관절 부위가 있어 굴신 가능한 신체 일부를 지지하는 관절지지부와, 상기 관절지지부와 결합되어 상기 관절지지부를 구동하는 구동부, 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 관절지지부의 구동 속도를 가속하거나 감속시킬 수 있도록 하여, 관절 부위가 있는 신체 일부의 굴신 방향을 변경하여 근육에 장력을 발생시키므로 근육 강화를 효과적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(1000)는 관절지지부(100), 구동부(3, 4) 및 제어부(200)를 포함할 수 있다.
관절지지부(100)는 관절 부위가 있는 신체 일부가 굴신하는 경우 그 신체 일부를 지지한다. 관절지지부(100)는 신체 일부가 굴신될 때 신체 일부를 지지하면서 구동하는 지지수단(140) 및 상기 지지수단(140)에 결합되고 신체의 말단 부위를 고정할 수 있는 고정부(120)를 포함할 수 있다.
일 예로 지지수단(140)은 전면 플레이트(5), 상면 플레이트(7) 및 후면 플레이트(10)를 포함할 수 있다. 아래에서 설명할 구동부(3, 4)에 의하여 전면 플레이트(5)가 직선 왕복 이동될 수 있고, 이러한 직선 왕복 이동에 따라 후면 플레이트(10)가 구동되면서 전면 플레이트(5)와 후면 플레이트(10) 사이에 연결된 상면 플레이트(7)가 상방 또는 하방으로 이동하고, 이러한 이동에 의해 신체 일부는 아래에서 설명할 고정부(120)에 고정된 상태로 관절의 굽힘 운동을 수행할 수 있다.
고정부(120)는 신체의 말단 부위를 고정하는 수단으로서 일 예로 발바닥 형상에 대응하는 홈이 형성되어 있는 판 형상의 구조일 수 있다. 고정부(120)에는 신체의 말단 부위가 접촉된 상태에서 신체의 말단 부위를 감쌀 수 있는 스트랩이 형성되어 있을 수 있고, 도면에 도시되지는 않았지만 다른 일 예로 고정부(120)는 신체의 말단 부위를 감쌀 수 있도록 구성되어 그 자체가 신체의 말단 부위를 감싸 고정할 수 있다. 예를 들면, 고정부(120)는 신체 일부의 말단 부분이 삽입될 수 있는 삽입부 및 상기 삽입부 내부로 공기를 주입할 수 있는 공기 주입구를 포함할 수 있다. 신체의 말단 부위가 삽입될 수 있는 삽입부에 신체의 말단 부위가 삽입되는 경우 공기를 주입하여 삽입부를 팽창시켜 신체의 말단 부위가 고정부(120)에 고정되도록 구성될 수 있다. 이를 위하여 고정부(120)는 유연한 폴리머 재질로 이루어질 수 있다. 또 다른 일 예로 고정부(120)는 신체의 말단 부위를 감쌀 수 있고 매끄러운 재질로 이루어진 신체 말단 수용부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 신체 말단 수용부는 고정부(120)에 삽입될 수 있다. 예를 들면 매끄러운 재질로 이루어진 예를 들면 양말 또는 스타킹 등이 신체 말단 수용부로 사용될 수 있고, 환자의 발에 스타킹을 신긴 후 환자의 발이 고정부(120)에 삽입되도록 함으로써 환자의 피부가 고정부(120)에 접촉되어 손상되는 것을 방지할 수 있다.
일 예로 고정부(120)의 일면, 즉 고정부(120)와 신체의 말단 부위가 접촉하는 면에는 신체의 말단 부위 피부의 손상을 방지하기 위한 충격 흡수 패드(미도시)가 배치될 수 있다. 충격 흡수 패드는 신축성이 있는 재질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 폴리머 재질로 이루어질 수 있다. 충격 흡수 패드를 배치함으로써 환자에게 안락한 접촉감과 연한 피부 조직의 손상을 방지할 수 있다.
구동부(3, 4)는 관절지지부(100)와 결합되어 제어부(200)의 제어에 따라 관절지지부(100)를 구동할 수 있다. 이를 위하여 구동부(3, 4)는 동력발생부(3) 및 동력발생부(3)와 결합되고, 동력발생부(3)에 의해 발생된 동력을 이용하여 관절지지부(100)를 구동하는 동력전달부(4)를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 동력발생부(3)는 모터, 유압 실린더 등 전기에너지를 기계적 에너지로 변환할 수 있는 장치들이 사용될 수 있다. 동력발생부(3)가 모터인 경우 정/역 구동이 가능한 모터가 사용될 수 있다. 또 다른 일 실시예로, 동력전달부(4)는 동력을 전달할 수 있는 스크류, 긴 막대 형상으로 표면이 매끄러운 축 등이 사용될 수 있다.
일 실시예로 동력발생부(3)가 모터(3)이고, 동력전달부(4)가 스크류인 경우, 모터(3)가 회전하면 프레임(1)에 의해 지지되는 스크류(4)가 구동되어 스크류(4)와 너트(18)를 통해 연결된 전면 플레이트(5)가 환자가 있는 방향(도 1에서 우측 방향)으로 전진한다. 또한, 모터가 반대 방향으로 회전하면 전면 플레이트(5)는 다시 환자가 있는 방향과 반대되는 방향으로 후진한다. 전면 플레이트(5)가 전진하는 경우 후면 플레이트(10)가 제3링크(17)를 축으로 하여 회동(回動)하고, 후면 플레이트(10)가 회동하면 제2 링크(9)를 통해 연결된 상면 플레이트(7)가 위로 힘을 받으면서 제1링크(6)를 축으로 하여 구동된다. 결국 후면 플레이트(10)에 의해 상면 플레이트(7)가 들리면서 상면 플레이트(7)와 후면 플레이트(10) 사이에 일정한 구동각이 만들어진다. 상면 플레이트(7)와 후면 플레이트(10) 사이에 형성된 구동각에 의해 무릎 관절이 굽혀질 수 있다. 또한, 전면 플레이트(5)가 후진하는 경우에는 위에서 설명한 방식과 반대의 동작이 이루어져 상면 플레이트(7)가 내려가면서 상면 플레이트(7)와 후면 플레이트(10) 사이에 구동각이 사라진다. 구동각이 사라지면 무릎 관절은 다시 원래대로 펴지게 된다. 이와 같이 전면 플레이트(5)가 전진 및 후진을 반복함으로써 상면 플레이트(7)에 놓인 환자의 무릎 관절이 굴신한다.
다른 일 실시예로 동력발생부(3)가 유압실린더이고, 동력전달부(4)가 표면이 매끄러운 축인 경우, 유압실린더가 피스톤을 환자가 있는 방향으로 이동시키는 동력을 발생하는 경우에는 너트(18)가 축의 표면을 따라 이동하게 되고 전면 플레이트(5)가 환자가 있는 방향으로 전진한다. 유압실린더가 피스톤을 환자가 있는 방향과 반대방향으로 이동시키는 동력을 발생하는 경우에는 너트(18)가 축의 표면을 따라 이전방향과는 반대방향으로 이동하게 되어 전면 플레이트(5)가 후진할 수 있다.
이러한 방식을 통하여 환자의 무릎 관절이 굴신한다.
또한, 상면 플레이트(7)의 단부에 제4링크(8)를 통해 연장 플레이트(12)가 설치되고, 연장 플레이트(12)와 후면 플레이트(10) 사이에 제5링크(16) 및 제6링크(13)를 통해 지지부재(11)가 연결되어 있다. 이러한 구조에서, 전면 플레이트(5)가 직선 이동을 하면 후면 플레이트(10)는 제3링크(17)를 중심으로 회동하면서 지지부재(11)에 의해 연장 플레이트(12)를 하방으로 당긴다. 연장 플레이트(12)가 하방으로 당겨지면 상면 플레이트(7)는 상방으로 올라가는 힘을 받아 상면 플레이트(7)와 후면 플레이트(10) 사이의 구동각이 증가하는 동시에 정확한 각도를 유지하게 된다. 이에 따라 다리의 굽힘 구동이 이전보다 커진 구동각으로 정확하고 일정하게 반복됨으로써 효과적인 치료가 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(1000)는 링크구조(6, 8, 13, 16, 17)를 사용하기 때문에 관절 부위가 있는 신체 일부를 부드럽게 굴신할 수 있어 환자의 피부 및 연부 조직이 손상되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(1000)는 신체에서 힘이 발휘되는 경우 이를 감지할 수 있는 힘 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 예로 힘 센서는 고정부(120) 내에 삽입되어 있고, 신체의 말단 부위와 접촉하여 신체에서 발휘되는 힘을 감지할 수 있으며, 압력 센서 등이 힘 센서로 사용될 수 있다. 힘 센서를 통하여 힘이 발휘되는지 여부 및 발휘된 힘의 크기를 측정할 수 있다.
제어부(200)는 힘 센서를 통하여 신체에서 힘이 발휘되는 것이 감지되는 경우 구동부(3, 4)가 관절지지부(100)를 구동하는 속도 및 구동방향을 변경할 수 있다. 예를 들면 환자가 무릎을 피는 경우 힘 센서는 환자의 신체에서 힘이 발휘하는 것을 감지할 수 있고, 이 경우 제어부(200)는 구동부(3, 4)를 제어하여 관절지지부를 환자의 무릎이 펴지는 방향으로 구동할 수 있다. 이와 반대로 환자가 무릎을 굽히는 경우 제어부(200)는 구동부(3, 4)를 제어하여 관절지지부(100)를 환자의 무릎이 굽혀지는 방향으로 구동할 수 있다.
또한, 제어부(200)는 신체에서 힘이 발휘되는 것이 감지되는 경우 구동부(3, 4)가 관절지지부(100)를 구동하는 속도를 더욱 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 환자의 무릎을 피는 작동 중에 환자의 신체에서 힘이 발휘되는 것이 감지되면, 제어부(200)는 구동부(3, 4)를 제어하여 무릎이 펴지는 방향으로 구동함과 동시에 무릎이 펴지는 방향으로 구동하는 속도를 증가시켜 환자의 움직임이 원활히 이루어지도록 할 수 있다.
제어부(200)는 구동부(3, 4)가 관절지지부(100)를 구동하는 속도 및 방향을 제어할 수 있다. 일 예로 제어부(200)는 모터(3)의 회전 속도를 가속하거나 감속함으로써 구동부(3, 4)가 상기 신체 일부를 굴신하는 속도를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(200)는 모터(3)의 회전 방향을 제어하여 전면 플레이트(5)를 전진 또는 후진시킬 수 있다.
다른 일 예로 제어부(200)는 유압실린더의 피스톤이 이동하는 속도를 가속하거나 감속함으로써 구동부(3, 4)가 상기 신체 일부를 굴신하는 속도를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(200)는 유압실린더의 피스톤의 이동 방향을 제어함으로써 전면 플레이트(5)를 전진 또는 후진시킬 수 있다.
근육 강화를 위하여는 관절을 굴신하는 운동을 반복함과 동시에 굴신하는 속도를 실시간으로 가속 또는 감속하거나, 관절이 완전히 굽혀지기 전에 관절을 다시 펴주거나, 관절이 완전히 펴지기 전에 관절을 다시 굽혀주어, 관절 주위 근육에 관성에 의한 불규칙한 장력을 생성하는 것이 중요하다. 이를 위하여 제어부(200)는 관절지지부(100)의 구동 방향, 구동 속도의 가속 및 감속 중 하나 이상을 변경할 수 있다. 일 예로, 무릎이 굽혀지고 있는 상태에서 무릎이 펴지거나, 무릎이 펴지고 있는 상태에서 무릎이 다시 굽혀지는 경우, 무릎 주위의 근육에는 장력이 발생되게 되고 이러한 장력에 의하여 근육이 강화될 수 있다. 또한, 무릎을 굽혀주는 속도를 가속하다가 감속하는 경우, 무릎을 굽혀주는 속도를 감속하다가 가속하는 경우에도 무릎 주위의 근육에 장력이 발생하여 근육이 강화될 수 있다. 근육 강화를 효율적으로 수행하기 위하여 관절지지부(100)의 구동 속도의 가속 및 감속 및 관절지지부(100)의 구동 방향은 랜덤하게 변경되는 것이 바람직하다.
또한, 제어부(200)는 관절지지부(100)의 구동 속도의 가속 및 감속 변경, 구동 방향의 변경에 따른 신체 피부 연부조직 손상을 방지하기 위하여 피드백 제어가 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다. 일 예로 제어부(200)는 관절지지부(100)를 제어하여 관절지지부(100)의 구동 속도의 가감속을 점진적으로 변경하거나, 관절지지부(100)의 구동 방향을 점진적으로 변경할 수 있다. 예를 들면, 관절지지부(100)의 구동 속도가 가속이 되는 상태에서 감속되는 경우 관절지지부(100)의 가속 속도를 원래 가속 속도의 10% 정도씩 줄여줌으로써 신체 피부 연부조직 손상을 방지할 수 있다. 다른 일 예로 관절지지부(100)의 구동 방향이 변경되는 경우에도 구동 방향이 변경되기 전 일정 시간부터 가속 속도를 점진적으로 줄여나가다가 구동 방향이 변경된 후 일정 시간까지 가속 속도를 점진적으로 증가시키는 방법을 통하여 신체 피부 연부 조직의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(1000)는 신체의 일부를 진동시킬 수 있는 진동장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 진동장치로는 예를 들면 진동모터가 사용될 수 있다. 일 예로 고정부(120)에 진동장치가 구비되어 있고, 제어부(200)는 진동장치를 제어할 수 있다. 진동장치는 고정부(120)에 구비될 수 있지만, 신체의 일부를 진동시킬 수 있는 기능을 발휘하는 경우라면, 지지수단(140)의 전면 플레이트(5), 상면 플레이트(7) 및 후면 플레이트(10) 중 하나 이상에 구비될 수도 있다. 진동장치를 통하여 신체의 일부를 진동시키는 경우에는 근육의 혈류 증가를 가져올 수 있어 혈액 순환이 더욱 원할히 이루어지게 할 수 있고, 근육 강화도 가능할 수 있다. 진동의 세기는 조절 가능하도록 구성될 수 있으며, 신체의 일부가 굴신하는 중에도 진동되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(1000)는 경량화 및 견고함을 동시에 달성하기 위하여, 알루미늄 또는 탄소섬유와 같이 가벼우면서도 동시에 견고한 특성을 가지는 재질로 이루어질 수 있으나, 재질이 상기와 같은 물질로만 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(1000)는 환자가 누워서 사용할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 프레임(1)의 하부면을 침대 또는 바닥에 접촉하도록 한 상태에서 본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(1000)가 환자의 신체 일부를 굴신함으로써 환자가 편안하게 누워있는 상태에서 수동 및 능동 구동이 가능할 수 있어 환자가 편안하면서도 안락한 상태에서 운동을 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동구동장치(2000)는 관절지지부(210), 구동부(220) 및 제어부(230)를 포함할 수 있다.
관절지지부(210)는 관절 부위가 있는 신체 일부가 굴신하는 경우 그 신체 일부를 지지한다. 도 3에는 신체의 일부가 팔인 경우를 도시하고 있다. 관절지지부(210)는 신체 일부가 굴신될 때 신체 일부를 지지하면서 구동하는 지지수단(212) 및 상기 지지수단(212)에 결합되고 신체의 말단 부위를 고정할 수 있는 고정부(214)를 포함할 수 있다.
일 예로 지지수단(212)은 봉 형상이고 신축이 가능한 길이 조절부(216) 및 길이 조절부(216)와 결합되고 길이 조절부(216)를 회동시키는 회동부(218)를 포함할 수 있다.
길이 조절부(216)는 제1 봉(棒)(216-2) 및 제2 봉(216-4)을 포함할 수 있고, 제1 봉(216-2)의 직경은 제2 봉(216-4)의 직경보다 작고, 제1 봉(216-2)은 제2 봉(216-4) 내부에 삽입된 상태로 제2 봉(216-4)의 길이 방향을 따라 이동될 수 있으며 원하는 위치만큼 이동된 후에는 제1 봉(216-2)이 제2 봉(216-4)에 고정되도록 구성될 수 있다. 환자에 따라 팔의 길이가 다르기 때문에 길이 조절부(216)를 조절하여 팔 길이에 맞게 관절지지부(210)가 팔을 지지하도록 할 수 있다.
회동부(218)는 아래에서 설명할 구동부(220)와 연결되고, 구동부(200)에 의하여 회전될 수 있다. 구동부(220)가 구동되면 회동부(218)이 회전하게 되고, 회동부(218)이 회전됨으로써 지지수단(212)이 회동한다.
고정부(214)는 신체의 말단 부위를 고정하는 수단으로서 일 예로 고정부(214)의 일 면에는 손목이 안착될 수 있는 홈(미도시)이 형성되고, 고정부(214)에는 손목을 감쌀 수 있는 스트랩(215)이 형성될 수 있다. 또한 고정부(214)는 손바닥과 접하면서 손으로 잡을 수 있는 예를 들면 반구 형상의 손잡이부(217)를 포함할 수 있다. 손목이 고정부(120)에 고정된 상태로 환자가 손잡이부(217)를 손으로 잡는 경우에는 편안한 상태로 팔이 고정부(120)에 고정될 수 있다. 일 예로 고정부(120)의 일면, 즉 고정부(120)와 신체의 말단 부위가 접촉하는 면에는 신체의 말단 부위 피부의 손상을 방지하기 위한 충격 흡수 패드(미도시)가 배치될 수 있다. 충격 흡수 패드는 신축성이 있는 재질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 폴리머 재질로 이루어질 수 있다. 충격 흡수 패드를 배치함으로써 환자에게 안락한 접촉감과 연한 피부 조직의 손상을 방지할 수 있다.
구동부(220)는 관절지지부(210)와 연결되어 관절지지부(210)를 구동시킬 수 있다. 일 예로 구동부(220)는 관절지지부(210)의 일 단부에 연결되어 관절지지부(210)를 회전시킬 수 있다. 일 예로 구동부(220)로는 정/역 회전이 가능한 모터가 사용될 수 있고, 모터의 회전축과 회동부(218)는 모터의 회전축이 회전하는 방향에 따라 회동부(218)도 회전될 수 있도록 서로 결합될 수 있다.
제어부(230)는 구동부(220)가 관절지지부(210)를 구동시키는 구동 속도, 구동 방향을 제어할 수 있다. 제어부(230)는 구동 속도의 가속 또는 가속이 점진적으로 변하도록 제어할 수 있고, 구동방향의 정/역방향을 제어할 수 있다. 일 예로 제어부(230)는 모터의 회전 속도를 가속하거나 감속함으로써 구동부(220)가 신체 일부를 굴신하는 속도를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(2000)는 신체 말단 부위를 구동시킬 수 있는 신체 말단 구동부(240)를 더 포함할 수 있다.
신체 말단 구동부(240)는 지지수단(212)과 고정부(214) 사이에서 지지수단(212)과 고정부(214)에 각각 결합될 수 있다. 일 예로 신체 말단 구동부(240)로는 정/역 회전이 가능한 모터가 사용될 수 있고, 모터의 회전축이 회전하는 방향에 따라 고정부(214)가 회전될 수 있도록 고정부(214)와 모터의 회전축이 서로 결합될 수 있다.
신체 말단 구동부(240)를 통하여 손목이 회전될 수 있어 손목의 근육을 풀어줄 수 있고, 손목 주위의 근육을 강화시킬 수 있다.
근육 강화를 위하여는 관절을 굴신하는 운동을 반복함과 동시에 굴신하는 속도를 실시간으로 가속 또는 감속하거나, 관절이 완전히 굽혀지기 전에 관절을 다시 펴주거나, 관절이 완전히 펴지기 전에 관절을 다시 굽혀주어, 관절 주위 근육에 관성에 의한 불규칙한 장력을 생성하는 것이 중요하다. 이를 위하여 제어부(230)는 관절지지부(210)의 구동 방향, 구동 속도의 가속 및 감속 중 하나 이상을 변경할 수 있다. 일 예로, 팔꿈치가 굽혀지고 있는 상태에서 팔꿈치가 펴지거나, 팔꿈치가 펴지고 있는 상태에서 팔꿈치가 다시 굽혀지는 경우, 팔꿈치 주위의 근육에는 장력이 발생되게 되고 이러한 장력에 의하여 근육이 강화될 수 있다. 또한, 팔꿈치를 굽혀주는 속도를 가속하다가 감속하는 경우, 팔꿈치를 굽혀주는 속도를 감속하다가 가속하는 경우에도 팔꿈치 주위의 근육에 장력이 발생하여 근육이 강화될 수 있다.
근육 강화를 효율적으로 수행하기 위하여 관절지지부(210)의 구동 속도의 가속 및 감속 및 관절지지부(210)의 구동 방향은 랜덤하게 변경되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(2000)는 신체에서 힘이 발휘되는 경우 이를 감지할 수 있는 힘 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 예로 힘 센서는 고정부(214) 내에 삽입되어 있고, 신체의 말단 부위와 접촉하여 신체에서 발휘되는 힘을 감지할 수 있으며, 압력 센서 등이 힘 센서로 사용될 수 있다. 힘 센서를 통하여 힘이 발휘되는지 여부 및 발휘된 힘의 크기를 측정할 수 있다.
제어부(230)는 힘 센서를 통하여 신체에서 힘이 발휘되는 것이 감지되는 경우 구동부(220)가 관절지지부(210)를 구동하는 속도 및 구동 방향을 변경할 수 있다. 예를 들면 환자가 팔꿈치를 피는 경우 힘 센서는 환자의 신체에서 힘이 발휘되는 것을 감지할 수 있고, 이 경우 제어부(230)는 구동부(220)를 제어하여 관절지지부(210)를 환자의 팔꿈치가 펴지는 방향으로 구동시킬 수 있다. 이와 반대로 환자가 팔꿈치를 굽히는 경우 제어부(230)는 구동부(220)를 제어하여 관절지지부(210)를 환자의 팔꿈치가 굽혀지는 방향으로 구동할 수 있다.
또한, 제어부(230)는 신체에서 힘이 발휘되는 것이 감지되는 경우 구동부(220)가 관절지지부(210)를 구동시키는 속도를 더욱 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 환자의 팔꿈치를 피는 작동 중에 환자의 신체에서 힘이 발휘되는 것이 감지되면, 제어부(230)는 구동부(220)를 제어하여 팔꿈치가 펴지는 방향으로 구동시킴과 동시에 팔꿈치가 펴지는 방향으로 구동하는 속도를 증가시켜 환자의 움직임이 원활히 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 제어부(230)는 관절지지부(210)의 구동 속도의 가속 및 감속 변경, 구동 방향의 변경에 따른 신체 피부 연부조직 손상을 방지하기 위하여 피드백 제어가 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다. 일 예로 제어부(230)는 관절지지부(210)를 제어하여 관절지지부(210)의 구동 속도의 가감속을 점진적으로 변경하거나, 관절지지부(210)의 구동 방향을 점진적으로 변경할 수 있다. 예를 들면, 관절지지부(210)의 구동 속도가 가속이 되는 상태에서 감속되는 경우 관절지지부(210)의 가속 속도를 원래 가속 속도의 10% 정도씩 줄여줌으로써 신체 피부 연부조직 손상을 방지할 수 있다. 다른 일 예로 관절지지부(210)의 구동 방향이 변경되는 경우에도 구동 방향이 변경되기 전 일정 시간부터 가속 속도를 점진적으로 줄여나가다가 구동 방향이 변경된 후 일정 시간까지 가속 속도를 점진적으로 증가시키는 방법을 통하여 신체 피부 연부 조직의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(2000)는 신체의 일부를 진동시킬 수 있는 진동장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 진동장치로는 예를 들면 진동모터가 사용될 수 있다. 일 예로 고정부(214)에 진동장치가 구비되어 있고, 제어부(230)는 진동장치를 제어할 수 있다. 진동장치는 고정부(214)에 구비될 수 있지만 진동이 환자의 신체에 전달되는 경우라면 그 설치 위치에는 제한이 없다. 진동장치를 통하여 신체의 일부를 진동시키는 경우에는 근육의 혈류 증가를 가져올 수 있어 혈액 순환이 더욱 원할히 이루어지게 할 수 있고, 근육 강화도 가능할 수 있다. 진동의 세기는 조절 가능하도록 구성될 수 있으며, 신체의 일부가 굴신하는 중에도 진동되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(2000)는 경량화 및 견고함을 동시에 달성하기 위하여, 알루미늄 또는 탄소섬유와 같이 가벼우면서도 동시에 견고한 특성을 가지는 재질로 이루어질 수 있으나, 재질이 상기와 같은 물질로만 한정되는 것은 아니다. 또한 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(2000)는 환자가 누워서 사용할 수 있도록 구성될 수 있으며, 누워서 사용이 가능하므로 환자가 편안하면서도 안락한 상태에서 운동을 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치(1000, 2000)가 무릎과 팔꿈치를 굴신하는 경우를 예를 들어 설명하였으나 이에 제한되는 것은 아니며 굴신이 가능한 신체 부위라면 신체의 다른 부위에도 적용될 수 있음은 자명하다.

Claims (10)

  1. 관절 부위가 있어 굴신(屈伸) 가능한 신체 일부를 지지하는 관절지지부;
    상기 관절지지부와 결합되어 상기 관절지지부를 구동하는 구동부; 및
    상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 관절지지부의 구동 속도를 가속하거나 감속시킬 수 있는 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관절지지부는,
    신체 일부가 굴신하는 동안 상기 신체 일부를 지지하면서 이동하는 지지수단; 및
    상기 신체 일부의 말단 부위를 고정하는 고정부를 포함하는 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관절지지부는,
    상기 신체 일부의 말단이 접촉하는 부위에 충격 흡수 수단을 더 포함하는 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    동력을 발생하는 동력발생부; 및
    상기 동력발생부에 결합되고 상기 동력발생부로부터의 동력을 이용하여 상기 관절지지부를 구동시키는 동력전달부를 포함하는 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 관절지지부의 구동 속도를 램덤하게 가속 또는 감속하는 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 관절지지부의 구동 방향을 랜덤하게 변경하는 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 신체 일부의 말단을 감싸 고정할 수 있는 스트랩을 더 포함하는 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 고정부는,
    판 형상이고, 상기 신체 일부의 말단 부분과 접촉하는 상기 고정부의 일 면에는 상기 신체 일부의 말단 부분에 대응하는 홈이 형성되어 있는 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 신체 일부의 말단 부분이 삽입될 수 있는 삽입부; 및
    상기 삽입부 내부로 공기를 주입할 수 있는 공기 주입구를 포함하는 근육강화용 수동 및 능동 구동장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 신체의 말단 부위를 감쌀 수 있고 매끄러운 재질로 이루어진 신체 말단 수용부를 더 포함하는 근육 강화용 수동 및 능동 구동장치.
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