KR101465176B1 - 상지 재활 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상지 재활 로봇의 중심축과 어깨의 회전축의 중심축을 실시간으로 일치시키는 구조를 포함하는 상지 재활로봇에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활로봇은 구동장치와 상지가 결합되는 상지 기구부 및 상지 기구부와 연결되는 중심 이동부 연결부 및 중심 이동부 연결부에 설치되는 중심 이동부 구동장치를 포함할 수 있고 상지의 회전 중심점과 상지 기구부의 회전 중심점이 불일치할 때 중심 이동부 구동장치의 작동에 의하여 상지의 회전 중심점과 상지 기구부의 회전 중심점을 일치시키는 중심 이동부를 포함할 수 있다.

Description

상지 재활 로봇 {ROBOT FOR REHABLITATING AN UPPER EXTREMITY}

본 발명은 상지 재활 로봇 및 로봇용 구동장치에 관한 것이다.

뇌졸중, 외상성 뇌 손상 또는 뇌성마비에 의한 뇌 손상에 의하여 신체의 일부 또는 전부가 마비된 환자의 재활에는 많은 시간, 인력 및 비용이 필요하다.

따라서, 뇌 손상에 의해 신체의 일부 또는 전부가 마비된 환자의 재활에 필요한 시간, 인력 및 비용을 절감하기 위한 재활 로봇에 대한 연구가 진행되고 있다.

재활로봇은 재활 환자의 손/아래 팔과 로봇이 한점에서 만나는 엔드 이펙터 형(End effector type) 로봇과 인간의 팔의 해부학적 조인트 축과 일치하도록 설계되는 외골격 형(Exoskeleton type) 로봇으로 분류 될 수 있다.

여기서, 외골격 형 (Exoskeleton type)로봇은 엔드 이펙터 형(End effector type) 로봇에 비해 구조가 복잡하지만 인간의 팔의 각 조인트에 대하여 독립적인 진단 및 치료가 가능하다.

외골격 형(Exoskeleton type) 로봇은 상지 재활을 위한 로봇으로 활용이 가능하여 어깨의 관절에 적용되는 볼 앤 소켓 조인트(Ball and socket joint)의 3자유도를 가진 로봇으로 구현될 수 있다.

다만, 볼 앤 소켓(Ball and socket joint)의 회전 3자유도를 가진 로봇은 어깨의 관절과 로봇의 회전축이 불일치 되어 재활환자의 어깨 관절에 통증을 유발할 수 있다.

즉, 어깨 관절의 상완골이 움직임에 따라 어깨 관절의 중심축이 움직이게 되어 로봇의 조인트 축과 불일치가 발생하게 되어 충돌 증후군(impingement syndrome)이 발생될 수 있다.

또한, 재활로봇의 관절을 구성하는 구동장치가 외부 충격이나 재활로봇의 다른 부분의 하중에 의하여 불안정적으로 작동하는 문제점이 발생할 수 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 측면은 상지 재활 로봇의 중심축과 어깨의 회전축의 중심축을 실시간으로 일치시키는 구조를 포함하는 상지 재활로봇을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 측면은 외부 충격이나 하중에 안정적으로 작동할 수 있는 로봇용 구동장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활로봇은 구동장치를 포함하고 상지가 결합되는 상지 기구부 및 상지 기구부와 연결되는 중심 이동부 연결부 및 중심 이동부 연결부에 설치되는 중심 이동부 구동장치를 포함하고, 상지의 회전 중심점과 상지 기구부의 회전 중심점이 불일치 할 때 중심 이동부 구동장치의 작동에 의하여 상지의 회전 중심점과 상지 기구부의 회전 중심점을 일치시키는 중심 이동부를 포함한다.

또한, 중심 이동부 구동장치는 중심 이동부 연결부에 병렬적으로 배치되어 설치되는 복수의 중심 이동부 구동장치를 포함할 수 있다.

또한, 중심 이동부 연결부는 중심 이동부 구동장치가 설치되는 제1 중심 이동부 연결부, 상지 기구부와 결합되는 제2 중심 이동부 연결부 및 제1 중심 이동부 연결부 및 제2 중심 이동부 연결부 각각과 결합되어 제1 중심 이동부 연결부 및 제2 중심 이동부 연결부를 연결하는 제3 중심 이동부 연결부를 포함할 수 있다.

또한, 중심 이동부 구동장치는 복수의 중심 이동부 구동장치를 포함할 수 있고, 복수의 중심 이동부 구동장치는 제1 중심 이동부 연결부의 외곽에 일정한 간격으로 병렬적으로 배열되어 설치될 수 있다.

또한, 제1 중심 이동부 연결부는 연결부 몸체, 연결부 몸체에서 돌출되어 형성되는 연결돌기를 포함할 수 있고, 제3 중심 이동부 연결부는 연결돌기에 결합될 수 있다.

또한, 제3 중심 이동부 연결부는 제1 중심 이동부 연결부에 결합되는 중심 이동부 결합부재 및 중심 이동부 결합부재와 제2 중심 이동부 연결부 각각에 결합하여 중심 이동부 결합부재와 제2 중심 이동부 연결부를 연결하는 결합바를 포함할 수 있다.

또한, 결합바는 복수의 결합봉 및 복수의 결합봉 각각을 연결하고 결합봉과 제2 중심 이동부 연결부를 연결하는 복수의 볼 조인트를 포함할 수 있다.

또한, 복수의 중심 이동부 구동장치는 제1 중심 이동부 연결부의 외곽에 서로 일정한 간격을 두고 병렬적으로 배열되어 설치되는 제1 중심 이동부 구동장치, 제2 중심 이동부 구동장치 및 제3 중심 이동부 구동장치를 포함할 수 있다.

또한, 제1 중심 이동부 구동장치, 제2 중심 이동부 구동장치 및 제3 중심 이동부 구동장치 각각은 중심 이동부 구동부, 중심 이동부 구동부가 삽입 고정되고 제1 중심 이동부 연결부에 결합되는 제1 중심 이동부 결합부재, 중심 이동부 구동부의 일 측이 고정되고 제1 중심 이동부 결합부재와 일정 간격을 두고 제1 중심 이동부 연결부에 결합되는 제2 중심 이동부 결합부재 및 제1 중심 이동부 결합부재와 접촉되게 설치되어 중심 이동부 구동부의 측면에 결합되는 케이스를 포함할 수 있다.

또한, 상지 기구부는, 구동장치가 설치되는 연결부를 더 포함할 수 있다.

또한, 구동장치는 복수의 구동장치를 포함할 수 있고, 복수의 구동장치는 연결부에 직렬적으로 배열되어 설치될 수 있다.

또한, 연결부는 제1 연결부 및 제1 연결부와 결합되는 제2 연결부를 포함할 수 있고, 제2 연결부는 중심 이동부 연결부와 결합될 수 있다.

또한, 제1 연결부는 고정부재 및 고정부재에 이동 가능하게 설치되는 이동부재를 포함할 수 있고, 복수의 구동장치의 간격은 이동부재에 의하여 조절될 수 있다.

또한, 상지 기구부는 상지가 결합되는 고정부를 더 포함할 수 있다.

또한, 복수의 구동장치는 연결부에 직렬적으로 배열되어 설치되는 제1 구동장치, 제2 구동장치, 제3 구동장치 및 제4 구동장치를 포함할 수 있다.

또한, 연결부는 제1 연결부 및 제1 연결부에 결합되는 제2 연결부를 포함할 수 있고, 제2 구동장치, 제3 구동장치 및 제4 구동장치는 제1 연결부에 직렬적으로 배열되어 설치될 수 있으며, 제1 구동장치는 제2 연결부에 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇용 구동장치는 구동부재, 구동부재와 결합되는 기어부, 기어부와 결합되는 연결 모듈부, 연결 모듈부와 결합되는 센서부 및 센서부가 삽입 고정되는 센서 케이스를 포함한다.

또한, 센서부는 토크 센서를 포함할 수 있다.

또한, 센서부와 센서 케이스는 복수의 결합 핀으로 결합될 수 있다.

또한, 베어링부를 더 포함할 수 있으며, 베어링부는 센서 케이스의 측면부분에 설치되는 제1 베어링 및 센서 케이스와 연결 모듈부 사이에 설치되는 제2 베어링을 포함할 수 있다.

또한, 베어링부는 링 형 부쉬 베어링을 포함할 수 있다.

또한, 링 형 부쉬 베어링은 플라스틱으로 만들어질 수 있다.

또한, 연결 모듈부는 센서부와 결합되는 제1 연결모듈 및 드라이버와 결합되는 제2 연결모듈을 포함할 수 있다.

또한, 기어부, 연결 모듈부 및 센서부의 측면을 덮는 케이스를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활로봇은 어깨의 중심축과 재활 로봇의 조인트 축의 불일치로 인한 어깨의 통증과 충돌 증후군의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 다른 실시예에 따른 로봇용 구동장치는 외부 충격이나 하중에 영향을 받지 않고 안정적으로 작동할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활로봇의 동작상태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 상지 재활로봇의 상지 기구부를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 상지 재활로봇의 중심 이동부를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 상지 재활로봇의 중심 이동부의 분해 사시도다.
도 5는 도 3의 상지 재활로봇의 중심 이동부의 중심 이동부 구동부를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 4의 중심 이동부의 중심 이동부 구동부의 분해사시도이다.
도 7은 도 5의 중심 이동부 구동부의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에 있어서, 설명의 명확화를 위해 층 또는 영역의 치수는 과장되게 도시될 수 있다. 하나의 층 또는 요소가 다른 층 또는 기재의 '위'에 있다고 하는 것은 직접적으로 위에 있거나, 그 사이에 또 다른 층을 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 그리고, 하나의 층이 다른 층의 '아래'에 있다고 하는 것은 직접적으로 아래에 있거나, 그 사이에 하나 이상의 또 다른 층을 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 나아가, 하나의 층이 두 개의 층들 '사이'에 있다고 하는 것은 그 하나의 층이 두 개의 층들 사이의 유일한 층이거나, 그 사이에 하나 이상의 또 다른 층이 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활로봇의 동작상태를 나타내는 사시도이다.도 1를 참고하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활로봇(100)은 환자의 상지(A)의 어깨를 움직이는 상지 기구부(10), 상지 기구부(10)에 결합되는 중심 이동부(20) 및 중심 이동부(20)가 고정되는 고정부(30)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활로봇(100)의 상지 기구부(10)는 제1 구동장치(11), 제2 구동장치(12), 제3 구동장치(13) 및 제4 구동장치(14)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 제2 구동장치(12), 제3 구동장치(13) 및 제4 구동장치(14)는 차례로 정열되어 제1 연결부(15)에 의하여 연결될 수 있고, 제2 구동장치(12)는 제2 연결부(16)에 의하여 제1 구동장치(11)와 연결될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활로봇(100)의 상지 기구부(10)의 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14)는 제1 연결부(15) 및 제2 연결부(16)에 순차적으로 정렬되어 직렬 연결 형태로 연결될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 상지 기구부(10)의 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14) 중 하나의 구동장치의 움직임은 다른 구동장치에 영향을 줄 수 있다.

또한, 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활로봇(100)의 상지 기구부(10)는 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14) 각각이 하나의 축을 이루는 직렬형 4축 로봇으로 구성되는 것이 가능하다.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 기구부(10)는 네 개의 구동장치로 구성되는 것에 한정되지 않고, 하나 이상의 구동장치로 구성되는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 중심 이동부(20)는 제1 중심 이동부 구동장치(21), 제2 중심 이동부 구동장치(22), 제3 중심 이동부 구동장치(23), 제1 중심 이동부 연결부(24), 제2 중심 이동부 연결부(25) 및 제3 중심 이동부 연결부(26)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23)는 제1 중심 이동부 연결부(24)의 외곽에 서로 일정 간격을 두고 설치될 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23)는 제1 중심 이동부 연결부(24)의 외곽에 120도 간격의 거리를 두고 결합되는 것이 가능하다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23)는 상지 기구부(10)의 직렬 연결 형태로 연결된 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14)와 달리 서로 병렬적으로 배열되어 연결될 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 제활로봇(100)의 중심 이동부(20)는 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23) 각각이 하나의 축이 되어 병렬적으로 연결된 3 축 병렬형 로봇으로 구성되는 것이 가능하다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23) 각각은 다른 중심 이동부 구동장치의 영향을 받지 않고 개별적으로 동작하는 것이 가능하다.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 중심 이동부(20)는 세 개의 중심 이동부 구동장치로 한정되지 않고, 하나 이상의 중심 이동부 구동장치를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 중심 이동부 연결부(25)는 상지 기구부(10)의 제1 구동장치(11)에 결합될 수 있으며, 제2 중심 이동부 연결부(25)는 제3 중심 이동부 연결부(26)에 의하여 중심 이동부(20)의 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23)와 연결될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 중심 이동부(20)는 제2 중심 이동부 연결부(25) 및 제3 중심 이동부 연결부(26)에 의하여 상지 기구부(10)와 연결되어, 상지 기구부(10)의 제1 회전 중심점(CPH1)을 이동시키는 것이 가능하다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 상지(A)의 어깨 축의 회전 중심점의 이동에 상응하게 상지 기구부(10)의 회전 중심점이 중심 이동부(20)에 의하여 이동되는 것에 대하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면 환자의 상지(A)의 어깨 축의 회전 중심점과 상지 기구부(10)의 제1 회전 중심점(CPH1)이 일치되도록 환자의 상지(A)가 상지 재활로봇(100)의 상지 기구부(10)에 고정될 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 기구부(10)의 제1 회전 중심점(CPH1)은 제2 구동장치(12)에서 Y축 방향으로 연장된 가상선과 제1 구동장치(11)에서 Z축 방향으로 연장된 가상선이 교차하는 교차점으로 정해질 수 있다.

다만, 환자의 재활을 위하여 환자의 상지(A)를 운동시키게 되면, 환자의 상지(A)가 움직이게 되어 환자의 어깨 축의 회전 중심점은 이동되게 된다.

예를 들면, 환자의 상지(A)가 움직일 때 환자의 어깨축의 회전 중심점은 제2 중심점(CPH2)으로 이동될 수 있다.

이때, 환자의 상지(A)의 어깨축의 회전 중심점과 상지 기구부(10)의 제1 회전 중심점(CPH1)의 불일치가 발생되어 환자의 어깨 관절에 통증을 유발하거나, 충돌 증후군(impingement syndrome)이 발생될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중심 이동부(20)는 3차원 공간상에서 상지 기구부(10)의 제1 회전 중심점(CPH1)을 환자의 어깨 축의 회전 중심점이 이동한 곳인 제2 회전 중심점(CPH2)으로 이동시켜, 환자의 상지(A)의 움직임에 따른 환자의 어깨 축의 변화된 회전 중심점과 상지 재활로봇(100)의 상지 기구부(10)의 회전 중심점이 일치가 되게 할 수 있다.

보다 상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 중심 이동부(20)는 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23)의 작동에 의하여 3차원 공간상에서 수직방향(Z축방향) 및 수평방향(XY평면)으로 움직일 수 있다.

따라서, 상지 기구부(10)의 제1 회전 중심점(CPH1)과 변화된 환자의 상지(A)의 어깨의 제2 회전 중심점(CPH2)의 차이를 상지 기구부(10)에서 감지하여 환자의 어깨 축의 회전 중심점이 이동한 곳으로 상지 기구부(10)의 제1 회전 중심점(CPH1)이 제2 회전 중심점(CPH2)으로 이동되도록 중심 이동부(20)가 작동되어 상지 기구부(10)가 3차원 공간상에서 수직방향(Z축방향) 및/또는 수평방향(XY평면) 이동될 수 있다.

결국, 본 발명의 일 실시예에 따르면 환자의 상지(A)가 움직일 때 상지 재활로봇(10)의 회전 중심점과 환자의 상지(A)의 어깨 축의 회전 중심점을 중심 이동부(20)에 의하여 일치 시키도록 보정할 수 있으므로, 상지 재활로봇(100)의 회전 중심점과 환자의 상지(A)의 어깨 축의 불일치로 인하여 발생할 수 있는 어깨의 통증과 충돌 증후군(impingement syndrome)의 발생을 방지하는 것이 가능하다.

도 2는 도 1의 상지 재활로봇의 상지 기구부를 나타내는 사시도이다.

도 2를 참고하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 기구부(10)는 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14), 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14)를 연결하는 제1 연결부(15) 및 제2 연결부(16)를 포함하는 연결부, 환자의 상지(A)가 고정되는 고정부(17)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 연결부(16)는 제1 결합부재(161) 및 제1 결합부재(161)와 결합되는 제2 결합부재(162)를 포함할 수 있다.

따라서, 제2 연결부(16)의 제1 결합부재(161)의 일 측에는 제2 구동장치(12)가 결합되고, 제2 결합부재(162)의 일 측에는 제1 구동장치(11)가 결합될 수 있다.

또한, 제2 구동장치(12)는 제1 연결부(15)에 의하여 제3 구동장치(13)와 연결될 수 있고, 제3 구동장치(13)는 제1 연결부(15)에 의하여 제4 구동장치(14)와 연결될 수 있다.

보다 상세하게는, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 연결부(15)는 스토퍼(151), 고정부재(152), 이동부재(153), 제1 연결부재(154) 및 제2 연결부재(155)를 포함할 수 있다.

제1 연결부(15)의 스토퍼(151)는 고정부재(152)의 일 측 끝 단에 결합될 수 있다.

또한, 고정부재(152)에는 이동부재(153)가 이동 가능하게 결합되어 X축 방향(화살표 방향)으로 이동되는 것이 가능하다.

또한, 고정부재(152)의 타 측의 끝 단에는 제1 연결부재(154)가 결합되고, 제1 연결부재(154)에 제3 구동장치(13)가 결합될 수 있다.

또한, 제2 연결부재(155)는 이동부재(153)의 일 측에 결합되고, 제2 구동장치(12)가 제2 연결부재(155)의 일 측에 결합될 수 있다.

또한, 제1 구동장치(11)는 제2 구동장치(12)와 마주보게 제2 연결부재(155)의 타 측에 결합될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14)는 제1 연결부(15) 및 제2 연결부(16)에 순차적으로 정렬되어 직렬 형태로 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14)는 각각 다른 방향으로 회전 운동할 수 있다.

예를 들면, 제1 구동장치(11)는 Za 축을 중심으로 회전 운동 할 수 있고, 제2 구동장치(12)는 Zb 축을 중심으로 회전 운동할 수 있으며, 제3 구동장치(13)는 Zc 축을 중심으로 회전 운동할 수 있고, 제4 구동장치(14)는 Zd 축을 중심으로 회전 운동할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따르면 제1 연결부(15)와 제2 연결부(16)에 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14)가 순차적으로 정열 되어 직렬 형태로 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부(17)는 몸체(171), 몸체(171)의 일 측 끝 단에 결합되는 돌출부재(172), 회전부재(173) 및 유입부재(174)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면 환자의 상지(A)는 어깨의 회전 중심점이 상지 재활로봇의 회전 중심점(CPH)에 일치하도록 고정부(17)에 고정될 수 있다.

또한, 환자의 팔꿈치 부분은 회전부재(173)가 위치하는 부분에 위치된다. 여기서, 환자의 팔꿈치의 위치는 이동부재(153)의 이동 또는 고정부재(172)의 이동에 의하여 조절될 수 있다.

또한, 환자의 상지(A)의 어깨와 팔꿈치 부분이 고정된 후 돌출부재(172)에 환자의 손이 고정되어 고정부(17)에 고정될 수 있다.

도 3은 도 1의 상지 재활로봇의 중심 이동부를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 상지 재활로봇의 중심 이동부의 분해 사시도다.

도3 및 도 4를 참고하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활로봇(100)의 중심 이동부(20)는 제1 중심 이동부 구동장치(21), 제2 중심 이동부 구동장치(22), 제3 중심 이동부 구동장치(23), 제1 중심 이동부 연결부(24), 제2 중심 이동부 연결부(25) 및 제3 중심 이동부 연결부(26)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 중심 이동부 구동장치(21)는 중심 이동부 구동부(211), 제1 중심 이동부 결합부재(212), 제2 중심 이동부 결합부재(213)를 포함하는 한 쌍의 중심 이동부 결합부재 및 케이스(214)를 포함할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 및 제3 중심 이동부 구동장치(22, 23)는 제1 중심 이동부 구동장치(21)와 동일한 구성을 포함할 수 있으므로, 이하에서는 제2 및 제3 중심 이동부 구동장치(22, 23)에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14)와 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23) 각각은 동일한 구성을 포함할 수 있다. 따라서, 이하에서는 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14)에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 중심 이동부 연결부(24)는 연결부 몸체(241) 및 연결부 몸체(241)에서 돌출되어 형성되는 연결돌기(242)를 포함할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 연결부 몸체(241)의 외곽에서 120도 정도의 각을 이루며 일정한 간격을 두고 형성되는 세 개의 연결돌기(242)가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 연결돌기(242)에는 제1 중심 이동부 결합부재(212) 및 제2 중심 이동부 결합부재(213)를 포함하는 한 쌍의 중심 이동부 결합부재가 일정 거리 두고 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 중심 이동부 구동장치(21)는 제2 중심 이동부 결합부재(213)에 형성된 결합홈에 삽입되어 고정될 수 있고, 제1 중심 이동부 구동장치(21)는 케이스(213)와 결합될 수 있다.

여기서, 제2 중심 이동부 결합부재(213) 및 케이스(213)는 제1 중심 이동부 구동장치(21)의 측면에 결합되어 외부 충격 및 하중을 흡수하여 제1 중심 이동부 구동장치(21)의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 제1 중심 이동부 구동장치(21)의 일 측에 결합된 축(215)은 제1 중심 이동부 결합부재(212)에 형성된 관통홀에 삽입되어 제3 중심 이동부 연결부(26)에 연결될 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 중심 이동부 연결부(26)는 제3 중심 이동부 결합부재(261) 및 결합바(262)를 포함할 수 있다.

따라서, 제1 중심 이동부 구동장치(21)의 일 측에 결합된 축(215)은 제1 중심 이동부 결합부재(212)에 형성된 관통홀에 삽입되어 고정되고, 제3 중심 이동부 결합부재(261)에 삽입 고정되는 고정장치(216)에 고정될 수 있다.

여기서, 제1 중심 이동부 결합부재(212)의 관통홀에는 베어링이 설치되어 축(215)이 원활하게 회전할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 중심 이동부 구동장치(21)에 발생된 회전력은 제1 중심 이동부 구동장치(21)의 일 측에 결합된 축(215)에 의하여 제3 중심 이동부 연결부재(26)에 전달될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 중심 이동부 연결부재(26)의 결합바(262)는 복수의 결합봉(262a) 및 결합봉들(262a)을 연결하는 복수의 볼 조인트(262b)를 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 중심 이동부 연결부재(26)의 보조 결합바(262)를 구성하는 결합봉들(262a)들은 볼 조인트(262b)에 의하여 접히거나 펼쳐지는 것이 가능하다.

또한, 제3 중심 이동부 연결부재(26)의 결합바(262)의 일 측에는 제2 중심 이동부 연결부재(25)가 결합될 수 있다.

여기서, 제2 중심 이동부 연결부재(25)와 결합바(262)의 결합봉(262a)은 볼 조인트(262b)로 연결될 수 있다.

따라서, 제3 중심 이동부 연결부재(26)의 결합바(262)는 제2 중심 이동부 연결부재(25)와 결합되는 부분에서 접히거나 펼쳐지는 것이 가능하다.

또한, 본 발 명의 일 실시예에 따르면 제2 및 제3 중심 이동부 구동장치(22, 23) 각각은 제3 중심 이동부 연결부재(26)에 결합되어 제2 중심 이동부 연결부재(25)와 연결되는 것이 가능하다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23)의 동시 또는 각각의 작동에 따라 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23) 각각에 결합된 각각의 제3 중심 이동부 연결부재(26)가 접히거나 펼쳐지게 될 수 있다.

따라서, 제3 중심 이동부 연결부재(26)에 결합된 제2 중심 이동부 연결부재(25)는 중심 이동부 연결부재(26)의 접힘 또는 펼침에 따라 3차원 상에서 Z축 방향 및/또는 XY 평면상에서 움직이게 되는 것이 가능하다.

결국, 본 실시예에 따르면 환자의 상지(A)의 움직임에 따라 환자의 어깨 회전 중심점의 변화를 중심 이동부(20)가 감지하여 상지 기구부(10)의 제1 회전 중심축(CPH1)을 중심 이동부(10)에 의하여 3차원 공간상에서 Z축 방향 및/또는 XY 평면상에서 이동시켜 환자의 변화된 회전 중심점과 일치하도록 상지 기구부(10)의 회전 중심점을 제2 회전 중심점(CPH2)으로 일치되게 보정하는 것이 가능하다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14) 및 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23)는 외골격 타입의 상지 재활로봇뿐만 아니라, 하지 재활로봇 등에 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제4 구동장치(11, 12, 13, 14) 및 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23)는 로봇용 구동장치라고 할 수 있다.

도 5는 도 3의 상지 재활로봇의 중심 이동부의 중심 이동부 구동부를 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 4의 중심 이동부의 중심 이동부 구동부의 분해 사시도이며, 도 7은 도 5의 중심 이동부 구동부의 단면도이다.

도 5 내지 도 7를 참고하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중심 이동부 구동부(211)는 센서 케이스(211a), 센서부(211b), 베어링부(211c), 연결 모듈부(211d), 기어부(211e) 및 구동부재(211f)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 센서 케이스(211a)에는 센서부(211b)가 삽입될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 케이스(211a)는 센서부(211b)에 전달될 수 있는 외부 충격이나 하중을 흡수하여 센서부(211b)를 보호할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부(211b)는 토크 센서를 포함할 수 있다.

또한, 센서부(211b)의 일 측에는 복수의 결합핀(211b1)이 결합되어, 결합핀(211b1)을 센서 케이스(211a)에 억지 끼움 방식 등으로 결합하여, 센서부(211b)와 센서 케이스(211a)를 결합시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 케이스(211a)의 일 측에는 플랜지(211a1)가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부(211c)는 제1 베어링(211c1)과 제2 베어링(211c2)을 포함할 수 있다.

여기서, 제1 베어링(211c1)은 센서 케이스(211a)의 플렌지(211a1)가 형성된 센서 케이스(211a)의 측면 부분에 밀착되게 설치될 수 있다.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 베어링(211c1)의 일 면은 센서 케이스(211a)의 측면과 밀착되고 일면에서 대략 수직하게 연장되어 형성된 타면은 플렌지(211a1)의 일면에 밀착되게 설치될 수 있다.

또한, 제2 베어링(211c2)는 센서 케이스(211a)의 플랜지(211a1)와 연결 모듈부(211d)의 사이에 설치될 수 있다.

본 실시예에 따른 제1 및 제2 베어링(211c1, 211c2)는 플라스틱 이루어진 링 모양의 부쉬 베어링을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 베어링(211c1, 211c2)을 플라스틱으로 이루어진 링 모양의 부쉬 베어링으로 사용한다면 중심 이동부 구동부(211)의 경량화 및 소형화가 가능할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 모듈부(211d)는 제1 연결모듈(211d1)과 제2 연결모듈(211d2)을 포함할 수 있다.

여기서, 제1 연결모듈(211d1)은 복수의 연결 나사에 의하여 센서부(211b)와 연결될 수 있다.

또한, 제2 연결모듈(211d2)는 복수의 연결 나사에 의하여 제1 연결모듈(211d1) 및 기어부(211e)와 연결되므로, 기어부(211e)에 전달된 구동력이 제1 연결모듈(211d1)을 통하여 센서부(211b)에 전달될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 기어부(211e)는 구동부재(211f)에 연결되어 구동부재(211f)에 의해 발생되는 구동력을 전달받을 수 있다.

이때, 기어부(211e)는 구동부재(211f)에서 발생되는 구동력을 증폭하거나 감쇠하여 연결 모듈부(211d)을 통하여 센서부(211d)로 전달할 수 있다.

또한, 센서부(211b)는 구동부재(211f)에서 전달된 구동력을 제어하는 것이 가능하며, 구동부재(211f) 및 기어부(211e)를 통하여 전달된 구동력에 의하여 회전할 수 있다.

여기서, 구동부재(211f)로는 모터가 사용될 수 있다.

또한, 센서부(211b)와 결합핀(211b1)에 의하여 결합된 센서 케이스(211a)가 회전하게 되므로, 중심 이동부 구동장치(211)의 회전력이 센서 케이스(211a)와 연결된 제3 중심 이동부 연결부재(26)를 통하여 외부로 전달되는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 중심 이동부 결합부재(213)는 기어부(211)의 측 면에 결합되어 기어부(211)의 일 부를 감쌀 수 있다.

또한, 케이스(214)는 제1 중심 이동부 결합부재(213)와 일 측면이 접촉된 상태로 연결 모듈부(211d)와 제1 베어링(211c1)이 설치된 센서 케이스(211a)의 측면에 결합되어, 연결 모듈부(211d)와 센서 케이스(211a)의 일부를 감쌀 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면 센서 케이스(211a)가 센서부(211b)의 회전에 의해 회전할 때, 센서 케이스(211a)와 케이스(214) 사이에 설치된 제1 베어링(211c1)에 의하여 센서 케이스(211a)와 케이스(214)사이에 발생할 수 있는 마찰력 및 마찰에 의한 소음이 감소될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 중심 이동부 연결부재(213) 및 케이스(214)는 센서 케이스(211a), 연결 모듈부(211d) 및 기어부(211e)를 감싸 외부 충격으로부터 센서 케이스(211a), 연결 모듈부(211d) 및 기어부(211e)를 보호할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 중심 이동부 연결부재(213) 및 케이스(214)는 중심 이동부 구동부(211)에 작용하는 외부 하중을 흡수하여 중심 이동부 구동부(211)의 파손을 방지하고, 중심 이동부 구동부(211)의 안정적인 작동을 가능하게 할 수 있다.

보다 상세하게는, 다시 도 1를 참고하여 설명하면, 중심 이동부 구동부(211)을 포함하는 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치(21, 22, 23)는 제1 내지 제3 중심 이동부 연결부(24, 25, 26) 결합되어 상지 기구부(10)와 연결되므로 상지 기구부(10)의 하중에 의하여 중심 이동부 구동부(211)가 파손되거가 중심 이동부 구동부(211)가 불안정하게 작동할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 중심 이동부 연결부재(213) 및 케이스(214)는 중심 이동부 구동장치(211)의 외측에 결합되어 상지 기구부(10)에 의하여 발생되는 하중을 흡수하여 중심 이동부 구동부(211)의 파손을 방지하고 및 중심 이동부 구동부(211)가 안정적으로 작동하게 할 수 있다.

결국, 본 발명의 일 실시예에 따르면 소형화 및 경량화되고 외부 장치의 하중의 영향을 받지 않는 구동장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 환자의 상지(A)의 어깨 축의 회전 중심축의 변화에 따라 상지 재활로봇의 회전 중심축을 안정적으로 이동시킬 수 있는 구동장치를 제공할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 상지 재활로봇 10: 상지 기구부
11, 12, 13, 14: 제1 내지 제4 구동장치
15: 제1 연결부 151: 스토퍼
152: 고정부재 153: 이동부재
154: 제1 연결부재 155: 제2 연결부재
16: 제2 연결부 161: 제1 연결부재
162: 제2 연결부재 17: 고정부
171: 몸체 172: 돌출부재
173: 회전부재 174: 유입부재
20: 중심 이동부
21, 22, 23: 제1 내지 제3 중심 이동부 구동장치
211: 중심 이동부 구동부 211a: 센서 케이스
211b: 센서부 211c: 베어링부
211d: 연결 모듈부 211e: 기어부
211f: 구동부재 212: 중심 이동부 결합부재
213: 제1 케이스 214: 제2 케이스
215: 축 216: 고정장치
24: 제1 중심 이동부 연결부 241: 연결부 몸체
242: 연결돌기 25: 제2 중심 이동부 연결부
26: 제3 중심 이동부 연결부 261: 제3 중심 이동부 결합부재
262: 결합바 262a: 결합봉
262b: 볼 조인트

Claims (24)

1. 구동장치를 포함하고 상지가 결합되는 상지 기구부; 및
   상기 상지 기구부와 연결되고, 제1 중심 이동부 연결부, 상기 상지 기구부에 결합되는 제2 중심 이동부 연결부 및 상기 제1 중심 이동부 연결부와 상기 제2 중심 이동부 연결부를 연결하는 제3 중심 이동부 연결부를 포함하는 중심 이동부 연결부 및
   상기 제1 중심 이동부 연결부의 외곽에 일정한 간격으로 병열적으로 배열되고 상기 제3 중심 이동부 연결부에 연결되는 중심 이동부 구동부, 상기 중심 이동부 구동부가 삽입 고정되고 상기 제1 중심 이동부 연결부에 결합되는 제1 중심 이동부 결합부재, 상기 중심 이동부 구동부의 일 측이 고정되고 상기 제1 중심 이동부 결합부재와 일정 간격을 두고 상기 제1 중심 이동부 연결부에 결합되는 제2 중심 이동부 결합부재와 상기 제1 중심 이동부 결합부재와 접촉되게 설치되고 상기 중심 이동부 구동부의 측면에 결합되어 외부 충격 및 하중을 흡수하는 케이스를 각각 포함하는 복수의 중심 이동부 구동장치를 포함하는 중심 이동부를 포함하고,
   상기 상지의 회전 중심점과 상기 상지 기구부의 회전 중심점이 불일치할 때, 상기 복수의 중심 이동부 구동장치가 개별적으로 작동되어 상기 제3 중심 이동부 연결부를 매개로 상기 제2 중심 이동부 연결부와 결합된 상기 상지 기구부를 이동시켜 상기 상지의 회전 중심점과 상기 상지 기구부의 회전 중심점을 일치시키는 상지 재활로봇.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 중심 이동부 연결부는,
   연결부 몸체, 상기 연결부 몸체에서 돌출되어 형성되는 연결돌기를 포함하고,
   상기 제3 중심 이동부 연결부는 상기 연결돌기에 결합되는 상지 재활로봇.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 제3 중심 이동부 연결부는,
   상기 제1 중심 이동부 연결부에 결합되는 중심 이동부 결합부재 및
   상기 중심 이동부 결합부재와 상기 제2 중심 이동부 연결부 각각에 결합하여 상기 중심 이동부 결합부재와 상기 제2 중심 이동부 연결부를 연결하는 결합바를 포함하는 상지 재활로봇.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 결합바는,
   복수의 결합봉 및 상기 복수의 결합봉 각각을 연결하고 상기 결합봉과 상기 제2 중심 이동부 연결부를 연결하는 복수의 볼 조인트를 포함하는 상지 재활로봇.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 복수의 중심 이동부 구동장치는,
   상기 제1 중심 이동부 연결부의 외곽에 서로 일정한 간격을 두고 병렬적으로 배열되어 설치되는 제1 중심 이동부 구동장치, 제2 중심 이동부 구동장치 및 제3 중심 이동부 구동장치를 포함하는 상지 재활로봇.
9. 삭제
10. 제1 항에 있어서,
    상기 상지 기구부는,
    상기 구동장치가 설치되는 연결부를 더 포함하는 상지 재활로봇.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 구동장치는 복수의 구동장치를 포함하고,
    상기 복수의 구동장치는 상기 연결부에 직렬적으로 배열되어 설치되는 상지 재활로봇.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    제1 연결부 및 상기 제1 연결부와 결합되는 제2 연결부를 포함하고,
    상기 제2 연결부는 상기 중심 이동부 연결부와 결합되는 상지 재활로봇.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 연결부는,
    고정부재 및 상기 고정부재에 이동 가능하게 설치되는 이동부재를 포함하고,
    상기 복수의 구동장치의 간격은 상기 이동부재에 의하여 조절되는 상지 재활로봇.
14. 제10 항에 있어서,
    상기 상지 기구부는,
    상기 상지가 결합되는 고정부를 더 포함하는 상지 재활로봇.
15. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 구동장치는,
    상기 연결부에 직렬적으로 배열되어 설치되는 제1 구동장치, 제2 구동장치, 제3 구동장치 및 제4 구동장치를 포함하는 상지 재활로봇.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    제1 연결부 및 상기 제1 연결부에 결합되는 제2 연결부를 포함하고,
    상기 제2 구동장치, 상기 제3 구동장치 및 상기 제4 구동장치는 상기 제1 연결부에 직렬적으로 배열되어 설치되며,
    상기 제1 구동장치는 상기 제2 연결부에 설치되는 상지 재활로봇.
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