KR101360325B1

KR101360325B1 - 슬관절 운동기구 및 운동방법

Info

Publication number: KR101360325B1
Application number: KR1020120047507A
Authority: KR
Inventors: 권오수
Original assignee: 가톨릭대학교 산학협력단
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-05-04
Also published as: WO2013165224A1; KR20130123959A

Abstract

본 발명은 슬관절 운동기구 및 운동방법으로서, 사용자가 앉을 수 있는 좌석(1)와, 상기 좌석(1)에 장착되고 사용자의 대퇴부를 고정시키는 제1지지대(10)와, 상기 제1지지대(10)에 회동가능하게 결합되며 사용자의 종아리를 지지하는 제2지지대(20)와, 상기 제1지지대(10)와 상기 제2지지대(20)가 연결되는 부위에 장착되어 상기 제2지지대(20)를 회동시키는 구동수단(31)과, 회동하는 상기 제2지지대(20)의 운동변화를 감지하는 운동변화 감지센서(32)와, 상기 운동변화 감지센서(32)에서 감지된 측정값 변화에 따라 재활치료에 필요한 상기 구동수단의 구동력을 제어하는 제어부(33)로 구성됨으로써, 상기 제어부(33)는 사용자가 자력으로 무릎을 움직이는 구간에서의 회동 시 운동변화를 측정하여 상기 구동수단(31)에 의해 타력으로 무릎을 움직이는 구간의 구동력을 제어하는 것이다.

Description

슬관절 운동기구 및 운동방법{EXERCISE APPARATUS FOR KNEE AND EXERCISE METHOD THEREOF}

본 발명은 슬관절 운동기구 및 운동방법에 관한 것으로서, 물리치료사의 도움 없이 환자 혼자서 본인의 상태에 적합한 운동을 실시할 수 있는 슬관절 운동기구에 관한 것이다.

일반적으로 무릎 인대를 다치거나 다리의 근육이 약해진 사람의 경우, 무릎 사용시 안정성을 향상시키기 위해 대퇴사두근이 발달할 필요가 있는데, 이를 위해서는 Leg extension machine 등의 근력운동기구를 사용한다. 하지만 기구를 사용하기 위해서는 헬스장으로 가거나 직접 기구를 구매하여 사용해야 하기 때문에 많은 제한이 있다.

상기와 같은 슬관절 강화를 위해 많은 슬관절 운동기구가 개발되었으나, 종래의 정형외과에서 슬관절 수술 후에 재활을 위하여 사용되는 운동기구는 환자가 똑바로 누운 자세에서 오직 수동적인 기계의 힘에 의해서만 환자의 다리를 운동시켜주는 형태이다. 이러한 슬관절 운동기구는 누운 상태에서 길이방향으로 기구를 사용해야 하므로 공간을 많이 필요로하고, 고관절의 상대운동을 제한하여 주지 않는 경우 슬관절에 대한 운동효과가 많이 감소된다. 또한 효과적인 재활을 위해서는 환자의 회복 정도에 따라 기계의 힘으로 무릎을 펴는 구간의 각도를 조절하여야 하나, 종래의 운동기구는 재활치료사의 도움을 받아야만 하는 한계가 있다. 또한 종래의 운동기구는 운동 중 슬관절 운동 중 관절에 무리가 발생되지 않도록 반드시 재활치료사의 도움을 받아야 한다.

상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 환자 혼자서도 슬관절의 재활 정도에 따라 자력으로 무릎을 움직이는 자력운동구간과 기계의 힘으로 무릎을 움직이는 타력운동구간의 각도를 조절하면서 운동을 실시할 수 있는 슬관절 운동기구 및 운동방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 슬 관절을 최대로 펴는 각도와 최대로 굽히는 각도에서 일정시간 멈춘 상태를 유지할 수 있도록 하여 재활효과를 향상시킬 수 있는 슬관절 운동기구 및 운동방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명이 목적을 달성하기 위한 슬관절 운동기구는 사용자가 앉을 수 있는 좌석; 상기 좌석에 장착되고 사용자의 대퇴부를 고정시키는 제1지지대; 상기 제1지지대에 회동가능하게 결합되며 사용자의 종아리를 지지하는 제2지지대; 상기 제1지지대와 상기 제2지지대가 연결되는 부위에 장착되어 상기 제2지지대를 회동시키는 구동수단; 회동하는 상기 제2지지대의 운동변화를 감지하는 운동변화 감지센서; 및 상기 운동변화 감지센서에서 감지된 측정값 변화에 따라 재활치료에 필요한 상기 구동수단의 구동력을 제어하는 제어부;를 포함하여, 상기 제어부는 사용자가 자력으로 무릎을 움직이는 구간에서의 회동 시 운동변화를 측정하여 상기 구동수단에 의해 타력으로 무릎을 움직이는 구간의 구동력을 제어한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 운동변화 감지센서는, 상기 제1지지대와 상기 제2지지대가 연결되는 부위에 장착되어 상기 제2지지대의 회동 시 발생되는 각속도 변화를 감지하는 각도센서나, 엔코더이다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 운동변화 감지센서는, 상기 제1지지대와 상기 제2지지대가 연결되는 부위에 장착되어 상기 제2지지대의 회동 시 발생되는 토크값의 변화를 측정하는 토크센서이다.

또한, 보다 바람직하게는, 사용자가 다리를 펴는 운동을 하는 경우, 상기 제어부는 상기 제2 지지대의 전체 폄 회동구간을 사용자의 무릎이 접힌 상태에서 초기 부하 없이 운동을 시작하는 폄 시작구간과, 사용자가 무릎을 자력으로 펼 수 있는 위치까지 펴는 자력 폄구간과, 상기 구동수단에 의해 사용자의 무릎을 추가적으로 펴는 타력 폄구간과, 사용자의 무릎 펴기를 중단하는 폄 정지구간으로 구분하고, 상기 자력 폄구간에서 상기 운동변화 감지센서에 의해 측정된 측정값이 기 설정된 기준값 보다 작은 경우 상기 타력 폄구간을 시작한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 제어부는 초기 설정되는 전체 회동구간을 기준으로 상기 자력 폄구간의 회전구간이 증가된 만큼 상기 타력 폄구간의 회전구간을 감소시킨다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 제어부는 상기 타력 폄구간에서 상기 구동수단의 회전속도를 정속도, 감속도 및 가속도 중 어느 하나로 설정한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 폄 정지구간에서 상기 구동수단의 감속을 진행하고, 마지막에 정지상태를 기 설정된 시간만큼 유지한다.

또한, 보다 바람직하게는, 사용자가 다리를 굽히는 운동을 하는 경우, 상기 제어부는 상기 제2지지대의 전체 회동구간을 사용자가 무릎이 펴진 상태에서 초기 부하 없이 운동을 시작하는 굽힘 시작구간과, 사용자가 무릎을 자력으로 접을 수 있는 위치까지 접는 자력 굽힘구간과, 상기 구동수단에 의해 사용자의 무릎을 추가적으로 굽히는 타력 굽힘구간과, 사용자가 무릎 굽히기를 중단하는 굽힘 정지구간으로 구분하고, 상기 자력 굽힘구간에서 상기 운동변화 감지센서에 의해 측정된 측정값의 기 설정된 기준값 보다 작은 경우 상기 타력 굽힘구간을 시작한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 제어부는 초기 설정되는 전체 회동구간을 기준으로 상기 자력 굽힘구간이 증가된 만큼 상기 타력 굽힘구간을 감소시킨다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 제어부는 상기 타력 굽힘구간에서 상기 구동수단의 회전속도를 정속도, 감속도 및 가속도 중 어느 하나로 설정한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 굽힘 정지구간에서 상기 구동수단의 감속을 진행하고, 마지막에 정지상태를 기 설정된 시간만큼 유지한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 슬관절 운동방법은 슬관절 운동기구의 슬관절 운동방법으로서, 사용자가 좌석에 앉은 상태로 상기 제1지지대와 상기 제2지지대에 대퇴부와 종아리를 고정시키고, 재활운동을 준비하는 준비단계; 사용자의 무릎이 접힌 상태에서 초기 부하 없이 운동을 시작하는 폄 시작단계; 자력 폄구간에서 운동변화 감지센서로 상기 제2지지대의 운동변화를 감지하면서 사용자가 무릎을 자력으로 펼 수 있는 위치까지 펴는 자력 폄단계; 상기 운동변화 감지센서에서 감지된 측정값 변화에 따라 제어되는 구동수단에 의해 상기 제2지지대를 추가적으로 펴는 타력 폄단계; 사용자의 무릎 펴기를 중단하는 폄 정지단계;를 실시하여 슬관절 운동을 실시한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 준비단계는, 상기 제2지지대가 회동되는 총 회동구간을 설정하는 총 회동구간 설정단계; 상기 폄 시작단계에서의 각속도나, 회전 토오크 값을 설정하는 운동값 설정단계; 상기 타력 폄단계에서 상기 구동수단의 회전속도를 정속도, 감속도 및 가속도 중 어느 하나로 설정하는 회전속도 설정단계; 및 상기 자력 폄구간에서 자력 운동 여부를 판단하는 기준값을 설정하는 기준값 설정단계;를 포함한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 타력 폄단계에서는, 상기 자력 폄단계에서 운동변화 감지센서에 측정되는 각속도 값이 상기 운동값 설정단계에서 설정된 각속도 기준값보다 작은 경우 상기 구동수단의 구동을 시작한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 타력 폄단계에서는, 상기 자력 폄단계에서 운동변화 감지센서에 측정되는 토오크 값이 상기 운동값 설정단계에서 설정된 토오크 기준값보다 작은 경우 상기 구동수단의 구동을 시작한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 슬관절 운동방법은 슬관절 운동기구의 슬관절 운동방법으로서, 사용자가 좌석에 앉은 상태로 상기 제1지지대와 상기 제2지지대에 대퇴부와 종아리를 고정시키고, 재활운동을 준비하는 준비단계; 사용자가 무릎이 펴진 상태에서 초기 부하 없이 운동을 시작하는 굽힘 시작단계; 자력 굽힘 구간에서 운동변화 감지센서로 상기 제2지지대의 운동변화를 감지하면서 사용자가 무릎을 자력으로 굽힐 수 있는 위치까지 굽히는 자력 굽힘단계; 상기 운동변화 감지센서에서 감지된 측정값 변화에 따라 제어되는 구동수단에 의해 상기 제2지지대를 추가적으로 굽히는 타력 굽힘단계; 사용자의 무릎 굽히기를 중단하는 굽힘 정지단계:를 실시하여 슬관절 운동을 실시한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 준비단계는, 상기 제2지지대가 회동되는 총 회동구간을 설정하는 총 회동구간 설정단계; 상기 굽힘 시작단계에서의 각속도나, 회전 토오크 값을 설정하는 운동값 설정단계; 상기 타력 굽힘단계에서 상기 구동수단의 회전속도를 정속도, 감속도 및 가속도 중 어느 하나로 설정하는 회전속도 설정단계; 상기 자력 굽힙단계에서 자력 운동 여부를 판단하는 기준값을 설정하는 기준값 설정단계; 및 상기 자력 굽힘단계에서 사용자가 가하는 힘에 반대되는 방향으로 작용되는 저항력을 설정하는 저항력 설정단계;를 포함한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 타력 굽힘단계에서는, 상기 타력 굽힘단계에서 운동변화 감지센서에 측정되는 각속도 값이 상기 운동값 설정단계에서 설정된 설정 각속도 값보다 작은 경우 상기 구동수단의 구동을 시작한다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 타력 굽힘단계에서는, 상기 타력 굽힘단계에서 운동변화 감지센서에 측정되는 토오크 값이 상기 운동값 설정단계에서 설정된 설정 토오크 값보다 작은 경우 상기 구동수단의 구동을 시작한다.

이와 같이 본 발명에 의한 슬관전 운동기구 및 운동방법은 재활치료사의 도움없이 환자 혼자서도 자력으로 무릎운동이 가능하므로 재활효과를 향상시킬 수 있다. 그리고 최대로 펴거나 굽힌 상태에서 일정시간 멈춘 상태를 유지할 수 있고, 그 시간을 설정할 수 있으므로 재활효과가 향상되는 효과가 있다.

또한, 각종 슬관절 수술 후에 환자에게 가장 편안하고 안정적인 자세에서 동통을 최소화하고 환자 상체의 활용이 자유로워져 재활운동 중에 지루함을 덜 수 있다.

또한 환자의 능동적인 움직임을 고려, 종래의 수동적인 재활기구와 다르게 환자 스스로 재활운동을 할 수 있게 하였으며, 다리 전신 시 무릎 고정을 통해 다리가 뜨면서 5도에서 10도 정도 구부러져 있는 상태를 방지하므로 재활효과가 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 슬관절 운동기구를 도시한 측면도,
도 2는 슬관절 운동기구의 폄 운동 상태를 도시한 상태도,
도 3은 슬관절 운동기구의 굽힘 우동 상태를 도시한 상태도,
도 4는 슬관절 운동기구의 운동과정을 도시한 플로우 차트.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예인 슬관절 운동기구 및 운동방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 슬관절 운동기구를 도시한 측면도이고, 도 2는 슬관절 운동기구의 폄 운동 상태를 도시한 상태도이고, 도 3은 슬관절 운동기구의 굽힘 우동 상태를 도시한 상태도이고, 도 4는 슬관절 운동기구의 운동과정을 도시한 플로우 차트이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예인 슬관절 운동기구는 사용자가 앉을 수 있는 좌석(1)과, 좌석(1)에 장착되는 제1지지대(10)와, 제1지지대(10)에 회동 가능하게 결합되는 제2지지대(20)와, 제1지지대(10)와 제2지지대(20)의 결합부에 장착되어 제2지지대(20)를 회동시키는 구동수단(31)과, 회동하는 제2지지대(20)의 운동변화를 감지하는 운동변화 감지센서(32)와, 구동수단(31)을 제어하는 제어부(33)로 구성된다.

좌석(1)은 사용자가 엉덩이를 얹고 앉을 수 있는 구조로 구성되며, 등받이가 있는 구조가 바람직하다. 좌석(1)의 내부 하측에 장착되는 것이 바람직하나, 장착위치가 내부 하단에만 한정되는 것은 아니며, 별도의 장치로 구성될 수도 있다.

제1 지지대(10)는 사용자의 대퇴부 길이에 대응되는 길이로 구성되고, 좌석(1)에 탈부착 가능하게 장착되는 구조로 구성될 수도 있다. 이때, 제1 지지대(10)는 좌석(1)의 엉덩이받이 부분과 수평을 이루는 것이 바람직하나, 그 각도를 조절할 수 있도록 힌지결합되는 구조로 구성될 수도 있다. 또한 제1 지지대(10)에는 대퇴부를 고정시키는 고정부재(11)가 장착된다. 고정부재(11)는 대퇴부를 감을 수 있는 밴드형상으로 이루어지며, 사용의 편의성을 높이기 위해 벨크로 테이프 구조를 적용할 수 있다. 고정부재(11)는 벨크로 테이프 구조 이외에 대퇴부를 안정적으로 지지할 수 있는 모든 구조를 적용하는 것이 가능하다.

제2지지대(20)는 사용자의 종아리 길이에 대응되는 길이로 구성되고, 제1지지대(10)에 힌지결합된다. 제2지지대(20)의 타측 끝단에는 발바닥을 받칠 수 있는 발판(22)에 장착되는 것이 바람직하다. 또한 제2지지대(20)에는 종아리를 고정시키는 고정부재(21)가 장착된다. 고정부재(21)는 대퇴부를 감을 수 있는 밴드형상으로 이루어지며, 사용의 편의성을 높이기 위해 벨크로 테이프 구조를 적용할 수 있다. 고정부재(11)는 벨크로 테이프 구조 이외에 대퇴부를 안정적으로 지지할 수 있는 모든 구조를 적용하는 것이 가능하다.

구동수단(31)은 제1지지대(10)에 고정되어 제2지지대(20)를 회동시키는 구동모터로 이루어지는 것이 바람직하다. 도시된 구동모터 이외에 피스톤과 실린더가 링크 구조로 연결되어 제2지지대(20)를 회동시키는 구조를 적용할 수도 있다.

운동변화 감지센서(32)는 제1지지대(10)와 제2지지대(20)가 연결되는 부위에 장착되어 제2지지대(20)의 회동시 발생되는 각속도 변화를 감지하는 각도센서나 엔코더로 구성될 수 있다. 이러한 각도센서나 엔코더가 제1지지대(10) 또는 제2 지지대(20)에 장착되어 회동하는 제2지지대(20)의 각속도를 측정할 수 있다. 마찬가지로 운동변화 감지센서(32)는 제1지지대(10)와 제2지지대(20)가 연결되는 부위에 장착되어 제2지지대(20)의 회동 시 발생되는 토크값의 변화를 측정하는 토크센서가 각도센서나 엔코더를 대신할 수 있다. 또는 구동수단이 피스톤과 실린더가 링크 구조로 제1지지대(10) 및 제2지지대(20)에 연결된 구조로 구성되는 경우에는 토크센서 대신에 피스톤이 연결되는 부위에 장착되는 로드셀로 제2지지대(20)의 회동 시 발생되는 토크값을 산출하는 구조로 구성될 수도 있다.

상기 제어부(33)가 다리를 펴는 운동을 하는 경우에는, 전체 폄 회동구간(A)을 초기 부하 없이 운동을 시작하는 폄 시작구간(a1), 자력으로 무릎을 접을 수 있는 위치까지 접는 자력 폄구간(a2), 구동수단(31)에 의해 사용자의 무릎을 추가적으로 굽히는 타력 폄구간(a3), 무릎 굽히기는 중단하는 정지구간(a4)로 구분하고, 자력 폄구간(a2)에서 운동변화 감지센서(32)에 의해 측정된 측정값이 기 설정된 기준값 보다 작은 경우 타력 폄구간(a3)을 시작할 수 있도록 구동수단(31)을 제어한다. 즉, 초기 설정되는 전체 회동구간을 기준으로 자력 폄구간(a2)의 회전구간이 증가된 만큼 타력 폄구간(a3)의 회전구간을 감소시키면서 재활 운동을 실시하는 것이다.

또한 제어부(33)는 타력 폄구간(a3)이나 후술할 타력 굽힘구간(b3)에서 구동수단(31)의 회전속도를 정속도, 감속도 및 가속도 중 어느 하나로 설정할 수 있다. 이는 환자의 동통이나 치료 상태에 알맞게 구동수단(31)의 회전속도를 조절함으로써 재활 치료 효과를 향상시키는 것이다.

또한 제어부(33)는 폄 정지구간(a4)이나 후술할 굽힘 정지구간(b4)에서 구동수단(31)의 감속을 진행하고, 마지막으로 정지상태를 기 설정된 시간만큼 유지하도록 제어한다.

또한 초기 부하 없이 운동을 시작하는 폄 시작구간(a1) 및 후술할 굽힘 시작구간(b1)은 구동수단을 작동시켜 초기 무릎운동의 시작을 돕는 구간으로 환자의 무릎에 무리가 발생되지 않도록 하는 것이다. 이때, 환자의 자력으로 초기 무릎운동을 시작할 수도 있으나, 구동수단을 작동시켜 재활효과를 향상시키는 것이 바람직하다.

상기 제어부(33)가 다리를 굽히는 운동을 하는 경우에는, 전체 굽힘 회동구간(B)을 초기 부하 없이 운동을 시작하는 굽힘 시작구간(b1), 자력으로 무릎을 접을 수 있는 위치까지 접는 자력 굽힘구간(b2), 구동수단(31)에 의해 무릎을 추가적으로 굽히는 타력 굽힘구간(b3), 무릎 굽히기를 중단하는 굽힘 정지구간(b4)으로 구분하고, 자력 굽힘구간(b2)에서 운동변화 감지센서(32)에 의해 측정된 측정값의 기 설정된 기준값 보다 작은 경우 타력 굽힘구간(b3)을 시작할 수 있도록 제어한다. 즉, 초기 설정된 전체 회동구간(B)을 기준으로 자력 굽힘구간(b2)의 회전구간이 증가된 만큼 타력 굽힘구간(b3)의 회전구간을 감소시키면서 재활운동을 실시하는 것이다.

또한 제어부(33)는 초기 설정되는 전체 회동구간(B)을 기준으로 자력 굽힘구간(b2)이 증가된 각도만큼 타력 굽힘구간(b3)을 감소시킨다.

상기와 같이 구성된 슬관절 운동기구의 운동과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4에 도시된 바와 같이 사용자가 슬관절 운동을 시작하려면 우선, 좌석에 앉아 제1지지대(10)와 제2지지대(20)에 대퇴부와 종아리를 고정시키고 재활운동을 준비하는 준비단계(S1, S6)를 실시한다.

준비단계(S1)는 폄 운동을 시작하기 위한 준비단계로서, 제2지지대(20)가 회동되는 총 회동구간(A)을 설정하는 총 회동구간 설정단계(S11)와, 폄 시작단계(S2)에서의 각속도(W)나 회전 토오크(T) 값을 설정하는 운동값 설정단계(S12)와, 타력 폄단계(a3)에서 구동수단(31)의 회전속도를 정속도, 감속도 및 가속도 중 어느 하나로 설정하는 회전속도 설정단계(S13)와, 자력 폄구간(a2)에서 자력 운동 여부를 판단하는 기준값(W1, T1)을 설정하는 기준값 설정단계(S14)로 이루어진다.

또한 굽힘 운동을 시작하기 위한 준비단계(S6)는, 제2지지대(20)가 회동되는 총 회동구간(B)을 설정하는 총 회동구간 설정단계(S61)와, 굽힘 시작단계(S7)에서 각속도(W)나 회전 토오크(T) 값을 설정하는 운동값 설정단계(S62)와, 타력 굽힘단계(S9)에서 자력 운동여부를 판단하는 기준값(S2, T2)을 설정하는 기준값 설정단계(S64)와, 자력 굽힘단계(S8)에서 사용자가 가하는 힘에 반대되는 방향으로 작용되는 저항력(F1)을 설정하는 저항력 설정단계(S65)로 이루어진다. 운동값 설정단계(S62)에서의 각속도와 회전 토오크는 앞서 설명한 운동값 설정단계(S12)에서의 각속도 및 회전 토오크 값과 동일하게 설정할 수도 있고, 서로 다르게 설정할 수도 있다.

이러한 준비단계(S1, S6)가 완료되면, 사용자의 무릎이 접힌 상태에서 초기 부하 없이 운동을 시작하는 폄 시작단계(S2)를 실시한다. 이때, 사용자가 자력으로 회동을 시킬 수도 있으나, 구동수단(31)을 작동시켜 무릎의 회동을 돕는 것이 바람직하다. 초기 무릎을 펴는 동작에서 슬관절에 무리가 되지 않도록 하는 것으로, 이때 구동수단(31)에 의해 회동되는 제2지지대(20)의 각속도(W) 및 토오크(T)는 기준값에서 설정되는 각속도(W1, W3)와 토오크(T1, T3)보다 크다.

폄 시작단계(S2)가 완료되면, 사용자가 자력으로 무릎을 펼 수 있는 위치까지 펴는 자력 폄단계(S3)를 실시한다. 자력 폄단계(S3)를 실시하면서 운동변화 감지센서(32)를 작동시켜 운동변화를 감지한다. 이때 운동변화는 각속도(W2)나 토오크(T2)를 일컫는다.

자력 폄단계(S3) 다음으로 타력 폄단계(S4)를 실시한다. 자력 폄단계(S3)에서 감지된 측정값(W2 or T2)이 앞서 설명한 각속도 기준값(W1)이나 토오크 기준값(T1)보다 작은 경우 구동수단(31)의 구동을 시작하는 타력 폄단계(S4)를 실시한다.

타력 폄단계(S4)를 진행하면서 폄시작구간(a1), 자력 폄구간(a2), 타력 폄구간(a3)의 합이 총 회동구간(A)에서 폄 정지구간(a4)을 뺀 값과 동일하게 되는 순간 폄 정지단계(S5)를 실시한다. 즉, 폄시작구간(a1), 자력 폄구간(a2), 타력 폄구간(a3)의 합이 총 회동구간(A)에서 폄 정지구간(a4)을 뺀 값보다 크거나 같으면 폄 정지단계(S5)를 실시하는 것이다.

폄정지단계(S5)에서 실시되는 폄 정지구간(a4)에서는 각속도나 토오크를 감소시키고, 마지막에 일정시간동안 정지상태를 유지시킨다.

상기와 같이 무릎의 폄 운동이 완료된 이후에는 무릎의 굽힘 운동을 실시한다.

무릎의 굽힘 운동을 시작하면, 사용자가 무릎이 펴진 상태에서 초기 부하 없이 운동을 시작하는 굽힘 시작단계(S7)를 실시한다. 이때 사용자가 자력으로 회동을 시킬 수도 있으나, 구동수단(31)을 작동시켜 무릎의 회동을 돕는 것이 바람직하다. 초기 무릎을 펴는 동작에서 슬관절에 무리가 되지 않도록 하는 것으로 이때 구동수단(31)에 의해 회동되는 제2지지대(20)의 각속도(W) 및 토오크(T)는 기준값에서 설정되는 각속도(W1, W3) 및 토오크(T1, T3)보다 크다.

굽힘 시작단계(S7)가 완료되면, 사용자가 자력으로 무릎을 굽힐 수 있는 위치까지 굽히는 자력 굽힘단계(S8)를 실시한다. 자력 굽힘단계(S8)를 실시하면서 운동변화 감지센서(32)를 작동시켜 운동변화를 감지한다. 이때 운동변화는 각속도(W4)나 토오크(T4)를 일컫는다.

자력 굽힘단계(S8) 다음으로 타력 굽힘단계(S9)를 실시한다. 자력 굽힘단계(S8)에서 감지된 측정값(W4 or T4)이 앞서 설명한 각속도 기준값(W3)이나 토오크 기준값(T3) 보다 작은 경우 구동수단(31)이 구동을 시작하는 타력 굽힘단계(S9)를 실시한다.

타력 굽힘단계(S9)를 진행하면서 굽힘시작구간(b1), 자력 굽힘구간(b2), 타력 굽힘구간(b3)의 합이 총 회동구간(B)에서 굽힘 정지구간(b4)을 뺀 값과 동일하게 되는 순간 굽힘 정지단계(S10)를 실시한다. 즉, 굽힘시작구간(b1), 자력 굽힘구간(b2), 타력 굽힘구간(b3)의 합이 총 회동구간(B)에서 굽힘 정지구간(b4)보다 크거나 같으면 굽힘 정지단계(S10)를 실시하는 것이다. 굽힘 정지단계(A10)에서 실시되는 굽힘 정지구간(b4)에서는 각속도나 토오크를 감소시키고, 마지막에 일정시간동안 정지상태를 유지시킨다.

상기와 같은 과정을 반복하면서 슬관절 운동을 실시하는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

1 : 좌석
10 : 제1지지대
20 : 제2지지대
31 : 구동수단
32 : 운동변화 감지센서
S1 : 준비단계
S2 : 폄 시작단계
S3 : 자력 폄단계
S4 : 타력 폄단계
S5 : 폄 정지단계
S6 : 준비단계
S7 : 굽힘 시작단계
S8 : 자력 굽힘단계
S9 : 타력 굽힘단계
S10 : 굽힘 정지단계

Claims

사용자가 앉을 수 있는 좌석(1);
상기 좌석(1)에 장착되고 사용자의 대퇴부를 고정시키는 제1지지대(10);
상기 제1지지대(10)에 회동가능하게 결합되며 사용자의 종아리를 지지하는 제2지지대(20);
상기 제1지지대(10)와 상기 제2지지대(20)가 연결되는 부위에 장착되어 상기 제2지지대(20)를 회동시키는 구동수단(31);
회동하는 상기 제2지지대(20)의 운동변화를 감지하는 운동변화 감지센서(32); 및
재활 치료 시 상기 운동변화 감지센서(32)에서 감지된 측정값 변화에 따라 무릎의 운동을 도울 수 있도록 상기 구동수단의 구동력을 제어하는 제어부(33);를 포함하여,
상기 제어부(33)는 사용자가 자력으로 무릎을 펴거나 굽히는 구간과 상기 구동수단에 의해 타력으로 무릎을 펴거나 굽히는 구간을 구분하고,
사용자가 자력으로 무릎을 움직이는 구간에서 상기 운동변화 감지센서(32)에 의해 측정된 측정값이 기 설정된 기준값 보다 작은 경우 타력으로 무릎을 펴거나 굽히는 구간을 시작하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동기구.
제 1항에 있어서, 상기 운동변화 감지센서(32)는,
상기 제1지지대(10)와 상기 제2지지대(20)가 연결되는 부위에 장착되어 상기 제2지지대(20)의 회동 시 발생되는 각속도 변화를 감지하는 각도센서나, 엔코더인 것을 특징으로 하는 슬관절 운동기구.
제 1항에 있어서, 상기 운동변화 감지센서(32)는,
상기 제1지지대(10)와 상기 제2지지대(20)가 연결되는 부위에 장착되어 상기 제2지지대(20)의 회동 시 발생되는 토크값의 변화를 측정하는 토크센서인 것을 특징으로 하는 슬관절 운동기구.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 사용자가 다리를 펴는 운동을 하는 경우, 상기 제어부(33)는 상기 제2 지지대(20)의 전체 폄 회동구간(A)을
사용자의 무릎이 접힌 상태에서 초기 부하 없이 운동을 시작하는 폄 시작구간(a1)과,
사용자가 무릎을 자력으로 펼 수 있는 위치까지 펴는 자력 폄구간(a2)과,
상기 구동수단에(31) 의해 사용자의 무릎을 추가적으로 펴는 타력 폄구간(a3)과,
사용자의 무릎 펴기를 중단하는 폄 정지구간(a4)으로 구분하고,
상기 자력 폄구간(a2)에서 상기 운동변화 감지센서(32)에 의해 측정된 측정값이 기 설정된 기준값 보다 작은 경우 상기 타력 폄구간(a3)을 시작하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동기구.
제 4항에 있어서, 상기 제어부(33)는 초기 설정되는 전체 회동구간을 기준으로 상기 자력 폄구간(a2)의 회전구간이 증가된 만큼 상기 타력 폄구간(a3)의 회전구간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동기구.
제 4항에 있어서, 상기 제어부(33)는 상기 타력 폄구간(a3)에서 상기 구동수단(31)의 회전속도를 정속도, 감속도 및 가속도 중 어느 하나로 설정하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 슬관절 운동기구.
제 4항에 있어서, 상기 제어부(33)는, 상기 폄 정지구간(a4)에서 상기 구동수단(31)의 감속을 진행하고, 마지막에 정지상태를 기 설정된 시간만큼 유지하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동기구.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 사용자가 다리를 굽히는 운동을 하는 경우, 상기 제어부(33)는 상기 제2지지대(20)의 전체 회동구간(B)을
사용자가 무릎이 펴진 상태에서 초기 부하 없이 운동을 시작하는 굽힘 시작구간(b1)과,
사용자가 무릎을 자력으로 접을 수 있는 위치까지 접는 자력 굽힘구간(b2)과,
상기 구동수단(31)에 의해 사용자의 무릎을 추가적으로 굽히는 타력 굽힘구간(b3)과,
사용자가 무릎 굽히기를 중단하는 굽힘 정지구간(b4)으로 구분하고,
상기 자력 굽힘구간(b2)에서 상기 운동변화 감지센서(32)에 의해 측정된 측정값의 기 설정된 기준값 보다 작은 경우 상기 타력 굽힘구간(b3)을 시작하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동기구.
제 8항에 있어서, 상기 제어부(33)는 초기 설정되는 전체 회동구간(B)을 기준으로 상기 자력 굽힘구간(b2)이 증가된 만큼 상기 타력 굽힘구간(b3)을 감소시키는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동기구.
제 8항에 있어서, 상기 제어부(33)는 상기 타력 굽힘구간(b3)에서 상기 구동수단(31)의 회전속도를 정속도, 감속도 및 가속도 중 어느 하나로 설정하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 슬관절 운동기구.
제 8항에 있어서, 상기 제어부(33)는, 상기 굽힘 정지구간(b4)에서 상기 구동수단(31)의 감속을 진행하고, 마지막에 정지상태를 기 설정된 시간만큼 유지하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동기구.
제 1항에 따른 슬관절 운동기구의 슬관절 운동방법으로서,
사용자가 좌석에 앉은 상태로 상기 제1지지대(10)와 상기 제2지지대(20)에 대퇴부와 종아리를 고정시키고, 재활운동을 준비하는 준비단계(S1);
사용자의 무릎이 접힌 상태에서 초기 부하 없이 운동을 시작하는 폄 시작단계(S2);
자력 폄구간(a2)에서 운동변화 감지센서(32)로 상기 제2지지대(20)의 운동변화를 감지하면서 사용자가 무릎을 자력으로 펼 수 있는 위치까지 펴는 자력 폄단계(S3);
상기 운동변화 감지센서(32)에서 감지된 측정값 변화에 따라 제어되는 구동수단(31)에 의해 상기 제2지지대(20)를 추가적으로 펴는 타력 폄단계(S4);
사용자의 무릎 펴기를 중단하는 폄 정지단계(S5);를 실시하여 슬관절 운동을 실시하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동방법.
제 12항에 있어서, 상기 준비단계(S1)는,
상기 제2지지대(20)가 회동되는 총 회동구간을 설정하는 총 회동구간 설정단계(S11);
상기 폄 시작단계에서의 각속도(W3)나, 회전 토오크(T3) 값을 설정하는 운동값 설정단계(S12);
상기 타력 폄단계(a3)에서 상기 구동수단(31)의 회전속도를 정속도, 감속도 및 가속도 중 어느 하나로 설정하는 회전속도 설정단계(S13); 및
상기 자력 폄구간(a2)에서 자력 운동 여부를 판단하는 기준값(W1, T1)을 설정하는 기준값 설정단계(S14);를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동방법.
제 13항에 있어서, 상기 타력 폄단계(S4)에서는,
상기 자력 폄단계(S3)에서 운동변화 감지센서(32)에 측정되는 각속도(W2) 값이 상기 운동값 설정단계에서 설정된 각속도 기준값(W1)보다 작은 경우 상기 구동수단(31)의 구동을 시작하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동방법.
제 13항에 있어서, 상기 타력 폄단계(S4)에서는,
상기 자력 폄단계(S3)에서 운동변화 감지센서(32)에 측정되는 토오크 값(T1)이 상기 운동값 설정단계(S12)에서 설정된 토오크 기준값(T)보다 작은 경우 상기 구동수단(31)의 구동을 시작하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동방법.
제 1항에 따른 슬관절 운동기구의 슬관절 운동방법으로서,
사용자가 좌석(1)에 앉은 상태로 상기 제1지지대(10)와 상기 제2지지대(20)에 대퇴부와 종아리를 고정시키고, 재활운동을 준비하는 준비단계(S6);
사용자가 무릎이 펴진 상태에서 초기 부하 없이 운동을 시작하는 굽힘 시작단계(S7);
자력 굽힘 구간(b2)에서 운동변화 감지센서(32)로 상기 제2지지대(20)의 운동변화를 감지하면서 사용자가 무릎을 자력으로 굽힐 수 있는 위치까지 굽히는 자력 굽힘단계(S8);
상기 운동변화 감지센서(32)에서 감지된 측정값 변화에 따라 제어되는 구동수단(31)에 의해 상기 제2지지대(20)를 추가적으로 굽히는 타력 굽힘단계(S9);
사용자의 무릎 굽히기를 중단하는 굽힘 정지단계(S10):를 실시하여 슬관절 운동을 실시하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동방법.
제 16항에 있어서, 상기 준비단계(S6)는,
상기 제2지지대(20)가 회동되는 총 회동구간을 설정하는 총 회동구간 설정단계(S61);
상기 굽힘 시작단계(S7)에서의 각속도나, 회전 토오크 값을 설정하는 운동값 설정단계(S62);
상기 타력 굽힘단계(S9)에서 상기 구동수단(31)의 회전속도를 정속도, 감속도 및 가속도 중 어느 하나로 설정하는 회전속도 설정단계(S63);
상기 자력 굽힙단계(S9)에서 자력 운동 여부를 판단하는 기준값(W2, T2)을 설정하는 기준값 설정단계(S64); 및
상기 자력 굽힘단계에서 사용자가 가하는 힘에 반대되는 방향으로 작용되는 저항력(F1)을 설정하는 저항력 설정단계(S65);를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동방법.
제 16항에 있어서, 상기 타력 굽힘단계에서는,
상기 타력 굽힘단계에서 운동변화 감지센서에 측정되는 각속도 값이 상기 준비단계(S6)에서 설정되는 설정 각속도 값보다 작은 경우 상기 구동수단의 구동을 시작하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동방법.
제 16항에 있어서, 상기 타력 굽힘단계에서는,
상기 타력 굽힘단계에서 운동변화 감지센서에 측정되는 토오크 값이 상기 준비단계(S6)에서 설정되는 설정 토오크 값보다 작은 경우 상기 구동수단의 구동을 시작하는 것을 특징으로 하는 슬관절 운동방법.