KR100834050B1

KR100834050B1 - 절단자용 작동 의족

Info

Publication number: KR100834050B1
Application number: KR1020067012393A
Authority: KR
Inventors: 스테판 베다드; 피에르-올리비어 로이
Original assignee: 빅톰 휴먼 바이오닉스 인크.
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2008-06-02
Also published as: EP1689332A1; ATE504270T1; CA2546858A1; US7736394B2; AU2004292345B2; US20100262260A1; WO2005051248A1; EP1689332B1; KR20060105026A; CA2546858C; JP5128132B2; AU2004292345A1; DE602004032168D1; EP1689332A4; US20040181289A1; JP2007512053A; CN1901858B; CN1901858A; US9358137B2

Abstract

본 발명은 무릎부재, 무릎부재 상에 구비되는 소켓 커넥터, 그 아래에 인공 발이 연결되는 저단부가 구비된 연장된 하퇴부재, 및 직선 작동체를 포함하여 구성되는 작동 의족에 관한 것이다. 하퇴부재를 무릎부재에 구동적으로 연결하는 것은 제1피봇부에 의해 구현된다. 작동체의 상단부를 무릎부재에 구동적으로 연결하는 것은 제2피봇부에 의해 구현된다. 작동체의 저단부를 하퇴부재의 저단부에 구동적으로 연결하는 것은 제3피봇부에 의해 구현된다. 의족은 전면 작동체식 구성 또는 후면 작동체식 구성중 어느 것으로도 제공될 수 있다.

Description

절단자용 작동 의족 {Actuated Prosthesis for amputees}

본 발명은 절단자용 작동 의족에 관한 것으로서, 특히 무릎-이상 절단자용 작동 의족에 관한 것이다.

수년 동안, 절단자의 잃어버린 팔다리들을 대체하기 위한 수많은 종류의 인공기관들이 개발되어 왔다. 특히, 팔다리의 소실이 절단자에게 지대한 영향을 끼친다는 것을 고려하여, 그러한 팔다리의 소실을 대체할 인공기관들을 개발하는 데에 많은 노력이 기울여졌다. 이러한 모든 인공기관들은 절단자들에게 가능한 한 정상적인 삶을 주고자 하는 어려운 작업이다. 그 작업은 인체 기관의 복잡성으로 인해 의족에 대해서는 특히 어렵다. 지금까지의 통상적인 의족들은, 가장 정교한 장치들 조차도, 수동적인 메카니즘만을 사용하여 오고 있는 실정이다. 통상적인 의족들은 실제 사람의 다리와 비교하여 매우 제한되어 있어서 어떤 기능들은 완전히 수행되지 못하고 있다.

절단자들에 따르면, 반복적인 움직임이나 계속적인 부하와 같이 특별한 조건하에서 사용될 경우, 통상적인 의족은 대사 에너지 소모가 증가하거나, 소켓 (Socket) 압력을 증가시키거나, 동작 속도가 제한되거나, 움직임 동작시 부조화가 발생하거나, 자세의 균형이 무너지거나, 골반-척추(Pelvis-spinal column) 구조에 이상이 오거나, 또는 자세 교정 클리닉 프로그램을 찾는 빈도가 증가하거나 하는 등의 문제점들을 일으키는 것이 일반적이다.

다른 문제점은, 통상적인 의족의 경우 자가-추진 능력을 가지고 있지 못하기 때문에 의족을 움직이는 에너지가 주로 절단자 자신으로부터 유래해야 한다는 것이다. 이것은 단기적 및 장기적으로 심각한 부의 효과를 가지고 있다. 에너지-절감 의족 장치 분야의 최근 동향중 일부는 절단자와 그의 의족 간의 에너지 전달을 개선하는 데에 할애되고 있다. 그럼에도 불구하고, 에너지 소모 문제는 여전히 완전히 해결되지 못하고 주요 관심사가 되고 있다.

또 다른 문제점은, 통상적인 의족의 경우 절단자의 움직임시 잔각(Stump) 부분에 의해 수행되는 동적인 역할 때문에 의족을 장시간 착용하는 것이 어렵다는 것이다. 이것은 소포염(Folliculitis), 접촉 피부염, 수종(Oedema), 낭종(Cysts), 피부의 갈라짐(Shearing), 흉터 및 궤양과 같은 피부상의 여러 가지 문제들을 발생시킨다. 이러한 피부상의 문제들이 실리콘 외장(Sheath), 완전 흡입 소켓 또는 파우더의 사용에 의해 다소 완화될 수 있다 하더라도, 이를 최소화하는 하는 것 역시 관심사로 남아 있다.

다른 인공기관에 있어서 그 인공기관에 부과되는 특정 조건에 의해 결정되는 확대 또는 축소 범위에 있어서도 유사한 관심사가 적용되어진다.

그리하여, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점들을 미연에 방지하거 나 완화하고자 하는 데 있다.

본 발명의 하나의 주요 구현 양태로서, 기본 조인트 부재, 상기 기본 조인트 부재에 소켓을 연결하기 위한 소켓 연결부, 주요 세로 축을 따라 서로 떨어진 반대 단부들을 가지는 연장된 구조 부재, 말단부를 상기 구조 부재의 끝단에 연결하기 위한 연결부, 피봇(Pivot)부에 의해 규정된 제1축 둘레로 상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재 사이의 상대적인 회전이 발생하도록 상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재를 구동적으로 연결하는 피봇(Pivot)부, 상기 피봇 부로부터 떨어진 위치에서 일단부에서 상기 구조 부재에 연결되고 반대 단부에서 상기 기본 조인트 부재에 연결되는 직선 작동체로서, 그 확장 혹은 수축은 상기 피봇 축 둘레로 상기 구조 부재에 대한 상기 기본 조인트 부재의 상응하는 회전을 발생하는 직선 작동체로 이루어지는 절단된 팔다리의 대체를 위한 작동 인공기관이 제공되어진다.

바람직하게, 상기 인공기관은 의족이며, 작동체는 전기력으로 움직인다.

본 발명의 또 다른 주요 구현 양태로서, 무릎 부재, 무릎부재상에 연결되는 소켓, 연장된 하퇴부재, 하퇴부재 저단에 연결된 인공 발, 및 직선 작동체를 포함하여 구성되는 작동 의족이 제공된다. 하퇴를 무릎부재에 구동적으로 연결하는 것은 제1피봇(Pivot)부에 의해 구현된다. 제1피봇부는 하퇴 세로 주축에 직각인 제1 피봇 축을 규정한다. 작동체의 상단을 무릎부재에 구동적으로 연결하는 것은 제2 피봇부에 의해 구현된다. 제2피봇부는 제1피봇 축에 실질적으로 평행한 제2피봇 축을 규정한다. 제2피봇 축 역시 제1피봇 축 및 세로 주축과 이격되어 있다. 작동체의 저단을 하퇴부재의 저단에 구동적으로 연결하는 것은 제3피봇부에 의해 구현된 다. 제3 피봇부는 제1 피봇 축으로부터 실질적으로 평행하게 이격된 제3 피봇 축을 규정한다.

첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 전면 작동체식 작동 의족을 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1에 나타낸 의족의 부분 분리사시도이다.

도 3은 도 1에 나타낸 무릎부재 및 제1피봇부의 분리사시도이다.

도 4는 도 1에 나타낸 하퇴부 및 제3피봇부의 분리사시도이다.

도 5는 도 1에 나타낸 직선 작동체 및 제2피봇부의 부분 분리사시도이다.

도 6은 전면 작동체식의 기하학적 모델을 설명하는 다이어그램이다.

도 7은 도 4에 나타낸 광학 스위치 지지체의 분리사시도이다.

도 8은 본 발명의 다른 가능한 실시예에 따른 후면 작동체식 작동 의족을 나타내는 사시도이다.

도 9는 도 8에 나타낸 의족의 부분 분리사시도이다.

도 10은 도 8에 나타낸 의족의 측면도이다.

도 11은 도 8에 나타낸 무릎부재, 제1피봇부 및 제2피봇부의 분리사시도이다.

도 12는 도 8에 나타낸 하퇴부 및 제3피봇부의 부분 분리사시도이다.

도 13은 후면 작동체식의 기하학적 모델을 설명하는 다이어그램이다.

도 14는 의족 작동체 제어 시스템의 일례를 나타내는 블록도이다.

도 15는 다른 실시예에 의한 의족의 분리 사시도이다.

도 16은 도 15에 나타낸 의족의 구조적 요소의 확대도이다.

도 17은 도 15에 나타낸 의족의 운동적 요소의 확대도이다.

도 18은 도 15에 나타낸 의족의 세로방향 측단면도이다.

도 19는 도 18의 XIX-XIX 라인의 단면도이다.

도 20은 도 18의 XX-XX 라인의 단면도이다.

도 21은 도 18의 XXI-XXI 라인의 단면도이다.

첨부된 도면들은 무릎-이상 절단자를 위한 의족으로서 구현되는 작동 의족(10)의 세가지 선택적인 실시예를 나타낸다. 본 발명을 제시된 예에 제한하고자 하는 것은 아니며, 첨부된 청구항들의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 가능하며, 팔과 같은 다른 부분에 반복되는 인공기관에도 동일한 원리와 개념이 응용될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 설명의 명료함과 용이함을 위하여, 다리와 관련된 용어로 사용되었으나 다른 팔 부분의 동일한 기능에 적용되는 용어로서도 이해되어야 한다. 예를 들면, 상기 인공기관이 의수인 경우에는 "무릎"에 관련된 것은 동일하게 "팔꿈치"에 관련된 것으로 설명되어질 수 있다.

묘사된 바와 같이, 상기 의족(10)은 세가지 선택적인 구성 형태를 갖는데, 하나는 전면 작동체식 구성이며, 다른 하나는 후면 작동체식 구성이고, 또다른 하나는 역전 작동체식 구성이다. 전면 작동체식이 바람직하다. 도 1 내지 도 7은 전면 작동체식 구성의 의족(10)을 나타내며, 도 8 내지 도 13은 후면 작동체식 구성의 의족(10)을 나타낸다. 도 15 내지 도 21은 역전 작동체식 구성을 나타낸다.

전면 작동체식 구성

도 1 및 도 2는 의족(10)의 주요 구성요소를 나타내는 것으로서, 여기에는 무릎부재(12)로 불리는 기본 조인트 부재, 연장된 하퇴부재(14)로 불리는 연장된 구조부재, 및 무릎부재(12)와 하퇴부재(14)의 사이에 설치되어 그들간의 상관적인 움직임을 유발하는 직선 작동체(16)가 포함된다. 의족(10)에는 무릎부재(12) 상에 소켓(18)을 연결하기 위한 소켓 연결부(17)와 하퇴부재(14)의 저단에 인공 발(20)과 같은 팔다리의 말단부를 연결하기 위한 연결부(19)도 포함된다.

소켓(18)은 의족(10)과 절단자의 잔각 사이에 적당한 작력(Effort)을 전달할 수 있어야 한다. 소켓(18)의 디자인은 임의의 하중 전달, 안정성 및 잔각 움직임의 효율적인 제어를 위하여 맞춤식으로 수행된다. 일반적으로 소켓(18)은, 예컨대 Otto Bock Inc.사에서 제작되는 "Thermolyn" 타입의 굴절성 흡입 라이너와 같은 적절한 시스템에 의해 생성되는 흡입 효과를 이용하여 잔각에 안착시키게 된다. 시판되는 것중 적당한 소켓을 의족(10)에 사용할 수도 있다.

상기 소켓(18)을 연결하기 위한 소켓 연결부(17)에는 무릎부재(12) 상에 제공되는 소켓 저부 커넥터(Cnnector)(22)가 포함된다. 소켓 저부 커넥터(22)는 예컨대 스크류나 볼트와 같은 죔쇠를 이용하여 탈착가능하도록 연결되는 것이 바람직하다. 소켓 저부 커넥터(22)의 정확한 유형은 가변적이다. 그 예로는, Otto Bock Inc.사에서 제작되는 수각뿔(Male pyramid) 모델 4R54와 같은 표준 수각뿔형의 커넥터를 들 수 있다. 다른 예로는 Ossur Inc.사에서 제작되는 수각뿔 모델 2054-2와 함께 사용되는 슬라이딩 커넥터를 들 수 있다. 다음에, 소켓(18)은 저부 수 커넥터(22)와 들어맞는 해당 상부 커넥터와 함께 장착된다. 다른 유형의 커넥터 역시 사용 가능하다.

무릎부재(12)는 소켓(18)과 하퇴부재(14) 사이의 연결점에서 적어도 어느 정도의 자유로운 회전을 가능하게 하여 준다. 무릎부재(12)의 움직이는 정도는 약 105° 정도가 바람직한데, 여기서 0°는 완전히 펴진 상태이며, 105°는 무릎을 최대로 굽힌 상태이다.

도 3은 무릎부재(12)의 확대도이다. 무릎부재(12)는 상판(26)으로부터 두 개의 플랜지(24)가 돌출되는 포크형의 것이 바람직하다. 상판(26)에는 소켓 저부 커넥터(22)의 탈착가능한 죔쇠를 위한 4개의 끼움홀(28)이 구비된다.

상기 무릎부재(12)는 제1 피봇부(30)에 희해 하퇴부재(14)에 연결된다. 제1 피봇부(30)는 하퇴부재(14)를 무릎부재(12)에 구동적으로 연결할 수 있게 해줌으로써, 이 두 부분 사이의 상대적인 회전을 가능하도록 하여준다. 제1 피봇부 역시 다동원체(Polycentric)일 수 있다는 것에 유의해야 한다. 이것은 무릎부재(12)와 하퇴부재(14) 사이의 움직임이 순전히 회전적인 것만은 아니며, 훨씬 더 복잡한 패턴에 따르는 것임을 의미한다. 이 부분의 우측과 좌측이 약간 다를 수 있는데, 이로 인해 수직 축 주변에서 약간의 비틀림 동작이 발생한다. 그럼에도 불구하고, 전체의 개괄적인 움직임은 실질적으로 피봇 축 주위를 회전하는 것이라고 할 수 있다.

상기 제1 피봇부(30)는, 도 1에 나타낸 바와 같이 정면에서 하퇴부(14)의 길이 방향을 따라 연장되는 세로 주축(15)에 실질적으로 직각인 제1 피봇 축(31)을 규정한다. 또한, 제1 피봇부(30)에는 2개의 베어링(34)에 의해 지지되는 굴대(32)가 포함되는데, 2개의 베어링(34)은 각각 무릎부재(12) 플랜지(24) 상의 대응하는 하우징(36)에 장착된다. 베어링(34)의 예로는 NSK Inc.사에서 제작되는 외홈-베어링 모델 6300-ZZ을 들 수 있다. 물론, 다른 유형의 베어링(34)이 사용될 수도 있다. 베어링(34)은 10mm 쇼울더 너트(37)와 외부 이격부재(35) 세트에 의해 굴대(32) 단부에 끼워져 고정된다. 광학 스위치 지지체(38)는, 도 2, 4 및 7에 나타낸 바와 같이, 굴대(32) 주변 무릎부재(12) 2개의 플랜지(24) 사이에 장착된다. 지지체(38)는 후기한다.

범위를 벗어나는 움직임을 방지하기 위하여, 도 3에 잘 표현된 바와 같이, 한 세트의 에너지 흡수 범퍼(44)가 무릎부재(12) 후방측에 구비되는 것이 바람직하다. 이들 범퍼(44)는, 예컨대 Tecspak Inc.사에서 제작되는 범퍼 모델 GBA-1일 수 있다. 물론 다른 유형의 범퍼(44) 역시 사용될 수 있다. 이들은 무릎부재(12) 상판(26)의 측면 및 전면에 위치하는 해당 브라켓(42)에 장착된다. 브라켓(42)은 후기되는 커넥터(78)를 지지하는 데에도 사용된다.

도 4에서 확인되는 바와 같이, 상기 하퇴부재(14)는 3개의 주요 부분, 즉 상단부(14A), 중앙부(14B), 및 하단부(14C)를 포함된다.

하퇴부재(14)의 상단부(14A)는 장착 베이스(52)로부터 돌출되는 두 개의 플랜지(50)가 구비된 포크형의 것이 바람직하다. 장착 베이스(52)는 한 쌍의 하퇴 주봉(Post bar)(54)에 견고하게 연결된다. 후면에는 하나의 후판(56)이 구비된다. 한 쌍의 봉(54)과 후판(56)은 중앙부(14B)의 일부를 구성한다. 이들은 모두 하단부(14C)에 연결되며, 하단부(14C) 자체는 두 개의 요소(60, 62)로 나뉘어진다. 제1 요소(60)는 그 하부에 제2 요소(62)가 결합되는 U자형의 요소이다. 제2요소(62)는 그 하부에 인공 발(20)이 구비되는 보강재(Extension)이다. 인공 발(20)을 연결하기 위한 발 연결수단(19)에는 스크류가 삽입되는 한 세트의 끼움홀이 포함될 수 있다. 다른 유형의 커넥터가 사용될 수도 있다.

인공 발(20)로는, 예컨대 College Park Industries Inc.사에서 제작되는 표준 26cm Trustep 의족용 발 또는 Ossur Inc.사에서 제작외는 Allurion 모델 ALX5260 의족용 발이 사용될 수 있다. 선택된 인공 발이 적어도 상기 설명한 바와 같은 동적인 응답을 수행할 수만 있다면, 다른 유형의 분절형 또는 비분절형 인공 발(20)을 사용할 수 있다. 의족(10)의 디자인은 부품에 따라 달라지며, 이에 따라 어떠한 형태로도 조정될 수 있다. 인공 발(20)은 노출된 금속 또는 합성물 구조를 가질 수 있다. 또한, 사람 발목과 발의 외관을 부여할 수 있는 장식적인 외장재가 사용될 수도 있다.

한 쌍의 봉(54)과 후판(56)에 의해 작동체(16)의 대부분이 위치하게 되는 공간(58)이 제공된다. 후판(56)의 한쪽면에는 다양한 전자적 및 전기적 요소들이 결합될 수 있다. 컴팩트한 디자인으로 인해 전체적인 면에서 정상적인 사람의 다리 형태를 유지할 수 있게 해준다.

상기 직선 작동체(16)는 도 15에 도시되었다. 작동체(16)의 상단부(16A)는 피봇부(80)에 의해 무릎부재(12)에 연결되고, 하단부(16B)는 하퇴부재(14)의 하단부(14C)에 연결된다. 작동체(16)의 기능은, 시상면(Sagittal plane)에서 절단자의 움직임과 동시에 각도 변경을 수행하는 데에 필요한 기계적 에너지를 의족(10)에 제공하는 것이다. 작동체(16)의 직선 움직임은 하퇴부재(14)에 대한 무릎부재(12)의 각도를 조정하는 데에 사용된다. 작동체(16)에는 직선 동작을 회전 동작으로 전환하기 위한 기계장치(72, 74)와 연결된 전자 모터(70)가 포함된다. 모터의 예로는, Poly-Scientific사에서 제작되는 모델 BN2328EU를 들 수 있다. 모터(70)는 작동체(16) 하부의 고정된 종동체(Follower)와 연결된 스크류(72)를 작동시킨다. 종동체(74)는 종동체 지지체(76)에 의해 지지된다. 종동체(74)와 종동체 지지체(76)는 작동체(16)의 하단부(16B)를 구성한다. 실제 사용시, 모터가 회전할 때, 스크류(72)는 종동체(74)로 회전해 들어가거나, 회전하면서 나오게 된다. 이것은 무릎부재(12)를 밀거나 당기게 됨으로써, 무릎부재(12)와 하퇴부재(14) 사이의 상대적인 회전을 발생시키게 된다.

직선 작동체(16)를 선택함에 있어서는, 현재 모터 기술상의 중량 대 토크 비와 속도가 우선적으로 고려된다. 무릎부재(12)에 직접 연결된 직접 구동 시스템이 선호되는데, 이는 이것이 사람의 움직임에 필요한 토크를 더 작은 공간으로 충족하기 때문이다. 작동체(16)가 약 515N의 지속적인 힘과 약 2250N의 최대 힘을 공급할 수 있으면 이상적이라고 밝혀졌다.

제2 피봇부(80)는 작동체(16)의 상단부(16A)를 무릎부재(12)에 구동적으로 연결한다. 제2 피봇부(80)는 제1 피봇 축(31)에 사실상 평행한 제2 피봇 축(81)을 규정한다. 이것 역시 제1 피봇 축(31)과 세로 주축(15)에 의해 규정되는 면으로부터 이격된다. 이러한 구성의 예가 도 6에 도식적으로 설명되고 있다. 이 다이아그램은 다양한 피봇 축들을 나타낸다. 제1 피봇 축(31)은 "O"로 표시되었다. 제2 피봇 축(81)은 글자 "C"로 표시되었다. 양 축(O, C)은 거리 "r"로 이격되어 있다. 이 거리에 의해 지레력(Lever arm)이 형성됨으로써, 작동체(16)로 하여금 무릎부재(12)에 대응하여 하퇴부재(14)를 움직일 수 있도록 해준다.

도 5는 제2 피봇부(80)에, 기계적 커넥터(84)에 삽입되어 작동체(16)의 상단부(16A)를 형성하는 베어링(82)이 포함된다는 것을 보여준다. 베어링(82)은 예컨대 INA Inc.사에서 제작되는 니들 베어링 모델 NK14/16과 같은 니들 베어링(Needle bearing)일 수 있다. 이것은 쇼울더 스크류(86)와 알루미늄 이격부재(88)에 의해 지지된다. 베어링(82)은 약 11500N(2600lbf)까지의 정적인 부하를 지탱할 수 있어야 하며, 1 내지 3의 통상적인 오정렬을 허용할 수 있어야 한다. 니들 베어링(82)이 바람직한데, 이는 이것이 끼움쇠테형(Bushing) 또는 막대형에 비해 기계적인 틈이 없고 마찰 계수가 작기 때문이다. 물론, 다른 유형의 베어링이 사용될 수도 있다. 기계적 커넥터(84)와 무릎부재(12)의 플랜지(24) 상의 대응하는 홀은 굴대(90)로 연결된다. 기계적 커넥터(84)는 후기하는 장착부재(Load cell)(92)를 사용하여 모터(70) 상에 결합된다.

작동체(16)의 하단부(16B)는, 도 4 및 5에 나타낸 바와 같이, 제3 피봇부(100)를 사용하여 하퇴부재(14)에 구동적으로 연결된다. 제3 피봇부(100)는 제3 피봇축(101)을 규정하며, 또한 바람직하게는, 하퇴부재(14) 하단부(14B)의 제1요소(60)에 구비된 해당 하우징(64)에 각각 장착되는 하나 이상의 니들 베어링(102)을 포함한다. 두 개의 표준 니들 베어링(102)이 이와 같은 목적으로 사용될 수 있는데, 예컨대 INA Inc.사의 모델 NK14/16과 같은 것이 사용될 수 있다. 물론 제2(80) 및 제3 피봇부(100)에 다른 유형의 베어링이 사용될 수도 있다. 제3 피봇부(100)는 한 세트의 스크류(106)와 이격부재(108)에 의해 완성된다.

의족(10)의 여러 구조체들은 경량의 물질, 예를 들면 알루미늄이나, 섬유, 유리섬유와 같은 합성물질로 제작되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 열처리된 6061T6 알루미늄이 적합하다. 여러 부분들은 서로 스크류결합되는 것이 바람직하나, 용접 또는 다른 방법으로 결합될 수도 있다. 부분들을 스크류결합하는 것이 바람직한 것은, 이것이 제조성을 증가시키고 부품의 수리 및 표환을 용이하게 하며 항상 전체적인 외관을 개선시키기 때문이다.

도 7은 도 2 및 4에 나타낸 특수화 기계적 지지체(38)를 보여준다. 특수화된 기계적 지지체(38)는, 1차적으로, 하기와 같은 광학 스위치를 고정하는 데에 사용된다. 2차적으로, 특수화된 기계적 지지체(38)는 의족(10)의 상대적으로 고정된 부분과 상대적으로 동작가능한 부분 사이의 케이블(미도시) 간의 전이(Transition)를 촉진하는 데에도 사용된다. 무릎부재(12)의 브라켓(42)에 결합된 커넥터(78)가 필요한 연결을 제공한다. 이와 유사한 커넥터(78)가 모터(70)에도 제공된다. 부품(254) 상의 두 부분으로 나뉘어진 와이어 꺽쇠(Clamp)(39A,39B)가 와이어를 지지체(38) 상에 지지할 수 있게 하여 준다.

제어 시스템

도 1 내지 도 7의 의족에 도시된 상기 작동체(16)는 도 14에 도시된 제어 시스템(200)에 의해 제어된다. 이 도면에서는 우선 한 세트의 인공 자기수용체(Proprioceptor)(210)를 볼 수 있는데, 이것은 절단자 움직임의 동역학에 관한 실시간 정보를 얻는 데에 사용되는 센서이다. 인공 자기수용체(210) 세트는 검출 정보를 컨트롤러(220)에 제공한다. 컨트롤러(220)는 작동체(16)에 의하여 적용되어야 하는 관절(Joint) 궤적과 필요한 힘을 결정한다. 다음에, 그 자체가 전원(240)에 연결되어 있는 동력전달장치(Power drive)(230)를 통하여 설정값(관절 궤적 및 필요한 힘)이 작동체(16)로 보내진다.

전원(240)은, 예컨대 Cine Power International Ltd.사에서 제작되는 Lighting Powerbelt 모델과 같은 배터리 팩 벨트일 수 있다. 전원(240)의 다른 예로는 Worley Inc.사에서 제작되는 배터리 모델 SLPB526495 및 Cap-XX에 의해 제조되는 축전지를 들 수 있다. 동력전달장치(230)의 예로는, Copley Controls Corps Inc.사에서 제작되는 5121 모델, 및 Advanced Motion Control에서 제작되는 모델 BE40A8을 들 수 있다. 전원(240)과 동력전달장치(230)의 디자인이 상기한 것에 한정되는 것은 아니며, 선택되는 장치가 의족(10)에 사용되는 해당 작동체(16)의 전기적 특성에 부합하기만 하다면 어떠한 맞춤식 또는 기성의 제품에 의해서도 수행될 수 있음에 유의해야 한다.

바람직하게는, 의족(10)은 피드백 정보를 컨트롤러(220)에 제공하는 한 세트의 센서(250)를 포함한다. 이러한 피드백 정보는 컨트롤러(220)가 힘이나 다른 다양한 파라메터들을 조정하는 것을 가능하게 하여 준다. 측정 가능한 파라메터의 예로는 무릎부재(12)의 상대 각도와 작동체(16)에 의해 부여되는 무릎부재(12)에서의 토크(Torque)를 들 수 있다. 다른 유형의 측정도 가능하다. 무릎부재(12)의 상대 각도의 측정은 예를 들어, 헤드 독해 모델 EM1-0-250과 같이 시판되는 표준 증분 광학 부호기(Incremental optical encoder)(260) 및 US Digital Inc.사에서 제작되며 균등 이격 증분 모델 LIN-250-16-S2037로 표시되는 Mylar^® strip(262)에 의해 수행될 수 있다. 의족(10)의 각도적 움직임을 한정하기 위한 리미트 스위치로 사용되는 다른 센서들은, 바람직하게는 특수화 기계적 지지체(38) 상에 장착된 광학 스위치이다. 의족(10)의 내부 요소에 외부 장치를 연결하는 것은 도 1 및 도 2에 나타낸 케이블 커넥터(78)에 의해 가능하다.

광학 스위치(252)는 제1 피봇 축(31)에 고정되며, 무릎부재(12)의 기준 각도 위치를 세팅하는 데에 사용된다. 일단 이 기준 위치가 알려지면, 모터 회전, 롤러-스크류 피치 및 의족 기하학을 이용하여 무릎부재(12) 각도를 계산하는 데에 사용된다. 또한, 광학 스위치(252)는, 무릎부재(12)가 한계 위치에 접근하는 경우 컨트롤러(220)에 신호를 보냄으로써 범위 밖까지 움직이는 것을 방지해주는 데에 사용된다. 물론, 광학 스위치(252)는 스위치의 탐지와 관련한 요구의 특성에 따라 다른 목적으로 사용될 수도 있다. 무릎부재(12)의 상대 각도를 측정하는 다른 가능한 방법으로는 예를 들어, US Digital Inc.사에서 제작되는 부호기 모델 E2-512-250-I와 같은 절대 광학 부호기와 광학 스위치의 조합을 사용하는 것이 있다. 이러한 스위치의 예로는 SUNX에 의해 제작되는 스위치 모델 PM-L24를 들 수 있다.

토크의 측정은 장착부재(92)에 의해 측정되는 작동체(16)에 의해 주어지는 힘으로부터 얻어진다. 장착부재의 예로는 Omegadyne에서 제작되는 모델 LC202 1K를 들 수 있다. 모터(70) 상의 커넥터는 SOQN 센서를 케이블에 연결할 수 있도록 하여 준다. 의족(10)의 센서(250)가 상기한 장치로 한정되는 것은 아니며 다른 적당한 기기에 의해 수행될 수 있음에 유의하여야 한다.

전면 작동체의 작동

작동상, 무릎부재(12)는 소켓(18)에 연결되고, 피봇부(30)는 가로의 수평축 부근에서 하퇴부재와 무릎 사이의 상관적인 이동을 허용한다. 하퇴부재(14)와 연관된 무릎부재의 회전은 작동체(16)의 작동에 의해 제어된다. 상기 작동체(16)는 그 길이의 변화가 피봇(30) 근처에서 상응하는 회전을 유발하도록 무릎부재(14)상의 피봇부(80)와 하퇴부재(14)의 하단에 있는 피봇부(100) 사이에서 작동된다.

상기 작동체(16)의 길이는 한 방향 또는 다른 방향으로 스크류(72)를 회전시키는 모터(70)에 동력을 제공하는 컨트롤러(220)로부터의 제어 신호에 의해 조절된다. 상기 스크류(72)의 회전은 종동체(74)가 상기 스크류(72)를 따라 움직이도록 하며, 이러한 움직임은 상기 피봇부(100)에 의한 연결을 통해 하퇴부재(14)로 전달된다. 이것은 원하는 운동을 제공하기 위해 피봇축(30) 근처에서 무릎부재(12)와 하퇴부재(14)의 상응하는 회전을 유발한다. 회전율과 회전범위는 상기 모터(70)로의 제어신호에 의해 조절되며, 의족에 장착된 센서는 상기 컨트롤러(220)로 피드백을 제공한다.

후면 작동체식 구성

도 8 내지 13은 제2 실시예에 따른 의족을 나타낸다. 이는 후면 작동체식 구성을 가지는 의족의 예를 설명하고 있다. 본 실시예는 전면 작동체식 구성의 것과 매우 유사하다. 본 실시예는 다른 종류의 작동체(16)와 다른 모델의 인공 발(20)을 가지는 의족에 대해 설명한다. 하퇴부재(14)의 중앙부(14B)는 2개가 아닌 4개의 봉(54)을 사용한다. 여기에는 후판이 없다. 또한, 하퇴부재(14)에는 하부 보강재가 구비되지 않는다.

또한, 하퇴부재(14)는, 예를 들면 무릎부재(12)와 인공 발(20)을 서로 연결시키는 1/2" 하퇴 주봉(54)으로 구성되는 뼈대형(Shell type) 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에서 작동체(16)는, 표준 직선형 모터(도 5)이거나, 시판되는 맞춤형 모터(70)가 장착된 일련의 탄성(Elastic) 작동체(SEA)(도 8)일 수 있으나, 의족은 대략 사이즈만 동일하면 어떤 유형의 직선 작동체(16)도 수용할 수 있도록 디자인된다. SEA 작동체(도 8)는 특성이 공지된 탄성 장치(110)에 연결된 스크류(72)를 포함하는 볼 스크류 트랜스미션(Transmission) 시스템을 가질 수 있다. 이 작동체(16)(도 8)는, 탄성 요소의 변형을 통한 힘의 제어 작동을 가능케 해준다. 또한, 디자인에 따라 에너지 저장, 쇼크 내성 및 상대적으로 안정한 힘의 제어가 가능해진다. SEA 작동체(16)(도 8)는 MIT Leg 시험실의 Gill Pratt에 의해 개발되었으며, 1997년에 미국특허 제5,650,704호로 특허되었다. 더 상세하게 설명하자면, 여기에는 Litton BN23-28 모터(70)와 3/8" 직경, 1/8" 피치의 볼 스크류가 구비될 수 있다. SEA 작동체(16)(도 8)는 Yobotic Inc.사에서 시판되고 있다.

도 8에 도시된 구조에서, 토크(torque)는, 예를 들면, 노보테크닉 인코포레이티드(Novotechnik Inc.)에 의해 제조되는 전도성 플라스틱 저항 요소 모델 PTN025와 같은 작동체(16)의 탄성 기구의 수축을 측정하는 표준 상용 전위차계(potentiometer)에 의해 측정될 수도 있다. 상기 무릎부재(12)와 하퇴부재(14)사이의 각의 측정은 상기 작동체(16)의 길이와 의족의 외형의 측정을 통해 직접 계산되어질 수도 있다. 헤드 독해 모델 EMI-0-250과 같이 시판되는 표준 증분 광학 부호기(260)는 이동부에 장착되고, 균등 이격 증분으로 표시되는(US Digital Inc.에 의해 생산되는 모델 LIN-250-16-S2037) 마일러 스트립(Mylar strip)(262)은 고정부에 수납되어진다. 상기 모터(70)가 드라이브 스크류(70)를 회전시킬 때, 상기 작동체(16)의 길이의 직접적인 판독이 가능해진다.

도 13은 후면 작동체식 구성의 기하학적 모델을 설명하는 것이다. 이는 도 6에 나타낸 전면 작동체식 구성의 것과 기본적으로 유사하다.

역전 작동체 (Inverted actuator)

각각의 상기 실시예들에서, 작동체(16)는 무릎부재(12)에 인접하여 모터(70)와 함께 배치되고 종동체(follower)(74)가 하퇴 부재(14)의 하부의 발목 영역으로 연장하도록 배치된다. 이러한 배치는 동력의 경로 및 제어 라인을 단순화하며 일반적으로 자연의 다리 형상에 합치하도록 발목을 향하여 테이퍼 형상을 부여한다. 그러나, 이러한 배치로서 모터(70)는 피봇부(80)와 함께 의족의 이동범위에 걸쳐 이동하며 따라서 모터의 이동량은 무릎부재(12)의 설계에서 고려되어야 한다. 유사하게, 무릎 부재에 인접한 모터(70)의 위치는 사용중인 의족에 부자연스러운 느낌을 초래할 수 있는 다리 이동 중의 중량 분배, 즉 의족의 역학에 변화를 초래한다. 이러한 사고에 주의를 기울이기 위하여 의족(10)의 추가적인 실시예가 도 15 내지 도 21에 도시되는 데, 여기에서 명확성을 위하여 유사한 부품들에 대해서는 첨자(')를 가진 같은 도면부호로 기재할 것이다.

따라서, 특히 도 15 및 도 18에 있어서, 의족(10')은 상판(26')으로부터 연장하는 플랜지(24')를 가진 U 형상의 부재로서 형성되는 무릎부재(12')를 가진다. 상기 플랜지(24')의 하단부는 무릎부재(12')를 하퇴 부재(14')에 연결시키는 피봇부(30')의 일부를 구성하는 각각의 베어링들(34')을 수용한다. 소켓 연결수단(17')은 적절한 소켓에 연결시키기 위하여 상판(26')에 고정된다.

상기 하퇴 부재(14')는 피봇부(30')의 베어링들(34')을 수용하기 위한 구멍들(302)을 가진 한 쌍의 이격된 웹(300)으로 형성된 상단부(14A')를 가진다. 상기 웹들(300)은 중앙부(14B')의 상단부에서 미도시된 어깨부에 고정된다. 상기 중앙부(14B')는 일체로 형성된 전면벽(308)에 의하여 상호 연결된 측방으로 떨어진 측벽들(306)을 가진 개방된 채널 부재(304)로서 형성된다. 상기 채널 부재(304)는 후방벽(310)에 의하여 닫혀지는데, 이 벽은 채널 부재(304) 내부로 진입할 수 있도록 분리가능하다. 이와 같이 중앙부(14B')는 그 위에 부여되는 하중을 견디도록 높은 비틀림 및 휨 강도를 가진 경량의 구조부재를 제공한다.

상기 채널 부재(304)의 상단부 및 하단부(312, 314)는 상단부(14A') 및 하단부(14B')를 수용하도록 확장되어 오목한 중간부(316)를 형성한다. 중간부(316)의 상기 측벽들(306)은 일반적으로 채널 부재(304)의 각 측면 상에 통상 배터리 팩인 에너지 저장 모듈(320)을 지지하는 평면상 측면(flank)을 가진다. 상기 전면벽(308)은 또한 작동체(16')의 작동과 연관된 제어판(319)을 수용하고 에너지 저장 모듈(320)로부터의 동력 흐름을 제어하도록 평면(planar facet)(314)으로 형성된다.

상기 후방벽(310)은 또한 작동체(16')의 제어에 이용되는 또 다른 제어판(322)을 위한 장착부로 작용한다. 전방부 및 후부(326, 328)로부터 각각 형성되는 외각(shell)(324)은 중간부(316)를 포함하여 확장된 상단부 및 하단부(312, 314) 위에 지지된다. 상기 외각(324)은 오목한 중간부(316) 위에 장착된 부품들을 보호할 뿐만 아니라 사람 다리 형상에 합치하는 외양이다.

상기 하퇴 부재(14')의 하단부(14C')는 상기 확장된 하단부(314) 내에 수용된 장착판(330)을 구비한다. 상기 판(330)은 중앙부(14B')에 고정된 작동체(16')의 제어에 이용되는 구동부(322) 및 채널 부재(304)의 하단부에 볼트 결합된다. 소켓(334)은 발 연결수단(20')의 관형 부재(336)를 수용하도록 판(330) 아래 장착된다. 상기 관형 부재(336)는 발 연결수단(20') 위에 형성된 수 소켓(male socket)으로 연장하며, 길이는 특정 개인에 의족을 맞춤 제공하도록 조정될 수 있다. 스커트(338)는 미적 고려를 위하여 관형 부재(336) 둘레로 연장한다.

도 15 및 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 작동체(16')는 스크류(72')를 가진 모터(70')를 구비한다. 상기 작동체(16')는 스크류(72')가 상단부(314) 위로 무릎 부재(12')의 플랜지들(26') 사이로 연장하도록 벽들(308, 310, 312)에 의해 둘러싸이도록 중앙부(14B') 내부에 위치된다. 상기 스크류(72')는 상기 피봇부(30')로부터 떨어진 위치에서 무릎부재(12')에 연결되는 피봇부(80')의 일부를 구성하는 종동체(74')와 결합한다.

상기 모터(70')는 유사하게 피봇부(100')를 통해 상기 피봇부(100')의 베어링들을 수용하는 장착부(340)(도 16)에서 중앙부(14B')의 하단부(314)에 연결된다.

역전 작동체의 동작

역전 작동체의 동작은 기본적으로 전면에 장착된 작동체의 동작과 같은데, 모터(70')의 회전에 의하여 작동체(16')의 유효 길이의 변화를 초래하며 하퇴 부재(14')에 대해 상응하는 무릎 부재(12')의 회전을 유발한다. 이러한 회전 중에 상기 모터(70')는 그 피봇부(100') 둘레로 회전하나 의족의 축을 따라 이동하지는 않는다. 이와 같이 이동 범위에 걸친 상기 모터의 이동량은 감소되어 가용 공간을 더욱 유효하게 이용할 수 있다. 또한 의족의 중량 분배는 의족의 동작에 대해 더욱 자연스런 느낌을 제공하도록 모터의 이동 부족의 측면에서 실질적으로 균일하게 유지되는 것을 알아야 한다.

에너지 모듈과 제어판을 중앙부에 통합시키면 더욱 단순한 유닛을 제공하며 제어 및 동력 전달의 경로를 단순화한다.

최적 각도의 계산

하기와 같은 기술적 명세를 전제한다:

* 몸무게 70kg, 키 170cm인 사람의 정상적인 정강이의 인체측정학적(Anthropometrical) 체적에 대응하는 기하학적 체적;

* 최대 거리 r은 0.055m로 설정, 즉 r<0.055m;

* L_T의 최소 및 최대 거리는 각각 0.3m 및 0.4m로 설정, 즉 0.3m<L_T<0.4;

* d_T의 최소 및 최대 거리는 -0.015m 및 +0.015m로 설정, 즉 -0.015m<d_T<+0.015m;

기하학적 모델은 하기의 식으로 규정할 수 있다:

β = π-θ_fix-α-θ_K 식 1

식 2

식 3

L² = L_A ²+r²-2ㆍL_Aㆍrㆍcosβ 식 4

식 5

여기서,

θ_K는 무릎 각도, 즉 ∠DOA이고,

r은 무릎부재(12)의 회전 중심"O"와 푸릎부재(12) 상의 작동체(16) 연결점 사이의 거리이며,

θ_fix는 r과 잔각의 중심축 사이의 각도, 즉 ∠EOC이고,

L_A는 무릎부재(12)의 회전 중심과 하퇴부재(14) 상의 작동체(16) 연결점 사이의 거리

이며,

L_T는 무릎부재(12)의 회전 중심과 하퇴부재(14)의 연결점 사이의 길이

이고,

d_T는 하퇴부재(14)의 중심축과 하퇴부재(14)의 작동체(16) 연결점 사이의 거리

이며,

α는 L_T와 L_A 사이에 형성되는 각도, 즉 ∠AOB이고,

L은 작동체(16)의 길이

이며,

β는 L_A와 r 사이에 형성되는 각도, 즉 ∠BOC이고,

b_r은 제1 피봇 축(31)에 대한 작동체(16)의 지레력(Lever arm)이다.

바람직하게는, 지레력 b_r은 35도의 무릎 각도 θ_K에서 최대일 것으로 추정된다. 기계적 디자인의 기하학 계산은 거리 r, 길이 L_T, 거리 d_T 및 각도 θ_fix의 설정에 근거한다. 따라서, 이러한 파라메터들은 절단자에 대한 인체측정학적 측정치와 선택된 작동체(16)에 따라 결정된다.

각도 θ_fix에 있어서, 최대 지레힘 b_r을 위한 최적값은 식 5가 최대값일 때로서, 다시 말하면 하기와 같을 때이다:

식 6

여기서, θ_fix = π-α-θ_K-β 이다.

도 6 및 13에 나타낸 구성에 있어서 이러한 조건은 하기와 같을 때 달성된다:

식 7

식 1로부터, 거리 r과 소켓 중심축 사이의 각도를 나타내는

은 하기와 같이 규정된다:

식 8

여기서, +π/2 및 -π/2는 각각 후면 및 전면 작동체식 구성에 해당한다.

결과적으로, θ_fix는 125±3도로 설정되는 것이 바람직하다.

팔과 같은 다른 사지에 대안적인 치수와 변수가 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 하지만, 그러한 환경에서의 상술된 기본 요소들의 적용은 기본적인 개념이 이해된 상태에서 이루어질 수 있을 것이다.

Claims

절단된 사지를 대체하기 위한 작동 의족으로서, 무릎-이상 절단자가 사용하기 위한 다리로서의 작동 의족에 있어서,

기본 조인트 부재;

상기 기본 조인트 부재에 소켓을 연결하기 위한 소켓 연결부;

주 세로축을 따라 서로 떨어진 대향 단부들을 갖는 길게 늘인 구조 부재;

말단부를 상기 구조 부재의 끝단에 연결하기 위한 연결부;

피봇(Pivot)부에 의해 규정된 제1축을 중심으로 상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재 사이의 상대적인 회전이 허용되도록 상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재를 작동 가능하게 연결하는 피봇(Pivot)부;

상기 피봇부로부터 떨어진 위치에서 일단부는 상기 구조 부재에 연결되고 그 대향 단부는 제1피봇축의 전방으로 상기 기본 조인트 부재에 연결되며, 확장 혹은 수축은 상기 피봇 축을 중심으로 상기 구조 부재에 대한 상기 기본 조인트 부재의 상응하는 회전을 유도하는 직선 작동체; 및

구조부재의 말단에 결합되고 전방측과 후방측이 구분되는 인공 발을 포함하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1항에 있어서,

상기 작동체는, 상기 제 1축으로부터 떨어지고 실질적으로 평행한 피봇 축들을 가지는 각각의 피봇 연결부에 의하여 상기 기본 조인트 부재 및 구조 부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1항에 있어서,

상기 작동체는 상기 구조 부재 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 3항에 있어서,

상기 구조 부재는 상기 작동체의 대부분이 위치하는 공간을 일반적으로 형성하는 서로 떨어진 적어도 두 개의 봉들을 구비하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 3항에 있어서,

상기 구조 부재는 속이 빈 외각(shell)을 가지며 상기 작동체는 상기 외각 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 5항에 있어서,

상기 외각은 개방된 채널 부재 및 탈착가능한 덮개로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 5항에 있어서,

상기 외각 상에 에너지 저장 모듈이 지지되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 5항에 있어서,

상기 외각 상에 회로판이 지지되는 것을 특징으로 하는 의족.
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제 3항에 있어서,

상기 구조 부재는 상기 구조 부재의 대향 단부 사이로 길게 늘인 후방 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 의족.
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제 1항에 있어서,

상기 기본 조인트 부재 상에 부착되는 소켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1항에 있어서,

상기 작동체를 제어하기 위한 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 15항에 있어서,

상기 컨트롤러는 자기수용체로부터의 입력 신호에 대응하여 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 16항에 있어서,

상기 컨트롤러는 동력 구동부에 연결된 출력부를 구비하며, 상기 동력 구동부는 상기 제어 신호에 응답하여 전원으로부터 인가되는 전기 에너지를 상기 작동체에 공급하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 16항에 있어서,

상기 입력 신호는 상기 작동체상에 장착된 센서들로부터 출력된 신호를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1항에 있어서,

상기 작동체는, 회전 모터와 상기 모터에 의하여 작동되어 상기 모터의 회전운동을 선형운동으로 변환하는 구동 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 19항에 있어서,

상기 구동 부재는 상기 모터에 의하여 회전가능한 스크류와 상기 모터에 의한 회전시 상기 스크류를 따라 변위가능한 종동체인 것을 특징으로 하는 의족.
제 20항에 있어서,

상기 모터는 상기 기본 조인트 부재에 인접하게 위치하며, 상기 종동체는 상기 구조 부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 20항에 있어서,

상기 모터는 상기 구조 부재에 인접하게 위치하며, 상기 종동체는 상기 기본 조인트 부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1항에 있어서,

상기 작동체들 사이에 하중 센서가 설치되며, 상기 의족에 가해지는 하중의 표시를 제공하기 위한 부재들을 구비하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1항에 있어서,

상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재 사이의 상대적인 이동의 표시를 제공하기 위한 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 24항에 있어서,

상기 센서는 광학 센서인 것을 특징으로 하는 의족.
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절단된 사지를 대체하기 위한 작동 의족에 있어서,

기본 조인트 부재;

상기 기본 조인트 부재에 소켓을 연결하기 위한 소켓 연결부;

주 세로축을 따라 서로 떨어진 대향 단부들을 갖는 길게 늘인 구조 부재;

말단부를 상기 구조 부재의 끝단에 연결하기 위한 연결부;

피봇부에 의해 규정된 제1축을 중심으로 상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재 사이의 상대적인 회전이 허용되도록 상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재를 작동 가능하게 연결하기 위한 피봇부;

상기 피봇부로부터 떨어진 위치에서 일단부는 상기 구조 부재에 연결되고 그 대향 단부는 상기 기본 조인트 부재에 연결되는 직선 작동체; 및

상기 작동체를 제어하기 위해 자기수용체로부터의 입력 신호에 응답하여 제어 신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하여 구성하되,

상기 작동체의 확장 혹은 수축은 상기 피봇 축을 중심으로 상기 구조 부재에 대한 상기 기본 조인트 부재의 상응하는 회전을 유도하는 것을 특징으로 하는 의족.
절단된 사지를 대체하기 위한 작동 의족에 있어서,

기본 조인트 부재;

상기 기본 조인트 부재에 소켓을 연결하기 위한 소켓 연결부;

주 세로축을 따라 서로 떨어진 대향 단부들을 갖는 길게 늘인 구조 부재;

말단부를 상기 구조 부재의 끝단에 연결하기 위한 연결부;

피봇부에 의해 규정된 제1축을 중심으로 상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재 사이의 상대적인 회전이 허용되도록 상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재를 작동 가능하게 연결하는 피봇부;

상기 피봇부로부터 떨어진 위치에서 일단부는 상기 구조 부재에 연결되고 그 대향 단부는 상기 기본 조인트 부재에 연결되는 직선 작동체; 및

상기 작동체들 사이에 하중 센서가 설치되며, 상기 하중 센서는 상기 의족에 가해지는 하중의 표시를 제공하기 위한 부재들로 구성하되,

상기 작동체의 확장 혹은 수축은 상기 피봇 축을 중심으로 상기 구조 부재에 대한 상기 기본 조인트 부재의 상응하는 회전을 유도하는 것을 특징으로 하는 의족.
절단된 사지를 대체하기 위한 작동 의족에 있어서,

기본 조인트 부재;

상기 기본 조인트 부재에 소켓을 연결하기 위한 소켓 연결부;

주 세로축을 따라 서로 떨어진 대향 단부들을 갖는 길게 늘인 구조 부재;

말단부를 상기 구조 부재의 끝단에 연결하기 위한 연결부;

피봇부에 의해 규정된 제1축을 중심으로 상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재 사이의 상대적인 회전이 허용되도록 상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재를 작동 가능하게 연결하는 피봇부;

상기 피봇부로부터 떨어진 위치에서 일단부는 상기 구조 부재에 연결되고 그 대향 단부는 상기 기본 조인트 부재에 연결되는 직선 작동체; 및

상기 기본 조인트 부재와 상기 구조 부재 사이에서의 상대적인 이동의 표시를 제공하기 위한 센서를 포함하여 구성하되,

상기 작동체의 확장 혹은 수축은 상기 피봇 축을 중심으로 상기 구조 부재에 대한 상기 기본 조인트 부재의 상응하는 회전을 유도하는 것을 특징으로 하는 의족.