KR100953674B1 - 힘 전달 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 강성을 손상시키지 않고 경량화를 추진할 수 있는 힘 전달 부재를 제공한다.

하지의 운동에 보조력 또는 저항력을 주기 위해 관절의 측방에 장착된 힘 발생 장치(4)의 힘을 다리부(T)에 전달하기 위한 힘 전달 부재(6)는, 다리부의 측면에 대향하는 부분(6b)으로부터 전후로 경사지게 갈라진 부분(6c)과, 다리부의 전면에 대향하는 부분 및 다리부의 후면에 대향하는 부분(6d, 6d)으로 이루어지고, 일체 형성된다. 그리고, 다리부의 전면에 대향하는 부분 및 다리부의 후면에 대향하는 부분의 각 선단부에 다리부에 맞닿는 플레이트(7)을 결합한다.

힘 전달 부재, 보조력, 액추에이터, 메인 암부, 브랜치부

Description

힘 전달 부재{FORCE TRANSMISSION MEMBER}

본 발명은 힘 전달 부재에 관한 것으로, 특히, 하지의 운동에 보조력 또는 저항력을 주기 위해 관절(고관절 또는 무릎관절)의 측방에 장착된 힘 발생 장치의 힘을 다리부(대퇴부 또는 하퇴부)에 전달하기 위한 힘 전달 부재에 관한 것이다.

재활훈련 요법을 행하기 위한 장치로서, 힘 발생 장치를 다리부에 직접 장착시키는 것이 특허문헌 1에 제안되어 있다. 문헌 1에 개시된 장치의 구조는 무릎관절의 굴신 운동에 부하를 주기 위한 정토크 구동 어셈블리로부터 상하로 팔이 연장되고, 그 팔의 각 자유단에, 대퇴부 장착 고정 기부, 정강이 장착 고정 기부가 각각 결합되어 있다. 그리고 이들 대퇴부 장착 고정 기부를 대퇴부에 장착함과 아울러, 정강이 장착 고정 기부를 하퇴부에 장착함으로써, 정토크 구동 어셈블리가 무릎관절의 측방에 고정되게 되어 있다.

이것에 의하면, 팔과 고정 기부가 서로 별도의 부재이며, 양자는 나사 기구를 응용한 클램프로 결합되어 있다. 또 각 고정 기부는 상방에서 본 전체 형상이 내측이 벌어진 대략 U자형을 이루고 있고, 그 자유단에 대퇴부, 정강이부와 맞닿는 패드가 설치된 지지부가 나사 수단으로써 고정되어 있다.

이 문헌 1에 기재된 구조에 의하면, 팔의 강도·강성을 높이기 위해서는, 그 단면적을 크게 할 수밖에 없고, 강도·강성을 높이면, 장치의 중량이 증대하지 않을 수 없었다.

특허문헌 1: WO 95/01141호 공보

그러나, 이 종류의 장치는 애당초 근력이 저하된 사람이 사용하는 것이므로, 그 중량은 가능한 한 작은 것이 취급을 용이하게 하는 점에서 바람직하다.

본 발명은 이러한 관점에 입각하여 안출된 것으로, 그 주목적은 강도·강성을 손상시키지 않고 경량화를 추진할 수 있는 힘 전달 부재를 제공하는 것에 있다.

이러한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 하지의 운동에 보조력 또는 저항력을 주기 위해 하지관절의 측방에 장착된 힘 발생 장치의 힘을 하지 부분의 전면 및 후면에 걸어맞추는 전방측 및 후방측 플레이트를 통하여, 상기 하지 부분에 전달하기 위한 힘 전달 부재로서, 상기 힘 전달 부재가 그 상부로부터 상기 전방측 및 후방측 플레이트를 향하여 경사지게 분기하여 연장되는 1쌍의 브랜치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 전달 부재를 제공한다.

이와 같이, 힘 전달 부재가 경사지게 분기하여 연장되는 부분에 의해, 하지 부분의 전면 및 후면에 가하는 힘을 전달함으로써, 최소한의 양의 부재를 사용하여, 높은 기계강도 및 강성을 달성할 수 있다. 특히, 상기 브랜치부가 상기 하지부분 전면 또는 후면에 대향하도록 만곡된 자유단부를 갖는 것으로 하면 된다.

또, 상기 힘 전달 부재가 1피스의 일체 부재로 이루어지는 것으로 함으로써, 복수의 부재를 결합하는 것에 의한 부재의 중복 부분을 해소하여, 더한층의 경량화를 도모할 수 있다.

인간의 하지는 대략 원형 또는 타원형의 단면을 갖지만, 브랜치부의 윤곽이 타원의 일부로 획정되어 있는 것으로 하면, 힘 전달 부재가 하지의 윤곽 형상에 적합하게 추종할 수 있고, 사용자의 쾌적도를 높이고, 강도상의 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 장착시의 바깥쪽으로의 돌출량을 저감시킬 수 있다.

힘 전달 부재가 도립 V자형을 이루고, 상단의 집합부를 힘 발생 장치에 결합할 수도 있지만, 특히, 힘 전달 부재가 힘 발생 장치로부터 하향으로 연장하는 메인 암부를 갖고, 상기 브랜치부가 상기 메인 암부의 하단에 결합되어 있음으로써, 상기 힘 전달 부재가 측방에서 보았을 때에, 도립 Y자형을 이루는 것으로 하면 된다.

도 1 은 본 발명이 적용된 보행 보조 장치의 전체 구성을 도시하는 사시도이다.

도 2 는 본 발명에 의한 힘 전달 부재로서의 토크 전달 암의 사시도이다.

도 3 은 토크 전달 암의 측면도이다.

도 4 는 토크 전달 암의 하면도이다.

도 5 는 토크 전달 암의 전면도이다.

(부호의 설명)

1 보행 보조 장치 3 대퇴부 장구

4 회전 액추에이터 6 토크 전달 암

6b 메인 암부 6c 브랜치부

6d 자유단부 T 대퇴부

이하에 첨부의 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용된 보행 보조 장치의 개략적인 구성도이다. 이 보행 보조 장치(1)는 허리부 장구(2)과, 대퇴부 장구(3)와, 허리부 장구(2)가 결합된 보조동력 발생용 전동 모터로 이루어지는 회전 액추에이터(4)로 구성되어 있고, 허리부 장구(2)를 허리부에 장착함으로써 회전 액추에이터(4)를 사용자의 고관절의 측방에 고정함과 아울러, 대퇴부 장구(3)를 대퇴부(T)에 장착함으로써 회전 액추에이터(4)의 회전력을 대퇴부(T)에 전달할 수 있게 되어 있다. 또한, 도 1에 도시한 것은 좌우의 양다리에 대응하는 1쌍의 액추에이터(4)를 구비하고 있지만, 이것은 일방의 다리에만 대응시킨 것으로 할 수도 있다.

허리부 장구(2)는, 예를 들면 두꺼운 천으로 제조된 허리부 보호대(2a)와, 실질적으로 강체로 이루어지는 후배부 프레임(2b)으로 이루어지고, 허리부에 둘러감은 허리부 보호대(2a)의 외측의 배면에 후배부 프레임(2b)을 맞닿게 하고, 또한 후배부 프레임(2b)의 양단에 결합된 벨트(2c)를 단단히 죔으로써, 허리부에 확실하게 장착할 수 있게 되어 있다.

회전 액추에이터(4)는, 후배부 프레임(2b)의 좌우측 단부에, 전후 방향에 축을 둔 힌지(5)를 통하여 결합되어 있고, 대퇴부(T)의 측방으로의 다리벌림 운동에 대한 추종성과 대퇴부 장구(3)의 대퇴부(T)에 대한 장착 용이성을 확보할 수 있도 록 구성되어 있다.

대퇴부 장구(3)는 회전 액추에이터(4)의 출력 토크를 대퇴부에 전달하기 위한 토크 전달 암(6)과, 대퇴부(T)를 전후에서 끼워서 대퇴부(T)의 전면 및 후면에 적당한 가압 접촉력을 작용시키도록, 토크 전달 암(6)에 결합된 박판으로 이루어지는 전후 1쌍의 서포트판(7)을 구비하고 있다. 이 1쌍의 서포트판(7)의 대퇴부(T)와의 접촉면에는 도시되지 않은 쿠션 패드가 피착되어 있다.

토크 전달 암(6)은, 도 2∼5에 도시하는 바와 같이 회전 액추에이터(4)의 회전부에 볼트 등을 사용하여 결합되는 평평한 베이스부(6a)와, 베이스부(6a)로부터 수하되고, 또한 회전 액추에이터(4)의 두께(축방향 치수)에 대응하여 바깥 방향으로 옵셋된 메인 암부(6b)와, 메인 암부(6b)의 하단으로부터 전후로 갈라진 1쌍의 브랜치부(6c)로 이루어져 있고, 전체로서는 측면으로 보아 역Y자형을 이루고 있다. 그리고 양 브랜치부(6c)의 각 자유단(6d)은 대퇴부(T)의 전면, 및 후면에 대향하도록 안쪽 방향으로 구부려지고, 그 각 단부에 상술한 서포트판(7)이 각각 고정되게 되어 있다.

양 서포트판(7)의 외면에는, 상하로 긴 판 스프링으로 이루어지는 가요성 연결판(8)이 그 상하 양단을 고정하고 있고, 서포트판(7)으로부터 약간 떨어진 그 상하방향 중간부에, 토크 전달 암(6)의 브랜치부(6c)의 각 자유단(6d)이 결합되어 있다. 또한, 브랜치부(6c)의 각 자유단(6d)과 서포트판(7)의 결합부는, 예를 들면 볼트/너트를 사용하여, 볼트 구멍을 적당한 피치로 복수 설치하는 등, 사용자의 체격에 따라 그 결합위치를 조절 가능하게 구성해 두면 된다.

이들 후배부 프레임(2b), 토크 전달 암(6) 및 양 서포트판(7)은 고강성화와 경량화의 양립을 기도하여 예를 들면 카본이나 케블러 등의 섬유로 강화한 합성 수지재(FRP)로 형성되어 있다.

상기한 베이스부(6a), 메인 암부(6b), 브랜치부(6c) 및 자유단(6d)를 일체 형성한 토크 전달 암(6)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보아 안쪽 방향으로 벌어진 횡U자형을 하고 있다. 또 토크 전달 암(6)의 주요부는, 도 5에 함께 도시하는 바와 같이, 토크 전달 암(6)의, 특히 그 브랜치부(6c)는 대퇴부의 외주면의 윤곽을 따르도록 적당한 곡률의 타원의 일부를 이루고 있다.

브랜치부(6c)에는, 대퇴부(T)의 전후의 움직임에 의해, 굽힘응력 및 전단응력이 작용하지만, 브랜치부(6c)가 메인 암부(6b)로부터 비스듬히 아래 방향으로 연장되어 있으므로, 표면적을 크게 하지 않고, 수직 단면, 수평 단면 모두 단면 계수를 보다 크게 할 수 있다. 따라서, 중량이 과도한 증대를 수반하지 않고, 강도·강성을 높일 수 있다.

토크 전달 암(6)은 1장의 판재로 구성할 수도 있는데, 중간층을 벌집 구조로 하고 박판으로 양면을 끼우는 적층구조로 함으로써, 높은 강도·강성의 확보와 경량화를 고차원으로 양립할 수 있다. 강도·강성을 더한층 높이기 위해서, 도면에는 도시하지 않지만, 리브나 플랜지 등을 요소에 설치하여 보강해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

상기 실시형태에서는, 토크 전달 암(6)의 측면으로 본 형상을 역Y자형으로 했는데, 본 발명은 요컨대 회전 액추에이터(4)와의 결합부(베이스부(6a))로부터 경사지게 분기하여 전후 1쌍의 암(브랜치부(6c))을 연장하면 되고, 예를 들면 역V자형이어도 된다. 또 허리부 장구(2) 또는 패드를 포함하는 서포트판(7)의 형태에 대해서도, 본 실시형태는 어디까지나 일례이며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또 고관절의 측방에 액추에이터를 장착하는 것만을 예시했는데, 본 발명은 무릎관절의 측방에 액추에이터를 장착하는 것과도 동일하게 적용 가능하다. 또한, 본 발명에 사용하는 힘 발생 장치로서는, 구동력을 발생하는 회전 액추에이터뿐만 아니라, 스프링, 또는 점성 유체로 저항력을 발생하는 회전 댐퍼도 된다.

Claims (6)

1. 하지의 운동에 보조력 또는 저항력을 주기 위해 하지 관절의 측방에 장착된 힘 발생 장치의 힘을 하지 부분의 전면 및 후면에 걸어맞추는 전방측 및 후방측 플레이트를 통하여, 상기 하지 부분에 전달하기 위한 힘 전달 부재로서,

   상기 힘 전달 부재가 그 상부로부터 상기 전방측 및 후방측 플레이트를 향하여 경사지게 분기하여 연장되는 1쌍의 브랜치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 전달 부재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 브랜치부가 상기 하지 부분 전면 또는 후면에 대향하도록 만곡한 자유단부를 갖는 것을 특징으로 하는 힘 전달 부재.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 힘 전달 부재가 1피스의 일체 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 힘 전달 부재.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 브랜치부의 윤곽이 타원의 일부로 획정되어 있는 것을 특징으로 하는 힘 전달 부재.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 하지관절이 고관절로 이루어지고, 상기 하지 부분이 대퇴부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 힘 전달 부재.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 힘 전달 부재가, 상기 힘 발생 장치로부터 아래 방향으로 연장되는 메인 암부를 갖고, 상기 브랜치부가 상기 메인 암부의 하단에 결합되어 있음으로써, 상기 힘 전달 부재가 측방에서 보았을 때에 도립 Y자형을 이루는 것을 특징으로 하는 힘 전달 부재.

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