KR101230458B1 - 무릎관절 재활운동기구 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구는, 일측으로 연장되는 상부프레임을 구비하는 상부지지대; 상기 상부프레임의 끝단을 향해 연장되는 하부프레임을 구비하는 하부지지대; 상호 교차하는 방향으로 배열되어 양단이 각각 상기 상부프레임 및 하부프레임에 회전 가능한 구조로 결합되는 제1 회전링크와 제2 회전링크를 구비하는 링크회전부;를 포함하여, 상기 상부지지대에 대해 상기 하부지지대가 회전될 때, 상기 하부지지대의 회전각도에 따라 상기 하부지지대의 회전중심이 변경되도록 구성된다. 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구는, 상부지지대와 하부지지대의 회전중심이 인간의 무릎처럼 회전각도에 따라 이동되므로 사용자의 무릎에 무리를 주지 아니하고, 상부지지대와 하부지지대 간의 각도가 변경되도록 상기 하부지지대에 인가되는 회전력이 하부지지대의 좌우측에 고르게 전달되므로 상부지지대와 하부지지대 간의 결합방향이 비틀어지는 현상 없이 하부지지대가 안정적으로 회동된다는 장점이 있다.
Description
본 발명은 환자의 종아리와 대퇴부에 각각 장착되어 무릎을 굽히고 펴는 재활운동을 위한 재활운동기구에 관한 것으로, 더 상세하게는 사람의 무릎이 실제로 움직이는 것과 유사하게 종아리의 회전중심이 지속적으로 변화되도록 구성되는 무릎관절 재활운동기구에 관한 것이다.
단위근력 약화나 수술로 인해 보행능력이 떨어지는 사람들은 장기간 움직이지 못하기 때문에 보행에 필요한 관절과 단위근력이 약화되고 굳어지게 된다. 특히, 골절환자는 골유합을 위해 장기간 깁스를 하거나 고정장치에 의해 움직이지 않는 상태로 있기 때문에 깁스나 고정장치를 푼 후에는 관절과 전체 골격에 갑작스런 움직임을 주어서는 안된다.
따라서, 노화로 인한 보행근력이 약화되어 활동성이 저하된 노인, 단위근력 약화로 인해 보행능력이 약화된 사람에게는 지속적으로 단위근력을 증가시켜줄 수 있는 운동이 필요하고 골절로 인해 골유합을 시도해 장기간 움직이지 않은 환자들은 점진적으로 관절을 운동시켜 줌으로서 무리 없이 보행을 시도할 수 있는 상태로 만들어야 한다.
보행능력은 고관절과 무릎관절 및 발목관절의 운동이 원활하게 이루어질 때 향상될 수 있고, 이들 각 관절은 부드러운 물렁뼈로 된 관절막과 근육 및 힘줄로 둘러 싸여 있어 보행능력의 향상을 위한 재활운동장치는 이들 요소에 효과적인 운동을 부여할 수 있도록 요구된다.
이와 같은 필요에 의해 종래에 사용되어진 재활운동기구는 기계적으로 관절부위에 반복적인 굴신운동을 제공함으로서 관절의 수동운동에 의해 점진적으로 근력을 회복시킴으로서 보행능력을 효과적으로 향상시킬 수 있다는 점에 착한된 것으로 다리를 받치는 프레임에 동력화 된 링크 기구를 사용하여 구부렸다 폈다하는 굴신운동을 제공함으로서 관절을 운동시키도록 구성되어 진다. 이러한 재활운동기구를 흔히 연속수동운동기구(CPM,Continuous Passive Motion)라 한다.
종래의 연속수동운동기구(CPM, Continuous Passive Mption)는 일반적으로, 환자의 허벅지 부위에 장착되는 상부지지대와 환자의 종아리 부위에 장착되는 상부지지대로 구성되되, 상부지지대와 하부지지대가 힌지축으로 결합되어 상기 힌지축을 중심으로 회전 가능하도록 구성된다. 그러나 인간의 무릎은 하나의 회전축을 중심으로 회전하는 것이 아니라, 회전 각도에 따라 회전축의 위치가 변경되도록 이루어져 있으므로, 하나의 힌지축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되는 종래의 연속수동운동기구를 이용하는 경우, 무릎과 연속수동운동기구 간의 회전축이 어긋남으로 인하여 무릎에 손상이 가해질 우려가 있다.
또한, 별도의 구동부를 이용하여 상부지지대와 하부지지대 간의 결합각도를 변경시키는 경우, 상기 구동부를 상부지지대와 하부지지대가 상호 연결되는 힌지축의 어느 일측에 장착시키는 것이 일반적인데, 이와 같이 구동부를 힌지축의 어느 일측에 장착시키면, 상부지지대와 하부지지대가 결합되는 부위 중 구동부가 장착된 부위가 반대편 부위보다 미세하게나마 일찍 회전을 시작하게 되므로 상부지지대와 하부지지대 간의 회전이 원활하게 이루어지지 못한다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 상부지지대와 하부지지대의 회전중심이 인간의 무릎처럼 지속적으로 이동될 수 있고, 별도의 구동부를 이용하여 상부지지대와 하부지지대를 회전시킬 때 상기 구동부에서 발생되는 회전력이 상부지지대와 하부지지대의 좌우측에 고르게 전달될 수 있도록 구성되는 무릎관절 재활운동기구를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구는, 일측으로 연장되는 상부프레임을 구비하는 상부지지대; 상기 상부프레임의 끝단을 향해 연장되는 하부프레임을 구비하는 하부지지대; 상호 교차하는 방향으로 배열되어 양단이 각각 상기 상부프레임 및 하부프레임에 회전 가능한 구조로 결합되는 제1 회전링크와 제2 회전링크를 구비하는 링크회전부;를 포함하여, 상기 상부지지대에 대해 상기 하부지지대가 회전될 때, 상기 하부지지대의 회전각도에 따라 상기 하부지지대의 회전중심이 변경되도록 구성된다.
상기 제1 회전링크는 일측이 상기 상부프레임의 선단부 중 상측 부위에 결합되고 타측이 상기 하부프레임 선단부 중 하측 부위에 결합되며, 상기 제2 회전링크는 일측이 상기 상부프레임 선단부 중 하측 부위에 결합되고 타측이 상기 하부프레임 선단부 중 상측에 결합된다.
상기 제1 회전링크와 제2 회전링크의 회전축은, 상기 상부프레임 및 하부프레임의 연장방향과 직각을 이루는 방향으로 배열된다.
상기 상부프레임과 하부프레임은 상기 상부지지대와 하부지지대의 좌우측에 각각 구비되고, 상기 링크회전부는 쌍을 이루는 상부프레임과 하부프레임을 연결하도록 장착된다.
동력을 발생시키는 구동부와, 상기 구동부에서 발생되는 동력을 전달받아 상기 하부프레임을 회전시키는 동력전달부를 더 포함한다.
상기 동력전달부는, 일측이 상기 상부프레임에 회전 가능한 구조로 결합되고 타측이 상기 상부프레임 및 하부프레임으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 제1 동력링크와, 일측이 상기 하부프레임에 회전 가능한 구조로 결합되고 타측이 상기 제1 동력링크의 타측에 회전 가능한 구조로 결합되는 제2 동력링크와, 일측이 상기 상부프레임 중 상기 제1 동력링크가 결합된 지점보다 후단측에 회전 가능한 구조로 결합되는 제3 동력링크와, 일측이 상기 제1 동력링크와 제2 동력링크가 결합된 지점에 회전 가능한 구조로 결합되고 타측이 상기 제3 동력링크의 타측에 회전 가능한 구조로 결합되는 제4 동력링크를 포함하여 구성된다.
상기 각 동력링크의 회전축은 상기 제1 회전링크 및 제2 회전링크의 회전축과 나란하게 배열된다.
상기 제1 동력링크의 일측은 상기 제1 회전링크와 상기 상부프레임이 결합된 지점에 회전 가능한 구조로 결합되고, 상기 제2 동력링크의 일측은 하부프레임 중 상기 제1 회전링크가 결합된 지점보다 후단측에 회전 가능한 구조로 결합된다.
상기 구동부는, 직선방향으로 왕복 가능한 직선이송블록을 상기 각 동력링크의 회전축과 직각을 이루는 방향으로 이송시키는 리니어 액츄에이터와, 일측이 상기 제3 동력링크 및 제4 동력링크가 결합된 지점에 회전 가능하도록 결합되고 타측이 연결바에 의해 상기 직선이송블록과 연결되어 상기 리니어 액츄에이터 동작 시 상기 제3 동력링크와 제4 동력링크를 회전시키는 견인링크를 포함하여 구성된다.
상기 리니어 액츄에이터는, 상기 직선이송블록이 구비된 측의 반대측이 상기 각 동력링크의 회전축과 나란한 방향의 회전축을 중심으로 회전 가능한 구조로 상기 상부지지대에 결합된다.
상기 상부프레임과 하부프레임은 상기 상부지지대와 하부지지대의 좌우측에 각각 구비되고, 상기 동력전달부는 쌍을 이루는 상부프레임과 하부프레임을 연결하도록 쌍으로 마련되며, 상기 견인링크는 각각의 동력전달부에 하나씩 장착되고, 상기 리니어 액츄에이터는 한 쌍의 견인링크 사이에 위치되어 발생되는 직선 이송력을 연결바를 통해 한 쌍의 견인링크로 균등하게 전달하도록 구성된다.
본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구는, 상부지지대와 하부지지대의 회전중심이 인간의 무릎처럼 회전각도에 따라 이동되므로 사용자의 무릎에 무리를 주지 아니하고, 상부지지대와 하부지지대 간의 각도가 변경되도록 상기 하부지지대에 인가되는 회전력이 하부지지대의 좌우측에 고르게 전달되므로 상부지지대와 하부지지대 간의 결합방향이 비틀어지는 현상 없이 하부지지대가 안정적으로 회동된다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구에 포함되는 링크회전부의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 구성을 간단하게 표현한 개략도이다.
도 5는 하부프레임이 회전될 때의 링크회전부 동작을 간단하게 표현한 개략도이다.
도 6은 도 4에 도시된 상태에서 하부프레임이 회전된 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구에 포함되는 링크회전부의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 구성을 간단하게 표현한 개략도이다.
도 5는 하부프레임이 회전될 때의 링크회전부 동작을 간단하게 표현한 개략도이다.
도 6은 도 4에 도시된 상태에서 하부프레임이 회전된 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 측면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구에 포함되는 링크회전부의 분해사시도이다.
본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구는 사용자의 허벅지와 종아리에 걸쳐 장착되어, 무릎을 굽히고 펴는 재활운동을 돕기 위한 것으로서, 일측으로 연장되는 상부프레임(110)과 사용자의 허벅지에 장착되는 상부커프(120)를 구비하는 상부지지대(100)와, 상기 상부프레임(110)의 끝단을 향해 연장되는 하부프레임(210)과 사용자의 종아리에 장착되는 하부커프(220)를 구비하는 하부지지대(200)와, 상부지지대(100)와 하부지지대(200)를 회전 가능한 구조로 연결하는 링크회전부(300)를 포함하여 구성된다.
인간의 무릎은 전방십자인대와 후방십자인대가 엇갈리도록 배치되므로, 다리를 접었다 펴는 동작을 할 때 무릎의 회전중심이 지속적으로 변경된다는 특성을 가지고 있다. 이때, 사용자의 허벅지와 종아리에 각각 장착되는 상부지지대(100)와 하부지지대(200)가 하나의 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 즉, 하나의 힌지축을 중심으로 결합되면, 상부지지대(100)에 대해 하부지지대(200)가 회전될 때 상기 하부지지대(200)의 회전중심이 무릎의 회전중심을 따라가지 못하게 되므로, 사용자의 무릎이 손상될 수 있다는 우려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 링크회전부(300)는, 상호 교차하는 방향으로 배열되어 양단이 각각 상기 상부프레임(110) 및 하부프레임(210)에 회전 가능한 구조로 결합되는 제1 회전링크(310)와 제2 회전링크(320)를 구비하는 링크회전부(300)를 포함하여 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 이와 같이 상부지지대(100)와 하부지지대(200)를 회전 가능한 구조로 연결하기 위한 제1 회전링크(310) 및 제2 회전링크(320)가 전방십자인대 및 후방십자인대처럼 상호 엇갈리도록 배열되면, 상부지지대(100)와 하부지지대(200) 간의 결합각도가 변경될 때 즉, 상부지지대(100)에 대해 하부지지대(200)가 회전될 때 상기 하부지지대(200)의 회전중심이 인간의 무릎처럼 회전각도에 따라 가변되는바, 무릎재활운동 시 사용자의 무릎에 무리가 가지 아니하도록 할 수 있다는 장점이 있다.
이때, 하부프레임(210)의 회전중심 이동경로는 사용자 무릎의 회전중심 이동경로와 동일하도록 설정됨이 바람직한데, 인간의 무릎은 개인별 특성에 따라 즉, 전방십자인대 및 후방십자인대의 길이나 위치 등에 따라 회전중심 이동경로가 상이하게 나타나므로, 본 발명에 포함되는 제1 회전링크(310) 및 제2 회전링크(320)의 길이와 결합위치는 사용자의 특성에 따라 자유롭게 변경될 수 있다.
한편, 상부지지대(100)에 대하여 하부지지대(200)가 회전될 때 상기 상부지지대(100)의 선단(도 1에서는 상부지지대(100)의 좌측단)과 하부지지대(200)의 선단(도 1에서는 하부지지대(200)의 우측단)이 상호 간섭되지 아니하도록, 상기 상부지지대(100)의 선단과 하부지지대(200)의 선단이 일정 간격 이격되고, 제1 회전링크(310)는 일측이 상기 상부프레임(110)의 선단부 중 상측 부위에 결합되고 타측이 상기 하부프레임(210) 선단부 중 하측 부위에 결합되며, 상기 제2 회전링크(320)는 일측이 상기 상부프레임(110) 선단부 중 하측 부위에 결합되고 타측이 상기 하부프레임(210) 선단부 중 상측에 결합됨이 바람직하다.
또한, 상부지지대(100)에 대하여 하부지지대(200)가 회전될 때 하부프레임(210)이 어느 일측으로 기울어져 회전되지 아니하도록, 제1 회전링크(310)와 제2 회전링크(320)의 회전축은 상부프레임(110) 및 하부프레임(210)의 연장방향과 직각을 이루는 방향으로 배열됨이 바람직하다. 예를 들어, 본 실시예에 도시된 바와 같이 상부플레임과 하부프레임(210)이 전후방향으로 연장될 때, 제1 회전링크(310)와 제2 회전링크(320)의 회전축은 좌우방향을 향하도록 배열됨이 바람직하다.
한편, 상부지지대(100)와 하부지지대(200)를 연결하기 위한 상부프레임(110)과 하부프레임(210)은, 회전 시 좌측 또는 우측으로 치우쳐 회전되지 아니하도록 도 1에 도시된 바와 같이 상부지지대(100)와 하부지지대(200)의 좌우측에 각각 하나씩 구비됨이 바람직하다. 이와 같이 상부프레임(110)과 하부프레임(210)이 좌측과 우측에 각각 쌍으로 구비되면, 상기 링크회전부(300) 역시 쌍을 이루는 상부프레임(110)과 하부프레임(210)을 각각 연결하도록 쌍으로 마련되어야 할 것이다.
또한 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구는, 하부지지대(200)가 사용자의 힘이 아닌 기계적인 외부동력에 의해 회전될 수 있도록, 동력을 발생시키는 구동부(500)와, 상기 구동부(500)에서 발생되는 동력을 전달받아 하부프레임(210)을 회전시키는 동력전달부(400)를 더 포함할 수 있다.
이때, 사람의 무릎은 일반적으로 -5˚ ~ 135˚ 이내의 범위에서만 회전 가능하도록 이루어져 있으므로, 도 1에 도시된 상태에서 상기 하부프레임(210)이 구동부(500)에 의해 시계방향으로 회전하게 되면 사용자의 무릎이 위로 꺾이게 되어 심각한 손상이 발생된다는 문제가 발생된다. 따라서 상기 동력전달부(400)는 도 1에 도시된 상태에서 하부프레임(210)을 반시계방향으로만 회전시킬 수 있고, 시계방향으로는 더 이상 회전시킬 수 없도록 구성된다. 즉, 상기 동력전달부(400)는, 일측이 상부프레임(110)에 회전 가능한 구조로 결합되고 타측이 상기 상부프레임(110) 및 하부프레임(210)으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 제1 동력링크(410)와, 일측이 하부프레임(210)에 회전 가능한 구조로 결합되고 타측이 제1 동력링크(410)의 타측에 회전 가능한 구조로 결합되는 제2 동력링크(420)와, 일측이 상부프레임(110) 중 상기 제1 동력링크(410)가 결합된 지점보다 후단측(도 2에서는 우측)에 회전 가능한 구조로 결합되는 제3 동력링크(430)와, 일측이 제1 동력링크(410)와 제2 동력링크(420)가 결합된 지점에 회전 가능한 구조로 결합되고 타측이 제3 동력링크(430)의 타측에 회전 가능한 구조로 결합되는 제4 동력링크(440)를 포함하여 구성된다.
즉, 상부프레임(110)과 하부프레임(210)이 회전 가능한 구조로 연결되기 위해서는 3개 이상의 동력링크에 의해 연결되어야 하는데, 본 발명에 포함되는 동력전달부(400)가 제2 동력링크(420)와 제3 동력링크(430)와 제4 동력링크(440)로만 구성되면 제3 동력링크(430)와 제4 동력링크(440)가 구동부(500)에 의해 반시계방향으로 회전될 때 제2 동력링크(420)의 일측(하부프레임(210)과 연결된 측)보다 타측(제4 동력링크(440)와 연결된 측)이 더 아래로 내려감으로써 하부프레임(210)이 위로 들어 올려지는 방향으로 회동되고, 이에 따라 사용자의 무릎이 손상될 수 있다. 본 발명에 포함되는 동력전달부(400)는 상기와 같은 문제를 방지할 수 있도록 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 동력링크(410)가 추가됨이 바람직하다. 이와 같이 제1 동력링크(410)가 추가되면, 제2 동력링크(420)의 일측보다 타측이 더 아래로 내려갈 수 없으므로, 하부프레임(210)이 위로 들어 올려지는 방향으로 회동되지 못하게 함으로써 사용자의 무릎 손상이 원천적으로 방지된다는 이점이 있다.
이때, 상기 각 동력링크의 회전축은 상부프레임(110)과 하부프레임(210)의 회전축과 나란한 방향 즉, 제1 회전링크(310) 및 제2 회전링크(320)의 회전축과 나란한 방향으로 배열되어야 할 것이다. 또한, 제1 동력링크(410)는 제1 회전링크(310)와 체결샤프트를 공유할 수 있도록, 제1 회전링크(310)와 상부프레임(110)이 결합된 지점에 일측(본 실시예에서는 우측)이 회전 가능한 구조로 결합될 수 있다. 또한, 제2 동력링크(420)의 일측(본 실시예에서는 좌측)은 하부지지대(200) 회전 시 제1 회전링크(310)나 제2 회전링크(320)와 간섭되지 아니하도록, 하부프레임(210) 중 상기 제1 회전링크(310)가 결합된 지점보다 후단측에 회전 가능한 구조로 결합됨이 바람직하다.
한편, 하부지지대(200)를 회전시키기 위한 구동부(500)가 상기 하부지지대(200)에 직접 회전을 인가하는 모터로 적용되는 경우, 하부지지대(200)의 각도를 정확하게 조절하기 어려울 뿐만 아니라, 큰 토크를 발생시킬 수 있어야 한다는 문제점이 있다. 따라서 상기 구동부(500)는 직선 이송력을 발생시키도록 구성되고, 상기 동력전달부(400)는 구동부(500)에서 발생된 직선 이송력을 전달받아 하부지지대(200)를 회전시키도록 구성됨이 바람직하다. 즉, 상기 구동부(500)는, 직선방향으로 왕복 가능한 직선이송블록(516)을 각 동력링크의 회전축과 직각을 이루는 방향으로 이송시키는 리니어 액츄에이터(510)와, 일측이 제3 동력링크(430) 및 제4 동력링크(440)가 결합된 지점에 회전 가능하도록 결합되고 타측이 연결바(530)에 의해 직선이송블록(516)과 연결되어 리니어 액츄에이터(510) 동작 시 제3 동력링크(430)와 제4 동력링크(440)를 회전시키는 견인링크(520)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.
이때 상기 리니어 액츄에이터(510)는, 전원 인가 시 회전력을 발생시키는 회전모터(512)와, 상기 회전모터(512)의 회전력에 의해 회전되는 볼스크류(514)와, 상기 볼스크류(514)에 장착되어 볼스크류(514)의 회전방향에 따라 전진 또는 후진하는 직선이송블록(516)을 포함하여 구성된다. 또한 상기 리니어 액츄에이터(510)는, 제3 동력링크(430) 및 제4 동력링크(440)가 회전됨에 따라 직선이송블록(516)이 장착된 부위가 올라가거나 내려가게 되므로, 상기 직선이송블록(516)이 구비된 측의 반대측이 각 동력링크의 회전축과 나란한 방향의 회전축을 중심으로 회전 가능한 구조로 상부지지대(100)에 결합됨이 바람직하다.
또한, 상기 언급한 바와 같이 하부지지대(200)의 안정적인 회동을 위해 상부프레임(110)과 하부프레임(210)이 상부지지대(100)와 하부지지대(200)의 좌우측에 각각 구비되고 동력전달부(400)가 서로 마주보는 상부프레임(110)과 하부프레임(210)을 연결하도록 쌍으로 마련되는 경우, 견인링크(520)는 각각의 동력전달부(400)에 하나씩 장착되어야 할 것이다. 이때, 리니어 액츄에이터(510)의 직선 이송력이 한 쌍의 견인링크(520)에 고르게 전달될 수 있도록, 리니어 액츄에이터(510)는 한 쌍의 견인링크(520) 사이에 위치되며, 직선이송블록(516)에 결합되는 연결바(530)의 양측이 한 쌍의 견인링크(520)에 각각 연결됨이 바람직하다. 이와 같이 직선이송블록(516)이 연결바(530)에 의해 한 쌍의 견인링크(520)와 연결되도록 구성되면, 직선이송블록(516) 전후진 시 한 쌍의 견인링크(520)가 동시에 움직이게 되므로, 하부지지대(200)가 어느 일측으로 틀어지는 현상 없이 원활하게 회동될 수 있다는 장점이 있다.
한편, 상기 견인링크(520)의 일측이 제3 동력링크(430) 및 제4 동력링크(440)가 결합된 지점에 회전 가능하도록 결합되고 직선이송블록(516)과 연결된 타측이 후방(도 2에서 우측방향)으로 연장되면, 직선이송블록(516)이 전진할 때 상기 견인링크(520)가 제3 동력링크(430) 및 제4 동력링크(440)를 앞으로 밀지 못하고, 제3 동력링크(430) 및 제4 동력링크(440)와 연결된 일측을 중심으로 반시계방향으로 회전운동을 하게될 수도 있다. 따라서 상기 견인링크(520)는, 일측이 제3 동력링크(430) 및 제4 동력링크(440)가 결합된 지점에 회전 가능하도록 결합되고, 직선이송블록(516)과 연결된 타측이 전방(도 2에서 좌측방향)으로 연장되도록 구성됨이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 구성을 간단하게 표현한 개략도이고, 도 5는 하부프레임(210)이 회전될 때의 링크회전부(300) 동작을 간단하게 표현한 개략도이며, 도 6은 도 4에 도시된 상태에서 하부프레임(210)이 회전된 본 발명에 의한 무릎관절 재활운동기구의 개략도이다.
도 2에 도시된 무릎관절 재활운동기구의 구성을 링크 구조로 간략화시키면, 도 4와 같이 표시될 수 있다. 이때, 각 회전링크와 동력링크는 직선으로 표기하였고, 회전 가능하도록 결합된 힌지축은 원으로 표기하였다.
먼저, 도 5를 참조하여 하부지지대(200)가 회전될 때 회전중심이 이동되는 원리를 설명한다. 이때, 도 5는 링크회전부(300)의 동작을 설명하기 위한 것이므로, 동력전달부(400) 및 구동부(500)의 표기는 생략하였다.
도 4에 도시된 상태에서 상부지지대(100)가 고정되고 하부지지대(200)가 반시계방향으로 회전하게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 회전링크(310)와 제2 회전링크(320)는 상부지지대(100)와 연결된 우측을 중심으로 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이와 같이 상호 교차하도록 배열된 두 개의 회전링크에 의해 상부지지대(100)와 연결된 하부지지대(200)는, 제1 회전링크(310)의 우측단이나 제2 회전링크(320)의 우측단 중 어느 하나를 중심으로 회전하는 것이 아니라, 사람의 무릎과 같이 회전각도에 따라 회전중심이 일정한 선형 궤적을 따라 이동하게 되는바, 상기 상부지지대(100)와 하부지지대(200)의 절곡 동작은 사람이 다리를 접고 펴는 동작과 매우 유사하게 구현될 수 있다.
이하 도 6을 참조하여, 도 4에 도시된 상태에서 하부지지대(200)가 회전되었을 때 동력전달부(400) 및 구동부(500)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 상태에서 직선이송블록(516)이 인출되면, 상기 직선이송블록(516)과 연결된 견인링크(520)는 직선이송블록(516)을 따라 전방으로 이동하게 되고, 제3 동력링크(430)는 상부프레임(110)과 연결된 하측단을 중심으로 반시계방향으로 회전하고, 제4 동력링크(440)는 전방으로 밀려나게 된다. 이때, 상기 제4 동력링크(440)의 좌측단은 제1 동력링크(410)에 의해 상부프레임(110)에 연결되어 있으므로, 전방으로 직선 이동하지 못하고 도 6에 도시된 바와 같이 제1 동력링크(410)의 우측단을 중심으로 반시계방향으로 회전하면서 아래로 내려가게 된다. 제4 동력링크(440)의 좌측단에 연결된 제2 동력링크(420)는 제4 동력링크(440)의 좌측단을 따라 반시계방향으로 회전하면서 아래로 내려가게 되고, 상기 제2 동력링크(420)와 연결된 하부프레임(210) 역시 반시계 방향으로 회전하여 도 6에 도시된 바와 같이 상부프레임(110)의 하측으로 이동하게 된다. 이때, 하부프레임(210)의 회전은 직선이송블록(516)의 전진 및 후진하는 동안 지속되므로, 제작자는 직선이송블록(516)의 전진 및 후진 스트로크를 적절하게 선정함으로써, 상기 하부프레임(210)의 회전이 사람의 무릎과 동일한 범위 이내(-5˚ ~ 135˚)에서 이루어질 수 있도록 함이 바람직하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 상부지지대 110 : 상부프레임
120 : 상부커프 200 : 하부지지대
210 : 하부프레임 220 : 하부커프
300 : 링크회전부 310 : 제1 회전링크
320 : 제2 회전링크 400 : 동력전달부
410 : 제1 동력링크 420 : 제2 동력링크
430 : 제3 동력링크 440 : 제4 동력링크
500 : 구동부 510 : 리니어 액츄에이터
520 : 견인링크 530 : 연결바
120 : 상부커프 200 : 하부지지대
210 : 하부프레임 220 : 하부커프
300 : 링크회전부 310 : 제1 회전링크
320 : 제2 회전링크 400 : 동력전달부
410 : 제1 동력링크 420 : 제2 동력링크
430 : 제3 동력링크 440 : 제4 동력링크
500 : 구동부 510 : 리니어 액츄에이터
520 : 견인링크 530 : 연결바
Claims (11)
- 일측으로 연장되는 상부프레임을 구비하는 상부지지대;
상기 상부프레임의 끝단을 향해 연장되는 하부프레임을 구비하는 하부지지대;
상호 교차하는 방향으로 배열되어 양단이 각각 상기 상부프레임 및 하부프레임에 회전 가능한 구조로 결합되는 제1 회전링크와 제2 회전링크를 구비하는 링크회전부;
를 포함하여,
상기 상부지지대에 대해 상기 하부지지대가 회전될 때, 상기 하부지지대의 회전각도에 따라 상기 하부지지대의 회전중심이 변경되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무릎관절 재활운동기구.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 회전링크는 일측이 상기 상부프레임의 선단부 중 상측 부위에 결합되고 타측이 상기 하부프레임 선단부 중 하측 부위에 결합되며, 상기 제2 회전링크는 일측이 상기 상부프레임 선단부 중 하측 부위에 결합되고 타측이 상기 하부프레임 선단부 중 상측에 결합되는 것을 특징으로 하는 무릎관절 재활운동기구.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 회전링크와 제2 회전링크의 회전축은, 상기 상부프레임 및 하부프레임의 연장방향과 직각을 이루는 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 무릎관절 재활운동기구.
- 제1항에 있어서,
상기 상부프레임과 하부프레임은 상기 상부지지대와 하부지지대의 좌우측에 각각 구비되고, 상기 링크회전부는 쌍을 이루는 상부프레임과 하부프레임을 연결하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 무릎관절 재활운동기구.
- 제1항에 있어서,
동력을 발생시키는 구동부와, 상기 구동부에서 발생되는 동력을 전달받아 상기 하부프레임을 회전시키는 동력전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무릎관절 재활운동기구.
- 제5항에 있어서,
상기 동력전달부는, 일측이 상기 상부프레임에 회전 가능한 구조로 결합되고 타측이 상기 상부프레임 및 하부프레임으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 제1 동력링크와, 일측이 상기 하부프레임에 회전 가능한 구조로 결합되고 타측이 상기 제1 동력링크의 타측에 회전 가능한 구조로 결합되는 제2 동력링크와, 일측이 상기 상부프레임 중 상기 제1 동력링크가 결합된 지점보다 후단측에 회전 가능한 구조로 결합되는 제3 동력링크와, 일측이 상기 제1 동력링크와 제2 동력링크가 결합된 지점에 회전 가능한 구조로 결합되고 타측이 상기 제3 동력링크의 타측에 회전 가능한 구조로 결합되는 제4 동력링크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무릎관절 재활운동기구.
- 제6항에 있어서,
상기 각 동력링크의 회전축은 상기 제1 회전링크 및 제2 회전링크의 회전축과 나란하게 배열되는 것을 특징으로 하는 무릎관절 재활운동기구.
- 제6항에 있어서,
상기 제1 동력링크의 일측은 상기 제1 회전링크와 상기 상부프레임이 결합된 지점에 회전 가능한 구조로 결합되고, 상기 제2 동력링크의 일측은 하부프레임 중 상기 제1 회전링크가 결합된 지점보다 후단측에 회전 가능한 구조로 결합되는 것을 특징으로 하는 무릎관절 재활운동기구.
- 제6항에 있어서,
상기 구동부는, 직선방향으로 왕복 가능한 직선이송블록을 상기 각 동력링크의 회전축과 직각을 이루는 방향으로 이송시키는 리니어 액츄에이터와, 일측이 상기 제3 동력링크 및 제4 동력링크가 결합된 지점에 회전 가능하도록 결합되고 타측이 연결바에 의해 상기 직선이송블록과 연결되어 상기 리니어 액츄에이터 동작 시 상기 제3 동력링크와 제4 동력링크를 회전시키는 견인링크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무릎관절 재활운동기구.
- 제9항에 있어서,
상기 리니어 액츄에이터는, 상기 직선이송블록이 구비된 측의 반대측이 상기 각 동력링크의 회전축과 나란한 방향의 회전축을 중심으로 회전 가능한 구조로 상기 상부지지대에 결합되는 것을 특징으로 하는 무릎관절 재활운동기구.
- 제9항에 있어서,
상기 상부프레임과 하부프레임은 상기 상부지지대와 하부지지대의 좌우측에 각각 구비되고, 상기 동력전달부는 쌍을 이루는 상부프레임과 하부프레임을 연결하도록 쌍으로 마련되며,
상기 견인링크는 각각의 동력전달부에 하나씩 장착되고, 상기 리니어 액츄에이터는 한 쌍의 견인링크 사이에 위치되어 발생되는 직선 이송력을 연결바를 통해 한 쌍의 견인링크로 균등하게 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무릎관절 재활운동기구.
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Legal Events
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