KR101480542B1

KR101480542B1 - 다수의 스프링과 댐퍼가 구비된 의족

Info

Publication number: KR101480542B1
Application number: KR1020130128671A
Authority: KR
Inventors: 박재열; 심재홍; 송해중
Original assignee: 한국산업기술대학교산학협력단
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-01-09

Abstract

개시된 의족은, 사람의 발의 앞 부분에 대응되는 전족부와, 사람의 발의 중간 부분과 뒷 부분에 대응되는 것으로, 내부 공간을 가진 본체부와, 본체부의 내부 공간에 본체부의 상측벽 및 하측벽과 이격되도록 설치되며, 전단부에는 본체부의 전단부에 형성된 가이드 홈을 통해 본체부의 외부로 돌출되어 전족부에 힌지 결합되는 결합부가 마련된 지지판과, 본체부의 내부 공간에서 지지판의 상면과 본체부의 상측벽 사이에 설치되어 본체부에 대해 전족부가 굽혀지거나 펴질 때 압축되거나 팽창됨으로써 에너지를 저장하거나 방출하는 다수의 스프링과, 본체부의 내부 공간에서 지지판의 하면과 본체부의 하측벽 사이에 설치되어 스프링의 팽창에 의한 충격을 흡수하여 완화시키는 다수의 댐퍼를 포함한다.

Description

다수의 스프링과 댐퍼가 구비된 의족{Artificial foot having multiple springs and dampers}

본 발명은 장애인을 위한 의족에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 스프링과 댐퍼가 구비된 의족에 관한 것이다.

의족(artificial foot)은 외상이나 질병 등이 원인이 되어 발 또는 발을 포함한 다리가 절단되었을 때, 절단된 발의 기능과 형태를 보충하기 위해 장착하는 인공적인 발을 말한다.

최근에는, 장애인의 복지가 향상되고 생활수준이 개선됨에 따라, 절단 장애인의 건강한 삶에 대한 관심과 함께 장애인 스포츠에 대한 요구가 높아지고 있으며, 장애인을 위한 재활훈련에도 다양한 스포츠 활동이 이용되고 있다. 이에 따라, 의족은 단순한 보행뿐만 아니라 동적인 운동에도 적합하도록 연구 개발되고 있는 실정이다.

종래의 의족은 일반적으로 사람의 발 모양과 유사하게 구성된 지지부재와, 상기 지지부재에 설치되어 착용자의 절단된 지체부위에 고정된 고정체에 결합되는 어댑터로 구성되어 있다. 상기 지지부재는 착용자의 몸무게를 지탱하면서 지면으로부터 가해지는 충격이나 진동을 흡수하는 작용을 하게 된다. 그리고, 상기 지지부재의 외측에는 착용자의 실제 발의 형상과 동일 또는 유사하도록 연질 합성수지로 이루어진 외피재가 부착된다.

그런데, 종래의 의족은 착용자의 하중을 견디면서 지면으로부터 가해지는 충격이나 진동을 흡수하는 기능을 가지고 있을 뿐, 기본적으로 사람의 발의 움직임과는 다른 움직임을 보인다. 즉, 사람의 발은 걷거나 뛸 때 발의 앞 부분이 굽혀지면서 지면을 뒤로 밀게 되고, 이에 따른 지면으로부터의 반발력을 이용하여 앞으로 나아가게 되는데, 종래의 의족은 이러한 움직임을 충분히 구현할 수 있는 구조는 갖지 못하였다.

따라서, 단순한 보행뿐만 아니라 동적인 운동에도 적합하게 하기 위해서는 사람의 발의 움직임과 유사한 형태로 작동할 수 있는 의족이 필요하게 되었다.

본 발명은, 다수의 스프링과 댐퍼를 구비하여 사람의 발의 움직임과 유사한 형태로 작동할 수 있도록 구성됨으로써 보행뿐만 아니라 동적인 운동에도 적합한 의족을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 의족은,

사람의 발의 앞 부분에 대응되는 전족부; 사람의 발의 중간 부분과 뒷 부분에 대응되는 것으로, 내부 공간을 가진 본체부; 상기 본체부의 내부 공간에 상기 본체부의 상측벽 및 하측벽과 이격되도록 설치되며, 전단부에는 상기 본체부의 전단부에 형성된 가이드 홈을 통해 상기 본체부의 외부로 돌출되어 상기 전족부에 힌지 결합되는 결합부가 마련된 지지판; 상기 본체부의 내부 공간에서 상기 지지판의 상면과 상기 본체부의 상측벽 사이에 설치되어 상기 본체부에 대해 상기 전족부가 굽혀지거나 펴질 때 압축되거나 팽창됨으로써 에너지를 저장하거나 방출하는 다수의 스프링; 및 상기 본체부의 내부 공간에서 상기 지지판의 하면과 상기 본체부의 하측벽 사이에 설치되어 상기 스프링의 팽창에 의한 충격을 흡수하여 완화시키는 다수의 댐퍼;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 다수의 스프링과 다수의 댐퍼는 상기 지지판의 길이 방향으로 간격을 두고 설치될 수 있다.

또한, 상기 지지판의 상면에는 다수의 설치홈이 형성되고, 상기 다수의 설치홈에는 다수의 스프링 고정부재가 삽입되며, 상기 다수의 스프링 고정부재는 상기 다수의 스프링에 삽입될 수 있다.

또한, 상기 본체부의 전단부의 외면에는 일정한 반경으로 볼록하게 형성된 볼록면이 마련되고, 상기 전족부의 후단부의 외면에는 상기 볼록면과 동일한 반경으로 오목하게 형성된 오목면이 마련되며, 상기 볼록면과 오목면은 서로 슬라이딩 접촉할 수 있다.

또한, 상기 본체부와 전족부의 외측을 둘러싸는 것으로, 사람의 발 모양으로 형성되며 연질 합성수지로 이루어진 외피재를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 의족에 의하면, 본체부와 전족부가 서로 분리되어 힌지 결합되고, 본체부에 대해 전족부가 굽혀질 때 다수의 스프링을 이용하여 에너지를 저장하였다가 지면을 박차는 순간 그 에너지를 방출함으로써 지면으로부터의 반발력을 이용하여 앞으로 나아가게 된다. 이와 같이 본 발명에 따른 의족은 사람의 발의 움직임과 유사한 형태로 작동하게 되므로, 단순한 보행뿐만 아니라 동적인 운동에도 적합한 장점이 있다.

또한, 스프링이 팽창될 때 본체부 내부에 설치된 다수의 댐퍼가 압축되면서 스프링의 팽창에 의한 충격을 흡수하여 완화시키게 되고, 이에 따라 스프링의 팽창에 의한 충격이 의족을 통해 착용자에게 전달되는 것을 완화 또는 차단할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 의족을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 의족의 본체부와 전족부의 결합 부위를 도시한 분해 사시도이다.
도 3과 도 4는 도 1에 도시된 본체부 내부에 설치된 스프링과 댐퍼의 작용을 설명하기 위한 도면들이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 의족에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 의족을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 의족의 본체부와 전족부의 결합 부위를 도시한 분해 사시도이다.

도 1과 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 의족(100)은, 본체부(110)와, 전족부(120)와, 상기 본체부(110) 내부에 설치되며 상기 전족부(120)에 힌지 결합되는 지지판(130)과, 상기 본체부(110) 내부에 설치되되 상기 지지판(130)의 상측에 배치되는 다수의 스프링(140)과, 상기 지지판(130)의 하측에 배치되는 다수의 댐퍼(150)를 포함하여 구성된다.

상기 본체부(110)는, 사람의 발의 중간 부분과 뒷 부분에 대응되는 형상을 가지며, 내부에 공간(112)이 형성된 케이싱 형태로 형성된다. 상기 본체부(110)는 금속재 또는 경질의 합성수지재로 이루어질 수 있다.

상기 본체부(110)의 상면에는 어댑터(118)가 설치되며, 상기 어댑터(118)는 착용자의 절단된 지체부위에 고정된 고정체(10)에 결합된다. 이러한 어댑터(118)의 구성은 결합부위와 고정체(10)의 구조에 따라 다양한 구성을 가질 수 있다.

상기 전족부(120)는, 사람의 발의 앞 부분에 대응되는 형상을 가지며, 금속재 또는 경질의 합성수지재로 이루어질 수 있다. 상기 전족부(120)는 상기 본체부(110)에 대해 소정 각도 회전할 수 있도록 힌지 결합되는데, 이러한 힌지 결합은 상기 본체부(110)의 내부 공간(112)에 설치되는 상기 지지판(130)에 의해 이루어진다.

구체적으로, 상기 지지판(130)은, 상기 본체부(110)의 내부 공간(112)에 설치되되, 상기 본체부(110)의 상측벽 및 하측벽과 소정 간격 이격되도록 설치된다. 예를 들어, 상기 지지판(130)은 상기 본체부(110)의 내부 공간(112)에 수평으로 설치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 지지판(130)도 금속 재질이나 경질의 합성수지재로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 지지판(130)의 전단부에는 상기 본체부(110)의 외부로 돌출되어 상기 전족부(120)에 힌지 결합되는 결합부(132)가 연장 형성된다. 이를 위해, 상기 본체부(110)의 전단부에는 상기 지지판(130)의 결합부(132)가 삽입되는 가이드 홈(114)이 관통 형성된다. 상기 가이드 홈(114)은 일정한 폭을 가지며 수직 방향으로 연장되도록 형성된다.

상기 전족부(120)에도 상기 지지판(130)의 결합부(132)가 삽입되는 삽입홈(122)이 형성되고, 상기 삽입홈(122)의 양측에는 힌지축(124)이 삽입되는 힌지축 삽입홀(127)이 관통 형성된다. 또한, 상기 지지판(130)의 결합부(132)의 단부에도 상기 힌지축(124)이 삽입되는 힌지축 삽입홀(133)이 형성된다. 상기 지지판(130)의 결합부(132)가 상기 전족부(120)의 삽입홈(122)에 삽입된 상태에서 상기 힌지축(124)이 상기 전족부(120)의 힌지축 삽입홀(127)과 상기 지지판(130)의 결합부(132)의 힌지축 삽입홀(133)에 삽입됨으로써, 상기 전족부(120)가 상기 지지판(130)의 결합부(132)에 힌지 결합되는 것이다. 한편, 상기 힌지축(124)이 빠지지 않도록 하기 위해, 상기 힌지축(124)의 단부에 나사부(125)가 형성되고, 상기 나사부(125)에 너트(126)가 결합될 수 있다.

또한, 상기 본체부(110)의 전단부의 외면에는 일정한 반경으로 볼록하게 형성된 볼록면(111)이 마련되고, 상기 전족부(120)의 후단부의 외면에는 상기 볼록면(111)과 동일한 반경으로 오목하게 형성된 오목면(121)이 마련될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 전족부(120)가 상기 본체부(110)에 대해 소정 각도 굽혀지거나 펴질 때, 상기 볼록면(111)과 오목면(121)은 서로 슬라이딩 접촉하게 된다.

상기 본체부(110) 내부에는 다수의 스프링(140)과 다수의 댐퍼(150)가 설치된다. 상기 다수의 스프링(140)으로는 압축 코일 스프링이 사용되며, 상기 지지판(130)의 상측에 배치되고, 상기 다수의 댐퍼(150)로는 유압 댐퍼가 사용될 수 있으며, 상기 지지판(130)의 하측에 배치된다.

구체적으로, 상기 다수의 스프링(140)은 상기 지지판(130)의 상면과 상기 본체부(110)의 상측벽 사이에 설치되어 상기 본체부(110)에 대해 상기 전족부(120)가 굽혀지거나 펴질 때 압축되거나 팽창됨으로써 에너지를 저장하거나 방출하는 작용을 하게 된다. 상기 다수의 스프링(140)의 작용에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다.

상기 다수의 스프링(140)은 상기 지지판(130)의 길이 방향으로 간격을 두고 배치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 스프링(140)은 2열로 배열될 수 있으며, 또한 1열 또는 3열로 배열될 수도 있다.

상기 지지판(130)의 상면에는 소정 깊이로 다수의 설치홈(136)이 형성되고, 상기 다수의 설치홈(136)에는 원기둥 형상의 다수의 스프링 고정부재(137)가 삽입된다. 상기 다수의 스프링 고정부재(137)가 상기 다수의 스프링(140)에 삽입됨으로써, 상기 다수의 스프링(140)은 일정 위치에 설치될 수 있다. 상기 다수의 스프링 고정부재(137)는 상기 지지판(130)의 상면으로부터 돌출된 높이가 상기 다수의 스프링(140)이 최대로 압축되었을 때의 높이보다 작도록 형성된다.

상기 다수의 댐퍼(150)는 상기 지지판(130)의 하면과 상기 본체부(110)의 하측벽 사이에 설치되어 상기 다수의 스프링(140)의 팽창에 의한 충격을 흡수하여 완화시키는 작용을 하게 되며, 이러한 작용에 대해서도 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다. 그리고, 상기 다수의 댐퍼(150)는 지면으로부터 가해지는 충격이나 진동을 흡수하여 완화시키는 작용도 할 수 있다.

상기 다수의 댐퍼(150)로는 유압 댐퍼가 사용될 수 있다. 상기 유압 댐퍼는, 피스톤과 유체의 점성 저항이나 잔류 저항을 이용하여 충격을 완화시키거나 진동을 감쇠시키는 장치로서, 다양한 구조를 가지고 있으나, 일반적으로는 원통 형상의 실린더와 실린더 내부에 삽입되어 진퇴 운동하는 피스톤로드로 이루어져 있다. 상기 유압 댐퍼의 구체적 구성은 잘 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.

상기 다수의 댐퍼(150) 각각의 상단은 상기 지지판(130)의 하면에 고정되고, 각각의 하단은 본체부(110)의 하측벽에 고정된다. 상기 다수의 댐퍼(150)도 상기 지지판(130)의 길이 방향으로 간격을 두고 배치된다. 또한, 상기 다수의 댐퍼(150)도 상기 다수의 스프링(140)과 마찬가지로 2열로 배열될 수 있으며, 또한 1열 또는 3열로 배열될 수도 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 의족(100)은, 상기 본체부(110)와 전족부(120)의 외측을 둘러싸는 외피재(160)를 더 포함할 수 있다.

상기 외피재(160)는 착용자의 실제 발의 형상과 동일 또는 유사하도록 구성되어 상기 본체부(110)와 전족부(120)의 외측을 둘러싸도록 부착된다. 상기 외피재(160)의 발바닥 부위는 사람의 실제 발바닥 형상과 유사하게 형성될 수 있다. 상기 외피재(160)는 사람의 피부와 살의 기능에 가깝도록 사람의 발과 유사한 촉감과 탄성력을 갖는 고무 또는 우레탄 등과 같은 연질 합성수지로 이루어질 수 있다.

아래에서는, 상기한 구성을 가진 본 발명에 따른 의족(100)의 작용을 설명하기로 한다.

도 3과 도 4는 도 1에 도시된 본체부 내부에 설치된 스프링과 댐퍼의 작용을 설명하기 위한 도면들이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 의족(100)은 상기 본체부(110)와 전족부(120)가 분리되어 서로 힌지 결합되어 있으므로, 상기 의족(100)을 착용하고 걷거나 뛸 때, 상기 전족부(120)는 상기 본체부(110)에 대해 소정 각도 굽혀질 수 있게 된다. 이때, 상기 전족부(120)는 지면(20)에 접촉된 상태가 유지되고, 상기 본체부(110)는 지면(20)에 대해 소정 각도 기울어진 상태로 된다. 이에 따라, 상기 지지판(130)도 기울어지게 되면서, 지지판(130)의 상면과 본체부(110)의 상측벽 사이의 간격이 좁아지게 되므로, 상기 다수의 스프링(140)은 압축되면서 에너지를 저장하게 된다. 이때, 상기 지지판(130)의 전단부 가까이에 위치한 스프링(140)일수록 압축량이 더 크며, 상기 다수의 댐퍼(150)의 길이는 상기 스프링(140)이 압축된 길이만큼 길어지게 된다.

도 4를 참조하면, 상기한 바와 같이 다수의 스프링(140)에 저장된 에너지는 다수의 스프링(140)이 팽창하면서 방출된다. 이와 같이 다수의 스프링(140)이 팽창하면서 상기 지지판(130)을 아래로 밀게 되고, 이에 따라 지지판(130)의 결합부(132)에 힌지 결합된 전족부(120)는 힌지축(124)을 중심으로 시계 방향으로 회전하면서 펴지게 된다. 이와 같이 회전하는 전족부(120)는 지면(10)을 밀게 되고, 이에 따른 지면(20)으로부터의 반발력에 의해 앞으로 나아가게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 의족(100)은, 전족부(120)가 굽혀질 때 다수의 스프링(140)을 이용하여 에너지를 저장하였다가 지면(20)을 박차는 순간 그 에너지를 방출함으로써 지면(20)으로부터의 반발력을 이용하여 앞으로 나아가게 된다. 이와 같이 본 발명에 따른 의족(100)은 사람의 발의 움직임과 유사한 형태로 작동하게 되므로, 단순한 보행뿐만 아니라 동적인 운동에도 적합한 장점이 있다.

그리고, 상기한 바와 같이 다수의 스프링(140)이 팽창될 때, 다수의 댐퍼(150)는 압축되면서 스프링(140)의 팽창에 의한 충격을 흡수하여 완화시키게 되고, 이에 따라 스프링(140)의 팽창에 의한 충격이 의족(100)을 통해 착용자에게 전달되는 것을 완화 또는 차단할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10...고정체 20...지면
100...의족 110...본체부
111...볼록면 112...내부 공간
114...가이드홈 118...어댑터
120...전족부 121...오목면
122...삽입홈 124...힌지축
126...너트 127,133...힌지축 삽입홀
130...지지판 132...결합부
136...설치홈 137...스프링 고정부재
140...스프링 150...댐퍼
160...외피재

Claims

사람의 발의 앞 부분에 대응되는 전족부;
사람의 발의 중간 부분과 뒷 부분에 대응되는 것으로, 내부 공간을 가진 본체부;
상기 본체부의 내부 공간에 상기 본체부의 상측벽 및 하측벽과 이격되도록 설치되며, 전단부에는 상기 본체부의 전단부에 형성된 가이드 홈을 통해 상기 본체부의 외부로 돌출되어 상기 전족부에 힌지 결합되는 결합부가 마련된 지지판;
상기 본체부의 내부 공간에서 상기 지지판의 상면과 상기 본체부의 상측벽 사이에 설치되어 상기 본체부에 대해 상기 전족부가 굽혀지거나 펴질 때 압축되거나 팽창됨으로써 에너지를 저장하거나 방출하는 다수의 스프링; 및
상기 본체부의 내부 공간에서 상기 지지판의 하면과 상기 본체부의 하측벽 사이에 설치되어 상기 스프링의 팽창에 의한 충격을 흡수하여 완화시키는 다수의 댐퍼;를 구비하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1항에 있어서,
상기 다수의 스프링과 다수의 댐퍼는 상기 지지판의 길이 방향으로 간격을 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1항에 있어서,
상기 지지판의 상면에는 다수의 설치홈이 형성되고, 상기 다수의 설치홈에는 다수의 스프링 고정부재가 삽입되며, 상기 다수의 스프링 고정부재는 상기 다수의 스프링에 삽입되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1항에 있어서,
상기 본체부의 전단부의 외면에는 일정한 반경으로 볼록하게 형성된 볼록면이 마련되고, 상기 전족부의 후단부의 외면에는 상기 볼록면과 동일한 반경으로 오목하게 형성된 오목면이 마련되며, 상기 볼록면과 오목면은 서로 슬라이딩 접촉하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1항에 있어서,
상기 본체부와 전족부의 외측을 둘러싸는 것으로, 사람의 발 모양으로 형성되며 연질 합성수지로 이루어진 외피재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 의족.