KR101635415B1 - 공압 인공 근육 - Google Patents

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Abstract

공압 인공근육는 팽창유닛 및 굽힘유닛을 포함한다. 상기 팽창유닛은 내부로 공기가 인입되어 팽창하는 튜브부 및 상기 튜브부를 커버하는 커버부를 포함한다. 상기 굽힘유닛은 내부공간에 상기 팽창유닛을 수납하며 사용자의 관절부에 고정되어, 상기 팽창유닛의 팽창에 따라 사용자의 관절부의 굽힘 방향으로 굽혀진다.

Description

공압 인공 근육{Pneumatic Artificial Muscle}
본 발명은 공압 인공 근육에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공압을 사용하여 구동되며, 사용자의 관절에 고정되어, 근력이 부족한 관절의 굽힘을 보조하는 공압 인공 근육에 관한 것이다.
최근 노약자나 장애인 등의 재활이나 활동 보조기기에 대한 연구 개발이 다양하게 진행되고 있으며 일 예로, 손가락과 같은 관절의 움직임이 불편한 노약자나 장애인의 재활이나 활동 보조를 위한 보조기구로, 외골격 보조기기에 대한 개발도 진행되고 있다.
현재까지 개발된 외골격 보조기기의 경우, 착용부가 전통적인 기계요소인 링키와 조인트로 이루어진 구조이며 그 조인트에 모터를 부착하거나 링크에 공압 피스톤이나 인공근육을 부착한 형태로 제작되고 있다. 즉, 사용자의 신체 구조의 각 관절을 지지하기 위해 단단한 소재의 프레임을 연결한 링크 구조가 적용되고 있으며, 각 관절의 인위적인 구동을 위한 구동모터 등의 구동 메커니즘이 적용되고 있다. 그리하여, 구동부의 구동력이 각 링크에 전달되어, 링크가 고정된 관절이 동작되어 사용자의 재활이나 활동이 보조된다.
그러나, 상기와 같은, 링키지 구조를 통한 외골격 보조기기의 경우, 링키지 구조의 무게 때문에 구동부의 에너지 소모가 증가되며, 복잡한 구조로 인해 착용시 불편함이 크고 제작 비용이 증가한다. 또한, 사용자의 신체 구조에 적합하도록 용이하게 변경하는 것이 어려운 단점이 있다.
상기와 같은 외골격 보조기기의 대표적인 예로, Motoki Takagi 등의 "Development of a Grip Aid System using air cylinders", IEEE International conference on Robotics and Automation, 2009 등의 논문이 있다.
또한 공압 인공근육은 지금까지 소수 개발되어왔으며, 단순히 공압 피스톤의 역할을 대신하여 축방향 인장/수축을 일으키는 것과, 인공근육을 따라 일정한 곡률로 굽힘을 일으키는 것 등이 존재한다. 전자의 경우 링키지 구조에 공압 피스톤이나 모터를 대신하여 부착한 것에 불과하다. 후자의 경우 신체에 직접 부착할 수 있으나, 굽힘이 일어나는 부분과 그렇지 않은 부분이 구분되지 않아 신체구조에 정확하게 일치되지 않으며, 따라서 관절이 아닌 부분에서도 불필요한 굽힘을 일으키는데 공기가 사용된다. 이와 같은 외골격 보조기기의 예로, "Bio-inspired active soft orthotic device for ankle foot pathologies", IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2011과 "Development of Soft Power-Assist Glove and Control Based on Human Intent", Journal of Robotics and Mechatronics, 2011 등이 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 상대적으로 단순한 구조로 제작이 용이하고, 사용자의 착용감이나 편의성이 향상되며, 사용자별 맞춤 제작이 용이한 공압 인공 근육에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 공압 인공 근육은 팽창유닛 및 굽힘유닛을 포함한다. 상기 팽창유닛은 내부로 공기가 인입되어 팽창하는 튜브부 및 상기 튜브부를 커버하는 커버부를 포함한다. 상기 굽힘유닛은 내부공간에 상기 팽창유닛을 수납하며 사용자의 관절부에 고정되어, 상기 팽창유닛의 팽창에 따라 사용자의 관절부의 굽힘 방향으로 굽혀진다.
일 실시예에서, 상기 굽힘유닛은, 사용자의 관절부에 접촉하는 상기 굽힘유닛의 일 측면을 관통하도록 고정된 고정유닛을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고정유닛은 탄성재질을 포함하고, 상기 굽힘유닛의 일 측면을 관통하는 와이어(wire)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 굽힘유닛은 서로 소정의 간격으로 이격되어 개구부를 형성하는 복수의 유닛들을 포함하며, 상기 복수의 유닛들 사이의 개구부로 상기 팽창유닛이 돌출될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 팽창유닛은 상기 고정유닛이 고정된 상기 굽힘유닛의 일 측면과 반대측 측면의 개구부로 돌출될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 팽창유닛은, 상기 튜브부로 공기를 인입하는 인입라인, 및 상기 인입라인과 상기 튜브부 사이를 밀폐하는 차단부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 튜브부 및 상기 커버부는 일 방향으로 길게 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 튜브부는 탄성 재질을 포함하여 공기의 인입에 따라 팽창되며, 상기 커버부는 상기 튜브부가 소정 부피 이내로 팽창하도록 상기 튜브부의 팽창량을 제한할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 공압 인공 근육은 상기 굽힘유닛의 외면과 사용자의 관절부 주변을 각각 고정하는 고정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 공기의 인입에 따라 팽창하는 팽창유닛과, 상기 팽창유닛의 팽창에 따라 굽혀지는 굽힘유닛을 포함하여, 관절부의 굽힘 방향과 동일한 방향으로 굽힘이 유도되어 관절부의 동작을 재활 또는 보조가 가능할 수 있다. 특히, 본 실시예의 공압 인공 근육은 상대적으로 간단한 구조를 포함하며, 공기의 유입을 통한 팽창으로 관절부의 동작 재활이 가능하므로 구동모터 등의 구동유닛을 사용자의 신체제 직접 부착하지 않고 외부로 위치시킬 수 있어, 사용자의 착용감 및 사용성이 향상되어 편의성이 향상된다.
이 경우, 굽힘유닛의 내부에 고정유닛을 고정함으로써, 관절부의 굽힘 방향에 따라 굽힘유닛의 굽힘을 제어할 수 있으므로, 굽힘 메커니즘을 단순화할 수 있다.
또한, 상기 팽창유닛은 공기의 인입에 따라 팽창되는 튜브부와는 별도로 상기 튜브부의 팽창을 제어하도록 커버부를 포함하므로, 튜브부의 팽창량 및 팽창 방향의 제어 가능하게 된다.
또한, 상기 굽힘유닛은 소정 간격으로 서로 이격된 복수의 유닛들을 포함하고, 이에 따라 상기 복수의 유닛들 각각이 개별적으로 동작될 수 있어, 상기 팽창유닛의 팽창에 따라 상기 굽힘유닛이 굽혀질 수 있게 된다.
나아가, 재활이나 보조가 필요한 관절의 크기 및 관절의 굽힘에 필요한 보조력에 따라 상기 굽힘유닛의 유닛들의 개수, 상기 팽창유닛의 크기 및 팽창량을 각각 변화시킬 수 있으므로, 사용자의 관절 특성에 맞는 최적의 관절 재활 또는 관절 보조를 수행할 수 있어, 사용성 및 효과가 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 공압 인공 근육을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 도시한 단면도이다.
도 3a는 도 1의 공압 인공 근육의 팽창유닛을 도시한 일 예이다.
도 3b는 도 1의 공압 인공 근육의 팽창유닛을 도시한 다른 예이다.
도 4는 도 1의 공압 인공 근육의 굽힘상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1의 공압 인공 근육이 손가락에 고정되어 손가락 관절을 보조하는 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 1의 공압 인공 근육이 다리에 고정되어 무릎 관절을 보조하는 상태를 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 공압 인공 근육을 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1의 I-I'선을 따라 도시한 단면도이다. 도 3a는 도 1의 공압 인공 근육의 팽창유닛을 도시한 일 예이다.
도 1, 도 2 및 도 3a를 동시에 참조하면, 본 실시예에 의한 공압 인공 근육(10)은 팽창유닛(100) 및 굽힘유닛(200)을 포함한다.
상기 팽창유닛(100)은 내부로 공기가 인입되면 팽창하며, 인입라인(101), 튜브부(102), 차단부(103) 및 커버부(104)를 포함한다.
상기 굽힘유닛(200)은 상기 팽창유닛(100)의 팽창에 따라 일 방향으로 굽혀지며, 복수의 유닛들(210, 220, 230) 및 고정유닛(240)을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 인입라인(101)은 일 방향으로 연장되며, 도시하지는 않았으나, 공압 제공부와 연결되어, 외부로부터 공급된 공기를 상기 튜브부(102)로 인입한다. 반대로, 상기 튜브부(102)로부터 공기의 제거가 필요한 경우, 상기 인입라인(101)을 통해 외부로 공기가 제거된다.
상기 튜브부(102)는 일 끝단은 상기 인입라인(101)에 연결되며, 밀폐된 구조를 가진다. 이에 따라, 상기 인입라인(101)으로부터 공기가 인입되면 팽창하고, 반대로 상기 인입라인(101)으로 공기가 배출되면 수축한다. 이를 위해, 상기 튜브부(102)는 탄성재질을 포함할 수 있다.
상기 튜브부(102)도 일 방향으로 길게 연장된 형상을 가질 수 있다.
상기 차단부(103)는 상기 인입라인(101)과 상기 튜브부(102)의 일 끝단 사이의 연결부를 차단하여, 상기 튜브부(102)로 인입된 공기의 배출을 차단한다. 즉, 상기 차단부(103)는 상기 튜브부(102)로 인입된 공기가 새어나가는 것을 방지한다. 이를 위해, 상기 차단부(103)는 도 3a에 도시된 바와 같은 금속 재질의 링(ring) 형상으로 상기 인입라인(101)과 상기 튜브부(102)의 연결부분을 고정할 수 있다.
상기 커버부(104)는 상기 튜브부(102)의 외부를 커버한다. 이 경우, 상기 커버부(104)는 상기 차단부(103)도 커버하여 상기 인입라인(101) 방향으로 여유있게 상기 튜브부(102) 및 상기 인입라인(101)의 끝단 일부까지 커버할 수 있다.
상기 커버부(104)는 천 등의 재질로 형성되고 탄성재질을 포함하지 않아, 상기 튜브부(102)의 팽창에 따라 팽창하지 않는다. 즉, 상기 튜브부(102)는 공기가 인입되면서 팽창하지만, 일정 부피 이상으로 팽창하게 되면 상기 커버부(104)의 내면과 접촉하며, 이 때 상기 커버부(104)는 탄성재질을 포함하지 않으므로, 상기 커버부(104)가 가진 부피 만큼만 상기 튜브부(102)가 팽창하게 된다. 그리하여, 상기 튜브부(102)의 팽창량은 상기 커버부(104)에 의해 제한된다.
이에 따라, 상기 커버부(104)의 부피를 통해, 상기 튜브부(102)의 팽창량을 제어할 수 있으며, 상기 커버부(104)의 부피는, 재활이나 동작이 필요한 사용자의 관절의 부위 또는 해당 관절 주변의 필요한 근력의 크기 등에 의해 결정될 수 있다.
이와 같이, 상기 팽창유닛(100)은 상기 튜브부(102)에 인입되는 공기에 따라 팽창되며, 상기 커버부(104)에 의해 팽창되는 부피가 제한된다. 또한, 이와 같이 팽창된 상기 팽창유닛(100)은 후술할 상기 굽힘유닛(200)의 내부에 수납되어, 상기 굽힘유닛(200)의 구조에 따라, 굽힘 동작의 수행을 유도하게 된다.
상기 굽힘유닛(200)의 복수의 유닛들(210, 220, 230)은 내부공간(205)을 형성하여, 상기 내부공간(205)에 상기 팽창유닛(100)을 수납한다.
보다 구체적으로, 상기 유닛들의 개수는 공압 인공 근육(10)의 길이나 재활 또는 보조가 필요한 관절부의 굽힘량 등을 고려하여 결정될 수 있으며, 도 1에서는 상기 유닛들이 제1, 제2 및 제3 유닛들(210, 220, 230)의 세 개의 유닛들을 포함하는 것을 예로 설명한다.
상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)은 서로 소정의 간격으로 이격되어, 상기 제1 유닛(210)과 상기 제2 유닛(220)의 사이에는 제1 및 제3 개구부들(201, 203)이 형성되고, 상기 제2 유닛(220)과 상기 제3 유닛(230)의 사이에는 제2 및 제4 개구부들(202, 204)이 형성된다. 이 경우, 상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)은 도 2에 도시된 바와 같은 타원형 내지 사각형의 단면 형상을 가지며, 이에 따라, 상기 제1 및 제2 개구부들(201, 202)은 상부에 형성되고, 상기 제3 및 제4 개구부들(203, 204)은 하부에 형성된다.
한편, 상기 제1 및 제3 유닛들(210, 230)은 각각 상기 굽힘유닛(200)의 양 끝단을 형성하므로, 각각 일 측면은 밀폐되도록 형성된다. 반면, 상기 제2 유닛(220)은 상기 제1 및 제3 유닛들(210, 230)의 사이에 배치되므로, 양 측면이 모두 개방된 링(ring) 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 유닛(210)의 밀폐된 일 면에는 인입부(212)가 형성되어, 상기 인입라인(101)이 상기 인입부(212)를 통해 인입된다.
상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)의 하부 면에는 각각 제1 홀(211), 제2 홀(221) 및 제3 홀(231)이 형성되며, 상기 제1 내지 제3 홀들(211, 221, 231)을 상기 고정유닛(240)이 관통하며 배치된다.
이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제3 홀들(211, 221, 231)은 한 쌍으로 상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)의 하부 면, 또는 하부 측면에 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 고정유닛(240)도 상기 한 쌍의 홀들을 관통하며 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 고정유닛(240)은 와이어(wire)의 형상을 가질 수 있다.
이와 달리, 도시하지는 않았으나, 상기 제1 내지 제3 홀들(211, 221, 231)은 하나 또는 세 개 이상으로 형성될 수도 있고, 상기 고정유닛(240)은 상기 홀들의 개수에 맞도록 하나 또는 세 개 이상이 관통하며 배치될 수 있다.
나아가, 상기 고정유닛(240)이 플레이트(plate)의 형상을 가질 수도 있으며, 이를 위해 상기 제1 내지 제3 홀들(211, 221, 231)이 상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)의 하부 면 또는 하부 측면에서 상기 플레이트 형상의 고정유닛(240)이 관통되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)은 상기 굽힘유닛(200)이 전체적으로 굽혀지도록 탄성 재질을 포함할 수 있으며, 상기 고정유닛(240)도 상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)의 굽힘에 따라 굽힘이 가능하도록 탄성 재질을 포함할 수 있다.
도 3b는 도 1의 공압 인공 근육의 팽창유닛을 도시한 다른 예이다.
도 3b를 참조하면, 본 예에서는, 상기 팽창유닛(110)의 상기 차단부(113)가 접착 물질을 포함하여, 상기 인입라인(101)과 상기 튜브부(102)의 연결부를 서로 접착시킬 수 있다.
상기 차단부(113)를 제외한 상기 팽창유닛(110)은 앞서 설명한 상기 팽창유닛(100)과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 4는 도 1의 공압 인공 근육의 굽힘상태를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 공압 인공 근육(10)은 상기 인입라인(101)을 통개 공기가 인입되어 상기 튜브부(102)가 팽창하면, 상기 고정유닛(240)이 위치한 방향으로 굽혀져, 전체적으로 휘어지게 된다.
보다 구체적으로, 상기 튜브부(102)가 팽창하면 상기 커버부(104)에 의해 팽창량이 제한되지만, 상기 튜브부(102)의 팽창량은 상기 굽힘유닛(200)의 상기 내부공간(205)의 부피보다 크게 설정되어, 상기 튜브부(102) 및 상기 커버부(104)는 상기 굽힘유닛(200)의 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230) 사이의 개구부들로 돌출된다.
다만, 상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)에 의해 형성되는 개구부들 중, 상기 고정유닛(240)이 위치한 하부면의 제3 및 제4 개구부들(203, 204)은 상기 고정유닛(240)에 의해 상기 제3 및 제4 개구부들(203, 204)의 간격이 상대적으로 일정하게 유지된다. 따라서, 상기 튜브부(102) 및 상기 커버부(104)는 상기 고정유닛(240)이 위치하지 않은 상기 제1 및 제2 개구부들(201, 202)로 돌출된다.
이 경우, 상기 고정유닛(240)도 탄성 재질을 포함하므로, 상기 튜브부(102) 및 상기 커버부(104)의 팽창에 따라 다소 길이가 연장될 수는 있으나, 연장되는 길이는 제한적이므로, 상기 굽힘유닛(200)의 하부면 또는 하부 측면은 상기 튜브부(102) 및 상기 커버부(104)의 팽창 전의 길이를 유지하며 늘어나더라도 제한적으로만 늘어나게 된다. 이에 따라, 상기 굽힘유닛(200)은 상기 고정유닛(240)이 위치한 방향으로 굽혀지게 된다.
도 5는 도 1의 공압 인공 근육이 손가락에 고정되어 손가락 관절을 보조하는 상태를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 공압 인공 근육(10)은 사용자의 손가락(30)에 고정되어, 사용자 손가락(30) 관절을 구부리는 것을 재활하거나 보조할 수 있다.
이를 위해, 상기 공압 인공 근육(10)은 손가락(30)과의 고정을 위한 고정부(300)를 더 포함한다. 즉, 상기 고정부(300)는 손가락(30)의 하단부(31)에 상기 굽힘유닛(200)의 제1 유닛(210)을 고정하는 제1 고정부(301), 및 손가락(30)의 상단부(32)에 상기 굽힘유닛(200)의 제3 유닛(230)을 고정하는 제2 고정부(302)를 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 고정부들(301, 302)은 벨크로 타입의 밴드일 수 있다.
이 경우, 상기 손가락(30)의 관절부와 접촉하는 상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)의 하면을 관통하도록, 상기 고정유닛(240)이 고정된다. 그리하여, 상기 손가락(30)의 관절이 화살표 방향으로 움직이도록 재활 또는 보조하는 경우, 상대적으로 상기 고정유닛(240)이 고정된 상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)의 하면으로는 상기 튜브부(102) 및 상기 커버부(104)가 돌출되지 않으며, 상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)의 상면으로 상기 튜브부(102) 및 상기 커버부(104)가 돌출되어, 전체적으로 상기 공압 인공 근육(10)이 상기 손가락(30) 관절의 굽힘 방향과 동일한 방향으로 굽혀지게 된다. 이에 따라, 상기 손가락(30) 관절에 대한 용이한 재활 또는 보조가 가능하게 된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 손가락(30)의 길이가 상대적으로 긴 경우, 상기 제2 유닛(220)은 두 개의 서로 이격된 유닛들을 포함하도록 구성될 수 있다. 즉, 재활이나 보조를 위한 관절부의 길이에 따라 상기 유닛들의 개수는 변경될 수 있다.
도 6은 도 1의 공압 인공 근육이 다리에 고정되어 무릎 관절을 보조하는 상태를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 의한 공압 인공 근육(10)은 사용자의 다리부(40)에 고정되어, 사용자 다리부(40) 관절을 구부리는 것을 재활하거나 보조할 수 있다.
이를 위해, 상기 공압 인공 근육(10)은 다리부(40)와의 고정을 위한 고정부(310)를 더 포함한다. 즉, 상기 고정부(310)는 허벅지부(41)에 상기 굽힘유닛(200)의 제1 유닛(210)을 고정하는 제1 고정부(311), 및 종아리부(42)에 상기 굽힘유닛(200)의 제3 유닛(230)을 고정하는 제2 고정부(312)를 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 고정부들(311, 312)은 벨크로 타입의 밴드일 수 있다.
이 경우, 상기 다리부(40)의 관절부와 접촉하는 상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)의 하면을 관통하도록, 상기 고정유닛(240)이 고정된다. 그리하여, 상기 다리부(40)의 관절이 화살표 방향으로 움직이도록 재활 또는 보조하는 경우, 상대적으로 상기 고정유닛(240)이 고정된 상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)의 하면으로는 상기 튜브부(102) 및 상기 커버부(104)가 돌출되지 않으며, 상기 제1 내지 제3 유닛들(210, 220, 230)의 상면으로 상기 튜브부(102) 및 상기 커버부(104)가 돌출되어, 전체적으로 상기 공압 인공 근육(10)이 상기 다리부(40) 관절의 굽힘 방향과 동일한 방향으로 굽혀지게 된다. 이에 따라, 상기 다리부(40) 관절에 대한 용이한 재활 또는 보조가 가능하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 공기의 인입에 따라 팽창하는 팽창유닛과, 상기 팽창유닛의 팽창에 따라 굽혀지는 굽힘유닛을 포함하여, 관절부의 굽힘 방향과 동일한 방향으로 굽힘이 유도되어 관절부의 동작을 재활 또는 보조가 가능할 수 있다. 특히, 본 실시예의 공압 인공 근육은 상대적으로 간단한 구조를 포함하며, 공기의 유입을 통한 팽창으로 관절부의 동작 재활이 가능하므로 구동모터 등의 구동유닛을 사용자의 신체제 직접 부착하지 않고 외부로 위치시킬 수 있어, 사용자의 착용감 및 사용성이 향상되어 편의성이 향상된다.
이 경우, 굽힘유닛의 내부에 고정유닛을 고정함으로써, 관절부의 굽힘 방향에 따라 굽힘유닛의 굽힘을 제어할 수 있으므로, 굽힘 메커니즘을 단순화할 수 있다.
또한, 상기 팽창유닛은 공기의 인입에 따라 팽창되는 튜브부와는 별도로 상기 튜브부의 팽창을 제어하도록 커버부를 포함하므로, 튜브부의 팽창량 및 팽창 방향의 제어 가능하게 된다.
또한, 상기 굽힘유닛은 소정 간격으로 서로 이격된 복수의 유닛들을 포함하고, 이에 따라 상기 복수의 유닛들 각각이 개별적으로 동작될 수 있어, 상기 팽창유닛의 팽창에 따라 상기 굽힘유닛이 굽혀질 수 있게 된다.
나아가, 재활이나 보조가 필요한 관절의 크기 및 관절의 굽힘에 필요한 보조력에 따라 상기 굽힘유닛의 유닛들의 개수, 상기 팽창유닛의 크기 및 팽창량을 각각 변화시킬 수 있으므로, 사용자의 관절 특성에 맞는 최적의 관절 재활 또는 관절 보조를 수행할 수 있어, 사용성 및 효과가 향상된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 공압 인공근육은 노약자나 장애인 등의 사용자의 관절부에 고정되어 관절부의 재활 또는 동작 보조기기로 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
10 : 공압 인공 근육 100, 110 : 팽창유닛
101 : 인입라인 102 : 튜브부
103, 113 : 차단부 104 : 커버부
200 : 굽힘유닛 210 : 제1 유닛
220 : 제2 유닛 230 : 제3 유닛
240 : 고정유닛 211 : 제1 홀
221 : 제2 홀 231 : 제3 홀
300, 310 : 고정부

Claims (9)

  1. 내부로 공기가 인입되어 팽창하는 튜브부 및 상기 튜브부를 커버하는 커버부를 포함하는 팽창유닛; 및
    내부공간에 상기 팽창유닛을 수납하며 사용자의 관절부에 고정되어, 상기 팽창유닛의 팽창에 따라 사용자의 관절부의 굽힘 방향으로 굽혀지는 굽힘유닛을 포함하고,
    상기 굽힘유닛은 서로 소정의 간격으로 이격되어 개구부를 형성하는 복수의 유닛들을 포함하며, 상기 복수의 유닛들 사이의 개구부로 상기 팽창유닛이 돌출되는 것을 특징으로 하는 공압 인공근육.
  2. 제1항에 있어서, 상기 굽힘유닛은,
    사용자의 관절부에 접촉하는 상기 굽힘유닛의 일 측면을 관통하도록 고정된 고정유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 공압 인공근육
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정유닛은 탄성재질을 포함하고, 상기 굽힘유닛의 일 측면을 관통하는 와이어(wire)인 것을 특징으로 하는 공압 인공근육.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 팽창유닛은 상기 고정유닛이 고정된 상기 굽힘유닛의 일 측면과 반대측 측면의 개구부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 공압 인공근육.
  6. 제1항에 있어서, 상기 팽창유닛은,
    상기 튜브부로 공기를 인입하는 인입라인; 및
    상기 인입라인과 상기 튜브부 사이를 밀폐하는 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공압 인공근육
  7. 제6항에 있어서,
    상기 튜브부 및 상기 커버부는 일 방향으로 길게 연장된 것을 특징으로 하는 공압 인공근육.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 튜브부는 탄성 재질을 포함하여 공기의 인입에 따라 팽창되며,
    상기 커버부는 상기 튜브부가 소정 부피 이내로 팽창하도록 상기 튜브부의 팽창량을 제한하는 것을 특징으로 하는 공압 인공근육
  9. 제1항에 있어서,
    상기 굽힘유닛의 외면과 사용자의 관절부 주변을 각각 고정하는 고정부를 더 포함하는 공압 인공근육.
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