KR101827817B1 - 인공관절시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빠른 동작속도를 가지고, 간단한 결합구조를 가지면서 인공관절에 용이하게 적용될 수 있는 인공근육모듈, 이를 이용한 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리, 인공근육 어셈블리를 이용한 인공관절시스템 및 인공근육 어셈블리 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제1 열반응 구동유닛과, 제1 내부공간을 형성하면서 상기 제1 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제1 케이싱유닛을 갖는 제1 인공근육모듈; 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제2 열반응 구동유닛과, 제2 내부공간을 형성하면서 상기 제2 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제2 케이싱유닛을 갖는 제2 인공근육모듈; 그리고, 상기 제1 내부공간과 상기 제2 내부공간을 연통시키기 위하여 상기 제1 케이싱유닛과 상기 제2 케이싱유닛을 연결하는 유체이동관을 포함하는 인공근육 어셈블리를, 이를 이용한 인공관절시스템, 인공근육 어셈블리 제어방법 및 상기 인공근육 어셈블리에 적용되는 인공근육모듈을 제공한다.

Description

인공관절시스템 및 이의 제어방법{Artificial joint system and method for controlling the same}

본 발명은 인공근육모듈, 인공근육 어셈블리, 인공관절시스템 및 인공근육 어셈블리의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빠른 동작속도를 가지고, 간단한 결합구조를 가지면서 인공관절에 용이하게 적용될 수 있는 인공근육모듈, 이를 이용한 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리, 인공근육 어셈블리를 이용한 인공관절시스템 및 인공근육 어셈블리 제어방법에 관한 것이다.

종래의 일반적인 로봇은 동작을 위해 단순한 모터와 기어의 회전을 통하여 회전하게 되며, 상기의 전동식 모터를 이용한 구동기구에서는 전달기구, 감속기구 등이 필요하므로 로봇의 경량화 및 유연관절 구현에 한계가 있을 뿐만 아니라, 모터와 기어의 회전에 따른 소음이 발생하는 문제점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 인공적인 재료를 이용하여 인간의 근육을 모방하고, 이를 이용함으로써 기계적 동작을 수행하는 인공근육에 대한 연구가 진행되고 있다.

인공근육은 대개 자유로운 신체활동이 어려운 장애인의 팔다리 역할을 하는 재활 로봇이나, 우주 탐사 또는 해저 탐사나 원자력발전소 같이 인간이 직접 작업하기 어려운 특수 환경에서 작업을 수행하는 작업용 로봇, 더 나아가 초소형이며 고도의 복잡한 동작을 위한 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System, MEMS) 같은 첨단 제품 등에 활용되기 위한 목적으로 제작되고 있다.

인공근육의 최우선 과제는 생체근육과 같이 유연하고 신속한 반응을 확보하는 것인데, 종래의 인공근육들은 생체근육과 같은 빠른 응답성을 확보하기에 어려운 점이 있다.

예를 들면, 상기 인공근육은 온도에 따라 모양이 바뀌는 형상기억합금(Shape-memory Alloy, SMA)으로 구현될 수 있으나, 온도변화에 따른 변위가 생체근육의 실제변위에 미치지 못하고, 상기 형상기억합금을 빠르게 가열하거나 냉각하는 데 있어서 구조적인 한계를 갖는다.

대한민국 등록특허공보 제10-0911269호(발명의 명칭: 동작지원장치 및 동작지원 방법, 공고일: 2009년 8월 11일)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 빠른 동작속도를 가지고, 간단한 결합구조를 가지는 인공근육모듈 및 이를 이용한 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 인공관절에 용이하게 적용될 수 있는 길항구조의 인공근육 어셈블리를 통하여 실제 관절과 유사하게 작동될 수 있는 관절구조를 갖는 인공관절시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 실제 근육의 변위에 대응할 수 있도록 인공근육모듈의 변위를 빠르고 정확하게 제어할 수 있는 인공근육 어셈블리의 제어방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제1 열반응 구동유닛과, 제1 내부공간을 형성하면서 상기 제1 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제1 케이싱유닛을 갖는 제1 인공근육모듈; 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제2 열반응 구동유닛과, 제2 내부공간을 형성하면서 상기 제2 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제2 케이싱유닛을 갖는 제2 인공근육모듈; 그리고, 상기 제1 내부공간과 상기 제2 내부공간을 연통시키기 위하여 상기 제1 케이싱유닛과 상기 제2 케이싱유닛을 연결하는 유체이동관을 포함하며, 상기 제1 열반응 구동유닛이 수축되는 경우에 상기 제1 케이싱유닛이 함께 수축되면서 상기 제1 내부공간에 존재하는 냉각유체가 상기 제2 내부공간으로 이동되고, 상기 제2 내부공간으로 이동된 냉각유체에 의하여 상기 제2 열반응 구동유닛 및 상기 제2 케이싱유닛이 이완되는 것을 특징으로 하는 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리를 제공한다.

상기 제1 케이싱유닛은 신축가능한 제1 신축관과, 상기 제1 신축관의 일단에 배치되는 제1 마개와, 상기 제1 신축관의 타단에 배치되는 제2 마개를 포함하며, 상기 제2 마개에는 상기 유체이동관과 연통되는 제1 연통홀이 형성될 수 있다.

상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링을 포함하며, 상기 제1 형상기억합금 스프링의 일단은 상기 제1 마개를 관통하면서 외부의 전원공급유닛과 연결되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링의 타단은 상기 제2 마개를 관통하면서 상기 전원공급유닛과 연결될 수 있다.

상기 제1 형상기억합금 스프링의 일단은 상기 제1 마개와 결합되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링의 타단은 상기 제2 마개와 결합되어 상기 제1 형상기억합금 스프링의 수축 또는 이완시 상기 제1 형상기억합금 스프링의 길이방향을 따라 상기 제1 마개 및 상기 제2 마개가 함께 이동될 수 있다.

상기 인공근육 어셈블리는 상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 새로운 냉각유체를 공급하기 위하여 상기 유체이동관에서 분기되는 유체공급관과, 상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 존재하던 냉각유체를 외부로 배출하기 위하여 상기 유체이동관에서 분기되는 유체배출관을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 열반응 구동유닛의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링 단위체를 포함하며, 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체는 형상기억합금 재질로 제작되는 제1 와이어부재와, 상기 제1 와이어부재에 열을 공급하기 위한 제1 저항선과, 상기 제1 와이어부재와 상기 제1 저항선 사이에 배치되어 상기 제1 와이어부재와 상기 제1 저항선을 전기적으로 절연시키는 제1 절연부재를 포함할 수 있다.

상기 제1 열반응 구동유닛의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 열반응 구동유닛은 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체와 병렬로 배치되며 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 제2 형상기억합금 스프링 단위체를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 열반응 구동유닛; 그리고, 상기 열반응 구동유닛을 냉각시키기 위한 냉각유체가 채워지는 내부공간을 형성하면서 상기 열반응 구동유닛과 결합되어 상기 열반응 구동유닛의 변형시 함께 변형되는 케이싱유닛을 포함하며, 상기 열반응 구동유닛은 형상기억합금 스프링 단위체를 포함하고, 상기 형상기억합금 스프링 단위체는 형상기억합금 재질로 제작되는 와이어부재와, 상기 와이어부재에 열을 공급하기 위한 저항선과, 상기 와이어부재와 상기 저항선 사이에 배치되어 상기 와이어부재와 상기 저항선을 전기적으로 절연시키는 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 상술한 인공근육 어셈블리를 포함하는 인공관절 시스템에 있어서, 제1 골격몸체와, 상기 제1 골격몸체상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제1 지지부재 및 제2 지지부재를 갖는 제1 골격유닛; 제2 골격몸체와, 상기 제2 골격몸체상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제3 지지부재 및 제4 지지부재를 갖는 제2 골격유닛; 그리고, 상기 제1 골격유닛과 상기 제2 골격유닛 사이에 배치되어 상기 제1 골격유닛과 상기 제2 골격유닛이 서로 상대운동 가능하도록 하는 관절유닛을 포함하며, 상기 제1 인공근육모듈과 상기 제2 인공근육모듈은 상기 관절유닛을 기준으로 서로 반대방향에 배치되어 길항구조를 갖는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템을 제공한다.

상기 제1 인공근육모듈의 일단은 상기 제1 지지부재와 결합되고, 상기 제1 인공근육모듈의 타단은 상기 제3 지지부재와 결합되며, 상기 제2 인공근육모듈의 일단은 상기 제2 지지부재에 결합되고, 상기 제2 인공근육모듈의 타단은 상기 제4 지지부재와 결합될 수 있다.

상기 제1 지지부재는 상기 제1 골격몸체에 고정된 제1 고정프레임과, 일단은 상기 제1 고정프레임에 결합되고 타단은 상기 제1 인공근육모듈의 일단과 결합되어 길이가 가변되는 제1 가변프레임을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 상술한 인공근육 어셈블리를 포함하는 인공관절 시스템에 있어서, 상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값을 측정하는 제1 센싱유닛; 상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하거나 상기 인공근육 어셈블리 내부의 냉각유체를 외부로 배출하기 위한 냉각유체 순환유닛; 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정하는 제2 센싱유닛; 그리고, 상기 제1 센싱유닛 및 상기 제2 센싱유닛으로부터 수신한 특성값들을 바탕으로 상기 냉각유체 순환유닛, 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛을 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 상기 인공근육 어셈블리를 제어함에 있어서, 상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값을 측정하는 단계; 상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정하는 단계; 상기 냉각유체의 특성값을 바탕으로 상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하거나 상기 인공근육 어셈블리 내부의 냉각유체를 외부로 배출하기 위한 냉각유체 순환유닛을 제어하는 단계; 그리고, 상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 바탕으로 상기 제1 인공근육모듈 또는 상기 제2 인공근육모듈을 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육 어셈블리의 제어방법을 제공한다.

본 발명에 따른 인공근육모듈, 이를 이용한 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리, 인공근육 어셈블리를 이용한 인공관절시스템 및 인공근육 어셈블리 제어방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 제1 인공근육모듈과 제2 인공근육모듈이 열에 의하여 변형되며, 상기 제1 인공근육모듈 및 상기 제2 인공근육모듈이 변형되는 동안 상기 제1 인공근육모듈과 상기 제2 인공근육모듈의 내부에 존재하는 냉각유체가 상호 이동하는 길항구조를 가지도록 함으로써 인공근육 어셈블리가 간단한 구조를 가지면서도 빠른 동작속도를 가질 수 있는 이점이 있다.

둘째, 제1 인공근육모듈과 제2 인공근육모듈이 관절유닛을 기준으로 서로 반대방향에 배치된 상태에서 제1 인공근육모듈이 수축되는 경우에 상기 제1 인공근육모듈에서 배출되는 냉각유체가 상기 제2 인공근육모듈로 유입되어 상기 제2 인공근육모듈이 이완되는 운동을 도와줌으로써 관절운동이 용이한 이점이 있다.

이로 인하여, 인간의 실제관절과 유사하게 작동될 수 있는 관절구조를 갖는 인공관절시스템을 구현할 수 있게 된다.

셋째, 센싱유닛에서 측정된 인공근육 어셈블리의 상태정보를 바탕으로 제1 열반응 구동유닛, 제2 열반응 구동유닛 및 냉각유체 순환유닛을 제어함으로써 실제 근육의 변위에 대응할 수 있도록 인공근육모듈의 변위를 빠르고 정확하게 제어할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인공근육 어셈블리의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 인공근육 어셈블리에 구비된 제1 인공근육모듈이 수축되는 상태는 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 인공근육 어셈블리에 구비된 제2 인공근육모듈이 수축되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 인공근육 어셈블리의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 인공근육 어셈블리가 적용된 인공관절시스템의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 인공관절시스템에 구비된 골격유닛이 굽혀진 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5의 인공관절시스템에 구비된 골격유닛이 펴진 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 인공관절시스템에 구비된 제어장치들을 나타낸 도면이다.

이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 인공근육 어셈블리의 일 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

상기 인공근육 어셈블리는 제1 인공근육모듈(100), 제2 인공근육모듈(200) 및 상기 제1 인공근육모듈(100)과 상기 제2 인공근육모듈(200)을 연결하는 유체이동관(300)을 포함한다.

상기 제1 인공근육모듈(100)은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제1 열반응 구동유닛과, 제1 내부공간(S1)을 형성하면서 상기 제1 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제1 케이싱유닛(120)을 포함한다.

상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링(110)을 포함한다. 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)은 형상기억합금 재질의 와이어가 스프링 가공을 통하여 구현되며, 열에 의하여 수축 또는 이완된다.

본 실시 예에서 상기 제1 열반응 구동유닛은 한 쌍의 제1 형상기억합금 스프링으로 구성되고, 한 쌍의 제1 형상기억합금 스프링은 서로 병렬배치된다. 물론, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 개수는 하나 이상으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 의하여 반응하는 다양한 열반응 물질, 예를 들면, 형상기억수지(shape memory resin), 형상기억고분자(shape memory polymer, SMP), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아미드(polyamide), 나일론(nylon) 등으로 제작될 수 있다.

상기 제1 케이싱유닛(120)은 신축가능한 제1 신축관(121)과, 상기 제1 신축관(121)의 일단에 배치되는 제1 마개(123)와, 상기 제1 신축관(121)의 타단에 배치되는 제2 마개(125)를 포함한다.

본 실시 예에서는 상기 제1 신축관(121)으로 벨로우즈관이 사용되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1 신축관(121)이 외력에 의하여 변형가능한 재질 또는 구조를 가지면 어떠한 형태라도 무방하다.

상기 제1 마개(123)는 상기 제1 신축관(121)의 일측과 기밀하게 결합되고, 상기 제2 마개(125)는 상기 제1 신축관(121)의 타측과 기밀하게 결합되어, 상기 제1 케이싱유닛(120)의 내부에 상기 제1 내부공간(S1)을 형성하게 된다.

상기 제1 마개(123)에는 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 일단이 관통하는 제1 관통홀(미도시)이 형성되어 있고, 상기 제2 마개(125)에는 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 타단이 관통하는 제2 관통홀(미도시)이 형성되어 있다.

또한, 상기 제2 마개(125)에는 상기 유체이동관(300)과 연통되는 제1 연통홀(125a)이 형성되어 있다.

상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 일단은 상기 제1 마개(123)를 관통하면서 외부의 전원공급유닛(미도시)과 연결되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 타단은 상기 제2 마개(125)를 관통하면서 상기 전원공급유닛과 연결된다.

또한, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 일단은 상기 제1 마개(123)와 결합되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 타단은 상기 제2 마개(125)와 결합된다.

상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 수축 또는 이완시 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 길이방향을 따라 상기 제1 마개(123) 및 상기 제2 마개(125)가 함께 이동하게 되고, 상기 제1 마개(123) 및 상기 제2 마개(125)가 이동함으로써 상기 제1 마개(123) 및 상기 제2 마개(125)와 결합된 상기 제1 신축관(121)이 수축 또는 이완하게 된다.

여기서, 상기 제1 마개(123)와 상기 제2 마개(125)는 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 온도변화를 견딜 수 있는 내열성을 가지는 것이 바람직하다.

물론, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 일단이 관통하는 상기 제1 관통홀상에는 제1 실링부재(미도시)가 설치되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 타단이 관통하는 제2 관통홀상에는 제2 실링부재(미도시)가 설치될 수 있을 것이다.

한편, 상기 제2 인공근육모듈(200)은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제2 열반응 구동유닛과, 제2 내부공간(S2)을 형성하면서 상기 제2 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제2 케이싱유닛(220)을 포함한다.

상기 제2 열반응 구동유닛은 제2 형상기억합금 스프링(210)을 포함하며, 상기 제2 케이싱유닛(220)은 신축가능한 제2 신축관(221)과, 상기 제2 신축관(221)의 일단에 배치되는 제3 마개(223)와, 상기 제1 신축관(121)의 타단에 배치되는 제4 마개(225)를 포함한다.

상기 제2 열반응 구동유닛은 상기 제1 열반응 구동유닛과 실질적으로 동일한 구조를 가지며, 상기 제2 케이싱유닛(220)도 상기 제1 케이싱유닛(120)과 실질적으로 동일한 구조를 가지므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 여기서, 상기 제3 마개(223)는 상기 제2 마개(125)와 대응되며, 상기 제4 마개(225)는 상기 제1 마개(123)와 대응된다.

상기 유체이동관(300)은 상기 제1 내부공간(S1)과 상기 제2 내부공간(S2)을 연통시키기 위하여 상기 제1 케이싱유닛(120)과 상기 제2 케이싱유닛(220)을 연결한다.

구체적으로, 상기 유체이동관(300)의 일단은 상기 제1 마개의 제1 연통홀(125a)과 연통되고, 상기 유체이동관(300)의 타단은 상기 제3 마개의 제2 연통홀(223a)과 연통된다.

상기 제1 내부공간(S1), 상기 제2 내부공간(S2) 및 상기 유체이동관(300)에는 냉각유체(F)가 채워져 있으며, 상기 냉각유체(F)로는 물이 사용된다. 물론, 본 발명은 이에 한정되지 않고 외력에 의하여 이동될 수 있는 액체 또는 기체 상태의 물질이면 적용가능하다.

따라서, 상기 제1 열반응 구동유닛이 수축되는 경우에 상기 제1 케이싱유닛(120)이 함께 수축되면서 상기 제1 내부공간(S1)에 존재하는 냉각유체가 상기 제2 내부공간(S2)으로 이동되고, 상기 제2 내부공간(S2)으로 이동된 냉각유체에 의하여 상기 제2 열반응 구동유닛 및 상기 제2 케이싱유닛(220)이 이완된다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 제1 열반응 구동유닛이 수축되는 경우와, 상기 제2 열반응 구동유닛이 수축되는 경우를 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열반응 구동유닛, 즉 제1 형상기억합금 스프링(110)이 수축하게 되면 상기 제1 신축관(121)이 수축하게 되고, 상기 제1 신축관(121)이 수축하게 되면 상기 제1 내부공간(S1)에 존재하던 냉각유체(F)는 상기 유체이동관(300)을 경유하여 상기 제2 내부공간(S2)으로 유입된다.

냉각유체가 상기 제2 내부공간(S2)으로 유입되면 상기 제2 신축관(221)이 이완되면서 상기 제2 케이싱유닛(220)에 결합된 상기 제2 열반응 구동유닛, 즉 제2 형상기억합금 스프링(210)을 이완시키게 된다.

마찬가지로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 형상기억합금 스프링(210)이 수축하게 되면 상기 제2 신축관(221)이 수축하게 되고, 상기 제2 신축관(221)이 수축하게 되면 상기 제2 내부공간(S2)에 존재하던 냉각유체(F)는 상기 유체이동관(300)을 경유하여 상기 제1 내부공간(S1)으로 유입된다.

냉각유체가 상기 제1 내부공간(S1)으로 유입되면 상기 제1 신축관(121)이 이완되면서 상기 제1 케이싱유닛(120)에 결합된 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)을 이완시키게 된다.

따라서, 상기 제1 인공근육모듈(100) 및 상기 제2 인공근육모듈(200)이 변형되는 동안 상기 제1 인공근육모듈(100)과 상기 제2 인공근육모듈(200)의 내부에 존재하는 냉각유체(F)가 상호 이동하는 길항구조를 가지게 된다.

여기서, 상기 제1 열반응 구동유닛, 즉 제1 형상기억합금 스프링(110)이 전기저항을 통하여 빠르게 가열되면, 상기 제1 케이싱유닛(120)이 빠르게 수축되게 된다.

그러면, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 열이 상기 제1 내부공간(S1)의 냉각유체(F)로 전달되기도 전에 상기 제1 내부공간(S1)의 냉각유체는 상기 제2 내부공간(S2)으로 이동되어 상기 제2 케이싱유닛(220)을 팽창시킴과 동시에 상기 제2 열반응 구동유닛을 냉각시키게 된다.

결과적으로, 길항구조의 인공근육 어셈블리는 간단한 구조를 가지면서도 냉각유체의 빠른 이동으로 인하여 열반응 구동유닛의 냉각속도를 개선할 수 있고 이로 인하여 인공근육 어셈블리의 반응속도를 높일 수 있게 된다.

도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 인공근육 어셈블리의 다른 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 실시 예에 따른 인공근육 어셈블리에 적용되는 인공근육모듈은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 열반응 구동유닛과, 상기 열반응 구동유닛을 냉각시키기 위한 냉각유체가 채워지는 내부공간을 형성하면서 상기 열반응 구동유닛과 결합되어 상기 열반응 구동유닛의 변형시 함께 변형되는 케이싱유닛을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 열반응 구동유닛은 형상기억합금 스프링 단위체를 포함하고, 상기 형상기억합금 스프링 단위체는 형상기억합금 재질로 제작되는 와이어부재와, 상기 와이어부재에 열을 공급하기 위한 저항선과, 상기 와이어부재와 상기 저항선 사이에 배치되어 상기 와이어부재와 상기 저항선을 전기적으로 절연시키는 절연부재를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 인공근육 어셈블리는 제1 인공근육모듈(1000), 제2 인공근육모듈(2000), 상기 제1 인공근육모듈(1000)과 상기 제2 인공근육모듈(2000)을 연결하는 유체이동관, 상기 유체이동관으로 유체를 공급하기 위한 유체공급관(3300) 및 상기 유체이동관으로부터 유체를 배출하기 위한 유체배출관(3500)을 포함한다.

상기 제1 인공근육모듈(1000)은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제1 열반응 구동유닛과, 제1 내부공간을 형성하면서 상기 제1 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제1 케이싱유닛(1200)을 포함한다.

여기서, 상기 제1 케이싱유닛(1200)은 상술한 일 실시 예에 따른 제1 인공근육모듈에 구비된 제1 케이싱유닛(120)과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)를 포함한다. 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)는 상기 제1 케이싱유닛(1200)의 폭방향을 기준으로 중앙영역에 배치된다.

상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)는 형상기억합금 재질로 제작되는 제1 와이어부재(1110)와, 상기 제1 와이어부재(1110)에 열을 공급하기 위한 제1 저항선(1130)과, 상기 제1 와이어부재(1110)와 상기 제1 저항선(1130) 사이에 배치되어 상기 제1 와이어부재(1110)와 상기 제1 저항선(1130)을 전기적으로 절연시키는 제1 절연부재(1120)를 포함한다.

구체적으로, 상기 제1 절연부재(1120)는 상기 제1 와이어부재(1110)의 외측면 중 적어도 일부분에 코팅되고, 상기 제1 저항선(1130)은 상기 제1 절연부재(1120)의 외측면에 감겨진다.

상기 제1 와이어부재(1110), 상기 제1 절연부재(1120) 및 상기 제1 저항선(1130)이 하나의 선재를 구성하고, 상기 선재는 스프링 가공을 통하여 코일 스프링 구조를 가진다.

결과적으로, 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)는 코일형상을 가지는 스프링 코일부를 형성하게 되는데, 상기 스프링 코일부 영역에 배치되는 제1 와이어부재(1110), 제1 절연부재(1120) 및 제1 저항선(1130)은 일체로 거동하게 된다.

상기 제1 저항선(1130)은 외부에서 공급되는 전류에 의하여 상기 제1 와이어부재(1110)보다 빠르게 가열되고, 상기 제1 저항선(1130)에 의하여 발생한 열은 상기 제1 와이어부재(1110)로 전달됨으로써 상기 제1 와이어부재(1110)가 빠르게 가열된다.

상기 제1 저항선(1130)에 의하여 상기 제1 와이어부재(1110)가 빠르게 가열됨으로써 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)의 응답속도가 빨라지게 된다.

본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1 열반응 구동유닛은 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)와 병렬로 배치되며 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 제2 형상기억합금 스프링 단위체를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 열반응 구동유닛을 복수 개의 형상기억합금 스프링 단위체로 제작함으로써 큰 힘을 낼 수 있으면서도 강성을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 제2 인공근육모듈(2000)은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제2 열반응 구동유닛(2100)과, 제2 내부공간을 형성하면서 상기 제2 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제2 케이싱유닛(2200)을 포함한다.

상기 제2 열반응 구동유닛 및 상기 제2 케이싱유닛(2200)은 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제1 케이싱유닛(1200)과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 유체이동관은 상기 제1 케이싱유닛(1200)과 상기 제2 케이싱유닛(2200)을 연통시키는 제1 유체이동관(3100) 및 제2 유체이동관(3200)을 포함한다.

상기 유체공급관(3300)은 상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 새로운 냉각유체를 공급하기 위하여 상기 유체이동관, 즉 제1 유체이동관(3100)에서 분기된다.

상기 유체공급관(3300)상에는 상기 제1 유체이동관(3100)으로 이동되는 냉각유체의 양을 조절하기 위한 제1 유로제어밸브(3400)가 배치된다.

상기 유체배출관(3500)은 상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 존재하던 냉각유체를 외부로 배출하기 위하여 상기 유체이동관, 즉 제2 유체이동관(3200)에서 분기된다.

상기 유체배출관(3500)상에는 상기 제2 유체이동관(3200)으로부터 배출되는 냉각유체의 양을 조절하기 위한 제2 유로제어밸브(3600)가 배치된다.

상기 냉각유체(F)의 온도가 허용범위를 벗어나게 되면 상기 제1 케이싱유닛(1200) 및 상기 제2 케이싱유닛(2200) 내부의 냉각유체가 상기 유체배출관(3500)을 통하여 외부로 배출되고, 새로운 냉각유체가 상기 유체공급관(3300)을 통하여 상기 제1 케이싱유닛(120) 및 상기 제2 케이싱유닛(2200)의 내부로 유입된다.

도 5 내지 도 8을 참조하여, 상술한 인공근육 어셈블리의 일 실시 예가 적용된 인공관절시스템을 설명하면 다음과 같다.

상기 인공관절시스템은 인공근육 어셈블리, 제1 골격유닛(400), 제2 골격유닛(500), 관절유닛(600) 및 인공근육 어셈블리 제어장치를 포함한다.

상기 인공근육 어셈블리는 상기 관절유닛(600)을 기준으로 서로 반대방향에 배치되어 길항구조를 갖는 제1 인공근육모듈(100)과 제2 인공근육모듈(200)을 포함한다.

상기 제1 인공근육모듈(100)과 상기 제2 인공근육모듈(200)은 도 1에 도시된 상술한 일 실시 예의 인공근육 어셈블리의 구성과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 관절유닛(600)은 상기 제1 골격유닛(400)과 상기 제2 골격유닛(500) 사이에 배치되어 상기 제1 골격유닛(400)과 상기 제2 골격유닛(500)이 서로 상대운동 가능하도록 하는 역할을 한다.

상기 제1 골격유닛(400)은 제1 골격몸체(410)와, 상기 제1 골격몸체(410)상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제1 지지부재(420) 및 제2 지지부재(430)를 포함한다.

상기 제1 지지부재(420)는 상기 제1 골격몸체(410)를 기준으로 상기 제2 지지부재(430)와 대칭적으로 배치된다. 예를 들면, 도 5를 기준으로 상기 제1 지지부재(420)는 상기 제1 골격몸체(410)의 상부영역에 배치되고, 상기 제2 지지부재(430)는 상기 제1 골격몸체(410)의 하부영역에 배치된다.

상기 제2 골격유닛(500)은 제2 골격몸체(510)와, 상기 제2 골격몸체(510)상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제3 지지부재(520) 및 제4 지지부재(530)를 포함한다. 마찬가지로, 상기 제3 지지부재(520)는 상기 제2 골격몸체(510)를 기준으로 상기 제4 지지부재(530)와 대칭적으로 배치된다.

구체적으로, 상기 제1 지지부재(420)는 상기 제1 골격몸체(410)의 상부에 고정된 제1 고정프레임(421)과, 일단은 상기 제1 고정프레임(421)에 결합되고 타단은 상기 제1 인공근육모듈(100)의 일단과 결합되어 길이가 가변되는 제1 가변프레임(423)을 포함한다.

상기 제2 지지부재(430)는 상기 제1 골격몸체(410)의 하부에 고정된 제2 고정프레임(431)과, 일단은 상기 제2 고정프레임(431)에 결합되고 타단은 상기 제2 인공근육모듈의 일단과 결합되어 길이가 가변되는 제2 가변프레임(433)을 포함한다.

상기 제3 지지부재(520)는 상기 제2 골격몸체(510)의 상부에 고정된 제3 고정프레임(521)과, 일단은 상기 제3 고정프레임(521)에 결합되고 타단은 상기 제1 인공근육모듈(100)의 타단과 결합되어 길이가 가변되는 제3 가변프레임(523)을 포함한다.

상기 제4 지지부재(530)는 상기 제2 골격몸체(510)의 하부에 고정된 제4 고정프레임(531)과, 일단은 상기 제4 고정프레임(531)에 결합되고 타단은 상기 제2 인공근육모듈(200)의 타단과 결합되어 길이가 가변되는 제4 가변프레임(533)을 포함한다.

결과적으로, 상기 제1 인공근육모듈(100)의 일단은 상기 제1 지지부재(420)에 결합되어 상기 제1 골격유닛(400)과 결합되고, 상기 제1 인공근육모듈(100)의 타단은 상기 제3 지지부재(520)에 결합되어 상기 제2 골격유닛(500)과 결합된다.

또한, 상기 제2 인공근육모듈(200)의 일단은 상기 제2 지지부재(430)에 결합되어 상기 제1 골격유닛(400)과 결합되고, 상기 제2 인공근육모듈(200)의 타단은 상기 제4 지지부재(530)에 결합되어 상기 제2 골격유닛(500)과 결합된다.

도 6 및 도 7을 참조하여, 상기 제1 열반응 구동유닛이 수축되는 경우와, 상기 제2 열반응 구동유닛이 수축되는 경우에 인공관절시스템이 동작되는 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1 열반응 구동유닛, 즉 제1 형상기억합금 스프링(110)이 수축하게 되면 제1 신축관(121)이 수축하게 된다. 이때, 제1 마개(123)와 결합된 제1 가변프레임(423)과, 제2 마개(125)와 결합된 제3 가변프레임(523)이 상기 제1 신축관(121)의 수축량과 대응되게 늘어난다.

상기 제1 신축관(121)이 수축하게 되면, 제1 내부공간(S1)에 존재하던 냉각유체(F)는 유체이동관(300)을 경유하여 상기 제2 내부공간(S2)으로 유입되고, 상기 제2 내부공간(S2)으로 유입된 냉각유체에 의하여 제2 신축관(221)이 이완되면서 상기 제2 케이싱유닛(220)에 결합된 상기 제2 열반응 구동유닛, 즉 제2 형상기억합금 스프링(210)을 이완시키게 된다.

마찬가지로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2 형상기억합금 스프링(210)이 수축하게 되면 상기 제2 신축관(221)이 수축하게 된다. 이때, 제3 마개(223)와 결합된 제4 가변프레임(533)과, 제4 마개(225)와 결합된 제2 가변프레임(433)이 상기 제2 신축관(221)의 수축량과 대응되게 늘어난다.

상기 제2 신축관(221)이 수축하게 되면 상기 제2 내부공간(S2)에 존재하던 냉각유체(F)는 상기 유체이동관(300)을 경유하여 상기 제1 내부공간(S1)으로 유입되고, 상기 제1 내부공간(S1)으로 유입된 냉각유체에 의하여 제1 신축관(121)이 이완되면서 상기 제1 케이싱유닛(120)에 결합된 상기 제1 열반응 구동유닛, 즉 제2 형상기억합금 스프링(210)을 이완시키게 된다.

결과적으로, 제1 인공근육모듈(100)과 제2 인공근육모듈(200)이 관절유닛(600)을 기준으로 서로 반대방향에 배치된 상태에서 제1 인공근육모듈(100)이 수축되는 경우에 상기 제1 인공근육모듈(100)에서 배출되는 냉각유체가 상기 제2 인공근육모듈(200)로 유입되어 상기 제2 인공근육모듈(200)이 이완되는 운동을 도와줌으로써 관절운동이 용이하게 된다. 이로 인하여, 인간의 실제관절과 유사하게 작동될 수 있는 관절구조를 갖는 인공관절시스템을 구현할 수 있게 된다.

상기 인공근육 어셈블리 제어장치는 제1 센싱유닛(710), 제2 센싱유닛(720), 냉각유체 순환유닛(800) 및 제어유닛을 포함한다.

상기 제1 센싱유닛(710)은 상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값을 측정하게 된다. 상기 냉각유체의 특성값은 상기 냉각유체의 온도를 포함한다.

상기 제2 센싱유닛(720)은 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정하게 된다. 상기 열반응 구동유닛들의 특성값은 상기 열반응 구동유닛들의 변위, 온도, 힘을 포함한다.

상기 냉각유체 순환유닛(800)은 상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하거나 상기 인공근육 어셈블리 내부에 존재하던 냉각유체를 외부로 배출하는 역할을 한다.

상기 냉각유체 순환유닛(800)은 냉각유체가 저장되는 저장탱크(미도시), 상기 냉각유체를 순환시키기 위한 펌프(미도시), 상기 냉각유체의 흐름을 제어하기 위한 유로제어밸브(미도시), 상기 냉각유체의 온도를 조절하기 위한 온도조절부(미도시)를 포함한다.

상기 제어유닛은 상기 제1 센싱유닛(710) 및 상기 제2 센싱유닛(720)으로부터 수신한 특성값들을 바탕으로 상기 냉각유체 순환유닛(800), 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛을 제어하게 된다.

상기 제어유닛은 상기 냉각유체 순환유닛(800)을 제어하기 위한 유체순환 제어유닛(910)과, 상기 열반응 구동유닛을 제어하기 위한 열반응소자 제어유닛(920)을 포함한다.

상기 인공근육 어셈블리 제어장치가 상기 인공근육 어셈블리를 제어하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 제1 센싱유닛(710)은 상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값, 즉 온도를 측정한다.

동시에, 상기 제2 센싱유닛(720)은 상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정한다. 즉, 상기 제2 센싱유닛(720)은 상기 제1 형상기억합금 스프링(110) 및 상기 제2 형상기억합금 스프링(210)의 온도, 변위, 힘을 각각 측정한다.

다음으로, 상기 유체순환 제어유닛(910)은 상기 냉각유체의 특성값을 바탕으로 상기 냉각유체의 온도가 허용온도범위 내에 존재하는지를 판단하게 되고, 상기 냉각유체의 온도가 상기 허용온도범위를 벗어난 경우에는 상기 인공근육 어셈블리 내부에 존재하는 냉각유체를 외부로 배출하도록 상기 냉각유체 순환유닛(800)을 제어한다.

또한, 상기 유체순환 제어유닛(910)은 상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하도록 상기 냉각유체 순환유닛(800)을 제어하게 된다.

상기 유체순환 제어유닛(910)이 상기 냉각유체 순환유닛(800)을 제어하는 과정과는 별도로 상기 열반응소자 제어유닛(920)은 상기 제1 인공근육모듈(100) 및 상기 제2 인공근육모듈(200)을 제어하게 된다.

상기 열반응소자 제어유닛(920)은 상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 바탕으로 상기 제1 인공근육모듈(100) 및 상기 제2 인공근육모듈(200)에 공급되는 전류량을 제어하여 상기 제1 인공근육모듈(100) 또는 상기 제2 인공근육모듈(200)의 거동을 선택적으로 제어하게 된다.

결과적으로, 센싱유닛에서 측정된 인공근육 어셈블리의 상태정보를 바탕으로 제1 열반응 구동유닛, 제2 열반응 구동유닛 및 냉각유체 순환유닛을 제어함으로써 실제 근육의 변위에 대응할 수 있도록 인공근육모듈의 변위를 빠르고 정확하게 제어할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

100: 제1 인공근육모듈 110: 제1 형상기억합금 스프링
120: 제1 케이싱유닛 121: 제1 신축관
123: 제1 마개 125: 제2 마개
200: 제2 인공근육모듈 210: 제2 형상기억합금 스프링
220: 제1 케이싱유닛 221: 제1 신축관
223: 제3 마개 225: 제4 마개
300: 유체이동관 400: 제1 골격유닛
410: 제1 골격몸체 420: 제1 지지부재
430: 제2 지지부재 500: 제2 골격유닛
510: 제2 골격몸체 520: 제3 지지부재
530: 제4 지지부재 600: 관절유닛
710: 제1 센싱유닛 720: 제2 센싱유닛
800: 냉각유체 순환유닛 910: 유체순환 제어유닛
920: 열반응소자 제어유닛 S1: 제 내부공간
S2: 제2 내부공간 F: 냉각유체

Claims (13)

1. 제1 열반응 구동유닛과, 제1 내부공간을 형성하는 제1 케이싱유닛을 갖는 제1 인공근육모듈; 제2 열반응 구동유닛과, 제2 내부공간을 형성하는 제2 케이싱유닛을 갖는 제2 인공근육모듈; 그리고, 상기 제1 케이싱유닛과 상기 제2 케이싱유닛을 연결하는 유체이동관을 포함하며, 상기 제1 열반응 구동유닛이 수축되는 경우에 상기 제1 내부공간에 존재하는 냉각유체가 상기 제2 내부공간으로 이동되고, 상기 제2 내부공간으로 이동된 냉각유체에 의하여 상기 제2 열반응 구동유닛이 이완되는 인공근육 어셈블리를 포함하는 인공관절시스템에 있어서,
   제1 골격몸체와, 상기 제1 골격몸체상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제1 지지부재 및 제2 지지부재를 갖는 제1 골격유닛;
   제2 골격몸체와, 상기 제2 골격몸체상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제3 지지부재 및 제4 지지부재를 갖는 제2 골격유닛; 그리고,
   상기 제1 골격유닛과 상기 제2 골격유닛 사이에 배치되어 상기 제1 골격유닛과 상기 제2 골격유닛이 서로 상대운동 가능하도록 하는 관절유닛을 포함하며,
   상기 제1 인공근육모듈과 상기 제2 인공근육모듈은 상기 관절유닛을 기준으로 서로 반대방향에 배치되어 길항구조를 갖는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.
2. 제1 열반응 구동유닛과, 제1 내부공간을 형성하는 제1 케이싱유닛을 갖는 제1 인공근육모듈; 제2 열반응 구동유닛과, 제2 내부공간을 형성하는 제2 케이싱유닛을 갖는 제2 인공근육모듈; 그리고, 상기 제1 케이싱유닛과 상기 제2 케이싱유닛을 연결하는 유체이동관을 포함하며, 상기 제1 열반응 구동유닛이 수축되는 경우에 상기 제1 내부공간에 존재하는 냉각유체가 상기 제2 내부공간으로 이동되고, 상기 제2 내부공간으로 이동된 냉각유체에 의하여 상기 제2 열반응 구동유닛이 이완되는 인공근육 어셈블리를 포함하는 인공관절시스템에 있어서,
   상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값을 측정하는 제1 센싱유닛;
   상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하거나 상기 인공근육 어셈블리 내부의 냉각유체를 외부로 배출하기 위한 냉각유체 순환유닛;
   상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정하는 제2 센싱유닛; 그리고,
   상기 제1 센싱유닛 및 상기 제2 센싱유닛으로부터 수신한 특성값들을 바탕으로 상기 냉각유체 순환유닛, 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛을 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 케이싱유닛은 신축가능한 제1 신축관과, 상기 제1 신축관의 일단에 배치되는 제1 마개와, 상기 제1 신축관의 타단에 배치되는 제2 마개를 포함하며,
   상기 제2 마개에는 상기 유체이동관과 연통되는 제1 연통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링을 포함하며,
   상기 제1 형상기억합금 스프링의 일단은 상기 제1 마개를 관통하면서 외부의 전원공급유닛과 연결되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링의 타단은 상기 제2 마개를 관통하면서 상기 전원공급유닛과 연결되는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 형상기억합금 스프링의 일단은 상기 제1 마개와 결합되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링의 타단은 상기 제2 마개와 결합되어 상기 제1 형상기억합금 스프링의 수축 또는 이완시 상기 제1 형상기억합금 스프링의 길이방향을 따라 상기 제1 마개 및 상기 제2 마개가 함께 이동되는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 새로운 냉각유체를 공급하기 위하여 상기 유체이동관에서 분기되는 유체공급관과, 상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 존재하던 냉각유체를 외부로 배출하기 위하여 상기 유체이동관에서 분기되는 유체배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링 단위체를 포함하며,
   상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체는 형상기억합금 재질로 제작되는 제1 와이어부재와, 상기 제1 와이어부재에 열을 공급하기 위한 제1 저항선과, 상기 제1 와이어부재와 상기 제1 저항선 사이에 배치되어 상기 제1 와이어부재와 상기 제1 저항선을 전기적으로 절연시키는 제1 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 열반응 구동유닛은 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체와 병렬로 배치되며 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체와 동일한 구조를 갖는 제2 형상기억합금 스프링 단위체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인공근육모듈의 일단은 상기 제1 지지부재와 결합되고, 상기 제1 인공근육모듈의 타단은 상기 제3 지지부재와 결합되며, 상기 제2 인공근육모듈의 일단은 상기 제2 지지부재에 결합되고, 상기 제2 인공근육모듈의 타단은 상기 제4 지지부재와 결합되는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 지지부재는 상기 제1 골격몸체에 고정된 제1 고정프레임과, 일단은 상기 제1 고정프레임에 결합되고 타단은 상기 제1 인공근육모듈의 일단과 결합되어 길이가 가변되는 제1 가변프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.
12. 삭제
13. 제2항에 따른 인공관절시스템을 제어함에 있어서,
    상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값을 측정하는 단계;
    상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정하는 단계;
    상기 냉각유체의 특성값을 바탕으로 상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하거나 상기 인공근육 어셈블리 내부의 냉각유체를 외부로 배출하기 위한 상기 냉각유체 순환유닛을 제어하는 단계; 그리고,
    상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 바탕으로 상기 제1 인공근육모듈 또는 상기 제2 인공근육모듈을 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템의 제어방법.

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