KR101861445B1 - 의수 및 의수의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

의수가 제공된다. 일 실시 예에 따른 의수는 절단된 팔의 일 단에 결합되어, 상기 팔의 회내 또는 회외 운동에 의하여 제1 축 회전을 생성하는 결합부, 상기 절단된 팔의 팔꿈치 영역에서 손목 영역으로 연장하며, 척골의 일 측에 배치되는 기저 링크(base link) 및 일 면의 하단에 상기 기저 링크가 체결되며, 타 면의 상단에 상기 제1 축으로의 회전에 연동하는 제2 축 및 타 면의 하단에 상기 제2 축에 대하여 소정 거리 이격하는 제3 축을 제공하는 체결부;를 포함하며, 중립 자세에서 상기 회내 또는 회외 운동 발생 시, 상기 제1 축의 단면과 상기 제2 축의 단면에 의하여 정의되는 제1 가상선과 상기 제2 축의 단면과 상기 제3 축의 단면에 의하여 정의되는 제2 가상선이 형성하는 각도가 변화된다.

Description

의수 및 의수의 동작 방법{Prosthetic Arm and the Method Operating the Same}

본 발명은 의수 및 의수의 동작 방법에 관련된 것으로, 보다 구체적으로 수동형(passive)으로 구동하되, 회내(pronation) 및/또는 회외(supination) 움직임을 제공하는 의수 및 의수의 동작 방법에 관련된 것이다.

의수는 의지, 즉 인공사지의 한 분야로서 팔의 일부가 절단된 환자의 불편함을 완화하고, 미관을 보완하기 위해 착용하는 보조기를 의미한다.

의수의 개선은 선천적 장애인, 교통 사고 등에 의한 후천적 장애인에게 중요한 이슈에 해당한다. 일반적으로 의수는 절단된 부위의 미관을 부완하는 미관수와 절단된 부위의 기능을 대신하는 기능수로 구분될 수 있다. 미관수는 오래 동안 사용되어 왔으나, 기능수는 최근 들어 연구가 진행되고 있는 실정이다.

기능수에 있어서, 회내 및 회외 동작은 매우 중요한 움직임 중 하나이다. 회내 및 회외 동작은 책을 넘기거나, 문 고리를 돌리거나, 드라이버를 돌리거나, 그 외 가정 도구들을 다룰 때 필수적인 동작에 해당한다.

최근의 의수는 회내 및 회외 동작을 구현하기 위해서 전기 모터를 사용하고 있다. 이 경우, 전기 모터는 유실된 전완 근육의 역할을 대신 수행하게 된다. 그러나 전기 모터의 동작 범위, 동작 각도 등은 실제 인체의 움직임과 전반적으로 다르기 때문에 기능적 또는 미관적으로 어색함을 가지고 있다. 또한, 전기 모터 자체는 무게가 상당하기 때문에 환자의 불편함을 해소하는데 근본적인 한계를 가지고 있다.

이에, 본 발명자들은 인체의 움직임과 유사도가 높으며, 착용 및 구동이 용이한 의수 및 의수의 동작 방법을 발명하게 되었다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 유실된 신체의 움직임을 정확하게 재현하는 의수 및 의수의 동작 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 수동형으로 동작하는 의수 및 의수의 동작 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 경량성을 보유한 의수 및 의수의 동작 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 이하의 설명에 의하여 보다 구체화될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 의수는 절단된 팔의 일 단에 결합되어, 상기 팔의 회내 또는 회외 운동에 의하여 제1 축 회전을 생성하는 결합부, 상기 절단된 팔의 팔꿈치 영역에서 손목 영역으로 연장하며, 척골의 일 측에 배치되는 기저 링크(base link) 및 일 면의 하단에 상기 기저 링크가 체결되며, 타 면의 상단에 상기 제1 축으로의 회전에 연동하는 제2 축 및 타 면의 하단에 상기 제2 축에 대하여 소정 거리 이격하는 제3 축을 제공하는 체결부를 포함하며, 중립 자세에서 상기 회내 또는 회외 운동 발생 시, 상기 제1 축의 단면과 상기 제2 축의 단면에 의하여 정의되는 제1 가상선과 상기 제2 축의 단면과 상기 제3 축의 단면에 의하여 정의되는 제2 가상선이 형성하는 각도가 변화될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 중립 자세의 경우, 상기 제1 가상선과 상기 제2 가상선은 평행하며, 상기 회내 또는 회외 운동 발생 시, 상기 제2 가상선은 무 회전한 상태에서, 상기 제1 가상선이 회전함으로써, 상기 제1 가상선과 상기 제2 가상선이 이루는 각도가 변화할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 회내 또는 회외 운동 발생 시, 상기 각도의 변화에 의하여 상기 팔의 요골과 척골의 엇갈림이 구현될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 결합부의 일 단에 연결되며, 상기 제1 축으로의 회전을 상기 제2 축으로 중개하는 회전 중개 링크를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 팔의 회내 또는 회전 운동에 의한 회전을 증폭하는 회전 증폭부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 회전 증폭부는, 상기 제2 축에 마련되는 제1 기어 및 상기 제2 축의 연장 라인에 마련되며, 상기 제1 기어와 독립적으로 회전하는 제2 기어; 및

상기 제3 축에 마련되며 상기 제1 기어와 맞물려 상기 제1 기어의 회전량을 증폭하는 제3 기어 및 상기 제3 기어와 함께 회전하며, 상기 증폭된 보상량을 상기 제2 기어로 전달하는 제4 기어를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기어의 회전에 의하여 증폭 회전하며, 상기 제2 축의 연장 라인에 결합된 손목 회전부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 동작 방법은, 절단된 팔의 회내 또는 회외 운동에 의하여 정의되는 제1 축의 단면과 상기 제1 축의 회전에 연동하여 회전하는 제2 축의 단면에 의하여 정의되는 제1 가상선과 상기 제2 축의 단면과 상기 제2 축의 일 측에 배치되는 제3 축의 단면에 의하여 정의되는 제2 가상선이 평행한 중립 자세를 제공하는 단계 및 상기 절단된 팔의 회내 또는 회외 운동에 의하여 상기 제1 가상선과 상기 제2 가상선이 소정의 각도를 형성하는 회내 또는 회외 운동을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 중립 자세를 제공하는 단계에서, 상기 제1 가상선과 상기 제2 가상선은 서로 평행할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 회내 또는 회외 운동을 제공하는 단계에서, 상기 제1 가상선은 무 회전한 상태에서, 상기 제1 가상선이 회전함으로써, 상기 제1 가상선과 상기 제2 가상선이 소정의 각도를 형성할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 회내 또는 회외 운동을 제공하는 단계는, 상기 절단된 팔의 회내 또는 회외 운동에 의한 제1 축의 회전량을 증폭하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 회전량을 증폭하는 단계는, 상기 제1 축의 회전량을 상기 제2 축의 제1 기어에 중개하는 단계;

상기 제1 기어의 회전을 상기 제1 기어와 맞물리며, 상기 제3 축에 마련된 제3 기어로 전달하여 증폭시키는 단계 및 상기 제3 기어와 함께 회전하는 제4 기어를 통하여, 상기 제2 축 상에 상기 제1 기어와 독립적으로 회전하는 제2 기어에 증폭된 회전량을 전달하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 의수는, 절단된 팔의 일 단에 결합되어, 상기 팔의 회내 또는 회외 운동에 의하여 제1 축으로의 회전을 생성하는 결합부, 상기 절단된 팔의 팔꿈치 영역에서 손목 영역으로 연장하며, 척골의 일 측에 배치되는 기저 링크(base link), 일 면의 하단에 상기 기저 링크가 체결되며, 타 면의 상단에 상기 제1 축으로의 회전에 연동하여 회전하는 제2 축 및 타 면의 하단에 상기 제2 축에 대하여 소정 거리 이격하는 제3 축을 제공하는 체결부를 포함하다.

이 때, 본 발명의 실시 예에 따른 의수는, 중립 자세에서 상기 회내 또는 회외 운동 발생 시, 상기 제1 축의 단면과 상기 제2 축의 단면에 의하여 정의되는 제1 가상선과 상기 제2 축의 단면과 상기 제3 축의 단면에 의하여 정의되는 제2 가상선이 형성하는 각도가 변화된다.

이로써, 절단된 팔의 회내 또는 회외 운동을 보조하여 정상적인 팔의 회내 또는 회외 운동을 재현하는 효과를 제공할 수 있다. 또한, 수동형으로 동작하므로 경량성이 향상되며 제조 원가가 낮아지는 효과를 제공할 수 있다.

나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 의수는, 전단된 팔의 회내 또는 회전 운동에 의한 회전량을 증폭하는 회전 증폭부를 더 포함한다.

이로써, 절단된 팔이 약간 회전하더라도, 인공 손목은 보다 크게 회전하는 효과를 제공할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 효과는 이하의 설명에 의하여 구체화될 수 있다.

도 1은 정상인과 장애인의 전완(forearm) 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 모델링된 전완을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 측면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 분해도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 중립 자세를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 회외 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 회내 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 회전량 증폭 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 회전량 증폭을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 모양은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1은 정상인과 장애인의 전완(forearm) 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 1(a)를 참조하면, 도 1(a)는 엄지 손가락이 위를 향하고 새끼 손가락이 아래를 향하는 중립 자세를 도시한다. 이 때, 전완의 구성을 요골 및 척골 그리고 임의로 요골과 척골을 연결하는 가상 링크들(L1, L2, L3, L4, L5)로 구성하였다. 이 경우, 손가락 끝에서 바라보게 되면(도 1(a)의 front) 척골과 요골이 점으로 표현되고, 그 사이를 링크가 연결하고 있는 것으로 볼 수 있다.

도 1(b)는 정상인의 전완 회전을 설명하기 위한 도면이고, 도 1(c)는 전완의 일부가 손실된 장애인의 전완 회전을 설명하기 위한 도면이다.

도 1(b)를 참조하면, 정상인이 회내 또는 회외 운동을 하게 되면, 척골에 대하여 요골이 엇갈림(cross)를 형성하게 된다. 이에 따라, 척골과 요골 사이의 가상 링크가 회전하게 된다. 다시 말해, 팔꿈치에서 손목에 가까울수록 가상 링크가 크게 회전하게 된다. 이로써, 척골에 대하여 요골이 회전(θ1)할 수 있게 되는 것이다.

도 1(c)를 참조하면, 장애인이 회내 또는 회외 운동을 하게 되면, 척골에 대한 요골의 엇갈림이 정확하게 형성되지 못한다. 이는 남아 있는 팔의 길이가 짧기 때문이며, 이 경우 가상링크 L1 내지 L4가 잔존하더라도 L5는 유실된 것으로 볼 수 있다. 이 경우, 가상링크 L1 내지 L4가 회전(θ2)하더라도 척골에 대한 요골의 엇갈림이 정확하게 형성하기에는 부족함이 있다. 따라서, 전완이 손실된 장애인은 회내 또는 회외 동작을 수행하는 데 어려움이 있다.

이에 본 발명자들은 상술한 바와 같이 정상인과 장애인의 전완 동작의 본질적인 차이점을 파악하고, 장애인의 전완 동작을 보완하기 위한 모델링을 설계하였다. 이하 도 2를 참조하여, 모델링된 전완을 설명하기로 한다.

도 2는 모델링된 전완을 도시한다.

도 2(a)를 참조하면, 모델링된 전완은 2개의 핀 조인트와 1개의 유니버셜 조인트, 1개의 볼 조인트로 이루어지며 1개의 자유도를 가질 수 있다. 모델링된 전완은 공간 4절 링크를 구성할 수 있으며, 공간 4절 링크는 도 2(a) 좌측의 핀과 유니버셜 사이(손목 영역). 요골, 도 2(a) 우측의 볼과 핀 사이(팔꿈치 영역), 척골으로 이루어질 수 있다.

도 2(b)를 참조하면, 도 2(a)와 같이 모델링된 전완은 회내 또는 회외 운동 발생시 척골과 요골의 엇갈림이 발생하게 된다. 이로써, 원활한 회내 또는 회외 운동을 제공할 수 있다.

이 때, 유니버셜 조인트와 볼 조인트는 잔존 팔에 속해 있는 것으로 가정하였다. 따라서, 유실된 척골, 유실된 요골, 핀 조인트 유니버셜 조인트를 구현하도록 의수를 발명하였다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수를 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 측면도를 도시하고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 분해도를 도시한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수는 기저 링크(110), 결합부(120), 회전 중개 링크(130), 제1 체결부(140), 제1 내지 제4 기어(152, 154, 156, 158), 제2 체결부(160), 손목 회전부(170) 중 적어도 하나의 구성을 포함할 수 있다. 또한, 의수를 착용하기 위한 착용부(180)을 더 포함할 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 상술하기로 한다.

상기 기저 링크(110)는 절단된 팔의 팔꿈치 영역에서 손목 영역으로 연장하며, 척골의 일 측에 배치될 수 있다. 상기 기저 링크(110)는 신체의 척골에 대응하는 움직임을 재현할 수 있다.

상기 기저 링크(110)의 일 단은 팔꿈치 영역의 조인트부(112)에 연결될 수 있다. 이 때 상기 조인트부(112)는 상기 착용부(180)에 연결될 수 있다. 이로써, 상기 기저 링크(110)는 착용부(180)에 간접적으로 연결될 수 있다. 상기 기저 링크(110)는 상기 조인트부(112)에 대하여 회전 운동할 수 있도록 결합될 수 있다.

상기 결합부(120)는 절단된 팔의 일 단에 결합될 수 있다. 상기 결합부(120)는 절단된 팔과 의수를 연결하는 매개적인 역할을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상기 결합부(120)는 절단된 팔을 감싸면서 착용될 수 있도록 반구형으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 장애인 절단된 팔을 회전하게 되면, 상기 절단된 팔에 착용된 결합부(120)가 같이 회전하게 된다.

상기 회전 중개 링크(130)는 상기 절단된 팔의 회내 또는 회외 움직임에 의하여 발생하는 제1 축(A1) 회전을 제2 축(A2)으로 중개할 수 있다. 이를 위하여, 상기 회전 중개 링크(130)는 상기 결합부(120)의 일 단에 연결되어 제1 축(A1)으로 회전하는 제1 회전 중개 링크(131)와 제1 회전 중개 링크(132)에 연결되어 제1 축(A1) 회전을 제2 축(A2)으로 중개하는 제2 회전 중개 링크(132)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1 체결부(140)는 상기 기저 링크(110)가 체결되는 구조를 제공할 수 있다. 상기 기저 링크(110)는 상기 제1 체결부(140)의 일 면 하단에 체결될 수 있다. 이 때, 상기 제1 체결부(140)와 상기 기저 링크(110)는 별개의 구성으로 이루어질 수도 있고, 일체로 이루어질 수도 있다.

상기 제1 체결부(140)는 상기 기저 링크(110)가 체결되는 일 면에 대향하는 타 면의 상단에 상기 제1 축(A1)으로의 회전에 연동하여 회전하는 제2 축(A2)을 제공하고 타 면의 하단에 상기 제2 축(A2)에 대하여 소정 거리 이격하는 제3 축(A3)을 제공할 수 있다.

이 때, 상기 제1 체결부(140)의 제2 축(A2)을 제공하는 영역에는 상기 회전 중개 링크(130)가 결합될 수 있다. 이로써, 상기 회전 중개 링크(130)는 제1 축(A1)으로 회전하는 결합부(120)의 회전을 제2 축(A2)으로 전달할 수 있다.

또한, 상기 제1 체결부(140)의 제3 축(A3)을 제공하는 영역에는 회전축(142)이 결합될 수 있다.

상기 제2 축(A2) 상에는 제1 및 제2 기어(152, 154)가 배치되고, 상기 제3 축(A3)에는 제3 및 제4 기어(156, 158)이 배치될 수 있다. 상기 제1 기어(152) 및 상기 제2 기어(154)는 상기 제2 축(A2) 선 상에 배치되되, 상기 제1 및 제2 기어(152, 154)는 독립적으로 회전할 수 있다. 상기 제3 기어(156) 및 제4 기어(158)는 상기 회전축(142)에 체결되어 회전하며, 상기 제3 및 제4 기어(156, 158)는 함께 회전할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 기어(152)와 상기 제3 기어(156)는 맞물려 회전할 수 있다. 상기 제2 기어(154)는 상기 제4 기어(158)와 맞물려 회전할 수 있다. 이 때, 상기 제1 기어(152)의 회전량은 상기 제3 기어(156)에 의하여 증폭될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 기어(156)는 증폭된 회전량에 따라 회전축(142)을 회전시킬 수 있다. 상기 제4 기어(158)는 상기 회전축(142)에 의하여 회전하고, 상기 제2 기어(154)를 회전시킬 수 있다. 결과적으로 상기 제2 기어(154)의 회전량은 상기 제1 기어(152) 보다 많게 된다. 본 실시 예에 따르면, 간이한 기어 구성을 통하여 동일한 회전축에서 회전량을 증폭할 수 있다.

상기 제2 체결부(160)는 상기 제1 체결부(140)와 대향하여 위치하며, 상기 제2 기어(154) 및 상기 제4 기어(158)를 닫는 역할을 수행할 수 있다. 또한 상기 제2 체결부(160)는 상기 제2 축(A2)에 연장하는 라인에 손목 회전부(170)를 수용할 수 있다.

상기 손목 회전부(170)는 상기 제2 체결부(160)에 결합되며, 상기 제2 축(A2)을 따라 회전할 수 있다. 이 때, 상기 손목 회전부(170)는 상기 제2 기어(154)의 회전에 연동하여 회전하게 되므로, 상기 제1 기어(152) 보다 증폭된 회전량으로 회전할 수 있다.

상기 손목 회전부(170)에는 유실된 손에 대응하는 인공 손이 결합될 수 있다. 인공 손은 절단된 팔의 회내 또는 회외 운동에 따라 회내 또는 회외 운동할 수 있음은 물론이며, 절단된 팔의 회내 또는 회외 각도도 작더라도 이를 증폭시켜 회전할 수 있다.

이하 도 5 내지 도 8을 찹조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 동작 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 중립 자세를 설명하기 위한 도면이고 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 회외 동작을 설명하기 위한 도면이고 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 회내 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하는 실시 예는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 실시 예에 의하여 구현될 수 있음은 물론이다. 도 6 내지 도 8을 도시함에 있어서, 설명의 요지와 관련 없는 부분은 도시를 생략하였다.

도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 동작 방법은, 절단된 팔의 회내 또는 회외 운동에 의하여 정의되는 제1 축의 단면과 상기 제1 축의 회전에 연동하여 회전하는 제2 축의 단면에 의하여 정의되는 제1 가상선과 상기 제2 축의 단면과 상기 제2 축의 일 측에 배치되는 제3 축의 단면에 의하여 정의되는 제2 가상선이 평행한, 중립 자세를 제공하는 단계(S100) 및 상기 절단된 팔의 회내 또는 회외 운동에 의하여 상기 제1 가상선과 상기 제2 가상선이 소정의 각도를 형성하는, 회내 또는 회외 운동을 제공하는 단계(S110)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각 단계에 대하여 상술하기로 한다.

단계 S100을 상술하기 위하여, 도 6을 함께 참조하기로 한다.

도 6(a)을 참조하면 중립 자세는 엄지 손가락이 위를 향하고 새끼 손가락이 바닥을 향하는 자세를 의미할 수 있다. 이 경우, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 절단된 팔의 회내 또는 회외 운동에 의하여 정의되는 제1 축(A1)과 상기 제1 축의 회전에 연동하여 회전하는 제2 축(A2), 상기 제2 축의 일 측에 배치되는 제3 축(A3)이 제공될 수 있다.

이 때, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 도 6(c)를 정면에서 바라본 경우, 상기 제1 축(A1)의 단면과 상기 제2 축(A2)의 단면에 의하여 정의되는 제1 가상선(IM1)과 상기 제2 축(A2)의 단면과 상기 제3 축(A3)의 단면에 의하여 정의되는 제2 가상선(IM2)은 평행할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제1 가상선(IM1)과 상기 제2 가상선(IM2)는 동일선 상에 위치할 수 있다.

단계 S110에 따른 회외 동작을 상술하기 위하여, 도 7을 함께 참조하기로 한다.

도 7(a)를 참조하면 회외 동작을 수행하는 경우, 손바닥이 위를 보는 자세가 제공될 수 있다.

도 7(c)를 참조하면, 회외 동작 수행에 따라 상기 결합부(120)가 손바닥이 위를 보도록 회전하게 되고, 이에 따라 제1 회전 중개 링크(131)가 제1 축(A1)을 기준으로 회전하게 된다. 상기 제2 회전 중개 링크(132)는 제1 축(A1)의 회전을 제2 축(A2)으로 중개할 수 있다. 한편, 상기 제2 축(A2)과 상기 제3 축(A3)은 동일한 제1 체결부(140)에 체결되어 있으므로, 상기 제2 축(A2)과 상기 제3 축(A3) 간에는 상대적인 회전이 발생하지 않는다.

도 7(b)에 도시된 바와 같이, 도 7(c)를 정면에서 바라본 경우, 회외 운동에 의하여, 상기 제1 가상선(IM1)이 상기 제2 가상선(IM2)에 대하여 반 시계 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 상기 제1 가상선(IM1)과 상기 제2 가상선(IM2) 사이에는 소정의 각도가 형성될 수 있다. 상기 소정의 각도가 형성됨에 따라 요골과 척골의 엇갈림이 동작이 재현될 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 의하여 회외 움직임이 재현될 수 있다.

단계 S110에 따른 회내 동작을 상술하기 위하여, 도 8을 함께 참조하기로 한다.

도 8(a)를 참조하면 회내 동작을 수행하는 경우, 손바닥이 아래를 보는 자세가 제공될 수 있다.

도 8(c)를 참조하면, 회외 동작 수행에 따라 상기 결합부(120)가 손바닥이 아래를 보도록 회전하게 되고, 이에 따라 제1 회전 중개 링크(131)가 제1 축(A1)을 기준으로 회전하게 된다. 상기 제2 회전 중개 링크(132)는 제1 축(A1)의 회전을 제2 축(A2)으로 중개할 수 있다. 한편, 상기 제2 축(A2)과 상기 제3 축(A3)은 동일한 제1 체결부(140)에 체결되어 있으므로, 상기 제2 축(A2)과 상기 제3 축(A3) 간에는 상대적인 회전이 발생하지 않는다.

도 8(b)에 도시된 바와 같이, 도 8(c)를 정면에서 바라본 경우, 회내 운동에 의하여, 상기 제1 가상선(IM1)이 상기 제2 가상선(IM2)에 대하여 시계 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 상기 제1 가상선(IM1)과 상기 제2 가상선(IM2) 사이에는 소정의 각도가 형성될 수 있다. 상기 소정의 각도가 형성됨에 따라 요골과 척골의 엇갈림이 동작이 재현될 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 의하여 회내 움직임이 재현될 수 있다.

이상 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 동작 방법을 설명하였다. 이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 회전량 증폭 방법을 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 회전량 증폭 방법을 설명하기 위한 순서도이고 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 회전량 증폭을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수의 회전량 증폭 방법은, 상기 제1 축의 회전량을 상기 제2 축의 제1 기어에 중개하는 단계(S200), 상기 제1 기어의 회전을 상기 제1 기어와 맞물리며, 상기 제3 축에 마련된 제3 기어로 전달하여 증폭시키는 단계(S210) 및 상기 제3 기어와 함께 회전하는 제4 기어를 통하여, 상기 제2 축 상에 상기 제1 기어와 독립적으로 회전하는 제2 기어에 증폭된 회전량을 전달하는 단계(S220) 중 적어도 하나의 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각 단계에 대하여 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위하여 도 10을 참조하기로 한다.

단계 S200에서 상기 제1 축의 회전량을 상기 제2 축의 제1 기어에 중개될 수 있다. 즉, 절단된 팔이 회전하게 되면, 결합부(120)가 회전하게 되고, 회전 중개 링크(130)가 제1 축(A1)으로 회전하는 결합부(120)의 회전을 제2 축(A2)으로 중개할 수 있다. 이에 따라, 제2 회전 중개 링크(132)의 제2 축(A2)에 연결된 제1 기어(152)가 회전하게 된다.

단계 S210에서, 상기 제1 기어의 회전을 상기 제1 기어와 맞물리며, 상기 제3 축에 마련된 제3 기어로 전달할 수 있다. 즉 상기 제1 기어(152)가 회전함에 따라, 상기 제1 기어(152)와 맞물린, 제3 기어(156)가 회전하게 된다. 이 때, 상기 제3 기어(156)는 상기 제1 기어(152)의 회전량을 증폭시킬 수 있다. 이는 기어의 치의 개수 비에 따라 다양하게 조절될 수 있다.

단계 S220에서, 상기 제3 기어와 함께 회전하는 제4 기어를 통하여, 상기 제2 축 상에 상기 제1 기어와 독립적으로 회전하는 제2 기어에 증폭된 회전량을 전달할 수 있다. 즉, 상기 제3 기어(156)에 의하여 회전축(142)가 회전하게 되고, 회전축(142)에 마련된 제4 기어(158)가 함께 회전하게 된다. 이 경우 제4 기어(158)는 제2 축(A2) 상에 제공되되, 상기 제1 기어(152)와 독립적으로 회전하는 제2 기어(154)에 회전량을 전달할 수 있다. 이 경우에도, 상기 제4 기어(158)의 회전량은 상기 제2 기어(154)에 의하여 증폭되도록 치의 개수 비가 제공될 수 있다.

이에 따라 상기 제2 기어(154)는 상기 제1 기어(152)의 회전량(결합부(120)에 의하여 생성된 회전량) 보다 큰 회전량을 가질 수 있다. 상기 손목 연결부(170)가 제2 기어(154)의 회전에 연동하여 제2 축(A2)을 기준으로 회전하게 되므로, 회전 각도가 보상될 수 있다.

이상 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 의수 및 의수의 동작 방법은, 정상인의 척골과 요골의 엇갈림 동작을 재현하도록 모델링 하였으므로 회내 또는 회외 동작의 생체 모사 정확도가 우수하다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 의수 및 의수의 동작 방법은 절단된 팔의 회전량을 증폭시키는 회전 증폭부를 제공하므로 회내 또는 회외 동작의 구현성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 의수 및 의수의 동작 방법은 모터와 같은 액츄에이터 없이 절단된 팔의 회전 운동을 기반으로 하기 때문에 수동형으로 구현이 가능하다. 따라서, 경량성이 우수하며, 제조 단가가 절감되는 효과를 제공할 수 있다.

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.

110: 기저 링크
120: 결합부
130: 회전 중개 링크
140: 제1 체결부
152, 154, 156, 158: 기어
160: 제2 체결부
170: 손목 회전부
180: 착용부

Claims (12)

1. 절단된 팔의 일 단에 결합되어, 상기 팔의 회내 또는 회외 운동에 의하여 제1 축을 중심으로 회전을 생성하는 결합부;
   상기 절단된 팔의 팔꿈치 영역에서 손목 영역으로 연장하며, 척골의 일 측에 배치되는 기저 링크(base link); 및
   일 면의 하단에 상기 기저 링크가 체결되며, 타 면의 상단에 상기 제1 축으로의 회전에 연동하는 제2 축 및 타 면의 하단에 상기 제2 축에 대하여 소정 거리 이격하는 제3 축을 제공하는 체결부;를 포함하며,
   중립 자세에서 상기 절단된 팔에 의한 상기 회내 또는 회외 운동 발생 시, 남은 팔의 회전에 의하여 상기 제1 축이 회전함에 따라, 상기 제1 축의 단면과 상기 제2 축의 단면에 의하여 정의되는 제1 가상선과 상기 제2 축의 단면과 상기 제3 축의 단면에 의하여 정의되는 제2 가상선이 형성하는 각도가 변화되는 의수.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 중립 자세의 경우, 상기 제1 가상선과 상기 제2 가상선은 평행하며, 상기 회내 또는 회외 운동 발생 시, 상기 제2 가상선은 무 회전한 상태에서, 상기 제1 가상선이 회전함으로써, 상기 제1 가상선과 상기 제2 가상선이 이루는 각도가 변화하는 의수.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 회내 또는 회외 운동 발생 시, 상기 각도의 변화에 의하여 상기 팔의 요골과 척골의 엇갈림이 구현되는 의수.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 결합부의 일 단에 연결되며, 상기 제1 축으로의 회전을 상기 제2 축으로 중개하는 회전 중개 링크를 더 포함하는 의수.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 팔의 회내 또는 회전 운동에 의한 회전을 증폭하는 회전 증폭부를 더 포함하는 의수.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 회전 증폭부는,
   상기 제2 축에 마련되는 제1 기어 및 상기 제2 축의 연장 라인에 마련되며, 상기 제1 기어와 독립적으로 회전하는 제2 기어; 및
   상기 제3 축에 마련되며 상기 제1 기어와 맞물려 상기 제1 기어의 회전량을 증폭하는 제3 기어 및 상기 제3 기어와 함께 회전하며, 상기 증폭된 보상량을 상기 제2 기어로 전달하는 제4 기어를 포함하는 의수.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 제2 기어의 회전에 의하여 증폭 회전하며, 상기 제2 축의 연장 라인에 결합된 손목 회전부를 더 포함하는 의수.
8. 절단된 팔의 회내 또는 회외 운동에 의하여 정의되는 제1 축의 단면과 상기 제1 축의 회전에 연동하여 회전하는 제2 축의 단면에 의하여 정의되는 제1 가상선과 상기 제2 축의 단면과 상기 제2 축의 일 측에 배치되는 제3 축의 단면에 의하여 정의되는 제2 가상선이 평행한 중립 자세를 제공하는 단계; 및
   상기 절단된 팔의 회내 또는 회외 운동에 의하여, 상기 제1 축이 회전함에 따라 상기 제1 가상선과 상기 제2 가상선이 소정의 각도를 형성하는 회내 또는 회외 운동을 제공하는 단계를 포함하는 의수의 동작 방법.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 중립 자세를 제공하는 단계에서, 상기 제1 가상선과 상기 제2 가상선은 서로 평행한 의수의 동작 방법.
10. 제8 항에 있어서,
    상기 회내 또는 회외 운동을 제공하는 단계에서, 상기 제1 가상선은 무 회전한 상태에서, 상기 제1 가상선이 회전함으로써, 상기 제1 가상선과 상기 제2 가상선이 소정의 각도를 형성하는 의수의 동작 방법.
11. 제8 항에 있어서,
    상기 회내 또는 회외 운동을 제공하는 단계는, 상기 절단된 팔의 회내 또는 회외 운동에 의한 제1 축의 회전량을 증폭하는 단계를 더 포함하는 의수의 동작 방법.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 회전량을 증폭하는 단계는,
    상기 제1 축의 회전량을 상기 제2 축의 제1 기어에 중개하는 단계;
    상기 제1 기어의 회전을 상기 제1 기어와 맞물리며, 상기 제3 축에 마련된 제3 기어로 전달하여 증폭시키는 단계; 및
    상기 제3 기어와 함께 회전하는 제4 기어를 통하여, 상기 제2 축 상에 상기 제1 기어와 독립적으로 회전하는 제2 기어에 증폭된 회전량을 전달하는 단계를 포함하는 의수의 동작 방법.

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