KR101894083B1 - 하지 운동 보조 장치 - Google Patents

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(주)자메드코리아
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Abstract

[과제] 구조를 간소화하고, 제조비용 절감과 경량화를 꾀하는 것.
[해결수단] 베이스(12) 상에 회전체(14)를 수직인 축선 둘레로 회전 가능하게 설치하고, 회전체(14)의 상면에는 상방이 개구된 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)를 설치하고, 베이스(12)에 설치된 전동 모터(30)에 의해 회전체(14)를 소정의 회전각으로 왕복 회전 구동한다.

Description

하지 운동 보조 장치{Lower limb exercise assistance apparatus}
본 발명은, 하지(下肢) 운동 보조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 지속적 타동(수동) 운동식의 하지 운동 보조 장치에 관한 것이다.
주로, 무릎 관절의 굴신 운동을 행하는 지속적 타동 운동(CPM)식 하지 운동 보조 장치로서, 베이스와, 상기 베이스에 하나의 평면 상을 서로 평행하게, 또한 전후 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된 좌우의 슬라이더와, 상기 좌우의 슬라이더를 전후 방향으로 왕복 구동하는 구동 장치와, 사용자의 발이 놓이고, 적어도 사용자 뒤꿈치의 후방으로의 이동을 저지하는 뒤꿈치 받이부를 구비하고, 그 뒤꿈치 받이부에 대응하는 위치에서 각각 상기 슬라이더에 좌우 방향으로 수평으로 연장되는 축선 둘레로, 또는 그 뒤꿈치 받이부에 뒤꿈치를 붙여 놓여진 발의 뒤꿈치 관절에 대략 일치하는 위치에서 각각 상기 슬라이더에 좌우 방향으로 수평으로 연장되는 축선 둘레로 회동 가능하게 장착된 좌우의 발 보장구를 갖는 하지 운동 보조 장치가 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌, 1, 2).
[특허 문헌 1] 일본 특허 제5475838호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특허 제5509396호 공보
상술한 바와 같은 하지 운동 보조 장치에 있어서, 슬라이더를 전후 방향으로 왕복 구동하는 구동원은 전동 모터이므로, 전동 모터의 회전 출력을 슬라이더의 왕복 운동으로 변환할 필요가 있고, 그 만큼, 기구가 복잡해져 제조 비용이 상승함과 더불어 장치의 중량이 무거워진다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 하지 운동 보조 장치의 구조를 간소화하고, 제조 비용의 절감과 경량화를 도모하는 것이다.
본 발명에 따른 하지 운동 보조 장치는, 베이스(12)와, 상기 베이스(12) 상에 수직인 축선 둘레로 회전 가능하게 설치된 회전체(14)와, 상기 회전체(14)의 상면의 서로 이격된 위치에 형성되고, 사용자 뒤꿈치의 후방으로의 이동을 저지하는 후벽(20B, 22B)과, 사용자 발의 내측 및 외측의 측방으로의 이동을 저지하는 내측벽(20D, 22D) 및 외측벽(20E, 22E)을 구비한 상방이 개구된 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)와, 상기 베이스(12)에 설치되고, 상기 회전체(14)를 소정의 회전각으로 왕복 회전 구동하는 구동 장치(30)를 갖는다.
이 구성에 의하면, 전동 모터(30)의 회전 출력을 슬라이더의 왕복 운동으로 변환하는 기구가 불필요하므로, 구조가 간소화되고, 제조 비용의 절감과 경량화를 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 하지 운동 보조 장치는, 상기 왼발용 오목부(20) 및 상기 오른발용 오목부(22)는 상기 회전체(14)의 회전 중심을 지나는 하나의 직경선 상에 있고, 상기 회전 중심을 대칭점으로 하여 좌우 대칭으로 설치되어 있다.
이 구성에 의하면, 무릎 관절의 굴곡 운동이 왼쪽 다리와 오른쪽 다리에서 균등하게 행해진다.
본 발명에 따른 하지 운동 보조 장치는, 상기 왼발용 오목부(20) 및 상기 오른발용 오목부(22)의 상기 외측벽은 발끝측(21B, 23B)의 벽 높이가 뒤꿈치측(21A, 21B)의 벽 높이 보다 낮다.
이 구성에 의하면, 상기 왼발용 오목부(20) 및 상기 오른발용 오목부(22)의 발끝측에 발끝 외측으로의 도피부(24, 26)가 형성되게 되고, 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)가 원호 궤적 상을 이동하는 것에 대하여, 발끝이 내측으로 이동하는 「안짱다리」 모양이 되는 측의 발끝이 저절로 도피부(24, 26)에 위치하여, 무릎 관절에 비틀림의 부담을 주는 것이 회피된다.
본 발명에 따른 하지 운동 보조 장치에 의하면, 전동 모터의 회전 출력을 슬라이더의 왕복 운동으로 변환하는 기구가 불필요하므로, 구조가 간소화되고, 제조 비용의 절감과 경량화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하지 운동 보조 장치의 일 실시 형태를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 의한 하지 운동 보조 장치의 사시도이다.
도 3은 도 1의 선 III－III에 따른 단면도이다.
도 4는 본 실시 형태에 의한 하지 운동 보조 장치의 동작 상태를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 하지 운동 보조 장치의 다른 실시 형태의 주요 부위를 나타내는 사시도이다.
도 6은 다른 실시 형태에 의한 하지 운동 보조 장치의 주요 부위(회전체측 장착판을 떼어낸 상태)를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명에 따른 하지 운동 보조 장치의 일 실시 형태를, 도 1~4를 참조하여 설명하기로 한다.
하지 운동 보조 장치(10)는 플로어 위에 놓여지는 원반형 베이스(12)와, 베이스(12) 상에 수직인 축선 둘레로 회전 가능하게 설치된 원반형 회전체(14)를 갖는다.
회전체(14)의 하저면에는 회전체(14)의 회전 중심과 동심의 원환상 가이드 레일(16)이 형성되어 있다. 가이드 레일(16)은 회전체(14) 하저면으로부터 하방으로 돌출되어 있고, 회전체(14)의 보강 리브를 겸하고 있다. 베이스(12)에는 가이드 레일(16)에 구름운동 가능하게 결합되어 회전체(14)를 회전 가능하게 지지하는 금속제의 볼(18)이 구름운동 가능하게 설치되어 있다.
회전체(14)의 상면에는 좌우 방향으로 서로 이격된 위치에 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)가 형성되어 있다. 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)의 좌우 방향이 이간 치수는 사용자의 좌우의 발의 통상의 좌우 간격과 거의 같다. 이 이간 치수(거리)는 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)의 좌우 방향의 중앙점 사이에서 340mm~400mm 정도면 무방하다.
보다 상세하게는, 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)는, 회전체(14)의 회전 중심을 지나는 하나의 직경선 상에 있고, 회전체(14)의 회전 중심을 대칭점으로 하여 좌우 대칭으로 설치되어 있으며, 각각 평평한 저벽(底壁)(20A, 22A)과, 하연(下緣)을 저벽(20A, 22A)의 후연(後緣)에 접속하여 사용자 뒤꿈치의 후방으로의 이동을 저지하는 후벽(20B, 22B)과, 하연을 저벽(20A, 22A)의 전연(前緣)에 접속하여 사용자의 발바닥을 놓는 전벽(20C, 22C)과, 하연을 저벽(20A, 22A)의 내측연에 접속하여 사용자 발의 내측방으로의 이동을 저지하는 내측벽(20D, 22D)과, 하연을 저벽(20A, 22A)의 외측연에 접속하여 사용자 발의 외측방으로의 이동을 저지하는 외측벽(20E, 22E)을 구비한 상방이 개구된, 평면에서 보아 대략 직사각형의 오목부이다.
후벽(20B, 22B)은 전후 방향으로 경사져 있고, 저벽(20A, 22A)에 대한 경사각이 25°~45° 정도이면 무방하다. 전벽(20C, 22C)은 전후 방향으로 경사져 있고, 저벽(20A, 22A)에 대한 경사각이 45°~75° 정도이면 무방하다. 내측벽(20D, 22D) 및 외측벽(20E, 22E)은 거의 직립되어 있고, 저벽(20A, 22A)에 대한 경사각이 75°~90° 정도이면 무방하다.
외측벽(20E, 22E)은 발끝측(21B, 23B) 벽 높이가 뒤꿈치측(21A, 23A) 벽 높이 보다 낮다. 전벽(20C, 22C)은 외측벽(20E, 22E)의 뒤꿈치측(21A, 23A) 벽 높이와 같다. 이에 따라, 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)의 전부 외측방 및 전방이 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)의 후방(일반면)에 비해 1단 낮고, 그 부분이 발끝의 외측으로의 도피부(24, 26)로 되어 있다.
베이스(12)에는 전동 모터(30)가 장착되어 있다. 전동 모터(30)의 출력축(32)에는 구동 풀리(34)가 장착되어 있다. 회전체(14)의 중심축(28)에는 종동 풀리(36)가 장착되어 있다. 구동 풀리(34)와 종동 풀리(36)에는 무단(無端) 동력전달 벨트(38)가 걸쳐져 있다. 이에 따라, 회전체(14)는 전동 모터(30)에 의해 자신의 중심 둘레로 회전 구동된다. 또한 구동 풀리(34), 종동 풀리(36)는 톱니붙이형이고, 동력전달 벨트(38)는, 구동 풀리(34), 종동 풀리(36)에 맞물리는 톱니붙이 벨트(코그 벨트)일 수도 있다.
베이스(12)에는 콘트롤러(40)가 설치되어 있다. 콘트롤러(40)는 전동 모터(30)를 소정의 회전각 및 소정의 회전 속도로 왕복 회전시키는 모터 드라이버를 포함하고 있다. 콘트롤러(40)는 적외선 통신이나 블루투스 등의 무선 통신 방식의 것으로, 외부의 핸드헬드형 콘트롤러(미도시)와의 통신에 의해, 전원의 온·오프와 왕복 회전각 및 회전 속도의 가변 설정을 행한다. 하지 운동 보조 장치(10)의 전원은, 상용 교류 전원일 수도 있고, 재충전 가능한 내부 배터리일 수도 있다.
하지 운동 보조 장치(10)는 사용자가 의자에 착석한 자세에서, 왼발의 뒤꿈치가 저벽(20A)과 후벽(20B)의 모서리부 근방에 위치하도록, 왼발을 왼발용 오목부(20)에 넣고, 오른발의 뒤꿈치가 저벽(22A)과 후벽(22B)의 모서리부 근방에 위치하도록 오른발을 오른발용 오목부(22)에 넣은 상태에서 사용된다. 전원이 온 되면, 전동 모터(30)에 의해 회전체(14)가 회전 구동되고, 회전체(14)가 소정의 회전각 및 소정의 회전 속도로 반복 왕복 회전한다.
회전체(14)는, 도 4의 (A)에 도시한 바와 같이, 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)가 사용자와 평행한 좌우 방향의 직선 상에 위치하는 회전 위치를 중립 위치로 하여, 도 4의 (B)에 도시한 바와 같이, 중립 위치에서 회전각(θa) 만큼 시계 회전 방향으로 회전한 우회전 위치와, 도 4의 (B)에 도시한 바와 같이, 중립 위치에서 회전각(θb) 만큼 반시계 회전 방향으로 회전한 좌회전 위치와의 사이에 반복 왕복 회전한다.
이에 따라, 좌우의 발가 교대로 거의 전후로 이동하고, 무릎 관절의 굴곡이 수동적으로 반복 수행된다. 회전체(14)의 회전각(θa, θb)은 서로 동일한 각도이며, 25°~45° 정도이면 무방하다. 회전체(14)의 회전 속도는 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)의 좌우 방향의 중앙점의 둘레 속도이고, 20~40mm/sec 정도면 무방하다.
하지 운동 보조 장치(10)는 전동 모터(30)의 회전 출력을 슬라이더의 왕복 운동으로 변환하는 기구가 불필요하기 때문에, 구조가 간소화되고, 제조 비용의 절감과 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 무릎 관절의 수동적인 굴곡 운동에 필요한 좌우 발의 구속부는 회전체(14)에 형성된 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22), 즉 회전체(14)에 일체 성형되는 오목부이기 때문에, 발의 구속부의 구조가 복잡해지는 일이 없고, 이것도 하지 운동 보조 장치(10)의 제조 비용의 절감과 경량화에 기여한다.
왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)에 넣어진 사용자의 좌우의 발은 회전체(14)의 회전에 의한 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)의 원호 궤적 상을 이동한다.
이 원호 궤적의 이동에 있어서, 회전체(14)의 우회전시(시계 방향 회전시)에는, 도 4의 (B)에 도시한 바와 같이, 오른발은 발끝이 외측으로 이동하는 「밭장다리」 모양이 되는 반면, 왼발은 발끝이 내측으로 이동하는 「안짱다리」 모양이 되려고 한다. 회전체(14)의 좌회전시(반시계 방향 회전시)에는, 도 4의 (C)에 도시한 바와 같이, 왼발은 발끝이 외측으로 이동하는 「밭장다리」 모양이 되는 반면, 오른발은 발끝이 내측으로 이동하는 「안짱다리」 모양이 되려고 한다.
해부학적으로 사람의 발은, 발끝이 내측으로 이동하는 「안짱다리」가 「밭장다리」에 비해 무릎 관절의 자유도가 낮아서, 무릎 관절에 뒤틀림의 부담을 주게 된다.
이에 대해, 하지 운동 보조 장치(10)는 도피부(24, 26)가 설치되어 있으므로, 도 4의 (B) 및 도 4의 (C)에 도시한 바와 같이, 발끝이 내측으로 이동하는 「안짱다리」모양이 되는 측의 발끝이 저절로 도피부(24, 26)에 위치하고, 발끝이 내측으로 이동하는 것이 회피된다. 또한 발끝이 외측으로 이동하는 「밭장다리」 모양이 되는 것은, 그 방향의 무릎 관절의 자유도가 높아서, 무릎 관절에 뒤틀림의 부담을 주지 않으므로, 그 방향의 도피를 마련할 필요는 없다.
이에 따라, 회전체(14)의 회전에 의해 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)가 원호 운동을 하더라도, 직선 운동을 하는 경우와 마찬가지로, 무릎 관절에 뒤틀림의 부담을 주는 일 없이, 무릎 관절의 굴곡 운동이 수동적으로 행해지게 된다. 이 무릎 관절의 굴곡 운동은, 왼발용 오목부(20) 및 오른발용 오목부(22)가 회전체(14)의 회전 중심을 지나는 하나의 직경선 상에 있고, 회전체(14)의 회전 중심을 대칭점으로 하여 좌우 대칭으로 설치됨으로써, 외쪽 다리와 오른쪽 다리에서 균등하게 행해진다.
이어서, 본 발명에 따른 하지 운동 보조 장치의 다른 실시 형태를, 도 5, 도 6을 참조하여 설명한다.
이 실시 형태에서는, 베이스(12)에 고정된 베이스측 장착판(50) 상에 전동 모터(52)가 장착되어 있다. 전동 모터(52)의 출력축(54)에는 웜 기어(56)가 장착되어 있다. 베이스측 장착판(50)에는 축(58)에 의해 웜 휠(60)이 회전 가능하게 장착되어 있다. 웜 휠(60)은 웜 기어(56)에 맞물려 있다. 베이스측 장착판(50)에는 축(62)에 의해 대직경 기어(64)와 소직경 기어(66)와의 일체품이 회전 가능하게 장착되어 있다. 대직경 기어(64)는 웜 기어(56)에 맞물려 있다.
베이스측 장착판(50) 상에는 복수의 가이드 핀(68)이 장착된 가이드 기판(70)이 장착되어 있다. 회전체(14)(도 2 참조)의 저면에는 회전체측 장착판(72)이 고정되어 있다. 회전체측 장착판(72)에는, 각 가이드 핀(68)이 슬라이딩 가능하게 걸어맞춤된 원호형상 장공(74)이 형성되어 있다. 이 걸어맞춤에 의해, 회전체(14)는 자신의 중심축선 둘레로 베이스(12)에 대해 장공(74)의 길이 방향 범위 내에서, 즉, 소정의 회전각 범위를 왕복 회전 가능하게 되어 있다.
회전체측 장착판(72)에는 복수의 장착 핀(76)에 의해 선형(扇形) 기어(78)가 고정되어 있다. 선형 기어(78)는 회전체(14)의 중심축선(회전 중심)과 동심으로 배치되어 있고, 소직경 기어(66)에 맞물려 있다.
이 구성에 의하면, 전동 모터(52)의 회전이 웜 기어(56)에 의해 웜 휠(60)로 전달된다. 웜 휠(60)의 회전은 대직경 기어(64), 소직경 기어(66)를 통해 선형 기어(78)에 감속되어 전달된다. 이에 따라, 전동 모터(52)가 반복적으로 왕복 회전 구동되면, 회전체(14)는 베이스(12)에 대해 자신의 중심축선 둘레로, 소정의 회전각 및 소정의 회전 속도로 반복 왕복 회전한다.
웜 기어(56), 웜 휠(60), 대직경 기어(64), 소직경 기어(66) 및 선형 기어(78)는 수지제의 것이어도 무방하며, 정숙성이 뛰어난 기어식 동력전달 기구가 된다.
이상, 본 발명을, 그 바람직한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 이러한 실시 형태에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다. 예컨대, 베이스(12) 및 회전체(14)의 형상은 원반형에 한정되지 않으며, 임의의 형상으로 설정할 수 있다. 회전체(14)의 회전 구동은 벨트식 동력전달 기구나 기어 기구를 포함하는 것에 한정되지 않으며, 체인식 동력전달 기구나 중심축(28)과 동축 배치의 전동 모터에 의한 다이렉트 드라이브 방식을 채용할 수도 있다. 또한, 상기 실시 형태에 나타낸 구성 요소는 반드시 모두 필수적인 것은 아니며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한 적절한 취사 선택이 가능하다.
본원의 파리 조약에 따른 우선권의 기초가 되는 일본 특허 출원(2015년 5월 14일 출원된 일본특허출원 2015-98900호)의 개시 내용은, 여기서 참조한 것에 의해 그 전체가 본원 명세서에 포함된다.
10 하지 운동 보조 장치
12 베이스
14 회전체
16 가이드 레일
18 볼
20 왼발용 오목부
20A　 저벽
20B　 후벽
20C　 벽
20D　 내측벽
20E　 외측벽
22 왼발용 오목부
22A　 저벽
22B　 후벽
22C 　전벽
22D 　내측벽
22E 　외측벽
24 도피부
26 도피부
28 중심축
30 전동 모터
32 출력축
34 구동 풀리
36 종동 풀리
38 동력전달 벨트
40 콘트롤러
50 베이스측 장착판
52 전동 모터
54 출력축
56 웜 기어
58 축
60 웜 휠
62 축
64 대직경 기어
66 소직경 기어
68 가이드 핀
70 가이드 기판
72 회전체측 장착판
74 장공
76 장착 핀
78 선형 기어

Claims (3)

  1. 사용자가 의자에 착석한 자세에서, 무릎 관절의 수동적인 굴신 운동을 행하기 위한 하지 운동 보조 장치로서,
    베이스와,
    상기 베이스 상에 수직인 축선 둘레로 회전 가능하게 설치된 회전체와,
    상기 회전체의 상면의 서로 이격된 위치에 형성되고, 사용자 뒤꿈치의 후방으로의 이동을 저지하는 후벽과 사용자 발의 내측 및 외측의 측방으로의 이동을 저지하는 내측벽 및 외측벽을 구비한 상방이 개구된 왼발용 오목부 및 오른발용 오목부와,
    상기 베이스에 설치되고, 상기 회전체를 소정의 회전각으로 왕복 회전 구동하는 구동 장치를 가지며,
    사용자의 발끝의 내측으로의 이동은 저지하면서 사용자의 발끝의 외측으로의 이동은 허용하기 위해, 상기 외측벽은 발끝측의 벽 높이가 뒤꿈치측의 벽 높이 보다 낮은 하지 운동 보조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 왼발용 오목부 및 상기 오른발용 오목부는 상기 회전체의 회전 중심을 지나는 하나의 직경선 상에 있고 상기 회전 중심을 대칭점으로 하여 좌우 대칭으로 설치되어 있는 하지 운동 보조 장치.
  3. 삭제
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