KR101897459B1 - 다축 인공무릎관절 - Google Patents

Abstract

다축 인공무릎관절을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 절단하지 및 의족을 연결하기 위한 다축 인공무릎관절에 있어서, 절단하지에 고정 가능하도록 구성된 관절상측부재; 의족에 고정 가능하도록 구성된 관절하측부재; 일면에 형성된 제1제동면을 포함하는 본체부로서, 제1축을 중심으로 관절상측부재와 회전 가능하게 연결되는 본체부; 일면에 형성되며 제1제동면과 대향하여 배치되는 제2제동면을 포함하는 회전 제동부로서, 제1제동면의 하측에 위치하는 제2축을 중심으로 본체부와 회전 가능하게 연결되는 회전 제동부; 제2축의 후방 및 제1제동면의 후방에 위치하는 제3축을 중심으로 일단이 회전 제동부와 회전 가능하게 연결되고 제 4축을 중심으로 타단이 관절하측부재와 회전 가능하게 연결되는 제1링크부재; 및 제3축의 후방에 위치하는 제5축을 중심으로 일단이 본체부와 회전 가능하게 연결되고 제4축의 후방에 위치하는 제6축을 중심으로 타단이 관절하측부재와 회전 가능하게 연결되는 제2링크부재를 포함하되, 회전 제동부가 제2축을 중심으로 무릎 펴짐 방향으로 회전할 때, 제2제동면이 제1제동면을 무릎 펴짐 방향으로 가압하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다축 인공무릎관절을 제공한다.

Description

다축 인공무릎관절{Artificial Multi-Axis Knee Joint}

본 개시는 다축 인공무릎관절에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로, 장애인들은 자신의 장애를 외부에 드러내는 것을 원치 않는다. 그런 측면에서, 정상인과 같이 자연스러운 걸음을 걷는 것은 의족 착용자라면 누구나 가지는 평생의 바램일 것이다.

이러한 의족 착용자의 바램을 이루어주기 위해서는, 의족이 장착되는 인공무릎관절이 적절하게 제동되어, 실제 무릎의 움직임을 최대한 유사하게 구현하도록 만들 필요가 있다.

구체적으로, 인공무릎관절이, 보행 주기의 각 단계에 따라, 의족이 장착되는 인공무릎관절에 적절한 제동력을 발생시킬 필요가 있다.

도 1은 사람의 보행 주기를 나타낸 예시도이다. 도 1을 참조하면, 보행의 일주기(one cycle)는 입각기(立脚期, stance phase) 및 유각기(遊脚期, swing phase)로 구성된다.

입각기는 지면에 발을 딛는 순간부터 지면으로부터 발을 완전히 떼는 순간까지의 시기를 의미하며, 도 1에 도시된 a 내지 d 단계에 해당한다. 유각기는 발이 지면으로부터 떨어진 순간부터 지면에 발을 딛는 순간까지의 시기를 의미하며, 도 1에 도시된 e 내지 g 단계에 해당한다.

입각기 굴곡은 입각기에서 이루어지는 무릎의 구부러짐을 의미하며, 유각기 굴곡은 유각기 내에서 이루어지는 무릎의 구부러짐을 의미한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 입각기 굴곡은 상대적으로 작은 각도범위 내에서 이루어지며, 유각기 굴곡은, 입각기 굴곡의 각도 범위를 넘어, 상대적으로 큰 각도범위 내에서 이루어진다.

일반적으로, 인공무릎관절은, 의족이 장착된 다리가 입각기에 있을 때, 무릎 펴짐 방향의 제동력이 발생되도록 설계된다. 이를 통해, 인공무릎관절의 구부러짐이 제한되며, 인공무릎관절은 의족 착용자의 체중을 지지할 수 있게 된다.

반대로, 인공무릎관절은, 의족이 장착된 다리가 유각기에 있을 때, 제동력이 해제되도록 설계된다. 이를 통해, 인공무릎관절은 자유롭게 구부러질 수 있으며, 실제 무릎의 유각기 굴곡을 구현할 수 있게 된다.

그러나 종래 인공무릎관절의 제동기능은 평지에서의 일반 보폭을 가정하여 설계되는 것이 일반적이다. 따라서, 비탈길이나 계단을 내려가는 경우처럼 평지에서 보행할 때보다 보폭이 줄어드는 경우, 구체적으로, 의족 착용자의 체중선이 후방에 위치할 경우, 인공무릎관절에 적절한 제동력이 발생하지 않는 문제가 발생할 수 있다.

예를 들어, 무릎이 신전(extension)되지 않은 상태에서, 보폭이 줄어들게 되면, 의족 착용자는 인공무릎관절이 다소 구부러진 상태, 즉 유각기 굴곡 상태에서, 지면에 의족을 디딜 수 있다. 이때, 의족 착용자는 인공무릎관절의 제동력이 해제된 상태에서 의족에 체중을 실을 수 있고, 이에 따라, 의도치 않게 인공무릎관절이 꺾이면서 넘어지는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 의족착용자는, 인공무릎관절의 제동력 해제를 의식하여, 인공무릎관절이 완전히 펴진 상태, 즉, 입각기 굴곡을 유지한 상태에서 비탈길이나 계단을 내려올 수 있다. 이 경우, 체중선이 의족의 후방에 위치하게 되어, 의족 착용자의 걸음이 부자연스러워지는 문제가 발생할 수 있다.

이에, 본 개시는, 무릎이 살짝 구부러진 상태, 즉, 유각기 굴곡 상태에서 인공무릎관절에 적절한 제동력을 발생시킴으로써, 의족 착용자가, 보행 주기의 전 과정에서, 안전하고 자연스러운 걸음을 걸을 수 있도록 하는 데 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 절단하지 및 의족을 연결하기 위한 다축 인공무릎관절에 있어서, 절단하지에 고정 가능하도록 구성된 관절상측부재; 의족에 고정 가능하도록 구성된 관절하측부재; 일면에 형성된 제1제동면을 포함하는 본체부로서, 제1축을 중심으로 관절상측부재와 회전 가능하게 연결되는 본체부; 일면에 형성되며 제1제동면과 대향하여 배치되는 제2제동면을 포함하는 회전 제동부로서, 제1제동면의 하측에 위치하는 제2축을 중심으로 본체부와 회전 가능하게 연결되는 회전 제동부; 제2축의 후방 및 제1제동면의 후방에 위치하는 제3축을 중심으로 일단이 회전 제동부와 회전 가능하게 연결되고 제 4축을 중심으로 타단이 관절하측부재와 회전 가능하게 연결되는 제1링크부재; 및 제3축의 후방에 위치하는 제5축을 중심으로 일단이 본체부와 회전 가능하게 연결되고 제4축의 후방에 위치하는 제6축을 중심으로 타단이 관절하측부재와 회전 가능하게 연결되는 제2링크부재를 포함하되, 회전 제동부가 제2축을 중심으로 무릎 펴짐 방향으로 회전할 때, 제2제동면이 제1제동면을 무릎 펴짐 방향으로 가압하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다축 인공무릎관절을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 다축 인공무릎관절은, 기구적인 링크 구조를 이용하여 인공무릎관절에 적절한 제동력을 발생시키고, 이를 통해, 의족 착용자가 안전하고 자연스러운 걸음을 걸을 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 사람의 보행 주기를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절이 절단하지 및 의족에 장착된 상태를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절의 사시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절의 측면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절의 유각기 굴곡 상태를 나타낸 측면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 다축 인공무릎관절에 체중이 가해진 상태를 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 관절상측부재의 사시도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절의 단면도이다.
도 9는 본 개시의 다른 실시예에 따른 다축 인공무릎관절의 사시도이다.
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른 다축 인공무릎관절의 측면도이다.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 따른 다축 인공무릎관절의 유각기 굴곡 상태를 나타낸 측면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 다축 인공무릎관절에 체중이 가해진 상태를 나타낸 측면도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 본 개시에 따른 실시예의 구성을 설명하는데 있어서 사용된 '제1축' 및 '제2축'등과 같은 '제 ~축'이라는 용어는, 두 구성요소가 동일한 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되어 있음을 표현하기 위한 것이며, 특정한 축 방식에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 어느 두 구성요소가 특정 축을 중심으로 회전 가능하게 연결되어 있다는 기재는, 일 구성요소로부터 일체로서 돌출된 회전축이, 다른 구성요소에 형성된 중공에 삽입되어 회전되는 방식을 의미하는 것일 수도 있고, 두 구성요소에 형성된 중공에 별도의 축 부재가 삽입되는 방식일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 개시에 따른 실시예의 '제1축' 내지 '제6축' 등의 위치를 설명하기 위해 사용된 '전방', '후방' '상측', 및 '하측' 등의 표현은, 다축 인공무릎관절이 구부러짐 없이 완전히 펴진 상태에서, 각 구성요소들의 상대적인 위치를 의미하는 것이다. 여기서,'전방'및 '후방'의 표현은 다축 인공무릎관절의 전방 및 후방을 각각 의미하는 것이다.

또한, 본 개시에 따른 실시예의 구성요소의 회전 방향를 설명하는데 있어서 사용된 '무릎 굽힘 방향' 및 '무릎 펴짐 방향'이라는 용어는, 다축 인공무릎관절이 굽혀지는 회전 방향 및 다축 인공무릎관절이 펴지는 회전 방향을 각각 의미하는 것이다. 예를 들어, 도 2 내지 도6 및 도 8 내지 도12에서의 무릎 굽힘 방향은 시계방향이 되며, 반대로, 무릎 펴짐 방향은 반시계 방향이 된다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(10)이 절단하지(1) 및 의족(3)에 장착된 상태를 나타낸 예시도이다.

도 2를 참조하면, 다축 인공무릎관절(10)은 관절상측부재(110) 및 관절하측부재(120)를 포함한다. 또한, 의족(3)은 파일론(32) 및 의족의 발 부분(34)을 포함할 수 있다.

관절상측부재(110)는 절단하지(1)에 고정 가능하게 구성될 수 있으며, 관절하측부재(120)는 의족(3)에 고정 가능하게 구성될 수 있다. 구체적으로, 관절상측부재(110)는 의족(3)의 파일론(32)에 고정 가능하게 구성될 수 있다.

관절상측부재(110)는, 절단하지(1)에 고정되기 위해, 소켓(2)을 포함할 수 있다. 소켓(2)은 절단하지(1)를 수용할 수 있도록 절단하지(1)를 감싸는 형상을 가질 수 있다.

다축 인공무릎관절(10)이 절단하지(1) 및 의족(3)에 고정된 상태에서, 관절상측부재(110)는 다축 인공무릎관절(10) 상에서 상측에 위치할 수 있으며, 관절하측부재(120)는 다축 인공무릎관절(10) 상에서 하측에 위치할 수 있다.

다축 인공무릎관절(10)은 절단하지(1) 및 의족(3)을 연결할 수 있으며, 절단하지(1)와 의족(3) 사이에서 실제 무릎의 움직임을 구현할 수 있다. 구체적으로, 다축 인공무릎관절(10)은 의족 착용자의 보행 주기의 각 단계에 따라, 실제 무릎의 입각기 굴곡 내지 유각기 굴곡을 적절하게 구현할 수 있다.

다축 인공무릎관절(10)은, 실제 무릎의 움직임을 구현하기 위해, 관절상측부재(110) 및 관절하측부재(120) 사이에 조인트 구성부분(J)을 포함할 수 있다.

조인트 구성부분(J)은 본체부(130), 회전 제동부(140), 제1링크부재(150) 및 제2링크부재(160) 등의 부재를 포함할 수 있으며, 각 부재는 기구적인 링크 구조를 형성할 수 있다.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(10)의 사시도이다.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(10)의 측면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 다축 인공무릎관절(10)은 본체부(130), 회전 제동부(140), 제1링크부재(150) 및 제2링크부재(160)를 포함한다.

본체부(130)의 일면에는 제1제동면(132)이 형성될 수 있다. 제1제동면(132)은 후술되는 제2제동면(142)으로부터 가압될 수 있으며, 이를 통해, 본체부(130)의 무릎 굽힘 방향 회전이 제한될 수 있다.

본체부(130)는 제1축(11)을 중심으로 관절상측부재(110)와 회전 가능하게 연결된다. 즉, 관절상측부재(110)는 제1축(11)을 중심으로 회전할 수 있으며, 이를 통해, 다축 인공무릎관절(10)은 실제 무릎의 입각기 굴곡을 구현할 수 있게 된다. 이에 대한 상세한 설명은 도 7 및 도 8과 관련하여 기술된다.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 회전 제동부(140)의 일면에는 제2제동면(142)이 형성된다. 제2제동면(142)은 제1제동면(132)과 대향하여 배치된다.

회전 제동부(140)는 제1제동면(132)의 하측에 위치하는 제2축(12)을 중심으로 본체부(130)와 회전 가능하게 연결된다.

회전 제동부(140)가 제2축(12)을 중심으로 무릎 펴짐 방향으로 회전할 때, 제2제동면(132)은 본체부(130)의 제1제동면(132)를 무릎 펴짐 방향으로 가압할 수 있다.

다축 인공무릎관절(10)은 제1제동면(132)과 제2제동면(142) 사이에 배치되는 제1완충부재(102)를 포함할 수 있다. 제1완충부재(102)는 제1제동면(132)과 제2제동면(142) 사이에서 완충작용을 할 수 있다.

구체적으로, 제1완충부재(102)는 제2제동면(142)으로부터 제1제동면(132)으로 전달되는 압력의 적어도 일부를 흡수할 수 있다.

또한, 제1완충부재(102)는, 제1제동면(132)과 제2제동면(142) 사이의 직접적인 접촉을 막음으로써, 제1제동면(132) 및 제2제동면(142)의 마모를 방지할 수 있다.

제2제동면(142)이 제1제동면(132)을 가압하는 방식은, 제1제동면(132) 과 제2제동면(142) 사이에 배치되는 매개 부재, 예를 들면, 제1완충부재(102)를 통해, 간접적으로 가압하는 방식일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 제1제동면(132)과 제2제동면(142)이 직접 접촉함으로써 가압하는 방식일 수도 있다.

제1링크부재(150)의 일단은 제2축(12)의 후방 및 제1제동면(132)의 후방에 위치하는 제3축(13)을 중심으로 회전 제동부(140)와 회전 가능하게 연결된다.

또한, 제1링크부재(150)의 타단은 제 4축(24)을 중심으로 관절하측부재(120)와 회전 가능하게 연결된다.

제2링크부재(160)의 일단은 제3축(13)의 후방에 위치하는 제5축(15)을 중심으로 본체부(130)와 회전 가능하게 연결된다.

또한, 제2링크부재(160)의 타단은 제4축(14)의 후방에 위치하는 제6축(16)을 중심으로 관절하측부재(120)와 회전 가능하게 연결된다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(10)의 유각기 굴곡 상태를 나타낸 측면도이다.

도 5에는 다축 인공무릎관절(10)에 의족 착용자의 체중이 전달되기 전의 상태가 도시되어 있다. 예를 들면, 지면에 의족이 장착된 다리를 딛기 전의 상태, 즉, 유각기 단계를 의미할 수 있다.

다축 인공무릎관절(10)에 체중이 가해지기 전에는, 회전 제동부(140)의 제2제동면(142)은 본체부(130)의 제1제동면(132)을 가압하지 않는다.

따라서, 본체부(130)는 회전 제동부(140)에 의해 무릎 펴짐 방향 회전이 제한되지 않으며, 무릎 굽힘 방향으로 자유롭게 회전할 수 있다. 이를 통해, 다축 인공무릎관절(10)은 실제 무릎의 유각기 굴곡을 구현할 수 있게 된다.

도 6은 도 5에 도시된 다축 인공무릎관절(10)에 체중이 가해진 상태를 나타낸 측면도이다.

도 6을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(10)은, 의족 착용자의 체중을 이용하여, 유각기 굴곡 상태에서도, 다축 인공무릎관절(10)에 적절한 제동력을 발생시키는 데 기술적 특징을 가진다.

이하에서는, 유각기 굴곡 상태에서 체중이 가해질 때, 다축 인공무릎관절(10)에 제동력이 발생되는 구체적인 메커니즘에 대해 상세히 기술된다.

도 6에는 다축 인공무릎관절(10)에 의족 착용자의 체중이 전달된 상태가 도시되어 있다. 예를 들면, 의족 착용자가 지면에 의족이 장착된 다리를 딛고 있는 상태, 즉, 입각기 단계를 의미할 수 있다.

입각기 단계에서, 의족 착용자의 체중은 관절상측부재(110)를 통해 본체부(130)로 전달될 수 있다. 따라서, 본체부(130)는 체중이 가해지는 방향(W)으로 이동할 수 있으며, 이에 따라, 본체부(130) 상에 위치하는 제2축(12)도 체중이 가해지는 방향(W)으로 이동할 수 있다.

한편, 유각기 굴곡 초기 상태에서, 체중이 가해지는 방향(W)의 연장선과, 제1링크부재(150)의 길이방향(L2) 연장선 사이에 형성되는 각도(M2)는 상대적으로 작은 각도일 수 있다.

이에 따라, 체중이 가해지는 방향(W)의 연장선과 제1링크부재(150)의 길이방향(L2) 연장선은 작은 오차범위 내에서 일치할 수 있으며, 이로써, 다축 인공무릎관절(10)에 가해지는 체중의 대부분은 제1링크부재(150)에 의해 지지될 수 있다.

제1링크부재(150)는, 제1링크부재(150)에 가해지는 체중에 의해, 관절하측부재(120)를 기준으로 위치가 고정될 수 있으며, 이에 따라, 제1링크부재(150)의 일단에 위치하는 제3축(13)의 위치 또한 고정될 수 있다.

결과적으로, 제2축(12)이 체중이 가해지는 방향(W)으로 이동함과 동시에 제3축(13)의 위치가 고정됨으로써, 회전 제동부(140)에는 무릎 펴짐 방향의 회전 모멘트(moment)가 발생할 수 있다.

회전 제동부(140)에 발생된 회전 모멘트에 의해, 회전 제동부(140)는, 본체부(130) 상에서, 무릎 펴짐 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 회전 제동부(140)는 제2제동면(142)을 통해 제1제동면(132)을 무릎 펴짐 방향으로 가압할 수 있다.

결과적으로, 본체부(130)의 무릎 굽힘 방향 회전이 제한되며, 이로써, 다축 인공무릎관절(10)에는 무릎 펴짐 방향의 제동력이 발생하게 된다.

따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(10)은, 다축 인공무릎관절(10)이 살짝 구부러진 유각기 굴곡 상태에서도, 의족 착용자의 체중을 이용하여 다축 인공무릎관절(10)에 적절한 제동력을 발생시킬 수 있다.

이로써, 의족 착용자는, 비탈길 또는 계단을 내려가는 상황처럼 평소보다 보폭이 작아지는 상황에서도, 안전하고 자연스러운 걸음을 걸을 수 있게 된다.

한편, 회전 제동부(140)의 회전 모멘트의 크기가 커질수록, 무릎 펴짐 방향 회전이 더 강하게 발생할 수 있다. 이때, 제2제동면(142)은 제1제동면(132)을 더 강하게 가압할 수 있으며, 이에 따라, 본체부(130)의 무릎 굽힘 방향 회전도 더 강하게 제한될 수 있다.

회전 모멘트의 크기는, 작용되는 힘의 크기, 회전축과 힘의 작용점 사이의 거리, 및 힘의 작용점과 회전축을 잇는 연장선 및 힘의 작용선 사이 각도의 사인(sin) 값의 곱으로 나타낼 수 있다.

따라서, 회전 모멘트의 크기는, 힘의 크기가 클수록, 회전축과 힘의 작용점 사이의 거리가 멀수록, 힘의 작용점과 회전축을 잇는 연장선 및 힘의 작용선 사이의 각도가 수직에 가까울수록 커지게 된다.

회전 제동부(140)의 회전 모멘트에 있어서, 회전축은 제2축(12), 힘의 작용점은 제3축(13), 힘의 크기는 제1링크부재(150)에 발생하는 지지력, 힘의 작용선은 제1링크부재(150)의 길이방향(L2) 연장선에 각각 해당한다고 볼 수 있다.

따라서, 회전 제동부(140)의 회전 모멘트의 크기를 증가시키기 위해서는, 제2축(12)과 제3축(13) 사이의 거리(L1)가 멀어져야 한다.

또한, 제2축(12)과 제3축(13)을 잇는 직선(L1)의 연장선 및 제1링크부재(150)의 길이방향(L2) 연장선 사이에 형성되는 각도(M1)는 수직에 가까워야 한다.

또한, 유각기 굴곡 상태에서 제1링크부재(150)에 발생하는 지지력의 크기는, 체중이 가해지는 방향(W)과 제1링크부재(150)의 길이방향(L2) 사이의 각도(M2)가 작아질수록, 커지게 되므로, 제1링크부재(150)의 길이방향(L2)은, 유각기 굴곡 상태에서, 체중이 가해지는 방향(W)과 최대한 평행해야 한다.

이들 위해, 제2축(12), 제3축(13), 및 제4축(14)은, 다축 인공무릎관절(10)이 완전히 펴져있는 상태에서, 예각 삼각형의 형상으로 배치되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 제4축(14)은 제2축(12)의 후방 및 제3축(13)의 전방에 위치하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 관절상측부재(110)의 사시도이다.

도 7을 참조하면, 관절상측부재(110)는 상측부재 본체(111), 어댑터(112), 수평 굴곡제한부(114), 축 형성부(115), 및 수직 굴곡제한부(116)를 포함할 수 있다.

상측부재 본체(111)의 일면 상에는 어댑터(112)를 수용하기 위한 어댑터 수용부(113)가 형성될 수 있다.

어댑터(112)는 어댑터 수용부(113)에 장착됨으로써 상측부재 본체(111)에 고정될 수 있다. 어댑터(112)는 도 2에 도시된 소켓(2)에 고정 가능하도록 구성될 수 있다.

수평 굴곡제한부(114)는 상측부재 본체(111)의 타면 상에 형성될 수 있다. 또한, 수직 굴곡제한부(116)는 수평 굴곡제한부(114)의 일단으로부터 수직 하측으로 연장될 수 있다.

수평 굴곡제한부(114) 및 수직 굴곡제한부(116)는 제1축(11)을 중심으로 하는 관절상측부재(110)의 회전을 일정한 각도범위로 제한할 수 있다. 이로써, 다축 인공무릎관절(10)은 실제 무릎의 입각기 굴곡을 적절하게 구현할 수 있다. 이에 관한 상세한 설명은 도 8과 관련하여 기술된다.

다시 도 7을 참조하면, 축 형성부(115)는 수평 굴곡제한부(114)의 일단에 인접하여 형성될 수 있다.

또한, 축 형성부(115)는 제1축(11)을 형성하도록 구성될 수 있다.

이를 위해, 축 형성부(115)는, 축 부재가 삽입될 수 있는, 적어도 하나 이상의 중공을 포함하는 것이 일반적일 것이나, 이에 한정될 필요는 없다.

예를 들어, 축 형성부(115)가 제1축(11)을 형성하는 방식은, 축 형성부(115)로부터 일체로서 돌출된 회전축이 본체부(130)에 형성된 중공에 삽입되어 제1축(11)을 형성하는 방식일 수도 있다.

도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(10)의 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본체부(130)는 하중전달부(134) 및 제2완충부재(136)를 포함할 수 있다.

하중전달부(134)는 본체부(130)의 내측에 배치될 수 있다. 또한, 하중전달부(134)의 적어도 일부는 본체부(130) 내부를 관통할 수 있다.

관절상측부재(110)가 제1축(11)을 중심으로 무릎 굽힘 방향으로 회전할 때, 하중전달부(134)의 일면과 수평 굴곡제한부(114)의 일면은 서로 접촉할 수 있다.

구체적으로, 의족 착용자가 유각기 굴곡 상태에서 다축 인공무릎관절(10)에 체중을 가하는 경우, 관절상측부재(110)는 제1축(11)을 중심으로 무릎 굽힘 방향으로 회전할 수 있다.

이때, 관절상측부재(110)의 수평 굴곡제한부(114)는 본체부(130)의 하중전달부(134)와 접촉할 수 있으며, 이로써, 관절상측부재(110)으로부터 전달된 체중은, 수평 굴곡제한부(114)를 통해, 본체부(130)로 전달될 수 있다.

수평 굴곡제한부(114)는, 하중전달부(134)와 접촉함으로써, 관절상측부재(110)의 무릎 굽힘 방향 회전을 제한할 수 있다. 이를 통해, 다축 인공무릎관절(10)의 입각기 굴곡의 무릎 굽힘 방향 각도의 한계값을 특정한 값으로 제한할 수 있다.

본체부(130)는 하중전달부(134)의 일면 상에 배치되는 가이드 부재(135)를 포함할 수 있다. 가이드 부재(135)의 일면 상에는 외부로 돌출된 삽입영역이 형성될 수 있다.

관절상측부재(110)는 하중전달부(134)의 일면 상에 가이드 홈(117)을 포함할 있다. 가이드 홈(117)은 가이드 부재(135)의 삽입영역과 대응된 형상을 가질 수 있다.

가이드 부재(135)의 삽입영역은, 수평 굴곡제한부(114)와 하중전달부(134)가 접촉할 때, 가이드 홈(117)에 삽입될 수 있다. 이로써, 수평 굴곡제한부(114)와 하중전달부(134)가 서로 접촉된 상태에서, 관절상측부재(110)의 상대적인 움직임을 방지할 수 있다.

제2완충부재(136)는, 수직 굴곡제한부(116)와 하중전달부(134) 사이에서, 본체부(130)의 내측에 배치될 수 있다.

관절상측부재(110)가 제1축(11)을 중심으로 무릎 펴짐 방향으로 회전할 때, 제2완충부재(136)의 일면과 수직 굴곡제한부(116)의 일면은 서로 접촉할 수 있다.

수직 굴곡제한부(116)는, 제2완충부재(136)와 접촉함으로써, 관절상측부재(110)의 무릎 펴짐 방향 회전을 제한할 수 있다. 이를 통해, 다축 인공무릎관절(10)의 입각기 굴곡의 무릎 펴짐 방향 각도의 한계값을 특정한 값으로 제한할 수 있다.

다축 인공무릎관절(10)은, 수직 굴곡제한부(116)와 제2완충부재(136) 사이에 일정한 간극을 둠으로써, 입각기 굴곡의 무릎 펴짐 방향 각도는 상당한 크기를 가질 수 있다. 이에 따라, 다축 인공무릎관절(10)은 무릎 펴짐 방향으로의 굴곡, 일명 과신전(過伸展, hyper extension) 상태를 구현할 수 있게 된다.

수직 굴곡제한부(116)와 제2완충부재(136) 사이에 충분한 간극을 두기 위해, 제1축(11)은 제2축(12)의 상측 및 제1제동면(132)의 전방에 위치하는 것이 바람직하다.

본 개시의 일 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(10)은, 과신전 상태를 통해, 입각기 말기 단계, 구체적으로, 도 1에 도시된 c단계 내지 d단계에서, 의족의 발바닥 부분과 지면 사이의 접촉면을 넓힐 수 있다. 이로써, 의족의 발바닥 부분의 움직임이 자연스러워질 수 있다.

제2완충부재(136)는, 관절상측부재(110)가 무릎 펴짐 방향 회전으로 회전할 때, 수직 굴곡제한부(116) 가해지는 압력의 적어도 일부를 흡수할 수 있다.

또한, 제2완충부재(136)는, 수직 굴곡제한부(116)와 다른 부재들 사이의 직접적인 접촉을 막음으로써, 수직 굴곡제한부(116)의 마모를 방지할 수 있다.

관절하측부재(120)는 복원 스프링(122) 및 의족 삽입구(124)를 포함할 수 있다.

복원 스프링(122)은 관절하측부재(120) 내부에서 관절하측부재(120)의 길이방향과 평행하게 배치될 수 있다.

제2링크부재(160)는 제2링크부재(160)로부터 전방으로 돌출되는 스프링 압축부(162)를 포함할 수 있다.

복원 스프링(122)의 일단은 스프링 압축부(162)와 인접하게 배치될 수 있으며, 복원 스프링(122)의 타단은 관절하측부재(120)의 일측에 고정될 수 있다.

스프링 압축부(162)는, 제2링크부재(160)가 제6축(16)을 중심으로 무릎 펴짐 방향으로 회전할 때, 복원 스프링(122)의 일단을 하측 방향으로 가압함으로써, 복원 스프링(122)을 압축할 수 있다.

압축된 복원 스프링(122)은, 복원력을 이용하여, 스프링 압축부(162)를 상측 방향으로 가압할 수 있고, 이를 통해, 제2링크부재(160) 상에는 무릎 굽힘 방향의 회전 모멘트가 발생할 수 있다.

이로써, 다축 인공무릎관절(10)은, 유각기 굴곡 상태에서, 무릎 펴짐 방향으로 복원될 수 있다.

의족 삽입구(124)는 의족의 파일론이 삽입될 수 있는 관절하측부재(120)의 내부공간을 의미할 수 있다.

후술될 도 9 내지 도 12에 도시된 본 발명의 다른 실시예는, 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예와는 달리, 제3링크부재(270)를 포함하고, 회전 제동부(240)가 제2축(22)으로 중심으로 제3링크부재(270)와 회전 가능하게 연결되는 데 차이점이 있다. 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차별적 특징을 위주로 설명하고, 본 발명의 일 실시예와 실질적으로 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략된다.

도 9는 본 개시의 다른 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(20)의 사시도이다.

도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(20)의 측면도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 다축 인공무릎관절(20)은 제3링크부재(270)를 포함한다.

제3링크부재(270)의 일단은 제1축(21)을 중심으로 본체부(230)와 회전 가능하게 연결되며, 제3링크부재(270)의 타단은 제1제동면(232)의 하측에 위치하는 제2축(22)을 중심으로 회전 제동부(240)와 회전 가능하게 연결된다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(20)은, 본 발명의 일 실시예와는 달리, 회전 제동부(240)는, 본체부(230)가 아닌, 제3링크부재(270)의 타단과 회전 가능하게 연결된다.

또한, 제3링크부재(270)는 일면에 신전 제동면(272)이 형성될 수 있다. 신전 제동면(272)는, 다축 인공무릎관절(20)이 완전히 펴져있는 상태, 즉, 신전(伸展, extension) 상태에서, 제1링크부재(250)의 일면과 접촉하도록 구성될 수 있다.

제3링크부재(270)는, 다축 인공무릎관절(20)의 신전 상태에서, 신전 제동면(272)을 통해 제1링크부재(250)에 의해 지지될 수 있다. 이에 따라, 제3링크부재(270)의 위치가 고정될 수 있으며, 제3링크부재(270)와 제2축(22)을 통해 연결된 회전 제동부(240)는 무릎 펴짐 방향으로의 회전이 제한될 수 있다.

이로써, 다축 인공무릎관절(20)은, 신전 상태에서 회전 제동부(240)의 무릎 펴짐 방향으로의 회전을 제한함으로써, 의족 착용자의 체중을 더 견고하게 지지할 수 있는 효과가 있다.

본체부(230)의 일면에는 제1제동면(232)이 형성될 수 있다. 제1제동면(232)은 후술되는 제2제동면(242)으로부터 가압될 수 있으며, 이를 통해, 본체부(230)의 무릎 굽힘 방향 회전이 제한될 수 있다.

회전 제동부(240)의 일면에는 제2제동면(242)이 형성된다. 제2제동면(242)은 제1제동면(232)과 대향하여 배치된다.

회전 제동부(240)는 제1제동면(232)의 하측에 위치하는 제2축(22)을 중심으로 본체부(230)와 회전 가능하게 연결된다.

회전 제동부(240)가 제2축(22)을 중심으로 무릎 펴짐 방향으로 회전할 때, 제2제동면(232)은 본체부(230)의 제1제동면(232)를 무릎 펴짐 방향으로 가압할 수 있다.

제1링크부재(250)의 일단은 제2축(22)의 후방 및 제1제동면(232)의 후방에 위치하는 제3축(23)을 중심으로 회전 제동부(240)와 회전 가능하게 연결된다.

또한, 제1링크부재(250)의 타단은 제 4축(24)을 중심으로 관절하측부재(220)와 회전 가능하게 연결된다.

제2링크부재(260)의 일단은 제3축(23)의 후방에 위치하는 제5축(25)을 중심으로 본체부(230)와 회전 가능하게 연결된다.

또한, 제2링크부재(260)의 타단은 제4축(24)의 후방에 위치하는 제6축(26)을 중심으로 관절하측부재(220)와 회전 가능하게 연결된다.

도 11는 본 개시의 다른 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(20)의 유각기 굴곡 상태를 나타낸 측면도이다.

도 11에는 다축 인공무릎관절(20)에 의족 착용자의 체중이 전달되기 전의 상태가 도시되어 있다. 예를 들면, 지면에 의족이 장착된 다리를 딛기 전의 상태, 즉, 유각기 단계를 의미할 수 있다.

다축 인공무릎관절(20)에 체중이 가해지기 전에는, 회전 제동부(240)의 제2제동면(242)은 본체부(230)의 제1제동면(232)을 가압하지 않는다.

따라서, 본체부(230)는 회전 제동부(240)에 의해 무릎 펴짐 방향 회전이 제한되지 않으며, 무릎 굽힘 방향으로 자유롭게 회전할 수 있다. 이를 통해, 다축 인공무릎관절(20)은 실제 무릎의 유각기 굴곡을 구현할 수 있게 된다.

도 12은 도 11에 도시된 다축 인공무릎관절(20)에 체중이 가해진 상태를 나타낸 측면도이다.

도 12을 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(20)은, 의족 착용자의 체중을 이용하여, 유각기 굴곡 상태에서도, 다축 인공무릎관절(20)에 적절한 제동력을 발생시키는 데 기술적 특징을 가진다.

이하에서는, 유각기 굴곡 상태에서 체중이 가해질 때, 다축 인공무릎관절(20)에 제동력이 발생되는 구체적인 메커니즘에 대해 상세히 기술된다.

도 12에는 다축 인공무릎관절(20)에 의족 착용자의 체중이 전달된 상태가 도시되어 있다. 예를 들면, 의족 착용자가 지면에 의족이 장착된 다리를 딛고 있는 상태, 즉, 입각기 단계를 의미할 수 있다.

입각기 단계에서, 의족 착용자의 체중은 관절상측부재(210)를 통해 본체부(230)로 전달될 수 있다. 따라서, 본체부(230)는 체중이 가해지는 방향(W)으로 이동할 수 있으며, 이에 따라, 본체부(230) 상에 위치하는 제1축(21)도 체중이 가해지는 방향(W)으로 이동할 수 있다.

한편, 유각기 굴곡 초기 상태에서, 체중이 가해지는 방향(W)의 연장선과, 제1링크부재(250)의 길이방향(L2) 연장선 사이에 형성되는 각도(M2)는 상대적으로 작은 각도일 수 있다.

이에 따라, 체중이 가해지는 방향(W)의 연장선과 제1링크부재(250)의 길이방향(L2) 연장선은 작은 오차범위 내에서 일치할 수 있으며, 이로써, 다축 인공무릎관절(20)에 가해지는 체중의 대부분은 제1링크부재(250)에 의해 지지될 수 있다.

제1링크부재(250)는, 제1링크부재(250)에 가해지는 체중에 의해, 관절하측부재(220)를 기준으로 위치가 고정될 수 있으며, 이에 따라, 제1링크부재(250)의 일단에 위치하는 제3축(23)의 위치 또한 고정될 수 있다.

결과적으로, 제1축(22)이 체중이 가해지는 방향(W)으로 이동함과 동시에 제3축(23)의 위치가 고정됨으로써, 제3링크부재(270)는 제1축(21)을 중심으로 하여 무릎 펴짐 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 제3링크부재(270)의 타단 에 위치하는 제2축(22) 또한 무릎 펴짐 방향으로 회전할 수 있다.

회전 제동부(240)는, 무릎 펴짐 방향으로 이동한 제2축(22)을 중심으로, 무릎 펴짐 방향으로 회전할 수 있으며, 회전 제동부(240)에는 제2축(22)을 중심으로 하는 회전 모멘트(moment)가 발생할 수 있다.

회전 제동부(240)에 발생된 회전 모멘트에 의해, 회전 제동부(240)는, 본체부(230) 상에서, 무릎 펴짐 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 회전 제동부(240)는 제2제동면(242)을 통해 제1제동면(232)을 무릎 펴짐 방향으로 가압할 수 있다.

결과적으로, 본체부(230)의 무릎 굽힘 방향 회전이 제한되며, 이로써, 다축 인공무릎관절(20)에는 무릎 펴짐 방향의 제동력이 발생하게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(20)은, 본 발명의 일 실시예와 달리, 제2축(22)이, 본체부(230)를 기준으로, 제3링크부재(270)를 따라 무릎 펴짐 방향으로 회전할 수 있다.

이때, 제1축(21)과 제3축(23)의 거리가 상대적으로 가까워질 수 있으며, 제2제동면(242)은 제1제동면(232)를 더 강하게 가압할 수 있다. 이로써, 다축 인공무릎관절(20)에는 무릎 펴짐 방향의 제동력이 더 강하게 발생하게 된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다축 인공무릎관절(20)은, 회전 제동부(240)가 무릎 펴짐 방향으로 회전함에 따라, 제2제동면(242)이 제1제동면(232)을 가압하는 동시에, 제3링크부재(270)를 통해, 본체부(230)를 무릎 펴짐 방향으로 당겨줄 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 관절상측부재 120: 관절하측부재 130: 본체부
132: 제1제동면 140: 회전 제동부 142: 제2제동면
150: 제1링크부재 160: 제2링크부재 270: 제3링크부재

Claims (6)

1. 절단하지 및 의족을 연결하기 위한 다축 인공무릎관절에 있어서,
   상기 절단하지에 고정 가능하도록 구성된 관절상측부재;
   상기 의족에 고정 가능하도록 구성된 관절하측부재;
   일면에 형성된 제1제동면을 포함하는 본체부로서, 제1축을 중심으로 상기 관절상측부재와 회전 가능하게 연결되는 본체부;
   일면에 형성되며 상기 제1제동면과 대향하여 배치되는 제2제동면을 포함하는 회전 제동부로서, 상기 제1제동면의 하측에 위치하는 제2축을 중심으로 상기 본체부와 회전 가능하게 연결되는 회전 제동부;
   상기 제2축의 후방 및 상기 제1제동면의 후방에 위치하는 제3축을 중심으로 일단이 상기 회전 제동부와 회전 가능하게 연결되고 제 4축을 중심으로 타단이 상기 관절하측부재와 회전 가능하게 연결되는 제1링크부재; 및
   상기 제3축의 후방에 위치하는 제5축을 중심으로 일단이 상기 본체부와 회전 가능하게 연결되고 상기 제4축의 후방에 위치하는 제6축을 중심으로 타단이 상기 관절하측부재와 회전 가능하게 연결되는 제2링크부재를 포함하되,
   상기 회전 제동부가 상기 제2축을 중심으로 무릎 펴짐 방향으로 회전할 때, 상기 제2제동면이 상기 제1제동면을 무릎 펴짐 방향으로 가압하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 다축 인공무릎관절.
2. 제1항에 있어서,
   신전 상태에서, 상기 제4축은 상기 제2축의 후방 및 상기 제3축의 전방에 위치하는 것
   을 특징으로 하는 다축 인공무릎관절.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1축은 상기 제2축의 상측 및 상기 제1제동면의 전방에 위치하는 것
   을 특징으로 하는 다축 인공무릎관절.
4. 절단하지 및 의족을 연결하기 위한 다축 인공무릎관절에 있어서,
   상기 절단하지에 고정 가능하도록 구성된 관절상측부재;
   상기 의족에 고정 가능하도록 구성된 관절하측부재;
   일면에 형성된 제1제동면을 포함하는 본체부로서, 제1축을 중심으로 상기 관절상측부재와 회전 가능하게 연결되는 본체부;
   상기 제1축을 중심으로 일단이 상기 본체부와 회전 가능하게 연결되는 제3링크부재;
   일면에 형성되며 상기 제1제동면과 대향하여 배치되는 제2제동면을 포함하는 회전 제동부로서, 상기 제1제동면의 하측에 위치하는 제2축을 중심으로 상기 제3링크부재의 타단과 회전 가능하게 연결되는 회전 제동부;
   상기 제2축의 후방 및 상기 제1제동면의 후방에 위치하는 제3축을 중심으로 일단이 상기 회전 제동부와 회전 가능하게 연결되고 제 4축을 중심으로 타단이 상기 관절하측부재와 회전 가능하게 연결되는 제1링크부재; 및
   상기 제3축의 후방에 위치하는 제5축을 중심으로 일단이 상기 본체부와 회전 가능하게 연결되고 상기 제4축의 후방에 위치하는 제6축을 중심으로 타단이 상기 관절하측부재와 회전 가능하게 연결되는 제2링크부재를 포함하되,
   상기 회전 제동부가 상기 제2축을 중심으로 무릎 펴짐 방향으로 회전할 때, 상기 제2제동면이 상기 제1제동면을 무릎 펴짐 방향으로 가압하도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 다축 인공무릎관절.
5. 제4항에 있어서,
   신전 상태에서, 상기 제4축은 상기 제2축의 후방 및 상기 제3축의 전방에 위치하는 것
   을 특징으로 하는 다축 인공무릎관절.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제1축은 상기 제2축의 상측 및 상기 제1제동면의 전방에 위치하는 것
   을 특징으로 하는 다축 인공무릎관절.

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