KR101932348B1 - 손가락 운동 보조 기기 - Google Patents

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KR101932348B1 KR1020170091096A KR20170091096A KR101932348B1 KR 101932348 B1 KR101932348 B1 KR 101932348B1 KR 1020170091096 A KR1020170091096 A KR 1020170091096A KR 20170091096 A KR20170091096 A KR 20170091096A KR 101932348 B1 KR101932348 B1 KR 101932348B1
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박형순
김동현
허시환
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한국과학기술원
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Abstract

일 실시 예에 따르면 손가락 운동 보조 기기는, 사용자의 원위지골(distal phalanx)를 지지하기 위한 원위지골 지지체; 상기 사용자의 중위지골(middle phalanx)를 지지하기 위한 중위지골 지지체; 및 상기 원위지골 지지체 및 상기 중위지골 지지체에 각각 고정되는 복수 개의 고정부와, 액추에이터에 연결되는 구동 단부를 포함하는 그물형 신장 부재를 포함할 수 있다.

Description

손가락 운동 보조 기기{MOTION ASSISTANCE DEVICE FOR FINGER}
아래의 설명은 손가락 운동 보조 기기에 관한 것이다.
최근 고령화 사회가 심화됨에 따라서 관절에 문제가 있어서 이에 대한 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있으며, 관절이 불편한 노인이나 환자들의 관절 운동을 원활하게 할 수 있는 운동 보조 기기에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 군사용 등의 목적으로 정상적인 사람의 근력을 강화시키기 위한 운동 보조 기기들이 개발되고 있다.
예를 들어, 질병 또는 사고에 의해 손의 운동 기능이 저하된 사용자는 사용자의 손의 관절부를 굽힘 및 신장시키는 재활운동에 의해 손의 기능을 유지하거나 또는 회복시키게 된다. 이를 위해, 사용자는 물리치료사의 보조를 받아 재활 운동하거나 또는 운동 기구를 사용하여 재활 운동한다.
한편, 기존의 손가락 운동 보조 기기의 경우, 일반적으로 손가락의 단부에 힘을 인가하는 형태로 제공이 되는데, 이 경우에는 움직임이 단조로워서 실제 손가락의 움직임을 정확하게 모사하기 어렵고, 경우에 따라서 과신전(hyperextension)이 발생되는 문제점이 있었다. 또한, 손가락의 관절 각각에 구동원을 장착시킴으로써, 복잡한 손가락의 움직임을 구현할 수 있는 운동 보조 기기도 개발되고 있으나, 이 경우 장치가 과도하게 무거워지고 제어적 측면에서 복잡하고, 휴대하기 어렵다는 문제점이 있었다.
따라서, 자연스러운 손가락의 움직임을 구현할 수 있는 운동 보조 기기의 개발 필요성이 증대되고 있는 실정이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
실시 예의 목적은, 자연스러운 손가락의 움직임을 구현할 수 있는 운동 보조 기기를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따르면 손가락 운동 보조 기기는, 사용자의 원위지골(distal phalanx)를 지지하기 위한 원위지골 지지체; 상기 사용자의 중위지골(middle phalanx)를 지지하기 위한 중위지골 지지체; 및 상기 원위지골 지지체 및 상기 중위지골 지지체에 각각 고정되는 복수 개의 고정부와, 액추에이터에 연결되는 구동 단부를 포함하는 그물형 신장 부재를 포함할 수 있다.
상기 그물형 신장 부재는, 상기 복수 개의 고정부 중 상기 중위지골 지지체에 고정되는 중위지골 고정부와, 상기 구동 단부를 포함하는 중위지골 연결 부재; 및 상기 복수 개의 고정부 중 상기 원위지골 지지체에 고정되는 원위지골 고정부와, 상기 중위지골 연결 부재에 고정되는 연결 단부를 포함하는 원위지골 연결 부재를 포함할 수 있다.
상기 연결 단부는, 상기 중위지골 연결 부재 중 상기 중위지골 고정부 및 상기 구동 단부 사이에 위치하는 부분에 고정될 수 있다.
상기 원위지골 연결 부재는, 상기 연결 단부로부터 상기 중위지골 고정부를 우회하여 상기 원위지골 지지체에 연결될 수 있다.
상기 손가락 운동 보조 기기가 상기 사용자에 착용된 상태를 기준으로, 상기 원위지골 연결 부재 중 상기 연결 단부 및 상기 중위지골 고정부 사이에 위치하는 부분의 길이는, 상기 중위지골 연결 부재 중 상기 연결 단부 및 상기 중위지골 고정부 사이에 위치하는 부분의 길이보다 길 수 있다.
상기 원위지골 연결 부재는 상기 중위지골 지지체에 형성된 가이드 홀을 통과하도록 배치될 수 있다.
상기 가이드 홀은 상기 원위지골로부터 멀어질수록 좁아지는 형상을 포함할 수 있다.
상기 중위지골 고정부는 상기 중위지골의 상방에 배치되고, 상기 가이드 홀은 상기 중위지골의 측방에 배치될 수 있다.
상기 원위지골 연결 부재는, 상기 중위지골 연결 부재를 중심으로 서로 반대 방향에 배치되는 제 1 원위지골 연결 부재 및 제 2 원위지골 연결 부재를 포함할 수 있다.
상기 손가락 운동 보조 기기는, 상기 사용자의 손바닥뼈의 적어도 일부를 감싸는 손바닥 지지체; 및 상기 그물형 신장 부재 및 상기 손바닥 지지체를 연결하는 중수지 관절 구동 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 중수지 관절 구동 부재의 일단은 상기 원위지골 연결 부재 중 상기 중위지골 지지체 및 상기 연결 단부 사이에 위치하는 부분에 고정되고, 타단은 상기 사용자의 중수지 관절을 기준으로 상기 일단의 반대편에 위치하는 상기 손바닥 지지체에 고정될 수 있다.
상기 손가락 운동 보조 기기는, 상기 사용자의 근위지골을 지지하기 위한 근위지골 지지체를 더 포함할 수 있다.
상기 원위지골 연결 부재 및 상기 중수지 관절 구동 부재는, 각각 상기 근위지골 지지체에 형성된 제 1 가이드 홀 및 제 2 가이드 홀을 통과하도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 가이드 홀 및 제 2 가이드 홀은 각각 상기 원위지골로부터 멀어지는 방향으로 갈수록 좁아지는 형상을 포함할 수 있다.
상기 제 1 가이드 홀은 상기 근위지골의 상방에 배치되고, 상기 제 2 가이드 홀은 상기 근위지골의 측방에 배치될 수 있다.
상기 중위지골 지지체 및 근위지골 지지체 중 적어도 하나 이상은 인접한 양측의 관절의 너비보다 작은 너비를 가질 수 있다.
상기 중수지 관절 구동 부재는, 상기 중위지골 연결 부재를 중심으로 서로 반대 방향에 배치되는 제 1 중수지 관절 구동 부재 및 제 2 중수지 관절 구동 부재를 포함할 수 있다.
상기 중수지 관절 구동 부재의 일단은 상기 원위지골 연결 부재 중 및 상기 중위지골 지지체 및 상기 연결 단부 사이에 위치하는 부분에 고정되고, 타단은 상기 액추에이터와 다른 액추에이터에 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기에 의하면 자연 발생적인 관절 신장 순서에 따라서 관절을 신장시킬 수 있으므로, 자연스러운 손가락의 움직임을 구현할 수 있다.
일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기에 의하면 비교적 간단한 구성 및 제어 방식을 이용하여 손가락의 움직임을 구현할 수 있으므로, 손가락 운동 보조 기기를 소형화시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기는 손가락의 운동을 보조하는 다른 외건형 장치들에도 적용되어 손가락의 다양한 움직임을 구현할 수 있다.
도 1a는 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 착용한 사용자의 손의 측면을 나타내는 도면이다.
도 1b는 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 착용한 사용자의 손의 상면을 나타내는 도면이다.
도 2a는 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기의 개략도이다.
도 2b는 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기의 개략도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 근위지골 지지체의 사시도이다.
도 4는 사용자의 손가락의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 5는 정상적인 사용자의 손가락이 자연적으로 신장되는 과정에서 각각의 관절의 굽힘 각도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 원위지골 지지체에만 고정되는 신장 부재를 구비한 제 1 비교 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 이용하여 사용자의 손가락이 신장되도록 하는 힘을 작용할 때 각각의 관절의 굽힘 각도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 중위지골 지지체에만 고정되는 신장 부재를 구비한 제 2 비교 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 이용하여 사용자의 손가락이 신장되도록 하는 힘을 작용할 때 각각의 관절의 굽힘 각도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 1a 및 도 1b에 도시한 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 이용하여 사용자의 손가락이 신장되도록 하는 힘을 작용할 때 각각의 관절의 굽힘 각도의 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1a는 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 착용한 사용자의 손의 측면을 나타내는 도면이고, 도 1b는 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 착용한 사용자의 손의 상면을 나타내는 도면이다. 도 2a 및 도 2b는 일 실시 예들에 따른 손가락 운동 보조 기기의 개략도이다. 도 3은 일 실시 예에 따른 근위지골 지지체의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기(1)는, 자연스럽고 다양한 손가락의 움직임을 구현할 수 있다. 손가락 운동 보조 기기(1)는, 원위지골 지지체(11), 중위지골 지지체(12), 근위지골 지지체(13), 그물형 신장 부재(15), 손바닥 지지체(14), 중수지 관절 구동 부재(16) 및 액추에이터(17)를 포함할 수 있다.
원위지골 지지체(11)는, 손가락의 원위지골(distal phalanx)에 장착되어 원위지골을 지지할 수 있다. 여기서, 원위지골은 손가락의 마디를 이루는 지골(指骨) 중 원위(遠位)에 위치하는 지골일 수 있다. 예를 들어, 원위지골 지지체(11)는 손가락의 원위지골을 포함한 해당 손가락의 단부를 덮도록 형성될 수 있다.
중위지골 지지체(12)는, 손가락의 중위지골(intermediate phalanx)에 장착되어 중위지골을 지지할 수 있다. 여기서, 중위지골은 손가락의 마디를 이루는 지골 중 원위 및 근위지골 사이에 위치에 위치하는 지골일 수 있다. 예를 들어, 중위지골 지지체(12)는 손가락의 중위지골 부분의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 운동을 보조하고자 하는 손가락이 엄지일 경우, 중위지골 지지체(12)는 생략될 수 있다.
예를 들어, 중위지골 지지체(12)는, 적어도 하나 이상의 가이드 홀을 포함할 수 있고, 가이드 홀을 통해 후술할 원위지골 연결 부재(151)가 통과할 수 있다. 예를 들어, 가이드 홀은 중위지골 지지체(12)의 상측에 형성될 수 있다. 예를 들어, 가이드 홀은 근위 방향으로 갈수록 좁아지는 형상을 가질 수 있다.
근위지골 지지체(13)는, 손가락의 근위지골(proximal phalanx)에 장착되어 근위지골을 지지할 수 있다. 여기서, 근위지골은 손가락의 마디를 이루는 지골(指骨) 중 근위(近位)에 위치하는 지골일 수 있다. 예를 들어, 근위지골 지지체(13)는 손가락의 근위지골 부분의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다.
이하 근위지골 지지체(13)의 형상을 예시적으로 설명하기로 하며, 반대되는 기재가 없는 이상 이하의 설명은 중위지골 지지체(12)에도 적용될 수 있다.
예를 들어, 근위지골 지지체(13)는, 근위 지골에 장착되는 경우, 하측 방향으로 개방된 링 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 근위지골 지지체(13)는, 제 1 가이드 홀(131), 제 2 가이드 홀(132) 및 결속 부재(133)를 포함할 수 있다.
제 1 가이드 홀(131)은, 근위지골 지지체(13)가 근위지골에 장착되는 경우, 근위 지골의 상측에 위치할 수 있다. 제 1 가이드 홀(131)을 통해서 그물형 신장 부재(15)의 적어도 일부가 통과할 수 있다. 예를 들어, 제 1 가이드 홀(131)은 원위 부분으로부터 근위 부분으로 갈수록 좁아지는 형태를 가질 수 있다.
제 2 가이드 홀(132)은, 근위지골 지지체(13)가 근위지골에 장착되는 경우, 근위 지골의 측방에 위치할 수 있다. 제 2 가이드 홀(132)을 통해서 중수지 관절 구동 부재(16)가 통과할 수 있다. 예를 들어, 제 2 가이드 홀(132)은 근위 부분으로 갈수록 좁아지는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 중수지 관절 구동 부재(16)가 2개로 형성되는 경우, 제 2 가이드 홀(132)은 근위지골 지지체(13)의 측방에 각각 형성되어 있을 수 있다.
결속 부재(133)는, 예를 들어, 결속 부재(133)는 하측으로 개방된 부분 사이를 폐쇄할 수 있다. 이 경우, 결속 부재(133)는 근위지골 지지체(13)의 2 개의 하측 단부 부분에 각각 형성된 구멍 사이를 연결하는 끈 또는 줄 형태의 부재일 수 있다.
예를 들어, 결속 부재(133)의 일단에는 결속 부재(133) 사이에서의 체결을 위한 고정부(133a)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 고정부(133a)는 벨크로, 버튼 및/또는 핀 등과 같은 체결용 부재로 형성될 수 있다. 한편, 근위지골 지지체(13)는 유연한 재질로 형성됨으로써 사용자의 손가락에 대한 밀착성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 원위지골 지지체(11) 및 중위지골 지지체(12)도 마찬가지로, 도 3의 근위지골 지지체(13)와 같이 하측이 개방된 링형 구조를 가질 수 있고, 도 3의 근위지골 지지체(13)와 같은 결속 부재(133)를 통해 개방된 일측이 닫힘으로써 손가락에 고정될 수 있다.
예를 들어, 중위지골 지지체(12) 및 근위지골 지지체(13) 중 적어도 하나 이상은 인접한 양측의 관절의 너비보다 작은 너비를 가질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 지지체(12, 13)가 지지하는 대상 부위로부터 이탈되는 문제를 방지할 수 있다.
그물형 신장 부재(15)는, 원위지골 지지체(11) 및 근위지골 지지체(13) 사이에서 연결될 수 있다. 예를 들어, 그물형 신장 부재(15)는 손가락의 각각의 지골 사이에서 힘줄 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 그물형 신장 부재(15)는 손가락의 상면에 설치될 수 있다. 다시 말하면, 손가락 관절이 접히는 부분의 반대 방향에 설치될 수 있다.
예를 들어, 그물형 신장 부재(15)는, 원위지골 지지체(11) 및 근위지골 지지체(13)에 걸쳐서 복수개의 고정부(151a, 152a)를 통해 연결될 수 있다. 예를 들어, 그물형 신장 부재(15)의 일단은 후술할 액추에이터(17), 구체적으로 액추에이터(17)의 제 1 액추에이터(171)에 연결되어 구동될 수 있다. 예를 들어, 그물형 신장 부재(15)는 탄성을 가진 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 그물형 신장 부재(15)는 끈, 줄 또는 로프와 같은 부재로 형성될 수 있다.
예를 들어, 그물형 신장 부재(15)는, 구동 단부(152b), 연결 단부(151b), 중위지골 연결 부재(152) 및 원위지골 연결 부재(151)를 포함할 수 있다.
구동 단부(152b)는, 그물형 신장 부재(15)가 액추에이터(17), 구체적으로 액추에이터(17)의 제 1 액추에이터(171)에 연결되는 단부일 수 있다. 예를 들어, 구동 단부(152b)는 손가락의 근위지골에 위치할 수 있거나 근위지골 부분에서 근위방향, 즉, 손바닥 방향으로 이격되어 위치할 수 있다.
연결 단부(151b)는 구동 단부(152b)로부터 연결되는 그물형 신장 부재(15)가 근위지골 부분에서 원위지골 연결 부재(151) 및 중위지골 연결 부재(152)와 연결되는 지점일 수 있다. 예를 들어, 연결 단부(151b)는, 중위지골 연결 부재(152) 중 중위지골 고정부(152a) 및 구동 단부(152b) 사이에 위치하는 부분에 고정될 수 있다.
중위지골 연결 부재(152)는, 연결 단부(151b) 및 중위지골 지지체(12)의 사이를 연결할 수 있다. 예를 들어, 중위지골 연결 부재(152)는, 구동 단부(152b) 및 중위지골 고정부(152a) 를 포함할 수 있다.
중위지골 고정부(152a)는, 중위지골 지지체(12) 및 중위지골 연결 부재(152)를 연결 및 고정하는 부분일 수 있다. 예를 들어, 중위지골 고정부(152a)는 중위지골의 상방에 배치될 수 있다.
원위지골 연결 부재(151)는, 근위지골 부분에 위치하는 연결 단부(151b) 및 원위지골 지지체(11)의 사이를 연결할 수 있다. 예를 들어, 원위지골 연결 부재(151)는 중위지골 지지체(12) 및 근위지골 지지체(13)를 통과할 수 있다. 예를 들어, 원위지골 연결 부재(151)는, 연결 단부(151b) 및 원위지골 고정부(151a)를 포함할 수 있다.
원위지골 고정부(151a)는, 원위지골 지지체(11) 및 원위지골 연결 부재(151)를 연결 및 고정하는 부분일 수 있다. 예를 들어, 원위지골 고정부(151a)는 원위지골의 상방에 배치될 수 있다.
예를 들어, 원위지골 연결 부재(151)는, 연결 단부(151b)로부터 중위지골 고정부(152a)를 우회하여 원위지골 지지체(11)에 연결될 수 있다. 다시 말하면, 손가락 운동 보조 기기(1)가 사용자에 착용된 상태를 기준으로, 원위지골 연결 부재(151) 중 연결 단부(151b) 및 중위지골 고정부(152a) 사이에 위치하는 부분의 길이는, 중위지골 연결 부재(152) 중 연결 단부(151b) 및 중위지골 고정부(152a) 사이에 위치하는 부분의 길이보다 길 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 그물형 신장 부재(15)의 단부에 인장력이 작용할 때, 중위지골 연결 부재(152) 및 원위지골 연결 부재(151)에 차례대로 인장력이 가해지게 되므로, 근위지간 관절(PIP)이 먼저 펴지기 시작하고, 다음으로 원위지간 관절(DIP)이 펴지기 시작하도록 신장 시작 시점을 조절함으로써, 하나의 액추에이터(171)만을 이용하여 2가지 손가락 관절이 자연스럽게 신장하도록 할 수 있다.
예를 들어, 원위지골 연결 부재(151)는 도 1a 내지 2b와 같이 원위지골 고정부(151a)로부터 두 갈래로 나뉘어져 형성되는 경우, 중위지골 연결 부재(152)를 중심으로 서로 반대 방향에 배치되는 제 1 원위지골 연결 부재 및 제 2 원위지골 연결 부재를 포함할 수 있다.
이 경우, 제 1 원위지골 연결 부재 및 제 2 원위지골 연결 부재는 중위지골 지지체(12)를 통과할 때, 후술할 중위지골 고정부(152a)를 양 방향으로 우회하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 연결 단부(151b)는 구동 단부(152b)로부터 연결되어 3 갈래로 분지되는 형태를 나타낼 수 있다.
예를 들어, 손가락 운동 보조 기기(1)가 상기 사용자에 착용된 상태를 기준으로, 원위지골 연결 부재(151) 중 연결 단부(151b) 및 중위지골 고정부(152a) 사이에 위치하는 부분의 길이는, 중위지골 연결 부재(152) 중 연결 단부(151b) 및 상기 중위지골 고정부(152a) 사이에 위치하는 부분의 길이보다 길 수 있다.
손바닥 지지체(14)는, 사용자의 손바닥 뼈(metacarpal)의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 예를 들어, 그물형 신장 부재(15)의 일부는 손바닥 지지체(14)를 통과하도록 형성될 수 있고, 이 경우, 손바닥 지지체(14)에는 그물형 신장 부재(15)가 통과할 수 있는 구멍 또는 홈이 형성되어 있을 수 있다.
중수지 관절 구동 부재(16)는, 그물형 신장 부재(15) 및 손바닥 지지체(14)를 연결할 수 있다. 중수지 관절 구동 부재(16)는 끈, 줄 또는 로프와 같은 형상의 부재로 형성될 수 있고, 그물형 신장 부재(15)와 같은 소재로 형성될 수 있고, 예를 들어, 탄성을 가진 소재로 형성될 수 있다.
예를 들어 중수지 관절 구동 부재(16)는 손의 중수지 관절(MCP: metacarpophalangeal joint)의 역할을 수행할 수 있다. 여기서 중수지 관절은, 손가락과 손바닥 사이를 연결하는 관절일 수 있다.
예를 들어, 중수지 관절 구동 부재(16)의 일단(161a)은 원위지골 연결 부재(151) 중 중위지골 지지체(12) 및 연결 단부(151b) 사이에 위치하는 부분에 고정될 수 있고, 타단(161b)은 사용자의 중수지 관절을 기준으로 일단의 반대편에 위치하는 손바닥 지지체(14)에 고정될 수 있거나 액추에이터(17), 구체적으로 액추에이터(17)의 제 2 액추에이터(172)에 연결될 수 있다.
중수지 관절 구동 부재(16)는, 제 1 중수지 관절 구동 부재 및 제 2 중수지 관절 구동 부재(16)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제 1 및 제 2 중수지 관절 구동 부재(16)는, 2개로 구성된 원위지골 연결 부재(151)에서 양측으로 각각 연결될 수 있고, 다시 말하면, 각각 제 1 원위지골 연결 부재 및 제 2 원위지골 연결 부재의 외측으로부터 연결될 수 있다.
액추에이터(17)는, 그물형 신장 부재(15) 및 중수지 관절 구동 부재(16)를 구동할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(17)는 제 1 액추에이터(171) 및 제 2 액추에이터(172)를 포함할 수 있다.
제 1 액추에이터(171)는 그물형 신장 부재(15)의 구동 단부(152b)에 연결되어 그물형 신장 부재(15)를 구동시킬 수 있고, 제 2 액추에이터(172)는 중수지 관절 구동 부재(16)의 타단(161b)과 연결되어 중수지 관절 구동 부재(16)를 구동시킬 수 있다.
도 4는 사용자의 손가락의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 손가락 운동 보조 기기(1)에 의해 작용되는 힘을 확인할 수 있다.
일 실시 예의 손가락 운동 보조 기기(1)에 의하면, 손가락 운동 보조 기기(1)는 원위지간 관절(DIP: distal interphalangeal joint), 근위지간 관절(PIP: proximal interphalangeal joint) 및 중수지 관절(MCP: metacarpophalangeal joint) 의 운동을 보조할 수 있다.
예를 들어, 중위지골 지지체(12) 및 원위지골 지지체(11) 사이에서의 원위지골 연결 부재(151)의 작동은, 근위지골 및 중위지골 사이에 위치하는 원위지간 관절(DIP)의 동작을 보조할 수 있다.
예를 들어, 근위지골 지지체(13) 및 중위지골 지지체(12) 사이에서의 중위지골 연결 부재(152)의 작동은, 중위지골 및 근위지골 사이에 위치하는 근위지간 관절(PIP)의 동작을 보조할 수 있다.
예를 들어, 중수지 관절 구동 부재(16)의 작동은, 손가락과 손바닥을 연결하는 중수지 관절(MCP)의 동작을 보조할 수 있다. 예를 들어, 그물형 신장 부재(15)가 신장하는 과정에서, 중수지 관절 구동 부재(16)에 가해지는 인장력에 의해, 중수지 관절(MCP)이 과도하게 신장되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 도 1a와 같이 중수지 관절 구동 부재(16)의 일단(161a)이 원위지골 연결 부재(151) 중 중위지골 지지체(12) 및 연결 단부(151b) 사이에 위치하는 부분에 고정되고, 타단(161b)이 손바닥 지지체(14)에 고정될 경우, 중수지 관절 구동 부재(16)의 길이를 미리 적절히 설정함으로써, 중수지 관절(MCP)이 일정한 각도 이상 신장될 때 중수지 관절 구동 부재(16)에 인장력이 작용되도록 할 수 있다. 다른 예로, 도 2a와 같이 중수지 관절 구동 부재(16)의 일단(161a)이 원위지골 연결 부재(151) 중 및 중위지골 지지체(12) 및 연결 단부(151b) 사이에 위치하는 부분에 고정되고, 타단(161b)이 액추에이터(172)에 연결될 경우, 중수지 관절(MCP)이 일정한 각도 이상 신장될 때 액추에이터(172)를 구동함으로써, 중수지 관절 구동 부재(16)에 인장력이 작용되도록 할 수 있다.
한편, 중수지 관절 구동 부재(16)에 인장력을 제공할 경우, 중수 지 관절 구동 부재(16)는, 중수지 관절을 굽힘시킴은 물론, 중수지 관절 구동 부재(16)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되는 원위지골 연결 부재(151) 및/또는 중위지골 연결 부재(152)에도 인장력을 제공하게 되므로, 그물형 신장 부재(15)와 함께, 손가락의 원위지간 관절(DIP) 및/또는 근위지간 관절(PIP) 또한 신장시킬 수 있다. , 따라서 다양한 손가락 동작을 수행하도록 보조할 수 있다.
도 5는 정상적인 사용자의 손가락이 자연적으로 신장되는 과정에서 각각의 관절의 굽힘 각도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 6은 원위지골 지지체에만 고정되는 신장 부재를 구비한 제 1 비교 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 이용하여 사용자의 손가락이 신장되도록 하는 힘을 작용할 때 각각의 관절의 굽힘 각도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 7은 중위지골 지지체에만 고정되는 신장 부재를 구비한 제 2 비교 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 이용하여 사용자의 손가락이 신장되도록 하는 힘을 작용할 때 각각의 관절의 굽힘 각도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 8은 도 1a 및 도 1b에 도시한 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 이용하여 사용자의 손가락이 신장되도록 하는 힘을 작용할 때 각각의 관절의 굽힘 각도의 변화를 나타내는 그래프이다.
먼저 도 5 및 도 6을 비교하면, 제 1 비교 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 이용할 경우, 신장 부재에 인장력을 작용하는 과정에서, 원위지간 관절(DIP)의 굽힙 각도 변화량이 급격하게 변화되므로, 근위지간 관절(PIP) 및 중수지 관절(MCP)이 충분히 펴지기 전부터 원위지간 관절(DIP)이 완전히 신장되므로, 결과적으로 과신전(hyperextension)이 발생되는 문제를 확인할 수 있다.
다음으로 도 5 및 도 7을 비교하면, 도 5 와 같이 정상적인 사용자의 손가락이 자연적으로 신장하는 과정에서는 원위지간 관절(DIP), 근위지간 관절(PIP) 및 중수지 관절(MCP)이 각각 완전히 신장되는 상태("End"로 표기)가 순차적으로 이루어지는 패턴을 가짐을 확인할 수 있다. 그러나 제 2 비교 예에 따른 손가락 운동 보조 기기를 이용할 경우, 근위지간 관절(PIP)이 완전히 신장되기 전에 이미 중수지 관절(MCP)이 먼저 완전히 신장하게 되므로, 사용자는 이질감 및 불편함을 느끼는 문제가 발생될 것임을 확인할 수 있다.
마지막으로 도 5 및 도 8을 비교하면, 앞서 언급한 제 1 비교 예 및 제 2 비교 예에 따른 손가락 운동 보조 기기가 갖는 문제점이 없이, 본 발명의 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기(1)는, 과신전 문제를 유발하지 않으면서, 손가락의 자연스러운 신장 패턴을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상과 같이 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기에 의하면 자연 발생적인 관절 신장 순서에 따라서 관절을 신장시킬 수 있으므로, 자연스러운 손가락의 움직임을 구현할 수 있다. 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기에 의하면 비교적 간단한 구성 및 제어 방식을 이용하여 손가락의 움직임을 구현할 수 있으므로, 손가락 운동 보조 기기를 소형화시킬 수 있다. 일 실시 예에 따른 손가락 운동 보조 기기는 손가락의 운동을 보조하는 다른 외건형 장치들에도 적용되어 손가락의 다양한 움직임을 구현할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 사용자의 원위지골(distal phalanx)를 지지하기 위한 원위지골 지지체;
    상기 사용자의 중위지골(middle phalanx)를 지지하기 위한 중위지골 지지체; 및
    상기 원위지골 지지체 및 상기 중위지골 지지체에 각각 고정되는 복수 개의 고정부와, 액추에이터에 연결되는 구동 단부를 포함하는 그물형 신장 부재를 포함하고,
    상기 그물형 신장 부재는,
    상기 복수 개의 고정부 중 상기 중위지골 지지체에 고정되는 중위지골 고정부와, 상기 구동 단부를 포함하는 중위지골 연결 부재; 및
    상기 복수 개의 고정부 중 상기 원위지골 지지체에 고정되는 원위지골 고정부와, 상기 중위지골 연결 부재에 고정되는 연결 단부를 포함하는 원위지골 연결 부재를 포함하고,
    상기 원위지골 연결 부재 중 상기 연결 단부 및 상기 중위지골 고정부 사이에 위치하는 부분의 길이는, 상기 중위지골 연결 부재 중 상기 연결 단부 및 상기 중위지골 고정부 사이에 위치하는 부분의 길이보다 긴 손가락 운동 보조 기기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 단부는, 상기 중위지골 연결 부재 중 상기 중위지골 고정부 및 상기 구동 단부 사이에 위치하는 부분에 고정되는 손가락 운동 보조 기기.
  4. 사용자의 원위지골(distal phalanx)를 지지하기 위한 원위지골 지지체;
    상기 사용자의 중위지골(middle phalanx)를 지지하기 위한 중위지골 지지체; 및
    상기 원위지골 지지체 및 상기 중위지골 지지체에 각각 고정되는 복수 개의 고정부와, 액추에이터에 연결되는 구동 단부를 포함하는 그물형 신장 부재를 포함하고,
    상기 그물형 신장 부재는,
    상기 복수 개의 고정부 중 상기 중위지골 지지체에 고정되는 중위지골 고정부와, 상기 구동 단부를 포함하는 중위지골 연결 부재; 및
    상기 복수 개의 고정부 중 상기 원위지골 지지체에 고정되는 원위지골 고정부와, 상기 중위지골 연결 부재 중 상기 중위지골 고정부 및 상기 구동 단부 사이에 위치하는 부분에 고정되는 연결 단부를 포함하는 원위지골 연결 부재를 포함하고,
    상기 원위지골 연결 부재는, 상기 연결 단부로부터 상기 중위지골 고정부를 우회하여 상기 원위지골 지지체에 연결되는 손가락 운동 보조 기기.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 원위지골 연결 부재는, 상기 중위지골 연결 부재를 중심으로 서로 반대 방향에 배치되는 제 1 원위지골 연결 부재 및 제 2 원위지골 연결 부재를 포함하는 손가락 운동 보조 기기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 손가락 운동 보조 기기는,
    상기 사용자의 손바닥뼈의 적어도 일부를 감싸는 손바닥 지지체; 및
    상기 그물형 신장 부재 및 상기 손바닥 지지체를 연결하는 중수지 관절 구동 부재를 더 포함하는 손가락 운동 보조 기기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중수지 관절 구동 부재의 일단은 상기 원위지골 연결 부재 중 상기 중위지골 지지체 및 상기 연결 단부 사이에 위치하는 부분에 고정되고, 타단은 상기 사용자의 중수지 관절을 기준으로 상기 일단의 반대편에 위치하는 상기 손바닥 지지체에 고정되는 손가락 운동 보조 기기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 손가락 운동 보조 기기는,
    상기 사용자의 근위지골을 지지하기 위한 근위지골 지지체를 더 포함하는 손가락 운동 보조 기기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 원위지골 연결 부재 및 상기 중수지 관절 구동 부재는, 각각 상기 근위지골 지지체에 형성된 제 1 가이드 홀 및 제 2 가이드 홀을 통과하도록 배치되는 손가락 운동 보조 기기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 가이드 홀 및 제 2 가이드 홀은 각각 상기 원위지골로부터 멀어지는 방향으로 갈수록 좁아지는 형상을 포함하는 손가락 운동 보조 기기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 가이드 홀은 상기 근위지골의 상방에 배치되고, 상기 제 2 가이드 홀은 상기 근위지골의 측방에 배치되는 손가락 운동 보조 기기.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 중위지골 지지체 및 근위지골 지지체 중 적어도 하나 이상은 인접한 양측의 관절의 너비보다 작은 너비를 갖는 손가락 운동 보조 기기.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 중수지 관절 구동 부재는, 상기 중위지골 연결 부재를 중심으로 서로 반대 방향에 배치되는 제 1 중수지 관절 구동 부재 및 제 2 중수지 관절 구동 부재를 포함하는 손가락 운동 보조 기기.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 중수지 관절 구동 부재의 일단은 상기 원위지골 연결 부재 중 및 상기 중위지골 지지체 및 상기 연결 단부 사이에 위치하는 부분에 고정되고, 타단은 상기 액추에이터와 다른 액추에이터에 연결되는 손가락 운동 보조 기기.

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