KR102422343B1 - 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓 - Google Patents

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김주형
이선곤
권현중
신경호
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 3D 프린터를 이용하여 의지용 일체형 소켓의 이너 소켓 내부에 정전용량 압력센서를 일체로 형성하여 사용자의 절단 부위에 가해지는 압력을 측정함으로써 사용자의 절단부위 근육의 상태를 확인할 수 있는 기술에 대한 것이다.

Description

정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓{Integrated socket for prosthesis including inner socket integral formed with capacitive pressure sensor}
본 발명은 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 3D 프린터를 이용하여 의지용 일체형 소켓의 이너 소켓 내부에 정전용량 압력센서를 일체로 형성하여 사용자의 절단 부위에 가해지는 압력을 측정함으로써 사용자의 절단부위 근육의 상태를 확인할 수 있는 기술에 대한 것이다.
일반적으로 상하지 절단 환자, 즉 팔 또는 다리의 일부분이 절단된 환자의 경우, 절단 부위를 대체하는 수단으로 의수 또는 의족을 착용한다.
의수 또는 의족과 같은 의지는 외부 스위치 또는 근전도 신호를 이용하여 동작을 제어하고 동작 상태를 파악할 수 있다.
의지용 소켓은 의지와 인체를 연결해주는 장치로서, 착용성 및 내구성이 중요한 요소라고 할 수 있으며, 부적절한 의지용 소켓을 사용할 경우 사용자의 안전문제를 야기할 수 있다.
즉, 사용자에 따라 그리고 인체의 부위에 따라 의지용 소켓을 적절히 변경할 필요가 있는데, 사용자 또는 인체의 부위에 적합하지 않은 의지용 소켓을 사용할 경우 사용자의 착용성 및 편의성이 떨어져 불편함을 야기할 뿐 아니라 의지 및 의지용 소켓이 인체로부터 분리되어 사용자가 부상당할 수 있는 문제가 있다.
또한, 체중이 변하거나 재활 훈련에 의한 근육량의 증가 또는 하루 중 인체 볼륨의 변화에 의해 절단 부위의 부피가 증가하는 경우 절단 부위의 압박감으로 인해 사용자에게 불편함을 야기할 수 있다.
한편, 의지용 소켓과 관련된 종래기술로는 대한민국등록특허 제10-1898895호등이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 3D 프린터를 이용하여 의지용 일체형 소켓의 이너 소켓 내부에 정전용량 압력센서를 일체로 형성하여 사용자의 절단 부위에 가해지는 압력을 측정함으로써 사용자의 절단부위 근육의 상태를 확인할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 전술한 과제로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 또 다른 기술적 과제들은 후술할 내용으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓은 사용자의 절단 부위에 직접 접촉하는 이너 소켓; 상기 이너 소켓의 외측을 감싸는 형태로 형성되는 아우터 소켓; 및 상기 이너 소켓의 내부 공간에 형성되는 다수개의 정전용량 압력센서;를 포함하며, 상기 이너 소켓, 아우터 소켓 및 정전용량 압력센서가 3D 프린터를 통해 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 정전용량 압력센서는, 상기 이너 소켓의 내측면과 외측면 사이 내부 공간에 서로 일정 간격 이격된 상태로 마주보도록 형성되는 제1지지대; 및 제2지지대;와 상기 제1지지대 및 제2지지대에 각각 적층되어 일정 간격 이격되는 전극;으로 구성되며, 상기 제1지지대는 상기 이너 소켓의 돌출부와 맞닿도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이너 소켓에는, 정전용량의 변화량 데이터를 수신 받아 디지털 데이터로 치환 및 증폭시키는 정전용량 증폭 모듈; 및 상기 정전용량 증폭 모듈로부터 수신 받은 디지털 데이터를 RF통신을 통해 PC의 RF 무선 모듈로 전송하는 제어부;가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓은 3D 프린터를 이용하여 의지용 일체형 소켓의 이너 소켓 내부에 정전용량 압력센서를 일체로 형성하여 사용자의 절단 부위에 가해지는 압력을 측정함으로써 사용자의 절단부위 근육의 상태를 확인하여 치료, 재활에 활용할 수 있고, 이너 소켓의 교체 및 디자인 변경 시기를 확인할 수 있다.
또한, 이너 소켓과 이너 소켓의 내부에 형성되는 정전용량 압력센서를 3D 프린터를 이용하여 일체로 형성함으로써 제조공정이 단순화 되어 공정시간이 감소되는 효과를 갖는다.
이에 더하여, 이너 소켓을 탄성을 지닌 연질 폴리머로 제작함으로써 사용자의 절단 부위의 볼륨이 변화하는 경우에도 이너 소켓이 그에 맞게 볼륨이 가변되어 사용자의 활동성 및 편의성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓의 모습을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓에서 이너 소켓의 내부에 형성되는 정전용량 압력센서를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓에서 정전용량 압력센서으 작동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓의 정전용량 압력센서 데이터 송수신 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓의 정전용량 압력센서 데이터 송수신 과정의 플로우차트이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓의 모습을 도시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓에서 이너 소켓의 내부에 형성되는 정전용량 압력센서를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓에서 정전용량 압력센서으 작동 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓의 정전용량 압력센서 데이터 송수신 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓의 정전용량 압력센서 데이터 송수신 과정의 플로우차트이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓(100, 이하 '의지용 일체형 소켓'이라 함)은 의수 또는 의족과 같은 의지와 인체를 연결해주는 반타원구 형상의 장치로서, 인체의 부피에 기인한 압력에 의하여 의지 및 의지용 소켓(100)이 인체에 고정될 수 있다. 이러한 의지용 일체형 소켓(100)은 이너 소켓(110), 아우터 소켓(120) 및 이너 소켓(110)의 내부 공간에 형성되는 정전용량 압력센서(200)를 포함한다.
이너 소켓(110)은 사용자의 절단 부위에 직접 접촉하는 구성으로 탄성을 지닌 연질 폴리머로 제작되어 사용자의 절단 부위의 볼륨이 변화하는 경우 그에 맞게 볼륨이 가변되기 때문에 사용자의 활동성 및 편의성을 향상시킬 수 있다. 이러한 이너 소켓(110)에는 다수개의 정전용량 압력센서(200)와 다수개의 정전용량 증폭 모듈(310)과 제어부(320)가 형성되며, 도 5에 도시된 바와 같이 다수개의 정전용량 압력센서(200), 다수개의 정전용량 증폭 모듈(310) 및 제어부(320)는 다수의 행배선(RL) 및 열배선(CL)을 통해 전기적으로 연결된다.
아우터 소켓(120)은 이너 소켓(110)의 외측을 감싸는 형태로 형성되며 강성을 지닌 경질재료로 제작되어 외부의 충격으로부터 사용자의 절단 부위를 보호 한다.
정전용량 압력센서(200)는 이너 소켓(110)의 내측면(112)과 외측면(111) 사이 내부 공간에 다수개 형성되어 사용자의 절단 부위의 볼륨 변화에 의해 이너 소켓(110)의 내측면(112)에 압력이 가해질 때 정전용량 변화를 측정하여 사용자의 절단 부위의 볼륨 변화 상태를 확인하기 위해 마련된다. 이러한 정전용량 압력센서(200)는 도 2 내지 도 4와 같이 이너 소켓(110)의 내측면(112)과 외측면(111) 사이 내부 공간에 서로 일정 간격 이격된 상태로 마주보도록 형성되는 제1 및 제2지지대(201, 202)와 제1 및 제2지지대(201, 202)에 각각 적층되어 일정 간격 이격되는 전극(201a, 202a)으로 구성되며, 제1지지대(201)는 이너 소켓(110)의 내측면(112) 내부에 형성되는 돌출부(113)와 맞닿도록 형성된다. 이때, 제1 및 제2지지대(201, 202)는 연질재료인 폴리우레탄으로 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 3D 프린팅이 가능한 공지의 연질재료를 다양하게 사용하는 것이 가능하다. 또한, 전극(201a, 202a)은 열가소성 폴리우레탄과 전도성 CNT, Carbon Black 등의 전도성 파티클의 혼합체로 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 3D 프린팅이 가능한 공지의 전도성 폴리머 혼합체를 다양하게 사용하는 것이 가능하다.
이에 따라, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 사용자의 절단 부위의 볼륨이 증가하여 이너 소켓(110)의 내측면(112)에 압력이 가해지면 내측면(112)이 휘어지면서 정전용량 압력센서(200)의 제1지지대(202)가 돌출부(113)에 의해 가압되면서 같이 휘어져 제1지지대(202)의 전극(202a)과 제2지지대(201)의 전극(201a)이 가까워진다. 즉, 압력에 따라서 제1지지대(201) 및 제2지지대(202)에 각각 형성된 전극(201a, 202a) 사이의 거리가 변화하여 정전용량이 변화하게 되고, 정전용량 증폭 모듈(301)에서 행배선(RL) 및 열배선(CL)을 통해 정전용량의 변화량 데이터를 수신 받아 디지털 데이터로 치환 및 증폭시킨 후 12C통신을 통해 제어부(320)로 전송하고, 전송 받은 디지털 데이터를 RF통신을 통해 PC(400)의 RF 무선 모듈(410)로 전송한다. 이후, RF 무선 모듈(410)에서 데이터를 수신하여 PC(400)에 설치된 인터페이스로 데이터 결과 값을 표시한다.
상기와 같이 본 발명에서는 사용자의 절단 부위의 볼륨이 증가하여 이너 소켓(110)에 압력이 가해지면 이너 소켓(110)의 내부에 형성된 정전용량 압력센서(200)에서 정전용량 변화량을 측정하여, 측정된 정전용량 변화량 데이터를 PC(400)로 전송하여 인터페이스에 실시간으로 표시하기 때문에 사용자의 절단부위 근육의 상태를 실시간으로 확인하여 치료, 재활에 활용할 수 있고, 이너 소켓의 교체 및 디자인 변경 시기를 확인할 수 있다.
상기와 같이 구성된 이너 소켓(110), 아우터 소켓(120) 및 정전용량 압력센서(200)는 3D 프린터를 이용하여 일체로 제작된다.
3D 프린터는 다양한 물질의 필라멘트를 고온의 노즐을 통하여 압출하고, 압출된 필라멘트를 이용하여 설계된 구조물을 1층씩 적층하여 제조할 수 있다.
즉, 3D 프린터의 제1노즐(미도시)은 이너 소켓(110)을 형성하기 위한 실리콘, 에틸렌프로필렌 고무(Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber, EPDM) 및 열가소성 폴리우레탄 등의 연질 폴리머를 압출하고, 제2노즐(미도시)은 아우터 소켓(120)을 형성하기 위한 PETG, ULTEM, ABS, NYLON, PC, PP, PLA 등의 강성을 지닌 열가소성 폴리머를 압출하고, 제3노즐(미도시) 및 제4노즐(미도시)은 이너 소켓(110)의 내측에 정전용량 압력센서(200)를 구성하는 지지대(201, 202) 및 전극(201a, 202a)을 프린팅 하기 위한 폴리우레탄 및 열가소성 폴리우레탄과 전도성 파티클(전도성 Carbon Black, CNT)의 혼합체를 압출하여 탄성을 지닌 연질의 이너 소켓(110)과 강성을 지닌 아우터 소켓(120)과 사용자의 절단 부위의 볼륨 변화에 따라 정전용량 변화를 측정하기 위한 정전용량 압력센서(200)를 일체로 형성한다.
상기와 같이 본 발명의 의지용 일체형 소켓(100)은 이너 소켓(110)과 아우터 소켓(120) 및 이너 소켓(110)의 내측면에 형성되는 정전용량 압력센서(200)를 3D 프린터를 이용하여 일체로 형성함으로써 제조공정이 단순화 되어 공정시간이 감소되는 효과를 갖는다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 의지용 일체형 소켓(100)의 작용 효과에 대해 설명하도록 한다.
먼저 사용자가 의지용 일체형 소켓(100)을 신체의 절단 부위에 착용한다. 이때, 본 발명에서는 이너 소켓(110)과 아우터 소켓(120)이 일체로 형성되기 때문에 이너 소켓(110)과 아우터 소켓(120)을 각각 착용할 필요 없이 이너 소켓(110)과 아우터 소켓(120)을 한 번에 착용할 수 있다.
사용자가 의지용 일체형 소켓(100)을 착용한 상태에서 절단 부위의 부피가 변화하는 경우, 예를 들어 체중이 변하거나 재활 훈련에 의한 근육량의 증가 또는 하루 중 인체 볼륨의 변화에 의해 절단 부위의 부피가 증가하는 경우에도 이너 소켓(110)이 탄성을 지닌 연질 폴리머로 제작되어 사용자의 절단 부위의 볼륨 변화에 맞게 이너 소켓(110)의 볼륨이 가변된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 사용자의 절단 부위의 볼륨이 증가하면 사용자의 절단 부위의 볼륨이 증가하여 이너 소켓(110)의 내측면(112)에 압력이 가해지면 내측면(112)이 휘어지면서 정전용량 압력센서(200)의 제1지지대(202)가 돌출부(113)에 의해 가압되면서 같이 휘어져 제1지지대(202)의 전극(202a)과 제2지지대(201)의 전극(201a)이 가까워진다. 즉, 압력에 따라서 제1지지대(201) 및 제2지지대(202)에 각각 형성된 전극(201a, 202a) 사이의 거리가 변화하여 정전용량이 변화하게 된다.
상기와 같이 정전용량 압력센서(200)에 의해 정전용량 변화가 측정되면 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 정전용량 증폭 모듈(301)에서 행배선(RL) 및 열배선(CL)을 통해 정전용량의 변화량 데이터를 수신 받아(S500) 디지털 데이터로 치환 및 증폭시킨 후(S510) 12C통신을 통해 제어부(320)로 전송하고(S520), 전송 받은 디지털 데이터를 RF통신을 통해 PC(400)의 RF 무선 모듈(410)로 전송한다(S530). 이후, RF 무선 모듈(410)에서 데이터를 수신하여(S540) PC(400)에 설치된 인터페이스로 데이터 결과 값을 표시한다(S550).
상기와 같이 본 발명에서는 사용자의 절단 부위의 볼륨이 증가하여 이너 소켓(110)에 압력이 가해지면 이너 소켓(110)의 내부에 형성된 정전용량 압력센서(200)에서 정전용량 변화량을 측정하여, 측정된 정전용량 변화량 데이터를 PC(400)로 전송하여 인터페이스에 실시간으로 표시하기 때문에 사용자의 절단부위 근육의 상태를 실시간으로 확인하여 치료, 재활에 활용할 수 있을 뿐만 아니라 압력이 설정 값 이상으로 높게 측정되면 의지용 일체형 소켓(100)이 너무 꽉 조여지는 것을 의미하므로 볼륨이 증대되도록 의지용 일체형 소켓(100)의 볼륨을 조정하거나 또는 의지용 일체형 소켓(100) 전체를 교체하는 데에 사용할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓은 3D 프린터를 이용하여 의지용 일체형 소켓의 이너 소켓 내부에 정전용량 압력센서를 일체로 형성하여 사용자의 절단 부위에 가해지는 압력을 측정함으로써 사용자의 절단부위 근육의 상태를 확인하여 치료, 재활에 활용할 수 있고, 이너 소켓의 교체 및 디자인 변경 시기를 확인할 수 있다.
또한, 이너 소켓과 이너 소켓의 내부에 형성되는 정전용량 압력센서를 3D 프린터를 이용하여 일체로 형성함으로써 제조공정이 단순화 되어 공정시간이 감소되는 효과를 갖는다.
이에 더하여, 이너 소켓을 탄성을 지닌 연질 폴리머로 제작함으로써 사용자의 절단 부위의 볼륨이 변화하는 경우에도 이너 소켓이 그에 맞게 볼륨이 가변되어 사용자의 활동성 및 편의성을 향상시킬 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 의지용 일체형 소켓
110 : 이너 소켓
111 : 이너 소켓의 외측면
112 : 이너 소켓의 내측면
113 : 돌출부
120 : 아우터 소켓
200 : 정전용량 압력센서
201 : 제1지지대
201a : 전극
202 : 제2지지대
202a : 전극
310 : 정전용량 증폭 모듈
320 : 제어부
400 : PC
410 : RF 무선 모듈

Claims (3)

  1. 사용자의 절단 부위에 직접 접촉하며, 내부에 정전용량 압력센서를 구비한 이너 소켓;
    상기 이너 소켓의 외측을 감싸는 형태로 형성되는 아우터 소켓; 및
    상기 이너 소켓의 내부 공간에 형성되는 다수개의 정전용량 압력센서;를 포함하며,
    상기 이너 소켓, 아우터 소켓, 및 정전용량 압력센서가 3D 프린터를 통해 일체로 형성되며,
    상기 정전용량 압력센서는,
    상기 이너소켓의 내측면에 형성된 돌출부와, 상기 돌출부 상의 제1 지지대와, 상기 제1 지지대 상의 제1 전극이 차례로 맞닿아 적층 형성되며,
    상기 이너소켓의 외측면에는 제2 지지대와, 상기 제2 지지대 상의 제2 전극이 차례로 맞닿아 적층 형성되되, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 일정 간격 이격되어 형성됨으로써,
    사용자의 절단부위 볼륨이 증가하여 이너소켓의 내측면에 압력이 가해지면, 이너소켓 내측면에 형성된 돌출부가 상기 제1 지지대를 가압하면서 제1 지지대가 휘어져 상기 제1 전극 및 제2 전극이 가까워져 정전용량이 변화되는 것을 특징으로 하는 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓.


  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이너 소켓에는,
    정전용량의 변화량 데이터를 수신 받아 디지털 데이터로 치환 및 증폭시키는 정전용량 증폭 모듈; 및
    상기 정전용량 증폭 모듈로부터 수신 받은 디지털 데이터를 RF통신을 통해 PC의 RF 무선 모듈로 전송하는 제어부;가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량 압력센서가 일체로 형성된 이너 소켓을 포함하는 의지용 일체형 소켓.
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