KR20140110633A - 발목 운동 어셈블리 및 이를 이용한 발목 운동 장치 - Google Patents

Abstract

발목 운동 어셈블리 및 이를 이용한 발목 운동 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리는, 사용자의 발목의 3차원 운동이 가능한 발목 운동 어셈블리에 있어서, 상기 발목 운동 어셈블리 전체를 지지하는 베이스부; 상기 베이스부 위에 배치되어, 상기 사용자의 발목의 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동을 각각 유도하는 운동 유도부; 및 상기 운동 유도부 위에 배치되어, 상기 사용자의 발이 위치하는 발판부를 포함하며, 상기 운동 유도부는, 상기 회전 운동, 상기 팬 운동, 상기 틸트 운동 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 결합에 의해 상기 사용자의 발목의 3차원 운동을 유도 한다.

Description

발목 운동 어셈블리 및 이를 이용한 발목 운동 장치{ANKLE EXERCISE ASEMBLY AND ANKLE EXERCISE APPARATUS THEREOF}

본 발명은 발목 운동 어셈블리 및 이를 이용한 발목 운동 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발목의 운동 방향이 앞뒤, 좌우, 회전 등의 동작이 가능하여 발목의 3차원 운동을 유도하며, 이를 통해 운동학적 기능(근력 및 유연성 증대)을 개선함으로써, 사용자의 균형 및 보행능력을 증진하는 발목 운동 어셈블리 및 이를 이용한 발목 운동 장치에 관한 것이다.

균형은 넘어지지 않고 체중을 지지한 자세에서 움직일 수 있거나 유지할 수 있는 능력을 말하며, 최소의 외적저항에도 주어진 자세를 유지할 수 있는 부동성(steadiness), 지면(floor)에서 체중을 똑같이 분배할 수 있는 대칭성 및 균형의 손실 없이 주어진 자세에서 움직일 수 있는 동적 안정성의 요소들을 포함한다. 이러한 균형은 감각, 운동, 중추신경계, 그리고 운동학적인 면에서 협응된 활동에 의해 발생하는 복합적인 과정이며, 균형 능력의 감소와 비대칭적인 자세가 일상의 동작을 제한할 뿐만 아니라 낙상 위험을 증가시킬 수도 있다.

신체적 안정성을 위한 균형 조절에는 엉덩관절(hip joint)과 발목 관절이 중요한 역할을 하며, 신체 흔들림의 범위가 큰 경우에는 엉덩관절이 작용을 하고, 흔들림이 작은 경우에는 주로 발목 관절이 작용하게 된다. 특히, 노인들의 균형조절 능력과 근력은 연령이 증가함에 따라 감소되며, 균형감각의 소실은 발목 근력의 약화와 관계가 있고, 연령이 증가함에 따라 동적인 발목안정성이 현저하게 떨어지는 것으로 보고되고 있다.

발목 관절은 발에서 오는 움직임과 충격을 조절하는 기능이 있지만 구조적으로 부상이 발생하기 쉽다. 예를 들어, 발가락을 아래로 향했을 때, 역학적으로 족저굴곡(plantar flexion)시에 거골(talus bone)의 뒷부분이 경골(tibia)과 비골(fibula) 사이로 들어가게 되어 뒤쪽이 좁기 때문에 과도한 동작이 일어날 수 있는 공간이 생겨 발목 손상이 자주 일어나게 된다. 그리고, 발목 관절은 인대 손상이 가장 흔하여 발목 관절 관련 전체 손상의 50~70% 이상이 발목인대 손상이며, 대부분이 내번염좌(inversion sprain)가 가장 큰 원인이 된다. 거골(talus bone)이 앞쪽으로 아탈구(subluxation) 되는 것을 막는 기능을 하는 전거비 인대(anterior talofibular ligament)는 세 개의 바깥쪽 발목 인대 중에 가장 약하여, 내번(inversion), 저측굴곡(plantar flexion), 그리고 내회전(internal rotation) 자세에서 손상이 일어날 수 있다. 또한, 발목 관절은 노화가 진행됨에 따라 근력과 운동학적인 문제로 기능이 약해져 낙상 등의 손상을 유발하게 된다. 그리하여, 노인인구의 증가와 함께 향후 발목 운동 기기의 수요가 증대될 것으로 예상된다.

그런데, 종래의 발목 운동 기기는 2-D(2차원)로 관절가동범위 측면에서 굴곡(flexion), 신전(extension), 내전(adduction) 및 외전(abduction) 운동만 가능케 하여 발목 관절의 인대 손상이 빈번한 3-D(3차원)에서 일어나는 내번(inversion)과 외번(eversion) 운동은 불가능한 문제가 있다. 예를 들어, 종래의 발목 운동 기기는 운동 방향이 앞뒤 혹은 좌우로만 이루어지고 있어 운동학적 기능개선(근력 및 유연성 증대)을 기대하기가 어려우며, 환자에 적합한 회전각도, 저항(반력), 운동방법, 운동량, 운동시간 등을 지정하고 운동결과를 자동으로 기록할 수 없다.

한국공개특허 2011-0096918호

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발목의 앞뒤, 좌우, 회전 등의 동작을 통해 발목의 3차원 운동을 할 수 있는 발목 운동 어셈블리 및 이를 이용한 발목 운동 장치를 제공하는 것이다.

또한, 발목의 3차원 운동을 통해 운동학적 기능(근력 및 유연성 증대)을 개선할 수 있는 발목 운동 어셈블리 및 이를 이용한 발목 운동 장치를 제공하는 것이다.

그리고, 환자에 적합한 운동방법, 운동량, 운동시간 등을 지정하고 운동결과를 자동으로 기록할 수 있고, 스로 발목 운동을 할 수 없는 사람의 경우에는 강제적으로 임의의 힘을 발생시켜서 운동하게 하며, 발목운동이 가능한 사람의 경우에는 임의의 저항을 발생시켜서 운동하게 함으로 써 단계적인 재활운동을 할 수 있는 발목 운동 어셈블리 및 이를 이용한 발목 운동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리는, 사용자의 발목의 3차원 운동이 가능한 발목 운동 어셈블리에 있어서, 상기 발목 운동 어셈블리 전체를 지지하는 베이스부; 상기 베이스부 위에 배치되어, 상기 사용자의 발목의 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동을 각각 유도하는 운동 유도부; 및 상기 운동 유도부 위에 배치되어, 상기 사용자의 발이 위치하는 발판부를 포함하며, 상기 운동 유도부는, 상기 회전 운동, 상기 팬 운동, 상기 틸트 운동 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 결합에 의해 상기 사용자의 발목의 3차원 운동을 유도한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 장치는, 사용자의 발이 위치하며, 사용자의 발목의 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동의 결합에 의해 발목의 3차원 운동을 유도하는 발목 운동 어셈블리; 상기 회전 운동, 상기 팬 운동, 상기 틸트 운동을 위한 구동력을 제공하는 구동 어셈블리; 및 상기 구동 어셈블리를 구동하여 상기 발목 운동 어셈블리에 위치한 상기 사용자의 발목 운동을 제어하는 마이컴을 포함한다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따르면, 발목의 앞뒤, 좌우, 회전 등의 동작을 통해 발목의 3차원 운동을 할 수 있고, 발목의 3차원 운동을 통해 운동학적 기능(근력 및 유연성 증대)을 개선할 수 있다.

또한, 환자에 적합한 운동방법, 운동량, 운동시간 등을 지정하고 운동결과를 자동으로 기록할 수 있고, 스로 발목 운동을 할 수 없는 사람의 경우에는 강제적으로 임의의 힘을 발생시켜서 운동하게 하며, 발목운동이 가능한 사람의 경우에는 임의의 저항을 발생시켜서 운동하게 함으로 써 단계적인 재활운동을 할 수 있다.

그리고, 재활장비 부족으로 스포츠 활동이나 기타 사고로 인한 발목손상 환자의 만성 발목 상해의 고통으로부터의 해소하고 노인 및 발목손상 환자에 맞는 속도 및 저항 구현, 안전장치 부착으로 안전성 확보 및 가상현실 연계로 운동참여율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 분리 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 회전 운동을 위한 구성요소들의 부분 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 팬 운동을 위한 구성요소들의 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 틸트 운동을 위한 구성요소들의 부분 사시도이다.
도 6은 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 발판부의 분리 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 외관 사시도이다.
도 8은 도 1의 발목 운동 어셈블리의 상세한 분리 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 장치의 구성도이다.
도 10은 도 9의 발목 운동 장치의 구동 어셈블리의 상세 구성도이다.
도 11은 도 9의 발목 운동 장치의 마이컴의 상세 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 결합 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 분리 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리(100)는, 사용자의 발목의 3차원 운동이 가능하며, 이를 위해, 발목 운동 어셈블리(100) 전체를 지지하는 베이스부(110), 베이스부(110) 위에 배치되어, 사용자의 발목의 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동을 각각 유도하는 운동 유도부 및 운동 유도부 위에 배치되어, 사용자의 발이 위치하는 발판부(150)를 포함한다.

이때, 운동 유도부는 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 결합에 의해 사용자의 발목의 3차원 운동을 유도한다. 여기에서, 회전 운동은 사용자의 발목이 베이스부(110)에 평행하게 발목이 원을 그리며 움직이는 것을 말하며, 팬 운동은 베이스부(110)에 기울어져 발목이 좌우로 움직이는 것을 말하고, 틸트 운동은 베이스부 (110)에 기울어져 발목이 앞뒤(발가락이 상하)로 움직이는 것을 말한다. 이러한 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동의 각 운동에 의해 2차원 운동이 이루어지고, 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동 중 적어도 두 운동의 결합인 복합 운동에 의해 3차원 운동이 이루어진다. 그리고, 베이스부(110) 위에 위치한 구성요소들이 상하로 이동이 가능하여 발판부(150)에 위치한 사용자의 발이 상하로 이동할 수도 있다.

이러한 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동을 위해, 운동 유도부는 회전 운동을 유도하는 회전 운동 유도부(120), 팬 운동을 유도하는 팬 운동 유도부(130) 및 틸트 운동을 유도하는 틸트 운동 유도부(140)를 포함한다. 회전 운동 유도부(120), 팬 운동 유도부(130), 틸트 운동 유도부(140)의 구체적인 구성은 이하에서 살펴 보도록 한다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 회전 운동을 위한 구성요소들의 부분 사시도이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 팬 운동을 위한 구성요소들의 부분 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 틸트 운동을 위한 구성요소들의 부분 사시도이다.

도 1, 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 회전 운동 유도부(120)는 베이스부(110) 위에 배치되어, 상면에 원형 트랙(1225)을 구비하며, 회전축(1221)을 포함하는 회전 운동 지지 부재(122) 및 상기 회전 운동 지지 부재(122) 위에 배치되어, 하면에 상기 원형 트랙(1225)을 이동하는 회전 이동바(1245)를 구비하며, 상기 회전축(1221)을 중심으로 회전 운동을 하는 회전 운동 부재(124)를 포함한다. 회전 운동 지지 부재(122) 및 회전 운동 부재(124)는 원통 형상이 것이 바람직하나, 이에만 제한되지 않음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

회전 운동 지지 부재(122)의 회전축(1221)을 중심으로 회전 운동 부재(124)가 회전하게 되므로, 발목이 회전 운동이 가능하게 된다. 그리고, 회전 운동 지지 부재(122)의 상면에 있는 원형 트랙(1225)을 회전 운동 부재(124)의 하면에 있는 회전 이동바(1245)가 이동하게 되어, 원형 트랙(1225)과 회전 이동바(1245)에 의해 회전 운동의 물리적인 한계가 결정된다. 즉, 원형 트랙(1225)의 사이즈에 의해 회전 운동의 이동 거리가 결정되는 것이다. 여기에 더해, 원형 트랙(1225)에 한계바(미도시)를 설치하여 물리적인 한계, 사용자의 한계, 운동의 한계 등을 설정하여 더 높은 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 회전 운동 유도부(120)는 회전 운동 지지 부재(122)를 관통하는 복수의 회전 저항핀(123), 및 복수의 회전 저항핀(123)을 동작시켜 회전 운동에 대한 반력을 발생시키는 회전 저항핀 동작 부재(121)를 더 포함할 수 있다. 복수의 회전 저항핀(123)은 회전 운동 지지 부재(122)를 관통하여 회전 운동 부재(124)에 저항 반력을 제공한다. 그리고, 회전 저항핀 동작 부재(121)는 베이스부(110) 내부에 위치하여 회전 저항핀(123)을 작동시킨다. 이를 통해, 기존 수동 발목운동기기와는 달리 건강증진을 위한 일반이용자 및 환자의 근력에 맞추어 미세하게 저항을 조절할 수 있고, 단계적 운동이 가능하다.

도 1, 도 2, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 팬 운동 유도부(130)는 회전 운동 유도부(120) 위에 배치되어, 수직 운동을 유도하는 원통형 지지 부재(131), 원통형 지지 부재(131) 위에 배치되는 반구형 베이스 지지 부재(132), 상면에 제1 선형 트랙(1341)을 구비하고, 반구형 베이스 지지 부재(132) 위에 배치되는 반구형 베이스 부재(134), 반구형 베이스 부재(134)의 제1 선형 트랙(1341)을 이동하는 제1 선형 이동바(1353)를 구비하고, 반구형 베이스 부재(134) 위에 배치되는 팬 운동 동작 부재(135), 및 팬 운동 동작 부재(135)와 회전 운동 유도부(120) 사이를 연결하는 복수의 제1 실린더(136)를 포함한다. 또한, 팬 운동 유도부(130)는 반구형 베이스 부재(134)를 관통하는 복수의 팬 저항핀(137) 및 상기 복수의 팬 저항핀(137)을 동작시켜 팬 운동에 대한 반력을 발생시키는 팬 저항핀 동작 부재(133)를 더 포함할 수 있다.

원통형 지지 부재(131)가 회전 운동 유도부(120) 위에 배치되고, 원통형 지지 부재(131)는 회전 운동 유도부(120)의 내부 공간에서 상하 이동이 가능하도록 설계되어, 원통형 지지 부재(131) 위에 위치한 모든 구성요소들의 상하 이동을 가능하게 한다. 즉, 원통형 지지 부재(131)가 상하 이동이 가능함에 따라, 사용자의 발이 위아래로 움직일 수 있다. 예를 들어, 회전 운동 유도부(120)의 회전 운동 부재(124)에 원통형 지지 부재(131)가 접촉하는 사이즈에 맞추어 수직으로 이동할 수 있는 내부 공간이 형성될 수 있다. 그러므로, 팬 운동 유도부(130)에 의해 팬 운동뿐만 아니라 상하 운동도 가능하게 된다.

반구형 베이스 지지 부재(132)는 원통형 지지 부재(131) 위에 배치되어, 반구형 베이스 부재(134)를 지지하는 역할을 한다. 그리고, 복수의 팬 저항핀(137)을 동작시켜 팬 운동에 대한 반력을 발생시키는 팬 저항핀 동작 부재(133)를 반구형 베이스 지지 부재(132) 및 반구형 베이스 부재(134)에 의해 형성되는 내부 공간에 수용하는 역할도 할 수 있다.

반구형 베이스 부재(134)는 반구형 베이스 지지 부재(132) 위에 배치되어, 팬 운동 동작 부재(135)를 지지하며, 팬 운동 동작 부재(135)의 팬 운동 시 이를 가이드하는 역할을 한다. 팬 운동의 가이드를 위해, 반구형 베이스 부재(134)의 상면에 제1 선형 트랙(1341)을 구비하며, 형상이 반구형이어서 팬 운동 동작 부재(135)가 상기 제1 선형 트랙(1341)을 따라 이동하게 되어 자연스럽게 팬 운동이 이루어진다.

팬 운동 동작 부재(135)는 반구형 베이스 부재(134) 위에 배치되며, 제1 선형 이동바(1353)를 구비하여 반구형 베이스 부재(134)의 제1 선형 트랙(1341)을 이동한다. 제1 선형 이동바(1353)가 제1 선형 트랙(1341)을 이동함에 따라, 팬 운동이 이루어진다. 팬 운동 동작 부재(135)가 반구형 베이스 부재(134)의 상면에서 움직일 때, 제1 선형 트랙(1341)의 길이에 따라 팬 운동의 물리적 한계가 결정된다. 여기에 더해, 제1 선형 트랙(1341)에 한계바(미도시)를 설치하여 물리적인 한계, 사용자의 한계, 운동의 한계 등을 설정하여 더 높은 안정성을 확보할 수 있다. 바람직하게, 팬 운동 동작 부재(135)는 형상이 십자가형일 수 있으나, 이에만 제한되지 않음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

복수의 제1 실린더(136)는 팬 운동 동작 부재(135)와 회전 운동 유도부(120) 사이를 연결하며, 제1 실린더(136)의 작동에 의해 팬 운동 동작 부재(135)의 높이가 조절되어 팬 운동이 실행된다. 즉, 복수의 제1 실린더(136)를 통해 팬 운동 동작 부재(135)를 구동하게 되고, 팬 운동이 유도된다. 각각의 제1 실린더(136)는 팬 운동 동작 부재(135)의 체결공(1356)에 체결되는 체결부재(1363) 및 상기 체결부재(1363)에 일단이 연결되고 타단이 회전 운동부(120)에 연결되는 실린더 몸체(1361)로 이루어진다. 특히, 실린더 몸체(1361)의 타단은 회전 운동 부재(124)에 연결되어 제1 실린더(136)가 베이스부(110)에 수직으로 위치할 수 있다. 바람직하게는, 제1 실린더(136)가 2개일 수 있으나, 2개 이상을 가질 수도 있음은 당연하다 할 것이다. 제1 실린더(136)의 변위 크기에 의해 팬 운동 동작 부재(135)의 이동 길이가 결정되어 운동의 한계가 설정된다.

복수의 팬 저항핀(137)은 반구형 베이스 부재(134)를 관통하여 팬 운동에 저항 반력을 제공한다. 예를 들어, 반구형 베이스 부재(134)를 관통한 복수의 팬 저항핀(137)의 각 일단은 팬 운동 동작 부재(135)의 하면에 위치한 팬 저항핀 홀(1357)에 체결되어 운동 방향에 반대 방향으로 반력을 제공한다.

팬 저항핀 동작 부재(133)는 복수의 팬 저항핀(137)을 동작시켜 팬 운동에 대한 반력을 발생시키는 구동 역할을 하며, 반구형 베이스 부재(134)의 형상에 맞추어 일단이 반구형상을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 팬 저항핀 동작 부재(133)는 반구형 베이스 지지 부재(132) 및 반구형 베이스 부재(134)에 의해 형성되는 내부 공간에 위치하여 복수의 팬 저항핀(137)을 동작시켜 기존 수동 발목운동기기와는 달리 건강증진을 위한 일반이용자 및 환자의 근력에 맞추어 미세하게 저항을 조절할 수 있고, 단계적 운동이 가능하다.

도 1, 도 2, 및 도 5를 참조하면, 틸트 운동 유도부(140)는 팬 운동 유도부(130)에 위에 배치되어, 팬 운동 유도부(130)에 구비된 제2 선형 트랙(1351)을 이동하는 틸트 운동 동작 부재(145), 및 상기 틸트 운동 동작 부재(145)와 상기 팬 운동 유도부(130) 사이를 연결하는 복수의 제2 실린더(146)를 포함한다.

틸트 운동 동작 부재(145)는 팬 운동 유도부(130), 특히 팬 운동 동작 부재(135) 위에 배치되며, 제2 선형 이동바(1453)를 구비하여 팬 운동 동작 부재(135)의 상면에 형성된 제2 선형 트랙(1351)을 이동함으로써, 틸트 운동이 이루어진다. 틸트 운동 동작 부재(145)가 팬 운동 동작 부재(135)의 상면에서 움직일 때, 제2 선형 트랙(1351)의 길이에 따라 틸트 운동의 물리적 한계가 결정된다. 여기에 더해, 팬 운동 동작 부재(135)의 상면에 형성된 제2 선형 트랙(1351)에 한계바(미도시)를 설치하여 물리적인 한계, 사용자의 한계, 운동의 한계 등을 설정하여 더 높은 안정성을 확보할 수 있다. 바람직하게, 틸트 운동 동작 부재(145)는 형상이 일자형일 수 있으나, 이에만 제한되지 않음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

복수의 제2 실린더(146)는 틸트 운동 동작 부재(145)와 상기 팬 운동 유도부(130) 사이를 연결하며, 특히, 일단이 틸트 운동 동작 부재(145)에 체결되고, 타단이 팬 운동 동작 부재(135)와 체결될 수 있다. 즉, 복수의 제2 실린더(146)를 통해 틸트 운동 동작 부재(145)를 구동하게 되고, 틸트 운동이 유도된다. 각각의 제2 실린더(146)는 제1 실린더(136)와 마찬가지로 팬 운동 동작 부재(135)의 체결공(1356)에 체결되는 실린더 몸체(1461) 및 틸트 운동 동작 부재(145)의 체결공(1456)에 체결되는 체결부재(1463)로 이루어진다. 바람직하게는, 제2 실린더(146)가 2개일 수 있으나, 2개 이상을 가질 수도 있음은 당연하다 할 것이다. 제2 실린더(146)의 변위 크기에 의해 틸트 운동 동작 부재(145)의 이동 길이가 결정되어 틸트 운동의 한계가 설정된다.

도 6은 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 발판부의 분리 사시도이다.

도 6을 참조하면, 발목 운동 어셈블리(100)의 발판부(150)는 운동 유도부 위, 특히, 틸트 운동 동작 부재(145) 위에 배치되어, 사용자의 발이 위치하는 곳이다. 구체적으로, 발판부(150)는, 사용자의 발바닥이 위치하는 발판부재(151), 상기 발판부재(151)의 양단에 연결되어 사용자의 발을 고정하는 고정부재(152), 사용자의 발바닥에 진동을 가하는 자극부재(153), 사용자의 발바닥에 열을 가하는 온열부재(154), 및 사용자의 발바닥의 압력을 측정하는 압력측정부재(미도시)를 포함할 수 있다.

발판부재(151)는 일반적인 발바닥의 형상으로 구성되어 있으며 환자의 발 모양과 위생상 교체가능하도록 구성될 수 있고, 사용자의 편의를 위해 외관부재(155)를 더 포함할 수 있다. 자극부재(153)는 발바닥을 자극하기 위해서 복수개로 설치될 수 있고, 이를 개별적으로 다양한 주파수로 진동시켜서 발마시지 효과를 낼 수 있다. 온열부재(154)는 발의 온도를 유지하기 위한 온열수단을 내장하고 있으며, 발바닥의 압력을 측정하여 발바닥의 압력 분포를 확인하기 위한 압력측정부재가 온열부재(154)에 배치될 수 있다.

특히, 인체 중 다른 기관에 비해 둔감하고 움직이는 각도가 적은 기관인 발을 움직이기 위해서 발의 앞뒤, 좌우에 압력센서(미도시) 또는 스위치(미도시)를 장착하여 발의 움직임을 확인할 수도 있다. 이러한 압력센서는 방향을 지정하는 장치가 인식하면 응답해주는 기능의 센서인 터치센서로 대체될 수도 있다. 터치센서에 의해 발의 움직임을 센서로 인식하여 방향을 알 수 있게 되는 것이다.

그리고, 움직임을 원활하게 하기 위해서 발판부재(151)는 세부분으로 나누어져, 앞뒤로 나누어지고, 발가락이 있는 부위는 좌우로 나누어져 있을 수 있다. 즉, 발판부재(151)는 발바닥이 접촉하는 부분(151-C)과 발가락이 접촉하는 좌우 부분(151-A 및 151-B)의 세 영역으로 분리가 가능할 수 있다. 발판부재(151)의 분리가 가능함에 따라 발판부재(151)를 덮는 외관부재(155)도 세 부분으로 분리가 가능할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 어셈블리의 외관 사시도이다.

도 7을 참조하면, 발목 운동 어셈블리(100)는 내부에 베이스부(110) 및 운동 유도부가 위치하며, 외부에 발판부(150)가 배치되는 하우징부(160)를 더 포함할 수 있다. 여기에서, 발판부(150)는 하우징부(160)의 상면에 위치하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 발판부(150)를 두고 그 아래로 나머지 발목 운동 어셈블리(100)의 구성요소들 전체를 덮어 맨 밑 베이스부(110)와 고정되게 할 수 있다.

도 8은 도 1의 발목 운동 어셈블리의 상세한 분리 사시도이다.

도 8을 참조하면, 최하부에 베이스부(110)가 위치하고, 베이스부(110) 내에 회전 저항핀 동작 부재(121)가 위치하고, 베이스부(110) 위에 회전 운동 지지 부재(122), 회전 운동 지지 부재(122)의 상면에 회전 운동 부재(124)가 배치되고, 회전 운동 지지 부재(122) 내에 복수의 회전 저항핀(123)이 위치하여 회전 저항핀 동작 부재(121)에 의해 구동된다. 회전 운동 부재(124)를 기준으로 회전 운동 부재(124)가 회전하여 발목의 회전 운동이 이루어진다.

또한, 회전 운동 부재(124) 위에 원통형 지지 부재(131)가 배치되어 원통형 지지 부재(131)가 상하 이동을 하여 발목의 상하 운동이 이루어진다.

그리고, 원통형 지지 부재(131) 위에 반구형 베이스 지지 부재(132), 상면에 제1 선형 트랙(1341)을 구비하고, 반구형 베이스 지지 부재(132) 위에 배치되는 반구형 베이스 부재(134), 반구형 베이스 부재(134) 위에 배치되는 팬 운동 동작 부재(135)가 배치된다. 팬 운동 동작 부재(135)와 회전 운동 부재(124) 사이를 연결하는 복수의 제1 실린더(136)에 의해 팬 운동 동작 부재(135)가 팬 이동하여 발목의 팬 운동이 이루어진다.

그리고, 팬 운동 동작 부재(135) 위에 틸트 운동 동작 부재(145)가 위치하고, 틸트 운동 동작 부재(145)와 팬 운동 유도부(130) 사이를 복수의 제2 실린더(146)가 연결하고, 제2 실린더(146)에 의해 틸트 운동 동작 부재(145)가 틸트 이동하여 발목의 틸트 운동이 이루어진다.

그리하여, 발목 운동 어셈블리(100)에 의해 발목의 상하 운동, 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동이 각각 가능함과 동시에, 상기 여러 운동의 복합 동작에 의해 발목의 3차원 운동이 가능하다. 여기에서, 도 8에 도시된 각각이 구성요소의 구체적인 기능은 전술한 바와 같으므로 이하 생략하도록 한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 장치의 구성도이며, 도 10은 도 9의 발목 운동 장치의 구동 어셈블리의 상세 구성도이고, 도 11은 도 9의 발목 운동 장치의 마이컴의 상세 구성도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 운동 장치(10)는, 사용자의 발이 위치하며, 사용자의 발목의 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동의 결합에 의해 발목의 3차원 운동을 유도하는 발목 운동 어셈블리(100), 상기 회전 운동, 상기 팬 운동, 상기 틸트 운동을 위한 구동력을 제공하는 구동 어셈블리(200), 및 상기 구동 어셈블리(200)를 구동하여 상기 발목 운동 어셈블리(100)에 위치한 상기 사용자의 발목 운동을 제어하는 마이컴(300)을 포함한다.

여기에서, 발목 운동 어셈블리(100)는, 전술한 바와 같이, 발목 운동 어셈블리 전체를 지지하는 베이스부(100), 베이스부(110) 위에 배치되며, 회전 운동을 유도하는 회전 운동 유도부(120), 회전 운동 유도부(120) 위에 배치되며, 팬 운동을 유도하는 팬 운동 유도부(130), 팬 운동 유도부(130) 위에 배치되며, 틸트 운동을 유도하는 틸트 운동 유도부(140), 틸트 운동 유도부(140) 위에 배치되며, 사용자의 발이 위치하는 발판부(150), 및 내부에 상기 베이스부(110) 및 상기 세 가지 운동 유도부(120, 130, 140)가 위치하며, 상부에 상기 발판부(150)가 배치되는 하우징부를 포함할 수 있다.

구체적으로, 회전 운동 유도부(120)는, 베이스부(110) 위에 배치되어, 상면에 원형 트랙(1225)을 구비하며, 회전축(1221)을 포함하는 회전 운동 지지 부재(122) 및 회전 운동 지지 부재(122) 위에 배치되어, 하면에 회전 운동 지지 부재(122)의 원형 트랙(1225)을 이동하는 회전 이동바(1245)를 구비하며, 회전 운동 지지 부재(122)의 회전축(1221)을 중심으로 회전 운동을 하는 회전 운동 부재(124)를 포함할 수 있다, 또한, 상기 회전 운동 유도부(120)는, 회전 운동 지지 부재(122)를 관통하는 복수의 회전 저항핀(123), 및 복수의 회전 저항핀(123)을 동작시켜 회전 운동에 대한 반력을 발생시키는 회전 저항핀 동작 부재(121)를 더 포함할 수 있다.

또한, 팬 운동 유도부(130)는, 회전 운동 유도부(120) 위에 배치되며, 수직 이동이 가능한 원통형 지지 부재(131), 원통형 지지 부재(131) 위에 배치되는 반구형 베이스 지지 부재(132), 상면에 제1 선형 트랙(1341)을 구비하며, 상기 반구형 베이스 지지 부재(132) 위에 배치되는 반구형 베이스 부재(134), 상기 제1 선형 트랙(1341)을 이동하는 제1 선형 이동바(1353)를 구비하며, 상기 반구형 베이스 부재(134) 위에 배치되는 팬 운동 동작 부재(135), 및 상기 팬 운동 동작 부재(135)와 상기 회전 운동 유도부(120) 사이를 연결하는 복수의 제1 실린더(136)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 제1 실린더(136)에 의해 팬 운동 동작 부재(135)가 이동하여 팬 운동이 유도된다. 또한, 팬 운동 유도부(130)는, 반구형 베이스 부재(134)를 관통하는 복수의 팬 저항핀(137), 및 복수의 팬 저항핀(137)을 동작시켜 팬 운동에 대한 반력을 발생시키는 팬 저항핀 동작 부재(133)를 더 포함할 수 있다.

그리고, 틸트 운동 유도부(140)는, 팬 운동 유도부(130)에 구비된 제2 선형 트랙(1351)을 이동하는 제2 선형 이동바(1453)를 구비하여, 팬 운동 유도부(130) 위에 배치되는 틸트 운동 동작 부재(145), 및 상기 틸트 운동 동작 부재(145)와 상기 팬 운동 유도부(130) 사이를 연결하는 복수의 제2 실린더(146)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 제2 실린더(146)에 의해 틸트 운동 동작 부재(145)가 이동하여 틸트 운동이 유도된다.

그리고, 발판부(150)는, 사용자의 발바닥이 위치하는 발판부재(151), 발판부재(151)의 양단에 연결되어 사용자의 발을 고정하는 고정부재(152), 사용자의 발바닥에 진동을 가하는 자극부재(153), 사용자의 발바닥에 열을 가하는 온열부재(154) 및 압력을 측정하여 족부의 압력 분포를 확인하고, 이를 통해 족부의 상태를 파악하는 압력측정부재(미도시)를 포함할 수 있다.

하우징부(160)는 발판부(150)를 위에 두고, 그 아래로 나머지 발목 운동 어셈블리(100)의 구성요소들 전체를 덮어 맨 밑 베이스부(110)와 고정될 수 있다.

발목 운동 어셈블리(100)를 구성하는 각 구성요소의 구체적인 기능은 전술한 바와 같으므로 이하 생략하도록 하다.

도 10을 참조하면, 구동 어셈블리(200)는, 회전 운동에 대한 구동력을 제공하는 회전구동기(212) 및 상기 회전구동기(212)를 제어하는 회전구동제어기(214)를 포함하는 회전 운동 구동부(210), 팬 운동에 대한 구동력을 제공하는 팬구동기(222) 및 상기 팬구동기(222)를 제어하는 팬구동제어기(224)를 포함하는 팬 운동 구동부(220), 및 틸트 운동에 대한 구동력을 제공하는 틸트구동기(232) 및 상기 틸트구동기(232)를 제어하는 틸트구동제어기(234)를 포함하는 틸트 운동 구동부(230)를 포함할 수 있다. 여기에서, 각 구동기는 실린더를 이용하여 구동력을 제공할 수 있다. 물론, 모터 등 구동력을 제공할 수 있는 다른 수단을 채택할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

이러한 여러 운동 구동부(210, 220, 230)를 통해 발목 운동을 하는 사용자에게 힘을 가함으로써, 수동(passive) 동작에 의한 사용자의 회전동작, 팬동작, 틸트동작이 가능하고, 더 나아가 복합동작에 의해 3차원 동작이 가능하고, 센서를 통해 발목의 근파워 및 유연성을 측정할 수 있다. 또한, 사용자의 근력을 이용한 능동(active)동작 시에는 각 구동기를 이용하여 발목운동을 자동 진행할 수 있다.

도 11을 참조하면, 마이컴(300)은, 구동 어셈블리(200) 및 발목 운동 어셈블리(100)를 제어하는 제어부(310), 정보 입력을 위한 입력부(320), 정보 출력을 위한 출력부(330), 및 각종 정보 저장을 위한 저장부(340)를 포함할 수 있다. 또한, 마이컴(300)은, 파워를 제공하기 위한 전원부(350) 및 정보를 송수신하기 위한 통신부(360)를 더 포함할 수 있다.

제어부(310)는 구동 어셈블리(200)를 제어하여 수동동작 시, 발목의 회전동작, 팬동작, 틸트동작, 그리고 3차원 동작을 실행하고, 대상에 따른 환경설정(노인, 환자, 스포츠 상해, 일반인) 및 적합한 운동방법, 운동량, 운동시간 등을 지정하고, 운동결과를 기록 등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 설정된 발목의 각 동작에 대한 각도, 속도, 저항 등의 단계를 제어할 수 있다.

또한, 입력부(320)는 사용자가 직접 혹은 단말기를 통해 운동방법과 운동량, 운동시간을 설정할 수 있는 입력 인터페이스의 역할을 한다. 그리고, 출력부(330)는 사용자의 운동량을 기록하고 진행상황을 디스플레이 모듈을 통해 사용자에게 안내한다. 물론, 디스플레이 모듈을 통해 시각적으로 사용자에게 정보를 제공할 수 있을뿐만 아니라, 음성출력모듈(미도시)을 통해 청각적으로 사용자에게 정보를 제공할 수도 있다. 여기에서, 디스플레이 모듈(미도시)은 LCD, PDP, LED 또는 OLED 중 하나로 구성될 수 있고, 음성출력모듈은 스피커를 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 디스플레이 모듈은 사용자의 터치 입력에 의해 정보를 입력받는 인터페이스의 역할을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이 모듈은 터치 패널(미도시)과 디스플레이 패널(미도시)을 포함할 수 있다. 터치 패널은 터치 동작을 감지하는 센서가 구비될 수 있으며, 일례로 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 형태를 가질 수 있다. 그리고, 디스플레이 패널은 터치 패널과 상호 레이어 구조를 이루어 터치스크린이 출력 및 입력 장치로 사용될 수 있다.

그리고, 저장부(340)는 환경설정(노인, 환자, 스포츠 상해, 일반인)을 위한 소프트웨어 등을 저장하고, 외부 환경을 재현한 여러 콘텐츠를 저장하고, 운동결과를 저장한다.

그리고, 통신부(360)는 운동의 진행상황을 외부로 전송하거나, 외부로부터 진단 정보 등을 수신한다. 예를 들어, 통신부(360)는 정보를 근거리 무선 통신에 기반하여 통신하며, 이러한 근거리 무선 통신은 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), NFC(Near Field Communication), 와이브리(Wibree) 중 하나일 수 있다. 또한, 무선랜(Wireless LAN), 무선맨(Wireless MAN), 와이맥스(WiMAX), LTE (Long Term Evolution)와 같은 원거리 무선 통신을 채택할 수도 있다. 물론, 상기 근거리 및 원거리 무선 통신에만 제한되지 않고, 다른 무선 통신 방식을 채택할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

더 나아가, 발목 운동 장치(10)는 운동 중 문제가 발생했을 때 즉각적인 멈춤 기능, 체력에 문제가 있을 때 의탁할 수 있는 지지 어셈블리(미도시) 등을 부착하여 안전성을 확보할 수 있고, 가상현실과 연동하여 운동참여율을 높이는 수단으로 활용할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 발목 운동 장치
100: 발목 운동 어셈블리
110: 베이스부 120: 회전 운동 유도부
130: 팬 운동 유도부 140: 틸트 운동 유도부
150: 발판부 160: 하우징부
200: 구동 어셈블리
300: 마이컴

Claims (14)

1. 사용자의 발목의 3차원 운동이 가능한 발목 운동 어셈블리에 있어서,
   상기 발목 운동 어셈블리 전체를 지지하는 베이스부;
   상기 베이스부 위에 배치되어, 상기 사용자의 발목의 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동을 각각 유도하는 운동 유도부; 및
   상기 운동 유도부 위에 배치되어, 상기 사용자의 발이 위치하는 발판부를 포함하며,
   상기 운동 유도부는, 상기 회전 운동, 상기 팬 운동, 상기 틸트 운동 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 결합에 의해 상기 사용자의 발목의 3차원 운동을 유도하는, 발목 운동 어셈블리.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 운동 유도부는,
   상기 회전 운동을 유도하는 회전 운동 유도부;
   상기 팬 운동을 유도하는 팬 운동 유도부; 및
   상기 틸트 운동을 유도하는 틸트 운동 유도부를 포함하는, 발목 운동 어셈블리.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 회전 운동 유도부는,
   상기 베이스부 위에 배치되어, 상면에 원형 트랙을 구비하며, 회전축을 포함하는 회전 운동 지지 부재; 및
   상기 회전 운동 지지 부재 위에 배치되어, 하면에 상기 원형 트랙을 이동하는 회전 이동바를 구비하며, 상기 회전축을 중심으로 회전 운동을 하는 회전 운동 부재를 포함하는, 발목 운동 어셈블리.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 회전 운동 유도부는,
   상기 회전 운동 지지 부재를 관통하는 복수의 회전 저항핀; 및
   상기 복수의 회전 저항핀을 동작시켜 회전 운동에 대한 반력을 발생시키는 회전 저항핀 동작 부재를 더 포함하는, 발목 운동 어셈블리.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 팬 운동 유도부는,
   상기 회전 운동 유도부 위에 배치되어, 수직 운동을 유도하는 원통형 지지 부재;
   상기 원통형 지지 부재 위에 배치되는 반구형 베이스 지지 부재;
   상면에 제1 선형 트랙을 구비하고, 상기 반구형 베이스 지지 부재 위에 배치되는 반구형 베이스 부재;
   상기 제1 선형 트랙을 이동하는 제1 선형 이동바를 구비하고, 상기 반구형 베이스 부재 위에 배치되는 팬 운동 동작 부재; 및
   상기 팬 운동 동작 부재와 상기 회전 운동 유도부 사이를 연결하는 복수의 제1 실린더를 포함하며,
   상기 복수의 제1 실린더에 의해 상기 팬 운동 동작 부재가 구동하여 팬 운동이 유도되는, 발목 운동 어셈블리.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 반구형 베이스 부재를 관통하는 복수의 팬 저항핀; 및
   상기 복수의 팬 저항핀을 동작시켜 팬 운동에 대한 반력을 발생시키는 팬 저항핀 동작 부재를 더 포함하는, 발목 운동 어셈블리.
7. 제 2항에 있어서,
   상기 틸트 운동 유도부는,
   상기 팬 운동 유도부에 구비된 제2 선형 트랙을 이동하는 제2 선형 이동바를 구비하며, 상기 팬 운동 유도부 위에 배치되는, 틸트 운동 동작 부재; 및
   상기 틸트 운동 동작 부재와 상기 팬 운동 유도부 사이를 연결하는 복수의 제2 실린더를 포함하며,
   상기 복수의 제2 실린더에 의해 상기 틸트 운동 동작 부재가 구동하여 틸트 운동이 유도되는, 발목 운동 어셈블리.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 발판부는,
   상기 사용자의 발바닥이 위치하는 발판부재;
   상기 발판부재의 양단에 연결되어 상기 사용자의 발을 고정하는 고정부재;
   상기 사용자의 발바닥에 진동을 가하는 자극부재;
   상기 사용자의 발바닥에 열을 가하는 온열부재; 및
   상기 사용자의 발바닥의 압력을 측정하는 압력측정부재를 포함하는, 발목 운동 어셈블리.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 발판부재는, 발바닥이 접촉하는 부분과 발가락이 접촉하는 좌우 부분의 세 영역으로 분리가 가능한, 발목 운동 어셈블리.
10. 제 1항에 있어서,
    내부에 상기 베이스부 및 상기 운동 유도부가 위치하며, 상부에 상기 발판부가 배치되는 하우징부를 더 포함하는, 발목 운동 어셈블리.
11. 사용자의 발이 위치하며, 사용자의 발목의 회전 운동, 팬 운동, 틸트 운동의 결합에 의해 발목의 3차원 운동을 유도하는 발목 운동 어셈블리;
    상기 회전 운동, 상기 팬 운동, 상기 틸트 운동을 위한 구동력을 제공하는 구동 어셈블리; 및
    상기 구동 어셈블리를 구동하여 상기 발목 운동 어셈블리에 위치한 상기 사용자의 발목 운동을 제어하는 마이컴을 포함하는, 발목 운동 장치.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 발목 운동 어셈블리는,
    상기 발목 운동 어셈블리 전체를 지지하는 베이스부;
    상기 베이스부 위에 배치되며, 상기 회전 운동을 유도하는 회전 운동 유도부;
    상기 회전 운동 유도부 위에 배치되며, 상기 팬 운동을 유도하는 팬 운동 유도부;
    상기 팬 운동 유도부 위에 배치되며, 상기 틸트 운동을 유도하는 틸트 운동 유도부;
    상기 틸트 운동 유도부 위에 배치되며, 상기 사용자의 발이 위치하는 발판부; 및
    내부에 상기 베이스부 및 상기 세 가지 운동 유도부가 위치하며, 상부에 상기 발판부가 배치되는 하우징부를 포함하는, 발목 운동 장치.
13. 제 11항에 있어서,
    상기 구동 어셈블리는,
    상기 회전 운동에 대한 구동력을 제공하는 회전구동기 및 상기 회전구동기를 제어하는 회전구동제어기를 포함하는 회전 운동 구동부;
    상기 팬 운동에 대한 구동력을 제공하는 팬구동기 및 상기 팬구동기를 제어하는 팬구동제어기를 포함하는 팬 운동 구동부; 및
    상기 틸트 운동에 대한 구동력을 제공하는 틸트구동기 및 상기 틸트구동기를 제어하는 틸트구동제어기를 포함하는 틸트 운동 구동부를 포함하는, 발목 운동 장치.
14. 제 11항에 있어서,
    상기 마이컴은,
    상기 구동 어셈블리 및 상기 발목 운동 어셈블리를 제어하는 제어부;
    정보 입력을 위한 입력부;
    정보 출력을 위한 출력부; 및
    각종 정보 저장을 위한 저장부를 포함하는, 발목 운동 장치.

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