KR20190090837A - 근력을 보완하기 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents

근력을 보완하기 위한 디바이스 및 방법 Download PDF

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KR20190090837A
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로베르트 바이드너
옌스 페터 불프스베르거
제준 야오
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엑소아이큐 게엠베하
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Abstract

근력을 보완하기 위한 디바이스가 설명된다. 디바이스는 디바이스의 사용 동안 사용자의 신체에 착용되도록 구성되는 가요성 지지 구조물, 및 제1 신체 부분이 움직여질 때, 근력을 보완하기 위해 인장력을 가요성 지지 구조물의 제1 인장 요소에 적용하도록 구성되는 액추에이터 유닛을 포함한다. 제1 인장 요소는 제1 경로를 따라 가요성 지지 구조물의 안내 밴드를 통해 액추에이터 유닛으로 연장하며, 액추에이터 유닛은 경로의 길이 방향에 대해 횡방향으로 제1 경로의 섹션의 범위를 정한다. 제1 인장 요소는, 디바이스의 사용 동안 제1 신체 부분에 체결되도록 추가적으로 구성된다.

Description

근력을 보완하기 위한 디바이스 및 방법
[0001] 본 발명은 근력(muscular strength)을 지지하기 위한 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 손 근육들을 지지하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
[0002] 수작업 활동들(manual activities), 특히 반복적이고 격렬한 손 움직임들에 기초한 수작업 활동들은 사람의 근골격계의 질병들로 이어질 수 있다. 이는 감소된 근력 및 결합 조직(connective tissue) 문제들을 초래할 수 있다. 예를 들어, 감염된(affected) 사람들은 충분한 파지 또는 정확하게 말하면, 충분한 손가락 힘을 가하는 능력을 잃을 수 있으며, 이는 대상물들을 유지하고 조작할 때 문제들로 이어질 수 있거나, 감염된 사람들은 영구적인 지나치게 많은 통증이나 마모 및 찢김(tear)의 증상들으로 인해 이들의 이동성이 손상될 수 있다.
[0003] 사람의 근골격계의 상기 질병들 이외에도, 감소되거나, (주어진 상황에서) 너무 낮은 근력은 또한, 제지(hindering)(보호) 장갑들의 사용, 조악한 접근성, 무겁거나 딱딱한 대상물들을 유지하거나 조작할 필요때문일 수 있다.
[0004] 근력을 지지하기 위해 또는 손의 질병들을 재활치료하기(rehabilitate) 위해, 다양한 휴대용 디바이스들은 종래 기술로부터 공지되어 있다. 예를 들어, US 3707963 A, EP 2436358 A1, WO 2014/033613 A2 및 WO 2014/068509 A2는 강성 요소들로 구성되는 자체-지지 디바이스들을 도시하며, 이에 의해 손의 움직임들은 안내되고 지지될 수 있다. 이러한 유형의 디바이스들은 이상적으로, 이들의 선회 지점들이 사람 관절들의 회전 축들과 일치하는 방식으로 설계되어야 한다. 그렇지 않으면, 편차들은 사용자의 장애들(disorders), 및 부상들뿐만 아니라, 사람의 움직임들의 제한들로 이어질 수 있다. 이러한 요건을 만족시키기 위해, 강성 구조물은 추가의 공간을 요구하며, 이 추가의 공간은 손 부위에서 획득되는 것이 종종 어렵다.
[0005] 더욱이, US 7573577 B2는 손가락들을 연장하는 것을 지지하는 손의 손등(dorsal) 측 상에 스프링 요소들을 가지는 가요성 정형외과적(orthopedic) 장갑을 개시한다. 게다가, 장갑은 파지력을 훈련하기 위해 사용될 수 있다. 차례로, US 8029414 B2 및 US 9067325 B2는 인장 부재들 및 파지 강화를 위한, 특히 파워-파지(power-grip)를 위한 모터들이 설비되거나 이 인장 부재들 및 이 모터들과 커플링되는 장갑들을 도시한다. 따라서, 이러한 디바이스들은 강한 파지, 특히 강한 파지의 변형을 지지하는 것에 주로 초점을 맞추며, 여기서 모든 손가락들 및 엄지는 대상물을 둘러싼다. 그러나, 발명자가 아는 바로는, 다양한 모든 가능한 파지들 및 손 움직임들을 지지할 수 있는 디바이스는 당 분야에 공지되어 있지 않다.
[0006] 본 발명의 목적은 종래 기술로부터 공지된 사람의 움직임들을 지지하기 위한 개념들을 개선하는 것이다.
[0007] 이를 위해, 본 발명은, 착용가능한 (직물) 의류 형태의, 근육들 및 사람 신체 부분(특히, 손)의 근육들과 상호작용하는 결합 조직의 기능을 복제하는, 제1 항에 따른 생체모방(biomimetic) 디바이스를 제공한다.
[0008] 본 발명에 따른 근력 지지 디바이스는, 디바이스의 사용 동안 사용자의 신체에 착용되도록 구성되는 가요성 지지 구조물, 및 제1 신체 부분의 움직임 동안 근력을 지지하기 위해 가요성 지지 구조물의 제1 인장 부재에 인장력을 가하도록 구성되는 액추에이터 유닛을 포함하며, 여기서 제1 인장 부재는 제1 경로를 따라 가요성 지지 구조물의 안내 스트랩을 통해 액추에이터 유닛으로 연장하며, 안내 스트랩은 경로의 길이 방향에 대해 수직인 방향으로 제1 경로의 섹션을 제한하며, 제1 인장 부재는 제1 체결 부재에 의해 디바이스의 사용 동안 제1 신체 부분에 부착되도록 구성되며, 그리고 안내 스트랩은 힘 전달 방향을 따라 제1 체결 부재를 지나 포지셔닝된다.
[0009] 가요성 지지 구조물은 팔다리(limb) 위에, 특히 사용자의 손의 하나 이상의 손가락들 위에 놓이도록 구성될 수 있다.
[0010] 액추에이터 유닛은 붕대(bandage) 또는 팔 또는 다리 스트랩에 의해 사용자에 부착되도록 구성될 수 있다.
[0011] 가요성 지지 구조물은, 특히 지지 구조물의 손바닥 측 및 손등 측 상에 체결되는 복수의 인장 부재들을 포함할 수 있으며, 여기서 인장 부재들은 지지 구조물에서 상이한 경로들을 따라 액추에이터 유닛으로 안내되며, 그리고 액추에이터 유닛은 인장 부재들에 인장력들을 가하도록 적응된다.
[0012] 가요성 지지 구조물에는 적어도 부분적으로, 내측 및/또는 외측 상에 중합체 층이 제공될 수 있다.
[0013] 예를 들어, 가요성 지지 구조물은 인장 부재들을 커버하는 외부 층(예컨대, 중합체 층)을 포함할 수 있다.
[0014] 여기서, 설명 및 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같은 용어 “가요성 지지 구조물”은, 특히 팔다리와 같은 신체 부분에 또는 팔다리의 섹션들 또는 부분들에 힘을 전달할 수 있는 가요성 요소들, 예컨대 직물 요소들을 포함하는 구조물로서 이해될 수 있다. 지지 구조물의 가요성으로 인해, 힘은, 특히, 실질적으로 제시간에(punctually) 가해지지 않지만, 신체 부분의 특정 부위 위에 (균일하게) 분배된다. 더욱이, 지지 구조물의 가요성은, 사용자가 특정 제한들 내에서 힘 방향에 영향을 주는 것 또는 특정 제한들 내에 주어진 힘 방향으로부터 벗어나는 것을 허용하며, 이는 보다 자연스러운 움직임을 허용한다.
[0015] 더욱이, 설명 및 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같은 용어 “액추에이터 유닛”은, 특히, 전기 신호들의 제어 하에서, 액추에이터 유닛에 연결되는 부재들에 힘을 가하도록 구성되는 유닛으로서 이해될 수 있다. 액추에이터 유닛이 붕대 또는, 팔 또는 다리 스트랩에 의해 디바이스의 사용 동안 사용자에 부착될 수 있기 때문에, 그러므로, 인장 부재들은 붕대에 대해 또는 팔 또는 다리 스트랩에 대해 움직일 수 있다. 상대적인 움직임으로 인해, 팔다리 또는 팔다리의 부분들의 움직임이 개시되거나 지지될 수 있다.
[0016] 더욱이, 설명 및 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같은 용어 “붕대”는, 특히, (디바이스의 사용 동안) 팔, 다리, 또는 다른 신체 부분 주위에 억지-끼워맞춤되게(force-fittedly) 매어지는(slung) 팽창가능한 요소로 이해될 수 있으며, 여기서, 예를 들어, 팽창가능한 요소는 스트랩의 형태(즉, 신체 부분 주위에 있는 팔 스트랩, 다리 스트랩, 또는 스트랩 또는 벨트)를 취할 수 있다. 붕대는, 예를 들어, 탄성 재료로 만들어질 수 있으며, 이 붕대는 디바이스의 사용 동안 팽창된 상태로 팔 또는 다리 주위에 감기고, 탄성 재료의 복원력으로 인해 팔 또는 다리에 억지-끼워맞춤되게 연결된다.
[0017] 더욱이, 설명 및 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같은 표현 “지지 구조물의 손바닥/손등 측”은, 특히, 손의 손바닥/손등 측에 인접하거나, 반대편에 있는 지지 구조물의 일부분으로써 이해될 수 있다. 게다가, 설명 및 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같은 용어 “인장 부재”는, 특히, 액추에이터 유닛에 의해 가해지는 힘을 연결 지점으로 전달하도록 적응되는 요소(예를 들어, 와이어, 스레드(thread), 스트링(string), 케이블, 리본, 또는 고무 리본)로서 이해될 수 있다. 이러한 맥락에서, 설명 및 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같은 용어 “경로”는, 특히, (직선 또는 곡선) 궤적(trajectory)(이 궤적을 따라, 대응하는 인장 부재가 디바이스의 사용 동안 (미끄럼가능하게) 변위될 수 있음)으로써 이해될 수 있다. 여기서, 용어 “궤적"은 광범위하게 해석될 수 있고, 그리고 또한, “이상 선(ideal line)”으로부터 모션의 방향에 대해 수직인 규정된 편차들을 포함할 수 있으며, 이 편차들은, 예를 들어, 유격을 갖는 안내부 및/또는 탄성 재료로 만들어진 안내부의 경우에 발생할 수 있다.
[0018] 게다가, 설명 및 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같은 “제1, 제2, 제3 등”과 같은 형용사들은 상기 용어들에 의해 지칭되는 용어들, 또는 요소들 사이에서 주로 구별하는 역할을 하는 것으로 유의되어야 한다. 예를 들어, “제3 인장 부재”에 대한 참조는, 본 발명이 제1 및 제2 인장 부재를 요구하는 것을 의미하는 것이 아니라, 단지 1개 초과의 인장 부재를 포함하는 실시예에 관하여 특정한 인장 부재에 대한 참조를 간소화하는 역할을 한다. 더욱이, 설명 및 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같은 “제1, 제2, 제3 등”과 같은 형용사들은 반드시 상이한 특징들을 지칭하는 것으로 해석되지 않아야 하는데, 왜냐하면 상이한 기능들이 상이한 (동일한) 특징들에 의해 또는 단일의 특징에 의해 실시될 수 있는 실시예들이 존재할 수 있기 때문이다.
[0019] 바람직하게는, 가요성 지지 구조물은 장갑으로써 형성되며, 여기서 사용자의 손의 하나 이상의 손가락들은 장갑의 하나 이상의 피복들에 의해 에워싸인다.
[0020] 여기서, 설명 및 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같은 용어 “장갑”은, 특히, 사용자의 손의 하나 이상의 손가락들, 중수골(metacarpus), 및 종종 또한 손목뼈(carpus)를 에워싸는 직물 의류로서 이해될 수 있으며, 여기서 용어 “에워싸는”은 폭넓게 해석될 수 있고, 그리고 예를 들어, 통기를 위한 하나 이상의 개구들을 갖는 장갑들을 포함할 수 있다. 게다가, 사용 동안 손의 하나 이상의 손가락들 및 손목뼈를 억지-끼워맞춤되게 에워싸는 탄성 장갑 이외에도, 사용 동안, 팽창된 상태에서, 단지 하나 이상의 손가락들 및 손목뼈의 특정 부분들만을 억지-끼워맞춤되게 에워싸는 장갑이 예상된다.
[0021] 바람직하게는, 각각의 인장 부재는 가요성 지지 구조물의 리본-형상 루프에 고정되며, 여기서 가요성 지지 구조물의 적어도 하나의 루프는 손의 손가락 뼈 주위를 루핑하도록(loop) 구성되며, 그리고 가요성 지지 구조물의 적어도 하나의 루프는 손의 중수골들 주위를 루핑하도록 적응된다.
[0022] 액추에이터 유닛에 의해 장력 부재에 인장력을 행사함으로써, 인장 부재에 연결되는 루프는 경로의 방향으로 또는 경로 섹션의 방향으로 액추에이터 유닛을 향해 당겨질 수 있다. 그 결과, 손가락 뼈 주위에서의 루프를 갖는 손가락 뼈는, 경로가 손바닥 측을 따라 연장한다면 휘어지고, 그리고 경로가 손의 손등 측을 따라 연장한다면 연장되거나, 손목뼈 주위에서의 루프를 갖는 손목뼈는 더 강하게 아치형이 된다.
[0023] 바람직하게는, 단일의 손가락 주위에 루핑하도록 구성되는 가요성 지지 구조물의 루프들의 수는 상기 단일의 손가락의 손가락 뼈들(손가락뼈들(phalanges))의 수보다 더 크거나 동일하다.
[0024] 이는 각각의 손가락 뼈를 개별적으로 다루는 것을 허용하고 그리고 따라서 복잡한 손 움직임들을 지지하는 것을 허용한다. 예를 들어, 적어도 하나의 루프는 손가락의 손가락 뼈마다 제공될 수 있으며, 여기서 디바이스의 사용 동안, 루프는 그의 원위 단부에서 또는 원위 단부의 영역 내에서 상기 손가락 뼈 주위를 루핑한다.
[0025] 손의 중수골들 주위를 루핑하도록 구성되는 가요성 지지 구조물의 적어도 하나의 루프는 바람직하게는, 엄지에서 그리고 소지에서 중수골의 손바닥 측 상의 근육 리지(muscle ridge)를 따라 연장하도록 추가적으로 구성된다.
[0026] 따라서, 에워싸인 중수골은, 예를 들어, 손바닥을 향해 엄지의 중수골을 안내함으로써 강한 파지에 관하여 지지될 수 있다.
[0027] 바람직하게는, 인장 부재들은 가요성 지지 구조물의 루프들을 통해 안내된다.
[0028] 이는 신체에 근접한 평탄한 안내부를 가능하게 하며, 이는 서로에 대해 개별적인 손가락뼈들의 규정된 움직임을 달성한다.
[0029] 바람직하게는, 액추에이터 유닛은, 특히, 형상 기억 합금으로 만들어지는 요소들을 포함하는 복수의 인장 유닛들을 포함한다.
[0030] 이러한 점에서, 설명 및 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같은 용어 “형상 기억 합금”은 특히, (예컨대, 가열함으로써) 고체 상태에서 물리적인 매개변수들을 변경시킬 때, 특정 형상으로 전환하고 그리고 따라서 작업을 수행하는 데 사용될 수 있는 합금으로써 이해될 수 있다.
[0031] 형상 기억 합금으로 만들어진 요소들은 바람직하게는 나선형이다.
[0032] 형상 기억 합금으로 만들어진 스프링형 요소들을 사용함으로써, 액추에이터 유닛에 대한 인장 부재들의 탄성 연결을 실현하고 그리고 액추에이터 유닛을 콤팩트하게(compact) 유지하는 것이 가능하다.
[0033] 바람직하게는, 가요성 지지 구조물은 사용자의 팔뚝 위에 놓도록 구성되는 팔 부분을 포함하며, 그리고 액추에이터 유닛의 당김 방향은 팔뚝을 따라 연장한다.
[0034] 이는, 액추에이터 유닛이 가요적이고 적응성이 있는 방식으로 부착될 수 있는 것을 허용하며, 이는 손 움직임들이 액추에이터 유닛에 의해 방해되는 것을 방지하거나, 디바이스의 손을 둘러싼 부분이 접근하기 어려운 대상물들에 대한 접근 및 조작을 방해하거나 억제하는 것을 방지한다.
[0035] 바람직하게는, 제1 경로는, 제1 신체 부분의 뼈를 제2 신체 부분의 뼈에 연결시키는 신체의 관절을 지나도록 구성된다.
[0036] 이는, 인장력에 의해, 관절의 굴곡(flection), 연장, 외전(abduction), 내전(adduction), 또는 회전을 지지하는 것을 허용한다.
[0037] 바람직하게는, 제1 경로는 신체의 힘줄 및/또는 근육에 평행하게 적어도 섹션들에서 연장하도록 구성되며, 이는 자발적인 근육 힘을 제1 신체 부분에 적용하는 것을 허용한다.
[0038] 이는 자연스러운 움직임들에 적응되는 근력 지지를 허용한다.
[0039] 제1 인장 부재는 바람직하게는, 디바이스의 사용 동안 제1 신체 부분을 완전히 또는 부분적으로 둘러싸도록 구성되는 제1 체결 부재(예컨대, 루프)를 갖는다.
[0040] 이는 제1 신체 부분의 포지션에 힘 전달의 의존성을 감소시킨다.
[0041] 바람직하게는, 디바이스는 제2 경로를 따라 액추에이터 유닛으로 안내되고 그리고 제1 체결 부재에 의해 디바이스의 사용 동안 제1 신체 부분에 부착되도록 구성되는 제2 인장 부재를 더 포함한다.
[0042] 이는 제1 신체 부분에 대한 지지되는 움직임 방향(들)에 관한 가능성들을 확장한다.
[0043] 바람직하게는, 액추에이터 유닛은 제1 인장 부재 및 제2 인장 부재에 서로 독립적인 인장력들을 가하도록 구성된다.
[0044] 그 결과, 제1 신체 부분의 길항적인(antagonistic) 움직임들이 지지될 수 있다.
[0045] 바람직하게는, 디바이스는 제3 경로를 따라 액추에이터 유닛으로 안내되고 그리고 디바이스의 사용 동안 제3 신체 부분에 부착되도록 구성되는 제3 인장 부재를 더 포함하며, 여기서 제3 인장 부재의 제3 체결 부재는 안내 스트랩으로서 형성된다.
[0046] 이는 지지 구조물의 복잡성을 감소시키는 것을 허용한다.
[0047] 바람직하게는, 안내 스트랩은 제2 신체 부분을 에워싸도록 구성된다.
[0048] 안내 스트랩 및 체결 부재(들)는, 예를 들어, 가요성 재료 또는 인장 방향에 대해 수직인 방향으로 가요성이 있지만, 예상되는 인장력들을 고려하여 당김 방향으로 실질적으로 비탄성적인 재료들의 조합으로 만들어질 수 있다.
[0049] 바람직하게는, 가요성 지지 구조물은 디바이스의 사용 동안 피부에 또는 의류에 걸쳐 착용되도록 구성되고 그리고 가요성 지지 구조물에는 중합체 층이 제공된다.
[0050] 예를 들어, 안내 스트랩에는 미끄럼-방지 실리콘 층이 제공될 수 있다.
[0051] 바람직하게는, 제1 체결 부재는 디바이스의 사용 동안 피부에 또는 의류에 걸쳐 착용되도록 구성되고, 그리고 제1 체결 부재에는 중합체 층이 제공된다.
[0052] 예를 들어, 체결 부재에는 미끄럼-저항 실리콘 층이 제공될 수 있다.
[0053] 바람직하게는, 안내 스트랩은 채널을 가지며, 그리고 제1 인장 부재는 채널을 통과한다.
[0054] 그 결과, 인장 부재와 피부 사이의 접촉이 회피될 수 있다.
[0055] 바람직하게는, 디바이스는 센서 유닛을 갖는 제어 시스템을 더 포함하며, 여기서 제어 시스템은 제1 인장력을 제어하도록 구성된다.
[0056] 바람직하게는, 센서 유닛은 힘, 움직임, 신장(stretch), 굴곡, 근육 활동, 맥박수(pulse rate), 및/또는 대사율(metabolic rate)을 검출하기 위한 센서들을 포함한다.
[0057] 바람직하게는, 제어 시스템은 디바이스를 사용하면서 사용자의 에너지 비용들을 최소화하도록 구성된다.
[0058] 바람직하게는, 액추에이터 유닛은, 제1 인장 부재가 부착되는 형상 기억 합금 나선 형상 요소를 포함한다.
[0059] 그러나, 액추에이터 유닛은 또한, 전동기, 공압식 또는 유압식 액추에이터, 또는 중합체 섬유들 또는 탄소 나노튜브들로 만들어진 인공 근육들을 포함할 수 있다.
[0060] 바람직하게는, 가요성 지지 구조물은 적어도 직물 의류의 일부분으로서 형성된다.
[0061] 예를 들어, 가요성 지지 구조물은 슬리브(sleeve), 베스트(vest), 바지들(pants), 트라우저 레그(trouser leg), 스타킹, 또는 양말을 포함할 수 있다. 더욱이, 안내 스트랩 및/또는 체결 부재들은 직물 의류 내로 포함될 수 있다.
[0062] 바람직하게는, 디바이스는 사람의 신체에 부착되며, 손의 자발적인 움직임들이 감시되며, 그리고 인장력들이 감시된 자발적인 움직임들에 기초하여 인장 부재들에 가해진다.
[0063] 이는 사람의 다양한 손 움직임들을 지지하는 것을 허용한다.
[0064] 본 발명은 예시적인 실시예들을 기초하여 하기의 상세한 설명에서 더 상세히 설명될 것이며, 여기서 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 본 발명에 따른 디바이스의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2는 인장 부재의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 3은 가요성 지지 구조물의 일부분의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 디바이스의 가요성 지지 구조물의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 디바이스의 가요성 지지 구조물의 예시적인 실시예의 개략도들을 도시한다.
도 6은 근력 지지를 위한 방법을 도시한다.
도 7은 근력 지지를 위한 다른 방법을 도시한다.
[0065] 도면들에서, 동일하고 그리고 기능적으로 유사한 요소들은 동일한 도면 번호들에 의해 지정된다.
[0066] 도 1은 근력 지지를 위한 디바이스(10)의 손바닥 측(좌측)의 개략도 및 손등 측(우측)의 개략도를 도시한다. 디바이스(10)는 손가락 장갑 형태의 가요성 지지 구조물(12) 및 지지 구조물(12)에 연결되는 팔뚝 붕대(14)를 포함한다. 복수의 인장 유닛들(18)을 갖는 액추에이터 유닛(16)이 팔뚝 붕대(14)에 부착된다. 도 2에서 도시되는 바와 같이, 인장 유닛들(18)은 형상 기억 합금으로 만들어진 복수의 나선형 요소들(18a)을 각각 포함할 수 있으며, 이 인장 유닛들의 길이는 제어기(미도시)의 제어 신호에 의해 단축될 수 있다. 그러나, 인장 유닛들(18)에 관하여, 본 발명이 형상 기억 합금으로 만들어진 나선형 요소들(18a)로 제한되지 않으며; 오히려, 요구되는 인장력들이 임의의 인공 근육들에 의해(예를 들어, 뒤틀린(twisted) 플라스틱 섬유들 또는 탄소 나노튜브들로 만들어진 인공 근육들에 의해) 또는 전기 모터들에 의해 발생될 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
[0067] 도 1에서 도시되는 바와 같이, 인장 유닛들(18)은 이들의 근위 단부가 팔뚝 붕대(14)에 연결되며, 그리고 이들의 원위 단부가 복수의 인장 부재들(20)에 연결되며, 이 인장 유닛들은 (명료성을 위해) 이들의 경로들을 따라 부분적으로 실선들에 의해 그리고 부분적으로 파선들에 의해 묘사된다. 인장 부재들(20)은 와이어들 또는 (모노필라멘트) 스트링들로서 형성되며, 각각의 원위 단부는 리본 형상 루프(22)로서 형성되는 체결 부재에 부착된다. 리본 형상 루프들(22)은 손가락 장갑 내로 통합되며/포함되어서, 원위 또는 근위 방향으로의 루프들(22)의 미끄러짐이 (실질적으로) 방지된다. 인장 부재들(20)을 변위시킴으로써, 루프들(22)은 손가락 뼈들 주위를 조이고 손가락 뼈들에 힘을 가한다. 이러한 점에서, 힘이 인장 부재들(20)에 대해 반대편에 있는 루프들(22)의 부분들에 의해 손가락 뼈들에 가해진다는 것이 유의되어야 한다.
[0068] 이를 위해, 루프들(22)은 바람직하게는, 당김 방향에 대해 수직으로 가요성이지만, 그럼에도 불구하고 (실질적으로) 연장가능하지 않다. 따라서, 손가락 뼈들 주위를 조이는 루프들(22)은, 인장력들의 전달을 손상시키지 않고, 사용자의 손가락의 형상에 적응한다. 더욱이, 도 1에서 도시되는 바와 같이, 손바닥 측 상의 하나의 인장 부재(20) 및 손의 손등 측 상의 다른 인장 부재는 쌍 형식으로 연결될 수 있고, 그리고 서로에 대해 루프(22)로 오프셋될 수 있어서, 상이한 방향들로의 움직임을 지지하는 것 그리고 특히 손 뼈들의 굴곡 및 연장을 지지하는 것이 가능하다.
[0069] 도 1에서 도시되는 바와 같이, 손바닥 측 상의 인장 부재들(20a, 20b, 및 20c)의 경로들은 검지(index finger), 중지(middle finger), 약지(ring finger), 및 소지(little finger)의 중간선들을 따라 연장하고, 각각의 손가락을 휘기 위해 적응된다. 인장 부재들(20a)의 경로들은 심수지굴근(M.flexor digitorum profundus(FDP))의 힘줄들의 경로들로부터 유도되고, 그리고 원위 손가락뼈들(phalanges)의 굴곡(flection)을 직접적으로 지지하고 그리고 중간 손가락뼈들 및 근위 손가락뼈들의 굴곡을 간접적으로 지지할 때 지향된다. 인장 부재들(20b)의 경로들은 천지굴근(M.flexor digitorum superficialis(FDS))의 힘줄들의 경로들로부터 유도되고, 중간 손가락뼈들의 굴곡을 직접적으로 지지하고 근위 손가락뼈들의 굴곡을 간접적으로 지지할 때 지향된다. 인장 부재들(20c)의 경로들은 뼈사이근(Mm. Interossei(IOs))의 힘줄들의 경로들로부터 유도되고, 근위 손가락뼈들의 굴곡을 지지할 때 지향된다.
[0070] 엄지의 굴곡 및 대립(opposition)이 인장 부재들(20d 및 20e)에 의해 지지될 수 있으면서, 인장 부재(20f)는 엄지를 외전하는(abducting) 것을 지지한다. 인장 부재들(20a 내지 20c)의 경로들이 손가락의 중간선을 따라 연장하는 반면, 인장 부재들(20d 내지 20f)의 경로들은 엄지의 중간선을 따라 연장하는 것이 아니라, 손목으로의 손의 손바닥을 따라 중간선으로부터 오프셋된다. 이러한 경로는, 인장 요소들(20d 내지 20f)과 관련하여 파워 흐름을 개선시키고, 엄지의 중수골(metacarpal bone)의 정확한 힘-지지 안내를 허용한다.
[0071] 검지, 중지, 약지 및 소지의 손가락뼈들의 연장은 인장 부재들(20g 및 20h)에 의해 지지될 수 있다. 도 1에서 도시되는 바와 같이, 인장 부재들(20g 및 20h)은 각각, 중수골들의 원위 단부들의 레벨에서 손가락뼈들의 중심선으로부터 오프셋된 2개의 가닥들(strands)로 분할된다. 이는 착용 편의를 개선시킨다. 추가적으로, 인장 부재(20i)는 정지 상태에서 엄지의 연장 및 포지셔닝을 지지한다.
[0072] 인장 부재들(20j, 20k, 20l, 및 20m)은 손목의 움직임들의 경우에 지향되고, 인장 부재들(20a 내지 20i)에 독립적으로, 구동되도록, 즉 힘으로 로딩되거나 인장되도록(tensioned)(이는 손가락뼈들에 직접적으로 작용함) 구성된다. 인장 부재들(20j 및 20k)은 손바닥의 굴곡을 지지하는 반면, 인장 부재들(20l 및 20m)은 손바닥의 연장을 지지한다. 손바닥의 외전 및 내전은 인장 부재들(20j 및 20l)에 의해 그리고 인장 부재들(20k 및 20m)에 의해 각각 지지될 수 있다. 인장 부재들(20j 내지 20l)의 힘으로 조정된 로딩에 의해, 손목의 정렬이 또한 지지될 수 있다.
[0073] 도 3은 가요성 지지 구조물(12)의 내부 측을 따라 인장 부재(20)의 안내부의 예시적인 실시예를 도시한다. 리본-형상 안내 스트랩들(24)에는 채널들(24a)의 형태로 안내 요소들이 제공되며, 이 안내 요소들을 통해 인장 요소들(20)이 연장한다. 대안적으로, 인장 요소(20)는 또한, 상완(upper arm) 및 팔뚝 각각과 안내 스트랩(24) 사이에서 안내 스트랩(24)을 통해 안내될 수 있다. 채널들(24a)은, 변위의 방향에 대해 횡방향으로 인장 부재들(20)의 경로의 범위를 정하고, 그리고 이에 의해 규정된 경로들을 따라 인장 부재들(20)을 미끄럼가능하게 안내하는 안내부를 형성한다. 도 3에서 도시되는 바와 같이, 직선의 채널들(24a) 이외에도 또는 이 직선의 채널들 대신에 곡선형 채널들(24a)이 제공될 수 있다. 더욱이, 사람의 피부를 보호하기 위해, 연속적인 (직물) 보호 층이 인장 부재들(20)과 피부 표면 사이에 제공될 수 있어, 인장 부재들(20)과 피부 사이의 직접적인 접촉이 회피된다.
[0074] 게다가, 도 1에서 도시되는 바와 같이, 안내 스트랩들(24)의 역할을 하는 루프들(22)은, 심지어 손가락뼈들이 휘어질 때에도 신체에 근접한 인장 부재들(20)의 규정된 안내를 제공하기 위해, 손가락들을 휘게 하기 위한 손가락뼈들의 원위 단부들에서뿐만 아니라, 손가락뼈들의 근위 단부들에서도, 예를 들어, 근위 손가락뼈들의 근위 단부들에서도 제공될 수 있다.
[0075] 도 4는 사용자의 팔뚝의 움직임(특히 굴곡)을 지지하기 위한 본 발명에 따른 추가의 디바이스(10)의 가요성 지지 구조물(12)의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다. 도 4에서 도시되는 바와 같이, 가요성 지지 구조물(12)은 사용자의 팔뚝을 둘러싸는 루프(22)의 형태의 체결 요소를 갖는 인장 부재(20)를 포함한다. 인장 요소(20)는 팔뚝 및 상완을 둘러싸는 안내 스트랩들(24)의 채널들(24a)을 통해 안내되며, 이 안내 스트랩의 채널들은, 심지어 팔뚝이 구부러질 때에도, 인장 부재(20)의 신체에 근접한 안내를 실시한다. 대안적으로, 인장 요소(20)는 또한, 상완 및 팔뚝 각각과 안내 스트랩(24) 사이에서 안내 스트랩(24)을 통해 안내될 수 있다.
[0076] 도 5는 사용자의 다리들 및 몸통(trunk)의 움직임을 지지하기 위한 본 발명에 따른 추가의 디바이스(10)의 가요성 지지 구조물(12)의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다. 도 5에서 도시되는 바와 같이, 가요성 지지 구조물(12)은, 사용자의 하퇴부들(lower legs)을 둘러싸는 루프들(22)의 형태의 체결 요소들을 포함하는 인장 부재들(20)을 포함한다. 인장 요소들(20)은 대퇴부들을 둘러싸는 안내 스트랩들(24)을 통해 안내되며, 이 안내 스트랩들은, 심지어 하퇴부들이 휘어질 때에도 인장 부재들(24)의 신체에 근접한 안내를 실시한다. 추가적으로, 가요성 지지 구조물(12)은, 사용자의 상체 및 하체를 에워싸는 인장 부재들(20)을 포함하며, 그리고 이 인장 부재들에 의해 척추의 연장이 지지될 수 있다.
[0077] 도 6은 근력 지지 방법에서의 디바이스(10)의 사용을 개략적으로 기술한다. 디바이스(10)를 착용하는 단계(28) 후에, 예를 들어 손과 같은 신체 부분의 자발적인 움직임들은 EMG(electromyographic) 센서들 또는 힘 센서들에 의해 감시된다(30). 자발적인 움직임이 검출되거나 검출된 힘 값이 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우, 근육계(musculature)를 지지하기 위해, 즉, 디바이스(10)를 통해 지지를 제공함으로써 주어진 상황에서 근육 조직(muscular system)에 의해 제공될 힘을 감소시키기 위해, 인장력들은 인장 부재들(20) 중 일부에 가해질 수 있다(32).
[0078] 도 7은 다른 근력 지지 방법에서 디바이스(10)의 사용을 개략적으로 기술한다. 디바이스(10)를 착용하는 단계 후에, 예를 들어 손과 같은 신체 부분의 자발적인 움직임들은 EMG(electromyographic) 센서들 또는 힘 센서들에 의해 감시된다. 자발적인 움직임이 검출되거나 검출된 힘 값이 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우, 근육계를 지지하기 위해, 즉, 디바이스(10)를 통해 지지를 제공함으로써 주어진 상황에서 근육 조직에 의해 제공될 힘을 감소시키기 위해, 인장력들은 인장 부재들(20) 중 일부에 가해질 수 있다. 디바이스(10)에 의해 인장 부재들(20) 중 일부에 가해질 인장력들은, 특정한 시간대(time horizon)에 걸쳐, 사용자에 의해 제공될 사용자의 에너지 비용들, 즉, 에너지의 합계가 최소일 때까지, 최적화되는 제어 전략을 기초하여 결정된다.
[0079] 따라서, 도시된 디바이스(10)는 사용자의 대응하는 근육들을 지지하거나 쉬게 하는 휴대용 지지 시스템으로서 설계된다. 이러한 맥락에서, 그러나, 사람의 근육들 및 협동하는 결합 조직의 기능이 디바이스(10)에 의해 적합하게 복제됨으로, (변하는 해부학적 조건들에 따라 수정되는) 도시된 디바이스(10)가 모든 신체 부분들, 예컨대, 팔들, 다리들, 발들 또는 심지어 등을 지지하기 위해 사용될 수 있는 것이 유의되어야 한다.
[0080] 디바이스(10)에 의한 사람 근육들뿐만 아니라 사람 근육과 협동하는 결합 조직의 기능의 복제는, 도 1 내지 도 7과 연관되어 예시적으로 설명되는 바와 같이, 액추에이터 유닛(16), 인장 부재들(20) 및 안내 스트랩들(24)의 협동에 의해 달성된다. 액추에이터 유닛(16)은 인장 부재들(20)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있고, 디바이스(10)를 착용하는 단계(28) 동안, 인장 부재들(20) 및 액추에이터 유닛(16)이 가요성 지지 구조물(12)에 독립적으로 추가될 수 있거나, 더 정확하게 말하면, 팔뚝 슬리브(14)에 독립적으로 부착될 수 있는 방식으로 설계된다.
[0081] 10 디바이스
12 지지 구조물
14 슬리브
16 액추에이터 유닛
18 인장 유닛
18a 요소
20 인장 부재
22 체결 부재/루프
24 안내 스트랩
24a 채널
26 관절
28 내지 32 공정 단계들

Claims (17)

  1. 근력 지지 디바이스(muscle strength support device)(10)로서,
    상기 디바이스(10)의 사용 동안 사용자의 신체에 착용되도록 구성되는 가요성 지지 구조물(flexible support structure)(12); 및
    제1 신체 부분의 움직임 동안 근력을 지지하기 위해 상기 가요성 지지 구조물(12)의 제1 인장 부재(tension member)(20)에 인장력을 가하도록 구성되는 액추에이터 유닛(actuator unit)(16)을 포함하며,
    상기 제1 인장 부재(20)는 제1 경로를 따라 상기 가요성 지지 구조물(12)의 안내 스트랩(guide strap)(24)을 통해 상기 액추에이터 유닛(16)으로 연장하며, 상기 안내 스트랩(24)은 경로의 길이 방향에 대해 수직인 방향으로 상기 제1 경로의 섹션(section)을 제한하고,
    상기 제1 인장 부재(20)는 제1 체결 부재(22)에 의해 상기 디바이스(10)의 사용 동안 상기 제1 신체 부분에 부착되도록 구성되며; 그리고
    상기 안내 스트랩(24)은 힘 전달 방향을 따라 상기 제1 체결 부재(22)를 지나 포지셔닝되는(positioned),
    근력 지지 디바이스(10).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 경로는, 상기 제1 신체 부분의 뼈를 제2 신체 부분의 뼈에 연결시키는 상기 신체의 관절을 지나도록 구성되는,
    근력 지지 디바이스(10).
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 경로는, 자발적인 근육 힘을 상기 제1 신체 부분에 적용하는 것을 허용하는 상기 신체의 힘줄 및/또는 근육에 평행하게 적어도 섹션들에서 이어지도록 구성되는,
    근력 지지 디바이스(10).
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 인장 부재(20)는 상기 디바이스(10)의 사용 동안 상기 제1 신체 부분을 완전히 또는 부분적으로 둘러싸도록 구성되는 상기 제1 체결 부재(22)를 포함하는,
    근력 지지 디바이스(10).
  5. 제4 항에 있어서,
    제2 경로를 따라 상기 액추에이터 유닛(16)으로 안내되고 그리고 상기 제1 체결 부재(22)에 의해 상기 디바이스(10)의 사용 동안 상기 제1 신체 부분에 부착되도록 구성되는 제2 인장 부재(20)를 더 포함하는,
    근력 지지 디바이스(10).
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛(16)은 상기 제1 인장 부재(20) 및 상기 제2 인장 부재(20)에 서로 독립적인 인장력들을 가하도록 구성되는,
    근력 지지 디바이스(10).
  7. 제4 항 또는 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 경로를 따라 상기 액추에이터 유닛(16)으로 안내되고 그리고 상기 디바이스(10)의 사용 동안 제3 신체 부분에 부착되도록 구성되는 제3 인장 부재(20)를 더 포함하며, 상기 제3 인장 부재(20)의 제3 체결 부재(22)는 상기 안내 스트랩(24)으로서 형성되는,
    근력 지지 디바이스(10).
  8. 제1 항 또는 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내 스트랩(24)은 상기 제2 신체 부분을 에워싸도록 구성되는,
    근력 지지 디바이스(10).
  9. 제1 항 또는 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내 스트랩(24)은 채널(channel)을 가지며 그리고 상기 제1 인장 부재(18)는 상기 채널을 통과하는,
    근력 지지 디바이스(10).
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    센서 유닛을 갖는 제어 시스템을 더 포함하며, 상기 제어 시스템은 상기 제1 인장력을 제어하도록 구성되고, 그리고
    상기 제어 시스템은 상기 디바이스(10)를 사용하면서 상기 사용자의 에너지 비용들을 최소화하도록 구성되는,
    근력 지지 디바이스(10).
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 센서 유닛은 힘, 움직임, 신장(stretch), 굴곡(flection), 근육 활동, 맥박수(pulse rate), 및/또는 대사율(metabolic rate)을 검출하기 위한 센서들을 포함하는,
    근력 지지 디바이스(10).
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛은 형상 기억 합금으로 만들어진 나선형 요소(18a)를 포함하며, 상기 나선형 요소에 상기 제1 인장 부재(20)가 부착되는,
    근력 지지 디바이스(10).
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 지지 구조물(12)은 직물 의류의 적어도 일부분으로서 형성되는,
    근력 지지 디바이스(10).
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 지지 구조물(12)에는 적어도 부분적으로, 내측 및/또는 외측 상에 중합체 층이 제공되는,
    근력 지지 디바이스(10).
  15. 제13 항 또는 제14 항에 있어서,
    상기 가요성 지지 구조물(12)은 장갑(glove)으로서 형성되며, 그리고 상기 장갑의 하나 이상의 피복들(sheaths)은 상기 사용자의 손의 하나 이상의 손가락들을 둘러싸도록 구성되는,
    근력 지지 디바이스(10).
  16. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 지지 구조물(12)은 상기 사용자의 팔뚝 위에 놓도록 구성되는 팔 부분을 포함하며, 그리고 상기 액추에이터 유닛(16)의 당김 방향은 상기 팔뚝을 따라 연장하는,
    근력 지지 디바이스(10).
  17. 근력을 지지하기 위한 방법으로서,
    제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 따른 디바이스(10)를 착용하는(putting on) 단계(28);
    자발적인 움직임들을 감시하는 단계(30); 및
    상기 감시된 자발적인 움직임들에 기초하여 인장력을 상기 제1 인장 부재(20)에 적용하는 단계(32)를 포함하는,
    근력을 지지하기 위한 방법.
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