KR20200018587A - 조인트 장치 - Google Patents

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KR20200018587A
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로랜드 아우버거
크리스티안 브로이어-뤼쉬
세바스티안 크레퍼
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오토 복 헬스케어 프로덕츠 게엠베하
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Abstract

본 발명은 - 상부 부재(10), - 하부 부재(20), - 조인트축(35)을 가지며 이 축의 주위에서 상기 상부 부재(10)가 상기 하부 부재(20)에 대하여 선회 가능하게 장착되는 조인트(30), 및 - 상기 하부 부재(20)에 대한 상기 상부 부재(10)의 선회에 영향을 주도록 형성되는 액츄에이터(40)를 구비하는, 보조기 또는 인공기관의 조인트 장치 또는 보조기 또는 인공기관용 조인트 장치에 관한 것으로, 상기 액츄에이터(40)는 상부 부재 고정 위치(41)에서 상부 부재(10)에 그리고 하부 부재 고정 위치(42)에서 하부 부재(20)에 장착되고, 상기 상부 부재 고정 위치(41)와 하부 부재 고정 위치(42) 사이에 적어도 2개의 조인트(50, 60)가 배치되며, 상기 조인트(50, 60)는 상기 상부 부재 고정 위치(41) 및 하부 부재 고정 위치(42)에 대한 상기 액츄에이터(40)의 선회를 가능하게 하며 각각 적어도 하나의 선회축(55, 65)을 형성하고, 이들 중 적어도 하나는 상기 조인트축(35)에 대해 평행하지 않게 배향된다.

Description

조인트 장치
본 발명은, 상부 부재, 하부 부재, 조인트축을 가지며 이 축의 주위에서 상기 상부 부재가 상기 하부 부재에 대하여 선회 가능하게 장착되는 조인트, 및 상기 하부 부재에 대한 상기 상부 부재의 선회에 영향을 주도록 형성되는 액츄에이터를 구비하는, 인공기관 또는 보조기의 조인트 장치 또는 인공기관 또는 보조기용 조인트 장치에 관한 것으로, 상기 액츄에이터는 상부 부재 고정 위치에서 상부 부재에 그리고 하부 부재 고정 위치에서 하부 부재에 장착된다.
조인트 장치는 보조기 또는 인공기관에 사용될 수 있다. 보조기는 특히 상해 후 남은 팔다리의 기능을 지원하거나 유지하기 위해 사용된다. 이를 위해 보조기는 상해 후의 나머지 팔다리에 고정된다. 하지의 보조기에 있어서, 예컨대 무릎 관절을 덮는 보조기에 있어서, 보조기 무릎 조인트를 통해 서로 결합되는 레일이 대퇴부 및 아래 다리에 배치된다. 발목 관절 보조기에 있어서 발은 발 부재에 고정되며, 이는 보조기 발목 조인트를 통해 아래 다리 레일과 결합된다. 고관절 보조기 또는 2개 이상의 자연 관절을 연결하는 보조기에도 동일한 것이 적용된다. 또한 상지에도 보조기가 사용될 수 있다.
상실된 사지는 인공기관으로 대체된다. 자연 관절, 예컨대 무릎 관절이 상실되면, 상실된 자연 무릎 관절은 인공 무릎 관절로 대체된다. 인공 무릎 관절의 상부 부재는 대퇴부 샤프트를 통해 대퇴부의 남은 부분에 고정된다. 인공 무릎 관절의 하부 부재는 대퇴부 부위에 선회가능하게 고정된다. 아래 다리 부분에는 아래 다리 튜브 및 경우에 따라 의족이 인공 발목 관절과 함께 배치된다.
보조기 뿐만 아니라 인공기관에서도 개별 구성요소의 운동에 영향을 주기 위해, 예컨대 선회 운동을 보조하거나 방해하기 위해, 액츄에이터가 사용될 수 있다. 운동-보조는 에너지 저장 장치로부터의 에너지의 공급에 의해, 예를 들어 스프링 메커니즘에 의해 또는 일반적으로 전기 에너지의 저장을 위한 에너지 저장 장치로부터 에너지를 제공하는 모터 구동 장치를 통해 실현된다. 움직임을 방해하기 위해, 예컨대 굽힘 또는 신장 운동을 감쇠하거나 제동하기 위해, 감쇠기, 예컨대 유압식 감쇠기 또는 공압식 감쇠기가 사용된다. 굽힘이든 신장이든 최대 위치에 도달할 때 부드러운 정지를 보장하기 위하여 각각의 조인트 장치에 정지 요소가 사용될 수 있다.
하지를 위한 조인트 장치는 예를 들어 DE 10 2015 1 13 799 A1호에 공지되어 있다.
특히 보조기에서, 그러나 인공기관에서도, 선회축이 서로 정렬되도록 지금까지는 기존의 피팅 구성요소를 존재하는 신체 부분에 평행하게 장착하여야 할 필요가 있었다. 특히 사지에 측면으로 인접하게 감쇠기 또는 구동 장치와 같은 액츄에이터를 배치하는 경우 구성요소를 신체의 윤곽에 따라 배치할 수 없기 때문에 큰 구축 부피가 야기된다.
본 발명의 과제는, 각각의 사용자에 용이하게 적응될 수 있고 최대한 작은 부피를 필요로 하는 조인트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 과제는 주요 청구항의 특징을 갖는 조인트 장치에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 실시양태 및 추가의 개선은 종속항들, 상세한 설명 및 도면에 개시되어 있다.
본 보조기 또는 인공기관의 조인트 장치 또는 보조기 또는 인공기관용 조인트 장치는, 상부 부재, 하부 부재, 조인트축을 가지며 이 축의 주위에서 상기 상부 부재가 하부 부재에 대하여 선회 가능하게 장착되는 조인트, 및 상기 하부 부재에 대한 상부 부재의 선회에 영향을 주도록 형성되는 액츄에이터를 구비하며, 상기 액츄에이터는 상부 부재 고정 위치에서 상기 상부 부재에 그리고 하부 부재 고정 위치에서 상기 하부 부재에 장착되고, 상기 상부 부재 고정 위치와 하부 부재 고정 위치 사이에 적어도 2개의 조인트가 배치되며, 상기 조인트는 상기 상부 부재 고정 위치와 하부 부재 고정 위치에 대한 상기 액츄에이터의 선회를 가능하게 하고 각각 적어도 하나의 선회축을 형성하며, 이들 중 적어도 하나는 상기 조인트축에 대해 평행하지 않게 배향된다. 액츄에이터는 상부 부재 및 하부 부재에 직접 고정될 필요는 없으며, 스페이서, 고정 부재, 연장부 또는 다른 부재에 의해 각각의 하부 부재 고정 위치 또는 상부 부재 고정 위치에 설치될 수 있다. 상부 부재 고정 위치와 하부 부재 고정 위치 사이에 적어도 2개의 조인트가 배치되기 때문에, 상부 부재 고정 위치가 하부 부재 고정 위치에 대해 비직선적으로 정렬할 때에도, 그리고 이에 따라 액츄에이터가 조인트축에 대해 기울어지거나 비틀리게 배향될 때에도, 액츄에이터를 신체에 최대한 가깝게 할 수 있고, 또는 액츄에이터의 고정 위치가 상부 부재 또는 하부 부재에 가까이 있도록 할 수 있다. 따라서, 수동 조작으로 피팅 부품을 맞출 필요 없이 신체 윤곽에 대한 맞춤이 가능하도록, 액츄에이터의 힘을 수용하여 보조기의 경우 팔다리로 전달하는 기계적 구조 및 액츄에이터의 힌지 운동이 실시될 수 있다. 기계적 구조가 일반적으로 상부 부재로서 샤프트 및 여기에 힌지 연결로 장착되는 하부 부재로 이루어지고 액츄에이터를 통해 감쇠력 또는 구동력이 상부 부재 및 하부 부재로 전달되는 인공기관에도 동일하게 적용된다. 일반적으로 보조기 구성요소들은 표준 부품으로 다른 형태 및 각도로 제공되므로, 변형 또는 절단과 같은 기계적 조작을 통해 각각의 팔다리, 예컨대 다리의 윤곽에 맞춰져야 한다. 그 샤프트가 종종 단일 부품으로 주문 제작되거나 시험 인공기관 샤프트로서 개별적으로 신체 윤곽에 따라 맞춤화될 수 있는 인공기관의 경우에도 유사하게 적용된다. 인공기관 또는 보조기에 액츄에이터를 고정시키기 위해, 기계적인 후가공이 종종 필요하거나, 굽힘 또는 신장 운동에 후속하여 구성요소들이 일반적으로 선회축에 수직인 평면에서 이동하도록 스페이서가 제공된다. 액츄에이터를 상부 부재 고정 위치 및 하부 부재 고정 위치에 대해 선회시킬 수 있는 적어도 2개의 조인트의 배치 또는 형성에 의해, 선회축이 각각 형성되고, 이중 적어도 하나는 각각의 조인트축에 대해 평행하지 않게 배향되며, 신체 윤곽에의 최적의 적응을 위해 액츄에이터의 각도를 조절하는 것이 가능하다.
본 발명의 한 발전 형태는, 제1 선회축이 조인트축에 대해 수직으로 배향되어 조인트축에 대해 수직으로 기울어짐이 가능하다는 것을 제공한다. 이로써, 선회축에 대해 수직으로 배향되는 평면으로부터의 기울어짐이 용이하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 한 발전 형태에서, 제1 선회축은 제2 선회축에 직교하게 배향된다. 한 발전 형태에서는, 두 선회축이 서로 평행하지 않게 배향되고 조인트축에 대해서도 평행하지 않게 배향되는 것이 제공되는데, 이로써 조인트축 및 각각의 고정 위치에 대한 액츄에이터의 배향의 거의 임의의 조정이 가능해진다.
2개의 선회축은 바람직하게는 공통 평면에 있고 바람직하게는 한 지점에서 교차한다. 두 선회축의 교차점은 반드시 조인트축의 한 지점이어야 하는 것은 아니지만, 3개의 축이 모두 하나의 공통 지점에서 교차하도록 조인트축 상에 존재하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 액츄에이터는 리니어 액츄에이터로서 형성되며, 하부 부재에 대한 상부 부재의 선회를 능동적으로 일으키거나 또는 하부 부재에 대한 상부 부재의 선회 운동을 감쇠 또는 제동시킨다.
액츄에이터가 제동 또는 감쇠 효과를 가져야 하는 경우, 액츄에이터는 각각의 운동을 능동적으로 지원하는 전기식, 공압식 또는 유압식 구동 장치로서 또는 유압식 또는 공압식 감쇠기로서 또는 전기식, 공압식, 기계식 또는 자기식 제동기로서 형성될 수 있다.
본 발명의 한 발전 형태에서, 선회축 중 적어도 하나는 조인트축에 직교하게 배향된 선회 평면에 존재하는 것이 제공된다. 이로써, 조인트축을 중심으로 하는 운동이 영향을 받지 않고 선회축에 대한 액츄에이터의 회전이 이루어질 수 있다.
본 발명의 한 발전 형태에서, 액츄에이터는 조인트축과 상부 부재 고정 위치 또는 하부 부재 고정 위치의 사이에 배치된 홀더에 고정되는 것이 제공된다. 이 경우, 선회축 중 적어도 하나가 홀더에 형성된다. 따라서 홀더는 중간 부재이며, 이는 하부 부재 또는 상부 부재에 고정되거나 고정될 수 있다. 액츄에이터의 일부가, 예컨대 리니어 액츄에이터의 경우, 하우징 안으로 및 하우징 밖으로 이동하는 작동 로드, 예컨대 피스톤 로드 또는 모터로 구동가능한 구성요소가 홀더에 고정된다. 액츄에이터의 각각의 다른 단부는 조인트 장치의 다른 구성요소에, 즉 하부 부재 또는 상부 부재에 고정되어 액츄에이터의 힘을 각 구성요소에 전달할 수 있다. 액츄에이터와 상부 부재 또는 하부 부재의 사이에 고정하기 위한 홀더의 설계에 의해, 각각의 고정 위치에서 상부 부재 또는 하부 부재에 고정되는 표준화 가능한 사전 제작된 모듈을 제공하고 액츄에이터와의 결합 지점 또는 베어링 지점을 형성하는 것이 가능하다. 이로써, 표준 구성요소를 각각의 사용자의 개인의 신체 윤곽에 적응시키기 위해 저렴한 표준 구성요소가 사용될 수 있다.
홀더는 힘 및 모멘트를 효과적으로 상부 부재 또는 하부 부재로 전달할 수 있기 위해 상부 부재 또는 하부 부재에서 회전이 불가능하게 고정되는 유지 플레이트를 가질 수 있다. 또한, 상부 부재 또는 하부 부재에 대해 홀더를 회전이 불가능하게 고정함으로써 상부 부재 또는 하부 부재 상에서 액츄에이터의 충분히 안정적인 안내가 달성된다.
액츄에이터가 리니어 액츄에이터로서 형성되는 경우, 조인트축으로부터 거리를 두고 홀더에 베어링이 제공되는 것이 바람직하며, 여기에 액츄에이터가 하우징 또는 연장가능한 로드에 의해 홀더 상에 설치된다. 이로써 조인트축 주위에서 모멘트를 발생시키거나 흡수하여 상부 부재에 대한 상부 부재의 선회에 영향을 주거나 이를 실현하는 것이 가능하다.
본 발명의 한 발전 형태에서, 액츄에이터는 상부 부재 및 하부 부재에서의 가역적인 배치를 위해 하나의 고정 장치 또는 복수의 고정 장치를 갖는 프레임에 고정된다. 이 프레임에 의해, 예컨대 제어 장치, 센서 또는 다른 구성요소가 고정되어 있는 표준화된 인터페이스를 제작하는 것이 가능하다. 또한, 액츄에이터용 인터페이스가 프레임 상에 제작되므로 다양한 상단 부재 또는 하단 부재에 대한 고정 장치용 고정 연결구를 미리 장착할 수 있으므로 프레임에서 다양한 구성요소를 시험할 수 있다. 프레임을 갖는 이러한 설계는 특히 시험 보조기 또는 시험 인공기관에 유리한데, 그 이유는 각각의 구성요소가 상이한 상부 부재에 고정될 수 있고, 하부 부재 또는 상이한 구성요소들이 각각의 프레임에 고정될 수 있어, 따라서 상부 부재, 하부 부재 또는 피팅 부재에 대한 기계적 변화 또는 다수의 스페이서의 사용 없이 다양한 조합이 필요할 수 있기 때문이다.
본 발명의 한 발전 형태에서, 홀더가 프레임 상에 선회 가능하게 고정되고 조인트축 및/또는 선회축이 프레임과 홀더 사이에 형성되는 것이 제공된다. 따라서, 홀더와 프레임은 상부 부재와 하부 부재 사이에서 실제의 힘 및 모멘트를 전달하는 조인트를 형성한다. 홀더와 프레임의 조합은 상부 부재 및 하부 부재와 독립적으로 구성될 수 있다. 인공기관의 상부 부재 또는 하부 부재는 예컨대 인공기관 샤프트 및 이에 인접하는 원위의 추가 인공기관 부품, 예컨대 하지 튜브, 의족 또는 상지에서의 전박 튜브이며, 인공기관에 있어서, 상부 부재 및 하부 부재는 각각의 사지 또는 신체 부위에의 고정을 위해 레일 또는 마운팅 쉘에 형성된다.
본 발명의 다른 발전 형태에서, 액츄에이터는, 운동축을 중심으로 선회할 때, 프레임에 의해 고정되는 평면에서 운동을 수행하는 것이 제공된다. 여기서 액츄에이터의 운동은 프레임의 운동과 연결된다.
본 발명의 한 발전 형태는, 액츄에이터의 활성화를 제어하기 위해, 조인트 장치, 액츄에이터, 프레임 및/또는 홀더상의 각도 위치, 경로, 힘, 모멘트, 공간 위치 및/또는 가속을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서가 배치되는 것을 제공한다. 이를 위해, 센서 또는 센서들은 전자 제어 장치 및 경우에 따라 사용자를 위한 인터페이스에 연결된다. 이 연결은 유선 또는 무선일 수 있다. 인터페이스에, 액츄에이터의 제어 파라미터를 조절하기 위한 유선 또는 무선 인터페이스가 배치될 수있다. 또한, 제어 장치 및 밸브의 구동 또는 조정에 필요한 전기 에너지를 제공하거나 또는 조인트 장치, 특히 프레임에 전자기장을 발생시키기 위한 전원이 제공될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 도면에서:
도 1은 보조기 형태의 조인트 장치의 개략적인 측면도이고;
도 2는 상부 부재로부터 하부 부재로 수직 방향을 갖는 정면도이며;
도 3은 액츄에이터가 측면으로 기울어진 배열을 도시한 도면이고;
도 4는 액츄에이터가 내측으로 기울어진 배열을 도시한 도면이며;
도 5는 홀더에 힌지 연결되는 프레임 형태의 조인트 장치의 평면도이고;
도 6 내지 8은 본 발명의 한 변형예를 나타내는 도시한 도면이다.
도 1은 대퇴부에 고정하기 위한 쉘 또는 레일로서 형성된 상부 부재(10)를 갖는 보조기 상의 조인트 장치를 측면도로 도시한 것이다. 상부 부재(10)에는 조인트축(35)을 중심으로 선회 가능하게 하부 부재(20)가 배치되며, 이 하부 부재도 또한 쉘 또는 적어도 하나의 레일로서 형성된다. 상부 부재(10) 및 하부 부재(20)는 도시되어 있지 않은 고정 요소에 의해 각각의 팔다리에 배치된다. 본 실시양태는 사용자의 다리에 장착되는 무릎 버팀대를 제공한다. 따라서, 상부 부재(10)는 대퇴부 쉘로서 또는 대퇴부 레일로서, 경우에 따라 대퇴부 내측 및 측면에 배치되는 2개의 레일의 조합으로서 설계되며, 한편 하부 부재(20)는 아래 다리 쉘로서 또는 아래 다리 레일로서 형성된다.
조인트축(35)은 본 실시양태에서 무릎 관절의 각각의 관절의 자연 선회축의 영역에 위치한다. 그 복잡한 구조로 인해 무릎 관절에서 자연 관절축은 가변적이기 때문에, 조인트축(35)은 자연 관절축의 영역에 또는 타당한 관절축 상에 위치한다.
상부 부재(10)와 하부 부재(20) 사이에는 조인트축(35)을 중심으로 신장 운동 또는 굽힘 운동에 영향을 줄 수 있는 액츄에이터(40)가 배치된다. 액츄에이터(40)는 수동 액츄에이터로서, 특히 유압식 감쇠기, 공압식 감쇠기로서 또는 전기식, 공압식, 기계식 또는 자기식으로 작동되는 제동 장치로서 형성될 수 있다. 액츄에이터(40)를 전기식, 공압식 또는 유압식으로 작동하는 구동 장치로서 설계하는 것도 가능하다. 각각의 구동 장치에 에너지 공급 장치(44)가 할당되고, 이를 통해 각각의 구동에 필요한 에너지가 공급된다. 에너지 공급 장치로서, 축압기, 탄성 요소 또는 배터리 또는 어큐뮬레이터가 제공될 수 있다. 다른 에너지 저장기도 가능하고 제공된다. 구동 장치(40)를 또한 제동기로서 사용하는 것도 가능하다. 도시된 실시양태에서, 액츄에이터(40)는 리니어 액츄에이터로서 형성되고, 피스톤 또는 다른 선형의 이동가능한 동력 전달 장치가 배치되는 하우징을 구비한다. 피스톤의 경우, 이것은 그 말단이 원위 베어링(74)에서 홀더(70)에 장착되는 피스톤 로드와 연결된다. 하우징은 프레임(80)상의 상부 베어링(84) 상에 배치된다. 상부 부재 고정 위치(41) 및 하부 부재 고정 위치(42)는 프레임(80) 및 홀더(70) 위에 형성되므로, 액츄에이터(40)가 프레임(80) 및 홀더(70)를 통해 상부 부재 고정 위치(41) 및 하부 부재 고정 위치(42)에서 상부 부재(10) 및 하부 부재(20)에 지지된다. 상부 베어링(84)을 상부 부재(10) 상에 직접 마련하는 것도 가능하다. 프레임 및 홀더의 역 배치를 제공하는 것 또는 액츄에이터(40)를 하부 부재(20) 상의 홀더(70)에서 하우징에 고정시키는 것도 가능하다.
도시된 실시양태에서, 조인트(30)는 프레임(80) 및 홀더(70) 위에 형성된다. 홀더(70)의 내부에 그리고 홀더(70) 상의 베어링(74)과 하부 부재 고정 위치(42) 사이에 2개의 조인트가 배치되며, 이 중 개략적인 도시를 위해 선회축(55, 65)만이 도시되어 있다. 선회축(55, 65)의 주위에서, 홀더(70)가 그리고 이에 따라 액츄에이터(40)도 하부 부재(20)에 대해 선회할 수 있고, 선회축(55, 65) 주위의 선회 영역은 정지부에 의해 제한된다. 도시된 실시양태에서, 3개의 축 모두가, 즉 조인트축(35) 및 선회축(55, 65)이 모두 서로 직교한다. 그러나, 반드시 그래야 하는 것은 아니다. 바람직하게는, 조인트축(35) 주위의 선회 운동에 영향을 주지 않으면서 하부 부재(20) 또는 팔다리의 길이 방향 연장부에 대한 회전뿐만 아니라 내측 및 측면 선회를 수행할 수 있도록, 3개의 축(35, 55, 65) 모두가 한 지점에서 교차한다.
도 2에는 도 1에 따른 실시양태의 정면도가 도시되어 있다. 도 2에서 상부 부재 고정 위치(41) 및 하부 부재 고정 위치(42)를 더 잘 인식할 수 있다. 조인트축(35)은 자연 관절에 의해 실질적으로 수평으로 연장된다. 보조기는 하부 부재(20)에 대해 상부 부재(10)의 개선된 안내를 가능하게 하기 위하여 액츄에이터(40)의 반대쪽에 팔로워 조인트(12)를 구비한다. 도 2에는, 벨트 형태의 고정 수단(25)도 보이는데, 이 벨트에 의해 하부 부재(20)가 아래 다리에 고정될 수 있다. 대응하는 고정 수단이 상부 부재(10)에 제공된다. 도 2에 따른 실시양태에서, 다리는 직선이고, 상부 부재(10)와 하부 부재(20)는 상응하여 서로 직선으로 정렬되며, 상부 부재(10)와 하부 부재(20)의 각각의 길이 방향 연장부는 공통 평면에서 또는 서로 평행하거나 실질적으로 평행한 평면에서 연장된다. 상부 부재(10)와 하부 부재(20)의 외부 표면은 실질적으로 조인트축(35)에 직교하는 평면에 존재하므로, 액츄에이터(40) 뿐만 아니라 프레임(30) 및 홀더(70)도 신체 또는 상부 부재(10)에 매우 밀착하고 하부 부재(20)에 고정될 수 있다. 선회축(55, 65) 중 하나를 중심으로 한 회전 또는 선회는 오정렬을 보상하기 위해 작은 정도로만 필요하거나 또는 필요하지 않다.
도 3에는 상부 부재 설계의 가능한 변형예가 도시되어 있다. 상부 부재(10)는 조인트축(35)에 대해 수직으로 배향된 선회 평면(350)을 넘어 측방으로 돌출하고, 프레임(80)을 갖는 액츄에이터(40)는 선회 평면(350)으로부터 약 35도 기울어 져 있다. 이 경사를 보상하기 위해, 홀더(70)에 조인트가 제공되며, 이 조인트는 선회축(55)을 중심으로 선회할 수 있다. 선회 평면(350)으로부터의 액츄에이터(40)의 선회는, 수직 선회축(65) 주위에서의 선회를 유발하는 토크에 대한 기동을 야기한다. 선회축을 중심으로 회전가능한 조인트(60)를 구현함으로써, 조인트(30)가 구부러지거나 연장될 때 액츄에이터(40)의 회전이 회피될 수 있다.
대응하는 실시양태가 도 4에 도시되어 있는데, 여기서는 액츄에이터(40)의 측면 편향 대신에 내측 편향이 일어난다.
도 2 내지 4에는 각각 상이한 팔로워 조인트(12)가 도시되어 있는데, 이것은 도 2에서는 볼 조인트, 도 3에서는 힌지 조인트 그리고 도 4에서는 유니버설 조인트이다.
도 5는 제어 전자 장치(100)를 통해 제어될 수 있는 밸브 유닛(47)을 구비 한 유압식 감쇠기 형태의 리니어 액츄에이터로서 액츄에이터(40)를 상세하게 도시한 것이다. 전자 장치(100)는 도시된 실시예에서 힘 및 각도 위치를 감지하는 센서(90)와 결합된다. 조인트축(35) 부근에 각도 센서(90) 그리고 액츄에이터(40)의 상부 베어링(84) 상에 힘 센서(90)가 도시되어 있다. 베어링(84)은 프레임(80) 상에 형성되며, 이 위에 액츄에이터(40) 뿐만 아니라 제어 장치(100) 및 사용자 인터페이스(110)도 배치된다. 제어 장치(100)에는, 공간 위치를 검출하는 추가의 센서 장치가 배치될 수 있다. 소위 공간 위치 센서는 공간에서 프레임(80) 또는 액츄에이터(40)의 위치에 대한 데이터, 특히 중력 방향에 대한 배향에 대한 데이터를 제공한다.
예컨대 치수 안정성 플라스틱, 경우에 따라 섬유 강화 플라스틱 또는 금속으로 형성될 수 있는 프레임(80) 상에, 핀 또는 관통구 형태의 복수의 고정 장치(81)가 제공되며, 이를 통해 프레임(80)이, 도시되어 있지 않은 상부 부재(10)에 가역적으로 고정될 수 있다. 마찬가지로, 추가의 구성요소들, 특히 에너지 저장기가 프레임(80) 상에 배치될 수 있다. 상이한 액츄에이터 또는 구성요소들을 프레임(80) 상에 용이하게 고정할 수 있기 위하여 여러 베어링(84)이 프레임(80) 상에 제공될 수 있다.
프레임(80)과 함께 조인트 장치를 형성하는 홀더(70)가, 조인트축(35)을 중심으로 선회 가능하게 프레임(80) 상에 배치된다. 홀더(70)는 고정 장치(71)에 의해 도시되어 있지 않은 하부 부재(20) 상의 유지 플레이트(70a)에 바람직하게는 회전 불가능하게 고정된다. 고정 장치(71)는 리벳 또는 스크류 또는 유사물로서, 바람직하게는 피팅식으로 작용하는 고정 요소로서 형성될 수 있다. 고정 장치(71)에 의해, 홀더(70)는 유지 플레이트(70a)에 의해 하부 부재(20)에 가역적으로 고정될 수 있다.
홀더(70)의 내부에는, 2개의 조인트(50, 60)가 형성되는데, 이들은 유지 플레이트(70a)에 대한 베어링(74)의 선회를 가능하게 한다. 제1 조인트(50)는 제1 선회축(55) 주위에서의 피벗을 가능하게 한다. 이 제1 선회축(55)은 조인트축(35)에 직교하는 평면에 위치하고, 프레임(80)과 홀더(70)가 측방에서 보조기의 외측에 배치될 때 대략 내측-측면-방향으로 기울어질 수 있게 한다. 동일한 평면에 제2 선회축(65)이 있으며, 이는 제2 조인트(60)에 의해 형성된다. 선회축(65)은 실질적으로 조인트 장치의 길이 방향 연장부에서 연장되고 바람직하게는 조인트축(35)을 통과한다. 마찬가지로, 제1 선회축(55)이 조인트축(35)을 통과하는 경우가 바람직하다. 2개의 선회축(55, 65)은 서로 직각일 수 있으나 반드시 서로 직각이어야 하는 것은 아니며, 예시된 실시예에서, 2개의 선회축(55, 65)은 서로에 대해 수직이 아니다. 조인트(50, 60)는 유지 플레이트(70a)와 회전 가능하게 결합하는 홀더(70) 상에 형성된다. 이는 홀더(70)의 일부이며 하부 부재(20)와 회전 불가능하게 결합된다.
또한, 홀더(70)에, 피스톤 로드의 설치를 위한 원위 베어링(74)이 조인트축(35)으로부터 거리를 두고 홀더(70) 상에 형성된다. 베어링(74)은 조인트축(35)에 대하여 실질적으로 평행한 축을 중심으로 선회할 수 있게 한다.
한편으로는 프레임(80)을 통해 다른 한편으로는 홀더(70)를 통해 액츄에이터(40)를 상부 부재(10) 및 하부 부재(20)에 고정한다. 프레임(80) 및 유지 플레이트(70a)는 각각의 고정 장치(71, 81)를 통해 상부 부재 고정 위치(41) 및 하부 부재 고정 위치(42)를 형성한다. 리니어 액츄에이터(40)는 베어링(84)을 통해 프레임(80) 상에 회전 가능하게 고정된다. 마찬가지로, 유지 플레이트(70a) 및 프레임(80)은 하부 부재(20) 또는 상부 부재(10)에 회전 불가능하게 고정되어, 조인트축(35)을 중심으로 선회할 때 피스톤 로드가 리니어 액츄에이터(40)의 하우징 안으로 들어가거나 이 하우징에서 나오거나 한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 특히 보조기에서, 그러나 인공기관에서도, 신체에 대해 가능한 적은 여분의 부피를 달성하기 위하여, 사용되는 구성요소가 아직 보존된 신체 부위에 가능한 가깝게 적용되는 상황이 발생할 수 있음이 명백하다. 액츄에이터(40)에 의해, 각각 지지 또는 안내가 필요한 경우에, 운동, 에컨대 걷기의 다양한 단계에서 굽힘 방향 및 신장 방향으로 모멘트의 의도적인 지지가 이루어질 수 있다. 이를 위해, 액츄에이터(40)는 액츄에이터의 선형 운동이 지지 모멘트 또는 이동 저항 모멘트를 발생시키도록 조인트 장치에 연결된다. 이전에는 스페이서에 의해 선회 평면(350)에서의 액츄에이터(40)의 배향을 항상 확보할 필요가 있었지만, 본 발명에 따른 조인트 장치를 사용하면, 신체의 윤곽 또는 보조기 또는 인공기관의 각각의 상이한 구성에 적응가능한 하중 전달을 위한 액츄에이터(40) 및 나머지 기계 구조의 힌지 연동이, 변형 또는 스페이서의 배치와 같은 수동 조작의 필요 없이 가능하다. 이 경우에, 리니어 액츄에이터(40)의 이동은 조인트축(35)에 대해 수직으로 배향된 선회 평면(350) 중 하나를 벗어나는 평면에서 발생한다. 하나의 평면에만 배치하는 것으로 필요한 구축 부피를 작게 유지할 수 있다. 이러한 조인트 장치를 사용하면, 콤팩트한 기계전자 보조기 또는 인공기관을 구축할 수 있다. 인공기관에 있어서, 예컨대 절단후 부위가 매우 긴 환자 또는 작은 환자에서의 사용이 가능하다. 힌지 조인트를 갖는 간단한 인공기관 조인트는 본 발명에 따른 조인트 장치의 측면 장착에 의해 개선된 기능성을 갖고 제작될 수 있다. 동일한 것이 발목 또는 고관절의 인공기관에도, 원칙적으로 상지의 인공기관에도 적용된다. 조인트 장치에 의하여, 특히 프레임(80) 및 유지 플레이트(70a)를 갖는 모듈형 설계에서, 시험 인공기관 또는 시험 보조기가 쉽게 제조될 수 있다. 또한 감쇠기 또는 구동 장치와 같은 다양한 액츄에이터를 상부 부재 및 하부 부재에 대한 바람직한 표준 고정 지점에 간단하게 고정할 수 있으므로 각각의 환자에 대해 매우 다양한 구성요소를 시험할 수 있다.
본 발명에 따른 조인트 장치를 사용하면, 액츄에이터(40)의 포지셔닝 및 상부 부재 및 하부 부재의 형태에 있어 하중 전달을 위한 기계적 구조의 포지셔닝을 그 각도 배향에 있어 3개의 모든 공간 방향으로, 특히 전방 평면에서 전방-후방 축 주위에서, 수동 조정 또는 스페이서를 필요로 하지 않고 변화시킬 수 있다. 사용자의 신체 윤곽에 최적화된 액츄에이터의 각도 위치가 발견되면, 이 최적의 각도 위치가 외부 팔로워 조인트(12)에 의해 고정될 수 있다. 팔로워 조인트(12)는 대향측, 특히 내측에 배치되는데, 그 이유는 액츄에이터 유닛이 일반적으로 측면에서 환자에게 배치되기 때문이다. 보조기, 예컨대 조인트축(35)의 회전축은 바람직하게는 한편으로는 액츄에이터(40) 측에서 조인트 장치(30)에 그리고 한편으로는 대향측에서 팔로워 조인트(12)에 2개의 지점에 의해 실현된다.
본 발명에 따른 구성의 결과로서, 액츄에이터는 조인트의 타협 회전축에 대해 수직인 평면에 의해 정의되는 선회 평면(350)으로부터 벗어나는 경로를 따라 이동할 수 있다. 추가의 조인트(50, 60)에 의해, 액츄에이터(40)의 회전이 회피되고 이동시의 소인(sweep) 체적이 최소화됨으로써, 필요한 구축 체적이 지금까지 공지된 실시양태에서보다 낮다. 상부 부재(10) 및 하부 부재(20)상의 기계적 구성요소의 정렬은 보조기 또는 인공기관을 구성하는 과정에서 정해진다. 보조기의 경우, 보조기는 기계적인 팔로워 조인트(12)를 통해 안정화되고 그 자유도가 충분하도록 정해진다.
본 발명의 다른 변형예가 도 6 내지 도 8에 도시되어 있는데, 여기서 액츄에이터(40)는 패널 뒤의 프레임(80)에 숨겨져 있다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 프레임에 고정된 제어 장치(100)와 사용자 또는 외부 컴퓨터 장치 사이의 인터페이스로서의 인터페이스(110)는 외부로부터 접근가능하다. 하부 원위 베어링(74)과 마찬가지로 상부 근위 베어링(84)도 인식할 수 있다. 홀더(70)는 2개의 조인트(50, 60)를 가지며, 여기서는 조인트축(35)에 직교하는 선회 평면(350)에 2개의 조인트(50, 60)의 선회축(55, 65)이 존재한다. 조인트축(35)은 홀더(70)와 프레임(80) 사이의 카르단 조인트형 결합에 의해 형성되며 팔로워 조인트(12)에 의해 고정된다. 두 선회축(55, 65)은 조인트축(35)에서 교차한다.
도 7은 프레임(80) 및 홀더(70) 및 내측 방향으로 돌출하는 각각의 측면 고정 장치(71, 81), 예컨대 볼트 또는 스크류 수용부를 갖는 조인트 장치의 배면도를 도시한 것이다. 프레임(80) 상의 하우징내 리니어 액츄에이터(40) 및 원위 베어링(74)과 마찬가지로 조인트축(35)도 인식할 수 있다.
도 8은 프레임(80)을 내측 방향으로, 즉 보조기의 방향으로 본 측면도를 도시한 것이다. 조인트축(35)은 시트 평면으로부터 직교하여 연장되고, 그에 따라 시트 평면은 선회 평면(350)을 형성한다. 리니어 액츄에이터의 원위 베어링(74)은 조인트축(35) 주위에 모멘트를 인가하거나 힘을 흡수할 수 있도록 조인트축(35)으로부터 이격되어 배치된다. 프레임(80)의 보조기를 향한 쪽에는, 총 3개의 고정 장치(81)가 형성되며, 이를 통해 프레임(80)을 상부 부재에 회전 불가능하게 안정적으로 고정하는 것이 가능하다. 유지 플레이트(70a)에는 2개의 고정 장치(71)가 배치되며,이를 통해 유지 플레이트(70a)는 도시되어 있지 않은 하부 부재에 회전 불가능하게 위치 안정적으로 고정될 수 있다. 고정 장치(71, 81)를 통해, 이 경우 프레임(80) 및 홀더(70)를 통해, 형성된 조인트 장치의 가역적 고정이 이루어질 수 있다.
프레임(80)을 통한 배치와 달리, 액츄에이터는 또한 상부 부재 또는 하부 부재에 직접 고정될 수 있다.

Claims (17)

  1. - 상부 부재(10),
    - 하부 부재(20),
    - 조인트축(35)을 가지며 이 축의 주위에서 상기 상부 부재(10)가 상기 하부 부재(20)에 대하여 선회 가능하게 장착되는 조인트(30), 및
    - 상기 하부 부재(20)에 대한 상기 상부 부재(10)의 선회에 영향을 주도록 형성되는 액츄에이터(40)
    를 구비하고, 여기서
    - 상기 액츄에이터(40)가 상부 부재 고정 위치(41)에서 상기 상부 부재(10)에 그리고 하부 부재 고정 위치(42)에서 상기 하부 부재(20)에 장착되는, 보조기 또는 인공기관의 조인트 장치 또는 보조기 또는 인공기관용 조인트 장치로서,
    상기 상부 부재 고정 위치(41)와 하부 부재 고정 위치(42) 사이에 적어도 2개의 조인트(50, 60)가 배치되고, 상기 조인트(50, 60)는 상기 상부 부재 고정 위치(41) 및 하부 부재 고정 위치(42)에 대한 상기 액츄에이터(40)의 선회를 가능하게 하며 각각 적어도 하나의 선회축(55, 65)을 형성하고, 이들 중 적어도 하나는 상기 조인트축(35)에 대해 평행하지 않게 배향되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 선회축(55)이 상기 조인트축(35)에 대하여 수직으로 배향되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 선회축이 제2 선회축(65)에 대하여 수직으로 배향되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 두 선회축(55, 65)이 서로에 대하여 그리고 상기 조인트축(35)에 대하여 평행하지 않게 배향되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선회축들(55, 65)이 공통 평면에 있는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터(40)는 리니어 액츄에이터로서 형성되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터(40)는 전기식, 공압식 또는 유압식 구동 장치로서 또는 유압식 또는 공압식 감쇠기로서 또는 전기식, 공압식, 기계식 또는 자기식 제동기로서 형성되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선회축들(55, 65) 및 조인트축(35)이 공통 지점에서 교차하는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선회축들(55, 65) 중 적어도 하나가, 상기 조인트축(35)에 대해 직각으로 배향되는 선회 평면(350)에 존재하는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터(40)는 상기 조인트축(35)과 상기 상부 부재 고정 위치(41) 또는 상기 하부 부재 고정 위치(42) 사이에 배치되는 홀더(70)에 고정되고, 상기 홀더(70)에 상기 선회축들(55, 65) 중 적어도 하나가 형성되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 홀더(70)는 상기 상부 부재(10) 또는 하부 부재(20)에 회전 불가능하게 고정되는 유지 플레이트(70a)를 갖는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 상부 부재(10)와 홀더(70) 사이 또는 상기 하부 부재(20)와 홀더(70) 사이에 조인트축(35)이 형성되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터(40)는 리니어 액츄에이터로서 형성되고, 상기 홀더(70) 상의 조인트축(35)으로부터 이격되어 있는 베어링(74)에 장착되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터(40)는 프레임(80) 상에 고정되고, 상기 프레임은 상기 상부 부재(10) 또는 하부 부재(20) 상에서의 가역적인 배치를 위한 고정 장치(81)를 구비하는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  15. 제10항 또는 제14항에 있어서,
    상기 홀더(70)는 상기 프레임(80)에 선회 가능하게 고정되고, 상기 조인트축(35) 및/또는 상기 선회축(55)은 상기 프레임(80)과 홀더(70) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터(40)는, 이동 축(35)을 중심으로 선회하는 동안, 상기 프레임(80)을 통해 고정되는 평면에서 움직이는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    각도 위치, 경로, 힘, 모멘트, 공간 위치 및/또는 가속의 감지를 위한 적어도 하나의 센서(90)가 상기 액츄에이터(40), 프레임(80) 및/또는 홀더(70)에 배치되는 것을 특징으로 하는 조인트 장치.
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