KR20200074841A - A Prosthetic Leg - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 의족에 관한 것으로서, 구체적으로는 발목 관절 이하를 절단한 사람이 착용하여 발과 발목을 대체하고 착용자의 보행에 맞추어 작동 가능한 의족에 관한 것이다. The present invention relates to a prosthesis, and specifically, to a prosthesis that can be operated by a person who has cut ankle joints or less, replaces the foot and ankle, and operates according to the wearer's gait.
과거에는 신체의 일부를 상실한 경우에는 해당 부위의 형상을 갖는 대체물을 고정하여 형태상으로만 상실된 신체를 대체하였을 뿐이지만, 근래에 들어 소재와 기계 및 제어 기술의 발달로 인하여 상실된 신체의 동작이 가능한 대체물이 이용되고 있다.In the past, when a part of the body was lost, the body having only the shape of the corresponding part was fixed to replace the body that was lost only in shape, but recently, due to the development of materials, machinery, and control technology, the lost body can be operated. Alternatives are being used.
발목 이하의 부분, 즉 발목 관절과 발을 상실한 사람이 착용하는 의족으로서, 대한민국 특허 제10-165071호(문헌 1)에서 '보행 안정성을 위한 의족 및 의족 프레임'이라는 명칭으로 발과 발목 관절의 대체물인 의족을 개시한다.Sub-ankle part, that is, an ankle joint and a foot worn by a person who has lost the foot, a substitute for the foot and ankle joint under the name'Prosthetic foot and prosthetic frame for walking stability' in Korean Patent No. 10-165071 (Document 1) Phosphorus prosthesis.
문헌 1에 따른 의족은, 종아리의 하단부에 결합하여 단지 착지하는 발을 대신하되, 신체의 동작에 맞추어 탄성적으로 변형되는 구성을 갖추어 착용자의 편의성을 향상시키려는 것이다.The prosthesis according to document 1 is intended to improve the convenience of the wearer by having a configuration that is elastically deformed in accordance with the motion of the body, instead of just landing the foot by binding to the lower end of the calf.
그러나, 이러한 형태만을 재현하는 의족은 착용자가 충분히 의도하는 보행을 할 수 없다는 문제가 있다.However, the prosthesis that reproduces only this form has a problem that the wearer cannot sufficiently walk.
착용자의 보행에 맞추어 구동되는 구성의 의족들이 제안되고 이용되고 있다. Prostheses that are driven to fit the wearer's gait have been proposed and used.
대한민국 특허 제10-1793141호(문헌 2)에서는 '관절구동모듈과 순응형 로봇 의족'이라는 명칭으로 모터에 의해 회전하는 발목 관절을 갖는 로봇 의족을 개시하고 있다.Republic of Korea Patent No. 10-1793141 (document 2) discloses a robotic prosthesis having an ankle joint rotated by a motor under the name of'joint drive module and adaptive robotic prosthesis'.
문헌 2의 발명에서는 착용자의 보행에 충분한 구동력을 갖는 구성의 로봇 의족을 개시하지만, 이 로봇 의족이 어떻게 구동되어 착용자의 보행 의도에 맞추어 구동되는지에 대해서는 개시하고 않고 있다.Although the invention of Document 2 discloses a robotic prosthesis having a sufficient driving force for walking of the wearer, it does not disclose how the robotic prosthesis is driven and driven according to the wearer's walking intention.
이러한 유형의 로봇 의족은 착용자의 보행 의도에 맞추어 의족이 구동되도록 착용자의 신체의 다른 부분에 다양한 센서를 장착하고 해당 센서들로부터의 신호에 따라 착용자의 보행에 대한 의도를 파악하여 의족의 구동 부분을 제어한다.This type of robotic prosthesis is equipped with various sensors on different parts of the wearer's body so that the prosthesis is driven according to the wearer's walking intention, and grasps the intention of the wearer to walk according to signals from the sensors to determine the driving part of the prosthesis. Control.
다만, 다양한 센서와 제어 계통의 구성으로 인하여 의족의 가격이 매우 비싸게 되어 발목 이하 부분을 상실한 사람들이 널리 이용할 수 없다는 문제가 있다.However, due to the configuration of various sensors and control systems, there is a problem that the price of the prosthesis becomes very expensive, so that people who have lost the ankle portion cannot be widely used.
본 발명은 하지 절단 환자의 발과 발목을 대체하는 의족을 제공하려는 것으로서, 구체적으로는 착용자의 보행 동작에 맞추어 보행을 보조해주어 보행을 원할하게 해주는 의족을 제공하려는 것이다.The present invention is to provide a prosthesis to replace the feet and ankles of the lower extremity amputated patient, specifically to provide a prosthesis that assists walking in accordance with the walking motion of the wearer to facilitate walking.
특히, 본 발명은 착용자의 신체에 각종 센서를 부착하여 착용자의 움직임을 판별하는 일이 없이, 간단한 구성을 가지고 착용자의 보행에 맞추어 적절한 보행 동작이 구현되는 의족을 제공하려는 것이다.Particularly, the present invention is to provide a prosthesis that has a simple configuration and is suitable for a gait motion in accordance with the gait of the wearer without attaching various sensors to the wearer's body and discriminating the movement of the wearer.
전술한 본 발명의 해결 과제는 발과 발목을 대체하여 착용하는 의족에 관한 본 발명에 의해 달성된다.The above-described solving problem of the present invention is achieved by the present invention relating to a prosthetic foot and ankle.
본 발명의 의족은, The prosthesis of the present invention,
발을 대체하는 인공 발; 인공 발의 전방에 회동 가능하게 결합되는 인공 발가락; 및 착용자의 다리와 결합되어 장착되고 인공 발이 결합되는 인공 발목을 포함하고, Artificial feet to replace the feet; Artificial toes rotatably coupled to the front of the artificial foot; And an artificial ankle coupled to the wearer's leg and the artificial foot coupled to it,
인공 발가락은 인공 발의 폭방향에 평행 또는 경사진 회전 축선을 중심으로 인공 발에 대해 회전 가능하고, 인공 발가락과 인공 발 사이에는 인공 발에 대한 인공 발가락의 상대적인 회전에 따라 변형되는 토션 스프링이 배치되어, 인공 발에 대한 인공 발가락의 상대적인 회전에 대하여 저항력을 제공하는 것이다.The artificial toe is rotatable about the artificial foot about a rotation axis parallel or inclined to the width direction of the artificial foot, and between the artificial toe and the artificial foot, a torsion spring that is deformed according to the relative rotation of the artificial toe relative to the artificial foot is disposed. , To provide resistance to the relative rotation of the artificial toe relative to the artificial foot.
이러한 구성의 의족은 착용자의 보행 동작을 감지하고 그에 따라 의족의 구성 요소를 작동시키는 센서나 액츄에이터 등을 갖추지 않고도 착용자의 보행 동작에 맞추어 작동한다.The prosthesis of such a configuration operates in accordance with the wearer's walking motion without having a sensor or actuator that senses the wearer's walking motion and operates the components of the prosthesis accordingly.
착용자가 보행을 할 대에 선행하여 이동하는 다리를 추종하는 다리는 보행을 위하여 다리를 드는 동작에서 다리와 의족은 전체적으로 전방을 향하여 하향 경사진 자세를 취하게 되며, 이 때에 인공 발가락이 인공 발에 대하여 상대 회전하여 지면에 평행하게 맞닿게 된다.When the wearer follows the moving leg prior to walking, the leg and prosthesis are inclined downward toward the front as a whole while lifting the leg for walking. At this time, the artificial toe is attached to the artificial foot. It rotates relative to it and comes into contact with the ground in parallel.
따라서, 인공 발가락에 지면에 안정적으로 접촉하여 지지되는 상태에서 보행을 개시하므로 의족을 착용한 다리의 보행 개시 동작이 유연하게 된다.Therefore, since the walking starts in a state in which the artificial toe is stably brought into contact with the ground and supported, the gait initiating motion of the leg with the prosthesis becomes flexible.
또한, 인공 발가락과 인공 발의 상대 회전에 따라 이들 사이에 배치된 토션 스프링이 비틀림을 받게 된다. 비틀림에 따른 복원력은 인공 발가락이 지면을 미는 힘으로 작용하게 된다.In addition, the relative rotation of the artificial toe and the artificial foot causes the torsion spring disposed between them torsion. The torsional force due to twisting acts as the force of the artificial toe pushing the ground.
따라서, 다리를 드는 보행 동작에서 인공 발가락에 작용하는 토션 스프링의 복원력에 의해 다리를 드는 동작에 보조적인 힘이 가해져서 보행이 수월하게 된다.Accordingly, in the gait motion of lifting the leg, an auxiliary force is applied to the motion of lifting the leg by the restoring force of the torsion spring acting on the artificial toe, thereby making walking easier.
또한, 의족을 착용한 다리를 더 높게 드는 후속 동작에서 인공 발가락은 토션 스프링에 의한 복원력으로 인공 발에 대해 평행한 위치로 복원되므로 후속하는 착지 동작이 원할하게 된다.In addition, in the subsequent motion of lifting the leg wearing the prosthesis higher, the artificial toe is restored to a position parallel to the artificial foot by the restoring force by the torsion spring, so that the subsequent landing motion is smooth.
이 발명의 부가적 특징으로서, 이 발명의 의족은,As an additional feature of the invention, the prosthesis of the invention,
인공 발의 전방측 단부의 저면은 인공 발의 나머지 저면에 대하여 전방측으로 상향 경사진 경사면이 마련되고, 인공 발가락은 인공 발의 경사면의 폭방향 양측 또는 일측에 배치되는 것으로 구성될 수 있다.The bottom surface of the front end of the artificial foot is provided with an inclined surface inclined upward toward the front side with respect to the remaining bottom surface of the artificial foot, and the artificial toes may be configured to be disposed on both sides or one side in the width direction of the inclined surface of the artificial foot.
보행을 위하여 다리를 드는 동작에서 다리와 의족은 전체적으로 전방을 향하여 하향 경사진 자세를 취하게 되며, 이 때에 인공 발가락과 인공 발의 전방측 단부 역시 지면에 인접한 위치에 놓이게 된다.In the motion of lifting the leg for walking, the legs and the prosthesis are generally inclined downward toward the front, and at this time, the front ends of the artificial toes and the artificial feet are also positioned adjacent to the ground.
인공 발가락이 인공 발에 대하여 회전하여 지면에 접하여 평행하게 놓이는 것과 더불어 인공 발의 전방 단부의 상향 경사진 경사면이 지면에 평행하게 되어 맞닿게 되므로, 보행 개시에서 의족이 지면에 안정적으로 지지되고 보행 동작에서 인공 발의 전방 단부가 지면과 간섭되어 보행에 장애가 되는 일이 발생하지 않는다.Since the artificial toe rotates with respect to the artificial foot and lies parallel to the ground, the upwardly sloped inclined surface of the front end of the artificial foot comes into contact with the ground parallel to the ground. The front end of the artificial foot interferes with the ground and does not interfere with walking.
이러한 부가적 특징에 더하여, 이 발명의 의족은, In addition to these additional features, the prosthesis of the invention,
인공 발목은 인공 발의 폭방향과 평행 또는 경사진 회전 축선을 중심으로 소정 각도 범위에서 회전 가능하게 인공 발과 결합되고, 인공 발이 인공 발목에 대하여 회전 축선을 중심으로 인공 발의 전방이 상향 회전하는 방향으로 인공 발을 가압하는 스프링이 배치되는 것으로 구성될 수 있다.The artificial ankle is combined with the artificial foot to be rotatable in a predetermined angle range around a rotation axis parallel to or inclined to the width direction of the artificial foot, and the artificial foot is rotated upward in the direction of the artificial foot with respect to the artificial ankle. A spring for pressing the artificial foot may be configured.
ㅊ이 발명의 실시 양태로서, 이 발명의 의족은, 로서 As an embodiment of the invention, the prosthesis of the invention,
인공 발이 인공 발목에 대하여 회전 축선을 중심으로 인공 발의 전방이 하향 회전하는 방향으로 회전할 때에 충격을 흡수하는 충격 흡수재가 인공 발과 인공 발목 사이에 배치되는 것으로 구성될 수 있다.When the artificial foot rotates in the direction in which the front of the artificial foot rotates downward about the axis of rotation with respect to the artificial ankle, a shock absorber that absorbs shock may be disposed between the artificial foot and the artificial ankle.
이 발명의 추가의 특징으로서, 이 발명의 의족에서, As a further feature of this invention, in the prosthesis of this invention,
인공 발목은 인공 발의 폭방향과 평행 또는 경사진 회전 축선을 중심으로 소정 각도 범위에서 회전 가능하게 인공 발과 결합되고, The artificial ankle is combined with the artificial foot to be rotatable in a predetermined angle range about a rotation axis parallel or inclined to the width direction of the artificial foot,
인공 발이 인공 발목에 대하여 회전 축선을 중심으로 인공 발의 전방이 상향 회전하는 방향으로 인공 발을 회전시키는 구동 기구가 더 포함되고, The artificial foot further includes a driving mechanism for rotating the artificial foot in a direction in which the front of the artificial foot rotates upward with respect to the axis of rotation with respect to the artificial ankle,
인공 발의 경사면에는 경사면이 지면에 접촉하는 것을 감지하는 압력 센서가 배치되고, 압력 센서가 경사면이 지면에 접촉된 것을 감지하면, 구동 기구가 구동되어 소정 시간 동안 인공 발이 회전된 상태를 유지하는 것으로 구성될 수 있다.A pressure sensor is arranged on the inclined surface of the artificial foot to detect that the inclined surface is in contact with the ground, and when the pressure sensor detects that the inclined surface is in contact with the ground, the driving mechanism is driven to maintain the artificial foot rotated for a predetermined time. Can be.
인공 발의 경사면이 지면에 접촉하는 때는, 보행을 개시하여 인공 발목과 인공 발의 후방은 지면으로부터 부양되었지만, 인공 발가락과 인공 발의 전방 단부는 지면에 닿아있는 상태이다.When the inclined surface of the artificial foot contacts the ground, walking is initiated, and the artificial ankle and the rear of the artificial foot are lifted from the ground, but the artificial toes and the front end of the artificial foot are in contact with the ground.
이 상태에서는 인공 발 전방 단부가 지면에 닿은 것이 압력 센서에 의해 감지되고 압력 센서에 의한 감지 신호에 의해 구동 기구가 작동한다.In this state, it is sensed by the pressure sensor that the front end of the artificial foot touches the ground, and the driving mechanism is activated by the detection signal by the pressure sensor.
구동 기구는 인공 발의 전방을 상향되는 방향으로 인공 발에 힘을 가하여 인공 발의 전방이 지면에 간섭되는 것을 방지해준다.The driving mechanism prevents the front of the artificial foot from interfering with the ground by applying a force to the artificial foot in the upward direction of the artificial foot.
이러한 구동 기구의 작용은, 인공 발이 인공 발목에 대하여 회전 축선을 중심으로 인공 발의 전방이 상향 회전하는 방향으로 인공 발을 가압하는 스프링과 마찬가지의 작용을 한다.The action of the driving mechanism is similar to a spring in which the artificial foot presses the artificial foot in a direction in which the front of the artificial foot rotates upward with respect to the axis of rotation with respect to the artificial ankle.
따라서, 스프링과 구동 기구는 양자가 모두 마련될 수도 있고, 구동 기구와 스프링 중의 어느 하나만이 마련될 수도 있다.Therefore, both the spring and the driving mechanism may be provided, or only one of the driving mechanism and the spring may be provided.
한편, 구동 기구의 구체적인 실시 양태로서, 구동 기구는, On the other hand, as a specific embodiment of the drive mechanism, the drive mechanism,
인공 발목에 장착되며 구동 모터와 감속기를 포함하는 전동 모듈, 감속기의 출력축에 결합되는 구동 기어, 및 인공 발에 장착되며 구동 기어와 맞물려서 회전 구동되는 피동 기어로 이루어지고, 구동 모터는 압력 센서로부터의 감지 신호가 입력되면 소정 시간 구동되는 것으로 구성할 수 있다. It consists of an electric ankle mounted on an artificial ankle and comprising a drive motor and a reducer, a drive gear coupled to the output shaft of the reducer, and a driven gear mounted on the artificial foot and engaged with the drive gear to rotate and drive, the drive motor from the pressure sensor. When the detection signal is input, it can be configured to be driven for a predetermined time.
또한, 구동 기구를 갖춘 이 발명의 추가의 특징으로서, 이 발명의 의족은, Further, as a further feature of this invention with a drive mechanism, the prosthesis of the invention,
압력 센서로부터의 신호가 입력되어 구동 모터의 구동을 제어하는 제어 모듈이 더 포함되고, 제어 모듈은 압력 센서로부터의 신호 입력의 주기를 산출하고, 산출된 신호 입력의 주기에 비례하여 구동 모터의 작동 시간을 조정하는 것으로 구성될 수 있다.A control module for controlling the driving of the driving motor by inputting a signal from the pressure sensor is further included, and the control module calculates a period of signal input from the pressure sensor and operates the driving motor in proportion to the calculated period of signal input It can be configured to adjust the time.
이 발명의 의족을 착용하고 보행을 계속하면, 제어 모듈에는 압력 센서로부터의 신호가 지속적으로 입력된다. 입력 센서로부터의 신호 입력의 주기는 착용자의 보행 주기와 일치하므로, 제어 모듈은 신호 입력의 주기로부터 착용자의 보행 속도 또는 보행 주기를 판별할 수 있다.When the prosthesis of this invention is worn and walking continues, a signal from the pressure sensor is continuously input to the control module. Since the period of signal input from the input sensor coincides with the wearer's gait period, the control module can determine the wearer's gait speed or gait period from the signal input period.
착용자가 보행에 의해 의족을 들어올리는 지속 시간은 보행 주기에 비례하므로, 구동 기구를 작동시켜서 인공 발의 전방이 인공 발목에 대해 상향되도록 가압하는 작용의 지속 시간 역시 보행 주기에 비례하여 조절할 수 있다. Since the duration of the wearer lifting the prosthesis by walking is proportional to the walking cycle, the duration of the action of pressing the driving mechanism so that the front of the artificial foot is upward with respect to the artificial ankle by operating the driving mechanism may also be adjusted in proportion to the walking cycle.
이 발명의 또 다른 추가의 특징으로서, 이 발명의 의족에서,As a further feature of the invention, in the prosthesis of the invention,
인공 발은 인공 발가락이 결합되는 전방부와 인공 발목이 결합되는 후방부로 이루어지고, 전방부와 후방부는 서로 나사 결합되며, 인공 발의 전체 길이가 조정되도록 상호 결합 위치가 가변되는 것으로 구성할 수 있다.The artificial foot is composed of a front portion to which the artificial toe is coupled and a rear portion to which the artificial ankle is coupled, and the front portion and the rear portion are screwed to each other, and the mutual coupling position may be variable so that the entire length of the artificial foot is adjusted.
이러한 구성에 따르면 인공 발의 전방부와 후방부의 나사 결합 위치를 조정함으로써 착용자의 체중이나 신장 등에 비례하여 인공 발의 전체 길이를 조절할 수 있다.According to this configuration, it is possible to adjust the overall length of the artificial foot in proportion to the weight or height of the wearer by adjusting the screwed position of the front and rear parts of the artificial foot.
도 1 및 도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 의족의 전체적인 구성을 보여주는 사시도이다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 의족에서 인공 발가락과 인공 발의 전방부를 보여주는 사시도이다.
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 의족에서 인공 발의 길이가 조절되는 구성을 보여주는 사시도이다..
도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 의족에서 인공 발가락과 인공 발의 전방부의 분해 사시도이다.
도 6은 이 발명의 일 실시예에 따른 의족에서 인공 발가락과 인공 발의 상호 작동 관계를 보여주는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 의족에서 인공 발목과 인공 발의 결합 관게를 보여주는 분해 사시도이다.
도 8은 인공 발가락과 인공 발의 전방부를 저면에서 바라본 사시도이다.
도 9 내지 도 14는 이 발명의 일 실시예에 따른 의족의 작동을 보여주는 측면도들이다.1 and 2 is a perspective view showing the overall configuration of the prosthesis according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing an artificial toe and an anterior portion of an artificial foot in a prosthesis according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing a configuration in which the length of an artificial foot is adjusted in a prosthesis according to an embodiment of the present invention.
5 is an exploded perspective view of an artificial toe and an anterior portion of an artificial foot in a prosthesis according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a side view showing the interaction between the artificial toe and the artificial foot in the prosthesis according to an embodiment of the present invention.
7 is an exploded perspective view showing a coupling relationship between an artificial ankle and an artificial foot in a prosthesis according to an embodiment of the present invention.
8 is a perspective view of an artificial toe and an anterior portion of an artificial foot as viewed from the bottom.
9 to 14 are side views showing the operation of the prosthesis according to an embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로서 본 발명의 실시예에 따른 의족의 구성과 작용을 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described the configuration and operation of the prosthesis according to an embodiment of the present invention as a specific content for carrying out the present invention.
이하의 설명 및 이 명세서 전체에서 방위를 나타내는 단어들은 모두 사람의 신체를 기준으로 한다. 즉, '전후 방향'은 발이 길게 연장되는 방향 또는 사람이 전진 보행하는 방향을 나타내고, '상하 방향'은 사람이 직립했을 때에 지면에 대해 수직한 방향을 의미하며, '폭 방향'은 양측의 다리 또는 발이 이격되는 방향으로서 전후 방향 및 상하 방향에 수직한 방향을 의미한다.In the following description and all of the words in this specification, the words referring to the orientation are based on the human body. That is, the'forward and backward direction' indicates a direction in which the foot is extended or the direction in which a person walks forward, the'up and down direction' means a direction perpendicular to the ground when the person is upright, and the'width direction' is the legs on both sides Alternatively, the direction in which the feet are spaced means a direction perpendicular to the front-rear direction and the vertical direction.
먼저, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 의족의 전체적인 구성을 설명한다.First, the overall configuration of the prosthesis according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
본 실시예의 의족은 사람의 두 다리 중에서 일측의 다리의 무릎 관절의 아래 부분, 즉 발목 관절과 발을 상실한 사람이 착용하는 것이다. 타측의 다리의 발목 관절과 발은 상실되지 않았거나 착용자의 의지에 따른 자율 보행이 가능한 의족일 수 있고. 본 실시예의 의족이 착용될 수도 있다.The prosthesis of this embodiment is worn by a person who has lost the ankle joint and the foot below the knee joint of the leg of one leg among the two legs of the person. The ankle joint and foot of the other leg may not have been lost or may be a prosthetic limb capable of autonomous walking according to the wearer's will. The prosthesis of this embodiment may be worn.
전체 구성을 보여주는 사시도인 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 의족은 대별하여, 착용자의 발을 대체하는 인공 발(10), 인공 발(10)의 전방에 결합되어 착용자의 발가락을 대체하는 인공 발가락(21, 22), 착용자의 종아리에 결합되어 고정되고 인공 발(10)과 회전 가능하게 결합되는 인공 발목(30), 및 인공 발목(30)에 결합되어 인공 발목(40)에 대하여 인공 발(10)을 회전시키는 구동 기구(40)로 이루어져 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, which are perspective views showing the overall configuration, the prosthesis according to the present embodiment is large, and the wearer is coupled to the front of the
인공 발(10)은 크게 2개의 부분이 별개로 마련되어 서로 결합되어 있다. 인공 발(10)은 전방에 배치되고 인공 발가락(21, 22)이 결합되는 전방부(11, 12)와 후방에 배치되고 인공 발목(30)이 결합되는 후방부(13, 14, 15)로 이루어져 있다.The
전방부(11, 12)는, 직육면체의 블록 형태로 형성되어 저면이 지면에 접촉하여 지지되고 후방부(16)와 나사 결합되는 결합부(11) 및 결합부로부터 전방으로 연장되고 양 측면에 인공 발가락(21, 22)이 회전 가능하게 결합되는 장착부(12)가 일체로 형성되어 있다. The
도 3은 전방부(11, 12)와 인공 발가락(21, 22)을 보여주는데, 전방부의 결합부(11)에는 상하로 관통하고 암나사가 가공된 2개 세트의 나사홀(111, 112)이 형성되어 있다. 나사홀(111, 112)는 서로 동일한 폭방향 위치에 형성되는 나사홀이 전후방으로 2개씩 배치되어 있다.Figure 3 shows the front portion (11, 12) and artificial toes (21, 22), the
도 1을 다시 참조하면, 인공 발(10)의 후방부(13. 14. 15)는 지면에 접촉하여 의족을 지지하는 저면을 갖춘 본체(13)와 본체의 상측에 형성되고 인공 발목(30)과 회전 가능하게 결합되는 회전 관절부(14) 및 본체(13)로부터 전방으로 연장되어 전방부의 결합부(11)와 결합되는 결합부(15)가 일체로 형성되어 있다. Referring back to Figure 1, the rear portion (13. 14. 15) of the
결합부(15)는 하면이 편평하게 형성되어 있고, 여기에는 전방부의 결합부(11)에 형성되어 있는 나사홀(111. 112)의 위치에 상응하는 위치에 결합용 관통홀(151, 152)가 형성되어 있다.The lower surface of the
도 4는 이러한 구성을 갖는 전방부(11, 12)와 후방부(13, 14, 15)의 결합 위치가 조정되는 것을 보여준다.Figure 4 shows that the combined position of the front portion (11, 12) and the rear portion (13, 14, 15) having this configuration is adjusted.
도 4의 (a)에 도시된 상태에서는 후방부의 결합부(15)의 관통홀(151, 152)이 전방부의 결합부(11)의 나사홀(111, 112) 중에서 전방측의 나사홀의 위치에 맞추어 볼트(미도시)로 체결되어 있다. 이 상태에서, 전방부(11, 12)와 후방부(13, 14, 15)는 서로 가깝게 배치되어 결합됨으로써 인공 발(10)의 전체 길이가 짧게 된다.In the state shown in Fig. 4 (a), the through
도 4의 (b)에 도시된 상태에서는 후방부의 결합부(15)의 관통홀(151, 152)이 전방부의 결합부(11)의 나사홀(111, 112) 중에서 후방측의 나사홀의 위치에 맞추어 볼트(미도시)로 체결되어 있다. 이 상태에서, 전방부(11, 12)와 후방부(13, 14, 15)는 서로 멀어지게 배치되어 결합됨으로써 인공 발(10)의 전체 길이가 길게 된다.In the state shown in Fig. 4 (b), the through
이와 같이 하여 인공 발(10)의 길이는 2단으로 조정된다. 이 실시예에서는 전방부의 결합부(11)에서 같은 폭 방향 위치에 전후로 2개의 나사홀(111, 112)을 형성하여 2단으로 조정하지만, 전후 방향으로 3개 이상의 나사홀을 형성하여 3단 이상으로 길이가 조절되도록 할 수 있다. 또한, 전방부가 아닌 후방부의 결합부(15)에 전후 방향으로 복수 개의 관통홀을 형성하여 인공 발의 길이가 조절되도록 할 수도 있다.In this way, the length of the
도 1과 도 2에 도 5 및 도 6을 더 참조하여 인공 발가락(21, 22)의 구성 및 인공 발(10)과의 결합 관계를 설명한다.1 and 2, the configuration of the
인공 발의 전방부의 결합부(11) 앞쪽에 배치되는 장착부(12)의 양 측면에는 인공 발(10)의 길이 방향 중심선에 대하여 서로 대칭 형태로 형성되는 2개의 인공 발가락(21, 22)이 결합되어 있다.The two
인공 발가락(21, 22)은 인공 발의 장착부(12)의 측면으로부터 전방으로 연장되는 측부(211, 221)가 형성되고 측부로부터 다시 인공 발(10)의 폭방향 중심을 향하여 전방부(212, 222)가 연장되어 형성되어 있어서, 좌우의 인공 발가락(21. 22)의 선단면이 서로 마주하는 형태로 구성되어 있다.The
인공 발가락(21, 22)의 측부(211, 221)에는 인공 발의 장착부(12)를 향하여 관통하는 홀(213)이 형성되어 있고, 장착부(12)의 측면과 마주하는 표면에는 코일형의 토션 스프링(23)이 삽입되는 홈(224)이 형성되어 있다. 또한, 인공 발의 장착부(12)의 측면에도 토션 스프링(33)이 삽입되는 홈(121)이 형성되어 있다.
토션 스프링(23)은 코일형으로 감긴 형태이고 양 단부(231)가 선형으로 서로 반대측으로 연장되어 있다.The
인공 발가락(21, 22)의 홈(224)과 인공 발의 홈(121)은 모두 토션 스프링(23)이 삽입되는 크기의 원통형으로 형성되되, 토션 스프링의 일측 단부가 삽입되도록 홈(224, 121)으로부터 접선으로 연장되는 고정홈(225, 122)이 마련되어 있다. 인공 발의 홈(121)의 중심에는 암나사가 형성된 나사홀(123)이 형성되어 있다.The
이러한 구성에 따라, 인공 발가락(21, 22)의 측부(211, 221)가 인공 발의 장착부(12)의 측면을 마주하도록 하고, 인공 발가락의 홈(224)과 인공 발의 홈(221)에 토션 스프링(23)을 삽입하여, 인공 발가락의 측부의 홀(213)로부터 볼트(미도시)를 관통시켜 볼트의 선단이 인공 발의 장착부(12)의 나사홀(123)에 나사 결합되게 체결한다. 토션 스프링(23)의 각각의 단부(231)는 고정홈(225, 122)에 배치되어 구속된다.According to this configuration, the
도면에는 도시되어 있지 않지만, 볼트와 토션 스프링(23) 사이에 베어링을 삽입할 수도 있다.Although not shown in the drawings, a bearing may be inserted between the bolt and the
이러한 구성에 따라, 인공 발가락(21, 22)은 인공 발(10)에 체결된 볼트를 회전 축선으로 하여 인공 발에 대해 각각 회전 가능하게 된다. 토션 스프링(23)의 양 단부(231)은 각각 인공 발(10)과 인공 발가락(21, 22)에 고정된 상태이므로, 인공 발가락(21, 22)과 인공 발(10)이 서로 상대 회전하면, 토션 스프링(23)은 비틀림 변형되어 인공 발가락(21, 22)과 인공 발(10)을 원래의 상태로 복원시키는 복원력을 인가한다.According to this configuration, the
인공 발가락(21, 22)의 인공 발(10)에 대한 회전 축선(A), 즉 볼트의 길이 방향 축선은 인공 발(10)의 전후 방향에 대하여 대체로 수직 방향인 인공 발(10)의 폭 방향으로 배치되지만, 구체적으로는 폭 방향에 대하여 평면상에서 보았을 때에 반시계 방향으로 대략 5도 정도 경사지게 배치되어 있다. The axis of rotation (A) of the artificial toe (21, 22) with respect to the artificial foot (10), that is, the longitudinal axis of the bolt, is the width direction of the artificial foot (10), which is generally perpendicular to the fore-and-aft direction of the artificial foot (10). It is arranged, but specifically, it is arranged to be inclined approximately 5 degrees in the counterclockwise direction when viewed on a plane with respect to the width direction.
이러한 경사진 배치는 인공 발의 장착부(12)의 측면을 인공 발(10)의 전후 방향의 연장 방향에 대해 경사지게 형성하고, 볼트가 체결되는 나사홀(123) 및 고정홈(122)을 경사지게 형성하여 이루어진다.This inclined arrangement forms the side of the mounting
사람의 발가락 관절은 실제 사람의 보행 방향에 대하여 외측으로 약간 경사진 상태로 되어 있어서 원할한 보행이 이루어진다. 이 실시예에서도 사람의 발가락 관절에 해당하는 인공 발가락(21, 22)의 인공 발(10)에 대한 회전 축선이 외측으로 경사지게 구성되어 원할하고 자연스러운 보행이 가능하게 해준다.The human toe joint is in a slightly inclined state to the outside with respect to the walking direction of a real person, so that smooth walking is achieved. In this embodiment, the rotation axis of the
한편, 도 6은 인공 발의 장착부(11)에서 일측의 인공 발가락(21)을 제거한 상태의 측면도를 도시하고 있는데, 이 도면에서 (a)는 인공 발(10)과 인공 발가락(21, 22)이 모두 지면(G)에 접촉하고 있는 상태를 도시하고, (b)는 의족의 착용자가 보행을 개시하여 인공 발가락(21, 22)은 지면(G)에 접촉하고 있고 인공 발(10)은 지면(G)으로부터 부상한 상태를 도시하고 있다.On the other hand, Figure 6 shows a side view of a state where the
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 인공 발의 전방부의 앞쪽에 배치되는 장착부(12)의 저면(124)은 전방을 향하여 상향 경사지게 형성되는 경사면을 이루고 있다. 이 실시예에서 인공 발(10) 선단의 저면(125)의 경사각은 지면에 닿아 지지되는 인공 발의 나머지 부분의 저면에 대해 30도이며, 이러한 각도는 통상적인 사람의 보행에서 발가락이 발바닥에 대하여 최대로 굽어지는 각도이다. As shown in Fig. 6 (a), the
의족의 착용자가 보행을 개시한 초기에 인공 발가락(21, 22)은 지면에 접촉하고 있고, 인공 발(10)은 후방으로부터 지면에서 부상하여 지면에 대해 하향 경사진 상태로 된다.The
이 상태에서는 인공 발(10)의 선단의 저면(125)은 인공 발(10)의 다른 부분의 저면에 대하여 30도 상향 경사져 형성되어 있으므로, 인공 발가락(21, 22)을 포함한 의족 전체가 지면으로부터 부상하여 분리되기 전까지는 인공 발(10)이 지면으로부터 부상한 상태임에도 불구하고 인공 발(10) 선단의 저면(124)은 지면에 넓은 면적으로 접촉한 상태로 된다.In this state, the bottom surface 125 of the distal end of the
또한, 인공 발가락(21, 22)은 인공 발(10)에 대하여 회전 가능하므로, 인공 발(10)이 지면으로부터 부상하여 지면에 대해 하향 경사진 상태로 되지만, 인공 발가락(21, 22)은 여전히 저면이 지면에 접촉한 상태이다.In addition, since the
따라서, 인공 발가락(21, 22)은 인공 발(10)에 대하여 상대 회전하게 되어, 인공 발(10)이 하향 경사짐에도 불구하고 인공 발가락(21, 22)은 지면에 전체적으로 접촉되어 지지된 상태로 된다.Accordingly, the
이러한 회전 상태에서는 토션 스프링(23)이 비틀림을 받고 인공 발가락(21, 22)과 인공 발(10)이 원래의 상태, 즉 저면이 서로 평행한 상태로 복원되게 해주는 복원력을 인가한다.In this rotational state, the
이러한 토션 스프링(23)의 복원력에 의해 의족 전체가 지면으로부터 부양하였을 때에 인공 발가락(21, 22)이 인공 발(10)과 평행한 배치로 복원되게 해주는 것을 물론이고, 의족의 착용자가 보행을 개시하였을 때에 의족을 움직이게 하는 힘, 즉 의족을 지면으로부터 들어올리는 힘으로 작용한다.Of course, the restoring force of the
도 1 및 도 2와 함께 도 7을 함께 참조하여 인공 발목(30)과 구동 기구(40)의 구성 및 인공 발(10)과의 결합 관계를 설명한다.Referring to FIG. 7 together with FIG. 1 and FIG. 2, the configuration of the
인공 발 후방부의 회전 관절부(14)에는 전후 방향의 대략 중간에 폭 방향 양측으로 상면으로부터 돌출 형성되는 반원형의 힌지부(16)가 마련되어 있다. 힌지부(16)에는 관통홀(161)이 마련되어 있고, 이 관통홀(161)에는 발목 관절, 즉 인공 발(10)과 인공 발목(30)이 회전하는 회전 축선이 되는 볼트(미도시)가 삽입된다.The rotating
인공 발목(30)은 개략적으로 블록형으로 형성되는 본체(31)가 마련되고, 본체의 상측에는 착용자의 다리와 연결되는 원통형의 연결부(36)가 일체로 형성되어 있다. The
도면에는 도시하지 않았지만, 연결부(36)에는 착용자의 다리와 결합되도록 절단된 다리의 종단면을 감싸도록 각각의 착용자의 다리 외관에 맞추어서 마련되는 커버가 결합될 수 있다.Although not shown in the drawings, a cover provided in accordance with the appearance of each wearer's leg may be coupled to the
본체(31)의 하면에는 길이 방향의 대략 중간에서 폭 방향의 중심에 반원형의 힌지부(32)가 형성되어 있다. 힌지부(32)에는 관통홀(321)이 마련되어 있고, 이 관통홀(321)에는 인공 발목(10)의 힌지부(16)의 관통홀(161)에 삽입되는 볼트가 삽입된다.On the lower surface of the
인공 발목의 힌지부(32)는 인공 발의 힌지부(16) 사이에 삽입되는 형태로 배치되고 이들의 관통홀(321, 161)에 볼트가 삽입되고 너트로 체결되어 볼트가 회전 축선을 이룬다. 볼트와 관통홀(321, 161) 사이에는 베어링이 배치될 수 있다.The
인공 발목의 본체(31)의 저면과 인공 발의 회전 관절부(14)의 상면은 서로 일정 거리 이격되어, 인공 발목(30)과 인공 발(10)이 서로 상대 회전할 때에 간섭이 일어나지 않으면서도 서로 일정 각도 범위에서만 회전할 수 있게 제한한다.The bottom surface of the
인공 발의 회전 관절부(14)의 상면에서 인공 발의 힌지부(16)를 중심으로 전방에는 충격 흡수재로서 완충 패드(17)가 배치되어 있고, 후방에는 인공 발목의 본체(31)의 저면과의 사이에 압축 코일 스프링(18)가 배치되어 있다.On the upper surface of the rotating
완충 패드(17)는 폴리우레탄 등의 신축성이 좋은 소재로 구성되어 있어서, 힌지부(16, 32)를 중심으로 전방측에서 인공 발목(30)의 본체(31)의 저면과 인공 발(10)의 회전 관절부(14)의 상면이 서로 근접하는 방향으로 인공 발목(30)과 인공 발(10)이 서로 상대 회전할 때, 인공 발목(30)의 본체(31)의 저면이 완충 패드(17)와 접촉하여 충격을 완화된다.The
힌지부(16, 32)를 중심으로 후방 측에서 인공 발목(30)의 본체(31)의 저면과 인공 발(10)의 회전 관절부(14)의 상면이 서로 근접하는 방향으로 인공 발목(30)과 인공 발(10)이 서로 상대 회전할 때, 압축 코일 스프링(18)이 압축되어 인공 발목(30)과 인공 발(10)이 원래의 상태로 복원되는 복원력을 제공한다.The
인공 발목의 본체(31)의 전방 측에는 장착홈(33)이 마련되어 있고, 여기에 구동 기구(40)가 삽입되어 고정되어 있다.A mounting
도 2를 참조하여 보면, 구동 기구(40)는 구동 모터와 감속기가 하나의 유닛을 이루는 것이고, 감속기의 출력축(미도시)은 폭방향과 평행한 회전 축선을 갖는다. 감속기의 출력축에는 둘레면에 기어치가 형성되는 스퍼 기어 또는 헬리컬 기어로 구성되는 구동 기어(41)가 결합되어 있다. 구동 기어(41)는 인공 발목의 본체(31)로부터 폭방향 외측으로 돌출되어 있다.Referring to Figure 2, the
또한, 인공 발의 회전 관절부(14)의 측면에는 피동 기어(19)가 마련되어 있다.In addition, a driven
피동 기어(19)는 편평한 플레이트로 형성되고, 외표면의 일부에 구동 기어(41)의 기어치와 맞물리는 치형의 기어치(191)가 형성되어 있다. 피동 기어(19)의 기어치(191)의 중심은 힌지부(16)의 관통홀(161)과 동심으로 되어 있고, 구동 기어(41)의 기어치와 맞물리는 위치에 배치되어 있다.The driven
이러한 구성에 따라, 구동 기구(40)에 의해 구동 기어(41)가 회전 구동되면, 인공 발(10)에 결합된 피동 기어(19)에 회전력이 전달되어, 구동 기어(41)가 결합된 인공 발목(30)과 피동 기어(19)가 결합된 인공 발(10)이 상대 회전을 하게 된다.According to this configuration, when the
한편, 이 실시예에서는 인공 발목(30)에 구동 기구(40)가 장착되고, 인공 발(10)에는 구동 기구로부터의 회전력을 받는 피동 기어(19)가 장착되어 있지만, 역으로 인공 발에 구동 기구가 장착되고 인공 발목에 피동 기어가 장착되어 회전 구동력이 인공 발(10)로부터 인공 발목(30)으로 전달되도록 구성할 수도 있다.On the other hand, in this embodiment, the
이러한 구동 기구(40)의 작동은 인공 발(10)에 장착되는 압력 센서(42)로부터의 감지 신호에 따라 이루어진다.The operation of the
도 8은 인공 발(10)과 인공 발가락(21, 22)을 저면으로부터 바라본 상태를 도시하고 있다.8 shows a state in which the
인공 발(10) 전방부의 장착부(12)의 경사진 저면(124)에는 압력 센서(42)가 배치되어 있다.A
압력 센서(42)는 'FSR 센서'(Force Sensing Resistor)이다. 'FSR 센서'는 물리적인 힘이 가해지면 저항 값이 바뀌는 센서로서, 감도는 높지 않은 편이지만, 얇은 박막 형태로 만들어지고 설정에 따라 측정되는 힘의 레벨을 달리하여 감도를 높일 수 있다.The
압력 센서(42)는 대략 두께가 1.2 mm로 구현된 것을 이용하여, 인공 발(10) 선단의 경사면(125)에 부착되고, 이 압력 센서(42)로부터의 신호선(421)는 구동 기구(40)에 작동 신호를 생성하는 제어 모듈(미도시)에 연결되어 있다.The
이러한 구성에 따라, 압력 센서(42)가 힘이 가해지는 것을 감지하면, 감지 신호는 제어 모듈에 전달하고, 제어 모듈의 작동 신호에 따라 구동 기구(40)가 작동하여 구동 기어(41)가 회전 구동한다.According to this configuration, when the
인공 발목(30)에 결합된 구동 기어(41)가 회전 구동되면, 인공 발(10)에 부착된 피동 기어(19)가 회전 구동되어, 인공 발(10)이 인공 발목(30)에 대해 힌지부(18)를 중심하여 하는 상대 회전 운동을 하게 된다.When the
제어 모듈은 인공 발(10)이 인공 발목(30)에 대해 회전 축선을 중심으로 전방을 들어올리는 동작을 하도록 구동 기구(40)를 이루는 모터를 회전시킨다. 또한, 제어 모듈은 구동 기구를 미리 정해진 소정 시간 동안만 작동시키고 소정 시간 경과 후에는 구동 기구는 오프(off) 상태로 한다.The control module rotates the motor constituting the
구동 기구(40)가 작동하여 인공 발(10)이 인공 발목(30)에 대해 회전 축선을 중심으로 전방을 들어올리는 동작을 하면, 인공 발목(30)의 본체(31)의 저면 선단이 인공 발(10)의 회전 관절부(14)의 상면 전방에 배치된 완충 패드(17)와 접촉하여 완충 패드(17)를 가압하면서, 인공 발목(30)과 인공 발(10)은 더 이상 회전할 수 없는 상태로 된다.When the
이상과 같은 구성을 갖는 이 실시예의 의족의 작동을 설명한다.The operation of the limb of this embodiment having the above configuration will be described.
도 9 내지 도 14는 사람이 보행을 하거나 다리를 움직이거나 경사진 길을 내려갈 때에 이 실시예의 의족의 각 부분이 움직이는 상태를 보여준다.9 to 14 show a state in which each part of the limb of this embodiment moves when a person walks, moves a leg, or descends an inclined road.
도 9는 보행을 하지 않고 사람이 서 있는 상태를 보여준다.9 shows a person standing without walking.
보행을 하지 않는 상태에서도 사람은 다리를 살짝 들거나 약간 비틀어서 회전시키거나 하는 행동을 하게 된다.Even without walking, a person may act by lifting or slightly twisting his legs to rotate.
그와 같은 행동에서 의족의 착용자는 의족의 인공 발목(30)의 상부의 허벅지 근육이나 무릎 관절 주위의 근육을 이용하여 움직이고, 종아리 하부의 의족은 그에 추종하는 움직임을 하게 된다.In such an action, the wearer of the prosthesis moves using the thigh muscle of the upper part of the
이때 인공 발목(30)과 인공 발(10)은 힌지부(16, 32)의 상호 결합에 의해 상대 회전을 하고, 인공 발가락(21, 22)은 인공 발(10)에 대해 상대 회전을 하므로, 착용자는 다리의 움직임을 의족이 추종하지 않아 느끼는 불편함을 느끼지 않게 된다.At this time, the
특히, 인공 발가락(21, 22)과 인공 발(10) 사이에는 토션 스프링(23)이 게재되어 있어서, 착용자의 움직임에 의해 인공 발가락(21, 22)과 인공 발(10) 사이에 상대 회전이 발생하여도 토션 스프링(23)이 비틀림에 의한 복원력을 인가하여 원래의 상태로 복원이 이루어진다.In particular, the
도 10은 착용자가 보행을 하는 것은 아니지만, 정지 상태에서 종아리를 들어올리는 행동을 하는 경우의 상태를 보여준다.10 shows a state in which the wearer does not walk, but lifts the calf in a stationary state.
종아리를 들어올리는 행동에 의해 인공 발목(30)이 들어올려지면서 인공 발(10)도 함께 부양되지만, 인공 발목(30)과 인공 발(10) 사이의 힌지부(16, 32)의 상호 결합에 의해 상대 회전 및 인공 발가락(21. 22)과 인공 발(10) 사이의 회전 가능한 결합에 의해, 인공 발가락(21, 22)은 모두 지면(G)에 닿은 상태를 유지하여 의족과 사람의 다리에 대한 지지력을 제공한다.As the
특히, 이러한 동작에 의해 인공 발(10)이 인공 발목(30)에 대하여 힌지부(16, 32)를 중심으로 후방쪽이 서로 근접하는 방향으로 상대 회전할 수 있다.In particular, the
이러한 상대 회전에 의해 인공 발의 회전 관절부(14)의 후방과 인공 발목의 본체(31)의 후방이 서로 근접하면서 이들 사이에 배치된 압축 코일 스프링(18)이 압축될 수 있다.Due to the relative rotation, the
이러한 압축 코일 스프링(18)의 압축에 따른 복원력은 사람의 동작이 중지되었을 때에 인공 발(10)과 인공 발목(30)이 초기의 상태로 복원하여 회전하게 하는 복원력을 인가한다.The restoring force according to the compression of the
도 11은 사람이 보행을 개시하여 다른 다리가 먼저 앞으로 나가서 착지를 하고 이어서 이 실시예의 의족을 착용한 다리가 보행을 개시한 상태를 보여준다.FIG. 11 shows a state in which a person starts walking and the other leg first goes forward and lands, and then the leg wearing the prosthesis of this embodiment starts walking.
이 상태에서는 의족이 착용된 다리는 후방을 지향하는 상태로 되어, 도면에 도시된 바와 같이, 종아리에 결합되는 인공 발목(30)은 앞으로 경사진 상태로 되지만, 의족이 전체적으로 부양하지는 않았으므로, 인공 발가락(21, 22)은 지면(G)에 접촉하여 지지된 상태로 있게 된다.In this state, the leg worn by the prosthesis is in a state facing toward the rear, and as shown in the figure, the
또한, 인공 발(10)은 인공 발가락(21, 22)과 결합된 전방의 장착부(12)로부터 후방의 본체(13)까지 전체적으로 하향 경사진 상태로 되지만, 인공 발가락(21, 22)은 인공 발(10)에 대하여 상대 회전이 가능하므로, 지면에 맞닿아 지면에 평행한 상태를 유지하게 된다.Also, the
아울러, 이 상태에서는 인공 발 선단의 경사면(125)은 지면과 평행한 상태로 되어 지지되므로, 인공 발(10)의 선단이 착용자의 보행 동작에 방해가 되지 않는다.In addition, in this state, since the inclined surface 125 of the tip of the artificial foot is supported in a state parallel to the ground, the tip of the
이렇게 인공 발(10)과 인공 발가락(21, 22)이 상대 회전을 하면, 이들 사이에 배치된 토션 스프링(13)은 비틀림을 받아서 복원력을 인가하고, 그러한 복원력은 인공 발가락(21, 22)을 그 회전 중심점(A)에 대하여 원상태로 복귀시키려는 힘으로 작용한다.When the
이러한 복원력은 결국 인공 발가락(21. 22)이 지면을 밀어 의족을 지면으로부터 들어올리는 방향으로 작용하므로, 착용자의 보행을 조력하는 힘으로 작용한다.This restoring force eventually acts as a force to assist the wearer's walking because the artificial toe (21.22) pushes the ground and acts in a direction to lift the prosthesis from the ground.
한편, 이러한 상태에서 인공 발 선단의 경사면(125)이 지면에 맞닿게 되므로, 경사면(125)에 장착되어 있는 압력 센서(42)는 지면(G)과 맞닿아 압력이 인가된다.On the other hand, in this state, since the inclined surface 125 of the tip of the artificial foot comes into contact with the ground, the
그러한 압력 인가에 따라 압력 센서(42)로부터 감지 신호가 발생하고 감지 신호는 제어 모듈에 인가되어 제어 모듈이 구동 기구(40)를 작동시킨다.According to the application of the pressure, a detection signal is generated from the
사람이 보행을 계속하게 되면, 이러한 상태로부터 인공 발(10)이 더 부양을 하게 되면서 인공 발가락(21, 22) 역시 지면으로부터 부양되고, 토션 스프링(23)의 복원력에 의해 인공 발가락(21. 22)은 인공 발(10)과 평행한 상태로 복귀된다.When a person continues walking, the artificial toes (21, 22) are also supported from the ground while the artificial foot (10) is further lifted from this condition, and the artificial toes (21. 22) are restored by the restoring force of the torsion spring (23). ) Returns to a state parallel to the
도 12는 인공 발(10)과 인공 발가락(21. 22)이 모두 공중으로 부양된 상태를 도시한다.12 shows a state in which both the
이 상태에서는 인공 발(10)과 인공 발가락(21, 22)은 인공 발목(30)에 결합되어 공중에 부양한 상태로 된다. 인공 발목의 힌지부(32)를 중심으로 전방 측에는 인공 발(10)의 대부분과 인공 발가락(21, 22)이 배치되므로, 전방 측에 작용하는 하중이 크기 때문에, 인공 발(10)과 인공 발가락(21, 22)이 전방을 향하여 기울어질 수 있다.In this state, the
그러나, 인공 발(10)과 인공 발가락(21, 22)이 전방을 향하여 기울어지면, 인공 발목의 힌지부(32)을 중심으로 인공 발(10) 후방의 본체(13)의 후방과 인공 발목의 본체(31)의 후방 사이에 배치되어 있는 압축 코일 스프링(18)이 압축되므로, 실제로는 인공 발(10)과 인공 발가락(21, 22)이 전방을 향하여 기울어지지 않고 인공 발목(30)에 대하여 수직한 상태를 유지하게 된다.However, when the
특히, 인공 발(10)과 인공 발가락(21, 22)이 지면(G)으로부터 들어올려지는 초기 상태에서는 압력 센서(42)로부터의 신호에 의해 구동 기구(40)가 가동되어 인공 발(10)을 인공 발목(30)에 대해 들어올리는 힘이 인가되므로, 인공 발(10)은 신속하게 인공 발목(30)에 대해 들어올려지는 상태를 유지하게 된다.Particularly, in the initial state in which the
따라서, 인공 발(10)이 인공 발목(30)의 힌지부(32)를 중심으로 전방이 하향 경사지는 일은 발생하지 않는다.Therefore, it does not occur that the
인공 발(10)이 인공 발목(30)의 힌지부(32)를 중심으로 전방이 하향 경사지는 경우에는, 의족의 전방측 선단을 이루는 인공 발가락(21, 22)이 지면과 접촉 및 간섭되는 일이 발생할 수 있으나, 압축 코일 스프링(18)과 구동 기구(40)의 작동으로 인하여 인공 발가락(21, 22)과 인공 발(10)은 인공 발목(30)에 대해 하향 경사지지 않고 들어올려져서 지면과의 간섭이 방지된다.When the
한편, 이 실시예에서는 구동 기구(40)와 압축 코일 스프링(18)이 모두 인공 발(10)을 인공 발목(30)에 대해 하향 경사 지지 않도록 하는 작용을 함께 하지만, 구동 기구(40)와 압축 코일 스프링(18) 중의 어느 하나의 구성만을 갖춤으로써 동일한 작용을 얻을 수 있다.On the other hand, in this embodiment, both the
도 13은 의족이 지면에 착지하는 상태를 보여준다.13 shows a state in which the prosthesis lands on the ground.
의족이 지면에 다시 착지할 때에는 의족이 종아리보다 전방에 배치되고 착용자의 다리는 후방으로 경사진 상태로 되어 인공 발목(30)도 후방으로 경사진 상태로 된다.When the prosthesis lands on the ground again, the prosthesis is placed in front of the calf, and the wearer's leg is inclined backward, so that the
그러나, 착용자의 체중에 의한 하중이 인공 발(10)의 후방으로 가해지고, 그러한 하중에 의해 인공 발의 회전 관절부(14)의 후방이 인공 발목의 본체(31)와 근접하는 방향으로 힌지부(16)을 중심으로 하는 인공 발(10)과 인공 발목(30)의 상대 회전이 이루어져서 인공 발(10)은 인공 발목(30)에 대해 하향 경사지는 방향으로 회전함으로써, 인공 발(10)과 인공 발가락(21 22)이 지면(G)과 접촉하여 착지가 원할하게 이루어진다.However, the load due to the weight of the wearer is applied to the rear of the
이 실시예의 의족이 지면에 착지한 후에, 다른 쪽 다리가 보행을 하면, 의족이 착용된 다리는 종아리가 지면에 대해 일정 각도 범위에서 회전을 하게 된다.After the prosthesis of this embodiment lands on the ground, if the other leg walks, the leg on which the prosthesis is worn will rotate with the calf in a range of angles relative to the ground.
이러한 종아리의 회전에 따라 인공 발목(30)도 회전을 하지만, 인공 발목(30)과 인공 발(10) 사이의 힌지(32. 16)가 그러한 회전을 허용하므로, 인공 발(10)과 인공 발가락(21, 22)은 지면에 접촉하여 지지된 상태를 유지하므로 착용자의 보행에 대한 안정성을 제공한다.The
이와 같이 하여, 착용자가 보행을 할 때에 의족을 착용한 다리가 움직이는 경우에 대한 의족을 작동의 한 주기가 완료된다. In this way, one cycle of operating the prosthesis for the case where the leg with the prosthesis moves when the wearer walks is completed.
착용자가 경사진 길을 내려가는 경우에 의족의 상태가 도 14에 도시되어 있다.The state of the prosthesis is shown in FIG. 14 when the wearer descends the sloped road.
경사진 길을 내려가는 보행 동작에서는 의족의 작동은 앞서 설명한 바와 동일하지만, 의족이 지면에 맞닿아 체중을 지지하는 상태에서 평지 보행과는 차이가 있다.The prosthesis operation is the same as described above in the walking motion of the descending slope, but it is different from the flat walking in the state where the prosthetic touches the ground and supports the weight.
경사진 길에서의 보행 시에 착용자의 신체는 지면에 경사진 지면에 대해 수직이 아니고 중력 방향에 수직인 상태를 유지하므로, 종아리 및 인공 발목(30)은 지면에 대해 후방으로 기울어진 상태로 되지만, 인공 발(10)과 인공 발가락(21, 22)은 경사진 지면에 맞닿아 지면과 평행한 상태를 유지하게 된다. 즉, 인공 발(10)은 인공 발목(30)에 대해 하향 경사진 상태로 된다.When walking on an inclined road, the wearer's body is not perpendicular to the ground inclined to the ground, but remains perpendicular to the direction of gravity, so the calf and
이러한 인공 발(10)과 인공 발목(30)의 상호 경사진 상태는 힌지부(32. 16)에 의해 허용되므로 착용자는 불편함을 느끼지 않게 된다. 또한, 이러한 경사진 상태에서 인공 발(10)과 인공 발목(30) 사이에 배치되는 압축 코일 스프링(18)은 압축되어 있고 인공 발(10)과 인공 발목(30)이 서로 수직인 상태로 되게 하는 복원력을 인가한다.The mutually inclined state of the
따라서, 경사진 길에서의 보행 시에도 압축 코일 스프링(18)은 인공 발(10)이 인공 발목(30)에 수직한 상태를 유지하는 복원 작용을 하게 된다. Therefore, even when walking on a sloped road, the
다만, 이러한 복원력은 착용자의 체중이 비하여 매우 작은 힘이므로, 이러한 복원력이 착용자에게 불편함을 초래하거나 인공 발(10)이 인공 발목(30)에 대해 수직으로 되려는 복원력에 의해 착용자가 기립 자세로부터 전도되는 일은 발생하지 않는다.However, since this restoring force is a very small force compared to the weight of the wearer, the restoring force causes discomfort to the wearer, or the wearer conducts from the standing posture by the restoring force to make the
이상 본 발명의 실시예에 따른 의족의 구성 및 작용을 설명하였는바, 본 발명은 이러한 실시예들에 한정되지 않고 청구범위에 기재한 범위에서 다양한 변형과 요소의 부가가 가능하다. The configuration and operation of the prosthesis according to the embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and elements can be added within the scope of the claims.
10: 인공 발
21, 22: 인공 발가락
30: 인공 발목
40: 구동 기구10:
30: artificial ankle 40: driving mechanism
Claims (8)
발을 대체하는 인공 발;
인공 발의 전방에 회동 가능하게 결합되는 인공 발가락; 및
착용자의 다리와 결합되어 장착되고 인공 발이 결합되는 인공 발목
을 포함하고,
인공 발가락은 인공 발의 폭방향에 평행 또는 경사진 회전 축선을 중심으로 인공 발에 대해 회전 가능하고, 인공 발가락과 인공 발 사이에는 인공 발에 대한 인공 발가락의 상대적인 회전에 따라 변형되는 토션 스프링이 배치되어, 인공 발에 대한 인공 발가락의 상대적인 회전에 대하여 저항력을 제공하는 것인 의족.A prosthetic foot worn to replace the foot and ankle,
Artificial feet to replace the feet;
Artificial toes rotatably coupled to the front of the artificial foot; And
An artificial ankle in which the artificial foot is combined with the wearer's leg.
Including,
The artificial toe is rotatable about the artificial foot around a rotation axis parallel or inclined to the width direction of the artificial foot, and between the artificial toe and the artificial foot, a torsion spring that is deformed according to the relative rotation of the artificial toe relative to the artificial foot is disposed. , Prosthesis that provides resistance to the relative rotation of the artificial toe relative to the artificial foot.
인공 발의 전방측 단부의 저면은 인공 발의 나머지 저면에 대하여 전방측으로 상향 경사진 경사면이 마련되고,
인공 발가락은 인공 발의 경사면의 폭방향 양측 또는 일측에 배치되는 것인, 의족.The method according to claim 1,
The bottom surface of the front end of the artificial foot is provided with an inclined surface inclined upward toward the front side with respect to the remaining bottom surface of the artificial foot,
The artificial toe is a prosthesis that is disposed on both sides or one side in the width direction of the slope of the artificial foot.
인공 발목은 인공 발의 폭방향과 평행 또는 경사진 회전 축선을 중심으로 소정 각도 범위에서 회전 가능하게 인공 발과 결합되고,
인공 발이 인공 발목에 대하여 회전 축선을 중심으로 인공 발의 전방이 상향 회전하는 방향으로 인공 발을 가압하는 스프링이 배치되는 것인, 의족.The method according to claim 2,
The artificial ankle is combined with the artificial foot to be rotatable in a predetermined angle range about a rotation axis parallel or inclined to the width direction of the artificial foot,
A prosthetic foot in which a spring for pressing the artificial foot is disposed in a direction in which the front of the artificial foot rotates upward with respect to the axis of rotation with respect to the artificial ankle.
인공 발이 인공 발목에 대하여 회전 축선을 중심으로 인공 발의 전방이 하향 회전하는 방향으로 회전할 때에 충격을 흡수하는 충격 흡수재가 인공 발과 인공 발목 사이에 배치되는 것인, 의족.The method according to claim 3,
A prosthetic limb, in which an artificial foot is placed between the artificial foot and the artificial ankle to absorb a shock when the artificial foot rotates in the direction in which the front of the artificial foot rotates downward with respect to the axis of rotation with respect to the artificial ankle.
인공 발목은 인공 발의 폭방향과 평행 또는 경사진 회전 축선을 중심으로 소정 각도 범위에서 회전 가능하게 인공 발과 결합되고,
인공 발이 인공 발목에 대하여 회전 축선을 중심으로 인공 발의 전방이 상향 회전하는 방향으로 인공 발을 회전시키는 구동 기구가 더 포함되고,
인공 발의 경사면에는 경사면이 지면에 접촉하는 것을 감지하는 압력 센서가 배치되고, 압력 센서가 경사면이 지면에 접촉된 것을 감지하면, 구동 기구가 구동되어 소정 시간 동안 인공 발이 회전된 상태를 유지하는 것인, 의족.The method according to claim 2,
The artificial ankle is combined with the artificial foot to be rotatable in a predetermined angle range about a rotation axis parallel or inclined to the width direction of the artificial foot,
The artificial foot further includes a driving mechanism for rotating the artificial foot in a direction in which the front of the artificial foot rotates upward with respect to the axis of rotation with respect to the artificial ankle,
A pressure sensor is disposed on the inclined surface of the artificial foot to sense that the inclined surface is in contact with the ground, and when the pressure sensor detects that the inclined surface is in contact with the ground, the driving mechanism is driven to maintain the artificial foot rotated for a predetermined time. , Prosthesis.
구동 기구는,
인공 발목에 장착되며 구동 모터와 감속기를 포함하는 전동 모듈, 감속기의 출력축에 결합되는 구동 기어, 및 인공 발에 장착되며 구동 기어와 맞물려서 회전 구동되는 피동 기어로 이루어지고,
구동 모터는 압력 센서로부터의 감지 신호가 입력되면 소정 시간 구동되는 것인, 의족.The method according to claim 5,
The driving mechanism,
It is mounted on an artificial ankle and consists of an electric module including a drive motor and a reducer, a drive gear coupled to the output shaft of the reducer, and a driven gear mounted on the artificial foot and engaged with the drive gear to rotate and drive,
The drive motor is a prosthesis that is driven for a predetermined time when a detection signal from a pressure sensor is input.
압력 센서로부터의 신호가 입력되어 구동 모터의 구동을 제어하는 제어 모듈이 더 포함되고,
제어 모듈은 압력 센서로부터의 신호 입력의 주기를 산출하고, 산출된 신호 입력의 주기에 비례하여 구동 모터의 작동 시간을 조정하는 것인, 의족. The method according to claim 6,
A control module for controlling the driving of the driving motor by inputting a signal from the pressure sensor is further included,
The control module calculates the period of the signal input from the pressure sensor, and adjusts the operating time of the drive motor in proportion to the calculated period of the signal input.
인공 발은 인공 발가락이 결합되는 전방부와 인공 발목이 결합되는 후방부로 이루어지고,
전방부와 후방부는 서로 나사 결합되며, 인공 발의 전체 길이가 조정되도록 상호 결합 위치가 가변되는 것인, 의족.
.The method according to any one of claims 1 to 7,
The artificial foot is composed of an anterior portion to which an artificial toe is coupled and a rear portion to which an artificial ankle is coupled,
The anterior and posterior parts are screwed to each other, and the prosthetic position is variable so that the entire length of the artificial foot is adjusted.
.
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Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |