KR20200132596A

KR20200132596A - 의수 모듈

Info

Publication number: KR20200132596A
Application number: KR1020190058380A
Authority: KR
Inventors: 최영진; 류우석; 이성온
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2020-11-25
Also published as: KR102195315B1

Abstract

일 실시 예에 따른 의수 모듈은, 배터리 및 상기 배터리에 구동되는 모터가 수용되는 견착부, 회전 축, 상기 회전 축의 일 측에 마련되고, 제1-1 와이어 및 제1-2 와이어가 고정된 제1 와이어 장력 조절 회전판 및 상기 회전 축과 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판 사이에 마련되어, 상기 회전 축의 회전력을 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판으로 전달하여 상기 제1-1 와이어 및 상기 제1-2 와이어의 장력을 조절하는 제1 탄성 부재를 포함하는, 전달 프레임; 및 상기 제1-1 와이어 및 상기 제1-2 와이어의 장력에 따라 제1 방향 또는 제2 방향으로 회동하는 제1 조인트 프레임을 포함하는 제1 링크를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

의수 모듈{Prosthetic Hand Module}

본 발명은 의수 모듈에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 다자유도를 가지는 와이어 구동 방식의 의수 모듈에 관련된 것이다.

산업 재해 및 각종 사고가 빈번해지고 발병과 합병증으로 인하여 신체 일부를 절단해야 하는 등의 환자가 크게 증가하고 있다. 그 중 손가락 절단 환자는 팔꿈치 이상 절단 환자, 팔꿈치 미만에서 손목 사이 절단 환자, 손가락 절단 환자 전체 중 대략 70%로 절단 환자의 대부분을 차지하고 있다.

따라서, 손가락 절단 환자를 위한 의수가 필요한 실정이다. 그러나, 현재까지 개발된 의수의 경우, 손가락의 각 마디가 비-독립적으로 구동되기 때문에 물체의 형상에 따라 손가락의 굽힘 각도가 상이하게 제어되지 못하고 있다. 즉, 물체의 형상에 따라 손가락의 굽힘 각도가 조절되는 어댑티브 모션(adaptive motion)이 제대로 구현되지 못하고 있다. 또한 손가락의 벌림(abduction) 및 손가락의 모음 (adduction) 동작도 제대로 구현되지 못하고 있기 때문에 의수의 경로가 자연스럽지 못하였다.

따라서, 본 발명자들은, 손가락에 대응되는 링크의 움직임이 보다 신체의 움직임에 근접하는 의수 모듈을 발명하게 되었다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 굽힘 및 펼침 동작을 수행하되, 어댑티브 모션이 가능한 의수 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 손가락 링크들의 굽힘이 독립적으로 가능한 의수 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 손가락의 벌림 및 손가락의 모음이 가능한 의수 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 파지력을 조절할 수 있는 의수 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 탈부착이 용이한 의수 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 유지 보수가 용이한 의수 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 의수 모듈은, 배터리 및 상기 배터리에 구동되는 모터가 수용되는 견착부; 상기 견착부의 일 측에 마련되며, 상기 모터의 회전력에 따라 회전하는 회전 축, 상기 회전 축의 일 측에 마련되고, 제1-1 와이어 및 제1-2 와이어가 고정된 제1 와이어 장력 조절 회전판 및 상기 회전 축과 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판 사이에 마련되어, 상기 회전 축의 회전력을 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판으로 전달하여 상기 제1-1 와이어 및 상기 제1-2 와이어의 장력을 조절하는 제1 탄성 부재를 포함하는, 전달 프레임; 및 상기 전달 프레임의 일 측에 마련되며, 상기 제1-1 와이어 및 상기 제1-2 와이어의 장력에 따라 제1 방향 또는 제2 방향으로 회동하도록 상기 제1-1 와이어 및 상기 제1-2 와이어가 각각 일 측과 타 측에 연결되는 제1 조인트 프레임을 포함하는 제1 링크;를 포함할 수 있다.

제1 실시 예에 따르면, 상기 견착부는 손등 부위에 장착될 수 있다.

제1 실시 예에 따르면, 상기 제1 링크가, 상기 제1 방향으로 회동함에 따라 물체와 접촉하는 경우, 상기 회전 축은 상기 제1 탄성 부재의 변형에 의해 회전이 정지된 제1 와이어 장력 조절 회전판에 대해 상대 회전할 수 있다.

제1 실시 예에 따르면, 상기 제1 탄성 부재가 변형된 이후, 상기 모터의 회전력이 제거되는 경우, 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판은 상기 제1 탄성 부재의 복원 에너지에 의하여 초기 위치로 복귀하며, 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판이 초기 위치로 복귀하는 경우, 상기 제1-2 와이어의 장력 증가에 의해 상기 제1 링크가 상기 제2 방향으로 회동할 수 있다.

제1 실시 예에 따르면, 상기 전달 프레임의 상기 회전 축에 고정되어, 상기 회전 축의 회전에 따라 장력이 조절되는 제3-1 와이어 및 제3-2 와이어; 상기 제3-1 와이어 및 상기 제3-2 와이어의 장력에 따라 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 회동하도록 상기 제3-1 와이어 및 상기 제3-2 와이어가 각각 일 측과 타 측에 고정되는 제3 조인트 프레임을 포함하는 제3 링크를 포함할 수 있다.

제1 실시 예에 따르면, 상기 전달 프레임은, 상기 회전 축의 일 측에 마련되고, 제2-1 와이어 및 제2-2 와이어가 고정된 제2 와이어 장력 조절 회전판 및 상기 회전 축과 상기 제2 와이어 장력 조절 회전판 사이에 마련되어, 상기 회전 축의 회전력을 상기 제2 와이어 장력 조절 회전판으로 전달하여 상기 제2-1 와이어 및 상기 제2-2 와이어의 장력을 조절하는 제2 탄성 부재를 더 포함하며, 상기 제3 링크와 상기 제1 링크 사이에 마련되며, 상기 제2-1 와이어 및 상기 제2-2 와이어의 장력에 따라 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 회동하도록 상기 제2-1 와이어 및 상기 제2-2 와이어가 각각 일 측과 타 측에 연결되는 제2 조인트 프레임을 포함하는 제2 링크를 포함할 수 있다.

제1 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 상기 제2 링크가 상기 제1 방향으로의 회동 중 어느 하나의 링크와 물체가 접촉하는 경우, 상기 접촉된 링크의 상기 제1 방향 회동은 멈춘 상태에서, 상기 접촉된 링크와 연결된 탄성 부재가 변형함으로써, 상기 제1 및 상기 제2 링크가 서로 독립적으로 회동할 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 의수 모듈은, 모터가 수용되는 제1 바디, 상기 제1 바디에 대하여 제1 탄성 부재에 의하여 연결되는 제1 조인트 프레임 및 상기 모터의 회전력에 의하여 회전하는 제1 회전 부재를 포함하는 제1 링크; 상기 제1 링크의 일 측에 마련되며, 상기 제1 회전 부재와의 각도와 무관하게 등속도로 회전하는 제2 회전 부재가 수용되는 연결 프레임; 및 일 단이 상기 제2 회전 부재에 고정되고, 타 단이 상기 제1 조인트 프레임에 연결되되, 상기 모터의 회전력에 의하여 상기 제1 링크를 제1 방향 또는 제2 방향으로 회동시키도록 장력이 조절되는 제1-1 와이어 및 제1-2 와이어를 포함할 수 있다.

제2 실시 예에 따르면, 신체의 일 측에 견착되며, 상기 연결 프레임이 연결되는 견착부를 더 포함하고, 상기 연결 프레임과 상기 견착부 사이에는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직 방향으로, 상기 연결 프레임의 움직임을 허용하는 탄성부가 마련될 수 있다.

제2 실시 예에 따르면, 상기 제1 조인트 프레임은, 상기 모터의 회전력에 의한 상기 제1-1 와이어의 장력 증가에 따라, 상기 제1 방향으로 회동하고, 상기 제1 조인트 프레임이 상기 제1 방향으로 회동함에 따라, 상기 제1 조인트 프레임과 상기 제1 탄성 부재로 연결된 제1 바디도 상기 제1 방향으로 회동하며, 상기 제1 바디가, 상기 제1 방향으로 회동함에 따라 물체와 접촉하는 경우, 상기 제1 바디의 회동이 정지된 상태에서, 상기 제1 탄성 부재에 변형에 의하여, 상기 제1 조인트 프레임이 상기 제1 방향으로 더 회동할 수 있다.

제2 실시 예에 따르면, 상기 제1 탄성 부재가 변형된 이후, 상기 모터의 회전력이 제거되는 경우, 상기 제1 조인트 프레임은, 상기 제1 탄성 부재의 복원 에너지에 의하여 상기 제2 방향으로 회동할 수 있다.

제2 실시 예에 따르면, 상기 제1 회전 부재의 회전에 따라 장력이 조절되도록 일 단이 상기 제1 회전 부재에 고정되는 제2-1 와이어 및 제2-2 와이어; 및 상기 제1 링크의 타 측이 마련되며, 상기 제2-1 와이어 및 상기 제2-2 와이어의 장력에 따라 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 회동하도록 상기 제2-1 와이어 및 상기 제2-2 와이어가 각각 일 측과 타 측이 고정되는 제2 조인트 프레임, 상기 제2 조인트 프레임과 제2 탄성 부재로 연결되는 제2 바디로 이루어진 제2 링크를 포함할 수 있다.

제2 실시 예에 따르면, 상기 모터가 회전력에 의하여, 상기 제1 방향으로 상기 제1 링크의 회동 중 물체가 접촉하는 경우, 상기 제1 링크의 상기 제1 방향 회동은 멈춘 상태에서, 상기 제2 링크는 상기 제1 링크와 독립적으로 상기 제1 방향으로 회동할 수 있다.

제1 또는 제2 실시 예에 따르면, 잔존하는 손가락에 착용되되, 상기 잔존하는 손가락의 움직임을 센싱하는 움직임 센서가 마련된, 손가락 견착부; 및 상기 움직임 센서에 의하여 센싱된 손가락 움직임에 대응하는 모터 구동 신호를 생성하여 상기 모터에 제공하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 의수 모듈은, 굽힘 및 펼침 동작을 수행하되, 어댑티브 모션까지도 구현 가능하다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 의수 모듈은, 손가락 링크들의 굽힘이 독립적으로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 의수 모듈은, 손가락의 벌림 및 손가락의 모음이 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 의수 모듈은, 파지력을 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 의수 모듈은, 탈부착이 용이하다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 의수 모듈은, 유지 보수가 용이하다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 의수 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제1 내지 제3 링크 및 그 주변 구성을 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전달 프레임의 내부 구성을 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조인트 프레임을 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 의수 모듈의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 움직임 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 의수 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 의수 모듈의 외형을 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 20 내지 22는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 의수 모듈의 내부를 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 23 내지 도 25는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 의수 모듈의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

본 발명의 일 실시 예들에 따른 의수 모듈은, 링크들의 어댑티브 모션(adaptive motion), 굽힘(flexion), 펼침(extension), 벌림(abduction) 및 모음(adduction) 동작이 가능할 수 있다.

또한, 일 실시 예들에 따른 의수 모듈은 어댑티브 모션 구현을 위하여, 각 링크들이 서로 독립적으로 구동할 수 있다. 예를 들어, 링크들이 손가락에 대응되는 경우, 기절골(Proximal Phalanx), 중절골(Middle Phalanx), 말절골(Distal Phalanx)에 대응하는 각 링크들의 움직임이 독립적으로 구현될 수 있는 것이다.

또한 일 실시 예들에 따르면, 손가락의 위치 예를 들어, 검지, 중지, 약지, 새끼 손가락에 상관없이 조건에 따라 유동적 적용이 가능하고, 4자유도 구동(1-active, 3-passive)을 하나의 엑츄에이터와 3개의 탄성 부재를 이용하여 구현할 수 있다.

또한, 일 실시 예들에 따른 의수 모듈은 의수 뿐 아니라, 로봇 메커니즘의 링크 구조 및 엔드 이펙터 구조로도 적용될 수 있음은 물론이다.

이하, 도 1 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 제1 실시 예를 설명하고, 도 16 내지 도 25를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예를 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 의수 모듈을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 제1 실시 예에 따른 의수 모듈(100)은 견착부(110), 전달 프레임(120) 및 링크들(160, 170, 180) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 견착부(110)는 신체의 일 측 예를 들어, 손 등에 장착될 수 있다.

상기 견착부(110)의 내측에는 배터리(112) 및 모터(114)가 장착될 수 있다.

상기 전달 프레임(120)은 상기 견착부(110)의 일 측에 결합부(116)를 매개로 탈착될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 결합부(116)는 C1 방향으로, 상기 견착부(110)의 일 측에 슬라이딩 결합할 수 있다. 다른 관점에서, C1의 역방향으로, 상기 결합부(116)는 상기 견착부(110)로부터 분리될 수 있다.

일 예에 따르면, 상기 결합부(116)와 상기 견착부(110)와의 사이에는 손가락의 벌림 및 모음 방향으로의 움직임을 허용하는 탄성부가 마련될 수 있다. 탄성부는 도 18을 참조하여 설명할 제2 실시 예에서 상세히 설명되므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 전달 프레임(120)은 상기 모터(114)의 회전력을 각 링크들(160, 170, 180)에 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 전달 프레임(120)은 각 링크들(160, 170, 180)에 회전력을 전달하되, 각 링크들(160, 170, 180)에 독립적으로 회전력을 전달할 수 있다. 각 링크들(160, 170, 180)에 독립적으로 회전력이 전달되기 때문에 어댑티브 모션이 가능케 될 수 있다.

상기 전달 프레임(120)의 구체적인 구성은 후술하기로 한다.

상기 전달 프레임(120)의 일 측에는 링크들 예를 들어, 제1 링크(160), 제2 링크(170), 및 제3 링크(180)가 순차적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 링크(160), 제2 링크(170), 및 제3 링크(180)는 각각 손가락의 기절골, 중절골, 말절골에 대응될 수 있다.

본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 3 개의 링크를 상정하나, 본 발명의 기술적 사상이 특정 링크의 개수에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 명세서에서 손가락 중 검지에 해당하는 링크들을 예로 설명하나, 일 실시 예에 따른 링크들은 다른 손가락에도 적용될 수 있음은 물론이다.

상기 제1 링크(160)는 전달 프레임(120)에 대하여 굽힘 및 펼침이 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 링크(160)는 제1 축(162)을 중심으로 굽힘 및/또는 펼침 회동할 수 있다.

본 명세서에서, 굽힘은 제1 방향 회동으로 호칭하고, 펼침은 제2 방향 회동으로 호칭될 수 있다.

상기 제2 링크(170)는 상기 제1 링크(160)에 대하여 굽힘 및 펼침이 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 링크(170)는 제2 축(172)을 중심으로 굽힘 및/또는 펼침 회동할 수 있다.

상기 제3 링크(180)는 상기 제2 링크(170)에 대하여 굽힘 및 펼침이 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 링크(180)는 제3 축(182)을 중심으로 굽힘 및/또는 펼침 회동할 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제1 내지 제3 링크 및 그 주변 구성을 상세히 설명하기 위한 도면이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전달 프레임의 내부 구성을 상세히 설명하기 위한 도면이고, 도 8 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조인트 프레임을 상세히 설명하기 위한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 전달 프레임(120)은, 회전 축(122)을 포함할 수 있다. 상기 회전 축(122)은 상기 모터(114)의 회전에 연동하여 회전할 수 있다. 이를 위하여, 상기 회전 축(122)과 상기 모터(114) 사이에는 회전 전달 메커니즘이 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 회전 전달 메커니즘은, 미터 기어(miter gear)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 모터(114)의 회전 중심은, 회전 축(122)의 회전 중심 방향으로 변환될 수 있다.

상기 회전 축(122)에는, 상기 제1 링크, 제2 링크 및 제3 링크(160, 170, 180) 각각의 굽힘 및 펼침을 위한 구성 요소들이 마련될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 링크(160)의 굽힘 및 펼침을 위하여, 상기 회전축(122)에는 제1-1 와이어(164) 및 제1-2 와이어(166)가 일 단에 고정된, 제1 와이어 장력 조절부(130)가 마련될 수 있다. 본 명세서에서 와이어는 텐던(tendon)으로 호칭될 수도 있다.

또한, 상기 제2 링크(170)의 굽힘 및 펼침을 위하여, 상기 회전축(122)에는 제2-1 와이어(174) 및 제2-2 와이어(176)가 일 단에 고정된, 제2 와이어 장력 조절부(140)가 마련될 수 있다.

상기 제3 링크(180)의 굽힘 및 펼침을 위하여, 상기 회전축(122)에는 제3-1 와이어(184) 및 제3-2 와이어(186)의 일 단이 직접 고정될 수 있다.

일 예에 따르면, 상기 회전 축(122)이 일 방향으로 회전하는 경우, 상기 제1-1 와이어(164), 제2-1 와이어(174), 제3-1 와이어(184)의 장력이 증가함에 따라, 각 링크들이 굽힘 동작을 할 수 있다. 이와 달리, 상기 회전 축(122)이 타 방향으로 회전하는 경우, 상기 제1-2 와이어(166), 제2-2 와이어(176), 제3-2 와이어(186)의 장력이 증가함에 따라, 각 링크들이 펼침 동작을 할 수 있다.

이를 위하여, 의수 모듈(100)은 상기 전달 프레임(120)에 마련되는 와이어 장력 조절부, 각 링크들(160, 170, 180)에 마련되는 조인트 프레임들(163, 173, 183) 및 전달 프레임(120)과 조인트 프레임(163, 173, 183) 사이에 마련되는 제1-1 와이어(164), 제1-2 와이어(166), 제2-1 와이어(174), 제2-2 와이어(176), 제3-1 와이어(184) 및 제3-2 와이어(186) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 상술하기로 한다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 제1 와이어 장력 조절부(130)는, 회전 축(122)의 반경 방향을 따라, 제1 탄성 부재(132), 제1 지지 회전판(132), 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1 탄성 부재(132)는 코일부 및 상기 코일부의 일 단에 마련된 선형부(134)를 포함할 수 있다. 상기 코일부의 내측 홈에 상기 회전 축(122)이 수용되되, 상기 코일부의 일 단은 상기 회전 축(122)의 일 측에 고정 결합될 수 있다. 즉, 상기 모터(144)의 회전력은 상기 회전 축(122)을 통하여 상기 제1 탄성 부재(132)에 전달될 수 있는 것이다.

상기 제1 지지 회전판(132)은 상기 제1 탄성 부재(132)의 반경 방향에 배치되되, 상기 제1 탄성 부재(132)의 코일부를 감싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 지지 회전판(132)은 상기 코일부의 거동을 제한할 수 있다.

또한, 상기 제1 와이어 장력 조절부(130)는 상기 회전 축(122)에 연결되되, 상기 회전 축(122)의 반경 방향으로 연장하는 회전 날개(136)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 회전 날개(136)는 상기 회전 축(122)과 일체로 회전할 수 있다.

상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)의 외주면에는 제1-1 와이어(164) 및 제1-2 와이어(166)의 일 단이 고정 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1-1 와이어(164) 및 제1-2 와이어(166)은 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)의 원주 방향을 따라 소정 각도 예를 들어, 180도 이격되어, 고정 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)의 회전 방향에 따라 제1-1 와이어(164) 및 제1-2 와이어(166) 각각의 장력이 조절될 수 있다.

상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)은 상기 회전 축(122)의 회전에 연동하여 회전할 수 있도록 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 회전 축(122)이 회전하는 경우, 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)도 회전하게 되고, 따라서, 제1-1 와이어(164) 및 제1-2 와이어(166) 각각의 장력이 조절될 수 있다. 제1-1 와이어(164) 및 제1-2 와이어(166) 각각의 장력이 조절됨에 따라 제1 링크(160)의 굽힘 및/또는 펼침 동작이 구현될 수 있다.

상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)은 회전 날개(136)의 움직임 범위를 제한하는 제1-1 돌기(137) 및 제1-2 돌기(138) 및 상기 회전 축(122)의 회전 운동을 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)으로 전달하는 지지턱(139)이 마련될 수 있다.

상기 제1 와이어 장력 조절부(130)의 구동 방법을 설명하기로 한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 모터(114)의 회전력에 의하여, 회전 축(122)가 R 방향으로 회전하는 경우, 상기 제1 탄성 부재(132)와 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)이 같이 R 방향으로 회전하게 된다. 이 경우, 제1 탄성 부재(132)가 같이 회전하기 때문에, 제1 탄성 부재(132)가 변형되지는 않는다. 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)이 회전하는 경우, 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)의 외주면에 고정 결합된 제1-1 와이어(164) 및 제1-2 와이어(166)의 장력이 회전 방향에 따라 조절되게 된다. 제1-1 와이어(164) 및 제1-2 와이어(166)에 인가된 장력에 따라 제1 링크(160)가 굽힘 또는 펼침하게 된다.

한편, 모터(114)의 회전력에 의하여, 회전 축(122)가 R 방향으로 회전하는 경우, 상기 제1 탄성 부재(132)와 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)이 같이 R 방향으로 회전함에 있어서, 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)이 회전 축(122)에 연동하여 회전하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 링크(160)가 굽힘 동작 중 물체와 접촉하는 경우, 제1-1 와이어(164)의 장력은 더 이상은 증가할 수 없게 된다. 따라서, 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)은 더 이상 회전하지 못하게 된다. 이 경우, 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)의 회전은 정지된 상태에서, 제1 탄성 부재(132)가 변형함으로써, 상기 회전 축(122)의 회전은 지속될 수 있다. 이 때, 상기 제1 탄성 부재(132)의 변형은, 상기 회전 날개(136)가 상기 제1 돌기(137)와 상기 제2 돌기(138) 사이에서 움직일 수 있는 정도로 제한될 수 있다. 상기 회전 축(122)의 회전이 지속되기 때문에, 어댑티브 모션의 구현이 가능한 바 이에 대해서는 후술하기로 한다.

이상 상기 제1 와이어 장력 조절부(130)에 대하여 설명하였다.

상기 제2 와이어 장력 조절부(140)는, 상기 제1 와이어 장력 조절부(130)에 대하여 상기 회전 축(122)의 길이방향으로 마련되며, 상기 제1 와이어 장력 조절부(130)에 대응하는 구성을 포함할 수 있다.

즉, 상기 제2 와이어 장력 조절부(140)는 회전 축(122)의 반경 방향을 따라, 제2 탄성 부재(142), 제2 지지 회전판(142), 제2 와이어 장력 조절 회전판(141)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제2 탄성 부재(142)는 코일부 및 상기 코일부의 일 단에 마련된 선형부(144)를 포함할 수 있다.

상기 제2 지지 회전판(142)은 상기 제2 탄성 부재(142)의 반경 방향에 배치되되, 상기 제2 탄성 부재(142)의 코일부를 감싸도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 제2 와이어 장력 조절부(140)는 상기 회전 축(122)에 연결되되, 상기 회전 축(122)의 반경 방향으로 연장하는 회전 날개(146)를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 와이어 장력 조절 회전판(141)의 외주면에는 제2-1 와이어(174) 및 제2-2 와이어(176)의 일 단이 고정 결합될 수 있다. 예를 들어, 제2-1 와이어(174) 및 제2-2 와이어(176)은 상기 제2 와이어 장력 조절 회전판(141)의 원주 방향을 따라 소정 각도 예를 들어, 180도 이격되어, 고정 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 와이어 장력 조절 회전판(141)의 회전 방향에 따라 제2-1 와이어(174) 및 제2-2 와이어(176) 각각의 장력이 조절될 수 있다.

상기 제2 와이어 장력 조절 회전판(141)은 상기 회전 축(122)의 회전에 연동하여 회전할 수 있도록 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 회전 축(122)이 회전하는 경우, 상기 제2 와이어 장력 조절 회전판(141)도 회전하게 되고, 따라서, 제2-1 와이어(174) 및 제2-2 와이어(176) 각각의 장력이 조절될 수 있다. 제2-1 와이어(174) 및 제2-2 와이어(176) 각각의 장력이 조절됨에 따라 제2 링크(170)의 굽힘 및/또는 펼침 동작이 구현될 수 있다.

상기 제2 와이어 장력 조절 회전판(141)은 회전 날개(146)의 움직임 범위를 제한하는 제2-1 돌기(147) 및 제2-2 돌기(148) 및 지지턱(149)이 마련될 수 있다.

상기 제2 와이어 장력 조절부(140)의 각 구성의 기능 및 효과는 상술한 제1 와이어 장력 조절부(130)에 대응하므로 구체적인 설명을 생략하였다.

상기 회전 축(122)의 제1 및 제2 와이어 장력 조절부(130, 140)에 대하여 상기 회전 축(122)의 길이방향으로 제3-1 와이어(184) 및 제3-2 와이어(186)이 고정 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 회전 축(122)의 외주면에는 제3-1 와이어(184) 및 제3-2 와이어(186)의 일 단이 고정 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 제3-1 와이어(184) 및 제3-2 와이어(186)은 상기 회전 축(122)의 원주 방향을 따라 소정 각도 예를 들어, 180도 이격되어, 고정 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 회전 축(122)의 회전 방향에 따라 제3-1 와이어(184) 및 제3-2 와이어(186) 각각의 장력이 조절될 수 있다. 이에 따라 제3-1 와이어(184) 및 제3-2 와이어(186)에 연결된 제3 링크(180)의 굽힘 및 펼침이 구현될 수 있다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 상기 전달 프레임(120)과 상기 제1 링크(160) 사이의 일 측에는 제1 조인트 프레임(163)이 마련될 수 있다. 참고로 도 8은 제2 조인트 프레임(173)을 중심으로 한 내부 구성을 도시하나, 이는 제1 및 제3 조인트 프레임(163, 183)에도 적용될 수 있음은 물론이다.

상기 제1 조인트 프레임(163)은 제1 축(162)을 중심으로 회동할 수 있다. 상기 제1 조인트 프레임(163)의 제1 축(162) 중심 회동에 의하여 제1 링크(160)의 굽힘 및/또는 펼침 동작이 구현될 수 있다.

이를 위하여, 상기 제1 조인트 프레임(163)은 일 측면에 상기 제1-1 와이어(164)의 타 단이 고정 결합되는 제1-1 결합구를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 조인트 프레임(163)은 타 측면에 상기 제1-2 와이어(166)의 타 단이 고정 결합되는 제1-2 결합구를 가질 수 있다. 이 때, 제1 축을 중심으로 제1-1 결합구와 제1-2 결합구의 높이 레벨은 상이할 수 있다. 이에 따라, 제1-1 와이어(164)가 당겨지는 경우, 제1 조인트 프레임(163)은 제1 링크(160)에 굽힘 동작을 유발하도록 회동(RM1, 도 9 참조)할 수 있고, 제1-2 와이어(166)가 당겨지는 경우, 제1 조인트 프레임(163)은 wp1 링크(160)에 펼침 동작을 유발하도록 회동(RM2, 도 10 참조)할 수 있다.

한편, 상기 제1 조인트 프레임(163)의 내부로는 제2-1, 제2-2, 제3-1, 제3-2 와이어(174, 176, 184, 186)이 관통할 수 있다.

상기 제2 및 제3 조인트 프레임(173, 183)도 상기 제1 조인트 프레임(163)에 대응하는 구성을 포함할 수 있다.

즉, 제2 조인트 프레임(173)은 제2 축(172)을 중심으로 회동할 수 있다. 상기 제2 조인트 프레임(173)의 제2 축(172) 중심 회동에 의하여 제2 링크(170)의 굽힘 및/또는 펼침 동작이 구현될 수 있다.

이를 위하여, 상기 제2 조인트 프레임(173)은 일 측면에 상기 제1-1 와이어(174)의 타 단이 고정 결합되는 제1-1 결합구를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 조인트 프레임(173)은 타 측면에 상기 제1-2 와이어(176)의 타 단이 고정 결합되는 제1-2 결합구를 가질 수 있다. 이 때, 제2 축을 중심으로 제1-1 결합구와 제1-2 결합구의 높이 레벨은 상이할 수 있다.

한편, 상기 제2 조인트 프레임(173)의 내부로는 제3-1, 제3-2 와이어(184, 186)이 관통할 수 있다.

또한, 제3 조인트 프레임(183)은 제2 축(182)을 중심으로 회동할 수 있다. 상기 제3 조인트 프레임(183)의 제2 축(182) 중심 회동에 의하여 제2 링크(180)의 굽힘 및/또는 펼침 동작이 구현될 수 있다.

이를 위하여, 상기 제3 조인트 프레임(183)은 일 측면에 상기 제3-1 와이어(184)의 타 단이 고정 결합되는 제1-1 결합구를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 조인트 프레임(183)은 타 측면에 상기 제3-2 와이어(186)의 타 단이 고정 결합되는 제1-2 결합구를 가질 수 있다. 이 때, 제1-1 결합구와 제1-2 결합구의 높이 레벨은 상이할 수 있다.

도 11 내지 도 14는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 의수 모듈의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 링크들(160, 170, 180)이 펼쳐진 초기 상태에서, 모터(114)가 회전 구동할 수 있다. 상기 모터(114)의 회전 구동은 상기 회전 축(122)이 RMa 방향으로 회전 하도록 회전력을 제공할 수 있다.

도 12를 참조하면, 상기 회전 축(122)의 회전에 따라. 제1 와이어 장력 조절 회전판(131), 제2 와이어 장력 조절 회전판(141)도 RMa 방향으로 회전하게 된다.

이에 따라, 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)의 외주면에 고정 결합된 제1-1 와이어(164)의 장력(T1)이 증가하게 된다. 따라서, 제1-1 와이어(164)에 결합된 제1 조인트 프레임(163)이 R1 방향으로 회전하게 되므로, 제1 링크(160)가 굽힘 동작하게 된다.

또한, 제2 와이어 장력 조절 회전판(141)의 외주면에 고정 결합된 제2-1 와이어(174)의 장력(T2)이 증가하게 된다. 따라서, 제2-1 와이어(174)에 결합된 제2 조인트 프레임(173)이 R2 방향으로 회전하게 되므로, 제2 링크(170)가 굽힘 동작하게 된다.

또한, 상기 회전 축(122)에 고정 결합된 제3-1 와이어(184)의 장력(T3)이 증가하게 된다. 따라서, 제3-1 와이어(184)에 결합된 제3 조인트 프레임(183)이 R3 방향으로 회전하게 되므로, 제3 링크(180)가 굽힘 동작하게 된다.

상기 회전 축(122)이 지속적으로 RMa 방향으로 회전하는 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 링크(160, 170, 180)는 각각 약 90도 굽힘 동작할 수 있다.

한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 각 링크들의 굽힘 동작 중 어느 하나의 링크 예를 들어, 제1 링크(160)에 물체(Obj)가 접촉(CP)될 수 있다. 이 경우, 제1 와이어 장력 조절 회전판(131)은 더 이상 RMa 방향으로 회전하지 못하나, 회전 축(122)은 제1 탄성 부재(132)의 변형을 통하여 RMa 방향으로 더 회전할 수 있다. 이에 따라, 제1 링크(160)의 회동이 중지된 상태에서도, 제2 및 제3 링크(170, 180)는 독립적으로 회동할 수 있다.

만약 제2 및 제3 링크(170, 180)가 추가적으로 굽힘 동작하는 중, 제2 링크(170)가 물체(Obj)와 또 접촉하는 경우, 제2 와이어 장력 조절 회전판(141)은 더 이상 RMa 방향으로 회전하지 못하나, 회전 축(122)은 제2 탄성 부재(142)의 변형을 통하여 RMa 방향으로 더 회전할 수 있다. 이에 따라, 제1 링크(160) 뿐 아니라 제2 링크(170)의 회동이 중지된 상태에서도, 제3 링크(180)는 독립적으로 회동할 수 있다.

이에 따라, 제1 내지 제3 링크(160, 170, 180) 각각의 독립적인 회동이 가능하므로, 물체의 형상에 대응하여, 제1 내지 제3 링크(160, 170, 180) 각각의 회동 각도가 조절되는 어댑티브 모션이 가능케된다.

한편, 모터(114)의 회전력이 제거되는 경우, 제1 탄성 부재(132) 및/또는 제2 탄성 부재(142)의 변형이 복원되면서, 제1-2 와이어(166) 및/또는 제2-2 와이어(176)의 장력이 증가할 수 있다. 이에 따라, 제1 조인트 프레임(163) 및/또는 제2 조인트 프레임(173)이 R1 및 R2와 역 방향으로 회전하게 되므로, 제1 링크(160) 및/또는 제2 링크(170)가 초기 상태로 복귀할 수 있다.

또한, 모터(114)가 역 방향으로 회전함에 따라, 상기 회전 축(122)이 RMa와 반대 방향으로 회전하는 경우, 제1-2 와이어(166), 제2-2 와이어(176), 제3-2 와이어(186)의 장력이 증가할 수 있다. 이 경우, 제1-2 와이어(166), 제2-2 와이어(176), 제3-2 와이어(186)의 장력이 증가에 의하여 제1 내지 제3 조인트 프레임(163, 173, 183)이 회동하게 되고, 각 조인트 프레임에 연결된 제1 링크(160), 제2 링크(170) 및 제3 링크(180)가 펼침 구동할 수 있다.

도 15는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 움직임 센서를 설명하기 위한 도면이다.

도 15를 참조하면, 의수 모듈(100)은 잔존하는 손가락에 착용되되, 상기 잔존하는 손가락의 움직임을 센싱하는 움직임 센서가 마련된, 손가락 견착부(190) 및 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 잔존하는 손가락은 엄지 손가락일 수 있다. 상기 제어부는 상기 움직임 센서에 의하여 센싱된 손가락 움직임에 대응하는 모터 구동 신호를 생성하여 상기 모터(114)에 제공할 수 있다.

이에 따라, 제1 내지 제3 링크(160, 170, 180)의 굽힘 및/또는 펼침 구동을 위한 모터(114)의 회전 속도 제어가 가능케될 수 있다. 예를 들어, 엄지 손가락의 굽힘 동작이 빠른 경우, 제1 내지 제3 링크(160, 170, 180)의 굽힘도 빠르도록 모터(114)가 제어될 수 있고, 엄지 손가락의 굽힘 동작이 느린 경우, 제1 내지 제3 링크(160, 170, 180)의 굽힘도 느리도록 모터(114)가 제어될 수 있다.

또한, 링크들이 물체와 접촉한 상태에서 엄지 손가락의 움직임이 물체 방향으로 감지된 경우, 더 강한 파지력이 발생되도록, 제어부는 모터 구동 신호를 생성할 수 있다.

이상 도 1 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 의수 모듈(100)을 설명하였다. 이하 도 15 내지 도 25를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 의수 모듈(200)을 설명하기로 한다.

도 16은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 의수 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 17 내지 도 19는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 의수 모듈의 외형을 상세히 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 의수 모듈(200)은 제1 실시 예와 달리, 모터 가 링크에 마련될 수 있다. 이에 따라 제2 실시 예는 견착부의 무게를 줄일 수 있다.

도 16을 참조하면, 제2 실시 예에 따른 의수 모듈(200)은 연결 프레임(220) 및 링크들(240, 260, 280) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 견착부(210)는 신체의 일 측에 장착될 수 있다. 제1 실시 예에서는 견착부에 모터가 수용되었으나, 제2 실시 예에서는 링크에 모터가 수용될 수 있다. 이 때, 배터리도 링크에 수용될 수 있으며, 이와 달리 견착부에 수용될 수도 있다.

상기 연결 프레임(220)은 상기 견착부(210)에 탈착될 수 있다. 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 연결 프레임(220)은 상기 견착부(210)에 C1 방향으로 결합될 수 있고, C1과 역 방향으로 분리될 수 있다.

이 때, 상기 연결 프레임(220)은 탄성부(222)와 커넥터(224)를 포함할 수 있다.

상기 탄성부(222)는 상기 연결 프레임(220)과 상기 견착부(210) 사이에 위치할 수 있다. 이로써, 상기 탄성부(222)는 도 16의 AB 방향 움직임을 허용할 수 있다. 다시 말해, 상기 탄성부(222)에 의하여, 상기 연결 프레임(220)이 상기 견착부(210)에 대하여 벌림 및 모음 방향으로 움직일 수 있다. 이를 위해, 상기 탄성부(222)는 리프 스프링(leaf spring)으로 마련될 수 있다.

상기 커넥터(224)는 상기 견착부(210)의 커넥터와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 커넥터들을 통하여 링크에 수용된 모터 제어를 위한 제어 신호가 전달될 수 있다.

상기 연결 프레임(220)의 일 측에는 링크들 예를 들어, 제1 링크(240), 제2 링크(260), 및 제3 링크(280)가 순차적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 링크(240), 제2 링크(260), 및 제3 링크(280)는 각각 손가락의 기절골, 중절골, 말절골에 대응될 수 있다.

도 16 내지 도 18을 참조하면, 상기 제1 링크(240)는 연결 프레임(220)에 대하여 굽힘 및 펼침이 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 링크(240)는 제1 축(251)을 중심으로 굽힘 및/또는 펼침 회동할 수 있다.

상기 제2 링크(260)는 상기 제1 링크(240)에 대하여 굽힘 및 펼침이 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 링크(260)는 제2 축(271)을 중심으로 굽힘 및/또는 펼침 회동할 수 있다.

상기 제3 링크(280)는 상기 제2 링크(160)에 대하여 굽힘 및 펼침이 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 링크(280)는 제3 축(281)을 중심으로 굽힘 및/또는 펼침 회동할 수 있다.

상기 제1 링크(240)는 모터(244)가 수용되는 제1 바디(242), 상기 제1 바디(242)에 대하여 제1 탄성 부재(259)에 의하여 연결되는 제1 조인트 프레임(250)을 포함할 수 있다.

즉, 제1 실시 예와 달리, 상기 모터(244)가 상기 제1 링크(240) 내측에 마련될 수 있다. 이 때 배터리는 제1 링크(240) 내측에 마련될 수도 있고 견착부(210)에 마련될 수도 있다.

상기 제1 링크(240)는 제1 바디(242)와 상기 제1 바디(242)에 경우에 따라 상대 회동 가능한 제1 조인트 프레임(250)을 포함할 수 있다. 상기 제1 조인트 프레임(250)은 제1 축(251)을 중심으로 회동할 수 있다. 상기 제1 조인트 프레임(250)이 제1 축(251)을 중심으로 회동하는 경우, 상기 제1 조인트 프레임(250)과 제1 탄성 부재(259)에 의하여 연결된 제1 바디(242)도 회동할 수 있다. 다만, 제1 바디(242)가 물체와 접촉하여 더 이상의 회동이 불가능한 경우에도 제1 조인트 프레임(250)은 상기 제1 탄성 부재(259)의 변형에 의하여 추가적으로 더 회동할 수 있다. 이에 따라 어댑티브 모션이 가능케 되는 바, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 제2 링크(260)도 제2 바디(262)와 상기 제2 바디(262)에 경우에 따라 상대 회동 가능한 제2 조인트 프레임(260)을 포함할 수 있다. 상기 제2 조인트 프레임(270)은 제2 축(271)을 중심으로 회동할 수 있다. 상기 제2 조인트 프레임(270)이 제2 축(271)을 중심으로 회동하는 경우, 상기 제2 조인트 프레임(270)과 제2 탄성 부재(279)에 의하여 연결된 상기 제2 조인트 프레임(270)의 회동에 연동하여 제2 바디(262)도 회동할 수 있다. 다만, 제2 바디(262)가 물체와 접촉하여 더 이상의 회동이 불가능한 경우에도 제2 조인트 프레임(270)은 상기 제1 탄성 부재(279)의 변형에 의하여 추가적으로 더 회동할 수 있다. 이에 따라 어댑티브 모션이 가능케 되는 바, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 제3 링크(280)는 제3 바디(282)와 상기 제3 바디(282)를 회동시키도록 제3 축(281)을 중심으로 회전하는 제3 조인트 프레임(290)을 포함할 수 있다.

상기 제1 내지 제3 조인트 프레임 각각의 일 측면에는 제1-1 와이어, 제2-1 와이어 및 제3-1 와이어가 고정 결합되고, 상기 제1 내지 제3 조인트 프레임 각각의 타 측면에는 제1-2 와이어, 제2-2 와이어, 제3-2 와이어가 고정 결합될 수 있다. 제1-1 와이어, 제2-1 와이어 및 제3-1 와이어의 장력이 증가하는 경우, 제1 내지 제3 조인트 프레임은 링크들의 굽힘 동작을 위하여 회동하고, 이와 달리 제1-2 와이어, 제2-2 와이어, 제3-2 와이어의 장력이 증가하는 경우, 제1 내지 제3 조인트 프레임은 링크들의 펼침 동작을 위하여 회동할 수 있다. 상기 조인트 프레임의 구체적인 형상 및 기능은 앞서 제1 실시 예에서 설명한 바 조인트 프레임과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 20 내지 22는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 의수 모듈의 내부를 상세히 설명하기 위한 도면이다.

도 20은 특히, 연결 프레임(220)과 제1 링크(240)의 내부 연결 관계를 상세히 도시한다.

도 20을 참조하면, 상기 제1 링크(240)에는 모터(244)의 회전력을 전달하는 제1 회전 부재(245)가 마련될 수 있다. 즉, 상기 모터(244)가 회전하는 경우, 상기 모터(244)의 회전 축과 동일한 방향으로 제1 회전 부재(245)도 회전할 수 있다.

상기 연결 프레임(220)에는 상기 제1 회전 부재(245)의 각도와 무관하게 등속도로 회전하는 제2 회전 부재(230)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 회전 부재(245)와 제2 회전 부재(230)는 등속 조인트로 연결될 수 있다.

상기 제1 회전 부재(245)의 주변에는 제1 조인트 프레임(250)이 마련될 수 있다.

또한, 상기 제2 회전 부재(230)와 상기 제1 조인트 프레임(250)은 제1-1 와이어와 제1-2 와이어로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1-1 와이어와 제1-2 와이어의 일 단은 상기 제2 회전 부재(230)의 제1 결합공(232)과 제2 결합공(234)에 각각 고정 결합되고, 제1-1 와이어와 제1-2 와이어의 타 단은 상기 제1 조인트 프레임(250)에 고정 결합될 수 있다.

이에 따라 제1 링크(240)의 모터(244)가 회전하는 경우, 제1 회전 부재(245)를 거쳐, 상기 연결 프레임(220)의 제2 회전 부재(230)에 회전력이 전달될 수 있다. 상기 제2 회전 부재(230)가 회전하는 경우, 상기 제2 회전 부재(230)에 연결된 제1-1 와이어 및 제1-2 와이어의 장력이 조절될 수 있다. 와이어의 장력 조절에 의하여 상기 제1 조인트 프레임(250)의 굽힘 방향 회동 또는 펼침 방향 회동이 조절될 수 있다. 상기 제1 조인트 프레임(250)의 회동에 의하여, 제1 탄성 부재(259)를 통하여 연결된 제1 바디(242)가 굽힘 또는 펼침 동작할 수 있는 것이다. 즉, 모터(244)의 회전력이 제1 링크(240)에서 연결 프레임(220)으로 전달되고, 다시 연결 프레임(220)에서 제1 링크(240)로 전달되는 것이다.

이 때, 상기 1 회전 부재(245)와 제2 회전 부재(230)는 등속 조인트로 연결되기 때문에, 상기 연결 프레임(220)에 대한 제1 링크(240)의 회동 각도에 무관하게, 제1-1 와이어 및 제1-2 와이어의 장력이 조절이 가능한 것이다.

도 21을 참조하면, 상기 제1 바디(242)의 내측에는 제2 링크(260)의 회동을 제어하는 제2-1 와이어(284) 및 제2-2 와이어(286) 및 제3 링크(280)의 회동을 제어하는 제3-1 와이어(294) 및 제3-2 와이어(296)이 수용될 수 있다.

제2-1 와이어(284) 및 제2-2 와이어(286) 및 제3-1 와이어(294) 및 제3-2 와이어(296)의 일 단은 상기 제1 회전 부재(245)에 고정 결합될 수 있다.

도 22를 참조하면, 상기 제1 회전 부재(245)에는 상기 제1 회전 부재(245)의 외주면에 원주 방향을 따라 제2-1 와이어(284)가 고정 결합되는 제2-1 결합구(246), 제2-2 와이어(286)가 고정 결합되는 제2-2 결합구(247)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 제1 회전 부재(245)에는 상기 제1 회전 부재(245)의 외주면에 원주 방향을 따라 제3-1 와이어(294)가 고정 결합되는 제3-1 결합구(248), 제3-2 와이어(296)가 고정 결합되는 제3-2 결합구(249)가 마련될 수 있다.

이 때, 제2-1 결합구(246), 제2-2 결합구(247) 및 제3-1 결합구(248) 제3-2 결합구(249)은 상기 제1 회전 부재(245)의 길이방향으로 소정 거리 이격될 수 있다.

제2-1 와이어(284) 및 제2-2 와이어(286) 및 제3-1 와이어(294) 및 제3-2 와이어(296)의 일 단이 상기 제1 회전 부재(245)에 결합되기 때문에, 모터(244)의 회전력은, 제1 회전 부재(245)를 통하여 제2-1 와이어(284) 및 제2-2 와이어(286) 및 제3-1 와이어(294) 및 제3-2 와이어(296)에 전달될 수 있다. 즉, 모터(244)의 회전에 의하여 제2-1 와이어(284) 및 제2-2 와이어(286) 및 제3-1 와이어(294) 및 제3-2 와이어(296)의 장력이 조절될 수 있다.

도 23 내지 도 25는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 의수 모듈의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 23 및 도 24를 참조하면, 링크들(240, 260, 280)이 펼쳐진 상태에서, 모터(244)가 회전 구동할 수 있다. 상기 모터(244)의 회전 구동에 의하여 R1a 방향의 회전이 생성될 수 있다.

상기 모터(244)가 R1a 방향으로 회전하는 경우, 연결 프레임(220)의 제2 회전 부재(230)가 R2a 방향으로 회전할 수 있다. 제2 회전 부재(230)가 R2a 방향으로 회전하는 경우, 제2 회전 부재(230)에 연결된 제1-1 와이어의 장력이 증가할 수 있다. 이에 따라 제1-1 와이어에 연결된 제1 조인트 프레임(250)에 제1 축(251)을 중심으로 R3a 방향으로 회전하고자 하는 회전력이 생성될 수 있다. 따라서, 제1 조인트 프레임(250)과 연결된 제1 바디(242)가 R3a 방향으로 굽힘 동작할 수 있는 것이다.

또한, 상기 모터(244)가 R1a 방향으로 회전하는 경우, 제1 회전 부재(245)도 R2a 방향으로 회전할 수 있다. 상기 제1 회전 부재(245)가 R2a 방향으로 회전하는 경우, 제1 회전 부재(245)에 연결된 제2-1 와이어(284)의 장력이 증가할 수 있다. 이에 따라 제2-1 와이어(284)에 연결된 제2 조인트 프레임(270)에 제2 축(271)을 중심으로 R4a 방향으로 회전하고자 하는 회전력이 생성될 수 있다. 따라서, 제2 조인트 프레임(270)과 연결된 제2 바디(262)가 R4a 방향으로 굽힘 동작할 수 있다.

이와 같은 방식으로, 상기 모터(244)가 R1a 방향으로 회전하는 경우, 제1 회전 부재(245)도 R2a 방향으로 회전할 수 있다. 상기 제1 회전 부재(245)가 R2a 방향으로 회전하는 경우, 제1 회전 부재(245)에 연결된 제3-1 와이어(294)의 장력이 증가할 수 있다. 이에 따라 제3-1 와이어(294)에 연결된 제3 조인트 프레임에 제3 축(291)을 중심으로 회전하고자 하는 회전력이 생성될 수 있다. 따라서, 제3 조인트 프레임과 연결된 제3 바디가 굽힘 동작할 수 있다.

한편, 각 링크의 회동 중, 어느 링크가 물체(Obj)와 접촉(CP)할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 제2 링크(260)가 물체(Obj)와 접촉(CP)한 경우를 상정하기로 한다.

도 25(a)를 참조하면, 제2 링크(260)가 R4a 방향으로 회동 중, 제2 링크(260)가 물체(Obj)와 접촉(CP) 함에 따라, 제2 링크가 더 이상 R4a 방향으로 회동하지 못하는 상황이 발생할 수 있다.

이 경우, 도 25(b)에 도시된 바와 같이, 제2 링크(260)의 제2 바디(262)의 회동은 물체에 의하여 정지된 상태에서, 제2 바디(262)에 대하여 제2 조인트 프레임 (270)은 상대 회동할 수 있다. 이 때, 제2 바디(262)은 회동하지 못하기 때문에 제2 탄성 부재(279)의 변형이 유발될 수 있다. 즉, 제1 회전 부재(245)가 회전 함에 따라, 제2 바디(262)는 회전하지 못하더라도, 제2 탄성 부재(279)의 변형에 의하여 제2 조인트 프레임(270)은 제2 축(271)을 중심으로 회전(R4a')하게 된다.

또한, 제3 링크(280)는 제2 링크(260)가 물체와 접촉한 상태에서도 모터(244)에 의하여 제1 회전 부재(245)가 지속적으로 회전할 수 있으므로, 제3 축(281)을 중심으로 R5 회동을 지속할 수 있다.

이에 따라, 제2 실시 예도, 어댑티브 모션을 구현할 수 있다.

한편, 모터(244)의 회전력이 제거되는 경우, 제1 탄성 부재(259) 및/또는 제2 탄성 부재(279)의 변형이 복원되면서, 제1-2 와이어 및/또는 제2-2 와이어(286)의 장력이 증가할 수 있다. 이에 따라, 제1 조인트 프레임(250) 및/또는 제2 조인트 프레임(270)이 R3a 및 R4a의 역 방향으로 회전하게 되므로, 제1 링크(240) 및/또는 제2 링크(260)의 자세가 복귀될 수 있다.

또한, 모터(244)가 역 방향으로 회전함에 따라, R1a와 반대 방향으로 회전하는 경우, 제1-2 와이어, 제2-2 와이어(286), 제3-2 와이어(296)의 장력이 증가할 수 있다. 이 경우, 제1-2 와이어, 제2-2 와이어(286), 제3-2 와이어(296)의 장력이 증가에 의하여 제1 내지 제3 조인트 프레임이 회동하게 되고, 각 조인트 프레임에 연결된 제1 링크(240), 제2 링크(260) 및 제3 링크(280)가 펼침 구동할 수 있다.

또한, 제2 실시 예에 따른 의수 모듈(200)도, 제1 실시 예의 도 15를 참조하여 설명한, 잔존하는 손가락에 착용되되, 상기 잔존하는 손가락의 움직임을 센싱하는 움직임 센서가 마련된, 손가락 견착부 및 제어부를 더 포함할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 15를 참조하여 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims

배터리 및 상기 배터리에 구동되는 모터가 수용되는 견착부;
상기 견착부의 일 측에 마련되며, 상기 모터의 회전력에 따라 회전하는 회전 축, 상기 회전 축의 일 측에 마련되고, 제1-1 와이어 및 제1-2 와이어가 고정된 제1 와이어 장력 조절 회전판 및 상기 회전 축과 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판 사이에 마련되어, 상기 회전 축의 회전력을 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판으로 전달하여 상기 제1-1 와이어 및 상기 제1-2 와이어의 장력을 조절하는 제1 탄성 부재를 포함하는, 전달 프레임; 및
상기 전달 프레임의 일 측에 마련되며, 상기 제1-1 와이어 및 상기 제1-2 와이어의 장력에 따라 제1 방향 또는 제2 방향으로 회동하도록 상기 제1-1 와이어 및 상기 제1-2 와이어가 각각 일 측과 타 측에 연결되는 제1 조인트 프레임을 포함하는 제1 링크;를 포함하는 의수 모듈.
제1 항에 있어서,
상기 견착부는 손등 부위에 장착되는, 의수 모듈.
제1 항에 있어서,
상기 제1 링크가, 상기 제1 방향으로 회동함에 따라 물체와 접촉하는 경우, 상기 회전 축은 상기 제1 탄성 부재의 변형에 의해 회전이 정지된 제1 와이어 장력 조절 회전판에 대해 상대 회전하는, 의수 모듈.
제3 항에 있어서,
상기 제1 탄성 부재가 변형된 이후, 상기 모터의 회전력이 제거되는 경우, 상기 제1 와이어 장력 조절 회전판은 상기 제1 탄성 부재의 복원 에너지에 의하여 초기 위치로 복귀하며,
상기 제1 와이어 장력 조절 회전판이 초기 위치로 복귀하는 경우, 상기 제1-2 와이어의 장력 증가에 의해 상기 제1 링크가 상기 제2 방향으로 회동하는, 의수 모듈.
제1 항에 있어서,
상기 전달 프레임의 상기 회전 축에 고정되어, 상기 회전 축의 회전에 따라 장력이 조절되는 제3-1 와이어 및 제3-2 와이어;
상기 제3-1 와이어 및 상기 제3-2 와이어의 장력에 따라 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 회동하도록 상기 제3-1 와이어 및 상기 제3-2 와이어가 각각 일 측과 타 측에 고정되는 제3 조인트 프레임을 포함하는 제3 링크를 포함하는, 의수 모듈.
제5 항에 있어서,
상기 전달 프레임은,
상기 회전 축의 일 측에 마련되고, 제2-1 와이어 및 제2-2 와이어가 고정된 제2 와이어 장력 조절 회전판 및 상기 회전 축과 상기 제2 와이어 장력 조절 회전판 사이에 마련되어, 상기 회전 축의 회전력을 상기 제2 와이어 장력 조절 회전판으로 전달하여 상기 제2-1 와이어 및 상기 제2-2 와이어의 장력을 조절하는 제2 탄성 부재를 더 포함하며,
상기 제3 링크와 상기 제1 링크 사이에 마련되며, 상기 제2-1 와이어 및 상기 제2-2 와이어의 장력에 따라 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 회동하도록 상기 제2-1 와이어 및 상기 제2-2 와이어가 각각 일 측과 타 측에 연결되는 제2 조인트 프레임을 포함하는 제2 링크를 포함하는 의수 모듈.
제6 항에 있어서,
상기 제1 및 상기 제2 링크가 상기 제1 방향으로의 회동 중 어느 하나의 링크와 물체가 접촉하는 경우, 상기 접촉된 링크의 상기 제1 방향 회동은 멈춘 상태에서, 상기 접촉된 링크와 연결된 탄성 부재가 변형함으로써, 상기 제1 및 상기 제2 링크가 서로 독립적으로 회동하는, 의수 모듈.
모터가 수용되는 제1 바디, 상기 제1 바디에 대하여 제1 탄성 부재에 의하여 연결되는 제1 조인트 프레임 및 상기 모터의 회전력에 의하여 회전하는 제1 회전 부재를 포함하는 제1 링크;
상기 제1 링크의 일 측에 마련되며, 상기 제1 회전 부재와의 각도와 무관하게 등속도로 회전하는 제2 회전 부재가 수용되는 연결 프레임; 및
일 단이 상기 제2 회전 부재에 고정되고, 타 단이 상기 제1 조인트 프레임에 연결되되, 상기 모터의 회전력에 의하여 상기 제1 링크를 제1 방향 또는 제2 방향으로 회동시키도록 장력이 조절되는 제1-1 와이어 및 제1-2 와이어를 포함하는 의수 모듈.
제8 항에 있어서,
신체의 일 측에 견착되며, 상기 연결 프레임이 연결되는 견착부를 더 포함하고,
상기 연결 프레임과 상기 견착부 사이에는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직 방향으로, 상기 연결 프레임의 움직임을 허용하는 탄성부가 마련되는, 의수 모듈.
제8 항에 있어서,
상기 제1 조인트 프레임은, 상기 모터의 회전력에 의한 상기 제1-1 와이어의 장력 증가에 따라, 상기 제1 방향으로 회동하고,
상기 제1 조인트 프레임이 상기 제1 방향으로 회동함에 따라, 상기 제1 조인트 프레임과 상기 제1 탄성 부재로 연결된 제1 바디도 상기 제1 방향으로 회동하며,
상기 제1 바디가, 상기 제1 방향으로 회동함에 따라 물체와 접촉하는 경우, 상기 제1 바디의 회동이 정지된 상태에서, 상기 제1 탄성 부재에 변형에 의하여, 상기 제1 조인트 프레임이 상기 제1 방향으로 더 회동하는, 의수 모듈.
제10 항에 있어서,
상기 제1 탄성 부재가 변형된 이후, 상기 모터의 회전력이 제거되는 경우, 상기 제1 조인트 프레임은, 상기 제1 탄성 부재의 복원 에너지에 의하여 상기 제2 방향으로 회동하는, 의수 모듈.
제8 항에 있어서,
상기 제1 회전 부재의 회전에 따라 장력이 조절되도록 일 단이 상기 제1 회전 부재에 고정되는 제2-1 와이어 및 제2-2 와이어; 및
상기 제1 링크의 타 측이 마련되며, 상기 제2-1 와이어 및 상기 제2-2 와이어의 장력에 따라 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향으로 회동하도록 상기 제2-1 와이어 및 상기 제2-2 와이어가 각각 일 측과 타 측이 고정되는 제2 조인트 프레임, 상기 제2 조인트 프레임과 제2 탄성 부재로 연결되는 제2 바디로 이루어진 제2 링크를 포함하는, 의수 모듈.
제12 항에 있어서,
상기 모터가 회전력에 의하여, 상기 제1 방향으로 상기 제1 링크의 회동 중 물체가 접촉하는 경우, 상기 제1 링크의 상기 제1 방향 회동은 멈춘 상태에서, 상기 제2 링크는 상기 제1 링크와 독립적으로 상기 제1 방향으로 회동하는, 의수 모듈.
제1 항 또는 제8 항에 있어서,
잔존하는 손가락에 착용되되, 상기 잔존하는 손가락의 움직임을 센싱하는 움직임 센서가 마련된, 손가락 견착부; 및
상기 움직임 센서에 의하여 센싱된 손가락 움직임에 대응하는 모터 구동 신호를 생성하여 상기 모터에 제공하는 제어부를 더 포함하는, 의수 모듈.