KR20230004429A - 손 떨림 안정화를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

사용자의 손에 장착 가능한 회전가능 플라이휠 조립체를 포함하는 손 떨림 안정화용 장치가 제공된다. 회전가능 플라이휠 조립체(23)는 i) 플라이휠 질량(m) 및 플라이휠 직경(d)을 갖는 플라이휠(24), 및 ii) 회전가능 플라이휠 조립체(23)가 약 0.05kgm2/s 내지 약 0.30 kgm2/s의 크기를 갖는 각운동량을 생성하도록 플라이휠 회전 축(38)을 중심으로 플라이휠을 회전 속도(R)로 회전시키도록 구성된 원동기를 포함한다.

Description

손 떨림 안정화를 위한 장치

본 발명은 떨림 안정화 장치 및 방법, 특히 생리학적 및 병리학적인 신체 부위, 특히 손의 떨림을 안정화하는 데 사용하기 위한 자이로스코프 장치에 관한 개선 사항 또는 이에 관한 것이다.

US5058571은 배터리 구동 자이로스코프가 스트랩에 의해 손의 뒷면에 대해 고정되는 초기 제안을 설명한다. 자이로스코프는 회전하는 축의 방향을 유지하고 해당 방향을 변경하려는 모든 동작에 저항한다. 따라서 자이로스코프를 사용하는 이론은 근육 떨림이 시작되면 손의 움직임이 발생하지만 자이로스코프는 해당 움직임에 대해 작용하여 떨림을 실질적으로 상쇄한다는 것이다.

출원인의 초기 특허 출원인 WO2016/102958A1은 떨림 안정화를 위한 자이로스코프 장치를 개시한다. 자이로스코프 장치는 자이로스코프 장치의 하우징 내의 턴테이블에 차례로 장착되는 짐벌에 장착된 회전가능 플라이휠을 포함한다. 짐벌은 플라이휠의 세차 운동을 허용하고 플라이휠과 짐벌은 떨림의 방향과 일치하도록 턴테이블에서 회전할 수 있다. 플라이휠의 세차 운동을 제어하기 위해 탄성 중합체 댐퍼가 제공된다.

본 발명의 양태에 따라서, 사용자의 손에 장착 가능한 회전가능 플라이휠 조립체를 포함하는 손 떨림 안정화용 장치로서, 회전가능 플라이휠 조립체는 i) 플라이휠 질량(m) 및 플라이휠 직경(d)을 갖는 플라이휠, 및 ii) 회전가능 플라이휠 조립체가 약 0.05kgm2/s 내지 약 0.30 kgm2/s의 크기를 갖는 각운동량을 생성하도록 플라이휠 회전 축을 중심으로 플라이휠을 회전 속도(R)로 회전시키도록 구성된 원동기를 포함한다.

유리하게는, 이러한 각운동량 범위는 자발적인 움직임을 방해하지 않으면서 효과적인 손 떨림 안정화를 제공한다는 것이 밝혀졌다. 이 범위 미만의 각운동량은 떨림 안정화에 효과가 없는 것으로 나타났고, 이 범위를 초과하는 각운동량은 수의적 움직임을 억제하는 것으로 나타났다.

선호되는 예에서, 플라이휠의 질량(m)은 2kg 이하, 바람직하게는 1kg 이하, 보다 바람직하게는 0.5kg 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.05kg 내지 0.5kg, 더욱 바람직하게는 약 0.1kg 내지 0.2k이다.

선호되는 예에서, 플라이휠 직경(d)은 약 150mm 이하, 보다 바람직하게는 약 100mm 이하, 보다 바람직하게는 약 80mm 이하, 더욱 바람직하게는 약 50mm이다.

선호되는 예에서, 플라이휠의 회전 속도(R)는 약 5,000RPM 내지 70,000RPM, 바람직하게는 약 10,000RPM 내지 30,000RPM, 더욱 바람직하게는 약 15,000RPM 내지 약 30,000RPM이다.

이러한 장치는 효과적인 떨림 안정화를 제공하면서 사용자의 손에 착용하기에 적합한 것으로 밝혀졌다.

일부 예에서, 장치는 회전가능 플라이휠 조립체가 사용자의 손에 장착될 때 사용자의 손의 움직임의 특성을 검출하도록 배열된 센서 및 원동기를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 추가로 포함하고, 컨트롤러는 검출된 특성을 기초하여 회전 속도(R)에서 플라이휠을 회전시키기 위해 원동기를 제어하도록 구성된다.

일부 예에서, 센서는 회전가능 플라이휠 조립체가 사용자의 손에 장착될 때 손 떨림의 특성, 예를 들어 손 떨림의 진폭, 진동수 및/또는 가속도를 검출하도록 배열된다.

일부 예에서, 장치는 하우징을 추가로 포함하고, 회전 가능 플라이휠 조립체는 짐벌을 더 포함하고, 플라이휠은 짐벌에 장착되고, 짐벌은 플라이휠이 하우징에 대해 세차할 수 있도록 세차 축을 중심으로 하우징에 피벗식으로 장착된다.

일부 예에서, 하우징은 턴테이블을 포함하고, 짐벌은 세차 축을 정의하기 위해 턴테이블에 피벗식으로 장착되고, 턴테이블은 세차 축이 하우징에 대해 회전할 수 있도록 피벗을 중심으로 회전할 수 있다.

다른 예에서, 하우징은 하우징에 대해 고정된 세차 축을 중심으로 짐벌을 하우징에 피벗식으로 장착하기 위해 짐벌의 힌지 부재와 협력하는 힌지 시트를 포함한다.

바람직하게, 플라이휠은 중심 디스크 부분과 플라이휠 회전축의 축방향으로 연장되는 원주방향 스커트를 포함하고, 원주방향 스커트는 오목한 공동을 형성한다. 오목한 공동은 플라이휠의 총 질량의 적어도 50%, 바람직하게는 플라이휠의 총 질량의 적어도 75%를 포함한다.

본 발명의 추가 양태에 따라서, 손과 같은 사용자 신체의 일부에 부착될 수 있는 하우징, 및 하우징에 장착된 회전가능 플라이휠 조립체를 포함하는 떨림 안정화를 위한 장치로서, 회전가능 플라이휠 조립체는 회전가능 플라이휠 및 플라이휠 회전 축 주위에서 플라이휠을 회전시키도록 배열된 원동기를 포함하고, 플라이휠은 중심 디스크 부분 및 플라이휠 회전 축의 축방향으로 연장되는 원주방향 스커트를 포함하고, 원주방향 스커트는 오목한 공동을 형성하고 플라이휠의 총 질량의 적어도 50%, 바람직하게는 플라이휠의 총 질량의 적어도 75%를 포함한다.

일부 예에서, 원동기는 플라이휠의 오목한 공동에 적어도 부분적으로 중첩된다.

바람직하게, 원통기는 전기 모터를 포함한다. 전기 모터는

약 1 이하의 높이 치수에 수직인 폭 치수에 대한 플라이휠 회전 축의 축방향의 높이 치수의 종횡비; 및/또는

브러시리스 전기 모터; 및/또는

브러시리스 DC 모터; 및/또는

정극성 영구자석 회전자를 포함하는 DC 모터; 및/또는

무슬롯 및/또는 코어리스 권선 및/또는

축방향 플럭스 구성 중 하나 이상을 갖는 전기 모터를 포함한다.

본 발명에 따라, 사용자의 신체 일부, 예를 들어 손에 부착하기 위한 떨림 안정화 장치의 제조 방법으로서, 떨림 안정화 장치는 사용자의 신체 부분에서 떨림을 안정화하기 위해 자이로스코프력을 생성하는 플라이휠을 포함하고,

진동 안정화 장치의 회전가능 플라이휠 조립체를 제공하기 위해 플라이휠을 진동 안정화 장치의 모터에 장착하는 단계 - 회전가능 플라이휠 조립체는 플라이휠을 포함하는 회전 요소 및 모터의 회전자를 포함함 -;

모터를 사용하여 회전 요소를 회전시키는 단계;

회전가능 플라이휠 조립체의 균형을 맞추기 위해 회전 요소로부터 재료를 제거하거나 회전 요소에 재료를 추가하는 단계; 및

진동 안정화 장치의 하우징에 회전가능 플라이휠 조립체를 조립하는 단계를 포함한다.

방법은 회전가능 플라이휠 조립체의 세차 축을 위한 힌지 부재를 포함하는 짐벌에 모터 및 플라이휠을 부착하는 단계, 힌지 부재를 통해 가속도계 조립체에 짐벌을 장착하는 단계, 모터를 사용하여 가속도계 조립체에서 플라이휠을 회전시키는 단계, 및 회전 요소에서 재료를 제거하거나 회전 요소에 재료를 추가하는 단계를 추가로 포함한다.

플라이휠은 플라이휠을 형성하기 위해 선반 상의 재료 블랭크를 회전시킴으로써 제조되며, 회전은 플라이휠의 프로파일을 형성하기 위해 선반의 척 반대편 재료 블랭크의 단부로부터 재료 블랭크로부터 재료를 절단하는 단계를 포함하고 선반 내에서 재료 블랭크를 재클램핑하지 않고 재료 블랭크로부터 플라이휠을 절단하는 단계를 포함한다.

예에서, 재료는 비접촉 공정, 예를 들어 레이저 절제 또는 전자 빔 절제와 같은 절제에 의해 플라이휠로부터 제거되거나 플라이휠에 추가된다.

바람직하게, 플라이휠은 원주면을 포함하고, 플라이휠로부터 재료를 제거하거나 플라이휠에 재료를 추가하는 단계는 플라이휠의 원주 표면의 적어도 2개의 평면으로부터 재료를 제거하거나 재료를 추가하는 단계를 포함한다.

예에서, 방법은 모터를 사용하여 플라이휠을 제1 회전 속도로 회전시키는 단계, 플라이휠에서 재료 제거 또는 플라이휠에 재료 추가하는 단계, 그 다음 모터를 사용하여 제2 회전 속도로 플라이휠을 회전시킨 다음, 플라이휠로부터 재료를 제거하거나 플라이휠에 재료를 추가하는 단계를 포함하며, 제2 회전 속도는 제1 회전 속도보다 더 크다. 본 발명의 추가 양태에서, 상기 방법에 따라 제조된 떨림 안정화 장치를 제공한다.

도 1은 사용자의 손에 착용된 자이로스코프 장치를 포함하는 떨림 안정화 장치를 도시한다.
도 2는 도 1의 떨림 안정화 장치의 자이로스코프 장치를 도시한다.
도 3a 및 3b는 예시적인 자이로스코프 장치의 단면도를 도시한다.
도 4는 다른 예시적인 자이로스코프 장치의 단면도를 도시한다.
도 5a 및 5b는 자이로스코프 장치의 회전 플라이휠 조립체의 세차 운동을 제어하도록 배열된 편향 부재의 확대도를 도시한다.
도 6은 자석을 포함하는 대안적인 편향 부재를 도시한다.
도 7은 세차 축을 제공하기 위한 볼 및 소켓 배열을 갖는 예시적인 자이로스코프 장치를 도시한다.
도 8은 사용자의 손에 부착된 자이로스코프 장치를 도시한다.
도 9a 및 9b는 턴테이블을 갖는 예시적인 자이로스코프 장치를 도시한다.
도 10은 제어기 및 조정가능 힘 편향 부재를 포함하는 자이로스코프 장치의 단면을 도시한다.
도 11은 자이로스코프 장치의 세차 제어 방법을 도시한다.
도 12는 자이로스코프 장치의 플라이휠 회전 속도를 제어하는 방법을 도시한다.
도 13은 상이한 각운동량을 생성하는 자이로스코프 장치에 대한 평균 떨림 진폭 감소를 보여주는 테스트 결과를 도시한다.
도 14a, 14b, 15 및 16은 자이로스코프 장치의 플라이휠 및 회전가능 플라이휠 조립체의 예에 대한 단면도를 도시한다.
도 17은 통합된 모터 및 플라이휠의 예를 도시한다.
도 18a 및 18b는 분리된 모터 및 플라이휠을 갖는 자이로스코프 장치의 단면도를 도시한다.
도 19는 자이로스코프 장치의 예시적인 모터 및 플라이휠 배열을 도시한다.
도 20은 자이로스코프 장치의 모터 제어 회로를 개략적으로 도시한 도면.
도 21은 예시적인 회전가능 플라이휠 조립체를 도시한다.
도 22는 플라이휠과 짐벌 사이에 베어링을 갖는 예시적인 회전가능 플라이휠 조립체를 도시한다.
도 23은 도 21의 플라이휠의 제조방법을 개략적으로 도시한다.

자이로스코프는 플라이휠 회전 축 주위로 회전할 수 있는 회전가능 디스크, 예를 들어 플라이휠을 갖는 장치이다. 플라이휠이 회전할 때, 자이로스코프는 적용 커플의 작용에 저항하고 고정 방향을 유지하려는 경향을 보인다. 자이로스코프가 회전하여 변위를 발생하면, 각 운동량은 플라이휠 회전 축 및 장치 변위 축과 상호 직각인 장치 축의 장동(nutation)을 통해 보존된다.

자이로스코프는 플라이휠의 관성 모멘트, 플라이휠의 각속도, 장동의 각속도와 크기가 비례하는 자이로스코프 모멘트를 가한다. 자이로스코프 모멘트의 방향 벡터는 플라이휠의 각속도 벡터 외적과 장치 장동 각속도에 비례한다.

본 발명 장치에는 하우싱 및 회전가능 자이로스코프 조립체를 갖는 자이로스코프 장치를 포함한다. 회전 가능한 자이로스코프 조립체는 플라이휠 회전 축을 중심으로 회전 가능한 회전가능 플라이휠을 포함한다. 플라이휠은 세차 축을 중심으로 한 회전으로 플라이휠의 변위가 제한되도록 세차 축을 중심으로 세차 운동을 위해 장착된다. 일부 예에서, 플라이휠은 세차 축을 정의하기 위해 하우징에 힌지식으로 부착되는 짐벌에 장착된다. 다른 예에서, 짐벌은 세차 축이 하우징 내에서 회전될 수 있도록 하우징의 턴테이블에 장착된다.

하우징은 사용자의 신체 일부(예: 손)에 부착될 수 있으며, 사용 중 플라이휠이 회전하고 사용자 신체 부분의 떨림으로 인해 세차 축을 중심으로 플라이휠과 짐벌이 변위되어 반대 방향으로 회전하는 힘이 발생하여 떨림을 안정시키는 작용을 한다.

본 발명의 장치는 사용자의 신체의 일부 주위에 이격된 복수의 자이로스코프 장치를 포함할 수 있다.

복수의 자이로스코프 장치는 떨림 또는 회전 변위 동안과 같이 신체의 평형 상태가 교란될 때 신체에 누적 순 자이로스코프 모멘트를 적용하지만 더 작은 자이로스코프의 사용을 허용하여 신체 부분을 가로질러 자이로스코프의 질량을 분산시켜서 장치를 더 쉽게 착용할 수 있도록 하고 또한 장치의 부피를 줄여서 손재주와 움직임을 덜 방해한다.

도 1은 떨림 안정화 장치의 실시예를 도시한다. 떨림 안정화 장치는 손(12)용 장갑(10)에 부착되는 자이로스코프 장치(11)이다. 도시된 실시예에서, 장갑(10)은 손가락(13)과 엄지손가락(14)의 자유로운 움직임을 허용하는 개방형 또는 손가락 없는 유형이다. 바람직하게는, 장갑(10)은 스트랩에 의해 착용자의 손목, 손가락 및 엄지에 부착될 수 있는 자이로스코프 장치(11)를 위한 직물 지지체로서 형성되며, 적절하게는 후크 및 루프 유형의 조절가능 고정 장치를 사용하는 스트랩에 의해 부착될 수 있다. 직물은 부드럽고 편안한 재료로 장시간 편안하게 착용할 수 있는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 직물은 직물을 제자리에 유지하기 위해 부드러운 실리콘 직물 표면과 착용자의 피부 사이에 반 데르 발스 힘이 발생하는 WO 2014/127291에 기술된 유형의 직물이다.

다른 예에서, 장갑(10)은 자이로스코프 장치(11)를 손 또는 사용자 신체의 다른 부분에 견고하게 부착하기 위한 단순한 스트랩 또는 다른 수단으로 대체될 수 있다. 사용자의 신체 부분에 대한 자이로스코프 장치(11)의 부착은 신체 부분으로부터 자이로스코프 장치(11)로 떨림을 전달하고 자이로스코프 장치(11)로부터의 자이로스코프 힘을 사용자의 신체 부분으로 전달하기에 충분히 강성이다.

설명된 예는 사용자의 손(12)에 부착될 수 있는 자이로스코프 장치(11)에 대한 것이지만, 떨림 안정화 장치, 특히 자이로스코프 장치(11)는 그 신체 부분 또는 가까운 신체 부분에서 떨림을 안정화하기 위해 사용자의 신체의 임의의 부분에 부착될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 자이로스코프 장치(11)는 사용자의 팔뚝, 팔뚝, 어깨, 다리 위쪽, 다리 아래쪽, 발목, 목, 몸통 또는 머리에 부착되어 해당 신체 부분의 떨림을 안정화할 수 있다. 상술한 바와 같이, 사용자는 서로 다른 신체 부분에 장착되는 복수의 자이로스코프 장치(11)가 제공될 수 있다. 상이한 자이로스코프 장치(11)는 서로 다른 신체 부분의 떨림을 안정화하는 역할을 할 수 있거나 특정 신체 부분의 떨림을 안정화하기 위해 서로 협력할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 상박에 장착된 제1 자이로스코프 장치(11), 팔뚝에 장착된 제2 자이로스코프 장치(11), 손에 장착된 제3 자이로스코프 장치(11)를 가질 수 있으며, 3개의 자이로스코프 장치(11) 모두는 식사와 같은 작업을 수행하기 위해 안정적인 손을 제공할 목적으로 사용자의 팔과 손의 떨림을 안정화한다.

도 2는 떨림 안정화 장치의 자이로스코프 장치(11)를 도시한다. 자이로스코프 장치(11)는 자이로스코프 장치(11)를 사용자의 신체에 부착하는 데 사용되는 마운트(15), 이 예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 장갑(10) 및 손(12)을 갖는다. 자이로스코프 장치(11)는 다른 구성요소로부터 자이로스코프 장치(11)에 전력 및/또는 제어 신호를 제공하기 위한 케이블(16)을 포함한다. 예를 들어, 배터리와 같은 전원을 포함하는 전원 팩은 사용자의 팔에, 또는 예를 들어 벨트와 같은 사용자의 신체 다른 곳에 부착될 수 있다. 전원 팩은 케이블(16)에 의해 연결된 자이로스코프 장치(11)를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하거나, 자이로스코프 장치(11)가 컨트롤러를 포함할 수 있다.

예를 들어, 전원 팩은 예를 들어 재충전 케이블에 의해 주 전원에 연결하여 재충전할 수 있다. 예에서, 전원 팩은 자이로스코프 장치(11)의 케이블(16) 또는 재충전 케이블에 연결될 수 있는 단일 커넥터를 갖는다. 예에서, 자이로스코프 장치(11)의 케이블(16)은 자기 구성요소를 갖고 전원 팩의 커넥터는 반대 자기 구성요소를 가지므로 자기 구성요소가 자이로스코프 장치(11)의 케이블(16)을 커넥터에 자기적으로 끌어당기는 역할을 한다. 예에서, 전원 팩은 자이로스코프 장치(11)의 케이블(16)의 자기 구성요소를 감지하도록 구성된 센서, 예를 들어 홀 효과 센서를 포함한다. 이 방식으로, 전원 팩은 자이로스코프 장치(11) 또는 재충전 케이블(자기 구성요소를 갖지 않음)에 연결되는 경우 검출할 수 있다. 예를 들어, 전원 팩에 연결되는 재충전 케이블 상의 커넥터는 전원 팩이 착용될 때 재충전 케이블이 전원 팩에 연결되는 것을 방지하도록 구성된 슈라우드를 포함한다.

예를 들어, 슈라우드는 사용자에 대항하여 배치되어 전원 팩이 착용될 때 접근할 수 없는 전원 팩의 일부를 둘러싸도록 배열된 돌출부를 포함할 수 있다. 따라서, 슈라우드는 전원 팩을 착용한 상태에서 충전 케이블이 전원 팩에 연결되는 것을 방지할 수 있다.

일부 예에서, 자이로스코프 장치(11)는 통합 전원, 예를 들어 배터리를 가지며, 이 예에서 케이블(16)은 필요하지 않을 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 자이로스코프 장치(11)는 회전가능 플라이휠 조립체(도 2에 도시되지 않음)를 수용하는 하우징(17)을 포함한다. 하우징(17)은 일반적으로 원주 면(19) 및 대향하는 단부 면(20, 21)을 갖는 원통형이다. 예시된 예에서 하우징(17)의 단부 면(20, 21)은 평면이지만, 다른 예에서 하나 또는 양쪽 단부 면(20, 21)은 곡선형일 수 있고, 예를 들어 손(12)의 등에 부착될 수 있는 사용자의 신체 부분의 윤곽과 일치하도록 곡선형일 수 있다.

도 1 및 도 2에서, 하우징(17)의 단부 면(21)은 사용자의 손(12)의 등에 위치된다. 도시된 예에서 자이로스코프 장치(11)는 마운트(15)에 형성된 구멍(18)을 통과하는 스트랩(명확함을 위해 생략)에 의해 손(12)의 등 및/또는 도 1에 도시된 장갑(10)에 고정 가능한 성형 플레이트(12) 형태의 마운트(15)를 포함한다. 대안적으로, 마운트(15)는 하나 이상의 패스너, 바람직하게는 베이오닛 피팅 또는 클립 등과 같은 신속 릴리스 패스너에 의해 장갑(10)에 장착될 수 있다.

도 3a 및 3b는 고정된 세차 축(34)을 갖는 예시적인 자이로스코프 장치(11)의 단면도를 도시한다. 자이로스코프 장치(11)는 일반적으로 원통형이고 회전가능 플라이휠 조립체(23)가 수용되는 내부 공동(22)을 정의하는 하우징(17)을 포함한다. 회전가능 플라이휠 조립체(23)는 플라이휠(24), 모터(25) 및 짐벌(26)을 포함한다. 모터(25)는 고정자(27) 및 모터 샤프트(29)를 포함하는 회전자(28)를 포함한다. 플라이휠(24)은 모터 샤프트(29)에 장착된다. 플라이휠(24)은 억지 끼워맞춤, 키 샤프트 장치 또는 패스너에 의해 모터 샤프트(29)에 장착될 수 있다. 모터(25)의 고정자(27)는 도 3b에 도시된 바와 같이 하우징(17)에 피벗회전가능하게 장착되는 짐벌(26)에 부착된다. 모터(25)는 플라이휠 회전축(38)을 중심으로 플라이휠(24)을 회전시키도록 되어 있다.

도시된 바와 같이, 짐벌(26)은 모터(25)가 부착되는 평면 부재 형태의 모터 장착 부분(30)을 포함한다. 모터 장착 부분(30)은 모터(25)와 플라이휠(24) 사이에 배치되고, 모터 샤프트(29)가 통과하는 개구(31)를 포함한다. 짐벌(26)은 또한 플라이휠(24)의 외부 에지를 넘어 연장되고 하우징(17)에 형성된 힌지 시트(33)와 협력하여 짐벌(26)과 하우징(17) 사이에 힌지를 제공하는 힌지 부재(32)를 포함한다. 이 방식으로, 회전가능 플라이휠 조립체(23), 특히 짐벌(26), 모터(25) 및 플라이휠(24)은 세차 축(34)에 대한 회전을 위해 하우징(17) 내에 힌지식으로 장착된다. 도 3b에서 세차 축(34)은 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 가로질러 연장된다. 도 3b에서 세차 축(34)은 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 가로질려 연장되고, 도 3a에서 세차 축(34)은 이미지의 평면에 수직이다. 힌지 시트(33)와 힌지 부재(32)는 하우징(17)에 대해 고정된 세차 축(34)을 제공한다.

이로써 모터(25)는 하우징(17) 내에서 플라이휠(24)을 회전시키도록 배열되고, 이는 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 손(12)에 부착된다. 위에서 설명된 바와 같이, 전력은 케이블(16, 도 2 참조)을 통해 또는 하우징(17) 내의 배터리로부터 제공된다. 일부 예에서, 전기 연결은 모터(25)와 하우징(17) 내의 배터리 또는 전원 단자 사이에서 연장되는 가요성 와이어에 의해 모터(25)에 제공된다. 가요성 와이어는 세차 축(34)에 대한 모터(25)의 움직임을 수용한다. 바람직하게는, 가요성 와이어는 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동 동안 꼬이거나 접히지 않도록 배열된다. 가요성 와이어는 하나 이상의 굴곡부를 통해 하우징(17)의 개구로부터 모터(및 다른 전자 부품)로 라우팅될 수 있다. 다른 예에서, 모터(25)에 대한 전기적 연결을 제공하기 위해 짐벌(26)과 하우징(17) 사이에 슬립 링이 제공된다. 다른 예에서, 하우징(17)의 선택적으로 짐벌(26)을 통해 모터(25)로 전원 단자 또는 배터리로부터 전력을 전달하기 위해 유도 결합이 제공된다.

사용자의 손(12)이 떨림을 경험할 때 회전가능 플라이휠 조립체(23)는 세차 축(34)을 중심으로 경사지게 변위된다. 회전하는 플라이휠(24)의 자이로스코프 효과는 떨림에 대해 작용하는 자이로스코프력을 생성한다. 자이로스코프력은 하우징(17) 및 마운트(15)를 통해 사용자의 손(12)으로 전달된다. 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이, 편향 부재(35)는 세차 축(34)에 대한 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동을 제어하도록 배열된다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 짐벌(26)은 짐벌(26)의 모터 장착 부분(30)으로부터 연장되는 플레이트 부재(36)를 더 포함한다. 플레이트 부재(36)는 그들이 하우징(17)의 내부 표면(37)에 대향하는 위치까지 연장되고, 그 사이에 공간이 정의된다. 이 예에서는 스프링(35)과 같은 편향 부재가 각각의 플레이트 부재(36)와 하우징(17)의 내부 표면(37) 사이에 배치된다.

도 3a는 도 3b의 단면에 대해 90도인 자이로스코프 장치(11)의 단면을 도시한다. 이 예에서, 플레이트 부재(36)는 플라이휠 회전 축(38)을 중심으로 힌지 부재(32)로부터 각도 오프셋된다. 따라서, 진동으로 인해 회전 가능한 플라이휠 조립체(23)가 위에서 설명한 바와 같이 세차 축(34)을 중심으로 회전하면 판 부재(36) 중 하나가 관련 스프링(35)을 압축하도록 작용한다. 하우징(17)에 스프링(35)에 의해 가해지는 힘은 회전 가능한 플라이휠 조립체(23)를 평형 위치(도 3a 및 도 3b에 도시됨)로 다시 압박하도록 작용한다.

일부 예에서, 스프링(35)은 하우징(17)과 짐벌(26)의 플레이트 부재(36) 모두에 부착되어 스프링(35)의 연장이 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 평형 위치로 다시 압박하도록 한다(도 3a 및 3b에 도시됨).

따라서, 스프링(35)은 세차 축(34)에 대한 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동을 제어하는데 사용된다. 스프링(35)에 의해 제공되는 편향력은 유리하게도 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 평형으로 되돌림으로써 안정화될 수 있는 떨림의 진동수를 증가시키고 이는 회전가능 플라이휠 조립체(23)가 자이로스코프 힘으로 인해 스스로의 의지로 복귀하는 것보다 더 빠르게 위치를 결정한다. 손 떨림은 일반적으로 작은 크기와 높은 진동수(즉, 짧고 날카로운 떨림)를 갖기 때문에, 스프링(35)은 유리하게는 자이로스코프 장치(11)가 세차 축(34)에 대한 각도 변위를 제한하고 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 되돌림으로써 연속적인 떨림에 대응할 수 있게 하여 신속하게 평형 위치에 도달한다.

도 4는 짐벌(26)이 하우징(17)의 일측에 형성된 힌지(39)를 중심으로 하우징(17)에 피봇식으로 장착되는 대안적인 짐벌(26) 및 스프링(35) 장치를 도시한다. 짐벌(26)의 힌지 부재(32)는 플라이휠(24)을 지나 힌지(39)까지 연장된다. 이 예에서 힌지(39)는 하우징(17)에 대해 고정된 세차 축(34)을 정의한다. 짐벌(26)의 플레이트 부재(36)는 힌지 부재(32)와 반대 방향으로 연장되어 전술한 바와 동일한 방식으로 스프링(35)과 맞물린다. 이 예에서, 스프링(35)은 하우징(17)의 내부 표면(37)과 플레이트 부재(36)에 부착되어 스프링(35)이 스프링(35)의 압축 또는 연장을 통해 세차 축(34)을 중심으로 어느 한 방향으로 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동에 반대한다.

하우징(17) 및 짐벌(26)은 세차 축(34)을 중심으로 하는 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 회전을 제한하도록 구성된다. 도 5a 및 도 5b는 플레이트 부재(36), 스프링(35) 및 하우징(17)의 확대도를 도시한다. 도 5a는 평형 위치에 있는 플레이트 부재(36)를 도시한다. 플레이트 부재(36)는 스프링(35)의 제1 단부를 유지하기 위한 시트(40)를 포함하고, 하우징(17)의 내부 표면(37)은 스프링(35)의 다른 단부를 유지하기 위한 유사한 시트(41)를 포함한다. 위에서 설명한 바와 같이, 스프링(35)은 플레이트 부재(36) 및/또는 하우징(17), 특히 시트(40, 41)에 부착될 수 있다. 예에서, 탄성중합체 댐퍼(42)는 스프링(35)과 플레이트 부재(36) 사이에 배치된다. 탄성중합체 댐퍼(42)는 스프링(35)에 의해 플레이트 부재(36)에 가해지는 힘을 완충하는 작용을 하고, 그 반대도 마찬가지이다. 탄성중합체 댐퍼(42)는 예를 들어 일부 예에서 실리콘 또는 나일론 인서트일 수 있으며, 탄성중합체 댐퍼(42)는 대안적으로 하우징(17)과 스프링(35) 사이에 시트(41)에 배치된다. 일부 예에서, 제1 탄성중합체 댐퍼는 스프링(35)과 플레이트 부재(36) 사이에 제공되고 제2 탄성중합체 댐퍼는 하우징(17)과 스프링(35) 사이에 제공된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 편향 부재는 짐벌(26), 특히 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명된 시트(40)에 부착된 제1 자석(98) 및 도 5a 및 도 5b에 기재된 시트(41) 내에서 하우징(17)에 부착된 제2 자석(99)을 포함한다. 자석(98, 99)은 서로 반발하도록 배열되어, 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동에 반대하는 편향력을 제공한다.

도 5b 및 도 6에 도시된 바와 같이, 플레이트 부재(36)의 벽(43)은 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동에 대한 하드 스톱(hard stop)의 역할을 할 수 있다. 이 예에서, 벽(43)은 최대 세차 각도에서 하우징(17)과 접촉하고 추가 회전을 방지한다. 대안적인 예에서, 하우징(17)은 도시된 벽(43)에 더하여 또는 그 대신에 하드 스톱으로서 작용하는 벽을 포함할 수 있다.

이러한 방식으로, 짐벌(26) 및 하우징(17)은 세차 축(34)을 중심으로 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 회전을 제한하도록 구성된다. 예에서, 최대 세차각은 바람직하게는 약 30도 미만, 보다 바람직하게는 약 20도 미만, 보다 바람직하게는 약 10도 초과, 가장 바람직하게는 약 5도이다.

세차 각도를 제한하는 것은 유리하게는 회전 가능한 자이로스코프 조립체(23)가 떨림에 대한 복원력을 생성하는 데 필요한 것보다 더 세차를 두지 않고, 자이로스코프 힘이 너무 커지는 것을 방지하기 위해 생성되는 각운동량의 크기를 제한하고, 회전 가능한 플라이휠 조립체(23)가 짧은 시간 내에 평형 위치로 복귀하여 후속 떨림이 상쇄될 수 있도록 한다(즉, 자이로스코프 장치(11)가 연속적인 떨림에 반응하도록 보장하도록). 더욱이, 세차 축(34)을 중심으로 하는 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 추가 회전을 하우징(17)이 허용할 필요가 없기 때문에 세차 각도를 제한하는 것은 더 컴팩트한 자이로스코프 장치(11)를 제공한다.

도 7에서의 자이로스코프 장치(11)에서, 짐벌(26)은 세차 축(34)을 정의하는 볼 및 소켓 힌지(82)를 통해 하우징(17)에 장착된다. 모터(25) 및 플라이휠(24)은 짐벌(26)에 장착되고, 도시된 바와 같이 짐벌(26)는 볼(83)을 포함하고, 하우징(17)은 볼(83)을 수용하는 소켓(84)ㅇ르 포함하고 볼(83)과 짐벌(26)이 회전할 수 있다.

소켓(84)은 바람직하게 볼(83)과 짐벌(26)이 하나의 평면(도시된 페이지의 평면)에서만 회전할 수 있도록 형성되거나, 볼(83)과 짐벌(26)의 회전을 단일 평면으로 제한하기 위해 제공되는 추가 가이드가 있다. 이는 고정된 세차 축(34)을 갖는 힌지(82)를 제공한다. 도 3a 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 편향 부재(35)가 세차 축(34)을 중심으로 한 짐벌(26)의 회전에 대해 작용하도록 제공된다. 볼 및 소켓 힌지(82)는 유리하게는 플라이휠(24)의 회전 축(38)과 일직선으로 배치되고, 따라서 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 반경방향 치수는 도 3a 내지 도 6의 예보다 작다.

도 7의 예의 편향 부재(35)는 도 5a 내지 도 6에 도시된 바와 같이 탄성중합체 댐퍼 및 스톱이 시트 내에 제공될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 축(34)은 짐벌(26)과 하우징(17) 사이에 형성된 힌지에 의해 정의된다. 세차 축(34)의 배향은 하우징(17)에 대해 고정되며, 앞서 설명한 바와 같이 하우징(17)은 사용 중에 사용자의 손(12)에 대해 고정된다. 도 8은 사용자의 손(12) 뒤에 위치된 자이로스코프 장치(11)를 도시한다. 축(44)은 자이로스코프 장치의 중심을 통해 사용자의 손가락(13)의 일반적인 위치에 평행한 사용자의 팔로부터 연장되는 손(12)의 가상의 종방향 축이다. 도시된 바와 같이, 자이로스코프 장치(11)의 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 축(34)은 손 축(44)과 평행하지 않은, 수직이 아닌 각도를 정의한다.

아래에 설명된 바와 같이, 세차 축(34)과 손 축(44) 사이의 각도 오프셋은 사용자 손(12)의 떨림이 세차 축(34)을 중심으로 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 변위를 야기하도록 허용하고, 또한 회전가능 플라이휠 조립체(23)에 의해 생성된 자이로스코프력이 떨림에 대응한다.

특히, 사용자의 손(12)의 떨림은 손 축(44)에 대한 회전, 손 축(44)에 수직이고 손(12)의 평면에서 교차 손 축(46), 및 손 축(44) 및 교차 축(46)에 대해 수직인 제3 축(도시되지 않음)(즉 도 7의 이미지의 평면에 수직)을 포함한다. 전형적으로 손 떨림의 가장 크고 가장 파괴적인 구성 요소는 손 축(44)과 교차 손 축(46)을 중심으로 한 회전이다.

도 3에 도시된 세차축(34)의 배열은 다음과 같다. 도 7에 도시된 세차 축(34)의 배열은 손 축(44) 및 횡단 손 축(46) 주위에서 떨림의 안정화를 제공하는데, 이는 이들 축 중 하나에 대한 회전이 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동을 야기할 것이기 때문이다. 제3 축(미도시)과 플라이휠 회전 축 사이의 임의의 각도 오프셋은 또한 회전 가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동을 야기할 것이고 따라서 자이로스코프 장치(11)에 의해 안정화될 것이다.

바람직한 예에서, 세차 축(34)과 손 축(44) 사이의 각도 오프셋은 5도와 85도 사이, 바람직하게는 5도와 45도 사이, 더 바람직하게는 10도와 20도 사이이다. 세차 축(34)과 손 축(44) 사이의 바람직한 각도 오프셋은 손 축(44) 주위의 떨림이 일반적으로 수행되는 작업에 가장 방해가 되기 때문에 손 축(46) 주위보다 손 축(44) 주위의 떨림의 더 큰 안정화를 제공한다.

구체적으로, 플라이휠(24)의 각운동량에 의해 발생하는 자이로스코프 효과는 세차 축(34)에 대해 90도에서 작용한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 자이로스코프 장치(11)는 손 축(44)을 중심으로 한 회전 형태로 손(12)의 떨림을 주로 안정화하도록 배향되어 있다. 손 축(44)에 대한 회전을 포함하는 떨림은 세차 축(34)을 중심으로 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 변위시키고, 결과적으로 세차 축(34)에 대해 90도인 도 8에 도시된 축(45)에 대해 작용하는 안정화력을 야기한다. 손 축(44)에 대한 세차 축(34)의 각도 배열로 인해 대부분의 안정화 힘은 손 축(44)에 대한 손 떨림에 대해 작용한다. 또한, 손 축(44)에 대한 세차 축(34)의 각도 배열에 대해 안정화 힘의 일부는 또한 손 축(44)에 수직인 축(46)을 중심으로 손(12)의 떨림을 안정화시킨다. 자이로스코프 장치(11) 내의 세차 축(34)은 고정될 수 있으며 여전히 상이한 떨림의 안정화를 제공한다.

손 축(44)에 대한 세차 축(34)의 각도 배열은 특정 사용자의 떨림 프로파일에 맞춰질 수 있다.

출원인의 초기 출원 WO2016/102958A1에서 회전가능 플라이휠 조립체는 진동에 따라 각도 오프셋이 변경되도록 하우징 내의 턴테이블에 장착된다. 그러나, 본 발명자들은 사용자의 손(12)에 대한 세차 축의 각도 위치가 고정될 수 있고, 이는 유리하게는 효과적인 떨림 안정화를 제공하면서 더 적은 수의 움직이는 부분으로 작고 낮은 프로파일 및 더 가벼운 자이로스코프 장치(11)를 유지한다는 것을 발견하였다. 또한, 위에서 설명한 바와 같이 고정된 세차 축은 플라이휠(24)과 마운트(15) 사이에 움직이는 부분이 더 적기 때문에 자이로스코프 장치(11)에서 사용자의 손(12)으로의 자이로스코프 힘의 전달을 개선하고, 그에 따라 움직이는 부품에 의해 제공되는 감쇠를 줄입니다(예: 굴곡, 베어링의 유격 등으로 인해).

일부 예에서, 사용자의 손(12)에 대한 세차 축(34)의 위치는 사용자의 떨림 프로파일에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 손 축(44) 주위에서 손 떨림을 주로 경험하는 사용자는 손 축(44)에 대해서만 안정화 힘이 제공되도록 손 축(44)과 정렬되는 세차 축(34)을 갖는 자이로스코프 장치(11)를 제공받을 수 있다. 그러나, 대부분의 사용자는 도 8에 도시된 바와 같이 손 축(44)과 세차 축(34) 사이의 5도와 85도 사이의 각도 오프셋에 의해 가장 잘 처리되는 떨림 프로파일을 경험할 것이다. 특히, 5도에서 45도 사이 또는 20도에서 30도 사이의 각도 오프셋은 대부분의 사용자 떨림 프로필에 효과적인 떨림 안정화를 제공한다.

일부 예들에서, 자이로스코프 장치(11)는 세차 축(34)이 횡단 손 축(46) 또는 손 축(44)에 평행하도록 구성된다. 위에서 설명된 바와 같이, 사용자의 손 떨림은 다른 방향으로의 움직임을 포함하므로 회전가능 플라이휠 조립체(23)는 손(12)의 세차 축(34)의 임의의 배향으로 각도 변위(즉, 세차)된다. 또한, 자이로스코프 장치(11)가 다른 신체 부분에 사용되는 경우 세차 축(34)은 신체 부분의 떨림에 따라 서로 다른 위치로 배열될 수 있다.

또한, 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차를 제어하고 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 평형 위치로 복귀시키기 위해 제공되는 스프링(35)은 사용자의 떨림 프로파일에 따라 선택될 수 있다. 특히, 더 높은 크기의 더 낮은 진동수의 떨림을 갖는 사용자는 더 낮은 크기의 더 높은 진동수 떨림을 갖는 사용자보다 더 낮은 스프링율을 갖는 스프링(35)에 의해 가장 잘 처리될 것이다. 따라서 스프링(35)은 맞춤형 자이로스코프 장치(11)를 제공하도록 선택될 수 있다.

도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 하우징(17)은 짐벌(26)을 장착하기 위한 턴테이블 조립체(85)를 포함한다. 이 예에서, 세차 축(34)은 사용자의 신체 부분에 대한 세차 축(34)의 방향이 자이로스코프 장치(11)가 사용자의 신체 부분에 부착된 후 변경될 수 있도록 하우징(17) 내에서 회전할 수 있다. 이 예에서, 도시된 바와 같이, 하우징(17)은 도 3a 및 도 3b의 짐벌(26)과 유사한 방식으로 짐벌(26)이 피봇식으로 장착되는 턴테이블(86)을 갖는 턴테이블 조립체(85)를 포함한다. 특히, 회전가능 플라이휠 조립체(23)(즉, 짐벌(26), 모터(25) 및 플라이휠(24))는 회전가능 플라이휠 조립체(23)가 턴테이블(86)과 짐벌(26) 사이에 형성된 세차 축(34) 주위에서 회전할 수 있도록 턴테이블에 힌지식으로 장착된다. 편향 부재, 예를 들어 스프링(35)은 턴테이블(86)과 짐벌(26) 사이에서 작용하도록 배열된다. 이러한 방식으로 편향 부재(35)는 턴테이블 조립체(85)를 통하여 짐벌(26)과 하우징(17) 사이에서 작용한다. 턴테이블(86)은 턴테이블(86)과 짐벌(26)의 회전가능 플라이휠 조립체(23), 모터(25) 및 플라이휠(24)의 회전을 위한 회전 축(88)을 정의하는 피벗(87)을 통해 하우징(17)에 장착된다.

일부 예에서, 모터(89)는 턴테이블(86) 및 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 회전을 제어하기 위해 제공될 수 있거나, 또는 턴테이블(86) 및 회전가능 플라이휠 조립체(23)는 하우징(17) 내에서 피벗(87)을 중심으로 자유롭게 회전될 수 있어 회전가능 플라이휠 조립체가(23)가 사용자의 떨림에 따라 스스로 방향을 지정할 수 있다.

바람직한 예에서, 짐벌(26)과 하우징(17) 또는 자이로스코프 장치(11)의 턴테이블(86) 사이에서 작용하는 편향 부재(35)는 조절가능 힘 편향 부재를 포함한다. 전술한 바와 같이, 조절가능 힘 편향 부재가 도 3a 내지 도 9의 예시적인 자이로스코프 장치(11) 중 임의의 것에 제공될 수 있다.

예를 들어, 조절가능 힘 편향 부재는 조절가능 스프링, 예를 들어 나사산 샤프트 및/또는 나사산 조절 너트의 회전이 압축 스프링을 압축하거나 또는 연장하여 편향력을 변경하도록 나사산 샤프트 상에 장착된 나사산 조절 너트 및 압축 스프링의 중심을 통해 연장되는 나사산 샤프트를 갖는 압축 스프링을 포함할 수 있다. 나사산 샤프트 및/또는 조절 너트를 회전시키기 위해 액추에이터가 제공될 수 있다.

다른 예에서, 조절가능 힘 편향 부재는 조절가능 힘 가스 스프링을 포함할 수 있으며, 조절가능 힘 가스 스프링 내의 가스 압력은 조절가능 힘 가스 스프링에 의해 제공되는 편향력을 제어하도록 변경될 수 있다. 조절가능 힘 가스 스프링에서 가스 압력을 감소 또는 증가시키기 위해 작동기가 제공될 수 있다. 액추에이터는 압력을 감소시키기 위한 해제 밸브 및/또는 압력을 증가시키기 위한 압축기를 포함할 수 있다.

추가 예에서, 조절가능 힘 편향 부재는 전자석이 하우징(17) 또는 턴테이블(86)에 제공되고 반대쪽 영구 자석이 짐벌에 제공되는(또는 그 반대로) 전자석 장치를 포함할 수 있다. 이 장치에서, 전자석에 제공되는 전력을 제어하는 것은 조절가능 힘 편향 부재에 의해 제공되는 편향력을 제어한다. 전자석을 제어하기 위해 액추에이터가 제공될 수 있다.

일부 예에서, 조절가능 힘 편향 부재의 편향력은 특정 사용자를 위해 자이로스코프 장치(11)를 구성하도록 설정될 수 있다. 구체적으로, 편향력은 위에서 논의된 바와 같이 사용자의 요구사항에 맞춤화되는 방식으로 회전가능한 플라이휠 조립체(23)의 세차를 제어하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 편향력 및/또는 최대 세차각은 사용자의 떨림 진폭 및 진동수를 기반으로 설정될 수 있다. 진폭이 낮고 진동수가 높은 떨림을 가진 사용자에게는 더 높은 편향력과 더 작은 최대 세차 운동 각도가 제공되는 반면, 진폭이 더 크고 진동수가 더 낮은 떨림을 가진 사용자에게는 더 낮은 편향력과 더 높은 최대 세차 운동 각도가 제공된다.

다른 예에서, 자이로스코프 장치(11)는 작동 동안, 즉, 동적으로 조절가능 힘 편향 부재의 편향력을 조정하도록 구성될 수 있다. 이를 통해 사용자의 현재 떨림에 따라 편향력이 변할 수 있다. 또한, 이러한 배열은 유리하게도 단일 장치가 특정 떨림에 따라 다른 사용자를 위해 구성될 수 있음을 의미한다.

도 10은 검출된 떨림에 따라 조절가능 힘 편향 부재를 동적으로 제어하기 위한 동적 제어 시스템을 갖는 자이로스코프 장치(11)의 개략도이다. 도시된 예는 도 3a 내지 도 3b의 예를 기초로 하지만 도 4, 7, 9a 및 도 9b의 예에도 적용될 수 있음을 이해할 것이다.

도 10은 하우징(17) 및 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 갖는 자이로스코프 장치(11)를 도시한다. 회전가능 플라이휠 조립체(23)는 플라이휠(24), 모터(25) 및 짐벌(26)을 포함한다. 짐벌(26)은 도 3a 및 도 3b에 기재된 바와 동일한 방식으로 하우징(17)에 회전 가능하게 장착된다. 이 예에서, 조절가능 힘 편향 부재(47)는 하우징(17)과 짐벌(26)의 플레이트 부재(36) 사이에 제공된다. 각각의 조절가능 힘 편향 부재(47)는 조절가능 힘 편향 부재(47)에 의해 제공되는 편향력을 변경하기 위한 액추에이터(48)를 갖는다.

도 10의 자이로스코프 장치(11)는 자이로스코프 장치(11)가 부착되는 사용자의 손의 움직임, 예를 들어, 떨림을 검출하돌고 배열된 센서(49)를 포함한다. 도시된 예에서, 센서(49)는 하우징(17)에 부착된다.

그러나, 센서(49)는 자이로스코프 장치(11)의 다른 곳에 위치할 수 있거나, 사용자의 손 또는 팔 상에서 하우징(17) 외부에 위치할 수 있다. 센서(49)는 바람직하게는 손의 움직임, 예를 들어 떨림을 검출하도록 배열된 가속도계이다. 센서(49)는 바람직하게는 적어도 2개의 축, 특히 도 8에 도시된 손 축(44) 및 교차 손 축(46)에 대한 손 회전(떨림)을 검출한다. 센서(49)는 손(12)의 움직임의 하나 이상의 특성, 예를 들어 하나 이상의 떨림 특성을 검출한다. 예를 들어, 가속도계는 진폭, 진동수 및/또는 손 떨림과 같은 떨림 가속도 중 임의의 하나 이상을 검출할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 자이로스코프 장치(11)는 센서(49)로부터 신호를 수신하도록 배열된 컨트롤러(50)를 더 포함한다. 컨트롤러(50)는 검출된 떨림에 기초하여 조절가능 힘 편향 부재(47)의 액추에이터(48)를 제어하도록 구성된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 자이로스코프 장치(11)를 제어하는 방법에서 컨트롤러(50)는 센서(49, 51)로부터 센서 신호를 수신하도록 구성된다. 이는 사용자 신체 일부의 감지된 움직임에 대한 움직임 특성 데이터(예: 떨림 진폭, 진동수, 가속도)를 수신하는 것을 포함하거나 처리되지 않은 신호를 수신하고 움직임의 특성(예: 떨림 진폭, 진동수, 가속도)을 결정하는 것을 포함할 수 있습니다.

컨트롤러는 조절가능 힘 편향 부재(47, 52)에 대한 목표 편향력을 결정하도록 추가로 구성된다. 목표 편향력은 이동 특성(들)에 기초한다. 컨트롤러(50)는 목표 편향력(53)을 제공하기 위해 조절가능 힘 편향 부재(47)의 액추에이터(48)를 제어하도록 추가로 구성된다. 목표 편향력은 검출된 움직임 특성(들)에 기초할 수 있다. 컨트롤러(50)는 검출된 움직임 특성(들)에 따른 목표 편향력의 테이블을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 컨트롤러(50)는 검출된 움직임 특성(들)에 기초하여 메모리로부터 목표 편향력을 검색할 수 있고 목표 편향력을 제공하기 위해 조절가능 힘 편향 부재(47)를 제어할 수 있다.

대안적인 예에서, 컨트롤러(50)는 검출된 움직임 특성(들)과 액추에이터의 구성 사이의 비례 관계에 따라 조절가능 힘 편향 부재(47)의 액추에이터(48)를 제어한다. 비례 관계는 컨트롤러에서 정의할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(50)는 검출된 이동 특성(들)에 기초하여 조절가능 힘 편향 부재(47)를 제어할 때 실제 목표 편향력 값을 결정하거나 검색할 필요가 없다. 이러한 방식으로, 자이로스코프 장치(11)는 임의의 사용자에게 장착될 수 있고 사용자의 움직임, 예를 들어 사용자의 떨림에 따라 조절가능 힘 편향 부재의 작동을 구성할 것이다. 또한, 이러한 자이로스코프 장치(11)는 파킨슨병 및 본태성 떨림에 의해 영향을 받는 사람들에서 일반적으로 그러한 떨림의 크기 및 빈도가 변할 때 사용자의 떨림에 효과적으로 대응할 수 있다.

추가로 또는 대안적으로, 자이로스코프 장치(11)는 세차 축(34)에 대한 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 회전을 검출하도록 배열된 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 센서는 사용자의 손의 움직임이 없을 때 회전가능 플라이휠 조립체(23)가 배열되는 평형 위치에 대한 세차각을 검출할 수 있다. 예를 들어, 센서는 회전 위치 센서를 포함할 수 있다.

다른 예에서, 센서는 모터(25)에 의해 인출되는 전력, 특히 모터(25)에 의해 인출되는 전류를 검출하도록 배열된다. 모터 샤프트에 가해지는 자이로스코프 힘은 플라이휠(24)을 회전시키기 위해 더 높은 전력을 끌어어당긴다. 따라서, 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차는 모터(25)에 의해 당겨진 전력을 검출함으로써 검출될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 센서는 플라이휠(24)의 회전 속도를 검출하도록 배열될 수 있다. 특히, 플라이휠(24) 회전 속도는 모터(25)에 작용하는 자이로스코프력으로 인해 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동에 의해 감소될 것이며, 이는 모터의 마찰을 증가시킨다.

센서는 플라이휠(24)의 실제 회전 속도를 검출하고 모터(25)가 (컨트롤러에 따라) 회전해야 하는 속도와 비교하여 회전 속도 오차를 결정하도록 배열될 수 있다. 이 회전 속도 오차는 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동 각도에 비례하므로 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동을 감지하는 데 사용될 수 있다.

이 예에서, 컨트롤러(50)는 센서로부터 신호를 수신하고 검출된 세차각에 기초하여 조절가능 힘 편향 부재(47)의 편향력을 조정하도록 액추에이터(48)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 센서가 더 높은 세차각을 감지하면 컨트롤러(50)는 조절가능 힘 편향 부재(47)에 의해 제공되는 편향력을 증가시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 조절가능 힘 편향 부재(47)에 의해 제공되는 편향력은 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 세차 운동량은 손의 움직임, 특히 떨림의 가속도와 크기에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. 따라서, 세차 각도를 검출하는 것은 조절가능 힘 편향 부재(47)에 의해 제공되는 편향력이 사용자의 움직임에 적절하도록 허용한다.

또한, 조절가능 힘 편향 부재(47)는 회전가능 플라이휠 조립체(23)가 접지되는 것을 방지하도록, 즉 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명된 스톱(43)과 접촉하는 것을 방지하도록 제어될 수 있고 이는 플라이휠(24) 및/또는 모터(25)를 손상시킬 수 있다.

이러한 방법은 또한 도 11에 도시되어 있고, 컨트롤러(50)는 세차 축(34)에 대한 회전 각도를 나타내는 센서(49, 51)로부터 센서 신호를 수신하도록 구성된다. 컨트롤러는 검출된 세차각에 기초하여 조절가능 힘 편향 부재(47, 52)에 대한 목표 편향력을 결정하도록 추가로 구성된다. 컨트롤러(50)는 목표 편향력(53)을 제공하기 위해 조절가능 힘 편향 부재(47)의 액추에이터(48)를 제어하도록 추가로 구성된다. 컨트롤러(50)는 검출된 세차 운동 각도에 따른 목표 편향력의 테이블을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 컨트롤러(50)는 검출된 세차각에 기초하여 메모리로부터 목표 편향력을 검색하고 목표 편향력을 제공하기 위해 조절가능 힘 편향 부재(47)를 제어할 수 있다.

대안적인 예에서, 컨트롤러(50)는 검출된 세차각과 액추에이터의 구성 사이의 비례 관계에 따라 조절가능 힘 편향 부재(47)의 액추에이터(48)를 제어한다. 비례 관계는 컨트롤러에서 정의할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(50)는 검출된 세차각에 기초하여 조절가능 힘 편향 부재(47)를 제어할 때 실제 목표 편향력 값을 결정하거나 검색할 필요가 없다.

이전에 설명된 바와 같이, 사용자의 떨림을 안정화하기 위해 자이로스코프 장치(11)에 의해 생성된 힘은 주로 회전하는 플라이휠(24)에 의해 생성된 각운동량 및 사용자의 떨림(즉, 세차 운동)에 의해 플라이휠(24)에 가해지는 변위 토크에 기초한다. 따라서, 자이로스코프 장치(11)는 플라이휠(24)의 회전 속도가 일정하더라도 더 강한 떨림에 응답하여 더 높은 반작용 자이로스코프력을 생성할 것이다.

플라이휠(24)에 의해 생성된 자이로스코프 힘의 크기는 본질적으로 떨림의 심각도(즉, 세차 축(34)에 대해 플라이휠(24)에 적용된 변위 토크)에 의존하지만, 자이로스코프 장치(11)는 추가로 또는 대안적으로 자이로스코프 장치(11)에 의해 생성된 각운동량을 제어하기 위해 휠라이휠(24)의 회전 속도를 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 자이로스코프 장치(11)에 의해 제공되는 힘의 범위는 예를 들어 떨림 특성과 같이 특정 움직임 특성을 가진 특정 사용자에 대해 맞춤화될 수 있다.

각 운동량은 플라이휠(24)의 관성 및 회전 속도의 함수이다. 관성은 플라이휠(24)의 반경을 통해 질량이 분포되는 방식을 포함하여 플라이휠(24)의 질량 및 직경의 함수이다. 사용자의 신체 부분, 예를 들어 손에 사용하기 위한 자이로스코프 장치(11)는 바람직하게는 신체 부분의 자발적인 움직임을 억제하지 않고 도 1에 도시된 바와 같이 사용자가 자이로스코프 장치(11)를 편안하게 착용할 수 있는 크기 및 중량을 갖는다.

특히, 사용자의 손에 사용하기 위해 자이로스코프 장치(11)는 바람직하게는 약 1kg의 최대 중량 및 약 80mm의 자이로스코프 장치(11)를 가로지르는 최대 치수를 갖는다. 도시된 예에서 자이로스코프 장치(11)의 하우징(17)은 원통형 플라이휠(24)을 수용하도록 원통형이다. 따라서, 예에서 하우징(17)의 최대 직경은 바람직하게는 약 80mm이다. 바람직하게, 사용자의 손에 사용하기 위해, 자이로스코프 장치(11)의 최대 중량은 약 0.5kg이고, 자이로스코프 장치(11)의 최대 직경은 약 60mm이다. 이러한 자이로스코프 장치(11)는 도 1에 도시된 바와 같이 사용자가 손(12)에 착용하기에 편안하다.

다른 신체 부분에 사용하기 위해 자이로스코프 장치(11)가 더 크고 무거울 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 사용자의 팔이나 다리에 사용하기 위해 자이로스코프 장치(11)의 최대 중량은 약 2kg, 보다 바람직하게는 약 1kg 초과일 수 있고, 최대 직경은 약 180mm, 더 바람직하게는 약 100mm 내지 150mm일 수 있다. 팔과 다리와 같이 더 강하고 무거운 팔다리는 더 강한 떨림을 안정화하기 위해 더 높은 자이로스코프 힘을 필요로 하므로 이러한 신체 부분에 사용하기 위한 플라이휠(24)은 바람직하게는 예를 들어 최대 1kg, 더 큰 것, 예를 들어 최대 약 160mm이다.

위에 설명된 크기 및 중량 제약 내에서, 사용자가 착용하도록 설계된 자이로스코프 장치(11)는 플라이휠(24)의 주어진 회전 속도에서 힘의 적절한 양을 제공하는 플라이휠(24)을 선택함으로써 특정 사용자를 위해 맞춤화되어 자이로스코프 장치(11)가 부착되는 신체 부분에서 떨림이 안정화된다. 자이로스코프 장치(11)에 의해 생성된 힘은 신체 부분의 자발적인 움직임을 여전히 허용하면서 떨림을 안정화하기에 충분한 힘을 제공하는 것과 사용자가 착용하기에 편안한 자이로스코프 장치(11)를 제공하는 것 사이의 균형인 것이 바람직하다.

본 발명자들은 일부 범위의 각운동량이 사용자의 손에 사용하기 위한 자이로스코프 장치(11)에 대한 손 떨림 안정화에 특히 효과적이라는 것을 발견하였다. 특히, 도 13에 도시된 테스트 결과에서 도시된 바와 같이, 본 발명자들은 약 0.05kgm2/s 내지 0.30kgm2/s 범위, 보다 구체적으로 약 0.08kgm2/s 내지 0.2kgm2/s 범위의 각운동량이 넓은 범위의 사용자에 대해 효과적인 손 떨림 안정화를 제공하고, 사용자가 작업을 수행하기 위해 자발적으로 손을 움직일 수 있도록 한다.

특히 테스트 결과 대부분의 사용자에게 0.05kgm2/s ~ 0.30kgm2/s 범위의 각운동량이 자발적인 손 움직임을 억제하지 않으면서 가장 효과적인 손 떨림 안정화를 제공하는 것으로 나타났다. 이 범위 미만의 각운동량은 손 떨림을 안정화하는 데 효과적이지 않은 것으로 밝혀졌으며, 이 범위보다 큰 각운동량은 자발적인 손 움직임의 억제를 일으키고, 사용자에게 추가적인 떨림이 전달되도록 너무 큰 자이로스코프 힘을 생성하고, 자이로스코프 장치(11)는 사용자의 손에 착용하기에는 너무 무겁고 크다.

아래에 설명된 테스트는 전체 46명의 대상에 대해 수행되었다. 대상 중 14명은 파킨슨병 진단을 받았고 32명은 본태성 떨림으로 진단되었다. 모든 테스트는 각 대상에 대해 동일한 손으로 수행되었지만 일반적으로 대상의 지배적인 손에 국한되지는 않는다. 모든 대상은 18세 이상이었다.

대상들은 사용자의 손에 착용된 5개의 다른 자이로스코프 장치를 제공받았다. 각기 다른 자이로스코프 장치의 플라이휠 사양은 아래 표에 자세히 설명되어 있다.

표

표 1 - 테스트에 대한 플라이휠 사양

테스트 중 각 대상의 손에 관성 측정 유닛을 부착했다. 관성 측정 유닛은 Bosch BNO055 9-축 절대 배향 센서이다. 관성 측정 장치는 3개의 축(x, y, z)에 대한 손 오일러 각도, 3개의 축(x, y, z)에 대한 손 회전 속도 및 3개의 축(x) 방향의 손 선형 가속도를 측정하도록 배치되었다.

테스트 동안 관성 측정 장치에서 출력된 데이터를 사용하여 3개의 축 모두에 대한 Eulerangle 데이터를 벡터 합으로 조합한 다음 평균 회전 손 떨림 진폭을 계산하여 평균 회전 손 떨림 진폭을 결정했다.

대상들은 아래에 자세히 설명된 대로 두 가지 활동을 수행하도록 요청받았다.

1. 체적 테스트 - 대상들은 60초 동안 팔을 지지하지 않고 앉아 있는 동안 보울 위에 물(채워진) 100ml 비커를 들고 있도록 요청했다. 이 활동은 각 테스트에 대해 5회 반복되었다.

2. 섭식 테스트 - 대상들은 제1 보울(75% 찼음)에서 제1 보울로부터 이격되어 하나이 보울 직경에 위치된 제2 보울(처음에는 비어 있음)로 한 숟가락의 콩을 옮기도록 요청받았다. 이 활동은 각 테스트에 대해 5회 반복되었다.

각 자이로스코프 장치에 대해 각 대상은 먼저 자이로스코프 장치를 끈 상태에서 활동을 완료하도록 요청받았다(즉, 플라이휠 회전 없음). 기준선 평균 회전 손 떨림 진폭은 각 자이로스코프 장치에 대해 결정된다. 그 후, 각 자이로스코프 장치에 대해 각 대상은 자이로스코프 장치를 활성화하고(즉, 플라이휠 회전) 위에서 설명한 대로 활동을 완료하도록 요청하고 평균 회전 손 떨림 진폭을 측정했다.

도 13은 위에서 상세히 설명된 5개의 자이로스코프 장치 각각에 대해 회전 손 떨림 진폭(도)의 평균 감소를 예시한다. 구체적으로, 도 13은 각 자이로스코프 장치에 대한 기준선 평균 회전 손 떨림 진폭과 자이로스코프 장치가 활성화된 상태에서 활동 중 평균 손 떨림 진폭 사이의 손 떨림 진폭의 평균 차이를 나타낸다. 평균은 수행된 모든 테스트, 즉 모든 테스트 대상과 모든 체적 및 섭식 활동에 걸쳐 취해진다.

도 13에 도시된 테스트 결과에 도시된 바와 같이 플라이휠 #1(0.002kgm2/s의 각운동량을 가짐)은 평균 떨림 진폭(도)의 증가를 가져왔다. 이러한 증가는 테스트 대상이 손에 무게를 실어서 손을 안정적으로 유지하기 더 어렵게 만든 반면 플라이휠은 자이로스코프 힘을 거의 제공하지 않아 최소한의 떨림 안정화만 제공했기 때문이다. 평균 떨림 진폭의 감소를 나타내기 위해서는 적어도 약 0.05kgm2/s의 각운동량이 필요하다는 것이 발견되었다.

플라이휠 #2, #3 및 #4는 효과적인 떨림 안정화를 보여주었으며 플라이휠 #5는 플라이휠 #2, #3 및 #4보다 덜 떨림 크기를 줄었다. 약 0.30 kgm2/s보다 큰 각운동량은 자이로스코프 힘의 강도가 시험 대상이 제어하기에는 너무 커서 자이로스코프 장치(11)에 의한 추가적인 떨림을 초래하기 때문에 떨림 감소가 좋지 않은 것으로 나타났다.

약 0.30 kgm2/s보다 큰 각운동량은 테스트 대상의 자발적인 움직임을 억제하는 경향이 있음을 발견했으며, 이는 테스트 대상이 과제를 수행하기 위해 더 열심히 일해야 한다는 것을 의미하며, 이는 차례로 떨림 안정화 효과를 감소시킨다.

따라서 테스트 결과는 사용자의 손 떨림을 안정화하는 데 자이로스코프 장치의 효율성을 보여주고 효과적인 떨림 안정화를 제공하기 위해 각운동량을 설정하거나 제어할 수 있음을 보여준다.

특히, 테스트 결과는 약 0.05kgm2/s와 약 0.30kgm2/s 사이, 보다 구체적으로 약 0.08kgm2/s와 0.20kgm2/s 사이의 손 떨림을 안정화하기 위한 각운동량의 바람직한 범위를 나타낸다. 이러한 범위는 대상이 작업을 수행하기 위해 자발적인 손 움직임을 허용하면서 효과적인 손 떨림 안정화를 제공하는 것으로 나타났다.

특히, 본 발명자들은 약 6x105kgm2의 관성을 갖는 약 0.150kg의 질량 및 약 50mm의 직경을 갖는 플라이휠을 갖는 자이로스코프 장치(11)가 8000RPM 내지 50000RPM 사이의 회전 속도로 작동하여 사용자의 손에 있는 광범위한 떨림에 떨림 안정화을 제공할 수 있는 약 0.05kgm2/s ~ 0.30kgm2/s 범위의 각운동량을 제공할 수 있음을 발견하였다. 이러한 자이로스코프 장치(11)는 또한 유사한 떨림을 경험하는 다른 신체 부분, 예를 들어 사용자의 팔뚝에서 떨림을 안정화하는 데 효과적일 것이다. 따라서, 이러한 플라이휠을 구비한 자이로스코프 장치(11)는 다양한 사용자가 사용할 수 있으며, 플라이휠의 회전 속도는 약 0.05kgm2/s 내지 약 0.30kgm2/s의 범위 내에서 적절한 각운동량을 제공하도록 각 사용자에 대해 구성될 수 있다.

팔, 다리, 목, 등, 머리와 같은 다른 신체 부분의 경우, 본 발명자들은 이 부위의 근육 강도가 더 크고(떨림이 더 강함) 떨림을 경험하는 신체 부분의 질량이 더 크기 때문에 더 큰 각운동량이 필요하다는 것을 발견했다.

일부 예에서, 도 10에 도시된 컨트롤러(50)는 추가적으로 또는 대안적으로 모터(25) 및 플라이휠(24)의 회전 속도를 제어하도록 구성된다. 따라서, 컨트롤러(50)는 플라이휠(24)의 각운동량 및 떨림을 안정화하기 위해 제공되는 자이로스코프력을 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 예에서, 컨트롤러(50)는 사용자가 적절한 각운동량을 제공하도록 자이로스코프 장치(11)를 설정할 때 구성될 수 있고 및/또는 컨트롤러(50)는 센서(49)에 의해 검출된 떨림 특성 또는 특성에 기초하여 플라이휠(24)의 회전 속도를 동적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 플라이휠(24)의 회전 속도의 제어는 수동 편향 부재, 예를 들어 도 3A 내지 5, 7, 또는 9A 및 9B를 참조하여 설명된 스프링(35) 또는 도 10에 전술된 조절가능 힘 편향 부재를 포함하는 자이로스코프 장치(11)에 제공될 수 있다.

예를 들어, 도 12에 도시된 자이로스코프 장치(11)의 제어 방법에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(50)는 도 10 및 도 11을 참조하여 센서(49, 54)로부터 센서 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 센서(49)는 사용자 손의 움직임의 특성, 예를 들어 떨림 특성 또는 세차각을 검출하도록 배열될 수 있다. 컨트롤러는 또한 플라이휠(24, 55)에 대한 목표 각운동량 및/또는 목표 회전 속도를 결정하도록 구성된다. 목표 각운동량 및/또는 목표 회전 속도는 예를 들어 움직임 특성(들) 및/또는 세차 각과 같이 센서 신호에 기초한다. 컨트롤러(50)는 각운동량 및/또는 목표 회전 속도(56)를 제공하도록 모터(25)를 제어하도록 추가로 구성된다.

목표 각운동량 및/또는 목표 회전 속도는 검출된 움직임 특성(들) 및/또는 세차각에 기초할 수 있다. 컨트롤러(50)는 검출된 움직임 특성(들) 및/또는 세차 각도에 따른 목표 각운동량 및/또는 목표 회전 속도의 테이블을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 컨트롤러(50)는 검출된 움직임 특성(들) 및/또는 세차 각도에 기초하여 메모리로부터 목표 각운동량 및/또는 목표 회전 속도를 검색하고, 각운동량 및/또는 목표 회전 속도를 제공하도록 모터(25)를 제어할 수 있다. 일부 예에서, 메모리는 하나 이상의 움직임 특성 및/또는 세차 각도에 대해 매핑된 플라이휠 회전 속도를 저장하고, 컨트롤러(50)는 검출된 움직임 특성(들) 및/또는 세차 각도에 기초하여 목표 플라이휠 회전 속도를 검색한다. 다른 예에서, 메모리는 하나 이상의 움직임 특성 및/또는 세차 각도에 대해 매핑된 목표 각운동량을 저장하고, 컨트롤러(50)는 검출된 움직임 특성(들) 및/또는 세차각에 기초하여 목표 각운동량을 검색하고, 그 다음 목표 각운동량에 대응하는 플라이휠(24)의 목표 회전 속도를 결정한다. 이러한 방식으로, 동일한 메모리 항목(즉, 목표 각운동량)이 상이한 플라이휠(24), 즉 상이한 질량 및/또는 반경방향 질량 분포(회전 관성)를 갖는 플라이휠(24)에 사용될 수 있다.

대안적인 예에서, 컨트롤러(50)는 검출된 움직임 특성(들)과 모터(25)의 전력 및/또는 속도 사이의 비례 관계에 따라 모터(25)를 제어한다. 비례 관계는 컨트롤러에서 정의될 수 있다. 따라서, 컨트롤러(50)는 검출된 움직임 특성(들)에 기초하여 모터(25)를 제어할 때 실제 목표 각운동량 값 또는 회전 속도 값을 결정하거나 검색할 필요가 없다.

이러한 방식으로, 자이로스코프 장치(11)는 임의의 사용자에게 장착될 수 있고 사용자의 움직임, 특히 사용자의 떨림에 적절한 각운동량을 제공하도록 모터(25)를 조정할 것이다. 또한, 이러한 자이로스코프 장치(11)는 파킨슨병 및 본태성 떨림의 영향을 받는 사람들에게 일반적으로 나타나는 떨림의 크기와 빈도가 변할 때 사용자의 움직임, 특히 떨림에 효과적으로 대응할 수 있다. 더욱이, 플라이휠(24)의 회전 속도를 동적으로 제어함으로써 자이로스코프 장치(11)는 에너지를 절약하고 사용자가 떨림을 경험하지 않을 때 모터(25)를 꺼서 자이로스코프 장치(11)의 작동 수명을 연장할 수 있다.

바람직한 예에서, 컨트롤러(50)는 도 11을 참조하여 설명된 바와 같이 세차를 위한 목표 편향력을 제공하기 위해 하나 이상의 조절가능 편향력 부재(47)를 제어하도록 구성되고, 컨트롤러는 도 12에 기재된 바와 같이 또한 목표 각운동량 및/또는 플라이휠 회전 속도를 제공하기 위해 플라이휠(24)의 회전 속도를 제어하도록 구성된다. 이 예에서, 자이로스코프 장치(11)는 센서(49) 또는 센서들에 의해 검출된 운동 특성(들) 및/또는 세차 각도에 기초하여 플라이휠 각운동량 및 세차력을 제어하도록 동적으로 작동된다.

도 14a 내지 도 15는 자이로스코프 장치(11)에 사용하기 위한 플라이휠(24)의 예를 도시한다. 도 14a는 분리된 플라이휠(24)을 도시하고, 도 14b는 플라이휠(24)을 포함하는 플라이휠(24)을 포함하는 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 단면을 도시한다. 플라이휠은 플라이휠 회전축(38)을 중심으로 일반적으로 원통형이다. 예시된 바와 같이, 플라이휠(24)은 모터 샤프트(29)에 부착하기 위한 홀(58)을 포함하는 중심 디스크 부분(57)을 포함한다. 중심 디스크 부분(57)은 일반적으로 평면이고 비교적 얇다. 플라이휠(24)은 또한 플라이휠 회전축(38)의 축방향으로 중심 디스크 부분(57)의 원주방향 에지로부터 연장되는 원주방향 스커트(59)를 포함한다.

플라이휠(24)은 플라이휠(24)의 외부 원주 에지, 즉 원주 스커트에 집중된 질량 분포를 제공하는 프로파일을 포함한다. 즉, 원주방향 스커트(59)는 플라이휠(24)의 전체 질량의 대부분을 구성한다. 바람직한 예에서, 원주방향 스커트(59)는 플라이휠(21)의 총 질량의 적어도 50%, 바람직하게는 플라이휠(24)의 총 질량의 적어도 60%, 더 바람직하게는 플라이휠(24)의 총 질량의 적어도 75%를 포함한다. 원주방향 스커트(59)의 구성은 도시된 바와 같이 플라이휠(24)의 원주방향 에지에서 질량을 집중시키고, 이는 플라이휠(24)의 전체 질량을 제한하면서 원하는 각운동량을 생성할 수 있는 더 높은 각 관성을 플라이휠(24)에 제공한다.

플라이휠(24)의 질량과 직경이 플라이휠(24)의 관성 및 각운동량, 그리고 자이로스코프 장치(11)의 외부 치수를 결정하기 때문에 플라이휠(24)의 질량과 직경이 사용자의 신체, 예를 들어, 사용자의 손에 부착하기 위한 자이로스코프 장치(11)에 적합한 것이 유리하다. 따라서, 사용자의 손에 사용하기 위한 자이로스코프 장치(11)의 경우, 플라이휠(24)의 질량은 바람직하게는 약 0.05kg 내지 약 0.5kg, 더욱 바람직하게는 약 0.1kg 내지 0.2kg이다. 바람직하게는, 플라이휠(24)의 직경은 약 150mm 미만, 바람직하게는 약 100mm 미만, 바람직하게는 약 80mm 미만, 바람직하게는 약 50mm이다.

팔이나 다리와 같은 다른 신체 부분에 사용하기 위한 자이로스코프 장치(11)의 경우 원하는 각운동량은 더 크고 사용자는 더 무거운 자이로스코프 장치(11)를 지지할 수 있다. 플라이휠은 약 2kg, 보다 바람직하게는 약 1kg 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.5kg 미만, 또는 0.2kg 내지 0.5kg를 가질 수 있다. 유사하게, 팔 또는 다리를 위한 자이로스코프 장치(11)는 더 클 수 있고, 따라서 플라이휠(24) 직경은 최대 약 200mm, 보다 바람직하게는 약 150mm일 수 있다.

이러한 질량 및 직경 제약 내에서, 본 발명자들은 원주방향 스커트(59)에서 질량의 적어도 75%를 갖는 플라이휠이 약 5000RPM 내지 70000RPM, 보다 바람직하게는 약 10000RPM 내지 30000RPM, 보다 바람직하게는 약 15000RPM 내지 30000RPM 사이에서 변화하는 회전 속도에서 각운동량의 원하는 범위를 제공할 수 있다.

또한, 플라이휠(24)의 원주방향 스커트(59)는 플라이휠(24)의 일측에 리세스된 공동(60)을 제공한다. 도 14b에 도시된 바와 같이, 바람직한 예에서 짐벌(26) 및 모터(25)는 플라이휠(24)의 오목한 공동(60)에 적어도 부분적으로 중첩된다. 이는 유리하게는 낮은 프로파일을 갖는 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 제공하고, 회전가능 플라이휠 조립체(23) 및 사용 중에 사용자의 신체 부분에 더 근접한 자이로스코프 장치(11)의 무게 중심을 유지한다. 이는 손이 회전될 때 자이로스코프 장치(11)의 중량에 의해 생성되는 토크와 같은 자이로스코프 장치(11)의 무게의 영향을 유리하게 감소시킨다.

도 14b에 도시된 바와 같이, 짐벌(26)은 접시형이고, 모터 장착 부분(30)는 플라이휠(24)과 모터(25) 사이의 오목한 공동(60)에 배치된다. 이는 오목한 공동(60)에 수용된 모터(25) 장착 위치를 제공한다.

모터(25)는 후술하는 바와 같이 플라이휠(24)의 오목한 공동(60) 내에 실질적으로 끼워지도록 구성된 로우 프로파일 모터(25)이다. 이러한 방식으로, 하우징(17)은 플라이휠(24)의 크기에 밀접하게 일치될 수 있고, 이는 자이로스코프 장치(11)의 전체 치수를 최소화한다.

도 16의의 예에서, 플라이휠(24)은 도 14a 내지 도 15의 플라이휠보다 더 균일한 반경방향 질량 분포를 갖는 더 낮은 프로파일을 가지며, 더 낮은 비율의 질량은 원주방향 스커트에 있다. 다른 모든 요인이 동일하면 도 16의 플라이휠은 더 낮은 관성을 가지며 더 적은 각운동량을 생성하므로 주어진 회전 속도에 대해 더 낮은 자이로스코프 힘을 생성한다. 이러한 플라이휠은 떨림이 약한 사용자나 자이로스코프 장치의 전체 중량을 최소화해야 하는 경우(예: 어린이 또는 노인)에 사용할 수 있다. 이 예의 플라이휠(24)은 더 낮은 전체 중량을 위해 다른 플라이휠과 동일한 각운동량을 달성하기 위해 더 높은 속도로 회전될 수 있다. 각운동량이 자이로스코프 힘의 크기의 주요 구동자이기 때문에 이러한 경량 장치는 저중량 자이로스코프 장치(11)를 유지하면서 떨림을 안정화하는 데 사용될 수 있다.

또한, 도 3a, 3b, 4, 7, 10에 도시된 바와 같이, 바람직한 배열에서 플라이휠(24)은 사용 중에 사용자의 신체 부분에 대향하여 배열되거나 이에 가장 가깝게 배열되는 하우징(17)의 측면(21)에 인접하게 배열된다. 이러한 배열에서, 짐벌(26)과 모터(25)는 플라이휠(24)의 사용자의 신체 부분에 반대측에 배열된다. 이러한 배치는 플라이휠(24)이 자이로스코프 장치(11)의 가장 무거운 부분이므로 플라이휠(24)을 사용자의 신체 부분에 더 가깝게 배치하면 자이로스코프 장치(11)의 중량이 사용자의 신체 부분에 발생하는 토크를 제한하여 자이로스코프가 장치(11)가 더 편안하게 착용할 수 있다. 또한, 자이로스코프 장치(11)의 자이로스코프력은 떨림의 이동 축에 가까울 때, 즉 신체 부분에 가까울 때 더 효과적이다. 따라서, 이러한 배열은 사용자가 착용하기에 더 편안하고 떨림 안정화에 더 효과적인 자이로스코프 장치(11)를 제공한다.

일부 예에서, 도 15에 도시된 바와 같이, 플라이휠(24)의 오목한 공동(60)에 대향하는 면(60)은 세차 축(34)을 중심으로 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 회전을 수용하도록 기울어져 있다. 특히, 면(60)의 각도는 세차 축(34) 주위에서 최대 회전의 각도와 일치할 수 있다. 이는 플라이휠(24)이 하우징(17)의 측면(21)에 더 가깝게 위치될 수 있게 하여 더 낮은 프로파일의 자이로스코프 장치(11)를 제공하고 자이로스코프 장치(11)의 질량 중심이 사용자의 신체 부분에 더 가깝다.

다른 예에서, 도 3A, 3B, 4, 7, 10, 14A, 14B에 도시된 바와 같이, 오목 공동(60)에 대향하는 플라이휠(24)의 면(60)은 도 15에 도시된 바와 같이 평면, 즉 평평하거나 볼록하다. 후술하는 바와 같이, 이러한 플라이휠(24)은 균형 잡힌 플라이휠(24)을 제조, 즉 기계가공하는데 유리하다.

바람직한 예에서, 모터(25)는 전기 모터, 예를 들어 브러시리스 DC 모터이다. 브러시리스 DC 모터는 예를 들어 베어링 또는 플라이휠(24)에 축적되어 자이로스코프 장치(11)의 작동을 방해할 수 있는 먼지 및 기타 물질을 덜 생성하므로 브러시 모터보다 바람직하다. 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 모터(25)는 고정자(27) 및 회전자(28)를 포함한다.

바람직한 예에서, 모터 샤프트(29)를 제외한 모터 몸체는 약 1 이하, 바람직하게는 약 0.5의 종횡비(회전 축(38)의 축방향 치수 대 반경 방향 치수의 비)를 포함한다. 이는 도시된 바와 같이 플라이휠(24)의 오목한 공동(60)에 위치할 수 있는 로우 프로파일 모터(25)를 제공한다.

바람직한 예에서, 모터(25)의 회전자(28)는 정방향으로 분극된 자석 회전자를 포함한다. 그러한 회전자(28)는 로우 프로파일 모터(25)를 제공한다.

바람직한 예에서, 모터(25)는 소형 및 로우 프로파일 모터(25)를 제공하는 무슬롯 및/또는 코어리스 와인딩을 포함한다. 바람직한 예에서, 모터(25)는 도시된 바와 같이 플라이휠(24)의 오목한 공동(60)에 더 밀접하게 배치될 수 있는 소형의 저프로파일 모터(25)를 제공하는 축방향 자속 배열을 포함한다.

다른 예에서, 모터(25)는 플라이휠(24)을 회전시키도록 배열된 대안적인 원동기로 대체된다. 예를 들어, 원동기는 압축기로부터 공급되는 압축 공기에 의해 구동되는 공압 모터를 포함할 수 있다. 압축기는 사용자의 신체에 휴대하거나 외부 소스의 일부일 수 있다. 예를 들어, 떨림 안정화 장치가 사용자를 지원하기 위해 워크스테이션(예: 공장)에서 사용된 경우 호스를 통해 외부 압축기에서 압축 공기를 제공할 수 있다. 휴대용 떨림 안정화 장치(즉, 사용자가 어디를 가든지 휴대함)의 경우, 원동기는 바람직하게는 전기 모터이다.

일부 예에서, 원동기, 특히 전기 모터(25)는 플라이휠(24)과 통합된다. 도 17에 도시된 바와 같이, 플라이휠(24)은 내주 주위에 장착된 교번 극성의 복수의 영구 자석(91)을 갖는다. 고정자(92)는 플라이휠(24)의 내부 원주 내에 제공되고 교번하는 필드 와인딩(93)을 포함한다. 이 배열에서, 플라이휠(24)은 모터의 회전자로서 작용하고 종래의 방식으로 와인딩(93)의 대응하는 교번 극성에 의해 회전하게 된다. 이러한 배열은 더 가볍고 더 컴팩트한 회전가능 플라이휠 조립체를 제공한다.

자이로스코프 장치(11)의 다른 예에서, 원동기, 특히 모터(25)는 플라이휠(24)에 직접 결합되지 않는다. 자이로스코프 장치(11)의 수직 단면을 도시하는 도 18a 및 18b에 도시된 바와 같이, 모터(25)로부터 플라이휠(24)로 회전을 전달하기 위해 모터(25)와 플라이휠(24) 사이에 트랜스미션(94)이 제공된다.

이 예에서, 모터(25)는 하우징(17)에 고정되고, 트랜스미션(94)은 모터(25)에 대해 세차 축(34)에 대한 플라이휠(24)의 세차 운동을 수용하는 가요성 또는 관절형 샤프트(95)를 포함한다. 이러한 배열은 유리하게 다음을 의미한다. 모터(25)는 세차 축(34)에 대한 회전을 위해 장착될 필요가 없으며, 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 질량이 더 낮을수록 플라이휠(24) 세차 운동이 더 낮은 진폭/가속도 떨림에 더 반응하게 구현한다. 또한, 모터(25)가 하우징(17)에 대해 이동하지 않기 때문에 모터(25)에 대한 전기적 연결이 단순화된다.

도시된 바와 같이, 관절형 샤프트(95)는 모터(25)로부터 플라이휠(24)까지 연장되고 관절형 샤프트(95)는 세차 축(34)에 대한 회전 평면(도 18b의 페이지의 평면에서)에서 구부러질 수 있다. 짐벌(26)은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명된 것과 동일한 방식으로 세차 축(34)을 형성하기 위해 힌지 시트(33)에서 하우징(17)에 힌지식으로 장착된다. 관절형 샤프트(95)는 베어링(96)에서 짐벌(26)에 회전 가능하게 장착되어 짐벌(26)과 플라이휠(24)이 관절 샤프트(95)에 매달려 있다. 관절 샤프트(95)는 짐벌과 모터 사이의 특정 위치에서 구부러질 수 있다. 따라서, 관절형 샤프트(95)는 세차 축(34)을 중심으로 짐벌(26)과 플라이휠(24)의 세차 운동을 허용한다. 짐벌(26) 및 편향 부재는 특히 도 3a 및 3b에서와 같이 동일한 방식으로 작동한다.

일부 예에서, 트랜스미션(94)은 모터(25)와 플라이휠(24) 사이의 회전 연결을 해제하도록 구성되고 플라이휠(24)로부터 모터(25) 사이에 배열된 클러치(97)를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게, 이는 클러치(97)가 해제될 때 플라이휠(24)이 모터(25)를 자유롭게 회전시킬 수 있다. 클러치(97)는 사용자가 떨림을 경험하지 않거나 사용자가 작업을 수행하지 않을 때 해제되도록 제어될 수 있다.

또한, 클러치(97)는 자이로스코프 장치(11)가 벗겨지거나 떨어질 때 해제되도록 구성될 수 있고, 이에 의해 그러한 상황에서 플라이휠(24)의 운동량에 의해 생성된 힘으로부터 모터(25)를 보호할 수 있다.

도 19는 모터(25) 및 플라이휠(24)의 예시적인 배열을 개략적으로 도시한다. 이 예에서, 모터(25)의 고정자(27)는 짐벌(26)에 장착된다. 짐벌(26)은 고정자(27)가 위치되는 개구 또는 오목부(61)를 포함하고, 오목부(61)는 고정자(27)에 인접한 오목부(61)의 내면에 형성된 복수의 슬롯(62)을 포함한다. 슬롯은 바람직하게는 아치형이다. 도시된 바와 같이, 이 예에서 리세스(61)는 리세스(61) 주위에 분포된, 바람직하게는 균일하게 분포된 4개의 슬롯(62)을 포함한다. 다른 예에서, 리세스(61)는 더 많거나 더 적은 슬롯, 예를 들어 2, 3 또는 6개의 슬롯(62)을 가질 수 있다. 모터(25)의 고정자(27)는 고정자(27)의 외주면으로부터 연장되고 내부로 돌출하는 반경방향 탭(63)을 포함한다. 모터(25)의 회전자(28)는 화살표(64) 방향으로 플라이휠(24)을 회전시키도록 배열된다.

스프링(65)은 각각의 반경방향 탭(63)과 반경방향 탭(63)의 측면 상의 대응하는 리세스(62)의 측면 사이에 배열된다. 이러한 방식으로, 모터(25)가 플라이휠(24)을 회전시키기 시작할 때, 즉 모터(25) 토크가 가장 높을 때, 스프링(65)은 고정자(27)로 전달되는 관성을 감소시키도록 배열된다. 바람직하게는, 전술한 자이로스코프 장치(11)에 대해, 플라이휠(24)은 높은 관성을 갖고 모터(25)는 소형이고 낮은 에너지이다. 도 19에 도시된 반경방향 탭(63) 및 스프링(65)의 배열은 토크가 최대일 때 플라이휠(24)의 회전 시작 동안 플라이휠(24)로부터 짐벌(26)(따라서 자이로스코프 장치(11)의 하우징(17))으로의 관성 전달을 감소시킨다. 이는 자이로스코프 장치(11)가 시동될 때 사용자가 자이로스코프 장치(11)를 더 편안하게 착용하도록 한다.

다른 예에서, 슬롯(62)은 고정자(27)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 모터 하우징에 형성되고, 하우징은 차례로 짐벌(26)에 장착된다.

도 20은 자이로스코프 장치(11)의 모터(25)를 위한 모터 제어 회로(66)를 도시한다. 모터 제어 회로(66)는 도 10, 11, 12를 참조하여 기재된 제어기(60)에 의해 제공될 수 있다. 모터 제어 회로(66)는 모터(25)의 3개의 와인딩(67)을 위한 전원(68)을 포함한다. 각각의 전원(68)은 제어기(60)에 의해 제어가능한 스위치(69)를 포함하고, 상기 제어기는 와인딩(67)이 접지(70)에 단락되는 제동 구성과 모터(25)를 구동하기 위하여 전원(71), 예를 들어, 배터리로부터 전력이 제공되는 구동 구성 사이에서 스위칭된다. 모터(25) 및 플라이휠의 회전을 감속 또는 정지시키기 위해 모터(25)를 제동하기 위해 컨트롤러(50)는 와인딩(67)을 접지(70)로 단락시키도록 모든 스위치(69)를 구성한다. 이 구성에서, 모터에서 생성된 전자기 효과는 모터(25)와 플라이휠(24)에 제동 효과를 초래한다. 이는 플라이휠(24)의 회전을 더 신속하게 중단시키고 사용자가 느끼는 토크를 감소시킨다.

바람직한 예에서, 컨트롤러(50)는 제로 전력 스위치(69) 구성과 접지된 스위치(69) 구성 사이에서 순차적으로 변경함으로써 펄스로 모터(25)를 제동하도록 구성된다. 모터(25)에 대한 제동 효과의 펄스는 자이로스코프 장치(11)를 착용한 사용자가 생성하고 경험하는 카운터 토크를 감소시킨다.

도 20에 도시된 구성에서 모터(25)는 3개의 와인딩(67)을 갖지만 모터(25)는 더 많은 와인딩, 예를 들어 4개의 와인딩(67), 5개의 와인딩(67) 또는 그 이상을 가질 수 있음을 이해할 것이다.

도 21은 플라이휠(24)을 포함하는 자이로스코프 장치(11)용 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 도시한다. 도 21은 도 3a 및 도 3b의 자이로스코프 장치의 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 도시한다. 바람직하게는, 플라이휠(24)은 자이로스코프 장치(11)의 작동 동안 고속에서 플라이휠(24)의 회전에 의해 발생하는 진동 및 소음을 줄이기 위해 고도로 균형을 이룬다.

이는 진동 및 소음의 발생이 바람직하지 않은 일상 활동 중에 사용자의 신체, 예를 들어 손에 자이로스코프 장치(11)를 착용할 때 특히 유리하다. 고도로 균형잡힌 플라이휠(24)은 또한 모터(25) 및 자이로스코프 장치(11)의 베어링 또는 기타 마운트(예: 힌지)의 작동 수명을 증가시킨다. 베어링을 보호하거나 수명을 늘리면 더 안정적이고 오래 지속되는 자이로스코프 장치가 제공된다.

도 21 및 이전에 설명된 바와 같이, 플라이휠(24)은 바람직하게는 평평한 면(78) 및 플라이휠(24)의 평평한 면(78) 반대편에 있는 오목한 공동(60)을 포함한다. 도 23에 도시된 바와 같이, 플라이휠(24)은 2개의 평면(79)에서 균형을 이룬다. 도 21 및 이전에 설명된 다른 예에서, 플라이휠(24)은 모터 샤프트(29)에 장착된다. 이러한 예에서, 플라이휠(24)은 플라이휠(24)의 낮은 마찰 회전을 제공하는 모터 샤프트(29)에 의해 완전히 지지된다. 다른 예에서, 도 22에 도시된 바와 같이, 플라이휠(24)과 짐벌(26) 사이에는 베어링(100)이 제공된다. 베어링(100)은 오목한 공동(60) 내의 플라이휠(24)의 내주면(101)과 짐벌(26) 사이에 배열된다. 베어링(100)은 볼 베어링 또는 원통형 롤러 베어링과 같은 롤링 요소 베어링일 수 있거나 또는 부싱일 수 있다.

베어링(100)은 플라이휠(24)에 대한 지지를 제공하고 플라이휠(24)과 모터(25) 사이의 비회전력의 전달을 줄이는 데 도움이 된다. 예를 들어, 자이로스코프 장치(11)가 떨어지면 플라이휠(24)에 의해 생성된 충격 운동량이 모터 샤프트(29)에 완전히 전달되지 않고, 그 중 일부는 베어링(100)을 통해 짐벌(26)에 전달되어 모터(25)를 충격력에서 보호하는 데 도움이 되기 때문이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 고무 인서트(102)는 플라이휠(24)과 모터 샤프트(29) 사이에 제공될 수 있다. 이는 또한 모터(25)를 충격력으로부터 보호하는 것을 돕기 위해 모터(25)와 플라이휠(24) 사이의 비회전력의 전달을 감소시키는 것을 돕는다. 고무 인서트(102)는 바람직하게는 플라이휠(24)의 회전을 위한 토크 전달이 크게 감소되지 않도록 얇고 강성이다.

도 23은 떨림 안정화 장치의 자이로스코프 장치(11)용 플라이휠(24)의 제조 방법을 도시한다. 플라이휠(24)은 바람직하게는 금속, 예를 들어 황동으로 제조되어 원통형 블랭크로 제조된다.

제조 공정은 선반 상에서 플라이휠(24)의 형태를 원통형 블랭크로부터 기계 가공하는 제1 단계(72)를 포함한다. 기계가공(72) 동안 선반은 플라이휠(24)의 외주면(77), 플라이휠(24)의 상부 표면(80), 오목한 공동(60) 및 상부 표면(80)의 방향으로부터 모터 장착 홀(58)을 회전시키는 데 사용된다. 즉, 플라이휠(24)의 상기 표면 및 특징부는 선반의 척으로부터 돌출된 원통형 블랭크의 단부로부터 가공된다.

공정의 제2 단계(73)에서, 플라이휠(24)은 원통형 블랭크로부터 플라이휠을 분리하기 위해 선반의 회전 축에 수직인 면(78)을 절단함으로써 원통형 블랭크로부터 절단된다. 평평하거나 볼록하도록 면(78)을 절단한다는 것은 플라이휠(24)이 편심을 유발할 수 있는 선반에서 플라이휠(24)을 다시 클램핑할 필요 없이 단일 클램핑 작업으로 완전히 기계가공될 수 있음을 의미한다.

유리하게는, 상부 표면(80)의 방향에서만 선반 상의 플라이휠(24)을 기계가공하고 블랭크로부터 플라이휠(24)을 절단함으로써, 전술한 단계(73)에 따라, 플라이휠(24)의 모든 표면은 선반으로부터 플라이휠(24)을 제거하지 않고 기계가공된다. 즉, 플라이휠(24)은 편심을 도입할 수 있는 재료 블랭크를 다시 클램핑하지 않고 기계가공된다. 이는 플라이휠(24)의 표면 사이의 더 나은 공차를 초래하고 플라이휠(24)의 초기 불균형을 감소시킨다.

다음으로, 단계(74)에서, 기계가공된 플라이휠(24)은 예를 들어 도 3a 내지 도 3b을 참조하여 전술한 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 형성하기 위해 자이로스코프 장치(11)의 모터(25) 및 짐벌(26)에 장착된다. 특히, 모터(25)는 짐벌(26)에 부착된 후 모터 샤프트(29)는 플라이휠(24)의 모터 장착 홀(58)에 압입된다.

후속적으로, 단계(75)에서, 회전가능한 플라이휠 조립체(23)는 회전가능한 플라이휠 조립체(23), 특히 플라이휠(24)의 균형을 개선하기 위해 균형을 이룬다. 이 단계(75)는 짐벌용 마운트를 포함하는 가속도계 조립체에 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 장착하는 것을 포함하고, 짐벌(26) 내에서 진동을 검출하기 위한 복수의 가속도계, 및 레이저 삭마에 의해 플라이휠(24)로부터 재료를 제거하기 위한 레이저 삭마 장치를 포함한다. 레이저 절제 장치는 도 17에 도시된 평면(79)에서 플라이휠(24)로부터 재료를 제거하도록 배열된다. 2개의 평면(79)은 하부면(78) 및 상부면(80)에 인접한 플라이휠(24)의 원주 표면(77)의 에지에 위치한다.

평면(79)에서 플라이휠(24)로부터 재료를 제거하는 것은 질량이 플라이휠(24)의 원주 방향 면(77)에서 제거되면 불균형을 줄이는 데 가장 큰 영향을 미치며 2개의 평면(79)을 제공하면 전체 재료 제거를 덜 하면서 허용 가능한 균형 등급을 얻을 수 있어 작동 중인 플라이휠에 의해 제공되는 관성 및 각운동량에 대한 영향을 줄인다.

다른 예에서, 재료는 다른 방법, 예를 들어 기계적 드릴링 또는 절단을 사용하여 플라이휠(24)로부터 제거될 수 있다. 바람직하게는, 재료는 플라이휠(24)과 기계적으로 접촉하지 않는 비접촉 작업, 예를 들어 레이저 삭마 또는 전자 빔 삭마에 의해 플라이휠(24)로부터 제거된다. 유리하게는, 비접촉 작동은 모터(25)를 손상시킬 수 있는 플라이휠(24)의 진동을 일으키지 않는다.

다른 예에서, 재료는 플라이휠(24)의 균형을 맞추기 위해 예를 들어 플라이휠(24)에 추가 재료를 용접하는 것과 같은 재료 증착에 의해 또는 플라이휠(24)에 구멍을 뚫고 플라이휠(24)에 더 무거운 재료를 삽입함으로써 플라이휠(24)에 추가될 수 있다. 바람직하게는, 재료는 비접촉 재료 증착 작업, 예를 들어 펄스 레이저 증착과 같은 물리적 기상 증착에 의해 플라이휠(24)에 추가된다.

단계 76에서, 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 가속도계 조립체에 장착한 후, 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 모터(25)가 동력을 받아 플라이휠(24)을 제1 속도로 회전시키고, 재료는 플라이휠에 의해 야기되는 진동을 감소시키기 위해 가속도계에 의해 검출된 진동에 기초하여 레이저 절제에 의해 플라이휠(24)로부터 제거된다. 이는 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 균형을 개선한다. 다음으로, 단계(81)에서, 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 모터(25)는 플라이휠(24)의 회전 속도를 단계(76)의 제1 속도보다 더 큰 제2 속도로 증가시키고, 재료는 플라이휠에 의해 야기되는 진동을 감소시키기 위해 가속도계에 의해 검출된 진동에 기초하여 레이저 절제에 의해 플라이휠(24)로부터 제거된다.

선택적으로, 스테이지(81)는 제2 속도보다 훨씬 더 높은 회전 속도로 반복된다. 위의 방법은 균형 잡힌 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 제공한다.

유리하게는, 밸런싱 공정 동안 자이로스코프 장치(11)의 모터(25)를 사용하는 것은 회전가능 플라이휠 조립체(23)(즉, 플라이휠(24), 짐벌(26) 및 모터(25))가 모터 샤프트(29)와 플라이휠(24)의 원주표면(77) 사이에 매우 정확한 공차를 제공하는 단일 유닛으로서 밸런싱된다는 것을 의미한다. 균형 잡힌 회전가능 플라이휠 조립체(23) 조립체는 그 다음 회전가능 플라이휠 조립체(23)의 균형을 방해하지 않고 자이로스코프 장치(11)로 조립될 수 있다.

회전가능 플라이휠 조립체(23)는 바람직하게 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 자이로스코프 장치(11), 특히 하우징(17)에 조립되기 전에 분해되지 않는다.

유리하게는, 제1 속도에서 밸런싱을 수행한 다음 더 높은 제2 속도에서 밸런싱을 수행하는 것은 초기에 불균형 플라이휠에 의해 생성된 진동으로부터 모터(25), 특히 모터(25)의 베어링을 보호한다. 이는 자이로스코프 장치(11)로 조립되기 전에 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 분해하지 않고 동일한 모터(25)가 자이로스코프 장치(11)에 사용될 수 있게 한다. 본 발명자들은 플라이휠(24)을 제조하고 균형을 맞추는 상기 방법이 ISO 1940/1에 명시된 한계를 초과하는, 즉 GO.4보다 낮은 균형 등급을 달성하는 균형잡힌 회전가능 플라이휠 조립체(23)를 제공한다는 것을 발견했다.

이러한 고도의 균형은 진동 및 소음을 최소화하거나 제거하기 때문에 여기에 설명된 떨림 안정화 장치에서 특히 유용하며, 이는 사용자에게 유익하고 또한 자이로스코프 장치(11)의 작동 수명을 연장하고 플라이휠을 구동하기 위해 더 적은 전력이 필요하기 때문에 배터리 수명을 연장한다.

비록 본 발명 장치가 일차적으로 비교적 강한 떨림을 유도하는 신경 증상 환자에게 주는 치료 혜택과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 다른 용도에도 마찬가지로 적합하다. 단순히 혈류 박동으로 일어나는 정상 상태에서의 손 떨림 같은 손 떨림(예를 들면) 안정이 스포츠(활쏘기, 다트, 골프), 미술, 사진 또는 수술 같은 데서 유익할 것이다.

의심을 불식하도록, 특정 실시예와 관련하여 여기서 기술되는 본 발명의 특징이나 측면은 그 실시예에 국한되지 않는다. 상기 기능들은 어떤 식으로든 결합할 수 있다. 그러한 결합은 어느 것이든 모두 발명에 포괄되기 때문에 추가적인 주제가 되지 않는다.

Claims (22)

1. 사용자의 손에 장착 가능한 회전가능 플라이휠 조립체를 포함하는 손 떨림 안정화용 장치로서,
   회전가능 플라이휠 조립체는 i) 플라이휠 질량(m) 및 플라이휠 직경(d)을 갖는 플라이휠, 및 ii) 회전가능 플라이휠 조립체가 약 0.05kgm2/s 내지 약 0.30 kgm2/s의 크기를 갖는 각운동량을 생성하도록 플라이휠 회전 축을 중심으로 플라이휠을 회전 속도(R)로 회전시키도록 구성된 원동기를 포함하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 플라이휠의 질량(m)은 2kg 이하, 바람직하게는 1kg 이하, 보다 바람직하게는 0.5kg 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.05kg 내지 0.5kg, 더욱 바람직하게는 약 0.1kg 그리고 0.2kg인 장치.
3. 제2항에 있어서, 플라이휠 직경(d)은 약 150mm 이하, 보다 바람직하게는 약 100mm 이하, 보다 바람직하게는 약 80mm 이하, 더욱 바람직하게는 약 50mm인 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 플라이휠의 회전 속도(R)는 약 5,000RPM 내지 70,000RPM, 바람직하게는 약 10,000RPM 내지 30,000RPM, 더욱 바람직하게는 약 15,000RPM 내지 약 30,000RPM인 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 회전가능 플라이휠 조립체가 사용자의 손에 장착될 때 사용자의 손의 움직임의 특성을 검출하도록 배열된 센서 및 원동기를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 추가로 포함하고, 컨트롤러는 검출된 특성을 기초하여 회전 속도(R)에서 플라이휠을 회전시키기 위해 원동기를 제어하도록 구성되는 장치.
6. 제5항에 있어서, 센서는 회전가능 플라이휠 조립체가 사용자의 손에 장착될 때 손 떨림의 특성, 예를 들어 손 떨림의 진폭, 진동수 및/또는 가속도를 검출하도록 배열되는 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징을 추가로 포함하고, 회전 가능 플라이휠 조립체는 짐벌을 더 포함하고, 플라이휠은 짐벌에 장착되고, 짐벌은 플라이휠이 하우징에 대해 세차할 수 있도록 세차 축을 중심으로 하우징에 피벗식으로 장착되는 장치.
8. 제7항에 있어서, 하우징은 턴테이블을 포함하고, 짐벌은 세차 축을 정의하기 위해 턴테이블에 피벗식으로 장착되고, 턴테이블은 세차 축이 하우징에 대해 회전할 수 있도록 피벗을 중심으로 회전할 수 있는 장치.
9. 제7항에 있어서, 하우징은 하우징에 대해 고정된 세차 축을 중심으로 짐벌을 하우징에 피벗식으로 장착하기 위해 짐벌의 힌지 부재와 협력하는 힌지 시트를 포함하는 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 플라이휠은 중심 디스크 부분과 플라이휠 회전축의 축방향으로 연장되는 원주방향 스커트를 포함하고, 원주방향 스커트는 오목한 공동을 형성하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 오목한 공동은 플라이휠의 총 질량의 적어도 50%, 바람직하게는 플라이휠의 총 질량의 적어도 75%를 포함하는 장치.
12. 손과 같은 사용자 신체의 일부에 부착될 수 있는 하우징, 및 하우징에 장착된 회전가능 플라이휠 조립체를 포함하는 떨림 안정화를 위한 장치로서,
    회전가능 플라이휠 조립체는 회전가능 플라이휠 및 플라이휠 회전 축 주위에서 플라이휠을 회전시키도록 배열된 원동기를 포함하고, 플라이휠은 중심 디스크 부분 및 플라이휠 회전 축의 축방향으로 연장되는 원주방향 스커트를 포함하고,
    원주방향 스커트는 오목한 공동을 형성하고 플라이휠의 총 질량의 적어도 50%, 바람직하게는 플라이휠의 총 질량의 적어도 75%를 포함하는 장치.
13. 제12항에 있어서, 원동기는 플라이휠의 오목한 공동에 적어도 부분적으로 중첩되는 장치.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 원통기는 전기 모터를 포함하는 장치.
15. 제14항에 있어서, 전기 모터는
    약 1 이하의 높이 치수에 수직인 폭 치수에 대한 플라이휠 회전 축의 축방향의 높이 치수의 종횡비; 및/또는
    브러시리스 전기 모터; 및/또는
    브러시리스 DC 모터; 및/또는
    정극성 영구자석 회전자를 포함하는 DC 모터; 및/또는
    무슬롯 및/또는 코어리스 권선 및/또는
    축방향 플럭스 구성 중 하나 이상을 갖는 전기 모터를 포함하는 장치.
16. 사용자의 신체 일부, 예를 들어 손에 부착하기 위한 떨림 안정화 장치의 제조 방법으로서, 떨림 안정화 장치는 사용자의 신체 부분에서 떨림을 안정화하기 위해 자이로스코프력을 생성하는 플라이휠을 포함하고,
    진동 안정화 장치의 회전가능 플라이휠 조립체를 제공하기 위해 플라이휠을 진동 안정화 장치의 모터에 장착하는 단계 - 회전가능 플라이휠 조립체는 플라이휠을 포함하는 회전 요소 및 모터의 회전자를 포함함 -;
    모터를 사용하여 회전 요소를 회전시키는 단계;
    회전가능 플라이휠 조립체의 균형을 맞추기 위해 회전 요소로부터 재료를 제거하거나 회전 요소에 재료를 추가하는 단계; 및
    진동 안정화 장치의 하우징에 회전가능 플라이휠 조립체를 조립하는 단계를 포함하는 방법.
17. 제16항에 있어서, 회전가능 플라이휠 조립체의 세차 축을 위한 힌지 부재를 포함하는 짐벌에 모터 및 플라이휠을 부착하는 단계, 힌지 부재를 통해 가속도계 조립체에 짐벌을 장착하는 단계, 모터를 사용하여 가속도계 조립체에서 플라이휠을 회전시키는 단계, 및 회전 요소에서 재료를 제거하거나 회전 요소에 재료를 추가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 플라이휠은 플라이휠을 형성하기 위해 선반 상의 재료 블랭크를 회전시킴으로써 제조되며, 회전은 플라이휠의 프로파일을 형성하기 위해 선반의 척 반대편 재료 블랭크의 단부로부터 재료 블랭크로부터 재료를 절단하는 단계를 포함하고 선반 내에서 재료 블랭크를 재클램핑하지 않고 재료 블랭크로부터 플라이휠을 절단하는 단계를 포함하는 방법.
19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 재료는 비접촉 공정, 예를 들어 레이저 절제 또는 전자 빔 절제와 같은 절제에 의해 플라이휠로부터 제거되거나 플라이휠에 추가되는 방법.
20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 플라이휠은 원주면을 포함하고, 플라이휠로부터 재료를 제거하거나 플라이휠에 재료를 추가하는 단계는 플라이휠의 원주 표면의 적어도 2개의 평면으로부터 재료를 제거하거나 재료를 추가하는 단계를 포함하는 방법.
21. 제16항 내지 제20 중 어느 한 항에 있어서, 모터를 사용하여 플라이휠을 제1 회전 속도로 회전시키는 단계, 플라이휠에서 재료 제거 또는 플라이휠에 재료 추가하는 단계, 그 다음 모터를 사용하여 제2 회전 속도로 플라이휠을 회전시킨 다음, 플라이휠로부터 재료를 제거하거나 플라이휠에 재료를 추가하는 단계를 포함하며, 제2 회전 속도는 제1 회전 속도보다 더 큰 방법.
22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 떨림 안정화 장치.

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