KR20230076770A - 형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호대 및 발목 보호 방법 - Google Patents

형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호대 및 발목 보호 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 직물 스트레인 센서를 이용하여 발목의 회전각도를 검출한 후 발목보호기준 회전각도를 초과하는 경우, 형상기억 합금에 전원을 공급하여 발열시키는 것에 의해 원형으로 형상 복원시킴과 동시에 강성을 부여하여 부목의 기능을 수행하게 함으로써 발목 염좌, 골절 등의 사고를 방지할 수 있도록 하는 형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호대 및 발목 보호 방법을 제공한다.

Description

형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호대 및 발목 보호 방법{Ankle brace using shape memory alloy and textile strain sensor and Ankle protection method using the same}
본 발명은 발목 보호대에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 직물 스트레인 센서를 이용하여 발목의 회전각도를 검출한 후 발목보호기준 회전각도를 초과하는 경우, 형상기억 합금에 전원을 공급하여 발열시키는 것에 의해 원형으로 형상 복원시킴과 동시에 강성을 부여하여 부목의 기능을 수행하게 함으로써 발목 염좌, 골절 등의 사고를 방지할 수 있도록 하는 형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호대 및 발목 보호 방법에 관한 것이다.
발목이 과도하게 꺾이는 경우 염좌, 골절 등의 다양한 부상 또는 손상이 발생할 수 있다. 또한, 염좌, 골절 등의 발생으로 인해 낙상 사고가 발생하는 경우, 발목 이외의 부위의 타박상, 염좌, 골절 등의 다양한 2차 부상 또는 손상을 유발할 수도 있다.
이러한 발목 부상 또는 손상을 예방하기 위하여 일반 발목 보호대를 착용하지만 오히려 발을 이용한 활동에 제약을 가하고, 발목 보호대의 압박으로 인해 혈류 공급을 차단하여 근육이나 피부 손상을 유발할 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-2377163호(2022.03.23. 공고)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 스트레인 센서를 이용하여 발목의 회전각도를 검출한 후 발목보호기준 회전각도를 초과하는 경우, 형상기억 합금에 전원을 공급하여 발열시키는 것에 의해 원형으로 형상 복원시킴과 동시에 강성을 부여하여 부목의 기능을 수행하게 함으로써 발목 염좌, 골절 등의 사고를 방지할 수 있도록 하는 형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호대 및 발목 보호 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 발목에 착용하는 착용부(10); 형상기억합금(111)을 내장한 복수의 형상기억합금부(110)가 발목의 둘레를 감싸도록 상기 착용부(10)에 설치되는 발목보호부(100); 상기 착용부(10)의 내측 발목 영역에 설치되는 제1 스트레인 센서부(210)와 상기 착용부(10)의 외측 발목 영역에 설치되는 제2 스트레인 센서부(220)를 포함하는 스트레인 센서부(200); 및 상기 스트레인 센서부(200)의 제1 및 제2 스트레인 센서부(210, 220)의 저항 변화 값을 비교하여 발목의 회전각도를 검출한 후 발목보호기준 회전각도를 초과하는 경우 상기 형상기억합금(111)에 전원을 공급하여 형상 복원시키고 강성을 부여하여 발목보호를 수행하는 발목보호제어부(300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호대를 제공한다.
상기 형상기억합금부(110)는, 중심에 설치되는 상기 형상기억합금(111); 및 상기 형상기억합금(111)의 외주면을 절연 및 단열 차폐하도록 상기 형상기억합금(111)의 외주면에 형성되는 절연 및 단열 층(113)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 형상기억합금(111)은 NiTi 형상기억합금의 와이어, 원기둥, 다각기둥 또는 판 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 스트레인 센서부(210) 및 제2 스트레인 센서부(220)는 직물 스트레인 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 발목보호제어부(300)는, 제1 스트레인 센서부(210) 및 제2 스트레인 센서부(220)의 저항 변화에 따른 회전각도, 발목보호기준 회전각도를 포함하는 발목보호정보를 저장하는 저장부(310); 상기 제1 스트레인 센서부(210) 및 제2 스트레인 센서부(220)의 저항 변화 값을 수신한 후 상기 저장부(310)의 저항 변화에 따른 회전각도 정보를 이용하여 발목 회전각도를 산출하는 회전각도판단부(330); 상기 회전각도판단부(330)로부터 수신된 발목 회전각도를 상기 저장부(310)에 저장된 발목보호기준 회전각도와 비교하여 상기 발목보호부의 발목 보호 전원의 공급을 제어하는 발목보호전원 공급 제어부(340); 및 상기 발목 보호 전원을 공급하는 전원부(350)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 발목보호전원 공급 제어부(340)는, 수신된 상기 발목 회전각도가 상기 발목보호기준 회전각도보다 큰 경우, 상기 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급하여, 상기 형상기억합금(111)이 발열되어 설치 위치의 발목 형상으로 복윈되며 강성을 가지도록 하여 발목을 보호하는 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 발목보호전원 공급 제어부(340)는, 상기 발목 보호를 위해 상기 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급한 후 일정 시간이 경과된 후에 차단하여 상기 형상기억합금(111)이 유연성을 가지도록 하는 발목보호 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 스트레인 센서부(200)는, 상기 착용부(10)의 발등에서 발목 영역에 설치되는 제3 스트레인 센서부(230)와 상기 착용부(10)의 발 뒤꿈치에서 발목 영역에 설치되는 제4 스트레인 센서부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 회전각도판단부(330), 상기 제3 스트레인 센서부(230) 및 상기 제4 스트레인 센서부(240)의 저항 변화 값을 수신한 후 상기 저장부(310)의 저항 변화에 따른 회전각도 정보를 이용하여 전후 방향의 발목 회전각도를 산출하도록 구성될 수도 있다.
상기 회전각도판단부(330), 상기 제1 스트레인 센서부(210), 상기 제2 스트레인 센서부(220), 상기 제3 스트레인 센서부(230) 및 상기 제4 스트레인 센서부(240)의 저항 변화 값을 수신한 후 상기 저장부(310)의 저항 변화에 따른 회전각도 정보를 이용하여 360° 방향의 발목 회전각도를 산출하도록 구성될 수도 있다.
상술한 본 발명의 해결 과제의 달성을 위한 본 발명의 다른 실시예는, 상기 발목 보호대(1)를 이용한 발목 보호 방법에 있어서, 상기 발목보호제어부(300)가 스트레인 센서부(200)의 저항 변화에 따른 측정 전압을 수신하는 측정 전압 수신 단계(S10); 상기 발목보호제어부(300)의 회전각도판단부(330)가 상기 스트레인 센서부(200)의 저항 변화에 다른 측정 전압으로부터 발목의 회전각도를 산출하는 발목 회전각도 산출 단계(S20); 및 상기 발목보호제어부(300)의 발목보호전원 공급 제어부(340)가 산출된 상기 발목 회전각도와 저장부(310)의 발목보호기준 회전각도를 발목보호부(100)로 공급되는 전원을 제어하는 발목보호전원 공급 제어 단계(S30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호 방법을 제공한다.
상기 발목보호전원 공급 제어 단계(S30)는, 상기 발목보호전원 공급 제어부(340)가 수신된 상기 발목 회전각도가 상기 발목보호기준 회전각도보다 큰 경우, 상기 발목보호제어부(300)에 구성된 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급하여, 상기 형상기억합금(111)이 설치 위치의 발목 형상으로 복윈되며 강성을 가지도록 하여 발목을 보호하는 제어를 수행하는 단계일 수 있다.
상기 발목보호전원 공급 제어 단계(S30)는, 상기 발목 보호를 위해 상기 발목보호전원 공급 제어부(340)가 상기 발목보호제어부(300)에 구성된 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급한 후 일정 시간이 경과된 후에 차단하여 상기 형상기억합금(111)이 유연성을 가지도록 하는 발목보호 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 발목 보호대(1) 및 발목 보호 방법은 스트레인 센서를 이용하여 산출된 발목 회전각도가 기 설정된 발목보호기준 회전각도보다 큰 경우 형상기억합금으로 전원을 공급하여 형상기억 합금이 회전되지 않은 발목의 형상으로 형상 복원되며 강성을 가지는 것에 의해 발목을 원래 형상대로 지지하여, 과도한 발목 회전에 의한 염좌, 골절 등의 발목 부상 또는 손상이나, 2차적인 신체 부상을 방지할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호대(1)의 개략적인 구성 및 발목 회전 동작을 나타내는 도면이다.
도 2는 형상기억합금부(110)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 발목보호제어부(300)의 기능블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 도 1 내지 도 3의 구성을 가지는 발목 보호대(1)를 이용한 발목 보호 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호대(1)의 개략적인 구성 및 발목 회전 동작을 나타내는 도면이다.
도 1과 같이, 본 발명의 일 실시예의 발목 보호대(1)는, 발목에 착용하는 착용부(10); 형상기억합금(111)을 내장한 복수의 형상기억합금부(110)가 발목의 둘레를 감싸도록 상기 착용부(10)에 설치되는 발목보호부(100); 상기 착용부(10)의 내측 발목 영역에 설치되는 제1 스트레인 센서부(210)와 상기 착용부(10)의 외측 발목 영역에 설치되는 제2 스트레인 센서부(220)를 포함하는 스트레인 센서부(200); 및 상기 스트레인 센서부(200)의 제1 및 제2 스트레인 센서부(210, 220)의 저항 변화 값을 비교하여 발목의 회전각도를 검출한 후 발목보호기준 회전각도를 초과하는 경우 상기 형상기억합금(111)에 전원을 공급하여 형상 복원시키고 강성을 부여하여 발목보호를 수행하는 발목보호제어부(300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호대로 구성될 수 있다.
상기 착용부(10)는 고강도 신축성 섬유 소재를 양말 형상 또는 입구와 출구가 형성되어 발목 또는 뒤꿈치와 발목을 포함하는 영역에 착용하는 발목 보호 밴드의 형상 등으로 제작될 수 있다.
도 2는 형상기억합금부(110)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 2와 같이, 상기 형상기억합금부(110)는, 중심에 설치되는 상기 형상기억합금(111) 및 상기 형상기억합금(111)의 외주면을 절연 및 단열 차폐하도록 상기 형상기억합금(111)의 외주면에 형성되는 절연 및 단열 층(113)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 형상기억합금(111)은 NiTi 형상기억합금의 와이어, 원기둥, 다각기둥 또는 판 중 어느 하나의 형상으로 유연성을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 형상기억합금(111)은 형성복원되어 강성을 가지는 경우, 형상기억합금부(110)가 위치되는 발목의 곡선에 대응하는 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 형상기억합금부(110)는 휘어진 상태에서 전원이 인가되어 발열되면, 형상기억합금부(110)가 설치된 위치의 발목의 외형으로 형상 복원되며 강성을 가지게 되어 부목과 같이 발목을 지지하게 된다.
상기 절연 및 단열 층(113)은 상기 형상기억합금(111)이 발열하는 경우 열을 차단하여 피부 화상이 발생하는 것을 방지한다.
상기 스트레인 센서부(200)의 상기 제1 스트레인 센서부(210) 및 제2 스트레인 센서부(220)는 직물 스트레인 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 스트레인 센서부(200)는 상기 직물 스트레인 센서를 포함하여 구성되어 상기 착용부(10)의 발등에서 발목 영역에 설치되는 제3 스트레인 센서부(230)와 상기 착용부(10)의 발 뒤꿈치에서 발목 영역에 설치되는 제4 스트레인 센서부(240)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제3 스트레인 센서부(230)와 상기 제4 스트레인 센서부(240)는 발목의 전후 회전 각도를 측정할 수 있도록 한다.
상기 직물 스트레인 센서는 탄소나노튜브 함침 직물 스트레인 센서, 전도성사 니트 스트레인 센서(conductive yarn knit strain sensor), 전도성 필러 복합 직물 스트레인 센서, 복합 금속 전도성 필러 복합 직물 스트레인 센서 등으로 구성될 수 있다.
상기 탄소나노튜브 함침 직물 스트레인 센서는 직물에 탄소나노튜브를 함침하여 전기전도성을 부여한 섬유사의 직조에 의해 제작될 수 있다.
상기 전도성사 니트 스트레인 센서(conductive yarn knit strain sensor)는 은 코팅사 또는 탄소 함침사 등의 전도성 섬유를 이용하여 직조된 전도성 루프 접촉 구조 또는 전도성사 루프 네트워크 구조를 가지는 직물 센서일 수 있다.
전도성 필러 복합 직물 스트레인 센서는 필러로 탄소계 필러, 금속 필러, 전도성 고분자 필러 등의 전도성 필러를 포함하는 섬유사를 직조하여 제작될 수 있다.
상기 복합 금속 전도성 필러 복합 직물 스트레인 센서는 고무(rubbers), 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomers), 실리콘 엘라스토머(silicon elastomers) 등의 매트릭스 재료와 금속이 복합된 복합 금속 전도성 필러를 실 형태로 제작한 후 직조하거나 또는 신축성 원단이나 실 위에 코팅하여 직물 스트레인 센서로 제작될 수 있다.
상술한 구성의 상기 스트레인 센서부(200)의 상기 제1 내지 제4 스트레인 센서부(210, 220, 230, 240)는 상기 착용부(10)의 직조 시 함께 직조될 수 있다. 이와 달리, 상기 스트레인 센서부(200)를 구성하는 상기 제1 내지 제4 스트레인 센서부 각각이 별도로 제작된 후 상기 착용부(10)에 재봉 또는 접착제를 이용한 접합 등에 의해 일체화될 수 있다.
도 3은 발목보호제어부(300)의 기능블록도이다.
도 3과 같이, 상기 발목보호제어부(300)는 제1 스트레인 센서부(210) 및 제2 스트레인 센서부(220)의 저항 변화에 따른 회전각도, 발목보호기준 회전각도를 포함하는 발목보호정보를 저장하는 저장부(310), 상기 제1 스트레인 센서부(210) 및 제2 스트레인 센서부(220)의 저항 변화 값을 수신한 후 상기 저장부(310)의 저항 변화에 따른 회전각도 정보를 이용하여 발목 회전각도를 산출하는 회전각도판단부(330), 상기 회전각도판단부(330)로부터 수신된 발목 회전각도를 상기 저장부(310)에 저장된 발목보호기준 회전각도와 비교하여 상기 발목보호부의 발목 보호 전원의 공급을 제어하는 발목보호전원 공급 제어부(340) 및 상기 발목 보호 전원을 공급하는 전원부(350)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 저장부(310)는 비휘발성 메모리 소자 등으로 제작될 수 있다.
상기 발목보호전원 공급 제어부(340)는, 수신된 상기 발목 회전각도가 상기 발목보호기준 회전각도보다 큰 경우, 상기 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급하여, 상기 형상기억합금(111)이 설치 위치의 발목 형상으로 복윈되며 강성을 가지도록 하여 발목을 보호하는 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 발목보호전원 공급 제어부(340)는, 상기 발목 보호를 위해 상기 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급한 후 일정 시간이 경과된 후에 차단하여 상기 형상기억합금(111)이 유연성을 가지도록 하는 발목보호 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 회전각도판단부(330)는 상기 제3 스트레인 센서부(230) 및 상기 제4 스트레인 센서부(240)의 저항 변화 값을 수신한 후 상기 저장부(310)의 저항 변화에 따른 회전각도 정보를 이용하여 전후 방향의 발목 회전각도를 산출하도록 구성될 수도 있다.
상기 회전각도판단부(330)는 상기 제1 스트레인 센서부(210), 상기 제2 스트레인 센서부(220), 상기 제3 스트레인 센서부(230) 및 상기 제4 스트레인 센서부(240)의 저항 변화 값을 수신한 후 상기 저장부(310)의 저항 변화에 따른 회전각도 정보를 이용하여 360° 방향의 발목 회전각도를 산출하도록 구성될 수도 있다.
상기 전원부(350)는 1차 전지, 2차 전지 등을 장착하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 발목보호제어부(300)는 제1 내지 제4 스트레인 센서부(210 ~ 240)의 저항 변화에 따라 인가된 전압의 변화 값 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(320)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 발목보호제어부(300)는 상기 제1 내지 제4 스트레인 센서부(210 ~ 240)의 저항 변화에 따라 인가된 전압의 변화 값 아날로그 신호에 포함되는 노이즈 신호를 제거하는 노이즈 제거 필터(미도시), 증폭을 위한 증폭부(미도시) 등을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 구성에서 상기 발목보호제어부(300)와 스트레인 센서부(200)는 신호선을 통해 서로 접속되고, 상기 발목보호제어부(300)의 전원부(350)와 상기 발목보호부(100)의 형상기억합금(111)은 전원선(150)으로 서로 접속된다. 그리고 상기 신호선과 전원선(150)은 상기 착용부(10)의 직조 시 일체로 형성되거나, 별도로 제작되어 착용부(10)에 부가 설치될 수 있다.
상술한 구성의 상기 발목보호제어부(300)는 회로기판을 포함하여 제작되거나, 일체화된 반도체 칩 또는 펌웨어 등으로 제작될 수도 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예의 형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 도 1 내지 도 3의 구성을 가지는 발목 보호대(1)를 이용한 발목 보호 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 발목 보호 방법은, 상기 발목 보호대(1)에 의한 발목 보호 방법에 있어서, 상기 발목보호제어부(300)가 스트레인 센서부(200)의 저항 변화에 따른 측정 전압을 수신하는 측정 전압 수신 단계(S10), 상기 발목보호제어부(300)의 회전각도판단부(330)가 상기 스트레인 센서부(200)의 저항 변화에 다른 측정 전압으로부터 발목의 회전각도를 산출하는 발목 회전각도 산출 단계(S20) 및 상기 발목보호제어부(300)의 발목보호전원 공급 제어부(340)가 산출된 상기 발목 회전각도와 저장부(310)의 발목보호기준 회전각도를 발목보호부(100)로 공급되는 전원을 제어하는 발목보호전원 공급 제어 단계(S30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 측정 전압 수신 단계(S10)는 상기 발목보호제어부(300)가 상기 발목 보호대(1)의 제1 내지 제2 스트레인 센서부, 제3 및 제4 스트레인 센서부(230, 240) 또는 제1 내지 제4 스트레인 센서부(210~240)에서 생성된 측정 전압을 수신하는 단계이다.
도 1과 같이, 사용자가 상기 발목 보호대(1)를 착용한 후 발목이 좌측으로 꺾이면, 움직이는 경우, 마우스를 조작하여 도 3의 (a)와 같이, 발목을 좌측으로 꺾으면, 제1 스트레인 센서부(210)의 직물 스트레인 센서가 수축되어 저항이 감소한다. 이에 따라, 제1 스트레인 센서부(210)의 직물 스트레인 센서에 인가된 측정 전압은 감소된다. 그리고 제2 스트레인 센서부(220)의 직물 스트레인 센서는 신장되어 저항이 증가한다. 이에 따라, 제2 스트레인 센서부(220)의 직물 스트레인 센서에 인가된 측정 전압은 증가한다. 즉, 제1 스트레인 센서부(210)의 측정 전압이 감소하고, 제2 스트레인 센서부(220)의 측정 전압이 증가하는 경우 발목이 왼쪽으로 꺾인 것으로 판단할 수 있다.
사용자가 상기 발목 보호대(1)를 착용한 후 발목을 우측으로 꺾으면, 제1 스트레인 센서부(210)의 직물 스트레인 센서가 신장되어 저항이 증가하고, 제2 스트레인 센서부(220)는 수축하여 저항이 감소된다. 이에 따라, 제1 스트레인 센서부(210)의 직물 스트레인 센서에 인가된 측정 전압은 증가하고, 제2 스트레인 센서부(220)의 직물 스트레인 센서에 인가된 측정 전압은 감소한다.
따라서 제1 스트레인 센서부(210)와 제2 스트레인 센서부(220)에서 동시 측정된 측정 전압의 크기를 비교하는 것에 의해 발목의 회전 방향을 확인할 수 있다.
상기 발목 회전각도 산출 단계(S20)는 상기 회전각도판단부(330)가 상기 제1 스트레인 센서부(210)와 제2 스트레인 센서부(220)의 저항 변화에 따른 측정 전압으로부터 회전각도를 산출하는 단계일 수 있다.
상기 회전각도판단부(330)는 상기 제1 스트레인 센서부(210)와 제2 스트레인 센서부(220)에서 동시에 측정된 측정 전압의 크기를 비교하여 발목의 회전 방향을 검출한다. 그리고 상기 저장부(210)에 저장된 제1 스트레인 센서부(210) 및 제2 스트레인 센서부(220)의 저항 변화에 따른 회전각도 정보를 이용하여 발목의 회전각도를 산출한다.
상기 발목 회전각도 산출 단계(S20)는 상기 회전각도판단부(330)가 상기 제3 스트레인 센서부(230)와 제4 스트레인 센서부(240)의 저항 변화에 따른 측정 전압으로부터 발목의 전후 방향의 회전각도를 산출하는 단계일 수 있다.
상기 발목 회전각도 산출 단계(S20)는 상기 회전각도판단부(330)가 상기 제1 내지 제4 스트레인 센서부(210, 220, 230, 240)의 저항 변화에 따른 측정 전압으로부터 발목의 360° 방향의 회전각도를 산출하는 단계일 수도 있다.
상기 발목보호전원 공급 제어 단계(S30)는 상기 발목보호전원 공급 제어부(340)가 수신된 상기 발목 회전각도가 상기 발목보호기준 회전각도보다 큰 경우, 상기 발목보호제어부(300)에 구성된 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급하여, 상기 형상기억합금(111)이 설치 위치의 발목 형상으로 복윈되며 강성을 가지도록 하여 발목을 보호하는 제어를 수행하는 단계일 수 있다.
상기 발목보호전원 공급 제어 단계(S30)는, 상기 발목 보호를 위해 상기 발목보호전원 공급 제어부(340)가 상기 발목보호제어부(300)에 구성된 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급한 후 일정 시간이 경과된 후에 차단하여 상기 형상기억합금(111)이 유연성을 가지도록 하는 발목보호 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 발목 보호대
10: 착용부
100: 발목보호부
110: 형상기억합금부
111: 형상기억합금
113: 절연 및 단열 층
150: 전원선
200: 스트레인 센서부
201: 직물 스트레인 센서
210: 제1 스트레인 센서부
220: 제2 스트레인 센서부
230: 제3 스트레인 센서부
240: 제4 스트레인 센서부
300: 발목보호제어부
310: 저장부
320: A/D변환부
330: 회전각도 판단부
340: 발목보호전원 공급 제어부
350: 전원부

Claims (12)

  1. 발목에 착용하는 착용부(10);
    형상기억합금(111)을 내장한 복수의 형상기억합금부(110)가 발목의 둘레를 감싸도록 상기 착용부(10)에 설치되는 발목보호부(100);
    상기 착용부(10)의 내측 발목 영역에 설치되는 제1 스트레인 센서부(210)와 상기 착용부(10)의 외측 발목 영역에 설치되는 제2 스트레인 센서부(220)를 포함하는 스트레인 센서부(200); 및
    상기 스트레인 센서부(200)의 제1 및 제2 스트레인 센서부(210, 220)의 저항 변화 값을 비교하여 발목의 회전각도를 검출한 후 발목보호기준 회전각도를 초과하는 경우 상기 형상기억합금(111)에 전원을 공급하여 형상 복원시키고 강성을 부여하여 발목보호를 수행하는 발목보호제어부(300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발목 보호대.
  2. 제1항에 있어서, 상기 형상기억합금부(110)는,
    중심에 설치되는 상기 형상기억합금(111); 및
    상기 형상기억합금(111)의 외주면을 절연 및 단열 차폐하도록 상기 형상기억합금(111)의 외주면에 형성되는 절연 및 단열 층(113)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발목 보호대.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 형상기억합금(111)은 NiTi 형상기억합금의 와이어, 원기둥, 다각기둥 또는 판 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
    상기 제1 스트레인 센서부(210) 및 제2 스트레인 센서부(220)는 직물 스트레인 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발목 보호대.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발목보호제어부(300)는,
    상기 제1 스트레인 센서부(210) 및 제2 스트레인 센서부(220)의 저항 변화에 따른 회전각도, 발목보호기준 회전각도를 포함하는 발목보호정보를 저장하는 저장부(310);
    상기 제1 스트레인 센서부(210) 및 제2 스트레인 센서부(220)의 저항 변화 값을 수신한 후 상기 저장부(310)의 저항 변화에 따른 회전각도 정보를 이용하여 발목 회전각도를 산출하는 회전각도판단부(330); 상기 회전각도판단부(330)로부터 수신된 발목 회전각도를 상기 저장부(310)에 저장된 발목보호기준 회전각도와 비교하여 상기 발목보호부의 발목 보호 전원의 공급을 제어하는 발목보호전원 공급 제어부(340); 및 상기 발목 보호 전원을 공급하는 전원부(350)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발목 보호대.
  5. 제4항에 있어서, 상기 발목보호전원 공급 제어부(340)는,
    수신된 상기 발목 회전각도가 상기 발목보호기준 회전각도보다 큰 경우, 상기 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급하여, 상기 형상기억합금(111)이 발열되어 설치 위치의 발목 형상으로 복윈되며 강성을 가지도록 하여 발목을 보호하는 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발목 보호대.
  6. 제4항에 있어서, 상기 발목보호전원 공급 제어부(340)는,
    수신된 상기 발목 회전각도가 상기 발목보호기준 회전각도보다 큰 경우, 상기 발목 보호를 위해 상기 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급한 후 일정 시간이 경과된 후에 차단하여 상기 형상기억합금(111)이 유연성을 가지도록 하는 발목보호 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발목 보호대.
  7. 제4항에 있어서, 상기 스트레인 센서부(200)는,
    상기 착용부(10)의 발등에서 발목 영역에 설치되는 제3 스트레인 센서부(230)와 상기 착용부(10)의 발 뒤꿈치에서 발목 영역에 설치되는 제4 스트레인 센서부(240)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발목 보호대.
  8. 제7항에 있어서, 상기 회전각도판단부(330),
    상기 제3 스트레인 센서부(230) 및 상기 제4 스트레인 센서부(240)의 저항 변화 값을 수신한 후 상기 저장부(310)의 저항 변화에 따른 회전각도 정보를 이용하여 전후 방향의 발목 회전각도를 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발목 보호대.
  9. 제7항에 있어서, 상기 회전각도판단부(330),
    상기 제1 스트레인 센서부(210), 상기 제2 스트레인 센서부(220), 상기 제3 스트레인 센서부(230) 및 상기 제4 스트레인 센서부(240)의 저항 변화 값을 수신한 후 상기 저장부(310)의 저항 변화에 따른 회전각도 정보를 이용하여 360° 방향의 발목 회전각도를 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발목 보호대.
  10. 제1항의 발목 보호대(1)를 이용한 발목 보호 방법에 있어서,
    상기 발목보호제어부(300)가 스트레인 센서부(200)의 저항 변화에 따른 측정 전압을 수신하는 측정 전압 수신 단계(S10);
    상기 발목보호제어부(300)의 회전각도판단부(330)가 상기 스트레인 센서부(200)의 저항 변화에 다른 측정 전압으로부터 발목의 회전각도를 산출하는 발목 회전각도 산출 단계(S20); 및
    상기 발목보호제어부(300)의 발목보호전원 공급 제어부(340)가 산출된 상기 발목 회전각도와 저장부(310)의 발목보호기준 회전각도를 발목보호부(100)로 공급되는 전원을 제어하는 발목보호전원 공급 제어 단계(S30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발목 보호 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 발목보호전원 공급 제어 단계(S30)는,
    상기 발목보호전원 공급 제어부(340)가 수신된 상기 발목 회전각도가 상기 발목보호기준 회전각도보다 큰 경우, 상기 발목보호제어부(300)에 구성된 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급하여, 상기 형상기억합금(111)이 설치 위치의 발목 형상으로 복윈되며 강성을 가지도록 하여 발목을 보호하는 제어를 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 발목 보호 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 발목보호전원 공급 제어 단계(S30)는,
    상기 발목 보호를 위해 상기 발목보호전원 공급 제어부(340)가 수신된 상기 발목 회전각도가 상기 발목보호기준 회전각도보다 큰 경우, 상기 발목보호제어부(300)에 구성된 전원부(350)의 전원을 상기 발목보호부(110)의 형상기억합금(111)으로 공급한 후 일정 시간이 경과된 후에 차단하여 상기 형상기억합금(111)이 유연성을 가지도록 하는 발목보호 제어를 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 발목 보호 방법.
KR1020220156246A 2021-11-24 2022-11-21 형상기억합금 및 직물 스트레인 센서를 이용한 발목 보호대 및 발목 보호 방법 KR20230076770A (ko)

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