KR20230108185A - 의수용 손가락 내장형 모터 및 감속기 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의수용 손가락 내장형 모터 및 감속기 구조에 관한 것으로, 손가락의 말단 마디로부터 중간 마디까지의 형상과 대응되는 형상을 갖는 제1 마디; 및 제1 마디에 내장되는 모터;를 포함하여 구비된다. 본 발명에 따르면, 의수용 손가락의 제1 마디에 초소형 모터가 내장되므로, 손가락만이 절단된 부분 손 상지 절단 장애인들의 수요를 충족할 수 있으며, 제1 관절부 및 제2 관절부 사이에 감속기가 내장되므로, 제1 관절부 및 제2 관절부가 동기화되어 관절 운동할 수 있고, 케이블이 제1 관절부의 제1 외주면의 바깥을 따라 접촉하고, 제1 외주면의 반대편에 위치하는 제2 관절부의 제2 외주면의 안쪽을 따라 접촉하도록 배치되어 동작하므로 케이블의 길이 방향으로의 인장 또는 수축을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 모터와 감속기를 서로 다른 마디에 내장할 수 있어 사람의 실제 손가락에 근접한 길이 및 형태를 보다 용이하게 구현할 수 있어, 종래 기술 대비 사람의 실제 손가락과 유사한 형상을 갖는 의수용 손가락을 제공할 수 있다.

Description

의수용 손가락 내장형 모터 및 감속기 구조 {BUILT-IN MOTOR FINGER AND REDUCER STRUCTURE FOR PROSTHETIC HANDS}

본 발명은 의수용 손가락에 관한 것이다. 보다 자세하게는 손가락 내장형 모터 및 감속기 구조를 갖는 의수용 손가락에 관한 것이다.

부분 손 절단장애인의 장애를 치유하기 위한 일 방편으로 전자 의수를 이용하고 있다. 그러나 종래의 전자 의수의 대부분은 상해를 입지 않은 손바닥 부위에 모터가 자리하고 있어, 실제로 사용할 수 없는 경우가 대부분이다. 이를 개선하기 위해 개발된 손가락 내에 모터가 장착되는 제품은 손가락 1개당 1천만원 이상의 고가에 판매되고 있어, 실제 전자 의수를 필요로 하는 대부분의 부분 손 상지 절단장애인들이 이를 이용하지 못하고 있는 실정이다.

또한, 손가락 내에 모터가 장착되도록 개선된 종래의 기술들은 PIP 관절과 MCP 관절 사이에 모터와 감속기가 함께 내장되도록 개시하고 있어, PIP 관절 및 MCP 관절 사이의 길이를 최소화하는데 한계가 있고, 이로 인해 실제 손가락 길이와 유사한 의수를 실시하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명에서는 모터와 감속기가 모두 의수용 손가락에 내장되되, 두 구성을 분리하여 내장함으로써 PIP 관절 및 MCP 관절 사이의 길이를 유동적으로 실시할 수 있도록 하여, 보다 실제 손가락 길이에 가까운 의수용 손가락을 제공하고, 제작 비용을 절감하여 복지혜택의 사각지대에 있는 부분 손 상지 절단장애인들이 보다 나은 기능을 가진 전자 의수를 사용할 수 있도록 하고자 한다.

선행문헌 1 : 대한민국 등록특허 제10-0581038호 (2006.05.10. 등록) 선행문헌 2 : 대한민국 등록특허 제10-0895872호 (2009.04.24. 등록)

본 발명의 기술적 과제는 초소형 모터를 손가락에 내장하여 제작 비용이 절감되고 실 사용자의 요구를 만족시킬 수 있도록 개선된 전자 의수를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 모터와 감속기를 서로 다른 마디 부위에 내장하여 각 마디의 실시 길이를 유동적으로 조절할 수 있는 전자 의수를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 손가락의 말단 마디로부터 중간 마디까지의 형상과 대응되는 형상을 갖는 제1 마디; 및 제1 마디에 내장되는 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의수용 손가락을 제공한다.

본 발명에 따르면, 의수용 손가락의 제1 마디에 초소형 모터가 내장되므로, 손가락만이 절단된 부분 손 상지 절단 장애인들의 수요를 충족할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1 관절부 및 제2 관절부 사이에 감속기가 내장되므로, 제1 관절부 및 제2 관절부가 동기화되어 관절 운동할 수 있다.

본 발명에 따르면, 케이블이 제1 관절부의 제1 외주면에 접촉하고, 제2 관절부의 제2 외주면에 접촉하도록 배치되어 동작하므로 케이블의 길이 방향으로의 인장 또는 수축을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래 기술과 달리, 모터와 감속기 구조를 분할하여 손가락의 서로 다른 2개의 마디에 각기 배치할 수 있으므로, 보다 사람의 손가락 길이와 유사한 전동식 의수를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락의 정면도 및 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락에서 케이블의 동작을 나타내는 단면도이다.

본 발명의 목적 및 효과는 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이나 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락의 정면도 및 측면도이다. 구체적으로, 도 1의 <a>는 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락의 정면도이고, 도 1의 <b>는 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락의 측면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락은 제1 마디(100), 제2 마디(200), 제1 관절부(110) 및 제2 관절부(210)를 포함하여 구성된다.

상세하게, 제1 마디(100)는 손가락의 말단 마디부터 중간 마디까지의 형상을 갖는 구성이고, 제2 마디(200)는 손바닥과 연결되는 손가락의 마디 형상을 갖는 구성이다. 또한, 제1 관절부(110)는 제1 마디(100) 및 제2 마디(200)를 연결하여 제1 관절 운동하는 구성이고, 제2 관절부(210)는 제2 마디(200) 및 손바닥을 연결하여 제2 관절 운동하는 구성이다.

보다 상세하게, 제1 관절부(110)는 제2 마디(200)의 일단(도 1의 왼쪽에 형성된 말단을 의미함)과 제1 마디(100)의 타단(도 1의 오른쪽에 형성된 말단을 의미함)을 연결하여 관절 운동하는 구성으로, 사람의 실제 손가락에서 PIP 관절(proximal interphalangeal joint)과 대응되는 역할을 수행하는 구성이다. 또한, 제2 관절부(210)는 제2 마디(200)의 타단에 형성되어 관절 운동하는 구성으로, 사람의 실제 손가락에서 MCP 관절(metacarpophalangeal joint)과 대응되는 역할을 수행하는 구성이다. 이 때, 제1 관절부(110) 및 제2 관절부(210)는 후술할 모터(M)에 의해 동력을 제공받아 관절 운동하고, 후술할 감속기(G)에 의해 서로 동기화되어 작동하도록 구비된다.

다른 바람직한 실시예로, 본 발명에 따른 의수용 손가락은 제1 마디(100)가 손가락의 말단 마디 및 중간 마디 각각의 형상을 갖도록 두 부위로 분할되고, 두 부위를 연결하는 관절부가 더 형성되도록 실시될 수 있다. 즉, 사람의 실제 손가락에서 DIP 관절(distal interphalangeal joint)과 대응되는 관절부가 더 형성되도록 구비될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락의 단면도이다. 구체적으로, 도 2의 <a>는 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락의 단면도이고, 도 2의 <b>는 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락이 관절 운동을 하는 경우의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락은 모터(M) 및 감속기(G)를 더 포함하여 구성된다. 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락은 제1 마디(100)에 모터(M)가 내장되도록 구비된다.

구체적인 일 실시예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락에 내장되는 모터(M)는, 동력 손실 및 소음 발생을 최소화하고 내구도를 향상시키기 위해 초소형 브러시리스 DC 모터(M)로 구비되는 것이 가장 바람직할 것이다. 또한, 모터(M) 제어를 위해 제어 회로가 모터(M)의 측면 또는 상하면에 배치되고, 제1 관절부(110)가 크라운 기어로 구비되어 모터(M)의 동력을 전달하는 기능을 수행하도록 실시될 수 있다.

보다 바람직한 실시예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락은 제2 마디(200)에 감속기(G)가 내장되도록 구비될 수 있다. 구체적으로, 감속기(G)는 제1 관절부(110)와 제2 관절부(210) 사이에 위치하도록 제2 마디(200)의 내부에 배치된다. 제2 마디(200)에 내장되는 감속기(G)는 감속을 위해 다단 복합 기어구조를 가지며, 감속기(G)의 감속 결과 제1 관절부(110)와 제2 관절부(210)가 서로 동기화되어 관절 운동하도록 구비된다. 이와 같이 제1 관절부(110) 및 제2 관절부(210) 사이에 다단 복합 기어구조를 갖는 감속기(G)가 배치됨으로써, 감속기(G)를 통해 모터(M)의 동력이 각 관절부로 전달되므로 두 관절 모두 강한 내구성을 갖고 구동될 수 있다.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락은 모터(M) 및 감속기(G)가 각각 제1 마디(100) 및 제2 마디(200)에 분리되어 배치되므로, 제2 마디(200)의 길이를 감속기(G)의 기어 수에 따라 유동적으로 조절하여 제작할 수 있다. 이는 종래 개시된 의수용 손가락들이 모터 및 감속기가 같은 마디 내에 내장되어 해당 마디가 모터 및 감속기를 모두 포함할 수 있는 길이로만 실시되어야 하는 한계점을 극복한 것으로, 이를 통해 보다 실제 손가락과 유사한 길이의 마디를 갖는 의수용 손가락을 제조할 수 있다.

이 때, 모터(M)에 대한 다른 일 실시예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락에 내장되는 모터(M)에는 감속기(G)보다 낮은 감속비율로 감속 기능을 수행하는 기어박스가 내장될 수 있다. 구체적으로, 1:20 ~ 1:50 내외 범위의 감속비율을 갖는 기어박스가 내장되도록 실시될 수 있다. 이와 같이 모터(M)에 기어박스가 내장되는 경우, 감속기(G)가 수행하는 감속 역할을 분할하여 수행할 수 있으므로, 성능 및 내구성을 향상시키는 효과가 있다. 구체적으로, 모터(M)에 내장되는 기어박스는 낮은 토크 및 높은 속도로 감속 역할을 수행하고, 감속기(G)가 높은 토크 및 낮은 속도로 감속 역할을 나누어 수행하도록 실시될 수 있다. 그러나, 모터(M)에 내장되는 기어박스는 본 실시예에 한정되지 않고, 감속기(G)와 동일한 감속비율을 갖거나 감속기(G)보다 높은 감속비율을 갖도록 실시될 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락에서 케이블(C)의 동작을 나타내는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 의수용 손가락은 모터(M)의 동력을 제1 관절부(110) 및 제2 관절부(210)로 전달하는 케이블(C)을 더 포함하도록 구비될 수 있다.

구체적으로, 모터(M) 전원 및 제어를 위해 케이블(C)이 제1 관절부(110) 및 제2 관절부(210)를 관통하도록 구비된다. 이 때, 케이블(C)은 제1 관절부(110)의 제1 외주면(S1) 및 제2 관절부(210)의 제2 외주면(S2)을 따라 움직이게 된다. 상세하게, 케이블(C)은 제1 관절부(110)의 제1 회전축(Z1)을 중심으로 상측에 위치하는 제1 관절부(110)의 제1 외주면(S1)에 접촉하고, 제2 관절부(210)의 제2 회전축(Z2)을 중심으로 하측에 위치하는 제2 관절부(210)의 제2 외주면(S2)과 접촉하도록 배치되어 동작하게 된다. 이로써, 케이블(C)이 모터(M)의 동력을 제1 관절부(110) 및 제2 관절부(210)에 전달하되, 제1 관절부(110) 및 제2 관절부(210)의 관절 운동에 의한 인장력이 상쇄되며 구동하게 된다. 구체적으로, 제1 관절부(110)의 제1 관절 운동에 의한 굽힘 발생 시 케이블(C)의 경로가 늘어나고, 제2 관절부(210)의 제2 관절 운동에 의한 굽힘 발생 시 케이블(C)의 경로가 줄어들어, 굽힘에 의해 발생하는 각각의 경로 변동을 서로 상쇄하는 구조로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

다른 일 실시예로, 케이블(C)은 제1 관절부(110)의 제1 회전축(Z1)을 중심으로 하측에 위치하는 제1 관절부(110)의 제3 외주면에 접촉하고, 제2 관절부(210)의 제2 회전축(Z2)을 중심으로 상측에 위치하는 제4 외주면과 접촉하여 배치되어 동작하도록 구비될 수 있을 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 의수용 손가락의 케이블(C)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1 외주면(S1) 및 제2 외주면(S2)에 접촉하여 배치되는 구조에 한정되지 않고, 케이블(C)은 제1 관절부(110) 및 제2 관절부(210) 각각의 중심축을 기준으로 상하측 방향으로 대칭되는 외주면에 각각 접촉하도록 배치되어 굽힘에 의해 발생하는 케이블(C) 길이 방향으로의 인장을 상쇄하는 구조로 형성되면 족할 것이다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. 또한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 제1 마디 110 : 제1 관절부
200 : 제2 마디 210 : 제2 관절부
M : 모터 G : 감속기
Z1 : 제1 회전축 Z2 : 제2 회전축
S1 : 제1 외주면 S2 : 제2 외주면
C : 케이블

Claims (5)

1. 손가락의 말단 마디로부터 중간 마디까지의 형상과 대응되는 형상을 갖는 제1 마디(100); 및
   상기 제1 마디(100)에 내장되는 모터(M);를 포함하는 것을 특징으로 하는 의수용 손가락.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   손바닥과 연결되는 손가락의 마디와 대응되는 형상으로 구비되는 제2 마디(200); 및
   상기 제2 마디(200)의 일단과 상기 제1 마디(100)의 타단을 연결하고, 상기 모터(M)로부터 동력을 제공받아 제1 관절 운동하는 제1 관절부(110);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의수용 손가락.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2 마디(200)에 내장되는 감속기(G); 및
   상기 제2 마디(200)의 타단에 형성되고, 상기 모터(M)로부터 동력을 제공받아 제2 관절 운동하는 제2 관절부(210);를 더 포함하고,
   상기 감속기(G)에 의해 상기 제1 관절 운동 및 상기 제2 관절 운동은 서로 동기화되는 것을 특징으로 하는 의수용 손가락.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 관절부(110)의 제1 회전축(Z1)을 중심으로 상측에 위치하는 상기 제1 관절부(110)의 제1 외주면(S1)에 접촉하고, 상기 제2 관절부(210)의 제2 회전축(Z2)을 중심으로 하측에 위치하는 상기 제2 관절부(210)의 제2 외주면(S2)과 접촉하도록 배치되어 동작함으로써, 상기 모터(M)의 동력을 상기 제1 관절부(110) 및 상기 제2 관절부(210)에 전달하고, 상기 제1 관절부(110) 및 상기 제2 관절부(210)의 관절 운동에 의한 인장력을 상쇄하는 케이블(C);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의수용 손가락.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터(M)에는 감속 기능을 수행하는 기어박스가 내장되는 것을 특징으로 하는 의수용 손가락.