WO2022145545A1 - 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치 - Google Patents

다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치 Download PDF

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hydraulic cylinder
rotary hydraulic
hybrid
knee prosthesis
prosthesis device
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전만기
최종문
김종권
박진국
정성윤
박세훈
이석민
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    • A61F2002/701—Operating or control means electrical operated by electrically controlled means, e.g. solenoids or torque motors

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid knee prosthesis device having a multi-functional rotary hydraulic cylinder, and more particularly, to a multi-functional rotary hydraulic cylinder that is mounted on the thigh of a patient with a femoral amputation and enables flexion or extension movement by a knee joint module. It relates to a hybrid knee prosthesis device.
  • a person with a prosthetic leg like a femoral prosthesis it is a basic wish to walk naturally like a normal person.
  • a firm knee braking function capable of preventing a fall that is, flexion control performance, is the most necessary function for wearing a prosthetic leg.
  • active joint torque in the extension direction can be provided to lift the body weight upward, it can be of great help in overcoming stairs or upward ramps.
  • the walking section of a person is divided into a stance phase in which the foot touches the ground and moves, and a swing phase in which the foot moves away from the ground.
  • the knee undergoes two flexion and one extension in the stance phase, and one flexion and one extension in the swing phase.
  • Prosthetic devices for amputees that have been developed to make the amputee walk more naturally are largely divided into passive prostheses, variable damping prostheses, and active prostheses.
  • Passive-type prosthesis uses a hydraulic cylinder to provide only passive force by the hydraulic cylinder when walking for amputees. It has only one joint resistance. Since such a passive prosthesis is manufactured only with mechanical elements, there is no problem such as battery discharge, and it has strengths in terms of reliability and durability of the prosthesis. However, since the passive prosthesis has only one manually set knee resistance when walking, the ability to adapt to walking speed is relatively poor, and it consumes more than 60% more energy than healthy people due to asymmetrical gait patterns and hip hiking problems. and walking speed is slower than that of normal people.
  • Variable damping prosthesis is a prosthesis with the goal of adjusting the knee joint resistance in real time to suit the walking situation by adjusting the hydraulic pressure and the damping value of the MR/ER damper in real time.
  • the variable damping type prosthesis applied with the hydraulic cylinder which is currently the most used commercially, can improve knee stability and adaptability to the difference in walking speed compared to the passive type prosthesis by adjusting the hydraulic pressure inside the hydraulic cylinder in real time through the hydraulic nozzle. have an advantage
  • the variable damping prosthesis also uses a hydraulic cylinder, which is a passive mechanical element, and therefore cannot provide active driving force. Therefore, it has a disadvantage in that it cannot provide all the power necessary for daily life because it cannot give force in a situation where it is necessary to apply the force in the direction of extension to the knee, such as walking or jumping on stairs or an incline.
  • the active prosthesis is a prosthesis using a drive motor that can provide knee torque in the extension direction to a degree required for walking. Active prostheses can provide adequate force even when a large amount of power is required, such as on a ramp or fast walking, so that most activities of daily life can be restored.
  • the active prosthesis continuously uses the driving motor to move the prosthesis using power during both the stance phase and swing phase, it is difficult to continuously use the prosthesis for a long period of time because of the large consumption of the battery.
  • the size of the power unit increases, the control of the system becomes complicated, and the weight is large.
  • One embodiment of the present invention is to provide a prosthetic device capable of providing an appropriate torque in the extension direction required for movement when a large force is required for the prosthetic wearer during movement such as stairs or ramps as well as on flat ground.
  • An embodiment of the present invention is to provide a prosthetic device that can be used for a long time with low energy loss.
  • One embodiment of the present invention is to provide a prosthetic device capable of diversifying a driving method.
  • One embodiment of the present invention is to provide a prosthetic device that can be easily switched between various driving methods.
  • a knee prosthesis device mounted on the knee of a patient with a femur amputation to assist in walking, comprising: a knee joint module connected to the prosthesis of the thigh amputee; a rotary hydraulic cylinder operatively coupled to the knee joint module and pivotally rotating the knee joint module by pivot rotation of a rotation shaft; An electric motor providing active power to the rotary hydraulic cylinder, a drive cable operatively connecting the rotary hydraulic cylinder and the electric motor to each other, and a rotary shaft provided in the rotary hydraulic cylinder are hydraulic pressure formed inside the rotary hydraulic cylinder.
  • a hybrid knee prosthesis device having a rotary hydraulic cylinder, comprising a control module for controlling to operate in either a passive mode in which the rotation shaft is pivoted by the active power or an active mode in which the rotation shaft is pivoted by the active power.
  • the knee joint module may include a coupling part coupled to the lower leg prosthesis of the patient amputated and a coupling part coupled to both ends of the rotation shaft.
  • the rotary hydraulic cylinder is formed in a cylindrical shape, the cylinder body is formed with a space for accommodating the fluid therein; the rotation shaft passing through the inside of the cylinder body; and a blade extending in a radial direction of the cylinder body from the rotation shaft to divide a space formed inside the cylinder body into a plurality of chambers and a flow path adjusting member for controlling the movement of fluid between the plurality of chambers,
  • the control module may selectively operate the knee prosthesis device in one of the passive mode and the active mode by controlling the driving of the flow path adjusting member.
  • the blade is formed to be in close contact with the inner peripheral surface and the inner surface of the cylinder body, so that the movement of the fluid between the plurality of chambers can be made only through the flow path control member.
  • a contact surface of the blade that is in contact with the inner circumferential surface and the inner surface of the cylinder body may be formed of a rubber material.
  • a first pulley to which the driving cable is fastened may be formed along the outer circumferential surface of the cylinder body.
  • the flow path control member is disposed in a space formed inside the cylinder body, a housing in which a flow path through which the fluid can be moved is formed, and is formed inside the housing, from one of the plurality of chambers. It may include a flow rate control valve capable of controlling the degree of movement of the fluid moving in the chamber direction.
  • the flow control valve is formed in a part of the nozzle insertion space formed inside the housing, and is inserted into the first opening and the nozzle insertion space through which the fluid is movable, and is formed on the outer circumferential surface corresponding to the first opening.
  • the second opening may include an inner nozzle that adjusts the degree of opening and closing of the first opening according to rotation.
  • the flow rate control valve may further include a valve motor connected to the inner nozzle to rotate the inner nozzle.
  • the inner nozzle and the valve motor may be connected through a bevel gear.
  • the flow control valve is the fluid moving from the first chamber to the second chamber of the plurality of chambers in order to pivot the rotation shaft in both directions so that the knee joint module can perform both flexion and extension movements. It may include a first flow rate control valve for controlling the degree of movement and a second flow rate control valve for controlling the degree of movement of the fluid moving from the second chamber to the first chamber.
  • the active mode may be activated.
  • control module determines the walking environment in real time based on the walking information obtained through the sensor mounted in the hybrid knee prosthesis device and controls the degree of opening of the flow control valve to thereby control the damping speed of the knee joint module. can be adjusted.
  • the flow path control member may be provided with a check valve for limiting the movement direction of the fluid in one direction inside the housing.
  • the electric motor may have a rotor disposed on the outside, and a second pulley to which the driving cable is fastened may be formed along an outer circumferential surface of the rotor.
  • the electric motor may have a rotor disposed therein, and a second pulley to which the drive cable is fastened may be formed along an outer circumferential surface of a drive shaft connected to the rotor.
  • the electric motor may be stopped by a brake installed therein.
  • the hybrid knee prosthesis device having a rotary hydraulic cylinder walks using passive power generated by the rotary hydraulic cylinder during normal walking on flat ground and walking on an incline of less than a predetermined angle, and walks at a predetermined angle or more.
  • the prosthetic wearer can be properly provided with the power required for daily life by moving using the active power generated by the electric motor.
  • the hybrid knee prosthesis device having a rotary hydraulic cylinder according to an embodiment of the present invention does not use active power when using passive power, energy loss is small and can be used for a long time.
  • energy loss is small and can be used for a long time.
  • walking on flat ground that accounts for most of the walking situation, walking on a slope less than a predetermined angle, and walking down stairs, it is possible to walk using only passive power, so the energy saving effect is great.
  • the hybrid knee prosthesis device having a rotary hydraulic cylinder adjusts the flow path in the rotary hydraulic cylinder through a unique flow path adjusting member, thereby changing the mode between the passive mode and the active mode of a separate clutch module. It can be achieved very quickly and easily without introduction. Through this, the unique rotary hydraulic cylinder itself can excellently perform the clutch function for power conversion, thereby simplifying the structure of the device and minimizing the size.
  • the hybrid knee prosthesis device adjusts the damping speed and size of the knee joint in real time through precise hydraulic control in the rotary hydraulic cylinder when driven in the faceted mode, so that the wearer of the prosthesis device is stable in various walking environments can maintain walking.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a knee angle and knee power in stance and swing phases when a person walks.
  • the solid line indicates the normal knee angle and the dotted line indicates the knee angle of the amputee when walking.
  • amputee with red dotted line walks with almost no stance phase flexion due to anxiety about falling.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which the hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention is mounted on the knee of a patient with a femoral amputation.
  • Fig. 2 (a) shows the prosthetic device worn above the knee due to the short affected part of the thigh amputation patient
  • Fig. 2 (b) shows that the prosthetic device is worn below the knee with the long affected part. will be.
  • 3 and 4 are views showing different viewing angles of the high torque type prosthetic device among the hybrid knee prosthetic devices according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded view showing the hybrid knee prosthesis device of FIGS. 3 and 4 ;
  • FIG. 6 is a view showing a rotary hydraulic cylinder of the hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining the operation of the flow control valve of the hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining another example of the flow control valve of the hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a fluid flow in a rotary hydraulic cylinder of a hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view illustrating a low-torque prosthetic device from a different viewing angle among the hybrid knee prosthetic devices according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view for explaining the operation of the passive mode and the active mode of the hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a method of controlling the driving of a control module of a hybrid knee prosthesis apparatus according to an embodiment of the present invention in the case of amputees with poor walking ability.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a method for controlling the driving of a control module of a hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention in the case of amputees with walking ability.
  • a hybrid knee prosthesis device (hereinafter, 'hybrid knee prosthesis device') having a rotary hydraulic cylinder according to an embodiment of the present invention is mounted on the thigh of a patient with a femoral amputation, so that flexion or elongation motion by the actual knee joint of the human body It is a device for assisting walking by simulating
  • the hybrid knee prosthesis device 10 provides power to the knee joint module 20 to be described later, passive power by the rotary hydraulic cylinder 30 and the electric motor 50 It is a hybrid power-based device that can selectively apply active power by
  • the hybrid knee prosthesis device 10 according to an embodiment of the present invention can accurately and easily perform the above-described power conversion by introducing the rotary hydraulic cylinder 30 having a unique structure.
  • the main configuration and operation of the hybrid knee prosthesis device 10 according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a knee angle and knee power in stance and swing phases when a person walks.
  • the solid line indicates the normal knee angle and the dotted line indicates the knee angle of the amputee when walking. Unlike normal persons with blue solid line, amputee with red dotted line walks with almost no stance phase flexion due to anxiety about falling.
  • 2 is a view showing a state in which the hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention is mounted on the knee of a patient with a femoral amputation.
  • Fig. 2 (a) shows the prosthetic device worn above the knee due to the short affected part of the thigh amputation patient
  • Fig. 2 (b) shows that the prosthetic device is worn below the knee with the long affected part.
  • 3 and 4 are views showing different viewing angles of the high torque type prosthetic device among the hybrid knee prosthetic devices according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is an exploded view showing the hybrid knee prosthesis device of FIGS. 3 and 4 ;
  • the hybrid prosthetic device 10 may include a low torque type hybrid prosthetic device shown in FIG. 10 in addition to the high torque type, which will be described in detail through the corresponding part.
  • the hybrid knee prosthesis device 10 includes a knee joint module 20 , a rotary hydraulic cylinder 30 , an electric motor 50 , and a driving cable 70 . and an external frame 11 that protects the control module (not shown) and the above-described configuration from external forces.
  • the knee joint module 20 may have one side connected to the lower leg prosthesis 80 of the patient with femoral amputation, and the other side may be connected to the rotation shaft 37 of the rotary hydraulic cylinder 30 .
  • the knee joint module 20 may pivot around the rotation shaft 37 by receiving power from the rotation shaft 37 of the rotary hydraulic cylinder 30 .
  • the hybrid knee prosthesis device 10 according to an embodiment of the present invention can simulate the flexion and extension movements of the actual human knee joint.
  • the knee joint module 20 may include a coupling portion 22 and a coupling portion (24).
  • the fastening part 22 is for stably fixing the hybrid knee prosthesis device 10 according to an embodiment of the present invention to the lower leg prosthesis 80, for example, the lower leg prosthesis 80 like a pyramid head. It may be formed in a shape protruding in the direction of the fastening groove so as to be coupled to the fastening groove (not shown) provided in the .
  • the coupling part 24 of the knee joint module 20 connects the knee joint module 20 to the rotation shaft 37 of the rotary hydraulic cylinder 30 to power from the rotary hydraulic cylinder 30 side.
  • it may be coupled to both ends of the rotation shaft (37).
  • the coupling portion 24 may be formed of a pair of flat plate-shaped rib structures disposed parallel to each other as shown in FIG. 5 , wherein the individual couplings constituting the pair of coupling portions 24 .
  • the parts may be respectively coupled to both ends of the rotary shaft 37 of the rotary hydraulic cylinder 30 .
  • the knee joint module 20 is coupled to both ends of the rotation shaft 37 through the coupling portion 24 , so that it can pivot integrally with the rotation shaft 37 . Accordingly, the lower leg prosthesis 80 connected to the knee joint module 20 can also perform a pivot rotation movement according to walking according to the pivot rotation.
  • FIG. 6 is a view showing a rotary hydraulic cylinder of the hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention.
  • 7 is a view for explaining the operation of the flow control valve of the hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention.
  • 8 is a view for explaining another example of the flow control valve of the hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention.
  • 9 is a diagram schematically illustrating a fluid flow in a rotary hydraulic cylinder of a hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is a view illustrating a low-torque prosthetic device from a different viewing angle among the hybrid knee prosthetic devices according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a view for explaining the operation of the passive mode and the active mode of the hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention.
  • the hybrid knee prosthesis device 10 is operatively coupled to the above-described knee joint module 20 and rotary hydraulic pressure for pivoting the knee joint module 20 based on the rotation axis 37 .
  • a cylinder 30 may be provided.
  • the rotary hydraulic cylinder 30 may include a cylinder body 31 , a rotating shaft 37 , a blade 38 , and a flow path adjusting member 40 .
  • the cylinder body 31 is formed in a cylindrical shape, and a space 32 may be formed to accommodate a fluid generating hydraulic pressure therein.
  • a first pulley 36 to which the driving cable 70 can be fastened may be formed on the outer circumferential surface of the cylinder body 31 in the circumferential direction. It will be described in more detail.
  • a rotation shaft 37 for transmitting power to the above-described knee joint module 20 may be disposed to pass through the cylinder body 31 .
  • the rotation shaft 37 is formed to extend in the radial direction of the cylinder body 31 from the rotation shaft 37 and finally the inner peripheral surface 35 of the cylinder body 31 and both sides of the cylinder body 31 .
  • the blade 38 in contact with the inner surface may be connected. Accordingly, the blade 38 may divide the space 32 formed inside the cylinder body 31 into a plurality of chambers 33 and 34 .
  • the blade 38 may be connected to move integrally with the rotation shaft 37, through which the fluid present in the chambers 33 and 34 inside the cylinder body 31 is generated on the outer surface of the blade 38.
  • the rotary shaft 37 may also rotate by hydraulic pressure.
  • the rotation shaft 37 and the knee joint module 20 connected thereto are simultaneously pivotally pivotally rotated as a passive mode, such a passive
  • the power used in the mode is defined as passive power.
  • the blade 38 may be formed to be completely in close contact with the inner circumferential surface 35 and both inner surfaces of the cylinder body 31 . This is to secure an airtight state between the blade 38 and the inner circumferential surface 35 and both inner surfaces of the cylinder body so that the fluid cannot move.
  • the movement of the fluid in the rotary hydraulic cylinder 30 can be made only through the flow path control member 40 to be described later.
  • one end 39 of the blade 38 and both sides of the blade in contact with the inner circumferential surface 35 of the cylinder body in order for the blade 38 to be completely in close contact with the inner circumferential surface 35 and both inner surfaces of the cylinder body. may be formed of a rubber material.
  • a separate rubber packing having a shape corresponding to the shape of the blade 38 may be coupled to the blade 38 .
  • the rotary hydraulic cylinder 30 may include a flow path adjusting member 40 for controlling the movement of the blade 38 by controlling the movement of the fluid inside the cylinder body 31 . .
  • the flow path adjusting member 40 includes a housing 41 disposed between a plurality of chambers 33 and 34 inside the cylinder body 31 and a cylinder by controlling the flow path inside the housing 41 .
  • the body 31 may include a flow rate control valve 42 capable of adjusting the degree of movement of the fluid moving from the first chamber 33 to the second chamber 34 in the body 31 .
  • controlling the degree of movement of the fluid may mean completely blocking, partially allowing, or completely opening the flow path through which the fluid moves from the first chamber 33 to the second chamber 34 . This will be described in detail in the following description.
  • the flow control valve 42 is a first formed in a portion on the nozzle insertion space (G) formed inside the housing 41 described above. It may include an opening 44 and an inner nozzle 45 inserted into the nozzle insertion space (G).
  • the fluid introduced into the housing 41 through the first opening 44, a plurality of chambers 33 and 34 formed in the cylinder through the fluid passage (H1, H2) formed on the housing 41, ) can be moved to Conversely, the fluid flowing into the housing 41 from the cylinder inner chambers 33 and 34 through the fluid passages H1 and H2 of the housing 41 flows out toward the inner nozzle 45 along the first opening 44 .
  • a plurality of first openings 44 may be formed along the circumferential direction of the nozzle insertion space G, and as an illustrative example, any one of the first openings 44 may allow fluid to flow into the housing 41 .
  • the first opening 44 may function as an inlet through which the fluid is discharged, and the other first opening 44 may function as an outlet through which the fluid flows out of the housing 41 .
  • the inner nozzle 45 is a cylindrical length member having a diameter corresponding to the nozzle insertion space G, and like the housing 41 , a flow path through which a fluid can be moved may be formed therein. In this case, the flow path is formed through the inner nozzle 45 , so that the fluid can move from the inside of the housing 41 to the other side of the housing 41 through the inner nozzle 45 .
  • a second opening 46 corresponding to the first opening 44 may be formed on the outer circumferential surface of the inner nozzle 45 , and the inner nozzle 45 may flow through the second opening 46 .
  • the fluid flows out to the flow path side formed in the housing 41 via the first opening 44 formed in the housing 41 , or the fluid flowing out from the first opening 44 of the housing 41 is the inner nozzle 45 . It may flow into a flow path formed therein.
  • a plurality of second openings 46 may also be formed along the circumferential direction of the inner nozzle 45 like the first openings 44 .
  • the flow rate control valve 42 may control the degree of movement of the fluid between the chambers 33 and 34 inside the cylinder body 31 according to the rotation of the inner nozzle 45 . Referring to FIG. 7 , the operation related to the flow control of the flow control valve 42 will be described in more detail as follows.
  • the first opening 44 is directly formed on the nozzle insertion space G of the housing 41.
  • the housing An embodiment in which the first opening 44 is introduced in 41 will be described.
  • the outer nozzle 43 is formed in a cylindrical shape having a hollow inside, and is inserted into the nozzle insertion space G of the housing 41 to be coupled to the housing 41 . .
  • a first nozzle 44 penetrating the outer nozzle 43 may be formed on one side of the outer nozzle 43 .
  • the inner nozzle 45 having the second nozzle 46 may be inserted into the hollow formed in the center of the outer nozzle 43 .
  • the outer nozzle 43 is fixed to the housing 41 in a coupled state, and only the inner nozzle 45 can rotate by receiving power from a valve motor 48 to be described later.
  • a valve motor 48 to be described later.
  • an area in which the first nozzle 44 at a fixed position and the rotating second nozzle 46 intersect may change, and accordingly, the inner nozzle 45 and the housing 41 may change. ), the amount of movement of the fluid can be adjusted.
  • the inner nozzle 45 may be rotated by a valve motor 48 connected to one end of the inner nozzle 45 .
  • the valve motor 48 may be an electric motor whose operation is controlled by a control module (not shown) to be described later, and is driven by receiving a separate power supply.
  • the inner nozzle 45 and the valve motor 48 may be directly connected by a bevel gear 47 as shown in FIG. 7 .
  • the valve motor 48 is disposed so as to be perpendicular to the rotation shaft 37 of the rotary hydraulic cylinder 30.
  • the inner nozzle 45 and the valve motor 48 may be connected to a gear having a serial structure.
  • the flow control valve 42 separates the first flow control valve 42 and the second flow control valve 42 in which the moving directions of the fluid are different from each other.
  • the first flow control valve 42 may control the degree of movement of the fluid moving from the first chamber 33 to the second chamber 34 among a plurality of chambers in the cylinder body 31 , 2 flow control valve 42 is the degree of movement of the fluid moving from the second chamber 34 to the first chamber 33 direction, that is, in a direction opposite to the fluid movement direction by the first flow control valve 42 . can be adjusted.
  • the hybrid knee prosthesis device 10 allows the first flow control valve 42 to be opened for the knee joint module 20 to flex the knee, thereby allowing the fluid can be moved from the first chamber 33 to the second chamber 34 side, and the second flow rate control valve 42 is opened for an extension to stretch the knee on the contrary, so that the fluid flows into the second chamber It can be guided to move from (34) toward the second chamber (34).
  • the hybrid knee prosthesis device 10 may include a check valve 49 in the flow path adjusting member 40 as shown in FIG. 9 .
  • the check valve 49 is formed inside the housing 41 , and may be installed on a flow path controlled by the flow rate control valve 42 .
  • the form of the check valve 49 is a disc check valve, a single wafer check valve, a double wafer check valve or a variety of known check valves such as a swing check valve can be used, detailed description will be omitted.
  • the structure of the housing 41 and the flow control valve 42 disclosed through the above description is only a specific example of the flow path control member 40 of the hybrid knee prosthesis device 10 according to an embodiment of the present invention, , the hybrid knee prosthesis device 10 according to an embodiment of the present invention, in addition to the embodiment disclosed herein, the rotary hydraulic cylinder 30 can control the movement of fluid between the plurality of chambers (33, 34) formed inside It should be noted that various forms in which there are available can be employed.
  • the hybrid knee prosthesis device 10 may include an electric motor 50 that provides active power to the rotary hydraulic cylinder 30 .
  • the electric motor 50 includes a rotor 52 and a stator 53, and various types of motors capable of generating rotational force by receiving power from a separate power supply module (not shown) may be used. have. As such, the rotational force generated by the electric motor 50 may be transmitted to the rotary hydraulic cylinder 30 via the drive cable 70 .
  • the driving cable 70 may be simultaneously connected to the second pulley 59 and the first pulley 36 formed on the outer circumferential surface of the cylinder body 31, as a result of which Fig. 11(b). ), as the electric motor 50 rotates, the entire cylinder body 31 may be rotated about the rotation shaft 37 of the rotary hydraulic cylinder 30 .
  • the control module controls the flow path adjusting member 40 to completely block the movement of the fluid between the plurality of chambers 33 and 34 .
  • the hydraulic pressure is not formed in the chambers 33 and 34 so that the blade 38 can no longer rotate relative to the inner circumferential surface 35 of the cylinder body 31 .
  • the blade 38 is formed to be completely in close contact with the inner circumferential surface 35 of the cylinder body 31 , and frictional force between the cylinder body 31 and the blade 38 is generated. Therefore, when the cylinder body 31 is rotated by the above-described active power, the blade 38 also rotates integrally with the cylinder body 31 . As a result, the rotation shaft 37 connected to the blade 38 also rotates, and the knee joint module 20 connected to the rotation shaft 37 can also rotate.
  • the cylinder body 31 and the blade 38 are integrally rotated by the electric motor 50 so that the rotation shaft 37 and the knee joint module 20 connected thereto are also pivotally rotated at the same time. It is called an active mode, and power used in the active mode is defined as active power.
  • the hybrid prosthesis device 10 may be largely classified into two types according to the structure of the electric motor 50 .
  • FIG. 3 there is a high-torque hybrid prosthesis device 10 that connects a drive cable 70 through a separate drive shaft 58 .
  • this high-torque hybrid prosthesis device compared to a low-torque hybrid prosthesis device to be described later, by forming the second pulley 59 on a separate drive shaft 58, the gear ratio is increased, so that higher torque power can be transmitted.
  • the electric motor 50 is a separate drive shaft for connecting the drive cable 70 .
  • 58 is not formed, and the second pulley 59 may be formed along the outer circumferential surface of the rotor 52 .
  • the hybrid prosthesis device 10 having such a structure is defined as a low-torque hybrid prosthesis device 10 .
  • a high-torque hybrid prosthesis device in which the rotor 52 is disposed inside and transmits active power through the drive shaft 58 can be applied, and the degree of impairment
  • a low-torque hybrid prosthesis device in which the rotor 52 is disposed outside and directly transmits active power by the rotor 52 without the drive shaft 58 may be selectively applied.
  • the hybrid knee prosthesis device 10 may be formed so that even the same patient can replace the above-described two electric motors 50 in consideration of the user's walking environment.
  • the user of the hybrid knee prosthesis device 10 for example, whether the day's walking environment includes a large number of situations requiring high torque such as climbing stairs or mountaineering, or walking on flat ground mostly Then, after considering in advance whether it is advantageous to install a compact prosthetic device because high torque is not necessary, a suitable shape of the electric motor 50 may be mounted.
  • the electric motor 50 when the hybrid knee prosthesis device 10 according to an embodiment of the present invention is controlled in the passive mode, the electric motor 50 is operated by a brake installed inside, for example, an electronic brake.
  • the driving may be controlled to be stopped. This is to prevent the desired power from being transmitted to the knee joint module 20 due to overlap or collision between the passive power and the active power.
  • the driving control of the electric motor may be performed by a control module to be described later.
  • the hybrid knee prosthesis device 10 includes a control module (not shown) for controlling the above-described components so that the knee prosthesis device 10 operates in any one of a passive mode and an active mode. can do.
  • control module may control the driving of the flow path adjusting member 40 and the electric motor 50 together to switch between the passive mode and the active mode.
  • control module may control the driving of the flow path adjusting member 40 to open the flow path between the plurality of chambers 33 and 34 in the cylinder body 31 to enable movement of the fluid. have.
  • a brake in the electric motor 50 may be activated to stop the driving of the electric motor 50 .
  • the blocking of the active power in the passive mode is to prevent collision with the passive power.
  • control module may adjust the damping speed of the knee joint module 20 by passive power by varying the degree of opening of the flow path by the flow path adjusting member 40 .
  • the damping speed of the knee joint module 20 may be fast, and on the contrary, when the degree of opening of the flow passage is small, the damping speed may be slow.
  • Such damping speed adjustment may be performed by sensing the user's walking environment or condition in real time. For example, when the user walks slowly on a flat road, the damping speed can be slowed for a natural gait, and when the user walks at a brisk pace, the damping speed can be quickly changed accordingly to provide a stable gait.
  • the walking environment or condition detection may be performed by a sensor module (not shown) separately installed in the hybrid knee prosthesis device 10 according to an embodiment of the present invention, wherein the sensor module measures the knee angle, angular velocity, etc. can detect
  • control module may block the flow paths between the plurality of chambers 33 and 34 through the flow path adjusting member 40 to suppress hydraulic pressure generation by the fluid in the cylinder body 31 . And, by activating the driving of the electric motor 50 , active power may be transmitted to the rotary hydraulic cylinder 30 through the driving cable 70 .
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a method of controlling the driving of a control module of a hybrid knee prosthesis apparatus according to an embodiment of the present invention in the case of amputees with poor walking ability.
  • 13 is a diagram illustrating a method for controlling the driving of a control module of a hybrid knee prosthesis device according to an embodiment of the present invention in the case of amputees with walking ability.
  • control module of the hybrid knee prosthesis apparatus 10 selectively applies the passive mode and the active mode, respectively, will be described in more detail in relation to the user's walking condition.
  • the hybrid knee prosthesis Device 10 can be controlled in passive mode using only rotary hydraulic cylinders.
  • the wearer since the wearer has performed sufficient gait training, a certain amount of force can be shared during the swing phase, and therefore, the swing motion of the knee joint from the swing phase to the stance phase can be sufficiently simulated only with the damping force of the rotary hydraulic cylinder. because there is Through this, there is an advantage in that the wear time can be improved by minimizing the energy consumption of the hybrid knee prosthesis device 10 .
  • the hybrid prosthesis device 10 is difficult to be driven only in the faced mode, so it does not matter whether gait training is It can be controlled in auto mode without
  • energy consumption can be minimized by controlling the hybrid prosthetic device 10 to use only the passive mode in a general walking environment, such as on a flat ground.
  • a general walking environment such as on a flat ground.
  • the hybrid prosthetic device 10 can be controlled such that the passive mode by the rotary hydraulic cylinder and the active mode by the electric motor are automatically changed.
  • the auto mode provided to the wearer without walking ability is a general level walking situation, so the electric motor swings the knee joint only during swing phase. It generates only a movement pattern and acts as a brake in the stance phase, but in the case of a wearer with walking ability, it can provide a torque in the extension direction to lift the body in the stance phase to assist more activities, and auto during the swing phase There is a difference that can create a gait pattern the same as the mode.
  • the hybrid prosthesis device 10 can freely change the passive mode by the rotary hydraulic cylinder and the active mode by the electric motor at each step of walking of the pedestrian without a separate clutch module. .
  • the flow path control by the rotary hydraulic cylinder 30 provides a clutch (power conversion) function and a braking function.
  • the rotary hydraulic cylinder 30 of the hybrid prosthesis device 10 according to an embodiment of the present invention has the advantage of having various functions such as a clutch function, a damping control function, and a braking function.
  • the hybrid knee prosthesis device 10 performs a section in which the active driving mode is to be operated, for example, a section in which the active mode is activated during walking on a slope, and an active mode during walking up stairs.
  • the energy consumption section can be minimized while providing the pedestrian with the appropriate power required for the pedestrian in the section, so that the hybrid prosthetic device can be efficiently used for a long time.
  • the hybrid type prosthetic device that blocks the operation of the passive mode by the rotary hydraulic cylinder 30 and operates the electric motor 50 only when efficient active driving is required uses energy efficiently, so that it is mounted on the prosthesis device.
  • the size of the battery can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce the weight of the hybrid prosthetic device, thereby providing a compact hybrid prosthetic device.
  • the hybrid-type prosthetic device provides force by operating the active mode only in at least some sections of the stance period even when the active mode is to be operated, and in the swing period, the rotary hydraulic cylinder
  • battery usage time can be maximized by minimizing battery usage.
  • the hybrid knee prosthesis device 10 adjusts the hydraulic pressure in the rotary hydraulic cylinder 30 through the unique flow path adjusting member 40, thereby switching the mode between the passive mode and the active mode.
  • This can be easily achieved without the introduction of a separate clutch module. That is, the rotary hydraulic cylinder 30 itself can excellently perform the clutch function for power conversion, thereby simplifying the structure of the device and minimizing the size.
  • the hybrid knee prosthesis device 10 adjusts the damping speed in real time through the flow path adjustment in the rotary hydraulic cylinder 30 so that the wearer of the prosthesis device can keep walking stably in various walking environments. have.

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Abstract

다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치가 개시된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치는 대퇴 절단 환자의 무릎 부위에 장착되어 보행을 보조하는 무릎 의지 장치로서, 대퇴 절단 환자의 하퇴 의지에 연결되는 무릎 관절 모듈; 무릎 관절 모듈과 작동적으로 결합되며, 회전축의 피벗 회전에 의해 무릎 관절 모듈을 피벗 회전시키는 로터리 유압 실린더; 로터리 유압 실린더에 액티브 동력을 제공하는 전동 모터 및 로터리 유압 실린더와 전동 모터를 서로 작동적으로 연결하는 구동 케이블 및 로터리 유압 실린더에 구비된 회전축이 로터리 유압 실린더 내부에 형성되는 유압에 의해 피벗 회전되는 패시브 모드 또는 회전축이 액티브 동력에 의해 피벗 회전되는 액티브 모드 중 어느 하나의 모드로 작동되도록 제어하는 제어 모듈을 포함한다.

Description

다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치
본 발명은 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대퇴 절단 환자의 대퇴부에 장착되어 무릎 관절 모듈에 의한 굴곡운동 또는 신장운동을 가능케 하는 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치에 관한 것이다.
대퇴의지와 같은 의족을 장착한 사람에게 있어, 정상인과 같이 자연스러운 걸음을 걷는 것은 기본적인 소원이다. 특히 의족을 장착한 사람이 좌우발을 교대로 내딛어 계단을 올라가거나 경사가 어느 정도 있는 비탈길을 걸어가는 것은 매우 어려운 일이다. 이 때, 낙상을 방지할 수 있는 확고한 무릎 제동 기능, 즉 굴곡 제어 성능은 의족을 착용한 가장 우선적으로 필요한 기능이다. 또한 체중을 위로 들어 올릴 수 있는 신전방향의 능동형 관절 토크가 제공될 수 있다면 계단이나 상방경사로를 극복하는데 큰 도움이 될 수 있다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 사람의 보행시 보행 구간은 발이 지면에 닿아 움직이는 입각기와, 발이 지면에서 떨어져 움직이는 유각기 구간으로 나뉜다. 정상인의 보행시 무릎은 입각기 구간에서 2번의 굴곡과 1번의 신장을 거치며, 유각기 구간에서 1번의 굴곡과 1번의 신장을 겪는다.
도 1을 참조하면, 대부분의 절단 장애인의 경우 보행시 스탠스 플렉션(stance flexion)이 없이 평 무릎 각도(flat knee angle)로 입각기를 지난 후 바로 유각기 구간으로 넘어가는 경우가 대부분이며, 의지를 착용한 쪽의 입각기가 불안하기 때문에 상대적으로 짧은 입각기를 가진다. 이것은 의지를 착용한 절단 장애인이 좌우 비대칭으로 보행하는 근본적인 원인이 된다.
이와 같은 절단 장애인의 보행을 보다 자연스럽게 하기 위하여 개발되고 있는 절단 장애인용 의지 장치는 크게 패시브형 의지, 가변 댐핑형 의지 및 액티브형 의지로 나뉜다.
패시브형 의지는 유압실린더를 이용하여 절단 장애인의 보행시 유압 실린더에 의한 수동적인 힘만을 제공하는 것으로 기계적인 요소만으로 제작되고 보행 전에 매뉴얼 방식으로 관절 저항값을 조절할 수 있지만, 보행시에는 미리 세팅된 하나의 관절 저항 만을 갖는다. 이와 같은 패시브형 의지는 기계적인 요소만으로 제작되므로 배터리 방전과 같은 문제가 없고, 의지의 신뢰성 및 내구성 측면에서 강점을 가진다. 하지만, 패시브형 의지는 보행시 수동으로 셋팅된 하나의 무릎 저항만을 가지므로 보행 속도에 대한 적응 능력이 상대적으로 떨어지며, 비대칭 보행 패턴 및 hip hiking 문제로 인해 건강한 사람들보다 60% 이상 더 많은 에너지를 소비하며, 보행 속도가 정상인보다 느린 단점을 갖는다.
가변 댐핑형 의지는 유공압 및 MR/ER 댐퍼의 댐핑값을 실시간으로 조절해 무릎 관절저항력을 보행상황에 적합하게 실시간으로 조절하는 목표로 구성되는 의지이다. 현재 상용으로 가장 많이 사용되는 유압실린더를 적용한 가변 댐핑형 의지는 유압 실린더 내부의 유압을 유압 노즐을 통해 실시간으로 조절함으로써 패시브형 의지와 비교할 때 무릎 안정성과 보행 속도 차이에 대한 적응력을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다. 하지만, 가변 댐핑형 의지 역시 수동형 기계 요소인 유압 실린더를 사용하므로 액티브 구동력을 제공할 수는 없다. 따라서 계단이나 경사를 걷거나 뛰어오르는 것과 같이 무릎에 신전(extension) 방향의 힘을 주어야 하는 상황에서 힘을 줄 수 없어 일상 생활에 필요한 힘을 모두 제공할 수 없는 단점을 갖는다.
액티브형 의지는 보행시 필요한 정도의 신전방향의 무릎 토크를 제공할 수 있는 구동 모터를 이용한 의지이다. 액티브형 의지는 경사로, 빠른 보행 등 큰 동력이 필요한 경우에도 적정한 힘을 제공할 수 있어 일상 생활의 대부분의 활동을 복원할 수 있다. 그러나, 액티브형 의지는 지속적으로 구동 모터를 이용하여 입각기 및 유각기 구간 동안 모두 의지를 동력을 사용해 움직이기 때문에 배터리의 소모가 커서 연속하여 오랜 기간동안 사용하는 것이 어렵다. 또한 큰 힘을 낼수 있도록 하기 위해 동력부의 크기가 커지고 시스템의 제어가 복잡해지며 무게가 많이 나가는 단점을 갖는다.
따라서, 전술한 종래의 패시브형 의지, 가변 댐핑형 의지 및 능동형 의지의 단점을 보완하여, 절단 장애인이 평지뿐 아니라 계단이나 경사로와 같이 이동시 소정의 힘 이상의 동력이 필요한 경우에 적정한 동력을 제공해 줄 수 있고, 에너지 손실이 작아 오랜 시간 사용할 수 있는 의지 장치의 개발이 필요한 실정이다. 이를 위해서는, 전술한 종래의 의지 장치에 의한 구동 방식을 융합하되, 보행 상황에 맞춰 능동적으로 하나의 특정 구동 방식을 선택하여 적용하거나, 또는 다수의 구동 방식을 종합하여 적용할 수 있는 의지 장치의 개발이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 평지뿐 아니라 계단이나 경사로와 같이 이동시 의지 착용자에게 큰 힘이 필요한 경우 이동에 필요한 적정한 신전방향의 토크를 제공해 줄 수 있는 의지 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 에너지 손실이 작아 오랜 시간 동안 사용할 수 있는 의지 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 구동 방식을 다양화할 수 있는 의지 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 다양한 구동 방식 사이의 전환이 용이한 의지 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 대퇴 절단 환자의 무릎 부위에 장착되어 보행을 보조하는 무릎 의지 장치로서, 상기 대퇴 절단 환자의 하퇴 의지에 연결되는 무릎 관절 모듈; 상기 무릎 관절 모듈과 작동적으로 결합되며, 회전축의 피벗 회전에 의해 상기 무릎 관절 모듈을 피벗 회전시키는 로터리 유압 실린더; 상기 로터리 유압 실린더에 액티브 동력을 제공하는 전동 모터 및 상기 로터리 유압 실린더와 상기 전동 모터를 서로 작동적으로 연결하는 구동 케이블 및 상기 로터리 유압 실린더에 구비된 회전축이 상기 로터리 유압 실린더 내부에 형성되는 유압에 의해 피벗 회전되는 패시브 모드 또는 상기 회전축이 상기 액티브 동력에 의해 피벗 회전되는 액티브 모드 중 어느 하나의 모드로 작동되도록 제어하는 제어 모듈을 포함하는, 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치가 제공된다.
이 때, 상기 무릎 관절 모듈은 상기 대퇴 절단 환자의 하퇴 의지에 결합되는 체결부 및 상기 회전축의 양단부에 결합되는 결합부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 로터리 유압 실린더는 원통 형상으로 형성되며, 내부에 유체를 수용할 수 있는 공간이 형성된 실린더 몸체; 상기 실린더 몸체 내부를 관통하는 상기 회전축; 상기 회전축으로부터 상기 실린더 몸체의 반경 방향으로 연장 형성되어 상기 실린더 몸체의 내부에 형성된 공간을 복수의 챔버로 구획하는 블레이드 및 상기 복수의 챔버 사이의 유체의 이동을 조절하는 유로조절 부재를 포함하고, 상기 제어 모듈은 유로조절 부재의 구동을 제어함으로써, 상기 무릎 의지 장치를 상기 패시브 모드 및 상기 액티브 모드 중 어느 하나의 모드로 선택적으로 작동시킬 수 있다.
이 때, 상기 블레이드는 상기 실린더 몸체의 내주면 및 내측면에 밀착되도록 형성됨으로써, 상기 복수의 챔버 사이의 유체의 이동은 상기 유로조절 부재를 통해서만 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 블레이드 중 상기 실린더 몸체의 내주면 및 내측면과 접촉되는 접촉면은 고무 재질로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 실린더 몸체의 외주면을 따라 상기 구동 케이블이 체결되는 제 1 풀리가 형성될 수 있다.
이 때, 상기 유로조절 부재는 상기 실린더 몸체의 내부에 형성된 공간에 배치되며, 상기 유체가 이동될 수 있는 유로가 형성되는 하우징 및 상기 하우징의 내부에 형성되며, 상기 복수의 챔버 중 일 챔버로부터 타 챔버 방향으로 이동되는 상기 유체의 이동 정도를 조절할 수 있는 유량조절 밸브를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 유량조절 밸브는 상기 하우징 내부에 형성되는 노즐삽입 공간의 일부에 형성되며, 상기 유체가 이동 가능한 제 1 개구 및 상기 노즐삽입 공간에 삽입되며, 외주면 상에 상기 제 1 개구에 대응되는 제 2 개구가 형성되어 회전에 따라 상기 제 1 개구의 개폐 정도를 조절하는 이너 노즐을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 유량조절 밸브는 상기 이너 노즐에 연결되어 상기 이너 노즐을 회전시키는 밸브 모터를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 이너 노즐과 상기 밸브 모터는 베벨 기어를 통해 연결될 수 있다.
이 때, 상기 유량조절 밸브는 상기 무릎 관절 모듈이 굴곡운동 및 신장운동이 모두 가능하도록 상기 회전축을 양방향으로 피벗 회전시키기 위해서 상기 복수의 챔버 중 제 1 챔버로부터 제 2 챔버 방향으로 이동되는 상기 유체의 이동 정도를 조절하는 제 1 유량조절 밸브 및 상기 제 2 챔버로부터 상기 제 1 챔버 방향으로 이동되는 상기 유체의 이동 정도를 조절하는 제 2 유량조절 밸브를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 유량조절 밸브에 의해 상기 복수의 챔버 사이의 유체 이동이 차단되었을 때, 상기 블레이드의 피벗 회전이 제한되며, 상기 구동 케이블에 의해 상기 실린더 몸체 전체가 회전함에 따라 상기 회전축이 동시에 피벗 회전되어 상기 액티브 모드가 작동될 수 있다.
이 때, 상기 유량조절 밸브에 의해 상기 복수의 챔버 사이의 유체 이동이 허용되었을 때, 상기 유압에 의해 상기 블레이드가 피벗 회전함에 따라 상기 회전축이 동시에 피벗 회전되어 상기 패시브 모드가 작동될 수 있다.
이 때, 상기 제어 모듈은 상기 하이브리드 무릎 의지 장치 내에 탑재된 센서를 통해 획득된 보행 정보를 기초로, 실시간으로 보행 환경을 판별하여 상기 유량조절 밸브의 개방 정도를 제어함으로써 상기 무릎 관절 모듈의 댐핑 속도를 조절할 수 있다.
이 때, 상기 유로조절 부재는 하우징 내부에 상기 유체의 이동 방향을 일 방향으로 제한하기 위한 체크 밸브가 구비될 수 있다.
이 때, 상기 전동 모터는 외측에 로터가 배치되며, 상기 로터의 외주면을 따라 상기 구동 케이블이 체결되는 제 2 풀리가 형성될 수 있다.
이 때, 상기 전동 모터는 내측에 로터가 배치되며, 상기 로터에 연결된 구동축의 외주면을 따라 상기 구동 케이블이 체결되는 제 2 풀리가 형성될 수 있다.
이 때, 상기 전동 모터는 상기 무릎 의지 장치가 상기 패시브 모드로 제어되는 경우, 내부에 설치되는 브레이크에 의해 구동이 정지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치는 일상적인 평지 보행시 및 소정 각도 이하의 경사로 보행에서는 로터리 유압 실린더에 의해 생성된 패시브 동력을 이용하여 보행하고, 소정 각도 이상의 경사로 보행, 계단 오르기와 같이 큰 힘이 필요한 이동시에는 전동 모터에 의해 생성된 액티브 동력을 이용하여 이동함으로써 의지 착용자가 일상 생활에 필요한 힘을 적정하게 제공받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치는 패시브 동력을 이용하는 경우 액티브 동력을 사용하지 않기 때문에, 에너지 손실이 적어 오랫동안 사용할 수 있는 장점이 있다. 특히 보행 상황의 대부분을 차지하는 평지보행, 소정 각도 이하의 경사로 및 하행 계단 보행의 경우는 온전히 패시브 동력만을 이용해서 보행이 가능하므로 에너지 절감 효과가 크다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치는 특유의 유로조절 부재를 통해 로터리 유압 실린더 내 유로를 조절함으로써, 패시브 모드와 액티브 모드 사이의 모드 전환을 별도의 클러치 모듈의 도입 없이도 매우 빠르고 용이하게 달성할 수 있다. 이를 통해 특유의 로터리 유압 실린더 자체만으로도 동력 전환을 위한 클러치 기능을 우수하게 수행할 수 있어 장치 구조의 간단화 및 크기의 최소화를 도모할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치는 패시드 모드로 구동시에 로터리 유압 실린더 내 정밀 유압 조절을 통해 무릎 관절의 댐핑 속도 및 크기를 실시간으로 조절함으로써 의지 장치의 착용자가 다양한 보행 환경에서도 안정적으로 보행을 유지할 수 있다.
도 1은 사람의 보행시 입각기와 유각기에서의 무릎 각도 및 무릎 파워를 나타낸 도면이다. 실선은 정상인, 점선은 절단 장애인의 보행시 무릎각도를 의미한다. 파란 실선의 정상인과는 달리 붉은 점선의 절단 장애인은 낙상에 대한 불안감으로 인해 입각기 굴곡이 거의 없는 보행을 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치가 대퇴 절단 환자의 무릎 부위에 장착된 상태를 나타낸 도면이다. 이 때, 도 2(a)는 대퇴 절단 환자의 환부가 짧아 무릎 위쪽으로 의지 장치가 착용된 것을 도시한 것이며, 반대로 도 2(b)는 환부가 길어 무릎 아래쪽으로 의지 장치가 착용된 것을 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치 중 고토크형 의지 장치를 바라보는 각도를 달리하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 하이브리드 무릎 의지 장치를 분해하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 로터리 유압 실린더를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 유량조절 밸브의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 유량조절 밸브의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 로터리 유압 실린더의 유체의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치 중 저토크형 의지 장치를 바라보는 각도를 달리하여 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 패시브 모드와 액티브 모드의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 보행능력이 떨어지는 절단 장애인의 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 제어 모듈이 구동을 제어하는 방법을 도시한 도면이다.
도 13은 보행능력이 있는 절단 장애인의 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 제어 모듈이 구동을 제어하는 방법을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치(10, 이하 '하이브리드 무릎 의지 장치')는 대퇴 절단 환자의 대퇴부에 장착되어 인체의 실제 무릎 관절에 의한 굴곡운동 또는 신장운동을 모사하여 보행을 보조하기 위한 장치이다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 후술될 무릎 관절 모듈(20)에 동력을 제공함에 있어서, 로터리 유압 실린더(30)에 의한 패시브 동력과 전동 모터(50)에 의한 액티브 동력을 선택적으로 적용할 수 있는 하이브리드 동력 기반의 장치이다. 이와 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 특유의 구조를 가지는 로터리 유압 실린더(30)를 도입함으로써 상술한 동력 전환을 정확하고 용이하게 수행할 수 있다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)의 주요 구성 및 작동에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
도 1은 사람의 보행시 입각기와 유각기에서의 무릎 각도 및 무릎 파워를 나타낸 도면이다. 실선은 정상인, 점선은 절단 장애인의 보행시 무릎각도를 의미한다. 파란 실선의 정상인과는 달리 붉은 점선의 절단 장애인은 낙상에 대한 불안감으로 인해 입각기 굴곡이 거의 없는 보행을 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치가 대퇴 절단 환자의 무릎 부위에 장착된 상태를 나타낸 도면이다. 이 때, 도 2(a)는 대퇴 절단 환자의 환부가 짧아 무릎 위쪽으로 의지 장치가 착용된 것을 도시한 것이며, 반대로 도 2(b)는 환부가 길어 무릎 아래쪽으로 의지 장치가 착용된 것을 도시한 것이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치 중 고토크형 의지 장치를 바라보는 각도를 달리하여 나타낸 도면이다. 도 5는 도 3 및 도 4의 하이브리드 무릎 의지 장치를 분해하여 나타낸 도면이다.
이하의 설명에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 의지 장치(10)의 각 구성요소를 설명함에 있어서 도 3 내지 5에 도시된 고토크형 하이브리드 의지 장치를 기준으로 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 의지 장치(10)는 고토크형 외에도 도 10에 도시된 저토크형 하이브리드 의지 장치도 포함할 수도 있는데, 이에 대해서는 해당되는 부분을 통해 자세히 기술하기로 한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 무릎 관절 모듈(20), 로터리 유압 실린더(30), 전동 모터(50), 구동 케이블(70) 및 제어 모듈(미도시) 및 상술한 구성을 외력으로부터 보호하는 외부 프레임(11)를 포함할 수 있다.
먼저, 무릎 관절 모듈(20)은 일측은 대퇴 절단 환자의 하퇴 의지(80)에 연결되고, 타측이 로터리 유압 실린더(30)의 회전축(37)에 연결될 수 있다.
이 때, 무릎 관절 모듈(20)은 로터리 유압 실린더(30)의 회전축(37)으로부터 동력을 전달받음으로써, 상기 회전축(37)을 중심으로 피벗 회전할 수 있다. 이러한 피벗 회전에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 실제 인체의 무릎 관절에 의한 굴곡운동과 신장운동을 모사할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 무릎 관절 모듈(20)은 체결부(22)와 결합부(24)를 포함할 수 있다.
먼저, 체결부(22)는 하퇴 의지(80)에 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)를 안정적으로 고정하기 위한 것으로, 예를 들어, 피라미드 헤드와 같이 하퇴 의지(80)에 구비된 체결홈(미도시)에 결합되도록 체결홈 방향으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다.
다음으로 도 5 참조하면, 무릎 관절 모듈(20)의 결합부(24)는 무릎 관절 모듈(20)을 로터리 유압 실린더(30)의 회전축(37)에 연결하여 로터리 유압 실린더(30) 측으로부터 동력을 전달받기 위한 것으로서, 회전축(37)의 양단부에 결합될 수 있다. 비제한적인 일례로서, 결합부(24)는 도 5에 도시된 바와 같이 서로 평행하도록 배치되는 한쌍의 평판 형상의 리브 구조로 형성될 수 있으며, 여기서 한쌍의 결합부(24)를 구성하는 개별 결합부는 각각 로터리 유압 실린더(30)의 회전축(37)의 양단부에 결합될 수 있다. 이와 같이 무릎 관절 모듈(20)은 결합부(24)를 통해 회전축(37)의 양단부에 결합됨으로써, 상기 회전축(37)과 일체로 피벗 회전할 수 있다. 이에 따라 무릎 관절 모듈(20)에 연결된 하퇴 의지(80)도 상기 피벗 회전에 따라 보행에 따른 피벗 회전 운동을 수행할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 로터리 유압 실린더를 나타낸 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 유량조절 밸브의 작동을 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 유량조절 밸브의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 로터리 유압 실린더의 유체의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치 중 저토크형 의지 장치를 바라보는 각도를 달리하여 나타낸 도면이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 패시브 모드와 액티브 모드의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 상술한 무릎 관절 모듈(20)과 작동적으로 결합되어 무릎 관절 모듈(20)을 회전축(37)을 기준으로 피벗 회전시키기 위한 로터리 유압 실린더(30)를 구비할 수 있다.
보다 상세하게, 로터리 유압 실린더(30)는 실린더 몸체(31), 회전축(37), 블레이드(38) 및 유로조절 부재(40)를 포함할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 실린더 몸체(31)는 원통 형상으로 형성되며, 내부에 유압을 생성하는 유체를 수용하도록 공간(32)이 형성될 수 있다. 그리고, 실린더 몸체(31)의 외주면에는 원주 방향을 따라 구동 케이블(70)이 체결될 수 있는 제 1 풀리(36)가 형성될 수 있는데, 이와 관련된 설명은 구동 케이블(70)과 관련된 설명을 통해 보다 상세히 기술하기로 한다.
실린더 몸체(31)의 중심부에는 상술한 무릎 관절 모듈(20)로 동력을 전달하기 위한 회전축(37)이 실린더 몸체(31)를 관통하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 회전축(37)에는 회전축(37)으로부터 실린더 몸체(31)의 반경 방향으로 연장 형성되어 최종적으로 실린더 몸체(31)의 내주면(35)과 실린더 몸체(31)의 양측 내면에 접촉되는 블레이드(38)가 연결될 수 있다. 이에 따라, 블레이드(38)는 실린더 몸체(31) 내부에 형성된 공간(32)을 복수의 챔버(33, 34)로 구획할 수 있다.
한편, 블레이드(38)는 회전축(37)과 일체로 운동하도록 연결될 수 있는데, 이를 통해 실린더 몸체(31) 내부의 챔버(33, 34)에 존재하는 유체가 블레이드(38)의 외측면에 생성하는 유압에 의해 회전축(37)도 함께 회전할 수 있다. 이하, 이와 같이 로터리 유압 실린더(30)에 의해 생성된 유압에 의해 블레이드(38)가 회전함으로써 회전축(37) 및 이와 연결된 무릎 관절 모듈(20)이 동시에 피벗 회전되는 것을 패시브 모드라 하며, 이러한 패시브 모드에 이용되는 동력을 패시브 동력이라 규정한다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 9를 참조하면, 블레이드(38)는 실린더 몸체(31)의 내주면(35) 및 양측 내면에 완전히 밀착되도록 형성될 수 있다. 이는 블레이드(38)와 실린더 몸체의 내주면(35) 및 양측 내면 사이는 유체의 이동이 불가하도록 기밀상태를 확보하기 위함이다. 그 결과, 본 발명의 일 실시예에서, 로터리 유압 실린더(30) 내부에서의 유체의 이동은 후술될 유로조절 부재(40)를 통해서만 이루어질 수 있다.
이와 관련하여, 블레이드(38)가 실린더 몸체의 내주면(35) 및 양측 내면에 완전히 밀착되도록 하기 위해서 블레이드(38) 중에서 실린더 몸체의 내주면(35)에 접촉되는 일단부(39) 및 블레이드의 양 측면은 고무 재질로 형성될 수 있다. 비제한적인 일례로서, 블레이드(38)의 형상에 대응되는 형상을 가지는 별도의 고무 패킹이 블레이드(38)에 결합될 수도 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 로터리 유압 실린더(30)는 실린더 몸체(31) 내부의 유체의 이동을 조절함으로써, 블레이드(38)의 운동을 제어하기 위한 유로조절 부재(40)가 구비할 수 있다.
도9를 참조하면, 유로조절 부재(40)는 실린더 몸체(31)의 내부에서 복수의 챔버(33, 34) 사이에 배치되는 하우징(41)과, 하우징(41) 내부의 유로를 제어함으로써 실린더 몸체(31) 내부의 제 1 챔버(33)로부터 제 2 챔버(34) 방향으로 이동되는 유체의 이동 정도를 조절할 수 있는 유량조절 밸브(42)를 포함할 수 있다.
여기서 유체의 이동 정도를 조절한다는 것의 의미는 제 1 챔버(33)로부터 제 2 챔버(34)로 유체가 이동되는 유로를 완전히 차단하거나, 일부만 허용하거나, 또는 완전히 개방하는 것을 의미할 수 있다. 이에 대해서는 뒤따르는 설명을 통해 자세히 기술하기로 한다.
도 6 및 7을 참조하면, 유량조절 밸브(42)의 구체적인 일례로서, 유량조절 밸브(42)는 상술한 하우징(41)의 내부에 형성되는 노즐삽입 공간(G) 상의 일부에 형성되는 제 1 개구(44)와, 노즐삽입 공간(G)에 삽입되는 이너 노즐(45)를 포함할 수 있다.
이 때, 하우징(41) 내측의 노즐삽입 공간(G) 상에 형성되는 제 1 개구(44)를 통해 유체가 이너 노즐(45)로부터 하우징(41) 내부에 형성된 유로로 유입되거나, 하우징(41) 내부에 형성된 유로로부터 이너 노즐(45) 측으로 유출될 수 있다.
그리고, 제 1 개구(44)를 통해 하우징(41) 내부로 유입된 유체는, 하우징(41) 상에 형성된 유체이동통로(H1, H2)를 통해 실린더 내부에 형성되는 복수의 챔버(33, 34)로 이동될 수 있다. 반대로 실린더 내부 챔버(33, 34)로부터 하우징(41)의 유체이동통로(H1, H2)를 통해 하우징(41)으로 유입된 유체는 제 1 개구(44)를 따라 이너 노즐(45) 측으로 유출될 수도 있다.
이 때, 제 1 개구(44)는 노즐삽입 공간(G)의 원주 방향을 따라 복수개 형성될 수 있으며, 예시적인 일례로서, 어느 하나의 제 1 개구(44)는 유체가 하우징(41)으로 유입되는 유입구로서 기능할 수 있고, 다른 하나의 제 1 개구(44)는 유체가 하우징(41)의 외부로 유출되는 유출구로서 기능할 수 있다.
이너 노즐(45)은 노즐삽입 공간(G)에 대응되는 직경을 가지는 원통 형상의 길이 부재로서, 하우징(41)과 마찬가지로 내부에 유체가 이동될 수 있는 유로가 형성될 수 있다. 이 때, 상기 유로는 이너 노즐(45)를 관통하여 형성됨으로써, 이를 통해 유체가 하우징(41)의 내부로부터 이너 노즐(45)를 경유하여 하우징(41)의 내부 타측으로 이동될 수 있다.
보다 상세하게, 이너 노즐(45)의 외주면 상에는 제 1 개구(44)에 대응되는 제 2 개구(46)가 형성될 수 있으며, 이러한 제 2 개구(46)를 통해서 이너 노즐(45) 내부를 흐르던 유체가 하우징(41)에 형성된 제 1 개구(44)을 경유하여 하우징(41)에 형성된 유로 측으로 유출되거나, 하우징(41)의 제 1 개구(44)로부터 유출된 유체가 이너 노즐(45)의 내부에 형성된 유로로 유입될 수 있다. 이 때, 제 2 개구(46) 역시 제 1 개구(44)과 마찬가지로 이너 노즐(45)의 원주 방향을 따라 복수개 형성될 수 있다.
이 때, 유량조절 밸브(42)는 이너 노즐(45)의 회전에 따라 실린더 몸체(31) 내부의 챔버(33, 34) 사이의 유체의 이동 정도를 조절할 수 있다. 도 7을 참조하여 유량조절 밸브(42)의 유량 조절과 관련된 구동에 대하여 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
일례로, 도 7의 (a)와 같이, 제 1 개구(44)와 제 2 개구(46)가 완전히 겹쳐지는 경우에는 하우징(41)과 이너 노즐(45) 사이의 유체의 이동량이 최대가 될 수 있다. 그리고 도 7의 (b)와 같이, 제 1 개구(44)와 제 2 개구(46)가 서로 일부만 중첩되는 경우에는 완전히 겹쳐지는 경우 대비 유체의 이동량이 제한될 수 있으며, 도 7의 (c)와 같이, 제 1 개구(44)와 제 2 개구(46)가 전혀 중첩되지 않는 경우에는 유체의 이동을 완전히 차단할 수 있다.
이상에서는 하우징(41)의 노즐삽입 공간(G) 상에 제 1 개구(44)가 직접 형성되는 것에 대하여 설명하였으며, 이하, 이너 노즐(45)에 대응되는 아우터 노즐(43)을 이용하여 하우징(41)에 제 1 개구(44)를 도입하는 실시예에 대하여 설명한다.
구체적으로, 도 8을 참조하면, 아우터 노즐(43)은 내부에 중공이 구비되는 원통 형상으로 형성되며, 하우징(41)의 노즐삽입 공간(G)으로 삽입되어 하우징(41)과 결합될 수 있다.
이 때, 아우터 노즐(43)의 일측에는 아우터 노즐(43)을 관통하는 제 1 노즐(44)이 형성될 수 있다. 그리고, 아우터 노즐(43)의 중심부에 형성되는 중공에는 제 2 노즐(46)을 구비하는 이너 노즐(45)이 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 아우터 노즐(43)은 하우징(41)에 결합된 상태로 고정되며, 이너 노즐(45)만이 후술될 밸브 모터(48)로부터 동력을 전달받아 회전할 수 있다. 이처럼 이너 노즐(45)이 회전함에 따라 고정된 위치의 제 1 노즐(44)과 회전하는 제 2 노즐(46)이 교차하는 면적이 변화될 수 있으며, 이에 따라 이너 노즐(45)과 하우징(41) 사이의 유체의 이동량이 조절될 수 있다.
한편, 이너 노즐(45)은 이너 노즐(45)의 일단부에 연결되는 밸브 모터(48)에 의해 회전될 수 있다. 이 때, 밸브 모터(48)는 후술될 제어 모듈(미도시)에 의해 구동이 제어되며, 별도의 전원을 공급받아 구동되는 전동식 모터일 수 있다.
비제한적인 일례로서, 이너 노즐(45)과 밸브 모터(48)는 도 7에 도시된 바와 같이 베벨 기어(47)에 의해 직결될 수 있다. 이와 같이 베벨 기어(47)로 이너 노즐(45)와 밸브 모터(48)를 구성할 경우, 밸브 모터(48)가 로터리 유압 실린더(30)의 회전축(37)과 수직이 되도록 배치됨으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)의 폭 방향 두께를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
그러나 하이브리드 무릎 의지 장치(10) 내 공간이 충분할 경우, 이너 노즐(45)과 밸브 모터(48)는 직렬 구조의 기어에 연결될 수도 있다.
한편 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 유량조절 밸브(42)는 서로 유체의 이동 방향을 달리하는 제 1 유량조절 밸브(42)와 제 2 유량조절 밸브(42)를 개별적으로 포함할 수 있다.
예를 들면, 제 1 유량조절 밸브(42)는 실린더 몸체(31) 내 복수의 챔버 중 제 1 챔버(33)로부터 제 2 챔버(34) 방향으로 이동되는 유체의 이동 정도를 조절할 수 있으며, 제 2 유량조절 밸브(42)는 제 2 챔버(34)로부터 상기 제 1 챔버(33) 방향으로, 즉 제 1 유량조절 밸브(42)에 의한 유체 이동 방향과 반대되는 방향으로 이동되는 유체의 이동 정도를 조절할 수 있다.
이와 같이 제 1 유량조절 밸브(42)와 제 2 유량조절 밸브(42)를 개별적으로 형성하는 것은 무릎 관절 모듈(20)에 의한 굴곡운동 및 신장운동이 모두 가능하도록 회전축(37)을 양방향으로 피벗 회전시키기 위함이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 무릎 관절 모듈(20)이 무릎을 구부리는 굴곡운동(Flexion)을 위해서는 제 1 유량조절 밸브(42)가 개방되도록 함으로써, 유체가 제 1 챔버(33)로부터 제 2 챔버(34) 측으로 이동되도록 할 수 있고, 반대로 무릎을 펴는 신장운동(Extension)을 위해서는 제 2 유량조절 밸브(42)가 개방되도록 하여, 유체가 제 2 챔버(34)로부터 제 2 챔버(34) 측으로 이동되도록 유도할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 앞서 살펴본 바와 같이 유로조절 부재(40) 내 유체의 이동 방향은 일방향으로 고정되는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 유로조절 부재(40) 내에 도 9에 도시된 바와 같이 체크 밸브(49)를 구비할 수 있다.
다시 도 9를 참조하면, 상기 체크 밸브(49)는 하우징(41) 내부에 형성되며, 유량조절 밸브(42)에 의해 제어되는 유로 상에 설치될 수 있다. 이 때, 체크 밸브(49)의 형태는 디스크 체크 밸브, 싱글 웨이퍼 체크 밸브, 더블 웨이퍼 체크 밸브 또는 스윙 체크 밸브 등 공지된 형태의 다양한 체크 밸브가 이용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 상술한 설명을 통해 개시된 하우징(41) 및 유량조절 밸브(42)의 구조는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)의 유로조절 부재(40)의 구체적인 일례에 불과하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 본 명세서에서 개시된 실시예 외에도, 로터리 유압 실린더(30) 내부에 형성된 복수의 챔버(33, 34) 사이의 유체의 이동을 조절할 수 있는 다양한 형태를 채용할 수 있음을 밝혀 둔다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 로터리 유압 실린더(30)에 액티브 동력을 제공하는 전동 모터(50)를 포함할 수 있다.
이 때, 전동 모터(50)는 로터(52)와 스테이터(53)를 포함하며, 별도의 전력 공급 모듈(미도시)로부터 전원을 공급받아 회전력을 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 모터가 이용될 수 있다. 이와 같이 전동 모터(50)에 의해 생성된 회전력은 구동 케이블(70)을 매개로 하여 로터리 유압 실린더(30) 측으로 전달될 수 있다.
구동 케이블(70)에 의한 액티브 동력 전달과 관련하여, 도 3을 참조하면, 전동 모터(50)의 내측에 배치되는 로터(52)에 연결된 구동축(58)이 존재하며, 이러한 구동축(58)의 외주면을 따라 구동 케이블(70)이 체결될 수 있는 제 2 풀리(59)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 구동 케이블(70)은 상기 제 2 풀리(59)와, 실린더 몸체(31)의 외주면에 형성된 제 1 풀리(36)에 동시에 연결될 수 있으며, 그 결과 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 전동 모터(50)가 회전함에 따라 실린더 몸체(31) 전체가 로터리 유압 실린더(30)의 회전축(37)을 중심으로 회전될 수 있다.
한편, 전동 모터(50)에 의해 액티브 동력이 로터리 유압 실린더(30)로 전달되는 경우, 제어 모듈은 유로조절 부재(40)가 복수의 챔버(33, 34) 사이의 유체의 이동을 완전히 차단하도록 제어할 수 있다. 이와 같이 챔버(33, 34) 간 유체의 이동이 차단되면, 챔버(33, 34) 내 유압이 형성되지 않아 블레이드(38)는 더 이상 실린더 몸체(31)의 내주면(35)에 대하여 상대 회전할 수 없다.
보다 상세하게, 앞서 설명한 바와 같이 블레이드(38)는 실린더 몸체(31)의 내주면(35)에 완전히 밀착되도록 형성되는 바, 실린더 몸체(31)와 블레이드(38) 사이의 마찰력이 발생된다. 따라서 상술한 액티브 동력에 의해 실린더 몸체(31)가 회전되는 경우 블레이드(38)도 실린더 몸체(31)와 함께 일체로 회전하게 된다. 그 결과 블레이드(38)에 연결된 회전축(37)도 회전하게 되며, 회전축(37)에 연결된 무릎 관절 모듈(20)도 회전할 수 있다. 이하, 도 11(b)와 같이 전동 모터(50)에 의해 실린더 몸체(31) 및 블레이드(38)가 일체로 회전함으로써 회전축(37) 및 이와 연결된 무릎 관절 모듈(20)도 동시에 피벗 회전되는 것을 액티브 모드라 하며, 이러한 액티브 모드에 이용되는 동력을 액티브 동력이라 규정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 의지 장치(10)는 전동 모터(50)의 구조에 따라 크게 두가지 형태로 분류될 수 있다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 별도의 구동축(58)을 통해 구동 케이블(70)을 연결하는 고토크형 하이브리드 의지 장치(10)가 있다. 이러한 고토크형 하이브리드 의지 장치는 후술될 저토크형 하이브리드 의지 장치와 비교하여 별도의 구동축(58) 상에 제 2 풀리(59)를 형성함으로써, 기어비가 증가되므로 보다 높은 토크의 동력을 전달할 수 있는 장점이 있다.
이와는 달리, 도 10에 도시된 것과 같이, 전동 모터(50)의 내측에 스테이터가 배치되고, 외측에 로터가 배치될 경우에는 전동 모터(50)는 구동 케이블(70)의 연결을 위한 별도의 구동축(58)을 형성하지 않으며, 로터(52)의 외주면을 따라 제 2 풀리(59)가 형성될 수도 있다. 이와 같은 구조의 하이브리드 의지 장치(10)를 저토크형 하이브리드 의지 장치(10)라고 규정한다.
이 경우, 별도의 구동축(58)을 배치하기 위한 공간을 절약할 수 있어 보다 컴팩트한 구조의 하이브리드 무릎 의지 장치(10)를 형성할 수 있는 장점이 있다. 반면, 구동축(58)을 도입하여 동력을 전달하는 고토크형 의지 장치와 비교하여, 제 1 풀리(36)와 제 2 풀리(59) 사이의 기어비가 감소되어 전동 모터(50)가 전달할 수 있는 최대 토크 측면에서는 다소 불리할 수 있다.
따라서, 장애 정도가 심각하여 높은 수준의 토크가 필요한 경우에는 로터(52)가 내측에 배치되어 구동축(58)을 통해 액티브 동력을 전달하는 고토크형 하이브리드 의지 장치를 적용할 수 있고, 장애 정도가 비교적 경미한 경우에는 로터(52)가 외측에 배치되어 구동축(58) 없이 바로 로터(52)에 의해 액티브 동력을 전달하는 저토크형 하이브리드 의지 장치를 선택적으로 적용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 동일한 환자라 할지라도, 상술한 두가지 전동 모터(50)의 형태를 사용자의 보행 환경을 고려하여 교체 가능하도록 형성될 수도 있다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)의 사용자는 일례로, 당일 보행 환경이 계단 오르기, 등산 등의 높은 토크가 필요한 상황을 다수 포함하는 경우인지, 또는 평지 보행이 대부분이어서 높은 토크가 굳이 필요치 않아 컴팩트한 의지 장치의 장착이 유리한 경우인지 여부를 미리 고려한 후, 적합한 전동 모터(50)의 형태를 장착할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 전동 모터(50)는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)가 상기 패시브 모드로 제어되는 경우, 내부에 설치되는 브레이크, 일례로 전자식 브레이크에 의해 구동이 정지되도록 제어될 수 있다. 이는 패시브 동력과 액티브 동력 사이의 중첩 또는 충돌에 의해 무릎 관절 모듈(20)에 목적하는 동력이 전달되지 않는 것을 방지하기 위함이다. 이러한 전동 모터의 구동 제어는 후술될 제어 모듈에 의할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 무릎 의지 장치(10)가 패시브 모드와 액티브 모드 중 어느 하나의 모드로 작동되도록 상술한 구성들을 제어하는 제어 모듈(미도시)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어 모듈은 패시브 모드와 액티브 모드 사이의 전환을 위해 유로조절 부재(40)와 전동 모터(50)의 구동을 함께 제어할 수 있다.
먼저 제어 모듈은 패시브 모드를 실행시키기 위해서, 유로조절 부재(40)의 구동을 제어하여 실린더 몸체(31) 내 복수의 챔버(33, 34) 사이에 유로를 개방하여 유체의 이동이 가능하도록 할 수 있다. 그리고, 전동 모터(50)에 의한 액티브 동력이 전달되는 것을 차단하기 위해서 전동 모터(50) 내의 브레이크를 활성화하여 전동 모터(50)의 구동을 정지시킬 수 있다. 이와 같이, 패시브 모드 시 액티브 동력을 차단하는 것은 앞서 설명한 바와 같이 패시브 동력과의 충돌을 방지하기 위함이다.
이 때, 제어 모듈은 유로조절 부재(40)에 의한 유로 개방 정도를 달리함으로써, 패시브 동력에 의한 무릎 관절 모듈(20)의 댐핑 속도를 조절할 수 있다. 일례로, 유로의 개방 정도가 클 경우에는 무릎 관절 모듈(20)의 댐핑 속도가 빠를 수 있으며, 반대로 유로의 개방 정도가 작을 경우에는 댐핑 속도가 느릴 수 있다.
이와 같은 댐핑 속도 조절은 사용자의 보행 환경 또는 조건을 실시간으로 감지하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 사용자가 평지길을 천천히 산책하는 경우에는 자연스러운 보행을 위해 댐핑 속도를 느리게 할 수 있으며, 속보로 걷는 경우에는 이에 걸맞게 댐핑 속도를 빠르게 변경하여 안정적인 보행을 제공할 수 있다.
이 때, 보행 환경 또는 조건 감지는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10) 내에 별도로 설치된 센서 모듈(미도시)에 의할 수 있으며, 여기서, 센서 모듈은 무릎 각도, 각속도 등을 감지할 수 있다.
다음으로 제어 모듈은 액티브 모드를 실행시키기 위해서, 실린더 몸체(31) 내 유체에 의한 유압 생성을 억제하도록 유로조절 부재(40)을 통해 복수의 챔버(33, 34) 사이의 유로를 차단할 수 있다. 그리고, 전동 모터(50)의 구동을 활성화시킴으로써, 액티브 동력이 구동 케이블(70)을 통해 로터리 유압 실린더(30) 측으로 전달되도록 할 수 있다.
도 12는 보행능력이 떨어지는 절단 장애인의 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 제어 모듈이 구동을 제어하는 방법을 도시한 도면이다. 도 13은 보행능력이 있는 절단 장애인의 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치의 제어 모듈이 구동을 제어하는 방법을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)의 제어 모듈이 패시브 모드와 액티브 모드를 각각 선택적으로 적용하는 경우를 사용자의 보행 조건과 연관하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
먼저 도 12를 참조하여, 예를 들면 양측 대퇴를 절단한 장애인 및 보행 능력이 떨어지는 편측 대퇴 절단장애인과 같이 보행 능력이 일정 수준 이하인 착용자가 하이브리드 무릎 의지 장치(10)를 이용하는 경우에 대하여 설명한다.
평지보행 및 소정 각도 이하의 낮은 경사로 보행과 같이 평상시 생활의 상당 부분을 차지하는 일반적인 보행 상황의 경우, 만약 착용자가 하이브리드 무릎 의지 장치(10)를 착용한 상태로 충분한 보행 훈련을 수행하였다면, 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 로터리 유압실린더 만을 이용한 패시브 모드로 제어될 수 있다. 이 경우 착용자가 충분한 보행 훈련을 수행하였기에, 유각기 시에 일정 부분 힘을 분담할 수 있으며, 따라서 로터리 유압실린더에 의한 댐핑력 만으로도 유각기로부터 입각기까지의 무릎 관절의 스윙 운동을 충분히 모사할 수 있기 때문이다. 이를 통해 하이브리드 무릎 의지 장치(10)의 에너지 소모를 최소화함으로써 착용시간을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그러나, 충분한 보행 훈련을 수행하지 않은 착용자의 경우 일반적인 보행 상황의 경우라 할지라도, 패시브 모드만을 이용한다면 보행 자체가 어려울 수 있으므로, 로터리 유압 실린더에 의한 패시브 모드와, 전동 모터에 의한 액티브 모드가 자동적으로 변경되는 '오토 모드'로 제어될 수 있다.
한편, 일반적인 보행이 아니라, 계단보행 또는 높은 각도의 경사로 보행과 같이 많은 힘이 요구되는 보행 상황의 경우, 하이브리드 의지 장치(10)는 패시드 모드 만으로 구동되기에는 무리가 있으므로, 보행 훈련 여부를 가리지 않고 오토 모드로 제어될 수 있다.
다음으로 도 13을 참조하여, 보행 능력이 있는 편측 대퇴 절단 장애인의 경우, 하이브리드 의지 장치(10)에 구비된 제어 모듈의 제어방법에 대하여 설명한다.
어느 정도 보행 능력이 있는 착용자의 경우, 평지와 같은 일반적인 보행 환경에서는 하이브리드 의지 장치(10)가 패시브 모드만을 이용하도록 제어됨으로써 에너지 소모를 최소화할 수 있다. 이 경우, 착용자가 소정 수준 이상의 근력이 있으므로 보행 훈련이 없는 착용자라 할지라도 패시브 모드 만으로도 보행을 충분히 수행할 수 있기 때문이다.
그러나, 보행능력을 수행한 착용자라 할지라도 계단보행 및 높은 각도의 경사로 보행과 같은 경우에는 하이브리드 의지 장치(10)의 패시브 모드만으로는 충분한 보행을 수행하기가 어렵다. 따라서, 이 경우, 하이브리드 의지 장치(10)는 로터리 유압 실린더에 의한 패시브 모드와, 전동 모터에 의한 액티브 모드가 자동적으로 변경되도록 제어될 수 있다.
다만, 이 경우, 전술한 보행 능력이 없는 착용자의 '오토모드'와 차이점을 살펴보면, 보행 능력이 없는 착용자에게 제공되는 오토모드는 일반적인 평지 보행 상황이므로, 전동 모터가 유각기시에만 무릎 관절의 스윙 운동 패턴만을 생성하고 입각기에는 브레이크로써 동작하지만, 보행 능력이 있는 착용자의 경우, 더 많은 활동을 보조하기 위해 입각기 시 몸체를 들어올리는 신전방향의 토크를 제공해 줄 수 있고, 유각기시에는 오토모드와 동일하게 보행 패턴을 생성해 줄 수 있는 차이가 있다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 의지 장치(10)는 보행자의 각 보행 단계별로 로터리 유압실린더에 의한 패시브 모드와, 전동 모터에 의한 액티브 모드를 별도의 클러치 모듈이 없이 자유자재로 변경할 수 있다. 이것은 로터리 유압실린더(30)에 의한 유로 조절이 클러치(동력전환) 기능과, 브레이킹 기능을 제공하기 때문이다. 또한 로터리 유압실린더(30)에 의해 유체의 이동 정도를 제어함으로써 로터리 유압실린더(30)의 댐핑 속도 및 정도를 정밀하게 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 의지 장치(10)의 로터리 유압실린더(30)는 클러치 기능, 댐핑 조절 기능 및 브레이킹 기능 등 다양한 기능을 가지는 장점이 있다.
살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 액티브 구동 모드가 작동되어야 하는 구간, 예를 들어, 경사로 보행 중 액티브 모드를 작동시키는 구간 및 계단 오르기 보행 중 액티브 모드를 작동시키는 구간을 전술한 바와 같이 특정하여 액티브 동력을 제공함으로써 에너지 소비 구간을 최소화하면서도 해당 구간에서 보행자에게 필요한 적정한 힘을 보행자에게 부여할 수 있어, 효율적으로 장시간동안 하이브리드형 의지 장치를 사용할 수 있다.
이와 같이 효율적으로 액티브 구동이 필요한 경우에만 로터리 유압 실린더(30)에 의한 패시브 모드의 작동을 차단하고, 전동 모터(50)를 작동시키는 하이브리드형 의지 장치는 에너지를 효율적으로 사용하므로 의지 장치에 장착되는 배터리의 크기를 줄일 수 있다. 따라서 하이브리드형 의지 장치의 무게를 줄일 수 있고, 이에 따라 콤팩트한 하이브리드형 의지 장치를 제공할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 의지 장치는 액티브 모드가 작동되어야 하는 경우에 있어서도 입각기 구간 중 적어도 일부 구간에서만 액티브 모드를 작동하여 힘을 제공하고, 유각기 구간에서는 로터리 유압 실린더에 의한 패시브 동력을 이용함으로써, 배터리 사용을 최소화함으로써 배터리 사용시간을 최대화할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 특유의 유로조절 부재(40)를 통해 로터리 유압 실린더(30) 내 유압을 조절함으로써, 패시브 모드와 액티브 모드 사이의 모드 전환을 별도의 클러치 모듈의 도입 없이도 용이하게 달성할 수 있다. 즉, 로터리 유압 실린더(30) 자체만으로도 동력 전환을 위한 클러치 기능을 우수하게 수행할 수 있어 장치 구조의 간단화 및 크기의 최소화를 도모할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 무릎 의지 장치(10)는 로터리 유압 실린더(30) 내 유로 조절을 통해 댐핑 속도를 실시간으로 조절함으로써 의지 장치의 착용자가 다양한 보행 환경에서도 안정적으로 보행을 유지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (18)

  1. 대퇴 절단 환자의 무릎 부위에 장착되어 보행을 보조하는 무릎 의지 장치로서,
    상기 대퇴 절단 환자의 하퇴 의지에 연결되는 무릎 관절 모듈;
    상기 무릎 관절 모듈과 작동적으로 결합되며, 회전축의 피벗 회전에 의해 상기 무릎 관절 모듈을 피벗 회전시키는 로터리 유압 실린더;
    상기 로터리 유압 실린더에 액티브 동력을 제공하는 전동 모터
    상기 로터리 유압 실린더와 상기 전동 모터를 서로 작동적으로 연결하는 구동 케이블 및
    상기 로터리 유압 실린더에 구비된 회전축이 상기 로터리 유압 실린더 내부에 형성되는 유압에 의해 피벗 회전되는 패시브 모드 또는 상기 회전축이 상기 액티브 동력에 의해 피벗 회전되는 액티브 모드 중 어느 하나의 모드로 작동되도록 제어하는 제어 모듈을 포함하는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무릎 관절 모듈은 상기 대퇴 절단 환자의 하퇴 의지에 결합되는 체결부 및 상기 회전축의 양단부에 결합되는 결합부를 포함하는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터리 유압 실린더는
    원통 형상으로 형성되며, 내부에 유체를 수용할 수 있는 공간이 형성된 실린더 몸체;
    상기 실린더 몸체 내부를 관통하는 상기 회전축;
    상기 회전축으로부터 상기 실린더 몸체의 반경 방향으로 연장 형성되어 상기 실린더 몸체의 내부에 형성된 공간을 복수의 챔버로 구획하는 블레이드 및
    상기 복수의 챔버 사이의 유체의 이동을 조절하는 유로조절 부재를 포함하고,
    상기 제어 모듈은 유로조절 부재의 구동을 제어함으로써, 상기 무릎 의지 장치를 상기 패시브 모드 및 상기 액티브 모드 중 어느 하나의 모드로 선택적으로 작동시키는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 블레이드는 상기 실린더 몸체의 내주면 및 내측면에 밀착되도록 형성됨으로써, 상기 복수의 챔버 사이의 유체의 이동은 상기 유로조절 부재를 통해서만 이루어지는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 블레이드 중 상기 실린더 몸체의 내주면 및 내측면과 접촉되는 접촉면은 고무 재질로 형성되는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 실린더 몸체의 외주면을 따라 상기 구동 케이블이 체결되는 제 1 풀리가 형성되는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 유로조절 부재는
    상기 실린더 몸체의 내부에 형성된 공간에 배치되며, 상기 유체가 이동될 수 있는 유로가 형성되는 하우징 및
    상기 하우징의 내부에 형성되며, 상기 복수의 챔버 중 일 챔버로부터 타 챔버 방향으로 이동되는 상기 유체의 이동 정도를 조절할 수 있는 유량조절 밸브를 포함하는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유량조절 밸브는
    상기 하우징 내부에 형성되는 노즐삽입 공간의 일부에 형성되며, 상기 유체가 이동 가능한 제 1 개구 및
    상기 노즐삽입 공간에 삽입되며, 외주면 상에 상기 제 1 개구에 대응되는 제 2 개구가 형성되어 회전에 따라 상기 제 1 개구의 개폐 정도를 조절하는 이너 노즐을 포함하는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유량조절 밸브는 상기 이너 노즐에 연결되어 상기 이너 노즐을 회전시키는 밸브 모터를 더 포함하는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 무릎 의지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 이너 노즐과 상기 밸브 모터는 베벨 기어를 통해 연결되는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 유량조절 밸브는 상기 무릎 관절 모듈이 굴곡운동 및 신장운동이 모두 가능하도록 상기 회전축을 양방향으로 피벗 회전시키기 위해서
    상기 복수의 챔버 중 제 1 챔버로부터 제 2 챔버 방향으로 이동되는 상기 유체의 이동 정도를 조절하는 제 1 유량조절 밸브 및
    상기 제 2 챔버로부터 상기 제 1 챔버 방향으로 이동되는 상기 유체의 이동 정도를 조절하는 제 2 유량조절 밸브를 포함하는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 유량조절 밸브에 의해 상기 복수의 챔버 사이의 유체 이동이 차단되었을 때, 상기 블레이드의 피벗 회전이 제한되며, 상기 구동 케이블에 의해 상기 실린더 몸체 전체가 회전함에 따라 상기 회전축이 동시에 피벗 회전되어 상기 액티브 모드가 작동되는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 유량조절 밸브에 의해 상기 복수의 챔버 사이의 유체 이동이 허용되었을 때, 상기 유압에 의해 상기 블레이드가 피벗 회전함에 따라 상기 회전축이 동시에 피벗 회전되어 상기 패시브 모드가 작동되는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 하이브리드 무릎 의지 장치 내에 탑재된 센서를 통해 획득된 보행 정보를 기초로, 실시간으로 보행 환경을 판별하여 상기 유량조절 밸브의 개방 정도를 제어함으로써 상기 무릎 관절 모듈의 댐핑 속도를 조절하는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 유로조절 부재는 하우징 내부에 상기 유체의 이동 방향을 일 방향으로 제한하기 위한 체크 밸브가 구비되는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 전동 모터는 외측에 로터가 배치되며, 상기 로터의 외주면을 따라 상기 구동 케이블이 체결되는 제 2 풀리가 형성되는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 전동 모터는 내측에 로터가 배치되며, 상기 로터에 연결된 구동축의 외주면을 따라 상기 구동 케이블이 체결되는 제 2 풀리가 형성되는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 전동 모터는 상기 무릎 의지 장치가 상기 패시브 모드로 제어되는 경우, 내부에 설치되는 브레이크에 의해 구동이 정지되는, 다기능 로터리 유압 실린더를 구비한 하이브리드 무릎 의지 장치.
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