KR101509452B1 - 전동 인공발 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 인공발이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 인체의 발목관절을 대체할 수 있도록 한 관절부와, 상기 관절부와 회동가능하게 결합되는 발바닥부를 포함하는 전동 인공발에 있어서, 상기 관절부는 내부에 수용공간을 갖는 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되며 동력을 제공할 수 있도록 한 구동수단과, 일단이 상기 발바닥부와 회동가능하게 결합되어 상기 구동수단의 구동에 따라 상기 발바닥부의 기울기 각도를 조절할 수 있도록 한 링크로 이루어진 전동 인공발이 제공될 수 있다.

Description

전동 인공발{Power artificial foot}

본 발명은 하반신 소실(절단) 장애인들의 보행을 위해 인공의지에 사용되는 인공발에 관한 것이다.

일반적으로 하지소실 장애인은 보행을 위한 인체 대체 장치로 하지의지를 착용하며, 발을 대신하여 인공발을 사용한다. 인공발은 고정식 또는 체중에 의한 족 관절 회전식이 사용되는데, 인공발은 평탄한 지면 보행에서는 지장이 없도록 고안되어 있으나, 계단이나 경사면에서의 오름 또는 내림과 같은 특수한 조건에서의 보행은 불가능하다.

즉, 현재의 인공발은 평탄로나 낮은 경사로에서의 보행까지만 가능한 것으로, 정상인으로서 일상 생활에 보통 접하는 계단이나 급한 경사면이 의지장착 환자에게는 특수한 상황으로 단독 보행이 어려운 실정이며, 또한, 굴곡이나 돌출물이 많은 지면에서의 인공발 보행은 관절의 움직임에 제한되어 보행에 어려움을 격고 있다.

통상 인공의지를 이용하여 경사면 또는 계단 등의 생활환경에서 접하는 보행을 위해서는 인체의 족 관절 움직임과 유사하게 인공발의 족 관절이 노면조건에 따라 움직이도록 하여야 한다.

도 1은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위해 본 출원인이 2000년 11월에 인공발과 관련한 특허를 출원하여 2003년 10월에 특허등록을 받은 기술이 존재한다.

선행기술인 한국등록특허 제0401457호를 살펴보면, 인공의지와 연결된 공지의 인공발(1)에 있어서, 체중에 의해 족 관절 각도가 결정되는 무축식 형태로 구성된 인공발(1), 상기 인공발(1)이 불특정 노면에 대한 하중과, 발뒤축 접지시 압축에 의한 굴곡부에 회전 관절부를 구성하여 지면접지시 뒤꿈치 구름을 원활하게 하여 지면 대응성을 높이고 체중에 대한 부하가 의지부로 전달되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 다기능 인공발(1)이 개시되고 있다.

그러나, 상술한 종래의 인공발(1)은 하중을 분산할 수 있도록 함으로써, 지면이 울퉁불퉁 하는 등 불특정 노면에 대한 안정성과 접지력을 향상시킬 수 있는 장점이 있으나, 언덕과 같은 경사가 가파른 곳에서는 접지력이 감소하여 안정성이 저하되는 단점이 있다. 즉, 발목 관절을 회동시킬 수 없는 구조로 이루어져 있기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, 경사가 가파른 곳을 오르거나 내릴 경우 인공발(1)의 앞꿈치 또는 뒷꿈치만으로 지지해야 하기 때문에 안정성이 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있도록 한 전동 인공발을 강구하게 되었다.

한국등록특허 제0401457호

본 발명의 일 실시예들은 인공발의 발목관절을 회동시켜 가파른 언덕에서도 발목관절이 회동될 수 있도록 함으로써, 접지력이 향상될 수 있도록 한 전동 인공발을 제공하고자 한다.

즉, 노면의 조건에 제약 없이 보행이 가능한 인공발을 구성하여, 보행시 인체의 족 관절 움직임 모방이 가능하도록 한 인공발을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 인체의 발목관절을 대체할 수 있도록 한 관절부와, 상기 관절부와 회동가능하게 결합되는 발바닥부를 포함하는 전동 인공발에 있어서, 상기 관절부는 내부에 수용공간을 갖는 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되며 동력을 제공할 수 있도록 한 구동수단과, 일단이 상기 발바닥부와 회동가능하게 결합되어 상기 구동수단의 구동에 따라 상기 발바닥부의 기울기 각도를 조절할 수 있도록 한 링크로 이루어진 전동 인공발이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전동 인공발은 발목관절을 회동시켜 가파른 언덕에서도 발목관절이 회동되어 인공발의 발바닥과 지면이 완전히 접지될 수 있도록 함으로써, 사용자가 안정적인 상태로 가파른 언덕을 오르거나 내릴 수 있다.

도 1은 종래의 인공발의 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 보행모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 인공발을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 인공발의 절개 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 인공발의 정면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 인공발의 구동모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들에 따른 전동 인공발에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전동 인공발(100)은 경사가 가파르게 형성된 언덕이나, 계단 등을 오르거나 내릴 경우 발목관절이 경사면과 대응되게 회동될 수 있도록 함으로써, 발바닥이 지면과 완전한 접지가 될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 인공발(100)은 하지 소실 장애인의 보행을 위한 인체 대체 장치로서, 하지 의지(10)에 장착되어 사용될 수 있다.

구체적으로, 상술한 전동 인공발(100)은 인체의 발목관절을 대체할 수 있도록 한 관절부(110)와, 상기 관절부(110)와 회동가능하게 결합되는 발바닥부(150)를 포함할 수 있다.

관절부(110)는 상부가 하지 의지(10)와 고정결합되고 내부에 수용공간을 갖는 하우징(120)과, 상기 하우징(120) 내에 설치되며 동력을 제공할 수 있도록 한 구동수단(130)과, 일단이 상기 발바닥부(150)와 회동가능하게 결합되며 상기 구동수단(130)의 구동에 따라 상기 발바닥부(150)의 기울기 각도를 조절할 수 있도록 한 링크(140)로 구성될 수 있다.

하우징(120)은 내부에 수용공간을 갖도록 형성되는 것으로, 상부는 하지 의지(10)와 고정결합되고, 하부는 서로 마주보게 한 쌍의 브라켓(122)이 돌출 형성되어 발바닥부(150)와 힌지핀(123)에 의해 회동가능하게 결합될 수 있다.

또한, 상기 하우징(120)의 전면에는 노면의 조건에 따라 구동수단(130)을 제어하여 관절의 큰 움직임을 필요로 하는 경사면이나 계단 등의 보행에서 충분한 회전각을 얻을 수 있도록 한 제어수단(124)이 설치될 수 있다.

상기 제어수단(124)은 일상 생활에서 접하게 되는 경사로 및 계단 등을 보행시 보행모드를 조절하여 사용자가 안정적인 상태에서 경사로 및 계단 등을 오르거나 내릴 수 있도록 하는 것으로, 설정치에 따라 상기 구동수단(130)의 구동속도를 조절할 수 있다.

이때, 상기 제어수단(124)은 후술하는 압력센서(172), 자이로센서 및 가속도센서(174)와 연결되어 상기 구동수단(130)의 구동속도를 조절하여 보행자의 보행모드를 조정할 수 있다.

구동수단(130)은 상기 하우징(120) 내의 수용공간에 회동가능하게 설치되어 외부에서 공급되는 전원에 의해 구동될 수 있도록 함으로써, 발바닥부(150)가 상기 관절부(110)에 대해 회동되도록 할 수 있다.

이때, 상기 구동수단(130)은 구동모터(132)와, 상기 구동모터(132)의 구동에 따라 수평방향으로 이동되는 구동축(134)으로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 구동모터(132)는 배터리(B)에서 공급되는 전원에 의해 구동되어 동력을 제공할 수 있도록 한 것으로, 상기 하우징(120) 내의 수용공간에 마련되는 지지부재(135)에 의해 회동가능하게 결합된다.

또한, 구동축(134)은 상기 구동모터(132)의 회전에 따라 수평방향으로 이동될 수 있도록 결합된다. 이때, 상기 구동모터(132)와 상기 구동축(134)은 래크(rack) 앤 피니언(pinion) 방식으로 결합되어 상기 구동모터(132)가 정회전 또는 역회전하면 상기 구동축(134)이 수평방향으로 전진 또는 후진할 수 있는 구조이다.

링크(140)는 상기 하우징(120)에 대해 상기 발바닥부(150)가 회동될 수 있도록 한 구성으로서, 상기 하우징(120)과 일단이 회동가능하게 결합되는 제1링크(142)와 상기 제1링크(142)와 일단이 결합되고 타단이 상기 발바닥부(150)와 회전가능하게 결합되는 제2링크(144)로 이루어질 수 있다.

이때, 도 6 및 도 7을 참고하면, 상기 제1링크(142)와 상기 제2링크(144)가 회전가능하게 결합되는 부분에는 상기 구동축(134)의 일단이 회전가능하게 결합되는 구성으로서, 상기 구동모터(132)가 구동되면 구동축(134)이 수평방향으로 이동하면서 상기 링크(140)를 수평방향으로 밀거나 당김으로써, 상기 발바닥부(150)가 회동되도록 한 것이다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 구동수단(130)을 구동모터(132) 및 구동축(134)으로 설명하고 있으나, 엑츄에이터 등등 상기 링크(140)를 구동시킬 수 있는 구성이라면 제한을 두지 않는다.

한편, 발바닥부(150)는 보행시 체중 에너지를 흡수 또는 방출할 수 있도록 한 바닥부재(160)와, 상기 바닥부재(160)의 상측에 설치되는 족골부재(170)로 이루어질 수 있다.

상기 바닥부재(160)는 복합수지재로 이루어져 체중에 견딜 수 있는 강성을 갖도록 하는 동시에 보행시 충격에 견딜 수 있도록 할 수 있다. 즉, 상기 바닥부재(160)는 지면과 접촉되는 제1바닥부재(162)와 상기 족골부재(170)와 결합되는 제2바닥부재(164)로 이루어지도록 구성하되, 발 앞꿈치 부분에 해당하는 일측은 상호 접촉되도록 결합하고, 발 뒷꿈치 부분에 해당하는 타측은 소정의 간격을 갖도록 이격되게 결합하여, 보행시 발생할 수 있는 체중에너지에 의한 충격을 흡수 또는 방출하도록 할 수 있다.

또한, 상기 바닥부재(160)의 제2바닥부재(164)와 고정결합되는 족골부재(170)는 인체의 발목에 해당되는 부분으로서 폭방향 중앙 양측이 상기 하우징(120)에 형성된 브라켓(122)과 힌지핀(123)을 통해 회동가능하게 결합되고, 발 뒷꿈치 부분에 해당하는 일단은 상기 제2링크(144)와 회동가능하게 결합된다.

따라서, 하우징(120)의 상부가 하지 의지(10)와 고정결합된 상태에서, 구동모터(132)가 구동되면 구동축(134)이 수평방향으로 이동하면서 제1링크(142)와 제2링크(144)가 상호 회전가능하게 결합된 부분이 접히거나 펴지면서 바닥부재(160)가 회동하여 바닥부재(160)의 각도가 조정될 수 있게 되는 것이다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 인공발(100)은 상기 바닥부재(160)와 족골부재(170) 사이에는 한 쌍의 압력센서(172)를 설치하여 보행시 바닥부재(160)의 접촉위치를 판별하도록 할 수 있다.

또한, 족골부재(170)의 앞 발꿈치 부분에 해당하는 일단에는 자이로센서 및 가속도센서(174)를 설치하여 보행시 발바닥의 기울기 각도 및 가속도를 측정하여 사용자의 보행조건을 결정하도록 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 인공발(100)은 일상 생활에서 접하게 되는 경사면 또는 계단 등의 보행시에도 발바닥부(150)의 각도를 자유롭게 회동시켜 안정적으로 보행할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 전동 인공발 110 : 관절부
120 : 하우징 122 : 브라켓
123 : 힌지핀 124 : 제어수단
130 : 구동수단 132 : 구동모터
134 : 구동축 140 : 링크
142 : 제1링크 144 : 제2링크
150 : 발바닥부 160 : 바닥부재
162 : 제1바닥부재 164 : 제2바닥부재
170 : 족골부재 172 : 압력센서
174 : 자이로센서 및 가속도센서 10 : 하지 의지

Claims (9)

1. 인체의 발목관절을 대체할 수 있도록 한 관절부와, 상기 관절부와 회동가능하게 결합되는 발바닥부를 포함하는 전동 인공발에 있어서,
   상기 관절부는 내부에 수용공간을 갖는 하우징과,
   상기 하우징 내에 설치되며 동력을 제공할 수 있도록 한 구동수단과,
   일단이 상기 발바닥부와 회동가능하게 결합되어 상기 구동수단의 구동에 따라 상기 발바닥부의 기울기 각도를 조절할 수 있도록 한 링크를 포함하되,
   상기 링크는
   상기 하우징과 일단이 회동가능하게 결합되는 제1링크와,
   상기 제1링크와 일단이 회전가능하게 결합되고 타단이 상기 발바닥부와 회전가능하게 결합되는 제2링크로 이루어진 전동 인공발.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 관절부는 사용자의 보행모드를 조절할 수 있는 제어수단을 더 포함할 수 있는 전동 인공발.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 구동수단은
   구동모터와,
   상기 구동모터의 구동에 따라 수평방향으로 이동되는 구동축으로 이루어진 전동 인공발.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 구동수단은 유압실린더인 것을 특징으로 하는 전동 인공발.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서, 상기 발바닥부는
   일면이 지면과 접촉되어 보행자의 체중 에너지를 흡수 또는 방출할 수 있도록 한 바닥부재와,
   상부가 상기 하우징과 회전가능하게 결합되고 하부가 상기 바닥부재와 고정결합되는 족골부재로 이루어진 전동 인공발.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 바닥부재는 지면과 접촉되는 제1바닥부재와 상기 족골부재와 결합되는 제2바닥부재로 이루어지도록 구성하되, 발 앞꿈치 부분에 해당하는 상기 제1바닥부재와 상기 제2바닥부재의 각 일측은 상호 접촉되도록 결합하고, 발 뒷꿈치 부분에 해당하는 타측은 소정의 간격을 갖도록 이격되게 결합되는 전동 인공발.
   
8. 청구항 1에 있어서, 상기 발바닥부에는 한 쌍의 압력센서가 설치되어 보행시 바닥부재의 접촉위치를 판별할 수 있도록 한 전동 인공발.
   
9. 청구항 1에 있어서, 상기 발바닥부에는 자이로센서 및 가속도센서가 설치되어 사용자의 보행시 발바닥 기울기 각도 및 가속도를 측정할 수 있도록 한 전동 인공발.

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