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1. WO2020141618 - ELBOW STRUCTURE FOR ELECTRONIC ARTIFICIAL ARM

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명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5   6  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

7   8   9  

과제 해결 수단

10  

발명의 효과

11   12  

도면의 간단한 설명

13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23  

발명의 실시를 위한 최선의 형태

24   25   26  

발명의 실시를 위한 형태

27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86  

산업상 이용가능성

87   88  

청구범위

1   2   3   4   5   6  

도면

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

명세서

발명의 명칭 : 전자의수의 팔꿈치 구조

기술분야

[1]
본 발명은 전자의수의 팔꿈치 구조에 관한 것이다. 보다 자세하게는 전자의수로 물건을 파지 및 운반하는 과정에서 과부하가 걸리는 것을 방지하고, 보다 용이하게 물건을 들어올릴 수 있도록 하는 팔꿈치 구조에 관한 것이다.

배경기술

[2]
절단 사고로 한쪽 팔 또는 양 팔을 절단한 사용자의 경우 일상 생활을 위해 의수를 이용한다. 상세하게, 의수는 환부의 위치에 따라 다양한 종류로 구비되고, 구동기능 없이 외관 만이 손의 형태를 갖는 미용 목적의 의수부터 소정의 근력을 사용하여 관절 부분을 구동시킴으로써 팔을 들어올려 물건을 파지 및 운반하는 의수가 개발되어 왔다. 특히 전자의수의 경우 실제 사람의 손과 근접한 성능을 도출할 수 있다. 다만, 상기와 같이 실제 손과 같이 고중량의 물건을 들어올리기 위해서는 팔의 상박 및 하박의 사이에 위치하여 관절 운동을 제공하는 팔꿈치 부분에서 고출력의 구동수단을 장착해야 한다. 하지만, 모터 등으로 동력을 생산하는 고출력의 구동수단은 크기가 크기 때문에 팔꿈치 부분에 수납하여 사용하기 어렵고, 설령 상기 고출력의 구동수단을 팔꿈치 부분에 삽입한다 하더라도 팔꿈치 부분이 비대해지기 때문에 외형상 사용자의 거부감을 일으킬 수 있다. 또한, 고출력의 구동수단이 동력을 생산해내는 과정에서 발생하는 소음은 사용자의 일상생활에서의 스트레스를 유발하는 요인이 된다. 또한, 고출력의 구동수단을 배제하고 힌지 연결 방식을 사용하는 기계식 팔꿈치를 사용하는 경우, 고중량의 물건을 들어올리기 어렵고 파손되지 쉽다는 문제점이 있다. 추가적으로, 상기 고출력의 구동수단은 제조 단가가 비싸기 때문에 대량 생산 및 사용자의 구매를 저해하는 원인으로 부상하기에, 고출력의 구동수단을 장착하지 않고도 용이하게 물건을 들어올릴 수 있고 사용자가 구매 결정을 용이하게 할 수 있는 전자의수의 개발이 요구되는 실정이다.
[3]
[선행기술문헌]
[4]
[특허문헌]
[5]
선행문헌 1: 대한민국 등록특허 제10-1247705호 (2013.03.20. 등록)
[6]
선행문헌 2: 대한민국 등록특허 제10-0649892호 (2006.11.20. 등록)

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[7]
본 발명의 기술적 과제는 크기 및 소음이 큰 구동수단을 사용하지 않고도 용이하게 고중량의 물건을 파지 및 운반할 수 있는 전자의수용 팔꿈치를 제공하는 것이다.
[8]
또한, 본 발명의 기술적 과제는 상박부 및 하박부가 과도하게 큰 각도로 꺾이는 것을 방지할 수 있는 전자의수용 팔꿈치를 제공하는 것이다.
[9]
또한, 본 발명은 상박부 및 하박부가 일직선상으로 배치된 상태에서 하박부를 들어올릴 때 하중이 집중되어 과부하가 발생하는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.

과제 해결 수단

[10]
이를 위해 본 발명은 상박부 및 하박부를 힌지 연결하고 일 중심축을 기준으로 상박부 및 하박부를 관절운동 시키는 전자의수의 팔꿈치 구조로서, 일단이 하박부와 연결되고 타단 내부에 상기 중심축과 소정 간격 이격되는 동심원 상에 구비되며 일단에 기어가 구비되는 복수의 구동부가 구비되는 제1 연결부 및 일단이 상박부와 연결되고, 복수의 구동부의 기어와 외측 방향에서 맞물려 회전 운동하도록 원 형으로 배열되는 톱니부가 형성되는 제2 연결부를 포함하는 전자의수의 팔꿈치를 제공한다.

발명의 효과

[11]
본 발명에 따르면, 제2 연결부가 고정된 상태에서 제1 연결부가 구동부 및 기어를 이용하여 제1 회전 운동 및 제2 회전 운동하기 때문에 물건을 용이하게 파지 및 운반할 수 있다.
[12]
또한, 본 발명은 복수 개의 구동부가 구비되기 때문에 고출력의 구동수단을 사용하지 않아도 되어 전자 의수의 팔꿈치 부분을 소형화 및 간소화시킬 수 있고, 소음을 최소화하여 사용자의 불편함을 최소화할 수 있다.

도면의 간단한 설명

[13]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자의수용 팔꿈치를 전체적으로 나타내는 도면이다.
[14]
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 연결부 및 제2 연결부를 나타내는 도면이다.
[15]
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 연결부 및 제2 연결부를 나타내는 도면이다.
[16]
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 연결부 및 제2 연결부의 단면도이다.
[17]
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 연결부의 관절 운동을 나타내는 도면이다.
[18]
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지기어 및 태엽 스프링을 나타내는 절단 사시도이다.
[19]
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지기어 및 태엽 스프링을 나타내는 도면이다.
[20]
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지기어의 회전에 의해 태엽 스프링이 감기는 것을 나타내는 도면이다.
[21]
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상박부를 내릴 때 기어의 회전 운동을 나타내는 도면이다.
[22]
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 음각부, 접촉부 및 인식부를 나타내는 도면이다.
[23]
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 상박부 및 하박부가 일직선 상에 배치될 때 음각부 및 접촉부의 면접촉을 나타내는 도면이다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

[24]
상박부(100) 및 하박부(200)를 힌지 연결하고, 일 중심축(z)을 기준으로 상기 상박부(100) 및 상기 하박부(200)를 관절운동 시키는 전자의수의 팔꿈치 구조로서,
[25]
일단이 상기 하박부(200)와 연결되고, 타단 내부에 상기 일 중심축(z)과 소정 간격(h) 이격되는 동심원 상에 구비되며 일단에 기어(321)가 구비되는 복수의 구동부(320)가 구비되는 제1 연결부(300); 및
[26]
일단이 상기 상박부(100)와 연결되고, 상기 복수의 구동부(320)의 기어(321)와 외측 방향에서 맞물려 회전 운동하도록 원 형으로 배열되는 톱니부(410)가 형성되는 제2 연결부(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자의수의 팔꿈치 구조.

발명의 실시를 위한 형태

[27]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 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.
[28]
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.
[29]
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 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.
[30]
[31]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
[32]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자의수용 팔꿈치를 전체적으로 나타내는 도면이다. 본 발명을 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명에서 설명하는 “일 측면방향”은 도 1에서의 우하측 방향을 뜻한다. 상세하게, “일 측면방향”은 도 1에 도시된 왼쪽 팔에 사용되는 전자의수를 착용했을 때 사용자 입장에서 좌측 방향을 뜻한다. 또한, “타 측면방향”은 도 1의 좌상측 방향으로서 상기와 같은 전자의수를 착용한 사용자 기준으로 오른팔을 향하는 우측 방향을 뜻한다. 또한, “상측 방향” 및 “하측 방향”은 별도의 언급이 없는 한 도면에서의 상측 방향 및 하측 방향을 각각 뜻한다. 또한, “전방”은 본 발명에 따른 하박부(200)가 향하는 방향을 뜻한다. 상세하게, “전방”은 일단에 별도의 손가락부가 형성된 하박부(200)의 일단이 향하는 방향을 뜻하고, “후방”은 “전방”의 반대 방향을 뜻한다. 또한, “일 중심축(z)”은 도 1에서 제2 연결부(400)의 중심축을 뜻한다. 상세하게, “일 중심축(z)”은 상박부(100) 및 하박부(200)를 힌지 연결하는 제2 연결부(400)의 원형 단면을 갖는 제2 연결부(400)의 중심축을 뜻한다. 따라서, 상박부(100) 및 하박부(200)는 일 중심축(z)을 기준으로 관절운동할 수 있다. 또한, “제1 회전 운동(s1)”은 상박부(100) 및 하박부(200) 사이의 각도가 증가하도록 하박부(200)가 회전하는 것이고, “제2 회전 운동(s2)”은 하박부(200)가 상박부(100)에 근접하도록 회전하는 것이다. 즉, 하박부(200)가 제1 회전 운동(s1)할 때에는 상박부(100) 및 하박부(200)가 벌어지고, 제2 회전 운동(s2) 시에는 상박부(100) 및 하박부(200)가 근접하도록 오므려진다.
[33]
본 발명에 따른 전자의수는 물건을 파지하는 하박부(200), 일단이 하박부(200)와 연결되는 제1 연결부(300), 제1 연결부(300)와 연결되는 제2 연결부(400) 및 제2 연결부(400)의 일단과 연결되는 상박부(100)를 포함한다.
[34]
선술한 바와 같이, 하박부(200)는 물건 등을 파지하여 들어올리거나 운반하기 위한 구성이다. 이를 위해, 하박부(200)는 실제 사람의 손과 동일한 형상으로 형성된다. 상세하게, 하박부(200)의 일단에는 별도의 손가락부가 형성되고 타단은 제1 연결부(300)와 연결된다. 또한, 하박부(200)는 실제 사람의 손부터 팔꿈치 부분까지의 범위를 갖도록 형성된다. 이에 따라, 하박부(200)는 제1 연결부(300)의 회전 운동을 통해 관절운동됨에 따라, 상박부(100)와의 각도를 가변시켜 파지한 물건의 높낮이를 조정할 수 있다. 상세하게, 하박부(200)는 제1 연결부(300) 및 제2 연결부(400)에 의해 제1 회전 운동(s1)하여 상박부(100) 간의 각도가 증가하고, 제2 회전 운동(s2)하여 들어올려짐으로써 상박부(100) 간의 각도가 감소한다.
[35]
상박부(100)는 하박부(200)를 회전시키기 위한 제2 연결부(400)와 연결되고, 사람의 몸체로부터 하박부(200)를 지지한다. 이를 위해, 상박부(100)의 일단은 사람의 몸체 또는 환부와 연결되고 타단은 후술할 제2 연결부(400)의 일단과 연결된다. 즉, 상박부(100)는 사람의 환부부터 팔꿈치까지의 범위를 갖는다. 따라서, 제2 연결부(400)는 상박부(100)의 하측 방향에서 고정된 상태에서 제1 연결부(300)와의 체결 및 회전 운동을 통해 하박부(200)를 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)시킬 수 있다.
[36]
[37]
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 연결부(300) 및 제2 연결부(400)를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 연결부(300) 및 제2 연결부(400)를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 연결부(300) 및 제2 연결부(400)의 단면도이다.
[38]
본 발명은 종래기술의 구성이 갖는 문제점을 해결하기 위해 제1 연결부(300) 및 제2 연결부(400)를 개시한다. 상세하게, 종래의 전자의수용 팔꿈치는 상박부(100) 및 하박부(200)를 관절운동시키기 위해 막대 형상으로 형성되는 복수 개의 연결수단을 사용한다. 하지만, 상기 복수 개의 연결수단은 고중량의 물체를 파지 및 운반할 때, 물체의 하중에 의해 구부러지거나 파손되기 쉽다는 문제점이 있다. 상세하게, 전자의수의 하측 방향에 위치한 물건을 파지한 상태로 상측 방향으로 들어올릴 때, 전자의수의 팔꿈치 부분이 받는 응력은 하박부(200)의 일단 및 타단 사이의 거리와 물건의 중량의 곱으로 정해진다. 여기서, 신장이 큰 사람은 이에 대응하여 요구되는 하박부(200)의 길이가 크도록 구비되기 때문에 팔꿈치 부분의 회전에 따른 회전모멘트 및 응력의 크기가 증가하고, 이는 팔꿈치 부분이 과부하되어 파손될 확률이 현저하게 상승하는 주 요인이 된다. 또한, 하박부(200)의 일단을 하측 방향으로 이동시켜 파지한 물건을 하측 방향으로 이동시키는 것에 반해, 물건의 상측 방향으로의 이동은 지면으로부터 물건까지의 높이의 증가하기 때문에 보다 큰 힘으로 물건을 파지 및 지지해야 한다. 선술한 종래의 전자의수는 상기와 같은 상황에서 물건을 들어올리기 어렵다는 문제점이 있다. 비록 별도의 구동수단을 통해 하박부(200)를 회전시키는 방법이 있지만, 이를 위해서는 고출력의 구동수단이 요구되고, 상기 고출력의 구동수단은 크기가 크기 때문에 전자의수의 팔꿈치 부분에 설치되기 어렵다는 문제점을 갖는다. 이에 본 발명은 물건을 용이하게 들어올릴 수 있고 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 크기가 큰 구동수단을 대체하여 사람의 거부감을 해소할 수 있는 전자의수용 팔꿈치를 개시한다.
[39]
제1 연결부(300)는 하박부(200)와 연결되고 구동부(320)에 의해 생산되는 동력을 통해 상박부(100) 및 하박부(200)를 관절 운동시킨다. 상세하게, 제1 연결부(300)는 일단이 하박부(200)의 타단과 연결된 상태에서 구동부(320)와 연결된 기어(321)가 후술할 제2 연결부(400)의 톱니부(410)와 맞물려 회전 운동함에 따라 상박부(100) 및 하박부(200)를 관절 운동시킨다. 즉, 제1 연결부(300)는 상박부(100) 및 하박부(200)를 연결함과 동시에 하박부(200)를 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)시키기 위한 구성이다. 이를 위해, 제1 연결부(300)의 일단은 하박부(200)와 연결된다. 상세하게, 제1 연결부(300)는 일 측면방향에서 타 측면방향을 향해 볼 때 “ ”단면 형상을 갖는다. 상세하게, “ ”단면 형상에서 좌측 방향을 향하는 부분은 제1 연결부(300)의 일단으로서 하박부(200)와 연결된다. 또한, “ ”단면 형상에서 우측 방향을 향하는 부분은 제2 연결부(400)의 타단이다. 이에 따라, 제1 연결부(300)는 하박부(200)와 연결된 상태에서 후술할 구동부(320)와 연결된 기어(321) 및 톱니부(410) 간 연결 및 회전운동에 대응하여 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)할 수 있다. 또한, 본 발명에서 선술한 제1 연결부(300)의 단면 형상은 한정되지 않고 하박부(200)와 견고하게 연결될 수 있도록 일단이 원호 형상 등으로 다양하게 형성될 수 있다.
[40]
제1 연결부(300)에는 삽입홈(310)이 구비된다. 삽입홈(310)은 후술할 구동부(320)가 위치하기 위한 공간을 제공하는 구성이다. 이를 위해, 삽입홈(310)은 제1 연결부(300)의 일 측면에 형성된다. 상세하게, 삽입홈(310)은 제1 연결부(300)의 일 측면으로부터 타 측면방향으로 개구되도록 형성된다. 상기와 같이 음각 형성된 삽입홈(310)을 통해, 구동부(320)는 용이하게 배치되고 삽입홈(310)에 삽입된 상태에서 동력을 기어(321)에 용이하게 공급할 수 있어, 궁극적으로 하박부(200)의 용이한 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)을 실현할 수 있다. 또한, 삽입홈(310)은 복수 개 구비된다. 이는 복수 개의 구동부(320)가 삽입되어 동시에 구동됨에 따라 하박부(200)의 회전 운동을 위한 출력을 용이하게 내도록 하기 위함이다. 이와 같은 복수 개의 구동부(320)에 대응하여 형성되는 복수 개의 삽입홈(310)은 구동부(320)의 형상 및 크기에 대응하도록 구비되어야 함이 바람직하다. 도 2를 일례로 설명하자면, 구동부(320)는 직육면체 형상으로 복수 개 형성되고, 삽입홈(310)은 삽입된 구동부(320)가 제1 연결부(300)의 외부로 이탈하지 않도록 구동부(320)의 크기에 대응되어 형성된다. 보다 바람직한 실시예로서, 복수 개의 삽입홈(310)은 원형 배열을 갖도록 구비된다. 상세하게, 복수 개의 삽입홈(310)은 일 중심축(z)을 기준으로 소정 간격(h)만큼 외측 방향으로 이격되어 구비되는 동심원 상에 배열된다(도 4 참조). 보다 상세하게, 복수 개의 삽입홈(310)은 상기 동심원 상에 위치하되 소정의 호 간격을 갖도록 이격되어 형성되며, 상기 소정의 호 간격은 복수 개의 삽입홈(310) 간에 서로 동일하도록 구비된다. 이에 따라, 삽입홈(310)에 삽입된 구동부(320)는 균일한 크기의 힘으로 후술할 기어(321)를 회전시킬 수 있어, 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)하는 하박부(200)의 이동 시 버벅거리는 현상을 미연에 방지할 수 있다. 즉, 삽입홈(310)이 형성됨으로써 구동부(320)가 보다 견고하게 배치될 수 있기 때문에 후술할 기어(321)가 흔들리지 않고 용이하게 회전할 수 있고, 이는 상박부(100) 및 하박부(200)의 관절운동에 대한 안전성을 현저하게 높일 수 있다.
[41]
보다 더 바람직한 실시예로서, 복수 개의 삽입홈(310)은 제1 연결부(300)의 타 측면에도 형성될 수 있다. 상세하게, 제1 연결부(300)의 타 측면에 형성되는 복수 개의 삽입홈(310)은 제1 연결부(300)의 일 측면에 구비된 삽입홈(310)과 동일하게 원형 배열을 갖도록 구비되고 구동부(320)의 크기 및 형상에 대응하도록 형성된다. 여기서, 제1 연결부(300)의 일 측면 및 타 측면에 각각 구비되는 복수의 삽입홈(310)은 서로 내부 공간이 합쳐지지 않도록 순차적으로 나열된다. 즉, 삽입홈(310)은 제1 연결부(300)의 일 측면 및 타 측면에서 각각 삽입되는 복수 개의 구동부(320)가 서로 접하지 않도록 구비된다. 일례로, 제1 연결부(300)를 일 측면방향에서 타 측면방향을 향하도록 볼 때, 제1 연결부(300)의 일 측면에 구비되는 구동부(320)는 타 측면에 구비되는 한 쌍의 구동부(320)의 사이에 위치한다. 이를 통해, 복수 개의 구동부(320)와 일대일 연결되어 회전운동하는 복수 개의 기어(321)는 균일한 출력을 가짐과 동시에 서로 접하여 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 제1 연결부(300)의 일 측면방향에만 삽입홈(310)이 구비되는 것과 비교했을 때 보다 많은 구동부(320)를 수용할 수 있고, 이는 상박부(100) 및 하박부(200)를 관절운동시키기 위해 요구되는 각각의 구동부(320)의 출력을 감소시켜 소음을 현저하게 감소시키거나 고중량의 물건을 용이하게 파지 및 운반할 수 있는 효과를 갖는다.
[42]
구동부(320)는 후술할 기어(321)를 회전시킴으로써, 최종적으로 상박부(100) 및 하박부(200) 간의 관절운동을 실현시키는 구성이다. 이를 위해 구동부(320)는 별도의 배터리 등으로 전력을 공급받아 구동되고 일단이 봉 형상으로 형성되는 모터 등의 구동수단으로 구비될 수 있다. 또한, 구동부(320)는 삽입홈(310)에 삽입되어 위치한다. 상세하게, 구동부(320)는 제1 연결부(300)의 일 측면 및 타 측면에 형성된 삽입홈(310)의 크기 및 형상에 대응하도록 형성된다. 이에 따라, 구동부(320)가 제1 연결부(300)의 일 측면 및 타 측면에 각각 형성된 복수 개의 삽입홈(310)에 삽입된 상태에서 이탈하는 것을 방지할 수 있고, 이는 기어(321)와 연결되고 봉 형상으로 형성된 구동부(320)의 일단의 뒤틀림 현상을 미연에 방지할 수 있는 효과를 도출할 수 있다. 또한, 복수 개의 구동부(320)는 제1 구동 그룹(320a) 및 제2 구동 그룹(320b)으로 구분되어 구비된다. 상세하게, 복수 개의 구동부(320)는 제1 연결부(300)를 기준으로 일 측면방향(도 4의 우측 방향을 뜻함)에 위치하는 복수 개의 구동부(320)가 모인 제1 구동 그룹(320a) 및 타 측면방향(도 4의 좌측 방향을 뜻함)에 구비되는 복수 개의 구동부(320)가 모인 제2 구동 그룹(320b)으로 구분된다. 이와 같이 제1 구동 그룹(320a) 및 제2 구동 그룹(320b)으로 각각 나누어져 구비되는 복수 개의 구동부(320)는 그룹 별로 구동됨으로써 보다 균일한 출력을 생산하여 일단에 연결되는 기어(321)를 회전 운동시킬 수 있다. 즉, 제1 구동 그룹(320a) 및 제2 구동 그룹(320b)이 구비됨으로써, 하박부(200) 및 상박부(100)를 용이하게 관절 운동시킬 수 있어 전자 의수를 착용하는 사람으로 하여금 불쾌한 느낌이 들지 않도록 하여 편의성을 증대시킬 수 있다.
[43]
구동부(320)의 일단에는 기어(321)가 구비된다. 기어(321)는 후술할 톱니부(410)와 맞물린 상태에서 구동부(320)에 의해 회전함으로써 상박부(100) 및 하박부(200)를 관절 운동시키는 구성이다. 이를 위해, 기어(321)는 평기어 형상으로 형성되고 봉 형상으로 형성되는 구동부(320)의 일단과 연결된다. 또한, 기어(321)의 외주면은 후술할 제2 연결부(400)에 구비되는 톱니부(410) 및 지지 기어(321)와 맞물리도록 구비된다. 이에 따라, 기어(321)는 구동부(320)에 의해 회전하면서 톱니부(410)를 따라 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)하여 하박부(200) 및 상박부(100) 간의 각도를 조절할 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 톱니부(410) 및 지지기어(420)를 설명한 후에 후술하도록 한다.
[44]
제2 연결부(400)는 제1 연결부(300)에 구비된 기어(321)를 회전 운동시켜 하박부(200)가 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)하도록 하는 구성이다. 이를 위해, 제2 연결부(400)의 후방을 향하는 일단은 상박부(100)와 연결되어 고정되고, 상박부(100)의 전방에 위치하는 타단은 원 단면 형상을 갖도록 형성된다. 또한, 제2 연결부(400)의 타단은 제1 연결부(300)의 일 측면방향 및 타 측면방향에 위치한다. 또한, 제2 연결부(400)의 타단에는 선술한 기어(321)와 맞물려 기어(321)를 회전 운동시키는 톱니부(410)가 구비된다. 상세하게, 제2 연결부(400)의 일단이 상박부(100)와 연결되어 고정된 상태에서 복수 개의 구동부(320)와 일대일 연결된 기어(321)가 톱니부(410)에 맞물린 상태에서 톱니부(410)를 따라 회전 이동함에 따라, 하박부(200)를 회전시킬 수 있다.
[45]
톱니부(410)는 선술한 기어(321)가 구동부(320)에 의해 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)하도록 경로를 제공하는 구성이다. 상세하게, 기어(321)가 기어(321)의 외측 방향에 위치한 톱니부(410)와 맞물려 회전 운동하도록 경로를 제공한다. 이를 위해, 톱니부(410)는 제2 연결부(400)의 내부에 구비된다. 상세하게, 톱니부(410)는 제2 연결부(400)의 내측면에 형성된다. 보다 상세하게, 톱니부(410)는 복수 개의 톱니가 원 형으로 배열되도록 형성되되 일 중심축(z)을 기준으로 내측 방향을 향하도록 배열된다. 이에 따라, 톱니부(410)는 복수 개의 기어(321)의 외측 방향에 형성된다. 또한, 톱니부(410)는 상박부(100)와 연결되어 고정되는 제2 연결부(400)에 구비되어 고정된다. 이에 따라, 기어(321)는 톱니부(410)와 맞물린 상태에서 구동부(320)에 의해 회전하여 일 중심축(z)을 중심으로 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)할 수 있다. 이를 위해서 톱니부(410)는 기어(321)와 계합되도록 구비되어야 함이 바람직하다. 또한 제2 연결부(400)가 제1 연결부(300)의 일 측면방향 및 타 측면방향에 구비됨에 따라, 톱니부(410) 또한 제1 연결부(300)의 일 측면방향 및 타 측면방향에 구비된다. 상세하게, 톱니부(410)는 제1 연결부(300)를 기준으로 일 측면방향에 위치하는 제1 연결부(300)에 구비되는 제1 톱니부(410a) 및 타 측면방향에 위치되는 제1 연결부(300)에 구비되는 제2 톱니부(410b)로 구분된다. 이를 통해, 제1 톱니부(410a) 및 제2 톱니부(410b)는 제1 연결부(300)의 양 측면 방향에 각각 위치하는 제1 구동 그룹(320a) 및 제2 구동 그룹(320b)에 각각 연결되는 기어(321)와 맞물리고, 상기 기어(321)는 구동부(320)에 의해 회전하면서 제1 톱니부(410a) 및 제2 톱니부(410b)를 따라 일 중심축(z)을 중심으로 회전 운동함으로써, 하박부(200)를 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)시킬 수 있다.
[46]
제2 연결부(400)에는 제1 체결홈(401)이 더 구비된다. 제1 체결홈(401)은 후술할 지지기어(420)가 제2 연결부(400)의 내부에 고정된 상태에서 일 중심축(z)을 중심으로 용이하게 회전할 수 있도록 하는 구성이다. 이를 위해, 제1 체결홈(401)은 제2 연결부(400)의 일 측면 및 타 측면으로부터 음각 형성된다. 제1 연결부(300)의 일 측면방향에 위치한 제2 연결부(400)를 일례로 설명하자면, 제1 체결홈(401)은 일 측면방향을 향하는 제2 연결부(400)의 일 측면으로부터 개구되어 형성된다. 여기서, 제1 체결홈(401)에는 후술할 지지기어(420)에 구비되는 제1 돌출부(421)가 삽입됨에 따라, 지지기어(420)는 제2 연결부(400)의 내부에 위치하되 제1 톱니부(410a)의 내측 방향에 위치하도록 구비될 수 있다. 제1 체결홈(401)이 구비되고 제1 돌출부(421)를 제1 체결홈(401)에 삽입시켜 지지기어(420)가 톱니부(410)의 내측 방향에 위치하도록 함으로써, 기어(321)는 내측 방향에 위치한 지지기어(420)에 의해 보다 용이하게 회전 이동할 수 있다.
[47]
지지기어(420)는 기어(321)가 용이하게 회전하도록 기어(321)를 지지한다. 상세하게, 기어(321)의 내측 방향에 지지기어(420)가 위치함으로써, 기어(321)는 지지기어(420)와 맞물려 용이하게 회전된다. 이를 위해 지지기어(420)는 제2 연결부(400)에 구비된다. 상세하게, 지지기어(420)는 제1 연결부(300)의 양 측면 방향에 각각 위치하는 제2 연결부(400)의 내부에 구비되고, 지지기어(420)의 일 측면방향 및 타 측면방향에 각각 위치한 제1 돌출부(421)는 선술한 제2 연결부(400)에 구비된 제1 체결홈(401)에 삽입되도록 위치한다. 이에 따라, 지지기어(420)의 외측 방향에는 복수 개의 기어(321) 및 톱니부(410)가 위치하고, 기어(321)는 톱니부(410) 및 지지기어(420)의 사이에 위치되어 서로 맞물린다. 또한, 지지기어(420)의 중심축(z)은 일 중심축(z)과 일치하도록 구비된다. 이에 따라, 지지기어(420)는 일 중심축(z)을 중심으로 회전한다. 하박부(200)가 제1 회전 운동(s1)하는 것(도 9)을 일례로 설명하면, 기어(321)는 구동부(320)의 구동에 의해 제2 회전 운동(s2)하고 지지기어(420)는 상기와 같은 기어(321)의 회전 운동에 대응하여 제1 회전 운동(s1)한다. 즉, 지지기어(420)는 외측 방향에 위치한 기어(321)와 맞물려 기어(321)의 회전 방향과 반대되는 방향으로 회전함으로써 기어(321)가 용이하게 회전되도록 한다. 또한, 기어(321)는 고정 상태에 있고 외측 방향에 위치한 톱니부(410)를 따라 일 중심축(z)을 중심으로 이동한다. 이에 따라, 제1 연결부(300)와 연결된 하박부(200)는 제1 회전 운동(s1)한다.
[48]
상기와 같은 기어(321), 톱니부(410) 및 지지기어(420) 간의 맞물려 위치되는 구조 및 구동부(320)의 구동에 따른 기어(321) 및 지지기어(420)의 회전에 따라 상박부(100) 및 하박부(200)는 용이하게 관절 운동될 수 있다. 또한, 구동되는 과정에서 소음이 작은 구동부(320)를 복수 개 구비하여 위치시킴으로써, 하박부(200)를 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)시키는 과정에서 과도하게 큰 소음이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있어 전자 의수 착용자의 불쾌감 조성을 미연에 차단할 수 있다. 또한, 복수 개의 구동부(320) 중 어느 하나의 구동부(320)가 구동되지 않는 문제가 발생하더라도 나머지 구동부(320)가 구동되어 기어(321)를 회전시키기 때문에, 상박부(100) 및 하박부(200)의 관절 운동 과정에서 발생할 수 있는 오작동을 최소화할 수 있다. 이와 더불어 복수 개의 구동부(320)가 구비됨으로써 고출력의 구동수단을 대체할 수 있어 생산비용을 획기적으로 단축시키고, 전자의수의 팔꿈치 부분이 비대해지는 것을 방지할 수 있어 전자 의수 착용 과정 및 일상 생활에서 발생하는 사용자의 거부감을 최소화할 수 있다.
[49]
판부(330)는 구동부(320)의 기어축을 지지하는 구성이다. 상세하게, 판부(330)는 봉 형상으로 형성되는 구동부(320)의 일단이 회전 과정에서 뒤틀리는 것을 방지함으로써, 궁극적으로 용이한 기어(321)의 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)을 보조한다. 이를 위해, 판부(330)는 판 형상으로 구비되고 제1 연결부(300)의 양 측면 방향에 위치하며 제1 연결부(300) 및 제2 연결부(400)의 사이에 위치한다. 상세하게, 판부(330)는 제1 연결부(300)에 위치하되 한 쌍으로 구비되어 제1 연결부(300)의 일 측면방향 및 타 측면방향에 각각 배치된다.
[50]
판부(330)는 구동부(320)의 기어축(구동부(320)의 봉 형상으로 형성되는 일단을 뜻함)에 대응되도록 형성되는 뒤틀림 방지부(331)를 포함한다. 뒤틀림 방지부(331)는 복수 개 구비되어 판부(330)를 관통하도록 개구되어 형성된다. 이에 따라, 구동부(320)의 일단은 뒤틀림 방지부(331)를 관통하도록 삽입된 상태에서 기어(321)와 연결되고, 기어(321)는 판부(330)를 기준으로 구동부(320)의 반대 방향에 위치한다. 따라서, 구동부(320)의 구동으로 인한 기어(321)의 회전 과정에서 구동부(320)의 기어축이 뒤틀리거나 기어(321)가 일 측면방향 및 타 측면방향으로 의도하지 않게 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1 연결부(300)의 양 측면 방향에 위치한 지지기어(420)는 제1 돌출부(421)가 제1 체결홈(401)에 삽입되어 제2 연결부(400)의 내부에 위치한 상태에서 판부(330)의 일 측면방향 및 타 측면방향에 위치한다. 따라서, 지지기어(420)가 제2 연결부(400)의 내부에서 이탈하는 것을 방지할 수 있어 궁극적으로 기어(321)를 보다 견고하게 지지 및 회전 이동시킬 수 있다.
[51]
보다 바람직한 실시예로서, 판부(330)에는 관통홈(332)이 더 구비된다. 관통홈(332)은 후술할 태엽 스프링(350)이 권취되어 구비되는 배치부(340)가 판부(330)를 관통하여 지지기어(420)와 체결되도록 한다. 이를 위해 관통홈(332)은 판부(330)에 형성되되, 관통홈(332)의 직경은 배치부(340)의 직경보다 크도록 형성된다. 이에 따라, 배치부(340)는 판부(330)를 통과하여 지지기어(420)와 체결 고정되며, 이로 인해 지지기어(420) 및 배치부(340)는 일체로 제1 회전 운동(s1)하기 때문에 태엽 스프링(350)을 감을 수 있다. 태엽 스프링(350)을 권취 과정에 대한 보다 상세한 설명은 도 6 내지 도 9에서 후술하도록 한다.
[52]
[53]
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지기어(420) 및 태엽 스프링(350)을 나타내는 절단 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지기어(420) 및 태엽 스프링(350)을 나타내는 도면이다. 도 6은 배치부(340) 및 지지기어(420)의 체결 고정과 지지기어(420)의 제1 돌출부(421) 및 제1 체결홈(401)의 삽입 고정을 나타내기 위해 제1 연결부(300)의 일 측면방향에 구비되는 배치부(340), 판부(330), 지지기어(420) 및 제2 연결부(400)를 절단하여 단면을 도시한다.
[54]
제1 고정홈(301)은 후술할 태엽 스프링(350)을 제1 연결부(300)의 내부에 위치시키기 위한 구성이다. 이를 위해, 제1 고정홈(301)은 제1 연결부(300)의 일 측면 및 타 측면에 각각 구비되고 태엽 스프링(350)의 일단이 삽입되도록 태엽 스프링(350)의 형상에 대응되어 형성된다. 상세하게, 제1 고정홈(301)은 “ㄴ”자로 구부러진 형상으로 구비되어 제1 연결부(300)의 일 측면 및 타 측면으로부터 음각 형성되고, 태엽 스프링(350)의 일단은 제1 고정홈(301)에 삽입되어 위치됨으로써 제1 연결부(300)와 연결된다. “ㄴ”자로 절곡된 단면 형상을 갖는 제1 고정홈(301)이 구비됨으로써, 태엽 스프링(350)은 일단이 제1 고정홈(301)에 삽입된 상태에서 견고하게 위치된다. 따라서, 태엽 스프링(350)은 제1 연결부(300)의 내부에서 이탈하지 않아, 하박부(200)를 제2 회전 운동(s2)시켜 굽히는 과정에서 소요되는 힘을 보상할 수 있고, 이를 통해 고중량의 물건을 들어올릴 때 구동부(320)에 과부하가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 특히, “ㄴ”자로 절곡되도록 구비되는 제1 고정홈(301)은 태엽 스프링(350)이 감길 때 일단이 지속적으로 고정 상태를 유지하기 용이한 효과를 갖는다.
[55]
배치부(340)는 태엽 스프링(350)을 제1 연결부(300) 내에 위치시키고 기어(321)의 회전 운동에 대응하여 태엽 스프링(350)을 감거나 펴는 역할을 수행한다. 이를 위해, 배치부(340)의 일단은 원판 형상으로 구비되어 선술한 관통홈(332)을 통과하고 타단에는 태엽 스프링(350)이 권취되어 위치한다. 상세하게, 배치부(340)는 제2 연결부(400)를 향하는 일단 및 제1 연결부(300)를 향하는 타단이 각각 원판 및 봉 형상으로 형성되되 일단의 직경은 타단의 직경보다 크도록 형성된다. 이를 통해 태엽 스프링(350)을 감거나 펴는 과정에서 배치부(340)의 일단에 의해 가로막혀 제2 연결부(400) 방향으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 보다 바람직한 실시예로서, 배치부(340)의 일단에는 지지기어(420)와의 체결 고정을 위한 제2 돌출부(341)가 더 구비될 수 있다. 상세하게, 제2 돌출부(341)는 원판 형상으로 구비되어 복수 개 구비되고 일 중심축(z)을 중심으로 원형 배열을 갖도록 위치한다. 이와 더불어, 제1 연결부(300)를 향하는 지지기어(420)의 일 측면 및 타 측면에는 상기 제2 돌출부(341)가 삽입됨으로써 배치부(340) 및 지지기어(420)를 일체로 회전 운동시킬 수 있도록 하는 제2 체결홈(422)이 더 구비된다. 상세하게, 제1 연결부(300)의 일 측면방향에 위치하는 지지기어(420)의 타 측면 및 제1 연결부(300)의 타 측면방향에 위치하는 지지기어(420)의 일 측면에는 제2 체결홈(422)이 각각 구비된다. 상기 제2 체결홈(422)은 제2 돌출부(341)가 삽입된 상태에서 이탈되는 것을 방지하기 위해 제2 돌출부(341)의 직경과 동일한 직경으로 구비된다. 상기와 같이 배치부(340)는 제2 돌출부(341)가 제2 체결홈(422)에 삽입되도록 위치됨에 따라 지지기어(420)와 일체로 회전하고, 지지기어(420)의 회전에 대응하여 태엽 스프링(350)을 구부리거나 펼 수 있다. 태엽 스프링(350)을 구부리거나 펴는 과정에 대한 보다 상세한 설명은 도 8에서 후술하도록 한다.
[56]
배치부(340)의 타단에는 태엽 스프링(350)의 타단을 삽입 고정시키는 제2 고정홈(342)이 더 구비된다. 제2 고정홈(342)은 제1 고정홈(301)과 동일하게 태엽 스프링(350)을 구부리거나 펴는 과정에서 태엽 스프링(350)이 이탈하지 않도록 고정하는 기능을 갖는다. 이를 위해, 제2 고정홈(342)은 배치부(340)의 타단의 외주면으로부터 음각 형성되고, 태엽 스프링(350)의 타단은 제2 고정홈(342)에 삽입되어 고정된다. 이를 통해 태엽 스프링(350)의 일단 및 타단은 각각 제1 고정홈(301) 및 제2 고정홈(342)에 삽입되어 고정된 상태에서 지지기어(420)의 제1 회전 운동(s1)에 의해 구부러지거나 제2 회전 운동(s2)에 의해 펴짐으로써, 하박부(200)가 과도하게 제1 회전 운동(s1)하는 것을 방지하고 하박부(200)가 제2 회전 운동(s2)하는 과정에서 소요되는 힘을 보조할 수 있다.
[57]
태엽 스프링(350)은 하박부(200)의 회전 시 소요되는 힘을 보상하기 위한 구성이다. 상세하게, 태엽 스프링(350)은 상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선 상에 위치한 상태에서 하박부(200)가 들어올려질 때 요구되는 구동부(320)의 출력을 감소시킴으로써, 구동부(320)의 과부하를 방지한다. 이를 위해, 태엽 스프링(350)은 복원력을 갖도록 구비된다. 상세하게, 태엽 스프링(350)은 구부러진 상태에서 복원력을 이용하여 펴지도록 구비된다. 또한, 태엽 스프링(350)의 일단이 선술한 제1 고정홈(301)에 삽입되고 타단이 제2 고정홈(342)에 삽입됨에 따라, 태엽 스프링(350)의 양단은 고정된다. 상기와 같이 태엽 스프링(350)이 고정된 상태에서 배치부(340)와 일체로 움직이는 지지기어(420)가 기어(321)와 맞물려 제1 회전 운동(s1)함에 따라, 태엽 스프링(350)은 구부러져 권취된다. 또한, 권취된 태엽 스프링(350)은 기어(321)와 맞물린 지지기어(420)가 제2 회전 운동(s2)함에 따라 복원력을 이용하여 펴지게 되고, 이 과정에서 구동부(320)의 출력을 보조할 수 있어 상박부(100) 및 하박부(200)를 굽히는데 요구되는 힘을 보상할 수 있다. 상기와 같은 태엽 스프링(350)의 보상 작용에 대한 보다 상세한 설명은 도 8에서 설명하도록 한다.
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[59]
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지기어(420)의 회전에 의해 태엽 스프링(350)이 감기는 것을 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상박부(100)를 내릴 때 기어(321)의 회전 운동을 나타내는 도면이다. 도 8은 태엽 스프링(350)이 감기는 것을 나타내는 것으로서, 제1 연결부(300)에서 판부(330) 및 제2 연결부(400)를 향하는 방향을 향하도록 하여 판부(330), 배치부(340) 및 태엽 스프링(350)을 도시한다. 즉, 도 8에 도시된 배치부(340)의 회전은 제1 회전 운동(s1)으로서 도 9와 같이 상박부(100) 및 하박부(200) 사이의 각도가 증가하는 경우 행해지는 배치부(340)의 회전 운동이다.
[60]
배치부(340)에 구비된 제2 돌출부(341)가 지지기어(420)에 구비된 제2 고정홈(342)에 삽입된 상태에서, 도 9와 같이 기어(321)가 톱니부(410)를 따라 제2 회전 운동(s2)(도 9의 시계 방향으로의 회전을 뜻함)함에 따라 하박부(200)는 제1 회전 운동(s1)(도 9의 반시계 방향으로의 회전을 뜻함)하고, 기어(321)와 맞물린 지지기어(420)는 제1 회전 운동(s1)한다. 여기서, 제1 회전 운동(s1)하는 지지기어(420)와 일체로 움직이는 배치부(340)는 도 8과 같이 제1 회전 운동(s1)(도 8의 시계 방향으로의 회전을 뜻함)한다. 따라서, 일단 및 끝단이 각각 제1 고정홈(301) 및 제2 고정홈(342)에 삽입 고정된 태엽 스프링(350)은 배치부(340)의 제1 회전 운동(s1)에 대응되어 권취된다.
[61]
반면 하박부(200)를 들어올려 상박부(100) 및 하박부(200)를 굽히는 동작 시, 기어(321)는 톱니부(410)를 따라 제1 회전 운동(s1)(도 9의 반시계 방향으로의 회전을 뜻함)하고, 기어(321)와 맞물린 지지기어(420) 및 지지기어(420)에 구비된 배치부(340)는 제2 회전 운동(s2)(도 8의 시계 방향으로의 회전을 뜻함)을 수행한다. 여기서, 태엽 스프링(350)은 구부려졌다가 펴지려고 하는 복원력을 발생시켜 타단과 연결된 배치부(340), 배치부(340)와 체결된 지지기어(420)가 용이하게 제2 회전 운동(s2)하도록 힘을 보상한다. 따라서, 하박부(200)가 들어올리기 위해 구동부(320)가 생성해야 하는 출력이 보다 커지지 않도록 보조할 수 있어, 구동부(320)의 과부하를 방지할 수 있다. 즉, 하박부(200)가 물건을 파지한 상태에서 상측 방향으로 이동시키는 과정에서 물건이 지면으로부터 이격되는 높이에 대응하여 위치에너지가 증가함에 따라 구동부(320)로부터 요구되는 출력이 증가하는데, 태엽 스프링(350)의 복원력을 통해 힘을 보상함으로써 구동부(320)가 과도하게 큰 출력으로 구동되는 것을 방지할 수 있다.
[62]
상기와 같은 구성 및 작용을 통해, 구동부(320)는 물건을 들어올릴 때 보다 큰 출력으로 구동되지 않아도 되어 과열 등에 따른 파손을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 하박부(200)를 용이하게 굽히기 위한 보조 출력이 모터 등의 구동수단으로 행해지지 않고 태엽 스프링(350)의 복원력으로 행해지기 때문에, 소음을 최소화하여 사용자가 불쾌감을 느끼지 않을 수 있어 제품의 품질을 높일 수 있다. 또한, 구동부(320)는 상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선 상으로 위치할 경우 및 하박부(200)가 들어올려지는 경우를 차별하지 않고 동일한 크기의 출력으로 이를 수행할 수 있고, 이는 구동부(320)의 출력을 제어하기 위한 별도의 제어수단을 생략할 수 있기 때문에 전자의수의 간소화 및 소형화를 용이하게 실시할 수 있다.
[63]
[64]
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 음각부(402), 접촉부(360) 및 인식부(370)를 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선 상에 배치될 때 음각부(402) 및 접촉부(360)의 면접촉을 나타내는 도면이다. 도 10은 음각부(402), 접촉부(360) 및 인식부(370)를 용이하게 도시하기 위해 제2 연결부(400)를 생략하여 표현하고, 도 11은 음각부(402) 및 인식부(370)의 접촉을 표현하기 위해 상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선 상에 배치된 상태에서 음각부(402) 및 접촉부(360)를 확대하여 도시한다.
[65]
종래의 전자의수는 상박부(100) 및 하박부(200)의 관절 운동 과정에서 상박부(100) 및 하박부(200) 사이의 각도가 과도하게 커져 하박부(200)가 꺾이는 것을 육안으로 파악하고 이를 제어해야 하는 문제점이 있다. 즉, 시력이 좋지 않은 사용자의 경우 하박부(200)가 과도하게 꺾임에 따라, 하박부(200)가 파지하는 물건에 대한 하중의 증가에 의한 팔꿈치 부분의 하중 집중 현상 및 파손을 방지하기 어렵다. 본 발명에서는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있는 음각부(402), 접촉부(360) 및 인식부(370)를 개시한다.
[66]
음각부(402)는 후술할 접촉부(360)와 접촉함에 따라 상박부(100) 및 하박부(200)의 일직선 상으로의 배치를 감지하기 위한 구성이다. 상세하게, 후술할 접촉부(360)가 음각부(402)와 접하는 경우, 접촉부(360)와 연결된 인식부(370)가 이를 인식하여 상박부(100) 및 하박부(200)가 일자로 배치된 것으로 간주할 수 있도록 한다. 이를 위해 음각부(402)는 제2 연결부(400)에 구비된다. 상세하게, 음각부(402)는 제2 연결부(400)의 외측 방향에 구비되되 제2 연결부(400)로부터 소정의 깊이로 음각 형성된다. 여기서, 음각부(402)는 상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선 상에 위치할 때 접촉부(360)와 면접촉을 이루도록 형성된다. 상세하게, 음각부(402)는 제2 연결부(400)에 구비된 상태에서 이동되지 않고 고정 상태를 유지하며, 후술할 접촉부(360)는 하박부(200)의 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)에 대응하여 일체로 움직이다가, 상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선상에 있도록 위치하여 하박부(200)의 일단이 전방을 향하는 경우 음각부(402)와 면접촉을 이룬다. 이를 통해 인식부(370)는 음각부(402) 및 접촉부(360)의 면접촉을 인식하여 상박부(100) 및 하박부(200)의 배치 상태를 감지할 수 있다. 이를 위해 상박부(100) 및 하박부(200)가 일자로 위치할 때 접촉부(360)가 음각부(402)와 접할 수 있도록 음각부(402)의 위치가 결정되어야 함이 바람직하다. 상세하게, 음각부(402)는 제2 연결부(400)의 하측 방향에 구비됨으로써 제1 회전 운동(s1)을 통해 하박부(200)와 일체로 이동하는 접촉부(360)와 면접촉을 이루도록 한다.
[67]
본 발명의 또다른 실시예로서, 음각부(402)는 제2 연결부(400)의 상측 방향에 더 구비될 수 있다. 이는 제2 회전 운동(s2)을 통해 상박부(100)와의 각도가 감소하는 하박부(200)가 상박부(100)와 과도하게 근접하는 것을 방지하기 위함이다. 상세하게, 제2 연결부(400)의 상측에 더 구비되는 음각부(402)는 고정 상태를 유지하고 제1 연결부(300)에 구비되는 접촉부(360)가 하박부(200)의 제2 회전 운동(s2)에 대응하여 일 중심축(z)을 중심으로 제2 회전 운동(s2)하는 경우, 접촉부(360)는 제2 연결부(400)의 상측 방향에 위치한 음각부(402)로 이동하여 삽입 및 면접촉을 이루게 되고, 이를 인식부(370)가 감지하여 상박부(100) 및 하박부(200)가 굽어져 위치되는 것으로 파악할 수 있다.
[68]
접촉부(360)는 음각부(402)와의 면접촉을 수행함으로써 후술할 인식부(370)로 하여금 상박부(100) 및 하박부(200)의 배치 상태를 파악할 수 있도록 한다. 이를 위해, 접촉부(360)는 제1 연결부(300)의 일 측면방향 및 타 측면방향에 구비되고 제2 연결부(400)의 전방에 위치한다. 또한, 접촉부(360)는 양단이 제2 연결부(400)의 상측 방향 및 하측 방향을 향하도록 구비되는 “<” 단면 형상을 갖는다. 이를 통해 접촉부(360)의 양단은 하박부(200)가 일 중심축(z)을 중심으로 제1 회전 운동(s1) 및 제2 회전 운동(s2)함에 대응하여 제2 연결부(400)의 외주면을 따라 이동한다. 보다 바람직한 실시예로서, 접촉부(360)의 양단에는 별도의 롤러가 더 구비됨으로써 제2 연결부(400)의 외주면을 따라 보다 용이하게 이동할 수 있다. 또한, 접촉부(360)는 인식부(370)와 연결된다. 상세하게, 후술할 인식부(370)는 제1 연결부(300)에 구비되되 접촉부(360)의 전방에 위치하고, 접촉부(360)의 양단과 연결된다. 여기서, 접촉부(360) 및 인식부(370)는 스프링 등으로 형성되는 별도의 탄성체와 연결될 수 있다. 상세하게, 인식부(370)는 상기 탄성체를 통해 접촉부(360)와 연결되되, 별도의 센서부를 통해 탄성체가 신장하는 경우 접촉부(360) 및 음각부(402)가 면접촉을 이루는 것으로 파악하여 상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선 상에 위치하는 것으로 간주한다. 제2 연결부(400)의 외주면을 따라 제2 연결부(400)의 상측 방향 및 하측 방향을 향해 일 중심축(z)을 중심으로 이동하는 접촉부(360)의 양단은 고정 상태를 유지하는 음각부(402)와 면접촉을 이룬다. 여기서, 제2 연결부(400)의 외주면으로부터 일 중심축(z) 방향으로 음각되어 형성된 음각부(402)는 제2 연결부(400)의 외주면과 소정의 깊이만큼 단차가 발생하고, 음각부(402)와 면접촉을 이루는 접촉부(360)의 양단 및 인식부(370) 사이의 거리가 증가함에 따라 인식부(370)는 음각부(402) 및 접촉부(360) 간의 접촉을 인식한다. 보다 바람직한 실시예로서, 인식부(370)는 제2 연결부(400)의 상측 방향 및 하측 방향을 각각 향하는 접촉부(360)의 양단에 대하여 독립된 센서부를 갖고, 상기 센서부는 릴레이 센서 등으로 구비되며, 센서부가 접촉부(360)의 양단 및 인식부(370) 사이의 거리가 증가하는 것을 감지함으로써 상박부(100) 및 하박부(200)의 위치를 유추할 수 있다. 또한, 인식부(370)는 별도의 알람부와 연결됨으로써 상박부(100) 및 하박부(200)가 일자로 형성될 때 사용자에게 빛, 소리 등으로 이를 알릴 수 있어, 하박부(200)가 과도하게 크게 꺾여 제1 연결부(300) 및 제2 연결부(400)가 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
[69]
[70]
이하, 도 11을 일례로 음각부(402) 및 접촉부(360) 간의 접촉에 따른 인식부(370)의 하박부(200) 및 상박부(100)의 위치 인식을 설명하도록 한다.
[71]
상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선 상에 위치하기 위해, 하박부(200)가 제1 회전 운동(s1)함에 따라 접촉부(360)는 제2 연결부(400)의 외주면을 따라 일 중심축(z)을 중심으로 제1 회전 운동(s1)한다. 도 11과 같이 상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선 상에 배치되는 경우, 접촉부(360)의 양단 중에 제2 연결부(400)의 하측 방향을 향하는 일단은 제2 연결부(400)의 외주면으로부터 벗어나 소정 깊이만큼 음각 형성되는 음각부(402)와 면접촉을 이룬다. 상세하게, 접촉부(360)는 제2 연결부(400)의 외주면과 단차지도록 형성되는 음각부(402)와 접촉한다. 이에 따라, 음각부(402)와 면접촉하는 접촉부(360)의 상기 일단은 면접촉하지 않는 접촉부(360)의 타단과 비교했을 때 인식부(370)와의 거리가 증가한다. 이에 따라 인식부(370)는 보다 크게 이격된 접촉부(360)의 상기 일단을 별도의 센서부를 통해 인식하여 상박부(100) 및 하박부(200)가 일자로 형성된 것으로 판단한다. 즉, 인식부(370)는 상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선 상에 위치하는 상황에서만 이를 인식한다. 따라서, 사용자는 상박부(100) 및 하박부(200)가 “-“자로 배열된 이후 하박부(200)가 추가적으로 제1 회전 운동(s1)하여 꺾이기 전에 인식할 수 있어 제1 연결부(300) 및 제2 연결부(400)에 과도한 하중이 가해지는 것을 방지할 수 있다. 상기와 같은 구성 및 기능을 통해, 사용자로 하여금 하박부(200) 및 상박부(100)가 과도하게 꺾여 발생할 수 있는 불쾌감이 조성되는 상황을 막을 수 있고, 하박부(200)의 일단이 물건을 파지할 경우 물건의 하중에 의해 보다 큰 회전 모멘트 및 응력이 전자 의수의 팔꿈치 부분에 작용하는 것을 방지할 수 있어, 궁극적으로 전자의수가 파손되는 것을 막을 수 있다.
[72]
[73]
상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 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.
[74]
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 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
[75]
[부호의 설명]
[76]
100: 상박부 200: 하박부
[77]
300: 제1 연결부 301: 제1 고정홈
[78]
310: 삽입홈 320: 구동부
[79]
321: 기어 330: 판부
[80]
331: 뒤틀림 방지부 332: 관통홈
[81]
340: 배치부 341: 제2 돌출부
[82]
342: 제2 고정홈 350: 태엽 스프링
[83]
360: 접촉부 370: 인식부
[84]
400: 제2 연결부 401: 제1 체결홈
[85]
410: 톱니부 420: 지지기어
[86]
421: 제1 돌출부 422: 제2 체결홈

산업상 이용가능성

[87]
본 발명에 따르면, 제2 연결부가 고정된 상태에서 제1 연결부가 구동부 및 기어를 이용하여 제1 회전 운동 및 제2 회전 운동하기 때문에 물건을 용이하게 파지 및 운반할 수 있다.
[88]
또한, 본 발명은 복수 개의 구동부가 구비되기 때문에 고출력의 구동수단을 사용하지 않아도 되어 전자 의수의 팔꿈치 부분을 소형화 및 간소화시킬 수 있고, 소음을 최소화하여 사용자의 불편함을 최소화할 수 있다.

청구범위

[청구항 1]
상박부(100) 및 하박부(200)를 힌지 연결하고, 일 중심축(z)을 기준으로 상기 상박부(100) 및 상기 하박부(200)를 관절운동 시키는 전자의수의 팔꿈치 구조로서, 일단이 상기 하박부(200)와 연결되고, 타단 내부에 상기 일 중심축(z)과 소정 간격(h) 이격되는 동심원 상에 구비되며 일단에 기어(321)가 구비되는 복수의 구동부(320)가 구비되는 제1 연결부(300); 및 일단이 상기 상박부(100)와 연결되고, 상기 복수의 구동부(320)의 기어(321)와 외측 방향에서 맞물려 회전 운동하도록 원 형으로 배열되는 톱니부(410)가 형성되는 제2 연결부(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자의수의 팔꿈치 구조.
[청구항 2]
제 1 항에 있어서, 상기 톱니부(410)는 한 쌍으로 구비되어 상기 제1 연결부(300)를 기준으로 일 측면방향에 위치되는 제1 톱니부(410a) 및 타 측면방향에 위치되는 제2 톱니부(410b)를 포함하고, 상기 복수의 구동부(320)는 기어(321)가 상기 제1 톱니부(410a)와 맞물리도록 상기 일 측면방향을 향하는 제1 구동 그룹(320a) 및 상기 제2 톱니부(410b)와 맞물리도록 상기 타 측면방향을 향하는 제2 구동 그룹(320b)으로 구분되며, 상기 제1 구동 그룹(320a) 및 상기 제2 구동 그룹(320b)은 서로 순차적으로 나열되는 것을 특징으로 하는, 전자의수의 팔꿈치 구조.
[청구항 3]
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제2 연결부(400)에 구비되어 상기 중심축(z)을 기준으로 회전 운동되며, 상기 복수의 구동부(320)의 기어(321)와 내측 방향에서 맞물림으로써 상기 구동부(320)의 기어(321)를 지지하는 지지 기어(321)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자의수의 팔꿈치 구조.
[청구항 4]
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 일단이 제1 연결부(300)와 연결되고 타단이 상기 지지기어(420)와 연결되는 태엽 스프링(350)을 포함하고, 상기 상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선상이 되도록 팔꿈치를 펴는 동작을 할 때 상기 지지기어(420)에 의해 상기 태엽 스프링(350)이 감기고, 상기 상박부(100) 및 하박부(200)를 굽히는 동작을 할 때 복원력에 의해 상기 태엽 스프링(350)이 펴지면서 상기 상박부(100) 및 하박부(200)를 굽히는데 요구되는 힘이 보상되는 것을 특징으로 하는, 전자의수의 팔꿈치 구조.
[청구항 5]
제 4 항에 있어서, 상기 제1 연결부(300)에 구비되고, 상기 구동부(320)의 기어축에 대응되도록 관통 형성되는 뒤틀림 방지부(331)를 구비하며 상기 기어축을 지지하는 판부(330)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자의수의 팔꿈치 구조.
[청구항 6]
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제2 연결부(400)의 외측 방향에 형성되되 소정의 깊이로 음각 형성되는 음각부(402); 상기 제1 연결부(300)의 일 측면방향 및 타 측면방향에 형성되고, 상기 상박부(100) 및 하박부(200)가 일직선 상에 배치될 때 상기 음각부(402)와 면접촉하는 접촉부(360); 및 상기 접촉부(360)와 연결되고, 상기 음각부(402) 및 상기 접촉부(360)의 접촉 시 상기 상박부(100) 및 하박부(200)의 일직선상으로의 배치를 감지하는 인식부(370);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자의수의 팔꿈치 구조.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]

[도5]

[도6]

[도7]

[도8]

[도9]

[도10]

[도11]