KR100766173B1 - An artificial hand with fingers independently operated and an apparatus for controlling the same - Google Patents
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Abstract
개시된 내용은 사용자의 팔에서 2개이상의 근전도신호를 검출하여 근전도신호에 따라 손가락을 개별적으로 구동하도록 함으로써 보다 진짜 손에 가까운 자유로운 손동작을 구현할 수 있는 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 각각이 손가락의 마디를 이루는 관절액츄에이터들을 서로에 대해 선회되게 연결부재로 연결하여 손가락을 구성하고, 상기 손가락을 다수개 손바닥부분에 결합하여 형성되는 손부분; 장애인의 팔에 부착하여 근전도신호들을 얻는 근전도검출기; 및 상기 근전도검출기에 의해 검출된 근전도신호들에 따라 상기 관절액츄에이터들을 개별적으로 구동하여 다양한 손동작을 구현하도록 제어하는 제어장치를 포함하고, 상기 관절액츄에이터는 그 출력축에 피니언기어가 장착된 모터; 상기 모터의 피니언기어와 치합되는 다수의 기어들을 구비하고, 상기 모터의 회전력을 감속하여 출력하는 기어조립체; 상기 기어조립체를 통해 감속된 회전력에 따라 선회되는 출력축; 및 상기 제어장치의 제어신호에 따라 상기 모터를 제어구동시켜 상기 출력축이 지시된 방향과 각도로 선회되게 하는 모터제어유닛을 구비하여 이루어진다. The present disclosure relates to the number of EMGs capable of individually controlling the fingers that can realize free hand motion closer to the real hand by detecting two or more EMG signals in the user's arm and individually driving the fingers according to the EMG signals. The present invention comprises a hand portion formed by connecting the joint actuators constituting the nodes of the fingers with the connecting member so as to pivot with respect to each other, the fingers are coupled to the plurality of palms; EMG detector attached to the arm of the disabled to obtain EMG signals; And a control device for individually driving the joint actuators according to the EMG signals detected by the EMG detector to implement various hand motions, wherein the joint actuator comprises: a motor having a pinion gear mounted to its output shaft; A gear assembly having a plurality of gears engaged with the pinion gear of the motor, the gear assembly configured to reduce and output the rotational force of the motor; An output shaft that is pivoted according to the rotational force decelerated through the gear assembly; And a motor control unit which controls the motor in accordance with a control signal of the control device to cause the output shaft to pivot at an indicated direction and angle.
인공의수, 전자의수, 근전의수, 손가락 관절, 근전도신호 Artificial number, electron number, EMG, finger joint, EMG signal
Description
본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명은 첨부하는 도면들을 참조하여 이루어질 것이며, 도면에서 대응되는 부분을 지정하는 번호는 같다. Detailed description of the embodiments of the present invention will be made with reference to the accompanying drawings, in which numerals designate corresponding parts in the drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수의 기계적 메카니즘을 보여주는 구성도들이고, 1 and 2 is a block diagram showing the mechanical mechanism of the number of myopia that can be individually controlled of the finger according to the present invention,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 의수에서 손가락의 마디를 이루는 관절액츄에이터의 분해사시도이고, 3 is an exploded perspective view of a joint actuator forming a node of a finger in the prosthesis shown in FIGS. 1 and 2,
도 4는 도 3에 도시된 관절액츄에이터의 구성을 나타낸 블럭도이고, Figure 4 is a block diagram showing the configuration of the joint actuator shown in Figure 3,
도 5는 본 발명에 따른 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수의 제어장치의 구성도이고, 5 is a block diagram of a control device for the number of myocardium capable of individually controlling the fingers according to the present invention,
도 6은 도 5에 도시된 근전도신호를 제어부에서 인식할 수 있도록 전처리하는 근전도신호처리부를 구체적으로 나타낸 회로도이고, FIG. 6 is a circuit diagram illustrating in detail the EMG signal processor which preprocesses the EMG signal illustrated in FIG. 5 to recognize the EMG signal.
도 7은 도 5에 도시된 제어부를 구체적으로 나타낸 회로도이고, FIG. 7 is a circuit diagram illustrating the controller of FIG. 5 in detail.
도 8은 본 발명의 동작방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 8 is a flowchart for explaining an operating method of the present invention;
도 9는 파지모드에서의 근전의수의 손동작들을 보여주는 사진이고, 9 is a photograph showing the hand movement of the myocardium in the gripping mode,
도 10은 게임모드에서의 손동작들을 보여주는 사진이고, 10 is a picture showing the hand gestures in the game mode,
도 11은 본 발명에 따른 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다. 11 is a block diagram showing another embodiment of the number of myopia capable of individual control of the finger according to the present invention.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **** Explanation of symbols for main parts of drawings **
10 : 팔부분 20 : 손부분10: arm 20: hand
22 : 손바닥 24 : 손가락22: palm 24: finger
30 : 관절액츄에이터 40 : 연결부재30: joint actuator 40: connection member
50 : 모터제어유닛 60 : 제어장치50: motor control unit 60: controller
70 : 근전도검출기 80 : 모드선택스위치70: EMG detector 80: Mode selection switch
110 : 근전도신호처리부 120 : 제어부110: EMG signal processing unit 120: Control unit
130 : LED표시부130: LED display
본 발명은 손이 없는 장애인이 착용하여 손의 기능을 대신하는 인공의수에 관한 것으로, 보다 상세하게는 손가락부분이 관절을 갖도록 구성하고 장애인의 팔에서 적어도 2개이상의 근전도신호를 검출하여 근전도신호에 따라 관절을 갖는 손가락을 개별적으로 구동함으로써 보다 진짜 손에 가까운 자유로운 손동작을 구현할 수 있는 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수 및 그 제어장치에 관한 것이다. The present invention relates to a number of artificial to replace the function of the hand worn by a handicapped person without a hand, and more particularly, the finger portion is configured to have a joint and at least two or more EMG signals detected by the arm of the hand EMG signal According to the present invention relates to the number of myopia and the control device capable of individual control of the finger that can implement free hand motion closer to the real hand by individually driving the finger having a joint.
매년 질병이나 사고에 의한 후천적 장애인의 수가 증가하고 있으며, 세계적으로 이러한 지체 장애인들의 재활 및 정상적인 사회 복귀는 큰 사회적 문제로 대두되고 있다. 따라서, 재활기구 및 보조기에 관해 많은 연구가 이루어져 왔으며, 그 중 하나가 손이나 팔이 없는 장애인이 착용하는 인공의수이다. Every year, the number of people with disabilities caused by diseases and accidents is increasing, and the rehabilitation and normal return to society of these people with disabilities are a big social problem worldwide. Therefore, a lot of research has been done on rehabilitation equipment and orthoses, and one of them is an artificial number worn by a handicapped person without a hand or an arm.
이러한 인공의수는 미관의수와 기능의수로 나누어지는데, 미관의수는 상박케이스 하단에 관절과 골격을 설치하여 골격외부에 스폰지 계통의 쿠션(cushion)재로 살붙임을 한 팔 형상부에 손 형상부를 끼워 맞춰 이루어지고, 기능의수는 검지와 중지를 일체화하여 그 끝과 엄지 끝을 맞닿게 동작시켜 물체를 잡을 수 있게 하였다. 특히, 기능의수의 잡는 힘은 손바닥에 내장된 스프링의 힘에 의하여 결정되며, 물체를 놓을 때는 인체의 양쪽 어깨에 착용한 벨트를 가슴 안쪽으로 오므려서 손바닥부에 설치된 손가락 벌림고리가 벨트와 연결된 줄로 당겨지게 함으로써 손이 벌어지게 한다. The artificial number is divided into the number of aesthetics and the number of functionalities. The number of aesthetics is placed in the arm shape where the joints and the skeleton are installed at the bottom of the upper arm case, and the skin shape is applied to the outside of the skeleton with sponge cushion material. It was made by fitting the shape, and the number of functions integrated the index finger and the middle finger so that the tip and the thumb tip were operated to grab the object. In particular, the holding force of the number of functions is determined by the force of the spring built in the palm, and when the object is placed, the belt worn on the palm is connected to the belt by holding the belt worn on both shoulders of the human body inside the chest. Let your hands open by pulling on the string.
위와 같은 단순한 기능의수에서 더 나아가서 모터구동에 의해 손이 작동되는 전자의수가 개발되었는데, 이러한 종래의 전자의수는 손가락 관절이 없이 엄지와 나머지 손가락들이 일체로 오므려지거나 펴지도록 하는 작동 밖에는 불가능하였다. 따라서, 종래의 전자의수는 손가락 관절의 동작이 없이 단순히 손가락들을 일체로 동작시켜 잡기, 펴기 동작 밖에는 구현할 수 없어 동작이 부자연스러울 뿐만 아니라 물건을 잡는 것 외에는 할 수 없어 일상 생활에서 필요한 다양한 손동작을 제공할 수 없는 단점이 있었다. In addition to the above-mentioned simple functions, the number of electrons operated by the hand of the motor has been developed. This conventional number of electrons is impossible except for the operation of allowing the thumb and the remaining fingers to be integrally pinched or extended without the finger joint. It was. Therefore, the conventional number of electrons can not be implemented only by holding and unfolding the fingers by simply operating the fingers together without the movement of the finger joints, which makes the movements unnatural and can only do things other than to grab objects. There was a drawback that could not be provided.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 장애인의 팔에서 2개이상의 근전도신호를 검출하여 근전도신호에 따라 손가락의 각 관절을 제어구동하여 각 손가락이 개별적으로 동작하도록 함으로써 보다 진짜 손에 가까운 자유로운 손동작을 구현할 수 있는 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수를 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described drawbacks, to detect two or more EMG signals in the arm of a disabled person to control each joint of the finger in accordance with the EMG signal to operate each finger individually By providing a number of myopia that can be individually controlled by the finger that can implement free hand movement closer to the real hand.
본 발명의 다른 목적은 상기 근전의수를 근전도신호에 따라 손가락을 개별제어하여 큰 물건을 잡는 동작과 작고 얇은 물건을 집는 동작을 구별하여 구현하고 가위바위보 게임을 즐길 수 있도록 하는 근전의수 제어장치를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to control the number of EMG to embody the operation of grabbing a large object and the operation of picking up a small and thin object by individually controlling the finger according to the EMG signal and control the number of EMG To provide a device.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수는 손이 없는 장애인이 착용하여 손의 기능을 수행하는 의수에 있어서, 각각이 손가락의 마디를 이루는 관절액츄에이터들을 서로에 대해 선회되게 연결부재로 연결하여 손가락을 구성하고, 상기 손가락을 다수개 손바닥부분에 결합하여 형성되는 손부분; 장애인의 팔에 부착하여 근전도신호들을 얻는 근전도검출기; 및 상기 근전도검출기에 의해 검출된 근전도신호들에 따라 상기 관절액츄에이터들을 개별적으로 구동하여 다양한 손동작을 구현하도록 제어하는 제어장치를 포함하고, 상기 관절액츄에이터는 그 회전축에 피니언기어가 장착된 모터; 상기 모터의 피니언기어와 치합되는 다수의 기어들을 구비하고, 상기 모터의 회전력을 감속하여 출력하는 기어조립체; 상기 기어조립체를 통해 감속된 회전력에 따라 선회되는 출력축; 및 상기 제어장치의 제어신호에 따라 상기 모터를 제어구동시켜 상기 출력축이 지시된 방향과 각도로 선회되게 하는 모터제어유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다. The number of myopia that can be individually controlled by the finger according to the present invention for achieving the above object is a hand worn by a handicapped person without a hand to perform the function of the hand, each of the joint actuators forming a node of the finger with respect to each other A hand part which is pivotally connected to the connecting member to form a finger and is formed by coupling the finger to a plurality of palm parts; EMG detector attached to the arm of the disabled to obtain EMG signals; And a control device for individually driving the joint actuators according to the EMG signals detected by the EMG detector to implement various hand motions, wherein the joint actuator comprises: a motor having a pinion gear mounted to a rotation shaft thereof; A gear assembly having a plurality of gears engaged with the pinion gear of the motor, the gear assembly configured to reduce and output the rotational force of the motor; An output shaft that is pivoted according to the rotational force decelerated through the gear assembly; And a motor control unit for controlling and driving the motor in accordance with a control signal of the control device to cause the output shaft to rotate at an indicated direction and angle.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수 제어장치는 장애인의 팔에서 검출된 2개 채널의 근전도신호를 입력받아, 다수의 관절액츄에이터들이 연결되어 이루어진 각 손가락을 손바닥부분에서 오므려지거나 펴지도록 제어하는 근전의수 제어장치로서, 상기 2개 채널의 근전도신호를 증폭하고 오프셋(offset) 처리하여 순수한 근전도신호만을 추출하고, 상기 증폭된 근전도신호를 디지털 변환이 가능하도록 감압하는 근전도신호처리부; 및 상기 근전도신호처리부에서 출력된 근전도신호를 디지털신호로 변환하고, 상기 디지털신호로 변환된 근전도신호가 어떤 동작의 신호인지를 판단하여 상기 관절액츄에이터들의 선회각도와 방향을 제어구동함에 의하여 각 손가락의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다. According to the present invention for achieving the above object, the number of EMG control device capable of individually controlling the finger receives the EMG signal of the two channels detected from the arm of the disabled, a plurality of joint actuator is connected to each finger made An EMG control device which controls the palmar portion to be pinched or unfolded, amplifies and offsets the EMG signals of the two channels, extracts only pure EMG signals, and digitally converts the amplified EMG signals. An EMG signal processor for decompressing the pressure; And converting the EMG signal output from the EMG signal processor into a digital signal, and determining which motion signal is the EMG signal converted into the digital signal, and controlling the turning angle and direction of the joint actuators to control the rotation of the joint actuator. It includes a control unit for controlling the operation.
상기 실시예에 따르면, 상기 근전도신호처리부는 장애인의 팔로부터 얻은 2개 채널의 근전도신호 1 및 2를 기준전압에 대한 신호전압으로 측정하는 계측증폭부; 상기 계측증폭부에서 상기 신호전압을 측정하며 발생한 미세한 DC 전압성분(오프셋전압)을 상기 신호전압에서 제거하는 오프셋미세조정부; 오프셋전압이 제거된 상기 신호전압을 큰 전압으로 증폭하는 주증폭부; 및 상기 주증폭부에서 증폭된 큰 신호전압을 5V이하의 전압으로 감압하는 전압감압부를 구비하는 것이 바람직하다. According to the embodiment, the EMG signal processing unit for measuring the
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 전압감압부에서 감압된 아날로그 신호전 압을 디지털 신호전압으로 변환하는 아날로그/디지털 변환부; 상기 디지털 신호전압으로 변환된 2개 채널의 근전도신호가 어떤 동작을 요구하는 신호인지를 판단하여 상기 관절액츄에이터들이 그에 상응하는 동작을 수행하도록 상기 관절액츄에이터들의 제어신호를 출력하는 디지털 제어부; 및 상기 디지털 제어부의 제어신호를 상기 관절액츄에이터들로 전송하는 시리얼통신부를 구비한다. Preferably, the control unit includes an analog / digital conversion unit for converting the analog signal voltage reduced in the voltage reducing unit into a digital signal voltage; A digital controller which determines which operation the EMG signals of the two channels converted into the digital signal voltages are required to output, and outputs a control signal of the joint actuators so that the joint actuators perform a corresponding operation; And a serial communication unit which transmits a control signal of the digital control unit to the joint actuators.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수의 기계적 메카니즘을 보여주는 구성도들로서, 특히 도 1은 조립사시도이고 도 2는 분리사시도이다. 또한, 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 의수에서 손가락의 마디를 이루는 관절액츄에이터의 분해사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 관절액츄에이터의 구성을 나타낸 블럭도이다. 1 and 2 is a schematic view showing the mechanical mechanism of the number of EMG capable of individual control of the finger according to the present invention, in particular Figure 1 is an assembled perspective view and Figure 2 is an exploded perspective view. 3 is an exploded perspective view of a joint actuator forming a node of a finger in the prosthesis shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the joint actuator shown in FIG. 3.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 근전의수는 절단된 팔에 착용하기 위한 팔부분(10)과, 이 팔부분에 결합된 손부분(20)으로 형상화된다. 특히, 팔부분(10)은 장애인의 절단된 팔에 끼워지도록 제작되며, 절단된 팔의 길이를 고려하여 제작되는 것이 바람직하다. 본 근전의수에서 팔부분은 반드시 있을 필요는 없다. 또한, 손부분(20)은 손바닥(22)과 이 손바닥(22)에 결합되어 동작되는 손가락들(24a~24c)로 구성되어 있다. 이 손가락들(24a~24c)은 관절을 갖는 여러 마디 가 연결되어 이루어지는데, 각 마디는 관절액츄에이터(actuator; 30)로 구성되어 이 관절액츄에이터(30)가 서로 연결되어 그 연결부위가 관절을 이루고 서로에 대해 선회구동되게 된다. 본 실시예에서는 손바닥(22)에 결합된 손가락들(24a~24c)로는 엄지(24a), 검지(24b) 및 중지(24c)의 3개의 손가락으로 구성되어 있으며, 각 손가락(24a~24c)은 2개의 관절액츄에이터(30a~30f)로 이루어져 있다. 손가락 마디를 이루는 관절액츄에이터들(30a~30f)은 근전도신호들에 따라 개별적으로 구동되어 전체적으로 볼 때 손의 다양한 동작을 구현하게 된다. As shown in Figs. 1 and 2, the myocardium of the present invention is shaped into an
각 관절액츄에이터(30)는 도 3에 도시한 바와 같이 몸체(31)에 모터(32)가 장착되어, 이 모터(32)의 축에 피니언(32a)이 결합되고, 이 피니언(32a)에 기어조립체(33)가 치합되어 모터(32)의 회전속도가 감속되어 출력축(34)을 선회시키게 된다. 기어조립체(33)는 피니언(32a)에 치합된 제1기어(33a), 제1기어(33a)에 치합된 제2기어(33b), 제2기어(33b)에 치합된 제3기어(33c), 및 제3기어(33c)에 치합되며 출력축(34)에 형성된 제4기어(33d)로 구성되어 있다. 제1기어 내지 제3기어(33a~33c)는 각각 큰 기어와 작은 기어가 동일축에 일체로 형성되어, 이웃하는 두 기어가 작은 기어와 큰 기어로 맞물리면서 감속비를 얻게 된다. 이렇게 감속되어 일정각도에서 선회되는 출력축(34)은 그 중간부가 몸체(31) 외부로 노출되어 연결부재를 결합시킬 수 있도록 되어 있다. 따라서, 관절액츄에이터(30)는 연결부재를 통해 다른 구성요소, 예컨대 이웃한 다른 관절액츄에이터 또는 손바닥부분에 결합되게 된다. As shown in FIG. 3, each of the
관절액츄에이터의 몸체(31)는 그 양측에서 제1,제2커버(35,36)를 장착하여 내부구성요소들을 외부와 차폐시켜 보호하며, 몸체(31)의 일측에는 중간부위에 출력축(34)의 중간부위가 노출되어 연결부재가 결합되는 출력축노출부(31a)가 형성되어 있으며, 이 출력축노출부(31a)의 반대측에는 연결부재가 결합되는 결합부(31b)가 마련되어 있다. 따라서, 각 손가락은 제1마디를 이루는 제1관절액츄에이터(30a,30c,30e)의 출력축(34)에 제1연결부재(40a)의 일단에 마련된 제1연결부(42a)를 끼워 결합시키고, 제1연결부재(40a)의 타단에 마련된 제2연결부(44a)를 손바닥(22)에 결합시킴으로써, 손바닥(22)에 제1관절액츄에이터(30a,30c,30e)를 결합시켜 손가락의 제1마디를 형성시킨다. 그러면, 손바닥(22)에서 제1관절액츄에이터(30a,30c,30e)가 소정각도에서 선회될 수 있게 된다. 그리고, 제1관절액츄에이터(30a,30c,30e)의 결합부(31b)에 제2연결부재(40b)의 일단에 마련된 제1연결부(42b)를 결합시키고, 그 타단의 제2연결부(44b)를 제2관절액츄에이터(30b,30d,30f)의 출력축(34')에 끼워 결합시킨다. 그러면, 제2관절액츄에이터(30b,30d,30f)는 제1관절액츄에이터(30a,30c,30e)에 대해 소정각도에서 선회구동되게 결합된다. The
이와 같이 결합된 제1,제2관절액츄에이터(30a~30f)는 각 손가락의 두 마디를 이루며 각각이 제어되어 일정각도에서 선회되며 손바닥(22) 안쪽으로 접히거나 바깥쪽으로 펴지게 된다. 이를 위해, 제1,제2관절액츄에이터(30a~30f)에는 각각 후술하는 의수제어장치의 제어신호에 따라 자신의 모터(32)를 제어구동하기 위해 자체적으로 모터제어유닛(50)이 마련되어 있다. 즉, 모터제어유닛(50)은 도 4에서 보는 바와 같이 역전압방지기(51)를 통해 전류가 공급되어 레귤레이터(regulator;52)를 거쳐 프로세서(53) 및 모터드라이버(54)에 공급하게 된다. 또 한, 본 의수제어장치(60)에서 전송된 제어신호(Tx)는 프로세서(53)에 의해 모터(32)를 제어하기 위한 펄스폭변조(PWM) 신호와 방향신호로 변환되어 모터드라이버(54)에 출력된다. 모터드라이버(54)는 이 펄스폭변조 신호와 방향신호에 따라 모터(32)를 구동하여 기어조립체(33)를 거쳐 출력축(34)을 제어하고자 하는 방향과 각도 및 속도로 선회시키게 된다. 관절액츄에이터(30)에는 또한 회전각센서(55)가 구비되어 그 회전각을 검출하여 프로세서(53)를 통해 제어장치(60)로 전송되어 관절액츄에이터(30)의 구동이 제어장치(60)에서 제어한 대로 이루어졌는지를 확인하는 데이터로서 사용된다. 관절액츄에이터(30)에는 또한 공급되는 전압을 검출하는 전압감지기(56)와 전류를 검출하는 전류감지기(57)가 마련되어 있다. 이렇게 검출된 전압과 전류는 검출된 회전각과 함께 액츄에이터측 상태신호(Rx)로서 제어장치(60)로 보내지게 된다. The first and second
본 의수에는 사용자의 근전도신호를 검출하는 근전도검출기(70)가 구비되어 있다. 이 근전도검출기(70)는 사용자의 팔에 부착할 수 있는 형태로 구성되어, 사용자의 팔에서 적어도 2개 채널(channel)의 근전도신호를 검출하게 된다. 본 실시예에서는 사용자에게서 2개 채널의 근전도신호 1 및 2를 얻어서 근전의수를 제어하게 된다. 이러한 근전도신호는 사용자의 팔꿈치 이하의 근육에서 검출하는 것이 바람직하다. 따라서, 근전도검출기(70)는 제어장치(60)로 사용자에게서 검출된 2개 채널의 근전도신호 1 및 2를 전송하게 되고, 제어장치(60)는 이 근전도신호 1 및 2에 따라 사용자가 하고자 하는 동작이 무엇인지를 판단하여 관절액츄에이터들 (30a~30f)의 제어신호를 출력하게 된다. 본 의수에는 물건을 잡는 파지모드(mode)와 가위바위보 게임을 즐기기 위한 게임모드를 선택할 수 있는 모드선택스위치(80)를 구비하고 있다. 이 모드선택스위치(80)는 의수의 표면에 설치되며, 바람직하게는 의수의 팔부분에 설치하는 것이 사용상 편리하다. 모드선택스위치(80)를 조작하여 사용자가 파지모드를 선택하면 제어장치(60)는 근전도신호 1 및 2에 따라 수행할 파지동작을 판단하고, 게임모드를 선택하면 제어장치(60)는 근전도신호 1 및 2에 따라 수행할 게임동작을 판단한다. 예컨대, 가위바위보 게임모드의 경우 입력되는 근전도신호 1 및 2의 조합에 의해 수행해야 할 동작이 가위, 바위 또는 보인지를 판단하게 된다. The prosthesis is provided with an
의수 제어장치(60)는 2개 채널의 근전도신호와 모드선택신호에 따라 관절액츄에이터들(30a~30f)이 다양한 동작을 구현하도록 제어하는 프로그램이 내장되어 있다. 이러한 제어장치(60)는 의수의 팔부분(10)이나 손바닥(22)부분에 내장하는 것이 바람직하며, 그 구체적인 구성에 대해서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. The
전술한 팔부분(10)과 손부분(20)은 합성수지로 제조되며, 합성수지 중에서도 보다 인체와 유사한 강성과 탄성을 갖는 재질로 성형된다. 나아가, 손가락을 이루는 관절액츄에이터들(30a~30f)의 표면에도 피부와 유사한 느낌을 갖는 합성수지로 손가락 형상의 표피(S)를 만들어 씌우는 것이 바람직하다. The
도 5는 본 발명에 따른 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수 제어장치의 구성도이다. 도 6은 도 5에 도시된 근전도신호를 제어부에서 인식할 수 있도록 처리하는 근전도신호처리부를 구체적으로 나타낸 회로도이고, 도 7은 도 5에 도시된 제어부를 구체적으로 나타낸 회로도이다. 5 is a block diagram of an apparatus for controlling myofascial muscle according to the present invention, which enables individual control of a finger. FIG. 6 is a circuit diagram illustrating in detail the EMG signal processor that processes the EMG signal illustrated in FIG. 5 so that the controller can recognize the signal. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating the controller illustrated in FIG. 5 in detail.
본 근전의수 제어장치(60)는 근전도검출기로부터 2개 채널의 근전도신호 1 및 2를 입력받아 제어부에서 인식할 수 있는 신호로 처리하는 근전도신호처리부(110)를 구비하고 있다. 이 근전도신호처리부(110)는 기준전압(reff)을 기준으로 하여 EMG 전압(근전도신호)을 측정해내는 계측증폭부(112)와, 계측증폭부(112)에서 발생한 DC 오프셋(offset)전압을 제거하는 오프셋미세조정부(114)와, 오프셋이 조정된 EMG 전압을 큰 전압으로 증폭시키는 주증폭부(116), 및 주증폭부(116)에서 나온 큰 전압을 아날로그/디지털 변환부가 인식할 수 있는 낮은 전압으로 감압하는 전압감압부(118)를 구비한다. 좀더 부연설명하면, 계측증폭부(112)는 도 6에 도시한 바와 같이 기준전압 V_Reff를 기준으로 하는 전압 V_EMG를 측정하는 차동증폭기이며, 이러한 차동증폭기에서 출력되는 전압에는 미세한 DC 전압성분이 존재하게 되는데, 이러한 DC 전압성분(오프셋전압)은 주증폭부(116)에서 신호를 증폭하는 과정에서 전체 전압이 ±15V를 초과하게 하여 근전도신호를 잃어버리게 하는 주요인이 된다. 따라서, 오프셋미세조정부(114)에서는 가변저항을 이용하여 DC 전압성분을 제거하여 오프셋을 조정하게 된다. 또한, 전압감압부(118)에서는 주증폭부(116)에서 증폭된 근전도 신호를 5V 이하, 즉 0~5V의 신호로 감압시켜 아날로그/디지털 변환부에서 적용될 수 있도록 제공한다. The
이렇게 사용자에게서 검출되어 전처리된 근전도신호는 제어부(120)로 입력되고, 제어부(120)는 입력된 2개 채널의 근전도신호 1 및/또는 2에 따른 동작을 판단하여 관절액츄에이터들(30a~30f)을 구동함에 의해 손동작을 실현하게 된다. 이러한 제어부(120)는 근전도신호처리부(110)의 전압감압부(118)에 의해 감압된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(122)를 구비한다. 아날로그/디지털 변환부(122)에 의해 변환된 2개 채널의 디지털 신호는 디지털 제어부(124)에 의해 무슨 동작을 요구하는 신호인지를 판단하게 된다. 즉, 디지털 제어부(124)는 모드선택스위치(80)에 의해 선택된 모드가 어떤 모드인지를 판단하고, 해당 모드에서 근전도신호 1 및/또는 2의 신호가 어떤 손동작을 요구하는지를 판단하게 된다. 예를 들어, 파지모드에서 근전도신호1의 입력이 있으면 손가락을 오므리고, 근전도신호2의 입력이 있으면 손가락을 펴도록 프로그램될 수 있다. 나아가, 근전도신호2는 추출하기가 용이한 반면 근전도신호1만을 추출하는 것은 어려운 경우, 근전도신호 1과 2가 동시에 입력되면 손가락을 오므리도록 프로그램하는 것이 바람직하다. 또한, 파지모드에 있어서 손가락을 오므리는 신호인 근전도신호1이 지정된 시간간격, 예컨대 2초이내에 두번 연속해서 입력되면 얇은 것을 집는 동작으로 판단되고, 그렇지 않은 경우는 큰 물건을 잡는 동작으로 판단되도록 프로그램된다. 한편, 게임모드에서는 예를 들어 근전도신호1이 입력되면 가위동작으로 판단하고, 근전도신호2가 입력되면 보동작으로 판단하며, 아무런 신호도 입력되지 않으면 바위동작으로 판단된다. 이때, 바위동작은 준비상태의 동작으로 사람이 실제 가위바위보를 할 때 바위에서 시작하는 것과 같이 게임모드에서도 바위가 기준 동작이 된다. 따라서, 가위 또는 보 동작이 이루어진 후에는 일정 시간동안 그 모양을 유지한 후 준비상태인 바위로 복귀하게 된다. The EMG signal detected and preprocessed by the user is input to the
위와 같이 디지털 제어부(124)에서 근전도신호 1 및 2에 따라 판단된 동작에 근거하여 엄지, 검지 및 중지를 구성하는 관절액츄에이터들(30a~30f)에 대한 제어신호가 생성된다. 이러한 액츄에이터 제어신호(Tx)는 도 7에서 보는 바와 같이 시리얼통신부(126;PE1)를 통해 해당 관절액츄에이터들(30a~30f)로 전송된다. 관절액츄에이터들(30a~30f)은 앞서 설명한 바와 같이 자체로 구비하고 있는 모터제어유닛(50)에 의해 제어장치로부터 전송된 제어명령에 따라 구동되어, 전체적으로 볼 때 손가락을 펴거나 오므리는 동작을 수행하게 된다. 관절액츄에이터들(30a~30f)의 구동에 따른 선회각과 전압 및 전류 등의 액츄에이터측 상태신호(Rx)는 시리얼통신부(126;PE0)를 통해 디지털 제어부(124)로 수신된다. As described above, a control signal is generated for the
이러한 동작 및 모드는 의수에 구비된 LED표시부(130)에 표시되어 사용자가 작동상태를 쉽게 확인할 수 있도록 한다. These operations and modes are displayed on the
도 8은 본 발명의 동작방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 9는 파지모드에서의 근전의수의 손동작들을 보여주는 사진이고, 도 10은 게임모드에서의 손동작들을 보여주는 사진이다. 이제 이 도면들과 전술한 모든 도면들을 참조하면서 본 근전의수의 동작에 대해 상세하게 설명하기로 한다. FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of operation of the present invention, FIG. 9 is a picture showing hand gestures of the myocardium in gripping mode, and FIG. 10 is a picture showing hand gestures in game mode. Now, the operation of the EMG is described in detail with reference to these drawings and all the above-mentioned drawings.
본 장치를 작동시키면 제어장치(60)에 전원이 공급되면서 시스템 초기화가 이루어지고, 채널1의 근전도신호1과 채널2의 근전도신호2에 대한 문턱값 (threshold) T를 설정하게 된다.(단계S1,S3) 그런 다음, 사용자의 팔에 부착한 근전도검출기(70)로부터 근전도신호 1 및 2를 입력받아, 근전도신호처리부(110)에서 신호 증폭과 필터링(filtering)을 거쳐 근전도신호만을 추출하여 제어부(120)로 보내게 된다.(단계S5) 제어부(120)는 이렇게 입력된 근전도신호들이 해당 신호의 문턱값 T이상인지를 비교하여 이상인 경우 해당 채널의 근전도신호(1 및/또는 2)가 존재하는 것으로 판별한다.(단계S7,S9) 또한, 선택된 동작모드가 파지모드인지 게임모드인지를 판단한다.(단계S11) 이때, 파지모드인 경우 큰 물건을 잡는 동작인지 아니면 작고 얇은 물건을 집는 동작인지를 판단하여 그에 따라 관절액츄에이터들을 제어구동하게 된다.(단계S13,S15,S17) 그 결과, 도 9에서 보는 바와 같이 손가락을 편 상태에서 큰 물건을 잡는 동작과 얇은 물건을 집는 동작이 확연히 다르게 구현되게 된다. 반면에, 게임모드인 경우에는 입력된 근전도신호에 따라 가위동작인지, 보동작인지 아니면 바위동작인지를 판단하여 관절액츄에이터들을 제어구동하여 도 10에서 보는 바와 같이 해당 동작을 수행하게 한다.(단계S19) When the device is operated, system initialization is performed while power is supplied to the
도 11은 본 발명에 따른 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다. 11 is a block diagram showing another embodiment of the number of myopia capable of individual control of the finger according to the present invention.
본 실시예에서 보는 바와 같이, 관절액츄에이터(30')를 엄지는 2개, 그리고 나머지 손가락들, 즉 검지, 중지, 약지 및 소지는 각각 3개씩을 연결하여 진짜 사람의 손과 동일한 수의 관절을 갖고 움직일 수 있도록 구현할 수 있다. 그리고, 5개의 손가락들을 이루는 관절액츄에이터(30')들의 표면을 해당 손가락들과 같은 형 상으로 표피(S')를 제작하여 피복시킴으로써 보다 진짜손에 가까운 의수를 제조하는 것이 가능하다. 이러한 관절액츄에이터들의 연결 및 동작은 위의 도 1 내지 도 8에서 기설명한 바와 같이 동일하여 그를 참조하면 쉽게 이해될 것으로 보이므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다. As shown in this embodiment, two joints of the joint actuator 30 'and the other fingers, namely the index finger, middle finger, ring finger, and the base are connected to each other to connect the same number of joints as the real human hand. It can be implemented to move around. The surface of the joint actuators 30 'constituting the five fingers may be manufactured by covering the surface of the joint actuator 30' in the same shape as the corresponding fingers to manufacture the prosthesis closer to the real hand. Connection and operation of such joint actuators are the same as described above with reference to FIGS. 1 to 8, and it will be easily understood with reference thereto, and thus, detailed descriptions thereof will be omitted.
여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에 의해서만 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 다른 실시예가 가능하다. The embodiments disclosed herein are only presented by selecting the most preferred examples to help those skilled in the art from the various possible examples, the technical spirit of the present invention is not necessarily limited or limited only by this embodiment, the present invention Various changes and modifications are possible within the scope without departing from the spirit of the invention, as well as other equivalent embodiments.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 손가락의 개별제어가 가능한 근전의수는 장애인의 팔에서 2개이상의 근전도신호를 검출하여 근전도신호에 따라 관절을 갖는 손가락들을 개별적으로 제어함으로써 보다 진짜 손에 가까운 자유로운 손동작을 구현할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, the number of EMG capable of individual control of a finger is closer to a real hand by detecting two or more EMG signals from an arm of a disabled person and individually controlling fingers having joints according to EMG signals. There is an effect that can implement a free hand gesture.
특히, 본 발명은 손가락과 손가락의 각 마디를 개별적으로 제어함으로써 단순한 잡기동작을 넘어서 세밀한 집기동작 등의 구현이 가능할 뿐만 아니라, 다양한 손동작을 구현할 수 있어 가위바위보와 같은 손동작을 이용한 게임을 즐길 수 있는 잇점이 있다. In particular, the present invention is not only possible to implement a fine pinch movement beyond the simple catch operation by controlling each node of the finger and fingers individually, but also can implement a variety of hand gestures to enjoy a game using hand gestures such as rock-paper-scissors There is an advantage.
따라서, 본 발명은 손이 없는 장애인에게 보다 편리한 생활을 영위할 수 있게 할 뿐만 아니라 다른 사람들과 손가락을 이용한 게임을 함께 하여 사회로부터 소외감을 줄이고 자신감을 주며 취업의 기회를 갖는 데에 일조할 수 있다. Therefore, the present invention not only enables a handicapped person to enjoy a more convenient life, but also can play a game using fingers with other people to reduce alienation from society and contribute to having a job opportunity. .
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