KR101339024B1 - 인솔 센서 - Google Patents

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    • G01L5/0028Force sensors associated with force applying means

Abstract

인솔 센서가 개시된다. 본 발명에 따른 착용자의 보행 모드를 측정하기 위한 인솔 센서는, 상기 인솔 센서의 상면 중 전단부에 배치되고, 상기 착용자의 발의 앞부분의 압력 변화를 측정하여 제1 센싱값을 생성하기 위한 전단 센서부; 및 상기 전단 센서부로부터 연장된 연장부를 통해 연결되어 인솔 센서의 상면 중 후단부에 배치되고, 내장된 배터리를 이용하여 상기 발의 뒷부분의 압력 변화를 측정하여 제2 센싱값을 생성하고, 상기 제1 센싱값 및 상기 제2 센싱값을 무선 통신을 통하여 외부 기기로 전송하는 모듈 패키지를 포함하여 구성된다.

Description

인솔 센서{insole sensor}
본 발명은 인솔 센서에 관한 것으로서 착용자의 신발에 삽입되어 발 아래에 깔리는 안창 형태로 FSR(Force Sensing Resistors) 센서 및 FSR 센서로부터 측정된 센싱값을 전송하는 통신부를 모듈화함으로써, 착용자의 신발에 손쉽게 적용할 수 있고 정확하게 센싱값을 측정하여 송신할 수 있는 인솔 센서에 관한 것이다.
로봇 기술이 발달하면서 인체에 착용되어 인체의 근력을 지원하는 착용형 로봇이 개발되고 있다.
일반적으로 이러한 근력 지원을 위한 인체 착용형 로봇은 착용자가 움직이고자 하는 동기 신호를 받아 구동하도록 형성되며, 구동력 확보를 위한 모터, 유압 실린더 등을 구비한다.
이러한 착용형 로봇을 보다 효과적으로 구동하기 위하여 착용형 로봇의 발 부재의 바닥면에 압력 센서를 설치하여 그 정보를 이용하여 로봇과 지면 사이의 상태 및 환경에 대한 정보를 획득하였다.
그러나 이러한 종래의 방식에서는 단순히 로봇과 지면 사이의 환경 정보를 획득할 수 있을 뿐이며, 착용자와 로봇, 로봇과 지면 등의 상호 작용을 파악할 수 있는 정보 및 착용자의 보행 의도를 파악할 수 없다는 한계가 있다.
또한, 이러한 종래 기술은 대부분 연구 목적으로 사용되고 있기 때문에 단일 시스템으로 모듈화 되어 있지 않아 센서들을 신발에 설치하여 단순히 아날로그 신호만을 출력으로 내보내고 있어서, 즉시 적용이 어렵다는 문제가 있다. 또한, 특정 신발에만 적용 가능하여 착용자마다 새로운 신발이나 프레임을 제작하여야 한다는 문제점이 있다.
관련하여, 한국공개특허 제2010-0090740호는 보행자의 발바닥과 신발 사이에 보행자에 발에 가해지는 압력을 측정할 수 있도록 압전센서를 설치한 보행패턴 분석 시스템에 관한 기술을 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 착용자의 신발에 삽입되어 발 아래에 깔리는 안창 형태로 FSR 센서 및 FSR 센서로부터 측정된 센싱값을 전송하는 통신부를 모듈화함으로써, 착용자의 신발에 손쉽게 적용할 수 있고 정확하게 센싱값을 측정하여 송신할 수 있는 인솔 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 착용자의 보행 모드를 측정하기 위한 인솔 센서는, 상기 인솔 센서의 상면 중 전단부에 배치되고, 상기 착용자의 발의 앞부분의 압력 변화를 측정하여 제1 센싱값을 생성하기 위한 전단 센서부; 및 상기 전단 센서부로부터 연장된 연장부를 통해 연결되어 인솔 센서의 상면 중 후단부에 배치되고, 내장된 배터리를 이용하여 상기 발의 뒷부분의 압력 변화를 측정하여 제2 센싱값을 생성하고, 상기 제1 센싱값 및 상기 제2 센싱값을 무선 통신을 통하여 외부 기기로 전송하는 모듈 패키지를 포함하여 구성된다.
상기 인솔 센서는, 상기 착용자의 신발에 삽입되어 발 아래에 깔리는 안창 형태를 가질 수 있다.
상기 모듈 패키지는, 상기 내장된 배터리 이외에, 상기 발의 뒷부분의 압력 변화를 측정하기 위한 FSR 센서; 및 상기 제1 센싱값 및 제2 센싱값을 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
상기 전단 센서부는, 상기 인솔 센서의 엄지발가락 부분에 배치되어 상기 착용자의 발이 지면으로부터 떨어지는지를 측정하기 위한 제1 FSR 센서; 및 상기 인솔 센서의 검지발가락 후단부에 배치되어 상기 착용자의 검지발가락 부근의 발볼의 압력 변화를 측정하기 위한 제2 FSR 센서를 포함할 수 있다.
상기 전단 센서부는, 상기 인솔 센서의 새끼발가락 후단부에 배치되어 상기 착용자의 새끼발가락 부근의 발볼의 압력 변화를 측정하기 위한 제3 FSR 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 인솔 센서는, 상기 전단 센서부 및 모듈 패키지의 상부에 배치되고, 상기 FSR 센서, 제1 FSR 센서, 제2 FSR 센서 및 제3 FSR 센서와 대응하는 부위에 돌기들이 형성된 안창 상면부를 더 포함할 수 있다.
상기 FSR 센서, 제1 FSR 센서, 제2 FSR 센서 및 제3 FSR 센서와 상기 돌기들 사이에는 탄성체가 삽입될 수 있다. 이 때, 상기 탄성체는 고무 패킹일 수 있다.
상기 안창 상면부는, 마찰력이 있는 면으로 형성될 수 있다.
상기 인솔 센서는, 상기 전단 센서부 및 모듈 패키지를 수납하기 위한 홈이 형성된 안창 하면부를 더 포함할 수 있다.
상기 통신부는, 블루투스(bluetooth) 통신을 이용하여 상기 제1 센싱값 및 상기 제2 센싱값을 상기 외부 기기로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 착용자의 신발에 삽입되어 발 아래에 깔리는 안창 형태로 FSR 센서 및 FSR 센서로부터 측정된 센싱값을 전송하는 통신부를 모듈화함으로써, 착용자의 신발에 손쉽게 적용할 수 있고 정확하게 센싱값을 측정하여 송신할 수 있는 인솔 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서의 모듈 패키지의 내부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서의 안창 상면부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서의 안창 하면부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서의 안창 하면부의 홈에 전단 센서부 및 모듈 패키지가 수납된 모습을 도시한 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서의 모듈 패키지의 내부를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서의 안창 상면부를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서의 안창 하면부를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서의 안창 하면부의 홈에 전단 센서부 및 모듈 패키지가 수납된 모습을 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서는 전단 센서부(10) 및 모듈 패키지(30)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 착용자의 신발에 삽입되어 발 아래에 깔리는 안창 형태를 가질 수 있다.
구성에 대해 설명하면, 먼저, 전단 센서부(10)는 인솔 센서의 상면 중 전단부에 배치되고, 착용자의 발의 앞부분의 압력 변화를 측정하여 제1 센싱값을 생성한다. 일 실시예에서, 전단 센서부(10)는 인솔 센서의 엄지발가락 부분에 배치되어 착용자의 발이 지면으로부터 떨어지는지를 측정하기 위한 제1 FSR 센서(11), 인솔 센서의 검지발가락 후단부에 배치되어 착용자의 검지발가락 부근의 발볼의 압력 변화를 측정하기 위한 제2 FSR 센서(12) 및 인솔 센서의 새끼발가락 후단부에 배치되어 상기 착용자의 새끼발가락 부근의 발볼의 압력 변화를 측정하기 위한 제3 FSR 센서(13) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이와 같은 제1 FSR 센서(11), 제2 FSR 센서(12) 및 제3 FSR 센서(13)는 착용자의 발의 앞부분의 압력 변화를 측정함으로써 착용자의 보행 모드를 판단할 수 있도록 한다. 예를 들어, 사용자의 발이 지면에 닿을 때, 발볼이 지면에 닿기 시작하면 제3 FSR 센서(13), 제2 FSR 센서(12) 및 제1 FSR 센서(11)의 순서로 센싱값이 측정될 것이며, 이후 제1 FSR 센서(11)의 센싱값이 측정되지 않으면 사용자의 발이 지면에서 떨어진 상태일 것이다. 이 때, 제2 FSR 센서(12) 및 제3 FSR 센서(13)는 발볼 부분의 움직임을 좀더 세밀하게 측정할 수 있다.
모듈 패키지(30)는 전단 센서부(10)로부터 연장된 연장부(21, 22, 23)를 통해 연결되어 인솔 센서의 상면 중 후단부에 배치된다. 모듈 패키지(30)는 내장된 배터리(31)를 이용하여 착용자의 발의 뒷부분의 압력 변화를 측정하여 제2 센싱값을 생성하고, 제1 센싱값 및 제2 센싱값을 무선 통신을 통하여 외부 기기로 전송한다. 일 실시예에서, 내장된 배터리(31) 이외에 착용자의 발의 뒷부분의 압력 변화를 측정하기 위한 FSR 센서(32)와 제1 센싱값 및 제2 센싱값을 전송하는 통신부(33)를 포함할 수 있다. FSR 센서(32)는 발의 뒷부분의 압력 변화를 측정함으로써 착용자의 보행시 발이 지면에 닿을 때 센싱값을 측정할 수 있다. 통신부(33)는 무선 통신을 통해 제1 센싱값 및 제2 센싱값을 외부 기기로 전송한다. 일 실시예에서, 통신부(33)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 전송할 수 있다. 이 때, 통신부(33)는 블루투스(bluetooth) 통신을 이용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서를 통해 측정되고 전송된 제1 센싱값 및 제2 센싱값을 포함하는 센싱값들을 수신하는 외부 기기는 보행 모드를 판단하고 판단된 보행 모드에 따라 근력 보조를 제공하는 착용형 로봇일 수 있다. 이 때, 외부 기기는 수신된 센싱값들을 CAN(Controller Area Network) 통신 신호로 변환함으로써 변환된 신호를 다른 주변 기기들과 통합하여 이용할 수 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔 센서는 착용자의 신발에 삽입되어 발 아래에 깔리는 안창 형태를 가질 수 있다. 이 때, 인솔 센서는 안창 상면부 및 안창 하면부를 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 안창 상면부는 전단 센서부(10) 및 모듈 패키지(30)의 상부에 배치된다. 안창 상면부는 착용자에게 편안한 착용감을 제공하기 위하여 푹신한 재질로 형성될 수 있다.
안창 상면부는 모듈 패키지(30)의 높이 때문에 후단부의 높이가 더 높게 형성될 수 있다. 따라서, 착용자의 발이 지속적으로 미끄러져 앞으로 쏠리는 현상이 발생할 수 있다. 이를 막기 위하여 안창 상면부는 마찰력이 있는 면으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 안창 상면부는 표면에 요철이 형성되어 있을 수 있다.
또한, 안창 상면부는 전단 센서부(10)의 제1 FSR 센서(11), 제2 FSR 센서(12) 및 제3 FSR 센서(13)와 모듈 패키지(30)의 FSR 센서(32)에 대응되는 부위에 돌기들(41, 42, 43, 44)이 형성될 수 있다. 이는 착용자가 보행시에 FSR 센서들(11, 12, 13, 32)이 압력을 정확하게 측정할 수 있도록 하기 위한 것이다. 일 실시예에서, FSR 센서들(11, 12, 13, 32)과 돌기들(41, 42, 43, 44)사이에는 탄성체(미도시)가 삽입될 수 있다. 탄성체는 돌기들(41, 42, 43, 44)이 눌렸다가 원상태로 회복할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이 때, 탄성체는 고무 패킹일 수 있다.
도 4는 안창 하면부를 밑에서 본 그림이다. 도 4를 참조하면, 안창 하면부는 전단 센서부(10) 및 모듈 패키지(30)를 수납하기 위한 홈(50)이 형성될 수 있다. 도 5는 안창 하면부에 전단 센서부(10) 및 모듈 패키지(30)가 수납된 모습을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전단 센서부(10) 및 모듈 패키지(30)가 안창 하면부에 알맞게 수납됨으로써 착용자는 불편한 느낌 없이 편안하게 보행을 할 수 있게 된다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.

Claims (10)

  1. 착용자의 보행 모드를 측정하기 위한 인솔 센서로서,
    상기 인솔 센서의 상면 중 전단부에 배치되고, 상기 착용자의 발의 앞부분의 압력 변화를 측정하여 제1 센싱값을 생성하기 위한 전단 센서부; 및
    상기 전단 센서부로부터 연장된 연장부를 통해 연결되어 인솔 센서의 상면 중 후단부에 배치되고, 내장된 배터리를 이용하여 상기 발의 뒷부분의 압력 변화를 측정하여 제2 센싱값을 생성하고, 상기 제1 센싱값 및 상기 제2 센싱값을 무선 통신을 통하여 외부 기기로 전송하는 모듈 패키지를 포함하되,
    상기 인솔 센서는 상기 착용자의 신발에 삽입되어 발 아래에 깔리는 안창의 형태로 형성되며,
    상기 모듈 패키지는, 상기 내장된 배터리 이외에, 상기 발의 뒷부분의 압력 변화를 측정하기 위한 FSR 센서; 및 상기 제1 센싱값 및 제2 센싱값을 전송하는 통신부를 포함하여 상기 배터리와 함께 모듈화 되어 있고,
    상기 전단 센서부는, 상기 인솔 센서의 엄지발가락 부분에 배치되어 상기 착용자의 발이 지면으로부터 떨어지는지를 측정하기 위한 제1 FSR 센서; 및 상기 인솔 센서의 검지발가락 후단부에 배치되어 상기 착용자의 검지발가락 부근의 발볼의 압력 변화를 측정하기 위한 제2 FSR 센서를 포함하며,
    상기 전단 센서부는, 상기 인솔 센서의 새끼발가락 후단부에 배치되어 상기 착용자의 새끼발가락 부근의 발볼의 압력 변화를 측정하기 위한 제3 FSR 센서를 더 포함하고,
    상기 인솔 센서는 후단부가 전단부에 비하여 수직 높이가 높게 형성되며, 상기 안창의 상부 표면에는 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인솔 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전단 센서부 및 모듈 패키지의 상부에 배치되고, 상기 FSR 센서, 제1 FSR 센서, 제2 FSR 센서 및 제3 FSR 센서와 대응하는 부위에 돌기들이 형성된 안창 상면부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인솔 센서.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 FSR 센서, 제1 FSR 센서, 제2 FSR 센서 및 제3 FSR 센서와 상기 돌기들 사이에는 탄성체가 삽입되는 것을 특징으로 하는 인솔 센서.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 탄성체는 고무 패킹인 것을 특징으로 하는 인솔 센서.
  8. 삭제
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 전단 센서부 및 모듈 패키지를 수납하기 위한 홈이 형성된 안창 하면부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인솔 센서.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 통신부는,
    블루투스(bluetooth) 통신을 이용하여 상기 제1 센싱값 및 상기 제2 센싱값을 상기 외부 기기로 전송하는 것을 특징으로 하는 인솔 센서.
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