KR101682951B1 - 손가락 움직임 측정 시스템 및 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 손가락 움직임 측정 방법은 (a) 타단이 센싱모듈에 연결된 와이어의 일단과 연결되어, 카본 스트립에 슬라이드 방식으로 이동가능하게 연결된 반지형 구조물을 손가락 각각에 대하여 중간마디뼈와 첫째마디뼈(middle and proximal phalanxes)에착용하는 단계; (b) 상기 손가락 움직임에 따라 상기 센싱모듈에 의해 상기 와이어의 이동거리를 측정하는 단계; (c) 상기 이동거리에 기초하여 손가락 내의 해당 관절에 회전각도를 계산하는 단계;(d) 각도센서가 상기 손가락의 움직임시, 발생되는 손목의 움직임에 따른 손목관절에 회전각도를 계산하는 단계; 및 (e) 무선통신 모듈이 상기 와이어 이동거리를 통해 상기 센싱모듈 측정된 손가락 움직임 정보를 외부로 전달하는 단계;를 포함하여, 반지형 구조물의 모양이 잘 유지되는 효과가 있고, 해당 효과로 인해 손가락 움직임 측정을 위한 반지형 구조물의 착용이 용이한 효과가 있다.

Description

손가락 움직임 측정 시스템 및 측정 방법{A FINGER MOTION MEASUREMENT SYSTEM AND MEASUREMENT METHOD OF FINGER MOTION}
본 발명은 손가락 움직임 측정 시스템 및 측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 손 크기의 사용자가 사용할 수 있도록 와이어로 연결된 반지형 구조물 두 개를 둘째와 세째 손가락 마디에 직접 착용하되, 구조물의 모양이 잘 유지되고, 착용이 용이할 수 있도록 와이어를 가이드할 수 있는 유연한 카본 스트립(carbon strip)이 부착된 손가락 움직임 측정 시스템에 및 측정방법에 관한 것이다.
손은 촉각 센싱의 가장 풍부한 소스들 중 하나에 해당하기 때문에, 손 없이는 정교하고 복잡한 조작이 달성될 수 없다. 손에 대한 착용가능 시스템의 개발을 위하여는, 비구속적인 손 움직임(unconstrained hand motion)의 분석이 선행되어야만 한다. 단순한 시스템으로 손가락 움직임을 측정하기 위한 광범위한 연구가 수행되어 왔다.
먼저, 광학 선형 엔코더(OLE)를 사용한 유사한 접근법이 시도되었지만, 손가락에 부착된 엔코더 및 광학 엔코더용 굵고 넓은 와이어 케이블은 손가락의 자연스러운 움직임을 방해할 수 있다.
또한, 3차원 자기 위치 센서가 손가락 관절 각도 측정에 적용되었으며, 이들은 손가락의 움직임을 3차원으로 측정할 수 있었다. 그러나, 요구되는 주변장치들이 비구속적 손의 움직임에 장애물이 될 수 있다.
그리고, 광섬유 센서 또한 각도 측정을 위해 사용되었다. 광섬유 센서는 쉬운 착용을 위한 장갑에 부착되었지만, 광 센서는 관절 각도를 측정하기 위하여 신중하게 구부려져야만 한다. 아울러, 레이저 다이오우드 및 광학 파워계와 같이 요구되는 주변장치들에 의해 그 이동성이 극히 제한되었다.
한편, 가요성 저항이 상업적으로 이용가능하며 해상도와 반복성에 있어서 양호한 성능을 보여주고는 있지만, 비용 측면에서 비효율적이고 손 외골격 시스템과 같은 다른 시스템과의 통합이 어렵다.
이와 같이, 광학 엔코더, 자기 위치 센서, 광섬유 센서 및 가요성 저항 등을 이용한 시도가 행해져 왔지만, 손의 제한된 공간으로 인하여, 컴팩트하고 단순한 측정 시스템 및 비구속적으로 손가락의 움직임을 측정할 수 있는 시스템이 완전히 개발되었다고는 볼 수 없다.
상술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 일단이 손목부분에 부착된 센싱모듈에 부착되고, 타단이 손가락관절 부위에 부착된 가요성 와이어로 구성된 장갑을 착용함으로써, 손가락의 제한된 공간에도 불구하고 손가락의 관절 각도를 비교적 쉽게 측정가능하고, 또한 손의 자연스러운 움직임을 방해하지 않을 정도로 충분히 가볍고 컴팩트한 손가락 움직임 측정 시스템이 적용되었지만, 손을 구부릴때 장갑이 늘어남으로 인해 움직임을 정확히 측정할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 장갑형 손가락 움직임 측정장치은 다양한 손 크기의 사용자가 사용하기에 다소 번거로운 문제점이 있다.
대한민국 특허출원 제10-2014-0056528호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 다양한 손 크기의 사용자가 사용할 수 있도록 와이어로 연결된 반지형 구조물 두 개를 둘째와 세째 손가락 마디에 직접 착용하되, 구조물의 모양이 잘 유지되고, 착용이 용이할 수 있도록 와이어를 가이드할 수 있는 유연한 카본 스트립(carbon strip)이 부착된 손가락 움직임 측정 시스템에 및 측정방법의 제공을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 손가락 움직임 측정 시스템은 사용자의 손가락에 착용되는 반지형 구조물; 상기 반지형 구조물에 일단이 부착된 와이어; 상기 와이어 타단이 부착되어 상기 와이어의 이동거리를 측정하기 위한 포텐셔미터가 구비된 센싱모듈; 부착되는 상기 센싱모듈을 지지하는 손등 하우징; 일단이 상기 센싱모듈에 고정결합되어 상기 반지형 구조물이 슬라이드 방식으로 이동가능하게 결합되는 카본 스트립;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상술한 상술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 손가락 움직임 측정 방법은 (a) 타단이 센싱모듈에 연결된 와이어의 일단과 연결되어, 카본 스트립에 슬라이드 방식으로 이동가능하게 연결된 반지형 구조물을 손가락 각각에 대하여 중간마디뼈와 첫째마디뼈(middle and proximal phalanxes)에착용하는 단계; (b) 상기 손가락 움직임에 따라 상기 센싱모듈에 의해 상기 와이어의 이동거리를 측정하는 단계; (c) 상기 이동거리에 기초하여 손가락 내의 해당 관절에 회전각도를 계산하는 단계;(d) 각도센서가 상기 손가락의 움직임시, 발생되는 손목의 움직임에 따른 손목관절에 회전각도를 계산하는 단계; 및 (e) 무선통신 모듈이 상기 와이어 이동거리를 통해 상기 센싱모듈 측정된 손가락 움직임 정보를 외부로 전달하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 손가락 움직임 측정 시스템에 및 측정방법은 와이어로 연결된 반지형 구조물 두 개를 둘째와 세째 손가락 마디에 직접 착용하되, 와이어를 가이드할 수 있는 유연한 카본 스트립이 부착되어, 반지형 구조물의 모양이 잘 유지되는 효과가 있고, 해당 효과로 인해 손가락 움직임 측정을 위한 반지형 구조물의 착용이 용이한 효과가 있다.
도 1은 종래의 착용가능 센싱 장갑의 사진도면,
도 2는 손가락 구조를 설명하기 위한 손가락 구조 도면,
도 3은 본 발명에 따른 손가락 움직임 측정 시스템도,
도 4는 본 발명에 따른 손가락 움직임 측정 시스템의 착용 도면,
도 5 및 도 6는 본 발명에 따른 손가락 움직임 측정 시스템을 설명하기 위한 손가락의 측단면도, 및
도 7은 본 발명에 따른 손가락 움직임 측정 시스템의 설계도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서 손의 골격 구조에 대하여 상세히 설명한다.
손은 뼈, 근육 및 관절의 인대의 복잡한 조합으로 이루어져 있으며, 손 움직임의 방향과 범위는 이들에 의해 결정된다. 손가락 움직임을 정확하게 측정하기 위해서는 손의 해부학적 구조에 대한 이해가 요구되므로, 이에 대하여 설명한다.
손 움직임은 19개의 뼈, 19개의 관절 및 29개의 근육에 의해 달성된다. 엄지를 제외한 각각의 손가락은, 도 2에 도시된 바와 같이, 세 개의 뼈인 끝마디뼈, 중간마디뼈 및 첫마디뼈(distal, middle and proximal phalanx)와 세 개의 관절인 근위지절간 관절[proximal interphalangeal (PIP) joint], 중수지절 관절[metacarpophalangeal (MCP) joint] 및 원위지절간 관절[distal interphalangeal (DIP) joint]를 갖는다. 엄지는 오직 두 개의 뼈인 끝마디뼈와 첫마디뼈, 그리고 두 개의 관절인 지절간관절[interphalangeal (IP) joint]과 MCP 관절을 갖는다. 중수골(Metacarpal phalanx bones)는 수근중수관절[carpometacarpal (CMC) joints]에서 손목과 만난다. PIP와 DIP 관절을 포함하는 IP 관절은 굴곡/신장(flexion/extension) 움직임을 위해 1-자유도를 갖고, MCP 관절은 굴곡/신장 및 내전/외전(abduction/adduction) 움직임을 위해 2-자유도를 갖는다.
손에 의하여 물체를 조작하기 위해서는 통상적으로 내전/외전 움직임보다 굴곡/신장 움직임이 더 많이 요구된다. 따라서, 자연스러운 손가락 움직임을 방해하지 않는 손가락의 굴곡/신장 움직임 측정 시스템이 크게 요구된다.
본 발명에 따른 손가락 움직임 측정 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 반지형 구조물(110), 와이어(120), 센싱모듈(130), 손등 하우징(140), 카본 스트립(150), 각도센서(160) 및 무선통신 모듈(170)을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 손가락 움직임 측정 시스템 착용 도면인, 도 4에 도시된 바와 같이, 반지형식으로 사람의 손가락에 끼움으로써 착용가능하고, 다양한 크기의 손가락에 착용할 수 있도록 사이즈 조절이 가능하며 벨크로나 탄성력을 가진 고무재질로 이루어진, 상기 반지형 구조물(110)은 둘째 마디에 끼워지는 제1 반지형 구조물(111)과 셋째 마디에 끼워지는 제2 반지형 구조물(112)로 구성된다.
상기 와이어(120)는 낚시줄 등과 같은 손가락 측정을 위한 와이어로, 일단이 상기 제1 및 제2 반지형 구조물(111, 112)에 각각 연결되는 제1 및 제2 와이어(121, 122)로 구성된다.
그리고, 상기 제1 및 제2 와이어(121, 122)의 타단은 상기 센싱모듈(130)에 연결된다.
이때, 상기 카본 스트립(150)은 상기 센싱모듈(130)과 상기 반지형 구조물(110)을 연결하는 상기 와이어(120)간에 일체형으로 그 모양이 잘 유지될 수 있도록하여, 반지형 구조물의 착용이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.
즉, 상기 카본 스트립(150)은 일단이 상기 센싱모듈(130)에 고정결합되고, 윗면에 상기 센싱모듈(130)에서 인출된 상기 상기 제1 및 제2 와이어(121, 122)가 배치되어, 손가락을 굽힘에 따라 안쪽으로 따라오는 상기 와이어(120)를 하부에서 지지해 준다.
한편, 상기 제1 및 제2 반지형 구조물(111, 112)은 링에서 각각 기립되어 형성된 결합부(111a, 112a)가 상기 카본 스트립(150)에 슬라이드 방식결합되어, 손가락 마디간의 간격에 따라 간격조정이 용이하고, 손가락을 구부리는 움직임에 따라 상기 와이어(120)를 당긴다.
이때, 상기 카본 스트립(150)의 말단에는 슬라이드 방식으로 이동하는 상기 제1 및 제2 반지형 구조물(111, 112)이 상기 카본 스트립(150)에서 분리되는 것을 방지하기 위한 이탈 방지부(151)가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 센싱모듈(130)에서 인출된 상기 와이어(120)가 상기 카본 스트립(150)을 벗어나지 않도록, 상기 센싱모듈(130)과 상기 반지형 구조물(110) 사이에 와이어 가이드부(152)가 상기 카본 스트립(150)에 결합되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 카본 스트립(150)은 카본 재질에 한정되는 것은 아니며, 유연한 얇은 재질의 플라스틱 스트립 또는 다른 복합재료로 이루어진 스트립이 사용될 수도 있다.
상기 와이어 가이드부(152)는 상기 와이어(120)의 직선 정렬을 유도하여, 손가락 움직임을 보다 정확한 측정을 가능하게 한다.
한편, 상기 제1 및 제2 와이어(121, 122)의 움직임에 따라 손가락의 움직임을 측정하는 상기 센싱모듈(130)은 상기 제1 및 제2 와이어(121, 122)의 타단과 각각 연결되는 제1 및 제 2 포텐셔미터(131, 132)를 포함한다.
이때, 상기 센싱모듈(130)은 도 4에 도시된 바와 같이 손가락이 펴졌을 때 포텐셔미터(130)가 초기 위치로 복귀되도록 선형 스프링을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 손등 하우징(140)은 손가락이 없는 장갑모양을 가지며, 장착되는 상기 와이어 가이드부(150) 및 센싱모듈(130)을 지지한다.
그리고, 상기 각도센서(160)는 상기 손등 하우징(140)의 일측에 장착되어 손목움직임 측정을 위한 휘어지는 각도를 센싱하고, 상기 손등 하우징(140)에 용이하게 탈부착이 가능하다.
상기 무선통신 모듈(170)는 상기 센싱모듈(130)과 상기 각도센서(160)등과 블루투스와 같은 방식의 근거리 통신을 통해 측정된 손목움직임 데이터를 수신하여 외부기기에 전송한다.
상기 무선통신 모듈(170)은 스마트시계와 같은 웨어러블(wearable)한 기기일 수 있다.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 손가락 움직임 측정 시스템에 의한 손가락 움직임 측정에 대하여 설명한다.
즉, 본 발명에서는, 선형의 상기 포텐셔미터(131, 132), 및 상기 와이어(120)를 사용한 손가락 움직임 측정 시스템이 제안된다. 상기 와이어(120)는 손가락의 윗면에 부착된다. 손가락 움직임에 의하여 상기 와이어(120)가 움직임에 따라, 관절 각도는 상기 와이어(120)의 길이 변화를 측정함에 의하여 계산될 수 있다.
근위지절간(proximal interphalangeal: PIP)의 움직임은 원위지절간(distal interphalangeal: DIP) 관절에 종속하기 때문에, 오직 두 개의 상기 제1 및 제 2 포텐셔미터(131, 132)만이 각각의 손가락에 적용된다.
열 개의 선형 포텐셔미터들로 구성된 컴팩트한 상기 센싱 모듈(130)은 손가락이 없는 손등 하우징(140)에 부착된다.
보다 구체적으로, 굴곡/신장 움직임을 위한 손가락의 단면은 도 5에 도시된 바와 같다.
각 손가락 요소의 길이인 C 1 , C 2 , C 3 는 미리 측정될 수 있으며, 손가락 팁의 위치는, 관절 각도 θ 1 , θ 2 , θ 3 가 측정되는 경우, 다음 식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015014649958-pat00001
Figure 112015014649958-pat00002
수학식 1, 2에서와 같이 각 손가락의 굴곡/신장 움직임을 기술하기 위해서는 오직 3 개의 관절 각도만을 필요로 하지만, 손가락의 제한된 공간으로 인하여 손가락의 관절 각도를 측정하는 것이 쉽지는 않다. 또한, 각도 측정 시스템은 손의 자연스러운 움직임을 방해하지 않을 정도로 충분히 가볍고 컴팩트해야만 한다.
본 발명에서는, 상기 와이어(120)와 상기 센싱모듈(130)이 손가락의 굴곡/신장 움직임을 측정하도록 적용된다. 이러한 본 발명의 기본 개념은 도 6에 도시되어 있다. 이해를 돕기 위하여, 오직 하나의 관절만에 대한 예시가 동 도면에 도시되어 있다.
도 6a(손가락 내 A 지점)에 도시된 바와 같이 상기 와이어(120)의 일단이 반지형 구조물(110) 상단에 묶는 방법 등을 통하여 상기 와이어(120)가 손가락의 일정 위치에 부착될 수 있다.
손가락 관절 움직임은 고정된 관절(손가락 내 B 지점)을 중심으로 하는 회전움직임으로 고려될 수 있기 때문에, 하나의 관절의 운동학이 도 6b와 같이 표현될 수 있다. 손가락이 굽혀짐에 따라, 손가락 관절의 주름이 펴지기 때문에 연결된 선이 이동된다. 이동된 거리 ΔL는 다음과 같이 계산된다.
Figure 112015014649958-pat00003
여기서, r 1 은 손가락 관절의 직경이며, θ 1 는 관절 각도이다. 손가락 관절의 직경은 직접적으로 측정될 수 있다. 길이 변화 ΔL 1 는 도 6c에 도시된 바와 같이, ΔP로서 설치된 선형 포텐셔미터에 의해 측정된다. 따라서, 관절 각도는 다음과 같이 계산된다.
Figure 112015014649958-pat00004
손가락이 원래 위치로 펴졌을 경우, 손가락 와이어는 포텐셔미터 내에 설치된 스프링에 의해 원위치로 다시 되돌아 간다. 스프링 없이는, 도 6d에서와 같이 가요성 와이어가 늘어지게(loose) 되고 이는 시스템이 오직 한 번만의 손가락 굴곡을 측정하도록 한다. 즉, 스프링은 손가락의 움직임에 따라 가요성 와이어의 장력을 항상 일정하게 유지시켜 주는 기능을 한다.
한편, 다중 관절 경우를 살펴보기에 앞서, 먼저 손가락 관절들 사이의 상호 종속성(dependency)에 대해 논의되어야만 한다. DIP 관절 움직임은 독립적으로 움직일 수 없는 것으로 알려져 있으며, DIP 관절 움직임은 PIP 관절에 종속적이다. 이들 사이의 관계는 다음과 같이 근사화될 수 있다.
Figure 112015014649958-pat00005
여기서, θ DIP 와 θ PIP 는 DIP 및 PIP 관절들 각각의 각도를 나타낸다. 그러나, PIP 관절의 오직 하나의 측정에 의해 두 관절 각도들을 측정하기 위하여 보다 정확한 관계가 요구된다. DIP 관절와 PIP 관절 사이의 정확한 관계를 얻는 것에 의하여, 3-자유도의 하나의 손가락에 대한 오직 두 개의 측정들이 필요하다. DIP 관절와 PIP 관절 사이의 정확한 관계는 후술하는 바와 같이 실험적으로 얻어진다.
이러한 DIP 관절와 PIP 관절 사이의 종속성을 고려하면, 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 설계된다. 하나의 관절 경우와 유사하게, 각각의 관절 각도는 상기 센싱 모듈(130)을 구성하는 제1 및 제 2 포텐셔미터(131, 132)에 의해 측정된다.
손가락이 도 7a로부터 도 7b로 구부러진다고 가정하면, 묶인 지점들의 이동 거리인 ΔL 1 와 ΔL 2 는 설치된 두 개의 선형 포텐셔미터들에 의해 다음과 같이 측정된다.
Figure 112015014649958-pat00006
Figure 112015014649958-pat00007
관절 각도들은 다음과 같이 계산된다.
Figure 112015014649958-pat00008
Figure 112015014649958-pat00009
따라서, 관절 각도들은 포텐셔미터들에 의해 다음과 같이 얻어지게 된다.
Figure 112015014649958-pat00010
Figure 112015014649958-pat00011
본 발명에서는, 오직 요구되는 측정이 묶인 지점의 변화된 거리들이며, 이는 상기 와이어(120)와 상기 제1 및 제 2 포텐셔미터(131, 132)에 의해 측정된다. 본 발명의 장점들 중 하나는 와이어(120)가 구부러질 수 있으며 이에 따라 와이어가 손가락과 직선적으로 정렬될 필요가 없다는 것이다. 따라서, 스프링을 갖는 포텐셔미터를 포함하는 센싱 모듈(130)이 손 등에 위치되고, 상기 와이어(120)는 상기 반지형 구조물(110)에 묶여서 센싱 모듈(30)과 연결된다.
PIP 및 MCP 관절을 측정하기 위하여 두 개의 와이어(120)가 손가락 하나당 사용되고, 각각의 와이어는 도 3에 도시된 바와 같이 중간마디뼈와 첫마디뼈(middle and proximal phalanxes)에 착용되는 상기 반지형 구조물(110)에 각각에 연결된다.
이에 따라 와이어가 손가락과 직선적으로 정렬될 필요가 없지만, 위에서도 언급한 바와 같이, 보다 정확한 측정을 위하여, 상기 와이어(120)의 직선 정렬을 위하여 상기 반지형 구조물(110)과 상기 센싱 모듈(130) 사이에 와이어 가이드부(152)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 반지형 구조물
120 : 카본 와이어
130 : 센싱모듈
140 : 손등 하우징
150 : 카본 스트립
160 : 각도센서
170 : 무선통신 모듈

Claims (20)

  1. 손가락의 움직임을 측정하기 위한 시스템(100)에 있어서,
    사용자 손가락의 제1 관절과 제2 관절 사이의 둘째 마디에 끼워지는 제1 반지형 구조물(111)과 손가락의 제2 관절과 제3 관절 사이의 첫째 마디에 끼워지는 제2 반지형 구조물(112);
    상기 제1 및 제2 반지형 구조물(111, 112)에 일단이 각각 부착된 제1 및 제2 와이어(121, 122);
    상기 제1 및 제2 와이어(121, 122) 타단이 부착되어 상기 제1 및 제2 와이어(121, 122)의 이동거리를 측정하기 위한 포텐셔미터가 구비된 센싱모듈(130);
    상기 센싱모듈(130)을 지지하는 손등 하우징(140);
    일단이 상기 센싱모듈(130)에 고정결합되어 상기 제1 및 제2 반지형 구조물이 슬라이드 방식으로 이동가능하게 결합되는 카본 스트립(150);을 포함하며,
    상기 손가락의 움직임시, 발생되는 손목의 움직임에 따른 손목관절에 회전각도를 계산하는 각도센서(160);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 와이어(121, 122) 이동거리를 통해 상기 센싱모듈(130) 측정된 손가락 움직임 정보를 외부로 전달하기 위한 무선통신 모듈(170);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    와이어(120)는
    일단이 각각 상기 제1 반지형 구조물(111)과 상기 제2 반지형 구조물(112)에 결합되는 상이한 길이의 제1 및 제2 와이어(121, 122);를 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반지형 구조물(111, 112)은
    링에서 각각 기립되어 형성된 결합부(111a, 112a)가 상기 카본 스트립(150)에 슬라이드 방식으로 결합되어, 손 마디 간의 간격조정이 가능한 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 센싱모듈(130)은
    일단이 상기 제1 반지형 구조물(111)과 상기 제2 반지형 구조물(112)에 각각 결합된 상기 제1 및 제2 와이어(121, 122)의 타단과 각각 연결되는 제1 및 제 2 포텐셔미터(131, 132)와, 손가락이 펴졌을 때 상기 제1 및 제 2 포텐셔미터(131, 132)가 초기 위치로 복귀시키는 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 관절의 각도는, 손가락의 움직임에 따라 상기 제1 및 제2 와이어(121, 122) 및 상기 센싱 모듈(130)의 선형 포텐셔미터에 의해 측정되는 상기 제1 및 제2 와이어가 상기 제1 및 제2 반지형 구조물에 묶인 지점의 변화된 거리로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 시스템.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 와이어(121, 122)와 상기 센싱모듈(130)은 손가락 마다 설치되는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 관절은 각각 원위지절간(DIP) 관절, 근위지절간(PIP) 관절, 및 중수지절(MCP) 관절인 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 시스템.
  10. 삭제
  11. 반지형 구조물을 착용한 사용자의 손가락 움직임 측정 방법에 있어서,
    (a) 타단이 센싱모듈(130)에 연결된 와이어(120)의 일단과 연결되어, 카본 스트립(150)에 슬라이드 방식으로 이동가능하게 연결되며, 손가락의 제1 관절과 제2 관절 사이의 둘째 마디에 제1 반지형 구조물(111)을 착용하고 손가락의 제2 관절과 제3 관절 사이의 첫째 마디에 제2 반지형 구조물(112)에 착용하는 단계;
    (b) 상기 손가락 움직임에 따라 상기 센싱모듈(130)에 의해 상기 와이어(120)의 이동거리를 측정하는 단계; 및
    (c) 상기 이동거리에 기초하여 손가락 내의 해당 관절에 회전각도를 계산하는 단계;
    (d) 각도센서(160)가 상기 손가락의 움직임시, 발생되는 손목의 움직임에 따른 손목관절에 회전각도를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 방법.
  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서,
    (e) 무선통신 모듈(170)이
    상기 와이어(120) 이동거리를 통해 상기 센싱모듈(130) 측정된 손가락 움직임 정보를 외부로 전달하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 방법.
  14. 삭제
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 와이어(120)는
    일단이 각각 상기 제1 반지형 구조물(111)과 상기 제2 반지형 구조물(112)에 결합되는 상이한 길이의 제1 및 제2 와이어(121, 122);를 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반지형 구조물(111, 112)은
    링에서 각각 기립되어 형성된 결합부(111a, 112a)가 상기 카본 스트립(150)에 슬라이드 방식결합되어, 손 마디 간의 간격조정이 가능한 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 센싱모듈(130)은
    일단이 상기 제1 반지형 구조물(111)과 상기 제2 반지형 구조물(112)에 각각 결합된 상기 제1 및 제2 와이어(121, 122)의 타단과 각각 연결되는 제1 및 제 2 포텐셔미터(131, 132)와, 손가락이 펴졌을 때 상기 제1 및 제 2 포텐셔미터(131, 132)가 초기 위치로 복귀시키는 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 관절의 각도는, 손가락의 움직임에 따라 상기 제1 및 제2 와이어(121, 122) 및 상기 센싱 모듈(130)의 선형 포텐셔미터에 의해 측정되는 상기 제1 및 제2 와이어가 상기 제1 및 제2 반지형 구조물에 묶인 지점의 변화된 거리로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 와이어(121, 122)와 상기 센싱모듈(130)은 손가락 마다 설치되는 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 방법.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 관절은 각각 원위지절간(DIP) 관절, 근위지절간(PIP) 관절, 및 중수지절(MCP) 관절인 것을 특징으로 하는 손가락 움직임 측정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106826771A (zh) * 2017-03-23 2017-06-13 江苏安格尔机器人有限公司 一种驱动外置的线驱动灵巧手
KR102096439B1 (ko) * 2017-11-01 2020-04-02 영남대학교 산학협력단 경상 운동 측정 장치 및 이를 이용한 환자의 장애 평가 방법
KR102214912B1 (ko) * 2020-01-06 2021-02-15 한림대학교 산학협력단 인체 손가락의 근위지 관절 신전의 생역학 분석 장치
KR102214913B1 (ko) * 2020-01-06 2021-02-10 한림대학교 산학협력단 수지의 근위지 관절 신전에 기여하는 근육계에 대한 생역학 분석 방법
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010134905A (ja) 2008-11-09 2010-06-17 Kyokko Denki Kk 動作検出装置
JP2013529937A (ja) 2010-03-23 2013-07-25 イドロジェネット エスアールエル 手リハビリ装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5472680B2 (ja) * 2009-04-09 2014-04-16 国立大学法人 筑波大学 装着式動作補助装置
KR101416142B1 (ko) 2012-10-29 2014-07-10 한국에너지기술연구원 슬랙탭을 이용한 가스화기의 버너 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010134905A (ja) 2008-11-09 2010-06-17 Kyokko Denki Kk 動作検出装置
JP2013529937A (ja) 2010-03-23 2013-07-25 イドロジェネット エスアールエル 手リハビリ装置

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