KR101821048B1 - Wearable data input device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨어러블 데이터 입력장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마찰에 의해 발생되는 전기적 변화를 감지함으로써, 착용 가능한 형태로 언제 어디서나 데이터 입력 장치로 이용할 수 있는 웨어러블 데이터 입력장치에 관한 것이다. The present invention relates to a wearable data input device, and more particularly, to a wearable data input device that can be used as a data input device at any time in a wearable form by detecting an electrical change caused by friction.
최근, 웨어러블 스마트기기(Wearable Smart Device) 또는 착용 컴퓨터라는 유비쿼터스(ubiquitous) 컴퓨팅 기술이 대두되고 있다. 이러한 기술은 컴퓨터를 옷이나 안경처럼 착용할 수 있게 함으로써 컴퓨터를 인간 몸의 일부로 만드는데 기여할 수 있다. 웨어러블 컴퓨터의 관점에서 더욱 편리하게 타이핑하거나 데이터를 입력할 수 있는 입력장치의 개발이 요구되고 있다.BACKGROUND ART [0002] Ubiquitous computing technology called wearable smart devices or wearable computers has recently been emerging. This technique can contribute to making the computer a part of the human body by allowing the computer to be worn like clothes or glasses. There is a demand for development of an input device capable of typing or inputting data more conveniently from the viewpoint of a wearable computer.
미국특허 제 7,057,604 호는 도1에 도시된 바와 같은 손가락 근처에 배치된 동작 신호를 발생시키기 위한 추적 장치, 다른 손가락 근처에 배치된 스위치 신호를 제공하기 위한 압력 플레이트 작동 신호 및 스위치 신호를 컴퓨터로 전송하는 송신기를 함유하는 장갑 컴퓨터 입력 장치로서, 동작 신호는 컴퓨터의 비디오 화면의 커서 동작을 제어하는데 사용되고, 스위치 신호는 마우스 클릭 기능을 제어하는 데 사용되며, 장갑은 사용자의 손가락을 위한 부속부 및 사용자의 팔에 고정하기 위한 조절 가능한 스트랩 검지의 측면에 위치한 스크롤/페이지 버튼을 포함하는 장갑형 컴퓨터 마우스를 개시하고 있다. U.S. Patent No. 7,057,604 discloses a tracking device for generating an actuating signal disposed near a finger as shown in Figure 1, a pressure plate actuation signal for providing a switch signal placed near another finger, Wherein the operating signal is used to control a cursor operation of a video screen of a computer, the switch signal is used to control a mouse click function, and the glove includes an accessory for a user's finger and a user Discloses an armored computer mouse that includes a scroll / page button located on a side of an adjustable strap fingerprint for securing to an arm of the user.
국내특허공개 제2012-0133351호는 도 2에 도시된 바와 같은 손에 착용하도록 장갑 형태로 제작되는 장갑체와, 상기 장갑체에 설치되며 손가락의 움직임, 손의 자세변화, 손의 위치 변화 중 적어도 하나에 따른 손동작 정보를 감지하는 감지부와, 상기 감지부에 의해 감지된 사용자의 손동작 정보를 받아 무선 통신 모듈을 통해 원격에 위치한 모바일에서 작동되는 프로그램을 조작하도록 조작신호를 송출하는 제어부를 포함하는 모바일 연동 웨어러블 데이터 입력장치를 개시하고 있다. Japanese Laid-Open Patent Application No. 2001-0133351 discloses an artificial glove which is provided in the form of a glove to be worn on the hand as shown in Fig. 2, And a controller for receiving operation information of the user sensed by the sensing unit and transmitting an operation signal to operate a program operated by a mobile located remotely through the wireless communication module, Discloses a mobile interlocking wearable data input device.
그러나 이러한 종래의 정보처리시스템은 손동작 정보를 정확하게 검출하는 것이 어려워 신뢰도가 낮은 한계가 있고, 장갑에 부착되는 센서 등이 직물과 같이 자유자재로 구부릴 수 있는 부품이 아니기 때문에, 사용이 불편한 문제가 있다. 또한 장갑 착용 시 다른 기기를 조작하거나 하는 것이 불편한 문제도 있다. However, in such a conventional information processing system, it is difficult to accurately detect the hand-operated information, so that there is a limit in reliability, and there is a problem that the sensor attached to the glove is not a component that can bend freely like a fabric, . It is also inconvenient to operate other equipment when wearing gloves.
본 발명은 상술한 종래 기술의 한계를 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 장갑의 각각의 손가락 마디에 마찰전기 촉각센서를 형성하여, 마찰에 의해 발생되는 전기적인 변화를 감지함으로써, 손가락 사용자의 손가락 마찰을 통해 입력된 키를 판단하여 입력할 수 있는 웨어러블 데이터 입력장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the limitations of the prior art described above by providing a tactile sensor for each finger of a glove and sensing an electrical change caused by friction, The present invention provides a wearable data input device capable of judging and inputting a key input through finger friction of a user.
본 발명의 다른 목적은 마찰전기 촉각센서가 섬유 구조체로 제작되어, 손가락 움직임이 자연스럽고 데이터 입력도 보다 빨리 할 수 있고, 키보드 없이도 본 발명의 웨어러블 데이터 입력장치를 컴퓨터, 정보통신 단말기 등과 자유롭게 유무선 연결할 수 있도록 구성함으로써, 사용자들이 장소에 구애받지 않고 언제 어디서나 착용 가능한 상태로 편리하게 사용할 수 있도록 하는 웨어러블 데이터 입력장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a wearable data input device of the present invention which can be freely wired or wirelessly connected to a computer, an information communication terminal, or the like without a keyboard, The present invention provides a wearable data input device that allows users to conveniently use the device in a wearable state at any time, anywhere regardless of the place.
또한, 본 발명의 스트레인 센서는 신축성, 복원성을 갖는 전도성 섬유로 구성되기 때문에 착용감이 우수하여 다양한 모양, 용도, 색상의 입력센서를 제공하여 인간 이외에 로봇과 같은 친인간적인 기계 형태의 인공피부로 사용할 수 있다. In addition, since the strain sensor of the present invention is constituted by conductive fibers having elasticity and restitution property, it is possible to use an input sensor of various shapes, uses and colors with excellent feeling of fit, thereby being used as an artificial skin of a human- have.
더욱이, 마찰전기 촉각센서는 마찰에 의해 발생하는 전기적인 변화를 감지하는 역할 뿐 아니라, 센서를 작동할 수 있는 충분한 전기 에너지를 수확하여 사용할 수 있기 때문에 셀프 파워링이 가능한 입력 장치라는 장점이 있다. In addition, the tactile tactile sensor has an advantage of being an input device capable of self-powering because it can sense not only electrical change caused by friction but also enough electric energy to operate the sensor.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 장갑체의 손가락부의 하나 이상의 마디의 표면에 마련된 마찰전기를 발생시키는 마찰구조체와 텍스타일 전극으로 구성되는 마찰전기 촉각센서; 및 상기 다수의 마찰전기 촉각센서들에 연결되어 마찰전기 촉각센서로부터 입력되는 정보를 해석하는 감지신호 분석부를 포함하는 웨어러블 데이터 입력장치에 관한 것이다. According to one aspect of the present invention, there is provided a friction tactile sensor comprising a friction electrode and a textile electrode for generating a triboelectric current provided on a surface of one or more nodes of a finger portion of an armor body. And a sensing signal analyzer connected to the plurality of tactile tactile sensors for analyzing information input from the tactile tactile sensor.
상기 마찰전극은 텍스타일 전극으로 구성되고, 상기 마찰전기 촉각센서는 섬유 구조체 또는 가요성 폴리머로 형성될 수 있다. The friction electrode may comprise a textile electrode, and the triboelectric tactile sensor may be formed of a fibrous structure or a flexible polymer.
상기 마찰전기 촉각센서부는 다섯 개의 손가락의 각각의 마디에 하나 이상씩 있는 센서들로 구성되며, 상기 웨어러블 데이터 입력장치는 장갑체의 바닥면에 형성된 하나 이상의 방향을 인식하는 센서들을 추가로 포함할 수 있다. Wherein the wearable tactile sensor unit comprises sensors each having at least one finger at each node of five fingers, and the wearable data input device may further include sensors for recognizing one or more directions formed on a bottom surface of the glove body have.
상기 감지신호 분석부는 대전서열이 서로 상이한 마찰구조체끼리 마찰되면 해당 접점에 상응하는 키신호를 생성하며, 생성된 키신호를 외부 기기로 출력하도록 제어하는 마이크로프로세서로 구성된다. The sensing signal analyzer comprises a microprocessor for generating a key signal corresponding to a corresponding contact when friction structures having different charging sequences are rubbed to each other and controlling the output of the generated key signal to an external device.
상기 웨어러블 데이터 입력장치는 다수의 마찰전기 촉각센서에 의해 입력된 신호를 상기 웨어러블 데이터 입력장치와 연결된 장비로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다. The wearable data input device may further include a communication unit for transmitting a signal input by the plurality of tactile tactile sensors to the equipment connected to the wearable data input device.
본 발명의 다른 양상은 본 발명의 웨어러블 데이터 입력 장치를 포함하는 맨 머신인터페이스 또는 로봇과 머신 사이의 인터페이스를 제공하는 로봇용 피부센서에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a man-machine interface including a wearable data input device of the present invention, or a skin sensor for a robot that provides an interface between a robot and a machine.
이상에서와 같이 본 발명의 웨어러블 데이터 입력장치에 따르면, 사용자들이 키보드를 사용하지 않고 장갑형 데이터 입력장치를 착용하고 각종 데이터를 유무선으로 입력함으로써, 원하는 기능의 키입력을보다 빠르고 간편하게 수행할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the wearable data input device of the present invention, users wear the glove type data input device without using a keyboard and input various data by wire / wireless, thereby enabling quick and easy key input of a desired function .
또한, 본 발명의 웨어러블 데이터 입력장치에서 마찰전기 촉각센서는 섬유구조체로 구성되고, 스트레인 센서는 전도성 섬유로 구성되어, 착용 및 사용이 매우 편리하고, 휴대성이 매우 우수하므로, 사용자들이 장소에 구애받지 않고 어디에서나 컴퓨터, 정보통신 단말기 등과 쉽게 연결하여 사용할 수 있는 효과가 있다. In addition, in the wearable data input device of the present invention, the triboelectric tactile sensor is composed of a fiber structure, and the strain sensor is made of conductive fibers, so that it is very convenient to wear and use and has excellent portability. So that it can be easily connected to a computer, an information communication terminal, or the like anywhere.
또한 본 발명에 의하면 마찰전기 촉각센서 및 스트레인 센서가 모두 유연한 재료로 구성되어, 사용자는 장갑을 착용한 상태로도 다른 손동작을 편하게 할 수 있는 이점을 제공할 수 있다. In addition, according to the present invention, both the tactile sensor and the strain sensor are made of a flexible material, so that the user can provide an advantage of being able to ease other hand movements while wearing gloves.
도 1 및 도 2는 종래의 장갑형 데이터 입력장치의 개략사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 데이터 입력장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 데이터 입력장치의 마찰전기 촉각센서의 예를 도시한 개략사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 데이터 입력장치의 마찰전기 촉각센서를 구성하는 마찰구조체의 대전 서열을 나타낸 도면이다.
도 6은 대전 서열이 상이한 물질을 이용한 마찰전기 발생 구조의 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 데이터 입력장치에서 전도성 파이버를 이용해서 스트레인 센서를 직조한 예를 도시한 도면이다.
도 8은 마찰 대선 서열이 서로 상이한 마찰구조체 사이의 마찰에 의한 전압 측정 결과를 나타낸 도면이다. 1 and 2 are schematic perspective views of a conventional glove type data input apparatus.
3 is a configuration diagram of a wearable data input device according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic perspective view showing an example of a tactile tactile sensor of a wearable data input device according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a charging sequence of a friction structure constituting a friction tactile sensor of a wearable data input device according to an embodiment of the present invention.
Fig. 6 shows an example of a triboelectric generating structure using a substance having a different charging sequence.
7 is a view showing an example of woven strain sensors using a conductive fiber in a wearable data input device according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the results of voltage measurement due to friction between friction structures having different friction line sequences.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals as used in the appended drawings denote the same elements in the drawings, unless they are indicated on other drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention
그 상세한 설명을 생략한다.A detailed description thereof will be omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" ...," and "block ", etc. in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software have.
본 발명의 웨어러블 데이터 입력장치는 마찰전기 촉각센서와 감지신호 분석부를 포함하는 사용자의 손에 장착 가능한 장갑형 데이터 입력 장치를 제공한다. 본 발명의 웨어러블 데이터 입력장치는 사용자의 손가락 마디에 형성된 마찰구조체 사이의 마찰에 의해서 발생되는 정전기에 기초하여 컴퓨터 등과 같은 외부 기기와의 상호 작용을 가능하게 한다. The wearable data input device of the present invention provides a globular data input device that can be mounted on a user's hand including a tactile tactile sensor and a detection signal analysis unit. The wearable data input device of the present invention enables interaction with an external device such as a computer based on the static electricity generated by the friction between the friction structures formed on the user's finger joints.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 데이터 입력장치의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 웨어러블 데이터 입력장치는 장갑체의 손가락부의 하나 이상의 마디의 표면에 마련된 마찰전기 촉각센서(100)와 및 상기 마찰전기 촉각센서에 연결되어 마찰전기 촉각센서로부터 입력되는 정보를 해석하는 감지신호 분석부(300)를 포함한다. 3 is a configuration diagram of a wearable data input device according to an embodiment of the present invention. 3, a wearable data input device according to an embodiment of the present invention includes a tactile
상기 마찰전기 촉각센서(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 텍스타일 전극(110)과 마찰구조체(120)로 구성된다. 상기 마찰구조체(120)는 텍스타일이나 가요성 폴리머 등으로 구성될 수 있다. 본 발명의 웨어러블 데이터 입력장치에서 The friction
각각의 손가락 마디에 부착되는 마찰구조체(120)들은 서로 다른 대전 서열을 갖는다. The
상기 마찰구조체는 마찰전기 발생 효율을 향상시키기 위하여 신축성 요철구조(130) 또는 패턴 구조를 포함할 수 있다. 이와 같이 마찰구조체(120)의 표면에 신축성 요철구조(130)를 형성하면 마찰전기 발생량이 증가되어 센싱의 정확도를 향상시킬 수 있고, 오류 발생을 줄일 수 있다. 또한 본 발명에서 마찰전기 촉각센서는 마찰전기를 발생시켜 본 발명의 데이터 입력장치에 대한 전원을 셀프 파워링할 수 있는데, 보다 효율적으로 마찰에 의해 전기를 수확할 수 있다. The friction structure may include a stretchable concave-
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 웨어러블 데이터 입력 장치는 장갑형으로 구성되고, 각 손가락부의 마디에 상기 마찰전기 촉각센서(100)가 형성되고, 각각의 손가락 마디에 부착되는 마찰구조체(120)들은 서로 다른 대전 서열을 갖기 때문에, 엄지손가락을 이용해서 네 개의 손가락 마디를 터치하게 되면 마찰전기가 발생되고, 감지신호 분석부(400)에 의해 감지된다. 도 3에서 마찰전기 촉각센서(100)와 감지신호 분석부(400)는 무선으로 연결된 구성을 도시하였으나, 유선으로 연결할 수도 있다. As shown in FIG. 2, the wearable data input device of the present invention is configured in a glove shape, and the friction
상기 마찰전기 촉각센서(100)는 각각의 손가락 마디에 형성된 마찰구조체(120)와 접촉되는 상대 손가락의 마찰 마찰구조체의 마찰에 의해 발생되는 마찰전기(triboelectricity)의 발생과 그로 인해 발생하는 정전기 전압의 세기 정도를 감지[저항치 변화 또는 컨덕턴스 변화]하여 감지신호를 출력한다. The triboelectric
상기 웨어러블 데이터 입력장치는 대전서열이 상이한 마찰구조체로 구성된 엄지손가락의 마찰구조체 또는 반대편 손의 손가락부의 마찰구조체에 의한 마찰에 의해 발생되는 마찰전기를 감지하여 서로 다른 출력 전압을 입력신호로 해서 키보드의 키들에 대응하는 다수의 키 스트로크로 처리하도록 구성될 수 있다. 마찰전기 촉각센서(100)는, 마찰에 따라 발생하는 정정전기 전압을 이용하여 사용자가 입력하는 키의 세로줄(열) 번호를 감지할 수 있다. The wearable data input device detects triboelectricity generated by the friction structure of the thumb structure of the thumb or the friction structure of the finger portion of the opposite hand composed of the friction structure having different charging sequences, The keystrokes may be configured to process a plurality of keystrokes corresponding to the keys. The tactile
상기 마찰전기 촉각센서(100)는 손가락들의 마디 표면에 위치하는 것 이외에, 손바닥에 방향의 인식 등과 같은 데이터 입력을 위하여 방향을 인식하는 센서(150) 또는 방향키를 형성할 수 있다. In addition to being located on the nodal surface of the fingers, the tactile
마찰전기 촉각센서(100)의 마찰구조체(120)의 전기적 특성의 제어에 있어서 하나의 손가락 마디의 마찰구조체(120)의 마찰구조체와 다른 손가락 마디의 마찰 마찰구조체(120) 간의 일함수 값의 차이와 트리보일렉트릭 시리즈 상에서의 대전 특성의 차이값은 매우 중요한 포인트가 된다.A difference in work function value between the friction structure of the
일함수 값의 차이를 살펴보면, 하나의 손가락 마디의 마찰구조체(120)의 일함수 값과 상이한 일함수 값을 갖는 마찰구조체를 다른 손가락 마디에 형성하는 것이 필요하다. 일함수 값의 차이에 의해 대전되는 전하의 종류를 제어할 수 있는데, 마찰구조체(120)의 마찰구조체의 일함수 값에서 마찰 마찰구조체의 일함수 값을 뺀 값이 0보다 크면 (-) 전하를 형성하게 되고, 0보다 작으면 (+) 전하를 형성하게 된다. 예를 들어 마찰구조체(120)의 마찰구조체가 n형의 반도체 물질인 경우 전자 수를 감소시키기 위해서는 반대되는 (+) 전하를 생성시켜야 하며 이를 위해서는 마찰 마찰구조체의 일함수 값이 마찰구조체(120)의 마찰구조체의 일함수 값보다 큰 것을 이용하여 마찰시키면 된다. 또한, 이 경우 마찰구조체(120)의 마찰구조체의 일함수 값과 마찰 마찰구조체의 일함수 값의 차이가 클수록 마찰구조체(120)의 마찰구조체의 전기적 특성의 변화가 커지게 된다. As to the difference between the work function values, it is necessary to form a friction structure having a work function value different from the work function value of the
본 발명에서 텍스타일 전극(110)은 전도성 직물에 의해서 형성될 수 있다. 여기서 전도성 직물은 금속 소재가 포함된 피복사, 커버링사, 또는 합연사 등의 실이 일부 또는 전부 사용되어 제조된 편직물, 금속 소재를 직접적으로 경사 및 위사로 사용하여 제조된 직물, 또는 금속 소재를 편직용 실로 사용하여 제조된 편물을 의미하고, 상기 금속 소재는 금, 은, 알루미늄, 구리, 니켈 등과 같은 저저항 금속 또는 은 나노와이어와 같은 나노 금속 도전사가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 대안으로 직물 위에 전기전도성 금사, 은사 또는 도전사(conductive yarn)로 자수를 놓아서 전극을 형성할 수 있다. In the present invention, the
본 발명에서 텍스타일 전극(110)을 형성하는데 이용가능한 도전성 재료로는 일본精線®Brauswick, Brausmet, 도레이®토루카, 쿠라레®쿠쿠, 쿠라레®세루멧구, Rohm & Haars®X-static, Teijin®메다리온, ICI®Epitoropic fiber, Rhone Poulene®Nylfrance, Du pont®Antron-Ⅲ, 쿠라레®쿠라가보, Monsanto®ultron, 종방®베루도롱, 유니타카®무가Ⅲ, 도레이®SA-7 에서 선택하여 사용할 수 있다.Of a conductive material that can used to form the
전도성 파이버를 이용한 착용 가능한 센서 형성 방법Method for forming wearable sensor using conductive fiber
본 발명에서 텍스타일 전극(110)의 전도성 패턴은 금속 전구체를 가요성 필름에 잉크젯 프린팅, 롤코팅, 스프레이 코팅, 바 코팅, 노즐 프린팅, EHD 프린팅, CrN 코팅, Tin 코팅, TIAIN 코팅, TICN 코팅, ZrN 코팅, 열 코팅, UV 코팅, 바니쉬 코팅, 라미넥스 코팅, CVD 공정 등을 통해 코팅 또는 프린팅하여 형성할 수 있다.In the present invention, the conductive pattern of the
상기 텍스타일 전극을 구성하는 직물은 임의의 직물 소재(textile material), 직조된 소재(woven material), 편물, 인공 시트(sheet) 또는 장갑의 직물의 일부분일 수 있다. The fabric constituting the textile electrode can be any textile material, a woven material, a knitted fabric, a sheet or a part of a fabric of gloves.
본 발명에서 마찰구조체(120)는 섬유 구조체 또는 가요성 폴리머로 구성될 수 있다. 직물의 비제한적인 예로는 폴리에스터, 나일론, 폴리우리탄계, 폴리에틸렌테레프탈레이트계 등을 예로 들 수 있다. 이들의 구체적인 예로는 DynamicTM-creo, Spandex(lycra,elastane), 旭化成섬유®선플레이, 旭化成섬유®임팩트, 니케®아로스트레치, 三菱레이온®소아나, 帝人파이버®테비아, KB세이렌®에스판시오네FF, KB세이렌®에라스코트, KB세이렌®미노우브, KB세이렌®라펫시, KB세이렌®구라샘ES, KB세이렌®에스판시오네, 쿠라보®Dow XLA, 도레이®바디조이, 도레이®트린티, 도레이®파카나, 도레이®사라카라홑, KB세이렌®에스팬티, KB세이렌®시데리아, 쿠라레®에바, 쿠라레®푸루네, 시키보®유니파왈, 帝人파이버®스페이실, 도요보®브레스에어, 도레이®T-400 파이버, 도레이®핏티, 도레이®비텔, 도레이®푸루에라, 유니티카®제트텐, 유니타카®페오스, 쿠라레®스판텔 등을 예로 들 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the
직물로서 신축성 직물도 이용할 수 있는데, 이러한 신축성 직물의 예로는 SHIELDEX ®YARNS, SHIELDEX® TWISTED YARN, SHIELDEX® FIBRES, SHIELDEX® TPU YARN, SHIELDEX® WOVEN FABRICS, SHIELDEX® KNITTED FABRICS, SHIELDEX® NON WOVENS, Nanjing Bright Textiles®강철사, Nanjing Bright Textiles®니켈, 또는 구리 도금 폴리에스테르사 등을 예로 들 수 있다. Examples of such elastic fabrics are SHIELDEX ® YARNS, SHIELDEX ® TWISTED YARN, SHIELDEX ® FIBRES, SHIELDEX ® TPU YARN, SHIELDEX ® WOVEN FABRICS, SHIELDEX ® KNITTED FABRICS, SHIELDEX ® NON WOVENS, Nanjing Bright Textiles ® steel, Nanjing Bright Textiles ® nickel, or copper plated polyester yarns.
전도성 패턴의 구체적인 예로는 일본精線®Brauswick, Brausmet, 도레이®토루카, 쿠라레®쿠쿠, 쿠라레®세루멧구, Rohm & Haars®X-static, Teijin®메다리온, ICI®Epitoropic fiber, Rhone Poulene®Nylfrance, Du pont®Antron-Ⅲ, 쿠라레®쿠라가보, Monsanto®ultron, 종방®베루도롱, 유니타카®무가Ⅲ, 도레이®SA-7 에서 선택하여 사용할 수 있다.Specific examples of conductive pattern Japanese精線® Brauswick, Brausmet, Toray ® Sat Luka, Kuraray ® Cucuta, Kuraray ® seru metgu, Rohm & Haars ® X-static , Teijin ® Madinah Leone, ICI ® Epitoropic fiber, Rhone Poulene ® Nylfrance, Du pont-ⅲ Antron ®, may be used Kuraray ® Kurashiki Gabor, Monsanto ultron ®, ® jongbang beru dorong, Uni Taka ® radish ⅲ, selected from the TORAY SA-7 ®.
상기 감지신호 분석부(400)는 상기 마찰전기 촉각센서의 감지신호를 분석하여 어떤 데이터가 입력된 것인지를 알아내어 외부의 기기로 출력할 수 있다. 상기 감지신호 분석부(400)는 마이크로프로세서를 포함하여 구현할 수 있다. 또한 상기 감지신호 분석부(400)는 각 감지신호에 해당하는 데이터에 관한 정보를 저장하는 메모리를 가질 수도 있다. 도시하지 않았으나, 상기 웨어러블 데이터 입력장치는 동작 전원을 공급하는 내부 전원단을 가진다. 외부에서 동작 전원을 공급하도록 구현할 수도 있음은 물론이다. The sensing signal analyzer 400 may analyze the sensing signal of the tactile tactile sensor to find out which data is input and output the sensed signal to an external device. The sensing signal analyzer 400 may include a microprocessor. In addition, the sensing signal analyzer 400 may have a memory for storing information on data corresponding to each sensing signal. Although not shown, the wearable data input device has an internal power supply terminal for supplying operating power. It is also possible to implement operation power supply from the outside.
감지신호 분석부(400)는, 예를 들어, 사용자가 엄지손가락을 도 2에 도시된 바와 같이 다른 손가락 마디의 마찰구조체에 마찰시켜 웨어러블 데이터 입력장치를 통해 키 입력 동작을 취한 경우, 마찰전기 촉각센서(100)에서 인식한 결과를, 사용자의 개별 설정을 바탕으로 연산하여 키 입력 신호를 생성한다. The detection signal analyzing unit 400 may be configured such that when a user rubs his / her thumb against a friction structure of another finger joint as shown in FIG. 2 to perform a key input operation through the wearable data input device, The
본 발명의 웨어러블 데이터 입력장치는 통신부(300)를 추가로 포함할 수 있는데, 이러한 통신부(300)는, 감지신호 분석부(400)에서 생성한 키 입력 신호를 무선 통신 인터페이스를 통해 컴퓨터, 가전제품, 네비게이션, 의료기기, 사물인터넷기기, 스마트 폰과 같은 휴대용 정보단말기 등 웨어러블 데이터 입력장치가 연결된 장비로 전달할 수 있다. 이때, 통신부(300)는 무선 통신 인터페이스로 블루투스, 지그비(zigbee) 등의 각종 근거리 무선 통신 방식을 사용할 수 있다.The wearable data input device of the present invention may further include a
다른 실시예에서, 본 발명의 웨어러블 데이터 입력장치는 손가락 마디가 접히는 부분에 형성된 손가락 마디의 스트레인 변화를 감지하는 텍스타일 전극 형태의 스트레인 센서(200)를 추가로 포함할 수 있다. In another embodiment, the wearable data input device of the present invention may further include a
상기 스트레인 센서는 신축성 텍스타일 위에 전도성 잉크를 사용하여 스크린 인쇄, 잉크젯 프린팅, EHD 프린팅 방법으로 전면 코팅 또는 선 패터닝으로 전극을 형성할 수 있다. 대안으로 직조할 때 두 개의 선 전극을 그리드 형태로 만들어 텍스타일 전극을 형성하거나, 텍스타일 위에 은사를 다양한 패턴으로 패터닝하여 전극을 형성할 수도 있다. The strain sensor can form electrodes by screen printing, inkjet printing, EHD printing or the like using a conductive ink on a stretchable textile, or by front coating or linear patterning. Alternatively, two wire electrodes may be formed into a grid shape to form a textile electrode, or an electrode may be formed by patterning the silver pattern on the textile in various patterns.
상기 스트레인 센서(200)의 전도성 소재는 구부렸을 때 R/R0 변화가 10% 이상 발생되도록 직조 시 신축성을 조절한다. 이렇게 형성된 장갑 속의 스트레인 센서(200)는 반복되는 회수와 연속되는 신호 조합에 따라 다양한 입력 신호를 발생하도록 프로그래밍할 수 있다. 상기 스트레인 센서(200)는 각각의 손가락을 구부릴 때 발생하는 스트레인 변화에 따른 전기 신호를 받아들일 수 있는 블루투스 밴드 형태의 통신부(300)와 연동하여 신호를 스마트 폰 등 다양한 외부 전자기기로 전송할 수 있다. The conductive material of the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 데이터 입력장치가 인식하는 엄지와 검지의 마찰에 따라 발생하는 정전기 전압을 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 사용자는 장갑형의 웨어러블 데이터 입력장치를 착용한 상태에서 마찰전기 촉각센서가 형성된 엄지손가락으로 대전서열이 상이한 마찰구조체를 포함하는 다른 손가락 마디의 마철전기 촉각센서를 문지른다. 이때, 웨어러블 데이터 입력장치는 마찰전기 촉각센서(100)를 이용하여 검지 또는 손목의 마찰에 따라 발생하는 정전기 전압을 감지하여 저장할 수 있다. 스트레인 센서(200)에서 각각의 손가락을 구부릴 때 발생하는 저항 변화는 투 프로브법(Two-probe method)을 이용하여 측정할 수 있다. 마찰전기 촉각센서(100) 및 스트레인 센서(200)에 의해 감지된 신호는 블루투스 밴드와 같은 통신부(300)를 거쳐 컴퓨터 또는 스마트 폰과 같은 별도의 컴퓨팅 장치로 전송하여 전자기기와 연결되는 스위칭 역할을 할 수 있다. FIG. 8 is a diagram illustrating electrostatic voltages generated according to friction between a thumb and a finger detected by a wearable data input device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the wearer wears a glove-type wearable data input device and rubs the tactile sensor of the other fingertip including the friction structure having a different charging sequence with the thumb formed with the tactile tactile sensor. At this time, the wearable data input device can detect and store the static voltage generated due to the friction of the index finger or the wrist using the tactile
본 발명의 다른 실시예에 의하면 본 발명의 데이터 입력장치는 추가 센서 없이도 감각 반응을 제공하는 로봇용 피부센서로 적용될 수 있다. 이러한 로봇용 피부센서는 휴머노이드 로봇, 로봇 공학, 및 소프트 웨어러블 로봇을 위해 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 실시예에 따른 로봇용 피부센서는 텍스타일 또는 가요성 폴리머와 같은 유연한 재질로 이루어져 로봇의 표면에 부착될 경우 인간의 피부와 같은 유연함을 제공할 수 있기 때문에, 복잡한 형상 또는 동작이 요구되는 로봇에 적용되는 경우에도 센서부의 효율을 저감시키지 않고서 외부 부하의 크기를 판단할 수 있는 이점을 제공할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 데이터 입력장치는 복잡한 동작이 요구되는 로봇의 손 또는 팔 등에 사용되는 촉각센서로 적용될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the data input device of the present invention can be applied as a skin sensor for a robot that provides a sensory response without additional sensors. Such skin sensors for robots can be used for humanoid robots, robotics, and soft wearable robots. In addition, since the skin sensor for a robot according to the present embodiment is made of a flexible material such as a textile or a flexible polymer and can be provided with flexibility as a human skin when attached to the surface of the robot, It is possible to provide an advantage that the size of the external load can be determined without reducing the efficiency of the sensor unit. Therefore, the data input device according to the present embodiment can be applied to a tactile sensor used in a hand or an arm of a robot which requires complicated operation.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 범위로 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of various modifications within the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, but should be defined within the scope of the appended claims as well as the appended claims.
100: 마찰전기 촉각센서
110: 텍스타일 전극 120: 마찰구조체
130: 신축성 요철구조
200: 스트레인 센서
300: 통신부
400: 감지신호 분석부100: Friction tactile sensor
110: Textile electrode 120: Friction structure
130: Elongated concave-convex structure
200: strain sensor
300:
400: detection signal analysis unit
Claims (11)
상기 마찰전기 촉각센서는 다섯 개의 손가락의 각각의 마디에 부착된 하나 이의 마찰전기 촉각센서들로 구성되며, 각각의 마찰전기 촉각센서는 서로 상이한 대전 서열을 갖는 마찰구조체로 구성되며,
상기 마찰전기 촉각센서는 마찰구조체들 사이의 마찰에 의해서 마찰전기를 발생시켜 웨어러블 데이터 입력장치에 대한 전원을 공급하도록 구성되고,
상기 감지신호 분석부는 대전서열이 서로 상이한 마찰구조체끼리 마찰되는 경우에, 마찰에 의해 발생되는 마찰전기를 감지하여 서로 다른 출력 전압을 입력신호로 해서 키보드의 키들에 대응하는 다수의 해당 접점에 상응하는 키신호들을 생성하며, 생성된 키신호들을 외부 기기로 출력하도록 제어하는 마이크로프로세서로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 데이터 입력장치.
A triboelectric tactile sensor composed of a friction electrode and a textile electrode for generating triboelectric power provided on the surface of one or more nodes of the fingers of the glove body; And a sensed signal analyzer connected to the at least one tactile tactile sensor for analyzing information input from the tactile tactile sensor,
The triboelectric tactile sensor comprises one triboelectric tactile sensor attached to each node of five fingers, each triboelectric tactile sensor comprising a friction structure having a different charging sequence,
Wherein the tactile tactile sensor is configured to generate triboelectricity by friction between the friction structures to supply power to the wearable data input device,
When the friction structures having different charging sequences are rubbed with each other, the sensing signal analyzing unit senses the triboelectricity generated by the friction and outputs different output voltages as an input signal to a plurality of corresponding contacts corresponding to the keys of the keyboard And a microprocessor for generating key signals and outputting the generated key signals to an external device.
The wearable data input device of claim 1, wherein the friction structure of the friction tactile sensor is formed of a fibrous structure or a flexible polymer.
The wearable data input device according to claim 2, wherein the friction structure includes an elastic unevenness or a pattern structure on its surface.
The wearable data input device according to claim 1, wherein the wearable data input device further comprises sensors for recognizing one or more directions formed on the bottom surface of the armor body.
The wearable data input device according to claim 1, wherein the wearable data input device further comprises a communication unit for transmitting a signal input by the plurality of tactile tactile sensors to the equipment connected to the wearable data input device by wire or wirelessly. Input device.
The wearable data input device of claim 1, wherein the wearable data input device further comprises a strain sensor in the form of a textile electrode for sensing a strain change of a finger segment formed on a folded portion of the finger segment.
The textile electrode of claim 1, wherein the textile electrode is selected from the group consisting of gold, silver, palladium, nickel, and copper on a fabric selected from the group consisting of polyamide, polyurethane, polyester, and polyethylene terephthalate Characterized in that the conductive ink is formed by printing a conductive ink containing at least one conductive material to be woven in a fabric by screen printing, roller printing, or electrohydrodynamic printing, or formed by weaving a line electrode in a grid form during weaving of the fabric. Device.
The wearable data input device of claim 6, wherein the communication unit is a Bluetooth band for transmitting a signal to a computer, an appliance, navigation, a medical device, an object Internet device, or a portable information terminal.
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