KR102168457B1 - Strain sensor for Motion analysis and method for manufacturing the Strain sensor - Google Patents

Strain sensor for Motion analysis and method for manufacturing the Strain sensor Download PDF

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Abstract

본 발명은 동적분석을 위한 스트레인 센서, 그 스트레인 센서의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스포스에서의 운동정보 수집을 위하여 무릅, 팔꿈치, 손가락 등 신체의 관절의 움직임에 따라 전기적 저항이 변하고, 나일론 스타킹에 전도성 물질을 코팅하여 인체에 직접 착용이 가능한 스트레인 센서에 관한 것이다. The present invention relates to a strain sensor for dynamic analysis, a method of manufacturing the strain sensor, and more particularly, electrical resistance changes according to the movement of joints of the body such as knees, elbows, and fingers in order to collect motion information in the force, It relates to a strain sensor that can be worn directly on the human body by coating a conductive material on a nylon stocking.

Description

동적분석을 위한 스트레인 센서, 그 스트레인 센서의 제조방법{Strain sensor for Motion analysis and method for manufacturing the Strain sensor}Strain sensor for dynamic analysis, manufacturing method of the strain sensor {Strain sensor for Motion analysis and method for manufacturing the Strain sensor}

본 발명은 동적분석을 위한 스트레인 센서, 그 스트레인 센서의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 관절의 움직임에 따른 정보 수집이 필요한 스포츠에서의 동적분석을 위한 스트레인 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a strain sensor for dynamic analysis, a method of manufacturing the strain sensor, and more particularly, to a strain sensor for dynamic analysis in sports requiring information collection according to joint motion.

섬유(fiber)를 기반으로 하는 전자소자는 아직 개념적인 단계이지만, 섬유의 신축(stretching)과 직조의 가능성, 넓은 표면적, 표면 처리의 다양성, 복합재료 구성의 용이성과 같은 다양한 장점으로 인하여 많은 전자소자 시장을 대체할 가능성이 높다. 가능한 섬유 기반의 전자소자로서 텍스타일 태양전지, 신축성 트랜지스터, 신축성 디스플레이, 외부 자극형 약물 전달, 바이오 센서 및 가스 센서, 광조절 기능성 섬유, 기능성 의류, 방위 산업용 기능성 제품 등을 예로 들 수 있다.Fiber-based electronic devices are still in a conceptual stage, but due to various advantages such as the possibility of stretching and weaving, large surface area, variety of surface treatments, and ease of composition of composite materials, many electronic devices It is likely to replace the market. Examples of possible fiber-based electronic devices include textile solar cells, stretchable transistors, stretchable displays, external stimulation-type drug delivery, biosensors and gas sensors, light-regulating functional fibers, functional clothing, and functional products for the defense industry.

섬유 기반의 전자소자에 사용되는 전도성 나노 섬유의 경우 전도성을 유지하면서 넓은 신장 범위를 확보하는 것이 유리하다. 종래의 매트릭스와 전도성 물질의 복합체 형태의 전극은 원하는 전도도를 얻기 위해 다량의 전도성 물질이 필요하다. 그러나 전도성 물질의 비율이 늘어날 경우 전도도는 향상하나 매트릭스의 탄성 특성이 감소하여 복합체의 신축성이 감소하게 된다.In the case of conductive nanofibers used in fiber-based electronic devices, it is advantageous to secure a wide stretch range while maintaining conductivity. Conventional electrodes in the form of a composite of a matrix and a conductive material require a large amount of conductive material to obtain a desired conductivity. However, when the ratio of the conductive material increases, the conductivity improves, but the elastic properties of the matrix decrease, and the elasticity of the composite decreases.

신축성 유연 전극(stretchable electrode)은 인공 전자 피부, 휘는 디스플레이, 인장 센서와 같은 다양한 분야들에 적용되고 있다. 최근에 건강 재활 치료, 개인 건강 모니터링, 구조 결함 모니터링, 스포츠 선수 성능 모니터링 등 다양한 인장 센서의 잠재적 응용처가 재조명됨에 따라, 유연하면서 신축성 있고 동시에 인장에 따라 민감한 인장 센서에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 고신축성·고민감도 인장 센서는 비교적 큰 변형을 요구하는 생체역학(biomechanics), 생리학(physiology), 신체 운동학(kinesiology) 등의 분야에 응용되고 있다.Stretchable electrodes are used in various fields such as artificial electronic skin, flexible displays, and tensile sensors. Recently, as potential applications of various tension sensors such as health rehabilitation treatment, personal health monitoring, structural defect monitoring, and sports player performance monitoring have been re-examined, studies on flexible, elastic, and sensitive tension sensors are being actively conducted. . In particular, high-elasticity and high-sensitivity tensile sensors are being applied in fields such as biomechanics, physiology, and kinesiology that require relatively large deformation.

신축성을 가지면서 전도성을 일정하게 유지해야 하는 일반적인 유연 전극과는 달리, 인장 센서로 활용되기 위해서는 높은 신축성을 가지면서 동시에 인장에 따른 연속적인 전기적 특성 변화를 가져야 한다. 하지만 기 개발된 인장 센서의 경우, 굽힘과 인장 응력이 공존하는 비평면 구조(특히 인체)에 응용되기 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해, 전도성 물질의 종류를 바꾸는 방법이 연구되어 왔으나, 단순히 전도성 물질의 변화만으로는 재료적인 한계로 인해 신축성과 민감도 두 가지 중요 요소를 동시에 구현하지 못하는 문제가 있었다.Unlike general flexible electrodes that have elasticity and need to maintain constant conductivity, in order to be used as a tensile sensor, it must have high elasticity and at the same time have a continuous electrical characteristic change according to tension. However, in the case of a previously developed tensile sensor, it is difficult to apply it to a non-planar structure (especially a human body) in which bending and tensile stress coexist. In order to solve this problem, a method of changing the type of conductive material has been studied, but there is a problem in that simply changing the conductive material cannot simultaneously implement two important factors of elasticity and sensitivity due to material limitations.

한국등록특허 10-1732178Korean Patent Registration 10-1732178 한국공개특허 10-2014-0017335Korean Patent Publication 10-2014-0017335 한국공개특허 10-2014-0030975Korean Patent Publication 10-2014-0030975 한국등록특허 10-1887481Korean Patent Registration 10-1887481

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 관절의 움직임에 따른 정보수집이 필요한 스포츠에서의 동작분석을 위한 스트레인 센서를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention was conceived to solve the conventional problems as described above, and according to an embodiment of the present invention, it is an object of the present invention to provide a strain sensor for motion analysis in sports that requires information collection according to joint motion. have.

본 발명의 실시예에 따르면, 스포스에서의 운동정보 수집을 위하여 무릅, 팔꿈치, 손가락 등 신체의 관절의 움직임에 따라 전기적 저항이 변하는 스트레인 센서를 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, it is an object of the present invention to provide a strain sensor in which electrical resistance changes according to movement of a joint of a body such as a knee, an elbow, and a finger in order to collect motion information in a force.

그리고, 본 발명의 실시예에 따르면 나일론 스타킹에 전도성 물질을 코팅하여 인체에 직접 착용이 가능한 스트레인 센서를 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, there is an object to provide a strain sensor that can be directly worn on a human body by coating a conductive material on a nylon stocking.

또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 인체에 부착된 스트레인 센서에서 측정된 측정데이터를 기반으로 운동정보데이터를 생성하고, 운동정보데이터와, 기 저장된 표준운동정보데이터를 비교분석하여 사용자에게 운동가이드 정보를 제공해 줄 수 있는 관절센서를 이용한 트레이닝 시스템을 제공하는데 그 목적을 갖는다. In addition, according to an embodiment of the present invention, exercise information data is generated based on measurement data measured by a strain sensor attached to the human body, and exercise information data is compared and analyzed with pre-stored standard exercise information data to guide users. Its purpose is to provide a training system using joint sensors that can provide information.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. It will be understandable.

본 발명의 제1목적은, 스트레인 센서에 있어서, 탄성을 갖는 직물; 및 상기 직물 표면 일측에 코팅되는 전도성 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is to provide a strain sensor, comprising: a fabric having elasticity; And it may be achieved as a strain sensor comprising a conductive material layer coated on one side of the fabric surface.

그리고 상기 직물은 나일론 스타킹인 것을 특징으로 할 수 있다. And the fabric may be characterized in that the nylon stockings.

또한, 상기 전도성 물질은 탄소나노튜브인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the conductive material may be a carbon nanotube.

그리고 상기 직물은 (-) 전하를 띄도록 개질된 것이고, 상기 전도성 물질층은 + 전하를 뛰도록 개질된 탄소나노튜브와 - 전하를 뛰도록 개질된 탄소나노튜브를 반복 교차 분사하여 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. And the fabric is modified to have a (-) charge, and the conductive material layer is formed by repeatedly cross-spraying carbon nanotubes modified to jump + charge and carbon nanotubes modified to jump – charge. You can do it.

또한, 상기 직물은 O2 플라즈마 처리된 직물이고, 상기 + 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브는 -NH3 +기를 갖는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)이고, 상기 - 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브는 -COO-기를 갖는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the fabric is a fabric treated with O 2 plasma, and the carbon nanotubes modified to have a + charge are single-walled carbon nanotubes (SWNT) having a -NH 3 + group, and the-carbon modified to have a charge nanotubes -COO - it can be characterized in that the single-wall carbon nanotubes (SWNT) having a group.

그리고 상기 전도성 물질층 끝단부 측에 구비되는 전극부와, 상기 전극부 타측끝단과 연결되며 통신보드와 탈부착 가능한 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, an electrode portion provided on an end portion of the conductive material layer, and a connector connected to the other end of the electrode portion and detachable from the communication board may be further included.

본 발명의 제2목적은 스트레인 센서의 제조방법에 있어서, 탄성을 갖는 직물을 준비하는 제1단계; 및 상기 직물 표면 일측에 전도성 물질을 분사하여 전도성 물질층을 코팅하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서의 제조방법으로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is a method of manufacturing a strain sensor, comprising: a first step of preparing a fabric having elasticity; And a second step of coating a conductive material layer by spraying a conductive material on one side of the fabric surface. It may be achieved as a method for manufacturing a strain sensor comprising:

그리고 상기 제1단계에서, 상기 직물에 대하여 - 전하를 띄도록 개질하는 것을 특징으로 할 수 있다. And in the first step, it may be characterized in that the fabric is modified to have an electric charge.

또한, 상기 직물에 대해 O2 플라즈마처리를 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, it may be characterized in that the O 2 plasma treatment is performed on the fabric.

그리고 상기 제2단계는, 상기 직물 일측 표면에 + 전하를 띄도록 개진된 탄소나노튜브를 분사하는 제2-1단계; 및 - 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브를 분사하는 제2-2단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the second step, 2-1 step of spraying the modified carbon nanotubes to have a positive charge on one side of the fabric; And-2-2 step of spraying the modified carbon nanotubes to have an electric charge.

또한, 제2-1단계와, 상기 제2-2단계 후에, 정제수를 분사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, after step 2-1 and step 2-2, the step of spraying purified water may be further included.

그리고 제2-1단계와, 상기 제2-2단계를 설정된 횟수만큼 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And it may be characterized in that it further comprises repeating the step 2-1 and the step 2-2 a set number of times.

본 발명의 제3목적은 스트레인 센서를 이용한 트레이닝 시스템에 있어서, 신체의 관절 측에 전도성물질층이 접착되도록 인체에 부착되는 앞서 언급한 제1목적에 따른 스트레인 센서; 상기 스트레인 센서에서 측정된 저항값 및 저항변화값인 측정데이터를 수신받는 수신유닛; 상기 수신유닛에서 수신받은 측정데이터를 기반으로 관절각도, 및 운동량에따른 운동정보데이터를 산출하는 모션인지부; 및 상기 운동정보데이터를 기반으로 운동 동작, 자세를 분석하는 모션분석부를포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서를 이용한 트레이닝 시스템으로서 달성될 수 있다. A third object of the present invention is a training system using a strain sensor, comprising: a strain sensor according to the aforementioned first purpose, which is attached to a human body such that a layer of a conductive material is adhered to a joint side of the body; A receiving unit receiving measurement data that is a resistance value and a resistance change value measured by the strain sensor; A motion recognition unit for calculating motion information data according to a joint angle and an amount of motion based on the measurement data received from the receiving unit; And it can be achieved as a training system using a strain sensor, characterized in that it comprises a motion analysis unit that analyzes the movement motion and posture based on the exercise information data.

그리고 운동종류에 따른 표준 관절각도, 운동량, 운동자세에 대한 표준 운동정보데이터를 DB화하여 저장하는 데이터베이스;를 포함하고, 상기 모션분석부는 상기 표준 운동정보데이터와, 측정된 상기 운동정보데이터를 비교분석하며, 모션분석부에서 분석된 비교분석데이터를 사용자에게 가이드하는 정보알림부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a database that converts and stores standard motion information data on standard joint angles, motion amounts, and motion postures according to motion types, and the motion analysis unit compares the standard motion information data with the measured motion information data. It may be characterized in that it comprises an information notification unit for guiding the user to analyze and analyze the comparative analysis data analyzed by the motion analysis unit.

본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서에 따르면, 관절의 움직임에 따른 정보수집이 필요한 스포츠에서의 동작분석이 가능한 효과를 갖는다. According to the strain sensor according to an embodiment of the present invention, it is possible to analyze motion in a sport requiring information collection according to the motion of a joint.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서에 따르면, 스포스에서의 운동정보 수집을 위하여 무릅, 팔꿈치, 손가락 등 신체의 관절의 움직임에 따라 전기적 저항변화를 분석하여 모션을 분석할 수 있는 효과를 갖는다. In addition, according to the strain sensor according to an embodiment of the present invention, in order to collect motion information in the force, it is possible to analyze the motion by analyzing electrical resistance changes according to the movement of joints of the body such as knees, elbows, and fingers.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서에 따르면, 나일론 스타킹에 전도성 물질을 코팅하여 인체에 직접 착용이 가능한 효과를 갖는다. In addition, according to the strain sensor according to an embodiment of the present invention, a conductive material is coated on a nylon stocking to have an effect of being directly worn on the human body.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서를 이용한 트레이닝 시스템에 따르면, 인체에 부착된 신축성 스트레인 센서에서 측정된 측정데이터를 기반으로 운동정보데이터를 생성하고, 운동정보데이터와, 기 저장된 표준운동정보데이터를 비교분석하여 사용자에게 운동가이드 정보를 제공해 줄 수 있는 효과를 갖는다. And according to the training system using the strain sensor according to the embodiment of the present invention, exercise information data is generated based on measurement data measured by an elastic strain sensor attached to the human body, and exercise information data and pre-stored standard exercise information data It has the effect of providing exercise guide information to the user by comparative analysis.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. I will be able to.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서 제조방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 물질을 직물에 코팅하는 Spray layer-by-layer법을 나타낸 모식도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 스트레인 센서를 직접 기워넣은 나일론 스타킹을 착용한 사진,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서를 무릎측에 착용한 상태의 모식도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서를 팔꿈치 측에 착용한 상태의 모식도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서를 손가락 관철 측에 착용한 상태의 모식도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서를 이용한 트레이닝 시스템의 구성도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서를 이용한 트레이닝 시스템을 이용한 트레이닝 정보 제공방법의 흐름도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 트레이닝 시스템의 활용예를 도시한 것이다.The following drawings attached to the present specification illustrate a preferred embodiment of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the present invention, so the present invention is limited to the matters described in such drawings. It is limited and should not be interpreted.
1 is a flowchart of a method for manufacturing a strain sensor according to an embodiment of the present invention,
Figure 2 is a schematic diagram showing a spray layer-by-layer method of coating a conductive material on a fabric according to an embodiment of the present invention,
3 is a photograph of wearing nylon stockings with a strain sensor directly tipped therein according to an embodiment of the present invention;
4 is a schematic diagram of a state in which the strain sensor according to an embodiment of the present invention is worn on the knee side,
5 is a schematic view of a state in which the strain sensor according to an embodiment of the present invention is worn on the elbow side,
6 is a schematic diagram of a state in which the strain sensor according to an embodiment of the present invention is worn on the finger penetration side,
7 is a configuration diagram of a training system using a strain sensor according to an embodiment of the present invention,
8 is a flowchart of a method for providing training information using a training system using a strain sensor according to an embodiment of the present invention;
9 shows an example of application of a training system according to an embodiment of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed between them. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for effective description of the technical content.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include a change in form generated according to the manufacturing process. For example, an area shown at a right angle may be rounded or may have a shape having a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of a device region and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various elements, but these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing the specific embodiments below, a number of specific contents have been prepared to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, readers who have knowledge in this field to the extent that they can understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific contents. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not largely related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in describing the invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 동적분석을 위한 스트레인 센서(10)의 구성 및 제조방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a configuration and manufacturing method of the strain sensor 10 for dynamic analysis according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 물질(2)을 직물(1)에 코팅하는 Spray layer-by-layer법을 나타낸 모식도를 도시한 것이다. First, FIG. 1 is a flowchart of a method of manufacturing a strain sensor according to an embodiment of the present invention. And Figure 2 shows a schematic diagram showing a spray layer-by-layer method for coating the conductive material (2) on the fabric (1) according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서(10)는 기본적으로, 탄성을 갖는 직물(1)의 일측 표면에 코팅된 전도성물질(2)층을 포함하여 구성된다. The strain sensor 10 according to the embodiment of the present invention is basically configured to include a layer of a conductive material 2 coated on one surface of the fabric 1 having elasticity.

이러한 탄성을 갖는 직물(1)은 본 발명의 실시예에서 나일론 스타킹으로 구성된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 물질(2)은 탄소나노튜브(CNT)로 구성된다. The fabric 1 having such elasticity is composed of nylon stockings in the embodiment of the present invention. In addition, the conductive material 2 according to the embodiment of the present invention is composed of carbon nanotubes (CNT).

또한, 직물(1)은 - 전하를 띄도록 개질된 것이고, 전도성 물질(2)층은 + 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브와 - 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브를 반복 교차 분사하여 형성될 수 있다. In addition, the fabric (1) is-modified to have an electric charge, and the conductive material (2) layer is formed by repeatedly cross-spraying modified carbon nanotubes to have a positive charge and carbon nanotubes modified to have a charge. Can be.

즉, 구체적으로 직물(1)은 O2 플라즈마 처리된 직물이고, + 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브는 -NH3 +기를 갖는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)(3)이고, - 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브는 -COO-기를 갖는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)(4)로 구성될 수 있다. That is, specifically, the fabric (1) is a fabric treated with O 2 plasma, and the carbon nanotubes modified to have a + charge are single-walled carbon nanotubes (SWNT) (3) having a -NH 3 + group, and-charge so that the modified carbon nanotubes stand out tube is -COO - may be of a single-wall carbon nanotubes (SWNT) (4) having a group.

그리고 전도성 물질(2)층 끝단부 측에 전극부가 구비될 수 있으며, 이러한 전극부 타측끝단과 연결되며 통신보드와 탈부착 가능한 커넥터를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, an electrode part may be provided on an end side of the conductive material 2 layer, and may be connected to the other end of the electrode part, and may include a communication board and a detachable connector.

본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서(10)는 전도성 물질(2)인 탄소나노튜브를 탄성을 갖는 직물(1) 일측에 Spray layer-by-layer 법을 이용하여 코팅하게 된다. The strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention coats carbon nanotubes, which are conductive materials 2, on one side of the fabric 1 having elasticity using a spray layer-by-layer method.

도 2에 도시된 바와 같이, 탄성을 갖는 직물(1)을 준비한다(S1). 그리고 이러한 직물(1)에 대하여 - 전하를 띄도록 개질하게 된다. 구체적으로 직물(1)에 대해 O2 플라즈마처리를 진행하게 된다(S2). As shown in Figure 2, to prepare a fabric (1) having elasticity (S1). And for this fabric (1)-it is modified to take charge. Specifically, the O 2 plasma treatment is performed on the fabric 1 (S2).

그리고 직물(1) 표면 일측에 전도성 물질(2)을 분사하여 전도성 물질층을 코팅하게 된다. 먼저, 직물 일측 표면에 + 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브를 분사하게 된다. 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, -NH3 +기를 갖는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT -NH3 +)(3)를 분사하고(S3), 정제수(5)를 분사하게 된다(S4). Then, a conductive material layer is coated by spraying a conductive material 2 on one side of the surface of the fabric 1. First, the modified carbon nanotubes are sprayed to have a positive charge on one surface of the fabric. Specifically, as shown in FIG. 2, single-walled carbon nanotubes (SWNT -NH 3 + ) 3 having a -NH 3 + group are sprayed (S3), and purified water 5 is sprayed (S4).

그리고 연속적으로, - 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브를 분사하게 된다. 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, -COO-기를 갖는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT -COO-)(4)를 분사하고(S5), 정제수(5)를 분사하게 된다(S5). 이러한 S3 내지 S5는 설정된 횟수만큼 반복하게 된다(S6). And successively,-carbon nanotubes modified to take charge are sprayed. Specifically, as shown in FIG. 2, a single-walled carbon nanotube (SWNT -COO - ) 4 having a -COO - group is sprayed (S5), and purified water 5 is sprayed (S5). These S3 to S5 are repeated a set number of times (S6).

앞서 언급한 방법에 의해 제조된 신축성 스트레인 센서(10)는 인체의 팔꿈치, 무릎, 손목, 발목 등 관절에 부착되게 되며 실시간으로 저항 변화값을 측정하여 관절각도를 산출하게 된다. The elastic strain sensor 10 manufactured by the above-mentioned method is attached to joints such as the elbow, knee, wrist, and ankle of the human body, and the joint angle is calculated by measuring the resistance change value in real time.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 스트레인 센서(10)를 직접 기워넣은 나일론 스타킹을 착용한 사진을 도시한 것이다. 3 shows a photograph of wearing nylon stockings with strain sensor 10 directly tipped therein according to an embodiment of the present invention.

그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서(10)를 무릎측에 착용한 상태의 모식도를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서(10)를 팔꿈치 측에 착용한 상태의 모식도를 도시한 것이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서(10)를 손가락 관철 측에 착용한 상태의 모식도를 도시한 것이다. And Figure 4 is a schematic diagram showing a state in which the strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention is worn on the knee side, and Figure 5 is a strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention worn on the elbow side A schematic diagram of one state is shown, and FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a state in which the strain sensor 10 according to an exemplary embodiment of the present invention is worn on the finger penetration side.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서(10)에 따르면, 스포스에서의 운동정보 수집을 위하여 무릅, 팔꿈치, 손가락 등 신체의 관절의 움직임에 따라 전기적 저항변화를 분석하여 모션을 분석할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 스트레인 센서(10)에 따르면, 나일론 스타킹에 전도성 물질(2)을 코팅하여 인체에 직접 착용이 가능하다. As shown in FIGS. 3 to 6, according to the strain sensor 10 according to the embodiment of the present invention, electrical resistance changes according to the movement of the joints of the body such as knees, elbows, and fingers in order to collect exercise information in the force. It is possible to analyze motion by analyzing. In addition, according to the strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention, a conductive material 2 is coated on a nylon stocking and can be directly worn on the human body.

이하에서는 앞서 언급한 신축성 스트레인 센서(10)를 이용한 트레이닝 시스템(100)에 대해 설명하도록 한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 신축성 스트레인 센서(10)를 이용한 트레이닝 시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도8은 본 발명의 실시예에 따른 신축성 스트레인 센서(10)를 이용한 트레이닝 시스템(100)을 이용한 트레이닝 정보 제공방법의 흐름도를 도시한 것이다. 또한, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 트레이닝 시스템(100)의 활용예를 도시한 것이다.Hereinafter, the training system 100 using the aforementioned stretchable strain sensor 10 will be described. 7 shows a configuration diagram of a training system 100 using the stretchable strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention. And FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of providing training information using the training system 100 using the stretchable strain sensor 10 according to an embodiment of the present invention. In addition, Figure 9 shows an example of application of the training system 100 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 신축성 스트레인 센서(10)를 이용한 트레이닝 시스템(100)은 신체의 관절에 부착되는 앞서 언급한 신축성 스트레인 센서(10)와, 스트레인 센서(10)에서 측정된 저항값 및 저항변화값인 측정데이터를 수신받는 수신유닛(110)과, 수신유닛(110)에서 수신받은 측정데이터를 기반으로 관절각도, 및 운동량에 따른 운동정보데이터를 산출하는 모션인지부(120)와, 운동정보데이터를 기반으로 운동 동작, 자세를 분석하는 모션분석부(130)를 포함하여 구성될 수 있다. The training system 100 using the elastic strain sensor 10 according to the embodiment of the present invention includes the aforementioned elastic strain sensor 10 attached to the joint of the body, and the resistance value and resistance measured by the strain sensor 10 A receiving unit 110 receiving measurement data that is a change value, a motion recognition unit 120 calculating motion information data according to a joint angle and an amount of exercise based on the measurement data received from the receiving unit 110, and exercise It may be configured to include a motion analysis unit 130 that analyzes the motion motion and posture based on the information data.

신축성 스트레인 센서(10)는 신체의 관절에 부착되어(S10), 관절의 움직임에 따른 저항 변화값을 측정하게 된다(S20). 모션인지부(120)는 신축성 스트레인 센서(10)의 통신보드에 의해 전송된 측정데이터(S30)를 기반으로 관절각도, 관절가동범위, 각속도에 대한 운동정보데이터를 산출하게 된다(S40). 또한, 본 발명의 실시예에서는 관절에 부착되는 스트레인 센서(10) 외에, 신체에 장착되는 가속도센서, 각속도센서, 및 자이로 센서 등을 더 포함할 수 있다. 따라서 모션인지부(120)는 이러한 스트레인 센서(10), 가속도센서, 각속도센서, 자이로센서 등에서 측정된 값들을 전송받아 신체 움직임에 관한 운동정보를 수집할 수 있게 된다.The elastic strain sensor 10 is attached to a joint of the body (S10), and measures a resistance change value according to the movement of the joint (S20). The motion recognition unit 120 calculates motion information data for the joint angle, joint motion range, and angular velocity based on the measurement data S30 transmitted by the communication board of the elastic strain sensor 10 (S40). In addition, in the embodiment of the present invention, in addition to the strain sensor 10 attached to the joint, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, and a gyro sensor may be further included. Accordingly, the motion recognition unit 120 may receive values measured by the strain sensor 10, the acceleration sensor, the angular velocity sensor, the gyro sensor, and the like, and collect motion information about the body movement.

그리고 모션분석부(130)는 모션인지부(120)에서 생성한 운동정보데이터를 기반으로 운동 동작, 자세를 분석하게 된다(S50). 데이터베이스(140)에는 운동종류에 따른 표준 관절각도, 운동량, 운동자세에 대한 표준 운동정보데이터를 DB화하여 저장하고 있다. In addition, the motion analysis unit 130 analyzes the motion motion and posture based on the motion information data generated by the motion recognition unit 120 (S50). In the database 140, standard motion information data for standard joint angles, motion amounts, and motion postures according to motion types are converted into DB and stored.

따라서 모션분석부(130)는 이러한 표준 운동정보데이터와, 측정된 운동정보데이터를 비교분석하여 트레이닝 정보를 생성하게 된다. 그리고 정보 알림부(131)는 모션분석부(130)에서 분석된 비교분석데이터인 트레이닝 정보를 사용자에게 가이드하게 된다(S60)Accordingly, the motion analysis unit 130 compares and analyzes the standard exercise information data and the measured exercise information data to generate training information. In addition, the information notification unit 131 guides the training information, which is comparative analysis data analyzed by the motion analysis unit 130, to the user (S60).

또한, 수신유닛(110)과, 모션인지부(120)와, 모션분석부(130)와, 데이터베이스(140)와, 상기 정보알림부(131)는 사용자 단말기 내에 구비되어질 수 있다. 그리고 디스플레이부(132)를 포함하여 측정된 운동정보데이터와 표준운동정보데이터, 및 비교분석데이터를 지시에 따라 화면상에 표시하여 사용자에게 디스플레이할 수 있도록 구성될 수 있다. In addition, the receiving unit 110, the motion recognition unit 120, the motion analysis unit 130, the database 140, and the information notification unit 131 may be provided in the user terminal. In addition, the display unit 132 may be configured to display the measured exercise information data, standard exercise information data, and comparative analysis data on a screen according to an instruction to be displayed to a user.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the above-described apparatus and method are not limitedly applicable to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each of the embodiments may be selectively combined so that various modifications can be made. It can also be configured.

1:직물
2:전도성 물질
3:SWNT -NH3 +
4:SWNT -COO-
5:정제수
10:스트레인 센서
100:관절센서를 이용한 트레이닝 시스템
110:수신유닛
120:모션인지부
130:모션분석부
131:정보알림부
132:디스플레이부
140:데이터베이스1: fabric
2: conductive material
3:SWNT -NH 3 +
4: SWNT -COO -
5: purified water
10: strain sensor
100: Training system using joint sensor
110: receiving unit
120: Motion recognition department
130: motion analysis unit
131: Information notification unit
132: display unit
140: database

Claims (14)

스트레인 센서에 있어서,
탄성을 갖는 직물; 및
상기 직물 표면 일측에 코팅되는 전도성 물질층을 포함하고,
상기 직물은 - 전하를 띄도록 개질된 것이며,
상기 전도성 물질층은 + 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브와 - 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브를 반복 교차 분사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.In the strain sensor,
Fabric with elasticity; And
Including a conductive material layer coated on one side of the fabric surface,
The fabric is-modified to be charged,
The conductive material layer is a strain sensor, characterized in that formed by repeatedly cross-spraying the carbon nanotubes modified to have a positive charge and the carbon nanotubes modified to have a negative charge. 제1항에 있어서,
상기 직물은 나일론 스타킹인 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.The method of claim 1,
The strain sensor, characterized in that the fabric is nylon stockings. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 직물은 O2 플라즈마 처리된 직물이고, 상기 + 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브는 -NH3 +기를 갖는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)이고, 상기 - 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브는 -COO-기를 갖는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)인 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.The method of claim 1,
The fabric is a fabric treated with O 2 plasma, and the carbon nanotubes modified to have a + charge are single-walled carbon nanotubes (SWNT) having a -NH 3 + group, and the modified carbon nanotubes to have a charge Strain sensor, characterized in that the single-walled carbon nanotube (SWNT) having a -COO - group. 제5항에 있어서,
상기 전도성 물질층 끝단부 측에 구비되는 전극부와, 상기 전극부 타측끝단과 연결되며 통신보드와 탈부착 가능한 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.The method of claim 5,
The strain sensor further comprising an electrode part provided at an end of the conductive material layer, and a connector connected to the other end of the electrode part and detachable from the communication board. 스트레인 센서의 제조방법에 있어서,
탄성을 갖는 직물을 준비하여, 상기 직물에 대하여 - 전하를 띄도록 개질하는 제1단계; 및
상기 직물 표면 일측에 전도성 물질을 분사하여 전도성 물질층을 코팅하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서의 제조방법.In the method of manufacturing a strain sensor,
A first step of preparing a fabric having elasticity and modifying the fabric to have an electric charge; And
A method of manufacturing a strain sensor comprising: a second step of coating a conductive material layer by spraying a conductive material on one side of the fabric surface. 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 직물에 대해 O2 플라즈마처리를 진행하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서의 제조방법.The method of claim 7,
A method of manufacturing a strain sensor, characterized in that performing O 2 plasma treatment on the fabric. 제7항에 있어서,
상기 제2단계는,
상기 직물 일측 표면에 + 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브를 분사하는 제2-1단계; 및
- 전하를 띄도록 개질된 탄소나노튜브를 분사하는 제2-2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서의 제조방법.The method of claim 7,
The second step,
A 2-1 step of spraying modified carbon nanotubes to have a positive charge on one surface of the fabric; And
-A 2-2 step of spraying the modified carbon nanotubes to have an electric charge. 제10항에 있어서,
상기 제2-1단계와, 상기 제2-2단계 후에, 정제수를 분사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서의 제조방법.The method of claim 10,
The method of manufacturing a strain sensor, further comprising the step of spraying purified water after the step 2-1 and the step 2-2. 제11항에 있어서,
상기 제2-1단계와, 상기 제2-2단계를 설정된 횟수만큼 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서의 제조방법.The method of claim 11,
The method of manufacturing a strain sensor, further comprising repeating the step 2-1 and the step 2-2 a set number of times. 스트레인 센서를 이용한 트레이닝 시스템에 있어서,
신체의 관절 측에 전도성물질층이 접착되도록 인체에 부착되는 제1항, 제2항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 스트레인 센서;
상기 스트레인 센서에서 측정된 저항값 및 저항변화값인 측정데이터를 수신받는 수신유닛;
상기 수신유닛에서 수신받은 측정데이터를 기반으로 관절각도, 및 운동량에 따른 운동정보데이터를 산출하는 모션인지부; 및
상기 운동정보데이터를 기반으로 운동 동작, 자세를 분석하는 모션분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서를 이용한 트레이닝 시스템.In the training system using a strain sensor,
The strain sensor according to any one of claims 1, 2, 5 and 6 attached to the human body so that the conductive material layer is adhered to the joint side of the body;
A receiving unit receiving measurement data that is a resistance value and a resistance change value measured by the strain sensor;
A motion recognition unit for calculating motion information data according to a joint angle and an amount of motion based on the measurement data received from the receiving unit; And
A training system using a strain sensor, characterized in that it comprises a motion analysis unit for analyzing an exercise motion and posture based on the exercise information data. 제13항에 있어서,
운동종류에 따른 표준 관절각도, 운동량, 운동자세에 대한 표준 운동정보데이터를 DB화하여 저장하는 데이터베이스;를 포함하고, 상기 모션분석부는 상기 표준 운동정보데이터와, 측정된 상기 운동정보데이터를 비교분석하며,
상기 모션분석부에서 분석된 비교분석데이터를 사용자에게 가이드하는 정보알림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서를 이용한 트레이닝 시스템.The method of claim 13,
Including a database for storing standard motion information data for standard joint angle, motion amount, and motion posture according to the type of motion into DB, wherein the motion analysis unit compares and analyzes the standard motion information data and the measured motion information data And
A training system using a strain sensor, comprising: an information notification unit guiding the comparison analysis data analyzed by the motion analysis unit to a user.
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