KR102256868B1 - 방향 감지 소프트 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 방향 감지 소프트 센서는 단위 면적당 균등한 간격으로 타공되어 홀이 형성되고, 상기 홀 내부가 유전체로 채워진 신축 시트, 통전영역 및 단전영역으로 구분되어 상기 신축 시트와 전기적으로 연결되게 결합되는 섬유 시트, 및 상기 신축 시트는 다수개가 적층되는 형태로 구비되고, 상기 섬유시트는 상기 적층된 신축 시트의 양면에 결합되어 상기 섬유 시트에 압력이 가해지는 경우, 상기 적층된 방향으로 유전체의 정전용량을 측정할 수 있다.

Description

방향 감지 소프트 센서{SOFT-SENSOR TO DETECT DIRECTION}

본 발명은 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가압되는 방향을 감지할 수 있는 방향 감지 소프트 센서에 관한 것이다.

근래에 들어, 산업기술이 발달함에 따라 인간을 대신하여 산업용이나 의료용으로 요구되는 위험하거나 미세한 작업을 수행하기 위한 도구로서 산업용 로봇이나 의료용 로봇의 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 로봇들은 개발 초기에는 단순한 작업을 반복적으로 수행하도록 설계가 되었으나, 최근에 들어서는 점차적으로 보다 더 복잡한 작업을 수행할 수 있도록 하기 위해 휴머노이드와 같이 인간의 외형, 사고 또는 행동까지 구비할 수 있는 진화된 형태의 지능형 로봇의 개발이 이루어지고 있다.

상기와 같은 지능형 로봇의 경우 설계자가 모든 외부 상황에 대처할 수 있는 동작 프로그램을 일일이 입력하는 것은 사실상 불가능하기 때문에, 인간의 감각기관과 유사한 감각센서를 이용하여 외부 환경(또는 자극)을 스스로 인식 및 판단하고 그에 따라 필요한 행동을 스스로 할 수 있을 것이 요구된다.

이러한 지능형 로봇과 관련하여 가장 중요한 기술 중 하나는 상기 지능형 로봇에 접촉하는 외부 부하의 크기 및 접촉위치 등을 감지할 수 있는 촉각센서 또는 접촉센서에 관한 기술인데, 종래의 접촉센서 기술은 모터, 솔레노이드, 압전소자 또는 공압 등을 이용한 미세공정기술 혹은 MEMS(micro electro mechanical system) 기술에 기반을 둔 것이 대부분이다.

그러나, 이러한 미세공정기술이나 MEMS 기술 등은 아직까지 실용화가 곤란한 기술이기 때문이 신뢰성, 비용 및 상품성 측면에서 문제점이 있을 뿐만 아니라, 이를 구현하기 위한 소재 자체가 유연성이 떨어지는 것이기 때문에 센서 효율의 저하를 야기하지 않고서는 지능형 로봇에 필요한 임의의 형상이나 동작 등에 응용될 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사람의 피부와 같이 지능형 로봇의 촉각 센서를 제공하는 것이 과제이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르면 신축 시트를 타공하는 단계, 상기 신축 시트에 유전체를 채우는 단계 및 상기 신축 시트의 면방향으로 상면과 하면에 방향성을 갖는 섬유 시트를 부착하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 상기 섬유 시트를 부착하는 단계는 상기 섬유 시트가 상기 신축 시트의 상면과 하면에 수직하는 방향으로 부착하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 상기 섬유 시트를 부착하는 단계는, 전도성 섬유조각 및 절연성 섬유조각이 일방향으로 길게 형성되어 순차적으로 배열될 수 있다.

또한 상기 타공하는 단계는 서로 균등한 간격으로 타공되며, 상기 전도성 섬유조각과 전기적으로 연결될 수 있다.

또한 상기 유전체가 수용된 상기 신축 시트를 다수개로 적층하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 상기 적층하는 단계는 상기 다수개의 신축 시트 중 서로 인접한 상기 신축 시트는 적층된 방향을 따라 상기 유전체가 서로 접촉하지 않도록 적층될 수 있다.

또한 상기 다수개의 신축 시트 중 서로 인접한 상기 신축 시트는 적층된 방향을 따라 상기 유전체가 적어도 일부가 서로 접촉할 수 있다.

또한 단위 면적당 균등한 간격으로 타공되어 홀이 형성되고, 상기 홀 내부가 유전체로 채워진 신축 시트, 통전영역 및 단전영역으로 구분되어 상기 신축 시트와 전기적으로 연결되게 결합되는 섬유 시트, 및 상기 신축 시트는 다수개가 적층되는 형태로 구비되고, 상기 섬유시트는 상기 적층된 신축 시트의 양면에 결합되어 상기 섬유 시트에 압력이 가해지는 경우, 상기 적층된 방향으로 유전체의 정전용량을 측정할 수 있다.

또한 상기 신축 시트는 적층된 방향을 따라 각각의 유전체가 서로 접촉되지 않도록 어긋나게 배치될 수 있다.

또한 상기 신축 시트는 상기 다수개의 정전용량이 동시에 측정될 수 있다.

또한 상기 신축 시트는 상기 적층된 방향을 따라 압력의 세기가 측정될 수 있다.

또한 상기 섬유 시트는 종방향 또는 횡방향으로 길게 형성되고, 상기 통전영역 및 상기 단전영역이 순차적으로 번갈아 배치될 수 있다.

또한 상기 섬유 시트는 상기 신축 시트에 직교 방향으로 결합될 수 있다.

본 발명의 방향 감지 소프트 센서에 따르면, 유전체가 형성된 다수의 시트가 적층되어 가압되는 방향을 감지할 수 있다는 효과가 있다.

또한 제조방법에 있어서도 공정이 단순하고 시트를 타공하여 유전체를 수용한다는 점에서 센서의 대량 생산에 장점이 있으며 이로 인해 경제적인 효과가 있다.

또한 섬유 시트가 섬유의 재질과 유사한 통전영역 및 섬유의 재질과 유사한 단전영역을 포함하고 이를 옷을 만드는 방식으로 하나의 섬유 시트로 만들어지기 때문에, 종래의 유전체에 하나 하나 패턴을 접착했던 것보다 제조 공정이 크게 단순화할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트센서가 장착된 로봇을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트센서가 결합되는 모습을 나타낸 결합 사시도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트센서에서 섬유시트의 배치 형태를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트센서를 터치했을 때 압력이 감지되는 영역을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트센서에서 슬라이딩하며 터치했을 때 압력이 감지되는 영역을 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트센서를 제작하는 단계의 순서도이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)가 장착된 로봇을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)가 결합되는 모습을 나타낸 결합 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)에서 섬유 시트(200)의 배치 형태를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)를 터치했을 때 압력이 감지되는 영역을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)에서 슬라이딩하며 터치했을 때 압력이 감지되는 영역을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)를 제작하는 단계의 순서도이다.

먼저 도 1에 도시된 바와 같이 인간의 형상으로 만들어진 로봇이 인간의 피부와 유사한 감각을 갖도록 하는 것이 본 발명에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)의 목적이며, 따라서 로봇에서 사람의 피부와 같은 역할을 할 수 있다.

본 발명에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)는, 신축 시트(100) 및 섬유 시트(200)를 포함한다.

신축 시트(100)는 절연성 소재의 시트(120)로 형성되며 내부에 균일한 간격으로 타공되어 홀(140)이 형성되며 홀(140)은 신축 시트(100)의 단위 면적 당 균등한 간격으로 형성되어 내부에 유전체(160)가 채워질 수 있다.

그리고 섬유 시트(200)는 신축 시트(100)의 상부와 하부에서 신축 시트(100)와 접촉되며 전기적으로 연결되고 전기가 통하는 통전영역(220)과 전기가 통하지 않는 단전영역(240)으로 구분될 수 있다.

섬유 시트(200)의 통전영역(220)과 단전영역(240)은 길게 형성된 띠 형상을 가지며 통전영역(220)과 단전영역(240)이 서로 순차적으로 나열되어 시트를 이룬다.

그리고 신축 시트(100)의 상부와 하부에 접촉되면서 상기 유전체(160)와 상하 방향으로 매칭되는 부분이 캐패시터 형태로 전기를 저장할 수 있다.

여기서 섬유 시트(200)는 신축 시트(100)를 중심으로 상부와 하부가 서로 다른 방향으로 신축 시트(100)에 접촉될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 상부의 섬유 시트(200)를 기준으로 하부의 섬유 시트(200)는 90도 회전되어 신축 시트(100)의 하부에 결합된다.

신축 시트(100)에 섬유 시트(200)가 상부와 하부에서 결합되는 방향을 축 방향으로 하여 상부 또는 하부의 섬유 시트(200)가 상기 축을 기준으로 90도 회전하여 결합된다.

이처럼 결합된 섬유 시트(200)는 격자 형상을 가질 수 있으며, 서로 통전영역(220)시 서로 겹쳐지는 영역이 전극 역할을 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따라 방향 감지 소프트 센서(10)는 신축 시트(100)가 다수개 구비되는 형태일 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 다수의 신축 시트(100)가 적층되고 상부와 하부에서 섬유 시트(200)가 결합된 형태를 취한다.

이때 신축 시트(100)가 적층되는 형태를 서로 인접한 신축 시트(100)간에 서로 어긋나게 적층하는 것이다.

즉, 적층된 방향을 따라 각각의 유전체(160)가 서로 접촉되지 않게 배치된다.

이와 같이 신축 시트(100)가 적층된 형태를 갖는 것은 적층된 방향으로 압력이 가해지면서 압력의 방향성을 파악할 수 있다는 장점이 있다.

도시된 바와 같이 신축 시트(100)가 적층되고 상부와 하부에 섬유 시트(200)가 결합된 형태에서 사용자가 상부의 섬유 시트(200)를 가압하고 있다.

섬유 시트(200)를 가압하면 가압된 유전체(160)의 정전용량 변화량을 검출할 수 있다.

여기서 정전용량을 검출하도록 별도의 감지부를 포함할 수 있다.

감지부는 섬유 시트(200)가 전극이 되고, 상부와 하부의 섬유 시트(200)가 이격된 거리에 따라 변하는 정전용량에 대한 정보를 수신할 수 있다.

계속해서 사용자가 섬유 시트(200)를 가압하게 되면 적층된 방향을 따라 다수의 유전체(160)에서 정전용량 값이 감지된다.

이때 사용자가 가압하는 방향을 파악할 수 있다.

만약에 신축 시트(100)가 상하로 유전체(160)가 겹치도록 적층이 된다면 정전용량의 양이 늘어날 뿐 방향을 감지할 수는 없다.

하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)는 적층 방향으로 각 유전체(160)를 서로 어긋나게 배치하여 가압되는 방향을 예측할 수 있고, 압력도 감지할 수 있다.

도시된 바와 같이 유전체(160)에서 가장 정전용량의 크기에 따라 서로 다른 색상을 나타나도록 표시하였다.

가장 정전용량 값이 큰 것을 붉은색(140a), 그 다음은 핑크색(140b), 다음은 주황색(140c), 다음은 노란색(140d), 정전용량이 변하지 않는 유전체(160)를 파랑색으로 표시하였다.

사용자가 가압한 위치와 인접한 유전체(160)는 붉은색(140a)을 가지고, 가압 위치와 멀어질 수도록 정전용량 값이 작게 나타난다.

따라서 사용자가 가압하는 방향으로 적층된 유전체(160)에서 정전용량 값이 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

또한 도 5와 같이 섬유 시트(200)를 슬라이딩하며 가압하게 되면 슬라이딩 되는 방향을 감지할 수 있게 된다.

사용자가 섬유 시트(200)를 가압하면서 일측으로 이동하면 압력에 따라 유전체(160)의 정전용량이 변화하게 되고, 적층된 방향뿐 아니라 각 층에서 가압된 유전체(160) 주변의 유전체(160)에도 압력이 전달된다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)는 사용자가 가압하며 이동하는 방향을 감지할 뿐 아니라 가압하는 압력의 크기 또한 감지할 수 있어서 사람의 피부와 같이 정밀한 반응이 가능할 수 있다.

또한 이와 함께 별도의 수분 센서(미도시) 및 온도 센서(미도시)를 장착할 수 있다.

상기 수분 센서 및 상기 온도 센서가 신축 시트(100)와 함께 적층이 되는 형태일 수 있다.

상기 수분 센서 및 상기 온도 센서가 구비되면 사람의 피부와 유사한 센서가 될 수 있다.

계속해서 본 발명에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)는 기존의 제조 공정보다 단순하게 제작이 가능하다는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방향 감지 소프트 센서(10)는 다음과 같은 제조 공정을 가질 수 있다.

최초 신축 시트(100) 및 섬유 시트(200)를 준비하고 신축 시트(100)에 단위 면적당 균등한 간격으로 타공한다(S01). 그리고 타공된 홀(140)에 유전체(160)를 채울 수 있다(S02).

그리고 신축 시트(100)의 면방향으로 상면과 하면에 방향성을 갖는 섬유 시트(200)를 부착하게 된다(S03).

본 발명에서 섬유 시트(200)가 섬유의 재질과 유사한 통전영역(220) 및 섬유의 재질과 유사한 단전영역(240)을 포함하고 이를 옷을 만드는 방식으로 하나의 섬유 시트(200)로 만들어지기 때문에, 종래의 유전체에 하나 하나 패턴을 접착했던 것보다 제조 공정이 크게 단순화할 수 있다는 장점이 있다.

이와 같은 단순한 공정을 통해 본 발명의 방향 감지 소프트 센서(10)를 제작할 수 있다.

섬유 시트(200)를 부착하는 단계는 앞서 설명한 바와 같이 상면에 부착되는 섬유 시트(200)와 하면에 부착되는 섬유 시트(200)가 부착되는 방향을 축으로 서로 수직하여 부착될 수 있다.

그리고 섬유 시트(200)는 통전영역(220)이 되는 전도성 섬유조각 및 단전영역(240)이 되는 절연성 섬유조각이 일방향으로 길게 형성되어 순차적으로 배열된 것을 특징으로 한다.

또한 유전체(160)가 수용된 신축 시트(100)를 다수 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.

적층되는 개수는 제한되지 않지만, 피부나 옷과 같은 소프트 센서(10)가 되므로 적층되는 개수는 적어도 2개이상 5개이하가 될 수 있다.

그리고 신축 시트(100)를 적층하는 단계에서는 다수개의 신축 시트(100) 중 적층 방향으로 서로 인접한 신축 시트(100)의 각 유전체(160)가 서로 접촉하지 않도록 배치하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10: 소프트 센서
100: 신축 시트
120: 절연성 소재 시트
140: 홀
160: 유전체
200: 섬유 시트
220: 통전영역
240: 단전영역

Claims (13)

1. 신축 시트를 타공하는 단계;
   상기 신축 시트에 유전체를 채우는 단계;
   상기 신축 시트의 면방향으로 상면과 하면에 방향성을 갖는 섬유 시트를 부착하는 단계; 및
   상기 유전체가 수용된 상기 신축 시트를 다수개로 적층하는 단계;
   를 포함하는 소프트 센서 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 섬유 시트를 부착하는 단계는,
   상기 섬유 시트가 상기 신축 시트의 상면과 하면에 수직하는 방향으로 부착하는 단계;
   를 포함하는 소프트 센서 제조 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 섬유 시트를 부착하는 단계는,
   전도성 섬유조각 및 절연성 섬유조각이 일방향으로 길게 형성되어 순차적으로 배열되는 것을 특징으로 하는,
   소프트 센서 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 타공하는 단계는,
   서로 균등한 간격으로 타공되며, 상기 전도성 섬유조각과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
   소프트 센서 제조 방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 적층하는 단계는,
   상기 다수개의 신축 시트 중 서로 인접한 상기 신축 시트는 적층된 방향을 따라 상기 유전체가 서로 접촉하지 않도록 적층되는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 제조 방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 다수개의 신축 시트 중 서로 인접한 상기 신축 시트는 적층된 방향을 따라 상기 유전체가 적어도 일부가 서로 접촉하는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 제조 방법.
   
8. 단위 면적당 균등한 간격으로 타공되어 홀이 형성되고, 상기 홀 내부가 유전체로 채워진 신축 시트;
   통전영역 및 단전영역으로 구분되어 상기 신축 시트와 전기적으로 연결되게 결합되는 섬유 시트; 및
   상기 신축 시트는 다수개가 적층되는 형태로 구비되고, 상기 섬유시트는 상기 적층된 신축 시트의 양면에 결합되어 상기 섬유 시트에 압력이 가해지는 경우, 상기 적층된 방향으로 유전체의 정전용량을 측정하는 것을 특징으로 하는,
   방향 감지 소프트센서.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 신축 시트는,
   적층된 방향을 따라 각각의 유전체가 서로 접촉되지 않도록 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는,
   방향 감지 소프트센서.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 신축 시트는,
    상기 다수개의 정전용량이 동시에 측정되는 것을 특징으로 하는,
    방향 감지 소프트센서.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 신축 시트는,
    상기 적층된 방향을 따라 압력의 세기가 측정되는 것을 특징으로 하는,
    방향 감지 소프트센서.
    
12. 제8항에 있어서,
    상기 섬유 시트는,
    종방향 또는 횡방향으로 길게 형성되고, 상기 통전영역 및 상기 단전영역이 순차적으로 번갈아 배치되는 것을 특징으로 하는,
    방향 감지 소프트센서.
13. 제12항에 있어서,
    상기 섬유 시트는,
    상기 신축 시트에 직교 방향으로 결합되는 것을 특징으로 하는,
    방향 감지 소프트센서.
    
    
    

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