KR102384623B1 - 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서 - Google Patents

멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR102384623B1
KR102384623B1 KR1020200144246A KR20200144246A KR102384623B1 KR 102384623 B1 KR102384623 B1 KR 102384623B1 KR 1020200144246 A KR1020200144246 A KR 1020200144246A KR 20200144246 A KR20200144246 A KR 20200144246A KR 102384623 B1 KR102384623 B1 KR 102384623B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
channel
sensor
cover
fabric
sensing function
Prior art date
Application number
KR1020200144246A
Other languages
English (en)
Inventor
박용래
김태경
이수동
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020200144246A priority Critical patent/KR102384623B1/ko
Priority to PCT/KR2021/015362 priority patent/WO2022092877A1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102384623B1 publication Critical patent/KR102384623B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/10—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 다양한 물리적 변형을 개별적으로 감지할 수 있도록 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서에 관한 것으로, 커버 내부에 광학센서, 이온센서 및 직물센서가 구비되므로, 벤딩, 스트레칭 또는 압축과 같은 변형을 개별적으로 감지할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 다양한 모드를 동시에 구분하여 감지할 수 있는 효과가 있다.

Description

멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서{Soft sensor with multi-sensing function}
본 발명은 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 벤딩, 스트레칭 또는 압축과 같은 물리적 변형을 개별적으로 감지할 수 있도록 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서에 관한 것이다.
소프트 로봇은 기존의 로봇에 사용되는 금속과 같은 단단한 재료 대신 폴리머, 고무와 같은 유연하고 부드러운 재료를 이용하여 제작된 로봇을 일컫는다. 소프트 로봇은 주로 공압을 액추에이터에 인가하여 구조가 마치 풍선처럼 부풀어 오르는 현상 및 소재의 특성 차이를 이용하여 움직임을 생성한다.
한편, 소포트 로봇의 움직임을 감지하기 위해서는 소프트 센서를 이용하여 액추에이터의 변형 또는 수축을 감지해야 하는데, 예를 들면, 마이크로 채널을 포함하는 켈빈 원사로 둘러싸인 탄성 몸체에 공압을 가하고, 마이크로 채널의 저항의 변화를 측정하여, 액추에이터의 수축을 예측하는 방법이 있다. 다른 방법으로는 인공근육의 편물층에 전도성을 가지는 전도성 원사가 니팅(knitting)되도록 하여, 인공근육의 길이 방향으로의 수축 및 팽창에 따라 전도성 원사가 서로 다른 전도성을 제공하도록 한다. 즉, 전도성 원사의 수축 전과 후의 전기 전도성을 비교하여, 전기 저항을 측정하고, 측정 결과에 따라 인공근육의 수축 길이를 감지하는 것이다.
이러한 종래 소프트 센서는 기본적으로 한 번에 하나의 변형 모드만 감지할 수 있는 단일 감지 메커니즘에 기반을 두고 있다. 예를 들면, 전도성 원사는 수축 전, 후에 따른 전기저항 변화를 이용하여 인공 근육의 수축 길이만을 감지할 수 있어, 소프트 로봇의 다양한 물리적 변형을 정확하게 감지할 수 없는 문제점이 있다.
국내 공개특허공보 제10-2020-0075224호
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 센서에 가해지는 밴딩, 스트레칭 또는 압축과 같은 변형을 개별적으로 감지할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 모드를 동시에 구분하여 감지할 수 있는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가요성 재질로 형성되고 긴 형상으로 형성되며 내부에 빈 공간이 형성되는 채널; 상기 채널의 일단부에 장착되는 발광부와 상기 채널의 타단부에 장착되는 수광부를 갖는 광학센서; 상기 채널의 내부에 채워지는 이온성 액체와, 상기 채널 내부에 채워진 이온성 액체의 전기저항 변화를 감지하는 이온감지부를 갖는 이온센서; 및 가요성 재질로 형성되고 상기 채널을 덮도록 형성되는 커버를 포함하고, 상기 발광부가 발광하는 광을 상기 수광부가 수광할 때, 상기 채널 및 상기 커버의 변형에 따라 상기 수광부가 수광하는 광량이 변화되고, 상기 채널 내부에 채워진 이온성 액체의 전기저항 변화를 상기 이온감지부가 감지할 때, 상기 채널의 변형에 따라 상기 이온감지부가 감지하는 전기 저항이 변화되는 것을 특징으로 하는 다기능 소프트 센서를 제공한다.
또한, 상기 채널은 투명한 도파관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 제공한다.
또한, 상기 이온감지부는 상기 채널로 교류 파형을 발생시키고, 상기 채널의 압축 변형에 따른 이온성 액체의 전기저항 변화를 상기 이온감지부가 감지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 제공한다.
또한, 상기 커버는 빛을 차단하기 위한 불투명 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 제공한다.
또한, 상기 채널의 길이방향 일측을 따라 장착되는 전도성 직물층과, 상기 전도성 직물층의 전기 전도성 변화를 감지하는 직물감지부를 갖는 직물센서를 더 포함하고, 상기 전도성 직물층의 전기 저항 변화를 상기 직물감지부가 감지할 때, 상기 채널의 스트레칭 변형에 따라 상기 직물감지부가 감지하는 전기 저항이 변화되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 제공한다.
또한, 상기 채널은 다면체로 형성되고, 상기 전도성 직물층은 상기 채널의 길이방향을 따라 형성되는 각각의 면에 모두 장착되도록 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 제공한다.
또한, 상기 전도성 직물층은 상기 채널의 길이방향 일측을 커버하도록 형성되는 직물부와, 상기 직물부에 패턴을 갖도록 니팅되는 전도성 원사를 포함하고, 상기 직물부에 스트레칭 변형이 가해지면, 상기 전도성 원사 간의 접촉 면적이 변형되어 상기 전도성 원사의 전도성이 변형되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 제공한다.
본 발명은 커버 내부에 광학센서, 이온센서 및 직물센서가 구비되므로, 벤딩, 스트레칭 또는 압축과 같은 변형을 개별적으로 감지할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 다양한 모드를 동시에 구분하여 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 커버 내부에 광학센서, 이온센서 및 직물센서가 모두 구비되므로, 전체 구조를 컴팩트하게 소형으로 제조 가능한 효과가 있다.
또한, 광학센서, 이온센서 및 직물센서는 커버의 변형을 감지하는 과정에서 상호 간에 간섭을 주지 않아, 광학센서, 이온센서 및 직물센서가 감지하는 결과의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
또한, 전도성 직물층이 채널의 모든 면을 감싸도록 장착되므로, 전도성 직물층은 채널의 형태 변형을 더욱 용이하게 감지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 채널에 장착되는 광학센서, 이온센서 및 직물센서를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 일부 절개하여 도시한 도면이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 광학센서를 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 이온센서를 설명하기 위하여 도시한 도면이며, 도 4의 (c)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 직물센서를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 제어부재를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 수광부, 이온감지부 및 직물감지부의 변형에 의해 발생하는 개별적 신호가 제어부로 전달되는 상태를 도시한 도면이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서에 어떠한 외부 자극도 가해지지 않은 상태를 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 7의 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서에 밴딩 자극이 가해진 상태를 설명하기 위하여 도시한 도면이며, 도 7의 (c)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서에 스트레칭 자극이 가해진 상태를 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 7의 (d)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서에 압축 자극이 가해진 상태를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서가 사용자의 손에 착용된 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 채널에 장착되는 광학센서, 이온센서 및 직물센서를 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 일부 절개하여 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서(100)는 예를 들면 착용 가능한 소프트 로봇, 인공 근육 등에 적용되어, 밴딩, 스트레칭 또는 압축과 같은 물리적 변형을 감지하기 위한 것으로, 채널(110), 광학센서(120), 이온센서(130), 직물센서(140) 및 커버(150)를 포함한다.
채널(110)은 가요성 재질로 형성되고 긴 형상으로 형성되며 내부 길이방향을 따라 빈 공간이 형성된다. 이러한 채널(110)은 광학적으로 반사가 잘 되는 투명한 도파관(Optical Waveguide) 재질 또는 탄성을 갖는 투명 실리콘 재질 등으로 형성되며, 전반사의 원리에 의하여 후술하는 발광부(122)에서 방출되는 빛을 반사시킬 수 있다. 또한, 채널(110)은 후술하는 전도성 직물층(142)이 용이하게 부착될 수 있도록 부드러운 표면을 제공한다.
커버(150)는 가요성 재질로 형성되고 채널(110)을 덮도록 형성된다. 이러한 커버(150)는 채널(110) 전체를 덮도록 형성되는 중앙커버(154)와, 중앙커버(154)의 양측에 형성되는 한 쌍의 홀더커버(152)를 포함한다. 중앙커버(154)는 채널(110) 전체를 덮으므로, 채널(110)과 전도성 직물층(142)을 물리적으로 보호할 수 있다. 또한, 커버(150)는 빛을 차단하기 위한 불투명 재질로 형성되어, 주변 광선으로부터의 광학적 장애를 방지할 수 있다.
도 4의 (a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 광학센서를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2 및 도 4의 (a)를 참조하면, 광학센서(120)는 발광부(122) 및 수광부(124)를 포함한다. 발광부(122)는 채널(110)의 길이방향 일단부에 장착되어 광을 발광시킨다. 발광부(122)는 예를 들면 적외선을 발광시키는 LED 등을 포함할 수 있다. 수광부(124)는 채널(110)의 길이방향 타단부에 장착되며 발광부(122)가 발광하는 광을 감지한다. 여기서 채널(110)은 광이 이동되는 도파관 역할을 한다. 그리고 발광부(122)가 발광하는 광을 수광부(124)가 감지할 때, 채널(110)이 물리적으로 변형 즉, 채널(110)이 밴딩되면, 채널(110)의 밴딩되는 변형 각도에 따라 채널(110) 내부에서 반사되는 광의 양이 줄어들게 되어, 수광부(124)가 수광하는 광량이 변화된다.
도 4의 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 이온센서를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2 및 도 4의 (b)를 참조하면, 이온센서(130)는 채널(110)의 내부에 채워지는 이온성 액체(132)와, 채널(110) 내부에 채워진 이온성 액체(132)의 전기저항 변화를 감지하는 이온감지부(134: 도 5 도시)를 포함한다. 이온성 액체(132)는 광학적으로 투명하여 발광부(122)가 발광시키는 광의 진행을 간섭하지 않는다.
이온감지부(134)는 채널(110) 내부에 채워진 이온성 액체(132)의 전기저항 변화를 감지하는데, 예를 들면 커버(150)의 일 부분에 국소적으로 외부 압력이 가해져서 채널(110)에 압축 변형 또는 스트레칭 변형이 발생되면, 채널(110)의 압축 변형 또는 스트레칭 변형에 따라 이온감지부(134)가 감지하는 전기 저항이 변화된다.
예를 들면, 이온감지부(134)는 채널(110)로 교류 파형을 발생시키고, 채널(110)의 압축 변형에 따른 이온성 액체(132)의 전기저항 변화를 이온감지부(134)가 감지하게 된다. 만일, 이온감지부(134)가 채널(110)에 직류(DC)를 적용하면 용액 내 이온의 움직임에 의해 이온성 액체(132)의 전도성이 형성되기 때문에 금속 전극에서 양극화가 발생하여, 전도성의 상실을 초래할 것이다. 따라서 이러한 전기분해를 방지하기 위해 이온감지부(134)는 채널(110)에 교류 파형을 발생시키는 것이다.
도 4의 (c)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 직물센서를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2 및 도 4의 (c)를 참조하면, 직물센서(140)는 채널(110)의 길이방향 일측을 따라 장착되는 전도성 직물층(142)과, 전도성 직물층(142)의 전기 전도성 변화를 감지하는 직물감지부(144: 도 5 도시)를 포함한다. 여기서 채널(110)은 다면체, 예를 들면 육면체로 형성되고, 전도성 직물층(142)은 채널(110)의 길이방향을 따라 형성되는 4개의 면에 모두 장착되도록 4개로 구성될 수 있다. 이처럼 전도성 직물층(142)이 채널(110)의 모든 면을 감싸도록 장착되므로, 전도성 직물층(142)은 채널(110)의 형태 변형을 더욱 용이하게 감지할 수 있는 효과가 있다.
전도성 직물층(142)은 채널(110)의 길이방향 일측을 커버(150)하도록 형성되는 직물부와, 직물부에 일정 패턴을 갖도록 니팅되는 전도성 원사를 포함한다. 전도성 원사는 예를 들면 나일론에 은이 코팅되어, 전도성을 갖도록 구성될 수 있다.
직물감지부(144)는 전도성 직물층(142)의 전기 저항 변화를 감지하는 것으로, 채널(110)의 스트레칭 변형에 따라 직물감지부(144)가 감지하는 전기 저항이 변화된다. 즉, 커버(150) 및 채널(110)이 길이방향 양쪽으로 팽창되도록 스트레칭 변형이 가해지면, 전도성 원사의 각도가 감소하고, 이는 전도성 원사 간의 접촉 면적이 늘어나게 되어, 전도성 직물층(142)의 전반적인 전기 저항이 감소된다. 직물감지부(144)는 이러한 전기 저항 감소를 감지하여 제어부(162)로 전달한다.
이처럼 본 발명은 커버(150) 내부에 광학센서(120), 이온센서(130) 및 직물센서(140)가 구비되므로, 벤딩, 스트레칭 또는 압축과 같은 변형을 개별적으로 감지할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 다양한 모드를 동시에 구분하여 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 커버(150) 내부에 광학센서(120), 이온센서(130) 및 직물센서(140)가 모두 구비되므로, 전체 구조를 컴팩트하게 소형으로 제조 가능한 효과가 있다.
또한, 광학센서(120), 이온센서(130) 및 직물센서(140)는 커버(150)의 변형을 감지하는 과정에서 상호 간에 간섭을 주지 않아, 광학센서(120), 이온센서(130) 및 직물센서(140)가 감지하는 결과의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 제어부재를 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서의 수광부, 이온감지부 및 직물감지부의 변형에 의해 발생하는 개별적 신호가 제어부로 전달되는 상태를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 제어부재(160)는 제어부(162) 및 디스플레이부(164)를 포함한다. 제어부(162)는 수광부(124)로부터 전달받은 광량 변화, 이온감지부(134)로부터 전달받은 전기 저항 변화 및 직물감지부(144)로부터 전달받은 전기 저항 변화를 디스플레이부(164)에 선 그래프, 막대그래프, 숫자 등으로 출력한다.
또한, 제어부(162)는 이들 수광부(124), 이온감지부(134) 및 직물감지부(144)로부터 전달받은 결과값을 비교하며, 이때, 제어부(162)는 예를 들면 Threshold 값을 바탕으로한 결과값 분석, 또는 Artificial Neural Network 기반의 머신러닝 사용한 결과값 분석 방법 등을 이용할 수 있을 것이다. 그리고 제어부(162)는 비교 결과에 따라 현재 커버(150)에 밴딩이 가해졌는지, 스트레칭이 가해졌는지 또는 압축이 가해졌는지 여부를 판단하고, 밴딩, 스트레칭 또는 압축이 가해진 경우, 기준치와 비교하여 얼마만큼 가해졌는지를 판단할 수 있다.
도 7의 (a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서에 어떠한 외부 자극도 가해지지 않은 상태를 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 7의 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서에 밴딩 자극이 가해진 상태를 설명하기 위하여 도시한 도면이며, 도 7의 (c)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서에 스트레칭 자극이 가해진 상태를 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 7의 (d)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서에 압축 자극이 가해진 상태를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)를 참조하면, 커버(150)에 밴딩 압력이 가해지면, 수광부(124)가 수광하는 광량이 변화되어 제어부(162)는 커버(150)에 아무런 자극이 가해지지 않은 상태와 비교하여 현재 커버(150)에 밴딩 압력이 가해진 상태임을 알 수 있다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (c)를 참조하면, 커버(150)에 스트레칭 압력이 가해지면, 수광부(124)가 수광하는 광량이 변화되고, 직물감지부(144)가 감지하는 전기 저항이 변화되며, 이온감지부(134)가 감지하는 전기 저항이 변화되어, 제어부(162)는 커버(150)에 아무런 자극이 가해지지 않은 상태와 비교하여 현재 커버(150)에 스트레칭 압력이 가해진 상태임을 알 수 있다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (d)를 참조하면, 커버(150)에 압축 압력이 가해지면, 수광부(124)가 수광하는 광량이 변화되고, 이온감지부(134)가 감지하는 전기 저항이 변화되어 제어부(162)는 커버(150)에 아무런 자극이 가해지지 않은 상태와 비교하여 현재 커버(150)에 압축 압력이 가해진 상태임을 알 수 있다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서를 제조하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서(100)를 제조하기 위하여 먼저, 3D 프린팅 금형을 이용하여 채널(110)을 주조한다. 그 후, 도 8의 (b)와 같이, 채널(110)의 양 단부에 발광부(122)와 수광부(124)를 각각 장착한 후, 도 8의 (c)와 같이, 주사기 등을 이용하여 채널(110) 내부로 이온성 액체(132)를 주입한다. 그 후, 도 8의 (d)와 같이 이온성 액체(132)에 대한 신호를 이온감지부(134)로 전달하기 위하여 채널(110) 안으로 전선을 연결한다.
그 후, 도 9의 (a)와 같이, 채널(110)의 외측에 전도성 직물층(142)을 장착시킨다. 그리고 도 9의 (b)와 같이, 커버(150)를 형성하기 위한 성형틀(M)을 준비한다. 성형틀(M)에는 홀더커버(152)를 형성하기 위한 제 1 홈(M1) 및 중앙커버(154)를 형성하기 위한 제 2 홈(M2)이 구비된다. 그리고 도 9의 (c)와 같이, 제 1 홈(M1)에 용융된 제 1 수지와 흑색안료를 채운 후 경화시켜서 홀더커버(152)를 형성한다. 제 1 수지는 예를 들면 경도가 40인 Sorta Clear 40 실리콘으로 구성될 수 있다. 흑색안료는 가시 광선을 대부분 흡수하도록 구성된다. 그 후 도 9의 (d)와 같이, 제 2 홈(M2)에 용융된 제 2 수지와 흑색안료를 채운 후 경화시켜서 중앙커버(154)를 형성한다. 제 2 수지는 예를 들면 Ecoflex 0030 실리콘으로 구성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서가 사용자의 손에 착용된 상태를 도시한 도면이다.
도 10의 (a)를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서(100)는 장갑에 장착된 상태로 사용자의 손에 착용될 수 있다. 이 상태에서, 사용자가 손을 아래로 내리게 되면, 커버(150)가 하방으로 스트레칭되어, 제어부(162)는 사용자가 커버(150)를 하방으로 스트레칭하였음을 감지할 수 있다. 또한, 사용자가 손을 아래로 내리게 되면, 커버(150)가 하방으로 스트레칭 및 밴딩되어, 제어부(162)는 사용자가 커버(150)를 하방으로 스트레칭 및 밴딩하였음을 감지할 수도 있을 것이다.
이에 따라 예를 들면 제어부(162)가 로봇(미도시)의 팔과 연동된 경우, 제어부(162)는 커버(150)가 하방으로 이동된 상태를 로봇의 팔에 입력하여 로봇의 팔이 하방으로 이동되도록 제어할 수 있다.
도 10의 (b)를 참조하면, 사용자가 손을 옆으로 꺾으면, 커버(150)가 옆으로 밴딩되어, 제어부(162)는 사용자가 커버(150)를 옆으로 밴딩하였음을 감지할 수 있다. 이에 따라 제어부(162)는 커버(150)가 옆으로 밴딩된 상태를 로봇의 팔에 입력하여 로봇의 팔이 옆으로 이동되도록 제어할 수 있다.
도 10의 (c)를 참조하면, 사용자가 커버(150)를 누르면, 제어부(162)는 사용자가 커버(150)에 압력을 가했음을 감지할 수 있다. 이에 따라 제어부(162)는 커버(150)에 압력이 가해진 상태를 로봇의 팔에 입력하여 로봇의 엔드 이펙터(End-effector)가 하강 또는 상승되도록 제어할 수 있다.
한편, 커버(150)는 장갑 이외에 형태 변형이 가능한 다양한 장치에도 적용 가능할 것이다. 또한, 커버(150)의 형태 변형에 따라 제어부(162)가 로봇의 팔을 제어하는 것은 로봇의 사용 환경에 따라 다양하게 설계 변형 가능할 것이다. 또한, 제어부(162)는 로봇 이외에 드론 등 입력이 필요한 다양한 장치를 제어할 수도 있을 것이다.
본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명을 이로 한정하지 않음은 당연하고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
100: 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서
110: 채널 120: 광학센서
122: 발광부 124: 수광부
130: 이온센서 132: 이온성 액체
134: 이온감지부 140: 직물센서
142: 전도성 직물층 144: 직물감지부
150: 커버 152: 홀더커버
154: 중앙커버 160: 제어부재
162: 제어부 164: 디스플레이부

Claims (7)

  1. 가요성 재질로 형성되고 긴 형상으로 형성되며 내부에 빈 공간이 형성되는 채널;
    상기 채널의 일단부에 장착되는 발광부와 상기 채널의 타단부에 장착되는 수광부를 갖는 광학센서;
    상기 채널의 내부에 채워지는 이온성 액체와, 상기 채널 내부에 채워진 이온성 액체의 전기저항 변화를 감지하는 이온감지부를 갖는 이온센서; 및
    가요성 재질로 형성되고 상기 채널을 덮도록 형성되는 커버를 포함하고,
    상기 발광부가 발광하는 광을 상기 수광부가 수광할 때, 상기 채널 및 상기 커버의 변형에 따라 상기 수광부가 수광하는 광량이 변화되고,
    상기 채널 내부에 채워진 이온성 액체의 전기저항 변화를 상기 이온감지부가 감지할 때, 상기 채널의 변형에 따라 상기 이온감지부가 감지하는 전기 저항이 변화되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널은 투명한 도파관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온감지부는 상기 채널로 교류 파형을 발생시키고, 상기 채널의 압축 변형에 따른 이온성 액체의 전기저항 변화를 상기 이온감지부가 감지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 빛을 차단하기 위한 불투명 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널의 길이방향 일측을 따라 장착되는 전도성 직물층과, 상기 전도성 직물층의 전기 전도성 변화를 감지하는 직물감지부를 갖는 직물센서를 더 포함하고,
    상기 전도성 직물층의 전기 저항 변화를 상기 직물감지부가 감지할 때, 상기 채널의 스트레칭 변형에 따라 상기 직물감지부가 감지하는 전기 저항이 변화되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 채널은 다면체로 형성되고,
    상기 전도성 직물층은 상기 채널의 길이방향을 따라 형성되는 각각의 면에 모두 장착되도록 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전도성 직물층은 상기 채널의 길이방향 일측을 커버하도록 형성되는 직물부와, 상기 직물부에 패턴을 갖도록 니팅되는 전도성 원사를 포함하고,
    상기 직물부에 스트레칭 변형이 가해지면, 상기 전도성 원사 간의 접촉 면적이 변형되어 상기 전도성 원사의 전도성이 변형되는 것을 특징으로 하는 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서.
KR1020200144246A 2020-11-02 2020-11-02 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서 KR102384623B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200144246A KR102384623B1 (ko) 2020-11-02 2020-11-02 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서
PCT/KR2021/015362 WO2022092877A1 (ko) 2020-11-02 2021-10-28 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200144246A KR102384623B1 (ko) 2020-11-02 2020-11-02 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102384623B1 true KR102384623B1 (ko) 2022-04-11

Family

ID=81210131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200144246A KR102384623B1 (ko) 2020-11-02 2020-11-02 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102384623B1 (ko)
WO (1) WO2022092877A1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170350774A1 (en) * 2016-06-02 2017-12-07 Mark B. Woodbury Direct light bend sensor
KR102046377B1 (ko) * 2011-09-24 2019-11-19 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지 인공 피부 및 탄성 스트레인 센서
KR20200075224A (ko) 2018-12-18 2020-06-26 한양대학교 에리카산학협력단 인공근육 길이 감지 센서 및 그의 테스트 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4295260B2 (ja) * 2005-09-26 2009-07-15 史仁 加藤 ジャイロセンサ
EP2239537A4 (en) * 2008-01-28 2011-11-23 Kuraray Co FLEXIBLE DEFORMATION SENSOR
KR101998250B1 (ko) * 2018-01-30 2019-07-11 주식회사 필더세임 소프트 센서 및 이의 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102046377B1 (ko) * 2011-09-24 2019-11-19 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지 인공 피부 및 탄성 스트레인 센서
US20170350774A1 (en) * 2016-06-02 2017-12-07 Mark B. Woodbury Direct light bend sensor
KR20200075224A (ko) 2018-12-18 2020-06-26 한양대학교 에리카산학협력단 인공근육 길이 감지 센서 및 그의 테스트 장치

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Celeste To et al., "Highly Stretchable Optical Sensors for Pressure, Strain, and Curvature measurement", IEEE IROS, pp5898~5903, 2015. *
Jeninifer L. Molnar et al., "Optical Sensing and Control Methods for Soft Pneumatically Actuated Robotic Manipulators", IEEE ICRA, pp3355~3362, 2018. *
Jwawoong Jung et al., "Optically Sensorized Elastomer Air chamber for Proprioceptive Sensing of Soft Pneumatic Actuators", IEEE Robotics and Automation Letters, Vol. 5, No. 2, April 2020. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022092877A1 (ko) 2022-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110471556B (zh) 传感器装置及方法
KR101821048B1 (ko) 웨어러블 데이터 입력장치
JPH0510615B2 (ko)
EP2916210B1 (en) Finger-worn device for providing user input
US20160265985A1 (en) Soft-body deformation and force sensing
US20210373663A1 (en) Wearable glove with hybrid resistive-pressure sensors
US9743860B2 (en) Use of light transmission through tissue to sense joint flexure
Konstantinova et al. Force and proximity fingertip sensor to enhance grasping perception
KR102384623B1 (ko) 멀티 감지 기능을 갖는 소프트 센서
Krauss et al. Stretchable optical waveguide sensor capable of two-degree-of-freedom strain sensing mediated by a semidivided optical core
Piacenza et al. Accurate contact localization and indentation depth prediction with an optics-based tactile sensor
Yang et al. Scalable tactile sensing for an omni-adaptive soft robot finger
Xu et al. Ionic liquid-optoelectronics-based multimodal soft sensor
KR20190092777A (ko) 글러브형 모션인식 장치 및 방법
Pan et al. Knot-inspired optical sensors for slip detection and friction measurement in dexterous robotic manipulation
KR20170135175A (ko) 크랙 함유 투명 전도성 박막을 구비하는 고감도 센서 및 그의 제조 방법
WO2017051394A1 (en) Sensorized coating for detection of pressures
Mao et al. A bioinspired robotic finger for multimodal tactile sensing powered by fiber optic sensors
KR102464787B1 (ko) 로봇 핑거팁 터치 압력 센서 장치
Pan et al. Flexible full‐body tactile sensor of low cost and minimal output connections for service robot
JP6887021B2 (ja) 手指の関節間着用型の指輪タイプのユーザ操作センシング装置
KR20210108201A (ko) 손의 움직임을 측정하고 데이터화하는 스마트 글러브
Lee et al. A mini review of recent advances in optical pressure sensor
KR102360210B1 (ko) 자세 센싱 글러브
KR102019795B1 (ko) 구 형상의 3차원 동작 입력 장치 및 이를 이용한 3차원 동작 입력 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20201102

PA0201 Request for examination
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20211115

Patent event code: PE09021S01D

PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20220209

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20220405

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20220406

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration