KR102404532B1 - 글러브형 모션 인식 시스템 - Google Patents

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최영진
배지현
이슬아
최유나
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Abstract

글러브형 모션 인식 시스템이 개시된다. 비전도성 섬유로 직조된 손바닥 영역과 손가락 영역을 가지고, 상기 손가락 영역의 관절 영역에 전도성 섬유가 직조된 제1센싱 영역을 갖는 글러브; 및 상기 제1센싱 영역에서 측정된 전기적 신호를 분석하여 상기 글러브의 제스처 정보를 판단하는 신호 분석부를 포함하되, 상기 제1센싱 영역의 전도성 섬유는 상기 손가락 영역의 비전도성 섬유와 동일한 레이어로 직조된다.

Description

글러브형 모션 인식 시스템{Glove type motion recognition system}
본 발명은 글러브형 모션 인식 시스템에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 사람이나 로봇 손의 손가락과 손바닥 영역의 굽힘 동작을 감지할 수 있는 글러브형 모션 인식 시스템이다.
최근 로봇 기술이 고도화됨에 따라 로봇과 인간 사이의 인간-기계 인터페이스(human-machine interface, HMI) 장치인 데이터 글러브는 위험한 작업환경에서 사람을 대신하여 로봇이 정확하고 섬세한 작업이 가능하도록 하게하는 입력장치로 사용될 수 있다. 오늘날 로봇 핸드는 인간의 손을 모사하여 정확한 파지 및 다자유도를 추구하며, 사용자의 의도대로 움직일 수 있는 원격 기술 등을 기반으로 개발되고 있으며, 이에 따라 안정적인 센싱을 위하여 데이터 글러브가 입력장치로서 사용될 수 있다. 로봇 산업뿐만 아니라 교육 및, 게임, 그리고, 재활훈련을 위한 의료기 분야에서도 다양하게 사용 가능하다. 현재 상용화 되어있는 데이터 글러브의 센서는 전선, 전자 센서, 그리고, 회로 등의 부품들이 내장되어 있는 형태로 장갑을 구성하는 원단 자체는 센싱 역할을 하지 않는다. 또한, 부품들을 장갑에 내장하기 위해서는 재단, 봉제, 그리고, 가공 등의 복잡한 공정이 포함되어 시간과 비용이 많이 드는 등의 어려움이 따른다.
본 발명은 전도성 섬유로 직조된 글러브의 손가락 영역과 손바닥 영역에서 굽힘 동작을 감지할 수 있는 글러브형 모션 인식 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 글러브형 모션 인식 시스템은 비전도성 섬유로 직조된 손바닥 영역과 손가락 영역을 가지고, 상기 손가락 영역의 관절 영역에 전도성 섬유가 직조된 제1센싱 영역을 갖는 글러브; 및 상기 제1센싱 영역에서 측정된 전기적 신호를 분석하여 상기 글러브의 제스처 정보를 판단하는 신호 분석부를 포함하되, 상기 제1센싱 영역의 전도성 섬유는 상기 손가락 영역의 비전도성 섬유와 동일한 레이어로 직조된다.
또한, 글러브형 모션 인식 시스템에 포함된 상기 손가락 영역의 관절 영역은 복수 개로 제공되며, 상기 제 1센싱 영역은 상기 관절 영역에 각각 직조될 수 있다.
또한, 글러브형 모션 인식 시스템에 포함된 상기 글러브의 손등 영역은 개방된 공간을 가지며, 상기 신호 분석부는 상기 개방된 공간에 위치할 수 있다.
또한, 글러브형 모션 인식 시스템에 포함된 상기 제1센싱 영역은, 상기 전도성 섬유가 복수 개의 고리를 형성하고, 상기 고리들은 얽혀서 서로 접촉하는 접점을 가지며, 상기 손가락 영역이 굽어지는 과정에서 상기 접점의 수가 변함에 따라 발생하는 전기적 신호를 측정할 수 있다.
또한, 글러브형 모션 인식 시스템에 포함된 상기 글러브는 상기 손바닥 영역에 직조되며, 상기 손바닥 영역의 변형을 감지하는 제 2센싱 영역을 더 포함하며, 상기 제 2센싱 영역은, 상기 손바닥 영역과 동일한 레이어 상에서 전도성 섬유로 직조되며, 일 방향으로 나란하게 배열되는 복수의 제 1 전도성 영역; 상기 손바닥 영역에 마주하여 직조되며, 전도성 섬유로 직조되는 제 2 전도성 영역을 갖는 센싱 패드; 및 상기 손바닥 영역과 상기 센싱 패드 사이에 위치하는 유전체 필름을 포함하며, 상기 제 2전도성 영역은 상기 제 1전도성 영역의 길이 방향과 수직한 방향으로 서로 나란하게 복수 열로 배열되고, 복수의 지점에서 상기 제 1 전도성 영역과 교차하며, 상기 제 1센싱 영역은, 상기 제 1전도성 영역과 상기 제 2전도성 영역이 교차하는 지점들 각각에서 정전 용량을 측정할 수 있다.
또한, 글러브형 모션 인식 시스템에 포함된 상기 글러브는 상기 손바닥 영역의 외부에서 상기 제 1전도성 영역을 커버하도록 상기 손바닥 영역에 직조되며, 상기 비전도성 섬유와 상기 전도성 섬유에 비해 높은 마찰 계수를 갖는 재질로 제공되는 미끄럼방지패드를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 글러브형 모션 인식 시스템은 전도성 섬유가 직조된 제 1센싱 영역에서 손가락 영역의 굽힘 동작을 감지할 수 있다.
또한, 글러브형 모션 인식 시스템은 전도성 섬유가 직조된 제 2센싱 영역에서 손바닥 영역의 굽힘 동작을 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실제 글러브형 모션 인식 시스템을 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 글러브에 포함된 제 2센싱 영역을 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제 1센싱 영역의 신호 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 글러브형 모션 인식 시스템을 나타내는 분해도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실제 글러브형 모션 인식 시스템을 나타내는 배면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 글러브의 개방된 공간을 나타내는 배면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
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, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 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. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실제 글러브형 모션 인식 시스템을 나타내는 정면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 글러브에 포함된 제 2센싱 영역을 나타내는 정면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제 1센싱 영역의 신호 측정 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 글러브형 모션 인식 시스템을 나타내는 분해도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실제 글러브형 모션 인식 시스템을 나타내는 배면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 글러브의 개방된 공간을 나타내는 배면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 글러브형 모션 인식 시스템(10)은 글러브(100)와 신호 분석부(200)를 포함한다.
상기 글러브(100)는 사람의 손 또는 상기 사람의 손을 모방한 로봇 손에 착용하기 용이한 형태로 제작될 수 있다. 상기 글러브(100)는 전도성 섬유 및 비전도성 섬유로 편직된 편물이다.
상기 글러브(100)는 손가락 영역, 손바닥 영역, 그리고 손등 영역을 갖는다. 상기 손가락 영역, 상기 손바닥 영역, 그리고 상기 손등 영역은 비전도성 섬유로 직조된다. 상기 손등 영역은 개방된 공간을 가진다.
상기 글러브(100)는 제 1센싱 영역(110), 제 2센싱 영역(120), 그리고 미끄럼 방지 패드(130)를 포함한다.
상기 제 1센싱 영역(110)은 상기 손가락 영역의 관절 영역에 상기 전도성 섬유로 직조된다. 상기 제 1센싱 영역(110)은 상기 손가락 영역의 관절 영역에 굽힘 동작을 감지한다. 상기 제 1센싱 영역(110)은 상기 손가락 영역에서 복수 개의 상기 관절 영역을 커버할 수 있도록 소정 너비에 걸쳐 일체로 형성될 수 있다. 다른 예에 의하면, 상기 제 1센싱 영역(110)은 상기 손가락 영역에서 복수 개의 상기 관절 영역 마다 개별적으로 서로 이격하여 제공될 수 있다.
상기 제 1센싱 영역(110)의 전도성 섬유는 상기 손가락 영역의 비전도성 섬유와 동일한 레이어 상에서 직조될 수 있다. 상기 제 1센싱 영역(110)의 상기 전도성 섬유의 표면 및 이면과 상기 손가락 영역의 상기 비전도성 섬유의 표면 및 이면은 겹치지 않게 편성될 수 있다.
상기 제 1센싱 영역(110)은 상기 전도성 섬유가 복수 개의 고리(111)를 형성하고, 상기 고리(111)들이 얽혀서 서로 접촉하는 접점(112)을 가진다.
상기 제 1센싱 영역(110)은 상기 손가락 영역이 굽어지는 과정에서 상기 접점(112)의 수가 변함에 따라 상기 전기적 신호가 달라진다. 상기 손가락 영역이 굽어지는 상기 접점(112)에서 전위차가 발생된다.
상기 제 2센싱 영역(120)은 상기 손바닥 영역에 상기 전도성 섬유로 직조된다. 상기 제 2센싱 영역(120)은 상기 손바닥 영역의 굽힘 동작을 감지한다.
상기 제 2센싱 영역(120)은 제 1전도성 영역(121), 센싱 패드(122), 그리고 유전체 필름(125)을 포함한다.
상기 제 1전도성 영역(121)은 상기 손바닥 영역의 비전도성 섬유와 동일한 레이어 상에서 전도성 섬유로 직조된다. 상기 제 1전도성 영역(121)은 서로 이격된 복수의 열로 직조되며, 일 방향으로 나란하게 배열된다.
상기 센싱 패드(122)는 상기 손바닥 영역과 마주하여 직조되며, 상기 전도성 섬유로 직조되는 제 2전도성 영역(123)을 갖는다.
상기 제 2전도성 영역(123)은 상기 제 1전도성 영역(121)의 길이 방향과 수직한 방향으로 서로 나란하게 복수 열로 직조되고, 교차 영역(124)에서 상기 제 1 전도성 영역(121)과 교차한다.
상기 유전체 필름(125)은 상기 손바닥 영역과 상기 센싱 패드(122) 사이에 위치한다. 상기 유전체 필름(125)은 유전체 물질인 에코플렉스(echoplex) 소재로 이루어져 있다. 상기 에코플렉스(echoplex)는 탄성력을 가지는 고무 재질이다.
상기 미끄럼 방지 패드(130)는 상기 손바닥 영역의 외부에서 상기 제 1 전도성 영역(121)을 커버하도록 상기 손바닥 영역에 직조된다. 상기 미끄럼 방지 패드(130)는 상기 비전도성 섬유와 상기 전도성 섬유에 비해 높은 마찰 계수를 갖는 재질로 제공된다.
상기 미끄럼 방지 패드(130)는 상기 글러브(100)를 착용한 사람 또는 로봇 손이 물건을 집을 시, 상기 물건이 상기 손바닥 영역에서 미끄러지는 것을 방지한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 신호 분석부(200)는 상기 제1 센싱 영역(110)와 상기 제2 센싱 영역(120)에서 측정되는 전기적 신호를 통해 상기 글러브(100)의 제스처 정보를 분석한다. 상기 제스처 정보는 상기 손가락 영역과 상기 손바닥 영역이 굽어지거나 펴지는 동작을 포함한다.
물건을 잡거나, 손가락을 움켜 쥘 경우, 상기 물건의 형상에 따라 또는 손가락을 움켜 쥐는 정도에 따라 상기 손가락 영역과 상기 손바닥 영역은 각 영역에 따라 굽어지는 정도가 달라진다.
상기 신호 분석부(200)는 상기 제1 센싱 영역(110)에서 측정되는 전위차를 통해 상기 손가락 영역의 굽어짐 정도를 분석한다. 상기 제1 센싱 영역(110)에서는 상기 손가락 영역이 굽어짐에 따라 상기 접점(112)의 수가 달라지고, 이에 따라 전위차가 달라진다. 상기 신호 분석부(200)는 아래 수식 1을 이용하여 전위차를 산출한다.
[수식 1]
Figure 112020058711109-pat00001
여기서,
Figure 112020058711109-pat00002
는 전위차,
Figure 112020058711109-pat00003
는 전기 저항,
Figure 112020058711109-pat00004
는 상기 전도성 섬유의 경도,
Figure 112020058711109-pat00005
은 상기 접점(112)의 수, 그리고
Figure 112020058711109-pat00006
는 상기 접점(112)의 압력을 나타낸다.
상기 신호 분석부(200)는 상기 제2 센싱 영역(120)의 교차 영역 각각에서 정전 용량의 크기를 분석하여 상기 손바닥 영역의 굽어짐 정도를 분석한다. 상기 신호 분석부(200)는 아래 수식 2를 이용하여 상기 교차 영역(124) 각각에서 상기 정전 용량을 산출한다.
[수식 2]
Figure 112020058711109-pat00007
여기서,
Figure 112020058711109-pat00008
는 정전 용량,
Figure 112020058711109-pat00009
는 유전 상수,
Figure 112020058711109-pat00010
는 상기 센싱 패드(122)의 면적, 그리고
Figure 112020058711109-pat00011
는 상기 유전체 필름(125)의 두께를 나타낸다.
상기 신호 분석부(200)는 사람 손 또는 로봇 손의 손등 영역에서 상기 글러브(100)의 상기 개방된 공간 내에 위치한다. 상기 신호 분석부(200)는 상기 글러브(100)의 내부에 위치하지 않고, 외부에 노출되므로 열 방출이 용이하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 글러브형 모션 인식 시스템
100: 글러브
110: 제 1센싱 영역 111: 고리 112: 접점
120: 제 2센싱 영역 121: 제 1 전도성 영역 122: 센싱 패드 123: 제 2 전도성 영역 124: 교차 영역 125: 유전체 필름
130: 미끄럼 방지 패드
200: 신호 분석부

Claims (6)

  1. 비전도성 섬유로 직조된 손바닥 영역과 손가락 영역을 가지고, 상기 손가락 영역의 관절 영역에 전도성 섬유가 직조된 제1센싱 영역을 갖는 글러브; 및
    상기 제1센싱 영역에서 측정된 전기적 신호를 분석하여 상기 글러브의 제스처 정보를 판단하는 신호 분석부를 포함하되,
    상기 제1센싱 영역의 전도성 섬유는 상기 손가락 영역의 비전도성 섬유와 동일한 레이어로 직조되며,
    상기 글러브는
    상기 손바닥 영역에 직조되며, 상기 손바닥 영역의 변형을 감지하는 제 2센싱 영역을 더 포함하며,
    상기 제 2센싱 영역은,
    상기 손바닥 영역과 동일한 레이어 상에서 전도성 섬유로 직조되며, 일 방향으로 나란하게 배열되는 복수의 제 1 전도성 영역;
    상기 손바닥 영역에 마주하여 직조되며, 전도성 섬유로 직조되는 제 2전도성 영역을 갖는 센싱 패드; 및
    상기 손바닥 영역과 상기 센싱 패드 사이에 위치하는 유전체 필름을 포함하며,
    상기 제 2전도성 영역은 상기 제 1전도성 영역의 길이 방향과 수직한 방향으로 서로 나란하게 복수 열로 배열되고, 복수의 지점에서 상기 제 1 전도성 영역과 교차하며,
    상기 제 2센싱 영역은,
    상기 제 1전도성 영역과 상기 제 2전도성 영역이 교차하는 지점들 각각에서 정전 용량을 측정하는 글러브형 모션 인식 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 손가락 영역의 관절 영역은 복수 개로 제공되며,
    상기 제 1센싱 영역은 상기 관절 영역에 각각 직조되는 글러브형 모션 인식 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 글러브의 손등 영역은 개방된 공간을 가지며,
    상기 신호 분석부는 상기 개방된 공간에 위치하는 글러브형 모션 인식 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 글러브는,
    상기 손바닥 영역의 외부에서 상기 제 1전도성 영역을 커버하도록 상기 손바닥 영역에 직조되며, 상기 비전도성 섬유와 상기 전도성 섬유에 비해 높은 마찰 계수를 갖는 재질로 제공되는 미끄럼방지패드를 더 포함하는 글러브형 모션 인식 시스템.
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