KR102450935B1 - 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 과제는 리니어 센서 기술을 사용하여 어떠한 데이터 오류도 차단하고 오직 사용자의 관절이 실제 움직인 거리를 마이크론 단위로 미세 측정하여 인체의 모든 움직임 동작을 원하는 대로 완전하게 추적하는데 있다.
일례로, 사용자의 전신에 각각 착용되는 착용부; 및 상기 착용부에 각각 설치되고, 각 신체관절의 구부림, 펴짐과 회전 동작 중 적어도 하나의 모션에 의해, 각 신체관절을 따라 선형 배치된 와이어의 이동이 각각 이루어지면, 해당 와이어의 이동방향과 이동량을 각각 센싱하는 모션 센서부를 포함하는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치를 개시한다.
일례로, 사용자의 전신에 각각 착용되는 착용부; 및 상기 착용부에 각각 설치되고, 각 신체관절의 구부림, 펴짐과 회전 동작 중 적어도 하나의 모션에 의해, 각 신체관절을 따라 선형 배치된 와이어의 이동이 각각 이루어지면, 해당 와이어의 이동방향과 이동량을 각각 센싱하는 모션 센서부를 포함하는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치를 개시한다.
Description
본 발명의 실시예는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치에 관한 것이다.
모션 캡쳐(motion capture)는 신체에 센서를 부착하거나, 카메라를 이용하는 등의 방법으로 신체의 움직임을 디지털 형태로 기록하는 작업을 말한다.
디지털 형태로 기록된 신체의 움직임은 실감교류 시스템에서 가상의 아바타의 움직임이나, 인간형 슬레이브 로봇의 움직임을 제어하기 위한 제어 값으로 이용될 수 있다.
모션 캡쳐 기술에서 관절의 움직임을 추적하기 위한 가장 좋은 방법은 움직임의 방향 X. Y. Z 값 즉 피치, 롤, 요의 값의 결과를 측정하는 방법으로, 결국 각 관절이 움직인 거리값, 상하좌우의 관절 움직임의 거리값을 추적하는 것이다.
종래의 기술들은 센서나 공학기술을 사용하여 정밀한 측정이 힘들거나, 다양한 오류 즉 전자파나 데이터 등이 저항값의 측정 오류 등을 야기하여 실제 관절과 가상 아바타나 로봇의 모션동작을 정확히 일치시키기 어렵다.
또한, 종래의 기술들은 여러 다양한 기술적인 한계를 가지고 있는데, 그 중 가장 일반화된 모션 추적기술인 IMU관성센서 기술은 자유도가 좋으나, 전자기장, 지자기 오류문제로 실시간 관절인식 데이터 처리시 오류가 심하다.
또한, 포텐셔미터와 같은 가변저항 센서측정 기술은 말 그대로 전기적인 저항값의 변화를 회전형 엔코더 기술이나 멤브레인 방식의 리니어한 소재에 프린트된 전극판을 접촉하여 0V~5V까지의 저항전압의 변화를 추적하는 기술이기에 해상도 단위가 타리니어 엔코더 마이크론 단위의 위치 측정 기술에 비해 매우 단순해 정밀한 움직임 추적이 불가능하다.
또한, 압력 센서 기술은 더더구나 미세한 움직임을 추적할 수 없고 기존에 많이 쓰던 대상자의 관절에 부착한 광학식 마커를 부착하고 주변공간에 설치된 다수의 적외선 또는 일반 영상촬영 장비를 통해 대상자의 움직임을 촬영하고 이를 실시간 이미지 프로세싱 기술로 추출해내 삼각측정 함수를 통해 위치를 추적하는 기술로서, 이러한 광학식 추적 기술은 관절의 정밀한 위치 추적이 불가능하고 또한 카메라의 위치문제로 사각지대가 발생되어 관절의 움직임을 실시간으로 촬영하는 것이 불가능하다.
이와 같이 종래에는 관절의 움직임을 측정하기 위한 다양한 기술이 존재하지만, 수많은 기술적 한계로 인해 실시간 측정을 위한 다양한 오류가 발생할 수 밖에 없는 문제점을 갖고 있다.
본 발명의 실시예는, 리니어 센서 기술을 사용하여 어떠한 데이터 오류도 차단하고 오직 사용자의 관절이 실제 움직인 거리를 마이크론 단위로 미세 측정하여 인체의 모든 움직임 동작을 원하는 대로 완전하게 추적할 수 있는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치는, 사용자의 전신에 각각 착용되는 착용부; 및 상기 착용부에 각각 설치되고, 각 신체관절의 구부림, 펴짐과 회전 동작 중 적어도 하나의 모션에 의해, 각 신체관절을 따라 선형 배치된 와이어의 이동이 각각 이루어지면, 해당 와이어의 이동방향과 이동량을 각각 센싱하는 모션 센서부를 포함한다.
또한, 상기 착용부는, 글러브 형태로 손에 착용되는 글러브 착용부; 및 밴드 형태로 팔에 착용되는 팔 관절 착용부를 포함하고, 상기 모션 센서부는, 상기 글러브 착용부에 설치되어 손의 모션을 검출하는 글러브 모션 센서부; 및 상기 팔 관절 착용부에 설치되어 팔의 모션을 검출하는 팔 모션 센서부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 글러브 착용부는, 사용자의 손에 각각 착용되는 글러브 베이스; 상기 글러브 베이스 중 손등 위치에 설치된 글러브 센서 하우징; 및 상기 글러브 베이스 중 손가락 첫마디의 위치에 각각 설치된 첫마디 핑거 블록과, 손가락 중간마디의 위치에 각각 설치된 중간마디 핑거 블록을 포함하는 핑거 블록 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 글러브 모션 센서부는, 상기 글러브 센서 하우징의 내부에 설치되고, 다섯 개 손가락 중 중수골, 및 첫째와 둘째 중수골 사이와 대응되는 위치에 각각 설치되는 가이드 봉; 상기 가이드 봉과 나란히 각각 설치되고, 눈금이 형성된 막대 필름; 일측이 상기 첫마디 핑거 블록과 상기 중간마디 핑거 블록에 각각 연결되는 글러브 와이어; 상기 가이드 봉을 따라 직선 이동 가능하게 설치되고, 상기 글러브 와이어의 타측이 각각 연결되어 각 손가락 관절의 구부림, 펴짐과 회전 동작 중 적어도 하나의 모션에 의한 상기 글러브 와이어의 이동 시 상기 막대 필름을 따라 직선 이동하면서 읽혀지는 상기 눈금의 상대적 변화량을 각각 센싱하는 센서 모듈; 및 상기 센서 모듈과 상기 글러브 센서 하우징의 내측벽 사이에 위치하도록 설치되어, 상기 센서 모듈의 직선 이동 시 원점으로 복귀되도록 텐션을 제공하는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가이드 봉은, 다섯 개 손가락 중 중수골과 대응되는 위치에 각각 설치되는 굽힘 검출용 가이드 봉; 및 다섯 개의 손가락 중 첫째와 둘째 중수골 사이와 대응되는 위치에 설치되는 회전 검출용 가이드 봉을 포함하고, 상기 탄성 부재는, 상기 굽힘 검출용 가이드 봉과 각각 나란하게 설치된 제1 굽힘 복원용 스프링 봉과 제2 굽힘 복원용 스프링 봉; 및 상기 회전 검출용 가이드 봉과 각각 나란하게 설치된 제1 회전 복원용 스프링 봉과 제2 회전 복원용 스프링 봉을 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서 모듈은, 다섯 개의 손가락 관절의 구부림과 펴짐 동작에 따른 상기 막대 필름의 눈금을 센싱하기 위한 굽힘 센서 모듈; 및 엄지와 검지 각각의 좌우 회전 동작에 따른 상기 막대 필름의 눈금을 센싱하기 위한 회전 센서 모듈을 포함하고, 상기 굽힘 센서 모듈은, 상기 굽힘 검출용 가이드 봉 상에 함께 설치되되, 상기 굽힘 검출용 가이드 봉을 따라 각각 직선 이동 가능하도록 일렬로 배치된 제1 전방 센서 유닛과 제1 후방 센서 유닛을 포함하고, 상기 회전 센서 모듈은, 상기 회전 검출용 가이드 봉 상에 함께 설치되되, 상기 회전 검출용 가이드 봉을 따라 각각 직선 이동 가능하도록 일렬로 배치된 제2 전방 센서 유닛과 제2 후방 센서 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전방 센서 유닛은, 상기 굽힘 검출용 가이드 봉에 각각 설치되고, 상기 제1 굽힘 복원용 스프링 봉과 각각 연결되어 상기 제1 굽힘 복원용 스프링 봉에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 상기 글러브 와이어를 통해 다섯 개 손가락 중 상기 첫마디 핑거 블록과 각각 연결되는 제1 가이드 블록; 및 상기 제1 가이드 블록 상에 각각 설치되고, 상기 막대 필름이 각각 수평 방향으로 관통되어 상기 제1 가이드 블록의 직선 이동 시 상기 막대 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제1 엔코더를 포함하고, 상기 제1 후방 센서 유닛은, 상기 굽힘 검출용 가이드 봉에 각각 설치되고, 상기 제2 굽힘 복원용 스프링 봉과 각각 연결되어 상기 제2 굽힘 복원용 스프링 봉에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 상기 글러브 와이어를 통해 다섯 개 손가락 중 상기 중간마디 핑거 블록과 각각 연결되는 제2 가이드 블록; 및 상기 제2 가이드 블록 상에 각각 설치되고, 상기 막대 필름이 각각 수평 방향으로 관통되어 상기 제2 가이드 블록의 직선 이동 시 상기 막대 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제2 엔코더를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 전방 센서 유닛은, 상기 회전 검출용 가이드 봉에 각각 설치되고, 상기 제1 회전 복원용 스프링 봉과 각각 연결되어 상기 제1 회전 복원용 스프링 봉에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 상기 글러브 와이어를 통해 엄지와 대응되는 핑거 블록과 각각 연결되는 제3 가이드 블록; 및 상기 제3 가이드 블록 상에 각각 설치되고, 상기 막대 필름이 각각 수평 방향으로 관통되어 상기 제3 가이드 블록의 직선 이동 시 상기 막대 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제3 엔코더를 포함하고, 상기 제2 후방 센서 유닛은, 상기 회전 검출용 가이드 봉에 각각 설치되고, 상기 제2 회전 복원용 스프링 봉과 각각 연결되어 상기 제2 회전 복원용 스프링 봉에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 상기 글러브 와이어를 통해 검지와 대응되는 핑거 블록과 연결되는 제4 가이드 블록; 및 상기 제4 가이드 블록 상에 각각 설치되고, 상기 막대 필름이 각각 수평 방향으로 관통되어 상기 제4 가이드 블록의 직선 이동 시 상기 막대 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제4 엔코더를 포함할 수 있다.
또한, 상기 팔 관절 착용부는, 팔의 전완 부위를 감싸는 전완 밴드 착용부; 팔의 상완 부위를 감싸는 상완 밴드 착용부; 및 상기 전완 밴드 착용부와 상기 상완 밴드 착용부 간을 링크 관절을 통해 연결하는 링크 관절 연결부를 포함하고, 상기 팔 모션 센서부는, 상기 전완 밴드 착용부에 설치되는 전완 모션 센서부; 상기 상완 밴드 착용부에 설치되는 상완 모션 센서부; 및 상기 링크 관절 연결부에 설치되는 팔 관절 모션 센서부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전완 모션 센서부는, 제1 회전축; 상기 제1 회전축의 중심축을 따라 회전 가능하게 설치되며, 외주연에 눈금이 형성된 제1 원반 필름; 상기 글러브 착용부와 상기 제1 회전축 간을 연결하는 제1 팔 와이어; 및 상기 제1 원반 필름의 외주연 중 일부분이 수평 방향으로 삽입되어, 상기 제1 팔 와이어의 직선 이동에 의한 상기 제1 원반 필름의 회전 시 상기 제1 원반 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제5 엔코더를 포함하고, 상기 상완 모션 센서부는, 제2 회전축; 상기 제2 회전축의 중심축을 따라 회전 가능하게 설치되며, 외주연에 눈금이 형성된 제2 원반 필름; 어깨와 상기 제2 회전축 간을 연결하는 제2 팔 와이어; 및 상기 제2 원반 필름의 외주연 중 일부분이 수평 방향으로 삽입되어, 상기 제2 팔 와이어의 직선 이동에 의한 상기 제2 원반 필름의 회전 시 상기 제2 원반 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제6 엔코더를 포함하고, 상기 팔 관절 모션 센서부는, 상기 전완 밴드 착용부의 일측과 상기 상완 밴드 착용부의 일측이 중첩되는 부분에 회전 가능하게 연결되는 제3 회전축; 상기 제3 회전축의 중심축을 따라 회전 가능하게 설치되며, 외주연에 눈금이 형성된 제3 원반 필름; 및 상기 제3 원반 필름의 외주연 중 일부분이 수평 방향으로 삽입되어, 상기 제3 회전축에 의한 상기 제3 원반 필름의 회전 시 상기 제3 원반 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제7 엔코더를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 리니어 센서 기술을 사용하여 어떠한 데이터 오류도 차단하고 오직 사용자의 관절이 실제 움직인 거리를 마이크론 단위로 미세 측정하여 인체의 모든 움직임 동작을 원하는 대로 완전하게 추적할 수 있는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 모션 센서 장치의 착용부와 모션 센서부의 전체 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 글러브 착용부와 글러브 모션 센서부의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 굽힘 센서 모듈의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회전 센서 모듈의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 모션 센서 장치의 팔 관절 착용부와 팔 모션 센서부의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전완 모션 센서부의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 상완 모션 센서부의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 글러브 착용부와 글러브 모션 센서부의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 굽힘 센서 모듈의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회전 센서 모듈의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 모션 센서 장치의 팔 관절 착용부와 팔 모션 센서부의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전완 모션 센서부의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 상완 모션 센서부의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 모션 센서 장치의 착용부와 모션 센서부의 전체 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 글러브 착용부와 글러브 모션 센서부의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 굽힘 센서 모듈의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회전 센서 모듈의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 착용형 모션 센서 장치의 팔 관절 착용부와 팔 모션 센서부의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전완 모션 센서부의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 상완 모션 센서부의 구성을 좀 더 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치(10)는 착용부(1000)와 모션 센서부(2000) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 착용부(1000)는 사용자의 전신에 각각 착용되며, 모션 센서부(2000)는, 착용부에 각각 설치되고, 각 신체관절의 구부림, 펴짐과 회전 동작 중 적어도 하나의 모션에 의해, 각 신체관절을 따라 선형 배치된 와이어의 이동이 각각 이루어지면, 해당 와이어의 이동방향과 이동량을 각각 센싱할 수 있다.
이러한 착용부(1000)는 도 1에 도시된 바와 같이 글러브 형태로 손에 착용되는 글러브 착용부(1100)와 밴드 형태로 팔에 착용되는 팔 관절 착용부(1200)를 포함할 수 있으며, 모션 센서부(2000)는 글러브 착용부(1100)에 설치되어 손의 모션을 검출하는 글러브 모션 센서부(2100)와 팔 관절 착용부(1200)에 설치되어 팔의 모션을 검출하는 팔 모션 센서부(2200)를 포함할 수 있다.
이하에서는 글러브 착용부(1100)와 글러브 모션 센서부(2100)의 구성을 한 세트로 하여 상세히 설명한 후 팔 관절 착용부(1200)와 팔 모션 센서부(2200)의 구성을 다른 한 세트로 하여 상세히 설명하도록 한다.
우선, 도 1 내지 도 5를 참조하여 글러브 착용부(1100)와 글러브 모션 센서부(2100)의 구성에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 글러브 착용부(1100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 글러브 베이스(1110), 글러브 센서 하우징(1120) 및 다수의 핑거 블록(1130)을 포함할 수 있다.
상기 글러브 베이스(1110)는 사용자의 두 손에 각각 착용되며 이를 위해 탄성력을 갖는 다섯 손가락을 모두 개별적으로 삽입할 수 있는 글러브 형태로 제작될 수 있다. 본 실시예에서는 글러브 베이스(1110)의 재질에 대하여 한정하지 않으며, 다만 사용자가 착용했을 때 자유로운 손 동작이 가능하도록 탄성력을 가지며, 소재 위에 글러브 모션 센서부(2100)가 장착됨에 따라 형태가 잘 보존되도록 하는 적절한 내구성을 갖는 재질이면 무방하다.
상기 글러브 센서 하우징(1120)는 글러브 베이스(1110) 중 손등 위치에 설치될 수 있다. 이러한 글러브 센서 하우징(1120)은 상, 하부 커버로 이루어질 수 있으며, 글러브 모션 센서부(2100)의 대부분의 부품들이 실장될 수 있다. 이러한 글러브 센서 하우징(1120)은 글러브 모션 센서부(2100)와 연결되는 유선 케이블을 외부로 인출하여 안내하기 위한 별도의 케이블 튜브를 구비할 수 있으며, 이에 따라 글러브 모션 센서부(2100)는 케이블 튜브와 연결되며 손목에 착용 가능한 통신 모듈부를 추가적으로 포함할 수 있다. 이러한 통신 모듈부는 글러브 모션 센서부(2100)에서 검출된 모든 센싱 데이터를 무선통신을 통해 외부로 전송할 수 있다.
상기 핑거 블록(1130)은, 글러브 베이스(1110) 중 손가락 첫마디의 위치에 각각 설치된 첫마디 핑거 블록(1131)과, 손가락 중간마디의 위치에 각각 설치된 중간마디 핑거 블록(1132)을 포함할 수 있다. 이에 따라 한 쪽 손을 기준으로 첫마디 핑거 블록(1131)과 중간마디 핑거 블록(1132)은 각각 5개씩 구성될 수 있다. 이러한 기준으로 첫마디 핑거 블록(1131)과 중간마디 핑거 블록(1132)은 글러브 베이스(1110) 중 손가락 첫마디 부분과 중간마디 부분을 커버하도록 각각 형성되며, 글러브 센서 하우징(1120)으로부터 인출되는 와이어가 각각 연결되는 부분이므로 소프트한 재질보다는 하드한 재질로 이루어져 손가락의 굽힘, 펴짐, 회전 동작에 따라 와이어가 정확히 얼마나 당겨지고 밀려지는지 정확히 가능할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 글러브 모션 센서부(2100)는, 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 가이드 봉(2110), 다수의 막대 필름(2120), 다수의 글러브 와이어(2130), 다수의 센서 모듈(2140) 및 다수의 탄성 부재(2150) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 가이드 봉(2110)은 글러브 센서 하우징(1120)의 내부에 설치되고, 다섯 개 손가락 중 중수골, 및 첫째와 둘째 중수골 사이와 대응되는 위치에 각각 설치될 수 있다. 이를 위해, 가이드 봉(2110)은 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)과 회전 검출용 가이드 봉(2112) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)은 다섯 개 손가락 중 중수골과 대응되는 위치에 각각 설치될 수 있다. 즉, 한 쪽 손을 기준으로 손바닥 또는 손등 부위에 5개의 중수골(엄지, 검지, 중지, 약지, 새끼)과 대응되는 위치에 각각 설치될 수 있다. 좀 더 구체적인 설치 위치는 글러브 센서 하우징(1120) 전방 내측벽과 후방 내측벽 사이를 가로질러 각각 고정될 수 있다. 이러한 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)은 후술하는 굽힘 센서 모듈(2141)이 장착되고, 손가락의 굽힘과 펴짐 동작에 따라 굽힘 센서 모듈(2141)이 전, 후 방향으로 각각 선형 이동할 수 있도록 안내하는 수단으로서 이용될 수 있다.
상기 회전 검출용 가이드 봉(2112)은 다섯 개의 손가락 중 첫째와 둘째 중수골 사이와 대응되는 위치에 설치될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 회전 검출용 가이드 봉(2112)은, 글러브 센서 하우징(1120)의 내부 중 엄지 손가락의 중수골과 대응되는 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)과 검지 손가락의 중수골과 대응되는 굽힘 검출용 가이드 봉(2111) 사이에 설치될 수 있다. 이러한 회전 검출용 가이드 봉(2112)은 후술하는 회전 센서 모듈(2142)이 장착되고, 엄지와 검지 손가락의 각각의 회전 동작에 따라 회전 센서 모듈(2142)이 전, 후 방향으로 각각 선형 이동할 수 있도록 안내하는 수단으로서 이용될 수 있다.
상기 막대 필름(2120)은, 가이드 봉(2110)과 나란히 각각 설치되고, 눈금이 형성될 수 있다. 이러한 막대 필름(2120)은, 한 쪽 손을 기준으로 5개의 굽힘 검출용 가이드 봉(2111) 및 1개의 회전 검출용 가이드 봉(2112)과 각각 이들과 나란히 설치될 수 있으며, 가로로 세워진 형태로 고정될 수 있다. 막대 필름(2120)에 형성된 눈금은 후술하는 엔코더가 센싱하는 대상이 되며, 눈금 간격은 손가락의 굽힘과 펴짐, 그리고 회전 동작 여부와 각 손가락이 얼마만큼의 동작(굽힘, 펴짐, 회전)을 했는지를 각각 센싱하기 위한 최소한의 기본적인 수치적 단위(ex. 마이크론 단위)에 해당될 수 있다. 이러한 막대 필름(2120)은 각각 가로로 세워진 상태로 고정되어 있으며, 눈금을 세로 방향으로 형성되어 후술하는 엔코더가 전, 후 방향으로 이동하면서 해당 눈금이 읽혀지게 된다.
상기 글러브 와이어(2130)는, 그 일측이 첫마디 핑거 블록(1131)과 중간마디 핑거 블록(1132)에 각각 연결되며, 그 타측이 글러브 센서 하우징(1120)을 관통하여 그 내부에 설치된 굽힘 센서 모듈(2141)과 회전 센서 모듈(2142)에 각각 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로는 글러브 와이어(2130)는 엄지, 검지, 중지, 약지, 새끼 손가락의 중간마디 핑거 블록(1132)과 제1 가이드 블록(2141_a1) 사이를 각각 연결하고, 엄지, 검지, 중지, 약지, 새끼 손가락의 첫마디 핑거 블록(1131)과 제2 가이드 블록(2141_b1) 사이를 각각 연결하여, 사용자가 손을 쥐는 동작을 할 때 첫마디 핑거 블록(1131)와 중간마디 핑거 블록(1132)이 각각 해당 글러브 와이어(2130)를 잡아 당기면서, 이들과 각각 연결된 각각의 굽힘 센서 모듈(2141)이 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)을 따라 전방으로 각각 선형 이동하게 되고, 사용자가 손을 펴는 동작을 할 때 제1 굽힘 복원용 스프링 봉(2151)과 제2 굽힘 복원용 스프링 봉(2152)에 의해 굽힘 센서 모듈(2141)을 원위치로 자연스럽게 복귀시킬 수 있다. 또한, 사용자가 검지와 엄지를 좌우로 회전시키는 동작을 할 때 첫마디 핑거 블록(1131)과 중간마디 핑거 블록(1132)이 각각 해당 글러브 와이어(2130)를 잡아 당기면서 이들과 각각 연결된 각각의 회전 센서 모듈(2142)이 회전 검출용 가이드 봉(2112)을 따라 전방으로 각각 선형 이동하게 되고, 사용자가 엄지 또는 검지의 회전 동작을 멈추고 해당 손가락을 제자리로 위치시키게 되면 제1 회전 복원용 스프링 봉(2153)과 제2 회전 복원용 스프링 봉(2154)에 의해 회전 센서 모듈(2142)을 원위치로 자연스럽게 복귀시킬 수 있다. 이와 같이 굽힘 센서 모듈(2141)과 회전 센서 모듈(2142)이 전, 후방으로 선형 이동함에 따라 읽혀지는 각 막대 필름(2120)의 눈금의 변화량(증감, 증감량)을 센싱하고, 센싱된 데이터를 외부로 전송하여 각 손가락의 굽힘, 펴짐, 회전(엄지, 검지) 동작에 따른 정확한 모션 데이터를 제공할 수 있다.
상기 센서 모듈(2140)은, 가이드 봉(2110)을 따라 직선 이동 가능하게 설치되고, 글러브 와이어(2130)의 타측이 각각 연결되어 각 손가락 관절의 구부림, 펴짐과 회전 동작 중 적어도 하나의 모션에 의한 글러브 와이어(2130)의 이동 시 막대 필름(2120)을 따라 직선 이동하면서 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 센싱할 수 있다. 이를 위해 센서 모듈(2140)은 굽힘 센서 모듈(2141)과 회전 센서 모듈(2142) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 굽힘 센서 모듈(2141)은, 다섯 개의 손가락 관절의 구부림과 펴짐 동작에 따른 막대 필름(2120)의 눈금을 센싱하기 위한 수단으로, 굽힘 검출용 가이드 봉(2111) 상에 함께 설치될 수 있다. 이러한 제1 전방 센서 유닛(2141A)과 제1 후방 센서 유닛(2141B)은, 글러브 와이어(2130)에 장력에 의해 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)을 따라 각각 전방으로 직선 이동 가능하도록 일렬로 배치되며, 글러브 와이어(2130)의 장력이 없어지게 되면 즉, 손이 펴지는 동작을 하게 되면 제1 굽힘 복원용 스프링 봉(2151)과 제2 굽힘 복원용 스프링 봉(2152)의 탄성력에 의해 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)을 따라 각각 후방으로 직선 이동하여 복귀할 수 있다.
상기 제1 전방 센서 유닛(2141A)은 제1 가이드 블록(2141_a1)과 제1 엔코더(2141_a2)를 포함할 수 있다.
상기 제1 가이드 블록(2141_a1)은, 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)에 각각 설치되고, 제1 굽힘 복원용 스프링 봉(2151)과 각각 연결되어 제1 굽힘 복원용 스프링 봉(2151)에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 글러브 와이어(2130)를 통해 다섯 개 손가락 중 첫마디 핑거 블록(1131)과 각각 연결될 수 있다. 이러한 제1 가이드 블록(2141_a1)은 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)이 관통되는 형태로 굽힘 검출용 가이드 봉(2111) 상에 설치되고, 후술하는 제2 가이드 블록(2141_b1)의 전방에 위치할 수 있으며, 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)을 레일로서 이용하여 전, 후방으로 직선 이동할 수 있다.
상기 제1 엔코더(2141_a2)는, 제1 가이드 블록(2141_a1) 상에 각각 설치되고, 막대 필름(2120)이 각각 수평 방향으로 관통되어 제1 가이드 블록(2141_a1)의 직선 이동 시 막대 필름(2120)을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출할 수 있다. 이러한 제1 엔코더(2141_a2)는 리니어 엔코더로서 수발광 센서를 포함하고 있으며, 이러한 수발광 센서를 이용해 제1 가이드 블록(2141_a1)이 직선 이동할 때 고정되어 있는 막대 필름(2120)의 눈금에 대한 상대적인 변화량을 검출할 수 있다. 또한, 제1 엔코더(2141_a2)는 막대 필름(2120)이 눈금이 나타내는 수치가 상대적으로 증가하는지 또는 감소하는지를 센싱하여 손가락을 접는 동작을 하는지 또는 펴는 동작을 하는지 구분할 수 있는 센싱 데이터를 생성하고, 눈금이 상대적으로 얼마만큼 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지에 대한 수치적인 정보를 포함한 센싱 데이터를 생성할 수 있다.
상기 제1 후방 센서 유닛(2141B)은 제2 가이드 블록(2141_b1)과 제2 엔코더(2141_b2)를 포함할 수 있다.
상기 제2 가이드 블록(2141_b1)은, 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)에 각각 설치되고, 제2 굽힘 복원용 스프링 봉(2152)과 각각 연결되어 제2 굽힘 복원용 스프링 봉(2152)에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 글러브 와이어(2130)를 통해 다섯 개 손가락 중 중간마디 핑거 블록(1132)과 각각 연결될 수 있다. 이러한 제2 가이드 블록(2141_b1)은 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)이 관통되는 형태로 굽힘 검출용 가이드 봉(2111) 상에 설치되고, 상술한 제1 가이드 블록(2141_a1)의 후방에 위치할 수 있으며, 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)을 레일로서 이용하여 전, 후방으로 직선 이동할 수 있다.
상기 제2 엔코더(2141_b2)는, 제2 가이드 블록(2141_b1) 상에 각각 설치되고, 막대 필름(2120)이 각각 수평 방향으로 관통되어 제2 가이드 블록(2141_b1)의 직선 이동 시 막대 필름(2120)을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출할 수 있다. 이러한 제2 엔코더(2141_b2)는 리니어 엔코더로서 수발광 센서를 포함하고 있으며, 이러한 수발광 센서를 이용해 제2 가이드 블록(2141_b1)이 직선 이동할 때 고정되어 있는 막대 필름(2120)의 눈금에 대한 상대적인 변화량을 검출할 수 있다. 또한, 제2 엔코더(2141_b2)는 막대 필름(2120)이 눈금이 나타내는 수치가 상대적으로 증가하는지 또는 감소하는지를 센싱하여 손가락을 접는 동작을 하는지 또는 펴는 동작을 하는지 구분할 수 있는 센싱 데이터를 생성하고, 눈금이 상대적으로 얼마만큼 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지에 대한 수치적인 정보를 포함한 센싱 데이터를 생성할 수 있다.
상기 회전 센서 모듈(2142)은, 엄지와 검지 손가락 각각의 좌우 회전 동작에 따른 막대 필름(2120)의 눈금을 센싱하기 위한 수단으로, 회전 검출용 가이드(2112) 봉 상에 함께 설치되는 제2 전방 센서 유닛(2142A)과 제2 후방 센서 유닛(2142B)을 포함할 수 있다. 이러한 제2 전방 센서 유닛(2142A)과 제2 후방 센서 유닛(2142B)는 회전 검출용 가이드 봉(2112)을 따라 각각 직선 이동 가능하도록 일렬로 배치된 제2 전방 센서 유닛(2142A)과 제2 후방 센서 유닛(2142B)을 포함할 수 있다.
상기 제2 전방 센서 유닛(2142A)은 제3 가이드 블록(2142_a1)과 제3 엔코더(2142_a2)을 포함할 수 있다.
상기 제3 가이드 블록(2142_a1)은, 회전 검출용 가이드 봉(2112)에 각각 설치되고, 제1 회전 복원용 스프링 봉(2153)과 각각 연결되어 제1 회전 복원용 스프링 봉(2153)에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 글러브 와이어(2130)를 통해 엄지와 대응되는 핑거 블록(1130)과 각각 연결될 수 있다. 이때, 엄지와 대응되는 핑거 블록(1130)은 첫마디 핑거 블록(1131)이든 아니면 중간마디 핑거 블록(1132)이든 관계 없이 이들 중 어느 한 곳과 글러브 와이어(2130)가 연결되면 무방하다. 이러한 제3 가이드 블록(2142_a1)은 회전 검출용 가이드 봉(2112)이 관통되는 형태로 회전 검출용 가이드 봉(2112) 상에 설치되고, 후술하는 제4 가이드 블록(2142_b1)의 전방에 위치할 수 있으며, 회전 검출용 가이드 봉(2112)을 레일로서 이용하여 전, 후방으로 직선 이동할 수 있다.
상기 제3 엔코더(2142_a2)는, 제3 가이드 블록(2142_a1) 상에 각각 설치되고, 막대 필름(2120)이 각각 수평 방향으로 관통되어 제3 가이드 블록(2142_a1)의 직선 이동 시 막대 필름(2120)을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출할 수 있다. 이러한 제3 엔코더(2142_a2)는 리니어 엔코더로서 수발광 센서를 포함하고 있으며, 이러한 수발광 센서를 이용해 제3 가이드 블록(2142_a1)이 직선 이동할 때 고정되어 있는 막대 필름(2120)의 눈금에 대한 상대적인 변화량을 검출할 수 있다. 또한, 제3 엔코더(2142_a2)는 막대 필름(2120)이 눈금이 나타내는 수치가 상대적으로 증가하는지 또는 감소하는지를 센싱하여 엄지 손가락이 회전 동작을 하는지 구분할 수 있는 센싱 데이터를 생성하고, 눈금이 상대적으로 얼마만큼 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지에 대한 수치적인 정보를 포함한 센싱 데이터를 생성할 수 있다.
상기 제2 후방 센서 유닛(2142B)은 제4 가이드 블록(2142_b1)과 제4 엔코더(2142_b2)를 포함할 수 있다.
상기 제4 가이드 블록(2142_b1)은, 회전 검출용 가이드 봉(2112)에 각각 설치되고, 제2 회전 복원용 스프링 봉(21534)과 각각 연결되어 제2 회전 복원용 스프링 봉(2154)에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 글러브 와이어(2130)를 통해 검지와 대응되는 핑거 블록(1130)과 각각 연결될 수 있다. 이때, 검지와 대응되는 핑거 블록(1130)은 첫마디 핑거 블록(1131)이든 아니면 중간마디 핑거 블록(1132)이든 관계 없이 이들 중 어느 한 곳과 글러브 와이어(2130)가 연결되면 무방하다. 이러한 제4 가이드 블록(2142_b1)은 회전 검출용 가이드 봉(2112)이 관통되는 형태로 회전 검출용 가이드 봉(2112) 상에 설치되고, 상술한 제3 가이드 블록(2142_a1)의 후방에 위치할 수 있으며, 회전 검출용 가이드 봉(2112)을 레일로서 이용하여 전, 후방으로 직선 이동할 수 있다.
상기 제4 엔코더(2142_b2)는, 제4 가이드 블록 상에 각각 설치되고, 상기 막대 필름이 각각 수평 방향으로 관통되어 상기 제4 가이드 블록의 직선 이동 시 상기 막대 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출
제4 가이드 블록(2142_b1) 상에 각각 설치되고, 막대 필름(2120)이 각각 수평 방향으로 관통되어 제4 가이드 블록(2142_b1)의 직선 이동 시 막대 필름(2120)을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출할 수 있다. 이러한 제4 엔코더(2142_b2)는 리니어 엔코더로서 수발광 센서를 포함하고 있으며, 이러한 수발광 센서를 이용해 제4 가이드 블록(2142_b1)이 직선 이동할 때 고정되어 있는 막대 필름(2120)의 눈금에 대한 상대적인 변화량을 검출할 수 있다. 또한, 제4 엔코더(2142_b2)는 막대 필름(2120)이 눈금이 나타내는 수치가 상대적으로 증가하는지 또는 감소하는지를 센싱하여 검지 손가락이 회전 동작을 하는지 구분할 수 있는 센싱 데이터를 생성하고, 눈금이 상대적으로 얼마만큼 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지에 대한 수치적인 정보를 포함한 센싱 데이터를 생성할 수 있다.
상기 탄성 부재(2150)는, 센서 모듈(2140)과 글러브 센서 하우징(1120)의 내측벽 사이에 위치하도록 설치되어, 센서 모듈(2140)의 직선 이동 시 원점으로 복귀되도록 텐션을 제공될 수 있다. 이를 위해, 탄성 부재(2150)는 제1 굽힘 복원용 스프링 봉(2151), 제2 굽힘 복원용 스프링 봉(2152), 제1 회전 복원용 스프링 봉(2153) 및 제2 회전 복원용 스프링 봉(2154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 굽힘 복원용 스프링 봉(2151)과 제2 굽힘 복원용 스프링 봉(2152)은 굽힘 검출용 가이드 봉(2111)과 각각 나란하게 설치될 수 있다. 이러한 제1 굽힘 복원용 스프링 봉(2151)과 제2 굽힘 복원용 스프링 봉(2152) 각각은 봉과 해당 봉에 삽입되는 긴 스프링으로 구성될 수 있다. 제1 굽힘 복원용 스프링 봉(2151)의 봉은 제1 가이드 블록(2141_a1)과 제2 가이드 블록(2141_b1)의 좌측 부분을 공통적으로 관통하고, 제2 굽힘 복원용 스프링 봉(2152)의 봉은 제1 가이드 블록(2141_a1)과 제2 가이드 블록(2141_b1)의 우측 부분을 공통적으로 관통할 수 있다. 또한, 제1 굽힘 복원용 스프링 봉(2151)의 스프링은 그 일측이 글러브 센서 하우징(1120)의 내부 전방 측벽에 고정되고, 타측이 제1 가이드 블록(2141_a1)의 내측에 고정될 수 있으며, 제2 굽힘 복원용 스프링 봉(2152)의 스프링은 그 일측이 글러브 센서 하우징(1120)의 내부 전방 측벽에 고정되고, 타측이 제2 가이드 블록(2141_b1)의 내측에 고정될 수 있다.
상기 제1 회전 복원용 스프링 봉(2153)과 제2 회전 복원용 스프링 봉(2154)은 회전 검출용 가이드 봉(2112)과 각각 나란하게 설치될 수 있다. 이러한 제1 회전 복원용 스프링 봉(2153)과 제2 회전 복원용 스프링 봉(2154) 각각은 봉과 해당 봉에 삽입되는 긴 스프링으로 구성될 수 있다. 제1 회전 복원용 스프링 봉(2153)의 봉은 제3 가이드 블록(2142_a1)과 제4 가이드 블록(2142_b1)의 좌측 부분을 공통적으로 관통하고, 제2 회전 복원용 스프링 봉(2154)의 봉은 제3 가이드 블록(2142_a1)과 제4 가이드 블록(2142_b1)의 우측 부분을 공통적으로 관통할 수 있다. 또한, 제1 회전 복원용 스프링 봉(2153)의 스프링은 그 일측이 글러브 센서 하우징(1120)의 내부 전방 측벽에 고정되고, 타측이 제3 가이드 블록(2142_a1)의 내측에 고정될 수 있으며, 제2 회전 복원용 스프링 봉(2154)의 스프링은 그 일측이 글러브 센서 하우징(1120)의 내부 전방 측벽에 고정되고, 타측이 제4 가이드 블록(2142_b1)의 내측에 고정될 수 있다.
다음, 도 6 내지 도 9를 참조하여 팔 관절 착용부(1200)와 팔 모션 센서부(2200)의 구성에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 팔 관절 착용부(1200)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 팔의 전완 부위를 감싸는 전완 밴드 착용부(1210), 팔의 상완 부위를 감싸는 상완 밴드 착용부(1220), 및 전완 밴드 착용부(1210)와 상완 밴드 착용부(1220) 간을 링크 관절을 통해 연결하는 링크 관절 연결부(1230) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전완 밴드 착용부(1210)는, 팔 부위 중 상완 부분을 감싸는 팔찌 수단과 제1 팔찌 수단의 상부에 대략 평평한 플레이트 형태의 제1 설치 플레이트로 구성될 수 있으며, 제1 설치 플레이트의 상부에는 전완 모션 센서부(2210)가 설치 고정되는 원형 홈 형태의 제1 안착부가 형성될 수 있다.
상기 상완 밴드 착용부(1220)는, 팔 부위 중 전완 부분을 감싸는 팔찌 수단과 제2 팔찌 수단의 상부에 대략 평평한 플레이트 형태의 제2 설치 플레이트로 구성될 수 있으며, 제2 설치 플레이트(전완 밴드 착용부(1210)의 설치 플레이트 보다 상대적으로 길이가 긴 구조)의 상부에는 상완 모션 센서부(2220)가 설치 고정되는 원형 홈 형태의 제2 안착부가 형성될 수 있다.
상기 링크 관절 연결부(1230)는, 제1 및 제2 설치 플레이트의 단부가 상하로 중첩되고, 후술하는 제3 회전축(2231)에 의해 회전 가능하도록 전완 밴드 착용부(1210) 및 상완 밴드 착용부(1220)를 연결하는 부분으로, 그 상부에는 팔 관절 모션 센서부(2230)가 설치 고정되는 원형 홈 형태의 제3 안착부가 형성될 수 있다.
상기 팔 모션 센서부(2200)는, 전완 밴드 착용부(1210)에 설치되는 전완 모션 센서부(2210), 상완 밴드 착용부(1220)에 설치되는 상완 모션 센서부(2220), 및 링크 관절 연결부(1230)에 설치되는 팔 관절 모션 센서부(2230)를 포함할 수 있다.
상기 전완 모션 센서부(2210)는 도 8에 도시된 바와 같이 제1 회전축(2211), 제1 원반 필름(2212), 제1 팔 와이어(2213) 및 제5 엔코더(2214) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 회전축(2211)은 전완 모션 센서부(2210)의 중심부에 수직하게 설치되어 제1 팔 와이어(2213)의 수평 이동에 따라 회전할 수 있다. 이러한 제1 회전축(2211)의 내부에는 태엽 스프링이 구비되어 있어 제1 팔 와이어(2213)에 텐션을 제공할 수 있다.
상기 제1 원반 필름(2212)은 제1 회전축(2211)의 중심축을 따라 회전 가능하게 설치되며, 그 외주연을 따라 눈금이 형성될 수 있다. 제1 원반 필름(2212)의 외주연을 따라 형성되는 눈금 간격은 전완 부분의 비틀림에 따른 회전 동작 여부와 전완 부분이 얼마만큼 회전 동작을 했는지를 센싱하기 위한 최소한의 기본적인 수치적 단위(ex. 마이크론 단위)에 해당될 수 있다.
상기 제1 팔 와이어(2213)는 글러브 착용부(1100)와 제1 회전축(2211) 간을 연결할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제1 팔 와이어(2213)의 일측은 글러브 착용부(1100)에 연결되고, 타측은 제1 회전축(2211)의 태엽 스프링에 연결되어, 사용자의 전완 부분에 대한 비틀림과 그에 따른 전완 부분의 회전 시 제1 팔 와이어(2213)가 수평 이동함으로써 제1 회전축(2211)을 회전시킬 수 있으며, 제1 회전축(2211)의 회전 동작에 따라 제1 원반 필름(2212)이 회전할 수 있다. 또한, 사용자의 전완 부분이 원위치로 복귀됨에 따라 제1 회전축(2211)의 태엽 스프링에 의해 제1 팔 와이어(2213)도 원래 자리로 쉽게 복귀될 수 있다.
상기 제5 엔코더(2214)는 제1 원반 필름(2212)의 외주연 중 일부분이 수평 방향으로 삽입 즉, 제1 원반 필름(2212)의 외주연 중 일부분을 일정 간격 이격된 상태로 상하로 물고 있는 형태로 설치되어, 제1 팔 와이어(2213)의 직선 이동에 의한 제1 원반 필름(2212)의 회전 시 제1 원반 필름(2212)을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출할 수 있다. 이러한 제5 엔코더(2214)는 제1 회전축(2211)의 회전 시 시 제1 원반 필름(2212)을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출할 수 있다. 이러한 제5 엔코더(2214)는 수발광 센서를 포함하고 있으며, 제1 회전축(2211)이 회전할 때 고정되어 있는 제5 엔코더(2214)가 회전하는 제1 원반 필름(2212)의 눈금에 대한 상대적인 변화량을 검출할 수 있다. 또한, 제5 엔코더(2214)는 제1 원반 필름(2212)이 눈금이 나타내는 수치가 상대적으로 증가하는지 또는 감소하는지를 센싱하여 전완을 안쪽으로 회전시키는지 또는 바깥쪽으로 회전시키는지를 구분할 수 있는 센싱 데이터를 생성하고, 눈금이 상대적으로 얼마만큼 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지에 대한 수치적인 정보를 포함한 센싱 데이터를 생성할 수 있다.
상기 상완 모션 센서부(2220)는 도 9에 도시된 바와 같이 제2 회전축(2221), 제2 원반 필름(2222), 제2 팔 와이어(2223) 및 제6 엔코더(2224) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 회전축(2221)은 상완 모션 센서부(2210)의 중심부에 수직하게 설치되어 제2 팔 와이어(2223)의 수평 이동에 따라 회전할 수 있다. 이러한 제1 회전축(2211)의 내부에는 태엽 스프링이 구비되어 있어 제2 팔 와이어(2223)에 텐션을 제공할 수 있다.
상기 제2 원반 필름(2222)은 제2 회전축(2221)의 중심축을 따라 회전 가능하게 설치되며, 외주연에 눈금이 형성될 수 있다. 제2 원반 필름(2222)의 외주연을 따라 형성되는 눈금 간격은 상완 부분의 비틀림에 따른 회전 동작 여부와 전완 부분이 얼마만큼 회전 동작을 했는지를 센싱하기 위한 최소한의 기본적인 수치적 단위(ex. 마이크론 단위)에 해당될 수 있다.
상기 제2 팔 와이어(2223)는 어깨와 제2 회전축(2221) 간을 연결할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제2 팔 와이어(2223)의 일측은 어깨 부분(슈트 일부분)에 연결되고, 타측은 제2 회전축(2221)의 태엽 스프링에 연결되어, 사용자의 상완 부분에 대한 비틀림과 그에 따른 상완 부분의 회전 시 제2 팔 와이어(2223)가 수평 이동함으로써 제2 회전축(2221)을 회전시킬 수 있으며, 제2 회전축(2221)의 회전 동작에 따라 제2 원반 필름(2222)이 회전할 수 있다. 또한, 사용자의 상완 부분이 원위치로 복귀됨에 따라 제2 회전축(2221)의 태엽 스프링에 의해 제2 팔 와이어(2223)도 원래 자리로 쉽게 복귀될 수 있다.
상기 제6 엔코더(2224)는, 제2 원반 필름(2222)의 외주연 중 일부분이 수평 방향으로 삽입 즉, 제2 원반 필름(2222)의 외주연 중 일부분을 일정 간격 이격된 상태로 상하로 물고 있는 형태로 설치되어, 제2 팔 와이어(2223)의 직선 이동에 의한 제2 원반 필름(2222)의 회전 시 제2 원반 필름(2222)을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출할 수 있다. 이러한 제5 엔코더(2214)는 제1 회전축(2211)의 회전 시 시 제1 원반 필름(2212)을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출할 수 있다. 이러한 제6 엔코더(2224)는 수발광 센서를 포함하고 있으며, 제2 회전축(2221)이 회전할 때 고정되어 있는 제6 엔코더(2224)가 회전하는 제2 원반 필름(2222)의 눈금에 대한 상대적인 변화량을 검출할 수 있다. 또한, 제6 엔코더(2224)는 제2 원반 필름(2222)이 눈금이 나타내는 수치가 상대적으로 증가하는지 또는 감소하는지를 센싱하여 상완을 안쪽으로 회전시키는지 또는 바깥쪽으로 회전시키는지를 구분할 수 있는 센싱 데이터를 생성하고, 눈금이 상대적으로 얼마만큼 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지에 대한 수치적인 정보를 포함한 센싱 데이터를 생성할 수 있다.
상기 팔 관절 모션 센서부(2230)는 도 7에 도시된 바와 같이 제3 회전축(2230), 제3 원반 필름(2232) 및 제7 엔코더(2233) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제3 회전축(2230)은, 전완 밴드 착용부(1210)의 일측과 상완 밴드 착용부(1220)의 일측이 중첩되는 부분에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 즉, 전완 밴드 착용부(1210)의 제1 설치 플레이트의 단부와 상완 밴드 착용부(1220)의 제2 설치 플레이트의 단부가 상하로 중첩되며, 그 중첩되는 부분에 제3 회전축(2230)이 삽입됨으로써, 전완 밴드 착용부(1210)와 상완 밴드 착용부(1220) 간을 서로 연결하면서, 전완 밴드 착용부(1210)와 상완 밴드 착용부(1220) 간이 서로 회전하도록 한다.
상기 제3 원반 필름(2232)은 제3 회전축(2230)의 중심축을 따라 회전 가능하게 설치되며, 외주연에 눈금이 형성될 수 있다. 제3 원반 필름(2232)의 외주연을 따라 형성되는 눈금 간격은 팔 관절 부분이 접히고 펴지는 회전 동작 여부와 팔 관절 부분이 얼마만큼 회전 동작을 했는지를 센싱하기 위한 최소한의 기본적인 수치적 단위(ex. 마이크론 단위)에 해당될 수 있다.
상기 제7 엔코더(2233)는, 제3 원반 필름(2232)의 외주연 중 일부분이 수평 방향으로 삽입되어, 즉, 제3 원반 필름(2232)의 외주연 중 일부분을 일정 간격 이격된 상태로 상하로 물고 있는 형태로 설치되어, 전완 밴드 착용부(1210)와 상완 밴드 착용부(1220) 간의 회전에 의한 제3 원반 필름(2232)의 회전 시 제3 원반 필름(2232)을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출할 수 있다.
이러한 제7 엔코더(2233)는 제3 회전축(2230)의 회전 시 시 제3 원반 필름(2232)을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출할 수 있다. 이러한 제7 엔코더(2233)는 수발광 센서를 포함하고 있으며, 제3 회전축(2230)이 회전할 때 고정되어 있는 제7 엔코더(2233)가 상대적으로 회전하는 제3 원반 필름(2232)의 눈금에 대한 상대적인 변화량을 검출할 수 있다. 또한, 제7 엔코더(2233)는 제3 원반 필름(2232)이 눈금이 나타내는 수치가 상대적으로 증가하는지 또는 감소하는지를 센싱하여 팔 관절을 안쪽으로 회전시키는지 또는 바깥쪽으로 회전시키는지를 구분할 수 있는 센싱 데이터를 생성하고, 눈금이 상대적으로 얼마만큼 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지에 대한 수치적인 정보를 포함한 센싱 데이터를 생성할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치
1000: 착용부
1100: 글러브 착용부
1110: 글러브 베이스
1120: 글러브 센서 하우징
1130: 핑거 블록
1131: 첫마디 핑거 블록
1132: 중간마디 핑거 블록
1200: 팔 관절 착용부
1210: 전완 밴드 착용부
1220: 상완 밴드 착용부
1230: 링크 관절 연결부
2000: 모션 센서부
2100: 글러브 모션 센서부
2110: 가이드 봉
2111: 굽힘 검출용 가이드 봉
2112: 회전 검출용 가이드 봉
2120: 막대 필름
2130: 글러브 와이어
2140: 센서 모듈
2141: 굽힘 센서 모듈
2141A: 제1 전방 센서 유닛
2141_a1: 제1 가이드 블록
2141_a2: 제1 엔코더
2141B: 제1 후방 센서 유닛
2141_b1: 제2 가이드 블록
2141_b2: 제2 엔코더
2142: 회전 센서 모듈
2142A: 제2 전방 센서 유닛
2142_a1: 제3 가이드 블록
2142_a2: 제3 엔코더
2142B: 제2 후방 센서 유닛
2142_b1: 제4 가이드 블록
2142_b2: 제4 엔코더
2150: 탄성 부재
2151: 제1 굽힘 복원용 스프링 봉
2152: 제2 굽힘 복원용 스프링 봉
2153: 제1 회전 복원용 스프링 봉
2154: 제2 회전 복원용 스프링 봉
2200: 팔 모션 센서부
2210: 전완 모션 센서부
2211: 제1 회전축
2212: 제1 원반 필름
2213: 제1 팔 와이어
2214: 제5 엔코더
2220: 상완 모션 센서부
2221: 제2 회전축
2222: 제2 원반 필름
2223: 제2 팔 와이어
2224: 제6 엔코더
2230: 팔 관절 모션 센서부
2231: 제3 회전축
2232: 제3 원반 필름
2233: 제7 엔코더
1000: 착용부
1100: 글러브 착용부
1110: 글러브 베이스
1120: 글러브 센서 하우징
1130: 핑거 블록
1131: 첫마디 핑거 블록
1132: 중간마디 핑거 블록
1200: 팔 관절 착용부
1210: 전완 밴드 착용부
1220: 상완 밴드 착용부
1230: 링크 관절 연결부
2000: 모션 센서부
2100: 글러브 모션 센서부
2110: 가이드 봉
2111: 굽힘 검출용 가이드 봉
2112: 회전 검출용 가이드 봉
2120: 막대 필름
2130: 글러브 와이어
2140: 센서 모듈
2141: 굽힘 센서 모듈
2141A: 제1 전방 센서 유닛
2141_a1: 제1 가이드 블록
2141_a2: 제1 엔코더
2141B: 제1 후방 센서 유닛
2141_b1: 제2 가이드 블록
2141_b2: 제2 엔코더
2142: 회전 센서 모듈
2142A: 제2 전방 센서 유닛
2142_a1: 제3 가이드 블록
2142_a2: 제3 엔코더
2142B: 제2 후방 센서 유닛
2142_b1: 제4 가이드 블록
2142_b2: 제4 엔코더
2150: 탄성 부재
2151: 제1 굽힘 복원용 스프링 봉
2152: 제2 굽힘 복원용 스프링 봉
2153: 제1 회전 복원용 스프링 봉
2154: 제2 회전 복원용 스프링 봉
2200: 팔 모션 센서부
2210: 전완 모션 센서부
2211: 제1 회전축
2212: 제1 원반 필름
2213: 제1 팔 와이어
2214: 제5 엔코더
2220: 상완 모션 센서부
2221: 제2 회전축
2222: 제2 원반 필름
2223: 제2 팔 와이어
2224: 제6 엔코더
2230: 팔 관절 모션 센서부
2231: 제3 회전축
2232: 제3 원반 필름
2233: 제7 엔코더
Claims (10)
- 사용자의 전신에 각각 착용되는 착용부; 및
상기 착용부에 각각 설치되고, 각 신체관절의 구부림, 펴짐과 회전 동작 중 적어도 하나의 모션에 의해, 각 신체관절을 따라 선형 배치된 와이어의 이동이 각각 이루어지면, 해당 와이어의 이동방향과 이동량을 각각 센싱하는 모션 센서부를 포함하고,
상기 착용부는,
글러브 형태로 손에 착용되는 글러브 착용부; 및
밴드 형태로 팔에 착용되는 팔 관절 착용부를 포함하고,
상기 모션 센서부는,
상기 글러브 착용부에 설치되어 손의 모션을 검출하는 글러브 모션 센서부; 및
상기 팔 관절 착용부에 설치되어 팔의 모션을 검출하는 팔 모션 센서부를 포함하고,
상기 글러브 착용부는,
사용자의 손에 각각 착용되는 글러브 베이스;
상기 글러브 베이스 중 손등 위치에 설치된 글러브 센서 하우징; 및
상기 글러브 베이스 중 손가락 첫마디의 위치에 각각 설치된 첫마디 핑거 블록과, 손가락 중간마디의 위치에 각각 설치된 중간마디 핑거 블록을 포함하고,
상기 글러브 모션 센서부는,
상기 글러브 센서 하우징의 내부에 설치되고, 다섯 개 손가락 중 중수골, 및 첫째와 둘째 중수골 사이와 대응되는 위치에 각각 설치되는 가이드 봉;
상기 가이드 봉과 나란히 각각 설치되고, 눈금이 형성된 막대 필름;
일측이 상기 첫마디 핑거 블록과 상기 중간마디 핑거 블록에 각각 연결되는 글러브 와이어;
상기 가이드 봉을 따라 직선 이동 가능하게 설치되고, 상기 글러브 와이어의 타측이 각각 연결되어 각 손가락 관절의 구부림, 펴짐과 회전 동작 중 적어도 하나의 모션에 의한 상기 글러브 와이어의 이동 시 상기 막대 필름을 따라 직선 이동하면서 읽혀지는 상기 눈금의 상대적 변화량을 각각 센싱하는 센서 모듈; 및
상기 센서 모듈과 상기 글러브 센서 하우징의 내측벽 사이에 위치하도록 설치되어, 상기 센서 모듈의 직선 이동 시 원점으로 복귀되도록 텐션을 제공하는 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 가이드 봉은,
다섯 개 손가락 중 중수골과 대응되는 위치에 각각 설치되는 굽힘 검출용 가이드 봉; 및
다섯 개의 손가락 중 첫째와 둘째 중수골 사이와 대응되는 위치에 설치되는 회전 검출용 가이드 봉을 포함하고,
상기 탄성 부재는,
상기 굽힘 검출용 가이드 봉과 각각 나란하게 설치된 제1 굽힘 복원용 스프링 봉과 제2 굽힘 복원용 스프링 봉; 및
상기 회전 검출용 가이드 봉과 각각 나란하게 설치된 제1 회전 복원용 스프링 봉과 제2 회전 복원용 스프링 봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치.
- 제5 항에 있어서,
상기 센서 모듈은,
다섯 개의 손가락 관절의 구부림과 펴짐 동작에 따른 상기 막대 필름의 눈금을 센싱하기 위한 굽힘 센서 모듈; 및
엄지와 검지 각각의 좌우 회전 동작에 따른 상기 막대 필름의 눈금을 센싱하기 위한 회전 센서 모듈을 포함하고,
상기 굽힘 센서 모듈은,
상기 굽힘 검출용 가이드 봉 상에 함께 설치되되, 상기 굽힘 검출용 가이드 봉을 따라 각각 직선 이동 가능하도록 일렬로 배치된 제1 전방 센서 유닛과 제1 후방 센서 유닛을 포함하고,
상기 회전 센서 모듈은,
상기 회전 검출용 가이드 봉 상에 함께 설치되되, 상기 회전 검출용 가이드 봉을 따라 각각 직선 이동 가능하도록 일렬로 배치된 제2 전방 센서 유닛과 제2 후방 센서 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치.
- 제6 항에 있어서,
상기 제1 전방 센서 유닛은,
상기 굽힘 검출용 가이드 봉에 각각 설치되고, 상기 제1 굽힘 복원용 스프링 봉과 각각 연결되어 상기 제1 굽힘 복원용 스프링 봉에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 상기 글러브 와이어를 통해 다섯 개 손가락 중 상기 첫마디 핑거 블록과 각각 연결되는 제1 가이드 블록; 및
상기 제1 가이드 블록 상에 각각 설치되고, 상기 막대 필름이 각각 수평 방향으로 관통되어 상기 제1 가이드 블록의 직선 이동 시 상기 막대 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제1 엔코더를 포함하고,
상기 제1 후방 센서 유닛은,
상기 굽힘 검출용 가이드 봉에 각각 설치되고, 상기 제2 굽힘 복원용 스프링 봉과 각각 연결되어 상기 제2 굽힘 복원용 스프링 봉에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 상기 글러브 와이어를 통해 다섯 개 손가락 중 상기 중간마디 핑거 블록과 각각 연결되는 제2 가이드 블록; 및
상기 제2 가이드 블록 상에 각각 설치되고, 상기 막대 필름이 각각 수평 방향으로 관통되어 상기 제2 가이드 블록의 직선 이동 시 상기 막대 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제2 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치.
- 제6 항에 있어서,
상기 제2 전방 센서 유닛은,
상기 회전 검출용 가이드 봉에 각각 설치되고, 상기 제1 회전 복원용 스프링 봉과 각각 연결되어 상기 제1 회전 복원용 스프링 봉에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 상기 글러브 와이어를 통해 엄지와 대응되는 핑거 블록과 각각 연결되는 제3 가이드 블록; 및
상기 제3 가이드 블록 상에 각각 설치되고, 상기 막대 필름이 각각 수평 방향으로 관통되어 상기 제3 가이드 블록의 직선 이동 시 상기 막대 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제3 엔코더를 포함하고,
상기 제2 후방 센서 유닛은,
상기 회전 검출용 가이드 봉에 각각 설치되고, 상기 제2 회전 복원용 스프링 봉과 각각 연결되어 상기 제2 회전 복원용 스프링 봉에 의해 탄성력을 각각 제공 받고, 상기 글러브 와이어를 통해 검지와 대응되는 핑거 블록과 연결되는 제4 가이드 블록; 및
상기 제4 가이드 블록 상에 각각 설치되고, 상기 막대 필름이 각각 수평 방향으로 관통되어 상기 제4 가이드 블록의 직선 이동 시 상기 막대 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제4 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 팔 관절 착용부는,
팔의 전완 부위를 감싸는 전완 밴드 착용부;
팔의 상완 부위를 감싸는 상완 밴드 착용부; 및
상기 전완 밴드 착용부와 상기 상완 밴드 착용부 간을 링크 관절을 통해 연결하는 링크 관절 연결부를 포함하고,
상기 팔 모션 센서부는,
상기 전완 밴드 착용부에 설치되는 전완 모션 센서부;
상기 상완 밴드 착용부에 설치되는 상완 모션 센서부; 및
상기 링크 관절 연결부에 설치되는 팔 관절 모션 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치.
- 제9 항에 있어서,
상기 전완 모션 센서부는,
제1 회전축;
상기 제1 회전축의 중심축을 따라 회전 가능하게 설치되며, 외주연에 눈금이 형성된 제1 원반 필름;
상기 글러브 착용부와 상기 제1 회전축 간을 연결하는 제1 팔 와이어; 및
상기 제1 원반 필름의 외주연 중 일부분이 수평 방향으로 삽입되어, 상기 제1 팔 와이어의 직선 이동에 의한 상기 제1 원반 필름의 회전 시 상기 제1 원반 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제5 엔코더를 포함하고,
상기 상완 모션 센서부는,
제2 회전축;
상기 제2 회전축의 중심축을 따라 회전 가능하게 설치되며, 외주연에 눈금이 형성된 제2 원반 필름;
어깨와 상기 제2 회전축 간을 연결하는 제2 팔 와이어; 및
상기 제2 원반 필름의 외주연 중 일부분이 수평 방향으로 삽입되어, 상기 제2 팔 와이어의 직선 이동에 의한 상기 제2 원반 필름의 회전 시 상기 제2 원반 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제6 엔코더를 포함하고,
상기 팔 관절 모션 센서부는,
상기 전완 밴드 착용부의 일측과 상기 상완 밴드 착용부의 일측이 중첩되는 부분에 회전 가능하게 연결되는 제3 회전축;
상기 제3 회전축의 중심축을 따라 회전 가능하게 설치되며, 외주연에 눈금이 형성된 제3 원반 필름; 및
상기 제3 원반 필름의 외주연 중 일부분이 수평 방향으로 삽입되어, 상기 제3 회전축에 의한 상기 제3 원반 필름의 회전 시 상기 제3 원반 필름을 따라 읽혀지는 눈금의 상대적 변화량을 각각 검출하는 제7 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치.
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| KR1020210044229 | 2021-04-05 | ||
| KR20210044229 | 2021-04-05 |
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| KR1020220041126A KR102450935B1 (ko) | 2021-04-05 | 2022-04-01 | 와이어 텐션을 이용한 착용형 모션 센서 장치 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102450935B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101628703B1 (ko) * | 2015-02-11 | 2016-06-21 | 울산과학기술원 | 손가락 움직임 측정 시스템 및 측정 방법 |
| KR20160098878A (ko) | 2015-02-11 | 2016-08-19 | 울산과학기술원 | 손가락 움직임 측정 시스템 및 측정 방법 |
| KR20170138768A (ko) | 2016-06-08 | 2017-12-18 | 한국과학기술연구원 | Fbg 센서를 이용한 모션 캡쳐 장치 |
| KR20180024883A (ko) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 신라파이어 주식회사 | 착탈식 모션 슈트 |
-
2022
- 2022-04-01 KR KR1020220041126A patent/KR102450935B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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