KR102464229B1 - Buckle type force sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 버클 타입 힘 센서에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 버클 타입 힘 센서는 스트랩이 고정되며 고정부로부터 상기 스트랩의 장력에 의해 탄성 이동이 가능하며 탄성 이동 방향에 직교하는 방향으로 돌출 형성되는 삽입 모듈을 포함하는 버클부, 평판 형태의 기판으로 위치가 고정되고, 상기 삽입 모듈이 이격 삽입될 수 있는 홀이 형성되며, 상기 홀의 내측면에 전극이 형성되어 상기 삽입 모듈과 정전 용량을 형성하는 기판부 및 상기 버클부의 탄성 이동에 따라 상기 정전 용량의 변화를 이용하여 상기 버클부에 작용하는 힘을 측정하는 힘 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a buckle-type force sensor, wherein the buckle-type force sensor according to the present invention has a strap fixed thereto and is elastically movable by the tension of the strap from a fixed part, and the insert is formed to protrude in a direction perpendicular to the elastic movement direction. A buckle portion including a module, a substrate having a fixed position with a plate-shaped substrate, a hole into which the insertion module can be inserted spaced apart is formed, and an electrode is formed on the inner surface of the hole to form a capacitance with the insertion module and a force measuring unit measuring a force acting on the buckle unit by using a change in the capacitance according to the elastic movement of the buckle unit and the buckle unit.
Description
본 발명은 버클 타입 힘 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 착용형 로봇 또는 장치 등에 사용되어 스트랩이 연결되는 버클에 작용하는 힘을 측정하는 버클 타입 힘 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a buckle-type force sensor, and more particularly, to a buckle-type force sensor used in a wearable robot or device to measure a force acting on a buckle to which a strap is connected.
최근 다양한 착용형 로봇들이 개발되고 있는데, 특히 소재의 유연한 특성으로 여러 환경에서 사용할 수 있는 이점을 가진 유연 소재의 착용형 로봇이 활발히 개발되고 있다. 착용형 로봇은 건설 현장의 작업자, 재활 환자 등에 사용될 수 있는데, 옷과 같이 인간의 신체에 착용되어 착용자의 근력을 보조해주는 역할을 할 수 있다. Recently, various wearable robots have been developed. In particular, wearable robots made of flexible materials are being actively developed, which has the advantage that it can be used in various environments due to the flexible characteristics of the material. The wearable robot can be used for construction site workers, rehabilitation patients, etc., and can be worn on the human body like clothes to assist the wearer's muscular strength.
이러한 착용형 로봇들은 인체와 밀착되어 구동되기 때문에, 안전을 위해서 착용자와 교류할 수 있는 능력이 중요하다. 착용자와 상호작용 할 수 있는 능력을 위해, 로봇에는 다양한 센서들이 설계되어 착용자의 의도를 파악하여 이에 맞추어 구동할 수 있도록 한다. Since these wearable robots are driven in close contact with the human body, the ability to interact with the wearer is important for safety. For the ability to interact with the wearer, various sensors are designed in the robot to understand the wearer's intentions and act accordingly.
이렇게 다양한 센서에서 측정되는 정보들 중에서, 힘에 대한 정보는 착용자와의 상호작용을 위해 매우 중요한 정보이다. 힘에 대한 정보는 물리적인 정보이기 때문에, 착용형 로봇이 착용자에게 작용하는 힘 정보는 착용자의 안전과 직접적으로 연관된다. 또한, 착용자나 외부에서 착용형 로봇에 작용하는 힘 정보를 통해 안정성 있는 구동을 할 수 있다. Among the information measured by these various sensors, information about force is very important information for interaction with the wearer. Since information about force is physical information, information on force that the wearable robot acts on the wearer is directly related to the safety of the wearer. In addition, stable driving can be performed through force information acting on the wearable robot from the wearer or from the outside.
유연 소재의 착용형 로봇 및 장치는 많은 움직임을 가지는 신체에 착용된다. 그렇기 때문에, 이러한 곳에 장착되는 힘 센서는 로봇 및 착용자의 움직임을 제한하지 않아야 한다. 그러기 위해서는 개발되는 힘 센서의 무게는 가벼워야 하고, 크기는 작아야 하며, 추가적인 장치 없이 센싱을 할 수 있어야 한다. 그리고 착용자의 큰 힘을 견딜 수 있도록 견고한 구성을 가져야 한다. Wearable robots and devices made of flexible materials are worn on a body having many movements. Therefore, the force sensor mounted in these places should not restrict the movement of the robot and the wearer. To this end, the developed force sensor must be light in weight, small in size, and capable of sensing without an additional device. And it must have a sturdy construction to withstand the great force of the wearer.
이에 따라, 착용형 로봇 및 장치에 적용하기 위한 다양한 힘 센서들이 개발되고 있는데, 대부분 착용자나 로봇의 운동성을 제한하는 한계점을 가지고 있다. 따라서 착용형 로봇에 결합이 용이한 힘 측정 센서가 필요하다. Accordingly, various force sensors for application to wearable robots and devices have been developed, but most have limitations in limiting the mobility of the wearer or the robot. Therefore, there is a need for a force measuring sensor that can be easily combined with a wearable robot.
현재까지, 유연 소재의 착용형 로봇 및 장치에 결합 되는 힘 센서는 대부분 힘이 가해질 때 발생하는 변형을 통해 힘을 측정하는 변형(strain) 센서를 많이 사용한다. 변형 센서는 필름 형태처럼 얇게 제작이 가능하기 때문에 유연 소재의 장치에 결합하기 용이하다. 하지만 이러한 변형 센서를 구동하기 위해서는 전압 증폭기(amplifier)가 필요하다. 그리고 이를 장착하기 위한 추가적인 파트도 설계되어야 한다. 또한, 움직임이 많은 착용형 로봇의 특성상, 외력에 많이 노출되기 때문에 변형 센서를 보호하기 위한 구조로 설계되어야 한다. 이러한 구조는 장치의 운동성을 제한하는 경우가 많다. 따라서, 변형 센서가 유연 소재의 착용형 로봇 및 장치에 널리 적용하기에는 많은 제한점이 존재한다.Until now, most force sensors coupled to wearable robots and devices made of flexible materials use strain sensors that measure force through deformation that occurs when force is applied. Since the strain sensor can be manufactured as thin as a film, it is easy to combine with a device made of a flexible material. However, a voltage amplifier is required to drive such a strain sensor. And additional parts for mounting it must also be designed. In addition, due to the nature of the wearable robot with a lot of movement, it should be designed as a structure to protect the deformation sensor because it is exposed to a lot of external force. These structures often limit the mobility of the device. Therefore, there are many limitations for the deformation sensor to be widely applied to wearable robots and devices made of flexible materials.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유연 소재의 착용형 로봇 및 장치 등에 사용될 수 있는 버클 타입 힘 센서로 버클에 연결되는 스트랩의 인장력을 쉽게 측정할 수 있는 버클 타입 힘 센서를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the related art, and it is a buckle type force sensor that can be used for wearable robots and devices made of flexible materials, and is a buckle type that can easily measure the tensile force of a strap connected to the buckle. To provide a force sensor.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 스트랩이 고정되며 고정부로부터 상기 스트랩의 장력에 의해 탄성 이동이 가능하며 탄성 이동 방향에 직교하는 방향으로 돌출 형성되는 삽입 모듈을 포함하는 버클부; 평판 형태의 기판으로 위치가 고정되고, 상기 삽입 모듈이 이격 삽입될 수 있는 홀이 형성되며, 상기 홀의 내측면에 전극이 형성되어 상기 삽입 모듈과 정전 용량을 형성하는 기판부; 및 상기 버클부의 탄성 이동에 따라 상기 정전 용량의 변화를 이용하여 상기 버클부에 작용하는 힘을 측정하는 힘 측정부를 포함하는 버클 타입 힘 센서에 의해 달성될 수 있다. According to the present invention, the strap is fixed and elastic movement is possible by the tension of the strap from the fixing portion, the buckle portion comprising an insertion module protruding in a direction orthogonal to the elastic movement direction; a substrate part having a fixed position with a flat substrate, a hole into which the insertion module can be inserted and spaced apart, and an electrode formed on an inner surface of the hole to form a capacitance with the insertion module; And it can be achieved by a buckle-type force sensor comprising a force measuring unit for measuring the force acting on the buckle portion using a change in the capacitance according to the elastic movement of the buckle portion.
여기서, 상기 삽입 모듈은 원기둥 형태이고, 상기 홀은 원형의 홀인 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the insertion module has a cylindrical shape, and the hole is a circular hole.
여기서, 상기 고정부와 상기 버클부는 일체로 형성되고, 사이에 플렉셔 구조(flexure structure)가 형성되어 상기 버클부는 탄성 이동을 할 수 있다. Here, the fixing part and the buckle part are integrally formed, and a flexure structure is formed therebetween, so that the buckle part can elastically move.
여기서, 상기 기판부는 상기 고정부에 고정될 수 있다. Here, the substrate part may be fixed to the fixing part.
여기서, 상기 버클부에 고정되거나 상기 고정부에 고정되어 상기 삽입 모듈과 상기 기판부를 내부에 수용하는 커버부를 더 포함할 수 있다. Here, it may further include a cover part fixed to the buckle part or fixed to the fixing part to accommodate the insertion module and the substrate part therein.
여기서, 상기 고정부에 고정되어 상기 삽입 모듈 상기 삽입 모듈을 내부에 수용하거나 상기 삽입 모듈 상부에 배치되며, 내측면에 상기 기판부가 고정되는 커버부를 더 포함할 수 있다. Here, the insertion module is fixed to the fixing part, the insertion module is accommodated therein or is disposed on the insertion module, and may further include a cover part to which the substrate part is fixed to the inner surface.
여기서, 상기 삽입 모듈 및 상기 기판부는 상기 버클부의 양측에 형성되어, 양측에서 힘을 측정할 수 있다. Here, the insertion module and the substrate portion may be formed on both sides of the buckle portion, and the force may be measured from both sides.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 스트랩이 고정되며 고정부로부터 상기 스트랩의 장력에 의해 탄성 이동이 가능한 버클부; 상기 버클부에 고정되고 내측면에 상기 버클부가 탄성 이동하는 방향에 직교하는 방향으로 상기 버클부 또는 상기 고정부를 향하여 돌출된 삽입 모듈이 형성되는 커버부; 평판 형태의 기판으로 상기 고정부에 고정되고, 상기 삽입 모듈이 이격 삽입될 수 있는 홀이 형성되며, 상기 홀의 내측면에 전극이 형성되어 상기 삽입 모듈과 정전 용량을 형성하는 기판부; 및 상기 버클부의 탄성 이동에 따라 상기 정전 용량의 변화를 이용하여 상기 버클부에 작용하는 힘을 측정하는 힘 측정부를 포함하는 버클 타입 힘 센서에 의해 달성될 수 있다.In addition, the above object, according to the present invention, the strap is fixed and the buckle portion elastically movable by the tension of the strap from the fixing portion; a cover part fixed to the buckle part and having an insertion module protruding toward the buckle part or the fixing part in a direction orthogonal to a direction in which the buckle part elastically moves on an inner surface thereof; a substrate part fixed to the fixing part as a plate-shaped substrate, a hole into which the insertion module can be inserted is formed, and an electrode is formed on an inner surface of the hole to form a capacitance with the insertion module; And it can be achieved by a buckle-type force sensor comprising a force measuring unit for measuring the force acting on the buckle portion using a change in the capacitance according to the elastic movement of the buckle portion.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 스트랩이 고정되며 고정부로부터 상기 스트랩의 장력에 의해 탄성 이동이 가능한 버클부; 상기 버클부의 탄성 이동 방향에 직교하는 방향으로 돌출 형성되며 위치가 고정되는 삽입 모듈; 평판 형태의 기판으로 상기 버클부에 고정되고, 상기 삽입 모듈이 이격 삽입될 수 있는 홀이 형성되며, 상기 홀의 내측면에 전극이 형성되어 상기 삽입 모듈과 정전 용량을 형성하는 기판부; 및 상기 버클부의 탄성 이동에 따라 상기 정전 용량의 변화를 이용하여 상기 버클부에 작용하는 힘을 측정하는 힘 측정부를 포함하는 버클 타입 힘 센서에 의해 달성될 수 있다. In addition, the above object, according to the present invention, the strap is fixed and the buckle portion elastically movable by the tension of the strap from the fixing portion; an insertion module protruding in a direction orthogonal to the elastic movement direction of the buckle part and having a fixed position; a substrate part fixed to the buckle part in a flat plate shape, a hole into which the insertion module can be inserted is formed, and an electrode is formed on an inner surface of the hole to form a capacitance with the insertion module; And it can be achieved by a buckle-type force sensor comprising a force measuring unit for measuring the force acting on the buckle portion using a change in the capacitance according to the elastic movement of the buckle portion.
여기서, 상기 삽입 모듈은 상기 고정부에 형성될 수 있다. Here, the insertion module may be formed in the fixing part.
여기서, 상기 고정부에 고정되고 내측면에 상기 삽입 모듈이 형성되는 커버부를 더 포함할 수 있다. Here, it may further include a cover portion fixed to the fixing portion and the insertion module is formed on the inner surface.
상기한 바와 같은 본 발명의 버클 타입 힘 센서에 따르면 웨어러블 로봇이나 장치에 가용되는 버클에 센서를 결합하여 별도의 추가 센서 없이 버클 일체형으로 버클에 결합된 스트랩의 인장력을 측정할 수 있다는 장점이 있다. According to the buckle-type force sensor of the present invention as described above, there is an advantage that the tensile force of the strap coupled to the buckle can be measured as an integral buckle without a separate additional sensor by coupling the sensor to the buckle used in the wearable robot or device.
또한, 기존 사용되는 버클에 센서가 결합되어 부피가 작고 무게가 가볍기 때문에 센서가 착용자나 로봇의 운동성을 제한시키지 않는다는 장점도 있다.In addition, since the sensor is combined with the existing buckle, the volume is small and the weight is light, so the sensor does not limit the mobility of the wearer or the robot.
도 1은 본 발명에 따른 버클 타입 힘 센서가 사용될 수 있는 하네스 구조의 착용형 로봇의 일 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버클 타입 힘 센서의 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.
도 5는 기판부의 홀에 삽입된 삽입 모듈의 모습을 확대하여 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 정전 용량의 측정에 의해 힘을 측정하는 원리를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 2 내지 도 4의 실시예의 제 1 변형례이다.
도 8은 도 7의 평면도이다.
도 9는 도 2 내지 도 4의 실시예의 제 2 변형례이다.
도 10은 도 9의 평면도이다.
도 11은 도 2 내지 도 4의 실시예의 제 3 변형례이다.
도 12는 도 11의 평면도이다.
도 13은 도 2 내지 도 4의 실시예의 제 4 변형례이다.
도 14는 도 13의 평면도이다. 1 shows an example of a wearable robot having a harness structure in which a buckle-type force sensor according to the present invention can be used.
2 is a perspective view of a buckle-type force sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view of FIG. 2 ;
FIG. 4 is a plan view of FIG. 3 .
5 is an enlarged view illustrating an insertion module inserted into a hole in the substrate unit.
6 is a diagram showing the principle of measuring force by measuring capacitance according to the present invention.
7 is a first modified example of the embodiment of FIGS. 2 to 4 .
FIG. 8 is a plan view of FIG. 7 .
9 is a second modification of the embodiment of FIGS. 2 to 4 .
FIG. 10 is a plan view of FIG. 9 .
11 is a third modified example of the embodiment of FIGS. 2 to 4 .
12 is a plan view of FIG. 11 .
13 is a fourth modified example of the embodiment of FIGS. 2 to 4 .
FIG. 14 is a plan view of FIG. 13 .
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The specific details of the embodiments are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다 Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 버클 타입 힘 센서를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings for explaining a buckle-type force sensor according to embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 버클 타입 힘 센서가 사용될 수 있는 하네스 구조의 착용형 로봇의 일 예를 도시한다.1 shows an example of a wearable robot having a harness structure in which a buckle-type force sensor according to the present invention can be used.
도 1은 본 발명의 버클 타입 힘 센서가 사용될 수 있는 하네스(harness) 구조의 착용형 로봇의 일 예를 도시한다. 상기 착용형 로봇은 건설 현장의 작업자의 힘을 보조하기 위한 로봇 또는 재활 환자의 재활을 돕는 로봇 등일 수 있다. 1 shows an example of a wearable robot having a harness structure in which a buckle-type force sensor of the present invention can be used. The wearable robot may be a robot for assisting the strength of a worker at a construction site or a robot for assisting rehabilitation of a rehabilitation patient.
상기 착용형 로봇은 팔, 다리, 몸체 등 착용자의 신체에 삽입되어 이를 고정시키기 위한 스트랩 및 스트랩을 연결하고 고정시키는 다수의 버클(100)이 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 버클 타입 힘 센서는 버클(100) 내에 형성되어 버클(100)에 연결된 스트랩(200)의 장력을 측정한다. 따라서, 버클(100)에 작용하는 힘을 측정하여 사용자의 의도를 파악할 수 있고, 이에 따라 착용형 로봇의 움직임을 제어할 수가 있다. The wearable robot is inserted into the wearer's body, such as arms, legs, and body, and a strap for fixing it, and a plurality of
이와 같이 본 발명에 따른 버클 타입 힘 센서는 사람의 신체에 밀착되어 구동되는 소프트 타입의 착용형 로봇 또는 장치에 용이하게 적용될 수 있다. 착용형 로봇 또는 장치는 다수의 스트랩(200)과 버클(100)을 이용하여 인체에 고정시키기 때문이다. 하지만, 본 발명에 따른 버클 타입 힘 센서는 스트랩이 연결되는 다른 장치에서도 사용될 수도 있다. As described above, the buckle-type force sensor according to the present invention can be easily applied to a soft-type wearable robot or device driven in close contact with a person's body. This is because the wearable robot or device is fixed to the human body using a plurality of
이하, 본 발명에 따른 버클 타입 힘 센서의 구조에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the structure of the buckle-type force sensor according to the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 실시예에 따른 버클 타입 힘 센서는 버클부(110), 기판부(120) 및 힘 측정부를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 커버부(130)를 더 포함할 수 있다. The buckle-type force sensor according to an embodiment of the present invention may include a
버클부(110)는 스트랩(200)이 고정되며 스트랩(200)의 장력에 의해 고정부(115)에 대하여 탄성 이동이 가능할 수 있다. 스트랩(200)이 삽입되어 둘러져 삽입될 수 있도록 상하 관통하는 관통홀 내에 제 1 브릿지(1106)가 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 브릿지(1106)에 의해 스트랩(200) 연장 방향에 위치하는 전방 프레임(1101)과 제 1 브릿지(1106) 사이에 형성되는 전방의 관통홀(1103)과 제 1 브릿지(1106) 후방의 관통홀(1104)로 나뉠 수 있다. 스트랩(200)은 후방의 관통홀(1104) 아래에서 삽입되어 제 1 브릿지(1106)를 감아 전방의 관통홀(1103) 아래로 다시 삽입되어 전방으로 연장되는 형태로 스트랩(200)을 고정시킬 수 있다. 전방의 관통홀(1103)을 통해 스트랩(200)이 전방 프레임(1101)을 직접 감는 형태로 스트랩(200)을 고정시킬 수도 있다. 버클부(110) 및 버클부(110)에 스트랩(200)이 연결되는 구조는 기존의 공지된 버클과 동일하기 때문에 다양하게 변형이 가능할 수 있고, 이에 관한 상세 설명은 생략하기로 한다. The
고정부(115)는 버클부(110)의 일측에 형성되어 위치가 고정된다. 고정부(115)는 착용형 로봇이나 장치에 직접 고정될 수 있으나, 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 별도의 스트랩(210)에 의해 착용형 로봇이나 장치에 고정될 수도 있다. 후방 프레임(1102) 전방에 형성된 관통홀(1105)을 통해 스트랩(200)이 관통하여 후방 프레임(1102)을 감는 방식으로 스트랩(200)을 고정시킬 수 있다. 버클부(110)와 마찬가지로 별도의 브릿지(1106)를 형성하여 고정시킬 수도 있다. The fixing
버클부(110)는 고정부(115)를 중심으로 탄성 이동을 할 수 있다. 버클부(110)에 연결된 스트랩(200)에 장력이 작용할 때, 고정부(115)의 위치는 고정된 상태에서 버클부(110)가 고정부(115)를 기준으로 상대 이동을 할 수 있다. 예를 들어, 버클부(110)와 고정부(115)는 일체로 형성되고, 버클부(110)와 고정부(115) 사이는 크랙과 같은 절개된 홈이 형성된 구조인 플렉셔 구조(flexure structure)로 형성될 수 있다. 따라서, 버클부(110)에 연결되는 스트랩(200)이 당겨질 때 상기 플렉셔 구조에 미세한 변형이 발생하여 버클부(110)는 고정부(115)를 중심으로 상대 이동을 할 수 있다. The
버클부(110)를 고정부(115)에 대하여 탄성 이동시키는 구조는 이에 한정되는 것은 아니다. 버클부(110)와 고정부(115)를 별도의 분리된 부재로 형성하되, 버클부(110)와 고정부(115) 사이에 강한 탄성을 가지는 탄성부를 개제하는 방법으로 구성될 수도 있다. The structure for elastically moving the
버클부(110)에는 버클부(110)가 탄성 이동하는 방향에 직교하는 방향으로 돌출된 삽입 모듈(112)이 형성될 수 있다. 삽입 모듈(112)은 후술하는 기판부(120)의 홀(122)에 이격 삽입되어 홀(122)에 형성된 전극과 정전 용량을 형성한다. An
삽입 모듈(112)은 버클부(110)의 측면 프레임(1109)의 외측면에 돌출 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 양쪽의 측면 프레임(1109)이 각각 삽입 모듈(112)이 돌출 형성된다. 삽입 모듈(112)은 원기둥의 형태로 형성될 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The
기판부(120)는 평판 형태의 기판으로 예를 들어 PCB(PRINTED CIRCUIT BOARD)로 구성될 수가 있다. 또한, 기판부(120)에는 홀(122)이 형성되는데, 상기 홀(122)에는 전술한 버클부(110)의 삽입 모듈(112)이 삽입된다. 이때, 홀(122)의 내측면과 삽입 모듈(112)의 외측면은 서로 이격되도록 삽입 모듈(112)의 단면적보다 홀(122)의 단면적이 더 크게 형성된다. The
기판부(120)의 위치는 고정되는데, 본 실시예에서 기판부(120)는 고정부(115)의 외측면에 나사 등의 고정 부재를 이용하여 고정될 수 있다. The position of the
버클부(110)에 연결된 스트랩(200)에 작용하는 장력에 의해 버클부(110)가 이동을 하게 되면 버클부(110)의 삽입 모듈(112)의 위치가 바뀌어 위치가 고정되는 기판부(120)의 홀(122) 내측면과 삽입 모듈(112) 외측면 사이의 거리가 변화될 수가 있으며, 이때 외력이 가해지더라도 홀(122)의 내측면과 삽입 모듈(112) 외측면 사이는 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하다. When the
전술한 바와 같이 삽입 모듈(112)이 원기둥 형태로 형성되는 경우 홀(122)은 원형의 홀(122)로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 삽입 모듈(112)의 중심과 홀(122)의 중심을 일치시켜 원주 방향으로 이격 거리를 일정하도록 하는 것이 바람직하다. As described above, when the
이때, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 홀(122)의 내측면에는 전극(125)이 형성될 수 있다. PCB 기판에 부품을 삽입하지 않고 상층과 하층 사이의 층간을 접속하기 위한 도금 도통홀을 비아홀(Via_Hole)이라고 하는데, 홀(122)의 크기가 작더라도 비아홀의 형태로 기판부(120)의 홀(122) 가장자리 상하면과 홀(122) 내측면에 전극(125)을 형성시킬 수 있다. At this time, as shown in FIG. 5 , an
비아홀로 전극(125)을 형성하는 경우 전극(125)의 단면의 형태가 홀(122) 가장자리 상하면 및 내측면을 둘러싸는 'ㄷ'자 형태를 가질 수 있다. 하지만, 홀(122)의 가장자리 상하면에는 전극(125)이 반드시 형성될 필요는 없다. When the
전극(125)에 전원이 인가되면, 상기 전극(125)과 이격하는 삽입 모듈(112) 사이에 정전용량을 형성하게 된다. 이때, 삽입 모듈(112)이 형성되는 버클부(110)는 접지극이 되도록 접지되는 것이 바람직하다. When power is applied to the
기판부(120)의 홀(122)과 버클부(110)의 삽입 모듈(112) 사이의 이격 공간에는 유전체가 형성될 수가 있는데, 상기 유전체로는 폴리머, 공기 중 어느 하나가 형성될 수가 있고, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.A dielectric may be formed in the space between the
도 6의 (b)에 도시되어 있는 것과 같이 버클부(110)에 연결되는 스트랩(200)의 장력에 의해 버클부(110)가 고정부(115)에 대하여 이동하는 경우 전극(125)과 삽입 모듈(112) 사이의 간격이 바뀌게 된다. 정전 용량의 값은 두 전극 사이의 거리에 반비례하므로 버클부(110)의 이동에 따라서 정전 용량의 값이 바뀌게 되어 정전 용량의 값의 변화로부터 버클부(110)에 작용하는 힘을 측정할 수 있다. When the
본 발명에서는 버클부(110)의 양측에 삽입 모듈(112)이 형성되고 각 삽입 모듈(112)에 대응하는 기판부(120)를 형성하여, 버클부(110) 양측에서 힘을 측정할 수 있다. 본 실시예에서는 버클부(110)부 양측에서 측정되는 값의 평균을 구하는 방법으로 버클부(110)에 작용하는 힘을 더욱 정확하게 측정할 수 있다. In the present invention, the
또한, 삽입 모듈(112)과 기판부(120)를 내부에 수용하는 커버부(130)를 더 포함할 수 있다. 커버부(130)는 외부의 오염 물질로부터 센서를 보호하는 역할을 하며, 외부의 노이즈에 의해 측정값에 오차가 발생하는 것을 방지하도록 한다. In addition, the
커버부(130)는 내측에 삽입 모듈(112)과 기판부(120)가 수용되도록 내측이 공간이 형성되는 형태로 형성되며, 버클부(110)에 고정되거나 고정부(115)에 고정된다. 버클부(110)와 고정부(115) 양측에 커버부(130)가 동시에 고정되는 경우 커버부(130)가 고정부(115)에 대한 버클부(110)의 상대 이동을 제한시키기 때문에, 커버부(130)는 버클부(110) 또는 고정부(115) 중 어느 하나에 고정되는 것이 바람직하다. The
힘 측정부는 연산 장치로서, 버클부(110)에 연결되는 스트랩(200)에 의해 외력이 가해질 때 버클부(110)의 이동에 따른 삽입 모듈(112)과 전극(125) 사이에 형성되는 정전용량의 값 변화를 구하여, 이로부터 버클부(110)에 가해지는 외력을 구한다. 힘 측정부는 상기 기판부(120)에 형성될 수도 있고, 별도의 기판에 형성될 수도 있다. 일체로 형성되는 버클부(110)과 고정부(115) 사이의 관통하는 관통홀을 가로지르는 제 2 브릿지(1107)가 형성될 수 있으며, 상기 제 2 브릿지(1107) 상에 별도의 기판이 장착될 수 있다. 상기 기판(140)에 힘 측정부 및 상기 기판부(120)의 전극(125)에 전원을 공급하는 전원부가 형성될 수 있다. The force measuring unit is a calculation device, and when an external force is applied by the
이하, 도 7 내지 도 8을 참조로 전술한 버클 타입 힘 센서의 제 1 변형례를 설명하기로 한다. 이하의 설명에서는 전술한 실시예와 차이점을 중심으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a first modified example of the above-described buckle-type force sensor will be described with reference to FIGS. 7 to 8 . In the following description, differences from the above-described embodiments will be mainly described.
도 7은 도 2 내지 도 4를 참조로 설명한 실시예의 제 1 변형례이고, 도 8은 도 7의 평면도이다. 7 is a first modified example of the embodiment described with reference to FIGS. 2 to 4 , and FIG. 8 is a plan view of FIG. 7 .
전술한 도 2 내지 도 4의 실시예에서 기판부(120)는 고정부(115)에 고정되어 위치가 고정되지만, 본 실시예에서 기판부(120)는 커버부(130)의 내측면에 고정된다. 커버부(130)는 삽입 모듈(112)을 내부에 수용하거나 삽입 모듈(112) 상측에 위치하며, 내측면에 기판부(120)가 고정된다. In the above-described embodiment of FIGS. 2 to 4 , the
이때, 커버부(130)는 고정부(115)에 결합된다. 따라서, 버클부(110)가 고정부(115)에 대하여 상대 이동을 하더라도 고정부(115), 고정부(115)에 결합되는 커버부(130), 커버부(130) 내측에 고정되는 기판부(120)의 위치는 고정될 수 있다. 따라서, 버클부(110)에 결합된 스트랩(200)의 장력으로 버클부(110)가 이동을 하면 고정된 기판부(120)의 홀(122) 내부에 위치하는 삽입 모듈(112)의 위치가 바뀌어 정전 용량이 바뀔 수 있다. At this time, the
이하, 도 9 내지 도 10을 참조로 전술한 버클 타입 힘 센서의 제 2 변형례를 설명하기로 한다. 이하의 설명에서도 전술한 실시예와 차이점을 중심으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a second modified example of the above-described buckle-type force sensor will be described with reference to FIGS. 9 to 10 . In the following description, differences from the above-described embodiment will be mainly described.
도 9는 도 2 내지 도 4의 실시예의 제 2 변형례이고, 도 10은 도 9의 평면도이다. 9 is a second modified example of the embodiment of FIGS. 2 to 4 , and FIG. 10 is a plan view of FIG. 9 .
본 실시예에서는 도 2 내지 도 4를 참조로 전술한 실시예에서와 마찬가지로 기판부(120)는 고정부(115)에 고정된다. 하지만, 전술한 실시예에서 삽입 모듈(112)은 버클부(110)의 외측면에 형성되지만, 본 실시예에서 삽입 모듈(132)은 커버부(130)의 내측면에서 버클부(110) 또는 고정부(115)를 향하여 돌출 형성된다. In the present embodiment, the
이때, 커버부(130)는 버클부(110)에 결합된다. 따라서, 버클부(110)가 고정부(115)에 대하여 상대 이동을 하게 되면, 버클부(110)에 결합된 커버부(130) 및 커버부(130) 내측에 돌출 형성되는 삽입 모듈(132)이 버클부(110)와 함께 이동을 하게 된다. 따라서, 버클부(110)에 결합된 스트랩(200)의 장력으로 버클부(110)가 이동을 하면 고정부(115)에 위치가 고정된 기판부(120)의 홀(122) 내부에 위치하는 삽입 모듈(132)의 위치가 바뀌어 정전 용량이 바뀔 수 있다. At this time, the
이하, 도 11 내지 도 12를 참조로 전술한 버클 타입 힘 센서의 제 3 변형례를 설명하기로 한다. 이하의 설명에서도 전술한 실시예와 차이점을 중심으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a third modified example of the above-described buckle-type force sensor will be described with reference to FIGS. 11 to 12 . In the following description, differences from the above-described embodiment will be mainly described.
도 11은 도 2 내지 도 4의 실시예의 제 3 변형례이고, 도 12는 도 11의 평면도이다. 11 is a third modified example of the embodiment of FIGS. 2 to 4 , and FIG. 12 is a plan view of FIG. 11 .
본 실시예에서는 도 2 내지 도 4를 참조로 전술한 실시예에서 달리 기판부(120)는 버클부(110)에 고정된다. 따라서, 버클부(110)가 외력에 의해 이동을 하게 되면 기판부(120)가 함께 이동을 하게 된다. 또한, 본 실시예에서는 삽입 모듈(112)이 고정부(115)의 외측면에 형성된다. 따라서, 삽입 모듈(112)의 위치는 고정된 상태에서 버클부(110)에 결합된 스트랩(200)의 장력으로 버클부(110)가 이동을 하면 버클부(110)에 고정된 기판부(120)의 홀(122) 위치가 삽입 모듈(112)을 중심으로 바뀌어 정전 용량이 바뀔 수 있다. In this embodiment, unlike in the embodiment described above with reference to FIGS. 2 to 4 , the
전술한 실시예에서는 모두 기판부(120)의 위치가 고정되고 삽입 모듈(112, 132)의 위치가 바뀌어 정전 용량이 바뀌는데 반하여, 본 실시예에서는 삽입 모듈(132)의 위치는 고정되는 반면에 기판부(120)의 홀(122)의 위치가 바뀌어 홀(122)과 삽입 모듈(132) 사이의 거리 변화에 따른 정전 용량이 바뀌게 된다.In all of the above embodiments, the position of the
본 실시예에서 커버부(130)는 고정부(115) 또는 버클부(110) 중 어느 하나에만 고정되는 것이 바람직하다.In this embodiment, the
이하, 도 13 내지 도 14를 참조로 전술한 버클 타입 힘 센서의 제 4 변형례를 설명하기로 한다. 이하의 설명에서도 전술한 실시예와 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a fourth modified example of the above-described buckle-type force sensor will be described with reference to FIGS. 13 to 14 . In the following description, differences from the above-described embodiment will be mainly described.
도 13은 도 2 내지 도 4의 실시예의 제 4 변형례이고, 도 14는 도 13의 평면도이다. 13 is a fourth modified example of the embodiment of FIGS. 2 to 4 , and FIG. 14 is a plan view of FIG. 13 .
본 실시예에서도 전술한 실시예와 마찬가지로 기판부(120)는 버클부(110)에 고정된다. 나아가, 본 실시예에서는 제 2 변형례와 마찬가지로 커버부(130) 내측면에 삽입 모듈(132)이 버클부(110) 또는 고정부(115)를 향하여 돌출 형성된다. In this embodiment, as in the previous embodiment, the
이때, 커버부(130)는 고정부(115)에 결합된다. 따라서, 버클부(110)가 고정부(115)에 대하여 상대 이동을 하게 되더라도, 고정부(115)에 결합된 커버부(130) 및 커버부(130) 내측에 돌출 형성되는 삽입 모듈(132)의 위치는 고정된다. 따라서, 버클부(110)에 결합된 스트랩(200)의 장력으로 버클부(110)가 이동을 하면 버클부(110)에 고정된 기판부(120)의 홀(122) 위치가 삽입 모듈(132)을 중심으로 바뀌어 정전 용량이 바뀔 수 있다. At this time, the
본 실시예에서도 삽입 모듈(132)의 위치는 고정되는 반면에 기판부(120)의 홀(122)의 위치가 바뀌어 홀(122)과 삽입 모듈(132) 사이의 거리 변화에 따른 정전 용량이 바뀌게 된다.In this embodiment, while the position of the
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the present invention claimed in the claims, it is considered to be within the scope of the claims of the present invention to the extent that various modifications can be made by anyone skilled in the art to which the invention pertains.
100: 버클
110: 버클부
1101: 전방 프레임
1102: 후방 프레임
1103: 관통홀
1104: 관통홀
1105: 관통홀
1106: 제 1 브릿지
1107: 제 2 브릿지
1109: 측면 프레임
112: 삽입 모듈
115: 고정부
120: 기판부
125: 전극
122: 홀
130: 커버부
132: 삽입 모듈
200: 스트랩
210: 스트랩100: buckle
110: buckle part
1101: front frame
1102: rear frame
1103: through hole
1104: through hole
1105: through hole
1106: first bridge
1107: second bridge
1109: side frame
112: insert module
115: fixed part
120: substrate unit
125: electrode
122: Hall
130: cover part
132: insert module
200: strap
210: strap
Claims (11)
평판 형태의 기판으로 위치가 고정되고, 상기 삽입 모듈이 이격 삽입될 수 있는 홀이 형성되며, 상기 홀의 내측면에 전극이 형성되어 상기 삽입 모듈과 정전 용량을 형성하는 기판부; 및
위치가 고정된 상기 홀에 대하여 상기 버클부의 탄성 이동에 따라 상기 삽입 모듈이 이동할 때 정전 용량의 변화를 이용하여 상기 버클부에 작용하는 힘을 측정하는 힘 측정부를 포함하는 버클 타입 힘 센서. a buckle part including an insertion module to which the strap is fixed and elastically movable by the tension of the strap from the fixing part and protruding in a direction perpendicular to the elastic movement direction;
a substrate part having a fixed position with a flat substrate, a hole into which the insertion module can be inserted and spaced apart, and an electrode formed on an inner surface of the hole to form a capacitance with the insertion module; and
and a force measuring part measuring a force acting on the buckle part using a change in capacitance when the insertion module moves according to the elastic movement of the buckle part with respect to the hole at which the position is fixed.
상기 삽입 모듈은 원기둥 형태이고, 상기 홀은 원형의 홀인 버클 타입 힘 센서.The method of claim 1,
The insertion module has a cylindrical shape, and the hole is a circular hole in a buckle type force sensor.
상기 고정부와 상기 버클부는 일체로 형성되고, 사이에 플렉셔 구조(flexure structure)가 형성되어 상기 버클부는 탄성 이동을 하는 버클 타입 힘 센서.The method of claim 1,
A buckle-type force sensor in which the fixing part and the buckle part are integrally formed, and a flexure structure is formed therebetween so that the buckle part elastically moves.
상기 기판부는 상기 고정부에 고정되는 버클 타입 힘 센서.The method of claim 1,
The substrate portion is a buckle-type force sensor fixed to the fixing portion.
상기 버클부에 고정되거나 상기 고정부에 고정되어 상기 삽입 모듈과 상기 기판부를 내부에 수용하는 커버부를 더 포함하는 버클 타입 힘 센서.5. The method of claim 4,
The buckle type force sensor further comprising a cover part fixed to the buckle part or fixed to the fixing part to accommodate the insertion module and the substrate part therein.
상기 고정부에 고정되어 상기 삽입 모듈을 내부에 수용하거나 상기 삽입 모듈 상부에 배치되며, 내측면에 상기 기판부가 고정되는 커버부를 더 포함하는 버클 타입 힘 센서. The method of claim 1,
The buckle type force sensor further comprising a cover part fixed to the fixing part to accommodate the insertion module therein or disposed on the insertion module, the substrate part being fixed to the inner surface.
상기 삽입 모듈 및 상기 기판부는 상기 버클부의 양측에 형성되어, 양측에서 힘을 측정하는 버클 타입 힘 센서. The method of claim 1,
The insertion module and the substrate portion are formed on both sides of the buckle portion, a buckle-type force sensor for measuring the force from both sides.
상기 버클부에 고정되고 내측면에 상기 버클부가 탄성 이동하는 방향에 직교하는 방향으로 상기 버클부 또는 상기 고정부를 향하여 돌출된 삽입 모듈이 형성되는 커버부;
평판 형태의 기판으로 상기 고정부에 고정되고, 상기 삽입 모듈이 이격 삽입될 수 있는 홀이 형성되며, 상기 홀의 내측면에 전극이 형성되어 상기 삽입 모듈과 정전 용량을 형성하는 기판부; 및
위치가 고정된 상기 홀에 대하여 상기 버클부의 탄성 이동에 따라 상기 삽입 모듈이 이동할 때 정전 용량의 변화를 이용하여 상기 버클부에 작용하는 힘을 측정하는 힘 측정부를 포함하는 버클 타입 힘 센서. a buckle part to which the strap is fixed and elastically movable by the tension of the strap from the fixing part;
a cover part fixed to the buckle part and having an insertion module protruding toward the buckle part or the fixing part in a direction orthogonal to a direction in which the buckle part elastically moves on an inner surface thereof;
a substrate part fixed to the fixing part as a plate-shaped substrate, a hole into which the insertion module can be inserted is formed, and an electrode is formed on an inner surface of the hole to form a capacitance with the insertion module; and
and a force measuring part measuring a force acting on the buckle part using a change in capacitance when the insertion module moves according to the elastic movement of the buckle part with respect to the hole at which the position is fixed.
상기 버클부의 탄성 이동 방향에 직교하는 방향으로 돌출 형성되며 위치가 고정되는 삽입 모듈;
평판 형태의 기판으로 상기 버클부에 고정되고, 상기 삽입 모듈이 이격 삽입될 수 있는 홀이 형성되며, 상기 홀의 내측면에 전극이 형성되어 상기 삽입 모듈과 정전 용량을 형성하는 기판부; 및
위치가 고정된 상기 삽입 모듈에 대하여 상기 버클부의 탄성 이동에 따라 상기 홀이 이동할 때 정전 용량의 변화를 이용하여 상기 버클부에 작용하는 힘을 측정하는 힘 측정부를 포함하는 버클 타입 힘 센서. a buckle part to which the strap is fixed and elastically movable by the tension of the strap from the fixing part;
an insertion module protruding in a direction orthogonal to the elastic movement direction of the buckle part and having a fixed position;
a substrate part fixed to the buckle part in a flat plate shape, a hole into which the insertion module can be inserted is formed, and an electrode is formed on an inner surface of the hole to form a capacitance with the insertion module; and
and a force measuring part measuring a force acting on the buckle part using a change in capacitance when the hole moves according to the elastic movement of the buckle part with respect to the insertion module having a fixed position.
상기 삽입 모듈은 상기 고정부에 형성되는 버클 타입 힘 센서.10. The method of claim 9,
The insertion module is a buckle-type force sensor formed in the fixing portion.
상기 고정부에 고정되고 내측면에 상기 삽입 모듈이 형성되는 커버부를 더 포함하는 버클 타입 힘 센서.10. The method of claim 9,
The buckle-type force sensor further comprising a cover part fixed to the fixing part and having the insertion module formed on an inner surface thereof.
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---|---|---|---|
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