KR102472779B1 - Pressure Sensing Unit And Shoe Insole Having The Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광을 조사하는 제1 모듈; 상기 제1 모듈에서 조사되어 사용자 피부에서 산란되는 광을 수광하는 제2 모듈; 및 상기 제2 모듈에서 수신된 광정보에 기초하여 전기적 정보를 생성하는 제3 모듈;을 포함하는, 압력센서에 관한 것이다.The present invention is a first module for irradiating light; a second module that receives light emitted from the first module and scattered from the user's skin; and a third module generating electrical information based on the optical information received from the second module.
Description
본 발명은 압력센서 유닛 및 이를 구비하는 신발용 깔창에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 광을 조사하고 압력센서 유닛에 접촉되는 접촉체에서 반사된 광의 광량에 기초하여, 접촉체의 접촉여부와 가압여부를 구별하며 압력 또는 힘을 측정할 수 있으면서도 충분한 내구성을 확보하고 크기를 컴팩트하게 구성할 수 있는 압력센서 유닛 및 이를 구비하는 신발용 깔창에 관한 것이다.The present invention relates to a pressure sensor unit and an insole for shoes having the same. More specifically, the present invention irradiates light and based on the amount of light reflected from the contact that contacts the pressure sensor unit, distinguishes whether or not the contact is in contact and pressurized, and can measure pressure or force while maintaining sufficient durability. It relates to a pressure sensor unit that can be secured and configured to be compact in size, and an insole for shoes having the same.
스포츠, 의료 또는 재활 등의 목적으로 착용형 보조장치 등에 적용되던 압력 또는 힘을 측정하기 위해 종래 많이 적용되는 센서는 FSR(Force Sensing Resistor) 센서와 공압 센서 등이 있다.Sensors that are frequently applied to measure pressure or force applied to a wearable assistive device for sports, medical, or rehabilitation purposes include a Force Sensing Resistor (FSR) sensor and a pneumatic sensor.
FSR 센서는 두께가 얇고 부피가 작아 널리 사용되고 있으나, 주로 얇은 면 구조로 되어있어, 외력에 의해 왜곡되거나 접힐 경우 센서가 파손되는 문제와 센서 자체가 시트 형태로 구성되어, 눌리는 부위에 따라 고른 압력값을 측정하기 어렵다는 문제점이 있다.The FSR sensor is widely used due to its thin thickness and small volume, but mainly has a thin surface structure, which causes the sensor to be damaged when distorted or folded by an external force, and the sensor itself is composed of a sheet form, so it has an even pressure value depending on the area being pressed There is a problem that it is difficult to measure .
공압센서의 경우 면적이 넓어도 공압이 연통되는 구조로 제작하면 영역별 압력 편차의 문제는 없으나, 제작이 번거롭고 센서가 감도 범위에서 인식할 수 있는 충분한 공기 통로 확보가 필요한 만큼 부피가 크다. 때문에 특정 면적에 복수개의 센서를 배치하기가 쉽지 않다는 문제가 있다.In the case of a pneumatic sensor, if it is manufactured in a structure in which air pressure is communicated even if the area is large, there is no problem of pressure deviation by area, but it is cumbersome to manufacture and it is bulky as it needs to secure enough air passage for the sensor to recognize in the sensitivity range. Therefore, there is a problem in that it is not easy to arrange a plurality of sensors in a specific area.
따라서, 부피와 두께는 최소화되면서도 압력 측정의 영역별 편차를 최소화고, 충분한 내구성도 확보할 수 있는 압력센서 유닛에 대한 요구가 크다.Therefore, there is a great need for a pressure sensor unit capable of minimizing the volume and thickness, minimizing the variation for each area of pressure measurement, and ensuring sufficient durability.
본 발명은 광을 조사하고 압력센서 유닛에 접촉되는 접촉체에서 반사된 광의 광량에 기초하여, 접촉체의 접촉여부와 가압여부를 구별하며 압력 또는 힘을 측정할 수 있으면서도 충분한 내구성을 확보하고 크기를 컴팩트하게 구성할 수 있는 압력센서 유닛 및 이를 구비하는 신발용 깔창을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention irradiates light and based on the amount of light reflected from the contact that contacts the pressure sensor unit, distinguishes whether or not the contact is in contact and pressurized, and measures pressure or force while ensuring sufficient durability and size. It is a task to be solved to provide a pressure sensor unit that can be configured compactly and an insole for shoes having the same.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 광을 조사하는 제1 모듈; 광을 수광하여 전압 형태의 출력신호를 발생시키는 제2 모듈; 상기 제1 모듈 및 상기 제2 모듈로 전력을 공급하고, 상기 제1 모듈로 제어신호를 전송하고 상기 제2 모듈의 출력신호를 수신하는 제3 모듈; 및, 상기 제1 모듈, 상기 제2 모듈 및 제3 모듈을 수용하며, 광투과성 재질로 구성되는 하우징;을 포함하고, 상기 제2 모듈은 상기 제1 모듈에서 조사된 광이 상기 하우징을 투과한 후 상기 하우징 외주면에 접촉된 접촉체에서 반사되어 다시 하우징 내로 입사되는 광을 감지하여 감지된 광의 크기에 비례하는 전압을 출력신호로 출력하는 압력센서 유닛을 제공합시다.In order to solve the above problems, the present invention is a first module for irradiating light; a second module that receives light and generates an output signal in the form of a voltage; a third module that supplies power to the first module and the second module, transmits a control signal to the first module, and receives an output signal of the second module; and a housing accommodating the first module, the second module, and the third module and made of a light-transmitting material, wherein the second module transmits light emitted from the first module through the housing. Then, let's provide a pressure sensor unit that senses the light that is reflected from the contact in contact with the outer circumferential surface of the housing and then enters the housing again and outputs a voltage proportional to the size of the detected light as an output signal.
그리고, 상기 제1 모듈은 적외선 LED 소자를 포함하고, 상기 제2 모듈은 포토트랜지스터(Phototransister) 소자를 포함할 수 있다.The first module may include an infrared LED device, and the second module may include a phototransistor device.
이 경우, 상기 하우징은 상기 제1 모듈, 상기 제2 모듈 및 제3 모듈을 충실형으로 수용하며 유연한 재질로 구성될 수 있다.In this case, the housing may faithfully accommodate the first module, the second module, and the third module and be made of a flexible material.
또한, 상기 제3 모듈은 상기 제2 모듈에서 제공된 출력신호를 압력 또는 힘으로 변환하는 프로세서 및 상기 제1 모듈과 제2 모듈에 전력을 공급하기 위한 전원부와 연결될 수 있다.In addition, the third module may be connected to a processor for converting an output signal provided from the second module into pressure or force and a power supply unit for supplying power to the first module and the second module.
그리고, 상기 제2 모듈은 상기 접촉체의 접촉 여부 및 가압 여부에 따라 3 레벨의 전압을 출력하도록 감도가 설정될 수 있다.Also, the sensitivity of the second module may be set to output three levels of voltage depending on whether the contactor is contacted or pressed.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전술한 어느 하나의 압력센서 유닛이 장착된 유연한 재질로구성되는 깔창부재를 구비하는 신발용 깔창을 제공할 수 있다.In addition, in order to solve the above problems, the present invention can provide an insole for shoes having an insole member made of a flexible material to which any one of the pressure sensor units described above is mounted.
또한, 상기 깔창부재에 상기 압력센서 유닛이 장착되기 위한 장착구가 형성되며, 상기 압력센서 유닛은 상기 제1 모듈의 광이 깔창부재 상방향으로 조사되도록 상기 장착구에 장착될 수 있다.In addition, a mounting hole for mounting the pressure sensor unit may be formed in the insole member, and the pressure sensor unit may be mounted in the mounting hole so that the light of the first module is radiated upward to the insole member.
여기서, 상기 장착구는 상기 깔창부재의 상면에 형성된 장착홈일 수 있다.Here, the mounting hole may be a mounting groove formed on an upper surface of the insole member.
또한, 상기 장착홈의 깊이는 상기 압력센서 유닛의 높이보다 클 수 있다.Also, a depth of the mounting groove may be greater than a height of the pressure sensor unit.
또한, 상기 장착구는 상기 깔창부재의 전방과 후방에 각각 1개씩 구비될 수 있다.In addition, one mounting hole may be provided at each front and rear of the insole member.
본 발명에 따른 압력센서 유닛 및 이를 구비하는 신발용 깔창에 의하면, 접촉체의 밀도 변화에 따라 압력의 크기를 측정하는 새로운 압력 측정수단을 제공할 수 있다.According to the pressure sensor unit and the insole for shoes having the same according to the present invention, it is possible to provide a new pressure measuring means for measuring the magnitude of pressure according to the change in the density of the contact body.
또한, 본 발명에 따른 압력센서 유닛 및 이를 구비하는 신발용 깔창에 의하면, 종래의 FSR 센서에 비하여 내구성이 향상되고 영역별 편차가 최소화되며, 종래의 공압 센서보다 제조가 용이하고 부피가 컴팩트화될 수 있다.In addition, according to the pressure sensor unit according to the present invention and the insole for shoes having the same, the durability is improved compared to the conventional FSR sensor, the variation for each area is minimized, and the manufacturing is easier and the volume is more compact than the conventional pneumatic sensor. can
도 1은 본 발명에 따른 압력센서 유닛을 구비하는 압력 센싱 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 압력센싱부의 일 실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 압력센싱부에 사용자의 신체 접촉부가 접근하는 경우 센서 출력값의 변화 상태의 예시를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 압력센서 유닛을 장착한 신발용 깔창의 예시를 도시한다.
도 5는 도 4(c)에 도시된 신발용 깔창이 장착된 신발을 착용한 사용자의 발이 입각기 동안 깔창의 전방의 제1 압력센서 유닛과 후방에 장착된 제2 압력센서 유닛에서의 출력 전압 그래프를 도시한다.1 shows a pressure sensing system having a pressure sensor unit according to the present invention.
2 shows an embodiment of a pressure sensing unit according to the present invention.
3 illustrates an example of a change state of a sensor output value when a user's body contacting part approaches the pressure sensing part according to the present invention.
4 shows an example of an insole for shoes equipped with a pressure sensor unit according to the present invention.
FIG. 5 is an output voltage of a first pressure sensor unit on the front side of the insole and a second pressure sensor unit on the rear side of the foot of a user wearing the shoe equipped with the insole shown in FIG. 4 (c) during the stance phase. show the graph
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete, and the spirit of the invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Like reference numbers indicate like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명에 따른 압력센서 유닛(110)을 구비하는 압력 센싱 시스템(1000)을 도시한다. 1 shows a pressure sensing system 1000 having a
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 압력센서 유닛(110)을 구비하는 압력 센싱 시스템(1000)은 압력센싱부(100) 및 프로세서(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 프로세서(200)는 상기 압력센싱부(100)에서 압력에 따라 제공되는 전기적 출력 신호, 예를 들면 전압 등을 구체적인 압력 또는 힘으로 처리하기 위한 연산 또는 처리를 위하여 구비될 수 있다.Referring to FIG. 1 , a pressure sensing system 1000 having a
또한, 상기 압력센싱부(100)는 적어도 하나의 압력센서 유닛(110)를 포함하여 구성될 수 있으며, 압력센싱부(100)가 신발용 깔창 또는 신발에 장착되는 경우 상기 압력센서 유닛(110)은 전방과 후방에 각각 구비되어 착용자의 보행시 발의 입각기 또는 유각기 여부를 식별하도록 사용될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 뒤로 미룬다.In addition, the
또한, 본 발명에 따른 압력센서 유닛(110)을 구비하는 압력 센싱 시스템(1000)은 프로세서(200)에서 제공된 압력값이 제공되는 메인 컨트롤러(300)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 압력센서 유닛(110)을 구비하는 압력 센싱 시스템(1000)의 각 구성은 유/무선 통신방식, 전기적 연결방식 등 다양한 형태로 연결될 수 있다.In addition, the pressure sensing system 1000 having the
상기 프로세서(200)는 압력센싱부(100)에서 생성된 전기적 정보(출력 전압 등)를 기초로 접촉체, 예를 들면 압력센서 유닛(110)이 신발용 깔창 등에 장착된 경우 착용자의 족저면에 의해 가해지는 압력 정보를 산출할 수 있다. Based on the electrical information (output voltage, etc.) generated by the
상세하게, 프로세서(200)는 압력센싱부(100)로부터 전기적 정보를 전달받을 수 있다. 프로세서(200)는 전기적 정보를 처리할 수 있는 모든 하드웨어적인 장치 또는 소프트웨어적인 프로그램을 포함할 수 있다. 일 예로, 프로세서(200)는 마이크로 컨트롤러 등 입력 신호를 처리하여 출력할 수 있는 프로세서 형태라면 다양한 구성이 적용될 수 있다. In detail, the
또한, 프로세서(200)는 복수개의 압력센서 유닛(110a, 110b)에서 각각 전달되는 전기적 정보를 사용자의 체중 등의 고유정보와 매칭시켜 사용자에 의해 가해지는 압력정보를 구체화할 수 있다.In addition, the
상기 메인 컨트롤러(300)는 압력 센싱 시스템(1000)이 독립된 압력 측정 수단인 경우 요구되는 형태로 압력값을 출력 정보로 제공할 수 있고, 압력 센싱 시스템(1000)이 보조로봇 등에 적용되는 족저면 등의 압력 측정 수단인 경우 로봇의 제어부가 메인 컨트롤러가 될 수 있다.The
따라서, 로봇의 제어부는 압력센싱부(100)에서 제공된 족저면 등의 압력 정보에 따라 보행 사이클을 판단하여 보조로봇을 제어할 수 있다.Therefore, the control unit of the robot may control the auxiliary robot by determining the gait cycle according to the pressure information such as the plantar surface provided by the
한편, 본 발명에 따른 압력센서 유닛(110)을 구비하는 압력 센싱 시스템(1000)은 전원부(400)로부터 전력을 공급받을 수 있다. Meanwhile, the pressure sensing system 1000 including the
또한, 본 발명에 따른 압력센서 유닛(110)을 구비하는 압력 센싱 시스템(1000)은 상기 전원부(400)에서 제공되는 전원이 분배되어 전달될 수 있다. 상기 전원부(400)는 압력센싱부(100)가 독립된 압력 측정 수단인 경우 독립된 배터리 형태로 구비될 수도 있고, 압력 센싱 시스템(1000)이 보조로봇 등에 적용되는 족저면 등의 압력 측정 수단인 경우 착용형 로봇에 구비된 배터리 등의 전원공급부가 상기 전원부(400)로 기능할 수 있다.In addition, in the pressure sensing system 1000 having the
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 압력센싱부(100)은 복수 개의 압력센서 유닛(110a, 110b…로 구성될 수도 있다. 특히, 영역별로 분산 배치하여 넓은 면적에서의 영역별 압력을 측정할 수도 있다. As shown in Fig. 1, the
따라서, 본 발명에 따른 압력센서 유닛(110)은 신발용 깔창에 장착되어 각각의 영역별 압력 변화를 통해 자세 또는 보행 주기 등을 판단할 수 있다.Therefore, the
구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 압력센싱부(100)을 구성하는 제1 압력센서 유닛(110a)는 사용자 족저면 전방에 위치하도록 신발용 깔창에 장착하고, 제2 압력센서 유닛(110b)는 사용자 족저면 후방에 위치하도록 신발용 깔창에 장착하여 보행시 족저면 접촉 여부에 따른 각각의 압력센서 유닛(110)의 압력값을 통해 보행 주기를 판단할 수 있다. Specifically, the first
압력센싱부(100)을 구성하는 각각의 압력센서 유닛(110)은 사용자의 신체 등 접촉체를 향해 광을 출력하고, 접촉체로부터 산란된 광을 수광하여 전기적 정보를 생성할 수 있다. 또한, 압력센서 유닛(110)은 접촉한 사용자 피부의 물리적 변화에 의해 유도되는 광산란 정도에 기초하여 전기적 정보를 생성한다. 이를 위해, 압력센서 유닛(110)은 광을 조사하는 LD(Laser Diode), LED(Light Emitting Diode) 등의 발광소자를 포함할 수 있다. 이에 대한 설명은 뒤로 미룬다.Each
도 2는 본 발명에 따른 압력센싱부(100)의 일 실시예를 도시하고, 도 3은 본 발명에 따른 압력센싱부(100)에 사용자의 신체 접촉체(C)가 접근하는 경우 센서 출력값의 변화 상태의 예시를 도시한다.2 shows an embodiment of the
도 2 및 도 3을 참조하면, 압력센싱부(100)은 제1 모듈(111), 제2 모듈(113), 제3 모듈(115) 및 하우징(117)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 2 and 3 , the
본 발명에 따른 압력센싱부(100)은 기존의 압력센서들이 차용하는 방식과 상이하게 광센서를 활용함으로써, 사용자의 신체 접촉체(C)와 이격된 상태, 접촉된 상태 및 가압되는 상태에 따라 접촉체에 의한 빛의 산란 및 반사 정도에 따라 반사광의 광량이 달라지는 원리를 이용하여 접촉체에 의하여 압력센서 유닛(110)에 가해지는 압력 또는 힘의 크기를 측정하는 것을 기술적 핵심으로 한다.The
사용자의 손가락 접촉면 또는 족저면 등의 신체 접촉체(C)가 압력센싱부(100)로 접촉한 이후에는 사용자의 신체 접촉체(C)의 밀도가 변경됨에 따라 광산란 정도가 변화되는 점에 기초하여 상이한 광정보를 수집 및 접촉한 부분에서 가해지는 압력정보를 산출할 수 있다.Based on the fact that the degree of light scattering changes as the density of the user's body contact C changes after the user's finger contact surface or plantar surface is brought into contact with the
사용자의 신체 접촉체(C)와 압력센싱부(100)은 상호 접촉한 시점부터 반력을 교환한다.이 경우 사용자의 신체 접촉체(C)는 압력센싱부(100)로부터 접촉 방향의 반대 방향으로 압력이 가해지므로, 접촉체의 표피 및 내피로 가해지는 압력에 의해 피부조직층의 밀도가 증가될 수 있다.The user's body contact C and the
한편, 일반적으로 밀해진 매질로 조사되는 광은 그 투과도가 낮아지고 반사되는 양이 늘어나게 되므로, 밀해진 피부로 조사되는 광은 피부로부터 산란되는 광량이 일반적인 피부대비 증가될 수 있다. 또한, 이와 반대로 본 발명에 따른 압력센싱부(100)를 구성하는 각각의 압력센서 유닛(110)은 이러한 원리에 기초하여 밀해진 피부에서 산란되는 광을 센싱하여 광량에 비례하는 전압 등의 전기신호를 출력하고, 상기 프로세서(200)는 사용자의 신체 접촉체(C)에 의해 가해지는 압력을 측정할 수 있다. On the other hand, in general, since the transmittance of light irradiated to a dense medium is lowered and the reflected amount is increased, the light irradiated to the dense skin may increase the amount of light scattered from the skin compared to normal skin. In contrast, each
제1 모듈(111)은 빛을 조사하는 발광소자를 포함할 수 있다. 더욱 상세하게, 제1 모듈(111)은 적외선 LED 소자를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. The
제2 모듈(113)은 제1 모듈(111)에서 조사되어 사용자의 신체 접촉체(C)에서 반사되는 광을 수광할 수 있다.The
상세하게, 제2 모듈(113)은 반사된 빛을 수광하는 수광 소자(또는 광센서)일 수 있으며, 포토트랜지스터(Phototransister) 소자를 포함하여 구성될 수 있다.In detail, the
따라서, 포토트랜지스터(Phototransister) 소자 등을 포함하는 제2 모듈(113)은 상기 반사되어 수광된 광량에 기초하여 전기적 출력신호를 제공할 수 있다.Accordingly, the
상기 제2 모듈(113)의 출력신호는 제3 모듈(115)로 전달될 수 있다. 상기 제3 모듈(115)은 도 1의 전원부(400)에서 제공된 전원을 제1 모듈(111)과 제2 모듈(113)로 공급하고, 제1 모듈(111)에 도 1의 프로세서(200)에서 제공된 제어신호를 제1 모듈(111)로 전송하며, 제2 모듈(113)에서 제공되는 출력신호를 도 1의 프로세서(200)로 출력하는 전력 및 데이터 입출력부일 수 있다.An output signal of the
사용자의 접촉체가 압력센싱부(100)에 접촉시 하우징(117)은 접촉체와 접촉하여 사용자 접촉체에 압력을 제공할 수 있다. 또한, 하우징(117)은 내측에 제1 내지 제3 모듈(111, 113, 115)을 수용하는 공간을 제공할 수 있으며, 상기 하우징(117)은 상기 제1 모듈(111)에서 조사된 빛이 족저면 등의 접촉체에 도달하고 상기 제2 모듈(113)이 반사광을 수광할 수 있도록 광투과성 재질로 구성될 수 있다. 상기 하우징이 광투과성 재질이 아닌 경우 다수의 소형 개구부를 형성하여 투과 및 수광이 가능한 구조로 구성될 수도 있다.When the user's contact object contacts the
상기 하우징(117)은 사용자의 피부에 압력을 전달함과 동시에 내부에 수용공간이 구비된 수 있는 밀한 재질의 부재 또는 커버일 수 있다. 사용자의 접촉체에 가해지는 압력에 의한 통증을 최소화하기 위하여 상기 하우징(117)은 투명 실리콘 등의 유연한 재질로 구성될 수 있다.The
이를 위하여, 상기 제1 내지 제3 모듈(111, 113, 115)이 매립 또는 수용된 상태로 투명한 경화성 수지를 충진하여 충실형으로 구성될 수도 있다.To this end, the first to
상기 하우징(117)의 단면 형상은 반구형 또는 렌즈형 등 다양한 형상으로 구성될 수 있으나, 제1 모듈(111)에서 조사된 빛이 제2 모듈(113)에서 수광될 수 있는 형태라면 형상의 제한은 없다.The cross-sectional shape of the
도 3의 I 단계는 제2 모듈(113)의 출력 전압이 가장 낮은 제1 전압(v1)으로 출력되고 사용자의 접촉체(C)가 압력센싱부(100)에 근접하게 접근하면, 제1 모듈(111)에서 제공된 빛의 아주 일부가 상기 하우징을 투과하여 접촉체(C)에서 반사 또는 하우징 내부에서 산란 및 반사되어 다시 제2 모듈(113)에서 센싱될 수 있으나, 이때의 제2 모듈(113)의 출력값인 제1 출력전압(v1)을 도 1의 압력 센싱 시스템(1000)은 프로세서(200)는 압력센싱부(100)에 접촉되는 접촉체가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.In step I of FIG. 3, when the output voltage of the
예를 들면, 본 발명의 압력센싱부(100)가 신발의 깔창 또는 신발에 장착된 상태에서 압력센싱부(100)의 출력값이 제1 출력전압(v1)인 경우 도 1의 압력 센싱 시스템(1000)은 프로세서(200)는 착용자가 신발 등을 착용하지 않은 상태 또는 신발을 착용하였으나 족저면과 압력센서 유닛(110)이 접촉되지 않은 상태로 판단할 수 있다.For example, when the output value of the
도 3의 II 단계는 제2 모듈(113)의 출력 전압이 중간 전압인 제2 전압(v2)으로 출력되고 사용자의 접촉체가 압력센싱부(100)에 접촉된 상태를 도시한다. Step II of FIG. 3 shows a state in which the output voltage of the
예를 들어, 착용자가 압력센싱부(100)가 장착된 신발을 착용하여 압력센서 유닛(110)과 족저면이 접촉한 상태이나, 신발에 체중이 전달되지 않는 상태를 가정할 수 있다. For example, it may be assumed that the wearer wears shoes equipped with the
도 3의 II 단계와 같이, 사용자의 접촉체(C)가 압력센싱부(100)에 접촉하면, 제1 모듈(111)에서 제공된 광의 반사광이 증가하여 I 단계보다 더 많이 제2 모듈(113)에서 센싱될 수 있으며, 이때의 제2 모듈(113)의 출력값인 제2 출력전압(v2)을 도 1의 압력 센싱 시스템(1000)은 프로세서(200)는 압력센싱부(100)에 접촉되는 접촉체가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.As shown in step II of FIG. 3, when the user's contact body C contacts the
II 단계와 같은 접촉상태는 압력센싱부(100)가 장착된 신발 등을 착용한 사용자가 누워있거나, 보행 중 지면과 접촉되지 않은 발의 유각기로 판단할 수 있다.The contact state, such as step II, can be determined as the swing phase of a foot that is not in contact with the ground while a user is lying down or is walking while wearing shoes or the like equipped with the
그리고, 도 3의 III 단계는 제2 모듈(113)의 출력 전압이 가장 높은 제3 전압(v3)으로 출력되고 사용자의 접촉체(C)가 압력센싱부(100)에 접촉한 상태로 가압되면, 사용자의 접촉체의 피부조직은 압축되어 밀한 매질과 같이 작용할 수 있다.And, in step III of FIG. 3 , when the output voltage of the
따라서, 제1 모듈(111)에서 조사된 광은 체중 등의 하중에 의하여 밀해진 사용자의 접촉체에 의하여 산란 또는 반사되어 제2 모듈(113)에서 센싱될 수 있고, III 단계에서 제2 모듈(113)에서 센싱된 광량은 II 단계에서 센싱된 광량보다 클 수 있다.,Therefore, the light irradiated from the
따라서, 도 3의 III 단계와 같이, 사용자의 접촉체(C)가 압력센싱부(100)에 접촉하면, 제1 모듈(111)에서 제공된 빛은 II 단계보다 더 많이 제2 모듈(113)에서 센싱될 수 있으며, 이때의 제2 모듈(113)의 출력값인 제3 출력전압(v3)을 도 1의 압력 센싱 시스템(1000)은 프로세서(200)는 압력센싱부(100)에 사용자의 접촉체가 존재하고, 더 나아가 해당 접촉체에 하중이 실린 상태라 판단할 수 있다.Therefore, as shown in Step III of FIG. 3 , when the user's contact body C contacts the
III 단계와 같은 접촉상태는 압력센싱부(100)가 장착된 신발 등을 착용한 사용자가 서있거나, 보행 중 지면과 접촉되는 발의 입각기로 판단할 수 있다.The contact state, such as step III, can be determined as a stance period of a foot in contact with the ground while a user is standing or walking while wearing shoes or the like equipped with the
이와 같이, 제1 모듈(111)에서 조사된 빛이 사용자의 접촉체에서 산란 또는 반사되어 제2 모듈(113)에 의하여 센싱된 광량에 비례하는 출력신호인 출력전압에 의하여 압력센싱부(100)에 접촉된 사용자의 접촉체의 유무 또는 사용자의 접촉체에 의한 압력센싱부(100)의 가압상태를 식별할 수 있고, 그에 따라 사용자의 동작 상태를 분석할 수 있다. 이와 같이, 상기 제2 모듈(113)이 상기 접촉체의 접촉 여부 및 가압 여부에 따라 3 레벨의 전압을 출력하도록 감도가 설정되는 경우, 접촉체와 접촉여부 및 접촉체에 의한 가압여부를 식별할 수 있다. 또한, 상기 제2 모듈(113)의 감도를 조절하여 접촉체와 접촉여부는 제외하고, 접촉상태와 가압상태만 구분하도록 구성하는 방법도 가능하다.In this way, the
도 4는 본 발명에 따른 압력센서 유닛(110)을 장착한 신발용 깔창(500)의 예시를 도시한다. 4 shows an example of an
구체적으로, 도 4(a)는 하나의 실시예에 따른 신발용 깔창(500)의 사시도를 도시하며, 도 4(b)는 도 4(a)에 도시된 신발용 깔창(500)의 길이방향 단면도를 도시하며, 도 4(c)는 다른 실시예에 따른 신발용 깔창(500)의 길이방향 단면도를 도시한다.Specifically, Figure 4 (a) shows a perspective view of a
본 발명에 따른 압력센서 유닛(110)은 신발 또는 신발용 깔창(500)에 장착되어 착용자의 보행 주기를 감지하기 위하여 사용될 수 있다.The
보행 주기는 지면과 발의 접촉여부에 따라 입각기 및 유각기로 분류될 수 있으며, 신체 구조상 입각기는 발뒤꿈치가 먼저 지면에 접촉하고 발앞꿈치가 나중에 분리되는 방식으로 수행될 수 있다.The gait cycle can be classified into a stance phase and a swing phase depending on whether the foot is in contact with the ground. Considering the structure of the body, the stance phase can be performed in such a way that the heel contacts the ground first and the forefoot is separated later.
따라서, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 신발용 깔창(500)의 전방과 후방에 각각 압력센서 유닛(110)을 구비하는 경우 신발 착용자의 보행을 감지할 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 4 (a), when the
그리고, 도 4(b)에 도시된 실시예와 도 4(c)에 도시된 실시예는 압력센서 유닛(110)이 깔창(500) 상면으로 노출되되 깔창(500)에 단차가 존재하는지에 따라, 도 4(b)는 압력센서 유닛(110)의 하우징의 상단 높이와 깔창의 상면 높이와 동일한 실시예이며, 도 4(c)는 압력센서 유닛(110)이 하우징 장착구에 단차(510s)를 갖도록 하부에 매립되는 예를 도시한다.In the embodiment shown in FIG. 4(b) and the embodiment shown in FIG. 4(c), the
본 발명에 따른 신발용 깔창은 유연한 깔창부재(520) 상에 적어도 하나의 장착구(510)이 구비될 수 있고, 상기 장착구(510) 내에 압력센서 유닛(110)이 장착될 수 있다.In the insole for shoes according to the present invention, at least one mounting
그리고, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 상기 압력센서 유닛(110)은 상기 제1 모듈의 광이 깔창부재 상방향으로 조사되도록 상방향으로 노출되도록 상기 장착구(510)에 장착될 수 있다. 여기서, 상기 장착구(510)는 상방으로 개방된 장착홈 형태로 구성될 수 있다.And, as shown in FIG. 4(a), the
상기 장착구(510)로서의 장착홈은 입구 직경보다 홈 내부의 저면 직경이 더 큰 구조로 구성되어, 반구 또는 볼록한 렌즈 등의 형태로 구성될 수 있는 압력센서 유닛이 장착구 내에 장착된 상태에서 분리 또는 이탈되는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.The mounting groove as the mounting
도 4(b)에 도시된 실시예는 착용자가 신발을 신은 상태에서 착용자의 족저면이 신발을 신은 상태에서 자연스럽게 압력센서 유닛(110)에 접촉되는 구조이며, 도 4(c)에 도시된 실시예는 착용자가 단순히 신발을 신은 상태에서는 착용자의 족저면이 압력센서 유닛(110)에 접촉되지 않으나, 착용자가 보행시 착용자의 체중이 깔창(500)에 전달되는 입각기 등에서 착용자의 족저면과 압력센서 유닛(110)이 접촉되는 구조일 수 있다. The embodiment shown in FIG. 4 (b) is a structure in which the wearer's plantar surface naturally contacts the
상기 깔창을 구성하는 깔창부재(520)는 유연하고 플렉서블한 실리콘 또는 수지계열 폼 재질로 구성되므로 체중이 인가되면 족저면 등이 압력센서 유닛과 접촉되어 압력을 제공할 수 있다.Since the
도 4(c)에 도시된 깔창(500)의 경우 신발을 신은 착용자가 누워있거나 의자에 않아 있는 경우 또는 보행중 유각기 등 착용자의 체중이 깔창(500)에 실리지 않는 경우에는 도 3에 도시된 측정 그래프 상에서 I 단계와 마찬가지로 각각의 압력센서 유닛(110)은 착용자의 족저면과 비접촉 상태로 인식할 수 있다.In the case of the
즉, 상기 장착구(510)로서의 상기 장착홈의 깊이는 상기 압력센서 유닛의 높이보다 큰 경우에는 신발을 신은 상태에서는 착용자의 족저면이 압력센서 유닛(110)에 접촉되지 않으나, 착용자가 보행시 착용자의 체중이 깔창(500)에 전달되는 입각기 등에서 착용자의 족저면과 압력센서 유닛(110)이 접촉되도록 할 수 있다.That is, when the depth of the mounting groove as the mounting
즉, 도 4(b)에 도시된 실시예와 도 4(c)에 도시된 실시예는 도 3에 도시된 압력센싱부(100)에 사용자의 신체 접촉체(C)가 접근 또는 접촉하는 경우 센서 출력값의 변화 중 I 단계 식별이 가능한지로 구분될 수 있다.That is, in the embodiment shown in FIG. 4(b) and the embodiment shown in FIG. 4(c), when the user's body contact element C approaches or contacts the
그리고, 상기 깔창부재의 상면에 도시되지 않았으나, 상기 압력센서 유닛의 제1 모듈에서 조사된 광이 투과되는 광투과성 재질 또는 매쉬 재질의 커버가 더 장착되어 압력센서 유닛의 이탈 또는 오염을 방지할 수 있다.And, although not shown on the upper surface of the insole member, a cover made of a light-transmitting material or a mesh material through which light irradiated from the first module of the pressure sensor unit is transmitted is further mounted to prevent separation or contamination of the pressure sensor unit. have.
도 5는 도 4(c)에 도시된 신발용 깔창(500)이 장착된 신발을 착용한 사용자의 발이 입각기 동안 깔창(500)의 전방의 제1 압력센서 유닛(110a)과 후방에 장착된 제2 압력센서 유닛(110b)에서의 출력 전압 그래프를 도시한다.FIG. 5 shows the first
착용자의 보행시 입각기는 착용자의 어느 하나의 발이 족저면의 후방 뒤꿈치부터 접지되고 뒤꿈치와 앞꿈치가 동시에 접된후 뒤꿈치가 지면과 분리된 후 앞꿈치가 지면과 분리되는 과정으로 수행되며, 이와 같은 과정이 양발에서 반복된다.During the wearer's gait, the stance phase is performed in which one of the wearer's feet is grounded from the rear heel of the plantar surface, the heel and forefoot are simultaneously folded, the heel is separated from the ground, and the forefoot is separated from the ground. This process is performed with both feet is repeated in
따라서, 도 4(c)에 도시된 바와 같이 제1 압력센서 유닛(110a)과 제2 압력센서 유닛(110b)이 장착된 깔창(500)이 장착된 신발 착용자의 특정한 발이 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2)에서 각각 뒤꿈치와 앞꿈치가 압력센서 유닛(110)에 접촉되어 제2 출력 전압(v2)을 출력하기 시작하고, 제3 시점(t3)과 제4 시점(t4)에 뒤꿈치와 앞꿈치가 압력센서 유닛(110)에 접촉 및 가압되어 압축되기 시작한다.Therefore, as shown in FIG. 4(c), a specific foot of a shoe wearer equipped with the
제5 시점(t5)과 제6 시점(t6)에 뒤꿈치와 앞꿈치가 압력센서 유닛(110)에 접촉 및 가압되되 각각 최대로 체중이 실려 각각의 압력센서 유닛(110)에서 최대 출력 전압(v3)이 측정될 수 있다.At the fifth time point t5 and the sixth time point t6, the heel and the forefoot contact and press the
또한, 제5 시점(t5)과 제6 시점(t6) 사이의 센서 출력값의 교차 시점(tc)에서는 입각기가 수행되는 과정에서 발의 뒤꿈치와 앞꿈치에 체중이 고루 분배되는 시점이다. 또한, 족저면의 앞꿈치가 지면과 분리되는 제7 시점(t7) 이후 새로운 입각기의 시적전까지 제1 압력센서 유닛(110a)과 제2 압력센서 유닛(110b)은 각각 제1 출력 전압(v1)을 출력하여 족저면과 압력센서 유닛(110)이 비접촉 상태임을 식별할 수 있다.Also, at the intersection time point tc of the sensor output values between the fifth time point t5 and the sixth time point t6, the weight is evenly distributed to the heel and forefoot during the stance phase. In addition, the first
이와 같이, 압력세서 유닛을 깔창의 장착구에 반매립하는 과정에서 단차 등을 형성하여 갈창이 장착된 신발을 착용한 상태에서도 체중이 실리지 않는 경우라면 압력센서 유닛(110)의 출력값을 제1 출력 전압(v1), 제2 출력 전압(v2) 및 제3 출력 전압(v3)으로 세분화하여 족저면에 가해지는 족저압 또는 지면 반력을 측정할 수 있다.In this way, when the pressure sensor unit is semi-embedded in the fitting hole of the insole, a level difference is formed, and the weight is not put on even when wearing the shoes equipped with the insole, the output value of the
그리고, 도 4(b)에 도시된 깔창의 경우에는 신발을 착용함과 동시에 제1 압력센서 유닛(110a)과 제2 압력센서 유닛(110b)이 족저면의 앞꿈치와 뒤꿈치에 각각 접촉하게 되므로 제1 압력센서 유닛(110a)과 제2 압력센서 유닛(110b)이 출력값은 제2 출력 전압(v2) 및 제3 출력 전압(v3)로 측정될 수 있다.In addition, in the case of the insole shown in FIG. 4 (b), the first
즉, 압력 등의 측정 환경이나 목적 등을 고려하여, 가압면과 이격 공간을 형성하지 않고 도 4(b)에 도시된 바와 같이 압력센서 유닛(110)을 장착하거나, 압력 측정 대상의 접촉 여부 및 가압여부를 구분하여 측정하고자 하는 경우에는 도 4(c)에 도시된 바와 같이 압력센서 유닛(110)과 신체 접촉체가 이격되도록 구성할 수 있다.That is, in consideration of the measurement environment or purpose of pressure, etc., the
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.Although this specification has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims described below. will be able to carry out Therefore, if the modified implementation basically includes the elements of the claims of the present invention, all of them should be considered to be included in the technical scope of the present invention.
1 : 압력 센싱 시스템
110a : 제1 압력센서
110b: 제2 압력센서
111: 제1 모듈
113: 제2 모듈
115: 제3 모듈
117: 하우징1: Pressure sensing system
110a: first pressure sensor
110b: second pressure sensor
111: first module
113: second module
115: third module
117 housing
Claims (10)
상기 압력센서 유닛이 적어도 하나 장착되며, 유연한 재질로 구성되는 깔창부재;를 포함하며,
상기 깔창부재에 상기 압력센서 유닛이 장착되기 위한 장착구가 형성되며, 상기 압력센서 유닛은 상기 제1 모듈의 광이 깔창부재 상방향으로 조사되도록 상기 장착구에 장착되는 것을 특징으로 하는 신발용 깔창.A first module for irradiating light; a second module that receives light and generates an output signal in the form of a voltage; a third module that supplies power to the first module and the second module, transmits a control signal to the first module, and receives an output signal of the second module; and a housing accommodating the first module, the second module, and the third module and made of a light-transmitting material, wherein the second module transmits light emitted from the first module through the housing. a pressure sensor unit that senses light that is reflected from the contact element contacting the outer circumferential surface of the housing and is incident back into the housing and outputs a voltage proportional to the size of the detected light as an output signal; and,
An insole member having at least one pressure sensor unit mounted thereon and made of a flexible material;
An insole for shoes characterized in that a mounting hole for mounting the pressure sensor unit is formed in the insole member, and the pressure sensor unit is mounted in the mounting hole so that the light of the first module is irradiated upward to the insole member. .
상기 제1 모듈은 적외선 LED 소자를 포함하고, 상기 제2 모듈은 포토트랜지스터(Phototransister) 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 신발용 깔창.According to claim 1,
The insole for shoes, characterized in that the first module includes an infrared LED device, and the second module includes a phototransistor device.
상기 하우징은 상기 제1 모듈, 상기 제2 모듈 및 제3 모듈을 충실형으로 수용하며 유연한 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 신발용 깔창.According to claim 1,
The insole for shoes, characterized in that the housing accommodates the first module, the second module and the third module faithfully and is composed of a flexible material.
상기 제3 모듈은 상기 제2 모듈에서 제공된 출력신호를 압력 또는 힘으로 변환하는 프로세서 및 상기 제1 모듈과 제2 모듈에 전력을 공급하기 위한 전원부와 연결되는 것을 특징으로 하는 신발용 깔창.According to claim 1,
The insole for shoes, characterized in that the third module is connected to a processor for converting the output signal provided from the second module into pressure or force and a power supply unit for supplying power to the first module and the second module.
상기 제2 모듈은 상기 접촉체의 접촉 여부 및 가압 여부에 따라 3 레벨의 전압을 출력하도록 감도가 설정되는 것을 특징으로 하는 신발용 깔창.According to claim 1,
The insole for shoes, characterized in that the sensitivity of the second module is set to output three levels of voltage depending on whether or not the contact is contacted and pressed.
상기 장착구는 상기 깔창부재의 상면에 형성되며, 입구의 직경이 저면의 직경보다 작은 장착홈인 것을 특징으로 하는 신발용 깔창.According to claim 1,
The insole for shoes, characterized in that the mounting hole is formed on the upper surface of the insole member, and the diameter of the inlet is smaller than the diameter of the bottom surface.
상기 장착구로서의 상기 장착홈의 깊이는 상기 압력센서 유닛의 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 신발용 깔창.According to claim 6,
The insole for shoes, characterized in that the depth of the mounting groove as the mounting hole is greater than the height of the pressure sensor unit.
상기 장착구는 상기 깔창부재의 전방과 후방에 각각 1개씩 구비되는 것을 특징으로 하는 신발용 깔창.According to claim 1,
The insole for shoes, characterized in that the mounting hole is provided on the front and rear sides of the insole member, respectively.
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |