KR102564503B1 - 촉각 센서 및 신발 - Google Patents

촉각 센서 및 신발 Download PDF

Info

Publication number
KR102564503B1
KR102564503B1 KR1020210065660A KR20210065660A KR102564503B1 KR 102564503 B1 KR102564503 B1 KR 102564503B1 KR 1020210065660 A KR1020210065660 A KR 1020210065660A KR 20210065660 A KR20210065660 A KR 20210065660A KR 102564503 B1 KR102564503 B1 KR 102564503B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
inner space
compressed air
pressure
sensor
elastic
Prior art date
Application number
KR1020210065660A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220157742A (ko
Inventor
오선종
임현의
김성기
정영도
이보연
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020210065660A priority Critical patent/KR102564503B1/ko
Publication of KR20220157742A publication Critical patent/KR20220157742A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102564503B1 publication Critical patent/KR102564503B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/02—Measuring force or stress, in general by hydraulic or pneumatic means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B3/00—Footwear characterised by the shape or the use
    • A43B3/34—Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
    • G01L25/006—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency for measuring work or mechanical power or mechanical efficiency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0028—Force sensors associated with force applying means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

촉각 센서는 설정된 제1 압력을 초과하는 외부 압력에 대응하는 압축 공기를 배출하는 감지부, 상기 감지부와 이격되어 상기 감지부로부터 상기 압축 공기를 전달받으며 상기 압축 공기의 유체 압력에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 센서부, 및 상기 감지부와 상기 센서부 사이를 연결하며, 상기 압축 공기가 이동하는 튜브를 포함한다.

Description

촉각 센서 및 신발{TACTILE SENSOR AND SHOES}
본 기재는 촉각 센서 및 신발에 관한 것이다.
일반적으로, 촉각 센서는 외부에서 인가되는 힘 및 압력의 변화를 측정하는 것으로서, 다양한 기계 분야에 적용되고 있다.
최근, 로봇 제어, 의수의 촉감이나 의족의 하중을 감지하기 위한 내구성 및 신호의 안정성이 확보된 촉각 센서가 요구되고 있다.
또한, 촉각 센서를 다양한 응용분야에 적용하기 위해서는 촉각 센서의 민감도뿐만 아니라, 다중 곡면에 적용이 가능한 신축 및 유연한 촉각 센서의 개발이 요구되고 있다.
또한. 촉각 센서는 예측 범위를 초과한 순간적인 힘 또는 추가적인 하중으로 소자가 파손되는 문제로 인하여 상당한 내구성 및 외부의 미세 변위(온도 변화 및 진동 등)에 대한 신호의 안정성이 요구되고 있다.
일 실시예는, 온도 변화 및 진동과 같은 주변의 미세 변위에 대한 신호의 안정성이 개선되고, 감지 범위를 초과하는 순간적인 힘 또는 추가적인 하중에 대한 센서의 내구성이 증대되는 동시에, 기계적 최소 감지 범위 및 최대 감지 범위가 조절되어 다양한 응용분야에 적용 가능한 신축 및 유연한 촉각 센서 및 이를 포함하는 신발을 제공하고자 한다.
일 측면은 설정된 제1 압력을 초과하는 외부 압력에 대응하는 압축 공기를 배출하는 감지부, 상기 감지부와 이격되어 상기 감지부로부터 상기 압축 공기를 전달받으며, 상기 압축 공기의 유체 압력에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 센서부, 및 상기 감지부와 상기 센서부 사이를 연결하며, 상기 압축 공기가 이동하는 튜브를 포함하며, 상기 센서부는 상기 압축 공기의 상기 유체 압력이 설정된 제2 압력을 초과하면 상기 압축 공기의 일부를 외부로 배출하는 촉각 센서를 제공한다.
상기 감지부는, 상기 외부 압력에 대응하여 휘어지는 제1 탄성막, 상기 제1 탄성막이 외부 벽으로 형성되며 상기 압축 공기를 발생하는 제1 내부 공간 및 상기 제1 내부 공간과 연통하며 상기 튜브와 연결된 제2 내부 공간을 포함하는 제1 본체, 및 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간 사이를 개폐하는 제1 탄성 밸브를 포함할 수 있다.
상기 제1 탄성 밸브는 상기 제1 압력을 초과하는 상기 외부 압력에만 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간 사이를 오픈(open)할 수 있다.
상기 제1 탄성 밸브는 상기 외부 압력이 상기 제1 압력 이하이면 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간 사이를 클로즈(close)할 수 있다.
상기 감지부는 상기 제1 탄성 밸브의 가동 범위를 조절하는 제1 높이 조절 나사를 더 포함할 수 있다.
상기 센서부는, 상기 튜브와 연결된 제3 내부 공간 및 상기 제3 내부 공간과 이웃하는 제4 내부 공간을 포함하는 제2 본체, 상기 제3 내부 공간과 상기 제4 내부 공간 사이에 위치하여 상기 제3 내부 공간으로 전달된 상기 압축 공기의 유체 압력에 대응하여 휘어지며, 자성체를 포함하는 제2 탄성막, 상기 제4 내부 공간에 위치하며, 상기 자성체의 위치 변화를 센싱하여 상기 전기적 신호를 출력하는 자기저항 센서, 및 상기 제3 내부 공간에 전달된 상기 압축 공기의 일부를 외부로 배출하는 제2 탄성 밸브를 포함할 수 있다.
상기 제2 탄성 밸브는 상기 제2 압력을 초과하는 상기 압축 공기의 일부만을 외부로 배출할 수 있다.
상기 제2 탄성 밸브는 상기 압축 공기가 상기 제2 압력 이하이면 상기 압축 공기의 일부를 외부로 배출하지 않을 수 있다.
상기 센서부는 상기 제2 탄성 밸브의 가동 범위를 조절하는 제2 높이 조절 나사를 더 포함할 수 있다.
상기 센서부는 상기 제3 내부 공간으로 전달된 상기 압축 공기 전체를 외부로 배출하는 개폐 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 측면은 신발 본체, 및 상기 신발 본체의 하부에 장착되며, 설정된 제1 압력을 초과하는 외부 압력에 대응하는 압축 공기를 배출하는 감지부, 상기 감지부와 이격되어 상기 감지부로부터 상기 압축 공기를 전달받으며 상기 압축 공기의 유체 압력에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 센서부, 및 상기 감지부와 상기 센서부 사이를 연결하며 상기 압축 공기가 이동하는 튜브를 포함하는 촉각 센서를 포함하며, 상기 센서부는 상기 압축 공기의 상기 유체 압력이 설정된 제2 압력을 초과하면 상기 압축 공기의 일부를 외부로 배출하는 신발을 제공한다.
상기 촉각 센서의 상기 감지부는 상기 신발 본체의 앞축 및 뒤축 중 적어도 하나에 대응하여 위치할 수 있다.
상기 촉각 센서의 상기 센서부는 상기 신발 본체의 앞축과 뒤축 사이에 대응하여 위치할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 온도 변화 및 진동과 같은 주변의 미세 변위에 대한 신호의 안정성이 개선되고, 감지 범위를 초과하는 순간적인 힘 또는 추가적인 하중에 대한 센서의 내구성이 증대되는 동시에, 기계적 최소 감지 범위 및 최대 감지 범위가 조절되어 다양한 응용분야에 적용 가능한 신축 및 유연한 촉각 센서 및 이를 포함하는 신발이 제공된다.
도 1은 일 실시예에 따른 촉각 센서를 나타낸 도면이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 신발을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 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 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1을 참조하여 일 실시예에 따른 촉각 센서를 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 촉각 센서를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 촉각 센서(1000)는 공지된 다양한 신축 및 유연한 재료를 포함할 수 있으며, 외부 압력(EP)에 대응하는 전기적 신호를 출력할 수 있다. 촉각 센서(1000)는 감지부(100), 센서부(200), 튜브(300)를 포함한다.
감지부(100)는 설정된 제1 압력을 초과하는 외부 압력(EP)에 대응하는 압축 공기(CA)를 배출한다. 감지부(100)에서 배출된 압축 공기(CA)는 튜브(300)를 통해 센서부(200)로 전달된다.
감지부(100)는 제1 탄성막(110), 제1 본체(120), 제1 탄성 밸브(130), 제1 높이 조절 나사(140)를 포함한다. 감지부(100)는 신축 및 유연한 재료를 이용한 3D 프린팅을 이용해 제조될 수 있다.
제1 탄성막(110)은 제1 본체(120)의 하부에 위치하며, 외부 압력(EP)에 대응하여 휘어진다. 제1 탄성막(110)이 외부 압력(EP)에 대응하여 휘어짐으로써, 제1 본체(120)의 제1 내부 공간(IS1)이 수축하여 외부 압력(EP)에 대응하는 압축 공기(CA)가 제1 본체(120)의 제1 내부 공간(IS1)에서 발생된다. 제1 탄성막(110)은 탄성계수(Young's modulus)가 작은 소재[일례로, 탄성계수가 낮은 에코플렉스(Ecoflex) 등], PDMS(Polydimethylsiloxane), 엘라스토머(elastomer) 계열의 소재, 금속 박막 등을 포함하는 탄성 재료를 포함하나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 탄성 재료를 포함할 수 있다.
제1 본체(120)는 서로 이웃하는 제1 내부 공간(IS1) 및 제2 내부 공간(IS2)을 포함한다.
제1 내부 공간(IS1)은 제1 탄성막(110)이 하부의 외부 벽으로 형성된다. 즉, 제1 탄성막(110)은 외부 압력(EP)이 직접 인가되는 부분으로, 외부 압력(EP)에 의하여 변형된다. 제1 내부 공간(IS1)은 제1 탄성막(110)이 외부 압력(EP)에 대응하여 휘어지면 수축하여, 외부 압력(EP)에 대응하는 압축 공기(CA)가 제1 내부 공간에 발생한다.
제2 내부 공간(IS2)은 제1 내부 공간(IS1)의 상부에 위치한다. 제2 내부 공간(IS2)은 제1 내부 공간(IS1)과 연통하며 튜브(300)와 연결된다. 제1 내부 공간(IS1)에서 발생되어 제2 내부 공간(IS2)으로 이동된 압축 공기(CA)는 튜브(300)를 통해 센서부(200)로 전달된다.
제1 탄성 밸브(130)는 제1 내부 공간(IS1)과 제2 내부 공간(IS2) 사이를 개폐한다. 제1 탄성 밸브(130)는 설정된 최소 압력인 제1 압력을 초과하는 외부 압력(EP)에만 대응하여 제1 내부 공간(IS1)과 제2 내부 공간(IS2) 사이를 오픈(open)한다. 제1 탄성 밸브(130)는 외부 압력(EP)이 설정된 최소 압력인 제1 압력 이하이면 제1 내부 공간(IS1)과 제2 내부 공간(IS2) 사이를 클로즈(close)한다. 제1 탄성 밸브(130)는 PDMS(Polydimethylsiloxane), 엘라스토머(elastomer) 계열의 소재 등을 포함하는 탄성 재료를 포함하나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 탄성 재료를 포함할 수 있다.
일례로, 제1 탄성막(110)에 가해지는 외부 압력(EP)이 설정된 최소 압력인 제1 압력을 초과하면, 제1 내부 공간(IS1)에서 발생된 압축 공기(CA)의 유체 압력에 의해 제1 탄성 밸브(130)가 오픈됨으로써, 최소 감지 범위 이상인 외부 압력(EP)에 대응하는 압축 공기(CA)가 제1 내부 공간(IS1)으로부터 제2 내부 공간(IS2)으로 이동되어 배출된다. 제2 내부 공간(IS2)으로 이동된 압축 공기(CA)는 튜브(300)를 통해 센서부(200)로 이동된다.
다른 예로, 제1 탄성막(110)에 가해지는 외부 압력(EP)이 온도 변화 및 진동 같은 주변의 미세 변위와 같이 설정된 최소 압력인 제1 압력 이하이면, 제1 내부 공간(IS1)에서 발생된 압축 공기(CA)의 유체 압력에도 제1 탄성 밸브(130)가 클로즈된 상태를 유지함으로써, 최소 감지 범위 미만인 외부 압력(EP)에 대응하는 압축 공기(CA)가 제1 내부 공간(IS1)으로부터 제2 내부 공간(IS2)으로 이동되는 것이 제1 탄성 밸브(130)에 의해 차단된다.
이와 같이, 감지부(100)가 설정된 최소 압력인 제1 압력을 초과하는 외부 압력(EP)에 대응하는 압축 공기(CA)만을 센서부(200)로 배출함으로써, 온도 변화 및 진동과 같은 주변의 미세 변위에 대응하여 감지부(100)가 압축 공기(CA)를 배출하지 않기 때문에, 센서부(200)가 압축 공기(CA)에 대응하는 전기적 신호를 출력하지 않아 온도 변화 및 진동과 같은 주변의 미세 변위에 대한 촉각 센서(1000)의 신호의 안정성이 개선된다.
제1 높이 조절 나사(140)는 제1 탄성 밸브(130)의 높이를 조절하여 제1 탄성 밸브(130)의 가동 범위를 조절한다. 제1 높이 조절 나사(140)는 제1 탄성 밸브(130)의 높이를 조절할 수 있는 공지의 다양한 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 제1 높이 조절 나사(140)에 의해 제1 탄성 밸브(130)의 가동 범위가 조절됨으로써, 제1 내부 공간(IS1)과 제2 내부 공간(IS2) 사이가 오픈되는 최소 압력인 외부 압력(EP)의 제1 압력이 조절되기 때문에, 촉각 센서(1000)에 의한 기계적 최소 감지 범위가 조절된다.
센서부(200)는 감지부(100)와 이격되어 감지부(100)로부터 압축 공기(CA)를 전달받는다. 센서부(200)는 튜브(300)를 통해 감지부(100)와 연결된다. 센서부(200)는 감지부(100)로부터 전달된 압축 공기(CA)의 유체 압력에 대응하는 전기적 신호를 출력한다. 센서부(200)는 감지부(100)로부터 전달된 압축 공기(CA)의 유체 압력이 설정된 최대 압력인 제2 압력을 초과하면 압축 공기(CA)의 일부를 외부로 배출한다.
센서부(200)는 제2 본체(210), 제2 탄성막(220), 자기저항 센서(230), 제2 탄성 밸브(240), 제2 높이 조절 나사(250), 개폐 밸브(260)를 포함한다. 센서부(200)는 신축 및 유연한 재료를 이용한 3D 프린팅을 이용해 제조될 수 있다.
제2 본체(210)는 서로 이웃하는 제3 내부 공간(IS3) 및 제4 내부 공간(IS4)을 포함한다.
제3 내부 공간(IS3)은 튜브(300)와 연결되며, 감지부(100)로부터 배출된 압축 공기(CA)는 튜브(300)를 통해 제3 내부 공간(IS3)으로 전달된다.
제4 내부 공간(IS4)은 제3 내부 공간(IS3)의 하부에 위치한다. 제4 내부 공간(IS4)은 제3 내부 공간(IS3)과 차단되어 있으며, 제4 내부 공간(IS4)과 제3 내부 공간(IS3) 사이에는 제2 탄성막(220)이 위치한다.
제2 탄성막(220)은 제3 내부 공간(IS3)과 제4 내부 공간(IS4) 사이에 위치한다. 제2 탄성막(220)은 제3 내부 공간(IS3)과 제4 내부 공간(IS4) 사이를 차단하는 격벽으로 형성된다. 즉, 제2 본체(210)의 내부 공간은 제2 탄성막(220)에 의하여 제3 내부 공간(IS3) 및 제4 내부 공간(IS4)으로 구획될 수 있다. 제2 탄성막(220)은 자성체(221)를 포함한다. 자성체(221)는 제2 탄성막(220)의 일 부분에 위치하며, 영구 자석, 자기 필름, 자기 잉크 등의 다양한 자성 물질을 포함할 수 있다. 제2 탄성막(220)은 감지부(100)로부터 배출되어 튜브(300)를 통해 제3 내부 공간(IS3)으로 전달된 압축 공기(CA)의 유체 압력에 대응하여 휘어진다. 제2 탄성막(220)이 제3 내부 공간(IS3)에 전달된 압축 공기(CA)의 유체 압력에 대응하여 휘어짐으로써, 제2 탄성막(220)에 포함된 자성체(221)의 위치 변화가 제4 내부 공간(IS4)에 위치하는 자기저항 센서(230)에 의해 센싱되기 때문에, 압축 공기(CA)의 유체 압력에 대응하는 전기적 신호가 자기저항 센서(230)에 의해 출력된다. 제2 탄성막(220)은 탄성계수(Young's modulus)가 작은 소재[일례로, 탄성계수가 낮은 에코플렉스(Ecoflex) 등], PDMS(Polydimethylsiloxane), 엘라스토머(elastomer) 계열의 소재, 금속 박막 등을 포함하는 탄성 재료를 포함하나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 탄성 재료를 포함할 수 있다.
자기저항 센서(230)는 제4 내부 공간(IS4)에 위치한다. 자기저항 센서(230)는 제2 탄성막(220)에 포함된 자성체(221)의 위치 변화를 센싱하여 압축 공기(CA)의 유체 압력에 대응하는 전기적 신호를 출력한다.
일례로, 자기저항 센서(230)는 제2 탄성막(220)의 휘어짐에 따라 이동하는 자성체(221)의 자속을 감지하여 측정된 출력 전압(자기저항)에 따라 전기적 신호를 출력할 수 있다.
자성체(221)와 자기저항 센서(230)는 서로 이격되어 마주보게 배치될 수 있다. 자성체(221)는 제2 탄성막(220)의 휘어짐에 따라 하측 방향으로 변위가 발생되는데, 자성체(221)의 변위에 의한 자속을 자기저항 센서(230)에서 측정할 수 있다. 이 때, 자성체(221)의 양극(N극 및 S극)은 수평 방향으로 배열될 수 있다.
한편, 자성체(221)와 자기저항 센서(230)는 자성체(221)의 변위가 발생되는 방향을 기준으로 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 일례로, 자기저항 센서(230)는 자성체(221)의 바로 수직 방향 아래에 위치되지 않고, 수평 방향으로 이격되어 위치될 수 있다. 자기저항 센서(230)의 출력 전압은 외부에서 인가되는 자기장의 세기에 의해 변하는데, 자기저항 센서(230)에 인가되는 자기장의 세기는 자성체(221)와의 거리에 따라 변화된다. 이 때, 자성체(221)의 양극(단부)에서 자기장의 세기가 가장 세기 때문에, 자기저항 센서(230)를 자성체(221)와 중첩되지 않도록 수평 방향으로 이격시켜 배치함으로써, 자성체(221)의 자기장 세기의 변화를 가장 크게 감지할 수 있다. 즉, 자성체(221)와 자기저항 센서(230)의 배치 변화를 통해 측정 민감도를 높일 수 있다.
한편, 복수의 자기저항 센서들 각각은 bilayer, spin-valve, trilayer 구조로 이루어진 센서일 수 있다. 여기서, bilayer는 강자성/반강자성 의 2층 박막 구조의 센서, spin-valve는 강자성/반자성/강자성/반강자성의 스핀 밸브 박막 구조의 센서, trilayer는 강자성/반자성/반강자성의 3층 박막 구조의 센서일 수 있다.
제2 탄성 밸브(240)는 감지부(100)로부터 튜브(300)를 통해 제3 내부 공간(IS3)으로 전달된 압축 공기(CA)의 유체 압력이 설정된 최대 압력인 제2 압력을 초과하면 압축 공기(CA)의 일부를 외부로 배출한다. 제2 탄성 밸브(240)는 설정된 최대 압력인 제2 압력을 초과하는 압축 공기(CA)의 일부만을 외부로 배출한다. 제2 탄성 밸브(240)는 압축 공기(CA)가 설정된 최대 압력이 제2 압력 이하이면 압축 공기(CA)의 일부를 외부로 배출하지 않는다. 제2 탄성 밸브(240)는 PDMS(Polydimethylsiloxane), 엘라스토머(elastomer) 계열의 소재 등을 포함하는 탄성 재료를 포함하나, 이에 한정되지 않고 공지된 다양한 탄성 재료를 포함할 수 있다.
일례로, 감지부(100)로부터 배출되어 튜브(300)를 통해 제3 내부 공간(IS3)으로 전달된 압축 공기(CA)의 유체 압력이 설정된 최대 압력인 제2 압력을 초과하면, 제3 내부 공간(IS3)으로 전달된 압축 공기(CA)의 유체 압력에 의해 제2 탄성 밸브(240)가 오픈(open)됨으로써, 최대 감지 범위를 초과하는 외부 압력(EP)에 대응하는 압축 공기(CA)의 일부가 제2 탄성 밸브(240)를 통해 외부로 배출되기 때문에, 압축 공기(CA)의 유체 압력이 최대 감지 범위 이하로 조절되어 센서부(200)의 내구성이 향상된다.
다른 예로, 감지부(100)로부터 배출되어 튜브(300)를 통해 제3 내부 공간(IS3)으로 전달된 압축 공기(CA)의 유체 압력이 설정된 최대 압력인 제2 압력 이하이면, 제3 내부 공간(IS3)으로 전달된 압축 공기(CA)의 유체 압력에도 제2 탄성 밸브(240)가 클로즈된 상태를 유지함으로써, 최대 감지 범위 이하인 외부 압력(EP)에 대응하는 압축 공기(CA)에 대응하여 제2 탄성막(220)이 휘어져 압축 공기(CA)의 유체 압력에 대응하는 전기적 신호가 출력된다.
이와 같이, 센서부(200)가 감지부(100)로부터 전달된 압축 공기(CA)의 유체 압력이 설정된 최대 압력인 제2 압력을 초과하면 압축 공기(CA)의 일부를 외부로 배출함으로써, 감지 범위를 초과하는 순간적인 힘 또는 추가적인 하중에 대응하는 외부 압력(EP)에 의해 발생된 압축 공기(CA)의 일부가 외부로 배출되어 제2 탄성막(220)에 가해지는 압축 공기(CA)의 유체 압력이 설정된 최대 압력 이하로 조절되기 때문에, 센서부(200)의 내구성이 증대된다.
제2 높이 조절 나사(250)는 제2 탄성 밸브(240)의 높이를 조절하여 제2 탄성 밸브(240)의 가동 범위를 조절한다. 제2 높이 조절 나사(250)는 제2 탄성 밸브(240)의 높이를 조절할 수 있는 공지의 다양한 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 제2 높이 조절 나사(250)에 의해 제2 탄성 밸브(240)의 가동 범위가 조절됨으로써, 센서부(200)에서 압축 공기(CA)의 일부가 외부로 배출되는 최대 압력인 제2 압력이 조절되기 때문에, 촉각 센서(1000)에 의한 기계적 최대 감지 범위가 조절된다.
개폐 밸브(260)는 제3 내부 공간(IS3)으로 전달된 압축 공기(CA) 전체를 외부로 배출한다. 개폐 밸브(260)는 오픈(open) 및 클로즈(close)는 선택적으로 조절될 수 있으며, 그 조절 시기에 대해서는 한정되지 않는다. 일례로, 개폐 밸브(260)는 측정하고자 하는 외부 압력이 인가되기 전에 오픈되었다가 클로즈됨으로써, 외부 환경 또는 초기 외력에 의한 오차를 보정(보상) 및 교정할 수 있으나, 개폐 밸브(260)의 작동이 이에 한정되지는 않는다.
튜브(300)는 감지부(100)와 센서부(200) 사이를 연결한다. 튜브(300)를 통해 압축 공기(CA)가 감지부(100)로부터 센서부(200)로 이동된다. 튜브(300)는 공지된 다양한 구조 및 재료를 포함할 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 촉각 센서(1000)는, 감지부(100)가 설정된 최소 압력인 제1 압력을 초과하는 외부 압력(EP)에 대응하는 압축 공기(CA)만을 센서부(200)로 배출함으로써, 온도 변화 및 진동과 같은 주변의 미세 변위에 대응하여 감지부(100)가 압축 공기(CA)를 배출하지 않아 센서부(200)가 압축 공기(CA)에 대응하는 전기적 신호를 출력하지 않기 때문에, 온도 변화 및 진동과 같은 주변의 미세 변위에 대한 신호의 안정성이 개선된다.
또한, 일 실시예에 따른 촉각 센서(1000)는, 제1 높이 조절 나사(140)에 의해 제1 탄성 밸브(130)의 가동 범위가 조절됨으로써, 제1 내부 공간(IS1)과 제2 내부 공간(IS2) 사이가 오픈되는 최소 압력인 외부 압력(EP)의 제1 압력이 조절되기 때문에, 촉각 센서(1000)에 의한 기계적 최소 감지 범위가 조절된다.
또한, 일 실시예에 따른 촉각 센서(1000)는, 센서부(200)가 감지부(100)로부터 전달된 압축 공기(CA)의 유체 압력이 설정된 최대 압력인 제2 압력을 초과하면 압축 공기(CA)의 일부를 외부로 배출함으로써, 감지 범위를 초과하는 순간적인 힘 또는 추가적인 하중에 대응하는 외부 압력(EP)에 의해 발생된 압축 공기(CA)의 일부가 외부로 배출되어 제2 탄성막(220)에 가해지는 압축 공기(CA)의 유체 압력이 설정된 최대 압력 이하로 조절되기 때문에, 센서부(200)의 내구성이 증대된다.
또한, 일 실시예에 다른 촉각 센서(1000)는, 제2 높이 조절 나사(250)에 의해 제2 탄성 밸브(240)의 가동 범위가 조절됨으로써, 센서부(200)에서 압축 공기(CA)의 일부가 외부로 배출되는 최대 압력인 제2 압력이 조절되기 때문에, 촉각 센서(1000)에 의한 기계적 최대 감지 범위가 조절된다.
즉, 온도 변화 및 진동과 같은 주변의 미세 변위에 대한 신호의 안정성이 개선되고, 감지 범위를 초과하는 순간적인 힘 또는 추가적인 하중에 대한 센서의 내구성이 증대되는 동시에, 기계적 최소 감지 범위 및 최대 감지 범위가 조절되어 다양한 응용분야에 적용 가능한 신축 및 유연한 촉각 센서(1000)가 제공된다.
이하, 도 2를 참조하여 다른 실시예에 따른 신발을 설명한다. 다른 실시예에 따른 신발은 상술한 일 실시에에 따른 촉각 센서를 포함할 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 신발을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 다른 실시예에 따른 신발(2000)은 신발 본체(2100), 제1 촉각 센서(1001), 제2 촉각 센서(1002)를 포함한다. 제1 촉각 센서(1001) 및 제2 촉각 센서(1002)는 상술한 일 실시예에 따른 촉각 센서와 동일한 구조 및 이에 따른 효과를 가진다.
제1 촉각 센서(1001) 및 제2 촉각 센서(1002)는 신발 본체(2100)의 하부에 장착된다. 제1 촉각 센서(1001) 및 제2 촉각 센서(1002) 각각은 감지부(100), 센서부(200), 튜브(300)를 포함한다.
제1 촉각 센서(1001)의 감지부(100)는 지면과의 접지에 의하여 압력이 인가되는 신발 본체(2100)의 앞축에 대응하여 위치하며, 제2 촉각 센서(1002)의 감지부(100)는 지면과의 접지에 의하여 압력이 인가되는 신발 본체(2100)의 뒤축에 대응하여 위치한다. 제1 촉각 센서(1001) 및 제2 촉각 센서(1002) 각각의 센서부(200)는 신발 본체(2100)의 앞축과 뒤축 사이의 발바닥 아치 부분, 즉 지면과의 접지에 의하여 압력이 인가되지 않는 부분에 대응하여 위치한다.
이와 같이, 다른 실시예에 따른 신발(2000)은, 신발 본체(2100)의 앞축과 뒤축 사이에 대응하여 위치하는 제1 촉각 센서(1001) 및 제2 촉각 센서(1002)를 포함함으로써, 온도 변화 및 진동과 같은 신발(2000) 주변의 미세 변위에 대한 제1 촉각 센서(1001) 및 제2 촉각 센서(1002)의 신호의 안정성이 개선되고, 신발(2000)에 가해지는 감지 범위를 초과하는 순간적인 힘 또는 추가적인 하중에 대한 제1 촉각 센서(1001) 및 제2 촉각 센서(1002)의 내구성이 증대되는 동시에, 제1 촉각 센서(1001) 및 제2 촉각 센서(1002)의 기계적 최소 감지 범위 및 최대 감지 범위가 조절된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
감지부(100), 센서부(200), 튜브(300), 촉각 센서(1000)

Claims (13)

  1. 설정된 제1 압력을 초과하는 외부 압력에 대응하는 압축 공기를 배출하는 감지부;
    상기 감지부와 이격되어 상기 감지부로부터 상기 압축 공기를 전달받으며, 상기 압축 공기의 유체 압력에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 센서부; 및
    상기 감지부와 상기 센서부 사이를 연결하며, 상기 압축 공기가 이동하는 튜브
    를 포함하며,
    상기 센서부는 상기 압축 공기의 상기 유체 압력이 설정된 제2 압력을 초과하면 상기 압축 공기의 일부를 외부로 배출하며,
    상기 감지부는,
    상기 외부 압력에 대응하여 휘어지는 제1 탄성막;
    상기 제1 탄성막이 외부 벽으로 형성되며 상기 압축 공기를 발생하는 제1 내부 공간 및 상기 제1 내부 공간과 연통하며 상기 튜브와 연결된 제2 내부 공간을 포함하는 제1 본체; 및
    상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간 사이를 개폐하는 제1 탄성 밸브
    를 포함하는 촉각 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제1 탄성 밸브는 상기 제1 압력을 초과하는 상기 외부 압력에만 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간 사이를 오픈(open)하는 촉각 센서.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 탄성 밸브는 상기 외부 압력이 상기 제1 압력 이하이면 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간 사이를 클로즈(close)하는 촉각 센서.
  5. 제1항에서,
    상기 감지부는 상기 제1 탄성 밸브의 가동 범위를 조절하는 제1 높이 조절 나사를 더 포함하는 촉각 센서.
  6. 제1항에서,
    상기 센서부는,
    상기 튜브와 연결된 제3 내부 공간 및 상기 제3 내부 공간과 이웃하는 제4 내부 공간을 포함하는 제2 본체;
    상기 제3 내부 공간과 상기 제4 내부 공간 사이에 위치하여 상기 제3 내부 공간으로 전달된 상기 압축 공기의 유체 압력에 대응하여 휘어지며, 자성체를 포함하는 제2 탄성막;
    상기 제4 내부 공간에 위치하며, 상기 자성체의 위치 변화를 센싱하여 상기 전기적 신호를 출력하는 자기저항 센서; 및
    상기 제3 내부 공간에 전달된 상기 압축 공기의 일부를 외부로 배출하는 제2 탄성 밸브
    를 포함하는 촉각 센서.
  7. 제6항에서,
    상기 제2 탄성 밸브는 상기 제2 압력을 초과하는 상기 압축 공기의 일부만을 외부로 배출하는 촉각 센서.
  8. 제7항에서,
    상기 제2 탄성 밸브는 상기 압축 공기가 상기 제2 압력 이하이면 상기 압축 공기의 일부를 외부로 배출하지 않는 촉각 센서.
  9. 제6항에서,
    상기 센서부는 상기 제2 탄성 밸브의 가동 범위를 조절하는 제2 높이 조절 나사를 더 포함하는 촉각 센서
  10. 제6항에서,
    상기 센서부는 상기 제3 내부 공간으로 전달된 상기 압축 공기 전체를 외부로 배출하는 개폐 밸브를 더 포함하는 촉각 센서.
  11. 신발 본체; 및
    상기 신발 본체의 하부에 장착되며, 설정된 제1 압력을 초과하는 외부 압력에 대응하는 압축 공기를 배출하는 감지부, 상기 감지부와 이격되어 상기 감지부로부터 상기 압축 공기를 전달받으며 상기 압축 공기의 유체 압력에 대응하는 전기적 신호를 출력하는 센서부, 및 상기 감지부와 상기 센서부 사이를 연결하며 상기 압축 공기가 이동하는 튜브를 포함하는 촉각 센서
    를 포함하며,
    상기 센서부는 상기 압축 공기의 상기 유체 압력이 설정된 제2 압력을 초과하면 상기 압축 공기의 일부를 외부로 배출하며,
    상기 감지부는,
    상기 외부 압력에 대응하여 휘어지는 제1 탄성막;
    상기 제1 탄성막이 외부 벽으로 형성되며 상기 압축 공기를 발생하는 제1 내부 공간 및 상기 제1 내부 공간과 연통하며 상기 튜브와 연결된 제2 내부 공간을 포함하는 제1 본체; 및
    상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간 사이를 개폐하는 제1 탄성 밸브
    를 포함하는 신발.
  12. 제11항에서,
    상기 촉각 센서의 상기 감지부는 상기 신발 본체의 앞축 및 뒤축 중 적어도 하나에 대응하여 위치하는 신발.
  13. 제11항에서,
    상기 촉각 센서의 상기 센서부는 상기 신발 본체의 앞축과 뒤축 사이에 대응하여 위치하는 신발.
KR1020210065660A 2021-05-21 2021-05-21 촉각 센서 및 신발 KR102564503B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210065660A KR102564503B1 (ko) 2021-05-21 2021-05-21 촉각 센서 및 신발

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210065660A KR102564503B1 (ko) 2021-05-21 2021-05-21 촉각 센서 및 신발

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220157742A KR20220157742A (ko) 2022-11-29
KR102564503B1 true KR102564503B1 (ko) 2023-08-07

Family

ID=84235228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210065660A KR102564503B1 (ko) 2021-05-21 2021-05-21 촉각 센서 및 신발

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102564503B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018149377A (ja) * 2013-03-15 2018-09-27 ナイキ イノベイト シーブイ アスレチック活動を分析するためのシステム及び方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10153511A (ja) * 1996-11-20 1998-06-09 Tokin Corp 圧力センサ
KR102171596B1 (ko) * 2019-02-21 2020-10-29 한국기계연구원 촉각 센서

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018149377A (ja) * 2013-03-15 2018-09-27 ナイキ イノベイト シーブイ アスレチック活動を分析するためのシステム及び方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220157742A (ko) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6655652B2 (en) Position controller for a drive-actuated valve having inherent safety design
US6695282B2 (en) Positioner for a valve that can be actuated by a drive
US10860048B2 (en) Pedal device
EP1069400A1 (en) Angular position transducer with offset magnetic transducer
CN105393099B (zh) 薄膜传感器
EP3594650A1 (en) Pneumatic-based tactile sensor
CN105705959A (zh) 在具有偏移斜率适应的霍尔传感器中磁控制场的温度补偿方法
KR102564503B1 (ko) 촉각 센서 및 신발
JP2019511038A (ja) 比例弁
CN102914255B (zh) 位置检测器
WO2013115765A1 (en) Parallelogram load cell
KR20130029811A (ko) 스프링, 특히 푸시 버튼용 스프링
KR102523542B1 (ko) 교정 보조장치
KR102171596B1 (ko) 촉각 센서
KR101667323B1 (ko) 물리적으로 분리된 다축 힘센서 및 다축 힘센서가 적용된 무선 착용형 지면 반력 측정시스템
EP1221590A3 (en) Magnetic position sensor system
KR20200129047A (ko) 이중 모드 감지 조이스틱 어셈블리
WO2023154388A1 (en) Pedal assembly having force sensing
JP4142196B2 (ja) 乗員検知方法及びそのシステム
Chuah et al. Composite force sensing foot utilizing volumetric displacement of a hyperelastic polymer
JP3805291B2 (ja) 弁位置検出スイッチ付パイロット形切換弁
CN209197962U (zh) 压力传感器组件
Sánchez-Durán et al. Experimental evaluation of the incidence of tactile sensor limitations on application parameters
US9716495B2 (en) Two lead electronic switch system adapted to replace a mechanical switch system
WO2021172103A1 (ja) 圧力センサ

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant