KR102595368B1 - 광학식 손가락 힘 측정 센서 - Google Patents

광학식 손가락 힘 측정 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학식 손가락 힘 측정 센서에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 손가락 일부분에 착용되도록 링 형상으로 마련되는 이너링; 상기 이너링의 외측으로 형성되며, 상기 이너링이 손가락의 움직임에 의해 동작 시 고정된 상태에서 이탈하지 않도록 형성되는 외부 가이드; 상기 이너링과 외부 가이드의 사이에 하나 이상의 광학센서로 형성되는 감지부;를 포함하고, 상기 감지부는, 상기 광학센서의 간섭정도를 감지하여 상기 외부 가이드 내측에 고정되는 이너링의 움직임을 감지하는 것을 특징으로 하는 광학식 손가락 힘 센서를 제공할 수 있다.

Description

광학식 손가락 힘 측정 센서{Optical finger force measurement sensor}
본 발명은 광학식 손가락 힘 측정 센서에 관한 것으로 더욱 자세하게는 광학센서에서 출력되는 빛의 양이 손가락의 움직임 정도에 따라서 차단되는 구조로 형성되어 빛이 감지되는 정도에 따라 손가락의 움직임으로 인해 작용하는 힘의 크기를 측정하는 것이 가능한 광학식 손가락 힘 측정 센서에 관한 것이다.
손 재활 시스템에서 와이어 구동형 손 재활 시스템은 다양한 움직임의 생성, 구조의 단순화, 소형화 및 경량화 등의 장점을 가지고 있어 다양한 연구개발이 진행되어 왔다.
또한, 손 재활 시스템에서 사용자의 의도, 손가락의 상태 등의 정보를 확인하기 위해서 손가락 힘의 측정은 매우 중요한 요소로 작용하고 있으며, 이를 위하여 와이어 구동현 손 재활 시스템에서 Wire-pulley 방식을 이용하여 장력을 통해 손가락 힘을 간접적으로 측정하는 방식이 이용되어 왔다.
그러나, Wire-pulley 방식으로 손가락 힘을 측정하는 것은 와이어와 풀리 사이의 마찰력 등으로 인해 정확한 힘의 측정이 어려운 단점이 있으며, 직접 측정 시에는 별도의 센서 부착이 필요하거나 센서의 부피로 인해 소형 시스템에서는 적용이 어려운 문제가 발생되어 왔다.
한편, 손가락 재활 및 힘 측정 장치의 예로써, 한국등록특허 제10-2036288호 '협조운동을 위한 손 재활 로봇 시스템'에서는 환자의 손가락에 끼워지는 골무들; 상기 골무들 중 미리 정해둔 둘 이상의 골무를 감싸 하나 이상의 루프를 형성하는 굴곡 와이어; 상기 골무들 각각과 연결되어 신장 방향의 힘을 전달하는 신장 와이어들; 상기 굴곡 와이어와 상기 신장 와이어들 각각과 연결되어 상기 와이어들을 당기거나 푸는 모터들; 상기 모터들의 구동횟수를 센싱하는 인코더들; 상기 굴곡 와이어와 상기 신장 와이어들 각각에 대한 장력을 센싱하는 로드셀들; 및 상기 인코더들의 센싱정보와 상기 로드셀들의 센싱정보를 이용하여 상기 골무들의 위치를 산출하고, 상기 위치들이 미리 정해둔 위치들로 이동되도록 상기 모터들을 하나 이상 선택적으로 구동하여 상기 환자의 손가락에 대한 굴곡 또는 신장 운동을 실행하는 제어장치;를 구비하는 손 재활 로봇 시스템이 게시되어 있다.
그러나, 제10-2036288호와 같은 종래의 손 재활 로봇 시스템에서는 하나 이상의 루프를 형성하는 굴곡 와이어 및 신장 와이어들에 의해 혼자의 손가락에 끼워지는 골무들이 동작하도록 하는 구성만 기재되어 있을 뿐, 광학센서에 의해 손가락 힘을 측정하는 것이 가능한 다른 어떠한 수단도 게시되지 않았다.
또한, 한국공개특허 제10-2016-0066645호 '손 재활 장치 및 방법'에서도 손가락에 끼워지고 손가락에 힘을 인가하는 적어도 하나의 와이어가 연결된 와이어 가이드부 및 적어도 하나의 와이어에 연결되어 설정된 힘을 인가하는 적어도 하나의 모터를 포함하는 동작부를 포함하는 손 재활 장치가 게시되어 있을 뿐, 광학센서를 이용하여 손가락 힘을 측정하기 위한 다른 어떠한 수단도 게시되지 않았다.
따라서, 와이어 구동형 손 재활 시스템에서 풀리 마찰로 인한 손가락 힘의 측정 오차 문제를 해결하기 위한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로, 손가락이 끼워지는 이너링의 움직임에 따라서 광학센서의 빛을 간섭하도록 형성되는 광조정부에 의해 출력부에서 출력되는 빛의 양이 조절되고, 감지되는 빛의 양에 따라 이너링에 작용하는 힘의 세기를 측정하는 것이 가능한 광학식 손가락 힘 측정 센서를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서는, 손가락 일부분에 착용되도록 링 형상으로 마련되는 이너링; 상기 이너링의 외측으로 형성되며, 상기 이너링이 손가락의 움직임에 의해 동작 시 고정된 상태에서 이탈하지 않도록 형성되는 외부 가이드; 상기 이너링과 외부 가이드의 사이에 하나 이상의 광학센서로 형성되는 감지부;를 포함하고, 상기 감지부는, 상기 광학센서의 간섭정도를 감지하여 상기 외부 가이드 내측에 고정되는 이너링의 움직임을 감지할 수 있다.
이때, 상기 이너링은, 외주면으로 돌출되는 하나 이상의 스프링 가이드;를 포함하고, 상기 스프링 가이드는, 중간 부분으로 단면적의 면적이 좁아지는 형태의 단차가 형성되어 판형 스프링이 안착되는 스프링 안착부; 및 상기 스프링 안착부 단면적의 면적보다 넓은 면적의 판형 구조가 양단부에 형성되는 복수의 안착부 걸림부;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 스프링 가이드는, 상기 판스프링이 고정되도록 형성되는 스프링 홀더;를 더 포함하고, 상기 판형 스프링은, 상기 스프링 안착부가 삽입될 수 있는 홈이 중앙에 형성되며, 상기 스프링 홀더에 의해 중앙이 가압될 수 있다.
한편, 상기 외부 가이드는, 상기 이너링이 내측에 고정되도록 형성되는 이너링 고정부; 내주면으로 상기 스프링 가이드를 지지하도록 한 쌍의 돌기로 마련되는 지지프레임; 및 외주면으로 돌출되며 중앙으로는 외부의 와이어가 관통하는 것이 가능하도록 중공이 형성되는 와이어 고정부;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 이너링 고정부는, 상기 스프링 가이드와 대응하는 위치에 형성되는 고정홈; 및 상기 스프링 가이드가 상기 고정홈에 안착된 상태에서 고정되도록 체결되는 체결부재;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서의 상기 감지부는, 상기 스프링 가이드의 중앙과 일직선 상에 위치하도록 상기 외부 가이드의 내주면에 형성되는 광학센서; 및 상기 스프링 가이드의 끝단에 형성되며 상기 이너링의 움직임에 따라 상기 광학센서 방향으로 동작하는 광조정부;를 포함하고, 상기 광학센서는, 빛을 출력하는 출력부와 상기 출력부에서 출력하는 빛을 감지하는 검출부가 상기 광조정부의 두께보다 넓은 간격으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 광조정부는, 상기 출력부와 검출부 사이로 삽입되어 검출부로 도달하는 빛을 간섭하여 차단하는 것이 가능하며, 상기 검출부는, 상기 광조정부의 삽입으로 인해 상기 출력부에서 출력되는 빛의 양 변화를 검출할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서는 광학센서를 이용하여 사용자의 손가락 움직임에 따라 작용하는 힘의 크기를 측정하도록 하여 미세한 힘의 작용을 감지할 수 있는 효과가 있으며, 와이어-풀리 마찰에 의한 측정오류를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서의 모습을 보여주는 정면도이다.
도 2는 도 1의 광학식 손가락 힘 측정 센서의 분해 사시도이다.
도 3은 이너링의 세부 구조를 보여주는 정면도이다.
도 4는 (a)와 (b)는 판형 스프링 및 스프링 홀더가 형성되는 스프링 가이드의 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 외부 가이드의 세부 구조를 보여주는 정면도이다.
도 6의 (a)와 (b)는 이너링이 이너링 고정부에 안착되는 모습을 보여주는 회전 사시도이다.
도 7은 이너링의 움직임에 따라 감지부가 동작하는 모습을 보여주는 모식도이다.
도 8은 광조정부에 의해 광학센서 내의 빛이 간섭되는 모습을 보여주는 개략도이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서의 모습을 보여주는 정면도이고, 도 2는 도 1의 광학식 손가락 힘 측정 센서의 분해 사시도이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서(1)는 이너링(100), 외부 가이드(200), 및 감지부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 광학식 손가락 힘 측정 센서는 사용자가 손가락에 착용이 가능한 형상으로 마련되는 이너링이 외부 가이드 내측에 고정된 상태에서 광학센서에 의해 움직임 정도를 감지하여 이너링에 작용되는 손가락 힘의 크기를 측정하기 위하여 제공되는 것으로, 와이어-풀리 방식의 손가락 힘 측정 방식에서 풀리마찰에 의한 측정 오류를 방지하기 위한 것이다.
이너링(100)은 사용자가 손가락에 착용할 수 있는 형상으로 형성되는 것으로 원형의 반지고리 형상으로 형성되며, 원형의 지름이 다양하게 형성되어 손가락의 굵기에 맞게 변경하는 것이 가능하다.
이때, 이너링(100)은 바람직하게는 엄지, 검지, 중지, 약지 및 새끼 손가락의 연령별 평균 사이즈에 맞게 제작될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
외부 가이드(200)는 이너링(100)의 외측에 형성되는 것으로 사용자가 이너링(100)에 손가락을 끼운 상태에서 동작 시 이너링(100)의 움직임을 감지할 수 있는 수단이 마련되며, 외측으로 이탈하는 것을 방지하도록 형성될 수 있다.
이때, 후술하겠지만, 외부 가이드(200)는 이너링 고정부(210)가 형성되어 이너링(100)의 외측으로 형성되는 스프링 가이드(110)가 안착되도록 하여 고정되도록 할 수 있다.
감지부(300)는 외부 가이드(200)와 이너링(100)의 사이에 형성되어 외부 가이드(200)의 내측에서의 이너링(100)의 움직임을 감지하도록 할 수 있다.
이때, 감지부(300)는 사용자의 손가락 움직임에 의해 외부 가이드(200) 내측에서의 이너링(100)의 움직임에 대해 광학센서(310)를 이용하여 움직임 정도를 감지할 수 있으며, 더 자세하게는, 이너링(100)이 움직이는 정도에 따라서 광학센서(310)에서 출력되는 빛의 간섭정도의 변화를 감지하도록 할 수 있다.
도 3은 이너링의 세부 구조를 보여주는 정면도이고, 도 4의 (a)와 (b)는 판형 스프링 및 스프링 홀더가 형성되는 스프링 가이드의 모습을 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서(1)의 이너링(100)은 하나 이상의 스프링 가이드(110)를 포함하여 구성될 수 있으며, 스프링 가이드(110)는 스프링 안착부(111), 안착부 걸림부(112)를 포함하여 구성될 수 있다.
스프링 가이드(110)는 이너링(100)의 외주면에 돌출되는 형태로 형성될 수 있으며, 전체적인 형상이 원기둥의 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 스프링 가이드(110)는 이너링(100)의 외주면에 하나 이상으로 마련될 수 있으며, 바람직하게는 정면에서 바라볼 때에 상하좌우에 서로 대칭되는 위치에 형성될 수 있다.
스프링 가이드(110)는 스프링 안착부(111)와 안착부 걸림부(112)를 포함하여 형성될 수 있다.
스프링 안착부(111)는 이너링(100)과 외부 가이드(200)의 사이에 탄성력을 제공하기 위한 판형 스프링(120)이 안착될 수 있도록 이너링(100)의 외주면에 돌출되는 스프링 가이드(110)의 중간부분에 단차가 형성되어 마련될 수 있다.
더 자세하게는, 스프링 가이드(110)의 길이 방향의 중심축을 기준으로 지름이 줄어들어 측면에서 바라볼 때 단차가 형성되는 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 스프링 안착부(111)의 단면적은 스프링 가이드(110)의 단면적보다 좁게 형성될 수 있다.
안착부 걸림부(112)는 스프링 안착부(111)가 형성되는 양단부에 마련되도록 하여 안착되는 판형 스프링(120)이 외측으로 이탈하는 것을 방지하기 위해 형성될 수 있다.
안착부 걸림부(112)는 원형의 판형 구조로 형성될 수 있으며, 판형 스프링(120)이 이탈하지 않도록 안착되는 판형 스프링(120)보다 넓은 면적으로 형성될 수 있다.
이때, 스프링 안착부(111)의 양단부에 형성되는 복수의 안착부 걸림부(112)는 각각의 면적이 서로 동일하게 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고 서로 다른 면적으로 형성되는 것도 가능하다.
스프링 안착부(111)에 안착되는 판형 스프링(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 양단부에 형성되는 안착부 걸림부(112)의 사이에 형성될 수 있다.
이때, 스프링 가이드(110)에는 판형 스프링(120)의 중심부가 고정될 수 있도록 스프링 홀더(130)가 더 포함되어 구성될 수 있으며, 스프링 홀더(130)는 판형 스프링(120)의 일면을 가압하며, 타면이 하나의 안착부 걸림부(112)에 의해 걸림 상태를 유지하도록 하여 판형 스프링(120)이 고정되도록 할 수 있다.
즉, 판형 스프링(120)은 스프링 홀더(130)에 의해 중심부가 고정되며, 외부에서 힘이 가해지는 경우 스프링 홀더(130)에 의해 고정되지 않는 외측 부분이 탄성력에 의해 외측으로 벌어지는 변형이 발생할 수 있다.
이때, 판형 스프링(120)은 가해지는 힘이 해제될 시 다시 본래의 형상으로 복귀할 수 있다.
도 5는 외부 가이드의 세부 구조를 보여주는 정면도이고, 도 6의 (a)와 (b)는 이너링이 이너링 고정부에 안착되는 모습을 보여주는 회전 사시도이다.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서(1)의 외부 가이드(200)는 이너링 고정부(210), 지지프레임(220) 및 와이어 고정부(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
이너링 고정부(210)는 외부 가이드(200)의 내측에 형성되는 이너링(100)이 일정한 위치에 고정될 수 있도록 형성될 수 있다.
이때, 이너링 고정부(210)는 도 5에 도시된 바와 같이 외부 가이드(200)의 내측에 형성되는 연결프레임(250)에 의해 고정될 수 있으며, 이너링(100)이 안착될 수 있는 고정홈(211)이 형성될 수 있다.
이때, 고정홈(211)은 이너링(100)의 스프링 가이드(110)가 후면 방향에서 삽입되도록 후면이 개방된 상태로 형성될 수 있으며, 스프링 가이드(110)의 지름보다 약간 큰 정도의 폭으로 형성될 수 있으나, 스프링 가이드(110)가 후면 방향에서 삽입되는 것이 가능한 폭의 범위에서 다양하게 형성될 수 있다.
이때, 이너링 고정부(210)는 이너링(100)이 고정홈(211)에 안착된 상태에서 후면 방향으로 다시 이탈하지 않도록 체결부재(240)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
체결부재(240)는 이너링 고정부(210)의 후면 방향에서 돌기에 의한 끼움방식으로 체결될 수 있으며, 일정 크기 이상의 힘을 가하지 않는 경우에는 해제되지 않도록 할 수 있다.
즉, 이너링(100)은 스프링 가이드(110)가 이너링 고정부(210)의 고정홈(211)과 방향이 일치하도록 위치한 상태에서 전면 방향으로 이동시켜 이너링 고정부(210)에 안착하도록 할 수 있으며, 이너링(100)이 안착된 상태에서 체결부재(240)를 체결하여 이너링(100)이 이탈하지 않도록 할 수 있다.
지지프레임(220)은 일단이 외부 가이드(200)의 내측면에 형성되고, 타단은 판형 스프링(120)의 일면 방향을 향하도록 형성될 수 있다.
이때, 지지프레임(220)은 한 쌍으로 형성될 수 있으며, 한 쌍으로 형성되는 지지프레임(220) 간의 간격의 중앙이 판형 스프링(120)의 중심축과 일직선상에 위치하도록 형성되도록 할 수 있다.
더 자세하게는, 지지프레임(220)의 타단은 판형 스프링(120)의 일면을 지지하도록 위치하며, 한 쌍의 지지프레임(220)이 판형 스프링(120)의 중심축을 기준으로 서로 대칭되게 동일한 간격이 이격되도록 하여 판형 스프링의 일면을 지지하도록 할 수 있다.
와이어 고정부(230)는 외부 가이드(200)의 외측으로 돌출되는 형태로 형성되며, 와이어가 관통할 수 있는 중공이 형성될 수 있다.
이때, 와이어 고정부(230)는 끝단부가 몸통부의 단면적보다 넓은 면적으로 형성되도록 하여 와이어를 감아 고정시키도록 할 수 있다.
도 7은 이너링의 움직임에 따라 감지부가 동작하는 모습을 보여주는 모식도이고, 도 8은 광조정부에 의해 광학센서 내의 빛이 간섭되는 모습을 보여주는 개략도이다.
도 1 및 도 7 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서(1)의 감지부(300)는 광학센서(310)와 광조정부(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
광학센서(310)는 빛을 출력하는 출력부(311)와 출력부(311)에서 출력되는 빛을 검출하기 위한 검출부(312)를 포함하여 구성될 수 있으며, 출력부(311)와 검출부(312)가 일정 간격으로 이격된 상태에서 서로 마주보는 형태로 측면에서 바라보는 형상이 ''과 같은 형상으로 형성될 수 있으며, 외부 가이드(200)의 내측면에 고정될 수 있다.
광조정부(320)는 스프링 가이드(110)의 끝단부에 형성될 수 있으며, 스프링 가이드(110)와 연결되는 부분의 타단이 일정한 크기의 판형 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 광조정부(320)의 타단은 광학센서(310)의 출력부(311)와 검출부(312)의 사이에 삽입이 가능한 크기로 형성될 수 있으며, 출력부(311)에서 출력되는 빛이 투과하지 못하는 소재로 형성될 수 있다
이때, 감지부(300)는 외부 가이드(200)의 내측면에 하나 이상으로 마련될 수 있으며, 바람직하게는 광학식 손가락 힘 측정 센서(1)를 정면에서 바라볼 때, 하나의 감지부(300)는 수평선상에 위치하며, 다른 하나의 감지부(300)는 수직선상에 위치하도록 하여 2축의 움직임을 감지하는 것이 가능하도록 할 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고, 적용되는 손가락에 따라서 다르게 형성될 수도 있다.
예컨대, 엄지손가락이 대상인 경우에는 상기와 같이 2축의 움직임을 감지하도록 복수의 감지부(300)가 마련될 수 있으나, 나머지 손가락이 대상인 경우에는 수직선상에만 위치하도록 하여 1축의 움직임을 감지하도록 하는 것도 가능하다.
감지부(300)는 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이 이너링(100)의 움직임에 따라서 스프링 가이드(110)에 고정되어 있는 광조정부(320)가 출력부(311)와 검출부(312) 사이에서 움직일 때에 발생하는 간섭에 따라서 검출부(312)에 도달하는 빛의 양을 감지하도록 할 수 있다.
즉, 손가락이 끼워진 이너링(100)이 손가락의 움직임에 의해 힘에 작용하게 되면 상하 또는 좌우로 움직이게 되면서 광조정부(320)가 동일한 방향으로 움직이게 되고, 검출부(312)에서는 광조정부(320)의 움직임에 따라 출력부(311)에서 출력되는 빛의 간섭 정도를 검출하는 구조로 형성될 수 있다.
이때, 검출부(312)에서 검출되는 빛의 양을 통해 이너링(100)의 움직임 정도를 역으로 추정하는 것이 가능하다.
예컨대, 손가락 힘이 작용하여 이너링(100)이 동작 시 도 7의 (b)와 같이 광조정부(320)가 광학센서(310) 방향으로 이동하게 되면서 도 8의 (b) 또는 (c)와 같이 출력부(311)에서 출력되는 빛을 간섭하게 되어 검출부(312)에서 검출되는 양을 검출하여 작용되는 힘의 크기를 계산할 수 있으며, 이때, 도 7의 (b)에서 지지프레임(220)에 의해 판형 스프링(120)에 작용하는 탄성력을 고려하여 이너링(100)에 작용되는 손가락 힘의 크기를 계산하도록 할 수 있다.
또한, 반대 방향으로 작용하는 경우에는 도 7의 (c)와 같이 광조정부(320)가 광학센서(310)로부터 이격될 수도 있으며, 도 8의 (a)와 같이 출력부(311)에서 출력되는 빛이 광조정부(320)에 간섭받지 않도록 위치할 수도 있다.
이와 같은 감지부(300)의 구성은 미세한 움직임까지 감지하는 것이 가능하여 손가락의 미세한 힘의 크기까지 측정하는 것이 가능한 효과가 있다.
이때, 검출되는 빛의 양을 통해 손가락 힘을 측정하는 방식은 입력값에 따라서 힘의 조정이 가능한 장치를 이용하여 정해진 힘을 가했을 때 광조정부(320)의 이동거리 대비 검출부(312)에서 검출되는 빛의 양을 비교하여 데이터를 확보하여 빛의 검출량에 따라서 이너링(100)에 작용되는 힘의 크기를 산출하도록 할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이때, 도 2 및 도 7 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서(1)의 감지부(300)는 검출부(312)에서 검출되는 빛의 양에 대한 검출신호를 외부에 전송하는 것이 가능한 통신모듈(330)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 통신모듈(330)은 검출부(312)에서 검출되는 검출신호를 사용자의 스마트 단말이나 관리자의 PC와 연결되는 중앙 서버 등에 전송하여 검출신호를 이용하여 이너링(100)에 가해진 손가락 힘의 크기를 계산하도록 할 수 있다.
또한, 감지부(300)는 검축신호를 이용하여 손가락 힘을 계산하는 것이 가능한 PCB회로부(340)를 더 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
이때, PCB회로부(340)는 검출부(312)에서 빛의 양을 검출하는 순간 이너링(100)에 작용하는 손가락 힘을 계산하도록 할 수 있다.
여기서, 감지부(300)는 통신모듈(330)만 구성되도록 하여 검출신호를 외부로 전송하도록 하거나, 통신모듈(330)과 PCB회로부(340)가 함께 구성되도록 하여 검출신호를 외부로 전송하는 동시에 손가락 힘의 측정도 가능하도록 할 수 있다.
또한, PCB회로부(340)가 외부와 통신이 가능하도록 마련되어 검출신호와 측정된 결과값을 모두 외부로 전송하도록 할 수도 있다.
상기와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 광학식 손가락 힘 측정 센서는 와이어-풀리 방식에 의해 손가락 힘을 측정할 때 발생하는 측정 오류를 보완하기 위하여 광학센서에 의한 감지 방식을 적용하여 미세한 손가락의 움직임을 감지하는 것이 가능하며, 이로 인하여 손가락 힘을 측정함에 있어 실제 작용하는 힘과 측정되는 수치 상의 오차가 거의 발생하지 않는 광학식 손가락 힘 측정 센서를 제공하는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 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.
1: 광학식 손가락 힘 측정 센서
100: 이너링
110: 스프링 가이드
111: 스프링 안착부
112: 안착부 걸림부
120: 판형 스프링
130: 스프링 홀더
200: 외부 가이드
210: 이너링 고정부
211: 고정홈
220: 지지프레임
230: 와이어 고정부
240: 체결부재
250: 연결프레임
300: 감지부
310: 광학센서
311: 출력부
312: 검출부
320: 광조정부
330: 통신모듈
340: PCB회로부

Claims (7)

  1. 손가락 일부분에 착용되도록 링 형상으로 마련되는 이너링;
    상기 이너링의 외측으로 형성되며, 상기 이너링이 손가락의 움직임에 의해 동작 시 고정된 상태에서 이탈하지 않도록 형성되는 외부 가이드;
    상기 이너링과 외부 가이드의 사이에 하나 이상의 광학센서로 형성되는 감지부;를 포함하고,
    상기 감지부는,
    상기 광학센서의 간섭정도를 감지하여 상기 외부 가이드 내측에 고정되는 이너링의 움직임을 감지하고,
    상기 이너링은,
    외주면으로 돌출되는 하나 이상의 스프링 가이드;를 포함하고,
    상기 스프링 가이드는,
    중간 부분으로 단면적의 면적이 좁아지는 형태의 단차가 형성되어 판형 스프링이 안착되는 스프링 안착부; 및
    상기 스프링 안착부 단면적의 면적보다 넓은 면적의 판형 구조가 양단부에 형성되는 복수의 안착부 걸림부;를 포함하고,
    상기 외부 가이드는,
    상기 이너링이 내측에 고정되도록 형성되는 이너링 고정부;
    내주면으로 상기 스프링 가이드를 지지하도록 한 쌍의 돌기로 마련되는 지지프레임; 및
    외주면으로 돌출되며 중앙으로는 외부의 와이어가 관통하는 것이 가능하도록 중공이 형성되는 와이어 고정부;를 포함하고,
    상기 감지부는,
    상기 스프링 가이드의 중앙과 일직선 상에 위치하도록 상기 외부 가이드의 내주면에 형성되는 광학센서; 및
    상기 스프링 가이드의 끝단에 형성되며 상기 이너링의 움직임에 따라 상기 광학센서 방향으로 동작하는 광조정부;를 포함하고,
    상기 광학센서는,
    빛을 출력하는 출력부와 상기 출력부에서 출력하는 빛을 감지하는 검출부가 상기 광조정부의 두께보다 넓은 간격으로 형성되는 광학식 손가락 힘 측정 센서이고,
    상기 광학식 손가락 힘 측정 센서는,
    손가락 힘이 작용하여 상기 이너링이 동작시 상기 광조정부가 상기 광학센서 방향으로 이동하게 되면서 상기 출력부에서 출력되는 빛을 간섭하게 되고, 상기 검출부에서 빛을 검출하여 상기 손가락 힘의 크기를 계산하되, 상기 지지프레임에 의해 상기 판형 스프링에 작용하는 탄성력을 고려하여 상기 이너링에 작용되는 손가락 힘의 크기를 계산하는 것인, 광학식 손가락 힘 측정 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스프링 가이드는,
    상기 판스프링이 고정되도록 형성되는 스프링 홀더;를 더 포함하고,
    상기 판형 스프링은,
    상기 스프링 안착부가 삽입될 수 있는 홈이 중앙에 형성되며, 상기 스프링 홀더에 의해 중앙이 가압되는 것을 특징으로 하는 광학식 손가락 힘 측정 센서.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이너링 고정부는,
    상기 스프링 가이드와 대응하는 위치에 형성되는 고정홈; 및
    상기 스프링 가이드가 상기 고정홈에 안착된 상태에서 고정되도록 체결되는 체결부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 손가락 힘 측정 센서.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광조정부는,
    상기 출력부와 검출부 사이로 삽입되어 검출부로 도달하는 빛을 간섭하여 차단하는 것이 가능하며,
    상기 검출부는,
    상기 광조정부의 삽입으로 인해 상기 출력부에서 출력되는 빛의 양 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 광학식 손가락 힘 측정 센서.
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