KR102667746B1 - Deformation sensor and strain sensing method, pain visualization appartus using the same - Google Patents
Deformation sensor and strain sensing method, pain visualization appartus using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102667746B1 KR102667746B1 KR1020220031461A KR20220031461A KR102667746B1 KR 102667746 B1 KR102667746 B1 KR 102667746B1 KR 1020220031461 A KR1020220031461 A KR 1020220031461A KR 20220031461 A KR20220031461 A KR 20220031461A KR 102667746 B1 KR102667746 B1 KR 102667746B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- illuminance value
- unit
- pain
- value
- external force
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 238000012800 visualization Methods 0.000 title 1
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 27
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 21
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 8
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 6
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 4
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 4
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 22
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/02—Details
-
- 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
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
본 발명의 변형률 감지 장치는 탄성 부재로 외관을 형성하는 탄성부, 탄성부의 내부에 배치되어, 광을 방출하는 광원부, 탄성부의 내부에 배치되며, 광원부로부터 방출되는 광이 탄성부에 반사된 광을 수광하여 조도값을 획득하는 수광부, 및, 수광부를 통해 획득한 조도값에 근거하여, 탄성부에 외력에 따른 조도값 변화량을 계산하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 본 발명은 탄성부에 가해지는 외력에 따른 조도값을 획득함으로써 쥐거나 누르는 간단한 동작으로 변형률을 감지할 수 있다.The strain sensing device of the present invention includes an elastic member that forms the exterior, a light source that is disposed inside the elastic portion and emits light, and a light source portion that is disposed inside the elastic portion, and the light emitted from the light source portion detects the light reflected by the elastic portion. It includes a light receiving unit that receives light and obtains an illuminance value, and a control unit that calculates the amount of change in illuminance value due to external force in the elastic unit, based on the illuminance value obtained through the light receiving unit. Accordingly, the present invention can detect strain through a simple grasping or pressing action by obtaining the roughness value according to the external force applied to the elastic portion.
Description
본 발명은 변형률 감지 장치 및 그 방법, 이를 이용한 통증 표현 장치에 관한 것으로서, 특히, 탄성부에 가해지는 외력에 따른 조도값을 획득함으로써 쥐거나 누르는 간단한 동작으로 변형률을 감지할 수 있고 제작이 용이한 변형률 감지 장치 및 그 방법, 이를 이용한 통증 표현 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a strain detection device and method, and a pain expression device using the same. In particular, the strain can be detected by a simple grasping or pressing action by obtaining the roughness value according to the external force applied to the elastic portion, and is easy to manufacture. It relates to a strain detection device and method, and a pain expression device using the same.
일반적으로 물체의 변형을 감지하는 방법은 다양하다. 이와 관련된 기능 구현을 위한 방법으로 구부러지며 변화한 센서 내부의 저항값과 변화량을 이용하여 측정하는 구부러짐(bend) 센서와 표면에 가해진 힘에 의해 센서 저항 값이 변화하는 것을 이용하여 측정하는 힘 센서(FSR 센서)가 있다. 그러나, 구부러짐 센서의 경우 파손 방지를 위해 측면으로 힘이 가지 않도록 설계해야 하며, 힘 센서의 경우 변형 정도를 측정하기 위해선 수직 방향으로 힘이 가해져야 하기 때문에 이를 위한 특수한 구조가 필요하다. In general, there are various ways to detect deformation of an object. Methods for implementing related functions include a bend sensor that measures the resistance value and amount of change inside the sensor that changes as it bends, and a force sensor that measures the sensor resistance value that changes due to a force applied to the surface. FSR sensor). However, in the case of a bend sensor, it must be designed so that no force is applied to the side to prevent damage, and in the case of a force sensor, a force must be applied in the vertical direction to measure the degree of deformation, so a special structure is needed for this purpose.
변형을 감지하는 방법에 관한 종래의 발명을 살펴보면 다음과 같다.Conventional inventions regarding methods for detecting deformation are as follows.
미국공개특허 제2017-0199577호는 사용자 인터페이스 장치에 관한 것으로, 무선의 상호작용 시스템을 위한 휴대용 유닛이 제공된다. 휴대용 유닛은 구형 탄성 및 적어도 부분적으로 투명한 외부 하우징을 가지며, 하우징은 광원, 상기 휴대용 유닛 상에 가해지는 외부 압력을 결정하기 위한 압력 센서, 상기 휴대용 유닛의 배향을 결정하기 위한 배향 센서 무선 통신 장치, 처리 유닛은 두 개의 모드 중 적어도 하나에서 작동하도록 구성된 처리 장치, 상기 압력 센서가 상기 휴대용 유닛이 표면을 따라 롤링되는 것을 검출할 때 상기 처리 유닛이 작동하며, 여기에서 상기 배향 센서로부터의 신호가 상기 무선 통신 유닛을 통해 외부 무선 수신기 장치로 전송되는 2 차원 모드, 상기 광원이 상기 휴대용 유닛의 위치를 외부 광 검출 장치에 표시하기 위해 광을 방출하는 3 차원 모드를 특징으로 한다. US Patent Publication No. 2017-0199577 relates to a user interface device, and provides a portable unit for a wireless interaction system. The portable unit has a spherically elastic and at least partially transparent outer housing, the housing comprising a light source, a pressure sensor for determining an external pressure applied on the portable unit, an orientation sensor wireless communication device for determining an orientation of the portable unit, a processing unit configured to operate in at least one of two modes, wherein the processing unit operates when the pressure sensor detects that the portable unit is rolling along a surface, wherein a signal from the orientation sensor is A two-dimensional mode in which the light source is transmitted to an external wireless receiver device through a wireless communication unit, and a three-dimensional mode in which the light source emits light to indicate the location of the portable unit to an external light detection device.
미국공개특허 제2017-0199577호의 경우 쥐어짐 검출을 위해 압력센서를 이용하였으나, 압력센서는 특수한 구조가 필요하거나 특정 위치를 잡고 쥐어야 한다.In the case of U.S. Patent Publication No. 2017-0199577, a pressure sensor was used to detect grasping, but the pressure sensor requires a special structure or must be held at a specific position.
결국, 대부분의 종래기술들은 측정 방식에 따른 특별한 구조를 필요로 하거나 제한된 형태로 제작되어야 하는 한계점이 있다.Ultimately, most conventional technologies have limitations in that they require a special structure depending on the measurement method or must be manufactured in a limited form.
또한, 변형 정도를 감지하기 위한 특별한 구조 또는 형태의 제한은 제품 설계의 복잡도를 높이는 문제점이 있다.Additionally, restrictions on special structures or shapes for detecting the degree of deformation have the problem of increasing the complexity of product design.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 탄성부에 가해지는 외력에 따른 조도값을 획득함으로써 쥐거나 누르는 간단한 동작으로 변형률을 감지할 수 있고 제작이 용이한 변형률 감지 장치 및 그 방법, 이를 이용한 통증 표현 장치를 제공하는 것이다.The present invention is intended to solve the above problems, and provides a strain sensing device and method that can detect strain through a simple grasping or pressing action by obtaining the roughness value according to the external force applied to the elastic portion and is easy to manufacture, and a method thereof. The purpose is to provide a pain expression device using the pain.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 감지 장치는 탄성 부재로 외관을 형성하는 탄성부; 상기 탄성부의 내부에 배치되어, 광을 방출하는 광원부; 상기 탄성부의 내부에 배치되며, 상기 광원부로부터 방출되는 광이 상기 탄성부에 반사된 광을 수광하여 조도값을 획득하는 수광부; 및, 상기 수광부를 통해 획득한 조도값에 근거하여, 상기 탄성부에 외력에 따른 조도값 변화량을 계산하는 제어부;를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a strain sensing device according to an embodiment of the present invention includes an elastic portion forming an exterior appearance with an elastic member; a light source unit disposed inside the elastic unit and emitting light; a light receiving unit disposed inside the elastic unit and obtaining an illuminance value by receiving light emitted from the light source unit and reflected by the elastic unit; And, based on the illuminance value obtained through the light receiving unit, a control unit that calculates the amount of change in illuminance value due to external force on the elastic unit.
여기서, 상기 탄성 부재는, 실리콘, 고무, 점토 등의 탄성이 있는 물질일 수 있다.Here, the elastic member may be an elastic material such as silicone, rubber, or clay.
또한, 상기 제어부는, 사용 전 캘리브레이션을 수행할 수 있다.Additionally, the control unit may perform calibration before use.
또한, 상기 수광부는, 상기 탄성부에 외력이 가해지지 않는 상태에서 자연 조도값을 획득할 수 있다.Additionally, the light receiving unit can obtain a natural illuminance value in a state where no external force is applied to the elastic unit.
또한, 상기 수광부는, 상기 탄성부에 외력이 가해질 때, 상기 광원부를 끈 상태에서 제1 조도값을 획득하고, 상기 광원부를 켠 상태에서 제2 조도값을 획득할 수 있다.Additionally, when an external force is applied to the elastic unit, the light receiving unit may obtain a first illuminance value with the light source unit turned off and obtain a second illuminance value with the light source unit turned on.
또한, 상기 제어부는, 상기 수광부에서 획득한 자연 조도값을 매핑하여 함수 f(x)를 획득할 수 있다.Additionally, the control unit may obtain a function f(x) by mapping the natural illuminance value obtained from the light receiving unit.
또한, 상기 제어부는, 상기 함수 f(x)를 이용하여 상기 조도값을 보정할 수 있다.Additionally, the control unit may correct the illuminance value using the function f(x).
이에, 상기 제어부는, 상기 매핑된 자연 조도값에 상기 제1 조도값을 대입하고, 상기 제2 조도값과 상기 대입된 제1 조도값의 차이를 산출하여 상기 조도값을 보정할 수 있다.Accordingly, the control unit may substitute the first illuminance value into the mapped natural illuminance value and calculate the difference between the second illuminance value and the substituted first illuminance value to correct the illuminance value.
또한, 상기 제어부는, 상기 탄성부에 외력이 가해지지 않는 상태에서 획득한 조도값에서 상기 탄성부에 외력에 따른 조도값의 차이로 상기 조도값 변화량을 산출할 수 있다.Additionally, the control unit may calculate the amount of change in the illuminance value as a difference between the illuminance value obtained in a state in which no external force is applied to the elastic part and the illuminance value due to the external force on the elastic part.
본 발명의 다른 실시예에 따른 변형률 감지 장치의 변형률 감지 방법은 캘리브레이션을 수행하는 단계; 및, 외력에 따른 조도값을 획득하는 단계;를 포함할 수 있다.A strain sensing method of a strain sensing device according to another embodiment of the present invention includes performing calibration; and, obtaining an illuminance value according to an external force.
여기서, 상기 캘리브레이션을 수행하는 단계는, 외력이 가해지지 않은 상태에서 광원부를 끈상태와 켠 상태에서의 자연 조도값을 획득하는 단계; 및, 상기 자연 조도값을 매핑하여 함수 f(x)를 획득하는 단계;를 포함할 수 있다. Here, the step of performing the calibration includes obtaining natural illuminance values when the light source unit is turned off and on without an external force being applied; And, mapping the natural illuminance value to obtain a function f(x).
또한, 상기 함수 f(x)를 이용하여 상기 조도값을 보정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Additionally, the method may further include correcting the illuminance value using the function f(x).
여기서, 상기 조도값을 보정하는 단계는, 상기 매핑된 자연 조도값에 상기 제1 조도값을 대입하고, 상기 제2 조도값과 상기 대입된 제1 조도값의 차이를 산출하여 상기 조도값을 보정할 수 있다.Here, the step of correcting the illuminance value includes substituting the first illuminance value into the mapped natural illuminance value, and calculating the difference between the second illuminance value and the substituted first illuminance value to correct the illuminance value. can do.
또한, 외력이 가해지지 않는 상태에서 획득한 조도값에서 상기 외력에 따른 조도값의 차이로 조도값 변화량을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, the step of calculating the amount of change in the illuminance value as a difference between the illuminance value obtained in a state in which no external force is applied and the illuminance value according to the external force may be further included.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 통증 표현 장치는, 제1항의 변형률 감지 장치; 상기 변형률 감지 장치로부터 상기 조도값 변화량을 수신받아, 상기 조도값 변화량에 따라 구부러짐 모터 및 비틀림 모터를 제어하는 제어부가 배치되는 본체부; 및, 상기 구부러짐 모터의 회전에 의해 구부러짐을 표현하고, 상기 비틀림 모터의 회전에 의해 비틀림을 표현하는 표현부;를 포함할 수 있다.A pain expression device according to another embodiment of the present invention includes the strain sensing device of claim 1; a main body portion in which a control unit is disposed to receive the change in illumination value from the strain detection device and control a bending motor and a twisting motor according to the change in illumination value; And, it may include; a representation unit that expresses bending by rotation of the bending motor and expresses twisting by rotation of the twisting motor.
상기와 같은 본 발명에 따른 변형률 감지 장치 및 그 방법은 탄성부에 가해지는 외력에 따른 조도값을 획득함으로써 쥐거나 누르는 간단한 동작으로 변형률을 감지할 수 있다.The strain sensing device and method according to the present invention as described above can detect strain through a simple grasping or pressing action by obtaining the roughness value according to the external force applied to the elastic part.
또한, 변형률 감지 장치는 탄성부를 이용함으로써 다양한 형태로 제작이 용이하다. 더불어, 저렴한 비용으로 제작이 가능하다.In addition, the strain sensing device can be easily manufactured in various shapes by using elastic parts. In addition, it can be manufactured at a low cost.
또한, 변형률 감지 장치를 이용한 통증 표현 장치는 환자의 통증을 용이하게 측정할 수 있으며 측정된 통증을 용이하게 표현하여 전달할 수 있다.Additionally, a pain expression device using a strain sensing device can easily measure a patient's pain and can easily express and convey the measured pain.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 감지 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 변형률 감지 장치의 실제 모형을 나타내는 도면이고, 도 2b는 변형률 감지 장치의 내부 배치의 예를 나타내는 도면이고, 도 2c는 광원부와 수광부를 배치하기 위한 모듈의 다양한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 조도값 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외력에 의한 조도값 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형률 감지 장치를 이용한 통증 표현 장치를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 통증 표현 장치의 분해사시도이다.
도 8은 도 6의 통증 표현 장치의 A-A'의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형률 감지 장치를 이용한 통증 표현 장치의 기능을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a strain sensing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a diagram showing an actual model of a strain sensing device according to various embodiments of the present invention, FIG. 2B is a diagram showing an example of the internal arrangement of the strain sensing device, and FIG. 2C is a diagram showing a module for arranging a light source unit and a light receiving unit. This diagram shows various examples.
Figure 3 is a flowchart for explaining a strain detection method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the illuminance value correction method of FIG. 3 .
Figure 5 is a graph showing the amount of change in illuminance value due to external force according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a perspective view showing a pain expression device using a strain detection device according to another embodiment of the present invention.
Figure 7 is an exploded perspective view of the pain expression device of Figure 6.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cross-section taken along line A-A' of the pain expression device of FIG. 6.
Figure 9 is a block diagram for explaining the function of a pain expression device using a strain detection device according to another embodiment of the present invention.
이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings to clarify the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known functions or components may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Components having substantially the same functional configuration among the drawings are given the same reference numbers and symbols as much as possible, even if they are shown in different drawings. For convenience of explanation, if necessary, the device and method should be described together.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 감지 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a strain sensing device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 변형률 감지 장치(100)는 탄성부(110), 광원부(120), 수광부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
변형률 감지 장치(100)는 외력에 의해 가해지는 힘에 따라 탄성부(110)의 형태가 변형되고, 변형하는 정도에 따라 수광부(130)에서 획득한 광량의 변화를 근거로 외력의 강도와 위치를 측정할 수 있다.The
변형률 감지 장치(100)는 한 쌍의 센서 모듈을 이용하여 중앙의 변형 정도를 확인할 수 있다. 즉, 변형률 감지 장치(100)는 탄성부(110)의 내부에 하나 이상의 광원부(120)와 하나 이상의 수광부(130)를 배치하여 여러 방향의 변형 정도를 측정할 수 있다.The
탄성부(110)는 변형률 감지 장치(100)의 외관을 형성하고, 반투명의 탄성 부재로 이루질 수 있다. 여기서, 탄성 부재는 실리콘, 고무, 점토 등과 같이 탄성이 있는 물질을 의미할 수 있다. 이에 의해, 다양한 센서 모듈을 제작하거나 다양한 형태의 제품에 적용할 수 있다.The
또한, 탄성부(110)의 탄성 부재의 경도를 조절하여 센서 민감도를 조절할 수 있다.Additionally, sensor sensitivity can be adjusted by adjusting the hardness of the elastic member of the
광원부(120)는 전원 공급 여부에 따라 광을 방출할 수 있다. 이러한 광원부(120)는 하나 이상의 발광 다이오드, LED, 또는 유기 LED, OLED를 포함할 수 있다.The
수광부(130)는 탄성부(110)에 외력이 가해질 때, 탄성부(110)에 반사된 광을 수광하여 근접을 감지하고, 조도값을 획득할 수 있다. When an external force is applied to the
이러한, 수광부(130)는 광원부(120)를 끈 상태에서 제1 조도값(A1)을 획득할 수 있다. 그리고, 수광부(130)는 광원부(120)를 켠 상태에서 제2 조도값(A2)을 획득할 수 있다.In this way, the
한편, 수광부(130)는 외력이 가해지지 않은 상태에서 자연 조도값을 획득할 수 있다. 이 경우에도, 광원부(120)를 끈 상태와 켠 상태에서의 자연 조도값을 획득할 수 있다. 외부의 환경이 암실일 경우부터 밝은 조명까지 광원부(120)를 끈 상태와 켠 상태에서 자연 조도값을 획득할 수 있다.Meanwhile, the
제어부(140)는 수광부(130)를 통해 획득한 조도값에 근거하여 조도값 변화량을 계산할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 탄성부(110)에 외력이 가해지지 않는 상태에서 획득한 조도값에서 탄성부(110)에 외력에 따른 조도값의 차이로 조도값 변화량을 산출할 수 있다.The
제어부(140)는 변형률 감지 장치(100)를 사용하기 전 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 이때, 함수 f(x)를 획득할 수 있다.The
제어부(140)는 탄성부(110)에 외력이 가해지지 않은 상태에서 획득한 수광부(130)의 자연 조도값을 매핑할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 광원부(120)를 끈 상태와 켠 상태에서 획득한 자연 조도값을 매핑하여 함수 f(x)를 획득할 수 있다.The
제어부(140)는 변형률 감지하기 위하여 함수 f(x)를 이용하여 조도값을 보정할 수 있다. 여기서, 조도값의 보정이 필요한 이유는 외력에 의한 탄성부(110)의 변형 정도에 따른 조도값(즉, 측정해야 하는 조도값)만을 측정하고자 하지만 주변 밝기 또는 외부 환경이 변화하였을 때에도 조도값(즉, 측정하면 안되는 값)이 측정될 수 있다. 이때, 주변 밝기 또는 외부 환경이 변화하였을 때의 조도값을 보정하여야 한다. 이에, 제어부(140)는 보정된 변형 레벨을 산출할 수 있다. The
제어부(140)는 외력이 없는 상태에서 매핑된 자연 조도값에 제1 조도값(A1)을 대입한다.The
제어부(140)는 제2 조도값(A2)과 대입된 제1 조도값(f(A1))의 차이를 계산하여 변형 레벨(Deformation Level)을 산출할 수 있다.The
산술식으로 표현하면 다음과 같다.Expressed in arithmetic terms, it is as follows:
변형 레벨(Deformation Level) = A2 - f(A1)Deformation Level = A2 - f(A1)
제어부(140)는 기설정된 주기로 변형 정도를 지속적으로 측정하여 변형 레벨(Deformation Level)을 산출할 수 있다.The
이에 의해, 본 발명은 탄성부에 가해지는 외력에 따른 조도값을 획득함으로써 쥐거나 누르는 간단한 동작으로 변형률을 감지할 수 있으며, 다양한 형태로 제작이 용이하다. 더불어, 저렴한 비용으로 제작이 가능하다.As a result, the present invention can detect strain through a simple grasping or pressing action by obtaining the roughness value according to the external force applied to the elastic portion, and is easy to manufacture in various forms. In addition, it can be manufactured at a low cost.
또한, 본 발명은 조도값의 오류, 즉 주변 밝기 또는 외부 환경이 변화하였을 때의 조도값을 보정하여 보다 정확한 변형률을 감지할 수 있다.Additionally, the present invention can detect strain rates more accurately by correcting errors in illuminance values, that is, illuminance values when the surrounding brightness or external environment changes.
도 2a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 변형률 감지 장치의 실제 모형을 나타내는 도면이고, 도 2b는 변형률 감지 장치의 내부 배치의 예를 나타내는 도면이고, 도 2c는 광원부와 수광부를 배치하기 위한 모듈의 다양한 예를 나타내는 도면이다.FIG. 2A is a diagram showing an actual model of a strain sensing device according to various embodiments of the present invention, FIG. 2B is a diagram showing an example of the internal arrangement of the strain sensing device, and FIG. 2C is a diagram showing a module for arranging a light source unit and a light receiving unit. This is a drawing showing various examples.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 변형률 감지 장치(100)의 실제 모형으로 탄성부(110)의 형상이 길쭉한 원통형, 사각형, 둥근 삼각기둥형 등으로 구현될 수 있다. 이 외에도 스퀴지 하기 용이한 다양한 형태로 구현될 수 있으므로 이에 한정하지 않는다. Referring to FIGS. 1 and 2A , as an actual model of the
도 1 및 도 2b를 참조하면, 탄성부(110) 내부에 배치되는 광원부(120)와 수광부(130)를 나타내는 것으로, 광원부(120)와 수광부(130)가 1:1로 배치된 예과 1: 4로 배치된 예를 나타낸다. 광원부(120)와 수광부(130)는 모듈에 의해 결합 배치될 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2B, the
도 1 및 도 2c를 참조하면, 광원부(120)와 수광부(130)를 배치하기 위한 모듈의 다양한 예를 나타내는 것으로, 모듈은 하나 이상의 광원부(120)와 하나 이상의 수광부(130)를 결합 배치할 수 있다. 이때, 모듈의 형태는 하나 이상의 광원부(120)와 하나 이상의 수광부(130)를 고정하기 틀의 형태로 탄성부(110)의 내부에 삽입되기 용이한 구조로 이루어질 수 있다. 이에, 모듈은 삼각형, 긴원통형, 직사각형, 원형 등의 형태로 구현될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2C, various examples of modules for arranging the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Figure 3 is a flowchart for explaining a strain detection method according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 3을 참조하면, 변형률 감지 장치(100)는 시스템 초기화를 수행하고, 캘리브레이션을 수행한다(S210). 여기서, 초기화를 수행하는 과정은 각 변수의 초기값 설정 및 광원부(120)와 수광부(130)를 제어하는 시스템 초기화 과정을 포함할 수 있다.Referring to Figures 1 and 3, the
캘리브레이션을 수행하는 과정은 외력이 가해지지 않은 상태에서 수광부(130)는 자연 조도값을 획득한다. 이때, 광원부(120)를 끈 상태와 켠 상태에서의 자연 조도값을 획득할 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 외력이 가해지지 않은 상태에서 획득한 수광부(130)의 자연 조도값을 매핑하여, 함수 f(x)를 획득할 수 있다.In the process of performing calibration, the
초기화가 수행된 후, 광원부(120)는 켜진 상태일 수 있다.After initialization is performed, the
캘리브레이션을 수행한 뒤, 제어부(140)는 외력에 따른 조도값 변화량을 획득한다(S220). After performing calibration, the
제어부(140)는 조도값 변화량을 아날로그-디지털 컨버터를 통해 디지털 값으로 변환하여 획득할 수 있다.The
만약, 광원부(120)가 켜진 상태라면 광원부(120)가 꺼진 상태에서 수광부(130)는 제2 조도값을 획득한다.If the
그리고, 제어부(140)는 광원부(120)가 켜진 상태에서 획득한 제1 조도값과 광원부(120)가 꺼진 상태에서 획득한 제2 조도값을 출력하도록 제어할 수 있다. Additionally, the
제어부(140)는 변형률 감지하기 위하여 함수 f(x)를 이용하여 조도값을 보정할 수 있다. 이에, 제어부(140)는 보정된 변형 레벨을 산출할 수 있다. The
한편, 도 4에서 조도값 보정 방법에 대해 상세하게 서술한다.Meanwhile, the illuminance value correction method is described in detail in FIG. 4.
예를 들어, 외력에 따른 조도값 변화량을 획득하는 방법을 설명한다.For example, a method of obtaining the amount of change in illuminance value according to an external force will be described.
외력에 의해 획득한 조도값 변화량은 0.000 부터 1.000 사이의 값을 가질 수 있다. The amount of change in illuminance value obtained by an external force may have a value between 0.000 and 1.000.
제어부(140)는 광원부(120)가 켜져 있을 때 수광부(130)에서 획득한 제1 조도값이 0.500라고 가정하고, 10N 힘이 수직방향으로 작용해 변형이 일어났을 때 수광부(130)에서 획득한 조도값이 0.490 가정했을 때, 0.01 만큼의 차이값을 외력에 의해 획득한 조도값 변화량으로 계산할 수 있다.The
도 4는 도 3의 조도값을 보정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 4 is a flowchart for explaining a method of correcting the illuminance value of FIG. 3.
도 1 및 도 4를 참조하면, 조도값을 보정하는 방법으로, 광원부(120)가 꺼진 상태에서 수광부(130)의 반응시간 10ms 만큼 대기한다(S310).Referring to FIGS. 1 and 4 , as a method of correcting the illuminance value, the
그리고, 수광부(130)는 제1 조도값(A1)을 획득한다(S320).Then, the
광원부(120)가 켜진 상태에서 수광부(130)의 반응시간 10ms 만큼 대기한다(S330).With the
그리고, 수광부(130)는 제2 조도값(A2)을 획득한다(S330).Then, the
이때, 수광부(130)가 하나 이상일 경우 단계 S310 내지 단계 S330의 과정을 각 수광부마다 반복 수행한다.At this time, if there is more than one
제어부(140)는 외력이 없는 상태에서 기존 매핑된 자연 조도값(t)에 제1 조도값(A1)을 대입한다(S350).The
제어부(140)는 제2 조도값(A2)과 대입된 제1 조도값(f(A1))의 차이를 산출하여 조도값을 보정한다(S360). The
이에, 제어부(140)는 변형 레벨(Deformation Level)을 산출할 수 있다.Accordingly, the
제어부(140)는 기설정된 주기로 변형 정도를 지속적으로 측정하여 변형 레벨(Deformation Level)을 산출할 수 있다.The
한편, 하나 이상의 광원부(120) 또는 수광부(130)를 배치한 경우, 제어부(140)는 단계 S350과 단계 S360에서 획득한 각각의 차이값을 벡터연산이나 평균등으로 계산하여 차이값을 출력할 수 있다.On the other hand, when one or more
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외력에 의한 조도값 변화량을 나타내는 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the amount of change in illuminance value due to external force according to an embodiment of the present invention.
도 5는 외력에 의한 조도값 변화량을 나타내는 그래프로, X축은 시간 (Second), Y축은 변형 레벨(Deformation level)을 의미한다.Figure 5 is a graph showing the amount of change in illuminance value due to external force, where the X-axis represents time (Second) and the Y-axis represents the deformation level.
(a)는 2개의 수광부에서 획득한 변형 레벨을 나타내는 것으로, 변형 레벨(Deformation level)은 외력이 없는 상태에서 미리 획득한 조도값과 현재 측정한 조도값의 차이를 [“외력이 없을 때의 조도값” - “현재 측정한 조도값”]으로 계산하여 외력에 의한 조도값 변화량을 나타낸다.(a) represents the deformation level obtained from the two light receivers, and the deformation level is the difference between the illuminance value obtained in advance in the absence of external force and the currently measured illuminance value [“Illuminance in the absence of external force] Value” - “Currently measured illuminance value”] is calculated to indicate the amount of change in illuminance value due to external force.
파란색 선은 수광부1(LDR1)에서 측정한 값의 변형 레벨(Deformation level)이고, 주황색 선은 수광부2(LDR2)에서 측정한 값의 변형 레벨(Deformation level)을 나타낸다.The blue line represents the deformation level of the value measured in light detector 1 (LDR1), and the orange line represents the deformation level of the value measured in light detector 2 (LDR2).
(b)는 2개의 수광부에서 획득한 2개의 변형 레벨(Deformation level)을 합친 전체 변화량을 나타내는 그래프이다.(b) is a graph showing the total amount of change that combines the two deformation levels obtained from the two light receivers.
이때, 수광부1(LDR1)의 변형 레벨(Deformation level)을 x라고 하고, 수광부2(LDR2)의 변형 레벨(Deformation level)을 y라고 하면 를 계산하여 전체 변형 레벨(Deformation level in total)이라는 변화량을 획득할 수 있다.At this time, if the deformation level of light receiver 1 (LDR1) is x and the deformation level of light receiver 2 (LDR2) is y, By calculating , you can obtain the amount of change called the total deformation level (Deformation level in total).
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형률 감지 장치를 이용한 통증 표현 장치를 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 통증 표현 장치의 분해사시도이고, 도 8은 도 6의 통증 표현 장치의 A-A'의 단면을 나타내는 단면도이다.Figure 6 is a perspective view showing a pain expression device using a strain detection device according to another embodiment of the present invention, Figure 7 is an exploded perspective view of the pain expression device of Figure 6, and Figure 8 is A of the pain expression device of Figure 6. This is a cross-sectional view showing the cross-section of -A'.
도 6 내 도 8을 참조하면, 변형률 감지 장치(100)는 도 1의 변형률 감지 장치(100)와 동일한 기능을 수행하여 설명을 생략한다.Referring to FIGS. 6 and 8, the
통증 표현 장치(200)는 변형률 감지 장치(100)로부터 출력된 조도값 변화량이 입력되면, 변형 레벨(Deformation level)에 따라 통증을 표현할 수 있다.When the change in illuminance value output from the
이러한, 통증 표현 장치(200)는 본체부(201), 표현부(205) 및 헤드부(207)를 포함할 수 있다.This pain expression device 200 may include a
본체부(201)는 상부 하우징(201-3)과 하부 하우징(201-1)으로 외관을 형성할 수 있다. 본체부(201)의 내부에는 제어부(210), 구부러짐 모터(251, 253), 및 비틀림 모터(255)가 지지판(203)에 의해 분리 지지되어 배치될 수 있다.The
제어부(210)는 변형률 감지 장치(100)로부터 조도값 변화량이 입력되면, 조도값 변화량에 따라 구부러짐 모터(251, 253), 및 비틀림 모터(255)를 제어할 수 있다.When the amount of change in roughness value is input from the
구부러짐 모터(251, 253)는 제어부(210)의 제어 하에 와이어(W)가 감긴 감김부(252)와 연결되어 구부러짐을 표현하도록 동작할 수 있다. 구부러짐 모터(251, 253)는 제1 모터(251) 및 제2 모터(253)로 구현될 수 있다.The bending
비틀림 모터(255)는 제어부(210)의 제어 하에 커플러(C)와 연결되어 비틀림을 표현하도록 동작할 수 있다. 비틀림 모터(255)는 제3 모터(255)로 구현될 수 있다.The twisting
표현부(205)의 일단은 하부 홀더(205-1)에 삽입 결합될 수 있다. 이때, 하부 홀더(205-1)는 본체부(201) 상부에 커플러(C) 상에 위치하도록 배치되어 고정될 수 있다. One end of the
표현부(205)의 타단은 헤드부(207-1)에 삽입 고정되어 연결될 수 있다.The other end of the
표현부(205)는 구부러짐과 비틀림이 표현되기 위하여 실리콘과 같은 유연성 소재(flexiblility material)로 구현될 수 있다. The
표현부(205)의 내부는 비어 있는 형태일 수 있다. 이에, 표현부(205)는 관통홀이 형성되어 플렉시블 비트(F)가 관통하여 삽입될 수 있다. 이때, 플렉시블 비트(F)는 표현부(205)에 삽입되어, 일단은 커플러(C)에 고정되고, 타단은 헤드부(207-3)에 고정될 수 있다. 플렉시블 비트(F)는 비틀림 모터(255)에 의해 커플러(C)가 회전을 함으로써 비틀릴 수 있다. 이에, 표현부(205)는 일단과 타단이 고정된 상태에서 플렉시블 비트(F)와 함께 비틀릴 수 있다. The interior of the
또한, 표현부(205)에는 와이어(W)가 관통하여 삽입될 수 있다. 이때, 와이어(W)는 표현부(205)에 삽입되어, 일단은 구부러짐 모터(251, 253)의 감김부(252)에 감겨 고정되고, 타단은 헤드부(207-5)에 고정될 수 있다. 와이어(W)는 구부러짐 모터(251, 253)가 회전을 함으로써 감김부(252)에 감길 수 있다. 이때, 표현부(205)는 와이어(W)에 의해 구부러질 수 있다. 즉, 와이어(W)가 감김부(252)에 감기면서 길이가 짧아지고, 표현부(205)는 와이어(W)가 줄어드는 방향으로 구부러질 수 있다.Additionally, a wire W may be inserted through the
헤드부(207)는 제1 고정 헤드부(207-1), 제2 고정 헤드부(207-3), 제3 고정 헤드부(207-5) 및 덮개 하우징(207-7)을 포함할 수 있다. The
제1 고정 헤드부(207-1)는 삽입구 및 고정홀이 형성될 수 있다. 제1 고정 헤드부(207-1)는 삽입구에 삽입된 표현부(205)를 고정하여 지지할 수 있다. The first fixed head portion 207-1 may be formed with an insertion hole and a fixing hole. The first fixed head part 207-1 can fix and support the
제2 고정 헤드부(207-3)는 플렉시블 비트(F)와 결합하기 위한 결합돌기를 형성할 수 있다. 제2 고정 헤드부(207-2)는 결합된 플렉시블 비트(F)를 고정할 수 있다. 한편, 결합돌기는 제1 고정 헤드부(207-1)의 고정홀에 삽입되어 고정될 수 있다. The second fixed head portion 207-3 may form a coupling protrusion for coupling with the flexible bit (F). The second fixed head portion 207-2 can fix the combined flexible bit (F). Meanwhile, the engaging protrusion may be inserted into and fixed to the fixing hole of the first fixing head portion 207-1.
제3 고정 헤드부(207-5)는 와이어(W)를 결합 고정하기 위한 하나 이상의 돌출부를 형성할 수 있다. 제3 고정 헤드부(207-5)는 와이어(W)를 고정할 수 있다. The third fixing head portion 207-5 may form one or more protrusions for coupling and fixing the wire (W). The third fixing head part 207-5 can fix the wire (W).
덮개 하우징(207-7)은 제3 고정 헤드부(207-5)를 덮어 외부로부터 보호하며 외관을 형성할 수 있다.The cover housing 207-7 can cover the third fixed head portion 207-5 to protect it from the outside and create an appearance.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형률 감지 장치를 이용한 통증 표현 장치의 기능을 설명하기 위한 블록도이다.Figure 9 is a block diagram for explaining the function of a pain expression device using a strain detection device according to another embodiment of the present invention.
도 6 및 도 9를 참조하면, 통증 표현 장치(200)는 통증이 있는 사용자가 변형률 감지 장치(100)를 쥐는 동작을 수행함에 따라 입력된 외력에 의한 조도값 변화량을 수신받아, 수신된 조도값의 변화량에 따라 통증을 표현할 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 9 , the pain expression device 200 receives the amount of change in the illuminance value due to the external force input as the user in pain performs the action of holding the
변형률 감지 장치(100)는 탄성부(110), 광원부(120), 수광부(130), 제어부(140) 및 제1 통신부(150)를 포함할 수 있다.The
탄성부(110)는 변형률 감지 장치(100)의 외관을 형성하고, 반투명의 탄성 부재로 이루질 수 있다. 여기서, 탄성 부재는 실리콘, 고무, 점토 등과 같이 탄성이 있는 물질을 의미할 수 있다. The
광원부(120)는 전원 공급 여부에 따라 광을 방출할 수 있다. The
수광부(130)는 탄성부(110)에 반사된 광을 수광하여 근접을 감지하고, 조도값을 획득할 수 있다. The
이러한, 수광부(130)는 광원부(120)를 끈 상태에서 제1 조도값(A1)을 획득할 수 있다.In this way, the
또한, 수광부(130)는 광원부(120)를 켠 상태에서 제2 조도값(A2)을 획득할 수 있다.Additionally, the
한편, 수광부(130)는 외력이 가해지지 않은 상태에서 자연 조도값을 획득할 수 있다. 이 경우에도, 광원부(120)를 끈 상태와 켠 상태에서의 자연 조도값을 획득할 수 있다. 외부의 환경이 암실일 경우부터 밝은 조명까지 광원부(120)를 끈 상태와 켠 상태에서 자연 조도값을 획득할 수 있다.Meanwhile, the
제어부(140)는 수광부(130)를 통해 획득한 조도값에 근거하여 조도값 변화량을 계산할 수 있다. The
제어부(140)는 변형률 감지 장치(100)를 사용하기 전 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 이때, 함수 f(x)를 획득할 수 있다.The
제어부(140)는 외력이 가해지지 않은 상태에서 획득한 수광부(130)의 자연 조도값을 매핑할 수 있다.The
한편, 제어부(140)는 변형률 감지하기 위하여 함수 f(x)를 이용하여 조도값을 보정할 수 있다. Meanwhile, the
여기서, 조도값 보정 방법을 서술하면, 제어부(140)는 외력이 없는 상태에서 매핑된 자연 조도값에 제1 조도값(A1)을 대입한다. 그리고, 제어부(140)는 제2 조도값(A2)과 대입된 제1 조도값(f(A1))의 차이를 계산하여 변형 레벨(Deformation Level)을 산출할 수 있다.Here, to describe the illuminance value correction method, the
제어부(140)는 계산된 조도값 변화량을 출력하도록 제1 통신부(150)를 제어할 수 있다.The
제1 통신부(150)는 제어부(140)의 제어 하에 조도값 변화량을 출력할 수 있다. 이때, 제1 통신부(150)는 범용 비동기화 송수신기(universal asynchronous receiver/transmitter, UART) 통신을 통해 통증 표현 장치(200)와 통증 신호를 송수신할 수 있다. 제1 통신부(150)는 통신규약에 따라 통증 신호를 한 비트씩 차례대로 읽어 직렬화하여 통신하며, 최대 8비트를 송수신할 수 있다.The first communication unit 150 may output the amount of change in illuminance value under the control of the
실시예에서, 변형률 감지 장치(100)는 조도값 변화량을 3가지로 구분하여 출력할 수 있다.In an embodiment, the
첫 째로, 외력에 의해 획득한 조도값 변화량(예를 들어 0.01), 둘째로, 외력에 의해 획득한 조도값 변화량의 최소값(예를 들어 0.000), 셋째로, 외력에 의해 획득한 조도값 변화량의 최대값(예를 들어 1.000)으로 구분될 수 있다.Firstly, the amount of change in the illuminance value obtained by an external force (e.g. 0.01), secondly, the minimum value of the amount of change in the illuminance value obtained by an external force (e.g. 0.000), thirdly, the amount of change in the illuminance value obtained by an external force It can be distinguished by the maximum value (for example, 1.000).
이에, 출력되는 값은 예를 들어, “0.01,0.000,1.000”일 수 있다.Accordingly, the output value may be, for example, “0.01,0.000,1.000”.
통증 표현 장치(200)는 제어부(210), 제1 모터(251), 제2 모터(253) 및 비틀림 모터(255)를 포함할 수 있다.The pain expression device 200 may include a
제어부(210)는 제2 통신부(211), 유효명령 판단부(220), 신호 처리부(230), 통증 표현부(240) 및 모터 제어부(250)를 포함할 수 있다.The
제2 통신부(211)는 외부로부터 통증 신호를 수신할 수 있다. 즉, 제2 통신부(211)는 변형률 감지 장치(100)로부터 통증 신호인 조도값 변화량을 수신할 수 있다. 제2 통신부(211)는 제1 통신부(150)와 같이 범용 비동기화 송수신기(universal asynchronous receiver/transmitter, UART) 통신을 통해 변형률 감지 장치(100)와 통증 신호를 송수신하며, 통신규약에 따라 테이터를 한 비트씩 차례대로 읽어 직렬화하여 통신하며, 최대 8비트를 송수신할 수 있다.The second communication unit 211 may receive pain signals from the outside. That is, the second communication unit 211 may receive the change in illuminance value, which is a pain signal, from the
통신부(211)는 조도값 변화량이 수신되면, 통증 표현값에 근거하여 랜더링할 수 있다. 즉, 통신부(210)는 조도값 변화량을 비틀림과 구부러짐의 통증 표현값에 근거하여 랜더링할 수 있다. 이후, 랜더링된 통증 표현값을 근거로 통증 명령어를 생성하여 통증 신호로 입력할 수 있다. 여기서, 통증 명령어는 정의된 명령어와 명령 입력값을 포함할 수 있다.When the change in illuminance value is received, the communication unit 211 may render based on the pain expression value. That is, the
유효명령 판단부(220)는 입력된 통증 신호가 유효한 명령인지 판단할 수 있다. 유효명령 판단부(220)는 신호 처리부(230)의 신호 처리 및 명령 해석 결과로 정의된 명령어가 아닌 경우와 명령 인자값이 거짓값(false value)인 경우 유효하지 않은 명령으로 판단할 수 있다. 유효명령 판단부(220)는 수신된 통증 신호가 유효한 명령으로 판단된 경우 신호 처리부(230)로 유효명령인 “YES”신호를 전달할 수 있다.The valid command determination unit 220 may determine whether the input pain signal is a valid command. The valid command determination unit 220 may determine the command to be invalid if the command is not defined as a result of the signal processing and command interpretation of the signal processing unit 230 and if the command argument value is a false value. When the valid command determination unit 220 determines that the received pain signal is a valid command, it may transmit a “YES” signal, which is a valid command, to the signal processing unit 230.
신호 처리부(230)는 입력된 통증 신호를 신호 처리하고 명령을 해석할 수 있다. 신호 처리부(230)는 통신규약에 따라 통증 신호의 문자 길이를 확인하고, 정의된 명령어와 명령 인자값을 해석할 수 있다. The signal processing unit 230 may process the input pain signal and interpret the command. The signal processing unit 230 can check the character length of the pain signal according to the communication protocol and interpret the defined command and command argument values.
또한, 신호 처리부(230)는 유효명령이 확인되었을 경우, 신호 처리 및 명령 해석 결과를 재확인할 수 있다.Additionally, when a valid command is confirmed, the signal processing unit 230 can recheck the signal processing and command interpretation results.
신호 처리부(230)는 유효명령이 “YES”로 확인되면, 신호 처리 및 명령 해석 결과를 통증 표현부(240)로 전달할 수 있다. 즉, 신호 처리부(230)는 정의된 명령어에 해당하는 함수와 명령 인자값을 전달한다.If the valid command is confirmed as “YES,” the signal processing unit 230 may transmit the signal processing and command interpretation results to the pain expression unit 240. That is, the signal processing unit 230 transmits the function and command argument value corresponding to the defined command.
통증 표현부(240)는 정의된 명령어에 해당하는 함수와 명령 인자값에 근거하여 통증 표현값을 계산할 수 있다. 즉, 통증 표현부(240)는 함수와 명령 인자값에 근거하여 비틀림 및 구부러짐 표현값을 계산할 수 있다.The pain expression unit 240 may calculate the pain expression value based on the function corresponding to the defined command and the command argument value. That is, the pain expression unit 240 can calculate the twisting and bending expression values based on the function and command argument values.
통증 표현부(240)는 “이전 명령어의 명령 인자값”과 “현재 명령어의 명령 인자값”을 비교하여 차이 정도를 현재 비틀림 표현값으로 계산할 수 있다.The pain expression unit 240 may compare the “command argument value of the previous command” and the “command argument value of the current command” and calculate the degree of difference as the current torsion expression value.
또한, 통증 표현부(240)는 “현재 명령어의 명령 인자값”을 현재 구부러짐 표현값으로 계산할 수 있다.Additionally, the pain expression unit 240 may calculate the “command argument value of the current command” as the current bending expression value.
모터 제어부(250)는 계산된 비틀림 표현값과 구부러짐 표현값을 근거로 구부러짐 모터(251, 253) 및 비틀림 모터(255)를 제어할 수 있다. 즉, 모터 제어부(250)는 구부러짐 표현값이 획득된 경우, 구부러짐 표현값에 대응하는 각도에 제1 모터(251) 및 제2 모터(253)가 위치하도록 PID 연산을 수행하고 연산 결과를 제1 모터(251) 및 제2 모터(253)로 출력할 수 있다. 또한, 모터 제어부(250)는 비틀림 표현값이 획득된 경우, 해당 비틀림 표현값에 대응하는 각도로 제3 모터(255)가 위치하도록 PID연산을 수행하고, 연산결과를 PWM신호로 제3 모터(255)로 출력할 수 있다.The motor control unit 250 may control the bending
이에, 구부러짐 모터(251, 253)가 회전을 함으로써 와이어(W)가 감김부(252)에 감길 수 있다. 이때, 표현부(205)는 와이어(W)에 의해 구부러질 수 있다. 즉, 와이어(W)가 감김부(252)에 감기면서 길이가 짧아지고, 표현부(205)는 와이어(W)가 줄어드는 방향으로 구부러질 수 있다.Accordingly, the bending
또한, 비틀림 모터(255)에 의해 커플러(C)가 회전을 함으로써 플렉시블 비트(F)가 비틀릴 수 있다. 이때, 표현부(205)는 일단과 타단이 고정된 상태에서 플렉시블 비트(F)와 함께 비틀릴 수 있다. Additionally, the flexible bit (F) may be twisted as the coupler (C) rotates by the twisting motor (255). At this time, the
이로써, 변형률 감지 장치를 이용한 통증 표현 장치는 환자의 통증을 용이하게 측정할 수 있으며 측정된 통증을 용이하게 표현하여 전달할 수 있다. As a result, the pain expression device using the strain sensing device can easily measure the patient's pain and can easily express and convey the measured pain.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.So far, the present invention has been examined in detail, focusing on the preferred embodiments shown in the drawings. These embodiments are not intended to limit the invention but are merely illustrative and should be considered from an illustrative rather than a limiting perspective. The true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims rather than the foregoing description. Although specific terms are used in this specification, they are used only for the purpose of explaining the concept of the present invention and are not used to limit the meaning or scope of the present invention described in the claims. Each step of the present invention does not necessarily have to be performed in the order described, but may be performed in parallel, selectively, or individually. Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible without departing from the essential technical spirit of the present invention as claimed in the patent claims. Equivalents should be understood to include not only currently known equivalents but also equivalents developed in the future, that is, all components invented to perform the same function regardless of structure.
100: 변형률 감지 장치
110: 탄성부 120: 광원부
130: 수광부 140: 제어부
150: 제1 통신부
200: 통증 표현 장치
201: 본체부 201-1: 하부 하우징
201-3: 상부 하우징 210: 제어부
211: 제2 통신부 220: 유효명령판단부
230: 신호 처리부 240: 통증 표현부
250: 모터 제어부 251: 구부러짐 모터, 제1 모터
253: 구부러짐 모터, 제2 모터 255: 비틀림 모터, 제3 모터
205: 표현부 205-1: 하부 홀더
207: 헤드부 207-1: 제1 고정 헤드부
207-3: 제2 고정 헤드부 207-5: 제3 고정 헤드부
207-7: 덮개 하우징100: Strain detection device
110: elastic part 120: light source part
130: light receiving unit 140: control unit
150: 1st Communications Department
200: Pain expression device
201: main body 201-1: lower housing
201-3: upper housing 210: control unit
211: 2nd communication department 220: Valid command judgment department
230: signal processing unit 240: pain expression unit
250: motor control unit 251: bending motor, first motor
253: bending motor, second motor 255: twisting motor, third motor
205: Expression part 205-1: Lower holder
207: Head portion 207-1: First fixed head portion
207-3: second fixed head part 207-5: third fixed head part
207-7: Cover housing
Claims (15)
상기 변형률 감지 장치로부터 상기 조도값 변화량을 수신받아, 상기 조도값 변화량에 따라 구부러짐 모터 및 비틀림 모터를 제어하는 제어부가 배치되는 본체부; 및,
상기 구부러짐 모터의 회전에 의해 구부러짐을 표현하고, 상기 비틀림 모터의 회전에 의해 비틀림을 표현하는 표현부;를 포함하는 통증 표현 장치.An elastic part that forms an appearance with an elastic member, a light source part disposed inside the elastic part and emitting light, and a light source part disposed inside the elastic part, where the light emitted from the light source part receives the light reflected by the elastic part and increases the illuminance level. A strain sensing device including a light receiving unit that acquires a value and a control unit that calculates a change in the illuminance value due to an external force on the elastic unit, based on the illuminance value obtained through the light receiving unit;
a main body portion in which a control unit is disposed to receive the change in illumination value from the strain detection device and control a bending motor and a twisting motor according to the change in illumination value; and,
A pain expression device comprising: a representation unit that expresses bending by rotation of the bending motor and expresses twisting by rotation of the torsion motor.
상기 탄성 부재는,
실리콘, 고무, 점토 등의 탄성이 있는 물질인 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.According to paragraph 1,
The elastic member is,
A pain expression device characterized by being made of an elastic material such as silicone, rubber, or clay.
상기 제어부는,
사용 전 캘리브레이션을 수행하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.According to paragraph 1,
The control unit,
A pain expression device characterized in that calibration is performed before use.
상기 수광부는,
상기 탄성부에 외력이 가해지지 않는 상태에서 자연 조도값을 획득하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.According to paragraph 3,
The light receiving unit,
A pain expression device characterized in that a natural illumination value is obtained in a state where no external force is applied to the elastic portion.
상기 수광부는, 상기 탄성부에 외력이 가해질 때,
상기 광원부를 끈 상태에서 제1 조도값을 획득하고,
상기 광원부를 켠 상태에서 제2 조도값을 획득하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.According to clause 4,
When an external force is applied to the light receiving unit and the elastic unit,
Obtaining a first illuminance value with the light source unit turned off,
A pain expression device characterized in that the second illuminance value is obtained while the light source unit is turned on.
상기 제어부는,
상기 수광부에서 획득한 자연 조도값을 매핑하여 함수 f(x)를 획득하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.According to clause 5,
The control unit,
A pain expression device characterized in that a function f(x) is obtained by mapping the natural illuminance value obtained from the light receiving unit.
상기 제어부는,
상기 함수 f(x)를 이용하여 상기 조도값을 보정하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.According to clause 6,
The control unit,
A pain expression device characterized in that the illuminance value is corrected using the function f(x).
상기 제어부는,
상기 매핑된 자연 조도값에 상기 제1 조도값을 대입하고,
상기 제2 조도값과 상기 대입된 제1 조도값의 차이를 산출하여 상기 조도값을 보정하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.In clause 7,
The control unit,
Substituting the first illuminance value into the mapped natural illuminance value,
A pain expression device characterized in that the illuminance value is corrected by calculating the difference between the second illuminance value and the substituted first illuminance value.
상기 제어부는,
상기 탄성부에 외력이 가해지지 않는 상태에서 획득한 조도값에서 상기 탄성부에 외력에 따른 조도값의 차이로 상기 조도값 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.According to clause 8,
The control unit,
A pain expression device characterized in that the amount of change in the illuminance value is calculated as a difference between the illuminance value obtained in a state in which no external force is applied to the elastic part and the illuminance value due to the external force on the elastic part.
캘리브레이션을 수행하는 단계;
외력에 따른 조도값을 획득하는 단계;
상기 변형률 감지 장치로부터 조도값 변화량을 수신받아, 상기 조도값 변화량에 따라 구부러짐 모터 및 비틀림 모터를 제어하는 단계; 및
상기 구부러짐 모터의 회전에 의해 구부러짐을 표현하고, 상기 비틀림 모터의 회전에 의해 비틀림을 표현하는 단계;를 포함하는 통증 표현 방법.In a method of expressing pain using a strain sensing device,
performing calibration;
Obtaining an illuminance value according to an external force;
Receiving a change in illumination value from the strain detection device and controlling a bending motor and a twisting motor according to the change in illumination value; and
Expressing bending by rotating the bending motor and expressing twisting by rotating the torsion motor.
상기 캘리브레이션을 수행하는 단계는,
외력이 가해지지 않은 상태에서 광원부를 끈상태와 켠 상태에서의 자연 조도값을 획득하는 단계; 및,
상기 자연 조도값을 매핑하여 함수 f(x)를 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 방법.According to clause 10,
The step of performing the calibration is,
Obtaining natural illuminance values in a state in which the light source unit is turned off and in a state in which no external force is applied; and,
A method of expressing pain comprising: acquiring a function f(x) by mapping the natural illuminance value.
상기 함수 f(x)를 이용하여 상기 조도값을 보정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 방법.According to clause 11,
A method of expressing pain further comprising: correcting the illuminance value using the function f(x).
상기 조도값을 보정하는 단계는,
상기 매핑된 자연 조도값에 제1 조도값을 대입하고,
제2 조도값과 상기 대입된 제1 조도값의 차이를 산출하여 상기 조도값을 보정하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 방법.According to clause 12,
The step of correcting the illuminance value is,
Substituting the first illuminance value into the mapped natural illuminance value,
A pain expression method characterized by calculating the difference between a second illuminance value and the substituted first illuminance value and correcting the illuminance value.
외력이 가해지지 않는 상태에서 획득한 조도값에서 상기 외력에 따른 조도값의 차이로 조도값 변화량을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 방법.According to clause 13,
A method of expressing pain further comprising calculating the amount of change in the illuminance value as a difference between the illuminance value obtained in a state in which no external force is applied and the illuminance value due to the external force.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220031461A KR102667746B1 (en) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | Deformation sensor and strain sensing method, pain visualization appartus using the same |
PCT/KR2022/007356 WO2023177016A1 (en) | 2022-03-14 | 2022-05-24 | Apparatus and method for sensing deformation, and pain visualization apparatus using same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220031461A KR102667746B1 (en) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | Deformation sensor and strain sensing method, pain visualization appartus using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230134311A KR20230134311A (en) | 2023-09-21 |
KR102667746B1 true KR102667746B1 (en) | 2024-05-22 |
Family
ID=88023456
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220031461A KR102667746B1 (en) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | Deformation sensor and strain sensing method, pain visualization appartus using the same |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102667746B1 (en) |
WO (1) | WO2023177016A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006189406A (en) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Univ Waseda | Tactile sensor and force detection method |
JP2019197037A (en) * | 2018-05-12 | 2019-11-14 | 学校法人早稲田大学 | Optical type tactile sensor |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5917180A (en) * | 1997-07-16 | 1999-06-29 | Canadian Space Agency | Pressure sensor based on illumination of a deformable integrating cavity |
JP5722259B2 (en) * | 2011-10-11 | 2015-05-20 | タッチエンス株式会社 | Flexible tactile sensor |
KR101484269B1 (en) * | 2012-11-14 | 2015-01-20 | 광주과학기술원 | Remote Handshake System and Control Method thereof |
-
2022
- 2022-03-14 KR KR1020220031461A patent/KR102667746B1/en active IP Right Grant
- 2022-05-24 WO PCT/KR2022/007356 patent/WO2023177016A1/en unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006189406A (en) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Univ Waseda | Tactile sensor and force detection method |
JP2019197037A (en) * | 2018-05-12 | 2019-11-14 | 学校法人早稲田大学 | Optical type tactile sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023177016A1 (en) | 2023-09-21 |
KR20230134311A (en) | 2023-09-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2002224052A5 (en) | ||
KR100659162B1 (en) | Cuff for tonometer | |
US6940062B2 (en) | Optical fiber curvature sensor for measuring body motion and its adhesive method | |
KR102069155B1 (en) | Operation device and x-ray imaging unit | |
CN102835965B (en) | Optical pressure measuring | |
TWI468073B (en) | Field Sensitive Sensitivity Adjustment Device for Light Sensing Non - contact Switching Device (SW) | |
US10092217B2 (en) | Use of light transmission through tissue to sense joint flexure | |
WO2015019745A1 (en) | Insertion system and method for adjusting shape detection characteristics of shape sensor | |
KR102667746B1 (en) | Deformation sensor and strain sensing method, pain visualization appartus using the same | |
CN102710835A (en) | Detecting method and system for handholding condition of mobile phone | |
EP3662832A1 (en) | Method for guiding measurement of biological signal in wearable device | |
CN107692944A (en) | Sensor device and the electrical equipment for being used to wash provided with the sensor device | |
CN110101390B (en) | Joint bidirectional bending measuring device | |
WO2008091123A1 (en) | Optical pen mouse capable of compensating for variation in holding angle and method of compensating for variation in holding angle using the same | |
JP2015192742A (en) | Pulse wave detection device | |
CN113551601B (en) | Device for measuring physical dimensions of an object | |
EP1722204A1 (en) | Optical device for detecting a liquid level in an infusion machine, related apparatus and method | |
KR101370294B1 (en) | Data measuremnet system using portable laser displacement sensor | |
US8084731B2 (en) | Sensor system for liquid detection with lens component having an apex | |
CN114264395A (en) | Pressure detection device and method | |
EP3450950A3 (en) | Optically powered remotely interrogated liquid gauging system | |
JP6377369B2 (en) | Pacifier type sensor | |
TW396317B (en) | Linear optical grating system | |
US10323929B1 (en) | Width detecting media hanger | |
CN215262087U (en) | Ear thermometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |