KR102667746B1 - Deformation sensor and strain sensing method, pain visualization appartus using the same - Google Patents

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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
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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

변형률 감지 장치 및 그 방법, 이를 이용한 통증 표현 장치{DEFORMATION SENSOR AND STRAIN SENSING METHOD, PAIN VISUALIZATION APPARTUS USING THE SAME}Strain detection device and method, pain expression device using the same {DEFORMATION SENSOR AND STRAIN SENSING METHOD, PAIN VISUALIZATION APPARTUS USING THE SAME}

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.

미국공개특허 제2017-0199577호US Patent Publication No. 2017-0199577

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 strain sensing device 100 may include an elastic unit 110, a light source unit 120, a light receiving unit 130, and a control unit 140.

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 strain detection device 100 deforms the shape of the elastic portion 110 according to the force applied by the external force, and determines the intensity and location of the external force based on the change in the amount of light obtained from the light receiving portion 130 depending on the degree of deformation. It can be measured.

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 strain detection device 100 can check the degree of central strain using a pair of sensor modules. That is, the strain sensing device 100 can measure the degree of strain in various directions by disposing one or more light source units 120 and one or more light receiving units 130 inside the elastic unit 110.

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 elastic portion 110 forms the exterior of the strain sensing device 100 and may be made of a translucent elastic member. Here, the elastic member may refer to an elastic material such as silicon, rubber, clay, etc. As a result, various sensor modules can be manufactured or applied to various types of products.

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 elastic portion 110.

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 light source unit 120 may emit light depending on whether power is supplied. This light source unit 120 may include one or more light emitting diodes, LEDs, organic LEDs, or OLEDs.

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 elastic portion 110, the light receiving portion 130 may detect proximity by receiving light reflected by the elastic portion 110 and obtain an illuminance value.

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 light receiving unit 130 can obtain the first illuminance value A1 with the light source unit 120 turned off. And, the light receiving unit 130 can obtain the second illuminance value A2 while the light source unit 120 is turned on.

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 light receiving unit 130 can obtain a natural illuminance value in a state where no external force is applied. In this case as well, natural illuminance values can be obtained when the light source unit 120 is turned off and turned on. When the external environment is dark or brightly lit, natural illuminance values can be obtained with the light source unit 120 turned off and on.

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 control unit 140 may calculate the amount of change in the illuminance value based on the illuminance value obtained through the light receiving unit 130. That is, the control unit 140 can calculate the amount of change in the illuminance value as the difference between the illuminance value obtained in a state where no external force is applied to the elastic portion 110 and the illuminance value due to the external force on the elastic portion 110.

제어부(140)는 변형률 감지 장치(100)를 사용하기 전 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 이때, 함수 f(x)를 획득할 수 있다.The control unit 140 may perform calibration before using the strain sensing device 100. At this time, the function f(x) can be obtained.

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 control unit 140 may map the natural illuminance value of the light receiving unit 130 obtained in a state in which no external force is applied to the elastic unit 110. That is, the control unit 140 may obtain the function f(x) by mapping the natural illuminance values obtained when the light source unit 120 is turned off and turned on.

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 control unit 140 may correct the illuminance value using the function f(x) to detect strain. Here, the reason why correction of the illuminance value is necessary is to measure only the illuminance value (i.e., the illuminance value to be measured) according to the degree of deformation of the elastic portion 110 due to external force, but even when the surrounding brightness or external environment changes, the illuminance value ( In other words, values that should not be measured may be measured. At this time, the illuminance value must be corrected when the surrounding brightness or external environment changes. Accordingly, the control unit 140 can calculate the corrected deformation level.

제어부(140)는 외력이 없는 상태에서 매핑된 자연 조도값에 제1 조도값(A1)을 대입한다.The control unit 140 substitutes the first illuminance value A1 into the mapped natural illuminance value in the absence of an external force.

제어부(140)는 제2 조도값(A2)과 대입된 제1 조도값(f(A1))의 차이를 계산하여 변형 레벨(Deformation Level)을 산출할 수 있다.The control unit 140 may calculate a deformation level by calculating the difference between the second illuminance value A2 and the substituted first illuminance value f(A1).

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 control unit 140 can calculate the deformation level by continuously measuring the degree of deformation at a preset cycle.

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 strain sensing device 100, the shape of the elastic portion 110 may be implemented as an elongated cylindrical shape, a square shape, a round triangular prism shape, etc. In addition, it can be implemented in various forms that are easy to squeegee, so it is not limited to this.

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 light source unit 120 and the light receiver 130 are disposed inside the elastic unit 110. Example 1 in which the light source unit 120 and the light receiver 130 are arranged 1:1: An example of placement at 4 is shown. The light source unit 120 and the light receiving unit 130 may be combined and arranged by a module.

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 light source unit 120 and the light receiving unit 130 are shown. The module can combine and arrange one or more light source units 120 and one or more light receiving units 130. there is. At this time, the module may be in the form of a frame for fixing one or more light source units 120 and one or more light receiving units 130, so that it can be easily inserted into the elastic unit 110. Accordingly, the module may be implemented in a triangular, long cylindrical, rectangular, circular, etc. shape.

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 strain sensing device 100 performs system initialization and calibration (S210). Here, the process of performing initialization may include setting the initial value of each variable and initializing the system for controlling the light source unit 120 and the light receiving unit 130.

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 light receiving unit 130 acquires a natural illuminance value in a state in which no external force is applied. At this time, natural illuminance values can be obtained when the light source unit 120 is turned off and turned on. Additionally, the control unit 140 may obtain a function f(x) by mapping the natural illuminance value of the light receiving unit 130 obtained in a state in which no external force is applied.

초기화가 수행된 후, 광원부(120)는 켜진 상태일 수 있다.After initialization is performed, the light source unit 120 may be turned on.

캘리브레이션을 수행한 뒤, 제어부(140)는 외력에 따른 조도값 변화량을 획득한다(S220). After performing calibration, the control unit 140 obtains the amount of change in illuminance value according to the external force (S220).

제어부(140)는 조도값 변화량을 아날로그-디지털 컨버터를 통해 디지털 값으로 변환하여 획득할 수 있다.The control unit 140 can obtain the change in illuminance value by converting it into a digital value through an analog-to-digital converter.

만약, 광원부(120)가 켜진 상태라면 광원부(120)가 꺼진 상태에서 수광부(130)는 제2 조도값을 획득한다.If the light source unit 120 is turned on, the light receiving unit 130 obtains the second illuminance value when the light source unit 120 is turned off.

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 control unit 140 may control the output of the first illuminance value obtained when the light source unit 120 is turned on and the second illuminance value obtained when the light source unit 120 is turned off.

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 control unit 140 may correct the illuminance value using the function f(x) to detect strain. Accordingly, the control unit 140 can calculate the corrected deformation level.

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 control unit 140 assumes that the first illuminance value obtained from the light receiving unit 130 when the light source unit 120 is turned on is 0.500, and when deformation occurs due to a 10N force acting in the vertical direction, the first illuminance value obtained from the light receiving unit 130 is 0.500. Assuming that the illuminance value is 0.490, a difference of 0.01 can be calculated as the change in illuminance value obtained by external force.

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 light source unit 120 is turned off and the light receiver 130 waits for a response time of 10 ms (S310).

그리고, 수광부(130)는 제1 조도값(A1)을 획득한다(S320).Then, the light receiving unit 130 acquires the first illuminance value A1 (S320).

광원부(120)가 켜진 상태에서 수광부(130)의 반응시간 10ms 만큼 대기한다(S330).With the light source unit 120 turned on, the reaction time of the light receiver 130 waits for 10 ms (S330).

그리고, 수광부(130)는 제2 조도값(A2)을 획득한다(S330).Then, the light receiving unit 130 acquires the second illuminance value A2 (S330).

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 light receiving unit 130, steps S310 to S330 are repeated for each light receiving unit.

제어부(140)는 외력이 없는 상태에서 기존 매핑된 자연 조도값(t)에 제1 조도값(A1)을 대입한다(S350).The control unit 140 substitutes the first illuminance value (A1) into the existing mapped natural illuminance value (t) in the absence of an external force (S350).

제어부(140)는 제2 조도값(A2)과 대입된 제1 조도값(f(A1))의 차이를 산출하여 조도값을 보정한다(S360). The control unit 140 corrects the illuminance value by calculating the difference between the second illuminance value A2 and the substituted first illuminance value f(A1) (S360).

이에, 제어부(140)는 변형 레벨(Deformation Level)을 산출할 수 있다.Accordingly, the control unit 140 can calculate the deformation level.

제어부(140)는 기설정된 주기로 변형 정도를 지속적으로 측정하여 변형 레벨(Deformation Level)을 산출할 수 있다.The control unit 140 can calculate the deformation level by continuously measuring the degree of deformation at a preset cycle.

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 light source units 120 or light receivers 130 are arranged, the control unit 140 may output the difference values by calculating each difference value obtained in steps S350 and S360 using vector calculation or average. there is.

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 strain sensing device 100 performs the same function as the strain sensing device 100 of FIG. 1, so description thereof will be omitted.

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 strain detection device 100 is input, the pain expression device 200 can express pain according to the deformation level.

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 main body portion 201, an expression portion 205, and a head portion 207.

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 main body 201 may have an exterior appearance of an upper housing 201-3 and a lower housing 201-1. Inside the main body 201, the control unit 210, the bending motors 251 and 253, and the twisting motor 255 may be separately supported and disposed by the support plate 203.

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 strain detection device 100, the control unit 210 may control the bending motors 251 and 253 and the twisting motor 255 according to the amount of change in roughness value.

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 motors 251 and 253 may be connected to the winding unit 252 on which the wire W is wound under the control of the control unit 210 and operate to express bending. The bending motors 251 and 253 may be implemented as a first motor 251 and a second motor 253.

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 motor 255 may be connected to the coupler C under the control of the control unit 210 and operate to express twisting. The torsion motor 255 may be implemented as a third motor 255.

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 expression unit 205 may be inserted and coupled to the lower holder 205-1. At this time, the lower holder 205-1 may be positioned and fixed on the coupler C in the upper part of the main body 201.

표현부(205)의 타단은 헤드부(207-1)에 삽입 고정되어 연결될 수 있다.The other end of the expression unit 205 may be inserted and fixedly connected to the head unit 207-1.

표현부(205)는 구부러짐과 비틀림이 표현되기 위하여 실리콘과 같은 유연성 소재(flexiblility material)로 구현될 수 있다. The expression unit 205 may be implemented with a flexible material such as silicon to express bending and twisting.

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 expression unit 205 may be empty. Accordingly, a through hole is formed in the expression unit 205 so that the flexible bit (F) can be inserted through it. At this time, the flexible bit (F) may be inserted into the expression unit 205, one end may be fixed to the coupler (C), and the other end may be fixed to the head part (207-3). The flexible bit (F) can be twisted by rotating the coupler (C) by the twisting motor (255). Accordingly, the expression unit 205 can be twisted together with the flexible bit (F) while one end and the other end are fixed.

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 expression portion 205. At this time, the wire (W) is inserted into the expression unit 205, one end is wound and fixed to the winding part 252 of the bending motors 251 and 253, and the other end can be fixed to the head part 207-5. . The wire W may be wound around the winding unit 252 as the bending motors 251 and 253 rotate. At this time, the expression unit 205 may be bent by the wire (W). That is, as the wire W is wound around the winding part 252, its length becomes shorter, and the expression part 205 can be bent in the direction in which the wire W is shortened.

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 head portion 207 may include a first fixed head portion 207-1, a second fixed head portion 207-3, a third fixed head portion 207-5, and a cover housing 207-7. there is.

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 expression part 205 inserted into the insertion hole.

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 strain detection device 100, and the received illuminance value Pain can be expressed depending on the amount of change.

변형률 감지 장치(100)는 탄성부(110), 광원부(120), 수광부(130), 제어부(140) 및 제1 통신부(150)를 포함할 수 있다.The strain sensing device 100 may include an elastic unit 110, a light source unit 120, a light receiving unit 130, a control unit 140, and a first communication unit 150.

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 elastic portion 110 forms the exterior of the strain sensing device 100 and may be made of a translucent elastic member. Here, the elastic member may refer to an elastic material such as silicon, rubber, clay, etc.

광원부(120)는 전원 공급 여부에 따라 광을 방출할 수 있다. The light source unit 120 may emit light depending on whether power is supplied.

수광부(130)는 탄성부(110)에 반사된 광을 수광하여 근접을 감지하고, 조도값을 획득할 수 있다. The light receiving unit 130 may detect proximity by receiving light reflected by the elastic unit 110 and obtain an illuminance value.

이러한, 수광부(130)는 광원부(120)를 끈 상태에서 제1 조도값(A1)을 획득할 수 있다.In this way, the light receiving unit 130 can obtain the first illuminance value A1 with the light source unit 120 turned off.

또한, 수광부(130)는 광원부(120)를 켠 상태에서 제2 조도값(A2)을 획득할 수 있다.Additionally, the light receiving unit 130 may obtain the second illuminance value A2 while the light source unit 120 is turned on.

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 light receiving unit 130 can obtain a natural illuminance value in a state where no external force is applied. In this case as well, natural illuminance values can be obtained when the light source unit 120 is turned off and turned on. When the external environment is dark or brightly lit, natural illuminance values can be obtained with the light source unit 120 turned off and on.

제어부(140)는 수광부(130)를 통해 획득한 조도값에 근거하여 조도값 변화량을 계산할 수 있다. The control unit 140 may calculate the amount of change in the illuminance value based on the illuminance value obtained through the light receiving unit 130.

제어부(140)는 변형률 감지 장치(100)를 사용하기 전 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 이때, 함수 f(x)를 획득할 수 있다.The control unit 140 may perform calibration before using the strain sensing device 100. At this time, the function f(x) can be obtained.

제어부(140)는 외력이 가해지지 않은 상태에서 획득한 수광부(130)의 자연 조도값을 매핑할 수 있다.The control unit 140 may map the natural illuminance value of the light receiving unit 130 obtained in a state in which no external force is applied.

한편, 제어부(140)는 변형률 감지하기 위하여 함수 f(x)를 이용하여 조도값을 보정할 수 있다. Meanwhile, the control unit 140 may correct the illuminance value using the function f(x) to detect the strain rate.

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 control unit 140 substitutes the first illuminance value A1 to the mapped natural illuminance value in the absence of external force. Additionally, the control unit 140 may calculate a deformation level by calculating the difference between the second illuminance value A2 and the substituted first illuminance value f(A1).

제어부(140)는 계산된 조도값 변화량을 출력하도록 제1 통신부(150)를 제어할 수 있다.The control unit 140 may control the first communication unit 150 to output the calculated change in illuminance value.

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 control unit 140. At this time, the first communication unit 150 may transmit and receive pain signals with the pain expression device 200 through universal asynchronous receiver/transmitter (UART) communication. The first communication unit 150 reads the pain signal bit by bit in order and serializes it for communication according to the communication protocol, and can transmit and receive up to 8 bits.

실시예에서, 변형률 감지 장치(100)는 조도값 변화량을 3가지로 구분하여 출력할 수 있다.In an embodiment, the strain detection device 100 may output three types of change in illuminance value.

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 control unit 210, a first motor 251, a second motor 253, and a torsion motor 255.

제어부(210)는 제2 통신부(211), 유효명령 판단부(220), 신호 처리부(230), 통증 표현부(240) 및 모터 제어부(250)를 포함할 수 있다.The control unit 210 may include a second communication unit 211, a valid command determination unit 220, a signal processing unit 230, a pain expression unit 240, and a motor control unit 250.

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 strain detection device 100. The second communication unit 211, like the first communication unit 150, transmits and receives pain signals with the strain detection device 100 through universal asynchronous receiver/transmitter (UART) communication, and transmits and receives data according to communication protocols. It communicates by reading one bit at a time and serializing it, and up to 8 bits can be transmitted and received.

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 communication unit 210 may render the amount of change in illumination value based on the pain expression value of twisting and bending. Afterwards, a pain command can be generated based on the rendered pain expression value and input as a pain signal. Here, the pain command may include a defined command and a command input value.

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 motors 251 and 253 and the twisting motor 255 based on the calculated twist expression value and bending expression value. That is, when the bending expression value is obtained, the motor control unit 250 performs a PID operation so that the first motor 251 and the second motor 253 are located at the angle corresponding to the bending expression value, and sends the result of the calculation to the first motor 250. It can be output to the motor 251 and the second motor 253. In addition, when the twist expression value is obtained, the motor control unit 250 performs a PID operation so that the third motor 255 is positioned at an angle corresponding to the twist expression value, and converts the calculation result into a PWM signal for the third motor ( 255).

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 motors 251 and 253 rotate so that the wire W can be wound around the winding portion 252. At this time, the expression unit 205 may be bent by the wire (W). That is, as the wire W is wound around the winding part 252, its length becomes shorter, and the expression part 205 can be bent in the direction in which the wire W is shortened.

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 expression unit 205 can be twisted together with the flexible bit (F) while one end and the other end are fixed.

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 하우징
100: 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)

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 제어부를 포함하는 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 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.
제1항에 있어서,
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.
제1항에 있어서,
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.
제3항에 있어서,
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.
제4항에 있어서,
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.
제5항에 있어서,
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.
제6항에 있어서,
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).
제7항에 있어서,
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.
제8항에 있어서,
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.
변형률 감지 장치를 활용한 통증 표현 방법에 있어서,
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.
제10항에 있어서,
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.
제11항에 있어서,
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).
제12항에 있어서,
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.
제13항에 있어서,
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.
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