KR20060076198A - 손이 가하는 힘을 측정하는 장치 및 측정된 데이터를분석하는 연산 장치와 이들을 포함해서 구성되는 분석시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업현장에서 근로자가 작업할 때 손에 가해지는 힘을 측정하는 장치에 관한 것으로, 손바닥면으로 복수의 센싱부를 구비하는 장갑과, 벤드를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 설치되고, 상기 센싱부가 측정한 신호를 입력받아 기록하는 저장기를 포함해서 구성된다.

손, 힘, 측정, 센서, 장갑, 분석, 저장기

Description

손이 가하는 힘을 측정하는 장치 및 측정된 데이터를 분석하는 연산 장치와 이들을 포함해서 구성되는 분석 시스템{APPARATUS FOR MEASURING FORCE APPLIED BY THE HAND, ANALYSING APPARATUS AND SYSTEM}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 측정 장치의 개략적인 모습을 보여주는 도면이다.

도 2는 인체의 손을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 실시예의 장갑 중 바닥면에 설치되는 센싱부의 위치를 보여주는 도면이다.

도 4는 본 실시예의 장갑에 설치된 센싱부를 연결하는 신호선의 배선 관계를 설명하는 도면이다.

도 5는 도 3의 A-A 선을 따라 절단해서 보여주는 단면도이다.

도 6은 본 실시예의 저장기 구성을 보여주는 블록도이다.

도 7은 본 실시예의 측정 장치를 작업자가 착용한 상태를 보여주는 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 방법을 전체적으로 보여주는 흐름도이다.

도 9는 장갑의 센싱부가 검출한 측정값을 힘의 값으로 변환하는 과정을 설명 하는 모식도이다.

도 10은 본 실시예의 분석 방법을 프로그램을 구현한 경우에 출력되는 메인 창을 예시한 도면이다.

도 11은 핸드맵 미터의 화면을 예시하는 도면이다.

도 12는 히스토그램의 화면을 예시하는 도면이다.

도 13은 오보레이 웨이브폼의 화면을 예시하는 도면이다.

도 14는 타일 웨이브폼의 화면을 예시하는 도면이다.

도 15는 각 부위별 힘의 변화를 통계적으로 보여주는 화면을 예시하는 도면이다.

도 16은 각각의 센싱부별 기록을 편집하는 화면을 예시하는 도면이다.

도 17은 기록에서 노이즈를 평활화시키는 화면을 예시하는 도면이다.

도 18은 본 실시예에 따른 평활화 과정을 설명하는 모식도이다.

본 발명은 인체의 손이 물체에 가하는 힘을 측정하는 장치에 관한 것이다.

산업현장에서는 작업관련 사고를 예방하는 차원으로 근골격계 질환에 대한 관심이 높아지고 있다. 현장 근로자들은 작업환경에 따라 다양한 유해인자에 노출되어 있기 때문에 근골격계 질환에 쉽게 걸리는 편이기 때문이다. 이 근골격계질환을 발생시키는 직업적 요인은 매우 다양하며 대부분의 경우 하나 이상의 유해인자가 복합적으로 작용하여 발생한다. 불편한 작업자세, 과도한 힘의 사용, 정적 상태의 유지, 불충분한 휴식, 과도한 반복적 작업, 제한된 작업 공간, 부적절한 작업환경(온도, 습도, 소음, 조명 등) 등이 복합적으로 작용하여 근골격계 부위에 피로가 누적되면서 신체부위가 손상되어 통증과 감각이상을 호소하는 근골격계의 만성적인 건강장애가 근골격계질환이다.

이 같은 근골격계 질환의 발병은 임금 보상비용 및 의료비 지출의 증가, 생산성과 삶의 질 저하 등의 많은 사회적 문제점을 유발하고 있다. 이에 따라, 노동부에서는 노동자의 근골격계 질환을 예방하기 위해 사업주가 매 3년마다 근골격계 부담작업에 대하여 유해요인을 조사하는 내용을 골자로 '산업보건기준에 관한 규칙' 개정안을 2003년 7월 12일부터 발표, 시행하고 있다.

이처럼, 근골격계 질환에 대한 관심이 높아지면서 근로자가 일을 할 때 신체에 가해지는 힘을 측정하는 다양한 형태의 장치들이 개발되고 있다. 일 예로, 대한민국 공개공보 제10-2001-3939호에서는 조이스틱에 센서를 부착해서 손이 전달하는 힘을 측정하는 장치에 대해서 개시하고 있으며, 미국 공개공보 제5,317,916호에서는 2개의 막대로 형성된 핸들 사이에 센서를 설치해서 이 핸들을 손으로 쥘 때 작용하는 힘을 측정하도록 하는 장치에 대해서 개시하고 있다.

그런데, 이 같은 선행기술에서 제공하는 측정 장치는 근로자가 손에 착용한 상태로 일을 하면서 검사를 받을 수 없기 때문에 단순히 손의 악력만을 측정하는 한계가 있다. 때문에, 근로자가 다양한 작업환경에 처했을 때, 그 때마다 신체가 가하는 물리력을 측정할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 다양한 작업환경에서 근로자가 손으로 가하는 힘을 손쉽게 측정할 수 있는 본 발명의 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 측정 장치를 통해서 획득한 데이터를 다양한 형태로 분석하는 연산 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 손에 가해지는 힘의 크기를 손쉽게 구해 이를 다양한 형태로 분석하는 분석 시스템을 제공하는데 있다.

이 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 측정 장치는,

손바닥면으로 복수의 센싱부를 구비하는 장갑과,

벤드를 구비하는 케이스와,

상기 케이스에 설치되고, 상기 센싱부가 측정한 신호를 입력받아 기록하는 저장기를 포함해서 구성된다.

본 발명에서 상기 센싱부는 손의 손날부분과, 손가락의 각 관절 사이를 연결하는 마디부분과, 손가락과 손바닥을 연결하는 관절부분과 손가락과 손바닥을 연결하는 관절부분에 상응하는 적어도 1곳 이상으로 상기 장갑의 손바닥면에 구비될 수 있다.

그리고, 상기 센싱부는 가해지는 힘에 따라 저항값이 변하면서 서로 다른 크기의 전압을 출력하는 FSR(force sensing resistor) 센서로 구성될 수 있다. 이때, 이 FSR 센서의 표면은 에폭시 수지로 도포되고, 엠보싱 처리된 피복재로 피복되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 장갑의 손등면으로는 상기 센싱부와 저장기를 연결하는 신호선들을 정리하는 수합부재를 더 구비할 수도 있다.

그리고, 상기 장갑의 손바닥면은 홀을 구비하는 외피와 내피로 이루어져 그 사이로 공간을 이루고 있으며, 상기 센싱부가 상기 홀에 상응해서 설치되고, 상기 홀을 통해서 신호선이 내피와 외피 사이의 공간으로 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 저장기는 상기 센싱부로부터 신호를 입력받는 입력부와, 상기 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환부와, 상기 디지털 신호를 바이너리 형태의 파일로 메모리에 저장하는 제어부를 포함한다. 이때, 상기 메모리는 MMC(multi media card)와 같은 소형 메모리 카드로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서 제공하는 연산 장치는,

프로세스 유닛과 메모리를 포함하고,

상기 프로세스 유닛은 상기 메모리에 기록된 프로그램의 연산 방법에 따라,

시간, 채널, 측정값이 서로 관계지어져 기록된 원데이터에서 상기 측정값을 뉴튼(N)을 단위로 하는 힘의 값들로 변환해서 상기 원데이터를 뉴튼 데이터로 생성한다.

상기 프로세스 유닛은 Y = α × X(X: 측정값, α: 알고 있는 힘의 크기와 그 힘의 측정값 사이의 비율로 정의된 비례 상수)로 정의된 수학식에 따라 상기 원데이터의 측정값을 변환시킨다.

또한, 상기 프로세스 유닛은, 왼손 및 오른손과 이 손들 상에 표시된 가로막대를 표시하는 창을 구성해서 출력시킨다.

이때, 상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 시간의 순서대로 파싱(PARSING)해서, 상기 뉴튼 데이터의 채널로 상기 가로막대를 식별해 상기 힘의 값을 바 형태로 하이라이트고, 상기 힘의 값의 크기에 따라 상기 바 형태의 하이라이트 크기에 차이를 줄 수도 있다.

또한, 상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 힘의 크기별 구간을 표시하는 x축과, 비율(%)을 표시하는 y축으로 이루어지는 히스토그램을 구성해서 출력시킨다.

또한, 상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 시간의 x축과, 힘의 y축으로 이루어지는 웨이브폼을 구성해서 출력시킨다.

또한, 상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터에서 2개의 채널별 힘의 값을 각각 웨이브폼으로 구성하고, 이를 오버레이(overlay)시켜 출력한다.

또한, 상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 시간에 따른 힘의 값을 각 채널별 웨이브폼으로 구성해서 출력시킨다.

또한, 상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 각 채널별로 상기 힘의 값의 평균, 표준편차, 최소값, 최대값을 산출한다.

또한, 상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 상기 힘의 값의 시간별 변화를 각 채널별 웨이브폼으로 구성해서 창으로 출력하고, 상기 창에 출력된 웨이브 폼의 드래그된 영역을, 상기 뉴튼 데이터에서 삭제하거나, 드래그된 영 역만의 뉴튼 데이터로 업데이트한다.

또한, 상기 프로세스 유닛은, Y(n) = {f(n) + f(n+1) + f(n+2)}/3(f(n): n번째 변환된 측정값, n: 자연수)로 정의된 수학식에 따라 상기 힘의 값을 평활화한다.

그리고, 본 발명에서 제공하는 분석 시스템은,

손바닥면으로 복수의 센싱부를 구비하는 장갑, 벤드를 구비하는 케이스, 상기 케이스에 설치되고, 상기 센싱부가 측정한 신호(이하, 측정값)를 입력받아 시간 및 상기 각 센싱부를 식별하는 채널을 서로 관계지어 원데이터로 기록하는 저장기를 포함하는 측정 장치; 및,

프로세스 유닛 및 메모리;를 포함하고, 상기 프로세스 유닛은 상기 메모리에 기록된 프로그램의 연산 방법에 따라, 상기 원데이터에서 상기 측정값을 뉴튼(N)을 단위로 하는 힘의 값들로 변환해서 상기 원데이터를 뉴튼 데이터로 생성하는 연산 장치;를 포함해서 이루어진다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 측정 장치의 개략적인 모습을 도시한 도면이다. 이 도면을 참조로 본 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서, 측정 장치는 센싱부(11)를 구비하는 장갑(10)과, 상기 센싱부(11)에서 측정한 결과를 기록하는 저장기(20)를 포함해서 구성된다.

장갑(10)은 그 손바닥면(10a)으로 복수의 센싱부(11)를 구비하고 있다. 이 센싱부(11)는 손으로 물건을 잡을 때, 손바닥과 물건이 접촉하는 부위를 따라 구비된다. 도 2에서 사람의 손바닥을 예시하였는데, 이를 가지고 이에 대해서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

평상시에 사람의 손 중 손등은 이완된 상태이고, 손바닥은 수축되어 있다. 이 상태에서 손바닥을 중심으로 손가락을 움직여 물건을 잡게 된다. 따라서, 물건은 손날부분(101)과, 손가락의 각 관절 사이를 연결하고 있는 마디부분(103)과, 손가락과 손바닥을 연결하는 관절부분(107)과 접촉하게 된다. 또한, 엄지쪽으로는 엄지 손가락과 손목을 연결하는 부분(105)도 물건과 접촉한다.

본 실시예에서는 이러한 점을 고려해서 장갑(10)의 손바닥면(10a) 중 상술한 접촉 부분에 대응하는 지점을 따라 복수의 센싱부(11)를 구비한다. 이에 따라, 장갑(10)으로는 손바닥면(10a) 중 엄지에서 약지까지의 각 마디부분과 손날부분, 그리고 엄지 손가락과 손목을 연결하는 부분으로 복수의 센싱부(11)가 구비된다(도 3 참조).

한편, 본 실시예에서 센싱부(11)는 물건과 접촉했을 때 손이 가하는 힘을 측정하게 되는데, 바람직한 한 형태로 FSR(force sensing resistor) 센서가 사용될 수 있다. 이하의 설명은 이 센싱부(11)가 FSR 센서로 구성되는 예를 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

센싱부(11)는 그 표면에 작용하는 힘에 의해 저항값이 변하면서 서로 다른 크기의 전압을 발생시켜 손의 각 부위별로 가해지는 힘을 측정하게 된다. 이 센싱 부(11)는 측정의 정확성을 높이기 위해서 에폭시 수지로 도포되고, 마모 및 파손을 방지하기 위해서 피복재로 피복되는 것이 바람직하다. 이 피복재는 그 표면으로 미끄럼 방지를 위해서 엠보싱(embossing) 처리된다.

한편, 도 4에서 예시하고 있는 바와 같이 장갑(10)의 손바닥면(10a)으로 구비되는 복수의 센싱부(11)는 신호선(13)을 통해서 저장기(20)와 연결되는데, 이 신호선(13)에 의해 손의 움직임이 방해받지 않도록 신호선(13)을 정리하는 수합부재(15)가 더욱 구비될 수도 있다.

이 수합부재(15)는 일 예에서 플레이트에 설치되는 복수의 가이드홈들로 구성될 수 있는데, 각 센싱부(11)에서 인출된 신호선들(13)은 이 수합부재(15)로 모여지고, 이 수합부재(15)의 가이드홈에 안착되어서 정리된다. 이에 따라서, 복수의 신호선들(13)은 하나로 정리되어서 저장기(20)와 연결된다. 이처럼 신호선들(13)을 정리하는 수합부재(15)는 위에서 설명한 것에 국한되지 않고, 다양한 형태로도 가능함은 물론이다. 그리고, 이 수합부재(15)는 손의 움직임에 방해가 되지 않도록 장갑(10) 중 손등면(10b)에 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 도 5는 도 3의 A-A선을 따라 절개해서 보여주는 손바닥면의 개략적인 단면도인데, 이를 참조로 장갑의 손바닥면 구성을 설명하면 다음과 같다.

장갑(10)의 손바닥면(10a)은 내피(A2)와 외피(A1)의 이중 구조로 구성되고, 이 내피(A2)와 외피(A1) 사이로 이루어지는 공간(S)에 신호선들(13)이 배치된 구조를 이룬다. 보다 상세히, 외피(A1)에는 홀(h)이 형성되어 있고, 이 홀(h)에 마주해서 외피(A1)의 바깥으로 FSR 센서들(11)이 설치된다. 그리고, 이 FSR 센서(11)에 연결되어 있는 신호선(13)은 이 홀(h)을 통해서 외피(A1)의 내면, 즉 외피(A1)와 내피(A2)가 이루는 공간(S)으로 배치된다. 이에 따라서, 신호선들(13)이 외피(A1)에 의해서 피복된 형태를 이루어 외력으로부터 보호를 받을 수 있고, 또한 장갑 밖으로 신호선들이 나오지 않기 때문에 디자인을 수려하게 하면서도, 작업자가 장갑을 착용하고 일을 하는 과정에서 신호선에 의한 간섭을 방지할 수가 있다.

한편, 본 실시예의 저장기(20)는 센싱부(11)에서 측정한 신호를 신호선(13)을 통해서 입력받아 바이너리(binary) 형태의 파일로 메모리(25)에 저장한다. 도 6은 저장기(20)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 이를 참조로 저장기(20)에 대한 설명을 하면 다음과 같다.

저장기(20)는 신호를 입력받는 입력부(21)와, 이 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환부(22)와, 동작 상태를 표시하는 표시부(23)와, 각 부의 동작 상태를 제어하는 제어부(24)와, 데이터를 저장하는 메모리(25)를 포함해서 구성된다. 그리고, 각 구성요소들은 고속 시리얼 통신(serial peripheral interface, SPI)을 통해서 서로 연결되어 있다.

메모리(25)는 MMC(multi media card) 또는 SDC(secure digital card)와 같이 탈, 부착이 가능한 소형 메모리 카드로 구성되고, 제어부(24)는 ATmega128과 같은 마이크로 프로세서로 구성되어서 각 구성요소를 제어한다.

이처럼 구성된 저장기(20)는 센싱부(11)가 측정한 신호를 입력부(21)를 통해서 입력받아 앰프(미도시)에서 소정 크기의 신호로 증폭하고, 증폭된 신호를 변환부(22)로 전달한다. 변환부(22)는 수신한 신호를 디지털 신호로 변환하고, 제어부 (24)의 제어에 따라서 메모리(25)에 바이너리 형태의 파일로 저장하게 된다.

이처럼 구성되는 저장기(20)는 실질적으로 복수의 회로 소자들이 인쇄회로기판에 설치되어서 구현된다. 이 인쇄회로기판은 그 내부에 수납공간을 구비하는 케이스(30)에 설치된다.

한편, 이 케이스(30)에는 한 쌍의 고리들이 설치되어 있고, 이 고리들로 탄성 벤드 또는 벨크로 테입이 구비되어 있는 벤드(31)가 설치되어 있다.

이에 따라, 작업자는 손에 장갑(10)을 끼고, 손목으로는 벤드(31)를 사용해서 저장기(20)를 고정하게 된다. 이에 따라, 현장의 작업자는 장갑(10)을 손에 착용한 상태에서 손목으로는 저장기(20)를 고정할 수가 있어 측정 장치를 작업시간 내내 휴대할 수가 있다. 이후, 작업자는 본 실시예의 측정 장치를 몸에 부착한 상태로 작업을 하고, 이 과정에서 장갑(10)의 센싱부(11)를 통해서 손바닥의 각 부분을 통해 수집된 정보는 신호선(13)을 통해서 저장기(20)로 전달되고, 이곳에서 신호 처리되어 메모리(25)에 저장되게 된다(도 7 참조).

그럼, 이하에서는 이처럼 수집된 정보의 분석 방법에 대해서 자세히 살펴본다. 본 발명에서 설명하는 분석 방법은 프로그래밍 기술을 이용해서 연산 장치에 프로그램으로 설치된다. 여기서, 연산 장치는 논리 연산을 하는 프로세스 유닛 및 메모리를 포함하는 장치로, 바람직하게 컴퓨터일 수 있다.

도 8은 본 실시예에 따른 연산 방법을 전체적으로 보여주는 흐름도이다.

본 실시예의 연산 방법은 측정 단계(S10), 캘리브레이션 단계(20), 신호 처리 단계(S30), 출력 단계(S40)를 포함한다.

먼저, 측정 단계(S10)는 상술한 바와 같이 구성되는 장갑(10) 및 저장기(20)를 이용해서 작업자의 힘 사용을 측정해 정보를 획득하는 단계이다. 이 단계(S10)에서, 작업자는 장갑 및 저장기를 각각 손과 팔목에 착용하고 일을 한다. 이 과정에서, 작업자가 손에 가하는 힘의 정보들이 저장기(10)의 메모리(25)에 기록 보관된다. 저장기(20)는 메모리(25)에 시간과 측정값을 바이너리 형태의 파일로 기록하게 되며, 기록된 파일은 표준 USB 컨넥터를 통해 컴퓨터로 전송된다.

캘리브레이션 단계(S20)에서는 센싱부(11)가 측정한 값들을 캘리브레이션 함수에 적용해서 변환한다. 이 과정을 통해서 측정값들은 뉴튼(N) 단위의 값들로 변환되는데, 우리가 알고 있는 힘을 센싱부(11)에 가해 검출되는 값으로부터 비례식을 구해서 변환하게 된다. 이 과정을 통해서 센싱부(11)가 검출한 신호들은 우리가 알고 있는 힘의 크기에 비례해서 변환되므로, 작업자가 일을 하는 동안 얼마만큼의 힘을 사용하는지 쉽게 파악할 수 있도록 하는 이점이 있다.

신호 처리 단계(S30)에서는 세부 분석에 앞서, 보다 정확한 정보를 얻기 위해서 데이터 사전 처리를 수행하게 된다. 이 단계(S20)에서는 정보에 노이즈가 있거나, 분석 관심 대상 이외의 정보가 존재하는 경우에 선택적으로 이루어진다.

측정된 정보에서, 분석에 필요없는 부분은 편집 기능을 사용해서 선택적으로 제거하게 되고, 정보에 노이즈가 있는 경우 필터링(filtering)과 평활화(smoothing) 기능을 사용해서 노이즈를 정보에서 선택적으로 제거하게 된다.

그리고, 출력 단계(S40)에서는 그래프 및 통계적 분석을 통해 측정값을 시각적으로 화면에 출력하게 된다. 이 단계(S40)에서 제공하는 시각적 분석에는 오버레 이 웨이브폼(overlay waveform), 핸드맵 미터(hand map meter), 히스토그램(histogram) 등을 포함한다.

도 9는 장갑(10)의 센싱부(11)가 검출한 측정값을 힘의 값으로 변환하는 과정을 설명하는 모식도이다.

이 변환 과정에 앞서, 저장기(20)의 메모리(25)를 컴퓨터에 연결해서 메모리(25)에 기록된 정보를 로딩하는 과정이 선행되나, 이 같은 정보의 읽기 과정은 잘 알려진 종래 기술과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

컴퓨터는 메모리(25)에서 기록된 정보(시간별 손에 작용한 힘에 관한 정보로 FSR 센서의 전압 변화 크기를 단순히 디지털 신호로 변환해서 기록함. 이하, '원데이터')를 읽어 들여 램(RAM)과 같은 휘발성 메모리에 저장한다.

여기서, 원데이터는 다음과 같이 저장기(20)의 메모리(25)에 기록된다. FSR 센서로 이루어진 센싱부(11)에 3.2 볼트(v)의 전압을 인가하면, 이 센싱부(11)에 작용하는 힘이 저항으로 작용해서 힘의 크기에 따라 역순의 0 ∼ 3.2 볼트(V)의 전압이 출력된다. 이 출력 전압은 변환부(22)에서 디지털 신호로 변환이 이루어져, 메모리(25)에 파일 형식을 갖는 원데이터로 기록된다.

컴퓨터는 프로그램에 기록된 캘리브레이션 함수를 원데이터에 적용해서 힘의 값으로 변환시키게 된다. 여기서, 캘리브레이션 함수는 다음과 같이 정의된다. 예를 들어서, 인위적으로 우리가 알고 있는 0과 5 뉴튼(N)의 힘을 장갑(10)의 센싱부(11)에 순차적으로 가하여 각각 출력 신호 0과 1,000을 얻었다면, 캘리브레이션 함수는 힘과 출력 신호 간의 관계로부터 Y = 0.005 × X 로 정의된다. 따라서, 출력 신호가 500이라면, 캘리브레션 결과로 얻어지는 결과는 2.5(N)가 된다.

컴퓨터는 이처럼 알려진 힘의 크기와 센싱부(11)의 출력 신호 간의 비례 관계로 정의된 캘리브레이션 함수를 원데이터에 적용해서 데이터 변환을 한 후에 변환된 데이터(이하, '뉴튼 데이터')를 휘발성 메모리에 기록한다.

이처럼, 컴퓨터는 원데이터의 불러오기와 동시에 이루어지는 캘리브레이션 과정을 통해서 뉴튼 데이터를 생성한 후에, 요청에 따라서 뉴튼 데이터를 가공해 각각의 요청에 맞는 결과를 모니터의 화면에 출력하게 된다.

도 10은 컴퓨터에 기록된 프로그램을 실행시켰을 때 출력되는 메인 창을 보여준다.

도 9를 통해서 상술한 원데이터의 캘리브레이션 과정은 메인 창(100)의 파일 탭(101)을 선택해서 메모리(25)에 파일 형태로 기록된 원데이터를 읽어 들이는 과정에서 이루어진다.

상술한 바와 같은 뉴튼 데이터의 변환 과정을 통해서 휘발성 메모리에 뉴튼 데이터가 로딩되며, 이후 메인 창에 표시된 다양한 단추 버튼들(103)의 선택에 의해 연산되어진 결과들이 모니터의 화면에 출력된다.

도 11은 핸드맵 미터(hand map meter)의 출력창을 예시하고 있다.

출력창(110)은 예시된 바처럼, 왼손(111) 및 오른손(113)과 이 손들 상에 표시된 가로막대(115)를 포함한다. 여기서, 가로막대(115)는 장갑(10)에 설치된 센싱부(11)와 동일한 위치를 따라서 위치하고 있다. 또한, 출력창(110)의 아래쪽에는 진행바(117)가 표시된다.

이 출력창(11)은 손의 각 부위별로 가해진 힘의 크기를 시간의 흐름에 따라 표시하게 되는데, 아래의 진행바(117)는 시간의 흐름을 표시하고, 가로막대(115)에는 그 시간동안 그 위치에 가해진 힘의 크기를 가로 막대(115)에 바(bar)로 표시하게 된다.

컴퓨터는 시간과 관계지어져 기록된 뉴튼 데이터를 참조로 가로막대(115)를 하이라이트하는데, 컴퓨터는 뉴튼 데이터를 시간 및 채널에 따라 파싱(parsing)한다. 여기서, 채널은 복수개로 구성된 센싱부(11)를 식별할 수 있도록 하는 코드이다.

이에 따라서, 컴퓨터는 시간의 순서에 따라서 각각의 가로막대(115)를 바 형태로 하이라이트하는데, 이때 채널이 참조되어 표시하고자 하는 가로막대(115)가 선택된다. 또한, 가로막대(115)에 표시되는 하이라이트 바의 크기는 규칙에 따라서 크기가 정해지게 되는데, 예를 들어서 1(N)은 1mm, 2(n) 2mm와 같은 정해진 규칙에 따라 힘의 크기 차이만큼 하이라이트되는 바의 크기가 결정된다.

따라서, 운영자는 출력창(110)에 하이라이트되는 가로막대(115)를 주시하는 것으로, 시간에 따른 작업자의 힘 사용 패턴을 조망할 수가 있다.

도 12는 히스토그램(histogram)의 출력창을 예시하고 있다.

이 출력창(120)은 힘의 x축과 빈도(%)의 y축으로 이루어진 히스토그램(121)을 포함한다. 여기서, x축은 힘을 임의적인 구간으로 나누어 표시하게 되고, y축은 구간별 빈도를 나타낸다.

컴퓨터는 선택된 센싱부(11)의 기록을 선택적으로 도 12에서 예시하는 바와 같은 히스토그램으로 출력한다. 운영자는 메인 창((100)의 단추 버튼(103)에서 이 히스토그램을 실행시키는 단추를 선택하면, 복수개의 센싱부들(11) 중에서 어느 하나를 선택하게 된다. 또한, 운영자는 x축을 이루는 힘의 구간의 너비를 선택할 수도 있다. 도 12에서는 너비가 80으로 설정된 경우를 예시하였다.

그럼, 컴퓨터는 휘발성 메모리에 로딩된 뉴튼 데이터를 파싱할 때, 운영자가 선택한 센싱부(11)의 정보만을 선택적으로 추출해서, 히스토그램(121)을 구성하게 된다. 이때, 컴퓨터는 히스토그램을 구성하는데, 통계적인 계산 방법에 따라 각 구간별 히스토그램을 y축의 빈도 크기에 맞게 구성한다. 즉, 컴퓨터는 전체 중에서 각 구간에 속하는 힘의 크기를 뉴튼 데이터에서 추출해 비율을 구하고, 히스토그램의 크기를 y축에 기준해서 결정한다.

또한, 운영자가 x축의 빈도 구간을 변경한 경우에는, 변경된 빈도 구간을 가지고 x축을 표시함과 아울러, 이 빈도 구간에 맞는 히스토그램을 통계적인 계산 방법에 따라 구성하게 된다.

이 같은 히스토그램의 출력은 운영자로 하여금 각 센싱부 별로 구간별 힘이 얼마만큼의 빈도로 이루어졌는지를 쉽게 알 수 있도록 한다.

또한, 도 13은 2개의 센싱부에 대해서 시간별 힘의 크기를 비교할 수 있도록 하는 오버레이 웨이폼을 표시하는 출력창을 보여준다.

이 출력창(130)은 시간의 x축과 힘의 y축으로 이루어지는 웨이브폼(131)을 포함한다. 컴퓨터는 운영자가 선택한 제1 및 제2 센싱부의 기록을 도 13에서 예시하는 바와 같은 웨이브 폼으로 출력해서 선택된 2개의 기록을 서로 비교할 수 있도 록 한다. 따라서, 운영자는 원하는 손의 위치에 따라 각각에 가해진 힘의 분포를 시간에 따라 비교할 수 있다.

운영자는 메인 창(100)의 단추 버튼(103)에서 이 오버레이 웨이브폼을 실행시키는 단추를 선택하고, 복수개로 이루어진 센싱부들(11) 중에서 2개를 선택하게 된다.

그러면, 컴퓨터는 휘발성 메모리에 기록된 뉴튼 데이터 중에서 운영자가 선택한 데이터를 채널을 참조로 선택적으로 추출하게 되고, 추출된 데이터에 관계지어진 시간 및 채널을 가지고 각각의 센싱부에 따른 웨이브 폼을 구성해서 웨이브폼(131)을 출력창(130)에 표시한다.

그리고, 도 14는 각각의 센싱부의 동작 상태를 표시하는 타일 웨이브폼의 화면을 예시한 출력창이다.

이 출력창(140)은 모든 센싱부의 기록을 하나의 화면으로 보여줌으로써 센싱부가 정상적으로 동작하는지를 운영자가 확인할 수 있도록 한다.

컴퓨터는 휘발성 메모리에 로딩된 뉴튼 데이터를 채널에 따라 파싱해서 시간에 따라 웨이브폼을 구성한다. 이때, 각각의 채널에 따라 분류된 웨이브폼을 각각의 채널에 맞도록 출력함으로써 도 14에서 예시하는 출력창(140)을 구성한다.

도 14에서, 출력창(140)은 채널의 y축을 기준으로, 좌, 우에 각각 왼손 및 오른손에 설치된 센싱부의 기록이 웨이브폼으로 출력되도록 구성하고 있다. 또한 도 14의 예에서는 센싱부(11)가 좌, 우 각각 23개로 구성된 예를 도시하였다.

도 15는 힘의 변화를 통계적으로 보여주는 출력창(150)을 예시한 도면이다. 이 출력창(150)은 하나의 화면에 좌, 우에 설치된 센싱부별 시간에 따른 힘의 크기를 최소 및 최대, 그리고, 평균 및 표준 편차로 구분해서 운영자에게 보여주므로, 통계적 분석을 하는데 매우 유용하다.

컴퓨터는 휘발성 메모리에 로딩된 뉴튼 데이터를 채널에 따라 파싱해서 각 채널을 기준으로 각 채널별 힘의 평균값, 표준편차, 최고값 및 최저값을 전통적인 통계 계산법에 따라 구해, 도 15와 같은 출력창(150)을 구성한다. 도 15에서, 'MEAN'은 힘의 평균값이고, 'STD'는 표준 편차, 'max'는 최고값, 'min'은 최저값이다.

이하, 뉴튼 데이터를 편집하는 방법에 대해서 설명한다. 이 편집 방법은 운영자의 각각의 목적에 따라 선택적으로 적용되며, 각각의 센싱부별로 개별적으로 이루어진다. 이하에서 설명되는 편집이 이루어지면, 도 11 내지 도 15의 출력창을 구성하는 뉴튼 데이터는 편집된 것으로 업데이트되어 출력창들이 구성된다.

도 16은 각각의 센싱부별 기록을 편집하는 창을 예시하고 있다. 이 편집창(160)은 시간의 x축과 힘의 y축으로 이루어지는 그래프를 포함한다. 이 그래프에는 시간의 흐름에 따른 각 센싱부별 힘의 변화가 웨이브폼 형태로 표시된다.

편집창(160)은 복수의 센싱부에서 어느 1개를 선택하는 선택 화면(161)과, 기록을 편집하는 컷 버튼(163) 및 카피 버튼(165)를 포함한다.

선택화면(161)은 장갑(10)에 설치된 복수개의 센싱부(11) 중 어느 하나를 선택할 수 있도록 하며, 컷버튼(163)과 카피버튼(165)은 그래프에 출력된 기록의 일부를 선택적으로 자르거나 복사할 수 있도록 한다.

운영자는 선택 화면(161)을 조작해서 편집하고자 하는 센싱부(11)(도면에서는 채널로 표시됨)를 선택하면, 컴퓨터는 휘발성 메모리에 로딩된 뉴튼 데이터를 읽어 들여 시간의 순서에 따라 뉴튼 데이터를 파싱해서 웨이브폼을 구성하고, 편집창(160)에 출력한다.

운영자는 포인트(P)를 드래그해서 편집하고자 하는 구간(도면의 점선 부분, 167)을 선택하고, 컷버튼(163) 또는 카피버튼(165)을 선택해서 그래프에 기록된 부분 중 일부를 제거하거나 복사할 수 있다.

컴퓨터는 포인트(P)에 의해서 드래그된 영역을 확인하고, 선택된 버튼의 명령에 따라 뉴튼 데이터 중 채널에 의해 식별된 데이터의 일부(포인트에 의해 드래그된 부분의 데이터)를 삭제하거나, 복사해서 다른 이름으로 선택된 부분의 데이터를 휘발성 메모리에 기록하게 된다.

도 17은 각각의 센싱부별 기록의 일부에 노이즈가 포함된 경우에 이를 평활화하는 창을 예시한 것이다.

이 평활화 창(170)은 시간의 x축과 힘의 y축으로 이루어진 그래프를 포함한다. 이 그래프에는 시간의 흐름에 따른 각 센싱부별 힘의 변화가 웨이브폼 형태로 표시된다.

컴퓨터는 노이즈에 의한 데이터의 왜곡을 완화시키기 위해서 이동 평균을 적용하여 데이터에 포함된 노이즈를 평활화시킨다. 이 이동 평균은 도 18에서 예시하고 있는 바와 같이, 처음 연속된 3개의 원본 데이터(f1, f2, f3)의 평균으로 평활된 데이터(m1) 1개를 구하고, 다음으로 그 다음의 두번째 데이터(f2)로부터 연속된 3개의 데이터(f2, f3, f4)의 평균으로부터 평활된 두번째 데이터(m2)를 구한다. 이러한 과정을 반복해서 마지막 원본 데이터(f10)를 평활화한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 상술한 문제점을 해결해서 현장에서 일하는 근로자가 본 발명의 측정 장치를 착용한 상태에서 일을 할 수가 있다. 따라서, 다양한 환경에서 근로자가 손을 사용해서 가하는 힘을 손쉽게 수집할 수 있는 효과가 있다. 또한, 장갑에 구비되는 센싱부는 물건이 인체의 손과 직접 맞닿는 곳을 따라 설치가 되기 때문에 보다 정확한 데이터를 수집할 수도 있다.

그리고, 측정된 데이터는 메모리에 바이너리 형태의 파일로 저장되기 때문에, 리더기를 구비하는 범용 컴퓨터에서 손쉽게 읽어 들일 수가 있어 편리함을 제공한다. 이처럼 측정된 데이터는 범용 컴퓨터로 옮겨져 프로그램에 의해서 손쉽게 분석되므로, 작업자가 어떤 환경에서 어느 정도의 스트레스를 받는지를 손쉽게 분석할 수가 있다.

Claims (34)

1. 손바닥면으로 복수의 센싱부를 구비하는 장갑과,

   벤드를 구비하는 케이스와,

   상기 케이스에 설치되고, 상기 센싱부가 측정한 신호를 입력받아 기록하는 저장기를 포함하는 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 센싱부가 손의 손날부분과, 손가락의 각 관절 사이를 연결하는 마디부분과, 손가락과 손바닥을 연결하는 관절부분과, 손가락과 손바닥을 연결하는 관절부분에 상응하는 적어도 1곳 이상으로 상기 장갑의 손바닥면에 구비되는 측정 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 센싱부가 가해지는 힘에 따라 저항값이 변하면서 서로 다른 크기의 전압을 출력하는 FSR(force sensing resistor) 센서로 구성되는 측정 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 FSR 센서의 표면이 에폭시 수지로 도포되는 측정 장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 FSR 센서가 피복재로 피복되는 측정 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 피복재의 표면이 엠보싱(embosssing) 처리된 측정 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 장갑의 손등면으로는 상기 센싱부와 저장기를 연결하는 신호선들을 정리하는 복수의 가이드홈을 구비한 수합부재를 포함하는 측정 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 장갑의 손바닥면은 홀을 구비하는 외피와, 내피로 이루어져 그 사이로 공간을 이루고 있으며, 상기 센싱부가 상기 홀에 상응해서 설치되고, 상기 홀을 통해서 신호선이 내피와 외피 사이의 공간으로 위치하는 측정 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 저장기가,

   상기 센싱부로부터 신호를 입력받는 입력부와, 상기 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환부와, 상기 디지털 신호를 메모리에 저장하는 제어부를 포함하는 측정 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 메모리가 MMC(multi media card)와 같은 소형 메모리 카드로 이루어지는 측정 장치.
11. 프로세스 유닛과 메모리를 포함하고,

    상기 프로세스 유닛은 상기 메모리에 기록된 프로그램의 연산 방법에 따라,

    시간, 채널, 측정값이 서로 관계지어져 기록된 원데이터에서 상기 측정값을 뉴튼(N)을 단위로 하는 힘의 값들로 변환해서 상기 원데이터를 뉴튼 데이터로 생성하는 연산 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은 아래의 수학식에 따라 상기 원데이터의 측정값을 변환시켜 뉴튼 데이터로 생성하는 연산 장치.

    Y = α × X

    (X: 측정값, α: 알고 있는 힘의 크기와 그 힘의 측정값 사이의 비율로 정의된 비례 상수)
13. 제11항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 왼손 및 오른손과 이 손들 상에 표시된 가로막대를 표시하는 창을 구성해서 출력시키는 연산 장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 시간의 순서대로 파싱(PARSING)해서, 상기 뉴튼 데이터의 채널로 상기 가로막대를 식별해 상기 힘의 값을 바 형태로 하이라이트하는 연산 장치.
15. 제14항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 힘의 값의 크기에 따라 상기 바 형태의 하이라이트 크기에 차이를 주는 연산 장치.
16. 제11항에 있어서

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 힘의 크기별 구간을 표시하는 x축과, 비율(%)을 표시하는 y축으로 이루어지는 히스토그램을 구성해서 출력시키는 연산 장치..
17. 제11항에 있어서

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 시간의 x축과, 힘의 y축으로 이루어지는 웨이브폼을 구성해서 출력시키는 연산 장치.
18. 제17항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터에서 2개의 채널별 힘의 값을 각각 웨이브폼으로 구성하고, 이를 오버레이(overlay)시켜 출력하는 연산 장치.
19. 제11항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 시간에 따른 힘의 값을 각 채널별 웨이브폼으로 구성해서 출력시키는 연산 장치.
20. 제11항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 각 채널별로 상기 힘의 값의 평균, 표준편차, 최소값, 최대값을 산출하는 연산 장치.
21. 제11항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 상기 힘의 값의 시간별 변화를 각 채널별 웨이브폼으로 구성해서 창으로 출력하고,

    상기 창에 출력된 웨이브 폼의 드래그된 영역을, 상기 뉴튼 데이터에서 삭제하거나, 드래그된 영역만의 뉴튼 데이터로 업데이트하는 연산 장치.
22. 제11항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 아래의 수학식에 따라 상기 힘의 값을 평활화하는 연 산 장치.

    Y(n) = {f(n) + f(n+1) + f(n+2)}/3

    (f(n): n번째 변환된 측정값, n: 자연수)
23. 손바닥면으로 복수의 센싱부를 구비하는 장갑, 벤드를 구비하는 케이스, 상기 케이스에 설치되고, 상기 센싱부가 측정한 신호(이하, 측정값)를 입력받아 시간 및 상기 각 센싱부를 식별하는 채널을 서로 관계지어 원데이터로 기록하는 저장기를 포함하는 측정 장치; 및,

    프로세스 유닛 및 메모리;를 포함하고, 상기 프로세스 유닛은 상기 메모리에 기록된 프로그램의 연산 방법에 따라, 상기 원데이터에서 상기 측정값을 뉴튼(N)을 단위로 하는 힘의 값들로 변환해서 상기 원데이터를 뉴튼 데이터로 생성하는 연산 장치;

    를 포함하는 분석 시스템.
24. 제23항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은 아래의 수학식에 따라 상기 원데이터의 측정값을 변환시켜 뉴튼 데이터로 생성하는 분석 시스템.

    Y = α × X

    (X: 측정값, α: 알고 있는 힘의 크기와 그 힘의 측정값 사이의 비율로 정의된 비례 상수)
25. 제23항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 왼손 및 오른손과 이 손들 상에 표시된 가로막대를 표시하는 창을 구성해서 출력시키는 분석 시스템.
26. 제25항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 시간의 순서대로 파싱(PARSING)해서, 상기 뉴튼 데이터의 채널로 상기 가로막대를 식별해 상기 힘의 값을 바 형태로 하이라이트하는 분석 시스템.
27. 제26항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 힘의 값의 크기에 따라 상기 바 형태의 하이라이트 크기에 차이를 주는 분석 시스템.
28. 제23항에 있어서

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 힘의 크기별 구간을 표시하는 x축과, 비율(%)을 표시하는 y축으로 이루어지는 히스토그램으로 구성해서 출력시키는 분석 시스템.
29. 제23항에 있어서

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 시간의 x축과, 힘의 y축으로 이루어지는 웨이브폼으로 구성해서 출력시키는 분석 시스템.
30. 제29항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터에서 2개의 채널별 힘의 값을 각각 웨이브폼으로 구성하고, 이를 오버레이(overlay)시켜 출력하는 분석 시스템.
31. 제23항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 시간에 따른 힘의 값을 각 채널별 웨이브폼으로 구성해서 출력시키는 분석 시스템.
32. 제11항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 각 채널별로 상기 힘의 값의 평균, 표준편차, 최소값, 최대값을 산출하는 분석 시스템.
33. 제23항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 상기 뉴튼 데이터를 파싱해서 상기 힘의 값의 시간별 변화를 각 채널별 웨이브폼으로 구성해서 창으로 출력하고,

    상기 창에 출력된 웨이브 폼의 드래그된 영역을, 상기 뉴튼 데이터에서 삭제하거나, 드래그된 영역만의 뉴튼 데이터로 업데이트하는 분석 시스템.
34. 제23항에 있어서,

    상기 프로세스 유닛은, 아래의 수학식에 따라 상기 힘의 값을 평활화하는 분석 시스템

    Y(n) = {f(n) + f(n+1) + f(n+2)}/3

    (f(n): n번째 변환된 측정값, n: 자연수)

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