KR20150126510A

KR20150126510A - 압력센서를 이용한 부하 제어시스템

Info

Publication number: KR20150126510A
Application number: KR1020140053532A
Authority: KR
Inventors: 권기범
Original assignee: 권기범
Priority date: 2014-05-02
Filing date: 2014-05-02
Publication date: 2015-11-12
Also published as: KR101645789B1

Abstract

본 발명은 압력센서를 이용한 부하 제어시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면, 악력 또는 근력을 측정하여 사용자에 맞도록 운동부하를 조절하되, 액추에이터의 부하를 능동적으로 제어하여서 사용자에게 적절한 운동부하가 자동으로 조절되도록 하여 운동효과를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

압력센서를 이용한 부하 제어시스템{Load control system using pressure sensor}

본 발명은 압력센서를 이용한 부하 제어시스템에 관한 것이다.

기존의 근력운동의 저항방식은 자석, 유압, 공기압, 전자기장 원리를 이용하여 사용자에 적합한 저항의 세기를 조절하여 그 수준의 저항 형태를 그대로 사용하고 있다.

재활을 목적으로 근력운동을 할 때에는 손상 정도에 따라 근력 및 지구력의 변화가 다양하기 때문에 시간내 효과적인 치료효과를 위해서는 적절한 저항강도를 조절해주어야 한다.

한편, 근력을 나타내는 지수 중 하나인 근전도를 통한 재활의료기기로서, 비록 움직임은 관찰되지 않지만 환자가 자발적으로 상지운동을 할 때, 근전도를 측정하여 역치 이상을 감지하여 액추에이터를 사용하여 자동으로 운동을 보조해주는 기기가 있다.

한 연구에 따르면 환자의 움직임이 일어나지는 않지만, 스스로 움직이려고 노력하거나, 자신은 움직이려고 하지 않으나 외부 힘에 의해 움직이는 경우, 전자가 후자에 비해 근육을 발달시켜 근력을 향상시킨다고 한다.

이러한 재활의료기기의 예로, 한국공개특허 10-2012-0107801에는 사용자의 악력을 측정하는 악력측정기와, 악력을 분석하는 상태분석부, 상태분석부에서 출력되는 정보를 디스플레이하는 표시부를 포함하는 재활의료기기가 개시되어 있다.

그러나 전술한 재활의료기기는 단지 사용자의 악력을 측정하여 상태를 분석한 후, 분석정보를 디스플레이하여 제공하기 위한 것일 뿐, 다양한 케이스에 따라 사용자의 운동부하량을 조절하지 못한다.

이에 본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 악력 또는 근력을 측정하여 사용자에 맞도록 운동부하를 조절하되, 액추에이터의 부하를 능동적으로 제어하여서 사용자에게 적절한 운동부하가 자동으로 조절되도록 하여 운동효과를 극대화시킬 수 있는 압력센서를 이용한 부하 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는 압력센서를 통해 사용자의 악력 또는 근력을 측정하는 측정부; 및 상기 측정부로부터 악력 또는 근력의 측정데이터를 전송받고, 상기 악력 또는 근력의 측정데이터를 이용하여 액추에이터의 부하데이터를 결정하며, 상기 결정된 부하데이터를 이용하여 상기 액추에이터의 부하를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 부하 제어시스템을 제공한다.

또한, 상기 측정부는, 사용자가 악력 또는 근력을 측정하기 위해 누르는 버튼부; 상기 버튼부와 연동되어서, 버튼부로부터 입력되는 사용자의 악력 또는 근력에 대한 하중을 측정하는 상기 압력센서; 및 상기 압력센서로부터 측정된 악력 또는 근력의 측정데이터를 상기 제어부로 무선전송하는 무선전송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 부하 제어시스템을 제공한다.

또한, 상기 악력 또는 근력의 측정데이터, 상기 액추에이터의 부하데이터를 포함하는 사용자정보를 표시하며, 상기 액추에이터의 제어상태를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 부하 제어시스템을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 악력 또는 근력을 측정하여 사용자에 맞도록 운동부하를 조절하되, 액추에이터의 부하를 능동적으로 제어하여서 사용자에게 적절한 운동부하가 자동으로 조절되도록 하여 운동효과를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서를 이용한 부하 제어시스템의 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서를 이용한 부하 제어시스템의 일부에 대한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서를 이용한 부하 제어시스템의 순서도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이들 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서를 이용한 부하 제어시스템은, 압력센서(101)를 통해 사용자의 악력 또는 근력을 측정하는 측정부(103); 및 측정부(103)로부터 악력 또는 근력의 측정데이터를 전송받고, 악력 또는 근력의 측정데이터를 이용하여 액추에이터의 부하데이터를 결정하며, 결정된 부하데이터를 이용하여 액추에이터의 부하를 제어하는 제어부(105);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서를 이용한 부하 제어시스템이 사용자의 악력 측정을 통해 액추에이터의 부하를 제어하는 예를 기준으로 설명하기로 한다.

먼저 측정부(103)는 압력센서(101)를 통해 사용자의 악력 또는 근력을 측정하게 되는데, 이러한 측정부(103)를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 측정부(103)는 사용자가 악력 또는 근력을 측정하기 위해 누르는 버튼부(109); 버튼부(109)와 연동되어서, 버튼부(109)로부터 입력되는 사용자의 악력 또는 근력에 대한 하중을 측정하는 압력센서(101); 및 압력센서(101)로부터 측정된 악력 또는 근력의 측정데이터를 제어부(105)로 무선전송하는 무선전송부(111);를 포함한다.

버튼부(109)는 사용자가 악력 또는 근력을 측정하기 위해 손으로 잡고 누르는 부분으로써, 버튼부(109)는 'ㄱ'형으로 절곡되어 제공될 수 있으며, 버튼부(109)는 일예로 원통 형상의 지지부재(201)에 형성된 홀(301)에 삽입되어 결합되어 있다.

압력센서(101)는 버튼부(109)와 연동되어서, 버튼부(109)로부터 입력되는 사용자의 악력 또는 근력에 대한 하중을 측정하게 되는데, 압력센서(101)는 일예로 로드셀(load cell)로 제공될 수 있으며, 사용자가 버튼부(109)를 누르는 하중을 전기적 신호로 변환하게 된다.

무선전송부(111)는 압력센서(101)로부터 측정된 악력 또는 근력의 측정데이터를 제어부(105)로 무선전송하게 되는데, 무선전송부(111)는 블루투스 등 다양한 무선송신 규격으로 제어부(105)와 무선송신을 수행할 수 있다.

한편, 도면들에 도시된 바와 같이, 버튼부(109)가 구비된 지지부재(201)는 압력센서(101)와 결합되고, 압력센서(101)와 무선전송부(111)는 지지판(203)에 결합되도록 되어 있다.

이어서, 제어부(105)는 측정부(103)로부터 사용자의 악력 또는 근력의 측정데이터를 전송받고, 전송받은 악력 또는 근력의 측정데이터를 이용하여 액추에이터의 부하데이터를 결정하며, 결정된 부하데이터를 이용하여 액추에이터의 부하를 제어하게 된다.

이러한 제어부(105)는 일예로, 중앙처리장치(CPU), 절연회로(저항운동에 따른 역전류에 의한 무선송신 차단 현상 방지), LCD 구동회로, 액추에이터 구동회로, 전원회로 등을 포함할 수 있다.

여기서 제어부(105)가 액추에이터를 조절하는 방식은 사용자가 운동하려는 방향과 반대방향으로 토크를 제어함으로써 하중을 인가하는 것이다. 액추에이터의 토크는 MOSFET, shunt 저항들과 다이오드 보호회로 등을 포함하는 구동회로로 제어된다.

일반적으로 DC 모터는 과전류에 따른 효과를 방지하기 위해 (+), (-) 양단이 쇼트(short)될 경우 정지하는 브레이크(break) 기능이 있다. 따라서 Op-amp와 트랜지스터로 구성된 피드백을 이용한 정전류회로를 이용할 경우 DC 모터 양단이 폐회로를 이루기 때문에 브레이크 기능에 의한 초기 부하가 커서 부하강도 범위가 작다.

그러나 본 발명의 일실시예에서 액추에이터를 구동하는 회로는 브레이크 현상에 영향을 받지 않으며, 별도의 전원부를 액추에이터에 공급함으로써 용량이 큰 액추에이터에서도 사용자의 능동운동에 따른 역전류 유입에 의한 액추에이터 전원장치의 오동작을 방지한다. 또한, 별도의 전원부에 다이오드를 삽입하여 사용자의 능동운동에 따른 역전류 유입으로 액추에이터 전원장치의 파손을 방지한다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서를 이용한 부하 제어시스템은, 악력 또는 근력의 측정데이터, 액추에이터의 부하데이터를 포함하는 사용자정보를 표시하며, 액추에이터의 제어상태를 표시하는 표시부(107)를 포함할 수 있는데, 이러한 표시부(107)는 터치스크린 타입의 LCD와 결합되어 사용자로 하여금 모드, 운동방식, 속도조절, 운동강도 조절 등의 조작을 쉽게 하고, 악력 또는 근력에 따른 단계표시 등을 포함하는 사용자정보를 표시하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서를 이용한 부하 제어시스템에서, 특히 근력으로 액추에이터의 부하를 조절하는 경우, 전술한 측정부는 전원부, 생체증폭부, 통신부를 포함할 수 있다.

여기서, 일예로 전원부는 레귤레이터로 3.3V 강하하고, 생체증폭부는 EMG(수mV, 10hz~50hz 대역) 신호를 처리하기 위해 3개의 전극을 사용한 2채녈 근전도 측정부로 제공되며, 좀 더 구체적으로 전치증폭기(증폭률 : 21), 1차 고역필터(Cut-off frequency : 10hz), 버퍼(Voltage Follower), 증폭기(증폭률 : 100), 1차 저역필터(Cut-off frequency : 200hz)를 포함할 수 있고, 통신부는 전자제어장치와 블루투스 모듈을 포함할 수 있다.

도면들을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서를 이용한 부하 제어시스템의 작동순서를 설명한다.

먼저 본 발명의 일실시예에 따른 압력센서를 이용한 부하 제어시스템에 전원이 인가되면, 각 부분이 초기화로 셋팅되면서 무선전송부(111)가 제어부(105)와 무선송수신 상태로 연결된다.

이어서, 사용자가 표시부의 저항모드를 선택하면 사용자의 능동운동을 통해 측정부(103)가 악력 값(악력 측정데이터)을 측정하고, 이 악력 값을 제어부(105)로 전송하여 제어부가 액추에이터의 부하데이터를 결정한 후, 결정된 부하데이터를 이용하여 액추에이터의 부하(저항 세기)를 조절하게 된다.

반면, 사용자가 표시부의 속도모드를 선택하면, 액추에이터가 단계별(일예로 1단계~6단계)로 속도 조절이 가능한 상태로 조절되게 된다.

이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명의 일실시예에 의하면, 악력 또는 근력을 측정하여 사용자에 맞도록 운동부하를 조절하되, 액추에이터의 부하를 능동적으로 제어하여서 사용자에게 적절한 운동부하가 자동으로 조절되도록 하여 운동효과를 극대화시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

101 : 압력센서
103 : 측정부
105 : 제어부
109 : 버튼부
111 : 무선전송부

Claims

압력센서를 통해 사용자의 악력 또는 근력을 측정하는 측정부; 및
상기 측정부로부터 악력 또는 근력의 측정데이터를 전송받고, 상기 악력 또는 근력의 측정데이터를 이용하여 액추에이터의 부하데이터를 결정하며, 상기 결정된 부하데이터를 이용하여 상기 액추에이터의 부하를 제어하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 부하 제어시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 측정부는,
사용자가 악력 또는 근력을 측정하기 위해 누르는 버튼부;
상기 버튼부와 연동되어서, 버튼부로부터 입력되는 사용자의 악력 또는 근력에 대한 하중을 측정하는 상기 압력센서; 및
상기 압력센서로부터 측정된 악력 또는 근력의 측정데이터를 상기 제어부로 무선전송하는 무선전송부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 부하 제어시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 악력 또는 근력의 측정데이터, 상기 액추에이터의 부하데이터를 포함하는 사용자정보를 표시하며, 상기 액추에이터의 제어상태를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 부하 제어시스템.