KR20180125681A

KR20180125681A - 스마트 그립

Info

Publication number: KR20180125681A
Application number: KR1020170060241A
Authority: KR
Inventors: 이연화
Original assignee: 미래기술에이원 주식회사
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-11-26
Also published as: KR101932582B1

Abstract

본 발명은 사용자가 손으로 파지하는 측면, 상면, 및 하면으로 구성되는 외면과 내부의 공간을 포함하고, 가상현실 기기와 연동하여 모션을 입력하는 스마트 그립에 있어서, 상기 외면의 상기 측면 중 일부에서 형성되어 사용자의 네 손가락을 수용하는 복수의 요홈(10) 및 상기 복수의 요홈(10)들 사이에서 위로 융기한 복수의 융기부(20); 상기 외면의 상단면에 설치된 전원 스위치(150)와 상기 전원 스위치(150) 내부의 전원 LED(151); 상기 측면 중 일부에서 검지 손가락과 중지 손가락이 수용되는 요홈 부위에 각각 설치된 택트 스위치(40-1; 40-2); 상기 택트 스위치(40-1; 40-2) 형성면의 반대편 면에서 형성된 배터리 충전을 위해 형성된 USB 충전 단자(60)와 시리얼 통신을 위한 USB B-type 단자(70); 및 상기 내부에서 MCU(90), 감지장치, 통신장치, 및 배터리를 내장한 PCB를 포함하고, 상기 MCU(90)는 상기 배터리로부터 전력을 공급받고 상기 감지장치로부터 감지신호를 수신받으며 상기 통신장치를 통해 상기 감지신호를 상기 가상현실 기기로 송신하는 것을 특징으로 하는 스마트 그립에 관한 것이다.

Description

스마트 그립{Smart Grip}

고령화 사회에서 초고령사회로의 진입을 앞두고 있는 지금, 국내 치매 환자 또한 급증하고 있으며, 2015년 약 65만 명에서 10년 후인 2025년 에는 100만 명이 넘어설 것으로 예상되고 있다.

이와 같은 실정에도 불구하고 현실적으로는 '치매고위험군'으로 판정되지 않는 경우 경도인지장애를 가지고 있어 분명히 인지적 저하가 있음에도 불구하고 치매로 진단되지 않아 국가지원도 없을뿐더러 관리의 사각지대에 놓여 있다.

기존에 실시되고 있는 치매 치료 및 인지능력 향상을 위한 재활훈련 프로그램은 책상에서 연필과 종이를 기본으로 이용하며, 병원에서 진행되는 음악감상, 원예치료, 작업치료과 같은 인지재활 프로그램은 전문 재활 치료사 주도아래 정해진 장소와 시간에서 장시간(50분)동안 교육 형대로 실시되고 있어 참여자들의 지루함과 거부감을 갖기 쉽다.

또한, 치료사와 환자 일대일 재활 진행을 통해 재활 치료의 기회가 한정적이며, 인건비 부담이 큰 편이다.

이에, 기존의 인지검사 및 인지훈련 프로그램과 달리 HMD(Head Mount Display)와 같은 VR(Virtural Reality) 장치에 흥미 있고 인지능력을 자극하는 인지훈련 콘텐츠를 탑재하여 참여자가 원하는 시간과 장소에서 개별적으로 인지훈련 프로그램을 수행할 수 있는 VR기반 경도인지장애 인지훈련 시스템이 개발되고 있다.

상기와 같은 VR기반 경도인지장애 인지훈련 시스템에는 다양한 입력 장치들이 사용되어 왔지만, 일반적으로 경도인지장애 노인들의 재활 훈련 시에 이들 노인이 손에 쥐기 편하고 손에 쥐었을 때 건강에도 도움이 되는 입력장치, 예컨데, 그립에 대한 필요성이 증대되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 경도인지장애 노인들의 재활 훈련 시에 경도인지장애 노인들이 손에 쥐기 편하고 손에 쥐었을 때 건강에도 도움이 되는 스마트 그립을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 그립은 사용자가 손으로 파지하는 측면, 상면, 및 하면으로 구성되는 외면과 내부의 공간을 포함하고, 가상현실 기기와 연동하여 모션을 입력하는 스마트 그립에 있어서, 상기 외면의 상기 측면 중 일부에서 형성되어 사용자의 네 손가락을 수용하는 복수의 요홈(10) 및 상기 복수의 요홈(10)들 사이에서 위로 융기한 복수의 융기부(20); 상기 외면의 상단면에 설치된 전원 스위치(150)와 상기 전원 스위치(150) 내부의 전원 LED(151); 상기 측면 중 일부에서 검지 손가락과 중지 손가락이 수용되는 요홈 부위에 각각 설치된 택트 스위치(40-1; 40-2); 상기 택트 스위치(40-1; 40-2) 형성면의 반대편 면에서 형성된 배터리 충전을 위해 형성된 USB 충전 단자(60)와 시리얼 통신을 위한 USB B-type 단자(70); 및 상기 내부에서 MCU(90), 감지장치, 통신장치, 및 배터리를 내장한 PCB를 포함하고, 상기 MCU(90)는 상기 배터리로부터 전력을 공급받고 상기 감지장치로부터 감지신호를 수신받으며 상기 통신장치를 통해 상기 감지신호를 상기 가상현실 기기로 송신하는 것을 특징으로 한다.

상기 외면의 측면 중 일부의 반대편 면(50)이 볼록한 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 외면의 측면의 전부 또는 상기 일부의 나머지 면(50)에 형성된 지압용 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 감지장치는 자이로 센서(81) 및 가속도 센서(82)를 포함하고, 상기 통신장치는 블루투스(130)이며, 상기 배터리(120)는 배터리 충전기(110)에 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 그립은, 상기 복수의 융기부(20)의 상단을 서로 연결하는 연결부를 더 포함하고, 상기 사용자의 네 손가락이 상기 복수의 요홈(10)과 상기 연결부가 이루는 공간을 관통하여 상기 복수의 요홈(10) 내에 수용되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명은 사용자가 손으로 파지하는 측면, 상면, 및 하면으로 구성되는 외면과 내부의 공간을 포함하고, 가상현실 기기와 연동하여 모션을 입력하는 스마트 그립에 있어서 경도인지장애 노인들이 손에 쥐기 편하고 손에 쥐었을 때 건강에도 도움이 되는 스마트 그립을 제공하는 효과가 있다.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스마트 그립을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 그립을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 실시예에서 돌기부가 형성되어 있지 않은 또 다른 실시예에 따른 스마트 그립을 도시하는 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 적용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그립 구조도이다.
도 5는 도 1 내지 4의 실시예에 적용되는 택트 스위치의 사시도이다.
도 6은 블루투스 통신 모듈의 기본 회로도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

또한, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 아울러, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 각 구성 단계에 대한 상세한 설명에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스마트 그립을 도시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 그립은 요홈(10) 및 융기부(20), 전원 LED(151), 택트 스위치(40-1; 40-2), USB B-type 단자(70), 및 PCB를 포함한다.

상기 스마트 그립은 사용자가 손으로 파지하는 측면, 상면, 및 하면으로 구성되는 외면과 내부의 공간을 포함하고, 가상현실 기기와 연동하여 모션을 입력하는 것이다.

본 실시예에 있어서, 상기 요홈(10)은 5개소가 도시되어 있으며 스마트 그립 외면의 상기 측면 중 일부에서 형성되어 사용자의 네 손가락을 수용하고 상기 융기부(20)는 5개소의 요홈(10)들 사이에서 4개소에 위로 융기해 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 다른 실시예에서는 요홈(10)이 5개소 초과하게 형성될 수도 있고 5개소 미만으로 형성될 수도 있으며 융기부(20) 또한 4개소 초과하게 형성될 수도 있고 4개소 미만으로 형성될 수도 있다.

상기 전원 LED(151)는 외면의 상단면에 설치된 전원 스위치(150)와 상기 전원 스위치(150) 내부에 위치하고 있다.

상기 택트 스위치(40-1; 40-2)는 스마트 그립의 측면 중 일부에서 검지 손가락과 중지 손가락이 수용되는 요홈 부위에 각각 설치되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 또 다른 실시예에서는 다른 요홈 부위 또는 스마트 그립의 다른 부위에 설치되어도 무방하다.

상기 USB 충전 단자(60)와 USB B-type 단자(70)는 택트 스위치(40-1; 40-2) 형성면의 반대편 면에서 형성되고, 도시되지 않은 USB 케이블들을 상기 USB 충전 단자와 상기 시리얼 통신을 위한 USB B-type 단자 부분에 각각 꽂을 수 있게 되어 있다.

상기 PCB는 스마트 그립의 내부에서 MCU(90), 감지장치, 통신장치, 및 배터리를 내장하고 있다. 이와 같은 구성에 의해 구성을 간단히하고 스마트 그립의 컴팩트화를 이룰 수 있다.

상기 MCU(90)는 상기 배터리로부터 전력을 공급받고 상기 감지장치로부터 감지신호를 수신받으며 상기 통신장치를 통해 상기 감지신호를 상기 가상현실 기기로 송신하는 것으로, ARM Cortex-M3 MCU가 사용되는데 이 ARM Cortex-M3 MCU는 32bit 프로세서로 저전력, 저렴한 가격, 실시간 임베디드 시스템에 적합한 microprocessor로써 다양한 분야에서 사용되며, 소형화 및 실시간 처리 부분에서 뛰어난 퍼포먼스를 지닌 칩이며, 또한 High performance 32bit 프로세싱, 100MHz 오버 쿨럭, 인터럽트-핸들링 기능 강화, Low Power Consumption, 디버그 모드 지원 등의 장점을 가지고 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 그립을 도시하는 도면이다.

도 1의 실시예에서는 상기 스마트 그립 외면의 측면 중 일부의 반대편 면(50)은 볼록하게 형성되어 있는데, 도 2의 실시예에서는 스마트 그립 외면의 측면 중 일부의 반대편 면(50)이 전체가 볼록하게 형성되어 있는 것이 아니라 일부분에서만 볼록하게 형성되어 있다. 하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며 다른 실시예에서는 스마트 그립 외면의 측면 중 일부의 반대편 면(50)에 볼록하게 형성되어 있는 부위가 한 곳만이 아니라 여러 곳인 구성도 가능하다.

도 3은 도 2의 실시예에서 돌기부가 형성되어 있지 않은 또 다른 실시예에 따른 스마트 그립을 도시하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 도 2의 실시예에서 돌기부가 형성되어 있지 않은 스마트 그립(100)을 볼 수 있는데, 본 발명은 이에만 한정되는 것은 아니고 다른 실시예에서는 스마트 그립 외면의 측면 중 일부의 반대편 면(50)의 볼록한 부분에만 돌기부(30)가 형성되어 있고 그 외의 다른 부분에는 돌기부(30)가 형성되지 않는 구성을 채용하는 것도 가능하다. 이와 같은 돌기부(30)의 형성에 의해 본 발명의 스마트 그립을 사용자가 손으로 파지할 때에 사용자는 지압 효과를 얻을 수가 있다.

도 4는 도 1 및 도 2에 적용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그립 구조도이고, 도 5는 도 1 내지 4의 실시예에 적용되는 택트 스위치의 사시도이며, 도 6은 블루투스 통신 모듈의 기본 회로도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그립은, 고령자를 대상으로 훈련이 이루어진다는 점을 고려할 때 시중에 상용화된 컨트롤러의 가격 및 크기, 무게 등이 적합하지 않다 판단되어 사용자의 편의를 높이고자 가격 경쟁력을 높히고 소형화하기 위하여, MCU(90)로는 ARM cortex M3를 사용하였으며, 2개의 택트 스위치(40-1, 40-2), 무선 통신을 위한 블루투스 통신 모듈(130) 및 시리얼 통신을 위한 시리얼 통신기(140), 물체의 각속도값을 읽기 위한 것으로서 자이로 센서(81) 및 가속도 센서(82)를 포함하는 IMU 센서(80), 배터리(120)가 사용되고 있다.

도 5를 참조하면, 택트 스위치(40)가 도시되어 있는데 이 택트 스위치(40)는 VR 콘텐츠 내에 사용자가 PC의 마우스 버튼 클릭과 같은 기능을 제공한다.

IMU 센서(80)는 스마트 그립을 움직여 VR 콘텐츠 내에 오브젝트가 같은 모션을 취할 수 있도록 구성되어 있는데, 스마트그립 회전 시 회전 값 구현을 위하여 MPU6050 IMU 센서를 사용하였으며, MPU6050 IMU 센서는 저렴한 가격에 뛰어난 성능으로 드론의 자세 제어와 같은 다양한 분야에 사용되는 센서이다.

MPU6050 IMU 센서는 6축(X, Y, Z축 자이로스코프 기울기 + 3축 가속도) 측정 센서로 활용성이 높고 가격도 저렴한 모듈로써, 예컨대, 주로 드론의 자세 제어에 사용되며 스마트 그립의 기능을 구현하는데 적절하다.

본 발명의 스마트 그립 내부에서 IMU 센서(80)는 MCU(90)로 I2C 통신을 통해 데이터를 전송하도록 구성되어 있다.

도 6을 참조하면, 블루투스 통신 모듈(130)은 HC-06 블루투스 통신 모듈로서 2개의 택트 스위치(40-1, 40-2)의 입력을 포함한 데이터 패킷을 전송하는 역할을 하며, VR 컨텐츠 또는 스마트 폰과 연동이 가능하도록 구성되어 있는데, 상기 HC-06 블루투스 통신 모듈은 유니티 포트 제한 해제로 블루투스 통신 포트 번호가 10번보다 큰 포트로 할당되어도 포트 연결이 가능하도록 구성되어 있고, 아두이노와 블루투스 2.0 모듈인 HC-06을 사용한 무선 통신 프로젝트를 사용하여 통신부를 구성하였으며, 도 7과 같은 기본 회로도를 사용한다.

시리얼 통신기(142)는 FTDI 232 시리얼 통신기로서 FTDI 칩을 통해 USB-to-serial 통신을 하도록 구성되어 있다.

배터리(120)는 3.3V Li-Polymer 배터리로서 500mAh Li-Polymer 배터리를 사용하고 있다.

또한, 상기 모든 실시예들에 있어서, 스마트 그립은, 융기부(20)의 상단을 서로 연결하는 연결부를 더 포함하고, 사용자의 네 손가락이 요홈(10)과 상기 연결부가 이루는 공간을 관통하여 요홈(10) 내에 수용되는 구성의 실시예도 가능하며, 이와 같은 구성에 의해 사용자는 본 발명의 스마트 그립을 더욱 단단하고 견고하며 안정되게 파지할 수 있다.

아울러, 상기 모든 실시예들에 있어서, 사용자의 손가락 및 손바닥을 포함하는 손의 미끄러짐을 방지하기 위해 본 발명의 스마트 그립의 외면의 전체에 또는 일부에 거끌 거끌한 미끄럼 방지부를 형성하는 구성도 가능하며, 이와 같은 미끄럼 방지부와 앞서 설명한 돌기부(30)가 본 발명의 스마트 그립의 외면에 함게 형성되어 있는 구성, 예컨대 스마트 그립 외면의 측면 중 일부의 반대편 면(50)에 볼록하게 형성되어 있는 부위에는 돌기부(30)가 형성되고 그 외의 부분에는 미끄럼 방지부가 형성되어 있는 구성 또는 그 반대의 구성도 가능하다. 이와 같은 구성에 의해 본 발명은 사용자 손의 본 발명 스마트 그립으로부터의 미끄럼을 방지하는 효과와 지압효과 중 적어도 하나를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 스마트 그립에 적용되는 알고리즘에 대해 설명한다.

우선, IMU 센서(80)가 동작하기 전 칼리브레이션을 위해 IMU 센서(80)로부터 64회 센서 값을 읽어들이는 단계가 수행된다. 이와 같이 읽어들일 때에는 평균 데이터를 사용하도록 하였으며, 평균 데이터를 바탕으로 VR 콘텐츠 내에 구현되는 오브젝트(object)의 속도 raw 데이터를 MCU(90)로 전송한다.

다음으로, IMU 센서(80)로부터 읽어들인 센서 값이 64회인지를 확인하고 64회 미만이면 다시 IMU 센서(80)로부터 센서 값을 읽어들이는 단계로 되돌아가고, IMU 센서(80)로부터 읽어 들인 센서 값이 64회인 경우에는 이에 의거하여 오브젝트의 가속도 값을 계산한다.

그 후 상기 가속도 값에 의거하여 오브젝트의 속도 값을 계산한다.

이어서, 상기 속도 값에 의거하여 오브젝트의 위치 값을 계산한다.

이와 같은 오브젝트의 위치 값 계산에 의해 오브젝트의 동작이 제어되게 된다.

이때 본 발명의 스마트 그립에 적용되는 알고리즘은 Quartenion 알고리즘으로서 이러한 Quartenion 알고리즘을 응용하여 각속도를 MCU로 전송하며, 입력된 데이터는 규정된 통신프로토콜에 따라 블루투스 통신을 통해 전송되도록 구성된다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용, 변형 및 개작을 행하는 것이 가능할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10 : 요홈
20 : 융기부
30 : 돌기부
40, 40-1, 40-2 : 택트 스위치
50 : 반대편 면
60 : USB 충전 단자
70 : USB B-type 단자
80 : IMU 센서
90 : MCU
100 : 스마트 그립
110 : 배터리 충전기
120 : 배터리
130 : 블루투스 통신 모듈
140 : 시리얼 통신기
150 : 전원 스위치
151 : 전원 LED

Claims

사용자가 손으로 파지하는 측면, 상면, 및 하면으로 구성되는 외면과 내부의 공간을 포함하고, 가상현실 기기와 연동하여 모션을 입력하는 스마트 그립에 있어서,
상기 외면의 상기 측면 중 일부에서 형성되어 사용자의 네 손가락을 수용하는 복수의 요홈(10) 및 상기 복수의 요홈(10)들 사이에서 위로 융기한 복수의 융기부(20);
상기 외면의 상단면에 설치된 전원 스위치(150)와 상기 전원 스위치(150) 내부의 전원 LED(151);
상기 측면 중 일부에서 검지 손가락과 중지 손가락이 수용되는 요홈 부위에 각각 설치된 택트 스위치(40-1; 40-2);
상기 택트 스위치(40-1; 40-2) 형성면의 반대편 면에서 형성된 배터리 충전을 위해 형성된 USB 충전 단자(60)와 시리얼 통신을 위한 USB B-type 단자(70); 및
상기 내부에서 MCU(90), 감지장치, 통신장치, 및 배터리를 내장한 PCB를 포함하고,
상기 MCU(90)는 상기 배터리로부터 전력을 공급받고 상기 감지장치로부터 감지신호를 수신받으며 상기 통신장치를 통해 상기 감지신호를 상기 가상현실 기기로 송신하는 것을 특징으로 하는 스마트 그립.
제1항에 있어서,
상기 외면의 측면 중 일부의 반대편 면(50)이 볼록한 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그립.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외면의 측면의 전부 또는 상기 일부의 나머지 면(50)에 형성된 지압용 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그립.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 감지장치는 자이로 센서(81) 및 가속도 센서(82)를 포함하고, 상기 통신장치는 블루투스(130)이며, 상기 배터리(120)는 배터리 충전기(110)에 장착되는 것을 특징으로 하는 스마트 그립.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 융기부(20)의 상단을 서로 연결하는 연결부를 더 포함하고,
상기 사용자의 네 손가락이 상기 복수의 요홈(10)과 상기 연결부가 이루는 공간을 관통하여 상기 복수의 요홈(10) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 스마트 그립.