KR20190043658A - Hand wearable device and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 손 착용형 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 손에 착용하여, 손과 손가락의 움직임을 측정하고, 가상의 물체를 손으로 만질 때 느껴지는 역감을 손가락에 효과적으로 전달할 수 있는 손 착용형 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hand-held device and a control method thereof, and more particularly, to a hand-held device and a control method thereof, To a hand-held device and a control method thereof.
최근에는 손에 착용하여, 가상 현실에서 가상의 물체에서 발생하는 힘을 손가락에 전달하여 가상 물체와 상호작용하기 위한 손 착용형 장치에 대한 관심이 대두되고 있다.In recent years, there has been a growing interest in a hand-held device for interacting with a virtual object by transmitting the force generated from a virtual object to a finger in a virtual reality by being worn on the hand.
따라서, 손의 움직임에 대한 분석이 선행되어야 하며, 착용이 간편하면서도 손의 움직임을 보다 정확하게 측정할 수 있는 연구가 수행되어야 한다.Therefore, the analysis of the movement of the hand should precede the analysis, and the research that can measure the movement of the hand more accurately while being easy to wear should be performed.
한편, 역감 전달 시스템이란 가상 현실에서 가상의 물체에서 발생하는 힘을 손가락에 전달하여 가상 물체와 상호작용하기 위한 시스템이다. 역감 전달 시스템에서는 손의 자연스러운 움직임이 가능하면서도 가상의 물체에서 발생하는 힘을 사용자의 손에 정확하게 전달할 수 있어야 한다. On the other hand, the backward transmission system is a system for interacting with a virtual object by transmitting the force generated from a virtual object to a finger in a virtual reality. In the backlash transmission system, it is necessary to be able to accurately convey the force generated by a virtual object to the user's hand while enabling natural movement of the hand.
본 발명의 목적은, 손에 착용하고 손의 움직임이 자유로우면서 손의 움직임을 보다 정확하게 측정할 수 있는 손 움직임 측정 시스템을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a hand movement measuring system which can measure the movement of a hand more accurately while being worn on the hand and free to move the hand.
또한, 본 발명의 목적은, 손의 움직임이 자유로우면서 손가락에 보다 정확한 힘을 전달할 수 있는 손 착용형 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.It is also an object of the present invention to provide a hand-held device and a control method thereof that are capable of transmitting a more accurate force to a finger while permitting free movement of the hand.
본 발명은 손등 착용부, 상기 손등 착용부에 회전가능하게 연결되는 근위 링크, 상기 근위 링크에 대해 적어도 2 이상의 자유도를 갖도록 제1 연결 부재에 의해 상기 근위 링크에 결합된 원위 링크, 상기 원위 링크에 대해 적어도 2 이상의 자유도를 갖도록 제2 연결 부재에 의해 상기 원위 링크에 결합되고, 손가락의 단부에 착용되는 손가락 착용부 및 상기 손가락 원위부의 위치를 추정하는 제어부를 포함하는 손 착용형 장치를 개시한다.A distal link coupled to the proximal link by a first connecting member to have at least two degrees of freedom with respect to the proximal link, a proximal link coupled to the distal link, And a control unit coupled to the distal link by a second linking member to have at least two degrees of freedom with respect to the distal end of the finger and adapted to estimate a position of the distal portion of the finger and a finger wearer worn at an end of the finger.
본 발명에 따른 손 착용형 장치 및 그 제어 방법은, 5 내지 6자유도를 갖도록 구성됨으로써, 손을 쥐고 펴는 동작, 손가락의 내전, 외전 등과 같은 움직임이 자유롭고, 손가락의 움직임을 방해하지 않으면서 손가락의 단부로 원하는 힘을 전달할 수 있다. The hand-held device and the control method thereof according to the present invention are configured to have 5 to 6 degrees of freedom, so that movement such as hand-stretching, fingering, abduction, abduction, and the like are free, The desired force can be transmitted to the end.
또한, 본 발명에 따른 손 착용형 장치 및 그 제어 방법은, 손가락의 단부 위치와 손가락의 관절 각도를 추정하여, 손가락의 움직임을 측정하고 그에 따라 보다 정확한 역감을 전달할 수 있다.In addition, the hand-held device and the control method thereof according to the present invention can estimate the position of the end of the finger and the joint angle of the finger, measure the movement of the finger, and transmit a more accurate back-feel.
또한, 본 발명 에 따른 손 착용형 장치 및 그 제어 방법은, 손가락의 단부의 위치뿐만 아니라 손 자체의 3차원 위치, 3차원 회전각도를 모두 측정할 수 있으므로, 보다 정확하게 손의 움직임을 확인할 수 있다.Further, the hand-held device and the control method thereof according to the present invention can measure not only the position of the end portion of the finger but also the three-dimensional position and the three-dimensional rotation angle of the hand itself, .
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 손 착용형 장치가 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1의 손 착용형 장치의 측면도이다.
도 3은 도 1에서 A부분을 확대 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 근위 링크와 원위 링크의 결합 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 도 1에서 B부분을 확대 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에서 원위 링크와 손가락 착용부의 결합 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 도 1의 손 착용형 장치의 손가락 착용부의 개폐부재를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 변형예에 따른 손 착용형 장치가 도시된 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 변형예에 따른 손 착용형 장치가 도시된 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 손 착용형 장치의 블록도이다.
도 11은 도 10의 손 착용형 장치의 프로세서의 상세 블록도이다.
도 12는 도 1의 손 착용형 장치에서 손가락의 원위부 위치를 구하기 위한 변수를 나타낸 도면이다.
도 13은 도 1의 손 착용형 장치에서 손가락의 내외전 각도를 구하기 위한 모델을 나타낸 도면이다.
도 14는 도 1의 손 착용형 장치에서 손가락 관절 각도를 구하기 위한 기구학 모델을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따른 손 착용형 장치의 제어 방법의 흐름도이다.
도 16은 도 15의 손 착용형 장치의 제어 방법의 개념도이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 손 착용형 장치가 도시된 사시도이다.
도 18은 도 17의 손 착용형 장치의 내부가 도시된 사시도이다.
도 19는 도 17의 손 착용형 장치의 측면도이다.
도 20은 도 17에서 A부분을 확대 도시한 도면이다.
도 21은 도 17에서 B부분을 확대 도시한 도면이다.
도 22는 도 17에서 C부분을 확대 도시한 도면이다.
도 23은 도 17의 손 착용형 장치의 손가락 홀더 개폐부재를 나타낸 도면이다.
도 24는 도 17의 손가락 홀더 개폐부재의 분해 사시도이다.
도 25는 도 17의 손가락 홀더 개폐부재의 최대 열림 상태와 최대 닫힘 상태를 나타낸 도면이다.
도 26은 도 17의 손 착용형 장치의 손바닥 착용부와 손목 착용부가 열린 상태를 나타낸 도면이다.
도 27은 도 26의 손바닥 착용부와 손목 착용부가 닫힌 상태를 나타낸 도면이다.
도 28은 도 17의 손 착용형 장치의 손바닥 착용부 개폐부재와 손목 착용부 개폐부재가 도시된 도면이다.
도 29 및 도 30은 도 17의 손 착용형 장치에서 검지 손가락의 원위부 위치를 구하기 위한 변수를 나타낸 도면이다.
도 31 및 도 32는 도 17의 손 착용형 장치에서 엄지 손가락의 원위부 위치를 구하기 위한 변수를 나타낸 도면이다.
도 33 및 34는 도 17의 손 착용형 장치에서 손가락 관절 각도를 구하기 위한 기구학 모델을 나타낸 도면이다.1 is a perspective view illustrating a hand-held device according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a side view of the hand held device of Figure 1;
3 is an enlarged view of a portion A in Fig.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a combined structure of a proximal link and a distal link in FIG. 3; FIG.
5 is an enlarged view of a portion B in Fig.
Fig. 6 is an exploded perspective view showing a coupling structure between the distal link and the finger wearer in Fig. 5;
7 is a view showing an opening and closing member of a finger wearing portion of the hand wearing device of FIG.
Figure 8 is a view of a hand-held device in accordance with one variation of the present invention.
Figure 9 is a view of a hand-held device according to another variant of the present invention.
10 is a block diagram of a hand-held device according to a first embodiment of the present invention.
Figure 11 is a detailed block diagram of the processor of the hand held device of Figure 10;
FIG. 12 is a diagram showing the parameters for obtaining the distal position of the finger in the hand-held device of FIG. 1;
FIG. 13 is a diagram showing a model for obtaining the inner and outer angles of a finger in the hand-held device of FIG. 1;
Fig. 14 is a diagram showing a kinematic model for obtaining the finger joint angle in the hand-held device of Fig. 1;
15 is a flowchart of a method of controlling a hand-held device according to the first embodiment of the present invention.
16 is a conceptual diagram of a control method of the hand-held device of Fig.
17 is a perspective view showing a hand-held device according to a second embodiment of the present invention.
Fig. 18 is a perspective view showing the inside of the hand-held device of Fig. 17; Fig.
Figure 19 is a side view of the hand held device of Figure 17;
20 is an enlarged view of a portion A in Fig.
FIG. 21 is an enlarged view of a portion B in FIG.
22 is an enlarged view of a portion C in Fig.
Fig. 23 is a view showing a finger holder opening / closing member of the hand-held device of Fig. 17;
Fig. 24 is an exploded perspective view of the finger holder opening and closing member of Fig. 17;
Fig. 25 is a view showing the maximum opening state and the maximum closing state of the finger holder opening and closing member of Fig. 17;
Fig. 26 is a view showing a state in which the palm wearing part and the wrist part of the hand-held device shown in Fig. 17 are opened.
FIG. 27 is a view showing a closed state of the palm wearing part and the wrist wearing part of FIG. 26;
Fig. 28 is a view showing a palm wearing part opening and closing member and a wrist part opening and closing member of the hand wearing device of Fig. 17;
Figs. 29 and 30 are diagrams showing variables for obtaining the distal position of the index finger in the hand-held device of Fig. 17; Fig.
Figs. 31 and 32 are diagrams illustrating parameters for determining the distal position of the thumb in the hand-held device of Fig. 17;
33 and 34 are diagrams showing a kinematic model for determining the finger joint angle in the hand-held device of FIG. 17;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<< 제1 실시예 >>≪
<손 착용형 장치><Hand-held device>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 손 착용형 장치가 도시된 도면이다. 도 2는 도 1의 손 착용형 장치의 측면도이다. 1 is a view illustrating a hand-held device according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a side view of the hand held device of Figure 1;
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 손 착용형 장치(100)는 일종의 손 움직임 측정 장치 겸 역감 전달 장치로 작동하며, 사용자의 손의 움직임을 측정하고, 이에 기초하여 가상의 물체에서 발생하는 힘을 사용자의 손가락의 원위부에 전달하여 가상 물체와 상호작용하기 위한 장치이다. 또한, 상기 손 착용형 장치(100)는 재활 의료 분야에서도 사용 가능하다. 여기서, 사용자는 사람뿐만 아니라 로봇도 가능하다. 이하, 본 실시예에서는 이와 같은 손 착용형 장치(100)를 사람의 손에 착용한 것으로 예를 들어 설명하나, 로봇의 손에도 물론 착용 가능하다. Referring to FIGS. 1 and 2, a hand-held
도 1에 도시된 손 착용형 장치(100)는, 엄지 손가락, 검지 손가락, 중지 손가락 등 3개의 손가락에 역감을 전달하는 것으로 예를 들어 설명한다. The hand-held
본 발명의 일 실시예에 따른 손 착용형 장치(100)는, 손등 착용부(110), 구동부(120), 근위 링크(130), 원위 링크(140), 손가락 착용부(150), 제1 연결 부재(160), 제2 연결 부재(170), 측정부(도 10의 260 참조) 및 프로세서(도 10의 220 참조)를 포함할 수 있다. 여기서 측정부(도 10의 260 참조)는 구동부 센서(미도시) 및 제1, 2, 3홀센서(미도시)를 포함할 수 있다. The hand-held
상기 손등 착용부(110)는, 사용자의 손등에 착용하도록 형성된다. 상기 손등 착용부(110)는, 상기 손등의 적어도 일부를 감싸도록 형성된다. 상기 손등 착용부(110)는, 상기 손등 외에 손목 등에도 착용가능하다. 손등 착용부(110)는 구동부 홀더(111)를 구비할 수 있다. The
상기 구동부(120)는, 상기 손등 착용부(110) 상에 설치된다. 상기 구동부(120)는 상기 손등 착용부(110)에 구비된 구동부 홀더(111)에 착탈가능하도록 결합될 수 있다. The
여기서 상기 구동부(120)는 회전형 모터를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이 외에도 근위 링크(130)에 소정의 구동력을 제공할 수 있는 다양한 부재들이 구동부(120)로써 사용 가능할 것이다. 또한, 도면에는 구동부(120)가 하나 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 구동부(120)의 개수는 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다. Here, the
또는 상기 구동부(120)는 근위 링크(130)뿐 아니라 손가락 착용부(150) 등에 소정의 구동력을 제공하여, 사용자에게 소정의 역감을 제공할 수 있는 다양한 부재를 포함할 수 있다. 이를 위해 상기 구동부(120)는 소형의 진동 모터를 사용할 수도 있다. 상기 진동 모터는, 진동의 세기를 복수의 단계로 조절 가능한 모터일 수 있다. 상기 진동 모터는 프로세서(도 10의 220 참조)와 전선에 의해 연결되어, 상기 프로세서(도 10의 220 참조)에 의해 작동 및 진동 발생 정도가 제어될 수 있다. Alternatively, the driving
또는, 근위 링크(130)와 결합된 구동부(120)와는 별도로, 손가락의 원위부에 소정의 역감을 전달하는 구동부(예를 들어 진동 모터)가 추가로 구비될 수도 있다. 또는 근위 링크(130) 측에는 구동부(120)가 형성되지 아니하고, 손가락의 원위부에만 구동부(예를 들어 진동 모터)가 형성될 수도 있을 것이다. Alternatively, apart from the driving
상기 구동부(120)는, 상기 손가락의 길이방향(x)으로부터 미리 설정된 설정 각도로 기울어진 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 여기서, 상기 설정 각도는 약 45도인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 구동부(120)는 상기 손가락의 길이방향(x)으로부터 45도 기울어지게 배치됨으로써, 복수의 구동부들(120)을 장착시 상기 손등 착용부(110) 위에서 차지하는 면적이 최소화될 수 있으므로, 상기 손 착용형 장치(100)의 소형화에 기여할 수 있다. 다만, 구동부(120)의 형성 각도는 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다. The driving
근위 링크(130), 이와 연결된 제1 연결 부재(160), 이와 연결된 원위 링크(140), 이와 연결된 제2 연결 부재(170) 및 이와 연결된 손가락 착용부(150)는 각각 복수 개 형성되어, 각 손가락마다, 또는 손가락 중 적어도 일부마다 구비될 수 있다. 이하 각 구성요소에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. A plurality of
상기 근위 링크(130)는, 구동 링크로써의 역할을 수행할 수 있으며, 상기 구동부(120)에 회전가능하게 결합되고, 상기 구동부(120)의 회전력에 의해 회전할 수 있다. 상기 근위 링크(130)와 상기 구동부(120)는 구동 조인트(active joint)로 결합될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 구동부(120)가 상기 손가락의 길이방향(x)으로부터 45도 기울어지게 배치되기 때문에, 상기 구동부(120)의 회전축과 상기 근위 링크(130)의 제6 회전축(186)이 베벨 기어(122)에 의해 결합되는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 근위 링크(130)와 상기 구동부(120)는 하나의 회전축으로 결합되는 것도 가능하다. 상기 근위 링크(130)는, 도 2를 참조하면, 제1 근위 링크부(131)와 제2 근위 링크부(132)를 포함하며, 여기서 제1 근위 링크부(131)와 제2 근위 링크부(132)는 일체로 형성될 수도 있으며, 또는 별도의 부재로 형성되어 결합될 수도 있다. The
상기 제1 근위 링크부(131)는, 일 단부가 상기 구동부(120)에 결합되며, 상기 손등 착용부(110)로부터 상방향으로 길게 연장되어 형성될 수 있다. 상세히, 상기 제1 근위 링크부(131)의 일 단부는 상기 제6 회전축(186)에 의해 상기 구동부(120)에 결합될 수 있다. 상기 제1 근위 링크부(131)의 제6 회전축(186)과 상기 구동부(120)의 회전축은 상기 베벨 기어(122)에 의해 결합될 수 있다. 상기 제1 근위 링크부(131)는 상기 구동부(120)의 회전력에 의해 회전될 수 있다. One end of the first
상기 제2 근위 링크부(132)는, 상기 제1 근위 링크부(131)의 타 단부로부터 연장 형성된다. 상기 제2 근위 링크부(132)는, 상기 제1 근위 링크부(131)로부터 미리 설정된 제1 설정각도(α)로 기울어지고, 상향 경사지게 형성된다. 상기 제2 근위 링크부(131)의 단부는 상기 제1 연결 부재(160)에 결합될 수 있다. 상기 제1 설정각도(α)는, 상기 제1 근위 링크부(131)와 상기 제2 근위 링크부(132)의 길이나 손가락의 길이에 따라 다르게 설정될 수 있다. The second
상기 원위 링크(140)는, 피동 링크로써의 역할을 수행할 수 있으며, 상기 근위 링크(130)에서 전달되는 회전력에 의해 움직이거나 손가락의 움직임에 따라 움직인다. The
상기 원위 링크(140)는, 도 2를 참조하면, 제1 원위 링크부(141)와 제2 원위 링크부(142)가 일체로 형성될 수도 있으며, 또는 별도의 부재로 형성되어 결합될 수도 있다. Referring to FIG. 2, the
상기 제1 원위 링크부(141)는, 상기 제2 연결 부재(170)에 결합되고 상기 제2 연결 부재(170)로부터 상방향으로 길게 형성된다. 상기 제1 원위 링크부(141)와 상기 제2 연결 부재(170)는 피동 조인트(passive joint)로 결합될 수 있다.The first
상기 제2 원위 링크부(142)는, 상기 제1 원위 링크부(141)로부터 연장 형성된다. 상기 제2 원위 링크부(142)는, 상기 제1 원위 링크부(141)로부터 미리 설정된 제2 설정각도(β)로 기울어지고, 상향 경사지게 형성될 수 있다. 상기 제2 원위 링크부(142)의 단부는 상기 제1 연결 부재(160)에 결합될 수 있다. 이때 상기 제2 원위 링크부(142)와 상기 제1 연결 부재(160)는 피동 조인트로 결합될 수 있다. 상기 제2 설정각도(β)는, 상기 제1 원위 링크부(141)와 상기 제2 원위 링크부(142)의 길이나 손가락의 길이에 따라 다르게 설정될 수 있다. The second
도 2b를 참조하면, 상기 제1 근위 링크부(131)와 상기 제2 근위 링크부(132)가 상기 제1 설정 각도(α)를 이루도록 형성되고, 상기 제1 원위 링크부(141)와 상기 제2 원위 링크부(142)가 상기 제2 설정 각도(β)를 이루도록 형성됨으로써, 상기 손가락을 구부리는 동작시 상기 근위 링크(130)와 상기 원위 링크(140)가 상기 손가락에 닿지 않을 수 있다. 참고로 도 2b에서, MCP는 중수지절관절(MCP, Metacarpophalangeal joint), PIP는 근위지절간관절(PIP, Proximal interphalangeal joint), DIP는 원위지절간관절(DIP, distal interphalangeal joint)을 나타낸다. Referring to FIG. 2B, the first
한편, 도 2c는 도 2b와 비교하기 위한 도면이며, 도 2c를 참조하면, 상기 근위 링크(130)와 상기 원위 링크(140)가 각각 직선 형태로 형성될 경우, 상기 손가락을 구부리는 동작시 상기 근위 링크(130)와 상기 원위 링크(140)가 상기 손가락에 닿게 되므로, 손가락의 움직임에 제약이 따르게 된다. Referring to FIG. 2C, when the
상기 손가락 착용부(150)는, 손가락 홀더(151), 개폐 부재(152) 및 탄성부재(153)를 포함한다.The
상기 손가락 홀더(151)는, 상기 손가락의 단부에 끼워지도록 링 형상으로 형성되고, 일측이 개구된 개구부(151a)가 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 손가락 홀더(151)는 상기 손가락의 단부를 끼울 수 있는 형상이라면 어느 것이나 가능하다. The
상기 개폐 부재(152)는, 도 7을 참조하면, 상기 손가락 홀더(151)의 일단에 형성된 돌기부(152a)와, 상기 돌기부(152a)에 착탈가능토록 결합되는 후크부(152b)를 포함할 수 있다.7, the opening / closing
상기 탄성부재(153)는, 상기 손가락 홀더(151)의 내주면에 구비되어 착용감을 향상시킨다. 상기 탄성부재(153)는 실리콘이 사용되는 것으로 예를 들어 설명한다.The
도 3은 도 1에서 A부분을 확대 도시한 도면이다. 도 4는 도 3에서 근위 링크와 원위 링크의 결합 구조를 나타낸 분해 사시도이다. 3 is an enlarged view of a portion A in Fig. FIG. 4 is an exploded perspective view showing a combined structure of a proximal link and a distal link in FIG. 3; FIG.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제1 연결 부재(160)는, 일단은 상기 근위 링크(130)에 결합되고, 타단은 상기 원위 링크(140)에 결합된다. 즉, 상기 제1 연결 부재(160)는, 상기 근위 링크(130)와 상기 원위 링크(140)사이에 구비되어, 상기 원위 링크(140)가 상기 근위 링크(130)에 대하여 2자유도를 갖도록 형성될 수 있다.3 and 4, the
상기 제1 연결 부재(160)의 일단(161)은, 상기 근위 링크(130)에 결합되고 상기 구동부(120)의 회전력에 의해 상기 손가락의 움직임 방향으로 배치된 제1 회전축(181)을 중심으로 회전가능하도록 결합될 수 있다. 여기서, 상기 손가락의 움직임 방향은 손가락의 내외전 방향(y)으로 길게 배치된 것으로 설명한다. 상기 제1 연결 부재(160)의 일단(161)은 상기 제1 회전축(181)에 의해 상기 근위 링크(130)와 결합되도록 원통형의 부시 형상으로 형성될 수 있다. One
상기 제1 연결 부재(160)의 타단(162)은, 상기 원위 링크(140)에 결합되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 제2 회전축(182)을 중심으로 회전가능하도록 구비될 수 있다. 상기 제2 회전축(182)은 상기 손등에 수직한 방향(z)에서 소정각도 범위로 기울어진 방향으로 배치되나, 상기 소정각도는 매우 작다고 가정하여 상기 제2 회전축(182)은 상기 손등에 수직한 방향(z)으로 길게 배치된 것으로 설명한다. The
도 5는 도 1에서 B부분을 확대 도시한 도면이다. 도 6은 도 5에서 원위 링크와 손가락 착용부의 결합 구조를 나타낸 분해 사시도이다. 5 is an enlarged view of a portion B in Fig. Fig. 6 is an exploded perspective view showing a coupling structure between the distal link and the finger wearer in Fig. 5;
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제2 연결 부재(170)는, 제1 회전부(171), 제2 회전부(172) 및 제3 회전부(173)를 포함함으로써, 3자유도를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제1 회전부(171), 상기 제2 회전부(172) 및 상기 제3 회전부(173)는 일체로 형성되는 것도 가능하고, 별도로 제작된 후 고정 결합되는 것도 가능하다. 5 and 6, the
상기 제1 회전부(171)는, 상기 손가락 착용부(150)에 결합된다. 즉, 상기 제1 회전부(171)는 원통형상으로 형성되고, 상기 손가락 착용부(150)에서 상향 돌출된 한 쌍의 브래킷(154)사이에서 제3 회전축(183)에 의해 결합된다. 상기 제3 회전축(183)은 상기 손가락의 내외전 방향(y)으로 길게 배치된다. 따라서 상기 제1 회전부(171)는, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 제3 회전축(183)을 중심으로 회전할 수 있다. The
상기 제2 회전부(172)는, 상기 제1 회전부(171)에서 상향 돌출 형성된다. 상기 제2 회전부(172)는, 상기 제3 회전부(173)와 제4 회전축(184)으로 결합된다. 상기 제4 회전축(184)은, 상기 손가락의 길이 방향(x)에서 소정각도 범위로 기울어진 방향으로 배치되나, 상기 소정각도는 매우 작다고 가정하여, 상기 제4 회전축(184)은 상기 손가락의 길이방향(x)으로 길게 배치된 것으로 설명한다. 따라서 상기 제2 회전부(172)는, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 제4 회전축(184)을 중심으로 회전할 수 있다.The
상기 제3 회전부(173)는, 상기 제2 회전부(172)와 상기 원위 링크(140)를 결합시킨다. 상기 제3 회전부(173)의 일단은 상기 제2 회전부(172)에 상기 제4 회전축(184)으로 결합되고, 타단은 상기 원위 링크(140)에 제5 회전축(185)으로 결합된다. 상기 제5 회전축(185)은, 상기 원위 링크(140)의 길이방향으로 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 원위 링크(140)의 길이방향이 상기 손등에 수직한 방향(z)인 것으로 설명하므로, 상기 제5 회전축(185)은 상기 손등에 수직한 방향(z)인 것으로 설명한다. The third
상기 구동부 센서(미도시)는, 상기 구동부(120)의 회전각도를 측정하는 모터 엔코더일 수 있다. 상기 구동부(120)의 회전각도는 상기 구동부(120)의 회전력에 의해 상기 제1 근위 링크부(131)의 회전각도(θ1)와 동일하다고 가정할 수 있다. 상기 구동부(120)의 회전각도와 상기 제1 근위 링크부(131)가 회전하는 각도(θ1)의 차이가 클 경우, 상기 구동부(120)의 회전각도로부터 상기 제1 근위 링크부(131)의 회전각도(θ1)를 구하는 것도 가능하다. The driving unit sensor (not shown) may be a motor encoder for measuring a rotation angle of the
상기 제1 홀센서(미도시)는, 상기 제1 연결 부재(160)의 일단에 구비되어, 상기 제2 근위 링크부(132)의 회전각도(θ2)를 측정할 수 있다. The first Hall sensor (not shown) may be provided at one end of the
상기 제2 홀센서(미도시)는, 상기 제1 연결 부재(160)의 타단에 구비되어, 상기 제2 원위 링크부(142)의 회전각도(θ3)를 측정할 수 있다. The second hole sensor (not shown) may be provided at the other end of the
상기 제3 홀센서(미도시)는, 상기 제2 연결 부재(170)의 일단에 구비되어, 상기 제2 연결 부재(170)의 제1 회전부(171)의 회전각도(θ4)를 측정할 수 있다. The third Hall sensor (not shown) is provided at one end of the
또한, 손가락 움직임의 정확한 측정을 위해 손가락의 관절 각도를 측정하기 위한 센서들이 구비될 수 있으며, 이 센서들은 상기 제1 연결 부재(160)나 상기 제2 연결 부재(170)의 일단이나 타단에 구비될 수 있다.Sensors for measuring the joint angles of the fingers may be provided at one end or the other end of the
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 손 착용형 장치(100)의 작동을 살펴보면 다음과 같다.The operation of the hand-held
상기 프로세서(도 10의 220 참조)의 제어에 따라 상기 구동부(120)의 회전력이 결정되면, 상기 구동부(120)의 회전력이 상기 근위 링크(130)와 상기 원위 링크(140)를 통해 상기 손가락으로 전달된다.When the rotational force of the
이 때, 상기 프로세서(도 10의 220 참조)는, 상기 손가락의 단부의 위치와 상기 손가락의 관절 각도를 추정하고, 그에 따라 상기 구동부(120)의 회전력을 조절한다. 상기 구동부(120)의 회전력을 조절하여 상기 손가락의 단부에 가해지는 힘이 조절된다. At this time, the processor (see 220 in FIG. 10) estimates the position of the end of the finger and the joint angle of the finger, and adjusts the rotational force of the
<손 착용형 장치의 일 변형예><One Variation of Hand-Worn Device>
도 8은 본 발명의 일 변형예에 따른 손 착용형 장치가 도시된 도면이다.Figure 8 is a view of a hand-held device in accordance with one variation of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 변형예에 따른 손 착용형 장치(100')는, 구동부(120'), 근위 링크(130), 원위 링크(140), 손가락 착용부(150'), 제1 연결 부재(160), 제2 연결 부재(170)를 포함하는 구성은 상기 일 실시예와 동일하나, 상기 구동부(120')가 손가락의 길이방향에 수직한 방향으로 배치된 것과 상기 손가락 착용부(150')의 형상이 상기 일 실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작동은 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. 도 8은 검지 손가락에만 구동부가 장착된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 엄지, 검지, 중지 등 다른 복수의 손가락들에 구동부가 부착되는 것도 물론 가능하다.Referring to FIG. 8, a hand-held device 100 'according to an embodiment of the present invention includes a driving unit 120', a
<손 착용형 장치의 일 변형예><One Variation of Hand-Worn Device>
도 9는 본 발명의 다른 일 변형예에 따른 손 착용형 장치가 도시된 도면이다.Figure 9 is a view of a hand-held device according to another variant of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 일 변형예에 따른 손 착용형 장치(100'')는, 구동부(120''), 근위 링크(130), 원위 링크(140), 손가락 착용부(150), 제1 연결 부재(160), 제2 연결 부재(170)를 포함하는 구성은 상기 일 실시예와 동일하나, 상기 구동부(120'')가 손가락의 길이방향으로 배치된 것이 상기 일 실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작동은 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. 9, a hand-held
<손 착용형 장치의 제어 방법>≪ Control method of hand-held device >
이하에서는, 이와 같은 손 착용형 장치의 제어 방법에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of controlling such a hand-held device will be described in more detail.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 손 착용형 장치의 블록도이다. 10 is a block diagram of a hand held device in accordance with an embodiment of the present invention.
손 착용형 장치(100)와 서버(300)는 메모리(210, 310), 프로세서(220, 320), 통신 모듈(230, 330) 그리고 입출력 인터페이스(240, 340)를 포함할 수 있다. 또한, 손 착용형 장치(100)는 입출력 장치(250), 측정부(260), 구동부(270)를 더 포함할 수 있다. The
손 착용형 장치(100)와 서버(300)는 무선 또는 유선 통신 방식을 이용하여 네트워크(400)를 통해 서로 통신할 수 있다. 통신 방식은 제한되지 않으며, 네트워크(400)가 포함할 수 있는 통신망(일례로, 이동통신망, 유선 인터넷, 무선 인터넷, 방송망)을 활용하는 통신 방식뿐만 아니라 기기들간의 근거리 무선 통신 역시 포함될 수 있다. 예를 들어, 네트워크(400)는, PAN(personal area network), LAN(local area network), CAN(campus area network), MAN(metropolitan area network), WAN(wide area network), BBN(broadband network), 인터넷 등의 네트워크 중 하나 이상의 임의의 네트워크를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크(400)는 버스 네트워크, 스타 네트워크, 링 네트워크, 메쉬 네트워크, 스타-버스 네트워크, 트리 또는 계층적(hierarchical) 네트워크 등을 포함하는 네트워크 토폴로지 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The
메모리(210, 310)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(210, 310)에는 운영체제와 적어도 하나의 프로그램 코드(일례로 손 착용형 장치(100)에 설치되어 구동되는 브라우저나 어플리케이션 등을 위한 코드)가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 드라이브 메커니즘(drive mechanism)을 이용하여 메모리(210, 310)와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로부터 로딩될 수 있다. 이러한 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체는 플로피 드라이브, 디스크, 테이프, DVD/CD-ROM 드라이브, 메모리 카드 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 소프트웨어 구성요소들은 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체가 아닌 통신 모듈(230, 330)을 통해 메모리(210, 310)에 로딩될 수도 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 프로그램은 개발자들 또는 어플리케이션의 설치 파일을 배포하는 파일 배포 시스템(일례로 상술한 서버(300))이 네트워크(400)를 통해 제공하는 파일들에 의해 설치되는 프로그램(일례로 상술한 어플리케이션)에 기반하여 메모리(210, 310)에 로딩될 수 있다.The
프로세서(220, 320)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(210, 310) 또는 통신 모듈(230, 330)에 의해 프로세서(220, 320)로 제공될 수 있다. 예를 들어 프로세서(220, 320)는 메모리(210, 310)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 수신되는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다.
통신 모듈(230, 330)은 네트워크(400)를 통해 손 착용형 장치(100)와 서버(300)가 서로 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있으며, 다른 손 착용형 장치(100) 또는 다른 서버(일례로 서버(300))와 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 일례로, 손 착용형 장치(100)의 프로세서(220)가 메모리(210)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 생성한 요청이 통신 모듈(230)의 제어에 따라 네트워크(400)를 통해 서버(300)로 전달될 수 있다. 역으로, 서버(300)의 프로세서(320)의 제어에 따라 제공되는 제어 신호나 명령, 컨텐츠, 파일 등이 통신 모듈(330)과 네트워크(400)를 거쳐 손 착용형 장치(100)의 통신 모듈(230)을 통해 손 착용형 장치(100)로 수신될 수 있다. 예를 들어 통신 모듈(230)을 통해 수신된 서버(300)의 제어 신호나 명령 등은 프로세서(220)나 메모리(210)로 전달될 수 있고, 컨텐츠나 파일 등은 손 착용형 장치(100)이 더 포함할 수 있는 저장 매체로 저장될 수 있다.The
입출력 인터페이스(240, 340)는 입출력 장치(250)와의 인터페이스를 위한 수단일 수 있다. 예를 들어, 입력 장치는 키보드 또는 마우스 등의 장치를, 그리고 출력 장치는 어플리케이션의 통신 세션을 표시하기 위한 디스플레이와 같은 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로 입출력 인터페이스(240)는 터치스크린과 같이 입력과 출력을 위한 기능이 하나로 통합된 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수도 있다. 보다 구체적인 예로, 손 착용형 장치(100)의 프로세서(220)는 메모리(210)에 로딩된 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리함에 있어서 서버(300)가 제공하는 데이터를 이용하여 구성되는 서비스 화면이나 컨텐츠가 입출력 인터페이스(240)를 통해 디스플레이에 표시될 수 있다.The input /
측정부(260)는 상술한 구동부 센서(미도시), 제1, 2, 3홀센서(미도시)를 포함할 수 있다. 이외에도 또한, 손가락 움직임의 정확한 측정을 위해 손가락의 관절 각도를 측정하기 위한 센서들이 구비될 수 있다.The measuring
구동부(270)는 도 1의 구동부(120)와 실질적으로 동일한 구성요소일 수 있다. 여기서 상기 구동부(270)는 근위 링크(130) 내지 손가락 착용부(150) 등에 소정의 구동력을 제공하여, 사용자에게 소정의 역감을 제공할 수 있는 다양한 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 회전형 모터 또는 진동 모터 등의 다양한 부재가 구동부(270)로써 사용될 수 있다. The driving
또한, 다른 실시예들에서 손 착용형 장치(100) 및 서버(300)는 도 2의 구성요소들보다 더 많은 구성요소들을 포함할 수도 있다. 그러나, 대부분의 종래기술적 구성요소들을 명확하게 도시할 필요성은 없다. 예를 들어, 손 착용형 장치(100)는 상술한 입출력 장치(250) 중 적어도 일부를 포함하도록 구현되거나 또는 트랜시버(transceiver), GPS(Global Positioning System) 모듈, 카메라, 각종 센서, 데이터베이스 등과 같은 다른 구성요소들을 더 포함할 수도 있다.Further, in other embodiments, the hand held
도 11은 도 10의 손 착용형 장치의 프로세서의 상세 블록도이다.Figure 11 is a detailed block diagram of the processor of the hand held device of Figure 10;
프로세서(220) 내에서 본 발명의 일 실시예에 따른 손 착용형 장치의 제어 기능을 수행하는 구성은 도 11 에 도시된 바와 같이 손가락 움직임 추정부(221), 가상 힘 연산부(223), 구동 제어부(225)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라 프로세서(220)의 구성요소들은 선택적으로 프로세서(220)에 포함되거나 제외될 수도 있다. 또한, 실시예에 따라 프로세서(220)의 구성요소들은 프로세서(220)의 기능의 표현을 위해 분리 또는 병합될 수도 있다.The configuration for performing the control function of the hand-held device according to an embodiment of the present invention in the
여기서, 프로세서(220)의 구성요소들은 손 착용형 장치(100)에 저장된 프로그램 코드가 제공하는 명령에 따라 프로세서(220)에 의해 수행되는 프로세서(220)의 서로 다른 기능들(different functions)의 표현들일 수 있다.Herein, the components of the
이러한 프로세서(220) 및 프로세서(220)의 구성요소들은 도 15의 손 착용형 장치의 제어 방법이 포함하는 단계들(S1 내지 S8)을 수행하도록 손 착용형 장치(100)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220) 및 프로세서(220)의 구성요소들은 메모리(210)가 포함하는 운영체제의 코드와 적어도 하나의 프로그램의 코드에 따른 명령(instruction)을 실행하도록 구현될 수 있다.The
손가락 움직임 추정부(221)는 측정부(260)에서 측정된 데이터로부터 손가락 원위부의 움직임을 추정하는 역할을 수행한다. 가상 힘 연산부(223)는 상기 추정된 손가락 원위부의 위치와 가상 물체와의 상호 작용을 연산하여, 구동부(270)에서 출력할 가상 힘을 연산하는 역할을 수행한다. 구동 제어부(225)는 상기 연산된 가상 힘에 기초하여 구동부(270)를 제어하는 역할을 수행한다. 이하에서는 각 구성요소가 수행하는 역할을 보다 상세히 설명하도록 한다. The finger motion estimating unit 221 estimates the motion of the distal portion of the finger from the data measured by the measuring
손가락 움직임 추정부(221)는 측정부(260)에서 측정된 데이터로부터 손가락 원위부의 움직임을 추정하는 역할을 수행한다. 도 12는 도 1의 손 착용형 장치에서 손가락의 원위부 위치를 구하기 위한 변수를 나타낸 도면이다. 도 13은 도 1의 손 착용형 장치에서 손가락의 내외전 각도를 구하기 위한 모델을 나타낸 도면이다. 도 12를 참조하면, 상기 손가락의 원위부의 위치를 추정하는 방법은 다음과 같다. The finger motion estimating unit 221 estimates the motion of the distal portion of the finger from the data measured by the measuring
l1은 상기 제1 근위 링크부(131)의 길이, l2는 상기 제2 근위 링크부(132)의 길이, l3은 상기 제1 연결 부재(160)의 길이, l4는 상기 제2 원위 링크부(142)의 길이, l5는 상기 제1 원위 링크부(141)의 길이를 나타낸다. l1 내지 l5는 상기 손 착용형 장치(100)의 구조 정보로부터 미리 얻을 수 있는 값이다.l1 is the length of the first
θ1은 상기 구동부(120)의 회전각도이고, θ2는 상기 제2 근위 링크부(132)의 회전각도(θ2)이고, θ3은 상기 제2 원위 링크부(142)의 회전각도(θ3)이다. θ1 내지 θ3은 상기 구동부 센서, 제1, 2 홀센서(미도시)로부터 측정할 수 있는 값이다.2 is the
α는 상기 제1 근위 링크부(131)와 상기 제2 근위 링크부(132)가 이루는 각도이며, β는 상기 제1 원위 링크부(141)와 상기 제2 원위 링크부(142)가 이루는 각도를 나타낸다. α, β는 상기 손 착용형 장치(100)의 구조 정보로부터 미리 얻을 수 있는 값이다.α is an angle between the first
도 12에 도시된 기구학 모델을 이용해 수학식 1 내지 수학식 3을 구할 수 있으며, 수학식 1 내지 수학식 3을 통해 손가락의 원위부 위치(Px, Py, Pz)를 구할 수 있다. (1) to (3) can be obtained using the kinematic model shown in FIG. 12, and the distal position (Px, Py, Pz) of the finger can be obtained through Equations (1) to (3).
이 때, 상기 손가락 원위부의 위치와 상기 손가락 착용부(150)사이의 거리에 따른 오차는 매우 작다고 가정하여, 상기 손가락 원위부의 위치와 상기 손가락 착용부(150)의 위치를 동일하다고 가정한다.Here, it is assumed that the position of the distal portion of the finger and the position of the
상기 수학식 1 내지 수학식 3을 참조하여, 상기 손가락의 원위부 위치(Px, Py, Pz)를 구할 수 있다. Referring to Equations (1) to (3) above, the distal position (Px, Py, Pz) of the finger can be obtained.
한편, 상기 손가락의 원위부 위치를 알면, 상기 수학식 2를 통해 상기 손가락의 내외전 각도(θA)를 구할 수 있다. On the other hand, if the distal position of the finger is known, the inside and outside angles? A of the finger can be obtained through Equation (2).
도 13을 참조하면, 상기 손가락의 내외전 각도(θA)는 상기 손가락이 좌우방향으로 움직인 각도이다. 도 13은, 상기 손가락의 원위부 위치를 상기 내외전 각도(θA)에 따라 회전하는 프레임으로 나타낸 것이다. 13, the inner and outer front angles? A of the fingers are angles in which the fingers are moved in the left and right directions. Fig. 13 shows the position of the distal portion of the finger as a frame rotated in accordance with the inner / outer front angle? A.
상기 내외전 각도(θA)에 대한 식은 수학식 4와 같다.The equation for the inner / outer front angle? A is shown in Equation (4).
수학식 4로부터 구한 상기 내외전 각도에 따라 회전하는 상기 손가락의 원위부 위치를 구할 수 있다. 이하, 상기 내외전 각도에 따라 회전하는 상기 손가락의 원위부 위치를 상기 손가락의 원위부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)라 칭한다. The distal position of the finger rotating in accordance with the inside / outside angle determined from Equation (4) can be obtained. Hereinafter, the distal position of the finger rotating according to the inner / outer front angle is referred to as the distal rotation position (Px ', Py', Pz ') of the finger.
상기 손가락의 원위부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)는 수학식 5로 표현될 수 있다.The distal rotational positions (Px ', Py', Pz ') of the finger may be expressed by Equation (5).
상기 손가락의 원위부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)를 알면, 후술하는 수학식들을 통해 손가락 관절 각도를 구할 수 있다. Knowing the distal rotational position (Px ', Py', Pz ') of the finger, the finger joint angle can be obtained through the following equations.
도 14는 도 1의 손 착용형 장치에서 손가락 관절 각도를 구하기 위한 기구학 모델을 나타낸 도면이다. Fig. 14 is a diagram showing a kinematic model for obtaining the finger joint angle in the hand-held device of Fig. 1;
도 14a는 손가락이 펴진 상태를 나타낸 것이고, 도 14b는 손가락이 펴진 상태를 기구학 모델로 나타낸 것이다. Fig. 14A shows a state in which the fingers are spread, and Fig. 14B shows a state in which the fingers are spread in a kinematic model.
도 14b에서, 손가락의 길이를 10f라고 가정할 경우, 각 마디의 길이 비율은 2.5f, 2.5f, 5f로 나타낸다. 또한, 기구학 모델로 나타내기 위해 상기 제1 근위 링크부(131)의 원위부와 상기 손가락의 중수지절관절(MCP) 사이의 거리는 상기 제1 원위 링크부(141)의 원위부와 상기 손가락 원위부 사이의 거리와 비슷하여 무시할 수 있다고 가정한다. In Fig. 14B, assuming that the length of the finger is 10f, the length ratio of each node is expressed by 2.5f, 2.5f, and 5f. Also, the distance between the distal portion of the first
한편, 도 14c는 손가락을 구부릴 경우 손가락 관절의 각도를 x’-z’평면상에 나타낸 것이다.On the other hand, FIG. 14C shows the angle of the finger joint on the x'-z 'plane when the finger is bent.
도 14c에서, θM은 중수지절관절(MCP, Metacarpophalangeal joint)의 각도이다. θP는 근위지절간관절(PIP, Proximal interphalangeal joint)의 각도이다. θD는 원위지절간관절(DIP, distal interphalangeal joint)의 각도이다.In Fig. 14C, θM is the angle of the metacarpophalangeal joint (MCP). θP is the angle of the proximal interphalangeal joint (PIP). θD is the angle of the distal interphalangeal joint (DIP).
여기서, θP와 θD는 같다고 가정한다. 즉, 손가락을 구부리는 동작시 상기 근위지절간관절의 각도(θP)와 상기 원위지절간관절의 각도(θD)의 차이는 오차범위내에 있으므로, θP와 θD는 같다고 가정한다.Here, it is assumed that? P and? D are equal to each other. That is, it is assumed that? P and? D are equal to each other because the difference between the angle? P of the near-extremity interdental joint and the angle? D of the distal interdigital joint in the finger bending operation is within the error range.
상기 손가락의 원위부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)를 알기 때문에, 도 10c로부터 L1의 길이를 수학식 6으로 나타낼 수 있다. Since the distal rotational positions (Px ', Py', Pz ') of the finger are known, the length of L1 can be expressed by Equation (6) from FIG. 10C.
또한, 수학식 6과 도 10c의 기구학 모델을 이용해 상기 손가락의 관절 각도인 상기 θP, θD, θM을 구할 수 있다. Further, the θP, θD, and θM, which are the joint angles of the finger, can be obtained using the kinematic models of Equations (6) and (10c).
상기 θP, θD, θM에 대한 식은 수학식 7과 수학식 8로 나타낸다. The equations for? P,? D, and? M are expressed by Equations (7) and (8).
상기와 같이, 상기 손가락의 원위부 회전 위치(P’)를 알면, 상기 손가락의 관절 각도(θP, θD, θM)을 계산할 수 있다.As described above, when the distal rotation position P 'of the finger is known, the joint angles? P,? D,? M of the finger can be calculated.
따라서 상기 손가락 움직임 추정부(221)는, 상기 손가락의 원위부 회전 위치(P’)와 상기 손가락의 관절 각도(θP, θD, θM)를 이용하여 상기 손가락의 움직임을 추정할 수 있다. 또한, 상기 손가락 움직임 추정부(221)는, 손가락의 움직임을 방해하지 않으면서 손가락의 원위부로 원하는 힘을 전달하도록 상기 구동부(120)를 제어한다.Therefore, the finger motion estimator 221 can estimate the motion of the finger using the distal rotation position P 'of the finger and the joint angles? P,? D,? M of the finger. The finger motion estimating unit 221 controls the driving
가상 힘 연산부(223)는 상기 추정된 손가락 원위부의 위치와 가상 물체와의 상호 작용을 연산하여, 구동부(270)에서 출력할 가상 힘을 연산하는 역할을 수행한다. 즉, 가상 힘 연산부(223)는 상기 손가락의 원위부 회전 위치(P’)와 상기 손가락의 관절 각도(θP, θD, θM)를 이용하여, 구동부(270)가 출력해야 할 가상의 힘을 연산하는 역할을 수행할 수 있다. 이와 같이 가상 힘 연산부(223)가 가상의 물체를 반영하여 구동부(270)가 출력해야 할 가상의 힘을 연산함으로써, 단단한 물체, 부드러운 물체 등과 같은 다양한 물체에서 발생하는 역감을 변화시켜 전달할 수 있다. The virtual
상세히, 가상 힘 연산부(223)는 측정된 사용자 손가락 원위부의 위치와 가상 물체의 위치 사이의 거리를 이용하여 가상의 힘을 만들어내는 역할을 수행한다. 다시 말하면, 손가락 움직임과 가상 물체 사이의 상호작용을 통해 구동부(270)의 desired current 를 결정하는 것이다. 다시 말하면, 구동부(270)에서 발생시킬 힘을 계산하고 이를 모터가 제어될 desired current로 변환하는 것이다.In detail, the virtual
이때, 가상 현실에 구현된 가상 물체가 존재할 수 있고 이는 가상의 벽, 말랑말랑한 공, 스프링 등이 될 수 있으며, 또는 아무 물체도 존재하지 않을 수도 있다. 이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. At this time, there may exist a virtual object implemented in a virtual reality, which may be a virtual wall, a soft ball, a spring, or the like, or there may be no object. This will be described in more detail as follows.
손 끝 위치가 P이고 가상 물체의 중심부의 위치가 Q라고 가정했을 때, 상호작용 힘 발생 알고리즘(interaction force generation algorithm)은 다음과 같이 수학식 9로 정의된다. Assuming that the hand end position is P and the center position of the virtual object is Q, the interaction force generation algorithm is defined by Equation (9) as follows.
여기서, m, c, k는 가상 물체의 질량, 댐핑 상수, 스프링 상수에 의해 결정된다. (이는 가상 물체 구현 시 결정된다).Here, m, c, k are determined by the mass of the virtual object, the damping constant, and the spring constant. (This is determined when implementing a virtual object).
가상 물체가 존재할 경우에는, 손가락과 가상 물체의 상호작용 힘에 의해 손끝에 전달되는 힘의 크기가 결정된다. 반면, 가상 물체가 없을 시에는, 상호작용 힘 없이 사용자가 움직이고 싶은 대로 손 착용형 장치(100)가 움직이게 된다. When there is a virtual object, the magnitude of the force transmitted to the fingertip is determined by the interaction force between the finger and the virtual object. On the other hand, when there is no virtual object, the hand-held
구동부(270)의 desired current 는 손끝 위치, 상호작용 힘, 모터 상수를 이용하여, 다음의 수학식 10에 의해 결정된다.The desired current of the
구동 제어부(225)는 상기 연산된 가상 힘에 기초하여 구동부(270)를 제어하는 역할을 수행한다. 즉, 구동 제어부(225)는 원하는 출력값으로 실제 구동부(270)가 잘 제어되도록 강인 제어 알고리즘을 적용하여 구동부(270)를 제어하는 역할을 수행한다. The driving
상세히, 가상 힘 연산부(223)에서 구동부(270)의 desired current가 결정되고 나면, PI controller를 통해 구동부(270)에 인가할 제어 input voltage 를 결정한다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 손 착용형 장치(100)는 사람과 물리적으로 상호작용을 하기 때문에 구동부(270)가 원하는 대로 제어되기 어렵기 때문에, 강인제어 알고리즘을 통해 상호작용에서 오는 외란을 제거해야 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 손 착용형 장치(100)의 구동 제어부(225)는 외란 관측자(disturbance observer; DOB)를 이용하여 외란을 추정하여 보상하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 외란 관측자(DOB)에서는 구동부(270)에서 측정된 전류(i)와 모터 모델(Gvi,n)을 이용하여 외란을 추정할 수 있다. In detail, after the desired current of the
여기서 강인제어(robust control)란, 제어대상과 제어기, 그리고 주변 환경 등으로부터의 알 수 없는 방해에도 불구하고 주어진 임무를 다할 수 있게 하는 제어 방법을 의미한다. 좁은 의미로, 적응제어(adaptive control)와 가변구조제어(variable structure control 혹은 sliding mode control로 부르기도 함)가 대표적인 강인제어 방법이지만, 넓은 뜻으로 기존의 비례적분미분제어(PID control)나 피드백 선형화제어(feedback linearization control 또는 computed torque control)등에 강인성을 부여하여 역시 robust control이라고 하기도 한다. Here, robust control means a control method that allows a given task to be accomplished in spite of an unknown disturbance from the control object, the controller, and the surrounding environment. In a narrow sense, adaptive control and variable structure control (also referred to as variable structure control or sliding mode control) are representative robust control methods, but broadly, existing proportional integral derivative control (PID control) and feedback linearization Control (feedback linearization control or computed torque control) is also called robust control.
상기와 같이 구성된 손 착용형 장치(100)는, 손등에 장착되기 때문에 손가락을 구부리는 동작이 용이하다. 또한, 5 내지 6자유도를 갖도록 구성됨으로써, 손을 쥐고 펴는 동작, 손가락의 내전, 외전 등과 같은 움직임을 방해하지 않는다.Since the hand-held
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 손 착용형 장치의 제어 방법의 흐름도이다. 도 16은 도 15의 손 착용형 장치의 제어 방법의 개념도이다.15 is a flowchart of a method of controlling a hand-held device according to an embodiment of the present invention. 16 is a conceptual diagram of a control method of the hand-held device of Fig.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 손 착용형 장치의 제어 방법은, 손가락 움직임을 추정하는 단계(S110 단계), 구동부에서 발생시켜야 하는 가상 힘을 추정하는 단계(S120 단계) 및 구동부에서 상기 가상 힘을 실제로 발생시키도록 구동부를 제어하는 단계(S130 단계)를 포함한다. 이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 15 and 16, a method of controlling a hand-held device according to an embodiment of the present invention includes a step of estimating a finger motion (step S110), a step of estimating a virtual force to be generated in the driving unit And controlling the driving unit to actually generate the virtual force in the driving unit (step S130). This will be described in more detail as follows.
먼저, 손가락 움직임 추정부(221)는 측정부(260)에서 측정된 데이터로부터 손가락 원위부의 움직임을 추정하는 역할을 수행한다(S110 단계). 여기서 S110 단계는 다시, 손가락 원위부의 위치를 측정하는 단계(S111 단계), 손가락 원위부의 회전위치를 연산하는 단계(S112 단계), 손가락 관절각도를 추정하는 단계(S113 단계)를 포함한다. First, the finger motion estimating unit 221 estimates the motion of the distal portion of the finger from the data measured by the measuring unit 260 (Step S110). The step S110 includes a step of measuring the position of the distal part of the finger (step S111), a step of calculating the rotational position of the distal part of the finger (step S112), and a step of estimating the finger joint angle (step S113).
손가락 움직임 추정부(221)는 손가락 원위부 위치 측정(S111 단계)한다. 상세히, 손가락 움직임 추정부(221)는 도 12에 도시된 기구학 모델을 이용해 상기 수학식 1 내지 수학식 3을 구하고, 측정부(260)에서 측정된 데이터를 수학식 1 내지 수학식 3에 적용하여, 손가락의 원위부 위치(Px, Py, Pz)를 측정한다. The finger motion estimating unit 221 measures the finger distal position (step S111). Specifically, the finger motion estimating unit 221 obtains the
다음으로, 손가락 움직임 추정부(221)는 손가락 원위부 회전위치 연산(S112 단계)한다. 상세히, 손가락 움직임 추정부(221)는 상기 수학식 4 및 수학식 5로부터 구한 상기 내외전 각도에 따라 회전하는 상기 손가락의 원위부 위치(즉, 손가락의 원위부 회전위치(Px’, Py’, Pz’)를 구할 수 있다.Next, the finger motion estimating unit 221 calculates the finger distal rotation position (step S112). Specifically, the finger motion estimating unit 221 estimates the distal position of the finger (i.e., the distal rotational position Px ', Py', Pz ') of the finger rotating in accordance with the inner / ) Can be obtained.
다음으로, 손가락 움직임 추정부(221)는 손가락 관절각도를 추정(S113 단계)한다. 상세히, 손가락 움직임 추정부(221)는 수학식 6과 도 10c의 기구학 모델을 이용해 상기 손가락의 관절 각도인 상기 θP, θD, θM을 구할 수 있다. Next, the finger motion estimating unit 221 estimates the finger joint angle (step S113). In detail, the finger motion estimator 221 can obtain the joint angles? P,? D, and? M of the finger using the kinematic models of Equations (6) and (10c).
다음으로, 가상 힘 연산부(223)는 구동부에서 발생시켜야 하는 가상 힘을 추정 (S120 단계)한다. 상세히, 가상 힘 연산부(223)는 상기 손가락의 원위부 회전 위치(P’)와 상기 손가락의 관절 각도(θP, θD, θM)를 이용하여, 구동부(270)가 출력해야 할 가상의 힘을 연산하는 역할을 수행할 수 있다. 상세히, 가상 힘 연산부(223)는 측정된 사용자 손가락 원위부의 위치와 가상 물체의 위치 사이의 거리를 이용하여 가상의 힘을 만들어내는 역할을 수행한다. 다시 말하면, 손가락 움직임과 가상 물체 사이의 상호작용을 통해 구동부(270)의 desired current 를 결정하는 것이다. 이와 같이 가상 힘 연산부(223)가 가상의 물체를 반영하여 구동부(270)가 출력해야 할 가상의 힘을 연산함으로써, 단단한 물체, 부드러운 물체 등과 같은 다양한 물체에서 발생하는 역감을 변화시켜 전달할 수 있다. Next, the virtual
다음으로, 구동 제어부(225)는 상기 연산된 가상 힘에 기초하여 구동부(270)를 제어하는 역할을 수행한다(S130 단계). 즉, 구동 제어부(225)는 원하는 출력값으로 실제 구동부(270)가 잘 제어되도록 강인 제어 알고리즘을 적용하여 구동부(270)를 제어하는 역할을 수행한다. Next, the driving
상기와 같이 구성된 손 착용형 장치(100)는, 손등에 장착되기 때문에 손가락을 구부리는 동작이 용이하다. 또한, 5 내지 6자유도를 갖도록 구성됨으로써, 손을 쥐고 펴는 동작, 손가락의 내전, 외전 등과 같은 움직임을 방해하지 않는다.Since the hand-held
<< 제2 실시예 >>≪
<손 착용형 장치><Hand-held device>
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 손 착용형 장치가 도시된 도면이다.17 is a view showing a hand-held device according to a second embodiment of the present invention.
도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 손 움직임 측정 장치(500)는, 사용자의 손에 착용하여, 손의 움직임을 측정하고 손가락의 단부에 진동을 발생시켜 가상 물체와의 상호작용을 가능하게 하는 시스템이다. 또한, 재활 의 료 분야에서 손이나 손가락의 재활에도 이용가능하다. 상기 손 움직임 측정 장치(500) 은, 사람의 손뿐만 아니라 로봇의 손에도 착용가능하도록 형성된다. Referring to FIGS. 17 and 18, the hand
상기 손 움직임 측정 장치(500)는, 엄지 손가락, 검지 손가락, 중지 손가락 등 3개의 손가락에 착용하여 진동을 전달하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 손가락의 개수나 위치는 다르게 설정할 수 있다. 상기 손 움직임 측정 장치(500)는, 엄지 손가락에 착용되는 부분과 엄지 손가락 외의 손가락에 착용되는 부분의 형상이 손가락의 형상에 따라 다소 상이할 수 있으나, 기본적인 구조나 원리는 유사하게 적용된다. The hand
상기 손 움직임 측정 장치(500)은, 손등 착용부(510), 손바닥 착용부(520), 근위 링크(530), 원위 링크(540), 손가락 착용부(550), 제1 연결 부재(560), 제2 연결 부재(570), 제1 홀센서(미도시), 제2 홀센서(미도시), 제3 홀센서(미도시), 손 트레커(tracker)(591), 관성센서(IMU sensor, Inertial Measurement Unit sensor)(593), 진동 발생기(597) 및 제어부(미도시)를 포함한다. The hand
상기 손등 착용부(510)는, 사용자의 손등에 착용할 수 있도록 형성되고 제어보드 등이 설치되는 손등 프레임부(511)와, 상기 손등 프레임부(511)의 상측을 덮도록 커버 형상으로 형성된 손등 하우징부(512)를 포함한다. The hand warmer 510 includes a
상기 손등 프레임부(511)는, 상기 손등의 적어도 일부를 감싸도록 형성된다. 상기 손등 프레임부(511)는, 상기 손등 외에 손목에도 착용가능하다. 상기 손등 프레임부(511)에는 상기 근위 링크(530)가 결합된다. The
상기 손등 하우징부(512)는, 상기 손등 프레임부(511)에 구비된 상기 관성센서(593)등과 같은 부품들을 가리도록 형성된다. 상기 손등 하우징부(512)에는 상기 근위 링크(530)가 관통하도록 홀이 형성된다. The under-
상기 손바닥 착용부(520)는, 사용자의 손바닥에 착용할 수 있도록 형성된다. 상기 손바닥 착용부(520)는, 상기 손등 프레임부(511)에 회동가능하도록 결합되어 손에 착용시 개폐될 수 있다. 상기 손등 착용부(510)와 상기 손바닥 착용부 (520)사이에는 손이 통과할 수 있도록 소정의 공간이 형성된다. The
상기 손등 착용부(510)와 상기 손가락 착용부(550)는 상기 근위 링크(530)와 상기 원위 링크(540)에 의해 연결된다. The
상기 근위 링크(530)는, 상기 손등 프레임부(511)에 회전가능하게 결합 된다. 도 19를 참조하면, 상기 근위 링크(530)의 일단은 상기 손등 프레임부(511)에 결합되고, 타단은 상기 제1 연결 부재(560)에 결합된다. 상기 근위 링크(530)는, 제1 근위 링크부(531)과 제2 근위 링크부(532)로 구분될 수 있다. The
상기 제1 근위 링크부(531)는, 상기 손등 프레임부(511)에 결합되고 상기 손등 착용부(510)로부터 상방향으로 길게 형성된다. 상기 제1 근위 링크부(531)는, 상기 손등 착용부(510)에 제8 회전축(588)에 의해 결합된다. The first
상기 제2 근위 링크부(532)는, 상기 제1 근위 링크부(531)에서 연장 형성되되 상기 제1 근위 링크부(531)으로부터 상기 손가락을 향한 방향으로 미리 설정된 제1 설정각도(α)로 기울어지고 상향 경사지게 형성되어 상기 제1 연결 부재(560)에 결합된다. 상기 제1 설정각도(α)는, 상기 제1 근위 링크부(531)과 제2 근위 링크부(532)의 길이나 손가락의 길이에 따라 다르게 설정된다. The second
상기 원위 링크(540)는, 상기 근위 링크(530)와 상기 손가락 착용부(550)를 연결한다. The
상기 원위 링크(540)는, 상기 근위 링크(530)의 움직임이나 손가락의 움직임에 따라 움직일 수 있다. 상기 원위 링크 (540)의 일단은 상기 제2 연결 부재(570)에 결합 되고, 타단은 상기 제1 연결 부재(560)에 결합된다. 상기 원위 링크(540)는, 제1 원위 링크부(541)와 제2 원위 링크부(542)로 구분될 수 있다. The
상기 제1 원위 링크부(541)는, 상기 제2 연결 부재(570)에 결합되고, 상기 제2 연결 부재(570)로부터 상방향으로 길게 형성된다. 상기 제1 원위 링크부(541)과 상기 제2 연결 부재(570)는 피동 조인트(passive joint)로 결합될 수 있다. The first
상기 제2 원위 링크부(542)는, 상기 제1 원위 링크부(541)에서 연장 형성되고, 상기 제1 원위 링크부(541)으로부터 상기 손등을 향한 방향으로 미리 설정된 제2 설정각도(β)로 기울어지고 상향 경사지게 형성되어 상기 제1 연결 부재(560)에 결합 될 수 있다. 상기 제2 원위 링크부(542)와 상기 제1 연결 부재(560)는 피동 조인트로 결합될 수 있다. 상기 제2 설정각도(β)는, 상기 제1 원위 링크부(541)과 상기 제2 원위 링크부(542)의 길이나 손가락의 길이에 따라 다르게 설정된다. The second
도 20은 도 17에서 A부분을 확대 도시한 도면이다. 20 is an enlarged view of a portion A in Fig.
도 20을 참조하여, 상기 검지 손가락과 상기 중지손가락에 대응되는 링크를 중심으로 설명한다. Referring to FIG. 20, the index finger and the link corresponding to the stop finger will be mainly described.
상기 제1 연결 부재(560)는, 일단은 상기 근위 링크(530)에 결합되고, 타단은 상기 원위 링크(540)에 결합된다. 즉, 상기 제1 연결 부재(560)는, 상기 근위 링크(530)와 상기 원위 링크(540)사이에 구비되어, 상기 원위 링크(540)가 상기 근위 링크(530)로부터 2 자유도를 갖도록 형성된다. The
상기 제1 연결 부재(560)의 일단은 상기 제1 회전축(581)을 중심으로 회전 가능하도록 결합된다. 상기 제1 회전축(581)은, 상기 손가락의 내외전 방향(y)으로 길게 배치되어, 상기 근위 링크(530)는 상기 제1 회전축(581)을 중심으로 회전가능하다. 상기 제1 연결 부재(560)의 일단은 상기 제1 회전축(581)에 의해 상기 근위 링크(530)와 결합 되도록 원통형의 부시 형상으로 형성된다. One end of the
상기 제1 연결 부재(560)의 타단은, 상기 원위 링크(540)에 결합되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 제2 회전축(582)을 중심으로 회전가능하도록 구비된다. 상기 제2 회전축(582)은 상기 손등에 수직한 방향(z)에서 소정각도 범위로 기울어진 방향으로 배치되나, 상기 소정각도는 매우 작다고 가정하여 상기 제2 회전축(582)은 상기 손등에 수직한 방향(z)으로 길게 배치된 것으로 설명한다. The other end of the
도 21은 도 17에서 B부분을 확대 도시한 도면이고, 도 22는 도 17에서 C 부분을 확대 도시한 도면이다. FIG. 21 is an enlarged view of a portion B in FIG. 17, and FIG. 22 is an enlarged view of a portion C in FIG.
도 21과 도 22는 상기 제2 연결 부재(570)에 대해 설명하기 위한 것인 바, 상기 제2 연결 부재(570)는, 상기 원위 링크(540)와 손가락 착용부(550)사이에서 2자유도를 갖도록 결합되는 2자유도 연결 부재(710)와 3자유도를 갖도록 결합되는 3자유도 연결 부재(720) 중 하나가 선택되어 사용될 수 있다. 21 and 22 illustrate the
본 실시예에서는 상기 검지 손가락과 상기 중지 손가락에 결합되는 부분에는 상기 2자유도 연결 부재(710)를 구비하고, 상기 엄지 손가락에 결합되는 부분에는 3자유도 연결 부재(720)를 구비하는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 엄지 손가락 외에 다른 손가락에도 3자유도 연결 부재(720)를 구비하는 것도 물론 가능하다. In this embodiment, the two-degree-of-
도 21을 참조하면, 상기 2자유도 연결 부재(710)는, 제1 회전부(711)와 제2 회전부(712)를 포함하여, 2자유도를 갖는다. Referring to FIG. 21, the two-degree-of-
상기 2자유도 연결 부재(710)의 제1 회전부(711)는, 상기 손가락 착용부(550)에서 돌출 형성된 지지대(711a)와, 상기 지지대(711a)와 결합되는 한 쌍의 브래킷(712a)과, 상기 지지대(711a)와 상기 브래킷(712a)을 관통하는 제3 회전축(583)을 포함한다. 상기 제3 회전축(583)은 상기 손가락의 내외전 방향(y)으로 길게 배치 된다. 따라서 상기 제1 회전부(711)는, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 제3 회전축(583)을 중심으로 회전할 수 있다. The first
상기 2자유도 연결 부재(710)의 상기 제2 회전부(712)는, 상기 브래킷(712a)과 상기 원위 링크(540)를 제4 회전축(584)으로 결합시킨다. 본 실시예에서는, 상기 원위 링크(540)의 길이방향이 상기 손등에 수직한 방향(z)인 것으로 설명하므로, 상기 제4 회전축(584)은 상기 손등에 수직한 방향(z)인 것으로 설명한다. The second
도 22를 참조하면, 상기 3자유도 연결 부재(720)는, 제1 회전부(721)와 제2 회전부(722)와 제3 회전부(723)를 포함하여, 3자유도를 갖는다. Referring to FIG. 22, the three-degree-of-
상기 3자유도 연결 부재(720)의 제1 회전부(721)는, 상기 손가락 착용부(550)에서 돌출 형성된 지지대(721a)와, 상기 지지대(721a)와 결합되는 한 쌍의 브래킷(721b)과, 상기 지지대(721a)와 상기 브래킷(721b)을 관통하는 제5 회전축(585)을 포함한다. 상기 제5 회전축(585)은 상기 손등에 수직한 방향(z)으로 길게 배치된다. 따라서 상기 제1 회전부(721)는, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 제5 회전축(585)을 중심으로 회전할 수 있다. The
상기 3자유도 연결 부재(720)의 제2 회전부(722)는, 제6 회전축(586)을 중 심으로 회전하도록 구비된다. 상기 제6 회전축(586)은, 상기 손가락의 길이 방향(x) 에서 소정각도 범위로 기울어진 방향으로 배치되나, 상기 소정각도는 매우 작다고 가정하여, 상기 제6 회전축(586)은 상기 손가락의 길이방향(x)으로 길게 배치된 것으로 설명한다. 따라서 상기 제2 회전부(722)는, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 제6 회전축(586)을 중심으로 회전할 수 있다. The second
상기 3자유도 연결 부재(720)의 제3 회전부(723)는, 제7 회전축(587)을 중 심으로 회전하도록 구비된다. 상기 제7 회전축(587)은, 상기 손가락의 내외전 방향 (y)으로 길게 배치된다. 따라서 상기 제3 회전부(723)는, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 제7 회전축(587)을 중심으로 회전할 수 있다. The third
한편, 다시 도 17을 참조하면, 상기 손 트레커(591)는, 상기 손등 하우징부(512)의 상측에 결합된다. Referring again to FIG. 17, the
상기 손 트레커(591)는, 바이브 트레커(VIVE tracker)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 손 트레커(591)는, 손의 3차원 움직임을 측정할 수 있다. 상기 손 트레커(591)에서 측정된 3차원 움직임에 대한 정보는 상기 제어 부(미도시)로 전송된다. The
상기 손 트레커(591)는 별도의 카메라(미도시)와 연동되도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 손 트레커(591)에서 측정된 3차원 움직임에 대한 정보는 상기 카메라와 연결된 컴퓨터에 전달되어, 상기 카메라에서 촬영한 영상과 함께 가상 현 실 게임 등에 함께 적용될 수 있다. The
한편, 도 18을 참조하면, 상기 관성센서(593)는, 상기 손등 프레임부(511)에 장착된 제어보드에 구비된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 관성센서(593)는 상기 손등 프레임부(511)에 구비되고 상기 제어보드와 연결되는 것도 물론 가능하다. Referring to FIG. 18, the
상기 관성센서(593)는, 상기 손등에서 3차원의 회전각도를 측정한다. 상기 관성센서(593)는, 사용자의 손의 움직임에 따라 x축을 중심으로 회전하는 회전각도(pitch), y축을 중심으로 회전하는 회전각도(roll), z축을 중심으로 회전하는 회전각도(yaw)를 측정하는 센서이다. The
한편, 상기 진동 발생기(597)는, 상기 손가락 착용부(550)의 내측 하부에 구비되어 상기 손가락의 단부에 진동을 전달한다. The
본 실시예에서는, 상기 진동 발생기(597)는, 상기 탄성부재(553)에 형성된 홈에 끼워져 결합되는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 진동 발생기(597)는 상기 손가락 홀더(551)의 어느 곳에나 장착 가능하다. In the present embodiment, the
도 23은 도 17의 손 착용형 장치의 손가락 홀더 개폐부재를 나타낸 정 면도이다. 도 24는 도 23에 도시된 손가락 홀더 개폐부재의 분해 사시도이다. 도 25는 도 24의 손가락 홀더 개폐부재의 최대 열림 상태와 최대 닫힘 상태를 나타낸 도면이다. Fig. 23 is a front view showing the finger holder opening and closing member of the hand wearing device of Fig. 17; 24 is an exploded perspective view of the finger holder opening and closing member shown in Fig. Fig. 25 is a diagram showing the maximum opening state and the maximum closing state of the finger holder opening and closing member of Fig. 24;
도 21, 도 23 내지 도 25를 참조하면, 상기 손가락 착용부(550)는, 손가락 홀더(551), 손가락 홀더 개폐부재(552) 및 탄성부재(553)를 포함한다. Referring to Figs. 21 and 23 to 25, the
상기 손가락 홀더(551)는, 상기 손가락의 단부에 끼워지도록 링 형상으로 형성되고 일측이 개구된 개구부가 형성된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 손가락 홀더(551)는 상기 손가락의 단부를 끼울 수 있는 형상이라면 어느 것이나 가 능하다. The
상기 손가락 홀더(551)는 상기 제2 연결 부재(570)에 고정 결합된 고정부 (551a)와, 상기 고정부(551a)에 회전가능하게 결합된 회전부(551b)를 포함한다. 상기 고정부(551a)와 상기 회전부(551b)는 각각 반원 형상으로 형성된다. 상기 고정부 (551a)와 상기 회전부(551b)는 제1 힌지축(555)으로 결합된다. The
상기 손가락 홀더 개폐부재(552)는, 사용자의 손가락의 크기에 따라 상기 손가락 홀더(551)의 크기를 조절가능하도록 상기 손가락 홀더(551)를 개폐시킬 수 있다. 상기 손가락 홀더 개폐부재(552)는, 제1 체결 돌기(621), 제1 걸쇠(622), 제1 가이드 슬릿(622b), 제1 가이드 돌기(623) 및 제1 손잡이용 돌기(625)를 포함한다. The finger holder opening and closing
상기 제1 체결 돌기(621)는 상기 고정부(551a)에서 돌출 형성된다. 상기 제1 체결 돌기(621)는, 단면이 직각 삼각형 형상으로 형성되어 후술하는 제1 걸림 턱들(622a)에 일방향으로 걸림된다. 상기 제1 체결 돌기(621)는 상기 고정부(551a)의 외주면에서 동일한 높이에서 상기 고정부(551a)의 축방향이자 상기 손가락의 길이방향(x)으로 서로 소정간격 이격되게 2개가 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. The
상기 제1 걸쇠(622)는, 상기 회전부(551b)에서 상기 고정부(551a)를 향한 방향으로 연장 형성되어 상기 고정부(551a)에 걸어진다. 즉, 상기 제1 걸쇠(622) 의 일단은 상기 회전부(551b)의 외주면에 고정되고, 타단은 상기 고정부(551a)의 외주면에 대향되도록 형성된다. 상기 제1 걸쇠(622)는, 상기 제1 체결 돌기(621)가 일 방향으로 걸림되도록 복수의 제1 걸림턱들(622a)이 형성된다. The
상기 제1 걸림턱들(622a)은 복수개가 형성되어, 상기 제1 체결 돌기(621)가 상기 복수의 제1 걸림턱들(622a) 중 어느 하나에 걸림되면서 상기 손가락 홀더(551)의 크기가 조절될 수 있다. 상기 제1 걸림턱들(622a)은 상기 제1 체결 돌기(621)의 형상에 대응되어 상기 제1 체결 돌기(621)가 끼워질 수 있도록 단면이 직각 삼각형 형상인 홈이다. 상기 제1 걸림턱들(622a)은 상기 2개의 제1 체결 돌기(621)들이 각각 걸림되도록 2열로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고 2열 이상으로 형성되는 것도 물론 가능하다. A plurality of the
상기 제1 가이드 슬릿(622b)은, 상기 제1 걸쇠 (622)에 형성된다. 본 실시예에서는 상기 2열의 제1 걸림턱들(622a)사이에 형성된 것으로 예를 들어 설명 한다. 상기 제1 가이드 슬릿(622b)은, 상기 제1 걸쇠(622)의 길이방향을 따라 길게 형성된다. The
상기 제1 가이드 돌기(623)는, 상기 고정부(551a)에서 돌출되어 상기 제1 가이드 슬릿(622b)에 끼워진다. 상기 제1 가이드 돌기(623)는 상기 제1 가이드 슬 릿(622b)에 끼워져서, 상기 제1 걸쇠(622)를 상기 제1 체결 돌기(621)에 착탈시 상기 고정부(551a)와 상기 회전부(552b)가 분리되는 것을 방지하는 역할을 한다. The
도 24를 참조하면, 상기 제1 가이드 돌기(623)는, 상기 2개의 제1 체결 돌기(621)사이에 돌출 형성된다. 상기 제1 가이드 돌기(623)는 상기 제1 체결 돌기 (621)보다 더 높게 돌출되어서 상기 제1 체결 돌기(621)가 상기 제1 걸림턱(622a)에서 빠져 나오더라도 상기 제1 가이드 돌기(623)는 상기 제1 가이드 슬릿(622b)에 끼워 진 상태를 유지할 수 있다. Referring to FIG. 24, the
상기 제1 손잡이용 돌기(625)는, 상기 제1 걸쇠(622)의 단부에서 외측으로 돌출 형성되어 사용자가 잡고 당길 수 있도록 형성된다. 상기 제1 손잡이용 돌 기(625)는, 사용자가 상기 제1 걸쇠(622)가 열리는 방향으로 밀고 당기는 것이 용이하도록 외측으로 돌출되다가 상향 절곡된 형상으로 형성된다. The
상기 탄성부재(553)는, 상기 손가락 홀더(551)의 내주면에 구비되어, 피부에 자극을 최소화시키고 착용감을 향상시킬 수 있다. 상기 탄성부재(553)는 폼보드, 실리콘 등이 사용될 수 있다. The
한편, 도 26은 도 17의 손 착용형 장치의 손바닥 착용부와 손목 착용부가 열린 상태를 나타낸 도면이다. 도 27은 도 26에 도시된 손바닥 착용부와 손목 착용부가 닫힌 상태를 나타낸 도면이다. 도 28은 도 17의 손 착용형 장치의 손바닥 착용부 개폐부재와 손목 착용부 개폐부재가 도시된 도면이다. FIG. 26 is a view showing a state in which the palm wearing part and the wrist part of the hand-held type apparatus shown in FIG. 17 are opened. FIG. 27 is a view showing the palm wearing part and the wrist part shown in FIG. 26 in a closed state. Fig. 28 is a view showing a palm wearing part opening and closing member and a wrist part opening and closing member of the hand wearing device of Fig. 17;
도 26 내지 도 28을 참조하면, 상기 손등 착용부(510)와 상기 손바닥 착용부(520)사이에 손바닥 착용부 개폐부재(820)가 구비되고, 손목 착용부(700)에는 손목 착용부 개폐부재(720)가 구비된다. 26 to 28, a palm wearing part opening / closing
상기 손바닥 착용부 개폐부재(820)는, 사용자의 손의 크기에 따라 상기 손등 착용부(510)와 상기 손바닥 착용부(520)사이의 공간의 크기를 조절할 수 있도록 상기 손등 착용부(510)에 상기 손바닥 착용부(520)를 개폐가능토록 결합시킨다. The palm wearing part opening and closing
상기 손등 착용부(510) 중에서 상기 손등 프레임부(511)와 상기 손바닥 착용부(520)는 회전가능토록 결합된다. 상기 손등 프레임부(511)와 상기 손바닥 착용부(520)는 제2 힌지축(525)으로 결합된다. The
상기 손바닥 착용부(520)는, 상기 손바닥의 적어도 일부분을 덮는 형상으로 형성된다. 상기 손바닥 착용부(520)의 일측면 중 일부분은 상기 제2 힌지축(525)에 의해 상기 손등 프레임부(511)에 결합되고, 상기 제2 힌지축(525)이 결합되는 결합부를 제외한 나머지 부분은 상기 엄지 손가락이 끼워질 수 있도록 개구되게 형 성된다. 상기 손바닥 착용부(520)의 타측면은 상기 손등 프레임부(511)에 상기 손바닥 착용부 개폐부재(820)에 의해 개폐가능토록 결합된다. The
상기 손바닥 착용부 개폐부재(820)의 구조는 상기 손가락 홀더 개폐 부재(520)의 구조와 동일하다. The structure of the palm wearing part opening / closing
상기 손바닥 착용부 개폐부재(820)는, 제2 체결 돌기(821), 제2 걸쇠(822), 제2 가이드 슬릿(822b), 제2 가이드 돌기(823) 및 제2 손잡이용 돌기(825)를 포함한다. The palm fitting opening and closing
상기 제2 체결 돌기(821)는 상기 손등 프레임부(511)의 단부에서 돌출 형성된다. 상기 제2 체결 돌기(821)는, 단면이 직각 삼각형 형상으로 형성되어 후술 하는 제2 걸림턱들(822a)에 일방향으로 걸림된다. 상기 제2 체결 돌기(821)는 상기 손등 프레임부(511)에서 상기 손이 끼워지는 방향으로 서로 소정간격 이격된 위치에 2개가 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. The
상기 제2 걸쇠(822)는, 상기 손바닥 착용부(520)에서 상기 손등 프레 임부(511)를 향한 방향으로 연장 형성되어 상기 손등 프레임부(511)에 걸어진다. 즉, 상기 제2 걸쇠(822)의 일단은 상기 손바닥 착용부(520)의 외주면에 고정되고, 타단은 상기 손등 프레임부(511)의 외주면에 대향되도록 돌출 형성된다. 상기 제2 걸쇠(822)는, 상기 제2 체결 돌기(821)가 일방향으로 걸림되도록 복수의 제2 걸림턱들(822a)이 형성된다. The
상기 제2 걸림턱들(822a)은 복수개가 형성되어, 상기 제2 체결 돌기(821)가 상기 복수의 제2 걸림턱들(822a) 중 어느 하나에 걸림되면서 크기가 조절될 수 있다. 상기 제2 걸림턱들(822a)은 상기 제2 체결 돌기(821)의 형상에 대응되어 상 기 제2 체결 돌기(821)가 끼워질 수 있도록 단면이 직각 삼각형 형상인 홈이다. 상 기 제2 걸림턱들(822a)은 상기 2개의 제2 체결 돌기들(821)이 각각 걸림되도록 2열로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고 2열 이상으로 형성 되는 것도 물론 가능하다. A plurality of the
상기 제2 가이드 슬릿(822b)은, 상기 제2 걸쇠(822)에 형성된다. 본 실시예에서는 상기 2열의 제2 걸림턱들(822a)사이에 형성된 것으로 예를 들어 설명 한다. 상기 제2 가이드 슬릿(822b)은, 상기 제2 걸쇠(822)의 길이방향을 따라 길게 형성된다. The
상기 제2 가이드 돌기(823)는, 상기 손등 프레임부(511)에서 돌출되어 상기 제2 가이드 슬릿(822b)에 끼워진다. 상기 제2 가이드 돌기(823)는 상기 제2 가이드 슬릿(822b)에 끼워져서, 상기 제2 걸쇠(822)를 상기 제2 체결 돌기(821)에 착탈시 상기 손등 프레임부(511)와 상기 손바닥 착용부(520)가 분리되는 것을 방지하는 역할을 한다. The
상기 제2 가이드 돌기(823)는, 상기 2개의 제2 체결 돌기(821)사이에 돌출 형성된다. 상기 제2 가이드 돌기(823)는 상기 제2 체결 돌기(821)보다 더 높게 돌출되어서 상기 제2 체결 돌기(821)가 상기 제2 걸림턱(822a)에서 빠져 나오더라도 상기 제2 가이드 돌기(823)는 상기 제2 가이드 슬릿(822b)에 끼워진 상태를 유지할 수 있다. The
상기 제2 손잡이용 돌기(825)는, 상기 제2 걸쇠(822)의 단부에서 외측으로 돌출 형성되어 사용자가 잡고 당길 수 있도록 형성된다. 상기 제2 손잡이용 돌 기(825)는, 사용자가 상기 제2 걸쇠(822)가 열리는 방향으로 밀고 당기는 것이 용이 하도록 외측으로 돌출되다가 상향 절곡된 형상으로 형성된다. The
또한, 상기 손목 착용부(700)는, 사용자의 손목에 착용가능하도록 링 형상으로 형성된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 손목에 착용할 수 있는 형상이 라면 어느 것이나 가능하다. Further, the
상기 손목 착용부(700)는, 상기 손등 착용부(510)에 고정된 손목 고 정부(701)와, 상기 손목 고정부(701)에 회전가능하게 결합된 손목 회전부(702)를 포함한다. 상기 손목 고정부(701)와 상기 손목 회전부(702)는 각각 반원 형상으로 형성된다. 상기 손목 고정부(701)와 상기 손목 회전부(702)는 제3 힌지축(703)으로 결합된다. The wrist
상기 손목 착용부 개폐부재(720)는, 사용자의 손목의 크기에 따라 상기 손목 착용부(700)의 크기를 조절가능하도록 상기 손목 착용부(700)를 개폐시킬 수 있다. The wrist part opening and closing
상기 손목 착용부 개폐부재(720)는, 제3 체결 돌기(721)와 제3 걸쇠(722)를 포함한다. The wrist fitting opening / closing
상기 제3 체결 돌기(721)는 상기 손목 고정부(701)에서 돌출 형성된다. 상기 제3 체결 돌기(721)는, 단면이 직각 삼각형 형상으로 형성되어 후술하는 제3 걸림턱들(722a)에 일방향으로 걸림된다. The
상기 제3 걸쇠(722)는, 상기 손목 회전부(702)에서 상기 손목 고정부 (701)를 향한 방향으로 연장 형성되어 상기 손목 고정부(701)에 걸어진다. 즉, 상 기 제3 걸쇠(722)의 일단은 상기 손목 회전부(701)의 외주면에 고정되고, 타단은 상기 손목 고정부(701)의 외주면에 대향되도록 형성된다. 상기 제3 걸쇠(722)는, 상기 제3 체결 돌기(721)가 일방향으로 걸림되도록 복수의 제3 걸림턱들(722a)이 형성된다. The
상기 제3 걸림턱들(722a)은 복수개가 형성되어, 상기 제3 체결 돌기(721)가 상기 복수의 제3 걸림턱들(722a) 중 어느 하나에 걸림되면서 상기 손목 착 용부(700)의 크기가 조절될 수 있다. 상기 제3 걸림턱들(722a)은 상기 제3 체결 돌기(721)의 형상에 대응되어 상기 제3 체결 돌기(721)가 끼워질 수 있도록 단면이 직각 삼각형 형상인 홈이다. 상기 제3 걸림턱들(722a)은 복수의 열로 형성될 수 있다. A plurality of the
본 실시예에서는, 상기 손목 착용부 개폐부재(720)는 상기 손가락 홀더 개폐부재(552)보다 구조가 단순해진 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한 정되지 않고, 상기 손목 착용부 개폐부재(720)도 상기 손가락 홀더 개폐부재(552)의 구조와 동일하도록 가이드 돌기, 가이드 슬릿 및 손잡이용 돌기가 포함되는 것도 물론 가능하다. Although the wrist fitting opening / closing
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 손 움직임 측정 장치의 사용방법을 설명하면 다음과 같다. A method of using the hand motion measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will now be described.
도 26 및 도 27을 참조하면, 사용자의 손을 상기 손등 착용부(510)에 넣고, 상기 손바닥 착용부(520)와 상기 손목 착용부(700)의 손목 회전부(702)를 덮는다. 26 and 27, a user's hand is inserted into the
이 때, 상기 손등 착용부(510)와 상기 손바닥 착용부(520)는 상기 손 바닥 착용부 개폐부재(820)에 의해 체결된다. At this time, the
사용자의 손의 크기에 따라 상기 복수의 제2 걸림턱들(822a) 중에서 어느 하나에 상기 제2 체결 돌기(821)를 체결시킨다. 상기 제2 체결 돌기(821)가 상기 복수의 제2 걸림턱들(822a) 중 어느 하나에 걸림되면서 크기가 조절될 수 있다. The
따라서, 사용자의 손의 크기나 손등의 높이에 맞게 조절될 수 있으므로, 착용이 용이할 뿐만 아니라 사용자의 손에 밀착되어 견고하게 고정될 수 있으므로, 추후 역감 전달시 보다 정확한 역감이 전달될 수 있다. Therefore, since it can be adjusted according to the size of the user's hand or the height of the back of the hand, it is not only easy to wear but also can be firmly fixed to the user's hand.
또한, 상기 손목 회전부(702)와 상기 손목 고정부(701)는 상기 손목 착용부 개폐부재(720)에 의해 체결된다.Further, the
사용자의 손목의 굵기에 따라 상기 복수의 제3 걸림턱들(722a) 중에서 어느 하나에 상기 제3 체결 돌기(721)를 체결시킨다. 상기 제3 체결 돌기(721)가 상기 복수의 제3 걸림턱들(722a) 중 어느 하나에 걸림되면서 크기가 조절될 수 있다. The
따라서, 사용자의 손목의 굵기에 맞게 조절될 수 있으므로, 착용이 용이할 뿐만 아니라 사용자의 손에 밀착되어 견고하게 고정될 수 있으므로, 추후 역감 전달시 보다 정확한 역감이 전달될 수 있다. Accordingly, since it can be adjusted according to the thickness of the wrist of the user, it is easy to wear, and can be firmly fixed to the user's hand, so that a more accurate sense of backwardness can be transmitted in the case of a backward sensation.
이후, 상기 엄지 손가락, 상기 검지 손가락 및 상기 중지 손가락을 상기 손가락 홀더(551)에 끼워 넣는다. Then, the thumb, the index finger, and the stop finger are inserted into the
도 25a는 상기 손가락 홀더(551)가 최대 열림 상태를 나타내고, 도 25b는 상기 손가락 홀더(551)가 최대 닫힘 상태를 나타낸다. 25A shows a state in which the
도 25a를 참조하면, 상기 손가락을 상기 손가락 홀더(551)에 끼워넣기 이전에 상기 손가락 홀더(551)는 최대 열림 상태를 유지할 수 있다. Referring to FIG. 25A, the
상기 손가락 홀더(551)가 최대로 열리더라도 상기 제1 가이드 돌기(523)가 상기 제1 가이드 슬릿(622b)에 끼워진 상태를 유지하기 때문에, 상기 손가락 홀더(551)의 크기를 조절하는 동안에 상기 회전부(551b)가 완전히 열리지 않는다. 따라서, 상기 회전부(551b)가 상기 고정부(551a)로부터 완전히 분리되지 않기 때문에, 상기 손가락 홀더(581)의 크기 조절이 용이하다. 상기 회전부(551b)가 상기 고정부(551a)로부터 분리될 경우, 상기 손가락을 끼운 상태에서 상기 회전부(551b)를 다시 회전시켜 상기 고정부(551a)에 걸리도록 하는 것이 매우 불편하기 때문에, 이러한 불편함을 해소할 수 있다. The first guide protrusion 523 is held in the first guide slit 622b even when the
도 25b를 참조하면, 상기 손가락을 상기 손가락 홀더(551)에 끼운 후에는 상기 제1 손잡이용 돌기(525)를 잡고 상기 제1 걸쇠(522)를 움직인다. 상기 제1 걸쇠(522)를 움직이면서, 상기 손가락의 크기에 맞게 상기 제1 체결 돌기(521)를 상 기 복수의 제1 걸림턱들(522a) 중에서 어느 하나에 체결시킨다. 상기 제1 체결 돌기(521)가 상기 복수의 제1 걸림턱들(522a) 중 어느 하나에 걸림되면서 크기가 조절될 수 있다.Referring to FIG. 25B, after the finger is inserted into the
<손 착용형 장치의 제어 방법>≪ Control method of hand-held device >
상술한 실시예에 비해 본 실시예에서 달라진 점은, 다른 손가락(검지, 중지 등)이 4자유도를 가지는데 반하여, 엄지는 5자유도를 가지므로, 모든 손가락의 움직임을 만족하기 위해 엄지에 하나의 회전축을 추가하여, 엄지의 움직임 측정 방법과, 나머지 손가락들의 움직임 측정 방법에 차등을 두었다는 점이다. As compared with the above-described embodiment, the present embodiment is different from the above-described embodiment in that, while the other fingers (indexing, stopping, etc.) have four degrees of freedom, the thumb has five degrees of freedom. Therefore, The addition of the axis of rotation adds a difference to the method of measuring the movement of the thumb and the method of measuring the movement of the remaining fingers.
또한, 제2 연결 부재(570)의 길이(l6)를 변수로 추가하여, 측정의 정확도를 보다 향상시켰다는 점도 상술한 실시예에 비해 본 실시예에서 달라진 점이다. Also, the accuracy of the measurement is further improved by adding the length 16 of the
먼저, 검지 및 중지 손가락(즉, 엄지 손가락을 제외한 나머지 손가락)의 위치를 추정하는 방법에 대해 설명하도록 한다. First, a method of estimating the positions of the detection and stop fingers (i.e., the rest of the fingers except for the thumb) will be described.
도 29 및 도 30은 도 17의 손 착용형 장치에서 검지 손가락의 원위부 위치를 구하기 위한 변수를 나타낸 도면이다.Figs. 29 and 30 are diagrams showing variables for obtaining the distal position of the index finger in the hand-held device of Fig. 17; Fig.
도 29 및 도 30을 참조하면, 검지 손가락의 원위부의 위치를 추정하는 방법은 다음과 같다. 29 and 30, a method of estimating the position of the distal portion of the index finger is as follows.
l1은 상기 제1 근위 링크부(531)의 길이, l2는 상기 제2 근위 링크부(532)의 길이, l3은 상기 제1 연결 부재(560)의 길이, l4는 상기 제2 원위 링크부(542)의 길이, l5는 상기 제1 원위 링크부(542)의 길이, l6은 상기 2자유도 연결 부재(710) 의 길이를 나타낸다. l1 내지 l6는 상기 손 착용형 장치(500)의 구조 정보로부터 미리 얻을 수 있는 값이다.l1 is the length of the first
θ1은 상기 구동부(520)의 회전각도이고, θ2는 상기 제2 근위 링크부(532)의 회전각도(θ2)이고, θ3은 상기 제2 원위 링크부(542)의 회전각도(θ3)이다. 그리고, θ4는 상기 2자유도 연결 부재(710)의 회전 각도, 보다 상세하게는 상기 2자유도 연결 부재(710)의 제1 회전부(711)의 회전 각도(θ4)이다. θ1 내지 θ4는 상기 구동부 센서, 상기 제1, 2, 3홀센서(미도시)로부터 측정할 수 있는 값이다.2 is the
α는 상기 제1 근위 링크부(531)와 상기 제2 근위 링크부(532)가 이루는 각도이며, β는 상기 제1 원위 링크부(541)와 상기 제2 원위 링크부(542)가 이루는 각도를 나타낸다. α, β는 상기 손 착용형 장치(500)의 구조 정보로부터 미리 얻을 수 있는 값이다.α is the angle between the first
도 29 및 도 30에 도시된 기구학 모델을 이용해 수학식 11 내지 수학식 13을 구할 수 있으며, 수학식 11 내지 수학식 13을 통해 검지 손가락의 원위부 위치(Px, Py, Pz)를 구할 수 있다. (11) to (13) can be obtained using the kinematic model shown in Figs. 29 and 30, and the distal position (Px, Py, Pz) of the index fingers can be obtained from the equations (11) to (13).
이 때, 상기 검지 손가락 원위부의 위치와 상기 손가락 착용부(550) 사이의 거리에 따른 오차는 매우 작다고 가정하여, 상기 검지 손가락 원위부의 위치와 상기 손가락 착용부(550)의 위치를 동일하다고 가정한다.At this time, it is assumed that the position of the distal portion of the index finger and the position of the
상기 수학식 11 내지 수학식 13을 참조하여, 검지 손가락의 원위부 위치(Px, Py, Pz)를 구할 수 있다. (Px, Py, Pz) of the index finger can be obtained with reference to the above-mentioned equations (11) to (13).
다음으로, 엄지 손가락의 위치를 추정하는 방법에 대해 설명하도록 한다. Next, a method of estimating the position of the thumb will be described.
도 31 및 도 32는 도 17의 손 착용형 장치에서 엄지 손가락의 원위부 위치를 구하기 위한 변수를 나타낸 도면이다.Figs. 31 and 32 are diagrams illustrating parameters for determining the distal position of the thumb in the hand-held device of Fig. 17;
도 31 및 도 32를 참조하면, 엄지 손가락의 원위부의 위치를 추정하는 방법은 다음과 같다. 엄지 손가락에는 3자유도 연결 부재(720)가 더 구비된다. 31 and 32, a method of estimating the position of the distal portion of the thumb is as follows. The thumb is further provided with a three degree of
l1은 상기 제1 근위 링크부(531)의 길이, l2는 상기 제2 근위 링크부(532)의 길이, l3은 상기 제1 연결 부재(560)의 길이, l4는 상기 제2 원위 링크부(542)의 길이, l5a는 상기 제1 원위 링크부(541)의 길이, l5b는 상기 3자유도 연결 부재(720)의 제2 회전부(722)의 길이, l6은 상기 3자유도 연결 부재(720)의 제1 회전부(721)의 길이를 나타낸다. l1 내지 l6는 상기 손 착용형 장치(500)의 구조 정보로부터 미리 얻을 수 있는 값이다.l1 is the length of the first
θ1은 상기 구동부(520)의 회전각도이고, θ2는 상기 제1 연결 부재(560)의 회전각도(θ2)이고, θ3은 상기 제2 원위 링크부(542)의 회전각도(θ3)이다. 그리고, θ4는 상기 3자유도 연결 부재(720)의 회전 각도, 보다 상세하게는 상기 3자유도 연결 부재(720)의 제1 회전부(721)의 회전 각도(θ4)이다. 그리고, θ5는 상기 3자유도 연결 부재(720)의 회전 각도, 보다 상세하게는 상기 3자유도 연결 부재(720)의 제2 회전부(722)의 회전 각도(θ5)이다. θ1 내지 θ5는 상기 구동부 센서, 상기 제1, 2, 3, 4홀센서(미도시)로부터 측정할 수 있는 값이다.2 is the
α는 상기 제1 근위 링크부(531)와 상기 제2 근위 링크부(532)가 이루는 각도이며, β는 상기 제1 원위 링크부(541)와 상기 제2 원위 링크부(542)가 이루는 각도를 나타낸다. α, β는 상기 손 착용형 장치(500)의 구조 정보로부터 미리 얻을 수 있는 값이다.α is the angle between the first
도 31에 도시된 기구학 모델을 이용해 수학식 14 내지 수학식 16을 구할 수 있으며, 수학식 14 내지 수학식 16을 통해 엄지 손가락의 원위부 위치(Px, Py, Pz)를 구할 수 있다. (14) to (16) can be obtained using the kinematic model shown in FIG. 31, and the distal position (Px, Py, Pz) of the thumb can be obtained from the equations (14) to (16).
상기 수학식 14 내지 수학식 16을 참조하여, 엄지 손가락의 원위부 위치(Px, Py, Pz)를 구할 수 있다. Referring to Equations (14) to (16) above, the distal position (Px, Py, Pz) of the thumb can be obtained.
이하에서는 상기 구한 손가락의 원위부 위치를 이용하여 손가락의 내외전 각도(θA)를 구하는 방법에 대해 설명한다. (Px, Py, Pz)를 구한 상태에서는, 이하의 방법은 엄지 또는 검지 손가락에 동일하게 적용할 수 있다. Hereinafter, a method of obtaining the inner and outer angles? A of the finger using the distal position of the obtained finger will be described. (Px, Py, Pz) are obtained, the following method can be applied to the thumb or index finger in the same way.
상술한 방법을 이용하여, 손가락의 원위부 위치를 알면, 하기의 수학식 17을 통해 손가락의 내외전 각도(θA)를 구할 수 있다. Knowing the position of the distal portion of the finger using the above-described method, the inside and outside angles? A of the finger can be obtained through the following expression (17).
앞의 도 13을 참조하면, 손가락의 내외전 각도(θA)는 손가락이 좌우방향으로 움직인 각도이다. 도 13은, 손가락의 원위부 위치를 상기 내외전 각도(θA)에 따라 회전하는 프레임으로 나타낸 것이다. 13, the inner and outer front angles? A of the fingers are the angles in which the fingers are moved in the lateral direction. Fig. 13 shows the position of the distal portion of the finger as a frame that rotates according to the inside / outside front angle [theta] A.
상기 내외전 각도(θA)에 대한 식은 수학식 17과 같다.The equation for the inner / outer front angle? A is shown in Equation (17).
수학식 17로부터 구한 상기 내외전 각도에 따라 회전하는 상기 검지 손가락의 원위부 위치를 구할 수 있다. 이하, 상기 내외전 각도에 따라 회전하는 상기 손가락의 원위부 위치를 상기 손가락의 원위부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)라 칭한다. The distal position of the index finger that rotates in accordance with the inside / outside angle determined from the equation (17) can be obtained. Hereinafter, the distal position of the finger rotating according to the inner / outer front angle is referred to as the distal rotation position (Px ', Py', Pz ') of the finger.
상기 손가락의 원위부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)는 수학식 18로 표현될 수 있다.The distal rotational positions (Px ', Py', Pz ') of the finger may be expressed by Equation (18).
상기 손가락의 원위부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)를 알면, 후술하는 수학식들을 통해 손가락 관절 각도를 구할 수 있다. Knowing the distal rotational position (Px ', Py', Pz ') of the finger, the finger joint angle can be obtained through the following equations.
이하에서는 상기에서 구한 손가락의 원위부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)를 이용하여 손가락의 각도를 구하는 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a method of obtaining the angle of the finger using the distal rotational positions Px ', Py', and Pz 'of the finger as described above will be described.
도 33a 및 도 33b는 본 발명의 일 실시예에 따른 손 착용형 장치에서 손가락 관절 각도를 구하기 위한 기구학 모델을 나타낸 도면이다. 한편, 도 34는 손가락을 구부릴 경우 손가락 관절의 각도를 x’-z’평면상에 나타낸 것이다.33A and 33B are diagrams illustrating a kinematic model for obtaining a finger joint angle in a hand-held device according to an embodiment of the present invention. On the other hand, FIG. 34 shows the angle of the finger joint on the x'-z 'plane when the finger is bent.
도 33b에서, 손가락의 길이를 10f라고 가정할 경우, 각 마디의 길이 비율은 2f, 3f, 5f로 나타낸다. In Fig. 33B, assuming that the length of the finger is 10f, the length ratio of each node is expressed by 2f, 3f, and 5f.
또한, 상기 제1 근위 링크부(531)의 원위부와 상기 손가락의 중수지절관절(MCP) 사이의 거리는 l로 표현하며, 이는 모든 사용자가 같은 방식으로 착용하므로 일정한 값을 가지는 것으로 상정할 수 있다. In addition, the distance between the distal portion of the first
도 34에서, θM은 중수지절관절(MCP, Metacarpophalangeal joint)의 각도이다. θP는 근위지절간관절(PIP, Proximal interphalangeal joint)의 각도이다. 한편, 원위지절간관절(DIP, distal interphalangeal joint)의 각도인 θD는 근위지절간관절(θP)의 2/3이라고 가정한다. In Fig. 34, θM is the angle of the metacarpophalangeal joint (MCP). θP is the angle of the proximal interphalangeal joint (PIP). On the other hand, it is assumed that the angle θD of the distal interphalangeal joint (DIP) is 2/3 of the near interdental joint (θP).
한편, 손 착용형 장치는 근위지절간관절(PIP, Proximal interphalangeal joint)에 체결되기 때문에 손가락 관절 각도 알고리즘에서는 중수지절관절(MCP, Metacarpophalangeal joint)과 근위지절간관절(PIP, Proximal interphalangeal joint)의 각도만을 고려한다. 원위지절간관절(DIP, distal interphalangeal joint)의 각도인 θD는 근위지절간관절(θP)의 2/3이라고 가정한다.On the other hand, since the hand-held device is fastened to the proximal interphalangeal joint (PIP), the angle of the finger joint angle algorithm (MCP, Metacarpophalangeal joint) and the angle of the proximal interphalangeal joint . The angle θD of the distal interphalangeal joint (DIP) is assumed to be 2/3 of the near-extremity joint (θP).
현재 가능한 관절 각도 와, 는 이전의 관절 각도를 이용하여 다음의 수학식 19 및 수학식 20으로부터 계산할 수 있다. Currently available joint angles Wow, Can be calculated from the following equations (19) and (20) using the previous joint angle.
한편, 상기 구한 현재 가능한 관절 각도로부터 계산된, 가능한 관절 각도에 의한 손끝 위치 P1~P9은 다음의 수학식 21로부터 계산할 수 있다. On the other hand, the fingertip positions P1 to P9 of the possible joint angles, which are calculated from the obtained presently available joint angles, can be calculated from the following equation (21).
다음으로, 현재 가능한 관절 각도로 이루어진 손 끝 위치가 실제 손 끝 위치와 얼마나 가까운지 계산하여 가장 가까운 거리를 가지는 관절 각도로 착용자의 손가락 각도를 추정하게 된다. Next, the fingertip angle of the wearer is estimated at the joint angle having the closest distance by calculating how close the hand end position of the currently available joint angle is to the actual fingertip position.
여기서, L 은 가능한 관절 각도로 이루어진 손 끝 위치와 실제 손 끝 위치 사이의 거리를 의미한다. 이와 같은 거리 L1~L9은 다음의 수학식 22로부터 계산할 수 있다. Here, L means the distance between the hand end position and the actual hand end position, which are possible joint angles. These distances L1 to L9 can be calculated from the following equation (22).
마지막으로, L1~L9 중에서 최소한의 거리를 가지는 관절각도 를 착용자의 손가락 각도로 추정하게 되는 것이다. Finally, the joint angle < RTI ID = 0.0 > Is estimated by the finger angle of the wearer.
결과적으로, 손가락의 관절 각도 (θP, θD, θM)을 계산하면 다음과 같다. As a result, the joint angles? P,? D,? M of the finger are calculated as follows.
상기와 같이, 상기 손가락의 원위부 회전 위치(P’)를 알면, 손가락의 관절 각도(θP, θD, θM)을 계산할 수 있다.As described above, when the distal rotation position P 'of the finger is known, the joint angles? P,? D,? M of the finger can be calculated.
따라서 상기 제어부(미도시)는, 상기 손가락의 원위부 회전 위치(P’)와 상기 손가락의 관절 각도(θP, θD, θM)를 이용하여 상기 손가락의 움직임을 추정할 수 있다.Accordingly, the controller (not shown) can estimate the movement of the finger using the distal rotation position P 'of the finger and the joint angles? P,? D,? M of the finger.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 손가락의 움직임을 방해하지 않으면서 손가락의 원위부로 원하는 힘을 전달하도록 상기 구동부(미도시)를 제어한다. 상기 제어부(미도시)는, 상기 손가락의 원위부 회전 위치(P’)와 상기 손가락의 관절 각도(θP, θD, θM)를 이용하여, 상기 구동부(520)의 전류를 제어함으로써, 단단한 물체, 부드러운 물체 등과 같은 다양한 물체에서 발생하는 역감을 변화시켜 전달할 수 있다. In addition, the control unit (not shown) controls the driving unit (not shown) to transmit a desired force to the distal portion of the finger without interfering with the movement of the finger. The control unit controls the current of the
상기와 같이 구성된 손 착용형 장치는, 손등에 장착되기 때문에 손가락을 구부리는 동작이 용이하다. 또한, 5 내지 6자유도를 갖도록 구성됨으로써, 손을 쥐고 펴는 동작, 손가락의 내전, 외전 등과 같은 움직임을 방해하지 않는다.Since the hand-held device constructed as described above is mounted on the back of the hand, it is easy to bend the finger. In addition, it is configured to have 5 to 6 degrees of freedom, so that it does not interfere with movements such as gripping and stretching, fingers, abduction, abduction, and the like.
한편, 도 1 등에 도시된 제1 실시예에는 구동부(도 1의 120 참조)가 구비되어, 구동부가 전달하는 구동력에 의해 링크들이 움직이면서 사용자에게 역감을 구성하는 것으로 도시되어 있고, 도 17 등에 도시된 제2 실시예에서는 상기 손가락 착용부(도 17의 550 참조)의 내측 하부에 진동 발생기(도 17의 597 참조)를 구비하여 손가락의 단부에 진동을 전달하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. In the first embodiment shown in Fig. 1 and the like, a driving unit (refer to 120 in Fig. 1) is provided, and the driving force transmitted by the driving unit moves the links to constitute a reversal for the user. In the second embodiment, a vibration generator (see 597 in Fig. 17) is provided at the inner lower portion of the finger wearing portion (see 550 in Fig. 17) to transmit vibration to the end portion of the finger. However, But is not limited thereto.
즉, 도 1 등에 도시된 제1 실시예에서 구동부(도 1의 120 참조)를 구비하지 않고 진동 발생기(도 17의 597 참조)를 구비할 수도 있고, 도 17 등에 도시된 제2 실시예에서 진동 발생기(도 17의 597 참조)를 구비하지 않고 구동부(도 1의 120 참조)를 구비할 수도 있으며, 또는 구동부(도 1의 120 참조)와 진동 발생기(도 17의 597 참조)를 함께 구비할 수도 있을 것이다. In other words, the vibration generator (see 597 in Fig. 17) may be provided instead of the drive unit (see 120 in Fig. 1) in the first embodiment shown in Fig. 1 and the like, (See 120 in FIG. 1), or may be provided with a drive (see 120 in FIG. 1) and a vibration generator (see 597 in FIG. 17) There will be.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.The specific acts described in the present invention are, by way of example, not intended to limit the scope of the invention in any way. For brevity of description, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of such systems may be omitted. Also, the connections or connecting members of the lines between the components shown in the figures are illustrative of functional connections and / or physical or circuit connections, which may be replaced or additionally provided by a variety of functional connections, physical Connection, or circuit connections. Also, unless explicitly mentioned, such as " essential ", " importantly ", etc., it may not be a necessary component for application of the present invention.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.The use of the terms " above " and similar indication words in the specification of the present invention (particularly in the claims) may refer to both singular and plural. In addition, in the present invention, when a range is described, it includes the invention to which the individual values belonging to the above range are applied (unless there is contradiction thereto), and each individual value constituting the above range is described in the detailed description of the invention The same. Finally, the steps may be performed in any suitable order, unless explicitly stated or contrary to the description of the steps constituting the method according to the invention. The present invention is not necessarily limited to the order of description of the above steps. The use of all examples or exemplary language (e.g., etc.) in this invention is for the purpose of describing the present invention only in detail and is not to be limited by the scope of the claims, It is not. It will also be appreciated by those skilled in the art that various modifications, combinations, and alterations may be made depending on design criteria and factors within the scope of the appended claims or equivalents thereof.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 애플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.The embodiments of the present invention described above can be embodied in the form of a computer program that can be executed on various components on a computer, and the computer program can be recorded on a computer-readable medium. At this time, the medium may be a computer capable of continuously storing a program executable, or storing it for execution or downloading. In addition, the medium may be a variety of recording means or storage means in the form of a combination of a single hardware or a plurality of hardware, but is not limited to a medium directly connected to a computer system, but may be dispersed on a network. Examples of the medium include a magnetic medium such as a hard disk, a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as CD-ROM and DVD, a magneto-optical medium such as a floptical disk, And program instructions including ROM, RAM, flash memory, and the like. As another example of the medium, a recording medium or a storage medium managed by a site or a server that supplies or distributes an application store or various other software to distribute the application may be mentioned.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정과 변경을 꾀할 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes may be made thereto without departing from the scope of the present invention.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all ranges that are equivalent to or equivalent to the claims of the present invention as well as the claims .
100: 손 착용형 장치
110: 손등 착용부 120: 구동부
130: 근위 링크 140: 원위 링크
150: 손가락 착용부 160: 제1 연결 부재
170: 제2 연결 부재100: Hand-held device
110: a hand wearing part 120: a driving part
130: proximal link 140: distal link
150: finger wearing section 160: first connecting member
170: second connecting member
Claims (1)
상기 손등 착용부에 회전가능하게 연결되는 근위 링크;
상기 근위 링크에 대해 적어도 2 이상의 자유도를 갖도록 제1 연결 부재에 의해 상기 근위 링크에 결합된 원위 링크;
상기 원위 링크에 대해 적어도 2 이상의 자유도를 갖도록 제2 연결 부재에 의해 상기 원위 링크에 결합되고, 손가락의 단부에 착용되는 손가락 착용부; 및
상기 손가락 원위부의 위치를 추정하는 제어부;를 포함하는 손 착용형 장치.A handgrip;
A proximal link rotatably connected to the back of the hand;
A distal link coupled to the proximal link by a first linking member to have at least two degrees of freedom with respect to the proximal link;
A finger-wearing portion coupled to the distal link by a second linking member to have at least two degrees of freedom with respect to the distal link, the finger-wearing portion being worn on an end of the finger; And
And a controller for estimating a position of the distal portion of the finger.
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020170135428A KR20190043658A (en) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | Hand wearable device and control method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20190043658A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101485414B1 (en) | 2013-05-03 | 2015-01-26 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | Linkage Structure of a Hand Exoskeleton for Interacting with Virtual Objects |
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2017
- 2017-10-18 KR KR1020170135428A patent/KR20190043658A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101485414B1 (en) | 2013-05-03 | 2015-01-26 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | Linkage Structure of a Hand Exoskeleton for Interacting with Virtual Objects |
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