KR20190092777A - 글러브형 모션인식 장치 및 방법 - Google Patents

글러브형 모션인식 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

글러브형 글러브형 모션인식 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 모션 인식장치는 손가락 모양 및/또는 손 모양을 인식할 수 있으며, 손가락 끝부분의 접촉 여부를 인식하고 기설정된 특정 이벤트로 인식할 수 있다. 본 발명의 모션인식 장치는 각 손가락 관절 부분에 스트레인 게이지 모듈을 배치하고, 관절 굽힘에 따른 스트레인 게이지의 저항값의 변화를 인식하는 방법으로 손가락의 동작을 인식할 수 있다.

Description

글러브형 모션인식 장치 및 방법{Glove-type Motion Recognizing Apparatus and Recognizing Method thereof}
본 발명은 웨어러블(Wearable) 모션 인식장치로서, 손가락 마디의 움직임을 기초로 손가락 동작 및/또는 손동작을 인식함으로써 그 인식된 동작을 사용자 제어명령으로 처리할 수 있는 글러브형 모션인식 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
공간 상에서의 기계나 사용자의 동작을 인식하기 위한 모션인식 기술은 센서 기술의 발달과 더불어 최근 급속한 발전을 이루고 있으며, 다양한 파생 기술이나 상품들을 만들어왔다.
사용자의 모션을 인식하는 기술에는 (1) 사용자 외부에 설치된 센서나 카메라를 이용하여 사용자의 모션을 인식하는 방법과, (2) 사용자에 부착되거나 착용한 웨어러블(Wearable) 형태의 센서를 이용하는 방법이 있다. 그 중에서 웨어러블 형태의 모션인식 장치는 사용자의 운동이나 이동성에 제약이 없기 때문에 더욱 주목받고 있고 발전 가능성도 큰 분야이다.
우선 웨어러블 형태의 모션 인식은 그 활용 범위가 무궁무진하다. 흔히 드는 예로서 증강현실이나 가상현실을 구현한 시뮬레이터와 같은 장비를 생각할 수도 있지만, 전자장치나 기계장치의 조작이나 제어를 직접 터치하지 않고 수행하는 인터페이스 제어기 같은 것이 가능하다. 예를 들어 자동차 문을 개폐하고 오디오를 동작시키기 위해, 운전자는 문이나 오디오 장치를 직접 터치하지 않고 공간 상의 간단한 동작으로 처리할 수 있다.
웨어러블 모션 인식에 사용되는 센서는 사용자에 부착해야 하는 것이므로 초박형, 초경량 정밀 센서가 사용된다. 새로운 센서들의 개발은 웨어러블 모션인식 장치를 더욱 실감나고 현실감 있게 할 것이다.
[관련선행기술]
1. 대한민국 공개특허 제10-2015-0112741호 (발명의 명칭: 웨어러블 장치 및 이를 이용한 정보 입력 방법) 이 발명은 신체 영역의 표피에 대한 물리적 변화를 각각 감지하는 복수의 센서들을 포함하는 센서 어레이와, 상기 복수의 센서들로부터 수신된 센싱 신호들을 기초로 신체 부위의 움직임을 결정하는 신체 움직임 결정부를 포함하는 웨어러블 장치를 개시하고 있다.
본 발명의 목적은, 손가락 마디의 움직임을 기초로 손가락 동작 및/또는 손동작을 인식함으로써 그 인식된 동작을 사용자 제어명령으로 처리할 수 있는 글러브형 모션인식 장치 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 모션 인식과정에서 손가락 끝에 접촉되는 압력을 측정할 수 있는 글러브형 모션인식 장치 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모션인식 장치는 글러브형 모션인식 장치로서, 글러브 형상의 본체와, 제1 센서부, 제2 센서부 및 제어부를 포함한다.
제1 센서부는 상기 본체의 손가락 관절 부분에 장착된 복수 개의 스트레인 게이지 모듈을 구비하여 상기 본체의 손가락 관절 부분의 굽힘 정도를 인식하며, 제2 센서부는 상기 본체의 손가락 끝부분에 마련된 복수 개의 압력센서를 구비하여 손가락이 물건에 접촉할 때의 압력을 검출한다.
제어부는 상기 제1 센서부의 출력 패턴을 기초로 손의 모양(제1 동작)을 인식하고 상기 제2 센서부의 출력을 기초로 상기 손가락의 끝부분의 접촉 여부(제2 동작)를 인식하여 상기 적어도 하나의 제1 동작과 적어도 하나의 제2 동작이 기설정된 조합인 경우에 이벤트가 발생한 것으로 인식할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 제2 동작은 기설정된 크기 이상의 압력이 인식된 경우가 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 글러브형 모션인식 장치의 모션 인식 방법은, 상기 본체의 손가락 관절 부분에 각각 마련된 복수 개의 스트레인 게이지 모듈이 상기 본체의 손가락 관절 부분의 굽힘 정도를 인식하는 단계와; 상기 본체의 손가락 끝부분에 각각 마련된 복수 개의 압력센서가 압력을 인식하는 단계와; 제어부가 상기 복수 개의 스트레인 게이지의 출력 패턴을 기초로 손의 모양(제1 동작)을 인식하고 상기 복수 개의 압력센서의 출력을 기초로 손가락 끝부분의 접촉 여부(제2 동작)를 인식하여 상기 적어도 하나의 제1 동작과 적어도 하나의 제2 동작이 기설정된 조합인 경우에 이벤트가 발생한 것으로 인식하는 단계를 포함한다.
본 발명의 모션 인식장치는 글러브 형태로써 사용자가 손에 착용하고 손가락을 움직일 경우에, 그 손가락 마디의 움직임을 인식하는 방법으로 개별 손가락 동작 및/또는 개별 손가락 동작이 결합된 전체 손동작을 인식할 수 있다. 나아가 연속된 인식결과를 그 동작들에 기등록해 둔 제어명령으로 인식할 수 있다.
또한, 본 발명의 모션 인식장치는 모션 인식과정에서 손가락 끝에 접촉되는 압력을 측정할 수 있다. 따라서 손동작 인식과 연결하여 별도의 이벤트를 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 글러브형 모션인식 장치의 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 글러브형 모션인식 장치의 블록도,
도 3은 본 발명의 글러브형 모션인식 장치의 동작 설명에 제공되는 도면, 그리고
도 4는 본 발명의 글러브형 모션인식 장치의 동작 설명에 제공되는 흐름도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 글러브형 모션인식 장치(100)는 사용자가 손에 착용하는 글러브형으로서, 착용자의 개별 손가락의 동작과 개별 손가락의 동작이 결합된 전체 손동작을 인식할 수 있다. 이러한 인식을 기반으로, 사용자는 본 발명의 모션인식 장치(100)를 이용하여 사용자의 제어명령을 입력할 수 있다.
도 1의 (a)를 참조하면, 본 발명의 글러브형 모션인식 장치(100)는 글러브형 본체(110)와 회로부(130)를 구비한다. 본체(110)는 사용자가 손에 착용할 수 있는 장갑 형태로서, 장갑 피 내부, 장갑 내면 또는 장갑 외면에 회로부(130)에 포함된 각종 센서(101, 103)가 장착된다.
본체(110)는 도 1의 (a)와 (b)에 도시된 것처럼 글러브 형태이다. 본체(110)의 각 손가락 부분은 사용자의 손가락과 완전히 밀착할 필요는 없지만, 적어도 제1 센서부(205)가 손가락 마디의 꺽임에 따른 텐션(Tension)의 변화를 인식할 수 있는 정도는 되어야 한다. 또한, 본체(110)의 각 손가락 관절부분이 굽혀져야 한다.
본체(110)는 사용자의 손을 전면적으로 보호하거나 수용하기 위한 완전한 형태의 장갑일 필요는 없고, 오히려 사용자의 손에 제1 센서부(205)와 제2 센서부(207)를 배치할 수 있는 형태이면 어떠한 것이어도 무방하다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 회로부(130)는 전원부(201), 무선통신 인터페이스(203), 제1 센서부(205), 제2 센서부(207) 및 제어부(210)를 포함한다.
전원부(201)는 배터리(미도시)를 구비하여 모션인식 장치(100)의 동작 전력을 공급한다.
무선통신 인터페이스(203)는 외부 장치(미도시)와 무선 통신 프로토콜에 따라 통신할 수 있는 수단으로서, 블루투스(Bluetooth), 무선랜(Wirelsss LAN), 지그비(Zigbee) 등의 프로토콜을 사용할 수 있다. 무선통신 인터페이스(203)는 제어부(210)가 모션 인식한 사용자의 개별 손가락의 동작 및/또는 손 전체의 동작에 대응되는 코드 또는 제어명령을 외부장치(미도시)에게 제공할 수 있다.
제1 센서부(205)는 복수 개의 스트레인 게이지 모듈(101)을 포함하여 손가락 관절 각각의 움직임을 인식한다. 도 1의 (b)를 참조하면, 제1 센서부(205)는 본체(110)의 손가락 부분에 장착되며, 그 중에서도 손가락의 등 부분에 장착된다. 사용자가 글러브형 모션인식 장치(100)를 손에 착용하면 제1 센서부(205)가 사용자의 각 손가락의 등을 따라 위치하게 된다.
스트레인 게이지는 센서 내부의 도전성 패턴이 장력(Tension)을 받으면 저항이 커지고 인력(Compression)을 받으면 저항이 작아짐으로써, 형태적 변형에 따라 저항 값이 바뀌는 소자이다.
스트레인 게이지 모듈(101) 각각은 손가락 관절의 굽힘 정도를 인식하기 위하여 복수 개의 스트레인 게이지를 포함할 수 있다. 또한 스트레인 게이지 모듈(101)은 은 나노 와이어(Ag Nano Wire) 또는 탄소나노튜브(CNT:Carbon NanoTube)와 같은 신축성이 우수한 도전성 재료를 신축성 있는 기판(Stretchable PCB)에 코팅하여 만들 수 있다. 예컨대, 한국표준과학연구원의 대한민국 공개특허 제10-2011-0105026호 (발명의 명칭: 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이, 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법 및 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법)를 이용할 수 있다.
도 1에서처럼, 손가락 관절 부분에 배치된 스트레인 게이지 모듈(101)의 각 스트레인 게이지는 착용한 사용자의 손가락 관절의 굽히거나 편 정도에 따른 서로 다른 저항값을 가진다. 따라서 본 발명의 모션인식장치(100)가 스트레인 게이지 모듈(101)을 이용하여 손가락의 모양을 인식하기 위해서는, 손가락 관절 부분마다 스트레인 게이지 모듈(101)을 장착해야 한다.
본 발명의 모션인식장치(100)의 제1 센서부(205)가 몇 개의 스트레인 게이지 모듈(101)을 구비할 것인지 여부는 설계사항이며, 인식 대상이 되는 손가락의 개수 또는 손가락 관절의 개수에 따라 결정될 수 있다. 사람의 손의 관절부위는 통상 14개이므로, 모션인식장치(100)가 손가락의 모든 관절의 움직임을 인식하도록 설계된 경우라면 14개의 스트레인 게이지 모듈(101)을 구비해야 하고, 스트레인 게이지 모듈(101)마다 2개 이상의 스트레인 게이지를 포함할 경우에 모션인식장치(100) 하나에는 훨씬 많은 스트레인 게이지를 포함해야 한다. 엄지손가락에는 2개의 스트레인 게이지 모듈(101)이 장착된다.
제1 센서부(205)의 복수 개 스트레인 게이지 모듈(101)은 개별 채널로 제어부(210)와 연결된다. 손가락의 각 관절마다 배치된 스트레인 게이지 모듈(101)의 출력(저항 값)은 각각 개별 채널로 제어부(210)가 읽어가기 때문에, 제어부(210)는 어느 손가락의 어떤 관절의 굽힘이 발생했는지 인식할 수 있다. 도 1의 제1 센서부(205)는 14개의 채널의 스트레인 게이지 모듈(101)이 구성된 예이다.
제2 센서부(207)는 각 손가락의 끝 부분에 장착되어 손가락 끝부분의 터치 압력을 측정하는 복수 개의 압력 센서(또는 힘 센서)(103)를 구비한다. 제2 센서부(207)에는 초박형 고감도 압력 센서가 사용되는 것이 바람직하다. 제어부(210)는 제2 센서부(207)를 이용하여 각 손가락의 접촉을 인식할 수 있다. 도 1에는 모든 손가락의 접촉을 인식할 수 있도록 모두 5개 채널의 압력 센서(103)를 구비한 제2 센서부(207)가 도시되어 있다.
도 3에서처럼, 본 발명의 모션인식장치(100)를 착용한 사용자가 공(a)을 엄지손가락과 검지 손가락으로 파지하면, 관련된 손가락 관절들의 굽힘동작이 발생하고 그에 따라 해당 부분의 스트레인 게이지 모듈(101)의 출력이 변한다. 이때, 손가락 관절마다 굽힘 정도가 다르기 때문에, 예컨대 도 3에서는 중지의 스트레인 게이지 모듈(101c)의 저항값이 엄지의 스트레인 게이지 모듈(101a, 101b)보다 커진다. 마찬가지로, 공(a)에 접촉한 두 개의 압력센서(103a, 103b)의 출력이 변한다.
제어부(210)는 본 발명의 모션인식 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 특별히, 제어부(210)는 동작인식부(211), 접촉인식부(213) 및 이벤트발생부(215)를 포함하여 사용자의 손 모양과 손목의 동작에 기반한 사용자 제어명령을 인식한다.
동작인식부(211)는 제1 센서부(205)의 복수 개 스트레인 게이지 모듈(101)의 출력을 기초로 손가락의 모양 또는 손의 모양(제1 동작)을 인식한다. 예를 들어, 14개 채널의 스트레인 게이지 모듈(101)의 출력이 변하더라도, 각 채널 별로 굽힘의 인식 정도는 다르게 설정될 수 있다. 이러한 점에 기초하여, 동작인식부(211)는 제1 센서부(205)의 복수 개 스트레인 게이지 모듈(101)의 출력을 기초로 기등록된 특정 손모양 또는 손가락(굽힘) 모양을 인식할 수 있다.
동작인식부(211)는 기등록된 복수 개의 제1 동작 중 하나가 인식되면 그 인식 정보(제1 코드)를 이벤트발생부(215)에게 제공한다.
접촉인식부(213)는 제2 센서부(207) 각 채널의 출력을 기초로 각 손가락 끝부분이 터치하는 과정에서 발생하는 압력을 검출함으로써 어느 손가락이 터치 중인지를 인식하고, 그 압력의 크기가 기설정된 크기 이상인지 여부를 검출하여 접촉으로 인식할 지 여부를 판단한다. 접촉인식부(213)는 접촉으로 인식될 크기의 압력이 감지된 손가락과 그때의 압력의 크기에 대한 정보(이하 제2 코드)를 이벤트발생부(215)에게 제공할 수 있다.
모션인식장치(100)를 착용한 사용자는 어떤 식으로든 손을 계속 움직이기 때문에, 제1 센서부(205)의 출력은 상시로 변경될 것이다. 그렇더라도, 제1 코드로 등록된 동작(또는 형태)의 개수는 한정되어 있으므로, 동작인식부(211)가 제1 센서부(205)의 출력 변화에 대응하여 이벤트발생부(215)에게 제공하는 제1 코드는 계속 변경되지 않는다.
이벤트발생부(215)는 동작인식부(211)와 접촉인식부(213)가 제공하는 제1 코드와 제2 코드를 기초로, 적어도 하나의 제1 동작이 계속되는 중에 특정 손가락의 끝부분에서 기설정된 크기 이상의 압력이 인식된 경우에 이벤트가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 제1 코드와 제2 코드의 종류에 따라 매우 다양한 이벤트를 설정할 수 있다.
손동작 이벤트 인식방법
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 모션인식 장치(100)의 모션 인식방법에 기반한 손동작 이벤트 인식방법을 설명한다.
<손 동작의 인식: S401>
사용자가 모션인식 장치(100)를 착용하고 전원이 온(On)되어 동작을 개시하는 동안, 동작인식부(211)는 제1 센서부(205)를 통해 제1 동작을 상시 인식하고 대응하는 제1 코드가 있으면 이벤트발생부(215)에게 제공한다.
<손가락 접촉 인식: S403>
접촉인식부(213)는 제2 센서부(207)를 통해 손가락 끝부분에서 발생하는 압력을 인식하여 제2 코드를 생성한다. 앞서 설명한 것처럼 제2 코드는 손가락 위치와 압력의 크기 정보 등이 포함된다.
<이벤트 인식: S405>
이벤트발생부(215)는 동작인식부(211)와 접촉인식부(213)를 통해 S501 및 S503 단계를 결과를 반복적으로 수신한다. 그 중에 동작인식부(211)가 제공하는 제1 코드와 접촉인식부(213)가 제공하는 제2 코드의 조합이 기등록된 조합인 경우에, 기등록된 특정 이벤트가 발생한 것으로 판단한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (3)

  1. 사용자 손에 착용하는 글러브형 모션인식 장치로서,
    글러브 형상의 본체;
    상기 본체의 손가락 관절 부분에 장착된 복수 개의 스트레인 게이지 모듈을 구비하여 상기 본체의 손가락 관절 부분의 굽힘 정도를 인식하는 제1 센서부;
    상기 본체의 손가락 끝부분에 장착된 복수 개의 압력센서를 구비하여 상기 손가락 끝부분에 접촉하는 압력을 인식하는 제2 센서;
    상기 제1 센서부의 출력 패턴을 기초로 손의 모양(제1 동작)을 인식하고 상기 제2 센서부의 출력을 기초로 상기 손가락의 끝부분의 접촉 여부(제2 동작)를 인식하여 상기 적어도 하나의 제1 동작과 적어도 하나의 제2 동작이 기설정된 조합인 경우에 이벤트가 발생한 것으로 인식하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 글러브형 모션인식 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 동작은 기설정된 크기 이상의 압력이 인식된 경우인 것을 특징으로 하는 글러브형 모션인식 장치.
  3. 사용자의 손에 착용하는 글러브형 모션인식 장치의 모션 인식 방법에 있어서,
    상기 본체의 손가락 관절 부분에 각각 마련된 복수 개의 스트레인 게이지 모듈이 상기 본체의 손가락 관절 부분의 굽힘 정도를 인식하는 단계;
    상기 본체의 손가락 끝부분에 각각 마련된 복수 개의 압력센서가 압력을 인식하는 단계;
    제어부가 상기 복수 개의 스트레인 게이지 모듈의 출력 패턴을 기초로 손의 모양(제1 동작)을 인식하고 상기 복수 개의 압력센서의 출력을 기초로 손가락 끝부분의 접촉 여부(제2 동작)를 인식하여 상기 적어도 하나의 제1 동작과 적어도 하나의 제2 동작이 기설정된 조합인 경우에 이벤트가 발생한 것으로 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 글러브형 모션인식 장치의 모션 인식 방법.
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