KR20190108834A - 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치 - Google Patents

정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20190108834A
KR20190108834A KR1020180030402A KR20180030402A KR20190108834A KR 20190108834 A KR20190108834 A KR 20190108834A KR 1020180030402 A KR1020180030402 A KR 1020180030402A KR 20180030402 A KR20180030402 A KR 20180030402A KR 20190108834 A KR20190108834 A KR 20190108834A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
skin
sensing device
user intention
electrode
present
Prior art date
Application number
KR1020180030402A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102089139B1 (ko
Inventor
김영진
김완수
Original Assignee
김영진
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김영진 filed Critical 김영진
Priority to KR1020180030402A priority Critical patent/KR102089139B1/ko
Priority to PCT/KR2018/006211 priority patent/WO2019177202A1/ko
Publication of KR20190108834A publication Critical patent/KR20190108834A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102089139B1 publication Critical patent/KR102089139B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/017—Gesture based interaction, e.g. based on a set of recognized hand gestures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03547—Touch pads, in which fingers can move on a surface
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector

Abstract

본 발명에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치는 피부에 부착되는 사용자 의도 센싱 장치로서, 기판, 상기 기판의 하부에 부착된 전극부, 상기 전극부와 상기 피부가 이격된 상태로 유지시키면서 상기 피부에 상기 기판을 부착시키기 위한 부착부, 및 상기 전극부와 상기 피부 사이의 정전용량을 측정하는 측정부를 포함하여 이루어져 측정된 정전용량 값으로 사용자가 어떠한 움직임을 하려는 것인지에 대한 사용자 의도를 파악할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치 {CAPACITIVE TYPE USER INTENSION SENSING APPARATUS}
본 발명은 사용자 의도 센싱 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치에 관한 것이다.
센서를 통해 사용자의 의도를 파악하고 그에 맞추어 작동하도록 하는 전자 의족, 의수, 의지 등이 개발되어 절단 장애우들의 삶을 보다 윤택하게 해주고 있다.
이때 사용자의 의도를 파악하기 위해서 뇌파보다 데이터 처리가 쉽고 피부에 비침습한 상태에서 사용할 수 있는 근전도 신호가 많이 활용되고 있다.
하지만 근전도 신호를 센싱하는 근전도 센서는 가격이 비싸고 전력소모가 높을 뿐만 아니라 땀, 근피로도 등에 의해 근전도 신호가 변화하고 착용 전도성을 높이기 위한 전처리 과정이 필요하는 등 여러가지 문제점을 가지고 있다.
이에 최근 근피로도에 덜 민감하여 데이터 사용이 용이하고, 사용 전 전도성을 높이기 위해 피부 젤, 전도성 젤 등을 사용하지 않아도 되는 FMG(Force Myography)를 이용하여 사용자의도를 추정하는 연구가 이루어지고 있다.
하지만 FSR(Force-Sensing Resistor)을 이용하는 FMG의 경우 외력에 의해 저항이 변형되는 것을 측정하는 방식으로 장치가 반드시 밴드형태로 속박되어 피부에 밀착되어야 하므로 형태의 구성이 자유롭지 않고, 최소 10㎲ 이상의 소자시작시간(Device Rise Time)이 필요하기 때문에 근육의 빠른 변형에 대응하지 어려워 시간지연현상으로 이어지는 문제가 있다.
이에 사용자 의도를 파악할 수 있는 새로운 형태의 센서의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 생체 신호를 측정하지 않고도 사용자 의도를 센싱할 수 있는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 피부에 부착되어 피부와 전극 사이의 거리 변화를 감지함으로써 사용자 의도를 파악할 수 있는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부 요인에 의한 신호 변화가 적고 전처리 과정이 필요하지 않는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 형태의 구성이 자유롭고, 소자시작시간이 필요하지 않는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은, 본 발명에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치에 의해 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치는 피부에 부착되는 사용자 의도 센싱 장치로서, 기판, 상기 기판의 하부에 부착된 전극부, 상기 전극부와 상기 피부가 이격된 상태로 유지시키면서 상기 피부에 상기 기판을 부착시키기 위한 부착부, 및 상기 전극부와 상기 피부 사이의 정전용량을 측정하는 측정부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 부착부는 실리콘 패드로 이루어질 수 있다.
또한 상기 부착부의 두께와 상기 전극부의 두께의 차는 0 초과 13㎜ 이하일 수 있다.
또한 상기 부착부의 두께와 상기 전극부 두께의 차가 5mm 초과 1.5㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 전극부는 일정 간격으로 이격된 복수 개의 전극으로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치는 기판에 형성된 접지 전극, 부착부 하부에 형성되어 상기 피부와 직접 접촉하는 접지 단자 및 접지 전극과 상기 접지 단자를 연결하는 연결라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 측정이 어려운 생체 신호를 측정하지 않고 피부에 부착되어 피부와 전극 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화를 감지함으로써 사용자 의도를 파악할 수 있는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 제공하는 효과를 갖는다.
특히 땀, 근피로도 등의 외부 요인에 의해 센싱값이 변화하지 않으므로 항상 신뢰성 있는 결과값 제공이 가능하며, 전처리 과정이 필요하지 않아 사용이 용이하고, 형태의 구성이 자유로울 뿐만 아니라 소자시작시간에 따른 시간지연 문제도 발생하지 않는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 제공하는 효과를 갖는다.
제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치의 단면도이다.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 피부에 부착한 모습을 보여주는 도면이다.
제3도 내지 제5도는 전극패드와 피부와의 거리에 따른 센싱값을 보여주는 그래프들이다.
제6도는 전극패드와 피부와의 거리에 따른 신호대 잡음비를 보여주는 그래프이다.
제7도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치의 단면도이다.
제8도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱장치의 샘플 사진이다.
제9도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱장치 3개를 각각 다른 근육에 부착한 모습을 보여주는 도면이다.
제10도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱장치의 센싱값을 이용하여 로봇 손이 사람의 손동작을 따라 하는 모습을 보여주는 사진이다.
제11도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.
또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 사용자 의도 센싱 장치는 사용자의 피부에 부착되어 주먹을 쥐려고 하는지 손을 펴려고 하는지 등의 사용자 의도를 센싱한다.
즉, 지금까지 사용자 의도를 센싱하기 위해 뇌파, 근전도 등의 각종 생체 신호를 측정해 오던 것과 달리 본 발명의 실시예에 따른 사용자 의도 센싱 장치는 생체 신호가 아닌 정전용량을 측정함으로써 사용자 의도를 센싱할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치의 단면도가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100)는 기판(10), 전극부(20), 부착부(30), 측정부(40)를 포함하여 이루어진다.
기판(10)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100)의 기본 틀이 되는 부분으로서 후술할 전극부(20), 부착부(30), 측정부(40)가 모두 기판에 장착되어 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 구성한다.
이러한 기판(10)으로서 회로를 쉽게 형성할 수 있는 PCB를 사용하는 것이 바람직하다.
전극부(20)는 기판의 하부면에 부착되는 전극으로 구성된다.
전극부는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100)가 피부에 부착되었을 때 피부와의 사이에서 정전용량을 형성한다. 따라서 전극부와 피부 사이에 다른 구성요소가 위치하지 않도록 도 1에 도시된 바와 같이 기판의 하부면에 위치하는 것이 바람직하다.
부착부(30)는 전극부가 형서된 기판을 피부에 부착시키기 위한 구성으로서 앞서 설명한 바와 같이 전극부와 피부 사이에 다른 구성요소가 위치하지 않는 것이 바람직하므로 도 1에 도시된 바와 같이 기판 하부의 중심 영역에 전극부(20)가 위치하고 기판 하부의 외곽 영역에 부착부가 위치하여 전극부가 형성된 기판을 피부에 안정적으로 부착되도록 하는 것이 바람직하다.
부착부(30)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100)가 피부에 부착되도록 하기 위해 전체 또는 적어도 하부면이 점착성 있는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 부착부(30)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100)가 피부에 부착된 후 다시 용이하게 제거될 수 있을 정도의 점착력을 갖는 것이 바람직하며, 부착과 제거가 반복적으로 이루어지더라도 점착력을 유지할 수 있는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 부착부로서 실리콘 패드를 사용하는 것이 바람직하나 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 양면테이프 등도 사용될 수 있다.
측정부(40)는 피부와 전극부(20) 사이에 형성되는 정전용량을 측정한다. 이를 위해 측정부는 기판 상의 회로에 의해 전극부와 전기적으로 연결될 수 있으며, 전극부에 필요한 전기적 신호를 제공할 수도 있다.
측정부는 측정된 정전용량을 디지털값으로 변환하여 출력할 수 있는 CDC(Programmable capacitance-to-converter)로 구성될 수 있으며, 변환된 디지털값을 외부로 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100)는 측정부에서 측정된 값을 외부로 출력하기 위해 측정부와 외부 분석부(미도시)가 유선연결되어 있을 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100)는 통신부(미도시)를 더 구비하고, 블루투스 등의 근거리 통신을 통하여 측정부에 의해 측정된 값을 외부 분석부에 전송할 수도 있다.
도 2에 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100)를 피부에 부착한 모습이 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 피부에 부착하면, 전극부(20)와 피부 사이에 아래와 같이 정전용량(C)이 발생하게 된다.
Figure pat00001
이때 진공유전율(ε0)과 상대유전율(εr)은 각각 9.954×10-12F/m, 1.00059F/m(공기유전율)로 고정되어 있고, 전극부의 면적(A) 역시 고정되어 있기 때문에 근육의 움직임에 의해 변형되는 피부와 전극부(20) 사이의 거리(d)가 정전용량을 변화시키는 유일한 변수가 된다.
따라서 정전용량을 측정함으로써 근육의 수축, 이완 정도를 측정할 수 있게 된다.
다만, 근육의 움직임에 따라 피부가 전극부(20)에 맞닿게 제대로된 정전용량값을 측정할 수 없으며, 이를 방지하기 위해 피부와 전극부의 거리를 너무 멀게 할 경우 근육 움직임에 따른 정전용량값의 변화가 미미하여 정전용량값을 이용해 근육의 움직임을 제대로 측정할 수 없다.
따라서 부착부(30)의 높이를 적절히 형성하여 피부와 전극부가 적절한 거리를 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
부착부의 적절한 높이를 설정하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 피부와 전극부의 거리를 1㎜이하, 1㎜, 2㎜, 3㎜로 하고 정전용량값을 측정해 보았다.
도 3의 그래프에서 x축값은 데이터의 수이고 y축값은 CDC 출력값인 측정된 정전용량값이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100)를 사용하여 근육의 수축과 이완이 측정됨을 확인할 수 있었다.
또한 도 3(c)와 도 3(d)에 도시된 바와 같이 피부와 전극부의 거리를 이격시킬수록 측정된 정전용량값으로 근육의 수축과 이완을 확인하기 어려울 수 있다. 그러나 도 4에 도시된 바와 같이 CDC의 해상도를 높이면 피부와 전극부의 거리를 더 이격시키더라도 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100)를 사용하여 근육의 수축과 이완을 측정할 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 피부와 전극부의 거리를 13㎜까지 이격시키더라도 근육의 수축과 이완을 측정할 수 있었다.
따라서 부착부의 높이는 CDC의 해상도를 고려하여 피부와 전극부의 거리가 0 초과 13㎜ 이하가 되도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한 피부와 전극 사이의 거리에 따른 노이즈가 발생 가능성을 확인하기 위해 피부와 전극 사이의 거리에 따른 신호대 잡음비(SNR)를 측정하였다.
Figure pat00002
여기서 Srms는 근육의 수축/이완시 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치에 의해 측정된 n개의 데이터의 RMS(Root Mean Square) 값이고, Nrms는 근육의 수축/이완이 발생하지 않는 휴식 상태에서 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치에 의해 측정된 i개 데이터의 RMS값으로 잡음 강도 값임.
그 결과, 도 6에 도시된 바와 같이 피부와 전극 사이의 거리가 0.5mm에서 1mm로 더 이격되었을 때에는 신호대 잡음비가 높아졌으나 그 이상으로 이격시킬수록 신호대 잡음비가 낮아짐을 알 수 있었다.
따라서 피부와 전극 사이의 거리는 0.5mm 내지 1.5mm가 되도록 구성하는 것이 바람직하나 0.5mm와 같이 피부와 전극 사이의 거리가 너무 가까울 경우 근육이 이완되었을 때 적절한 정전 용량을 측정하기가 어려우므로 피부와 전극 사이의 거리가 약 1mm 내지 1.5mm가 되도록 부착부의 높이를 형성하는 것이 가장 바람직하다.
도 7에 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치가 도시되어 있다.
도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100')는 기판(10), 전극부(20), 부착부(30), 측정부(40)를 포함하여 이루어진다.
도 7에 도시된 사용자 의도 센싱 장치(100')는 도 1에 도시된 사용자 의도 센싱 장치(100)와 달리 전극부(20)가 서로 이격된 복수 개의 전극으로 이루어지며, 복수 개의 전극은 서로 일정 간격으로 이격되어 있는 것이 바람직하다. 이때 복수 개의 전극은 도 8에 도시된 바와 같이 일렬로 배열될 수도 있고 2×2와 같이 복수 행렬로 배열될 수도 있다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100')는 하나의 전극으로 전극부를 구성하는 것에 비해 근육의 움직임을 더 미세하게 측정할 수 있다.
즉, 단순히 근육이 수축되었는지 이완되었는지를 측정하는 것을 넘어 손목의 내전, 외전, 굴곡, 신곡, 주먹, 휴식 동작과 같이 구체적인 동작을 측정할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100')의 효능을 검증하기 위해 도 78 도시된 바와 같은 샘플을 제작하여 20대 정상인의 전완부에 부착하고 손목의 내전, 외전, 굴곡, 신곡, 주먹, 휴식 동작을 각각 10초간 수행하도록 한 후 측정부(40)에 의한 측정값을 PC로 전송하였다.
PC에서는 수신된 측정값을 기계학습 방법을 사용하여 패턴분류한 후 각 동작에 대한 정확도를 측정하였다. 그 결과 손목의 신전, 굴곡, 내전, 외전, 주먹, 휴식 순으로 각각 99.35%, 95.09%, 98.31%, 97.04%, 98.45%, 99.19%의 정확도가 나타났다.
또한 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 의도 센싱 장치(100') 3개를 팔뚝에 부착하고 손의 다양한 제스처(가위, 바위, 보, 휴식)를 구별하는 패턴 분류 실험을 수행하였다.
패턴분류한 결과로 로봇 손 제어부를 프로그래밍하고 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 의도 센싱 장치의 측정부에 의한 측정값을 로봇 손 제어부에 제공한 결과 도 10에서 확인할 수 있듯이 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 의도 센싱 장치를 부착한 피측정자의 손동작과 동일한 동작을 로봇 손이 수행하였으며, 그 정확도는 가위, 바위, 보, 휴식의 제스처에 대해 각각 98.4%, 99.3%, 98.3%, 99.1%였다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 이용한 경우 종래 사용자 의도 센싱을 위해 생체신호를 사용함에 따른 여러가지 한계를 극복할 수 있을 뿐만 아니라 FSR을 이용한 FMG의 시간지연문제 및 불편한 착용감 문제를 해결하면서도 사용자가 어떠한 동작을 취하려고 하는지에 대한 사용자 의도를 정확히 센싱할 수 있음을 알 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치는 정전용량을 형성하는 두 개의 대항 전극 중 하나를 피부로 사용함으로써 보다 편리하고 정확하게 정전용량을 측정할 수 있는 이점이 있다.
다만 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 부착한 사용자가 철제 테이블 등 전도성 물체와 접촉했을 측정부(40)에 의해 측정되는 정전용량값에 영향을 줄 수 있다.
이에 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100'')는 도 11에 도시된 바와 같이 사용자의 피부가 접지상태를 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이를 위해 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치(100'')는 기판(10), 전극부(20), 부착부(30), 측정부(40), 접지부(50)를 포함하여 이루어진다. 즉, 앞선 실시예와 달리 사용자의 피부를 접지상태로 유지할 수 있도록 접지부(50)를 더 포함한다.
이러한 접지부(50)는 도 11에 도시된 바와 같이 기판(10)에 형성된 접지 전극(51), 사용자의 피부에 직접 접촉하는 접지 단자(52), 그리고 접지 전극과 접지 단자를 연결하는 연결라인(53)으로 구성될 수 있다.
접지 전극(51)은 0V 전압에 연결되어 접지 상태인 전극이며, 피부는 접지 단자(52)와 연결라인(53)을 통해 접지 전극(51)과 전기적으로 연결됨으로써 외부 조건에 영향을 받지 않고 접지 상태를 유지할 수 있다.
이때 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치가 사용자의 피부에 부착하는 것만으로 접지 상태가 유지될 수 있도록 접지 단자(52)는 부착부(30)의 하부에 형성되어 부착부를 사용자 피부에 부착시켰을 때 자연스럽게 사용자 피부가 접지 단자에 접촉하도록 하는 것이 바람직하다.
지금까지 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치를 구체적인 실시예를 참고로 한정되게 설명하였다. 그러나 본 발명은 이러한 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 청구된 발명의 사상 및 그 영역을 이탈하지 않으면서 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
10: 기판(10) 20: 전극부
30: 부착부 40: 측정부
50: 접지부 51: 접지 전극
52: 접지 단자 53: 연결 라인
100, 100', 100'': 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치

Claims (6)

  1. 피부에 부착되는 사용자 의도 센싱 장치로서,
    기판;
    상기 기판의 하부에 부착된 전극부;
    상기 전극부와 상기 피부가 이격된 상태로 유지시키면서 상기 피부에 상기 기판을 부착시키기 위한 부착부; 및
    상기 전극부와 상기 피부 사이의 정전용량을 측정하는 측정부;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부착부는 실리콘 패드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부착부의 두께와 상기 전극부 두께의 차가 0 초과 13㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 부착부의 두께와 상기 전극부 두께의 차가 5mm 초과 1.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극부는 일정 간격으로 이격된 복수 개의 전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 접지 전극;
    상기 부착부 하부에 형성되어 상기 피부와 직접 접촉하는 접지 단자; 및
    상기 접지 전극과 상기 접지 단자를 연결하는 연결라인;
    을 더 포함하는 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치.
KR1020180030402A 2018-03-15 2018-03-15 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치 KR102089139B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180030402A KR102089139B1 (ko) 2018-03-15 2018-03-15 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치
PCT/KR2018/006211 WO2019177202A1 (ko) 2018-03-15 2018-05-31 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180030402A KR102089139B1 (ko) 2018-03-15 2018-03-15 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190108834A true KR20190108834A (ko) 2019-09-25
KR102089139B1 KR102089139B1 (ko) 2020-03-13

Family

ID=67907904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180030402A KR102089139B1 (ko) 2018-03-15 2018-03-15 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102089139B1 (ko)
WO (1) WO2019177202A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009261735A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Ritsumeikan 静電容量型電極を用いた筋電の計測装置および計測方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5005331B2 (ja) * 2006-12-19 2012-08-22 富士重工業株式会社 筋力センサ
WO2015081113A1 (en) * 2013-11-27 2015-06-04 Cezar Morun Systems, articles, and methods for electromyography sensors

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009261735A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Ritsumeikan 静電容量型電極を用いた筋電の計測装置および計測方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102089139B1 (ko) 2020-03-13
WO2019177202A1 (ko) 2019-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schmitz et al. A tactile sensor for the fingertips of the humanoid robot icub
Vecchi et al. Experimental evaluation of two commercial force sensors for applications in biomechanics and motor control
EP2632327B1 (en) A method and a device for measuring muscle signals
US20150002177A1 (en) Impedance determination
US20170112444A1 (en) Bio-signal sensor
CN107830972B (zh) 柔性力传感器标定测试平台及方法
CN110151130B (zh) 生理信号校正装置、校正方法及具校正功能的穿戴式装置
Prakash et al. Novel force myography sensor to measure muscle contractions for controlling hand prostheses
Ke et al. Fingertip tactile sensor with single sensing element based on FSR and PVDF
WO2007112527A2 (en) Devices constructive arrangement and methods applied to thoraxic cirtometry
Lu et al. Development of a wearable gesture recognition system based on two-terminal electrical impedance tomography
De Pasquale et al. Wearable system with embedded force sensors for neurologic rehabilitation trainings
Sergio et al. A textile-based capacitive pressure sensor
Schmitz et al. A low-power, single-chip electronic skin interface for prosthetic applications
Pasquale et al. Glove-based systems for medical applications: Review of recent advancements
KR20190108834A (ko) 정전용량 방식의 사용자 의도 센싱 장치
Alameh et al. Live demonstration: System based on electronic skin and cutaneous electrostimulation for sensory feedback in prosthetics
CN107843390B (zh) 柔性力传感器曲率影响测试装置及方法
US20200064918A1 (en) Capacitive flex sensors
JP2019203804A (ja) ハンドセンサ装置
De Pasquale et al. Wearable sensing systems for biomechanical parameters monitoring
Mariani et al. Design and characterization of a smart fabric sensor to recognize human intention for robotic applications
KR102397753B1 (ko) 전자 장치
US20200323461A1 (en) Point-of-care system for detection of the physical stress at different parts of body
Valderrama et al. Development of a low-cost surface EMG acquisition system device for wearable applications

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant