KR20230026136A - 커패시턴스 변화를 이용한 끼임 방지 장치 - Google Patents

Abstract

산업 기계에 의한 끼임(pinch) 사고, 도어에 의한 끼임 사고 등을 방지하기 위해 인체의 비접촉 접근 상태로 인한 커패시턴스의 변화 또는 센서 스트립에 가해지는 접촉 압력에 의한 커패시턴스의 변화를 감지하여 끼임 발생 여부를 검출함으로써 인체의 끼임 사고를 방지할 수 있는 끼임 방지 장치에 관한 것으로서, 인체의 접근 또는 접촉 상태에 따라 커패시턴스의 변화 또는 전기장의 변화를 감지하도록, 프레임상에 마련된 센서 본체 및 상기 센서 본체 내에 마련되어 적어도 하나의 커패시턴스를 형성하는 복수의 스트립 전극을 포함하는 센서 스트립, 상기 센서 스트립을 통해 감지된 커패시턴스의 변화량 또는 전기장의 변화량을 측정하여 미리 설정된 기준 값과 비교하고, 상기 커패시턴스의 변화량 또는 전기장의 변화량이 상기 기준 값 이상인 경우 끼임 발생 신호를 출력하는 신호처리부 및 상기 신호처리부로부터 출력된 끼임 발생 신호에 따라 상기 프레임을 이동시키기 위한 모터의 동작을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 설치 장소 또는 설치 방식에 구애받지 않고 어디에나 용이하게 설치할 수 있다.

Description

커패시턴스 변화를 이용한 끼임 방지 장치{Apparatus for preventing pinch using capacitance change}

본 발명은 커패시턴스 변화를 이용한 끼임 방지 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산업 기계에 의한 끼임(pinch) 사고, 도어에 의한 끼임 사고 등을 방지하기 위해 인체의 비접촉 접근 상태로 인한 커패시턴스의 변화 또는 센서 스트립에 가해지는 접촉 압력에 의한 커패시턴스의 변화를 감지하여 끼임 발생 여부를 검출함으로써 인체의 끼임 사고를 방지할 수 있는 끼임 방지 장치에 관한 것이다.

최근 많은 산업 분야에서 도어(Door) 개폐의 자동화가 이루어지면서 이에 따른 인체 끼임(Pinch) 사고가 종종 일어나고 있다. 이러한 도어 개폐의 자동화는 PTG(파워 테일게이트)를 이용하는 차량의 전동 차창과 슬라이딩 도어 방식을 이용하는 전철 및 열차 등의 출입문, 빌딩의 출입문, 엘리베이터 도어, 스크린 도어, 회전문 등에서 광범위하게 적용되고 있는데, 이에 따라 인체의 끼임 사고 방지를 위한 각종 끼임 방지 장치가 제시되고 있다.

이러한 종래의 끼임 방지 장치 중 대표적인 방식에는 인체가 도어에 끼는 끼임 사고 발생시 기계식 압력을 측정하여 압력이 10kgf를 상회하는 경우, 모터가 정지함으로써 끼임 사고를 방지하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이 방식에서는 동일한 압력이 가해지더라도 일반 성인에 비해 상대적으로 약한 어린이나 노약자의 경우에 인체에 가해지는 충격이 커서 상해를 입을 수 있는 문제점이 있다.

또한, 하기 특허문헌 1에는 슬라이딩 도어의 열림시 손가락 또는 이물질의 끼임으로 인해 탄성체 내부에 구비된 센서가 접촉되면, 이를 감지하여 즉시 슬라이딩 도어를 역방향으로 구동시키는 슬라이딩도어의 손가락 끼임 방지장치를 제시하고 있다.

이러한 특허문헌 1의 슬라이딩도어의 손가락 끼임 방지장치는 손가락 또는 이물질의 끼임 사고 발생시 손가락 또는 이물질이 슬라이딩 도어를 따라 반대방향으로 밀려나와 손가락 또는 이물질을 보호할 뿐만 아니라 슬라이딩 도어의 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.

그러나, 하기 특허문헌 1의 슬라이딩도어의 손가락 끼임 방지장치는 설치 장소가 손가락 또는 이물질의 끼임으로 인해 탄성체가 변형될 수 있는 슬라이딩 도어 방식에 한정된다.

또한, 도어와 벽체 사이의 틈새로 손가락 또는 이물질의 끼임 발생이 발생할 때 이를 감지하는 방식이기 때문에 인체에 가해지는 충격을 차단할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 하기 특허문헌 2에는 승강기 문이 열리면서 승강기 문을 따라 손가락 등의 신체 일부가 빨려 들어가지 않도록 끼임 사고를 방지하는 승강기 틈새 끼임 감지 장치를 제시하고 있다.

이를 위해 하기 특허문헌 2에는 제1 본체부의 공간 상부에 위치하는 발광부와 상기 제1 본체부를 사이에 두고 서로 마주보게 설치되도록 제1 본체부의 하부에 형성되는 수광부를 포함하는 감지센서부, 상기 감지센서부의 발광부에서 방출된 광이 수광부에 도달하지 못하면 이를 감지하여 승강기 도어의 구동을 멈추게 하는 제어부가 개시되어 있다.

그러나, 하기 특허문헌 2의 승강기 틈새 끼임 감지 장치는 발광부 또는 수광부가 먼지 등의 이물질로 인해 오염되는 경우에는 감지 장치가 동작하지 않게 되는 문제가 있다.

또한, 수광부에 오염광이 입력되는 경우에는 감지 장치에 오동작이 발생하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1974193호(2019년 08월 29일 공고) 대한민국 등록특허 제10-2245816호(2021년 05월 17일 공고)

본 발명의 목적은 설치 장소 또는 설치 방식에 구애받지 않고 어디에나 용이하게 설치할 수 있는 끼임 방지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 인체의 끼임 사고가 발생하기 전에 인체의 비접촉 접근 상태에서 끼임 발생을 감지함으로써 인체의 상해 및 인체에 가해지는 충격을 방지할 수 있는 끼임 방지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 감지 센서에 비도전성 물체가 삽입되거나, 감지 센서의 표면이 이물질에 의해 오염되는 경우에도 끼임 발생을 감지하여 끼임 사고를 방지할 수 있는 끼임 방지 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 커패시턴스 변화를 이용한 끼임 방지 장치는 인체의 접근 또는 접촉 상태에 따라 커패시턴스의 변화 또는 전기장의 변화를 감지하도록, 프레임상에 마련된 센서 본체 및 상기 센서 본체 내에 마련되어 적어도 하나의 커패시턴스를 형성하는 복수의 스트립 전극을 포함하는 센서 스트립, 상기 센서 스트립을 통해 감지된 커패시턴스의 변화량 또는 전기장의 변화량을 측정하여 미리 설정된 기준 값과 비교하고, 상기 커패시턴스의 변화량 또는 전기장의 변화량이 상기 기준 값 이상인 경우 끼임 발생 신호를 출력하는 신호처리부 및 상기 신호처리부로부터 출력된 끼임 발생 신호에 따라 상기 프레임을 이동시키기 위한 모터의 동작을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 끼임 방지 장치에서, 상기 복수의 스트립 전극은 상기 센서 본체 내에서 스트립 형상을 가지고, 전기장의 변화를 유도하는 제1 커패시턴스를 형성하는 제1 스트립 전극과 제2 스트립 전극을 포함하고, 상기 제1 스트립 전극과 제2 스트립 전극은 상기 센서 본체 내에 매립되고, 금속 또는 전도성 수지의 도전체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 끼임 방지 장치에서, 상기 제1 스트립 전극은 상기 제2 스트립 전극의 내부에 마련되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 끼임 방지 장치에서, 상기 제2 스트립 전극은 상기 제1 스트립 전극의 하단과 양 옆면을 둘러싸는 형태로 마련되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 끼임 방지 장치에서, 상기 센서 본체는 유연성을 갖는 유전성 탄성체(dielectric elastomer)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 끼임 방지 장치에서, 상기 신호처리부는 인체가 접근하기 전에 형성된 상기 제1 커패시턴스 또는 전기장을 기반으로 인체의 비접촉 접근 상태로 인한 상기 제1 커패시턴스의 변화량 또는 전기장의 변화량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 끼임 방지 장치에서, 상기 복수의 스트립 전극은 제3 스트립 전극을 더 포함하고, 상기 제2 스트립 전극과 제3 스트립 전극 사이에는 제2 커패시턴스가 형성된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 끼임 방지 장치에서, 상기 제2 스트립 전극과 제3 스트립 전극 사이에는 상기 센서 본체에 가해지는 외부의 접촉 압력에 의해 변형될 수 있도록 중공부가 마련되고, 상기 신호처리부는 상기 센서 본체에 가해지는 외부의 접촉 압력에 의해 상기 중공부가 변형될 때 상기 제2 커패시턴스의 변화량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 끼임 방지 장치에서, 상기 제1 스트립 전극과 제2 스트립 전극은 서로 평행하게 마련된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 끼임 방지 장치에서, 상기 제1 스트립 전극과 제2 스트립 전극은 간격에 따라 제1 커패시턴스의 감도가 상이하게 감지되도록 마련된 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 커패시턴스 변화를 이용한 끼임 방지 장치는 설치 장소 또는 설치 방식에 구애받지 않고 어디에나 용이하게 설치할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 커패시턴스 변화를 이용한 끼임 방지 장치는 인체의 끼임 사고가 발생하기 전에 인체의 비접촉 접근 상태에서 끼임 발생을 감지함으로써 인체의 상해 및 인체에 가해지는 충격을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 커패시턴스 변화를 이용한 끼임 방지 장치는 감지 센서에 비도전성 물체가 삽입되거나, 감지 센서의 표면이 이물질에 의해 오염되는 경우에도 끼임 발생을 감지하여 끼임 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 인체 접근에 따른 전기장 변화를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 끼임 방지 장치를 나타내는 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 센서 스트립의 일 예의 단면도,
도 4는 도 2에 도시된 신호 처리부의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 5는 도 2에 도시된 센서 스트립의 다른 예의 단면도,
도 6은 본 발명의 끼임 방지 장치에서 인체의 접근 상태에 따른 끼임 발생 신호의 출력을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명에 따라 제조된 센서 스트립의 사진.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

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.

한편, 본 발명에 적용되는 용어 "끼임(pinch) 사고"는 산업기계(프레스 등)의 움직이는 부분들 사이 또는 움직이는 부분과 고정 부분 사이에 신체 또는 신체의 일부분이 끼이거나, 물리거나, 말려 들어가는 협착점, 끼임점, 절단점, 물림점, 접선 물림점에서 발생하는 사고 또는 엘리베이터 도어, 지하철 도어, 자동문 도어, 차량의 파워 윈도우 또는 파워 슬라이딩 도어에 의한 끼임 사고 등을 의미한다.

또, 본 발명에 따른 "끼임 방지 장치"는 상술한 바와 같은 끼임 사고를 방지할 수 있는 장치로서, 인체 접근에 따라 센서의 임피던스(R, C) 변화 감지를 활용한 차량 도어 및 윈도우 안전용 비접촉센서 시스템 관련 기술로서, 예를 들어 도어가 닫히는 상태에서 인체 일부가 도어에 끼이는 경우, 도어에 장착된 센서의 임피던스가 변화하는 것을 이용하여 센서출력이 정한 값 이상일 경우 이를 감지하고, 개방 신호를 발생하여, 도어를 개방시켜 인체에 충격을 주지 않고 해를 입히지 않는 안전 기술에 적용할 수 있다.

먼저, 본 발명이 적용되는 인체 접근에 따른 두개의 전극 사이의 전기장 변화에 대해 도 1에 따라 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 인체 접근에 따른 전기장 변화를 설명하기 위한 도면으로서, 도 1의 (a)는 두 전극 사이에 마련된 커패시터에 의해 형성되는 전기장을 나타내는 도면이고, 도 1의 (b)는 두 전극 사이에 인체가 접근하는 경우 전기장의 변화를 나타내는 도면이다.

도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 전극-1과 전극-2에 의해 커패시터가 형성되고, 이에 따라 전기장이 형성되며, 인체의 접근이 없는 경우에는 두 전극 사이에 마련된 커패시터의 (+)전하에서 (-)전하로 연결되는 안정적인 고리 모양(또는 타원 모양)의 전기장이 형성된다. 상기 전극-1과 전극-2는 예를 들어, 금속 또는 전도성 수지의 도전체로 형성될 수 있다.

한편, 도 1의 (b)에서 도시된 바와 같이, 전극-1과 전극-2 사이에 인체, 예를 들어 손이 접근하면, (+)전하가 충전된 (+)전극과 인체 사이에 새롭게 형성되는 커패시터로 인하여 상기 (+)전극과 인체 사이에 전기장이 형성된다.

따라서, 인체가 접근하기 전에 두 전극 사이에 형성되었던 전기장 신호의 일부가 인체로 빠져나감으로써, 인체가 접근하기 전의 본래 전기장이 뒤틀어진다. 이때, 인체의 전위는 그라운드(GND)로 해석할 수 있다. 즉, 전극-1과 전극-2 사이의 커패시터 값은 작아지게 되고, 전극-1에서 전극-2로 전해지는 신호의 크기가 감소하게 된다. 본 발명에서는 이와 같은 변화량(커패시터 혹은 전기장의 변화)를 감지하여 인체의 접근 정도를 계산하여 적용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 끼임 방지 장치를 나타내는 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 센서 스트립의 일 예의 단면도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 커패시턴스 변화를 이용한 끼임 방지 장치(10)는 인체의 비접촉 접근 상태 또는 접촉 상태에 따라 차별화된 방식으로 끼임(Pinch) 발생을 감지하여 감지 장치의 오동작을 방지할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 끼임 방지 장치(10)는 인체의 비접촉 접근 상태에서 끼임이 발생하여 전기장의 변화를 감지하고, 전동 모터(20)를 제어하여 산업기계 또는 도어 등의 피동체의 동작을 멈추게 하거나 반대 방향으로 구동함으로써 인체의 끼임 사고를 방지할 수 있다. 또는 본 발명에 따른 끼임 방지 장치(10)는 인체의 접촉 압력에 의해 끼임 발생을 감지하여 피동체를 이동시키는 모터(20)의 동작을 제어할 수 있다.

이러한 본 발명의 끼임 방지 장치(10)는 전동 모터(20)를 통해 피동체를 이동시키는 다양한 기술분야에 적용이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 끼임 방지 장치(10)는 PTG(파워 테일게이트)를 이용하는 차량의 전동 차창으로서 차량의 측면 도어, 트렁크 도어, 창문, 썬루프를 자동 개폐할 수 있는 전동 자동 개폐 시스템 등에 적용될 수도 있다.

또한, 본 발명의 끼임 방지 장치(10)는 슬라이딩 도어 방식을 이용하는 전철 및 열차 등의 출입문, 빌딩의 출입문, 승강기 도어, 엘리베이터 도어, 회전문 등에도 적용이 가능하다.

본 발명의 실시 예에 따른 끼임 방지 장치(10)는 도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같이 복수의 스트립 전극을 포함하는 센서 스트립(100), 신호처리부(200) 및 모터 제어부(300)를 포함한다.

센서 스트립(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 산업기계, 엘리베이터 도어, 지하철 도어, 자동문 도어, 차량의 파워 윈도우 또는 파워 슬라이딩 도어 등을 이루는 프레임(30) 상에 마련될 수 있다. 즉, 상기 센서 스트림(100)은 산업기계(프레스 등)의 움직이는 부분들 사이 또는 움직이는 부분과 고정 부분 사이에 신체 또는 신체의 일부분이 끼이거나, 물리거나, 말려 들어가는 협착점, 끼임점, 절단점, 물림점, 접선 물림점에서 발생하는 프레임(30) 또는 엘리베이터 도어, 지하철 도어, 자동문 도어, 차량의 파워 윈도우 또는 파워 슬라이딩 도어의 프레임(30) 상에 마련될 수있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 기기적 작동에 의해 인체의 일부가 끼여 손상을 가하는 구성 부품의 어느 한 부분에 마련될 수도 있다. 이를 위해, 상기 센서 스트립(100)은 장착 위치 또는 조건에 유연하게 대응할 수 있는 재질로서, 예를 들어 고무, 실리콘, 폴리우레탄 등과 같이 유연성을 갖는 유전성 탄성체(dielectric elastomer)로 구성되는 것이 바람직하다. 또, 상기 센서 스트립(100)은 유연성을 갖고 최대한 얇게 구성되어 센서의 두께가 얇게 마련되므로, 굴곡이 진 프레임 등에도 쉽게 부착할 수가 있다.

상기 센서 스트립(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임(30)에 마련되고 내부가 유전체로 채워지는 센서 본체(110), 상기 센서 본체(110) 내에서 스트립 형상을 가지고, 전기장의 변화를 유도하는 제1 커패시턴스(C1, 140)를 형성하는 제1 스트립 전극(120) 및 제2 스트립 전극(130)을 포함하고, 인체의 비접촉 접근 상태 또는 접촉 상태에 따른 제1 커패시턴스(140)의 변화 또는 전기장의 변화를 감지할 수 있다.

상기 센서 본체(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 스트립 전극(120) 및 제2 스트립 전극(130)을 내장하도록 마련되고, 예를 들어 고무, 실리콘, 폴리우레탄 등의 유연성을 갖는 유전성 탄성체로 구성될 수 있다.

상기 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130)은 전기를 통하는 도전체로서 마련되고, 상기 제1 스트립 전극(120)은 신호를 받아들이는 리시버로서 기능할 수 있고, 상기 제2 스트립 전극(130)은 특정 신호를 발산하는 트랜스미터로서 기능할 수 있도록 마련된다.

상기 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130)은 적당한 거리(d1)로 이격되어 서로 대향하며 평행하게 마련되어 전극 사이에 전하(C1)가 충전되게 마련되며, 두께가 얇은 스트립 형상으로 구성된다. 즉, 상기 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130)은 거리(d1)의 길이에 따라 추가 커패시턴스(C) 값이 생기는 비율이 달라지는데, 거리 d1이 길면 작은 C가 발생하고, 거리 d1이 짧으면 큰 C가 발생하도록 마련된다.

이로 인해, 본 발명의 센서 스트립(100)은 설치 작업이 쉽고 간편하며, 설치 장소 또는 설치 방식에 구애받지 않고 어디에나 용이하게 장착이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 센서 스트립(100)은 프레임(30)의 형상에 대응하여 유연하게 구부러질 수 있기 때문에 굴곡이 진 설치 장소에도 쉽게 부착할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 제1 스트립 전극(120) 및 제2 스트립 전극(130)은 도 3에 도시된 바와 같이, 습기나 먼지 등의 이물질로 인해 전극이 오염되는 것을 차단하기 위해 센서 본체(110) 내에서 유전체에 의해 밀봉되어 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 센서 스트립(100)은 도 3에서 도시된 바와 같이 제1 스트립 전극(120)이 제2 스트립 전극(130)의 내부에 마련되며, 제2 스트립 전극(130)이 제1 스트립 전극(120)과 이격되어 제1 스트립 전극(120)의 하단과 양 옆면을 감싸는 형태로 구성됨으로써 센서 스트립(100)에 대한 외부 잡음을 감소시키고, 최대의 감도 특성을 구현할 수 있다. 즉, 제1 스트립 전극(120)을 감싸는 제2 스트립 전극(130)은 인체 또는 도전체의 감지 효과를 증대하기 위해 제1 스트립 전극(120)과 동일 평면상으로 형성되는 확장부(131)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 제1 스트립 전극(120) 및 제2 스트립 전극(130)은 금속 또는 전도성 수지와 같은 도전체로 구성될 수 있으며, 서로 대향되는 제1 및 제2 스트립 전극(120, 130) 간에는 서로 다른 극성의 전하가 충전됨으로써 제1 및 제2 스트립 전극(120, 130) 사이에 제1 커패시턴스(140)가 형성된다. 즉, 센서 본체(110) 내에 매립된 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130)의 사이에 센서 본체(110)를 구성하는 유전체가 채워져 서로 이격됨으로써 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 사이에 제1 커패시턴스(140)가 형성된다.

이러한 제1 커패시턴스(140)는 미리 설정된 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130)의 단면적 크기, 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 간의 거리(d1)에 따라 커패시턴스 값이 결정될 수 있다.

상술한 바와 같이, 센서 본체(110) 내에 마련된 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130)에 의해 형성된 제1 커패시턴스(140)로 인해 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 사이에 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 안정적인 형태의 전기장이 형성된다.

이때, 상기 센서 스트립(100)에 인체가 접근하게 되면 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 사이에 인체가 접근하는 경우 전기장이 변화하게 되어 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 스트립 전극(120) 또는 제2 스트립 전극(130)과 인체 사이에 제2 커패시턴스(C11, 160) 또는 제3 커패시턴스(C12, 170)가 발생할 수 있다.

상기 제2 커패시턴스(160) 및 제3 커패시턴스(170)는 센서 본체(100)와 인체와의 접근 거리, 즉 제1 및 제2 스트립 전극(120, 130)과 인체의 접근 거리에 따라 변화될 수 있다.

즉, 상기 제2 커패시턴스(160) 및 제3 커패시턴스(170)는 인체와 같은 전도체가 제1 및 제2 스트립 전극(120, 130)에 근접하게 되면 제1 및 제2 스트립 전극(120, 130)과 전도체 사이의 전위차로 인해 생성되며, 이러한 제2 커패시턴스(160) 및 제3 커패시턴스(170)는 인체와 제1 및 제2 스트립 전극(120, 130) 간의 거리가 가까울수록 커진다.

또한, 상기 제2 커패시턴스(160) 및 제3 커패시턴스(170)의 추가 생성으로 인하여 제1 스트립 전극(120) 또는 제2 스트립 전극(130)과 인체 간에는 전기장이 형성된다.

이로 인하여, 인체의 접근에 따라 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 간의 전기장은 감소하고, 이러한 전기장의 감소로 인해 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 사이의 제1 커패시턴스(140) 값이 감소하게 된다.

한편, 상기 설명에서는 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130)이 프레임(30) 상에서 평행하게 이루어진 구조로 설명을 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130)은 간격에 따라 제1 커패시턴스(C1)의 감도를 다르게 하여 효율적으로 감지되도록, 예를 들어 프레임(30)인 차체에 가까운 쪽과 먼쪽의 감도를 다르게 거리를 조절하여 마련할 수도 있다. 즉, 상기 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130)은 간격에 따라 제1 커패시턴스(C1)의 감도가 상이하게 감지되도록 마련될 수도 있다.

다음에 도 2에 도시된 신호처리부(200)의 구성에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 도 2에 도시된 신호 처리부의 구성을 설명하기 위한 블록도 이다.

상기 신호처리부(200)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 센싱 모듈(210)과 판단 모듈(220)을 포함할 수 있다. 센싱 모듈(210)은 센서 스트립(100)을 통해 감지된 커패시턴스의 변화량 또는 전기장의 변화량을 측정할 수 있다.

즉, 상기 센싱 모듈(210)은 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 간의 커패시턴스(C1)의 변화량을 측정하기 위해 마련된 커패시턴스 측정기(211), 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 간의 전기장 변화량을 측정하기 위해 마련된 전기장 측정기(212)를 포함할 수 있다.

또, 상기 판단 모듈(220)은 센싱 모듈(210)을 통해 측정된 측정값을 미리 설정된 기준 값과 비교하고, 비교 결과를 토대로 판단하여 상기 제1 커패시턴스(140)의 변화량 또는 전기장의 변화량이 상기 기준 값 이상인 경우에 끼임 발생 신호를 출력한다.

이를 위해, 판단 모듈(220)은 제1 비교기(221) 및 제2 비교기(222)를 포함할 수 있다.

상기 제1 비교기(221)는 제1 커패시턴스(140)의 변화량과 미리 설정된 제1 기준 값을 비교하고, 상기 제1 커패시턴스(140)의 변화량이 제1 기준 값보다 크면 끼임 발생 신호를 출력한다.

또한, 상기 제2 비교기(222)는 상기 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 간 전기장의 변화량과 미리 설정된 제2 기준 값을 비교하고, 상기 전기장의 변화량이 제2 기준 값보다 크면 끼임 발생 신호를 출력한다.

이때, 상기 제1 기준 값은 예를 들어 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 인체가 접근하기 전에 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 간에 형성된 제1 커패시턴스(140) 값이 될 수 있다. 또한, 상기 제2 기준 값은 인체가 접근하기 전에 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 간에 형성된 전기장 크기가 될 수 있다.

이와 같이, 센서 스트립(100)에 인체가 접근하는 경우, 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 간에 형성된 제1 커패시턴스(140) 또는 전기장 크기가 감소하게 되며, 신호처리부(200)는 이러한 인체의 비접촉 접근 상태로 인한 제1 커패시턴스(140)의 변화량 또는 전기장의 변화량을 감지하여 센서 스트립(100)에 대한 인체의 접근 상태를 판단할 수 있다.

상술한 바와 같은 신호처리부(200)에서의 판단 결과에 따라 모터 제어부(300)에서 전동 모터(20)의 제어 신호를 출력할 수 있다. 즉, 신호처리부(200)에서의 판단 결과, 산업기계 또는 도어 등에 인체의 끼임이 발생한 것으로 판단되면, 모터 제어부(300)에서 전동 모터(20)의 동작을 멈추게 하거나 반대 방향으로 구동함으로써 인체의 끼임 사고를 방지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 다른 실시 예에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.

또, 본 발명의 다른 실 시 예에서는 상술한 도 3의 구조의 일 실시 예과 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 반복적인 설명은 생략한다.

도 5는 도 2에 도시된 센서 스트립의 다른 예의 단면도이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서 스트립은 도 5에서 도시된 바와 같이, 센서 본체(110), 제1 스트립 전극(120), 제2 스트립 전극(130) 및 제3 스트립 전극(180)을 포함할 수 있다. 상기 제3 스트립 전극(180)은 리시버로서 기능하는 제1 스트립 전극(120)과 같이 제2 스트립 전극(130)인 트랜스미터에서 발산하는 신호를 수신하는 제2 리시버로서 기능할 수 있다.

앞서 설명한 도 3의 센서 스트립(100)과 대비할 때, 도 5의 센서 스트립은 제2 스트립 전극(130)의 하부에 제3 스트립 전극(180) 및 간격 거리(d2)를 유지하는 중공부(190)가 더 마련된 점에서 차이가 있다. 또한, 도 5는 제2 스트립 전극(130)과 제3 스트립 전극(180) 사이에는 제4 커패시턴스(C2, 150)가 형성된다.

따라서, 앞서 설명한 도 3의 센서 스트립(100)과 대비할 때 도 5의 센서 스트립은 제3 스트립 전극(180), 제4 커패시턴스(150) 및 중공부(190)가 더 마련된 구성요소에 대해서만 차이가 있기 때문에 이하에서는 도 3에 도시된 실시 예와 중복되는 다른 구성요소들에 대한 구체적인 설명은 생락하기로 한다.

도 5에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서 스트립은 프레임(30)에 마련되고 내부가 유전체로 채워지는 센서 본체(110)와 상기 센서 본체(110) 내에서 스트립 형상을 가지고, 대향되는 전극 간에 서로 다른 전하가 충전되도록 이격되게 마련된 제1 스트립 전극(120), 제2 스트립 전극(130) 및 제3 스트립 전극(180)을 포함할 수 있다.

즉, 상술한 바와 같이 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130) 사이에는 제1 커패시턴스(140)가 형성되고, 제3 스트립 전극(180)에는 제2 스트립 전극(130)과 반대 극성의 전하가 충전됨으로써 제2 스트립 전극(130)과 제3 스트립 전극(180) 사이에 제4 커패시턴스(150)가 형성될 수 있다. 또한, 제2 스트립 전극(130)과 제3 스트립 전극(180) 사이에는 센서 본체(110)에 가해지는 외부의 접촉 압력에 의해 변형될 수 있도록 구성된 중공부(190)가 마련된다.

도 5에 도시된 구조에서는 도 3에 도시된 실시 예와 달리, 센서 스트립(100)의 표면에 외부의 접촉 압력이 가해지는 경우, 제2 스트립 전극(130)과 제3 스트립 전극(180) 사이의 중공부(190)의 간격 거리(d2)가 변형된다. 예를 들어, 비도전성 물체 또는 인체가 도어에 끼이는 경우에 도어가 닫히면서, 센서 본체(110)에 가해지는 접촉 압력에 의해 중공부(190)가 눌려지면, 제2 스트립 전극(130)과 제3 스트립 전극(170) 간의 거리(d2)가 감소하게 된다.

따라서, 외부의 접촉 압력에 비례하여 감소된 제2 스트립 전극(130)과 제3 스트립 전극(180) 간의 간격 거리(d2)에 따라 제4 커패시턴스(150)가 증가하게 된다.

상술한 바와 같이, 제4 커패시턴스(150)의 발생에 따른 센서 스트립의 구조에 따라, 본 발명에 따른 신호처리부(200)는 상기 제2 스트립 전극(130)과 제3 스트립 전극(180) 간에 형성된 제4 커패시턴스(150)를 기반으로 센서 스트립에 가해지는 외부의 접촉 압력에 의한 상기 제2 커패시턴스(150)의 변화량을 측정할 수 있도록, 도 4에 도시된 바와 같이, 판단 모듈(220)이 제4 커패시턴스(150)의 변화량과 미리 설정된 제3 기준 값을 비교하는 제3 비교기(223)를 더 포함할 수 있다.

즉, 비도전성 물체 또는 인체에 의해 센서 본체(110)에 외부의 접촉 압력이 가해져 중공부(190)에서 이격 거리(d2)가 감소하는 경우, 신호처리부(200)는 이러한 제2 스트립 전극(130)과 제3 스트립 전극(180) 간 거리(d2) 감소로 인해 발생되는 제4 커패시턴스(150)의 변화량을 측정한다.

상기 상기 제3 비교기(223)는 상기 제4 커패시턴스(150)의 변화량이 제3 기준 값보다 크면 끼임 발생 신호를 출력한다. 이때, 상기 제3 기준 값은 센서 스트립에 외부의 접촉 압력이 가해지기 전에 제2 스트립 전극(130)과 제3 스트립 전극(180) 간에 형성된 제4 커패시턴스(150) 값이 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 센서 스트립과 인체의 접촉 상태에 따라 끼임 발생 신호를 출력하고, 모터 제어부(300)에서 전동 모터(20)를 제어하는 것에 의해 끼임 사고 등을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같은 끼임 발생 신호의 출력에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 끼임 방지 장치(10)에서 인체의 접근 상태에 따른 끼임 발생 신호의 출력을 설명하기 위한 도면이다. 즉, 도 6은 인체의 비접촉 접근 상태에서 인체의 접근 거리에 대한 커패시턴스의 변화량과 끼임 발생 신호를 출력 과정을 나타낸다.

도 6에서 x축은 센서 스트립(100)과 인체의 접근 거리를 나타내고, y축은 신호처리부(200)를 통해 측정된 커패시턴스의 변화량을 나타낸다.

도 6에서 도시된 바와 같이 인체의 접근 거리에 따라 센서 스트립(100)을 통해 감지되는 커패시턴스의 변화량이 증가하여 미리 설정된 기준 값(Cref) 이상이 되면 신호처리부(200)는 피동체에 대한 끼임(pinch) 상태로 판단하여 끼임 발생 신호를 출력한다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 끼임 방지 장치(10)는 센서 스트립에 비도전성 물체가 삽입되거나, 센서 스트립(101)의 표면이 이물질에 의해 오염되는 경우에도 외부의 접촉 압력을 통해 끼임을 감지할 수 있다.

즉, 비도전성 물체 또는 이물질에 의해 제1 스트립 전극(120)과 제2 스트립 전극(130)을 통한 비접촉 접근 상태에서의 감지가 안되는 경우에는 센서 스트립에 가해지는 접촉 압력으로 증가되는 제4 커패시턴스(150)의 변화량을 측정하여 끼임을 감지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 센서 스트립(101)은 유전성 탄성체(dielectric elastomer)로 구성된 센서 본체(110)의 탄력, 제2 스트립 전극(130)과 제3 스트립 전극(180)의 사이에 마련된 중공부(190)의 탄력을 통해 인체가 센서 스트립에 닿을 때 발생되는 충격을 완화하여 인체의 상해를 방지할 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따라 제조된 센서 스트립의 사진이다.

본 발명에 따른 센서 스트립은 예를 들어, 차량의 PTG 리드 또는 커튼 에어백의 장착 위치의 부근에 부착될 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이, 최대 1.5m의 길이로 유연성을 갖는 유전성 탄성체로 구성될 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10 : 끼임 방지 장치 20 : 모터
100 : 센서 스트립 110 : 센서 본체
120 : 제1 스트립 전극 130 : 제2 스트립 전극
180 : 제3 스트립 전극 190 : 중공부
200 : 신호처리부 300 : 모터 제어부

Claims (10)

1. 인체의 접근 또는 접촉 상태에 따라 커패시턴스의 변화 또는 전기장의 변화를 감지하도록, 프레임상에 마련된 센서 본체 및 상기 센서 본체 내에 마련되어 적어도 하나의 커패시턴스를 형성하는 복수의 스트립 전극을 포함하는 센서 스트립,
   상기 센서 스트립을 통해 감지된 커패시턴스의 변화량 또는 전기장의 변화량을 측정하여 미리 설정된 기준 값과 비교하고, 상기 커패시턴스의 변화량 또는 전기장의 변화량이 상기 기준 값 이상인 경우 끼임 발생 신호를 출력하는 신호처리부 및
   상기 신호처리부로부터 출력된 끼임 발생 신호에 따라 상기 프레임을 이동시키기 위한 모터의 동작을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 끼임 방지 장치.
2. 제1항에서,
   상기 복수의 스트립 전극은 상기 센서 본체 내에서 스트립 형상을 가지고, 전기장의 변화를 유도하는 제1 커패시턴스를 형성하는 제1 스트립 전극과 제2 스트립 전극을 포함하고,
   상기 제1 스트립 전극과 제2 스트립 전극은 상기 센서 본체 내에 매립되고, 금속 또는 전도성 수지의 도전체로 이루어진 것을 특징으로 하는 끼임 방지 장치.
3. 제2항에서,
   상기 제1 스트립 전극은 상기 제2 스트립 전극의 내부에 마련되는 것을 특징으로 하는 끼임 방지 장치.
4. 제3항에서,
   상기 제2 스트립 전극은 상기 제1 스트립 전극의 하단과 양 옆면을 둘러싸는 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 끼임 방지 장치.
5. 제4항에서,
   상기 센서 본체는 유연성을 갖는 유전성 탄성체(dielectric elastomer)로 구성되는 것을 특징으로 하는 끼임 방지 장치.
6. 제5항에서,
   상기 신호처리부는 인체가 접근하기 전에 형성된 상기 제1 커패시턴스 또는 전기장을 기반으로 인체의 비접촉 접근 상태로 인한 상기 제1 커패시턴스의 변화량 또는 전기장의 변화량을 측정하는 것을 특징으로 하는 끼임 방지 장치.
7. 제5항에서,
   상기 복수의 스트립 전극은 제3 스트립 전극을 더 포함하고,
   상기 제2 스트립 전극과 제3 스트립 전극 사이에는 제2 커패시턴스가 형성된 것을 특징으로 하는 끼임 방지 장치.
8. 제7항에서,
   상기 제2 스트립 전극과 제3 스트립 전극 사이에는 상기 센서 본체에 가해지는 외부의 접촉 압력에 의해 변형될 수 있도록 중공부가 마련되고,
   상기 신호처리부는 상기 센서 본체에 가해지는 외부의 접촉 압력에 의해 상기 중공부가 변형될 때 상기 제2 커패시턴스의 변화량을 측정하는 것을 특징으로 하는 끼임 방지 장치.
9. 제2항에서,
   상기 제1 스트립 전극과 제2 스트립 전극은 서로 평행하게 마련된 것을 특징으로 하는 끼임 방지 장치.
10. 제2항에서,
    상기 제1 스트립 전극과 제2 스트립 전극은 간격에 따라 제1 커패시턴스의 감도가 상이하게 감지되도록 마련된 것을 특징으로 하는 끼임 방지 장치.
    
    
    
    

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