WO2020159057A1 - 소프트 센서 내장형 장갑 및 이의 제조 방법 - Google Patents

소프트 센서 내장형 장갑 및 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2020159057A1
WO2020159057A1 PCT/KR2019/016356 KR2019016356W WO2020159057A1 WO 2020159057 A1 WO2020159057 A1 WO 2020159057A1 KR 2019016356 W KR2019016356 W KR 2019016356W WO 2020159057 A1 WO2020159057 A1 WO 2020159057A1
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WO
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glove
soft sensor
pattern
sensor
soft
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PCT/KR2019/016356
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배준범
김수인
정다희
홍정순
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주식회사 필더세임
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    • A41D19/0024—Gloves with accessories
    • A41D19/0027—Measuring instruments, e.g. watch, thermometer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer

Definitions

  • the present invention relates to a glove with a soft sensor and a method for manufacturing the same.
  • the soft sensor is a sensor capable of measuring displacement, force, etc. by forming an electrode formed of a conductive material on a material having elasticity and flexibility, and having elasticity and flexibility.
  • An object of the present invention is to provide a glove with a built-in soft sensor that is easy to manufacture and has improved performance and a method for manufacturing the same.
  • the present invention the upper endothelial pattern; A soft sensor module coupled to at least one surface of the upper endothelial pattern and including one or more soft sensors formed at a joint portion of a finger to measure bending or extension of the finger; And an outer skin coupled with the upper endothelial pattern and exposed to the outside.
  • a soft sensor-embedded glove is provided in which the width of an area where the soft sensor is coupled is narrower than that of another area.
  • the soft sensor-embedded glove of the present invention and the method for manufacturing the soft sensor-embedded glove can be easily manufactured and an effect of improving performance can be obtained.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a soft sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a change in length of a signal line according to a change in finger joint of the soft sensor of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view showing the glove in which the soft sensor of FIG. 1 is incorporated.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating the soft sensor module in the glove with soft sensor embedded in FIG. 3.
  • 5 to 15 are views showing a method of manufacturing a soft sensor-embedded glove according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention the upper endothelial pattern; A soft sensor module coupled to at least one surface of the upper endothelial pattern and including one or more soft sensors formed at a joint portion of a finger to measure bending or extension of the finger; And an outer skin coupled with the upper endothelial pattern and exposed to the outside.
  • a soft sensor-embedded glove is provided in which the width of an area where the soft sensor is coupled is narrower than that of another area.
  • the outer shell is formed by combining the upper outer shell pattern and the lower outer shell pattern, and the upper outer shell pattern may be combined with the upper outer shell pattern.
  • the upper inner shell pattern of the glove and the upper outer shell pattern of the glove may be combined by sewing an area other than the area where the soft sensor is formed.
  • a predetermined opening may be formed in a region corresponding to the palm of the lower outer shell pattern of the glove.
  • the upper outer shell pattern of the glove and the lower outer shell pattern of the glove may be formed of materials having different elongation rates.
  • the elongation of the upper envelope pattern of the glove may be formed of a material having a higher elongation of the lower envelope pattern of the glove.
  • an elastic member having a predetermined elasticity may be further formed in an area corresponding to a metacarpophalangeal joint (MCP) sensor in the soft sensor-embedded glove.
  • MCP metacarpophalangeal joint
  • the soft sensor module includes: a stretchable sheet including a first stretchable layer and a second stretchable layer facing each other; And one or more sensor units formed by printing a predetermined conductive liquid metal between the first stretchable layer and the second stretchable layer.
  • At least one groove may be formed in an area adjacent to the area where the soft sensor is coupled in the upper endothelial pattern.
  • An embodiment of the present invention is formed on a joint portion of a finger to form a soft sensor module including one or more soft sensors to measure bending or extension of the finger; Coupling the soft sensor module to the upper endothelial pattern of the glove; And combining the upper endothelial pattern of the glove to which the soft sensor module is coupled, and the outer shell of the glove, wherein the width of the region where the soft sensor is coupled in the upper endothelial pattern is narrower than the width of the other region. It provides a method for manufacturing a glove with a built-in soft sensor, characterized in that.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
  • each embodiment is not to be independently interpreted or implemented, and the technical ideas described in each embodiment may be interpreted or implemented in combination with other embodiments separately described. It should be understood as being.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a soft sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the soft sensor 100 may include an elastic sheet 110, a sensor unit 120, and an electric wire unit 140.
  • the soft sensor of one embodiment of the present invention can be used to measure the angle of a joint in virtual reality or coexistence reality or rehabilitation, and in particular, it can be used as a means to input data into a virtual reality device by measuring the angle of a finger joint. have.
  • the stretchable sheet 110 includes a first stretchable layer (see 311 in FIG. 8) and a second stretchable layer (see 312 in FIG. 8 ).
  • the first stretchable layer (see 311 in FIG. 8) and the second stretchable layer (see 312 in FIG. 8) are separately formed and may have a stacked structure in the vertical direction.
  • the stretchable sheet 110 is shown to include two layers of a first stretchable layer (see 311 in FIG. 8) and a second stretchable layer (see 312 in FIG. 8), but the spirit of the present invention is limited to this.
  • the stretchable sheet 110 may be formed of two or more layers of various materials, if necessary. This will be described in more detail later.
  • the first stretchable layer (see 311 in FIG. 8) is a layer formed by applying the first stretchable material.
  • the first stretchable material may be a nonconductive material having stretchability and flexibility.
  • the first stretchable material is described as an example using silicon, but the spirit of the present invention is not limited thereto.
  • the first stretchable layer (see 311 of FIG. 8) may be formed by applying the first stretchable material on a base substrate by various methods such as spin coating, silicone coating, compression molding, or printing.
  • the second stretchable layer (see 312 in FIG. 8) is a layer formed by applying a second stretchable material.
  • the second stretchable material may be a nonconductive material having stretchability and flexibility.
  • As the second stretchable material a material having a smaller surface tension than the conductive liquid metal (see 320 of FIG. 6) forming the sensor unit 120 may be used.
  • the silicon used as the second stretchable material, for example, the first stretchable material and the second stretchable material will be described as an example, but the spirit of the present invention is not limited thereto.
  • the silicon may be formed of a monolithic sheet.
  • any second flexible material may be used as long as the material has elasticity and flexibility while having a smaller surface tension than the conductive liquid metal (see 320 in FIG. 6 ).
  • This second stretchable layer (see 312 in FIG. 8) is a second stretchable material over the first stretchable layer (see 311 in FIG. 8) (and sensor portion 120 thereon), spin coating, silicon coating (squeegeeing) ), compression molding or printing.
  • the sensor unit 120 may be formed between the first stretchable layer (see 311 in FIG. 8) and the second stretchable layer (see 312 in FIG. 8 ).
  • the sensor unit 120 may be formed in a preset pattern using a conductive liquid metal (see 320 in FIG. 6) on the first elastic layer (see 311 in FIG. 8 ).
  • the sensor unit 120 may be formed using various methods such as 3D printing, nozzle printing, inkjet printing, and roll-to-roll printing.
  • the sensor unit 120 may be formed of a predetermined conductive material, or may be formed of a conductive material in a liquid or solid form that can be applied.
  • the sensor unit 120 It may be formed of a conductive liquid metal that maintains a liquid state at room temperature and has conductivity.
  • the conductive liquid metal will be described as an example using EGaIn (Eutectic Gallium-Indium).
  • the EGaIn is also called process gallium indium composite.
  • the EGaIn may include 75.5 wt% of gallium (Ga) and 24.5 wt% of indium (In).
  • the EGaIn can be melted at about 15.7°C to maintain a liquid state at room temperature.
  • the EGaIn has a conductivity of 3.4 x 10 4 S/cm level, so the conductivity is very high, the viscosity is low, and it flows well, and has a high surface tension due to the oxide film on the surface. Since the EGaIn has a high surface tension, it has an advantage of maintaining shape when 3D printing in a desired pattern, and thus it is easy to form a microchannel.
  • it is possible to directly print in a desired pattern by injecting through a syringe coupled to a CNC facility without any additional chemical treatment.
  • the sensor unit 120 may be formed of a conductive liquid metal to have sufficient elasticity.
  • the position of the soft sensor may be provided between the joint portion of each finger and the thumb and index finger of the surface of the hand-worn device, and the soft sensor provided between the thumb and index finger detects the movement of the thumb's adduction and abduction It may be for
  • the soft sensor provided in the joint portion of each finger may be provided with a sensor for measuring the movement of flexion and extension, and a sensor for measuring the movement of pronation and abduction.
  • the soft sensor provided at the joint portion of each finger may be separately provided with sensors for measuring flexion and extension movements, and sensors for measuring movements of pronation and abduction.
  • the sensor for measuring flexion and extension movement is formed long in the longitudinal direction of the fingers, and may serve as a sensor for measuring flexion and extension of the fingers.
  • the sensor for measuring the motion of the abduction and abduction is perpendicular to the longitudinal direction of the fingers or is formed long in the direction of the abduction and abduction of the fingers, and may serve as sensors for measuring the abduction and abduction of the fingers.
  • the sensor measuring the movement of the flexion and extension and the sensor measuring the movement of the pronation and abduction change the resistance by changing the length, height, and width according to the movement of the fingers, so the movement of the finger is measured by measuring the change in resistance. Can be measured. This will be described in more detail in FIGS. 2 and 3.
  • the wire part 140 is electrically connected to the sensor part 120, and serves to transfer an electrical signal transmitted from the sensor part 120 to an electrode substrate (see 270 in FIG. 4) or an FFC (not shown). It can be done.
  • the wire portion 140 may be formed by printing a conductive liquid metal on the first elastic layer (see 311 of FIG. 8) or the base substrate using a 3D printer or the like.
  • FIG 2 is a schematic view showing a change in the length of the sensor unit 120 according to the change in the angle of the finger joint of the soft sensor according to the embodiment of the present invention.
  • the resistance across the micro-channel of the soft sensor is R (Resistance of conductive metal), the resistivity of the conductive material inside the channel is ⁇ (electrical resistivity [ ⁇ *m]), and the channel volume is V (channel volume [m 3 ]), channel
  • R Resistance of conductive metal
  • ⁇ electrical resistivity [ ⁇ *m]
  • V channel volume [m 3 ]
  • A channel area [m 2 ]
  • l channel length [m]
  • the strain is ⁇
  • the total number of micro-channels when the micro-channel inside the material with high elasticity is filled with an incompressible material
  • the volume V is kept constant and is expressed by Equation 1 below.
  • the channel can be seen as a path through which electrons of the conductive metal pass, and when the external shape of the conductive metal changes, the length, height, and width of the channel may change and the resistance also changes.
  • Equation 2 the channel length l is expressed by Equation 2 below, and the channel cross-sectional area A is expressed by Equation 3.
  • the current resistance R may be expressed by Equation 5 below by the initial resistance R 0 and the strain ⁇ .
  • Equation 6 the angular change ( ⁇ ) and the radius (r) of the joint in the finger joint and the change in the length of the channel ( ⁇ L) are expressed by Equation 6 below.
  • an angle change ( ⁇ ) of the finger joint can be calculated through a change in channel length ( ⁇ L).
  • an appropriately formed amplifier may be used to measure the resistance change of the soft sensor, and the resistance change ( ⁇ R) of the soft sensor may be calculated from the change ( ⁇ V) of the voltage measured by the amplifier output according to the nature of the amplifier.
  • the strain ( ⁇ ) may be calculated using the resistance change ( ⁇ R) of the soft sensor measured according to Equation (5), and the length change ( ⁇ L) of the channel may be calculated using this.
  • the soft sensor of the present embodiment is provided with a sensor for a change in voltage ( ⁇ V), the angle change ( ⁇ ) of the finger joint can be obtained.
  • the finger joint has been described as an example, but it is natural that the soft sensor of this embodiment can be applied to joints of other parts of the body.
  • FIG. 3 is a plan view showing the glove with the soft sensor in FIG. 1
  • FIG. 4 is a plan view showing the soft sensor module in the glove with the soft sensor in FIG. 3.
  • the soft sensor module 200 may be a sheet of an elastic material in which a plurality of soft sensors 100 are formed to correspond to each joint of a finger.
  • the soft sensor module 200 may be formed in a shape corresponding to at least a part of the hand shape.
  • the soft sensor module 200 will be described as an example that is formed in a hand shape and formed in a sheet shape so as to be attached to the inner surface of the glove 400.
  • the soft sensor module 200 may be formed into a desired shape through laser cutting, knife cutting, knife mold cutting, or the like after being formed in a circular or square shape larger than a desired shape.
  • the remaining portions of the stretchable sheet 110 except for the portions in which the plurality of sensor units 120 are formed may be cut out and used in a shape suitable for a worn portion such as a finger.
  • the plurality of sensor units 120 may be located at the joint portion of each finger to detect the movement of the finger.
  • the soft sensor-embedded glove 400 is characterized in that the soft sensor module 200 is coupled to or embedded in the inside of the glove, that is, the endothelium.
  • the soft sensor-embedded glove 400 is characterized in that the soft sensor module 200 is coupled or embedded in the inside of the glove, that is, the endothelium.
  • the soft sensor module 200 is coupled to the inside of the glove, that is, the endothelium, so that the soft sensor is embedded in the glove and protected, thereby improving the durability of the soft sensor module 200.
  • the position of the glove is fixed using the position fixing guide and the soft sensor module 200 is attached to the soft sensor module 200 again using the guide, there is an effect of lowering work difficulty and also mass After attaching to the pattern, a large amount of sewing becomes possible, so that an effect of improving productivity can be obtained.
  • the soft sensor module 200 is formed inside the glove, there is no visible trace of the adhesive used when the soft sensor module 200 is attached, thereby improving the aesthetic feeling.
  • the soft sensor module 200 of FIGS. 3 and 4 will be described in more detail as follows.
  • the soft sensor module 200 includes a thumb sensing unit 210, an index sensing unit 220, a middle sensing unit 230, a ring finger sensing unit 240, and an index sensing unit 250.
  • the soft sensor module 200 may also include only some of the sensing units.
  • the soft sensor module 200 includes a first internal/abduction measurement sensor (not shown) formed between the thumb sensing unit 210 and the index sensing unit 220, and the index sensing unit 220. And a second abduction/abduction measurement sensor (not shown) formed between the and middle sensing portion 230, and a third abduction/abduction measurement formed on one side of the sensing sensing portion 220 to measure the abduction/abduction of the index finger. It may further include a sensor (not shown).
  • the soft sensor module 200 includes a fourth internal/abduction measurement sensor (not shown) formed between the middle sensing unit 230 and the ring finger sensing unit (not shown), and the ring finger sensing unit (not shown) City) and a fifth inner/abduction measuring sensor (not shown) formed between the locking sensing unit (not shown).
  • the thumb sensing unit 210 may include a first thumb sensor 211 and a second thumb sensor 212.
  • the first thumb sensor 211 may measure bending and extension between the distal phalanx and the proximal phalanx of the thumb.
  • the second thumb sensor 212 may measure bending and extension between the proximal phalanx and the metacarpal of the thumb.
  • the detection sensing unit 220 may include a first detection unit sensor 221 and a second detection unit sensor 222.
  • the first detection unit sensor 221 may measure bending and extension between the middle phalanx and the proximal phalanx of the index finger.
  • the second detection unit sensor 222 may measure bending and extension between the proximal phalanx and the metacarpal of the index finger.
  • the stop sensing unit 230 may include a first stop unit sensor 231 and a second stop unit sensor 232.
  • the first stop sensor 231 may measure bending and extension between the middle phalanx and the proximal phalanx of the middle finger.
  • the second stop sensor 232 may measure bending and extension between the proximal phalanx and the metacarpal of the middle finger.
  • the ring finger sensing unit 240 may include a first ring finger sensor 241 and a second ring finger sensor 242.
  • the first ring finger sensor 241 may measure bending and extension between the middle phalanx and the proximal phalanx of the ring finger.
  • the second ring finger sensor 242 may measure bending and extension between the proximal phalanx and the metacarpal of the ring finger.
  • the locking sensing unit 250 may include a first locking sensor 251 and a second locking sensor 252.
  • the first locking sensor 251 may measure bending and extension between the middle phalanx and the proximal phalanx of the locking finger.
  • the second locking part sensor 252 may measure bending and extension between the proximal phalanx and the metacarpal of the locking finger.
  • a first internal/abduction sensor (not shown) is formed between the thumb sensing unit 210 and the index sensing unit 220 to measure the internal and external abduction of the thumb.
  • a second internal/abduction sensor (not shown) is formed between the detection sensing unit 220 and the middle sensing unit 230 to measure the internal and external abduction of the middle finger.
  • a third internal/abduction measurement sensor (not shown) on one side of the index finger City) may be further provided. That is, a third internal/external abduction measurement sensor (not shown) is additionally provided on one side of the detection so that the internal/external abduction of the detection and middle finger can be measured independently.
  • the soft sensor module 200 can design a plurality of sensor units 120 corresponding to joints of fingers having different lengths and shapes using CAD, and a plurality of designed sensors Since the part 120 can be formed at once using 3D printing or the like, system form manufacturing is possible. This is easier to modify the design compared to the existing mold manufacturing method, and since it does not require a dedicated mold, manufacturing is simple and cost can be reduced. Therefore, since it is easy to form the sensor unit 120 of various numbers and shapes, it is easy to apply to other body parts such as shoulders, ankles, wrists, and fingers.
  • the soft sensor module 200 may further include a chip.
  • the chip may be inserted into the elastic sheet 110 at a position corresponding to the wrist.
  • Such a chip can be inserted by an insert print method.
  • Such a chip may include an FPCB (Flexible Printed Circuit Board), a motor driver, a micro control unit, and a wireless communication unit.
  • FPCB Flexible Printed Circuit Board
  • the soft sensor module 200 may further include an electrode substrate 270 and a connection portion 290.
  • the electrode substrate 270 is formed on the soft sensor module 200 and may serve to connect soft sensors with an external electronic device (eg, a connector).
  • the electrode substrate 270 may be various circuit boards such as a flexible printed circuit board (FPCB).
  • the electrode substrate 270 may be contacted or combined with an FPC.
  • the electrode substrate 270 may be formed by an insert print method. That is, after the first stretchable layer (see 311 of FIG. 8) is formed, the electrode substrate 270 may be inserted thereon. At this time, the electrode substrate 270 may be positioned in a region that does not invade the positions of the sensors without being interfered with the movement of the wrist on the approximately first elastic layer (see 311 of FIG. 8 ). In addition, the electrode substrate 270 may be positioned in an area capable of minimizing the distance between the sensors and the electrode substrate 270 in order to minimize the length of the wire portion 140. For example, the electrode substrate 270 may be formed on the back of the hand adjacent to the wrist.
  • the periphery of the electrode substrate 270 may need to be reinforced with a rigid material, and thus it may be desirable to place the electrode substrate on the back of the hand, rather than a flexible moving wrist.
  • the location and method of forming the electrode substrate 270 will be described in more detail later.
  • connection part 290 may serve to connect the electric wire part 280 of the soft sensor 100 and the electrode substrate 270.
  • the connection portion 290 may be formed of a predetermined conductive material, or may be formed of a conductive material in a liquid or solid form that can be applied.
  • the connection part 290 may be formed of a conductive liquid metal having conductivity while maintaining a liquid state at room temperature.
  • the conductive liquid metal will be described as an example using EGaIn (Eutectic Gallium-Indium).
  • connection portion 290 may be formed in a predetermined pattern using a conductive liquid metal, and the connection portion 290 may 3D printing materials such as EGaIn (Eutectic Gallium-Indium), nozzle printing, inkjet printing, roll-to-roll printing It can be formed using various methods such as.
  • EGaIn utectic Gallium-Indium
  • nozzle printing nozzle printing
  • inkjet printing roll-to-roll printing It can be formed using various methods such as.
  • the electrode portion can be stably formed regardless of the thickness of the channel, the size of the channel, the number of channels, and the material of the soft sensor.
  • it is possible to automate using printing equipment, and thus, it is possible to obtain an effect of shortening the working time.
  • 5 to 15 are views showing a method of manufacturing a soft sensor-embedded glove according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5 to 10 are views illustrating a process of forming the soft sensor module 200.
  • a first stretchable layer 311 is formed by spin coating a first stretchable material on a base substrate.
  • the first stretchable layer 311 may be formed using a first stretchable material having a relatively high stretchability.
  • the first stretchable layer 311 may be used in various ways such as silicon coating or printing. It may be formed.
  • the electrode substrate 330 is disposed on the first stretchable layer 311, where the electrode substrate 330 may be fixed in position by a bond or adhesive tape.
  • the conductive liquid metal is printed using the nozzle 303 on the first stretchable layer 311 to form the sensor unit 320 and the wire unit 340.
  • EGaIn may be used as a conductive liquid metal printed through the nozzle 303.
  • the nozzle 303 is coupled to the CNC equipment, it can be controlled to be movable in the three-axis direction.
  • the CNC facility may be a 3D printer, and may further include a 3-axis controller, a scanning controller, a microscope, and the like.
  • the nozzle 303 may print the conductive liquid metal while moving in a preset path by the control of the 3-axis controller. Paths in the 3-axis direction may be set according to channel patterns.
  • connection portion 325 connecting the electric wire portion 340 and the electrode substrate 330 is printed.
  • the connection part 325 is provided inside or on one side of the stretchable sheet 110, and may serve to connect the electric wire part 340 and the electrode substrate 330.
  • a second elastic material is coated on the first elastic layer 311 on which the sensor unit 320, the electric wire unit 340, the connection unit 325, and the electrode substrate 330 are formed to remove the material.
  • a stretchable layer 312 is formed.
  • the second stretchable layer 312 may be formed of the same material as the first stretchable layer 311 or, if necessary, may be formed of a layer having different properties from the first stretchable layer 311.
  • the drawing shows that the second stretchable layer 312 is formed by silicon coating, the spirit of the present invention is not limited thereto, and the second stretchable layer 312 can be formed by various methods such as spin coating or printing. It may be formed.
  • the sensor part 320 maintains the liquid state of the conductive liquid metal, but because the surface tension is very large, the second stretchable material and the conductive liquid metal are mixed even if the second stretchable material is applied on the sensor part 320 in the liquid state. Does not work. Therefore, the channel pattern of the sensor unit 320 is maintained and covered with the second stretchable material.
  • the second elastic layer 312 when the second elastic layer 312 is hardened, it is cut into a desired shape through a laser cutting machine 305, a knife cutting method, a knife mold cutting method, and the like, thereby forming the soft sensor module 200. do. Finally, by removing it from the base substrate, it is possible to complete the soft sensor module 200 as shown in FIG.
  • the upper endothelial pattern 410 of the glove and the soft sensor module 200 are combined using the glove fixing guide 480 and the sensor position fixing guide 490.
  • the upper endothelial pattern 410 of the glove is fixed to the glove fixing guide 480 formed of a hard material such as acrylic and having an opening corresponding to the upper endothelial pattern 410 of the glove.
  • the sensor position fixing guide 490 which is formed of a hard material such as acrylic, and has an opening corresponding to the soft sensor module 200, is located inside the upper endothelial pattern 410 of the glove. Order.
  • the upper endothelial pattern 410 of the glove may be formed to have a shorter length than the conventional one. In this way, the upper endothelial pattern 410 of the glove is shortly formed, and a signal sensed by using pre-tension generated in the glove when the glove is worn may be increased.
  • the soft sensor module 200 when the soft sensor module 200 is attached to the upper endothelial pattern 410 of the glove, it is formed in a shape as shown in FIG. 12.
  • the soft sensor module 200 and the upper endothelial pattern 410 of the glove may be combined by silicone or other adhesive.
  • the sensor can be attached to the same location, thereby proficiency of the operator. It is not necessary, it is possible to obtain the effect of improving the convenience of attaching the sensor.
  • the upper endothelial pattern 410 of the soft sensor-embedded glove 400 in a state where the soft sensor module 200 and the upper endothelial pattern 410 are combined, the soft sensor module 200
  • Each of the sensors 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252 is formed in a region adjacent to the region where the formed region is removed.
  • the width of the region where the sensors 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, and 252 are combined in the upper endothelial pattern 410 is narrower than the width of the other regions.
  • adjacent areas of the sensors 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252, i.e., sensors 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252 ) May be expressed as forming grooves 411 on both sides.
  • the upper endothelial pattern 410 of the glove to which the soft sensor module 200 is coupled is combined with the upper endothelial pattern 430 of the glove.
  • various sewing operations such as attaching a velcro and forming an opening in the upper endothelial pattern 410 of the glove and the upper outer shell pattern 430 of the glove may be performed as necessary.
  • the sensors 211, 212, 221, 222, 231 Only areas other than the areas where 232, 241, 242, 251, and 252 are formed can be sewn.
  • the tension of the sensor can be maximized and the tensile resistance can be reduced.
  • the upper endothelial pattern 410 and the upper outer shell pattern 430 of the gloves combined with each other are combined with the lower outer shell pattern 440 of the gloves.
  • sewing may be performed in a state in which the upper outer shell pattern 430 and the lower outer shell pattern 440 of the gloves are in contact.
  • a space for entering a hand is formed between the upper outer shell pattern 430 and the lower outer shell pattern 440.
  • a simple lower shell pattern 440 Although illustrated, a finger side pattern (not shown) may be added to improve wearing comfort.
  • a predetermined opening 441 may be formed in the palm portion of the lower outer shell pattern 440 of the glove. That is, in the case of the conventional glove, there was a problem that the tension of the sensor is disturbed due to the palm portion having a fixed shape.
  • the sensor in the embodiment of the present invention, by forming a predetermined opening 441 in the palm portion of the lower shell pattern 440 of the glove, the sensor can be freely stretched.
  • the predetermined opening 441 is formed, and as a result, the thumb has an independent structure, thereby improving user convenience. It can also improve the ventilation/breathability of the gloves.
  • the fixed structure does not cover the wrist, it is also possible to obtain an effect that the wrist movement does not affect the sensor signal.
  • first binding portion 442 and the second binding portion 443 are formed on both sides of the opening 441 of the lower outer shell pattern 440 of the gloves thus formed to fix the glove to the user's hand.
  • the first binding portion 442 and the second binding portion 443 may be formed of, for example, Velcro.
  • FIG. 14 shows that the lower outer shell pattern 440 is formed as one piece (that is, integrally formed), but the spirit of the present invention is not limited thereto, and the lower outer shell pattern 440 is divided into several pieces. It may be formed by dividing by.
  • the lower outer shell pattern 440 may be formed by dividing the lower outer shell pattern, the lower outer shell pattern thumb portion, the first binding portion, and the second binding portion into four pieces.
  • the upper outer shell pattern 430 of the glove and the lower outer shell pattern 440 of the glove may be formed of materials having different elongation rates.
  • the upper outer shell pattern 430 of the glove may be formed of a material having a high elongation, such as span
  • the finger side portion and the lower outer shell pattern 440 of the glove may be formed of a material having a low elongation, such as suede.
  • the finger side portion may be formed of a mesh material in consideration of breathability, moisture permeability, and the like.
  • the upper outer shell pattern 430 of the glove is formed of a material having high elongation to minimize resistance when bending a finger and to maximize tension of the sensor.
  • the finger side portion and the lower outer shell pattern 440 of the glove are formed of a material having a low elongation to maintain the shape of the glove and enhance the user's convenience of wearing, and the tension generated during bending of the finger is the upper inner endothelium pattern
  • a predetermined elastic member 460 may be further provided on the back portion of the soft sensor-embedded glove 400.
  • the sensor was not sufficiently tensioned due to the difference in the position of the joint and the sensor.
  • MCP metacarpophalangeal joint
  • a predetermined elastic member 460 may be further provided in a metacarpophalangeal joint (MCP) region.
  • the elastic member 460 is provided in the metacarpophalangeal joint (MCP) area, so that even if a position difference between the joint and the sensor occurs, the sensor is sufficiently tensioned to perform sensing.
  • a soft EVA (EVA) material or the like may be used as the elastic member 460.
  • a separate elastic member attachment guide (not shown) may be further provided. That is, the soft sensor-embedded glove 400 is fixed to a glove fixing guide (not shown) formed of a hard material such as acrylic and having an opening corresponding to the soft sensor-embedded glove 400 therein. Next, an elastic member attachment guide (not shown) formed of a hard material such as acrylic and having an opening corresponding to the elastic member 460 therein is placed on the upper side of the glove. In this state, the elastic member 460 may be attached to the upper endothelial pattern 410 of the soft sensor-embedded glove 400.
  • the elastic member 460 and the upper endothelial pattern 410 may be combined by silicone or other adhesives, or may be combined by sewing. At this time, when the elastic member 460 and the upper endothelial pattern 410 are combined by sewing, before the soft sensor module 200 is coupled to the upper endothelial pattern 410 of the glove, the elastic member 460 and It is preferable that the upper endothelial pattern 410 is joined by sewing. On the other hand, when the elastic member 460 and the upper endothelial pattern 410 are combined by silicone or other adhesive, the elastic member may be anytime before or after the soft sensor module 200 is coupled to the upper endothelial pattern 410 of the glove. The 460 and the upper endothelial pattern 410 may be combined. Alternatively, it may be possible to attach the elastic member 460 to the upper endothelial pattern 410 after the fabrication of the soft sensor-embedded glove 400 is completed.
  • the attachment of the elastic member 460 to the same position is achieved. Since it becomes possible, the operator's skill is not required, and the effect of improving the convenience of attaching the elastic member 460 can be obtained.
  • the soft sensor-embedded gloves 400 are completed as shown in FIG. 15. That is, in the state as shown in Fig. 14, the inner skin of the glove is exposed to the outside, and the outer skin of the glove is located inside the glove. In this state, the gloves are turned over so that the inner skin of the gloves is placed inside the gloves, and the outer skin of the gloves is exposed to the outside.
  • the soft sensor-embedded glove 400 is characterized in that the soft sensor module 200 is coupled to or embedded in the inside of the glove, that is, the endothelium. In this way, the soft sensor module 200 is coupled to the inside of the glove, that is, the endothelium, so that the soft sensor is embedded in the glove and protected, thereby improving the durability of the soft sensor module 200.
  • the position of the glove is fixed using the position fixing guide and the soft sensor module 200 is attached to the soft sensor module 200 again using the guide, there is an effect of lowering work difficulty and also mass After attaching to the pattern, a large amount of sewing becomes possible, so that an effect of improving productivity can be obtained.
  • the soft sensor module 200 is formed inside the glove, there is no visible trace of the adhesive used when the soft sensor module 200 is attached, thereby improving the aesthetic feeling.
  • the soft sensor-embedded glove 400 can change the structure of a component of the glove or apply a different material of the component of the glove, thereby reducing the resistance generated when wearing the sensor unit.
  • By focusing the tension the size cover range is widened, fingertip pain is minimized, and the effect of increasing the size of the sensor signal can be obtained.
  • by using an outer skin material having a high elongation, removing the palm portion of the glove, and making an opening in the existing glove it is possible to obtain an effect of reducing the resistance when wearing the glove and making it easy to wear.
  • connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings are illustrative examples of functional connections and/or physical or circuit connections, and in the actual device, alternative or additional various functional connections, physical It can be represented as a connection, or circuit connections.
  • the embodiment according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, and such a computer program can be recorded on a computer-readable medium.
  • the medium may continuously store a program executable on a computer or may be stored for execution or download.
  • the medium may be various recording means or storage means in the form of a combination of single or several hardware, and is not limited to a medium directly connected to a computer system, but may be distributed on a network.
  • Examples of the medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks, And program instructions including ROM, RAM, flash memory, and the like. Also, examples of other media include an application store for distributing applications, a site for distributing or distributing various software, and a recording medium or storage medium managed by a server.
  • the present invention can be used in a soft sensor and a method for manufacturing the same, and a hand-wearable device having the soft sensor and a method for manufacturing the same.

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Abstract

본 발명은 상부 내피 패턴; 상기 상부 내피 패턴의 적어도 일 면에 결합되며, 손가락의 관절 부위에 형성되어 해당 손가락의 굽힘 또는 신전을 측정하는 하나 이상의 소프트 센서를 포함하는 소프트 센서 모듈; 및 상기 상부 내피 패턴과 결합되어 외부로 노출되는 외피;를 포함하고, 상기 상부 내피 패턴에서 상기 소프트 센서가 결합된 영역의 폭이 타 영역의 폭보다 좁게 형성되는 소프트 센서 내장형 장갑을 제공한다.

Description

소프트 센서 내장형 장갑 및 이의 제조 방법
본 발명은 소프트 센서 내장형 장갑 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 손에 착용하여, 가상 현실에서 가상의 물체에서 발생하는 힘을 손가락에 전달하여 가상 물체와 상호작용하기 위한 소프트 센서 내장형 장갑에 대한 관심이 대두되고 있다.
따라서, 손의 움직임에 대해 분석이 선행되어야 하며, 착용이 간편하면서도 손의 움직임을 보다 정확하게 측정할 수 있는 연구가 수행되어야 한다.
한편, 소프트 센서는 신축성과 유연성을 갖는 소재에 전도성 물질로 형성된 전극을 구성하여, 신축성과 유연성을 가지며 변위나 힘 등을 측정할 수 있는 센서이다. 최근에는 웨어러블 장비 등 적용 분야가 확대되면서 유연하고 신축성 있는 소프트 센서에 대한 요구가 증대되고 있다.
본 발명은 제조가 용이하며 성능이 향상된 소프트 센서 내장형 장갑 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상부 내피 패턴; 상기 상부 내피 패턴의 적어도 일 면에 결합되며, 손가락의 관절 부위에 형성되어 해당 손가락의 굽힘 또는 신전을 측정하는 하나 이상의 소프트 센서를 포함하는 소프트 센서 모듈; 및 상기 상부 내피 패턴과 결합되어 외부로 노출되는 외피;를 포함하고, 상기 상부 내피 패턴에서 상기 소프트 센서가 결합된 영역의 폭이 타 영역의 폭보다 좁게 형성되는 소프트 센서 내장형 장갑을 제공한다.
본 발명의 소프트 센서 내장형 장갑 및 이의 제조 방법에 의해 소프트 센서 내장형 장갑의 제조가 용이해지고 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 센서를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 소프트 센서의 손가락 관절 변화에 따른 신호 라인의 길이 변화를 보여주는 모식도이다.
도 3은 도 1의 소프트 센서가 내장된 장갑을 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 소프트 센서 내장형 장갑에서 소프트 센서 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 5 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 센서 내장형 장갑의 제작 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명은 상부 내피 패턴; 상기 상부 내피 패턴의 적어도 일 면에 결합되며, 손가락의 관절 부위에 형성되어 해당 손가락의 굽힘 또는 신전을 측정하는 하나 이상의 소프트 센서를 포함하는 소프트 센서 모듈; 및 상기 상부 내피 패턴과 결합되어 외부로 노출되는 외피;를 포함하고, 상기 상부 내피 패턴에서 상기 소프트 센서가 결합된 영역의 폭이 타 영역의 폭보다 좁게 형성되는 소프트 센서 내장형 장갑을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 외피는 상부 외피 패턴과 하부 외피 패턴이 결합되어 형성되고, 상기 상부 외피 패턴은 상기 상부 내피 패턴과 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 장갑의 상부 내피 패턴과 상기 장갑의 상부 외피 패턴은, 상기 소프트 센서가 형성된 영역 이외의 영역을 봉제하여 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 장갑의 하부 외피 패턴의 손바닥과 대응하는 영역에는 소정의 개구부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 장갑의 상부 외피 패턴과 상기 장갑의 하부 외피 패턴은 연신율이 서로 다른 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 장갑의 상부 외피 패턴의 연신율이 상기 장갑의 하부 외피 패턴의 연신율 보다 높은 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소프트 센서 내장형 장갑에서 중수지절관절(MCP, Metacarpophalangeal joint) 센서와 대응되는 영역에는 소정의 탄성을 가진 탄성 부재가 더 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소프트 센서 모듈은, 서로 마주보는 제1 신축성 층 및 제2 신축성 층을 포함하는 신축성 시트; 및 상기 제1 신축성 층 및 제2 신축성 층 사이에 소정의 전도성 액체 금속이 프린팅되어 형성되는 하나 이상의 센서부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 내피 패턴에서 상기 소프트 센서가 결합된 영역과 인접한 영역에 적어도 하나의 홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 손가락의 관절 부위에 형성되어 해당 손가락의 굽힘 또는 신전을 측정하는 하나 이상의 소프트 센서를 포함하는 소프트 센서 모듈을 형성하는 단계; 장갑의 상부 내피 패턴에 상기 소프트 센서 모듈을 결합하는 단계; 및 상기 소프트 센서 모듈이 결합된 상기 장갑의 상부 내피 패턴과, 장갑의 외피를 결합하는 단계;를 포함하고, 상기 상부 내피 패턴에서 상기 소프트 센서가 결합된 영역의 폭이 타 영역의 폭보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 내장형 장갑의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이에 대해 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예들을 설명함에 있어, 각 실시예가 독립적으로 해석되거나 실시되어야 하는 것은 아니며, 각 실시예에서 설명되는 기술적 사상들이 개별적으로 설명되는 다른 실시예에 조합되어 해석되거나 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 센서를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 센서(100)는, 신축성 시트(110), 센서부(120), 전선부(140)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예의 소프트 센서는 가상현실 또는 공존현실이나 재활 분야에서 관절의 각도를 측정하는데 사용될 수 있으며, 특히 손가락 관절의 각도를 측정하여 가상현실 기기 등에 데이터를 입력하는 수단으로 사용할 수 있다.
상세히, 신축성 시트(110)는, 제1 신축성 층(도 8의 311 참조)과 제2 신축성 층(도 8의 312 참조)을 포함한다. 제1 신축성 층(도 8의 311 참조)과 제2 신축성 층(도 8의 312 참조)은 별도로 형성되며, 상하방향으로 적층된 구조일 수 있다. 여기서, 신축성 시트(110)는 제1 신축성 층(도 8의 311 참조)과 제2 신축성 층(도 8의 312 참조)의 두 개의 층을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 필요에 따라 신축성 시트(110)는 다양한 재질의 두 개 이상의 층으로 형성될 수도 있다. 이에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
제1 신축성 층(도 8의 311 참조)은 제1 신축성 소재를 도포하여 형성된 층이다. 제1 신축성 소재는, 신축성과 유연성을 갖는 비전도성 물질일 수 있다. 여기서는 제1 신축성 소재는 실리콘을 사용하는 것으로 예를 들어 설명하나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 이와 같은 제1 신축성 층(도 8의 311 참조)은 베이스 기재 위에 제1 신축성 소재를 스핀 코팅, 실리콘 코팅(squeegeeing), 압축 성형 또는 프린팅 등의 다양한 방법으로 도포하여 형성될 수 있다.
제2 신축성 층(도 8의 312 참조)은 제2 신축성 소재를 도포하여 형성된 층이다. 제2 신축성 소재는, 신축성과 유연성을 갖는 비전도성 물질일 수 있다. 제2 신축성 소재는, 센서부(120)를 형성하는 전도성 액체 금속(도 6의 320 참조)보다 표면 장력이 작은 물질이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는, 제2 신축성 소재로 실리콘을 사용하여, 제1 신축성 소재와 제2 신축성 소재가 동일한 소재인 것으로 예를 들어 설명하나, 본 발명의 사상이 이에 제한되지는 아니한다. 여기서, 제1 신축성 소재와 제2 신축성 소재는 동일한 실리콘을 사용할 경우, 실리콘이 단일(monolithic)의 시트로 형성될 수도 있다. 다만, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않고, 제2 신축성 소재가 전도성 액체 금속(도 6의 320 참조)보다 표면 장력이 작으면서 신축성과 유연성을 갖는 소재라면 어느 것이나 사용할 수 있다. 이와 같은 제2 신축성 층(도 8의 312 참조)은 제1 신축성 층(도 8의 311 참조)(및 그 위의 센서부(120)) 위에 제2 신축성 소재를, 스핀 코팅, 실리콘 코팅(squeegeeing), 압축 성형 또는 프린팅 등의 다양한 방법으로 도포하여 형성될 수 있다.
센서부(120)는 제1 신축성 층(도 8의 311 참조)과 제2 신축성 층(도 8의 312 참조) 사이에 형성될 수 있다. 여기서 센서부(120)는 제1 신축성 층(도 8의 311 참조) 위에 전도성 액체 금속(도 6의 320 참조)을 이용하여 미리 설정된 패턴으로 형성될 수 있다. 이와 같은 센서부(120)는 3D 프린팅, 노즐 프린팅, 잉크젯 프린팅, 롤투롤 프린팅 등 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
센서부(120)는 소정의 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 도포 가능한 액체 혹은 고체 형태의 전도성 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 센서부(120)는 상온에서 액체 상태를 유지하며 전도성을 갖는 전도성 액체 금속으로 형성될 수도 있다. 여기서 전도성 액체 금속은, EGaIn(Eutectic Gallium-Indium)을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
EGaIn은 공정 갈륨 인듐 복합체라고도 한다. 상기 EGaIn은, 갈륨(Ga) 75.5wt%와 인듐(In) 24.5wt%을 포함할 수 있다. 상기 EGaIn는 약 15.7℃에서 녹아서 상온에서는 액체 상태를 유지할 수 있다. 또한, 상기 EGaIn은 3.4 x 104S/cm 수준의 전도성을 가져 전도성이 매우 높고, 점도가 낮아 잘 흐르며, 표면의 산화막으로 인해 높은 표면장력을 갖는다. 상기 EGaIn는 표면장력이 높기 때문에, 원하는 패턴으로 3D 프린팅시 형태를 유지하는 장점이 있어 마이크로 채널을 형성하는 것이 용이하다. 또한, 별도의 화학적 처리 없이도 CNC 설비에 결합된 주사기를 통해 주사하여 원하는 패턴으로 직접 프린팅하는 것이 가능하다.
이와 같이 센서부(120)가 전도성 액체 금속으로 형성됨으로써 충분한 신축성을 가질 수 있다.
한편, 소프트 센서의 위치는 손 착용형 장치의 표면 중 각 손가락의 관절 부위 및 엄지와 검지 사이에 구비될 수 있고, 엄지와 검지 사이에 구비되는 소프트 센서는 엄지의 내전 및 외전의 움직임을 감지하기 위한 것일 수 있다.
또한, 각 손가락의 관절 부위에 구비되는 소프트 센서는 굴곡 및 신전 움직임을 측정하는 센서와, 내전 및 외전의 움직임을 측정하는 센서가 함께 구비될 수 있다.
또는, 각 손가락의 관절 부위에 구비되는 소프트 센서는 굴곡 및 신전 움직임을 측정하는 센서와, 내전 및 외전의 움직임을 측정하는 센서가 각각 별도로 구비될 수도 있다. 이때, 굴곡 및 신전 움직임을 측정하는 센서는, 손가락들의 길이방향으로 길게 형성되어, 손가락들의 굴곡과 신전을 측정하는 센서 역할을 할 수 있다. 한편, 내전 및 외전의 움직임을 측정하는 센서는 손가락들의 길이방향에 수직하거나 손가락들의 내,외전 방향으로 길게 형성되어, 손가락들의 내전과 외전을 측정하는 센서 역할을 할 수 있다. 여기서, 굴곡 및 신전 움직임을 측정하는 센서와 내전 및 외전의 움직임을 측정하는 센서는, 손가락들의 움직임에 따라 길이, 높이 및 폭이 변화하여 저항이 변화하게 되므로, 저항의 변화를 측정하여 손가락의 움직임을 측정할 수 있다. 이에 대해서는 도 2 및 도 3에서 더욱 상세히 설명하도록 한다.
전선부(140)는 센서부(120)와 전기적으로 연결되며, 센서부(120)에서 전달되는 전기적 신호를 후술할 전극 기판(도 4의 270 참조) 또는 FFC(미도시)로 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 이와 같은 전선부(140)는 3D 프린터 등을 이용하여 제1 신축성 층(도 8의 311 참조) 또는 베이스 기재 위에 전도성 액체 금속을 프린팅하여 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 소프트 센서의 작동 원리에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소프트 센서의 손가락 관절 각도 변화에 따른 센서부(120)의 길이 변화를 보여주는 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 소프트 센서의 원리는 다음과 같다.
일반적으로 소프트 센서의 마이크로 채널 양단 저항을 R(Resistance of conductive metal), 채널 내부 전도성 물질의 비저항을 ρ(electrical resistivity [Ω*m]), 채널 부피를 V(channel volume [m3]), 채널 단면적을 A(channel area [m2]), 채널 길이를 l(channel length [m]), 변형율을 ε 이라고 할 때, 높은 신축성을 가지는 소재 내부 마이크로 채널이 비압축성 물질로 채워져 있는 경우 마이크로 채널의 총 부피 V는 일정하게 유지되며 하기 수학식 1로 표현된다.
Figure PCTKR2019016356-appb-M000001
이때, 채널은 전도성 금속의 전자가 통과하는 경로로 볼 수 있으며, 전도성 금속의 외형이 변화하면 상기 채널의 길이, 높이, 폭 등이 변화할 수 있고 저항 역시 변화하게 된다.
여기서, 채널 길이 l은 하기 수학식 2로 표현되고, 채널 단면적 A는 수학식 3으로 표현된다.
Figure PCTKR2019016356-appb-M000002
Figure PCTKR2019016356-appb-M000003
한편, 전도성 금속의 저항은 하기 수학식 4로 표현된다.
Figure PCTKR2019016356-appb-M000004
그리고, 현재의 저항(R)은 초기 저항(R0)과 변형율 ε에 의해 하기의 수학식 5로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2019016356-appb-M000005
도 2를 참조하면, 손가락 관절에서 관절의 각도 변화(Δθ)와 반지름(r) 및 채널의 길이 변화(ΔL)은 다음의 수학식 6로 표현된다.
Figure PCTKR2019016356-appb-M000006
상기 수학식 6을 이항하면 하기 수학식 7이 도출된다.
Figure PCTKR2019016356-appb-M000007
이때, r은 상수이기 때문에 채널의 길이 변화(ΔL)를 통하여 손가락 관절의 각도 변화(Δθ)를 계산할 수 있다.
여기서, 소프트 센서의 저항 변화를 측정하기 위해 적절히 형성된 증폭기가 사용될 수 있으며, 증폭기의 성질에 따라 증폭기 출력으로 측정된 전압의 변화(ΔV)로부터 소프트 센서의 저항 변화(ΔR)를 계산할 수 있다.
이때, 수학식 5에 따라 측정된 소프트 센서의 저항 변화(ΔR)를 이용하여 변형율(ε)을 계산하고 이를 이용해 채널의 길이 변화(ΔL)를 계산할 수 있다.
따라서, 본 실시예의 소프트 센서에 전압의 변화(ΔV)에 대한 센서를 구비하면 손가락 관절의 각도 변화(Δθ)를 구할 수 있는 것이다.
설명의 편의상 손가락 관절을 예로 들어 설명하였지만, 본 실시예의 소프트 센서는 신체의 다른 부위의 관절에도 모두 적용 가능한 것은 당연하다.
도 3은 도 1의 소프트 센서가 내장된 장갑을 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3의 소프트 센서 내장형 장갑에서 소프트 센서 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 소프트 센서 모듈(200)은 손가락의 각 관절에 대응되도록 복수의 소프트 센서(100)가 형성된, 신축성 소재의 시트일 수 있다. 여기서 소프트 센서 모듈(200)은 손 모양의 적어도 일부와 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는, 소프트 센서 모듈(200)은 장갑(400) 내피에 부착 가능하도록 손 모양으로 형성되고 시트 형상으로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 이와 같은 소프트 센서 모듈(200)은, 원하는 형상보다 큰 원형이나 사각형 형상으로 형성된 후 레이저 커팅, 칼 커팅, 칼 금형 재단 방법 등을 통해 원하는 형상으로 재단되어 형성될 수 있다. 즉, 신축성 시트(110) 중에서 복수의 센서부(120)가 형성된 부분을 제외한 나머지 부분들을 손가락 등의 착용부위에 맞는 형상으로 잘라내어 사용할 수 있다. 복수의 센서부(120)들은 손가락의 움직임을 감지할 수 있도록 각 손가락의 관절 부위에 위치될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 소프트 센서 내장형 장갑(400)은 장갑의 내부, 즉 내피에 소프트 센서 모듈(200)이 결합 내지는 내장되어 있는 것을 일 특징으로 한다.
상세히, 상용 장갑 위에 본드와 실리콘 등을 이용하여 소프트 센서를 부착할 경우, 정확한 센서의 위치 고정을 위해 사용자가 장갑을 착용한 상태에서 소프트 센서를 부착하는 것이 필요하다.
그러나 이 경우, 소프트 센서가 장갑 외부에 드러나 있기 때문에, 내구성이 낮으며, 외관상 좋지 않다는 문제점이 존재하였다. 또한, 그 제작 공정에 있어서도, 작업자마다 센서를 장갑의 외부 표면에 붙이는 위치의 차이가 생기며, 센서 위치가 작업자 숙련도에 영향을 받게 되고, 두 명 이상의 작업자가 필요하다는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 소프트 센서 내장형 장갑(400)은 장갑의 내부, 즉 내피에 소프트 센서 모듈(200)이 결합 내지는 내장되어 있는 것을 일 특징으로 한다. 이와 같이, 장갑의 내부, 즉 내피에 소프트 센서 모듈(200)이 결합됨으로써 소프트 센서가 장갑에 내장되어 보호됨으로써 소프트 센서 모듈(200)의 내구성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 위치 고정 가이드를 이용하여 장갑의 위치를 고정하고 그 위해 다시 가이드를 이용하여 소프트 센서 모듈(200)을 부착하는, 일종의 패터닝 방식을 이용하기 때문에, 작업 난이도가 낮아지는 효과가 있으며, 또한 대량 패턴에 부착 후 대량 봉제가 가능해지기 때문에 생산성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 나아가, 소프트 센서 모듈(200)이 장갑 내부에 형성되므로, 소프트 센서 모듈(200) 부착 시에 사용된 접착제 흔적이 보이지 않아서, 심미감이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 3 및 도 4의 소프트 센서 모듈(200)을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
소프트 센서 모듈(200)은 엄지 센싱부(210), 검지 센싱부(220), 중지 센싱부(230), 약지 센싱부(240) 및 계지 센싱부(250)를 포함한다. 소프트 센서 모듈(200)은 이중 일부 센싱부만 포함하는 것도 가능하다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만 소프트 센서 모듈(200)은 엄지 센싱부(210)와 검지 센싱부(220) 사이에 형성되는 제1 내/외전 측정 센서(미도시)와, 검지 센싱부(220)와 중지 센싱부(230) 사이에 형성되는 제2 내/외전 측정 센서(미도시)와, 검지 센싱부(220)의 일 측면에 형성되어 검지의 내/외전을 측정하는 제3 내/외전 측정 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만 소프트 센서 모듈(200)은 중지 센싱부(230)와 약지 센싱부(미도시) 사이에 형성되는 제4 내/외전 측정 센서(미도시)와, 약지 센싱부(미도시)와 계지 센싱부(미도시) 사이에 형성되는 제5 내/외전 측정 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
엄지 센싱부(210)는 제1 엄지부 센서(211), 제2 엄지부 센서(212)를 포함할 수 있다. 제1 엄지부 센서(211)는 엄지 손가락의 말절골(distal phalanx)과 기절골(proximal phalanx) 사이의 굽힘 및 신전을 측정할 수 있다. 제2 엄지부 센서(212)는 엄지 손가락의 기절골(proximal phalanx)과 중수골(metacapals) 사이의 굽힘 및 신전을 측정할 수 있다.
검지 센싱부(220)는 제1 검지부 센서(221), 제2 검지부 센서(222)를 포함할 수 있다. 제1 검지부 센서(221)는 검지 손가락의 중절골(middle phalanx)과 기절골(proximal phalanx) 사이의 굽힘 및 신전을 측정할 수 있다. 제2 검지부 센서(222)는 검지 손가락의 기절골(proximal phalanx)과 중수골(metacapals) 사이의 굽힘 및 신전을 측정할 수 있다.
중지 센싱부(230)는 제1 중지부 센서(231), 제2 중지부 센서(232)를 포함할 수 있다. 제1 중지부 센서(231)는 중지 손가락의 중절골(middle phalanx)과 기절골(proximal phalanx) 사이의 굽힘 및 신전을 측정할 수 있다. 제2 중지부 센서(232)는 중지 손가락의 기절골(proximal phalanx)과 중수골(metacapals) 사이의 굽힘 및 신전을 측정할 수 있다.
약지 센싱부(240)는 제1 약지부 센서(241), 제2 약지부 센서(242)를 포함할 수 있다. 제1 약지부 센서(241)는 약지 손가락의 중절골(middle phalanx)과 기절골(proximal phalanx) 사이의 굽힘 및 신전을 측정할 수 있다. 제2 약지부 센서(242)는 약지 손가락의 기절골(proximal phalanx)과 중수골(metacapals) 사이의 굽힘 및 신전을 측정할 수 있다.
계지 센싱부(250)는 제1 계지부 센서(251), 제2 계지부 센서(252)를 포함할 수 있다. 제1 계지부 센서(251)는 계지 손가락의 중절골(middle phalanx)과 기절골(proximal phalanx) 사이의 굽힘 및 신전을 측정할 수 있다. 제2 계지부 센서(252)는 계지 손가락의 기절골(proximal phalanx)과 중수골(metacapals) 사이의 굽힘 및 신전을 측정할 수 있다.
제1 내/외전 측정 센서(미도시)는 엄지 센싱부(210)와 검지 센싱부(220) 사이에 형성되어 엄지의 내전 및 외전을 측정할 수 있다.
제2 내/외전 측정 센서(미도시)는 검지 센싱부(220)와 중지 센싱부(230) 사이에 형성되어 중지의 내전 및 외전을 측정할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 센서 모듈(200)은, 내/외전 측정 센서 신호를 굽힘/신전 측정 센서 신호와 분리하기 위하여, 검지의 일 측에 제3 내/외전 측정 센서(미도시)가 추가로 구비될 수 있다. 즉, 검지의 일 측에 제3 내/외전 측정 센서(미도시)를 추가로 구비하여, 검지 및 중지의 내/외전을 독립적으로 측정할 수 있도록 하였다.
여기서, 제1 엄지부 센서(211), 제2 엄지부 센서(212), 제1 검지부 센서(221), 제2 검지부 센서(222), 제1 중지부 센서(231), 제2 중지부 센서(232), 제1 약지부 센서(241), 제2 약지부 센서(242), 제1 계지부 센서(251), 제2 계지부 센서(252) 각각은 도 1의 소프트 센서(100)의 센서부(120)일 수 있다. 또한, 각각의 센서들에서 연장 형성되는 전선부(280) 각각은 도 1의 소프트 센서(100)의 전선부(140)일 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 센서 모듈(200)은 길이 및 형상이 다른 여러 손가락들의 관절에 각각 대응되는 복수의 센서부(120)를 CAD를 이용하여 설계 가능하며, 설계된 복수의 센서부(120)를 3D 프린팅 등을 이용해 한번에 형성할 수 있으므로, 시스템 형태 제조가 가능하다. 이는 기존의 몰드 제조방식에 비해 설계 수정이 용이하며, 전용 몰드가 필요하지 않으므로 제조가 간편하고 비용이 절감될 수 있다. 따라서, 다양한 개수와 형상의 센서부(120) 형성이 용이하기 때문에 어깨, 발목, 손목, 손가락 등 다른 신체 부위에도 적용이 용이하다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 소프트 센서 모듈(200)은 칩(chip)을 더 포함할 수 있다. 칩은 신축성 시트(110)의 내부에서 손목에 대응하는 위치에 삽입될 수 있다. 이와 같은 칩은 인서트 프린트 방식에 의해 삽입될 수 있다. 이와 같은 칩은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board), 모터 드라이버, 마이크로컨트롤 유닛, 무선통신유닛 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 센서 모듈(200)은 전극 기판(270) 및 접속부(290)를 더 포함할 수 있다.
전극 기판(270)은 소프트 센서 모듈(200) 상에 형성되어, 외부의 전자 기기(예를 들어, 커넥터 등)와 소프트 센서들을 연결해주는 역할을 수행할 수 있다. 여기서 전극 기판(270)은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 등의 다양한 회로 기판일 수 있다. 그리고 이러한 전극 기판(270)은 FPC 등과 접촉 내지 결합할 수 있다.
여기서, 전극 기판(270)은 인서트 프린트 방식에 의해 형성될 수 있다. 즉, 제1 신축성 층(도 8의 311 참조)이 형성된 이후, 그 위에 전극 기판(270)이 삽입되어 형성될 수 있다. 이때 전극 기판(270)은 대략 제1 신축성 층(도 8의 311 참조)위에서 손목의 움직임에 간섭을 받지 않으면서 센서들의 위치를 침범하지 않는 영역에 위치할 수 있다. 또한, 전극 기판(270)은, 전선부(140)의 길이를 최소화하기 위해, 센서들과 전극 기판(270) 사이의 거리를 최소화 할 수 있는 영역에 위치할 수 있다. 예를 들어 전극 기판(270)은 손목에 인접한 손등 부분에 형성될 수 있다. 내구성을 위하여 전극 기판(270)의 주변은 단단한 소재로 보강을 해주어야 할 수 있으며, 따라서 유연하게 움직이는 손목이 아닌, 손등 부분에 전극 기판을 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 전극 기판(270)의 형성 위치 및 방법에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
접속부(290)는 소프트 센서(100)의 전선부(280)와 전극 기판(270)을 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서 접속부(290)는 소정의 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 도포 가능한 액체 혹은 고체 형태의 전도성 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 접속부(290)는 상온에서 액체 상태를 유지하며 전도성을 갖는 전도성 액체 금속으로 형성될 수도 있다. 여기서 전도성 액체 금속은, EGaIn(Eutectic Gallium-Indium)을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
접속부(290)는 전도성 액체 금속을 이용하여 미리 설정된 패턴으로 형성될 수 있으며, 이와 같은 접속부(290)는 EGaIn(Eutectic Gallium-Indium)과 같은 재료를 3D 프린팅, 노즐 프린팅, 잉크젯 프린팅, 롤투롤 프린팅 등 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서, 채널의 두께, 채널 사이즈, 채널의 수, 소프트 센서의 소재 등과 상관 없이 안정적으로 전극부를 형성할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 프린팅 장비를 이용하여 자동화가 가능하며, 따라서 작업 시간 단축이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 컴팩트(Compact)한 구조의 전극부를 형성 할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 5 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 센서 내장형 장갑의 제작 방법을 나타내는 도면이다.
이중, 도 5 내지 도 10은 소프트 센서 모듈(200)을 형성하는 과정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 베이스 기재 위에 제1 신축성 소재를 스핀 코팅하여 제1 신축성 층(311)을 형성한다. 여기서 제1 신축성 층(311)은 상대적으로 높은 신축성을 가지는 제1 신축성 소재를 이용하여 형성될 수 있다. 한편, 도면에는 스핀 코팅에 의해 제1 신축성 층(311)이 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 실리콘 코팅 또는 프린팅 등의 다양한 방법으로 제1 신축성 층(311)이 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 제1 신축성 층(311) 위에 전극 기판(330)을 배치하며, 이때 전극 기판(330)은 본드 또는 접착성 테이프 등에 의해 그 위치가 고정될 수 있다. 그리고, 제1 신축성 층(311) 위에 노즐(303)을 이용하여 전도성 액체 금속을 프린팅하여 센서부(320) 및 전선부(340)를 형성한다. 여기서, 노즐(303)을 통해 프린팅되는 전도성 액체 금속으로는 EGaIn이 사용될 수 있다. 노즐(303)은 CNC 설비에 결합되고, 3축 방향으로 이동가능하도록 제어될 수 있다. CNC 설비는, 3D 프린터기일 수 있으며, 나아가 3축 제어기, 주사 제어기, 현미경 등을 포함할 수 있다. 노즐(303)은 3축 제어기의 제어에 의해 미리 설정된 경로로 이동하면서 전도성 액체 금속을 프린팅할 수 있다. 3축 방향의 경로는 채널 패턴에 따라 각각 설정될 수 있다.
다음으로 도 7을 참조하면, 전선부(340)와 전극 기판(330)을 연결하는 접속부(325)를 프린팅한다. 접속부(325)는 신축성 시트(110)의 내부 또는 그 일 측에 구비되어, 전선부(340)와 전극 기판(330)을 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 센서부(320), 전선부(340), 접속부(325), 전극 기판(330) 등이 형성된 제1 신축성 층(311) 위에 제2 신축성 소재를 도포하여 제2 신축성 층(312)을 형성한다. 여기서, 제2 신축성 층(312)은 제1 신축성 층(311)과 동일한 소재로 형성될 수도 있고, 또는 필요에 따라 제1 신축성 층(311)과 상이한 물성을 가진 층으로 형성될 수도 있다. 한편, 도면에는 실리콘 코팅에 의해 제2 신축성 층(312)이 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 스핀 코팅 또는 프린팅 등의 다양한 방법으로 제2 신축성 층(312)이 형성될 수도 있다.
이때 센서부(320)는 전도성 액체 금속이 액체 상태를 유지하고 있으나 표면장력이 매우 크기 때문에, 액체 상태의 센서부(320) 위에 제2 신축성 소재를 도포하더라도 제2 신축성 소재와 전도성 액체 금속이 혼합되지 않는다. 따라서, 센서부(320)의 채널 패턴이 유지되면서 제2 신축성 소재로 덮이게 된다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 제2 신축성 층(312)이 굳으면, 레이저 커팅기(305), 칼 커팅, 칼 금형 재단 방법 등을 통해 원하는 형상으로 재단하여, 소프트 센서 모듈(200)을 형성한다. 마지막으로, 베이스 기재로부터 이를 떼어내어, 도 10에 도시된 바와 같은 소프트 센서 모듈(200)을 완성할 수 있다.
다음으로 완성된 소프트 센서 모듈(200)을 이용하여 소프트 센서 내장형 장갑(400)을 형성하는 과정을 설명한다.
먼저, 도 11을 참조하면, 장갑 고정 가이드(480)와 센서 위치 고정 가이드(490)를 이용하여, 장갑의 상부 내피 패턴(410)과 소프트 센서 모듈(200)을 결합한다. 먼저, 아크릴 등의 단단한 소재로 형성되고, 내부에 장갑의 상부 내피 패턴(410)과 대응되는 형상의 개구부가 형성되어 있는 장갑 고정 가이드(480)에, 장갑의 상부 내피 패턴(410)을 고정시킨다. 다음으로, 아크릴 등의 단단한 소재로 형성되고, 내부에 소프트 센서 모듈(200)과 대응되는 형상의 개구부가 형성되어 있는 센서 위치 고정 가이드(490)를, 장갑의 상부 내피 패턴(410) 상측에 위치시킨다.
여기서, 장갑의 상부 내피 패턴(410)은 기존에 비해 길이가 짧아지도록 형성될 수 있다. 이렇게 장갑의 상부 내피 패턴(410)을 짧게 형성하여, 장갑을 착용할 때 장갑에서 발생되는 프리 텐션(pre-tension)을 이용하여 센싱되는 신호를 증대시킬 수 있다.
다음으로, 소프트 센서 모듈(200)을 장갑의 상부 내피 패턴(410)에 부착시키면, 도 12와 같은 형상으로 형성된다. 여기서 소프트 센서 모듈(200)과 장갑의 상부 내피 패턴(410)은 실리콘 또는 기타 접착제 등에 의해 결합될 수 있다. 이와 같이 장갑 고정 가이드(480)와 센서 위치 고정 가이드(490)를 이용하여 장갑의 상부 내피 패턴(410)과 소프트 센서 모듈(200)을 결합시킴으로써, 동일 위치에 센서 부착이 가능하게 되어 작업자의 숙련도가 필요하지 않게 되며, 센서 부착의 편의성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 소프트 센서 내장형 장갑(400)의 상부 내피 패턴(410)은, 소프트 센서 모듈(200)과 상부 내피 패턴(410)이 결합한 상태에서, 소프트 센서 모듈(200)의 각 센서(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)가 형성된 영역과 인접한 영역이 제거된 형상인 것을 일 특징으로 한다.
즉, 상부 내피 패턴(410)에서 센서(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)가 결합된 영역의 폭이 타 영역의 폭보다 좁게 형성된다고 할 수 있다. 또는, 센서(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)의 인접한 영역, 즉 센서(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)의 양 옆에 홈(411)을 형성한다고 표현할 수도 있을 것이다.
이와 같이 센서 부분에 인장이 집중될 수 있도록 센서부에 대응하는 내피 영역의 패턴 너비를 좁게 줄임으로써 센서의 인장을 극대화하고 인장 저항력을 감소시킬 수 있다.
다음으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 소프트 센서 모듈(200)이 결합된 장갑의 상부 내피 패턴(410)과, 장갑의 상부 외피 패턴(430)을 결합시킨다. 여기서 필요에 따라 장갑의 상부 내피 패턴(410)과 장갑의 상부 외피 패턴(430)에 벨크로 부착 및 개구부 형성과 같은 다양한 봉제 작업을 수행할 수 있다.
여기서, 장갑의 상부 내피 패턴(410)과 장갑의 상부 외피 패턴(430)을 봉제하여 결합함에 있어서, 도 13에 도시된 봉제선(450)과 같이, 센서(211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252)가 형성된 영역 이외의 영역만을 봉제할 수 있다.
이와 같이 센서 부분에 인장이 집중될 수 있도록 센서가 형성된 영역 이외의 영역만을 봉제함으로써 센서의 인장을 극대화하고 인장 저항력을 감소시킬 수 있다.
다음으로 도 14에 도시된 바와 같이, 서로 결합되어 있는 장갑의 상부 내피 패턴(410) 및 상부 외피 패턴(430)과, 장갑의 하부 외피 패턴(440)을 결합한다. 이때 장갑의 상부 외피 패턴(430)과 하부 외피 패턴(440)이 맞닿고 있는 상태에서 봉제를 수행할 수 있다. 여기서, 장갑의 상부 외피 패턴(430)과 하부 외피 패턴(440)의 외곽선을 따라 봉제가 수행되기 때문에, 상부 외피 패턴(430)과 하부 외피 패턴(440) 사이에는 손이 들어갈 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 이때도 센서(도 12의 211, 212, 221, 222, 231, 232, 241, 242, 251, 252 참조)가 형성된 영역 이외의 영역만을 봉제할 수 있다.여기서는 간단한 형태의 하부 외피 패턴(440)을 도시하였으나, 착용감 향상을 위해 손가락 측면부 패턴(미도시)이 추가될 수도 있다.
여기서, 장갑의 하부 외피 패턴(440)의 손바닥 부분에는 소정의 개구부(441)가 형성될 수 있다. 즉, 종래의 장갑의 경우, 형태가 고정된 손바닥부로 인해 센서의 인장이 방해 받는 문제점이 존재하였다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 장갑의 하부 외피 패턴(440)의 손바닥 부분에 소정의 개구부(441)를 형성함으로써, 센서가 자유롭게 인장되도록 할 수 있다. 이와 같이 소정의 개구부(441)가 형성됨으로써 결과적으로 엄지가 독립된 구조를 형성하여, 사용자 편의성을 향상시킬 수 있다. 또한 장갑의 통기/통풍성을 향상시킬 수 있다. 또한, 손목을 덮지 않는 고정 구조이기 때문에, 손목 움직임이 센서 신호에 영향을 주지 않는 효과도 얻을 수 있다.
그리고, 이와 같이 형성된 장갑의 하부 외피 패턴(440)의 개구부(441)의 양측에는 제1 결착부(442) 및 제2 결착부(443)을 형성하여 장갑을 사용자의 손에 고정시킬 수 있다. 제1 결착부(442) 및 제2 결착부(443)는 예를 들어 벨크로 등으로 형성될 수 있다. 이와 같이 제1 결착부(442) 및 제2 결착부(443)을 형성하여 장갑이 엄지 쪽에서 감겨 내려오는 구조를 이룸으로써, 센서가 틀어지는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 도 14에는 하부 외피 패턴(440)이 한 조각으로 형성되는 것으로(즉, 일체로 형성되는 것으로) 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 하부 외피 패턴(440)은 여러 조각으로 나누어서 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하부 외피 패턴(440)은 하부 외피 패턴, 하부 외피 패턴 엄지부, 제1 결착부, 제2 결착부의 4 조각으로 나누어서 형성될 수도 있다.
여기서, 장갑의 상부 외피 패턴(430)과 장갑의 하부 외피 패턴(440)은 연신율이 서로 다른 재질로 형성될 수 있다. 상세히, 장갑의 상부 외피 패턴(430)은 스판과 같은 연신율이 높은 재질로 형성될 수 있고, 손가락 측면 부분과 장갑의 하부 외피 패턴(440)은 스웨이드와 같은 연신율이 낮은 소재로 형성될 수 있다. 특히 손가락 측면 부분은 통기성, 통습성 등을 고려하여 망사 재질로 형성될 수도 있다.
이와 같이, 장갑의 상부 외피 패턴(430)은 연신율이 높은 재질로 형성하여 손가락 굽힘 시 저항력을 최소화하고 센서의 인장을 극대화할 수 있다. 이와 동시에, 손가락 측면 부분과 장갑의 하부 외피 패턴(440)은 연신율이 낮은 소재로 형성하여 장갑의 형태를 유지하고 사용자의 착용 편의성을 높이도록 하며, 손가락 굽힘 시 발생하는 인장을 장갑의 상부 내피 패턴(410)에 부착되어 있는 소프트 센서의 센서부(120)에 집중시켜, 높은 신호 크기를 확보할 수 있다.
한편, 소프트 센서 내장형 장갑(400)의 손등 부분에는 소정의 탄성 부재(460)가 더 구비될 수 있다. 상세히, 기존의 장갑에서는 관절과 센서 위치 차이로 센서가 충분히 인장 되지 않는 경우가 발생하였다. 또한, 사람마다 손 위 센서의 위치가 다르며, 특히 중수지절관절(MCP, Metacarpophalangeal joint) 센서의 인장이 용이하지 않다는 문제점이 존재하였다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 중수지절관절(MCP, Metacarpophalangeal joint) 영역에 소정의 탄성 부재(460)가 더 구비될 수 있다. 이와 같이, 중수지절관절(MCP, Metacarpophalangeal joint) 영역에 탄성 부재(460)가 구비됨으로써, 관절과 센서의 위치 차이가 발생하여도 센서가 충분히 인장 되어 센싱이 수행될 수 있다. 여기서, 탄성 부재(460)로는 푹신한 에바(EVA) 소재 등이 사용될 수 있다.
여기서, 소프트 센서 내장형 장갑(400)의 손등 부분에 소정의 탄성 부재(460)를 삽입하기 위하여, 별도의 탄성 부재 부착 가이드(미도시)가 더 구비될 수 있다. 즉, 아크릴 등의 단단한 소재로 형성되고, 내부에 소프트 센서 내장형 장갑(400)과 대응되는 형상의 개구부가 형성되어 있는 장갑 고정 가이드(미도시)에, 소프트 센서 내장형 장갑(400)을 고정시킨다. 다음으로, 아크릴 등의 단단한 소재로 형성되고, 내부에 탄성 부재(460)와 대응되는 형상의 개구부가 형성되어 있는 탄성 부재 부착 가이드(미도시)를, 장갑의 상측에 위치시킨다. 이 상태에서, 탄성 부재(460)를 소프트 센서 내장형 장갑(400)의 상부 내피 패턴(410)에 부착시킬 수 있다.
여기서 탄성 부재(460)와 상부 내피 패턴(410)은 실리콘 또는 기타 접착제 등에 의해 결합될 수도 있고, 봉제에 의해 결합될 수도 있다. 이때, 탄성 부재(460)와 상부 내피 패턴(410)이 봉제에 의해 결합될 경우에는, 소프트 센서 모듈(200)이 장갑의 상부 내피 패턴(410)에 결합되기 이전에, 탄성 부재(460)와 상부 내피 패턴(410)이 봉제에 의해 결합되는 것이 바람직하다. 한편, 탄성 부재(460)와 상부 내피 패턴(410)이 실리콘 또는 기타 접착제 등에 의해 결합될 경우에는, 장갑의 상부 내피 패턴(410)에 소프트 센서 모듈(200)이 결합되기 이전 또는 이후 언제든 탄성 부재(460)와 상부 내피 패턴(410)이 결합되어도 무방하다. 또는 소프트 센서 내장형 장갑(400)의 제작이 완료된 이후에 추가로 상부 내피 패턴(410)에 탄성 부재(460)를 부착하는 것도 가능하다 할 것이다.
이와 같이 장갑 고정 가이드(미도시)와 탄성 부재 부착 가이드(미도시)를 이용하여 장갑의 상부 내피 패턴(410)과 탄성 부재(460)를 결합시킴으로써, 동일 위치에 탄성 부재(460)의 부착이 가능하게 되어 작업자의 숙련도가 필요하지 않게 되며, 탄성 부재(460) 부착의 편의성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
이 상태에서 장갑을 뒤집은 후, 커넥터 조립 및 연결과 같은 후속 작업을 수행하게 되면, 도 15에 도시된 바와 같이 소프트 센서 내장형 장갑(400)이 완성된다. 즉, 도 14와 같은 상태에서는 장갑의 내피가 외부로 노출되어 있고 장갑의 외피가 장갑의 안쪽에 위치하게 된다. 이 상태에서 장갑을 뒤집어서, 장갑의 내피가 장갑의 안쪽에 위치하고, 장갑의 외피가 외부로 노출되도록 하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 소프트 센서 내장형 장갑(400)은 장갑의 내부, 즉 내피에 소프트 센서 모듈(200)이 결합 내지는 내장되어 있는 것을 일 특징으로 한다. 이와 같이, 장갑의 내부, 즉 내피에 소프트 센서 모듈(200)이 결합됨으로써 소프트 센서가 장갑에 내장되어 보호됨으로써 소프트 센서 모듈(200)의 내구성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 위치 고정 가이드를 이용하여 장갑의 위치를 고정하고 그 위해 다시 가이드를 이용하여 소프트 센서 모듈(200)을 부착하는, 일종의 패터닝 방식을 이용하기 때문에, 작업 난이도가 낮아지는 효과가 있으며, 또한 대량 패턴에 부착 후 대량 봉제가 가능해지기 때문에 생산성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 나아가, 소프트 센서 모듈(200)이 장갑 내부에 형성되므로, 소프트 센서 모듈(200) 부착 시에 사용된 접착제 흔적이 보이지 않아서, 심미감이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
또한. 이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 소프트 센서 내장형 장갑(400)은, 장갑의 구성 요소의 구조를 변경하거나 장갑의 구성 재질을 다르게 적용하여, 착용시 발생하는 저항력을 감소시킬 수 있고, 센서부에 인장을 집중시켜 사이즈 커버 범위를 넓히고 손끝 통증을 최소화하였으며, 센서 신호의 크기를 증대시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 연신률이 높은 외피 소재를 사용하고, 장갑의 손바닥부를 제거하고, 기존 장갑에서 개구부를 만듦으로써, 장갑의 착용시 저항력이 감소하여 착용이 쉬워지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 센서 부분만 얇아진 내피와, 기존의 내피에서 손가락 길이가 줄어든 내피의 영향으로, 센서부분의 인장 집중으로 센서 신호의 크기가 증대되는 효과를 얻을 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명은 소프트 센서 및 이의 제조 방법과, 소프트 센서를 구비한 손 착용형 장치 및 이의 제조 방법에 이용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 상부 내피 패턴;
    상기 상부 내피 패턴의 적어도 일 면에 결합되며, 손가락의 관절 부위에 형성되어 해당 손가락의 굽힘 또는 신전을 측정하는 하나 이상의 소프트 센서를 포함하는 소프트 센서 모듈; 및
    상기 상부 내피 패턴과 결합되어 외부로 노출되는 외피;를 포함하고,
    상기 상부 내피 패턴에서 상기 소프트 센서가 결합된 영역의 폭이 타 영역의 폭보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 내장형 장갑.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외피는 상부 외피 패턴과 하부 외피 패턴이 결합되어 형성되고,
    상기 상부 외피 패턴은 상기 상부 내피 패턴과 결합되는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 내장형 장갑.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 장갑의 상부 내피 패턴과 상기 장갑의 상부 외피 패턴은, 상기 소프트 센서가 형성된 영역 이외의 영역을 봉제하여 결합되는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 내장형 장갑.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 장갑의 하부 외피 패턴의 손바닥과 대응하는 영역에는 소정의 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 내장형 장갑.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 장갑의 상부 외피 패턴과 상기 장갑의 하부 외피 패턴은 연신율이 서로 다른 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 내장형 장갑.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 장갑의 상부 외피 패턴의 연신율이 상기 장갑의 하부 외피 패턴의 연신율 보다 높은 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 내장형 장갑.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 소프트 센서 내장형 장갑에서 중수지절관절(MCP, Metacarpophalangeal joint) 센서와 대응되는 영역에는 소정의 탄성을 가진 탄성 부재가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 내장형 장갑.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소프트 센서 모듈은,
    서로 마주보는 제1 신축성 층 및 제2 신축성 층을 포함하는 신축성 시트; 및
    상기 제1 신축성 층 및 제2 신축성 층 사이에 소정의 전도성 액체 금속이 프린팅되어 형성되는 하나 이상의 센서부;를 포함하는 소프트 센서 내장형 장갑.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 내피 패턴에서 상기 소프트 센서가 결합된 영역과 인접한 영역에 적어도 하나의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 내장형 장갑.
  10. 손가락의 관절 부위에 형성되어 해당 손가락의 굽힘 또는 신전을 측정하는 하나 이상의 소프트 센서를 포함하는 소프트 센서 모듈을 형성하는 단계;
    장갑의 상부 내피 패턴에 상기 소프트 센서 모듈을 결합하는 단계; 및
    상기 소프트 센서 모듈이 결합된 상기 장갑의 상부 내피 패턴과, 장갑의 외피를 결합하는 단계;를 포함하고,
    상기 상부 내피 패턴에서 상기 소프트 센서가 결합된 영역의 폭이 타 영역의 폭보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 소프트 센서 내장형 장갑의 제조 방법.
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