WO2021261624A1 - 근력보조장치용 센싱장치 - Google Patents

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WO2021261624A1
WO2021261624A1 PCT/KR2020/008284 KR2020008284W WO2021261624A1 WO 2021261624 A1 WO2021261624 A1 WO 2021261624A1 KR 2020008284 W KR2020008284 W KR 2020008284W WO 2021261624 A1 WO2021261624 A1 WO 2021261624A1
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WO
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sensing device
sensor
wire
sensing
information
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/008284
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English (en)
French (fr)
Inventor
장동선
임상혁
송민우
한종범
김상윤
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Filing date
Publication date
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes

Definitions

  • the support unit of the sensing device coupled to the muscle strength assisting device includes any one of a wire, an elastic body, or a frame, and the power sensor is a Force Sensitive Resistor (FSR) in which the support unit is pressed by a deformed shape. ) including sensors.
  • FSR Force Sensitive Resistor
  • FIG 5 and 6 are views showing the internal configuration of a sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating in detail a structure in which a sensor push bar is guided to press a power sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a circuit showing the operation of the FSR sensor according to an embodiment of the present invention.
  • components may be subdivided for convenience of description, but these components may be implemented in one device or module, or one component may include a plurality of devices or modules. It may be implemented by being divided into .
  • the sensing device disposed in the strength assistance device to monitor the strength assistance state senses a change in the shape of the support unit. For example, a change in the tension of the wire and a change in the shape of the wire resulting therefrom, or a change in the shape of an elastic body or a frame may be detected.
  • the sensing device may also be referred to as a sensing module, a sensing unit, or the like.
  • the sensing device 100 is integrally coupled to or detachably attached to the strength assisting device W1 worn by the worker on the upper body or the strength assisting device W2 worn on the lower body.
  • the sensing device 100 performs short-distance communication with a portable communication device 210 such as a smart phone or a mobile phone possessed by the worker or a fixed communication device 290 fixedly disposed around the worker.
  • a communication protocol such as Bluetooth or Zigbee may be used.
  • communication protocols such as WiFi, 4G, 5G may be used.
  • the fixed communication device 290 is an access point in the workplace as an embodiment.
  • the access point (AP) may communicate with the sensing device 100 using a protocol such as Bluetooth or WiFi.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • the power sensor 110 measures the magnitude of the force or measures the time the force is maintained.
  • the power sensor 110 senses a change in the shape of the support unit of the muscle strength assisting device.
  • the support unit is a component of the strength assistance device, and when a force is applied in the process of using the strength assistance device, the shape of the support unit changes according to the force, that is, the weight, weight, or load.
  • the force that is, the weight, weight, or load.
  • a change in the shape of bending or unfolding occurs
  • a change in the shape of tension or compression occurs
  • a frame a change in the shape of unfolding or folding occurs.
  • the power sensor 110 determines the extent to which it is pressed or stretched by the change of the shape.
  • a sensor for sensing is taken as an embodiment. That is, when a load is applied to the support unit and the support unit is deformed, the power sensor 110 may sense the pressure pressed by the deformed shape, sense the tensioned size, or sense the angle of the deformed shape.
  • the storage unit 180 stores information sensed by the power sensor 110 .
  • the stored information is transmitted to the outside by the communication unit 190 .
  • the controller 150 may control components of the sensing device 100 .
  • the control unit 150 may calculate any one or more of the magnitude or the number of times of the load applied to the support unit by using the value sensed by the power sensor 110 .
  • the communication unit 190 transmits the information calculated by the control unit to the portable communication device. Also, the communication unit 190 may receive information provided by the portable communication device.
  • the sensing device 100 disposed in the muscle strength assisting device may additionally sense the user's biometric information, location information, environment information, and the like. These may be disposed within the sensing device 100 or may be configured as a separate sensor. Accordingly, a sensor that senses information irrelevant to muscle strength, such as biometric information, location information, and environmental information, is referred to as an extra sensor 170 .
  • the biometric information includes, as an embodiment, a heart rate, body temperature, and the like of an operator.
  • location information includes the position or height of a worker in the workplace as an embodiment.
  • the environmental information which is an embodiment of information that the extra sensor 170 can sense, includes a distribution of harmful gas in the air, an amount of oxygen distribution, temperature and humidity, an external temperature, a distribution of dust, and the like as an embodiment.
  • the strength assisting device is any one of a strength assisting device worn on an upper body of an operator or a strength assisting device worn on a lower body of an operator. Accordingly, in the case of W1, the sensing device may be coupled to a position of the shoulder, elbow, or back, and the sensing device may be coupled to a point where the support unit is expanded or bent according to a load such as an external force or weight.
  • the sensing device may be coupled to a position such as a thigh in addition to the knee, waist, heel, or joint, and the sensing device may be coupled to a point where the support unit expands or bends depending on a load such as an external force or weight.
  • FIG 3 is a view showing a power sensor coupled to a muscle strength assisting device using a wire according to an embodiment of the present invention.
  • the wire 1 assists the force.
  • the wire 1 does not assist the force, since no tension is applied to the wire 1 from the outside, the wire 1 remains loose as indicated in 11 .
  • the wire 1 since the wire 1 is in a loose state, no force is applied to the sensor push bar 111a, so that the sensor push bar 111a and the power sensor 110a are spaced apart or the power sensor 110 Keep it in a state where no force is applied to the In 11, the power sensor 110a maintains the height h1 of the power sensor 110a because it is in a state in which no force is applied.
  • the control unit 150 may calculate the tension applied to the wire 1 by calculating the distance that the power sensor 110a is pressed or moved, the time it is pressed or moved, and the like.
  • the sensor push bar 111a is illustrated in isolation from the power sensor 110a in FIG. 3 , any configuration in which the power sensor 110a includes the sensor push bar 111a is also included in the embodiment of the present invention.
  • the sensor push bar 111a has a structure that is bent by force, and when the angle of the sensor push bar 111a is deformed by being pressed by the wire 1, the power sensor coupled to the sensor push bar 111a (110a) can calculate this.
  • the power sensor 110a is disposed without the sensor push bar 111a and the power sensor 110a may be pressed by the wire 1 , and the power sensor 110a in which a force is applied according to the tension applied to the wire 1 .
  • the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 4 is a view showing an external shape of a sensing device coupled to a muscle strength assisting device using a wire according to an embodiment of the present invention.
  • the external shape of the sensing device including the structure as shown in FIG. 3 is shown in FIG. 4 .
  • the sensing device 100a includes a front cover 105 and a back cover 103 that can be opened and closed, and the front cover 105 has a hole through which the wires 1a and 1b pass. At this time, one side of the hole is open so that the wires 1a and 1b can easily pass therethrough. If the back cover 103 is removed, the user inserts the wire 1a into the hole of the front cover 105, the angle bar 107, and the sensor push bar 111a, thereby inserting the sensing device 100a and the wire 1a. ) can be combined. That is, the sensing device 100a may be engaged with or detached from the strength assisting device according to the opening and closing of the front cover 105 and the back cover 103 . According to an embodiment, a hole may be formed in the back cover 103 .
  • FIG. 5 and 6 are views showing the internal configuration of a sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • 5 shows the side surface of the sensing device in a cut form
  • FIG. 6 shows the top surface of the sensing device. 6 is not shown the front cover for convenience of description.
  • the line holder 101 has a function of suspending the sensing device 100a for measuring the tension on the two wires 1a and 1b and a function of fixing the starting point of the line, and has a simple clip structure centered on a spring. That is, the line holder 101 serves to fix the sensing device 100a to the wires 1a and 1b.
  • the wires 1a and 1b are components of the strength assisting device, and when the line holder 101 is fixedly coupled to the wires 1a and 1b, the sensing device 100a may also be fixed to the strength assisting device.
  • the wires 1a and 1b passing through the hole are fixed by the line holder 101, but the opposite side is not fixed. Accordingly, when the wires 1a and 1b are subjected to force or the applied force is released, the lengths of the wires 1a and 1b may be increased or decreased, or may be bent or restored.
  • the angle bar 107 and the sensor push bar 111a are areas in which the wires 1a and 1b are in continuous contact, the surface of the contact area is made round to prevent damage to the surfaces of the wires 1a and 1b. can do.
  • Wires 1a and 1b are disposed between the angle bar 107 and the sensor push bar 111a.
  • the two angle bars 107 (the first angle bar and the second angle bar) block the movement of the wire in the first direction dir1.
  • the angle bar 107 is a fixed component.
  • a protrusion 111t is disposed on the sensor push bar 111a, and the protrusion 111t may guide the wires 1a and 1b. That is, even when the wires 1a and 1b are spaced apart from the sensor push bar 111a, when a force is applied to the wires 1a and 1b, the protrusion 111t is again placed on the upper end of the sensor push bar 111a, the wires 1a and 1b. ) to be placed.
  • the sensor push bar 111a may move or bend when the wire moves in the second direction dir2 to apply pressure to the power sensor 110a at the lower end.
  • the first direction dir1 and the second direction dir2 are opposite to each other. Accordingly, the wire does not move toward dir1 by the angle bar 107 even when a force is applied. And when the wire receives a force, it moves toward dir2 and presses the sensor push bar.
  • the operator may open the front cover and insert the wires 1a and 1b between the angle bar 107 and the sensor push bar 111a. And the front cover 105 guides the line not to be twisted in the downward direction.
  • the angle bar 107 may be disposed on both sides of the sensor push bar 111a.
  • the horizontal and vertical spacing between the angle bar 107 and the sensor push bar 111a can be set variously depending on the thickness of the wires 1a and 1b and the degree of deformation or movement when a force is applied to the wires 1a and 1b.
  • the angle bar 107 may further include components such as the protrusion 111t of the sensor push bar 111a in order to prevent separation of the wire 1a.
  • the protrusion to be formed on the angle bar 107 may protrude in the dir2 direction to fix the movement of the wires 1a and 1b.
  • the angle bar 107 may be disposed on one side of the front cover 105, and the length of the two wires 1a and 1b may be large enough to be disposed at the lower portion spaced apart from each other.
  • the sensor push bar 111a may also be disposed on one side of the front cover 105 , and the length thereof is also large enough to allow the two wires 1a and 1b to be spaced apart from each other. For example, when the direct diameter of the wire is A, the distance between the wires is B, and the distance between the wire and the side of the front cover 105 is C, the length of the angle bar 107 is 2*A + B + 2*C may be equal to or greater than
  • the angle bar 107 has been described above in the embodiment disposed in the front cover 105 , but may be disposed outside the front cover 105 . Alternatively, the hole in the front cover may replace the function of the angle bar.
  • the wires 1a and 1b may press the sensor push bar 111a by the fixed angle bar 107 . And the power sensor 110a can accurately sense the power when the two wires are parallel.
  • the main tension structure 109 includes a guide structure in which the sensor push bar 111a descends vertically according to the tension of the wires 1a and 1b to press the power sensor 110a.
  • FIGS. 4 to 6 may be modified during actual implementation, and such modified embodiments also fall within the scope of the present invention.
  • the difference due to the height of the angle bar 107 and the sensor push bar 111a supports the wires 1a and 1b so that the wires 1a and 1b move in the downward direction d2.
  • the wires 1a and 1b to which no force is applied due to the difference in width between the angle bar 107 and the sensor push bar 111a do not move to the left or right (direction perpendicular to dir1/dir2), Only when a force is applied, the wires 1a and 1b move in the downward direction.
  • the sensor push bar 111a is an individual component for pressing the sensor according to the tension of the wire 1a.
  • the sensor push bar 111a moves along the hole 109h of the main tension structure 109 so as to descend vertically according to the tension of the wire 1a and press the power sensor 110a. That is, the hole 109h may guide the movement of the push sensor bar 111a.
  • the sensing device 100a of FIGS. 4 to 7 may be installed as a module in the exoskeleton like a wearable device.
  • the sensing device 100a senses the force exerted by a person, manages it, and prevents injury of the person. In other words, it provides information to use enough force to avoid injury.
  • the sensing device 100a has a structural design that allows the guides of the wires 1a and 1b and the sensing device 100a to be fixed to the wires 1a and 1b for accurate force measurement, and adjusts the actual tension angle in a limited space. It is possible to accurately sense the force applied to the wires 1a and 1b.
  • the wire when a force is applied to the wire, the wire may apply a force to the sensor push bar 111a, and the power sensor 110a may measure it. Let's look at this process in more detail.
  • FIG. 8 shows in more detail a power sensing process when a force is applied to the strength assisting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows a configuration in which the wire 1a is disposed between the angle bar 107 and the sensor push bar 111a.
  • 16 and 17 show the sensor push bar 111a and the power sensor 110a in detail.
  • a Force Sensitive Resistor (FSR or Force Sensing Resistor) sensor 110f will be mainly described.
  • the control unit 150 may measure the resistance value of the FSR sensor to convert the weight.
  • the FSR sensor 9 is a circuit showing the operation of the FSR sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the sensor push bar 111a moves to the FSR sensor 110f to apply a force to the FSR sensor 110f.
  • the controller 150 reads the resistance value of the FSR sensor that changes according to the weight to a specific port, and converts the weight corresponding to the resistance value.
  • the conversion method may use a lookup table or a trend line.
  • the controller 150 when the controller 150 is implemented as a micro controller unit (MCU), the ADC port (Analog-to-Digital converter port) of the MCU reads the resistance value of the FSR sensor 110f, and then the controller 150 ) converts the weight corresponding to the read value.
  • the controller 150 may convert the weight corresponding to the resistance value using a lookup table, a trend line, or a function. In addition, the number of operations can also be counted.
  • FIG. 10 is a graph in which the controller according to an embodiment of the present invention is applied to measure a value sensed by a power sensor and convert it into data.
  • the control unit 150 checks the value measured by the power sensor 110 of the force applied to the wire as an ADC value.
  • tension is generated in the wire according to the weight of the load carried by a person
  • the value (analog data) measured by the FSR sensor 110f is an ADC value to the controller 150 (Analog-to-Digital converter value)
  • the controller 150 converts it into data.
  • various methods such as searching for a weight conversion value corresponding to an ADC value in a lookup table, using a trend line, and using a conversion function can be applied.
  • the controller 150 may store the ADC value of the previous state and compare this value with the ADC value of the current state. For example, if the current ADC value rises above the count threshold based on the previous ADC value, the number of tasks is increased by one. In addition, if the current ADC value rises above the load threshold under the above conditions, the number of operations can be increased and the ADC value can be converted into weight units.
  • the graph of FIG. 10 will be looked at in detail.
  • the vertical axis indicates the number of operations threshold and the overweight threshold, and the horizontal axis indicates time.
  • count0 indicates the number of times when the work count threshold is exceeded, and count1 indicates the number of times when the overweight threshold is exceeded.
  • the bar graph shows the magnitude of the ADC values measured at each time point.
  • the ADC value at time t1 is below both the threshold for the number of operations and the threshold for excess weight.
  • Count0 is set to 2 because it maintains the state exceeding the threshold for the number of operations. On the other hand, at time t3, the ADC value did not rise above the weight excess threshold. Therefore, Count1 is set to 0.
  • Count1 is set to 1.
  • Count0 is maintained at 2 because the overweight threshold has been exceeded. Contrary to this, Count0 may be set to 3 when the operation count threshold is independently calculated.
  • control unit 150 compares the first magnitude of the force sensed by the power sensor 110 at the first time point and the second magnitude of the force sensed by the power sensor 110 at the second time point. Then, the control unit 150 compares the difference between the first size and the second size, and each of the first size and the second size with one or more preset reference values, and counts the number of operations and the number of times of exceeding the maximum weight.
  • the counting method or the setting of the reference value may be variously set according to the type of the actual strength assisting device or the type of the sensing device, and the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 11 shows a process of calculating a force applied to a power sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 to 6 shows the internal structure of the sensing device 100a shown in FIGS. 4 to 6 from the side.
  • Reference numeral 21 shows a physical relationship between the angle bar 107 and the sensor push bar 111a
  • reference numeral 22 shows a force applied to the power sensor 110a.
  • the radius of the cross-section of the angle bar 107 and the cross-section of the sensor push bar 111a is “r”. And the diameter of the wire 1a is “d”.
  • the height between the center of the angle bar 107 and the sensor push bar is "L”, and the distance between the center of the angle bar 107 and the sensor push bar is "F”.
  • ⁇ is an angle between the wire 1a and the horizontal plane of the sensor push bar 111a.
  • Equation 1 is satisfied by the relationship between the circle and the tangent.
  • Equation 2 the control unit 150 derives Equation 2 from Equation 1.
  • Equation 2 (2r+d) is substituted with k, sin ⁇ is s and cos ⁇ is substituted with c to derive Equation 3 from Equation 2.
  • Equation 3 “c”, that is, cos ⁇ and ⁇ , is calculated as in Equation 4.
  • the controller 150 may calculate ⁇ .
  • the sensing device coupled to the strength assisting device may sense a change in force applied to the wire.
  • FIG. 12 is a view showing a structure in which a power sensor is directly pressed by a wire according to an embodiment of the present invention.
  • 3 shows a structure in which the sensor push bar 111a presses the power sensor 110a when a force is applied to the wire 1a, which is the support unit.
  • the structure of FIG. 12 is a structure without an angle bar. Instead of the angle bar, the hole of the sensing device 110a through which the wire 1 passes may replace the aforementioned function of the angle bar.
  • the wire 1a when a force is applied to the wire 1a, the wire 1a directly presses the power sensor 110a and the power sensor 110a may measure a change in position due to being pressed. Looking at the cross section AA' of the sensing device 100a in step 23, the wire 1a is disposed on the power sensor 110c, and the angle between the power sensor 110c and the sensing device 110a is ⁇ 1 .
  • the wire 1a presses the power sensor 110c, and as shown in the BB' section of the sensing device 100a at 24, the power sensor 110c is It is inclined by the wire (1a).
  • the angle between the power sensor 110c and the sensing device 110a is ⁇ 2 .
  • the power sensor senses the size of the bent angle as the wire bends under load.
  • the control unit 150 may receive the magnitude of the inclination angle from the power sensor 110c through the ADC port, and using this, the magnitude or change of the force applied to the wire 1a, etc. using a lookup table or a trend line, etc. can be calculated by
  • the power sensor 110a is an angle sensor, an inclination sensor, or a tilt sensor as an embodiment.
  • FIG. 13 is a view showing a structure in which a power sensor is tensioned by a wire according to another embodiment of the present invention.
  • 3 and 12 show a structure in which the power sensor is pressed directly (FIG. 12) or indirectly (FIG. 3) when a force is applied to the wire 1a, which is a support unit.
  • the structure of FIG. 123 is a structure without an angle bar. Instead of the angle bar, the hole of the sensing device 110a through which the wire 1 passes may replace the above-described function of the angle bar.
  • FIG. 13 shows a structure in which a conductive rubber cord stretch sensor 110d composed of a conductive rubber band is coupled to a wire 1a, which is a support unit.
  • a conductive rubber cord stretch sensor 110d composed of a conductive rubber band
  • the wire 1a tensions the conductive rubber band constituting the tensile force sensor 110d.
  • the tensile force sensor 110d connected to the wire also does not increase in length and maintains the length d1. That is, the conductive rubber band constituting the tensile force sensor 110d is in a relaxed state in which it is not tensioned. At this time, the tensile force sensor 110d has a resistance value of the first magnitude corresponding to the length d1.
  • the control unit 150 may receive a resistance value of a first magnitude and a resistance value of a second magnitude corresponding to d1 and d2 from the power sensor 110d. In addition, the controller 150 may calculate the magnitude of the force applied to the wire 1a or the number of times the force is applied according to the change in the resistance value.
  • Power sensors having various structures for sensing the force applied to the wire 1a described above are embodiments of the present invention. Therefore, in addition to the above description, various power sensors correspond to the components of the present invention.
  • the power sensor may detect a change in an elastic body such as a plate or a frame in addition to the wire.
  • an elastic body such as a plate or a frame
  • the sensor push bar can be pressed at an inflection point of the plate as the plate is bent as shown in FIG. 3 .
  • the elastic body can press the power sensor as shown in FIG. 12 .
  • a power sensor including a tensile force sensor is disposed around the inflection point of the plate to sense a change in tensile force according to the shape deformation of the plate.
  • the power sensor senses a change in shape such as a wire, plate, or elastic body, and the control unit 150 converts the value sensed by the power sensor. And using this, it is possible to calculate the magnitude, duration, number of times, etc. of the force applied to the strength assisting device.
  • the sensing device may be coupled to various strength assisting devices.
  • various fields such as logistics, manufacturing and agriculture, many workers suffer from musculoskeletal disorders due to repetitive tasks such as loading and unloading heavy objects. Wearing an assistive strength assistive device can solve this problem.
  • a wearable robot for work assistance an example of a strength assisting device
  • a strength assisting device is largely divided into two types: an active type that utilizes a motor and a passive type that utilizes an elastic body, wire, or frame structure. .
  • Examples of applying the wire as a support unit in the passive-type strength assisting device include an arm-assisting wearable robot that transfers the weight on the fingertips of the operator to the body of the operator through the wire without passing through the arm when transferring a heavy object.
  • an arm-assisting wearable robot that transfers the weight on the fingertips of the operator to the body of the operator through the wire without passing through the arm when transferring a heavy object.
  • the lower body support wearable robot that is worn on the lower body of the worker and distributes the weight on the upper body while the worker sits and stands up is also a strength support device.
  • the support unit which is a component receiving the force of the muscle strength assisting device, that is, a component to which weight or force is applied, receives a force. It can be joined by an attachment method.
  • the sensing device may provide a smart additional function to calculate the number of tasks or weight measurement of the worker wearing the strength assisting device.
  • the sensing device can be attached to and detached from the strength assistance device, and according to the shape change occurring in the supporting unit such as wire, elastic body, plate, frame, etc. can be calculated.
  • the power sensor 110 of the sensing device 100 measures the number of times of work performed by the worker wearing the strength assisting device, the weight of the handled object, or the magnitude of the force applied to the body of the worker.
  • the sensing device coupled to the strength assisting device worn on the lower or upper body of the operator may measure the operator's posture information, for example, the work performance posture. This enables the sensing device 100 to determine whether the operator maintains a specific posture for a long time or safely changes the posture.
  • the extra sensor 170 may calculate safety information, location information, environment information, and the like.
  • an acceleration sensor or a gyro sensor according to an embodiment of the extra sensor 170 senses a change in position, so that the sensing device 100 detects an emergency situation such as a state in which a worker suddenly falls or collapses.
  • a body temperature sensor, a heart rate sensor, and the like which are an embodiment of the extra sensor 170 , measure biometric information of the operator.
  • the control unit 150 monitoring the value sensed by the extra sensor 170, or the server or other communication devices that have received the value, monitor the current physical condition of the worker and, if it is in a dangerous state, notify the worker and request to stop the work. have.
  • the extra sensor 170 may detect a position.
  • a GPS sensor in an indoor space, a sensor using Zigbee or Bluetooth may sense the position of the operator.
  • the extra sensor 170 measures temperature, humidity, gas, dust, and the like. In particular, the extra sensor 170 can secure the safety of the operator by detecting the harmful gas.
  • the information sensed by the sensing device 100 or the information primarily processed by the sensing device 100 is the operator's portable communication device 210 , the control server 500 or the manager communication device 230 , or located in the vicinity It is transmitted to the portable communication device 220 of another worker.
  • control server 500 or the communication devices 210 , 220 , and 230 of the manager/operator may generate a notification message or generate analysis and statistical data based on the received information.
  • control server 500 and various communication devices may accumulate the amount of work or work time to notify the time when the worker needs a break due to overtime work, and a message to confirm that harmful gas has occurred and give the worker an evacuation order can be generated and transmitted to the corresponding worker communication devices 210 and 220 .
  • control server 500 or the manager communication device 230 may transmit a call message to the workers in an emergency situation. That is, when an emergency situation occurs in the body of the worker or the environment in which the worker works, an emergency call message may be transmitted for the safety of the worker.
  • control server 500 or the manager communication device 230 may transmit a message including a specific work instruction to the operator to the communication devices 210 and 220, and voice communication between these devices is also supported.
  • voice communication between managers and operators is possible.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an interaction between a sensing device, an operator communication device, and a control server/manager communication device according to an embodiment of the present invention.
  • the power sensor 110 and the extra sensor 170 of the sensing device 100 perform sensing according to the characteristics of each sensor (S31).
  • the information sensed by the power sensor 110 may be the magnitude of the force applied to the strength assisting device, the duration, the number of times, etc., and the information sensed by the extra sensor 170 includes the operator's body information, safety information, and location information. , environmental information, etc.
  • the sensing device 100 transmits the sensing information to the operator's portable communication device 210 (S32). This is the section T1 described in FIGS. 1 and 2 , and the communication unit 190 of the sensing device 100 may transmit information to the portable communication device 210 of the operator.
  • the transmitted sensing information may include a value sensed by each sensor, a value converted to a digital value, or a value primarily processed by the controller 150 of the sensing device 100 .
  • the operator's portable communication device 210 processes or accumulates the received information (S33). In addition, the worker's portable communication device 210 transmits the processed information or accumulated stored information to the control server 500 or the communication device 230 of the manager. It corresponds to section T2 of FIG. 1 above.
  • control server 500 or the communication device 230 of the manager processes or accumulates the received information, generates a notification message or a call message corresponding thereto (S35), and sends it to the worker's portable communication device 210 It is transmitted (S36).
  • the notification message instructs the worker to work, notifies that an emergency has occurred, or includes information analyzed about the current worker's body/work/surrounding environment.
  • An example of the notification message is a message recommending a break to the worker according to the number of times the worker performs the job or the accumulated information on the weight of the object carried by the worker.
  • the call message includes messages such as instructing the operator to perform a specific operation or to move.
  • the sensing device 100 when the information sensed by the sensing device 100 is analyzed by the control server 500 or the manager communication device 230 and does not match the actual worker's work behavior, the sensing device 100 or the operator's portable communication device ( Calibration of the sensed information may be requested from 210 .
  • the operator's portable communication device 210 may control the sensing device 100 to calibrate the sensed value of the power sensor or the extra sensor. Alternatively, the portable communication device 210 of the operator may calibrate the value sensed by the sensing device 100 .
  • the sensing device 100 coupled to the strength assistance device senses the force or weight applied to the strength assistance device and transmits it to other devices 210 , 500 , 230 , thereby wearing the strength assistance device. It is possible to increase the safety of workers and the efficiency of work management.

Abstract

본 발명은 근력보조장치용 센싱장치에 관한 기술로, 본 발명의 일 실시예에 의한 근력보조장치에 결합하는 센싱장치는 근력보조장치의 지지유닛의 형상의 변화를 센싱하는 파워센서, 파워센서가 센싱한 값을 이용하여 지지유닛에 가해진 부하의 크기 또는 횟수 중 어느 하나 이상을 산출하는 제어부, 및 제어부가 산출한 정보를 휴대용 통신 장치로 전송하는 통신부를 포함한다.

Description

근력보조장치용 센싱장치
본 발명은 근력보조장치용 센싱장치에 관한 기술이다.
최근 로봇 관련 기술의 폭넓은 적용에 따라, 사람의 근력을 보조하는 신체 보조 로봇의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
사람의 근력을 보조하기 위한 장치인 근력보조장치는 작업자의 허리, 어깨, 무릎, 팔 등에 장착되어 해당 부분에서 발생하는 힘을 보조한다. 이러한 힘을 보조하기 위해, 근력보조장치는 사용자의 신체와 결합을 위해 신체에 장착될 수 있으며 사용이 종료하면 신체로부터 탈착되어 동작의 편의성과 근력 보조의 효율을 증대시킨다.
근력보조장치는 보행 과정에서의 근력을 보조하거나, 작업자가 물건을 들거나 내릴 때의 근력을 보조할 수 있다. 또는 근력보조장치는 작업자의 팔/다리/허리 등 특정 신체 부위에서 발생하는 힘을 보조할 수 있다.
그런데, 이러한 근력보조장치를 통한 근력 보조의 효율을 높이기 위해서는 근력보조장치가 어떻게 동작하는지, 혹은 어떻게 힘을 받는지 등에 대해 확인하는 것이 필요하다. 또한, 이러한 확인을 위한 모듈은 근력보조장치에 경제적 혹은 공학적으로 불필요한 자원을 요구하지 않아야 한다.
이에, 본 명세서에서는 근력보조장치의 동작을 센싱하는 구성에 대해 살펴본다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 명세서에서는 근력보조장치에 결합하여 근력보조장치에 가해진 힘을 센싱하는 센싱장치를 제시한다.
또한, 본 명세서에서는 근력보조장치의 힘을 센싱하여 이에 기반하여 작업자의 작업의 안정성과 효율성을 높이는 방안을 제시한다.
또한, 본 명세서에서는 근력보조장치에 결합한 센싱장치가 다양한 외부 환경을 센싱하여 작업의 편의성과 안전성을 높이는 방안을 제시한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 근력보조장치에 결합하는 센싱장치는 근력보조장치의 지지유닛의 형상의 변화를 센싱하는 파워센서, 파워센서가 센싱한 값을 이용하여 지지유닛에 가해진 부하의 크기 또는 횟수 중 어느 하나 이상을 산출하는 제어부, 및 제어부가 산출한 정보를 휴대용 통신 장치로 전송하는 통신부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 근력보조장치에 결합하는 센싱장치의 지지유닛은 와이어, 탄성체 또는 프레임 중 어느 하나를 포함하며, 파워센서는 지지유닛이 변형된 형상에 의해 눌러지는 FSR(Force Sensitive Resistor) 센서를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 근력보조장치에 결합하는 센싱장치의 지지유닛이 와이어인 경우, 파워센서는 와이어에 의해 휘어진 각도의 크기를 센싱하는 센서 또는 와이어에 의해 인장되는 인장력 센서 중 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 근력보조장치에 결합하는 센싱장치의 지지유닛이 와이어인 경우, 센싱장치는 개폐 가능한 프론트 커버 및 백 커버를 포함하며, 상기 프론트 커버는 상기 와이어가 통과하는 홀이 배치되며, 센싱장치는 프론트 커버 및 백 커버의 개폐에 따라 상기 근력보조장치와 체결 또는 탈착한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 근력보조장치에 결합하는 센싱장치와 통신하는 휴대용 통신장치 또는 휴대용 통신 장치와 통신하는 관제 서버는 센싱 장치의 파워센서가 센싱한 정보를 이용하여 근력보조장치를 착용한 작업자가 운반하는 사물의 무게를 계산하거나 또는 작업자의 작업 시간 및 작업량을 계산한 후, 휴대용 통신 장치가 상기 계산한 결과에 대응하는 작업 알람 정보를 출력한다.
본 발명의 실시예들을 적용할 경우, 근력보조장치에 결합하여 근력보조장치에 가해진 힘을 센싱하는 센싱장치를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예들을 적용할 경우, 근력보조장치의 힘을 센싱하여 이에 기반하여 작업자의 작업의 안정성과 효율성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예를 적용할 경우, 근력보조장치에 결합한 센싱장치가 다양한 외부 환경을 센싱하여 작업의 편의성과 안전성을 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 전술한 효과에 한정되지 않으며, 본 발명의 당업자들은 본 발명의 구성에서 본 발명의 다양한 효과를 쉽게 도출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 근력보조장치에 결합된 센싱장치와 외부 장치들 사이의 상호 작용을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 센싱장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 와이어를 이용한 근력보조장치에 결합된 파워센서를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 와이어를 이용한 근력보조장치에 결합된 센싱장치의 외부 형상을 보여주는 도면이다.
도 5 및 도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 센싱장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 센서푸시바가 가이드되어 파워센서를 누르는 구조를 상세히 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 근력보조장치에 힘이 가해질 경우의 파워 센싱 과정을 보다 상세히 보여준다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 FSR 센서의 동작을 보여주는 회로이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 제어부가 파워센서가 센싱한 값을 측정하고 이를 데이터화시키는데 적용되는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 파워센서에 가해지는 힘을 계산하는 과정을 보여준다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 와이어에 의해 파워센서가 직접 눌러지는 구조를 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 와이어에 의해 파워센서가 인장되는 구조를 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 센싱장치와 작업자 통신 장치 및 관제서버/관리자 통신 장치 사이의 상호 작용을 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 설정 화면을 보여주는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 발명을 구현함에 있어서 설명의 편의를 위하여 구성요소를 세분화하여 설명할 수 있으나, 이들 구성요소가 하나의 장치 또는 모듈 내에 구현될 수도 있고, 혹은 하나의 구성요소가 다수의 장치 또는 모듈들에 나뉘어져서 구현될 수도 있다.
본 명세서에서 작업자의 신체에 결합하여 근력을 보조하는 장치를 근력보조장치(Power Assist Apparatus, Power assisting device, Power assisting robot 등)로 지칭한다. 또한, 본 발명의 실시예에서 근력보조장치는 웨어러블 로봇(Wearable Robot) 또는 근력 보조 웨어러블 장치(Power Assist Wearable Apparatus)를 포함한다.
또한 근력보조장치는 근력 보조 로봇(Power Assist Robot), 외골격 로봇(Shoot　Robot, Exoskeleton　Robot, Exsosuits), 근력 보조 슈트(Power Assist Suit)를 포함한다. 즉, 본 명세서에서의 근력보조장치는 사람의 신체에 장착 및 탈착될 수 있으며, 사람이 작업할 때 사람의 근력을 보조하여 사람이 실제 100의 크기의 힘을 써야 할 상황에서 100보다 작은 크기의 힘을 쓸 수 있도록 하는 사람의 근력을 보조하는 장치를 통칭한다.
근력보조장치에는 와이어, 탄성체, 프레임 구조가 지지유닛으로 결합될 수 있다. 와이어의 경우 근력보조장치의 제1지점과 제2지점을 연결한다. 그리고 제1지점과 제2지점의 위치의 변화에 따라 와이어에 힘이 가해질 경우, 와이어에 장력의 변화가 발생한다.
탄성체나 프레임의 경우 근력보조장치의 특정 지점에 배치되어 이 탄성체나 프레임은 힘을 받는다. 즉, 탄성체나 프레임에 힘이 가해질 경우 형상의 변화가 발생한다.
본 명세서에서 전술한 근력보조장치 내에 배치되어 근력 보조 상태를 모니터링하는 센싱장치는 지지유닛의 형상의 변화를 센싱한다. 예를 들어, 와이어의 장력의 변화 및 이로 인한 와이어의 형상의 변화, 또는 탄성체나 프레임의 형상의 변화를 감지할 수 있다. 센싱장치는 센싱모듈, 센싱유닛 등으로 지칭될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 근력보조장치에 결합된 센싱장치와 외부 장치들 사이의 상호 작용을 보여주는 도면이다. 작업자가 상체에 착용하는 근력보조장치(W1) 또는 하체에 착용하는 근력보조장치(W2)에는 센싱장치(100)이 일체로 혹은 부착/탈착이 가능하게 결합된다. T1 구간에서 센싱장치(100)은 작업자가 소지한 스마트폰, 휴대폰 등과 같은 휴대용 통신장치(210) 혹은 작업자 주변에 고정으로 배치된 고정형 통신장치(290)와 근거리 통신을 수행한다.
또한, T2 구간에서 휴대용 통신장치(210)/고정형 통신장치(290)는 센싱장치(100)으로부터 수신한 정보를 관제 서버(500)에게 전송할 수 있다. 그리고 관제서버(500)는 수신한 정보를 관리자 폰/컴퓨터와 같은 관리자 통신장치(230), 또는 근력보조장치(W1, W2)를 착용한 작업자 또는 부근에 위치한 또다른 작업자가 소지한 휴대용 통신장치(210, 220), 또는 센싱장치(100)에게 전송할 수 있다.
T1 구간은 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 등의 통신 프로토콜을 이용할 수 있다. T2 구간은 WiFi, 4G, 5G 등의 통신 프로토콜을 이용할 수 있다.
또한, 관제서버(500) 없이, 작업자의 휴대폰을 일 실시예로 하는 휴대용 통신 장치(210)는 T1 구간에서 수신된 정보를 이용하여 데이터 처리를 직접 수행할 수 있다.
고정형 통신 장치(290)는 작업장 내 액세스 포인트(Access Point)를 일 실시예로 한다. 액세스 포인트(AP)는 블루투스, WiFi와 같은 프로토콜을 이용하여 센싱장치(100)과 통신할 수 있다.
한편, 센싱장치(100)을 구성하는 통신부(도 2의 190)가 셀룰러 SIM(Subscriber Identity Module)을 포함할 경우, 센싱장치(100)이 관제서버(500), 작업자의 휴대용 통신장치(210, 220), 또는 관리자 통신장치(230)와 직접 통신을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 센싱장치의 구성을 보여주는 도면이다. 근력보조장치 내의 와이어, 탄성체, 프레임 등의 지지유닛에 중량이나 힘이 가해질 경우 파워센서(110)는 힘의 크기를 측정하거나 힘이 유지된 시간을 측정한다.
즉, 파워센서(110)는 근력보조장치의 지지유닛의 형상의 변화를 센싱한다. 지지유닛은 근력보조장치의 구성요소이며, 근력보조장치를 사용하는 과정에서 힘이 가해질 경우, 이러한 힘, 즉 무게나 중량, 부하(load)에 따라 지지유닛의 형상이 변한다. 예를 들어 와이어의 경우 구부러지거나 펴지는 형상의 변화가 발생하며, 탄성체의 경우 인장되거나 압축되는 형상의 변화가 발생하며, 프레임의 경우 펴지거나 접히는 형상의 변화가 발생한다.
파워센서(110)가 힘의 크기나 지속시간, 횟수 등을 측정하는 방식은 근력보조장치 내의 와이어, 탄성체, 프레임 등과 같은 지지유닛의 형상의 변화를 센싱하며, 이는 지지유닛의 종류에 따라 달리 구현될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 후술할 도 3과 같이 지지유닛이 부하를 받아(즉, 힘을 받거나 무게가 가해지는 등) 형상이 변형되면 파워센서(110)는 이러한 형상의 변화에 의해 눌러지거나 인장되는 정도를 센싱하는 센서를 일 실시예로 한다. 즉, 파워센서(110)는 부하가 가해져서 지지유닛이 변형되면 변형된 형상에 의해 눌러지는 압력을 센싱하거나 인장된 크기를 센싱하거나, 변형된 형상의 각도를 센싱할 수 있다.
저장부(180)는 파워센서(110)가 센싱한 정보들을 저장한다. 저장한 정보들은 통신부(190)에 의해 외부로 전송된다. 제어부(150)는 센싱장치(100)의 구성요소들을 제어할 수 있다. 특히, 제어부(150)는 파워센서(110)가 센싱한 값을 이용하여 지지유닛에 가해진 부하의 크기 또는 횟수 중 어느 하나 이상을 산출할 수 있다.
통신부(190)는 제어부가 산출한 정보를 휴대용 통신 장치로 전송한다. 또한, 휴대용 통신 장치가 제공하는 정보를 통신부(190)가 수신할 수도 있다.
한편, 근력보조장치 내에 배치된 센싱장치(100)은 부가적으로 사용자의 생체 정보, 위치 정보, 환경 정보 등을 센싱할 수도 있다. 이들은 센싱장치(100) 내에 배치될 수도 있고, 별도의 센서로 구성될 수도 있다. 따라서, 생체 정보나 위치 정보, 환경 정보 등 근력과 무관한 정보들을 센싱하는 센서를 엑스트라 센서(170)라고 지칭한다.
엑스트라 센서(170)는 센싱장치(100) 내에 포함되거나, 혹은 작업자의 통신장치(210)에 포함될 수 있다. 또는 엑스트라 센서(170)는 단독적인 구성 장치로 작업자의 신체에 장착 또는 부착되어 다양한 정보들을 센싱할 수 있다.
엑스트라 센서(170)가 센싱할 수 있는 정보의 일 실시예인 생체 정보는 작업자의 심박수, 체온 등을 일 실시예로 한다.
엑스트라 센서(170)가 센싱할 수 있는 정보의 일 실시예인 위치 정보는 작업장 내의 작업자의 위치 또는 높이 등을 일 실시예로 한다.
엑스트라 센서(170)가 센싱할 수 있는 정보의 일 실시예인 환경 정보는 공기 내 유해 가스의 분포도, 산소의 분포량, 온도와 습도, 외부 온도, 먼지의 분포도 등을 일 실시예로 한다.
앞서, 근력보조장치는 작업자의 상체에 착용하는 근력보조장치 또는 작업자의 하체에 착용하는 근력보조장치 중 어느 하나를 일 실시예로 한다. 따라서, W1의 경우, 센싱장치는 어깨나 팔꿈치, 또는 등의 위치에 결합될 수 있으며, 외부의 힘이나 무게 등의 부하에 따라 지지유닛이 확장되거나 휘어지는 지점에 센싱장치가 결합될 수 있다.
한편, W2의 경우, 센싱장치는 무릎이나 허리, 발꿈치 또는 관절 외에도 허벅지 등의 위치에 결합될 수 있으며, 외부의 힘이나 무게 등의 부하에 따라 지지유닛이 확장되거나 휘어지는 지점에 센싱장치가 결합될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 와이어를 이용한 근력보조장치에 결합된 파워센서를 보여주는 도면이다.
근력보조장치(100a)에서 와이어(1)가 힘을 보조한다. 와이어(1)가 힘을 보조하지 않은 경우, 외부로부터 와이어(1)에 장력이 가해지지 않은 상태이므로 와이어(1)는 11에 지시된 바와 같이 느슨한 상태를 유지한다. 그리고 와이어(1)는 느슨한 상태이므로 센서푸시바(sensor push bar)(111a)에 힘이 가해지지 않으며, 그로 인해 센서푸시바(111a)와 파워센서(110a)가 이격되거나 혹은 파워센서(110)에 힘을 가하지 않는 상태를 유지한다. 11에서 파워센서(110a)는 힘을 받지 않은 상태라 파워센서(110a)의 높이가 h1을 유지한다.
한편, 와이어(1)가 힘을 보조할 경우, 외부로부터 와이어(1)에 장력이 가해지는 상태이므로 와이어(1)는 12에 지시된 바와 같이 긴장된 상태를 유지한다. 그리고 와이어(1)는 긴장된 상태이므로 상태이므로 센서푸시바(sensor push bar)(111a)에 힘이 가해지고, 그 결과 센서푸시바(111a)가 파워센서(110a)를 누를 수 있다. 그 결과, 12에서의 파워센서(110a)의 높이가 h2를 유지한다.
여기서 h1은 h2 보다 크다. 와이어(1)에 장력이 가해지지 않을 경우, 파워센서(110a)는 다시 원위치(11의 h1 높이)로 돌아간다.
제어부(150)는 파워센서(110a)가 눌려지거나 이동한 거리, 눌려지거나 이동한 시간 등을 산출하여 와이어(1)에 가해진 장력을 계산할 수 있다.
도 3에서 센서푸시바(111a)가 파워센서(110a)를 분리하여 도시하였으나, 파워센서(110a)가 센서푸시바(111a)를 포함하는 일체의 구성도 본 발명의 실시예에 포함된다. 예를 들어 센서푸시바(111a)가 힘에 의해 휘어지는 구조이며, 와이어(1)에 의해 눌려져서 센서푸시바(111a)의 각도의 변형이 발생하면, 센서푸시바(111a)에 결합된 파워센서(110a)가 이를 계산할 수 있다.
이외에도 센서푸시바(111a) 없이 파워센서(110a)만 배치되고 와이어(1)에 의해 파워센서(110a)가 눌러질 수도 있으며, 와이어(1)에 가해진 장력에 따라 힘이 가해지는 파워센서(110a)는 다양하게 구현될 수 있으며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 와이어를 이용한 근력보조장치에 결합된 센싱장치의 외부 형상을 보여주는 도면이다. 도 3에서 살펴본 바와 같은 구조를 포함하는 센싱장치의 외부 형상이 도 4에 도시되었다.
근력보조장치의 지지유닛인 와이어(1a, 1b)가 센싱장치(100a)를 통과하는 구조이다. 와이어(1a, 1b)는 센싱장치(100a)의 상하(혹은 좌우 혹은 사선 등의 방향) 방향으로 관통할 수 있다. 와이어(1a, 1b)를 센싱장치(100a)의 상하 (혹은 좌우 혹은 사선 등의 방향) 방향으로 관통시키기 위해 센싱장치(100a)의 일부분을 오픈하여 와이어(1a, 1b)를 결합시킨 후 다시 오픈된 부분을 닫을 수 있다. 그 결과, 사용자는 근력보조장치의 구성요소인 와이어(1a, 1b)와 센싱장치(100a)를 결합시킬 수 있다. 센싱장치(100a)의 프론트 커버(front cover, 105), 백 커버(back cover, 103)가 닫힌 형상이며, 센싱장치(100a)의 라인 홀더(line holder, 101)를 와이어(1a, 1b)가 통과하는 구성이다.
센싱장치(100a)는 개폐 가능한 프론트 커버(105)와 백 커버(103)를 포함하며, 프론트 커버(105)는 와이어(1a, 1b)가 통과하는 홀이 배치된다. 이때 홀은 일측이 오픈되어 와이어(1a, 1b)가 쉽게 통과할 수 있는 형상이다. 만약, 백 커버(103)를 제거하면 사용자는 와이어(1a)를 프론트 커버(105)의 홀과 앵글바(107) 및 센서푸시바(111a)에 의해 끼움으로써 센싱장치(100a)와 와이어(1a)를 결합할 수 있다. 즉, 센싱장치(100a)은 프론트 커버(105) 및 백 커버(103)의 개폐에 따라 근력보조장치와 체결 또는 탈착할 수 있다. 실시예에 따라 홀은 백 커버(103)에 형성될 수도 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 센싱장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다. 도 5는 센싱장치의 측면을 절단한 형태로 보여주며, 도 6은 센싱장치의 상면을 보여준다. 도 6은 설명의 편의를 위해 프론트 커버를 도시하지 않았다.
도 4 내지 도 6을 참고하여 설명한다. 라인 홀더(101)는 두 와이어(1a, 1b)에 장력을 측정하는 센싱장치(100a)가 매달리게 하는 기능과 줄의 시작점을 고정하는 기능을 가지며 스프링을 위주로 한 간단한 클립 구조로 되어 있다. 즉, 라인홀더(101)는 센싱장치(100a)을 와이어(1a, 1b)에 고정하는 역할을 한다. 와이어(1a, 1b)는 근력보조장치의 구성요소이며, 라인홀더(101)가 와이어(1a, 1b)에 고정 체결되면 센싱장치(100a) 역시 근력보조장치에 고정될 수 있다.
홀을 통과한 와이어(1a, 1b)는 라인 홀더(101)에 의해 고정되지만, 반대쪽은 고정되지 않은 상태이다. 따라서 와이어(1a, 1b)가 힘을 받거나 인가된 힘이 해제되면 와이어(1a, 1b)는 그 길이가 늘어나거나 줄어들거나 혹은 휘어지거나 복원될 수 있다.
한편, 앵글바(107)와 센서푸시바(111a)는 와이어(1a, 1b)가 지속적으로 접촉하는 영역이므로, 접촉하는 영역의 표면은 라운드가 되도록 하여 와이어(1a, 1b) 표면의 훼손을 방지할 수 있다.
앵글바(Angle bar, 107)와 센서푸시바(111a) 사이에 와이어(1a, 1b)가 배치된다. 두 개의 앵글바(107, 제1앵글바, 제2앵글바)는 와이어의 제1방향(dir1)으로의 움직임을 저지한다. 앵글바(107)는 고정된 구성요소이다. 센서푸시바(111a)에는 돌출부(111t)가 배치되며, 이 돌출부(111t)는 와이어(1a, 1b)를 가이드할 수 있다. 즉, 돌출부(111t)는 와이어(1a, 1b)가 센서푸시바(111a)와 이격되는 경우라도 와이어(1a, 1b)에 힘이 가해지면 다시 센서푸시바(111a) 상단에 와이어(1a, 1b)가 놓이도록 한다.
센서푸시바(111a)는 와이어가 제2방향(dir2)으로 움직일 경우 이동하거나 휘어져서 하단에 있는 파워센서(110a)에 압력을 가할 수 있다. 이때, 제1방향(dir1) 및 제2방향(dir2)은 서로 반대 방향이다. 따라서, 와이어는 힘이 가해지는 경우라 하여도 앵글바(107)에 의해 dir1 쪽으로 이동하지 않는다. 그리고 와이어는 힘을 받을 경우 dir2 쪽으로 이동하여 센서푸시바를 누른다.
근력보조장치에 센싱장치(100a)을 체결하기 위해 작업자는 프론트 커버를 열어서, 앵글바(107)와 센서푸시바(111a) 사이에 와이어(1a, 1b)를 끼울 수 있다. 그리고 프론트 커버(105)는 줄이 하단으로 내려가는 방향에 꼬이지 않게 가이드한다.
도 5를 참조하면, 앵글바(107)는 센서푸시바(111a)를 기준으로 양쪽으로 배치될 수 있다. 앵글바(107)와 센서푸시바(111a)의 가로 간격 및 세로 간격은 와이어(1a, 1b)의 굵기, 와이어(1a, 1b)에 힘이 가해질 경우의 변형되거나 움직이는 정도에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 앵글바(107)는 와이어(1a)의 이격을 방지하기 위해 센서푸시바(111a)의 돌출부(111t)와 같은 구성요소를 더 포함할 수 있다. 이 경우 앵글바(107)에 구성될 돌출부는 dir2 방향으로 돌출하여 와이어(1a, 1b)의 움직임을 고정할 수 있다.
앵글바(107)는 프론트 커버(105)의 일측면에 배치될 수 있고, 그 길이는 두 개의 와이어(1a, 1b)가 이격하여 하부에 배치시킬 수 있을 만큼의 크기를 일 실시예로 한다. 센서푸시바(111a) 역시 프론트 커버(105)의 일측면에 배치될 수 있으며, 그 길이 역시 두 개의 와이어(1a, 1b)가 이격하여 놓여질 수 있을 만큼의 크기를 일 실시예로 한다. 예를 들어, 와이어의 직격이 A이고 와이어 간 간격이 B이며, 와이어와 프론트 커버(105)의 측면과의 거리가 C 일때, 앵글바(107)의 길이는 2*A + B + 2*C와 같거나 그보다 클 수 있다.
앵글바(107)는 프론트 커버(105) 내에 배치된 실시예를 앞서 살펴보았으나, 프론트 커버(105) 외곽에 배치될 수 있다. 또는 프론트 커버의 홀이 앵글바의 기능을 대신할 수도 있다.
두 개의 와이어(1a, 1b)는 사용자가 물체를 들거나 힘을 가할 경우 두 줄에 힘이 가해져서 평행하게 된다. 이 때, 고정된 앵글바(107)에 의해 와이어(1a, 1b)는 센서푸시바(111a)를 누를 수 있다. 그리고 파워센서(110a)는 두 와이어가 평행할 때 정확하게 파워를 센싱할 수 있다.
메인 텐션 구조(Main tension structure, 109)는 센서푸시바(111a)가 와이어(1a, 1b)의 장력에 따라 수직으로 내려와서 파워센서(110a)를 누르는 가이드 구조물을 포함한다.
도 4 내지 도 6에서 살펴본 구조들은 실제 구현 과정에서 변형될 수 있으며, 그러한 변형 실시예 역시 본 발명의 권리 범위에 속한다.
예를 들어, 앵글바(107)와 센서푸시바(111a)의 높이로 인한 차이는 와이어(1a, 1b)가 하측 방향(d2)으로 이동하도록 와이어(1a, 1b)를 지지한다. 그리고, 앵글바(107)와 센서푸시바(111a)의 폭의 차이로 인해 힘이 가해지지 않은 와이어(1a, 1b)는 좌측 또는 우측(dir1/dir2에 직각인 방향)으로 이동하지 않도록 하며, 힘이 가해질 경우에만 와이어(1a, 1b)가 하측 방향으로 이동한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 센서푸시바가 가이드되어 파워센서를 누르는 구조를 상세히 도시한 도면이다. 센서푸시바(111a)는 고정적인 앵글바와 달리 와이어(1a)의 장력에 따라 센서를 눌러주기 위한 개별 구성요소이다. 또한, 센서푸시바(111a)는 와이어(1a)의 장력에 따라 수직으로 내려와 파워센서(110a)를 누를 수 있도록 메인텐션구조(109)의 홀(109h)을 따라 움직인다. 즉, 홀(109h)은 푸시센서바(111a)의 움직임을 가이드할 수 있다.
도 4 내지 도 7의 센싱장치(100a)는 웨어러블 장치와 같이 외골격에 모듈로 설치될 수 있다.
센싱장치(100a)은 사람이 내는 힘을 센싱하여 이를 관리하고, 사람의 부상을 막을 수 있다. 즉, 사람이 부상하지 않을 만큼의 힘을 사용하도록 정보를 제공한다. 센싱장치(100a)은 정확한 힘의 측정을 위해 와이어(1a, 1b)의 가이드와 센싱장치(100a)이 와이어(1a, 1b)에 고정되게 하는 구조 설계와 한정된 공간에 실제 장력 받는 각을 조정하여 정확하게 와이어(1a, 1b)에 가해진 힘을 센싱할 수 있다.
도 4 내지 도 7에서 살펴본 바와 같이, 와이어에 힘이 가해질 경우, 와이어는 센서푸시바(111a)에 힘을 가하고, 이를 파워센서(110a)가 측정할 수 있다. 이 과정에 대해 보다 상세히 살펴본다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 근력보조장치에 힘이 가해질 경우의 파워 센싱 과정을 보다 상세히 보여준다.
15는 앵글바(107)와 센서푸시바(111a) 사이에 와이어(1a)가 배치된 구성을 보여준다. 16 및 17은 센서푸시바(111a)와 파워센서(110a)를 상세히 보여준다. 파워센서(110a)의 일 실시예로 FSR(Force Sensitive Resistor 또는 Force Sensing Resistor) 센서(110f)를 중심으로 살펴본다.
16 및 17에 도시된 바와 같이, 와이어(1a)에 무게(load)가 가해지는지 여부에 따라, 즉 무게에 따라 센서푸시바(111a)가 움직이며, 무게나 힘에 따라 FSR 센서는 저항값이 달라진다. 17에 도시된 바와 같이, 와이어(1a)에 무게나 힘이 가해지면, 센서푸시바(111a)가 FSR 센서(110f) 쪽으로 움직여서 힘을 가한다. 그리고 FSR센서(110f)는 제어부(150)는 FSR 센서의 저항값을 측정하여 무게를 환산할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 FSR 센서의 동작을 보여주는 회로이다. 센서푸시바(111a)가 FSR 센서(110f)로 이동하여 FSR 센서(110f)에 힘을 가한다. 제어부(150)는 무게에 따라 변하는 FSR 센서의 저항값을 특정한 포트로 읽어들이고, 이 저항값에 해당하는 무게를 환산한다. 환산 방식은 룩업 테이블(lookup table) 혹은 추세선 등을 이용할 수 있다.
일 실시예로 제어부(150)가 MCU(micro controller unit)으로 구현된 경우, MCU의 ADC 포트(Analog-to-Digital converter port)가 FSR 센서(110f)의 저항값을 읽어들인 후, 제어부(150)는 읽어들인 값에 대응하는 무게를 환산한다. 제어부(150)는 룩업 테이블, 추세선, 혹은 함수 등을 이용하여 저항값에 대응하는 무게를 환산할 수 있다. 또한, 작업 횟수 역시 카운팅 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 제어부가 파워센서가 센싱한 값을 측정하고 이를 데이터화시키는데 적용되는 그래프이다.
제어부(150)는 와이어에 가해진 힘을 파워센서(110)가 측정한 값을 ADC 값으로 확인한다. 일 실시예로, 앞서 살펴본 바와 같이, 사람이 운반하는 짐의 무게에 따라 와이어에 장력이 발생하고, 이를 FSR 센서(110f)가 무게를 측정한 값(Analog data)이 제어부(150)에게 ADC값(Analog-to-Digital converter value)으로 전달되고, 제어부(150)는 이를 데이터화 시킨다. 데이터화하는 방법으로는 ADC값으로 입력된 값에 대응하는 무게환산 값을 룩업 테이블에서 검색하는 방법, 추세선을 이용하는 방법, 변환 함수를 이용하는 방법 등 다양하게 적용할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 이전 상태의 ADC 값을 저장하고, 이 값과 현재 상태의 ADC 값을 비교할 수 있다. 예를 들어, 이전 ADC 값을 기준으로 현재 ADC 값이 작업 횟수 문턱값(Count Thresold) 이상으로 상승할 경우 작업 횟수를 1회 증가시킨다. 그리고 위의 조건에서 현재 ADC 값이 무게 초과 문턱값(Load Thresold) 이상으로 상승할 경우 작업 횟수를 증가시키고 ADC 값을 무게 단위로 환산할 수 있다.
도 10의 그래프를 상세히 살펴본다. 세로축으로는 작업횟수 문턱값(threshold)과 무게초과 문턱값(thresold)이 표시되며 가로축으로는 시간이 표시된다. count0는 작업횟수 문턱값을 넘어설 경우의 횟수를, count1는 무게초과 문턱값을 넘어설 경우의 횟수를 지시한다. 막대 그래프는 각 시점에서 측정된 ADC 값의 크기를 보여준다.
t1 시점에서의 ADC 값은 작업횟수 문턱값과 무게초과 문턱값에 모두 미달한 상태이다.
한편 t2 시점에서 ADC 값을 살펴보면 이전 t1시점과 달리, t2 시점에서 작업 횟수 문턱값을 넘어서며 상승했으므로 Count0는 1로 설정된다. 반면 t2시점에서 ADC값은 무게 초과 문턱값 이상으로 상승하지는 않았다. 따라서 Count1는 0으로 설정된다.
t3 시점에서 ADC 값을 살펴보면 작업 횟수 문턱값을 넘어선 상태를 유지하므로 Count0는 2로 설정된다. 반면 t3시점에서 ADC값은 무게 초과 문턱값 이상으로 상승하지는 않았다. 따라서 Count1는 0으로 설정된다.
t4 시점에서 ADC 값을 살펴보면 무게초과 문턱값을 넘어섰다. 따라서, Count1을 1로 설정한다. 한편, 무게초과 문턱값을 넘어섰기에 Count0는 2로 유지한다. 이와 달리 작업횟수 문턱값을 독립적으로 계산할 경우 Count0는 3으로 설정될 수도 있다.
정리하면, 제어부(150)는 제1시점에 파워센서(110)가 센싱한 힘의 제1크기와 제2시점에 파워센서(110)가 센싱한 힘의 제2크기를 비교한다. 그리고 제어부(150)는 제1크기 및 제2크기의 차이와, 제1크기 및 제2크기 각각을 미리 설정된 하나 이상의 기준값과 비교하여 작업 횟수와 최대 무게 초과횟수를 카운팅한다. 카운팅하는 방식 또는 기준값의 설정은 실제 근력보조장치의 종류나 센싱장치의 종류 등에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 파워센서에 가해지는 힘을 계산하는 과정을 보여준다.
20은 도 4 내지 도 6에서 살펴본 센싱장치(100a)의 내부 구조를 측면에서 보여준다.
21은 앵글바(107)와 센서푸시바(111a) 사이의 물리적 관계를, 22는 파워센서(110a)에 가해지는 힘을 보여준다.
앵글바(107)의 단면 및 센서푸시바(111a)의 단면의 반지름은 "r"이다. 그리고 와이어(1a)의 지름은 "d"이다. 앵글바(107)와 센서푸시바의 중심간 높이는 "L"이며 앵글바(107)와 센서푸시바의 중심간 거리는 "F"이다. θ는 와이어(1a)가 센서푸시바(111a)의 수평면과 이루는 각도이다.
여기서 원과 접선의 관계에 의해 수학식 1이 만족된다.
[수학식 1]
2r+d = sinθ*L + cosθ*F
그리고 와이어(1a)에 가해지는 물체의 무게를 "T"라 할 때, 22의 구성에서 파워센서(110a)가 받는 합력은 2Tsinθ 이다.
따라서, 파워센서(110a)가 받는 합력인 2Tsinθ를 구하기 위해서 제어부(150)는 수학식 1에서 수학식 2를 도출한다.
[수학식 2]
sinθ*L = (2r+d) - F*cosθ
설명의 편의를 위해 수학식 2에서 (2r+d)를 k로 치환하고, sinθ는 s, cosθ는 c로 치환하여 수학식 2에서 수학식 3을 도출한다.
[수학식 3]
(F2 + L2)* c2- 2kF*c + k2- L2 = 0
수학식 3을 통해 "c", 즉 cosθ와 θ는 수학식 4와 같이 산출된다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2020008284-appb-I000001
수학식 1 내지 4의 과정을 통해 제어부(150)는 θ를 산출할 수 있다.
전술한 실시예에서 살펴본 바와 같이, 근력보조장치에 결합되는 센싱장치는 와이어에 가해지는 힘의 변화를 센싱할 수 있다.
다른 실시예로, 와이어에 가해지는 힘에 따라 파워센서가 와이어에 의해 직접 눌러지는 센싱장치의 구성을 살펴본다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 와이어에 의해 파워센서가 직접 눌러지는 구조를 보여주는 도면이다. 앞서 살펴본 도 3은 지지유닛인 와이어(1a)에 힘이 가해지면, 센서푸시바(111a)가 파워센서(110a)를 누르는 구조였다. 도 4 내지 도 6의 구성에서 살펴본 바와 달리 도 12의 구조는 앵글바가 없는 구조이다. 앵글바 대신 와이어(1)가 통과하는 센싱장치(110a)의 홀이 전술한 앵글바의 기능을 대신할 수 있다.
도 12의 구조는 와이어(1a)에 힘이 가해지면, 와이어(1a)가 파워센서(110a)를 직접 누르며 파워센서(110a)는 눌러짐으로 인한 위치 변화를 측정할 수 있다. 23에서 센싱장치(100a)의 A-A' 단면을 살펴보면 와이어(1a)가 파워센서(110c) 위에 배치되며, 파워센서(110c)가 센싱장치(110a)과 이루는 각도는 θ1이다.
한편, 23의 상태에서 와이어(1a)에 힘이 가해지면, 와이어(1a)는 파워센서(110c)를 누르며 24에서 센싱장치(100a)의 B-B' 단면에 도시된 바와 같이 파워센서(110c)가 와이어(1a)에 의해 기울어진 형태이다. 파워센서(110c)가 센싱장치(110a)과 이루는 각도는 θ2이다. 파워센서는 와이어가 부하를 받아 휘어지며 이 휘어진 각도의 크기를 센싱한다.
제어부(150)는 파워센서(110c)로부터 기울어진 각도에 대한 크기를 ADC 포트를 통해 수신할 수 있으며, 이를 이용하여 와이어(1a)에 가해진 힘의 크기나 변화 등을 룩업 테이블 또는 추세선 등을 이용하여 산출할 수 있다. 이때, 파워센서(110a)는 각도센서 또는 경사센서 또는 기울기 센서 등을 일 실시예로 한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 와이어에 의해 파워센서가 인장되는 구조를 보여주는 도면이다. 도 3 및 도 12는 지지유닛인 와이어(1a)에 힘이 가해질 경우, 파워센서가 직접적으로(도 12) 혹은 간접적으로(도 3) 눌러지는 구조였다.
도 4 내지 도 6의 구성에서 살펴본 바와 달리 도 123의 구조는 앵글바가 없는 구조이다. 앵글바 대신 와이어(1)가 통과하는 센싱장치(110a)의 홀이 전술한 앵글바의 기능을 대신할 수 있다.
도 13은 지지유닛인 와이어(1a)에 전도성 고무줄로 구성된 인장력 센서(conductive rubber cord stretch sensor)(110d)가 결합된 구조를 보여준다. 와이어(1a)에 힘이 가해질 경우, 와이어(1a)는 인장력 센서(110d)를 구성하는 전도성 고무줄을 인장한다.
예를 들어 도 13의 26에서 와이어(1a)에 힘이 가해지지 않은 상태이므로 와이어에 연결된 인장력 센서(110d) 역시 길이가 증가하지 않으며 d1이라는 길이를 유지한다. 즉, 인장력 센서(110d)를 구성하는 전도성 고무줄이 인장되지 않은 릴랙스(relax) 상태이다. 이때의 인장력 센서(110d)는 d1이라는 길이에 대응하는 제1크기의 저항값을 가진다.
한편, 도 13의 27에서 와이어(1a)에 힘이 가해지지면 와이어에 연결된 인장력 센서(110d) 역시 힘이 가해지고, 인장력 센서(110d)를 구성하는 전도성 고무줄이 인장되어 d2라는 길이를 유지한다. 이때의 인장력 센서(110d)는 d2라는 길이에 대응하는 제2크기의 저항값을 가진다.
제어부(150)는 d1과 d2에 대응하는 제1크기의 저항값 및 제2크기의 저항값을 파워센서(110d)로부터 수신할 수 있다. 그리고 제어부(150)는 저항값의 변화에 따라 와이어(1a)에 가해진 힘의 크기 또는 힘이 가해진 횟수 등을 산출할 수 있다.
앞서 살펴본 와이어(1a)에 가해진 힘을 센싱하는 다양한 구조의 파워센서들은 본 발명의 실시예이다. 따라서 전술한 내용 외에도 다양한 파워센서가 본 발명의 구성요소에 해당한다.
또한, 와이어 외에도 판, 프레임 등의 탄성체의 변화를 파워센서가 감지할 수 있다. 예를 들어, 근력보조장치를 구성하는 탄성체가 판의 형상인 경우에도, 판의 휘어짐에 따라 판의 변곡지점에서 도 3과 같이 센서푸시바를 누를 수 있다. 마찬가지로, 판의 휘어짐에 따라 도 12와 같이 탄성체는 파워센서를 누를 수 있다. 또한, 판의 변곡지점의 주변에 인장력 센서를 포함하는 파워센서가 배치되어 판의 형상 변형에 따른 인장력의 변화를 센싱할 수 있다.
지금까지 살펴본 파워센서를 포함하는 센싱장치가 근력보조장치에 결합된 경우, 와이어, 판, 탄성체 등 형상의 변화를 파워센서가 센싱하고, 제어부(150)는 파워센서가 센싱한 값을 변환한다. 그리고 이를 이용하여 근력보조장치에 가해진 힘의 크기나 지속시간, 횟수 등을 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 센싱장치는 다양한 근력보조장치에 결합될 수 있다. 특히, 물류, 제조, 농업등의 여러 분야에서 많은 작업자들이 중량물의 이적재 작업 등 반복작업으로 인해 근골격계질환에 시달리는 경우가 많은데, 여러 반복작업에 있어 허리, 어깨, 무릎, 팔 등 신체 주요 부위를 보조하는 근력보조장치를 착용하면 이러한 문제를 해결할 수 있다.
예를 들어 근력보조장치의 예인 작업보조용 웨어러블 로봇은 크게 두 종류로 나뉘어지는데, 모터를 활용하는 액티브(active) 타입과 탄성체나 와이어, 프레임 구조를 활용하는 패시브(passive) 타입으로 분류될 수 있다.
패시브 타입의 웨어러블 로봇의 경우 충전이 필요 없고 상대적으로 가볍고, 저렴하게 구현이 가능하다는 장점이 있다. 여기에 센싱장치가 결합될 경우, 과거 패시브 타입에서는 제공하지 못한 스마트 기능을 구현할 수 있다.
패시브 타입의 근력보조장치에서 와이어를 지지유닛으로 적용하는 실시예로는 작업자가 중량물 이재작업 시 손끝에 실리는 무게를 와이어를 통하여 팔을 거치지 않고 작업자의 몸통으로 전달하는 팔보조 웨어러블 로봇을 포함한다. 물론 팔보조 뿐만 아니라 작업자의 하반신에 착용하여 작업자가 앉았다가 일어서는 과정에서 상체에 실리는 무게를 분산시키는 하반신 보조 웨어러블 로봇 역시 근력보조장치에 해당한다.
근력보조장치의 힘을 받는 구성요소인 지지유닛, 즉 중량이나 힘이 가해지는 구성요소가 힘을 받는 경우 형상의 변화가 발생하므로, 센싱장치는 와이언, 탄성체, 프레임, 판 등의 지지유닛에 부착 방식으로 결합할 수 있다. 그리고 센싱장치는 스마트 부가 기능을 제공하여 근력보조장치를 착용한 작업자의 작업 횟수나 무게 측정 등을 계산할 수 있다.
즉, 센싱장치는 근력보조장치에 탈부착될 수 있으며, 근력보조장치의 와이어, 탄성체, 판, 프레임 등과 같은 지지유닛에서 발생한 형상의 변화에 따라 센싱장치는 지지유닛가 받은 힘의 크기나 지속성, 횟수 등을 산출할 수 있다.
다음은 근력보조장치에 결합한 센싱장치의 동작에 대해 살펴본다. 센싱장치(100)의 파워센서(110)는 근력보조장치를 착용한 작업자의 작업수행횟수, 취급물 무게 또는 작업자의 신체에 가해지는 힘의 크기 등을 측정한다.
또한, 하반신의 보행을 보조하는 근력보조장치에 결합한 센싱장치의 파워센서(110) 또는 엑스트라 센서(170)는 작업자가 이동한 걸음수를 측정할 수 있다.
마찬가지로, 작업자의 하반신 또는 상반신에 착용된 근력보조장치에 결합한 센싱장치는 작업자의 자세 정보, 예를 들어 작업 수행 자세를 측정할 수 있다. 이는 센싱장치(100)이 작업자가 특정 자세를 오래 유지하는지 혹은 자세를 안전하게 변경하는지 등을 판단할 수 있도록 한다.
그 외, 엑스트라 센서(170)는 안전 정보와 위치 정보, 환경 정보 등을 산출할 수 있다. 예를 들어, 엑스트라 센서(170)의 일 실시예인 가속도 센서나 자이로 센서 등은 위치 변화를 센싱함으로써, 센싱장치(100)이 작업자가 갑자기 넘어지거나 쓰러진 상태와 같은 긴급 상황을 감지할 수 있도록 한다.
또한, 엑스트라 센서(170)의 일 실시예인 체온 센서, 심박수 센서 등은 작업자의 생체 정보를 측정한다. 엑스트라 센서(170)가 센싱한 값을 모니터링한 제어부(150) 또는 이 값을 전달받은 서버나 다른 통신 장치들은 작업자의 현재 신체 상태를 모니터링하여 위험한 상태일 경우 이를 작업자에게 통지하여 작업 중단을 요청할 수 있다.
또한, 엑스트라 센서(170)는 위치를 감지할 수 있다. 실외 공간인 경우 GPS 센서가, 실내 공간인 경우, 지그비나 블루투스를 이용한 센서가 작업자의 위치를 센싱할 수 있다.
그 외 엑스트라 센서(170)는 온도와 습도, 가스, 먼지 등을 측정한다. 특히, 엑스트라 센서(170)는 유해 가스를 감지하여 작업자의 안전성을 확보할 수 있다.
센싱장치(100)이 센싱한 정보 또는 이를 센싱장치(100)이 1차적으로 가공한 정보는 작업자의 휴대용 통신장치(210), 관제 서버(500) 또는 관리자 통신장치(230), 또는 부근에 위치한 또다른 작업자의 휴대용 통신장치(220)로 전달된다.
그리고 관제 서버(500)나 관리자/작업자의 통신 장치(210, 220, 230)는 수신한 정보에 기반하여 알림 메시지를 생성하거나, 분석 및 통계 자료를 생성할 수 있다. 예를 들어 관제 서버(500) 및 다양한 통신 장치들은 작업자가 초과 업무를 하여 휴식이 필요한 시점을 알리기 위해 작업량이나 작업 시간을 누적 저장할 수 있으며, 유해 가스가 발생했음을 확인하여 작업자에게 대피 명령을 내리는 메시지를 생성하여 해당 작업자 통신 장치(210, 220)로 전송할 수 있다.
또한, 관제 서버(500)나 관리자 통신 장치(230)는 긴급 상황에서 작업자들에게 호출 메시지를 전송할 수 있다. 즉, 작업자 신체 또는 작업자가 작업하는 환경에서 긴급 상황이 발생한 경우, 작업자의 안전을 위해 긴급 호출 메시지를 전송할 수 있다.
이외에도 관제 서버(500)나 관리자 통신 장치(230)는 작업자에게 특정한 작업 지시를 포함하는 메시지를 통신 장치(210, 220)로 전송할 수 있으며, 또한 이들 장치 간에 음성 통신도 지원된다. 예를 들어 관리자-작업자 간 무선 통신이 가능하다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 센싱장치와 작업자 통신 장치 및 관제서버/관리자 통신 장치 사이의 상호 작용을 보여주는 도면이다.
센싱장치(100)의 파워센서(110), 엑스트라 센서(170)는 각각의 센서의 특성에 따라 센싱을 수행한다(S31). 파워센서(110)가 센싱한 정보는 근력보조장치에 가해진 힘의 크기나 지속된 시간, 횟수 등이 될 수 있으며, 엑스트라 센서(170)가 센싱한 정보는 작업자의 신체 정보, 안전 정보, 위치 정보, 환경 정보 등이 될 수 있다.
센싱장치(100)은 센싱 정보를 작업자의 휴대용 통신장치(210)로 전송한다(S32). 도 1 및 도 2에서 살펴본 T1 구간이며, 센싱장치(100)의 통신부(190)가 작업자의 휴대용 통신장치(210)로 정보를 전송할 수 있다. 전송하는 센싱 정보는 각 센서들이 센싱한 값을 포함하거나, 이를 디지털 값으로 변환한 값을 포함하거나 또는 이들을 센싱장치(100)의 제어부(150)가 1차적으로 처리한 값을 포함할 수 있다.
작업자의 휴대용 통신장치(210)는 수신한 정보를 처리하거나 또는 누적 저장한다(S33). 또한 작업자의 휴대용 통신장치(210)는 처리한 정보 또는 누적 저장한 정보를 관제서버(500) 또는 관리자의 통신장치(230)로 전송한다. 앞서 도 1의 T2 구간에 해당한다.
그리고 관제서버(500) 또는 관리자의 통신장치(230)는 수신한 정보를 처리하거나 누적 저장하고, 이에 대응하는 알림 메시지 또는 호출 메시지를 생성하고(S35), 이를 작업자의 휴대용 통신장치(210)로 전송한다(S36). 알림 메시지는 작업자에게 작업을 지시하거나, 긴급 상황이 발생했음을 알리거나, 현재 작업자의 신체/작업/주변 환경에 대해 분석한 정보를 포함한다. 작업자의 작업 수행 횟수나 작업자가 운반한 물건의 무게에 대한 누적 정보에 따라 작업자에게 휴식을 권고하는 메시지 등이 알림 메시지의 예시에 해당한다.
호출 메시지는 작업자에게 특정 작업을 지시하거나 이동을 지시하는 등의 메시지를 포함한다.
작업자의 휴대용 통신장치(210)는 수신한 알림 메시지 또는 호출 메시지를 음성 메시지 또는 시각적 메시지 또는 경고음 등으로 출력한다(S37). 또한, 이 과정에서 센싱장치를 제어할 수 있다(S37).
또한, 센싱장치(100)이 센싱한 정보가 관제 서버(500)나 관리자 통신 장치(230)에서 분석한 결과 실제 작업자의 작업 행위와 불일치할 경우, 센싱장치(100)이나 작업자의 휴대용 통신 장치(210)에게 센싱한 정보의 캘리브레이션(calibration)을 요청할 수 있다.
근력보조장치를 착용한 작업자의 신체 특성에 따라, 센싱장치(100)이 센싱한 정보에서 산출하는 힘에 대한 정보, 횟수, 작업물의 무게 등의 정확도에 있어서 편차가 발생할 수 있다. 따라서, 관제서버(500)나 관리자 통신 장치(230)는 작업자의 작업물에 대한 정보를 미리 누적 저장한 상태에서
예를 들어, 관제서버(500)나 관리자 통신 장치(230)가 작업자가 운반하는 작업물의 무게 정보를 저장한 상태에서, 센싱장치(100)이 측정한 무게 정보가 저장한 무게 정보와 차이가 크게 발생할 수 있다. 이때, 관제서버(500)나 관리자 통신 장치(230)는 센싱된 값을 조정하는 캘리브레이션 메시지를 생성하여 작업자의 휴대용 통신 장치(210)에게 전송한다.
이후 작업자의 휴대용 통신 장치(210)는 센싱장치(100)을 제어하여 파워센서나 엑스트라 센서의 센싱된 값을 캘리브레이할 수 있다. 혹은 작업자의 휴대용 통신 장치(210)이 센싱장치(100)이 센싱한 값을 캘리브레이션 할 수 있다.
도 14에서 살펴본 바와 같이 근력보조장치에 결합한 센싱장치(100)이 근력보조장치에 가해진 힘이나 무게 등을 센싱하고 이를 다른 장치들(210, 500, 230)에게 전송함으로써, 근력보조장치를 착용한 작업자의 안전과 작업 관리의 효율성을 높일 수 있다.
도 14의 플로우를 정리하면 다음과 같다.
휴대용 통신장치(210) 또는 휴대용 통신 장치(210)와 통신하는 관제 서버(500)는 센싱장치(100)의 파워센서(110)가 센싱한 정보를 이용하여 근력보조장치를 착용한 작업자가 운반하는 사물의 무게를 계산하거나 또는 작업자의 작업 시간 및 작업량을 계산한다. 관제서버(500)가 계산하는 경우 이는 다시 휴대용 통신 장치(210)로 전달된다. 그리고 휴대용 통신 장치(210)가 계산한 결과에 대응하는 작업 알람 정보를 출력하여 작업자는 작업에 대한 추가 권고(예를 들어 휴식하기, 가볍게 들기 등)를 확인할 수 있다.
또한 S31의 센싱을 수행하기 전에, 센싱장치가 최초로 결합될 경우, 제어부(150)는 센싱장치의 리셋 및 초기화에 필요한 작업을 요청하는 메시지를 생성한다. 그리고 통신부(190)는 전술한 메시지를 휴대용 통신 장치(210)에 전송하여 작업자가 휴대용 통신 장치(210)를 확인하고 센싱장치의 리셋이나 초기화를 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예를 적용할 경우, 센싱장치(100)의 센싱 정보들에 기반하여 작업자에게 알림 메시지로 작업 횟수에 따른 휴식 권고를 하여 작업자의 부상을 방지할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예를 적용할 경우, 작업자가 작업하는 과정에서 발생한 무게나 힘의 크기 측정에 기반하여 작업자에게 주의 알림 및 부상 방지 알림 메시지를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예를 적용할 경우, 작업자의 신체 또는 주변 환경의 긴급한 상황이 발생한 경우, 작업자에게 신속하게 호출 메시지를 전송하여 작업자가 조기에 대처하거나 안전하게 이동할 수 있도록 한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시예를 적용할 경우, 관리자의 통신 장치(230) 또는 관제서버(500)는 작업자별 작업횟수 및 무게 설정을 할 수 있고 작업자의 성별, 연령, 경력 등에 따라 맞춤형으로 부상을 방지하는 알림 메시지를 제공할 수 있다.
또한, 관리자의 통신 장치(230) 또는 관제서버(500)는 긴급사항에 대해 작업자들이 조기 대처할 수 있도록 하며, 작업자들의 작업 지시사항을 원격에서 각각의 작업자들에게 전달할 수 있다.
또한, 관리자의 통신 장치(230) 또는 관제서버(500)는 작업 과정에서 취합된 정보들을 이용하여 작업정보 통계에 기반한 작업 효율화 및 프로세스를 개선할 수 있다.
한편, 센싱장치(100)은 작업자의 휴대용 통신장치(210)와 연결되면서 작업자의 개인 정보에 따라 센서들의 값을 캘리브레이션 할 수 있다. 예를 들어 센싱장치(100)의 통신부(190)가 작업자의 휴대용 통신장치(210)와 페어링 하면서 작업자의 휴대용 통신장치(210)의 식별 정보를 수신하면 센싱장치(100)의 제어부(150)는 해당 식별 정보에 해당하여 센싱장치(100)의 캘리브레이션 정보를 로딩할 수 있다. 표 1을 참고한다.
작업자의 휴대용 통신장치의 식별 정보 캘리브레이션 정보
UID_012345 {work_count_threshold = 3, load_max_threshold = 5 load_sensing_calib = -0.3}
UID_54321 {work_count_threshold = 2, load_max_threshold = 4 load_sensing_calib = 0.4}
표 1에서 UID_012345로 식별되는 작업자에 대해, 센싱장치(100)의 제어부(150)는 파워센서(110)가 감지하여 작업 횟수로 산정하는 기준값(work_count_threshold)을 3으로 설정한다. 그리고 센싱장치(100)의 제어부(150)는 최대 무게를 산정하는 기준값(load_max_threshold)을 5로 설정한다. 그리고 센싱장치(100)의 제어부(150)는 파워센서(110)가 센싱한 값을 캘리브레이션하는 값(load_sensing_calib)을 "-0.3"으로 설정한다.
반면, UID_54321로 식별되는 작업자에 대해, 센싱장치(100)의 제어부(150)는 파워센서(110)가 감지하여 작업 횟수로 산정하는 기준값(work_count_threshold)을 2로 설정한다. 그리고 센싱장치(100)의 제어부(150)는 최대 무게를 산정하는 기준값(load_max_threshold)을 4로 설정한다. 그리고 센싱장치(100)의 제어부(150)는 파워센서(110)가 센싱한 값을 캘리브레이션하는 값(load_sensing_calib)을 "0.4"로 설정한다.
따라서, 동일한 센싱장치(100) 혹은 동일한 센싱장치(100)이 결합한 근력보조장치를 다수의 작업자가 번갈아 사용할 경우에도 작업자의 휴대용 통신장치(210)를 통해 센싱장치(100)이 작업자를 식별하여 그에게 적합하게 센싱장치(100)이 동작할 수 있다.
정리하면, 센싱장치(100)은 작업의 시작과 종료 시간을 저장하거나 이를 작업자의 휴대용 통신 장치(210)에게 제공할 수 있다. 또한, 센싱장치(100) 또는 이에 통신상으로 연결된 작업자의 휴대용 통신 장치(210)는 실시간으로 누적된 작업 횟수, 무게 상한의 초과 횟수, 일정 기간동안 누적된 작업 횟수, 시간대별 작업 누적 횟수, 또는 요일별 작업의 누적된 횟수 등을 산출할 수 있다. 그리고 이 정보는 관리자의 통신장치(230) 또는 관제서버(500)로 전달되고, 작업 통계나 알림 메시지를 작업자에게 전달할 수 있다.
관리자의 통신장치(230) 또는 관제서버(500)는 센싱장치(100) 별, 그리고 작업자 별, 또는 작업장 별로 작업의 횟수나 무게 상한선을 초과한 횟수, 또는 시간대별 누적 횟수나 요일별 누적 횟수 등을 산출하여 작업 통계 자료를 산출할 수 있다.
또한, 관리자의 통신장치(230) 또는 관제서버(500)는 센싱장치(100) 혹은 작업자의 휴대용 통신 장치(210)에게 센싱장치를 초기화할 것을 지시하거나 기본 설정을 수행하도록 지시하거나 설정된 값을 변경하는 재설정 과정을 지시할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 설정 화면을 보여주는 도면이다. 센싱장치가 하중이나 힘을 측정하는 주기(측정주기)와 센싱한 정보를 송신하는 주기(송신 주기), 그리고 작업횟수를 산정하는 무게 등을 설정할 수 있다.
또한, 해당 작업자에 대한 정보, 예를 들어 작업자의 성명, 무게 상한 기준 값, 휴식 작업 횟수 등을 설정할 수 있다.
이 설정값은 관제서버(500)나 관리자의 통신장치(230)에도 저장되어 해당 작업자의 작업 상황에 따라 알림 메시지가 작업자의 휴대용 통신 장치(210)에게 전송될 수 있다.
이와 같은 센싱장치가 제공하는 기능들을 정리하면 다음과 같다. 센싱장치(100)은 파워센서, 예를 들어 압력센서나 인장력 센서 등을 이용하여 장력에 걸리는 무게 측정를 측정한다. 이때, 센싱장치(100)은 측정 주기는 0.1초, 0.5초 등 설정된 주기에 따라 장력에 걸리는 무게를 측정할 수 있다.
센싱장치(100)의 제어부(150)는 데이터를 환산하는 과정에서 작업 횟수와 무게 상한 초과 횟수를 환산할 수 있다.
센싱장치(100)의 제어부(150)는 측정무게가 설정한 '작업횟수산정무게'(e.g.5kg) 이하 값에서 그 이상의 값(또는 이상의 값에서 그 이하 값)으로 변화 시 1회로 측정하여 설정한 '송신주기'(e.g.10s) 내 작업횟수를 환산할 수 있다.
또한, 센싱장치(100)의 제어부(150)는 측정무게가 설정한 '무게상한'(e.g.40kg) 이상 시 1회로 측정하여 설정한 '송신주기'(e.g.10s) 내 무게상한 초과횟수를 환산할 수 있다.
제어부(150)의 제어에 따라 통신부(190)는 휴대용 통신장치와 데이터를 송수신할 수 있다. 일 실시예로, 통신부(190)는 작업횟수 및 무게상한 초과횟수를 휴대용 통신장치에게 송신하기 위하여, 미리 설정된 '송신주기'(10s) 간격에 따라 BLE 방식으로 시간정보, 작업횟수, 무게상한 초과횟수 값을 휴대용 통신장치의 앱(예를 들어 스마트폰 앱)으로 송신한다.
송신하는 데이터의 예시로는 다음과 같이 구조화할 수 있다.
(시간정보, 작업횟수, 초과횟수) = (09:00:20, 3회, 1회) 또는,
(시간정보, 작업횟수, 초과횟수) = (2period, 3회, 1회)
여기서 '측정주기'와 '송신주기'는 센싱장치 및 휴대용 통신장치의 배터리 소모량 및 측정정확도에 따라 변경될 수도 있다.
한편, 통신부(190)는 측정무게가 설정한 "무게상한"(e.g.40kg)을 초과하는 경우, 즉시 BLE 방식으로 무게상한 초과 신호를 무게값과 함께 스마트폰 등 휴대용 통신장치의 앱으로 송신한다.
또한, 휴대용 통신장치의 앱에서 설정값 변경 시 통신부(190)는 변경한 설정 값을 BLE방식으로 수신하여 적용할 수 있다. 예를 들어, 측정주기, 송신주기, 작업횟수산정무게, 무게상한 등을 적용할 수 있으며, 앞서 표 1에서 살펴본 바와 같이 캘리브레이션 정보를 적용할 수도 있다. 설정값은 작업 특성이나 환경, 개인상황에 맞게 앱으로 변경 가능하다.
또한, 긴급 상황이 발생한 경우, 센싱장치에 결합된 긴급 버튼을 작업자가 누르면 즉시 통신부(190)는 긴급상황 신호를 작업자의 통신 장치 또는 관리자용 통신장치, 또는 관제 서버 등으로 송신할 수 있다.
지지유닛, 예를 들어 와이어를 통한 근력 보조가 발생할 때 반드시 와이어에 장력이 걸리므로, 센싱장치는, 지지유닛의 일 부분, 예를 들어 와이어 일부분에 장력을 측정하는 센싱장치를 체결함으로써 근력 보조 과정에서 발생하는 다양한 정보가 센싱장치에 의해 센싱된다.
특히, 센싱장치는 부하(힘, 무게, 중량 등)를 센싱할 수 있다. 근력보조장치에 체결 및 탈착이 가능한 센싱장치는 근력보조장치의 와이어에 걸리는 장력을 측정하여 근력보조장치를착용한 작업자의 작업횟수, 취급중량물 무게 등 작업보조 관련 정보를 데이터화 할 수 있고, 이를 외부로 전송하여 알람 및 통계 서비스에 활용할 수 있따.
특히, 센싱장치는 파워센서 외에도 생체 정보나 위치 정보, 환경 정보 중 어느 하나 이상을 센싱하는 엑스트라 센서를 더 포함할 수 있다. 또한 센싱장치(100)은 통신부(190)를 이용하여 다양한 부가 기능 및 통신장치, 예를 들어 모바일 앱/웹과 연동하여 이에 기반한 서비스를 제공하여 근력보조장치의 기능을 향상시킬 수 있다.
일 실시예로, 센싱장치에 긴급버튼, 위치 센서(GPS), 유해 가스 센서 등이 결합될 경우, 작업과정에서 발생하는 긴급 상황에 대처할 수 있으며, 작업자의 위치 정보나 환경 정보를 관제 서버(500)나 외부 관리자용 통신장치에게 전달할 수 있다.
특히, 센싱장치는 근력보조장치에 체결 및 분리가 가능한 구성이므로, 근력보조장치의 지지유닛, 예를 들어 와이어 등의 일부분에 간단히 체결할 수 있으며, 그 즉시 센싱장치의 다양한 부가 기능을 제공할 수 있다.
그리고, 센싱된 정보들에 기반하여 작업횟수에 따라 작업자에게 휴식을 권고하거나, 취급물 무게에 따른 주의 알람 메시지가 작업자에게 전달되도록 하여 작업자의 부상을 방지하는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 관리자 역시 작업자별 맞춤형 알람설정을 통한 부상방지 최적화, 작업정보 통계에 기반한 작업효율화 및 프로세스 개선 등 관리자의 작업 관리의 효율성도 높일 수 있다.
본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적 범위 내에서 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 반도체 기록소자를 포함하는 저장매체를 포함한다. 또한 본 발명의 실시예를 구현하는 컴퓨터 프로그램은 외부의 장치를 통하여 실시간으로 전송되는 프로그램 모듈을 포함한다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 통상의 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 따라서, 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 근력보조장치에 결합하는 센싱장치에 있어서,
    상기 근력보조장치의 지지유닛의 형상의 변화를 센싱하는 파워센서;
    상기 파워센서가 센싱한 값을 이용하여 상기 지지유닛에 가해진 부하의 크기 또는 횟수 중 어느 하나 이상을 산출하는 제어부; 및
    상기 제어부가 산출한 정보를 휴대용 통신 장치로 전송하는 통신부를 포함하는, 센싱장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지유닛은 와이어, 탄성체 또는 프레임 중 어느 하나를 포함하며,
    상기 파워센서는 상기 지지유닛이 변형된 형상에 의해 눌러지는 FSR(Force Sensitive Resistor) 센서를 포함하는, 센싱장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지유닛은 와이어이며,
    상기 와이어의 제1방향으로의 움직임을 저지하는 제1앵글바 및 제2앵글바; 및
    상기 와이어의 제2방향으로의 움직임에 따라 이동하거나 휘어져서 상기 FSR 센서에 압력을 가하는 센서푸시바를 포함하며, 상기 제1방향 및 상기 제2방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는, 센싱장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 와이어는 상기 센싱장치의 커버에 배치된 홀을 관통하여 상기 제1앵글바, 상기 센서푸시바 및 상기 제2앵글바 사이에 배치되는, 센싱장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지유닛은 와이어이며,
    상기 파워센서는 상기 와이어에 의해 휘어진 각도의 크기를 센싱하는 센서를 포함하는, 센싱장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지유닛은 와이어이며,
    상기 파워센서는 상기 와이어에 의해 인장되는 인장력 센서를 포함하는, 센싱장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지유닛은 와이어이며,
    상기 센싱장치는 개폐 가능한 프론트 커버 및 백 커버를 포함하며, 상기 프론트 커버는 상기 와이어가 통과하는 홀이 배치되며,
    상기 센싱장치는 상기 프론트 커버 및 상기 백 커버의 개폐에 따라 상기 근력보조장치와 체결 또는 탈착하는, 센싱장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센싱장치는 상기 와이어와 상기 센싱장치를 고정시키는 라인 홀더를 더 포함하는 센싱장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 제1시점에 상기 파워센서가 센싱한 힘의 제1크기와 제2시점에 상기 파워센서가 센싱한 힘의 제2크기를 비교하며,
    상기 제어부는 상기 제1크기 및 상기 제2크기의 차이와, 상기 제1크기 및 상기 제2크기 각각을 미리 설정된 하나 이상의 기준값과 비교하여 작업 횟수와 최대 무게 초과횟수를 카운팅하는, 센싱장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 휴대용 통신장치의 식별 정보를 수신하며,
    상기 제어부는 상기 수신한 식별 정보에 따라 상기 센싱장치의 캘리브레이션 정보를 로딩하여 상기 파워센서를 제어하는, 센싱장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 근력보조장치를 착용한 작업자의 신체에 부착되거나 상기 휴대용 통신장치에 포함되거나 또는 상기 센싱장치에 물리적으로 결합된 엑스트라 센서를 더 포함하며,
    상기 엑스트라 센서는 생체 정보, 위치 정보 또는 환경 정보 중 어느 하나를 센싱하는, 센싱장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 휴대용 통신장치 또는 상기 휴대용 통신 장치와 통신하는 관제 서버는 상기 파워센서가 센싱한 정보를 이용하여 상기 근력보조장치를 착용한 작업자가 운반하는 사물의 무게를 계산하거나 또는 상기 작업자의 작업 시간 및 작업량을 계산한 후, 상기 휴대용 통신 장치가 상기 계산한 결과에 대응하는 작업 알람 정보를 출력하는, 센싱장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 근력보조장치에 상기 센싱장치가 최초로 결합될 경우, 상기 센싱장치의 리셋 및 초기화에 필요한 작업을 요청하는 메시지를 생성하고,
    상기 통신부는 상기 메시지를 상기 휴대용 통신 장치에게 전송하는, 센싱장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 휴대용 통신장치는 외부의 관제서버로부터 작업을 지시하는 호출 메시지를 수신하여 수신한 메시지를 음성 메시지 또는 시각적 메시지 또는 경고음으로 출력하는, 센싱장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 근력보조장치는 작업자의 상체에 착용하는 근력보조장치 또는 작업자의 하체에 착용하는 근력보조장치 중 어느 하나인, 센싱장치.
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