WO2023136576A1 - 광학식 촉각 센서 - Google Patents

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WO2023136576A1
WO2023136576A1 PCT/KR2023/000405 KR2023000405W WO2023136576A1 WO 2023136576 A1 WO2023136576 A1 WO 2023136576A1 KR 2023000405 W KR2023000405 W KR 2023000405W WO 2023136576 A1 WO2023136576 A1 WO 2023136576A1
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WO
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marker
tactile sensor
sensor module
color
optical tactile
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Application number
PCT/KR2023/000405
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English (en)
French (fr)
Inventor
홍현석
곽진표
Original Assignee
삼성전자 주식회사
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/247—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet using distributed sensing elements, e.g. microcapsules
    • G—PHYSICS
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    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/166—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using photoelectric means
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    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
    • G01L5/228—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping using tactile array force sensors

Definitions

  • the present invention relates to an optical tactile sensor, preferably a tactile sensor used in a robotic hand.
  • Tactile sensors are useful for detecting, grasping and/or manipulating objects and are based on contact between the object and the sensor.
  • An optical tactile sensor is a tactile sensor that uses a camera to capture the shape and sliding of contact between an object and the sensor.
  • OTS optical tactile sensor
  • a camera-based optical tactile sensor measures displacement of an elastic part (e.g., gel) and a plurality of markers due to contact with an object with a camera, thereby measuring the force applied to the elastic part can do.
  • Optical tactile sensors especially as the need to stably hold or place various objects with the robot hand increases, precisely measure the intensity of force to implement the contact information felt by the finger when a person grabs an object to the robot hand, and various forces
  • OTS optical tactile sensor
  • OTS optical tactile sensor
  • An optical tactile sensor is composed of markers including a plurality of colors, and can accurately measure the displacement of the marker when capturing an external image.
  • a housing a circuit board disposed inside the housing, an elastic part including a first surface contacted by an object, and a plurality of parts disposed on the first surface of the elastic part two markers, and a camera unit electrically connected to the circuit board and capturing movement of the markers when the object approaches the first surface of the elastic part, wherein the markers include a first color; It may include a first marker and a second marker including a second color different from the first color.
  • An electronic device includes an optical tactile sensor module and a circuit board electrically connected to the optical tactile sensor module, wherein the optical tactile sensor module includes a housing and a circuit board disposed inside the housing , electrically connected to an elastic part including a first surface contacted by an object, a plurality of markers disposed on the first surface of the elastic part, and the circuit board, wherein the object is connected to the first surface of the elastic part
  • a camera unit for capturing motion of the marker may be included, wherein the marker may include a first marker having a first color and a second marker having a second color different from the first color.
  • a marker may be composed of a plurality of markers composed of a plurality of colors.
  • the markers of the optical tactile sensor may use a thermosensitive pigment. Accordingly, a marker using a thermosensitive pigment may change into a plurality of colors according to a plurality of measurable temperature ranges.
  • the optical tactile sensor measures the temperature and determines whether or not the external object is in contact with the external object and the contact area.
  • FIG. 1A and 1B are side views schematically illustrating an optical tactile sensor module according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a side view schematically illustrating an optical tactile sensor module according to other embodiments of the present disclosure.
  • FIG 3 is a view showing an elastic part viewed from a camera unit and a general marker disposed on the elastic part according to a general optical tactile sensor module.
  • FIG. 4A is a view showing an elastic part not including a general marker as viewed from a camera part according to a general optical tactile sensor module.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a screen photographed through a camera unit in the case of FIG. 4A .
  • 5A is a diagram illustrating an elastic part and a marker viewed from a camera part according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a screen photographed through a camera unit in the case of FIG. 5A .
  • FIG. 6 is a view illustrating an elastic part viewed from a camera unit and a marker disposed on the elastic part according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating an elastic part and a marker viewed from a camera part according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7B is a diagram illustrating a screen photographed through a camera unit in the case of FIG. 7A .
  • FIG. 8A is a diagram illustrating an elastic part viewed from a camera unit and a marker in which a color of a first marker is changed to a color 1a when a measured temperature corresponds to a first range according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating an elastic part viewed from a camera unit and a marker in which a color of a first marker is changed to a color 1b when a measured temperature corresponds to a second range according to embodiments of the present disclosure.
  • 8C is a diagram illustrating an elastic part viewed from the camera unit and a marker in which a color of a first marker is changed to a 1c color when a measured temperature corresponds to a third range according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a view illustrating a plurality of markers having different temperatures according to an elastic part viewed from a camera part and positions according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • Electronic devices may be devices of various types.
  • the electronic device may include, for example, a portable communication device (eg, a smart phone), a computer device, a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance.
  • a portable communication device eg, a smart phone
  • a computer device e.g., a smart phone
  • a portable multimedia device e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a camera
  • a wearable device e.g., a smart bracelet
  • first, second, or first or secondary may simply be used to distinguish that component from other corresponding components, and may refer to that component in other respects (eg, importance or order) is not limited.
  • a (eg, first) component is said to be “coupled” or “connected” to another (eg, second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively.”
  • the certain component may be connected to the other component directly (eg by wire), wirelessly, or through a third component.
  • module used in various embodiments of this document may include a unit implemented by hardware, software, or firmware, and is interchangeably interchangeable with terms such as, for example, logic, logical blocks, components, or circuits.
  • a module may be an integrally constructed component or a minimal unit of components or a portion thereof that performs one or more functions.
  • the module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • a processor eg, a processor of a device (eg, an electronic device) may call at least one command among one or more instructions stored from a storage medium and execute it. This enables the device to be operated to perform at least one function according to the at least one command invoked.
  • the one or more instructions may include code generated by a compiler or code executable by an interpreter.
  • the device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-temporary' only means that the storage medium is a tangible device and does not contain signals (e.g., electromagnetic waves), and this term refers to the case where data is stored semi-permanently in the storage medium. It does not discriminate when it is temporarily stored.
  • signals e.g., electromagnetic waves
  • the method according to various embodiments disclosed in this document may be included and provided in a computer program product.
  • Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities.
  • a computer program product is distributed in the form of a device-readable storage medium (e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)), or through an application store (e.g. Play Store TM ) or between two user devices ( It can be distributed (eg downloaded or uploaded) online, directly between smartphones.
  • a device e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)
  • an application store e.g. Play Store TM
  • It can be distributed (eg downloaded or uploaded) online, directly between smartphones.
  • at least part of the computer program product may be temporarily stored or temporarily created in a storage medium readable by a device such as a manufacturer's server, an application store server, or a relay server's memory.
  • each component (eg, module or program) of the above-described components may include a single object or a plurality of entities, and some of the plurality of entities may be separately disposed from other components. .
  • one or more components or operations among the aforementioned corresponding components may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • a plurality of components eg modules or programs
  • the integrated component may perform one or more functions of each of the plurality of components identically or similarly to those performed by a corresponding component of the plurality of components prior to the integration. .
  • operations performed by modules, programs, or other components are executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the operations are executed in a different order, omitted, or , or one or more other operations may be added.
  • FIG. 1A and 1B are side views schematically illustrating an optical tactile sensor module 100 according to embodiments of the present disclosure.
  • 2 is a side view schematically illustrating an optical tactile sensor module 100 according to other embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a view showing the elastic part 110 viewed from the camera unit 130 and the general marker 120 disposed on the elastic part 110 according to a general optical tactile sensor module.
  • FIG. 4A is a view showing the elastic part 110 not including the general marker 120 viewed from the camera unit 130 according to the general optical tactile sensor module.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a screen photographed through the camera unit 130 in the case of FIG. 4A .
  • 5A is a view showing the elastic part 110 and the marker 120 viewed from the camera part 130 according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a screen photographed through the camera unit 130 in the case of FIG. 5A.
  • the optical tactile sensor module 100 may include an elastic part 110 , a general marker 120 , a camera part 130 , and a housing 140 .
  • 'X' may mean a length direction of the optical tactile sensor module 100 .
  • 'Y' may mean a width direction of the optical tactile sensor module 100 .
  • 'Z' may mean a thickness direction of the optical tactile sensor module 100 .
  • '+X' may mean a right direction of the optical tactile sensor module 100, and '-X' may mean a left direction of the optical tactile sensor module 100.
  • '+Y' may mean the front direction of the optical tactile sensor module 100, and '-Y' may mean the rear direction of the optical tactile sensor module 100.
  • '+Z' may mean an upward direction of the optical tactile sensor module 100, and '-Z' may mean a downward direction of the optical tactile sensor module 100.
  • the optical tactile sensor module 100 can identify an external object near the optical tactile sensor module 100 (eg, the external object P1 of FIG. 4B ), measure the temperature of the external object, and , tactile information of an external object (eg, the external object P1 of FIG. 4B) may be obtained.
  • an external object near the optical tactile sensor module 100 eg, the external object P1 of FIG. 4B
  • tactile information of an external object eg, the external object P1 of FIG. 4B
  • the optical tactile sensor module 100 may be electrically and/or physically connected to another external device (eg, an industrial robot) through a connection unit (not shown).
  • the optical tactile sensor module 100 may be controlled by a connected external electronic device (eg, an industrial robot).
  • the movement of the optical tactile sensor module 100 or the internal operation of the optical tactile sensor module 100 may be controlled by an electrical signal from a connected external electronic device.
  • the optical tactile sensor module 100 is mounted on a hand of an industrial robot so that tactile information can be acquired when the industrial robot grabs an object.
  • the industrial robot identifies an external object approaching the optical tactile sensor module 100 by using the optical tactile sensor module 100, measures the temperature of the object, and grabs the object to obtain tactile information of the object.
  • the circuit board may be electrically connected to the camera unit 130 .
  • the processor may be programmed to process image information acquired by the camera unit 130 .
  • the optical tactile sensor module 100 may be connected to a power source included in an external electronic device or a processor of the external electronic device.
  • the optical tactile sensor module 100 may include a power source therein or be operated by being connected to an external power source.
  • the external electronic device is not limited to an industrial robot and may be variously designed.
  • the elastic part 110 may be formed of an elastic material.
  • the optical tactile sensor module 100 may contact an external object (eg, the external object P1 of FIG. 4B ) through the elastic part 110 and acquire tactile information of the object.
  • the elastic part 110 may be formed of an optically transparent elastic body (eg, gel).
  • an optically transparent elastic body eg, gel
  • a silicone resin such as silicone rubber, but the elastomer may be made of any other suitable optically transparent material, such as other types of rubber and elastomers.
  • the first surface 111 of the elastic part 110 may be optically translucent.
  • the general marker 120 may be disposed adjacent to the first surface 111 of the elastic part 110 .
  • the general marker 120 may be disposed on the first surface 111 of the elastic part 110 .
  • it may be printed on the elastic part 110 .
  • the general marker 120 may be disposed inside the elastic part 110 .
  • the position of the elastic part 110 is not limited to the above embodiment, and may be variously designed.
  • a general marker 120 may include a plurality of markers arranged at regular intervals. A plurality of markers may be arranged side by side on the same plane (eg, the XY plane of FIG. 3).
  • the markers 120 including a plurality of markers inside the elastic part 110 are arranged at regular intervals along the X-axis and Y-axis.
  • the marker 120 may be configured as a circular marker.
  • the arrangement of the plurality of markers 120 may not be constant.
  • the arrangement of the plurality of markers 120 may be variously designed and changed.
  • the camera unit 130 may capture movements of the elastic unit 110 and the general marker 120 according to the contact of an external object.
  • the movement of the marker may include at least one of displacement, deformation, and inclination of the marker.
  • the elastic part 110 is transparent or translucent, not only the marker 120 but also the external object P1 may be visible on the capturing screen of the camera unit 130 .
  • the camera unit 130 is disposed toward the upper direction (eg, the +Z direction of FIG. 1 ), spaced apart from the elastic part 110 at regular intervals, and the elastic part 110 As a reference, it may be located in the opposite direction to the part receiving external pressure. According to one embodiment, the camera unit 130 may be located at the center of the elastic unit 110 based on the XY plane. According to another embodiment, referring to FIG. 2 , the camera unit 130 may be located on one side of the elastic unit based on the XY plane. However, the position of the camera unit 130 is not limited to the above embodiment, and may be variously designed depending on the size or arrangement of surrounding structures.
  • the camera unit 130 may be a digital camera, that is, a camera for outputting image data as an electrical signal.
  • it may be a CCD camera.
  • the camera unit 130 of the present invention is not limited to a CCD camera, and for example, a digital camera using a C-MOS type image sensor may be used.
  • the housing 140 constitutes at least a part of the outer appearance of the optical tactile sensor module 100 and may fix the positions of the elastic part 110 and the camera part 130 . At least a portion of the housing 140 may contact at least a portion of the elastic part 110 . For example, at least a portion of the housing 140 may come into contact with one surface facing the opposite direction to the first surface 111 of the elastic part 110 (eg, -Z direction in FIG. 1 ). According to one embodiment, referring to FIG. 1 , the housing 140 may be configured as a surface perpendicular and/or horizontal to the first surface 111 of the elastic part 110 . According to another embodiment, referring to FIG.
  • the housing 140 may include one surface inclined at a predetermined angle with the first surface 111 of the elastic part 110 .
  • the shape of the housing 140 is not limited to the above embodiment, and may be variously designed depending on the size or arrangement of surrounding structures.
  • the elastic part When the external object P1 approaches the first surface of 110), the external object may be visible on the photographing screen of the camera unit 130.
  • FIG. 5B in the case of a general optical tactile sensor module 100 composed of a general marker 120 and an elastic part 110, an external object and a general marker (120) may appear overlapping.
  • the general marker 120 when at least some colors of the captured screen are similar to colors of the general marker 120, it may be difficult to easily measure the displacement and movement of the general marker 120.
  • the general marker 120 when the general marker 120 is black and at least a portion of the photographing screen has a dark color similar to that of the general marker 120, it may be difficult to measure the displacement of the marker.
  • the general marker 120 when the general marker 120 is black, when at least a part of the scene visible on the shooting screen of the external object P1 and/or the camera unit 130 is a dark color similar to the color of the marker 120, It can be difficult to measure the displacement of markers.
  • FIG. 6 is a view showing the elastic part 110 viewed from the camera unit 130 and the marker 220 disposed on the elastic part 110 according to various embodiments of the present disclosure.
  • 7A is a diagram showing the elastic part 110 and the marker 220 viewed from the camera part 130 according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7B is a diagram illustrating a screen photographed through the camera unit 130 in the case of FIG. 7A.
  • the optical tactile sensor module 100 may include an elastic part 110 , a marker 220 , a camera part 130 , and a housing 140 .
  • the configuration of the elastic part 110, the marker 220, the camera part 130, and the housing 140 of FIGS. 6 to 7B is the elastic part 110, the marker 120, and the camera part of FIGS. 1 to 4B. 130 and the housing 140 may have some or all of the same configurations.
  • 'X' may mean a length direction of the optical tactile sensor module 100 .
  • 'Y' may mean a width direction of the optical tactile sensor module 100 .
  • 'Z' may mean a thickness direction of the optical tactile sensor module 100 .
  • '+X' may mean a right direction of the optical tactile sensor module 100, and '-X' may mean a left direction of the optical tactile sensor module 100.
  • '+Y' may mean the front direction of the optical tactile sensor module 100, and '-Y' may mean the rear direction of the optical tactile sensor module 100.
  • '+Z' may mean an upward direction of the optical tactile sensor module 100, and '-Z' may mean a downward direction of the optical tactile sensor module 100.
  • the marker 220 may include a plurality of regions of different colors in order to clearly distinguish the marker 220 from an external object.
  • the markers constituting the marker 220 may include a first marker 221 including a first color and a second marker 222 including a second color different from the first color.
  • the first marker 221 may be black.
  • the second marker 222 may be white.
  • the first marker 221 may be a circular marker having a radius of the first length r1.
  • the second marker 222 has a circular shape in which the center of the circle coincides with the circular first marker 221 and the radius is the second length r2, and the overlapping portion with the first marker 221 is excluded.
  • the second length r2 that is the radius of the second marker 222 may be greater than the first radius r1 of the first marker 221 .
  • the second marker 222 may be a donut-shaped marker wrapped around the first marker 221 with a predetermined thickness 'second length r2 -first length r1'.
  • the shape of the first marker 221 and/or the second marker 222 is not limited to the above embodiment and may be variously designed.
  • an external object eg, the external object P1 of FIG. 7B
  • the capturing screen of the camera unit 130 An external object and a plurality of markers 220 may be seen overlapping.
  • the second color including the second color is positioned at the edge of the marker 220, so an external object (eg, a drawing)
  • the external object P1 of 7b and the marker 220 can be easily distinguished, and the displacement and movement of the marker 220 can be easily measured.
  • the first color including the first color is located at the center of the marker 120, an external object (eg, the outside of FIG. 7B )
  • the object P1) and the marker 220 can be easily distinguished, and the displacement and movement of the marker 220 can be easily measured.
  • FIG. 8A shows that the color of the elastic part 110 and the first marker 221 viewed from the camera unit 130 is the 1a color when the measured temperature corresponds to the first range, according to one embodiment of the present disclosure. It is a diagram showing the marker 220 changed to .
  • FIG. 8B shows that the color of the elastic part 110 and the first marker 221 viewed from the camera part 130 is the 1b color when the measured temperature corresponds to the second range according to one embodiment of the present disclosure. It is a diagram showing the marker 220 changed to .
  • FIG. 8C shows that the color of the elastic part 110 and the first marker 221 viewed from the camera unit 130 is the 1c color when the measured temperature falls within the third range according to one embodiment of the present disclosure. It is a diagram showing the marker 220 changed to .
  • 9 is a view showing the elastic part 110 viewed from the camera part 130 and a plurality of markers 220 having different temperatures according to positions according to one embodiment of the present disclosure.
  • the optical tactile sensor module 100 may include an elastic part 110 and a marker 220 .
  • Configurations of the elastic part 110 and the marker 220 of FIGS. 7A to 8 may be partially or entirely the same as those of the elastic part 110 and the marker 220 of FIG. 5 .
  • 'X' may mean a length direction of the optical tactile sensor module 100 .
  • 'Y' may mean a width direction of the optical tactile sensor module 100 .
  • '+X' may mean a right direction of the optical tactile sensor module 100, and '-X' may mean a left direction of the optical tactile sensor module 100.
  • '+Y' may mean the front direction of the optical tactile sensor module 100, and '-Y' may mean the rear direction of the optical tactile sensor module 100.
  • the first color of the first marker 221 may include a thermosensitive pigment whose color changes according to temperature.
  • measurable temperatures may be divided into a plurality of ranges, and a plurality of colors may be designated according to the corresponding ranges.
  • the thermosensitive pigment is a pigment whose color changes depending on the temperature. As the temperature rises, the color starts to disappear, and when the temperature decreases again, the original color returns. Thermosensitive pigments change color between -15°C and 70°C at intervals of 2 ⁇ 10°C, and pigments of various grades, such as pigments that change when 20°C rises by 2°C, and pigments that change at 31°C, 43°C, and 65°C, respectively.
  • 31°C TP which is a general temperature-sensitive pigment
  • the color disappears at 33°C and returns to its original color when lowered to the original temperature.
  • BT-20 blue thermosensitive pigment
  • RT-43 red thermochromic pigment
  • thermal pigments of various colors there are thermal pigments of various colors, and different colors can be obtained by combining two types of thermal pigments or by combining a thermal pigment and a general pigment, and another result can be obtained by combining three or more types of thermal pigments with different temperatures. It can be applied to various product needs according to development. For example, by combining a 20°C thermal pigment, a 31°C thermal pigment, and a 43°C thermal pigment, the color changes at 25°C, then changes to another color at 35°C, and another color when the temperature rises above 45°C.
  • thermosensitive pigments are merely listed as examples, and the present invention is not limited thereto, and a person having ordinary knowledge in the art to which the present invention belongs (hereinafter referred to as 'those skilled in the art') commercially available several thermosensitive pigments. It is obvious that the pigment can be appropriately selected and used.
  • the thermosensitive pigment may be selected in the temperature range of -15 to 70 ° C.
  • the optical tactile sensor module considering that the first marker 221 of the marker 120 is used in the optical tactile sensor module 100, the optical tactile sensor module It will be apparent to those skilled in the art that a thermosensitive pigment in a temperature range that does not affect other components of (100) is selected.
  • the first marker 221 of the first color may be changed to the 1a marker 221a of the 1a color when a temperature in the first range is measured.
  • the first marker 221 of the first color may change to the 1b marker 221b of the 1b color when a temperature in a second range different from the first range is measured.
  • the first marker 221 of the first color is changed to the 1c marker 221c of the 1c color when a temperature in a third range different from the first range and the second range is measured.
  • the range of temperature at which the color changes is not limited to the above embodiment, and may be variously designed and changed according to the purpose of use.
  • the measured temperature may be different depending on the position of the marker 220.
  • the temperature measured at the marker 220 close to the corresponding part and the marker far from the corresponding part ( 220) may be different. Therefore, by measuring the temperature according to the location, it is possible to determine whether or not the external object is in contact with the external object (eg, the external object P1 of FIG. 8 ) and the contact area.
  • a housing eg, the housing 140 of FIG. 1 and a circuit board disposed inside the housing
  • An elastic part eg, elastic part 110 in FIG. 1 including a first surface (eg, first surface 111 in FIG. 1) for an object to contact, disposed on the first surface of the elastic part a plurality of markers (eg, the plurality of markers 120 in FIG. 1 ), and electrically connected to the circuit board, and when the object approaches the first surface of the elastic part, the plurality of markers It includes a camera unit (eg, the camera unit 130 of FIG.
  • the plurality of markers include a first marker including a first color (eg, the first marker of FIG. 6 ( 221)), and a second marker (eg, the second marker 222 of FIG. 6 ) including a second color different from the first color.
  • the first marker may be a circular marker having a radius of a first length (eg, the first length r1 in FIG. 6 ).
  • the second marker is formed to surround an edge of the first marker, and the outside of the second marker has a second length longer than the first length (eg, the second length (r2 in FIG. 6) )) may be circular.
  • the first marker may include a thermosensitive pigment.
  • the first color of the first marker is changed to color 1a when a temperature in a first range is measured, and when a temperature in a second range higher than the first range is measured, When the color is changed to 1b and a temperature in the third range higher than the second range is measured, the color may be changed to 1c.
  • the plurality of markers may be arranged at regular intervals.
  • the elastic part may include at least one optically transparent material selected from a silicone resin and an elastomer.
  • the elastic part may include an optically translucent material.
  • the marker and the object may be visible on a capturing screen of the camera unit.
  • the movement of the marker may include at least one of displacement, deformation, or inclination of the marker.
  • connection unit to be connected to an external electronic device may be further included.
  • the external electronic device may be an industrial robot.
  • An electronic device includes an optical tactile sensor module and a circuit board electrically connected to the optical tactile sensor module, wherein the optical tactile sensor module includes a housing and a first surface for contact with an object. Capturing motions of an elastic part including an elastic part, a plurality of markers disposed on the first surface of the elastic part, and at least a portion of the plurality of markers when the object approaches the first surface of the elastic part.
  • a camera may be included, and the plurality of markers may include a first marker including a first color and a second marker including a second color different from the first color.
  • the first marker may be a circular marker having a radius of a first length.
  • the second marker may be formed to surround an edge of the first marker, and an outside of the second marker may have a circular shape having a radius of a second length longer than the first length.
  • the first marker may include a thermosensitive pigment.
  • the first color of the first marker is changed to color 1a when a temperature in a first range is measured, and when a temperature in a second range higher than the first range is measured, When the color is changed to 1b and a temperature in the third range higher than the second range is measured, the color may be changed to 1c.
  • the plurality of markers may be arranged at regular intervals.
  • the elastic part may include at least one optically transparent material selected from a silicone resin and an elastomer.
  • the elastic part may include an optically translucent material.
  • optical tactile sensor e.g., the optical tactile sensor module 100 of FIG. 1
  • optical tactile sensor module 100 of FIG. 1 The optical tactile sensor (e.g., the optical tactile sensor module 100 of FIG. 1) of various embodiments of the present disclosure described above is not limited by the above-described embodiments and drawings, and various substitutions are possible within the technical scope of the present disclosure. , It will be clear to those skilled in the art that variations and changes are possible.

Landscapes

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Abstract

본 개시의 다양한 실시예에 광학 촉각 센서 모듈에 있어서, 하우징, 상기 하우징 내부에 배치된 회로 기판, 물체가 접촉하는 제1 면을 포함하는 탄성부, 상기 탄성부의 상기 제1 면 상에 배치된 복수 개의 마커, 및 상기 회로 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 물체가 상기 탄성부의 상기 제1 면에 접근할 때, 상기 마커의 움직임을 촬영하는 카메라부를 포함하고, 상기 마커는, 제1 색상을 포함하는 제1 마커, 및 상기 제1 색상과 상이한 제2 색상을 포함하는 제2 마커를 포함할 수 있다.

Description

광학식 촉각 센서
본 개시의 다양한 실시예들은, 본 발명은 광학식 촉각 센서에 관한 것으로, 바람직하게는 로봇 손에 사용되는 촉각 센서에 관한 것이다.
촉각 센서는 물체를 감지, 파악 및/또는 조작하는 데 유용하며 물체와 센서 사이의 접촉을 기반으로 한다.　광학식 촉각 센서(OTS)는 물체와 센서 사이의 접촉의 형태와 미끄러짐을 포착하기 위해 카메라를 사용하는 촉각 센서이다. 예를 들어, 카메라 기반 광학 촉각 센서(OTS)는 특히 물체와의 접촉으로 인한 탄성부(예: gel), 및 복수 개의 마커(marker)의 변위를 카메라로 측정하여, 탄성부에 가해진 힘을 측정할 수 있다.
광학식 촉각 센서는, 특히 로봇 핸드로 다양한 물체를 안정적으로 잡거나 놓을 필요성이 증가함에 따라 사람이 물체를 잡을 때 손가락에서 느끼는 접촉 정보를 로봇 핸드에도 구현하기 위해 정밀하게 힘의 세기를 측정하고, 다양한 힘의 각도를 측정할 필요성이 증가하고 있다. 카메라 기반 광학 촉각 센서(OTS)는 힘 측정 외에 카메라를 이용하여 외부 영상 촬영 기능을 포함할 수 있다.
일반적으로 광학식 촉각 센서(OTS)(optical tactile sensor)의 외부 영상 촬영 시, 물체 및 촬영된 화면의 색상이 마커(marker)의 색상과 유사한 경우, 마커의 변위를 측정하기 어렵다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 광학식 촉각 센서는, 복수 개의 색상을 포함하는 마커로 구성되어, 외부 영상 촬영 시, 마커의 변위를 정확하게 측정할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 광학 촉각 센서 모듈에 있어서, 하우징, 상기 하우징 내부에 배치된 회로 기판, 물체가 접촉하는 제1 면을 포함하는 탄성부, 상기 탄성부의 상기 제1 면 상에 배치된 복수 개의 마커, 및 상기 회로 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 물체가 상기 탄성부의 상기 제1 면에 접근할 때, 상기 마커의 움직임을 촬영하는 카메라부를 포함하고, 상기 마커는, 제1 색상을 포함하는 제1 마커, 및 상기 제1 색상과 상이한 제2 색상을 포함하는 제2 마커를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치에 있어서, 광학 촉각 센서 모듈, 및 상기 광학 촉각 센서 모듈과 전기적으로 연결된 회로기판을 포함하고, 광학 촉각 센서 모듈은, 하우징, 상기 하우징 내부에 배치된 회로 기판, 물체가 접촉하는 제1 면을 포함하는 탄성부, 상기 탄성부의 상기 제1 면 상에 배치된 복수 개의 마커, 및 상기 회로 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 물체가 상기 탄성부의 상기 제1 면에 접근할 때, 상기 마커의 움직임을 촬영하는 카메라부를 포함하고, 상기 마커는, 제1 색상을 포함하는 제1 마커, 및 상기 제1 색상과 상이한 제2 색상을 포함하는 제2 마커를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 마커는 복수 개의 색상으로 구성된 복수 개의 마커로 구성될 수 있다. 카메라부의 촬영 화면에 외부 물체, 및 마커가 겹쳐지게 나타날 때, 촬영 화면의 적어도 일부 색상이 마커의 적어도 일색과 유사하더라도, 외부 물체와 마커를 쉽게 구별하고, 마커의 변위 및 움직임을 용이하게 측정할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 광학식 촉각 센서의 마커의 적어도 일부는 감온 안료를 사용할 수 있다. 따라서 감온 안료를 사용한 마커는 측정 가능한 복수 개의 온도 범위에 따라 복수 개의 색상으로 변화할 수 있다. 광학식 촉각 센서는 외부 물체가 접근할 때, 온도를 측정하여, 외부 물체와의 접촉 여부 및 접촉 부위를 파악할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시의 일 실시예들에 따른, 광학 촉각 센서 모듈을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 개시의 다른 실시예들에 따른, 광학 촉각 센서 모듈을 개오략적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은 일반적인 광학 촉각 센서 모듈에 따른, 카메라부에서 바라본 탄성부, 및 탄성부 상에 배치된 일반적인 마커를 나타낸 도면이다.
도 4a는 일반적인 광학 촉각 센서 모듈에 따른, 카메라부에서 바라본 일반적인 마커를 포함하지 않은 탄성부를 나타낸 도면이다.
도 4b는 도 4a인 경우, 카메라부를 통해 촬영된 화면을 나타낸 도면이다.
도 5a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 카메라부에서 바라본 탄성부, 및 마커를 나타낸 도면이다.
도 5b는 도 5a의 경우, 카메라부를 통해 촬영된 화면을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 카메라부에서 바라본 탄성부, 및 탄성부상에 배치된 마커를 나타낸 도면이다.
도 7a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 카메라부에서 바라본 탄성부, 및 마커를 나타낸 도면이다.
도 7b는 도 7a의 경우, 카메라부를 통해 촬영된 화면을 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 개시의 일 실시예들에 따른, 측정 온도가 제1 범위에 해당하는 경우, 카메라부에서 바라본 탄성부, 및 제1 마커의 색상이 제1a 색상으로 변화한 마커를 나타낸 도면이다.
도 8b는 본 개시의 일 실시예들에 따른, 측정 온도가 제2 범위에 해당하는 경우, 카메라부에서 바라본 탄성부, 및 제1 마커의 색상이 제1b 색상으로 변화한 마커를 나타낸 도면이다.
도 8c는 본 개시의 일 실시예들에 따른, 측정 온도가 제3 범위에 해당하는 경우, 카메라부에서 바라본 탄성부, 및 제1 마커의 색상이 제1c 색상으로 변화한 마커를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예들에 따른, 카메라부에서 바라본 탄성부, 및 위치에 따라 온도가 상이한 복수 개의 마커를 나타낸 도면이다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나","A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리 또는 외장 메모리)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램)로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치)의 프로세서(예: 프로세서)는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시의 일 실시예들에 따른, 광학 촉각 센서 모듈(100)을 개략적으로 나타낸 측면도이다. 도 2는 본 개시의 다른 실시예들에 따른, 광학 촉각 센서 모듈(100)을 개략적으로 나타낸 측면도이다. 도 3은 일반적인 광학 촉각 센서 모듈에 따른, 카메라부(130)에서 바라본 탄성부(110), 및 탄성부(110)상에 배치된 일반적인 마커(120)를 나타낸 도면이다. 도 4a는 일반적인 광학 촉각 센서 모듈에 따른, 카메라부(130)에서 바라본 일반적인 마커(120)를 포함하지 않은 탄성부(110)를 나타낸 도면이다. 도 4b는 도 4a인 경우, 카메라부(130)를 통해 촬영된 화면을 나타낸 도면이다. 도 5a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 카메라부(130)에서 바라본 탄성부(110), 및 마커(120)를 나타낸 도면이다. 도 5b는 도 5a의 경우, 카메라부(130)를 통해 촬영된 화면을 나타낸 도면이다.
도 1a 내지 도 5b를 참조하면, 상기 광학 촉각 센서 모듈(100)은 탄성부(110), 일반적인 마커(120), 카메라부(130), 및 하우징(140)을 포함할 수 있다.
도 1a 내지 도 5b에서, 'X'는 상기 광학 촉각 센서 모듈(100)의 길이 방향을 의미할 수 있다. 'Y'는 상기 광학 촉각 센서 모듈(100)의 폭 방향을 의미할 수 있다. 'Z'는 상기 광학 촉각 센서 모듈(100)의 두께 방향을 의미할 수 있다.　또한, 본 발명의 일 실시예에서, '+X'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 우측 방향을 의미하고, '-X'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 좌측 방향을 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, '+Y'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 전면 방향을 의미하고, '-Y'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 배면 방향을 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, '+Z'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 상측 방향을 의미하고, '-Z'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 하측 방향을 의미할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 광학 촉각 센서 모듈(100)은, 광학 촉각 센서 모듈(100) 근처의 외부 물체(예: 도 4b의 외부 물체(P1))를 식별 가능하고, 외부 물체의 온도를 측정하며, 외부 물체(예: 도 4b의 외부 물체(P1))의 촉각 정보를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광학 촉각 센서 모듈(100)은, 연결부(미도시)를 통해 다른 외부 장치(예: 산업용 로봇)와 전기적으로 및/또는 물리적으로 연결될 수 있다. 광학 촉각 센서 모듈(100)은 연결된 외부 전자 장치(예: 산업용 로봇)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 광학 촉각 센서 모듈(100)의 위치 이동 또는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 내부 동작은 연결된 외부 전자 장치에서의 전기적 신호에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 광학 촉각 센서 모듈(100)은, 산업용 로봇에 손에 장착되어, 산업용 로봇이 사물을 잡을 때 촉각 정보를 획득할 수 있도록 한다. 뿐만 아니라, 산업용 로봇은 광학 촉각 센서 모듈(100)을 이용하여, 광학 촉각 센서 모듈(100)에 접근하는 외부의 물체를 식별하고, 물체의 온도를 측정하고, 물체를 그랩함으로써 물체의 촉각 정보를 획득할 수 있다. 회로기판은 카메라부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 프로세서는, 카메라부(130)에 의해 획득된 이미지 정보를 처리하도록 프로그래밍 되어 있을 수도 있다. 다른 실시예에서, 광학 촉각 센서 모듈(100)은, 외부 전자 장치에 구비된 전원이나 외부 전자 장치의 프로세서와 연결될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 광학 촉각 센서 모듈(100)은, 내부에 전원을 포함하거나, 외부 전원과 연결되어 동작될 수 있다. 다만, 외부 전자 장치는 산업용 로봇으로 한정되지 않으며, 다양하게 설계 변경될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 탄성부(110)는 탄성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 광학 촉각 센서 모듈(100)은, 탄성부(110)를 통해 외부 물체(예: 도 4b의 외부 물체(P1))와 접촉하고, 물체의 촉각 정보를 획득할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 탄성부(110)는 광학적으로 투명한 탄성체(예: 겔(gel))로 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 고무와 같은 실리콘 수지이지만, 탄성체는 다른 유형의 고무 및 엘라스토머(elastomer)와 같은 임의의 다른 적절한 광학적으로 투명한 재료로 제조될 수 있다.　다양한 실시예에 따르면, 탄성부(110)의 제1 면(111)은 광학적으로 반투명할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 일반적인 마커(120)는 탄성부(110)의 제1 면(111)과 인접 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 일반적인 마커(120)는 탄성부(110)의 제1 면(111) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 탄성부(110) 위에 프린팅(printing)된 것일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 일반적인 마커(120)는 탄성부(110) 내부에 배치될 수 있다. 다만, 탄성부(110)의 위치는 상기 실시예에 제한되지 않으며, 다양하게 설계 변경될 수 있다. 도 3을 참조할 때, 일반적인 마커(120)는 일정한 간격으로 배열된 복수 개의 마커로 구성될 수 있다. 복수 개의 마커는 서로 같은 평면(예: 도 3의 XY평면)상에 나란히 배열될 수 있다. 예를 들어, 카메라부(130)에서 탄성부(110)를 바라볼 때, 탄성부(110)의 내부에 복수 개의 마커를 포함하는 마커(120)가 X축, Y축을 따라 일정한 간격으로 배열될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 마커(120)는 원형인 마커로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수 개의 마커들(120)의 배열은 일정하지 않을 수 있다. 복수 개의 마커들(120)의 움직임을 파악하는 센서가 복수 개의 마커들(120)의 위치를 파악하고 있는 경우, 복수 개의 마커들(120)의 배열은 다양하게 설계 변경될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 카메라부(130)는 외부 물체의 접촉에 따른 탄성부(110), 및 일반적인 마커(120)의 움직임을 촬영할 수 있다. 예를 들어, 마커의 움직임은 상기 마커의 변위, 변형 및 기울기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 탄성부(110)가 투명 또는 반투명인 경우, 카메라부(130)의 촬영 화면에 마커(120) 뿐 아니라, 외부 물체(P1)가 보일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 카메라부(130)는 상측 방향(예: 도 1의 +Z 방향)을 향해 배치되고, 탄성부(110)와 일정한 간격을 두고 이격되어 배치되고, 탄성부(110)를 기준으로, 외부 압력을 받는 부분과 반대 방향에 위치할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 카메라부(130)는 탄성부(110)의 XY평면을 기준으로, 중심부에 위치할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 도 2를 참조할 때, 카메라부(130)는 탄성부의 XY평면을 기준으로, 일측면에 위치할 수 있다. 다만, 카메라부(130)의 위치는 상기 실시예에 제한되지 않으며, 주변 구조물의 크기 또는 배치 관계에 의해 다양하게 설계 변경될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 카메라부(130)는 디지털 카메라, 즉 이미지 데이터를 전기 신호로 출력하기 위한 카메라일 수 있다. 예를 들어, CCD 카메라일 수 있다.　다만, 본 발명의 카메라부(130)는 CCD 카메라에 한정되지 않고, 예를 들어 C-MOS형 이미지 센서를 사용한 디지털 카메라를 사용할 수도 있다.　
다양한 실시예에 따르면, 하우징(140)은, 광학 촉각 센서 모듈(100)의 외형의 적어도 일부를 구성하고, 탄성부(110), 및 카메라부(130)의 위치를 고정시킬 수 있다. 하우징(140)의 적어도 일부는 탄성부(110)의 적어도 일부와 접할 수 있다. 예를 들어, 하우징(140)의 적어도 일부는 탄성부(110)의 제1 면(111)과 반대 방향(예: 도 1의 -Z방향)을 향하는 일면과 접할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 1을 참조할 때, 하우징(140)은 탄성부(110)의 제1 면(111)과 수직 및/또는 수평인 일면으로 구성될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 도 2를 참조할 때, 하우징(140)은 탄성부(110)의 제1 면(111)과 지정된 각도로 기울어진 일면을 포함할 수 있다. 다만, 하우징(140)의 형태는 상기 실시예에 제한되지 않으며, 주변 구조물의 크기 또는 배치 관계에 의해 다양하게 설계 변경될 수 있다.다양한 실시예에 따르면, 도 4b를 참조할 때, 탄성부(110)의 제1 면에 외부 물체(P1)가 접근하는 경우, 카메라부(130)의 촬영 화면에 외부 물체가 보일 수 있다. 일반적으로, 도 5b를 참조할 때, 일반적인 마커(120), 및 탄성부(110)로 구성된 일반적인 광학 촉각 센서 모듈(100)의 경우, 카메라부(130)의 촬영 화면에 외부 물체, 및 일반적인 마커(120)가 겹쳐지게 보일 수 있다. 이 경우, 촬영 화면의 적어도 일부 색상이 일반적인 마커(120)의 색상과 유사한 경우, 일반적인 마커(120)의 변위 및 움직임을 용이하게 측정하기 어려울 수 있다. 예를 들어, 일반적인 마커(120)가 검정색인 경우, 촬영 화면의 적어도 일부가 일반적인 마커(120)의 색상과 유사한 어두운 색상일 때, 마커의 변위를 측정하기 어려울 수 있다. 예를 들어, 일반적인 마커(120)가 검정색인 경우, 외부 물체(P1) 및/또는 카메라부(130)의 촬영 화면에 보이는 장면의 적어도 일부가 마커(120)의 색상과 유사한 어두운 색상일 때, 마커의 변위를 측정하기 어려울 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 카메라부(130)에서 바라본 탄성부(110), 및 탄성부(110)상에 배치된 마커(220)를 나타낸 도면이다. 도 7a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 카메라부(130)에서 바라본 탄성부(110), 및 마커(220)를 나타낸 도면이다. 도 7b는 도 7a의 경우, 카메라부(130)를 통해 촬영된 화면을 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 7b를 참조하면, 상기 광학 촉각 센서 모듈(100)은 탄성부(110), 마커(220), 카메라부(130), 및 하우징(140)을 포함할 수 있다.
도 6 내지 도 7b의 탄성부(110), 마커(220), 카메라부(130), 및 하우징(140)의 구성은 도 1 내지 도 4b의 탄성부(110), 마커(120), 카메라부(130), 및 하우징(140)의 구성과 일부 또는 전부가 동일할 수 있다.
도 6 내지 도 7b에서, 'X'는 상기 광학 촉각 센서 모듈(100)의 길이 방향을 의미할 수 있다. 'Y'는 상기 광학 촉각 센서 모듈(100)의 폭 방향을 의미할 수 있다. 'Z'는 상기 광학 촉각 센서 모듈(100)의 두께 방향을 의미할 수 있다.　또한, 본 발명의 일 실시예에서, '+X'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 우측 방향을 의미하고, '-X'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 좌측 방향을 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, '+Y'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 전면 방향을 의미하고, '-Y'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 배면 방향을 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, '+Z'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 상측 방향을 의미하고, '-Z'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 하측 방향을 의미할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면 마커(220)는 외부 물체와의 구별을 명확하게 하기 위하여 색상이 상이한 복수 개의 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마커(220)를 구성하는 마커는 제1 색상을 포함하는 제1 마커(221), 및 제1 색상과 상이한 제2 색상을 포함하는 제2 마커(222)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 마커(221)는 검정색일 수 있다. 예를 들어, 제2 마커(222)는 흰색일 수 있다. 마커(220)가 단일 색인 경우, 외부 물체가 단일색과 유사할 때, 외부 물체를 감지하기 어려운 문제점을 극복하기 위하여 복수 개의 색상을 사용한 것일 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제1 마커(221)는 반지름이 제1 길이(r1)인 원형의 마커일 수 있다. 제2 마커(222)는 원형의 제1 마커(221)와 원의 중심이 일치하고, 반지름이 제2 길이(r2)인 원형이고, 제1 마커(221) 부분과 겹쳐지는 부분은 제외된 형태일 수 있다. 제2 마커(222)의 반지름인 제2 길이(r2)는 제1 마커(221)의 반지름 제1 길이(r1)보다 클 수 있다. 예를 들어, 제2 마커(222)는 제1 마커(221)를 일정한 두께 '제2 길이(r2)-제1 길이(r1)'으로 감싼 도넛 형태의 마커일 수 있다. 다만, 제1 마커(221), 및/또는 제2 마커(222)의 형상은 상기 실시예에 제한되지 않으며, 다양하게 설계 변경될 수 있다 .
다양한 실시예에 따르면, 도 7b를 참조할 때, 탄성부(110)의 제1 면에 외부 물체(예: 도 7b의 외부 물체(P1))가 접근하는 경우, 카메라부(130)의 촬영 화면에 외부 물체, 및 복수 개의 마커(220)가 겹쳐지게 보일 수 있다. 이 경우, 촬영 화면의 적어도 일부 색상이 제1 마커(221)의 제1 색상과 유사한 경우, 제2 색상을 포함하는 제2 색상이 마커(220)의 가장자리에 위치하므로, 외부 물체(예: 도 7b의 외부 물체(P1))와 마커(220)를 쉽게 구별하고, 마커(220)의 변위 및 움직임을 용이하게 측정할 수 있다. 촬영 화면의 적어도 일부 색상이 제2 마커(222)의 제2 색상과 유사한 경우, 제1 색상을 포함하는 제1 색상이 마커(120)의 중심에 위치하므로, 외부 물체(예: 도 7b의 외부 물체(P1))와 마커(220)를 쉽게 구별하고, 마커(220)의 변위 및 움직임을 용이하게 측정할 수 있다.
도 8a는 본 개시의 일 실시예들에 따른, 측정 온도가 제1 범위에 해당하는 경우, 카메라부(130)에서 바라본 탄성부(110), 및 제1 마커(221)의 색상이 제1a 색상으로 변화한 마커(220)를 나타낸 도면이다. 도 8b는 본 개시의 일 실시예들에 따른, 측정 온도가 제2 범위에 해당하는 경우, 카메라부(130)에서 바라본 탄성부(110), 및 제1 마커(221)의 색상이 제1b 색상으로 변화한 마커(220)를 나타낸 도면이다. 도 8c는 본 개시의 일 실시예들에 따른, 측정 온도가 제3 범위에 해당하는 경우, 카메라부(130)에서 바라본 탄성부(110), 및 제1 마커(221)의 색상이 제1c 색상으로 변화한 마커(220)를 나타낸 도면이다. 도 9는 본 개시의 일 실시예들에 따른, 카메라부(130)에서 바라본 탄성부(110), 및 위치에 따라 온도가 상이한 복수 개의 마커(220)를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 9을 참조하면, 상기 광학 촉각 센서 모듈(100)은 탄성부(110), 및 마커(220)를 포함할 수 있다. 도 7a 내지 도 8의 탄성부(110), 및 마커(220)의 구성은 도 5의 탄성부(110), 및 마커(220)의 구성과 일부 또는 전부가 동일할 수 있다.
도 8a 내지 도 9에서, 'X'는 상기 광학 촉각 센서 모듈(100)의 길이 방향을 의미할 수 있다. 'Y'는 상기 광학 촉각 센서 모듈(100)의 폭 방향을 의미할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, '+X'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 우측 방향을 의미하고, '-X'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 좌측 방향을 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, '+Y'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 전면 방향을 의미하고, '-Y'는 광학 촉각 센서 모듈(100)의 배면 방향을 의미할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제1 마커(221)의 제1 색상은 온도에 따라 색상이 변화하는 감온 안료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정 가능한 온도를 복수 개의 범위로 나누고, 해당 범위에 따른 복수 개의 색상이 지정될 수 있다. 감온 안료는 온도에 따라 색상이 변화하는 안료로서, 온도가 올라감에 따라 색깔이 없어지기 시작했다가 온도가 다시 내려가면 원래의 색상으로 되돌아오게 된다. 감온 안료는 -15℃에서 70℃사이에서 2~10℃간극으로 색상이 변하며, 20℃에서 2℃상승할 때 변하는 안료, 31℃, 43℃, 65℃에서 각각 변하는 안료 등 여러 가지 그레이드의 안료가 있다. 일반적인 감온 안료인 31℃인 TP경우 33℃에서 칼라가 없어졌다가 원래 온도로 낮아졌을 때는 본래의 칼라로 되돌아온다. 구체적으로는, 20℃에서 변하는 블루 감온 안료(BT-20)인 경우, 20℃이하에서는 블루 색상으로 보이다가 22℃가 되면 칼라가 없어지고, 31℃에서 변하는 오렌지 감온 안료(OT-31)인 경우, 31℃에서 오렌지 색상으로 보이다가 열을 가하면 35℃에서 완전히 색상이 없어지고, 43℃에서 변하는 레드 감온 안료(RT-43)인 경우, 43℃에서 레드 색상으로 보이다가 열을 가하면 47℃정도에서 색상이 없어진다. 이외에도 다양한 색상의 감온 안료가 있으며, 두 가지의 감온 안료를 조합하거나 감온 안료와 일반안료를 조합하여 다른 색상을 얻을 수도 있고, 온도 차이가 있는 3가지 이상의 감온 안료를 조합하여 또 다른 결과를 가져올 수 있는 등 개발하기에 따라 여러 가지 제품요구에 응용할 수 있다. 예를 들어 20℃ 감온 안료, 31℃ 감온 안료, 및 43℃의 감온 안료를 조합하여 25℃에서 색상이 변했다가, 35℃에서 다른 색상으로, 또 온도가 45℃ 이상 올라갔을 때 또 다른 색상으로 변하게 할 수 있다. 그러나 상기한 감온 안료들은 예시적으로 나열한 것에 불과하며, 본 발명은 이들에 제한되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, '당업자'라 함)가 상용화된 여러 감온 안료 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있음은 자명하다. 또한, 감온 안료는 -15~70℃ 의 온도범위에서 선택되어질 수 있지만, 마커(120)의 제1 마커(221)가 광학 촉각 센서 모듈(100)에 사용되는 점을 감안할 때, 광학 촉각 센서 모듈(100)의 다른 구성요소들에 영향을 주지 않는 온도 범위의 감온 안료가 선택되어짐은 당업자에게 자명할 것이다.
일 실시예에 따르면, 도 8a를 참조할 때, 제1 색상의 제1 마커(221)는 제1 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1a 색상의 제1a 마커(221a)로 변화할 수 있다. 도 8b를 참조할 때, 제1 색상의 제1 마커(221)는 제1 범위와 상이한 제2 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1b 색상의 제1b 마커(221b)로 변화할 수 있다. 도 8c를 참조할 때, 제1 색상의 제1 마커(221)는 제1 범위, 제2 범위와 상이한 제3 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1c색상의 제1c 마커(221c)로 변화할 수 있다. 다만, 색상이 변화하는 온도의 범위는 상기 실시예에 제한되지 않으며, 사용 용도에 따라 다양하게 설계 변경될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 외부 물체(예: 도 8의 외부 물체(P1))가 탄성부(110)의 제1 면에 접근하는 경우, 마커(220)의 위치에 따라 측정되는 온도가 상이할 수 있다. 도 9에 따르면, 지정된 부분에 특정한 온도를 가진 외부 물체(예: 도 8의 외부 물체(P1))를 포함하는 경우, 해당 부분과 가까운 마커(220)에서 측정된 온도와 해당 부분과 먼 마커(220)에서 측정된 온도는 상이할 수 있다. 따라서, 위치에 따른 온도를 측정하여, 외부 물체 외부 물체(예: 도 8의 외부 물체(P1))와 접촉 여부 및 접촉 부위를 파악할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 광학 촉각 센서 모듈(예: 도 1의 광학 촉각 센서 모듈(100))에 있어서, 하우징(예: 도 1의 하우징 (140)), 상기 하우징 내부에 배치된 회로 기판, 물체가 접촉하기 위한 제1 면(예: 도 1의 제1 면(111))을 포함하는 탄성부(예: 도 1의 탄성부(110)), 상기 탄성부의 상기 제1 면 상에 배치된 복수 개의 마커들(예: 도 1의 복수 개의 마커들(120)), 및 상기 회로 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 물체가 상기 탄성부의 상기 제1 면에 접근할 때, 상기 복수 개의 마커들의 적어도 일부의 움직임을 촬영하는 카메라부(예: 도 1의 카메라부(130))를 포함하고, 상기 복수 개의 마커들은, 제1 색상을 포함하는 제1 마커(예: 도 6의 제1 마커(221)), 및 상기 제1 색상과 상이한 제2 색상을 포함하는 제2 마커(예: 도 6의 제2 마커(222))를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 제1 마커는 제1 길이(예: 도 6의 제1 길이(r1))의 반지름을 갖는 원형의 마커일 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 제2 마커는 상기 제1 마커의 가장자리를 감싸도록 형성되며, 상기 제2 마커의 외곽은 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이(예: 도 6의 제2 길이(r2))의 반지름을 갖는 원형일 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 제1 마커는 감온 안료를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 제1 마커의 제1 색상은, 제1 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1a 색상으로 변하고, 상기 제1 범위보다 온도가 높은 제2 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1b 색상으로 변하고, 상기 제2 범위보다 온도가 높은 제3 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1c색상으로 변할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 마커들은 일정한 간격으로 배열될 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 탄성부는, 실리콘 수지, 엘라스토머 중 적어도 하나의 광학적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 탄성부는, 광학적으로 반투명한 재질을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 카메라부의 촬영 화면에 상기 마커, 및 상기 물체가 보일 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 마커의 움직임은 상기 마커의 변위, 변형 또는 기울기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 외부 전자 장치와 연결되기 위한 연결부;를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 외부 전자 장치는 산업용 로봇일 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치에 있어서, 광학 촉각 센서 모듈, 및 상기 광학 촉각 센서 모듈과 전기적으로 연결된 회로기판을 포함하고, 광학 촉각 센서 모듈은, 하우징, 물체가 접촉하기 위한 제1 면을 포함하는 탄성부, 상기 탄성부의 상기 제1 면 상에 배치된 복수 개의 마커들, 및 상기 물체가 상기 탄성부의 상기 제1 면에 접근할 때, 상기 복수 개의 마커들의 적어도 일부의 움직임을 촬영하는 카메라부를 포함하고, 상기 복수 개의 마커들은, 제1 색상을 포함하는 제1 마커, 및 상기 제1 색상과 상이한 제2 색상을 포함하는 제2 마커를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 제1 마커는 제1 길이의 반지름을 갖는 원형의 마커일 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 제2 마커는 상기 제1 마커의 가장자리를 감싸도록 형성되며, 상기 제2 마커의 외곽은 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이의 반지름을 갖는 원형일 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 제1 마커는 감온 안료를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 제1 마커의 제1 색상은, 제1 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1a 색상으로 변하고, 상기 제1 범위보다 온도가 높은 제2 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1b 색상으로 변하고, 상기 제2 범위보다 온도가 높은 제3 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1c색상으로 변할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 마커는 일정한 간격으로 배열될 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 탄성부는, 실리콘 수지, 엘라스토머 중 적어도 하나의 광학적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 탄성부는, 광학적으로 반투명한 재질을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 개시의 다양한 실시예의 광학식 촉각 센서(예: 도 1의 광학 촉각 센서 모듈(100))는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 기술적 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 광학 촉각 센서 모듈에 있어서,
    하우징;
    물체가 접촉하기 위한 제1 면을 포함하는 탄성부;
    상기 탄성부의 상기 제1 면과 인접 배치된 복수 개의 마커들; 및
    상기 물체와의 접촉시 발생하는 힘의 크기를 측정하기 위해 제1 면 상기 복수 개의 마커들의 적어도 일부의 움직임을 촬영하는 카메라부;를 포함하고,
    상기 복수 개의 마커들은,
    제1 색상을 포함하는 제1 마커; 및
    상기 제1 색상과 상이한 제2 색상을 포함하는 제2 마커;를 포함하는 광학 촉각 센서 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마커는 제1 길이의 반지름을 갖는 원형의 마커인 광학 촉각 센서 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 마커는 상기 제1 마커의 가장자리를 감싸도록 형성되며, 상기 제2 마커의 외곽은 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이의 반지름을 갖는 원형인 광학 촉각 센서 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마커는 감온 안료를 포함하는 광학 촉각 센서 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마커의 제1 색상은,
    제1 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1a 색상으로 변하고,
    상기 제1 범위보다 온도가 높은 제2 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1b 색상으로 변하고,
    상기 제2 범위보다 온도가 높은 제3 범위의 온도가 측정되는 경우, 제1c색상으로 변하는 광학 촉각 센서 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 마커들은 지정된 적어도 하나의 간격으로 배열된 광학 촉각 센서 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부는, 광학적으로 투명한 재료를 포함하는 광학 촉각 센서 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부의 상기 제1 면은 광학적으로 반투명한 광학 촉각 센서 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 카메라부의 촬영 화면에 상기 마커, 및 상기 물체가 보이는 광학 촉각 센서 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 마커의 움직임은 상기 마커의 변위, 변형 또는 기울기 중 적어도 하나를 포함하는 광학 촉각 센서 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    외부 전자 장치와 연결되기 위한 연결부;를 더 포함하는 광학 촉각 센서 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 외부 전자 장치는 로봇인 광학 촉각 센서 모듈.
  13. 전자 장치에 있어서,
    광학 촉각 센서 모듈; 및
    상기 광학 촉각 센서 모듈과 전기적으로 연결된 회로 기판;을 포함하고,
    광학 촉각 센서 모듈은,
    하우징;
    물체가 접촉하기 위한 제1 면을 포함하는 탄성부;
    상기 탄성부의 상기 제1 면 상에 배치된 복수 개의 마커들; 및
    상기 물체가 상기 탄성부의 상기 제1 면에 접근할 때, 상기 복수 개의 마커들의 적어도 일부의 움직임을 촬영하는 카메라부;를 포함하고,
    상기 복수 개의 마커들은,
    제1 색상을 포함하는 제1 마커; 및
    상기 제1 색상과 상이한 제2 색상을 포함하는 제2 마커;를 포함하는 전자 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 마커는 제1 길이의 반지름을 갖는 원형의 마커인 전자 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 마커는 상기 제1 마커의 가장자리를 감싸도록 형성되며, 상기 제2 마커의 외곽은 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이의 반지름을 갖는 원형인 전자 장치.
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