WO2023177015A1 - 통증 표현 장치 및 그 방법 - Google Patents

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WO2023177015A1
WO2023177015A1 PCT/KR2022/007353 KR2022007353W WO2023177015A1 WO 2023177015 A1 WO2023177015 A1 WO 2023177015A1 KR 2022007353 W KR2022007353 W KR 2022007353W WO 2023177015 A1 WO2023177015 A1 WO 2023177015A1
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WO
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pain
expression
unit
command
value
Prior art date
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PCT/KR2022/007353
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English (en)
French (fr)
Inventor
이희승
김동윤
곽윤정
김병헌
Original Assignee
울산과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48Other medical applications
    • A61B5/4824Touch or pain perception evaluation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
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    • A61B5/74Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/742Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays

Definitions

  • the present invention relates to a pain expression device and method, and in particular, to a pain expression device and method that can intuitively express pain through physical movement by expressing an input pain signal as twisting or bending through an expression unit.
  • VAS Visual analogue scales
  • NRS Numerical rating scale
  • VRS verbal rating scale
  • Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0093381 which relates to a method of visualizing pain, relates to a pain visualization device, including a display that quantifies the degree of pain, a sensor for measuring heart rate and oxygen amount from sensitive body parts, and Pain is visualized and quantified through electronic devices by including a measuring device for measuring blood pressure, a helmet that can measure brain waves by wearing it on the head, a printing unit that can print pain visualization values, and a concept connection for power supply. It can be done, but there is a problem in that it is not possible to express the pain easily and simply every time one complains of pain.
  • the present invention is intended to solve the above problems and provides a pain expression device and method that can intuitively express pain through physical movement by expressing the input pain signal as twisting or bending through an expression unit.
  • the pain signal input through the simple motion of holding or pressing can be intuitively expressed through the expression unit by acquiring the illuminance value according to the external force, so the patient's pain can be easily measured and a pain expression device that can easily check the pain anywhere. It is provided.
  • a pain expression device includes: a main body disposed inside a control unit that controls a bending motor and a torsion motor according to the pain signal when a pain signal is input; an expression unit disposed on the main body and expressing pain by the operation of the bending motor and the torsion motor; And, a head part that fixes one end of the expression part.
  • the bending motor may be connected to a winding part where a wire is wound under the control of the control unit and operate to express bending
  • the twisting motor may be connected to a coupler under the control of the control unit and operate to express twisting
  • the head part includes a first fixed head part that inserts and couples the expression part in a holder shape; A second fixed head part for fixing the flexible bit; And, a third fixing head part that fixes the wire; may include.
  • a through hole is formed in the expression unit so that the flexible bit can be inserted therethrough.
  • one end of the flexible bit may be fixed to the coupler, and the other end may be fixed to the second fixed head part.
  • the flexible bit and the expression unit may be twisted by rotating the coupler by the twisting motor.
  • the wire may be inserted through the expression unit.
  • the length of the wire may be shortened as it is wound around the winding unit as the bending motor rotates, and the expression unit may be bent in a direction in which the wire is shortened.
  • the expression unit may be implemented with a flexibility material such as silicon to express bending and twisting.
  • control unit includes a communication unit that receives and inputs the pain signal; a valid command determination unit that determines whether the input pain signal is a valid command; a signal processing unit that processes the input pain signal, interprets a command, and processes a command interpretation result when the pain signal is confirmed to be a valid command; a pain expression unit that calculates a pain expression value according to the command interpretation result; And, a motor control unit that controls the bending motor and the twisting motor based on the calculated pain expression value.
  • the signal processing unit may check the character length of the pain signal according to a communication protocol, process the signal, and interpret the command by interpreting the defined command and command input value.
  • the pain expression unit may calculate the pain expression value based on a function corresponding to the defined command and the command input value.
  • the pain expression unit may compare the command input value of the previous command and the command input value of the current command and calculate the degree of difference as the current torsion expression value.
  • the pain expression unit corrects the pain expression value according to the range of the command input value, but when the command input value has a first range, the pain expression unit corrects the pain expression value to express twisting and bending through a smooth movement with noise removed, If the command input value has a second range, the noise can be corrected to express twisting and bending as is, and if the command input value has a third range, the noise can be exaggerated and corrected to express twisting and bending.
  • the communication unit may receive a pain signal from a pain input device.
  • the pain input device includes an elastic portion forming an appearance with an elastic member; a light source unit disposed inside the elastic unit and emitting light; a light receiving unit disposed inside the elastic unit and obtaining an illuminance value by receiving light emitted from the light source unit and reflected by the elastic unit; And, based on the illuminance value obtained through the light receiving unit, a control unit that calculates the amount of change in illuminance value due to external force on the elastic unit.
  • a pain expression method using a pain expression device includes the steps of processing the input pain signal and interpreting a command when a pain signal is input; determining whether the pain signal is a valid command based on the analysis result; If the pain signal is confirmed to be a valid command, processing the command interpretation result; calculating a pain expression value according to the command interpretation result; And, controlling the bending motor and the twisting motor based on the calculated pain expression value.
  • the pain expression device and method according to the present invention as described above can intuitively express pain through physical movement by expressing the input pain signal as twisting or bending through the expression unit.
  • the present invention obtains the illuminance value according to external force and intuitively expresses the pain signal input through the simple action of holding or pressing through the expression unit, so the patient's pain can be easily measured and the pain can be easily confirmed anywhere.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a pain expression device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1.
  • Figure 3 is an exploded perspective view of the pain expression device of Figure 1.
  • Figure 4 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the main body of Figure 1.
  • Figure 5 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the expression part of Figure 1.
  • Figure 6 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the head part of Figure 1.
  • Figure 7 is a block diagram briefly showing the function of a pain expression device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a cross-sectional view for explaining the operation of the expression unit of the pain expression device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is an exemplary diagram for explaining the physical movement of a pain expression device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a flowchart for explaining a pain expression method of a pain expression device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a perspective view schematically showing a pain expression device using a pain input device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a block diagram briefly showing the function of a pain expression device using a pain input device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a flowchart for explaining a pain expression method of a pain expression device using a pain input device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a perspective view showing a pain expression device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing the cross section A-A' of Figure 1
  • Figure 3 is an exploded perspective view of the pain expression device of Figure 1
  • FIG. 4 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the main body of FIG. 1
  • FIG. 5 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the expression portion of FIG. 1
  • FIG. 6 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the head portion of FIG. 1. .
  • the pain expression device 1000 may express pain by twisting or bending an input pain signal.
  • This pain expression device 1000 may include a main body 100, an expression part 300, and a head part 500.
  • the main body 100 can be protected from the outside and have an appearance by combining the upper housing 110 and the lower housing 120. Inside the main body 100, the control unit 200, the bending motors 251 and 253, and the twisting motor 255 may be arranged and supported separately by the support plate 101.
  • the control unit 200 may control the bending motors 251 and 253 and the twisting motor 255 according to the pain signal.
  • the control unit 200 includes a microcontroller unit (MCU), a microprocessor, a mobile processor, an ultra-low voltage processor, a central processing unit, a general-purpose computing on graphics processing unit (GPGPU), an AI accelerator, and a visual accelerator.
  • VPU Visual processing unit
  • DSP digital signal processor
  • DMA input/output processor/direct memory access controller
  • network processor baseband processor
  • PPU physical Processing unit
  • FPGA field programmable gate array
  • FPGA complex programmable logic device
  • MCM multi-chip module
  • SoC System on Chip
  • MPSoC multiprocessor system on chip
  • NoC Network on Chip
  • PCB printed circuit board
  • the bending motors 251 and 253 may be connected to the winding unit 252 on which the wire W is wound under the control of the control unit 200 and operate to express bending.
  • the winding unit 252 may be implemented as a power lock such as a pulley.
  • the bending motors 251 and 253 may be implemented as a first motor 251 and a second motor 253.
  • the twisting motor 255 may be connected to the coupler C under the control of the control unit 200 and operate to express twisting. Additionally, the torsion motor 255 may be implemented as a third motor 255.
  • the expression unit 300 is disposed on the main body 100, and pain can be expressed by the operation of the bending motors 251 and 253 and the twisting motor 255.
  • One end of the expression unit 300 may be inserted and coupled to the lower holder 510.
  • the lower holder 510 may be positioned and fixed on the coupler (C) in the upper part of the main body 100.
  • the other end of the expression unit 300 may be inserted into and fixed to the first fixed head unit 520.
  • the expression unit 300 may be implemented with a flexible material such as silicon to express bending and twisting.
  • the interior of the expression unit 300 may be empty. Accordingly, a through hole is formed in the expression unit 300 so that the flexible bit (F) can be inserted therethrough.
  • the flexible bit (F) may be inserted into the expression unit 300, one end may be fixed to the coupler (C), and the other end may be fixed to the second fixed head unit 530.
  • the flexible bit (F) can be twisted by rotating the coupler (C) by the twisting motor (255). Accordingly, the expression unit 300 can be twisted together with the flexible bit (F) while one end and the other end are fixed.
  • a wire W may be inserted through the expression unit 300.
  • the wire (W) may be inserted into the expression unit 300, one end of which may be wound and fixed on the winding unit 252 of the bending motors 251 and 253, and the other end may be fixed to the third fixed head unit 550. there is.
  • the wire W may be wound around the winding unit 252 as the bending motors 251 and 253 rotate.
  • the expression unit 300 may be bent by the wire (W). That is, as the wire W is wound around the winding part 252, its length becomes shorter, and the expression part 300 can be bent in the direction in which the wire W is shortened.
  • the head unit 500 may include a first fixed head unit 520, a second fixed head unit 530, a third fixed head unit 550, and a cover housing 560.
  • the first fixed head part 520 can be inserted into and coupled to the expression part 300 in the shape of a holder.
  • the first fixed head part 520 can fix and support the expression part 300 inserted therein.
  • the first fixing head portion 520 may form a fixing hole and a via hole.
  • the via hole may be a hole for the wire W to pass through.
  • the second fixed head unit 530 can fix the flexible bit (F). Accordingly, the second fixed head portion 530 may form a coupling protrusion 535 and a via hole for coupling with the flexible bit (F). The second fixed head unit 530 can fix the coupled flexible bit (F). Meanwhile, the coupling protrusion 535 may be inserted into and fixed to the fixing hole of the first fixing head part 520.
  • the via hole may be a hole for the wire W to pass through.
  • the third fixing head part 550 can fix the wire (W). Accordingly, the third fixed head portion 550 may form one or more protrusions 555 for coupling with the wire (W).
  • the cover housing 207-7 may cover the third fixed head portion 560 to protect it from the outside and create an appearance.
  • Figure 7 is a block diagram briefly showing the function of a pain expression device according to an embodiment of the present invention.
  • the pain expression device 1000 may include a control unit 200, bending motors 251 and 253, and a twisting motor 255.
  • the control unit 200 may include a communication unit 210, a valid command determination unit 220, a signal processing unit 230, a pain expression unit 240, and a motor control unit 250.
  • the communication unit 210 may receive and input pain signals from the outside.
  • the second communication unit 211 like the first communication unit 150, receives pain signals from the outside through universal asynchronous receiver/transmitter (UART) communication, and sequentially transmits the data one bit at a time according to the communication protocol. It is read and serialized for communication, and up to 8 bits can be transmitted and received.
  • UART universal asynchronous receiver/transmitter
  • universal asynchronous transceivers are used with communication standards such as EIA RS-232, RS-422, and RS-485.
  • the valid command determination unit 220 may determine whether the input pain signal is a valid command. The valid command determination unit 220 may determine the command to be invalid if the command is not defined as a result of the signal processing and command interpretation of the signal processing unit 230 and if the command input value is a false value. If the valid command determination unit 220 determines that the input pain signal is a valid command, it may transmit a “YES” signal, which is a valid command, to the signal processing unit 230.
  • the signal processing unit 230 may process the input pain signal and interpret the command.
  • the signal processing unit 230 can check the character length of the pain signal according to the communication protocol and interpret the defined command and command input value.
  • the signal processing unit 230 determines whether the first “ ⁇ ” value and “>” are present in the input value “ ⁇ SP0100>” and whether the character length of the input value is 8. A signal processing process is performed to check whether the command “SP” is a defined command and a command interpretation process is performed to determine whether the command input value “0100” can be converted to a number.
  • the signal processing unit 230 may process signal processing and command interpretation results when it is determined whether the pain signal is a valid command, that is, when it is confirmed to be a valid command.
  • the signal processing unit 230 may transmit the signal processing and command interpretation results to the pain expression unit 240. That is, the signal processing unit 230 transmits the function and command input value corresponding to the defined command.
  • the pain expression unit 240 may calculate a pain expression value according to the command interpretation result of the pain signal.
  • the pain expression value can be calculated based on the function corresponding to the defined command and the command input value. That is, the pain expression unit 240 can calculate the twisting and bending expression values based on the function and command input values.
  • the pain expression unit 240 may compare the “command input value of the previous command” and the “command input value of the current command” and calculate the degree of difference as the current torsion expression value.
  • the pain expression unit 240 may calculate the “command input value of the current command” as the current bending expression value.
  • the pain expression unit 240 may correct the pain expression value according to the range of the command input value.
  • the pain expression unit 240 can correct it to express twisting and bending through smooth movements with noise removed.
  • the first range may be, for example, an input value with a pain score between 0 and 5 points.
  • the pain expression unit 240 can correct the noise to express twisting and bending as is.
  • the second range may be, for example, an input value with a pain score between 5 and 8 points.
  • the pain expression unit 240 can exaggerate the noise and correct it to express twisting and bending.
  • the first range may be, for example, an input value with a pain score between 9 and 10 points.
  • the motor control unit 250 may control the bending motors 251 and 253 and the twisting motor 255 based on the calculated pain expression value. That is, when the bending expression value is obtained, the motor control unit 250 performs a PID operation so that the first motor 251 and the second motor 253 are located at the angle corresponding to the bending expression value, and sends the operation result to the first motor 250. It can be output to the motor 251 and the second motor 253.
  • the motor control unit 250 performs a PID operation so that the third motor 255 is positioned at an angle corresponding to the twist expression value, and converts the calculation result into a PWM signal for the third motor ( 255).
  • the motor control unit 250 positions the first motor 251 and the second motor 253 at an angle corresponding to the bending expression value and corresponds to the twisting expression value.
  • PID calculation can be performed so that the third motor 255 is positioned at an angle, and the calculation result can be output as a PWM signal to the first motor 251, the second motor 253, and the third motor 255. .
  • the bending motors 251 and 253 rotate under the control of the motor control unit 250 so that the wire W can be wound around the winding unit 252.
  • the expression unit 300 may be bent by the wire (W). That is, as the wire W is wound around the winding part 252, its length becomes shorter, and the expression part 300 can be bent in the direction in which the wire W is shortened.
  • the third motor 255 rotates under the control of the motor control unit 250, thereby rotating the coupler C and twisting the flexible bit F.
  • the expression unit 300 may be twisted together with the flexible bit (F) while one end and the other end are fixed.
  • the pain expression device has the advantage of being able to intuitively confirm pain by expressing the input pain signal through physical movement.
  • Figure 8 is a cross-sectional view for explaining the operation of the expression unit of the pain expression device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 9 is an exemplary diagram for explaining the physical movement of the pain expression device according to an embodiment of the present invention. .
  • the bending motors 251 and 253 rotate so that the wire W can be wound around the winding portion 252.
  • the expression unit 300 may be bent by the wire (W). That is, as the wire W is wound around the winding part 252, its length becomes shorter, and the expression part 300 can be bent in the direction in which the wire W is shortened.
  • the flexible bit (F) may be twisted as the coupler (C) rotates by the twisting motor (255).
  • the expression unit 300 may be twisted together with the flexible bit (F) while one end and the other end are fixed. This is expressed as twist as shown in Figure 9 (a).
  • the pain expression device 1000 has the advantage of being able to express pain that can be more intuitively and visually accepted by patients, medical staff, and officials through various physical movements, unlike conventional static and numerical pain expressions. .
  • Figure 10 is a flowchart for explaining a pain expression method of a pain expression device according to an embodiment of the present invention.
  • the pain expression device 1000 initializes a system for setting initial values of variables and each component (S710).
  • the signal processing unit 230 processes the input pain signal and interprets the command (S730). At this time, the signal processing unit 230 can check the character length of the pain signal according to the communication protocol and interpret the defined command and command input value.
  • the signal processing unit 230 transmits the analysis result to the valid command determination unit 220.
  • the signal processing unit 230 may process an empty value of “ ” as a signal and return a “No” value upon confirmation of the command to the valid command confirmation unit 220.
  • the valid command determination unit 220 determines whether the input pain signal is a valid command based on the analysis result of the signal processing unit 230 (S740).
  • the valid command determination unit 220 can determine a valid command depending on whether the command is defined as a result of the interpretation of the signal processing unit 230 and whether the command input value is a true value or a false value. there is.
  • the valid command determination unit 220 determines that the pain signal is a valid command and sends the valid command “YES” to the signal processing unit 230. Transmit the signal (S740: Yes).
  • the valid command determination unit 220 determines whether the interpretation result is a defined command and the command input value is a false value, or when it is not a defined command and the command input value is a true value, the definition If it is not a valid command and the command input value is a false value, the pain signal is determined to be an invalid command and the valid command signal is not transmitted to the signal processing unit 230 (S740: No).
  • the signal processing unit 230 may process the command interpretation result when the pain signal is confirmed to be a valid command. That is, the signal processing unit 230 can recheck the defined command and command input value of the pain signal interpreted based on the communication protocol (S750).
  • the signal processing unit 230 may transmit the signal processing and command interpretation results to the pain expression unit 240. That is, the signal processing unit 230 transmits the function and command input value corresponding to the defined command.
  • the pain expression unit 240 calculates the twist and bending expressions according to the results of signal processing and command interpretation (S760). That is, the pain expression unit 240 calculates the pain expression value according to the command interpretation result.
  • the pain expression unit 240 may calculate a pain expression value based on a function corresponding to a defined command and a command input value. That is, the pain expression unit 240 can calculate the twisting and bending expression values based on the function and command input values.
  • the pain expression unit 240 may compare the “command input value of the previous command” and the “command input value of the current command” and calculate the degree of difference as the current torsion expression value. Additionally, the pain expression unit 240 may calculate the “command input value of the current command” as the current bending expression value.
  • the pain expression value can be corrected in the pain expression unit 240. Accordingly, a correction method will be described below with an example.
  • the current command value z is located between x and y. The case is judged to be an input of a pain score of 5 points.
  • the average of the current value z and the previous value Z n-1 is calculated as the final output value, and the pain expression value is corrected by smooth movement with noise removed.
  • the current value z is calculated as the final output value and corrected as the pain expression value.
  • the final output value is calculated by adding the z value and the difference between the previous value Z n-1 and the current value z, and the noise is corrected to an exaggerated pain expression value.
  • the motor control unit 250 controls the bending motors 251 and 253 and the twisting motor 255 based on the calculated pain expression values, which are the twisting expression value and the bending expression value (S770).
  • the motor control unit 250 when the bending expression value is obtained, the motor control unit 250 performs a PID operation so that the first motor 251 and the second motor 253 are located at the angle corresponding to the bending expression value, and sends the operation result to the first motor 250. It can be output to the motor 251 and the second motor 253.
  • the motor control unit 250 when the twist expression value is obtained, the motor control unit 250 performs a PID operation so that the third motor 255 is positioned at an angle corresponding to the twist expression value, and converts the calculation result into a PWM signal for the third motor ( 255).
  • the bending motors 251 and 253 rotate so that the wire W can be wound around the winding portion 252.
  • the expression unit 300 may be bent by the wire (W). That is, as the wire W is wound around the winding part 252, its length becomes shorter, and the expression part 300 can be bent in the direction in which the wire W is shortened.
  • the flexible bit (F) may be twisted as the coupler (C) rotates by the third motor 255.
  • the expression unit 300 may be twisted together with the flexible bit (F) while one end and the other end are fixed.
  • Figure 11 is a perspective view schematically showing a pain expression device using a pain input device according to another embodiment of the present invention.
  • the pain expression device 1000 may receive a pain signal from the pain input device 600 and express the pain through physical movements such as twisting or bending based on the input pain signal.
  • the pain input device 600 deforms the shape of the elastic part 610 according to the force applied by the external force, and measures the intensity and position of the external force by the amount of change in the illuminance value obtained from the light receiving part 630 according to the degree of deformation. can do.
  • the pain input device 600 can check the degree of central deformation using a pair of sensor modules. That is, the pain input device 600 can measure the degree of deformation in various directions by disposing one or more light source units 620 and one or more light reception units 630 inside the elastic unit 610.
  • the elastic portion 610 forms the exterior of the pain input device 600 and may be made of an elastic member.
  • the elastic member may refer to an elastic material such as silicon, rubber, clay, etc.
  • the sensor sensitivity can be adjusted by adjusting the hardness of the elastic member of the elastic portion 610.
  • the light source unit 620 may emit light depending on whether power is supplied.
  • This light source unit 620 may include one or more light emitting diodes, LEDs, organic LEDs, or OLEDs.
  • the light receiving portion 630 may detect proximity by receiving light reflected by the elastic portion 610 and obtain an illuminance value.
  • the light receiving unit 630 can obtain the first illuminance value A1 with the light source unit 620 turned off. And, the light receiving unit 630 can obtain the second illuminance value A2 while the light source unit 620 is turned on.
  • the light receiving unit 630 can obtain a natural illuminance value in a state where no external force is applied.
  • natural illuminance values can be obtained when the light source unit 620 is turned off and turned on.
  • natural illuminance values can be obtained with the light source unit 620 turned off and on.
  • the pain expression device 1000 has the same configuration as that shown in FIG. 1, so detailed description will be omitted.
  • Figure 12 is a block diagram briefly showing the function of a pain expression device using a pain input device according to another embodiment of the present invention.
  • the pain expression device 1000 can receive a pain signal input as a user in pain performs an action of holding the pain input device 600 and express pain according to the pain signal. there is.
  • the pain input device 600 may include an elastic unit 610, a light source unit 620, a light receiver 630, a control unit 140, and a first communication unit 150.
  • the elastic portion 610 forms the exterior of the pain input device 600 and may be made of an elastic member.
  • the elastic member may refer to an elastic material such as silicon, rubber, clay, etc.
  • the light source unit 620 may emit light depending on whether power is supplied.
  • the light receiving unit 630 may detect proximity by receiving light reflected by the elastic unit 610 and obtain an illuminance value.
  • the light receiving unit 630 can obtain the first illuminance value A1 with the light source unit 620 turned off.
  • the light receiving unit 630 may obtain the second illuminance value A2 while the light source unit 620 is turned on.
  • the light receiving unit 630 can obtain a natural illuminance value in a state where no external force is applied.
  • natural illuminance values can be obtained when the light source unit 620 is turned off and turned on.
  • natural illuminance values can be obtained with the light source unit 620 turned off and on.
  • the control unit 140 may calculate the amount of change in the illuminance value based on the illuminance value obtained through the light receiving unit 630.
  • the control unit 140 may perform calibration before using the pain input device 600. At this time, the function f(x) can be obtained. That is, the control unit 140 can obtain the function f(x) by mapping the natural illuminance values obtained when the light source unit 620 is turned off and turned on.
  • the control unit 140 may map the natural illuminance value of the light receiving unit 630 obtained in a state in which no external force is applied.
  • the control unit 140 may correct the illuminance value using the function f(x) to detect the strain rate.
  • the reason why correction of the illuminance value is necessary is to measure only the illuminance value (i.e., the illuminance value to be measured) according to the degree of deformation of the elastic portion 610 due to external force, but even when the surrounding brightness or external environment changes, the illuminance value ( In other words, values that should not be measured may be measured.
  • the illuminance value must be corrected when the surrounding brightness or external environment changes. Accordingly, the control unit 140 can calculate the corrected deformation level.
  • the control unit 140 substitutes the first illuminance value A1 to the mapped natural illuminance value in the absence of external force.
  • the control unit 140 may calculate the deformation level by calculating the difference between the second illuminance value A2 and the substituted first illuminance value f(A1).
  • the control unit 140 can calculate the deformation level by continuously measuring the degree of deformation at a preset cycle.
  • the control unit 140 may control the first communication unit 150 to output the calculated change in illuminance value.
  • the first communication unit 150 may output the amount of change in illuminance value under the control of the control unit 140. At this time, the first communication unit 150 may transmit and receive pain signals with the pain expression device 1000 through universal asynchronous receiver/transmitter (UART) communication. The first communication unit 150 reads the pain signal bit by bit in order and serializes it for communication according to the communication protocol, and can transmit and receive up to 8 bits.
  • UART universal asynchronous receiver/transmitter
  • the pain input device 600 may output the change in illuminance value by dividing it into three types.
  • the amount of change in the illuminance value obtained by an external force e.g. 0.01
  • the minimum value of the amount of change in the illuminance value obtained by an external force e.g. 0.000
  • the amount of change in the illuminance value obtained by an external force It can be distinguished by the maximum value (for example, 1.000).
  • the output value may be, for example, “0.01,0.000,1.000”.
  • the pain expression device 1000 may include a control unit 200, bending motors 251 and 253, and a twisting motor 255.
  • the control unit 200 may include a communication unit 210, a valid command determination unit 220, a signal processing unit 230, a pain expression unit 240, and a motor control unit 250.
  • the communication unit 210 may receive and input pain signals from the outside.
  • the second communication unit 211 like the first communication unit 150, receives pain signals from the outside through universal asynchronous receiver/transmitter (UART) communication, and sequentially transmits the data one bit at a time according to the communication protocol. It is read and serialized for communication, and up to 8 bits can be transmitted and received.
  • UART universal asynchronous receiver/transmitter
  • universal asynchronous transceivers are used with communication standards such as EIA RS-232, RS-422, and RS-485.
  • the communication unit 210 may render based on the pain expression value. That is, the communication unit 210 may render the amount of change in illumination value based on the pain expression value of twisting and bending. Afterwards, a pain command can be generated based on the rendered pain expression value and input as a pain signal.
  • the pain command may include a defined command and a command input value.
  • the valid command determination unit 220 may determine whether the input pain signal is a valid command. The valid command determination unit 220 may determine the command to be invalid if the command is not defined as a result of the signal processing and command interpretation of the signal processing unit 230 and if the command input value is a false value. If the valid command determination unit 220 determines that the input pain signal is a valid command, it may transmit a “YES” signal, which is a valid command, to the signal processing unit 230.
  • the signal processing unit 230 may process the input pain signal and interpret the command.
  • the signal processing unit 230 can check the character length of the pain signal according to the communication protocol and interpret the defined command and command input value.
  • the signal processing unit 230 can recheck the signal processing and command interpretation results.
  • the signal processing unit 230 may transmit the signal processing and command interpretation results to the pain expression unit 240. That is, the signal processing unit 230 transmits the function and command input value corresponding to the defined command.
  • the pain expression unit 240 may calculate a pain expression value based on a function corresponding to a defined command and a command input value. That is, the pain expression unit 240 can calculate the twisting and bending expression values based on the function and command input values.
  • the pain expression unit 240 may compare the “command input value of the previous command” and the “command input value of the current command” and calculate the degree of difference as the current torsion expression value.
  • the pain expression unit 240 may calculate the “command input value of the current command” as the current bending expression value.
  • the pain expression unit 240 may correct the expression value according to the range of the command input value.
  • the pain expression unit 240 can correct it to express twisting or bending through a smooth movement with noise removed.
  • the first range may be, for example, an input value with a pain score between 0 and 5 points.
  • the pain expression unit 240 can correct the noise to express twisting or bending as is.
  • the second range may be, for example, an input value with a pain score between 5 and 8 points.
  • the pain expression unit 240 can exaggerate the noise and correct it to express twisting or bending.
  • the first range may be, for example, an input value with a pain score between 9 and 10 points.
  • the motor control unit 250 may control the bending motors 251 and 253 and the twisting motor 255 based on the calculated twist expression value and bending expression value. That is, when the bending expression value is obtained, the motor control unit 250 performs a PID operation so that the first motor 251 and the second motor 253 are located at the angle corresponding to the bending expression value, and sends the operation result to the first motor 250. It can be output to the motor 251 and the second motor 253. In addition, when the twist expression value is obtained, the motor control unit 250 performs a PID operation so that the third motor 255 is positioned at an angle corresponding to the twist expression value, and converts the calculation result into a PWM signal for the third motor ( 255).
  • the bending motors 251 and 253 rotate so that the wire W can be wound around the winding portion 252.
  • the expression unit 300 may be bent by the wire (W). That is, as the wire W is wound around the winding part 252, its length becomes shorter, and the expression part 300 can be bent in the direction in which the wire W is shortened.
  • the flexible bit (F) may be twisted as the coupler (C) rotates by the twisting motor (255). At this time, the expression unit 300 may be twisted together with the flexible bit (F) while one end and the other end are fixed.
  • the pain expression device using the pain input device of the present invention can easily measure the patient's pain and intuitively express the measured pain and convey it to the other person.
  • the pain input device of the present invention can detect strain through a simple grasping or pressing motion by acquiring the illuminance value according to the external force applied to the elastic portion, making it easy to measure pain and easy to manufacture in various forms. In addition, it can be manufactured at a low cost.
  • the pain input device of the present invention can detect a more accurate strain rate by correcting the error in the illuminance value, that is, the illuminance value when the surrounding brightness or external environment changes.
  • Figure 13 is a flowchart for explaining a pain expression method of a pain expression device using a pain input device according to another embodiment of the present invention.
  • the pain input device 600 performs calibration (S810).
  • the light receiving unit 630 acquires a natural illuminance value in a state where no external force is applied to the elastic unit 610.
  • natural illuminance values can be obtained when the light source unit 620 is turned off and turned on.
  • the function f(x) can be obtained by mapping the natural illuminance value of the light receiving unit 130 obtained in a state in which no external force is applied.
  • control unit 140 After performing calibration, the control unit 140 obtains the amount of change in illuminance value according to the external force (S820).
  • the change in illuminance value can be obtained by converting it to a digital value through an analog-to-digital converter.
  • the first illuminance value obtained when the light source unit 120 is turned on and the second illuminance value obtained when the light source unit 120 is turned off are output. At this time, after correcting the illuminance value using the function f(x), the corrected deformation level can be calculated.
  • the pain expression device 1000 receives the change in illuminance value from the pain input device 600 (S840).
  • the pain expression device 1000 renders the received change in illuminance value based on the pain expression value of twisting and bending (S850).
  • a pain command is generated based on the rendered pain expression value and input as a pain signal (S860).
  • the pain command may include a defined command and a command input value.
  • the pain expression device 1000 expresses twisting and bending by controlling the motor based on the input pain signal.
  • the patient or caregiver can also communicate pain through video calls.

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Abstract

본 발명의 통증 표현 장치는 통증 신호가 입력되면, 통증 신호에 따라 구부러짐 모터 및 비틀림 모터를 제어하는 제어부를 내부에 배치하는 본체부, 본체부 상에 배치되며 구부러짐 모터 및 비틀림 모터의 동작에 의해 통증이 표현되는 표현부 및, 표현부의 일단을 고정하는 헤드부를 포함한다. 이에 따라, 본 발명은 입력되는 통증신호를 표현부를 통해 비틀림이나 구부러짐으로 표현함으로써 물리적인 움직임으로 통증을 직관적으로 표현할 수 있다.

Description

통증 표현 장치 및 그 방법
본 발명은 통증 표현 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히, 입력되는 통증신호를 표현부를 통해 비틀림이나 구부러짐으로 표현함으로써 물리적인 움직임으로 통증을 직관적으로 표현할 수 있는 통증 표현 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 병원에서 환자가 의사에게 자신의 신체 부위에 느껴지는 통증을 표현하고 전달하는 데에는 표준화된 방법이 없다. 때문에 통증의 위치를 말이나 글로 표현하여 정확하게 의사에게 인지시키기가 곤란하고, 여러 부위에 통증이 있을 때에는 의사 소통에 더욱 어려움을 느끼게 된다.
통증 강도를 평가하고 통증의 성질은 평가하는 방식들이 있다. Visual analogue scales(VAS, 10은 상상으로 최고의 통증이라고 할 때 현재 환자가 느끼는 통증의 정도를 0과 10사이의 일직선상에서 선택하게 하는 방법), Numerical rating scale (NRS, 통증의 강도를 0에서 10까지의 수로 환자에게 표현하게 하는 방법), Verbal rating scale (VRS, 전혀 통증 없음, 경미한 통증, 중등도, 강한 통증, 아주 심한 통증 등의 말로 나타내는 방법)가 있다. 이러한 방법들 역시 환자의 주관적인 표현에 의해서 통증이 정량화 되는 것 뿐이다.
또한, 통증을 가시화하는 방법에 관한 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0093381호는 통증 가시화 기기에 관한 것으로, 통증의 정도를 수치화하여 보여주는 디스플레이, 예민한 신체부위로부터 심박수와 산소량을 측정하기 위한 센서, 혈압을 측정하기 위한 측정기기, 머리에 씀으로써 뇌파를 측정할 수 있는 헬멧, 통증가시화 수치를 인쇄할 수 있는 인쇄부, 전원 공급을 위한 콘셉트 연결부를 포함함으로써, 전자기기를 통해 통증을 가시화 및 수치화 할 수 있지만 통증을 호소할 때마다 쉽고 간단하게 통증을 표현할 수 없는 문제점이 존재한다.
결국, 환자와 의료진의 컨디션과 처한 환경안에서, 통증 정도에 대해 입력하고 이를 이해하는 것에 있어서 직관적이고 한눈에 보일 수 있는 기술이 필요하다. 즉, 기존의 정적인 방법에서 벗어나서 움직임으로 통증을 표현할 수 있는 동적인 장치가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입력되는 통증신호를 표현부를 통해 비틀림이나 구부러짐으로 표현함으로써 물리적인 움직임으로 통증을 직관적으로 표현할 수 있는 통증 표현 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
또한, 외력에 따른 조도값을 획득하여 쥐거나 누르는 간단한 동작으로 입력되는 통증신호를 표현부를 통해 직관적으로 표현할 수 있으므로 환자의 통증을 용이하게 측정할 수 있으며 어디서나 통증을 손쉽게 확인할 수 있는 통증 표현 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 표현 장치는, 통증 신호가 입력되면, 통증 신호에 따라 구부러짐 모터 및 비틀림 모터를 제어하는 제어부를 내부에 배치하는 본체부; 상기 본체부 상에 배치되며 상기 구부러짐 모터 및 비틀림 모터의 동작에 의해 통증이 표현되는 표현부; 및, 상기 표현부의 일단을 고정하는 헤드부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 구부러짐 모터는 상기 제어부의 제어 하에 와이어가 감긴 감김부와 연결되어 구부러짐을 표현하도록 동작하고, 비틀림 모터는 상기 제어부의 제어 하에 커플러와 연결되어 비틀림을 표현하도록 동작할 수 있다.
또한, 상기 헤드부는, 홀더 형상으로 상기 표현부를 삽입 결합하는 제1 고정 헤드부; 플렉시블 비트를 고정하는 제2 고정 헤드부; 및, 와이어를 고정하는 제3 고정 헤드부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 표현부는, 관통홀이 형성되어, 상기 플렉시블 비트가 관통 삽입될 수 있다.
또한, 상기 플렉시블 비트는, 일단은 상기 커플러에 고정되고, 타단은 상기 제2 고정 헤드부에 고정될 수 있다.
또한, 상기 플렉시블 비트 및 상기 표현부는, 상기 비틀림 모터에 의해 상기 커플러가 회전함으로써 비틀릴 수 있다.
또한, 상기 표현부는, 상기 와이어가 관통하여 삽입될 수 있다.
또한, 상기 와이어는, 상기 구부러짐 모터가 회전을 함으로써 상기 감김부에 감기면서 길이가 짧아지고, 상기 표현부는, 상기 와이어가 줄어드는 방향으로 구부러질 수 있다.
또한, 상기 표현부는, 구부러짐과 비틀림이 표현되기 위하여 실리콘과 같은 유연성 소재(flexibility material)로 구현될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 통증 신호를 수신하여 입력하는 통신부; 상기 입력된 통증 신호가 유효한 명령인지 판단하는 유효명령 판단부; 상기 입력된 통증 신호를 신호 처리하고 명령을 해석하고, 상기 통증 신호가 유효 명령으로 확인되었을 경우 명령 해석 결과를 처리하는 신호 처리부; 상기 명령 해석 결과에 따라 통증 표현값을 계산하는 통증 표현부; 및, 계산된 통증 표현값에 근거하여 상기 구부러짐 모터, 및 상기 비틀림 모터를 제어하는 모터 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리부는, 통신규약에 따라 상기 통증 신호의 문자 길이를 확인하여 신호 처리하고, 정의된 명령어와 명령 입력값을 해석하여 명령을 해석할 수 있다.
또한, 상기 통증 표현부는, 상기 정의된 명령어에 해당하는 함수와 상기 명령 입력값에 근거하여 상기 통증 표현값을 계산할 수 있다.
또한, 상기 통증 표현부는, 이전 명령어의 명령 입력값과 현재 명령어의 상기 명령 입력값을 비교하여 차이 정도를 현재 비틀림 표현값으로 계산할 수 있다.
또한, 상기 통증 표현부는, 상기 명령 입력값의 범위에 따른 상기 통증 표현값을 보정하되, 상기 명령 입력값이 제1 범위를 갖는 경우 노이즈를 제거한 부드러운 움직임으로 비틀림 및 구부러짐을 표현하도록 보정하고, 상기 명령 입력값이 제2 범위를 갖는 경우 노이즈를 그대로 비틀림 및 구부러짐을 표현하도록 보정하고, 상기 명령 입력값이 제3 범위를 갖는 경우 노이즈를 과장하여 비틀림 및 구부러짐을 표현하도록 보정할 수 있다.
또한, 상기 통신부는, 통증 입력 기기로부터 통증 신호를 수신할 수 있다.
또한, 상기 통증 입력 기기는, 탄성 부재로 외관을 형성하는 탄성부; 상기 탄성부의 내부에 배치되어, 광을 방출하는 광원부; 상기 탄성부의 내부에 배치되며, 상기 광원부로부터 방출되는 광이 상기 탄성부에 반사된 광을 수광하여 조도값을 획득하는 수광부; 및, 상기 수광부를 통해 획득한 조도값에 근거하여, 상기 탄성부에 외력에 따른 조도값 변화량을 계산하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 통증 표현 장치의 통증 표현 방법은, 통증 신호가 입력되면 입력된 통증 신호를 신호 처리하고 명령을 해석하는 단계; 상기 해석 결과에 근거하여 상기 통증 신호가 유효한 명령인지 판단하는 단계; 상기 통증 신호가 유효 명령으로 확인되었을 경우, 상기 명령 해석 결과를 처리하는 단계; 상기 명령 해석 결과에 따라 통증 표현값을 계산하는 단계; 및, 상기 계산된 통증 표현값을 근거로 구부러짐 모터 및 비틀림 모터를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 통증 표현 장치 및 그 방법은 입력되는 통증신호를 표현부를 통해 비틀림이나 구부러짐으로 표현함으로써 물리적인 움직임으로 통증을 직관적으로 표현할 수 있다.
또한, 본 발명은 외력에 따른 조도값을 획득하여 쥐거나 누르는 간단한 동작으로 입력되는 통증신호를 표현부를 통해 직관적으로 표현할 수 있으므로 환자의 통증을 용이하게 측정할 수 있으며 어디서나 통증을 손쉽게 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 표현 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 통증 표현 장치의 분해사시도이다.
도 4는 도 1의 본체부의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 5는 도 1의 표현부의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 6은 도 1의 헤드부의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 표현 장치의 기능을 간략하게 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 표현 장치의 표현부의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 표현 장치의 물리적인 움직임을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 표현 장치의 통증 표현 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 통증 입력 기기를 이용한 통증 표현 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통증 입력 기기를 이용한 통증 표현 장치의 기능을 간략하게 나타내는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 통증 입력 기기를 이용한 통증 표현 장치의 통증 표현 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 표현 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'의 단면을 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 1의 통증 표현 장치의 분해사시도이고, 도 4는 도 1의 본체부의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이고, 도 5는 도 1의 표현부의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이고, 도 6은 도 1의 헤드부의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 통증 표현 장치(1000)는 입력되는 통증 신호를 비틀림이나 구부러짐으로 통증을 표현할 수 있다.
이러한, 통증 표현 장치(1000)는 본체부(100), 표현부(300) 및 헤드부(500)를 포함할 수 있다.
본체부(100)는 상부 하우징(110)과 하부 하우징(120)이 결합하여 외부로부터 보호하며 외관을 형성할 수 있다. 본체부(100)의 내부에는 제어부(200), 구부러짐 모터(251, 253) 및 비틀림 모터(255)가 지지판(101)에 의해 분리 지지되어 배치될 수 있다.
제어부(200)는 외부로부터 통증 신호가 입력되면, 통증 신호에 따라 구부러짐 모터(251, 253) 및 비틀림 모터(255)를 제어할 수 있다. 제어부(200)는 마이크로컨트롤러(MCU; Micro Controller Unit), 마이크로프로세서, 모바일 프로세서, 초저전압 프로세서, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit), GPGPU(General-Purpose computing on Graphics Processing Units), AI 가속기, 시각 처리 장치(VPU; Visual Processing Unit), 벡터 프로세서, 배럴 프로세서, 스트림 프로세서, 디지털 신호 처리 장치(DSP; digital signal processor), 입출력 프로세서/DMA(Direct memory access) 컨트롤러, 네트워크 프로세서, 베이스밴드 프로세서, 물리 처리 장치(PPU), 코프로세서, 주문형 반도체, FPGA(Field Programmable Gate Array), 복합 프로그래머블 논리 소자 , 멀티 코어, 매니코어 프로세서, 타일 프로세서, 멀티칩 모듈(MCM; Multi Chip Module), 칩 스택 멀티칩 모듈, 단일 칩 체제(SoC; System on Chip), 멀티프로세서 시스템 온 칩(MPSoC; Multi Processer System on Chip), 네트워크 온 칩(NoC; Network on Chip), 등과 같이 장치 구동을 제어 및 동작시키기 위한 전자 모듈들을 포함하는 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)으로 구성될 수 있다.
구부러짐 모터(251, 253)는 제어부(200)의 제어 하에 와이어(W)가 감긴 감김부(252)와 연결되어 구부러짐을 표현하도록 동작할 수 있다. 여기서, 감김부(252)는 풀리와 같은 파워록으로 구현될 수 있다. 또한, 구부러짐 모터(251, 253)는 제1 모터(251) 및 제2 모터(253)로 구현될 수 있다.
비틀림 모터(255)는 제어부(200)의 제어 하에 커플러(C)와 연결되어 비틀림을 표현하도록 동작할 수 있다. 또한, 비틀림 모터(255)는 제3 모터(255)로 구현될 수 있다.
표현부(300)는 본체부(100) 상에 배치되며 구부러짐 모터(251, 253) 및 비틀림 모터(255)의 동작에 의해 통증이 표현될 수 있다.
표현부(300)의 일단은 하부 홀더(510)에 삽입 결합될 수 있다. 이때, 하부 홀더(510)는 본체부(100) 상부에 커플러(C) 상에 위치하도록 배치되어 고정될 수 있다.
표현부(300)의 타단은 제1 고정 헤드부(520)에 삽입 결합되어 고정될 수 있다.
표현부(300)는 구부러짐과 비틀림이 표현되기 위하여 실리콘과 같은 유연성 소재(flexibility material)로 구현될 수 있다.
표현부(300)의 내부는 비어 있는 형태일 수 있다. 이에, 표현부(300)는 관통홀이 형성되어 플렉시블 비트(F)가 관통하여 삽입될 수 있다. 이때, 플렉시블 비트(F)는 표현부(300)에 삽입되어, 일단은 커플러(C)에 고정되고, 타단은 제2 고정 헤드부(530)에 고정될 수 있다. 플렉시블 비트(F)는 비틀림 모터(255)에 의해 커플러(C)가 회전을 함으로써 비틀릴 수 있다. 이에, 표현부(300)는 일단과 타단이 고정된 상태에서 플렉시블 비트(F)와 함께 비틀릴 수 있다.
또한, 표현부(300)에는 와이어(W)가 관통하여 삽입될 수 있다. 이때, 와이어(W)는 표현부(300)에 삽입되어, 일단은 구부러짐 모터(251, 253)의 감김부(252)에 감겨 고정되고, 타단은 제3 고정 헤드부(550)에 고정될 수 있다. 와이어(W)는 구부러짐 모터(251, 253)가 회전을 함으로써 감김부(252)에 감길 수 있다. 이때, 표현부(300)는 와이어(W)에 의해 구부러질 수 있다. 즉, 와이어(W)가 감김부(252)에 감기면서 길이가 짧아지고, 표현부(300)는 와이어(W)가 줄어드는 방향으로 구부러질 수 있다.
헤드부(500)는 제1 고정 헤드부(520), 제2 고정 헤드부(530), 제3 고정 헤드부(550) 및 덮개 하우징(560)을 포함할 수 있다.
제1 고정 헤드부(520)는 홀더 형상으로 표현부(300)를 삽입 결합할 수 있다. 제1 고정 헤드부(520)는 내부에 삽입된 표현부(300)를 고정하여 지지할 수 있다. 또한, 제1 고정 헤드부(520)는 고정홀 및 비아홀을 형성할 수 있다. 여기서, 비아홀은 와이어(W)가 관통하기 위한 홀일 수 있다.
제2 고정 헤드부(530)는 플렉시블 비트(F)를 고정할 수 있다. 이에 제2 고정 헤드부(530)는 플렉시블 비트(F)와 결합하기 위한 결합돌기(535) 및 비아홀을 형성할 수 있다. 제2 고정 헤드부(530)는 결합된 플렉시블 비트(F)를 고정할 수 있다. 한편, 결합돌기(535)는 제1 고정 헤드부(520)의 고정홀에 삽입되어 고정될 수 있다. 여기서, 비아홀은 와이어(W)가 관통하기 위한 홀일 수 있다.
제3 고정 헤드부(550)는 와이어(W)를 고정할 수 있다. 이에 제3 고정 헤드부(550)는 와이어(W)와 결합하기 위한 하나 이상의 돌출부(555)를 형성할 수 있다.
덮개 하우징(207-7)은 제3 고정 헤드부(560)를 덮어 외부로부터 보호하며 외관을 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 표현 장치의 기능을 간략하게 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 통증 표현 장치(1000)는 제어부(200), 구부러짐 모터(251, 253) 및 비틀림 모터(255)를 포함할 수 있다.
제어부(200)는 통신부(210), 유효명령 판단부(220), 신호 처리부(230), 통증 표현부(240) 및 모터 제어부(250)를 포함할 수 있다.
통신부(210)는 외부로부터 통증 신호를 수신하여 입력할 수 있다. 제2 통신부(211)는 제1 통신부(150)와 같이 범용 비동기화 송수신기(universal asynchronous receiver/transmitter, UART) 통신을 통해 외부로부터 통증 신호를 수신하며, 통신규약에 따라 테이터를 한 비트씩 차례대로 읽어 직렬화하여 통신하며, 최대 8비트를 송수신할 수 있다. 여기서, 범용 비동기화 송수신기는 EIA RS-232, RS-422, RS-485와 같은 통신 표준과 함께 사용된다.
유효명령 판단부(220)는 입력된 통증 신호가 유효한 명령인지 판단할 수 있다. 유효명령 판단부(220)는 신호 처리부(230)의 신호 처리 및 명령 해석 결과로 정의된 명령어가 아닌 경우와 명령 입력값이 거짓값(false value)인 경우 유효하지 않은 명령으로 판단할 수 있다. 유효명령 판단부(220)는 입력된 통증 신호가 유효한 명령으로 판단된 경우 신호 처리부(230)로 유효명령인 “YES”신호를 전달할 수 있다.
신호 처리부(230)는 입력된 통증 신호를 신호 처리하고 명령을 해석할 수 있다. 신호 처리부(230)는 통신규약에 따라 통증 신호의 문자 길이를 확인하고, 정의된 명령어와 명령 입력값을 해석할 수 있다.
통증 신호를 처리하고 명령을 해석하는 방법을 예를 들어 설명한다.
입력된 통증 신호가 “<SP0100>”일 경우, 신호 처리부(230)는 입력값 “<SP0100>”에서, 처음 “<”값과 “>”의 존재하며, 입력값의 문자 길이가 8인지인지 확인하는 신호 처리 과정을 수행하고, “SP”라는 명령어가 정의된 명령어인지와 “0100”이라는 명령 입력값이 숫자로 변환가능한지 명령 해석 과정을 수행한다.
또한, 신호 처리부(230)는 통증 신호가 유효한 명령인지 판단된 경우, 즉, 유효명령으로 확인되었을 때, 신호 처리 및 명령 해석 결과를 처리할 수 있다.
신호 처리부(230)는 유효명령이 “YES”로 확인되면, 신호 처리 및 명령 해석 결과를 통증 표현부(240)로 전달할 수 있다. 즉, 신호 처리부(230)는 정의된 명령어에 해당하는 함수와 명령 입력값을 전달한다.
통증 표현부(240)는 통증 신호의 명령 해석 결과에 따라 통증 표현값을 계산할 수 있다. 정의된 명령어에 해당하는 함수와 명령 입력값에 근거하여 통증 표현값을 계산할 수 있다. 즉, 통증 표현부(240)는 함수와 명령 입력값에 근거하여 비틀림 및 구부러짐 표현값을 계산할 수 있다.
통증 표현부(240)는 “이전 명령어의 명령 입력값”과 “현재 명령어의 명령 입력값”을 비교하여 차이 정도를 현재 비틀림 표현값으로 계산할 수 있다. 통증 표현부(240)는 “현재 명령어의 명령 입력값”을 현재 구부러짐 표현값으로 계산할 수 있다.
이때, 통증 표현부(240)는 명령 입력값의 범위에 따른 통증 표현값을 보정할 수 있다.
통증 표현부(240)는 명령 입력값이 제1 범위를 갖는 경우 노이즈를 제거한 부드러운 움직임으로 비틀림 및 구부러짐을 표현하도록 보정할 수 있다. 여기서, 제1 범위는 통증 점수가 0점에서 5점 사이의 입력값으로 예를 들 수 있다.
통증 표현부(240)는 명령 입력값이 제2 범위를 갖는 경우 노이즈를 그대로 비틀림 및 구부러짐을 표현하도록 보정할 수 있다. 여기서, 제2 범위는 통증 점수가 5점에서 8점 사이의 입력값으로 예를 들 수 있다.
통증 표현부(240)는 명령 입력값이 제3 범위를 갖는 경우 노이즈를 과장하여 비틀림 및 구부러짐을 표현하도록 보정할 수 있다. 여기서, 제1 범위는 통증 점수가 9점에서 10점 사이의 입력값으로 예를 들 수 있다.
모터 제어부(250)는 계산된 통증 표현값에 근거하여 구부러짐 모터(251, 253) 및 비틀림 모터(255)를 제어할 수 있다. 즉, 모터 제어부(250)는 구부러짐 표현값이 획득된 경우, 구부러짐 표현값에 대응하는 각도에 제1 모터(251) 및 제2 모터(253)가 위치하도록 PID 연산을 수행하고 연산 결과를 제1 모터(251) 및 제2 모터(253)로 출력할 수 있다.
또한, 모터 제어부(250)는 비틀림 표현값이 획득된 경우, 해당 비틀림 표현값에 대응하는 각도로 제3 모터(255)가 위치하도록 PID연산을 수행하고, 연산결과를 PWM신호로 제3 모터(255)로 출력할 수 있다.
또한, 모터 제어부(250)는 구부러짐 표현값과 비틀림 표현값이 동시에 획득된 경우, 구부러짐 표현값에 대응하는 각도에 제1 모터(251) 및 제2 모터(253)가 위치하고, 비틀림 표현값에 대응하는 각도로 제3 모터(255)가 위치하도록 PID연산을 수행하고, 연산결과를 PWM신호로 제1 모터(251), 제2 모터(253) 및, 제3 모터(255)로 출력할 수 있다.
이에, 모터 제어부(250)의 제어 하에 구부러짐 모터(251, 253)는 회전을 함으로써 와이어(W)가 감김부(252)에 감길 수 있다. 이때, 표현부(300)는 와이어(W)에 의해 구부러질 수 있다. 즉, 와이어(W)가 감김부(252)에 감기면서 길이가 짧아지고, 표현부(300)는 와이어(W)가 줄어드는 방향으로 구부러질 수 있다.
또한, 모터 제어부(250)의 제어 하에 제3 모터(255)는 회전함으로써 커플러(C)를 회전시켜 플렉시블 비트(F)가 비틀릴 수 있다. 이때, 표현부(300)는 일단과 타단이 고정된 상태에서 플렉시블 비트(F)와 함께 비틀릴 수 있다.
이로써, 통증 표현 장치는 입력된 통증 신호에 대해 물리적인 움직임으로 표현함으로써 직관적으로 통증을 확인할 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 표현 장치의 표현부의 동작을 설명하기 위한 단면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 표현 장치의 물리적인 움직임을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 도 8의 (a)는 구부러짐 모터(251, 253)가 회전을 함으로써 와이어(W)가 감김부(252)에 감길 수 있다. 이때, 표현부(300)는 와이어(W)에 의해 구부러질 수 있다. 즉, 와이어(W)가 감김부(252)에 감기면서 길이가 짧아지고, 표현부(300)는 와이어(W)가 줄어드는 방향으로 구부러질 수 있다.
이때, 구부러짐 모터(251, 253)가 동시에 회전을 하는 경우, 회전하는 모터의 감김부(252)에 와이어(W)가 감기면서 길이가 짧아짐으로써 표현부(300)는 와이어(W)가 줄어드는 방향으로 구부러질 수 있다. 이는 도 9의 (b)와 같이 구부러짐이 표현된다.
한편, 구부러짐 모터(251, 253) 중 하나의 모터만 회전을 하는 경우, 회전하는 모터의 감김부(252)에 와이어(W)가 감기면서 길이가 짧아짐으로써 표현부(300)는 와이어(W)가 줄어드는 한 측면으로 구부러질 수 있다. 이는 도 9의 (d)와 같이 옆으로 구부러짐이 표현된다.
도 8의 (b)는 비틀림 모터(255)에 의해 커플러(C)가 회전을 함으로써 플렉시블 비트(F)가 비틀릴 수 있다. 이때, 표현부(300)는 일단과 타단이 고정된 상태에서 플렉시블 비트(F)와 함께 비틀릴 수 있다. 이는 도 9의 (a)와 같이 비틀림이 표현된다.
나아가, 구부러짐 모터(251, 253) 및 비틀림 모터(255)가 동시에 회전을 하는 경우, 회전하는 모터의 감김부(252)에 와이어(W)가 감기면서 길이가 짧아짐으로써 표현부(300)는 와이어(W)가 줄어드는 방향으로 구부러짐이 표현됨과 동시에, 커플러(C)가 회전을 함으로써 플렉시블 비트(F)가 비틀려 표현부(300)는 비틀림이 표현된다. 이는 도 9의 (c)와 같이 구부러짐과 비틀림이 표현된다.
또한, 비틀림 모터(255)가 회전하고, 구부러짐 모터(251, 253) 중 하나의 모터만 회전을 하는 경우, 커플러(C)가 회전을 함으로써 플렉시블 비트(F)가 비틀려 표현부(300)는 비틀림이 표현됨과 동시에 회전하는 모터의 감김부(252)에 와이어(W)가 감기면서 길이가 짧아짐으로써 표현부(300)는 와이어(W)가 줄어드는 한 측면으로 구부러짐이 표현된다. 이는 도 9의 (e)와 같이 옆으로 비틀림과 옆으로 구부러짐이 표현된다.
이와 같이, 통증 표현 장치(1000)는 종래의 정적이고 수치화된 통증 표현과는 달리 다양한 물리적인 움직임을 통해 환자와 의료진 및 관계자들이 더 직관적이고 시각적으로 받아들일 수 있는 통증을 표현할 수 있는 장점이 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 통증 표현 장치의 통증 표현 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7 및 도 10을 참조하면, 통증 표현 장치(1000)는 변수 및 각 구성요소들의 초기값을 설정하기 위한 시스템을 초기화한다(S710).
이후, 외부로부터 통증 신호가 입력되면, 신호 처리부(230)는 입력된 통증 신호를 신호 처리하고 명령을 해석한다(S730). 이때, 신호 처리부(230)는 통신규약에 따라 통증 신호의 문자 길이를 확인하고, 정의된 명령어와 명령 입력값을 해석할 수 있다.
신호 처리부(230)는 해석 결과를 유효명령 판단부(220)로 전달한다.
한편, 신호 처리부(230)는 입력된 신호가 없을 경우, “ ”의 빈 값을 신호 처리하고, 유효명령 확인부(220)로 명령 확인을 “No”값을 반환할 수 있다.
유효명령 판단부(220)는 신호 처리부(230)의 해석 결과에 근거하여 입력된 통증 신호가 유효한 명령인지 판단한다(S740).
유효명령 판단부(220)는 신호 처리부(230)의 해석 결과로 정의된 명령어인지의 여부와 명령 입력값이 진실값(true value)인지 거짓값(false value)인지에 따라 유효명령을 판단할 수 있다.
즉, 유효명령 판단부(220)는 해석 결과가 정의된 명령어이면서 명령 입력값이 진실값(true value)인 경우, 통증 신호가 유효한 명령으로 판단하고 신호 처리부(230)로 유효명령인 “YES”신호를 전달한다(S740:예).
반면, 유효명령 판단부(220)는 해석 결과가 정의된 명령어이면서 명령 입력값이 거짓값(false value)인 경우, 정의된 명령어가 아니면서 명령 입력값이 진실값(true value)인 경우, 정의된 명령어가 아니면서 명령 입력값이 거짓값(false value)인 경우 통증 신호가 유효하지 않은 명령으로 판단하고 신호 처리부(230)로 유효명령 신호를 전달하지 않는다(S740:아니오).
그리고, 신호 처리부(230)는 통증 신호가 유효 명령으로 확인되었을 경우 명령 해석 결과를 처리할 수 있다. 즉, 신호 처리부(230)는 통신규약에 근거하여 해석된 통증 신호의 정의된 명령어와 명령 입력값을 재확인할 수 있다(S750).
신호 처리부(230)는 유효명령이 “YES”로 확인되면, 신호 처리 및 명령 해석 결과를 통증 표현부(240)로 전달할 수 있다. 즉, 신호 처리부(230)는 정의된 명령어에 해당하는 함수와 명령 입력값을 전달한다.
이후, 통증 표현부(240)는 신호 처리 및 명령 해석 결과에 따라 비틀림 및 구부러짐 표현을 계산한다(S760). 즉, 통증 표현부(240)는 명령 해석 결과에 따라 통증 표현값을 계산한다.
통증 표현부(240)는 정의된 명령어에 해당하는 함수와 명령 입력값에 근거하여 통증 표현값을 계산할 수 있다. 즉, 통증 표현부(240)는 함수와 명령 입력값에 근거하여 비틀림 및 구부러짐 표현값을 계산할 수 있다.
통증 표현부(240)는 “이전 명령어의 명령 입력값”과 “현재 명령어의 명령 입력값”을 비교하여 차이 정도를 현재 비틀림 표현값으로 계산할 수 있다. 또한, 통증 표현부(240)는 “현재 명령어의 명령 입력값”을 현재 구부러짐 표현값으로 계산할 수 있다.
통증 표현부(240)에서 통증 표현값을 보정할 수 있다. 이에, 보정하는 방법을 예를 들어 후술한다.
명령 입력 값의 최소값을 x, 최대 값을 y라고 가정할 때, z의 현재 명령 입력값이라고 하면, 현재 명령값 z가 x와 y사이 위치하는데,
Figure PCTKR2022007353-appb-img-000001
인 경우를 통증 점수 5점의 입력이라고 판단한다.
즉,
Figure PCTKR2022007353-appb-img-000002
인 경우 현재 값 z와 이전 값 Zn-1 의 평균을 최종 출력 값으로 계산하여, 노이즈를 제거한 부드러운 움직임으로 통증 표현값으로 보정한다.
Figure PCTKR2022007353-appb-img-000003
인 경우 현재 값 z를 그대로 최종 출력 값으로 계산하여, 그대로 통증 표현값으로 보정한다.
Figure PCTKR2022007353-appb-img-000004
, 즉 최대값과 차이가 10% 이내일 경우, 이전 값 Zn-1과 현재 값 z의 차이값과 z값을 더해 최종 출력 값으로 계산하여, 노이즈를 과장한 통증 표현값으로 보정한다.
모터 제어부(250)는 계산된 통증 표현값인 비틀림 표현값과 구부러짐 표현값을 근거로 구부러짐 모터(251, 253) 및 비틀림 모터(255)를 제어한다(S770).
즉, 모터 제어부(250)는 구부러짐 표현값이 획득된 경우, 구부러짐 표현값에 대응하는 각도에 제1 모터(251) 및 제2 모터(253)가 위치하도록 PID 연산을 수행하고 연산 결과를 제1 모터(251) 및 제2 모터(253)로 출력할 수 있다. 또한, 모터 제어부(250)는 비틀림 표현값이 획득된 경우, 해당 비틀림 표현값에 대응하는 각도로 제3 모터(255)가 위치하도록 PID연산을 수행하고, 연산결과를 PWM신호로 제3 모터(255)로 출력할 수 있다.
이에, 구부러짐 모터(251, 253)가 회전을 함으로써 와이어(W)가 감김부(252)에 감길 수 있다. 이때, 표현부(300)는 와이어(W)에 의해 구부러질 수 있다. 즉, 와이어(W)가 감김부(252)에 감기면서 길이가 짧아지고, 표현부(300)는 와이어(W)가 줄어드는 방향으로 구부러질 수 있다.
또한, 제3 모터(255)에 의해 커플러(C)가 회전을 함으로써 플렉시블 비트(F)가 비틀릴 수 있다. 이때, 표현부(300)는 일단과 타단이 고정된 상태에서 플렉시블 비트(F)와 함께 비틀릴 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 통증 입력 기기를 이용한 통증 표현 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11을 참조하면, 통증 표현 장치(1000)는 통증 입력 기기(600)로부터 통증 신호를 수신하고, 입력된 통증 신호에 근거하여 비틀림이나 구부러짐 등의 물리적인 움직임으로 통증을 표현할 수 있다.
통증 입력 기기(600)는 외력에 의해 가해지는 힘에 따라 탄성부(610)의 형태가 변형되고, 변형하는 정도에 따라 수광부(630)에서 획득한 조도값의 변화량으로 외력의 강도와 위치를 측정할 수 있다.
통증 입력 기기(600)는 한 쌍의 센서 모듈을 이용하여 중앙의 변형 정도를 확인할 수 있다. 즉, 통증 입력 기기(600)는 탄성부(610)의 내부에 하나 이상의 광원부(620)와 하나 이상의 수광부(630)를 배치하여 여러 방향의 변형 정도를 측정할 수 있다.
탄성부(610)는 통증 입력 기기(600)의 외관을 형성하고, 탄성 부재로 이루질 수 있다. 여기서, 탄성 부재는 실리콘, 고무, 점토 등과 같이 탄성이 있는 물질을 의미할 수 있다. 이에 의해, 다양한 센서 모듈을 제작하거나 다양한 형태의 제품에 적용할 수 있다.
또한, 탄성부(610)의 탄성 부재의 경도를 조절하여 센서 민감도를 조절할 수 있다.
광원부(620)는 전원 공급 여부에 따라 광을 방출할 수 있다. 이러한 광원부(620)는 하나 이상의 발광 다이오드, LED, 또는 유기 LED, OLED를 포함할 수 있다.
수광부(630)는 탄성부(610)에 외력이 가해질 때, 탄성부(610)에 반사된 광을 수광하여 근접을 감지하고, 조도값을 획득할 수 있다.
이러한, 수광부(630)는 광원부(620)를 끈 상태에서 제1 조도값(A1)을 획득할 수 있다. 그리고, 수광부(630)는 광원부(620)를 켠 상태에서 제2 조도값(A2)을 획득할 수 있다.
한편, 수광부(630)는 외력이 가해지지 않은 상태에서 자연 조도값을 획득할 수 있다. 이 경우에도, 광원부(620)를 끈 상태와 켠 상태에서의 자연 조도값을 획득할 수 있다. 외부의 환경이 암실일 경우부터 밝은 조명까지 광원부(620)를 끈 상태와 켠 상태에서 자연 조도값을 획득할 수 있다.
통증 표현 장치(1000)는 도 1의 구성과 동일하여 상세한 설명을 생략한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통증 입력 기기를 이용한 통증 표현 장치의 기능을 간략하게 나타내는 블록도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 통증 표현 장치(1000)는 통증이 있는 사용자가 통증 입력 기기(600)를 쥐는 동작을 수행함에 따라 입력된 통증 신호를 수신받아, 통증 신호에 따라 통증을 표현할 수 있다.
통증 입력 기기(600)는 탄성부(610), 광원부(620), 수광부(630), 제어부(140) 및 제1 통신부(150)를 포함할 수 있다.
탄성부(610)는 통증 입력 기기(600)의 외관을 형성하고, 탄성 부재로 이루질 수 있다. 여기서, 탄성 부재는 실리콘, 고무, 점토 등과 같이 탄성이 있는 물질을 의미할 수 있다.
광원부(620)는 전원 공급 여부에 따라 광을 방출할 수 있다.
수광부(630)는 탄성부(610)에 반사된 광을 수광하여 근접을 감지하고, 조도값을 획득할 수 있다.
이러한, 수광부(630)는 광원부(620)를 끈 상태에서 제1 조도값(A1)을 획득할 수 있다.
또한, 수광부(630)는 광원부(620)를 켠 상태에서 제2 조도값(A2)을 획득할 수 있다.
한편, 수광부(630)는 외력이 가해지지 않은 상태에서 자연 조도값을 획득할 수 있다. 이 경우에도, 광원부(620)를 끈 상태와 켠 상태에서의 자연 조도값을 획득할 수 있다. 외부의 환경이 암실일 경우부터 밝은 조명까지 광원부(620)를 끈 상태와 켠 상태에서 자연 조도값을 획득할 수 있다.
제어부(140)는 수광부(630)를 통해 획득한 조도값에 근거하여 조도값 변화량을 계산할 수 있다.
제어부(140)는 통증 입력 기기(600)를 사용하기 전 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 이때, 함수 f(x)를 획득할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 광원부(620)를 끈 상태와 켠 상태에서 획득한 자연 조도값을 매핑하여 함수 f(x)를 획득할 수 있다.
제어부(140)는 외력이 가해지지 않은 상태에서 획득한 수광부(630)의 자연 조도값을 매핑할 수 있다.
한편, 제어부(140)는 변형률 감지하기 위하여 함수 f(x)를 이용하여 조도값을 보정할 수 있다. 여기서, 조도값의 보정이 필요한 이유는 외력에 의한 탄성부(610)의 변형 정도에 따른 조도값(즉, 측정해야 하는 조도값)만을 측정하고자 하지만 주변 밝기 또는 외부 환경이 변화하였을 때에도 조도값(즉, 측정하면 안되는 값)이 측정될 수 있다. 이때, 주변 밝기 또는 외부 환경이 변화하였을 때의 조도값을 보정하여야 한다. 이에, 제어부(140)는 보정된 변형 레벨을 산출할 수 있다.
여기서, 조도값 보정 방법을 서술하면, 제어부(140)는 외력이 없는 상태에서 매핑된 자연 조도값에 제1 조도값(A1)을 대입한다. 그리고, 제어부(140)는 제2 조도값(A2)과 대입된 제1 조도값(f(A1))의 차이를 계산하여 변형 레벨(Deformation Level)을 산출할 수 있다.
산술식으로 표현하면 다음과 같다.
변형 레벨(Deformation Level) = A2 - f(A1)
제어부(140)는 기설정된 주기로 변형 정도를 지속적으로 측정하여 변형 레벨(Deformation Level)을 산출할 수 있다.
제어부(140)는 계산된 조도값 변화량을 출력하도록 제1 통신부(150)를 제어할 수 있다.
제1 통신부(150)는 제어부(140)의 제어 하에 조도값 변화량을 출력할 수 있다. 이때, 제1 통신부(150)는 범용 비동기화 송수신기(universal asynchronous receiver/transmitter, UART) 통신을 통해 통증 표현 장치(1000)와 통증 신호를 송수신할 수 있다. 제1 통신부(150)는 통신규약에 따라 통증 신호를 한 비트씩 차례대로 읽어 직렬화하여 통신하며, 최대 8비트를 송수신할 수 있다.
실시예에서, 통증 입력 기기(600)는 조도값 변화량을 3가지로 구분하여 출력할 수 있다.
첫 째로, 외력에 의해 획득한 조도값 변화량(예를 들어 0.01), 둘째로, 외력에 의해 획득한 조도값 변화량의 최소값(예를 들어 0.000), 셋째로, 외력에 의해 획득한 조도값 변화량의 최대값(예를 들어 1.000)으로 구분될 수 있다.
이에, 출력되는 값은 예를 들어, “0.01,0.000,1.000”일 수 있다.
통증 표현 장치(1000)는 제어부(200), 구부러짐 모터(251, 253) 및 비틀림 모터(255)를 포함할 수 있다.
제어부(200)는 통신부(210), 유효명령 판단부(220), 신호 처리부(230), 통증 표현부(240) 및 모터 제어부(250)를 포함할 수 있다.
통신부(210)는 외부로부터 통증 신호를 수신하여 입력할 수 있다. 제2 통신부(211)는 제1 통신부(150)와 같이 범용 비동기화 송수신기(universal asynchronous receiver/transmitter, UART) 통신을 통해 외부로부터 통증 신호를 수신하며, 통신규약에 따라 테이터를 한 비트씩 차례대로 읽어 직렬화하여 통신하며, 최대 8비트를 송수신할 수 있다. 여기서, 범용 비동기화 송수신기는 EIA RS-232, RS-422, RS-485와 같은 통신 표준과 함께 사용된다.
통신부(210)는 조도값 변화량이 수신되면, 통증 표현값에 근거하여 랜더링할 수 있다. 즉, 통신부(210)는 조도값 변화량을 비틀림과 구부러짐의 통증 표현값에 근거하여 랜더링할 수 있다. 이후, 랜더링된 통증 표현값을 근거로 통증 명령어를 생성하여 통증 신호로 입력할 수 있다. 여기서, 통증 명령어는 정의된 명령어와 명령 입력값을 포함할 수 있다.
유효명령 판단부(220)는 입력된 통증 신호가 유효한 명령인지 판단할 수 있다. 유효명령 판단부(220)는 신호 처리부(230)의 신호 처리 및 명령 해석 결과로 정의된 명령어가 아닌 경우와 명령 입력값이 거짓값(false value)인 경우 유효하지 않은 명령으로 판단할 수 있다. 유효명령 판단부(220)는 입력된 통증 신호가 유효한 명령으로 판단된 경우 신호 처리부(230)로 유효명령인 “YES”신호를 전달할 수 있다.
신호 처리부(230)는 입력된 통증 신호를 신호 처리하고 명령을 해석할 수 있다. 신호 처리부(230)는 통신규약에 따라 통증 신호의 문자 길이를 확인하고, 정의된 명령어와 명령 입력값을 해석할 수 있다.
또한, 신호 처리부(230)는 유효명령이 확인되었을 경우, 신호 처리 및 명령 해석 결과를 재확인할 수 있다.
신호 처리부(230)는 유효명령이 “YES”로 확인되면, 신호 처리 및 명령 해석 결과를 통증 표현부(240)로 전달할 수 있다. 즉, 신호 처리부(230)는 정의된 명령어에 해당하는 함수와 명령 입력값을 전달한다.
통증 표현부(240)는 정의된 명령어에 해당하는 함수와 명령 입력값에 근거하여 통증 표현값을 계산할 수 있다. 즉, 통증 표현부(240)는 함수와 명령 입력값에 근거하여 비틀림 및 구부러짐 표현값을 계산할 수 있다.
통증 표현부(240)는 “이전 명령어의 명령 입력값”과 “현재 명령어의 명령 입력값”을 비교하여 차이 정도를 현재 비틀림 표현값으로 계산할 수 있다. 통증 표현부(240)는 “현재 명령어의 명령 입력값”을 현재 구부러짐 표현값으로 계산할 수 있다.
이때, 통증 표현부(240)는 명령 입력값의 범위에 따른 표현값을 보정할 수 있다.
통증 표현부(240)는 명령 입력값이 제1 범위를 갖는 경우 노이즈를 제거한 부드러운 움직임으로 비틀림 또는 구부러짐을 표현하도록 보정할 수 있다. 여기서, 제1 범위는 통증 점수가 0점에서 5점 사이의 입력값으로 예를 들 수 있다.
통증 표현부(240)는 명령 입력값이 제2 범위를 갖는 경우 노이즈를 그대로 비틀림 또는 구부러짐을 표현하도록 보정할 수 있다. 여기서, 제2 범위는 통증 점수가 5점에서 8점 사이의 입력값으로 예를 들 수 있다.
통증 표현부(240)는 명령 입력값이 제3 범위를 갖는 경우 노이즈를 과장하여 비틀림 또는 구부러짐을 표현하도록 보정할 수 있다. 여기서, 제1 범위는 통증 점수가 9점에서 10점 사이의 입력값으로 예를 들 수 있다.
모터 제어부(250)는 계산된 비틀림 표현값과 구부러짐 표현값을 근거로 구부러짐 모터(251, 253) 및 비틀림 모터(255)를 제어할 수 있다. 즉, 모터 제어부(250)는 구부러짐 표현값이 획득된 경우, 구부러짐 표현값에 대응하는 각도에 제1 모터(251) 및 제2 모터(253)가 위치하도록 PID 연산을 수행하고 연산 결과를 제1 모터(251) 및 제2 모터(253)로 출력할 수 있다. 또한, 모터 제어부(250)는 비틀림 표현값이 획득된 경우, 해당 비틀림 표현값에 대응하는 각도로 제3 모터(255)가 위치하도록 PID연산을 수행하고, 연산결과를 PWM신호로 제3 모터(255)로 출력할 수 있다.
이에, 구부러짐 모터(251, 253)가 회전을 함으로써 와이어(W)가 감김부(252)에 감길 수 있다. 이때, 표현부(300)는 와이어(W)에 의해 구부러질 수 있다. 즉, 와이어(W)가 감김부(252)에 감기면서 길이가 짧아지고, 표현부(300)는 와이어(W)가 줄어드는 방향으로 구부러질 수 있다.
또한, 비틀림 모터(255)에 의해 커플러(C)가 회전을 함으로써 플렉시블 비트(F)가 비틀릴 수 있다. 이때, 표현부(300)는 일단과 타단이 고정된 상태에서 플렉시블 비트(F)와 함께 비틀릴 수 있다.
이로써, 본 발명의 통증 입력 기기를 이용한 통증 표현 장치는 환자의 통증을 용이하게 측정할 수 있으며 측정된 통증을 직관적으로 표현하여 상대에게 전달할 수 있다.
더불어, 본 발명의 통증 입력 기기는 탄성부에 가해지는 외력에 따른 조도값을 획득함으로써 쥐거나 누르는 간단한 동작으로 변형률을 감지할 수 있으므로 통증을 측정하기 용이하며, 다양한 형태로 제작이 용이하다. 더불어, 저렴한 비용으로 제작이 가능하다.
또한, 본 발명의 통증 입력 기기는 조도값의 오류, 즉 주변 밝기 또는 외부 환경이 변화하였을 때의 조도값을 보정하여 보다 정확한 변형률을 감지할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 통증 입력 기기를 이용한 통증 표현 장치의 통증 표현 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11 및 도 13을 참조하면, 통증 입력 기기(600)는 캘리브레이션을 수행한다(S810).
캘리브레이션을 수행하는 과정은 탄성부(610)에 외력이 가해지지 않은 상태에서 수광부(630)는 자연 조도값을 획득한다. 이때, 광원부(620)를 끈 상태와 켠 상태에서의 자연 조도값을 획득할 수 있다. 그리고 외력이 가해지지 않은 상태에서 획득한 수광부(130)의 자연 조도값을 매핑하여, 함수 f(x)를 획득할 수 있다.
캘리브레이션을 수행한 뒤, 제어부(140)는 외력에 따른 조도값 변화량을 획득한다(S820).
조도값 변화량을 아날로그-디지털 컨버터를 통해 디지털 값으로 변환하여 획득할 수 있다.
광원부(120)가 켜진 상태에서 획득한 제1 조도값과 광원부(120)가 꺼진 상태에서 획득한 제2 조도값을 출력한다. 이때, 함수 f(x)를 이용하여 조도값을 보정을 수행한 후, 보정된 변형 레벨을 산출할 수 있다.
그리고, 보정된 변형 레벨인 조도값 변화량을 송신한다(S830).
통증 표현 장치(1000)는 통증 입력 기기(600)로부터 조도값 변화량을 수신한다(S840).
통증 표현 장치(1000)는 수신된 조도값 변화량을 비틀림과 구부러짐의 통증 표현값에 근거하여 랜더링한다(S850)
이후, 랜더링된 통증 표현값을 근거로 통증 명령어를 생성하여 통증 신호로 입력한다(S860). 여기서, 통증 명령어는 정의된 명령어와 명령 입력값을 포함할 수 있다.
이에, 통증 표현 장치(1000)는 입력된 통증 신호를 토대로 모터를 제어하여 비틀림 및 구부러짐을 표현한다.
한편, 상술한 과정과 별개로 환자 또는 간병인(caregiver)은 화상 통화를 통해 통증 의사소통을 병행할 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
통증 정도를 직관적으로 표현하는 장치 등에 이용할 수 있다.

Claims (17)

  1. 통증 신호가 입력되면, 상기 통증 신호에 따라 구부러짐 모터 및 비틀림 모터를 제어하는 제어부를 내부에 배치하는 본체부;
    상기 본체부 상에 배치되며 상기 구부러짐 모터 및 상기 비틀림 모터의 동작에 의해 통증이 표현되는 표현부; 및,
    상기 표현부의 일단을 고정하는 헤드부;를 포함하는 통증 표현 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구부러짐 모터는, 상기 제어부의 제어 하에 와이어가 감긴 감김부와 연결되어 구부러짐을 표현하도록 동작하고,
    상기 비틀림 모터는, 상기 제어부의 제어 하에 커플러와 연결되어 비틀림을 표현하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 헤드부는,
    홀더 형상으로 상기 표현부를 삽입 결합하는 제1 고정 헤드부;
    플렉시블 비트를 고정하는 제2 고정 헤드부; 및,
    상기 와이어를 고정하는 제3 고정 헤드부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 표현부는,
    관통홀이 형성되어, 상기 플렉시블 비트가 관통 삽입되는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플렉시블 비트는,
    일단은 상기 커플러에 고정되고, 타단은 상기 제2 고정 헤드부에 고정되는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플렉시블 비트 및 상기 표현부는,
    상기 비틀림 모터에 의해 상기 커플러가 회전함으로써 비틀리는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 표현부는,
    상기 와이어가 관통하여 삽입되는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 와이어는, 상기 구부러짐 모터가 회전을 함으로써 상기 감김부에 감기면서 길이가 짧아지고,
    상기 표현부는, 상기 와이어가 줄어드는 방향으로 구부러지는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 표현부는,
    구부러짐과 비틀림이 표현되기 위하여 실리콘과 같은 유연성 소재(flexibility material)로 구현되는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 통증 신호를 수신하여 입력하는 통신부;
    상기 입력된 통증 신호가 유효한 명령인지 판단하는 유효명령 판단부;
    상기 입력된 통증 신호를 신호 처리하고 명령을 해석하고, 상기 통증 신호가 유효 명령으로 확인되었을 경우 명령 해석 결과를 처리하는 신호 처리부;
    상기 명령 해석 결과에 따라 통증 표현값을 계산하는 통증 표현부; 및,
    상기 계산된 통증 표현값에 근거하여 상기 구부러짐 모터, 및 상기 비틀림 모터를 제어하는 모터 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    통신규약에 따라 상기 통증 신호의 문자 길이를 확인하여 신호 처리하고, 정의된 명령어와 명령 입력값을 해석하여 명령을 해석하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 통증 표현부는,
    상기 정의된 명령어에 해당하는 함수와 상기 명령 입력값에 근거하여 상기 통증 표현값을 계산하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 통증 표현부는,
    이전 명령어의 명령 입력값과 현재 명령어의 상기 명령 입력값을 비교하여 차이 정도를 현재 비틀림 표현값으로 계산하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 통증 표현부는,
    상기 명령 입력값의 범위에 따른 상기 통증 표현값을 보정하되,
    상기 명령 입력값이 제1 범위를 갖는 경우 노이즈를 제거한 부드러운 움직임으로 비틀림 및 구부러짐을 표현하도록 보정하고,
    상기 명령 입력값이 상기 제1 범위보다 큰 제2 범위를 갖는 경우 노이즈를 그대로 비틀림 및 구부러짐을 표현하도록 보정하고,
    상기 명령 입력값이 상기 제2 범위보다 큰 제3 범위를 갖는 경우 노이즈를 과장하여 비틀림 및 구부러짐을 표현하도록 보정하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 통신부는,
    통증 입력 기기로부터 통증 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 통증 입력 기기는,
    탄성 부재로 외관을 형성하는 탄성부;
    상기 탄성부의 내부에 배치되어, 광을 방출하는 광원부;
    상기 탄성부의 내부에 배치되며, 상기 광원부로부터 방출되는 광이 상기 탄성부에 반사된 광을 수광하여 조도값을 획득하는 수광부; 및,
    상기 수광부를 통해 획득한 조도값에 근거하여, 상기 탄성부에 외력에 따른 조도값 변화량을 계산하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통증 표현 장치.
  17. 통증 표현 장치의 통증 표현 방법에 있어서,
    통증 신호가 입력되면, 입력된 상기 통증 신호를 신호 처리하고 명령을 해석하는 단계;
    상기 명령 해석 결과에 근거하여 상기 통증 신호가 유효한 명령인지 판단하는 단계;
    상기 통증 신호가 유효 명령으로 확인되었을 경우, 상기 명령 해석 결과를 처리하는 단계;
    상기 명령 해석 결과에 따라 통증 표현값을 계산하는 단계; 및,
    상기 계산된 통증 표현값을 근거로 구부러짐 모터 및 비틀림 모터를 제어하는 단계;를 포함하는 통증 표현 방법.
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