KR102535806B1 - 웨어러블 감지 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 감지 과정에서 센서 구조체가 가압되거나 미끄러지는 형상이 방지될 수 있는 웨어러블(wearable) 감지 장치로서, 끈 형상으로 형성되고 양 단에 서로 맞물리는 형상의 버클부가 형성되는 상단 고정부, 상기 상단 고정부에 관통되는 하우징, 상기 하우징의 일 측에 결합되고 상기 상단 고정부의 관통 방향과 다른 방향으로 연장되는 센서 구조체 및 상기 센서 구조체의 일 단과 결합되고 기 설정된 고정 대상에 탈착 가능하게 설치되는 클립을 포함하고, 상기 센서 구조체의 서로 다른 유연 전극 간 정전 용량 변화로서 상기 센서 구조체의 신축량을 측정하는 웨어러블 감지 장치를 개시한다.
Description
본 발명은 웨어러블(wearable) 감지 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 감지 과정에서 센서 구조체가 가압되거나 미끄러지는 현상이 방지될 수 있는 웨어러블 감지 장치에 관한 것이다.
웨어러블(wearable) 감지 장치란, 신체에 착용될 수 있으며 특정 대상을 분석하거나 특정 물리량을 측정할 수 있는 기구를 의미한다. 웨어러블 감지 장치는 사용자의 다양한 신체 부위에 착용될 수 있다. 그 중에서, 보행 분석용 웨어러블 감지 장치는, 사용자의 다리에 착용되어 보행 과정을 분석하는 기구를 의미한다.
통상의 보행 분석용 웨어러블 감지 장치는 정전 용량 센서에 의해 보행을 분석한다. 웨어러블 감지 장치는 사용자의 다리 관절에 인접하게 부착되어, 보행 과정에서 신장되거나 수축된다. 상기 과정에서, 정전 용량 센서는 웨어러블 감지 장치의 신축량에 따른 정전 용량 변화를 감지한다. 이를 토대로, 정전 용량 센서는 웨어러블 감지 장치의 신축을 감지할 수 있다.
그러나, 종래의 웨어러블 감지 장치는 보행 과정에서 신발에 의해 가압되거나, 사용자의 다리에 대하여 미끄러지는 현상이 발생될 수 있다. 이에 따라, 웨어러블 감지 장치의 초기 길이가 축소되어 보행 분석에 오류가 발생되는 등의 문제가 야기될 수 있다. 즉, 보행 분석의 신뢰도가 저하될 가능성이 있다.
따라서, 보행 과정에서 신발에 의해 가압되거나 사용자의 다리에 대하여 미끄러지는 현상이 방지될 수 있는 웨어러블 감지 장치의 개발이 고려될 수 있다.
한국등록특허공보 제10-2201831호는 웨어러블 보행 안전 장치를 개시한다. 구체적으로, 사용자의 하지에 부착되어 사용자의 낙상 시 낙상 감지 센서에 의해 사용자를 효과적으로 보호하는 웨어러블 보행 안전 장치를 개시한다.
그런데, 이러한 유형의 웨어러블 보행 안전 장치는 사용자의 하지에 부착되는 센서가 보행 과정에서 사용자의 하지에 대하여 미끄러지는 현상이 발생될 수 있다. 이에 따라, 안정적인 센서 작동에 어려움이 있다.
한국등록특허공보 제10-0746504호는 보행 센서가 구비된 신발을 개시한다. 구체적으로, 깔창에 구비되는 보행 센서에 가해지는 압력에 의해 보행 횟수가 계산될 수 있는 신발을 개시한다.
그런데, 이러한 유형의 보행 센서는 신발과 일체로 형성되는 바 기존의 의복에 착용되는 데 어려움이 있다. 뿐만 아니라, 보행 센서가 신축량 변화가 아닌 압력 변화에 의존하는 바, 보행 횟수 외의 특성이 측정되기 위하여 별도의 부재가 요구된다.
본 발명의 일 목적은, 보다 안정적으로 사용자의 보행을 분석할 수 있는 웨어러블(wearable) 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 기존의 의복에 용이하게 착용될 수 있는 웨어러블 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은, 센서 구조체의 유연 전극의 임의 이탈이 방지될 수 있는 웨어러블 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은, 센서 구조체가 하우징에 견고하게 고정될 수 있는 웨어러블 감지 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블(wearable) 감지 장치는, 사용자가 착용 가능한 웨어러블(wearable) 감지 장치로서, 끈 형상으로 형성되고, 양 단에 서로 맞물리는 형상의 버클부가 형성되는 상단 고정부; 상기 상단 고정부에 관통되는 하우징; 및 상기 하우징의 일 측에 결합되고, 상기 상단 고정부의 관통 방향과 다른 방향으로 연장되는 센서 구조체를 포함하되, 상기 센서 구조체는, 각각 상기 다른 방향으로 연장되고, 서로 다른 유연 전극과 결합되는 두 개의 전도성 천을 포함하고, 상기 서로 다른 유연 전극 간 정전 용량 변화로서 상기 센서 구조체의 신축량을 측정한다.
또한, 상기 센서 구조체는, 상기 두 개의 전도성 천 사이에 배치되는 유전층; 상기 전도성 천의 일 단에 부착되는 비전도성 천을 포함하고, 상기 전도성 천과 반대되는 상기 비전도성 천의 일 단은, 기 설정된 고정 대상에 탈착 가능하게 설치되는 클립과 결합될 수 있다.
또한, 상기 센서 구조체의 일 단에는, 상기 하우징을 향하는 방향으로 연장되고, 연장 방향에서 그 단면적이 상기 센서 구조체의 단면적보다 크게 형성되는 하우징 장착부가 결합되고, 상기 센서 구조체를 향하는 상기 하우징의 일 측에는, 상기 하우징 장착부와 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 하우징 장착부와 맞물리며 결합되는 걸림 홈이 함몰 형성될 수 있다.
또한, 상기 유전층의 일 단에는, 상기 하우징 장착부를 향해 연장되는 유전층 핑거가 돌출 형성되고, 상기 하우징 장착부의 일 측에는, 상기 유전층 핑거와 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 유전층 핑거와 맞물리며 결합되는 함몰부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징 장착부는, 상기 유전층의 경도보다 높은 경도로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유연 전극은, 상기 하우징을 향하는 상기 전도성 천의 일 단과 결합되고, 상기 하우징 장착부에 적어도 일부가 감싸지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 상단 고정부는, 상기 사용자의 종아리 및 발목의 적어도 일부를 감싸며 신축성 소재로 제작되고, 상기 클립은, 상기 사용자의 신발 또는 양말에 탈착 가능하게 설치될 수 있다.
또한, 상기 센서 구조체가 상기 사용자의 아킬레스 건에 대응되는 위치에 장착되어, 보행 시 발목 및 발의 발등굽힘(Dorsiflexion) 또는 발바닥굽힘(Plantarflexion)에 따른 신축량을 측정할 수 있다.
또한, 상기 센서 구조체가 상기 사용자의 족부의 내측(medial)을 향하는 면에 장착되어, 발목의 내전(Inversion) 및 외전(Eversion)에 따른 신축량을 측정할 수 있다.
또한, 상기 하우징을 향하는 상기 전도성 천의 일 단에는, 상기 하우징의 중심부를 향해 연장되는 돌출부가 형성되고, 상기 유연 전극은, 상기 돌출부의 일 측에 부착될 수 있다.
또한, 상기 센서 구조체는, 상기 유연 전극을 사이에 두고 상기 돌출부와 결합되어, 상기 유연 전극을 상기 돌출부에 밀착시키는 전극 고정 클램프를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 내부 공간에 신호 처리부가 내장되고, 상기 유연 전극은, 상기 내부 공간에서 상기 신호 처리부와 전기적으로 연결되도록 결합될 수 있다.
또한, 상기 상단 고정부는, 그 길이가 조절될 수 있다.
본 발명의 다양한 효과 중, 상술한 해결 수단을 통해 얻을 수 있는 효과는 다음과 같다.
먼저, 웨어러블 감지 장치가 상단 고정부 및 하단 고정부에 의해 사용자의 다리에 착용된다.
상단 고정부는 끈 형상으로 형성되고, 양 단에 서로 맞물리는 형상의 버클부가 형성된다. 또한, 상단 고정부는 종아리 및 발목의 적어도 일부를 감싸며 신축성 소재로 제작된다. 하단 고정부는 기 설정된 고정 대상에 탈착 가능하게 설치되는 클립이 구비된다. 구체적으로, 클립은 사용자의 신발 또는 양말에 탈착 가능하게 설치된다.
따라서, 보행 과정에서 센서 구조체가 신발에 의해 가압되거나 사용자의 다리에 대하여 미끄러지는 현상이 방지될 수 있다. 이에 따라, 센서 구조체의 초기 길이가 축소되는 문제가 해결될 수 있다. 결과적으로, 사용자의 보행이 보다 안정적으로 분석될 수 있다.
또한, 상단 고정부가 바지 등 의복 위에 배치될 수 있고, 하단 고정부가 신발 외부에 설치될 수 있다. 즉, 상단 고정부 및 하단 고정부가 실제 의복 위에 설치될 수 있다.
이에 따라, 웨어러블 감지 장치가 기존의 의복에 용이하게 착용될 수 있다. 더 나아가, 발목 관절의 구조와 신발로 인한 웨어러블 감지 장치의 착용 제한 문제가 해결될 수 있다.
또한, 센서 구조체는 두 개의 전도성 천이 구비된다. 전도성 천의 일 단에는, 하우징의 중심부를 향해 연장되는 돌출부가 형성된다. 돌출부의 일 측에는 유연 전극이 부착된다. 이때, 유연 전극은 유연 전극을 사이에 두고 돌출부와 결합되는 전극 고정 클램프에 의해, 돌출부에 밀착될 수 있다.
따라서, 센서 구조체의 유연 전극의 임의 이탈이 방지될 수 있다. 즉, 유연 전극이 안정적으로 형성될 수 있다. 더 나아가, 유연 전극의 이탈에 따른 신호 수신 오류 문제가 방지될 수 있다.
또한, 센서 구조체의 일 단에는 하우징 장착부가 결합된다. 하우징 장착부는 유전층 핑거와 대응되는 형상의 함몰부가 형성되어, 유전층 핑거와 맞물리며 결합된다. 또한, 하우징 장착부는 유전층의 경도보다 높은 경도로 형성된다.
하우징 장착부는 연장 방향에서 그 단면적이 센서 구조체의 단면적보다 크게 형성된다. 하우징 장착부는 하우징의 걸림 홈과 결합되어, 하우징에 대하여 고정될 수 있다.
따라서, 유전층을 포함한 센서 구조체가 하우징에 견고하게 고정될 수 있다. 더 나아가, 하우징 내부의 신호 처리부와 센서 구조체가 보다 안정적으로 결합될 수 있다.
도 1은 사용자의 다리에 착용된 상태의 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블(wearable) 감지 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 감지 장치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 웨어러블 감지 장치에 구비되는 하우징을 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 2의 웨어러블 감지 장치의 A-A 단면을 도시하는 정단면도이다.
도 5는 도 2의 웨어러블 감지 장치에 구비되는 하단 고정부 및 센서 구조체를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 5의 센서 구조체에 구비되는 전도성 천, 유연 전극 및 전극 고정 클램프를 도시하는 분해사시도이다.
도 7은 도 5의 센서 구조체에 구비되는 하우징 장착부, 전도성 천 및 유전층을 도시하는 분해사시도이다.
도 8은 도 2의 웨어러블 센서 장치에 구비되는 하우징의 하단 고정부 결합공 및 센서 구조체의 하우징 장착부를 도시하는 정단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 감지 장치에 의해 사용자의 보행이 분석되는 과정을 도시하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 감지 장치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 웨어러블 감지 장치에 구비되는 하우징을 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 2의 웨어러블 감지 장치의 A-A 단면을 도시하는 정단면도이다.
도 5는 도 2의 웨어러블 감지 장치에 구비되는 하단 고정부 및 센서 구조체를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 5의 센서 구조체에 구비되는 전도성 천, 유연 전극 및 전극 고정 클램프를 도시하는 분해사시도이다.
도 7은 도 5의 센서 구조체에 구비되는 하우징 장착부, 전도성 천 및 유전층을 도시하는 분해사시도이다.
도 8은 도 2의 웨어러블 센서 장치에 구비되는 하우징의 하단 고정부 결합공 및 센서 구조체의 하우징 장착부를 도시하는 정단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 감지 장치에 의해 사용자의 보행이 분석되는 과정을 도시하는 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블(wearable) 감지 장치를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서는 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해, 일부 구성 요소들에 대한 설명이 생략될 수 있다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시 예라도 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르기 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 설명에서 사용되는 "상측", "하측", 좌측", 우측", "전방 측" 및 "후방 측"이라는 용어는 도 2 및 도 3에 도시된 좌표계를 참조하여 이해될 것이다.
이하에서는, 도 1 내지 도 2를 참조하여 웨어러블 감지 장치(1)에 대하여 설명한다.
웨어러블 감지 장치(1)는 사용자의 다양한 신체 부위에 착용될 수 있다. 일 실시 예에서, 웨어러블 감지 장치(1)는 사용자의 다리에 착용되어, 보행을 분석한다. 웨어러블 감지 장치(1)는 사용자의 보행 외에도 다양한 특성을 분석할 수 있으며, 웨어러블 감지 장치의 착용 위치는 사용자의 다리가 아닌 신체가 될 수 있다.
이하에서는, 사용자의 다리에 착용된 웨어러블 감지 장치(1)를 중심으로 본 발명에 따른 웨어러블 감지 장치(1)에 대하여 설명한다.
웨어러블 감지 장치(1)는 종아리 및 발목의 적어도 일부를 감싸도록 형성된다. 또한, 웨어러블 감지 장치(1)는 신발 또는 양말에 탈착 가능하게 설치된다.
사용자에 착용된 웨어러블 감지 장치(1)는 정전 용량의 변화를 통해 웨어러블 감지 장치(1)의 신축량을 측정하고, 이를 토대로 사용자의 보행을 분석한다.
일 실시 예에서, 웨어러블 감지 장치(1)는 사용자의 아킬레스 건에 대응되는 위치에 장착된다. 상기 실시 예에서, 웨어러블 감지 장치(1)는 보행 시 발목 및 발의 발등굽힘(Dorsiflexion) 또는 발바닥굽힘(Plantarflexion)에 따른 신축량을 측정한다.
다른 실시 예에서, 웨어러블 감지 장치(1)는 사용자의 족부의 내측(medial)을 향하는 면에 장착된다. 상기 실시 예에서, 웨어러블 감지 장치(1)는 발목의 내전(Inversion) 및 외전(Eversion)에 따른 신축량을 측정한다.
도시된 실시 예에서, 웨어러블 감지 장치(1)는 상단 고정부(10), 하우징(20), 신호 처리부(30), 하단 고정부(40) 및 센서 구조체(50)를 포함한다.
이하에서는, 도 2 내지 도 3을 참조하여 상단 고정부(10) 및 하우징(20)에 대하여 설명한다.
상단 고정부(10)는 웨어러블 감지 장치(1)의 일 단을 사용자의 종아리 및 발목의 적어도 일부에 고정시킨다.
도시된 실시 예에서, 상단 고정부(10)는 스트랩(110) 및 버클부(120)를 포함한다.
스트랩(110)은 일 방향으로 연장되는 끈 형상으로 형성된다.
스트랩(110)은 사용자의 종아리 및 발목의 적어도 일부를 감싸도록 배치된다. 일 실시 예에서, 스트랩(110)은 의복 위에서 사용자의 종아리 및 발목의 적어도 일부를 감싸도록 배치된다.
일 실시 예에서, 스트랩(110)은 신축성 소재로 형성된다. 예를 들어, 스트랩(110)은 합성 고무 소재로 형성될 수 있다.
다른 실시 예에서, 스트랩(110)은 착용 대상 및 설치 위치에 따라 그 길이가 조절될 수 있다.
스트랩(110)의 양 단에는 버클부(120)가 결합된다.
버클부(120)는 스트랩(110)을 사용자의 종아리 및 발목의 적어도 일부에 고정시키고, 스트랩(110)의 임의 이탈을 방지한다.
버클부(120)는 스트랩(110)의 양 단에 배치된다. 즉, 버클부(120)는 적어도 두 개 이상의 구성 요소로 이루어진다.
도시된 실시 예에서, 버클부(120)는 제1 버클(121) 및 제2 버클(122)을 포함한다.
제1 버클(121) 및 제2 버클(122)은 각각 스트랩(110)의 좌측 단부 및 우측 단부와 결합된다.
제1 버클(121)은 요철부가 구비된다. 또한, 제2 버클(122)은 상기 요철부와 대응되는 형상의 결합공이 형성된다. 즉, 제1 버클(121) 및 제2 버클(122)은 서로 대응되는 형상으로 형성된다. 이에 따라, 제1 버클(121) 및 제2 버클(122)은 서로 맞물리며 결합될 수 있다.
구체적으로, 제1 버클(121)의 요철부가 제2 버클(122)의 결합공에 삽입되면, 제1 버클(121) 및 제2 버클(122)은 서로 결합된다. 또한, 서로 결합된 제1 버클(121) 및 제2 버클(122)은 외력이 가해지지 않는 한 임의로 분리되지 않는다. 따라서, 스트랩(110)을 포함한 상단 고정부(10)가 사용자의 다리에서 임의로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.
상단 고정부(10)는 하우징(20)에 관통 결합된다.
하우징(20)은 내부에 다양한 구성 요소가 내장될 수 있는 공간이 형성된다.
하우징(20)은 만곡되며 좌우 방향으로 연장되는 기둥 형상으로 형성된다.
하우징(20)의 좌측 및 우측은 상단 고정부(10)에 관통된다. 즉, 하우징(20)은 상단 고정부(10)에 좌우 방향으로 관통된다. 구체적으로, 하우징(20)은 상단 고정부(10)의 스트랩(110)에 관통된다.
일 실시 예에서, 하우징(20)은 유연한 재질로 형성된다. 예를 들어, 하우징(20)은 연질 플라스틱으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 하우징(20)은 착용 위치에 대응되는 형상으로 변형될 수 있다.
도시된 실시 예에서, 하우징(20)은 하우징 측면부(210) 및 하우징 저면부(220)로 구분될 수 있다.
하우징 측면부(210) 및 하우징 저면부(220)는 각각 하우징(20)의 좌우측 및 하측 외관을 형성한다.
하우징 측면부(210)에는 상단 고정부 관통공(211)이 형성된다.
상단 고정부 관통공(211)은 상단 고정부(10)가 하우징(20)과 결합되는 부분이다.
일 실시 예에서, 상단 고정부 관통공(211)은 하우징 측면부(210)의 중심부에 위치된다.
상단 고정부 관통공(211)은 상단 고정부(10)의 스트랩(110)과 대응되는 형상으로 형성된다. 예를 들어, 스트랩(110)의 좌우 방향에서의 단면적이 사각형으로 형성되는 경우, 상단 고정부 관통공(211)의 좌우 방향에서의 단면적 또한 사각형으로 형성된다.
또한, 상단 고정부 관통공(211)의 단면적은 스트랩(110)의 단면적과 동일하거나 그보다 작게 형성된다.
하우징 저면부(220)에는 하단 고정부 결합공(221)이 형성된다.
하단 고정부 결합공(221)은 후술하는 하단 고정부(40)가 하우징(20)에 장착되는 부분이다.
일 실시 예에서, 하단 고정부 결합공(221)은 하우징 저면부(220)의 중심부에 위치된다.
하단 고정부 결합공(221)은 상하 방향으로 관통되어 형성된다.
하단 고정부 결합공(221)의 일 측에는 걸림 홈(221a)이 함몰 형성된다.
걸림 홈(221a)은 후술하는 하우징 장착부(410)가 맞물리며 결합된다. 이에 대한 상세한 설명은 하우징 장착부(410)와 함께 후술한다.
하우징(20)의 내부에는 신호 처리부(30)가 내장된다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 신호 처리부(30)에 대하여 설명한다.
신호 처리부(30)는 웨어러블 감지 장치(1)의 정전 용량 변화 데이터를 수신하여 전기 신호로 변환한 뒤, 이를 외부로 출력한다.
신호 처리부(30)는 하우징(20)의 내부 공간에 위치된다. 일 실시 예에서, 신호 처리부(30)는 하우징(20)의 중심부에 위치된다.
신호 처리부(30)는 하우징(20)의 내부 공간보다 작은 부피로 형성된다.
신호 처리부(30)의 일 측에는 하단 고정부(40) 및 센서 구조체(50)가 결합된다.
이하에서는, 도 5 내지 도 8을 참조하여 하단 고정부(40) 및 센서 구조체(50)에 대하여 설명한다.
하단 고정부(40)는 웨어러블 감지 장치(1)의 타 단을 사용자의 신발 또는 양말에 고정시킨다.
도시된 실시 예에서, 하단 고정부(40)는 하우징 장착부(410) 및 클립(420)을 포함한다.
하우징 장착부(410)는 하우징(20)으로부터 하단 고정부(40)의 임의 이탈을 방지한다.
하우징 장착부(410)는 하우징(20)을 향하는 방향으로 연장된다. 이때, 하우징 장착부(410)는 연장 방향에서의 단면적이 센서 구조체(50)의 단면적보다 크게 형성된다.
하우징 장착부(410)는 하우징(20)의 걸림 홈(221a)과 대응되는 형상으로 형성된다. 걸림 홈(221a)은 하우징(20)의 하단 고정부 결합공(221)의 일 측에 함몰 형성된다. 이에 따라, 하우징 장착부(410)는 걸림 홈(221a)에 맞물리며 결합될 수 있다. 따라서, 걸림 홈(221a)에 삽입된 하우징 장착부(410)가 하우징(20)에 견고하게 고정될 수 있다.
하단 고정부(40)는 클립(420)에 의해 사용자의 신발 또는 양말에 설치된다.
클립(420)은 웨어러블 감지 장치(1)의 기 설정된 고정 대상에 탈착 가능하게 설치된다. 일 실시 예에서, 클립(420)은 사용자의 신발 또는 양말에 탈착 가능하게 설치된다.
클립(420)은 웨어러블 감지 장치(1)의 하단부에 위치된다. 이에 따라, 웨어러블 감지 장치(1)는 그 하단부가 사용자의 신발 또는 양말과 인접되도록 설치될 수 있다.
일 실시 예에서, 클립(420)은 금속 재질로 형성된다.
도시된 실시 예에서, 클립(420)은 고리(421) 및 홀드부(422)를 포함한다.
고리(421)는 클립(420)과 후술하는 센서 구조체(50)의 연결 매개체로서 기능한다.
고리(421)는 다각형 또는 원형의 고리(421) 형상으로 형성된다.
고리(421)의 일 측에는 홀드부(422)가 결합된다. 도시된 실시 예에서, 고리(421)의 하측에는 홀드부(422)가 결합된다.
홀드부(422)는 클립(420)이 사용자의 신발 또는 양말에 직접적으로 설치되는 부분이다.
홀드부(422)는 그 끝이 두 가닥으로 분리되어 형성된다. 상기 두 가닥은 외력에 의해 서로를 향해 가까워지거나, 서로 반대되는 방향으로 멀어지는 방향으로 운동될 수 있다.
상기 두 가닥 사이에는 사용자의 신발 또는 양말이 위치될 수 있다. 상기 두 가닥이 사용자의 신발 또는 양말을 사이에 두고 서로를 향해 가까워지는 방향으로 운동되면, 홀드부(422)가 사용자의 신발 또는 양말에 고정될 수 있다. 반대로, 상기 두 가닥이 서로 반대되는 방향으로 운동되면, 홀드부(422)가 사용자의 신발 또는 양말로부터 분리될 수 있다.
홀드부(422)가 사용자의 신발 또는 양말에 고정됨에 따라, 클립(420)이 사용자의 신발 또는 양말에 고정될 수 있다. 따라서, 보행 과정에서 웨어러블 감지 장치(1)가 신발에 의해 가압되거나 사용자의 다리에 대하여 미끄러지는 현상이 방지될 수 있다.
이에 따라, 웨어러블 감지 장치(1)의 초기 길이가 축소되는 문제 또한 해결될 수 있다. 결과적으로, 사용자의 보행이 보다 안정적으로 분석될 수 있다.
또한, 웨어러블 감지 장치(1)가 상단 고정부(10) 및 하단 고정부(40)에 의해 사용자의 실제 의복 위에 설치될 수 있다. 따라서, 웨어러블 감지 장치(1)가 기존의 의복에 용이하게 착용될 수 있다. 더 나아가, 발목 관절의 구조와 신발로 인한 웨어러블 감지 장치(1)의 착용 제한 문제가 해결될 수 있다.
하우징 장착부(410)와 클립(420) 사이에는 센서 구조체(50)가 배치된다.
센서 구조체(50)는 정전 용량 변화를 검출하여, 웨어러블 감지 장치(1)의 신축량을 측정한다.
센서 구조체(50)의 일 측은 하우징 장착부(410)와, 타 측은 클립(420)과 결합된다. 즉, 센서 구조체(50)는 하우징 장착부(410)와 클립(420) 사이에 배치되어, 하우징 장착부(410) 및 클립(420)과 각각 결합된다. 도시된 실시 예에서, 센서 구조체(50)의 상측은 하우징 장착부(410)와, 하측은 클립(420)과 결합된다.
센서 구조체(50)는 하우징(20)의 하측에 위치된다. 또한, 센서 구조체(50)는 하우징(20) 내부의 신호 처리부(30)와 전기적으로 연결되도록 결합된다.
센서 구조체(50)는 일 방향으로 연장된다. 상기 연장 방향은 상단 고정부(10)의 관통 방향과 다른 방향이다. 도시된 실시 예에서, 상기 연장 방향은 상하 방향이다.
센서 구조체(50)는 사용자의 동작에 따라 신장되거나 수축될 수 있다.
센서 구조체(50)는 정전 용량 변화를 감지하고, 이를 토대로 신축량을 측정한다.
일 실시 예에서, 센서 구조체(50)는 사용자의 아킬레스 건에 대응되는 위치에 장착된다. 상기 실시 예에서, 센서 구조체(50)는 사용자의 발목 및 발의 발등굽힘(Dorsiflexion) 또는 발바닥굽힘(Plantarflexion)에 따른 신축량을 측정한다.
다른 실시 예에서, 센서 구조체(50)는 사용자의 족부의 내측(medial)을 향하는 면에 장착된다. 상기 실시 예에서, 센서 구조체(50)는 발목의 내전(Inversion) 및 외전(Eversion)에 따른 신축량을 측정한다.
도시된 실시 예에서, 센서 구조체(50)는 비전도성 천(510), 전도성 천(520), 유연 전극(530), 전극 고정 클램프(540) 및 유전층(550)을 포함한다.
비전도성 천(510)은 클립(420)과 센서 구조체(50)가 서로 통전되지 않도록, 클립(420)과 센서 구조체(50)를 전기적으로 절연한다.
비전도성 천(510)은 클립(420)을 향하는 센서 구조체(50)의 일 단에 위치된다.
비전도성 천(510)은 클립(420)과 결합된다. 일 실시 예에서, 비전도성 천(510)은 클립(420)의 고리(421)와 결합된다. 상기 실시 예에서, 비전도성 천(510)은 고리(421)의 일부를 감싸도록 배치된다. 이에 따라, 클립(420)이 센서 구조체(50)와 결합되고, 센서 구조체(50)에서 임의로 분리되지 않는다.
비전도성 천(510)은 전기 부도체 소재로 형성된다. 예를 들어, 비전도성 천(510)은 유리 섬유 소재로 형성될 수 있다.
클립(420)과 반대되는 비전도성 천(510)의 일 단에는 전도성 천(520)이 결합된다.
전도성 천(520)은 센서 구조체(50)에 전기장을 발생시킨다.
전도성 천(520)은 판 형상으로 형성된다. 전도성 천(520)은 비전도성 천(510)으로부터 하우징 장착부(410)를 향하여 연장된다. 도시된 실시 예에서, 전도성 천(520)은 상하 방향으로 연장된다.
전도성 천(520)의 일 측 단부는 비전도성 천(510)에 의해 감싸지도록 배치된다. 일 실시 예에서, 전도성 천(520)의 하측 단부는 그 외측면의 일부가 비전도성 천(510)에 의해 덮인다.
전도성 천(520)의 타 측 단부에는 하우징 장착부(410)가 결합된다.
전도성 천(520)은 복수 개 구비될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 전도성 천(520)은 두 개 구비된다. 상기 실시 예에서, 두 개의 전도성 천(520)은 하나의 비전도성 천(510)과 결합된다. 또한, 두 개의 전도성 천(520)은 모두 클립(420)과 이격되도록 배치된다. 이는 센서 구조체(50)와 클립(420) 간 통전을 방지하기 위함이다.
전도성 천(520)은 도체 소재로 형성된다. 예를 들어, 전도성 천(520)은 탄소 등의 전도성 물질이 혼합된 섬유로 형성될 수 있다.
도시된 실시 예에서, 전도성 천(520)에는 돌출부(521)가 구비된다.
돌출부(521)는 후술하는 유연 전극(530)의 부착 공간을 제공한다.
돌출부(521)는 하우징(20)을 향하는 전도성 천(520)의 일 단에 형성된다. 돌출부(521)는 전도성 천(520)의 상기 일 단에서 하우징(20)의 중심부를 향하여 연장된다. 일 실시 예에서, 돌출부(521)는 하우징 장착부(410)의 외측면을 따라 연장된다.
돌출부(521)의 일 측에는 유연 전극(530)이 부착된다.
유연 전극(530)은 센서 구조체(50)의 전류가 유입 또는 유출되는 부분이다.
유연 전극(530)은 하우징(20)을 향하는 전도성 천(520)의 일 단과 결합된다. 구체적으로, 유연 전극(530)은 전도성 천(520)의 돌출부(521)에 부착된다. 일 실시 예에서, 유연 전극(530)은 하우징 장착부(410)에 의해 적어도 일부가 감싸지도록 형성된다. 즉, 유연 전극(530)의 일부가 하우징 장착부(410)에 매립된다.
유연 전극(530)은 판 형상으로 형성된다. 또한, 유연 전극(530)은 하우징(20) 내부의 신호 처리부(30)를 향하여 연장된다.
도시된 실시 예에서, 유연 전극(530)은 그 폭이 돌출부(521)의 폭보다 작게 형성된다. 반면에, 유연 전극(530)의 길이는 돌출부(521)의 길이보다 크게 형성된다.
유연 전극(530)은 하우징(20)의 내부 공간에서 신호 처리부(30)와 전기적으로 연결되도록 결합된다. 이에 따라, 신호 처리부(30)와 센서 구조체(50)가 전기적으로 연결될 수 있다.
유연 전극(530)은 복수 개 구비될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 유연 전극(530)은 두 개 구비된다. 두 개의 서로 다른 유연 전극(530)은 두 개의 서로 다른 전도성 천(520)에 각각 결합된다.
센서 구조체(50)가 신축 시에는 서로 다른 유연 전극(530) 간 정전 용량이 변화되는 바, 이를 통해 센서 구조체(50)의 신축량이 측정될 수 있다.
유연 전극(530)은 플렉시블(flexible)한 전기 전도성 소재로 형성된다.
전도성 천(520)과 반대되는 유연 전극(530)의 일 측에는 전극 고정 클램프(540)가 결합된다.
전극 고정 클램프(540)는 유연 전극(530)을 전도성 천(520)의 돌출부(521)에 밀착시키는 역할을 한다.
전극 고정 클램프(540)는 유연 전극(530)의 일 면과 인접하게 배치된다. 또한, 전극 고정 클램프(540)는 유연 전극(530)을 사이에 두고 전도성 천(520)의 돌출부(521)와 결합된다.
일 실시 예에서, 유연 전극(530)을 향하는 전극 고정 클램프(540)의 일 면에는 돌기가 돌출 형성된다. 상기 돌기에 의해, 유연 전극(530)과 전도성 천(520)이 보다 더 밀착될 수 있다.
따라서, 유연 전극(530)의 임의 이탈이 방지될 수 있다. 즉, 유연 전극(530)이 안정적으로 형성될 수 있다. 더 나아가, 유연 전극(530)의 이탈에 따른 신호 수신 오류 문제가 방지될 수 있다.
서로 다른 유연 전극(530)과 결합된 두 개의 전도성 천(520) 사이에는 유전층(550)이 위치된다.
유전층(550)은 유전체(dielectric substance)로 이루어진다.
유전층(550)은 일 방향으로 연장되는 판 형상으로 형성된다. 상기 연장 방향은 전도성 천(520)의 연장 방향과 동일하다.
유전층(550)은 양 측에 서로 다른 전도성 천(520)이 결합된다. 즉, 두 개의 전도성 천(520)은 유전층(550)을 사이에 두고 적층된다.
하우징(20)을 향하는 유전층(550)의 일 측에는 하우징 장착부(410)가 결합된다. 구체적으로, 유전층(550)의 유전층 핑거(551)가 하우징 장착부(410)와 결합된다.
유전층 핑거(551)는 하우징(20)을 향하는 유전층(550)의 일 측에 위치된다.
유전층 핑거(551)는 유전층(550)의 상기 일 측에서부터 하우징 장착부(410)를 향해 돌출 형성된다. 즉, 유전층 핑거(551)는 하우징 장착부(410)를 향해 연장된다.
유전층 핑거(551)는 복수 개 구비될 수 있다.
하우징 장착부(410)에는 유전층 핑거(551)와 대응되는 형상의 함몰부(411)가 형성된다. 이에 따라, 유전층 핑거(551)가 하우징 장착부(410)의 함몰부(411)와 맞물리며 결합될 수 있다. 상기 함몰부(411)는 유전층(550)을 향하는 하우징 장착부(410)의 일 측에 형성된다. 또한, 상기 함몰부(411)는 복수 개 구비될 수 있으나, 그 개수는 유전층 핑거(551)의 개수와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 유전층 핑거(551)는 하우징 장착부(410)의 경도보다 낮은 경도로 형성된다. 이에 따라, 유전층(550)을 포함한 센서 구조체(50)가 하우징(20)에 견고하게 고정될 수 있다. 더 나아가, 하우징(20) 내부의 신호 처리부(30)와 센서 구조체(50)가 보다 안정적으로 결합될 수 있다.
이상으로, 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 감지 장치(1)의 구조 및 구성 요소에 대하여 설명하였다.
이하에서는, 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 감지 장치(1)에 의해 사용자의 보행이 분석되는 과정에 대하여 설명한다.
도시된 실시 예에서, 웨어러블 감지 장치(1)에 의해 사용자의 보행이 분석되는 과정은 사용자가 웨어러블 감지 장치(1)를 착용한 상태로 보행하는 단계(S100), 센서 구조체(50)가 신장되거나 수축되는 단계(S200), 서로 다른 유연 전극(530) 간 정전 용량이 변화되는 단계(S300), 신호 처리부(30)가 정전 용량 변화 데이터를 수신하는 단계(S400), 신호 처리부(30)가 수신 데이터를 전기 신호로 변환하는 단계(S500), 신호 처리부(30)가 상기 전기 신호를 외부로 출력하는 단계(S600) 및 외부에서 센서 구조체(50)의 신장 또는 수축을 감지하는 단계(S700)를 포함한다.
우선, 사용자가 웨어러블 감지 장치(1)를 착용한 상태로 보행하는 단계(S100)에 대하여 설명한다.
보행의 분석을 위하여, 웨어러블 감지 장치(1)가 사용자에 착용되어야 한다. 구체적으로, 웨어러블 감지 장치(1)가 사용자의 다리에 착용되어야 한다.
먼저, 웨어러블 감지 장치(1)의 상단 고정부(10)가 사용자의 종아리 및 발목의 적어도 일부에 장착된다. 상단 고정부(10)의 스트랩(110)이 사용자의 종아리 및 발목의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고, 버클부(120)가 결합되며 상단 고정부(10)의 임의 이탈을 방지한다.
다음으로, 웨어러블 감지 장치(1)의 클립(420)이 사용자의 신발 또는 양말에 결합된다. 구체적으로, 클립(420)의 홀드부(422)가 사용자의 신발 또는 양말에 결합된다.
웨어러블 감지 장치(1)가 사용자의 다리에 착용되면, 보행 동작이 진행된다.
이후, 보행 동작에 의해 센서 구조체(50)가 신장되거나 수축되는 단계(S200)가 수행된다.
센서 구조체(50)는 플렉시블한 소재로 형성되는 바, 보행 과정에서 신장되거나 수축된다. 구체적으로, 센서 구조체(50)는 사용자의 발목 및 발의 발등굽힘(Dorsiflexion) 또는 발바닥굽힘(Plantarflexion), 발목의 내전(Inversion) 및 외전(Eversion)에 따라 신축될 수 있다.
센서 구조체(50)가 신축됨에 따라, 센서 구조체(50)의 서로 다른 유연 전극(530) 간 정전 용량이 변화되는 단계(S300)가 진행된다.
센서 구조체(50)의 서로 다른 유연 전극(530)은, 센서 구조체(50)의 신축 정도에 따라 그 정전 용량이 변화된다. 상기 정전 용량 변화는 데이터 형태로 신호 처리부(30)로 송신된다.
이후, 웨어러블 감지 장치(1)는, 신호 처리부(30)가 정전 용량 변화 데이터를 수신하는 단계(S400), 신호 처리부(30)가 수신 데이터를 전기 신호로 변환하는 단계(S500) 및 신호 처리부(30)가 상기 전기 신호를 외부로 출력하는 단계(S600)를 순차적으로 거치며 센서 구조체(50)의 신축량을 계산한다.
최종적으로, 외부에서 센서 구조체(50)의 신장 또는 수축을 감지하는 단계(S700)에 도달되면, 외부에서 센서 구조체(50)의 신축량을 토대로 보행을 분석한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 설명된 실시 예들의 구성에 한정되는 것이 아니다.
또한, 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
더 나아가, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
1: 웨어러블(wearable) 감지 장치
10: 상단 고정부
110: 스트랩
120: 버클부
121: 제1 버클
122: 제2 버클
20: 하우징
210: 하우징 측면부
211: 상단 고정부 관통공
220: 하우징 저면부
221: 하단 고정부 결합공
221a: 걸림 홈
30: 신호 처리부
40: 하단 고정부
410: 하우징 장착부
411: 함몰부
420: 클립
421: 고리
422: 홀드부
50: 센서 구조체
510: 비전도성 천
520: 전도성 천
521: 돌출부
530: 유연 전극
540: 전극 고정 클램프
550: 유전층
551: 유전층 핑거
10: 상단 고정부
110: 스트랩
120: 버클부
121: 제1 버클
122: 제2 버클
20: 하우징
210: 하우징 측면부
211: 상단 고정부 관통공
220: 하우징 저면부
221: 하단 고정부 결합공
221a: 걸림 홈
30: 신호 처리부
40: 하단 고정부
410: 하우징 장착부
411: 함몰부
420: 클립
421: 고리
422: 홀드부
50: 센서 구조체
510: 비전도성 천
520: 전도성 천
521: 돌출부
530: 유연 전극
540: 전극 고정 클램프
550: 유전층
551: 유전층 핑거
Claims (13)
- 사용자가 착용 가능한 웨어러블(wearable) 감지 장치로서,
끈 형상으로 형성되고, 양 단에 서로 맞물리는 형상의 버클부가 형성되며, 상기 사용자의 종아리 및 발목의 적어도 일부를 감싸며 신축성 소재로 제작되는 상단 고정부;
상기 상단 고정부에 관통되는 하우징; 및
상기 하우징의 일 측에 결합되고, 상기 상단 고정부의 관통 방향과 다른 방향으로 연장되는 센서 구조체를 포함하되,
상기 센서 구조체는,
각각 상기 다른 방향으로 연장되고, 서로 다른 유연 전극과 결합되는 두 개의 전도성 천;
상기 두 개의 전도성 천 사이에 배치되는 유전층; 및
상기 전도성 천의 일 단에 부착되고, 상기 전도성 천과 반대되는 일 단이 기 설정된 고정 대상에 탈착 가능하게 설치되는 클립과 결합되는 비전도성 천을 포함하고,
상기 서로 다른 유연 전극 간 정전 용량 변화로서 상기 센서 구조체의 신축량을 측정하며,
상기 클립은,
상기 사용자의 신발 또는 양말에 탈착 가능하게 설치되며,
상기 사용자의 보행 시 사용될 수 있는,
웨어러블 감지 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 센서 구조체의 일 단에는,
상기 하우징을 향하는 방향으로 연장되고, 연장 방향에서 그 단면적이 상기 센서 구조체의 단면적보다 크게 형성되는 하우징 장착부가 결합되고,
상기 센서 구조체를 향하는 상기 하우징의 일 측에는,
상기 하우징 장착부와 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 하우징 장착부와 맞물리며 결합되는 걸림 홈이 함몰 형성되는,
웨어러블 감지 장치. - 제3항에 있어서,
상기 유전층의 일 단에는,
상기 하우징 장착부를 향해 연장되는 유전층 핑거가 돌출 형성되고,
상기 하우징 장착부의 일 측에는,
상기 유전층 핑거와 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 유전층 핑거와 맞물리며 결합되는 함몰부가 형성되는,
웨어러블 감지 장치. - 제3항에 있어서,
상기 하우징 장착부는,
상기 유전층의 경도보다 높은 경도로 형성되는,
웨어러블 감지 장치. - 제3항에 있어서,
상기 유연 전극은,
상기 하우징을 향하는 상기 전도성 천의 일 단과 결합되고, 상기 하우징 장착부에 적어도 일부가 감싸지도록 형성되는,
웨어러블 감지 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 센서 구조체가 상기 사용자의 아킬레스 건에 대응되는 위치에 장착되어, 보행 시 발목 및 발의 발등굽힘(Dorsiflexion) 또는 발바닥굽힘(Plantarflexion)에 따른 신축량을 측정하는,
웨어러블 감지 장치. - 제1항에 있어서,
상기 센서 구조체가 상기 사용자의 족부의 내측(medial)을 향하는 면에 장착되어, 발목의 내전(Inversion) 및 외전(Eversion)에 따른 신축량을 측정하는,
웨어러블 감지 장치. - 제1항에 있어서,
상기 하우징을 향하는 상기 전도성 천의 일 단에는,
상기 하우징의 중심부를 향해 연장되는 돌출부가 형성되고,
상기 유연 전극은,
상기 돌출부의 일 측에 부착되는,
웨어러블 감지 장치. - 제10항에 있어서,
상기 센서 구조체는,
상기 유연 전극을 사이에 두고 상기 돌출부와 결합되어, 상기 유연 전극을 상기 돌출부에 밀착시키는 전극 고정 클램프를 포함하는,
웨어러블 감지 장치. - 제10항에 있어서,
상기 하우징은,
내부 공간에 신호 처리부가 내장되고,
상기 유연 전극은,
상기 내부 공간에서 상기 신호 처리부와 전기적으로 연결되도록 결합되는,
웨어러블 감지 장치. - 제1항에 있어서,
상기 상단 고정부는,
그 길이가 조절될 수 있는,
웨어러블 감지 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210056042A KR102535806B1 (ko) | 2021-04-29 | 2021-04-29 | 웨어러블 감지 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210056042A KR102535806B1 (ko) | 2021-04-29 | 2021-04-29 | 웨어러블 감지 장치 |
Publications (2)
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