인체의 동작 센싱 방법에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔으나, 기존의 동작 센싱 방식에는 많은 한계점들이 있다. 기존의 동작 센싱 방식의 한계점을 보완하기 위한 일환의 노력으로, 이 논문에서는 비구속적인 동작 센싱이 가능한 광섬유 기반 의류 소매형 동작센서를 탐색적으로 연구하는데 목표를 두었다. 이 논문에서는 광섬유 기반의 의류 소매형 동작 센서를 고안하고, 이를 통하여 일상생활 중에 다양한 동작을 센싱하는 것이 가능한가에 대하여 탐색적 연구를 수행하였다. 또한 본 연구의 범위는 광섬유 기반 동작센서의 가능성 여부와 주요 요건을 탐색하는 것이며, 소매 패턴과 봉제 방식의 특성, 착용자의 체형 특성이 미친 영향은 연구 범위에서 제외되었다. 이러한 방식으로 의복에 적용 가능하도록 고안된 광섬유 기반 의류 소매형 동작센서는, 기존의 동작 센싱 시스템에 비하여 더욱 미세한 인체 동작 측정이 가능하며 시간 공간의 제약 없이 저 비용으로 인체 동작 측정이 가능하다는 장점을 갖는다.
인체의 동작 센싱 방법에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔으나, 기존의 동작 센싱 방식에는 많은 한계점들이 있다. 기존의 동작 센싱 방식의 한계점을 보완하기 위한 일환의 노력으로, 이 논문에서는 비구속적인 동작 센싱이 가능한 광섬유 기반 의류 소매형 동작센서를 탐색적으로 연구하는데 목표를 두었다. 이 논문에서는 광섬유 기반의 의류 소매형 동작 센서를 고안하고, 이를 통하여 일상생활 중에 다양한 동작을 센싱하는 것이 가능한가에 대하여 탐색적 연구를 수행하였다. 또한 본 연구의 범위는 광섬유 기반 동작센서의 가능성 여부와 주요 요건을 탐색하는 것이며, 소매 패턴과 봉제 방식의 특성, 착용자의 체형 특성이 미친 영향은 연구 범위에서 제외되었다. 이러한 방식으로 의복에 적용 가능하도록 고안된 광섬유 기반 의류 소매형 동작센서는, 기존의 동작 센싱 시스템에 비하여 더욱 미세한 인체 동작 측정이 가능하며 시간 공간의 제약 없이 저 비용으로 인체 동작 측정이 가능하다는 장점을 갖는다.
Although diverse researches on sensing method of human movement have been performed, there are still many limitations to the existing methods. As a part of supplementing the limitations to the existing motion sensing methods, this study aimed to execute an exploratory examination on a POF-based slee...
Although diverse researches on sensing method of human movement have been performed, there are still many limitations to the existing methods. As a part of supplementing the limitations to the existing motion sensing methods, this study aimed to execute an exploratory examination on a POF-based sleeve-shaped motion sensor for less restrictive sensing of human movement. In this study, a set of POF-based motion sensor, which was embedded in a sleeve-shaped platform was devised, and a set of exploratory experiments was performed on the possibility of sensing of human movement as diverse as in daily life, through this device. The scope of this research was limited to an exploration on the possibility and basic elements of POF-based sleeve-shaped motion sensor, while the influence of sleeve patterns, those of wearer's somatotype, those of sewing method were not studied in this study. When compared to the pre-existing methods, the POF-based motion sensor platformed on sleeve in this study, which was purposively devised to be applied to the motion sensing clothing shows some beneficial characteristics : more sensitive measurement on human motion, low cost, no timely restriction in sensing, no request for gigantic apparatus and space for sensing.
Although diverse researches on sensing method of human movement have been performed, there are still many limitations to the existing methods. As a part of supplementing the limitations to the existing motion sensing methods, this study aimed to execute an exploratory examination on a POF-based sleeve-shaped motion sensor for less restrictive sensing of human movement. In this study, a set of POF-based motion sensor, which was embedded in a sleeve-shaped platform was devised, and a set of exploratory experiments was performed on the possibility of sensing of human movement as diverse as in daily life, through this device. The scope of this research was limited to an exploration on the possibility and basic elements of POF-based sleeve-shaped motion sensor, while the influence of sleeve patterns, those of wearer's somatotype, those of sewing method were not studied in this study. When compared to the pre-existing methods, the POF-based motion sensor platformed on sleeve in this study, which was purposively devised to be applied to the motion sensing clothing shows some beneficial characteristics : more sensitive measurement on human motion, low cost, no timely restriction in sensing, no request for gigantic apparatus and space for sensing.
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문제 정의
본 연구에서는 의류 소매 형태의 플랫폼에 광섬유 기반 동작 센서를 탑재하여 인체 관절 동작 시, 관절의 접힘 각도 측정이 가능한 측정 범위와 측정 오차 등에 대하여 탐색하였으며, 의류 소매형 플랫폼의 구조가 관절 동작 각도 측정의 안정성에 미치는 영향에 대해서도 탐색하였다.
본 연구에서는 일상생활에서도 무구속적인 동작 모니터링을 위해 광섬유 기반 의류 소매형 동작센서의 가능성을 탐색한 결과, 팔을 최대한 굽힌 40°동작 각도부터 팔을 편 170°동작 각도에 이르기까지 ±4°의 오차범위 내에서 팔 관절 동작 각도의 측정이 가능함을 고찰하였다.
본 연구의 이론적 배경으로서, 인체 전체의 동작 측정 방식과 인체의 부분 동작 측정 방식 등 두 유형의 기술에 관하여 고찰하였다.
이 연구의 목표는 이러한 기존 기술의 한계점을 극복하기 위한 하나의 방안으로써, 일상생활 중의 세부적인 인체 관절 동작 모니터링이 가능한 광섬유 기반 의류 소매형 동작센서의 가능성을 탐색하는 것이다.
제안 방법
광섬유 기반 동작 센서를 의류 소매에 탑재하기에앞서 이 센서의 성능 타당성을 평가하고 측정 가능한동작 각도 범위를 확인하기 위해 두 가지의 파일럿테스트를 수행하였다.
광섬유 기반 동작센서를 의류에 적용하여 팔꿈치관절의 접힘 각도를 측정하기 위해 의류 소매형 동작센서 플랫폼을 다음의 4가지 유형으로 제작하였다(그림 2).
광섬유 기반의 의류 소매형 동작센서를 제작하기 위하여 단면 지름 1.2mm의 광섬유 4개(각 1cm 길이)를직렬로 연결하고, 이를 의류 소매형의 플랫폼에 탑재하였다.
의류 소매에 적용한 광섬유 기반 동작센서를 측정하기 위해 여성 피험자 1명(55size)이 동작센서가 탑재된 오른쪽 소매를 착용하고 정자세에서, 팔을 가장 바깥쪽으로 편 180°에서 시작하여 점차 관절 각도를 감소시키며 최대한 굽힌 각도인 40°까지의 동작을 수행하였으며, 2°간격으로 동작센서의 값을 측정하였다. 이 때 팔을 극단적으로 완전히 편 180°에서의 측정은 본 연구의 동작센서 측정범위인 130°를 벗어나는 각도이므로 측정에서 제외하였다.
인체 부착 시 동작 각도의 측정 실험에서는 의류 소매에 탑재하지 않은 광섬유 동작센서 키트만을 피험자의 팔에 테이프로 고정시키고, 팔 동작 각도 별로 동작센서를 통하여 측정된 각도를 기록해 나아갔다. 그 결과, 측정된 각도와 실제각도가 매우 유사하였으므로 동작센서의 성능 타당성이 확인되었다.
동작하는 동안 팔꿈치 부분의 의복압은 4수를 유지하였다. 한 사람의 피험자가 4가지 유형의 소매를 각각 착용하고 모든 관절 동작을 수행하였으며, 피험자의 실제 동작 각도를 별도로 측정하여 광섬유 기반 동작센서의 측정값과 비교하기 위하여 Hall sensor로 실제 동작 각도를 측정하였다(그림 3).
대상 데이터
, 2007)을 용용 . 개선하였으며, 그 결과 인체 관절 동작 각도의 측정 범위가 130°인 의류 소매형동작센서를 제작하였다(그림 1, 4.1.1. 참조).
안정구조의 유무 여부였다. 이 중 소매 전체의 형태는 팔 운동의 축 방향만을 반영한 일자형 소매와, 편안한 휴식 자세에서의 팔 관절 각도를 실측하여 반영한 굴곡형 소매의 두 가지로 구성되 었고, 각각의 경우는 전극 안정 구조 유무에 따라 다시 두 세부 유형으로 나뉘어, 총 4개 유형의 의류 소매형 플랫폼이 제작 되었다.
이론/모형
, 2007). 그러나 본 연구에서는 이러한 각도 측정범위를 확장하기 위하여 이 광섬유 끝단 성형 방식 (Hong et al., 2007)을 용용 . 개선하였으며, 그 결과 인체 관절 동작 각도의 측정 범위가 130°인 의류 소매형동작센서를 제작하였다(그림 1, 4.
성능/효과
나아갔다. 그 결과, 측정된 각도와 실제각도가 매우 유사하였으므로 동작센서의 성능 타당성이 확인되었다.
또한, 의류 소매형 동작센서 플랫폼의 구조에 있어 소매 전체의 형태(일자형, 굴곡형) 보다는 전극 안정구조 유무가 정확한 동작 각도 센싱에 더욱 지배적인 영향을 미치는 것으로 추론되었다(그림 8, 표 1). 이는 전극 안정구조가 동작 센서의 전극 즉, 광섬유 끝단이 팔 동작 이외의 잡음 요인들(미세 떨림, 옷감의 밀림, 굴곡 등)로 인한 전극 위치의 안정성에 미치는 영향을 개선하기 때문으로 추측된다.
본 연구에서 제작한 4가지의 소매유형 중 일자형소매 형태에 전극 안정구조를 갖춘 의류 소매형 플랫폼의 경우, 가장 정확한 팔 관절 동작 측정 결과를 나타내었으며, 상대적으로 팔을 굽힌 동작 (관절 각도 70°- 120°) 구간에서는 ±2°- ±4°의 오차가 나타났고, 상대적으로 팔을 편 동작 (관절 각도 130°- 170°) 구간에서는 ±1°의 근소한 오차를 보였다.
의류 소매형 플랫폼 제작을 위해 고려된 요인은, 첫째, 소매 전체의 형태, 둘째, 전극의 안정화를 위한 전극 안정구조의 유무 여부였다. 이 중 소매 전체의 형태는 팔 운동의 축 방향만을 반영한 일자형 소매와, 편안한 휴식 자세에서의 팔 관절 각도를 실측하여 반영한 굴곡형 소매의 두 가지로 구성되 었고, 각각의 경우는 전극 안정 구조 유무에 따라 다시 두 세부 유형으로 나뉘어, 총 4개 유형의 의류 소매형 플랫폼이 제작 되었다.
인 체 비 부착 시 동작 각도의 측정 실험에서는 평면상에 각도계를 놓고 그 위에 본 연구의 광섬유 동작센서를 올려놓은 후, 각 동작 각도 별로 광섬유 동작 센서를 통해 측정된 값들을 기록해 나아갔다' 그 결과, 그림 1과 같이 본 연구의 광섬유 동작센서의 측정 가능한 각도 범위는 130°내외인 것으로 나타났으며, 측정 각도 130°이상이 되면 측정 오차가 커져서 정확한 각도가 측정되지 않았다.
후속연구
또한 이와 같은 의류형 동작 센서 플랫폼이 다리운동, 척추 운동의 동작 센싱 에 있어서도 유사한 영향을 나타내는지에 대해서는 지속적인 관찰 및 후속 연구가 필요할 것이다.
본 연구의 결과를 토대로 하여 볼 때, 본 연구의 광섬유 기반 동작 센서는 기존 방식들의 이러한 한계점을 보완하는 방식으로서의 가능성을 지닌다고 하겠다.
향후의 연구로서는 팔을 굽힌 70°- 120°각도 구간의 동작 시에 측정 오차를 더욱 감소시키기 위한 동작센서 및 의류 소매형 플랫폼 구조 요건에 대한 심도 있는 연구가 필요하며, 다양한 소재를 사용한 소매형 동작센서에 대한 연구가 요구된다.
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