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데이터 글로브와 진동모터를 이용한 촉각전달 및 제시 방법
Tactile Transfer and Display Method using Data Glove and Vibration Motors Module 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.19 no.12, 2013년, pp.1138 - 1144  

강형구 (동부대우전자) ,  최영진 (동부대우전자)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a tactile transfer and display method between a data glove and vibration motors module. The data glove is developed to capture the hand postures and to measure the grip forces. The measured data are simplified with the proposed 5-bit transfer and display algorithm, and the vibrat...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 본 논문은 다음의 접근방법에 따라서 개발과정을 설명한다. (1) 신체의 촉각식별 자료분석을 통해 촉각제시에 적절한 신체부위 및 촉각제시장치의 설계조건을 도출하며, (2) 이들을 이용하여 촉각전달 및 제시 장치를 개발하고, (3) 개발된 방법 및 장치의 유효성을 검증하는 방법으로 본 연구를 진행하였다. 유효성 입증을 위해 개발되는 데이터글로브에 대한 설명도 부가적으로 제공한다.
  • 선천적 또는 후천적으로 일정한 신체 부위의 감각을 잃는 사람들이 늘어남에 따라 감각전달 및 제시 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 논문에서 특정부위의 감각이 상실된 사람들의 감각전달 및 인공적인 감각제시를 통해 감각복원에 도움을 줄 수 있는 촉각전달 및 제시 장치를 개발한다. 개발된 촉각전달 및 제시 장치는 16개의 진동모터 배열을 이용하며, 이들의 구동패턴 변화를 통한 촉각전달 및 제시방법을 제안한다.
  • 본 논문에서는 새로운 촉각전달 및 제시장치에 대한 개발 과정을 기술하였다. 개발된 데이터 글러브와 진동패드를 활용하여 제시된 방법의 효율성을 확인할 수 있었다.
  • 본 논문의 목표는 손의 방향각 및 손가락의 힘을 측정하여 감각이 상실된 사람들에게 다른 형식의 촉각을 제공하거나 원격지에 감각을 전달하고자 하는 경우에 사용될 수 있는 촉각전달 및 제시 장치를 개발하는 것이다. 또한 본 논문은 다음의 접근방법에 따라서 개발과정을 설명한다.
  • 본 연구를 통해 GUI 환경을 구성한 이유는 첫째, 촉각전달 장치를 사용하는 사용자에게 촉각전달 및 제시 현황을 시각 적으로 이해를 돕기 위해 구성하였다. 둘째, 장치를 개발하는 개발자가 특정 패턴 및 적용 물체의 물리적 상태와 같은 정보를 활용하기 쉽도록 그림 10과 같이 구성하였다.
  • 최근 감정 및 감성적인 요소의 중요성이 부각되면서 시각 및 청각뿐만 아니라 촉각을 효율적으로 전달할 수 있는 시스템의 개발이 시도되고 있다. 본 연구에는 데이터 글러브의 운동정보 및 압력정보를 진동모터를 이용한 촉각제시 장치를 활용하여 전달할 수 있는 시스템에 대해서 기술한다.
  • 본 장에서는 개발된 데이터 글러브와 진동패드를 직접 착용하여 모니터링 프로그램을 활용하면서 실제 출력결과가 일치하는지 알아보고자 한다. 우선 손목 실험결과를 살펴보기 위해, 첫째로 그림 13의 힘 레벨 1단계와 4단계를 비교하였으며, 둘째로 각각의 힘 레벨에 대한 각도의 변화를 모니터링 프로그램을 이용하여 확인할 수 있다.
  • Stevens는 피부에 닿는 두 지점의 연속적인 포인트 사이에서 사람이 인식하는 최소한의 거리를 측정하기 위해 주관적인 편견을 최대한 줄일 수 있는 실험장치를 개발하였으며, 이러한 방법론을 통해 보다 정확한 인식률 및 민감도를 얻을 수 있었다[9,10]. 본 절에서는 이러한 민감도를 얻기까지 인체 내에서의 반응에 대해서 알아보고자 한다. 인간이 피부에 임의의 자극을 받았을 때, 자극에 반응하는 감각수용기는 4가지 형태가 있다.
  • 앞 절에서 제시한 힘 레벨과 손목각도 레벨을 표시하는 방법을 통합하여 비트 디스플레이 알고리즘을 제안하고자 한다. 우선 비트 디스플레이 알고리즘을 고안한 이유에 대해서 설명하고자 한다. 첫째, 힘 레벨과 손목각도 레벨의 값을 5비트로 단순화 시켜서 손의 힘과 각도 정보를 단순화하여 촉각 제시 장치에 전달하는 것을 목적으로 한다.
  • 우선 비트 디스플레이 알고리즘을 고안한 이유에 대해서 설명하고자 한다. 첫째, 힘 레벨과 손목각도 레벨의 값을 5비트로 단순화 시켜서 손의 힘과 각도 정보를 단순화하여 촉각 제시 장치에 전달하는 것을 목적으로 한다. 둘째, 힘과 손목 각도 레벨 값의 증가/감소를 비트연산을 활용하여 쉽게 표현할 수 있으므로 정보 전달에 많은 통신 량을 요구하지 않는다.
  • 촉각전달 및 제시방법을 다루기 전에 우리 몸에서 두 지점에 서로 다른 자극을 인가하여 이를 두 지점의 다른 자극이라고 식별할 수 있는 능력이 어느 정도되는지 문헌을 통해 살펴보고자 한다. Webers는 1826년에 인체부위에 따른 촉각 민감성을 측정하여 수치로 제시하였다[3].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전체적인 데이터 글러브의 구조는 어떻게 구성되어 있는가? 전체적인 데이터 글러브의 구조는 FSR 센서, IMU (Inertial Measurement Unit), 시리얼 통신으로 구성되어 있다. 손목부분에 MCU (Micro Controller Unit)를 부착하여 시스템을 간소화 하는데 중점을 두었다.
본 논문에서 비트 디스플레이 알고리즘을 고안한 이유는 무엇인가? 우선 비트 디스플레이 알고리즘을 고안한 이유에 대해서 설명하고자 한다. 첫째, 힘 레벨과 손목각도 레벨의 값을 5비트로 단순화 시켜서 손의 힘과 각도 정보를 단순화하여 촉각 제시 장치에 전달하는 것을 목적으로 한다. 둘째, 힘과 손목 각도 레벨 값의 증가/감소를 비트연산을 활용하여 쉽게 표현할 수 있으므로 정보 전달에 많은 통신 량을 요구하지 않는다. 구체적으로 표 2에 보이는 데이터는 제시된 알고리즘의 예이다.
FSR 센서로부터 얻어지는 힘 정보는 어떤 형태인가? FSR 센서로부터 얻어지는 힘 정보는 아날로그 신호이며, MCU의 ADC를 이용하여 디지털신호로 변환하게 된다. 10-bit 분해능의 ADC를 가지고 있는 MCU를 사용하였다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (19)

  1. I. Oakley, Y. Kim, J. Lee, and J. Ryu, "Determining the feasibility of forearm mounted vibrotactile displays," Proc. of the international Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems, pp. 27-34, 2006. 

  2. E. Piateski and L. Jones, "Vibrotactile pattern recognition on the arm and torso," Proc. of the international Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems, pp. 90-95, 2005. 

  3. R. W. Cholewiak, A. A. Collins, and J. C. Brill, "Spatial factors in vibrotactile pattern perception," Proc. of the Eurohaptics, pp. 41-47, 2001. 

  4. E. R. Kandel, J. H. Schwartz, and T. M. Jessell, Principles of Neural Science, McGraw-Hill New York, 2000. 

  5. R. W. Cholewiak and A. A. Collins, "Vibrotactile localization on the arm: Effects of place, space, and age," Perception & Psychophysics, vol. 65, pp. 1058-1077, 2003. 

  6. R. W. Cholewiak, J. C. Brill, and A. Schwab, "Vibrotactile localization on the abdomen: Effects of place and space," Perception & Psychophysics, vol. 66, pp. 970-987, 2004. 

  7. H. Z. Tan, R. Gray, J. J. Young, and R. Traylor, "A haptic back display for attentional and directional cueing," Haptics-e, vol. 3, pp. 1-20, 2003. 

  8. A. Toney, L. Dunne, B. H. Thomas, and S. P. Ashdown, "A shoulder pad insert vibrotactile display," Proc. of the 7th IEEE International Symposium on Wearable Computers, pp. 35-44, 2003. 

  9. J. C. Stevens, "Aging and spatial acuity of touch," Journal of Gerontology, vol. 47, pp. P35-P40, 1992. 

  10. J. C. Stevens and K. K. Choo, "Spatial acuity of the body surface over the life span," Somatosensory & Motor Research, vol. 13, pp. 153-166, 1996. 

  11. L. A. Jones and M. Berris, "The psychophysics of temperature perception and thermal-interface design," Proc. of the international Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems, pp. 137-142, 2002 

  12. D. Mahns, N. Perkins, V. Sahai, L. Robinson, and M. Rowe, "Vibrotactile frequency discrimination in human hairy skin," Journal of Neurophysiology, vol. 95, pp. 1442-1450, 2006. 

  13. J. H. Kirman, "Current developments in tactile communication of speech," Tactual Perception: A Sourcebook, pp. 234-262, 1982. 

  14. R. D. Gilson, "Vibrotactile masking: Effects of multiple maskers," Perception & Psychophysics, vol. 5, pp. 181-182, 1969. 

  15. C. Ho, H. Z. Tan, and C. Spence, "The differential effect of vibrotactile and auditory cues on visual spatial attention," Ergonomics, vol. 49, pp. 724-738, 2006. 

  16. J. C. Craig, "Interference in localizing tactile stimuli," Perception & Psychophysics, vol. 45, pp. 343-355, 1989. 

  17. E. Jeong and D. E. Kim, "Detecting the direction of vibration inspired by prey detection behavior of sand scorpions," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 18, no. 10, pp. 947-954, 2012. 

  18. J. M. Kim, J. H. Kim, J. Y. Cha, S. Y. Kim, and I. Kang, "a biomimetic artificial neuron matrix system based on carbon nanotubes for tactile sensing of e-skin," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, vol. 18, no. 3, pp. 188-192, 2012. 

  19. http://biorobotics.hanyang.ac.kr/ 

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