Among the various ways to apprehend the user intention in hand exoskeletons, measuring a contact force is definitely the most straightforward and intuitive method of attracting one's intention in grip motion. The main problem of this method is that a force sensor, being located at the center of a fingertip, hinders the tactile sensation of the user. To overcome this problem, indirect force measurement is inevitable when it comes to measuring the contact force and acquiring the tactile sensation. This work presents the mechanical design, implementation and evaluation of a soft fingertip force sensor. To maximize tactile sensation of the user, we adopted a horse-hoof-shape structure to make the front side of the sensor widely opened. Optical sensing mechanism was selected because it showed compatibility with a transparent soft elastomer. The whole sensor system has a soft exterior so that it gives conformability and user-friendly interface. To test the sensor’s performance, a customized test bed was designed. We tested three different dimensions of the sensors and executed the design parameter study. Then, we investigated both static and dynamic response and observed how the mechanical behavior and light intensity change are related via system identification. Lastly, we applied the proposed sensor to the glove actuating system to extract human intention.
외골격 손 보조 장치 사용 시 사용자의 의도를 추출하는 여러 가지 방법 중에서, 손가락과 물체와의 접촉 힘을 측정하는 방법은 가장 간단하고 직관적인 방법이다. 하지만 이러한 방식의 가장 큰 문제점은 힘 센서의 위치가 촉각을 느끼는 지문 부에 위치하기 때문에 촉각을 저해한다는 단점이 존재한다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 간접적으로 힘을 측정하는 방식은 불가피하다. 본 연구는 간접적으로 힘을 측정하기 위한 유연한 손가락 힘 측정 센서의 설계와 평가 및 적용에 대한 내용을 포함한다. 사용자의 촉감 저해를 최소화하기 위하여 지문부가 완전히 개방된 말굽 형태의 구조를 적용하였다. 투명하고 유연한 탄성 중합체와 높은 호환성을 갖는 광학식 측정 방법을 적용하였다. 센서 시스템은 높은 순응성과 사용자 친화적인 인터페이스를 제공하기 위하여 유연한 소재로 제작 되었다. 센서 특성을 측정하기 위하여 위치 제어 기반의 압축 실험기가 사용 되었다. 본 저자는 세 가지 다른 디자인을 갖는 센서를 제작하여 성능 실험을 진행하였고, 설계 변수들의 영향을 조사하였다. 최종 선정된 센서의 정적 및 동적 특성 실험, 그리고 시스템 식별을 통해 광량 변화와 측정된 힘 값의 관계를 파악하였다. 최종적으로 사용자의 의도 추출을 위한 장갑형 손 보조 시스템에 적용하였다.
