Effect of the Shape and Attached Position of Fabric Sensors on the Sensing Performance of Limb-motion Sensing Clothes

The purpose of this study was to analyze the effect of the shape and attached position of E-textile-based stretchable sensors on motion-sensing performance and to investigate the requirements for the optimal structure of clothes for sensing limb motions. An experimental garment was prepared with different sensor shapes, and attachment positions. A child subject, wearing the experimental garment, performed arm and leg bending and extension motions at $60^{\circ}$, $90^{\circ}$ and $120^{\circ}$ motion angles, at a rate of 60 deg/sec. The changes in voltage triggered by the stretching and contracting of the fabric-sensor were measured, and an acceleration sensor was utilized to verify that the experimental motions were correctly performed. Dummy arms and legs of a child were manufactured to perform an identical test, in order to compare the dummy results with the actual human body experiment results. The analysis showed that the reproducibility and reliability of the rectangular sensor, showing uniform and stable were higher than those of the boat-shaped sensor, in both the dummy and the human body experiments. The attachment position of the sensor was more reproducible and reliable when placed on 4 cm below the elbow and knee joints in the dummy test, when placed in the joints of the elbow and knee, in children experiment. The appropriate shapes and attached positions of the sensor for sensing the motions were analyzed, and the results proved that motion-sensing of the human body is possible by utilizing flexible fabric-sensors integrated into clothes.

직물 센서의 모양과 부착 위치가 사지 동작 센싱 의류의 센싱 성능에 미치는 영향

본 연구에서는 E-textile 기반 신축성 센서의 모양과 부착 위치가 동작 센싱 성능에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 인체 동작 센싱에 가장 적합한 의복 구조 요건을 규명하고자 하였다. 실험 대상 아동에게 센서의 모양과 부착 위치에 따라 조작된 실험복을 착의시킨 후 60 deg/sec의 속도로, $60^{\circ}$, $90^{\circ}$, $120^{\circ}$의 동작 각도별로 팔과 다리의 굽힘, 폄 동작 의한 직물 센서의 신장과 수축에 따른 전압의 변화량을 측정하였으며, 가속도 센서를 함께 부착하여 동작의 일치도를 검증하였다. 또한 아동의 모형 팔과 다리를 제작하여 이를 대상으로 동일한 실험을 수행함으로써 인체의 팔, 다리의 동작 실험 결과와 비교하였다. 분석 결과 센서의 모양에서는 모형 대상 실험과 아동 대상 실험 모두에서 보트형의 센서 보다 장방형의 센서가 더 균일하고 안정적인 경향을 보여 재현성과 신뢰성이 높은 것으로 나타났다. 센서의 부착 위치는 모형 대상 실험에서는 팔꿈치와 무릎의 관절부로부터 4 cm 아래 지점에 부착된 경우, 아동 대상 실험에서는 팔꿈치와 무릎의 관절부에 위치했을 때 재현성과 신뢰성이 더 높았다. 본 연구에서는 아동의 사지 동작 측정에 적합한 센서를 개발하고 동작 센싱에 적합한 센서의 모양과 부착 위치의 조건을 분석하였으며, 의복에 통합된 유연한 직물 센서를 활용하여 인체 부위별 동작 센싱이 가능하다는 것을 규명하였다.