손 제스처 인식을 위한 폴리이미드 기반의 스트레인 게이지 센서 구조에 관한 연구
A study on the polyimide-based strain gauge sensor structure for HGR (Hand Gesture Recognition)
- 주제(키워드) 제스처 인식
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 박정호
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 8
- 유형 Text
- 학위구분 석사
- 학과 대학원 전기전자공학과
- 세부전공 반도체 및 나노 전공
- 원문페이지 123 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000081669
- UCI I804:11009-000000081669
- DOI 10.23186/korea.000000081669.11009.0000814
- 본문언어 한국어
- 제출원본 000045953909
초록/요약
웨어러블 기기와 손목에 착용되는 액세서리의 형태로 cardinal direction 스트레인 센서를 이용하여 hand gesture recognition (HGR) 시스템을 구현하였다. 폴리이미드를 기반으로 제작된 unidirectional 스트레인 게이지 센서와 cardinal direction 스트레인 게이지 센서는 굽힘과 변형에 강한 성질을 갖고 있다. 손목에 착용되어 근육의 수축과 이완을 감지하는 센서 부분은 nickel chrome으로 제작되었으며, 전기적 신호를 전달하는 도선 부분은 copper로 구성하여 센서의 robust를 구현하였다. MEMS 단일 공정을 이용하여 근육의 움직임을 감지하는 unidirectional 스트레인 게이지 센서와 cardinal direction 스트레인 게이지를 어래이 형태로 제작하였다. 제작된 unidirectional 스트레인 게이지 센서와 cardinal direction 스트레인 게이지 센서의 곡률반경과 하중에 따른 특성평가를 진행하였다. 첫 번째로, 곡률 반경에 따른 스트레인 게이지 센서 특성분석은 직경 2cm, 4cm, 6cm, 10cm의 플라스틱 봉을 이용하여 수직방향과 수평방향의 특성을 분석하였다. 실험결과 직경이 증가함에 따라 unidirectional 스트레인 게이지 센서는 수평방향 기준으로 -3.88 ×10-4, 수직방향 기준으로 5.5 ×10-5 기울기로 특성이 변화함을 확인하였으며 cardinal direction 스트레인 게이지 센서 또한 수평방향 기준 -2.4 x 10-4, 수직방향 기준 -1.68 x 10-4 기울기로 변화함을 하였다. 손목의 제스처 인식의 경우 수직 수평방향의 동시 변화를 측정해야 하기 때문에 저항의 감쇄 효과가 나타나는 unidirectional 스트레인 게이지 센서보다 같은 방향의 저항변화로 저항이 증가하는 cardinal direction 스트레인 게이지 센서가 적합함을 실험으로 확인하였다. 두 번째로, 하중 특성 분석은 0g부터 700g까지의 100g씩 하중을 증가시켜 각각의 저항 변화량(△ R)과 초기저항 대비 저항의 변화량(△ R /R0)을 실험적으로 분석하였다. 이를 통해 cardinal direction방식이 unidirectional방식 보다 저항의 변화량(△ R)은 6.7배, 초기저항 대비 저항의 변화량(△ R /R0)이 20배 우수함을 실험적으로 분석하였다. 마지막으로 hand gesture recognition (HGR)의 분석을 위해 다섯 가지의 동작 (Rock, Paper, Rock-Front, Pock-Back, Rock-Side)을 정의하였다. 정의된 동작에 대한 wide-range and large shift actions을 분석하여 높은 정확도를 확인 하였다. cardinal direction 스트레인 게이지 평균 100%의 인식률, unidirectional 스트레인 게이지 센서는 평균 97.5%의 인식률을 나타냈다. 이를 통해 cardinal direction 센서의 인식률이 unidirectional의 인식률과 비교하여 3.5% 개선된 것을 확인할 수 있었다. 추가로 현재까지 진행된 다양한 센서 (스트레인 게이지, Tomography, Electromyography + Inertial Measurement Unit, Electromyography + Accelerometer, Air Pressure, Camera, Ultra-Wideband) 와의 인식률을 비교 분석을 통해 다른 센서들과 인식률에서도 우수한 것을 확인하였다. 웨어러블 기기와 VR과 같은 다양한 환경에서 사용할 수 있는 human-computer interaction (HCI) 기술은 계속해서 발전할 것이다. 이 중에서도 hand gesture recognition (HGR)은 손목에 착용되어 사용자의 직관적인 움직임을 전달할 수 있는 기술이다. 본 논문의 결과를 바탕으로 wide-range and large shift actions으로 동작을 구성하는 human-computer interaction(HCI)에서 웨어러블 형태로 센서를 구성한다면, Virtual Reality(VR), 자동차의 주행 보조수단과 같은 다양한 환경에서 사용이 가능할 것이다.
more목차
제 1 장 서론 1
제 2 장 이론적 배경 4
2.1 스트레인 게이지 센서 4
2.2 제스처 인식 시스템에 대한 연구 동향 10
제 3 장 스트레인 게이지를 이용한 제스처 인식 시스템 구성 21
3.1 센서의 구조 21
3.2 센서의 제작 방법 34
3.3 제스처 인식을 위한 시스템 구성 37
제 4 장 스트레인 게이지 센서의 제스처 인식 분석 39
4.1 스트레인 게이지 센서의 특성 분석 방법 39
4.1.1 하중에 따른 스트레인 게이지의 특성 분석 방법 41
4.1.2 곡률 반경에 따른 스트레인 게이지의 특성 분석 방법 45
4.1.3 wide-range and large shift actions HGR에 대한 분석 방법 48
4.2 Unidirectional 스트레인 게이지 50
4.2.1 Unidirectional 스트레인 게이지 센서에 대한 특성 분석 50
4.2.2 Unidirectional 스트레인 게이지 센서의 인식률 측정 (1) 55
4.2.3 Unidirectional 스트레인 게이지 센서의 인식률 측정 (2) 60
4.3 Cardinal Direction 스트레인 게이지 센서 64
4.3.1 Cardinal Direction 스트레인 게이지 센서에 대한 특성 분석 64
4.3.2 Cardinal Direction 스트레인 게이지 센서의 인식률 측정 (1) 69
4.3.3 Cardinal Direction 스트레인 게이지 센서의 인식률 측정 (2) 73
4.4 인식률 비교 78
4.4.1 Unidirectional 스트레인 게이지 센서와 Cardinal Direction 스트레인 게이지 센서의 인식률 비교 78
4.4.2 Cardinal Direction 스트레인 게이지 센서와 MYO 인식률 비교 82
4.4.3 Hand Gesture Recognition (HGR) 시스템의 비교 분석 89
제 5 장 결론 93
참고문헌 97
