KR100663953B1 - 자세 검출 장치, 자세 검출 방법, 자세 검출 센서 장치 및 자세 지시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 공간에서 자세 지시 장치의 자세를 절대값으로 검출할 수 있도록 하는 것에 관한 것이다.
다른 공진 주파수의 공진 회로를 구성하고 코일면이 서로 다른 방향을 향하는 복수의 자세 지시 코일을 구비하는 자세 지시 장치(101)를, 상기 자세 지시 코일과 전자기적으로 결합하며 방사상으로 설치되는 복수의 자세 검출 코일(L, M, L', M')을 구비하는 자세 검출 센서(102)의 중심 위치(O)에 설치하여 상기 자세 지시 코일과 자세 검출 코일(L, M, L', M')이 서로 신호를 송수신함으로써 3차원 공간에서 자세 지시 장치(101)의 자세를 절대값으로 검출한다.

Description

자세 검출 장치, 자세 검출 방법, 자세 검출 센서 장치 및 자세 지시 장치{A DEVICE FOR DETECTING POSTURES, A METHOD FOR DETECTING POSTURES, A SENSOR DEVICE FOR DETECTING POSTURES AND A DEVICE FOR INDICATING POSTURES}
도1은 본 발명의 실시예를 개념적으로 나타내는 개략적인 구성도,
도2는 도1의 실시예를 나타내는 정면도.
도3은 본 발명의 실시예에 관한 부채형 코일의 전체적인 배치를 나타내는 평면도,
도4는 본 발명의 실시예에 관한 부채형 코일을 상세하게 나타내는 도면,
도5는 본 발명의 실시예에 관한 부채형 코일을 상세하게 나타내는 평면도,
도6은 본 발명의 실시예에 관한 도너츠형 코일을 상세하게 나타내는 도면,
도7은 본 발명의 실시예에 관한 자세 지시 장치를 나타내는 도면,
도8은 본 발명의 실시예에 관한 자세 검출부의 블록도,
도9는 본 발명의 실시예의 동작을 설명하는 타이밍을 나타내는 도면,
도10은 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 주처리 과정을 나타내는 흐름도,
도11은 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 주처리 과정을 나타내는 흐름도,
도12는 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 처리 과정을 나타내는 흐름도,
도13은 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 처리 과정을 나타내는 흐름도,
도14는 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 처리 과정을 나타내는 흐름도,
도15는 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 처리 과정을 나타내는 흐름도,
도16은 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 처리 과정을 나타내는 흐름도,
도17은 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 처리 과정을 나타내는 흐름도,
도18은 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 처리 과정을 나타내는 흐름도,
도19는 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 처리 과정을 나타내는 흐름도,
도20은 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 처리 과정을 나타내는 흐름도,
도21은 본 발명의 실시예에 관한 CPU의 처리 과정을 나타내는 흐름도,
도22는 도7의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도23는 도7의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도24는 도7의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도25는 도7의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도26은 도7의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도27은 도7의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도28은 도7의 자세 지시 장치의 자세 검출을 설명하는 도면,
도29는 도7의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도30은 본 발명에 관한 자세 지시 장치의 제2실시예를 나타내는 도면,
도31은 도30의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도32는 도30의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도33은 도30의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도34는 도30의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도35는 도30의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도36은 본 발명에 관한 자세 지시 장치의 제3실시예를 나타내는 도면,
도37은 도36의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도38은 도36의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도39는 도36의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도40은 본 발명에 관계한 자세 지시 장치의 제4실시예를 나타내는 도면,
도41은 도40의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도42는 도40의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도43은 도40의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도44는 본 발명에 관계한 자세 지시 장치의 제5실시예를 나타내는 도면,
도45는 도44의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도46은 도44의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도47은 도44의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도48은 도44의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도49는 도44의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도50은 본 발명에 관한 자세 지시 장치의 제6실시예를 나타내는 도면,
도51은 도50의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도52는 도50의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도53은 도50의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도54는 본 발명에 관한 자세 지시 장치의 제7실시예를 나타내는 도면,
도55는 도54의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도56은 도54의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도57은 도54의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도58은 도54의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도59는 도54의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도60은 본 발명에 관한 자세 지시 장치의 제8실시예를 나타내는 도면,
도61은 도60의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도62는 도60의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도63은 도60의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도64는 도60의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도65는 도60의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도66은 본 발명에 관한 자세 지시 장치의 제9실시예를 나타내는 도면,
도67은 도66의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도68은 도66의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도69는 도66의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도70은 도66의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도71은 도66의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도72는 본 발명에 관한 자세 지시 장치의 제10실시예를 나타내는 도면,
도73은 도72의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도74는 도72의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도75는 도72의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도76은 도72의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도77은 도72의 자세 지시 장치를 사용한 경우의 특성도,
도78은 본 발명에 관한 자세 지시 장치의 제11실시예를 나타내는 도면,
도79는 본 발명에 관한 자세 지시 장치의 제12실시예를 나타내는 도면,
도80은 본 발명의 실시예에 관한 부채형 코일의 구성을 상세하게 나타내는 도면,
도81은 본 발명에 관한 부채형 코일의 제2실시예를 나타내는 도면,
도82는 본 발명의 실시예에 관한 자세 검출 센서를 상세하게 나타내는 도면,
도83은 본 발명에 관한 자세 검출 센서의 제2실시예를 나타내는 도면,
도84는 본 발명에 관한 자세 검출 센서의 제3실시예를 나타내는 도면,
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 자세 지시 장치(姿勢 指示 裝置) 102 : 자세 검출 센서(姿勢 檢出 sensor)
103 : 구체(球體) 104 : 자세 지시 코일(姿勢 指示 coil)
106 : 오목부 801 : 송신부
802 : 코일 선택부 805 : 신호 검출부
806 : 자세 산출부 C : 원형 코일
D : 도너츠형 코일 L, M : 부채형 코일
본 발명은 자기(磁氣) 결합수단을 이용하여 3차원의 자세를 검출하기 위한 자세 검출 장치, 자세 검출 방법, 자세 검출 센서 및 자세 지시 장치에 관한 것이다.
종래의 기술에서는 3차원 공간 내에서 대상물의 각도를 검출하는 장치로서 트랙볼(track ball) 등이 사용되었다. 상기 트랙볼에 있어서, X축과 Y축의 두 축의 회전을 검출할 수 있는 인코더(encoder)를 이용하여 볼의 회전량을 검출함으로써 트랙볼이 X축 방향 및 Y축 방향으로 회전한 양을 검출한다.
상기 종래의 기술인 트랙볼에서는 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향의 3개의 축의 회전을 검출할 수 없음과 아울러 축의 회전의 변화량을 검출하기 때문에 회전을 상대값만으로 검출할 수 있고 절대값으로는 검출할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 3차원 공간 내에서 자세를 절대값으로 검출할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 위치 검출 장치는,
코일면이 서로 다른 방향을 향하는 복수의 자세 지시 코일을 구비하는 자세 지시 수단과,
중심 위치로부터 방사상으로 설치되고 상기 자세 지시 코일과 전자기적으로 결합하는 복수의 자세 검출 코일을 구비하는 자세 검출 수단과,
상기 자세 검출 코일을 스위치하여 선택하는 선택 수단과,
상기 전자기적인 결합에 의하여 복수의 주파수의 신호를 발생시켜 상기 자세 지시 코일과 선택된 상기 자세 검출 코일의 사이에서 송수신되게 하는 신호 발생 수단과,
상기 자세 검출 코일 또는 자세 지시 코일에서 수신되는 신호를 검출하는 신호 검출 수단과,
상기 신호 검출 수단에 의하여 검출되는 신호로부터 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출하는 산출 수단을 구비하고,
상기 중심 위치 상에 배치된 상기 자세 지시 수단의 자세를 검출하는 것을 특징으로 한다.
선택 수단은 자세 검출 코일을 스위치하여 선택한다. 신호 발생 수단은 전자기적인 결합에 의하여 복수의 주파수의 신호를 자세 지시 코일과 선택된 자세 검출 코일 사이에서 송수신되는 신호를 발생시킨다. 신호 검출 수단은 상기 자세 검출 코일 또는 자세 지시 코일로 수신된 신호를 검출한다. 산출 수단은 상기 검출 수단에 의하여 검출된 신호로부터 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출한다.
본 발명의 자세 검출 방법은 코일면이 서로 다른 방향을 향하는 복수의 자세 지시 코일을 구비하는 자세 지시 수단을, 중심 위치로부터 방사상으로 설치되고 상기 자세 지시 코일과 전자기적으로 결합하는 복수의 자세 검출 코일을 구비하는 자세 검출 수단의 상기 중심 위치에 설치하고,
선택 수단에 의하여 선택된 상기 자세 검출 코일과 상기 자세 지시 코일의 사이에서 상기 전자기적 결합에 의하여 신호를 송수신하고,
상기 선택된 자세 검출 코일 또는 자세 지시 코일에서 수신된 신호를 신호 검출 수단에 의하여 검출하고,
상기 검출 수단이 검출한 신호에 의거하여 산출 수단이 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출함으로써 3차원 공간에서 상기 자세 지시 수단의 자세를 검출하는 자세 검출 방법에 있어서,
상기 복수의 자세 지시 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ) 또는 방위 벡터를 검출하고 이들의 검출값으로부터 3차원 공간에서 상기 자세 지시 수단의 자세를 검출하는 것을 특징으로 한다.
선택 수단에 의하여 선택된 자세 검출 코일과 자세 지시 코일이 서로 전자기적인 결합에 의하여 송수신되고 상기 선택된 자세 검출 코일 또는 자세 지시 코일에서 수신된 신호가 신호 검출 수단에 의하여 검출된다. 상기 검출 수단에 의하여 검출된 신호에 의거하여 산출 수단이 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출함으로써 3차원 공간에서 상기 자세 지시 수단의 자세를 검출한다. 이 때에 상기 자세 지시 수단의 복수의 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ) 또는 방위 벡터를 검출하고 이들의 검출값으로부터 3차원 공간에서 상기 자세 지시 수단의 자세를 검출한다.
본 발명의 자세 검출 센서 장치는 자세 지시 수단에 설치되어 각각의 코일면이 다른 방향을 향한 복수의 자세 지시 코일과 전자기적으로 결합하는 자세 검출 센서로서 중심 위치로부터 방사상으로 설치된 복수의 자세 검출 코일에 의하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자세 지시 장치는 복수의 자세 검출 코일에 의하여 구성된 자세 검출 센서와 전자기적으로 결합하는 복수의 자세 지시 코일을 구비하는 자세 지시 장치로서,
상기 복수의 자세 지시 코일은 그 코일면이 각각 다른 방향을 향하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
(실시예)
첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 실시예에 관하여 이하에서 상세히 설명한다. 각 도면에서 동일한 부호는 동일한 부품을 나타낸다.
도1은 본 발명의 실시예의 개략적인 구성을 개념적으로 나타내는 사시도이며 도2는 도1의 정면도이다.
본 실시예에 관한 자세 검출 장치는 자세 지시 장치(101)와 자세 검출 센서장치를 구성하는 자세 검출 센서(102)와 자세 검출부(도시 생략)로 구성된다.
자세 지시 장치(101)는 구체(球體)(103)를 구비하고 구체(103)내에는 서로 직교하는 각각의 X축 방향과 Y축 방향과 Z축 방향으로 감겨져 있는 3개의 자세 지시 코일이 설치되고, 도1과 도2는 하나의 자세 지시 코일(104)을 나타낸다. 또한 각각의 자세 지시 코일은 콘덴서(도시 생략)와 접속하여 각각 다른 공진 주파수의 공진 회로를 구성한다. 자세 지시 장치(101)의 자세를 검출할 때에는 자세 검출 수단인 자세 검출 센서(102)의 중심 위치(O)에 형성되는 받침 접시(즉, 오목부(도시 생략))에 자세 지시 장치(101)를 배치한다.
자세 검출 센서(102)에 있어서 자세 검출 코일의 구성 및 배치에 대한 상세한 설명은 후술하지만, 자세 검출 코일은 복수의 크고 작은 부채형 코일로 구성되는 복수의 부채형 코일 셋트와 원형 코일과 도너츠형 코일로 구성되고 상기 코일이 중심 위치(O)로부터 방사상으로 설치되며, 도1 및 도2에서는 중심 위치(O)로부터 보다 이간(離間)된 위치에 설치되는 큰 부채형 코일(L, L')과 중심 위치(O)에 보다 가깝게 설치되는 작은 부채형 코일(M, M')을 2개씩 나타낸다. 상기 각각의 코일을 자세 지시 코일과 명확히 구별할 수 있도록 어떤 실시예에서는 센서 코일이라고 한다.
여기에서 부채형 코일(L, M)과 부채형 코일(L', M')은 각각 셋트를 이루며 평면 형태로 그리고 중심 위치(O)로부터 방사상으로 설치된다. 또한 부채형 코일(L, M)과 부채형 코일(L', M')은 중심 위치(O)를 중심으로 하여 수평면내의 각도(방위각ø)를 180도 회전시킨 위치 즉 중심 위치(O)를 중심으로 하는 점대칭(点對稱)의 위치에 있다. 각각의 크고 작은 부채형 코일은 중심 위치(O)의 주위에 30도의 간격으로 12개씩 설치된다. 또한 각각의 부채형 코일은 도시하지 않는 회로에 접속한다.
자세 지시 코일(104)의 수직 방향에 대한 각도(경사각 θ)가 어떤 각 도에 있더라도 수평면내의 방위각(ø) 방향의 회전에 대하여 신호강도의 대칭성이 높도록 배치하기 위하여 각각의 자세 검출 코일을 중심 위치(O)에 대하여 점대칭이 되도록 배치한다.
각각의 부채형 코일은 어긋나게 배치된다. 또한 외부 영향에 의하여 검출 오차가 발생하지 않도록 기판의 5㎜의 밑에는 42Ni의 열처리기판으로 이루어진 전자차폐판이 설치된다.
도3은 상기 부채형 코일의 전체적인 배치를 나타내는 도면이다. 부채형 코일은 중심 위치(O)로부터 보다 이간된 위치에 배치되는 큰 부채형 코일인 L코일0 ∼ L코일11과 중심 위치(O)에 보다 가깝게 배치되는 작은 부채형 코일인 M코일0 ∼ M코일11로 구성된다. L코일0 ∼ L코일11이 각각 대응하는 M코일0 ∼ M코일11과 한 셋트로 구성되고 중심 위치(O)로부터 방사상으로 설치됨과 아울러 방위각(ø) 방향을 향하여 30도의 간격으로 12개씩 설치된다.
도4는 각각의 부채형 코일을 상세하게 나타내는 도면으로서, L코일0 ∼ L코일11이 각각 동일 형태로 구성되고 M코일0 ∼ M코일11도 각각 동일 형태로 구성되는 것을 나타내며 L코일0과 M코일0의 셋트를 대표적으로 나타낸다. L코일0이 중심 위치(O)를 중심으로 하여 방위각(ø) 방향을 향하여 112.5도의 각도 폭으로 형성되고 반경 방향으로는 34.9㎜ ∼ 73.0㎜의 폭으로 형성된다. 또한 M코일0이 중심 위치(O)를 중심으로 하여 방위각(ø) 방향을 향하여 97.5도의 각도 폭으로 형성되고 반경 방향으로는 26.4 ㎜ ∼ 56.0㎜의 폭으로 형성된다.
또한 각각의 부채형 코일은 실선으로 나타나는 바와 같이 중심 위치(O)를 중심으로 하는 원호가 교차하도록 어긋나게 배치되는데, 이것은 기판상의 인쇄 패턴에 따라 부채형 코일을 형성하는 경우에 중심 위치(O)를 중심으로 하는 원주 방향으로 복수의 부채형 코일을 형성할 수 있도록 하기 위한 것이다. 각각의 부채형 코일은 후술하는 바와 같이 다층 기판의 복수층에 걸쳐서 여러 번 감김으로써 하나의 부채형 코일이 구성되고 그 평균이 중심 위치(O)를 중심으로 하는 원호를 형성하며 선대칭의 이상적인 부채 형태가 되도록 한다.
도5는 자세 검출 센서(102)를 구성하는 원형 코일을 나타낸 평면도이다. 각각의 원형 코일(C0, C1, C2)이 중심 위치(O)를 중심으로 하는 동심원으로 설치되며 상기 각각의 부채형 코일과 절연된 상태로 겹쳐져서 설치된다. 또한 원형 코일(C0, C1, C2)은 부채형 코일과 함께 사용된다. 또한 도시하지는 않았지만 각각의 원형 코일(C0, C1, C2)은 도시하지 않은 회로에 접속된다.
도6은 자세 검출 센서(102)를 구성하는 도너츠 형태의 코일을 나타낸 평면도이다. 도너츠 형태로 형성되는 도너츠형 코일인 도너츠형 센서 코일(1, 2)이 중심 위치(O)를 중심으로 하는 동심원으로 설치되며 상기 부채형 코일과 원형 코일과 절연된 상태로 겹쳐져서 설치된다. 또한 각각의 도너츠형 센서 코일(1, 2)은 상기 부채형 코일과 함께 또는 상기 부채형 코일 및 원형 코일과 함께 사용된다. 또한 도시하지는 않았지만 각각의 도너츠형 센서 코일(1, 2)은 도시하지 않은 회로에 접속된다.
도1 ∼ 도6을 이용하여 부채형 코일의 구성 및 배치에 대하여 더 자세하게 설명하면, 수신 신호의 레벨을 최대로 증폭시키기 위하여 복수의 부채형 코일이 겹쳐져서 배치된다. 또한 부채형 코일(L, M)을 방위각(ø) 방향으로 회전시키는 경우에 인접한 다른 부채형 코일(L, M)과 원호 부분이 겹쳐져 버리므로 부채형 코일(L, M)을 설치하는 데에 방해가 된다. 그러므로 부채형 코일(L, M)을 약간 뒤틀리게 하고 나서 회전시키면 도3과 같이 원호 부분이 겹쳐지지 않도록 나란히 설치할 수 있다. 부채형 코일(M)과 부채형 코일(L)의 신호의 정점(peak)이 서로 일치하도록 하기 위하여 상기 부채형 코일(M)과 셋트를 이루는 부채형 코일(L)이 부채형 코일(M)을 둘러싸는 형태가 되도록 한다. 또한 부채형 코일로부터 획득되는 신호의 곡선이 2승의 포락선(包絡線)이 되도록 자세 지시 장치(101)의 자세 지시 코일의 면(面)내에 3개 셋트의 부채형 코일이 들어갈 수 있도록 부채형 코일을 겹쳐서 배치한다.
복수의 부채형 코일(M)과 복수의 부채형 코일(L)을 나란히 설치하면 도3과 같이 된다. 상기 코일의 반경 부분이 겹치지 않도록 꼭지각(頂角)을 다르게 결정한다. 이렇게 함으로써 후술하는 바와 같이 다층 기판을 사용하여 복수의 부채형 코일(M) 및 복수의 부채형 코일(L)을 나란히 설치할 수 있다. 또한 부채형 코일(M) 및 부채형 코일(L)의 원호 부분 사이의 간격에 원형 코일(C)과 도너츠형 센서 코일(D)을 복수로 배치할 수도 있다.
도7은 본 발명의 실시예에 의한 자세 지시 수단인 자세 지시 장치(101)를 나타내는 도면으로서, 도7a는 자세 지시 장치(101)의 사시도이고 도7b는 X축 코일(X코일)을 따라서 나타낸 단면도이고 도7c는 Z축 코일(Z코일)을 따라서 나타낸 단면도이다. 자세 지시 장치(101)는 구체(103)와 구체(103)의 중심을 통과하여 서로 직교하는 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 각각의 코일면이 형성된 3개의 자세 지시 코일인 X축 코일(X코일)과 Y축 코일(Y코일)과 Z축 코일(Z코일)을 구비한다. 각각의 코일은 도시하지 않은 각각의 콘덴서에 연결되어 서로 다른 공진 주파수의 공진 회로를 구성한다. 또한 각각의 코일은 도시하지 않은 구형태의 껍질(즉, 볼(ball))에 의하여 덮여진다.
도8은 본 발명의 실시예에 의한 자세 검출부의 블록도이고 자세 검출부는 자세 지시 장치(101)의 3종류의 공진 주파수의 신호를 순서대로 주기적으로 송신하는 신호 발생 수단인 송신부(801)와 전술한 부채형 코일, 원형 코일, 도너츠형 코일에 의하여 구성된 센서 코일 그룹(803)의 코일을 스위치하여 선택하고 송신부(801)의 신호를 코일에 순차 공급함과 아울러 상기 선택된 코일에 의하여 수신된 자세 지시 장치(101)의 신호를 수신부(804)로 출력하는 선택 수단인 코일 선택부(802)와 수신부(804)로부터 출력되는 신호를 검출하는 신호 검출 수단인 신호 검출부(805)와 신호 검출 부(805)로부터 출력되는 신호에 의거하여 자세 지시 장치(101)의 자세를 산출하는 산출 수단인 자세 산출부(806)와 신호 발생 수단인 송신부(801), 그리고 코일 선택부(802), 수신부(804), 신호 검출부(805), 자세 산출부(806)를 제어하는 제어부(807)로 구성된다.
또한 자세 산출부(806)와 제어부(807)는 제어 수단을 구성하는 중앙처리장치(CPU)에 의하여 구성된다. 또한 자세 산출부(806)에는 기억 수단인 기억 장치(도시 생략)가 내장되어 있고 상기 기억 장치에는 자세 지시 장치(101)로부터 출력되어 부채형 코일, 원형 코일, 도너츠형 코일로 수신되는 신호 레벨의 각종 특성 데이터(상기 특성 데이터는 후술한다.)가 미리 테이블(table)로 저장되어 있다.
도9는 본 발명의 실시예의 동작을 설명하기 위하여 각각의 타이밍에서의 파형을 나타내는 도면이다. 도8에 나타낸 자세 검출부는 자세 지시 장치(101)의 자세를 검출하기 위하여 송신부(801)로부터 코일 선택부(802)에 의하여 선택된 센서 코일 그룹(803) 중의 하나의 코일을 통하여 X축, Y축, Z축의 각각의 축의 자세 지시 코일의 공진 주파수에 대응하는 주파수의 신호를 송신하고, 상기 선택된 코일로 수신된 신호의 수신 레벨의 데이터를 버퍼 메모리(buffer memory)에 저장한다. 상기 수신 레벨의 데이터를 처리함으로써 자세 지시 코일의 자세를 검출하고 자세 지시 장치(101)의 자세를 검출한다. 이 동작은 12개의 큰 부채형 코일(L), 12개의 작은 부채형 코일(M), 4개의 원형 코일, 4개의 도너츠형 코일(D)에 적용됨과 아울러 X 축, Y축, Z축의 자세 지시 코일(104)의 공진 주파수에 대응하는 3개의 주파수 신호에 적용된다. 또한 후술하는 바와 같이 자세 지시 장치(101)의 유무를 검출하는 경우에는 자세 검출 센서(102)의 전체 영역에 걸쳐서 스캔(글로벌 스캔(global scan)), 예를 들어 상기 전체 코일의 스캔 또는 소정 간격의 코일마다 분할 스캔을 실행함으로써 자세 검출 센서(102)의 전체 영역에 걸쳐서 스캔을 실행하고 자세 지시 장치(101)의 자세를 상세하게 검출하는 경우에는 소정 레벨 이상의 수신 신호를 얻을 수 있는 코일만을 각각 여러 번 스캔(로컬 스캔(local scan))을 실행한다.
또한 도9에는 3개의 더미(dummy) 코일을 스캔하는 것을 나타내지만 상기 더미 코일은 예비적인 것이므로 반드시 스캔할 필요는 없다. 또한 도9에는 X축 및 Y축의 자세 지시 코일을 검출할 수 있는 경우(즉, 수신 레벨이 크다)와 Z축의 자세 지시 코일을 검출할 수 없는 경우(즉, 수신 레벨이 작다)를 나타낸다.
도10 ∼ 도21은 자세 산출부(806) 및 제어부(807)를 구성하는 CPU의 처리 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
한편 도22 ∼ 도25는 도1에 나타낸 부채형 코일(L, M, L', M')에 수신되는 신호의 특성도이며 도26은 도5에 나타낸 원형 코일에 수신되는 신호의 특성도이다. 또한 도27 ∼ 도29는 자세 지시 장치(101)의 검출에 오차가 발생하지 않도록 순조롭게 실행할 수 있는 설명도이다.
상기 도22 ∼ 도26에 있어서는 부채형 코일(M, L)에 의하여 수신 신 호 레벨의 방위각(ø)에 대한 의존성을 나타내는 특성도로서 자세 지시 코일(104)의 직경이 47㎜, 송수신 신호의 주파수가 375㎑, 경사각이 60도, 구체(103)의 직경이 70㎜, 구체의 하부 위치가 자세 검출 센서(102)의 면으로부터 5㎜의 상방에 위치하는 경우의 수신 신호의 특성을 나타낸다.
이하에서 도1 ∼ 도29를 이용하여 본 발명의 실시예의 처리 동작을 설명한다.
우선 자세 검출 동작의 개요를 설명하면, 자세 지시 장치(101)는 자세 검출 센서(102)의 중심 위치(O)상에 중심을 일치시킨 구면 형태의 받침 접시에 위치된다. 또한 이 때에 전술한 바와 같이 구체(103)의 최하부의 위치가 자세 검출 센서(102)의 면으로부터 5㎜의 상방에 위치한다.
이 상태에서 자세 지시 장치(101)의 하나의 공진 주파수의 신호를 송신부(801)로부터 코일 선택부(802)에 의하여 선택된 부채형 코일로 송신하고 상기 신호에 공진하는 자세 지시 코일(104)의 교번 자속(交番 磁束)을 상기 선택된 부채형 코일에서 수신하여 그 수신 신호 레벨을 버퍼 메모리(도시 생략)에 저장한다.
이후, 부채형 코일을 순차적으로 선택하고 같은 동작을 실행하여 수신 신호를 저장한다. 그러고 나서 남은 2개의 주파수에 대해서도 상기한 바와 같은 동작을 실행하여 수신 신호를 저장한다.
이 때에 도22와 같이 큰 부채형 코일(L)과 작은 부채형 코일(M)의 수신 신호에는 2개의 정점(L, L'과 M, M')이 나타나지만 양쪽의 정점과 함께 방위각(ø)과 그 정점의 신호값을 포물선 근사법을 이용하여 구한다. 높은 정점을 나타낼 때의 방위각(ø)이 하나의 자세 지시 코일(104)의 방위각(ø)이 된다.
한편 도24와 같이 작은 부채형 코일의 신호를 M, 큰 부채형 코일의 신호를 L, 방위각(ø)이 180도 차이가 나는 부채형 코일(M', L')의 신호를 각각 M', L'이라고 가정하면, (M/L - M'/L')이 경사각(θ)의 넓은 범위(즉, 40도 < θ < 140도의 범위)에서 거의 직선 형태로 변화한다. 자세 지시 장치(101)의 3개의 자세 지시 코일(104)로부터 부채형 코일에 공급되는 신호 중에 2개의 큰 신호를 선택하면 그 신호들은 반드시 40도 < θ < 140도의 범위 안에 들어가기 때문에 자세 산출부(806)내의 기억 장치에 미리 저장된 데이터와 비교함으로써 2개의 자세 지시 코일(104)의 경사각(θ)이 검출될 수 있다. 마찬가지로 전술한 방위각(ø)의 검출도 2개의 자세 지시 코일(104)에 대하여 가능하다.
제3의 자세 지시 코일의 방위는 전술한 바와 같은 방법으로 구한 2개의 자세 지시 코일의 방위 벡터의 벡터 곱으로 구한다.
다만 ø와 (ø + 180도) 또는 θ와 (180도 - θ)의 전후의 판별이 불가능하기 때문에 최초에 전원을 인가한 시점과 최초에 자세 지시 장치(101)를 받침 접시인 오목부의 위에 위치시킨 시점에서 Z축 코일의 방향을 북반구(北半球)(0도
Figure 111999008250072-pat00095
θ
Figure 111999008250072-pat00096
90도)로, X축 코일의 방향을 동반구(東半球)(-90도
Figure 111999008250072-pat00097
ø
Figure 111999008250072-pat00098
90도)로 강제적으로 설정한다.
그러고 나서, 방위각(ø)을 검출하여 상기 범위에 가까운 각도(ø)를 계속하여 채용함으로써 자세 지시 코일의 검출 각도는 순조롭게 변화한다. 또한 부채형 코일을 원점에 가까운 위치로 배치하면 전 범위(0
Figure 111999008250072-pat00099
θ
Figure 111999008250072-pat00100
180도)의 θ를 검출할 수 있어서 2개의 자세 지시 코일만으로도 자세 지시 장치의 자세를 검출할 수 있다.
상기한 바와 같은 방법으로 3차원 공간에서 자세 지시 장치(101)의 자세, 즉 3개의 자세 지시 코일의 방위 벡터의 절대값이 구해지기 때문에 컴퓨터와 CAD장치 등의 표시 장치상에서 대상물의 절대 자세를 제어할 수 있다. 또한 자세 지시 장치(101)의 3개의 축의 절대 회전 각도를 검출하여 자세를 입력할 수 있다. 또한 전방위(前方位)의 절대각도를 검출할 수 있으므로 표시 장치 상에서의 대상물을 절대각도로 입력할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있다.
또한 상기 부채형 코일에 중심 위치(O)를 중심으로 원형 코일을 추가하여 배치하면 어떤 자세 지시 코일도 0
Figure 111999008250072-pat00105
θ
Figure 111999008250072-pat00106
180도의 범위에서 검출될 수 있고 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 2개의 자세 지시 코일만으로도 자세 지시 장치(101)의 자세를 검출할 수 있다.
또한 상기 부채형 코일과 또는 상기 부채형 코일 및 원형 코일 이외에 중심 위치(O)를 중심으로 하는 도너츠형 코일을 추가하여 배치하면 상기 도너츠형 코일은 상기 원형 코일과 같은 기능을 발휘하기 때문에 어떤 자세 지시 코일이라도 0
Figure 111999008250072-pat00107
θ
Figure 111999008250072-pat00108
180도의 범위에서 검출될 수 있고 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 2개의 자세 지시 코일만으로도 자세 지시 장치의 자세를 검출할 수 있다.
다음으로 방위각(ø) 및 경사각(θ)을 검출할 경우의 기본 동작에 대하여 설명한다. 우선 방위각(ø)의 검출 방법에 대하여 설명한다.
자세 지시 장치(101)에 설치된 자세 지시 코일이 도7에 나타내는 바와 같이 구체(103)의 중심을 통하는 면에 대하여 편심되지 않는 경우에 부채형 코일(L, M)이 수신하는 신호의 방위각(ø)에 대한 의존성은 도22와 같이 변화한다(예: 횡축 ø = 풀 스케일 360도, θ = 60도의 경우). 부채형 코일(L, M)의 수신 레벨의 최대값을 검출하여 인접하는 양측의 크고 작은 부채형 코일의 수신 레벨과 맞추어서 2차 곡선에 근사한 경우에 정점의 위치가 수평면내의 회전 각도인 방위각(ø)이 된다.
이 때에 자세 지시 장치(101)의 자세 지시 코일 정면의 부채형 코일(L, M)의 수신 신호(L, M)와 상기 코일과 같은 중심 위치(O)를 중심으로 하는 점대칭의 위치(후면)의 부채형 코일(L', M')의 수신 신호(L', M')는 수직 방향의 회전 각도인 경사각(θ)에 의존하여 그 레벨의 크고 작음이 교대로 나타난다. 자세 지시 코일과 대면하는 부채형 코일로부터 가장 큰 신호를 얻을 수 있기 때문에 도22에 있어서 부채형 코일(L)의 신호의 가장 높은 정점에 대응하는 방위각(ø)을 자세 지시 장치(101)의 방위각으로 얻을 수 있다.
다음으로 자세 지시 장치(101)의 경사각(θ)을 검출하는 경우의 동작을 설명한다.
부채형 코일(L, M)의 수신 신호(L, M)의 경사각(θ)에 대한 의존성은 도23과 같이 변화한다(예: 횡축 θ = 0 ∼ 180도, ø = 0도와 180도인 경우). 부채형 코일(L, M)의 수신 신호 레벨은 자세 지시 장치(101)의 자세 지시 코일의 수직선으로부터 회전 각도(θ)에 의존하여 변화한다. 도23에 나타내는 바와 같이 경사각(θ)이 0도에서 180도로 변함에 따라 큰 부채형 코일(L), 작은 부채형 코일(M), 작은 부채형 코일(M'), 큰 부채형 코일(L')의 신호의 정점이 변화한다.
또한 부채형 코일과 자세 지시 코일이 이루는 경사각(θ)이 변하는 경우에 작은 부채형 코일(M)과 큰 부채형 코일(L)의 수신 레벨의 비(M/L), 작은 부채형 코일(M')과 큰 부채형 코일(L')의 수신 레벨의 비(M'/L')는 각각 도24에 나타낸 바와 같이 변화한다(예: ø = 0도인 경우).
두 비의 차(M/L - M'/L')는 도24에 나타낸 바와 같이 경사각(θ)에 대하여 대략 직선 형태로 변하기 때문에 자세 산출부(806)내에 구비되는 기억 장치에 미리 상기 수신 레벨의 특성 데이터를 저장해 두고 측정에 의하여 얻어지는 데이터값과 상기 저장된 데이터값을 비교(테이블 참조)함으로써 자세 지시 장치(101)의 경사각(θ)이 산출된다.
도25에 도시하는 바와 같이,
((M ＋ 2L') - (M' ＋ 2L)) / ((M ＋ 2L') ＋ (M' ＋ 2L))
의 직선성은 더욱 좋기 때문에 상기 식을 이용하면 매우 정확한 경사각(θ)을 검출할 수 있다.
한편 원형 코일(C)의 수신 신호의 경사각(θ)에 대한 의존성은 도26에 나타낸 바와 같이 변화한다(예: 횡축 θ = 0도 ∼ 180도, ø = 0도인 경우). 여기에서 경사각(θ)이 0도 부근과 180도 부근은 경사각(θ)도 방위각(ø)도 검출되기 어렵다. 그래서 자세 지시 장치(101)의 3개의 자세 지시 코일에 대하여 원형 코일(C)의 수신 신호의 작은 것을 2개 선택하면 경사각(θ)은 반드시 40도 ∼ 140도의 범위에서 검출될 수 있다. 즉, 원형 코일(C)의 수신 신호 레벨을 검출함으로써 자세 지시 장치(101)의 2개의 자세 지시 코일을 선택한다. 그리고 도22 및 도24 또는 도25에 의거하여 상기 2개의 자세 지시 코일의 수신 레벨로부터 상기 기억 장치에 저장된 기억 데이터와 테이블을 참조함으로써 상기 2개의 자세 지시 코일의 경사각(θ) 및 방위각(ø)을 산출할 수 있다.
다만 상기 방법에서는 경사각(θ) 및 방위각(ø)은 동시에 2개의 값을 갖기 때문에 자세 지시 장치가 전후의 어느 쪽을 향하여 있는지를 판단할 수 없다. 따라서 자세 지시 코일의 전후를 판별할 필요가 있는 경우, 직전에 산출된 경사각(θ) 및 방위각(ø)과 비교하여 근사값을 선택한다.
2개의 자세 지시 코일의 경사각(θ)과 방위각(ø)이 검출될 수 있으면 이들의 방위 벡터를 산출함으로써 제3의 자세 지시 코일의 방위 벡터를 이 미 검출된 상기 2개의 방위 벡터의 벡터 곱으로 구할 수 있다.
단 상기 방위 벡터인 Z축의 자세 지시 코일은 북반구(0도
Figure 111999008250072-pat00101
θ
Figure 111999008250072-pat00102
90도)로, X축의 자세 지시 코일은 동반구(-90도
Figure 111999008250072-pat00103
ø
Figure 111999008250072-pat00104
90도)를 향하도록 하여 전원을 인가했을 때와 자세 지시 장치를 중심 위치에 위치시킬 때에 검출된 최초의 방위각(ø) 및 경사각(θ)을 초기 설정한다. 상기와 같은 방법을 이용하여 3차원 공간에서 자세 지시 장치의 자세를 검출할 수 있다.
상기와 같은 방법을 이용하여 3차원 공간에서 자세 지시 장치(101)의 자세를 검출할 수 있지만 2개의 자세 지시 코일을 검출하고 상기 자세 지시 코일에 의거하여 제3의 자세 지시 코일을 산출하여 자세 지시 장치(101)의 벡터를 구한 경우에 검출 오차가 발생될 우려가 있다.
상기 오차가 발생된 상태에서 자세 지시 장치(101)를 다시 회전시켜서 자세를 검출하는 데에는 앞서 검출된 2개의 자세 지시 코일과 다른 자세 지시 코일을 이용함으로써 제3의 자세 지시 코일의 방위를 산출할 경우에는 자세 지시 장치(101)를 조금 밖에 회전시키 않는 데도 불구하고 산출된 자세 지시 장치(101)의 벡터가 크게 변화한다라는 문제가 발생될 우려가 있다.
즉 직교하는 3개의 자세 지시 코일 중에 원형 코일(C)에서 보다 작은 신호를 얻게 되는 2개의 자세 지시 코일을 선택할 경우에는 그 때의 직교하는 3개의 자세 지시 코일은 기하학적으로 서로 제약하기 때문에 상방의 45도 < θ < 54도의 범위 또는 하방의 126도 < θ < 135도의 범위에서 선택할 자세 지시 코일의 변환이 발생한다.
선택된 자세 지시 코일을 변환할 때에는 각각의 자세 지시 코일에 의하여 직접 검출되는 경사각(θ), 방위각(ø)(즉, 직접 검출(θ, ø))과 다른 2개의 자세 지시 코일의 벡터 곱으로부터 산출된 경사각(θ), 방위각(ø)(즉, 간접 검출(θ, ø))의 사이에 약간의 오차가 발생하게 된다. 상기 오차가 발생하지 않도록 하는 처리 방법을 이하에서 설명한다.
즉, 우선 자세 지시 코일이 변경되는 각도를 고정시키고 한번 대략적으로 경사각(θ)을 검출한 후에 테이블을 참조하여 상기 기억 장치에 미리 저장된 가중 계수(α, β)를 구한다.
다음으로 30도 < θ < 150도에 들어가는 모든 자세 지시 코일에 대하여 경사각(θ) 및 방위각(ø)(직접 검출(θ, ø))을 직접 검출하고, 3개의 자세 지시 코일 모두 직접 검출을 하였다면 다른 2개의 자세 지시 코일의 방위 단위벡터의 벡터 곱으로도 그 코일의 경사각(θ), 방위각(ø)(간접 검출(θ, ø))을 검출한다.
더욱이 다음 식과 같이 가중치를 추가함으로써 순조롭게 각도(θ, ø)를 얻을 수 있게 된다.
θ = (직접 검출 θ) × (직접 검출의 가중 계수 α) ＋ (간접 검출 θ) × (간접 검출의 가중 계수 β)
단, 상기 직접 검출의 가중 계수(α)와 간접 검출의 가중 계수(β) 의 합은 1이다.
ø = (직접 검출 ø) × (직접 검출의 가중 계수 α) ＋ (간접 검출 ø) × (간접 검출의 가중 계수 β)
단, 상기 직접 검출의 가중 계수(α)와 간접 검출의 가중 계수(β)의 합은 1이다.
도27 ∼ 도29를 이용하여 상기 식을 설명한다. 최초의 경사각(θ)의 대략적인 검출에는 도27과 같이 C / (M ＋ M' ＋ C)의 식을 이용한다. 여기에서 C는 원형 코일의 수신 신호 레벨이고 M, M'은 부채형 코일(M, M')의 수신 신호 레벨이다.
다음으로 도28은 35도
Figure 111999008250072-pat00109
θ
Figure 111999008250072-pat00110
55도와 125
Figure 111999008250072-pat00111
θ
Figure 111999008250072-pat00112
145도에서 가중치가 직선으로 변하는 사다리꼴의 가중 계수를 나타낸다. 여기에서 각각의 경사각(θ)에서의 직접 검출의 가중 계수와 간접 검출의 가중 계수의 합은 1이다.
상기 가중 계수를 이용하여 상기 식으로 경사각(θ), 방위각(ø)을 산출한다. 경사각(θ)을 전술한 바와 같이 하여 얻게 되는 예를 도29에 나타낸다. 도29로부터 알 수 있듯이 평균 가중치에 의하여 얻어지는 경사각(평균 가중치 θ)은 직접 검출(θ)의 매우 근사한 값이 되어 자세 지시 코일의 변환이 발생하여도 순조롭게 선택되는 것을 알 수 있다.
또한 도너츠형 코일(D)도 원형 코일(C)과 같은 기능을 가지고 있기 때문에 원형 코일 대신에 또는 원형 코일과 함께 도너츠형 코일을 이용하여 상기 동작을 실시할 수 있다. 이 경우에 원형 코일(C)과 도너츠형 코일(D)중에 적어도 하나를 구비하도록 구성할 수 있다.
다음으로 도10 ∼ 도21을 이용하여 자세 산출부(806) 및 제어부(807)를 구성하는 CPU의 동작을 상세히 설명한다.
도10 및 도11은 상기 CPU의 주처리 과정을 나타내는 흐름도이다. 우선 도10에 있어서 CPU, 주변 장치 및 자세 산출부(806)내의 버퍼 메모리를 초기화한다(스텝 S1).
다음으로 자세 검출 센서(102)를 구성하는 코일을 대략적으로 스캔함으로써 자세 지시 장치(101)가 받침 접시상에 존재하는지 아닌지를 검출하는 동작(글로벌 스캔(global scan)을 실시한다. 즉, 우선 장치 검출의 플래그(flag) 신호를 참조하여 자세 지시 장치(101)를 검출한 경우에는 후술하는 로컬 스캔 동작으로 이동하고 자세 지시 장치(101)를 검출하지 않은 경우에는 글로벌 스캔 동작의 초기화를 실시한다(스텝 S2, S3).
도9에 나타낸 바와 같이 자세 지시 장치(101)의 자세를 검출하기 위하여 X축, Y축, Z축의 각각의 축의 자세 지시 코일(104)에 대응하는 각각의 주파수의 신호를 자세 지시 장치(101)의 센서 코일로부터 순차적으로 선택하여 송신하고 신호가 수신되는 자세 지시 코일(104)의 수신 신호 레벨의 데이터를 버퍼 메모리에 저장한다(스텝 S4, S5). 이 동작은 각각의 자세 지시 코일(104)의 공진 주파수에 대응하는 3개의 주파수 신호에 대하여 실행된다.
다음으로 각각의 센서 코일의 수신 레벨의 데이터를 보정하여 순서대로 배열한다(스텝 S6).
다음으로 원형 코일의 수신 신호를 이용하여 수신 신호 레벨의 데이터가 임계값 이상인지 아닌지를 판정하는데 임계값 이상이면 장치 검출의 플래그가 세트된다(스텝 S7). 다음으로 장치 검출의 플래그 신호에 의하여 자세 지시 장치(101)를 검출했는지를 판단하는데 자세 지시 장치가 검출되면 로컬 스캔의 초기화와 이동 준비를 실행하지 않고(스텝 S8, S9) 상기 동작을 반복한다.
다음의 로컬 스캔(local scan) 동작으로 이동한다. 로컬 스캔은 상기 글로벌 스캔에 의하여 얻어지는 수신 신호에 의거하여 수신 신호의 정점 부근 등의 필요한 부분에 대하여 자세 지시 장치(101)의 자세를 검출하기 때문에 세밀하게 스캔을 실행한다(예를 들면, 필요한 부분에 대하여 여러 번 스캔을 실시함).
로컬 스캔에서는 각각의 센서 코일과 자세 지시 코일 사이에서 신호의 송수신을 직접 실행하여 수신 레벨의 데이터가 모두 저장될 때까지 기다리고(스텝 S10), 상기 수신 레벨의 데이터가 모두 저장되면 상기 신호 레벨을 보정하여 순서대로 배열한다(스텝 S11). 다음으로 원형 코일의 수신 신호를 이용하여 수신 레벨의 데이터가 임계값 이상인지 아닌지를 판정하여 임계값 이상이면 장치 검출의 플래그가 세트된다(스텝 S12).
다음으로 장치 검출의 플래그 신호에 의하여 자세 지시 장치(101)를 검출하였는지를 판단하여 검출할 수 없다라고 판단된 경우에는 제1의 스캔 플래그 세트되고 글로벌 스캔을 실행하는 스텝 S2로 이동한다(도11의 스텝 S13, S17). 다음으로 X축, Y축, Z축의 각각의 축의 자세 지시 장치(101)에 대응하는 주파수에 있어서 원형 센서 코일의 수신 레벨의 데이터와 부채형 코일(M)의 수신 레벨의 합계값으로부터 각각의 축의 경사각(θ)을 어림셈하여 θ'을 구한다(도27 참조). 이 θ' 가 수직을 중심으로 회전한 각도 30도와 150도의 범위 내에 있는 경우에 그 축의 검출축 플래그가 세트된다(스텝 S14).
다음으로 검출축 플래그 신호에 의하여 2축 이상이 검출될 가능성이 있는지를 판단하여 검출이 불가능한 경우에는 제1스캔 플래그가 세트되어 글로벌 스캔을 실행하는 스텝 S2로 이동한다(스텝 S15, S17).
다음으로 2축 이상이 검출될 가능성이 있는 경우에는 그 해당 검출축의 수신 레벨의 데이터를 기초로 하여 계산 처리하고 각각의 축의 2방향의 정점 레벨에 대응하는 방위각, 즉 정면 및 후면의 방위각(ø1) 및 방위각(ø2)을 구한다(스텝 S16).
다음으로 글로벌 스캔 동작으로부터 이동하여 최초의 로컬 스캔 동작인지 아닌지를 제1스캔의 플래그 신호로 확인하고(스텝 S18), 제1스캔이 아닌 경우에는 후술하는 스텝 S20으로 이동한다. 제1스캔의 경우에는 정면 방향을 결정하기 위하여 사용하는, 앞서 실행된 스캔의 방위각(ø)의 데이터에 디폴트(default)의 값을 대입한다. 이후 이 방위각(ø) 방향에 의하 여 자세 지시 장치의 축의 전후를 판정한다(스텝 S19).
다음으로 방위각(ø1, ø2)의 2방향으로부터 본 각각의 축의 정면 및 후면의 경사각(θ1, θ2)을 구한다(스텝 S20).
다음으로 검출이 가능한 각각의 축의 방위각(ø1, ø2)과 경사각(θ1, θ2)으로부터 각각의 축의 외적(外積) 방위 벡터(1, 2)를 구한다. 또한 검출이 불가능한 축에 대하여는 다른 검출이 가능한 2개의 축의 방위 벡터를 사용하고 그 벡터들의 외적에 의하여 외적 방위 벡터(1, 2)를 구한다(스텝 S21). 이것에 의하여 3개의 축의 방위 벡터가 모두 산출된다.
다음으로 각각의 축에 대하여 다른 2개의 축의 방위 벡터의 외적에 의하여 외적 방위 벡터(1, 2)를 구한다(스텝 S22).
다음으로 각각의 축의 외적 방위 벡터(1, 2)로부터 각각의 벡터를 역으로 계산하여 간접 검출(ø1＂, ø2＂)을 구하고 같은 방법으로 외적 방위 벡터(1, 2)로부터 직접 검출(θ1＂, θ2＂)을 구한다(스텝 S23).
다음으로 각각의 축의 수신 레벨의 데이터로부터 검출된 경사각(θ1, θ2)과 외적 방위 벡터(1, 2)로부터 산출된 간접 검출(θ1＂, θ2＂)의 평균 가중치를 계산하여(상기 식 참조) 각각의 θ1n, θ2n을 구한다(스텝 S24).
다음으로 상기한 바와 같은 방법을 이용하여 각각의 축의 수신 레벨의 데이터로부터 검출된 방위각(ø1, ø2)과 외적 방위 벡터(1, 2)로부 터 산출된 간접 검출(ø1＂, ø2＂)의 평균 가중치를 계산하여(상기 식 참조) 각각의 ø1n, ø2n을 구한다(스텝 S25).
다음으로 상기한 바와 같은 방법을 이용하여 구한 ø1n, ø2n, θ1n, θ2n을 이용하여 정방위 벡터(1, 2)를 구한다. 이 때에 정방위 벡터(1, 2)를 앞서 실행한 스캔으로 검출된 방위 벡터와 비교하여 보다 근사한 값을 자세 지시 장치(101)의 방위 벡터로 채용한다. 이 방위 벡터를 다음의 스캔으로 비교할 수 있도록 앞서 실행한 스캔의 방위 벡터로서 버퍼에 저장한다(스텝 S26).
다음으로 제1스캔의 플래그를 리세트(reset)하여(스텝 S27) 스텝 S10으로 이동한다.
도12는 방위각(øi)을 검출하기 위한 흐름도로서, 도11의 스텝 S16에 있어서의 처리 과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도12에 있어서, 우선 검출축 플래그 신호를 참조하여 자세 지시 장치(101)의 X축 코일이 검출 가능한지 아닌지를 판단하여 검출 불가능한 경우에는 스텝 S166으로 이동한다(스텝 S161).
X축 코일이 검출 가능한 경우에는 큰 부채형 센서 코일(L) 및 작은 부채형 코일(M)에 있어서, 수신 레벨의 데이터의 2개의 정점 중에 수신 레벨이 높은 쪽을 주(主) 정점(L)으로서 방위각(ø1)을 산출한다(스텝 S162).
다음으로 상기 주 정점(L)의 후면에 오는 수신 레벨의 데이터의 정 점을 부(副) 정점(L')로 하여 방위각(ø2)을 산출한다(스텝 S163).
다음으로 부채형 센서 코일(L)과 부채형 센서 코일(M)의 최대 정점 레벨을 주 정점으로 하는 경우에 부채형 센서 코일(L)의 주 정점(L)과 부채형 센서 코일(M)의 주 정점(M)의 방위가 180도 반전되는 경우가 있다. 그래서 같은 방위의 부채형 센서 코일(M)과 부채형 센서 코일(L)은 한 셋트이기 때문에 부채형 센서 코일(M)의 주 정점(M)과 부채형 센서 코일(L)의 주 정점(L)이 180도 반전되는지 아닌지를 판단한다(스텝 S164). 서로 반전된 경우에는 부채형 센서 코일(M)의 주 정점(M)의 레벨의 데이터와 부채형 센서 코일(M')의 부 정점(M')의 레벨의 데이터가 서로 교환된다(스텝 S165).
이하 Y축에 대하여 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행하며(스텝 S166 ∼ S170) 또한 Z축에 대하여도 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행한다(스텝 S171 ∼ S175). 다음의 처리 과정에 의하여 방위각(øi)을 구한다.
도13은 경사각(θi)을 검출하기 위한 흐름도로서, 도11의 스텝 S20에 있어서의 처리 과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도13에 있어서, 우선 검출축 플래그 신호를 참조하여 자세 지시 장치(101)의 X축 코일이 검출 가능한지 아닌지를 판단하여 검출 불가능한 경우에는 스텝 S206으로 이동한다.
X축 코일이 검출 가능한 경우에는 방위각(ø1)에 대하여 주 정점과 부 정점의 각각의 정점 레벨의 데이터의 레벨 비를 이용하여 인덱스(index)를 계산하고(스텝 S202), 상기 인덱스와 테이블을 이용하여 경사각(θ1)을 구한다(스텝 S203).
다음으로 경사각(θ2)에 대하여 주 정점과 부 정점의 각각의 정점 레벨의 데이터의 레벨 비를 이용하여 상기한 바와 같은 방법으로 처리 과정을 실행하며(스텝 S204), 인덱스와 테이블을 이용하여 경사각(θ2)을 구한다(스텝 S205).
이하, Y축에 대하여 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행하며(스텝 S206 ∼ S211), 또한 Z축에 대하여도 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행한다(스텝 S212 ∼ S216). 다음의 처리 과정에 의하여 경사각(θi)을 구한다.
도14 및 도15는 검출축 방위 벡터를 산출하기 위한 흐름도로서, 도11의 스텝 S21에 있어서의 처리 과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도14 및 도15에 있어서, 검출축 플래그 신호를 참조하여 X축 코일이 검출 가능한지 아닌지를 판단하여 검출 불가능한 경우에는 스텝 S2105로 이동한다(스텝 S2101).
X축 코일이 검출 가능한 경우에는 X축의 ø1, θ1로부터 X축의 방위 벡터(1)를 산출함과 아울러 X축의 ø2, θ2로부터 X축의 방위 벡터(2)를 산출한다(스텝 S2102). 다음으로 X축 방위 벡터(1, 2)를 단위 벡터로 변환하고(스텝 S2103), X축 방위 벡터(1, 2)로서 버퍼에 저장한다(스텝 S2104).
Y축에 대하여 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행하고(스텝 S2105 ∼ S2108), 또한 Z축에 대하여도 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행한다(스텝 S2109 ∼ S2112).
다음으로 도15에 나타낸 바와 같이 검출축 플래그 신호를 참조하여 X축 코일이 검출 가능한지 아닌지를 판단하여 검출 가능한 경우에는 이하 설명하는 처리 과정을 생략하고 스텝 S2117로 이동한다(스텝 S2113).
X축 코일이 검출 불가능한 경우에는 Y축 및 Z축의 데이터로부터 X축 방위 벡터(1, 2)를 벡터의 외적 계산에 의하여 산출한다(스텝 S2114). 다음으로 상기 X축 방위 벡터를 단위 벡터로 변환하고(스텝 S2115), X축 검출축 방위 벡터(1, 2)로서 버퍼에 저장한다(스텝 S2116).
Y축에 대하여 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행하고(스텝 S2117 ∼ S2120) 또한 Z축에 대하여도 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행한다(스텝 S2121 ∼ S2124).
도16은 외적 방위 벡터를 산출하기 위한 흐름도로서, 도11의 스텝 S22에 있어서의 처리 과정을 상세하게 나타낸 도면이다. 도16에 있어서, Y축 및 Z축의 방위 벡터로부터 X축 방위 벡터(1, 2)를 벡터의 외적에 의하여 산출한다(스텝 S2201). 다음으로 X축 방위 벡터를 X축 단위 벡터로 변환하고(스텝 S2202), X축 외적 방위 벡터(1, 2)로서 버퍼에 저장한다(스텝 S2203). 이하 Y축에 대하여 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행하고(스텝 S2204 ∼ S2206), 또한 Z축에 대하여도 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행한다(스텝 S2207 ∼ S2209).
도17은 간접 검출(ø＂, θ＂)을 산출하기 위한 흐름도로서, 도11의 스텝 S23에 있어서의 처리 과정을 상세하게 나타낸 도면이다. 도17에 있어서 X축 외적 방위 벡터(1, 2)로부터 역으로 계산함으로써 간접 검출(ø1＂, ø2＂)을 구한다(스텝 S2301). 다음으로 X축 외적 방위 벡터(1, 2)로부터 역으로 계산함으로써 간접 검출(θ1＂, θ2＂)을 구한다(스텝 S2302). 이하 Y축에 대하여 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행하고(스텝 S2303, S2304), 또한 Z축에 대하여도 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행한다(스텝 S2305, S2306).
도18은 가중치가 부가된 평균에 의하여 경사각(θ)을 산출하기 위한 흐름도로서, 도11의 스텝 S24에 있어서의 처리 과정을 상세하게 나타낸 도면이다. 도18에 있어서, X축의 직접 검출(θ1, θ2)을 기준으로 하여 계수(α)를 구한다(스텝 S2401). 다음으로 X축의 직접 검출(180도 - θ1), (180도 - θ2)을 기준으로 하여 계수(β)를 구한다(스텝 S2402). 다음으로 X축의 직접 검출(θ1, θ2)과 간접 검출(θ1＂, θ2＂)로부터 계수(α) 및 계수(β)를 이용한 상기 식에 의하여 θ1n, θ2n을 구한다. Y축 및 Z축에 대하여도 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행한다.
도19는 가중치가 부가된 평균에 의하여 방위각(ø)을 산출하기 위한 흐름도로서, 도11의 스텝 S25에 있어서의 처리 과정을 상세하게 나타낸 도면이다. 도19에 있어서, X축의 직접 검출(ø1, ø2)과 간접 검출(ø1＂, ø2＂)로부터 도18에서의 θ의 가중치가 부가된 평균 처리하여 구한 계수(α) 및 계수(β)를 이용한 상기 식에 의하여 ø1n, ø2n을 구한다. Y축 및 Z축에 대하여도 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행한다(스텝 S2501).
도20은 θ'의 어림셈 처리 과정을 실행하는 흐름도로서, 도11의 스텝 S14에 있어서의 처리 과정을 상세하게 나타낸 도면이다.
도20에 있어서, X축 코일에 대하여 원형 코일(C)과 작은 부채형 코일(M)의 수신 신호의 레벨 비를 구하고(스텝 S1401), 상기 레벨 비의 데이터가 임계값 이하인지 아닌지(즉, θ'가 30도에서 150도의 범위에 포함되는지 아닌지)를 판정하고(스텝 S1402), 상기 임계값 이상인 경우에는 스텝 S1404로 이동한다.
상기 레벨 비의 데이터가 임계값 이하인 경우(즉, θ'가 30도에서 150도까지의 범위에 포함되는 경우에) X축검출 가능 플래그를 셋트한다(스텝 S1403).
이하 Y축에 대하여 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행하고(스텝 S1404 ∼ S1406) 또한 Z축에 대하여도 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행한다(스텝 S1407 ∼ S1409).
도21은 정방위 벡터를 산출하기 위한 흐름도로서, 도11의 스텝 S26에 있어서의 처리 과정을 상세하게 나타낸 도면이다. 도21에 있어서 X축의 방위각(ø1n), 방위각(ø2n)과 경사각(θ1n), 경사각(θ2n)으로부터 방위 벡 터(1, 2)를 구한다(스텝 S2601).
다음으로 상기 과정에서 구한 방위각(ø1n)과 앞서 실행된 스캔 동작에서 구한 방위각(ø)의 차(Δ1)를 구한다(스텝 S2602). 다음으로 상기 과정에서 구한 방위각(ø2n)과 앞서 실행된 스캔 동작에서 구한 방위각(ø)과의 차(Δ2)를 구한다(스텝 S2603).
다음으로 차(Δ1, Δ2)에서 보다 작은 방위각(øin)으로 산출된 방위 벡터를 정방위 벡터로 채용한다(스텝 S2604 ∼ S2606). 다음에 스캔 동작을 실행할 때에 판정을 하기 위하여 상기 과정으로 선택된 방위 벡터의 산출에 사용된 방위각(øin)을 앞서 실행된 스캔 동작에서 구한 방위각(ø)으로 버퍼에 저장한다(스텝 S2607). Y축 및 Z축에 대하여도 상기와 같은 방법으로 처리 과정을 실행한다.
도30은 본 발명의 자세 지시 장치(101)의 제2실시예를 나타내는 도면으로써, 그 구체(103)에 설치된 3개의 자세 지시 코일(104)(X코일, Y코일, Z코일)은 각각 직교하여 설치됨과 아울러 구체의 중심을 통하는 면으로부터 편심(偏心)되어 설치되는 것을 나타낸다. 또한 각 자세 지시 코일(104)은 도7의 경우와 마찬가지로 도시하지 않은 구형태의 껍질(즉, 볼)에 의하여 덮여진다.
이 경우에 부채형 코일(M, L, M', L')과 원형 코일(C)의 수신 신호의 특성을 도31 ∼ 도35에서 나타낸다. 또한 도31 ∼ 도35에 있어서는 자세 지시 코일(104)의 직경이 44㎜, 각각의 자세 지시 코일(104)이 중심축으로 부터 편심되어 있는 거리가 5㎜, 송수신 신호의 주파수가 375㎑, 경사각(θ)이 60도, 구체(103)의 직경이 70㎜, 구체(103)의 최하부의 위치가 자세 검출 센서(102)의 면으로부터 5㎜의 상방에 위치하는 경우의 수신 신호의 특성을 나타낸다.
경사각(θ) 및 방위각(ø)의 검출은 제1실시예에서 설명한 편심되지 않는 경우와 대략 비슷하게 실행될 수 있지만 자세 지시 장치(101)의 전후의 판정은 도33에 나타낸 바와 같이 큰 부채형 코일(L)의 수신 신호 레벨(L)과 부채형 코일(L)로부터 방위각이 180도 차이가 나는 큰 부채형 코일(L')의 수신 신호 레벨(L')과 부채형 코일과 셋트를 이루는 작은 부채형 코일(M)의 수신 신호 레벨(M)과 부채형 코일(L')과 같은 셋트를 이루는 작은 부채형 코일(M')의 수신 신호 레벨(M')의 관계식, 즉 (M / L ＋ M' / L')의 경사각(θ)에 대한 의존성을 나타내는 그래프가 θ = 90도에 대하여 비대칭이 되는 것을 이용함으로써 실행될 수 있다.
즉, (M / L ＋ M' / L')의 값이 θ = 90도에서의 값보다도 큰지 혹은 작은지에 따라서 전후를 판정할 수 있다.
따라서 자세 지시 장치(101)의 전후를 검출할 수 있고 절대적인 자세를 완전하게 검출할 수 있기 때문에 전원을 인가했을 때에 방위를 초기 설정할 필요가 없으며 또한 반전 방지를 위하여 직전의 방위각(ø)과 비교할 필요가 없다.
또한 제1실시예와 마찬가지로 도34에 나타낸 바와 같이, 하기식
((M ＋ 2L') - (M' ＋ 2L)) / ((M ＋ 2L') ＋ (M' ＋ 2L))
의 직선성은 더욱 좋기 때문에 상기 식을 이용하면 매우 정확한 경사각(θ)을 검출할 수 있다.
도36은 자세 지시 장치(101)의 제3실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서, 자세 지시 장치(101)는 구체(103)내에 14면체(105)를 배치하고 상기 14면체(105)의 면에 자세 지시 코일(104)이 설치되도록 구성되어 있다. 도37 ∼ 도39에는 도36에 나타낸 자세 지시 장치(101)를 사용한 경우에 얻을 수 있는 부채형 코일(M, L, M', L')과 원형 코일(C)의 수신 레벨의 특성을 나타낸다.
여기에서 자세 지시 코일(104)의 직경이 26㎜, 편심된 거리가 28㎜, 송수신 신호의 주파수가 687.5㎑, 경사각(θ)이 60도, 구체(103)의 직경이 70㎜, 구체(103)의 바닥이 자세 검출 센서(102)의 면으로부터 5㎜의 상방에 위치되는 경우의 수신 신호의 특성을 나타낸다. 방위각(ø)의 특성에서는 하나의 정점이 나타난다. 또한 본 실시예에서는 14면체(105)의 예를 나타내지만 다양한 다각형을 사용할 수 있다.
도40은 자세 지시 장치(101)의 제4실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서, 자세 지시 장치(101)는 구체(103)내에 반경 방향을 따라서 페라이트 코일(ferrite coil)로 구성된 자세 지시 코일(104)이 설치되도록 구성되어 있다.
도41 ∼ 도43에는 도40에 나타낸 자세 지시 장치(101)를 사용한 경우에 얻을 수 있는 부채형 코일(M, L, M', L')과 원형 코일(C)의 출력 특성을 나타낸다. 여기에서 페라이트 코일은 직경 4㎜이고 길이가 17.5㎜의 것으로서 편심되는 거리가 28㎜, 송수신 신호의 주파수가 687.5㎑, 경사각(θ)이 60도, 구체(103)의 직경이 70㎜, 구체(103)의 바닥이 자세 검출 센서(102)의 면으로부터 5㎜의 상방에 위치하는 경우의 수신 신호의 특성을 나타낸다. 방위각(ø)의 특성에 있어서는 하나의 정점이 나타난다.
도44는 자세 지시 장치(101)의 제5실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서, 자세 지시 장치(101)는 구체(103)의 중심에 비결정질의 자성 합금 분말로 구성된 구체(107)를 배치하고 그 주위에 직교하는 3개의 원형 자세 지시 코일(104)이 설치되도록 구성되어 있으며 도44에는 하나의 자세 지시 코일(104)을 나타낸다.
또한 도45 ∼ 도49에는 도44에 나타낸 자세 지시 장치(101)를 사용한 경우에 얻을 수 있는 부채형 코일(M, L, M', L')과 원형 코일(C)의 수신 신호의 특성을 나타낸다. 여기에서 구체(107)의 직경이 45㎜, 자세 지시 코일(104)의 직경이 49㎜, 편심되지 않고 송수신 신호의 주파수가 687.5㎑, 경사각(θ)이 60도, 구체(103)의 직경이 70㎜, 구체(103)의 바닥이 자세 검출 센서(102)의 면으로부터 5㎜의 상방에 위치하는 경우의 수신 신호의 특성을 나타낸다.
도50은 자세 지시 장치(101)의 제6실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서, 자세 지시 장치(101)는 구체(103)내에 그 중심을 대칭으로 하는 8자형의 코일(즉, 종방향으로 서있는 상태)에 의하여 구성된 자세 지시 코일(104)이 설치되도록 구성되어 있고, 도50에는 하나의 자세 지시 코일(104)을 나타낸다.
또한 도51 ∼ 도53에는 도50에 나타낸 자세 지시 장치(101)를 사용한 경우에 얻을 수 있는 부채형 코일(M, L, M', L')과 원형 코일(C)의 수신 신호의 특성을 나타낸다. 여기에서 8자형 코일을 구성하는 2개의 원의 직경이 26㎜, 편심은 없으며, 송수신 신호의 주파수가 687.5㎑, 경사각(θ)이 60도, 구체(103)의 직경이 70㎜, 구체(103)의 바닥이 자세 검출 센서(102)의 면으로부터 5㎜의 상방에 위치하는 경우의 수신 신호의 특성을 나타낸다.
도54는 자세 지시 장치(101)의 제7실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서, 자세 지시 장치(101)는 서로 직교하는 3개의 자세 지시 코일(104)(X코일, Y코일, Z코일)을 구체(103)내에 배치함과 아울러 각각의 자세 지시 코일(104)이 구체(103)의 중심을 통하는 면에 대하여 대칭으로 배치된 2개의 코일로 분할되도록 구성되어 있다. 또한 각각의 자세 지시 코일(104)을 구성하는 2개의 코일은 전류가 같은 방향으로 흐르도록 병력 또는 직렬로 접속되고 편심되지 않도록 구성되어 있다.
도55 ∼ 도59에는 도50에 나타낸 자세 지시 장치(101)를 사용한 경우에 얻을 수 있는 부채형 코일(M, L, M', L')과 원형 코일(C)의 수신 신호의 특성을 나타낸다. 여기에서 하나의 자세 지시 코일(104)을 구성하는 2개의 코일은 각각 직경이 49㎜이고 15번 회전된 코일에 의하여 구성되고 서로 10㎜의 간격으로 설치되어 있다. 또한 송수신 신호의 주파수가 687.5㎑, 경사각(θ)이 60도, 구체(103)의 직경이 70㎜, 구체(103)의 바닥이 자세 검출 센서(102)의 면으로부터 5㎜의 상방에 위치하는 경우의 수신 신호의 특성을 나타낸다. 또한 도7에 나타낸 자세 지시 장치(101)보다도 감도가 향상되지만 이것은 자기 특성이 비선형이기 때문이라고 생각된다.
도60은 자세 지시 장치(101)의 제8실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서, 자세 지시 장치(101)는 서로 직교하는 3개의 자세 지시 코일(104)(X코일, Y코일, Z코일)을 구체(103)내에 배치하고 각각의 자세 지시 코일(104)이 구체(103)의 중심에 보다 가깝게 배치된 작은 원형 코일과 보다 이간되어 배치된 큰 원형 코일의 2개의 코일이 다르게 동작되도록 접속된 도너츠 형태로 구성되어 있다.
또한, 도61 ∼ 도65에는 도60에 나타낸 자세 지시 장치(101)를 사용한 경우에 얻을 수 있는 자세 지시 코일(104)의 출력 특성을 나타낸다. 여기에서 내측의 작은 코일의 직경이 40㎜, 외측의 큰 원형 코일의 직경이 65㎜, 편심은 없고, 송수신 신호의 주파수가 687.5㎑, 경사각(θ)이 60도, 구체(103)의 직경이 70㎜, 구체(103)의 바닥이 자세 검출 센서(102)의 면으로부터 5㎜의 상방에 위치하는 경우의 수신 신호의 특성을 나타낸다.
도66은 자세 지시 장치(101)의 제9실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서, 자세 지시 장치(101)는 서로 직교하는 3개의 자세 지시 코일(104)(X코일, Y코일, Z코일)을 구체(103)내에 배치하고 각각의 코일이 구체(103)의 중심에서 보다 가깝게 배치된 작은 원형 코일과 보다 이간되어 배치된 큰 원형 코일의 2개의 코일을 같은 형태로 직렬 접속시킨 도너츠 형태로 구성된다.
또한 도67 ∼ 도71에는 도66에 나타낸 자세 지시 장치(101)를 사용한 경우에 얻을 수 있는 자세 지시 코일(104)의 출력 특성을 나타낸다. 여기에서 내측의 작은 원형 코일의 직경이 40㎜, 외측의 큰 원형 코일의 직경이 65㎜, 편심은 없고, 송수신 신호의 주파수가 687.5㎑, 경사각(θ)이 60도, 구체(103)의 직경이 70㎜, 구체(103)의 바닥이 자세 검출 센서(102)의 면으로부터 5㎜의 상방에 위치하는 경우의 수신 신호의 특성을 나타낸다.
도72는 자세 지시 장치(101)의 제10실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서, 자세 지시 장치(101)는 서로 직교하는 3개의 자세 지시 코일(104)(X코일, Y코일, Z코일)을 구체(103)내에 배치함과 아울러 각각의 자세 지시 코일의 대칭성이 축을 중심으로 하여 흐트러지지 않도록 구면상에 머리띠 형태로 코일을 감아서 직렬로 연결하여 전체가 편심되지 않도록 구성되어 있다.
도73 ∼ 도77에는, 도72에 나타낸 자세 지시 장치(101)를 사용한 경우에 얻을 수 있는 자세 지시 코일의 출력 특성을 나타낸다. 여기에서 편심은 없고 송수신 신호의 주파수가 687.5㎑, 경사각(θ)이 60도, 구체(103) 의 직경이 70㎜, 구체(103)의 바닥이 자세 검출 센서(102)의 면으로부터 5㎜의 상방에 위치하는 경우의 수신 신호의 특성을 나타낸다. 평균 직경이 동 직경, 동 회전수의 원형 코일을 사용한 자세 지시 코일보다 감도가 향상되지만 이것은 자기 특성이 비선형이기 때문이라고 생각된다.
도78은 자세 지시 장치(101)의 제11실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서, 자세 지시 장치(101)는 서로 직교하는 3개의 자세 지시 코일(104)(X코일, Y코일, Z코일)을 구체(103)내에 배치함과 아울러 각각의 자세 지시 코일이 그 저면을 대향시킨 2개의 원뿔(106)의 표면을 따라서 원형 코일을 나선형으로 감기는 구성으로 되어 있다.
도79는 자세 지시 장치(101)의 제12실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서, 자세 지시 장치(101)는 서로 직교하는 3개의 자세 지시 코일(104)(X코일, Y코일, Z코일)을 구체(103)내에 배치함과 아울러 각각의 자세 지시 코일(104)이 네잎 클로버 형태로 구성되어 있다.
도80은 도3 및 도4에 나타낸 부채형 코일의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다. 4개의 부채형 요소 코일을 4겹으로 겹쳐서 다층 기판에 형성하고 이것을 전체적으로 평균하여 하나의 이상적인 형태의 부채형 코일을 구성한다. 즉 각각의 부채형 요소 코일은 다층 기판의 다른 층(L1, L2, L3, L4)에 형성되고 화살표로 나타내는 바와 같은 접속 관계로 하나의 부채형 코일을 구성한다.
또한 도4에 있어서, 실선으로 최상부의 부채형 요소 코일을 나타내 지만 4개의 부채형 요소 코일을 중심 위치(O)를 중심으로 하는 원호(도4의 파선으로 나타낸 부분)와 교차하도록 어긋나게 설치함으로써 인접하는 자세 검출 코일을 배치하기 쉽게 함과 아울러 등가의 부채형 코일이 원호를 따르는 형태로 배치되어 대칭성이 향상된다.
도81은 부채형 코일의 제2실시예를 나타내는 도면으로서, 큰 부채형 요소 코일(763)과 작은 부채형 요소 코일(762)의 2개의 코일에 의하여 구성되고 부채형 요소 코일의 긴 직선 부분(764)과 부채형 요소 코일의 짧은 직선 부분(765)이 대면하도록 구성함으로써 2겹의 기판을 이용하여 전체적으로 등가의 부채형 코일(761)을 형성하도록 구성된다.
도82는 자세 검출 센서(102)를 상세하게 나타낸 도면으로서, 중심 위치(O)에 자세 지시 장치(101)를 배치하기 위하여 형성된 오목부인 받침 접시(106)를 나타낸다. 이 경우에 자세 지시 장치(101)의 최하부는 자세 검출 센서(102)보다도 하방에 위치하지만 상기 받침 접시(106)를 자세 검출 센서(102)의 상방에 위치시켜서 자세 지시 장치(101)의 최하부를 자세 검출 센서(102)의 면보다도 높은 위치가 되도록 구성하여도 좋다.
도83은 자세 검출 센서(102)의 제2실시예를 나타내는 도면으로서, 각각의 부채형 코일(0 ∼ 2)이 중심 위치(O)를 중심으로 하는 방사상에 위치됨과 아울러 방위각(ø) 방향으로 겹치지 않도록 복수 배치된다. 또한 원형 코일 및 도너츠형 코일은 생략하여 나타낸다.
도84는 자세 검출 센서의 제3실시예를 나타내는 도면으로서, 센서 코 일인 크고 작은 부채형 코일, 원형 코일 및 도너츠형 코일 중의 적어도 하나가 자세 지시 장치(101)를 배치한 구면 또는 다면체의 오목부인 받침 접시(106)에 설치되고 구형태로 형성된 자세 지시 장치(101)의 중심과 상기 받침 접시(106)에 설치된 각각의 코일과의 거리가 똑같은 예를 나타낸다.
도84에 있어서, 중심 위치(O)에 자세 지시 장치(101)를 배치하기 위한 오목부인 받침 접시(106)를 형성하여 받침 접시(106)에 대소의 부채형 코일(L, L', M, M')을 형성한 예를 나타낸다. 이 경우에 원형 코일(C) 및 도너츠형 코일(D)도 받침 접시(106)에 설치할 수 있다. 또한 부채형 코일, 원형 코일, 도너츠형 코일(D) 중에 적어도 하나를 받침 접시(106)에 형성하도록 하여도 좋다.
또한 상기 실시예에서는 자세 검출 장치의 센서 코일로부터 발생된 신호를 자세 지시 장치에서 수신하여 자세 지시 장치로부터 자세 검출 장치로 신호를 반송하고 자세 지시 장치에 신호를 송신한 센서 코일과 동일한 센서 코일에서 자세 지시 장치의 신호를 수신하고 자세 검출 장치 측에서 자세 지시 장치의 자세를 검출하도록 하지만 신호의 송신, 수신을 서로 다른 센서 코일에 의하여 실행할 수 있다.
또한 자세 지시 장치의 자세 지시 코일 및 자세 검출 장치의 센서 코일이 발진 회로를 구성하고 자세 지시 장치가 존재할 때에 자세 검출 장치가 자가 발진하도록 할 수 있다.
또한 자세 지시 장치 내에 전원 또는 다른 것으로부터 전원을 공급 받을 수 있는 전원 회로를 설치함과 아울러 자세 검출 장치와의 사이에서 송수신하기 위하여 신호를 발생시키는 신호 발생 회로를 설치하도록 하여도 좋다.
또한 자세 지시 장치 측에 전원 또는 다른 것으로부터 전원을 공급받을 수 있는 전원 회로, 송수신하기 위한 신호를 발생시키는 신호 발생 회로, 상기 신호의 송수신 회로, 자세 검출부 및 자세 산출 결과를 적외선이나 전파 등의 무선으로 송신하는 송신 회로를 내장시키는 한편 자세 지시 장치를 지지하는 지지대 측에 공진 회로를 구성하는 복수의 코일을 평면 형태 또는 곡면 형태로 설치하도록 구성하고 자세 지시 장치 측으로부터 송신된 신호를 지지대 측에서 수신하여 반송하고 이것을 자세 지시 장치의 송수신 회로에서 수신하여 상기 자세 산출부에 의하여 자세를 산출하고 상기 산출 결과를 상기 송수신 회로에서 상위 장치 등의 다른 장치로 송신하도록 구성하여도 좋다.
또한 자세 지시 장치 측에 전원 또는 다른 것으로부터 전원을 공급받을 수 있는 전원 회로, 송수신하기 위한 신호를 발생시키는 신호 발생 회로, 상기 신호의 송수신부, 수신 신호를 소정의 송신 포맷(format)으로 처리하는 신호 처리부, 상기 신호 처리 결과를 적외선이나 전파 등의 무선으로 송신하는 송신 회로를 내장시키는 한편 자세 지시 장치를 지지하는 지지대 측에 공진 회로를 구성하는 복수의 자세 검출 코일을 평면 형태 또는 곡면 형태로 설치함과 아울러 상기 송신 회로의 신호를 받아서 자 세 지시 장치의 자세를 산출하는 산출부를 설치하도록 하여도 좋다.
또한 자세 지시 장치 측에 전원 또는 다른 것으로부터 전원을 공급받을 수 있는 전원 회로, 신호의 수신부, 수신 신호를 소정의 송신 포맷으로 처리하는 신호 처리부, 상기 신호 처리 결과를 적외선이나 전파 등의 무선으로 송신하는 송신 회로를 내장시키는 한편 자세 지시 장치를 지지하는 지지대 측에 공진 회로를 구성하는 복수의 자세 검출 코일, 상기 자세 검출 코일을 스위치하여 선택하는 선택 회로, 송수신하기 위한 신호를 발생시키는 신호 발생 회로, 상기 송신 회로의 신호를 받아서 자세 지시 장치의 자세를 산출하는 산출부를 설치하도록 하여도 좋다.
또한 자세 지시 장치 측에 전원 또는 다른 전원을 공급받을 수 있는 전원 회로, 신호의 수신부, 자세 산출부 및 자세 산출 결과를 적외선이나 전파 등의 무선으로 송신하는 송신 회로를 내장시키는 한편 자세 지시 장치를 지지하는 지지대 측에 공진 회로를 구성하는 복수의 자세 검출 코일 및 신호 발생 회로를 설치하고 상기 자세 검출 코일을 스위치하여 선택하면서 상기 신호 발생 회로의 신호를 상기 자세 지시 장치로 송신하고 상기 자세 지시 장치 측에 자세를 산출하고 상위 장치 등의 다른 장치에 무선으로 송신하도록 구성하여도 좋다.
또한 자세 지시 장치(101)측에 발진 회로를 설치하도록 구성하는 경우 등에는 자세 지시 코일이 공진 회로를 형성하지 않도록 구성할 수 있다.
또한 자세 검출 센서(102)측에 발진 회로를 설치하도록 구성하는 경우 등에는 자세 검출 코일이 공진 회로를 형성하지 않도록 구성할 수 있다.
또한 자세 지시 코일과 자세 검출 센서(102)가 공진 회로를 구성하는 경우에 있어서, 송수신하는 신호는 반드시 상기 공진 회로의 공진 주파수와 완전하게 일치시킬 필요는 없고 실질적인 수신 신호를 얻을 수 있는 정도의 범위내의 신호, 즉 상기 공진 주파수에 관련하는 신호를 구비하면 좋다.
이상 설명한 각각의 본 실시예에 있어서 자세 검출 장치는 이하에서 설명하는 특징을 구비한다.
즉, 코일면이 서로 다른 방향을 향하는 복수(예를 들면, 3개)의 자세 지시 코일(104)을 구비하는 자세 지시 장치(101)와, 중심 위치(O)로부터 방사상으로 설치되고 자세 지시 코일(104)과 전자기적으로 결합하는 복수의 자세 검출 코일을 구비하는 자세 검출 센서(102)와, 상기 자세 검출 코일을 스위치하여 선택하는 코일 선택부(802)와, 상기 전자기적 결합에 의하여 복수(예를 들면, 3개)의 주파수의 신호를 발생시켜 자세 지시 코일(104)과 선택된 상기 자세 검출 코일의 사이에서 송수신되게 하는 송신부(801)와, 상기 자세 검출 코일 또는 자세 지시 코일(104)에서 수신되는 신호를 검출하는 신호 검출부(805)와, 신호 검출부(805)에 의하여 검출되는 신호로부터 자세 지시 장치(101)의 자세를 산출하는 자세 산출부(806)를 구비하고 중심 위치(O)상에 배치된 자세 지시 장치(101)의 자세를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수(예를 들면, 3개)의 자세 지시 코일(104)은 각각 서로 다른 공진 주파수의 공진 회로를 구성하고, 송신부(801)가 상기 공진 주파수에 관련되는 복수(자세 지시 코일의 수와 동일한 수)의 주파수의 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 검출 코일이 부채형 코일을 구비하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 검출 코일이 중심 위치(O)에 보다 가깝게 설치되는 부채형 코일(M, M')과 중심 위치(O)로부터 보다 이간된 위치에 설치되는 부채형 코일(L, L')의 셋트를 원주 방향으로 복수 설치하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 중심 위치(O)를 중심으로 하여 설치되는 원형 코일을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 중심 위치(O)를 중심으로 하여 설치되는 도너츠형 코일을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 지시 장치(101)가 구체(103)에 의하여 구성되고, 복수의 자세 지시 코일(104) 각각의 구체(103)의 중심에 대하여 편심되지 않도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 지시 장치(101)가 구체(103)에 의하여 구성되고 복수의 자세 지시 코일(104)이 각각 구체(103)의 중심에 대하여 편심되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
코일 선택부(802), 송신부, 신호 검출부(805) 및 자세 검출부(806)가 자세 검출 센서(102)와 일체로 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 지시 코일(104)과의 신호의 송수신 동작을 동일한 상기 자세 검출 코일에서 실행하는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 지시 코일(104)과의 신호의 송수신 동작을 서로 다른 상기 자세 검출 코일에서 실행하는 것을 특징으로 한다.
상기 송신부(801), 상기 신호 검출부(805), 상기 자세 산출부(806) 및 전원 수단을 상기 자세 지시 장치(101)내에 설치함과 아울러 상기 자세 산출부(806)에서 산출된 결과를 송신하는 송신 수단을 상기 자세 지시 장치(101)에 내장하는 것을 특징으로 한다.
상기 송신부(801)를 상기 자세 지시 장치(101)내에 설치하고 상기 자세 검출 코일에서 수신되는 신호에 의거하여 상기 자세 지시 장치(101)의 자세를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 중심 위치로부터 보다 이간되어 설치되는 복수의 제1의 부채형 코일(L)과, 상기 복수의 제1의 부채형 코일(L)에 대응하여 상기 중심 위치에 보다 가깝게 설치되는 복수의 제2의 부채형 코일(M)에 있어서, 상기 자세 지시 수단으로부터의 수신 신호를 L, M으로 하고, 상기 복수의 제1, 제2의 부채형 코일와 방위각이 180도로 다르게 구성되고 상기 중심 위치(O)로부터 보다 이간되어 설치되는 복수의 제3의 부채형 코일(L')과, 상기 제3의 부채형 코일에 대응하여 상기 중심 위치에 보다 가깝게 설치되는 복수의 제4의 부채형 코일(M')에 있어서, 상기 자세 지시 수단으로부터 수신 신호를 L', M'으로 하며 상기 산출 수단은 상기 수신 신호(L, M, L', M')에 의거하여 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 산출 수단은 상기 수신 신호(L, M, L', M')로 구성되는 관계식이 비대칭인 것을 이용하여 상기 자세 지시 수단의 전후를 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 산출부(806)가 직접 검출된 자세 지시 코일(104)의 자세와 간접 검출된 상기 자세 지시 코일(104)의 자세를 소정의 가중치로 보정함으로써 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 관한 자세 검출 방법은 이하에서 설명하는 특징을 구비한다.
즉, 코일면이 서로 다른 방향을 향하는 복수의 자세 지시 코일(104)을 구비하는 자세 지시 장치(101)를, 중심 위치(O)로부터 방사상으로 설치되고 상기 자세 지시 코일(104)과 전자기적으로 결합하는 복수의 자세 검출 코일을 구비하는 자세 검출 센서(102)의 상기 중심 위치(O)에 설치하고, 코일 선택부(802)에 의하여 선택된 상기 자세 검출 코일과 자세 지시 코일(104)의 사이에서 상기 전자기적인 결합에 의하여 신호를 송수신하고, 상기 선택된 자세 검출 코일 또는 자세 지시 코일(104)에서 수신된 신호를 신호 검출부(805)에 의하여 검출하고, 신호 검출부(805)가 검출한 신호에 의거 하여 자세 산출부(806)가 자세 지시 장치(101)의 자세를 산출함으로써 3차원 공간에서 자세 지시 장치(101)의 자세를 검출하는 자세 검출 방법에 있어서, 상기 복수의 자세 지시 코일(104)의 방위각(ø)과 경사각(θ) 또는 방위 벡터를 검출하고 상기 검출값으로부터 3차원 공간에서 상기 자세 지시 장치의 자세를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 검출 방법에 있어서, 상기 복수의 자세 지시 코일(104)은 각각 서로 다른 공진 주파수의 공진 회로를 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 검출 방법에 있어서, 자세 지시 장치(101)의 각 자세 지시 코일(104)의 방위각(ø)과 경사각(θ)을 자세 검출 코일 또는 상기 각각의 자세 지시 코일(104)에 의하여 수신된 복수의 신호의 레벨을 이용하여 소정의 관계식에 의하여 각 자세 지시 코일(104)의 방위각(ø)과 경사각(θ) 또는 방위 벡터를 산출하고 이 산출된 값으로부터 3차원 공간에서 상기 자세 지시 장치(101)의 자세 정보를 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 검출 방법에 있어서, 자세 지시 장치(101)는 3개의 자세 지시 코일(104)을 구비하고 자세 검출 코일 또는 상기 각 자세 지시 코일(104)에 의하여 수신된 복수의 신호의 레벨을 이용하여 소정의 관계식에 의하여 평가치를 산출하고 그 평가치로부터 상기 3개의 자세 지시 코일(104)중에 보다 정확하게 방위각(ø)과 경사각(θ)을 산출할 수 있는 2개의 자세 지시 코일(104)을 선택하고, 상기 선택된 2개의 자세 지시 코일(104)의 방위 각(ø)과 경사각(θ)으로부터 다른 한 방향의 방위각(ø)과 경사각(θ) 또는 방위 벡터를 산출함으로써 3차원 공간에서 상기 자세 지시 장치의 자세 정보를 얻도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 검출 방법에 있어서, 자세 지시 장치(101)가 3개의 자세 지시 코일(104)을 구비하고, 상기 3개의 자세 지시 코일(104)의 방위각(ø)과 경사각(θ)을 한번에 산출하고, 각각 2개의 셋트의 자세 지시 코일(104)의 방위각(ø)과 경사각(θ)으로부터 다른 한 방향의 자세 지시 코일(104)의 방위각(ø)과 경사각(θ)을 재산출하고, 한번에 산출된 방위각(ø) 및 경사각(θ)과 재산출한 방위각(ø) 및 경사각(θ)의 값에 의거하여 소정의 가중치가 부가된 평균을 산출하여 그것을 새로운 방위각(ø)과 경사각(θ)으로 하여 자세 지시 장치(101)의 자세를 산출함으로써 3차원 공간에서 상기 자세 지시 장치(101)의 자세 정보를 획득하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 검출 방법에 있어서, 상기 3개의 자세 지시 코일(104)은 서로 직교하여 배치되고, 2개의 상기 자세 지시 코일(104)의 방위각(ø)과 경사각(θ)으로부터 다른 한 방향의 방위각(ø)과 경사각(θ)을, 2개의 자세 지시 코일(104)의 방위각(ø)과 경사각(θ)의 값을 방위 벡터값으로 변환하고 이들 벡터의 벡터 곱으로부터 다른 한 방향의 방위 벡터값을 산출하거나 또는 그 산출된 다른 한 방향의 방위 벡터값을 방위각(ø)과 경사각(θ)으로 변환하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 관한 자세 검출 센서는 이하에서 설명하는 특징을 구비한다.
즉, 자세 지시 장치(101)에 설치되고 각각의 코일면이 서로 다른 방향을 향하는 복수의 자세 지시 코일(104)과 전자기적으로 결합하는 자세 검출 센서로서, 중심 위치(O)로부터 방사상으로 설치되는 복수의 자세 검출 코일에 의하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 검출 코일이 상기 중심 위치(O)를 중심으로 하는 점대칭의 위치에 방위각 방향으로 나란히 설치되는 부채형 코일에 의하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 부채형 코일은 상기 중심 위치로부터 반경 방향으로 나란히 설치되는 복수의 크고 작은 부채형 코일에 의하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 부채형 코일은 큰 부채형 코일과 작은 부채형 코일을 하나씩으로 하여 셋트를 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 부채형 코일은 방위각 방향 및 반경 방향의 적어도 한 방향이 겹쳐져서 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 중심 위치(O)를 중심으로 하는 원형 코일을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 중심 위치(O)를 중심으로 하는 도너츠형 코일을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 중심 위치(O)에 상기 자세 지시 장치(101)를 배치하기 위한 오목부인 받침 접시(106)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 각 코일은 평면 형태로 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 각 코일의 적어도 하나의 코일은 자세 지시 장치(101)를 배치하는 구면 또는 다면체 형태의 오목부인 받침 접시(106)에 설치되고 구형으로 형성되는 상기 자세 지시 장치(101)의 중심과 상기 오목부인 받침 접시(106)에 설치되는 각 코일과의 거리를 같게 하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 관한 자세 지시 장치(101)는 이하에서 설명하는 특징을 구비한다.
즉 복수의 자세 검출 코일에 의하여 구성되는 자세 검출 센서(102)와 전자기적으로 결합하는 복수의 자세 지시 코일(104)을 구비하는 자세 지시 장치(101)로서, 상기 복수의 자세 지시 코일(104)의 코일면이 각각 서로 다른 방향을 향하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 자세 지시 코일(104)은 각각 서로 다른 공진 주파수의 공진 회로를 구성하는 것을 특징으로 한다.
구체(103)에 의하여 형성되고 상기 각각의 자세 지시 코일(104)을 상기 구체(103)의 중심에 대하여 편심되지 않도록 설치하는 것을 특징으로 한다.
구체(103)에 의하여 구성되어 상기 각각의 자세 지시 코일(104)을 상 기 구체(103)의 중심에 대하여 편심되도록 설치하는 것을 특징으로 한다.
구체(103)내에 수용되는 다면체(105)를 구비하고 상기 다면체(105)의 표면에 상기 각각의 자세 지시 코일(104)을 설치하는 것을 특징으로 한다.
상기 각각의 자세 지시 코일(104)은 구형태의 소프트 페라이트(soft ferrite)(107)에 자세 지시 코일(104)을 감음으로써 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 지시 코일(104)은 8자형으로 감기는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 지시 코일(104)은 네잎 클로버 형태로 감기는 것을 특징으로 한다.
상기 자세 지시 코일(104)은 페라이트 코일에 의하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면 3차원 공간에서 자세 지시 장치의 자세를 절대값으로 검출할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 3차원 공간에서 자세 지시 수단의 자세를 절대값으로 검출할 수 있다.
즉, 선택 수단에 의하여 선택된 자세 검출 코일과 자세 지시 코일이 서로 전자기적인 결합에 의하여 송수신되고 상기 선택된 자세 검출 코일 또는 자세 지시 코일에서 수신된 신호가 신호 검출 수단에 의하여 검출될 수 있다. 상기 검출 수단에 의하여 검출된 신호에 의거하여 산출 수단이 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출함으로써 3차원 공간에서 상기 자세 지시 수단의 자세를 검출할 수 있다. 이 때에 상기 자세 지시 수단의 복수의 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ) 또는 방위 벡터를 검출하고 이들의 검출값으로부터 3차원 공간에서 상기 자세 지시 수단의 자세를 검출할 수 있는 효과가 있다.

Claims (40)

  1. 코일면이 서로 다른 방향을 향하는 복수의 자세 지시 코일을 구비하는 자세 지시 수단과,
    중심 위치로부터 방사상으로 설치되고 상기 자세 지시 코일과 전자기적으로 결합하는 복수의 자세 검출 코일을 구비하는 자세 검출 수단과,
    상기 자세 검출 코일을 스위치하여 선택하는 선택 수단과,
    상기 전자기적인 결합에 의하여 복수의 주파수의 신호를 발생시켜 상기 자세 지시 코일과 선택된 상기 자세 검출 코일의 사이에서 송수신되게 하는 신호 발생 수단과,
    상기 자세 검출 코일 또는 자세 지시 코일에서 수신되는 신호를 검출하는 신호 검출 수단과,
    상기 신호 검출 수단에 의하여 검출되는 신호로부터 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출하는 산출 수단을 구비하고,
    상기 중심 위치 상에 배치된 상기 자세 지시 수단의 자세를 검출하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자세 지시 코일은 각각 서로 다른 공진 주파수의 공진 회로를 구성하고, 상기 신호 발생 수단이 상기 공진 주파수에 관련되는 복수의 주파수의 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자세 검출 코일은 부채형 코일을 구비하여 형성되는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자세 검출 코일이 상기 중심 위치에 보다 가깝게 설치되는 부채형 코일과 상기 중심 위치로부터 보다 이간된 위치에 설치되는 부채형 코일의 셋트를 원주 방향으로 복수 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 중심 위치를 중심으로 하여 설치되는 원형 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 중심 위치를 중심으로 하여 설치되는 도너츠형 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 자세 지시 수단이 구체(球體)에 의하여 구성되고, 상기 복수의 자세 지시 코일 각각의 상기 구체의 중심에 대하여 편심되지 않도록 설치되는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 자세 지시 수단이 구체에 의하여 구성되고, 상기 복수의 자세 지시 코일이 각각 상기 구체의 중심에 대하여 편심되어 설치되는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 선택 수단, 신호 발생 수단, 신호 검출 수단 및 산출 수단은 상기 자세 검출 수단과 일체로 설치되는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자세 지시 코일과의 신호의 송수신 동작을 동일한 상기 자세 검출 코일에서 실행하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 자세 지시 코일과의 신호의 송수신 동작을 서로 다른 상기 자세 검출 코일에서 실행하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 신호 발생 수단, 상기 신호 검출 수단, 상기 산출 수단 및 전원 수단을 상기 자세 지시 수단 내에 설치함과 아울러 상기 산출 수단에서 산출된 결과를 송신하는 송신 수단을 상기 자세 지시 수단에 내장하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 신호 발생 수단을 상기 자세 지시 수단 내에 설치하고, 상기 자세 검출 코일에서 수신되는 신호에 의거하여 상기 자세 지시 수단의 자세를 검출하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  14. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 중심 위치로부터 보다 이간되어 설치되는 복수의 제1의 부채형 코일과, 상기 복수의 제1의 부채형 코일에 대응하여 상기 중심 위치에 보다 가깝게 설치되는 복수의 제2의 부채형 코일에 있어서의 상기 자세 지시 수단으로부터의 수신 신호를 L, M으로 하고,
    상기 복수의 제1, 제2의 부채형 코일과 방위각이 180도 다르게 구성되고 상기 중심 위치로부터 보다 이간되어 설치되는 복수의 제3의 부채형 코일과, 상기 제3의 부채형 코일에 대응하여 상기 중심 위치에 보다 가깝게 설치되는 복수의 제4의 부채형 코일에 있어서의 상기 자세 지시 수단으로부터의 수신 신호를 L', M'으로 하며,
    상기 산출 수단은 상기 수신 신호(L, M, L', M')에 의거하여 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 산출 수단은 상기 수신 신호(L, M, L', M')로 구성되는 관계식이 비대칭(非對稱)인 것을 이용하여 상기 자세 지시 수단의 전후를 결정하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 산출 수단이 직접 검출된 자세 지시 코일의 자세와 간접 검출된 상기 자세 지시 코일의 자세를 소정의 가중치로 보정함으로써 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출하도록 하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 장치.
  17. 코일면이 서로 다른 방향을 향하는 복수의 자세 지시 코일을 구비하는 자세 지시 수단을, 중심 위치로부터 방사상으로 설치되고 상기 자세 지시 코일과 전자기적으로 결합하는 복수의 자세 검출 코일을 구비하는 자세 검출 수단의 상기 중심 위치에 설치하고,
    선택 수단에 의하여 선택된 상기 자세 검출 코일과 상기 자세 지시 코일의 사이에서 상기 전자기적 결합에 의하여 신호를 송수신하고,
    상기 선택된 자세 검출 코일 또는 자세 지시 코일에서 수신된 신호를 신호 검출 수단에 의하여 검출하고,
    상기 신호 검출 수단이 검출한 신호에 의거하여 산출 수단이 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출함으로써 3차원 공간에서 상기 자세 지시 수단의 자세를 검출하는 자세 검출 방법에 있어서,
    상기 복수의 자세 지시 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ) 또는 방위 벡터를 검출하고 이들의 검출값으로부터 3차원 공간에서 상기 자세 지시 수단의 자세를 검출하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 자세 지시 코일은 각각 서로 다른 공진 주파수의 공진 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 자세 지시 수단의 각 자세 지시 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ)을, 자세 검출 코일 또는 상기 각 자세 지시 코일에 의하여 수신된 복수의 신호의 레벨을 이용하여 소정의 관계식에 의하여 각 자세 지시 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ) 또는 방위 벡터를 산출하고 이 산출된 값으로부터 3차원 공간에서 상기 자세 지시 수단의 자세 정보를 구하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 자세 지시 수단은 3개의 자세 지시 코일을 구비하고 자세 검출 코일 또는 상기 각 자세 지시 코일에 의하여 수신된 복수의 신호의 레벨을 이용하여 소정의 관계식을 의하여 평가치를 산출하고 그 평가치로부터 상기 3개의 자세 지시 코일중에 보다 정확하게 방위각(ø)과 경사각(θ)을 산출할 수 있는 2개의 자세 지시 코일을 선택하고,
    상기 선택된 2개의 자세 지시 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ)으로부터 다른 한 방향의 방위각(ø)과 경사각(θ) 또는 방위 벡터를 산출함으로써 3차원 공간에서 상기 자세 지시 수단의 자세 정보를 얻도록 하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 자세 지시 수단이 3개의 자세 지시 코일을 구비하고,
    상기 3개의 자세 지시 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ)을 한번에 산출하고,
    각각 2개의 셋트의 자세 지시 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ)으로부터 한 다른 방향의 자세 지시 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ)을 재산출하고,
    한번에 산출된 방위각(ø) 및 경사각(θ)과 재산출한 방위각(ø) 및 경사각(θ)의 값에 의거하여 소정의 가중치가 부가된 평균을 산출하여 그것을 새로운 방위각(ø)과 경사각(θ)으로 하여 상기 자세 지시 수단의 자세를 산출함으로써 3차원 공간에서 상기 자세 지시 수단의 자세 정보를 얻도록 하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 3개의 자세 지시 코일은 서로 직교하여 배치되고,
    2개의 상기 자세 지시 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ)으로부터 다른 한 방향의 방위각(ø)과 경사각(θ)을,
    2개의 자세 지시 코일의 방위각(ø)과 경사각(θ)의 값을 방위 벡터값으로 변환하고, 이들 벡터의 벡터 곱으로부터 다른 한 방향의 방위 벡터 값을 산출하거나 또는 그 산출된 다른 한 방향의 방위 벡터값을 방위각(ø)과 경사각(θ)으로 변환하여 산출하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 방법.
  23. 자세 지시 수단에 설치되고 각각의 코일면이 서로 다른 방향을 향하는 복수의 자세 지시 코일과 전자기적으로 결합하는 자세 검출 센서로서, 중심 위치로부터 방사상으로 설치되는 복수의 자세 검출 코일에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자세 검출 센서 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 자세 검출 코일이 상기 중심 위치를 중심으로 하는 점대칭의 위치에 방위각 방향으로 나란히 설치되는 부채형 코일에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자세 검출 센서 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 부채형 코일은 상기 중심 위치로부터 반경 방향으로 나란히 설치되는 복수의 크고 작은 부채형 코일에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자세 검출 센서 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 부채형 코일은 방위각 방향 및 반경 방향의 적어도 한 방향에서 겹쳐져서 배치되는 것을 특징으로 하는 자세 검출 센서 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 중심 위치를 중심으로 하는 원형 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 센서 장치.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 중심 위치를 중심으로 하는 도너츠형 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 센서 장치.
  29. 제23항 내지 제27항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 중심 위치에 상기 자세 지시 수단을 배치하기 위한 오목부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 센서 장치.
  30. 제23항 내지 제27항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 코일은 평면 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 자세 검출 센서 장치.
  31. 제23항 내지 제27항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 코일의 적어도 하나의 코일은 자세 지시 수단을 배치하는 구면 또는 다면체 형태의 오목부에 설치되고, 구형으로 형성되는 상기 자세 지시 수단의 중심과 상기 오목부에 설치되는 각 코일과의 거리를 같게 하는 것을 특징으로 하는 자세 검출 센서 장치.
  32. 복수의 자세 검출 코일에 의하여 구성된 자세 검출 센서와 전자기적으로 결합하는 복수의 자세 지시 코일을 구비하는 자세 지시 장치로서,
    상기 복수의 자세 지시 코일의 코일면이 각각 서로 다른 방향을 향하도록 설치되고,
    상기 복수의 자세 지시 코일은 각각 서로 다른 공진 주파수의 공진 회로를 구성하는 것을
    특징으로 하는 자세 지시 장치.
  33. 삭제
  34. 제32항에 있어서,
    구체에 의하여 형성되고 상기 각각의 자세 지시 코일을 상기 구체의 중심에 대하여 편심되지 않도록 설치하는 것을 특징으로 하는 자세 지시 장치.
  35. 제32항에 있어서,
    구체에 의하여 구성되고 상기 각각의 자세 지시 코일을 상기 구체의 중심에 대하여 편심되도록 설치하는 것을 특징으로 하는 자세 지시 장치.
  36. 제32항에 있어서,
    구체내에 수용된 다면체를 구비하고 상기 다면체의 표면에 상기 각각의 자세 지시 코일을 설치하는 것을 특징으로 하는 자세 지시 장치.
  37. 제32항에 있어서,
    상기 각각의 자세 지시 코일은 구형태의 소프트 페라이트에 코일을 감음으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 자세 지시 장치.
  38. 제32항에 있어서,
    상기 자세 지시 코일은 8자형으로 감기는 것을 특징으로 하는 자세 지시 장치.
  39. 제32항에 있어서,
    상기 자세 지시 코일은 네잎 클로버 형태로 감기는 것을 특징으로 하는 자세 지시 장치.
  40. 제32항에 있어서,
    상기 자세 지시 코일은 페라이트 코일에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자세 지시 장치.
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PA0109 Patent application

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