KR100912474B1 - 저전력 소모 센싱 시스템 및 저전력 소모 센싱 방법 - Google Patents

저전력 소모 센싱 시스템 및 저전력 소모 센싱 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 적어도 2 개 이상의 센서로 이루어진 센싱 환경에서 전력 소모를 줄이고 효율을 높이는 저전력 소모 센싱 시스템 및 저전력 소모 센싱 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 센싱 방법은, 상기 적어도 두 개 이상의 센서 전부를 웨이크 상태로 천이시키고 시작 포인트(x, y, z) 및 타겟 객체의 패턴을 설정하는 단계; 상기 적어도 두 개 이상의 센서 중 상기 타겟 객체를 탐지한 센서는 웨이크 상태를 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이시키는 단계; 상기 웨이크 상태를 유지하는 센서와 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되도록 x-y 평면을 이동하는 단계; 상기 센서 전부를 웨이크 상태로 천이시키고, 전체 센서 각각과 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되도록 x-y 평면을 이동하는 단계; 및 상기 전체 센서 중 하나를 웨이크 상태로 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이시키고, 상기 웨이크 상태인 하나의 센서를 이용하여 z축 방향으로 이동하여 상기 타겟 객체에 힘을 가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
센서, 로봇, 센싱, 에너지 효율, 주파수

Description

저전력 소모 센싱 시스템 및 저전력 소모 센싱 방법{LOW POWER CONSUMPTION SENSING SYSTEM AND METHOD THERFOR}
본 발명은 센싱(Sensing) 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 복수의 센서로 이루어진 센싱 환경에서의 저전력 소모 센싱 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 무선통신과 전자공학 기술의 발달로 인하여 저가격, 극소형 센서 간의 네트워크가 가능하게 되었으면, 이러한 센서들로 구성된 네트워크를 무선 센서 네트워크라고 한다. 무선 센서 네트워크는 생태 환경 감시, 지능형 환경 모니터링, 위치인지 서비스, 지능형 의료시스템, 지능형 로봇 시스템 등에 활용되고 있으며, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경의 중심기술로서 발전하고 있다. 이러한 무선 센서 네트워크는 물리 공간의 상태인 빛, 소리, 온도, 움직임과 같은 물리적인 데이터를 감지, 측정한다.
특히, 무선 센서 네트워크는 지능형 로봇 시스템에서 그 활용도가 높아지고 있다. 로봇은 산업용으로 개발되어 공장 자동화의 일환으로 사용되거나, 인간이 견딜 수 없는 극한의 환경에서 인간을 대신하여 정보를 수집하거나 채집하는데 사용 되고 있다. 이러한 로봇공학 분야는 근래에 들어 최첨단 우주개발산업에 사용되면서 발전을 거듭하여 왔고, 최근에 들어서는 인간 친화적인 가정용 로봇이 개발되기에 까지 이르렀다.
이러한 로봇은 외부로부터 다양한 정보를 획득하고 보다 정확한 집합 결정을 위해 다수의 센서를 사용한다. 예컨대, 주변 장애물을 탐지하거나 또는 주변 물체를 탐지하여 해당 물체에 힘을 가하기 위해 많은 수의 센서를 사용한다. 단일 센서를 사용했을 때보다 많은 수의 센서를 사용하게 되면 보다 정확한 정보 획득이 가능해지고 센싱 능력이 향상된다.
그러나, 로봇은 그 기술 발전으로 다양한 기능을 수행하는 반면 그 기능을 수행하기 위한 전력은 제한되어 있다. 특히 우주 공간에서 사용되는 로봇의 경우 최대 이슈는 전력 소모를 줄여 효율을 높이는 것인데, 상술한 바와 같이 보다 정확한 정보 수집을 위해 많은 수의 센서를 사용하게 되면 전력 소모가 증가하게 되어 효율이 낮게 된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 적어도 2 개 이상의 센서로 이루어진 센싱 환경에서 전력 소모를 줄이고 효율을 높일 수 있는 센싱 방법 및 센싱 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 측면에 따른, 적어도 두 개 이상의 센서로 이루어진 센싱 시스템에서 특정 객체를 탐지하고 이동하는데 있어서 전력 소모를 줄이기 위한 센싱 방법은, 상기 적어도 두 개 이상의 센서 전부를 웨이크 상태로 천이시키고 시작 포인트(x, y, z) 및 타겟 객체의 패턴을 설정하는 단계; 상기 적어도 두 개 이상의 센서 중 상기 타겟 객체를 탐지한 센서는 웨이크 상태를 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이시키는 단계; 상기 웨이크 상태를 유지하는 센서와 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되도록 x-y 평면을 이동하는 단계; 상기 센서 전부를 웨이크 상태로 천이시키고, 전체 센서 각각과 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되도록 x-y 평면을 이동하는 단계; 및 상기 전체 센서 중 하나를 웨이크 상태로 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이시키고, 상기 웨 이크 상태인 하나의 센서를 이용하여 z축 방향으로 이동하여 상기 타겟 객체에 힘을 가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 측면에 따른, 전력 소모를 줄이기 위한 저전력 소모 센싱 시스템은, 타겟 객체를 탐지하는 적어도 두 개 이상의 센서; 상기 센서들을 이동 모드 및 자기 잠금 모드로 제어하는 센서 관리자; 및 상기 센서 관리자에 의해 제어되는 상기 각 모드에서 시스템의 이동을 제어하는 이동 관리자;를 포함하고, 상기 이동 모드는, 상기 타겟 객체를 탐지한 센서만이 웨이크 상태를 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이되어 상기 웨이크 상태의 센서와 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되는 과정이고, 상기 자기 잠금 모드는, 모든 센서들이 웨이크 상태를 유지하며 각 센서들과 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되는 과정인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은, 적어도 2 개 이상의 센서를 사용함에 있어 각 동작 모드에서 반드시 필요로 하는 개수의 센서만을 동작시킴으로써 전력 소모를 줄이고 전력 효율을 높일 수 있게 한다. 따라서 한정된 전력을 사용하는데 있어 에너지 효율을 높일 수 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또 한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소모를 줄이기 위한 센싱 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센싱 시스템(예컨대, 로봇)은 특정 객체(Object)를 감지하기 위한 다수의 센서(140 내지 170), 상기 다수의 센서(140 내지 170)를 제어하고 각 센서의 정보를 관리하기 위한 센싱 관리자(130), 시스템의 이동을 제어하기 위한 이동 관리자(110)를 포함한다.
상기 다수의 센서(140 내지 170)는 서로 연결되어 통신을 수행하고 센싱 관리자(130)의 제어에 따라 자신의 주변에 위치하는 특정 객체를 탐지한다. 각 센서(140 내지 170)는 센싱 관리자(130)로부터 전달받은 센싱 대상 객체의 패턴 정보(Pa)를 저장하고, 그 저장된 패턴 정보(Pa)에 매칭되는 객체를 주변에서 탐지한다. 여기서 패턴 정보는 객체의 모양(객체가 이루는 각도 등), 온도, 압력, 전기적 변위 등을 의미한다. 각 센서(140 내지 170)는 센싱 관리자(130)의 제어에 따라 전력 소모를 줄이기 위해 전부 웨이크 상태가 되기도 하고, 일부만이 활성화되기도 하며 센싱 대상 객체를 탐지한다.
상기 센싱 관리자(Sensing Manager, 130)는 상기 다수의 센서(140 내지 170)의 전부 또는 일부를 웨이크 상태 또는 슬립 상태로 설정하여 각 센서(140 내지 170)를 제어하고 각 센서(140 내지 170)로부터 센싱 정보를 전달받아 내부에 저장된 센싱 정보 및 센서 정보를 관리한다. 센싱 관리자(130)에 의해 관리되는 센서 정보는, 각 센서의 최대 주파수 테이블, 센서와 객체 간의 좌표 차이값(Δx, Δy, Δz)으로 구축되는 각 센서의 탐지 테이블, 현재 위치(x, y, z)로 구축되는 각 센서의 상태 테이블, 각 센서의 플래그(flag) 테이블, 각 센서의 상태(슬립(sleep) 상태 또는 웨이크(wake) 상태) 테이블이다.
바람직하게, 센싱 관리자(130)는 처음 특정 객체를 찾기 위해서 모든 센서(140 내지 170)를 웨이크 상태로 천이시키고, 적어도 어느 한 센서가 특정 객체를 찾은 경우, 그 특정 객체를 찾은 센서만이 웨이트 상태가 되고 나머지 센서는 슬립 상태가 되도록 하여 시스템이 그 특정 객체로 이동할 때 이용하도록 한다. 또한 시스템이 특정 객체의 모서리에 접근하면, 센싱 관리자(130)는 시스템이 특정 객체의 바로 위에 놓이도록 하기 위해 모든 센서(140 내지 170)들을 웨이크 상태로 한다. 또한 시스템이 특정 객체의 바로 위에 놓이면, 센싱 관리자(130)는 시스템과 객체를 평행 상태로 만들기 위해 두 개의 센서만을 웨이크 상태로 하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 한다. 또한, 객체와 평행하지 않은 시스템, 즉, 센싱 시스템과 객체가 평행 상태가 되면, 센싱 관리자(130)는 시스템이 객체에 힘을 가하기 위해 하나의 센서만을 웨이크 상태로 하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 한다.
또한, 센싱 관리자(130)는 센서들에 의해 특정 객체가 탐지된 후 이동 관리자(110)에 의해 시스템이 이동하면 센서들의 정보를 확인하여 이동 방향이 정확한지 판단한다. 바람직하게, 센싱 관리자(130)는 이동 관리자(110)에 의해 시스템이 이동한 후, 웨이크 상태에 있는 센서 각각이 특정 객체와 상호 작용하여 발생시키는 주파수 값(Sf)과 최대 주파수 테이블에 기록되어 있는 각 센서의 최대 주파수 값을 비교하여 상기 주파수 값(Sf)이 상기 최대 주파수 값보다 큰 경우 시스템이 정확히 객체의 방향으로 이동한 것으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 시스템이 다른 방향으로 이동한 것으로 판단하여 이동 관리자(110)에게 그에 따른 결과를 전달하여 시스템이 다른 방향으로 이동하도록 한다. 센싱 관리자(130)는 웨이크 상태에 있는 센서의 상기 주파수 값(Sf)이 가장 커질 때를 시스템이 특정 객체의 모서리에 접근하였음을 인지한다.
또한, 센싱 관리자(130)는, 시스템이 특정 객체의 모서리에 접근하였을 때, 센서(140 내지 170)들을 전부 웨이크 상태로 천이시키고, 모든 센서(140 내지 170)들이 객체를 탐지하고 모든 센서들의 주파수 값이 최대 주파수 값이 되도록 한다. 바람직하게, 센싱 관리자(130)는 이동 관리자(110)로 시스템의 이동을 지시하는 신호를 전달하고, 이에 따라 시스템이 이동하면, 센싱 관리자(130)는 각 센서(140 내지 170)들 전부가 특정 객체를 찾았는지 그리고 각 센서(140 내지 170)들의 주파수 값이 최대 주파수 값인지 판단하여, 만약 그렇다면 시스템이 제대로 이동하는 것으로 판단하여 이동 관리자(110)로 같은 방향으로 이동할 것을 지시하고, 그렇지 않다면 이동 관리자(110)로 하여금 시스템을 다른 방향으로 이동할 것을 지시한다. 이와 같은 절차에 따라 센싱 관리자(130)는 최종적으로 시스템이 특정 객체의 바로 위에 놓이도록 한다.
또한, 센싱 관리자(130)는, 시스템이 특정 객체의 바로 위에 놓이면, 시스템 과 특정 객체가 이루는 각도를 계산하고, 그 계산한 각도를 이동 관리자(110)로 전달한다. 또한, 센싱 관리자(130)는 시스템과 특정 객체 간의 거리를 이동 관리자(110)로 전달한다. 이동 관리자(110)는 상기 각도를 이용하여 시스템과 특정 객체가 평행이 되도록 하고, 상기 시스템과 특정 객체 간의 거리를 이용하여 시스템과 특정 객체가 맞닿도록 한다.
이상과 같이, 이동 관리자(Moving Manager, 110)는, 센싱 관리자(130)로부터 전달된 센서들의 정보(예컨대, 거리, 각도 등)에 따라 시스템이 이동해야 할 값을 결정하여 x축, y축, z축으로 시스템을 이동시킨다. 바람직하게, 다수의 센서 중 적어도 하나의 센서가 특정 객체를 찾은 경우, 이동 관리자(110)는 센싱 관리자(130)로부터 전달된 특정 객체의 방향, 그리고 객체를 찾은 센서와 그 특정 객체가 이루는 각도 등을 이용하여 시스템이 이동해야 할 x축, y축 이동 값을 결정하여 이동한다. 시스템이 특정 객체의 모서리에 접근한 후, 이동 관리자(110)는 센싱 관리자(130)의 지시에 따라 시스템이 특정 객체의 바로 위에 놓이도록 이동하고, 이후 이동 관리자(110)는 센싱 관리자(130)로부터 전달된 데이터(예컨대, 각도, 거리)에 근거하여 시스템과 특정 객체가 평행이 되도록 하고, 또한 시스템과 특정 객체가 맞닿도록 하며, 필요할 경우 시스템을 회전시켜 특정 객체에 삽입되도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 관리자 및 이동 관리자의 블럭도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센싱 관리자(130)는, 최대 주파수 테이블, 탐지 테이블, 상태 테이블 및 플래그 테이블을 저장하는 메모리(131)와, 그 메모리(131)의 테이블을 관리하는 테이블 관리부(132), 그리고 센서들의 상태를 설정 관리하는 센서 상태 관리부(133)를 포함한다.
최대 주파수 테이블은 다수의 센서(140 내지 170) 각각이 특정 객체와 상호 작용하여 발생하는 최대 주파수 값을 저장하고, 탐지 테이블은 각 센서(140 내지 170)의 특정 객체 탐지 결과(예컨대, 탐지한 센서에 대해서는 센서와 객체 간의 좌표 차이 값이 저장되고, 탐지하지 못한 센서에 대해서는 false 설정)를 저장하며, 상태 테이블은 각 센서(140 내지 170)의 슬립 또는 웨이크 상태 정보(예컨대, sleep 또는 wake 중 하나로 설정됨)를 저장하고, 플래그 테이블은 각 센서(140 내지 170)들이 특정 객체를 정확히 탐지하고 있는지에 대한 결과(예컨대, true, false)를 저장한다. 이러한 각 테이블은 테이블 관리부(132)에 의해 관리되어 실시간으로 업데이트된다.
센서 상태 관리부(133)는 이동 관리자(110)로부터의 신호 및 상기 메모리(131)의 각 테이블을 참조하여 다수의 센서(140 내지 170)들과 통신하여 각 센서(140 내지 170)들의 상태를 관리한다. 예컨대, 특정 객체를 찾아가는 데 있어 본 발명에 따른 전력 감소 알고리즘에 따라 센서(140 내지 170)들을 슬립 또는 웨이크 상태로 천이한다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 이동 관리자(110)는 이동 값 결정부(111), 로봇 이동 제어부(112), 회전 양 결정부(113) 및 로봇 회전 제어부(114)를 포함한다.
이동 값 결정부(111)는 상기 센서 관리자(130)로부터 전달된 최대 주파수 값 등을 이용하여 로봇이 이동할 값을 결정한다. 바람직하게, 이동 값 결정부(111)는 최대 주파수 값으로서 센서 관리자(130)로부터 로봇과 객체 사이의 거리를 전달받아 로봇이 이동할 값을 결정한다. 로봇이 객체의 모서리 근처로 접근한 후 객체의 바로 위에 놓이도록 하기 위해 이동 값 결정부(111)는 x축, y축 이동 값을 결정하고, 로봇이 객체의 바로 위에 놓인 후에는 로봇과 객체가 평행이 되기 위한 각도를 이용하여 로봇이 이동할 값을 결정하며, 로봇과 객체가 평행이 된 후에는 로봇과 객체가 접하도록 z축 이동 값을 결정한다. 로봇 이동 제어부(112)는, 상기 이동 값 결정부(111)에서 결정된 이동 값에 따라 로봇의 이동을 제어한다. x축, y축으로 로봇을 이동할 경우, 지그재그 방향으로 로봇을 이동할 수 있다.
회전 양 결정부(113)는, 로봇이 특정 객체에 접근한 후 회전해야 할 양을 결정한다. 예컨대, 특정 객체가 너트이고 로봇이 볼트인 경우, 객체와 로봇이 접한 후 객체와 로봇은 서로 끼워져야 한다. 따라서 회전 양 결정부(113)는 너트인 객체와 볼트인 로봇이 끼워져 고정이 되기 위한 회전 양을 결정한다. 로봇 회전 제어부(114)는, 상기 회전 양 결정부(113)에서 결정된 회전 양에 따라 로봇의 회전을 제어한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 센서를 구비한 센싱 시스템이 특정 객체를 찾는 방법을 설명하는 흐름도로, 이하 실시예에서는 센싱 시스템으로서 로봇을 예로 들어 설명한다. 즉, 로봇은 4 개의 센서를 구비하고, 그 4 개의 센서를 제어하는 센싱 관리자(130)와 로봇의 이동을 제어하는 이동 관리자(110)를 포함한다. 로봇은 무선 또는 유선으로 운영자의 제어 컴퓨터와 연결되어 운영자의 제어 에 따라 특정 객체를 찾아 이동한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 로봇은 공간상의 시작 포인트를 설정하고 모든 센서들을 깨운다. 즉, 로봇의 센싱 관리자(130)는 현재 위치하고 있는 공간상의 위치(x, y, z)를 시작 포인트로서 설정하고 운영자가 지시하는 특정 객체를 찾아 움직이기 위해 모든 센서(140 내지 170)들을 웨이크 상태로 깨운다(S301).
이와 같이 웨이크 상태가 된 모든 센서(140 내지 170)들에 대해 로봇의 센싱 관리자(130)는 찾고자 하는 특정 객체의 패턴 정보(Pa)를 전달하여 특정 객체의 탐지의 시작을 지시한다(S303). 여기서, 패턴 정보는 객체의 모양(각도 등), 또는 온도, 전기적 변위, 압력 등이 될 수 있다. 각 센서(140 내지 170)는 찾고자 하는 특정 객체의 패턴 정보(Pa)를 저장하고, 이어서 주변의 객체들을 탐지하며 그 주변 객체들의 패턴 정보(Pb)를 판독한다(S305). 각 센서(140 내지 170)는 그 판독한 주변 객체들의 패턴 정보(Pb)와 로봇의 센싱 관리자(130)로부터 전달되어 저장 중인 특정 객체의 패턴 정보(Pa)를 비교하여 매칭되는 객체를 찾는다(S307). 매칭되는 특정 객체를 찾은 경우 그에 따른 탐지 신호를 센싱 관리자(130)에게 전달한다(S309). 여기서 탐지 신호는 해당 센서가 특정 객체와 상호 연동하여 발생하는 주파수 값을 포함한다. 매칭되는 객체가 있다는 것은 센서의 근처에 찾는 특정 객체가 있다는 것을 의미한다.
이와 같이 센싱 관리자(130)는 적어도 하나의 센서로부터 탐지 신호를 수신하면 모든 센서의 탐지를 중지하고 탐지 테이블의 값을 업데이트한다(S311, S313). 예컨대, 센싱 관리자(130)는 탐지 테이블에서 특정 객체를 탐지하지 못한 센서의 값을 'false'로 설정한다. 이어서, 센싱 관리자(130)는 특정 객체를 탐지하지 못한 센서로 슬립 상태 지시 신호를 전송하여 객체를 탐지하지 못한 센서들을 슬립 상태로 진입시킨다(S315).
다음으로, 센싱 관리자(130)는 특정 객체를 탐지한 센서 각각의 주파수 값을 최대 주파수 테이블에 업데이트한다(S317). 결국 특정 객체를 탐지한 센서들은 깨어있고 나머지 센서들은 슬립 상태로 진입하며, 센싱 관리자(130)는 상기 깨어있는 센서들 각각의 현재 주파수 값을 최대 주파수 값으로 기억하고 있는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 센서를 구비한 센싱 시스템이 특정 객체를 찾은 후 그 특정 객체의 근처로 이동하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 센싱 시스템의 다수의 센서 중 적어도 하나의 센서가 특정 객체를 탐지한 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 이동 관리자(110)는, 센싱 관리자(130)로부터의 신호에 따라, 로봇이 움직일 x축, y축 이동 값을 결정하고 그 결정한 이동 값만큼 로봇을 이동시킨다(S401). 여기서, 센싱 관리자(130)는 이동 관리자(110)에게 특정 객체를 탐지한 센서의 현재 주파수 값을 전달하고, 이동 관리자(11)는 그 주파수 값을 이용하여 로봇이 움직일 x축, y축 이동 값을 결정한다. 즉, 상기 주파수 값으로 로봇과 객체가 이루는 각, 그리고 거리를 계산하여 x축, y축 이동 값을 결정한다.
결정된 x축, y축 이동 값만큼 로봇을 움직인 후, 이동 관리자(110)는 이동 완료 신호를 센싱 관리자(130)에게 전송하고(S403), 센싱 관리자(130)는, 현재 이동한 위치에서, 깨어있는 센서들로부터 해당 센서들이 특정 객체로부터 체크한 주 파수 값(Sf)을 전달받는다(S405). 그리고 센싱 관리자(130)는 그 전달받은 각 센서의 주파수 값(Sf)과 최대 주파수 테이블에 기록되어 있는 각 센서의 최대 주파수 값과 비교한다(S407).
만약 상기 주파수 값(Sf)이 상기 최대 주파수 값보다 큰 경우, 센싱 관리자(130)는 최대 주파수 테이블의 최대 주파수 값을 상기 주파수 값(Sf)으로 업데이트하고 이동 관리자(110)로 다시 이동을 지시한다(S409). 즉, 현재 측정된 주파수 값(Sf)이 기 저장된 최대 주파수 값보다 큰 경우 로봇이 특정 객체에 최단 거리로 접근하고 있음을 뜻하기 때문에, 센싱 관리자(130)는 이동 관리자(110)로 로봇의 이동을 다시 지시한다. 상술한 바와 같이, 센서의 주파수 값은 센서와 객체의 상호 작용에 의해 발생하는 값으로서, 센서와 객체가 가까워질수록 센서에서 발생하는 주파수 값은 더 커지게 된다. 따라서 이동 후 센서에서 발생하는 주파수 값이 기존 최대 주파수 값보다 큰 경우는 로봇이 특정 객체로 정확히 이동하고 있음을 뜻하고, 따라서 센싱 관리자(130)는 이동 관리자(110)에게 해당 방향으로 계속 이동을 지시한다. 반면, 상기 주파수 값(Sf)이 상기 최대 주파수 값보다 작은 경우, 현재 로봇의 이동이 특정 객체에 최단 거리로 접근하고 있는 것이 아니기 때문에, 센싱 고나리자(130)는 이동 관리자(110)에게 다른 방향으로의 이동을 지시한다(S411).
이러한 도 4를 참조하여 설명한 이동 및 최대 주파수 값 비교 과정은 상기 깨어있는 센서들 각각이 특정 객체의 모서리까지의 거리가 최소가 될 때까지 반복된다. 이 과정에 의해 로봇은 평면상으로 특정 객체의 근처, 즉 모서리까지 도달하게 된다.
상기와 같은 과정이 완료되어 로봇이 특정 객체의 근처, 즉 모서리까지 도달하면, 다음 과정으로 로봇을 특정 객체의 바로 위에 이동시킨다. 다음의 과정은 자기 잠금 모드(self locking mode)라 정의한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 센서를 구비한 센싱 시스템이 특정 객체의 근처로 이동한 후 그 특정 객체의 바로 위로 이동하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 센싱 시스템이 특정 객체의 근처, 즉 모서리까지 도달한 후, 센싱 시스템의 센싱 관리자(130)는 다시 모든 센서(140 내지 170)들을 깨우고 이동 관리자(110)로 로봇의 이동을 지시한다(S501, S503). 이동 관리자(110)는 센싱 관리자(130)의 지시에 따라 로봇의 x축, y축 이동 값을 결정하고 로봇을 그 이동 값만큼 이동시킨다(S505). 이동 관리자(110)는 로봇을 이동시킨 후 이동 완료를 센싱 관리자(130)에게 보고하고(S507), 센싱 관리자(130)는 모든 센서(140 내지 170)로 객체의 탐지를 지시한다(S509).
이에 따라 모든 센서(140 내지 170)는 객체를 탐지할 수 있는지 체크하고 모든 센서(140 내지 170)들이 객체를 탐지할 수 있는 경우, 각 센서(140 내지 170)들은 객체와의 상호 작용에 의해 발생하는 주파수 값(Sf)을 체크하여 센싱 관리자(130)로 전달한다(S511). 센싱 관리자(130)는 최대 주파수 테이블에 기록된 각 센서의 최대 주파수 값과 상기 각 센서의 주파수 값(Sf)을 비교한다(S513).
만약 각 센서의 현재 주파수 값이(Sf)가 각 센서의 최대 주파수 값보다 클 경우, 최대 주파수 테이블을 업데이트하고 각 센서의 플래그를 참(true)로 설정한 다(S515). 이어서, 센싱 관리자(130)는 이동 관리자(110)로 동일 방향으로의 계속 이동을 지시하고(S517), 이동 관리자(110)는 로봇의 x축, y축 이동 값을 증가시키고 동일한 방향으로 로봇을 이동시킨다. 이와 같이 로봇이 이동한 후, 센싱 관리자(130) 및 이동 관리자(110)는 각 센서의 최대 주파수 값이 통합될 때까지 상술한 과정을 반복한다. 즉, 각 센서에서 발생하는 주파수 값이 가장 최대가 될 때까지 상술한 과정을 반복한다.
만약, 어느 한 센서라도 객체를 탐지하지 못하거나 각 센서의 주파수 값(Sf)이 최대 주파수 값보다 작을 경우, 센싱 관리자(130)는 해당 센서의 플래그를 'false'로 설정하고, 이동 관리자(110)는 로봇을 다른 방향으로 이동시킨다(S519). 다른 방향으로 이동시킨 후, 상술한 과정을 다시 수행하여 모든 센서가 객체를 탐지할 수 있고 각 센서의 주파수 값(Sf)이 최대 주파수 값보다 크도록 이동 로봇을 이동시키고, 각 센서에서 발생하는 주파수 값이 가장 최대가 될 때까지 반복하여 이동 로봇을 원하는 객체의 바로 위로 이동시켜 놓는다.
다음으로, 로봇과 객체를 평행하게 만드는 과정을 수행한다. 이 과정은 레벨 셋팅(Level setting) 모드로 정의한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 센서를 구비한 센싱 시스템이 특정 객체의 바로 위로 이동한 후 객체와 평행을 유지하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 로봇의 특정 객체의 바로 위에 놓여진 후, 센싱 관리자(130)는 각 센서의 최대 주파수 값을 비교하여 최대 주파수 값이 가장 큰 센서와 가장 작은 센서를 결정하고(S601), 이 두 개의 센서 이외 나머지 센서들은 슬립 상태로 진입시킨다(S603).
이어서, 센싱 관리자(130)는 웨이크 상태를 유지하는 상기 두 개의 센서를 이용하여 로봇과 객체가 평행이 되도록 하기 위한 각도를 결정한다(S605). 즉, 레벨 셋팅을 위한 각도를 결정한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 센싱 관리자(130)는 상기 두 개의 센서(701, 703) 각각이 객체(705)로부터 떨어진 거리, 즉 최소 거리(Dmin)와 최대 거리(Dmax)를 계산하고 두 센서(701, 703) 사이의 거리(d)를 획득한 후, 그 두 센서(701, 703) 사이의 거리(d)와 상기 최소 거리(Dmin) 및 최대 거리(Dmax)를 이용하여 로봇이 수평면에 대해 기울어진 각도(α)를 계산한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
α=sin-1((Dmax-Dmin)/d)
센싱 관리자(130)는 상기 각도를 이동 관리자(110)에게 전달하고(S607), 이동 관리자(110)는 상기 각도를 이용하여 로봇과 객체가 평행이 될 때까지 레벨 셋팅을 한다(S609).
이상의 과정을 통해 로봇과 객체는 평행으로 위치하고, 외부 제어 컴퓨터는 로봇을 이동시키거나 회전시키며 객체에 힘을 가한다. 이를 위해, 센싱 관리자(130)는 상기 두 개의 센서 중 어느 하나를 선택하고 나머지는 슬립 상태로 진입시킨다. 이어서, 이동 관리자(110)는 로봇이 더 이상 움직일 수 없을 때까지 객체의 방향, 즉 z축 방향으로 로봇을 이동시킨다. 마지막으로, 이동 관리자(110)는 상 기 깨어있는 하나의 센서가 최소 거리로 객체의 매칭 패턴을 찾을 때까지 로봇을 z축을 중심으로 회전시키고, 센서가 상기 매칭 패턴을 찾을 때, 로봇은 회전 및 물체에 힘을 가하는 것을 중지한다. 여기서 로봇을 회전시키는 것은 객체가 너트이고 로봇이 볼트인 경우에 해당될 수 있다. 로봇인 볼트를 객체인 너트에 끼우기 위해 로봇인 볼트가 객체인 너트에 접근했을 때 로봇인 볼트를 회전시켜 너트에 끼운다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 센싱 시스템은 4 개의 센서를 구비하고 있음에도 불구하고 특정 객체를 찾아 이동하는데 있어 4 개의 센서를 모두 이용하지 않고, 각 단계별로 최소의 필요 개수만큼의 센서만을 웨이크 상태로 만들고 나머지 센서들은 슬립 상태로 만들어 이용함으로써, 한정된 전력 내에서 최소의 전력 소모로 특정 객체를 찾아 이동한다. 상술한 실시예에 있어서, 처음 원하는 객체를 탐지하는데 있어 4개의 센서를 모두 웨이크 상태로 천이시키지만, 객체로 이동할 때는 객체를 탐지한 센서들만을 웨이크 상태로 두고 나머지 센서는 슬립 상태로 둔다. 또한 센싱 시스템은 특정 객체의 바로 위에서 객체와의 레벨 셋팅을 위해 4 개의 센서를 모두 이용하지 않고 두 개의 센서만을 웨이크 상태로 천이시키고 나머지 두 개의 센서는 슬립 상태로 천이시켜 전력 소모를 최소화한다. 이에 따라 본 발명에 따른 센싱 시스템은 에너지 효율을 높인다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기 로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소모를 줄이기 위한 센싱 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 관리자 및 이동 관리자의 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 센서를 구비한 센싱 시스템이 특정 객체를 찾는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 센서를 구비한 센싱 시스템이 특정 객체를 찾은 후 그 특정 객체의 근처로 이동하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 센서를 구비한 센싱 시스템이 특정 객체의 바로 위로 이동하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 센서를 구비한 센싱 시스템이 객체와 평행을 유지하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 도 6의 과정을 설명하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
140 내지 170 : 센서 130 : 센싱 관리자
110 : 이동 관리자

Claims (9)

  1. 적어도 두 개 이상의 센서로 이루어진 센싱 시스템에서 특정 객체를 탐지하고 이동하는데 있어서 전력 소모를 줄이기 위한 센싱 방법으로서,
    (a) 상기 적어도 두 개 이상의 센서를 웨이크 상태로 천이시키고 시작 포인트(x, y, z) 및 타겟 객체의 패턴을 설정하는 단계;
    (b) 상기 적어도 두 개 이상의 센서 중 상기 타겟 객체를 탐지한 센서는 웨이크 상태를 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이시키는 단계;
    (c) 상기 타겟 객체를 탐지하여 웨이크 상태를 유지하는 센서와 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되도록 x-y 평면을 이동하는 단계;
    (d) 상기 적어도 두 개 이상의 센서를 웨이크 상태로 천이시키고, 상기 웨이크 상태로 천이된 적어도 두 개 이상의 센서 각각과 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되도록 x-y 평면을 이동하는 단계; 및
    (e) 상기 적어도 두 개 이상의 센서 중 하나를 웨이크 상태로 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이시키고, 상기 적어도 두 개 이상의 센서 중 웨이크 상태를 유지하는 하나의 센서를 이용하여 z축 방향으로 이동하여 상기 타겟 객체에 힘을 가하는 단계;를 포함하는 저전력 소모 센싱 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 타겟 객체를 감지하여 웨이크 상태를 유지하는 센서와 상기 타겟 객체 간에 상호 작용하여 발생하는 주파수 값이 최대가 될 때까지 x-y 평면을 이동하는 것을 특징으로 하는 저전력 소모 센싱 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    센서 전체가 상기 타겟 객체를 탐지하고 각 센서와 상기 타겟 객체 간에 상호 작용하여 발생하는 각 주파수 값이 최대가 될 때까지 x-y 평면을 이동하는 것을 특징으로 하는 저전력 소모 센싱 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이전에,
    전체 센서 중 상기 타겟 객체와 상호 작용하여 가장 큰 주파수 값을 발생시키는 센서와 가장 작은 주파수 값을 발생시키는 센서를 선택하는 단계;
    선택한 센서들을 제외한 나머지 센서들을 슬립 상태로 천이시키는 단계; 및
    상기 선택한 센서들을 이용하여, 상기 타겟 객체와 평행하지 않은 상기 센싱 시스템을 상기 타켓 객체와 평행하도록 위치시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 소모 센싱 방법.
  5. 전력 소모를 줄이기 위한 저전력 소모 센싱 시스템으로서,
    타겟 객체를 탐지하는 적어도 두 개 이상의 센서;
    상기 센서들을 이동 모드 및 자기 잠금 모드로 제어하는 센서 관리자; 및
    상기 센서 관리자에 의해 제어되는 상기 각 모드에서 시스템의 이동을 제어하는 이동 관리자;를 포함하고,
    상기 이동 모드는, 상기 타겟 객체를 탐지한 센서만이 웨이크 상태를 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이되어 상기 웨이크 상태의 센서와 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되는 과정이고,
    상기 자기 잠금 모드는, 모든 센서들이 웨이크 상태를 유지하며 각 센서들과 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되는 과정인 것을 특징으로 하는 저전력 소모 센싱 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서 관리자는, 자기 잠금 모드 이후 레벨 셋팅 모드를 제어하되,
    상기 레벨 셋팅 모드는,
    상기 타겟 객체와의 거리가 가장 먼 센서와 가장 가까운 센서만이 웨이크 상태를 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이되어, 상기 타겟 객체와 평행하지 않은 상기 센싱 시스템과 상기 타겟 객체가 평행이 되는 과정인 것을 특징으로 하는 저전력 소모 센싱 시스템.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 웨이크 상태를 유지하는 센서와 상기 타겟 객체 간의 최소 거리는,
    상기 웨이크 상태를 유지하는 센서와 상기 타겟 객체 간의 상호 작용으로 발생하는 주파수 값이 최대가 되는 때의 거리인 것을 특징으로 하는 저전력 소모 센싱 시스템.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 센서 관리자는, 힘 인가 모드를 제어하되,
    상기 힘 인가 모드는,
    하나의 센서만이 웨이크 상태로 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이되어 시스템이 상기 타겟 객체에 힘을 가하는 과정인 것을 특징으로 하는 저전력 소모 센싱 시스템.
  9. 적어도 두 개 이상의 센서로 이루어진 센싱 시스템에서,
    상기 적어도 두 개 이상의 센서를 웨이크 상태로 천이시키고 시작 포인트(x, y, z) 및 타겟 객체의 패턴을 설정하는 제 1 기능;
    상기 적어도 두 개 이상의 센서 중 상기 타겟 객체를 탐지한 센서는 웨이크 상태를 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이시키는 제 2 기능;
    상기 타겟 객체를 탐지하여 웨이크 상태를 유지하는 센서와 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되도록 x-y 평면을 이동하는 제 3 기능;
    상기 적어도 두 개 이상의 센서를 웨이크 상태로 천이시키고, 상기 웨이크 상태로 천이된 적어도 두 개이상의 센서 각각과 상기 타겟 객체 간의 거리가 최소가 되도록 x-y 평면을 이동하는 제 4 기능; 및
    상기 적어도 두 개 이상의 센서 중 하나를 웨이크 상태로 유지하고 나머지 센서들은 슬립 상태로 천이시키고, 상기 적어도 두 개 이상의 센서 중 웨이크 상태인 하나의 센서를 이용하여 z축 방향으로 이동하여 상기 타겟 객체에 힘을 가하는 제 5 기능;을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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