KR101104433B1 - 자세측정 센서장치 및 이를 이용한 방법 - Google Patents

자세측정 센서장치 및 이를 이용한 방법 Download PDF

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Abstract

자세측정 센서장치 및 이를 이용한 방법이 개시된다. 본 발명의 자세측정 센서장치는 외부 환경의 자세를 측정하는 자세측정 센서장치에 있어서, 상기 외부 환경과 연결된 하우징부, 상기 하우징부에 장착되어 유체에 잠겨있어 그 표면의 이동에 따라 회전 가능한 부표를 구비한 회전입력부, 및 상기 부표의 변화각량을 연산하고, 이에 부표의 가속도 성분을 차감 보정하여 자세각을 출력하는 신호처리부를 포함한다. 이와 같이 구성되어, 외부환경의 자세 및 각속도 정보를 획득할 수 있으며, 밀봉된 유체 속에서 상하 및 수직방향이 고정된 상태로 회전각만을 측정하도록 되어 있어, 각 축으로 발생 가능한 가속도 성분의 영향을 배재할 수 있어 정확한 자세변화를 측정할 수 있고, 또한 이 값을 미분하여, 각속도 및 각 가속도를 산출할 수 있을 뿐만 아니라, 그 구성이 간단하고, 소형화가 가능하므로, 소형 경량화가 가능하며, 저가의 비용으로 구현이 가능하다.
자세측정, 부표, 가속도

Description

자세측정 센서장치 및 이를 이용한 방법{SENSOR DEVICE FOR POSTURE MEASUREMENT AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 자세측정 센서장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것으로서, 외부환경의 자세 및 각속도 정보를 획득할 수 있으며, 밀봉된 유체 속에서 상하 및 수직방향이 고정된 상태로 회전각만을 측정하도록 되어 있어, 각 축으로 발생 가능한 가속도 성분의 영향을 배재할 수 있어 정확한 자세변화를 측정할 수 있고, 또한 이 값을 미분하여, 각속도 및 각 가속도를 산출할 수 있을 뿐만 아니라, 그 구성이 간단하고, 소형화가 가능하므로, 소형 경량화가 가능하며, 저가의 비용으로 구현이 가능한 자세측정 센서장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것이다.
자세 측정센서는 항공기나 인공위성, 선박, 자동차, 로봇뿐만 아니라, 여러가지 산업 분야에서 많이 쓰이고 있는 센서이다. 즉, 중력 방향에 대하여 현재의 자세가 어떤 각도를 이루고 있는지를 알려주는 센서로서, 여러가지 방식의 센서가 사용되고 있다.
종래의 자세측정센서는 가속도계, 레이트 자이로 센서를 사용하여 가속도, 각속도를 측정하고, 이 데이터를 소프트웨어 알고리듬을 이용 계산 처리하여 자세 를 얻는 방식이다. 이러한 방식은 적분 방식이라, 장기간 사용 시, 오차의 누적으로 인하여 정확도가 크게 떨어진다. 또한 복잡한 소프트웨어 알고리듬의 연산이 필요하며, 기술적 어려움과 고가의 비용이 발생한다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부 환경의 자세 및 각속도 정보를 쉽게 획득할 수 있는 자세측정 센서장치 및 이를 이용한 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 각 축으로 발생 가능한 가속도 성분의 영향을 배재할 수 있어 정확한 자세변화를 측정할 수 있고, 또한 이 값을 미분하여, 각속도 및 각 가속도를 산출할 수 있는 자세측정 센서장치 및 이를 이용한 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 미분하여, 각속도 및 각 가속도를 산출할 수 있을 뿐만 아니라, 그 구성이 간단하고, 소형화가 가능하므로, 소형 경량화가 가능하며, 저가의 비용으로 구현이 가능한 자세측정 센서장치 및 이를 이용한 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 본 발명의 자세측정 센서장치는 외부 환경의 자세를 측정하는 자세측정 센서장치에 있어서, 상기 외부 환경과 연결된 하우징부, 상기 하우징부에 장착되어 유체에 잠겨있어 그 표면의 이동에 따라 회전 가능한 부표를 구비한 회전입력부, 및 상기 부표의 변화각량을 연산하고, 이에 부표의 가속도 성분을 차감 보정하여 자세각을 출력하는 신호처리부를 포함한다.
상기 회전입력부는 상기 부표가 연결되어 회전 가능하도록 하는 회전축이 포함되어 구성되며, 상기 신호처리부는 상기 부표의 각변위를 전기신호로 변환하는 각변위센서, 3축 가속도를 측정 제공하는 3축 가속도계, 상기 각변위센서의 출력과 상기 3축 가속도계의 출력을 이용 오차를 보정하는 연산처리장치를 포함하여 구성된다. 상기 회전입력부는 상기 하우징부에 이동 가능하게 설치되는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 자세측정 방법은 외부 환경의 자세를 측정하는 자세측정 방법에 있어서, 상기 외부 환경과 연결된 하우징부를 제공하는 단계, 상기 하우징부에 장착되어 유체에 잠겨있어 그 표면의 이동에 따라 회전 가능한 부표를 구비한 회전입력부를 제공하는 단계, 및 상기 부표의 변화각량을 연산하고, 이에 부표의 가속도 성분을 차감 보정하여 자세각을 출력하는 단계를 포함한다.
상기 회전입력부는 상기 부표가 연결되어 회전 가능하도록 하는 회전축이 포함하며, 상기 자세각을 출력하는 단계는 상기 부표의 각변위를 전기신호로 변환하는 단계, 3축 가속도를 측정 제공하는 단계, 상기 각변위의 출력과 상기 3축 가속도의 출력을 이용 오차를 보정하는 단계를 포함한다.
이와 같이 구성되어, 외부환경의 자세 및 각속도 정보를 획득할 수 있으며, 밀봉된 유체 속에서 상하 및 수직방향이 고정된 상태로 회전각만을 측정하도록 되어 있어, 각 축으로 발생 가능한 가속도 성분의 영향을 배재할 수 있어 정확한 자세변화를 측정할 수 있고, 또한 이 값을 미분하여, 각속도 및 각 가속도를 산출할 수 있을 뿐만 아니라, 그 구성이 간단하고, 소형화가 가능하므로, 소형 경량화가 가능하며, 저가의 비용으로 구현이 가능하다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면 외부 환경의 자세 및 각속도 정보를 쉽게 획득할 수 있다.
또한, 각 축으로 발생 가능한 가속도 성분의 영향을 배재할 수 있어 정확한 자세변화를 측정할 수 있고, 또한 이 값을 미분하여, 각속도 및 각 가속도를 산출할 수 있다.
또한, 미분하여, 각속도 및 각 가속도를 산출할 수 있을 뿐만 아니라, 그 구성이 간단하고, 소형화가 가능하므로, 소형 경량화가 가능하며, 저가의 비용으로 구현이 가능하다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 수직처분 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니며, 다양하게 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 자세측정센서의 모습을 도시한 정면도이다. 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자세측정 센서(10)는 하우징부(100), 회전입력부(200), 신호처리부(300)로 구성된다. 먼저, 구성요소에 대하여 하나씩 설명한 이후에, 그 작동이나 효과 등을 설명하기로 한다.
하우징부(100)는 회전입력부(200)와 신호처리부(300)가 장착될 수 있는 공간을 제공하고, 신호처리부(300)의 신호가 외부로 나갈 수 있도록 신호선 등이 나가 는 공간을 제공한다. 또한, 하우징부(100)는 자세 측정을 원하는 외부 환경과 고정 혹은 연결되어 있어서, 후술하는 부표(210)와의 각도를 통해 자세를 계산할 수 있게 된다.
또한, 하우징부(100)에는 회전입력부(200)가 아래 위로 이동할 수 있는 가이드(110)가 구비될 수 있으며, 상기 가이드(110)를 통해 회전입력부(200)가 이동하는 것이 가능할 수 있다.
회전입력부(200)는 부표(210)와, 부표(210)에 연결되어 부표(210)가 회전될 수 있도록 하는 회전축(220)으로 구성된다. 부표(210)는 유체에 뜰 수 있는 재질로 구성되며, 유체보다 밀도차가 크게 나서 충분한 부력을 받을 수 있는 재질로 구성된다. 구체적인 재질은 유체의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 유체보다 밀도가 작다면 다양한 재질로 구성될 수 있음은 물론이다.
부표(210)는 회전축(220)과 연결되어 이를 중심으로 회전하는 것이 가능하다. 회전축(220)은 신호처리부(300)와 연결되어, 부표(210)의 회전각도를 신호처리부(300)로 전달하는 역할을 한다.
도 2는 본 발명의 신호처리부를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 신호처리부(300)는 부표의 회전축이 각 변위 측정센서 종단에 연결되어 부표 회전시 부가되는 각변위를 전기신호로 변환하는 각변위센서(310)와, 3축 가속도를 측정 제공하는 3축 가속도계(320)와, 각변위센서(310)의 출력과 3축 가속도계(320)의 출력을 이용 오차를 보정하는 연산처리장치(330)로 구성된다.
작동을 설명하면, 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 자세측정 센서의 작동 모 습을 도시한 것이다.
부표(210)는 유체에 잠겨 있어서, 외부 환경과 연결된 하우징부(110)가 자세를 변환함에 따라 부표(210)는 유체의 표면을 따라 회전하게 된다. 즉, 중력방향과 수직한 방향으로 유체 표면을 따라 회전하게 된다.
하우징부(110)의 자세변화에 따라, 유체의 표면은 중력과 수직한 방향으로 이동하게 되고, 이에 따라 유체에 잠겨 있는 부표(210)가 회전하면서 발생되는 회전량(400)을 측정하여 센서의 자세를 출력 한다. 이 때, x, y, z 축의 가속도 성분을 고려하여, 이로 인한 부력방향의 변화각량을 산출하고, 이를 부표의 자세 변화각에서 차감 보정함으로 써 다양한 가속도 환경에서 정확한 자세각을 출력한다. 즉, 하우징부(110)에 발생하게 되는 가속도 성분을 차감 보정함으로서, 정확한 자세각을 출력할 수 있게 된다.
소프트웨어 알고리듬 등의 처리 없이 외부환경의 자세 및 각속도 정보를 획득할 수 있다. 또한 밀봉된 유체 속에서 상하 및 수직방향이 고정된 상태로 회전각만을 측정하도록 되어 있어, 각 축으로 발생 가능한 가속도 성분의 영향을 배재할 수 있어 정확한 자세변화를 측정할 수 있다. 또한 이 값을 미분하여, 각속도 및 각 가속도를 산출할 수 있다. 본 발명은 그 구성이 간단하고, 소형화가 가능하므로, 소형 경량화가 가능하며, 저가의 비용으로 구현이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자세측정센서의 모습을 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 신호처리부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 자세측정 센서의 작동 모습을 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 하우징부 110: 가이드
200: 회전입력부 210: 부표
220: 회전축 300: 신호처리부
310: 각변위센서 320: 3축 가속도계
330: 연산처리장치

Claims (8)

  1. 외부 환경의 자세를 측정하는 자세측정 센서장치에 있어서,
    상기 외부 환경과 연결된 하우징부;
    상기 하우징부에 장착되어 유체에 잠겨있도록 구비되고, 360도 회전 가능한 부표를 구비한 회전입력부; 및
    상기 부표의 변화각량을 연산하고, 이에 부표의 가속도 성분을 차감 보정하여 자세각을 출력하는 신호처리부;
    를 포함하고, 상기 신호처리부는
    상기 부표의 각변위를 전기신호로 변환하는 각변위센서;
    3축 가속도를 측정 제공하는 3축 가속도계; 및
    상기 각변위센서의 출력과 상기 3축 가속도계의 출력을 이용 오차를 보정하는 연산처리장치;
    를 포함하는 자세측정 센서장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전입력부는
    상기 부표가 연결되어 회전 가능하도록 하는 회전축이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 자세측정 센서장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전입력부는 상기 하우징부에 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 자세측정 센서장치.
  5. 외부 환경의 자세를 측정하는 자세측정 방법에 있어서,
    상기 외부 환경과 연결된 하우징부를 제공하는 단계;
    상기 하우징부에 장착되어 유체에 잠겨있도록 구비되어 360도 회전 가능한 부표를 구비한 회전입력부를 제공하는 단계; 및
    상기 부표의 변화각량을 연산하고, 이에 부표의 가속도 성분을 차감 보정하여 자세각을 출력하는 단계;
    를 포함하고, 상기 자세각을 출력하는 단계는
    상기 부표의 각변위를 전기신호로 변환하는 단계;
    3축 가속도를 측정 제공하는 단계;
    상기 각변위의 출력과 상기 3축 가속도의 출력을 이용 오차를 보정하는 단계;
    를 포함하는 자세측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전입력부는
    상기 부표가 연결되어 회전 가능하도록 하는 회전축이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 자세측정 방법.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 회전입력부는 상기 하우징부에 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 자세측정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20040038876A1 (en) * 1999-06-01 2004-02-26 Pepinsky R. Blake Polymer conjugates of hedgehog proteins and uses

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5713310A (en) * 1980-06-27 1982-01-23 Nec Home Electronics Ltd Device for detecting inclination of tank
US20040038876A1 (en) * 1999-06-01 2004-02-26 Pepinsky R. Blake Polymer conjugates of hedgehog proteins and uses

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