KR101835393B1

KR101835393B1 - 구형 이동 장치 및 그 제스처 인식 방법

Info

Publication number: KR101835393B1
Application number: KR1020160097103A
Authority: KR
Inventors: 김인수; 박희만; 노상균; 김용주; 이지용; 이대건; 김경화
Original assignee: (주)바른앱
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-03-09
Also published as: WO2018021601A1; US20190152066A1; JP6690783B2; KR20180013410A; JP2019528545A

Abstract

본 발명은 구형 이동 장치 및 그 제스처 인식 방법에 관한 것이다. 개시된 구형 이동 장치는, 구동체가 구체와 접촉되었던 접촉 영역이 운동에 따라서 접촉되지 않거나 또는 구동체와 구체가 접촉되지 않았던 비접촉 영역이 운동에 따라 접촉될 수 있도록, 구동체와 구체가 서로 약결합되어 있다. 그러므로, 운동 시 구체와 구동체가 끊임없이 접촉하도록 압축하는 종속형의 구형 이동 장치와 비교할 때에 운동 특성의 다양한 변화가 발생되며, 이로써 가속도 값 및 그 변화 성분을 포함하는 운동 상태 정보가 상대적으로 더 풍부하게 측정된다. 또, 운동 중에 구체와 구동체는 약결합된 상태를 유지하기 때문에 이때 측정된 가속도 값 및 그 변화 성분을 포함하는 운동 상태 정보는 신뢰성을 가지는 정보라고 할 수 있다. 따라서, 신뢰성을 가지는 풍부한 운동 상태 정보를 기반으로 하여 구형 이동 장치의 제스처를 인식할 수 있기 때문에, 다양한 제스처를 높은 정확도로 인식할 수 있다.

Description

구형 이동 장치 및 그 제스처 인식 방법{SPHERICAL MOBILE APPARATUS AND GESTURE RECOGNITION METHOD THEREOF}

본 발명은 구형 이동 장치 및 그 제스처 인식 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 정지 또는 이동 중에 외력에 의해 가해지는 제스처(gesture)를 인식하는 구형 이동 장치와 그 제스처를 인식하는 방법에 관한 것이다.

구형 로봇이라고 불리기도 하는 구형 이동 장치는 외부의 거친 환경으로부터 밀봉 보호될 수 있게 설계할 수도 있고, 장애물에 부딪혀도 튀어 나올 수 있으며, 홀로노믹(holonomic)하게 작동할 수 있는 등 흥미롭고 독특한 특징들을 갖고 있다. 로봇 공학에서 홀로노믹 시스템이란 로봇이 움직이고자 하는 방향이 현재 로봇이 향하고 있는 방향에 영향을 받지 않는 로봇, 즉 어느 방향으로든지 즉시 움직일 수 있는 로봇을 말한다.

이러한 구형 로봇의 구동체는 구체의 내부 공간에 배치되어 있으며, 구체를 회전시키기 위해서 구동체는 구동력을 전달해야 한다. 구형 로봇의 내부 구동체는 삼차원적으로 구체와 독립적으로 움직일 수 있어야 하는 반면, 구체는 내부의 구동체와 어떤 방식으로든 연결되어 있어야 하다.

구형 로봇의 구동 원리는 크게 무게중심 이동(BCO, Barycenter Offset), 외피 변형(ST, Shell Transformation), 각운동량 보존(COAM, Conservation of Angular Momentum)의 세 가지 유형으로 구분된다.

이 중에서 구형 로봇에 가장 많이 채용되고 있는 무게중심 이동이란 구형 로봇에서 필요한 운동을 생산하기 위해 로봇의 무게 중심을 이동하는 동작을 가리킨다. 구체가 평형 상태에 놓여 있다고 할 때, 구체 내부의 구동체가 움직이면 구체의 질량 분포가 변화되고, 구체는 새로 평형위치를 찾아 굴러가게 된다. 이때, 적절한 제어 방법을 사용해 로봇을 이동시킬 수 있게 된다.

종래 기술에 따른 구형 이동 장치로서, 구체의 내부 공간에 원격 조종 자동차를 구동체로서 배치한 예가 있다. 이는 원격 조종 자동차의 바퀴를 제외하면 구체와 별도로 연결되지 않기 때문에 독립형(decoupling)이라고 지칭할 수 있다. 구동체가 움직일 때에 구체가 앞으로 나아가며, 구체의 움직임 방향을 바꾸려면 내부의 구동체가 방향을 바꾸어야 한다. 그런데, 이동 시에 진동이나 충돌로 인해 구동체가 공중에 떠있을 때에는 구동체와 구체가 비접촉 상태에 놓이기 때문에 구동체의 바퀴와 구체 사이의 정지마찰력이 사라져서 구형 이동 장치가 운동량을 잃게 되는 단점이 있었다.

이러한 비접촉에 따른 단점을 극복하기 위해 구체와 구동체 사이의 결합력을 향상시킨 구형 이동 장치가 제안되었다. 이는 스프링 부하 방식을 적용하여 구동체의 볼베어링 및 바퀴가 구체와 끊임없이 접촉하도록 압축하기에 종속형(coupling)이라고 지칭할 수 있다. 그런데, 고속에서는 방향 제어가 어렵고, 경사길 이동에 어려움이 따르는 단점이 있었다.

더욱이, 종래 기술에 따른 구형 이동 장치들은 정지 또는 이동 중에 외력에 의해 가해지는 제스처를 인식하는데 있어서 문제점이 있었다. 제스처를 인식하기 위해서는 구동체의 운동 상태를 나타내는 가속도 등의 운동 상태 정보를 측정한 후에 이들을 기초로 하여 각종 제스처를 인식하여야 한다.

그런데, 독립형의 구형 이동 장치는 이동 시에 외부 환경 등으로 인하여 구동체와 구체가 비접촉 상태에 놓이는 경우가 빈번하기 때문에, 측정된 운동 상태 정보를 신뢰하기 어려워서 각종 제스처에 대응하게 군집화를 할 수 없었다.

아울러, 종속형의 구형 이동 장치는 이동 시에 구체와 구동체의 결합 상태가 계속 유지되기 때문에, 측정된 운동 상태 정보를 신뢰할 수는 있다. 하지만, 각종 제스처들 중에서 일부의 제스처들은 운동 특성이 유사하여 측정되는 운동 상태 정보 또한 유사하기 때문에, 이러한 운동 상태 정보를 다양한 제스처에 대응하게 군집화하는 데에는 한계가 있는 문제점이 있었다.

한국 등록특허공보 제10-1507565호, 등록일자 2015년 3월 25일.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 구동체가 구체와 접촉되었던 접촉 영역이 운동에 따라서 접촉되지 않거나 또는 구동체와 구체가 접촉되지 않았던 비접촉 영역이 운동에 따라 접촉될 수 있도록, 구동체와 구체가 서로 약결합(loosely coupling)되어, 신뢰성을 가지는 운동 상태 정보를 풍부하게 측정할 수 있도록 함으로써, 정지 또는 이동 중에 외력에 의해 가해지는 제스처를 정확히 인식할 수 있는 구형 이동 장치와 그 제스처 인식 방법을 제공한다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 관점으로서 구형 이동 장치는, 내부 공간을 가지는 구체와, 상기 내부 공간에 배치되어, 상기 구체를 회전 운동시키는 구동력을 제공하는 구동체를 포함하며, 상기 구동체는, 상기 구체의 내주면과 접촉되는 접촉 영역 및 상기 내주면과 기 설정된 범위 이내의 이격 거리를 두고 접촉되지 않은 비접촉 영역을 포함하되, 상기 비접촉 영역은 회전 운동 시 상기 내주면과 접촉 가능하며, 상기 구동체에 장착되어 상기 구동체의 가속도 값을 측정하는 센서부와, 상기 이격 거리에 의한 성분이 포함된 상기 가속도 값을 기초로 하여 상기 구체의 움직임에 대응하는 제스처를 인식하는 제어부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 센서부에 의해 측정되는 상기 가속도 값과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처를 인식하며, 상기 기준값에는 상기 구체의 움직임에 의한 상기 이격 거리의 변화에 따른 상기 가속도 값의 변화 성분이 포함될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 센서부에 의해 측정된 상기 가속도 값의 변화량으로부터 상기 구동력에 의한 상기 가속도 값의 변화에 따른 제1 변화 성분을 제거하여 상기 구체에 가해지는 외력에 의한 상기 가속도 값의 변화에 따른 제 2 변화 성분을 추출하며, 추출된 상기 제2 변화 성분과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처로 인식할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 구동체에 대한 이동 제어 중에는 상기 구체의 움직임을 상기 구동력이 관여된 상기 구체의 이동 중 제스처로 판별하며, 상기 구동체에 대한 정지 제어 중에는 상기 구체의 움직임을 상기 구동력이 관여되지 않은 상기 구체의 정지 중 제스처로 판별할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제2 변화 성분과 상기 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과에 따라 범프(bump)와 킥(kick) 중에서 어느 하나의 제스처라고 인식된 경우, 상기 정지 제어 중에는 킥이라고 판별할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제2 변화 성분과 상기 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과에 따라 범프와 킥 중에서 어느 하나의 제스처라고 인식된 경우, 상기 이동 제어 중에는 상기 제2 변화 성분에 특정 패턴이 포함되어 있으면 킥이라 판별하되 상기 특정 패턴이 포함되어 있지 않으면 범프라고 판별할 수 있다.

본 발명의 다른 관점으로서 구형 이동 장치의 제스처 인식 방법은, 내부 공간을 가지는 구체와, 상기 내부 공간에 배치되어, 상기 구체를 회전 운동시키는 구동력을 제공하는 구동체를 포함하는 구형 이동 장치의 제스처 인식 방법으로서, 상기 구동체는, 상기 구체의 내주면과 접촉되는 접촉 영역 및 상기 내주면과 기 설정된 범위 이내의 이격 거리를 두고 접촉되지 않은 비접촉 영역을 포함하되, 상기 비접촉 영역은 회전 운동 시 상기 내주면과 접촉 가능하며, 상기 제스처 인식 방법은, 상기 구동체에 장착된 센서를 이용해, 상기 구동체의 가속도 값을 측정하는 단계와, 상기 이격 거리에 의한 성분이 포함된 상기 가속도 값을 기초로 하여 상기 구체의 움직임에 대응하는 제스처를 인식하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제스처를 인식하는 단계는, 측정되는 상기 가속도 값과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처를 인식하며, 상기 기준값에는 상기 구체의 움직임에 의한 상기 이격 거리의 변화에 따른 상기 가속도 값의 변화 성분이 포함될 수 있다.

상기 제스처를 인식하는 단계는, 측정되는 상기 가속도 값의 변화량으로부터 상기 구동력에 의한 상기 가속도 값의 변화에 따른 제1 변화 성분을 제거하여 상기 구체에 가해지는 외력에 의한 상기 가속도 값의 변화에 따른 제2 변화 성분을 추출하며, 추출된 상기 제2 변화 성분과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처로 인식할 수 있다.

상기 제스처를 인식하는 단계는, 상기 구동체에 대한 이동 제어 중에는 상기 구체의 움직임을 상기 구동력이 관여된 상기 구체의 이동 중 제스처로 판별하며, 상기 구동체에 대한 정지 제어 중에는 상기 구체의 움직임을 상기 구동력이 관여되지 않은 상기 구체의 정지 중 제스처로 판별할 수 있다.

상기 제스처를 인식하는 단계는, 상기 제2 변화 성분과 상기 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과에 따라 범프와 킥 중에서 어느 하나의 제스처라고 인식된 경우, 상기 정지 제어 중에는 킥이라고 판별할 수 있다.

상기 제스처를 인식하는 단계는, 상기 제2 변화 성분과 상기 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과에 따라 범프와 킥 중에서 어느 하나의 제스처라고 인식된 경우, 상기 이동 제어 중에는 상기 제2 변화 성분에 특정 패턴이 포함되어 있으면 킥이라 판별하되 상기 특정 패턴이 포함되어 있지 않으면 범프라고 판별할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 구동체가 구체와 접촉되었던 접촉 영역이 운동에 따라서 접촉되지 않거나 또는 구동체와 구체가 접촉되지 않았던 비접촉 영역이 운동에 따라 접촉될 수 있도록, 구동체와 구체가 서로 약결합(loosely coupling)되어 있다. 그러므로 운동 시 구체와 구동체가 끊임없이 접촉하도록 압축하는 종속형의 구형 이동 장치와 비교할 때에 운동 특성의 다양한 변화가 발생되며, 이로써 가속도 값 및 그 변화 성분을 포함하는 운동 상태 정보가 상대적으로 더 풍부하게 측정된다. 또, 운동 중에 구체와 구동체는 약결합된 상태를 유지하기 때문에 이때 측정된 가속도 값 및 그 변화 성분을 포함하는 운동 상태 정보는 신뢰성을 가지는 정보라고 할 수 있다.

따라서, 신뢰성을 가지는 풍부한 운동 상태 정보를 기반으로 하여 구형 이동 장치의 제스처를 인식할 수 있기 때문에, 다양한 제스처를 높은 정확도로 인식할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 이동 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 이동 장치에 포함되는 제어 모듈의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 이동 장치의 제스처 인식 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 이동 장치(10)의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 이동 장치(10)에 포함되는 제어 모듈의 블록 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 구형 이동 장치(10)는 구체(100) 및 구동체(200)를 포함한다.

구체(100)는 내부 공간이 비어 있어, 그 내부 공간에 구동체(200)가 위치할 수 있다. 구체(100)는 구동체(200)의 구동력을 전달받아 회전 운동을 한다. 여기서, 구체(100)는 완벽한 구형일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 타원형 및 계란형일 수 있으며, 또는 구체(100)의 표면에 홈을 만들거나 구체(100)의 일부가 절단된 형태를 사용하여 불규칙한 회전 운동을 하게 할 수 있다. 이러한 다양한 형태의 구현 예를 본 발명에서는 구형 및 구체(100)라고 정의한다.

구동체(200)는 구체(100)가 회전 운동하기 위한 구동력을 정지마찰력을 통해 제공한다. 이를 위해 구동체(200)는 제1 바퀴(210), 제2 바퀴(220), 제1 동력제공부(230), 제2 동력제공부(240)를 포함한다.

아울러, 구동체(200)는 구동체(200)의 프레임을 형성하는 프레임부(250)를 더 포함한다. 프레임부(250)는 플라스틱이나 금속 등으로 제작될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

그리고, 구동체(200)는 프레임부(250)로부터 연장 형성되어, 구체(100)의 회전 운동 시에 구체(100)와 접촉되거나 기 설정된 범위 이내의 이격 거리(r)를 두고 비접촉되는 복수의 성곽부(260)를 더 포함한다. 예컨대, 성곽부(260)와 구체(100) 안쪽면 사이 소정의 이격 거리(r)는 0.5mm 내지 2mm일 수 있다. 이는 구동체(200)는 구체(100)의 내주면과 접촉되는 접촉 영역 및 구체(100)의 내주면과 기 설정된 범위 이내의 이격 거리(r)를 두고 접촉되지 않은 비접촉 영역을 포함하되, 비접촉 영역은 구체(100)의 회전 운동에 따라서 구체(100)의 내주면과 접촉 가능하며, 접촉 영역은 구체(100)의 회전 운동에 따라서 구체(100)의 내부면과 비접촉 가능한 약결합(loosely coupling)한 상태라 할 수 있다.

이 경우에, 구동체(200)가 구체(100) 내부에서 이격 간극에 의해 지면과의 각도가 변하면서 구체(100)의 다양한 움직임을 가능하게 할 수 있다.

성곽부(260)는 구체(100)쪽으로 연장 형성된 면에 압축 가능한 재질의 완충부(265)를 더 구비할 수 있다. 성곽부(260)가 구체(100)의 안쪽면과 마주보는 면을 압축 가능한 재질의 완충부(265)를 구비하면 완충부(265)와 구체(100)의 안쪽면이 접촉하는 경우, 마찰이 줄어들어 구체(100)의 회전 운동을 부드럽게 할 수 있게 한다. 이때 완충부(265)는 부직포를 포함하며, 이에 한정되지 않고 구동체(200)의 무게만으로 압축 가능한 다양한 재질을 사용할 수 있다.

또, 구동체(200)는 제1 동력제공부(230) 및 제2 동력제공부(240)를 제어하기 위한 제어 모듈(270)을 더 포함하며, 제어 모듈(270)은 센서부(271) 및 제어부(272)를 포함한다.

센서부(271)는 구동체(200)의 가속도 값을 측정한다. 이러한 센서부(271)는 구동체(200)의 3축에 대한 가속도 값을 측정할 수 있는 3축 가속도 센서를 포함할 수 있다. 이를 위해, 센서부(271)는 구동체(200)에 장착될 수 있다.

제어부(272)는 센서부(271)에 의해 측정된 가속도 값을 기초로 하여 구체(100)의 움직임에 대응하는 제스처를 인식한다. 그리고, 인식된 제스처에 따라 사전에 맵핑된 소정의 액션을 구체(100)가 수행하도록 제1 동력제공부(230) 및 제2 동력제공부(240)를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(272)는 CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 프로세서로 구현할 수 있다.

이러한 제어부(272)는 센서부(271)에 의해 측정되는 가속도 값과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처를 인식한다. 여기서, 센서부(271)에 의해 측정되는 가속도 값에는 성곽부(260)와 구체(100) 사이의 이격 거리(r)에 의한 성분이 포함된다. 그리고, 복수의 제스처별 기준값에도 구체(100)의 움직임에 의한 성곽부(260)와 구체(100) 사이의 이격 거리(r)의 변화에 따른 가속도 값의 변화 성분이 포함된다.

제어부(272)는 구동체(200)의 구동력에 따라 구체(100)에서 발생한 가속도 값의 변화에 따른 제1 변화 성분을 파악한 결과를 기초로 하여 구체(100)의 제스처를 인식한다. 이를 위해, 센서부(271)에 의해 측정된 가속도 값의 변화량으로부터 제1 변화 성분을 제거하여 구체(100)에 가해지는 외력에 의한 가속도 값의 변화에 따른 제 2 변화 성분을 추출하며, 추출된 제 2 변화 성분과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처로 인식할 수 있다. 여기서, 제어부(272)는 제1 동력제공부(230) 및/또는 제2 동력제공부(240)를 통해 구동체(200)가 이동하도록 제어하는 중에는 구체(100)의 움직임을 구동력이 관여된 구체(100)의 이동 중 제스처로 판별하며, 구동체(200)가 정지하도록 제어하는 중에는 상기 구체의 움직임을 구동력이 관여되지 않은 구체(100)의 정지 중 제스처로 판별할 수 있다.

이러한 제어부(272)는 제스처 판별 결과를 기초로 하여 제1 동력제공부(230) 및 제2 동력제공부(240)의 회전속도 및 회전방향을 제어할 수 있다.

제1 동력제공부(230) 및 제2 동력제공부(240)는 각각 제1 바퀴(210) 및 제2 바퀴(220)와 연결되며, 제1 바퀴(210) 및 제2 바퀴(220)에 구동력을 제공한다. 예컨대, 제1 동력제공부(230) 및 제2 동력제공부(240)는 모터일 수 있다. 여기서, 제1 동력제공부(230) 및 제2 동력제공부(240)는 각각 순방향 또는 역방향으로 회전할 수 있으며, 회전속도가 각기 달리 제어될 수 있다.

구동체(200)의 제1 바퀴(210) 및 제2 바퀴(220)는 구체(100)의 안쪽면에 접촉한 경우, 구체(100)를 회전시키는 구동력을 구체(100)에게 전달한다.

구동체(200)가 정지 상태에 있는 경우에는 중력에 의해 제1 바퀴(210) 및 제2 바퀴(220)가 모두 구체(100)의 안쪽면에 접촉한다. 또한 구동체(200)가 회전 운동 중에는 제1 바퀴(210) 또는 제2 바퀴(220) 중 일부가 구체(100)의 안쪽면과 이격될 수 있다. 즉, 회전 운동 시에 구체(100)와 구동체(200)에는 상호간이 접촉되는 영역과, 기 설정된 범위로 상호간이 이격되는 영역이 공존한다.

이로 인하여, 제1 바퀴(210) 및 제2 바퀴(220)의 구체(100)의 안쪽면에 접촉 여부 및 제1 바퀴(210) 및 제2 바퀴(220)가 지면에 대해 위치하는 각도에 따라 구형 이동 장치(10)는 다양한 회전 운동을 할 수 있다. 예를 들면, 구동체(200) 내부의 바퀴가 동일한 속도로 동일한 방향으로 회전하게 될 경우, 구체(100)가 구름 운동으로 인해 전진하게 되는데, 구동체(200)는 구체(100)에 완전하게 밀착된 구조가 아니므로 구체(100) 내부에서 흔들리게 되며, 이로써 구체(100)가 뒤뚱거리며 전진하는 움직임을 나타낼 수 있다.

성곽부(260)는 구동체(200)의 중심을 잡는 역할을 하나, 성곽부(260)와 구체(100)의 안쪽면 사이 소정의 간격 때문에, 구체(100)의 회전 운동 시에 복수의 성곽부(260), 제1 바퀴(210) 및 제2 바퀴(220) 중 일부는 구체(100)의 안쪽면과 이격될 수 있다.

이로 인하여, 구동체(200)는 정지 상태에서 구체(100) 내부에서 지면과 수직하게 위치할 수 있지만, 구체(100)의 회전 운동에 따라 구체(100) 내부에서 구동체(200)는 지면과의 각도가 정지 상태인 경우와 달리하며 움직일 수 있다.

이때, 성곽부(260)와 구체(100) 안쪽면 사이 소정의 간격이 0.5mm이상 2mm이하인 경우, 구동체(200)가 구체(100) 내부에서 지면과의 각도가 변하여 구체(100)의 다양한 움직임을 가능하게 할 수 있다.

해당 간격이 0.5mm 보다 작은 경우에는 성곽부(260)와 구체(100) 안쪽면 사이의 간격이 좁아, 구동체(200)가 구체(100)의 안쪽면과 밀착되어 구체(100)의 회전 운동은 직진 또는 후진 운동만 가능하게 된다.

또한 해당 간격이 2mm보다 큰 경우에는 구동체(200) 성곽부(260)와 구체(100) 안쪽면 사이의 간격이 넓어, 구동체(200)가 구체(100) 내부에서 움직이는 범위가 불규칙하여 구체(100)의 회전 운동을 일정하게 제어할 수 없게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 이동 장치(10)의 제스처 인식 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 구동체(200)의 센서부(271)는 구동체(200)의 가속도 값을 측정하며, 측정된 가속도 값을 제어부(272)에게 제공한다(S310). 예컨대, 3축 가속도 센서를 이용하여 구동체(200)의 X축과 Y축 및 Z축의 가속도 값을 측정할 수 있다.

여기서, 구체(100)와 구동체(200) 사이에 접촉 영역과 비접촉 영역이 공존하고 접촉 영역과 비접촉 영역이 바뀌어 질 수 있도록, 구체(100)와 구동체(200)가 약결합된 상태이기 때문에, 운동 시 구체(100)와 구동체(200)가 끊임없이 접촉하도록 압축하는 종속형(coupling)과 비교할 때에 운동 특성의 다양한 변화가 발생되며, 이로써 가속도 값 및 그 변화 성분을 포함하는 운동 상태 정보가 상대적으로 더 풍부하게 측정된다. 이는 성곽부(260)와 구체(100) 사이의 이격 거리(r)에 기인한 성분이 운동 상태 정보에 포함되기 때문이다.

또, 운동 중에 구체(100)와 구동체(200)는 약결합된 상태를 유지하기 때문에 이때 측정된 가속도 값 및 그 변화 성분을 포함하는 운동 상태 정보는 신뢰성을 가지는 정보라고 할 수 있다.

그러면, 제어부(272)는 센서부(271)로부터 제공받은 가속도 값을 가공하여 각종 변화량을 파악한다(S320). 예컨대, 구간별 최소/최대값, 구간별 평균값, 구간별 힘의 벡터값, 구간별 (평균)분산/분포, 전체 최소/최대값, 전체 평균값, 전체 힘의 벡터값, 전체 (평균)분산/분포, 변화량 발생 시간 주기, 수평 및 수직 방향에 따른 변화량, 자유낙하 상황에서의 변화량 등을 파악할 수 있다.

그리고, 제어부(272)는 구동체(200)의 구동력에 의한 가속도 값의 변화에 따른 제1 변화 성분을 파악한다(S330). 이는 구체(100)에 가해진 외력에 의한 운동 성분이 아니라 구동체(200)로부터 제공되는 구동력에 의한 운동 성분에 대응하는 가속도 값 및 그 변화 성분을 파악하는 것이다.

제어부(272)는 제1 동력제공부(230)와 제2 동력제공부(240)의 회전속도 및 회전방향을 제어하여 구동체(200)의 운동을 제어하기 때문에, 구동체(200)에 의한 구체(100)의 운동 특성, 즉 어떠한 움직임을 하고 있는지를 유추 및 인지할 수 있다. 또, 외력이 구체(100)에 가해지지 않는 환경에서 구체(100)의 운동 종류별로 구동체(200)에 의해 측정되는 가속도 값 및 그 변화 성분은 사전에 수집되어 등록 및 저장된다. 그러면, 제어부(272)는 사전에 저장된 복수의 운동 종류 중에서 현재 구체(100)에 의해 수행되는 운동 종류에 대응하는 가속도 값 및 그 변화 성분을 읽어 들임으로써 구동체(200)로부터 제공되는 구동력에 의한 운동 성분에 대응하는 구체(100)의 가속도 값 및 그 변화 성분을 파악할 수 있다. 여기서, 사전에 등록 및 저장된 가속도 값 및 그 변화 성분에는 구체(100)의 움직임에 의한 성곽부(260)와 구체(100) 사이의 이격 거리(r)에 기인한 성분이 포함되어 있다.

다음으로, 제어부(272)는 센서부(271)에 의해 측정되는 가속도 값의 전체 변화량으로부터 단계 S320에서 파악된 제1 변화 성분을 제거하여 구체(100)에 가해지는 외력에 의한 가속도 값의 변화에 따른 제2 변화 성분을 추출한다. 즉, 구체(100)에 외력을 가할 수 있는 객체가 특정 제스처를 수행할 때에 해당 제스처에 의해 구체(100)에 가해지는 외력에 의한 가속도 값의 변화 성분만을 추출하는 것이다(S340).

그리고, 단계 S340에서 추출된 제2 변화 성분, 즉 구체(100)에 가해지는 외력에 의한 가속도 값의 변화량과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처로 인식할 수 있다. 여기서, 복수의 제스처별 기준값은 외력이 구체(100)에 가해지는 환경에서 외력에 의한 제스처별로 구동체(200)의 가속도 값 및 그 변화 성분을 사전에 수집하여 등록 및 저장한 것이다. 그런데, 구체(100)의 이동 중 제스처와 정지 중 제스처의 운동 성분이 유사한 패턴을 가진 경우에는 제스처별 기준값과의 비교만으로는 이동 중 제스처인지 아니면 정지 중 제스처인지를 분별하기 어려울 수 있다.

구체(100)에 가해지는 외력에 의한 제스처는 터치(touch), 잽(jab), 펀치(punch), 킥(kick), 드롭(drop), 리프트(lift), 저글(juggle), 쉐이크(shake), 캐치(catch), 범프(bump), 범프 린(bump-lean) 등이 있다. 범프는 구체(100)가 장애물에 부딪히는 운동 특성으로 정의할 수 있으며, 범프 린은 구체(100)가 장애물에 부딪힌 후 튕겨나가지 않고 장애물을 밀고 계속 앞으로 전진하려고 하는 운동 특성으로 정의할 수 있다. 범프 및 범프 린은 벽 등과 같이 상시 고정된 장애물에 의해 발생할 수도 있지만, 스스로 움직이는 객체가 특정 위치로 이동하여 장애물의 역할을 할 수 있기에, 외력에 의한 제스처로 볼 수 있다. 이러한 제스처 중에서 잽, 펀치, 킥, 범프 등은 운동 성분이 유사한 패턴을 가져서 사전에 등록 및 저장된 제스처별 기준값과의 비교만으로는 이동 중인지 아니면 정지 중인지를 분별하기 어렵다.

그러므로, 제어부(272)는 제1 동력제공부(230) 및/또는 제2 동력제공부(240)를 통해 구동체(200)가 이동하도록 제어하는 중에는 구동력이 관여된 구체(100)의 이동 중 제스처로 판별하며, 구동체(200)가 정지하도록 제어하는 중에는 구동력이 관여되지 않은 구체(100)의 정지 중 제스처로 판별한다(S350).

다음으로, 제어부(272)는 단계 S340에서 추출된 제2 변화 성분, 즉 구체(100)에 가해지는 외력에 의한 가속도 값의 변화량과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처로 인식한다. 여기서, 기 저장된 복수의 제스처별 기준값에는 구체(100)의 움직임에 의한 성곽부(260)와 구체(100) 사이의 이격 거리(r)의 변화에 기인한 성분이 포함되어 있다. 그리고, 단계 S350에서 이동 중으로 판별된 경우에는 복수의 이동 중 제스처 중에서 어느 하나의 제스처로 인식하며, 단계 S350에서 정지 중으로 판별된 경우에는 복수의 정지 중 제스처 중에서 어느 하나의 제스처로 인식된다.

예컨대, 범프(bump)와 킥(kick)의 경우에는 단계 S340에서 추출된 제2 변화 성분과 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과만을 기초로 하여서는 제스처를 정확히 판별하기가 어렵다. 여기서, 제2 변화 성분과 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과에 따라 제어부(272)가 범프(bump)와 킥(kick) 중에서 어느 하나의 제스처라고 인식한 경우를 살펴보기로 한다. 만약, 제1 동력제공부(230) 및/또는 제2 동력제공부(240)에 대한 정지 제어 중이라면 제어부(272)는 이때의 제스처를 킥이라고 판별한다. 하지만, 제1 동력제공부(230) 및/또는 제2 동력제공부(240)에 대한 이동 제어 중이라면 제어부(272)는 단계 S340에서 추출된 제2 변화 성분에 점프(jump) 패턴, 공중부양 패턴 등과 같은 특정 패턴이 포함되어 있으면 킥이라 판별하고, 제2 변화 성분에 특정 패턴이 포함되어 있지 않으면 범프라고 판별한다(S360).

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 구형 이동 장치(10)는 구동체(200)가 구체(100)와 접촉되었던 접촉 영역이 운동에 따라서 접촉되지 않거나 또는 구동체(200)와 구체(100)가 접촉되지 않았던 비접촉 영역이 운동에 따라 접촉될 수 있도록, 구동체(200)와 구체(100)가 서로 약결합되어 있다. 그러므로, 운동 시 구체(100)와 구동체(200)가 끊임없이 접촉하도록 압축하는 종속형의 구형 이동 장치와 비교할 때에 운동 특성의 다양한 변화가 발생되며, 이로써 가속도 값 및 그 변화 성분을 포함하는 운동 상태 정보가 상대적으로 더 풍부하게 측정된다. 또, 운동 중에 구체(100)와 구동체(200)는 약결합된 상태를 유지하기 때문에 이때 측정된 가속도 값 및 그 변화 성분을 포함하는 운동 상태 정보는 신뢰성을 가지는 정보라고 할 수 있다.

따라서, 신뢰성을 가지는 풍부한 운동 상태 정보를 기반으로 하여 구형 이동 장치의 제스처를 인식할 수 있기 때문에, 다양한 제스처를 높은 정확도로 인식할 수 있다.

본 발명에 첨부된 각 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 구형 이동 장치 100 : 구체
200 : 구동체 210 : 제1 바퀴
220 : 제2 바퀴 230 : 제1 동력제공부
240 : 제2 동력제공부 250 : 프레임부
260 : 성곽부 270 : 제어 모듈
271 : 센서부 272 : 제어부

Claims

내부 공간을 가지는 구체와,
상기 내부 공간에 배치되어, 상기 구체를 회전 운동시키는 구동력을 제공하는 구동체를 포함하며,
상기 구동체는, 상기 구체의 내주면과 접촉되는 접촉 영역 및 상기 내주면과 기 설정된 범위 이내의 이격 거리를 두고 접촉되지 않은 비접촉 영역을 포함하되, 상기 비접촉 영역은 회전 운동 시 상기 내주면과 접촉 가능하며,
상기 구동체에 장착되어 상기 구동체의 가속도 값을 측정하는 센서부와, 상기 이격 거리에 의한 성분이 포함된 상기 가속도 값을 기초로 하여 상기 구체의 움직임에 대응하는 제스처를 인식하는 제어부를 포함하는
구형 이동 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 센서부에 의해 측정되는 상기 가속도 값과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처를 인식하며,
상기 기준값에는 상기 구체의 움직임에 의한 상기 이격 거리의 변화에 따른 상기 가속도 값의 변화 성분이 포함된
구형 이동 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 센서부에 의해 측정된 상기 가속도 값의 변화량으로부터 상기 구동력에 의한 상기 가속도 값의 변화에 따른 제1 변화 성분을 제거하여 상기 구체에 가해지는 외력에 의한 상기 가속도 값의 변화에 따른 제 2 변화 성분을 추출하며, 추출된 상기 제2 변화 성분과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처로 인식하는
구형 이동 장치.
제3 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 구동체에 대한 이동 제어 중에는 상기 구체의 움직임을 상기 구동력이 관여된 상기 구체의 이동 중 제스처로 판별하며, 상기 구동체에 대한 정지 제어 중에는 상기 구체의 움직임을 상기 구동력이 관여되지 않은 상기 구체의 정지 중 제스처로 판별하는
구형 이동 장치.
제4 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제2 변화 성분과 상기 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과에 따라 범프(bump)와 킥(kick) 중에서 어느 하나의 제스처라고 인식된 경우, 상기 정지 제어 중에는 킥이라고 판별하는
구형 이동 장치.
제4 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제2 변화 성분과 상기 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과에 따라 범프(bump)와 킥(kick) 중에서 어느 하나의 제스처라고 인식된 경우, 상기 이동 제어 중에는 상기 제2 변화 성분에 특정 패턴이 포함되어 있으면 킥이라 판별하되 상기 특정 패턴이 포함되어 있지 않으면 범프라고 판별하는
구형 이동 장치.
내부 공간을 가지는 구체와, 상기 내부 공간에 배치되어, 상기 구체를 회전 운동시키는 구동력을 제공하는 구동체를 포함하는 구형 이동 장치의 제스처 인식 방법으로서,
상기 구동체는, 상기 구체의 내주면과 접촉되는 접촉 영역 및 상기 내주면과 기 설정된 범위 이내의 이격 거리를 두고 접촉되지 않은 비접촉 영역을 포함하되, 상기 비접촉 영역은 회전 운동 시 상기 내주면과 접촉 가능하며,
상기 제스처 인식 방법은,
상기 구동체에 장착된 센서를 이용해, 상기 구동체의 가속도 값을 측정하는 단계와,
상기 이격 거리에 의한 성분이 포함된 상기 가속도 값을 기초로 하여 상기 구체의 움직임에 대응하는 제스처를 인식하는 단계를 포함하는
구형 이동 장치의 제스처 인식 방법.
제7 항에 있어서,
상기 제스처를 인식하는 단계는, 측정되는 상기 가속도 값과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처를 인식하며,
상기 기준값에는 상기 구체의 움직임에 의한 상기 이격 거리의 변화에 따른 상기 가속도 값의 변화 성분이 포함된
구형 이동 장치의 제스처 인식 방법.
제7 항에 있어서,
상기 제스처를 인식하는 단계는, 측정되는 상기 가속도 값의 변화량으로부터 상기 구동력에 의한 상기 가속도 값의 변화에 따른 제1 변화 성분을 제거하여 상기 구체에 가해지는 외력에 의한 상기 가속도 값의 변화에 따른 제2 변화 성분을 추출하며, 추출된 상기 제2 변화 성분과 기 저장된 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과를 기초로 하여 복수의 제스처 중에서 어느 하나의 제스처로 인식하는
구형 이동 장치의 제스처 인식 방법.
제9 항에 있어서,
상기 제스처를 인식하는 단계는, 상기 구동체에 대한 이동 제어 중에는 상기 구체의 움직임을 상기 구동력이 관여된 상기 구체의 이동 중 제스처로 판별하며, 상기 구동체에 대한 정지 제어 중에는 상기 구체의 움직임을 상기 구동력이 관여되지 않은 상기 구체의 정지 중 제스처로 판별하는
구형 이동 장치의 제스처 인식 방법.
제10 항에 있어서,
상기 제스처를 인식하는 단계는, 상기 제2 변화 성분과 상기 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과에 따라 범프(bump)와 킥(kick) 중에서 어느 하나의 제스처라고 인식된 경우, 상기 정지 제어 중에는 킥이라고 판별하는
구형 이동 장치의 제스처 인식 방법.
제10 항에 있어서,
상기 제스처를 인식하는 단계는, 상기 제2 변화 성분과 상기 복수의 제스처별 기준값과의 비교 결과에 따라 범프(bump)와 킥(kick) 중에서 어느 하나의 제스처라고 인식된 경우, 상기 이동 제어 중에는 상기 제2 변화 성분에 특정 패턴이 포함되어 있으면 킥이라 판별하되 상기 특정 패턴이 포함되어 있지 않으면 범프라고 판별하는
구형 이동 장치의 제스처 인식 방법.