KR101996125B1

KR101996125B1 - 연구보조 사물인터넷 시스템

Info

Publication number: KR101996125B1
Application number: KR1020170010358A
Authority: KR
Inventors: 당현식; 김종서; 조동희; 황호연
Original assignee: 당현식; 김종서; 조동희; 황호연
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2019-07-03
Also published as: KR20180086657A

Abstract

본 발명은 제어 계측 대상이 되는 임의의 연구장비를 원격으로 제어하는 스마트폰 애플리케이션과 네트워킹 된 통합관리서버[DB]부와, 상기 스마트폰 애플리케이션과 네트워크 연결되어있고, 임의의 연구장비와 접촉하여 제어를 하는 각기 다른 기능을 가지고 있는 다수의 제어기기 모듈을 포함하고, 상기 다수의 제어기기 모듈은 각기 기능을 통하여 상기 임의의 연구장비의 제어를 통한 정보를 스마트폰 애플리케이션을 통해 상기 네트워킹 된 통합관리서버[DB]부로 제어 계측 정보를 보내어, 통합관리서버[DB]부의 알고리즘을 통한 상기 스마트폰 애플리케이션에서 제어 계측 정보를 통합 중계하는 것을 특징으로 하는 분석화가 가능한 다수의 모듈과 스마트폰 애플리케이션 시스템에 관한 것으로, 범용적인 모듈로 임의의 연구장비에 맞추어 연결블록을 통해 장착되어 제어를 가능케하고, 임의의 제어 대상을 목적으로 하므로 새로운 대상이 추가되어도 재설계 없이 사용하여, 연구비용 감소와 연구소의 인력 낭비를 단축시키는 장점을 지닌다.

Description

연구보조 사물인터넷 시스템{Research Assistant IOT System}

본 발명은 임의의 연구장비의 제어 계측 서비스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트폰 애플리케이션, 통합관리서버, 다수의 제어 계측 모듈로 이루어져 있으며, 스마트폰 애플리케이션과 통합관리서버는 네트워킹 되어 있어 다수의 제어 계측 모듈이 임의의 연구장비에서 측정하여 보내온 정보를 통합관리서버로 저장해 상기 애플리케이션에서 사용자의 요청에 따른 알고리즘을 적용하여 사용자가 원하는 연구 결과와 연구 과정에서 얻어진 다수의 수치를 정보화하여 알려주는 장치 및 서비스에 관한 것이다.

IoT(Internet of Things) 기술이란, 디지털 기술을 사물에 도입하여 사용자가 공간적, 시간적 상황을 극복시켜주는 가상세계화를 시간적 공간적 제약을 무력화시킨다. 이러한 IOT기술은 홈오토메이딩 등 자동화에 적극 적용된다,

인공지능(AI)은 인간의 사유를 대체해주어 자율 학습 (unsupervised learning)과 강화 학습 (Reinforcement Learning)에 입각해 마스터 알고리즘(The Master Algorithm)으로 data를 모아 스스로 패턴을 발견하고 인간이 생각하지 못한 해(solution)을 제공해준다. 인공지능시스템을 통해 쌓은 Data에서 패턴을 찾아 이론과 실제의 괴리를 조정해줄 수 있다.

Hall size 이하 물리학, 화학, 신소재, 반도체 공정 등의 연구장비를 이용하는 연구원은 비교적 오래된 장비와 다양한 장비를 보유한다. 따라서 자동화가 이루어지지 않았으며, 장비 이용 방법이 고전적이고 복잡하다. 단계별로 장비를 운용하고 압력이나 온도와 같은 특정 값을 유지하기 위해 장비가 구동되는 동안 장비를 관리해야 하며 실험 중 발생하는 변수와 약간의 오차는 그냥 무시해버린다. 이러한 과정에 연구자는 장비 운용에 실수를 하여 장비를 고장 낼 수 있고 시간관리에 실패할 수 있다. 자연적 물성에 관련된 실험으로 신뢰도 있는 실험 데이터를 얻기 위해 반복실험을 진행해야 하는데 이 반복실험은 지극히 노동 집약적이고, 기계 작동시간과 조작이 다양하기 때문에 연구자의 연구시간과 사유의 흐름을 끊어 연구에 적지않은 방해가 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 각각의 장치를 통해 원격으로 임의의 연구장비를 제어함으로써 연구자가 상기 연구장비에 상주하지 않더라도 각기 다수의 모듈을 통해 연구자의 반복적인 행위를 대신하여 연구 행위와 자료 수집을 하여 연구의 효율을 향상시키는 것에 그 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서의 본 발명은, 스마트폰 애플리케이션과 네트워킹 되어있는 통합관리서버와 연구자의 역할 수행 및 데이터를 수집하여 각기 기능을 수행하는 다수의 모듈로 이루어진 것을 특징으로 한다.

장비에 소형 장치인 동작모듈을 부착한 뒤 소형장치와 블루투스와 연결한다. 그 뒤 server와 연동하여 애플리케이션으로 장비에 소형장치가 부착되었다는 것을 설정해 소형장치의 작동 방식, 알고리즘, 누르는 시간 등을 설정한다. 설정한 데이터 값을 서버에 저장한다. 애플리케이션으로 작동 parameter를 설정하여 장비를 실행시키며 여러 개의 소형 장치가 부착되어 있는 경우 장치의 순서를 설정하고 순차적 작동을 시켜 장비를 구동시킨다. 이때 스마트폰 애플리케이션에 장비 작동을 그래픽으로 실시간 보고하고 장비를 중지해야 할 상황에선 애플리케이션으로 정지 명령을 내리고 정지하는 당시의 상황에 맞게 기존에 설정한 정지 알고리즘으로 장비를 순차적으로 정지시킨다.

애플리케이션은 연구자와 직접적으로 명령을 내리는 곳으로 핵심적인 기능으로 기기 작동알고리즘 입력과, 시작 명령, 종료명령, 작동영상, 장비출력 값, 데이터를 확인할 수 있다. 부수적인 기능으로 위험 알람과 같은 기능으로 인간이 장비를 사용할 때 오감으로 장비의 이상 유무를 판단할 수 있는데, 이는 소형 장치의 소음, 냄새, 온도 센서에서 이상 징후가 감지되면 애플리케이션으로 경고 알람이 전달되고 사용자가 이를 판단하는 구조로 작용한다.

버튼을 누르는 것과 영상처리를 위한 이미지 센서, 냄새 센서 등은 모듈로 나누어 두고 아이들 장난감 레고처럼 탈착하며 장비의 모형에 맞게 기기를 설치하고 동작시킨다..

장비사용이 끝나면 애플리케이션에 알람이 뜨고 측정을 하여 데이터 값을 입력할 수 있다. 데이터 값을 입력하면 장비 사용의 parameter와 온도, 소음, 빛의 양 등의 환경 값과 비교하여 결과를 저장하고 그 데이터 값을 실행시킬 경우 임의의 값이 나왔을 때 동일한 조건의 재현성 실험이 가능하다.

또한, 이론적 수식과 비교하여 머신러닝으로 학습하여 특성별로 분류하여 물성에 대한 tuning으로 최적 값을 계산하거나 이론 식의 새로운 변수를 유추해 낸다. 이 인공지능시스템은 통합관리서버에 충분한 data가 쌓였을 때 값에 대한 원인 parameter가 무엇인지 가장 최적 값의 parameter가 무엇인지 이론 식에 추가해야 할 parameter 등을 제시하며, 데이터 값의 시각화를 돕는다.

이러한 해결 수단으로 반복적, 기계적 실험과 공정을 자동화하며, 실험과정의 실수, 기계 내부의 오류와 위험을 방지하고, 실험과정에서 생기는 모든 변수를 수집한다. 또한, 쌓은 데이터에서 패턴을 찾아 이론과 실제의 괴리를 조정하며 연구자들이 온전히 연구에만 집중할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 제어 계측 서비스에 의하면, 다양한 모양을 갖고 있는 임의의 연구장비에 장착되어 연구자의 입력 조건에 따라 기존의 연구 행위를 더 정확하게 할 수 있으며, 각 제어 계측 정보들을 자동으로 수집하고, 분석함으로써 연구효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연구보조 사물인터넷 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연구보조 사물인터넷 시스템의 제어기기모듈과 측정기기모듈, 그리고 모듈고정판을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연구보조 사물인터넷 시스템의 제어기기모듈이 오실로스코프의 버튼을 제어하는 예를 도시한 것이다.

스마트폰 애플리케이션(500)과 통신모듈(200)로 네트워킹 되어있는 통합관리서버(300) 연구자의 역할 수행 및 데이터를 수집하여 각기 기능을 수행하는 다수 제어기기모듈(110)과 측정기기모듈(120)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

장비에 소형으로 되어있는 제어기기모듈(110)을 부착한 뒤 제어기기모듈(110)과 블루투스로 통신모듈(200)과 연결한다. 그 뒤 통합관리서버(300)와 연동하여 애플리케이션(500)으로 장비(600)에 제어기기모듈(110)이 부착되었다는 것을 설정해 제어기기모듈(110)의 작동 방식, 알고리즘, 누르는 시간 등을 설정한다. 설정한 데이터 값을 통합관리서버(300)에 저장한다. 애플리케이션(500)으로 작동 parameter를 설정하여 장비(600)를 제어하며 다수의 제어기기모듈(110)이 부착되어 있는 경우 장치의 버튼(601)과 조절부(602) 제어의 순서를 설정하고 순차적 작동을 시켜 장비(600)를 구동시킨다. 이때 스마트폰 애플리케이션(500)에 장비 작동에 작용하는 parameter와 측정기기모듈(120)에서 수집한 환경 데이터를 실시간 보고하고 장비를 중지해야 할 상황에선 애플리케이션(500)으로 정지 명령을 내리고 정지하는 당시의 상황에 맞게 기존에 설정한 정지 알고리즘으로 장비를 순차적으로 정지시킨다.

애플리케이션(500)은 연구자가 직접적으로 명령을 내리는 곳으로 핵심적인 기능인 기기 작동알고리즘 입력과, 시작 명령, 종료명령, 작동영상, 장비출력 값, 데이터를 확인할 수 있다. 부수적인 기능으로 위험 알람과 같은 기능으로 인간이 장비를 사용할 때 오감으로 장비의 이상 유무를 판단할 수 있는데 측정기기모듈(120)에 소음, 냄새(122), 온도(121) 센서에서 이상 징후가 감지되면 애플리케이션(500)으로 경고 알람이 전달되고 사용자가 이를 판단하는 구조로 작용한다.

장비(600)의 계기판에 디스플레이되는 값을 측정기기모듈(120)의 이미지 센서모듈(123)이 촬영하여 통합관리서버(300)로 데이터 값을 보내 영상처리를 하여 사용자가 설정한 값에 맞게 버튼(601)과 조절부(602)를 제어한다.

제어기기모듈(110)과 측정기기모듈(120)은 후면부에 연결블록(112)을 연결하여 아이들 장난감 레고처럼 모듈 고정판(130)에 탈부착하도록 하여 장비(600)의 모델에 맞게 제어기기모듈(110)과 측정기기모듈(120)을 설치하고 동작시킨다.

장비사용이 끝나면 애플리케이션(500)에 알람이 뜨고 측정을 하여 데이터 값을 입력할 수 있다. 데이터 값을 입력하면 인공지능시스템부(400)에서 장비 사용의 parameter와 온도, 소음, 빛의 양 등의 환경 값과 비교하여 결과를 저장하고, 그 데이터 값을 실행시킬 경우 임의의 값이 나왔을 때 동일한 조건의 재현성 실험이 가능하다.

또한, 이론적 수식과 비교하여 머신러닝으로 학습하여 특성별로 분류하여 물성에 대한 tuning으로 최적 값을 계산하거나 이론 식의 새로운 변수를 유추해 낸다. 이 인공지능시스템부(400)의 경우 통합관리서버(300) 충분한 data가 쌓였을 때 값에 대한 원인 parameter가 무엇인지 가장 최적 값의 parameter가 무엇인지 이론 식에 추가해야 할 parameter가 무엇인지 등을 제시해며, 데이터 값의 시각화를 돕는다.

110: 제어기기모듈
111: 돌출형막대
112: 연결블록
120: 측정기기모듈
121: 온도센서모듈
122: 냄새센서모듈
123: 이미지센서모듈
130: 모듈 고정판
131: 돌출부
200: 통신모듈
300: 통합관리서버
400: 인공지능시스템부
500: 스마트폰 애플리케이션
600: 연구장비
601: 연구장비 버튼
602: 연구장비 조절부

Claims

임의의 연구장비를 제어하는 연구장비 제어 시스템에 있어서,
연구장비의 버튼과 조절기에 각각에 부착되어 물리적으로 버튼을 누르고, 조절기를 돌리는 다수의 제어기기모듈; 및
연구장비 운용 시의 환경을 측정하는 다수의 측정기기모듈;
상기 다수 제어기기모듈 및 측정기기모듈의 케이스에 연결된 연결블록;
상기 다수 연결블록을 고정 및 탈착하는 모듈 고정판;
상기 다수 제어기기모듈 및 측정기기모듈이 사물인터넷 기술로 정보를 송수신 되게 하는 통신모듈; 및
상기 제어기기모듈 구성정보 저장 및 다수 제어기기모듈의 작동을 제어하고 측정기기모듈에서 측정된 상태정보를 수신받아 저장되며 제어명령을 내리는 통합관리서버;
상기 통합관리서버에 저장된 데이터를 분석하는 인공지능시스템부;
상기 통합관리서버로 명령을 송출하는 스마트폰 애플리케이션;을 포함하는 것을 특징으로 하는 사물 인터넷 기반의 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 제어기기모듈은,
케이스 전면에는 연구장비의 버튼을 누르기 위한 돌출형 막대의 통로가 형성되며,
내부에는 스텝모터를 이용하여 직선 운동으로 버튼을 누를 돌출형 막대를 포함하는 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 제어기기모듈은,
케이스 전면에는 연구장비의 회전식 조절기를 회전하여 제어하기 위한 회전장치를 포함하는 것을 특징으로하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 제어기기모듈 및 측정기기모듈은,
후면 커버가 탈착 가능한 케이스를 구비하며,
후면 커버에 연결블록이 연결된 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 1에 있어서,
모듈고정판은,
하나의 면에 돌출부가 형성되며,
연결블록은,
하나의 면에 돌출부와 대응되는 홈이 형성되며,
상기 돌출부가 형성된 면과 상기 홈이 형성된 면이 마주하는 상태로 결합하도록 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 측정기기모듈은,
냄새를 측정하는 냄새센서모듈;
온도를 측정하는 온도센서모듈;
습도를 측정하는 습도센서모듈;
영상 데이터를 수집하는 이미지센서모듈로 구성된 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 6에 있어서,
이미지센서모듈은,
이미지 센서를 포함하며,
연구장비의 게이지를 촬영한 영상 데이터를 송출하며,
상기 통합관리서버는,
영상 데이터를 이용해 영상처리를 수행하며,
영상처리 결과를 바탕으로 상기 제어기기모듈에 명령을 내리는 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 제어기기모듈 및 측정기기모듈은,
자기유도방식으로 전력을 충전하는 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 통신모듈은,
상기 제어기기모듈 및 측정기기모듈과 블루투스로 무선통신을 하는 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 통신모듈은,
상기 다수 제어기기모듈 및 측정기기모듈을 동작모듈이라 통칭할 때,
상기 동작모듈에 등록된 통신 인터페이스를 기반으로 특정 동작모듈에 접속시 접속된 동작모듈의 아이디(ID)와 통신 인터페이스 종류를 설정하여, 상기 설정된 동작모듈의 아이디(ID)와 통신 인터페이스 종류를 기반으로 해당 동작모듈과 관리자 단말기 간의 제어 계측 정보를 중계하는 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 10에 있어서,
상기 통신모듈은,
상기 다수 제어기기모듈 및 측정기기모듈에 접속하는 인터페이스 중 해당 인터페이스에서만 사용하는 고유의 전용 구성요소를 가진 인터페이스가 있는 경우,
해당 인터페이스에서만 사용하는 고유의 전용 구성요소만으로 된 회로 보드를 별도로 분리 구성한 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 10에 있어서,
상기 통신모듈은,
새롭게 접속 추가되는 제어 계측 대상이 되는 통신모듈이 있는 경우, 외부 서버나 관리자 단말기로부터 추가된 통신모듈의 아이디와 통신 인터페이스 종류 정보를 업로드 받아 설정 등록하여 구비하는 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 통합관리서버는,
상기 통신모듈을 통해 동작제어신호를 전송받아 상기 다수 제어기기모듈의 작동을 제어하며,
측정기기모듈에서 측정된 상태 정보를 수신받으며,
상기 측정기기모듈에서 측정된 데이터 값을 받아 통합관리서버의 데이터베이스에 저장하는 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 인공지능시스템부는,
입력받은 데이터에 Unsupervised Learning 알고리즘을 적용하여 주요 연구 조건을 추출하는 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 1에 있어서,
스마트폰 애플리케이션은,
사용자에게 상기 제어기기모듈의 구동상황을 보여주며,
측정기기모듈에서 측정된 값을 시각화하여 보여주는 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 스마트폰 애플리케이션은,
상기 측정기기모듈에서 사용자가 설정한 데이터 범위를 초과하는 데이터를 측정한 경우 사용자에게 경고 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 연구보조 사물인터넷 시스템