KR102566491B1

KR102566491B1 - 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치

Info

Publication number: KR102566491B1
Application number: KR1020210178076A
Authority: KR
Inventors: 유금; 연규련; 전승준; 최현우
Original assignee: 한남대학교 산학협력단
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2023-08-10
Also published as: KR20230089445A

Abstract

본 발명은 휴지를 자동으로 공급하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화장실에 설치되는 휴지를 공급하는 장치에 있어서 사용자가 장치 앞에 위치하였을 때 전원이 켜지며, 박수소리를 인식하여 3번 이상 박수를 쳐야 휴지를 공급하는 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치에 관한 것이다.

Description

소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치{Automatic paper hand towel dispenser with sound sensor}

화장실에서 대표적으로 쓰이는 물품은 휴지이며, 이러한 휴지는 다양한 형태의 공급장치를 통하여 보관되다가 사용자에게 제공된다. 일반적으로 휴지를 공급하는 장치는 단순히 휴지를 걸어놓을 수 있는 회전축만 있거나 케이스로 보호하는 형태 또는 사용자가 케이스 내부에 적재되어 있는 휴지를 하나씩 뽑아 쓰는 방식이다.

그러나 이러한 공급장치들은 사용자가 감으로 당겨서 쓰거나 직접 손으로 뽑아 쓰다 보니 적정량 이상의 휴지가 공급되어 과도하게 공급된 휴지가 낭비되는 문제를 가지고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 종래의 기술은 한국등록특허 제10-1723490호에 개시된 바 있다.

종래의 기술은 롤 형상으로 감긴 휴지가 공급축에 장착되어 내측에 폭 방향으로 설치된 케이스, 상기 케이스의 하측에 설치된 스테핑모터에 연결되어 회전하는 구동축을 포함하는 구동부, 상기 구동축에 설치되어 휴지의 단부 위치를 감지하는 포토커플러의 감지신호에 따라 회전하여 휴지를 감아 접는 롤링부 및 상기 구동부 및 롤링부와 연결된 제어부를 포함하여 이루어지고, 공급축에서 풀려 하측으로 이동된 휴지를 포토커플러가 감지하면 구동축의 회전에 의해 설정된 횟수만큼 회전하여 휴지를 감아 접어 절단하는 방식이다.

그러나 종래의 기술은 사용자가 휴지를 공급장치로부터 공급받기 위해서는 스위치를 누르거나 하는 행위를 수행해야 한다. 따라서 많은 사용자가 버튼을 누르면서 발생할 수 있는 바이러스 등의 감염과 같은 위생상의 문제가 발생될 수 있으며, 젖은 손 그대로 휴지로 물기를 닦아내기 때문에 더 많은 휴지를 필요로 하여 여전히 휴지가 과다 사용되는 문제점을 가지고 있다.

한국등록특허 제 10-1723490호(2017.04.06.)

이와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 본 발명은 휴지를 자동으로 공급하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화장실에 설치되는 휴지를 공급하는 장치에 있어서 사용자가 장치 앞에 위치하였을 때 전원이 켜지며, 박수소리를 인식하여 3번 이상 박수를 쳐야 휴지를 공급하는 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치에 관한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치는,

몸체(111)와, 상기 몸체(111)의 선택되는 부분에 구비되어 외부에서 내부를 확인할 수 있는 투명한 재질로 형성되는 확인창(112)과, 상기 몸체(111)의 하측에 형성되어 휴지를 배출하는 휴지배출구(113)를 포함하는 몸체부(110),

상기 몸체부(110) 내측에 휴지롤의 회전축으로 구비되는 휴지회전롤러(121)와, 휴지롤의 말단을 당겨 일정량의 휴지를 공급하는 공급롤러(122)와, 상기 공급롤러(122)에 회전력을 제공하는 모터(123)로 구성되는 휴지공급부(120),

상기 몸체부(110) 외측의 선택되는 부분에 설치되며 소리 및 사용자 위치확인을 위한 적어도 하나 이상의 센서(131)로 구성되는 센서부(130) 및

상기 센서부(130)에서 수집된 데이터를 저장하는 데이터저장수단(141)과, 상기 데이터저장수단(141)에 저장된 데이터를 처리하는 데이터처리수단(142)로 구성되는 데이터처리부(140)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 센서(131)는 소리를 녹음하는 녹음센서, 거리를 측정하는 거리측정센서 및 광량을 측정하는 조도측정센서 중 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다.

또한, 상기 데이터처리수단(142)은 상기 센서(131)에서 수집된 소리데이터를 Mel Frequency Cepstral Coefficeints(MFCC) 기반의 분류기 및 K-최근접 이웃(KNN) 기반의 분류기 중 선택되는 하나 이상의 알고리즘을 사용하여 처리할 수 있다.

아울러, 상기 데이터처리부(140)는 외부와의 데이터 송수신을 수행하는 데이터통신수단(143)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치는, 사용자의 조작이 필요한 별도의 스위치가 없으며 박수소리만 인식하여 박수를 미리 정해진 횟수만큼 칠 경우에 휴지를 공급하여 휴지 공급장치에서 발생될 수 있는 휴지 낭비를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 상기 데이터처리수단(142)은 상기 센서(131)에서 수집된 소리데이터를 Mel Frequency Cepstral Coefficeints(MFCC) 기반의 분류기 및 K-최근접 이웃(KNN) 기반의 분류기 중 선택되는 하나 이상의 알고리즘을 사용하여 처리하며, 처리된 데이터를 누적하여 학습을 수행하여 박수소리의 인식률을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치의 외형 실시예
도 2는 본 발명의 자동 휴지 공급장치의 내부 일실시예
도 3은 본 발명의 자동 휴지 공급장치의 휴지 거치 실시예
도 4는 본 발명의 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치의 실시예

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치의 외형 실시예이고, 도 2는 본 발명의 자동 휴지 공급장치의 내부 일실시예이며, 도 3은 본 발명의 자동 휴지 공급장치의 휴지 거치 실시예이고, 도 4는 본 발명의 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치의 실시예이다.

본 발명의 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치는, 도 1 내지 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이,

본 발명의 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치는 상기 몸체(111)에 형성되는 상기 휴지배출구(113)를 통하여 휴지를 공급하게 된다. 이때 상기 확인창(112)을 통해 사용자 또는 관리자가 휴지의 유무를 확인하도록 확인창이 투명한 재질로 형성될 수 있다.

상기 공급롤러(122)는 상기 모터(123)에서 회전력을 제공받아 상기 휴지회전롤러(121)에 거치되어 있는 휴지를 회전시켜 사용자에게 공급한다.

상기 센서(131)는 사용자의 박수소리를 감지하여 녹음하고, 상기 센서(131)에서 녹음된 소리데이터는 데이터저장수단(141)에 저장되며, 상기 데이터처리수단(142)은 상기 저장된 소리데이터를 처리하여 상기 소리데이터가 박수소리인 것으로 확인되면, 상기 모터(123)를 작동시켜 상기 휴지회전롤러(121)에 거치되어 있는 휴지를 회전시켜 사용자에게 손의 물기를 제거할 수 있는 최소한의 휴지(예를 들면 휴지 한 장)를 공급할 수 있으며, 이를 통해 휴지의 낭비를 방지할 수 있다.

일반적인 휴지 공급장치는 사용자가 감으로 당겨서 쓰거나 직접 손으로 뽑아 쓰다 보니 적정량 이상의 휴지가 공급되어 휴지가 낭비되는 문제를 가지고 있다.

또한 사용자가 공급장치로부터 휴지를 공급받기 위해서는 스위치를 눌러야 하는데, 사용자가 버튼을 누르는 과정을 통해 바이러스 등의 감염과 같은 위생상의 문제가 발생될 수 있으며, 젖은 손 그대로 휴지로 물기를 닦아내기 때문에 더 많은 휴지를 필요로 하여 휴지가 과다 사용될 수 있다.

본 발명은 사용자가 3번 이상 박수를 쳐야만 자동 휴지 공급장치로부터 휴지를 공급받을 수 있기 때문에, 박수를 3번 이상 치는 과정을 통해 손에 존재하는 물기를 30~50% 감소시킬 수 있어 최소한의 휴지, 예를 들면 휴지 한 장으로도 손의 물기를 제거할 수 있다.

즉, 상기 센서(131)를 통해 수집된 소리는 상기 데이터저장수단(141)에 저장된 후, 상기 데이터처리수단(142)을 통하여 상기 수집된 소리가 사용자의 박수소리인 것으로 확인되면, 상기 모터(123)를 작동하여 사용자에게 휴지를 공급하게 된다.

따라서 사용자의 조작이 필요한 별도의 스위치가 없으며, 박수소리만 인식하여 박수를 미리 정해진 횟수만큼 칠 경우에 휴지를 정해진 최소한의 양으로 공급하여 휴지 공급장치에서 발생될 수 있는 휴지 낭비를 미연에 방지할 수 있다.

보다 자세히 설명하면, 상기 센서(131)는 사용자가 발생시키는 소리를 녹음하는 녹음센서, 휴지 공급장치와 사용자 사이의 거리측정을 통해 사용자가 본 발명의 휴지 공급장치 앞에 위치하였는지를 확인하기 위한 거리측정센서 및 현재 화장실의 밝기를 측정하여 조도에 따라 본 발명의 휴지 공급장치에 조명을 켜기 위한 조도측정센서로 이루어질 수 있다.

이를 통하여 본 발명의 휴지 공급장치는 녹음센서 이외에도 거리측정센서를 통하여 사용자가 본 발명의 휴지 공급장치 앞에 위치함을 검출하여 전원을 인가하며, 조도측정센서를 통하여 주변 환경의 조도가 낮아졌다고 인지되면 상기 확인창(112)에 장착되어 있는 조명을 켜서 사용자의 편의성을 극대화 할 수 있다.

상기 데이터처리수단(142)은 상기 센서(131)에서 수집된 소리데이터를 Mel Frequency Cepstral Coefficeints(MFCC) 기반의 분류기 및 K-최근접 이웃(KNN) 기반의 분류기 중 선택되는 적어도 하나 이상의 알고리즘을 사용할 수 있다.

오디오 인식을 위하여 가장 먼저 해야 할 것은, 입력된 신호에서 노이즈 및 배경 소리로부터 실제 유효한 소리의 특징을 추출하는 것이다. MFCC는 소리의 특징을 추출하는 기법인데, 입력된 소리 전체를 대상으로 하는 것이 아니라 소리를 일정 구간(short time)으로 나누어, 이 구간에 대한 스펙트럼을 분석하여 특징을 추출하는 기법이다.

MFCC는 크게 6단계로 구분할 수 있는데, 입력 시간 도메인의 소리 신호를 작은 크기 프레임으로 자른 후, 파워스펙트럼의 주기도 평가(Periodogram estimation)를 계산한 프레임에 대하여 멜 필터뱅크(Mel filter bank)를 적용하고, 각 필터에 대한 에너지를 합한 후, 모든 필터뱅크(Filter Bank) 에너지에 로그(Log)를 취한 후, Discrete Cosine Transform(DCT)를 취한 값에서 계수(Coefficients)를 구한 것이다.

MFCC를 자세히 살펴보면 시간 영역에서 입력된 소리 신호는 지속적으로 변화하게 되는데, 이런 변화하는 소리는 짧은 구간 내에서 통계적으로 변화가 거의 없다고 가정하여 프레임의 길이를 평균적으로 20~40ms 정도로 정하여 분석을 시작하며, 쪼개진 각 프레임에 대해 파워스펙트럼(주파수)을 계산할 수 있다.

K-최근접 이웃(KNN) 기반의 분류기는 데이터를 가장 가까운 속성에 따라 분류하여 레이블링하는 알고리즘을 사용하는 분류기이다. 유클리드 거리, 멘하탄 거리 등의 그래프상에서 최근접(Nearest) 이웃(Neighbors)을 찾기 위한 알고리즘을 사용하여, 다수결에 따라 데이터를 분류하는 모델이다.

도출된 음향적 특징을 해당 음성에 대한 감정과 함께 미리 학습시킨 후, 이후 입력되는 소리 데이터를 분류한다. 이때, SVM 및 GMM을 더 사용하여 소리를 처리할 수 있다.

서포트 벡터 머신(Support Vector Machine)은 인공지능의 기계학습 분야 중 하나로, 패턴인식과 자료분석을 위한 지도학습모델이며, 주로 분류와 회귀 분석을 위해 사용한다. 두 카테고리 중 어느 하나에 속한 데이터의 집합이 주어졌을 때, SVM 알고리듬은 주어진 데이터 집합을 바탕으로 하여 새로운 데이터가 어느 카테고리에 속할지 판단하는 비확률적 이진 선형 분류모델을 만든다. 만들어진 분류 모델은 데이터가 사상된 공간에서 경계로 표현되는데 SVM 알고리듬은 그 중 가장 큰 폭을 가진 경계를 찾는 알고리듬이다.

가우시안 혼합 모델(Gaussian Mixture Model)은 통계학에서 관찰된 집단이 주어졌을 때 하위 집단들의 특징들에 대해 통계적 추론을 하기 위한 모델이다.

또한 상기 데이터처리수단(142)은 처리된 박수소리 인식에 관한 데이터를 누적 및 학습하여 박수소리의 인식률을 향상시킬 수 있다. 즉, 박수소리에 대한 공통적인 소리데이터 특징을 다양한 박수소리 데이터 셋을 통하여 파악하고 이를 머신러닝을 통하여 학습하여 박수소리의 인식률을 향상시킬 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 데이터처리부(140)는 외부와의 데이터 송수신을 수행하는 데이터통신수단(143)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 이를 통하여 본 발명의 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치는 휴지가 떨어졌을 때, 관리자에게 휴지소진에 관한 알람을 송신하여 관리자가 이에 대응할 수 있도록 구성되어 관리의 편의성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 다양한 박수소리를 저장하는 저장부를 추가로 포함할 수 있다.

상기 데이터처리수단(142)은 상기 데이터저장수단(141)에 저장된 데이터 및 상기 저장부에 저장된 다양한 박수소리를 비교하여, 상기 센서부(130)에서 수집된 소리데이터가 박수소리인지를 쉽게 판단할 수 있다.

또한 본 발명은 박수소리가 아니지만 박수소리와 유사한 소리를 저장하는 유사소리저장부를 추가로 포함할 수 있다.

상기 데이터처리수단(142)은 상기 데이터저장수단(141)에 저장된 데이터 및 상기 유사소리저장부에 저장된 소리를 비교하여, 상기 센서부(130)에서 수집된 소리데이터가 박수소리인지를 쉽게 판단할 수 있다.

또한 본 발명은 박수를 3번 이상 치라는 안내를 수행하는 안내부를 추가로 포함할 수 있다.

상기 거리측정센서를 통해 사용자가 확인된 후, 일정시간 동안 녹음센서에서 소리가 감지되지 않으면, 상기 안내부는 사용자에게 박수를 3번 이상 쳐야만 휴지가 공급될 수 있음을 안내할 수 있다.

또한 본 발명은 박수를 3번 이상 다시 치라는 안내를 수행하는 추가안내부를 더 포함할 수 있다.

상기 공급장치의 오작동, 주변의 소음 등으로 인해, 사용자에 의해 수집된 소리가 박수소리가 아닌 것으로 판단되는 경우, 상기 추가안내부는 사용자에게 박수를 3번 이상 다시 치라는 안내를 수행할 수 있다.

110: 몸체부
111: 몸체 112: 확인창
113: 휴지배출구
120: 휴지공급부
121: 휴지회전롤러 122: 공급롤러
123: 모터
130: 센서부
131: 센서
140: 데이터처리부
141: 데이터저장수단 142: 데이터처리수단
143: 데이터통신수단

Claims

몸체(111)와,
상기 몸체(111)의 선택되는 부분에 구비되어 외부에서 내부를 확인할 수 있는 투명한 재질로 형성되는 확인창(112)과,
상기 몸체(111)의 하측에 형성되어 휴지를 배출하는 휴지배출구(113)를 포함하는 몸체부(110);
상기 몸체부(110) 내측에 휴지롤의 회전축으로 구비되는 휴지회전롤러(121)와,
휴지롤의 말단을 당겨 일정량의 휴지를 공급하는 공급롤러(122)와,
상기 공급롤러(122)에 회전력을 제공하는 모터(123)로 구성되는 휴지공급부(120);
상기 몸체부(110) 외측의 선택되는 부분에 설치되며 소리 및 사용자 위치확인을 위한 적어도 하나 이상의 센서(131)로 구성되는 센서부(130); 및
상기 센서부(130)에서 수집된 데이터를 저장하는 데이터저장수단(141)과,
상기 데이터저장수단(141)에 저장된 데이터를 처리하는 데이터처리수단(142)으로 구성되는 데이터처리부(140)를 포함하는 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치에 있어서,
상기 센서(131)는 소리를 녹음하는 녹음센서, 자동 휴지 공급장치와 사용자 사이의 거리를 측정하는 거리측정센서 및 광량을 측정하는 조도측정센서를 포함하고,
상기 거리측정센서를 통하여 사용자가 자동 휴지 공급장치 앞에 위치함을 검출하여 자동 휴지 공급장치에 전원을 인가하고, 조도측정센서를 통하여 주변 환경의 조도가 낮아졌다고 인지되면 조명을 켜서 조도를 조절하며,
상기 공급롤러(122)는 상기 모터(123)에서 회전력을 제공받아 상기 휴지회전롤러(121)에 거치되어 있는 휴지를 회전시켜 사용자에게 공급하고,
상기 센서(131)는 사용자의 박수소리를 감지하여 녹음하고, 상기 센서(131)에서 녹음된 소리데이터는 데이터저장수단(141)에 저장되며, 상기 데이터처리수단(142)은 상기 저장된 소리데이터를 처리하여 상기 소리데이터가 박수소리인 것으로 확인되면, 상기 모터(123)를 작동시켜 상기 휴지회전롤러(121)에 거치되어 있는 휴지를 회전시켜 사용자에게 공급하며,
사용자가 3번 이상 박수를 쳐야만 자동 휴지 공급장치로부터 휴지를 공급받으므로, 박수를 3번 이상 치는 과정을 통해 손에 존재하는 물기를 감소시킬 수 있어 최소한의 휴지를 사용할 수 있고,
상기 자동 휴지 공급장치는 박수소리가 아니지만 박수소리와 유사한 소리를 저장하는 유사소리저장부를 추가로 포함하며,
상기 데이터처리수단(142)은 상기 데이터저장수단(141)에 저장된 데이터 및 상기 유사소리저장부에 저장된 소리를 비교하여, 상기 센서부(130)에서 수집된 소리데이터가 박수소리인지를 판단하고,
상기 자동 휴지 공급장치는 박수를 3번 이상 치라는 안내를 수행하는 안내부를 추가로 포함하며,
상기 거리측정센서를 통해 사용자가 확인된 후, 일정시간 동안 녹음센서에서 소리가 감지되지 않으면, 상기 안내부는 사용자에게 박수를 3번 이상 쳐야만 휴지가 공급될 수 있음을 안내하는 것을 특징으로 하는 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 데이터처리수단(142)은
상기 센서(131)에서 수집된 소리데이터를 Mel Frequency Cepstral Coefficeints(MFCC) 기반의 분류기 및 K-최근접 이웃(KNN) 기반의 분류기 중 선택되는 하나 이상의 알고리즘을 사용하는 것을 특징으로 하는 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치.
제1항에 있어서,
상기 데이터처리부(140)는
외부와의 데이터 송수신을 수행하는 데이터통신수단(143)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소리를 이용하는 자동 휴지 공급장치.