KR20000063257A - 3차원 공간상에서의 가속도계 및 자이로스코프를 이용한2차원 유, 무선 포인팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공간상에서의 가속도계와 gyroscope를 이용한 위치 정보 입력 장치에 관한 것으로 일반적인 볼 마우스나 광 마우스와 같은 장치를 이용해서 위치를 찾는 것이 아닌 가속도계와 gyroscope를 이용하여 2차원 위치를 측정하는 방법을 제시하고, 또한 CPU등으로 구성된 제어수단과 각 스위치를 내장한 방법을 제시한다. 또한 데이터 송, 수신의 방법으로 유선이나 RF 무선 통신을 이용한다. 또한 본 발명은 일반적인 볼이나 광학적 방법을 이용해서 본체와 평면간의 상대 변위를 검지하여 위치를 찾는 것이 아니라, 가속도계를 이용해서 회전 방향을 감지하여 위치를 찾는 장치를 제공하고, gyroscope는 z축을 기준으로 회전값을 측정하여 이 두 센서의 측정값을 혼합 알고리즘을 사용함으로서, 포인팅 디바이스의 이동방향을 나타낸다.

또한 컴퓨터 디바이스 뿐만 아니라 3차원 위치 값을 요하는 여러 사용 처, 예로 robot의 위치 정보, 공작기계의 calibration장치 등, 에서 이 장치를 이용할 수 있다.

Description

3차원 공간상에서의 가속도계 및 자이로스코프를 이용한 2차원 유, 무선 포인팅 장치{.}

본 발명은 가속도계 및 gyroscope를 이용한 2차원 포인팅 장치에 관한 것으로서, 일반적으로 포인팅 장치는 표시 화면상에서 커서의 위치를 제어하기 위한 장치이다. 현재 컴퓨터에 사용되고 있는 포인팅 장치로서는 마우스가 대표적이다.

도 1은 볼 마우스의 내관을 도시한 도면으로, 도 1에 도시되어 있듯이, 볼 마우스의 볼(1)을 평평한 표면에 닿게 하여 볼 마우스를 움직이면 볼이 회전하게 된다. 한편 수직 롤러(2)와 수평 롤러(3)는 서로 90˚의 각도로 위치하고, 각각 볼에 맞닿아 있기 때문에, 볼이 회전함에 따라 두 롤러도 회전하게 된다. 이때 수직 롤러는 표시 화면상에서 커서의 수직 운동에 상응하고, 수평 롤러는 커서의 좌우 운동에 상응한다.

각 롤러는 엔코더(4)라는 휠에 연결되어 롤러가 회전할 때 엔코더도 회전한다. 각 엔코더의 회전량, 즉 마우스의 이동량에 비례하는 신호가 각 엔코더로부터 발생되어 마우스 컨트롤러(5)를 통해 컴퓨터로 전달된다.

컴퓨터는 마우스로부터 신호를 받아서 해당하는 표시 화면상의 위치에 커서를 표시하게 된다.

한편, 볼 마우스의 꼭대기에는 버튼(6,7)이 있는데, 각 버튼을 누르게 되면 이에 대한 신호가 또한 마우스 컨트롤러를 통해 컴퓨터로 전달된다.

현재의 포인팅 디바이스로서의 마우스는 여러 가지 면에서 단점을 가지고 있는데, 먼저 볼 마우스를 보면 기계적인 장치의 접촉에 의한 불완전하게 전달되는 신호와 수명이 짧다는 특성이 있다. 또한 광 마우스는 반드시 마우스의 감도를 인지하는 마우스 패드 위에서 사용해야 한다는 단점이 있다.

또한 이 마우스들은 반드시 평면에 접촉해야만 한다는 단점과 또한 팔과 손목으로 움직여야 하기 때문에 운동량이 다른 디바이스에 비해 큼을 알 수 있다.

또한 프리젠테이션을 위해서는 또 다른 장비를 사용해야 하거나 부수적인 인원이 동원되어야 한다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 단점을 가진 마우스와 같은 포인팅 장치를 보완, 발전시키기 위해 본 발명을 제안하는데 먼저 볼 마우스와 같은 기계적인 접촉이 없으므로 접촉에 의한 불완전한 신호 전달은 발생하지 않으며 기계적인 수명에 영향이 없고 포인팅 장치가 반드시 패드나 평면에 접촉할 필요가 없다. 또한 2차원 평면위를 움직이지 않고 공간상에서 회전 및 이동을 하거나 지지대 위에서 회전 및 이동한다.

또한, 본 발명에서는 가속도계의 신호값은 pulse로 측정하여 이 값의 크기를 위치로 변환하며, gyroscope에서 발생된 전압은 AD 컨버터를 통해 디지털로 변환되고 이 값은 CPU에서 회전 값으로 변환되며, 이 두 센서의 값들이 조합하여 화면상의 위치 값으로 변환된다.

도 2는 가속도계와 gyroscope을 이용한 혼합 구성도를 도시하였다. 여기서 가속도계는 x, y의 방향으로 크기를 나타내고 gyroscope는 z축을 기준으로 회전값을 측정하여 포인팅 디바이스의 이동 방향을 나타낸다. 이 두 센서의 값을 혼합하여 이동 방향과 크기를 구하게 된다.

도 1은 현재 사용되고 있는 일반적인 마우스 개략도

도 2는 가속도계와 gyroscope을 이용한 혼합 구성도

도 3은 본 발명의 유선 포인팅 디바이스 개략도

도 4는 본 발명의 유선 포인팅 디바이스 실시의 블록도

도 5는 본 발명의 무선 포인팅 디바이스 개략도

도 6은 본 발명의 무선 포인팅 디바이스 실시의 블록도

도 7은 본 발명의 또다른 실시예인 지지대를 이용한 유선 포인팅 디바이스 의 개략도

도 8은 본 발명의 또다른 실시예인 지지대를 이용한 무선 포인팅 디바이스 의 개략도

상기한 목적을 위해 구성된 본 발명은,

외부 물체와의 마찰에 의한 회전을 이용한 방법이 아닌, 회전 및 이동의 값을 측정하여 화면에 표시하는 제어 장치에 관한 것이며, 구성은 가속도계와 gyroscope에 의한 신호 값을 위치 값으로 변환하는 MCU와, 이 값을 PC로 송신하는 컨트롤러 칩 그리고 버튼들과 무선 시 RF 무선 모듈로 이루어져 있다.

본 발명의 특징은 위치를 생성하기 위해 2축 가속도계와 1축의 gyroscope를 이용하며, 가속도계 및 gyroscope의 각 좌표는 서로 직각을 이루도록 만들어지며, 가속도계의 변위값으로 x 방향과 y 방향의 크기를 측정 및 계산하고 gyroscope에서 생성된 각도값으로 이동 방향을 계산한다.

이 가속도계와 gyroscope에 의해 생성된 위치값과 버튼의 신호는 유, 무선 모듈을 통해 serial 포트 또는 ps2 포트를 통해 컴퓨터로 들어가게 된다.

특히, 본 발명은 사용자들이 컴퓨터를 이용함에 불편함을 느끼는, 작업 도중 마우스를 사용할 경우 마우스를 평면 내의 상, 하, 좌, 우로 이동시켜야 하는 불편함을 없애고 작은 공간내에서의 움직임으로 포인트 위치를 변화시킬 수 있다.

또한, 다른 실시예로서 공간상뿐만 아니라 지지대 위에 고정시키고 그 위치에서의 포인팅 장치를 이동 및 회전시키는 방법을 사용함으로 포인트의 위치를 움직일 수 있으므로, 많은 사용자들이 컴퓨터를 이용함에 불편함을 느끼는, 작업 도중 마우스를 사용해야 할 경우 손을 움직여서 마우스를 잡고 작업 공간내의 평면 위를 움직여야 하는 불편함을 해소한다. 즉 손목의 움직임만으로 포인트의 위치를 변회시킬 수 있다.

또한, 프리젠테이션등의 일들을 요할 시, 공간상에서 포인팅 장치를 이용함으로서 지금까지 사용하던 방법, 즉 사용자가 직접 컴퓨터가 설치된 위치로 이동하여 마우스를 움직이거나 다른 사람이 마우스를 이용하여 포인팅 위치를 움직이는 방법을 사용하지 않고 프리젠테이션을 하고 있는 사용자가 직접 포인팅 장치를 가지고 프리젠테이션과 컴퓨터 운용을 동시에 할 수 있다.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 유선 포인팅 디바이스의 개략도로서, 가속도계와 gyroscope가 포함된 모듈(8)과, 센서에 의해 발생하는 신호 값을 디지털로 변환시키는 AD 컨버터(9), 이 디지털 값을 위치 값으로 계산하는 CPU(11), 그리고 CPU에서 계산된 위치 값을 PC로 송신하는 마우스 컨트롤러(5)으로 구성되어 있고, 또한 공간상에서 기본 위치를 설정하는 리셋 스위치(10)가 하나 있고, 일반 마우스와 같은 역할을 하는 좌, 우 스위치(6,7)가 있다.

도 4는 본 발명의 유선 포인팅 디바이스 실시의 블록도로서 x 좌표 이동을 센싱하는 가속도계(8a)와, y 좌표 이동을 센싱하는 가속도계(8b), 회전을 측정하는 gyroscope(8c),(8a),(8b),(8c)의 값을 디지털 값으로 변환하는 AD 컨버터(9), 디지털 값을 위치 값으로 변환하는 CPU(11), 그리고 신호를 리셋하는 스위치(10), 일반 마우스의 좌, 우 버튼과 같은 역할을 하는 좌, 우 스위치(6, 7), 그리고 위치값과 스위치의 값을 PC에 보내기 위한 마우스 컨트롤러(5)로 구성되어 있다.

도 5는 본 발명의 무선 포인팅 디바이스의 개략도로서, 가속도계와 gyroscope가 포함된 모듈(8)와, 센서에 의해 발생하는 신호 값을 디지털로 변환시키는 AD 컨버터(9), 이 디지털 값을 위치 값으로 계산하는 CPU(11), 그리고 CPU에서 계산된 위치 값을 PC로 송신하는 마우스 컨트롤러(5)으로 구성되어 있고, 또한 공간상에서 기본 위치를 설정하는 리셋 스위치(10)가 하나 있고, 일반 마우스와 같은 역할을 하는 좌, 우 스위치(6,7)가 있다. 또한 데이터를 송신하기 위한 안테나(12)와 데이터 RF 송신을 위한 모듈(13)이 있다.

도 6은 본 발명의 무선 포인팅 디바이스 실시의 블록도로서 x 좌표 이동을 센싱하는 가속로계(8a)와, y 좌표 이동을 센싱하는 가속도계(8b), 회전을 측정하는 gyroscope(8c), (8a),(8b),(8c)의 값을 디지털 값으로 변환하는 AD 컨버터(9), 디지털 값을 위치 값으로 변환하는 CPU(11), 그리고 신호를 리셋하는 스위치(10), 일반 마우스의 좌, 우 버튼과 같은 역할을 하는 좌, 우 스위치(6,7), 그리고 위치값과 스위치의 값을 PC에 보내기 위한 마우스 컨트롤러(5)로 구성되어 있다. 데이터 신호는 RF 모듈(13)을 통해 무선 신호로 변환되고 안테나(12)를 통해 송신하게 된다.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예인 지지대를 이용한 유선 포인팅 디바이스의 개략도로서 포인팅 디바이스(14)와 지지대(15)가 결합된 형태이다. 여기서 결합은 좌우와 상하의 움직임과 회전이 자유롭게 되어 있어서 3축으로 이동 및 회전한다.

그중 2축(16, 17)은 가속도계에 의한 위치 이동을 센싱하고 1축(18)은 gyroscope에 의한 회전 이동을 센싱한다.

도 8은 본 발명의 또다른 실시예인 지지대를 이용한 무선 포인팅 디바이스의 개략도로서 포인팅 디바이스(14)와 지지대(15)가 결합된 형태이다. 여기서 결합은 좌우와 상하의 움직임 및 회전이 자유롭게 되어 있어서 3축으로 회전한다.

그중 2축(16, 17)은 가속도계에 의한 위치 이동을 센싱하고 1축(18)은 gyroscope에 의한 회전 이동을 센싱한다.

또한 마우스의 앞부분의 안테나(12)에서 신호를 송신하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명의 위치 정보 입력 장치의 일종인 디바이스는 공간상의 사용으로 인한 고정된 위치가 필요 없게 됨으로 인해, 이동시 편리하게 사용하기 때문에, 비행기나 이동중인 차내 등의 좁은 좌석에서도 정확한 제어를 수행할 수 있게 된다. 또한 지지대에 고정시킨 예에서는 팔의 운동이 필요없고, 2차원 공간이 필요없게 되며, 또한 프리젠테이션을 수행할 경우 담당자가 직접 컴퓨터등을 운용할 수 있으므로 훨씬 큰 효과를 낼 수 있을 것이다.

또한 무선의 경우 거리의 제한을 받지 않는다.

Claims (5)

1. 명령을 전달하기 위한 클릭 버튼이 한 개 이상 설치되어 있는 포인팅 디바이스에 있어서, 공간상에서의 회전을 감지하는 gyroscope와, 위치 이동을 감지하는 가속도계와, 상기 회전감지수단과 이동감지수단에서 감지한 신호 및 상기 클릭 버튼이 눌려지고 있는가 어떤가에 관한 정보를 컴퓨터로 송신하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 위치 정보 입력 장치
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단으로부터의 데이터를 무선신호로 변환하는 무선신호 변환수단과, 상기 무선신호 변환수단에 의해 변환된 무선신호를 컴퓨터로 송신하기 위한 안테나를 더 구비한 것을 특징으로 하는 위치정보 입력장치
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 지지수단에 의해 소정의 높이로 고정되어 사용되는 것을 특징으로 하는 위치정보 입력장치
4. 제 1항 또는 제 2항에서, 공간상에서 기준위치를 설정하는 리셋수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 위치정보 입력장치
5. 제 3항에 있어서, 공간상에서 기준위치를 설정하는 리셋수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 위치정보 입력장치