KR20010008312A - 3차원 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 3차원 상에서 물체의 동작 여부 및 동작 방향을 감지하기 위한 센서에 관한 것이다. 물체의 3차원 상의 움직임을 감지하기 위한 3차원 센서를 지지하기 위해 대상이 되는 물체에 고정된 기판과; 도전성 물질로 이루어진 반원형 고리 두 개와; 상기 반원형 고리 두 개가 상기 기판에 대해 서로 대칭 되면서 또한 서로 직각으로 배열되는 구조를 가지게 하는 것과; 상기 반원형 고리를 관통하며 상기 물체의 동작에 반응하는 도전성 물질로 이루어진 탄력성 있는 전극으로 구성된다. 상기 물체의 운동은 상기 전극을 이동시키고, 전극은 상기 반원형 고리에 접촉되어 도전 상태가 되며 이를 이용하면 물체의 운동 여부를 용이하게 감지할 수 있다. 상기 반원형 고리는 물체의 운동 방향을 분석하기 위해 다수의 분리된 호 모양으로 이루어질 수 있다. 또한 상기 반원형 고리를 일정한 저항을 가진 선으로 구성하면 상기 반원형 고리에 전극이 접촉할 때의 전기저항을 측정함으로써 물체의 이동 방향을 파악할 수 있게 된다.

Description

3차원 센서 {A 3 dimension sensor}

기존의 센서로는 원형 고리와 스프링을 이용한 360도 범위의 운동 상태를 확인할 수 있는 센서가 있으나 2차원 상에서만 운동의 확인이 가능하고, 3차원 상의 운동을 확인할 수 있는 센서는 압전체를 이용한 것과 레이저를 이용한 것, 자장을 이용한 것 등이 있으며 압전체를 이용한 센서의 경우 매우 정확한 회전각 측정이 가능하며 외부의 진동과 잡음을 배제할 수 있는 뛰어난 기술이다. 그러나 상기의 3차원 상의 운동을 측정하기 위한 센서는 코스트가 높고 소형화가 어려우며 회로가 복잡해지는 단점이 있다.

본 발명은 3차원 상에서 물체의 운동 여부를 확인하는 것뿐만 아니라 물체의 운동 방향도 감지할 수 있는 기술을 매우 저렴한 코스트로 실현하고자 하였다. 따라서 본 발명의 실시예들은 기존의 제품 코스트에 큰 영향을 미치지 않으면서 대상이 되는 물체의 3차원 상의 움직임을 감지할 수 있는 기능을 부여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반원형의 고리와 전극으로 구성된 3차원 센서의 정면도.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반원형의 고리와 전극으로 구성된 3차원 센서의 측면도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반원형의 고리와 전극으로 구성된 3차원 센서의 사시도.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다수의 호 모양 조각을 한 고리와 전극으로 구성된 3차원 센서의 일면을 나타낸 사시도.

도 1, 도 2, 도 3은 각각 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반원형의 고리와 전극으로 구성된 3차원 센서의 정면도, 측면도, 사시도이다.

도 1, 도 2, 도 3을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예를 상세히 설명하면,

본 발명의 3차원 센서는 3차원 센서를 지지하기 위해 대상이 되는 물체에 고정된 기판(400)과; 도전성 물질로 이루어진 반원형 고리(100) 두 개와; 상기 반원형 고리(100) 두 개가 상기 기판(400)에 대해 서로 대칭 되면서 또한 서로 직각으로 배열되는 구조를 가지게 하는 것과; 상기 반원형 고리(100)를 관통하며 상기 물체의 동작에 반응하는 도전성 물질로 이루어진 탄력성 있는 전극(310)으로 구성된다. 상기 전극(310)에 적절한 무게를 가진 도전성의 추(200)를 부착하여 물체의 운동에 좀 더 쉽게 반응하도록 만들 수도 있다.

상기 반원형 고리(100)는 상기 기판(400) 면을 기준으로 상기 추(200)의 중심부와 수평하게 되는 부분에서부터 반원이 시작되며, 반원의 하부는 반원을 기판에 고정시키기 위해 기판(400) 면에 수직하게 형성된 도전성 선으로 이루어진다. 이는 추(200)의 움직임을 상부에서 180도, 하부에서 180도 감지하기 위한 것이며 도 1을 기준으로 보아 상부의 반원형 고리(100)는 상, 좌, 우의 세 부분의 180도 움직임을 감지하며 하부의 반원형 고리(100)는 하, 전, 후의 세 부분의 180도 움직임을 감지하게 분리되어 있다. 3차원 상의 물체의 움직임은 XYZ 축 방향의 세 가지 힘으로 표현될 수 있으며 상기 두 개의 반원형 고리(100)의 조합으로 물체의 움직임에 의한 가속도로 발생하는 모든 힘을 XYZ로 분해하여 일정한 크기 이상의 동작을 감지할 수 있다. 상기의 탄성 있는 선(310)은 물체의 움직임에 충분히 반응하고 추(200)를 지탱할 수 있는 탄성도를 지닌 도전성의 선이 될 수 있으며, 더 민감한 물체의 움직임을 감지하기 위해 선(310)의 중간 부분에 별도의 스프링(300)을 장착하여 감도를 향상시킬 수도 있다. 반원형 고리(100) 내부에 설치되는 추(200)를 지탱하는 선(310)과 스프링(300)은 장기간 사용시 피로도가 누적되어 선(310)이나 스프링(300)이 늘어져 반원형 고리(100)에 항상 접촉되어 센서 본래의 기능을 상실할 수도 있으며, 이를 방지하기 위해 추(200)를 자성에 반응하는 철과 같은 물질로 만들고, 추(200)의 하부 기판(400)에 적절한 자력을 지닌 영구자석(410)을 설치하면 상기의 선(310)이나 스프링(300)이 늘어나 하부의 반원형 고리(100)에 항상 접촉되는 문제를 해결할 수 있을 것이다. 상기 스프링(300)을 생략하고 상기 추(200)를 단순한 선(310)으로 구성하면 3차원 센서를 5mm 이내의 크기로도 제작이 가능하여 휴대용 기기, 시계 등의 소형 기기에도 충분히 활용이 가능하게 된다.

상기 3차원 센서는 동작 여부만 감지할 뿐 동작 방향에 대한 분석은 할 수 없었다. 이를 해결하기 위해 상기 반원형 고리(100)를 일정한 전기저항을 가지는 저항체로 구성하고 물체의 이동시 추(200)가 반원형 고리(100)와 접촉이 이루어질 때의 전기저항을 측정하면 현재 물체의 움직이는 방향을 감지할 수 있게 된다. 예를 들어 상부 반원형 고리(100)의 전체 전기저항이 180Ω이라 가정하고 저항 측정시 왼쪽이 0Ω 오른쪽이 180Ω이 되게 설정해 둔다. 물체의 움직임에 의해 추(200)가 움직여 상부 반원형 고리(100)에 접촉이 이루어지는 순간의 전기저항이 60Ω이라고 하면 이 물체는 추(200)가 움직인 반대 방향인 기판(400) 면에 대해 우측 하부 60도 방향으로 가속도 운동을 한 것이 된다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다수의 호 모양 조각을 한 고리와 추로 구성된 3차원 센서의 일면을 나타낸 사시도이다.

도 4를 참고하여 본 발명의 제 2 실시예를 설명하면,

도 4의 기본 작동 원리는 제 1 실시예와 동일하다. 다만, 상기 제 1 실시예의 반원형 고리(100)가 다수의 분리된 호(500)와 상기 호(500)를 지탱하기 위한 선(510)으로 이루어진다. 이 경우 상기의 선(510)이 충분한 강도를 가져야 하나 전체의 구조가 복잡하게 되어 소형화가 어렵게 된다. 제 2 실시예에 따른 3차원 센서의 크기를 소형화하기 위해 상기의 호(500)와 선(510)은 역상으로 만들어진 반원의 원주를 따라 형성된 다수의 전극(520)으로 구성할 수 있다. 상기의 전극(520)은 감지할 운동 방향의 정밀도에 따라 결정되며 분해각이 45도인 경우 상기의 전극(520)은 5개로 이루어진다. 상기의 전극(520)과 접촉이 이루어질 경우 접촉이 이루어진 전극의 정반대 방향으로 운동이 되고 있음을 감지할 수 있다.

본 발명의 3차원 센서는 저렴하면서 간결한 구조를 가지고 있어 추가 코스트의 부담 없이 기존의 제품에 3차원 상의 운동을 감지하기 위한 센서로 사용 가능하며,

상기 반원형의 고리를 저항을 가진 물질로 만들 경우 상기 추가 접촉할 때 생기는 전기저항을 측정함으로써 정확한 운동 방향을 측정할 수 있다.

나아가, 본 발명의 3차원 센서는 물체의 운동 상태 확인, 물체에 발생하는 충격 또는 충돌 감지, 물체의 운동 방향을 측정할 수 있어 다양한 분야에 응용될 수 있다.

본 발명은 상기 예들에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (3)

1. 3차원 상에서 물체의 운동 여부와 운동 방향을 감지하기 위해,

   3차원 센서를 지지하기 위해 대상이 되는 물체에 고정된 기판과;

   도전성 물질로 이루어진 반원형의 고리 두 개와;

   상기 반원형의 고리 두 개가 상기 기판에 대해 서로 대칭 되면서 또한 서로 직각으로 배열되는 구조를 가지게 하는 것과;

   상기 반원형의 고리 내부에 설치되며 상기 물체의 동작에 반응하는 탄력성 있는 도전성의 선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 센서.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반원형의 고리는 운동 방향을 용이하게 감지하기 위하여 일정한 크기를 가진 다수의 전극 조각, 일정한 간격으로 배열된 다수의 도전성 선, 일정한 전기저항을 가진 저항체로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 센서.
3. 제 1항에 있어서, 상기 3차원 센서의 감도를 높이기 위해 상기 도전성 선의 끝 부분에 도전성 물질로 이루어진 추가 부착되며, 상기 도전성 선의 중간 부분에 도전성 물질로 이루어진 스프링이 더 부가된 것을 특징으로 하는 3차원 센서.