KR20010102952A - 소프트웨어용 움직임 감지장치 - Google Patents

소프트웨어용 움직임 감지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용자의 관절 중 적어도 하나의 움직임을 컴퓨터용 제어신호로 변환하는 장치에 관한 것으로, 관절 둘레에 입혀지도록 설계된 슬리브(21d, 21g, 41d, 41g) 및 그 슬리브에 부착된 움직임 센서(20d, 20g, 40d, 40g)를 구비한다. 본 발명은, 상기 센서(20d, 20g, 40d, 40g)가 상기 슬리브(21d, 21g, 41d, 41g) 벽의 움직임에 의해 직접 제어되는 온/오프 센서인 것을 특징으로 한다.

Description

소프트웨어용 움직임 감지장치{DEVICE INDICATING MOVEMENTS FOR SOFTWARE}
종래, 이러한 제어수단은 조정 또는 가이드 요소를 재현하는 요소(조이스틱, 핸들, 제어페달) 및 사용자의 신체(예를 들어, 팔 또는 손)에 고정되어 사용자를 가능한 한 거의 방해하지 않으면서 움직임을 감지하도록 설계된 요소를 포함한다.
한 예로서, 슬리브에 각각 부착된 팔꿈치 모양으로 굽은 센서가 사용자에게 꼭 맞춰져 팔꿈치의 굽힘각을 측정하고 그 각도를 나타내는 아날로그 신호를 전달한 다음 디지털 신호로 변환하여 기억 및 처리하는 복싱 시뮬레이터가 문서 US 5 229 756에 제안되어 있다.
이러한 형태의 장치는 중요한 약점을 지닌다.
센서에 의해 전달된 신호는 대량의 연산과 기억용량을 필요로 하는 컨버터 및 컴퓨터에 의해 처리되어야 한다.
실제로, 그러한 형태의 장치는, 이러한 센서에 수반되는 필요조건이 많기 때문에 그러한 응용을 위해 특별히 설계된 하드웨어 및 소프트웨어에만 사용된다.
본 발명은 사용자 신체의 각 부분의 움직임을 감지하는 센서를 구성하는 소프트웨어 제어수단에 관한 것이다.
도 1은 사용자 없이 본 발명의 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 사용자에게 설치한 상기 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하는 게임용 핸드세트를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 팔꿈치 움직임 센서에 연결된 게임용 핸드세트를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 변형예에 있어서의 스위치 움직임 센서를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 변형예를 구성하는, 기압을 이용한 팔꿈치 움직임 센서를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 장치의 상세한 정면도를 나타낸다.
도 8은 도 7의 장치의 중앙 프로세서 모듈의 연산을 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 7 및 도 8의 장치의 움직임 센서 및 제어용 핸드세트에 의해 구성되는 2부 유닛의 작동을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 7 및 도 8의 장치의 무릎 움직임 센서의 작동을 나타내는 도면이다.
본 발명의 주요 목적은, 연산 및 기억용량을 거의 필요로 하지 않으면서 사용자 팔다리의 위치 또는 이동을 그것을 의미 있게 나타내는 제어신호로 변환하기에 적합한 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은, 소형이며 제조비용이 높지 않은 움직임 센서를 사용한 장치를 제안하는 것이다.
본 발명에 따르면, 사용자의 적어도 한 관절의 움직임을 컴퓨터용 제어신호로 변환하는 시스템에 의해 이들 목적이 달성되고, 이 시스템은, 관절에 입히는 슬리브 및 그 슬리브에 부착된 움직임 센서로 이루어지며, 이 센서는 상기 슬리브 벽의 움직임이 직접 가해지는 온/오프 센서인 것을 특징으로 한다.
이 장치는 가정형 게임 콘솔 또는, 예를 들어 기존의 비디오 게임을 실행하는 개인용 컴퓨터에 신체 움직임 센서를 사용 가능하게 한다.
도 1의 장치는, 전처리기 모듈(10)로 구성되는 중심과 움직임 센서(20d, 20g, 40d, 40g)를 지닌 와이어 접속부에 의해 구성되는 4개의 지선으로 이루어진 성형(星形) 구조이다.
이 경우, 움직임 센서들은 무릎 굽힘(40g, 40d) 및 팔꿈치 굽힘(20g, 20d)에 반응한다.
팔꿈치 굽힘 센서(20d, 20g)를 각각 포함하는 2개의 지선은 센서를 지나 푸시버튼(35g, 35d) 패드가 마련된 제어용 핸드세트(30d, 30g)까지 연장한다.
도 2에서 알 수 있듯이, 사용자가 복부에 모듈(10)을 착용하면, 사용자의 움직임을 가능한 한 거의 방해하지 않도록 팔꿈치 센서(20g, 20d)와 핸드세트(30g, 30d) 사이의 접속부를 팔뚝을 따라 충분히 늘어뜨려 사용자의 팔과 허벅지를 따라 각 센서들에 와이어 접속이 이어진다.
굽힘 센서(20g, 20d, 40g, 40d) 또는 푸시버튼(35g, 35d)이 활성화되면, 이들 성분으로부터 해당 신호가 모듈(10)을 통과하게 된다. 그리고, 모듈(10)은 이신호들을 처리한 뒤 그 처리된 신호들을 컴퓨터(도시 생략)가 받아들일 수 있는 형식으로 출구 접속부(15)를 통해 컴퓨터에 송신한다.
각각의 굽힘 센서는 해당 관절 둘레에 착용된 유연한 슬리브(21d, 21g, 41d, 41g)에 장착된다. 슬리브는 헝겊 한 조각만으로 구성된다.
도 4에서, 슬리브(21d)는 팔꿈치에서 팔 위쪽과 팔뚝 둘레 양쪽으로 연장한다(그리고, 무릎에 대해서는 허벅지와 종아리 둘레로 연장한다)는 것을 알 수 있다.
슬리브의 일부는 관절 안쪽에 있다. 특히, 팔꿈치 어느 쪽이든, 사용자가 팔을 구부리는지 펴는지에 따라 서로 가까워지거나 멀어지게 움직이는 2개의 안쪽 면이 있다.
상기 두 면 중 적어도 한 면에 움직임 센서를 배치함으로써 이 장치가 장점을 갖게 된다.
도 4에서는 이들 두 면에 홀 효과 자기 센서의 두 성분, 즉, 팔뚝 안쪽 면에는 소형 자석(22)이, 이두박근 안쪽 면에는 상기 자석에 반응하는 수신기부(23)가 배치된다.
수신기부(23)는, 자석(22)이 수신기부(23)에 가까워지는지 멀어지는지에 따라 각각 개폐되는 제1 회로와, 자석(22)이 가까워지는지 멀어지는지에 따라 반대로 개폐되는 제2 회로의 두 전기회로를 정의하는 3개의 와이어를 포함한다.
본 실시예에 있어서, 2개의 와이어를 가진 접속부(25d)는 이들 회로 중 하나의 단자를 모듈(10)에 접속한다.
팔꿈치를 구부렸는지 폈는지에 따라 회로 및 접속부(25d)에 전기신호가 흐르거나 흐르지 않는다.
변형예에 있어서는, 추가로 보완 정보를 제공하기 위해 접속부(25d)가 다른 회로에 접속된 2개의 추가 와이어를 구비한다.
이와 같이, 본 자기 움직임 센서는 관절을 구부렸는지 폈는지에 따라 양의 또는 제로신호를 전달한다.
따라서, 관절이 그 순간에 정지해있는지 움직이고 있는지에 상관없이, 소정의 순간의 관절의 위치에 따라 신호의 값을 결정한다.
변형예에 있어서는, 관절의 실제 위치가 아니라 관절이 움직이는 방향에 따라 온 또는 오프 신호를 전달하는 움직임 센서가 사용된다.
관절이 늘어난 정도에 관계없이, 관절이 구부러져 있으면 센서가 제1 상태가 되고, 관절이 펴져 있으면 센서가 제2 상태가 된다.
움직임 센서에 의해 공급된 온/오프 정보를 이용하여, 굽힘 동작 또는 편 동작(예를 들어, 격투 게임에서 펀치나 킥) 또는 실제로 뻗거나 구부린 위치(예를 들어, 가상인물을 이동시키거나 점프시키는 푸시버튼(35d, 35g)을 눌렀을 때 해당하는 가상인물의 자세)를 검출하는 것이 가능하다.
변형예에 있어서, 도 5에 나타낸 움직임 센서는, 관절의 안쪽 면들 중 한쪽에는, 이 경우에는 레버를 갖는 기계적으로 조절하는 스위치(123)를, 다른 쪽에는 팔뚝에서 돌출된 폼(122)을 구비하며, 상기 스위치(123)는 상기 폼(122)에 접합하게 됨으로써 활성화된다.
이 경우, 스위치는 레버에 의해 기계적으로 조절되지만(레버 조작 마이크로스위치), 휠 또는 포크에 의해서도 마찬가지로 잘 조절될 수 있다.
도 6에 나타낸 센서의 변형예에서는, 팔꿈치의 오목한 곳에 에어백(220d)이 설치되어, 압축되면 그 안에 압력이 증가하게 된다.
스위치(230)는 에어백(220d)과 접하여 슬리브(21d)에 부착되고, 에어백(220d)에서 돌출되어 증가하는 압력의 영향하에 피스톤과 같이 작동하는 조정 핑거(235)를 갖고 있다.
유리하게, 에어백(220d)에는 굽힘 동작을 방해하는 것을 막기 위해 공기를 배출시키는 개구(225)가 있고, 이 개구들은 공기가 배출되는 중에도 여분의 압력을 충분히 유지할 수 있을 정도로 작다.
이와 같이, 검출기는 압력의 급증, 즉, 팔꿈치 굽힘 단계에서 반응한다.
스위치(230)는 종래의 기압 센서로 대체될 수 있고, 에어백도 밀봉 또는 팽창되게 할 수 있다.
다른 관절의 움직임을 이용하는 데 예컨대 압력 센서나 세로 이동 센서 또는 반경 방향 이동 센서 등 그 밖의 온/오프 센서가 사용될 수 있다. 움직임 센서는 수동형, 즉, 관절의 개폐 위치(또는 정해진 방향으로의 관절 움직임의 존재)를 나타내기 위해 센서에 공급하는 외력을 필요로 하거나, 능동형, 즉, 전력공급을 필요로 하지 않을 수도 있다.
핸드세트(30g, 30d)에서 푸시버튼(35d, 35g)은 핸드세트 위에 놓여 게임 콘솔에서 흔히 사용되는 제어용 조이스틱에서처럼 엄지로 활성화하기 적합하게 되어있다.
이 경우, 와이어 접속부는 도 4에 나타낸 것처럼 핸드세트(30d)에서 나온 와이어(26d)와 팔꿈치 센서(20d)에서 나온 와이어를 결합하여 이 와이어 집합이 접속부(27d)의 형태로 팔뚝에서 모듈(10)로 이어지는 와이어 접속이 사용된다.
도 7, 도 8 및 도 9는 각 센서(20g, 20d, 40g, 40d)가 각각의 스위치(28g, 28d, 48g, 48d)에 의해 모두 구성되는 상기 경우에 있어서의 모듈(10)과 센서 및 핸드세트간의 여러 가지 전기 접속의 바람직한 배치를 나타낸다.
이 경우, 각 핸드세트(30g, 30d)는 각각의 스위치(31g, 32g, 33g, 34g)에 각각 대응하는 4개의 푸시버튼을 구비한다.
직렬 접속부(50g)는 모듈(10), 팔꿈치 센서(20g) 및 핸드세트(30g)를 서로 연결시킨다(무릎에 대해서는 60g). 이 접속에 의해 모듈(10)은 센서(20g)와 핸드세트(30g)에 0이 아닌 전위를 전달한다. 이 전위는 팔꿈치 스위치(20g)의 단자 중 하나와 핸드세트(30g)의 각 스위치의 단자 중 하나에 전달된다.
이들 5개 각각의 스위치의 각각의 대향 단자는 각각의 접속부(51g, 52g, 53g, 54g, 55g)에 의해 모듈(10)에 접속되고, 모듈은 그 접속부가 전위를 반송하고 있는지 여부를 검출한다.
이상적인 구성에서는, 핸드세트(30g)로부터의 4개의 반송 접속부와 해당 전원 접속부(50g)는 2개의 지선으로서 핸드세트(30g)로부터 센서(20g)부근으로 연장하는 단일 절연 외장(26g)안에 결합되며, 2개의 지선 중 하나는 접속부(50g)의 시작 라인과 반송 라인을 포함하는 센서(20)에 접속되고, 다른 하나는 핸드세트(30g)와 센서(20g) 양쪽의 전력 및 반송 접속부를 결합한다.
도 8 및 9에 나타낸 바와 같이, 모듈(10)은 비디오 게임 시작용, 게임 메뉴 이동용, 및 소프트웨어 리셋용의 2개의 버튼(E1, E2)을 갖고 있다.
모듈(10)은 각종 센서 및 푸시버튼으로부터 나오는 온/오프 정보를 이용하여, 접속부(15)의 다른 단에 위치하는 컴퓨터에 적합한 형식으로 눈금을 정한다.
모듈(10) 그 자체는 센서에서 나오는 신호들에 디지털 전처리를 가하여 외부 컴퓨터가 사용하기 적합한 데이터로 변환하는 컴퓨터를 포함한다.
이 경우, 외부 컴퓨터는 게임 콘솔이며, 모듈(10)에서 출력되는 데이터는 조이스틱에 정상적으로 접속된 콘솔, 즉, 온/오프 신호를 수신하도록 자체적으로 설계된 접촉 세트의 입력에 인가된다.
이 때문에, 이러한 장치는 종래의 조이스틱이나 버튼 조정으로부터 취득되는 신호와 같은 형식의 신호를 전달한다.
이 경우에 모듈(10)에 의해 행해지는 처리는 매우 간단하고, 0 또는 0이 아닌 신호를 종래의 조이스틱의 출력에서 취득된 로직 레벨과 같이 소정 형식의 디지털 로직 레벨로 변환하는 것으로만 구성된다.
변형예에 있어서, 모듈(10)은 센서에 의해 제공된 온/오프 신호를 소정의 외부 컴퓨터를 위해 특별히 코드화된 정보로 변환하여 장치에 접속된 외부 컴퓨터에 따라 선택할 수 있는 여러 가지 방법으로 그와 같은 처리를 행하도록 프로그래밍 된 컴퓨터를 포함한다.
본 바람직한 실시예에서는, 원격 컴퓨터 유닛(도시 생략)이 모듈(10)에 응답으로 전송될 신호를 생성하여 적당한 처리를 행한 뒤, 그 신호들을 기계적인 재생 부재, 예를 들어 신체에 꼭 맞는 공기부재에 인가함으로써, 모듈(10)에 전송된 제어 신호들이 사용자의 신체에 인가될 물리 신호(일종의 바이오피드백)로 변환된다.
따라서, 이 경우에는 모듈(10) 및 핸드세트(30g, 30d)가 전동모터에 의해 회전되어 진동하는 불안정한 무게로 설비되어 어떤 무기에 의한 폭발 또는 발사를 나타내게 된다. 다른 형태의 재생(가상 현실 헬멧, 이어폰, 반작용 장치, 진동 의자 또는 상자 등)이 채용될 수도 있다.
당연히, 본 발명의 범위 내에서 숙련된 기술자에 의해 많은 변형이 제공될 수 있다.
예를 들어, 센서(20g, 20d, 40g, 40d)와 모듈(10)간의 접속이 무선 접속이 될 수 있다.
모듈(10)은 사용자의 다른 어떤 위치, 예를 들어 엉덩이에 설치될 수도 있고, 또는 실제로 사용자와 떨어져서 설치될 수도 있다. 마찬가지로, 본 발명의 시스템과 외부 컴퓨터 유닛간의 접속은 무선 접속에 의해서도 가능하다.
움직임 센서는 팔꿈치나 무릎 이외의 관절, 예를 들어 팔 전체의 위치를 포착하는 센서가 어깨에, 또는 다리 전체의 위치를 포착하는 센서가 엉덩이에 설치될 수 있다.
변형예에 있어서, 본 발명의 시스템은, 예를 들어 킥의 뻗는 동작을 포착하기 위해 발목 관절에 사용자의 발의 움직임을 포착하는 추가적인 센서를 구비한다. 격투 비디오 게임에서 킥을 뻗는 동작은, 예를 들어 가상인물이 점프하여 올라가게할 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 시스템은, 접촉부를 포함하는 폼으로 이루어진 마루 매트 형태의 추가적인 센서를 포함하여, 사용자 발의 움직임(예를 들어, 발을 내미는 동작)을 포착할 수 있게 하고, 이들 움직임을 가상 동작으로 변환한다. 격투 비디오 게임에서, 발을 몸 앞으로 내미는 동작은, 예를 들어 가상인물이 앞으로 이동하게 할 수 있다.
외부 디지털 프로세서 유닛은 컴퓨터나 콘솔일 필요는 없고, 예를 들어, 비디오 게임 아케이드에서 볼 수 있는 종류의 완전한 비디오 게임기일 수도 있고, 사용자가 그들 자신의 본 발명의 시스템을 가져와 외부 프로세서 유닛에 직접 연결하는 대화식 단말 등일 수도 있다.
그리고, 본 발명의 장치는 운송이 용이하고 본 발명의 시스템에서 생성된, 일반적인 외부 프로세서 유닛용 제어장치나 조이스틱에 의해 생성되는 신호와 같은 형태의 신호를 수신하여 이용할 수 있는 외부 프로세서 유닛만 필요로 하기 때문에 사용자의 집, 비디오 게임 아케이드, 바, 공항, 카지노나 그 밖의 어떤 장소에서도 똑같이 잘 사용할 수 있다.
본 발명의 시스템이 적합한 소프트웨어의 종류에는 매우 광범위한 선택권이 있고, 사용자는 경우에 따라 이 광범위한 선택권 중에서 사용자의 요구를 구체적으로 만족시키는 것을 선택할 수 있다.
따라서, 다음 리스트에 다 포함되어 있는 것은 아니지만, 인터넷(아바타를 움직이게 하는)에 의한 것을 포함하여, 격투 게임용 소프트웨어, 일반적인 스포츠시뮬레이션용 소프트웨어(농구, 축구, 골프, 스키 등), 강습용 소프트웨어(체조, 수영, 에어로빅, 복싱, 레이싱, 및 드럼 세트를 이용한 실제 훈련 등), 화상회의 소프트웨어, 및 보다 일반적으로는 원격 대면 소프트웨어 등에 본 발명의 시스템이 포함된다.
본 발명의 시스템은 유리하게는 모듈(10)과 외부 프로세서 유닛간의 각종 접속수단을 각종 마이크로컴퓨터, 콘솔, 및 게임 매장에서 발견되는 종류의 통합형 비디오 게임기에 접속할 수 있게 하는 어댑터를 포함한다.
모듈(10)을 외부 프로세서에 접속하는 입출력수단은 소프트웨어가 실행되는 디지털 프로세서의 종류에 따라, "조이스틱"형이나 푸시버튼("패드")형, 또는 다른 어떤 형태의 접속으로 구성되는 접속 형태가 채택된다.
모듈(10)은 또한 움직임 센서에 의해 전달된 신호의 감도를 조정하여 그러한 센서에 특별한 기능을 부여하는 수단을 포함한다.
이러한 장치는, 바람직한 실시예에서 그 장치가 출력하는 신호가 통상의 조이스틱에 의해 출력되는 신호와 같기 때문에 기존의 소프트웨어에 사용될 수 있고, 본 발명의 시스템에 입력된 신호는 특정 조이스틱이나 감각 시뮬레이터에 의해 현재 처리되는 방식과 같은 방식으로 처리될 수 있다.
설명한 실시예에서 알 수 있듯이, 일반적인 조이스틱의 모든 표준 기능이 본 발명의 시스템에서 나타날 수 있다.
시스템은 또한 본 발명의 장치에 의한 새로운 사용 모드를 제공하더라도 광범위한 사용이 가능해질 것이라는 사실을 확신하여(기존 조이스틱의 호환성 때문에) 앞으로 작성될 수 있는 소프트웨어에, 또는 본 발명의 시스템을 위해 특별히 작성된 소프트웨어(예를 들어, 소프트웨어에 의해 사용자의 움직임이 포착되어 양자화되고 평가되는 가정용 체조 소프트웨어, 또는 실제로 사용자들을 가상으로 만나게 할 수 있는 소프트웨어)에 사용될 수 있다.
본 시스템은 소형이고 운송이 용이하다.

Claims (10)

  1. 무릎, 팔꿈치, 어깨, 엉덩이, 또는 발목 중에서 선택된 사용자의 적어도 한 관절의 움직임을 컴퓨터용 제어신호로 변환하는 장치에 있어서,
    관절에 입히는 슬리브(21d, 21g, 41d, 41g) 및 그 슬리브에 부착된 움직임 센서(20d, 20g, 40d, 40g)를 구비하며,
    상기 센서(20d, 20g, 40d, 40g)는 상기 슬리브(21d, 21g, 41d, 41g) 벽의 움직임이 직접 가해지는 온/오프 센서인 것을 특징으로 하는 소프트웨어용 움직임 감지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서(20d, 20g, 40d, 40g)가 관절의 오목한 부분에 배치되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 소프트웨어용 움직임 감지장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 센서는 관절 한 쪽에 배치된 자기 검출기(23d) 및 상기 관절의 다른 쪽에 배치되어 상기 검출기(23d)에 의해 검출 가능한 피스(22d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어용 움직임 감지장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 센서는 에어백(220d) 및 그 에어백(210d)에 나타나는 압력 증가에 반응하는 센서(23d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어용 움직임 감지장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 센서(20d, 20g, 40d, 40g)는, 관절의 한 쪽에 배치되는 기계적으로 조절되는 스위치(123d), 및 상기 기계적으로 조절되는 스위치(123d)와 접합부를 구성하도록 설계되어 상기 관절의 맞은편에 배치되는 돌출 피스(122d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어용 움직임 감지장치
  6. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(20d, 20g, 40d, 40g)가 사용자의 어깨에 배치되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 소프트웨어용 움직임 감지장치.
  7. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(20d, 20g, 40d, 40g)가 사용자의 엉덩이에 배치되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 소프트웨어용 움직임 감지장치.
  8. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(20d, 20g, 40d, 40g)가 발목 관절에 배치되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 소프트웨어용 움직임 감지장치.
  9. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    컴퓨터의 제어 하에 사용자 몸의 일부에 기계적인 동작을 가하는 기계 부재(10, 30d, 30g)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어용 움직임 감지장치.
  10. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(20d, 20g, 40d, 40g)의 출력 신호를 컴퓨터에 의해 사용 가능한 신호로 변환하기에 적합한 프로세서 모듈(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어용 움직임 감지장치.
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