KR200268808Y1 - 물체의 회전 정보를 획득하기 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

스포츠에 사용되는 구와 같은 고속회전물체에 장착되어 고속회전물체의 회전 정보를 감지하는 감지데이터 제공부 및 고속회전물체의 외부에 설치되어 감지데이터 제공부로부터 제공된 정보를 분석 및 처리하는 데이터 분석/처리부를 포함하는 회전정보 획득 시스템이 제공된다. 감지데이터 제공부는, 고속회전물체의 중심에 장착되며, 자북을 기준으로 하여 각축이 서로 다른 위상차와 크기를 갖는 소정의 아날로그 정현파를 출력하는 3축 지자기 센서, 3축 지자기 센서에서 출력된 아날로그 정현파를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기, 아날로그/디지털 변환기에서 출력된 디지털 신호를 데이터 분석/처리부로 전송하기 위한 전송부를 포함한다.데이터 분석/처리부는 감지데이터 제공부의 전송부로부터 전송된 신호를 수신하는 수신부, 수신부의 출력으로부터, 자북을 기준으로 하는 고속회전물체의 3차원상의 위치 변화를 산출해 내는 연산부, 연산부로부터 출력된 데이터 및 디지털 신호를 근거로 하여 회전정보를 산출하는 회전정보분석기 및 회전정보분석기로부터 출력된 결과를 표시하는 표시부를 포함한다.

Description

물체의 회전 정보를 획득하기 위한 시스템{System for obtaining spin information of a spining object}

본 고안은 회전하는 물체의 회전정보를 측정하는 기술에 관한 것으로, 특히 회전체의 회전축, 회전 횟수, 회전 속도 등의 회전 정보를 획득할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

회전하는 물체의 회전 정보를 검출하기 위해서는 일반적으로 자이로스코프가 사용되고 있다. 자이로스코프는 미사일의 내부에 가속도계와 함께 장착되어, 미사일이 일정한 장소에서 일정한 속도에 도달함을 감지하며, 모터 등에 내장되어 모터의 회전 각속도를 측정하고, 로봇 등에 장착되어 로봇 몸체의 위치 변화를 감지하는 데에 이용되고 있다. 그러나, 자이로스코프의 회전 속도의 한계에 의해, 회전 속도가 빠른 공, 예를 들면, 약 1000도/초 이상의 회전 속도를 가지고 회전하는 공에 장착되어 그의 회전 속도 등을 측정하는 것은 불가능하다. 그리고, 자이로스코프를 이용하여 물체의 이동을 확인하기 위해서는 위성항법장치와 함께 사용되어야 하는 불편함이 있다.

따라서, 운동을 체계화시키기 위한 스포츠 과학의 활성화에 부응하도록, 자이로스코프를 이용하여 야구, 축구, 배구 경기에 사용되는 구와 같이 빠르게 회전하는 물체의 회전 정보 예를 들면 회전 속도 또는 회전 횟수, 회전 속도 및 진행속도를 측정하는 것은 불가능하다.

이에 간단한 구성을 가지면서도 차량, 미사일, 로봇 등의 회전 속도 보다 상당히 빠른 회전 속도를 가지는 물체, 예를 들면 스포츠에 사용되는 구의 회전 정보를 파악할 시스템이 요구되었다.

따라서, 본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는, 간단한 구성을 가지면서도 빠르게 회전하는 물체의 회전 정보를 획득하고 이를 재현할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 회전정보획득시스템의 개략도를 보여주는 도면이다.

도 2는 도 1의 감지 데이터 제공부(100)의 상세도 및 데이터 흐름을 보여주는 도면이다.

도 3은 도 1의 도 1의 데이터 정보처리 및 비교 분석부(400)의 상세도 및 데이터 흐름을 보여주는 도면이다.

도 4는 도 2의 감지 데이터 제공부(100)를 구에 적용한 예를 보여주는 도면이다.

도 5는 도 3의 위도/경도 변환기의 연산과정을 설명하기 위한 좌표가 표시된 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

111, 112, 113: 자지기 센서 115: A/D 변환기

410: 위도/경도 변환기 420: 회전정보분석기

430: 표시부 440: 표준 DB

450: 누적DB 470: 구

480: PCB

본 고안의 목적을 달성하기 위해, 고속회전물체 내에 장착되어 상기 고속회전물체의 회전 정보를 감지하는 감지데이터 제공부 및 상기 고속회전물체의 외부에 설치되어 상기 감지데이터 제공부로부터 제공된 정보를 분석 및 처리하는 데이터 분석/처리부를 포함하는 회전정보 획득 시스템이 제공된다.

여기서, 감지데이터 제공부는, 고속회전물체의 중심에 장착되며, 자북을 기준으로 하여 각축이 서로 다른 위상차와 크기를 갖는 소정의 아날로그 정현파를 출력하는 3축 지자기 센서, 3축 지자기 센서에서 출력된 아날로그 정현파를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기, 아날로그/디지털 변환기에서 출력된 디지털 신호를 데이터 분석/처리부로 전송하기 위한 전송부를 포함한다.

그리고 데이터 분석/처리부는 감지데이터 제공부의 전송부로부터 전송된 신호를 수신하는 수신부, 수신부의 출력으로부터, 자북을 기준으로 하는 고속회전물체의 3차원상의 위치 변화를 산출해 내는 연산부, 연산부로부터 출력된 데이터 및 디지털 신호를 근거로 하여 회전정보를 산출하는 회전정보분석기 및 회전정보분석기로부터 출력된 결과를 표시하는 표시부를 포함한다. 특히 연산부의 고속회전물체의 3차원상의 위치는 고속회전물체의 중심과 자북과의 일직선과 고속회전물체 표면의 접점의 위도 및 경도로 표현된다.

이러한 회전정보획득 시스템은 야구, 배구, 농구, 골프, 포환던지기 등과 같은 경기에 사용되는 구에 적용될 수 있다. 그리고, 전술한 구에 본 고안에 따른 회전정보획득 시스템을 적용할 경우, 연산부의 출력이 저장되어 있는 누적 데이터 베이스 및 상기 고속회전물체의 표준 회전정보가 저장되어 있는 표준 데이터 베이스, 상기 누적 데이터 베이스의 데이터와 상기 표준 데이터 베이스의 데이터를 비교하기 위한 비교부 및 상기 비교부의 출력을 표시하기 위한 표시부를 포함하는 비교 분석부를 더 포함하여, 구를 던지는 기술을 모니터링하여 그 기술을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 고안을 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 회전정보획득 시스템의 개략도를 나타낸 것으로, 회전정보획득 시스템은 고속회전물체에 장착되는 감지데이터제공부(100) 및 고속회전물체 외부에 설치되는 데이터 처리/분석 및 비교 분석부(400)로 이루어져 있다. 감지데이터제공부(100)는 고속회전물체의 회전에 따른 회전 데이터 예를 들면 회전축, 회전 속도, 회전 방향, 회전 횟수 및 진행 속도와 같은 물리적인 변화값을 출력하는 감지부(110), 감지부(110)에서 출력된 고속회전물체의 회전 데이터의 처리, 전송을 제어하기 위한 제어부(120)를 포함한다. 상기 감지데이터 정보제공부(100)에서 처리된 신호는 데이터 인터페이스(300)를 통해 데이터처리 및 비교 분석부(400)로 입력된다.

한편, 감지부(110)는 도 2에 도시된 것과 같이, 고속회전물체의 중심에 장착되어 있는 X, Y 및 Z축 지자기 센서(3축 지자기 센서;111, 112, 113)로 이루어져 있다. 그리고, 제어부(120)는 3축 지자기 센서(111, 1112, 113)로부터 출력된 신호에서 잡음을 제거하기 위한 저역통과 필터(114), 저역통과 필터(114)의 출력을 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기(A/D 변환기;115)로 이루어져 있다.

데이터 처리 및 비교 분석부(400)는 도 3에 도시된 것과 같이, 감지데이터제공부(100)로부터 전송받은 디지털 신호를 근거로 하여, 자북을 기준으로 하는 고속회전물체의 3차원상의 위치 변화를 산출해 내는 연산부로서, 고속회전물체의 중심과 자북과의 일직선과 고속회전물체 표면이 형성하는 접점의 위도 및 경도를 추출하는 위도/경도변환기(410)를 포함한다. 그리고 데이터 처리 및 비교 분석부(400)는 연산부인 위도/경도 변환기(410)로부터 출력된 데이터 및 상기 디지털 신호를 근거로 하여 회전정보를 산출하는 회전정보분석기(420) 및 회전정보분석기(420)의 출력을 표시하는 표시부(430)를 더 포함한다. 회전 정보 분석기(420)에서 출력된 회전 정보는 회전축, 회전 속도 또는 회전 횟수 그리고 진행 속도 등이 포함한다.

또한, 데이터 처리 및 비교 분석부(400)는, 회전 정보 분석기(420)에서 출력된 회전 정보들을 저장하고 있는 누적DB(450), 고속회전물체의 기준이 되는 표준 데이터를 저장하고 있는 표준DB(440), 표준DB(440)의 데이터와 누적DB(450)에 저장된 회전 정보 분석기(420)로부터 출력된 회전 데이터를 비교하는 비교부(460)를 포함한다. 그리고 비교부(460)의 출력은 표시부(430)로 입력되어, 고속회전물체의 운영자(고속회전물체를 회전시킨 자 또는 회전 정보를 얻고자 하는 자)에게 관련 정보를 제공하게 된다.

그리고, 데이터 인터페이스(300)로는 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이 고주파 송신모듈(310, 315) 및 고주파 수신모듈(320, 325)을 사용할 수 있다.

도 4는 본 고안의 감지데이터 제공부를 야구경기, 농구경기, 배구경기, 포환던지기 또는 골프 등에 사용되는 구에 적용한 모습을 보여주고 있다. 구(470)의 내부 중심 부분에 도 2에 도시된 3축 지자기 센서(111, 112, 113), 저역통과 필터(114), A/D 변환기(115), 제어부(120) 및 RF송신모듈(310, 315)가 연결되어 집적되어 있는 PCB(480) 및 PCB(480)상의 부품의 동작을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부로서의 충전기(490)가 설치되어 있다. 구의 회전과 함께 PCB(480)에 설치된 3축 지자기 센서(111, 112, 113)도 회전하게 된다.

이제 도 4를 참고로 하여, 3축 지자기 센서만을 이용하여 고속회전하는 구의 회전정보를 획득하는 방법을 구체적으로 살펴본다.

지구는 하나의 커다란 자석으로 자기장을 형성하므로, 고속회전물체에 장착된 3축 지자기 센서(111, 112, 113) 각각은 자북을 향하게 되며, 이때 자북의 위치는 회전하는 구의 표면 상의 하나의 점(P)에 대응되게 되게 된다. 그리고 회전하는 구의 중심(O)과 구의 표면 상의 점(P)과의 위치 벡터(OP)는 구의 회전에 따라 변하게 되고 이에 따라, 3축 지자기센서(111, 112, 113)로부터 출력된 신호(정현파)는 구의 회전에 의존하면서 변하게 된다. 왜냐하면, 위치벡터는 위도(θ_y)와 경도(θ_z)으로 표시되는데, X축 자기센서(111), Y축 자기센서(112) 및 Z축 자기센서(113)로부터 출력되는 정현파는 위도와 경도로 표현되기 때문이다. 여기서 θ_y는 반시계방향으로 Y축과 X-Z평면이 이루는 각(0 내지 180도)이며, θ_z는 X-Z평면에서 반시계방향으로 Z축과 이루는 각(0 내지 360도)을 나타내는 것으로, θ_y=arctan(α/Hy), θ_z=arctan(Hx/Hz)이 되게 된다. 그리고, α는 지자계 H가 X-Z 평면상의 투사된 것을 나타내는 것으로, 그 크기는 (H_x ²+H_z ²)^1/2이 된다(여기서 Hx는 X 지자기 센서에 의해 측정된 자기장, Hy는 Y 지자기 센서에 의해 측정된 자기장, Hz은 Z 지자기 센서에 의해 측정된 자기장). 따라서, 감지 데이터 제공부(120)의 3축 지자기 센서(111, 112, 113)의 출력에는, 구의 회전을 반영하는 정보, 즉, 전술한 위도 및 경도 데이터가 포함되게 된다.

그리고 3축 지자기 센서(111, 112, 113)의 출력은 디지털 신호로 변환되어 데이터 정보처리 및 비교 분석부(400)의 위도/경도 변환기(410)에서, 전술한 위도와 경도를 추출하게 된다.

위도와 경도 데이터가 구의 회전에 따라 변하게 되므로, 회전정보순석기에서, 구의 회전축 및 회전 방향은 (위도, 경도) 좌표를 분석함으로써 얻을 수 있게 된다.

그리고, 일정 시간 동안의 회전 속도는 그 시간 동안의 3축 지자기 센서(111, 112, 113)에서 출력된 정현파의 주파수를 확인함으로써 추출해 낼 수 있고 회전 속도를 이용하여 회전 횟수를 추출해 낼 수 있다.

또한, 회전이 시작한 시간과 구가 정지한 시간을 감지하고 그 시간 차이와 구의 회전에 의한 이동 거리를 이용하여, 구의 진행 속도로 추출해 낼 수 있다.

회전 방향과 진행 방향이 파악이 되면, 회전하는 구를 둘러싸는 외부 공기의 저항, 중력장의 영향을 고려하여 구의 운동곡선을 산출해 낼 수 도 있다.

회전정보 분석기(420)의 출력인 진행 속도, 운동 곡선, 회전 수, 회전 속도 등의 회전정보들은 영상으로 또는 문자로 표현되어 표시부(430)에 디스플레이 된다.

한편, 회전정보 분석기(420)의 출력은 고속회전물체의 회전정보를 저장하는 누적DB(450)에 저장되며, 이 데이터는 고속회전물체의 표준이 되는 정보가 저장되어 있는 표준DB(440)의 데이터와 비교부(460)에 의해서 비교되어, 그 결과를 표시부(430)로 전송시킨다.

본 고안에 따른 회전정보획득시스템은, 지자기센서만을 이용하여 고속으로 회전하는 물체의 회전정보를 감지하고 간단한 연산을 통해 회전정보를 획득하게 되므로, 고속회전하는 물체의 회전동작을 정확하고 용이하게 모니터링할 수 있으며, 나아가, 구를 던지는 기술을 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 고속회전물체에 장착되어 상기 고속회전물체의 회전 정보를 감지하는 감지데이터 제공부 및 상기 고속회전물체의 외부에 설치되어 상기 감지데이터 제공부로부터 제공된 정보를 분석 및 처리하는 데이터 분석/처리부를 포함하되,

   상기 감지데이터 제공부는, 상기 고속회전물체의 중심에 장착되며, 자북을 기준으로 하여 각축이 서로 다른 위상차와 크기를 갖는 소정의 아날로그 정현파를 출력하는 3축 지자기 센서, 상기 3축 지자기 센서에서 출력된 아날로그 정현파를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기, 상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력된 디지털 신호를 상기 데이터 분석/처리부로 전송하기 위한 전송부를 포함하고,

   상기 데이터 분석/처리부는 상기 감지데이터 제공부의 전송부로부터 전송된 신호를 수신하는 수신부, 상기 수신부의 출력으로부터, 자북을 기준으로 하는 상기 고속회전물체의 3차원상의 위치 변화를 산출해 내는 연산부, 상기 연산부로부터 출력된 데이터 및 상기 디지털 신호를 근거로 하여 회전정보를 산출하는 회전정보분석기 및 상기 회전정보분석기로부터 출력된 결과를 표시하는 표시부를 포함하는 회전정보 획득 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연산부의 출력이 저장되어 있는 누적DB 및 상기 고속회전물체의 표준 회전정보가 저장되어 있는 표준DB, 상기 누적DB의 데이터와 상기 표준DB의 데이터를 비교하기 위한 비교부 및 상기 비교부의 출력을 표시하기 위한 표시부를 포함하는 비교 분석부를 더 포함하는 회전정보 획득 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고속회전물체는 구인 것을 특징으로 하는 회전정보 획득 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 고속회전물체의 3차원상의 위치는 상기 고속회전물체의 중심과 자북과의 일직선과 고속회전물체 표면의 접점의 위도 및 경도로 표현되는 회전정보 획득 시스템.