KR200404984Y1 - 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한위치인식 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 위치인식 시스템에 관한 것으로 특히, 자동화기기 등의 관절각도 또는 선형 위치를 추적하는 경우 선형 또는 평면상에서 저가격으로 위치를 추적할 수 있으면서도 오차가 누적되지 않고 에러를 검출할 수 있도록 하기 위한 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템을 제공하면, 자동화 기계의 위치측정, 궤도열차의 승강장 유도 장치, 엘리베이터의 위치추적, 테이프의 위치추적, 루프의 위치추적 등에 광범위 하게 적용할 수 있으며, 센서에서 입력된 데이터의 오류를 판단할 수 있는 장점이 있기 때문에 위치 측정이 안전에 영향을 미치는 경우에 적용하면 더욱 효과적이다.

인코더, 위치, 각도, 위치추적, 의사난수

Description

의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템{System of positioning by using measurement method for Pseudo Random Noise Code}

도 1은 7단 레지스터들을 갖는 LFSR을 채용하는 의사 난수 발생 회로의 구성 예시도

도 2는 도 1의 모식적 표현에 따른 의사난수 코드생성의 예시도

도 3은 의사난수 코드를 적용한 선형 위치인식용 측정자의 예시도

도 4는 의사난수 코드를 적용한 원형 위치인식용 측정자의 예시도

도 5는 본 고안에 따른 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템의 구성 예시도

본 고안은 위치인식 시스템에 관한 것으로 특히, 자동화기기 등의 관절각도 또는 선형 위치를 추적하는 경우 선형 또는 평면상에서 저가격으로 위치를 추적할 수 있으면서도 오차가 누적되지 않고 에러를 검출할 수 있도록 하기 위한 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 전자기술의 발전은 일상 생활용품 및 산업 전반에서 자동화되고 있는 추세이다. 즉, 제어 대상이 매우 폭넓게 확대되고 있는 데 일상 생황에서 적용되는 대표적인 자동제어는 CD플레이어 등을 예로들 수 있으며, 산업 현장에서는 로보틱스 자동화 기기들로써 임의의 기구들에 상당량의 관절을 구비함으로써 자연스런 작업상태를 유지하게 된다.

이러한 경우 제어 대상이 무엇이건 물리적으로 움직이는 대상을 제어하기 위해서는 제어동작을 수행하기 위한 기준위치를 인식하여야 하며, 이를 통해 회전각도 혹은 선형적 이동 위치를 인식할 필요성이 대두된다.

상술한 필요성을 해소하기 위한 제어장치(센서 포함)를 흔히 인코더라고 통칭하는데, 자동화 기기의 제어를 위한 인코더 구현 방식 중 대표적인 방식이 그레이 코드를 사용하여 각도를 인식하는 방법과, 타코 메타를 이용하여 선형위치 혹은 각도위치를 인식하는 방법이다.

여기에서 그레이 코드는(gray code)는 아날로그 정보를 디지털 정보로 변환하는데 널리 사용되는 코드이다. 웨이트가 없는 코드로써 인접한 각 코드간에는 한 개의 비트만이 변한다. 웨이트가 없다는 것이 결점이지만 쉽게 2진수로 변환되기 때문에 아주 유리하다.

따라서 그레이 코드를 적용한 인코더는 연속된 아날로드신호를 입력받아 이를 구분하도록 하는 그레이 코드의 특성상 각도를 표시할 때는 우수하지만, 입력코 드에 오류가 발생하거나 노이즈에 의하여 입력코드가 변형되었을 때 위치측정에 커다란 오차가 발생할 수 있다는 문제점이 있으며, 더욱이 이러한 문제점에도 불구하고 입력코드의 오류를 판단하는데 어려움이 있다는 기술적 한계성이 존재한다.

또한, 타코 메타를 선형 또는 각도 위치추적에 사용하는 것은 매우 경제적이고, 구조적으로도 간단하여 자동화 기기의 위치 추적에 대부분 적용되고 있으나, 타코 메타를 이용한 위치추적은 초기 위치에 대한 타코 신호 펄스의 합으로 결정되기 때문에, 만약 노이즈에 의해서 타코 신호가 증가 또는 감소되었을 경우 오차가 누적되는 단점이 있다.

또한 정전 또는 시스템 재가동 할 때 초기위치를 다시 추적해야 하는 경우가 발생한다. 그리고 이러한 원인은 경우에 따라서 시스템을 자동화 할 수 없을 수도 있다.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 고안의 목적은 위치인식 시스템에 관한 것으로 특히, 자동화기기 등의 관절각도 또는 선형 위치를 추적하는 경우 선형 또는 평면상에서 저가격으로 위치를 추적할 수 있으면서도 오차가 누적되지 않고 에러를 검출할 수 있도록 하기 위한 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템을 제공하는 데 잇다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템의 특징은, 의사난수 코드가 표기하되 특정의 표기 방식으로 표기되어진 위치인식을 위한 측정자와; 해당 측정자에 표기된 의사난수 코드의 표기 방식에 대응하여 해당 측정자에 표기된 의사난수 코드를 인식 감지하는 센서와; 상기 센서로부터 감지된 비트 열을 위치데이터로 환산하는 중앙처리장치; 및 상기 중앙처리장치로부터 환산되어진 위치데이터를 출력하는 출력부를 포함하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템의 부가적인 특징으로, 상기 측정자에 의사난수 코드가 표기하는 방식은 선형위치, 각도위치를 측정할 목적으로 의사 난수 코드의 비트 열을 전자기적/광학적 방법 또는 기하학적 방법으로 검출할 수 있도록 선형, 원형으로 구성 되거나 또는 그 조합되는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템의 부가적인 다른 특징으로, 상기 센서는 상기 측정자에 표기된 의사난수 코드에 따른 비트 열을 순차검출 혹은 병렬검출 혹은 이미지검출 등의 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 의사난수 코드를 검출하도록 하는 데 있다.

본 고안의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 고안의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

우선 본 고안에 적용되는 기술적 사상을 살펴보면, 일반적으로 위치추적의 기술은 측정자에 임의의 마크를 형성하고 마이크로프로세서 측에서 이를 어떻게 손쉽게 인식할 수 있는가가 관건이기 때문에 기존의 방식에서는 그레이 코드 혹은 타코 메타를 이용하여 측정자에 임의의 마크를 형성한 것이다.

따라서 기존 그레이 코드 혹은 타코 메타의 데이터 신뢰성의 문제점을 해소하기 위해 현재 안전성에 비추어 데이터 통신 시스템에서 활용되어지고 있는 난수를 사용하는 암호법 알고리즘을 이용해 측정자에 마크를 형성하면 어떨까하는 데 착안한 것으로, 통상적으로 난수를 사용하는 암호법 알고리즘 중에서는 용이하게 생성될 수 있는 의사 난수들이, 다루기에 쉽고 처리에서의 단순성 때문에, 진성 난수들보다 훨씬 더 빈번하게 사용되었다.

그러므로 본 고안에서도 의사난수를 이용하여 위치인식을 위한 마킹을 하고 이를 인식하도록 하고자 한다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부한 도 1은 7단 레지스터들을 갖는 LFSR을 채용하는 의사 난수 발생 회로(50)의 블록도를 도시한 것으로, 의사 난수들을 발생시키는 의사 난수 발생 회로에 대해, LFSR을 사용하는 회로들이 잘 알려져 있다.

LFSR은 직렬로 연결된 복수의 레지스터들 및 배타적 OR 회로를 포함한다. 상기 복수의 레지스터들 중의 두 개의 특정 레지스터들의 출력 신호가, 상기 배타적 OR 회로의 입력 노드로 공급되며, 상기 배타적 OR 회로의 출력 신호는 선도 (leading)레지스터로 피이드백 된다.

더욱이, 쉬프트 클럭이 이들 레지스터들 모두로 공통으로 공급된다. 이러한 구성에 의해, 비교적 긴 사이클의 의사 난수 계열을 획득하는 것이 가능하다.

예를 들면 n레지스터로 이루어지는 LFSR 에 의해 생성된 의사 난수 계열의 주기는, n차의 선형 최대 주기열("M-계열" 이라 함)의 것과 동등한 바, 그것은 2 ^n-1이다. 여기서 주기로 정의되는 것은 시간을 나타내는 것이 아니라는 것에 주목하여야 하며, 차라리 그것은, 생성된 의사 난수가 상이한 종류인 것으로서 여겨질 수 있는 방식의 개수(혹은 길이)를 나타내는 것이다.

달리 말하면, 의사 난수들의 식별 세트는 매 사이클에 대해 반복적으로 생성될 수 있다.

첨부한 도 1의 구성 및 동작을 간략히 살펴보면, 난수 발생 회로(50)는, 직렬로 연결되어 있는 7개의 레지스터 50-1 내지 50-7 중에서, 제 2단째의 레지스터(50-2)의 출력 및 최종단 째의 레지스터(50-7)의 출력이, 배타적 OR 회로(52)의 입력 노드에 접속되며, 배타적 OR 회로(52)의 출력 노드는 선도 레지스터(50-1)로 피이드백된다. 쉬프트 클럭(SCK)이 모든 레지스터들 50-1 내지 50-7 에 공통으로 제공되며, LFSR 이 SCK 에 응하여 구동된다.

해당 레지스터들의 출력이 의사 난수를 형성함에 따라 취출 된다. M-계열의 비트 스트링이 LFSR 을 채용하는 의사 난수 발생 회로의 경우에 생성되며, 7단 레지스터들로 이루어지는 LFSR은, 127(즉, 2^7-1)가지의 의사 난수들을 생성한다.

따라서 상술한 바와 같은 의사난수 생성기를 보다 모식적으로 표현하면 첨부한 도 3과 같이 설명할 수 있는데, 이를 이용하여 인코더를 제작하게 되는 경우, 인코더에 적용된 의사난수 코드가 8비트라고 할 때, 8비트 의사난수 코드생성 방정식은 1 +

라고 하고, 초기 값은 11111111 이라고 하면, 의사난수코드의 다음 값은 의사난수 코드생성 방정식으로부터 1 + bit0 + bit1 + bit7 = 4 이다.

여기에서 짝수를 0 홀수를 1 이라고 하면 다음 의사난수 코드값은 0이 된다.

이와 같은 방법으로 254개의 비트로 구성된 의사난수코드를 생성할 수 있다.

따라서 이렇게 생성된 의사난수 코드(111111110 110...)를 이용하여 도 3과 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 위치인식용 측정자를 선형 혹은 원형으로 제작할 수 있다.

그리고 광학 센서를 이용하여 원하는 위치에서 인코더에 표기된 254개의 비트 중에 연속된 8비트를 센서로부터 읽어 들인다. 만약 읽어 들인 코드의 값이 11111110이라고 하면 읽어 들인 코드 값은 254개 중에 초기값 11111111로부터 첫 번째 위치에서 일치하고 이 값은 1개만 존재한다.

그러므로 이것을 원형의 각도로 표시하면 365/254도 이다.

그리고 읽어 들인 코드의 다음 값은 코드생성 방정식으로부터 1이어야 한다. 만약에 센서에서 다음 비트 값으로 0을 읽어 들인다면 읽어 들인 코드값은 오류라고 판단할 수 있다. 그러나 좀더 정확하게 오류를 판단하기 위해서는 좀더 많은 코드를 비교하는 것이 바람직하다.

첨부한 도 5는 본 고안에 따른 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자 를 이용한 위치인식 시스템의 구성 예시도로서, 의사난수 코드로 표기된 위치인식용 측정자(100)와, 해당 측정자에 표기된 코드를 감지하는 센서(200)와, 상기 센서(200)로부터 감지된 비트 열을 위치데이터로 환산하는 중앙처리장치(300), 및 상기 중앙처리장치(300)로부터 환산되어진 위치데이터를 출력하는 출력부(400)로 크게 구성되어 있다.

이때, 상기 의사난수 코드로 표기된 측정자(100)는 의사난수 생성방정식과 초기값(의사난수 시작 값)을 기초로 하여 생성되는 비트 열이 의사난수 사용범위 안에서 일정한 형태를 가지는 특성을 이용하여 제작된 것으로서, 의사난수 생성 방정식에 특별한 제한을 가지는 것은 아니다.

그리고 이와 같은 방법으로 생성된 의사난수를 첨부한 도 3 또는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 순차적으로 직선이나 원형으로 배열하여 선형위치나 각도위치를 표시한다.

또한, 센서(200)로부터 입력된 비트 열로부터 선형위치나 각도위치를 구하는 방법은 코드 생성 방정식의 초기값으로부터 몇 번째 비트 열과 일치하는지를 계산하여 입력된 비트 열의 위치를 계산하여 각도나 선형위치로 변환 할 수도 있고, 계산 속도를 향상하기 위하여 메모리에 저장된 위치 변환 테이블을 이용하여 센서로부터 입력된 비트 열을 위치로 변활 할 수도 있다.

그리고 의사 난수 코드의 특징은 코드의 초기값으로부터 코드 생성 방정식에 의하여 순차적으로 비트 열이 생성되기 때문에 센서로부터 입력된 비트 열 속에 오류 비트가 포함되어 있으면 생성 방정식에 의하여 계산된 비트와 차이가 발생하므 로 입력된 비트에 오류가 포함되어 있음을 알 수 있다.

그리고 본 고안이 적용된 측정자(100)의 코드를 검출할 때, 측정자(100)의 코드를 순차적으로 지나가면서 검출 하는 선형입력방법과, 측정자(100)의 코드 열에서 필요한 만큼의 비트 열을 한번에 읽어오는 병렬 입력 방식이 있다.

두 방식의 차이점을 부연하면, 선형입력방식은 구조가 비교적 간단하여 경제적이며, 병렬입력 방식은 실시간 위치추적이 가능하다.

그리고 바코드 스캐너 또는 마이크로 카메라와 같은 이미지 센서로 측정자(100)의 코드를 입력할 경우에 이미지 데이터로부터 코드를 분리하고, 분리된 코드의 비트 열에 대한 중심과 센서의 중심위치를 비교하여 좀더 정확한 인코더의 위치를 결정할 수 있다.

이상의 설명에서 본 고안은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 실용신안등록청구범위에 의해 나타난 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 고안에 따른 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템을 제공하면, 자동화 기계의 위치측정, 궤도열차의 승강장 유도 장치, 엘리베이터의 위치추적, 테이프의 위치추적, 루프의 위치추적 등에 광범위 하게 적용할 수 있으며, 센서에서 입력된 데이터의 오류를 판단할 수 있는 장점이 있기 때문에 위치 측정이 안전에 영향을 미치는 경우에 적용하면 더욱 효과적이다.

이렇게 다양한 방법으로 적용할 수 있기 때문에 자동화 기계의 설계에 상당한 유연성을 제공할 수 있다

Claims (3)

1. 의사난수 코드가 표기하되 특정의 표기 방식으로 표기되어진 위치인식을 위한 측정자(100)와;

   해당 측정자(100)에 표기된 의사난수 코드의 표기 방식에 대응하여 해당 측정자(100)에 표기된 의사난수 코드를 인식 감지하는 센서(200)와;

   상기 센서(200)로부터 감지된 비트 열을 위치데이터로 환산하는 중앙처리장치(300); 및

   상기 중앙처리장치(300)로부터 환산되어진 위치데이터를 출력하는 출력부(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 측정자(100)에 의사난수 코드가 표기하는 방식은 선형위치, 각도위치를 측정할 목적으로 의사 난수 코드의 비트 열을 전자기적/광학적 방법 또는 기하학적 방법으로 검출할 수 있도록 선형, 원형으로 구성 되거나 또는 그 조합되는 것을 특징으로 하는 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 센서(200)는 상기 측정자(100)에 표기된 의사난수 코드에 따른 비트 열을 순차검출 혹은 병렬검출 혹은 이미지검출 등의 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 의사난수 코드를 검출하도록 하는 것을 특징으로 하는 의사난수코드 방식에 따른 위치인식용 측정자를 이용한 위치인식 시스템.

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