KR20050003709A - 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치와 이를 이용한컴퓨터 단말기 및 그 구동 방법 - Google Patents

6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치와 이를 이용한컴퓨터 단말기 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 사용자의 6 자유도 움직임을 감지하기 위한 센서로 X,Y,Z의 위치 성분을 추출하기 위한 가속도계(accelerometer)와, 편요(偏搖, YAW), 피치(PITCH), 롤(ROLL)의 회전각을 추출하기 위한 자이로 센서(Gyro sensor)가 구비되며, 이들 센서는 관성력(inertial) 성분의 변화를 통한 센서이므로 센싱 신호에 대한 신호처리와 원하는 움직임 성분에 대한 위치와 각도를 추출하기 위해 적분처리가 수행되어 가상 환경에서 가장 적절한 움직임을 표현할 수 있는 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 3 차원 디자인이나 게임 등의 작업에서 위치 및 방향 검출을 용이하게 할 수 있는 효과가 있으며, 필요한 정보를 사용자가 직접 움직임을 통하여 가상 공간상에 전달해주는 것이 가능해지므로 가상 환경(VIRTUAL ENVIRONMENT)에서 적절한 움직임을 표현하기 위해 필요한 정보를 효과적으로 전달할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 움직임의 결과를 진동 소자를 통하여 사용자의 인체에서 직접 진동으로 감지할 수 있으므로 현실적인 상호 작용을 이룰 수 있는 효과가 있다.
특히 움직임이 있을 때마다 에러가 축적되는 방식이 아니라, 동작할 때마다 Reset이 되어서 에러율을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치와 이를 이용한 컴퓨터 단말기 및 그 구동 방법{A INTERACTIVE WIRELESS MOUSE WITH 6 DEGREES OF FREEDOM, COMPUTER TERMINAL USING THE ABOVE INTERACTIVE WIRELESS MOUSE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 사용자의 6 자유도 움직임을 감지하기 위한 센서로 X,Y,Z의 위치 성분을 추출하기 위한 가속도계(accelerometer)와, 편요(偏搖, YAW), 피치(PITCH), 롤(ROLL)의 회전각을 추출하기 위한 자이로 센서(Gyro sensor)가 구비되며, 이들 센서는 관성력(inertial) 성분의 변화를 통한 센서이므로 센싱 신호에 대한 신호처리와 원하는 움직임 성분에 대한 위치와 각도를 추출하기 위해 적분처리가 수행되어 가상 환경에서 가장 적절한 움직임을 표현할 수 있는 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 마우스라 하면 화면상에서 커서 또는 다른 물체를 이동시킬 때 사용하는 입력장치의 하나를 말하는 것으로서 그 모양이 쥐(mouse)와 비슷하다고 하여 붙여진 이름이다.
컴퓨터 화면 위의 어떤 장소를 가리키거나, 그 위치로부터 다른 곳으로 이동하기 위해 사용되는 입력장치의 하나로서, 미국의 애플 컴퓨터사가 매킨토시의 표준 입력장치로 개발한 후 기능을 향상시켜가며 컴퓨터 하드웨어의 하나로 널리 사용되고 있으며, 특정한 위치에 갖다 놓고 버튼을 누르거나(클릭), 버튼을 누른 채로 마우스를 끌고 다니거나(드래그), 버튼을 재빨리 두 번 연속하여 누르는(더블클릭) 등의 동작으로 여러 가지 일을 할 수 있다.
이러한 마우스의 구성은 통상적으로 케이스와 볼·케이블로 구성되며, 케이스 윗면에는 버튼과 바퀴가 붙어 있으며, 케이블이 없는 마우스도 있다. 볼은 컴퓨터에 신호를 보내는 장치로 화면의 커서 위치를 나타내고, 케이블은 컴퓨터 본체와 연결하는 선을 말하며, 버튼은 명령어를 선택하거나 실행하는 기능을 하는 장치로1∼3개가 달려 있으며, 보통 버튼 사이에는 화면을 상하로 신속하게 움직여 주는 바퀴가 달려 있다.
마우스의 종류에는 버튼의 종류에 따라 1∼3버튼식, 본체와의 접속방법에 따라 시리얼과 PS/2·USB식, 동작방법에 따라 기계식(또는 볼식)·광학식·광학기계식으로 나뉘며, 1 버튼식은 초기 매킨토시에서 사용되던 것으로 애플마우스라 부르며, 2 버튼식은 IBM호환기종에 적합한 범용 마우스, 3 버튼식은 유닉스 환경의 캐드캠시스템에 많이 사용된다. 시리얼식은 직렬포트로 연결되며, PS/2식은 전용포트에, USB방식은 확장슬롯에 병렬로 연결된다. 기계식은 볼을 장착한 것을, 광학식은 빛을 이용하는 것을, 광학기계식은 앞의 둘을 조합한 것을 말하며, 트랙볼이라고 해서 본체에 부착된 노트북컴퓨터 전용도 있다.
이러한 종래의 통상적인 2차원 마우스 장치는 마우스 패드상에서 마우스가 이동하는 동안에 X축과 Y축에 대한 이동거리와 방향을 검출하는 이동위치검출기와, 이 이동 위치 검출기의 신호(X0,X1,Y0,Y1)를 소정의 신호처리과정을 통해서 데이터와 클릭신호를 변환시켜 컴퓨터 접속부(CON)를 통해 컴퓨터로 제공하는 디지털신호처리부를 포함하고 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 마우스는 대부분 2차원적인 이동 위치와 이동 방향을 검출하는 2D 마우스로서, 3 차원 디자인이나 게임 등을 용이하게 수행할 수 있는 효과적인 위치 및 방향 검출은 할 수 없으며, 따라서 가상 환경(VIRTUAL ENVIRONMENT)에서 적절한 움직임을 표현하기 위해 필요한 정보를 효과적으로 전달하기가 어려운 문제점이 있으며, 움직임에 대한 결과를 사용자가 전달해주어야 하는 경우에 단지 모니터나 스피커를 통해 정보 전달에 그치기 때문에 현실감이 떨어지게 된다.
따라서, 상호 작용 및 실제 컴퓨터 사용자의 지시에 따라 주어진 가상 환경에서 가장 적절한 움직임을 표현할 수 있는 입출력 디바이스로서 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가상 환경에서의 상호 작용 및 실제 컴퓨터 사용자의 지시에 따른 적절한 움직임을 표현할 수 있는 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 후술될 구성 및 작용에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 마우스 장치의 블럭 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 마우스 구동 방법을 나타내기 위한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 컴퓨터 단말기의 구동 방법을 나타내기 위한 순서도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 마이크로 컨트롤러 2: 무선 RF 모듈
3: 진동 모듈 4: 2D 마우스 센서
5: 가속도계 6: 자이로 센서
7: 스위치 모듈 10: 마우스 장치
20: 컴퓨터 단말기 22: 무선 RF 모듈
본 발명에 따른 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치는, X축, Y 축 및 Z축에 대한 위치 성분을 추출하기 위한 3개의 가속도계; X축, Y 축 및 Z축에 대한 편요, 피치 및 롤의 회전각 성분을 검출하기 위한 3개의 자이로 센서; 및 상기 가속도계와 상기 자이로 센서로부터 X축, Y 축 및 Z축에 대해 검출한 위치 성분과 회전각 성분을 인가 받아 원하는 움직임 성분에 대한 위치와 각도를 추출하기 위해 적분처리 및 아날로그/디지털 변환을 수행하여 관성측정시스템(IMU)에 의해 6 자유도를 갖는 위치 및 회전각 정보를 출력하는 마이크로 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 6 자유도를 갖는 쌍??향 무선 마우스 장치는 컴퓨터 측과의 자유로운 데이터 통신을 위해 무선 RF 통신을 수행하는 무선 RF 모듈이 내장되며, 컴퓨터 측으로부터 가상공간에서의 물체와 접촉 또는 충격에 해당하는 신호가 시리얼 포트를 통해 상기 마이크로 컨트롤러에 인가되면 일정 시간동안 진동을 발생하는 진동 모터가 내장되는 진동 모듈이 추가로 구성될 수 있다.
그리고, 바람직하게 상기 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치의 구동방법은 시스템이 초기화된 이후에 사용자의 입력 스위치를 감시하여 스위칭 입력이 확인되면 진동소자의 입력을 감시하여 입력이 확인되면 일정 시간 동안의 진동 소자의 구동을 위한 출력을 발생시키는 단계; 입력이 없을 때에는 소프트웨어 타이머 인터럽트를 통해 일정한 시간마다 3개의 가속도계와 3개의 자이로 센서로부터 위치 성분과 회전각 성분에 대한 아날로그 데이터를 인가받아 A/D 컨버터에서 A/D 변환을 시키는 단계; 상기 변환된 데이터 셋트를 패킷 형태로 변환 생성하는 단계; 상기 생성된 데이터 패킷을 UART를 통해 무선 모듈로 데이터 전송을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 마우스로부터 전송되어 오는 데이터 패킷을 인가받는 컴퓨터 측에서는 다음과 같은 구동 방법에 따라 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치에 연동되어 동작을 수행하게 된다.
먼저, 컴퓨터 초기화 이후에 시리얼 포트를 통해 전송된 데이터가 존재하는지를 판단하여 전송된 데이터가 없으면 데이터 전송을 기다리는 판단 및 전송대기단계; 상기 판단 및 전송대기 단계에서 전송된 데이터가 있는 것이 확인되면 상기 마우스 장치로부터 받은 데이터로 실제 가속도 성분과 각속도 성분을 계산하는 단계; 상기 계산된 가속도 및 각속도 데이터에 포함된 노이즈와 센서 출력의 드리프트에 의한 에러를 없애기 위해 옵셋을 보상하는 단계; 데드존 필터와 메디안 필터를 적용하여 움직임을 판별하는 단계; 상기 판별된 움직임 각도에 따른 가속도 성분을 보상하는 단계; 가속도 및 각속도 성분을 이용하여 좌표를 변환하는 단계; 가속도와 각속도 데이터를 적분하여 이동 거리 및 이동 각도를 연산하는 단계; 및 상기 연산된 거리 및 각도에 따라 컴퓨터 화면상에 표시될 수 있는 디스플레이 정보로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 컴퓨터측 화면에 디스플레이되는 화면중에서 소정 물체와 충돌하는 화면이 표시되어져야 할 때는 충돌에 대한 진동 정보가 전송되어 오고, 전송되어 오는 진동 정보를 상기 마이크로 컨트롤러에서 인가받아 상기 진동 모터가 진동하도록 하는 단계가 더 포함될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템 구성을 나타내기 위한 블록 구성도로서, 도 1에 따르면 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치(10)는 마이크로 컨트롤러(1), 무선 RF 모듈(2), 진동 모듈(3), 2D 마우스 센서(4), 3개의 가속도계(5), 3개의 자이로 센서(6) 및 스위치 모듈(7)로 구성된다.
먼저, 가속도계(5)와 자이로 센서(6)에 대해 구체적으로 언급을 하면, 가속도계(accelerometer)(5)는 X축, Y 축 및 Z축에 대한 가속도 성분을 추출하기 위해 바람직하게 3개의 축에 각각 배치되며, 자이로 센서(6)는 편요(yaw), 피치(pitch) 및 롤(roll)에 대한 각속도 성분을 검출하기 위해 각각 3개의 축에 배치되며, 가속도계(5)와 자이로 센서(6)에서 성분 검출된 가속도 성분과 각속도 성분은 마이크로 컨트롤러(1)내의 A/D 컨버터 기능에 의해 아날로그 신호에서 디지털 데이터로 변환되도록 구성된다.
그리고, 마이크로 컨트롤러(1)는 움직임 성분에 대한 위치와 각도를 추출하기 위해 적분처리 및 아날로그/디지털 변환을 수행하여 관성측정시스템(IMU)에 의해 6 자유도를 갖는 위치 및 회전각 정보를 출력하도록 구성된다.
또한, 마이크로 컨트롤러(1)는 각종 데이터 입출력(I/O)을 통하여 사용자 스위치 모듈(7)과 진동 모듈(3)의 입출력을 처리하도록 구성되며 컴퓨터 단말기(20)과의 인터페이스를 위해 마이크로 컨트롤러(1)에 내장된 UART를 이용하여 컴퓨터 단말기(20)와 연결하여 시리얼(SERIAL) 통신을 처리하도록 구성된다.
무선 RF 모듈(2)은 마우스 장치(10)와 컴퓨터 단말기(20) 사이에 무선 데이터 통신을 위하여 무선 전이중 방식(Wireless Full Duplex Communication)의 RF 통신모듈을 사용하여 마우스 장치(10)측에서는 마이크로 컨트롤러(1)의 UART 부분과 인터페이스 하였고, 컴퓨터 단말기(20)측에서는 외부 serial port와 인터페이스 하도록 구성된다.
진동 모듈(3)은 컴퓨터 단말기(20)측으로부터 가상공간에서의 물체와 접촉된다거나 충격이 감지되는 등의 진동 또는 충격 데이터가 컴퓨터 단말기(20)와의 시리얼(serial) 통신을 통하여 마우스 장치(10)의 마이크로 컨트롤러(1)로 입력된 후 마이크로 컨트롤러(1)로부터 진동 모듈(3)의 진동 모터(미도시)를 구동하기 위한 신호를 일정시간 동안 전달하면 진동 모터(미도시)를 구동하도록 구성된다.
2D 마우스 센서(4)는 종래의 2D Mouse 사용 방법과 동일하게 장치의 바닥면이 평면과 접촉하여 있을 때, 장치의 접촉 평면에 대한 X-Y의 이동량을 감지하는 센서를 갖고 있도록 하여 컴퓨터 단말기(20)의 사용자가 기존 마우스 기능을 수행할 수 있도록 구성한 것이다.
그리고, 스위치 모듈(7)은 사용자 그래픽 인터페이스(예를 들어, 윈도우 98 증) 상의 아이콘 등의 메뉴를 클릭하거나 더블 클릭을 통해 선택하기 위한 것으로서, 본 발명에서는 3차원 마우스의 개념에 일치시키기 위해 3개의 스위치(미도시)를 구성하였으며, 각각의 스위치 하측에는 스위치의 클릭이나 더블 클릭을 통한 사용자의 입력을 검출하기 위한 입력 검출 수단(미도시)이 내장된다.
이상과 같은 구성을 갖는 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치(10)의 구동 방법은 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 시스템이 초기화된 이후에(단계 S1) 사용자의 입력 스위치를 감시하여(단계 S2) 스위칭 입력이 확인되면 진동소자의 입력을 감시하여(단계 S3) 진동 입력이 확인되면 일정 시간 동안의 진동 소자의 구동을 위한 출력을 발생시킨다(단계 S8).
그리고, 단계 S3에서 진동 입력이 없을 때에는 소프트웨어 타이머 인터럽트를 통해 일정한 시간마다 3개의 가속도계(5)와 3개의 자이로 센서(6)로부터 위치 성분과 회전각 성분에 대한 아날로그 데이터를 인가받아 A/D 컨버터에서 A/D 변환을 시킨다(단계 S4).
단계 S4에서 변환된 데이터 셋트를 데이터 패킷 형태로 변환 생성하며(단계 S5), 단계 S5에서 생성된 데이터 패킷을 마이크로 컨트롤러(1)의 UART를 통해 무선 RF 모듈(2)로 데이터 전송을 수행한다(단계 S6).
이와 같이 위의 단계 S2에서 단계 S6 사이의 과정을 반복적으로 수행함에 따라 본 발명에 따른 마우스 장치(10)는 움직임이 있을 때 마다 에러가 축적되는 방식이 아니라, 동작할 때 마다 Reset이 되어서 에러율을 줄이는 동작을 수행할 수 있다.
도 3에서는 본 발명에 따른 마우스 장치로부터 전송되어 오는 데이터 패킷을 인가받아 연동되는 컴퓨터 단말기 측의 구동 방법을 나타내기 위한 순서도를 나타내고 있다.
먼저, 컴퓨터 초기화(단계 S10) 이후에 시리얼 포트를 통해 전송된 데이터가 존재하는지를 판단하여 전송된 데이터가 없으면 데이터 전송을 기다리는 판단 및 전송대기한다(단계 S11).
위의 단계 S11에서 전송된 데이터가 있는 것이 확인되면 상기 마우스장치(10)로부터 받은 데이터로 실제 가속도 성분을 계산하고(단계 S12), 각속도 성분 또한 계산한다(단계 S13).
그런데, 움직임의 위치와 각도를 추정하기 위해서는 움직임의 시작에서부터 움직임의 끝까지를 감지하여 적분의 과정을 거쳐 움직임 데이터로 만들어야 하는데, 센서들의 노이즈와 센서 출력의 drift에 의한 error를 무시할 수 없게 되므로, 단계 S12와 S 13에서 계산한 가속도와 각속도 성분에 대해 단계 S14의 옵셋(OFFSET)보상, 단계 S15 및 S16의 필터링 작업을 수행하게 된다.
단계 S14의 옵셋(OFFSET)보상과, 단계 S15의 데드존 필터링 및 단계 S16의 미디언 필터링에 대해 아래에서 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 단계 S14의 옵셋(OFFSET)보상 단계는 상기 계산된 가속도 및 각속도 데이터에 포함된 노이즈와 센서 출력의 드리프트에 의한 에러를 없애기 위해 옵셋을 보상하는 것으로서, 관성형 센서인 가속도계(5)와 자이로 센서(6)의 경우는 초기의 바이어스 에러 모델은 zero drift로부터 도출된다.
정지 상태의 가속도계(5)와 자이로 센서(6)로부터 일정시간 동안 제로 점의 거동을 수집하여 zero drift의 경향을 도출하여 Constant error로 다음 식과 같이 초기의 drift를 보정하게 된다.
여기서 αr(t), ωr(t) 실제 가속도계(5)와 자이로 센서(6)로부터 출력된 가속도와 각속도 성분이고, αe, ωe는 측정된 constant error이며, αm(t), ωm(t) 는 측정되어진 가속도와 각속도 성분이다.
단계 S15의 데드존 필터링 단계와 단계 S16의 미디언 필터링 단계는 센서의 noise성분을 제거하기 위한 필터로 2가지 필터를 적용하였다.
먼저 실제 센서로부터 출력되는 신호들의 zero drift이외의 white noise를 제거하기 위해 다음 식과 같이 이동평균을 취함으로써 점에서 점으로의 변화가 심한 부분은 평균을 취하고, 천천히 변화하는 부분은 그대로 유지시키는 것으로 원래의 시퀀스를 저역 통과 필터링에 해당된다.
또 하나의 필터는 센서들의 민감도(sensitivity)에 의해 손의 미세한 떨림에 의한 신호 출력을 없애주기 위한 dead-zone filter이다.
실험에 의해 다음 식과 같이 일정 값보다 작은 센서 신호는 무시하도록 하는 필터를 구성하였으며, 식에서 제시된 constant K 값은 실험에 의해 결정된 값이다.
이후, 단계 S15와 단계 S16에서 판별된 움직임 각도에 따른 가속도 성분을 보상한다(단계 S17).
가속도계(5)는 동적 가속도 성분과 정적 가속도 성분을 모두가 측정 가능토록 되어 있는 특성 때문에 공간상의 물체의 방향에 따라 입력 벡터처럼 중력의 영향이 있게 된다.
즉, 중력에 대해 직각방향으로 기울어져있을 경우에 가장 많이 영향을 받게되며, 이 영향은 가속도계(5)에서 DC Offset 형태로 나타나게 되며, 다음 식과 같이 x축 y축 방향으로 정적성분이 가해지는 것과 같은 현상이 발생하게 된다.
그러므로 가속도계(5)는 동적인 성분과 정적인 성분이 합해져서 출력되게 된다.
이러한 출력은 동적인 동작에서 DC-Offset성분에 의해 전체적인 동적인 동작의 데이터를 처리하기 원하는 응용에서는 이러한 DC-Offset을 제거하여야 하므로 가속도센서의 회전각도에 따른 중력에 의한 dc-offset을 없애기 위해서는 자이로를 통해 각속도 성분을 적분하여 회전각도를 추출하여 보상해주도록 구성하였다.
위와 같이 단계 S17에서 가속도 보상이 이루어진 가속도 및 각속도 성분을 이용하여 좌표를 변환한다(단계 S18).
IMU에서 각 축의 회전 각도가 변화하면서 움직일 때 IMU의 기준 좌표계에서 보면 가속도 성분이 고정 축으로부터 이동 축으로 옮겨가는 과정에서 가속도축이 변경되게 된다. 이런 경우에 움직임각도에 따라 이동축의 좌표축을 변환 해주어야만 한다. 이러한 좌표축의 변환 과정은 다음 식처럼 표현가능 하다.
가속도와 각속도 데이터를 적분하고,(단계 S19) 이동 거리 및 이동 각도를 연산한다(단계 S20).
가속도 성분에 의한 이동거리와 각속도 성분에 의한 각도를 이중적분과 적분을 통해 얻는데는 적분에 의한 누적오차가 존재하므로 움직임의 끝은 항상 속도성분이 0 이라는 점에 착안하여 움직임 정지된 상태에서 가속도계(5)의 정적인 성분으로 존재하는 중력에 의한 dc-offset을 이용하여 각도에 대한 적분누적오차를 제거하며, 움직임의 끝을 감지하여 절대좌표의 위치를 움직임의 시작원점으로 변경하도록 함으로서 연속적으로 누적오차가 발생하지 않도록 하였다.
연산된 거리 및 각도에 따라 지정된 물체의 이동을 컴퓨터 화면상에 3차원으로 표시될 수 있도록 디스플레이 한다(단계 S21).
그리고, 추가적으로 컴퓨터 단말기측 화면에 디스플레이되는 화면중에서 소정 물체와 충돌하는 화면이 표시되어져야 할 때는 충돌에 대한 진동 정보가 전송되어 오고(단계 S22), 전송되어 오는 진동 정보를 상기 마이크로 컨트롤러에서 인가받아 진동 모듈(3)내의 진동 모터가 진동하도록 하는 단계S 23이 더 포함된다.
즉, Virtual Environment Interaction Interface를 위해서는 computer의 내부 software와 data format을 일치시켜 지정된virtual environment와 충돌 시 진동모터를 구동할 수 있는 데이터를 IMU에 전달하도록 구성하였다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하였지만, 본 발명의 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 얼마든지 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 잘 알 것이며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 판단되어져야 할 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치를 사용하면, 3 차원 디자인이나 게임 등의 작업에서 위치 및 방향 검출을 용이하게 할 수 있는 효과가 있으며, 필요한 정보를 사용자가 직접 움직임을 통하여 가상 공간상에 전달해주는 것이 가능해져서 가상 환경(VIRTUAL ENVIRONMENT)에서 적절한 움직임을 표현하기 위해 필요한 정보를 효과적으로 전달할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 움직임의 결과를 진동 소자를 통하여 사용자의 인체에서 직접 진동으로 감지할 수 있으므로 현실적인 상호 작용을 이룰 수 있는 효과가 있다.
특히 움직임이 있을 때마다 에러가 축적되는 방식이 아니라, 동작할 때마다 Reset이 되어서 에러율을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 마우스 장치에 있어서,
    X축, Y 축 및 Z축에 대한 위치 성분을 추출하기 위한 3개의 가속도계;
    X축, Y 축 및 Z축에 대한 편요, 피치 및 롤의 회전각 성분을 검출하기 위한 3개의 자이로 센서; 및
    상기 가속도계와 상기 자이로 센서로부터 X축, Y 축 및 Z축에 대해 검출한 위치 성분과 회전각 성분을 인가 받아 원하는 움직임 성분에 대한 위치와 각도를 추출하기 위해 적분처리 및 아날로그/디지털 변환을 수행하여 관성측정시스템(IMU)에 의해 6 자유도를 갖는 위치 및 회전각 정보를 출력하는 마이크로 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    컴퓨터 단말기측과 자유로운 데이터 통신을 위해 무선 RF 통신을 수행하는 무선 RF 모듈이 내장되는 것을 특징으로 하는 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    컴퓨터 단말기측으로부터 가상공간에서의 물체와 접촉 또는 충격에 해당하는 신호가 시리얼 포트를 통해 상기 마이크로 컨트롤러에 인가되면 일정 시간동안 진동을 발생하는 진동 모터가 내장되는 진동 모듈이 더 구성되는 것을 특징으로 하는 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치.
  4. 마우스 장치의 구동 방법에 있어서,
    시스템이 초기화된 이후에 사용자의 입력 스위치를 감시하여 스위칭 입력이 확인되면 진동소자의 입력을 감시하여 입력이 확인되면 일정 시간 동안의 진동 소자의 구동을 위한 출력을 발생시키는 단계;
    입력이 없을 때에는 소프트웨어 타이머 인터럽트를 통해 일정한 시간마다 3개의 가속도계와 3개의 자이로 센서로부터 위치 성분과 회전각 성분에 대한 아날로그 데이터를 인가받아 A/D 컨버터에서 A/D 변환을 시키는 단계;
    상기 변환된 데이터 셋트를 패킷 형태로 변환 생성하는 단계; 상기 생성된 데이터 패킷을 UART를 통해 무선 모듈로 데이터 전송을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치의 구동방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    컴퓨터 단말기측 화면에 디스플레이되는 화면중에서 소정 물체와 충돌하는 화면이 표시되어져야 할 때는 충돌에 대한 진동 정보가 전송되어 오는 경우에, 전송되어 오는 진동 정보에 따라 진동 모터를 진동시켜 마우스 사용자와 컴퓨터 단말기간의 상호작용이 이루어지는 단계를 더 포함하는 6 자유도를 갖는 쌍방향 무선 마우스 장치의 구동방법.
  6. 마우스로부터 전송되어 오는 데이터 패킷을 인가받는 영상을 표시하는 컴퓨터 단말기의 구동방법에 있어서,
    컴퓨터 초기화 이후에 시리얼 포트를 통해 전송된 데이터가 존재하는지를 판단하여 전송된 데이터가 없으면 데이터 전송을 기다리는 판단 및 전송대기 단계;
    상기 판단 및 전송대기 단계에서 전송된 데이터가 있는 것이 확인되면 상기 마우스 장치로부터 받은 데이터로 실제 가속도 성분과 각속도 성분을 계산하는 단계;
    상기 계산된 가속도 및 각속도 데이터에 포함된 노이즈와 센서 출력의 드리프트에 의한 에러를 없애기 위해 옵셋을 보상하는 단계;
    데드존 필터와 메디안 필터를 적용하여 움직임을 판별하는 단계;
    상기 판별된 움직임 각도에 따른 가속도 성분을 보상하는 단계;
    가속도 및 각속도 성분을 이용하여 좌표를 변환하는 단계;
    가속도와 각속도 데이터를 적분하여 이동 거리 및 이동 각도를 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 거리 및 각도에 따라 컴퓨터 화면상에 표시될 수 있는 디스플레이 정보로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 단말기의 구동방법.
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