KR20160121210A - 음향 및 조명 출력 계단. - Google Patents

음향 및 조명 출력 계단. Download PDF

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Abstract

본 발명은 주로 유아들이 사용하는 계단 등에 있어서, 계단을 밟을 경우 한글의 동화 및 우화 또는 영어의 동화 또는 우화 등이 조명과 함께 재생되는 계단에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, '유아 등이 사용하는 계단' 등에 있어서, 계단을 밟을 경우 한글의 동화 및 우화 또는 영어의 동화 또는 우화 등이 조명과 함께 재생됨으로써, 유아 및 기타 사용자의 촉각, 시각적 인지능력을 발달시키는 역할을 하는 효과을 하는 효과가 있다.

Description

음향 및 조명 출력 계단. {Sound and light output stairs.}
본 발명은 음향 및 조명 출력이 가능한 계단에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 음향 및 조명 출력을 위한 전력 생산이 자체적으로 가능한 형태의 계단에 관한 것이다.
유아들의 인지 발달은 촉각적인 인지능력으로부터 시각적 인지능력으로 발전 되고 다음에 언어적 인지능력으로 발전 되게 된다. 특히, 어릴 때의 학습능력에 있어서, 3세 이전에 뇌의 80%가 완성되며, 아이들에게 좋은 음악을 들려주게 되면 집중력이 향상되고 기억력이 좋아져 학습효과가 높아진다는 연구결과가 보고된 바 있다. 어린이들의 지능 개발과 학습 효과를 높이기 위한 목적으로 여러 형태의 학습기 및 교습구들이 개발 되어지고 있음은 주지된 사실이다.
일반적으로, 유치원 또는 놀이터 등에는 계단이 많이 설치되어 있다. 이러한 계단은 단순히 이용자의 수직고도를 높여주는 역할만 할 뿐 다른 기능은 전혀 가지고 있지 아니한 것이 문제점이라 할 것이다.
따라서, 현재 이러한 계단에 유아들의 촉각적 및 시각적 인지능력을 발달시키며, 단순학습에 의해 지식을 습득하는 것보다 계단을 오르는 등의 특별한 행위를 함에 의해 자연스러운 학습이 가능하게 하도록 부가 기능이 더해지는 기술이 필요하다 할 것이다.
대한민국 등록특허 제10-2014-0062491호
발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 주로 유아들이 사용하는 계단 등에 있어서, 계단을 밟을 경우 한글의 동화 및 우화 또는 영어의 동화 또는 우화 등이 조명과 함께 재생되어 유아 및 기타 사용자의 촉각, 시각적 인지능력을 발달시키는 역할을 하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 계단마다 배치되어, 사용자가 해당 계단을 오르는 것을 감지하는 센서부, 하나 이상의 음향 및 조명 신호를 저장하고 있는 메모리부, 상기 감지부에 의하여 사용자가 계단을 터치하는 것이 감지되면, 상기 메모리부에 저장된 상기 음향 및 조명 신호를 재생토록 제어하는 제어부, 상기 제어부의 제어에 의하여 상기 음향을 출력하여 재생하는 음생성부를 포함한 스피커부 및 상기 제어부의 제어에 의하여 상기 조명 신호를 재생하도록 각각의 계단에 배치된 조명부를 포함하고, 사용자에 의해 계단에 터치가 이루어질 경우 센서부가 이를 감지하고, 제어부에 의해 상기 메모리부에 저장된 음향 신호는 상기 음생성부를 거쳐 상기 스피커부를 통해 출력되며 상기 메모리부에 저장된 조명 신호는 상기 조명부를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는, 음향 및 조명 출력이 가능한 계단이 제공된다.
이 경우 상기 센서부는 근접 센서 또는 접점 스위치를 포함하고, 상기 사용자가 계단을 오르는 것을 상기 근접 센서 또는 상기 접점 스위치를 통하여 감지하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 메모리부에는 상기 계단마다 각각 별도의 음향 및 조명이 저장되어 있을 수 있고, 계단을 터치할 때 터치된 계단의 해당 음향 및 조명이 재생되는 동안, 해당 계단 이외의 다른 계단이 터치 되는지를 계속 센서부가 감지하며, 다른 계단의 터치가 이루어지면, 현재 재생중인 음향 및 조명은 중단되고, 새로이 터치된 계단에 해당하는 음향 및 조명의 출력이 이루어질 수 있다. 이때 상기 메모리부에는 연속적으로 설치된 계단의 순서에 따라 연결된 음향 및 조명이 저장되어 있을 수 있다.
한편, 추가적인 실시예에 따르면, 상기 계단의 상부에는 전력 생산부가 추가로 배치되어 있으며, 상기 전력 생산부는, 탄성 기판, 상기 탄성 기판의 상면에 위치하며 상부 전극 및 하부 전극을 갖는 압전체, 상기 압전체 상에 위치하는 압력핀을 포함하는, 압전체 유닛, 상기 압전체 유닛으로부터 발생 되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 정류부 및 상기 정류부로부터 나오는 직류 전력을 저장하는 충전부를 추가로 포함하고, 상기 압전체 유닛에 의해 상기 계단에 압력이 가해질 경우 전력이 발생 되어 충전부에 저장되며, 상기 충전부에 저장된 전력을 이용해 자체적으로 음향 및 조명의 출력이 가능한 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명이 적용될 수 있는 '유아 등이 사용하는 계단' 등에 있어서, 계단을 밟을 경우 한글의 동화 및 우화 또는 영어의 동화 또는 우화 등이 조명과 함께 재생됨으로써, 유아 및 기타 사용자의 촉각, 시각적 인지능력을 발달시키는 역할을 하는 효과가 존재한다.
도 1은 본 발명의 1실시예에 따른 음향 및 조명 출력이 가능한 계단에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 1실시예에 따른 계단의 작동구성도이다.
도 3은 본 발명의 1실시예에 따른 계단의 작동 순서도이다.
도 4는 본 발명의 1실시예에 따른 계단의 발판의 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 1실시예에 따른 계단의 전력관련장치 구성도이다
도 6은 본 발명의 1실시예에 따른 압전 발전기의 발전 원리를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 1실시예에 따른압전 발전기의 발전 원리를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계단의 모습의 측면도를 도시한다. 도 1에서 도시된 것처럼, 각각의 계단에서 사용자의 발이 닿는 부분에는 센서부(200)가 설치되어 있다. 이러한 센서부(200)에 의해 계단에 사용자의 터치가 이루어지는 경우 사용자가 해당 계단을 밟았음을 감지하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계단의 구성도를 도시한다.
도 2에서 보는 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 계단은, 제어부, 메모리부, 센서부(200), 음생성부를 포함한 스피커부 및 조명부를 포함한다.
제어부는 본 발명의 일 실시예에 따른 계단의 구성요소들의 전체적인 동작을 제어하는 부분이다.
메모리부는 음향 및 조명 신호를 포함하는 부분으로써, 미리 음향(음원 코드값) 및 조명 신호 명령 또는 패턴의 명령을 저장하고 있다.
센서부(200)는 계단을 터치했을 때 이러한 터치를 인식할 수 있는 센서로서, 센서는 터치를 감지할 수 있는 통상적인 센서이면 어느 것이나 가능할 수 있으나, 계단의 터치의 신뢰성 있는 작동을 위해서는 근접 센서 또는 접점 스위치를 이용하는 것이 바람직하다.
음생성부는 음향을 출력하기 위해 음을 생성하는 부분으로써, 메모리부로부터 데이터를 받아 해당 음향에 해당하는 음원을 인출하여 음향 신호를 구성한다. 이러한 음향 신호는 음성처리부(미도시)를 통해 아날로그로 처리되고 이를 소정의 전류값에 해당하도록 증폭하여 스피커부를 통해 출력된다. 이때 증폭된 아날로그의 음향 신호는 사용자가 청각으로 들을 수 있도록 스피커에 의해 물리적인 소리로 발생된다.
조명부는 메모리부에 저장되어 있는 조명 신호를 출력하는 부분으로써, 통상적인 조명 장치 또는 디스플레이면 어느 것이나 가능하다. 대표적으로 LCD, LED 등이 있다. 이러한 조명부는 계단에 설치되어 있어서 사용자가 계단을 밟을 때 미리 정해진 조명 신호에 따른 조명 패턴이 출력되도록 설치될 수 있다.
한편, 상기 센서부(200) 위에는 계단의 전체적인 마감 및 아래에 설치된 조명부, 센서부(200) 등을 보호하기 위해서 상판이 추가적으로 설치될 수 있다(도 1 참고). 상판에는 무늬 등을 넣음으로써 미감을 줄 수도 있는 부분이고, 상판 아래에 조명부가 설치될 경우 조명부의 조명을 사용자가 볼 수 있도록 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 사용자가 직접 밟는 부분이므로 어느 정도의 유연성을 확보한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 투명하고 플렉서블한 재질로 이루어진 것이라면 어느 것이나 가능하며, 이에 대한 특별한 제한은 없다.
스피커부는 음향을 사용자가 들을 수 있도록 출력하는 부분으로써, 통상적인 스피커 기능을 가진 장치면 어느 것이나 가능하다. 스피커부는 계단 내부에 내장되거나, 또는 계단 외부에도 설치 가능하며, 그 설치 위치에 대해 특별한 제한은 없다.
상기 설명한 구성들에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 및 조명 출력이 가능한 계단은 사용자에 의해 각각의 계단에 터치가 이루어질 경우 센서부(200)가 이를 감지하고, 제어부에 의해 메모리부에 저장된 음향 신호를 음생성부를 거쳐 스피커부를 통해 출력하며 메모리부에 저장된 조명 신호는 조명부를 통해 출력한다.
이러한 음향 및 조명의 출력이 이루어질 때, 도 3과 같은 방식에 의해 출력이 이루어짐으로써 각각의 계단별로 각각 다른 이벤트를 사용자에게 제공할 수 있다. 이에 의해 사용자는 더욱 흥미를 갖고 계단을 밟게 됨으로써 그 학습 능력을 더욱 증진시킬 수 있을 것이다.
이때, 메모리부에는 계단마다 각각 별도의 음향 및 조명이 저장되어 있다. 예를 들어 1번 계단에는 학교종이 땡땡땡이란 노래가 저장되어 있고, 2번 계단에는 산토끼 노래가 저장되어 있을 수 있다. 또한, 해당 노래에 해당하는 조명이 각각 저장되어 있을 수 있다.
이때 사용자가 계단을 터치하면 터치된 계단의 해당 음향 및 조명이 재생되게 된다. 이러한 재생이 이루어지는 동안 다른 계단의 센서부(200)는 계속 터치 여부를 감지하게 된다.
만일 현재 터치된 계단 이외의 다른 계단의 터치가 이루어지지 아니하면, 해당 계단의 음향 및 조명은 종료될 때까지 계속 재생되고, 만일 재생 도중에 또는 재생이 완료된 후에 터치된 계단 이외의 다른 계단의 터치가 센서부(200)에 의해 감지되면 현재 재생중인 음향 및 조명은 중단되고, 새로이 터치된 계단에 해당하는 음향 및 조명의 출력이 이루어진다.
이를 예를 들어 설명하면, 1번 계단에 대한 터치가 이루어질 경우 학교종이 땡땡땡 노래의 음향 및 조명이 재생되고, 이러한 재생 동안 2번 계단의 터치가 없다면 계속하여 재생이 되거나 또는 재생이 완료되어 종료가 될 것이다.
그러나, 재생 중에 2번 계단의 터치가 이루어질 경우 학교종이 땡땡땡 노래의 음향 및 조명의 재생이 중단되고, 산토끼 노래의 음향 및 조명의 재생이 이루어진다.
이는 도 3의 순서도를 통해 더욱 쉽게 이해할 수 있다.
도 3에서 보는 것처럼, 어떠한 계단에 터치가 이루어지면 해당 계단의 음향 및 조명이 출력되고(S 310); 이러한 출력이 이루어지는 동안 센서부(200)는 다른 계단의 터치 여부를 계속 감시하며(S 320); 만일 다른 계단의 터치가 이루어진다면 새로이 터치된 계단의 음향 및 조명이 출력되고(S 330); 다른 계단의 터치가 이루어지지 않는다면 계속하여 해당 계단의 음향 및 조명이 출력된다(S 340).
한편, 계단을 오르거나 내릴 때 각각의 계단의 순서에 맞게 1개의 노래 또는 이야기를 소절 별로 저장하도록 메모리부에 저장되어 있을 수도 있으며, 이 경우에는 각각의 계단을 밟음에 의해 한소절 씩 이야기 또는 노래를 듣게 됨으로써, 사용자는 계속하여 계단을 밟고자 하는 의지를 갖게 된다. 즉, 이 경우 메모리부에는 연속적으로 설치된 계단의 순서에 따라 연결된 음향 및 조명이 저장되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 계단에 설치되는 발판의 측단면도의 모습을 도시한다.
도 4의 실시예의 경우에 발판의 본체부는, 탄성 기판(410); 하부 전극(420); 압전체(430); 상부 전극(440); 및 압력 핀(450)을 포함한다.
탄성 기판(410)은 탄성 재질로 이루어진 지지판으로서 외부에서 힘이 가해질 때 압전체(430)와 함께 휘어질 수 있고, 이에 의해 압전체(430)에서 전력이 발생될 수 있다.
탄성 기판(410)은 전도성이 좋으면서 탄성도도 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 구체적으로는 금속 또는 전도성 플라스틱 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전기의 발전 원리를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 압전체에 압력이 가해지지 않은 상태이거나, 압력이 해제된 상태를 나타내며, 도 7은 압전체에 압력이 가해진 상태를 나타낸다.
도 6과 같이 압전체(430)에 압력이 가해지지 않은 상태이거나, 압력이 해제된 상태인 경우에는 압전체(430)에서 전력이 발생되지 않으며, 이때, 압전체(430) 및 탄성 기판(410)은 전달되는 압력이 없으므로 형상 변형이 이루어지지 않는다.
도 7은 압전체(430)에 압력이 가해진 상태로서, 압전체(430)에 압력이 가해지면 압전체(430)의 모양이 U자 형태 또는 U자를 거꾸로 뒤집어 놓은 모자 형태로 변형되고, 이때 형태가 변형된 압전체(430)에서 전력이 발생한다. 정확히는 본 발명에서 압전체(430)에 압력이 가해진다는 의미는 커버에 의해 탄성 기판(410)에 압력이 가해지고, 탄성 기판(410)에 부착된 압전체(430)가 탄성 기판(410)의 변형에 의해 함께 변형되는 것이다. 탄성 기판(410)이 변형되면서 압전체(430)의 형상 역시 변형되고, 이때 탄성 기판(410)은 어느 정도 강도를 가지므로 압전체(430)의 변형이 무리하게 진행되는 것을 방지할 수 있다. 이후 압전체(430)에 가해지는 압력이 해제되는 경우, 탄성 기판(410)은 압전체(430)를 통한 후속의 발전을 위해서 압전체(430)를 본래의 형상으로 복원시키게 된다. 이와 같이 탄성 기판(410)은 압전체(430)의 무리한 변형에 의한 파괴를 막아주며, 후속 발전을 위해 압전체(430)의 형상 복원을 도울 수 있다.
압전체(430)는 그 소재로서, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, (Na, K)NbO3계 및 (Na, K, Li) NbO3계 무연 세라믹스 중 하나 이상으로 구성되는 물질로 이루어진 것이 바람직하다.
압력핀(450)은 인가된 외부 압력을 압전체(430)에 효과적으로 전달하기 위한 구성으로서, 압력핀(450)은 발판 위를 지나가는 물체에 의해 가해지는 압력에 따라 진동하고, 가해지는 압력을 압전체에 그대로 전달한다.
압전체 유닛에서 발생되는 전력은 도 5에서 보는 것처럼, 충전부에서 충전된다. 이 경우 충전부 이외에 정류부가 필요하다.
정류부는 압전체 유닛(전력 발생부)으로부터 발생되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 부분이고, 충전부는 정류부로부터 나오는 직류 전력을 저장하는 부분이다.
압전체 유닛에 의해 계단의 발판에 압력이 가해질 경우 전력이 발생되어 충전부에 저장되며, 충전부에 저장된 전력을 이용해 자체적으로 음향 및 조명의 출력이 가능하게 될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100 : 상판
200 : 센서부
410 : 탄성 기판
420 : 하부전극
430 : 압전체
440 : 상부전극
450 : 압력핀
S310 : 계단에 터치가 이루어지면 해당 계단의 음향 및 조명이 출력되는 단계
S320 : 출력이 이루어지는 동안 센서부는 다른 계단의 터치 여부를 계속 감시하는 단계
S330 : 다른 계단의 터치가 이루어진다면 새로이 터치된 계단의 음향 및 조명이 출력되는 단계
S340 : 다른 계단의 터치가 이루어지지 않는다면 계속하여 해당 계단의 음향 및 조명이 출력되는 단계

Claims (5)

  1. 각각의 계단마다 배치되어, 사용자가 해당 계단을 오르는 것을 감지하는 센서부(200);
    하나 이상의 음향 및 조명 신호를 저장하고 있는 메모리부;
    상기 센서부에 의하여 사용자가 계단을 터치하는 것이 감지되면, 상기 메모리부에 저장된 상기 음향 및 조명 신호을 재생토록 제어하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 의하여 상기 음향을 출력하여 재생하는 음생성부를 포함한 스피커부; 및
    상기 제어부의 제어에 의하여 상기 조명 신호를 재생하도록 각각의 계단에 배치된 조명부를 포함하고,
    사용자에 의해 계단에 터치가 이루어질 경우 상기 센서부가 이를 감지하고, 제어부에 의해 상기 메모리부에 저장된 음향 신호는 상기 음생성부를 거쳐 상기 스피커부를 통해 출력되며 상기 메모리부에 저장된 조명 신호는 상기 조명부를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는,
    음향 및 조명 출력이 가능한 계단.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부(200)는 근접 센서 또는 접점 스위치를 포함하고,
    상기 사용자가 계단을 오르는 것을 상기 근접 센서 또는 상기 접점 스위치를 통하여 감지하는 것을 특징으로 하는,
    음향 및 조명 출력이 가능한 계단.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메모리부에는 상기 계단마다 각각 별도의 음향 및 조명이 저장되어 있고,
    계단을 터치할 때 터치된 계단의 해당 음향 및 조명이 재생되는 동안, 해당 계단 이외의 다른 계단이 터치되는지를 계속 센서부(200)가 감지하며,
    다른 계단의 터치가 이루어지면, 현재 재생중인 음향 및 조명은 중단되고, 새로이 터치된 계단에 해당하는 음향 및 조명의 출력이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    음향 및 조명 출력이 가능한 계단.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 메모리부에는 연속적으로 설치된 계단의 순서에 따라 연결된 음향 및 조명이 저장되어 있는 것을 특징으로 하는,
    음향 및 조명 출력이 가능한 계단.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계단의 상부에는 전력 생산부가 추가로 배치되어 있으며,
    상기 전력 생산부는,
    탄성 기판(410); 상기 탄성 기판(410)의 상면에 위치하며 상부 전극(440) 및 하부 전극(420)을 갖는 압전체(430); 상기 압전체(430) 상에 위치하는 압력핀(450)을 포함하는, 압전체 유닛;
    상기 압전체 유닛으로부터 발생되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 정류부; 및
    상기 정류부로부터 나오는 직류 전력을 저장하는 충전부를 추가로 포함하고,
    상기 압전체 유닛에 의해 상기 계단에 압력이 가해질 경우 전력이 발생되어 충전부에 저장되며,
    상기 충전부에 저장된 전력을 이용해 자체적으로 음향 및 조명의 출력이 가능한 것을 특징으로 하는,
    음향 및 조명 출력이 가능한 계단.
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