KR20170130067A - 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지문인식 프로그램을 이용해서 자전거의 잠금장치를 잠금 및 해제하는 시스템이 구성된 것을 특징으로 하는 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거에 관한 것이다.
자전거의 페달을 밟았을 때 전력이 발생하는 DC모터와 상기 모터에서 발생한 전력을 일정한 양으로 변환시켜주는 DC/DC 레귤레이터와 상기 DC/DC 레귤레이터에서 출력되는 전력을 저장하고 다른 곳에 전력을 공급해주는 축전지와 상기 축전지의 전력을 공급받아 사용자의 지문을 인식하여 신호를 보내주는 지문인식 장치와 상기 지문인식 장치의 신호를 인식하여 잠금 및 해제를 수행하는 잠금장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자가발전 지문인식 잠금장치 자전거 {Bicycle with a finger print type locking power supplied by itself}

본 발명은 아두이노 우노 보드에 연결된 지문인식 장치를 이용해서 자전거의 잠금장치를 잠금 및 해제하는 시스템이 구성된 자전거에 관한 것이다. 그리고 이 지문인식 잠금장치에 쓰이는 전력은 자전거의 페달에 연결된 모터를 이용해서 스스로 발전하여 공급하도록 하는 것이다.

자전거는 남녀노소 구분없이 많은 사람들이 이용하는 교통수단 혹은 운동수단으로써 무분별한 자동차 사용으로 인한 환경오염 방지와 건강 증진의 두 가지 목적을 동시에 달성할 수 있다는 장점으로 인해 자전거 소모임도 많이 등장하고 있고 많은 사람들 그리고 정부에서도 그 이용을 장려하고 있다.

이러한 자전거는 보관 및 주차를 위한 조작장치가 없기 때문에 별도의 잠금장치를 구비하여야 한다. 자전거를 이용하는 대부분의 사람들은 자전거의 잠금장치는 열쇠를 이용하는 자물쇠와 비밀번호를 이용하는 자물쇠를 많이 이용한다.

이러한 자물쇠들은 잠금 및 해제 과정이 사용자가 직접 열쇠를 이용하거나 비밀번호를 입력하는 불편한 과정이 존재한다.

또한, 이러한 자물쇠들은 열쇠를 잃어버리는 경우, 혹은 비밀번호를 까먹게 되는 경우 자물쇠가 무용지물이 되어버리는 단점이 있다.

또한, 자전거를 타고 바깥을 무분별하게 돌아다니기 때문에 각종 이물질과 먼지 등의 비위생적인 물질들이 자전거와 자물쇠에 붙게 된다. 자전거 사용자는 이러한 상황에도 자전거를 보관, 혹은 이용하기 위해 자전거와 자물쇠를 맨손으로 만지기 때문에 각종 이물질과 먼지 등의 비위생적인 물질들이 사용자의 신체에 접촉된다. 따라서 이러한 자물쇠의 잠금 및 해제 과정이 사용자의 위생에 좋지 않다는 문제점도 존재한다.

이러한 보통의 자물쇠들의 문제점을 보완하고 편리성과 안전성을 도모한 자전거 잠금장치에는 한국 특허 출원번호 10-2015-0026721의 지문인식 자전거 잠금장치가 있는데, 여기에는 장치의 소모 전력을 공급할 수 있는 발전 시스템이 없어, 별도의 전력 공급 장치 및 건전지가 필요하다는 문제점이 있다.

(특허 문헌 1) 한국특허 출원번호 10-2012-0089030 (특허 문헌 2) 한국특허 출원번호 10-2015-0026721 (특허 문헌 3) 한국특허 출원번호 10-2014-0118008 (특허 문헌 4) 한국특허 출원번호 10-2014-0058493

본 발명의 목적은 상기의 열쇠형 및 비밀번호형 자물쇠들, 그리고 상기 특허 문헌의 지문인식 잠금장치에는 사용자의 위생면, 편리성면, 그리고 도난방지면과 전력 공급면에서의 문제점들을 해결하는 데에 있다.

자전거는 보관 및 주차를 위한 조작장치가 없기 때문에 별도의 잠금장치를 구비하여야 한다. 자전거의 잠금장치에는 열쇠를 이용하는 자물쇠와 비밀번호를 이용하는 자물쇠를 많이 이용하는데 이러한 자물쇠들은 열쇠를 잃어버리거나 비밀번호를 까먹으면 무용지물이 되어버리는 단점이 있다.

또한, 자전거를 타고 바깥을 무분별하게 돌아다니기 때문에 각종 이물질과 먼지 등의 비위생적인 물질들이 자전거와 자물쇠에 붙게 된다. 자전거 사용자는 이러한 상황에도 자전거를 보관, 혹은 이용하기 위해 자전거와 자물쇠를 맨손으로 만지기 때문에 각종 이물질과 먼지 등의 비위생적인 물질들이 사용자의 신체에 접촉된다. 따라서 이러한 자물쇠의 잠금 및 해제 과정이 사용자의 위생에 좋지 않다는 문제점도 존재한다.

이러한 보통의 자물쇠들의 문제점을 보완하고 편리성과 안전성을 도모한 자전거 잠금장치에는 한국 특허 출원번호 10-2015-0026721의 지문인식 자전거 잠금장치가 있는데, 여기에는 장치의 소모 전력을 전달할 수 있는 발전 시스템이 없어 별도의 전력 공급 장치 및 건전지가 필요하다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명을 이용하여 상기 문제점들을 해결하고자 한다.

본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위한 수단으로, 별도의 자물쇠 보관장치 및 건전지 등의 전력 공급 장치가 필요 없고 자전거와 일체형으로 제작되어있는 것을 특징으로 한다.

잠금장치는 내부의 서보 모터에 의해 톱니바퀴를 이용하여 동작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 페달에 연결된 DC모터는 회전기의 역기능을 이용해, 발전기 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 DC모터를 이용하여 자가 발전시킨 전력을 변압기의 종류 중 한 가지인 DC/DC 레귤레이터에 의해 일정량으로 고정된 전력값을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 일정한 전력을 축전지에 저장시켜 필요한 전기적 장치에 축전지의 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축전지는 측면의 LED 표시등을 이용해 잔여 전력량을 시각적으로 확인할 수 있고, 콘센트에 연결해 충전이 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축전지의 전력을 지문인식 장치와 상기 잠금장치의 서보 모터에 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 아두이노 우노 보드를 이용한 지문인식 장치에 저장된 지문을 인식시켜 상기 서보모터의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 서보모터는 축전지로부터의 전력 공급이 중단될 시에는 동작이 불가능하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 DC모터, DC/DC 레귤레이터, 축전지, 그리고 지문인식 장치 모두 자전거의 프레임에 일체형으로 제작하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 효과는, 자전거 보조용품으로 취급되는 자물쇠를 자전거의 본체와 일체형으로 제작하여 자물쇠를 추가로 구매해야 하는 불편함이 없어지고, 자물쇠 열쇠 분실의 상황이나 비밀번호를 외우고 다녀야 하는 번거로움이 없어지고, 또한, 자전거 이용자들이 본 발명을 이용하여 자전거를 쉽고 간편하게 보관 및 이용할 수 있는 점들이 있다.

또한, 단순히 자전거 이용자가 등록한 손가락의 지문을 지문인식 장치에 인식시켜 자동으로 잠금 및 해제를 수행하도록 하여 비위생적인 물질들에서 보호해주고, 전력을 자가 발전하여 공급함으로써 전기를 절약할 수 있는 효과가 있다.

또한, 잠금장치 동작의 수행되지 않는 대기 시간에는 동작을 못하도록 제어하여 수동으로 잠금장치를 동작시킬 수 없기 때문에 비사용자의 수동 사용을 방지함으로써 안전성 면에서도 효과적이다.

도 1은 본 발명에 따른 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거를 구성한 사시도.
도 2는 본 발명의 동작 과정을 보여주는 동작 블럭도.
도 3의 (a)는 본 발명의 잠금장치의 잠금 해제 상태일 때, 잠금장치의 내부를 도시한 단면도.
도 3의 (b)는 본 발명의 잠금장치의 잠금 상태일 때, 잠금장치의 내부를 도시한 단면도.

자전거 사용자가 자전거를 타고 이동하려면 페달을 밟아야 한다.

이때 페달의 중심 부분에 위치한 DC모터(2)의 축이 페달과 연결되어 사용자가 페달을 밟는 속도에 비례하여 상기 DC모터(2)의 축이 회전한다.

상기 DC모터(2)는 전력을 입력하면 DC모터(2)의 축이 회전하는 전기적 회전기이다.

이를 역으로 이용하여 DC모터(2)의 축을 회전시켜 축의 회전 속도에 비례하여 전력을 발생시키는 발전기 역할도 수행하는 것이 가능하다.

본 발명에서는 DC모터(2)의 회전하는 속도에 비례하여 전력이 발생하는 발전기 역할을 이용한다.

그러나, 자전거 사용자가 자전거의 페달을 일정한 속도로 밟는 것이 아니기 때문에 상기 DC모터(2)에서는 일정한 전력이 발생하지 않는다.

회전하는 상기 DC모터(2)에서는 일정하지 않은 전력이 발생한다.

이 일정하지 않은 전력을 사용하기 위해서 변압기를 사용해야 한다.

따라서, 본 발명에서는 변압기의 여러 종류 중의 하나인 DC/DC 레귤레이터(3)를 이용한다.

상기 DC/DC 레귤레이터(3)는 일정하지 않은 DC 전력을 강압하여 일정한 DC 전력으로 변압시켜주는 변압기이다.

상기 DC/DC 레귤레이터(3)는 자전거 페달 축의 상단 프레임에 부착되어 상기 DC모터(2)와의 연결을 용이하도록 한다.

상기 DC모터(2)의 출력 단자는 상기 DC/DC 레귤레이터(3)의 입력단자와 연결된다.

상기 DC모터(2)에서 출력된 일정하지 않은 전력이 상기 DC/DC 레귤레이터(3)를 거치면 원하는 값의 일정한 전력으로 변환되어 출력된다.

이때 원하는 값이란, 축전지(4)에 충전을 위한 축전지의 정격 입력에 맞춘 값을 의미한다.

이는 발전기에서 발생한 전력을 축전지에 충전하기 위한 과정이다.

상기 DC/DC 레귤레이터(3)의 출력 단자는 상기 축전지(4)의 입력 단자와 연결된다.

상기 축전지(4)는 일정량의 전력을 저장하고, 또 다른 전기적 장치들에 전력을 공급해주는 역할을 한다.

자전거는 항상 굴러가는 것이 아니고 보관 시에는 멈추어 있다.

따라서 멈추어 있을 때 전력을 공급할 수 있는 장치가 필요한데, 상기 축전지(4)가 바로 그 역할을 수행한다.

상기 축전지(4)는 상기 DC/DC 레귤레이터(3)와의 연결을 용이하도록 상기 DC/DC 레귤레이터가 부착된 부분의 상단부 프레임에 부착시킨다.

상기 DC/DC 레귤레이터(3)에서 출력된 일정한 전력은 연결된 축전지(4)에 충전된다.

상기 축전지(4)는 사용자가 시각적으로 용이하게 잔여 전력량을 확인할 수 있도록 축전지(4)의 측면에 LED 불빛으로 대략적인 잔여량을 표시해준다.

또한, 상기 축전지(4)는 자전거 사용자가 페달을 계속 밟지 않기 때문에 오랜 시간 동안 방치시 방전된다.

이렇게 축전지(4)가 유사시 방전되는 것을 방지하여, 휴대전화를 충전하는 것과 같은 방식으로 일반 가정이나 기타 건물 내부의 콘센트와 연결하여 충전시키는 것이 가능하다.

또한, 한 번 완전히 충전 시 충분히 오랜 시간 동안 사용이 가능하도록 충분한 용량의 축전지(4)를 사용한다.

상기 축전지(4)의 출력단자는 지문인식 장치(5)와 잠금장치(1) 내부의 서보 모터(6)의 입력 단자와 연결된다.

상기 축전지(4)에 충전된 전력은 축전지(4)와 연결된 상기 지문인식 장치(5) 그리고 잠금장치(1) 내부의 서보 모터(6)에 공급되어, 각 장치들이 작동할 수 있도록 해준다.

이때, 상기 축전지(4) 내부에 충전된 전력을 상기 지문인식 장치(5)와 잠금장치(1) 내부의 서보 모터(6)에서 사용하기 위해서, 상기 지문인식 장치(5)와 잠금장치(1) 내부의 서보 모터(6)의 정격 입력값은 상기 축전지(4)의 정격 출력값과 동일한 값을 가진다.

상기 지문인식 장치(5)는 아두이노 우노 보드를 이용하여 동작을 제어한다. 아두이노 우노 보드에 상기 지문인식 장치(5)를 연결하고 컴퓨터에 상기 지문인식 장치(5)의 프로그램을 실행시켜 사용할 지문을 쉽게 저장한다.

상기 프로그램을 실행시켜 저장 버튼을 누르고 상기 지문인식 장치(5)에 지문인식에 사용할 한 개의 손가락 끝을 약 1초 동안 갖다댄다.

상기 프로그램의 결과 화면에 영문으로 명령문이 나오고 한 번 더 손가락을 인식시키면 지문이 저장된다.

또한, 사용하지 않는 지문은 상기 프로그램을 이용해서 쉽게 삭제할 수 있다.

지문을 저장할 때와 마찬가지로 상기 프로그램을 실행시켜 삭제 버튼을 누르고 지문을 두 번 인식시키면 사용하지 않는 지문을 삭제할 수 있다.

상기 지문인식 장치(5)는 자전거 사용자가 손쉽게 지문을 인식하도록, 사용자가 자전거를 이용하는 대부분의 시간에 손이 위치하는 부분인, 자전거의 핸들부분에 부착시킨다.

또한, 아두이노 우노 보드에 연결된 상기 지문인식 장치(5)의 출력 단자에 상기 잠금장치(1) 내부의 서보모터(6)를 연결시킨다.

사용자의 지문을 인식한 상기 지문인식 장치(5)의 출력 단자에서 동작 신호가 출력되고, 이 신호가 상기 잠금장치(1) 내부의 서보모터(6)에 전달된다.

상기 출력 신호와 축전지(4)에서 공급하는 전력이 상기 잠금장치(1) 내부의 서보모터(6)를 동작하게 만든다.

상기 지문인식 장치(5)에 저장된 지문이 인식되면 상기 서보 모터(6)가 작동하여 상기 잠금장치(1)의 동작이 이루어진다.

상기 서보 모터(6) 또한 상기 지문인식 장치(5)와 마찬가지로 아두이노 프로그램에 의해 제어된다.

아두이노 프로그램의 지문인식 장치(5) 이용을 위한 코드 소스의 출력코드에 서보모터(6) 제어 코드가 입력되어 있다.

첫 번째로 지문이 인식되면 상기 서보 모터(6)가 시계방향으로 180도 회전한다.

두 번째로 지문이 인식되면 상기 서보 모터(6)가 반시계방향으로 180도 회전한다.

상기 과정이 반복되는 것이 서보 모터(6) 제어 코드로, 아두이노 프로그램에 삽입되어 있다.

상기 과정이 상기 잠금장치(1)의 동작 원리이다.

상기 서보 모터(6)가 회전할 때, 서보 모터(6)의 톱니와 맞물린 링 형태의 잠금 고리(8)가 회전한다.

이때 상기 잠금 고리(8)의 톱니와 맞물린 톱니바퀴(7)들도 같이 회전한다.

상기 잠금 고리(8)의 회전을 원활히 하기 위해 상기 톱니바퀴(7)가 도와주는 것이다.

상기 지문인식 장치(5)에서 잘못된 지문이 인식되면 아무런 신호가 출력되지 않아, 상기 서보 모터(6)가 동작하지 않는다.

상기 잠금장치(1)는 자전거 앞바퀴에 가깝도록 자전거의 핸들 프레임 하단부에 고정되게 부착시킨다.

상기 잠금장치(1) 내부의 잠금 고리(8)가 회전하면 자전거의 앞바퀴에 있는 바큇살을 통과하여 자전거의 핸들 프레임과 자전거의 앞바퀴를 고정 시켜준다.

따라서 자전거가 굴러가지 않게 잠가주는 것이다.

저장한 지문을 한 번 더 인식시켜 상기 잠금 고리(8)를 역회전시키면 잠금이 해제되고 고정되어있던 자전거의 핸들 프레임과 자전거의 앞바퀴가 풀린다.

따라서 자전거가 다시 굴러갈 수 있게 되는 것이다.

이 과정이 자전거 잠금장치의 잠금 및 해제 수행 과정이 된다.

이때, 상기 지문인식 장치(5)는 이물질이 묻는 것을 방지하여 지문을 인식시키는 면을 제외한 직육면체 모양의 보호케이스를 씌워 부착한다.

또한, 위의 모든 장치들은 자전거의 프레임에 부착하거나 프레임의 내부에 삽입 후 부착하여 일체형으로 제작한다.

(1) : 잠금장치
(2) : DC모터
(3) : DC/DC 레귤레이터
(4) : 축전지
(5) : 지문인식 장치
(6) : 서보 모터
(7) : 톱니바퀴
(8) : 잠금 고리

Claims (9)

1. 자전거의 페달을 밟았을 때 전력이 발생하는 DC모터(2);와
   상기 모터(2)에서 발생한 전력을 일정한 양으로 변환시켜주는 DC/DC 레귤레이터(3);와
   상기 DC/DC 레귤레이터(3)에서 출력되는 전력을 저장하고 다른 곳에 전력을 공급해주는 축전지(4);와
   상기 축전지(4)의 전력을 공급받아 사용자의 지문을 인식하여 신호를 보내주는 지문인식 장치(5);와
   상기 지문인식 장치(5)의 신호를 인식하여 잠금 및 해제를 수행하는 잠금장치(1);를
   포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 지문인식 장치(5)는 아두이노 우노 보드에 연결되어 제어하고, 컴퓨터의 지문인식 전용 프로그램을 이용하여 사용자의 지문을 등록 및 인식하는 시스템을 이용하고, 자전거의 핸들에 위치하는 것을
   특징으로 하는 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 잠금장치(1)는 자전거의 핸들 프레임 하단에 위치하여 핸들 프레임 하단과 자전거의 앞바퀴를 묶어주는 역할을 하며, 내부에 서보 모터(6)와 톱니바퀴(7), 그리고 링 형태의 잠금 고리(8)가 존재하는 것을
   특징으로 하는 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 축전지(4)는 일정량의 전력을 저장하고, 전기적 장치에 전력을 공급하는 역할을 하는 장치이고, 자전거의 안장 밑부분 프레임에 부착되게 위치하며, LED 모듈을 포함하여 저장되어있는 전력의 양에 따라 사용자에게 시각적으로 양을 표시해주며, 유사시 방전되는 것을 방지하여 휴대전화 충전과 같은 방식으로 일반 가정이나 기타 건물 내부의 콘센트와 연결하여 충전이 가능한 것을
   특징으로 하는 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 DC모터(2)는 자전거의 페달 중심부분에 위치하고, 사용자가 페달을 밟으면 DC모터(2)가 돌아가서 발전이 되는 것을
   특징으로 하는 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 DC/DC 레귤레이터(3)는 자전거의 안장 하단부, 상기 축전지(4)의 하단에 위치하여 장착되어있는 것을
   특징으로 하는 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거.
   
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 축전지(4)는 상기 지문인식 장치(5)와 잠금장치(1) 내부의 서보 모터(6)에 전력을 공급해주는 것을
   특징으로 하는 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거.
   
8. 제3항에 있어서,
   상기 잠금장치(1)는 상기 축전지(4)의 전력을 공급받아 내부의 서보 모터(6)가 작동하여 상기 서보 모터(6)와 맞물린 톱니바퀴(7)가 회전하고 상기 톱니바퀴(7)와 맞물린 홈이 파인 잠금 고리(8)가 회전하도록 설계하여 잠금 및 해제 시스템을 수행하는 것을
   특징으로 하는 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거.
   
9. 제3항에 있어서,
   상기 서보 모터(6)는 아두이노 우노 보드에 연결하여 제어하고, 상기 축전지(4)로부터의 전력 공급이 중단될 시에는 회전하지 않도록 제어되는 것을
   특징으로 하는 자가발전 지문인식 잠금장치 자전거.
   

Images