KR20220059301A - 개인항법 기능을 갖는 스마트 재킷 - Google Patents

개인항법 기능을 갖는 스마트 재킷 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 스마트 재킷은 자가발전형 개인항법 신발로부터 전달된 에너지를 저장하는 에너지저장 모듈, GPS(Global Positioning System), IMU(Inertial Measurement Unit) 및 INS(Inertial Navigation System)를 포함하는 제1 항법장치 모듈, 외부 단말 혹은 서버와 무선 통신을 수행하는 통신 모듈 및 상기 제1 항법장치모듈에서 파악한 사용자 위치를 상기 통신 모듈을 통해 사용자가 소지한 사용자 단말, 상기 외부 단말 혹은 서버로 전송하는 컨트롤러를 포함한다. 이때, 자가발전형 개인항법 신발은, 깔창에 구비되어 압력을 전기 신호로 변환하는 압전 소자, 상기 압전 소자로부터 전달된 전기 신호에 의하여 에너지를 생성하는 진동 소자 및 상기 진동 소자에 의해 생성된 에너지를 저장하는 배터리를 포함한다. 본 발명에 따른 스마트 재킷은 동력 확보의 신뢰성을 높이는 동시에 정밀도를 향상시킬 수 있는 한편, 정밀도가 향상된 GPS 정보에 근거하여 위험상황을 미연에 차단하고, 웨어러블 장치로부터 전송된 사용자의 생체 정보에 기초하여 사용자의 안전을 도모할 수 있게 된다.

Description

개인항법 기능을 갖는 스마트 재킷{A SMART JACKET WITH PERSONAL NAVIGATION FUNCTION}
본 발명은 개인항법 기능을 갖는 스마트 재킷에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지속적인 동력 확보를 가능하게 하고 위치 정보의 신뢰성을 향상시킨 스마트 재킷에 관한 것이다.
GPS(Global Positioning System)는 군사 목적으로 개발되었고, 민간인 신호(GPS L1주파수 C/A 신호)를 개방하면서 현재와 같이 발전하였다. 최근의 GPS를 활용한 내비게이션(navigation)의 경우 보통 5∼10m의 위치 오차가 발생하지만, 아파트와 실내, 터널, 공장지대 및 산악 지대등 상당한 지역은 GPS의 사각지대 또는 오차 범위 밖의 무력화 상태 지역으로 존재하고 있다.
또한, 종래의 GPS 내비게이션의 경우, 대형 재난상황 발생시 옥내 건물의 경우 콘크리트벽과 각종 차폐 시설물들로 인해 인명구조 인력의 현장 위치 파악이 힘들며, 산악지형이나 개활지 등의 산불 재난 현장에서도 연기나 바람, 인화성 물질 등으로 인해 진화요원이나 구급대원들의 정확한 위치 파악이 어렵다는 문제가 있다.
미아방지와 독거노인 관리, 여성을 비롯한 취약계층에 대한 사회적 배려 차원에서도 정확한 위치정보의 파악은 반드시 필요한 실정이다. 군사적으로도 대 테러전이나 적진지 아군의 생환 작전 등에 필요한 정확한 위치 파악이 요구된다.
그러나 현재의 GPS 기술만으로는 정밀도와 위치 오차에 의한 작전 지역 내 아군의 정확한 위치를 파악하기 어려움이 있으며 특히 실내와 밀폐된 공간의 경우 더욱 어려움이 존재한다. 또한, 유사시 작전 시간의 연장이나 구출 뒤 안정적인 아군의 탈출로 등 확보를 위해 추가 동력 확보가 필요가 요구된다.
본 발명은 상술한 기술적 요구를 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 개인항법 장치에 있어서 동력 확보의 신뢰성을 높이는 동시에 정밀도를 향상시킬 수 있는 개인항법 스마트 재킷을 제공함에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 정밀도가 향상된 GPS 정보에 근거하여 위험상황을 미연에 차단하고 웨어러블 장치로부터 전송된 사용자의 생체 정보에 기초하여 사용자의 안전을 도모할 수 있는 개인항법 스마트 재킷을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 스마트 재킷은 개인항법 기능을 갖는 스마트 재킷에 있어서, 자가발전형 개인항법 신발로부터 전달된 에너지를 저장하는 에너지저장 모듈; GPS(Global Positioning System), IMU(Inertial Measurement Unit) 및 INS(Inertial Navigation System)를 포함하는 제1 항법장치 모듈; 외부 단말 혹은 서버와 무선 통신을 수행하는 통신 모듈; 및 상기 제1 항법장치모듈에서 파악한 사용자 위치를 상기 통신 모듈을 통해 사용자가 소지한 사용자 단말, 상기 외부 단말 혹은 서버로 전송하는 컨트롤러;를 포함하며, 상기 자가발전형 개인항법 신발은, 깔창에 구비되어 압력을 전기 신호로 변환하는 압전 소자; 상기 압전 소자로부터 전달된 전기 신호에 의하여 에너지를 생성하는 진동 소자; 및 상기 진동 소자에 의해 생성된 에너지를 저장하는 배터리;를 포함한다.
그리고, 상기 자가발전형 개인항법 신발은 상기 배터리에 저장된 에너지로 구동되는 GPS(Global Positioning System), IMU(Inertial Measurement Unit) 및 INS(Inertial Navigation System)를 포함하는 제2 항법장치 모듈;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는 상기 제1 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치 및 상기 제2 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치 중 적어도 하나가 위험 구역 내에 있다고 판단되면 상기 사용자 단말이나 상기 외부 단말 혹은 서버로 경고 신호를 전송할 수 있다.
그리고, 상기 컨트롤러는 상기 제1 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치와 상기 제2 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치간의 이격 거리를 판단하고, 상기 이격 거리가 기설정된 거리 이내에 있는 경우에만 상기 경고 신호를 전송할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는 상기 제1 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치 및 상기 제2 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치 중 적어도 하나가 위험 구역 내에 있다고 판단되면 경고음을 송출하거나 경광등을 발생시킬 수 있다.
그리고, 상기 통신 모듈은 사용자가 착용한 웨어러블 장치로부터 생체신호를 수신하고, 상기 컨트롤러는 상기 생체신호를 분석하여 사용자의 위험도를 판별하고 경고 신호를 생성하여 상기 사용자 위치 정보와 함께 상기 사용자 단말이나 상기 외부 단말 혹은 서버로 전송할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는 가스 센서로부터 검출된 오염 신호를 분석하여 사용자의 위험도를 판별하고 경고 신호를 생성하여 상기 사용자 위치 정보와 함께 상기 사용자 단말이나 상기 외부 단말 혹은 서버로 전송할 수 있다.
본 발명에 따른 스마트 재킷은 동력 확보의 신뢰성을 높이는 동시에 정밀도를 향상시킬 수 있는 한편, 정밀도가 향상된 GPS 정보에 근거하여 위험상황을 미연에 차단하고, 웨어러블 장치로부터 전송된 사용자의 생체 정보에 기초하여 사용자의 안전을 도모할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 재킷 및 그와 연동하는 자가발전형 개인항법 신발의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 재킷과 자가발전형 개인항법 신발의 동작을 개략적으로 도시한다.
도 3은 자가발전형 개인항법 신발의 개략도이다.
도 4는 압전 소자의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 스마트 재킷과 자가발전형 개인항법 신발을 이용한 전체 시스템 개요도이다.
도 6은 본 발명에 따른 스마트 재킷의 MCU 보드의 구성을 나타낸다.
도 7은 자가발전형 개인항법 신발의 배터리의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명에 따른 스마트 재킷의 외관을 도시한다.
도 9는 제1 및 제2 항법장치 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 컨트롤러의 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 11은 본 발명에 따른 스마트 재킷의 동작 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 12는 혈압을 감지하는 웨어러블 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 13은 본 발명에 따른 스마트 재킷을 이용한 상황인지 알고리즘의 구체적인 실시예를 도시한다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 형태를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 형태는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 형태에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 형태로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 형태 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 재킷 및 그와 연동하는 자가발전형 개인항법 신발의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 개인항법 기능을 갖는 스마트 재킷(100)은 제1 항법장치 모듈(110), 통신 모듈(120), 에너지 저장 모듈(130) 및 컨트롤러(140)를 포함한다.
제1 항법장치 모듈(110)은 GPS(Global Positioning System), IMU(Inertial Measurement Unit) 및 INS(Inertial Navigation System)를 포함한다.
항법 위성은 하루 약 2회 주기로 지구를 공전하며 위치 측정을 위하여 위성 자체의 항법정보(Navigation Data)가 담긴 신호를 계속해서 지구 전체로 방송(Broadcasting)하는데, 지상에 있는 수신기가 위성 신호를 3개(초기에는 시각 오차까지 계산하기 위하여 4개) 이상 수신하여 위성 신호의 전파도달시간(TOA)과 수신 신호에 담긴 항법정보로부터 전파 출발시각에서의 GPS위성 위치를 얻어내어 삼변측량방식(Trilateration)을 통해 지상 수신기의 3차원 위치를 결정할 수 있다.
IMU(Inertial Measurement Unit)는 사용자의 속도와 방향, 중력, 가속도를 측정하는 센서이다. IMU는 가속도계, 각속도계, 지자기계 및 고도계를 이용하여 보행자 및 이동 물체의 움직임 상황을 인식한다. IMU 관성계측장치에는 일반적으로 3축 가속도계와 3축 각속도계가 내장되어 있어 진행방향, 횡방향, 높이방향의 가속도와 롤링(roll), 피칭(pitch), 요(yaw) 각속도의 측정이 가능하며, IMU로부터 얻어지는 가속도와 각속도를 적분하여 이동중인 사용자의 속도와 자세각의 산출이 가능하다.
INS(Inertial Navigation System)는 초기 위치 정보로부터 가속도를 측정하여 적분을 함으로써 항체의 속도와 위치를 추정한다. INS 센서는 가속도계(Accelerometer)와 자이로스코프(Gyroscope)로 구성된다. 가속도계는 선방향 가속도를 측정하여 내보내주고 자이로스코프는 각속도를 측정하여 내보내주는 역할을 한다.
통신 모듈(120)은 유선통신망 혹은 무선통신망을 이용하여 사용자 단말, 외부 단말 혹은 서버와 데이터를 송수신한다. 유선 통신망은 HDMI(high-definition multimedia interface), USB (universal serial bus)등의 유선 케이블을 이용한 유선 통신망을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 무선 통신망은 지웨이브(Z-wave), 지그비(zigbee), 와이파이(wifi), 블루투스(ble), LTE-M, 로라(LoRa, long Range), 협대역 사물인터넷(NB-IoT), 적외선통신(Infrared Data Association, IrDA) 등의 근거리 무선 통신망을 포함할 수 있다. 또한, 무선통신망은 무선랜(Wireless LAN, WLAN), 와이브로(Wireless Broadband, Wibro), Wifi(wireless fidelity), WiMax(world interoperability for microwave access), GSM(global system for mobile communication) 또는 CDMA(code division multiple access)와 같은 2G 이동통신망, WCDMA(wideband code division multiple access) 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(high speed downlink packet access) 또는 HSUPA(high speed uplink packet access)와 같은 3.5G 이동통신망, LTE(long term evolution)망 또는 LTE-Advanced망과 같은 4G 이동통신망, 및 5G 이동통신망 등을 포함할 수 있다.
컨트롤러(140)는 본 발명에 따른 스마트 재킷(100)을 구성하는 각 구성들을 제어하며, 특히, 제1 항법장치 모듈(110)에서 파악한 사용자 위치를 외부 단말 혹은 서버로 전달하는 기능을 갖는다. 또한, 컨트롤러(140)는 제1 항법장치 모듈(110)에서 파악된 사용자 위치 및, 후술할 제2 항법장치 모듈(210)에서 파악된 사용자 위치 중 적어도 하나가 위험 구역 내에 있다고 판단되면 사용자 단말이나 외부 단말 혹은 서버로 경고 신호를 전송할 수 있다. 또한, 컨트롤러(140)는 제1 항법장치 모듈(110)에서 파악된 사용자 위치와 제2 항법장치 모듈(210)에서 파악된 사용자 위치간의 이격 거리를 판단하고, 그 이격 거리에 따라 다양한 동작을 수행할 수 있다. 또한, 컨트롤러(140)는 제1 항법장치 모듈(110)에서 파악된 사용자 위치 및 제2 항법장치 모듈(210)에서 파악된 사용자 위치 중 적어도 하나에 기초하여 경고음 송출 등의 다양한 동작을 수행할 수 있다. 또한, 컨트롤러(110)는 다양한 센서로부터 검출된 데이터에 기초하여 사용자의 위험도를 판별할 수 있고, 판별된 위험도에 기초하여 경고 신호를 생성하는 등의 다양한 동작을 수행할 수 있다.
에너지 저장 모듈(130)은 자가발전형 개인항법 신발(200)로부터 전달된 에너지를 저장한다. 자가발전형 개인항법 신발(200)은, 압전 소자(220)와 진동 소자(230)를 이용하여 에너지를 생성하고, 이를 배터리(250)에 저장하거나, 스마트 재킷(130)의 에너지 저장 모듈(130)로 에너지를 전달한다. 스마트 재킷(130)의 각 구성은 자가발전형 개인항법 신발(200)로부터 전달된 에너지로 동작하기 때문에, 사용자가 착용하여 움직이고 있는 한 동력확보의 문제점이 사라진다.
압전 소자(220)는 사용자가 신은 자가발전형 개인항법 신발의 깔창에 구비되어 사용자의 발바닥으로부터 압력을 인가받고, 그 압력을 전기 신호로 변환한다.
진동 소자(230)는 압전 소자(220)와 연결되고, 압전 소자(220)로부터 전달된 에너지에 기초하여 진동 운동을 수행하며, 이를 에너지로 변환한다.
배터리(250)는 진동 소자(230)에 의해 생성된 에너지를 저장한다. 자가발전형 개인항법 신발(200)의 각 구성은 아래에서 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 압전 소자(220), 진동 소자(230) 및 배터리(250)는 물리적으로 연결될 수도 있으나, 전기적 에너지의 전달이 무선으로 이루어질 수도 있다. 그 경우에는 무선 전력 통신을 위한 회로(인덕터 및 커패시터를 포함하는 공진회로 등)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 재킷(100)과 자가발전형 개인항법 신발(200)의 동작을 개략적으로 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자가발전형 개인항법 신발(200)에서 생성된 에너지(Energy)는 스마트 재킷(100)으로 전달되어 스마트 재킷(100)을 동작시키는 데 이용된다. 이때, 자가발전형 개인항법 신발(200)은 스스로 검출한 위치 정보(PGPS)를 스마트 재킷(100)로 전송할 수 있다.
이를 위하여, 자가발전형 개인항법 신발(200)은 제2 항법장치 모듈(210)을 포함한다. 제2 항법장치 모듈(210)은 제1 항법장치 모듈(110)과 마찬가지로 GPS(Global Positioning System), IMU(Inertial Measurement Unit) 및 INS(Inertial Navigation System)를 포함할 수 있다. 제2 항법장치 모듈(210)은 압전 소자(220) 및 진동 소자(230)에 의하여 자가발전된 에너지를 이용하여 구동될 수 있으며, 제2 항법장치 모듈(210)에서 검출된 사용자의 위치 정보는 제1 항법장치 모듈(110)에서 검출된 사용자의 위치 정보와 함께 위치 정보의 신뢰성을 향상시킨다. 또한, 제1 항법장치 모듈(110)이 고장나거나 파손된 경우, 제2 항법장치 모듈(210)이 사용자의 위치를 검출할 수 있기 때문에 다양한 상황에서 매우 유리한 효과를 갖는다.
예를 들어, 전시 상황에서 적군의 공격에 의해 어느 하나의 항법장치 모듈이 파괴된 경우, 다른 하나의 항법장치 모듈에 의하여 위치 파악이 가능하다. 또한, 산악 활동 중 추락에 의하여 어느 하나의 항법장치 모듈이 파손된 경우, 다른 하나의 항법장치 모듈에 의하여 위치 파악이 가능하다. 위치 파악에 따른 사용자 구조가 가능해지므로 사용자의 생존 확률을 높일 수 있게 된다.
도 3은 자가발전형 개인항법 신발(200)의 개략도이다. 자가발전형 개인항법 신발(200)은 말 그대로 사용자가 신을 수 있는 신발이다. 압전 소자(220)는 깔창, 즉, 사용자 발바닥의 압력을 전달받을 수 있는 위치에 배치된다.
이때, 압전 소자(220)의 상부, 즉, 압전 소자(220)와 사용자 발바닥 사이에는 밀폐방수부재(10)가 배치될 수 있다. 밀폐방수부재(10)는 사용자 발바닥에서 배출된 땀으로부터 압전 소자(220)를 보호하거나, 침수에 의한 압전 소자(220)의 손상을 방지한다.
압전 소자(220)는 신발 바닥의 전측과 후측에 각각 하나씩 구비될 수 있고, 그 경우 압전 소자(200)를 연결하기 위한 리드선(260)이 더 구비될 수 있다.
또한, 압전 소자(220)와 진동 소자(230)도 리드선으로 연결될 수 있다. 진동소자(230)는 발 뒷꿈치 영역에 수직으로 구비될 수 있다.
도 4는 압전 소자(220)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 압전 소자(220)는 스프링(231), 자석(232) 및 코일(233)로 구성되며, 그 내부를 진공 상태로 만들어 내부 자석(232)의 움직임을 원활하게 한다.
압전 소자(220)와 진동 소자(230)는 신발 깔창에 일체형으로 구비될 수 있고, 깔창의 탈부착으로 인하여 압전 소자(220)와 진동 소자(230)의 교체도 가능해진다. 따라서, 에너지 생성 모듈인 압전 소자(220)와 진동 소자(230)에 고장이 생기는 경우, 깔창을 교체하는 것만으로 수리가 가능해진다.
압전 소자(220)와 진동 소자(230)는 압력과 진동에 견딜 수 있는 FPCB 형태로 구현될 수 있으며, 압전 소자(220)는 깔창 바닥에, 진동 소자(230)는 발 뒷꿈치 부분에 배치되어 압전 효과와 진동 효과를 극대화시킬 수 있다.
탈착형 깔창은 생활 방수가 가능한 실리콘 재질 내부에 FPCB 형태의 압전 소자(220)와 진동 소자(230)를 고밀도 밀폐방수부재(10)로 밀봉한 형태이다.
다시 도 3을 참조하면, 자가발전형 개인항법 신발(200)은 제2 항법장치 모듈(210)과 컨트롤러(240)를 포함하고, 이들 모듈의 발열을 최소화하기 위한 히트파이프(20)가 더 구비될 수 있다.
도 5는 스마트 재킷과 자가발전형 개인항법 신발을 이용한 전체 시스템 개요도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 항법장치 모듈(110)과 제2 항법장치 모듈(210)의 GPS(111,211), INS(112,212), IMU(113,213)을 압전 소자(220)와 진동 소자(230)를 이용해 자가발전된 에너지를 이용하여 구동시킴으로써 사용자의 위치 파악이 가능하고, 이를 5G 등의 초고속 통신망을 이용하여 사용자 단말, 컨트롤 센터, 외부 서버 등으로 전송하여 본인 혹은 외부서버(안전본부, 군사지휘관 등)로 하여금 다양한 처치를 가능하게 한다.
도 6은 본 발명에 따른 스마트 재킷(100)의 MCU 보드의 구성을 나타낸다.
다양한 위치 센서(gyro sensor, accelerometer sensor, magnetic sensor 등)로부터 전달된 신호는 ADC 등에 의하여 디지털 신호로 변환되고, 디지털 신호를 외부로 전송하거나 다양한 제어에 이용한다. 이때, 자가발전된 에너지가 저장된 에너지 저장 모듈(130)은 리튬 폴리머 배터리로 기재되어 있으나 이에 한정되지 않고, 다양한 종류의 배터리가 이용될 수 있다.
도 7은 자가발전형 개인항법 신발(200)의 배터리(250)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 자가발전형 개인항법 신발(200)의 압력 센서(220) 및 진동 센서(230)에 의하여 자가발전된 에너지(발전전원)은 충전 가능한 배터리(예: 리튬이온전지 등)로, 공칭전압 3.8V 이상/9.88Wh 충전전압 4/35V/2600mAH의 조건으로 충전될 수 있는 구조를 갖는다. 다만, 위에서 언급한 공칭전압과 충전전압은 구체적인 예시일 뿐 다른 수치로 변경될 수 있다. 충전된 배터리(250)는 사용자가 착용한 스마트 재킷(100)의 에너지 저장 모듈(130)로 전달된다.
도 8은 본 발명에 따른 스마트 재킷(100)의 외관을 도시한다.
스마트 재킷(100)에는 위에서 설명한 제1 항법장치 모듈(110), 통신 모듈(120), 컨트롤러(140) 및 에너지 저장 모듈(130)이 구비된다.
이때, 스마트 재킷(100)은 별도의 에너지 생성 모듈을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 스마트 재킷(100)은 태양광 패널(150)을 더 포함할 수 있다. 태양광 패널(150)은 에너지 저장 모듈(130)과 연결되어, 태양광 패널(150)에서 생성된 에너지가 에너지 저장 모듈(130)에 저장된다.
이는 동력 공급이 차단된 상황, 예를 들어, 자가발전형 개인항법 신발(200)이 분실되거나 파손된 경우, 혹은, 자가발전형 개인항법 신발(200)로부터의 에너지 공급에 문제가 생긴 경우에, 스마트 재킷(100)의 태양광 패널(150)이 자가발전을 수행하기 때문에 최소한의 에너지 공급이 이루어질 수 있다. 사용자가 비상상황에 놓인 경우, 적은 에너지만으로도 제1 항법장치 모듈(110)은 동작이 가능하므로, 사용자의 위치 파악이 가능해져 비상상황에 발 빠르게 대처할 수 있게 된다.
도 9는 제1 및 제2 항법장치 모듈(110,210)의 구성을 나타내는 도면이다. 제1 및 제2 항법장치 모듈(110,210)은 GPS(111,211), INS(112,212) 및 IMU(113,213)를 포함하며, 각 모듈은 GPS 센서(S1), 자이로 센서(S2), 가속도 센서(S3), 압력 센서(S4), 지자계 센서(S5) 등을 포함한다. 자이로 센서(S2), 가속도 센서(S3)에서 획득된 데이터는 INS(112,212) 및 IMU(113,213)의 구성으로, 발생된 자세와 위치 정보의 오차율을 줄이기 위해 칼만 필터와 강인제어 알고리즘의 일종인 LQG/LQI를 적용하여 안정적이며 신뢰성 있는 위치 보를 구현할 수 있다. GPS(111,211)의 GPS 센서(S1)나 압력 센서(S4), 지자계 센서(S5) 등의 센서도 오차 보정이 이루어진 뒤 컨트롤러(140,240)로 전달된다.
도 10은 컨트롤러의 동작을 나타내는 플로우차트이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(140.240)는 초기화(initialization) 후 각종 센서로부터 전달된 센싱데이터에 기초하여 비상상황인지를 판단한다. 비상상황인 경우 타이머를 온시키고, 이후 사용자 입력 여부를 판단한다. 그리고, 사용자 입력이 없으면, 디스플레이(미도시)를 업데이트하고, 사용자 입력이 있으면, 처리와 관련한 입력 여부를 판단하여 해당 입력에 따라 각 구성을 동작(업데이트, 초기화 등)시킨다.
도 11은 본 발명에 따른 스마트 재킷(100)의 동작 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 재킷(100)은 사용자에 착용된 웨어러블 장치(300)로부터 사용자의 생체 신호를 실시간으로 전달받을 수 있다. 사용자의 생체 신호는 심박수, 혈압 등 사용자의 신체 상태와 관련한 정보를 포함한다. 다른 실시예에서는 웨어러블 장치(300)가 해당 위치에서의 맵(map), 고도(altitude) 등에 대한 정보를 검출하고, 이를 스마트 재킷(100)에 전달할 수도 있다. 웨어러블 장치(300)는 통신 모듈을 구비한 사용자에 착용 가능한 장치로, 스마트 워치(smart watch), 스마트 팔찌, 헤드마운티드 디스플레이(HMD) 등의 다양한 장치로 구현될 수 있다.
더욱 구체적으로, 스마트 재킷(100)에 구비된 통신 모듈은 사용자가 착용한 웨어러블 장치(300)로부터 생체신호를 수신한다. 컨트롤러(140)는 생체신호를 분석하여 사용자의 위험도를 판별할 수 있다. 즉, 심박수가 급격히 증가하거나 감소하는 경우, 혈압이 급격히 상승하거나 저하되는 경우를 판단하고, 경고 신호를 생성할 수 있다. 컨트롤러(140)에서 생성된 경고 신호는 제1 항법장치 모듈(110) 및/또는 제2 항법장치 모듈(120)로부터 파악된 사용자 위치 정보와 함께 사용자 단말(400)이나 외부 단말 혹은 서버(500)로 전송될 수 있다.
이 경우, 심박수가 정지하는 등의 위급 상황인 경우, 외부 단말 혹은 서버(500)의 관리자가 구급차를 급파하여 사용자의 위험 상황에 대처하도록 할 수 있다.
도 12는 혈압을 감지하는 웨어러블 장치(300)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 사용자의 손목에 착용된 웨어러블 장치(300)는 광원에서 발생한 광이 사용자 손목으로 출사되고, 반사된 광을 광센서가 수집한다. 광센서에 의하여 수집된 광신호는 필터링 및 증폭된 뒤 디지털 신호로 변환되어, 사용자의 심박수 측정에 이용된다.
도 13은 본 발명에 따른 스마트 재킷을 이용한 상황인지 알고리즘의 구체적인 실시예를 도시한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 재킷(100)은 자가발전형 개인항법 신발(200)로부터 전송된 에너지를 이용하여 위치 인식과 관련한 각종 센서를 가동시켜, 사용자(작업자)의 위치 정보 등을 수집한다.
이때, 사용자(작업자)의 정보는 위치 정보뿐만 아니라 생체 정보 또는 주변 환경 정보를 포함할 수 있다. 생체 정보는 웨어러블 장치, 심박 측정 센서 등을 이용하여 검출된 사용자(작업자)의 심박 정보, 혈압 정보 등의 정보일 수 있고, 주변 환경 정보는 가스 센서 등을 통한 사용자 주변의 유해 물질, 미세 먼지 등과 관련한 정보일 수 있다.
위치 정보, 생체 정보, 주변 환경 정보는 돌발 상황, 즉, 위험 상황을 판단하는 데 이용된다. 즉, 측정 심박수가 기준 심박수를 초과하거나 미달하는 경우, 혹은 실내 오염 측정치가 기준치를 초과한 경우 등을 돌발 상황으로 판단할 수 있다.
돌발 상황으로 판단되면, SMS 메시지 등을 통해 사용자 단말로 전송하여, 현장에 있는 사용자(작업자)에게 해당 상황을 인식시키거나, 상황실 등의 외부 서버로 돌발 상황 정보를 송출하여 외부에서의 대응을 요청할 수 있다.
한편, 위치 정보, 생체 정보, 주변 환경 정보에 기초하여, 사용자(작업자)의 위치 화면을 전송하는 것도 가능하다. 이때, 스마트 재킷(100)은 이미지 센서 등을 더 포함할 수 있다. 사용자의 위치가 안전 구역에 진입한 경우에는 작업을 종료하고, 각종 센서만 동작시킬 수 있다.
하지만, 사용자의 위치가 경고 구역에 진입한 경우에는, SMS 메시지 등을 통해 사용자 단말로 전송하여, 현장에 있는 사용자(작업자)가 경고 구역에 위치해 있다는 사실을 인식시킬 수 있다. 혹은, 경고 구역 진입 정보를 외부 서버(상황실 등)로 전송함으로써 외부에서의 대응을 요청할 수 있다.
한편, 사용자의 위치가 위험 구역에 진입한 경우(여기서, 위험 구역은 경고 구역에 비하여 더욱 좁은 범위로 한정될 수 있음)에는, 경고음을 발생시키거나 비상 경광등을 점등시킴으로써 사용자로 하여금 즉각적으로 위험 구역에의 진입 사실을 인식할 수 있게 한다.
이때, 컨트롤러(140)는 제1 항법장치 모듈(110)에서 파악된 사용자 위치 및 상기 제2 항법장치 모듈(210)에서 파악된 사용자 위치 중 적어도 하나가 위험 구역 내에 있다고 판단되면 사용자 단말(400)이나 외부 단말 혹은 서버(500)로 경고 신호를 전송할 수 있다.
또한, 컨트롤러(140)는 제1 항법장치 모듈(110)에서 파악된 사용자 위치 및 제2 항법장치 모듈(210)에서 파악된 사용자 위치간의 이격 거리를 판단하고, 이격 거리가 기설정된 거리 이내에 있는 경우에만 사용자 단말(400)이나 외부 단말 혹은 서버(500)로 경고 신호를 전송할 수도 있다. 이렇게 함으로써, 사용자 위치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 컨트롤러(140)는 제1 항법장치 모듈(110)에서 파악된 사용자 위치 및 제2 항법장치 모듈(210)에서 파악된 사용자 위치 중 적어도 하나가 위험 구역 내에 있다고 판단되면 경고음을 송출하거나 경광등을 발생시킬 수 있다. 이를 위하여, 스마트 재킷(100)에는 경고음을 송출하기 위한 스피커(미도시) 및/또는 경광등을 발생시키기 위한 광원(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 컨트롤러(140)는 가스 센서(미도시)로부터 검출된 오염 신호를 분석하여 사용자의 위험도를 판별할 수 있다. 사용자가 위험 상태에 있다고 판단되면, 즉, 오염 신호가 기준치를 초과한 경우에는, 경고 신호를 생성하여 사용자 위치 정보와 함께 사용자 단말(400)이나 외부 단말 혹은 서버(500)로 전송할 수 있다.
컨트롤러(140)는 스마트 재킷(100) 및 자가발전형 개인항법 신발(200)에 구비된 제1 및 제2 항법장치 모듈(110,120)에서 센싱된 사용자 위치 정보에 기초하여, 위와 같은 다양한 제어를 이룰 수 있다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 스마트 재킷
110: 제1 항법장치 모듈
120: 통신 모듈
130: 에너지 저장 모듈
140: 컨트롤러
200: 자가발전형 개인항법 신발
210: 제2 항법장치 모듈
220: 압전 소자
230: 진동 소자
240: 컨트롤러
250: 배터리
300: 웨어러블 장치
400: 사용자 단말
500: 외부 단말 혹은 서버

Claims (7)

  1. 개인항법 기능을 갖는 스마트 재킷에 있어서,
    자가발전형 개인항법 신발로부터 전달된 에너지를 저장하는 에너지저장 모듈;
    GPS(Global Positioning System), IMU(Inertial Measurement Unit) 및 INS(Inertial Navigation System)를 포함하는 제1 항법장치 모듈;
    외부 단말 혹은 서버와 무선 통신을 수행하는 통신 모듈; 및
    상기 제1 항법장치모듈에서 파악한 사용자 위치를 상기 통신 모듈을 통해 사용자가 소지한 사용자 단말, 상기 외부 단말 혹은 서버로 전송하는 컨트롤러;를 포함하며,
    상기 자가발전형 개인항법 신발은,
    깔창에 구비되어 압력을 전기 신호로 변환하는 압전 소자;
    상기 압전 소자로부터 전달된 전기 신호에 의하여 에너지를 생성하는 진동 소자; 및
    상기 진동 소자에 의해 생성된 에너지를 저장하는 배터리;를 포함하는 스마트 재킷.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자가발전형 개인항법 신발은 상기 배터리에 저장된 에너지로 구동되는 GPS(Global Positioning System), IMU(Inertial Measurement Unit) 및 INS(Inertial Navigation System)를 포함하는 제2 항법장치 모듈;을 더 포함하는 스마트 재킷.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치 및 상기 제2 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치 중 적어도 하나가 위험 구역 내에 있다고 판단되면 상기 사용자 단말이나 상기 외부 단말 혹은 서버로 경고 신호를 전송하는 스마트 재킷.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치와 상기 제2 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치간의 이격 거리를 판단하고, 상기 이격 거리가 기설정된 거리 이내에 있는 경우에만 상기 경고 신호를 전송하는 스마트 재킷.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치 및 상기 제2 항법장치 모듈에서 파악된 사용자 위치 중 적어도 하나가 위험 구역 내에 있다고 판단되면 경고음을 송출하거나 경광등을 발생시키는 스마트 재킷.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통신 모듈은 사용자가 착용한 웨어러블 장치로부터 생체신호를 수신하고,
    상기 컨트롤러는 상기 생체신호를 분석하여 사용자의 위험도를 판별하고 경고 신호를 생성하여 상기 사용자 위치 정보와 함께 상기 사용자 단말이나 상기 외부 단말 혹은 서버로 전송하는 스마트 재킷.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 가스 센서로부터 검출된 오염 신호를 분석하여 사용자의 위험도를 판별하고 경고 신호를 생성하여 상기 사용자 위치 정보와 함께 상기 사용자 단말이나 상기 외부 단말 혹은 서버로 전송하는 스마트 재킷.
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