KR20220161931A - 키네틱 디스플레이 콘트롤러 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 키네틱 디스플레이 장치의 실감성 및 시각적 유연성을 보강하기 위해 다축 동시 제어 및 연속적인 모션 수행이 가능한 키네틱 디스플레이 콘트롤러에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러는,
연출하고자 하는 콘텐츠에 대응하는 복수개의 모션 데이터들을 생성하고, 생성된 복수개의 모션 데이터들을 버퍼 사이즈에 맞도록 분할하는 모션 콘트롤러; 복수개의 버퍼와 RTOS(Real Time OS)를 포함하며, 상기 복수개의 버퍼 각각에, 상기 모션 콘트롤러에서 생성 분할된 모션 데이터들을 수신하고, 수신된 모션 데이터들에 따라 슬래이브를 구성하는 복수의 모터를 구동 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 이더캣 마스터; 모터와 상기 모터를 구동하기 위한 모터 드라이버를 포함하며, 상기 이더캣 마스터로부터 상기 제어 신호를 수신하고, 수신된 제어 신호에 따라 상기 모터를 구동하는 슬래이브;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러는,
연출하고자 하는 콘텐츠에 대응하는 복수개의 모션 데이터들을 생성하고, 생성된 복수개의 모션 데이터들을 버퍼 사이즈에 맞도록 분할하는 모션 콘트롤러; 복수개의 버퍼와 RTOS(Real Time OS)를 포함하며, 상기 복수개의 버퍼 각각에, 상기 모션 콘트롤러에서 생성 분할된 모션 데이터들을 수신하고, 수신된 모션 데이터들에 따라 슬래이브를 구성하는 복수의 모터를 구동 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 이더캣 마스터; 모터와 상기 모터를 구동하기 위한 모터 드라이버를 포함하며, 상기 이더캣 마스터로부터 상기 제어 신호를 수신하고, 수신된 제어 신호에 따라 상기 모터를 구동하는 슬래이브;를 포함한다.
Description
본 발명은 키네틱 디스플레이 장치의 실감성 및 시각적 유연성을 보강하기 위해 다축 동시 제어 및 연속적인 모션 수행이 가능한 키네틱 디스플레이 콘트롤러에 관한 것이다.
최근, 문화 시설 및 공연 분야에서 소비자와 상호 작용이 가능한 신개념의 실감형 디지털 문화 콘텐츠 산업이 성장하고 있다. 대표적인 사례로 다축의 키네틱 모듈이 구동되면서 입체 디지털 디스플레이를 구현하는 키네틱 디스플레이 장치가 각광 받고 있다.
이러한 키네틱 디스플레이 장치와 관련하여, 한국공개특허 10-2018-0134720호는 키넥트 기반 인터랙티브 모션을 구축하기 위한 방법을 제시하고 있으나, 실제로 각 모듈을 움직이는 제어 구조에 대해서는 개시하고 있지 않다.
또한, 한국공개특허 10-2020-0065461호는 키네틱 센서에 의한 모터 제어 솔루션을 제시하고 있으나, point to point 방식의 간단한 모션만 구현할 수 있을 뿐, 연속적인 모션을 구현할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 키네틱 디스플레이 장치의 실감성 및 시각적 유연성을 보강하기 위해 다축 동시 제어 및 연속적인 모션 수행이 가능한 키네틱 디스플레이 콘트롤러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러는,
연출하고자 하는 콘텐츠에 대응하는 복수개의 모션 데이터들을 생성하고, 생성된 복수개의 모션 데이터들을 버퍼 사이즈에 맞도록 분할하는 모션 콘트롤러; 복수개의 버퍼와 RTOS(Real Time OS)를 포함하며, 상기 복수개의 버퍼 각각에, 상기 모션 콘트롤러에서 생성 분할된 모션 데이터들을 수신하고, 수신된 모션 데이터들에 따라 슬래이브를 구성하는 복수의 모터를 구동 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 이더캣 마스터; 모터와 상기 모터를 구동하기 위한 모터 드라이버를 포함하며, 상기 이더캣 마스터로부터 상기 제어 신호를 수신하고, 수신된 제어 신호에 따라 상기 모터를 구동하는 슬래이브;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러에 있어서, 상기 모션 콘트롤러에서 생성 분할된 모션 데이터들을 일시 저장하는 공유 메모리를 더 포함하며, 상기 공유 메모리는, 상기 모션 콘트롤러의 일 구성이거나, 또는 상기 이더캣 마스터의 일 구성이거나, 또는 상기 모션 콘트롤러와 상기 이더캣 마스터 사이의 가상 공간으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러에 있어서, 상기 모션 콘트롤러는, 상기 복수개의 모션 데이터들을 생성하는 궤적 생성부를 포함하며, 상기 궤적 생성부는, 큐빅 스플라인 알고리즘(cubic spline algorithm)에 기반하여 상기 복수개의 모션 데이터들을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러에 있어서, 상기 모션 콘트롤러는, 상기 큐빅 스플라인 알고리즘을 이용하여 생성된 복수개의 모션 데이터들을 n세트의 모션 데이터로 분할하는 스플리터를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러에 있어서, 상기 복수개의 버퍼는 큐(Queue) 구조로 구성되며, 어느 하나의 버퍼에 저장된 모션 데이터가 상기 RTOS로 전달되면 해당 버퍼는 비워진다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 모션 데이터의 누수를 방지할 수 있으므로, 다축 동시 제어 및 연속적인 모션 수행이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명에서 모션 데이터를 생성하기 위해 사용되는 큐빅 스플라인 알고리즘이 예시된 도면이다.
도 3은 궤적 생성부에서 모션 데이터를 분할하는 과정을 예시하는 도면이다.
도 4는 분할된 모션 데이터가 슬래이브의 모터 드라이버로 전달되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러의 동작 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래 기술에 따른 모터의 움직임을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에서 모션 데이터를 생성하기 위해 사용되는 큐빅 스플라인 알고리즘이 예시된 도면이다.
도 3은 궤적 생성부에서 모션 데이터를 분할하는 과정을 예시하는 도면이다.
도 4는 분할된 모션 데이터가 슬래이브의 모터 드라이버로 전달되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러의 동작 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래 기술에 따른 모터의 움직임을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러가 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명에서 모션 데이터를 생성하기 위해 사용되는 큐빅 스플라인 알고리즘이 예시된 도면이며, 도 3은 궤적 생성부에서 모션 데이터를 분할하는 과정을 예시하는 도면이고, 도 4는 분할된 모션 데이터가 슬래이브의 모터 드라이버로 전달되는 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러의 동작 결과를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 종래 기술에 따른 모터의 움직임을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 키네틱 디스플레이 콘트롤러는, 모션 콘트롤러(100), 이더캣 마스터(200, EtherCAT Master), 슬래이브(300, Slave)를 포함한다.
모션 콘트롤러(100)는 본 발명의 키네틱 디스플레이 콘트롤러의 최상위 제어기로, 연출하고자 하는 콘텐츠에 대응하는 복수개의 모션 데이터들을 생성하고 저장할 수 있으며, 키네틱 디스플레이 콘트롤러의 전체적인 움직임을 제어할 수 있다.
모션 콘트롤러(100)는 모션 데이터들을 생성하는 궤적 생성부(110, trajectory generator)를 포함한다.
궤적 생성부(110)는 큐빅 스플라인 알고리즘(cubic spline algorithm)에 기반하여 복수개의 모션 데이터들을 생성한다. 큐빅 스플라인 알고리즘은, 도 2에 예시된 바와 같은 알고리즘으로, 서로 떨어져 있는 두 점 사이를 매끄럽게 연결한다.
궤적 생성부(110)는 스플리터(111, spliter)를 포함한다. 스플리터(111)는 큐빅 스플라인 알고리즘을 이용하여 생성된 복수개의 모션 데이터들을, 후술하는 복수개의 버퍼 사이즈에 맞도록 분할한다.
소정 기간 동안의 모션 데이터들은 스플리터(111)에 의해 n세트의 모션 데이터(T0, T1, T2, ??Tn)로 분할될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 궤적 생성부(110)에 의해 10초 간의 10,000개의 모션 데이터들이 생성되고, 이들 모션 데이터들은 스플리터(111)에 의해 1초 간격으로 1,000개의 모션 데이터로 분할될 수 있다. 이 경우, 10개 세트의 모션 데이터로 분할된다.
이와 같이 분할된 모션 데이터는 공유 메모리(M)에 일시 저장된다. 공유 메모리(M)는 모션 콘트롤러(100)와 이더캣 마스터(200) 간의 모션 데이터 공유를 위한 저장 공간이다. 공유 메모리(M)는 모션 콘트롤러(100)의 일 구성이거나, 또는 이더캣 마스터(200)의 일 구성일 수 있다. 또는, 모션 콘트롤러(100)와 이더캣 마스터(200) 사이의 가상 공간으로 구현될 수 있다.
이더캣 마스터(200)는 모션 콘트롤러(100)에서 생성된 모션 데이터를 수신하고, 수신된 모션 데이터에 따라 슬래이브(300)를 구성하는 복수의 모터를 구동 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
이더캣 마스터(200)는 복수개의 버퍼(210)와 RTOS(Real Time OS, 220)를 포함한다. 도면에서는, 2개의 버퍼인 것을 예시하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수개의 버퍼(210)는 스플리터(111)에 의해 분할된 모션 데이터를 RTOS(220)에 전달하기 전에 임시로 저장한다. 복수개의 버퍼(210)는 큐(Queue) 구조로 구성되며, 어느 하나의 버퍼에 저장된 모션 데이터가 RTOS(220)로 전달되면 해당 버퍼(210)는 비워지게 된다.
RTOS(220)는 임베디드 시스템에서 쓰이는 OS를 의미하며, 슬래이브(300)로 복수의 모터를 구동 제어하기 위한 제어 신호를 실시간으로 전달한다.
슬래이브(300)는 모터(320)와 모터를 구동하기 위한 모터 드라이버(310)를 포함한다. 모터 드라이버(310)는 이더캣 마스터(200)의 RTOS(220)로부터 제어 신호를 수신하고, 수신된 제어 신호에 따라 모터(320)를 구동한다.
다음, 도 4를 참조하여 분할된 모션 데이터가 슬래이브(300)의 모터 드라이버(310)로 전달되는 과정을 설명한다.
궤적 생성부(110)에 의해 생성된 모션 데이터들은 스플리터(111)에 의해 n세트의 모션 데이터(T0, T1, T2, ??Tn)로 분할된다.
제k 세트의 모션 데이터(Tk, 0≤k≤n) 전송시, 버퍼(210)가 비어 있는 지 여부를 확인하고, 비어 있는 경우, 제k 세트의 모션 데이터를 공유 메모리(M)에 전송한다. 첫번째 세트의 모션 데이터(T0)부터 마지막 세트의 모션 데이터(Tn)는 동일 시간 분량(예를 들어, 모두 1초 분량)의 모션 데이터가 포함될 수 있다. 제k 세트를 전송한 후, 버퍼(210)가 비어 있는 지 여부를 확인하고, 비어 있는 경우, 제k+1 세트를 전송한다. 만약, 버퍼(210)가 비어 있지 않으면, 기설정된 시간 동안 전송 보류한다.
공유 메모리(M)에 일시 저장된 분할된 제k 세트의 모션 데이터는 복수의 버퍼(210) 중 어느 하나에 큐 구조로 순환되며, RTOS(220)가 제k 세트의 모션 데이터를 읽어들이면 해당 버퍼는 비워지게 되며, 공유 메모리(M)에 해당 버퍼가 비워졌다는 정보(Buffer empty)가 전달된다.
공유 메모리(M)에 Buffer empty 정보가 전달되면, 전송 보류 중인 세트의 모션 데이터가 공유 메모리(M)로 전송된다. 이와 같은 과정을, 마지막 세트(Tn)의 모션 데이터가 전송될 때까지 반복한다.
궤적 생성부(110)에 의해 생성된 모션 데이터들을 실시간으로 공유 메모리(M)로 전달할 경우, 모션 데이터의 양은 많고, RTOS(220)의 메모리는 한정적이기 때문에, 한번에 전달되지 않을 수 있다. 이 경우, 모션 데이터의 누수가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명에서는 궤적 생성부(110)에 의해 생성된 모션 데이터들을 분할하고 복수개의 버퍼를 마련한 다음, 버퍼의 상황에 따라 비어 있는 버퍼로 순차적으로 전송될 수 있도록 한다. 모션 데이터의 누수를 방지할 수 있으므로, 다축 동시 제어 및 연속적인 모션 수행이 가능하게 된다.
한편, 도 6은 종래 기술인 한국공개특허 10-2020-0065461호의 도 4로서,모터의 서보 드라이브는 도 6과 같이 사다리꼴 형태의 보간법을 제공하고 있는데, 이러한 사다리꼴 형태의 보간법은 목표값에 도달하면 속도가 0이 되므로, 복잡한 모션을 위해 연속적인 목표값을 주었을 때, 각 목표값에 도달할 때 끊김 현상이 발생한다.
반면에, 본 발명에서는, 궤적 생성부(110)에서 큐빅 스플라인 알고리즘에 기반하여 복수개의 모션 데이터들을 생성하는데, 그 결과, 도 5에 도시된 바와 같이, 목표값(도 5에서 원으로 처리된 부분들)은 궤적의 중간 지점이 되어, 끊기지 않고 연속적으로 동작하게 된다. 따라서, 더욱 역동적이고 부드러운 동작이 가능하게 된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 모션 콘트롤러
110 : 궤적 생성부
111 : 스플리터 200 : 이더캣 마스터
210 : 버퍼 220 : RTOS
300 : 슬래이브 310 : 모터 드라이버
320 : 모터
111 : 스플리터 200 : 이더캣 마스터
210 : 버퍼 220 : RTOS
300 : 슬래이브 310 : 모터 드라이버
320 : 모터
Claims (5)
- 연출하고자 하는 콘텐츠에 대응하는 복수개의 모션 데이터들을 생성하고, 생성된 복수개의 모션 데이터들을 버퍼 사이즈에 맞도록 분할하는 모션 콘트롤러;
복수개의 버퍼와 RTOS(Real Time OS)를 포함하며, 상기 복수개의 버퍼 각각에, 상기 모션 콘트롤러에서 생성 분할된 모션 데이터들을 수신하고, 수신된 모션 데이터들에 따라 슬래이브를 구성하는 복수의 모터를 구동 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 이더캣 마스터;
모터와 상기 모터를 구동하기 위한 모터 드라이버를 포함하며, 상기 이더캣 마스터로부터 상기 제어 신호를 수신하고, 수신된 제어 신호에 따라 상기 모터를 구동하는 슬래이브;
를 포함하는 키네틱 디스플레이 콘트롤러.
- 청구항 1에 있어서,
상기 모션 콘트롤러에서 생성 분할된 모션 데이터들을 일시 저장하는 공유 메모리를 더 포함하며,
상기 공유 메모리는, 상기 모션 콘트롤러의 일 구성이거나, 또는 상기 이더캣 마스터의 일 구성이거나, 또는 상기 모션 콘트롤러와 상기 이더캣 마스터 사이의 가상 공간으로 구현되는, 키네틱 디스플레이 콘트롤러.
- 청구항 1에 있어서, 상기 모션 콘트롤러는,
상기 복수개의 모션 데이터들을 생성하는 궤적 생성부를 포함하며,
상기 궤적 생성부는, 큐빅 스플라인 알고리즘(cubic spline algorithm)에 기반하여 상기 복수개의 모션 데이터들을 생성하는, 키네틱 디스플레이 콘트롤러.
- 청구항 3에 있어서, 상기 모션 콘트롤러는,
상기 큐빅 스플라인 알고리즘을 이용하여 생성된 복수개의 모션 데이터들을 n세트의 모션 데이터로 분할하는 스플리터를 포함하는, 키네틱 디스플레이 콘트롤러.
- 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 버퍼는 큐(Queue) 구조로 구성되며, 어느 하나의 버퍼에 저장된 모션 데이터가 상기 RTOS로 전달되면 해당 버퍼는 비워지는, 키네틱 디스플레이 콘트롤러.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102506496B1 (ko) | 2023-03-03 |
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