KR20220020705A - Embedded 9-Axis Gyrosensor Module Without Gimberlocks - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동체의 자유공간 상의 위치와 진행 방향 및 운동 모션을 실시간으로 추적하여 줌으로써, 자유공간의 궤적과 회전각의 정보가 필요한 모든 운동 모션 분야에서 활용할 수 있는 플랫폼에 제공하여 적용할 수 있고, 9축 자이로센서와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈을 하나의 조립체로 하여 짐벌락이 없는 임베디드형 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장하여 제작함으로써, 특정 축이 회전할 때 나머지 두 축이 겹쳐서 한 축의 역할이 없어지는 것을 방지할 수 있음은 물론 조립식의 확장성을 부여할 수 있으며, 9축 자이로센서 기본 모듈에 로라 모듈/GPS 모듈을 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장하여 줌으로써, 수 킬로미터에서도 통신이 가능하여 공유자전거, 육상 및 수상 주행 드론, 로봇시장에 진입이 용이하게 적용할 수 있고, 9축 자이로센서 기본 모듈에 심박 측정용 광학 모듈/GPS 모듈을 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장하여 줌으로써, 헬스 케어, 레저, 치매 노인, 어린이 보호의 웨어러블 시장에 진입이 용이하게 적용할 수 있으며, 먼지, 비와 같은 외부 환경요인을 고려하여 IP68급 방수 기능을 제공함은 물론 리튬 이온을 탑재하여 임베디드형 9축 자이로센서 모듈에 전원을 공급할 수 있는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈에 관한 것이다. The present invention can be applied to a platform that can be utilized in all motion and motion fields that require information on trajectories and rotation angles in free space by tracking the position, direction, and motion motion of a moving object in free space in real time. 9-axis gyro sensor basic module composed of 9-axis gyro sensor and Wi-Fi or Bluetooth module and gyro sensor control unit (MCU) module is integrated into one assembly. By making it, it is possible to prevent the role of one axis from being lost due to the overlap of the other two axes when a specific axis rotates, and it is possible to give the extensibility of the prefabricated type, and to install the LoRa module/GPS module in the 9-axis gyro sensor basic module. By extending it to a prefabricated form by embedded or port type, communication is possible even over several kilometers, so it can be easily applied to share bikes, land and water driving drones, and robot markets. By expanding the optical module/GPS module to prefab by embedded or port type, it can be easily applied to enter the wearable market for healthcare, leisure, elderly with dementia, and child protection, In consideration of this, it relates to an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock that can supply power to the embedded 9-axis gyro sensor module by mounting lithium ion as well as providing an IP68 level waterproof function.
국내의 경우, 초기의 자이로센서는 주로 계측 장비 업체와 방산 업체가 대상이 되었고, 그 외의 국내 시장에는 그다지 진입할 수가 없는 보수적인 시장이었다. In the case of Korea, the early gyro sensors were mainly targeted at measurement equipment companies and defense companies, and were a conservative market that could not enter into other domestic markets.
지금은 자이로센서와 같은 사물인터넷(IOT) 센서 시장이 폭발적으로 증가하고 있으나, 국내의 경우, 국산화율은 10%에 지나지 않으므로 국내의 수요 중에서 90%를 수입에 의존하고 있는 상태이다. Currently, the market for Internet of Things (IOT) sensors such as gyro sensors is increasing explosively, but in Korea, the localization rate is only 10%, so 90% of domestic demand is dependent on imports.
일예로, 영국의 x-io 사는 다년동안 자이로센서를 개발키트 형태로 제공하고 있으며, 전방위 회전각 뿐만 아니라 시간에 따른 에러율을 적용 3D 궤적을 표현하는 알고리즘과 함께 제공하고 있으나, 양산성이 부족하여 개발키트 공급으로 머무르고 있다.For example, x-io of the UK has been providing the gyro sensor in the form of a development kit for many years, and it is provided with an algorithm that expresses the 3D trajectory by applying the error rate according to time as well as the omnidirectional rotation angle, but it lacks mass productivity. We are staying with the supply of development kits.
또한, 하니웰사의 자이로센서와 같이 굴삭기나 굴착기로 응용되려면 자석에 붙는 금속을 배제한 패키지와 신뢰성을 확보해야 하는 문제점이 있다.In addition, in order to be applied to an excavator or an excavator like Honeywell's gyro sensor, there is a problem in that a package excluding metal attached to a magnet and reliability must be secured.
한편, Global Opportunity Analysis and Industry Forecat 2014-2022에 의하면, 전세계 가속도 자이로센서의 시장 규모는 2015년 30억불이며, 연간 7% 성장하여 2022년에는 50억불 규모가 될 것이며, 융합 센서 시장이 폭발적으로 증가하고 있다. Meanwhile, according to Global Opportunity Analysis and Industry Forecat 2014-2022, the global accelerometer market size is 3 billion dollars in 2015, and it will grow by 7% annually to reach 5 billion dollars in 2022, and the fusion sensor market will explode are doing
또한, 중기청 MEMS 산업 로드맵 2014-2016에 의하면, 국내 시장은 전세계 시장의 1%를 적용하면 2022년에는 5,000 만불 (500억원) 규모가 될 것이다. In addition, according to the MEMS industry roadmap 2014-2016 of the Small and Medium Business Administration, if 1% of the global market is applied, the domestic market will reach 50 million dollars (50 billion won) in 2022.
또한, 자이로센서의 활용분야는 초기에는 주로 계측 장비와 방산 분야였으나, 점차 초소형화 지능화 네트워크화가 되어 중장비, 자율주행(로봇/드론/차/배 등 이동 수단), VR, 헬스 케어, 카메라 스테빌라이저, 웨어러블 등으로 활용되고 있으며, 점차 그 분야가 추가되거나 세분화될 것으로 전망될 것으로 예측되고 있다.In addition, the field of application of the gyro sensor was mainly in the field of measurement equipment and defense in the beginning, but it has gradually become a miniaturization and intelligent network, so heavy equipment, autonomous driving (robot/drone/car/ship, etc. means of transportation), VR, health care, camera stabilizer , wearables, etc., and it is predicted that the field will be gradually added or subdivided.
따라서, 이동체의 자유공간 상의 위치와 진행 방향 및 운동 모션을 실시간으로 추적하여 주므로 자유공간의 궤적과 회전각의 정보가 필요한 모든 운동 모션 분야에서 활용할 수 있는 플랫폼에 제공하여 적용할 수 있고, 9축 자이로센서와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈을 하나의 조립체로 하여 짐벌락이 없는 임베디드형 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장하여 제작하여 특정 축이 회전할 때 나머지 두 축이 겹쳐서 한 축의 역할이 없어지는 것을 방지할 수 있음은 물론 조립식의 확장성을 부여할 수 있으며, 9축 자이로센서 기본 모듈에 로라 모듈/GPS 모듈을 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장하여 주므로 수 킬로미터에서도 통신이 가능하여 공유자전거, 육상 및 수상 주행 드론, 로봇시장에 진입이 용이하게 적용할 수 있고, 9축 자이로센서 기본 모듈에 심박 측정용 광학 모듈/GPS 모듈을 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장하여 주므로 헬스 케어, 레저, 치매 노인, 어린이 보호의 웨어러블 시장에 진입이 용이하게 적용할 수 있는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다. Therefore, since it tracks the position, direction, and motion motion of a moving object in free space in real time, it can be applied and provided to a platform that can be utilized in all motion and motion fields that require information on the trajectory and rotation angle of free space. The 9-axis gyro sensor basic module consisting of a gyro sensor and Wifi or Bluetooth module and a gyro sensor control unit (MCU) module is made into one assembly and expanded to an embedded type or port type without a gimbal lock. When a specific axis rotates, it is possible to prevent the role of one axis from being overlapped by overlapping the other two axes, as well as to provide scalability of prefabricated units. Because it is expanded to a prefabricated type by shape, communication is possible even over several kilometers, so it can be easily applied to shared bikes, land and water driving drones, and robot markets. The development of an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock that can be easily applied to the wearable market for health care, leisure, dementia elderly, and child protection is urgently required because the module is expanded in an embedded or prefabricated form. It is becoming.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 이동체의 자유공간 상의 위치와 진행 방향 및 운동 모션을 실시간으로 추적하여 줌으로써, 자유공간의 궤적과 회전각의 정보가 필요한 모든 운동 모션 분야에서 활용할 수 있는 플랫폼에 제공하여 적용할 수 있는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention was conceived to solve the above problems, and by tracking the position, direction, and motion motion of a moving object in free space in real time, all motion motion fields requiring information on the trajectory and rotation angle of a free space The purpose of this is to provide an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock that can be applied to and provided on a platform that can be used in .
본 발명의 다른 목적은 9축 자이로센서와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈을 하나의 조립체로 하여 짐벌락이 없는 임베디드형 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장하여 제작함으로써, 특정 축이 회전할 때 나머지 두 축이 겹쳐서 한 축의 역할이 없어지는 것을 방지할 수 있음은 물론 조립식의 확장성을 부여할 수 있는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to make a 9-axis gyro sensor basic module consisting of a 9-axis gyro sensor and a Wi-Fi or Bluetooth module and a gyro sensor control unit (MCU) module as an assembly, so that there is no gimbal lock embedded or port type. Embedded 9-axis gyro without gimbal lock that can be expanded to prefabricated by It is to provide a sensor module.
본 발명의 다른 목적은 9축 자이로센서 기본 모듈에 로라 모듈/GPS 모듈을 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장하여 줌으로써, 수 킬로미터에서도 통신이 가능하여 공유자전거, 육상 및 수상 주행 드론, 로봇시장에 진입이 용이하게 적용할 수 있는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to extend the LoRa module/GPS module to the 9-axis gyro sensor basic module by embedding or prefabricating it in the form of a port, so that communication is possible even over several kilometers, so that it can be used in shared bicycles, land and water running drones, and robot markets. It is to provide an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock that can be easily applied for entry.
본 발명의 다른 목적은 9축 자이로센서 기본 모듈에 심박 측정용 광학 모듈/GPS 모듈을 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장하여 줌으로써, 헬스 케어, 레저, 치매 노인, 어린이 보호의 웨어러블 시장에 진입이 용이하게 적용할 수 있는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to expand the optical module/GPS module for heart rate measurement in the 9-axis gyro sensor basic module by embedding or prefabricating the port type, thereby making it easy to enter the wearable market for healthcare, leisure, dementia elderly, and child protection. It is to provide an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock that can be easily applied.
본 발명의 다른 목적은 먼지, 비와 같은 외부 환경요인을 고려하여 IP68급 방수 기능을 제공함은 물론 리튬 이온을 탑재하여 임베디드형 9축 자이로센서 모듈에 전원을 공급할 수 있는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide an IP68 level waterproof function in consideration of external environmental factors such as dust and rain, as well as an embedded 9-axis gimbal lock capable of supplying power to an embedded 9-axis gyro sensor module equipped with lithium ion. It is to provide a gyro sensor module.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈은 가속도 센서와 함께 사용하여 물체의 수평, 속도, 거리로부터 동작을 인식하는 기능과, 지자기센서와 함께 사용하여 자북에 대하여 회전하는 각도를 측정하는 기능을 갖는 9축 자이로센서와; 상기 9축 자이로센서와 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈이 근거리통신을 하게 하는 기능을 갖는 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈과; 상기 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈에 의해 9축 자이로센서와 통신할 수 있게 연결되며, 쿼터니언 함수를 적용하여 짐벌락이 없이 전 자유공간의 회전각의 값을 알게 하고, 알고리즘에 의해 그 값을 융합하여 3차원 궤적을 표현하는 기능을 갖으며, 전원부를 포함하는 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈; 을 포함함을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object has a function of recognizing motion from the horizontal, speed, and distance of an object by using it together with an acceleration sensor, a geomagnetic sensor and a 9-axis gyro sensor having a function of measuring a rotation angle with respect to magnetic north when used together; a Wi-Fi or Bluetooth module having a function of allowing the 9-axis gyro sensor and the gyro sensor control unit (MCU) module to communicate with each other; It is connected to communicate with the 9-axis gyro sensor by the wifi or Bluetooth module, and by applying a quaternion function, the value of the rotation angle of the entire free space without a gimbal lock is known, and the value is fused by an algorithm. a gyro sensor control unit (MCU) module having a function of expressing a three-dimensional trajectory and including a power supply; It is characterized in that it includes.
상기 본 발명에 있어서, 상기 9축 자이로센서와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈에 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장되어 적은 전력으로 먼 거리를 통신하고 위치도 파악하게 하는 기능을 갖는 로라 모듈/GPS 모듈; 을 더 포함함을 특징으로 한다. In the present invention, it is embedded in the 9-axis gyro sensor basic module composed of the 9-axis gyro sensor and the Wi-Fi or Bluetooth module and the gyro sensor control unit (MCU) module, or is prefabricated and expanded by a port type to reduce power consumption. LoRa module/GPS module having a function to communicate a long distance and to determine a location; It is characterized in that it further comprises.
상기 본 발명에 있어서, 상기 9축 자이로센서와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈에 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장되어 심박센서로 사람들의 심박을 측정하고 위치도 파악하게 하는 기능을 갖는 심박 측정용 광학 모듈/GPS 모듈; 을 더 포함함을 특징으로 한다. In the present invention, the 9-axis gyro sensor and the Wi-Fi or Bluetooth module and the gyro sensor control unit (MCU) module are embedded in the basic module of the 9-axis gyro sensor, or the heart rate sensor is expanded as a prefab by port type. an optical module/GPS module for heart rate measurement, which has a function to measure people's heart rate and determine their location; It is characterized in that it further comprises.
상기 본 발명에 있어서, 상기 9축 자이로센서 모듈은 철판 위에 회전되어 지자기센서가 사용되지 않아야 하는 환경에 대하여 지구 자전과 공전을 보정하여 회전각을 표현하는 기능을 갖는 것을 더 포함함을 특징으로 한다. In the present invention, the 9-axis gyro sensor module is rotated on an iron plate and further comprises a function of expressing the rotation angle by correcting the rotation and revolution of the earth for an environment in which the geomagnetic sensor is not used. .
상기 본 발명에 있어서, 상기 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈에 포함되는 전원부는 리튬 이온 배터리 또는 유선으로 전원을 공급하는 것을 포함함을 특징으로 한다. In the present invention, the power supply unit included in the gyro sensor control unit (MCU) module is characterized in that it comprises supplying power through a lithium ion battery or a wire.
상기 본 발명에 있어서, 상기 9축 자이로센서 모듈은 먼지, 비의 외부 환경요인을 고려하여 IP68급 방수 기능을 포함하는 것을 포함함을 특징으로 한다.In the present invention, the 9-axis gyro sensor module is characterized in that it includes an IP68 level waterproof function in consideration of external environmental factors such as dust and rain.
상기 본 발명에 있어서, 상기 블루투스 모듈은 블루투스 5.0으로 적용되는 경우, 하나의 블루투스 모듈과 다수의 블루투스 모듈이 무선으로 통신이 가능한 것을 포함함을 특징으로 한다. In the present invention, when the Bluetooth module is applied to Bluetooth 5.0, it is characterized in that one Bluetooth module and a plurality of Bluetooth modules can communicate wirelessly.
상술한 바와 같이, 본 발명인 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈은 다음과 같은 효과를 가진다. As described above, the embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock according to the present invention has the following effects.
첫째, 본 발명은 이동체의 자유공간 상의 위치와 진행 방향 및 운동 모션을 실시간으로 추적하여 줌으로써, 자유공간의 궤적과 회전각의 정보가 필요한 모든 운동 모션 분야에서 활용할 수 있는 플랫폼에 제공하여 적용할 수 있다. First, the present invention can be applied to a platform that can be used in all motion and motion fields that require information on the trajectory and rotation angle of a free space by tracking the position, progress direction, and motion motion of a moving object in real-time in free space. there is.
둘째, 본 발명은 9축 자이로센서와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈을 하나의 조립체로 하여 짐벌락이 없는 임베디드형 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장하여 제작함으로써, 특정 축이 회전할 때 나머지 두 축이 겹쳐서 한 축의 역할이 없어지는 것을 방지할 수 있음은 물론 조립식의 확장성을 부여할 수 있다. Second, the present invention uses a 9-axis gyro sensor basic module consisting of a 9-axis gyro sensor and a Wi-Fi or Bluetooth module and a gyro sensor control unit (MCU) module as one assembly to provide an embedded type or port type without a gimbal lock. By expanding and manufacturing by means of a prefab, it is possible to prevent the loss of the role of one axis by overlapping the other two axes when a specific axis rotates, as well as to provide scalability of the prefabricated type.
셋째, 본 발명은 9축 자이로센서 기본 모듈에 심박 측정용 광학 모듈/GPS 모듈을 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장하여 줌으로써, 헬스 케어, 레저, 치매 노인, 어린이 보호의 웨어러블 시장에 진입이 용이하게 적용할 수 있다. Third, the present invention expands the optical module/GPS module for heart rate measurement in the 9-axis gyro sensor basic module in a prefabricated manner by embedding or port type, so that it is easy to enter the wearable market for health care, leisure, the elderly with dementia and children can be applied
넷째, 본 발명은 9축 자이로센서 기본모듈과 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈의 조립식 모듈에 로라 모듈/GPS 모듈을 임베디드화하여 줌으로써, 수 킬로미터에서도 통신이 가능하여 공유자전거, 육상 및 수상 주행 드론, 로봇시장에 진입이 용이하게 적용할 수 있다. Fourth, the present invention embeds the LoRa module/GPS module in the 9-axis gyro sensor basic module and the prefabricated module of the Wi-Fi or Bluetooth module, so that communication is possible even over several kilometers, so that shared bicycles, land and water running drones, It can be applied easily to enter the robot market.
다섯째, 본 발명은 먼지, 비와 같은 외부 환경요인을 고려하여 IP68급 방수 기능을 제공함은 물론 리튬 이온을 탑재하여 임베디드형 9축 자이로센서 모듈에 전원을 공급할 수 있다. Fifth, the present invention can supply power to the embedded 9-axis gyro sensor module by not only providing an IP68-level waterproof function in consideration of external environmental factors such as dust and rain, but also loading lithium ion.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈의 구성 중 자이로센서의 이미지 형태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 짐벌락이 없는 쿼터니언 해석을 좌표와 벡터로 표현하여 나타낸 도면. 1 is a view showing the configuration of an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an image form of a gyro sensor among the configuration of an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a quaternion analysis without a gimbal lock according to an embodiment of the present invention expressed by coordinates and vectors.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 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 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, referring to preferred embodiments of the present invention together with the accompanying drawings, it is as follows. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof The description will be omitted, and the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user or operator, so the definition is an embedded 9-axis gyro sensor without a gimbal lock according to the present invention. It should be based on the content throughout this specification that describes the module.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈의 구성 중 자이로센서의 이미지 형태를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 짐벌락이 없는 쿼터니언 해석을 좌표와 벡터로 표현하여 나타낸 도면이다. 1 is a diagram showing the configuration of an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the image shape of the gyro sensor in the configuration, and FIG. 3 is a diagram illustrating a quaternion analysis without a gimbal lock according to an embodiment of the present invention by expressing coordinates and vectors.
본 발명인 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈(70)은 9축 자이로센서(10), 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈(20), 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈(30), 9축 자이로센서 기본 모듈(40), 로라 모듈/GPS 모듈(50), 심박 측정용 광학 모듈/GPS 모듈(60), 심박센서(61) 등으로 구성된다.The present inventor's embedded 9-axis
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명인 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈은 가속도 센서와 함께 사용하여 물체의 수평, 속도, 거리로부터 동작을 인식하는 기능과, 지자기센서와 함께 사용하여 자북에 대하여 회전하는 각도를 측정하는 기능을 갖는 9축 자이로센서(10)와; 상기 9축 자이로센서(10)와 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈(30)이 근거리통신을 하게 하는 기능을 갖는 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈(20)과; 상기 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈(20)에 의해 9축 자이로센서(10)와 통신할 수 있게 연결되며, 쿼터니언 함수를 적용하여 짐벌락이 없이 전 자유공간의 회전각의 값을 알게 하고, 알고리즘에 의해 그 값을 융합하여 3차원 궤적을 표현하는 기능을 갖으며, 전원부(미도시)를 포함하는 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈(30); 을 구비하고, 상기 9축 자이로센서(10)와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈(20)과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈(30)로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈(40)에 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장되어 적은 전력으로 먼 거리를 통신하고 위치도 파악하게 하는 기능을 갖는 로라 모듈/GPS 모듈(50); 을 더 구비하며, 상기 9축 자이로센서(10)와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈(20)과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈(30)로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈(40)에 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장되어 심박센서로 사람들의 심박을 측정하고 위치도 파악하게 하는 기능을 갖는 심박 측정용 광학 모듈/GPS 모듈(60); 을 더 구비한다.1 to 3, the embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock according to the present invention is used with an acceleration sensor to recognize motion from the horizontal, speed, and distance of an object, and used with a geomagnetic sensor a 9-
상기 본 발명인 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈을 구성하는 각 기술적 수단들의 기능을 설명하면 다음과 같다.The function of each technical means constituting the embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock according to the present invention will be described as follows.
상기 9축 자이로센서(10)는 가속도 센서와 함께 사용하여 물체의 수평, 속도, 거리로부터 동작을 인식하는 기능과, 지자기센서와 함께 사용하여 자북에 대하여 회전하는 각도를 측정하는 기능을 갖는 것이다.The 9-
상기 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈(20)은 상기 9축 자이로센서(10)와 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈(30)이 근거리통신을 하게 하는 기능을 갖는 것이다.The Wi-Fi or Bluetooth module 20 has a function of allowing the 9-
여기서, 상기 블루투스 모듈(20)은 블루투스 5.0으로 적용되는 경우, 하나의 블루투스 모듈(20)과 다수의 블루투스 모듈(20)이 무선으로 통신이 가능한 것이다.Here, when the Bluetooth module 20 is applied to Bluetooth 5.0, one Bluetooth module 20 and a plurality of Bluetooth modules 20 can communicate wirelessly.
또한, 상기 블루투스(bluetooth)란 근거리 스마트폰, 이어폰, 노트북 등의 휴대 기기간의 사진, 음성 등을 정보를 전달하는 근거리 무선 통신 기술을 말한다. 따라서, 사용자로부터 요청되는 엘리베이터의 상승 호출, 하강 호출, 도달 층수를 포함하는 사용자 요청정보를 블루투스를 통하여 사용자 무선기기(100)로부터 수신할 수 있게 되는 것이다.In addition, the Bluetooth (bluetooth) refers to a short-distance wireless communication technology that transmits information, such as photos and voices between portable devices such as short-distance smart phones, earphones, and laptops. Accordingly, it is possible to receive the user request information including the ascending call of the elevator, the descending call, and the number of floors reached from the user from the user's wireless device 100 through Bluetooth.
또한, 상기 와이파이(wifi)는 무선 데이터 전송 시스템(wireless fidelity)의 줄임말이며, 와이파이는 전용선이나 전화선이 없이 근거리통신망을 가동시킬 수 있어 가정 및 사업장 네트워크 시스템으로 많이 선택되었으며 노트북과 휴대전화, 개인용 휴대 정보 단말기(PDA), 전자 게임기 등 많은 장치들에 무선 광대역 인터넷 접속을 가능하고, 무선 인터넷 장치를 휴대하고 핫스팟이라고 불리는 와이파이 접속 가능 지역에 가면 인터넷 접속이 가능한 것이다. In addition, the Wi-Fi is an abbreviation for a wireless data transmission system (wireless fidelity), and the Wi-Fi can operate a local area network without a dedicated line or a phone line, so it has been widely selected as a home and business network system, and it is a laptop computer, a mobile phone, and a personal mobile phone. Wireless broadband Internet access is possible for many devices such as personal digital assistants (PDAs) and electronic game machines, and if you carry a wireless Internet device and go to a Wi-Fi connection area called a hotspot, Internet access is possible.
상기 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈(30)은 상기 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈(20)에 의해 9축 자이로센서(10)와 통신할 수 있게 연결되며, 쿼터니언 함수를 적용하여 짐벌락이 없이 전 자유공간의 회전각의 값을 알게 하고, 알고리즘에 의해 그 값을 융합하여 3차원 궤적을 표현하는 기능을 갖으며, 전원부(미도시)를 포함하는 것이다.The gyro sensor control unit (MCU) module 30 is connected to communicate with the 9-
여기서, 상기 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈(30)에 포함되는 전원부(미도시)는 리튬 이온 배터리 또는 유선으로 전원을 공급하는 것이다. Here, the power supply unit (not shown) included in the gyro sensor control unit (MCU) module 30 supplies power through a lithium ion battery or a wire.
상기 짐벌(Gimbal)은 물체가 회전하도록 중심축을 가진 구조물로서, 각각의 고리는 본인이 가진 축을 기준으로만 회전을 하는 것이다. 각자의 단일축으로 회전하는데도 불구하고 축에 관계없이 모든 방향으로 회전하는 것처럼 보이는 이유는 고리들이 서로 연결되어 있기 때문이다. 고리가 다른 고리에 자식으로 붙어있는 관계이기 때문에 각 축은 서로 종속적인 것이다.The gimbal is a structure having a central axis to rotate an object, and each ring rotates only based on its own axis. The reason they appear to rotate in all directions, regardless of axis, despite rotating in their single axis is because the rings are interconnected. Each axis is dependent on each other because the rings are attached as children of other rings.
또한, 짐벌락(Gimbal Lock)은 특정 축이 회전을 했을 때, 나머지 두 축이 겹쳐서 한 축의 역할이 없어지는 현상인 것이다.In addition, the gimbal lock is a phenomenon in which when a specific axis rotates, the other two axes overlap and the role of one axis is lost.
또한, 쿼터니언은 사원수로, 복소수를 확장한 일종의 4차원 벡터이고, 세 개의 축을 동시에 회전함으로써 짐벌락이 발생하지 않지만 쿼터니언 하나로 180도 보다 큰 회전을 나타낼 수 없고 직관적이지 못하다. Unity 내부적으로 쿼터니언을 사용하지만 쉽게 편집할 수 있도록 Inspector에 오일러 각의 값을 표시하는 것이다.In addition, a quaternion is a quaternion, a kind of four-dimensional vector extending a complex number, and a gimbal lock does not occur by rotating three axes at the same time, but a single quaternion cannot represent a rotation larger than 180 degrees and is not intuitive. Unity uses quaternions internally, but displays the values of Euler angles in the Inspector for easy editing.
상기 오일러 각(Euler Angles)은 오일러가 도입한 강체(힘을 가해도 모양이 변하지 않은, 평행이동과 회전만 가능한 물체)의 회전 시스템으로, 3차원상의 강체의 방향과 회전을 정의하기 위해 만들어낸 시스템이다. 3차원에 존재하는 어떠한 강체를 회전하고 싶으면 세 개의 축을 통한 회전으로 표현 가능(회전할 때에는 세 축이 종속적일 수밖에 없음, 짐벌락의 원인)하고, 회전하는 순서에 따라 같은 오일러 각이라도 결과(방향)이 달라질 수 있는 것이다.The Euler Angles are a rotation system of a rigid body (an object that does not change shape even when a force is applied, only translation and rotation is possible) introduced by Euler, and was created to define the direction and rotation of a rigid body in three dimensions is the system If you want to rotate any rigid body that exists in 3D, it can be expressed as rotation through three axes (the three axes are dependent when rotating, causing gimbal lock), and depending on the order of rotation, the same Euler angle results (direction) ) may be different.
상기 로라 모듈/GPS 모듈(50)은 상기 9축 자이로센서(10)와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈(20)과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈(30)로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈(40)에 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장되어 적은 전력으로 먼 거리를 통신하고 위치도 파악하게 하는 기능을 갖는 것이다.The LoRa module/
여기서, 상기 로라(LoRa, Long Range)란 사물끼리 서로 통신을 주고받을 수 있게 도와주는 저전력 장거리 통신(LPWA, Low Power Wide Area) 기술로서, 다른 통신망과 비교했을 때, 적은 전력으로 먼 거리를 통신할 수 있어 사물인터넷(IoT) 전용망으로 불리기도 한다. 로라(LoRa)망은 롱레인지(Long Range)의 약자로 3G나 롱텀에볼루션(LTE) 등 기존 스마트폰 통신망과 달리 저전력으로 통신할 수 있는 장거리 통신망이다. 최소한의 전력 소모로 10km 이상 통신하며, 초고속, 광대역 네트워크 장비를 필요로 하는 통신망과 다르게 별도의 기지국이나 중계 장비도 필요 없고, 기기에 바로 칩을 올려 데이터를 주고받을 수 있는 것이다. 또한, 로라는 3G나 LTE에 비해 인프라 구축 비용이 낮은 동시에 높은 확장성을 갖고 있는 통신망인 것이다.Here, the LoRa (Long Range) is a low-power long-distance communication (LPWA) technology that helps objects to communicate with each other, and communicates a long distance with less power compared to other communication networks. It is also called a dedicated network for the Internet of Things (IoT). LoRa network is an abbreviation of Long Range, and it is a long-distance communication network that can communicate with low power unlike existing smartphone communication networks such as 3G and Long Term Evolution (LTE). It communicates over 10km with minimal power consumption, and unlike communication networks that require high-speed and broadband network equipment, there is no need for a separate base station or relay equipment, and data can be exchanged by placing a chip directly on the device. In addition, LoRa is a communication network that has a high scalability while having a lower infrastructure construction cost compared to 3G or LTE.
상기 심박 측정용 광학 모듈/GPS 모듈(60)은 상기 9축 자이로센서(10)와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈(20)과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈(30)로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈(40)에 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장되어 심박센서(61)로 사람들의 심박을 측정하고 위치도 파악하게 하는 기능을 갖는 것이다.The optical module/
상술한, 상기 9축 자이로센서 모듈(70)은 철판 위에 회전되어 지자기센서가 사용되지 않아야 하는 환경에 대하여 지구 자전과 공전을 보정하여 회전각을 표현하는 기능을 갖는 것이다.As described above, the 9-axis
또한, 상기 9축 자이로센서 모듈(70)은 먼지, 비의 외부 환경요인을 고려하여 IP68급 방수 기능을 포함하는 것이다.In addition, the 9-axis
상술한 바와 같은, 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈은 공유자전거, 육상 및 수상 주행 드론, 로봇시장 분야는 물론 헬스 케어, 레저, 치매 노인, 어린이 보호의 웨어러블 시장 분야에 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용대상이 광범위하다. As described above, the embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock can be applied not only to shared bicycles, land and water driving drones, and robot markets, but also to wearable market fields such as healthcare, leisure, dementia elderly, and children. It has a wide range of uses and applications.
도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었으며, 여기서 사용된 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능할 것이며, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The best embodiment has been disclosed in the drawings and the specification, and the terms used herein are only used for the purpose of describing the present invention, and are not used to limit the meaning or the scope of the present invention described in the claims. Therefore, various modifications and equivalent other embodiments will be possible from those of ordinary skill in the art, and therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
10 : 9축 자이로센서
20 : 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈
30 : 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈
40 : 9축 자이로센서 기본 모듈 50 : 로라 모듈/GPS 모듈
60 : 심박 측정용 광학 모듈/GPS 모듈
61 : 심박센서 70 : 9축 자이로센서 모듈10 : 9-axis gyro sensor
20: Wifi or Bluetooth module
30: Gyro sensor control unit (MCU) module
40: 9-axis gyro sensor basic module 50: Lora module/GPS module
60: optical module/GPS module for heart rate measurement
61: heart rate sensor 70: 9-axis gyro sensor module
Claims (7)
가속도 센서와 함께 사용하여 물체의 수평, 속도, 거리로부터 동작을 인식하는 기능과, 지자기센서와 함께 사용하여 자북에 대하여 회전하는 각도를 측정하는 기능을 갖는 9축 자이로센서와;
상기 9축 자이로센서와 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈이 근거리통신을 하게 하는 기능을 갖는 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈과;
상기 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈에 의해 9축 자이로센서와 통신할 수 있게 연결되며, 쿼터니언 함수를 적용하여 짐벌락이 없이 전 자유공간의 회전각의 값을 알게 하고, 알고리즘에 의해 그 값을 융합하여 3차원 궤적을 표현하는 기능을 갖으며, 전원부를 포함하는 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈; 을 포함함을 특징으로 하는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈. In the embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock,
a 9-axis gyro sensor having a function of recognizing motion from the horizontal, speed, and distance of an object when used with an acceleration sensor, and a function of measuring a rotation angle with respect to magnetic north when used with a geomagnetic sensor;
a Wi-Fi or Bluetooth module having a function of allowing the 9-axis gyro sensor and the gyro sensor control unit (MCU) module to communicate with each other;
It is connected to communicate with the 9-axis gyro sensor by the wifi or Bluetooth module, and by applying a quaternion function, the value of the rotation angle of the entire free space without a gimbal lock is known, and the value is fused by an algorithm. a gyro sensor control unit (MCU) module having a function of expressing a three-dimensional trajectory and including a power supply; Embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock, characterized in that it includes a.
상기 9축 자이로센서와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈에 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장되어 적은 전력으로 먼 거리를 통신하고 위치도 파악하게 하는 기능을 갖는 로라 모듈/GPS 모듈; 을 더 포함함을 특징으로 하는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈. The method of claim 1,
It is embedded in the 9-axis gyro sensor basic module consisting of the 9-axis gyro sensor and the Wi-Fi or Bluetooth module and the gyro sensor control unit (MCU) module, or it is expanded prefabricated by port type to communicate long distances with little power. LoRa module/GPS module having a function to also determine the location; Embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock, characterized in that it further comprises a.
상기 9축 자이로센서와 와이파이(wifi) 또는 블루투스 모듈과 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈로 구성되는 9축 자이로센서 기본 모듈에 임베디드 또는 포트 형태에 의해 조립식으로 확장되어 심박센서로 사람들의 심박을 측정하고 위치도 파악하게 하는 기능을 갖는 심박 측정용 광학 모듈/GPS 모듈; 을 더 포함함을 특징으로 하는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈.The method of claim 1,
It is embedded in the 9-axis gyro sensor basic module consisting of the 9-axis gyro sensor and the Wi-Fi or Bluetooth module and the gyro sensor control unit (MCU) module and is expanded prefabricated by port type to measure people's heart rate with a heart rate sensor and an optical module/GPS module for heart rate measurement having a function to determine the location; Embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock, characterized in that it further comprises a.
상기 9축 자이로센서 모듈은 철판 위에 회전되어 지자기센서가 사용되지 않아야 하는 환경에 대하여 지구 자전과 공전을 보정하여 회전각을 표현하는 기능을 갖는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈.The method of claim 1,
The 9-axis gyro sensor module is rotated on an iron plate and has a function of expressing the rotation angle by compensating the rotation and revolution of the earth for an environment in which the geomagnetic sensor is not used. Axial Gyro Sensor Module.
상기 자이로센서 제어유닛(MCU) 모듈에 포함되는 전원부는 리튬 이온 배터리 또는 유선으로 전원을 공급하는 것을 포함함을 특징으로 하는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈.The method of claim 1,
The embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock, characterized in that the power supply unit included in the gyro sensor control unit (MCU) module includes supplying power through a lithium ion battery or a wire.
상기 9축 자이로센서 모듈은 먼지, 비의 외부 환경요인을 고려하여 IP68급 방수 기능을 포함하는 것을 포함함을 특징으로 하는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈.The method of claim 1,
The 9-axis gyro sensor module is an embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock, characterized in that it includes an IP68 level waterproof function in consideration of external environmental factors of dust and rain.
상기 블루투스 모듈은 블루투스 5.0으로 적용되는 경우, 하나의 블루투스 모듈과 다수의 블루투스 모듈이 무선으로 통신이 가능한 것을 포함함을 특징으로 하는 짐벌락이 없는 임베디드형 9축 자이로센서 모듈.
The method of claim 1,
When the Bluetooth module is applied to Bluetooth 5.0, one Bluetooth module and a plurality of Bluetooth modules can communicate wirelessly. An embedded 9-axis gyro sensor module without a gimbal lock.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |