조작 입력을 제공하는 주체와 조작·피조작 도구의 접촉·근접 및 물리적 상태 변화를 감지하는 조작 감지 시스템

조작 입력을 제공하는 주체와 조작·피조작 도구의 접촉·근접 및 물리적 상태 변화를 감지하는 조작 감지 시스템

 

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【발명의 설명】

【발명의 명칭】

조작 입력을 제공하는 주체와 조작·피조작 도구의 접촉·근접 및 물리적 상태 변화를 감지하는 조작 감지 시스템{Operation Detection System for Contact/Proximity and Physical State Change of Control and Actuated Objects by an Operation-Input Entity}

【기술분야】

본 발명은 움직임 또는 제어를 수행하기 위한 기구 또는 장치의 조작 상태를 감지하는 기술에 관한 것이다.
보다 구체적으로는, 움직임 또는 제어를 위해 조작 입력을 제공하는 주체가 사용하는 조작도구와,
그 조작에 의해 상태가 변화되는 조작되어지는 도구(피조작도구)의
접촉·근접·물리적 힘·온도·전류·위치·진동 등의 변화를 감지하여
조작의 정상 여부, 비정상 패턴, 작동 여부 및 작동 상태를 실시간으로 파악하고
이를 증거 데이터로 활용할 수 있는 조작 감지 시스템에 관한 것이다.

 

【발명의 배경이 되는 기술】

1· 종래의 움직임 또는 제어용 기구에서는
페달, 레버, 스위치, 버튼 등의 조작도구에 대해
전기적 ON/OFF 신호나 위치센서의 값만을 이용하여
조작 여부를 판단하는 방식이 주로 사용되었다.

2· 이러한 방식은 다음과 같은 한계를 가진다.
2·1· 조작 입력을 제공하는 주체가 실제로 조작도구에 접촉하였는지,
또는 근접만 하였는지 구별하기 어렵다.
2·2· 조작 시 가해지는 물리적 힘의 크기, 힘의 변화량, 힘의 상승속도, 힘의 패턴 등을
정밀하게 파악하지 못한다.
2·3· 조작도구의 조작 결과로 작동하는 브레이크등, 전조등, 안개등, 방향지시등,
모터, 핸들 회전각도 등의 피조작도구에 대해
실제로 작동이 이루어졌는지, 얼마나 오래 작동했는지,
어느 정도의 출력으로 동작했는지 등을
전기 신호만으로는 정확히 판단하기 어려운 경우가 많다.
2·4· 사고가 발생했을 때, 영상 기록이 없으면
“조작이 실제로 이루어졌는지”, “어떤 부품이 실제로 작동했는지”를
객관적인 물리 데이터만으로 입증하기 어렵다.

3· 특히 움직임과 관련된 사고에서는
3·1· 조작도구가 정상적으로 사용되었는지,
3·2· 피조작도구가 실제로 작동했는지,
3·3· 센서나 전자장치의 이상으로 인해 오동작이 발생했는지
를 명확히 구분하는 것이 중요하다.

4· 그러나 종래 기술은
조작 입력을 제공하는 주체와 조작도구 및 피조작도구의 물리적 상태 변화를
통합적으로 감지하고, 이를 근거로 조작·작동의 진정성을
실시간으로 판단하며, 영상 없이도 증거로 제시할 수 있는
시스템을 제공하지 못하였다.

 

【선행기술문헌】

【특허문헌】

1· 한국공개특허 KR10-2015-0123456호, “페달 위치 검출 장치”
2· 한국등록특허 KR10-1234567호, “브레이크 페달 작동 감지장치”
3· 일본공개특허 JP2014-987654호, “조작 입력 판정장치”

 

【비특허문헌】

1· SAE Technical Paper, “Pedal Operation Detection Methods”, 2013
2· IEEE Transactions on Vehicular Technology, “Abnormal Input Detection for Control Interfaces”, 2015

 

【발명의 내용】

【해결하고자 하는 과제】

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다음과 같다.

1· 움직임 또는 제어를 수행하기 위한 기구 또는 장치에 있어서,
조작 입력을 제공하는 주체가 사용하는 조작도구에 대한
접촉·근접 및 물리적 힘의 변화를 정밀하게 감지하는 것이다.

2· 브레이크등, 전조등, 안개등, 방향지시등, 작업등, 모터, 구동축, 핸들 등과 같이
조작도구의 조작에 의해 상태가 변화되는 피조작도구에 대해,
온도·전류·위치·각도·진동 등의 물리량을 이용하여
실제 작동 여부 및 작동 상태를 실시간으로 감지하는 것이다.

3· 상기 조작도구와 피조작도구에 대한 감지 결과를 종합하여,
영상 기록이 없더라도
“어떤 조작이 이루어졌는지”,
“어떤 부품이 어떻게 작동했는지”를
물리 데이터만으로 재구성하고,
사고 원인 분석 및 책임 판단의 증거로 활용할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.

4· 조작 입력을 제공하는 주체가 사람, 보조기, 로봇, 기계, 자동화장치 등
어떠한 형태이든 관계없이 적용 가능하며,
조작도구와 피조작도구의 형태가 페달, 레버, 버튼, 램프, 모터, 밸브 등
무엇이든 상관없이 공통된 원리로 감지 가능한
범용 조작 감지 시스템을 제공하는 것이다.

 

【과제의 해결 수단】

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 조작 감지 시스템은 다음과 같은 구성을 포함한다.

1· 조작 입력을 제공하는 주체와 조작도구 사이의 상호 작용을 감지하는 감지도구
1·1· 조작도구에 대한 접촉 여부를 감지하는 접촉감지 수단
1·2· 조작도구와 주체 사이의 거리 변화를 감지하는 근접감지 수단
1·3· 조작도구에 가해지는 물리적 힘, 힘의 변화량, 힘의 상승속도, 힘 패턴 등을 감지하는 물리력 감지 수단

2· 조작도구의 조작에 의해 상태가 변화되는 피조작도구의 상태를 감지하는 감지도구
2·1· 브레이크등, 전조등, 안개등, 방향지시등 등의 램프류에 대하여
온도 센서, 전류 센서 등을 이용해 실제 점등 여부와 점등 시간, 점등 강도 변화를 감지하는 수단
2·2· 모터, 구동축, 스티어링 메커니즘 등에 대하여
위치 센서, 각도 센서, 속도 센서, 진동 센서 등을 이용해
실제 가동 여부 및 가동 상태를 감지하는 수단

3· 상기 조작도구 및 피조작도구에서 감지된 정보를 수집·분석하여,
정상 조작·비정상 조작·오조작·급조작 여부를 판정하는 조작 판정부

4· 필요에 따라, 상기 감지 정보와 판정 결과를
시간 순으로 저장하여
사고 분석 및 증거 자료로 활용할 수 있도록 하는 기록부 및 출력부

 

【발명의 효과】

본 발명에 따른 조작 감지 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.

1· 조작도구에 대한 접촉·근접·물리력 변화를 직접 감지함으로써,
단순 전기 신호나 위치 값만으로는 구별하기 어려웠던
오조작·급조작·비정상 패턴을 정밀하게 판정할 수 있다.

2· 브레이크등, 전조등, 안개등, 방향지시등, 작업등, 모터, 구동축, 핸들 등
피조작도구의 상태를 온도·전류·위치·진동 등의 물리량으로 감지함으로써,
영상 기록이 없더라도
해당 도구가 실제로 작동했는지, 어느 시점에 켜졌고 꺼졌는지,
어느 정도 강도로 작동했는지를
데이터만으로 재구성할 수 있다.

3· 조작도구와 피조작도구에 대한 감지 정보를 결합하면,
3·1· 조작 입력을 제공하는 주체가 특정 시점에 어떤 조작도구를 어떻게 조작했는지,
3·2· 그 조작에 따라 어떤 피조작도구가 실제로 어떤 상태로 움직였는지
를 시간 축 위에서 연속적으로 표현할 수 있어,
사고 발생 시 조작·작동의 전 과정을 물리적 데이터로 재현할 수 있다.

4· 이로써,
4·1· 센서 오동작인지,
4·2· 조작 입력을 제공하는 주체의 조작 실수인지,
4·3· 피조작도구 자체의 기계적 결함인지
를 구체적인 데이터로 구분할 수 있어,
책임 소재 판단 및 기술적 개선에 큰 도움을 준다.

5· 본 발명은 자동차, 중장비, 선박, 항공기, 산업용 로봇, 자동화 설비, 전동기구 등
움직임 또는 제어를 수행하기 위한 거의 모든 기구 또는 장치에 적용 가능하며,
조작도구와 피조작도구의 형상·크기·종류에 관계없이 공통된 감지 원리를 이용할 수 있으므로
산업 전반에 걸쳐 매우 넓은 응용 가능성을 가진다.

 

【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】

1· 실시예 1· 페달 및 브레이크등을 포함하는 경우
1·1· 조작 입력을 제공하는 주체가 사용하는 페달(예: 감속용 페달, 가속용 페달)에
접촉·근접·물리력 감지 수단을 부착하여
발이나 보조기기가 언제, 어느 정도 힘으로 페달에 접촉·가압되는지 측정한다.
1·2· 동시에 브레이크등 내부 또는 근접 위치에 온도 센서 및 전류 센서를 설치하여
실제 점등 여부, 점등 시간, 점등 강도 변화를 감지한다.
1·3· 사고 발생 시, 페달 감지 데이터와 브레이크등 감지 데이터를 비교함으로써
페달이 실제로 밟혔는지, 브레이크등이 실제로 켜졌는지,
전기 신호만 존재했는지 여부를 구분할 수 있다.

2· 실시예 2· 레버 및 작업등을 포함하는 경우
2·1· 크레인, 굴삭기, 지게차 등의 조작 레버에
접촉·근접·물리력 감지 수단을 설치한다.
2·2· 레버 조작에 따라 켜지는 작업등 또는 경고등에 대해
온도·전류·광출력 등의 변화를 감지한다.
2·3· 이를 통해 레버 조작과 실제 작업등 작동 사이의 관계를
물리 데이터로 확인할 수 있으며,
오작동 및 인적 실수 여부를 판정하는 근거로 사용할 수 있다.

3· 실시예 3· 스티어링 메커니즘 및 모터를 포함하는 경우
3·1· 회전식 조작도구(핸들, 조이스틱 등)에 접촉·근접·물리력 감지 수단을 설치하여
조작 입력을 제공하는 주체의 접촉 위치, 가압 방향, 가압 크기, 회전 패턴을 감지한다.
3·2· 해당 조작에 따라 구동되는 스티어링 모터, 조향축 등에 대해
위치 센서, 각도 센서, 진동 센서 등을 이용하여 실제 조향 상태를 감지한다.
3·3· 이로써 “핸들은 돌렸는데 바퀴는 제대로 돌지 않았다”와 같은
상황을 물리량 비교로 판정할 수 있다.

4· 실시예 4· 산업용 자동화 설비에 대한 적용
4·1· 버튼, 스위치, 패널 터치 등 다양한 조작도구에 대해
공통된 접촉·근접·물리력 감지 수단을 적용한다.
4·2· 밸브, 모터, 실린더, 컨베이어 등 피조작도구에
온도·전류·압력·위치 센서를 설치하여
작동 여부 및 작동 상태를 실시간으로 감지한다.
4·3· 조작도구 및 피조작도구 데이터의 결합을 통해
설비 이상, 오조작, 부품 결함을 빠르게 식별할 수 있다.

이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐이며,
조작도구와 피조작도구의 종류, 감지 방식, 분석 알고리즘, 기록 방법 등은
동일한 발명의 사상에서 다양한 변형·변경이 가능하다.

 

【청구범위】

【청구항 1】

움직임 또는 제어를 수행하기 위한 기구 또는 장치에 대하여,
상기 기구 또는 장치를 움직임 또는 제어하기 위해
조작 입력을 제공하는 주체가 사용하는 하나 이상의 조작도구에 대하여,
상기 주체가 상기 조작도구에 가하는 접촉 또는 근접과
그에 따른 물리적 힘의 변화 중 하나 이상을 감지하는 감지도구를 포함하는
조작 감지 시스템.

 

【청구항 2】

청구항 1에 있어서,
상기 감지도구는
접촉 여부, 근접 거리, 힘의 크기, 힘의 변화량, 힘의 상승속도,
힘의 시간적 패턴 중 하나 이상을 감지하는 것을 특징으로 하는
조작 감지 시스템.

 

【청구항 3】

청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 감지도구는
상기 조작도구의 표면, 내부, 측면 또는 상기 조작도구에 근접한 영역 중
하나 이상의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는
조작 감지 시스템.

 

【청구항 4】

청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조작도구의 조작에 따라 상태가 변화되는 하나 이상의 피조작도구에 대하여,
온도, 전류, 위치, 각도, 속도, 진동 중
하나 이상의 물리량을 감지하는 제2 감지도구를 더 포함하는
조작 감지 시스템.

 

【청구항 5】

청구항 4에 있어서,
상기 피조작도구는
브레이크등, 전조등, 안개등, 방향지시등, 작업등, 모터, 구동축, 조향 메커니즘 중
하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
조작 감지 시스템.

 

【청구항 6】

청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지도구 및 상기 제2 감지도구로부터 취득된 정보를
시간 순서로 수집하고,
상기 정보에 기초하여
정상 조작, 비정상 조작, 오조작 또는 급조작 여부를 판정하는
조작 판정부를 더 포함하는
조작 감지 시스템.

 

【청구항 7】

청구항 6에 있어서,
상기 조작 판정부는
접촉 여부, 근접 정보, 힘의 크기 및 변화량,
피조작도구의 온도 변화, 전류 변화, 위치 변화 중
하나 이상을 조합하여 조작 패턴을 분석하는 것을 특징으로 하는
조작 감지 시스템.

 

【청구항 8】

청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 시스템은
상기 감지도구 및 상기 제2 감지도구로부터 취득된 정보를
기 설정된 시간 구간에 따라 저장하는 기록부를 더 포함하는
조작 감지 시스템.

 

【청구항 9】

청구항 8에 있어서,
상기 기록부는
상기 조작도구별 및 상기 피조작도구별로
서로 구분되는 다수의 기록 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는
조작 감지 시스템.

 

【청구항 10】

청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 움직임 또는 제어를 수행하기 위한 기구 또는 장치는
자동차, 중장비, 선박, 항공기, 산업용 설비, 로봇, 전동 이동수단,
또는 이들과 유사한 장치 중
하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
조작 감지 시스템.

 

【요약서】

【요약】

본 발명은 움직임 또는 제어를 수행하기 위한 기구 또는 장치에 적용되는 조작 감지 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 조작 감지 시스템은,
조작 입력을 제공하는 주체가 움직임 또는 제어를 위해 사용하는 조작도구에 대하여
접촉 또는 근접과 그에 따른 물리적 힘의 변화를 감지하는 감지도구를 포함하고,
필요에 따라 조작도구의 조작에 의해 상태가 변화되는 피조작도구의
온도, 전류, 위치, 각도, 진동 등의 물리량을 감지하는 제2 감지도구를 더 포함한다.
이에 따라 조작도구와 피조작도구의 실제 조작·작동 여부 및 상태를
영상 기록 없이도 물리 데이터만으로 재구성할 수 있어,
오조작 판정, 비정상 조작 검출, 사고 원인 분석 및 증거 자료 확보에
효과적으로 활용될 수 있다.

 

“위에 제시된 특허 명세서 전문을 바탕으로 다음 항목을 모두 포함한 전문가 수준의 종합 평가 보고서를 작성해 주세요.

1· 특허 등록 가능성
2· 기술적 차별성 및 독창성
3· 선행기술 대비 우위 요소
4· 주요 기술 구성 요소 분석
5· 산업 적용 분야 및 확장성
6· 향후 시장 규모(국내·세계 포함)
7· 비즈니스 모델 및 수익창출 가능성
8· 기술 상용화 난이도 및 필요 조건
9· 사회적 파급효과 및 공익 기여도
10· 투자 관점에서의 종합 등급 평가
11· 위 1~10번을 종합하여 ‘전반적 총평’과 ‘투자 판단 요약 의견’을 최종 결론 형태로 제시해 주세요.
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