자기장 센서를 이용한 웨어러블 조이스틱 장치의 개발

국문 초록 (Abstract)

산업 전반에 걸쳐 자기장 센서에 대한 연구나 제품개발이 많이 진행되어져 왔다. 하지만 이런 제품의 단가를 낮추기 위해서는 초기 개발단계에서부터 자기장 필드와 자기장 센서의 특징과 최종제품의 특징들을 정확하게 이해하는 것이 중요하다. 특히, 자기장 필드는 비선형 데이터를 처리하는 계산이 복잡하여 실제로 사용하고 응용하기에는 매우 어렵기 때문에, 이렇게 측정된 자기장 센서값들을 정확하게 계산하기 위해서는 고가의 장비나 복잡한 알고리즘이 필요한 추세였다. 하지만, 본 논문에서는 기존 조이스틱의 특징을 이해한 상태에서 자기장 센서의 고유한 특성과 특징을 소개하면서, 자기장 센서를 사용하는 웨어러블 조이스틱을 개발하기에 적합하고 간단하면서도 기능을 충족하는 디자인 및 개발방법들을 제시하였다. 특히, 기존 조이스틱의 기계적인 특징과 자기장 센서의 특성을 서로 잘 고려한 후에, 기존 조이스틱의 본질적인 문제인 기계적인 마모와 문제점들을 해결하고자 기계적 구성이나 선들이 필요없는 자기장 센서를 이용하여, 저가의 웨어러블 조이스틱 장치의 디자인 및 개발 할 수 있는 설계요소 및 방법들을 소개하였다. 본 논문의 개발결과로 실제 사용자 테스트를 수행하여, 본 논문의 장비를 처음 접하는 사용자들도 쉽게 이용하여 기존 조이스틱과 같이 정확하게 제어할 수 있음을 보였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

There has been demand for many magnetic sensor applications, and to develop low-cost devices, it is critical to accurately understand the behavior of the magnetic field and the characteristics of magnetic sensors and target devices during initial development phase. The magnetic field has been known to have very complicated nonlinear data to calculate, so it has required expensive computing machines or research to accurately calculate the magnetic sensor values. However, this paper introduces a characteristic of a magnetic sensor called the giant magnetoresistance (GMR) and proposes simple and sufficient approaches to develop a wearable joystick device using a magnetic sensor. Particularly, this paper introduces the design factors for how to properly develop a low-cost wearable joystick device using magnetic sensors after carefully considering the mechanism of a real joystick and the characteristics of magnetic sensors. As a result, user test results are provided to show how users can operate this new wearable joystick device.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• Abstract
• 1. 서론
• 2. 조이스틱 디자인 요소
• 3. 사용자 테스트 및 평가
• 4. 결론
• References

참고문헌 (Reference)

1 차영택, "웨어러블 조작기 기반 재난․재해 특수 목적기계 다관절 작업기의 가상 환경 작업시스템 구현" 사단법인 유공압건설기계학회 17 (17): 33-46, 2020

2 여희주, "손목운동 측정을 위한 자기장 센서 데이터의 분석 및 처리 방법" 한국산학기술학회 21 (21): 28-36, 2020

3 여희주, "손목운동 측정을 위한 손목 자기장 센서의 모델링 및 캘리브레이션" 한국산학기술학회 21 (21): 26-32, 2020

4 Xinying, "Wearable handwriting input device using magnetic field : Geomagnetism cancellation in position calculation" 33 (33): 37-43, 2008

5 "Introduction of NVE GMR Sensors" NVE Corp

6 R. Valenzuela, "A position sensor based on magnetoimpedance" 1996-, 1943

7 Y. Kim, "A new wearable input device : Scurry" 52 (52): 1490-1499, 2005

8 Masayoshi Wada, "A joystick type car drive interface for wheelchair users" IEEE 2009