고성능 9축 관성센서 제작을 위한 스마트 시스템 융·복합 통합 방안 = Fusion and Integration of Smart System for Production of High-performance 9-axis Inertial Sensors

국문 초록 (Abstract)

미래 산업의 획기적인 신기술 패러다임은 바로 스마트센서를 기존의 IT기기와 융합하는 방법에 대한 것일 것이다. 스마트센서는 융합산업 및 미래 산업의 경쟁력 확보를 위한 핵심요소기술의 하나로서, IT 융·복합 등 융합산업을 촉진시키는 센서 기술개발 및 기반조성이 필요하다. 소량 다품종의 센서 산업의 특성으로 대기업은 생산 투자를 기피하고 중소기업은 높은 기술진입 장벽과 생산설비 여력이 부족한 상황으로 미국, 일본 업체에 대부분의 저가 센서를 잠식당한 상태이다. 개별 기업 단위의 경쟁에서 센서산업 생태계 단위의 독가점이 확대되고 있는 글로벌 센서시장의 기술 확보를 위해서는 중소기업 중심의 우리나라 스마트센서산업의 글로벌 원천기술 및 기반 기술 산업의 경쟁력 확보가 무엇보다도 절실하다. 이에 본 논문에서는 기업이 접근할 수 있는 스마트센서 산업 중 9축 관성센서의 개별 모듈을 융합하여 간편한 모션 구성을 가능하게 하기 위한 조합방법을 제시하고 있다. 단일 센서 기반 및 6축 센서 모듈기반에서 9축 센서 모듈로 넘어가는 조합방법에 대한 개념적 요소 설명과 오차 보정과 개선을 위한 접근 방법들을 체계적으로 포함하였다. 또한, 안드로이드 OS기반의 센서 융·복합에 대한 내용을 기술하여 현재 스마트센서를 이용한 스마트폰의 적용을 위한 구성과 방법에 대한 요소 내용을 설명하였다. 성능향상을 위한 전략적 요소 방안을 제시함으로써 스마트 9축 관성센서를 접근하고자 하는 기업의 진입장벽을 낮추고 개별 동작의 센서와 프로세서의 접목을 통한 차별화된 융·복합 스마트센서 통합전략에 대한 효율적인 방향을 제시함으로써 기업의 글로벌 경쟁력 확보를 위한 고성능 9축 관성센서의 융·복합 요소기술에 대한 내용을 제안하고 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The innovative new technological paradigm of the future industries should be the way to incorporate ‘smart sensors’ to the existing IT devices. The smart sensor is one of the most essential core technologies to fortify the competitiveness of future industries and IT convergence industries. Thus, it is required to develop sensor technologies and create foundations which would promote the development of IT fusion, integration and convergence industries. Due to the characteristic of a small quantity batch production in the sensor industry, large firms avoid investing in productions, and small-and-medium enterprises face high technological entry barriers and insufficient production capacity. As a result, most low-cost sensors are taken by the U.S. and Japanese enterprises. In order to secure technology in the global market for sensors, where the monopolistic ecosystem is growing in the competition among the individual business unit, it is critically required for Korea’s smart sensor industries, focused on small-and-medium enterprises, to secure competitiveness in global source technologies and base technology industries. In this context, this study suggests a way of facilitating a simple motion sensor composition by fusing individual modules of the 9-axis inertial sensors among the sensor industries that firms may have access to. The study consists of a conceptual explanation of combining way in a single sensor base, shifting to 9-axis sensor modules of the 6-axis sensor module base, and composes a systematic explanation of the ways of approaching calibrating errors and improvements. Moreover, by describing the content about the fusion and integration of the android OS-based sensors, it includes contents that explain the ways and compositions needed in order to apply smartphones by using the current smart sensors.By suggesting strategic points for improving performances, it lowers the firm’s entry barrier that attempts to approach the 9-axis inertial sensors; by suggesting effective ways of fusion and integration strategy of differentiated convergence of smart sensors through grafting individual operation sensors and processors, it explains fusion and integration technologies of high-performance 9-axis inertial sensors as a way to secure global competitiveness in firms.

목차 (Table of Contents)

• 표 목 차 ⅲ
• 그 림 목 차 ⅳ
• 제 Ⅰ 장 서 론 1
• 제 1 절 연구의 배경 및 목적 1
• 1. 연구배경 1
• 2. 연구목적 2
• 제 2 절 연구의 범위 및 방법 5
• 제 Ⅱ 장 이론적 배경 10
• 제 1 절 융·복합 센서와 스마트센서산업 현황 10
• 1. 스마트센서에서 융·복합 센서 정의 및 현황 10
• 2. 중소기업 스마트센서 현황 및 특징 12
• 제 2 절 스마트 9축 관성 센서의 개념 및 필요성 16
• 제 3 절 스마트 관성센서의 소프트웨어 시스템 구조 20
• 제 Ⅲ 장 9축 관성센서의 기술적 융합전략방법 23
• 제 1 절 9축 관성센서의 융합을 위한 고려사항 23
• 제 2 절 센서융합을 위한 기술적 요소 26
• 2.1 자이로센서의 Orientation 29
• 2.1.1 회전 행렬법 31
• 2.1.2 오일러 각 32
• 2.1.3 쿼터니언 33
• 2.2 데이터 필터링 34
• 2.3 센서의 적분화 37
• 제 Ⅳ 장 스마트센서 융합을 위한 방안 40
• 제 1 절 스마트 센서 9축 관성센서의 조합 40
• 제 2 절 센서별 우선순위에 따른 융·복합 43
• 제 3 절 S.W.O.T 분석법에 따른 9축 관성센서의 융·복합 효과 51
• 제 Ⅴ 장 결 론 54
• 참 고 문 헌 57
• Abstract 59
• 부 록-약어정리 61