"4조-GPS"의 두 판 사이의 차이

2024년 12월 17일 (화) 11:12 기준 최신판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 손 절단 장애인을 위한 컴퓨터 입력 장치

영문 : Computer Input Device for Individuals with Hand Amputations

과제 팀명

GPS

지도교수

나영승 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2019430002** 고*민(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 2019430010** 박*진

서울시립대학교 기계정보공학과 2019430014** 신*재

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

손이나 손가락을 자유롭게 사용하지 못하는 사람들, 특히 손이 절단된 장애인이 편리한 컴퓨터 입력을 할 수 있도록 손목 장착형 에어마우스를 제작한다. 먼저 입력장치로 손을 사용하지 않고 탈/부착 할 수 있는 손목 착용 형태의 에어마우스와 풋 스위치 두 가지를 제작한다. 에어마우스는 6축 자이로센서를 사용한 커서 이동과 손목 회전을 통한 좌/우 클릭을 구현하고 풋 스위치는 보다 안정적인 클릭과 부가 입력을 지원한다. 또한 본 시스템의 입력 신호들은 블루투스로 통신하며, 블루투스 통신으로 수신한 신호를 컴퓨터로 보내는 수신기를 제작한다. 에어마우스와 풋 스위치를 통해 입력되는 신호는 해당 수신기를 통해 컴퓨터로 전달된다.

개발 과제의 배경 및 효과

개발 배경

보건복지부에서 조사한 장애인 현황 통계 자료에 의하면 2018년 기준 2,585,876명의 장애 인구 중 지체 장애 인구의 수가 1,238,532명으로 가장 많은 비율을 차지하고 있다. 또한 지체 장애 중 상지 장애 비율이 22.2%이며 그 중 상지 절단 장애 비율만 8.4%였다. 이렇듯 손 사용이 자유롭지 않은 상당 수의 인구가 존재한다. 기존의 마우스와 키보드는 상지 장애인이 사용하기에 어려움이 있다. 최근 다양한 특수 키보드나 마우스 혹은 기술이 있지만 여전히 손이나 손가락이 없으면 사용하기 어려운 형태의 제품들이며 혹은 정확하게 입력하기 어려운 기술이거나 개인이 구매하기는 어려울 정도의 상당한 고가의 제품들만 존재하고 있다. 따라서 이 프로젝트를 통해 손이 없어도 합리적인 가격으로 편리하고 정확하게 컴퓨터 입력을 할 수 있는 장치를 제작하고자 한다.

<Figure 1>기존 제품과 기술

- 가상 키보드: 마우스를 사용하여 화면 속의 가상 키보드를 클릭해 입력하는 기술로 입력은 가능하지만 특수한 마우스를 사용해 마우스 입력에도 불편함이 있는데 이를 사용해 키를 일일이 입력하는 것은 문장 단위의 작업을 하기에는 많은 시간과 힘이 들어간다.

- 음성 입력: 음성을 인식해 키보드 입력을 하는 기술로 빠르게 입력이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 원하는 대로 입력되지 않을 때가 많으며 입력을 위해 말을 해야 하기 때문에 많은 사람이 있는 곳이나 조용한 공간에서 사용하기 어렵다는 단점이 있다.

기대 효과

위와 같이 다양한 특수 입력장치가 있음에도 수부 절단인이 구매하여 사용하기에 마땅한 제품이 부족하다. 본 프로젝트를 통해 제작하고자 하는 제품은 기존 제품들의 단점을 보완하여 수부 절단인이 장치 사용을 편리하고 정확하게 한다. 해당 제품으로 장애인들이 컴퓨터 사용 업무 처리를 할 수 있는 인력이 되는데 도움이 되고 나아가 장애인구 고용 발전을 가져올 것으로 기대된다.

개발 과제의 목표 및 내용

개발 목표

본 설계의 개발 목표는 양 손이 없는 사람이 편리하고 정확한 컴퓨터 입력을 할 수 있도록 하는 것이다. 초기 과제 제안단계에서는 특수 키보드와 조이스틱 마우스를 일체형으로 제작하는 형태로 고안하였으나, 마우스 조작의 편리성을 위해 형태를 바꾸기로 하였다. 아두이노 나노와 레오나르도, 블루투스 모듈, 자이로스코프 센서를 사용하며, 마우스 커서 이동과 좌/우 클릭이 가능한 에어마우스와 조합키와 마우스 입력을 보조하는 풋 스위치로 컴퓨터 입력 시스템을 개발한다. 에어마우스는 click-lock 매커니즘을 이용하여 손을 사용하지 않고 탈부착이 가능하게 한다. 에어마우스 센서와 풋 스위치 센서, 수신기 센서부분을 수용할 수 있는 하드웨어는 3D프린터를 이용해 제작한다.

개발 과제의 내용

<Figure 2>시스템 개략도

(가) 간편 탈/부착 에어마우스 제작 아두이노 나노, 자이로센서, 블루투스 모듈을 사용해 에어마우스 신호를 송신하고 아두이노 레오나르도와 블루투스 모듈을 사용해 수신하여 컴퓨터에 전달하는 통신을 구현한다. 구현된 에어마우스를 이동시켜 마우스 커서를 움직일 수 있으며 손목 회전을 통해 좌/우 클릭을 할 수 있다. 또한 에어마우스 송신부의 형태를 손을 사용하지 않고 탈/부착 할 수 있는 매커니즘을 고안하여 간편하게 탈/부착 할 수 있는 형태의 하우징을 3D 모델링을 통해 제작한다.

(나) 부가 기능 및 키보드 입력 지원 풋 스위치 제작 아두이노 레오나르도와 블루투스 모듈을 사용해 부가 기능과 키보드 입력 신호를 송신하고 에어마우스의 수신기와 동일한 수신기로 수신하여 컴퓨터에 전달하는 통신을 구현한다. 풋 스위치의 지원 기능은 좌/우 클릭 버튼, 마우스 on/off 버튼, Ctrl, Alt, Shift, Window, Win+H(음성인식) 버튼이 있다. 에어마우스로 회전을 통한 클릭이 가능하지만 보다 안정적이며 지속적인 클릭 상태를 유지하기 위한 클릭 버튼을 지원한다. 그리고 커서 이동을 원하지 않지만 팔을 움직이고 싶을 때를 위해 마우스 신호 차단 버튼을 지원한다. 또한 양 손이 없는 사람이 해당 에어마우스를 사용해 키보드를 입력해도 키 입력은 한 번에 하나의 키만 가능하다. 이 경우 자주 사용하는 단축키 등의 조합키 입력을 사용할 수 없기에 풋 스위치로 조합키들을 지원하여 동시에 다수의 키를 입력할 수 있는 조합키 버튼을 지원한다. 그리고 문장 단위의 입력을 돕기 위해 Window 운영체제에서 지원하는 음성인식 기능의 단축키인 Win+H를 자주 빠르게 사용할 수 있도록 전용 버튼을 지원한다.

구성원 및 추진체계

<Figure 12>구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품의 요구사항

<Figure 13>제품 요구사항

마우스는 무선 통신 방식을 통해 입력 신호를 전달하며 그 과정에서 사용자의 입력이 정확하게 전달되어야 한다. 또한 무선 통신 방식은 유선 통신 방식에 비해 응답속도가 느리다는 단점이 있어 사용자가 불편함을 느끼지 않을 정도인 400ms의 응답속도를 갖추는 것을 목표로 하였다. 다양한 사용자의 손목 둘레를 고려하여 설계하며, 13~22cm의 손목 둘레의 사용자가 사용할 수 있도록 범위를 설정하였다. 에어마우스의 가동범위를 넓히기 위해 무선 통신 방식으로 구현하고, 장애인의 사용성을 높이기 위해 탈부착 메커니즘이 간편해야 한다.

목적계통도

<Figure 14>목적계통도

1.편의성

직관성: 장애인이 마우스를 사용하면서 메커니즘이 직관적이고 간편해야 한다. 특히 탈부착 하는 부분은 다양한 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 설계한다.

조작성: 손 절단 장애인을 위해서 다른 손의 도움 없이 탈부착이 가능하다. 또한 거동이 불편할 수 있으므로 마우스의 무게는 가벼워야 하며 정확하고 빠른 키보드 입력을 위한 보조기기 사용이 가능하다.

2.기능성

정확성: 마우스 동작이 손목 움직임에 따라 정확해야 한다.

반응성: 마우스 입력을 했을 때 컴퓨터에서 반응하는 속도가 빨라야 한다.

3.안정성

유지보수성: 부품 교체가 원활히 가능해야 한다.

4.경제성

재료비: 저렴한 재료를 사용해 제품의 가격이 기존 보조기기에 비해 경쟁력 있어야 한다.

설계 사양

<Figure 15>설계 사양

개념설계안

전원 공급 방식

<Figure 16>전원 공급 방식

컴퓨터로의 신호 전달 방식

<Figure 17>통신 방식

탈부착 매커니즘

<Figure 18>탈부착 매커니즘

장애인 전용 키보드 입력방식

휴대폰 에어마우스 어플과 노트북 터치패드, 나무젓가락을 사용해 키보드 입력 방식을 시뮬레이션 해본 결과 다음과 같은 결과가 나왔다. 정확도는 100%를 기준으로 오타가 발생했을 경우 수정하여 문장 “안녕하세요”가 완성되는 시간을 측정했다.

<Figure 19>장애인 키보드 입력방식

평가 기준

<Figure 20>평가 기준

평가 내용

<Figure 21>평가 내용

상세설계 내용

조립도

에어마우스 조립도 및 분해도

<Figure 22>에어마우스 조립도 및 분해도

풋 스위치 조립도 및 분해도

<Figure 23>풋 스위치 조립도 및 분해도

수신부 조립도 및 분해도

<Figure 24>수신부 조립도 및 분해도

조립 순서

에어마우스 조립 순서

<Figure 25>에어마우스 조립 순서

① 스프링 ② 캠 ③ 손목 하부 지지부 ④ 에어마우스 본체 ⑤ 센서 보드 ⑥ nRF24L01 ⑦ mpu6050 ⑧ 센서 커버 ⑨ 아두이노 나노 ⑩ 9V건전지 ⑪ 본체 커버

[조립 순서]

(1) ③ 손목 하부 지지부를 ④ 에어마우스 본체의 하부에 밀어 넣는다.

(2) ② 캠을 ④ 에어마우스 본체의 하부에 밀어 넣는다.

(3) ① 스프링을 ④ 에어마우스 본체의 하부에 밀어 넣는다.

(4) ⑪ 본체 커버를 ④ 에어마우스 본체의 하부에 결합시킨다.

(5) ⑥ nRF24L01, ⑦ mpu6050, ⑨ 아두이노 나노, ⑩ 9V건전지를 ⑧ 센서 커버에 결합시킨다.

(6) ⑤ 센서 보드를 ④ 에어마우스 본체의 옆면에 결합시킨다.

(7) ⑧ 센서 커버를 ⑤ 센서 보드와 결합시킨다.

풋 스위치 조립 순서

<Figure 26>풋 스위치 조립 순서

① 배터리 커버 ② 9V건전지 ③ 풋 스위치 본체 ④ 스위치 보드 ⑤ 스위치 ⑥ 스위치 커버 ⑦ 아두이노 레오나르도 ⑧ nRF24L01

[조립 순서]

(1) ③ 풋 스위치 본체에 ⑦ 아두이노 레오나르도를 결합한다.

(2) ③ 풋 스위치 본체에 ⑧ nRF24L01와 ② 9V건전지를 결합한다.

(3) ⑤ 스위치에 연결된 배선을 ④ 스위치 보드의 구멍을 통과시켜 연결한다.

(4) ④ 스위치 보드를 ③ 풋 스위치 본체에 넣어 1층을 덮어 결합한다.

(5) ⑤ 스위치를 ④ 스위치 보드에 결합한다.

(6) ⑥ 스위치 커버를 ③ 풋 스위치 본체 위에 덮어 결합한다.

(7) ① 배터리 커버를 닫는다.

수신부 조립 순서

<Figure 27>수신부 조립 순서

① 아두이노 레오나르도 ② 수신부 본체 ③ 수신부 커버

[조립 순서]

(1) ② 수신부 본체에 ①아두이노 레오나르도를 결합시킨다. 아두이노에 연결되어 있는 usb선을 본체에 있는 홈을 통해 밖으로 꺼낸다.

(2) ② 수신 부 본체에 ③ 수신 부 커버를 결합시킨다.

부품도

에어마우스 본체 및 본체 커버 부품도

<Figure 28>에어마우스 본체 및 본체 커버 부품도

에어마우스 하부 손목 지지부 및 캠 부품도

<Figure 29>에어마우스 하부 손목 지지부 및 캠 부품도

에어마우스 센서 보드 및 센서 커버 부품도

<Figure 30>에어마우스 센서 보드 및 센서 커버 부품도

풋 스위치 본체 및 스위치 보드 부품도

<Figure 31>풋 스위치 본체 및 스위치 보드 부품도

풋 스위치 스위치 커버 및 배터리 커버 부품도

<Figure 32>풋 스위치 스위치 커버 및 배터리 커버 부품도

수신부 몸체 및 수신부 커버 부품도

<Figure 33>수신부 본체 및 수신부 커버 부품도

제어부 및 회로설계

에어마우스

<Figure 34>에어마우스 회로도

에어 마우스의 회로도는 그림 22과 같다. MPU6050 센서를 통해 가속도 값을 읽은 뒤 아두이노 나노에 전달한다. 이후 마우스의 회전 속도를 구해 nRF24L01 모듈을 통해 마우스 커서의 변화량을 수신부로 전달한다. 각 부품들의 최대 전력 소비량을 고려했을 경우 약 90mA이며 9V 알칼라인 건전지를 사용해 약 5.5시간 이상 사용이 가능하다.

풋 스위치

<Figure 35>풋 스위치 회로도

마우스의 클릭 및 키보드 단축키를 담당하는 풋 스위치의 회로도는 그림 23와 같다. 버튼은 8개로 이루어져 있으며 Digital GPIO로 신호를 전달한다. 이후 nRF24L01 모듈을 통해 풋 스위치의 입력 신호를 수신부로 전달한다. 각 부품의 최대 전력 소비량은 약 110mA이며 마찬가지로 9V 알칼라인 건전지로 안전하게 전력 공급이 가능하며 약 4.5시간 이상 사용이 가능하다.

수신부

<Figure 36>수신부 회로도

송신부로부터 신호를 받아 컴퓨터로 신호를 전달하는 수신부의 회로도는 그림 24과 같다. 컴퓨터로부터 전력을 공급받는 동시에 레오나르도가 HID로 인식되어 키보드와 마우스 기능 제어가 가능하다.

소프트웨어 설계

사용 시나리도

<Figure 37>사용 시나리오

시퀀스 다이어그램

<Figure 38>마우스 커서 시퀀스 다이어그램

에어마우스의 움직임을 감지하면 mpu6050 센서가 아두이노에 IMU data를 전달한다. 이후 마우스 커서 변화량을 계산한 값인 gyro_x와 gyro_z 값을 추출하고 RF 통신 모듈을 통해 수신기로 전달한다. 센서값의 노이즈를 칼만 필터를 사용하여 최소화하고 감도를 제어하기 위한 민감도를 설정하여 마우스 커서 제어에 도움을 준다.

<Figure 39>클릭 시퀀스 다이어그램

아두이노 버튼 모듈을 사용했을 때 스위치를 누른 상태가 High, 누르지 않은 상태가 Low로 인식된다. 버튼의 상태를 인식하고 수신기로 정보를 전달한다. 버튼의 상태를 업데이트 하는 것이기 때문에 각 버튼은 서로 독립적으로 작동하며 두 개 이상의 버튼을 동시에 인식할 수 있다. 수신기가 인식한 버튼 상태를 통해 컴퓨터의 마우스 클릭 및 키보드 단축키 입력을 제어할 수 있다.

자재소요서

<Figure 40>자재소요서

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

<Figure 41>프로토타입 사진

<Figure 42>에어마우스 사진

<Figure 43>풋 스위치 사진

<Figure 44>수신부 사진

포스터

<Figure 45>포스터

완료작품의 평가

<Figure 46>완료 작품의 평가

향후계획

1. 에어마우스 경량화

완료 작품 평가에서 무게에 대한 달성율이 65%로 완료되었다. 이는 에어마우스 외형을 출력하고 수정하며 센서보드의 위치가 수정된 영향이 크다고 판단된다. 이는 아두이노 나노를 확장보드에 연결하지 않고 사용한다면 센서의 크기가 크게 줄어들어 센서를 부착하는 위치를 바꿔 개선할 수 있다. 따라서 추후 분석과 최적화를 통해 센서 부착 위치를 바꿔 에어마우스의 외형을 단일화된 형태로 변형할 예정이다. 이에 따라 에어마우스를 경량화 하여 목표한 무게로 맞출 예정이다.

2. 구조 변화를 통해 편의성 증진

현재 제품 프로토타입에는 건전지 장착 후 전력 차단을 위한 별도의 on/off 기능 스위치가 존재하지 않다. 때문에 건전지 사용 중단 및 교체 시 볼트로 결합된 커버를 제거하는 번거로움이 있다. 이를 해소하기 위해 스위치를 통한 전원 on/off 기능을 추가할 예정이다. 또한 에어마우스의 사용 중 키보드를 타이핑하기 위해서는 탈착을 해야 하는 번거로움이 있다. 이를 해소하기 위해 에어마우스를 장착한 상태에서도 키보드를 타이핑할 수 있는 부착물을 추가하여 사용자가 컴퓨터 사용을 편리하게 할 수 있도록 한다.

3. 소프트웨어 최적화

MPU6050의 센서가 노이즈 값을 전달하며 마우스의 움직임이 실제 물리적 움직임에 비해 불안정하다. 사용자가 안정적인 에어마우스 사용을 위해서는 반드시 소프트웨어 최적화를 통해 마우스 성능을 향상해야 한다. 또한 에어마우스의 회전을 통한 좌클릭 및 우클릭 시 y축 회전을 통해 이루어지고 있는데 그 순간 x축과 z축의 회전도 인지하며 원하는 위치에서의 클릭이 불가능한 상태이다. 모션을 바꾸거나 기능을 삭제하고 다른 센서를 통해 간편하게 클릭을 구현하여 불편한 클릭을 개선할 예정이다.

특허 출원 내용

<Figure 47>특허 출원서

@@ 3번째 줄: / 3번째 줄: @@
 ==프로젝트 개요==
 === 기술개발 과제 ===
-''' 국문 : ''' 00000000..
+''' 국문 : ''' 손 절단 장애인을 위한 컴퓨터 입력 장치
-''' 영문 : ''' 00000000..
+''' 영문 : ''' Computer Input Device for Individuals with Hand Amputations
 ===과제 팀명===
-..
+GPS
 ===지도교수===
-교수님
+나영승 교수님
 ===개발기간===
@@ 17번째 줄: / 17번째 줄: @@
 ===구성원 소개===
-서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 김**(팀장)
+서울시립대학교 기계정보공학과 2019430002** 고*민(팀장)
-서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 정**
+서울시립대학교 기계정보공학과 2019430010** 박*진
-서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 조**
+서울시립대학교 기계정보공학과 2019430014** 신*재
-서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 이**
-서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 남**
 ==서론==
 ===개발 과제의 개요===
 ====개발 과제 요약====
-내용
+손이나 손가락을 자유롭게 사용하지 못하는 사람들, 특히 손이 절단된 장애인이 편리한 컴퓨터 입력을 할 수 있도록 손목 장착형 에어마우스를 제작한다. 먼저 입력장치로 손을 사용하지 않고 탈/부착 할 수 있는 손목 착용 형태의 에어마우스와 풋 스위치 두 가지를 제작한다. 에어마우스는 6축 자이로센서를 사용한 커서 이동과 손목 회전을 통한 좌/우 클릭을 구현하고 풋 스위치는 보다 안정적인 클릭과 부가 입력을 지원한다. 또한 본 시스템의 입력 신호들은 블루투스로 통신하며, 블루투스 통신으로 수신한 신호를 컴퓨터로 보내는 수신기를 제작한다. 에어마우스와 풋 스위치를 통해 입력되는 신호는 해당 수신기를 통해 컴퓨터로 전달된다.
-====개발 과제의 배경====
-내용
+====개발 과제의 배경 및 효과====
+* 개발 배경
+보건복지부에서 조사한 장애인 현황 통계 자료에 의하면 2018년 기준 2,585,876명의 장애 인구 중 지체 장애 인구의 수가 1,238,532명으로 가장 많은 비율을 차지하고 있다. 또한 지체 장애 중 상지 장애 비율이 22.2%이며 그 중 상지 절단 장애 비율만 8.4%였다. 이렇듯 손 사용이 자유롭지 않은 상당 수의 인구가 존재한다. 기존의 마우스와 키보드는 상지 장애인이 사용하기에 어려움이 있다. 최근 다양한 특수 키보드나 마우스 혹은 기술이 있지만 여전히 손이나 손가락이 없으면 사용하기 어려운 형태의 제품들이며 혹은 정확하게 입력하기 어려운 기술이거나 개인이 구매하기는 어려울 정도의 상당한 고가의 제품들만 존재하고 있다. 따라서 이 프로젝트를 통해 손이 없어도 합리적인 가격으로 편리하고 정확하게 컴퓨터 입력을 할 수 있는 장치를 제작하고자 한다.
+[[파일:4-기존제품과 기술.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 1>기존 제품과 기술]]
+-	가상 키보드: 마우스를 사용하여 화면 속의 가상 키보드를 클릭해 입력하는 기술로 입력은 가능하지만 특수한 마우스를 사용해 마우스 입력에도 불편함이 있는데 이를 사용해 키를 일일이 입력하는 것은 문장 단위의 작업을 하기에는 많은 시간과 힘이 들어간다.
+-	음성 입력: 음성을 인식해 키보드 입력을 하는 기술로 빠르게 입력이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 원하는 대로 입력되지 않을 때가 많으며 입력을 위해 말을 해야 하기 때문에 많은 사람이 있는 곳이나 조용한 공간에서 사용하기 어렵다는 단점이 있다.
+* 기대 효과
+위와 같이 다양한 특수 입력장치가 있음에도 수부 절단인이 구매하여 사용하기에 마땅한 제품이 부족하다. 본 프로젝트를 통해 제작하고자 하는 제품은 기존 제품들의 단점을 보완하여 수부 절단인이 장치 사용을 편리하고 정확하게 한다. 해당 제품으로 장애인들이 컴퓨터 사용 업무 처리를 할 수 있는 인력이 되는데 도움이 되고 나아가 장애인구 고용 발전을 가져올 것으로 기대된다.
 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-내용
+*개발 목표
+본 설계의 개발 목표는 양 손이 없는 사람이 편리하고 정확한 컴퓨터 입력을 할 수 있도록 하는 것이다. 초기 과제 제안단계에서는 특수 키보드와 조이스틱 마우스를 일체형으로 제작하는 형태로 고안하였으나, 마우스 조작의 편리성을 위해 형태를 바꾸기로 하였다. 아두이노 나노와 레오나르도, 블루투스 모듈, 자이로스코프 센서를 사용하며, 마우스 커서 이동과 좌/우 클릭이 가능한 에어마우스와 조합키와 마우스 입력을 보조하는 풋 스위치로 컴퓨터 입력 시스템을 개발한다. 에어마우스는 click-lock 매커니즘을 이용하여 손을 사용하지 않고 탈부착이 가능하게 한다. 에어마우스 센서와 풋 스위치 센서, 수신기 센서부분을 수용할 수 있는 하드웨어는 3D프린터를 이용해 제작한다.
+*개발 과제의 내용
+[[파일:4-시스템 개략도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 2>시스템 개략도]]
+(가)  간편 탈/부착 에어마우스 제작
+아두이노 나노, 자이로센서, 블루투스 모듈을 사용해 에어마우스 신호를 송신하고 아두이노 레오나르도와 블루투스 모듈을 사용해 수신하여 컴퓨터에 전달하는 통신을 구현한다. 구현된 에어마우스를 이동시켜 마우스 커서를 움직일 수 있으며 손목 회전을 통해 좌/우 클릭을 할 수 있다.
+또한 에어마우스 송신부의 형태를 손을 사용하지 않고 탈/부착 할 수 있는 매커니즘을 고안하여 간편하게 탈/부착 할 수 있는 형태의 하우징을 3D 모델링을 통해 제작한다.
+(나)  부가 기능 및 키보드 입력 지원 풋 스위치 제작
+아두이노 레오나르도와 블루투스 모듈을 사용해 부가 기능과 키보드 입력 신호를 송신하고 에어마우스의 수신기와 동일한 수신기로 수신하여 컴퓨터에 전달하는 통신을 구현한다.
+풋 스위치의 지원 기능은 좌/우 클릭 버튼, 마우스 on/off 버튼, Ctrl, Alt, Shift, Window, Win+H(음성인식) 버튼이 있다.
+에어마우스로 회전을 통한 클릭이 가능하지만 보다 안정적이며 지속적인 클릭 상태를 유지하기 위한 클릭 버튼을 지원한다. 그리고 커서 이동을 원하지 않지만 팔을 움직이고 싶을 때를 위해 마우스 신호 차단 버튼을 지원한다.
+또한 양 손이 없는 사람이 해당 에어마우스를 사용해 키보드를 입력해도 키 입력은 한 번에 하나의 키만 가능하다. 이 경우 자주 사용하는 단축키 등의 조합키 입력을 사용할 수 없기에 풋 스위치로 조합키들을 지원하여 동시에 다수의 키를 입력할 수 있는 조합키 버튼을 지원한다. 그리고 문장 단위의 입력을 돕기 위해 Window 운영체제에서 지원하는 음성인식 기능의 단축키인 Win+H를 자주 빠르게 사용할 수 있도록 전용 버튼을 지원한다.
 ===관련 기술의 현황===
 ====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)====
 *전 세계적인 기술현황
-내용
+[[파일:4-기술현황.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 3>마우스 기능 기술현황]]
-*특허조사 및 특허 전략 분석
-내용
 *기술 로드맵
-내용
+[[파일:4-기술로드맵.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 4>기술 로드맵]]
+[[파일:4-마우스로드맵2.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 5>마우스 로드맵]]
+[[파일:4-무선통신 로드맵2.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 6>무선통신 로드맵]]
+[[파일:4-자이로스코프 로드맵2.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 7>자이로스코프 로드맵]]
+*특허 조사 및 특허 전략 분석
+[[파일:4-특허조사.png|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 8>관련 기술 특허 조사]]
+본 시스템은 에어마우스와 풋 스위치, 에어마우스와 풋 스위치에서 보낸 정보를 받아 컴퓨터로 보내주는 수신부로 구성된다. 손이 없는 사람이 쉽게 마우스를 탈/부착할 수 있도록 CLICK-LOCK 매커니즘으로 작동하도록 설계된 마우스 구조와 키보드의 보조 입력을 지원하는 풋 스위치부는 기존 제품과 차별된 특징을 가지고 있다.
 ====시장상황에 대한 분석====
 *경쟁제품 조사 비교
-내용
+[[파일:4-경쟁제품.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 9>기존 경쟁제품 조사]]
 *마케팅 전략 제시
-내용
+SWOT분석
+[[파일:4-swot분석.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 10>SWOT 분석]]
+기존 제품 중 손 절단인이 사용하기 좋은 제품이 부족했으며 기존 제품 중 에어마우스의 입력 방식이 가장 편리하다고 판단하였다. 따라서 입력 방식이 가장 편리한 에어마우스 형태로 제작하여 편리한 마우스라는 점과 손 절단 장애인도 사용할 수 있는 마우스라는 점을 동시에 갖는 제품을 제작하기로 결정하였다. 이로 인해 손 절단 장애인에게는 물론이며 일반 사용자 중 편리한 입력방식에 관심이 있는 사용자에게 손에 자유를 줄 수 있는 편리한 에어마우스라는 점으로 흥미를 이끌어내는 전략을 세울 수 있다.
 ===개발과제의 기대효과===
 ====기술적 기대효과====
-내용
+. 사용자 편의성 제공
+:에어마우스는 손목의 움직임을 추적하여 기존 마우스에 비해 손목에 부담을 덜어준다. 자이로스코프 센서를 활용해 사용자의 손목 회전을 감지하고, 이를 통해 클릭 기능을 구현했다. 또한 사용자 동작을 다양한 추가 기능과 매핑하여 사용 편의성을 극대화할 수 있다.
+. 맞춤형 접근성
+:본 제품은 상지 장애인을 위해 설계되어, 다른 손의 도움 없이 손목에 쉽게 장착하고 해제할 수 있다. 거치형 충전기와 함께 제공되어 배터리 교체 없이 장기간 사용이 가능하며, 손가락이나 손을 전혀 사용할 수 있는 사용자도 원활하게 마우스를 사용할 수 있다.
 ====경제적, 사회적 기대 및 파급효과====
-내용
+. 비용 절감
+:기존의 고가 보조기기와 비교하였을 때, 에어마우스는 저렴한 부품을 사용하여 경제적 부담을 크게 줄일 수 있다. 이는 고령화 사회와 장애인의 사회적 참여 확대에 따라 지속적으로 성장하는 보조기기 시장에서 경쟁력을 갖출 수 있다.
+. 사회적 기회 창출
+:웨어러블 형식의 무선 에어마우스는 가상현실, 게임 등 다양한 분야에도 적용될 수 있어 상지 장애인들이 보다 넓은 영역에서 사회에 참여할 수 있는 기회를 제공한다. 이를 통해 장애인들은 일상적인 직업뿐만 아니라, 엔터테인먼트와 같은 다양한 활동에서도 기술의 혜택을 누릴 수 있다.
+. 사용범위 확장
+:에어마우스는 표면에 대고 사용하는 기존 광마우스와 달리, 공간적인 제약이 거의 없어 소파, 침대 등 다양한 장소에서도 손쉽게 사용할 수 있다. 이를 통해 발표를 위한 프레젠터나 스마트 TV 조작 등 다양한 환경에서도 적용시켜 사용 범위를 확장시킬 수 있을 것으로 기대한다.
 ===기술개발 일정 및 추진체계===
 ====개발 일정====
-내용
+[[파일:4-개발일정.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 11>개발 일정]]
 ====구성원 및 추진체계====
-내용
+[[파일:4-구성원 및 추진체계.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 12>구성원 및 추진체계]]
 ==설계==
 ===설계사양===
 ====제품의 요구사항====
-내용
+[[파일:4-제품 요구사항.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 13>제품 요구사항]]
+마우스는 무선 통신 방식을 통해 입력 신호를 전달하며 그 과정에서 사용자의 입력이 정확하게 전달되어야 한다. 또한 무선 통신 방식은 유선 통신 방식에 비해 응답속도가 느리다는 단점이 있어 사용자가 불편함을 느끼지 않을 정도인 400ms의 응답속도를 갖추는 것을 목표로 하였다. 다양한 사용자의 손목 둘레를 고려하여 설계하며, 13~22cm의 손목 둘레의 사용자가 사용할 수 있도록 범위를 설정하였다. 에어마우스의 가동범위를 넓히기 위해 무선 통신 방식으로 구현하고, 장애인의 사용성을 높이기 위해 탈부착 메커니즘이 간편해야 한다.
+====목적계통도====
+[[파일:4-목적계통도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 14>목적계통도]]
+.편의성
+:직관성: 장애인이 마우스를 사용하면서 메커니즘이 직관적이고 간편해야 한다. 특히 탈부착 하는 부분은 다양한 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 설계한다.
+:조작성: 손 절단 장애인을 위해서 다른 손의 도움 없이 탈부착이 가능하다. 또한 거동이 불편할 수 있으므로 마우스의 무게는 가벼워야 하며 정확하고 빠른 키보드 입력을 위한 보조기기 사용이 가능하다.
+.기능성
+:정확성: 마우스 동작이 손목 움직임에 따라 정확해야 한다.
+:반응성: 마우스 입력을 했을 때 컴퓨터에서 반응하는 속도가 빨라야 한다.
+.안정성
+:유지보수성: 부품 교체가 원활히 가능해야 한다.
+.경제성
+:재료비: 저렴한 재료를 사용해 제품의 가격이 기존 보조기기에 비해 경쟁력 있어야 한다.
 ====설계 사양====
-내용
+[[파일:4-설계사양.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 15>설계 사양]]
 ===개념설계안===
-내용
+*전원 공급 방식
+[[파일:4-전원공급전지.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 16>전원 공급 방식]]
+*컴퓨터로의 신호 전달 방식
+[[파일:4-통신방식.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 17>통신 방식]]
+*탈부착 매커니즘
+[[파일:4-탈부착매커니즘.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 18>탈부착 매커니즘]]
+*장애인 전용 키보드 입력방식
+휴대폰 에어마우스 어플과 노트북 터치패드, 나무젓가락을 사용해 키보드 입력 방식을 시뮬레이션 해본 결과 다음과 같은 결과가 나왔다. 정확도는 100%를 기준으로 오타가 발생했을 경우 수정하여 문장 “안녕하세요”가 완성되는 시간을 측정했다.
+[[파일:4-장애인 키보드 입력방식.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 19>장애인 키보드 입력방식]]
+*평가 기준
+[[파일:4-평가기준.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 20>평가 기준]]
+*평가 내용
+[[파일:4-평가내용.png|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 21>평가 내용]]
+===상세설계 내용===
+====조립도====
+*에어마우스 조립도 및 분해도
+[[파일:4-에어마우스 조립도 및 분해도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 22>에어마우스 조립도 및 분해도]]
+*풋 스위치 조립도 및 분해도
+[[파일:4-풋 스위치 조립도 및 분해도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 23>풋 스위치 조립도 및 분해도]]
+*수신부 조립도 및 분해도
+[[파일:4-수신부 조립도 및 분해도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 24>수신부 조립도 및 분해도]]
+====조립 순서====
+*에어마우스 조립 순서
+[[파일:4-에어마우스 조립순서.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 25>에어마우스 조립 순서]]
+①	스프링 ② 캠 ③ 손목 하부 지지부 ④ 에어마우스 본체 ⑤ 센서 보드
+⑥ nRF24L01 ⑦ mpu6050 ⑧ 센서 커버 ⑨ 아두이노 나노 ⑩ 9V건전지 ⑪ 본체 커버
+[조립 순서]
-===이론적 계산 및 시뮬레이션===
+(1)	③ 손목 하부 지지부를 ④ 에어마우스 본체의 하부에 밀어 넣는다.
-내용
-===상세설계 내용===
+(2)	② 캠을 ④ 에어마우스 본체의 하부에 밀어 넣는다.
-내용
+(3)	① 스프링을 ④ 에어마우스 본체의 하부에 밀어 넣는다.
+(4)	⑪ 본체 커버를 ④ 에어마우스 본체의 하부에 결합시킨다.
+(5)	⑥ nRF24L01, ⑦ mpu6050, ⑨ 아두이노 나노, ⑩ 9V건전지를 ⑧ 센서 커버에 결합시킨다.
+(6)	⑤ 센서 보드를 ④ 에어마우스 본체의 옆면에 결합시킨다.
+(7)	⑧ 센서 커버를 ⑤ 센서 보드와 결합시킨다.
+*풋 스위치 조립 순서
+[[파일:4-풋 스위치 조립 순서.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 26>풋 스위치 조립 순서]]
+①	배터리 커버 ② 9V건전지 ③ 풋 스위치 본체 ④ 스위치 보드 ⑤ 스위치 ⑥ 스위치 커버 ⑦ 아두이노 레오나르도 ⑧ nRF24L01
+[조립 순서]
+(1)	③ 풋 스위치 본체에 ⑦ 아두이노 레오나르도를 결합한다.
+(2)	③ 풋 스위치 본체에 ⑧ nRF24L01와 ② 9V건전지를 결합한다.
+(3)	⑤ 스위치에 연결된 배선을 ④ 스위치 보드의 구멍을 통과시켜 연결한다.
+(4)	④ 스위치 보드를 ③ 풋 스위치 본체에 넣어 1층을 덮어 결합한다.
+(5)	⑤ 스위치를 ④ 스위치 보드에 결합한다.
+(6)	⑥ 스위치 커버를 ③ 풋 스위치 본체 위에 덮어 결합한다.
+(7)	① 배터리 커버를 닫는다.
+*수신부 조립 순서
+[[파일:4-수신부 조립 순서.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 27>수신부 조립 순서]]
+① 아두이노 레오나르도 ② 수신부 본체 ③ 수신부 커버
+[조립 순서]
+(1)	② 수신부 본체에 ①아두이노 레오나르도를 결합시킨다. 아두이노에 연결되어 있는 usb선을 본체에 있는 홈을 통해 밖으로 꺼낸다.
+(2)	② 수신 부 본체에 ③ 수신 부 커버를 결합시킨다.
+====부품도====
+*에어마우스 본체 및 본체 커버 부품도
+[[파일:4-에어마우스 본체 및 본체 커버 부품도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 28>에어마우스 본체 및 본체 커버 부품도]]
+*에어마우스 하부 손목 지지부 및 캠 부품도
+[[파일:4-에어마우스 하부 손목 지지부 및 캠 부품도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 29>에어마우스 하부 손목 지지부 및 캠 부품도]]
+*에어마우스 센서 보드 및 센서 커버 부품도
+[[파일:4-에어마우스 센서 보드 및 센서 커버 부품도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 30>에어마우스 센서 보드 및 센서 커버 부품도]]
+*풋 스위치 본체 및 스위치 보드 부품도
+[[파일:4-풋 스위치 본체 및 스위치 보드 부품도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 31>풋 스위치 본체 및 스위치 보드 부품도]]
+*풋 스위치 스위치 커버 및 배터리 커버 부품도
+[[파일:4-풋 스위치 스위치 커버 및 배터리 커버 부품도2.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 32>풋 스위치 스위치 커버 및 배터리 커버 부품도]]
+*수신부 몸체 및 수신부 커버 부품도
+[[파일:4-수신부 본체 및 수신부 커버 부품도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 33>수신부 본체 및 수신부 커버 부품도]]
+====제어부 및 회로설계====
+*에어마우스
+[[파일:4-에어마우스 회로도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 34>에어마우스 회로도]]
+에어 마우스의 회로도는 그림 22과 같다. MPU6050 센서를 통해 가속도 값을 읽은 뒤 아두이노 나노에 전달한다. 이후 마우스의 회전 속도를 구해 nRF24L01 모듈을 통해 마우스 커서의 변화량을 수신부로 전달한다. 각 부품들의 최대 전력 소비량을 고려했을 경우 약 90mA이며 9V 알칼라인 건전지를 사용해 약 5.5시간 이상 사용이 가능하다.
+*풋 스위치
+[[파일:4-풋 스위치 회로도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 35>풋 스위치 회로도]]
+마우스의 클릭 및 키보드 단축키를 담당하는 풋 스위치의 회로도는 그림 23와 같다. 버튼은 8개로 이루어져 있으며 Digital GPIO로 신호를 전달한다. 이후 nRF24L01 모듈을 통해 풋 스위치의 입력 신호를 수신부로 전달한다. 각 부품의 최대 전력 소비량은 약 110mA이며 마찬가지로 9V 알칼라인 건전지로 안전하게 전력 공급이 가능하며 약 4.5시간 이상 사용이 가능하다.
+*수신부
+[[파일:4-수신부 회로도.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 36>수신부 회로도]]
+송신부로부터 신호를 받아 컴퓨터로 신호를 전달하는 수신부의 회로도는 그림 24과 같다. 컴퓨터로부터 전력을 공급받는 동시에 레오나르도가 HID로 인식되어 키보드와 마우스 기능 제어가 가능하다.
+====소프트웨어 설계====
+*사용 시나리도
+[[파일:4-사용 시나리오.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 37>사용 시나리오]]
+*시퀀스 다이어그램
+[[파일:4-마우스 커서 시퀀스 다이어그램.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 38>마우스 커서 시퀀스 다이어그램]]
+에어마우스의 움직임을 감지하면 mpu6050 센서가 아두이노에 IMU data를 전달한다. 이후 마우스 커서 변화량을 계산한 값인 gyro_x와 gyro_z 값을 추출하고 RF 통신 모듈을 통해 수신기로 전달한다. 센서값의 노이즈를 칼만 필터를 사용하여 최소화하고 감도를 제어하기 위한 민감도를 설정하여 마우스 커서 제어에 도움을 준다.
+[[파일:4-클릭 시퀀스 다이어그램.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 39>클릭 시퀀스 다이어그램]]
+아두이노 버튼 모듈을 사용했을 때 스위치를 누른 상태가 High, 누르지 않은 상태가 Low로 인식된다. 버튼의 상태를 인식하고 수신기로 정보를 전달한다. 버튼의 상태를 업데이트 하는 것이기 때문에 각 버튼은 서로 독립적으로 작동하며 두 개 이상의 버튼을 동시에 인식할 수 있다. 수신기가 인식한 버튼 상태를 통해 컴퓨터의 마우스 클릭 및 키보드 단축키 입력을 제어할 수 있다.
+====자재소요서====
+[[파일:4-자재소요서.png|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 40>자재소요서]]
 ==결과 및 평가==
 ===완료 작품의 소개===
 ====프로토타입 사진 혹은 작동 장면====
-내용
+[[파일:에어마우스 프로토타입.png|가운데|300픽셀|섬네일|<Figure 41>프로토타입 사진]]
+[[파일:에어마우스 본체.png|가운데|300픽셀|섬네일|<Figure 42>에어마우스 사진]]
+[[파일:풋 스위치.png|가운데|300픽셀|섬네일|<Figure 43>풋 스위치 사진]]
+[[파일:수신부.png|가운데|300픽셀|섬네일|<Figure 44>수신부 사진]]
 ====포스터====
-내용
+[[파일:4-포스터.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 45>포스터]]
 ===관련사업비 내역서===
-내용
+[[파일:4-사업비내역서1.png|가운데]]
+[[파일:4-사업비내역서2.png|가운데]]
 ===완료작품의 평가===
-내용
+[[파일:4-완료작품평가.PNG|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 46>완료 작품의 평가]]
 ===향후계획===
-내용
+.	에어마우스 경량화
+:완료 작품 평가에서 무게에 대한 달성율이 65%로 완료되었다. 이는 에어마우스 외형을 출력하고 수정하며 센서보드의 위치가 수정된 영향이 크다고 판단된다. 이는 아두이노 나노를 확장보드에 연결하지 않고 사용한다면 센서의 크기가 크게 줄어들어 센서를 부착하는 위치를 바꿔 개선할 수 있다. 따라서 추후 분석과 최적화를 통해 센서 부착 위치를 바꿔 에어마우스의 외형을 단일화된 형태로 변형할 예정이다. 이에 따라 에어마우스를 경량화 하여 목표한 무게로 맞출 예정이다.
+.	구조 변화를 통해 편의성 증진
+:현재 제품 프로토타입에는 건전지 장착 후 전력 차단을 위한 별도의 on/off 기능 스위치가 존재하지 않다. 때문에 건전지 사용 중단 및 교체 시 볼트로 결합된 커버를 제거하는 번거로움이 있다. 이를 해소하기 위해 스위치를 통한 전원 on/off 기능을 추가할 예정이다. 또한 에어마우스의 사용 중 키보드를 타이핑하기 위해서는 탈착을 해야 하는 번거로움이 있다. 이를 해소하기 위해 에어마우스를 장착한 상태에서도 키보드를 타이핑할 수 있는 부착물을 추가하여 사용자가 컴퓨터 사용을 편리하게 할 수 있도록 한다.
+.	소프트웨어 최적화
+:MPU6050의 센서가 노이즈 값을 전달하며 마우스의 움직임이 실제 물리적 움직임에 비해 불안정하다. 사용자가 안정적인 에어마우스 사용을 위해서는 반드시 소프트웨어 최적화를 통해 마우스 성능을 향상해야 한다. 또한 에어마우스의 회전을 통한 좌클릭 및 우클릭 시 y축 회전을 통해 이루어지고 있는데 그 순간 x축과 z축의 회전도 인지하며 원하는 위치에서의 클릭이 불가능한 상태이다. 모션을 바꾸거나 기능을 삭제하고 다른 센서를 통해 간편하게 클릭을 구현하여 불편한 클릭을 개선할 예정이다.
 ===특허 출원 내용===
-내용
+[[파일:4-특허출원서.png|가운데|1000픽셀|섬네일|<Figure 47>특허 출원서]]

"4조-GPS"의 두 판 사이의 차이

2024년 12월 17일 (화) 11:12 기준 최신판

목차

프로젝트 개요

기술개발 과제

과제 팀명

지도교수

개발기간

구성원 소개

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

개발 과제의 배경 및 효과

개발 과제의 목표 및 내용

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

시장상황에 대한 분석

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품의 요구사항

목적계통도

설계 사양

개념설계안

상세설계 내용

조립도

조립 순서

부품도

제어부 및 회로설계

소프트웨어 설계

자재소요서

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

포스터

관련사업비 내역서

완료작품의 평가

향후계획

특허 출원 내용

둘러보기 메뉴

검색