KR100685782B1 - 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은, 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 무선통신(예: 무선 인터넷)을 통해 제어 서버와 연동하여 동작하는 URC(Ubiquitous Robotic Companion) 로봇에 있어서, 기능별로 처리 모듈을 분산시키고, 분산된 처리 모듈을 각기 다른 데이터 전송 속도를 가지는 연결수단(예: 버스)을 이용하여 연결함으로써, 확장성이 용이하고 대용량의 데이터 처리가 가능하며 실시간 제어가 가능하도록 하기 위한, 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치에 있어서, 외부 영상 입력수단과의 인터페이스를 처리하기 위한 영상 제어수단; 외부 음성 입력수단과의 인터페이스를 처리하기 위한 음성 제어수단; 외부 모션 구동수단과의 인터페이스를 처리하기 위한 모션 제어수단; 외부 센서와의 인터페이스를 처리하기 위한 센서 제어수단; 무선 정합 기능을 수행하며, 각 분산구조를 가지는 상기 각 제어수단들을 제어하기 위한 메인 제어수단; 및 분산구조를 가지는 상기 각 제어수단들과 상기 메인 제어수단을 각기 다른 전송 속도로 연결하기 위한 연결수단을 포함하되, 상기 메인 제어수단은, 상기 영상 제어수단 및 상기 음성 제어수단과 USB(Universal Serial Bus)를 통해 연결되고, 상기 모션 제어수단 및 상기 센서 제어수단과 CAN(Control Area Network) 버스를 통해 연결되는 것을 특징으로 함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 네트워크 로봇 등에 이용됨.
분산구조, 네트워크 로봇, 고속의 대용량 버스, 저속의 소용량 버스

Description

분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치{Control apparatus of network robot having a distributing structure}
도 1 은 본 발명에 따른 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 분산구조의 제어 장치를 구비한 네트워크 로봇의 일실시예 기능 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치의 인터페이스 구조를 나타내는 일예시도,
도 4 는 본 발명에 따른 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치의 동작 설명도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 영상 제어부 12 : 음성 제어부
13 : 모션 제어부 14 : 센서 제어부
15 : 메인 제어부
본 발명은 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선통신(예: 무선 인터넷)을 통해 제어 서버와 연동하여 동작하는 URC(Ubiquitous Robotic Companion) 로봇에 있어서, 기능별로 처리 모듈을 분산시키고, 분산된 처리 모듈을 각기 다른 데이터 전송 속도를 가지는 연결수단(예: 버스)을 이용하여 연결함으로써, 확장성이 용이하고 대용량의 데이터 처리가 가능하며 실시간 제어가 가능하도록 하기 위한, 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치에 관한 것이다.
URC 로봇은 다양한 서비스를 저가로 제공하는 서로 상반되는 요구조건을 만족하기 위해, 현재 국내의 네트워크 인프라, 서비스 기술 등에 장점을 갖고 있는 xDSL(x Digital Subscriber Line) 및 FTTH(Fiber-To-The Home) 기반의 초고속 네트워크 기능을 최대한 활용하여, 기존 기술과는 달리 로봇 대부분의 기능을 URC 서버에 분산하는 새로운 시스템 구조를 갖고, URC 로봇(클라이언트)의 구성을 최대한 단순화한 재구성 네트워크 터미널(Re-configurable Networked Terminal)의 형태로 URC 단말이 개발되어야 한다.
URC 로봇은 서비스를 원하는 사용자가 단말을 찾아가는 기존의 개념에서 올-아이피(All-IP) 네트워크로 진화중에 있는 유비쿼터스(Ubiquitous) 환경에 걸맞게 사용자를 찾아서 최적의 서비스를 제공하는 네트워크 기반 IMT(Intelligent Movable Terminal)을 구현하는 제반 하드웨어, 소프트웨어 핵심 기반 기술을 저가로 표준화된 인터페이스를 통해 제공하는 집합체로 볼 수 있다.
일반적으로, 로봇은 네트워크와 연결되지 않는 독립적인 휴머노이드(Humanoid) 형태로 개발이 진행되어 왔다. 이러한 구조는 지금까지의 개발로 보아서 편의성 및 서비스 접근성에 취약하다. 이를 위하여 현재 국내에서 진행되고 있는 로봇과제의 일환으로 보다 쉽게 제어할 수 있고 국내 환경에 적합한 네트워크 로봇의 개발이 시작되고 있다.
그러나, 로봇의 내부 제어구조는 아직 표준화된 것이 없으며 어떠한 성능의 필요성도 제기된 것이 없는 상태이다. 따라서, 다양한 형태로 존재하는 네트워크 연결을 로봇에 접목할 경우에 로봇제어의 복잡성과 개발의 난해성이 발생할 수 있다.
한편, 네트워크 로봇에 대한 종래의 기술로, "2002년 11월 13일 삼성전자주식회사에서 출원한 국내특허 10-2002-0070444호(발명의 명칭: 홈서버를 이용하는 홈로봇 및 이를 포함하는 홈네트워크시스템)에는 홈서버를 이용하는 홈로봇을 제작하고, 사용자가 홈로봇에게 어떠한 음성 명령을 내리면, 홈로봇에서는 그 음성 명령을 단순히 A/D 변환하여 홈서버에 전송하고, 홈서버에서 그 음성 명령을 해석하고, 그에 대한 응답을 음성으로 생성하여 홈로봇에 전송하면, 홈로봇은 홈서버로부터 전달받은 음성을 스피커를 통하여 재생하기 위한, 홈서버를 이용하는 홈로봇 및 이를 포함하는 홈네트워크시스템을 제시하고 있는데, 이러한 종래의 방식은 홈로봇 내의 각 처리장치를 단일 제어장치가 일괄 제어하는 집중화 방식으로, 새로운 기능 의 추가시 제어장치의 전체 기능을 수정해야 하기 때문에 확장이 용이하지 않은 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술은 단일 구조를 가지는 제어장치로 인하여 한정된 자원을 사용할 수밖에 없기 때문에, 높은 프로세싱 능력을 필요로 하는 영상처리부 등을 제어하기 위해서는 고속 대용량의 제어장치를 구비해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 무선통신(예: 무선 인터넷)을 통해 제어 서버와 연동하여 동작하는 URC(Ubiquitous Robotic Companion) 로봇에 있어서, 기능별로 처리 모듈을 분산시키고, 분산된 처리 모듈을 각기 다른 데이터 전송 속도를 가지는 연결수단(예: 버스)을 이용하여 연결함으로써, 확장성이 용이하고 대용량의 데이터 처리가 가능하며 실시간 제어가 가능하도록 하기 위한, 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치에 있어서, 외부 영상 입력수단과의 인터페이스를 처리하기 위한 영상 제어수단; 외부 음성 입력수단과의 인터페이스를 처리하기 위한 음성 제어수단; 외부 모션 구동수단과의 인터페이스를 처리하기 위한 모션 제어수단; 외부 센서와의 인터페이스를 처리하기 위한 센서 제어수단; 무선 정합 기능을 수행하며, 각 분산구조를 가지는 상기 각 제어수단들을 제어하기 위한 메인 제어수단; 및 분산구조를 가지는 상기 각 제어수단들과 상기 메인 제어수단을 각기 다른 전송 속도로 연결하기 위한 연결수단을 포함하되, 상기 메인 제어수단은, 상기 영상 제어수단 및 상기 음성 제어수단과 USB(Universal Serial Bus)를 통해 연결되고, 상기 모션 제어수단 및 상기 센서 제어수단과 CAN(Control Area Network) 버스를 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 로봇 내부에 장착되어 무선으로 액세스 포인트(AP:Access Point)에 접속함으로써, 외부의 사용자가 사무실이나 가정에서 무선 인터넷을 통해 로봇제어 및 각종 서비스를 제공받을 수 있다.
또한, 본 발명은 IEEE 802.11 a/b/g기능을 수행하고 고속 인터페이스를 수용하기 위한 고속(High Speed) USB(Universal Serial Bus) 블록을 이용한다.
또한, 본 발명은 고속 USB 2.0을 사용함으로써 내부 네트워크 및 외부 인터페이스를 단순화시키고, CAN(Control Area Network) 인터페이스를 사용함으로써 로봇에 필요한 제어부의 네트워크 기능을 단일화한다.
또한, 본 발명은 고속 및 대용량의 데이터 통신을 가능하게 하고 로봇 제어의 다양성을 하나로 통합하여 저가의 로봇 시스템을 구성할 수 있도록 한다. 특히, 단순화 구조로 SoC(System On Chip)에 대한 변환을 가볍게 할 수 있고 자체 기능으로도 멀티미디어(Multi-Media) 기능을 수용함으로써, 사용자의 다양한 요구에 부합 할 수 있도록 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치는, 고속의 대용량 버스(V I/F)를 통해 메인 제어부(15)와 연결되며, 영상 입력부와의 인터페이스를 처리하기 위한 영상 제어부(11), 고속의 대용량 버스(A I/F)를 통해 메인 제어부(15)와 연결되며, 음성 입력부와의 인터페이스를 처리하기 위한 음성 제어부(12), 저속의 소용량 버스(C I/F)를 통해 메인 제어부(15)와 연결되며, 모션 구동부와의 인터페이스를 처리하기 위한 모션 제어부(13), 저속의 소용량 버스(S I/F)를 통해 메인 제어부(15)와 연결되며, 센서와의 인터페이스를 처리하기 위한 센서 제어부(14), 및 무선랜 정합 기능을 수행하며, 버스를 통해 연결되어 있는 상기 각 구성요소들을 제어하기 위한 메인 제어부(15)를 포함한다.
여기서, 상기 고속의 전송 버스는 일예로 USB 2.0이 바람직하며, 저속의 전 송 버스는 일예로 CAN 2.0이 바람직하다.
또한, 상기 버스(V I/F)는 영상 제어부(11)와 메인 제어부(15) 사이의 대용량 영상 데이터 및 상기 영상 제어부(11)의 제어를 위한 제어(Control) 신호의 송수신 경로를 지원하며, USB 2.0을 통해 480Mbps 정도의 전송 속도를 제공한다.
또한, 상기 버스(A I/F)는 음성 제어부(12)와 메인 제어부(15) 사이의 음원 추적 및 음성인식을 위한 오디오 데이터와 상기 음성 제어부(11)의 제어를 위한 제어 신호의 송수신 경로를 지원하며, USB 2.0을 통해 480Mbps 정도의 전송 속도를 제공한다.
또한, 상기 버스(C I/F)는 모션 제어부(13)의 제어를 위한 제어 신호의 송수신 경로를 지원하며, CAN 2.0을 통해 1Mbps 정도의 전송 속도를 제공한다.
또한, 상기 버스(S I/F)는 다수의 센서 제어부(14)와 메인 제어부(15) 사이의 센서 정보와 상기 다수의 센서 제어부(14)의 제어를 위한 제어 신호의 경로를 지원하며, CAN 2.0을 통해 1Mbps 정도의 전송 속도를 제공한다.
도 2 는 본 발명에 따른 분산구조의 제어 장치를 구비한 네트워크 로봇의 일실시예 기능 구성도이다.
먼저, 지그비(ZigBee)/RS-232(21)는 UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) 인터페이스(I/F)를 통해 제어 장치(20)의 메인 제어부(15)와 연결된다.
그리고, 이더넷 접속부(22)는 고속의 통신 기능을 가지는 이더넷 장치와의 인터페이스를 제공하며, 제어 장치(20)의 메인 제어부(15)와 연결된다.
그리고, 초기화부(23)는 분산구조의 제어 장치를 구비한 네트워크 로봇을 초기화시키며, 제어 장치(20)의 메인 제어부(15)와 연결된다. 또한, 초기화부(23)는 클럭(Clock) 제공부와 메모리(Memory)를 구비한다(도면에 도시되지 않음).
그리고, 고용량 데이터 입출력부(24)는 고용량의 데이터를 입출력하는 장치와의 인터페이스를 제공하며, USB 인터페이스를 통해 제어 장치(20)의 영상 제어부(11)와 연결된다.
여기서, 상기 고용량 데이터 입출력부(24)는 일예로 무선랜 접속부, 영상입력 접속부, 오디오입출력 접속부를 포함한다. 여기서, 무선랜 접속부는 IEEE 802.11 a/b/g의 상용모듈을 사용할 수 있는 구조를 가지며 실제 URC 서버와 URC 로봇 사이의 통신 기능을 제공하고, 영상입력 접속부는 영상정보를 입력받는 기능을 제공하며, 오디오입출력 접속부는 음성 관련 데이터를 전송 및 스피커로 출력하는 기능을 제공한다.
그리고, 소용량 데이터 입출력부(25)는 소용량의 데이터를 입출력하는 장치와의 인터페이스를 제공하며, CAN 인터페이스를 통해 제어 장치(20)의 음성 제어부(12)와 연결된다. 이러한 구조는 네트워크를 단일화시키는 기능을 한다.
여기서, 상기 소용량 데이터 입출력부(25)는 센서로부터 전달되는 데이터를 입력받기 위한 센서 접속부와 모터의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 입출력하기 위한 모터 제어 접속부를 포함한다.
그리고, LCD/터치 스크린(26)은 URC 로봇(클라이언트)의 자체 서비스를 수용하여 사용자에게 모니터 및 터치 제어 서비스를 제공하며, 자체 포트를 통해 제어 장치(20)의 음성 제어부(12)와 연결된다.
그리고, 영상 출력부(27)는 LCD/터치 스크린(26)과 포트를 공유하며 네트워크 로봇이 받는 영상 데이터를 화면이나 프로젝터로 출력시키는 기능을 제공한다.
그리고, CMOS 센서 접속부(28)는 URC 로봇의 자체 서비스를 수용하여 사용자에게 화상입력 정보를 제공하거나 URC 서버로 전송하는 기능을 제공한다.
그리고, 지그비(ZigBee) 접속부(29)는 URC 로봇이 자체적으로 다른 소자를 리모트 콘트롤할 수 있는 장치와의 인터페이스를 제공한다.
도 3 은 본 발명에 따른 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치의 인터페이스 구조를 나타내는 일예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치는, 프로그램이 기본적으로 동작할 수 있도록 메모리, 초기화 기능을 수행하는 초기화부 및 디코딩 기능을 수행하는 디코더를 포함하고, 그 외에 장치는 버스를 통해 분산 구조로 구성한다. 이렇게 함으로써, 가격별/기능별 사용이 가능하며 개발자가 원하는 프로세서 모듈을 선택하여 사용할 수 있도록 한다.
즉, 저속의 USB, UART/적외선 인터페이스, CMOS 센서 인터페이스는 일반화/규격화된 직렬 통신 버스를 통해 제어 장치와 연결된다. 따라서, 어떠한 기능 프로세서가 탑재되더라도 사용할 수 있도록 구조화한다.
또한, 이더넷 인터페이스, 고속의 USB, CAN 인터페이스, 오디오 인터페이스는 고속의 대용량 버스를 통해 제어 장치와 연결된다. 이 때, 고속의 대용량 버스는 어드레스 버스, 데이터 버스, 제어 버스, 메모리 데이터 입출력 버스, 입출력 장치와의 연결 버스 등을 포함한다.
도 4 는 본 발명에 따른 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치의 동작 설명도이다.
① 영상에 대한 입력 정보를 받는다.
② 음성에 대한 입력 정보를 받는다.
③ 영상 및 음성에 대한 정보를 하나의 데이터로 결합하여 데이터 누적 완충 장치로 전송한다.
여기서, 데이터 누적 완충 장치는 고속의 프로세서와 저속의 입력장치 간에 동작의 자율성을 보장한다. 예를 들어, 제어 장치의 동작이 각 입력장치에 종속될 경우 시스템 기능 자체의 성능 저하가 발생된다. 상기 데이터 누적 완충 장치를 이용하여 입력 장치의 데이터가 입력될 경우도 프로세서는 다른 기능을 수행하면서 어느 시점에서만 누적된 데이터를 일시에 읽어 갈 수 있는 모드(예 : 버스트 모드(Burst Mode))를 구동한다.
⑤ 무선랜 인터페이스와 시스템의 메모리 사이의 데이터 전송을 나타내며 ①②⑧⑩입력 데이터를 최종적으로 출력한다.
⑥ 무선랜을 통하여 입력되는 포트를 제공한다.
⑦ ⑧로 입출력되는 데이터를 메모리로 이동시키는 경로를 제공한다.
⑧ 센서 데이터를 입출력한다.
⑨ ⑩으로 입출력되는 데이터를 메모리로 이동시키는 경로를 제공한다.
⑩ 모터(Motor) 데이터를 입출력한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 무선통신(예: 무선 인터넷)을 통해 제어 서버와 연동하여 동작하는 URC(Ubiquitous Robotic Companion) 로봇에 있어서, 기능별로 처리 모듈을 분산시키고, 분산된 처리 모듈을 각기 다른 데이터 전송 속도를 가지는 연결수단(예: 버스)을 이용하여 연결함으로써, 확장성이 용이하고 대용량의 데이터 처리가 가능하며 실시간 제어가 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치에 있어서,
    외부 영상 입력수단과의 인터페이스를 처리하기 위한 영상 제어수단;
    외부 음성 입력수단과의 인터페이스를 처리하기 위한 음성 제어수단;
    외부 모션 구동수단과의 인터페이스를 처리하기 위한 모션 제어수단;
    외부 센서와의 인터페이스를 처리하기 위한 센서 제어수단;
    무선 정합 기능을 수행하며, 각 분산구조를 가지는 상기 각 제어수단들을 제어하기 위한 메인 제어수단; 및
    분산구조를 가지는 상기 각 제어수단들과 상기 메인 제어수단을 각기 다른 전송 속도로 연결하기 위한 연결수단을 포함하되,
    상기 메인 제어수단은,
    상기 영상 제어수단 및 상기 음성 제어수단과 USB(Universal Serial Bus)를 통해 연결되고, 상기 모션 제어수단 및 상기 센서 제어수단과 CAN(Control Area Network) 버스를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 분산구조를 가지는 네트워크 로봇의 제어 장치.
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