KR101323147B1 - 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치 - Google Patents

거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2축 회동이 가능한 거울 로봇을 이용하여 빛이 거울을 통해 입사되는 각도와 반사되는 각도 사이의 관계와 빛의 반사 경로를 손쉽게 학습할 수 있는 반사 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치에 관한 것이다.

Description

거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치 {Observation Device Of Light Property Using Mirror Robot}
본 발명은 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2축 회동이 가능한 거울 로봇을 이용하여 빛이 거울을 통해 입사되는 각도와 반사되는 각도 사이의 관계와 빛의 반사 경로를 손쉽게 학습할 수 있는 반사 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치에 관한 것이다.
일반적으로 빛은 같은 물질내에서 직진하는 성질을 가지며, 다른 문질의 경계면에 부딪칠 경우 반사되거나 굴절되는 특성을 가진다.
특히, 거울과 같은 반사 물질에 빛이 부딪힐 경우 상기 거울면에 반사되며, 입사각과 반사각은 거울면에 수직인 법선을 기준으로 동일한 각도를 가지고 반사된다.
상기와 같은 빛의 특성은 물리 및 광학 분야에서 가장 핵심적이며 기초가되는 교과과정 임에도 서적 등을 통해 이론적으로만 학습이 가능하고, 학생이 빛의 특성을 직접 체감하면서 학습할 수 있는 학습 교구는 전무한 실정이므로 학생의 ㅊ창의력 개발과 학습 이해도에 한계가 존재하는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 자유로운 2축 이동이 가능한 거울 로봇의 이동을 제어하여 빛이 다양한 입사각에 따라 어떻게 반사되는지를 직접 체감할 수 있으며, 상기 거울 로봇과 동기화된 멀티미디어 환경을 통해 이해도를 더욱 배가시킬 수 있는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치는 빛을 발생시켜 출사하는 광원부와 2축 회동이 가능하게 형성되어 상기 광원부로부터 출사된 빛을 반사시키는 거울 로봇과 상기 광원부 및 거울 로봇과 동기화된 가상 빛과 가상 거울을 통한 빛의 경로를 생성하여 제공하는 가상 멀티미디어 및 상기 거울 로봇의 조건을 설정하고, 가상 멀티미디어의 환경 설정 및 결과 출력을 제어하는 통합 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광원부는 빛의 경로를 육안으로 확인할 수 있도록 직진성을 구비한 레이저 광을 광원으로 출사시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원부는 복수 개의 광을 다른 각도로 출사시키는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 거울 로봇은 평면거울, 볼록거울 및 오목거울 중 선택된 하나의 거울 또는 2 이상의 거울들이 조합되어 형성된 거울과 상기 거울을 2축 이동시키는 구동부와 상기 거울을 고정하는 프레임과 상기 구동부의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동부는 상기 거울을 2축 방향으로 회동시키기 위한 2개의 구동 모듈을 포함하여 구성되고, 상기 프레임 양 측면 사이에서 수평 방향으로 연결된 수평 축과 상기 수평 축과 연결된 제 1 서보 모터를 포함하여 상기 프레임과 결합된 거울을 제 1 축 방향으로 회동시키는 제 1 구동 모듈과, 상기 프레임 하면에서 수직 방향으로 연결된 수직 축과 상기 수직 축과 연결된 제 2 서보 모터를 포함하여 상기 거울이 결합된 프레임을 제 2 축 방향으로 회동하는 제 2 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 컨트롤러는 상기 통합 제어기로부터 거울 조절 신호를 수신하는 통신모듈과 상기 통합 제어기로부터 수신된 거울 조절 신호에 따라 구동부에 제어 신호를 생성하여 상기 거울의 2축 회동을 제어하는 거울 제어모듈과 상기 광원부의 턴온 및 빛의 세기를 조절하는 광원 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통합 제어기는 학습자가 원하는 조건을 입력받아 입력 조건을 설정하는 인터페이스를 제공하는 UI 조건 설정부와 상기 UI 조건 설정부를 통해 설정된 입력 조건에 따라 거울 조절 정보를 산출하는 거울 조절 정보 생성부와 상기 거울 조절부로부터 산출된 거울 조절 정보를 상기 거울 로봇으로 전송하는 통신부와 상기 거울 조절 정보에 따라 상기 거울 로봇과 동기화된 가상 거울의 이동에 따른 가상 거울에 반사되는 빛의 특성 변화를 관찰할 수 있는 인터페이스를 제공하는 가상 멀티미디어 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 UI 조건 설정부는 학습자가 원하는 거울의 입력 조건(입사 방향, 입사각)을 설정하는 인터페이스를 제공하고, 상기 거울 조절 정보 생성부는 상기 설정된 입력 조건의 반사 환경에 맞는 거울 조절 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 UI 조건 설정부가 학습자가 거울 로봇의 구동부를 직접 제어하여 회동시키는 입력 조작 장치로 구성될 경우 상기 학습자가 입력 조작 장치를 직접 이동시켜 생성한 입력 조건이 거울을 회동시키는 거울 조절 정보가 되므로 거울 조절 정보 생성부의 구성은 생략될 수 있다.
그리고 가상 멀티미디어 제어부는 상기 컨트롤러에서 제어 신호가 가상 멀티미디어 제어부에 전송되면 상기 제어 신호에 동기화되어 멀티미디어 상에 생성된 가상 거울을 이동시키고, 상기 가상 거울이 이동하면 가상 빛이 상기 가상 거울에 입사되는 입사각도와 반사되어 출사되는 반사각도의 관계를 2D 또는 3D 그래픽으로 가상 멀티미디어를 통해 출력하여 학습자에게 제공하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 학습용 게임 인터페이스로서, 복수 개의 타겟이 형성된 타겟 보드와 상기 거울 로봇의 이동을 제어하여 빛의 반사를 통해 상기 타겟을 명중시키도록 제어하는 조작부와 상기 게임을 제공하고, 게임 프로그램을 관리하는 게임 제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 타겟 보드는 보드 프레임과 상기 보드 프레임 상에 규칙적 또는 불규칙적으로 배치된 복수 개의 타겟과 통합 제어기로부터 전송된 타겟 제어 신호에 따라 특정 타겟을 발광시키고, 상기 특정 타겟으로부터 설정 시간 내에 수광 감지신호가 수신되면 이를 통합 제어기로 전송하는 게임 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 타겟 보드는 빛의 반사를 이용해서 타겟을 명중시키는 방식이므로 상기 거울과 대향하는 면에 배치되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 타겟 각각은 지정된 타겟을 표시하기 위해 광을 출사하는 발광모듈과 광원부로부터 출사되어 거울 로봇을 통해 반사되는 빛을 수광하여 감지하는 수광 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 게임 제공부는 게임의 난이도를 선택하는 조건 설정모듈과 선택된 게임 난이도에 따라 제공될 게임 프로그램을 데이터베이스로부터 추출하고, 상기 게임의 설정에 따른 타겟 제어 신호를 상기 타겟 보드로 전송하고, 게임 화면을 가상 멀티미디어를 통해 제공하는 게임 제어모듈과 상기 게임 통신부로부터 수신된 수광 감지신호에 따라 점수를 산출하는 점수 산출 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치는 자유로운 2축 이동이 가능한 거울 로봇의 이동을 제어하여 빛이 다양한 입사각에 따라 어떻게 반사되어 출사되는지에 대한 특성을 직접 체감할 수 있으며, 동시에 상기 거울 로봇과 동기화된 가상 거울 및 빛 반사 특성의 이론 설명을 포함하는 멀티미디어 환경을 통해 학습의 몰입도 및 이해도를 더욱 배가시켜 학습 효과를 높일 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치를 개략적으로 도시한 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 상세 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평면 거울 조절에 따른 반사 특성을 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 볼록 거울 조절에 따른 반사 특성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게임 인터페이스 구성을 포함하는 빛 특성 관찰 장치를 개략적으로 도시한 장치 구성도이고, 도 6은 도 5의 상세 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 빛 특성 관찰 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치를 개략적으로 도시한 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 상세 블럭도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 빛 특성 관찰 장치는 빛을 발생시켜 출사하는 광원부(20)와 2축 이동이 가능하게 형성되어 상기 광원부로부터 출사된 빛을 반사시켜 출사하는 거울 로봇(10)과 상기 광원부 및 거울 로봇과 동기화된 가상 빛과 가상 거울을 통한 빛의 경로를 생성하여 제공하는 가상 멀티미디어(30) 및 상기 거울 로봇의 조건을 설정하고, 가상 멀티미디어의 환경 설정 및 결과 출력을 제어하는 통합 제어기(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 광원부(20)는 빛이 거울에 반사되어 출사되는 경로를 확인할 수 있도록 빛을 발생시켜 상기 거울 로봇의 거울에 반사시키는 역할을 담당한다.
상기 광원부(20)는 빛의 경로를 육안으로 확인할 수 있도록 직진성이 뛰어난 레이저 광을 생성하여 출사하는 레이저 발생기로 구성될 수 있다.
상기 광원부(20)는 단일의 광원으로 구성될 수 있으나, 입사각에 따른 반사각의 변화 차이를 비교 관찰하기 위해서 다른 각도로 입사되는 2개 이상의 광원으로 구성될 수 있다.
그리고 상기 거울 로봇(10)은 거울(110)과 상기 거울을 2축 이동시키는 구동부(120)와 상기 거울을 고정하는 프레임(130)과 상기 구동부의 구동을 제어하는 컨트롤러(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 거울(110)은 학습자가 초급 수준인 경우 평면 거울로 구성될 수 있으며, 중급 수준인 경우 볼록 거울 또는 오목 거울로 구성될 수 있다.
그리고 상기 거울(110)은 평면 거울, 볼록 거울 및 오목 거울 중 선택된 2개 이상이 조합된 형태로 구성될 수 있다.
이 경우, 초급 교육을 위해서는 평면 거울 부분을 이용하여 반사 특성을 관찰하고, 중급 또는 고급 교육을 위해서는 볼록 또는 오목 거울 부분을 이용하여 반사 특성을 관찰할 수 있다.
그리고 상기 구동부(120)는 상기 거울을 2축 방향으로 회동시키기 위한 2개의 구동 모듈을 포함하여 구성될 수 있으며, 제 1 구동 모듈(121)은 상기 프레임과 결합된 거울을 제 1 축 방향으로 회동하고, 제 2 구동 모듈(122)은 상기 거울이 결합된 프레임을 제 2 축 방향으로 회동하도록 구성될 수 있다.
따라서, 상기 제 1 및 2 구동 모듈(121, 122)을 제어하여 상기 거울(110)을 2축으로 회동시켜 제어할 수 있다.
상기 제 1 구동 모듈(121)은 상기 프레임 양 측면 사이에서 수평 방향으로 연결된 수평 축과 상기 수평 축과 연결된 제 1 서보 모터를 포함하여 구성될 수 있고, 제 2 구동 모듈(122)은 상기 프레임 하면에서 수직 방향으로 연결된 수직 축과 상기 수직 축과 연결된 제 2 서보 모터를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 상기 컨트롤러(140)는 상기 제 1 및 2 구동 모듈의 회동을 제어하여 상기 거울의 2축 이동을 제어하는 역할을 담당한다.
상기 컨트롤러(140)는 상기 통합 제어기(40)로부터 거울 조절 신호를 수신하는 통신모듈(141)과 상기 통합 제어기(40)로부터 수신된 거울 조절 정보에 따라 상기 거울의 2축 이동을 제어하는 거울 제어모듈(142)과 상기 광원부의 턴온 및 빛의 세기를 조절하는 광원 제어모듈(143)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 광원 제어모듈(143)은 주변 휘도에 따라 출사되는 광의 출력을 가감 제어할 수 있다.
여기서, 상기 통신모듈은 상기 통합 제어기의 통신부와 유, 무선망을 통해 연결될 수 있다. 무선망을 이용하는 경우 블루투스, 지그비, RF 등의 근거리 무선 통신이 이용될 수 있다.
그리고 상기 가상 멀티미디어는 상기 광원부에서 출사된 빛에 대응되는 가상 빛을 생성하고, 상기 거울 로봇의 이동 및 움직임과 동기화된 가상 거울을 생성하여 상기 가상 빛이 상기 가상 거울에 반사되어 출사되는 빛의 경로와 이론적 설명을 2D 또는 3D로 생성하여 학습자에게 제공하는 역할을 담당한다.
따라서, 학습자는 거울 로봇을 통해 실제 빛의 반사 경로를 직접 확인하면서, 가상 멀티미디어를 통해 정확한 이론적 내용을 학습할 수 있으므로 학습 효과를 높일 수 있다.
그리고 통합 제어기(40)는 학습자가 원하는 조건을 입력받아 입력 조건을 설정하는 인터페이스를 제공하는 UI 조건 설정부(410)와 상기 UI 조건 설정부를 통해 설정된 입력 조건에 따라 거울 조절 정보를 산출하는 거울 조절 정보 생성부(420)와 상기 거울 조절 정보 생성부로부터 산출된 거울 조절 정보를 상기 거울 로봇으로 전송하는 통신부(430)와 상기 거울 조절 정보에 따라 상기 거울 로봇과 동기화된 가상 거울의 이동에 따른 가상 거울에 반사되는 빛의 특성 변화를 관찰할 수 있는 인터페이스를 제공하는 가상 멀티미디어 제어부(440) 및 거울 조절에 따른 반사 또는 굴절되는 빛의 특성 정보를 저장하는 데이터 베이스(450)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 UI 조건 설정부(410)는 학습자가 원하는 거울의 입력 조건을 설정하는 역할을 담당하고, 학습자가 빛이 방향과 거울로 입사되는 입사각을 직접 설정할 수 있는 인터페이스를 제공한다.
예를 들어, 상부 방향으로 45도 각도의 입사각으로 거울에 입사된다고 조건을 설정할 수 있다.
상기와 같이 UI 조건 설정부(410)에 따라 입력 조건이 설정되면 상기 거울 조절 정보 생성부(420)는 상기 반사 조건에 따른 거울 조절 정보를 산출한다.
본 발명에 따른 빛 특성 관찰 장치는 광원부(20)가 고정 설치되고, 거울 로봇(10)이 2축 회동하는 구조이므로 상기 고정된 광원부에 상대적으로 거울 로봇이 이동되도록 조절된다.
따라서, 광원부가 빛을 출사하는 기준점이 설정되면 상기 기준점에 상대적으로 거울 로봇을 이동시켜 거울의 위치와 각도를 조절하게 된다.
도 3의 (a)와 같이 광원부의 빛이 거울 중심을 향하고 있다고 가정할 경우, 상기 학습자가 상부 방향으로 45도 각도의 입사각으로 거울에 입사된다고 반사 조건을 설정할 경우 상기 거울을 도 3의 (b)와 같이 45도 만큼 거울을 제 2 축 방향으로 하부로 회동시켜야 한다.
상기 거울이 볼록 거울로 구성될 경우 도 4와 같이 거울의 위치와 각도를 조절할 수 있다.
따라서, 상기 반사 조건에 따른 거울 조절 정보는 제 2 구동 모듈(122)을 구동시켜 45만큼 하부로 회동시키는 것이된다.
한편, 상기 UI 조건 설정부(410)는 학습자가 거울 로봇의 구동부를 직접 제어할 수 있는 조이스틱과 같은 입력 조작 장치로 구성될 수 있다.
이 경우 , 상기 UI 조건 설정부(410)에서 학습자에 의해 조작 입력된 정보가 직접 거울 로봇의 구동부를 구동하는 거울 조절 정보로 작용할 수 있으므로, 입력 조건을 거울 조절 정보로 변환할 필요가 없으므로 상기 거울 조절 정보 생성부(420)의 구성은 생략될 수 있다.
상기와 같이 거울 조절 정보가 산출되면 통신부(430)가 상기 거울 조절 정보를 거울 로봇의 컨트롤러(140)에 전송한다.
상기 컨트롤러(140)는 상기 거울 조절 정보에 따라 구동부에 제어 신호를 생성하여 상기 거울을 이동시킨다. 여기서, 상기 컨트롤러(140)의 제어 신호는 동시에 가상 멀티미디어 제어부(440)에 전송되므로 상기 거울 로봇의 이동과 동기화되어 가상 거울도 이동하게 된다.
상기 컨트롤러(140)에서 제어 신호가 가상 멀티미디어 제어부(440)에 전송되면 상기 제어 신호에 동기화되어 멀티미디어 상에 생성된 가상 거울을 이동시키게 된다.
여기서, 상기 가상 멀티미디어 제어부(440)는 상기 가상 거울이 이동하면 가상 빛이 상기 가상 거울에 입사되는 입사각도와 반사되어 출사되는 반사각도의 관계를 출력하여 학습자에게 제공하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 거울 로봇의 컨트롤러(140)로부터 제어 신호를 동시에 전송받아 상기 거울의 이동을 2D 또는 3D 그래픽 데이터로 변환하여 상기 거울의 이동과 동기화하여 가상 거울을 멀티미디어 켄텐츠로 구현하게 된다.
그리고 상기 가상 멀티미디어 제어부(440)는 설정된 조건에 따른 거울의 각도 변화에 따른 빛의 각도 변화를 시뮬레이션하여 학습자에게 제공할 수 있으므로 빛 특성 변화를 실시간으로 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치는 빛을 거울에 반사시켜 타겟을 명중시키는 학습용 게임 인터페이스를 제공하는 구성을 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 게임 인터페이스 구성을 포함하는 빛 특성 관찰 장치를 개략적으로 도시한 장치 구성도이고, 도 6은 도 5의 상세 블럭도이다.
도 5 및 6을 참조하면, 본 발명에 따른 빛 특성 관찰 장치는 빛의 반사 특성에 대한 교육 효과를 높이기 위한 학습용 게임 인터페이스 구성으로 타겟 보드(50)와 통합 제어기의 게임 제공부(460) 및 상기 거울 로봇의 이동을 제어하는 조작부(60)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 타겟 보드(50)는 학습자가 반사 거울을 이용해서 명중시켜야 하는 타겟이 지정되는 게임 보드 역할을 담당하고, 상기 타겟 보드는 빛의 반사를 이용해서 타겟을 명중시키는 방식이므로 상기 거울과 대향하는 면에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 타겟 보드(50)는 보드 프레임(510)과 상기 보드 프레임 상에 규칙적 또는 불규칙적으로 배치된 복수 개의 타겟(520)과 통합 제어기로부터 전송된 타겟 제어 신호에 따라 특정 타겟을 발광시키고, 상기 특정 타겟으로부터 설정 시간 내에 수광 감지신호가 수신되면 이를 통합 제어기로 전송하는 게임 통신부(530)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 타겟(520) 각각은 지정된 타겟을 표시하기 위해 광을 출사하는 발광모듈과 광원부로부터 출사되어 거울 로봇을 통해 반사되는 빛을 수광하여 감지하는 수광 센서를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 타겟은 증강 현실을 구현하는 AR 마커로 표시될 수 있다.
그리고 상기 게임 제공부(460)는 통합 제어기에 설치되고, 학습자가 게임 메뉴를 선택할 경우 활성화되어 학습자에게 게임 인터페이스를 제공하는 역할을 담당한다.
상기 게임 제공부(460)는 게임의 난이도를 선택하는 조건 설정모듈과 선택된 게임 난이도에 따라 제공될 게임 프로그램을 데이터베이스로부터 추출하고, 상기 게임의 설정에 따른 타겟 제어 신호를 상기 타겟 보드로 전송하고, 게임 화면을 가상 멀티미디어를 통해 제공하는 게임 제어모듈과 상기 게임 통신부로부터 수신된 수광 감지신호에 따라 점수를 산출하는 점수 산출 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 조작부(60)는 게임을 위해 학습자가 조작하는 조이스틱과 같은 장치로서, 거울 로봇의 구동부(120)를 직접 제어하여 거울 로봇의 거울(110)의 방향과 각도를 조절하여 빛을 타겟에 반사시켜 명중시키도록 제어하는 조작 장치이다.
상기 게임 인터페이스는 상기 게임 제공부(460)에서 제공되는 게임 프로그램에 따라 타겟 보드 중 타겟이 무작위로 선택되어 발광되고, 학습자는 상기 거울 로봇을 조작하여 방향과 각도를 조절하여 광원부로부터 출사된 광을 상기 거울 로봇의 거울에 반사시켜 상기 발광된 타겟을 명중시키면 점수를 획득하는 방식으로 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 빛 특성 변화 관찰 방법에 대해 살펴보기로 한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 빛 특성 관찰 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, UI 조건 설정부를 통해 학습자로부터 입력 조건을 입력받고 빛 특성 관찰을 원하는 메뉴를 선택받는다.
여기서, 상기 UI 조건 설정부는 조이스틱과 같이 학습자가 거울의 방향과 각도를 직접 조절할 수 있는 별도의 조작 장치로 구성될 수 있다.
상기 입력 조건은 학습자가 원하는 방향과 빛의 입사 각도를 포함할 수 있다. 또한, 특정한 방향과 빛의 입사 각도가 아닌 빛의 입사 각도에 따른 시뮬레이션을 제공받기 위해 빛의 입사 각도의 범위와 관찰 간격을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 빛의 입사 각도의 범위가 0 ~ 45도이고, 관찰 간격이 5도로 입력 조건이 설정된 경우 빛이 0도에서 입사각이 5도씩 증가하면서 빛의 입사에 따른 반사 특성 변화를 관찰할 수 있다.
상기와 같이 입력 조건과 메뉴가 선택되면, 상기 거울 조절 정보 생성부 상기 입력 조건에 따른 반사 환경에 맞는 거울 조절 정보를 산출한다. 여기서, 학습자가 조작 장치를 통해 거울의 2축 회동을 직접 지시하는 거울 조절 정보가 입력 조건으로 설정되도록 구성되는 경우 상기 거울 조절 정보 생성부의 구성은 생략될 수 있다.
상기와 같이 거울 조절 정보가 산출되면, 통신부를 통해 상기 거울 조절 정보를 거울 로봇의 컨트롤러로 전송한다.
상기 컨트롤러는 상기 거울 조절 정보에 따라 광원부의 빛을 발광 제어하고, 거울 로봇의 구동부에 상기 거울 조절 정보에 따른 제어 신호를 생성하여 상기 거울을 회동 이동시킨다.
여기서, 상기 구동부는 거울의 미세 조절이 가능한 서보 모터로 상기 거울의 회동을 제어하므로 거울을 1도 단위로 정밀 회동시킬 수 있다.
상기와 같이 거울이 회동 이동되면 광원으로부터 출사된 빛이 상기 조절된 거울 면에 반사되어 출사되게 되고, 학습자는 직접 빛의 반사 특성 변화를 육안으로 확인할 수 있다.
또한, 상기와 같이 거울 로봇이 거울 조절 정보에 따라 이동하면 이에 동기화된 가상 거울과 가상 빛이 가상 멀티미디어의 2D 또는 3D 화면으로 생성되고, 상기 가상 거울이 상기 거울 로봇의 거울과 동일한 궤적으로 이동하게 된다.
여기서, 상기 가상 멀티미디어는 상기 조절된 거울을 통한 빛의 입사각과 반사각은 물론 반사 특성에 대한 이론적 설명을 부가하여 제공할 수 있으므로 학습자는 거울 로봇을 통해 빛의 특성 변화를 육안으로 관찰하는 것과 동시에 가상 멀티미디어를 통한 이론적 설명을 동시에 학습하게 되므로 이해도 증가로 인해 학습 효과를 배가시킬 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 거울 로봇 20 : 광원부
30 : 멀티미디어 40 : 통합 제어기

Claims (12)

  1. 빛을 발생시켜 출사하는 광원부와;
    2축 회동이 가능하게 형성되어 상기 광원부로부터 출사된 빛을 반사시키는 거울 로봇과;
    상기 광원부 및 거울 로봇과 동기화된 가상 빛과 가상 거울을 통한 빛의 경로를 생성하여 제공하는 가상 멀티미디어 및;
    상기 거울 로봇의 조건을 설정하고, 가상 멀티미디어의 환경 설정 및 결과 출력을 제어하는 통합 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부는
    빛의 경로를 육안으로 확인할 수 있도록 직진성을 구비한 레이저 광을 광원으로 출사시키는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 거울 로봇은
    평면거울, 볼록거울 및 오목거울 중 선택된 어느 하나의 거울 또는 2 이상의 거울들이 조합되어 형성된 거울과;
    상기 거울을 2축 이동시키는 구동부와;
    상기 거울을 고정하는 프레임과;
    상기 구동부의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 구동부는
    상기 거울을 2축 방향으로 회동시키기 위한 2개의 구동 모듈을 포함하여 구성되고;
    상기 프레임 양 측면 사이에서 수평 방향으로 연결된 수평 축과 상기 수평 축과 연결된 제 1 서보 모터를 포함하여 상기 프레임과 결합된 거울을 제 1 축 방향으로 회동시키는 제 1 구동 모듈과;
    상기 프레임 하면에서 수직 방향으로 연결된 수직 축과 상기 수직 축과 연결된 제 2 서보 모터를 포함하여 상기 거울이 결합된 프레임을 제 2 축 방향으로 회동하는 제 2 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 통합 제어기로부터 거울 조절 신호를 수신하는 통신모듈과;
    상기 통합 제어기로부터 수신된 거울 조절 신호에 따라 구동부에 제어 신호를 생성하여 상기 거울의 2축 회동을 제어하는 거울 제어모듈과;
    상기 광원부의 턴온 및 빛의 세기를 조절하는 광원 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 제어기는
    학습자가 원하는 조건을 입력받아 입력 조건을 설정하는 인터페이스를 제공하는 UI 조건 설정부와;
    상기 UI 조건 설정부를 통해 설정된 입력 조건에 따라 거울 조절 정보를 산출하는 거울 조절 정보 생성부와;
    상기 거울 조절 정보 생성부로부터 산출된 거울 조절 정보를 상기 거울 로봇으로 전송하는 통신부와;
    상기 거울 조절 정보에 따라 상기 거울 로봇과 동기화된 가상 거울의 이동에 따른 가상 거울에 반사되는 빛의 특성 변화를 관찰할 수 있는 인터페이스를 제공하는 가상 멀티미디어 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛특성 관찰 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 UI 조건 설정부는
    입사 방향과 입사각을 포함하는 학습자가 원하는 거울의 입력 조건을 설정하는 인터페이스를 제공하고,
    상기 거울 조절 정보 생성부는
    상기 설정된 입력 조건의 반사 환경에 맞는 거울 조절 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 가상 멀티미디어 제어부는
    컨트롤러에서 제어 신호가 가상 멀티미디어 제어부에 전송되면 상기 제어 신호에 동기화되어 멀티미디어 상에 생성된 가상 거울을 이동시키고, 상기 가상 거울이 이동하면 가상 빛이 상기 가상 거울에 입사되는 입사각도와 반사되어 출사되는 반사각도의 관계를 2D 또는 3D 그래픽으로 가상 멀티미디어를 통해 출력하여 학습자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    학습용 게임 인터페이스로서;
    복수 개의 타겟이 형성된 타겟 보드와;
    상기 거울 로봇의 이동을 제어하여 빛의 반사를 통해 상기 타겟을 명중시키도록 제어하는 조작부와;
    상기 게임을 제공하고, 게임 프로그램을 관리하는 게임 제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 타겟 보드는
    보드 프레임과;
    상기 보드 프레임 상에 규칙적 또는 불규칙적으로 배치된 복수 개의 타겟과;
    통합 제어기로부터 전송된 타겟 제어 신호에 따라 특정 타겟을 발광시키고, 상기 특정 타겟으로부터 설정 시간 내에 수광 감지신호가 수신되면 이를 통합 제어기로 전송하는 게임 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 타겟 각각은
    지정된 타겟을 표시하기 위해 광을 출사하는 발광모듈과;
    광원부로부터 출사되어 거울 로봇을 통해 반사되는 빛을 수광하여 감지하는 수광 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 게임 제공부는
    게임의 난이도를 선택하는 조건 설정모듈과;
    선택된 게임 난이도에 따라 제공될 게임 프로그램을 데이터베이스로부터 추출하고, 상기 게임의 설정에 따른 타겟 제어 신호를 상기 타겟 보드로 전송하고, 게임 화면을 가상 멀티미디어를 통해 제공하는 게임 제어모듈과;
    게임 통신부로부터 수신된 수광 감지신호에 따라 점수를 산출하는 점수 산출 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 거울 로봇을 이용한 빛 특성 관찰 장치.
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