KR101734987B1 - 유아교육용 로봇 컨트롤러 및 그 작동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유아교육용 로봇 컨트롤러에 관한 것으로, 로봇 컨트롤러에 적외선 수신부 및 초음파 신호를 감지하는 입력거리 측정부를 구비하여 사용자가 입력카드에 입력펜을 누르는 것을 적외선 수신부 및 입력거리 측정부가 감지함으로써 동작을 손쉽게 설계하고 작동시킬 수 있다.

Description

유아교육용 로봇 컨트롤러 및 그 작동방법{Robot controller for the infantile education and operating method}

본 발명은 유아교육용 로봇 컨트롤러 및 그 작동방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 컨트롤러에 모터와 블록들을 연결하여 특정 동작을 가능하도록 하고, 이에 대한 동작 프로그램을 편리하게 입력할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

블록완구는 일정 형상의 결합구조를 가지는 다양한 크기의 블록들을 조립하여 기구 또는 조형물을 완성하는 놀이기구이며, 아이들의 창의력 향상에 도움이 되는 교육 교재이기도 하다. 특히 이러한 블록완구는 모터와 연동됨으로써, 특정 동작을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 모터와 블록을 연결하고 컨트롤러에 내장된 프로그램에 의해 이동하거나, 컨트롤러와 연결된 스피커에서 소리가 발생할 수도 있다.

하지만 종래의 컨트롤러는 제품이 제조될 때 설정된 동작만 반복해서 수행할 수 있었다. 따라서 사용자가 원하는 동작을 입력하기 위해서는 별도의 프로그래밍 지식이 필요하기 때문에 유아들이 동작방식을 설계하는 데 어려움이 있었다.

한편, 블록완구에 대한 종래기술은 대한민국공개특허 제10-2014-0126783호 등이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 적외선 및 초음파를 이용한 입력 펜과 입력카드를 이용하여 유아들이 손쉽게 로봇의 동작을 설정하고 제어하는 유아교육용 로봇 컨트롤러를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇 컨트롤러는 좌표정보와 명령정보가 매칭 저장되는 메모리; 입력수단으로부터 적외선 신호를 수신하는 적외선수신부; 상기 적외선수신부에서 상기 입력수단의 적외선 신호를 수신하면, 초음파 신호를 발생시키고 반사되는 초음파 신호를 수신하는 입력거리측정부; 및 상기 입력거리측정부에서 수신한 초음파 신호를 통해 상기 입력수단까지의 거리를 산출함으로써, 상기 입력수단의 좌표를 판단하고, 상기 입력수단의 좌표에 대응하는 명령정보를 상기 메모리에서 로딩하여 재생시키거나 상기 메모리에 저장되도록 처리하는 제어부;를 포함한다.

여기서, 상기 입력거리측정부는 서로 이격되어 설치된 입력거리측정부b 및 입력거리측정부c를 포함하며, 상기 제어부는 상기 입력거리측정부b와 상기 입력거리측정부c 사이의 고정된 거리정보, 상기 입력거리측정부b와 상기 입력수단까지의 거리정보 및 상기 입력거리측정부c와 상기 입력수단까지의 거리정보를 통해 삼각측량법으로 상기 입력수단의 좌표정보를 산출해 내는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메모리, 적외선수신부, 입력거리측정부 및 제어부가 실장되는 본체;를 더 포함하고, 상기 본체에는 입력카드 또는 교재가 장착되어, 상기 입력카드 또는 교재를 상기 본체에 대하여 정위치시키는 장착부가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제어부가 좌표정보 보정 메뉴 상태에서 작동 될 시, 상기 입력수단으로부터 입력되는 좌표정보를 기준 좌표정보와 비교함으로써 기 저장된 좌표정보를 보정하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇 컨트롤러는 입력수단으로부터 적외선 신호를 수신하는 단계; 상기 적외선 신호를 수신하면 초음파 신호를 발생시키고 반사되는 초음파 신호를 수신하는 단계; 및 상기 수신한 초음파 신호를 통해 상기 입력수단까지의 거리를 산출함으로써, 상기 입력수단의 좌표를 판단하고, 상기 입력수단의 좌표에 대응하는 명령정보를 메모리에서 로딩하여 재생시키거나 상기 메모리에 저장되도록 처리하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 유아교육용 로봇 컨트롤러는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 난해한 프로그래밍 지식이 없는 유아들도 편리하고 재밌게 로봇의 동작을 프로그래밍할 수 있다. 본 발명에 따른 로봇 컨트롤러는 사용자가 입력카드에 입력펜을 누름으로써 동작을 설정할 수 있다. 즉, 입력카드에 기재된 복수의 칸에 대하여 작동이 이루어지는 순서에 따라 입력펜을 터치하면, 입력펜이 터치된 위치의 좌표를 통해 제어부가 어떠한 명령이 입력되었는지 판단하고, 이를 로봇 컨트롤러에 저장한 후 작동이 이루어지도록 하는 것이다. 여기서 입력카드는 숫자와 그림으로 되어 있다. 따라서 유아들이 손쉽게 조작하는 것이 가능하고, 별도의 프로그래밍이나 업데이트 없이 편리하게 동작을 설계할 수 있다.

둘째, 별도의 추가 장치 없이 다양한 기능을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 로봇 컨트롤러는 로봇 컨트롤러에 블록을 결합하여 동작하는 것뿐만 아니라 카메라나 마이크, 또는 WI-FI나 블루투스와 같은 기능도 지원한다. 따라서 사용자는 카메라 기능을 이용하여 로봇에게 촬영동작을 설계할 수도 있고, 블루투스나 WI-FI를 이용하여 필요한 데이터를 전송받을 수도 있으며, SD카드를 이용하여 별도의 메모리 확보도 가능하다.

셋째, 교재에 담긴 이미지나 음성을 출력하여 교육의 집중도를 높힐 수 있다. 본 발명에서는 교육용 교재에 담긴 그림의 좌표가 미리 입력되어 사용자가 입력펜으로 이를 터치하면 교재에 담긴 내용을 출력할 수 있다. 따라서 따분하게 그저 교재를 읽는 것이 아니라 교재에 저장되어 있는 다양한 효과를 로봇 컨트롤러가 출력해줌으로써, 교재를 보는 사람이 흥미롭게 학습할 수 있도록 한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 유아교육용 로봇 컨트롤러의 사시도.
도2는 도1에 도시된 컨트롤러의 블록도.
도3은 도1에 도시된 컨트롤러에 블록 및 구동부가 결합되어 로봇의 형태를 갖춘 모습을 나타낸 도면.
도4는 도1에 도시된 컨트롤러와 연동되는 입력펜의 사시도.
도5는 도1에 도시된 컨트롤러와 연동되는 입력카드의 평면도.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러의 작동방법을 설명하기 위한 순서도.
도7은 도4에 도시된 입력펜으로 도5에 도시된 입력카드의 입력좌표를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도8은 교육용 교재를 컨트롤러에 인식시키는 것에 대한 제1실시예를 설명하기 위한 도면.
도9는 교육용 교재를 컨트롤러에 인식시키는 것에 대한 제2실시예를 설명하기 위한 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

<컨트롤러의 구성>

도1은 본 발명의 실시예에 따른 유아교육용 컨트롤러의 사시도이고, 도2는 도1에 도시된 컨트롤러의 블록도이며, 도3은 도1에 도시된 컨트롤러에 블록 및 구동부가 결합되어 로봇의 형태를 갖춘 모습을 나타낸 도면이고, 도4는 도1에 도시된 컨트롤러와 연동되는 입력펜의 사시도이며, 도5는 도1에 도시된 컨트롤러와 연동되는 입력카드의 평면도이다.

도1 내지 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유아교육용 로봇 컨트롤러(이하 '컨트롤러'라 함)는 본체(115), 블록결합부(140), 키입력부(200), 디스플레이(310), LED(130), 마이크입력부(150), 스피커(160), 내장메모리(270), 외장메모리슬롯(330), 커버(320), 외부장치접속부(120), 적외선수신부(250), 입력거리측정부(260, 261) 및 제어부(280)를 포함한다.

본체(115)에는 컨트롤러(110)의 다른 구성들이 장착된다. 여기서 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(110)는 기존 출시된 블록(410)과 함께 연동되어 로봇이나 완구의 작동을 위해 사용될 수 있는데, 이를 위해 본체(115)는 로봇의 몸체 형태로 제작될 수 있으며, 본체(115) 외부에 블록(410)이 연결되는 블록결합부(140)가 마련되어 있다.

또한 본체(115)에는 사용자의 명령을 입력받기 위한 키입력부(200)와, 컨트롤러(110)의 작동 상태나 설정 메뉴 및 안내 정보를 화면 출력하는 디스플레이(310)가 설치되어 있다.

LED(130)는 본체(115)의 위쪽과 양쪽 가장자리에 다수 설치될 수 있으며, 컨트롤러(110) 작동시 내장된 알고리즘에 따라 발광한다.

마이크입력부(150)는 사용자의 음성을 입력받기 위해 마련되며, 스피커(160)는 장치 내에서 재생되는 음원을 출력하기 위해 마련된다.

내장메모리(270)는 좌표 해석 알고리즘 등의 기본 프로그램, 사용자가 입력한 프로그램, 음원, 교육정보 등의 각종 데이터를 저장하기 위해 마련된다. 또한 내장메모리(270)에는 좌표정보와 이에 대응하는 명령정보가 매칭 저장되어 있다. 물론 좌표정보를 비롯한 각종 데이터는 사용자의 명령이 입력되거나, 외부로부터 전송 받거나, 캘리브레이션 과정을 통해 수정 및 업데이트가 가능하다. 이에 대한 설명은 이하에서 자세히 다루도록 한다.

외장메모리슬롯(330)은 SD카드나 USB메모리 등의 외장메모리가 장착되는 슬롯이며, 이를 통해 내장메모리(270)의 용량 한계를 극복할 수 있고, 외장메모리에 저장된 데이터를 이용하여 내장메모리(270)를 업데이트할 수 있다.

한편 컨트롤러(110)에는 다양한 외부장치가 연결될 수 있고, 연결된 외부장치를 통해 부가 기능 수행이 가능하다. 먼저 본체(115) 상부에는 커버(320)로 보호되는 카메라장착부(미도시)가 마련되어 있다. 따라서 커버(320)를 제거하고 카메라장착부에 카메라를 장착하면, 촬영된 영상을 메모리(,)에 저장하거나 디스플레이(310)를 통해 출력할 수 있다.

이 외에도 외부장치접속부(120)를 통해 USB블루투스동글이 연결되어 리모컨을 통한 명령 입력이 가능할 수 있고, Wi-Fi 동글이 연결되거나 LAN케이블이 연결되어 유무선으로 외부와 데이터 송수신이 가능할 수도 있으며, HDMI케이블이 연결되어 외부 영상기기와 정보를 송수신할 수도 있다. 또한 외부장치접속부(120)를 통해 각종 센서(미도시)가 연결되어 센싱 정보에 따른 동작이 가능할 수도 있다.

또한 컨트롤러(110)는 별도의 입력수단과 연동되어 동작 프로그래밍을 위한 사용자의 명령을 입력받아 저장할 수 있다. 여기서 컨트롤러(110)는 입력수단의 위치를 파악하여 어떠한 명령이 입력되는지 판단하는데, 이를 위해 본체(115) 전방에 적외선수신부(250)와 입력거리측정부(260, 261)가 마련되어 있다.

적외선수신부(250)는 입력수단의 동작 신호를 수신하기 위해 마련된다. 도4를 참조하면 입력수단으로써 입력펜(520)이 도시된 것을 확인할 수 있다. 즉 펜 형태로 제작되어 사용자가 파지할 수 있는 형태이다. 이러한 입력펜(520)의 종단부에는 펜팁(530)이 돌출되어 있다. 따라서 사용자가 입력펜(520)을 파지한 후 특정 위치를 터치하면, 펜팁(530)이 눌러지면서 입력펜(520) 내의 적외선송신부(미도시)에서 적외선 신호가 송출되며, 컨트롤러(110)의 적외선수신부(250)에서 이를 수신하여 입력펜(520)의 터치 유무를 검출하게 된다.

입력거리측정부(260, 261)는 특정 위치를 터치한 입력펜(520)과의 거리를 측정하기 위해 마련된다. 이때 입력거리측정부(260, 261)는 본체(115) 전방의 좌측과 우측에 한 쌍이 마련된다.

제어부(280)는 컨트롤러(110)의 전체 동작을 제어하기 위해 마련된다. 즉, 제어부(280)는 내장메모리(270) 또는 외장메모리에 저장된 데이터를 재생시켜 디스플레이(310) 또는 스피커(160)를 통해 출력되도록 하거나, 외부장치로부터 수신되거나 외장메모리로부터 로딩된 정보를 내장메모리(270)에 저장하거나, 키입력부(200) 또는 마이크입력부(150)를 통해 입력된 사용자 명령에 따라 특정 기능이 수행되도록 한다. 또한 제어부(280)는 입력펜(520)이 터치된 위치의 좌표를 해석하여 해당 좌표에 대응하는 명령을 추출한 후 내장메모리(270)에 저장함으로써 동작 프로그램 설정이 가능하도록 한다.

이하에서는 이상에서 설명한 컨트롤러(110)의 작동방법에 대하여 설명하도록 한다.

<로봇의 동작을 프로그래밍하여 작동시키는 방법>

도6은 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러의 작동방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도7은 도4에 도시된 입력펜으로 도5에 도시된 입력카드의 입력좌표를 계산하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

먼저 앞서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(110)는 그 자체에 내장된 교육정보가 사용자 명령에 따라 디스플레이(310)나 스피커(160)를 통해 출력됨으로써 사용될 수도 있지만, 도3에 도시된 바와 같이 구동부(400)와 블록(410)이 결합되어 로봇 형태의 완구로 사용될 수도 있다. 즉 내장메모리(270)에 저장된 기본 프로그램에 따라 구동부(400)를 작동시켜 완성된 로봇이 움직이도록 하거나, 외부장치접속부(120)에 연결된 센서(미도시)를 통해 감지한 센싱정보에 따라 작동이 이루어지도록 하는 것이다.

물론 작동을 위한 기본적인 데이터는 이미 설치가 되어 있을 것이며, 외장메모리의 연결이나 외부 장치와의 통신을 통해 동작 프로그램이 업데이트 될 수도 있다. 하지만 기본으로 설치된 프로그램이나 외부로부터 프로그램을 제공받아 내장메모리(270)를 업데이트하는 방식으로만 로봇 완구를 작동시킨다면, 사용자는 금방 흥미를 잃어버릴 수도 있고 창의력 개발에 전혀 도움 되지 않는다. 따라서 실 사용자인 영유아들이 직접 작동 프로그램을 설계할 수 있도록 지원하는 것이 바람직한데, 프로그램 지식이 전혀 없는 영유아들이 작동 프로그램을 설계하는 것은 사실상 불가능하다. 이를 위해 본 발명에 따른 컨트롤러(110)에서는 입력펜(520)을 통해 입력카드(100)를 간단하게 터치하는 동작만으로 동작 프로그램 설계가 가능하도록 하고 있다.

도6을 참조하면, 사용자는 컨트롤러(110)의 전원버튼(미도시)을 눌러 구동을 시작하고, 키입력부(200)를 조작하여 로봇의 동작설계 메뉴로 진입<S10>한다.

이후 사용자는 본체(115) 앞에 입력카드(100)를 정위치시키고, 입력펜(520)으로 입력카드(100)를 터치하여 로봇의 동작을 프로그래밍<S20>한다. 여기서 입력카드(100)를 정위치 시키기 위해 도8에 도시된 바와 같이 본체(115) 하단에 장착부(290)가 마련되어 있을 수 있으며, 도5에 도시된 바와 같은 입력카드(100)의 끝부분을 장착부(290)에 끼워 넣음으로써 위치 정렬이 가능하다.

입력카드(100)를 정위치 시키는 이유는 입력펜(520)이 터치한 위치에 대한 명령을 컨트롤러(110)가 올바르게 해석할 수 있도록 하기 위함이다. 즉 내장메모리(270)에는 입력카드(100)에 대한 좌표정보와 명령정보가 매칭되어 미리 저장되어 있다. 예컨대 (1,3)의 좌표(특정 지점이기 보다는 일정한 영역에 대한 좌표임)에 대응하여 '실행'이라는 명령이 매칭 저장되고, (4,3)의 좌표에 대응하여 '꺼짐'이라는 명령이 매칭 저장될 수 있다. 이때 입력카드(100)를 본체(115)에 가까이 접근시킨 상태에서 사용자가 '실행' 부분을 터치(도5 참조)하면 컨트롤러(110)의 제어부(280)에서는 정확하게 (1,3)의 좌표를 인식하여 '실행' 명령이 입력되었음을 알 수 있을 것이다. 하지만 입력카드(100)가 본체(115)와 멀리 떨어진 상태에서 '실행' 부분을 터치한다면 (4,3)의 좌표가 인식될 가능성이 있다. 즉 사용자는 '실행'의 명령이 입력되기를 바란 것인데, 컨트롤러(110)의 제어부(280)는 (4,3)의 좌표를 인식하였으므로 '꺼짐'이라는 명령이 입력된 것으로 오인하게 되는 것이다. 따라서 입력카드(100)를 본체(115)에 대응하여 정위치 시키는 작업은 매우 중요한 과정이다.

입력펜(520)의 터치에 따라 컨트롤러(110)가 좌표를 해석하는 과정을 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.

입력카드(100)를 정위치시킨 후 입력펜(520)을 이용하여 입력카드(100)에 표시된 문자나 그림의 특정 영역을 터치하면, 입력펜(520)의 펜팁(530)이 눌러지면서 적외선 신호를 발생시킨다. 컨트롤러(110)의 적외선수신부(250)에서 적외선 신호를 수신하면, 제어부(280)는 펜팁(530)이 눌러졌음을 인지하게 되며, 이에 따라 입력거리측정부(260, 261)를 통해 초음파 신호를 발생시키고, 입력펜(520)에서 반사된 초음파 신호를 입력거리측정부(260, 261)에서 다시 수신<S30>함으로써 제어부(280)가 입력펜(520)의 위치, 더욱 구체적으로는 펜팁(530)이 눌러진 위치에 대한 좌표를 판단<S40>할 수 있다.

즉 제어부(280)는 적외선 신호를 수신한 시점에서 사용자가 특정 명령을 입력하였음을 인식하는 것이고, 입력거리측정부(260, 261)를 통해 수신한 초음파 신호를 통해 좌표를 파악함으로써 입력한 명령이 무엇인지 알아내는 것이다.

제어부(280)에서 수신된 초음파 신호를 통해 좌표를 해석하는 방식으로는 삼각측량법이 사용될 수 있다. 삼각측량법이란 어떤 한 점의 좌표와 거리를 삼각형의 성질을 이용하여 알아내는 방법으로써, 한 점과 두 기준점이 주어지면 그 점과 두 기준점이 이루는 삼각형에서 밑변과 다른 두변이 이루는 각을 각각 측정하고, 그 변의 길이를 측정한 뒤, 사인 법칙 등을 이용하여 일련의 계산을 수행함으로써, 그 점에 대한 좌표를 알아내는 것이다.

도7을 함께 참조하면, 컨트롤러(110)의 본체(115) 전방 양측에 입력거리측정부(260, 261)가 일정 간격 떨어진 상태로 배치되어 있다. 따라서 입력펜(520)으로 A위치를 터치하면 A-b-c를 꼭지점으로 하는 삼각형이 만들어진다. 여기서 b는 입력거리측정부b(260)의 위치이고, c는 입력거리측정부c(261)의 위치이다. 이때 제어부(280)는 초음파 신호를 통해 b-A의 거리, c-A의 거리를 파악한 상태이고, b-c의 거리는 고정된 상수이다. 삼각형의 6개 구성조건(3개의 변, 3개의 각) 중 3개를 알면 나머지 3개도 알 수 있다. 따라서 3개의 변의 길이가 파악되었으므로, 제어부(280)는 3개의 각을 알 수 있다. 이후 A에서 b-c 변을 향해 내린 수선의 발을 H라고 한다면, A 지점의 좌표는 b-H의 거리와 H-A의 거리를 나타내는 (bH, HA)로 표현할 수가 있다. 따라서 b-H의 거리는 b-A의 거리와 cosb의 곱으로 산출될 수 있고, H-A의 거리는 b-A의 거리와 sinb의 곱으로 산출 될 수 있다.

이러한 과정을 통해 컨트롤러(110)의 제어부(280)는 입력펜(520)이 입력카드(100)의 어느 위치를 터치하였는지 해석할 수 있고, 내장메모리(270)에 저장된 좌표 정보를 확인함으로써, 해당 좌표가 무슨 명령인지 추출할 수 있다. 제어부(280)에서 추출된 명령은 내장메모리(270)에 저장된다.

여기서 사용자는 입력펜(520)을 이용하여 하나의 명령만 입력할 수도 있지만, 순서대로 여러가지 명령을 입력하여 다양한 동작 프로그램을 설계할 수 있으며, 이렇게 입력된 명령이 패키지화되어 내장메모리(270)에 저장<S50>된다.

사용자가 여러 명령을 입력한 후 재생시키는 예시를 설명하면 다음과 같다. 사용자가 도5에 도시된 입력카드(100)에서 "와"라는 영역을 터치한 후 "저장"을 터치하고, "소리"를 터치한 후 "저장"을 터치한 후 저장하였다면, 추후 '실행' 명령이 입력되었을 시, 제어부(280)는 기 저장된 동작 프로그램을 수행하게 된다. 즉 "와"라는 "소리" 정보가 스피커(160)를 통해 재생되는 것이다.

이상과 같이 사용자에 의한 동작 프로그래밍 과정이 마쳐지면, 구동부(400)와 블록(410)들을 본체(115)에 결합하여 사용자가 원하는 형태의 로봇 완구를 완성<S60>할 수 있다. 이후 로봇이 작동 되는 도중 앞의 과정을 통해 사용자가 저장한 동작 프로그램이 수행<S70>된다. 물론 사용자가 저장한 동작 프로그램은 컨트롤러(110)의 전원을 켰을 시 바로 수행될 수도 있고, 로봇이 기본적인 동작을 수행하다가, 사용자가 키입력부(200)나 리모컨을 통해 특수명령을 입력하였을 시 수행될 수도 있다.

또한 도4에 도시된 입력카드(100)는 하나의 예시일 뿐이며, 센서 등의 외부 장치와 연동하여, 특정 온도에 도달하면 동작이 이루어지게 하는 등 복잡한 프로그램 입력도 가능하다. 더불어 컨트롤러(110)의 출시 이후, 새로운 입력카드(100)와 그에 대응하는 좌표정보 및 명령정보가 매칭된 데이터를 수시로 제공(내장메모리(270)에 업데이트)함으로써, 영유아의 연령에 따라 단계별 동작 설계 기능이 추가되도록 할 수도 있다.

<교육용 교재의 내용 출력>

본 발명에 따른 컨트롤러(110)(110)는 앞서 설명한 바와 같이 구동부(400)나 블록(410)들을 연결하여 로봇 완구 등을 작동 시키는 기능 동작이 수행되도록 할 수도 있지만, 시중에 판매되는 교육용 교재(600)와 연동하여 학습 용도로 사용할 수도 있다. 즉, 컨트롤러(110)에 장착된 적외선수신부(250) 및 입력거리측정부(260, 261)를 이용하여 교육용 교재(600)의 터치 위치를 파악함으로써, 멀티미디어 정보 등이 컨트롤러(110)에서 출력되도록 하는 것이다.

도8을 통해 교육용 교재(600)를 이용한 학습 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 컨트롤러(110)에 해당 교재(600)에 대응하는 교육데이터를 업데이트 시켜야 한다. 업데이트 되는 교육데이터는 텍스트, 이미지, 동영상, 음원 형태의 교육정보이다. 더불어 각 교육정보에는 좌표정보가 매칭되어 있다.

이후 해당 교재(600)를 컨트롤러(110)의 장착부(290)에 끼워 정위치 시킨 후, 입력펜(520)을 이용하여 교재(600)의 특정 위치를 터치하면, 컨트롤러(110)의 제어부(280)에서 터치된 좌표를 파악한 후, 해당 좌표에 대응하는 교육정보를 스피커(160)나 디스플레이(310)를 통해 출력해주도록 처리한다. 예컨대 영어 학습 교재(600)의 경우, 특정 단어를 터치하면 스피커(160)를 통해 발음이 출력되고, 디스플레이(310)를 통해 사전정보가 출력될 수 있다.

기존에도 책자 교재(600)와 함께 사용함으로써 멀티미디어 교육 정보가 출력되도록 하는 장치가 제시된 바 있다. 하지만 기존 방식은 바코드를 이용하고 있기 때문에 고가의 바코드 리더기가 구비되어야 했으며, 교재(600)에도 바코드를 인쇄해야만 했다. 또한 텍스트나 이미지를 스캔하는 방식도 있었으나, 이 역시 고가의 전용 스캐너가 필요하다.

하지만 본 발명에 따른 컨트롤러(110)는 입력펜(520)의 위치를 파악하는 방식이기 때문에, 고가의 바코드 리더기나 전용 스캐너가 필요하지 않으며, 교재(600)에 바코드 등의 별도 표식을 인쇄하지 않아도 된다는 장점이 있다.

<좌표정보 보정>

한편, 입력카드(100)를 이용하여 동작 프로그래밍 입력을 수행할 시, 입력카드(100)를 컨트롤러(110)에 정위치시켜야 하는 이유는 앞서 설명한 바 있다. 교육용 교재(600)를 이용한 학습 시에도 교재(600)를 컨트롤러(110)에 정위치시켜야 하는 것은 마찬가지이다.

하지만 일부 교재(600)의 경우 컨트롤러(110)의 장착부(290)에 정위치 시키는 것이 어려울 수도 있고, 장착부(290)에 끼워 넣으면 오히려 학습이 불편할 가능성도 있다. 이를 위해 컨트롤러(110)는 입력카드(100)나 교재(600)를 자유롭게 위치시키더라도, 입력카드(100)나 교재(600)의 어느 부분을 터치하였는지 파악할 수 있도록 좌표정보를 보정하는 기능을 담고 있다.

도9를 참조하면, 입력카드(100) 또는 교재(600)에는 4개의 입력점(610)이 표시된다. 입력점(610)이란 좌표정보 보정(캘리브레이션)을 위한 것이며, 각각의 입력점(610)은 최대한 멀리 떨어져 있는 것이 바람직하다. 또한 최소 3개 이상의 입력점(610)이 필요한데, 이를 위해 도9에서는 입력점(610)이 입력카드(100) 또는 교재(600)의 네 귀퉁이에 각각 표시된 것을 도시하였다.

이렇게 입력점(610)이 표시된 입력카드(100) 또는 교재(600)를 컨트롤러(110)에 장착시키지 않고 특정 위치에 올려 놓은 후, 컨트롤러(110)의 키입력부(200)를 통해 메뉴를 선택(좌표정보 보정에 대한 메뉴)한 후, 안내에 따라 4개 귀퉁이의 입력점(610)을 순서대로 터치하면, 컨트롤러(110)의 제어부(280)는 각 입력점(610)에 대한 거리 정보를 기 저장된 입력점(610)에 대한 거리 정보와 비교 연산하여, 좌표정보를 보정한다. 좌표정보를 보정할 시에는 내장메모리(270)에 각 명령이나 교육정보에 매칭 저장되어 있는 기존 좌표정보를 보정하는 방식일 수도 있고, 기준 보정값만 산출해 놓았다가, 이후 입력펜(520)이 터치하는 위치를 실시간으로 보정하여 최초 좌표정보로 변환하는 방식일 수도 있다.

이후 입력카드(100)나 교재(600)에서 특정 위치를 입력펜(520)으로 터치하면, 컨트롤러(110)의 제어부(280)는 터치 위치를 보정하여 정확하게 해당 명령을 도출해 낼 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유아교육용 로봇 컨트롤러는 난해한 프로그래밍 지식이 없는 유아들도 편리하고 재밌게 로봇의 작동을 설계할 수 있다. 본 발명에 따른 로봇 컨트롤러는 사용자가 입력카드(100)에 입력펜(520)을 누름으로써 작동을 설정할 수 있다. 즉, 입력카드(100)에 기재된 복수의 칸에 대하여 작동이 이루어지는 순서에 따라 입력펜(520)을 터치하면, 입력펜(520)이 터치된 위치의 좌표를 통해 어떠한 명령이 입력되었는지 판단하고, 이를 로봇 컨트롤러에 저장한 후 작동이 이루어지도록 하는 것이다. 여기서 입력카드(100)는 숫자와 그림으로 되어 있다. 따라서 유아들이 손쉽게 조작하는 것이 가능하고, 별도의 프로그래밍이나 업데이트 없이 편리하게 작동을 설계할 수 있다.

또한, 별도의 추가 장치 없이 다양한 기능을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 로봇 컨트롤러는 로봇 컨트롤러에 블록(410)을 결합하여 작동하는 것뿐만 아니라 카메라(170)나 마이크, 또는 WI-FI나 블루투스와 같은 기능도 지원한다. 따라서 사용자는 카메라(170) 기능을 이용하여 로봇에게 촬영 작동을 설계할 수도 있고, 블루투스나 WI-FI를 이용하여 필요한 데이터를 전송받을 수도 있으며, SD카드를 이용하여 별도의 메모리 확보도 가능하다.

또, 교육용 교재(600)에 담긴 이미지나 음성을 출력하여 교육의 집중도를 높힐 수 있다. 본 발명에서는 교육용 교재(600)에 담긴 그림의 좌표가 미리 입력되어 사용자가 입력펜으로 이를 터치하면 교재(600)에 담긴 내용을 출력할 수 있다. 따라서 따분하게 그저 교재(600)를 읽는 것이 아니라 교재(600)에 저장되어 있는 다양한 효과를 로봇 컨트롤러가 출력해줌으로써, 교재(600)를 보고 학습하는 사람이 흥미롭게 학습할 수 있도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 입력카드는 단순히 그림이 그려진 평면일 수도 있고, 버튼이 구비된 평면일 수도 있으며, 로봇의 다양한 동작이 포함된 여러 장의 카드일 수 있다.

또, 본 발명에 따른 입력카드의 입력점의 개수는 2개가 배치되거나 그 이상일 수도 있으며, 입력점의 위치 또한 입력카드 꼭짓점이나 가장자리 등 다양하게 위치할 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100 : 입력카드
110 : 컨트롤러
115 : 본체
120 : 외부장치접속부
130 : LED
140 : 블록결합부
150 : 마이크입력부
160 : 스피커
170 : 카메라
200 : 키입력부
250 : 적외선수신부
260 : 입력거리측정부b
261 : 입력거리측정부c
270 : 내장메모리
280 : 제어부
290 : 장착부
310 : 디스플레이
320 : 커버
330 : 외장메모리슬롯
400 : 구동부
410 : 블록
520 : 입력펜
530 : 펜팁
600 : 교재
610 : 입력점

Claims (5)

1. 좌표정보와 명령정보가 매칭 저장되는 메모리;
   입력수단으로부터 적외선 신호를 수신하는 적외선수신부;
   상기 적외선수신부에서 상기 입력수단의 적외선 신호를 수신하면, 초음파 신호를 발생시키고 반사되는 초음파 신호를 수신하는 입력거리측정부;
   상기 입력거리측정부에서 수신한 초음파 신호를 통해 상기 입력수단까지의 거리를 산출함으로써, 상기 입력수단의 좌표를 판단하고, 상기 입력수단의 좌표에 대응하는 명령정보를 상기 메모리에서 로딩하여 재생시키거나 상기 메모리에 저장되도록 처리하는 제어부; 및
   상기 메모리, 상기 적외선수신부, 상기 입력거리측정부 및 상기 제어부가 실장되는 본체;를 포함하되,
   상기 입력거리측정부는 서로 이격되어 설치된 입력거리측정부b 및 입력거리측정부c를 포함하며,
   상기 제어부는 상기 입력거리측정부b와 상기 입력거리측정부c 사이의 고정된 거리정보, 상기 입력거리측정부b와 상기 입력수단까지의 거리정보 및 상기 입력거리측정부c와 상기 입력수단까지의 거리정보를 통해 삼각측량법으로 상기 입력수단의 좌표정보를 산출하고,
   상기 본체에는 입력카드 또는 교재가 장착되어 상기 입력카드 또는 교재를 상기 본체에 대하여 정위치시키는 장착부가 마련되어 있으며,
   상기 장착부에 상기 입력카드 또는 상기 교재가 장착되는 것을 정위치 되는 것으로 하고,
   상기 입력카드 또는 상기 교재에는 다수의 귀퉁이에 각각 입력점이 마련되며,
   상기 입력카드 또는 상기 교재가 정위치에 위치하지 않은 상태에서는 사용자가 좌표정보 보정에 대한 메뉴를 선택한 후 상기 입력수단으로 상기 입력점을 순차적으로 터치하면, 상기 제어부는 상기 입력점에 대한 거리 정보를 상기 입력카드 또는 상기 교재가 정위치에 위치한 상태에서 기 저장된 상기 입력점에 대한 거리 정보와 비교 연산하여 좌표정보를 보정함으로써, 초음파 신호를 수신할 수 있는 임의의 위치에 상기 입력카드 또는 상기 교재를 놓아두더라도 상기 입력카드 또는 상기 교재를 터치하여 상기 입력카드에 포함된 로봇의 행동을 입력하거나 또는 상기 교재의 내용 출력하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 유아교육용 로봇 컨트롤러.
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