KR102314597B1 - 기동경계 내에서 움직이는 드론을 이용한 코딩 교육용 스마트 토이 시스템 - Google Patents

기동경계 내에서 움직이는 드론을 이용한 코딩 교육용 스마트 토이 시스템 Download PDF

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Abstract

기동경계 내에서 움직이는 드론을 이용한 코딩 교육용 스마트 토이 시스템이 개시된다. 본 발명의 스마트 토이 시스템은 명령어 또는 명령어 세트를 코딩하여 드론을 조정할 수 있기 때문에 학습자의 흥미를 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 스마트 토이 시스템은 비주얼 에디터 장치나 RFID 태그 또는 SD 카드, 조이스틱과 같은 다양한 형태의 코딩 수단으로부터 입력되는 명령어 또는 명령어 세트를 처리할 수 있다. 한편, 본 발명의 드론형 토이장치는 학습자가 코딩한 명령어에 따라 비행하더라도 기설정된 기동경계 내에서 비행하도록 제어됨으로써 과도하게 기준위치로부터 멀어지지 않도록 스스로 제어할 수 있다.

Description

기동경계 내에서 움직이는 드론을 이용한 코딩 교육용 스마트 토이 시스템{Smart Toy System for Education Using Drones Which Move Within the Predetermined Flight Range}
본 발명은 코딩 교육용 스마트 토이 시스템으로서 코딩된 명령어로 드론을 제어할 수 있는 스마트 토이 시스템에 관한 것이다.
어린 아이나 학생을 대상으로 하는 소프트웨어 코딩 교육은 학생들의 창의력, 사고력, 문제 해결력 증진에 기여한다는 점에서 관심이 커지고 있다. 2018년부터는 초중등 교육에 코딩교육이 의무적으로 포함된다.
다양한 소프트웨어 코딩 교육 방식 또는 학습법이 개발되고 있는데, 스마트 토이(Toy), 피지컬 컴퓨팅(Physical Computing) 또는 비주얼 프로그래밍(Visual Programming) 등이 그것이다.
스마트 토이(Smart Toy)란, 전통적인 장난감에 IoT(Internet of Things)와 인공지능 등 ICT(Information & Communication Technology) 기술을 접목하거나 새로운 형태의 전자 장난감을 이용해 지능형 상호작용을 제공하는 완구를 통칭하는 것으로, 블록형, 콘트롤형, 대화형, SW 교육형 스마트 토이 등이 있다. 국내 출시된 ‘스마트 토이’제품들의 대부분은 단순한 ICT 기술이 첨부된 완구 수준이고 스마트 토이에 미치지 못하는 것이다.
피지컬 컴퓨팅은 소프트웨어 프로그래밍과 함께, 저작한 소프트웨어를 이용하여 로봇이나 기계장치를 실제 동작시켜 작동하는 것을 확인하는 활동을 포함하는 개념이다. 예컨대, 아두이노(Arduino) 프로그래밍, 레고의 마인드 스톰(Mind Storms) 등이 피지컬 컴퓨팅에 해당한다. 피지컬 컴퓨팅은 하드웨어 중심의 프로그래밍으로 커리큘럼의 학습만 유도할 수 있고, 상대적으로 높은 비용 때문에 교육 현장에 접목하기 쉽지 않다.
비주얼 프로그래밍은 가시성을 목표로 만들어진 프로그래밍 방법으로서 프로그램 구조를 시각적으로 이해하기 쉽게 제공한다. 예를 들어, MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 미디어 랩(Medialap)에서 개발한 스크래치(Scratch), 엔트리 교육연구소의 엔트리(Entry) 등이 이에 해당한다. 비주얼 프로그래밍 도구들은 초등학생 이하의 어린이부터 중학생 정도의 입문자를 대상으로 소프트웨어의 기본 원리를 설명하고 이를 경험적으로 체득하게 하는 것이 목적이다.
종래에 각종 교육용 완구 제품들이 쏟아지고 있지만, 대부분이 교육 대상자의 눈높이를 맞추지 못하거나 교육에만 치중되어 있어 아이들의 흥미를 유발하고 교육목표에 접근하기 어렵게 구성되어 있다. 사교육 시장의 코딩 교육용 보드나 완구도 일회용으로 구성되어 있을 뿐만 아니라, 대부분 가격이 높아 그 활용이 높지 않다.
[관련 기술 문헌]
1. 스마트 기기를 이용하여 제어되는 장난감 장치 (대한민국 공개특허 제10-2013-0014992호)
본 발명의 목적은, 코딩 교육용 스마트 토이 시스템으로서 코딩된 명령어로 드론을 제어할 수 있는 스마트 토이 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 공간적 제약을 거의 받지 않는 드론형 토이장치를 이용하되 기설정된 기동경계 내에서 움직이도록 제어함에 따라 명령어 수행 결과에 따라 드론을 잃어버리거나 회복하지 못하는 상태가 되는 것을 차단할 수 있는 스마트 토이 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코딩 교육용 스마트 토이 시스템은, 코딩 교육을 위해 학습자가 명령어를 코딩할 수 있는 툴을 제공하는 비주얼 에디터장치와; 상기 비주얼 에디터장치로부터 상기 학습자의 코딩에 따른 명령어 또는 명령어 세트를 입력받아 토이장치를 제어하는 제어박스와; 비행유닛을 구비하여 비행할 수 있는 비행체로서 기준위치에서 대기하는 중에 상기 제어박스의 제어명령에 따라 기설정된 동작을 수행함으로써 상기 명령어 또는 명령어 세트에 따른 동작을 수행하는 드론형 상기 토이장치를 포함한다.
실시 예에 따라, 상기 기준위치는 비행고도로 특정되며, 상기 토이장치는 상기 제어박스의 동작 개시명령에 따라 기설정된 기준위치정보를 조회하여 상기 비행고도까지 상승한 다음 상기 제어박스의 제어명령을 대기하고, 상기 제어박스는 상기 토이장치로부터 상기 기준위치에서 대기 중임을 통지받은 후에 상기 명령어 또는 명령어 세트에 따른 제어명령을 상기 토이장치에게 제공할 수 있다.
또한, 상기 토이장치는 상기 기설정된 기준위치정보를 확인할 수 없는 경우에, 상기 토이장치에게 상기 명령어 또는 명령어 세트에 따른 제어명령을 처리할 수 없음을 통지할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 상기 제어박스는, 상기 RFID 태그로부터 태그 정보를 읽어오는 RFID 리더부와; 상기 RFID 리더부에 접촉하는 상기 RFID 태그의 태그 정보를 상기 명령어로 변환하는 RFID 명령인식부와; 복수 개의 상기 RFID 태그가 상기 RFID 리더부에 순차적으로 접촉함에 따라 상기 RFID 명령인식부가 제공하는 명령어를 순서대로 저장하여 명령어 세트를 생성하는 명령어처리부를 포함할 수 있다. 상기 명령어처리부는, 상기 비주얼 에디터장치로부터 상기 학습자의 코딩에 따른 명령어 또는 명령어 세트와, 상기 RFID 태그로 생성한 명령어 세트를 순서대로 처리할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따라, 상기 명령어처리부는 상기 비주얼 에디터장치로부터 상기 학습자의 코딩에 따른 명령어 세트를 수행하는 중에, 상기 RFID 태그로 생성한 명령어 세트가 입력되면 상기 수행 중인 명령어 세트를 중지하고 상기 RFID 태그로 생성한 명령어 세트를 수행할 수도 있다.
본 발명의 스마트 토이 시스템은 명령어 또는 명령어 세트를 코딩하여 드론을 조정할 수 있기 때문에 학습자의 흥미를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 토이 시스템은 다중 코딩 소스를 제어할 수 있기 때문에 코딩교육을 받고 있는 나이 어린 피교육생의 흥미를 계속 유지할 수 있고, 그 과정에서 소프트웨어 코딩의 구조를 자연스럽게 이해할 수 있다.
본 발명의 드론형 토이장치는 학습자가 코딩한 명령어에 따른 제어명령을 수행하는 중에도 기설정된 기동경계 내에서 비행함에 따라 과도하게 기준위치로부터 멀어지지 않도록 스스로 제어할 수 있다. 따라서 비록 학습자가 드론 운행상황을 고려한 코딩을 하지 않았더라도, 명령어 수행과정에서 드론을 잃어버리거나 다시 획복할 수 없는 상태가 되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 스마트 토이 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 드론형 토이장치를 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 제어박스를 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 복합 코딩수단으로부터 제공되는 명령어 세트의 처리방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 5는 본 발명의 비주얼 에디터장치가 제공하는 코딩 화면을 예시적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따라 기준위치에서 명령어의 수행을 대기하는 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 7은 본 발명에 따라 기동 경계를 유지하는 방법의 설명에 제공되는 흐름도, 그리고
도 8은 기동 경계 내에서 비행을 유지하는 방법의 설명에 제공되는 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 스마트 토이 시스템(100)은 비주얼 에디터 장치(110)와, 응용 토이장치(130)와, 제어박스(Control Box)(150)를 포함하며, 다양한 코딩 수단의 명령어 세트를 복합적으로 처리하여 명령어 세트에 따른 동작을 수행할 수 있다. 여기서, 코딩 수단은 학습자의 코딩 학습을 위한 명령어 세트를 구성할 수 있는 장치나 도구를 말하며, 대표적인 것이 다음에서 설명하는 비주얼 에디터 장치(110)와 RFID(Radio-Frequency Identification) 인터페이스이다.
비주얼 에디터 장치(110)는 본 발명이 제시하는 다양한 코딩 장치의 하나이다. 비주얼 에디터 장치(110)는 비주얼 코딩 소프트웨어에 기초한 코딩 툴(Tool)을 제공하며, 통상 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 등과 같은 컴퓨터 장치로 구현될 수 있다. 비주얼 코딩 소프트웨어는 본 발명의 전용한 코딩 교육용 소프트웨어를 사용할 수도 있고, 종래기술에서 언급한 엔트리(Entry)나 스크래치(Scratch)를 그대로 사용할 수 있다. 엔트리(Entry)나 스크래치와 같은 기존의 소프트웨어를 사용할 경우에는 본 발명의 제어박스(150)와 연동할 수 있는 명령어에 대한 라이브러리를 로딩해야 한다.
비주얼 에디터 장치(110)는 제어박스(150)와 유선 또는 무선으로 연결된다. 무선 연결인 경우에는 블루투스(Bluetooth)나 무선랜(Wireless LAN) 등이 사용될 수 있다. 비주얼 에디터 장치(110)는 학습자에게 코딩을 위한 코딩 툴(또는 소프트웨어)을 제공하며, 학습자가 코딩 툴을 통해 토이장치(130)에서 실행될 명령어 세트에 대한 코딩을 완료하면 해당 명령어 세트를 제어박스(150)에게 제공한다.
응용 토이장치(130)는 제어박스(150)와 연결되며, 제어박스(150)에 의해 움직이거나 센싱하는 등의 물리적 동작을 수행한다. 토이장치(130)는 예컨대, 모형 자동차나 드론(Drone)과 같은 움직이는 형태로 구현될 수 있고, 특정한 물리적 값을 검출하여 학습자에게 표시하는 센서 보드(Sensor Board)의 형태로 구현될 수도 있다.
응용 토이장치(130)의 동작은 제어박스(150)에 의해 제어되고, 제어박스(150)는 학습자가 제공하는 명령어 세트에 기초하여 토이장치(130)를 제어하기 때문에, 응용 토이장치(130)의 동작은 장치 자체가 가진 기본동작과 학습용 명령어 세트로 제어된 동작으로 나눌 수 있다. 본 발명에 따른 학습자의 코딩으로는 토이장치(130)의 모든 동작을 제어하기 위한 코딩을 하기 어렵기 때문에, 토이장치(130)는 학습자 코딩에 의한 동작이 가능한 상태를 유지하기 위한 기본 동작을 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 드론형 토이장치(130)는 전원부(201), 토이-무선인터페이스(203), 드론-구동부(205) 및 토이제어부(207)를 포함한다. 드론형 토이장치(130)는 이들 구성, 특히 아래에서 설명하는 비행유닛(211)을 수용하기 위한 본체(209)를 포함한다. 본체(209)는 부력이 효과적으로 생길 수 있는 기구적 형태를 가지는 것이 좋다.
전원부(201)는 토이장치(130)의 동작 전원을 제공하는 것으로서 배터리와 배터리의 충전/방전을 제어하는 회로를 포함한다. 토이-무선인터페이스(203)는 제어박스(150)와 무선으로 연결되어 제어명령을 송수신하며, 수신한 제어명령을 토이제어부(207)에게 제공한다. 토이-무선인터페이스(203)에는 다양한 방식의 무선 인터페이스를 적용할 수 있으며, 예컨대 블루투스나 무선랜 등이 가능하다.
드론-구동부(205)는 적어도 3개 이상의 프로펠러를 구비하여 토이장치(130)를 공중에 띄우고 비행할 수 있도록 하는 구성으로서 종래에 알려진 것을 이용할 수 있다. 도 2에 도시된 드론-구동부(205)는 복수 개의 비행유닛(211), 센서부(213) 및 구동제어부(215)를 포함한다.
각 비행유닛(211)은 프로펠러(211a)와 프로펠러(211a)를 회전시켜 부력을 발생시키는 구동모듈(미도시)을 포함하며, 종래에 알려진 어떠한 형태의 부력생성 방식 및 기동 방식에 따른 구성이어도 무방하다. 센서부(213)는 자세를 인식하고 유지하기 위한 센서와, 고도를 측정하기 위한 센서와, 전후좌우 및 상하의 장애물을 감지하기 위한 장애물 측정용 센서를 구비한다. 고도 측정용 센서는 기본적으로 기압센서를 사용하지만, 실내에서 사용되는 점을 고려하여 초음파 센서나 필요한 경우 이미지 센서를 더 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 센서부(213)는 GPS(Global Positioning System) 수신기를 더 포함하여, 고도 측정에 사용할 수도 있고, 아래에서 설명하는 기준위치 정보를 획득하기 위해 사용할 수 있다.
구동제어부(215)는 토이제어부(207)의 제어에 따라 비행유닛(211)을 동작시키고 센서부(213)의 감지결과를 이용하여 토이장치(130)의 이륙, 비행 및 착륙을 제어하고 전후좌우 기동을 제어한다. 구동제어부(215)의 제어방법도 종래에 드론 제품에 적용된 제어방법을 그대로 적용해도 무방하다.
다시 말해, 드론-구동부(205)는 종래에 알려진 것을 이용할 수 있다. 다만, 구동제어부(215)는 토이제어부(207)의 제어에 응답할 수 있어야 하며, 토이제어부(207)의 제어에 따라 비행유닛(211)을 제어할 수 있어야 한다. 한편, 당연히 구동제어부(215)와 토이제어부(207)가 통합되어 하나의 제어부 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 본 발명의 구동제어부(215)는 아래에서 설명하는 '기준 이동시간'이 설정되어 있어서, 다른 후속명령이 없더라도 한번 제공된 이동 명령에 따른 이동을 기준 이동시간 이상 지속하지 않는다.
토이제어부(207)는 제어박스(150)의 제어명령을 토이-무선인터페이스(203)로부터 제공받아 드론-구동부(205)를 제어한다. 여기서, 제어박스(150)의 제어명령은 학습자의 코딩에 따른 명령어/명령어 세트에 따른 제어가 될 것이다. 다만, 학습자의 코딩 에 따른 명령어/명령어 세트가 없더라도, 토이제어부(207)는 기본 동작을 수행하도록 드론-구동부(205)를 제어함으로써 학습자 코딩에 의한 명령어 수행이 가능한 상태를 유지할 수 있으며, 필요한 경우에 리셋 동작을 수행할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 제어박스(150)는 비주얼 에디터 장치(110) 및 응용 토이장치(130)와 연결되며, 본 발명의 스마트 토이 시스템(100)의 전체 동작을 제어한다. 제어박스(150)는 비주얼 에디터 장치(110)를 포함해 다양한 코딩 수단으로부터 명령어 또는 명령어 세트를 제공받을 수 있으며, 그에 따라 학습자에게 다양한 수단을 통한 코딩을 가능하게 한다. 이러한 동작을 위해, 제어박스(150)는 조이스틱(Joy-Stick)(151), 조작버튼(153), 표시부(155), 메모리(301), RFID 리더부(RFID Reader)(303), 제1 무선 인터페이스(305), 제2 무선 인터페이스(307) 및 박스제어부(310)를 포함한다.
조이스틱(151)은 학습자로부터 기설정된 명령어를 입력받기 위한 수단으로서, 본 발명이 제시하는 복합 코딩 수단 중 하나이다. 제어박스(150)는 조이스틱(151)이 마련됨에 따라 원격 제어기와 같은 형태이다. 학습자는 조이스틱(151)을 통해서 명령어 또는 명령어 세트를 입력하는 방법으로, 토이장치(130)의 운행을 직접 제어할 수 있다. 이때 학습자의 직접 제어는 다른 명령어가 처리되는 것처럼 박스제어부(310)에 의해 명령어의 한 형태로 처리된다.
조작버튼(153)은 제어박스(150)의 동작을 제어하기 위한 각종 관리자 명령이나 학습자 제어명령을 입력받기 위한 수단으로서, 개시명령을 포함해 다양한 제어명령을 입력받을 수 있다. 예를 들어, 조작버튼(153)을 통해 '개시명령'이 입력되면 박스제어부(310)는 명령어 세트의 실행을 개시한다.
RFID 리더부(303)는 학습자로부터 명령어 또는 명령어 세트를 입력받기 위한 수단으로써, 학습자가 접촉하는 RFID 태그(170)로부터 코드를 읽어온다. RFID 태그(170)에 기록된 코드는 각각 하나의 명령어 또는 명령어 세트를 지시한다. RFID 리더부(303)는 RFID 태그(170)로부터 코드를 읽은 다음, 코드에 매핑된 명령어 또는 명령어 세트를 조회하여 박스제어부(310)에게 제공한다. 따라서 RFID 태그(170) 각각은 비주얼 에디터 장치(110)로 코딩할 수 있는 명령어 또는 명령어 세트와 같은 명령어 또는 명령어 세트이며, 본 발명의 RFID 태그(170)의 접촉은 명령어의 입력과 동일한 효과가 있다. 따라서 RFID 태그(170)는 본 발명이 제시하는 복합 코딩 수단 중 하나이다.
개별 RFID 태그(170)는 각각 하나의 명령어에 매핑된다. 예컨대 아래 도 5의 앞으로 (앞으로 이동), (뒤로 이동), (왼쪽으로 회전), (오른쪽으로 회전), (1초 기다리기) 등이 매핑된다. 따라서 학습자는 자신이 코딩하고 싶어하는 명령어의 순서에 따라 해당 RFID 태그(170)를 RFID 리더부(303)에 접촉하는 방식으로 명령어 세트를 제어박스(150)에 입력할 수 있다.
표시부(155)는 학습자에게 각종 동작 상태를 표시하거나 제어명령의 입력 방법을 학습자에게 표시하기 위한 수단이다.
제어박스(150)의 네트워크 인터페이스는 비주얼 에디터 장치(110) 및 토이장치(130)와 무선으로 연결하는 수단으로서, 비주얼 에디터 장치(110)와 연결되기 위한 제1 무선 인터페이스(305)와 토이장치(130)의 토이-무선인터페이스(203)와 연결되는 제2 무선 인터페이스(307)를 포함한다.
박스제어부(310)는 본 발명의 제어박스(150)의 전반적인 동작을 제어하며, 특별히 RFID 명령인식부(311), 제어명령인식부(313) 및 명령어처리부(315)를 포함하여 본 발명이 제시하는 복합 코딩 수단으로부터의 명령어 세트를 처리할 수 있다.
RFID 명령인식부(311)는 개별 RFID 태그(170)에 매핑된 명령어에 대한 '매핑 테이블'을 보유하고 관리한다. RFID 명령인식부(311)는 RFID 리더부(303)가 읽어 온 RFID 태그(170)의 태그 정보를 확인하여, 해당 RFID 태그(170)에 매핑된 명령어를 기보유한 '매핑 테이블'로부터 추출한다. RFID 명령인식부(311)는 추출한 명령어 또는 명령어 세트를 명령어처리부(315)에게 제공한다.
제어명령인식부(313)는 조이스틱(151) 또는 조작버튼(153)의 조작을 명령어로 변환하여 명령어처리부(315)에게 제공한다.
명령어처리부(315)는 다양한 코딩 수단으로부터 입력된 명령어 또는 명령어 세트를 해석하여 응용 토이장치(130)를 제어하기 위한 기계어나 제어명령으로 변환한다. 명령어처리부(315)는 변환된 기계어나 제어명령을 제2 무선 인터페이스(307)를 통해 토이장치(130)에게 제공함으로써, 학습자가 코딩한 명령어 또는 명령어 세트가 토이장치(130)에서 실행되도록 한다.
복합 코딩수단으로부터 제공되는 명령어 세트의 처리
앞서 설명한 것처럼, 본 발명의 스마트 토이 시스템(100)은 학습자의 코딩 교육을 위한 하나의 하드웨어 플랫폼이다. 학습자는 다양한 코딩 수단을 이용하여 명령어 세트를 구성할 수 있으며, 명령어 세트는 응용 토이장치(130)에서 즉각적으로 수행되기 때문에 학습자가 코딩에 대해 쉽게 이해할 수 있다.
한편, 복합적인 코딩 수단을 갖추었다면 여러 개의 경로로 입력되는 명령어 또는 명령어 세트는 상호 복합적이고 중첩적으로 실행될 수 있어야 한다. 만약, 하나의 코딩 수단으로부터 제공된 명령어 세트가 실행되고 있는 중에는 다른 코딩수단에서 입력되는 명령어 세트를 처리할 수 없다면 매우 기계적이고 단순한 실행 방식이어서, 학습자의 흥미를 잃기 쉽다. 이런 점을 고려하여, 본 발명의 제어박스(150)는 학습자가 다양한 코딩수단을 통해 명령어 세트를 중첩적으로 입력하더라도 그 명령어 세트를 처리할 수 있어야 한다.
이하에서는 도 4를 참조하여 박스제어부(310)의 동작을 중심으로 본 발명의 명령어 세트 처리방법을 설명한다. 도 4에는 복수 개의 명령어 세트가 나오는데, 순서대로 첫 번째 입력되는 명령어 세트를 제1 명령어 세트라고 하고, 나머지는 순서대로 표시한다.
<명령어 세트의 수신: S401>
박스제어부(310)의 명령어처리부(315)는 동작 대기 중에 다양한 코딩 수단 중 하나로부터 제1 명령어 세트를 입력되기를 기다린다.
<명령어 세트의 실행: S403 내지 S407>
제1 명령어 세트가 입력되면, 학습자의 동작 개시명령을 기다린다. 도 5의 경우에는 시작버튼인 조작버튼(153)의 조작이 동작 개시명령이므로, 명령어처리부(315)는 제1 명령어 세트를 메모리(301)에 저장한 후에 조작버튼(153)이 조작되기를 기다렸다가 조작버튼(153)이 조작되면 동작 개시명령을 토이제어부(207)에게 제공하여 동작 준비를 확인받는다(S403).
토이제어부(207)로부터 동작 준비완료를 확인받으면, 명령어처리부(315)는 제1 명령어 세트의 명령어를 메모리(301)에 저장하고 명령어를 하나씩 실행한다(S405). 하나의 명령어가 실행될 때마다, 명령어처리부(315)는 제1 명령어 세트의 모든 명령어가 실행되었는지 판단한다(S407). 명령어처리부(315)는 제1 명령어 세트의 모든 명령어가 실행될 때까지 S405 및 S407 단계를 반복하여 메모리(301)에 저장된 모든 명령어를 실행한다.
여기서 명령어 세트는 일련의 시계열적으로 수행되어야 하는 명령어의 집합이다. 도 5는 비주얼 에디터 장치(110)가 제공하는 코딩 화면의 예로서, 다음의 10개 명령어가 하나의 세트로 구현되어 있다. 해당 명령어 세트는 제어박스(150)의 조작버튼(153)을 클릭했을 때, 드론형 토이장치(130)가 (전방으로 이동)-(1초 기다리기)-(왼쪽으로 회전)-(1초 기다리기)-(뒤로 이동)-(1초 기다리기)-(오른쪽으로 회전)-(1초 기다리기)를 계속 반복하도록 하는 명령어 세트이다.
비주얼 에디터 장치(110)를 이용한 코딩 학습을 가정하면, 비주얼 에디터 장치(110)는 학습자가 코딩한 명령어 세트를 제어박스(150)에게 제공하고, 제어박스(150)의 제1 무선 인터페이스(305)가 비주얼 에디터 장치(110)가 제공하는 명령어 세트를 수신하여 박스제어부(310)의 명령어처리부(315)에게 제공한다.
학습자는 RFID 태그(170)를 이용하여 명령어 세트를 입력할 수도 있다. RFID 명령인식부(311)는 입력된 RFID 태그(170)의 순서에 따라 명령어를 배치하는 방법으로 명령어 세트를 생성하여 명령어처리부(315)에게 제공하다.
명령어처리부(315)의 명령어 실행은 명령어를 토이장치(130)가 이해할 수 있는 기계어로 컴파일하는 과정일 수도 있고, 해당 명령어에 대응하는 하나 또는 복수 개의 제어명령으로 변환하는 과정일 수도 있다. 여기서, 기계어나 제어명령은 토이장치(130)가 해석할 수 있는 것으로 이미 설정된 것이다. 명령어처리부(315)는 변환된 기계어나 제어명령을 제2 무선 인터페이스(307)를 통해 토이장치(130)에게 제공함으로써, 해당 명령어를 실행한다.
도 5의 경우에는 시작버튼에 해당하는 조작버튼(153)의 조작이 개시조건이므로, 명령어처리부(315)는 제1 명령어 세트를 메모리(301)에 저장한 후에 조작버튼(153)이 조작되기를 기다렸다가 조작버튼(153)이 조작되면 동작 개시명령을 토이제어부(207)에게 제공하여 동작 준비를 확인받은 다음, S405 단계를 처음으로 시작한다.
<명령어 세트의 실행 중 신규 명령어 수신 여부 판단: S409>
S407 단계의 판단결과, 제1 명령어 세트의 모든 명령어가 실행된 상태가 아니면, 명령어처리부(315)는 다음 명령어를 수행하기 전에 코딩 수단으로부터 새로운 명령어 세트(제2 명령어 세트)가 입력되는지 판단한다. 만약 코딩 수단으로부터 입력된 새로운 명령어 세트가 없으면, 명령어처리부(315)는 S405 단계로 돌아가 메모리(301)에 저장된 제1 명령어 세트의 나머지 명령어를 실행한다.
여기서, 새로운 명령어 세트를 입력하는 코딩 수단은 비주얼 에디터 장치(110), RFID 태그(170)나 조이스틱(151) 등 어느 것이어도 무방하며, 그 밖에도 SD 카드(미도시)를 통해서도 입력할 수 있다.
기존 제1 명령어 세트의 실행 중에 다른 코딩 수단으로부터 신규 명령어 세트가 입력된 것으로 확인되면, 명령어처리부(315)는 새로운 명령어 세트가 어디에서 제공되었는지에 따라 서로 다른 동작을 수행한다.
<제1 명령어 세트의 실행 중 비주얼 에디터장치로부터 새로운 명령어 수신: S411, S413>
제1 명령어 세트의 실행 중에 입력된 제2 명령어 세트가 비주얼 에디터 장치(110) 또는 SD 카드로부터 제공된 것이면(S411), 명령어처리부(315)는 메모리(301)에 남아 있던 제1 명령어 세트의 나머지 명령어를 삭제하여 제1 명령어 세트의 수행을 포기하고 S405 단계로 돌아간다(S413). 명령어처리부(315)는 S405 단계로 돌아가 메모리(301)에 새롭게 저장된 명령어 세트를 실행한다. 이로써 새로운 명령어 세트가 다시 제1 명령어 세트가 된다.
<제1 명령어 세트의 실행 중 RDID 태그 또는 조이스틱으로부터 새로운 명령어 수신: S415, S417>
제1 명령어 세트의 실행 중에 학습자가 RFID 태그(170)를 이용하여 일련의 순서로 RFID 리더부(303)에 접촉함으로써 새로운 명령어 세트를 입력할 수 있으며, RFID 명령인식부(311)는 새로운 명령어 세트를 생성하여 명령어처리부(315)에게 제공하다. 또한, 기존 명령어 세트의 실행 중에 학습자가 조이스틱(151)을 조작하면 제어명령인식부(313)가 그 조작을 명령어로 변환하여 명령어처리부(315)에게 제공한다. 실시 예에 따라, 명령어처리부(315)는 학습자의 제어에 따라 조이스틱(151)에 의한 명령어의 입력을 허용할지 말지를 제어할 수 있다.
제1 명령어 세트의 실행 중에 입력된 제2 명령어 세트가 비주얼 에디터 장치(110) 또는 SD 카드로부터 제공된 것이 아니면, 결국 RFID 명령인식부(311) 또는 제어명령인식부(313)로부터 제공된 명령어 세트(또는 명령어)가 된다. 제1 명령어 세트의 실행 중에 입력된 제2 명령어 세트가 비주얼 에디터 장치(110) 또는 SD 카드로부터 제공된 것이 아니면, 명령어처리부(315)는 제1 명령어 세트의 수행을 일시 정지하고(S415), 새로운 제2 명령어 세트를 우선 처리하기 위해 메모리(301)에 새로운 명령어 세트를 추가하고 S405 단계로 돌아간다(S417).
이때, 메모리(301)에 남아 있던 제1 명령어 세트의 수행되지 않은 나머지 명령어는 우선순위가 뒤로 밀리지만 삭제되지는 않는다. 따라서 RFID 태그(170)에 의한 제2 명령어 세트가 모두 처리되면 다시 제1 명령어 세트의 명령어가 수행된다.
이상의 방법으로 본 발명의 스마트 토이 시스템(100)은 여러 채널의 코딩수단으로부터 제공되는 다중 명령어 세트를 처리할 수 있다.
한편, 드론형 토이장치(130)가 움직이는 공간은 3차원 공간이기 때문에 특별한 장애물을 제외하면 이동에 제한이 없다. 우선, 그 기준 위치가 있어야 한다. 도 8을 참조하면, 기준위치는 공간 상의 지점으로, 바닥의 시작위치(P0)가 아니다. 드론형 토이장치(130)의 시작위치(P0)를 따로 특정할 수 없기 때문에, 기준위치(P1)는 시작위치(P0)로부터의 고도로 특정할 수밖에 없다. 따라서 기준위치(P1)는 시작위치(P0)로부터의 고도로 특정한다. 이러한 점이 본 발명의 드론형 토이장치(130)가 지상에서 움직이는 모형 차와 다른 특징이다.
기준위치(P1)의 설정은 학습자의 코딩 학습 영역이 아닐 수 있으며, 따라서 드론형 토이장치(130)는 기본동작이 설정되어 있어야 하고, 필요한 경우에 리셋 동작을 수행할 수 있어야 한다.
드론형 토이장치의 명령 대기 방법
이하에서는 도 6을 참조하여, 본 발명의 드론형 토이장치(130)의 명령어 수행을 위한 대기 동작을 설명한다.
<개시에 따른 기준위치정보의 추출: S601 내지 S605>
드론형 토이장치(130)가 시작위치(P0)에 위치한 상태에서, 토이제어부(207)는 제어박스(150)로부터 S403 단계의 동작 개시명령을 기다린다(S601). 동작 개시명령이 있으면, 토이제어부(207)는 기저정된 기준위치정보가 있는지 확인하고 기준위치정보를 추출한다(S603).
기준위치정보는 기준위치(P1)에 대한 정보로서, 드론형 토이장치(130)가 공중으로 띄워진 후 최초 명령어를 수행하기 위해 대기하는 자세에 대한 정보이며, 부가적으로 전방이 향하는 방향 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 다시 말해, 드론형 토이장치(130)는 S403 단계를 수행하면서 기설정된 일정한 고도에서 S405 단계의 명령어를 수행하기 위해 대기해야 한다.
만약, 학습자가 바닥에 놓인 드론형 토이장치(130)를 공중으로 부상시키는 명령어부터 코딩한다고 할 경우에도, 그 부상높이는 기준위치 정보로부터 추출된다.
<기준위치에서 명령어 대기: S605, S607>
토이제어부(207)는 추출한 기준위치정보에 따라 드론-구동부(205)의 구동제어부(215)에게 기설정된 고도까지 상승하여 기준위치(P1)에서 대기하도록 제어한다. 구동제어부(215)는 토이제어부(207)가 제공하는 명령에 따라 기준위치정보에 설정된 비행 고도로 상승함으로써 기준위치(P1)에서 대기한다. 필요한 경우에 특정한 방향을 향하도록 자세를 변경할 수도 있다(S605).
구동제어부(215)에 의한 드론형 토이장치(130)가 기준위치(P1)에 도착하면, 토이제어부(207)는 기준위치(P1)에서 대기 중임(또는 명령어 대기상태임)을 제어박스(150)에게 통지한다. 토이제어부(207)의 통지에 따라, 제어박스(150)의 제어명령인식부(313)는 S405 단계의 명령어를 토이제어부(207)에게 제공한다(S607).
<기준위치정보 설정: S609>
만약, 기설정된 기준위치정보가 없으면 토이제어부(207)는 제어박스(150)에게 기준위치정보가 없음을 통지하여 명령어를 수행할 수 없음을 통지한다. 토이제어부(207)의 통지에 따라 박스제어부(310)는 기준위치정보를 생성하기 위한 안내를 학습자에게 표시하고 기준위치정보를 생성하는 '기준위치정보 설정모드'를 진행할 수 있다.
이로써 드론형 토이장치(130)를 이용한 코딩 학습 및 명령어 수행이 가능해진다. 나아가, 드론형 토이장치(130)의 기준위치가 코딩에 따른 명령어를 수행하기에 적절하지 않은 경우에, 학습자는 도 4에서처럼, 드론형 토이장치(130)의 위치를 변경하기 위해 제어박스(150)의 조이스틱(151) 등을 조정할 수 있다.
드론형 토이장치의 명령어 수행방법
드론형 토이장치(130)에 의해 명령어 수행은 최종적으로 구동제어부(215)에 의해 제어되면서 비행유닛(211)과 센서부(213)에 의해 수행된다.
한편, 본 발명의 드론형 토이장치(130)는 기준위치(P1)로부터 일정한 기동경계가 설정되는 것이 좋다. 드론형 토이장치(130)가 움직이는 3차원 공간은 특별한 장애물을 제외하면 이동에 제한이 없기 때문이다. 따라서 기준위치(P1)로부터 일정한 범위로 한정된 기동 경계를 설정하는 것이 좋다. 기동 경계는 다양한 방법으로 설정할 수 있다. 기준위치(P1)로부터의 이동 거리로 설정할 수도 있고, 만약 드론형 토이장치(130)의 속도가 일정하게 정해진다면 기준위치(P1)로부터의 진행한 시간으로 정할 수 있다. 본 발명의 드론형 토이장치(130)는 코딩 학습을 위한 것으로서 전후좌우 이동속도가 일정하게 설정되어 있으므로, 기준위치(P1)로부터의 기준이동시간을 설정하는 방법으로 기동 경계를 설정할 수 있다.
이하에서는 기동경계에 기초한 드론형 토이장치(130)의 명령어 수행방법을 도 7을 참조하여 설명한다.
<명령어 수행대기: S607>
S607 단계를 수행하면서, 구동제어부(215)의 제어에 따라 드론형 토이장치(130)가 기준위치(P1)에 도착하면, 토이제어부(207)는 기준위치(P1)에서 대기 중임(또는 명령어 대기상태임)을 제어박스(150)에게 통지한다.
<명령어 대기 및 실행: S701>
S403 및 S405 단계를 통해 제어박스(150)의 명령어처리부(315)는 제1 명령어 세트를 메모리(301)에 저장한 후에 학습자의 동작 개시명령이 있으면, 명령어를 하나씩 실행한다. 제어박스(150) 측에서의 실제 명령어의 실행은 해당 명령어에 대응되는 제어명령을 드론형 토이장치(130)의 토이제어부(207)에게 제공함으로써 수행된다. 이에 따라, 토이제어부(207)는 해당 명령어에 대응되는 실제 동작을 수행하도록 드론-구동부(205)의 구동제어부(215)를 제어한다.
이에 따라 비행유닛(211)과 센서부(213)가 동작하면서 명령어가 드론형 토이장치(130)에 의해 구현된다.
<명령어가 이동 명령인 경우의 이동 제한 동작: S703 내지 S707>
S701 단계에서 명령어에 따른 비행을 시작하기 전, 또는 비행 시작과 동시, 또는 비행을 시작한 후에, 구동제어부(215)는 해당 명령어가 전/후/좌/우 어느 쪽으로 이동하라는 '이동 명령어'인지 확인한다(S703).
만약, 현재 수행중인 명령어 또는 그에 따른 제어가 이동 명령어라면, 구동제어부(215)는 이동 명령어가 수행되는 시간을 카운팅하면서, 기준 시간 이상 지속되는지 확인한다(S705).
예를 들어, 기준 이동시간이 3초이면, '전방으로 이동' 명령어가 3초 이상 지속 수행되는지 확인한다. 이런 상황은 학습자의 코딩에 의해서 '전방으로 이동' 명령이후에 시간 제한을 두지 않는 경우에 발생할 수 있고, 학습자가 갑작스런 RFID 태그(170)를 이용하여 '전방으로 이동' 제어한 후에 다른 후속 명령어를 입력하지 않는 경우에 발생할 수도 있다. 이런 경우에 후속 제어명령이 없다고 계속 이동하게 되면, 3차원 공간의 특성상 다른 장애물이 없이 계속 전진하여 더이상 제어가 불가능하는 등의 이유로 장치를 잃어버릴 수도 있고, 다시 회복하지 못할 수도 있다.
S705 단계의 카운팅 결과, 이동 명령이 수행되는 시간이 기준 이동시간을 초과한 것으로 판단되면, 구동제어부(215)는 더 이상 이동하지 않고 현재 상태에서 대기한다. 기준위치(P1)에서 제1 방향(예를 들어, 왼쪽)으로 진행하라는 이동 명령에 따라 드론형 토이장치(130)가 제1 방향으로 이동을 시작한 후 기준 이동시간인 3초가 되어 제2 위치(P2)에 도착한다면 드론형 토이장치(130)는 더 이상 진행하지는 않고 대기한다(S707).
만약 대기 중에 다른 후속 명령이 제공되면 구동제어부(215)는 해당 명령을 수행할 수 있다. 새로운 후속 명령도 제1 방향으로의 이동 명령어인 경우에는 해당 명령어를 수행하지 않는다. S701 내지 S707 단계의 과정은 명령어 세트나 제공되는 일련의 명령어에 대한 실행이 모두 완료될 때까지 수행된다.
실시 예
S705 단계에서 드론형 토이장치(130)가 제1 방향으로 이동을 개시한 후 기준 이동시간이 되기 전에 새로운 명령어를 수행하게 되면서 더 이상 제1 방향으로 진행하지 않을 수 있다.
한편, 구동제어부(215)는 기준위치(P1)에서 전/후/좌/우로 진행한 시간을 모두 누적하는 방법으로 기동 경계를 유지할 수도 있다. 전/후/좌/우 각 방향으로의진행시간은 더하고 반대방향으로 진행하면 빼는 방식으로 누적한다. 다만, 진행시간이 음수가 될 수는 없다. 예를 들어, 제1 방향으로의 이동 누적시간이 음수가 된다면, 제1 방향의 반대방향인 제2 방향으로 진행한 것이 된다.
예를 들어, 왼쪽으로 1초 진행한 다음 우회전하여 다시 1초 진행하였다가, 다시 좌회전하여 2초를 진행하면, 왼쪽으로의 누적된 진행 시간이 3초가 되면서 기준 이동시간을 만족한다. 다만, 이러한 실시 예에서는 기동경계가 도 8과 같은 원형으로 구현되지는 않는다. 다만, 본 발명이 제시하는 드론형 토이장치(130)의 기동 범위를 제한한다는 넓은 의미의 목적에 부합한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (4)

  1. 코딩 교육용 스마트 토이 시스템에 있어서,
    코딩 교육을 위해 학습자가 명령어를 코딩할 수 있는 툴을 제공하는 비주얼 에디터장치;
    상기 비주얼 에디터장치로부터 상기 학습자의 코딩에 따른 명령어 또는 명령어 세트를 입력받아 토이장치를 제어하는 제어박스; 및
    비행유닛을 구비하여 비행할 수 있는 비행체로서 기준위치(P1)에서 대기하는 중에 상기 제어박스의 제어명령에 따라 기설정된 비행 기동을 수행하되, 기설정된 기동 경계 이내에서 기동하면서 상기 명령어 또는 명령어 세트에 따른 동작을 수행하는 드론형 상기 토이장치를 포함하고,
    상기 토이장치는 상기 기준위치(P1)에서 전후좌우 중 어느 제1 방향으로 이동하라는 이동 명령어를 수행하는 경우에, 상기 이동 명령어를 수행하는 시간을 카운팅하고, 상기 카운팅된 시간이 기설정된 기준 이동시간이 되는 경우에 상기 기동 경계에 도착한 것으로 판단하고, 상기 이동 명령어를 더 수행하지 않고 다음 명령어를 대기하는 것을 특징으로 하는 스마트 토이 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다음 명령어가 상기 제1 방향으로의 이동 명령어인 경우에 해당 명령어를 수행하지 않고 다음 명령어를 대기하는 것을 특징으로 하는 스마트 토이 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준위치(P1)는 시작위치로부터의 비행고도로 특정되며,
    상기 토이장치는 상기 제어박스의 동작 개시명령에 따라 기설정된 상기 기준위치(P1)에 대한 정보를 조회하여 상기 비행고도까지 상승한 다음 상기 제어박스의 제어명령을 대기하고,
    상기 제어박스는 상기 토이장치로부터 상기 기준위치(P1)에서 대기 중임을 통지받은 후에 상기 명령어 또는 명령어 세트에 따른 제어명령을 상기 토이장치에게 제공하는 것을 특징으로 하는 스마트 토이 시스템.
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