KR102337996B1 - 원점 인식이 가능한 스텝모터 어셈블리 및 이를 포함하는 모듈러 로봇 시스템 - Google Patents

원점 인식이 가능한 스텝모터 어셈블리 및 이를 포함하는 모듈러 로봇 시스템 Download PDF

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Abstract

스텝 모터 회전축의 원점을 인식할 수 있도록 구성되는 스텝모터 어셈블리 및 이를 채용한 복수 개의 큐브형 단위 로봇을 조립하여 구성할 수 있는 모듈러 로봇 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터 및 상기 스텝모터와 이격되어 설치되며, 상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되, 상기 스텝모터의 회전축의 외주면에는 상기 원점을 나타내는 원점 식별 부위가 형성되며, 상기 제어장치는, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서 및 상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하는 스텝모터 어셈블리가 제공된다.

Description

원점 인식이 가능한 스텝모터 어셈블리 및 이를 포함하는 모듈러 로봇 시스템{Step motor assembly capable of origin recognition and modular robot system including the same}
본 발명은 스텝모터 어셈블리 및 이를 채용한 모듈러 로봇 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 스텝 모터 회전축의 원점을 인식할 수 있도록 구성되는 스텝모터 어셈블리 및 이를 채용한 복수 개의 큐브형 단위 로봇을 조립하여 구성할 수 있는 모듈러 로봇 시스템에 관한 것이다.
최근 아동, 청소년에게 인기가 있는 로봇 형태의 완구가 다수 출시되고 있다. 완구 로봇은 전기와 같은 동력 공급을 통하여 자동으로 일정 동작이 가능한 형태로 만들어진 완구 용도의 로봇을 말한다. 이들 로봇 완구는 통상적으로 완성품의 형태로 되어 있는 것이 일반적이며, 대부분 정형적이고 단조로운 움직임을 가지므로 쉽게 흥미를 잃어버릴 가능성이 크다.
한편, 다양한 외형과 움직임을 구현하기 위해 조립이 가능한 로봇 완구가 출시되고 있으나, 이를 위해서는 특정한 기능만을 수행하는 블록이 필수적으로 요구되므로 사용자가 다양한 로봇을 조립하기 위해서는 해당 로봇에 필요한 블록이 모두 필요하며, 다른 기능이나 움직임을 보이는 로봇을 만들기 위해서는 추가적인 블록을 구매해야 한다. 따라서, 이로 인해 지출 비용이 매우 높아진다는 단점이 있다.
공개특허 10-2017-0085667
본 발명은 스텝 모터 회전축의 원점을 인식할 수 있도록 구성되는 스텝모터 어셈블리 및 단순한 형태의 모듈화된 단위 블록을 조립함으로써 다양한 형태와 기능을 수행할 수 있으며, 복잡한 움직임이 가능한 로봇을 구성할 수 있는 모듈러 로봇 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터 및 상기 스텝모터의 회전축와 이격되어 설치되며, 상기 스텝모터의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되, 상기 스텝모터의 회전축의 외주면에는 상기 원점을 나타내는 원점 식별 부위가 형성되며,, 상기 제어장치는, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서 및 상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하는 스텝모터 어셈블리가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 스텝모터의 회전축의 외주면에는 상기 원점을 나타내는 돌기 형상의 원점 식별 부위가 형성될 수 있다.일 실시예에서, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 제1부분은 상기 스텝모터의 상기 외주면 중 상기 제1부분을 제외한 나머지 제2부분과 상이한 광 반사 특성을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.일 실시예에서, 상기 원점 식별 부위는 제1 광 반사 특성을 가지며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 좌측 절반은 제2 광 반사 특성을 가지며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반은 제3 광 반사 특성을 가지며, 상기 제1 광 반사 특성, 상기 제2 광 반사 특성 및 상기 제3 광 반사 특성은 서로 다른 광 반사 특성인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터 및 상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되, 상기 제어장치는, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서 및 상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하고, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 좌측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점에서 상기 원점의 반대편으로 갈수록 연속적으로 감소하며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점의 반대편에서 상기 원점으로 갈수록 연속적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리가 제공된다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터 및 상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되, 상기 제어장치는, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서 및 상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하고, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 좌측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점에서 상기 원점의 반대편으로 갈수록 연속적으로 증가하며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점의 반대편에서 상기 원점으로 갈수록 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리가 제공된다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, N개(여기서, N은 2 이상의 정수)의 큐브형 단위 로봇을 포함하는 모듈러 로봇 시스템으로서, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각은, 정육면체 형상의 하우징 및 상기 하우징 내에 설치되는 스텝모터 어셈블리를 포함하되, 상기 스텝모터 어셈블리는, 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터 및 상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되, 상기 스텝모터의 회전축의 외주면에는 상기 원점을 나타내는 원점 식별 부위가 형성되며, 상기 제어장치는, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서 및 상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하며, 상기 하우징의 일 면에는 상기 스텝모터의 회전축에 의해 회전하는 회전체가 장착될 수 있는 장착 홈이 형성되며, 상기 하우징의 나머지 면에는 동일한 형상의 연결 홈이 형성되며, 상기 연결 홈에 장착되는 연결체를 통해 다른 큐브형 단위 로봇과 연결 가능한 모듈러 로봇 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, N개(여기서, N은 2 이상의 정수)의 큐브형 단위 로봇을 포함하는 모듈러 로봇 시스템으로서, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각은, 정육면체 형상의 하우징 및 상기 하우징 내에 설치되는 스텝모터 어셈블리를 포함하되, 상기 스텝모터 어셈블리는, 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터 및 상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되, 상기 제어장치는, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서 및 상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하고, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 좌측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점에서 상기 원점의 반대편으로 갈수록 연속적으로 감소하며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점의 반대편에서 상기 원점으로 갈수록 연속적으로 증가하며, 상기 하우징의 일 면에는 상기 스텝모터의 회전축에 의해 회전하는 회전체가 장착될 수 있는 장착 홈이 형성되며, 상기 하우징의 나머지 면에는 동일한 형상의 연결 홈이 형성되며, 상기 연결 홈에 장착되는 연결체를 통해 다른 큐브형 단위 로봇과 연결 가능한 모듈러 로봇 시스템이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 지정되는 서로 다른 고유식별번호 중 어느 하나를 수신하고, 미리 정의된 N개의 스텝모터 제어 시퀀스(여기서, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 전송되는 N개의 고유 식별번호와 미리 정의된 상기 N개의 스텝모터 제어 시퀀스는 서로 일대일 대응함) 중 수신한 고유식별번호에 대응되는 스텝모터 제어 시퀀스를 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 큐브형 단위 로봇은, 상기 하우징에 형성되는 발광 영역을 통해 광을 발산하는 발광체를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 발광 영역을 통해 상기 수신한 고유식별번호에 상응하는 색상의 광이 방출되도록 상기 발광체를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모듈러 로봇 시스템은, 중앙 제어 단말을 더 포함하되, 상기 중앙 제어 단말은, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에, 서로 구분 가능한 고유식별번호를 부여하고, 상기 제어부는, 미리 정의된 N개의 스텝모터 제어 시퀀스(여기서, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 전송되는 N개의 고유 식별번호와 미리 정의된 상기 N개의 스텝모터 제어 시퀀스는 서로 일대일 대응함) 중 상기 큐브형 단위 로봇의 고유식별번호에 대응되는 스텝모터 제어 시퀀스를 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 미리 정의된 상기 N개의 스텝모터 제어 시퀀스 각각의 디스크립터를 포함하는 룩업 테이블을 저장하고, 저장된 상기 룩업 테이블로부터 상기 큐브형 단위 로봇의 고유식별번호에 대응되는 스텝모터 제어 시퀀스 디스크립터를 추출하고, 추출된 상기 스텝모터 제어 시퀀스 디스크립터에 기초하여 스텝모터 제어 시퀀스를 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 N개의 스텝모터 제어 시퀀스 각각의 디스크립터는, 단위시간 당 펄스 수의 리스트를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 중앙 제어 단말은, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에, 해당 큐브형 단위 로봇에 상응하는 고유식별번호에 대응되는 스텝모터 제어 시퀀스 디스크립터를 전송하고, 상기 제어부는, 상기 큐브형 단위 로봇에 전송된 스텝모터 제어 시퀀스 디스크립터에 기초하여 스텝모터 제어 시퀀스를 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 중앙 제어 단말은, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 동기화 정보를 전송하고, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇에 동기화 정보를 모두 전송한 후 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 제어 시퀀스 시작 명령을 전송하며, 상기 동기화 정보는, 상기 중앙 제어 단말에서 작동하는 타이머를 기준으로 측정되는 상기 동기화 정보의 전송 시점 정보를 포함하고, 상기 제어 시퀀스 시작 명령은, 상기 중앙 제어 단말에서 작동하는 타이머를 기준으로 산정되는 시작 시점 정보를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 큐브형 단위 로봇으로 동기화 정보가 전송되면, 자체 타이머를 시작하고, 상기 큐브형 단위 로봇으로 제어 시퀀스 시작 명령이 전송되면, 상기 동기화 정보에 포함된 상기 동기화 정보의 전송 시점 및 상기 자체 타이머를 이용하여 상기 시작 시점에 스텝모터 제어 시퀀스의 수행을 시작할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 중 어느 하나는 중앙 제어 단말의 역할을 수행하며, 상기 중앙 제어 단말의 역할을 수행하는 큐브형 단위 로봇은, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에, 서로 구분 가능한 고유식별번호를 부여하고, 상기 제어부는, 미리 정의된 N개의 스텝모터 제어 시퀀스(여기서, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 전송되는 N개의 고유 식별번호와 미리 정의된 상기 N개의 스텝모터 제어 시퀀스는 서로 일대일 대응함) 중 상기 큐브형 단위 로봇의 고유식별번호에 대응되는 스텝모터 제어 시퀀스를 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각은, 소정의 기록매체에 저장된 정보를 인식할 수 있는 리더 장치를 더 포함하고, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇에 포함된 리더 장치 중 어느 하나에 의해 상기 기록매체가 인식되는 경우 해당 리더 장치를 포함하는 큐브형 단위 로봇이 상기 중앙 제어 단말의 역할을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 큐브형 단위 로봇으로서, 정육면체 형상의 하우징 및 상기 하우징 내에 설치되는 스텝모터 어셈블리를 포함하되, 상기 스텝모터 어셈블리는, 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터 및 상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되, 상기 스텝모터의 회전축의 외주면에는 상기 원점을 나타내는 원점 식별 부위가 형성되며, 상기 제어장치는, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서 및 상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하며, 상기 하우징의 일 면에는 상기 스텝모터의 회전축에 의해 회전하는 회전체가 장착될 수 있는 장착 홈이 형성되며, 상기 하우징의 나머지 면에는 동일한 형상의 연결 홈이 형성되며, 상기 연결 홈에 장착되는 연결체를 통해 다른 큐브형 단위 로봇과 연결 가능한 큐브형 단위 로봇이 제공된다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 큐브형 단위 로봇으로서, 정육면체 형상의 하우징 및 상기 하우징 내에 설치되는 스텝모터 어셈블리를 포함하되, 상기 스텝모터 어셈블리는, 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터 및 상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되, 상기 제어장치는, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서; 및 상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하고, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 좌측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점에서 상기 원점의 반대편으로 갈수록 연속적으로 감소하며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점의 반대편에서 상기 원점으로 갈수록 연속적으로 증가하며, 상기 하우징의 일 면에는 상기 스텝모터의 회전축에 의해 회전하는 회전체가 장착될 수 있는 장착 홈이 형성되며, 상기 하우징의 나머지 면에는 동일한 형상의 연결 홈이 형성되며, 상기 연결 홈에 장착되는 연결체를 통해 다른 큐브형 단위 로봇과 연결 가능한 큐브형 단위 로봇이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스텝 모터 회전축의 원점을 인식할 수 있도록 구성되는 스텝모터 어셈블리 및 단순한 형태의 모듈화된 단위 블록을 조립함으로써 다양한 형태와 기능을 수행할 수 있으며, 복잡한 움직임이 가능한 로봇을 구성할 수 있는 모듈러 로봇 시스템을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단순한 형태의 모듈화된 단위 로봇을 조립함으로써 복잡하고 다양한 움직임이 가능한 로봇을 구성할 수 있는 모듈러 로봇 시스템이 제공될 수 있다.
또한 단위가 되는 큐브형 단위 로봇의 조립 방식이나 부속품을 달리함으로써 매우 다양한 형태의 로봇이 구현될 수 있다. 즉, 본 발명의 기술적 사상에 의하면 단순한 형태의 큐브를 여러 방식으로 조합함으로써 다양한 형태의 완성된 모듈러 로봇이 구현될 수 있는 효과가 있다.
또한 각 큐브형 단위 로봇이 수행할 스텝모터 제어 시퀀스만을 조정하는 것만으로 다양한 움직임을 구현할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 모듈러 로봇은 완구에 적용될 수 있다. 완구 형태의 모듈러 로봇은 조립 방식에 따라 다양한 움직임이 가능하므로 이를 가지고 노는 아동에게 큰 흥미를 유발하고 창의력을 발달시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단위 로봇은 정육면체의 형상을 가지므로 사용자가 잘못된 형태로 조립하는 경우가 발생할 수 있다. 그런데, 또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자가 정육면체의 형상을 가지는 단위 로봇의 각 면을 쉽게 구분할 수 있도록 함으로써, 각 단위 로봇을 올바른 자세로 결합할 수 있도록 하는 편의성을 제공할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 로봇 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 로봇 시스템을 구성하는 큐브형 단위 로봇의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 로봇에 포함되는 스텝모터의 원점을 인식하기 위한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 로봇에 포함되는 스텝모터 어셈블리의 단면을 도시한 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리에 포함된 광센서에서 출력되는 측정값을 스텝모터의 회전 각도에 따라 표시한 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 단위 로봇에 포함되는 스텝모터 어셈블리의 단면을 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 단위 로봇에 포함되는 스텝모터 어셈블리의 단면을 도시한 도면이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 실시예에 따른 스텝모터의 회전축의 단면을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 6c는 도 6a에 도시된 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리에 포함된 광센서에서 출력되는 측정값을 스텝모터의 회전 각도에 따라 표시한 그래프를 도시한 도면이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 로봇 시스템을 구성하는 큐브형 단위 로봇의 전체적인 외형을 도시한 도면이며, 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 로봇 시스템을 구성하는 큐브형 단위 로봇의 각 면을 도시한 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 로봇 시스템을 구성하는 큐브형 단위 로봇에 다른 큐브형 단위 로봇 및 부속품이 연결되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a는 중앙 제어 단말과 복수의 큐브가 연결되는 과정을 도시한 도면이다.
도 10b는 중앙 제어 단말과 큐브가 연결되는 과정을 중앙 제어 단말의 관점에서 도시한 흐름도이다.
도 11a는 그룹 선택 UI의 일 예를 도시한 도면이다.
도 11b는 모델 선택 UI의 일 예를 도시한 도면이다.
도 11c는 액티비티 선택 UI의 일 예를 도시한 도면이다.
도 12은 스텝모터 제어 시퀀스의 디스크립터를 포함하는 룩업 테이블의 일 예를 도시한 도면이다.
도 13는 각 큐브형 단위 로봇과 중앙 제어 단말간의 동기화 과정을 도시한 도면이다.
도 14은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 큐브형 단위 로봇의 전체적인 외형을 도시한 도면이며, 도 15은 도 14에 도시된 큐브형 단위 로봇의 각 면을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에 있어서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터를 '전송'하는 경우에는 상기 구성요소는 상기 다른 구성요소로 직접 상기 데이터를 전송할 수도 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 상기 데이터를 상기 다른 구성요소로 전송할 수도 있는 것을 의미한다. 반대로 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터를 '직접 전송'하는 경우에는 상기 구성요소에서 다른 구성요소를 통하지 않고 상기 다른 구성요소로 상기 데이터가 전송되는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 로봇 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 로봇 시스템(10)은 N개(N은 2 이상의 정수)의 큐브형 단위 로봇(100-1 내지 100-N)를 포함할 수 있다. 상기 N개의 큐브형 단위 로봇은 서로 결합하여 하나의 모듈러 로봇을 구성할 수 있다.
상기 모듈러 로봇 시스템(10)은 상기 N개의 큐브형 단위 로봇(100-1 내지 100-N)를 제어하는 중앙 제어 단말(200)을 더 포함할 수 있다.
상기 중앙 제어 단말(200)은 계산이나 데이터를 처리하거나, 입력 자료를 받아들여 처리하고 그 정보를 저장하고 처리하여 결과를 출력하는 데이터 처리 장치라면 어떠한 것이라도 무방하다. 예를 들어, 상기 중앙 제어 단말(200)은 범용 컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 서버, 모바일 단말, 이동 단말기, 원격 스테이션, 원격 단말기, 액세스 단말기, 단말기, 통신 장치, 통신 단말, 사용자 에이전트, 사용자 장치, 또는 사용자 장비(UE), 터미널, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 PC, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant) 등으로 불릴 수 있는 데이터 처리 장치일 수 있다.
상기 중앙 제어 단말(200)은 상기 N개의 큐브형 단위 로봇(100-1 내지 100-N)과 무선통신을 수행할 수 있다. 상기 중앙 제어 단말(200)은 다양한 방식의 무선통신방식을 통해 상기 N개의 큐브형 단위 로봇(100-1 내지 100-N)과 무선통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 무선통신방식은 Wi-Fi, MST(Magnetic Secure Transmission), 블루투스(Bluetooth) 통신, NFC(Near Field Communication), RFID(Radio Frequency Identification), ZigBee, Z-Wave, IR(Infrared) 통신 등을 포함할 수 있다.
또한 상기 N개의 큐브형 단위 로봇(100-1 내지 100-N)은 서로 상술한 무선통신방식을 통해 무선통신을 수행할 수 있다. 이때, 상기 중앙 제어 단말(200)과 상기 N개의 큐브형 단위 로봇(100-1 내지 100-N)이 이용하는 무선통신방식은 동일할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 상기 중앙 제어 단말(200) 및 상기 N개의 큐브형 단위 로봇(100-1 내지 100-N)이 블루투스를 이용하여 무선통신하는 예에 관하여 주로 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편 상기 N개의 큐브형 단위 로봇(100-1 내지 100-N)은 정육면체의 큐브 형상으로서, 모두 동일한 크기를 가질 수 있다. 각각의 큐브형 단위 로봇(100-1 내지 100-N)은 소정의 연결체를 통해 서로 결합될 수 있으며, N개의 큐브형 단위 로봇(100-1 내지 100-N)이 모두 조립된 전체가 하나의 모듈러 로봇 시스템을 구성할 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 8를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 큐브형 단위 로봇에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 로봇 시스템을 구성하는 큐브형 단위 로봇의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 큐브형 단위 로봇(100; 이하, '큐브'라고 함)은 하우징(101) 및 스텝모터 어셈블리(102)를 포함할 수 있다.
하우징(101)의 내부에 설치되는 스텝모터 어셈블리(102)는 스텝모터(110) 및 제어장치(120)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라 상기 큐브(100)는 배터리(125), 발광체(151), 1 이상의 충전단자(181 및/또는 182)를 더 포함할 수도 있다. 실시 예에 따라서 상기 큐브(100)는 도 2에 도시된 구성 외에 다른 구성을 더 포함할 수도 있다.
상기 스텝모터 어셈블리(102)는 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터(110) 및 상기 스텝모터(110)와 이격되어 설치되며, 상기 스텝모터(110)의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치(120)를 포함할 수 있다.
상기 스텝모터(110)는 스테퍼모터 혹은 스테핑모터로 불릴 수 있으며, 한 바퀴의 회전을 많은 수의 스텝들로 나눌 수 있는 브러쉬리스 직류 전기 모터를 의미할 수 있다. 상기 스텝모터(110)는 회전축(111)에 장착된 회전체를 회전시킬 수 있다.
상기 스텝모터(110)는 2상 스텝모터, 다상 스텝모터를 포함할 수 있다. 또한 상기 스텝모터(110)는 VR(Variable Reluctance) 타입, PM(Permanent Magnet) 타입, 하이브리드 타입을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스텝모터(110)에는 다수의 톱니모양 전자석이 금속기어를 중심으로 주변에 매치되어 있을 수 있다. 이때, 전자석은 마이크로 컨트롤러와 같은 외부 제어 회로(예를 들면, 상기 제어장치(120))로부터 전류를 받아 작동한다. 스텝모터(110)의 회전축(111)을 돌리기 위해서는 우선 하나의 전자석이 전력을 받게 하여 기어의 톱니를 전자석으로 끌어당기게 한다. 첫 번째 전자석에 기어의 톱니가 일직선으로 맞추어지면 기어는 서서히 다음 전자석으로 치우쳐지게 된다. 따라서 다음 전자석이 전력을 받게 되면 이전의 전자석은 꺼지게 되며, 기어의 톱니는 다음 전자석에 일직선이 되며, 이런 작용들을 반복시킨다. 이때, 회전의 각각 작용을 '스텝'이라 하며 수많은 스텝들이 전체의 회전을 만들어 낸다. 이를 통해서 모터는 정밀하게 일정 각도로 회전될 수 있다.
한편, 상기 제어장치(120)는 상기 큐브(100)에 포함된 각종 구성(예를 들면, 스텝모터(110), 발광체(151) 등)의 동작 및/또는 리소스를 제어할 수 있다.
상기 제어장치(120)는 프로세서 및 메모리를 포함하는 마이크로 컨트롤러 또는 임베디드 장치일 수 있다. 상기 제어장치(120)는 중앙 제어 단말(200) 및/또는 다른 큐브와 무선통신할 수 있는 통신모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 제어장치(120)에 포함된 프로세서는 CPU, GPU, MCU, 마이크로프로세서 등을 포함할 수 있다. 상기 제어장치(120)에 포함된 메모리는 외부로부터 수신/입력되는 데이터, 상기 제어장치(120)에서 생성된 데이터 등 각종 데이터 및 컴퓨터 프로그램을 저장할 수 있다. 상기 메모리는 휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 상기 메모리는 예를 들어, 플래시 메모리, ROM, RAM, EEROM, EPROM, EEPROM, 솔리드 스테이트 디스크(SSD), 레지스터를 포함할 수 있다. 또는 상기 메모리는 파일 시스템, 데이터베이스, 임베디드 데이터베이스를 포함할 수도 있다.
한편 구현 예에 따라, 상기 스텝모터(110)의 회전축 외주면에는 원점 식별 부위가 형성될 수 있으며, 상기 원점 식별 부위는 상기 제어장치(120)가 회전축의 원점을 알 수 있도록 하는데 이용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 로봇에 포함되는 스텝모터의 원점을 인식하기 위한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 제어장치(120)는 광센서(121) 및 상기 광센서(121)가 출력하는 신호에 기초하여 상기 스텝모터(110)의 회전축(111)의 원점을 판단하는 제어모듈(122)을 포함할 수 있다. 상기 회전축(111)의 외주면에 형성되는 원점 식별 부위(113)가 상기 스텝모터(110)의 회전축(111)의 원점을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 제어모듈(122)은 상기 원점 식별 부위(113)를 인식함으로써 상기 회전축(111)의 원점을 인식할 수 있다.
한편 구현 예에 따라, 상기 스텝모터(110)의 회전축(111)의 외주면에는 상기 원점을 나타내는 돌기 형상의 원점 식별 부위가 형성될 수 있다, 즉, 상기 스텝모터(110)의 회전축(111) 안쪽에는 돌기가 형성되어 있을 수 있으며, 형성된 돌기는 상기 제어장치(120)가 회전축(111)의 회전 원점을 알 수 있도록 하는데 이용될 수 있다. 구체적으로는 상기 제어장치(120)는 돌기를 인식할 수 있는 센서를 포함할 수 있으며 돌기가 인식되는 지점을 원점으로 인식할 수 있다.
도 4a은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 로봇에 포함되는 스텝모터 어셈블리(102)의 단면을 도시한 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이 상기 제어장치(120)는 스텝모터(110), 광센서(121) 및 상기 광센서(121)가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈(122)을 포함할 수 있다.
상기 스텝모터(110)의 외주면에는 상기 원점을 나타내는 돌기(113-1)가 형성될 수 있다. 이때 돌기(113-1)는 상기 스텝모터(110)의 외주면 중 돌출된 부분일 수 있다. 이는 후술하는 바와 같이 광센서(121)의 측정값이 외주면의 다른 부분과 차이가 발생하도록 하기 위한 구성이다. 유사한 기능을 위해 다른 일 실시예에서 상기 스텝모터(110)의 외주면에는 돌기 대신 오목한 홈이 파여있을 수도 있다.
상기 광센서(121)는 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 스텝모터(110)의 상기 외주면(114 및 115)을 향하여 광을 방출할 수 있으며, 상기 스텝모터(110)의 외주면에서 반사되는 광에 상응하는 측정값을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 광센서(121)에서 출력하는 측정 값은 전압일 수 있다.
따라서, 상기 광센서(121)에서 측정하는 값은 원점의 돌기(113-1)에 의해 상기 스텝모터(110)의 다른 외주면에서의 측정 값과 상이하므로 상기 제어모듈(122)은 상기 광센서(121)에서 측정하는 값에 의해 상기 스텝모터(110)의 원점을 판단할 수 있다.
한편 일 실시예에서, 상기 스텝모터의 상기 외주면 중 제1부분(예를 들어, 상기 돌기(113-1)의 좌측 절반; 114)은 상기 스텝모터의 상기 외주면 중 상기 제1부분(114)을 제외한 나머지 제2부분(115; 즉 상기 돌기(113-1)의 우측 절반)과 상이한 광 반사 특성을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. 따라서, 상기 광센서(121)가 상기 제1부분(114)에 광을 방출/반사함으로써 측정하는 측정 값은 상기 광센서(121)가 상기 제2부분(115)에 광을 방출/반사함으로써 측정하는 측정 값과 상이할 수 있다.
예를 들어, 상기 외주면 중 제1부분(114)과 제2부분(115)은 각각 서로 다른 광 반사 특성을 가지는 안료나 잉크가 도포되거나 서로 다른 광 반사 특성을 가지는 테이프가 부착될 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리에 포함된 광센서에서 출력되는 측정값을 스텝모터의 회전 각도에 따라 표시한 그래프를 도시한 도면이다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 스텝모터(110)가 회전함에 따라 회전 각도에 따라 상이한 측정 값을 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 스텝모터(110)의 외주면 중 절반(114)이 나머지 절반(115)과 상이한 광 반사 특성을 가지도록 구성된다고 가정하면, 상기 스텝모터(110)의 원점을 0도라고 하면, 상기 스텝모터(110)의 원점에 위치한 돌기에 의해 상기 광센서(121)의 측정 값은 가장 큰 값(y1)을 가지게 될 수 있다. 이후 회전각도가 π일 때까지 상기 광센서(121)는 원점에서의 측정 값(y1) 보다 작은 일정한 측정 값(y2)을 출력할 것이며, 이후 회전각도가 2π일때까지 상기 광센서(121)는 원점에서의 측정 값(y1) 보다 작으며 π일 때까지 측정 값(y2)와는 상이한 측정 값(y3)을 출력할 수 있다. 또한 이는 1회전(즉, 2π)마다 주기적으로 반복될 수 있다.
따라서, 상기 제어모듈(122)은 광센서(121)의 측정 값이 y1 혹은 그와 유사한 범위의 수치 범위 내에 있는 경우 측정될 당시의 위치를 원점으로 인식할 수 있다. 만약 상기 제어모듈(122)은 광센서(121)의 측정 값이 y1 혹은 그와 유사한 범위의 수치 범위 내에 있지 않은 경우 상기 스텝모터(110)를 회전시키면서 광센서(121)에서 출력되는 값을 측정하여 원점을 인식할 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 상기 제어모듈(122)은 광센서(121)의 측정 값에 따라 회전 방향을 달리하여 원점을 찾을 수 있다. 보다 상세하게는 상기 제어모듈(122)은 광센서(121)의 측정 값에 따라 원점에 도달하기까지 보다 적게 회전하도록 회전 방향을 달리하여 원점을 찾을 수 있다. 도 4a 및 도 4b의 예에서, 상기 제어모듈(122)은 광센서(121)의 측정 값이 y3인 경우 정방향으로 회전하며 원점을 찾을 수 있다. 반면 상기 제어모듈(122)은 광센서(121)의 측정 값이 y2인 경우 역방향으로 회전하며 원점을 찾을 수 있다.
한편 다른 실시 예에 따르면, 상기 스텝모터(110)의 회전축(111)의 외주면에 형성되는 원점 인식 부위(113)는 상기 회전축(111)의 외주면의 다른 부분과는 다른 광 반사 특성을 가지는 부분이 되도록 구현될 수도 있는데, 본 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리의 단면이 도 5에 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 상기 스텝모터(110)의 회전축(111)의 원점 식별 부위(113-2)는 상기 화전축(111)의 다른 부분(114, 115)의 광 반사 특성과는 상이한 제1 광 반사 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 스텝모터(110)의 회전축(111)의 원점 식별 부위(113-2)에는 다른 부분에 비해 가장 높은 반사율을 가지는 안료가 도포되거나 다른 부분에 비해 가장 높은 반사율을 가지는 재질의 테이프가 부착될 수 있다.
한편, 상기 스텝모터(110)의 회전축(111)의 외주면 중 상기 원점 식별 부위(113-2)의 좌측 절반(114)은 제2 광 반사 특성을 가지며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반(115)은 제3 광 반사 특성을 가질 수 있다. 이때, 상기 제1 광 반사 특성, 상기 제2 광 반사 특성 및 상기 제3 광 반사 특성은 서로 다른 광 반사 특성일 수 있다.
도 5의 일 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리에 포함된 광센서에서 출력되는 측정값의 그래프는 도 4b와 유사할 수 있으며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이를 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
한편, 다른 일 실시예에 따르면, 스텝모터(110)의 회전축(111)의 원점 식별 부위(113)가 외주면의 다른 부분에 비해 상기 광센서(121)와 가장 가깝게 위치하도록 구성될 수도 있는데, 이러한 실시예에 따른 스텝모터 어셈블리의 단면이 도 6a에 도시되어 있다.
도 6a를 참조하면, 상기 스텝모터(110)의 회전축(111-1)의 외주면 중 상기 원점 식별 부위(113-3)의 좌측 절반(114-1)은, 상기 스텝모터(110)의 회전축(111-1)의 중심(112-1)으로부터의 거리가 상기 원점(113-3)에서 상기 원점의 반대편(116)으로 갈수록 연속적으로 감소하며, 상기 스텝모터(110)의 회전축(111-1)의 외주면 중 상기 원점 식별 부위(113-3)의 우측 절반(115-1)은, 상기 스텝모터(110)의 회전축(111-1)의 중심(112-1)으로부터의 거리가 상기 원점의 반대편(116)에서 상기 원점(113-3)으로 갈수록 연속적으로 증가할 수 있다.
본 실시예에 따른 스텝모터의 회전축의 단면은 위와 같은 성질을 가지는 함수로 표현될 수 있다. 이러한 함수의 예는 다음의 [수식 1]일 수 있다.
[수식 1]
Figure 112019073083498-pat00001
(r은 중심으로부터의 거리, θ는 각도(radian), α는 임의의 양의 실수, β는 임의의 양의 실수)
위 [수식 1]을 그래프로 도시하면 도 6b와 같을 수 있으며(α = 1, β = 1.5), 도 6a의 스텝모터 어셈블리는 도 6c에 도시된 바와 같이, 스텝모터(110)가 회전함에 따라 회전 각도에 따라 상이한 측정 값을 출력할 수 있다
한편, 위와 같은 성질을 가지는 함수의 다른 예는 아래 [수식 2]와 같을 수 있으며, 이외에도 위와 같은 성질을 가지는 다양한 형태의 함수가 존재할 수 있음은 물론이다.
[수식 2]
Figure 112019073083498-pat00002
또한 실시예에 따라서는, 도 6a에 도시된 바와 반대로, 스텝모터(110)의 회전축(111)의 원점 식별 부위(113)가 외주면의 다른 부분에 비해 상기 광센서(121)와 가장 멀게 위치하도록 구성될 수도 있다.
한편, 상기 제어장치(120)는 상기 큐브(100)에 포함된 각종 구성(예를 들면, 스텝모터(110), 발광체(151) 등)의 동작 및/또는 리소스를 제어할 수 있는데, 이하에서는, 본 발명의 기술적 사상을 실현하기 위하여 상기 제어장치(120)가 수행하는 기능에 대해서는 이후에 보다 상세하게 설명하기로 한다.
상기 배터리(125)는 상기 큐브(100)에 포함된 각종 구성요소(예를 들면, 스텝모터(110), 제어장치(120), 발광체(151) 등)에 전원을 공급할 수 있다. 상기 배터리(125)는 상기 충전 단자(181 및/또는 182)에 접촉한 외부 전원을 통하여 충전될 수 있다.
상기 발광체(151)는 광을 발산할 수 있다. 상기 발광체(151)는 예를 들어, LED(Light Emitting Diode)일 수 있다. 상기 발광체(151)는 상기 제어장치(120)의 제어에 의하여 다양한 색상의 광을 발산할 수 있다. 또한 상기 제어장치(120)의 제어에 의하여 연속적으로 광을 발산(점등)하거나 깜빡이는 발광 동작(점멸)을 수행할 수도 있다.
일 실시예에서 상기 발광체(151)는 상기 하우징(101)에 형성되는 발광영역을 통해 광을 발산함으로써, 외부에서 발광을 인지하도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 로봇 시스템을 구성하는 큐브형 단위 로봇의 전체적인 외형을 도시한 도면이며, 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 로봇 시스템을 구성하는 큐브형 단위 로봇의 각 면을 도시한 도면이다. 도 8(a) 내지 도 8(f)는 순서대로 정면, 배면, 좌측면, 우측면, 평면, 저면을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 상기 큐브형 단위 로봇(이하, '큐브' 라고 함)은 정육면체 형상의 하우징(101)을 포함할 수 있다. 한편, 상기 하우(101)의 내부에는 상술한 바와 같이 스텝모터(110)가 설치될 수 있다(도 2 참조).
도 7 및 도 8(d)에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(101)의 일 면에는 상기 스텝모터(110)의 회전축(111)에 의해 회전하는 회전체가 장착될 수 있는 장착 홈(130)이 형성될 수 있다. 상기 장착 홈(130)에 장착되는 회전체는 예를 들면 바퀴 혹은 프로펠러일 수 있다. 상기 회전체는 다양한 크기와 형상으로 형성될 수 있으나, 공통적으로 상기 장착 홈(130) 에 장착되기 위한 장착 부위를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8(a) 내지 도 8(c), 도 8(e) 내지 도 8(f)에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(101)의 나머지 다섯 면에는 연결 홈(141 내지 145)이 형성될 수 있다. 상기 다섯 면에 형성되는 연결 홈(141 내지 145)은 모두 동일한 형상일 수 있다. 예를 들어, 상기 연결 홈(141 내지 145)은 동일한 십자가 형상일 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 연결 홈(141 내지 145)에는 소정의 연결체가 장착될 수 있다. 상기 연결체는 큐브(100)에 연결 가능한 부품 내지 악세서리일 수 있다.
상기 연결체는 다양한 크기와 형상으로 형성될 수 있으나, 공통적으로 상기 연결 홈(141 내지 145) 중 어느 하나에 장착되기 위한 장착 부위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연결 홈(141 내지 145)이 십자가 모양의 음각 형태라면, 연결체의 장착 부위는 동일한 십자가 모양의 양각 형태일 수 있다. 한편 일부 연결체는 2 이상의 장착 부위를 포함할 수 있으며, 이들 연결체는 2 이상의 큐브(100)가 서로 연결되도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
이하에서는 상기 회전체 및 상기 연결체를 통틀어 부속품이라는 용어로 표기하기로 한다.
한편, 실시예에 따라 상기 하우징(101)에는 발광 영역(150)이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 큐브(100)는 버튼(160), 상태표시 LED(171, 172) 및/또는 스피커(190)를 더 포함할 수 있다.
상기 발광 영역(150)은 상기 발광체(151)에 의해 형성되는 광이 발산되는 영역일 수 있다. 도 7 및 도 8에서는 하우징(101)의 전면과 후면을 제외한 나머지 면에 띠 형태로 발광 영역(150)이 형성되어 있는 예에 대하여 도시하고 있으나, 영역의 위치, 형태나 크기에는 특별한 제한이 없으며, 실시예에 따라 다양한 위치에 다양한 형태와 모양의 발광 영역(150)이 형성될 수 있다.
상기 버튼(160)은 사용자가 큐브(100)를 켜거나 끄는데 이용될 수 있다.
또는 상기 버튼(160)은 큐브(100)의 모드를 전환하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 전원이 오프된 상태에서 상기 버튼(160)을 일정 시간(예를 들면 3초) 이상 누르는 경우 전원이 들어오고 대기상태가 될 수 있다. 대기 상태에서 버튼(160)을 누르는 경우 모든 상태 표시 LED(171, 172)가 꺼지며 슬립모드로 전환될 수 있다.
각각의 상태표시 LED(171, 172)는 서로 다른 색상의 광을 발산할 수 있다. 예를 들어, 상태표시 LED(171)은 파랑색 LED이며, 상태표시 LED(172)는 초록색 LED일 수 있다.
상기 상태표시 LED(171, 172)는 상기 제어장치(120)의 제어에 의하여 큐브(100)의 상태를 나타내는 각종 시각적 효과를 표시할 수 있다. 예를 들어, 상태표시 LED(171)은 중앙 제어 단말(200)과 무선 연결이 완료되기 전에는 점멸하며, 무선 연결이 완료된 후에는 점등될 수 있다. 상태표시 LED(172)는 충전 중에는 점등하고, 충전 중이 아닌 경우에는 꺼지며, 배터리의 상태가 일정 수준 이하인 경우에는 점멸할 수 있다.
상기 스피커(190)는 상기 제어장치(120)의 제어에 의하여 각종 음향을 출력할 수 있다.
도 7, 도 8(a) 및 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 충전 단자(181, 182)가 각각 전면 및 후면에 형성될 수 있다. 충전 단자(181)는 외부 전원과 연결될 수 있으며, 경우에 따라서는 다른 큐브의 충전 단자와 접촉될 수 있다. 예를 들어 제1큐브(100-1)의 충전 단자(181)가 외부 전원과 연결되고, 다른 충전 단자(182)가 제2 큐브(100-2)의 충전단자(181)와 접촉되는 경우, 상기 제2큐브(100)는 제1큐브를 통해 전력을 수신하여 충전될 수 있다. 경우에 따라서는 3 이상의 큐브가 차례로 쌓여 동시에 충전될 수도 있다.
한편, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇(100-1 내지 100-N)은 상술한 연결체를 통해 서로 결합될 수 있다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 로봇 시스템을 구성하는 큐브형 단위 로봇에 다른 큐브형 단위 로봇 및 부속품이 연결되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제1큐브(100-1)의 우측면에 형성되는 장착 홈(130-1)에 바퀴 형태의 회전체(300-1)가 장착될 수 있다. 제2큐브(100-2)의 우측면에 형성되는 장착 홈에(130-2)에도 바퀴 형태의 회전체(300-2)가 장착될 수 있다. 상기 회전체(300-1, 300-2)은 해당 회전체가 결합한 각각의 큐브(100-1, 100-2))의 스텝모터에 의해 회전할 수 있다.
한편, 하나의 연결체(350)가 제1큐브(100-1)의 좌측 면에 형성된 연결 홈(130-1) 및 제2큐브(100-2)의 좌측면에 형성된 연결 홈(130-2)에 장착될 수 있다. 이와 같이 연결체(350)를 통해 두 큐브(100-1 및 100-2)가 서로 연결될 수 있다.
도 9의 경우 서로 연결된 2개의 큐브(100-1 및 100-2), 각 큐브에 연결된 회전체(130-1 및 130-2) 및 두 큐브(100-1 및 100-2)를 연결하는 연결체(350)와 2개의 큐브(100-1 및 100-2)를 제어하는 중앙 제어 단말(200)이 완성된 하나의 모듈러 로봇 시스템을 구성할 수 있다.
도 9는 이해와 설명의 편의를 위하여 매우 단순한 형태의 모듈러 로못을 도시한 것에 불과하며, 실시예에 따라서는 3 이상의 큐브와 다양한 형태의 부속품이 장착될 수 있음은 물론이다. 단위가 되는 큐브의 조립 방식이나 부속품을 달리함으로써 매우 다양한 형태의 로봇이 구현될 수 있다. 즉, 본 발명의 기술적 사상에 의하면 단순한 형태의 큐브를 여러 방식으로 조합함으로써 다양한 형태의 완성된 모듈러 로봇이 구현될 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 상기 중앙 제어 단말(200)은 복수의 큐브(100)와 무선연결되고 이들을 제어할 수 있는데, 이하에서는 도 10a 및 도 10b을 참조하여 중앙 제어 단말(200)은 복수의 큐브(100)가 무선 연결되는 과정을 설명하기로 한다.
도 10a는 중앙 제어 단말(200)과 복수의 큐브(100)가 연결되는 과정을 도시한 도면이다. 도 10a는 4개의 큐브가 연결되는 예를 도시하고 있다.
도 10a를 참조하면, 상기 중앙 제어 단말(200)과 제1큐브(100-1)는 소정의 무선통신 방식(예를 들면, 블루투스)으로 무선 연결될 수 있다(S100-1).
이후 상기 중앙 제어 단말(200)은 처음으로 연결된 큐브(즉, 제1큐브(100-1))에 고유 식별번호 1을 부여할 수 있으며(S110-1), 고유 식별번호 1을 부여받은 제1큐브(100-1)은 고유 식별번호 1에 해당하는 색상으로 발광할 수 있다(S120-1).
보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 고유 식별번호마다 고유의 색상이 지정되어 있을 수 있다. 예를 들어, 식별번호 1에는 빨간색, 식별번호 2에는 파란색, 식별번호 3에는 초록색, 식별번호 4에는 노랑색이 미리 지정되어 있으며, 각 큐브의 제어장치(120)는 이러한 대응정보를 미리 저장하고 있을 수 있으며, 도 10b에서는 식별번호에 해당하는 색상이 이와 같이 지정되어 있다고 가정한다.
상기 제1큐브(100-1)에 포함된 제어부(120-1)는 상기 중앙 제어 단말(200)에서 부여하는 고유 식별번호 1를 수신할 수 있으며, 발광 영역(150-1)을 통해 상기 수신한 고유식별번호(ID1)에 상응하는 색상의 광이 방출되도록 발광체(151-1)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1큐브(100-1)의 제어부(120-1)는 식별번호 1에 상응하는 빨간색의 광이 방출되도록 할 수 있다.
한편, 상기 중앙 제어 단말(200)과 제2큐브(100-2)는 상기 무선통신 방식(예를 들면, 블루투스)으로 무선 연결될 수 있다(S100-2).
이후 상기 중앙 제어 단말(200)은 두 번째로 연결된 큐브(즉, 제2큐브(100-2))에 고유 식별번호 2를 부여할 수 있으며(S110-2), 고유 식별번호 2를 부여받은 제2큐브(100-2)은 고유 식별번호 2에 해당하는 색상으로 발광할 수 있다(S120-2). 예를 들어 상기 제2큐브(100-2)는 식별번호 2에 상응하는 파란색의 광을 방출할 수 있다.
한편, 상기 중앙 제어 단말(200)과 제3큐브(100-3)는 상기 무선통신 방식(예를 들면, 블루투스)으로 무선 연결될 수 있다(S100-3).
이후 상기 중앙 제어 단말(200)은 세 번째로 연결된 큐브(즉, 제3큐브(100-3))에 고유 식별번호 3을 부여할 수 있으며(S110-3), 고유 식별번호 3을 부여받은 제3큐브(100-3)은 고유 식별번호 3에 해당하는 색상으로 발광할 수 있다(S120-3). 예를 들어 상기 제3큐브(100-3)는 식별번호 3에 상응하는 초록색의 광을 방출할 수 있다.
한편, 상기 중앙 제어 단말(200)과 제4큐브(100-4)는 상기 무선통신 방식(예를 들면, 블루투스)으로 무선 연결될 수 있다(S100-4).
이후 상기 중앙 제어 단말(200)은 네 번째로 연결된 큐브(즉, 제4큐브(100-4))에 고유 식별번호 4를 부여할 수 있으며(S110-4), 고유 식별번호 4를 부여받은 제4큐브(100-4)는 고유 식별번호 4에 해당하는 색상으로 발광할 수 있다(S120-3). 예를 들어 상기 제4큐브(100-4)는 식별번호 4에 상응하는 노란색의 광을 방출할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 모듈러 로못을 구성하는 각 큐브는 지정된 고유번호에 상응하는 서로 다른 색상의 광을 방출함으로써, 사용자가 동일한 형상의 큐브를 용이하게 구분할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 10b는 중앙 제어 단말(200)과 큐브(100)가 연결되는 과정을 중앙 제어 단말의 관점에서 도시한 흐름도이다.
도 10b를 참조하면, 중앙 제어 단말(200)에서 그룹 1 내지 그룹 N 중 어느 하나인 그룹 i가 선택될 수 있다(S200). 그룹 i(여기서, i는 1<=i<=N인 정수)는 i개의 큐브를 이용하여 만들 수 있는 모듈러 로봇의 그룹을 의미할 수 있다. 또한 그룹 i에는 적어도 하나의 모델이 포함될 수 있는데, 모델은 i개의 큐브를 이용하여 만들 수 있는 완성된 하나의 모듈러 로봇을 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자는 상기 중앙 제어 단말(200)에서 출력하는 그룹 선택 UI(User Interface)를 통해 그룹을 선택할 수 있다. 도 11a은 그룹 선택 UI의 일 예를 도시한 도면이다. 도 11a의 그룹 선택 UI()는 그룹 1 내지 그룹 N에 각 대응되는 아이콘을 포함할 수 있으며, 사용자는 아이콘 중 하나를 지정하여 그에 상응하는 그룹을 선택할 수 있다.
다시 도 10b를 참조하면, 중앙 제어 단말(200)에서 선택된 그룹에 포함된 모델 중 하나가 선택될 수 있다(S210). 일 실시예에서, 사용자는 상기 중앙 제어 단말(200)에서 출력하는 모델 선택 UI를 통해 모델을 선택할 수 있다. 도 11b는 모델 선택 UI의 일 예를 도시한 도면이다. 도 11b는 앞서 그룹 2가 선택된 경우를 예로 들고 있다. 도 11b의 모델 선택 UI에서 사용자는 원하는 모델을 선택할 수 있다.
다시 도 10b를 참조하면, 상기 중앙 제어 단말(200)은 현재 연결 중인 큐브가 i개 인지 여부를 판단하고(S220), 아니라면 신규 큐브의 무선 연결을 대기할 수 있다(S230).
새로운 큐브와 무선 연결이 이루어진 경우, 상기 중앙 제어 단말(200)은 신규 고유 식별번호를 새로 무선 연결된 큐브에 부여할 수 있다(S240, S250).
한편, 상기 중앙 제어 단말(200)과 무선 연결되어 고유 식별번호를 부여 받은 큐브는 부여된 고유 식별번호에 상응하는 색상의 광을 발광 영역을 통해 방출할 수 있는데 이는 앞서 도 10a를 참조하여 설명한 바 있다.
이러한 과정을 반복하여 상기 중앙 제어 단말(200)은 i개의 큐브와 무선 연결될 수 있다.
상기 중앙 제어 단말(200)이 i개의 큐브와 무선 연결된 경우, S210 단계에서 선택된 모델에 해당하는 모듈러 로봇이 수행할 수 있는 적어도 하나의 액티비티 중 하나가 선택될 수 있으며(S260), 선택된 액티비티가 모듈러 로봇에 의해 수행될 수 있도록 하는 소정의 제어 과정을 수행할 수 있다(S270).
일 실시예에서, 사용자는 상기 중앙 제어 단말(200)에서 출력하는 액티비티 선택 UI를 통해 모델을 선택할 수 있다. 도 11c는 액티비티 선택 UI의 일 예를 도시한 도면이다. 도 11c는 "AutoCar"라는 명칭의 모델이 선택된 경우를 예로 들고 있다. 도 11c의 예에서, "AutoCar" 모델에 해당하는 모듈러 로봇은 조이스틱에 의한 제어 액티비티, 사용자가 그린 그림과 동일한 모양의 궤적을 그리며 움직이는 그리기 액티비티, 미리 지정된 궤적을 따라 이동하는 댄스모드 액티비티 등을 포함할 수 있다. 사용자는 모델에 지정된 적어도 하나의 액티비티 중 하나를 선택할 수 있다.
각각의 액티비티를 정의하는 데이터는 해당 액티비티에 상응하는 룩업 데이블의 형태로 표현될 수 있다. 이때 룩업 데이블은 액티비티를 수행하는 모듈러 로봇을 구성하는 각각의 큐브에 상응하는 스텝모터 제어 시퀀스의 디스크립터를 포함할 수 있다.
스텝모터 제어 시퀀스는 하나의 큐브(100; 보다 정확하게는 큐브에 포함된 제어장치(120))에서 수행하는 스텝모터 제어 동작의 리스트일 수 있다. 예를 들어 스텝모터 제어 시퀀스는 단위시간 당 펄스 수의 리스트를 포함할 수 있다. 스텝모터 제어 시퀀스의 디스크립터는 스텝모터 제어 시퀀스를 정의하기 위한 저장 가능한 형태의 데이터일 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 각각의 큐브에는 고유 식별번호가 미리 부여되어 있으며, 각각의 스텝모터 제어 시퀀스는 큐브에 부여되는 고유 식별번호와 1 대1 대응할 수 있다.
도 12은 하나의 액티비티를 정의하는 스텝모터 제어 시퀀스의 디스크립터를 포함하는 룩업 테이블의 일 예를 도시한 도면이다. 도 12의 룩업 데이블은 4개의 큐브를 포함하는 모듈러 로봇이 수행할 수 있는 특정 액티비티를 정의하고 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 하나의 액티비티를 표현하기 위한 룩업 데이블(1000)은 4개의 스텝모터 제어 시퀀스의 디스크립터(1100-1 내지 1100-4)를 포함할 수 있다.
식별번호 1이 부여된 제1큐브(100-1)는 제1스텝모터 제어 시퀀스(100-1)을 수행할 수 있으며, 식별번호 2가 부여된 제2큐브(100-2)는 제2스텝모터 제어 시퀀스(1000-2)을 수행할 수 있으며, 식별번호 3이 부여된 제3큐브(100-3)는 제3스텝모터 제어 시퀀스(1000-3)을 수행할 수 있으며, 식별번호 4가 부여된 제4큐브는 제4스텝모터 제어 시퀀스(1000-4)을 수행할 수 있다.
도 12의 예에서, 제1큐브(100-1)는 각 단위시간마다 30 펄스만큼 스텝모터를 회전하게 된다. 반면 제3큐브(100-3)는 각 단위시간마다 30 펄스만큼 스텝모터를 역회전하게 된다. 제2큐브(100-2)는 60 펄스 회전, 30펄스 역회전, 90펄스 회전을 반복하게 된다. 제4큐브는 60펄스 회전, 90펄스 회전, 120펄스 회전을 반복하게 된다.
도 12의 스텝모터 제어 시퀀스는 예시에 불과하며, 액티비티에 따라 정교하게 조정되는 다양한 값을 가지는 스텝모터 제어 시퀀스가 있을 수 있다. 또한 스텝모터 제어 시퀀스의 형태도 다양할 수 있으며, 각 큐브에 포함되어 있는 스텝모터의 회전 동작을 개별적으로 정의할 수 있는 형태라면 어떠한 것이라도 무방하다. 예를 들어, 스텝모터 제어 시퀀스는 <구동시간, 펄스> 값의 리스트로 구성될 수도 있다. 이 경우 하나의 값은 특정 구동시간 동안 스텝모터의 회전 펄스를 나타낼 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 큐브가 수행할 스텝모터 제어 시퀀스만을 조정하는 것만으로 다양한 움직임을 구현할 수 있는 효과가 있다.
한편, 다른 일 실시예에서, 상기 스텝모터 제어 시퀀스는 스텝모터의 원점을 기준으로 한 스텝모터의 회전 각도의 리스트를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 스텝모터 제어 시퀀스는 [30, 60, 30, -30] 과 같은 형태일 수 있는데, 이는 최초 단위시간 동안 모터가 회전하여 원점으로부터 30도의 위치로 이동해야 하며, 다음 단위 시간 동안 모터가 회전하여 원점으로부터 60도의 위치로 이동해야 하며, 다음 단위 시간 동안 모터가 역회전하여 원점으로부터 30도의 위치로 이동해야 하며, 다음 단위 시간 동안 모터가 역회전하여 원점으로부터 -30도의 위치로 이동해야 하는 동작을 정의하고 있다.
한편, 일 실시예에서, 스텝모터 제어 시퀀스 디스크립터를 포함하는 룩업 테이블은 중앙 제어 단말(200)에 저장될 수 있다. 이 경우, 상기 중앙 제어 단말(200)은 액티비티를 실행하기 전 각 큐브에서 수행되어야 할 스텝모터 제어 시퀀스를 개별적으로 해당 큐브로 미리 전송할 수 있다.
다른 일 실시예에서 상기 룩업 테이블은 각각의 큐브(정확하게는 큐브의 제어장치(120))에 미리 저장되어 있을 수 있다. 이 경우, 각 큐브는 룩업 테이블로부터 자신이 수행하여야 할 제어 시퀀스를 추출하고 이를 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 큐브는 큐브가 수행할 수 있는 모든 액티비티 각각에 상응하는 룩업 테이블을 모두 저장하고 있을 수 있으며, 그룹/모델/액티비티가 특정되면 그에 상응하는 룩업 테이블로부터 자신이 수행하여야 할 제어 시퀀스를 추출하고 이를 수행할 수 있다.
한편, 각 큐브의 스텝모터의 회전축에 연결된 외부 오브젝트(예를 들면, 연결체나 회전체 혹은 연결체나 회전체에 의해 연결되는 다른 큐브 등)의 무게가 너무 무거울 경우 모터가 헛도는 현상으로 인하여 원점이 틀어질 수 있으며, 이 경우 스텝모터를 제어하는 입장에서는 특정 펄스를 주었기에 모터가 특정 각도로 이동했다고 인식하지만 실제 모터의 회전축이 다른 각도에 위치하는 문제점이 있을 수 있다.따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 각 큐브가 수행할 수 있는 액티비티를 구성할 때, 각 큐브에서 수행되어야 할 스텝모터 제어 시퀀스는 원점을 기준으로 왔다 갔다 하도록 구성될 수 있다.
한편, N개의 큐브로 구성된 하나의 모듈러 로봇이 소정의 액티비티를 올바로 수행하기 위해서는 N개의 큐브가 모두 정확한 타이밍에 스텝모터 제어 시퀀스를 수행해야 할 필요가 있다. 따라서, N개의 큐브가 동기화되는 과정 및 동기화된 N개의 큐브 각각이 스텝 모터를 제어하는 과정이 필요한데, 이하에서는 수행하는 이러한 과정에 관하여 도 13를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 13는 각 큐브형 단위 로봇과 중앙 제어 단말이 수행하는 동기화 및 액티비티 실행 과정을 도시한 도면이다. 도 13에서는 각 단계가 중앙 제어 단말(200)에서 작동하는 타이머를 기준으로 하는 타임라인 상에 도시되어 있다. 한편 도 13는 3개의 큐브로 구성되는 모듈러 로봇을 기준으로 설명한다.
도 13를 참조하면, 상기 중앙 제어 단말(200)은 각각의 큐브로 동기화 정보를 전송할 수 있는데, 이때 각 동기화 정보에는 상기 중앙 제어 단말(200)에서 작동하는 타이머를 기준으로 측정되는 해당 동기화 정보의 전송 시점 정보를 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 중앙 제어 단말(200)은 T1시점에 제1큐브(100-1)로 동기화 정보를 전송할 수 있다(S300). 동기화 정보에는 해당 동기화 정보의 전송 시점 T1에 관한 정보가 포함될 수 있다.
동기화 정보를 수신한 상기 제1큐브(100-1)는 동기화 정보의 전송 시점 T1을 기억하고, 자신이 가지고 있는 타이머를 시작한 후 응답신호(Ack)를 중앙 제어 단말로 전송할 수 있다(S310).
또한 상기 중앙 제어 단말(200)은 T2시점에 제2큐브(100-2)로 동기화 정보를 전송할 수 있다(S320). 동기화 정보에는 해당 동기화 정보의 전송 시점 T2에 관한 정보가 포함될 수 있다.
동기화 정보를 수신한 상기 제2큐브(100-2)는 동기화 정보의 전송 시점 T2를 기억하고, 자신이 가지고 있는 타이머를 시작한 후 응답신호(Ack)를 중앙 제어 단말로 전송할 수 있다(S330).
또한 상기 중앙 제어 단말(200)은 T3시점에 제3큐브(100-3)로 동기화 정보를 전송할 수 있다(S340). 동기화 정보에는 해당 동기화 정보의 전송 시점 T3에 관한 정보가 포함될 수 있다.
동기화 정보를 수신한 상기 제3큐브(100-3)는 동기화 정보의 전송 시점 T3를 기억하고, 자신이 가지고 있는 타이머를 시작한 후 응답신호(Ack)를 중앙 제어 단말로 전송할 수 있다(S330).
마지막 Ack까지 수신한 후 중앙 제어 단말(200)은 제1큐브 내지 제3큐브(100-1 내지 100-3)로 제어 시퀀스 시작 명령을 전송할 수 있다. 이때, 상기 제어 시퀀스 시작 명령은, 상기 중앙 제어 단말(200)에서 작동하는 타이머를 기준으로 산정되는 시작 시점(Tstart) 정보를 포함할 수 있다.
상기 중앙 제어 단말(200)은 마지막 Ack가 수신된 시점으로부터 일정 기간 이후의 시점을 시작 시점(Tstart)으로 결정하는데, 이때 무선 통신을 통해 신호/데이터가 각 각 큐브로 전송되는 시간을 충분히 고려하여 결정하게 된다. 상기 중앙 제어 단말(200)은 모든 큐브로 제어 시퀀스 시작 명령이 전송된 이후에 시작 시점(Tstart)가 도래할 수 있도록 충분한 시간 여유를 두고 시작 시점(Tstart)을 결정할 수 있다.
한편, 각각의 큐브는 상기 중앙 제어 단말(200)의 타이머를 기준으로 동기화되어 있으므로 자신의 자체 타이머 및 자신이 수신한 동기화 정보에 포함된 동기화 정보의 전송 시점을 이용하여 제어 시퀀스 시작 명령에 포함되어 있는 시작 시점(Tstart)의 도래 여부를 알 수 있다. 따라서, 시작 시점(Tstart)에서 각각의 큐브는 미리 자신에게 부여된 고유 식별번호에 해당하는 스텝모터 제어 시퀀스의 수행을 시작하게 된다(S370-1, S370-2, S370-3).
한편, 사용자는 각 큐브가 실행할 스텝모터 제어 시퀀스를 직접 제작하여 새로운 액티비티를 개발하거나 기존에 정의된 스텝모터 제어 시퀀스를 수정함으로써 자신이 원하는 방식으로 모듈러 로봇이 동작하도록 커스터마이징할 수 있다. 이를 위하여 상기 중앙 제어 단말(200)은 사용자가 스텝모터 제어 시퀀스를 작성/수정할 수 있도록 하는 UI를 제공할 수 있다.
한편 상술한 실시예에서는 큐브형 단위 로봇은 정육면체의 형상을 가지므로 사용자가 잘못된 형태로 조립하는 경우가 발생할 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 큐브형 단위 로봇은 이러한 단점을 보완하기 위한 기술적 구성을 가질 수 있는데, 이에 대하여 도 14 및 도 15을 참조하여 설명하기로 한다.
도 14은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 큐브형 단위 로봇의 전체적인 외형을 도시한 도면이며, 도 15은 도 14에 도시된 큐브형 단위 로봇의 각 면을 도시한 도면이다.
도 14을 참조하면, 일 실시예에 따른 큐브형 단위 로봇은 정육면체의 하우징(300)을 포함할 수 있으며, 상기 하우징(300)의 내부에는 스텝모터가 설치될 수 있다.
도 14 및 도 15(a)에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(300)의 일 면에는 스텝모터의 회전축에 의해 회전하는 회전체가 장착될 수 있는 장착 홈(320)이 형성될 수 있다. 또한 도 14및 도 15(b) 내지 도 8(f) 에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(300)의 나머지 다섯 면에는 연결 홈(331 내지 335)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 하우징(300)의 나머지 다섯 면에는 서로 구분 가능한 서로 다른 형태의 고유한 식별 마크가 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 15(a) 내지 도 15(e)에 도시된 바와 같이, 하우징(300)의 정면(도 15(a))에는 ○ 형태의 마크(341)가 형성되며, 좌측면(도 15(b))에는 □ 형태의 마크(342)가 형성되며, 배면(도 15(c))에는 △ 형태의 마크(343)가 형성되며, 우측면(도 15(d))에는 ☆ 형태의 마크(344)가 형성되며, 평면(상측면)(도 15(e))에는 ♡형태의 마크(345)가 형성될 수 있다.
도 15은 저면(하측면)에는 별도의 마크가 없는 실시예에 관하여 도시하고 있으나, 실시예에 따라서는 이와 달리 저면에도 다른 마크와 구분 가능한 고유의 식별 마크가 더 형성될 수 있음은 물론이다. 즉, 하우징(300)의 여섯 면 모두에 서로 구분 가능한 서로 다른 형태의 고유한 식별 마크가 형성되는 실시예도 존재할 수 있다.
도 14 및 도 15을 참조하여 설명한 실시예에 따르면, 사용자가 정육면체의 형상을 가지는 단위 로봇의 각 면을 쉽게 구분할 수 있도록 함으로써, 각 단위 로봇을 올바른 자세로 결합할 수 있도록 하는 편의성을 제공할 수 있다.
한편, 외형적인 차이점을 제외하면, 도 1 내지 도 13를 참조하여 설명한 기술적 사항의 대부분이 도 14 및 도11에 도시된 실시예에 따른 단위형 큐브 로봇에도 적용될 수 있음은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터; 및
    상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되,
    상기 스텝모터의 회전축의 외주면에는 상기 원점을 나타내는 원점 식별 부위가 형성되며,
    상기 제어장치는,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서; 및
    상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하며,
    상기 원점 식별 부위는 제1 광 반사 특성을 가지며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 좌측 절반은 제2 광 반사 특성을 가지며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반은 제3 광 반사 특성을 가지며,
    상기 제1 광 반사 특성, 상기 제2 광 반사 특성 및 상기 제3 광 반사 특성은 서로 다른 광 반사 특성인 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스텝모터의 회전축의 외주면에는 상기 원점을 나타내는 돌기 형상의 원점 식별 부위가 형성되는 스텝모터 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 제1부분은 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 제1부분을 제외한 나머지 제2부분과 상이한 광 반사 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리.
  4. 삭제
  5. 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터; 및
    상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되,
    상기 제어장치는,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서; 및
    상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하고,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 좌측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점에서 상기 원점의 반대편으로 갈수록 연속적으로 감소하며,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점의 반대편에서 상기 원점으로 갈수록 연속적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리.
  6. 회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터; 및
    상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되,
    상기 제어장치는,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서; 및
    상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하고,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 좌측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점에서 상기 원점의 반대편으로 갈수록 연속적으로 증가하며,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점의 반대편에서 상기 원점으로 갈수록 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 스텝모터 어셈블리.
  7. N개(여기서, N은 2 이상의 정수)의 큐브형 단위 로봇을 포함하는 모듈러 로봇 시스템으로서,
    상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각은,
    정육면체 형상의 하우징; 및
    상기 하우징 내에 설치되는 스텝모터 어셈블리를 포함하되,
    상기 스텝모터 어셈블리는,
    회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터; 및
    상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되,
    상기 스텝모터의 회전축의 외주면에는 상기 원점을 나타내는 원점 식별 부위가 형성되며,
    상기 제어장치는,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서; 및
    상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하며,
    상기 하우징의 일 면에는 상기 스텝모터의 회전축에 의해 회전하는 회전체가 장착될 수 있는 장착 홈이 형성되며, 상기 하우징의 나머지 면에는 동일한 형상의 연결 홈이 형성되며, 상기 연결 홈에 장착되는 연결체를 통해 다른 큐브형 단위 로봇과 연결 가능한 모듈러 로봇 시스템.
  8. N개(여기서, N은 2 이상의 정수)의 큐브형 단위 로봇을 포함하는 모듈러 로봇 시스템으로서,
    상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각은,
    정육면체 형상의 하우징; 및
    상기 하우징 내에 설치되는 스텝모터 어셈블리를 포함하되,
    상기 스텝모터 어셈블리는,
    회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터; 및
    상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되,
    상기 제어장치는,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서; 및
    상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하고,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 좌측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점에서 상기 원점의 반대편으로 갈수록 연속적으로 감소하며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점의 반대편에서 상기 원점으로 갈수록 연속적으로 증가하며,
    상기 하우징의 일 면에는 상기 스텝모터의 회전축에 의해 회전하는 회전체가 장착될 수 있는 장착 홈이 형성되며, 상기 하우징의 나머지 면에는 동일한 형상의 연결 홈이 형성되며, 상기 연결 홈에 장착되는 연결체를 통해 다른 큐브형 단위 로봇과 연결 가능한 모듈러 로봇 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 지정되는 서로 다른 고유식별번호 중 어느 하나를 수신하고,
    미리 정의된 N개의 스텝모터 제어 시퀀스(여기서, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 전송되는 N개의 고유 식별번호와 미리 정의된 상기 N개의 스텝모터 제어 시퀀스는 서로 일대일 대응함) 중 수신한 고유식별번호에 대응되는 스텝모터 제어 시퀀스를 수행하는 모듈러 로봇 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 큐브형 단위 로봇은,
    상기 하우징에 형성되는 발광 영역을 통해 광을 발산하는 발광체를 더 포함하되,
    상기 제어모듈은,
    상기 발광 영역을 통해 상기 수신한 고유식별번호에 상응하는 색상의 광이 방출되도록 상기 발광체를 제어하는 모듈러 로봇 시스템.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 모듈러 로봇 시스템은, 중앙 제어 단말을 더 포함하되,
    상기 중앙 제어 단말은,
    상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에, 서로 구분 가능한 고유식별번호를 부여하고,
    상기 제어모듈은,
    미리 정의된 N개의 스텝모터 제어 시퀀스(여기서, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 전송되는 N개의 고유 식별번호와 미리 정의된 상기 N개의 스텝모터 제어 시퀀스는 서로 일대일 대응함) 중 상기 큐브형 단위 로봇의 고유식별번호에 대응되는 스텝모터 제어 시퀀스를 수행하는 모듈러 로봇 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    미리 정의된 상기 N개의 스텝모터 제어 시퀀스 각각의 디스크립터를 포함하는 룩업 테이블을 저장하고,
    저장된 상기 룩업 테이블로부터 상기 큐브형 단위 로봇의 고유식별번호에 대응되는 스텝모터 제어 시퀀스 디스크립터를 추출하고,
    추출된 상기 스텝모터 제어 시퀀스 디스크립터에 기초하여 스텝모터 제어 시퀀스를 수행하는 모듈러 로봇 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 N개의 스텝모터 제어 시퀀스 각각의 디스크립터는,
    단위시간 당 펄스 수의 리스트를 포함하는 모듈러 로봇 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 중앙 제어 단말은,
    상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에, 해당 큐브형 단위 로봇에 상응하는 고유식별번호에 대응되는 스텝모터 제어 시퀀스 디스크립터를 전송하고,
    상기 제어모듈은,
    상기 큐브형 단위 로봇에 전송된 스텝모터 제어 시퀀스 디스크립터에 기초하여 스텝모터 제어 시퀀스를 수행하는 모듈러 로봇 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 중앙 제어 단말은,
    상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 동기화 정보를 전송하고,
    상기 N개의 큐브형 단위 로봇에 동기화 정보를 모두 전송한 후 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 제어 시퀀스 시작 명령을 전송하며,
    상기 동기화 정보는, 상기 중앙 제어 단말에서 작동하는 타이머를 기준으로 측정되는 상기 동기화 정보의 전송 시점 정보를 포함하고,
    상기 제어 시퀀스 시작 명령은, 상기 중앙 제어 단말에서 작동하는 타이머를 기준으로 산정되는 시작 시점 정보를 포함하고,
    상기 제어모듈은,
    상기 큐브형 단위 로봇으로 동기화 정보가 전송되면, 자체 타이머를 시작하고,
    상기 큐브형 단위 로봇으로 제어 시퀀스 시작 명령이 전송되면, 상기 동기화 정보에 포함된 상기 동기화 정보의 전송 시점 및 상기 자체 타이머를 이용하여 상기 시작 시점에 스텝모터 제어 시퀀스의 수행을 시작하는 모듈러 로봇 시스템.
  16. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 N개의 큐브형 단위 로봇 중 어느 하나는 중앙 제어 단말의 역할을 수행하며,
    상기 중앙 제어 단말의 역할을 수행하는 큐브형 단위 로봇은,
    상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에, 서로 구분 가능한 고유식별번호를 부여하고,
    상기 제어모듈은,
    미리 정의된 N개의 스텝모터 제어 시퀀스(여기서, 상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각에 전송되는 N개의 고유 식별번호와 미리 정의된 상기 N개의 스텝모터 제어 시퀀스는 서로 일대일 대응함) 중 상기 큐브형 단위 로봇의 고유식별번호에 대응되는 스텝모터 제어 시퀀스를 수행하는 모듈러 로봇 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 N개의 큐브형 단위 로봇 각각은,
    소정의 기록매체에 저장된 정보를 인식할 수 있는 리더 장치를 더 포함하고,
    상기 N개의 큐브형 단위 로봇에 포함된 리더 장치 중 어느 하나에 의해 상기 기록매체가 인식되는 경우 해당 리더 장치를 포함하는 큐브형 단위 로봇이 상기 중앙 제어 단말의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇 시스템.
  18. 큐브형 단위 로봇으로서,
    정육면체 형상의 하우징; 및
    상기 하우징 내에 설치되는 스텝모터 어셈블리를 포함하되,
    상기 스텝모터 어셈블리는,
    회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터; 및
    상기 스텝모터와 이격되어 설치되며, 상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되,
    상기 스텝모터의 회전축의 외주면에는 상기 원점을 나타내는 원점 식별 부위가 형성되며,
    상기 제어장치는,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서; 및
    상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하며,
    상기 하우징의 일 면에는 상기 스텝모터의 회전축에 의해 회전하는 회전체가 장착될 수 있는 장착 홈이 형성되며, 상기 하우징의 나머지 면에는 동일한 형상의 연결 홈이 형성되며, 상기 연결 홈에 장착되는 연결체를 통해 다른 큐브형 단위 로봇과 연결 가능하며,
    상기 원점 식별 부위는 제1 광 반사 특성을 가지며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 좌측 절반은 제2 광 반사 특성을 가지며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반은 제3 광 반사 특성을 가지며,
    상기 제1 광 반사 특성, 상기 제2 광 반사 특성 및 상기 제3 광 반사 특성은 서로 다른 광 반사 특성인 것을 특징으로 하는 큐브형 단위 로봇.
  19. 큐브형 단위 로봇으로서,
    정육면체 형상의 하우징; 및
    상기 하우징 내에 설치되는 스텝모터 어셈블리를 포함하되,
    상기 스텝모터 어셈블리는,
    회전축을 중심으로 주어진 펄스만큼 회전하는 스텝모터; 및
    상기 스텝모터의 회전축의 외주면 상의 원점을 판단하기 위한 제어장치를 포함하되,
    상기 제어장치는,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면을 향하여 광을 방출하는 광센서; 및
    상기 광센서가 출력하는 신호에 기초하여 상기 원점을 판단하는 제어모듈을 포함하고,
    상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 좌측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점에서 상기 원점의 반대편으로 갈수록 연속적으로 감소하며, 상기 스텝모터의 회전축의 상기 외주면 중 상기 원점 식별 부위의 우측 절반은, 상기 스텝모터의 회전축의 중심으로부터의 거리가 상기 원점의 반대편에서 상기 원점으로 갈수록 연속적으로 증가하며,
    상기 하우징의 일 면에는 상기 스텝모터의 회전축에 의해 회전하는 회전체가 장착될 수 있는 장착 홈이 형성되며, 상기 하우징의 나머지 면에는 동일한 형상의 연결 홈이 형성되며, 상기 연결 홈에 장착되는 연결체를 통해 다른 큐브형 단위 로봇과 연결 가능한 큐브형 단위 로봇.
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인용발명 1: 일본 공개특허공보 특개2005-010330호(2005.01.13.) 1부.*
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