KR102353986B1 - 코딩 교육용 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코딩 교육용 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 사용자에 의해 조작되는 버튼을 구비하며, 버튼에 인가된 외부 입력에 따라 사용자에 의해 작성된 코드를 기초로 장치의 동작을 제어하는 제어부가 내장된 본체, 모터 및 본체와 모터를 연결하며, 형태 변형 및 유지를 위한 철사가 내장된 케이블을 포함할 수 있다. 이때, 사용자의 조작에 의해 철사가 구부러지거나 펼쳐짐으로써, 케이블은 점토가 결합되는 뼈대를 구성할 수 있다.

Description

코딩 교육용 장치{CODING TRAINING DEVICE}

본 발명은 코딩 교육용 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철사가 내장된 연결선을 이용하여 별도의 도구 및 접착제를 사용하지 않고도 기본 뼈대를 만들 수 있으며, 기본 뼈대에 점토를 붙여 사용자가 원하는 모양의 로봇을 제작할 수 있는 코딩 교육용 장치에 관한 것이다.

4차 산업 혁명 이후 코딩의 중요성이 강조됨에 따라 교육부는 지난 2015년 소프트웨어 교육을 중심으로 교육과정을 개정하였다. 하지만, 초등학교의 경우 담당 교사가 없고 커리큘럼도 제대로 마련돼 있지 않아 코딩 교육에 어려움을 표하는 경우가 많다. 따라서, 초등학생들을 대상으로 창의적이고 흥미 있는 컴퓨터 프로그래밍 교육을 위한 키트를 개발하고, 이를 학교 현장에 적용하기 위한 컴퓨터 프로그래밍 교육체제를 구축하는 것이 필요하다.

전술한 바와 같은 요구에 따라, 로봇이나 물리적인 장치(Physical Apparatus)를 활용하여 학생들의 프로그래밍 교육 보조하기 위한 다양한 코딩 교육용 키트들이 개발되어 왔다. 다만, 기존 아이들을 위한 코딩 교육용 키트는 완제품 형식으로 출시되어 정해진 기능만을 수행하거나 혹은 개별적인 부품 형식으로 출시되어 직접 조립해서 사용하여야 하는 한계가 존재한다. 전자의 경우에는 가격대가 높게 형성되어 있고, 아이들이 원하는 다른 기능을 구현하기에는 무리가 있다. 또한, 후자는 조립 시 날카로운 도구 및 선, 접착제 등을 사용하여야 하고, 원하는 모양을 구현하기 쉽지 않으며, 회로연결에 관한 지식도 갖추어야 하는 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0026714호 (2018.03.13)

본 발명은 기존 완제품 형식의 코딩 교육용 키트의 높은 가격대 및 하드웨어의 단조로움과 개별 부품 형식의 코딩 교육용 키트의 위험성 및 높은 난이도를 극복하기 위한 것으로, 철사가 내장되어 형태 변형이 용이한 뼈대 및 이에 결합되는 점토를 활용함으로써, 사용자가 자유롭게 원하는 외관을 제작하고 원하는 기능을 구현할 수 있도록 하는 코딩 교육용 장치를 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 코딩 교육용 장치는, 사용자에 의해 조작되는 버튼을 구비하며, 버튼에 인가된 외부 입력에 따라 사용자에 의해 작성된 코드를 기초로 장치의 동작을 제어하는 제어부가 내장된 본체, 모터 및 본체와 모터를 연결하며, 형태 변형 및 유지를 위한 철사가 내장된 케이블을 포함할 수 있다. 이때, 사용자의 조작에 의해 철사가 구부러지거나 펼쳐짐으로써, 케이블은 점토가 결합되는 뼈대를 구성할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 본체는, 사용자에 의해 작성된 코드에 따라 빛을 출력하는 발광부를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 본체는, 본체로 접근하는 소정의 물체와의 거리를 감지하기 위한 초음파 센서를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 본체에는, 제어부에 적층되어 제어부와 버튼, 모터, 발광부 및 초음파 센서를 연결하는 인쇄회로기판이 내장될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 본체는, 사용자에 의해 작성된 코드를 포함하는 데이터를 제어부로 송수신하기 위해 외부 단말과 연결되는 포트를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 모터는, 사용자에 의해 작성된 코드에 따라 회전 동작을 수행하는 스텝 모터일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블의 외면은, 철사의 보호 및 절연을 위한 고무수축튜브로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예로서 제공되는 코딩 교육용 장치는, 기존 제품들에 비해 저연령층의 학생들의 사용 및 안정성에 초점이 맞추어 설계되어 초등학교 등의 교육기관에서의 활용되기에 적합하다는 장점이 있다.

또한, 점토를 이용한 외관 제작 및 기능 구현을 통해 어린 학생들이 접근하기 어려운 코딩이란 개념을 쉽게 설명할 수 있으며, 아이들의 흥미를 높이고 교육의 부담을 줄일 수 있다. 특히, 점토의 활용은 아이들의 소근육 발달 및 뇌의 신경망 형성에 큰 도움을 주며, 긴장과 스트레스를 완화시키는 긍정적인 효과가 있다.

즉, 본 발명은 저연령층의 학생들에게 코딩에 대한 흥미를 고취시키고 학생들의 학습능력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 아이들의 정서적, 신체적 발달에도 큰 도움을 줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코딩 교육용 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코딩 교육용 장치에 사용된 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부와 인쇄회로기판의 연결 코드를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코딩 교육용 장치의 사용 상태도이다.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 구성을 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코딩 교육용 장치의 사시도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 코딩 교육용 장치(100)는, 특정 기능만을 구현하도록 구성된 종래의 코딩 교육용 키트와는 달리 사용자가 자유롭게 외관 및 기능을 구현할 수 있도록 점토를 이용하는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 사용자는 다양한 로봇의 기능들을 장치(100)를 통해 구현하고, 장치(100)에 점토를 결합시켜 해당 로봇의 외관을 구현할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치(100)는 사용자가 제작하고자 하는 로봇의 외관 구현 및 동작 수행을 위한 기본 뼈대 및 구성을 제공한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치(100)는, 박스 형태의 본체(10), 로봇의 동작을 위한 모터(20a, 20b) 및 모터(20a, 20b) 및 본체(10)와 모터(20a, 20b)를 연결하는 케이블(30a, 30b)을 포함할 수 있다. 본체(10)는 사용자에 의해 작성된 코드를 기반으로 장치(100)를 통해 구현되는 로봇의 동작 및 기능을 제어하는 역할을 수행한다. 모터(20a, 20b)는 장치(100)를 통해 구현되는 로봇의 특정 동작을 기계적으로 수행한다. 케이블(30a, 30b)은 본체(10)와 모터(20a, 20b)의 전기적인 연결을 수행함과 동시에 사용자의 조작에 의해 변형되어 점토가 결합되는 기본적인 뼈대를 구성한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 본체(10)는, 입력 파트로서 버튼(11) 및 초음파 센서(13), 출력 파트로서 발광부(12), 입출력 파트로서 포트(14)를 구비할 수 있다. 또한, 본체(10)에는 전술한 파트들의 제어를 위한 제어부(미도시) 및 제어부에 적층되어 전술한 파트들과 제어부를 연결시키는 인쇄회로기판(미도시)이 내장될 수 있다. 예를 들어, 본체(10)의 상면에는 버튼(11) 및 발광부(12)가 배치되고, 본체(10)의 전면에는 초음파 센서(13)가 배치될 수 있다. 또한, 본체(10)의 후면에는 데이터 송수신 및 전원 공급을 위한 포트(14)가 배치될 수 있다. 본체(10)의 내부에는 제어부와 제어부를 보호하는 형태로 제어부의 상측에 인쇄회로기판이 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 버튼(11)은 사용자에 의해 조작되는 입력 파트로서, 사용자로부터 인가된 외부 입력에 따른 디지털 신호를 제어부로 전달할 수 있다. 이때, 버튼(11)으로부터 전달되는 디지털 신호는 발광부(12), 초음파 센서(13), 모터(20a, 20b) 등 별도의 기능을 수행하는 파트들의 동작 시작 또는 정지를 결정하는 신호를 말한다. 예를 들어, 사용자에 의해 작성된 코드가 발광부(12)의 반복적인 점등을 구현하는 것이라면, 사용자에 의한 버튼(11)의 조작에 따라 발광부(12)는 점등되거나 점등을 멈출 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 발광부(12)는 사용자에 의해 작성된 코드에 따라 빛을 출력할 수 있다. 즉, 사용자에 의해 작성된 코드에 의해 결정된 출력 색상, 출력 횟수 등에 따라 발광부(12)는 빛을 출력할 수 있다. 발광부(12)의 동작 개시 또는 정지는 전술하였듯이 버튼(11)의 조작에 의해 결정되고, 동작이 개시된 이후 출력의 전반적인 제어는 제어부에 의해 수행될 수 있다. 이때, 발광부(12)는 발광다이오드(LED) 등일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 센서(13)는, 본체(10)로 접근하는 소정의 물체와의 거리를 감지할 수 있다. 즉, 사용자가 제작하고자 하는 로봇의 동작 중 물체와의 거리에 기반한 동작이 존재하는 경우, 이러한 동작은 사용자에 의해 코드화되어 초음파 센서(13)를 통해 구현될 수 있다. 초음파 센서(13)의 동작 개시 또는 정지는 전술하였듯이 버튼(11)의 조작에 의해 결정되고, 동작이 개시된 이후 감지의 전반적인 제어는 제어부에 의해 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 포트(14)에는, 사용자에 의해 작성된 코드를 포함하는 데이터를 제어부로 송수신함과 동시에 장치(100)의 동작을 위한 전원을 공급하기 위해 외부 단말이 연결될 수 있다. 여기서 외부 단말은 코드가 작성되어 저장된 컴퓨팅 장치뿐만 아니라 기 작성된 코드를 별도로 저장한 기록매체 및 전원 공급 장치(e.g. 보조배터리 등)를 통칭한다. 예를 들어, 포트(14)는 USB 타입-B 단자 또는 USB 타입-C 단자 등일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부는, 버튼(11)에 인가된 외부 입력에 따라 사용자에 의해 작성된 코드를 기초로 발광부(12), 초음파 센서(13) 및 모터(20a, 20b)의 동작을 제어할 수 있다. 사용자에 의해 작성된 코드는 전술한 포트(14)를 통해 제어부로 전달되어 저장될 수 있으며, 제어부는 버튼(11)으로부터 전달된 디지털 신호를 기준으로 저장된 코드를 구현하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 사용자에 의해 작성된 코드가 모터(20a, 20b)의 회전을 구현하는 것이라면, 사용자에 의한 버튼(11)의 조작을 기준으로 제어부는 모터(20a, 20b)를 회전시키거나 모터(20a, 20b)의 회전을 정지시킬 수 있다. 이때, 제어부는 아두이노 우노(R3) 등일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 모터(20a, 20b)는, 사용자에 의해 작성된 코드에 따라 회전 동작을 수행하는 스텝 모터일 수 있다. 모터(20a, 20b)가 스텝 모터일 경우, 사용자에 의해 작성된 코드에 따라 모터(20a, 20b)의 로터는 구동축과 함께 특정한 각도 또는 단계(step)로 회전하는 동작을 수행할 수 있다. 이때, 도 1과 같이 2개의 스텝 모터들(20a, 20b)은 각각 케이블(30a, 30b)을 통해 본체(10)와 연결되어, 개별적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 사용자에 의해 작성된 코드가 좌측 스텝 모터(20a)의 시계 방향 회전, 우측 스텝 모터(20b)의 반시계 방향 회전을 구현하는 것이라면, 사용자에 의한 버튼(11)의 조작에 따라 스텝 모터(20a, 20b) 각각은 전술한 코드에 맞추어 회전 동작을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블(30a, 30b)은, 모터(20a, 20b)의 동작 제어를 위한 신호 전달 통로로서 케이블(30a, 30b)에 내장되는 전기선, 형태 변형 및 유지를 위해 케이블(30a, 30b)에 내장되는 철사 및 철사의 보호 및 절연을 위해 케이블(30a, 30b)의 외면을 형성하는 고무수축튜브를 포함할 수 있다. 케이블(30a, 30b)에 내장된 철사를 통해 니퍼, 가위, 본드 등과 같은 도구가 없이도 사용자가 제작하고자 하는 로봇의 뼈대를 구성할 수 있다. 즉, 사용자의 조작에 의해 철사가 구부러지거나 펼쳐짐으로써, 케이블(30a, 30b)은 점토가 결합되는 뼈대를 구성할 수 있다. 또한, 케이블(30a, 30b)의 외면이 고무수축튜브로 형성됨으로써, 철사에 의한 케이블(30a, 30b)의 변형에도 탄성을 통해 케이블(30a, 30b) 자체가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코딩 교육용 장치에 사용된 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)의 평면도, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부와 인쇄회로기판의 연결 코드를 나타낸다.

도 2의 인쇄회로기판(15)은 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치의 구현을 위해 별도로 제작된 것으로, 상부에 형성된 디지털 입출력 핀을 통해 제어부와 버튼, 발광부, 초음파 센서, 모터를 연결한다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 첫번째 스텝 모터는 인쇄회로기판(15)의 2번 핀 내지 5번 핀, 두번째 스텝 모터는 인쇄회로기판(15)의 6번 핀 내지 9번 핀과 연결될 수 있다. 초음파 센서는 인쇄회로기판(15)의 10번 핀 및 11번 핀과 연결될 수 있다. 또한, 발광부는 인쇄회로기판(15)의 12번 핀, 버튼은 인쇄회로기판(15)의 13번 핀과 연결될 수 있다. 이와 같은 연결을 통해 제어부는 버튼, 발광부, 초음파 센서 및 모터의 동작을 원활하게 제어할 수 있다. 한편, 전술한 연결 이외에도 도 3과 같은 코드를 통해 초음파에 의한 거리 판단 및 거리 판단에 기초한 스텝 모터의 동작 등을 구현할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코딩 교육용 장치의 사용 상태도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블(30)에는 철사가 내장되어 있으므로, 도 4와 같이 사용자가 케이블(30)을 변형하는 작업을 통해 점토가 결합되는 기본 뼈대를 구성할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 우측 상단 그림과 같이 2개의 스텝 모터(20)가 본체의 양 측면에 위치하도록 케이블(30)을 구부려 뼈대를 구성하고, 구성된 뼈대에 점토를 결합시킴으로써, 사용자는 자동차 로봇을 제작할 수 있다. 이때, 사용자는 초음파 센서에 의해 감지되는 장애물이 없는 경우에만 스텝 모터(20)가 교차로 동작함으로써 자동차 로봇이 움직이도록 코딩을 작성할 수 있다.

또한, 도 4의 우측 중단 그림과 같이 별도의 구조물을 더해 사용자는 프로펠러를 구비하는 비행기 로봇도 제작할 수 있으며, 도 4의 우측 하단 그림과 같이 깃발을 상하로 흔드는 동작을 수행하는 곰인형 로봇도 제작할 수 있다. 이와 같이 케이블(30)을 이용한 뼈대 구성 및 점토 결합을 통해 사용자는 코딩에 따라 동작하는 다양한 형태의 로봇을 손쉽게 제작할 수 있다.

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 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 본체 11: 버튼
12: 발광부 13: 초음파 센서
14: 포트 15: 인쇄회로기판
20, 20a, 20b: 모터
30, 30a, 30b: 케이블
100: 코딩 교육용 장치

Claims (7)

1. 점토가 결합되는 코딩 교육용 장치에 있어서,
   사용자에 의해 조작되는 버튼을 구비하며, 상기 버튼에 인가된 외부 입력에 따라 상기 사용자에 의해 작성된 코드를 기초로 상기 장치의 동작을 제어하는 제어부가 내장된 본체;
   모터; 및
   상기 본체와 모터를 연결하며, 형태 변형 및 유지를 위한 철사와 상기 모터의 동작을 제어하기 위한 전기선이 내장되고,
   상기 철사 및 상기 전기선의 보호 및 절연을 위해 외면이 고무수축튜브로 구성되는 케이블을 포함하며,
   상기 사용자의 조작에 의해 상기 철사가 구부러지거나 펼쳐짐으로써, 상기 케이블은 상기 점토가 결합되는 뼈대를 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 본체는,
   상기 사용자에 의해 작성된 코드에 따라 빛을 출력하는 발광부를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 본체는,
   상기 본체로 접근하는 소정의 물체와의 거리를 감지하기 위한 초음파 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 본체에는,
   상기 제어부에 적층되어 상기 제어부와 상기 버튼, 모터, 발광부 및 초음파 센서를 연결하는 인쇄회로기판이 내장되는 것을 특징으로 하는 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 본체는,
   상기 사용자에 의해 작성된 코드를 포함하는 데이터를 제어부로 송수신하기 위해 외부 단말과 연결되는 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터는,
   상기 사용자에 의해 작성된 코드에 따라 회전 동작을 수행하는 스텝 모터인 것을 특징으로 하는 장치.
   
7. 삭제

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