KR102584040B1 - 코딩 원리 학습용 코딩 교구 - Google Patents

코딩 원리 학습용 코딩 교구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코딩 원리 학습용 코딩 교구에 관한 기술로, 사용자에게 코딩에 대한 개념과 원리를 전달하고, 오락성에 의한 흥미를 유발하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구에 관한 기술이다. 이를 통해, 본 발명은 코딩 블록의 조립 과정에서 다양한 방향에서의 조립과, 적층형 조립을 통해 코딩 블록의 개수가 줄어드는 바, 복잡한 코드를 수행하더라도 조립된 코딩 블록이 단순화되는 효과가 있으며, 코딩 블록의 조립에 따라 구동하는 구동체의 동작과, 현재 구동체의 동작을 지시하는 코딩 블록의 위치를 빛으로 표현하여, 사용자가 조립 과정에서 예상과 다른 동작을 입력한 코딩 블록을 쉽게 확인할 수 있는 효과가 있다. 또한, 코딩 블록의 조립에 따라 구동하는 구동체가 다른 구동체와 경쟁할 수 있도록 하여, 사용자에게 흥미가 증대되는 효과가 있다.

Description

코딩 원리 학습용 코딩 교구{Apparatus for coding study and learning}
본 발명은 코딩 원리 학습용 코딩 교구에 관한 기술로, 사용자에게 코딩에 대한 개념과 원리를 전달하고, 오락성에 의한 흥미를 유발하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구에 관한 기술이다.
최근 코딩 교육은 초등 교과 가정에 포함되어 중요성이 강조되고 있다. 이에 따라, 코딩 교육을 위한 다양한 교구가 출시되고 있으며, 해당 교구에 관한 특허도 다수 출원되고 있다.
특허청에서 2016년 12월 발표한 ‘복잡한 코딩 교육, 장난감으로 쉽고 재밌게’라는 보도자료에 의하면, 2011년부터 2015년까지 학습 교구 분야의 전체 특허 출원 건수는 연평균 6% 감소했으나, 코딩 교구 분야는 약 5배 증가하며 출원 건수가 또렷한 증가세를 나타내고 있다.
이러한 코딩 교구 분야는 조립된 순서에 의해 어플리케이션이 동작하거나, 로봇이 동작하는 것이 일반적이다. 다만, 모듈형 블록의 조립에 따라 동작하는 점에서, 명령이 복잡할수록 모듈형 블록의 개수가 많아지고, 이에 따라 코딩을 학습하는 것이 어려워지는 문제가 있다.
또한, 모듈형 블록의 조립 및 조립에 따른 코드에 이상이 생길 경우, 어떠한 블록에서 오류가 발생하였는지를 판단하기 어려운 문제가 있으며, 여러 경우의 수를 계산할 때 모듈형 블록을 지속적으로 재조립해야하는 어려움이 있다.
또한, 모듈형 블록의 조립에 따라 단순 동작하는 어플리케이션 또는 로봇은 주된 사용자인 학생 혹은 유아들에게 흥미를 유발하지 못하는 문제가 있다.
대한민국등록특허 제10-2239147호 (2021. 04. 06. 등록) 대한민국공개특허 제2021-0075791호 (2021. 06. 23. 공개)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 코딩 블록의 조립 과정에서 조립 방향성 및 적층 구조에 의해 다양한 코드를 수행하도록 하여, 코딩 블록의 개수를 줄이는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 코딩 블록의 조립에 따른 명령 수행 과정에서 문제가 발생할 경우, 해당 문제가 발생한 블록을 사용자가 확인할 수 있도록 하여 손쉽게 코드를 수정할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 코딩 블록의 조립에 따라 구동하는 로봇의 경쟁을 통해 경쟁 심리에 따른 흥미를 유발하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 MCU가 내부에 수용되는 코딩 블록과, 상기 코딩 블록의 지시에 의해 동작하는 구동체를 포함하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구를 포함한다.
코딩 블록은 알고리즘의 시작을 나타내고, 일측에 결합부가 형성된 시작 블록, 사측면에 결합부가 형성되고, 서로 다른 처리 명령어가 내장된 복수의 명령 블록, 사측면에 결합부가 형성되고, 서로 다른 조건/판단문이 내장된 조건/판단 블록, 및 알고리즘의 종료를 나타내고, 일측에 결합부가 형성된 종료 블록을 포함한다.
코딩 블록 중, 명령 블록 및 조건/판단 블록은 결합부가 형성된 사측면 외, 상부면 및 하부면에도 결합부가 형성되어, 적층 구조에 따른 명령 및 조건 수가 증대된다.
코딩 블록의 시작 블록, 명령 블록, 조건/판단 블록 및 종료 블록은 상부면에 발광 소자를 포함하는 각기 다른 도형이 그려져 있으며, 시작 블록은 장공 형상의 도형, 명령 블록은 네모 형상의 도형, 조건/판단 블록은 마름모 형상의 도형이 그려진 것을 특징으로 한다.
구동체의 동작을 지시하고 있는 코딩 블록의 도형은 발광하여, 구동체의 동작을 지시하는 상기 코딩 블록을 실시간으로 표시한다.
코딩 블록의 시작 블록, 명령 블록, 조건/판단 블록, 종료 블록의 결합부는 자성에 의해 결합하는 것을 특징으로 한다.
코딩 블록의 상부면은 터치 감응형인 것을 특징으로 한다.
구동체는 사용자의 상기 코딩 블록 상부면의 터치 순서에 따라 동작한다.
코딩 블록의 지시에 의해 동작하는 구동체는 바퀴 회전에 의해 이동하는 인휠(In-Wheel)형 로봇으로, 구동체의 전단 및 후단에는 전기적 신호에 의해 자력을 발생시키는 전자석이 구비된 것을 특징으로 한다.
구동체의 후단의 전자석은 전류가 일 방향으로만 인가되어 극성이 변화하지 않고, 구동체의 전단의 전자석은 전류의 방향이 선택적으로 인가되어 극성이 변화하는 것을 특징으로 한다.
구동체의 후단에는 비동작 혹은 전원이 연결되지 않더라도 자성체가 결합되어 있으며, 코딩 블록의 명령에 의한 구동과 동시에 후단의 전자석에 전류를 인가하여, 결합된 자성체를 분리하는 것을 특징으로 한다.
자성체는 상기 구동체마다 상이한 코드를 가지고 있고, 코드는 QR코드, 색상 혹은 태그 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 코딩 블록의 조립 과정에서 조립 방향에 대한 경우의 수 및 적층형 조립에 대한 경우의 수를 통해 코딩 블록의 개수가 줄어드는 바, 코딩 블록이 단순화되는 효과가 있다.
또한, 코딩 블록의 조립에 따라 구동하는 구동체의 동작과, 구동체의 현재 동작을 지시하는 코딩 블록을 도형화된 광으로 표현하여, 사용자의 예상 입력과 달리 동작하는 코딩 블록을 쉽게 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 알고리즘의 원리를 이해할 수 있다.
또한, 코딩 블록의 조립에 따라 구동하는 구동체가 다른 구동체와 경쟁할 수 있도록 하여, 사용자에게 흥미가 증대되는 효과가 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 코딩 원리 학습용 코딩 교구의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 코딩 블록의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 코딩 블록의 예시도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 코딩 원리 학습용 코딩 교구는 MCU가 내부에 수용되는 복수의 코딩 블록(100)과, 코딩 블록(100)의 지시에 의해 동작하는 구동체(200)를 포함한다.
상기 코딩 블록(100)은 알고리즘의 시작을 나타내고, 일측에 타 블록이 결합되는 시작 블록(110)과, 사측면에 결합부가 형성되고 각 결합부의 연결에 따라 서로 다른 명령어가 내장된 명령 블록(120)과, 사측면에 결합부가 형성되고 서로 다른 조건/판단문이 내장된 조건/판단 블록(130), 알고리즘의 종료를 나타내고, 일측에 결합부가 형성된 종료 블록(140)을 포함한다.
각 코딩 블록(100)의 결합부는 암수 결합의 형태일 수 있다. 다만, 바람직한 각 코딩 블록(100)의 결합부는 자성체에 의한 결합 구조인 것이 바람직하다. 이는 코딩 원리 학습용 코딩 교구를 사용하는 주된 대상이 학생 혹은 유아에 해당하는 바, 사용에 불편함이 없고, 크지 않은 힘으로 탈착이 가능해야 하기 때문이다.
여기서, 명령 블록(120) 및 조건/판단 블록(130)은 결합되는 방향에 따라, 내장된 각기 다른 코드를 수행한다.
코딩 블록(100)은 직사각형의 육면체 형상으로, 모두 동일한 형상이다. 다만, 코딩 블록의 일면에는 각 코딩 블록의 역할에 해당하는 도형이 그려진 것을 특징으로 한다. 바람직한 코딩 블록의 일면은 상부면이다.
코딩 블록의 상부면에 그려진 도형은 순서도에서 사용하는 기호다. 즉, 시작 블록(110)과 종료 블록(140)은 순서도에서 시작과 끝을 의미하는 블록인 바, 장공 형상의 도형이 그려져 있다. 또한, 명령 블록(120)은 네모 형상의 도형이 그려져 있으며, 조건/판단 블록(130)은 마름모 형상이 그려져 있다.
여기서, 각 코딩 블록(100)에 그려진 도형은 내부에 발광 소자가 형성되어 있다. 따라서, 후술될 구동체(200)의 동작과 연동되어, 구동체(200)의 동작이 현재 어떠한 코딩 블록에서 지시하는 동작인지 판단할 수 있다. 따라서, 사용자는 구동체(200)가 사용자가 설정 혹은 생각한 동작과 다른 동작을 수행할 경우, 해당 동작이 수행되고 있는 코딩 블록(100)의 도형에 광이 조사되는 바, 잘못 설정한 블록을 시시간으로 확인할 수 있다.
또한, 각 코딩 블록(100)에서 도형이 그려진 상부면은 터치 감응형이다. 이는 코딩 블록(100)을 사용자가 복잡하게 조립하거나, 오동작을 확인하기 위한 것이다. 즉, 코딩 블록(100)을 사용자가 터치 혹은 드래그하는 순서에 따라, 해당 터치 혹은 드래그된 블록의 동작만을 수행하게 되는 것이다. 따라서, 복수의 블록이 다방향으로 조립된 경우에, 각 블록의 코드 및 동작을 확인할 수 있도록 사용자가 선택한 블록의 동작만을 수행 및 확인할 수 있다.
여기서, 명령 블록(120) 및 조건/판단 블록(130)은 결합부가 형성된 사측면 외, 상부 및 하부에도 결합부가 형성된다. 따라서, 명령 블록(120) 및 조건/판단 블록(130)은 적층이 가능하다. 이는 적층 구조 및 결합 방향에 따라 명령 및 조건의 수가 증대된다. 예를 들어, 명령 블록(120) 위에 또 하나의 명령 블록(120)이 결합되는 2단 구조의 경우, 1단 명령 블록에서 4개의 명령 경우의 수, 2단 명령 블록에서 4개의 명령 경우의 수가 구비되어, 총 4X4에 해당하는 16가지 경우의 수가 생성된다. 만약, 명령 블록(120)이 3단 구조일 경우, 4X4X4에 해당하는 64개의 경우의 수가 생성되는 것이다.
여기서, 명령 블록(120) 및 조건/판단 블록(130)은 사측면에서도 결합이 가능한 바, 알고리즘상 Yes or No에 해당하는 선택을 블록의 위치를 통해 설정할 수 있다. 예를 들어, 조건/판단 블록(130)에서 설정한 조건이 특정 장애물을 감지했을 경우라고 가정한다. 이러한 경우에는 감지했을 경우에 행동하는 명령 블록(120)과 감지하지 못하였을 경우에 행동하는 명령 블록(120)이 복수로 필요하다. 따라서, 사측면을 통해 Yes or No에 따른 명령을 수행하는 것이다.
구동체(200)는 코딩 블록의 지시에 의해 동작하는 종속 관계물로, 바람직한 구동체(200)는 바퀴의 회전에 의해 이동하는 인휠 타입의 로봇이다. 즉, 모터와 휠이 일체로 연결되어 개별 모터 제어에 의해 구동하는 로봇이다. 또한, 구동체(200)의 전단에는 초음파 센서, 적외선 카메라, Depth 카메라가 위치한다. 이는 주변 사물의 위치, 거리, 색상 등을 복합적으로 판단하기 위함이다.
인휠 타입의 구동체(200)는 직선 경로 이동, 곡선 경로 이동, 수직 경로 이동 등 다양한 경로에 따른 회전이 가능하다. 예를 들어, 곡선 경로 이동시 구동체(200)의 양측 바퀴 회전값 조절을 통해 회전하고자 하는 방향의 타단에 위치한 바퀴의 회전비를 더 높인다. 반면, 수직 경로 이동시에는 일측 바퀴의 회전을 억제한 다음, 타측 바퀴를 회전하거나, 양측 바퀴의 회전값을 동일하게 하되, 서로 반대 방향으로 회전할 필요가 있다. 다만, 수직 경로 이동시 전술된 구동은 각 회전에 따른 위치가 일부 상이하다. 이는 구동체(200)가 회전 가능한 반경에 따라 자율 선택적으로 실시한다.
또한, 구동체(200)가 진행하고자 하는 방향의 경로가 모두 막혀있는 경우, 다시 이전 위치로 되돌아갈 필요가 있다. 이러한 경우에는 구동체(200)의 초음파 센서, 적외선 카메라 및 Depth 카메라의 동작에 의해 회전 가능한 반경을 판단하고, 회전 가능한 반경일 경우 구동체(200)의 양측 바퀴가 서로 상이한 방향으로 동일한 회전을 실시한다. 만약, 회전 가능한 반경이 확보되지 않을 경우, 구동체(200)의 양측 바퀴가 동일하게 역방향으로 회전하며 이전 위치로 되돌아간다. 여기서, 구동체(200)가 역방향으로 회전하며 이전 위치로 되돌아가는 과정에서, 회전 가능한 반경이 확보된 것으로 판단되는 경우에는 구동체(200)는 즉시 회전을 실시한다.
이를 위해, 구동체(200)는 코딩 블록(100)의 지시에 따라 이동하는 경로 및 이동 경로에 따른 바퀴의 회전값을 순차적으로 기록하고, 기록된 바퀴의 회전값을 역순으로 회전하여 이전 위치로 되돌아가는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 구동체(200)의 전단 및 후단에는 전자석이 구비된다. 즉, 구동체(200)의 전단 및 후단에는 전기적 신호에 의해 자석으로 성질이 변하여, 자력이 생성되는 것이다. 여기서, 전자석은 명령 블록 및 조건/판단 블록에서 설정한 조건 및 동작을 수행했을 때, 전류가 인가되어 자력이 생성된다. 또한, 본 발명에 따른 구동체(200) 후단의 전자석에는 전류가 일 방향으로만 흐르고, 전단의 전자석에는 전류가 양방향중 선택된 일 방향으로 흐른다.
이는 코딩 원리 학습용 코딩 교구를 통한 교육이 필요한 주된 대상에게 필요한 오락성을 위한 것이다. 더욱 구체적으로, 구동체(200) 후단의 전자석에는 자성체가 결합되어 있다. 이는 구동체(200)의 외부에서 구동체(200)의 전자석에 결합된 구조이다. 즉, 구동체(200)의 후단에 위치한 전자석에 결합된 자성체는 구동체(200)가 작동하지 않는 무전력 상태이더라도, 자성체의 자력에 의해 구동체(200)에 결합된다. 따라서, 대기전력을 필요로 하지 않고, 구동체(200)를 대기 및 보관할 수 있다. 따라서, 구동체(200)의 후단에 위치한 전자석은 결합된 자성체와는 역 방향의 전극을 형성하여 구동체(200)에서 자성체를 분리하는 역할을 수행한다. 이는 구동체(200)가 출발과 동시에 자성체를 분리시킬 수 있는 것을 의미한다. 따라서, 복수의 구동체(200)가 구비될 경우, 각각 자신의 출발점을 나타내기 위한 마커와 같은 용도로 자성체를 분리하는 것이다. 여기서, 각 자성체는 서로 상이한 QR코드, 색상 혹은 태그를 가지고 있는 것이 바람직하다. 이는, 각 구동체(200)가 이동하며 자성체를 발견할 경우, 해당 자성체가 자신에게서 분리된 자성체인지, 타 구동체(200)에서 분리된 자성체인지 판단하기 위함이다. 이는 구동체(200)가 출발 위치를 되찾는 과정에서 사용되거나, 타 구동체(200)의 자성체를 전단에 먼저 결합하는 경쟁을 수행할 수 있기 때문이다. 즉, 최종적으로 원하는 목적지에 도착하였을 때, 구동체(200)의 전단에 위치한 전자석에 전류가 인가되어 자성체가 결합될 수 있으며, 원하는 목적지가 아닐 경우, 구동체의 전단에서는 자성체와 역방향의 전류를 전자석에 인가하여, 자성체가 결합되는 것을 방지하거나 결합되었다면 분리되도록 한다.
따라서, 본 발명에 따른 구동체(200)는 타 구동체에서 분리된 자성체를 찾아서 결합할 경우, 신호를 발산하는 것을 특징으로 한다. 해당 신호는 타 구동체에서 분리된 자성체를 찾은 순서대로 순서를 매기는 신호이다. 해당 신호는 소리로 표현될 수 있으며, 시각으로 표현될 수 있다. 따라서, 먼저 타 구동체에서 분리된 자성체를 찾은 구동체부터 소리로, 순위를 알림한다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100 : 코딩 블록 110 : 시작 블록
120 : 명령 블록 130 : 조건/판단 블록
140 : 종료 블록 200 : 구동체

Claims (11)

  1. MCU가 내부에 수용되는 코딩 블록과, 상기 코딩 블록의 지시에 의해 동작하는 구동체를 포함하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구에 관한 것으로,
    상기 코딩 블록은
    알고리즘의 시작을 나타내고, 일측에 결합부가 형성된 시작 블록;
    사측면에 결합부가 형성되고, 서로 다른 처리 명령어가 내장된 복수의 명령 블록;
    사측면에 결합부가 형성되고, 서로 다른 조건/판단문이 내장된 조건/판단 블록; 및
    알고리즘의 종료를 나타내고, 일측에 결합부가 형성된 종료 블록;
    을 포함하고, 상기 명령 블록 및 상기 조건/판단 블록은 결합되는 방향에 따라 상이한 코드를 실행하며,
    상기 코딩 블록의 지시에 의해 동작하는 구동체는 바퀴 회전에 의해 이동하는 인휠(In-Wheel)형 로봇으로,
    상기 구동체의 전단 및 후단에는 전기적 신호에 의해 자력을 발생시키는 전자석이 구비된 것을 특징으로 하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코딩 블록 중,
    상기 명령 블록 및 조건/판단 블록은 결합부가 형성된 사측면 외, 상부면 및 하부면에도 결합부가 형성되어, 적층 구조에 따른 명령 및 조건 수가 증대되는 코딩 원리 학습용 코딩 교구.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 코딩 블록의 시작 블록, 명령 블록, 조건/판단 블록 및 종료 블록은 상부면에 발광 소자를 포함하는 각기 다른 도형이 그려져 있으며,
    상기 시작 블록은 장공 형상의 도형,
    상기 명령 블록은 네모 형상의 도형,
    상기 조건/판단 블록은 마름모 형상의 도형이 그려진 것을 특징으로 하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 구동체의 동작을 지시하고 있는 상기 코딩 블록의 도형은 발광하여,
    상기 구동체의 동작을 지시하는 상기 코딩 블록을 실시간으로 표시하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 코딩 블록의 상기 시작 블록, 명령 블록, 조건/판단 블록, 종료 블록의 결합부는 자성에 의해 결합하는 것을 특징으로 하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 코딩 블록의 상부면은 터치 감응형인 것을 특징으로 하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 구동체는 사용자의 상기 코딩 블록의 상부면을 터치하는 순서에 따라 동작하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 구동체의 후단의 전자석은 전류가 일 방향으로만 인가되어 극성이 변화하지 않고,
    상기 구동체의 전단의 전자석은 전류의 방향이 선택적으로 인가되어 극성이 변화하는 것을 특징으로 하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 구동체의 후단에는 비동작 혹은 전원이 연결되지 않더라도 자성체가 결합되어 있으며,
    상기 코딩 블록의 명령에 의한 구동과 동시에 후단의 전자석에 전류를 인가하여, 결합된 자성체를 분리하는 것을 특징으로 하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 자성체는 상기 구동체마다 상이한 코드를 가지고 있고,
    상기 코드는 QR코드, 색상 혹은 태그 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 코딩 원리 학습용 코딩 교구.
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