KR200287204Y1

KR200287204Y1 - 인공지능형 로봇완구

Info

Publication number: KR200287204Y1
Application number: KR2020020014351U
Authority: KR
Inventors: 신재혁; 임정호; 서성호
Original assignee: 로보랜드(주)
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2002-08-27

Abstract

본 고안은 인공지능형 로봇완구에 관한 것으로서, 본 고안에 따른 로봇완구는, 로봇 외부의 장애물과 접근되는 물체를 감지하기 위한 적외선 센서부와, 콘덴서 마이크를 통해 상기 로봇 외부의 소리를 감지하기 위한 마이크 센서부와, 상기 로봇 외부의 빛을 감지하기 위한 조도 센서부와, 상기 센서부들의 입력신호에 따라 내장된 제어 알고리즘을 통해 상기 로봇이 독립적으로 특정한 동작을 수행하도록 제어신호를 출력하는 마이크로컨트롤러와, 상기 마이크로컨트롤러의 제어신호에 따라 복수개의 직류모터의 방향 및 속도를 제어하기 위한 H-브릿지 회로부 및 상기 마이크로컨트롤러의 제어신호에 따라 상기 로봇의 상태를 표출하기 위한 LED/음향 출력부를 포함하여 이루어진다.

따라서, 사용자의 특별한 컨트롤 없이도 로봇이 다수개의 각종 센서를 통해 독립적으로 외부 자극에 대해 특정한 반응을 수행하여 쉽게 싫증나지 않고 아이들의 흥미를 유발시킬 수 있는 인공지능형 로봇완구를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

인공지능형 로봇완구{Artificial Intelligence Type of Toy Robot}

본 고안은 인공지능형 로봇완구에 관한 것으로서, 특히 각종 센서를 통해 외부 자극에 반응하여 특정한 행동을 수행하도록 프로그래밍된 인공지능형 로봇완구에 관한 것이다.

일반적으로, 로봇완구는 리모트컨트롤 입력방식의 로봇완구와 같이 동작이 가능한 로봇완구와 블록(Block) 또는 키트(kit) 형식의 조립식 로봇완구 등이 있다.

그러나, 상기 조립식 로봇완구는 다양한 형태로 조립은 가능하지만 동작을 구현할 수 없는 문제가 있다. 또한, 상기 종래의 동작이 가능한 로봇완구들은 특정 기능을 수행하도록 프로그래밍된 동작만을 반복적으로 수행하므로 쉽게 싫증을 느낄 수 있고, 사용자의 컨트롤 없이 독립적으로 동작하지 않게 되어 있다. 그리고, 상기 로봇완구는 외부의 변화 등에 대해 반응을 보이지 않기 때문에 아이들의 흥미를 유발하지 못하는 문제점이 있었다.

상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 고안의 목적은, 사용자의 컨트롤 없이도 다수개의 각종 센서를 통해 독립적으로 외부 자극에 대해 특정한 반응을 수행하여 아이들이 쉽게 싫증나지 않고 흥미를 유발시킬 수 있는 인공지능형 로봇완구를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구의 제어장치의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구의 제어장치의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.

도 4는 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구의 제어방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 제어장치 12: 적외선 센서부

13: 마이크 센서부 14: 조도 센서부

15: 마이크로컨트롤러 17: H-브릿지 회로부

18: LED 출력부 19: 음향 출력부

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구는, 로봇 외부의 장애물과 접근되는 물체를 감지하기 위한 적외선 센서부와, 콘덴서 마이크를 통해 상기 로봇 외부의 소리를 감지하기 위한 마이크 센서부와, 상기 로봇 외부의 빛을 감지하기 위한 조도 센서부와, 상기 센서부들의 입력신호에 따라 내장된 제어 알고리즘을 통해 상기 로봇이 독립적으로 특정한 동작을 수행하도록 제어신호를 출력하는 마이크로컨트롤러와, 상기 마이크로컨트롤러의 제어신호에 따라 복수개의 직류모터(DC Motor)의 회전방향 및 속도를 제어하기 위한 H-브릿지(H-Bridge) 회로부 및 상기 마이크로컨트롤러의 제어신호에 따라 상기 로봇의 상태를 표출하기 위한 LED/음향 출력부를 포함하여 이루어진다.

상기 적외선 센서부는, 상기 로봇의 외부로 적외선을 발광하기 위한 발광센서부 및 근접되는 물체에 의해 반사되는 상기 적외선의 양을 수광센서를 통해 감지하여 상기 마이크로컨트롤러로 전달하기 위한 수광센서부로 이루어지며, 상기 로봇 몸체 외부의 각 방향에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 수광센서는 포토 트랜지스터(Photo Transistor)인 것이 바람직하다.

상기 마이크로컨트롤러는 상기 조도센서부의 빛의 밝기가 어둡고 다른 상기 센서부들의 입력신호가 없으면 상기 로봇의 동작을 정지시켰다가 상기 조도센서부의 빛의 밝기가 변화거나 다른 상기 센서부들의 입력신호가 있으면 다시 로봇을 동작시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구의 제어방법은, 로봇 주위의 밝기가 밝은 곳일 경우 장애물 회피 주행을 수행하는 단계, 로봇 주위의 밝기가 어두운 곳일 경우 제자리 정지/소리내기 동작을 구현하는 단계, 상기 장애물 회피 주행 중이거나 제자리 정지 시 소리가 감지되고 물체가 인식되면 상기 물체를 따라가는 물체 따라가기 주행을 수행하는 단계, 상기 물체가 인식되지 않거나 상기 물체 따라가기 주행 중에 상기 물체가 적외선 센서의 작동범위를 벗어나 물체를 놓쳤을 경우 일정시간동안 상기 로봇을 일시 정지시키는 단계, 상기 일정시간 내에 상기 물체가 감지되면 다시 상기 물체 따라가기 주행을 수행하는 단계 및 상기 장애물 회피 주행 중이거나 제자리 정지 시 다른 로봇이 인식되면 좌우로 흔들기/소리내기 동작을 구현하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 각 단계에서 빛의 밝기가 변화되면 상기 장애물 회피 주행 또는 제자리정지/소리내기로 동작 변화가 구현되는 것이 바람직하다.

상기 각 단계의 동작 수행 중이거나 동작의 변화 시에 LED 출력/음향출력을 통해 상기 로봇의 상태를 표출시키는 것이 바람직하다.

이하에서 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구의 일 실시예를 나타내는 사시도이다. 즉, 도면에서 나타낸 바와 같이, 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구(1)는, 좌우 직류모터와 연동되는 2개의 바퀴(2)로 구동되며, 외부의 장애물 및 접근되는 물체를 감지하여 로봇이 이를 회피하여 주행하도록 하기 위한 적외선 센서(3)가 몸체의 전후좌우 각 방향에 설치되어 있다. 또한, 몸체의 상면에는 콘덴서 마이크를 통해 로봇 외부의 소리를 감지하여 소리를 따라 로봇을 특정 방향으로 이동시키기 위한 마이크 센서(4) 및 로봇 외부의 빛을 감지하여 밝기에 따라 상기 로봇의 두 눈에 해당하는 LED(5) 점멸, 음향출력 등의 특정한 반응을 표출시키기 위한 조도 센서(CDS: 6)가 탑재된다. 상기 로봇의 전원을 온/오프시키는 전원스위치(7)는 상기 로봇 몸체의 상면 후측에 돌출 형성되어 있고, 상기 몸체의 전면 하측에는 볼케스터(Ball Caster: 8)가 구비되어 상기 로봇의 이동을 원활하게 해준다. 상기 센서부, LED 및 음향 출력부들의 위치 또는 개수는 다양하게 수정 및 변형 가능하다.

도 2 및 도 3은 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구 제어장치의 일 실시예를 나타내는 블록도 및 회로도이다. 즉, 도면에서 나타낸 것처럼, 본 고안에 따른 로봇완구의 제어장치(10)는, 로봇 외부의 장애물과 접근되는 물체를 감지하기 위한 적외선 센서부(12)와, 콘덴서 마이크를 통해 상기 로봇 외부의 소리를 감지하기 위한 마이크 센서부(13)와, 상기 로봇 외부의 빛을 감지하기 위한 조도 센서부(14)와, 상기 센서부들(12 내지 14)의 입력신호에 따라 내장된 제어 알고리즘을 통해 상기 로봇이 독립적으로 특정한 동작을 수행하도록 제어신호를 출력하는 마이크로컨트롤러(15)와, 마이크로컨트롤러(15)의 제어신호에 따라 좌우 직류모터(16, 16′)의 방향 및 속도를 제어하기 위한 H-브릿지 회로부(17)와, 상기 마이크로컨트롤러(15)의 제어신호에 따라 상기 로봇의 상태를 표출하기 위한 LED 출력부(18) 및 음향 출력부(19)와, 푸시락 스위치(Push Lock SW: SW1)를 통해 회로에 전원을 공급하기 위한 전원부(20)를 포함한다.

상기 적외선 센서부(12)는, 4개의 PNP 트랜지스터(Q22 내지 Q25)와 연동되는 적외선 발광센서(D5 내지 D8)를 통해 일정 주파수(예, 38KHz)로 스위칭된 적외선을 상기 로봇의 외부로 발광하기 위한 발광센서부(11)와, 상기 로봇에 근접되는 물체에 의해 반사되는 상기 적외선의 양을 포토 트랜지스터인 적외선 수광센서(Q11, Q12, Q18, Q20)를 통해 감지하여 마이크로컨트롤러(15)로 전달하기 위한 수광센서부(11′)로 이루어진다. 따라서, 상기 적외선 센서부(12)와 연동되는 상기 마이크로컨트롤러(15)는 적외선 센서부(15)의 입력신호에 따라 로봇이 장애물 또는 접근하는 물체를 회피하여 주행하도록 상기 H-브릿지 회로부 및 직류모터(16, 16′)에 제어신호를 출력하게 된다.

상기 마이크 센서부(13)는, 콘덴서 마이크를 통해 음향 및 풍압을 감지하면 비트 신호로 변환하여 마이크로컨트롤러(15)로 전달한다. 즉, 상기 콘덴서 마이크를 통해 로봇 외부의 음향 및 풍압을 감지하여 신호가 입력되면 NPN 트랜지스터(Q2, Q8)가 온(ON)되어 마이크로컨트롤러(15)의 입력포트(RB0/INT)로 비트0(제로)를 출력하게 되며, 이 때 상기 마이크로컨트롤러(15)는 엑티브 로우(Active Low, 비트0)로 인식하게 된다. 따라서, 마이크로컨트롤러(15)에 기저장된 제어 알고리즘에 따라 로봇을 음향이 감지되는 곳을 따라 이동시키는 등의 이벤트를 발생시킨다. 상기 마이크 센서부(13)는 외부에서 상기 콘덴서 마이크의 감도를 조절할 수 있게 하기 위한 가변저항(R13)을 포함하고 있다.

또한, 상기 조도 센서부(14)는, 외부에서 들어오는 빛의 밝기를 조도센서(CDS)를 통해 감지하여 마이크로컨트롤러(15)로 출력하는 것으로서, 외부에서 감도를 조절할 수 있도록 하는 가변저항(R2)을 포함하며, 빛이 들어 왔을 때 상기 마이크로컨트롤러(15)의 입력포트(RB1)는 엑티브 로우(비트0)로 인식하여 상기 로봇이 LED 점멸, 음향 출력 등의 특정 반응을 수행할 수 있게 한다.

상기 마이크로컨트롤러(15)는 8비트 CMOS 컨트롤러로서, 다수개의 I/O 포트와, 외부 클럭 발생을 위한 4MHz의 오실레이터(Oscillator: X1), 타임 인터럽트 요청을 위한 다수개의 타이머(Timer), 8비트 A/D(Analog-to-Digital) 컨버터, 상기 센서부들의 입력신호에 따라 로봇의 독립적인 동작 구현을 위한 제어 알고리즘이 내장되는 내부ROM을 포함한다. 또한, 로봇의 주위상황이 조용하고 어두워질 때에는 상기 로봇의 동작 구현을 정지시켰다가, 상기 센서부들로 신호가 입력되면 다시 로봇을 동작시킬 수 있다.

상기 H-브릿지 회로부(17)는, 각각 서로 병렬 연결된 PNP 트랜지스터(Q4, Q5, Q9, Q10) 및 NPN 트랜지스터(Q6, Q7, Q13, Q14)를 이용한 H-브릿지 회로를 통해 출력포트들(P5, P6)과 연결된 좌우 직류모터(16, 16′)에 인가되는 전류의 방향을 전환하고 상기 마이크로컨트롤러(15)의 PWM 신호를 통해 평균전압을 제어함으로써, 상기 좌우 직류모터(16, 16′)의 회전방향 및 속도를 제어할 수 있다.

즉, 상기 마이크로컨트롤러(15)가 상기 직류모터의 정방향(CW), 역방향(CCW) 및 정지(STOP) 구동을 위해 정의된 PWM 출력 펄스신호(비트0, 비트1)에 따라 타이머 인터럽트를 통해 상기 PWM 출력 펄스신호를 반복적으로 출력하면 상기 H-브릿지 회로부(17)는 전류 방향을 전환하여 좌측 직류모터(16), 우측 직류모터(16′) 또는 좌우측 직류모터(16, 16′)에 인가함으로써 상기 직류모터의 회전방향을 제어할 수 있다. 그리고, 상기 직류모터(16, 16′)의 속도는 상기 타이머 인터럽트를 통해 PWM 출력펄스의 주기를 조절하여 상기 직류모터에 인가되는 평균전압을 제어함으로써 조절될 수 있다.

상기 LED 출력부(18)는 본 고안에 따른 로봇의 두 눈에 해당하는 부분으로서, 마이크로컨트롤러(15)의 출력포트(RB2)와 연동하여 LED(D3, D4)의 점멸되는 빠르기를 조절함으로써 상기 로봇의 상태, 기분을 표현하거나 현재 어떤 기능을 수행하는지등을 사용자에게 알리는 용도로 이용될 수 있다. 또한, 상기 음향 출력부(19)는 마이크로컨트롤러(15)의 제어신호에 따라 출력포트(P4)와 연동되는 압전버저(PIEZO)를 통해 특정 음향을 출력함으로써 상기 LED(D3, D4)와 함께 상기 로봇의 상태 또는 기분을 표현하거나 근접되는 다른 로봇이 있을 때 간단한 의사전달을 할 수 있게 하는 기능 등을 수행할 수 있다. 즉, 로봇의 몸체에 장착된 적외선 센서(3)들을 이용하여 다른 로봇을 인식하고 특정한 행동 혹은 집단행동을 구현시킬 수 있다.

본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구의 제어장치는 상기 센서부들 이외에도 각종 다른 센서들을 포함시킬 수 있음은 당업자에게 명백한 것이다. 일 예로서, 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구는 자기감지 센서를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 로봇 외부 몸체에 자석을 부착하고 외부에 다른 자성체가 감지되면 공격 또는 회피 주행, LED 점멸, 음향 출력 등의 특정한 반응을 수행하도록 할 수도 있다. 이것은 다수개의 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구들이 서로를 인식하고 특정한 집단행동을 하도록 구현하는데 이용될 수 있다.

이하에서는 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구의 독립적인 동작구현을 위해 제어장치에 내장되는 제어 알고리즘의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 4는 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구의 동작구현을 위한 제어방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다. 즉, 도면에서 나타낸 바와 같이, 우선 로봇완구(1)의 전원스위치(7)가 온(ON)되면(S100), 마이크로컨트롤러(15)와 연동되는 조도 센서부(14)를 통해 로봇완구(1) 외부의 빛의 밝기를 감지하여(S101), 밝고 어두움을 판별한다(S102). 이 때, 로봇완구(1)의 외부가 밝은 곳이라면 마이크로컨트롤러(15)와 연동되는 적외선 센서부(12) 및 H-브릿지 회로부(17)를 통해 장애물 회피 주행을 수행하고(S103), 어두운 곳일 경우에는 제자리 정지/소리내기를 구현한다(S104). 상기 장애물 회피 주행 중이거나 제자리 정지 시, 마이크로컨트롤러(15)와 연동되는 마이크 센서부(13)를 통해 소리가 감지되는지 확인하여(S105), 소리가 감지되면 마이크로컨트롤러(15)와 연동되는 적외선 센서부(12)를 통해 물체가 적외선 센서(3)의 감지범위에 있어 상기 물체를 놓치지 않았는지 확인한다(S106). 만약, 물체가 상기 적외선 센서(3)의 감지범위에 있다면, 마이크로컨트롤러와 연동되는 적외선 센서부(12) 및 H-브릿지 회로부(17)를 통해 물체 따라가기 주행을 수행한다(S107). 상기 단계 105에서 소리가 감지되지 않으면, 마이크로컨트롤러(15)와 연동되는 적외선 센서부(12) 혹은 자기감지 센서부(미도시)를 통해 본 고안에 따른 다른 로봇완구가 인식되는지 확인하고(S108), 다른 로봇이 감지되면 마이크로컨트롤러(15)와 연동되는 H-브릿지 회로부(17) 및 음향 출력부(19)를 통해 좌우로 흔들기/소리내기 동작을 구현하여(S109), 서로 인사하는 듯한 행동을 표출한다. 상기 단계 108에서 다른 로봇이 인식되지 않거나 좌우로 흔들기/소리내기 동작 수행 후에는 단계 101로 돌아간다.

또한, 상기 단계 107의 물체 따라가기 주행 중에는, 마이크로컨트롤러(15)와 연동되는 조도 센서부(14)를 통해 빛의 밝기를 확인하여(S110) 밝은 곳이라면 단계106으로 돌아가고, 밝기의 변화가 생겨 어두운 곳이면 단계 104로 돌아가 제자리 정지/소리내기 동작을 구현한다. 만약 단계 106에서 물체가 적외선 센서(3)의 감지범위를 벗어나서 물체를 놓치게 되면, 상기 로봇의 동작을 일정시간(예, 10초)동안 일시 정지시킨다(S111). 이 때, 상기 일정시간(예, 10초) 내에 마이크로컨트롤러(15)와 연동되는 적외선 센서부(12)를 통해 다시 물체가 감지되는지 확인하여(S112), 물체가 감지되면 단계 107로 되돌아가 물체 따라가기 주행을 다시 수행하고, 일정시간 내에 물체가 감지되지 않으면 단계 104로 가서 제자리 정지/소리내기 동작을 구현한다.

상기 단계 103 및 107의 장애물 회피 주행과 물체 따라가기 주행 시에는, 마이크로컨트롤러(15)와 연동되는 음향 출력부(19)를 통해 상기 로봇완구가 특정한 소리를 내도록 할 수 있으며, 상기 각 단계의 특정 동작을 수행하거나 기능 전환 시 마이크로컨트롤러(15)와 연동되는 LED 출력부(18) 및/또는 음향 출력부(19)를 통해 로봇의 상태 혹은 기분을 표현할 수도 있다.

그리고, 도면에서 나타낸 것처럼, 상기한 각기 다른 특정 동작 수행 중에는 빛의 밝기를 감지하도록 되어 있기 때문에, 어두운 조명에서 밝은 조명으로 혹은 밝은 조명에서 어두운 조명으로의 빛의 밝기 변화에 따라 장애물 회피 주행 또는 제자리 정지/소리내기의 각기 다른 동작이 구현될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구의 구체예에 의하면, 로봇이 사용자의 특별한 컨트롤 없이도 독립적으로 다수개의 각종 센서부를 통해 입력되는 외부 자극에 대해 특정한 반응을 수행하도록 구현할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안에 따른 인공지능형 로봇완구에 의하면, 사용자의 컨트롤 없이도 다수개의 각종 센서를 통해 독립적으로 외부 자극에 대해 특정한 반응을 수행하여 쉽게 싫증나지 않고 아이들의 흥미를 유발시킬 수 있는 인공지능형 로봇완구를 제공할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 고안은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 고안의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 실용신안등록청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

로봇 외부의 장애물과 접근되는 물체를 감지하기 위한 적외선 센서부와;

콘덴서 마이크를 통해 상기 로봇 외부의 소리를 감지하기 위한 마이크 센서부와;

상기 로봇 외부의 빛을 감지하기 위한 조도 센서부와;

상기 센서부들의 입력신호에 따라 내장된 제어 알고리즘을 통해 상기 로봇이 독립적으로 특정한 동작을 수행하도록 제어신호를 출력하는 마이크로컨트롤러와;

상기 마이크로컨트롤러의 제어신호에 따라 복수개의 직류모터의 회전방향 및 속도를 제어하기 위한 H-브릿지 회로부; 및

상기 마이크로컨트롤러의 제어신호에 따라 상기 로봇의 상태를 표출하기 위한 LED/음향 출력부;

를 포함하여 이루어지는 인공지능형 로봇완구.
제 1 항에 있어서,

상기 적외선 센서부는, 상기 로봇의 외부로 적외선을 발광하기 위한 발광센서부 및 근접되는 물체에 의해 반사되는 상기 적외선의 양을 수광센서를 통해 감지하여 상기 마이크로컨트롤러로 전달하기 위한 수광센서부로 이루어지며, 상기 로봇 몸체 외부의 각 방향에 설치되는 것을 특징으로 하는 상기 인공지능형 로봇완구.
제 1 항에 있어서,

상기 로봇완구는 상기 적외선 센서부 또는 자기감지 센서를 통해 다른 로봇을 인식하고 특정한 행동 혹은 집단행동을 구현하는 것을 특징으로 하는 상기 인공지능형 로봇완구.
제 1 항에 있어서,

상기 마이크로컨트롤러는 상기 조도센서부의 빛의 밝기가 어둡고 다른 상기 센서부들의 입력신호가 없으면 상기 로봇의 동작을 정지시켰다가 상기 조도센서부의 빛의 밝기가 변화거나 다른 상기 센서부들의 입력신호가 있으면 다시 로봇을 동작시키는 것을 특징으로 하는 상기 인공지능형 로봇완구.