KR200294892Y1 - 계주로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계주로봇 및 경기에 관한 것으로서, 트랙 경기장(육상 트랙의 축소형)에서 한 팀에 소속된 4대의 로봇이 상호 무선통신으로 배턴패스와 다음 주자 진입이 이루어지며 2개의 팀이 누가 빨리 결승점까지 도달하는지를 경연하는데 사용될 자율 계주로봇과 그에 따른 경기장에 관한 것이다.

계주로봇은 Micro-Controller에 의해 로봇 스스로 신호 인식, 분석, 이동, 같은 팀의 계주로봇과는 상호 무선통신을 하며, 계주로봇의 크기는 10×10×10㎝ 이내 이다. 계주로봇 경기장은 20m(5m×4주자) 트랙으로 육상경기장을 축소한 것과 같으며 Guide Line은 검정색 바탕에 2㎝ 폭의 흰색 실선으로 그려지고, 각 20㎝의 폭을 가진 청, 홍군 세퍼릿 코스 구간이 있다.

계주로봇은 한 팀의 4개의 로봇이 출발부터 결승선에 도달까지 상호 무선통신으로 진입, 주행과 배턴패스가 이루어지며, 통신의 송/수신 여부, 청/홍군의 선택, 주자번호가 표현되는 특징이 있다.

Description

계주로봇{Relay robot}

본 발명은 계주로봇 및 경기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 검정색 바탕에 흰색 실선이 그려진 20m 트랙 경기장(육상 트랙의 축소형)에서 한 팀에 소속된 4대의 로봇이 상호 무선통신으로 배턴패스와 다음 주자 진입이 이루어지며 2개의 팀이 누가 빨리 결승점까지 도달하는지를 경연하는데 사용될 자율 계주로봇과 그에 따른 경기장에 관한 것이다.

정보기술의 발달에 의해 다양한 로봇제품들이 제조, 판매되고 있다. 이 제품들은 줄만 따라 가는 간단한 로봇제품이 있는가 하면, 카메라 및 비전보드를 이용하여 위치 정보를 얻고 주 컴퓨터에서 이를 분석하여 일방적으로 로봇에게 이동 정보를 제공하는 제품이 있다. 이런 기존 제품은 전체 시스템을 구성하는데 고가의 카메라, 비전보드 등이 필요하고, 이를 제어하는 컴퓨터가 있어야 한다. 또한 로봇의 이동 명령을 주 컴퓨터에서 일방적으로 하달하는 방식으로 로봇들간의 통신이 이루어지지 안는다. 즉 로봇은 컴퓨터에서 주어진 정보에 따라 움직이면 된다. 따라서 이런 기존 제품은 시스템을 구성하는데 고가의 비용이 들기 때문에 개인이나 학교, 학원 등에서 접근이 어렵고, 주 컴퓨터에서 로봇에게 일방적으로 이동 명령을 통신으로 제공하는 것으로 로봇간 상호 통신이 이루어지지 안는다.

그러나, 본 제품은 기존 라인트레이서 로봇에 통신 기능을 추가하여 로봇간 상호 통신으로 계주를 함으로서 제작 및 경기장 구성에 소요되는 비용이 적게 들고, 로봇이 자체적으로 정보를 주고, 받은 정보를 분석하여 이동하는 자율 로봇이며, 또한 같은 팀의 4대의 로봇끼리 신속하고, 원활한 정보교환을 위해 이동통신을 이용하는 로봇임으로 기존의 제품들과는 차별이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 검정색 바탕에 흰색 실선이 그려진 20m 트랙 경기장(육상 트랙의 축소형)에서 한 팀에 소속된 4대의 로봇이 상호 무선통신으로 배턴패스와 다음 주자 진입이 이루어지며 2개의 팀이 누가 빨리 결승점까지 도달하는지를 경연하는데 사용될 자율 계주로봇과 그에 따른 경기장을 제공하는데 있다.

계주로봇의 크기는 10×10×10㎝ 이내로 로봇 스스로 신호 인식, 분석, 이동, 같은 팀의 계주로봇과 상호 무선통신을 하는 것으로, Micro-Controller를 중심으로 하는 제어부(11), Guide Line을 인식하는 Sensor부(12), 배턴을 패스하는데 사용될 배턴패스 회로부(14), 전원부(15), 모터를 구동하는 구동부(16), 주자진입이 이루어지는 무선통신부(17), 운용자 조작 및 계주로봇의 상태를 표현하는 Display부(13)로 구성된다.

계주로봇 경기장(그림4의 A)은 20m(5m×4주자) 트랙으로 육상경기장을 축소한 것과 같으며 검정색 바탕에 Guide Line(45)은 청, 홍군 각각 2㎝ 폭의 흰색 실선으로 그려지고, 각 20㎝의 폭을 가진 청, 홍군 세퍼릿 코스 구간(44, 46)의 선은 1㎝ 폭의 파란색 또는 빨간색 점선으로 그려진다. Guide Line(45)은 청, 홍군 세퍼릿 코스 구간(44, 46) 중간에 위치한다.

계주로봇은 한 팀의 4개의 로봇이 출발부터 결승선에 도달까지 상호 무선통신으로 진입과 주행이 이루어지며, 통신의 송/수신 상태가 계주로봇의 상판에 위치한 Display부(그림3, 13) LED의 점, 소등(38, 39)에 의해 표현된다. 또한 청군 또는 홍군으로 팀을 구분하기 위해 청, 홍군 선택스위치(33)가 있어 선택에 따라 청, 홍군 표현(그림3의 4,6)이 되며, 배턴을 가진 주자의 번호가 Display부(그림3, 13)에 위치한 주자번호 FND(35, 37)에 나타내 확실한 배턴 패스가 이루어짐을 알 수 있다.

도 1은 계주로봇의 구성도

도 2는 계주로봇의 외형도

도 3은 계주로봇의 Display부 배치도

도 4는 계주로봇 경기장 및 트랙 세부도

< 도 1의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

-제어부(11) : Micro-Controller에 의해 계주로봇의 두뇌 역할을 하는 장치

-Sensor부(12) : 경기장의 Line을 인지하기 위한 장치

-Display부(13) : 계주로봇의 청/홍군, 주자번호 및 통신 유무를 표현하는 장치

-배턴패스 회로부(14) : 계주로봇간 배턴패스를 하기 위한 장치

-전원부(15) : 계주로봇의 각 회로부에 전원을 공급하는 Battery 및 장치

-구동부(16) : Micro-Controller의 명령에 의해 모터를 구동시키는 장치

-무선통신부(17) : 다음 주자를 Guide Line으로 이동하게 하는 명령을 송수신하는 장치

< 도 3의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

-전원스위치(31) : 전원을 ON, OFF하는 스위치

-리셋스위치(32) : Micro-Controller를 리셋 시키는 스위치

-청/홍군 선택스위치(33) : 청군 또는 홍군을 선택하는 스위치

-청군 표시등(34) : 선택스위치 청군 선택시 점등으로 청군임을 표현하는 표시등

-청군 주자번호 표시 FND(35) : 청군의 몇 번 주자인가를 표현하는 숫자 표시등

-홍군 표시등(36) : 선택스위치 홍군 선택시 점등으로 홍군임을 표현하는 표시등

-홍군 주자번호 표시 FND(37) : 홍군의 몇 번 주자인가를 표현하는 숫자 표시등

-송신(TX) 표시등(38) : 다른 계주로봇에게 신호를 송신 중임을 알리는 표시등

-수신(RX) 표시등(39) : 다른 계주로봇으로부터 보낸 신호를 수신 중임을 알리는 표시등

< 도 4의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

-출발/도착 구간(41) : 계주로봇 1번 주자의 출발선 및 4번 주자의 결승선이 있는 구역

-통신 구간(Take over zone)(42) : 상, 하번 계주로봇간 배턴패스를 하는 구역

-대기석(43) : 3,4번 계주로봇이 Guide Line으로 진입 전 대기하는 구역

-홍군 세퍼릿 코스 구간(44) : 홍군의 계주로봇의 이탈 금지선 내의 구역

-Guide Line(45) : 계주로봇이 경연하는 안내선

-청군 세퍼릿 코스 구간(46) : 청군의 계주로봇의 이탈 금지선 내의 구역

도 1은 계주로봇의 구성도 이다.

계주로봇은 핵심이며 두뇌 역할을 하는 Micro-Controller를 장착한 제어부(11), Guide Line을 인식하는 Sensor부(12), 청/홍군 선택스위치의 조작으로 팀을 구분하여 표시하며, 주자번호를 나타내고, 통신의 상태를 표현해주는 Display부(13), 경기장의 Take over zone에서 무선통신 방식 또는 접촉식 방식에 의해 배턴을 패스하고, 배턴패스를 할 계주로봇간 거리(간격)를 인식하고 일정한 간격을 유지하는 배턴패스 회로부(14), Battery와 Regulator로 각 회로 및 모터부에 동작 전압을 공급해주는 전원부(15), 제어부로부터 받은 명령에 따라 모터를 구동시키는 구동부(16), 대기석에 있는 다음 주자에게 Guide Line으로 진입하라는 정보를 주고받는 무선통신부(17)로 구성된다.

Micro-Controller의 Firmware에 따라 제어부(11)는 Sensor부(12)에 위치 정보를 보내라는 명령을 내리면, Sensor부(12)는 발광 신호를 내고, 그 빛의 반사에 의해 입력되는 정보를 제어부(11)에 보낸다. 제어부(11)는 입력된 위치 정보로부터 계주로봇의 현 위치를 판단하고 구동부(16)에 명령을 주어 모터를 구동시켜 원하는 곳까지 움직이게 한다. 1,2번 계주로봇은 도 4의 계주로봇 경기장의 출발선 및 반대편의 Take over zone에 위치하고, 3번 계주로봇은 1번 계주로봇의 뒤 대기석에, 4번 계주로봇은 2번 계주로봇의 뒤 대기석에 위치한다. 1번 계주로봇이 출발신호에 따라 출발하고, 3번 계주로봇에게 Guide Line으로 진입하라는 신호를 무선통신부(17)에서 송신한다. 신호를 인지한 3번 계주로봇은 Guide Line으로 이동하고 대기한다. 주행중인 1번 계주로봇이 2번 계주로봇과 배턴을 패스할 Take over zone에 도달하면 2번 계주로봇과 무선통신 또는 접촉식 방법을 이용하여 배턴을 패스한다. 2번 계주로봇이 배턴을 받으면 주자번호를 FND에 표현하고, 4번 계주로봇에게 Guide Line 진입 신호를 보내고, 인지한 4번 계주로봇은 Guide Line으로 진입한다. 2번 계주로봇은 주행 후 3번 계주로봇에게 위의 방법처럼 배턴을 패스하고, 3번 계주로봇 또한 주행후 4번 계주로봇에게 배턴을 패스한다. 마지막 주자인 4번 계주로봇은 결승선까지 주행한다.

도 2는 계주로봇의 외형도 이다.

크기는 10×10×10㎝ 내이고 바퀴는 모터에 연결된 2개의 뒷바퀴와 계주로봇의 수평유지와 자유자재의 움직임을 위한 Ball식의 앞바퀴 1개로 구성되어 있으며, 뒷바퀴에 연결된 모터는 제어부(11)의 명령에 따라 모터의 작동과 모터의 속도가 제어되어 계주로봇의 운동 방향과 속도를 control 한다.

구동부(16)의 일부 소자, 전원부(15) 및 Sensor부(12)는 가급적 밑에 위치한 기판에, 제어부(15), 배턴패스 회로부(14), 무선통신부(17)는 중간의 기판에 위치하며, Display부(13)는 운용자의 작동 및 계주로봇의 상태, 청/홍군의 구분, 주자번호가 표현을 위해 가장 위에 위치한다. 이들의 배치는 소자의 크기에 따라 변할 수 있다.

도 3은 계주로봇의 Display부 배치도이다

계주로봇의 상판에 위치하는 Display부(13)는 운용자가 조작하는 것과 계주로봇의 상태를 표현하는 것으로 구별된다.

운용자 조작 스위치로는 계주로봇의 ON/OFF하는 전원스위치(31), Micro-Controller를 Reset 시키는 리셋스위치(32), 계주로봇의 청/홍군 팀의 구분에 의해 선택되어지는 청/홍군 선택스위치(33)가 있으며, 계주로봇의 상태를 표현하는 것으로는 팀을 표현하는 청/홍군 표시등(34, 36), Guide Line에 위치한 계주로봇이 주자임과 몇 번인가를 표현하는 청/홍군 주자번호 FND(35, 37), 같은 팀의 상, 하번 주자간 무선통신의 상태를 표현하는 것으로는 송신시 점등되는 TX 표시등(38), 수신시 점등되는 RX 표시등(39)이 있다.

예를 들어, 청/홍군 선택스위치(33)를 청군으로 선택을 하면 청군 표시등(34)이 점등되고, 홍군 표시등(36)은 점등되지 않는다. 출발 신호를 기다리는 1번 주자의 청군 주자번호 FND(35)는 "1"을 표현하고, 2,3,4번 계주로봇은 청군 표시등(34)만 점등될 뿐 청군 주자번호 FND(5)에는 어떤 숫자도 표현하지 않는다. 1번 계주로봇이 Take over zone에서 2번 계주로봇에게 배턴을 패스를 하면 1번 계주로봇의 청군 주자번호 FND(35)는 숫자가 사라지고, 2번 계주로봇의 청군 주자번호 FND(35)에 "2"가 표현된다. 즉 배턴을 가진 주자의 FND에 주자번호가 표현되는 것이다.

도 4는 계주로봇 경기장 및 트랙 세부도 이다

계주로봇 경기장(A)은 20m(5m×4주자) 트랙으로 육상경기장을 축소한 것과 같으며 검정색 바탕에 Guide Line(45)은 2㎝ 폭의 흰색 실선이고, 홍군 세퍼릿 코스 구간(44)의 선은 1㎝ 폭의 빨간색의 점선이며, 청군 세퍼릿 코스 구간(46)의 선은 1㎝ 폭의 파란색의 점선으로 그려진다. 청, 홍군 세퍼릿 코스 구간(44, 46)의 폭은 각 20㎝이고, Guide Line(45)은 청, 홍군 세퍼릿 코스 구간(44, 46) 중간에 위치한다. 출발선, 결승선, 곡선구간의 시작과 끝, Take over zone(통신 구간)(42) 및 대기석(43)과 Guide Line(45)과의 연결선은 별도 구별된 형태로 그려진다.

경기장은 1번 계주로봇의 출발선과 4번 계주로봇이 주행 후 도달할 결승선이 그려진 출발/도착 구간(41), 상, 하번 계주로봇간 배턴을 패스하는 Take over zone(통신 구간)(42), 3,4번 계주로봇이 위치할 4곳의 대기석(43)이 있다. 1,2번 계주로봇이 Guide Line(45) 위치시 3,4번 계주로봇은 대기석(43)에 위치타가 1,2번의 진입 신호에 따라 Guide Line(45)으로 진입한다.

상기와 같이 본 발명에 의하면 줄만 따라 가는 간단한 로봇제품의 단순함과 카메라 및 비전보드를 이용하여 위치 정보를 얻고, 주 컴퓨터에서 이를 분석하여 일방적으로 로봇에게 이동 정보를 제공하는 시스템이 부가장치가 크고 복잡하며, 개인이나 학교, 학원 등에서 접근이 어렵다는 단점을 보완한 것이다. 본 발명은 Micro-Controller를 사용한 제어기술, 적외선센서 및 초음파센서의 사용에 따른 아날로그 전자 기술, 모터 제어 기술, 무선통신 기술, Analog 소자와 Digital 소자간 Interface 기술, 이들이 서로 연결되어 정확한 동작을 위한 프로그래밍 기술 등 전자통신분야의 많은 기술이 종합된 발명품으로, 특히 로봇이 자체적으로 정보를 주고, 받은 정보를 분석하여 이동하는 자율 로봇이라는 점과 같은 팀의 4대의 로봇끼리 신속하고, 원활한 정보교환을 하는 것이 특징이며, 이 무선통신으로 로봇 상호간 직접 정보를 주고받아 주자 진입과 배턴패스가 이루어지고, 현재 달리고 있는 주자번호 및 통신 여부가 표현된다는 이점이 있다.

본 발명품은 상품화가 되어 어린이들에게는 정보기술 분야에 대한 재미와 꿈을 줄 수 있고, IT분야를 전공하는 대학생, 직장인 그리고 관심을 있는 초,중,고 학생에게는 좋은 실험 재료로, 대학, 학원에는 실험프로젝트식의 수업에 적용될 수 있어 다양하고 넓은 활용이 예상된다.

Claims (3)

1. 운용자 프로그램이 내장된 각종 입력정보로부터 계주로봇의 이동과 통신에 관한 명령을 제어하는 제어부(11), 제어부(11)로부터 위치정보 출력 요청을 받아 Guide Line(45)을 감지하고 현재의 계주로봇의 위치정보를 제어부(11)로 출력하는 센서부(12), 상기 제어부(11)의 이동 명령에 따라 모터 구동신호를 출력하여 모터를 구동하는 모터구동부(16), 초음파 센서로 간격을 유지하면서 UHF 무선통신 또는 접촉식으로 배턴을 패스하는 배턴패스 회로부(14), 주자진입이 이루어지도록 계주로봇간 UHF 무선통신을 담당하는 무선통신부(17), FND 및 LED소자와 스위치를 구비하여 운용자에 의한 조작 및 계주로봇의 상태를 표현하는 Display부(13), 전원을 공급하는 전원부(15)로 구성되어, 제어부(11)는 센서부(12)로부터 받은 위치정보를 분석하여 이동 명령을 모터구동부(16)에 출력하고 배턴패스 및 주자진입에 관한 명령을 배턴패스 회로부(14) 및 무선통신부(17)에 출력하여 각각의 계주로봇은 별도의 외부적인 부가장치 없이 스스로 신호를 인식 및 분석하여 이동하고, 같은 팀의 계주로봇간 상호 무선통신을 하며, 계주로봇이 Guide Line(45)을 따라서 주행을 할 뿐만 아니라 다수의 계주로봇간에 릴레이 경주가 가능한 것을 특징으로 하는 계주로봇
2. 청구항 1에 있어서, Display부(13)는 계주로봇의 ON/OFF하는 전원스위치(31), Micro-Controller를 Reset 시키는 리셋스위치(32), 계주로봇의 청/홍군 팀의 구분을 하는 청/홍군 선택스위치(33), 계주로봇의 소속팀을 나타내는 청/홍군 표시등(34, 36), Guide Line(45)에 위치한 계주로봇의 주자여부와 주자번호를 표현하는 청/홍군 주자번호 FND(35, 37), 무선통신의 상태를 표현하는 TX, RX 표시등(38, 39)을 포함하는 Display부(13)를 갖는 것을 특징으로 하는 계주로봇
3. 타원형의 트랙(그림4의 A)에 청, 홍군 계주 로봇을 안내하기 위한 가이드라인(45), 일정폭을 가진 청, 홍군용 코스를 구분하는 파란색 또는 빨간색 점선(44, 46), 출발선 및 결승선이 그려진 출발/도착 구간(41), 배턴패스를 하는 Take over zone(42), 계주로봇이 대기하는 대기석(43)이 포함된 계주로봇 경기장