KR20030087809A

KR20030087809A - 교육용 로봇 제어시스템 및 제어방법

Info

Publication number: KR20030087809A
Application number: KR1020020025747A
Authority: KR
Inventors: 신재혁; 임정호; 류영선
Original assignee: 로보랜드(주)
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-15

Abstract

본 발명은 교육용 로봇 제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 로봇 제어시스템은, PC로부터 사용자가 작성한 제어프로그램을 무선 송수신하여 전송하기 위한 통신모듈과, 상기 PC 또는 통신모듈로부터 상기 제어프로그램을 다운로드받아 저장하고 상기 제어프로그램에 따른 입력조건에 대응하는 제어신호를 출력하는 제어모듈과, 상기 제어모듈 또는 통신모듈의 출력신호에 따라 다수개의 서보모터 및/또는 직류모터를 구동시키기 위한 모터구동모듈과, 리모트컨트롤의 송신부로부터 무선 송신되는 신호를 수신하여 상기 제어모듈로 전송하는 리모트 수신모듈과, 로봇 주변의 여러 상황을 파악하고 상기 각 모듈의 결합관계를 감지하기 위한 센서모듈 및 스피커, LED 등을 통해 로봇의 상태를 출력하기 위한 출력모듈을 포함하며, 상기 각 모듈은 단일화된 입출력포트를 통해 서로 착탈식으로 분리결합되는 것이 바람직하다.

따라서, 로봇의 기본동작을 이루는 각 구성요소들을 모듈화하여 여러 형태로 용이하게 분리 결합할 수 있고 다양한 형태로 구현되는 로봇 제어프로그램을 사용자 PC를 통해 직접 작성하여 창의력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

교육용 로봇 제어시스템 및 제어방법{System and Method of Controlling Robot for Education}

본 발명은 교육용 로봇 제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 특히 로봇의 기본동작을 이루는 각 구성요소들을 모듈(Module)화하여 여러 형태로 용이하게 결합 및 해체할 수 있게 하고, 상기 로봇의 제어모듈에 내장된 운영체제를 기반으로 실행되는 제어프로그램을 PC를 통해 직접 작성하여 유무선으로 다운로드시켜 로봇을 구동할 수 있게 함으로써 창의력을 향상시키고 다양한 형태로 구현되는 로봇을 제작할 수 있게 하기 위한 교육용 로봇 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 종래의 교육용 로봇완구는 한 제품이 특정의 과학원리만을 다루고 있어 여러가지 형태로 조합이 불가능하며, 키트(Kit) 형태의 완구는 납땜이나 접착제로 결합하여 구성하므로 다시 재생하여 반복적으로 사용하는 것이 불가능하다. 또한, 블록(Block) 형태의 로봇완구는 원하는 형태로 조립은 가능하지만, 동작을 구현할 수 없는 문제점이 있었다. 그리고, 동작이 가능한 로봇완구라 하더라도 이미 특정 기능을 수행하도록 프로그래밍된 동작만을 수행하므로 다양한 형태로 로봇을 구동할 수 없어서 쉽게 싫증을 느낄 수 있고 로봇을 제어하는 프로그래밍 능력도 배양할 수 없는 문제가 있었다.

상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 로봇의 기본동작을 이루는 각 구성요소들을 모듈화하여 여러 형태로 용이하게 분리 결합할 수 있게 하고, 상기 로봇의 제어모듈에 내장된 운영체제를 기반으로 실행되는 제어프로그램을 PC를 통해 직접 작성하여 유무선으로 다운로드시켜 로봇을 구동할 수 있게 함으로써 창의력을 향상시키고 다양한 형태로 구현되는 로봇을 제작할 수 있게 하기 위한 교육용 로봇 제어시스템 및 제어방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 로봇 제어시스템의 제어모듈을 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 로봇 제어시스템의 제어모듈을 나타내는 회로도이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 로봇 제어시스템의 통신모듈을 나타내는 블록도이다.

도 5a는 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템의 모터구동모듈에서 서보모터 모듈을 나타내는 회로도이다.

도 5b는 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템의 모터구동모듈에서 서보/직류모터 모듈을 나타내는 회로도이다.

도 6은 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템의 리모트컨트롤 송신부를 나타내는 회로도이다.

도 7은 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템의 리모트 수신모듈를 나타내는 회로도이다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 교육용 로봇제어 시스템의 센서모듈을 나타내는 회로도이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 교육용 로봇제어 시스템의 출력모듈을 나타내는 회로도이다.

도 10은 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템을 이용한 제어방법을 나타내는 흐름도이다.

도 11은 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어방법의 제어프로그램 작성을 위한 사용자 인터페이스를 나타내는 캡쳐도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 송신모듈 15: 수신모듈

20: 제어모듈 30: 모터구동모듈

40: 리모트컨트롤 45: 리모트 수신모듈

50: 센서모듈 60: 출력모듈

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템은, PC로부터 사용자가 작성한 제어프로그램을 무선 송수신하여 전송하기 위한 통신모듈과, 상기 PC 또는 통신모듈로부터 유무선으로 상기 제어프로그램을 전송받아 저장하고 상기제어프로그램의 입력조건에 따른 제어신호를 출력하는 제어모듈과, 상기 제어모듈 또는 통신모듈의 출력신호에 따라 다수개의 서보모터(Servo Motor) 및/또는 직류모터(DC Motor)를 구동시키기 위한 모터구동모듈과, 리모트컨트롤(Remote Control)의 송신부로부터 무선 송신되는 신호를 수신하여 상기 제어모듈로 전송하는 리모트 수신모듈과, 로봇 주변의 여러 상황을 파악하고 상기 각 모듈의 결합관계를 감지하기 위한 센서(Sensor)모듈 및 스피커, LED 등을 통해 로봇의 상태를 출력하기 위한 출력모듈을 포함하며, 상기 각 모듈은 단일화된 입출력포트(Port)를 통해 서로 착탈식으로 분리결합되는 것이 바람직하다.

상기 통신모듈은, 상기 PC로부터 시리얼 포트(Serial Port)를 통해 입력되는 시리얼 신호를 PN변조(Pulse Number Modulation)하여 적외선으로 송신하기 위한 송신모듈 및 상기 송신모듈로부터 상기 적외선 신호를 수신하고 파형정형 및 PN 복조하여 상기 시리얼 신호로 복구한 후 시리얼 포트를 통해 상기 제어모듈 또는 모터구동모듈로 전송하기 위한 수신모듈을 포함하며, 상기 제어모듈 및 모터구동모듈과 결합되어 무선으로 상기 서보모터 및/또는 직류모터를 제어할 수 있는 것이 바람직하다.

상기 제어모듈은, 상기 PC 및/또는 상기 통신모듈로부터 전송되는 신호를 입력받기 위한 시리얼 포트와, 상기 센서모듈 및/또는 리모트 수신모듈로부터 신호를 입력받기 위한 다수개의 입력포트와, 상기 시리얼 통신포트 및/또는 상기 입력포트를 통해 입력되는 신호에 따라 상기 모터구동모듈 및/또는 상기 출력모듈로 제어신호를 출력하는 마이크로컨트롤러(Microcontroller)와, 상기 마이크로컨트롤러와 연동하여 상기 사용자의 제어프로그램을 저장하기 위한 메모리부 및 상기 마이크로컨트롤러의 제어신호를 상기 모터구동모듈 및/또는 상기 출력모듈로 출력하기 위한 다수개의 출력포트를 포함하며, 상기 입력포트의 입력상태에 따라 각기 다른 이벤트를 수행하는 것이 바람직하다.

상기 모터구동모듈은, 다수개의 입력포트를 통해 입력되는 제어신호에 따라 다수개의 출력포트와 연동되는 다수개의 서보모터의 위치를 제어하기 위한 서보모터 모듈 및 다수개의 입력포트 중 복수개의 입력포트를 통해 입력되는 제어신호에 따라 복수개의 출력포트와 연동되는 복수개의 서보모터의 위치를 제어하고 상기 입력포트 중 다른 복수개의 입력포트를 통해 입력되는 제어신호에 따라 다른 복수개의 출력포트와 연동되는 복수개의 직류모터의 속도와 회전방향을 제어하기 위한 서보/직류모터 모듈을 포함하며, 상기 통신모듈의 수신모듈과 결합되어 무선으로 상기 서보모터 및/또는 직류모터를 제어할 수 있는 것이 바람직하다.

상기 센서모듈은, 음향 및 풍압을 감지하기 위한 마이크(MIC) 센서모듈과, 근접되는 물체를 감지하기 위한 적외선 센서모듈과, 빛의 밝기를 감지하기 위한 조도 센서모듈과, 누르고 있는 동안만 온(ON)되어 물리적인 접촉을 감지하는 푸시 스위치(Push SW) 모듈 및 상기 푸시 스위치에 의한 온/오프에 따라 토글(Toggle) 스위칭되어 각 이벤트의 프로그램 분기를 위한 푸시락(Push-Lock) 스위치 모듈을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 단일화된 포트는 전원, 접지 및 신호단자로 이루어지며, 상기 PC의 프로그램에 따라 시리얼 입출력 또는 비트 입출력이 가능한 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템을 이용한 로봇 제어방법은, 사용자가 로봇 제어시스템의 각 모듈을 결합하고 사용자 PC를 통해 상기 각 모듈을 형상화한 그래픽 언어로 상기 로봇의 구현을 위한 제어 프로그램을 작성하는 단계와, 상기 제어 프로그램을 코드 변환하여 상기 PC로부터 직접 혹은 상기 PC 및 상기 로봇 제어시스템과 결합되는 통신모듈을 통해 유무선으로 상기 로봇 제어시스템에 전송하는 단계와, 상기 로봇 제어시스템은 상기 제어프로그램을 수신하여 제어모듈에 저장하고 내장된 운영체제와 연동하여 입력조건에 따른 제어명령 신호를 상기 각 모듈에 개별적으로 출력하는 단계 및 상기 제어명령 신호에 따라 상기 각 모듈이 개별적으로 사용자가 원하는 동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 통신모듈은 상기 로봇 제어시스템의 모터구동모듈과 결합되어 상기 사용자 PC의 제어프로그램에 따라 무선으로 서보모터 및/또는 직류모터를 제어할 수도 있다.

이하에서 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 블록도이다. 즉, 도면에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템(1)은, PC(5)로부터 사용자가 작성한 제어프로그램을 무선 송수신하여 전송하기 위한 통신모듈(10, 15)과, PC(5) 또는 통신모듈(10, 15)로부터 유무선으로 상기 제어프로그램을 다운로드받아 저장하고 제어프로그램의 입력조건에 따른 제어신호를 출력하는 제어모듈(20)과, 제어모듈(20) 또는 통신모듈(10, 15)의 출력신호에따라 다수개의 서보모터 및/또는 직류모터를 구동시키기 위한 모터구동모듈(30)과, 리모트 컨트롤(40)의 송신부로부터 무선 송신되는 신호를 수신하여 상기 제어모듈로 전송하는 리모트 수신모듈(45)과, 로봇 주변의 여러 상황을 파악하고 상기 각 모듈의 결합관계를 감지하기 위한 센서모듈(50) 및 스피커, LED 등을 통해 로봇의 상태를 출력하기 위한 출력모듈(60)을 포함하여 이루어진다.

상기 각 모듈들은 전원, 접지 및 신호단자로 이루어진 단일화된 입출력포트를 통해 서로 착탈식으로 분리결합될 수 있다. 또한, 사용자가 PC(5)를 통해 작성하는 제어프로그램은 상기 PC(5)의 시리얼 포트로부터 제어모듈(20)로 유선으로 다운로드되거나 PC(5)의 시리얼 포트와 연결되는 송신모듈(10)에 의해 무선 송신되는 시리얼 신호를 수신모듈(15)을 통해 수신하여 상기 제어모듈(20)로 전송받을 수도 있다.

상기 도 1에서, 상기 통신모듈(10, 15)은 제어모듈(20) 및 모터구동모듈(30)과 결합될 수도 있다(미도시됨). 즉, 상기 송신모듈(10)을 제어모듈(20)과 결합하고 상기 수신모듈(15)은 모터구동모듈(30)과 결합함으로써, 사용자 PC로부터 제어모듈(20)로 유·무선으로 다운로드된 제어 프로그램에 따라 상기 모터구동모듈(30)을 무선으로 제어할 수도 있는 것이다. 또한, 상기 수신모듈(15)을 출력모듈(60), 센서모듈(50) 등의 다른 모듈들과 결합하여, 상기 제어모듈(20)과 결합된 송신모듈(10)을 통해 상기 각 모듈들을 무선 제어할 수도 있음은 자명한 것이다.

도 2 및 도 3에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇 제어시스템의 제어모듈(20)은, PC(5) 및/또는 수신모듈(15)로부터 전송되는 신호를 입력받기 위한 시리얼 포트(21)와, 센서모듈(50) 및/또는 리모트 수신모듈(45)로부터 신호를 입력받기 위한 4개의 입력포트(22)와, 시리얼 포트(21) 및/또는 입력포트(22)들을 통해 입력되는 신호에 따라 모터구동모듈(30) 및/또는 출력모듈(60)로 제어신호를 출력하는 마이크로컨트롤러(23)와, 상기 마이크로컨트롤러(23)와 연동하여 PC(5)를 통해 사용자가 작성하는 제어프로그램을 저장하기 위한 메모리부(24)와, 마이크로컨트롤러(23)의 제어신호를 모터구동모듈(30) 및/또는 출력모듈(60)로 출력하기 위한 4개의 출력포트(25) 및 전원포트(26)와 전원 스위치(SW1)를 통해 회로에 전원을 공급하기 위한 전원부(27)를 포함한다.

상기 시리얼 포트(21)를 통해 사용자가 작성하는 제어프로그램을 PC(5)의 시리얼 포트로부터 유선으로 다운로드하거나 통신모듈(10, 15)을 통해 무선 송수신하여 상기 통신모듈의 수신모듈(15)로부터 전송받을 수 있다.

상기 입출력포트(22, 25)들은 각각 전원, 접지 및 신호단자로 구성된 3핀 포트이며, 상기 입력포트(22)들은 각각 1비트 신호를 입력받고, 출력포트(25)들은 1비트 신호 또는 8비트 시리얼 신호를 출력한다. 상기 입출력포트(22, 25)들을 통한 입출력신호는 엑티브 로우(Active Low)로 동작된다. 즉, 입력전압이 0 V일 때 하이 레벨(High Level)로 인식되고, 출력을 하이 레벨로 했을 때 출력포트에는 0 V가 출력된다.

상기 마이크로컨트롤러(23)는 8비트 CMOS 컨트롤러로서, 다수개의 타이머(Timer), 8비트 A/D(Analog-to-Digital) 컨버터, 본 발명에 따른 제어프로그램을 위한 운영체제가 내장되는 내부ROM(Read-Only-Memory)을 포함한다. 상기마이크로컨트롤러(23)는 상태표시를 위한 LED(D2), 인터럽트(Interrupt)를 통해 시스템을 초기화시켜 다운로드된 상기 제어프로그램을 실행시키기 위한 시작스위치(START SW), 외부 클럭 발생을 위한 4MHz의 오실레이터(Oscillator: X1) 등과 연동되어 있다.

또한, 상기 메모리부(24)는 상기 마이크로컨트롤러(23)와 연동하여 사용자가 PC(5)를 통해 작성하는 제어프로그램을 반복적으로 리드/라이트할 수 있게 하기 위한 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM: 24′)을 포함한다.

상기 전원부(27)는 전원포트(26)로부터 공급되는 전원을 온/오프하기 위한 전원스위치(SW1)로 푸시락 스위치를 사용한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템의 통신모듈(10, 15)을 나타내는 블록도이다. 즉, 도 4a에서 나타낸 것처럼, 본 발명에 따른 통신모듈의 송신모듈(10)은, 시리얼 수신포트(11)를 통해 사용자 PC로부터 제어프로그램에 따른 시리얼 신호를 입력받아 PN 변조기(12)를 통해 변조한 후, RF 송신부 또는 적외선 발광부(14)를 통해 RF(Radio Frequency)신호 혹은 적외선(IR: Infrared Rays)을 공간에 방사하게 된다.

그리고, 도 4b에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 통신모듈의 수신모듈(15)에서는 RF 수신부 또는 적외선 수광부(16)를 통해 상기 RF신호 혹은 적외선 신호를 수신하고 PN 복조기(18)를 통해 복조하여 상기 도 4a의 PN 변조신호를 시리얼 신호로 복구한 후, 시리얼 송신포트(19)로 출력하여 본 발명에 따른 제어모듈로 상기 시리얼 신호가 입력된다.

여기서, 상기 도 4a의 시리얼 수신포트(11)는 상기 제어모듈과 결합될 수도 있고, 도 4b의 상기 시리얼 송신포트(19)는 모터구동모듈과 결합될 수 있기 때문에, 사용자 PC의 제어 프로그램에 따라 무선통신으로 모터구동을 제어할 수 있다. 즉, 상기 RF 또는 적외선 통신모듈(10, 15)을 사용하여 모터를 무선 제어하는 일 실시예로서, 상기 송신모듈(10)을 제어모듈(20)과 결합하고 수신모듈(15)을 모터구동모듈(30)에 연결하면, 사용자 PC로부터 상기 제어모듈(20)로 유선으로 다운로드된 제어 프로그램에 따라 무선으로 서보모터 및/또는 직류모터를 제어할 수 있게 된다. 물론, 이 때 상기 수신모듈(15)은 센서모듈(50), 출력모듈(60) 등의 다른 모듈과 결합되어 상기 각 모듈을 무선 제어할 수 도 있는 것이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템의 모터구동모듈(30)을 나타내는 회로도이다.

즉, 도 5a는 모터구동모듈의 서보모터 모듈을 나타내는 회로도로서, 본 발명에 따른 서보모터 모듈은, 4개의 입력포트(31)를 통해 입력되는 제어신호에 따라 4개의 출력포트(32)와 연동되는 4개의 서보모터의 위치를 제어할 수 있다. 상기 입출력포트(31, 32)들은 서로 1:1 대응되고, 별도의 마이크로컨트롤러(33)의 I/O단자와 연결되어 PWM 신호를 통해 상기 서보모터들의 위치를 제어할 수 있다. 즉, 상기 마이크로컨트롤러(33)는 4개의 입력포트(31)로 각각 들어오는 8비트 시리얼 신호를 인식하고 4개의 출력포트(32)에 PWM 신호를 출력하게 된다. 상기 서보모터는 펄스당 12.8°의 크기로 최대 180°까지 제어될 수 있다. 또한, 상기 서보모터 모듈은 서보모터 구동을 위해 회로에 전원을 공급하는 별도의 보조전원부(34)를 포함하고 있다.

상기 입출력포트(31, 32)는 필요한 수만큼 사용할 수 있으며, 하나의 입력포트를 본 발명에 따른 통신모듈의 수신모듈(15)과 연결하고 송신모듈(10)을 제어모듈(20)과 결합하면 독립적으로 상기 서보모터들을 무선 제어할 수 있다.

도 5b는 본 발명에 따른 모터구동모듈(30)의 서보/직류모터 모듈을 나타내는 회로도이다. 즉, 도면에서 나타낸 것처럼, 본 발명에 따른 서보/직류모터 모듈은, 4개의 입력포트들(35, 35′) 중에서 2개의 입력포트(35)를 통해 입력되는 서보모터 제어신호에 따라 마이크로컨트롤러(38)와 연동하여 2개의 출력포트(36)와 연결되는 2개의 서보모터의 위치를 제어하고, 나머지 2개의 입력포트(35′)를 통해 입력되는 직류모터 제어신호에 따라 다른 2개의 출력포트(37)와 연동되는 2개의 좌우 직류모터의 속도와 회전방향을 제어할 수 있다. 상기 입력포트(35, 35′)와 출력포트(36, 37)들은 각각 1:1 대응하며, 2개의 서보모터와 연결되는 상기 2개의 출력포트(36)로는 서보모터의 제어신호인 PWM 신호가 출력된다. 또한, 상기 2개의 직류모터와 연동되는 2개의 출력포트(37)들은, 각각 PNP 트랜지스터(Q4, Q5, Q8, Q9) 및 NPN 트랜지스터(Q6, Q7, Q10, Q11)를 이용한 H-브릿지(H-Bridge) 회로를 통해 상기 직류모터에 인가되는 전류의 방향을 제어하고 PWM 신호를 이용하여 평균전압을 제어함으로써, 상기 직류모터의 회전방향 및 속도를 제어할 수 있다.

상기 서보모터는 정방향 및 역방향의 7단계로 위치 제어되며, 상기 직류모터는 저속, 중속, 고속의 3단계로 속도가 조절될 수 있다. 즉, 상기 서보/직류모터 모듈은 마이크로컨트롤러(38)를 통해 상기 서보모터 및/또는 직류모터를 독립적으로 제어할 수 있으며, 상기 모터 구동을 위해 회로에 전원을 공급하는 보조전원부(39)를 포함하고 있다.

상기 도 5a 및 도 5b의 마이크로컨트롤러(33, 38)는 도 2 및 도 3의 마이크로컨트롤러(23)와 동일한 기능을 수행할 수 있으며 외부 클럭발생을 위한 8 MHz의 오실레이터(X1)와 연동된다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 리모트컨트롤(40)의 송신부 및 리모트 수신모듈(45)을 나타내는 회로도이다.

즉, 도 6은 리모트컨트롤의 송신부를 나타내는 회로도로서, 본 발명에 따른 리모트컨트롤(40)의 송신부는, 4개의 버튼신호(S3 내지 S6, 4비트)를 입력받아 PN 변조한 신호를 적외선(IR)으로 무선 송신하는 모듈이며, 8개의 리모트컨트롤을 간섭없이 사용할 수 있다. 또한, 상기 리모트 컨트롤의 송신부는 ID 선택기(P1:A, P1:B)를 통해 8개의 ID를 설정할 수 있고, 독립된 전원부(41) 및 전원 스위치(POWER SW)를 포함하고 있다.

또한, 도 7에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 리모트 수신모듈(45)에서는 도 6의 송신부로부터 송신되는 적외선 신호를 수신센서(46)를 통해 수신하고 상기 수신센서(46)와 연동되는 마이크로컨트롤러(U1)를 통해 4개의 출력포트(47)와 연동되는 제어모듈(20)의 입력포트(22)로 상기 리모트컨트롤의 4비트 버튼입력신호를 전송한다. 상기 리모트 수신모듈은 ID 선택기(P1:A, P1:B)를 통해 8개의 ID를 설정할 수 있고, 독립된 전원부(48)를 포함한다. 도 6 및 도 7에서, 상기 송신부의 버튼신호(S3 내지 S6)는 상기 리모트 수신모듈의 출력포트(47)를 통한 출력신호와 1:1 대응된다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 센서모듈(50)의 일 실시예들을 나타내는 회로도이다.

즉, 도 8a는 마이크 센서모듈을 나타내는 회로도로서, 본 발명에 따른 마이크 센서모듈은, 콘덴서 마이크를 통해 음향 및 풍압을 감지하면 비트 신호로 변환하여 출력포트(51)와 연결되는 제어모듈(20)로 전달한다. 즉, 콘덴서 마이크가 음향 및 풍압을 감지하여 신호가 입력되면 NPN 트랜지스터(Q1, Q2)가 온되어 출력포트(51)의 신호단자에 비트 0(제로)를 출력하게 되며, 이 때 상기 출력포트(51)와 연동되는 제어모듈(20)은 엑티브 로우로 인식하게 된다. 따라서, 상기 제어모듈에 기저장된 제어 프로그램에 따른 이벤트가 발생하게 된다. 상기 마이크 센서모듈은 외부에서 감도를 조절할 수 있게 하기 위한 가변저항(R5)을 포함하고 있다.

도 8b는 본 발명에 따른 적외선 센서모듈의 발광부 및 수광부를 나타내는 회로도이다. 즉, 도면에서 나타낸 것처럼, 본 발명에 따른 적외선 센서모듈은 적외선 센서를 이용하여 근접되는 물체를 감지하기 위한 모듈로서, 발광부(52)의 적외선 발광 다이오드(D1)는 일정 주파수(예, 38 KHz)로 스위칭된 적외선을 발광하고, 수광부(53)에서는 근접하는 물체에 의해 반사되는 적외선의 양을 수광소자(포토 트랜지스터, Q3)를 통해 감지하여 로우 또는 하이레벨의 전압레벨로 변환하고 출력포트(54)와 연동되는 제어모듈(20)로 상기 전압레벨을 출력하게 된다. 이 때, 상기 출력포트(54)의 신호단자에 신호가 들어오면 엑티브 로우(비트 0)가 된다. 또한, 수광부(53)에는 강한 자연광이나 외부광원으로 인한 노이즈를 제거하기 위한 회로부가 포함되어 있다.

도 8c는 본 발명에 따른 조도 센서모듈을 나타내는 회로도로서, 외부에서 들어오는 빛의 밝기를 조도센서(CDS)를 통해 감지하여 출력포트(55)와 연동되는 제어모듈로 출력하는 모듈이다. 상기 조도 센서모듈은 외부에서 감도를 조절할 수 있도록 하는 가변저항(R2)을 포함하며, 빛이 들어 왔을 때 상기 출력포트(55)의 신호단자는 엑티브 로우(비트 0)가 된다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 출력모듈(60)의 일 실시예를 나타내는 회로도이다. 즉, 도 9a는 멜로디 출력모듈을 나타내는 회로도로서, 특정 이벤트가 수행될 때 제어모듈로부터 입력포트(61)로 비트신호가 인가되어 스피커(LS1)를 통해 멜로디를 출력할 수 있다. 또한, 도 9b에서 나타낸 LED 출력모듈은 제어모듈(20)에서 입력포트(62)로 비트신호가 인가되면 LED(D1)가 점멸되어 신호 출력확인이나 시각효과를 위해 사용될 수 있다.

이하에서는 전술한 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템을 이용한 제어방법을 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 10은 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.

즉, 우선 사용자는 원하는 로봇의 동작 구현을 위해 로봇 제어시스템(1)의 각 모듈들을 결합하고, 사용자 PC(5)를 통해 상기 각 모듈을 형상화한 그래픽 언어(도 11 참조)로 상기 로봇의 구현을 위한 제어 프로그램을 작성한다(S100). 상기 제어 프로그램은 윈도우즈(Windows) 기반의 사용자 인터페이스를 제공하며, 상기 사용자인터페이스는 도 11의 캡쳐 화면을 통해 나타낸 것처럼, 본 발명에 따른 로봇 제어시스템(1)의 각 구성 모듈들을 형상화한 모듈명령부(A)와, 상기 모듈명령부(A)에서 선택된 모듈명령에 따른 제어 프로그램을 작성하는 프로그래밍부(B)와, 상기 구동 프로그래밍을 시각적으로 이해할 수 있게 하며 로봇 제어시스템(1)의 입력포트들을 설정하는 입력조건부(C)와, 상기 입력조건부(C)의 입력포트 설정에 따라 제어되는 개별 모듈들을 형상화하여 배열한 모듈출력부(D)로 이루어져 있다. 본 발명에 따른 LED 및 멜로디 모듈 등의 출력모듈(60)은 모듈명령부(A)의 접점모듈명령을 통해 제어될 수 있다.

상기 사용자 PC(5)의 사용자 인터페이스를 통해 작성된 상기 제어 프로그램은 코드 변환(시리얼 신호)되어 시리얼 포트(21)를 통해 유선으로 PC(5)로부터 직접 로봇 제어시스템(1)의 제어모듈(20)로 다운로드되거나, PC(5) 및 로봇 제어시스템(1)과 결합되는 통신모듈(10, 15)을 통해 무선으로 로봇 제어시스템(1)의 제어모듈(20) 또는 모터구동모듈(30)로 전송된다(S101).

상기 로봇 제어시스템(1)은 사용자가 작성한 상기 제어 프로그램을 수신하여 제어모듈(20)에 저장하고 사용자가 제어모듈(20)의 시작 스위치를 누르면 제어모듈(20)의 마이크로컨트롤러(23)에 내장된 운영체제와 연동하여 상기 제어 프로그램을 실행하고 상기 입력조건에 따른 제어명령 신호를 상기 각 모듈에 개별적으로 출력하게 되며(S102), 상기 제어명령 신호에 따라 상기 각 모듈은 개별적으로 사용자가 원하는 로봇의 동작을 수행한다(S103).

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템 및 제어방법의 구체예에의하면, 사용자가 원하는 로봇의 각 구성모듈을 용이하게 분리결합하고 로봇 제어프로그램을 PC를 통해 직접 제작하여 유무선으로 다운로드시켜 로봇을 구동할 수 있기 때문에 프로그래밍 능력을 배양하여 창의력을 향상시킬 수 있고 다양한 형태로 구현되는 로봇을 직접 제작해 볼 수도 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 교육용 로봇 제어시스템 및 제어방법에 의하면, 로봇의 기본동작을 이루는 각 구성요소들을 모듈화하여 여러 형태로 용이하게 분리 결합할 수 있고, 상기 로봇의 제어모듈에 내장된 운영체제를 기반으로 실행되는 제어프로그램을 사용자 PC를 통해 직접 작성하여 유무선으로 다운로드시켜 로봇을 구동할 수 있게 함으로써 창의력을 향상시키고 다양한 형태로 구현되는 로봇을 제작할 수 있는 효과가 있다.

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

Claims

PC를 통해 사용자가 작성한 제어프로그램 또는 시리얼 신호를 무선 송수신하는 통신모듈과;

상기 PC 또는 통신모듈로부터 유무선으로 상기 제어프로그램을 전송받아 저장하고 상기 제어프로그램의 입력조건에 따른 제어신호를 출력하는 제어모듈과;

상기 제어모듈 또는 통신모듈의 출력신호에 따라 다수개의 서보모터 및/또는 직류모터를 구동시키기 위한 모터구동모듈과;

리모트컨트롤의 송신부로부터 무선 송신되는 신호를 수신하여 상기 제어모듈로 전송하는 리모트 수신모듈과;

로봇 주변의 여러 상황을 파악하고 상기 각 모듈의 결합관계를 감지하기 위한 센서모듈; 및

스피커, LED 등을 통해 상기 로봇의 상태를 출력하기 위한 출력모듈;

을 포함하며, 상기 각 모듈은 단일화된 입출력포트를 통해 서로 착탈식으로 분리결합되는 것을 특징으로 하는 교육용 로봇 제어시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 통신모듈은,

시리얼 수신포트를 통해 입력되는 시리얼 신호를 PN 변조하여 RF신호 혹은 적외선으로 송신하는 송신모듈; 및

상기 송신모듈로부터 송신되는 상기 RF신호 혹은 적외선 신호를 수신하고 PN 복조하여 상기 시리얼 신호로 복구한 후 시리얼 송신포트를 통해 출력하는 수신모듈;

로 이루어지며, 상기 송신모듈은 상기 PC와 결합되고 상기 수신모듈은 상기 제어모듈과 결합되어 상기 제어 프로그램이 무선 송수신되는 것을 특징으로 하는 상기 교육용 로봇 제어시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 송신모듈은 상기 제어모듈과 결합되고 상기 수신모듈은 상기 모터구동모듈 또는 출력모듈과 결합되어, 상기 PC로부터 유선으로 상기 제어모듈에 저장된 상기 제어 프로그램에 따라 상기 모터구동모듈 또는 출력모듈이 무선 제어되는 것을 특징으로 하는 상기 교육용 로봇 제어시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제어모듈은,

상기 PC 및/또는 상기 통신모듈로부터 전송되는 신호를 입력받기 위한 시리얼 포트와;

상기 센서모듈 및/또는 리모트 수신모듈로부터 신호를 입력받기 위한 다수개의 입력포트와;

상기 시리얼 통신포트 및/또는 상기 입력포트를 통해 입력되는 신호에 따라 상기 모터구동모듈 및/또는 상기 출력모듈로 제어신호를 출력하는 마이크로컨트롤러와;

상기 마이크로컨트롤러와 연동하여 상기 사용자의 제어프로그램을 저장하기 위한 메모리부; 및

상기 마이크로컨트롤러의 제어신호를 상기 모터구동모듈 및/또는 상기 출력모듈로 출력하기 위한 다수개의 출력포트;

를 포함하며, 상기 입력포트의 입력상태에 따라 각기 다른 이벤트를 수행하는 것을 특징으로 하는 상기 교육용 로봇 제어시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 모터구동모듈은,

다수개의 입력포트를 통해 입력되는 제어신호에 따라 다수개의 출력포트와 연동되는 다수개의 서보모터의 위치를 제어하기 위한 서보모터 모듈; 및

다수개의 입력포트 중 복수개의 입력포트를 통해 입력되는 제어신호에 따라 복수개의 출력포트와 연동되는 복수개의 서보모터의 위치를 제어하고 상기 입력포트 중 다른 복수개의 입력포트를 통해 입력되는 제어신호에 따라 다른 복수개의 출력포트와 연동되는 복수개의 직류모터의 속도와 회전방향을 제어하기 위한 서보/직류모터 모듈;

을 포함하며, 상기 통신모듈의 수신모듈과 결합되어 무선으로 상기 서보모터 및/또는 직류모터를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 상기 교육용 로봇 제어시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 센서모듈은,

음향 및 풍압을 감지하기 위한 마이크 센서모듈과;

근접되는 물체를 감지하기 위한 적외선 센서모듈과;

빛의 밝기를 감지하기 위한 조도 센서모듈과;

누르고 있는 동안만 온되어 물리적인 접촉을 감지하는 푸시 스위치 모듈; 및

상기 푸시 스위치에 의한 온/오프에 따라 토글 스위칭되어 각 이벤트의 프로그램 분기를 위한 푸시락 스위치 모듈;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 교육용 로봇 제어시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 단일화된 입출력포트는 전원, 접지 및 신호단자로 이루어지며, 상기 PC의 프로그램에 따라 시리얼 입출력 또는 비트 입출력이 가능한 것을 특징으로 하는 상기 교육용 로봇 제어시스템.
사용자가 로봇 제어시스템의 각 모듈을 결합하고 사용자 PC를 통해 상기 각 모듈을 형상화한 그래픽 언어로 상기 로봇의 구현을 위한 제어 프로그램을 작성하는 단계와;

상기 제어 프로그램을 코드 변환하여 상기 PC로부터 직접 혹은 상기 PC 및 상기 로봇 제어시스템과 결합되는 통신모듈을 통해 유무선으로 상기 로봇 제어시스템에 전송하는 단계와;

상기 로봇 제어시스템은 상기 제어프로그램을 수신하여 제어모듈에 저장하고 내장된 운영체제와 연동하여 입력조건에 따른 제어명령 신호를 상기 각 모듈에 개별적으로 출력하는 단계; 및

상기 제어명령 신호에 따라 상기 각 모듈이 개별적으로 사용자가 원하는 동작을 수행하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 교육용 로봇 제어방법.
제 8 항에 있어서,

상기 통신모듈은 상기 로봇 제어시스템의 제어모듈 및 모터구동모듈과 결합되어 상기 사용자 PC의 제어프로그램에 따라 유무선으로 서보모터 및/또는 직류모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 교육용 로봇 제어방법.