KR200396025Y1 - Sensor arrangement and circuit for a Line Tracer control - Google Patents
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Abstract
본 고안은 Digital Logic IC(3-input AND Gate)를 활용한 바닥에 그려져 있는 라인을 따라 움직이는 로봇인 Line Tracer에 관한 것으로 적외선 방출 다이오드(Infrared Emitting Diode), Photo Transistor 각 6개, 6쌍의 좌, 우 그리고 앞, 뒤 배열과 이 6개의 Photo Transistor에서의 출력 전압을 입력받는 3-input AND Gate 2개 및 AND Gate 출력을 모터 제어에 필요한 전류로 증폭하기 위한 NPN Transistor C945 2개, 모터 동작 상태를 표시하는 발광 다이오드(Light Emitting Diode) 2개로 구성되어 있다.The present invention relates to a line tracer, a robot that moves along a line drawn on the floor using a digital logic IC (3-input AND gate) .Infrared Emitting Diode, 6 Photo Transistors, 6 pairs of left Two 3-input AND Gates that receive the output voltages of these six Photo Transistors, and the right, front, and rear arrays, and two NPN Transistor C945 to amplify the AND Gate output to the current required for motor control. It consists of two light emitting diodes (Light Emitting Diode).
단순한 논리회로와 적외선 방출 다이오드, Photo Transistor 6쌍의 좌·우, 앞·뒤 배열로 좌·우 반복적인 흔들림이 적고 수직 방향전환이 가능하다. 복잡한 회로나 프로그래밍 없이도 의도한 동작을 실현시킬 수 있다는 점에서 로봇을 처음 배우는 사람들에게 기초교육의 중요함을 인식시켜주고 성능이 우수한 로봇을 저렴한 가격에 제공할 수 있다는 장점이 있다.A simple logic circuit, infrared emitting diode, and 6 pairs of photo transistors in the left, right, and front and back arrangements reduce the left and right repetitive shaking and enable vertical direction change. It is possible to realize the intended operation without complicated circuits or programming, so that the first-time learners of robots can recognize the importance of basic education and can provide high-performance robots at low cost.
Description
본 고안은 Logic IC 1개를 사용해서 좌·우 반복적인 움직임이 적은 동시에 수직 방향전환이 가능한 Line Tracer 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서들의 좌·우 배열과 앞·뒤 배열로 좌·우 반복적인 움직임(흔들림) 방지 및 수직 방향전환이 가능한 저렴하고 성능이 우수한 Line Tracer에 관한 것이다.The present invention relates to a line tracer capable of vertically reversing at the same time with less left and right repetitive movement using one logic IC. More specifically, the left and right repetition of the left and right arrangements and the front and rear arrangement of the sensors are repeated. It is a low-cost, high-performance line tracer that can prevent in-motion and vertical turning.
종래의 TR만을 사용한 Line Tracer, Logic IC, Comparator(OP Amp) 등을 사용한 Line Tracer는 좌·우 반복적인 움직임으로 방향을 잡아서 움직이거나 좌·우 반복적인 움직임이 없이 움직이는 경우는 급한 커브길이나 수직으로 방향을 전환할 때 라인을 벗어나 버렸다. 이러한 두 가지 문제점을 동시에 극복하는 방법으로 마이크로프로세서를 사용해 센서를 좌·우로 2쌍 또는 3쌍을 배열하여 좌·우 반복적인 움직임이 아니면서 수직방향전환이 가능하도록 해 왔다. 그러나 본 고안은 마이크로프로세서를 사용하여 제어하는 것 못지않게 센서들의 좌·우, 앞·뒤 배열과 Logic IC 1개를 포함한 간단한 제어회로로써 부드럽게 직진을 하면서 수직방향전환이 가능하도록 한 것이다.Line tracer using conventional TR only, line tracer using logic IC, comparator (OP amp), etc., moves in the direction of repetitive left and right movements or in case of moving without repetitive left and right movements. When I turn the direction off the line. In order to overcome these two problems at the same time, two or three pairs of sensors are arranged left and right by using a microprocessor to enable vertical direction switching without left and right repetitive movements. However, the present invention is a simple control circuit that includes a left, right, front and rear array of sensors and one logic IC as well as control using a microprocessor.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안은 Logic IC(3-input AND Logic Gate) 1개로 구성된 제어회로와 센서 6쌍의 좌·우, 앞·뒤 배열로 좌·우 반복적인 움직임으로 전진하지 않고 부드럽게 직진하며 커브를 돌고 수직 방향 전환이 가능한 성능이 우수하고 저가의 교육용 Line Tracer를 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention is a control circuit composed of one Logic IC (3-input AND Logic Gate) and six pairs of sensors, the left, right, front, and rear arrangement of the left and right repetitive movement forward It aims to provide a high-performance, low-cost educational line tracer that can smoothly go straight, curve, and turn vertically.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 3-input AND Logic Gate 2개로 구성된 제어회로와 센서 6쌍의 좌·우, 앞·뒤 배열로 좌·우 반복적인 움직임으로 전진하지 않고 부드럽게 직진하며 커브를 돌고 수직방향 전환이 가능한 성능이 우수하고 저가의 교육용 Line Tracer에 관한 것으로, 3-input AND Logic Gate 2개에 대한 간단한 회로와 센서 배열로 Line Tracer가 전진시 좌·우 흔들림이 적을 뿐만 아니라 급커브나 수직 방향전환이 가능하다는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a control circuit composed of two 3-input AND logic gates and six pairs of left, right, front and rear arrays of sensors. This is a high performance and low cost educational line tracer that can be turned vertically and vertically. The simple circuit and sensor arrangement of two 3-input AND logic gates make the line tracer less shake when moving forward, B is characterized in that the vertical direction can be switched.
이하 본 고안에 의한 라인트레이서 제어를 위한 센서배열과 회로를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a sensor array and a circuit for line tracer control according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 고안에 의한 IRED, Photo TR들의 기판에의 배열 및 제어회로를 도시한 것이고, 도 2는 본 고안에 의한 센서들의 기판에의 위치를 명확히 보인 것이며, 도 3은 본 고안에 의한 조립된 Line Tracer의 위·아래, 앞·옆 모습을 보인 것이다.1 shows the arrangement and control circuit of the IRED, Photo TR on the substrate according to the present invention, Figure 2 clearly shows the position of the sensors according to the present invention on the substrate, Figure 3 is assembled by the present invention The top, bottom, front and side views of the line tracer are shown.
우선 도 1에서 IRED 11a와 Photo TR 11b를 센서11로,First, IRED 11a and Photo TR 11b as the sensor 11 in FIG.
IRED 12a와 Photo TR 12b를 센서12로, IRED 12a and Photo TR 12b to Sensor 12,
IRED 13a와 Photo TR 13b를 센서13로, IRED 13a and Photo TR 13b to Sensor 13,
IRED 14a와 Photo TR 14b를 센서14로, IRED 14a and Photo TR 14b to Sensor 14,
IRED 15a와 Photo TR 15b를 센서15로, IRED 15a and Photo TR 15b with Sensor 15,
IRED 16a와 Photo TR 16b를 센서16로 지칭하기로 하겠다. IRED 16a and Photo TR 16b will be referred to as Sensor 16.
센서의 동작원리를 살펴보면 IRED(11a - 16a)에서 적외선이 항상 방출되도록 했을 때 바닥이 흰색이면 적외선이 거의 대부분 반사되어 Photo TR이 적외선을 충분히 감지하게 되고, 바닥이 검은색이면 적외선이 거의 바닥에 흡수되어 Photo TR은 적외선을 충분히 감지하지 못하는 점을 응용하는 것이다.Looking at the operation principle of the sensor, when IRED (11a-16a) always emits infrared light, if the bottom is white, the infrared is almost reflected and the Photo TR detects the infrared sufficiently. If the bottom is black, the infrared is almost at the bottom. The absorbed Photo TR is an application of the lack of sufficient infrared detection.
Photo TR은 Base 단이 바깥쪽 표면이므로 적외선 수광시 Photo TR의Collector(이후 'C'로 표기)에서 Emittor(이후 'E'로 표기)로 전류가 흐르게 된다. 적외선 수광이 적을 경우(이때는 Base단으로 흐르는 진류가 적은 것과 같은 것이다.) C에서 E로 전류가 적게 흘러 Photo TR의 E쪽에 연결되어 있는 저항(18)에는 전압이 낮게 걸리게 되고 반대로 적외선 수광이 많은 경우(이때는 Base단으로 흐르는 전류가 많은 것과 같은 것이다.) C에서 E로 전류가 그만큼 많이 흐르게 되어 저항(18)에 높은 전압이 걸리게 되는 것이다.Since the base end is the outer surface of the photo TR, current flows from the collector (hereinafter referred to as 'C') to the emitter (hereinafter referred to as 'E') when receiving infrared light. When there is little infrared light reception (in this case, it is the same as the small flow which flows to Base stage), there is little current from C to E so that the resistor 18 connected to E side of Photo TR takes a low voltage and conversely, In this case (in this case, a lot of current flows to the base stage), a large amount of current flows from C to E so that a high voltage is applied to the resistor 18.
다음으로 HS C-MOS Logic IC(3-input AND Gate) 74HC11(21)은 동작전원 전압 범위가 2V - 6V범위로 IC에 인가된 전압에 따라 'High', 'Low'기준이 달라진다. 본 고안에서는 1.5V AA size 건전지 2개를 사용하므로 인가 전압은 3V이다. 이때 'High' 기준전압은 약 1.7V로 측정이 되었다. AND Gate는 입력값이 모두 'High'일 때 'High'를 출력하는 Logic Gate이다. 3개의 입력중 하나라도 'Low'신호가 들어오면 'Low'로 출력된다. 만약 센서 11에서 16까지 6개 모두에서 1.7V 이상이 출력되어 IC(21)에 'High'로 입력이 되면 IC(21)의 두 출력 모두 'High'로 3V가 출력되어 NPN TR (24, 25)의 Base단에 입력되게 된다. 그러면 좌·우측 모터(M1, M2)가 구동되어 전진할 것이다. 반대로 각각의 좌·우 3개의 센서 중 어느 한 개라도 1.7V이하로 입력되게 되면 그 Gate는 0V를 출력하게 된다, 이 때 가변저항(22,23)은 TR(24, 25)의 Base 단으로 흐르는 전류를 조절함으로써 모터 속도를 조절 가능하도록 의도한 것이다. 또한 전원과 TR(24, 25)의 C 사이에 모터와 병렬로 연결한 LED(26, 27)은 특별한 회로없이도 모터의 구동상태를 표시할 수 있도록 했다.Next, HS C-MOS logic IC (3-input AND Gate) 74HC11 (21) has a high power supply voltage range of 2V-6V range of 'High', 'Low' according to the voltage applied to the IC. In the present invention, since two 1.5V AA size batteries are used, the applied voltage is 3V. At this time, the high reference voltage was measured to be about 1.7V. AND gate is a logic gate that outputs 'high' when all input values are 'high'. If any of the three inputs receives a 'Low' signal, it is output as 'Low'. If all the sensors 11 to 16 are 1.7V or more and input to IC 21 as 'High', both outputs of IC 21 will be 3V as 'High' and NPN TR (24, 25). Will be entered at the Base stage. The left and right motors M1 and M2 will then be driven forward. On the contrary, if any one of the three left and right sensors is input below 1.7V, the gate outputs 0V. At this time, the variable resistors 22 and 23 are connected to the base of TR (24, 25). It is intended to control the motor speed by controlling the current flowing through it. In addition, the LEDs 26 and 27 connected in parallel with the motor between the power supply and the Cs of the TRs 24 and 25 allow the motor to be driven without a special circuit.
즉, TR(24)에 Base 전류가 흐르지 않으면 모터와 LED에는 전류가 흐르지 않고, Base 전류가 흐르면 모터가 구동되면서 모터속의 코일에 역전압이 발생하면서 일부 전류가 병렬로 연결된 LED로 흐르면서 모터 구동 상태를 표시할 수 있는 것이다.That is, if the base current does not flow in the TR 24, no current flows in the motor and the LED, and when the base current flows, the motor is driven and a reverse voltage is generated in the coil in the motor, and some current flows to the LED connected in parallel to the motor driving state. Can be displayed.
다음으로 센서들의 배열을 살펴보면 우선 센서11, 12는 종래의 방법대로 가장 앞쪽에 좌·우로 배열하되 검은색 라인의 폭보다 조금만 더 넓게 위치시킨다. 그 이유는 Line Tracer가 라인을 약간만 벗어나더라도 센서11이나 12가 라인에 걸려 라인 방향을 찾을 수 있도록 고안한 것이다.(우선 그 전에 가변저항(22, 23)을 흰색 바닥위에서 직진하도록 조절해 줘야한다.) 그 뒤로 좌·우 각 2쌍의 센서(좌센서 13, 15, 우센서 14, 16)들은 급한 커브길이나 수직방향 전환이 있을 때 종래의 앞쪽 좌·우 1쌍의 센서와 제어회로로는 라인을 완전히 벗어나 버리는 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 고안에 의한 제어회로에서 좌·우 3개의 센서들 중 어느 하나라도 'Low'가 출력되면 모터는 멈추기 때문에 앞쪽의 센서11이나 12가 라인을 벗어나더라도 그 뒤의 센서13, 15나 센서14, 16은 검정색 라인 위에 있게 되므로 계속해서 방향을 전환할 수 있는 것이다. 이때 센서 13과 14, 15와 16 사이의 간격을 앞쪽 센서 11과 12사이의 간격보도 넓게 한 이유는 수직방향 전환시 다른 쪽 센서가 라인에 걸리지 않도록 의도한 것이다. 예로 수직 우회전시 앞쪽 센서 11,12는 라인을 벗어나 버리고 센서14, 16에 의해서 오른쪽 모터(M2)는 멈춰 있고 왼쪽 모터(M1)는 구동상태에 있게 되는데 이때 센서 13이나 15가 라인에 걸려 버리면 양쪽 모터 모두 멈추게 되기 때문이다.Next, referring to the arrangement of the sensors, first, the sensors 11 and 12 are arranged left and right in front of each other according to the conventional method, but positioned slightly wider than the width of the black line. The reason is that the line tracer is designed so that the sensor 11 or 12 can be caught in the line to find the direction of the line even if it is slightly off the line (before the variable resistors (22, 23) must be adjusted to go straight on the white ground). .) After that, two pairs of left and right sensors (left sensor 13, 15, right sensor 14, 16) are connected to the conventional front left and right pair of sensors and control circuit when there is a sudden curve or vertical change. Is to solve the problem of completely leaving the line. In the control circuit of the present invention, if any one of the three left and right sensors is 'Low' is output, the motor stops. Even afterwards, sensors 13 and 15 or sensors 14 and 16 are on the black line, so you can continue to turn around. The reason why the distance between the sensors 13 and 14, 15 and 16 is widened between the front sensors 11 and 12 is to prevent the other sensor from being caught in the line when the vertical direction is changed. For example, in the case of a vertical right turn, the front sensors 11 and 12 are off the line, and by the sensors 14 and 16, the right motor M2 is stopped and the left motor M1 is in a driving state. This is because both motors stop.
이하 본 고안에 의한 라인트레이서 제어를 위한 센서배열과 회로의 효과를 살펴보면, 센서들의 좌·우, 앞·뒤 배열과 그에 따른 간단한 Logic IC 회로의 구성으로 좌·우 반복적인 움직임으로 전진하는 것이 아니면서도 수직방향전환을 할 수 있는 성능이 우수하고 가격적으로 저렴한 교육용 Line Tracer의 제공으로 로봇교육에 들어서는 사람들에게 높은 교육적 효과를 가져 올 뿐만 아니라 로봇 기초교육의 중요성을 느낄 수 있을 것이다.Looking at the effect of the sensor arrangement and circuit for the line tracer control according to the present invention, the left, right, front and rear arrangement of the sensors and the configuration of a simple logic IC circuit accordingly does not advance to the left and right repetitive movement By providing a high-performance, low-cost educational line tracer that can switch vertically, it will not only bring a high educational effect to those who enter the robot training, but also feel the importance of basic robot training.
도 1은 본 고안에 의한 적외선 방출 다이오드(Infrared Emitting Diode, 이후 'IRED'로 지칭), Photo Transistor(이후 'Photo TR'로 지칭) 들의 배열 및 제어회로를 도시한 회로도. 도 2는 본 고안에 의한 센서(이후 '센서'라 함은 IRED와 Photo TR, 저항 2개로 구성되는 IRED에서 방출하는 적외선을 Photo TR이 감지할 수 있도록 만든 단위 회로를 지칭)들의 배열만을 명확히 도시한 평면도. 도 3은 본 고안에 의해 조립된 Line Tracer 모습을 위, 아래, 앞, 옆에서 본 그림이다. 1 is a circuit diagram illustrating an arrangement and a control circuit of an infrared emitting diode (hereinafter referred to as 'IRED') and a photo transistor (hereinafter referred to as 'photo TR') according to the present invention. Figure 2 clearly shows only the arrangement of the sensor according to the present invention (hereinafter referred to as the 'sensor' refers to the unit circuit made by the Photo TR to detect the infrared radiation emitted from the IRED composed of IRED and Photo TR, two resistors) Top view. 3 is a view seen from the top, bottom, front, side of the line tracer assembled by the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings *
10 : 센서보드부 11a - 16a : IRED10: sensor board 11a-16a: IRED
11b - 16b : Photo TR 17 : IRED 전류제한 저항11b-16b: Photo TR 17: IRED Current Limiting Resistance
18 : Photo TR 의 적외선 감지에 의한 출력신호 생성용 저항18: Resistance for output signal generation by infrared detection of Photo TR
19 : 제어보드(20)와의 연결부19: connection portion with the control board 20
20 : 제어보드부20: control board
21 : HS C-MOS Logic IC(74HC11)21: HS C-MOS Logic IC (74HC11)
22, 23 : 모터 속도 조절용 가변저항22, 23: variable resistor for motor speed control
24, 25 : 모터구동 전류증폭용 NPN TR24, 25: NPN TR for motor driving current amplification
26, 27 : 모터 동작여부 표시 LED26, 27: LED for motor operation
30 : 모터·기어 박스 40 : 건전지 소켓(1.5V AA size 2개)30: motor gear box 40: battery socket (2 x 1.5V AA size)
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR100746827B1 (en) | 2006-03-14 | 2007-08-06 | 정호원 | Control circuit of line-tracer |
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-
2005
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100746827B1 (en) | 2006-03-14 | 2007-08-06 | 정호원 | Control circuit of line-tracer |
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