KR20040096789A

KR20040096789A - SoC Robot System and Operating method thereof

Info

Publication number: KR20040096789A
Application number: KR1020040032765A
Authority: KR
Inventors: 유회준
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2003-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2004-11-17
Also published as: KR101077231B1

Abstract

PURPOSE: An SoC(System On a Chip) robot system and an operating method thereof are provided to implement an improved game robot by providing various platforms to a robot brain and connecting the brain to a microcontroller, an image processing unit, and a communicating unit. CONSTITUTION: An SoC robot system is composed of a brain unit(10), an image sensor unit(20), and a robot body(30). The brain unit receives image data from the image sensor unit, and transmits a driving command to the robot body. The robot body operates by the command received from the brain unit, and includes a microprocessor, a wire module communicating with the brain unit, a driving unit for controlling motion, and a firing control unit. The brain unit includes an SoC platform, a CPU-IP for processing a command, a memory-IP for storing data, a communication-IP, an image sensor interface-IP for processing image data, an FPGA interface-IP processing image data and communicating with the CPU-IP, an GPIO-IP for providing input/output channels, and a ROM for storing a control program. The image sensor unit includes a camera, a plurality of registers for operating functions set in advance, an image debugging unit for debugging image data, and a monitor.

Description

SOC robot system and its driving method {SoC Robot System and Operating method}

본 발명은 반도체 IP(Intellectual Property; 이하 'IP'라 함)를 이용하여 설계된 SoC(System On a Chip; 이하 “SoC"라 함) 로봇과 이를 이용한 경기용 SoC 로봇 시스템 및 그의 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system on a chip (SoC) robot designed using semiconductor IP (Intellectual Property (IP)), a competition SoC robot system using the same, and a driving method thereof. .

기존의 로봇 축구는 무선 통신을 이용하여 서버 컴퓨터(Server Computer)에 의해 통제되어지는 방식이었다. 그러나 서버컴퓨터에 의하여 일괄 통제되는 종래의로봇은 무선으로 리모트 컨트롤이 되어야 하기 때문에 시스템의 구성이 복잡해지고, 신뢰성이 떨어질 뿐만 아니라 경기등에 로봇이 이용되는 경우에는 기계적인 요소에 의하여 승패가 결정되는 단점을 가지고 있었다.The existing robot soccer was controlled by a server computer using wireless communication. However, the conventional robot, which is controlled by the server computer, has to be remotely controlled by wireless, which makes the system complicated and not only reliable, but also when the robot is used for a game. Had

그러나 최근에는 로봇을 이용하여 경기를 진행하고자 할 때, 기계적인 요소보다는 각자의 고유한 전략 프로그램을 이용하여 경기를 하고자 하는 사용자의 욕구가 증가하고 있다.Recently, however, when a game is to be played using a robot, a user's desire to play a game using a unique strategy program rather than a mechanical factor is increasing.

상기와 같은 사용자의 욕구를 만족시키기 위해서는 SoC를 활용한 로봇의 두뇌 구성은 현존하는 로봇 제어보드 구성의 개념을 바꾸어야 하며, 동시에 반도체 IP를 활용하여 임베디드 타입(Embedded Type)의 칩과 펌웨어(Firmware)를 제작하는 기술적 과제가 해결되어야 한다. 또한, 반도체 IP를 활용하기 위한 플랫폼 연구가 선행되어져야 하며, 종래의 범용 컴퓨터의 기능을 소형의 반도체 칩 단위로 구현할 수 있는 기술을 필요로 한다. 더불어, 로봇의 두뇌 보드 구현에 관한 검증 방식에 있어서도 IP 단위의 검증을 할 수 있는 고도의 반도체 회로 검증 기술을 필요로 한다.In order to satisfy the above user's needs, the brain configuration of the robot using SoC should change the concept of the existing robot control board configuration, and at the same time, the embedded type chip and firmware using semiconductor IP. The technical task of manufacturing the solution should be solved. In addition, the platform research to utilize the semiconductor IP should be preceded, and there is a need for a technology that can implement the functions of the conventional general-purpose computer in the unit of a small semiconductor chip. In addition, the verification method for the implementation of the brain board of the robot requires a high level of semiconductor circuit verification technology that can verify IP units.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다양한 첨단 기술이 집적되어 만들어지는 SoC 두뇌 보드의 다양한 플랫폼을 마이크로 컨트롤러, 이미지 프로세싱, 유/무선 통신 기술들과 접목한 SoC 로봇과 이를 이용한 경기용 로봇 시스템을 구현하고 상기 로봇 시스템의 구동방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention is a SoC robot that combines various platforms of SoC brain board, which is made by integrating various advanced technologies, with microcontroller, image processing, wired / wireless communication technologies, and a competition robot using the same. Implement the system and provide a method of driving the robot system.

보다 상세하게는 본 발명에 의한 로봇 즉, 임베디드(Embedded) 컴퓨터가 탑재되어진 로봇은 자체적으로 컴퓨터의 기능 발휘가 가능하며 칩화된 초소형 컴퓨터를 지니고 있어 입력된 전략 프로그램에 따라 SoC 로봇 몸체를 제어하고자 한다.In more detail, the robot according to the present invention, that is, the robot equipped with the embedded computer, is capable of exhibiting the functions of the computer itself and has a chipped microcomputer to control the SoC robot body according to the input strategy program. .

또한 본 발명의 SoC 로봇 두뇌부는 반도체 설계와 시스템 설계가 공유되어지는 최첨단 기술에 의하여 CPU, Memory, Bus, I/O를 IP 코어(Core)의 조합으로 설계 구현하며, SoC 로봇워의 소프트웨어 기술은 아군/적군을 식별하는 이미지 캡의 색상 및 형체를 인식하는 이미지 프로세싱 기술을 포함한다. SoC 몸체부는 주변광에 영향을 받지 않고 로봇을 움직일 수 있는 LED 변복조 기술과 로봇 가속도 제어를 위한 모션 제어기(Motion Controller), RS-232 유/무선 통신, USB, Ir 인터럽터 등을 마이크로 컨트롤러에 의해 제어하는 기술을 제공한다. 시뮬레이션 프로그램은 SoC 로봇워의 전략을 수립하기 위한 로봇의 기본 성능을 테스트 할 수 있는 소프트웨어 프로그램이며 SoC 로봇워 통신 프로토콜에 의해 정의된 명령어를 하드웨어 없이 테스트가 가능토록 기술적 지원을 한다.In addition, the SoC robot brain part of the present invention design and implement the CPU, Memory, Bus, I / O by the combination of the IP core by the state-of-the-art technology that the semiconductor design and system design is shared, the software technology of the SoC robot war Image processing technology that recognizes the color and shape of the image cap identifying friendly / enemy. SoC body controls LED modulation and demodulation technology that can move the robot without being affected by ambient light, motion controller for robot acceleration control, RS-232 wire / wireless communication, USB, Ir interrupter, etc. To provide technology. The simulation program is a software program that can test the basic performance of the robot to formulate the SoC robot war strategy and provides technical support to test the instructions defined by the SoC robot war communication protocol without hardware.

도 1은 본 발명에 따른 SoC 로봇의 전체 구성도,1 is an overall configuration diagram of a SoC robot according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 SoC 로봇의 두뇌부 구성도,2 is a block diagram of the brain of the SoC robot according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 로봇의 두뇌부 SoC 플랫폼 구성도,Figure 3 is a brain SoC platform configuration of the robot according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 SoC 로봇의 이미지 센서 구성도,4 is a configuration diagram of an image sensor of a SoC robot according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 SoC 로봇의 이미지 디버거,5 is an image debugger of a SoC robot according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 SoC 로봇의 몸체부 구성도,Figure 6 is a block diagram of the body of the SoC robot according to the present invention,

도 7은 본 발명에 따른 SoC 로봇의 유선모듈 인터페이스 구성도,7 is a wired module interface configuration diagram of a SoC robot according to the present invention;

도 8은 본 발명에 따른 SoC 로봇의 무선모듈 인터페이스 구성도,8 is a wireless module interface configuration diagram of a SoC robot according to the present invention;

도 9는 본 발명에 따른 SoC 로봇의 구동부 구성도,9 is a configuration diagram of the driving unit of the SoC robot according to the present invention;

도 10은 본 발명에 따른 SoC 로봇의 발사통제부 구성도,10 is a configuration diagram of the launch control unit of the SoC robot according to the present invention;

도 11은 본 발명에 따른 SoC 로봇 구동 프로그램의 흐름도,11 is a flowchart of a SoC robot driving program according to the present invention;

도 12는 본 발명에 따른 명령 프로토콜 구성도,12 is a configuration diagram of a command protocol according to the present invention;

도 13은 본 발명에 따른 SoC 로봇 두뇌부 회로구성도,Figure 13 is a circuit diagram of a SoC robot brain according to the present invention,

도 14는 본 발명에 따른 SoC 로봇 몸체부 회로구성도,14 is a circuit diagram of a SoC robot body according to the present invention;

도 15는 본 발명에 따른 SoC 로봇 전자회로 구성도,15 is a schematic diagram of a SoC robot electronic circuit according to the present invention;

도 16은 본 발명에 따른 SoC 로봇의 음성인식 회로 구성도,16 is a configuration diagram of the voice recognition circuit of the SoC robot according to the present invention;

도 17은 본 발명에 따른 SoC 로봇워 경기장 모형도,17 is a schematic diagram of a SoC robot war arena according to the present invention;

도 18은 본 발명에 따른 SoC 로봇워 경기장 벽면 모형도,18 is a SoC robot war stadium wall surface model according to the present invention,

도 19는 본 발명에 따른 SoC 로봇워 경기진행 흐름도이다.19 is a SoC robot war game progress flow chart according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : SoC 로봇 10 : SoC 로봇 두뇌부1: SoC Robot 10: SoC Robot Brain

11 : CPU IP 12 : 메모리 IP11: CPU IP 12: Memory IP

13 : 유선모듈 IP 14 : 무선모듈 IP13: wired module IP 14: wireless module IP

15 : SoC 플랫폼 16 : 이미지센서 인터페이스 IP15: SoC Platform 16: Image Sensor Interface IP

17 : FPGA 인터페이스 18 : GPIO IP17: FPGA Interface 18: GPIO IP

19 : ROM 20 : 이미지 센서19: ROM 20: image sensor

30 : SoC 로봇 몸체부 31 : 마이크로 프로세서30: SoC robot body 31: microprocessor

32 : 유선모듈 33 : 구동부32: wired module 33: drive unit

34 : 발사통제부 40 : 모니터34: launch control unit 40: monitor

41 : 비디오 케이블 42 : 음성인식모듈 IP41: video cable 42: voice recognition module IP

43 : 무선마이크 시스템43: wireless microphone system

A : CPU IP B : CACHEA: CPU IP B: CACHE

C : SRAM D : 유선모듈C: SRAM D: Wired Module

E : 무선모듈 F : 이미지 프로세서E: Wireless Module F: Image Processor

G : GPIO H : ROMG: GPIO H: ROM

I : SoC 로봇 헤더 J : DC 모터 1I: SoC Robot Header J: DC Motor 1

K : DC 모터 2 L : 엔코더 1K: DC motor 2 L: Encoder 1

M : 엔코더 2 N : DC 모터 드라이버 1M: Encoder 2 N: DC Motor Driver 1

O : DC 모터 드라이버 2 P : 유선모듈O: DC motor driver 2 P: Wired module

Q : 마이크로 프로세서 R : 복조기Q: microprocessor R: demodulator

S : LED 변조회로 T : 화면표시기S: LED Modulation Circuit T: Screen Display

U : 발사장치 V : 수광필터기회로U: Launch device V: Light receiving filter circuit

W : SoC로봇팀-1 X : 장애물W: SoC Robot Team-1 X: Obstacle

Y : SoC로봇팀-2 Z : SoC로봇 경기장Y: SoC Robot Team-2 Z: SoC Robot Stadium

상기의 목적 달성을 위한 SoC 로봇워의 전체적인 구성은 크게 SoC 로봇과 SoC 로봇 경기장 및 구동 프로그램으로 구성된다. SoC 로봇은 다시 SoC 두뇌부와 몸체부로 나뉘어 지며 두뇌부의 구현을 위해서는 SoC 플랫폼, 재설계 가능한 IP 코어를 가지고 SoC 칩을 설계 제작한다. SoC 두뇌부는 자체 개발한 반도체 IP 및 공개된 IP를 합법적으로 사용하여 구현하도록 하며 IP 기능블록을 추가할 수 있도록구성한다. SoC 로봇 두뇌부는 바람직하게는 SoC 플랫폼을 기반으로 하여야 하고, 이미 기술한 바와 같이 CPU-IP, SRAM, 유무선 통신-IP, 이미지프로세싱-IP, GPIO-IP 등이 포함 된다. CPU-IP 구성은 EISC, RISC, CISC 등의 다양한 구조로 설계되어 포함되며 유무선 통신-IP는 RS-232C, USB 및 필요에 따라 표준화된 통신 프로토콜 블록으로 구성한다. SoC 몸체부는 SoC 두뇌부와 통신 가능한 타입으로 구성되며 각종 기능 모듈들이 하드웨어적으로 구성된다.The overall configuration of the SoC robot war to achieve the above object is largely composed of SoC robot, SoC robot stadium and driving program. SoC robot is divided into SoC brain part and body part. To implement brain part, SoC chip is designed and manufactured with SoC platform and redesignable IP core. The SoC Brain Department will legitimately use in-house developed semiconductor IPs and public IPs and configure them to add IP functional blocks. SoC robot brain preferably should be based on SoC platform, and as already described include CPU-IP, SRAM, wired and wireless communication-IP, image processing-IP, GPIO-IP and the like. CPU-IP consists of various structures such as EISC, RISC, CISC, etc., and wired / wireless communication-IP consists of RS-232C, USB, and standardized communication protocol blocks as required. The SoC body consists of a type that can communicate with the SoC brain and various functional modules are constructed in hardware.

SoC 로봇 경기장은 SoC 로봇 전용 경기장을 의미하며, 검은 외각 테두리를 이용하여 SoC 로봇으로 하여금 경기장에서 벗어나지 않도록 하는 센싱 정보를 제공도록 구성한다. SoC 로봇은 내장된 포토인터럽트를 사용하여 경기장 밖으로 나가지 않도록 한다. SoC 로봇 경기장은 여러 개의 장애물을 포함하도록 하며 필요에 따라 장애물의 개수를 조절할 수 있다. SoC 로봇 경기규칙은 일대일 혹은 그룹간의 경기를 진행할 수 있도록 만들어지며 각각 자신의 로봇에 피아를 식별할 수 있는 이미지 정보를 플래그 형태로 지니도록 하며 로봇 헤더에 있는 이미지센서-IP를 이용하여 피아식별 처리 알고리즘을 수행할 수 있도록 한다. 또한 로봇이 발사할 수 있는 전자포탄의 수량은 일정한 양으로 한정할 수 있으며 프로그램적으로 수정할 수 있도록 한다. 상대방 전자포탄에 노출된 로봇은 전면 표시창을 통하여 에너지 감소를 표현하게 되며 에너지가 고갈되면 폭발음과 함께 움직임을 멈추도록 한다. SoC 경기 진행자는 움직임이 멈춘 로봇의 이미지 식별자 부분에 일정한 색상과 형태의 이미지 캡을 씌워 상대편 로봇으로 하여금 재공격을 하지 않도록 처리한다. 로봇 경기장의 벽면에는 각기 다른 모양의 패턴이 그려져 있어, 로봇은 이 모양을 영상 처리하여 로봇의 위치를 파악할 수 있다.The SoC robot arena is a dedicated SoC robot arena, and the black outer frame is used to provide sensing information to prevent the SoC robot from leaving the arena. SoC robots use built-in photo interrupts to keep them out of the field. The SoC robot arena contains multiple obstacles and the number of obstacles can be adjusted as needed. The SoC Robot Competition Rules are designed to allow one-to-one or group-to-player competition. Each robot has its own image information that identifies the PIAs in the form of flags, and processes the PIAs using the image sensor-IP in the robot header. Allow the algorithm to run. In addition, the number of electron shells that the robot can fire can be limited to a certain amount and can be modified programmatically. The robot exposed to the opponent's electronic shell expresses a decrease in energy through the front display window and stops its movement with an explosion sound when the energy is depleted. The SoC racer puts an image cap of a certain color and shape on the image identifier of the robot that has stopped moving so that the opponent robot does not attack again. Patterns of different shapes are drawn on the walls of the robot arena, and the robot can image the shapes to determine the location of the robot.

이하, 본 발명의 구성 및 동작에 관한 상세한 기술을 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a detailed description of the configuration and operation of the present invention will be described.

도 1은 본 발명에 따른 SoC 로봇의 전체 구성도를 나타낸 것이다. 도 1에서 도시한 바와 같이 SoC 로봇(1)은 두뇌부(10), 이미지센서부(20), 몸체부(30)를 포함하여 구성된다. 상기 두뇌부(10)은 이미지 정보를 입력받으며, 상기 몸체부(30)에 구동명령을 전달한다. 즉, 이미지센서부(20)로부터 획득한 이미지 정보는 두뇌부(10)로 전송되고, 다시 이미지 정보는 후술하는 두뇌부의 이미지센서 인터페이스-IP를 통하여 CPU-IP에 의해서 처리된 후 몸체부(30)에 전달할 명령을 만들어 낸다. 상기 몸체부(30)는 상기 전달된 명령에 따라 해당 동작을 수행하게 된다. 여기서, 상기 두뇌부(10)의 각 모듈은 재사용 가능한 IP로 구성된다.1 shows an overall configuration diagram of a SoC robot according to the present invention. As shown in FIG. 1, the SoC robot 1 includes a brain part 10, an image sensor part 20, and a body part 30. The brain unit 10 receives image information and transmits a driving command to the body unit 30. That is, the image information obtained from the image sensor unit 20 is transmitted to the brain unit 10, and again the image information is processed by the CPU-IP through the image sensor interface-IP of the brain unit to be described later body portion 30 Create a command to pass to). The body portion 30 performs a corresponding operation according to the command delivered. Here, each module of the brain unit 10 is composed of a reusable IP.

도 2는 본 발명에 따른 SoC 로봇의 두뇌부 구성도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 로봇의 두뇌부 SoC 플랫폼 구성도를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the brain portion of the SoC robot according to the present invention, Figure 3 shows the brain SoC platform of the robot according to the invention.

도 2에서 SoC 플랫폼(15)은 도 3과 같이 각 IP가 공통으로 가져야하는 신호들을 정의한다. 다시 말하면, 각 IP는 플랫폼에 연결될 수 있는 형식으로 신호를 출력하여야 한다. 반도체 IP는 하드웨어 합성이 가능한 프로그램 언어를 사용하여 개발한 각종 하드웨어 블록을 의미하며 프로그램 레벨에서는 각 입출력 포트, 신호, 변수 등을 기술하도록 되어있는데 이러한 입출력 포트에서 SoC 플랫폼(15)을 통하여 다른 IP로 데이터가 이동하기 위해선 플랫폼에 정의된 형식으로 전달해야만 한다. 예를 들면, 도 3의 SoC 플랫폼(15)에 %1, %2, %3, %4 와 같은 형태의 신호로 트랜잭션이 이루어지도록 구성되어진다면 SoC 내의 모든 IP는 도 3과 같이 %1, %2, %3, %4 와 같은 인터페이스가 가능하도록 설계되어야 한다. 또한, 상기 신호형식의 예로는, 상기 도 3에 도시된 바와 같이 플랫폼 클럭, 플랫폼 리셋, 플랫폼 데이터, 플랫폼 어드레스가 있다.In FIG. 2, the SoC platform 15 defines signals that each IP should have in common, as shown in FIG. 3. In other words, each IP must output a signal in a format that can be connected to the platform. Semiconductor IP refers to a variety of hardware blocks developed using a programming language capable of hardware synthesis. At the program level, each IP port is described to describe each input / output port, signal, variable, etc. from the input / output port to another IP through the SoC platform (15). In order to move data, it must be delivered in a format defined by the platform. For example, if the SoC platform 15 of FIG. 3 is configured to make a transaction with signals of the form% 1,% 2,% 3,% 4, all IPs in the SoC are% 1,% as shown in FIG. Interfaces such as 2,% 3, and% 4 should be designed. In addition, examples of the signal format include a platform clock, a platform reset, a platform data, and a platform address as illustrated in FIG. 3.

도 2에 도시된 CPU-IP(11)는 두뇌부(30)의 명령을 처리하는 CPU 반도체 IP이며 표 1은 주요한 레지스터를 나타내고 있다. 표 1의 레지스터는 하드웨어 설계 가능한 언어를 사용하여 만들어지는 하드웨어 소자이다.CPU-IP 11 shown in FIG. 2 is CPU semiconductor IP which processes the instruction of the brain part 30, and Table 1 has shown the main register. The registers in Table 1 are hardware devices created using a hardware designable language.

메모리-IP(12)는 CPU-IP(11)에서 데이터를 보관하는 데이터 캐쉬(CACHE) 기능을 발휘하는 반도체 IP로서 CPU-IP(11)가 표 1의 레지스터 상태에 따라 데이터를 입출력하는 메모리 기능 IP 이다. 유선모듈-IP(13)는 후술하는 SoC 로봇 몸체부(30)에 있는 유선모듈(32)과 RS-232C 통신, 혹은 USB-통신을 수행할 수 있는 IP 이다. 무선모듈-IP(14)는 SoC 로봇간의 음성 통신을 하는 기능을 수행하는 IP이다.The memory-IP 12 is a semiconductor IP having a data cache (CACHE) function for storing data in the CPU-IP 11, and a memory function for the CPU-IP 11 to input and output data according to the register states of Table 1. IP. The wired module-IP 13 is an IP capable of performing RS-232C communication or USB-communication with the wired module 32 in the SoC robot body 30 to be described later. The wireless module-IP 14 is an IP that performs voice communication between SoC robots.

표 1. CPU-IP 주요 레지스터 및 기능Table 1. CPU-IP Key Registers and Features

FPGA인터페이스-IP(17)는 이미지센서인터페이스-IP(16)로부터 받은 영상정보를 처리하여 CPU-IP(11)와 통신하는 IP이다. GPIO-IP(18)는 I/O 채널을 제공하는 IP이다. ROM(19)은 CPU-IP 명령을 제어하는 프로그램을 수행하며 SoC 로봇의 스타트-업(Start-Up) 코드가 포함되고 로봇에서 사용하는 각종 전략에 관한 프로그램이 들어있다.The FPGA interface-IP 17 is an IP that processes the image information received from the image sensor interface-IP 16 and communicates with the CPU-IP 11. GPIO-IP 18 is an IP that provides an I / O channel. The ROM 19 executes a program for controlling CPU-IP commands, includes start-up code of the SoC robot, and contains programs related to various strategies used by the robot.

음성인식모듈-IP(42)는 후술하는 음성마이크 시스템을 이용하여 사람의 음성을 받아들이고, 로봇에게 특정 명령을 수행하도록 하는 것이다.The voice recognition module-IP 42 accepts the voice of a person using a voice microphone system described below and causes the robot to perform a specific command.

도 4(a)는 본 발명에 따른 SoC 로봇의 이미지 센서부 구성도이다.Figure 4 (a) is a block diagram of the image sensor unit of the SoC robot according to the present invention.

이미지 센서는 카메라로 들어오는 RGB(RED: GREEN: BLUE) 아날로그 신호를 처리하기 위한 블록이며, 도 4(b)와 같은 레지스터 세팅 및 레지스터 접근을 통하여 구현한다. RGB 각 신호의 어드레스 값에 접근하게 되면 빨간색(Red), 파란색(Blue), 녹색(Green)의 값을 데이터로 얻어올 수가 있다. LCD 콘트롤 레지스터 세팅, 프레임 세팅 등 동작모드에 관하여 세부적인 세팅을 해야 하며, SCAN 모드 세팅에 따라 듀얼 4-비트(Dual 4-bit), 싱글 4-비트(Single 4-bit), 싱글 8-비트(Single 8-bit)의 데이터 스캔 모드를 세팅할 수 있으며, DISPLAY 모드 세팅은 모노크롬(Monochrome) 방식, 그레이(Gray) 방식, 256 컬러 방식 등을 정하는 역할을 하게 된다. 이미지센서 인터페이스-IP(16)은 SoC 로봇의 영상정보 점검을 할 때도 사용되어진다.The image sensor is a block for processing the RGB (RED: GREEN: BLUE) analog signal coming into the camera, and is implemented through register setting and register access as shown in FIG. Approaching the address value of each RGB signal, red, blue and green values can be obtained as data. Detailed settings regarding the operation mode, such as LCD control register setting and frame setting, are required. Depending on the SCAN mode setting, dual 4-bit, single 4-bit, single 4-bit, and single 8-bit (Single 8-bit) data scan mode can be set, and the DISPLAY mode setting plays a role of determining the monochrome method, gray method, and 256 color method. The image sensor interface IP 16 is also used to check image information of the SoC robot.

도 5는 본 발명에 따른 SoC 로봇의 이미지 디버거 구성도이다. 영상정보 디버깅을 위해서는 SoC 로봇 두뇌부의 이미지센서 인터페이스(16)단을 비디오케이블(41)을 이용하여 모니터(40)와 연결할 수 있다.5 is a configuration diagram of the image debugger of the SoC robot according to the present invention. For debugging the image information, the SoC robot brain unit image sensor interface 16 may be connected to the monitor 40 using the video cable 41.

도 6은 본 발명에 따른 SoC 로봇 몸체부의 구성도이다. 로봇의 몸체는 두뇌부로부터 전달된 명령을 수행하는 범용적인 보드를 의미하며, 마이크로프로세서(31), 유선모듈(32), 구동부(33), 발사통제부(34) 등으로 구성된다.6 is a block diagram of a SoC robot body according to the present invention. The body of the robot refers to a general-purpose board for performing instructions transmitted from the brain, and is composed of a microprocessor 31, a wired module 32, a driver 33, a launch control unit 34, and the like.

상기 마이크로프로세서(31)는 몸체부의 모든 재원을 관리하는 제어 프로그램이 내장되고 구동부(33)는 로봇 몸체의 좌우 움직임에 관한 제어를 수행한다.The microprocessor 31 has a built-in control program for managing all the resources of the body portion and the drive unit 33 performs the control of the left and right movement of the robot body.

상기 발사통제부(34)는 전자포탄을 발사 및 제어 하는 모듈이다. 주변광의영향으로 인한 오동작이 일어나지 않도록 발사통제부에는 변조 기능이 추가되며 수광부는 필터링을 통하여 주변 잡음을 최대한 제거한 후 복조를 통하여 적의 전자포탄에 의한 피해 상황을 전면판에 디스플레이 하도록 구성된다.The launch control unit 34 is a module for launching and controlling the electronic shell. Modulation function is added to the launch control unit to prevent malfunction due to the influence of ambient light, and the light receiving unit is configured to display the damage caused by enemy electronic shells on the front panel through demodulation after eliminating the ambient noise as much as possible through filtering.

도 7(a)는 본 발명에 따른 SoC 로봇의 유선모듈 인터페이스 구성도이다. 두뇌부(10)와 몸체부(30) 간의 통신은 도 7(a)와 같이 유선통신을 활용하도록 구성함을 원칙으로 하며 두뇌부에서 수집된 영상처리 정보를 로봇의 몸체에 전달하는 통로가 된다. SoC 로봇 두뇌부(10)와 몸체부(30)는 규정된 통신 프로토콜을 사용하도록 하며 명령(Command)의 종류 또한 규정된 명령어를 사용하도록 한다. 유선통신을 구현하기 위해서는 도 7(b)와 같이 트랜시버(transceiver)를 구현하고 구성을 세팅해야 한다. 트랜시버는 송수신 데이터, 제어신호 등으로 구성되어 있다. 송수신 트랜잭션은 모르스부호 형태로 전송되어온 데이터를 각각 저장할 수 있는 FIFO 형태의 버퍼를 내장하여 수신 트랜잭션의 경우 내부 버퍼가 가득 차게 될 때 수신 인터럽트를 발생시켜 CPU로 하여금 데이터를 읽어가도록 하며 송신 트랜잭션의 경우 수신 트랜잭션을 멈추고 수행토록 한다. 또한, 유선통신 사이에는 동일한 구성설정을 해주어야하며 통신포트, 통신속도, 데이터방식 등을 고려해야 한다.Figure 7 (a) is a wired module interface configuration of the SoC robot according to the present invention. Communication between the brain unit 10 and the body unit 30 is configured to utilize wired communication as shown in FIG. 7 (a), and serves as a passage for transmitting image processing information collected from the brain unit to the body of the robot. . SoC robot brain 10 and the body 30 is to use a prescribed communication protocol and the type of command (Command) to also use a prescribed command. In order to implement wired communication, a transceiver and a configuration must be set as shown in FIG. The transceiver is composed of transmission and reception data, control signals, and the like. The transmit / receive transaction has a built-in FIFO-type buffer that can store the data that has been transmitted in morse code form.In case of the receive transaction, the CPU generates a receive interrupt when the internal buffer becomes full, and the CPU reads the data. Stop the receiving transaction and let it run. In addition, the same configuration should be set between wired communication and communication port, communication speed, data type, etc. should be considered.

도 8은 본 발명에 따른 SoC 로봇의 무선모듈 인터페이스 구성도이다. SoC 로봇 군단간의 게임에 있어서는 도 8과 같은 무선통신 모듈을 사용하도록 한다. 1 대 N의 무선통신을 수행하기 위해서 서로 다른 그룹의 로봇들은 캐리어(Carrier) 주파수를 다르게 설정하도록 구성하며, 같은 그룹의 로봇간의 통신에 있어서는 하나의 로봇이 전달하는 모든 데이터를 다른 모든 로봇이 받을 수 있도록 하고 음성변조등의 기술을 활용한 고유한 로봇언어를 통한 데이터 전송방식 또한 취할 수 있도록 구성한다.8 is a configuration diagram of a wireless module interface of a SoC robot according to the present invention. In the game between SoC robot corps to use the wireless communication module as shown in FIG. In order to perform one-to-n wireless communication, different groups of robots are configured to set carrier frequencies differently, and in communication between robots of the same group, all other robots receive all data transmitted by one robot. It is also configured to take the data transmission method through a unique robot language utilizing technology such as voice modulation.

도 9는 본 발명에 따른 SoC 로봇 구동부 구성도이다. 도 9(a)와 같이 구동부(33)는 속도 및 위치 제어를 수행하기 위하여 모터 및 엔코더로 구성하여 피드백 루프 제어를 하도록 한다. 이 때 마이크로 콘트롤러(31)는 모터 제어를 위한 PWM 신호 파형을 만들어주고 엔코딩된 주파수를 읽음으로써 로봇 구동의 모션을 통제하게 되는데, 도 9(b)와 같이 마이크로 콘트롤러의 PWM 처리단에 DC-모터 구동용 드라이버를 연결하여 구성한다. 모터의 회전속도 정보를 읽는 방법은 도 9(c)와 같이 엔코더 입력회로와 배타적 논리합(XOR) 소자를 사용한 로직으로 구성할 수 있다.9 is a configuration diagram of a SoC robot driver according to the present invention. As shown in FIG. 9A, the driving unit 33 is configured by a motor and an encoder to perform speed and position control so as to perform a feedback loop control. At this time, the microcontroller 31 creates a PWM signal waveform for motor control and controls the motion of the robot drive by reading the encoded frequency. As shown in FIG. Configure by connecting driving driver. The method of reading the rotational speed information of the motor may be configured by logic using an encoder input circuit and an exclusive logic sum (XOR) element as shown in FIG. 9 (c).

도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 SoC 로봇 발사통제부 구성예를 보여주는 도면이다.10A and 10B are views showing an example of the configuration of the SoC robot launch control unit according to the present invention.

발사통제부(34)에 관한 개념도에서 발사장치는 전자포탄을 나타내는 발광다이오드, 레이저빔, IR 등을 이용하게 된다. 여기서, 도 10a는 IR을 전자포탄으로 이용하는 경우이고, 도 10b의 경우는 주변광의 영향으로 발광 다이오드 사용이 용이하지 못한 경우가 있으므로 변조회로를 앞단에 두도록 하여 신호를 처리하도록 구성한 것이다. 상대 로봇으로부터 들어온 신호는 주변광 등의 노이즈 성분이 많으므로 필터회로를 앞단에 두어서 잡음제거를 하도록 회로를 구성한다. 각 구성예에서, SoC 로봇 경기의 진행상황을 표시하는 화면 표시기는 LED 소자 혹은 LCD 모니터를 사용하여 정하여진 경기 규칙에 따라 화면을 갱신토록 구성한다.In the conceptual diagram of the launch control unit 34, the launch device uses a light emitting diode, a laser beam, an IR, and the like representing an electron shell. Here, FIG. 10A illustrates a case in which IR is used as an electronic shell, and in FIG. 10B, since the use of a light emitting diode may not be easy due to the influence of ambient light, the modulation circuit is placed in the front to process a signal. Since the signal from the other robot has a lot of noise components such as ambient light, the circuit is configured to remove the noise by putting the filter circuit at the front. In each configuration, the screen indicator displaying the progress of the SoC robot game is configured to update the screen according to the game rules determined using the LED element or the LCD monitor.

도 11은 SoC 로봇의 구동 프로그램 흐름도이다. 앞서 말한 것처럼 SoC 로봇이 가동되는 순간 이미지센서(20)는 주변의 정보를 탐색하여 RGB 아날로그 신호로 표현되어지는 영상을 그대로 처리하거나 YUV 스티뮬러스(Stimulus) 신호로 변환하여 이미지프로세싱을 처리할 수 있도록 이미지센서인터페이스-IP(16)에 연결 되어진다. 이미지 프로세싱을 수행하여 얻어진 결과를 토대로 피아식별을 하게 되고, 식별된 결과에 따라 적군일 경우 CPU-IP(11)로 하여금 적을 공격하거나 회피하도록 하는 명령을 발생하도록 한다. SoC 로봇은 피아식별 결과에 따라서 행동하는 요령을 기술한 프로그램을 ROM(19)에 내장하게 되고 ROM(19)이 정해놓은 프로그램 절차에 따라서 CPU-IP(11)는 적절한 명령을 수행하게 된다. 수행되어진 명령 데이터는 유선모듈-IP(13)를 경유하여 RS232C 또는 USB 방식의 데이터 스트림으로 유선모듈-IP(13) 내의 트랜시버를 통해 SoC 로봇 몸체부(30)로 전송되어지고 몸체부에서는 수신된 명령 데이터 스트림을 따라서 명령을 수행하게 된다. 적군이라는 명령이 왔을 경우 도 8의 무선모듈-IP(14)를 통해서 같은 그룹의 로봇에게 무선통신 방식으로 알리게 되고, 도 6과 같이 SoC 로봇 몸체부(30)의 마이크로프로세서(31)로 하여금 SoC 로봇 몸체를 구동하는 구동부(33)를 동작시켜서 로봇을 프로그램된 값만큼 이동시킨 다음 도 10과 같이 전자포탄을 발사하는 발사통제부(34)를 작동시켜 적을 공격하도록 한다. 유선모듈(32)에 전달된 명령 데이터 스트림이 아군일 경우 역시 ROM(19)에 의해 정의된 프로그램 방식에 따라 로봇을 회피할 수 있도록 도 9의 구동부(33)를 동작시키게 된다.11 is a flowchart of a driving program of the SoC robot. As mentioned earlier, the image sensor 20 can process the image represented by the RGB analog signal as it is, or convert it into a YUV stimulus signal to process the image processing. It is connected to the image sensor interface-IP (16). PIA identification is performed based on the result obtained by performing image processing, and according to the identified result, the CPU-IP 11 generates an instruction to attack or evade the enemy in case of an enemy. The SoC robot embeds a program in the ROM 19 describing the method of acting according to the PIA identification result, and the CPU-IP 11 executes an appropriate command according to the program procedure set by the ROM 19. The executed command data is transmitted to the SoC robot body 30 through the transceiver in the wired module-IP 13 as a data stream of the RS232C or USB method via the wired module-IP 13 and received at the body portion. Commands are executed along the command data stream. When an enemy command is received, the wireless module-IP 14 of FIG. 8 informs the robots of the same group in a wireless communication manner, and the microprocessor 31 of the SoC robot body 30 as shown in FIG. The robot 33 moves the robot by a programmed value by operating the driving unit 33 for driving the robot body, and then operates the launch control unit 34 for firing the electronic shell as shown in FIG. 10 to attack the enemy. If the command data stream transmitted to the wired module 32 is friendly, the driving unit 33 of FIG. 9 is operated to avoid the robot according to the program method defined by the ROM 19.

도 12(a)는 SoC 로봇의 명령 프로토콜 구조를 나타낸다. SoC 로봇의 명령 프로토콜은 시작코드, 명령코드 그리고 파라미터로 구성된다. 시작코드는 통신의 시작을 나타내는 약속된 시작코드이며 X바이트로 구성된다. 명령코드는 명령을 나타내는 코드이며 파라미터는 일부 명령이 수행해야하는 함수에 필요한 리턴값을 정의한다. 도 12(b)는 캐터필드 방식의 로봇에서 좌측 캐터필러 속도를 최저 0에서 최고 255 사이에서 ‘1‘ 값으로 하라는 명령을 수행하는 구문이다. SoC 로봇의 명령 프로토콜은 로봇이 수행하는 명령 개수에 따라서 그 크기를 변화시킬 수 있다. 도 12(c)는 SoC 로봇의 명령을 컴퓨터상에서 시뮬레이션 할 수 있는 프로그램이다. 본 시뮬레이션을 이용하여 로봇의 각종 명령어를 테스트할 수 있다. 로봇을 보유하지 않은 초기 개발단계에서 로봇의 두뇌부를 PC에 연결하고 각 명령어를 테스트 할 수 있다.12 (a) shows the command protocol structure of the SoC robot. The command protocol of SoC robot consists of start code, command code and parameters. The start code is a promised start code that indicates the start of communication and consists of X bytes. The command code is the code that represents the command, and the parameters define the return values needed for the function that some command should perform. 12 (b) is a syntax for performing a command to set a left caterpillar speed to a value of '1' from a minimum of 0 to a maximum of 255 in a caterfield-type robot. The command protocol of the SoC robot can change its size according to the number of commands executed by the robot. 12 (c) is a program capable of simulating a command of a SoC robot on a computer. This simulation can be used to test various commands of the robot. In the early stages of development without a robot, it is possible to connect the brain of the robot to a PC and test each command.

도 13은 본 발명에 따른 SoC 로봇 두뇌부의 회로 구성예를 나타낸다. SoC 로봇 두뇌부는 참가팀이 임의로 제작하여 경기에 참가할 수 있도록 허용하나 SoC 로봇 몸체는 규정된 몸체부를 반드시 사용하여 경기에 출전해야하며 이 때 몸체부와의 인터페이스 프로토콜 또한 규정된 프로토콜을 따라야만 한다.Fig. 13 shows a circuit configuration example of the SoC robot brain unit according to the present invention. The SoC Robotic Brain will allow the participating teams to create and participate in the competition. However, the SoC Robot Body must compete in the competition using the specified body part, and the interface protocol with the body part must also follow the prescribed protocol.

도 14는 본 발명에 따른 SoC 로봇 몸체부의 회로 구성예를 나타낸다. 몸체부의 전략을 소프트웨어적으로 구성할 수 있도록 프로그램이 가능한 롬을 사용하도록 한다.Figure 14 shows an example of the circuit configuration of the SoC robot body portion according to the present invention. Programmable ROMs are used to construct the body strategy in software.

도 15는 본 발명에 따른 SoC 로봇 전자회로 구성예이다. 도 15와 같이 SoC 로봇 회로구성은 재사용 가능한 반도체 IP 설계를 통한 SoC 두뇌부를 하나의 칩으로 제작하여 몸체부와 통신 인터페이스를 구축하도록 한다. 로봇워 경기는 규정된사이즈의 경기장에서 일대일 또는 그룹대 그룹으로 경기를 진행토록 하며 전면표시창을 통해 로봇워의 경기 진행 상황을 나타내도록 한다. 상대편 로봇이 쏜 전자포탄을 맞게 된 로봇은 자신이 허용할 수 있는 에너지를 일정 단위로 감소시키게 되며 에너지가 고갈 되었을 때 로봇은 폭발음 소리와 함께 움직임을 멈추고 경기에서 패하게 된다.15 is a configuration example of an SoC robot electronic circuit according to the present invention. As shown in FIG. 15, the SoC robot circuit configuration makes the SoC brain part with a single chip through a reusable semiconductor IP design to establish a communication interface with the body part. The robot war competition is to be played one-on-one or group-by-group in a stadium of the prescribed size and the progress of the robot war is displayed on the front display window. A robot hit by an enemy shell fired by an opposing robot reduces the energy it can tolerate by a certain amount. When the energy is depleted, the robot stops moving with a sound of explosion and loses the game.

도 16은 본 발명에 따른 음성인식 모듈 회로구성도를 나타낸다. 음성인식모듈(42)은 위에서 설명한 바와 같이, 사람의 음성을 받아들여 로봇에게 특정 명령을 수행하도록 하는 것으로, 본 발명에서는 음성인식 사용 시 잡음(노이즈)을 최대한으로 줄이기 위해 무선마이크 시스템(43)을 사용하였다.16 shows a circuit diagram of a voice recognition module according to the present invention. As described above, the voice recognition module 42 accepts a human voice to perform a specific command to the robot, and in the present invention, the wireless microphone system 43 to reduce noise (noise) to the maximum when using voice recognition. Was used.

도 17은 본 발명에 따른 로봇워 경기장 모형도이다. 로봇 경기장은 SoC 로봇워를 진행하는 야전필드가 되며 불규칙한 장애물들을 설치하여 구성한다. SoC 로봇은 적외선 인터럽트 센서를 사용하여 경기장 내에서만 활동할 수 있으며 자의에 의해 경기장 밖으로 나갔을 경우 경기에 패한 것으로 간주하게 된다.17 is a schematic diagram of a robot war arena according to the present invention. The robot arena is a field field for SoC robot wars and is constructed by installing irregular obstacles. SoC robots can only operate within the arena using infrared interrupt sensors and will be considered lost if they leave the stadium on their own.

도 18은 경기장의 벽면 모형도를 나타내며 경기장 벽면에는 각기 다른 패턴이 그려져 있어, 로봇이 경기장 내에서의 현재 위치를 파악하는데 사용된다. 여기서, 벽면의 패턴모양은 상황에 따라 변경 가능함은 물론이다.Fig. 18 shows a schematic view of the wall of the stadium, and different patterns are drawn on the walls of the stadium, where the robot is used to determine the current position in the stadium. Here, of course, the pattern of the wall surface can be changed depending on the situation.

도 19는 SoC 로봇워의 경기진행 흐름도를 나타내며, 본 발명의 로봇워 경기 진행방식은 상기 도 19에 한정되지 않으며, SoC를 활용한 로봇 경기 진행에 수정 활용되어질 수 있다.FIG. 19 shows a flow chart of a SoC robot war, and the robot war game progression method of the present invention is not limited to the above-described FIG. 19, and may be modified and used for the robot game progress using the SoC.

한편, 본 발명의 실시예에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.On the other hand, in the embodiment of the present invention has been described with respect to specific embodiments, various modifications are possible without departing from the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the appended claims, but also by those equivalent to the claims.

본 발명은 기존의 로봇 경기들이 명령서버(Command Sever) 컴퓨터를 활용하여 일정한 데이터 통신을 통한 움직임 제어를 기반으로 구성되어져 있는데 반하여, SoC와 재사용 가능한 반도체 IP에 관한 연구가 활발한 점을 고려한 SoC를 탑재한 로봇과 그 로봇의 이용에 관한 사항을 다루고 있다.The present invention is composed of conventional robot games based on motion control through a certain data communication using a command server computer, whereas SoC and SoC are equipped with active research on reusable semiconductor IP. It deals with a robot and its use.

따라서, 본 발명을 통하여 SoC 및 반도체 IP 기술확대에 지대한 관심을 불러일으킬 것으로 기대하며, 또한 SoC 활용을 적극 확대하는 효과가 있다.Therefore, it is expected that the present invention will bring great interest to the expansion of SoC and semiconductor IP technology, and also has the effect of actively expanding the use of SoC.

Claims

Receiving the image information, the brain portion 10 to give a driving command to the body;

An image sensor unit 20 for acquiring external image information;

Is configured to include a body portion 30 to operate in response to the command of the brain,

Each module of the brain portion SoC robot system, characterized in that made of reusable IP.

The method of claim 1, wherein the brain portion

SoC platform;

CPU-IP for processing brain parts;

Memory-IP for storing data;

Communication-IP in charge of communication with internal or external;

An image sensor interface-IP for processing image information;

An FPGA interface-IP for processing image information and communicating with the CPU-IP;

GPIO-IP providing input and output channels; And

SoC robot system comprising a ROM for storing a control program.

The SoC robot system of claim 2, wherein the SoC platform defines and provides a signal format that each IP can use in common.

The SoC robot system of claim 3, wherein the signal format includes at least one of a platform clock, a platform reset, a platform data, and a platform address.

The method of claim 1, wherein the image sensor unit

camera;

A plurality of registers for performing a preset function;

Image debugger; And

SoC robot system comprising a monitor.

The method of claim 1, wherein the image sensor unit

An RGB Look-up Table;

LCD control settings;

Scan mode; And

SoC robot system having a display mode.

The SoC robot system of claim 5, wherein the image debugger debugs image information.

The method of claim 1, wherein the body portion

A microprocessor managing all resources of the body portion;

A wired module in charge of communication with the brain;

A driving unit controlling the movement of the body; And

SoC robot system comprising a launch control unit for firing, controlling the electronic shell.

The method of claim 8, wherein the body portion

SoC robot system further comprises a status display window for displaying the current state of the robot.

The method of claim 2, wherein the communication-IP is

Wired module-IP for controlling wired communication;

SoC robot system comprising a wireless module-IP for controlling wireless communication.

The method of claim 10, wherein the communication-IP is

SoC robot system, characterized in that further comprises a voice recognition module-IP for controlling communication by voice recognition.

12. The SoC robot system of claim 8, wherein the wired module and the wired module-IP comprise a transceiver using RS232C or USB.

The SoC robot system of claim 10, wherein the wireless module-IP is in charge of communication between the robot and the robot.

The SoC robot system of claim 10, wherein the wireless module-IP performs one-to-N wireless communication.

The SoC robot system of claim 10, wherein the wireless module-IP uses the same carrier frequency for communication between robots of the same group, and different groups of robots have different carrier frequencies.

The SoC robot system of claim 10, wherein the wireless module-IP communicates using a unique robot language.

The method of claim 8, wherein the driving unit

A microprocessor controlling a robot driving motion;

A motor for powering the robot;

SoC robot system comprising an encoder for feeding back speed and position signals.

The method of claim 8, wherein the launch control unit

A microprocessor for controlling the launch control unit;

An electron shell that fires toward the opponent robot;

A light receiving filter for recognizing an opponent's electronic shell; And

SoC robot system characterized in that it comprises a display to display the progress.

The method of claim 18, wherein the electron shell

SoC robot system, characterized in that any one of a light emitting diode or a laser beam.

In the driving method of SoC robot,

An image sensor searching for information around the moment the SoC robot is operated;

Inputting the searched image information into the image sensor interface IP to perform image processing;

Identifying a pia using the processing result;

Generating an attack or evasion command to attack or evade the enemy if the identified enemy is an enemy;

SoC robot driving method comprising the step of determining whether or not hit by the electronic shell from the enemy.

21. The method of claim 20, wherein the SoC robot driving method further comprises the step of controlling the robot to move only in a space having an outer border of a predetermined standard.

21. The method of claim 20, wherein the image processing step processes the image represented by the RGB analog signal as it is or converts it into a YUV stimulus signal.

21. The method of claim 20, wherein the generating of the attack or evasion command fires an electronic shell to attack when the opponent is determined to be an enemy.

21. The method of claim 20, wherein the determining and reacting whether or not the enemy hit the electronic shell from the enemy group stops movement at the same time as the explosion sound occurs when the enemy hits the electronic shell more than the allowable amount.