KR200423032Y1 - Ｐｃ 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼 - Google Patents

Abstract

본 고안은 휴머노이드 로봇을 교육적 측면으로 재구성한 교육용 플랫폼에 관한 것으로, 특히 로봇의 기본동작을 이루는 각 구성요소들을 다양한 형태로 결합 및 해체할 수 있도록 모듈(Module)화한 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼에 관한 것이다.

이를 위해 본 고안은, PC가 내장된 본체; 상기 본체에 탑재되어 상기 PC를 동작하기 위해 전기적신호를 제공하는 입력장치; 상기 PC를 외부에서 제어 및 원격제어 하기 위한 상기 본체에 구비된 유,무선 인터페이스; 상기 입력장치 또는 유,무선 인퍼페이스로부터 제공되는 신호 값에 따라 PC에 의해 동작되는 RC서보모터, DC서보모터, DC서보모터 구동드라이버 및 컨트롤러가 구비된 복수개의 모듈; 상기 RC서보모터, DC서보모터를 이용하여 상기 모듈의 부피를 최소화하기 위해 상기 RC서보모터, DC서보모터를 제어하는 컨트롤러에 전원을 직접 제공하도록 구비된 원터치 스위치; 및 상기 PC에 의해 동작되는 복수개의 모듈의 현 상황을 실시간으로 디스플레이 또는 출력하는 출력장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼을 제공한다.

PC, 휴머노이드, 로봇, 교육, 플랫폼, 시스템

Description

ＰＣ 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼{Eductimal Humanoid Robot Platform Based on PC}

도 1은 본 고안에 따른 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼의 개략적인 구성도,

도 2는 본 고안에 따른 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼의 회로 흐름을 나타낸 블럭도,

도 3은 본 고안에 따른 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼의 구성중 모듈부분을 분리하여 외부 PC와 연결한 후 작동되는 것을 나타낸 도면,

도 4는 도 3의 구성의 회로 흐름을 나타낸 블럭도이다.

< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1000: 장치,

10: 본체,

21a: 제 1모듈,

21b: 제 2모듈,

30: PC,

40: 유,무선 인터페이스,

50: CPU모듈

51: 컨트롤러

52: DC 서보모터 구동드라이버

60: 입력장치,

70: 출력장치,

80: 전원공급기,

90: 외부 PC

본 고안은 휴머노이드 로봇을 교육적 측면으로 재구성한 교육용 플랫폼에 관한 것으로, 특히 로봇의 기본동작을 이루는 각 구성요소들을 다양한 형태로 결합 및 해체할 수 있도록 모듈(Module)화하여, 상기 휴머노이드 로봇의 전체 크기와 중량을 축소하고, 확장성에 기인한 독립적인 모듈 개발을 바탕으로 로봇 개발의 창의성을 높여주는 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼에 관한 것이다.

최근 로봇 분야가 국가발전의 주축이 되는 향후 10년간의 신성장 동력 산업에 선정됨에 따라 국내외에서 각종 로봇 관련 경진대회가 활성화되고 이에 따라 여러 교육기관에서 로봇에 대한 교육과정을 적극적으로 도입하고 있는 등 교육용 로봇 분야 또한 급격한 발전을 계속하고 있다.

따라서, 이에 부응하기라도 하듯 많은 교육용 로봇 플랫폼이 개발되었으며, 그 중에 하나인 종래의 교육용 휴머노이드 로봇은 전체 시스템이 복합적으로 구성 된 일체형으로써 내부의 프로그램 조작만으로 다양한 행동을 표현할 수 있어 휴머노이드 로봇 산업에 일정 공로를 인정받았다.

그러나 종래의 교육용 휴머노이드 로봇은 과중한 무게와 크기의 한계성으로 이동상의 불편함과 공간상의 제약으로 교육을 위한 로봇의 이동시 많은 인력이 동원되고, 교육장소가 협소할 경우 로봇의 행동표현에 제약을 받는 문제점이 있었다.

또한, 원칩 형태의 마이크로 컨트롤러가 사용된 일체형의 로봇 시스템인 관계로, 각각의 모듈의 독립적인 기능 테스트가 불가능하여 로봇을 이루는 각 구성의 기술적 교육이 어렵고, 설계상의 오류를 쉽게 발견할 수가 없어서 검증시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.

그리고 상기와 더불어서 이미 특정 기능만을 수행하기 위해 사전에 수십가지의 정형화된 프로그램이 있고, 이에 따라 로봇의 팔부분이나 머리부분 또는 그외 부분이 특화되 있어 각 프로그램에 의한 로봇의 일정 형태의 행동표현은 다른 다양한 형태의 행동양식의 창의성을 저해하여 로봇을 제어하는 프로그래밍 능력 배양에도 한계가 있던 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 제 1 목적은 종래의 휴머노이드 로봇을 부위별로 나누고 이를 로봇을 이루는 각 구성요소로서 모듈화하여 이동상으로나 공간상의 제약에서 해소된 크기와 중량이 줄어든 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼을 제공하는 데 있다.

또한, 본 고안의 제 2 목적은 장치에 장착되는 각 모듈이 상기 장치와 탈착 이 가능하도록 구성하고 상기 모듈을 장치에 구비된 PC 또는 외부의 장치에서도 컨트롤 할 수 있도록 구성한 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼을 제공하는 데 있다

상기와 같은 본 고안의 목적들은, PC가 내장된 본체; 상기 본체에 탑재되어 상기 PC를 동작하기 위해 전기적신호를 제공하는 입력장치; 상기 PC를 외부에서 제어 및 원격제어 하기 위한 상기 본체에 구비된 유,무선 인터페이스; 상기 입력장치 또는 유,무선 인퍼페이스로부터 제공되는 신호 값에 따라 PC에 의해 동작되는 RC서보모터, DC서보모터, DC서보모터 구동드라이버 및 컨트롤러가 구비된 복수개의 모듈; 상기 RC서보모터, DC서보모터를 이용하여 상기 모듈의 부피를 최소화하기 위해 상기 RC서보모터, DC서보모터를 제어하는 컨트롤러에 전원을 직접 제공하도록 구비된 원터치 스위치; 및 상기 PC에 의해 동작되는 복수개의 모듈의 현 상황을 실시간으로 디스플레이 또는 출력하는 출력장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼에 의해 달성된다.

그리고 복수개의 모듈은 상기 본체와 탈착이 가능하도록 구성하고, 상기 모듈이 상기 본체와 분리되었을 경우에도 외부 PC와 연결하여 독립적으로 동작 가능하도록 내부에 CPU모듈을 장착하는 것이 바람직하다.

본 고안의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 양호한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.

이하, 본고안의 양호한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 고안을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 고안에 따른 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼의 개략적인 구성도로서, 본 고안의 전체 시스템 구성은 PC(30)가 내장된 본체(10)와, 입력장치(60)와, 유,무선 인터페이스(40)와, 복수개의 모듈(20)과, 출력장치(70)로 이루어진다.

한편, 도 2는 본 고안에 따른 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼의 회로 흐름을 나타낸 블럭도이고, 도 3은 본 고안에 따른 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼의 구성중 모듈부분을 분리하여 외부 PC와 연결한 후 작동되는 것을 나타낸 도면이며, 도 4는 도 3에 대한 구성의 회로 흐름을 나타낸 블럭도이다.

PC(30)는 퍼서널 컴퓨터로서, 이를 작동하게 하는 OS를 기반으로 동작하고, 입력장치(60) 또는 유, 무선 인터페이스(40)에 의해 연결된 외부 PC(90)로부터 신호 또는 어플리케이션을 인가받아 복수개의 모듈(20)을 제어하는데 사용된다.

따라서, 상기 PC(30)가 내장된 본체(10)는 상기 PC(30)에 호환되는 여러종류의 입력장치(60)와, 그에 따른 출력장치(70)가 구비되고, 로봇의 부위별로 구현된 모듈(20)이 구비되어 있어 다양한 어플리케이션을 바탕으로 한 각 모듈(21a, 21b) 의 자유로운 표현이 가능하도록 구성된다.

이러한 본체(10)는 때에 따라서 새로운 모듈(20)을 개발하여 이를 대체할 수 있도록 상기 모듈(20)을 탈착할 수 있도록 탈착부(도시안됨)를 구비하여 구성하였다. 이에 따라 새로운 모듈(20)을 신속히 교체 적용 시킬 수 있으며, 이로 인한 다양한 실험 및 실습이 가능하며 창의적인 학습활동에 효과적일 수 있다.

상기 본체(10)와 모듈(20)이 탈착되는 구성과 방법은 공지된 주지기술로서 본 고안에서는 상세한 설명에서 제외하되 상기 모듈(20)은 본체(10)와 분리되어도 외부PC(90)와 연결하여 동작시킬 수 있는 것이 특징이다.

한편, 입력장치(60)는 키보드(61)와, 초음파센서(63)와, 카메라(64)와, 유, 무선 마이크(62) 등을 일예로 들 수 있으며, 상기 각 입력장치(60)들로부터 소정의 신호 값을 받으면 PC(30)는 그에 따른 동작을 하게 된다.

또한, 출력장치(70)는 스피커(71a, 71b), LCD모니터(72) 등을 일예로 들 수 있다.

그리고 모듈(20)은 일체형 로봇을 부위별로 나누어 세분화한 구성으로, 본 고안의 실시예에서는 로봇의 머리 부위인 제 1 모듈(21a)과 로봇의 팔 부위인 제 2 모듈(21b)을 이용하여 설명한다.

제 1 모듈(21a)은 정면에 위치한 눈 부위에 카메라(64)가 장착되고, 입 부위에는 스피커(71b)가 장착된 구성이며, 하부방향의 목 부위에는 RC서보모터(23)를 장착하여 접히고 젖힐 수 있는 구성으로서, 외부 신호로부터 상기 RC서보모터(23)와, 카메라(64)와, 스피커(71b)를 자체 제어할 수 있도록 RC서보모터(23)의 하부에 CPU모듈(50)을 추가로 구비하여 탑재한 구성이다.

또한, 제 2 모듈(21b)은 내부에 RC서보모터(23)와 DC서버모터(24)를 구비하고, 상기 RC서보모터(23)와 DC서버모터(24)를 동작하기 위한 외부 신호를 입력장치(60) 및 PC(30) 또는 외부PC(90)로 부터 제공받아 이를 제어하는 CPU모듈(50)이 탑재되어 있다.

이러한 제 1 모듈(21a)과 제 2 모듈(21b)의 구성에 탑재한 CPU모듈(50)은 입력장치(60) 및 PC(30) 또는 외부PC(90)로부터 신호를 제공받으면 카메라(64)와, 스피커(71b)와, RC서보모터(23)와 DC서보모터(24) 중 해당하는 구성에 신호를 인가하도록 한 구성이며, 상기 신호에 따라 카메라(64)와, 스피커(71b)와, RC서보모터(23)와 DC서보모터(24) 중 해당되는 구성이 동작을 하게 된다.

상기 동작으로 예컨대, 카메라(64)가 동작을 하게 되면 상기 카메라(64)에 의한 영상자료는 본체(10)에 구비된 출력장치(70)인 LCD모니터(72)가 출력을 한다.

그리고 각 모듈(21a, 21b)은 앞서 개시한 바와 같이 본체(10)와 분리가 가능하며, 각 모듈(21a, 21b)에 구비된 CPU모듈(50)은 외부 PC(90)와 직접적으로 통신하기 위하여 구비된다.

상기 CPU모듈(50)의 일예로는 마이컴, CPU 등을 들 수 있다.

아울러 본 고안은 휴대가 간편하도록 본 고안에 맞는 가방 및 케이스에 보관할 때 본체(10)에 구비된 원터치 스위치(65)를 동작하여 각 모듈(20)에 구비된 RC서보모터(23) 또는 DC서보모터(24)를 제어하는 컨트롤러(51)에 전원을 공급시키고 이로인한 외부로 돌출된 모듈(20)의 부피는 각 모듈(20)에 구비된 RC서보모터(23) 또는 DC서보모터(24)의 동작으로 최소화된다.

그리고 본체(10)는 유, 무선 인터페이스(40)를 구비함으로써 이를 이용하여 원격지에서도 각 모듈(20)의 제어 및 동작상태를 확인할 수 있는 구성이다.

이상으로 이루어진 본 고안에 따른 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼의 동작방법은 이하에서 설명하기로 한다.

우선, 본 고안은 사용자가 사용자 인터페이스를 통하여 PC(30)로 데이터를 보내게 되면 상기 PC(30)에서는 상기 데이터를 해당되는 각각의 기능별 모듈(20)로 전송하도록 하는 구조로서, 사용자가 사용자 인터페이스를 통하여 데이터를 PC(30)로 전송하게 되면 PC(30)에서는 데이터를 전송받아 각각의 독립된 기능별 모듈(20)로 데이터를 전송하며, 이러한 데이터 값에 의해 각각의 독립된 기능별 모듈(20)들은 동작을 하게 되며 상기 동작 현황을 LCD(72)나 외부 PC(25)를 통하여 사용자에게 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 디스플레이 한다.

또한, 사용자 인터페이스인 유, 무선 인터페이스(40)는 주변장치간의 시리얼 인터페이스(45) 및 USB 인터페이스(46)를 통하여 본 고안의 각 모듈(20)들을 제어하며 각종 제어 정보를 주고받을 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 입력장치(60)로는 키보드(61), 유, 무선 마이크(62), 카메라(64), 초음파 센서(63)가 있어 이를 통해 입력받은 데이터를 PC(30)에 보내고, 상기 PC(30)는 각각의 기능별 독립 모듈(20)로 데이터를 전송하게 된다.

예컨대, 로봇의 팔 부분인 제 2모듈(21b)은 입력장치(60)로부터 PC(30)가 데 이터를 입력받으면, PC(30)에서 시리얼 인터페이스(45)로 연결된 컨트롤러(51)에 신호를 제공하고 이에 따라 RC서보모터(23)가 동작을 한다.

그리고 RC서보모터(23)와는 별개로 상기 컨트롤러(51)는 DC서보모터 구동드라이버(52)에 신호를 제공하고 이에 따라 상기 DC서보코터(24)는 동작을 하게 된다.

또한, 각 모터의 동작 상태는 출력장치(70)에 하나인 LCD(72)를 통해 육안으로 확인할 수 있다.

한편, 로봇 머리 부분인 제 1모듈(21a)은 카메라(64)를 통해 입력받은 영상을 USB 인터페이스(46)로 연결된 PC(30)에서 영상 데이터를 입력받아 PC(30)와 시리얼 인터페이스(45)로 연결되어 있는 LCD 컨트롤러(50)를 통하여 LCD(72)에 영상 화면을 실시간으로 사용자에게 보여준다.

본 고안은 휴머노이드 로봇 플랫폼과는 별도로 외부 PC(90)와 호환하여 사용할 수 있는데, 사용자가 외부 PC(90)를 통해 데이터를 보내게 되면 탈착된 제 1모듈(21a)와 제 2모듈(21b)에 각각 탑재되어 있는 별도의 CPU모듈(50)을 통해 각각의 기능별 모듈(20)로 그 데이터가 주고 받아 동작을 할 수 있다.

따라서, 외부 PC(90)와 직접적으로 통신하는 방식으로, 사용자가 외부 PC(90)로부터 데이터를 전송하면, 시리얼 인터페이스(도시안됨)를 통하여 팔 부분의 컨트롤러(51)를 통하여 RC서보모터(23)에 전송하게 되고 전송된 입력 값에 따라 RC서보모터(23)가 구동하여 팔이 동작하게 된다. 또한 머리부분의 카메라(64)는 영상을 입력받아 컨트롤러(51)를 거쳐 별도로 구비한 CPU모듈(50)에 전달하게 되며, CPU모듈(50)은 전송받은 데이터를 외부 PC(90)에 전송하게 된다. 전송된 데이터는 외부 PC(90)의 모니터를 통하여 사용자가 확인할 수 있으며, 제 1모듈(21a)의 머리의 움직임 또한 외부 PC(90)로부터 데이터를 입력받아 CPU모듈(50)을 통해 컨트롤러(51)에 전송하게 되고, 전송된 데이터 값에 따라 RC서보모터(23)가 구동하여 머리를 움직이게 한다.

그리고 로봇의 팔과 머리의 움직임은 외부PC(90)의 모니터를 통해 그 값을 모니터링 할 수 있다.

상기 전술한 바에 따른 본 고안의 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼의 사용으로, 교육간의 이동이 편리하고 크기가 작아 공간상의 제약을 받지 않을 뿐더러 각 구성의 모듈화 및 탈착이 가능한 구조로 인해 로봇의 각 부위를 단계별로 교육할 수 있는 이점이 있다.

또한, 유.무선 인터페이스를 이용하여 교육 컨텐츠 다운로딩과 원격제어가 가능하고, PC와 주변장치간의 인터페이스를 통하여 로봇 시스템의 안정된 동작을 실현하는 효과가 있다.

비록 본 고안이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 고안의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 실용신안등록청구의범위에 속함은 자명하다.

Claims (2)

1. PC(30)가 내장된 본체(10);

   상기 본체(10)에 탑재되어 상기 PC(30)를 동작하기 위해 전기적신호를 제공하는 입력장치(60);

   상기 PC(30)를 외부에서 제어 및 원격제어 하기 위한 상기 본체(10)에 구비된 유,무선 인터페이스(40);

   상기 입력장치(60) 또는 유,무선 인퍼페이스(40)로부터 제공되는 신호 값에 따라 PC(30)에 의해 동작되는 RC서보모터(23), DC서보모터(24), DC서보모터 구동드라이버(52) 및 컨트롤러(51)가 구비된 복수개의 모듈(20);

   상기 RC서보모터(23), DC서보모터(24)를 이용하여 상기 모듈(20)의 부피를 최소화하기 위해 상기 RC서보모터(23), DC서보모터(24)를 제어하는 컨트롤러(51)에 전원을 직접 제공하도록 구비된 원터치 스위치(65); 및

   상기 PC(30)에 의해 동작되는 복수개의 모듈(20)의 현 상황을 실시간으로 디스플레이 또는 출력하는 출력장치(70)로 구성되는 것을 특징으로 하는 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수개의 모듈(20)은 상기 본체(10)와 탈착이 가능하도록 구성하고, 상기 모듈(20)이 상기 본체(10)와 분리되었을 경우에도 외부 PC(90)와 연결하여 독립 적으로 동작 가능하도록 내부에 CPU모듈(50)을 구비한 것을 특징으로 하는 PC 기반의 교육용 휴머노이드 로봇 플랫폼.

Images