KR20080017078A

KR20080017078A - 모터를 사용하는 교육용 완구용 로봇의 모션생성장치

Info

Publication number: KR20080017078A
Application number: KR1020080011484A
Authority: KR
Inventors: 이호열
Original assignee: 이호열
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2008-02-25

Abstract

본 발명은 서보 모터를 이용한 조립식 교육용, 완구용 로봇의 제어 방법에 관한 것이다. 다수의 서보 모터로 구성된 완구 및 조립식 로봇의 경우 그 조작방법에 있어 컴퓨터를 이용한 프로그래밍 또는 컴퓨터를 이용한 모션(시간에 따른 각 각의 모터의 위치 값) 생성 프로그램을 사용하게 된다. 이러한 방법은 저연령층의 아동이 다수의 모터를 사용한 로봇을 제어하는 것을 어렵게 하는 요소 중의 하나이다. 따라서 본 발명에서는 다수의 서보 모터로 구성된 로봇의 모션을 PC를 사용하여 프로그래밍 하거나 모션 생성 프로그램 없이 쉽게 제어 가능하도록 하는 것이다.

다수의 서보모터는 로봇에 장착되게 되는 모션 제어 장치에 연결 되게 된다. 모션제어 장치에 구비된 LCD 및 버튼을 이용하여 시간 또는 스텝을 설정한 후 실제 로봇의 관절을 손으로 움직인 상태에서 저장 버튼을 눌러서 해당 시간에 움직여야할 각각의 모터의 각도를 저장하게 된다. 시간을 점차 증가 또는 감소하여 해당 시간에 지정된 모터의 각도를 추가 적으로 저장 또는 수정할 수 있다. 이러한 방법으로 저장된 모션은 모선제어 장치에 있는 재생 버튼 또는 유,무선의 리모트 컨트롤러의 입력에 따라 각각의 모터의 제어 신호를 공급함으로써 로봇은 저장된 모션정보를 이용하여 각 관절을 시간에 따라 구동하게 된다.

모터로 조립된 로봇의 모션을 만들기 위해 관절을 손으로 움직이려면 모터의 움직임제어하는 제어 신호를 제거하거나 모터의 전원을 차단해야한다. 이러한 경우 관절이 로봇의 무게를 지탱해야 하는 경우 로봇의 무게에 의해 모터가 회전하여 로봇 구조물이 무너지는 현상이 발생하여 자유롭게 모션을 만들어 내는 것이 어렵게 된다. 이러한 이유로 모터 모듈 내에 CPU(260)가 모터 제어 장치(270)에 있는 모터전원공급 스위치(272)를 차단하고 모터 양단 통전 스위치(273)를 연결하여 모터의 양단은 일정한 전기적인 저항(274)가지는 페루프를 구성하게 된다. 이때 모터를 손으로 회전시키게 되면 모터에서 발생하는 전력에 의해 회전을 저지하려는 힘이 작용하게 된다. 이때 전기저항 성분 R에 의해 손으로 모터를 회전했을 때 생성되는 전력이 소비되어 저지력이 다소 약해서 모터가 원활하게 회전하게 되며 R이 작을 경우 저지력이 커서 모터가 쉽게 회전하지 않는다. 모션 생성을 위해 로봇의 관절을 원활하게 각을 변화 시킬 수 있으면서 각각의 관절이 로봇의 무게를 견딜 수 있는 적절한 전기저항 R값으로 설정하게 된다. 생성한 모션정보에 의해 모터를 구동할 시에는 모터양단 통전 스위치(273)를 차단하고 모터전원 공급 스위치(272)를 연결하여 모션 제어기에서의 모터의 위치 값에 따라 모터가 제어 되도록 구성한다.

교육용 로봇, 로봇, 로봇 조립완구, 서보모터, 모션생성

Description

모터를 사용하는 교육용 완구용 로봇의 모션생성장치 {The wool of the toy robot which uses the motor syen creation system}

서보모터를 이용한 많은 조립식 완구 및 교육용 로봇이 있다. 이러한 로봇의 제어하는 방법으로 직접 프로그래밍 하거나 PC용 모션 생성 프로그램을 사용하여 모션을 생성하고 이를 로봇의 컨트롤러에 다운로드하여 사용하는 방법을 주로 사용하고 있다. 이러한 방법은 그 사용법이 어려울 뿐 아니라 PC를 사용하여서 모션을 생성해야하는 불편이 있다. 또한 모터의 수가 많아지게 되면 더욱 복잡해 진다. 이와 같은 어려움 및 복잡함으로 인해 저연령층의 아동 및 프로그래밍에 익숙지 않은 사람들이 창작 로봇을 제작하고 제어하는 데에는 많은 어려움이 있다.

본 발명은 저 연령층의 아동부터 성인층까지 사용 가능한 모터를 이용한 조립식 구동 로봇의 제어 방법에 관한 것이다. 모터를 이용한 조립식 로봇을 제어하는 방법을 간단히 하여 저연령층의 아동 및 프로그래밍에 익숙하지 않은 사람들이 손쉽게 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다. 아울러 기존의 로봇의 경우 그 제어 방법의 어려움으로인해 로봇 제작사에서 제공하는 조립 설명 서 및 예제 제어 프로그램이 있는 로봇조립만을 하는 경우가 많다. 하지만 본 발명에서 제시하는 모션생성 방법은 누구나 쉽게 할 수 있기 때문에 저연령층의 아동도 다양한 창작로봇을 제작할 수 있으며 이를 제어 할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 다수의 서보모터를 이용한 조립식 로봇의 제어에 관한 것이다. 도 1은 본 발명에서 제안하는 모션제어 장치와 모션입력 방법을 도시한 것이다. 도 2은 본 발명에서 제안하는 모션제어 장치를 이용하여 모션을 입력, 저장하는 방법에 관한 순서도이다. 여기에서 모션이라함은 다수의 모터를 가지는 로봇의 시간에 따른 각 관절의 위치 값을 뜻한다. 모션제어 장치(100)은 다수의 모터(200)로 구성된 로봇에 장착되게 된다. 모션 번호 버튼(108)과 입력 버튼(105)를 누르기만 하면 모션 입력 모드가 시작된다. 예를 들어 모션번호 버튼(108)의 'A' 버튼과 입력버튼 (105)를 누르면 'A'모션 입력 모드가 실행 된다. 시간감소(102), 시간증가(104)를 누르면 LCD(101)에 해당 시간 또는 STEP번호가 출력되게 된다. 이때 조립된 로봇의 관절을 원하는 모양으로 움직여서 로봇에 장착된 모터(200)의 각도를 조절한다. 모든 모터(200)의 각을 해당 STEP에 맞게 손으로 조정한 후 저장버튼(103)을 눌러 해당 STEP의 관절 값을 저장한다. 다음 STEP를 입력하기 위해 시간감소(101), 시간증가(103)을 눌러 LCD(101)에 시간 또는 STEP번호를 변경한 후 손으로 로봇 관절을 움직인 다음 저장(102)버튼을 눌러 저장한다. 이러한 과정의 반복으로 조작자는 복잡한 프로그래밍 또는 PC없이 다관절 로봇의 모션을 생성하고 저장할 수 있다. 'A' 모션 입력이 완료된 후 필요에 따라 'B','C','D','E','F' 모션을 입력 하면 된다.

도 3은 저장된 모션을 재생하여 로봇을 구동하는 것을 도시한 것이다. 모션제어기(100)에 있는 리모트 버튼(107)을 누르면 유, 무선으로 사용가능한 리모트 컨트롤러(300)에 의해 모션을 제어할 수 있다. 리모트 컨트롤러(300)의 모션 번호 버튼(301)을 누르면 해당 모션이 재생되어 로봇이 구동 되게 된다. 또한 모tus제어기(100)에서 모션 번호 버튼(108)과 재생버튼(106)을 누름으로써 로봇을 구동할 수도 있다.

도 4는 모터와 모션 제어기의 구동 원리를 도시한 것이다. 모션 제어기(100)에 있는 통신 단자와 전원 단자는 연결선(211)(212)에 의해 모터(200)에 연결 되게 된다. 도 5는 모터모듈 내부의 모터 제어기를 도시한 것이다. 모터 모듈 내에 CPU(260)가 모터제어 장치(270)에 있는 모터 전원공급 스위치(272)를 차단하고 모터 양단 통전 스위치(273)를 연결하여 모터의 양단은 일정한 전기적인 저항 성분(274)을 유지한 페루프를 구성하게 된다. 이때 모터를 손으로 회전시키게 되면 모터에서 발생하는 전력에 의해 회전을 저지하려는 힘이 작용하게 된다. 이때 전기저항 R에 의해 생성되는 전력이 소비되어 저지력이 다소 약해서 모터가 원활하게 회전하게 되며 R이 작을 경우 저지력이 커서 모터가 쉽게 회전하지 않는다. 이러한 원리에 의해 모션 생성을 위해 로봇의 관절을 원활하게 각을 변화시킬 수 있으면서 각각의 관절이 로봇의 무게를 견딜 수 있는 적절한 전기저항 R값으로 설정하게 된다. 또한 DC모터 제어용 드라이버의 구성시에 많이 사용되는 BRIDGE DRIVER인 L298를 사용하는 경우 L298의 브레이크 기능을 사용함으로 써도 모션입력 모드시에 모터의 회전을 다소 어렵게 하는 저지력을 발생 시키는 방법을 사용할 수 있다. 생성한 모션 정보에 의해 모터를 구동 할 시에는 모터양단 통전 스위치(273)를 차단하고 모터전원 공급 스위치를 연결하여 모션 제어기에서의 모터의 위치값에 따라 모터가 제어 되도록 구성한다. 또한 도 4의 모터(200)의 CPU는 엔코더 또는 포텐서 미터 또는 가변저항으로 구성된 위치검출기(224)의 위치 값을 읽어서 통신라인 (211)를 통해 모션 제어기에 전송하게 된다. 이러한 원리를 이용하여 모션 입력 모드 시 각 관절의 각도 값을 모션 제어기(100)에 저장 할 수 있게 된다. 모션 제어기(100)이 구동 모드로 사용될 때는 모터블럭(200)의 CPU(260)에 모터제어기(270)의 모터양단 통전 스위치(273)를 차단하고 모터전원 공급 스위치(272)를 연결하여 통신선(211)을 통해 수신한 각 관절의 목표 값에 따라 관절의 위치 정보(223)를 이용하여 모터를 제어하게 된다. 도 4, 도 5에서 제시한 구조에 의해 모션 입력 모드시에 사용자가 조립된 로봇의 관절을 손으로 움직일 수 있으면서도 모든 관절의 모터가 현재 상태를 유지하려는 힘을 발생하여 로봇의관절이 로봇 자체 무게를 견디 지 못해 무너지는 현상을 방지할 수 있다.

도 6는 본 발명의 실시 예를 도시한 것이다. 모션 입력 모드시 로봇의 각각의 관절(400)을 조작자의 손으로 쉽게 움직일 수 있으며 모션제어기(100)의 각각의 STEP 에서 저장 버튼을 누를 때 모터(450)의 회전 각도(401)을 저장한다.

도 1은 본 발명에서 제안하는 모션 제어 장치와 모션 입력 방법을 도시한 것이다.

도 2은 본 발명에서 제안하는 모션 제어 장치를 이용하여 모션을 입력, 저장하는 방법에 관한 순서도 이다.

도 3은 저장된 모션을 재생하여 로봇을 구동하는 것을 도시한 것이다.

도 4는 모터와 모션 제어기의 구동 원리를 도시한 것이다.

도 5는 도 4에서의 모터제어기의 내부 구조 및 제어를 도시한 것이다.

도 6는 본 발명의 실시 예를 도시한 것이다.

Claims

모션제어 장치에 의해 각 관절 또는 모터를 손으로 움직여서 모션을 저장할 수 있는 장치
도 4, 도 5에서와 같이 모터 내부에 모터 제어기(270)을 사용함으로 해서 모터 양단에 인가되는 전압을 차단하고 모터 양단 사이에 전기적 저항을 가지는 페루프를 구성하여 손으로 쉽게 모터의 구동 축을 회전시킬 수 있을 뿐 아니라 모터를 사용하여 조립한 구조물에서 모터에 전원을 차단했을 때 구조물의 무게에 의해 힘을 받는 관절이 쉽게 회전하여 구조물이 무너지지 않게 하는 구조
BRIDGE DRIVER인 L298를 사용하는 경우 L298의 브레이크 기능을 사용함으로 써도 모션 입력 모드시 모터의 회전을 방해하는 힘이 생성 되도록 하여 모터의 구동축을 손으로 회전시킬 수 있을 뿐 아니라 모터를 사용하여 조립한 구조물에 제어 신호를 인가하지 않았을 때 자체 구조물의 무게에 의해 구조물이 무너지지 않게 하는 구조