KR20080017081A

KR20080017081A - 블록식 서보모터 교육 및 완구용 로봇

Info

Publication number: KR20080017081A
Application number: KR1020080011548A
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 로봇에 관한 것이다. 모터 본체와 구동 마디는 동일한 모양으로 되어 있으며 5개의 면이 블록 식으로 조립 가능하도록 홈으로 되어 있다. 모터와 모터의 결합은 양면이 돌출부로 구성된 결합 부품을 사용하게 된다. 또한 모터 본체 및 구동 마디의 홈과 결합 부품의 돌출부는 4가지 모양을 하고 있다. 각각 동일한 모양의 홈과 돌출부는 같은 모양끼리 전기적으로 접촉되도록 되어 있어서 모든 모터의 전원 및 제어용 통신선은 내부적으로 병렬로 연결된다. 따라서 외부에 별도의 전선 또는 케이블을 연결할 필요가 없다. 이를 위해 결합 부품은 양면이 대칭인 형태와 90도 회전, 180도 회전, 270도 회전 형태로 제공되기 때문에 모터의 결합 또는 모터와 구동 마디의 결합은 자유롭게 모든 방향으로 결합 가능하게 된다. 또한, 각각의 모터에 있는 ID선택 스위치에 의해 각각의 모터는 ID를 할당받게 되며 시리얼 통신방식에 의해 제어 되게 된다. 소형의 규격화된 모터 모듈과 4종류의 결합 부품만으로도 다양한 로봇을 조립할 수 있다. 이러한 조립 구조 및 컨트롤 방법으로 인해 저 연령층의 아동으로부터 성인까지 모두 쉽게 사용할 수 있는 조립 완구, 교육용 로봇으로 활용 가능하다.

교육용 로봇, 로봇, 로봇 조립완구, 서보모터, 로봇 블록

Description

블록식 서보모터 교육 및 완구용 로봇 {Block servo-motor education and toy robot}

서보모터를 사용한 조립식 로봇 완구 및 교육용 로봇이 많이 존재한다. 이러한 로봇 완구의 모터들을 조립하기 위해서는 추가 적으로 다양한 부품 들을 필요로 하게 된다. 로봇 완구를 이용하여 다양한 로봇을 제작하기 위해서는 완구 제작사에서 제공하는 연결 부품을 사용하거나 작은 조립보조용 부품들을 볼트와 너트를 체결하여 조립 부품을 만들어야 하는 불편 함이 있다. 또한, 각각의 모터를 구동하기 위한 전원 및 제어 신호선의 외부에 연결해야하는 불편함이 존재한다. 기존의 조립식 로봇 완구의 경우 조립이 복잡하여 저 연령층 및 조립에 능숙하지 않은 아동의 경우 제작사에서 제공하는 조립 예시 모델만을 조립하거나 일정 부분만을 변경하여 조립하여야 하는 경우 등이 존재한다.

본 발명은 저 연령층의 아동부터 성인층까지 사용 가능한 조립식 구동 로봇이다. 블록 식으로 조립 가능한 모터와 결합용 부품을 제공함으로써 쉽게 창의적인 로봇을 제작할 수 있게 할 수 있으며 다수의 모터로 조립된 로봇을 쉽게 구동할 수 있는 장점이 있다. 또한, 모터의 구동에 사용되는 전원 및 제어 통신선을 외부에 따로 연결하지 않아도 되기 때문에 서보모터를 사용한 로봇조립을 기존의 블록식 조립 완구와 같이 쉽게 조립할 수 있다. 따라서 본 발명에서 제시하는 규격화된 소 종류의 모터와 소 종류의 결합 부품만으로 다양한 창의적인 로봇을 조립 가능하게 하는 로봇 완구, 교재를 제공할 수 있다.

본 발명은 조립식 교육용, 완구용 로봇에 관 한 것이다. 본 발명에서의 모터는 모터 본체와 구동 마디가 모두 다른 부품에 간단히 연결될 수 있도록 결합 식 블록으로 되어 있는 것이 특징이다. 관절 식 모터(100)와 회전식 모터(110)의 모터 본체와 구동 마디는 모 두 홈(104)(105)(106)(107)으로 구성되어 있으며 이러한 모터들의 결합시 양면이 돌출부로 구성된 결합블록 (200)을 삽입하여 각각의 모터를 다양한 방향, 다양한 각도로 조립할 수 있다. 이러한 구조로 인해 모터만으로 간단히 로봇을 제작할 수 있다. 다수의 모터를 사용하는 기존 로봇의 경우 각각의 모터에 구동 전압 및 제어 신호를 공급함에 있어 다수의 전선을 외부에 있는 컨트롤러 에 연결해야 하는 불편함이 있다. 하지만, 본 발명에서는 다수의 모터 조립시에 추가로 전원 및 제어 통신선을 연결하지 않아도 되는 모터의 구조를 제시한다. 각 각의 모터(101)(111)와 구동 마디(102)(112)에 있는 연결 홈은 +전원(104), -전원(105), 두 가닥의 통신 선(106)(107)으로 구성되어 있으며 전원 및 신호 선의 극성을 구별하기 위해 각각 다른 모양으로 구성된다. 결합 블록(200)의 양면의 돌출부 들은 각각의 같은 모양끼리 전기적으로 도통 되게 제작되어 있어서 각각의 모터나 구동부와 다른 모터나 구동부의 조립시에 삽입하기만 하면 연결된 모터들은 모두 전기적으로 전원 및 통신선을 병렬로 공유할 수 있도록 된다. 아울러 모터에 장착된 선택 스위치(109)에 의해 모터들은 각기 다른 ID를 부여할 수 있으며 LED(108)에 의해 전기적 연결 상태 및 작동 상태를 표시한다. 이러한 방법의 블록식 조립 완구는 로봇 소수의 획일화된 부품으로 다양한 창의적인 로봇을 제작할 수 있도록 할 수 있을 뿐 아니라 저 연령층의 유아도 사용 가능하게 할 수 있는 장점이 있다.

로봇에 장착되는 컨트롤 블록 (400)은 전면부를 제외한 면이 홈으로 구성되어 있어 결합 부품(300)을 사용하여 모터 모듈 및 더미 블록을 연결할 수 있다. 로봇을 구동하는 방법으로는 PC연결구(410)를 통해 PC에서 구동 프로그램을 다운받아 구동하는 방법과 컨트롤러를 이용하여 스케줄링을 작성할 수 있다. 컨트롤 블록(400)의 상단에 있는 버튼(402)(403)(404)(405)(406)(407), LCD(401)을 이용하여 각종 기능을 선택할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기본 구성을 도시한 것이다. 관절 구동형 모터 모듈(100) 과 회전 구동형 모터 모듈(110)은 다른 모터 또는 결합 부품과 연결 가능하도록 홈으로 구성되어 있다. 4개의 홈은(104)(105)(106)(107) 모터 블록(101)(111)과 구동 마디 블록(102)(112)의 5개 면에 위치하고 있다. 4개의 홈은 각각 다른 모양으로 구성되어 있으며 각각의 홈은 기계적 결합을 위한 용도와 +전원(104), -전원(105), 제어 통신선(106)(107)으로의 용도를 겸하도록 되어 있다. 동일한 모양의 홈은 모터 블록(100)(110)의 내부에 전기적으로 통전 되도록 연결되어 있다. 이러한 모터들은 결합 부품(200)을 사용하여 조립 되게 된다. ID설정 스위치(109)를 사용하여 각각의 모터블록의 ID를 설정할 수 있으며 이러한 ID 구별 방식에 의해 다수의 모터를 병렬로 연결한 시스템을 효과적으로 컨트롤할 수 있다. 또한, LED(발광다이오드)(108)을 통하여 모터의 동작 상태 및 전원 연결 상태를 확인할 수 있다.

도 2는 결합 부품(200)의 구성을 도시한 것이다.

도 3은 4종류의 결합 블록(200)을 도시한 것이다. 결합부 품(200)은 양면에 돌출부(251)(252)(253)(254)를 가지고 있으며 같은 모양의 돌출부는 내부에 전기적으로도 통 되어 있다. 돌출부에는 결합 부(202)가 있어 모터 모듈의 홈에 결합시 단단하게 고정될 수 있다. 아울러 돌출부에 있는 전기접점(201)에 의해 모터 모듈의 홈에 있는 전기 접점과 연결될 수 있다. 각각의 돌출부는 +전원, -전원, 두 개의 제어 신호선으로 구성되어 있으며 그 전기적 구분에 따라 모양이 다르며 또한 모터 블록의 홈과 같은 모양의 돌출부는 같은 전기적 특성을 나타내기 때문에 조립시에 전기적으로 잘못 연결하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 결합 부품(200)의 양면의 홈은 대칭 구조를 가지는 형태(210), 90도 회전 형태 (220), 180도 회전 형태(230), 270도 회전 형태(240)로 제작 되어서 다양한 방향으로 모터 모듈을 결합할 수 있으며 결합시에 사용되는 모든 모터 블록은 전원, 제어 신호선을 병렬로 연결 되게 된다.

도 4는 다양한 방향으로의 모터 블록 결합을 도시한 것이다. 결합 부품(200)이 4가지의 형태(210)(220)(230)( 240)로 되어 있어서 다양한 방향으로 모터 모듈을 결합할 수 있음을 볼 수 있다.

도 5는 큰 힘을 가지는 마디의 구성 예를 도시한 것이다. 조립하고자 하는 로봇의 특성에 따라 다른 관절에 비해 큰 힘을 필요로 하거나 튼튼하게 구성해야하는 부분이 존재한다. 이러한 관절은 두 개 이상의 모터를 동일한 ID로 설정하고 모터 마디와 구동 마디를 모두 결합하여서 견고한 결합 및 큰 힘을 얻을 수 있다.

도 6은 보다 견고한 결합을 도시한 것이다. 모터 모듈과 결합 부품(200)만 으로도 견고한 결합을 할 수 있으나 보다 견고하고 영구적인 결합을 위해 결합 판(300)과 볼트(301)를 사용하여 모터블록에 있는 볼트텝(103)으로 연결할 수 있다.

도 7은 더미 블록을 도시한 것이다. 본 발명에서 제안하는 모터 블록만을 사용하여도 다양한 로봇을 조립할 수 있으나 더욱 다양한 로봇을 제작할 수 있도록 다양한 더미 블록을 제공한다. 더미 블록은 모터 모듈과 동일하게 모든 면이 4개의 전기적 연결이 가능한 홈으로 구성되어 있으며 같은 모양의 홈들은 더미 블록 내부에서 전기적으로 통전 되도록 연결되어 있다. 특수한 모양의 더미(530)은 적은 수 의 부품으로 완성도 있는 로봇의 조립을 위해 저 연령층 아동을 위해 선택적으로 제공하는 것이다.

도 8은 컨트롤 블록을 도시한 것이다. 컨트롤 블록(400)은 전면부를 제외한 면이 홈으로 구성되어 있어 결합 부품(300)을 사용하여 모터 모듈 및 더미 블록을 연결할 수 있다. 로봇을 구동하는 방법으로는 PC연결구(410)를 통해 PC에서 구동 프로그램을 다운받아 구동하는 방법으로 로봇을 구동한다.

도 9는 기본적인 로봇의 조립을 예시한 것이다. 다수의 모터 모듈(100)(110)은 결합 부품(200)에 의해 다방면으로 조립 가능하며 외부에 전원 및 통신 선의 연결이 필요 없음을 보여 주고 있다.

도 10은 모터모듈(100)(110)에서의 모터블록(101)(111)의 내부 구성을 도시 한 것이다. 모터 블록 외부에 홈으로 구성된 4개의 전기적 접촉 단자는 내부적으로 병렬로 연결되어 있어서 선택적으로 하나만 연결되어도 모터를 구동, 제어할 수 있다. 아울러 다른 모터블록을 추가로 장착할 시에 전기적 연결 커넥터 역할을 할 수도 있다. 구동 각이 통신 라인을 통해 수신되면 CPU는 모터와 위치 검출 센서를 사용하여 구동 각을 제어하게 된다.

도 11은 다수의 모터 모듈과 컨트롤 박스의 전기적 연결을 도시 한 것이다. 앞서 설명한 것과 같이 모든 전원 및 통신 라인은 병렬로 연결 되게 된다. 모터모듈과 컨트롤블록의 통신 방식은 다수의 장치를 병렬로 연결하여 통신할 수 있는 시리 얼 통신 방식을 사용한다. (이러한 통신 방식은 널리 알려진 기술이며 다양한 방법이 존재하기 때문에 본 지면에서는 부연설명을 하지 않도록 한다.) 각각의 모 터 모듈은 앞서 소개한 ID 설정 스위치에 의해 ID를 부여받게 되며 이러한 ID를 가지고 스케줄링 입력 모드시에는 위치 값을 컨트롤 블록에 전송하고 구동 모드 시에는 구동 각을 입력받게 된다. 얼 통신 각각의 모터 모듈은 모터블록에 장착된 ID설정 스위치에 의해 I D를 부여받게 되며 컨트롤러는 스케줄링에 의해 각각의 모터를 컨트롤하게 된다.

도 1은 본 발명의 기본 구 성을 도시한 것이다.

도 2는 결합 부품(200)의 구성을 도시한 것이다.

도 3은 4종류의 결합 블록 (200)을 도시한 것이다.

도 4는 다양한 방향으로의 모터 블록 결합을 도시한 것이다.

도 5는 큰 힘을 가지는 마디의 구성 예를 도시한 것이다.

도 6은 보다 견고한 결합을 도시한 것이다.

도 7은 더미 블록을 도시한 것이다.

도 8은 컨트롤 블록을 도시한 것이다.

도 9는 기본적인 로봇의 조립을 예시한 것이다.

도 10은 모터모듈(100)(110)에서의 모터블록(101)(111)의 내부 구성을 도시

도 11은 다수의 모터 모듈과 컨트롤 박스의 전기적 연결을 도시 한 것이다.

Claims

모터의 본체(100)(110)와 구동 마디(101)(111)가 동일한 모양으로 되어 있어 간단하게 모터의 조립만으로 로봇을 구성할 수 있는 방법.
모터 본체(100)(110)와 구동 마디(101)(111)를 다수 결합함에 있어 블록 식으로 조립 가능하도록 홈과 돌출 마디를 사용한 구조
다수의 모터를 블록 식으로 결합함에 있어 다양한 방향으로 결합 가능하도록 모터의 결합 부위는 홈으로만 구성되어 있으며 이러한 모터 사이에 양면이 돌출부로 구성된 결합부 품을 삽입하는 구조
모터의 결합 부위에서 전원 및 제어용 신호 선이 전기적으로 접촉 가능하도록 하여서 외부에 추가적인 전선 및 케이블을 연결하지 않아도 되는 구조