KR20090095714A - 역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇 - Google Patents

역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇 Download PDF

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KR20090095714A
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슬 정
노진석
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충남대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇에 관한 것으로, (A) 로봇몸체부 : (B) 상기 로봇몸체부의 하부에 회동가능하게 결합된 한 쌍의 바퀴; 상기 한 쌍의 바퀴를 독립적으로 구동하는 한 쌍의 구동모터;를 포함하는 이동수단부 : (C) 상기 로봇몸체의 균형을 감지하는 균형감지센서; ① 하기 입력부로부터의 로봇 운동지시 정보를 전달받은 경우에는 로봇 운동지시 정보와, 상기 균형감지센서로부터 전달된 로봇몸체의 균형정보를 프로세싱하며, ② 하기 입력부로부터의 로봇 운동지시 정보가 없는 경우에는 상기 균형감지센서로부터 전달된 로봇몸체의 균형정보만을 프로세싱하여 상기 로봇몸체가 상기 한 쌍의 바퀴가 이루는 가상의 중심축에 대하여 역진자운동을 하면서 이동하거나, 역진자운동만 하도록 상기 구동모터로 작동신호를 전달하는 제어부;를 포함하는 감지-제어부 : (D) 상기 구동수단부 및 감지-제어부에 전원을 공급하는 전원부 : 및 (E) 외부로부터의 로봇 이동지시 정보를 전달받아 상기 감지-제어부에 전달하는 입력부 :를 포함하는 역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇에 관한 것이다.
역진자시스템, 로봇, 균형, 이동, 작동, 유무선

Description

역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇{The Mobile Robot Using a Inverted Pendulum System}
본 발명은 역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역진자형 이동로봇에 역진자의 균형을 유지할 수 있는 선형제어기 및 지능형 비선형 제어기가 탑재된 역진자시스템을 적용하여 로봇의 행동제어와 위치제어를 통해 로봇이 직립상태를 유지하면서 거동할 수 있는 역진자 시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇에 관한 것이다.
지능형 로봇에 대한 관심이 나날이 높아지고 있는 가운데, 휴머노이드(humanoid) 로봇의 등장은 각종 산업분야에의 생산성 향상과 작업자의 안전을 증진시키고 있을 뿐 아니라 일상적인 인간의 삶의 질을 향상시키는 것에도 기여하고 있다.
인간과 비슷하게 행동하는 지능형 로봇은 전기, 전자, 기계기술의 접목과 더불어 자동화공정분야나 인공지능분야, 생체공학분야까지 접목됨으로써 현재까지 개 발된 모든 기술과 학문을 총집결시킨 첨단 기술체로 개발되고 있다.
이러한 지능형 로봇은 사람의 시각이나 청각 등 감각기관에 대응하는 센서나 전기소자를 통해 빛이나 소리 등 외부 정보를 입력받아 설정된 알고리즘에 따라 적절한 작동을 하게 된다.
지능형 로봇은 크게 이동형의 가정용 로봇과, 고정형의 산업용 로봇으로 구별할 수 있는데, 산업용 로봇으로 이용되는 경우 다양한 산업현장에서 인간이 하기 어렵거나 또는 단순한 반복적인 일들을 맡아 수행함으로써 부가가치를 창출하고 있으며, 가정용 로봇으로 이용되는 경우에는 청소나 무인방범 등 단순 반복적인 업무를 수행함으로써 인간의 수고를 덜어주는 가사도우미 역할을 대신해 주고 있다.
그중 이동형의 가정용 로봇의 경우, 고정형의 산업용 로봇과 달기 이동할 수 있다는 장점 때문에 그 응용분야가 매우 넓고, 실제로 인간 생활에 가장 밀접하게 이용될 수 있는 장점이 있으며, 이러한 이동형 로봇은 이동하는 바퀴의 형식에 따라 4륜식, 3륜식, 2륜식으로 구분되며, 통상적으로 이동시 전도될 위험이 없는 안전한 구조로 제작되고 있다.
이와 같이, 그 이용성이 매우 넓은 이동형 로봇은 이동로봇의 경로생성(path planning)과 경로추종(path tracking)에 많은 연구가 진행되어 왔으며, 이를 이용한 장애물 회피(avoid obstacle)에 관한 다양한 방법들도 제시되고 있다.
특히, 연구용 및 산업용으로 개발되는 이동로봇뿐만 아니라 가정용 또는 오락용으로의 로봇개발이 활성화되면서 로봇의 이동성능 향상을 위한 동역학적인 제한 조건을 고려하여 최적의 이동성능을 끌어내기 위한 연구가 더욱 요구되고 있는 실정이다.
역진자시스템 또한 지능형 휴머노이드 로봇의 지능적이고 동역학적인 성능을 제어할 수 있도록 하는 매우 중요한 요소이지만, 현재까지는 고정된 프레임에 설치되는 고정형 역진자시스템만이 알려져 있다. 따라서 로봇의 자유로운 이동이 불가능하였었기에 그의 응용도가 매우 낮았다.
본 발명은 전술한 종래의 고정형 역진자시스템의 기술적인 한계를 극복하기 위해 안출된 것으로, 역진자 시스템을 적용함으로써 효율적이면서도 자연스러운 거동이 가능한 이동형 로봇을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 역진자시스템에 적용되는 제어기의 성능확인을 통해 다양한 형태의 제어기 설계능력을 배양할 수 있는 게임 및 학습용 로봇을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, (A) 로봇몸체부 : (B) 상기 로봇몸체부의 하부 양측에 회동가능하게 결합된 한 쌍의 바퀴; 상기 한 쌍의 바퀴를 독립적으로 구동하는 한 쌍의 구동모터;를 포함하는 이동수단부 : (C) 상기 로봇몸체부에 내장되어 로봇몸체의 균형을 감지하는 균형감지센서; 상기 로봇몸체부에 내장되 어, ① 하기 입력부로부터의 로봇 운동지시 정보를 전달받은 경우에는 로봇 운동지시 정보와, 상기 균형감지센서로부터 전달된 로봇몸체의 균형정보를 프로세싱하며, ② 하기 입력부로부터의 로봇 운동지시 정보가 없는 경우에는 상기 균형감지센서로부터 전달된 로봇몸체의 균형정보만을 프로세싱하여 상기 로봇몸체가 상기 한 쌍의 바퀴가 이루는 가상의 중심축에 대하여 역진자운동을 하면서 이동하거나, 역진자운동만 하도록 상기 구동모터로 작동신호를 전달하는 제어부;를 포함하는 감지-제어부 : (D) 상기 구동수단부 및 감지-제어부에 전원을 공급하는 전원부 : 및 (E) 외부로부터의 로봇 이동지시 정보를 전달받아 상기 감지-제어부에 전달하는 입력부 :를 포함하는 역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 제어부에는, 전달되는 정보를 프로세싱하기 위한 선형 및 비선형 제어기의 신경회로망이 탑재될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부로는 전달되는 정보를 프로세싱하기 위한 PID 제어기와 RBF신경회로망이 탑재된 DSP보드가 적용될 수 있다.
본 발명에서 상기 입력부는, 상기 로봇몸체부와 분리되어 상기 감지-제어부와 유무선통신하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 로봇몸체부에는 상기 입력부의 동작지시 정보에 의해 동작하는, 구동모터 및 동작장치 쌍으로 이루어진 기능동작부 가 하나 또는 둘 이상 추가되며, 이때 상기 입력부는 외부로부터의 기능동작부 동작지시 정보를 전달받아 상기 감지-제어부에 전달하는 기능이 추가되며, 상기 감지-제어부는 상기 동작지시 정보를 전달받아 ① 역진자운동 및 이동하면서 동작하거나, ② 역진자운동하면서 동작하도 록 상기 각 구동모터로 작동신호를 전달하는 기능이 추가되도록 할 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 로봇몸체부는, 상체와 하체가 회전가능하도록 분리되어 있고, 상기 상체의 회전을 위한 구동모터가 추가될 수 있다. 이때, 상기 입력부는 외부로부터의 상기 상체의 회전지시 정보를 전달받아 상기 감지-제어부에 전달하는 기능이 추가되며, 상기 감지-제어부는 상기 회전지시 정보를 전달받아 ① 역진자운동 및 이동하면서 상체가 회전하거나, ② 역진자운동하면서 상체가 회전하도록 상기 각 구동모터로 작동신호를 전달하는 기능이 추가된다.
특별히 상세하게 언급을 생략하지만, 본 발명에 의한 로봇에는, 각각의 구동모터를 제어하기 위한 모터드라이버, 각 구동부, 센서 등의 부품에 전원공급을 위한 충전가능한 배터리 및 전원공급단자, 상기 입력부의 입력신호를 받아 상기 DSP보드로 송신하여 로봇의 균형유지 및 거동을 지시하는 유선통신용 USB포트 또는 무선통신용 블루투스시스템, 전원인가스위치 등이 설치될 수 있음은 당연하다.
본 발명에 의하면, 다양한 형태의 효율적인 이동형 로봇을 개발할 수 있어 다양한 게임용 상품이 실현될 수 있으며, 감지-제어부에 내장된 각 지능알고리즘에 대한 신경회로망의 성능을 직접 평가, 확인할 수 있게 되어 지능제어기 설계에 대한 효율적인 학습과 실험을 수행할 수 있도록 한다.
이하에서는 상술한 본 발명의 실시예에 따른 역진자시스템을 기반으로 한 게임용 로봇의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되지는 아니하며, 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다. 하기 실시예에서는 역진자 시스템이 적용된 무선통신 복싱로봇을 제작하였으나, 유선 및 유무선 복합기능이 가능하도록 구성되거나 하드웨어적인 구성의 추가나 변형을 통해 다양한 형태와 동작이 가능한 로봇을 제작할 수 있을 것이다. 또한 팔이나 다리, 머리 등 다양한 기능동작부(70)를 장착하여 다양한 동작이 수행될 수 있도록 하는 것도 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 역진자 시스템을 기반으로 한 게임용 로봇의 전체 구성을 간략하게 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 역진자 시스템을 기반으로 한 로봇(10)은 상부몸체부(22)와 하부몸체부(24)와 기능동작부(70)인 팔로 구성된 로봇몸체부(20), 바퀴(32)와 구동모터(도시 생략)로 구성된 이동수단부(30), 상기 로봇몸체부(20)에 내장된 감지-제어부(도시 생략) 및 상기 감지-제어부에 로봇의 주행과 각 기능동작부(70)의 거동을 원격지시하는 무선 입력부(60)로 이루어져 있다.
상기 로봇몸체부(20)는 상기 입력부(10)로부터 일정한 무선통신신호를 수신 하여 게임 및 학습에 필요한 동작을 수행하면서 동시에 역진자 기능을 수행하게 된다. 상기 로봇몸체부(20)의 내부에 장착되는 감지-제어부는 상기 입력부(60)와의 무선통신을 통해 로봇(10)의 주행 및 거동제어와 동시에 기능동작부(70)의 동작제어가 가능하도록 하는 선형 및 비선형 제어기인 신경회로망이 탑재된 제어보드와 회로부 등이 포함된 구성으로 이루어진다.
이와 더불어, 상기 로봇몸체부(20)의 저면에 구비되는 이동수단은 상기 감지-제어부에서 전달된 명령에 따라 회전되어 상기 로봇몸체부가 균형을 유지하면서 거동되도록 한다.
상술한 구성으로 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 역진자 시스템을 기반으로 한 게임용 로봇에서는 상기 로봇몸체부가 이동수단부에 대하여 역진자 기능을 수행하는 것이다.
본 발명에 의한 입력부는 다음과 같은 기능을 하도록 제작될 수 있다. 입력부는 도면에 도시된 바와 같이, 로봇의 주행과 회전 및 로봇몸체부에 장착된 각 기능동작부(70)(팔이나 머리 등)의 움직임을 지시하기 위한 복수의 작동버튼과, 로봇의 주행과 회전을 지시하는 조이스틱으로 구성될 수 있다. 상기 조이스틱은 그 움직임에 따라 로봇의 전진과 후퇴 및 방향전환 명령을 지시하며, 복수개의 기능버튼부는 로봇몸체의 양쪽에 구비된 팔의 펀치동작 등 상하, 좌우 작동명령을 지시한다. 상기 조이스틱과 기능버튼부의 움직임 신호는 내부에 구비된 마이크로프로세서에 의해 프로세싱되고 무선송신장치를 통해 로봇의 감지-제어부로 전송된다.
본 실시예에서, 상기 로봇몸체부에는 복싱동작을 할 수 있도록 양쪽에 굴절 가능한 팔이 각각 구비되어 있다. 각각의 팔은 주먹부와 팔꿈치 관절부 및 팔과 어깨를 연결하는 어깨관절부로 구성되며, 팔꿈치관절부는 팔을 접었다 펼쳤다 하는 기능이 가능하고, 어깨관절부는 팔을 들어올리거나 회전하는 기능이 가능하도록 구성되며, 팔과 관절부의 움직임이 가능하도록 로봇몸체의 내부에는 각부의 동작수행을 위한 구동모터(서보모터) 및 모터드라이버가 각각 구비되어 있다.
한편, 상기 로봇몸체부는 이동수단부가 결합된 하부몸체부(24)와, 상기 하부몸체부(24)의 상부에 회전가능하게 결합되는 상부몸체부(22)로 분리될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시예에 따른 학습 및 게임용 로봇에서 하부몸체부(24)와 로봇몸체부(20) 및 이동수단부(30)의 종단면을 도시하고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하부몸체부(24)의 내부에는 로봇(10)의 주행과 방향전환 및 각 기능동작부(70)의 동작수행을 상기 무선 입력부(60)와의 무선통신을 통해 명령을 전송받고, 설정된 알고리즘에 따라 로봇(10)의 주행 및 거동제어와 동시에 상부몸체부(22)의 회전 및 각 기능동작부(70)의 동작제어가 가능하도록 하는 선형 및 비선형 제어기가 탑재된 제어보드와 회로부 및 상기 무선조정장치와 통신이 가능한 블루투스를 포함하여 구성된다.
특히, 상기 감지-제어부(40)의 내부시스템 구조는 도 6에 도시된 바와 같이, 로봇(10)에 설치된 센서와 엔코더 등으로부터 획득된 아날로그신호를 디지털신호로 변환된 정보를 받아 제어하기 위한 디지털신호처리용제어보드(Digital Signal Processing Board; 이하, "DSP 보드"라 함)가 구비된 감지-제어부(40)와, 상기 감 지-제어부(40)와 연결되어 로봇(10)의 각 기능동작부(70)에 대한 동작수행을 위한 구동모터 동작신호를 수신하여 로봇몸체의 구동에 직접 관여하고 로봇몸체의 위치와 각도에 대한 정보를 상기 DSP보드측으로 전송하기 위한 균형감지센서가 구비된 감지-제어부(40)로 구분된다.
상기 감지-제어부(40)에는 신경회로망이 탑재되어 많은 연산량을 실시간 처리하여 가중치를 학습하고, PID제어기의 구동과, 균형갑지를 위한 각도제어에 사용되는 자이로/틸트센서의 신호처리 및 위치제어에 사용되는 엔코더 센서의 신호 처리를 담당하고 PWM을 발생시키는 기능을 담당하도록 엔코더카운터와 PWM발생기 등이 포함될 수 있다.
또한, 상기 DSP보드는 내부에 PID제어기 및 RBF 신경회로망의 역전파 알고리즘 연산을 수행하는 지능제어기 알고리즘이 설계되어 비선형제어와 평가가 가능하도록 구성된다. 상기 지능제어기의 보상방법으로 RCT(Reference Compensation Technique) 제어방법이 채택되어 기준 제어기의 이득율이 최적화되도록 신경회로망이 동작되게 할 수 있다.
또한, 상기 감지-제어부(40)는 모터드라이버를 통해 DC구동모터를 구동하고, 자이로/틸트센서와 엔코더센서의 신호를 전달받아 DSP보드로 보내 오차를 계산하여 실시간 제어가 가능하도록 하며, 양쪽 저면에 결합된 각 이동수단부(30) 구동모터의 정·역회전 및 회전수 제어하여 로봇의 이동 및 방향제어가 가능하도록 한다.
도 3의 정단면도에 도시된 바와 같이, 상기 하부몸체부(24)의 상면부와 상부몸체부(22)의 저면 사이에는 베어링과 같은 소정의 회전수단이 게재되어 하부몸체 부(24)에 대해서 상부몸체부(22)가 회전가능하도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 로봇에 구비되는 감지-제어부(40)의 제어보드에는 PID제어기와 RBF 신경회로망 제어기가 탑재되어 있지만, 이러한 제어기의 종류나 형태는 필요에 따라 다른 종류의 제어기가 탑재될 수 있을 것이다.
신경회로망 중 비선형제어기인 RBF 방식은 수식적으로 설명이 가능하고 간단하여 제어분야에서 많이 사용되고 있으며, 출력부분이 간단히 선형적으로 합하여 구하여지므로 MLP(Multi-layered Perceptron) 신경회로망 구조와 비교하여 가중치의 수가 매우 적다.
도 4는 가오시안(Gaussian) 함수가 사용된 RBF신경회로망 구조에 대한 모식도이다. 도 4에 도시된 RBF 신경회로망 구조도에서, 은닉층의 노드수는 사용자에 의해서 결정이 되며, 은닉층과 출력층 사이에는 서로를 연결해주는 가중치가 존재한다. 은닉층은 비선형 함수로 구성되어 입력으로의 데이터를 비선형적으로 변환시켜 출력층으로 내보내게 된다.
입력데이터는 은닉층의 가오시안 함수를 거쳐 가중치와 곱해진 후 출력된다.
이는 RBF 신경회로망구조가 함수의 근사치를 구하는 방법으로부터 유추되었다는 것을 나타내며, 이러한 간단한 구조로 인해 학습이 빠르다는 장점을 나타낸다.
가오시안 함수의 수식은 다음 수학식 1과 같다.
Figure 112008016411713-PAT00001
여기서,
Figure 112008016411713-PAT00002
는 비선형 RBF 함수로서 가오시안 함수를 나타내며,
Figure 112008016411713-PAT00003
는 센터벡터, 그리고 x는 입력벡터로서 전체 입력을 나타낸다.
Figure 112008016411713-PAT00004
는 j번째 공분산이다. 가오시안 함수를 사용하면 거리가 0 일때 최대값 1을 출력하게 되고, 거리가 멀어지면 0에 가깝게 된다. 은닉층에서는 유클리디안 거리를 계산하며 출력층에서는
Figure 112008016411713-PAT00005
를 곱해 합한다.
Figure 112008016411713-PAT00006
는 은닉층과 출력층 사이의 가중치로 사용된다.
RBF 신경회로망에서의 출력층의 출력은 다음 수학식 (2)와 같다.
Figure 112008016411713-PAT00007
이와 같은 RBF신경회로망을 이용한 비선형제어기의 학습방법으로 Gradient decent algorithm 의 역전파 알고리즘을 사용한다. 다층 퍼셉트론 넷은 비선형 함수로 시그모이드 함수를 사용하고 있으나 RBF 신경회로망은 패턴간의 유클리드 거리를 사용하며, 여기서 델타법칙을 이용하여 각각의 Gradient를 구해보면 다음과 같다.
Figure 112008016411713-PAT00008
도 5에 신경회로망의 제어방식중 입력보상방식에 대한 블럭도를 도시하였다. 도시된 입력보상방식의 RBF 신경회로망 블럭도에서 알 수 있듯이, PID제어기를 기본 제어기로 사용하고 비선형제어기인 신경회로망중 RBF 함수를 이용한 제어입력을 보상해 주는 시스템으로, 입력보상방식의 장점으로는 공정의 변수나 변화에 대한 불확실성을 보상해줌으로써 출력오차를 보상할 수 있다.
FEL(Feedback Error Learning) 기반의 방식과 구조적으로 비교해서 RCT(Reference Compensation Technique)기반의 방식은 시스템의 내부를 건드리지 않고 외부에서 보상하는 장점이 있다.
입력보상방식은 기준 입력에 신경회로망이 위치하여 마치 선필터(prefilter) 역할을 하는 구조이며, 여기서 신경망의 역할은 기준 입력을 조절하여 시스템의 불 확실성을 줄이고, 조절된 기준 입력값은 제어기를 거치면서 증폭되어 시스템의 입력으로 들어가게 되는데 이 입력에 보상신호가 포함되어 있다.
PID 제어기의 출력으로부터 발생한 추종 에러에 신경회로망의 출력을 더해주며, 각도에 대한 제어입력 uθ 와 카트(Cart)의 기능을 수행하는 이동수단의 위치 제어입력 ux를 더하여 전체시스템의 입력인 u를 사용한다.
이동역진자의 기능을 수행하는 로봇몸체의 각도에 대한 에러는 다음 수학식 4와 같다.
Figure 112008016411713-PAT00009
여기서 θd는 로봇몸체(이동역진자)의 원하는 각도이며, θ는 로봇몸체(이동역진자)의 현재 각도를 나타낸다. 그때의 각도제어에 대한 PID 제어입력은 아래 수학식 5와 같다.
Figure 112008016411713-PAT00010
여기서
Figure 112008016411713-PAT00011
,
Figure 112008016411713-PAT00012
,
Figure 112008016411713-PAT00013
는 각도에 대한 PID 이득값을 나타내며,
Figure 112008016411713-PAT00014
,
Figure 112008016411713-PAT00015
,
Figure 112008016411713-PAT00016
는 신경회로망의 출력이다.
MIP의 위치에 대한 에러는 다음 수학식 6과 같다.
Figure 112008016411713-PAT00017
이때,
Figure 112008016411713-PAT00018
는 이동수단부의 원하는 위치이며,
Figure 112008016411713-PAT00019
는 현재 위치를 나타내고, 그때의 위치제어에 대한 PID 입력은 아래 수학식 7과 같다.
Figure 112008016411713-PAT00020
여기서
Figure 112008016411713-PAT00021
,
Figure 112008016411713-PAT00022
,
Figure 112008016411713-PAT00023
는 위치에 대한 PID 이득값을 나타내며
Figure 112008016411713-PAT00024
,
Figure 112008016411713-PAT00025
,
Figure 112008016411713-PAT00026
은 신경회로망의 출력이며, 각도와 위치에 대한 두 가지 PID 제어기의 출력인
Figure 112008016411713-PAT00027
와
Figure 112008016411713-PAT00028
의 전체 시스템에 대한 입력은 아래 수학식 8과 같다.
Figure 112008016411713-PAT00029
또한, 상술한 PID제어기와 RBF 신경회로망에 대해서 실험을 통해 얻어진 각 제어기의 이득값을 표로 나타내면 아래 표 1과 같다.
Figure 112008016411713-PAT00030
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 역진자시스템을 이용하여 개발되는 게임 및 학습용 로봇은 역진자를 간단한 구조의 로봇몸체, 특히 다양한 모션이 가능한 운동용 로봇몸체로 구현하여 로봇몸체의 기능동작부에 대한 각도와 이동수단의 위치를 동시에 제어가능한 역진자 시스템을 구현할 수 있도록 한다.
따라서, 로봇제어에 적용된 PID제어기와 보조제어기로 사용된 RBF신경회로망 제어기의 실험을 수행할 수 있음은 물론 다양한 형태와 기능이 구비된 게임로봇의 개발이 가능하도록 하여 로봇의 상품화에 기여하도록 함은 물론 다양한 로봇의 개발을 통해 로봇에 탑재된 각 제어기의 지능알고리즘에 대한 신경회로망의 수행 및 성능을 평가, 확인할 수 있도록 하여 학습자에 대해 지능제어기 설계에 적극적인 참여가 가능하도록 함은 물론 학습에 대한 동기부여효과를 높일 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 역진자시스템을 기반으로 한 게임용 로봇의 개략적인 구성도이다.
도 2는 로봇몸체에서 하부몸체부 내부의 구성도이다.
도 3은 로봇몸체에 대한 정단면도이다.
도 4는 RBF 신경회로망의 구조도이다.
도 5는 RBF 신경회로망의 블럭도이다.
도 6은 감지-제어부의 시스템구성도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명
10 : 로봇 20 : 로봇몸체부 22 : 상부몸체부
24 : 하부몸체부 30 : 이동수단부 32 : 바퀴
40 : 감지-제어부 50 : 전원부 60 : 입력부
62 : 기능버튼부 64 : 조이스틱 66 : 무선송신장치
70 : 기능동작부

Claims (6)

  1. (A) 로봇몸체부:
    (B) 상기 로봇몸체부의 하부 양측에 회동가능하게 결합된 한 쌍의 바퀴;
    상기 한 쌍의 바퀴를 독립적으로 구동하는 한 쌍의 구동모터;를 포함하는 이동수단부:
    (C) 상기 로봇몸체부에 내장되어 로봇몸체의 균형을 감지하는 균형감지센서;
    상기 로봇몸체부에 내장되어, ① 하기 입력부로부터의 로봇 운동지시 정보를 전달받은 경우에는 로봇 운동지시 정보와, 상기 균형감지센서로부터 전달된 로봇몸체의 균형정보를 프로세싱하며, ② 하기 입력부로부터의 로봇 운동지시 정보가 없는 경우에는 상기 균형감지센서로부터 전달된 로봇몸체의 균형정보만을 프로세싱하여 상기 로봇몸체가 상기 한 쌍의 바퀴가 이루는 가상의 중심축에 대하여 역진자운동을 하면서 이동하거나, 역진자운동만 하도록 상기 구동모터로 작동신호를 전달하는 제어부;를 포함하는 감지-제어부:
    (D) 상기 구동수단부 및 감지-제어부에 전원을 공급하는 전원부:
    (E) 외부로부터의 로봇 이동지시 정보를 전달받아 상기 감지-제어부에 전달하는 입력부:를 포함하는 것을 특징으로 하는 역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부에는, 전달되는 정보를 프로세싱하기 위한 선형 및 비선형 제어기의 신경회로망이 탑재된 것을 특징으로 하는 역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 전달되는 정보를 프로세싱하기 위한 PID 제어기와 RBF신경회로망이 탑재된 DSP보드인 것을 특징으로 하는 역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력부는, 상기 로봇몸체부와 분리되어 상기 감지-제어부와 유무선통신하는 것을 특징으로 하는 역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 로봇몸체부에는 상기 입력부의 동작지시 정보에 의해 동작하는, 구동모터 및 동작장치 쌍으로 이루어진 기능동작부 가 하나 또는 둘 이상 추가되며,
    상기 입력부는 외부로부터의 기능동작부 동작지시 정보를 전달받아 상기 감지-제어부에 전달하는 기능이 추가되며,
    상기 감지-제어부는 상기 동작지시 정보를 전달받아 역진자운동 및 이동하면서 동작하거나, 역진자운동하면서 동작하도록 상기 각 구동모터로 작동신호를 전달하는 기능이 추가되는 것을 특징으로 하는 역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 로봇몸체부는, 상체와 하체가 회전가능하도록 분리되어 있고, 상기 상체의 회전을 위한 구동모터가 추가되며,
    상기 입력부는 외부로부터의 상기 상체의 회전지시 정보를 전달받아 상기 감지-제어부에 전달하는 기능이 추가되며,
    상기 감지-제어부는 상기 회전지시 정보를 전달받아 역진자운동 및 이동하면서 상체가 회전하거나, 역진자운동하면서 상체가 회전하도록 상기 각 구동모터로 작동신호를 전달하는 기능이 추가되는 것을 특징으로 하는 역진자시스템을 기반으로 한 게임 및 학습용 로봇.
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