KR20100069296A - 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 출력되는 음악에 따라 그에 적합한 춤동작을 능동적으로 다양하게 생성 하여 구현할 수 있어, 재생되는 음악과 상기 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구의 율동감을 일치시켜 줌으로써 사용자에게 흥미를 유발하고 식상함을 예방할 수 있는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구는, 재생되는 음악에 반응하여 동작을 구현하는 다관절 로봇 및 스탠드 박스로 구성되며, 상기 스탠드 박스는 통신입력포트; 제어신호 통신포트; 음원 저장부; 중앙처리부; 마스터/슬레이브 전환 스위치; 음향출력장치; 액추에이터 제어부; 액추에이터; 및 전원공급부를 포함하도록 구성된다.

음악, 로봇, 완구

Description

음악에 반응하여 동작하는 로봇완구{Dancing robot toy with music}

본 발명은 로봇완구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부로부터 입력받아 저장된 음원 데이터를 재생하는 플레이어 기능을 수행할 수 있음과 동시에, 상기 재생되는 음악에 반응하여 특정 동작을 구현할 수 있고, 다수개의 로봇완구를 상호 연결할 경우 복수의 로봇완구가 재생되는 음악에 맞추어 일치된 춤동작을 동시에 구현할 수 있도록 해주는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구에 관한 것이다.

근래에는 음악 청취를 원하는 사용자는 PDA, MP3플레이어, PMP 및 전자사전 등 다양한 전자 오디오 기기를 통하여 원하는 음악을 청취할 수 있다. 그러나 일반 전자 오디오 기기를 이용하여 음악을 청취할 경우, 사용자는 단지 스피커 또는 이어폰을 통하여 음악 청취라는 청각적 만족 밖에 얻을 수 없게 되어 사용자의 흥미를 유발하기에는 부족하였다.

이에 따라, 사용자의 흥미와 관심을 유발하기 위하여, 외부의 자극(예컨데, 박수, 음성과 같은 소리) 또는 재생되는 음악을 감지하여 미리 설정된 춤 동작으로 율동하도록 하는 로봇완구 등이 출시되고 있다. 즉, 즉, 종래의 율동하는 로봇완구는 정해진 춤동작을 미리 설정하여 두고 재생되는 음악과는 상관없이 미리 세팅된 동작으로 동작을 구현하도록 구성된다.

상기와 같은 바, 재생되는 음악의 박자, 세기 등과는 무관하게 정해진 동작으로만 로봇완구가 동작함에 따라, 특정 음악의 재생에 따른 청각적 느낌과 로봇완구의 율동에 따른 시각적 느낌이 동떨어지게되고, 결국 종래 로봇완구는 음악과는 상관없이 단순히 움직이는 정도에 지나기 않아 사용자의 흥미를 유발하기에는 부족하였고, 또한 쉽게 실증을 느끼게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, MP3 플레이어와 같은 음원 재생 장치 기능을 수행함과 동시에, 구비된 로봇완구가 출력되는 음악에 맞추어 그에 적합한 춤동작을 능동적으로 다양하게 생성하여 구현할 수 있는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구는, 외부 장치로부터 음원 데이터를 입력받는 통신입력포트; 상호에 연결된 다수의 로봇완구 간에 로봇완구의 동작을 제어하기 위한 로봇제어신호를 송수신하기 위한 제어신호 전송단(TXD) 및 제어신호 수신단(RXD)으로 구성된 한 쌍의 제어신호 통신포트; 상기 통신입력포트로부터 입력된 음원 데이터를 저장하는 음원 저장부;상기 음원 저장부로부터 복원되는 음원 데이터로부터 로봇완구의 동작제어를 위한 파라메타들을 분석하여 로봇제어신호를 생성 출력하며, 상기 복원되는 음원을 재생하기 위한 오디오신호를 출력하는 중앙처리부; 상기 중앙처리부가 마스터 모드 또는 슬레이브 모드로 전환되었음을 인식할 수 있도록 상기 중앙처리부에게 마스터/슬레이브 전환신호를 전송하는 마스터/슬레이브 전환스위치; 상기 오디오신호를 입력받아 외부로 음악을 출력해 주는 음향출력장치; 상기 중앙처리부로부터 생성 출력된 상기 로봇제어신호를 입력받아 액추에이터의 구동을 제어하는 액추에이터 제 어부; 상기 액추에이터 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라 로봇의 실질적인 작동을 구현해 주는 액추에이터; 및 상기 로봇의 동작 구현하고 상기 음원을 외부로 출력하기 위하여 필요한 전기에너지를 공급하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구에 의하면, 외부로부터 입력받아 저장된 음원 데이터를 재생하는 뮤직 플레이어 기능을 수행할 수 있음과 동시에, 상기 재생되는 음악에 반응하여 다양한 동작을 구현할 수 있고, 다수개의 로봇완구를 상호 연결할 경우 복수의 로봇완구가 재생되는 음악에 맞추어 일치된 춤동작을 동시에 구현할 수 있어, 재생되는 음악과 상기 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구의 율동감을 일치시켜 줌으로써 사용자에게 흥미를 유발하고 식상함을 예방할 수 있는 현저한 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구 및 상기 로봇완구를 다수개 접속 연결하여 일치된 춤동작을 구현하는 모습을 나타낸 실시예이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구는 기본적으로 재생되는 음악에 반응하여 동작을 구현하는 로봇(200) 및 스탠드 박스 (300)로 구성되며, 상기 스탠드 박스(300) 내에는 제어모듈(100)이 설치되고, 상기 제어모듈(100)은 통신입력포트(10); 제어신호 통신포트(20a,20b); 음원 저장부 (30); 춤동작 저장부(35); 중앙처리부(40); 마스터/슬레이브 전환스위치(50); 음향출력장치(60); 액추에이터 제어부(70); 액추에이터(80); 작동스위치(90); 및 전원공급부(95)를 포함하도록 구성된다.

도 2 는 도 1의 상기 스탠드 박스에 구비되는 제어모듈의 각 구성요소와 그 처리흐름을 나타낸 블록도이다.

도 1 및 도 2 를 참조하여, 본 발명의 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구를 구현하기 위한 구성요소 및 처리흐름을 설명하도록 한다.

본 발명의 상기 통신입력포트(10)는, 본 발명의 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구를 MP3플레이어, PC 및 휴대폰과 같은 주변장치와 연결하여 상기 주변장치에 담긴 오디오 파일(예컨데, MP3파일)을 입력받기 위한 장치로서, 통상의 통신입력포트로 사용되고 있는 USB 통신포트를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구는 시리얼 통신수단으로서, 상기 USB 통신포트 이외에, 상호 연결된 다수의 로봇완구 간에 로봇제어신호를 송수신하기 위한 제어신호 전송단(TXD) 및 제어신호 수신단(RXD)으로 구성된 한 쌍의 제어신호 통신포트(20a,20b)를 더 구비한다.

상기 제어신호 통신포트(20a,20b)는 본 발명의 로봇완구의 동작을 제어하기 위한 로봇제어신호를 이웃하는 로봇완구로 전송해주기 위한 제어신호 전송단(TXD)과 또다른 이웃하는 로봇완구의 제어신호 전송단(TXD)으로부터 출력되는 로봇제어신호를 입력받기 위한 제어신호 수신단(RXD)을 포함하도록 구성된 범용 비동기화 송수신기 (UART; Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)통신포트로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 UART 통신포트는 본 발명의 로봇완구를 상호 간에 연결시켜줌으로써, 재생되는 하나의 음악에 맞추어 모든 로봇완구가 일치된 춤동작을 동시에 구현할 수 있도록 하기 위한 제어신호 통신수단이다.

본 발명에 따른 상기 스탠드 박스(300)는 상기 다관절 로봇(200)이 설치되어 춤동작을 구현하는 박스형 스테이지에 해당하며, 상기 스탠드 박스(300) 내부에는 음원을 저장하고, 저장된 음원에 의거하여 음악을 재생하며, 재생되는 음악에 맞추어 상기 로봇완구가 율동하도록 제어하는 로봇제어신호를 생성 출력하기 위한 구성 요소가 구비된다.

상기 스탠드 박스(300)에는 2개의 UART 통신포트가 구비되며, 상기 한 쌍의 UART 통신포트는 해당 로봇완구에 부여된 모드(후술할, 마스터 또는 슬레이브 모드)에 따라 그 역할이 달라진다.

즉, 상호 연결된 다수의 로봇완구 중 특정 로봇완구가 마스터 모드로 선택된 경우, 상기 마스터 모드 로봇완구에 구비된 한 쌍의 UART 통신포트는 양쪽 모두가 제어신호 전송단(TXD) 역할을 수행하게 된다.

만약, 상호 연결된 다수의 로봇완구 중 특정 로봇완구가 슬레이브 모드로 선택된 경우, 상기 슬레이브 모드 로봇완구에 구비된 한 쌍의 UART 통신포트 중 한 쪽은 제어신호 수신단(RXD) 역할을 다른 한 쪽은 제어신호 전송단(TXD) 역할을 수 행하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구는, 상기 로봇완구 다수개를 상기 UART 통신포트를 이용하여 상호 연결함으로써 모두가 일치된 춤동작을 구현하도록 구성할 경우, 상기 복수의 로봇완구 중 하나의 로봇완구가 마스터 모드로 선택되면 나머지 로봇완구는 슬레이브 모드로 선택되어야 한다.

상기와 같은 바, 예컨데 3 개의 본 발명의 로봇완구를 상호간에 연결하고 그 중 가운데 위치한 로봇완구를 마스터 모드 로봇완구로 선택한다면, 상기 마스터 모드로봇완구의 양측에 연결되어 있는 각 로봇완구는 슬레이브 모드로 선택되어야 한다.

상기와 같이 설정할 경우, 상기 마스터 모드 로봇완구에 구비된 한 쌍의 UART 통신포트는 양쪽 모두가 제어신호 전송단(TXD) 역할을 담당하고, 상기 마스터 모드 로봇완구의 UART 통신포트에 각각 접속 연결되는 상기 슬레이브 모드 로봇완구의 UART 통신포트는 제어신호 수신단(RXD) 역할을 담당하게 된다.

만약 상기와 달리, 3 개의 로봇완구 중 끝단에 위치한 로봇완구를 마스터 모드 로봇완구로 선택한다면, 상기 마스터 모드 로봇완구의 일측 방향으로 연속적으로 연결되어 있는 나머지 두 개의 로봇완구는 슬레이브 모드로 선택되어야 한다.

상기와 같이 설정할 경우, 상술한 구성예와는 달리 이번에는 끝단에 위치한 로봇완구에 구비된 UART 통신포트가 제어신호 전송단(TXD) 역할을 담당하게 되고, 상기 끝단에 위치한 로봇완구의 UART 통신포트와 접속 연결된 가운데 위치한 로봇 완구의 UART 통신포트는 제어신호 수신단(RXD) 역할을 담당하게 되고, 상기 가운데 위치한 로봇완구에 구비된 다른 하나의 UART 통신포트는 제어신호 전송단(TXD) 역할을 수행하게 된다.

그리고, 상기 가운데 위치한 로봇완구의 제어신호 전송단 역할을 담당하는 상기 UART 통신포트와 접속 연결된 나머지 다른 하나의 로봇완구의 UART 통신포트는 제어신호 수신단(RXD) 역할을 담당하게 된다.

상기 구성예에서 살펴본 바와 같이, 하나의 로봇완구의 스탠드 박스(300)에 구비된 한 쌍의 UART 통신포트는 해당 로봇에게 부여된 모드에 따라 '전송단에서 수신단으로' 또는 '수신단에서 전송단'으로 그 역할이 전환되어진다.

본 발명에 따른 상기 음원 저장부(30)는, 상기 USB 통신포트를 통하여 연결된 주변장치로부터 압축된 형태의 디지털 음원 데이터를 입력받아 저장하는 역할을 한다.

본 발명에 따른 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구는 기본적으로 상기 음원 저장부(30)에 저장되어 있는 음원을 이용하여 음악을 외부로 출력하고 로봇을 작동시키는 것을 주요기능으로 하고 있으나, 로봇작동의 근거가 되는 음원을 상기 음원 저장부(30)가 아닌 외부음향기기로부터 직접 입력받아 음악을 재생하고, 로봇이 율동하도록 할 수도 있음은 물론이다.

즉, 상기 USB통신포트를 이용하여 PC와 연결되어 있을 경우에는 디지털 음원을 상기 PC에서 입력받거나 또는 외부음향기기에서 나오는 음원에 대하여 바로 외 부로 출력하고, 상기 음원에 맞추어 로봇이 동작하도록 하는 스피커와 같은 용도로 이용할 수도 있음은 당연하다.

본 발명에 따른 상기 중앙처리부(40)는 상기 음원 저장부(30)에 저장된 음원 데이터에 근거하여 본 발명의 로봇완구의 동작을 제어하기 위한 로봇제어신호 및 상기 음원을 복원하여 사용자가 청각적으로 인식할 수 있도록 해주는 오디오신호를 생성하게 된다.

본 발명에 따른 상기 춤동작 저장부(35)는, 상기 중앙처리부(40)가 상기 음원 저장부(30)로부터 복원되는 음원 데이터로부터 검출한 각각의 파라메타에 매칭되는 로봇제어신호 정보를 저장하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 상기 춤동작 저장부(35)는, 상기 중앙처리부(40)에 구비되어 연산 처리를 수행하는 마이크로프로세서(도4; 42)를 통하여 분석된 주파수 밴드그룹별 신호크기의 변화율을 기준으로하여 각 밴드그룹별 신호크기의 변화율에 대응하는 로봇제어신호 정보를 모션제어 테이블 형태로 저장하고 있다.

상기 모션제어 테이블은 상기 밴드 그룹별 신호크기의 변화율에 따라 상기 로봇완구의 어느 부위(예컨데, 왼발, 오른발 또는 머리 등)를 어떻게 구동할(예컨데, 단위시간당 동작반복횟수) 것이가에 대한 제어신호가 설정되어 있다.

예컨데, 상기 마이크로프로세서(도4; 42)에 의해 분석된 밴드그룹이 '밴드그룹 3' 에서 '밴드그룹 4'로 넘어가며 그 때의 신호크기 변화율이 0.5 에 해당한다면, 상기 마이크로프로세서(42)는 상기 모션제어 테이블에 저장되어 있는 정보 예컨데, 밴드그룹 3 에서 밴드그룹 4 로 넘어갈 경우 오른발을 작동시키고, 그 때의 신호크기 변화율이 0.5 라면 단위시간당 2번 작동하도록 지시하는 제어신호 정보와 매칭시켜 상기 로봇의 특정 부위가 특정 동작을 구현하도록 특정 로봇제어신호를 추출하여 출력하게 된다.

본 발명에 따른 상기 중앙처리부(40)는, 상기 음원 저장부(30)로부터 복원되는 음원 데이터로부터 로봇완구의 동작제어를 위한 파라메타들을 분석 검출하고, 검출된 파라메타에 대응하는 로봇완구 제어정보를 상기 춤동작 저장부(35)로부터 추출하여 로봇제어신호를 생성 출력하며, 동시에 상기 복원되는 음원을 외부로 출력하기 위한 오디오신호를 출력해준다.

상기 중앙처리부(40)의 신호출력단은 상기 음향출력장치(60) 및 엑추에이터 제어부(70)의 신호입력단과 접속 연결되고, 상기 액추에이터 제어부(70)의 신호출력단은 상기 액추에이터(80)의 신호입력단과 접속 연결된다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 중앙처리부(40)로부터 출력된 오디오신호는 스피커와 같은 음향출력장치(60)로 전송되어 증폭과정을 거쳐 외부로 출력됨으로써 사용자는 특정 음악을 청각적으로 인식할 수 있게 된다.

상기 중앙처리부(40)로터 출력되는 상기 로봇제어신호는 디지털 형태의 신호이기 때문에, 상기 로봇제어신호에 의거하여 상기 로봇완구를 실질적으로 제어 작동시키기 위하여는 상기 디지털 로봇제어신호를 아날로그 형태로 변환시켜야 한다.

따라서, 상기 중앙처리부(40)로부터 생성 출력된 상기 디지털 로봇제어신호는 상기 액추에이터(80)로 공급되기 전에 상기 액추에이터 제어부(70)로 전송되고, 상기 액추에이터 제어부(70)는 입력받은 상기 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환한다.

아날로그 형태로 변환된 상기 로봇제어신호는 상기 액추에이터(80)로 공급되고, 상기 액추에이터(80)는 입력되는 상기 로봇제어신호에 따라 상기 스탠드 박스 (300)에 설치되어 있는 로봇(200)이 특정 부위의 특정 모션을 구현하도록 제어한다.

상기 액추에이터(80)는 모터와 캠,기어와 같은 기계적 장치로 구성하여 상기 로봇완구의 각 부위를 구동하도록 하거나, 또는 도선을 균일하게 원통형으로 길게 감아 만든 코일로 이루어진 솔레노이드와 영구자석을 적용하여 상기 솔레노이드에 흐르는 전류신호를 조정함으로써 상기 솔레노이드가 상기 영구자석과 착탈이 이루어짐에 따라 발생하는 유동을 이용하여 로봇완구를 구동하도록 구성할 수도 있다.

상기 전원공급부(95)는 본 발명의 로봇완구가 음악에 반응하여 동작하기 위하여 필요한 전기에너지를 공급하는 수단으로 바람직하게는 통상의 건전지로 구성하거나 또는 충전용 내장전지로 구성할 수도 있다.

상기 충전용 내장전지로 구성할 경우에는 상기 USB 통신포트를 통해 PC와 연결함으로써 로봇완구의 작동에 필요한 전원을 충전시킬 수 있다. 또한, 건전지나 충전용 내장전지가 구비되지 않을 경우에는 USB 통신포트를 통해 PC로부터 전원을 공급받아 사용할 수도 있음은 물론이다.

상기 작동스위치(90)는 사용자가 상기 작동스위치(90)를 누르거나 하는 방식 을 통하여 본 발명의 로봇완구가 음악을 재생하고, 상기 재생되는 음악에 맞추어 율동을 수행하도록 명령하기 위한 수단에 해당한다.

상기 작동스위치(90)는 상기 중앙처리부(40)와 전기적으로 연결되어, 사용자가 상기 작동스위치(90)를 조작할 경우 시작신호가 상기 중앙처리부(40)로 입력되고, 상기 시작신호를 입력받은 중앙처리부(40)는 상기 음원 저장부(30)에 저장된 음원 데이터를 복원하여 상기 로봇제어신호를 생성하고 오디오신호를 출력하게 된다.

본 발명의 마스터/슬레이브 전환스위치(50)는, 본 발명의 로봇완구를 직렬방식으로 다수개 연결하여 동작시킬 경우, 하나의 로봇완구는 마스터 모드로 전환시키고, 상기 마스터 모드로 선택된 로봇완구에 이웃하는 나머지 로봇완구는 슬레이브 모드로 전환시켜 줌으로써, 상기 마스터 모드 로봇완구에서 생성 출력하는 로봇제어신호에 따라 나머지 모든 로봇완구도 동시에 일치된 춤동작을 구현할 수 있도록 하기 위한 모드설정 수단에 해당한다.

도 3 (a),(b) 및 (c) 는 본 발명에 따른 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구를 직렬로 다수개 연결한 모습을 나타낸 블록도이다.

도 3 에 도시된 제어모듈은, 마스터 또는 슬레이브 모드에 따른 본 발명의 로봇완구의 특징을 설명하기 위하여 필요한 구성요소만 선택적으로 도시하였다.

이하에서는 도 3 을 참조하여, 마스터 또는 슬레이브 모드에 따른 본 발명의 로봇완구의 특징을 설명하도록 한다.

먼저, 상기 중앙처리부(40)가 상기 마스터/슬레이브 전환 스위치의 조작에 의하여 마스터 모드로 선택될 경우, 상기 중앙처리부(40)는 활성화되어 능동적으로 상기 로봇제어신호를 생성하고 상기 오디오신호를 출력하기 위한 일련의 연산 처리과정을 수행한 후, 상기 생성된 상기 로봇제어신호는 상기 액추에이터 제어부(70) 및 상기 제어신호 전송단(TXD)으로 공급하고, 상기 오디오신호는 상기 음향출력장치(60)로 출력한다.

다음으로, 상기 중앙처리부(40)가 상기 마스터/슬레이브 전환 스위치 조작에 의하여 슬레이브 모드로 선택될 경우, 상기 중앙처리부(40)는 비활성화되어, 상기 로봇제어신호를 생성하고 상기 오디오신호를 출력하기 위한 일련의 연산 처리기능은 차단되고, 단지 제어신호 수신단(RXD)으로부터 입력되는 로봇제어신호를 상기 슬레이브 모드 로봇완구의 액추에이터 제어부(70) 및 상기 슬레이브 모드 로봇완구에 연결되어 있는 또 다른 슬레이브 모드 로봇완구에게 UART 통신포트를 통하여 전달해 주는 수동적인 기능만을 수행한다.

상술한 바와 같이, 중앙처리부(40)가 활성화되어 능동적으로 연산 처리 기능을 수행하도록 하거나 또는 단지 이웃하는 로봇으로부터 수신된 제어신호를 전송하는 수동적인 기능만 하도록 지시하기 위하여는 자신이 마스터 모드 또는 슬레이브 모드로 전환되었다는 것을 알릴 필요가 있다.

본 발명에 따른 상기 마스터/슬레이브 전환 스위치는 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기 중앙처리부(40)로 마스터 슬레이브 전환신호를 전송하는 수단에 해당한다.

도 3 을 참조하면, 상기 슬레이브 모드로 지정된 로봇완구(도3 (b) 및 (c))에 구비된 한 쌍의 UART 통신포트는 한 쪽은 제어신호 수신단(22a,23a) 역할을 하게 되고, 다른 한 쪽의 UART 통신포트는 제어신호 전송단(22b,23b) 역할을 수행하게 된다.

반면, 상기 마스터 모드로 지정된 로봇완구(도3 (a))의 UART 통신포트는 모두 제어신호 전송단(TXD; 21a,21b) 역할을 담당하게 되어, 상기 마스터 모드 로봇완구의 제어신호 전송단(21b)과 접속 연결된 슬레이브 모드 로봇완구(도3(b))의 UART 통신포트(즉, 제어신호 수신단(22a))로 로봇제어신호를 전송한다.

도 3 의 일실시예에서는, 도 3 (a) 에 도시된 본 발명의 로봇완구를 마스터 모드로 지정하고, 도 3 (b) 및 (c)에 도시된 로봇완구를 슬레이브 모드로 지정하였으나, 사용자의 의도에 따라 도 3 (b) 에 위치한 로봇완구를 마스터 모드로 선택하고, 상기 마스터 모드로 선택된 로봇완구를 제외한 나머지는 슬레이브 모드로 전환되도록 배열 구성하여 동작시킬 수 있음은 물론이다.

도 4 는 본 발명에 따른 중앙처리부의 구체적인 구성을 설명하기 위한 상세 블록도이다.

도 4 를 참조하면 본 발명에 따른 중앙처리부(40)는 기본적으로, 상기 통신입력포트(10)와 상기 중앙처리부(40)를 전기적으로 연결시켜 주기 위한 통신입력포트 인터페이스부(도시되지 않음), 상기 제어신호 통신포트(20a,20b)를 상기 중앙처 리부(40)와 전기적으로 연결시켜 주기 위한 제어신호 통신포트 인터페이스부(도시도지 않음) 그리고 오디오 코덱부(45), 주파수 분석부(41) 및 마이크로 프로세서 (42)를 포함한다.

본 발명의 상기 오디오 코덱부(45)는, 상기 통신입력포트(10)로부터 입력되는 상기 음원 데이터가 아날로그 신호일 경우 디지털 신호로 변환해주며, 상기 춤동작 저장부(35)로부터 추출되는 디지털 형태의 오디오신호를 아날로그 형태의 오디오신호로 변환하여 외부로 출력될 수 있도록 해준다.

본 발명의 상기 주파수 분석부(41)는, 상기 음원 저장부(30)로부터 복원되는 음원이 나타내는 주파수 스펙트럼을 분석하여 주파수별 신호크기 정보를 제공해주는 역할을 수행한다. 상기 주파수 분석부(41)에 의하여 분석된 정보의 가로축은 주파수 대역을 나타내고, 세로축은 수신된 신호크기를 나타낸다.

상기 주파수 분석부(41)를 통하여 각 밴드 별로 검출된 신호크기는 상기 마이크로 프로세서(42)로 입력되고, 상기 각 밴드 별 신호크기를 입력받은 마이크로 프로세서(42)는 몇 개의 밴드를 그룹으로 묶어 산술평균한 밴드 그룹별 신호크기 얻기위한 연산처리를 수행한다.

이후, 상기 마이크로 프로세서(42)는 상기 과정을 반복하며 연속적으로 생성되는 그룹별 신호크기의 변화율을 계산한다. 즉, 상기 마이크로 프로세서(42)는 현재 신호크기과 연이어 생성되는 다음 신호크기의 차이(즉,변화율)를 기준으로 상기 로봇완구의 특정부위가 특정 모션을 구현하도록 제어하는 로봇제어신호를 생성 하는 것이다.

상기 연산과정을 통하여 신호크기 변화율을 계산한 상기 마이크로 프로세서 (42)는, 각각의 변화율에 각각 매칭되는 로봇제어신호 정보를 저장하고 있는 춤동작 저장부(35)의 모션제어 테이블로터 해당 로봇제어신호를 추출하여 상기 액추에이터 제어부(70) 및 제어신호 전송단(TXD)으로 공급해 준다.

따라서, 상기 중앙처리부(40)로부터 직접적으로 상기 로봇제어신호를 전송받은 마스터 모드 로봇완구의 액추에이터 제어부(70), 그리고 상기 마스터 모드 로봇완구의 상기 제어신호 전송단(TXD)을 통해 상기 로봇제어신호를 전송받은 이웃하는 나머지 로봇완구(즉, 슬레이브 모드 로봇완구)의 액추에이터 제어부(70)는 동일한 제어신호에 따라 동일한 춤동작을 동시에 구현할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 상기 중앙처리부(40)는 상술한 바와 같이 상기 음원 저장부 (30)로부터 복원되는 음원에 근거하여 두가지 신호(즉, 로봇제어신호 및 오디오신호)를 출력해 준다.

그러나, 상기 오디오신호가 상기 음향출력장치(60)에 도달하여 외부로 음악을 출력하기까지 소요되는 시간과, 상기 음원을 분석하여 특정 로봇제어신호를 생성함으로써 상기 로봇완구를 실질적으로 동작시키기까지 소요되는 시간 상호간에는 소정의 시간적 간격 즉, 딜레이(delay)가 발생하게 된다.

상기 딜레이의 발생은, 외부로 출력되어 음악과 상기 음악에 반응하여 작동 하는 로봇완구의 동작이 불일치하는 문제를 야기한다.

따라서, 본 발명의 상기 중앙처리부(40)는, 상기 로봇제어신호와 오디오신호 간의 딜레이 현상을 제거하기 위한 동기화 버퍼(43) 및 상기 동기화 버퍼(43)와 연결되는 신호분리부(44)를 더 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 상기 동기화 버퍼(43)는, 입력되는 음원을 분석하여 로봇완구를 실질적으로 동작시키기까지 소요되는 시간을 고려하여, 상기 오디오신호에 의한 음원의 외부 출력을 지연시키는 역할을 한다.

구체적으로, 상기 동기화 버퍼(43)는 상기 마이크로 프로세서(42)와 상기 오디오코덱 사이에 설치되어 출력속도가 빠른 상기 오디오신호를 일시적으로 저장하였다가 출력해줌으로써, 상기 로봇제어신호와 오디오신호를 동기화시켜 상호 간의 딜레이를 제거할 수 있게 된다.

상기 신호분리부(44)는 상기 동기화 버퍼(43)로부터 동기화된 로봇제어신호 및 오디오신호를 입력받아 분리하여, 상기 로봇제어신호는 상기 액추에이터 제어부(70) 및 제어신호 전송단(21b)으로 전송하고 상기 오디오신호는 상기 오디오 코덱부(45)로 전송함으로써 음원의 외부 출력 및 상기 외부로 출력되는 음악에 반응하여 로봇완구가 특정 동작을 구현할 수 있도록 한다.

상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 중앙처리부는(40)는 상기 로봇제어신호의 생성 출력을 위하여, 상기 음원 데이터를 분석한 후 상기 분석 연산과정을 통하여 획득된 값을 상기 춤동작 저장부의 모션제어 테이블과 매칭시킴으로 써 최종적으로 로봇제어신호를 생성 출력하도록 설명 및 도시하였으나, 상기와 같은 춤동작 저장부와 매칭과정을 생략하고, 분석 연산과정을 통하여 획득한 값만을 가지고(예컨데, 최초 획득값과 다음 획득값의 차이값에 따른 제어신호 출력 등)단순히 로봇제어신호를 생성 출력하도록 구성할 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명에 따른 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구는 상기 음원 저장부로부터 복원 재생되는 음원 관련 정보(예컨데, 곡목, 재생시간, 가수명 등)를 표시해주기 위한 디스플레이부와 상기 디스플레이부의 조명을 위한 조명부 그리고 음원 데이터에 연동하여 상기 디스플레이부 및 상기 조명부를 제어하여 실행하기 위한 제어부를 더 포함하도록 구성함으로써, 음악의 재생 기능, 재생되는 음악에 따른 로봇의 율동 기능은 물론 재생되는 음악의 정보도 사용자가 쉽게 인식할 수 있도록 하여 그 편의성을 더욱 증대시킬 수 있다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 기술되었지만, 그러한 용어은 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것이며 또한, 상기 본 발명의 바람직한 실시예는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다.

상기 바람직한 실시예에 있어서는, 상기 액추에이터(80)를 모터 또는 솔레노이드로 구성하고, 음원에 반응하여 동작하는 대상을 로봇완구로 구성하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음은 물론이다.

예컨데, 상기 로봇완구 대신 또는, 상기 로봇완구와 병행하여 LCD, LED 또는 램프와 같은 시각표시장치를 설치하고, 상기 시각표시장치를 제어하여 특정 작동을 수행하도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 바람직한 실시예에서는 외부로부터 음원을 입력받기 위한 통신입력포트(10)를 USB 통신포트로 구성하였으나, 아날로그 형태의 음원 데이터를 입출력하기 위한 오디오 단자(AUX-IN)을 더 포함하도록 구성할 수 있음은 물론이다.

상기 오디오 단자(AUX-IN)을 추가로 더 구비할 경우, 상기 오디오 단자 (AUX-IN)로부터 입력되는 아날로그 형태의 음원 데이터는 상기 오디오코덱을 통하여 디지털 신호로 변환되어, 상술한 중앙처리부(40)의 연산 처리과정을 거침으로써 동일한 효과를 구현할 수 있게 된다.

이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구의 개략적인 블록도.

도 2 는 도 1의 상기 스탠드 박스에 구비되는 제어모듈의 각 구성요소와 그 처리흐름을 나타낸 블록도.

도 3 (a),(b) 및 (c) 는 본 발명에 따른 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구를 직렬로 다수개 연결한 모습을 나타낸 블록도.

도 4 는 본 발명에 따른 중앙처리부의 구체적인 구성을 설명하기 위한 상세 블록도.

Claims (16)

1. 로봇과 상기 로봇이 설치되는 스탠드 박스로 구성된 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구로서,

   외부 장치로부터 음원 데이터를 입력받는 통신입력포트;

   상호 연결된 다수의 로봇완구 간에 로봇완구의 동작을 제어하기 위한 로봇제어신호를 송수신하기 위한 제어신호 전송단(TXD) 및 제어신호 수신단(RXD)으로 구성된 한 쌍의 제어신호 통신포트;

   음원 데이터를 저장하는 음원 저장부;

   상기 음원 저장부로부터 복원되는 음원 데이터로부터 로봇완구의 동작제어를 위한 파라메타들을 분석하여 로봇제어신호를 생성 출력하며, 상기 복원되는 음원을 재생하기 위한 오디오신호를 출력하는 중앙처리부;

   상기 중앙처리부가 마스터 모드 또는 슬레이브 모드로 전환되었음을 인식할 수 있도록 상기 중앙처리부에게 마스터/슬레이브 전환신호를 전송하는 마스터/슬레이브 전환스위치;

   상기 오디오신호를 입력받아 외부로 음악을 출력해 주는 음향출력장치;

   상기 중앙처리부로부터 생성 출력된 상기 로봇제어신호를 입력받아 액추에이터의 구동을 제어하는 액추에이터 제어부;

   상기 액추에이터 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라 로봇의 실질적인 작동을 구현해 주는 액추에이터; 및

   상기 로봇의 동작 구현하고 상기 음원을 외부로 출력하기 위하여 필요한 전기에너지를 공급하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙처리부는,

   상기 통신입력포트로부터 입력되는 상기 음원 데이터가 아날로그 신호일 경우 디지털 신호로 변환해주며, 상기 음원 저장부로부터 복원되는 디지털 형태의 오디오신호를 아날로그 형태의 오디오신호로 변환해주는 오디오 코덱부;

   상기 음원 저장부로부터 복원되는 음원이 나타내는 주파수 스펙트럼을 분석하여 주파수별 신호크기의 정보를 제공해주는 주파수 분석부; 및

   상기 주파수 분석부로부터 검출된 신호크기에 의거한 연산처리를 통하여 상기 로봇제어신호를 생성 출력하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 중앙처리부는,

   상기 로봇제어신호와 오디오신호를 동기화시켜 상호 간의 딜레이를 제거하기 위한 동기화 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 중앙처리부는,

   상기 동기화 버퍼로부터 동기화된 로봇제어신호 및 오디오신호를 입력받아 분리하여, 상기 로봇제어신호는 상기 액추에이터 제어부 및 상기 제어신호 전송단(TXD)으로 전송하고 상기 오디오신호는 상기 오디오 코덱부로 전송하는 신호분리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙처리부가 상기 마스터/슬레이브 전환 스위치의 조작에 의하여 마스터 모드로 선택될 경우, 상기 중앙처리부는 활성화되어 능동적으로 상기 로봇제어신호를 생성하고 상기 오디오신호를 출력하기 위한 일련의 연산 처리과정을 수행한 후, 상기 생성된 로봇제어신호는 상기 액추에이터 제어부 및 상기 제어신호 전송단(TXD)으로 공급하고, 상기 오디오신호는 상기 음향출력장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙처리부가 상기 마스터/슬레이브 전환 스위치 조작에 의하여 슬레이브 모드로 선택될 경우, 상기 중앙처리부는 상기 로봇제어신호를 생성하고 상기 오디오신호를 출력하기 위한 일련의 연산 처리기능은 차단되고, 단지 제어신호 수신단(RXD)으로부터 입력되는 로봇제어신호를 상기 액추에이터 제어부 및 상기 제어신호 전송단(TXD)으로 공급해주기 위한 수동적인 기능만을 수행하는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구는,

   상기 음원 데이터로부터 분석되는 파라메타에 대응하는 로봇제어신호 정보를 담고 있는 모션제어 테이블이 저장된 춤동작 저장부를 더 포함하고,

   상기 마이크로 프로세서는,

   상기 주파수 분석부로부터 검출된 신호크기에 의거한 연산처리와 상기 춤동작 저장부에 저장된 모션제어 테이블에 의거한 비교처리 과정을 통하여 상기 로봇제어신호를 생성 출력하는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 마이크로 프로세서는 상기 주파수 분석부를 통해 얻은 각 밴드 별 신호크기에서, 몇 개의 밴드를 그룹으로 묶어 산술평균한 밴드 그룹별 신호크기를 얻기 위한 연산처리를 수행하고, 현재 밴드그룹의 신호크기과 다음 밴드그룹 신호크기의 변화율에 각각 매칭되는 로봇제어신호를 저장하고 있는 상기 춤동작 저장부의 모션제어 테이블로부터로 상기 로봇의 특정부위가 특정 모션을 구현하도록 제어하는 로봇제어신호를 추출하여 출력하는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 통신입력포트는 USB 통신포트인 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제어신호 통신포트는 범용 비동기화 송수신기(UART) 통신포트인 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구는,

    외부로부터 아날로그 오디오신호를 입력받기 위한 오디오 단자(AUX-IN)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 음원 저장부 및 춤동작 저장부는 플래시 메모리인 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 액추에이터는,

    모터 또는 솔레노이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 전원공급부는,

    건전지 또는 충전용 내장전지인 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하 는 로봇완구.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 전원공급부는,

    PC로부터 상기 통신입력포트를 통해 직접 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구는,

    상기 음원 저장부로부터 복원 재생되는 음원 데이터 관련 정보를 표시해주기 위한 디스플레이부;

    상기 디스플레이부의 조명을 위한 조명부; 및

    상기 음원 데이터에 연동하여 상기 디스플레이부 및 상기 조명부를 제어하여 작동시키기 위한 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음악에 반응하여 동작하는 로봇완구.

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