KR20100091601A - 교육용 트레이싱 로봇 - Google Patents

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Abstract

교육용 트레이싱 로봇이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 교육용 트레이싱 로봇은 양측면에 각각 제1바퀴와 제2바퀴가 설치되는 몸체부 ; 상기 몸체부 전면의 양측에 각각 장착되며 전면에 있는 물체를 인식하고 상기 물체와의 거리를 측정하여 제1거리값과 제2거리값으로 출력하는 제 1센서 및 제 2센서 ; 상기 제1거리값과 상기 제2거리값을 수신하고, 상기 제1거리값을 상기 제1거리값에 대응되는 제1기준값과 비교하고, 상기 제2거리값을 상기 제2거리값에 대응되는 제2기준값과 비교하여 상기 제1바퀴 및 상기 제2바퀴의 구동을 제어하는 제어부를 구비한다. 상기 제어부는, 상기 제1거리값 또는 상기 제2거리값이 대응되는 상기 제1기준값 또는 상기 제2기준값보다 크면 상기 제1바퀴 또는 상기 제2바퀴가 정회전하도록 상기 제1바퀴를 구동하는 제1모터 또는 상기 제2바퀴를 구동하는 제2모터를 구동시킨다. 또한 상기 제어부는 상기 제1거리값 또는 상기 제2거리값이 상기 제1기준값 또는 상기 제2기준값보다 작으면 상기 제1바퀴 또는 상기 제2바퀴가 역회전하도록 상기 제1모터 또는 상기 제2모터를 구동시켜 상기 물체를 일정한 거리를 유지하며 추적한다.
트레이싱로봇

Description

교육용 트레이싱 로봇{Tracing Robot for education}
본 발명은 교육용 트레이싱 로봇에 대한 것으로서, 특히 물체와의 거리를 측정하여 물체와 일정한 거리를 유지하며 추적하는 트레이싱 로봇에 관한 것이다.
교육용 로봇을 과학교구로서 사용하여 로봇을 제작하고 로봇의 구동원리를 이해하는 수업이 학교에서 진행되고 있다. 학생들에게 로봇의 구동원리를 이해시키기 위하여 여러가지 로봇 모델들이 이용되고 있으며, 그 중에 하나로 물체를 추적하는 방법에 대하여 교육하기 위한 로봇이 있다. 물체를 추적하는 로봇들 중에서 일반적으로 모터를 이용하여 구동하는 로봇의 경우 라인트레이서나 어보이더 로봇을 제작한다.
그러나, 라인트레이서와 같은 로봇은 바퀴의 회전수를 엔코딩하고 엔코딩된 값을 비례제어나, 적분제어, 미분제어를 이용하여 속도를 일정하게 유지하는 등의 원리를 이용하는 것으로서, 실질적으로 전방에 있는 물체와의 거리를 측정하고 거리를 일정하게 유지시키도록 하는 원리가 아니어서 물체를 추적하는 로봇을 이용한 교육에 있어서 직접적인 물체추적 원리를 학생들에게 이해시키기 어려운 문제가 현재 학교 수업에서 존재하고 있다.
거리측정 센서 2개를 사용하여 일정거리를 유지하면서 물체를 추적할 수 있는 로봇완구를 이용한다면 물체 추적하는 원리를 교육하기에 그 활용도가 높을 수 있으며, 이 로봇의 원리를 이용하여 여러 개의 로봇을 연결하여 추적할 수 있는 로봇을 제작 교육할 수 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 물체와의 거리를 측정하고 측정된 거리를 인식하여 물체와의 거리를 일정하게 유지하며 추적할 수 있는 교육용 트레이싱 로봇을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 교육용 트레이싱 로봇은 양측면에 각각 제1바퀴와 제2바퀴가 설치되는 몸체부 ; 상기 몸체부 전면의 양측에 각각 장착되며 전면에 있는 물체를 인식하고 상기 물체와의 거리를 측정하여 제1거리값과 제2거리값으로 출력하는 제 1센서 및 제 2센서 ; 상기 제1거리값과 상기 제2거리값을 수신하고, 상기 제1거리값을 상기 제1거리값에 대응되는 제1기준값과 비교하고, 상기 제2거리값을 상기 제2거리값에 대응되는 제2기준값과 비교하여 상기 제1바퀴 및 상기 제2바퀴의 구동을 제어하는 제어부를 구비한다.
상기 제어부는, 상기 제1거리값 또는 상기 제2거리값이 대응되는 상기 제1기준값 또는 상기 제2기준값보다 크면 상기 제1바퀴 또는 상기 제2바퀴가 정회전하 도록 상기 제1바퀴를 구동하는 제1모터 또는 상기 제2바퀴를 구동하는 제2모터를 구동시킨다. 또한 상기 제어부는 상기 제1거리값 또는 상기 제2거리값이 상기 제1기준값 또는 상기 제2기준값보다 작으면 상기 제1바퀴 또는 상기 제2바퀴가 역회전하도록 상기 제1모터 또는 상기 제2모터를 구동시켜 상기 물체를 일정한 거리를 유지하며 추적한다.
상기 제어부는, 상기 제1거리값과 상기 제2거리값을 수신하여 각각 제1디지털거리값 및 제2디지털거리값으로 변환하여 출력하는 아날로그디지털 컨버터 및 상기 제1기준값 및 상기 제2기준값을 저장하고, 상기 제1기준값 및 상기 제2기준값과 상기 제1디지털거리값 및 제2디지털거리값을 비교하여 상기 제1모터와 상기 제2모터를 각각 제어하는 제1신호 및 제2신호를 출력하는 프로세서를 구비한다.
상기 제어부는 상기 제1기준값 및 상기 제2기준값을 설정하기 위한 설정신호를 발생하여 상기 프로세서로 전송하는 스위치를 더 구비하고, 상기 설정신호가 수신된 뒤 처음 입력되는 상기 제1거리값을 상기 제1기준값으로 설정하고 처음 입력되는 상기 제2거리값을 상기 제2기준값으로 설정한다.
상기 제 1센서와 상기 제 2센서는 적외선 발광센서와 적외선 수광센서가 한조를 이루어 구성된다. 상기 몸체부는 후면에 반사판을 더 구비하고, 상기 반사판은 가장자리보다 중앙이 더 돌출되어 둥근형상이다.
상기 제어부는 상기 제1센서 및 상기 제2센서로부터 수신되는 상기 제1거리값 및 상기 제2거리값의 강도가 소정의 임계값보다 작으면, 상기 제1바퀴를 정회전시키고 상기 제2바퀴를 역회전 시켜 상기 몸체부가 제자리 회전을 하도록 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 교육용 트레이싱 로봇의 외형을 나타내는 도면이다.
도 1의 좌측도면은 측면도이고 우측도면은 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따를 교육용 트레이싱 로봇은 몸체부(500), 제1센서(201) 및 제2센서(202), 제1바퀴(101) 및 제2바퀴(102), 제어부(300)를 구비한다.
몸체부(500)는 양측면에 각각 제1바퀴(101)와 제2바퀴(102)가 설치된다. 도1에는 몸체부(500)가 네모나게 도시되어 있으나 네모난 모양에 한정되지 아니한다.
제1센서(201) 및 제2센서(202)는 몸체부(500) 전면의 양측에 각각 장착되며 전면에 있는 물체(미도시)를 인식하고 물체와의 거리를 측정하여 제1거리값과 제2거리값으로 출력한다.
제어부(300)는 제1거리값과 제2거리값을 수신하고, 제1거리값을 제1거리값에 대응되는 제1기준값과 비교하고, 제2거리값을 제2거리값에 대응되는 제2기준값과 비교하여 제1바퀴(101) 및 제2바퀴(102)의 구동을 제어한다. 제어부(300)는 몸체부(500)에 설치된다. 도 1에는 몸체부(500)의 상면에 제어부(300)가 설치된 것처럼 도시되나 이에 한정되지 아니한다.
제1및 제 2바퀴(101,102)는 각각 제1 및 제 2모터(미도시)에 의해서 구동되며 지면에 맞닿아 있다.
제어부(300)는 제1거리값이 제1기준값보다 크면 제1바퀴가 정회전하도록 제1모터를 구동시킨다. 마찬가지로, 제어부(300)는 제2거리값이 제2기준값보다 크면 제2바퀴가 정회전하도록 제2모터를 구동시킨다.
또는 반대로, 제1거리값이 대응되는 제1기준값보다 작으면 제1바퀴(101)가 역회전하도록 제1모터를 구동시키며, 제2거리값이 대응되는 제2기준값보다 작으면 제2바퀴(102)가 역회전하도록 제2모터를 구동시킨다.
따라서, 본 발명의 교육용 트레이싱 로봇이 물체를 일정한 거리를 유지하며 추적할 수 있다. 여기서, 정회전은 로봇이 앞으로 전진하는 방향을 의미하고 역회전은 로봇이 뒤로 후진하는 방향을 의미한다. 그러나, 정회전과 역회전의 정의를 반대로 할 수도 있다.
몸체부(500)는 후면에 반사판(400)을 더 구비할 수 있다. 반사판(400)은 도 1에 도시된 것처럼 가장자리보다 중앙이 더 돌출되어 둥근형상이다. 이러한 반사판(400)을 후면에 설치함으로써 본 발명의 교육용 트레이싱 로봇을 여러개 연결하여 완구나 게임용으로 이용할 수도 있다. 반사판(400)은 후면뿐만 아니라 트레이싱 로봇의 측면까지 둘러싸면서 설치될 수도 있다.
도 2는 트레이싱 로봇이 다른 물체를 인식할 때의 모터구동 방향을 도시한 것이다.
도 3은 트레이싱 로봇이 지정된 일정한 거리를 유지하여 정지상태를 도시한 것이다.
도 4는 제어부의 구조와 동작을 설명하는 도면이다.
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 교육용 트레이싱 로봇의 원리를 동작과 함께 설명한다.
제어부(300)는 트레이싱로봇이 물체에서 어떠한 방향으로 얼마만큼 떨어져서 위치해 있는지를 제 1 센서(201)와 제 2 센서(202)로부터 발생되는 제 1 거리값(A1)과 제 2 거리값(A2)을 이용하여 판단한다. 좀 더 정확히 설명하면, 제어부(300)는 제 1 거리값(A1)과 제 2 거리값(A2)이 디지털값으로 변환된 값을 수신하고 이들 값을 이용하여 트레이싱 로봇의 위치 상태를 판단한다.
여기서, 물체는 후방의 트레이싱 로봇의 제1센서(201) 및 제2센서(202)로부터 출력되는 광신호가 도달하는 부분이 가급적 둥근형상이어야 한다. 그러면 물체가 전진 또는 후진하는 경우 이외에도 좌회전 또는 우회전 하는 경우에도 후방의 트레이싱 로봇이 물체의 위치를 추적할 수 있다. 물체의 후면이 평평하면 후방의 트레이싱 로봇이 물체의 전후진은 추적할 수 있으나, 물체의 좌우회전은 추적하지 못하고 에러를 발생시킬 가능성이 있기 때문이다.
제1센서(201)와 제2센서(202)는 적외선 발광센서와 적외선 수광센서가 한조를 이루어 구성된다. 따라서, 적외선 발광센서에서 광신호를 출력하면 전면에 있는 물체에 부딪힌 후 반사된 광신호가 수광센서로 수신된다. 그러면, 제1센서(201)와 제2센서(202)는 제1거리값(A1)과 제2거리값(A2)을 출력한다. 제1거리값(A1)과 제2거리값(A2)은 전압신호이다.
제1센서(201)와 제2센서(202)는 적외선 센서 이외에도 거리를 측정할 수 있는 센서라면 이용될 수 있다.
제어부(300)는 제1거리값(A1)과 제2거리값(A2)을 수신하여 각각 제1디지털거리값(AD1) 및 제2디지털거리값(AD2)으로 변환하여 출력하는 아날로그디지털 컨버터(310) 및 제1기준값 및 제2기준값을 저장하고, 제1기준값 및 제2기준값과 제1디지털거리값(AD1) 및 제2디지털거리값(AD2)을 비교하여 제1모터(330)와 제2모터(340)를 각각 제어하는 제1신호(S1) 및 제2신호(S2)를 출력하는 프로세서(320)를 구비한다.
제1기준값과 제2기준값은 앞에있는 물체와 트레이싱 로봇이 일정하게 유지할 거리를 나타내는 값으로 사용자가 자유롭게 설정할 수 있다.
즉, 제어부(300)는 제1기준값 및 상기 제2기준값을 설정하기 위한 설정신호(REM)를 발생하여 프로세서(320)로 전송하는 스위치(450)를 더 구비한다.
사용자가 스위치(450)를 턴 온시켜 설정신호(REM)를 프로세서(320)로 전송하면, 프로세서(320)는 설정신호(REM)가 수신되었음을 인지한다.
그리고, 사용자는 추적하려는 물체를 트레이싱 로봇 앞에 두고 제1센서(201)및 제2센서(202)가 광신호를 발생하여 제1거리값(A1)과 제2거리값(A2)을 발생하도록 한다. 제1센서(201) 및 제2센서(202)는 별도의 스위치에 의해서 사용자가 직접 동작시킨다.
설정신호(REM)가 프로세서(320)로 수신된 뒤 처음 프로세서(320)로 입력되는 제1거리값(A1)이 제1기준값으로 설정된다. 그리고, 처음 입력되는 제2거리값(A2)이 제2기준값으로 설정된다. 정확히 설명한다면, 제1거리값(A1)과 제2거리값(A2)이 디지털값으로 변환된 제1디지털거리값(AD1)과 제2디지털거리값(AD2)이 제1및 제2기준값으로 설정된다.
아날로그 디지털 컨버터(310)는 제1거리값(A1)과 제2거리값(A2)은 전압신호로서 아날로그 값이므로 프로세서가 인식하고 비교할 수 있도록 디지털 값으로 변환한다.
도 2에서와 같이 뒤쪽에 있는 트레이싱 로봇이 앞쪽에 있는 트레이싱로봇의 반사판을 인식하고 뒤쪽에 있는 트레이싱 로봇의 위치 상태를 판단할 수 있다. 제1센서(201)가 출력한 반사판(400)으로부터의 제1거리값이 제1기준값보다 크면 도2에서와 같이 제1센서(201)측이 앞의 트레이싱로봇으로부터 기준값보다 멀리 떨어져 있다는 의미이다.
따라서, 제어부(300)는 제1신호(S1)를 이용하여 제1모터(330)를 정회전하도록 하여 제1바퀴(101)를 정구동한다. 제2센서(202)가 출력한 반사판(400)으로부터의 제2거리값(A2)이 제2기준값보다 작으면 제어부(300)는 제2신호(S2)를 이용하여 제2모터(340)를 역회전하도록 하여 제2바퀴(102)를 역구동한다.
그러면, 뒤쪽의 트레이싱 로봇은 도3처럼 앞의 트레이싱 로봇과 정해진 거리만큼 떨어지며 위치를 잡을 수 있다.
도 5는 트레이싱 로봇이 전면에 둥근 물체를 인식한 것을 도시한 것이다.
상기 제어부(300)는 스위치(450)에 의하여 발생된 설정신호(REM)를 수신하고 물체인식 거리를 도 5처럼 하여 입력되어지는 제 1거리값(A1) 및 제 2 거리값(A2)을 각각 제1 및 제2기준값으로 설정할 수 있다. 또한 센서의 오차값으로 인한 정확한 거리를 보정할 수 있다.
도 6에서처럼 둥근 물체가 앞으로 이동을 하면 제1 및 제2센서(201,202)가 감지하여 제 1바퀴(101)와 제 2바퀴(202)를 정구동하여 일정거리를 유지하여 추적한다.
도 7에서처럼 둥근 물체가 뒤로 이동하면 제1 및 제2센서(201,202)가 감지하여 제 1바퀴(101)와 제 2바퀴(202)를 역구동하여 일정거리를 유지하여 후퇴도 할 수 있다.
도 8에서처럼 둥근 물체가 옆으로 이동하게 되면 트레이싱 로봇이 둥근 물체이동방향으로 추적할 수 있음을 쉽게 알 수 있다.
특히, 제어부(300)는 제1센서(201) 및 제2센서(202)로부터 수신되는 제1거리값(A1) 및 제2거리값(A2)의 강도가 소정의 임계값보다 작으면, 제1바퀴(101)를 정회전시키고 제2바퀴(102)를 역회전 시켜 몸체부(500)가 제자리 회전을 하도록 한다.
제1거리값(A1) 및 제2거리값(A2)은 전압신호이므로 그 전압신호의 세기가 미리 정해진 임계값(일정한 전압레벨이 될 것이다)보다 작으면 트레이싱 로봇의 전면에 물체가 존재하지 않는 것으로 가정할 수 있다. 그러면, 제어부(300)는 제1 바퀴(101)를 정회전시키고 제2바퀴(102)를 역회전 시켜 몸체부(500)가 제자리에서 회전하도록 한다.
몸체부(500)가 제자리에서 회전하면서 계속하여 제1센서(201)와 제2센서(202)는 물체를 찾아낼 수 있고, 물체가 찾아지면 이에 반응하여 제어부(300)는 제1바퀴(101)와 제2바퀴(102)를 구동시켜 물체를 추적할 수 있다.
이러한 반사판이 달린 트레이싱 로봇을 무선조종하고 트레이싱 로봇이 여러 개가 따라오게 할 수 있는 로봇게임을 만들 수 있을 것이다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에서 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것이 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로서부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 교육용 트레이싱 로봇의 외형을 나타내는 도면이다.
도 2는 트레이싱 로봇이 다른 물체를 인식할 때의 모터구동 방향을 도시한 것이다.
도 3은 트레이싱 로봇이 지정된 일정한 거리를 유지하여 정지상태를 도시한 것이다.
도 4는 제어부의 구조와 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 트레이싱 로봇이 전면에 둥근 물체를 인식한 것을 도시한 것이다.
도 6는 둥근 물체가 앞으로 이동을 하였을 때, 트레이싱 로봇의 구동상태를 도시한 것이다.
도 7은 둥근 물체가 뒤로 이동을 하였을 때, 트레이싱 로봇의 구동상태를 도시한 것이다.
도 8는 둥근 물체가 우측으로 이동을 하였을 때, 트레이싱 로봇의 구동상태를 도시한 것이다.

Claims (6)

  1. 양측면에 각각 제1바퀴와 제2바퀴가 설치되는 몸체부 ;
    상기 몸체부 전면의 양측에 각각 장착되며 전면에 있는 물체를 인식하고 상기 물체와의 거리를 측정하여 제1거리값과 제2거리값으로 출력하는 제 1센서 및 제 2센서 ;
    상기 제1거리값과 상기 제2거리값을 수신하고, 상기 제1거리값을 상기 제1거리값에 대응되는 제1기준값과 비교하고, 상기 제2거리값을 상기 제2거리값에 대응되는 제2기준값과 비교하여 상기 제1바퀴 및 상기 제2바퀴의 구동을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1거리값 또는 상기 제2거리값이 대응되는 상기 제1기준값 또는 상기 제2기준값보다 크면 상기 제1바퀴 또는 상기 제2바퀴가 정회전하도록 상기 제1바퀴를 구동하는 제1모터 또는 상기 제2바퀴를 구동하는 제2모터를 구동시키고,
    상기 제1거리값 또는 상기 제2거리값이 상기 제1기준값 또는 상기 제2기준값보다 작으면 상기 제1바퀴 또는 상기 제2바퀴가 역회전하도록 상기 제1모터 또는 상기 제2모터를 구동시켜 상기 물체를 일정한 거리를 유지하며 추적하는 것을 특징으로 하는 교육용 트레이싱 로봇.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1거리값과 상기 제2거리값을 수신하여 각각 제1디지털거리값 및 제2디지털거리값으로 변환하여 출력하는 아날로그디지털 컨버터 ; 및
    상기 제1기준값 및 상기 제2기준값을 저장하고, 상기 제1기준값 및 상기 제2기준값과 상기 제1디지털거리값 및 제2디지털거리값을 비교하여 상기 제1모터와 상기 제2모터를 각각 제어하는 제1신호 및 제2신호를 출력하는 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 하는 교육용 트레이싱 로봇.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제1기준값 및 상기 제2기준값을 설정하기 위한 설정신호를 발생하여 상기 프로세서로 전송하는 스위치를 더 구비하고,
    상기 설정신호가 수신된 뒤 처음 입력되는 상기 제1거리값을 상기 제1기준값으로 설정하고 처음 입력되는 상기 제2거리값을 상기 제2기준값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 교육용 트레이싱 로봇
  4. 제 1항에 있어서
    상기 제 1센서와 상기 제 2센서는 적외선 발광센서와 적외선 수광센서가 한조를 이루어 구성되는 것을 특징으로 하는 교육용 트레이싱 로봇
  5. 제 1항에 있어서, 상기 몸체부는,
    후면에 반사판을 더 구비하고, 상기 반사판은 가장자리보다 중앙이 더 돌출되어 둥 근형상인 것을 특징으로 하는 교육용 트레이싱 로봇.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1센서 및 상기 제2센서로부터 수신되는 상기 제1거리값 및 상기 제2거리값의 강도가 소정의 임계값보다 작으면, 상기 제1바퀴를 정회전시키고 상기 제2바퀴를 역회전 시켜 상기 몸체부가 제자리 회전을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 교육용 트레이싱 로봇.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107817793A (zh) * 2017-09-28 2018-03-20 金子旭 前置式自动跟踪机器人

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