KR20120087466A

KR20120087466A - Ｐｃ 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼

Info

Publication number: KR20120087466A
Application number: KR1020110008662A
Authority: KR
Inventors: 김병수; 하인용; 장욱
Original assignee: (주)로보티즈
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-08-07
Also published as: WO2012102442A1; KR101212474B1

Abstract

본 발명은 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇에 관한 것으로, 다수의 사용자가 사용할 수 있도록 제공되는 한 개 또는 복수개의 범용 PC를 주제어기로 하며, 고유의 ID가 할당되어 상기 주제어기에 의해 버스상에서 통신 프로토콜에 따라 제어되는 복수개의 로봇 모듈을 포함하여 구성되는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 제공한다. 따라서 본 발명에 의하면 PC를 주제어기로 운용함으로써 사용자의 조종기 조작에 의하지 않고도 휴머노이드 로봇이 스스로 주변 상황에 따라 판단하여 행동할 수 있는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼이 제공된다.

Description

ＰＣ 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼{Module type humanoid robot platform based on PC}

본 발명은 로봇 연구 분야에서나 로봇을 활용하여 연구할 수 있는 분야에서, 또는 그러한 내용을 교육하고자 할 경우나 공연 혹은 이벤트를 목적으로 로봇의 시연을 하는 경우에 있어서 효과적으로 활용될 수 있는 휴머노이드 로봇 플랫폼에 관한 것이다.

일반적으로 휴머노이드 로봇(humanoid robot)은 머리와 몸통, 팔, 다리 등 인간의 신체와 유사한 형태를 지닌 인간형 로봇을 의미하며, 인간의 행동을 가장 잘 모방할 수 있는 로봇이다.

휴머노이드 로봇 외에는 이동성을 주요 기능으로 하는 바퀴형 로봇과, 메뉴플레이션에 대한 기능을 목적으로 하는 아암형(arm type) 로봇이 있으나, 휴머노이드 로봇은 이러한 모든 기능을 복합적으로 수행하는 특징을 가지고 있다.

기존의 이러한 휴머노이드 로봇은 모듈형의 엑츄에이터(actuator)나 센서를 조합하여 구성하기 보다는 제작자가 로봇의 각 부분마다 특화된 설계로 제작하여 타인이 이 로봇을 직접 프로그램하여 사용하는 경우를 배려하지 않은 채 로봇의 기능 구현만을 목적으로 개발되어 왔다.

또한 소형 휴머노이드가 상용화 되면서 모듈을 채용하는 휴머노이드 로봇이 등장 하였지만 이러한 로봇은 사용자의 조종기 조작에 의하여 움직이는 것을 주 기능으로 하고 있으며, 주로 로봇 관절들의 각도를 데이터로 하는 모션 편집에 의해 생성된 동작들을 조종기의 버튼에 따라 재생하는 모션 티칭과 플레이 방식으로 동작한다. 이러한 로봇은 적외선이나 초음파, 마이크 등의 센서를 통해 주변 상황을 제어기로 입력 받아 그 결과에 따라 미리 입력된 모션을 선택하여 재생할 수 있는 수준의 간단한 프로그램을 사용자가 직접 작성하여 수행할 수 있는 것이다. 사용자들은 이 제품을 이용하여 여러 로봇이 동시에 춤을 추게 하거나 격투를 하거나 조종기로 조종하여 축구 같은 게임을 하는 등 주로 교육과 취미의 목적으로 사용하였다.

그러나 이러한 형태의 로봇은 로봇에 대한 전문 지식을 가진 자가 새로운 기술을 개발하고자 사용하는 플랫폼(platform)의 역할을 수행하기에 기능적인 한계가 있었다. 또한 기존의 휴머노이드 로봇은 제어기에 작동 오류 발생시 로봇이 쓰러져 부품이나 회로가 손상되었으며, 사용 전지의 교체 후 제어기를 재부팅하여야 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 안출된 것으로, 그 목적은 로봇기능의 많은 부분을 수용할 수 있는 휴머노이드 형태에 사용자에게 친숙한 범용의 PC를 주제어기로 사용함으로써 로봇을 제작하고 작동법을 익히는데 드는 시간과 노력을 개발하고자 하는 분야의 연구나 필요로 하는 교육에 사용할 수 있고, 사용자의 조종기 조작에 의하지 않고도 휴머노이드 로봇이 스스로 주변 상황에 따라 판단하여 행동할 수 있는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 제공함에 있다.

또한 본 발명은 주제어기와 함께 부제어기를 구비하여 주제어기의 작동 오류 발생시 부제어기에 의하여 전체 시스템이 유지되도록 하는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 제공하는 것에도 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 휴머노이드 로봇의 사용 배터리의 교체시에도 주제어기에 전원공급을 유지함으로써 주제어기를 재부팅할 필요가 없는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 제공하는 것에도 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼은 한 개 또는 복수개의 PC를 주제어기로 하며, 고유의 ID가 할당되어 상기 주제어기에 의해 버스상에서 통신 프로토콜에 따라 제어되는 복수개의 로봇 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼은 상기 주제어기의 제어 능력이 부족하거나 동작상의 오류 발생시 휴머노이드 로봇 시스템을 유지하는 기능을 수행하는 부제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼은 다수의 사용자가 사용할 수 있도록 범용으로 제공되는 PC가 주제어기로 활용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼은 상기 부제어기에 휴머노이드 로봇의 균형 유지를 위한 센서부가 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 주제어기 및 부제어기는 전원선택회로와 DC전원공급부 및 배터리로 구성되는 전원공급부로부터 전원을 공급받으며, 상기 전원공급부는 전원선택회로로부터 DC전원공급부의 전원 공급 감지 신호가 입력되면 전원선택회로 단자를 배터리측에서 DC전원공급부로 절환 제어하여 상기 DC전원공급부로부터 전원을 공급하도록 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼은 운반시 손으로 로봇을 들 수 있는 이송용 손잡이가 착탈 가능하도록 취부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼은 외부에서 확인 가능하도록 LED를 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼은 카메라에 의해 촬영된 영상을 분석하고, 상기 주제어기는 영상 분석 결과에 따라 각 로봇 모듈을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼은 상기 주제어기는 마이크로 입력된 외부 음원을 인식하고 외부 음원의 방향을 산출하여 각 로봇 모듈을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼은 상기 주제어기에는 외부에서 접속가능하도록 USB 포트, HDMI 포트, Mini SD 소켓을 포함하는 제어용 포트가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 로봇기능의 많은 부분을 수용할 수 있는 휴머노이드 형태에 사용자에게 친숙한 PC를 주제어기로 사용함으로써 로봇을 제작하고 작동법을 익히는데 드는 시간과 노력을 개발하고자 하는 분야의 연구나 필요로 하는 교육에 사용할 수 있다.

본 발명에 의하면 PC를 주제어기로 운용함으로써 사용자의 조종기 조작에 의하지 않고도 휴머노이드 로봇이 스스로 주변 상황에 따라 판단하여 행동할 수 있는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 주제어기의 작동 오류 발생시 부제어기에 의하여 휴머노이드 로봇의 전체 시스템이 유지되도록 함으로써 휴머노이드 로봇이 쓰러지져 부품이나 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 휴머노이드 로봇의 사용 배터리의 교체시에도 주제어기에 전원공급을 유지함으로써 주제어기를 재부팅할 필요가 없으며, DC전원공급부의 전원차단시에도 배터리에 의해 전원이 지속적으로 공급되므로 휴머노이드 로봇 시스템의 유지가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플램폼의 데이터 통신 구조를 설명하기 위한 개략적인 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 구성하는 로봇 모듈의 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 구성하는 각 로봇 모듈의 제어 구조를 설명하기 위한 개략도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼의 정면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 구성하는 로봇 모듈 및 연결부재의 다양한 결합 구조를 나타낸 사시도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼의 아암을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명의 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼의 구성도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 구성하는 각 로봇 모듈의 제어 구조를 설명하기 위한 개략도이다.

도 1, 도 2, 도 5의 도시를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼(100)은 다수의 사용자가 사용할 수 있도록 범용으로 제공되는 적어도 하나의 PC(Personal Computer)를 주제어기(110)로 하여 운용되는 것으로, 휴머노이드 로봇 플랫폼(100)에 내장되어 구비되는 주제어기(110)가 통신 버스를 통하여 복수개의 로봇 모듈(120)을 제어하는 구조를 갖는다. 이때 다수의 사용자가 사용할 수 있도록 범용으로 제공되는 PC가 주제어기(110)로 활용될 수 있다.

본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼(100)은 도 1b 및 도 1c에 나타낸 바와 같이 운반시 손으로 로봇을 들 수 있는 이송용 손잡이(171)가 착탈 가능하도록 취부(170)가 양측에 고정되어 있다.

복수개의 로봇 모듈(120)들은 각 로봇 모듈(120)마다 고유의 ID가 할당되어 하나의 버스상에서 패킷(packet) 통신으로 제어되며, 각 로봇 모듈(120)을 규격화된 버스를 통하여 제어하기 위하여 통신 프로토콜이 지원된다.

상기 주제어기(110)의 중앙처리장치(111)는 음성의 출력을 위한 오디오포트(117) 및 비디오포트(116), 무선 네트워크 연결을 위한 무선통신부(112), USB카메라(118) 및 부제어기(130)와의 인터페이스를 위한 USB포트(113), MiniSD 소켓(114), HDMI포트(115)와 같은 제어용 포트들과 연결되어 있다. 주제어기(110)는 USB카메라(118)에 의해 촬영되어 분석된 영상이 중앙처리장치(111)로 입력되도록 구성된다.

또한 주제어기(110)는 외부의 소리가 USB카메라(118)에 내장된 음성인식용 마이크(118a)를 통해 중앙처리장치(111)로 입력되도록 구성된다. 주제어기(110)는 마이크(118a)로 입력된 외부 음원을 인식하고 외부 음원의 방향을 산출하여 각 로봇 모듈(120)을 제어한다.

본 발명의 휴머노이드 로봇 플랫폼(100)은 상기 주제어기(110)의 제어 능력이 부족하거나 동작상의 오류 발생시 휴머노이드 로봇 시스템의 유지 기능을 수행하도록 부제어기(130)가 구비된다.

상기 부제어기(130)의 중앙처리장치(131)는 상기 주제어기(110)와의 인터페이스를 위한 USB시리얼포트(136), 각 로봇 모듈(120) 및 휴머노이드 로봇에 작용되는 하중의 방향과 크기를 측정하는 압력센서부(139)와의 인터페이스를 위한 네트워크부(132), 헤드보드(160)의 방향탐지용 마이크(161)와의 인터페이스를 위해 중앙처리장치(131)내부에 구비된 ADC포트(133), RGB LED를 포함하여 다수의 LED들로 구성된 LED부(151)와 전체 시스템의 작동과 관련된 버튼(152) 및 초기모드로 리셋하기 위한 리셋버튼(153)으로 구성되는 인터페이스부(150)와 연결되어 있다.

부제어기(130)에는 헤드보드(160)의 방향탐지용 마이크(161)의 전원신호를 감지하는 전원감지부(138b), 마이크(161)로부터 입력된 신호를 증폭하는 마이크 증폭회로(138a) 및 ADC확장포트(138c)가 구비되며, ADC포트(133)를 통해 마이크(161)의 신호를 중앙처리장치(131)로 입력하도록 구성된다.

부제어기(130)는 로봇모듈 전원관리부(134)를 제어함에 의하여 각 로봇 모듈(120)에 전원을 공급하며, 상기 주제어기(110)의 오디오포트(117)로부터 입력된 음성신호를 오디오 증폭회로(137)에 의해 증폭하여 스피커(139)를 통해 외부로 송출하도록 구성되어 있다.

부제어기(130)의 중앙처리장치(131)의 제어에 의해 인터페이스부(150)의 LED부(151)는 부제어기(130)의 상태를 외부에 시각적으로 표시하며, 부제어기(130)의 이상 발생시 부저출력부(154)에서 경고음이 출력되도록 하여 이상 발생상황을 외부에 알리도록 되어 있다.

외부에서 휴머노이드 로봇의 시스템 상황을 알 수 있도록 휴머노이드 로봇 플랫폼의 눈은 상태표시 LED(162)로 구성되어 있다. 상태표시 LED(162)는 적색, 녹색, 청색을 갖는 복수개의 LED소자로 구성될 수 있으며, 부제어기(130)는 정상작동시 녹색, 점검 필요시 청색, 이상 발생시 적색을 나타내도록 헤드보드(160)의 상태표시 LED(162)로 설정된 신호를 출력함으로써 상태표시 LED(162)를 제어한다.

상기 부제어기(130)에는 휴머노이드 로봇의 균형 유지를 위한 센서부(135a,135b)가 연결된다. 센서부는 평형 자세 유지에 필요한 평형감지센서(135a)와, 가속도계(135b), 휴머노이드 로봇에 작용되는 하중의 방향과 크기를 측정하는 압력센서, 그 밖의 거리 감지용 센서, 리모트 송수신 센서, 사운드 입출력 센서 등으로 구성될 수 있다.

상기 로봇 모듈(120)은 액츄에이터 모듈 혹은 센서 모듈, 그 밖에 주제어기(110) 혹은 부제어기(130)에 의해 제어되는 휴머노이드 로봇 플랫폼(100)을 구성하는 모듈을 포괄하는 의미이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 구성하는 로봇 모듈(액츄에이터 모듈)의 구성도이다. 도시와 같이, 액츄에이터 모듈은 중앙처리장치(121)와, 모터드라이버(123b)에 의해 구동되는 모터(123a), 상기 모터(123a)의 구동축과 기어 결합되어 회전력을 전달하는 기어박스(123c), 상기 기어박스(123c)에 의해 동력을 전달받아 회전되는 샤프트(123d) 등을 포함하는 기구부(123)와, 액츄에이터 모듈의 위치나 속도 등을 감지하기 위한 센서부(124), 주제어기(110) 혹은 부제어기(130)와의 인터페이스를 위한 액츄에이터 네트워크부(122), 액츄에이터 모듈의 상태를 나타내는 상태표시부(125)로 구성될 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 주제어기(110)와 부제어기(130)는 USB포트(113)와 USB시리얼포트(136)를 이용하여 통신하며, 부제어기(130)는 USB시리얼포트(136)로부터 받은 데이터를 이용하여 시리얼(SERIAL) 프로토콜로 변환하여 중앙처리장치(131)가 데이터 처리를 수행하게 된다. 부제어기(130)는 주제어기(110)로부터 받은 명령을 네트워크부(132)를 통해 로봇 모듈 네트워크 프로포콜로 변환하여 각 로봇 모듈(120)로 전달한다.

주제어기(110)의 메모리부(미도시)에는 휴머노이드 로봇의 운용을 위한 프로그램이 저장된다. 주제어기(110)와 부제어기(130)는 USB포트를 통해 연결되어 있고, 부제어기(130)와 로봇 모듈(120)은 네트워크 연결을 통해 전기적으로 연결되어 있으므로, 주제어기(110)의 메모리부에 저장된 동작명령이나 소프트웨어 프로그램은 네트워크부(132), 및 로봇 모듈(120)의 액츄에이터 네트워크부(122)나 센서 모듈의 센서 네트워크부(미도시)를 통해 전달되고, 그에 따라 액츄에이터 모듈과 센서 모듈은 해당 동작명령과 프로그램에 따라 동작하게 된다. 각 로봇 모듈(120)의 제어를 위해 주제어기(110)의 중앙처리장치(111)는 USB카메라(118)에 의해 촬영되어 분석된 영상 혹은 마이크(118a)로부터 입력되는 신호, 센서부(135a,135b)의 감지신호 등의 제반 변수들을 감안하여 각 로봇 모듈(120)을 제어하기 위한 제어값을 연산한다.

주제어기(110)의 중앙처리장치(111)의 제어 능력이 부족하거나 동작상의 오류 발생시 부제어기(130)가 로봇 모듈(120)을 관리하므로, 휴머노이드 로봇이 동작중에 쓰러지는 것을 방지할 수 있으며, 로봇 모듈(120)과 전체 휴머노이드 로봇 시스템의 유지가 가능하다.

로봇 모듈(120)은 연결부재(128)와 결합되어 다른 로봇 모듈(120)과 연결되거나 새로운 로봇 모듈(120)로 교체될 수 있다. 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼을 구성하는 로봇 모듈(액츄에이터 모듈) 및 연결부재의 다양한 결합 구조를 나타낸 사시도이다. 도시와 같이, 액츄에이터 모듈의 샤프트(123d)는 그 외주면에 형성된 나사산에 의하여 혼(Horn,126)과 결합되거나, 부싱(126b)을 개재하여 고정부재(126c)를 관통시켜 샤프트(123d)에 체결함으로써 혼(126)과 결합될 수 있다.

액츄에이터 모듈의 하우징(127) 가장자리와 혼(126)에는 각각 고정편(127a)과 고정용홀(126a)이 형성되어 있어 다른 액츄에이터 모듈이나 연결부재(128)와 같은 조립대상물의 연결시 별도의 탭가공이나 홀가공을 하지 않고 하우징(127) 외부의 고정편(127a)이나 혼(126)의 고정용홀(126a)에 볼트(128a)로 체결하는 등의 결합수단에 의하여 용이하게 결합이 가능하다. 상기와 같이 하여 샤프트(123d)에 결합된 혼(126)이 연결부재(128)와의 결합부 구실을 하여 샤프트(123d)의 연장선 양단에서 연결부재(128)와 액츄에이터 모듈을 결합할 수 있기 때문에 견고하고 안정적인 결합이 가능하다. 미설명부호 129는 액츄에이터 모듈간 혹은 액츄에이터 모듈과 부제어기(130)를 연결하기 위한 커넥터이다.

상기 연결부재(128)에도 고정용홀(128b)이 형성되어 있어 다른 액츄에이터 모듈 혹은 각종 부품과 자유롭게 결합될 수 있으며, 따라서 액츄에이터 모듈 자체를 다른 종류의 것으로 교체하는 것은 물론 도 8에 도시한 바와 같이 액츄에이터 모듈에 다양한 종류의 아암(181,182,183)을 손쉽게 교체할 수 있다.

상기 센서부(124)는 모터의 회전속도나 위치뿐만 아니라, 과전류의 발생여부, 모터의 온도, 액츄에이터 모듈에 걸리는 외부하중 등을 감지하여 이를 중앙처리장치(121)로 전송하고, 중앙처리장치(121)는 전송된 데이터를 실시간으로 부제어기(130)의 중앙처리장치(131)로 통지한다. 부제어기(130)는 액츄에이터 모듈에 이상 발생시 기구부(123)를 제어하여 모터(123a)의 동작을 중지하거나 이상 상태를 완화하는 방향으로 동작하도록 제어하는 등의 방법으로 이상 상황에 대처하는 동시에 상태표시부(125)를 통해 이를 사용자에게 알릴 수 있어 각종 상황에 능동적인 대처가 가능하다.

액츄에이터 모듈에 탑재된 센서부(124)와 별개로 센서 모듈이 액츄에이터 모듈과 유사한 형상을 갖도록 구비될 수 있는데, 이러한 센서 모듈은 평형 자세 유지에 필요한 평형감지센서와, 가속도계, 휴머노이드 로봇에 작용되는 하중의 방향과 크기를 측정하는 압력센서부, 그 밖의 거리 감지용 센서, 리모트 송수신 센서, 사운드 입출력 센서 등으로 구성될 수 있다.

각 로봇 모듈(120)은 주제어기(110) 혹은 부제어기(130)를 호스트로 하는 물리적 네트워크에서 하나의 노드에 여러개의 터미널이 연결되는 멀티드롭 방식으로 연결되어 슬레이브로 동작하며, 주제어기(110) 혹은 부제어기(130)와 패킷을 주고 받으며 통신한다.

패킷의 종류로는 주제어기(110) 혹은 부제어기(130)의 중앙처리장치(111,131)에서 로봇 모듈(120)로 전송되는 명령 패킷과 로봇 모듈(120)에서 주제어기(110) 혹은 부제어기(130)의 중앙처리장치(111,131)로 전송되는 상태 패킷이 있다.

주제어기(110) 혹은 부제어기(130)의 중앙처리장치(111,131)가 ID = N 으로 설정된 명령 패킷을 전송할 경우 여러 개의 로봇모듈(120) 중 ID가 N인 로봇모듈만이 상태 패킷을 리턴하고 그 명령을 수행한다. 도 6에는 1 ~ 20 의 ID가 할당된 로봇 모듈(120)로 구성되는 휴머노이드 로봇 플랫폼(100)을 예시하고 있다.

도 5를 참조하면, 하나의 버스에는 N개의 로봇 모듈(120)이 연결되어 있고, 주제어기(110) 혹은 부제어기(130)로부터의 제어신호 즉, 명령 신호는 제어의 대상이 되는 로봇 모듈(120)의 ID를 포함하고 있어서 해당 ID를 가진 로봇 모듈(120)만이 작동하게 된다. 로봇 모듈(120)의 응답은 상태 신호로서 주제어기(110) 혹은 부제어기(130)의 중앙처리장치(111,131)로 전달된다.

네트워크로는 TTL, USB, CAN, RS485[IEEE485], RS232, Ethernet 등을 들 수 있다. 상기 네트워크는 직렬통신에서 사용되는 물리 규격의 하나로 다수의 터미널이 하나의 라인에 버스 형태로 연결되어 운영되는 방식이다. 때문에 송신과 수신이 동시에 발생할 수 없으며, 하나의 터미널이 송신하는 동안 그 외의 다른 모든 터미널은 입력상태이어야 한다. 이를 위해 로봇 모듈을 제어하는 네트워크 통신방향을 입력으로 설정하고 있다가 명령 패킷을 전송하는 동안만 통신방향을 출력으로 설정한다.

네트워크 규격은 프로토콜에 대해 따로 규정하고 있지는 않지만, 네트워크 통신 규격을 효율적으로 활용하기 위해서는 사용하는 프로토콜이 반드시 여러개의 터미널에 대해서 어드레싱과 버스제어 기능을 제공해야 한다. 네트워크 통신 규격의 가장 큰 장점 중의 하나는 모든 장치들이 동일한 라인에서 데이터를 전송 및 수신할 수 있다는 것이다.

다만 네트워크 노드 안에 ID가 동일한 로봇 모듈이 존재하지 않도록 각 로봇 모듈의 ID 설정이 이루어져야 한다. 주제어기(110) 및 부제어기(130)의 저장된 프로그램에 의하여 각 로봇 모듈(120)의 제어가 수행되는데, 주제어기(110) 및 부제어기(130)의 중앙처리장치(111,131)는 로봇 모듈(120)의 제어에 적합한 네트워크 방식의 명령 패킷을 멀티드롭 방식으로 해당 로봇 모듈(120)로 전송하게 된다. 다수의 로봇 모듈(120) 상호간 및 다수의 로봇 모듈(120)과 주제어기(110) 및 부제어기(130)의 중앙처리장치(111,131) 사이의 신호전송이 간단하고 효율적인 방식으로 이루어질 수 있도록 제어 신호와 데이터 신호의 입출력 및 전송을 위한 통신 프로토콜이 지원되어 있어야 한다.

본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼(100)은 사용 전지의 교체시 주제어기(110) 및 부제어기(130)에 전원을 유지하는 기능을 구비한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼(100)은 전원공급부(140)가 전원선택회로(143), DC전원공급부(141), 배터리(142)로 구성된다. 정상 작동시에는 배터리(142)의 전원을 공급받아 사용하며, 배터리(142)의 교체시에는 전원선택회로(143)에서 배터리(142) 파워와 DC전원공급부(141)중 DC전원공급부(141)를 선택하여 주제어기(110) 및 부제어기(130)에 파워를 공급한다. 전원공급부(140)는 전원선택회로(143)에서 DC전원공급부(141)의 전원 공급 감지 신호가 입력되면 전원선택회로(143)의 단자를 배터리(142)측에서 DC전원공급부(141)로 절환 제어하여 상기 DC전원공급부(141)로부터 전원을 공급받도록 구성된다. 미설명부호 144는 전원공급부(140)로부터 전원을 공급받아 작동되어 중앙처리장치를 냉각시키는 쿨링팬(144)이다.

따라서 본 발명은 휴머노이드 로봇의 사용 배터리(142)의 교체시에도 주제어기(110) 및 부제어기(130)에 전원공급을 유지할 수 있어 주제어기(110) 및 부제어기(130)를 재부팅할 필요가 없다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100: 휴머노이드 로봇 플랫폼 110: 주제어기 111: 중앙처리장치
112: 무선통신부 113: USB포트 114: Mini SD 소켓
115: HDMI포트 116: 비디오포트 117: 오디오포트 118: USB카메라 118a: 마이크 120: 로봇 모듈
121: 중앙처리장치 122: 액츄에이터 네트워크부
123: 기구부 123a: 모터 123b: 모터드라이버
123c: 기어박스 123d: 샤프트 124: 센서부
125: 상태표시부 126: 혼 126a: 고정용홀
127: 하우징 127a: 고정편 128: 연결부재
130: 부제어기 131: 중앙처리장치 132: 네트워크부
133: ADC포트 134: 로봇모듈 전원관리부135a: 평형감지센서
135b: 가속도계 136: USB시리얼포트 137: 오디오 증폭회로
137a: 스피커 138a: 마이크 증폭회로 138b: 전원감지부
138c: ADC확장포트 139: 압력센서부 140: 전원공급부 141: DC전원공급부 142: 배터리 143: 전원선택회로 144: 쿨링팬 150: 인터페이스부 151: LED부
152: 버튼 153: 리셋버튼 154: 부저출력부
160: 헤드보드 161: 마이크 162: 상태표시 LED

Claims

한 개 또는 복수개의 PC를 주제어기로 하며, 고유의 ID가 할당되어 상기 주제어기에 의해 버스상에서 통신 프로토콜에 따라 제어되는 복수개의 로봇 모듈을 포함하여 구성되는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼.
청구항 1에 있어서,
상기 주제어기의 제어 능력이 부족하거나 동작상의 오류 발생시 휴머노이드 로봇 시스템을 유지하는 기능을 수행하는 부제어기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼.
청구항 1에 있어서,
다수의 사용자가 사용할 수 있도록 범용으로 제공되는 PC가 주제어기로 활용되는 것을 특징으로 하는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼.
청구항 2에 있어서, 상기 부제어기는,
휴머노이드 로봇의 균형 유지를 위한 센서부와 연결되는 것을 특징으로 하는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼.
청구항 2에 있어서,
상기 주제어기 및 부제어기는 전원선택회로와 DC전원공급부 및 배터리로 구성되는 전원공급부로부터 전원을 공급받으며, 상기 전원공급부는 전원선택회로로부터 DC전원공급부의 전원 공급 감지 신호가 입력되면 전원선택회로 단자를 배터리측에서 DC전원공급부로 절환 제어하여 상기 DC전원공급부로부터 전원을 공급하도록 구성됨을 특징으로 하는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
운반시 손으로 로봇을 들 수 있는 이송용 손잡이가 착탈 가능하도록 취부가 구비되는 것을 특징으로 하는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
외부에서 확인 가능하도록 LED를 구성하는 것을 특징으로 하는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
카메라에 의해 촬영된 영상을 분석하고, 상기 주제어기는 영상 분석 결과에 따라 각 로봇 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주제어기는 마이크로 입력된 외부 음원을 인식하고 외부 음원의 방향을 산출하여 각 로봇 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주제어기에는 외부에서 접속가능하도록 USB 포트, HDMI 포트, Mini SD 소켓을 포함하는 제어용 포트가 구비되는 것을 특징으로 하는 PC 기반의 모듈형 휴머노이드 로봇 플랫폼.