KR20160093794A - 저항과 자석이 내장된 카드키 및 보드를 이용한 로봇 프로그래밍 교육용 키트 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저항과 자석이 내장된 카드키 및 보드를 이용한 로봇 프로그래밍 교육용 키트 및 방법으로서, 로봇제어 프로그램 정보가 표시된 카드키를 보드에 삽입하여 프로그램하고 컴퓨터 또는 스마트폰에 전송하여 로봇 프로그램의 아이콘으로 나타내며 로봇 프로그램 정보를 보드에 전송받아 LED로 나타내어 빠른 시간에 반복적 학습이 가능하고 직관적이며 흥미를 유발하는 로봇 프로그래밍 교육용 키트 및 방법에 관한 것이다.

Description

저항과 자석이 내장된 카드키 및 보드를 이용한 로봇 프로그래밍 교육용 키트 및 방법 {Robot programing kit using card key and board having resistor and magnet and method thereof}

본 발명은 저항과 자석이 내장된 카드키 및 보드를 이용한 로봇 프로그래밍 교육용 키트에 관한 것으로서, 상세하게는 로봇제어 프로그램 정보가 표시된 카드키를 보드에 삽입하여 프로그램을 하고, 컴퓨터 또는 스마트폰에 전송하여 프로그램을 실행하고 보드로 전송하여 LED로 표시하여 흥미있고 직관적인 학습이 가능한 로봇 프로그래밍 교육용 키트에 관한 것이다.

최근 로봇 기술의 발전과 상용화 추세에 따라 로봇에 대한 관심이 높아지고 있으며 관련 교육에 대한 투자도 확대되고 있는 추세이다. 보편적인 로봇의 제작 방식은 소프트웨어 프로그램을 제작하고, 제작된 소프트웨어를 하드웨어에 다운로드하여 구동하는 방식이다.

그러나 로봇개발에 필요한 소프트웨어의 제작에 사용하는 C언어와 같은 프로그램언어는 진입장벽이 높기 때문에, 비전공자나 저 연령층이 소프트웨어 프로그래밍을 제작하기에는 어려움이 따른다.

프로그램 언어 습득의 어려움은 로봇 프로그래밍에 있어서 가장 큰 문제 중 하나이다. 따라서 유아, 초등학생 및 비전공자의 로봇 프로그래밍 흥미 유발을 위해 보다 직관적인 방식의 프로그래밍 학습장치 및 방법의 제시가 절실히 필요한 상황이다.

특허문헌 1은 컴퓨터에서 아이콘, 컴퓨터 프로그래밍 언어, 액티브 엑스를 제어 수단으로 사용한 로봇 제어, 설계 및 활용을 위한 학습시스템에 관한 것으로 초보자가 흥미를 유발하기 어려운 C 언어, 비주얼 베이직 등을 사용하는 문제점이 있다.

1. 한국 공개특허 특2002-0061186호(2002. 07. 24.).

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 프로그램밍 언어를 모르더라도 화살표 또는 숫자 등으로 표시된 프로그램 요소들에 대한 카드키를 보드에 삽입하면, 컴퓨터 또는 스마트폰에 전송되어 로봇의 구동에 대한 그래픽으로 실행되어, 직관적이며 흥미 유발할 수 있는 로봇 프로그래밍 교육용 키트 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명에 의한 카드키 및 보드를 이용한 로봇 프로그래밍 교육용 키트는, 로봇의 제어에 필요한 프로그램 요소들로 구성되어 저항값으로 구분된 복수의 카드키, 보드상에 상기 복수의 카드키를 꽂을 수 있는 복수의 삽입구, 상기 삽입구에 삽입된 카드키의 저항값을 읽어 구분하는 카드키 식별수단 및 식별된 카드키의 배열과 종류를 컴퓨터 또는 스마트폰으로 전송하는 통신수단을 포함하여, 상기 컴퓨터 또는 스마트폰은 전송된 카드키의 프로그램 요소를 디스플레이에 그래픽으로 보여주고, 현재 실행되고 있는 순서에 관한 값을 통신수단을 통하여 실행된 카드키에 대응하는 보드의 LED에 전송하여 실행상태를 표시하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 프로그램 요소는 프로그램 문법 요소, 각 기능별 동작시간, 옵션 등인 것을 특징으로 한다.

상기 카드키는 숫자, 기호, 아이콘, 색상, 형태 등으로 구분하여 종류를 나타낸 것을 특징으로 한다.

상기 카드키와 삽입구에는 자석을 부착한 것을 특징으로 한다.

상기 식별수단은 저항값을 디지털로 변환하는 ADC(analog-to-digital convertor)가 내장된 마이크로프로세서 유닛인 것을 특징으로 한다.

상기 통신수단은 USB, 블루투스 또는 WiFi인 것을 특징으로 한다.

교육용 로봇 프로그래밍 방법은, 카드키를 보드에 적힌 화살표 또는 숫자로 표현된 순서에 따라 삽입하는 단계, 삽입된 카드키의 저항값을 ADC로 획득하여 식별하는 단계, 카드키를 삽입하고 실행버튼을 눌러 컴퓨터 또는 스마트폰으로 전송하는 단계, 컴퓨터 또는 스마트폰에서 순서대로 프로그램 요소를 실행하여 화면에 그래픽으로 표현하는 단계 및 실행된 프로그램 요소를 보드에 전송하여 실행된 카드키를 LED로 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 저항과 자석이 내장된 카드키 및 보드를 이용하는 프로그램 교육방식을 사용하는 로봇 프로그래밍 학습 키트 및 방법으로, 어려운 프로그래밍 언어를 사용하지 않아도 유아, 초등학생 또는 비전공자 등과 같은 로봇 프로그래밍 초보자들이 로봇 프로그래밍에 대한 학습을 할 수 있다.

본 발명은 카드키 하단과 보드의 슬롯이 서로 상이한 자성극성을 가지게 하여 카드키의 삽입이 용이하다.

본 발명은 로봇의 구동을 하부, 상부, 또는 좌우부로 구분하여 블록별로 로봇제어를 프로그래밍하여 제어프로그램과 로봇동작의 상관관계를 이해하기 쉽게 하였다.

본 발명은 보드에서 로봇구동 프로그램 전송하여 컴퓨터 또는 스마트폰에서 즉시 구동되는 것을 아이콘으로 확인하고 로봇구동 프로그램을 보드로 전달받아 LED로 표시하기 때문에 직관적인 학습효과가 있다.

본 발명은 완성된 보봇제어 프로그램을 컴퓨터 또는 스마트폰상에서 로봇 아바타로 구동하여 학습 발달단계를 평가할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 컴퓨터를 이용한 로봇 프로그래밍 교육용 키트의 구현예.
도 2는 본 발명에 따른 스마트폰을 이용한 로봇 프로그래밍 교육용 키트의 구현예.
도 3은 본 발명에 따른 로봇 프로그래밍 방법의 플로 차트.
도 4은 본 발명에 따른 로봇 프로그래밍 교육용 키트의 업로드 개념도.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것은 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다. 본 발명에서 나타내어진 도면들의 치수들은 보다 명확한 설명을 위해 실제보다 과장되게 확대 또는 축소하여 도시하였다.

본 발명은 저항과 자석이 내장된 카드키 및 보드를 사용하여 로봇 프로그램을 교육하는 방법으로, 어려운 프로그래밍 언어를 배제하여 유아, 초등학생 또는 비전공자 등과 같은 로봇 프로그래밍 초보자들이 로봇 프로그래밍에 대한 거부감을 해소하여 학습효과를 고취시킬 수 있다. 즉, 저항과 자석이 내장된 카드키가 자석 보드에 삽입하고 실행버튼을 누르면 그 카드키에 해당하는 로봇제어 프로그램 정보가 컴퓨터에 전송되며 컴퓨터는 각각의 카드키에 해당 프로그램의 아이콘을 실행한다. 실행된 프로그램 정보는 보드에 전송되어 각 카드키의 측면에 설치된 LED에 표시된다.

도 1 과 2는 본 발명에 따른 컴퓨터 또는 스마트폰을 이용한 로봇 프로그래밍 교육용 키트의 구현예로서, 카드키(10, 11), 보드(20), 삽입구(24), 식별수단(21), 통신수단(22) 및 카드키의 아이콘 표현하고 보드에 제어정보를 전송하는 컴퓨터 또는 스마트폰(30)을 포함하여 카드키를 보드에 삽입하여 로봇제어 프로그래밍을 하는 학습용 키트이다.

카드키(10)는 로봇제어에 필요한 프로그램 요소를 표시한 것으로서, 카드키를 인식하는 저항(12), 보드에 삽입을 용이하게 하는 자석(13, 23)을 포함하여 복수 개로 구성된다. 각각의 카드키는 로봇의 제어의 의미에 따라 카드키 외부에 인쇄된 형태, 크기 또는 색상으로 크게 구분하고, 각 요소의 의미를 표현하는 문양, 문자 또는 숫자를 조합하여 구분을 표현한다. 예를 들면 로봇의 좌측 팔을 나타내는 카드키는 전체를 파란색으로 나타내며, 가장 큰 카드키는 어께관절의 동작을 제어하고 가장 작은 카드키는 손가락을 제어하는 것으로 구분한다. 로봇의 동작 또는 비동작 모드는 카드키의 형태를 달리해 표현한다.

카드키의 형태는 슬림형카드, 원기둥, 삼각기둥 등 여러 형태로 구현할 수 있으며, 하단에 카드키의 종류를 구분할 수 있는 저항(12)을 내장하고 보드와 접촉할수 있는 전극을 형성한다. 보드에 쉽게 장착할 수 있도록 자석을 하단의 양단에 부착한다.

카드키를 인식하는 저항(12)은 카드키의 고유정보를 인식하는 수단으로 해당 저항은 식별수단으로 읽어진다. 저항으로 인식되는 각 카드키에 해당하는 로봇제어 프로그램 정보에 대한 프로그램은 컴퓨터나 보드의 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)에 저장되어 저항값에 대응되는 프로그램이 독출된다. 실행될 수 있는 컴퓨터 언어(기계어)는 PC에서 컴파일되며 스마트폰 또는 태블릿에는 해당 오퍼레이팅 시스템에서 구동되는 컴퓨터 프로그램으로 컴파일되어 사용할 수 있다. 또한 각 카드키 또는 카드키 조합에 대한 그래픽이 아이콘 등으로 컴퓨터상에 표시되고, 실행된 프로그램 요소는 보드로 전송하여 카드키 옆에 설치된 LED를 통해 표시된다.

상기 카드키의 외부에는 숫자, 기호, 아이콘, 색상, 형태 등으로 구분하여 종류를 나타낼 수 있다. 유아용 카드의 경우 만화 캐릭터로 표시하여 카드키의 식별로 사용할 수 있다.

보드(20)는 카드키 삽입구(24), 식별수단(21), 통신수단(22) 및 실행버튼(25) 등으로 구성된다. 보드에는 카드키를 삽입할 수 있는 삽입구(24)를 로봇제어 순서 또는 패턴에 따라 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 조합으로 형성한다. 카드키의 저항단자와 접촉하여 저항값을 읽을 수 있는 접촉단자가 형성되고, 카드키 하단의 자석(13)과 대응되는 자석이(23)이 부착되어 용이하게 삽입하고 안정적으로 유지될 수 있다.

식별수단(21)은 마이크로 컨트롤 유닛 및 간단한 저장수단을 포함하여 카드키의 종류를 구분하고 그에 대응하는 프로그램 정보를 컴퓨터로 전송한다. 카드키의 저항은 마이크로 컨트롤 유닛에 내장된 ADC를 이용해 읽어 카드키를 식별한다. ADC는 복수의 카드키를 식별해야 하므로 다채널로 구동된다. 식별수단의 구동은 임베디드 프로그램으로 구동된다.

통신수단(22)은 마이크로 컨트롤 유닛 및 데이터통신모듈을 포함하여 구성되고 보드의 일측에 위치하여 컴퓨터 또는 스마트폰과 데이터 통신한다. 유선 또는 무선의 USB, 와이파이, 블루투스 또는 근거리 통신수단 등이 이용된다.

삽입구(24)는 로봇제어 순서 또는 패턴에 따라 보드에 직렬 또는 병렬로 상호 조합할 수 있도록 형성하고, 카드키의 저항단자와 접촉하여 저항값을 읽을 수 있는 접촉단자와 카드키 하단의 자석(13)과 대응되는 자석이(23)이 부착된다.

실행버튼(25)은 삽입된 카드키의 로봇제어 프로그램 정보를 확인하는 버튼으로 식별된 카드키 프로그램 정보를 컴퓨터 또는 스마트폰에 전송한다.

카드키에 표시된 로봇제어 프로그램 정보는 로봇구동에 필요한 문법요소, 지연시간 및 옵션 등을 포함하고, 스마트폰 또는 컴퓨터에 프로그램 정보에 대응하는 실제 프로그램이 저장되어 있다. 실행버튼을 누르면 카드키에 해당하는 프로그램이 직관적으로 프로그램 요소들을 알 수 있도록 그래픽 또는 아이콘으로 화면에 표시된다.

옵션은 동작의 강약, 로봇에 설치된 LED등의 점등 등을 나타내는 것으로 상급자들에게 오픈하여 다양한 조합으로 로봇동작을 구현하는 것이다.

삽입된 카드키 일측에 설치된 LED는 프로그램의 실행여부 또는 프로그램 진행순서 또는 논리이상 여부를 표시하는 것으로 점등을 통해 표시한다. 프로그램이 실행되었다는 표시를 하게 되어 학습자의 이해를 돕는다.

도 3은 본 발명에 따른 로봇 프로그래밍 방법의 플로 차트를 나타낸다. 로봇 프로그래밍 방법은, 카드키를 보드에 적힌 화살표 또는 숫자로 표현된 순서에 따라 연결하는 단계, 상기 보드에서 다채널 ADC를 통한 카드키 식별단계, 카드키가 보드에 삽입이 완료되면 실행버튼을 누르는 단계, 실행과정이 완성되면 컴퓨터 또는 스마트폰에 로봇제어 프로그램 정보를 전송하는 단계 및 컴퓨터 또는 스마트폰에서 순서대로 프로그래밍 구성요소를 실행하여 로봇구동을 하는 단계를 포함한다.

도 4은 완성된 로봇제어 프로그램을 컴퓨터에서 컴파일하여 보드로 업로드하는 것을 나타낸다. 완성된 로봇제어 프로그램은 실제 로봇으로 업로드하여 사용할 수 있다.

로봇 제어패턴은 여러 가지의 로봇구동 모델이며 순차적으로 카드키를 레고를 하듯이 삽입하여 완성한다. 로봇구동 모델은 직선운동, 직각운동, 원운동 등 다양한 모델은 개발하여 교육에 이용할 수 있다.

스마트폰으로 로봇을 제어하는 경우, 스크립트로 작성된 고급언어를 기계어로 컴파일해야 하는데, 컴파일 수행에는 많은 메모리를 사용해야 하므로 스마트폰에서는 컴파일이 어렵다. 따라서 컴퓨터나 네트워크 공유기에서 컴파일된 기계어를 전송받아 보드에 업로드하여 사용할 수 있다. 스마트폰은 태블릿, 태블릿 컴퓨터 등으로 대체하여 사용할 수 있다. 상기 통신수단은 USB나 블루투스를 사용할 수 있다.

최종 완성된 로봇 프로그램은 컴퓨터에서 그래픽외에 애니메이션으로 로봇 아바타 등으로 표현하여 프로그램의 완성도 및 숙달 정도를 평가할 수 있다. 로봇 아바타의 진행경로, 진행속도, 상세행동 등의 항목을 측정하고 평가하여 프로그램 숙달 정도를 학습자에게 전달한다.

본 발명은, 다른 실시예로서, 카드키에 비휘발성 메모리를 구비하여 직접 로봇 제어 프로그램을 저장하여 운용할 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 기계어가 바람직하다. 카드키의 로봇제어 프로그램 정보는 식별수단에서 읽어 컴퓨터 또는 스마트폰에 전송되고 아이콘으로 표시된다. 식별수단은 메모리를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 컴파일러를 상시 탑재하기 어려운 스마트폰을 디스플레이 수단으로 이용할 때 용이하게 적용될 수 있다.

10: 카드키 11: 카드키 아이콘
12: 저항 13, 23: 자석
20: 보드 21: 식별수단
22: 통신수단 24: 삽입구
25: 실행버튼 26, 27: 통신수단 연결단자
30: 컴퓨터, 스마트폰

Claims (8)

1. 로봇의 제어에 필요한 프로그램 요소들로 구성되어 저항값으로 구분된 복수의 카드키;
   보드상에 상기 복수의 카드키를 꽂을 수 있는 복수의 삽입구;
   상기 삽입구에 삽입된 카드키의 저항값을 읽어 구분하는 카드키 식별수단 및
   식별된 카드키의 배열과 종류를 컴퓨터 또는 스마트폰으로 전송하는 통신수단을 포함하여,
   상기 컴퓨터 또는 스마트폰은 전송된 카드키의 프로그램 요소를 디스플레이에 그래픽으로 보여주는 것을 특징으로 하는 로봇 프로그래밍 교육용 키트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 카드키의 삽입단과 그에 대응하는 삽입구의 양단에 자석을 부착한 것을 특징으로 하는 로봇 프로그래밍 교육용 키트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프로그램 요소는 프로그램 문법 요소, 각 기능별 동작시간, 옵션 등인 것을 특징으로 하는 로봇 프로그래밍 교육용 키트.
4. 제1항에 있어서,
   상기 카드키는 숫자, 기호, 아이콘, 색상, 형태 등으로 구분하여 카드키 종류를 나타낸 것을 특징으로 하는 로봇 프로그래밍 교육용 키트.
5. 제1항에 있어서,
   상기 식별수단은 저항값을 디지털로 변환하는 ADC가 내장된 마이크로 컨트롤 유닛인 것을 특징으로 하는 로봇 프로그래밍 교육용 키트.
6. 제1항에 있어서,
   상기 통신수단은 USB, 블루투스 또는 WiFi인 것을 특징으로 하는 로봇 프로그래밍 교육용 키트.
7. 현재 실행되고 있는 순서에 관한 값을 통신수단을 통하여 보드에 전송하여 실행된 카드키의 LED가 실행상태를 표시하도록 하는 로봇 프로그래밍 교육용 키트.
8. 카드키를 보드에 적힌 화살표 또는 숫자로 표현된 순서에 따라 삽입하는 단계;
   삽입된 카드키의 저항값을 ADC로 획득하여 식별하는 단계;
   카드키를 삽입하고 실행버튼을 눌러 식별된 카드키 정보를 컴퓨터 또는 스마트폰으로 전송하는 단계;
   컴퓨터 또는 스마트폰에서 순서대로 프로그램 요소를 실행하여 화면에 그래픽으로 표현하는 단계 및
   실행된 프로그램 요소를 보드에 전송하여 실행된 카드키를 LED로 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 로봇 프로그래밍 방법.

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