KR20190084175A - 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템으로서, 수족관 속에 물고기 로봇을 투입하고, 수족관 후면에 배경 디스플레이 장치를 설치하며, 리모트 콘트롤러나 콘트롤장치를 통해 물고기 로봇을 수동으로 조정하거나, 자동 유영으로 제어하고, 배경화면에 가상오브젝트와 배경 영상을 디스플레이시켜 수중 환경을 연출할 수 있고, 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 가상오브젝트를 매칭시켜 물고기 로봇을 가상오브젝트가 따라다니게 할 수 있으며, 가상오브젝트를 수중생물이나, 각종 홍보상품이나 물체를 표현하는 홍보 또는 광고에 이용할 수 있다.

Description

물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템{(Aqua system using robot fish}

본 발명은 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물고기 로봇이 유영하는 수족관의 후면에 스크린을 설치하고, 물고기 로봇의 움직임에 따라 영상을 가변하거나, 관객의 움직임에 의해 물고기 로봇이 반응하게 하는 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 인테리어 또는 가습 용도로 사용하는 수족관에는 각종 물고기를 관리하는 것을 볼 수 있다. 이런 수족관은 살아있는 물고기를 키우기 때문에 산소 공급을 위해 공기 공급장치를 구비하고, 물고기 사료를 시간 맞춰 제공해야 하며, 조류나 물고기의 배설물에 의한 수질관리가 필요하다.

따라서 이러한 생물 물고기를 대체하는 물고기 로봇이 개발되어 보급이 이루어지고 있다. 이러한 물고기 로봇은 내부에 탑재한 배터리로부터 전원을 공급받아 수족관 내부를 유영하며, 프로펠러를 이용하여 동력을 발생시켜 수질관리나 사료 제공에 대한 관리차원에서 효과적인 수족관을 제공한다.

이에 따라 본 출원인은, 한국등록특허 10-1744642호(2017. 06. 01) '물고기 로봇'을 제안한 바 있고, 이는 방수에 최적화되고, 매끄럽게 유영할 수 있는 물고기 로봇을 제공할 수 있었다.

이와 같이 물고기 로봇을 수족관에 넣어 움직이게 하면, 실제 물고기의 움직임과 같은 움직임으로 관상용 수족관을 제공할 수 있으나, 단순하게 수족관에 물고기 로봇이 움직이는 정도에 지나지 않아 관객의 흥미를 지속시키기 어려워 다양한 콘텐츠의 개발이 요구되고 있다.

즉, 물고기 로봇을 포함한 다양한 엔터테인먼트 콘텐츠가 충분히 마련되지 않아 단순히 생물 물고기 대신 물고기 로봇이 수조 내에서 유영하는 볼거리 이외에는 다양한 오락을 제공하지 못하는 문제점이 있다.

한국등록특허 10-1744642호(2017. 06. 01) '물고기 로봇'

본 발명은 수족관의 물고기 로봇의 움직임에 대응하여 배경이 되는 수중 생태 영상을 디스플레이하는 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 복수의 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템을 이웃하게 배열 설치하여 각각의 시스템이 독립적으로 또는 연동되는 수중 생태 환경을 디스플레이 하도록 이루어진 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은,

설정된 프로그램에 의한 자율유영과, 외부 조종신호에 의한 제어 유영이 가능한 물고기 로봇과;

상기 물고기 로봇이 유영하기 위한 물이 채워진 수족관과;

상기 수족관의 후면에 설치되어 배경 영상을 디스플레이하는 배경 디스플레이 장치와;

사용자 인터페이스를 제공하고, 사용자의 조작에 의해 배경 영상을 선택하여 상기 배경 디스플레이 장치를 통해 출력하는 콘트롤장치; 를

포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은, 수족관 속에 물고기 로봇이 투입되고, 배경 디스플레이 장치에 배경 영상이 출력되는 아쿠아 시스템으로서, 물고기 로봇이 자율유영 또는 외부 조종신호에 의한 제어유영이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 아쿠아 시스템의 상기 콘트롤장치는,

사용자 조작에 의해 미리 저장해둔 가상오브젝트를 선택하여 상기 배경영상과 합성하여 출력시키는 것을 더 포함한다. 이는, 수중생물을 포함하는 가상오브젝트를 미리 생성하여 저장해두고, 사용자 선택에 의해 가상오브젝트와 배경영상을 합성하여 출력시킬 수 있다. 또한, 가상오브젝트와, 배경영상을 각각 복수로 저장해두고 사용자가 선택할수 있게할 수 있다.

또한, 상기 콘트롤 장치는,

사용자 조작에 의해 미리 저장해둔 가상오브젝트를 선택하여 상기 배경영상과 합성하여 출력하되, 상기 물고기 로봇의 수족관내 위치를 검출하여 물고기 로봇의 위치정보에 대응시켜 상기 가상오브젝트를 제어하는 것을 더 포함할 수 있다.

즉, 콘트롤장치에 물고기 로봇의 위치를 검출하는 위치 검출장치를 더 포함시켜 구성하고, 물고기 로봇 위치정보에 의거하여 가상오브젝트를 제어할 수 있다. 수족관속 물고기 로봇의 위치정보를 이용해 가상오브젝트가 물고기 로봇을 따라다니거나 함께 유영하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 콘트롤 장치는,

상기 물고기 로봇의 수족관내 위치를 검출하여 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 상기 배경 영상을 제어할 수 있다. 즉, 물고기 로봇의 위치정보에 의해 가상오브젝트 뿐만아니라 배경 영상을 제어할 수 있다. 배경 영상 속에서 물고기 로봇이 이동하는 것처럼 보이도록 배경 영상으로 제어할 수 있고, 물고기 로봇의 시점으로 배경영상을 제어할 수도 있다.

물고기 로봇의 시점에서 바라보는 가상 배경영상일 수도 있다. 또한, 가상영상을 디스플레이하는 헤드마운트디스플레이(HMD)를 제공하여 물고기 로봇의 움직임에 대응해서 배경영상을 VR영상으로 제공할 수도 있다.

또한, 상기 콘트롤 장치는,

사용자 인터페이스를 통해 사용자가 물고기 로봇을 조정하는 신호를 입력받아 무선통신모듈을 통해 상기 물고기 로봇로 전송하여 물고기 로봇을 수동 조종할 수 있다. 즉, 콘트롤장치에서 수동으로 물고기 로봇을 조종할 수 있도록 한다.

또한, 상기 물고기 로봇을 원격 조종하기 위한 리모트 콘트롤러를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 상기 상기 콘트롤 장치는,

상기 물고기 로봇의 수족관 내에서의 위치를 검출하는 위치검출장치와;

상기 배경 디스플레이 장치에 배경영상과 가상오브젝트를 출력함과 아울러 상기 위치검출장치의 물고기 로봇 위치정보에 의거하여 상기 가상오브젝트를 제어하는 영상처리장치와;

상기 물고기 로봇과 무선통신하기 위한 무선통신모듈과;

사용자가 아쿠아 시스템의 동작 및 제어 모드를 설정함과 아울러 상기 물고기 로봇을 조종하기 위한 조종신호를 입력할 수 있는 사용자 인터페이스와;

상기 사용자 인터페이스를 통해 입력되는 사용자 조작에 의해 상기 위치검출장치와 상기 영상처리장치 및 상기 무선통신모듈을 제어하여, 배경영상에 가상오브젝트를 출력시키고, 해당되는 물고기 로봇의 위치를 검출해 가상오브젝트를 제어하며, 상기 물고기 로봇을 제어하는 주제어장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은,

설정된 영역내에서 관객의 동작을 검출하는 관객동작검출장치와; 물고기 로봇로 무선제어신호를 송출하는 무선통신모듈; 을 더 포함하고,

상기 콘트롤장치는, 상기 사용자 인터페이스를 통해 관객동작 반응모드가 설정되면, 상기 관객동작검출장치에 의해 검출되는 관객동작에 대응하는 물고기 로봇 반응정보를 생성하여 상기 무선통신모듈을 통해 물고기 로봇을 제어할 수 있다.

상기 관객동작검출장치는, 관객의 모션 또는 음성을 검출하고,

상기 콘트롤장치는, 관객의 모션 또는 음성을 분석하여 물고기 로봇 반응정보로 생성하여 물고기 로봇을 관객모션 또는 음성에 의해 제어할 수 있다. 즉, 관객의 손동작이나 음성으로 물고기 로봇의 반응을 유도할 수 있다.

또한, 상기 콘트롤장치는,

상기 관객동작검출장치에 의해 검출된 관객동작 정보에 의거하여 물고기 로봇을 프로그램으로 설정된 랜덤반응으로 물고기 로봇을 제어할 수 있다. 즉, 관객이 손을 가까이 하면 물고기 로봇이 모이거나, 놀라 도망치거나 하는등의 랜덤 반을을 유도할 수 있다.

또한, 상기 콘트롤장치는,

상기 관객동작검출장치에 의해 검출된 관객동작 정보에 의거하여 물고기 로봇을 원격 조종할 수도 있다. 즉, 관객이 손동작으로 물고기 로봇을 수동조종할 수 있도록 한다.

또한, 상기 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은,

하나의 수족관에 복수의 배경 디스플레이 장치가 설치되고, 하나의 콘트롤장치에 의해 상기 복수의 배경 디스플레이 장치에 출력하는 배경 영상을 같거나 서로 다르게 제어할 수 있다. 복수의 배경 디스플레이 장치를 설치하여 파노라마 영상으로 출력할 수도 있다.

또한, 상기 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은,

수족관, 물고기 로봇, 배경 디스플레이 장치 및 콘트롤러로 이루어진 아쿠아 시스템이 복수로 배열 설치되고, 각각의 콘트롤장치가 상호 연동 또는 독립적으로 각각의 배경영상을 제어할 수 있다.

아쿠아 시스템을 복수 세트로 배열 설치하는 경우는, 각각의 배경 영상으로 각각 고생대, 중생대, 신생대와 같은 시대별 수중환경을 보여주거나, 남극해 적도해, 북극해 해역별 수중환경을 보여주는 것과 같이 다양한 수중생태 환경을 보여줄 수 있다.

상기와 같은 배경 디스플레이 장치는 단일 모니터로 구현하기 어려운 대형 디스플레이들이므로 복수의 모니터를 멀티화면으로 구성하여 하나의 대형 디스플레이를 구현할 수 있다. 이러한 대형 디스플레이를 복수로 배열 설치하거나 아쿠아 세트를 복수로 구설치할 수도 있다.

또한, 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은,

수족관에 복수의 물고기 로봇이 투입되고, 상기 복수의 물고기 로봇은, 장애물 감지수단을 구비하여 프로그램에 의한 장애물 회피동작으로 자율유영하고, 복수의 물고기 로봇 중 어느 하나는 리모트 콘트롤러 또는 상기 콘트롤장치와 무선 페어링을 설정하여 리모트콘트롤러 또는 콘트롤장치를 통해 사용자가 원격조종할 수 있다.

수족관에는 하나의 물고기 로봇이 투입되어 프로그램에 의한 자율유영으로 제어되거나, 리모트 콘트롤러 또는 콘트롤장치를 통해 수동제어가 가능하다. 또한, 복수의 물고기 로봇이 투입될 수 있다. 복수의 물고기 로봇이 투입되는 경우, 모두 프로그램에 의한 자율유영으로 제어되거나, 어느 하나 또는 복수의 물고기 로봇은 해당 리모트 콘트롤러나 콘트롤장치에 의해 수동조종 제어가 가능하다.

한편, 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템에서 물고기 로봇의 위치검출을 한다. 수족관내의 물고기 로봇의 실내위치검출을 위한 상기 위치검출장치는,

수족관의 복수의 위치에 비콘을 설치하고, 물고기 로봇에 비콘 수신기를 설치하여 3개 이상의 비콘신호를 감지해서 삼각법에 의해 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다. 비콘신호로는, 초음파신호 또는 무선신호중 어느하나를 이용할 수 있고, 무선신호는 수중이라는 특성을 감안하여 신호주기가 긴 저주파 대역의 롤라, 시그폭스 무선신호를 사용하는 것이 바람직하다.

또 다른 실시예로는, 비전센서를 이용한 방식으로서, 수족관 상부에 한대 이상의 카메라를 설치하고, 물고기 로봇에 마커를 설치하여 복수의 카메라에서 촬영되는 영상을 분석하여 위치 및 자세를 측정하는 방법이다.

또 다른 실시 예로는, 물고기 로봇의 배부분에 비젼 카메라를 설치하고, 수족관 바닥 전면에 위치식별용 복수의 평면 마커들을 배열 설치하여두고, 물고기 로봇의 카메라가 촬영한 마커를 분석하여 위치 및 이동 경로를 추정하는 방법이다.

상기 영상처리장치는,

상기 물고기 로봇의 이동을 추종하는 복수의 가상 오브젝트에 대해서 복수의 가상 오브젝트가 움직이는 영역을 설정하고, 해당 가상 오브젝트 영역내에서의 가상 오브젝트 별로 개별적으로 설정된 움직임을 제어함과 아울러, 가상 오브젝트 영역을 상기 물고기 로봇의 위치 정보에 의거하여 접근 및 멀어지도록 거리를 제어하면서 물고기 로봇을 추종하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은,

상기 수족관을 초대형으로 하나의 수족관으로 구성하고, 해당 수족관에 복수의 물고기 로봇을 투입하여 유영하게 하며, 복수의 배경 디스플레이 장치를 이웃하게 배열 설치하여 복수의 배경 디스플레이 장치를 하나의 화면으로 배경 영상을 출력하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 물고기는, 미리 각각의 이동경로를 설정하여 자율 유영을 하게 함과 아울러 개별적으로 선택하여 원격 제어 유영이 가능하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은,

상면이 투명덮개로 덮여 바닥면에 설치되는 수족관과;

수족관 속에 투입되어 자율유영 및 외부 제어에 의해 유영하는 적어도 하나 이상의 물고기 로봇과;

상기 수족관의 바닥면에 배경과 가상 오브젝트 영상을 레이어기반으로 합성하여 디스플레이하는 배경 디스플레이 장치와;

상기 수족관 내의 물고기 로봇의 위치를 검출하는 위치검출장치와;

게임 배경 영상과, 게임 가상 오브젝트를 생성하고, 상기 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 상기 가상 오브젝트를 제어하여 물고기 로봇이 상기 가상 오브젝트를 다루는 게임을 진행함과 아울러 배경 영상을 게임진행에 따라 연동제어하여 상기 배경 디스플레이 장치를 통해 수족관 바닥면으로 출력하는 게임 프로그램을 구비하는 주제어장치와;

상기 물고기 로봇을 원격 제어하여 게임을 진행하는 리모트 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 주 제어장치는,

상기 물고기 로봇의 실시간 위치정보를 이용하여 복수의 이전 위치정보로부터 이동방향을 추출하고, 이동거리와 이동방향에 의거하여 현재 위치에서의 힘의 벡터를 생성하고, 해당 힘의 벡터에 대응해서 상기 가상 오브젝트를 이동시키는 것을 특징으로 한다.

상기 주제어장치에 의해 제어되는 게임은, 상기 배경 영상으로 축구장을 묘사하고, 가상 오브젝트 영상으로 축구공을 제공하며, 사용자가 리모트 콘트롤러로 하나의 물고기 로봇을 제어하여 상기 물고기 로봇에 의해 축구공을 배경영상의 골문속으로 넣는 축구 게임인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축구게임은, 두개의 물고기 로봇을 수족관에 투입하고, 두명의 사용자가 각각의 물고기 로봇을 제어하여 하나의 공을 다투는 일대일 게임인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배경영상은, 아이스하키 경기장을 모델링한 영상이고, 가상 오브젝트로서 아이스하키 퍽을 제공하여 물고기 로봇이 퍽을 이동시키는 아이스하키 게임인 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템으로서, 수족관 속에 물고기 로봇을 투입하여 리모트 콘트롤러나 콘트롤장치를 통해 수동으로 조정하거나, 자동 유영을 하며, 배경화면에 가상오브젝트와 배경 영상을 디스플레이시켜 수중 환경을 연출할 수 있다. 또한, 물고기 로봇의 위치에 가상오브젝트를 매칭시켜 물고기 로봇을 가상오브젝트가 따라다니게 할 수 있다. 또한, 가상오브젝트를 수중생물이나, 각종 홍보상품이나 물체를 표현하는 홍보 또는 광고에 이용할 수 있다. 또한, 물고기 로봇을 리모트콘트롤러 또는 콘트롤러를 통해 조종 가능하게 함으로써, 관람객이 콘트롤러의 사용자 인터페이스를 통해 직접 조종해볼 수도 있다. 또한, 관객의 동작을 검출하여 관객 동작에 물고기 로봇이 반응하게 할 수 있고, 관객이 동작이나 음성으로 물고기 로봇을 조종할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템을 제공하여 홍보전시관이나 교육 전시관으로 활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 물고기 로봇의 예시적인 모델링 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 물고기 로봇의 예시적인 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 물고기 로봇의 유영 예를 평면상태로 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 물고기 로봇의 제어구성을 보인 예시적인 구성블럭도이다.
도 5는 본 발명에 따른 물고기 로봇의 또다른 제어구성을 보인 예시적인 구성블럭도이다.
도 6은 본 발명의 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템 구성도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템의 응용 실시예를 보인 개념도.
도 9는 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템의 콘트롤장치의 구성도.
도 10은 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템의 콘트롤장치의 다른 실시예 구성도.
도 11은 본 발명에 의한 물고기 로봇의 비젼센서를 이용한 위치검출장치 예시도.
도 12는 본 발명에 의한 물고기 로봇의 비콘통신을 이용한 위치검출장치 예시도.
도 13은 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템의 제어흐름도.
도 14의 (가) 및 (나)와 같이 물고기 로봇의 뒤를 가상 오브젝트가 따라가도록 제어하는 예시도.
도 15는 본 발명에 의한 아쿠아시스템의 가상오브젝트를 매칭할 물고기 로봇 설정방법 흐름도.
도 16은 본 발명에 의한 관객동작에 물고기 로봇을 반응시키는 방법 흐름도.
도 17은 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 게임 시스템 개요도.
도 18은 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 축구게임 예시도.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 물고기 로봇은 다수의 부로 이루어지고, 각 부는 힌지결합되어 초소형 서보모터에 의해 회전가능하게 구성된다. 여기서, 물고기 로봇은, 자체 동력으로 밧데리 전원장치를 구비하고, 해당 전원을 이용하여 구동장치를 구동시켜 물고기 로봇을 물 속에서 유영하게 하는 것으로서, 이러한 구성은 널리 알려진 내용이므로 본 발명에서는 구성이나 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 물고기 로봇은 급격한 방향전환과 급가속 기능을 구현하기 위해 기본적으로 몸체부를 어수부(魚首部)(11)와 중앙몸통부(12)와 어미부(魚尾部)(13), 꼬리부(14)로 분리 구성된다. 그리고 서보모터에 의해 각부가 서로 회전가능하게 힌지 연결되는 3개의 관절부(51 - 53)가 포함된다.

상기 중앙몸통부(12)의 일측단에 물고기 로봇의 입(주둥이)이 마련되는 어수부(11)가 초소형 서보모터에 의해 회전되면서 각도조절 가능하게 힌지결합되고, 상기 중앙몸통부(12)의 타측단에는 어미부(12)가 초소형 서보모터에 의해 회전되면서 각도 조절 가능하게 힌지 결합된다. 그리고 상기 어미부(12)의 단부에는 꼬리부(14)가 초소형 서보모터에 의해 회전 가능하게 힌지 결합 된다.

따라서, 본 발명에서 따른 물고기 로봇은, 어수부(11)와 중앙몸통부(12), 중앙몸통부(12)와 어미부(13), 어미부(13)와 꼬리부(14)의 사이에 각각 서보모터에 의헤 회전되는 회전링크에 이웃하는 부분의 연결링크를 힌지 결합한 3개의 관절부(51 - 53)가 포함되는 구성이다.

특히, 상기 어수부(11), 중앙몸통부(12), 어미부(13) 및 상기 꼬리부(14)는 내구성과 내수성이 우수하도록 아크릴수지, ABS 수지 또는 폴리카보네이트수지(PC) 중 어느 하나 혹은 이들이 조합된 합성수지물로 성형됨이 바람직하다.

아울러, 물고기 로봇의 등 부분에는 상기 중앙몸통부(12)에서 상기 어미부(13)에 걸쳐 등지느러미(Dorsal Fin)(DF)가 형성되는데, 상기 등지느러미(DF)는 방향을 유지하기 위한 것으로 실리콘으로 제조됨이 바람직하다.

또한, 물고기 로봇의 배 부분중 중앙몸통부(12)의 하부 양측에는 한 쌍의 배지느러미(Pelvic Fin)(PF)가 형성되는데, 상기 배지느러미(PF)는 위아래 흔들림을 방지하여 균형(평형)을 유지하기 위한 것으로 이 또한 실리콘으로 제조됨이 바람직하다.

뿐만 아니라, 물고기 로봇의 꼬리부(14)에 가까운 어미부(13)의 하부 양측에는 한 쌍의 뒷지느러미(Anal Fin)(AF)가 형성되는데, 상기 뒷지느러미(AF)는 회전을 방지하여 수직상태를 유지하기 위한 것으로 이 또한 실리콘으로 제조됨이 바람직하다.

한편, 도 4의 예시와 같이, 상기 중앙몸통부(12) 내부에는 마이콤 형태의 제어부(30)가 탑재되는데, 상기 제어부(30)는 수밀구조를 이루어 물속에서 물고기 로봇이 유영하더라도 침수되지 않도록 구성된다.

그리고 상기 제어부(30)에는 어수부(11)과 중앙몸통부(12)사이의 제1관절부(51)를 제어하기 위한 제1관절드라이버(31)와 중앙몸통부(12)와 어미부(13) 사이의 제2관절부(52)를 제어하기 위한 제2관절드라이버(32) 및 어미부(13)와 꼬리부(14) 사이의 제3관절부(53)를 제어하기 위한 제3관절드라이버(33)가 전기적으로 연결된 상태에서 제어되도록 구성된다.

즉, 상기 제1,2관절드라이버(31,32) 및 제3관절드라이버(33)는 각 부의 각도를 조절하기 위해 초소형 서보모터의 회전속도 및 회전방향을 제어하게 된다.

특히, 꼬리부(14)의 회전을 제어하기 위한 제3관절 드라이버(33)는 제1,2관절드라이버(31,32)에 비해 정,역회전이 신속하게 이루어져야 꼬리부(14)를 흔들면서 물고기 로봇이 전방으로 추진될 수 있다.

방향을 전환하는 방식은 도 3의 예시와 같이, 중앙몸통부(12)를 기준으로 어수부(11)와 어미부(13)를 우측으로 꺽은 상태에서 꼬리부(14)를 흔들도록 제어부(30)가 제1,2,관절드라이버(31,32) 및 제3관절드라이버(33)를 제어하게 되면 물고기 로봇은 우측방향으로 전환하면서 유영하게 된다.

반대로, 중앙몸통부(12)를 기준으로 어수부(11)와 어미부(13)를 좌측으로 꺽은 상태에서 꼬리부(14)를 흔들게 되면 물고기 로봇은 좌측방향으로 전환하면서 유영하게 된다.

따라서, 제어부(30)의 제어신호에 따라 각 관절드라이버가 중앙몸통부(12)를 기준으로 진행하고자 하는 방향으로 어수부(11)와 어미부(13)를 꺽은 후 꼬리부(14)를 흔들도록 제어하는 방식으로, 물고기 로봇은 원하는 방향으로 자유롭게 방향전환할 수 있게 된다.

덧붙여, 앞서 설명한 지느러미의 경우에도 자이로센서, 가속계, 지오마그네틱센서 등을 제어부(30)와 연결하고, 초소형 서보모터를 통해 이들 지느러미가 좌우로 기울어지게 제어하거나 혹은 상하방향으로 기울어지도록 제어함으로써 수평, 수직상태를 유지하는 자제 제어를 용이하게 달성할 수 있을 것이다.

뿐만 아니라, 상기 제어부(30)에는 메모리부(MOM)와 무선통신부(WIR)가 연결되는데, 상기 메모리부(MOM)는 각종 센서들이 수집한 정보나 혹은 프로그램된 명령어 등이 저장되는 공간이며 제어부(30)가 수시로 엑세스하여 필요한 정보를 입출력하기 위한 수단이며, 상기 무선통신부(WIR)는 조이스틱형 리모컨 혹은 관제센서와 무선으로 통신하면서 물고기 로봇의 유영을 제어하는 신호를 수신하기 위한 수단이다.

물론, 무선 조정방식 외에도 물고기 로봇이 유영할 방식을 미리 프로그래밍하여 이를 소프트웨어로 탑재하여 외부에서 리모컨으로 제어하지 않고 자체 학습형 제어가 가능하도록 구성할 수도 있다.

이 경우, 학습형 제어는 이를 테면 머신러닝 기법을 따를 수 있다.

이때, 머신러닝 기법이란 컴퓨터 스스로 데이터를 수집하고 분석해 미래를 예측하는 기계학습 알고리즘 중 하나로, 먼저 컴퓨터를 알고리즘 기반으로 학습시킨 뒤 새로운 데이터를 입력해 결과를 예측하도록 하는데, 컴퓨터는 학습한 내용을 기반으로 방대한 양의 빅 데이터를 분석해 앞으로의 행동이나 가능성 등을 판단하는 기법을 말한다.

이러한 기법을 물고기 로봇에 적용하게 되면 물고기 로봇 스스로가 자신이 유영하는 공간 정보를 학습하고, 유영 패턴, 즉 장애물 정보, 수심에 따른 수온 변화 등을 학습하여 스스로 유영하도록 구현할 수 있게 된다.

또한, 상기 제어부(30)에는 장애물 감지센서로서, 도 2 및 도 4에 예시된 바와 같은 좌측센서(34), 우측센서(35), 전면센서(36) 및 하단센서(37)가 더 연결된다.

이때, 상기 좌측센서(34)와 우측센서(35)는 물고기 로봇의 입인 어구(魚口) 양측에 설치됨이 바람직하며, 이를테면 전방에 장애물이나 다른 물고기 로봇이 존재하는지 여부를 검출하여 이를 회피할 수 있도록 한 근접센서일 수 있다. 여기서 근접센서는 IR을 이용해 물체 접근을 감지하는 위치검출센서를 사용할 수 있다.

이 경우, 후술되는 초소형 CCD 카메라(44, 도 5 참조)를 병행하여 운용하게 되면 식별력을 더욱 더 높일 수 있어 유영 자유화를 증대시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 전면센서(36)는 어구(魚口)의 바로 밑에 설치됨이 바람직하며, PSD(Position Sensing Device) 센서가 바람직하다.

상기 PSD 센서는 적외선 삼각 측량 방식으로 거리를 측정하는 센서로 적외선 발광 다이오드, 렌즈, 1차원 CCD 센서가 한 개의 시스템으로 구성되어 어구(魚口)로부터 장애물까지의 거리를 즉시 판독 가능하므로 전면센서(36)의 검출값은 제어부(30)가 회피하기 위한 방향전환시 방향, 속도 등을 결정하는데 기준 자료가 된다.

아울러, 상기 하단센서(37)는 상기 전면센서(36)와 간격을 두고 어수부(11)의 하면에 설치됨이 바람직하며, 이를테면 초음파센서를 이용하여 수심을 검출하도록 구성될 수 있다.

따라서, 이들 센서에 의해 검출된 정보는 메모리부(MOM)에 실시간 저장되고, 제어부(30)는 이들 검출값을 참고하여 물고기 로봇의 유영을 제어하게 된다.

또한, 상기 제어부(30)에는 부력조절기(38)가 연결 제어될 수 있다.

상기 부력조절기(38)는 일 예로, 상기 중앙몸통부(12)의 내부 하측에서 중앙몸통부(12)의 길이방향으로 배열된 볼스크류(미도시)와 상기 볼스크류를 구동시키는 초소형 서보모터(미도시) 및 상기 볼스크류에 치결합된 상태에서 초소형 서보모터의 회전방향에 따라 이동하는 적어도 2개 이상의 무게추(미도시)로 이루어지는 재1부력조절기로 구성될 수 있으며, 제어부(30)가 초소형 서보모터의 구동을 제어함으로써 부력 조절이 가능하게 된다.

즉, 물고기 로봇이 깊은 수심을 향해 유영하고자 할 때는 무게추가 어수부(11) 쪽으로 몰리도록 이동제어함으로써 꼬리부(14)를 흔들게 되면 무게중심이 앞쪽으로 쏠리게 되므로 보다 깊은 수심을 향해 물고기 로봇이 이동하게 된다.

반대로, ?은 수심을 향해 유영하고자 할 때는 무게추가 어미부(13) 쪽으로 몰리도록 이동제어함으로써 꼬리부(14)를 흔들게 되면 무게중심이 뒤쪽으로 쏠리게 되므로 보다 ?은 수심을 향해 물고기 로봇이 이동하게 된다.

이와 같이, 무게추의 위치 조절을 통해 물고기 로봇의 부력을 조절할 수 있어 원하는 유영을 유도하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 부력조절기(38)는 어수부(11) 내부에 제1밸러스트탱크(미도시)를 구비하고, 어미부(13) 내부에는 제2밸러스트탱크(미도시)를 구비하며, 이들 각각에는 물을 채우고 뺄 수 있는 밸러스트펌프(미도시)를 구비한 제2부럭조절기를 형태가 될 수도 있다.

이 경우에는 상기 밸러스트펌프의 구동을 상기 제어부(30)가 직접 구동 제어함으로써 제1,2밸러스트탱크에 물을 채우거나 빼내는 것으로부터 물고기 로봇의 부력을 조절하는 방식이 될 것이다.

예컨대, 제1밸러스트탱크에 물을 채우게 되면 어수 부분이 물 속을 향해 기울어지기 때문에 물고기 로봇 유영시 잠수하게 되고, 제1밸러스트탱크의 물은 빼고 제2밸러스트탱크에 물을 채우게 되면 어수(魚首)가 들려지므로 수면쪽을 향해 올라오게 된다.

따라서, 이와 같이 밸러스트수를 채우고 빼는 것을 조절함으로써 물고기 로봇의 부력을 조절할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 부력조절기(38)는 상기 무게추 방식의 제1부력조절기와, 밸러스트수 방식의 제2부력조절기를 함께 설치 운용하는 병행 설치도 가능하다.

제1부력조절기인 무게추 방식만 사용하는 경우는, 물고기 로봇 자체의 중량에 의해 잠수된 깊이에서 상승 하강운동을 제어할 수 있으나 일정한 수심의 깊이를 유지하면서 유영시키는데 어려움이 있다. 물론 제2부력조절기의 밸러스트 수 방식만으로 수심제어와 아울러 상승 하강 제어가 가능하지만, 민감하게 제어하기에 어려움이 있다.

이에 따라 무게추 방식과 밸러스트수 방식을 함께 사용하고, 밸러스트수 방식으로 수중 깊이를 조절하고, 무게추 방식으로 하강 또는 상승을 조절할 수 있다.

제1,제2부력조절기를 개별적 또는 상호 연동 제어가 가능하며, 이를 위하여 평형상태를 검출하도록 자이로센서를 더 설치하고, 수심측정수단(예; 초음파 센서)를 설치하여 제어부가 수평 및 수심상태를 검출하고, 유영하고자하는 수심깊이와 방향에 따라 제1,제2부력조절기를 단독 또는 연동시켜 제어함으로써 정확하고 신속하게 상승, 하강 또는 수평 유영을 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부(30)에는 추진기(39)가 더 연결될 수 있다.

상기 추진기(39)는 급속추진기 혹은 역추진기 혹은 이들의 병행 설치되는 구조를 가질 수 있다.

이때, 상기 급속추진기는 어미부(13)의 하면 중심에 설치되는 부스터 펌프(BST, 도 2 참조)일 수 있다.

상기 부스터 펌프(BST)는 상기 제어부(30)의 제어신호에 따라 부스팅됨으로써 물을 순간적으로 급속히 후방으로 밀어 보내 물고기 로봇이 순간적으로 아주 빠르게 몸체부와 꼬리부(14)를 흔들면서 급가속으로 전진하도록 하는 수단이다.

이렇게 되면, 실제 물고기의 유영 형태에 가깝게 재현할 수 있게 되므로 관람객은 더욱 더 관심을 집중하게 되고, 관상어로서의 기능을 충실히 수행할 수 있게 된다.

또한, 상기 역추진기는 중앙몸통부(12)의 하면 중심에 설치되는 스크류 펌프(SCP, 도 2 참조)일 수 있다.

이렇게 되면, 물고기 로봇이 유영중 장애물에 걸리거나 혹은 구석에 몰려 빠져나오지 못할 경우 제어부(30)의 제어신호에 따라 스크류 펌프(SCP)가 구동되면서 역추진되어 물고기 로봇이 후진되게 함으로써 현재의 장애 상태를 신속히 해결할 수 있게 된다.

물론, 이 경우 역추진 분사의 힘과 꼬리부(14)를 흔드는 힘의 차이를 조절해 역추진 또는 정지 또는 느리게 전진 등을 조절할 수도 있다.

덧붙여, 도 5의 예시와 같이, 상기 제어부(30)에는 발광스위치(41)가 더 연결될 수 있다.

상기 발광스위치(41)는 제어부(30)의 제어신호에 따라 어수부(11)의 어구(魚口) 위쪽에 구비되는 눈(112, 도 2 참조)에 설치된 LED램프의 발광을 제어함으로써 관람시 관상어로서의 신비로움을 전달할 수 있다.

뿐만 아니라, 어구(魚口)에도 입술(17, 도 2 참조)을 마련하고 여기에는 띠 형태의 LED램프 또는 광섬유 조명수단을 설치하여 마찬가지로 상기 발광스위치(41)에 의해 제어되게 하면 더욱 더 심미감을 높일 수 있다.

아울러, 심미감을 더욱 높일 수 있도록 물고기 로봇이 진행하는 방향 전방을 향해 레이저빔을 투사할 수 있도록 레이저빔 드라이버(42)가 상기 제어부(30)에 더 연결되며, 상기 눈(15)의 하측에는 레이저빔 발진기(16, 도 2 참조)가 더 설치되어 상기 레이저빔 드라이버(42)에 의해 구동 제어되도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 레이저빔 발진기(16)는 단순한 저레벨 레이저빔을 투사하여 전방에 라이트를 켠 효과를 주기 위한 것으로, 레이저빔 확산형, 레이저빔 직진형 등 다양한 형태가 채용될 수 있고, 레이저 라이트의 앞면에 변환필터를 설치하면 레이저를 변환하여 투사할 수 있다. 변환필터는, 구동수단(예; 초소형 서보모터)에 의해 필터를 회전시켜 투사레이저의 칼라나 무늬등을 선택하여 조절할 수 있다.

그러면, 물고기 로봇이 유영하는 전방을 향해 저레벨 레이저빔이 방사되므로 심묘한 느낌을 주게 되어 관상어로서의 기능을 충실히 달성하게 된다.

이에 더하여, 상기 눈(15)의 위쪽에는 초소형 CCD 카메라(44)를 더 설치할 수 있으며, 촬영된 영상을 제어부(30)가 실시간 판독하면서 물고기 로봇의 유영을 제어할 수도 있다.

이러한 초소형 CCD 카메라(44)를 병행설치하게 되면 보다 정교한 물고기 유영 제어가 가능하며, 특히 머신러닝 기법을 통한 학습 능력을 배가시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 제어부(30)에는 물분수 드라이버(43)가 더 연결될 수 있으며, 상기 물분수 드라이버(43)는 상기 초소형 CCD 카메라(44) 보다 더 위쪽에 설치된 물분수노즐(SPR)의 개폐를 제어하여 주기적으로 마치 고래가 물을 뿜는 것처럼 물을 뿜어 아름다운 광경을 연출함으로써 관상어로서의 기능을 더욱 더 높일 수 있다.

이 경우, 상기 물분수노즐(SPR)은 실린더타입 또는 초소형 가압펌프와 솔레노이드밸브에 의해 개폐 제어될 수 있다.

나아가, 상기 제어부(30)에 GPS 모듈(45)을 더 연결하고, 이 GPS 모듈(45)을 중앙몸통부(12)의 상면 중앙에 설치하여 위성통신 가능케 하면 수족관용 관상어 외에 수질 검사나 탐지, 어족 파악 등의 생태계 환경정보를 취득하고 분석하는데 용이하게 활용할 수도 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 물고기 로봇은 적어도 4관절 구조를 갖춤으로써 방향전환이 쉽고 빠르고, 여기에 급가속이 가능한 추진기를 더 구비함으로써 순간적인 빠른 이동이 가능해 마치 살아있는 물고기가 움직이는 듯한 느낌을 줌으로써 관상미를 현격히 높이는 효과를 제공한다.

이에 더하여, 물고기 로봇이 구석이나 장애물에 걸리거나 몰려 있을 경우 역추진이 가능토록 한 별도의 추진기를 더 구비함으로써 물고기 로봇을 후진시킬 수 있어 장애를 해결하는데 유용하다.

또한, 부력조절기를 구비하고 있어 쉽고 빠른 부력조절이 이루어지므로 자유로운 유영을 구현할 수 있다.

나아가, 다수의 센서와 CCD 카메라의 병행을 통해 정확한 장애물 탐지, 인접 지역에서 유영하는 다른 물고기 로봇의 탐지가 신속하게 이루어지므로 회피 유영이 용이한 장점도 제공하며, 머신러닝 기법에 따른 학습기능을 갖출 경우 지능적인 유영이 가능하게 되어 보다 실제 물고기의 유영에 가까운 움직임을 구현할 수 있게 된다.

본 발명에서는 상기와 같이 이루어진 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템을 제공하고자 한다.

도 6은, 본 발명의 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템 구성도이다.

수족관(100)과, 수족관 속의 물고기 로봇(10)과, 수족관(100)의 후면에 설치된 배경 디스플레이 장치(200)와, 상기 물고기 로봇(10)을 제어하기 위한 리모트 콘트롤러(400)와, 상기 물고기 로봇(10)의 위치를 검출하여 물고기 로봇(10)의 이동에 대응하는 가상 오브젝트 및 배경 영상을 디스플레이하는 콘트롤장치(300)를 포함하여 구성된다.

상기 수족관(100)은, 적어도 전후방향이 투명한 수족관으로서, 수족관의 후면에 설치된 배경 디스플레이 장치의 영상을 수족관의 앞면에서 볼 수 있도록 이루어진다. 또한 수족관(100)에는 물고기 로봇(100)의 위치검출장치(310)가 더 설치 된다.

이와 같은 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 인터렉션(interaction) 디스플레이 시스템은, 수족관(100)내에 물고기 로봇(10)이 투입된다. 물고기 로봇(10)은, 센서에 의해 장애물 회피동작으로 헤엄치는 형태로 자율 유영이 가능하고, 리모트 콘트롤러(400)를 이용해 이동 및 방향을 조정할 수 있다.

배경 디스플레이 장치(200)에는 수중 영상을 배경영상으로 출력한다. 즉, 수중 배경 영상은 물고기 로봇(10)의 움직임과 상관없이 배경 영상으로 디스플레이할 수도 있다.

따라서, 수족관 앞에서 보면, 수족관(100) 속의 물고기 로봇(10)이 배경영상 속의 수중을 유영하는 것과 같이 보이는 관상용 아쿠아 전시관을 제공할 수 있는 것이다.

다른 실시예로서, 상기 배경 디스플레이 장치(200)에는 수중 배경 영상에 가상 오브젝트 영상을 합성하여 디스플레이한다. 가상 오브젝트 영상은, 물고기 로봇(10)의 움직임에 반응하는 즉, 물고기 로봇(10)을 따라다니거나 같이 헤엄치는 가상 오브젝트 영상을 생성하여 제공한다. 이는 물고기 로봇의 위치와 움직임을 검출하여 이에 반응하도록 가상 오브젝트를 생성한다. 가상 오브젝트로는, 물고기 형상일 수도 있고, 광고나 홍보성 가상 오브젝트일 수도 있다. 즉, 물고기 로봇(10)을 따라다니는 가상 오브젝트는, 광고나 홍보를 위한 물체형상이나 물체 이미지를 가지는 수중생물 또는 물고기에 표식이나 문구를 표시한 형태일 수도 있다.

따라서 수족관(100) 속에서 물고기 로봇(10)이 유영하고, 사용자가 물고기 로봇(10)을 리모트 콘트롤러(400)로 조정이 가능하며, 수족관(100)의 후면에 설치된 배경 디스플레이 장치(200)에서는 수중 영상 및 물고기 로봇(10)을 추종하는 가상 오브젝트 영상이 디스플레이된다. 가상 오브젝트 영상을 이용해 홍보 및 광고를 할 수 있고, 이벤트를 진행할 수도 있다.

또한, 물고기 로봇(10)의 이동방향에 대응하여 수중 영상을 이동 즉, 물고기 로봇(10)이 수중 영상 속으로 헤엄치는 것과 같이 수중 영상을 제어할 수도 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템의 응용 실시예를 보인 개념도로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 하나의 수족관(100)에 복수의 배경 디스플레이 장치(200-1, 200-2, 200-3)를 설치한 예시도이다. 이는 배경 디스플레이 장치(200)의 화면 크기가 제한되는 점을 감안하여 복수의 배경 디스플레이 장치를 설치한 것이다. 복수의 배경 디스플레이 장치(200-1 ~ 200-3)를 설치하여 배경영상을 파노라마 영상으로 제공할 수 있다.

또한, 도 8과 같이 복수의 아쿠아 시스템(1)(2)(3)을 이웃하게 배열 설치하여 각각 시대별, 해역별 수중영상을 제공할 수 있다. 예를 들어, 고생대, 중생대, 신생대 등의 시대별 가상 수중 영상이나, 남극, 적도, 북극 등의 해역별 수중 영상을 배경 영상으로 구분하여 제공할 수 있다. 또한, 각 구분되는 시대별 해역별로 수족관 속에 투입되는 물고기 로봇을 각각의 시대 또는 해역에 대응된 물고기 로봇나 로봇 수중 생물을 투입할 수 있다.

따라서, 하나의 초대형 수족관의 후면에 복수의 배경 디스플레이 장치를 설치하여 파노라마 영상을 디스플레이할 수도 있고, 디스플레이 별로 영역을 구분하여 시대별, 해역별 수중 영상을 제공할 수도 있어서, 시각적 효과를 향상시킬 수 있고, 물고기 로봇을 각각의 배경 영상에 대응되는 물고기 로봇 또는 로봇 수중 생물을 투입하여 보여줄 수 있다.

도 9는 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템의 콘트롤장치의 구성도이다.

상기 콘트롤장치(300)는, 위치검출장치(310)와, 관객동작 검출장치(320), 영상처리장치(330), 주제어장치(340), 사용자 인터페이스 장치(350), 물고기 로봇 제어장치(360), 이벤트제어부(370)를 포함할 수 있다.

도 10은 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템의 콘트롤장치의 다른 실시예 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 위치검출장치(310)와, 관동작검출장치(320)는, 콘트롤장치(300)의 외부 구성으로 설치될 수 있다.

상기 위치검출장치(310)는, 비젼센서를 이용한 위치검출방식과, 비콘송수신기를 이용한 위치검출방법을 이용할 수 있다.

도 11은 본 발명에 의한 물고기 로봇의 비젼센서를 이용한 위치검출장치 예시도이다.

비젼센서를 이용한 위치검출방식은, 수족관(100)의 상부에 설치되는 복수의 비젼카메라(311)를 이용하여 수족관(100)과 물고기 로봇(10)을 촬영하여 영상분석에 의해 수족관(100)의 외곽선 테두리에 대해서 물고기 로봇(10)이 있는 위치정보를 검출하고, 위치정보 변화에 의해 물고기의 이동 및 이동 속도를 검출하는 방법이다. 이때 물고기 로봇의 테두리 형상을 인식하기 위하여 물고기 로봇의 몸체형상에 대한 테두리 발광수단을 물고기 로봇에 설치함이 바람직하다, 이러한 테두리 발광방식은, 광섬유를 이용한 테두리 발광수단을 설치하고, 가시광선이 아닌 적외선발광으로 테두리 발광을 가능하게 할 수 있다. 여기서 미설명부호 361은, 무선신호중계기로서, 콘트롤장치(300)와 수족관 속의 물고기 로봇(10) 사이의 무선통신호를 중계한다. 이는 물속이라는 환경을 감안하여 수족관(100) 속에서 물고기 로봇(10)와 통신하고, 수족관 외부의 콘트롤장치(300)와 통신하여 무선통신중계를 하도록 이루어진다.

단순히 상부에서 비젼센서(311)를 이용해 적외선을 투사하였을 때 수면이나 물결에 의해 적외선신호의 왜곡 등이 발생하여 정밀한 측정이 어려울 수 있다. 이를 감안하여 물고기 로봇(10)의 등부분에 적외선 반사용 마커(10a)를 부착하여 좀더 명확하게 위치를 검출하게 할 수 있다. 또한, 마커(10a)를 방향성과 기울기를 검출할 수 있는 도형을 형성하게 되면, 수족관의 상부에 설치된 비전센서(카메라)(311)에 의해 마커 영상이 촬영되고, 영상분석에 의해 방향 및 기울기를 검출하여 물고기 로봇 이동방향과 자세도 검출할 수 있다.

또한, 비전센서를 이용하는 또 다른 방식으로는, 적외선을 물고기 로봇에서 도 발산하도록 적외선발광수단을 설치하고, 상부의 비젼센서에서 이를 수신받아 촬영하는 방식 또는 수족관내에 복수의 적외선 발광소자를 설치하여 물고기 로봇로 발산하고, 물고기 로봇에 적외선 반사 마커를 설치하여 반사 마커에서 반사되는 적외선을 상부의 비젼센서에서 수신받아 촬영하는 방식도 가능하다.

또 다른 방식으로는, 물고기 로봇의 배부분에 비젼센서(카메라)를 설치하고, 수족관 바닥면에 마커를 설치하여 물고기 로봇이 수족관 마닥면의 마커를 촬영하여 영상분석방식으로 위치를 검출하는 방법이 있다. 또한, 수족관 바닥면에 각각의 위치정보를 마킹한 복수의 마커들을 일정한 간격으로 격자배열하여 설치하고, 물고기 로봇이 촬영하는 방식이다. 이 또한 물고기 로봇이 촬영한 마커들을 분석하여 위치정보를 측정할 수 있다.

상기와 같이 다양한 방식으로 비젼센서를 이용하여 물고기 로봇의 위치를 측정할 수 있으며, 비콘송수신기를 이용한 위치검출장치를 이용할 수도 있다.

도 12는 본 발명에 의한 물고기 로봇의 비콘통신을 이용한 위치검출장치 예시도이다.

비콘송수신기를 이용하는 경우, 수족관(100)에 복수의 비콘송신기(313)를 설치하고, 물고기 로봇(10)에 비콘수신기(10b)를 설치하여 수신된 신호들의 위치정보들을 이용해 삼각법에 의해 물고기 로봇의 위치를 측정하는 방법이다. 이러한 비콘방식에 이용되는 비콘신호로는 초음파신호 또는 RF신호를 이용할 수 있으며, 초음파신호인 경우 반사신호의 필터링등의 어려움이 있어서 넓은 공간 즉, 대형수족관이나 외부 연못등에서 주로 이용할 수 있고, RF신호로는 저주파수신호를 이용할 수 있으며, 로라통신이나 시그폭스 통신을 이용하는 것이 바람직하다.

이는 물고기로봇(10)에서 비콘통신을 이용해 수족관 내에서의 위치정보를 검출하고, 검출된 위치정보에 의거하여 자율 유영을 할 수도 있으며, 이 위치정보를 무선중계기(361)를 통해 콘트롤장치(300)로 송신하고, 콘트롤장치(361)가 물고기 로봇(10)의 수족관내 위치정보에 의거하여 가상오브젝트나 배경영상을 제어할 수 있고, 미리 설정한 유영 프로개램에 자동으로 원격 조종도 가능해진다. 즉, 위치정보와 자동원격 조종을 이용해 물고기 로봇(10)을 수족관내에서 이벤트 유영 또는 복수의 물고기 로봇들의 군무등을 자동제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예로 설명하지는 않았으나, 실내 수족관이 아닌 실외에서는 물고기 로봇에 GPS위치검출수단을 설치하여 물고기 로봇이 자체적으로 자신의 위치를 검출할 수 있다.

또한, 물고기 로봇의 위치 및 자세를 측정하기 위한 수단으로 지자기 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 영상처리장치(330)는,

배경영상만을 배경디스플레이장치(200)로 출력할 수 있다. 배경영상으로는 복수의 수중환경을 보여줄 수 있는 영상들을 저장해두고, 사용자가 선택하여 출력할 수도 있고, 외부 저장장치(예; USB 메모리)를 이용해 배경영상을 연결하여 출력할 수도 있다. 또한, 가상현실 영상을 출력하기 위한 HMD를 구비하고, 배경영상으로는 가상현실영상을 HMD를 통해 출력시킬 수도 있고, 이는 물고기 로봇의 위치나 방향전환등에 동기시켜 가상영상을 제어하는 방식일 수도 있으며, 배경 디스플레이장치(200)에 출력하는 배경영상을 물고기 로봇의 위치나 방향전환등에 동기시켜 영상을 바라보는 시점을 가변시켜 영상을 제어할 수도 있다.

또한, 배경영상 이외에 복수의 가상오브젝트를 생성하여 저장해두고, 사용자 선택에 의한 가상오브젝트 그룹을 선택하여 해당 가상오브젝트 영상을 배경영상에 레이어 기반 합성방식으로 출력할 수 있다.

또한, 가상 오브젝트 영상과, 배경 영상을 레이어 기반으로 합성하여 배경 디스플레이 장치(200)로 출력하되, 위치검출장치(310)의 물고기 로봇(10)의 위치정보에 대응하여 상기 가상 오브젝트의 움직임을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 영상처리장치(330)는,

미리 생성해둔 서로 다른 종류의 복수의 가상 오브젝트를 저장하여두고, 사용자 선택에 의해 해당 종류의 가상 오브젝트를 선택하는 것을 특징으로 한다. 또한, 복수의 배경 영상을 미리 저장해두고 사용자 선택에 의해 해당 배경 영상을 선택하는 것을 특징으로 한다.

또한, 영상처리장치(330)는, 외부 디바이스와 연결되어 가상오브젝트 및 배경 영상을 다운받아 설치하고, 가상 오브젝트를 물고기 로봇을 따라다니도록 제어하는 것이 가능하다. 또한, 외부 디바이스로부터 배경영상을 입력받아 가상 오브젝트 영상과 합성하여 출력할 수도 있다. 노트북이나 메모리수단을 연결하여 배경영상을 입력받고, 이 배경 영상에 가상 오브젝트 영상을 합성하여 출력할 수 있다. 가상 오브젝트 영상은 물고기 로봇의 위치변동에 대응하여 가상 오브젝트가 물고기 로봇을 추종하는 방식으로 구현된다.

또한, 영상처리장치(330)는, 복수의 배경 디스플레이 장치에 파노라마 영상을 출력할 수도 있고, 서로 다른 배경영상을 출력할 수도 있다.

상기 주제어장치(340)는,

사용자 인터페이스 장치를 통해 사용자가 조작하는 명령 및 설정정보를 입력받아 상기 위치검출장치(310), 관객동작 검출장치(320), 영상 처리장치(330)를 포함하는 콘트롤장치의 각 장치들을 제어하고, 상기 관객 동작 검출장치(320)의 관객 동작 검출정보에 의거하여 상기 물고기 로봇(10) 제어정보를 생성하여 물고기 로봇(10)을 제어하거나, 사용자 인터페이스 장치를 통해 사용자가 조작하는 물고기 로봇(10) 제어정보를 생성하여 물고기 로봇(10)을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 사용자 인터페이스장치(350)는,

물고기 로봇을 제어하기 위한 기능을 선택 및 설정하는 수단과, 물고기 로봇을 조종하기 위한 수단 및 상태 표시를 위한 표시수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은, 사용자 인터페이스장치(350)를 통해 사용자가 직접 물고기 로봇(10)을 조종할 수 있는 모드를 선택한 후, 조종 수단을 이용해 물고기 로봇을 직접 움직여 조종할 수 있다. 조종수단은 방향버튼이나 조이스틱일 수 있다.

상기 관객동작검출장치(320)는, 관객의 움직임을 검출하는 움직임 검출수단으로서, 모션센서를 사용하거나, 깊이카메라를 사용하여 관객의 동작을 검출한다. 미리 정해진 위치에서 미리 정해진 동작이 검출되면, 해당 관객의 동작에 따라 물고기 로봇을 제어할 수 있도록 하기 위한 것이다.

관객동작에 의한 조종도 가능한데, 동작 반응모드를 선택하여 설정하고, 수족관 앞에서 손이나 팔의 움직임으로 물고기 로봇을 조종하거나, 물고기 로봇이 관객의 동작에 반응하게 할 수 있다.

또한, 관객동작검출장치(320)는, 모션센서나, 깊이카메라를 이용함과 아울러 음성인식수단을 더 포함할 수 있다. 즉, 음성인식에 의해 음성으로 물고기 로봇의 반응을 유도할 수 있고, 음성으로 물고기 로봇을 제어할 수도 있도록 한다. 이는 음성인식수단에 의해 입력된 음성명령을 주제어장치의 프로세서가 음성을 제어명령으로 변환하여 물고기 로봇을 제어하게 한다.

관객동작에 반응하여 물고기 로봇을 움직이는 방식은, 동작인식과 음성인식을 겸할 수 있으며, 설정된 랜덤반응으로 움직이게 하는 방식과, 물고기 로봇을 조종하는 방식으로 구분할 수 있다. 랜덤반응은 손짓에 따라 다가오게 하거나 놀라 도망가게 할 수도 있으며, 복수의 물고기 로봇이 함께 반응하게 할 수도 있다.

또한, 이 경우 물고기 로봇 뿐만아니라, 가상 오브젝트도 관객 동작에 반응하여 움직이게 할 수 있다. 즉, 물고기 로봇 위치 변동에 의해 가상 오브젝트를 제어할 수도 있지만 동작 반응모드에서는 관객 동작에 의해 직접 가상 오브젝트를 제어하게 함으로써, 빠른 응답성을 부여할 수 있다.

상기 무선통신모듈(360)은,

상기 주제어장치(340)에 의해 생성되는 물고기 로봇(10) 제어정보를 무선신호로 물고기 로봇(10)로 전송하고, 물고기 로봇(10)로부터 송신되는 무선신호를 수신받아 상기 주제어장치(340)로 전달한다. 여기서, 수족관(100)에는 물속의 특성을 감안하여 물속의 물고기 로봇(10)과 외부의 콘트롤러(300) 사이의 무선통신 신호를 중계하는 무선중계기(361)를 더 설치할 수 있다.

이벤트 제어부(370)는 주제어장치(340)의 제어에 의해 물고기 로봇(10)의 몸체부 내에 설치되는 조명을 제어할 수 있다. 물고기 로봇(10)의 몸체부의 각부마다 칼라 LED를 설치하고, 제어부에 의해 제어될 수 있도록 구성한다. 이에 따라 콘트롤러(300)가 물고기 로봇(10)의 조명제어신호를 출력하여 물고기 로봇(10)의 각부의 조명을 제어한다. 이를 이용하면 다양한 칼라나 관절별 다른 칼라 등등으로 조명제어를 할 수 있어서 물고기 로봇(10)의 칼라를 자유롭게 조절하여 제어할 수 있어서 이벤트성으로 활용할 수도 있고, 관람객들의 동작에 의해 물고기 로봇의 몸체부 조명을 제어하여 반응하게 할 수도 있다. 또한, 물고기 로봇(10)에 레이저 발신기가 설치된 경우에는 레이저 빔 투사를 제어할 수도 있고, 물분수 장치가 설치된 경우는 물분수 제어를 할 수 있다.

도 13은 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템의 제어흐름도이다.

이와 같이 구성된 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은,

콘트롤장치(300)에 의해 제어되는 것으로서, 아쿠아 시스템이 온되면, 배경 디스플레이 장치(200)에 배경 영상(202)과 가상 오브젝트(201)를 레이어기반으로 출력하는 영상출력단계(S1)와, 수족관(100)속의 물고기 로봇(10)과 무선 페어링하는 무선페어링단계(S2)와, 상기 가상오브젝트와 매칭할 물고기 로봇을 설정하는 단계(S3)와, 매칭 설정된 물고기 로봇의 위치를 검출하는 단계(S4)와, 검출된 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 가상 오브젝트를 제어하여 가상 오브젝트가 물고기 로봇을 추종하도록 제어하는 가상오브젝트 제어단계(S5)를 수행하고, 아쿠아시스템이 오프되면 종료한다.

본 발명의 아쿠아 시스템은, 수족관(100) 속에 물고기 로봇(10)을 투입하여 유영하게 한다. 아쿠아 시스템이 온되면, 영상출력단계(S1)로서 배경 디스플레이 장치(200)에는 수중 영상을 배경영상으로 제공하고, 가상 오브젝트를 생성하여 레이어 기반으로 합성된 배경영상으로 디스플레이한다.

이때, 물고기 로봇(10)은 리모트 콘트롤러(400)에 의해 수동 제어유영이 가능하고, 물고기 로봇(10) 자체의 자율유영이 가능하다. 물고기 로봇(10)은 적어도 장애물 회피기능을 포함하고 있다. 장애물 회피기능은, 물고기 로봇(10)에 복수의 장애물 감지센서를 장착하고, 장애물 감지시 회피동작으로 방향을 전환하여 유영하게 한다. 장애물 감지센서는 IR센서, 초음파 센서, RF센서 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 물고기 로봇(10)의 전방, 좌우 측면, 및 상하 방향을 포함할 수 있다.

무선 페어링 단계(S2)는, 수족관(100)내의 물고기 로봇(10)과 콘트롤장치(300)간의 무선 페어링으로서, 통상의 근거리 무선통신 페어링과 같은 방식으로 무선 페이링하고, 가상오브젝트와 매칭할 물고기 로봇을 설정하는 단계(S3)를 수행한다. 한마리의 물고기 로봇이 투입되어 무선페어링이 이루어진 경우에는 해당 물고기 로봇을 가상오브젝트와 매칭할 물고기 로봇로 자동설정된다. 복수의 물고기 로봇이 투입된 경우는 사용자 선택 또는 자동으로 랜덤선택하여 가상오브젝트와 매칭시킬 물고기 로봇을 설정한다.

매칭할 물고기 로봇이 설정되면, 해당 물고기 로봇의 위치검출단계(S4)를 수행한다. 위치검출장치(310)는 수족관(100) 내의 물고기 로봇(10)의 위치를 검출한다. 위치검출장치(310)는 실내위치검출방식으로서, 비전센서를 이용하는 방식, 비콘통신을 이용하는 방식에 자이로센서를 포함하는 방식중 어느 하나의 방식으로 물고기 로봇(10)의 위치를 검출할 수 있다.

물고기 로봇의 위치검출이 이루어지면, 가상오브젝트(201)를 해당 매칭할 물고기 로봇(10)을 따라다니거나 함께 유형하도록 제어하는 가상오브젝트 제어단계(S5)를 수행한다. 상기 위치검출장치(310)에서 물고기 로봇(10)의 위치가 검출되면, 영상처리장치(320)는, 상기 물고기 로봇(10)의 위치정보들을 이용하여 가상 오브젝트를 제어한다.

도 14의 (가) 및 (나)와 같이 물고기 로봇(10)의 뒤를 가상 오브젝트(201)가 따라가도록 제어한다. 가상 오브젝트(201)는 복수의 가상오브젝트로 이루어지고, 각각의 가상 오브젝트(201)는 실제 수중 물고기나 수중 생물에 대한 가상 오브젝트일 수도 있고, 도 14와 같이 단순 형상화한 그래픽 가상 오브젝트일 수도 있으며, 일반 물품을 형상화하여 광고나 홍보에 이용할 수도 있다.

또한, 복수의 가상 오브젝트(201)는 각각의 개별적인 움직임으로 물고기 로봇(10)을 추종하도록 제어한다.

수족관(100) 속의 물고기 로봇(10)을 제어하는 방법은, 리모트 콘트롤러(400)에 의해 수동으로 직접 물고기 로봇(10)을 제어할 수 있다. 또, 물고기 로봇(10)의 자율 유영 프로그램에 의해 수족관(100) 속에서 자율 유영할 수도 있다. 또 콘트롤장치(300)의 사용자 인터페이스 장치(350)를 통해 수동 제어를 선택하여 조작수단(버튼, 또는 조이스틱)을 통해 물고기 로봇(10)을 제어할 수 있다.

물고기 로봇(10)은, 외부와 무선통신하는 무선통신수단이 구비되어 있고, 이 무선통신수단과의 페어링에 의해서 리모트콘트롤러(400)나, 콘트롤장치(300)에서 수동제어가 가능해진다. 이는 콘트롤장치(300)나 리모트콘트롤러(400)에서 함께 동일한 물고기 로봇을 제어할 수 있도록 통신설정이 가능하고, 물고기 로봇 내에 제어 우선순위를 설정하여 제어할 수 있다.

또한, 수족관(100))에 복수의 물고기 로봇(10)이 투입될 수 있는데, 기본적으로 모두 자율유영 프로그램이 설정되어 자율유영이 이루어지고, 그중 원하는 물고기 로봇을 선택하여 무선페어링하여 리모트 콘트롤러(400) 또는 콘트롤장치(300)에서 선택적으로 수동제어를 할 수 있다.

또한, 복수의 물고기 로봇(10)이 투입된 경우, 콘트롤장치(350)에서는 가상오브젝트(201)가 추종해야 하는 물고기 로봇을 선택할 수 있다. 콘트롤장치(350)는 투입된 물고기 로봇(10)을 검색하면, 무선 페어링 정보에 의거하여 각각의 식별되는 물고기 로봇을 선택할 수 있다.

도 15는 본 발명에 의한 아쿠아시스템의 가상오브젝트를 매칭할 물고기 로봇 설정방법 흐름도이다.

무선통신모듈(360)을 통해 페어링 가능한 물고기 로봇(10)의 페어링아이디를 검색하는 검색단계(S10); 검색된 페어링아이디 리스트에서 선택된 물고기 로봇과 페어링하는 페어링단계(S20); 페어링 단계(S20)에서 페어링된 물고기 로봇로 표시정보를 전송하여 해당 물고기 로봇이 선택되었음을 표시하게하는 표시단계(S30); 상기 페어링 및 표시단계(S20, S30)를 차례로 수행하면서, 가상오브젝트를 매칭할 물고기 로봇을 선택 입력받아(S40) 매칭할 물고기 로봇에 대한 매칭정보를 생성하여 설정하는 매칭 물고기 로봇 선택단계(S50); 해당 매칭 물고기 로봇의 위치정보 검출 및 검출된 위치정보에 가상오브젝트를 매칭시켜 제어하도록 상기 매칭정보를 위치검출장치 및 영상처리장치로 제공하는 매칭정보 제공단계(S60)를 수행한다.

검색단계(S10)에서 물고기 로봇(10) 각각에 부여된 페어링 아이디를 콘트롤장치(300)에서 검출하여 리스트로 보여주고, 차례로 페어링을 설정한다. 이는 어떤 물고기 로봇의 페어링 아이디인지 사용자가 알지 못하므로, 차례로 페어링한다(S20). 이때 페어링된 물고기 로봇(10)은, 페어링 됨을 알리도록 프로그램을 설정하거나, 콘트롤장치(300)로부터 페어링 후 표시정보를 수신받아 표시할 수 있다(S30). 표시방법으로는 물고기 로봇(10) 몸체 내에 LED나 발광수단을 설치하여 일정시간동안 점멸 발광시키는 방법 또는 물고기 로봇(10)을 구동시켜 급속 움직임 제어방식을 이용할 수 있다. 이러한 페어링 상태 표시를 보고 사용자가 원하는 물고기 로봇을 선택할 수 있다.

사용자가 페어링 표시에 따른 물고기 로봇(10)을 보고, 사용자 인터페이스(350)를 통해 설정 버튼을 누르면(S40), 해당 물고기 로봇을 가상 오브젝트와 매칭할 물고기 로봇로 선정되고, 주제어장치의 매칭수단은 해당 물고기 로봇에 대한 매칭정보를 생성하여(S50) 영상처리장치 및 위치검출장치에 제공한다(S60).

상기 페어링단계(S20)는, 사용자 선택에 의해 페어링 아이디가 선택되면 선택된 페어링 아이디와 페어링할 수 있다. 또한, 상기 페어링 단계(S20)는, 페어링아이디 리스트를 자동으로 차례로 선택하면서 페어링할 수도 있다.

또한, 상기 매칭할 물고기 로봇 선택단계(S40)는, 상기 검색단계(S10)에서 검색된 페어링 아이디 리스트에서 랜덤하게 자동선택하여 해당 물고기 로봇에 대한 매칭정보를 생성하여 설정할 수도 있다.

가상오브젝트와 매칭할 물고기 로봇은, 리모트 콘트롤러(400)나 콘트롤장치(300)에 의해 수동조작으로 제어할 수도 있지만, 설정된 프로그램에 의한 자율 유영으로 제어되는 물고기 로봇 일수도 있다. 자율유영은 특별한 경로 설정이 있을 수도 있지만, 경로설정 없이 장애물 회피 기능만으로 유영하게 할 수도 있다. 이는 수족관내에서 한정된 공간을 움직이는 것이기 때문에 경로설정을 하지 않아도 수족관내를 돌아다니게 할 수 있다.

이처럼 매칭할 물고기 로봇이 설정되어 수족관내에서 유영하게 되면, 위치검출장치(310)는 주제어장치(340)에서 제공된 매칭정보에 의해 해당되는 매칭할 물고기 로봇의 위치정보를 검출한다.

이때 비젼센서를 이용하는 방식에서는 어떤 물고기 로봇(10)이 매칭할 물고기 로봇인지를 인식해야만 해당 물고기 로봇 로봇을 식별할 수 있다. 이를 위해 칭할 물고기 로봇으로 설정된 물고기 로봇으로 매칭정보를 전송하여 물고기 로봇이 특정한 점등 표시 또는 움직임 동작 또는 점멸 표시등을 할 수 있도록 세팅한다. 이러한 매칭정보에 따른 움직임이나 점등표시에 의해 비젼센서에서 해당 물고기 로봇의 위치정보를 검출하도록 식별한다.

그런데 비콘통신을 이용한 위치검출 방식인 경우, 물고기 로봇내에 프로세서가 비콘신호를 이용해 물고기 로봇 자신의 위치정보를 검출할 수 있으므로, 물고기 로봇 자체의 식별정보를 포함하는 무선신호로 콘트롤장치(300)로 위치정보를 전송할 수 있다. 따라서 비콘통신을 이용한 위치 검출 방식에서는 콘트롤장치(300)가 위치검출을 하라는 매칭정보를 수신받은 물고기 로봇이 자신의 위치를 비콘신호에 의해 검출하여 자체 유영제어 및 콘트롤장치로 전송할 수 있다.

매칭할 물고기 로봇의 위치정보가 검출되면, 해당 위치정보를 이용하여 이동 경로와, 단위시간당 이동거리에 의해 현재의 위치에서의 이동벡터를 생성하고, 이 이동벡터값에 의해 가상 오브젝트(201)의 움직임을 제어한다. 따라서 매칭할 물고기 로봇(10)의 이동 위치에 따라 가상 오브젝트(201)를 연속적으로 제어함으로써, 물고기 로봇을 따라다니게 하던지 주위를 돌며 함께 유영하게 하던지, 물고기 로봇과 가상오브젝트를 매칭시켜 함께 움직일 수 있도록 한다.

비콘신호를 이용한 위치검출 방식에서는 복수의 물고기 로봇이 각자 자신의 위치정보를 검출하여 자율유영을 하거나 프로그램에 의해 설정된 경로를 자동보정하면서 설정된 경로로 자율유영할 수 있고, 이러한 각자의 위치정보를 콘트롤장치로 전송할 수 있다. 콘트롤장치는 복수의 물고기 로봇으로부터 각자의 위치정보를 수신받아 어느하나의 물고기 로봇에게만 가상오브젝트를 매칭하거나, 각각의 물고기 로봇마다 서로 다른 오브젝트를 매칭하여 따라다니게 제어할 수도 있다.

배경영상으로는, 일반적인 수중 동영상을 배경영상으로 제공할 수도 있지만, 물고기 로봇의 이동에 대응하여 배경영상도 가변제어할 수 있다. 예를 들어 물고기 로봇의 위치검출정보를 활용하여 배경영상을 물고기 로봇의 시점에서 보는 수중 영상으로 가변시킬 수도 있다.

따라서 본 발명에 의한 아쿠아 시스템은, 수족관 속의 물고기 로봇이 수동 제어 또는 자율 제어에 의해 수족관내에서 유영하고, 배경 디스플레이 장치에서 가상오브젝트들이 매칭된 물고기 로봇을 따라 다니고, 배경영상이 디스플레이 된다. 그러므로 물고기 로봇을 직접 수동제어해볼 수 있고, 가상오브젝트들을 이용해 다양한 수중 생물을 표현할 수도 있고, 홍보나 광고를 제공할 수도 있으며, 배경영상을 이용해 수중환경 영상을 제공할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은, 관객의 동작에 의해 물고기 로봇(10)이 반응하도록 구현할 수 있다. 상기 콘트롤장치(300)에 관객동작검출장치(320)를 구성하고, 관객동작 검출에 의거하여 물고기 로봇(10)이 반응하게 하는 것이다.

상기 관객동작검출장치(320)는, 관객의 움직임을 검출하는 움직임 검출수단으로서, 모션센서를 사용하거나, 깊이카메라를 사용하여 관객의 동작을 검출한다. 미리 정해진 위치에서 동작이 검출되면, 해당 관객의 동작에 따라 물고기 로봇을 제어할 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한, 움직임 동작검출에 의한 것 뿐만 아니라 음성검출수단을 더 포함시켜 음성에 의해 물고기 로봇의 반응 또는 제어 가능하도록 한다.

도 16은 본 발명에 의한 관객동작에 물고기 로봇을 반응시키는 방법 흐름도이다.

콘트롤장치(300)에서 동작 및 음성 검출에 의한 물고기 로봇(10)의 반응을 유도하기 위한 동작반응 모드를 설정하는 단계(S101)와, 동작 반응모드가 설정된 상태에서 관객동작검출장치(320)를 통해 관객의 동작 또는 음성을 검출하는 동작검출단계(S102)와, 관객동작 또는 음성이 검출되면, 해당 동작 또는 음성에 의거하여 물고기 로봇의 움직임제어정보를 생성하는 움직임 제어정보 생성단계(S103)와, 관객동작 또는 음성에 따른 움직임 제어정보 제어정보에 의거하여 물고기 로봇을 제어하는 물고기 로봇 제어단계(S104)를 수행한다.

여기서 관객동작검출장치(320)에서 검출된 관객동작 검출신호는 반드시 콘트롤장치(300)를 통해 물고기 로봇(10)을 제어할 필요는 없다. 즉, 관객동작검출장치(320)가 직접 물고기 로봇(10)으로 관객동작 검출신호를 전송하면, 물고기 로봇(10)의 제어부는 미리 설정된 관객동작 반응모드에 대한 프로그램에 따라 자동으로 반응하도록 구현할 수 있다.

상기 관객 동작 반응모드 설정단계(S101)는, 관객의 동작 또는 음성에 의해 물고기 로봇(10)을 제어하는 위한 모드를 설정하고, 반응방법으로 랜덤모드와, 조종모드를 설정한다. 랜덤모드는, 미리 설정된 프로그램에 의해 관객 동작과 음성을 분석하고, 분석된 정보에 의거하여 미리 정해둔 랜덤반응을 매칭하여 물고기 로봇을 제어하도록 한다. 즉, 물고기 로봇이 모여들게 하거나, 달아나게 하거나 등의 랜덤 제어를 한다.

조종모드는, 동작 및 음성 분석에 의해 물고기 로봇을 조종하는 것으로서, 손짓이나 음성으로 물고기 로봇을 제어하여 조종한다. 물고기 로봇 제어정보는 무선통신모듈을 통해 물고기 로봇로 전송되고, 물고기 로봇의 프로세서가 움직임을 제어하여 구현된다.

이와 같이 본 발명은, 콘트롤장치(300)에서 관객동작 반응 모드를 설정하면, 관객동작검출장치(320)가 관객의 동작을 검출한다. 미리 일정한 위치를 정해서 표시해두고, 이 표시 권역 내에서 관객이 손동작을 하여 물고기 로봇의 반응을 유도할 수 있다.

수족관(100)의 일면에 터치 패널을 구비하고, 터치 패널을 터치하는 동작에 의해 터치된 위치로 물고기 로봇을 자동으로 이동시키거나, 터치된 위치로부터 도망가게 할 수 있다. 또한, 모션센서나 깊이카메라로 관객의 손동작을 검출한다. 손동작에 의해 미리 정해진 동작을 대응시켜 패턴에 따라 물고기 로봇을 반응시킬 수 있다. 또한, 손동작에 의해 물고기 로봇을 조종하여 움직이게 할 수도 있다.

또한, 관객동작검출장치(320)에는, 음성인식수단을 더 포함할 수 있다. 즉, 음성인식에 의해 음성으로 물고기 로봇의 반응을 유도할 수 있고, 음성으로 물고기 로봇을 제어할 수도 있도록 한다. 이는 음성인식수단에 의해 입력된 음성명령을 주제어장치의 프로세서가 음성을 제어명령으로 변환하여 물고기 로봇을 제어하게 한다.

관객동작에 반응하여 물고기 로봇을 움직이는 방식은, 동작인식과 음성인식을 겸할 수 있으며, 설정된 랜덤반응으로 움직이게 하는 방식과, 물고기 로봇을 조종하는 방식으로 구분할 수 있다. 랜덤반응은 손짓에 따라 다가오게 하거나 놀라 도망가게 할 수도 있으며, 복수의 물고기 로봇이 함께 반응하게 할 수도 있다.

또한, 물고기 로봇 뿐만아니라, 가상 오브젝트도 관객 동작에 반응하여 움직이게 할 수 있다. 즉, 물고기 로봇 위치 변동에 의해 가상 오브젝트를 제어할 수도 있지만 동작 반응모드에서는 관객 동작에 의해 직접 가상 오브젝트를 제어할 수도 있다.

한편, 상기와 같은 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은, 아쿠아 게임 시스템으로도 이용할 수 있다. 이는 배경영상을 게임 배경 영상으로하고, 오브젝트들을 게임 오브젝트로 생성하며, 물고기 로봇이 게임 속 플레이어가 되어 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 오브젝트들이 제어되는 게임으로 이용할 수 있다. 예를들어 수중 미로찾기 게임이나, 이벤트 보물찾기 게임등을 제공하고, 물고기 로봇의 위치이동에 따라 배경화면의 가상오브젝트를 물고기 로봇이 터치하는 형태로 제공하여 광고나 이벤트 발생 등의 게임 콘텐츠를 제공할 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 실시 예로서, 아쿠아 시스템의 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 가상오브젝트를 제어하는 방법을 이용하여 게임 시스템으로도 제공할 수 있다.

도 17은 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 게임 시스템 개요도이다.

이에 도시된 바와 같이,

상면이 투명덮개(120)로 덮여 바닥면에 설치되는 수족관(100)과;

수족관(100) 속에 투입되어 자율유영 및 외부 제어에 의해 유영하는 적어도 하나 이상의 물고기 로봇(10)과;

상기 수족관(100)의 바닥면에 배경과 가상 오브젝트 영상을 레이어기반으로 합성하여 디스플레이하는 배경 디스플레이 장치(200)와;

상기 수족관(100) 내의 물고기 로봇(10)의 위치를 검출하는 위치검출장치(310)와;

게임 배경 영상과, 게임 가상 오브젝트를 선택하고, 상기 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 상기 가상 오브젝트를 제어하여 물고기 로봇이 상기 가상 오브젝트를 다루는 게임을 진행함과 아울러 배경 영상을 게임진행에 따라 연동제어하여 상기 배경 디스플레이 장치(200)를 통해 수족관 바닥면으로 출력하는 게임 프로그램을 구비하는 콘트롤장치(300)와;

상기 물고기 로봇(10)을 원격 제어하여 게임을 진행하는 리모트 콘트롤러(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수족관(100)의 상면덮개(120)의 테두리 일정 폭에 상기 콘트롤장치(300)의 제어를 받아 영상을 표시하는 상면 영상표시수단이 더 설치될 수 있다. 상면영상표시수단은, 도 17과 같이 빔 프로젝터(500)를 설치할 수도 있고, 상면덮개(120)의 테두리 면에 LED 디스플레이수단을 설치하여 문자표현 등을 할 수 있도록 한다. 이는 콘트롤장치(300)의 제어에 의해 광고 문구나, 홍보용 문구 등을 상면 덮개(120)의 테두리에 표시할 수 있다.

도 18은 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 축구게임 예시도.

이와 같은 아쿠아 게임 시스템은, 바닥면 수족관을 예로 하였으나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기에서 설명한 수족관 후면에 배경 디스플레이 장치를 설치한 아쿠아 시스템에서도 동일하게 적용될 수 있다. 다만, 도 18의 실시예는, 축구 게임이나, 아이스 하키 게임과 같이 경기장에서 플레이하는 게임을 바닥면 수족관을 이용해 구현한 것을 예로 한 것이다.

상기 축구게임은, 두개의 물고기 로봇을 수족관에 투입하고, 두명의 사용자가 각각의 물고기 로봇을 제어하여 하나의 공을 다투는 일대일 게임인 것을 특징으로 한다.

상기 배경영상은, 아이스하키 경기장을 모델링한 영상이고, 가상 오브젝트로서 아이스하키 퍽을 제공하여 물고기 로봇이 퍽을 이동시키는 아이스하키 게임인 것을 특징으로 한다.

수족관(100)내에 물고기 로봇(10)을 투입하고, 리모트 콘트롤러(400) 또는 콘트롤장치(300)의 사용자 인터페이스 수단을 통해 물고기 로봇(10)을 수동조종으로 제어한다.

배경 디스플레이장치(200)에는 경기장 및 관중석을 표현하는 경기장 배경영상을 디스플레이시켜 경기장을 구현하고, 물고기 로봇(10)이 플레이할 게임 오브젝트 예를들어 축구게임인 경우는, 축구공, 아이스하키 게임인 경우는 아이스하키 퍽을 가상 오브젝트로 생성하여 디스플레이한다.

게임을 시작하게 되면, 가상 오브젝트를 물고기 로봇(10)이 터치하는 방식으로 플레이하게 하는데, 물고기 로봇(10)의 위치정보를 실시간으로 검출하여 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 가상 오브젝트를 제어하는 방식으로 게임을 진행 할 수 있다.

축구경기나 아이스하키와 같은 경우, 가상오브젝트를 위치정보에 의거해서 가상으로 터치시켜 공대에 넣는 게임을 진행 할 수 있다. 이는 물고기 로봇을 조정하는 것에 의해 구현될 수 있다. 게임 방식으로는, 물고기 로봇의 실시간 위치정보에 의해 게임이 플레이되게 하는 미로찾기나 보물찾기, 등등, 다양한 콘텐츠 게임으로 구현할 수 있다.

또한, 하나의 물고기 로봇만으로 단독 게임을 진행할 수도 있지만, 두개의 물고기 로봇을 투입하여 하나의 가상 오브젝트를 서로 다투게 하는 게임이나, 두개의 물고기 로봇이 경쟁하는 게임으로도 구현할 수 있다.

상기 콘트롤장치(300)는,

상기 물고기 로봇(10)의 실시간 위치정보를 이용하여 복수의 이전 위치정보로부터 이동방향을 추출하고, 이동거리와 이동방향에 의거하여 현재 위치에서의 힘의 벡터를 생성하고, 해당 힘의 벡터에 대응해서 상기 가상 오브젝트를 이동시키는 것을 특징으로 한다. 즉, 단순히 물고기 로봇(10)의 위치정보에 의해 가상 오브젝트(201)의 이동을 제어하는 것이 아니라, 물고기 로봇(10)과 가상 오브젝트(201)가 매칭되는 위치 포인트에서 물고기로봇(10)이 움직임 벡터를 가상오브젝트에 적용하여, 가상오브젝트(201)의 움직임 방향과 이동거리 및 빠르기 등을 제어할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은, 전시장용 아쿠아 시스템이나, 교육용 아쿠아 시스템, 아쿠아 게임 시스템 등과 같이 다양한 콘텐츠를 제공하는 시스템으로 응용가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은, 수족관 속에 물고기 로봇을 투입하고, 수족관 후면에 배경 디스플레이 장치를 설치하며, 콘트롤장치의 제어에 의해 배경 디스플레이 장치에 가상오브젝트와 배경영상을 디스플레이한다. 수족관 속이 물고기 로봇의 위치를 검출하는 위치검출장치를 설치하고, 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 가상오브젝트를 제어하여 물고기 로봇을 가상오브젝트가 추종하도록 제어할 수 있다. 또한, 배경영상도 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 제어할 수도 있다. 또한, 관객의 움직임 동작이나 음성에 의해 물고기 로봇이 반응하게 할 수 있으며, 가상오브젝트도 함께 반응하게 할 수도 있다. 이러한 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 가상 오브젝트를 제어하는 방식을 응용하여 아쿠아 게임 스스템으로 구현하고, 다양한 게임 콘텐츠로서 구현하여 제공할 수 있는 것이다.

따라서, 물고기 로봇을 현장에서 직접 조작해볼 수도 있고, 물고기 로봇을 추종하는 가상오브젝트를 이용한 홍보나 광고에도 이용할 수 있고, 물고기 로봇을 이용하여 관심도를 향상시킬 수 있어서 교육용 홍보용 관람용, 게임용 등으로 다양하게 이용할 수 있다.

10 : 물고기 로봇 100 : 수족관
200 : 배경 디스플레이 장치 201 : 가상 오브젝트
202 : 배경 영상 300 : 콘트롤장치
310 : 위치검출장치 320 : 관객동작검출장치
330 : 영상처리장치 340 : 주제어장치
350 : 사용자 인터페이스 360 : 무선통신모듈

Claims (6)

1. 물고기 로봇(10)이 유영할 수 있는 물이 채워진 수족관(100)과;
   상기 수족관(100) 내에 투입되어 프로그램에 의한 장애물 회피동작으로 자율유영이 가능하고, 적어도 어느 하나는 리모트 콘트롤러(400) 또는 하기 콘트롤장치(300)와 무선 페어링을 설정하여 원격조종에 의한 제어유영이 가능한 복수의 물고기 로봇(10)과;
   상기 수족관(100)의 후면에 배치되어 가상 오브젝트와 배경 영상을 합성하여 디스플레이하는 배경 디스플레이 장치(200)와;
   상기 복수의 물고기 로봇(10)을 원격 조종하기 위한 하나 또는 복수의 리모트 콘트롤러(400)와;
   상기 물고기 로봇(10)의 수족관(100)내의 위치를 실시간으로 검출하는 위치검출장치(310)와;
   미리 설정된 영역내에서 미리 설정된 관객의 동작을 검출하여 상기 물고기 로봇(10)이 관객의 동작에 반응하도록 제어하는 관객 동작 검출장치(320)와;
   
   사용자 인터페이스 장치(340) 및 무선통신모듈(360)을 구비하여 사용자 조작 또는 설정된 프로그램에 의해 상기 물고기 로봇(10)을 원격 조종하고,
   복수의 물고기 로봇(10) 중 사용자가 선택 또는 랜덤 선택에 의해 하나 또는 복수의 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 각각 해당 가상오브젝트를 매칭시켜 물고기 로봇을 가상오브젝트가 추종하도록 제어하며,
   상기 관객동작검출장치(320)에 의해 검출된 관객동작정보에 의거하여 미리 설정된 위치의 반응영역내에 있는 물고기 로봇(10)이 관객의 동작에 반응하도록 원격제어하는 콘트롤장치(300);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템은,
   미리 설정된 영역내에서 미리 설정된 관객의 동작을 검출하여 상기 물고기 로봇(10)이 관객의 동작에 반응하도록 직접 물고기로봇(10)을 제어하는 관객 동작 검출장치; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 콘트롤장치(300)는,
   배경 디스플레이 장치(200)에 배경 영상(202)과 가상 오브젝트(201)를 레이어기반으로 출력하는 영상출력단계(S1)와,
   수족관(100)속의 물고기 로봇(10)과 무선 페어링하는 무선페어링단계(S2)와,
   상기 가상오브젝트와 매칭할 물고기 로봇을 설정하는 단계(S3)와,
   매칭 설정된 물고기 로봇의 위치를 검출하는 단계(S4)와,
   검출된 물고기 로봇의 위치정보에 의거하여 가상 오브젝트를 제어하여 가상 오브젝트가 물고기 로봇을 추종하도록 제어하는 가상오브젝트 제어단계(S5)를 실행하는 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 콘트롤장치(300)는,
   무선통신모듈을 통해 페어링 가능한 물고기 로봇(10)의 페어링아이디를 검색하는 검색단계(S10);
   검색된 페어링아이디 리스트에서 선택된 물고기 로봇과 페어링하는 페어링단계(S20);
   페어링 단계(S20)에서 페어링된 물고기 로봇로 표시정보를 전송하여 해당 물고기 로봇이 선택되었음을 표시하게하는 표시단계(S30);
   상기 페어링 및 표시단계(S20, S30)를 차례로 수행하면서, 가상오브젝트를 매칭할 물고기 로봇을 선택 입력받아(S40) 매칭할 물고기 로봇에 대한 매칭정보를 생성하여 설정하는 매칭 물고기 로봇 선택단계(S50);
   해당 매칭 물고기 로봇의 위치정보 검출 및 검출된 위치정보에 가상오브젝트를 매칭시켜 제어하도록 상기 매칭정보를 위치검출장치 및 영상처리장치로 제공하는 매칭정보 제공단계(S60)를 실행하는 더 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 콘트롤장치(300)는,
   사용자 설정에 의해 관객 동작 및 음성 검출에 의한 물고기 로봇(10)의 반응을 유도하기 위한 동작반응 모드를 설정하는 단계(S101)와,
   동작 반응모드가 설정된 상태에서 관객동작검출장치(320)를 통해 관객의 동작 또는 음성을 검출하는 동작검출단계(S102)와,
   관객동작 또는 음성이 검출되면, 해당 동작 또는 음성에 의거하여 물고기 로봇의 움직임제어정보를 생성하는 움직임 제어정보 생성단계(S103)와,
   관객동작 또는 음성에 따른 움직임 제어정보 제어정보에 의거하여 물고기 로봇을 제어하는 물고기 로봇 제어단계(S104)를 실행하는 더 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템.
   
6. 청구항 1 내지 청구항 5중 어느 한 항에 있어서,
   미리 설정된 영역 내에서의 관객의 손동작을 검출하는 깊이 카메라를 이용한 모션센싱방식 또는 수족관에 부착 설치되는 터치패드나 버튼을 이용한 터치방식 또는 마이크 음성을 입력받아 분석하는 음성인식방식 중 어느 하나의 방식 또는 이들의 조합된 방식으로 관객의 동작을 검출하는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇을 이용한 아쿠아 시스템.

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