KR20190107450A - 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템 - Google Patents

로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템 Download PDF

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KR20190107450A
KR20190107450A KR1020180028720A KR20180028720A KR20190107450A KR 20190107450 A KR20190107450 A KR 20190107450A KR 1020180028720 A KR1020180028720 A KR 1020180028720A KR 20180028720 A KR20180028720 A KR 20180028720A KR 20190107450 A KR20190107450 A KR 20190107450A
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변규영
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Abstract

본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템은 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 로봇에 기능을 부여하기 위한 알고리즘 작업을 수행할 수 있도록 학습자에게 알고리즘 작업 레이어를 제공하고 학습자의 작업에 따른 알고리즘 내용을 수신하는 주행제어 알고리즘 작업부; 주행제어 알고리즘 작업부에서 학습자에 의해 작업된 알고리즘이 저장되는 메인보드; 및 메인보드가 장착되어 구동신호에 따라 알고리즘대로 동작하는 로봇;를 포함하되, 주행제어 알고리즘 작업부는 학습자의 프로그래밍 작업시 활용할 수 있도록, 자주 사용하는 프로그램들을 모아 놓은 라이브러리 구성 또는 이전에 사용되어 누적된 프로그램들에 대한 라이브러리 구성을 제공함으로써, 초보자도 쉽게 프로그래밍을 익힐 수 있고, 응용을 통해 새로운 알고리즘을 개발할 수 있어 학습효과를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템{SYSTEM FOR ALGORITHM EDUCATION FOR DRONE FLIGHT CONTROL}
본 발명은 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 다양한 로봇 주행제어 알고리즘을 작성을 지원하고, 작성된 알고리즘을 메인보드에 코딩하여 실제 로봇 하드웨어에 적용함으로써 로봇의 주행원리를 습득 및 실습가능하게 하고, 동작원리와 제어방법을 습득하게 함으로써, 과학적 사고력을 증진시킬 수 있는 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템에 관한 것이다.
종래 로봇은 주로 완제품으로 이미 알고리즘이 임베디드에 내장되어 출시되기 때문에 다른 알고리즘을 작성하여 구현해보는 것이 불가능한 문제점이 있다.
또한, 종래 로봇은 완제품이 아닌 모듈 형태로 판매되며 이들 모듈을 조립함으로써 주행이 구현되지만, 역시 이미 코딩된 알고리즘대로 주행하기 때문에 학습자가 직접 알고리즘을 작성하여 구현해 보는 것이 불가능하여 주행원리, 동작원리 및 제어방법을 습득하는 것이 불가능한 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0426035호(2004.03.24)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 발명된 것으로써, 상술한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 로봇 주행제어 알고리즘을 작성을 지원하고, 작성된 알고리즘을 메인보드에 코딩하여 실제 하드웨어에 적용함으로써 로봇의 주행원리를 습득 및 실습가능하게 하고, 동작원리와 제어방법을 습득하게 함으로써, 과학적 사고력을 증진시키킬 수 있는 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템의 제공을 목적으로 한다.
상술한 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템은 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 로봇에 기능을 부여하기 위한 알고리즘 작업을 수행할 수 있도록 학습자에게 알고리즘 작업 레이어를 제공하고 상기 학습자의 작업에 따른 알고리즘 내용을 수신하는 주행제어 알고리즘 작업부; 상기 주행제어 알고리즘 작업부에서 상기 학습자에 의해 작업된 알고리즘이 저장되는 메인보드; 및 상기 메인보드가 장착되어 구동신호에 따라 상기 알고리즘대로 동작하는 로봇;를 포함하되, 상기 주행제어 알고리즘 작업부는 학습자의 프로그래밍 작업시 활용할 수 있도록, 자주 사용하는 프로그램들을 모아 놓은 라이브러리 구성 또는 이전에 사용되어 누적된 프로그램들에 대한 라이브러리 구성을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템은 컴퓨터의 프로그래밍 과정에서 자주 사용하는 프로그램들을 모아 놓은 라이브러리 구성을 이용함으로써, 프로그램을 유지하고 디버깅을 쉽게 할 수 있으며, 컴파일 시간을 좀더 빠르게 할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템은 라이브러리에 저장된 프로그램 소스를 참고함으로써, 초보자도 쉽게 프로그래밍을 익힐 수 있고, 응용을 통해 새로운 알고리즘을 개발할 수 있어 학습효과를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템의 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템의 로봇 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템에서 RGB LED에 대한 프로그램 작업을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템에서 버튼에 대한 프로그램 작업을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템에서 조도센서에 대한 프로그램 작업을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템에서 부저에 대한 프로그램 작업을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템에서 서보모터에 대한 프로그램 작업을 설명하기 위한 도면, 및
도 8은 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템에서 초음파 센서 및 근접센서에 대한 프로그램 작업을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템은 로봇제어 알고리즘 작업부(100), 메인보드(200), 및 로봇(300)을 포함한다.
상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)는 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 로봇이 어떤 기능을 수행할지 알고리즘 작업을 학습자가 수행할 수 있도록 하는 구성으로 주로 PC, 스마트기기 등이 여기에 해당된다.
상기 메인보드(200)는 상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)와 연결되어, 상기 알고리즘 작업부(100)에서 작업된 프로그램을 저장하고, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 로봇(300)에 장착된다.
상기 로봇(300)은 상기 메인보드(200)가 장착된 후, 외부로부터 제어신호가 입력되면, 상기 메인보드(200)에 프로그램된 동작 알고리즘대로 동작을 수행하게된다.
한편, 상기 로봇(300)은 도 2에 도시된 바와 같이, RGB LED(310), 버튼(320), 조도센서(330), 부저(340), 마이크(350), 서보모터(360), 초음파 센서(370), 근접센서(380)를 포함하는데, 이하에서 상기 알고리즘 작업부(100)에 의한 상기 로봇(300)을 구성하는 하드웨어들을 제어하기 위한 프로그램 작업에 대해 상세히 설명한다.
상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)는 인가되는 전원공급의 제어를 통해 RGB LED(310)에 대한 빛의 밝기 또는 복수인 경우 이들의 ON/OFF 조합 통해 다양한 형상이나 글자로 빛을 밝힐 수 있도록 프로그램 작업을 수행한다.
이를 위해 상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 학습자가 RGB LED(310)에 대한 프로그램 작업을 수행할 수 있도록, RGB LED 탭(110)에 접근하여 RGB LED 설정 레이어(111)를 제공한다.
이후, 프로그램 작업이 수행된 상기 메인보드(200)를 상기 로봇(300)에 장착시킨 후, 동작시킴으로써 해당 로봇(300)을 통해 RGB LED(310)의 작동이 프로그램된 대로 이루어지는지 테스트할 수 있다.
또한, 상기 버튼(320)은 로봇(300)의 임의 부분에 형성되어, 학습자의 프로그램 작업에 따라 로봇 자체의 전원버튼이 될 수도 있고, 로봇을 구성하는 특정 구성에 대한 전원버튼이 될 수도 있으며, 버튼을 누르는 횟수, 또는 버튼을 누르는 시간의 길이에 따라 다양한 기능을 수행하는 버튼이 될 수도 있다.
즉, 상기 로봇제어 알고리즘 작업부100)는 도 4에 도시된 바와 같이 버튼 탭(120)에 접근하고, 적용영역 설정 탭(121), 누름 횟수 설정 탭(122), 또는 누름 시간 설정 탭(123)에 접근하여, 각각 적용영역 설정 레이어, 누름 횟수 설정 레이어, 누름 시간 설정 레이어를 제공함으로써, 학습자가 해당 버튼(320)에 대해 어떤 기능을 부여할지 프로그램 작업을 수행할 수 있도록 한다.
상기 조도센서(330)는 빛의 양을 측정하는 센서로, 상기 RGB LED(310)와 연동하여, 주변이 어두워지면, 상기 RGB LED(310)를 밝게 하거나, 반대로 주변이 밝아지면 상기 RGB LED(310)의 밝기가 상대적으로 어두워지도록 프로그램가능하도록 보조할 수 있다.
이를 위해, 상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 조도센서 탭(130)에 접근하여, 조도센서 설정 레이어(131)를 제공함으로써, 상기 조도센서(330)가 측정한 빛의 양에 따라 상기 RGB LED(310)의 밝기가 변화하도록 프로그램 작업의 수행을 가능하게 한다.
상기 부저(340)는 진동으로 인해 소리를 발생시키는 신호장치로, 상기 초음파 센서(370), 상기 근접센서(380)와 연동하여 상기 초음파 센서(370)가 측정한 측정값과 상기 근접센서(380)가 측정한 거리 값에 따라 특정 소리를 발생시킨다.
보다 구체적으로, 상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)는 도 6에 도시된 와 같이 부저 탭(140)에 접근하고, 초음파 센서 연동 설정 탭(141) 또는 근접센서 연동 설정 탭(142)에 접근하여, 각각 초음파 센서 연동 설정 레이어와 근접센서 연동 설정 레이어를 제공함으로써, 상기 초음파 센서(370)가 초음파를 이용해 측정할 수 있는 다양한 물리량(예를 들어 거리, 움직임, 등)에 따라 다양한 크기 또는 패턴으로 소리를 발생시키도록 프로그램 작업을 가능하게 한다.
또한, 상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)는 근접센서 연동 설정 레이어를 제공함으로써, 근접센서(380)가 측정한 거리에 따라 다양한 소리, 크기로 상기 부저(340)가 구동되도록 프로그램 작업을 가능하게 한다.
예를 들어, 학습자는 상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)를 통해 근접센서(380)가 측정한 거리가 로봇(300)과 가까워질수록 부저(340)가 더 크게 소리를 발생하게 하거나, 발생빈도가 높게 소리를 발생하도록 프로그램 작업을 수행할 수 있다.
상기 서보모터(360)는 로봇이 주행하기 위한 구동력을 발생시키는 구성으로써, 회전축에 말단에 바퀴(390)가 결합되어 있으며, 본 발명처럼 좌우 양측에 2개가 형성될 수도 있지만, 로봇의 형태에 따라 다양한 개수가 활용될 수 있다.
상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)는 도 7에 도시된 바와 같이 서보모터 탭(150)에 접근하고, 서보모터&초음파 센서 설정 탭(151) 또는 서보모터&근접센서 설정 탭(152)에 접근하여, 서보모터&초음파 센서 설정 레이어 또는 서보모터&근접센서 설정 레이어를 제공함으로써, 초음파 센서(370) 또는 근접센서(380)가 측정한 물리량에 따라 서보모터(360)의 구동이 이루어질 수 있도록 프로그램 작업을 수행할 수 있다.
즉, 상기 초음파 센서(370)가 측정한 물리량이 사람의 움직임인 경우 사람이 이동하는 경로를 따라 이동할 수 있도록, 상기 서보모터(360)가 구동하도록 프로그램 작업을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 본원발명의 도 2에 도시된 로봇을 예로 설명하면, 사람이 왼쪽으로 움직이는 경우, 왼쪽 서보모터가 감속되고, 오른쪽 서보모터가 가속되도록 프로그램 작업을 수행하고, 반대로 사람이 오른쪽으로 움직이는 경우 왼쪽 서모터가 가속되고 오른쪽 서보모터가 감속되도록 프로그램 작업을 수행한다.
또한, 상기 근접센서(380) 및 초음파 센서(370)가 측정한 물리량이 거리인 경우, 본 발명에 따른 로봇이 주변의 물체와의 충돌을 방지할 수 있도록 서버모터의 구동이 제어될 수 있도록 프로그램 작업을 수행할 수 있다.
예를 들어, 학습자는 상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)를 통해 상기 근접센서(380) 및 초음파 센서(370)가 각각 측정한 거리 값 또는 이들의 평균값을 활용하여, 본 발명에 따른 로봇(300)과 외부물체와의 거리가 소정거리 이하로 가까워지는 경우, 왼쪽 서보모터, 또는 오른쪽 서보모터를 감속 또는 가속하도록 하여 우회시키거나, 왼쪽 또는 오른쪽 서모모터를 정지되도록 하거나, 왼쪽 서보모터와 오른쪽 서보모터 모두를 역방향으로 회전시켜 후진하도록 함으로써 충돌을 피하도록 프로그램 작업을 수행할 수 있다.
상기 초음파 센서(370)는 이미 언급한 바와 같이 초음파의 특성을 이용하거나, 초음파를 발생시켜 거리나 두께, 움직임 등을 검출하는 센서로, 검출한 물리량으로 제어가능한 서보모터(360) 부저(340), 또는 RGB LED(310)의 동작에 검출한 물리량을 제공한다.
즉, 학습자의 선택에 따라 상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)는 도 8에 도시된 바와 같이 초음파 센서 탭(160)에 접근하고, 서보모터 구동 설정 탭(161), 부저 구동 설정 탭(162), 또는 RGB LED 구동 설정 탭(163)에 접근하여 각각 서보모터 구동 설정 레이어, 부저 구동 설정 레이어, 또는 RGB LED 구동 설정 레이어를 제공함으로써, 초음파 센서(370)가 측정한 거리 또는 움직임과 같은 물리량에 따라 학습자가 서보모터(360) 부저(340), 또는 RGB LED(310)를 다양하게 작동하도록 프로그램 작업을 수행할 수 있다.
상기 근접센서(380)도 이미 언급한 바와 같이, 상기 로봇(300)에 장착되어 주행중인 로봇(300)이, 사람이나 물체와의 거리가 일정거리 이내로 진입하면, 사람이나 물체와의 충동을 발생하지 않게 상기 모터들을 제어하도록 하는 프로그램 작업에서 제어변수로 이용될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 근접센서(380)가 측정한 거리라는 물리량을 가지고 부저(340), RGB LED(310)를 제어할 수 있도록, 상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)는 근접센서 탭(170)에 접근하고, 서보모터 구동 설정 탭(161), 부저 구동 설정 탭(162), 또는 RGB LED 구동 설정 탭(163)에 접근하여 각각 서보모터 구동 설정 레이어, 부저 구동 설정 레이어, 또는 RGB LED 구동 설정 레이어를 제공함으로써, 근접센서(380)가 측정한 `거리` 물리량에 따라 학습자가 서보모터(360) 부저(340), 또는 RGB LED(310)를 다양하게 작동하도록 프로그램 작업을 수행할 수 있다.
즉, 상기 근접센서(380)에 의해 측정된 거리가 충돌위험 거리에 해당되는 경우, 서보모터(360)를 구동시켜 상기 로봇(300)을 우회보행 하도록 하거나 정지시키고, 또는 부저(340)를 작동시켜 충돌위험을 알리거나, 상기 RGB LED(310)를 구동시켜 충돌위험을 알릴 수 있도록 프로그램 작업을 수행할 수 있다.
상술한 구성 외에도 본 발명에 따른 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템의 로봇은 마이크(350) 구성을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 로봇제어 알고리즘 작업부(100)는 상기 로봇의 각 구성에 대한 동작 프로그램 작업을 수행할 때, 프로그래밍 작업시 자주 사용하는 프로그램들을 모아 놓은 라이브러리 구성, 또는 이전에 사용되어 누적된 프로그램들에 대한 라이브러리 구성을 활용하여 초보자가 더욱 쉽고 빠르게 로봇의 주행제어 프로그램 작업을 수행할 수 있도록 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
310: RGB LED
320 : 버튼
330 : 조도센서
340 : 부저
350 : 마이크
360 : 서보모터
370 : 초음파 센서
380 : 근접센서
390 : 바퀴

Claims (9)

  1. 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 로봇에 기능을 부여하기 위한 알고리즘 작업을 수행할 수 있도록 학습자에게 알고리즘 작업 레이어를 제공하고 상기 학습자의 작업에 따른 알고리즘 내용을 수신하는 주행제어 알고리즘 작업부(100);
    상기 주행제어 알고리즘 작업부(100)에서 상기 학습자에 의해 작업된 알고리즘이 저장되는 메인보드(200); 및
    상기 메인보드(200)가 장착되어 구동신호에 따라 상기 알고리즘대로 동작하는 로봇(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 로봇(300)은
    전원이 인가됨에 따라 빛을 발생시키는 RGB LED(310);
    누름 동작에 의해 RGB LED(310)포함한 각종 구성의 구동을 ON/OFF하는 버튼(320);
    주변 빛의 양을 측정해 상기 RGB LED(310)의 밝기를 제어할 수 있도록 하는 조도센서(330);
    초음파를 이용해 주변 사물과의 거리, 사람 또는 다른 사물의 움직임을 측정하는 초음파 센서(370);
    상기 사람 또는 사물과의 거리를 측정하는 근접센서(380);
    상기 초음파 센서(370) 또는 상기 근접센서(380)와 연동되어 소리를 발생시키는 부저(340); 및
    상기 초음파 센서(370) 또는 상기 근접센서(380)와 연동되어 회전동력을 감속, 가속, 정지, 또는 역회전시키는 복수의 서보모터(360);를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 주행제어 알고리즘 작업부(100)는
    학습자가 상기 RGB LED(310)의 동작에 대한 프로그램 작업을 수행할 수 있도록 RGB LED 탭(110)에 접근하여 RGB LED 설정 레이어(111)를 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 주행제어 알고리즘 작업부(100)는
    학습자가 상기 버튼(320)에 대한 프로그램 작업을 수행할 수 있도록 버튼 탭(120)에 접근하고, 적용영역 설정 탭(121), 누름 횟수 설정 탭(122), 또는 누름 시간 설정 탭(123)에 접근하여, 각각 적용영역 설정 레이어, 누름 횟수 설정 레이어, 누름 시간 설정 레이어를 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 주행제어 알고리즘 작업부(100)는
    학습자가 상기 조도센서(330)에 대한 프로그램 작업을 수행할 수 있도록, 조도센서 탭(130)에 접근하여, 조도센서 설정 레이어(131)를 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 주행제어 알고리즘 작업부(100)는
    학습자가 상기 부저(340)에 대한 프로그램 작업을 수행할 수 있도록, 부저 탭(140)에 접근하고, 초음파 센서 연동 설정 탭(141) 또는 근접센서 연동 설정 탭(142)에 접근하여, 각각 초음파 센서 연동 설정 레이어와 근접센서 연동 설정 레이어를 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 주행제어 알고리즘 작업부(100)는
    학습자가 상기 서보모터(360)에 대한 프로그램 작업을 수행할 수 있도록, 서보모터 탭(150)에 접근하고, 서보모터&초음파 센서 설정 탭(151) 또는 서보모터&근접센서 설정 탭(152)에 접근하여, 서보모터&초음파 센서 설정 레이어 또는 서보모터&근접센서 설정 레이어를 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 주행제어 알고리즘 작업부(100)는
    학습자가 상기 초음파 센서(370) 또는 근접센서(380)에 대한 프로그램 작업을 수행할 수 있도록, 초음파 센서 탭(160) 또는 근접센서 탭(170)에 접근하고, 서보모터 구동 설정 탭(161), 부저 구동 설정 탭(162), 또는 RGB LED 구동 설정 탭(163)에 접근하여, 각각 서보모터 구동 설정 레이어, 부저 구동 설정 레이어, 또는 RGB LED 구동 설정 레이어를 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주행제어 알고리즘 작업부(100)는
    학습자의 프로그래밍 작업시 활용할 수 있도록, 자주 사용하는 프로그램들을 모아 놓은 라이브러리 구성 또는 이전에 사용되어 누적된 프로그램들에 대한 라이브러리 구성을 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇 주행제어 알고리즘 학습 시스템.
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