KR20240079482A - 학습용 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 학습용 로봇에 대한 것으로서, 특히 코드를 인식하고 학습 정보에 따라 그림이나 글자를 작화하는 학습용 로봇에 관한 것이다. 본 발명에 따른 학습용 로봇은 전통적인 인쇄물 교재(학습지 등)와 연동한 음성 안내와 더불어 학습 내용을 그림 또는 글자로 표현하는 3차원 작화 로봇을 구현하여 유년기 아이들의 학습 효과를 증진할 수 있다.

Description

학습용 로봇{robot for learning}

본 발명은 학습용 로봇에 대한 것으로서, 특히 코드를 인식하고 학습 정보에 따라 그림이나 글자를 작화하는 학습용 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 학습용 로봇은 저장된 학습 정보에 따라 버튼 입력을 받아 학습을 수행하거나, 카드를 인식하고 이를 통해 학습을 수행하는 로봇이다. 이러한 학습용 로봇은 기존에는 스피커를 통해 음향을 재생하거나 디스플레이를 통해 학습 정보를 표시하여 학습을 진행하였다. 하지만, 기존의 학습용 로봇은 단순히 음향만을 재생하거나 사진을 디스플레이하는 것이므로 큰 학습 효과를 기대하기는 어렵다. 즉, 유년기 아이들은 단순한 음향이나 디스플레이를 통한 학습을 지겨워하여 학습 효과가 저하되는 문제가 있다. 따라서, 이를 해결할 수 있는 기술이 요구된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2020-0019479호(2020.02.24. 공개)

본 발명의 목적은 유년기 아이들의 학습 효과를 증가시킬 수 있는 학습용 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 학습용 로봇은, 코드를 획득하는 코드 획득 장치와, 코드에 대응되는 학습 정보가 저장된 메모리, 로봇팔을 포함하는 작화 장치, 및 학습 정보에 따라 작화 장치를 제어하는 제어기를 포함한다.

학습 정보는 코드에 대응되는 작화 정보를 포함하며, 작화 정보는 코드와 대응되어 그림이나 문자를 그리기 위한 드라이버 제어 정보를 포함한다.

작화 장치는, 제어기에 제어되는 드라이버와, 드라이버에 제어되는 모터, 및 모터에 의해 X축과 Y축, Z축으로 이동하며 작화하는 로봇팔을 포함한다.

메모리는 메모리 슬롯에 삽입되는 외장형 메모리와, 학습용 로봇 내에 구비된 내장 메모리를 포함하고, 코드는 학습 카드 또는 서적 중 적어도 어느 하나에 인쇄되거나 부착될 수 있다.

본 발명에 따른 학습용 로봇은 전통적인 인쇄물 교재(학습지 등)와 연동한 음성 안내와 더불어 학습 내용을 그림 또는 글자로 표현하는 3차원 작화 로봇을 구현하여 유년기 아이들의 학습 효과를 증진할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 학습용 로봇의 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 학습용 로봇에 사용되는 학습 카드의 전면 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 학습용 로봇에 사용되는 학습 카드의 후면 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 학습용 로봇에 사용되는 QR 코드의 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 학습용 로봇에 사용되는 Dot 코드의 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 학습용 로봇의 센서 예시도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

비록 제1, 제2등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1구성요소는 제2구성요소일 수도 있음은 물론이다.

명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 학습용 로봇의 개략 사시도이다.

본 발명에 따른 학습용 로봇은 도 1에 도시된 바와 같이, 이미지를 획득하는 카메라(100)와, 이진 코드를 획득하는 센서(200), 음성을 획득하는 마이크(300), 모터에 의해 작동하는 작화 장치(400), 음향을 출력하는 스피커(500), 및 카메라(100)와 센서(200) 및 마이크(300)로부터 획득된 데이터를 기반으로 작화 장치(400) 및 스피커(500)를 제어하는 제어기(600)를 포함한다. 또한, 이에 더하여 메모리(700)와 통신 장치(800)를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 학습용 로봇에 사용되는 학습 카드의 전면 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 학습용 로봇에 사용되는 학습 카드의 후면 도면이다.

카메라(100)는 실물인 학습 카드의 이미지를 획득하기 위한 것으로서, 적외선 카메라(100)를 예시한다. 여기서, 이미지는 사용자가 학습 카드를 손으로 들고 있는 상태에서 카메라(100)를 통해 획득할 수도 있다. 하지만, 본 실시예는 학습 카드가 수납되는 포켓형 가이드(G)의 내부에 구비되어, 포켓형 가이드(G) 내에 수납된 학습 카드의 이미지를 보다 정확하게 획득하도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 학습 카드는 일면에 그림과 단어가 인쇄되며 타면에는 그림과 코드가 인쇄될 수 있다. 카메라(100)는 학습 카드 전체의 이미지를 획득하거나, 학습 카드에 인쇄된 코드의 이미지만을 획득할 수 있다. 다만, 본 실시예는 카메라(100)가 학습 카드의 후면에 인쇄된 코드 이미지를 획득하는 것을 예시한다. 물론, 학습 카드의 형태는 상황에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 학습 카드의 일면과 타면에 모두 그림과 단어 및 코드가 인쇄될 수도 있으며, 학습 카드의 일면에만 그림과 단어 및 코드가 인쇄될 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 학습용 로봇에 사용되는 QR 코드의 예시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 학습용 로봇에 사용되는 Dot 코드의 예시도이다.

카메라(100)는 코드 이미지를 획득하는 것을 예시한다. 본 실시예는 코드로 QR 코드와 Dot 코드 및 바코드를 예시하며, 카메라(100)는 도 4 및 도 5에 각각 도시된 QR 코드와 Dot 코드의 이미지를 획득한다. 여기서, QR 코드와 Dot 코드는 학습 카드에 인쇄된 그림에 대한 학습 정보와 대응되는 코드를 포함한다. QR 코드는 학습 카드를 제작하는 대신 QR 코드가 인쇄된 스티커를 제작하여 기존 학습지의 해당 위치에 부착하거나 학습지를 제작할 때 함께 인쇄할 수 있다. 즉, 본 발명은 학습 카드 이외에도 기존 학습지에 코드를 인쇄하거나 부착하고, 학습용 로봇 본체에 연결된 핸디형 카메라(100) 또는 핸디형 센서(200)로 코드를 인식할 수도 있다. 다만, 이 경우, 핸디형 카메라(100)는, 학습용 로봇에 부착된 카메라(100)를 탈착하는 형태인 것이 바람직하다. 즉, 카메라(100)는 학습용 로봇 본체에 장착되어 있으나, 필요에 따라 전선 또는 무선의 형태로 학습용 로봇 본체에 연결될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 학습용 로봇의 센서 예시도이다.

센서(200)는 전술된 코드 중 바코드 정보를 획득한다. 이를 위해서, 센서(200)는 발광 소자와, 수광 소자를 포함한다. 또한, 발광 소자와 소광 소자는 기판에 장착될 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 학습 카드의 바코드에 광을 출사한 후 반사광을 수광할 수 있도록 중심을 향에 소정 각도를 갖도록 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의해서, 본 실시예는 바코드에서 반사되는 광량의 차이로 바코드를 인식할 수 있다.

발광 모듈은 학습 카드의 바코드에 출광하여 전술된 수광 소자를 통해 바코드에 기록된 학습 정보를 인식할 수 있도록 한다. 본 실시예는 발광 모듈로 발광 다이오드를 예시한다. 또한, 발광 모듈은 출사된 광이 수광 모듈에 입사될 수 있도록 학습 카드의 일면과 수직한 면에 대해 소정 각도 기울어지도록 구비된다.

수광 모듈은 발광 모듈에서 출광되어 학습 카드의 바코드에서 반사된 반사광을 수광한다. 본 실시예는 수광 모듈로 포토 다이오드를 예시한다. 또한, 수광 모듈은 바코드에서 반사된 반사광을 수광하기 위해서, 학습 카드의 일면과 수직한 면에 대해 소정 각도 기울어지도록 구비된다. 또한, 이에 따라, 발광 모듈과 수광 모듈은 학습 카드에 인쇄된 바코드를 정면으로 마주보도록 기울어지게 위치된다. 이러한 수광 모듈은 수광된 반사광에 대한 반사광 신호를 생성하여 후술될 제어기(600)에 전달한다.

한편, 전술된 카메라(100)와 센서(200)는 코드 획득 장치로 정의될 수 있으며, 하나의 모듈 형태로 구현될 수 있다.

마이크(300)는 사용자로부터 음성 신호를 획득한다. 이를 위해서, 마이크(300)는 학습용 로봇의 본체에 장착되며, 외부로 노출되도록 하여 사용자 등으로부터 음성 신호를 획득할 수 있도록 한다.

작화 장치(400)는 제어기(600)의 제어에 따라 그림이나 문자를 그린다. 이를 위해서, 작화 장치(400)는 드라이버와 모터, 및 로봇팔을 포함한다. 여기서, 로봇팔은 3축, 즉, X축과 Y축 및 Z축 방향으로 이동하며, 이에 따라, 드라이버는 X축 드라이버와 Y축 드라이버 및 Z축 드라이버를 포함한다. 또한, X축 드라이버는 로봇팔의 X축 움직임을 제어하고 Y축 드라이버는 로봇팔의 Y축 움직임을 제어한다. 또한, Z축 드라이버는 로봇팔의 Z축 움직임을 제어한다. 모터는 드라이버의 제어에 따라 로봇팔을 실질적으로 움직이며, 로봇팔을 X축으로 움직이는 X축 모터와, 로봇팔을 Y축으로 움직이는 Y축 모터, 및 로봇팔을 Z축으로 움직이는 Z축 모터를 포함한다. 본 실시예는 로봇팔이 제1 로봇팔과 제2 로봇팔을 포함하는 것을 예시하며, 이 경우, 모터는 제1 로봇팔과 제2 로봇팔을 개별 제어하여 작화를 수행한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 로봇팔은 하나의 로봇팔만 구비될 수도 있다. 즉, 로봇팔의 개수는 상황에 따라 달라질 수 있으며, 하나 이상의 로봇팔이 구비되어 필기구를 통해 작화를 수행하도록 한다.

스피커(500)는 학습 정보에 따라 음향을 재생한다. 이는 예를 들어, 학습 카드가 삽입되고 코드가 인식되면, 제어기(600)는 코드에 대응되는 메모리(700)에 저장된 학습 정보를 로딩한다. 또한, 제어기(600)는 학습 정보에 따라 로봇팔의 제어가 필요할 경우 드라이버를 제어하여 로봇팔이 작화를 하도록 하고, 단어의 발음 등을 스피커(500)를 통해 재생하도록 한다.

제어기(600)는 코드 이미지, 바코드 정보와, 메모리(700)에 저장된 학습 정보를 기반으로 작화 장치(400) 및 스피커(500)를 제어한다. 이를 위해서, 제어기(600)는 이미지 처리 모듈과, 음성 처리 모듈, 작화 제어 모듈을 포함한다.

이미지 처리 모듈은 카메라(100)를 제어하여 카메라(100)에서 획득된 이미지를 처리한다. 이미지 처리 모듈은 포켓형 가이드(G)에 학습 카드가 수납되는 것을 인식하여 이미지를 획득하거나, 사용자로부터 핸디형 카메라(100)나 핸디형 센서(200)의 작동에 따라 코드를 획득한다. 또한, 학습 카드나 코드가 인식되면 이미지 처리 모듈은 코드와 학습 정보를 매칭시키며, 검출된 코드에 따른 학습 정보를 로딩하고 로딩된 학습 정보에 따라 작화 제어 모듈과 스피커(500) 제어 모듈을 제어하여 학습을 진행한다.

음성 처리 모듈은 마이크(300)에서 획득된 음성 신호를 처리하여 학습 진행 중 문답을 처리하는 등의 기능을 수행한다. 즉, 학습 정보 중 음성 인식을 통해 학습을 진행하는 등의 경우 음성 처리 모듈은 마이크(300)를 통해 획득된 음성을 기반으로 학습을 진행할 수 있다.

작화 제어 모듈은 이미지 처리 모듈이나 음성 처리 모듈의 제어에 의해 작화 장치(400)를 제어한다. 즉, 로딩된 학습 정보에 따른 작화 장치(400) 제어 명령을 받아 작화 제어 모듈이 작화 장치(400)를 구체적으로 제어한다. 이는 예를 들어, 작화 장치(400) 제어 명령이 ‘숲’을 작화하라는 명령일 경우, 작화 제어 모듈은 ‘숲’을 작화하기 위한 구체적인 제어 명령, 즉, 드라이버를 통해 로봇팔을 X축과 Y축 및 Z축으로 움직이는 명령을 수행한다. 즉, X축 드라이버 제어 모듈과 Y축 드라이버 제어 모듈 및 Z축 드라이버 제어 모듈의 제어에 따라 X축 드라이버와 Y축 드라이버 및 Z축 드라이버가 X축 모터와 Y축 모터 및 Z축 모터를 제어함으로써 로봇팔이 작화하게 된다. 물론, 작화 제어 모듈은 생략될 수 있으며, 이 경우, 전술된 이미지 처리 모듈이나 음성 처리 모듈이 작화 장치(400)를 직접 제어할 수 있다.

메모리(700)는 본 발명에 따른 학습용 로봇의 작동에 대한 데이터, 예를 들어, 운영체제를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(700)는 기본적인 학습 정보, 예를 들어, 학습 카드가 인식되지 않더라도 학습용 로봇에 구비된 버튼을 눌러 진행할 수 있는 학습에 대한 정보를 저장할 수도 있다. 물론, 메모리(700)에는 학습용 로봇 구입 시 함께 제공되는 학습 카드나 서적 등의 코드에 대응되는 학습 정보가 기록되는 것이 바람직하다. 여기서, 학습 정보는 코드에 대응되는 작화 정보, 음향 정보를 포함할 수 있으며, 작화 정보는 코드와, 해당 코드에 대응되어 그림이나 문자를 그리기 위한 드라이버 제어 정보를 포함한다.

한편, 본 발명은 외장형 메모리 카드, 예를 들어, SD 메모리(700) 카드(Secure Digital memory card)를 삽입하여 학습 카드와 매칭시킨 후 학습을 진행할 수 있다. 즉, 메모리(700)에 기본적으로 저장된 학습 정보 외에, 외장형 메모리 카드에 학습 정보를 저장한 후 이를 학습용 로봇의 메모리 슬롯(미도시)에 삽입하여 학습을 진행할 수도 있다. 이 경우, 외장형 메모리 카드에 저장된 학습 정보를 실시간으로 로딩하여 학습을 진행하거나, 메모리(700), 즉, 내장 메모리(700)에 외장형 메모리 카드의 학습 정보를 복사한 후 학습을 진행할 수 있다. 다만, 외장형 메모리 카드의 학습 정보를 내장 메모리(700)에 복사할 경우 저작권 위반 행위가 있을 수 있으므로, 외장형 메모리 카드의 학습 정보를 실시간으로 로딩하여 학습을 진행하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 유/무선 네트워크와 통신을 수행하는 통신 장치(800)를 포함할 수 있다. 이 경우, 통신을 통해 메모리(700) 데이터, 예를 들어, 운영 체제나 학습 정보 등을 추가하거나 수정 및 삭제할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전통적인 인쇄물 교재(학습지 등)와 연동한 음성 안내와 더불어 학습 내용을 그림 또는 글자로 표현하는 3차원 작화 로봇을 구현하여 유년기 아이들의 학습 효과를 증진할 수 있다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

100: 카메라 200: 센서
300: 마이크 400: 작화 장치
500: 스피커 600: 제어기
700: 메모리 800: 통신 장치
G: 포켓형 가이드

Claims (5)

1. 코드를 획득하는 코드 획득 장치와,
   상기 코드에 대응되는 학습 정보가 저장된 메모리,
   로봇팔을 포함하는 작화 장치, 및
   상기 학습 정보에 따라 상기 작화 장치를 제어하는 제어기를 포함하는 학습용 로봇.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 학습 정보는 상기 코드에 대응되는 작화 정보를 포함하며,
   상기 작화 정보는 상기 코드와 대응되어 그림이나 문자를 그리기 위한 드라이버 제어 정보를 포함하는 학습용 로봇.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 작화 장치는,
   상기 제어기에 제어되는 드라이버와, 상기 드라이버에 제어되는 모터, 및 상기 모터에 의해 X축과 Y축, Z축으로 이동하며 작화하는 로봇팔을 포함하는 학습용 로봇.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 메모리는 메모리 슬롯에 삽입되는 외장형 메모리와, 학습용 로봇 내에 구비된 내장 메모리를 포함하는 학습용 로봇.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 코드는 학습 카드 또는 서적 중 적어도 어느 하나에 인쇄되거나 부착된 학습용 로봇.