WO2016088918A1 - 서비스 로봇 - Google Patents

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WO2016088918A1
WO2016088918A1 PCT/KR2014/011831 KR2014011831W WO2016088918A1 WO 2016088918 A1 WO2016088918 A1 WO 2016088918A1 KR 2014011831 W KR2014011831 W KR 2014011831W WO 2016088918 A1 WO2016088918 A1 WO 2016088918A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module
control device
service robot
communication unit
arm
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/011831
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이학용
윤종현
Original Assignee
(주)엠텍
이학용
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)엠텍, 이학용 filed Critical (주)엠텍
Publication of WO2016088918A1 publication Critical patent/WO2016088918A1/ko

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/0005—Manipulators having means for high-level communication with users, e.g. speech generator, face recognition means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/08—Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions

Definitions

  • the present invention relates to a service robot.
  • a service robot refers to a robot in which main computing functions, processors, and contents are shared among servers outside the robot by connecting to a high-speed communication network as a terminal.
  • Service robots also called network robots or distributed intelligent robots, can perform a variety of functions through communication with the server while simplifying the hardware configuration of the robot itself compared to the existing independent robots by entrusting the server with complex calculations. have.
  • the most important factor to increase the utilization of these service robots is to provide different functions according to the requests of customers who are direct users.
  • the service robot which is modularized by function among existing service robots and manufactured for an environment in which each module is to be assembled and used, has a separate control device for each module, which causes high cost and low efficiency.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a service robot capable of motion control with one control device.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to change the configuration of the robot having a different function according to the intended use, so that the replacement for other uses, when only a part of the failure, the service can be replaced only part of the configuration, not the whole To provide a robot.
  • a service robot is spaced apart from each other and have at least one of a mobile module, an upper body module, a first middle module, a second middle module, a header module, a first arm module, a second arm module, and a waist module, each having a unique identification.
  • a main board having a plurality of slots to which at least one board equipped with a central processing unit and a driving driver can be fastened, and driving the board fastened to the central processing unit and the slot.
  • the control device for controlling the overall operation of the service robot using a driver is coupled and configured, at least one of the eight modules and the control device are electrically connected to each other, the moving module, the upper body module, the first The first middle module and the second middle module are configured to be electrically connected by incorporating the control device, wherein the header module and the first female module The module, the second arm module and the waist module are located outside the control device and configured to be connected to the control device in a wired or wireless manner, and the control device includes the mobile module among the coupled modules, including the self. Including at least one of the upper body module, the first middle module and the second middle module is embedded in any one module, and includes the moving module, the upper body module, the first middle module and the second middle module. If not, it is connected to one of the header module, the first arm module, the second arm module and the waist module.
  • the control device is connected to an external controller operated by a user and controls the operation of each module in response to a user's command received from the external controller.
  • a control device includes at least a plurality of slots installed in the number of modules constituting a service robot, a communication unit connected to a wired or wireless connection with an external controller to perform data transmission and reception with the external controller, and the control device controls the service robot.
  • a component configuration determining unit which operates when connected to one of the at least one constituent module to determine a hardware configuration of the service robot by requesting and obtaining a module ID from a communication unit of each module constituting the service robot, the hardware configuration and the plurality of modules.
  • After setting the registry for the respective driving drivers mounted on a board provided with a plurality of slots in response to the input of the external controller includes a central processing unit for controlling the operation of each module.
  • each communication unit transmits a signal including a module ID of a corresponding module during communication.
  • the communication unit operates as a master according to the control of the control device and transmits the output of the control device to the communication unit of another module or receives a signal transmitted from the communication unit of the other module and provides the control device.
  • the communication unit of is electrically connected to the internal configuration and transmits a signal output from the internal configuration to the control device or a signal transmitted from the control device to the internal configuration.
  • the mobile module has a unique ID for the mobile module and includes a communication unit for transmitting a signal including a unique ID when communicating with a communication unit of another module, a plurality of wheels and a motor or actuator for operating each wheel. And a sensor for detecting an obstacle in a direction in which the plurality of wheels are to move and providing information on the detected obstacle to the controller.
  • the upper body module has a structure coupled to the first or the second arm module, has a unique ID for the mobile module, the communication unit for transmitting a signal including a unique ID when communicating with the communication unit of the other module, coupled And a sensor for detecting a position of an object to be moved by the first or second arm module, and a robot arm driving unit configured to operate the first or second arm module coupled under the control of the controller.
  • the first middle module has a structure for mounting a mobile phone or a computer to be used as an input and output device, has a unique ID for the first middle module, and includes a unique ID when communicating with a communication unit of another module.
  • the transmitting unit includes a sensor for detecting an approach of a person or an object.
  • the second middle module has a unique ID for the second middle module, a communication unit for transmitting a signal including a unique ID when communicating with a communication unit of another module, a sensor for detecting an approach of a person or an object, and a user command It receives an input and provide to the control device, and an output unit for notifying the information to the screen output or voice output to the outside under the control of the control device.
  • the communication unit of the control device performs data transmission and reception with the external controller through Bluetooth communication or Wi-Fi communication.
  • the control device may include the header module, the first arm module, and the second arm module when the service robot is configured without the moving module, the upper body module, the first middle module, and the second middle module. And wired or wirelessly connected to one of the waist modules.
  • the present invention since it is possible to control the operation of the combined service robot of a plurality of modules with a single control device, it is not necessary to provide a control device for each module, thereby reducing costs and increasing efficiency in manufacturing a service robot. do.
  • FIG. 1 is an exploded view of a service robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a coupling diagram of a service robot according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • control device 3 is an example of use of the control device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a hardware configuration of a control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a board fastened to a control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram of a control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an operation flowchart of a control device according to an embodiment of the present invention.
  • the service robot according to the embodiment of the present invention includes eight modules. That is, the service robot includes a mobile module 100, an upper body module 200, two middle modules 300 and 300a, a header module 400 and two arm modules 500 and 500a. ) And the waist module 600.
  • the moving module 100 includes a plurality of wheels 131 and performs a moving function.
  • the upper body module 200 is configured such that at least one of the two arm modules 500 and 500a is electrically connectable, and an apparatus (eg, a motor, an actuator, etc.) for operating the connected arm module 500 or 500a.
  • an apparatus eg, a motor, an actuator, etc.
  • the first middle module 300 is configured to embed or fasten a computer device such as a computer, a touch pad, a tablet PC, a mobile phone, and the like.
  • the second middle module 300 has a screen display device and has various sensors or communication modules. It is configured to mount.
  • the first and second middle modules 300 and 300a are configured to receive a user's command through a screen display device, and are means for displaying various information when the computer device has a screen display function. I use it.
  • the middle modules 300 and 300a perform a function for maximizing a display effect for promotion and guidance like a kiosk terminal.
  • the header module 400 functions as a motion by driving up and down.
  • the header module 400 expresses the emotion of the service robot when assembled to another module.
  • the header module 400 has a screen display device.
  • the two arm modules 500 and 500a perform different physical tasks. Physical work is to grab objects, lift objects, put things down, or use them for special purposes.
  • the waist module 600 is capable of rotating left and right, and performs the same function as the waist of a person.
  • Each of the eight modules 100 to 600 has been described as an example, but is not limited thereto and may be variously modified or changed.
  • the eight modules 100 to 600 are each independently used, or are electrically and mechanically connected to at least one other module. Although eight modules 100 to 600 have been described as an example, another module having a separate function may be added.
  • FIG. 2 is a coupling diagram of a service robot according to an exemplary embodiment of the present invention, where (a) is a front view and (b) is a right side view.
  • the service robot includes a moving module 100, an upper body module 200, a first middle module 300, a header module 400, two first arm modules 500, and a waist module 600. It consists of
  • the waist module 600 is mechanically and electrically connected to the upper part of the mobile module 100
  • the first middle module 300 is mechanically and electrically connected to the upper part of the waist module 600.
  • the upper body module 200 is mechanically and electrically connected to the upper portion of the first middle module 300
  • the first arm module 500 is mechanically and electrically connected to both sides of the upper body module 200
  • the header module 400 is mechanically and electrically connected to the upper portion of the upper body module 200.
  • At least one of the two first arm modules 500 may be replaced with the second arm module 500a, and the second middle module 300 may be replaced with the second middle module 300.
  • the middle module 300 can be replaced.
  • the service robot composed of six modules may be composed of five parts in which any one of the six modules is removed, and may be composed of four parts in which any two modules are removed, and any three The module may consist of three parts removed, and any four modules may consist of two parts removed.
  • the service robot is provided with a control device for performing an operation corresponding to the automatic or user input.
  • One control device controls the operation of each module constituting the service robot or transmits data to each module so that an automatically set target action or an action corresponding to a command input by a user is performed.
  • control device 10 is attached to or detached from one of the moving module 100, the upper body module 200, and one of the first and second middle modules 300 and 300a. That is, the moving module 100, the upper body module 200, and the first and second middle modules 300 and 300a have a built-in space in which the control device 10 is built, and the control device 100 is one of them. It is used in one module.
  • the control device 10 is embedded in the service robot when the service robot has only one of the moving module 100, the upper body module 200, the first and second middle modules 300, 300a, and the service robot is In the case of having two or more of the moving module 100, the upper body module 200, and the first and second middle modules 300 and 300a, the mobile module 100 is embedded in an arbitrary one according to a user's selection. This means that the control device 10 has the same function even if it is embedded in any of the moving module 100, the upper body module 200, and the first and second middle modules 300 and 300a.
  • the control device 10 embedded in one of the modules 100, 200, 300, and 300a includes an electronic device (eg, a sensor, a motor, an actuator, a communication module, a display device, etc.) mounted on the module.
  • the data exchange and operation control are possible.
  • the control device 10 embedded in one of the modules 100, 200, 300, and 300a includes an electronic device (eg, a sensor, a motor, or the like) mounted in each module of the service robot including the module and the module. It is electrically connected to an actuator, communication module, display device, etc. to enable data exchange and operation control.
  • each module is provided with a communication unit so that the data exchange and operation control with each module is possible by the control apparatus 10.
  • the moving module 100 includes the first communication unit 110, the first sensor unit 120, and the wheel unit 130, and the control device 10 is embedded in the moving module 100
  • the control device. 10 is embedded in the mobile module 100 and electrically connected to the first communication unit 110, the first sensor unit 120, and the wheel unit 130 to control the operation of each component 110, 120, and 130. do.
  • the first communication unit 110 has a unique ID for the mobile module 100 and transmits a signal including the unique ID in communication.
  • the first communication unit 110 communicates with the communication unit of another module of the service robot coupled with the mobile module 100 (eg, wireless or wired).
  • the first communication unit 110 operates as a master to another communication unit to transfer a control signal provided from the control device 10 to a communication unit of another module or to receive a signal transmitted from the communication unit of another module.
  • the first sensor unit 120 may be a sensor that detects a buried object in a direction or a path to which the wheel 110 is to move and provides information on the detected obstacle to the control device 10.
  • the wheel unit 130 includes a plurality of wheels 131 and a motor or an actuator (not shown) for operating each wheel 131.
  • the first middle module 300 or the second middle module 300a includes a second communication unit 310, a second sensor unit 320, an input unit 330, and an output unit 140.
  • the control device 10 is embedded in the corresponding middle module (one of 300 or 300a) and the second communication unit 310.
  • the second sensor unit 320, the input unit 330 and the output unit 140 is electrically connected to control the operation of each component (310 to 340).
  • the second communication unit 310 has a unique ID for one of the middle modules 300 and 300a, and transmits a signal including the unique ID in communication.
  • the second communication unit 310 communicates with the communication unit of another module of the combined service robot including the corresponding middle module 300 or 300a (for example, wireless or wired).
  • the second communication unit 310 operates as a master to the other communication unit to transmit a control signal provided from the control device 10 to the communication unit of another module or to receive a signal transmitted from the communication unit of the other module to the control device 10. to provide.
  • the second sensor unit 320 detects whether there is a person approaching the service robot or passing the service robot as an access detection sensor and notifies it.
  • the input unit 330 is manipulated by the user and receives a user's command to inform the control device 10, and the output unit 340 externally outputs information through a screen output or a voice output according to the control of the control device 10.
  • the upper body module 200 includes the third communication unit 210, the third sensor unit 220 and the robot arm drive unit 230 and the control device 10 is embedded in the upper body module 200
  • the control device 10 is built in the upper body module (200) is electrically connected to the third communication unit 210, the third sensor unit 220 and the robot arm drive unit 230 of each configuration (210 to 230) Control the operation.
  • the third communication unit 310 has a unique ID for the upper body module 200 and transmits a signal including the unique ID in communication.
  • the third communication unit 310 communicates with the communication unit of another module of the service robot coupled with the upper body module 200 (eg, wireless or wired).
  • the third communication unit 310 operates as a master to the other communication unit to transfer the control signal provided from the control device 10 to the communication unit of the other module or receive a signal transmitted from the communication unit of the other module to the control device 10 To provide.
  • the third sensor unit 320 detects the position of the object to be moved by the arm module 500 or 500a and transmits it to the control device 10.
  • the robot arm driver 230 operates the arm module 500 or 500a according to the command of the control device 10.
  • the communication unit of each module (100, 200, 300, 300a) is electrically connected to the other internal configuration. That is, the internal configuration of the module is in a state capable of transmitting and receiving a signal with the communication unit of the module in which the control device 10 is built.
  • control device 10 is an example of use of the control device according to the second embodiment of the present invention, the service robot of the at least one of the moving module 100, the upper body module 200, the first and second middle modules (300, 300a) This is for the case of not having a module.
  • modules 100 to 600 Of the eight modules 100 to 600, four modules other than the moving module 100, the upper body module 200, and the first and second middle modules 300 and 300a, that is, the header module 400 and the first and second modules, are included.
  • the second arm modules 500 and 500a and the waist module 600 are not mounted with the control device 10.
  • the control device 10 includes the header module 400, the first and the first. 2 arm module (500 or 500a), and one of the waist module 600 is connected to the wired or wireless (eg Bluetooth, Wi-Fi, etc.), the operation of the connected module and the other module electrically coupled with the module By controlling the overall operation of the service robot.
  • the wired or wireless eg Bluetooth, Wi-Fi, etc.
  • control device 10 is configured in the form of a box.
  • the housing of the control device 10 includes a main body 12 and an opening / closing portion 11 engaged with or detached from the main body 12.
  • a plurality of slots 13 to which the board 20 is electrically fastened are formed side by side on one surface.
  • the plurality of slots 13 are installed on a main board on which a central processing unit (CPU) is installed, and the main board is installed on one surface of the main body 12.
  • the plurality of slots 13 serves as a peripheral component interconnect (PCI) slot of a computer.
  • PCI peripheral component interconnect
  • a plurality of port through holes 14 are formed side by side on one surface adjacent to the surface on which the slot 13 is formed in the main body 12.
  • the port through hole 14 is configured such that the port 22 of the board 20 is fitted when the board 20 is fastened to the slot 13.
  • the mounting of the board 20 is performed after the user detaches the opening and closing portion 11 of the control device 10 from the main body 12 and then inserts the board 20 into the slot 13 and the port through hole 14. This is achieved by fastening the opening and closing portion 11 to the main body 12 again.
  • FIG. 6 is a perspective view of a board fastened to a control device according to an embodiment of the present invention.
  • the board 20 according to the embodiment of the present invention is formed on one side of a main body in which a chip or a circuit is installed and inserted into a slot 12 to form the board 20 as a central processing unit ( A connector 21 is formed which electrically connects to 15).
  • the board 20 has a port 22 formed at the other side for electrical connection with an external device.
  • the board 20 may further include a port 22a for connecting to an external device connected by a plug.
  • the board 20 has a fixing portion 23 for stably fixing the connector 21 fastened to the slot 13 of the main board is formed on the surface on which the port 22 is formed.
  • the port 22 is a power switch port, a power in port, a power out port, or the like.
  • the board 20 includes a driver corresponding to a function of each module in software.
  • the board 20 includes a board for a moving module, a board for an upper body module, a board for a first middle module, a board for a second middle module, a board for a header module, a board for a first arm module, a board for a second arm module, and It is divided into the board for waist module.
  • the control apparatus 10 mounts the board corresponding to the module which comprises the service robot among each board 20.
  • control device 10 includes a first to nth slots 13a to 13n, a central processing unit 15, a communication unit 16, and a component configuration determining unit ( 17) and the coupling error identification unit 18.
  • the first to n th slots 13a to 13n are connected to the connector 21 of the boards 20, 20a, etc. so that the boards 20, 20a, etc. may be installed on the control device 10.
  • the first to n-th slots 13a to 13n are formed at least as many as the number of modules constituting the service robot, or are configured to be selectively used by being composed of at least eight.
  • the first to n-th slots 13a to 13n are configured by at least eight, such as a board for a mobile module, a board for an upper body module, a board for a first middle module, and a second.
  • the board for the middle module, the board for the header module, the board for the first arm module, the board for the second arm module, and the board for the waist module can all be installed.
  • the communication unit 16 is connected to the external controller 30 by wire or wireless to perform data transmission and reception with the external controller 30.
  • the communication unit 16 When wirelessly connected, the communication unit 16 performs short-range wireless communication (eg, Bluetooth, infrared communication, etc.) or performs Wi-Fi communication.
  • the external controller 30 is a device that can input a command to control the operation of the service robot, for example, a mobile device such as a console, a joystick, a desktop computer, a notebook computer, a mobile phone, and the like.
  • the display device of the mobile phone or the computer mounted on the first middle module 300 and the second middle module 300a also corresponds to this.
  • the component composition checking unit 17 operates when the control device 10 is connected to a module constituting the service robot to request and obtain a module ID from the communication unit of each module constituting the service robot to determine what modules constitute the service robot.
  • the component configuration determining unit 17 grasps the hardware configuration of the service robot.
  • the situation in which the control device 10 is connected to the service robot is a control device 10 is built in one of the moving module 100, the upper body module 200, the first and second middle modules (300, 300a)
  • the coupling error checking unit 18 compares the information of the module constituting the service robot, that is, the hardware configuration and the type (configuration) of the boards installed in the slots 13a to 13n to determine whether the installed board corresponds to the hardware configuration. Coupling error detecting unit 18 performs one of warning sound generation, guide sound output, or warning light indication if the installed board does not match the hardware configuration.
  • the central processing unit 15 checks the hardware configuration of the service robot through the component configuration determining unit 17 and the board 20 installed in the control unit 10 through the first to nth slots 13a to 13n, that is, The type of the driving driver is grasped, and the overall operation of the service robot is controlled by controlling the operation of each module corresponding to the input of the external controller 30.
  • FIG. 8 is an operation flowchart of a control device according to an embodiment of the present invention.
  • the CPU 15 receives identification information from the installed board 20. It is determined whether the driving driver is mounted on the board (S810). If the user installs a plurality of boards in the control device 10, the central processing unit 15 repeats the process S810 to identify each of the plurality of boards installed in the control device 10, identification information of the identified board.
  • the board configuration and the registry for driving the driver for each board are configured.
  • the service robot When the user completes the installation of the board 20 in the control device 10, if the service robot has the moving module 100, the upper body module 200, or the middle module 300 or 300a, one of the modules 100 , 200, 300, 300a) of the control unit 10 is built in and electrically connected. If the service robot does not have the mobile module 100, the upper body module 200 or the middle module (300, 300a) of the control unit 10 is wired or wirelessly connected to one module.
  • the component composition checking unit 17 of the central processing unit 15 requests the module ID to the communication unit of each module constituting the service module, and from the communication unit of each module Receive the module ID (S820).
  • the central processing unit 15 checks the module ID received from each module through the component composition identifying unit 17 to determine which modules the service robot is configured with, and the module ID of each module is determined by the service robot. Register with a hardware configuration (S830).
  • the coupling error determination unit 18 of the CPU 15 compares the hardware configuration with the board configuration (S840), and determines whether the two configurations match each other (S850).
  • the coupling error checking unit 18 determines whether the hardware configuration constituting the service robot, that is, the boards on which the modules and the drive driver corresponding to the modules are installed, is installed in the controller 10 through the determination process of S850. If all of the boards corresponding to the modules constituting the service robot are not mounted on the controller 10 or the boards corresponding to the modules constituting the service robot and other modules are not mounted on the controller 10, the coupling error. I judge it.
  • the coupling error checking unit 18 notifies the user of the coupling error by performing a warning operation when a coupling error occurs (S860). Accordingly, when a coupling error occurs, the user removes or adds or changes a module constituting the service robot, or removes or changes at least one of the boards mounted on the control device 10 or adds a new board.
  • the CPU 15 determines the hardware configuration or the board configuration change (S870).
  • the central processing unit 15 performs the S810 and S820 processes through the module configuration determining unit 17 to identify the new hardware configuration and thereby allows the user to configure the module configuration. Be aware of the change.
  • the central processing unit 15 receives the identification information of the board that is separated or fastened through the slot 13 to create a new board configuration, and through this, the user changes the configuration of the board.
  • the communication unit 10 performs communication setting for communication with the external controller 30 through the communication unit 10 (S880), when the communication setting is completed, the external The user command received from the controller 30 is received or a signal is transmitted to the external controller 30 (S890).
  • the CPU 15 determines the type of the user command, determines a module to which the user command is applied, and operates the drive driver of the determined module to transmit the drive data to the module. By controlling the operation of the service robot.

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Abstract

본 발명은 서로 이격되어 있으며 각각 고유 ID(identification)을 가진 이동모듈, 상체모듈, 제1 미들모듈, 제2 미들모듈, 헤더모듈, 제1 암모듈, 제2 암모듈 및 허리모듈 중 적어도 하나, 그리고 박스 형태로 구성되며, 중앙처리장치 및 구동 드라이버를 탑재한 적어도 하나의 보드가 체결될 수 있는 복수의 슬롯이 형성된 메인보드를 구비하며, 상기 중앙처리장치와 상기 슬롯에 체결된 보드의 구동 드라이버를 이용하여 서비스 로봇의 전반적인 동작을 제어하는 제어장치가 결합되어 구성되는 서비스 로봇에 관한 것이다.

Description

서비스 로봇
본 발명은 서비스 로봇에 관한 것이다.
근래 로봇 관련 기술의 발전과 무선통신의 급속한 성장으로 서비스 로봇에 대한 연구가 활발하다. 서비스 로봇은 기존의 독립된 로봇과는 달리, 초고속 통신망에 단말로 연결됨으로써 로봇 외부의 서버에 주요 연산기능 및 프로세서와 콘텐츠 등의 기능을 분담시킨 로봇을 말한다.
네트워크 로봇 또는 분산 지능 로봇이라고도 일컬어지는 서비스 로봇은, 서버에 복잡한 연산수행 등을 맡김으로써 기존의 독립된 로봇에 비해 로봇 자체의 하드웨어 구성은 단순화되면서, 서버와의 통신을 통해 보다 다양한 기능을 수행할 수 있다.
이러한 서비스 로봇의 활용 성을 높이기 위해 가장 중요한 요인은 직접적인 사용자가 되는 고객의 요청에 따라 기능을 달리하여 제공하는 것이다.
그러나, 기존의 서비스 로봇은 하나의 시스템을 개발해 로봇의 형태를 변경하면서, 고객의 요구를 반영하는 것은 어려움이 많다. 고가격의 서비스 로봇 시장에서 경쟁력을 확보하기 위해서는 기능별 모듈화를 통해 서비스 대상 시장을 다각화하고 원가를 최소화 할 수 있어야 한다. 또한, 기존의 서비스 로봇은 특정 목적에 한정적으로 개발, 제작됨으로써, 사용자, 구매자에게 쉽게 싫증을 유발할 뿐만 아니라, 실생활에 연계되어 사용되지 못하고, 한정적인 기능만을 위해 제작된 서비스 로봇이므로, 다른 동작을 필요로 할 때 새로운 로봇을 추가로 구매해야 하는 문제점이 있다.
또한 기존의 서비스 로봇 중 기능별로 모듈화되고 각 모듈을 조립하여 사용하고자 하는 환경에 맞게 제작된 서비스 로봇은 각 모듈별로 별도의 제어장치를 탑재하고 있어 비용이 높고 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하나의 제어장치로 동작 제어가 가능한 서비스 로봇을 제공하는 것이다. 또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사용 용도에 따라 다른 기능을 가지는 로봇 구성의 변경이 가능하며, 그로 인해 다른 용도를 위한 교체나, 일부만 고장이 났을 때, 전체가 아닌 일부 구성만 교환이 가능한 서비스 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따르면 서비스 로봇이 제공된다. 이 서비스 로봇은 서로 이격되어 있으며 각각 고유 ID(identification)을 가진 이동모듈, 상체모듈, 제1 미들모듈, 제2 미들모듈, 헤더모듈, 제1 암모듈, 제2 암모듈 및 허리모듈 중 적어도 하나, 그리고 박스 형태로 구성되며, 중앙처리장치 및 구동 드라이버를 탑재한 적어도 하나의 보드가 체결될 수 있는 복수의 슬롯이 형성된 메인보드를 구비하며, 상기 중앙처리장치와 상기 슬롯에 체결된 보드의 구동 드라이버를 이용하여 서비스 로봇의 전반적인 동작을 제어하는 제어장치가 결합되어 구성되고, 결합된 상기 8개의 모듈 중 적어도 하나 및 상기 제어장치는 서로 전기적으로 연결되며, 상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈 및 상기 제2 미들모듈은 상기 제어장치를 내장하여 전기적으로 연결 가능하도록 구성되고, 상기 헤더모듈, 상기 제1 암모듈, 상기 제2 암모듈 및 상기 허리모듈은 상기 제어장치의 외부에 위치하여 상기 제어장치와 유선 또는 무선으로 연결되도록 구성되며, 상기 제어장치는 자신을 포함하여 결합된 모듈 중에서 상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈 및 상기 제2 미들모듈 중 적어도 하나를 포함하면 임의의 하나의 모듈에 내장되고, 상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈 및 상기 제2 미들모듈을 포함하지 않으면 상기 헤더모듈, 상기 제1 암모듈, 상기 제2 암모듈 및 상기 허리모듈 중 하나에 연결된다.
상기 제어장치는 사용자에 의해 조작되는 외부 컨트롤러와 연결되고, 상기 외부 컨트롤러로부터 수신되는 사용자의 명령에 대응하여 각 모듈의 동작을 제어한다. 이러한 제어장치는 적어도 서비스 로봇을 구성하는 모듈의 수만큼 설치되는 상기 복수의 슬롯, 외부 컨트롤러와 유선 또는 무선을 연결되어 상기 외부 컨트롤러와의 데이터 송수신을 수행하는 통신부, 상기 제어장치가 상기 서비스 로봇을 구성하는 적어도 하나의 모듈 중 하나에 연결될 때 동작하여 상기 서비스 로봇을 이루는 각 모듈의 통신부에게 모듈 ID를 요청하고 획득하여 상기 서비스 로봇의 하드웨어 구성을 파악하는 부품구성 파악부, 상기 하드웨어 구성과 상기 복수의 슬롯에 설치된 보드의 구성을 비교하여 상기 설치된 보드가 상기 하드웨어 구성에 매칭되지 않는 경우에 경고 동작을 수행하는 결합오류 파악부, 그리고 상기 복수의 슬롯을 통해 상기 보드의 구성을 파악하며 상기 하드웨어 구성과 상기 보드의 구성이 매칭되는 경우에 상기 복수의 슬롯에 설치된 보드에 탑재된 각 구동 드라이버에 대한 레지스트리를 설정한 후 상기 외부 컨트롤러의 입력에 대응하여 각 모듈의 동작을 제어하는 중앙처리장치를 포함한다.
상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈, 상기 제2 미들모듈, 상기 헤더모듈, 상기 제1 암모듈, 상기 제2 암모듈 및 상기 허리모듈은 각각 다른 모듈 또는 상기 제어장치와 통신을 하기 위한 통신부를 가지며, 각 통신부는 통신시 해당 모듈의 모듈 ID를 포함하여 신호를 전송한다.
상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈, 상기 제2 미들모듈, 상기 헤더모듈, 상기 제1 암모듈, 상기 제2 암모듈 및 상기 허리모듈 중 상기 제어장치와 연결되는 하나의 모듈의 통신부는 상기 제어장치의 제어에 따라 마스터로 동작하여 상기 제어장치의 출력을 다른 모듈의 통신부에 전송하거나 다른 모듈의 통신부에서 전송하는 신호를 수신하여 상기 제어장치에 제공한다.
그리고 상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈, 상기 제2 미들모듈, 상기 헤더모듈, 상기 제1 암모듈, 상기 제2 암모듈 및 상기 허리모듈 중 상기 제어장치와 연결되지 않은 각 모듈의 통신부는 내부의 구성과 전기적으로 연결되어 상기 내부의 구성에서 출력하는 신호를 상기 제어장치로 전송하거나 상기 제어장치에서 전송하는 신호를 상기 내부의 구성으로 전달한다.
상기 이동모듈은 상기 이동모듈에 대한 고유 ID(Identification)를 가지며, 다른 모듈의 통신부와의 통신시 고유 ID를 포함하여 신호를 전송하는 통신부, 복수의 바퀴와 각 바퀴를 동작시키는 모터 또는 액츄에이터를 포함하는 바퀴부, 그리고 상기 복수의 바퀴가 이동하고자 하는 방향의 장애물을 감지하고 감지된 장애물의 정보를 상기 제어장치에 제공하는 센서를 포함한다.
상기 상체모듈은 상기 제1 또는 상기 제2 암모듈과 결합되는 구조를 가지며, 상기 이동모듈에 대한 고유 ID를 가지며, 다른 모듈의 통신부와의 통신시 고유 ID를 포함하여 신호를 전송하는 통신부, 결합된 상기 제1 또는 상기 제2 암모듈이 이동시키고자 하는 물체의 위치를 감지하는 센서, 그리고 상기 제어장치의 제어에 따라 결합된 상기 제1 또는 제2 암모듈을 동작시키는 로봇팔 구동부를 포함한다.
상기 제1 미들모듈은 휴대폰이나 컴퓨터를 입력 및 출력 장치로 사용되도록 장착하는 구조를 가지며, 상기 제1 미들모듈에 대한 고유 ID를 가지며, 다른 모듈의 통신부와의 통신시 고유 ID를 포함하여 신호를 전송하는 통신부, 사람이나 물체의 접근을 감지하는 센서를 포함한다.
상기 제2 미들모듈은 상기 제2 미들모듈에 대한 고유 ID를 가지며, 다른 모듈의 통신부와의 통신시 고유 ID를 포함하여 신호를 전송하는 통신부, 사람이나 물체의 접근을 감지하는 센서, 사용자의 명령을 입력받아 상기 제어장치에 제공하는 입력부, 그리고 상기 제어장치의 제어에 따라 화면출력 또는 음성출력으로 정보를 외부에 알리는 출력부를 포함한다.
상기 제어장치의 통신부는 상기 외부 컨트롤러와 블루투스 통신 또는 와이파이 통신을 통해 데이터 송수신을 수행한다.
상기 제어장치는 상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈 및 상기 제2 미들모듈을 포함하지 않고 상기 서비스 로봇을 구성하는 경우이면 상기 헤더모듈, 상기 제1 암모듈, 상기 제2 암모듈 및 상기 허리모듈 중 하나에 유선 또는 무선으로 연결된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 하나의 제어장치로 복수의 모듈의 조합된 서비스 로봇을 동작 제어할 수 있게 하여 모듈별로 제어장치를 구비하지 않아도 되므로 비용을 절감시키고 서비스 로봇 제작에 효율을 높일 수 있게 한다. 또한 사용 용도에 따라 다른 기능을 가지는 로봇 구성의 변경이 가능하며, 그로 인해 다른 용도를 위한 교체나, 일부만 고장이 났을 때, 전체가 아닌 일부 구성만 교환이 가능하여 비용을 절감할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 서비스 로봇의 분해도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 서비스 로봇의 결합도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제어장치의 사용예이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제어장치의 사용예이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치의 하드웨어 구성을 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치에 체결되는 보드의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치의 블록 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치의 동작 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 서비스로봇을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 서비스 로봇의 분해도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 서비스 로봇은 8 개의 모듈을 포함한다. 즉, 서비스 로봇은 이동모듈(100), 상체모듈(200), 2개의 미들모듈(middle module, 300, 300a), 헤더모듈(header module, 400), 2개의 암모듈(arm module, 500, 500a) 및 허리모듈(600)을 포함한다.
이동모듈(100)은 복수의 바퀴(131)를 구비하며, 이동 기능을 수행한다. 상체모듈(200)은 2개의 암모듈(500, 500a) 중 적어도 하나가 전기적으로 연결 가능하도록 구성되며, 연결된 암모듈(500, 500a 중 적어도 하나)의 동작시키는 장치(예; 모터, 액츄에이터 등)를 가진다.
2개의 미들모듈(300, 300a)은 다른 모듈과의 조립(체결)시 하나만이 이용된다. 제1 미들모듈(300)은 컴퓨터나 터치패드, 테블릿 PC, 핸드폰 등의 컴퓨터 기기를 내장 또는 체결할 수 있도록 구성되고, 제2 미들모듈(300)은 화면표시장치를 가지며 각종 센서나 통신모듈을 탑재하도록 구성된다. 이러한 제1 및 제2 미들모듈(300, 300a)은 화면표시장치를 통해 사용자의 명령을 입력받을 수 있도록 구성되고, 또한 컴퓨터 기기가 화면 표시 기능을 가지는 경우에 각종 정보를 표시할 수 있는 수단으로 이용한다. 이러한 미들모듈(300, 300a)는 키오스 단말기와 같이 홍보, 안내에 대한 디스플레이 효과를 극대화하기 위한 기능을 수행한다.
헤더모듈(400)는 상하 구동을 통한 모션 기능을 한다. 헤더모듈(400)은 다른 모듈에 조립(체결)된 경우에 서비스 로봇의 감성을 표현한다. 이러한 헤더모듈(400)은 화면표시장치를 가진다.
2개의 암모듈(arm module, 500, 500a)는 서로 다른 물리적인 작업을 수행한다. 물리적인 작업은 물건을 잡거나 물건을 들어올리거나 물건을 내려놓거나, 특수 용도의 작업 등으로, 일반적인 로봇팔이 수행하는 기능을 수행한다. 허리모듈(600)은 좌, 우 회전이 가능하며, 사람의 허리와 같은 기능을 수행한다.
8개의 모듈(100 내지 600)은 각 기능은 일 예로 기술하였을 뿐 이에 한정되지 않고 다양하게 변형 또는 변경이 가능하다. 8개의 모듈(100 내지 600)은 각각 독립적으로 이용되거나, 적어도 하나의 다른 모듈과 전기적 및 기구적으로 연결되어 사용된다. 여기서는 8개의 모듈(100 내지 600)을 일 예로 설명하였지만, 별도의 기능을 가진 다른 모듈이 추가될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 서비스 로봇의 결합도로서, (a)는 정면도이고, (b)는 우측면도이다.
8개의 모듈 중 6개의 모듈을 조립한 서비스 로봇의 일 예이다. 도 2에 도시된 바와 같이 서비스 로봇은 이동모듈(100), 상체모듈(200), 제1 미들모듈(300), 헤더모듈(400), 2개의 제1 암모듈(500) 및 허리모듈(600)로 구성된다.
즉, 조립된 서비스 로봇은 이동모듈(100)의 위쪽에 허리모듈(600)이 기구적 및 전기적으로 연결되고, 허리모듈(600)의 위쪽에 제1 미들모듈(300)이 기구적 및 전기적으로 연결된다. 그리고 제1 미들모듈(300)의 위쪽에 기구적 및 전기적으로 상체모듈(200)이 연결되고, 상체모듈(200)의 양측면에 기구적 및 전기적으로 제1 암모듈(500)이 각각 연결되며, 상체모듈(200의 위쪽에 기구적 및 전기적으로 헤더모듈(400)이 연결된다.
여기서 6개의 모듈로 서비스 로봇을 구성하는 경우에, 2개의 제1 암모듈(500) 중 적어도 하나를 제2 암모듈(500a)로 교체가 가능하고, 제1 미들모듈(300) 대신에 제2 미들모듈(300)로 교체가 가능하다.
이와 같이 6개의 모듈로 구성된 서비스 로봇은 6개의 모듈 중 임의의 하나가 제거된 5개의 부품으로 구성될 수 있고, 임의의 2개의 모듈이 제거된 4개의 부품으로 구성될 수 있으며, 임의의 3개의 모듈이 제거된 3개의 부품으로 구성될 수 있고, 임의의 4개의 모듈이 제거된 2개의 부품으로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 서비스 로봇은 자동 또는 사용자의 입력에 대응하는 동작을 수행하기 위하여 하나의 제어장치를 구비한다. 하나의 제어장치는 서비스 로봇을 구성하는 각 모듈의 동작을 제어하거나 각 모듈로 데이터를 전송하여 자동으로 설정된 목표 행위 또는 사용자가 입력한 명령에 대응한 행위가 수행되게 한다.
이하에서는 도 3과 도 8을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제어장치의 사용예이다. 도 3에 도시된 바와 같이 제어장치(10)는 이동모듈(100), 상체모듈(200), 제1 및 제2 미들모듈(300, 300a) 중 하나의 모듈의 내부에 착탈된다. 즉, 이동모듈(100), 상체모듈(200), 제1 및 제2 미들모듈(300, 300a)에는 제어장치(10)가 내장되는 내장공간이 형성되어 있으며, 제어장치(100)는 이들 중 하나의 모듈에 내장되어 이용된다.
예컨대, 제어장치(10)는 서비스 로봇이 이동모듈(100), 상체모듈(200), 제1 및 제2 미들모듈(300, 300a) 중 하나만을 가지는 경우에 그 하나에 내장되며, 서비스 로봇이 이동모듈(100), 상체모듈(200), 제1 및 제2 미들모듈(300, 300a) 중 2 이상을 가지는 경우에 사용자의 선택에 따라 임의의 하나에 내장된다. 이는 제어장치(10)가 이동모듈(100), 상체모듈(200), 제1 및 제2 미들모듈(300, 300a) 중 어떠한 모듈에 내장되더라도 동일한 기능을 한다는 것을 의미한다.
각 모듈(100, 200, 300, 300a) 중 하나의 내장공간에 내장된 제어장치(10)는 해당 모듈에 탑재된 전자장치(예; 센서, 모터, 액츄에이터, 통신모듈, 표시장치 등)와 전기적으로 연결되어 데이터의 교환 및 동작 제어가 가능해진다. 또한 각 모듈(100, 200, 300, 300a) 중 하나의 내장공간에 내장된 제어장치(10)는 해당 모듈 및 해당 모듈을 포함한 서비스 로봇의 각 모듈에 탑재된 전자장치(예; 센서, 모터, 액츄에이터, 통신모듈, 표시장치 등)와 전기적으로 연결되어 데이터의 교환 및 동작 제어가 가능해진다. 이때 제어장치(10)에 의해 각 모듈과의 데이터 교환 및 동작 제어가 가능해지도록 각 모듈에는 통신부를 구비한다.
제어장치(100)를 내장한 경우의 동작을 살펴보자.
예컨대, 이동모듈(100)이 제1 통신부(110), 제1 센서부(120) 및 바퀴부(130)를 포함하고 제어장치(10)가 이동모듈(100)에 내장되는 경우에, 제어장치(10)는 이동모듈(100)에 내장되어 제1 통신부(110), 제1 센서부(120) 및 바퀴부(130)와 전기적으로 연결되어 각 구성(110, 120, 130)의 동작을 제어한다.
여기서 제1 통신부(110)는 이동모듈(100)에 대한 고유 ID(Identification)를 가지며, 통신시 고유 ID를 포함하여 신호를 전송한다. 제1 통신부(110)는 이동모듈(100)을 포함하여 결합된 서비스 로봇의 다른 모듈의 통신부와 통신(예; 무선 또는 유선)한다. 이때 제1 통신부(110)는 다른 통신부에 대해 마스터(master)로 동작하여 제어장치(10)에서 제공하는 제어신호를 다른 모듈의 통신부에 전달하거나 다른 모듈의 통신부에서 전송하는 신호를 수신하여 제어장치(10)에 제공한다. 제1 센서부(120)는 바퀴(110)가 이동하고자 하는 방향 또는 경로상의 장매물을 감지하고 감지된 장애물의 정보를 제어장치(10)에 제공하는 센서인 것이 양호하다. 바퀴부(130)는 복수의 바퀴(131)과 각 바퀴(131)를 동작시키는 모터 또는 액츄에이터(미도시)를 포함한다.
다른 예로, 제1 미들모듈(300) 또는 제2 미들모듈(300a)이 제2 통신부(310), 제2 센서부(320), 입력부(330) 및 출력부(140)를 포함하고 제어장치(10)가 제1 또는 제2 미들모듈(300, 300a 중 하나)에 내장되는 경우에, 제어장치(10)는 해당 미들모듈((300, 300a 중 하나))에 내장되어 제2 통신부(310), 제2 센서부(320), 입력부(330) 및 출력부(140)와 전기적으로 연결되어 각 구성(310 내지 340)의 동작을 제어한다.
제2 통신부(310)는 해당 미들모듈(300, 300a 중 하나)에 대한 고유 ID(Identification)를 가지며, 통신시 고유 ID를 포함하여 신호를 전송한다. 제2 통신부(310)는 해당 미들모듈(300, 300a 중 하나)을 포함하여 결합된 서비스 로봇의 다른 모듈의 통신부와 통신(예; 무선 또는 유선)한다. 제2 통신부(310)는 다른 통신부에 대해 마스터로 동작하여 제어장치(10)에서 제공하는 제어신호를 다른 모듈의 통신부에 전달하거나 다른 모듈의 통신부에서 전송하는 신호를 수신하여 제어장치(10)에 제공한다. 제2 센서부(320)는 접근감지센서로서 서비스 로봇에 접근하거나 서비스 로봇을 지나치는 사람이 있는지를 감지하여 이를 알린다. 입력부(330)는 사용자에 의해 조작되어 사용자의 명령을 입력받아 제어장치(10)에 알리고, 출력부(340)는 제어장치(10)의 제어에 따라 화면출력 또는 음성 출력 등을 통해 정보를 외부에 알린다.
또 다른 예로, 상체모듈(200)이 제3 통신부(210), 제3 센서부(220) 및 로봇팔 구동부(230)를 포함하고 제어장치(10)가 상체모듈(200)에 내장되는 경우에, 제어장치(10)는 상체모듈((200)에 내장되어 제3 통신부(210), 제3 센서부(220) 및 로봇팔 구동부(230)와 전기적으로 연결되어 각 구성(210 내지 230)의 동작을 제어한다.
제3 통신부(310)는 상체모듈(200)에 대한 고유 ID(Identification)를 가지며, 통신시 고유 ID를 포함하여 신호를 전송한다. 제3 통신부(310)는 상체모듈(200)을 포함하여 결합된 서비스 로봇의 다른 모듈의 통신부와 통신(예; 무선 또는 유선)한다. 이때 제3 통신부(310)는 다른 통신부에 대해 마스터로 동작하여 제어장치(10)에서 제공하는 제어신호를 다른 모듈의 통신부에 전달하거나 다른 모듈의 통신부에서 전송하는 신호를 수신하여 제어장치(10)에 제공한다. 제3 센서부(320)는 암모듈(500 또는 500a)이 이동시키고자 하는 물체의 위치를 감지하여 제어장치(10)로 전달한다. 로봇팔 구동부(230)는 제어장치(10)의 명령에 따라 암모듈(500 또는 500a)을 동작시킨다.
한편, 제어장치(10)가 내장되지 않는 경우에 각 모듈(100, 200, 300, 300a)의 통신부는 다른 내부 구성과 전기적으로 연결되어 있다. 즉 모듈의 내부 구성은 통신부를 통해 제어장치(10)가 내장된 모듈의 통신부와 신호를 송수신할 수 있는 상태가 된다.
이하에서는 도 4를 참조로 하여 제어장치(10)의 다른 사용예를 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제어장치의 사용예로서, 서비스 로봇에 이동모듈(100), 상체모듈(200), 제1 및 제2 미들모듈(300, 300a) 중 적어도 하나의 모듈을 가지지 않는 경우에 대한 것이다.
8개의 모듈(100 내지 600) 중 이동모듈(100), 상체모듈(200), 제1 및 제2 미들모듈(300, 300a)을 제외한 나머지 4개의 모듈 즉, 헤더 모듈(400), 제1 및 제2 암모듈(500, 500a), 그리고 허리모듈(600)은 제어장치(10)가 탑재되지 않는다.
그러므로 서비스 로봇이 이동모듈(100), 상체모듈(200), 제1 및 제2 미들모듈(300, 300a)를 가지지 않는 경우에, 제어장치(10)는 헤더모듈(400), 제1 및 제2 암모듈(500 또는 500a), 그리고 허리모듈(600) 중 하나와 유선 또는 무선(예; 블루투스, 와이파이 등)으로 연결되고, 연결된 해당 모듈 및 해당 모듈과 전기적으로 커플링된 다른 모듈의 동작을 제어하여 전체적으로 서비스 로봇의 동작을 제어한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치의 하드웨어 구성을 보인 도면이다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치(10)는 상자(box) 형태로 구성된다. 제어장치(10)의 하우징은 (b)에 도시된 바와 같이 본체(12)와, 본체(12)와 결합하거나 이탈되는 개폐부(11)로 구성된다.
본체(12)의 내부에는 보드(20)가 전기적으로 체결되는 복수의 슬롯(slot)(13)이 일면에 나란하게 형성되어 있다. 구체적으로 복수의 슬롯(13)은 중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit)가 설치된 메인보드(main board) 상에 설치되며, 메인보드가 본체(12) 내부의 일면에 설치된다. 이때 복수의 슬롯(13)은 컴퓨터의 PCI(Peripheral Component Interconnect) 슬롯과 같은 역할을 한다.
그리고 본체(12) 중 슬롯(13)이 형성된 면의 이웃하는 일면에 복수의 포트 관통공(14)이 나란하게 형성되어 있다. 포트 관통공(14)은 보드(20)가 슬롯(13)에 체결될 때에 보드(20)의 포트(22)가 끼워지도록 구성된다.
따라서, 보드(20)의 장착은 사용자가 제어장치(10)의 개폐부(11)를 본체(12)로부터 이탈시킨 다음에 보드(20)를 슬롯(13)과 포트 관통공(14)에 끼운 후 다시 개폐부(11)를 본체(12)에 체결하는 것으로 달성된다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치에 체결되는 보드의 사시도이다. 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 보드(20)는 칩(chip)이나 회로 등이 설치된 본체의 일측면에 형성되고 슬롯(12)에 끼워져 보드(20)를 중앙처리장치(15)에 전기적으로 연결시키는 커넥터(21)가 형성된다.
그리고 보드(20)는 외부장치와의 전기적 연결을 위한 포트(22)가 타측면에 형성되어 있다. 이때 보드(20)는 플러그로 연결되는 외부장치와의 연결을 위한 포트(22a)를 더 구비할 수 있다. 또한 보드(20)는 메인보드의 슬롯(13)에 체결된 커넥터(21)를 안정적으로 고정시키는 고정부(23)가 포트(22)가 형성된 면에 형성되어 있다. 상기에서 포트(22)는 전원 스위치 포트이거나 전원 인(in) 포트이거나, 전원 아웃(out) 포트 등이다
여기서 보드(20)는 각 모듈별 기능에 대응하는 구동 드라이버(driver)를 소프트웨어로 탑재하고 있다. 이에 따라 보드(20)는 이동모듈용 보드, 상체모듈용 보드, 제1 미들모듈용 보드, 제2 미들모듈용 보드, 헤더모듈용 보드, 제1 암모듈용 보드, 제2 암모듈용 보드 및 허리모듈용 보드 등으로 구분된다. 제어장치(10)는 각 보드(20) 중 서비스 로봇을 구성하는 모듈에 대응하는 보드를 탑재한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치의 블록 구성도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치(10)는 제1 내지 제n 슬롯(13a 내지 13n), 중앙처리장치(15), 통신부(16), 부품구성 파악부(17), 그리고 결합오류 파악부(18)를 포함한다.
제1 내지 제n 슬롯(13a 내지 13n)는 보드(20, 20a 등)가 제어장치(10)에 설치될 수 있도록 보드(20, 20a 등)의 커넥터(21)와 연결된다. 제1 내지 제n 슬롯(13a 내지 13n)은 적어도 서비스 로봇을 구성하는 모듈의 개수만큼 형성되거나, 적어도 8개로 구성되어 선택적으로 이용되도록 구성된다. 예컨대 서비스 로봇을 구성하는 모듈의 개수가 8개이면 제1 내지 제n 슬롯(13a 내지 13n)는 적어도 8개로 구성되어, 이동모듈용 보드, 상체모듈용 보드, 제1 미들모듈용 보드, 제2 미들모듈용 보드, 헤더모듈용 보드, 제1 암모듈용 보드, 제2 암모듈용 보드 및 허리모듈용 보드 모두가 설치될 수 있게 한다.
통신부(16)는 외부 컨트롤러(30)와 유선 또는 무선을 연결되어 외부 컨트롤러(30)와의 데이터 송수신을 수행한다. 무선 연결시 통신부(16)는 근거리 무선통신(예; 블루투스, 적외선 통신 등)을 하거나 와이파이 통신을 수행한다. 여기서 외부 컨트롤러(30)는 서비스 로봇에 대한 동작 제어를 할 수 있는 명령을 입력할 수 있는 장치로서, 예컨대, 콘솔(consol), 조이스틱, 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 휴대폰 등의 모바일 기기 등이며, 제1 미들모듈(300)에 장착되는 휴대폰이나 컴퓨터와 제2 미들모듈(300a)의 표시장치도 이에 해당된다.
부품구성 파악부(17)는 제어장치(10)가 서비스 로봇을 구성하는 모듈에 연결될 때 동작하여 서비스 로봇을 이루는 각 모듈의 통신부에게 모듈 ID를 요청하고 획득하여 서비스 로봇을 구성하는 모듈들이 무엇인지를 파악한다. 즉, 부품구성 파악부(17)는 서비스 로봇의 하드웨어 구성을 파악한다. 여기서 제어장치(10)가 서비스 로봇에 연결되는 상황은 제어장치(10)가 이동모듈(100), 상체모듈(200), 제1 및 제2 미들모듈(300, 300a) 중 하나에 내장되는 제1 상황과, 제어장치(10)가 외부에서 헤더모듈(400), 제1 및 제2 암모듈(500, 500a) 및 허리모듈(600) 중 하나에 무선 또는 유선으로 연결되는 제2 상황 중 하나이다.
결합오류 파악부(18)는 서비스 로봇을 구성하는 모듈의 정보 즉, 하드웨어 구성과 슬롯(13a 내지 13n)에 설치된 보드의 종류(구성)를 비교하여 설치된 보드가 하드웨어 구성에 부합하는지를 파악한다. 결합오류 파악부(18)는 설치된 보드가 하드웨어 구성에 부합하지 않으면 경고음 발생 또는 안내음성 출력 또는 경고등 표시 등 중 하나를 수행한다.
중앙처리장치(15)는 부품구성 파악부(17)를 통해 서비스 로봇의 하드웨어 구성을 파악하고 제1 내지 제n 슬롯(13a 내지 13n)을 통해 제어장치(10)에 설치된 보드(20) 즉, 구동 드라이버의 종류를 파악하며, 외부 컨트롤러(30)의 입력에 대응하는 각 모듈의 동작을 제어하여 서비스 로봇의 전반적인 동작을 제어한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치의 동작 순서도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 사용자가 하나의 보드를 제어장치(10)의 각 슬롯(13) 중 하나에 설치하면 중앙처리장치(15)는 설치된 보드(20)로부터 식별정보를 수신하여 어떤 종류의 구동 드라이버가 탑재된 보드인지를 파악한다(S810). 사용자가 제어장치(10)에 복수의 보드를 설치한 경우이면 중앙처리장치(15)는 S810 과정을 반복하여 제어장치(10)에 설치된 복수의 보드 각각에 대하여 식별하고, 식별한 보드의 식별정보로 보드 구성 및 각 보드의 구동 드라이버를 구동시키기 위한 레지스트리를 구성한다.
사용자는 제어장치(10)에 보드(20)의 설치를 완료하면 서비스 로봇에 이동모듈(100)이나 상체모듈(200) 또는 미들모듈(300, 300a 중 하나)이 있으면 그 중 하나의 모듈(100, 200, 300, 300a 중 하나)에 제어장치(10)를 내장시키고 전기적으로 연결시킨다. 만약 서비스 로봇에 이동모듈(100)이나 상체모듈(200) 또는 미들모듈(300, 300a 중 하나)이 없으면 하나의 모듈에 제어장치(10)를 유선 또는 무선으로 연결시킨다.
이와 같이 제어장치(10)를 서비스 로봇에 연결시키면, 중앙처리장치(15)의 부품구성 파악부(17)는 서비스 모듈을 구성하는 각 모듈의 통신부로 모듈 ID를 요청하고, 각 모듈의 통신부로부터 모듈 ID를 수신한다(S820).
중앙처리장치(15)는 부품구성 파악부(17)를 통해 각 모듈로부터 수신된 모듈 ID를 파악하여 서비스 로봇이 어떠한 모듈들의 결합으로 구성되어 있는지를 파악하고, 각 모듈의 모듈 ID를 서비스 로봇의 하드웨어 구성으로 등록한다(S830).
하드웨어 구성을 파악하면 중앙처리장치(15)의 결합오류 파악부(18)는 하드웨어 구성과 보드 구성을 비교하고(S840), 2개의 구성이 서로 매칭되는지를 판단한다(S850).
결합오류 파악부(18)는 S850의 판단 과정을 통해 서비스 로봇을 구성하는 하드웨어 구성 즉, 모듈들과 해당 모듈들에 대응한 구동 드라이버를 탑재한 보드가 모두 제어장치(10)에 설치되어 있는지를 판단하게 되며, 서비스 로봇을 구성하는 모듈에 대응하는 보드가 모두 제어장치(10)에 탑재되지 않거나 서비스 로봇을 구성하는 모듈과 다른 모듈에 대응하는 보드가 제어장치(10)에 탑재되지 않으면 결합 오류라고 판단한다.
결합오류 파악부(18)는 결합 오류가 발생하면 경고 동작을 수행하여 사용자에게 결합 오류를 알린다(S860). 이에 따라 사용자는 결합 오류가 발생하면 서비스 로봇을 이루는 모듈을 제거 또는 추가 또는 변경하거나 제어장치(10)에 탑재된 보드 중 적어도 하나를 제거하거나 변경하거나 새로운 보드를 추가한다.
이러한 사용자의 모듈 또는 보드의 제거나 추가 또는 변경 동작에 따라 중앙처리장치(15)는 하드웨어의 구성 또는 보드의 구성 변경을 파악한다(S870). 사용자가 모듈의 구성 즉, 하드웨어의 구성을 변경하면 중앙처리장치(15)는 모듈구성 파악부(17)를 통해 S810 및 S820 과정을 수행하여 새로운 하드웨어 구성을 파악하고 이를 통해 사용자가 모듈의 구성을 변경하였음을 파악한다. 반면에 사용자가 보드의 구성을 변경하면 중앙처리장치(15)는 슬롯(13)을 통해 이탈 또는 체결되는 보드의 식별정보를 수신하여 새로운 보드 구성을 생성하고 이를 통해 사용자가 보드의 구성을 변경하였음을 파악한다.
한편, S850 판단 과정에서 중앙처리장치(15)는 두 구성이 서로 매칭되면, 통신부(10)를 통해 외부 컨트롤러(30)와의 통신을 위한 통신 설정을 수행하며(S880), 통신 설정을 완료하면 외부 컨트롤러(30)로부터 입력되는 사용자 명령을 수신하거나 외부 컨트롤러(30)로 신호를 전송한다(S890).
여기서 중앙처리장치(15)는 외부 컨트롤러(30)로부터 사용자 명령이 입력되면 사용자 명령의 종류를 파악하고 파악한 사용자 명령이 적용될 모듈을 판단하며, 판단한 모듈의 구동 드라이버를 동작시켜 해당 모듈로 구동 데이터를 전송하여 서비스 로봇의 동작을 제어한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 서로 이격되어 있으며 각각 고유 ID(identification)을 가진 이동모듈, 상체모듈, 제1 미들모듈, 제2 미들모듈, 헤더모듈, 제1 암모듈, 제2 암모듈 및 허리모듈 중 적어도 하나, 그리고
    상기 적어도 하나와 결합되고 박스 형태로 구성되며, 중앙처리장치 및 구동 드라이버를 탑재한 적어도 하나의 보드가 체결될 수 있는 복수의 슬롯이 형성된 메인보드를 구비하며, 상기 중앙처리장치와 상기 슬롯에 체결된 보드의 구동 드라이버를 이용하여 서비스 로봇의 전반적인 동작을 제어하는 제어장치를 포함하며,
    결합된 상기 8개의 모듈 중 적어도 하나 및 상기 제어장치는 서로 전기적으로 연결되며,
    상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈 및 상기 제2 미들모듈은 상기 제어장치를 내장하여 전기적으로 연결 가능하도록 구성되고, 상기 헤더모듈, 상기 제1 암모듈, 상기 제2 암모듈 및 상기 허리모듈은 상기 제어장치의 외부에 위치하여 상기 제어장치와 유선 또는 무선으로 연결되도록 구성되며,
    상기 제어장치는 자신을 포함하여 결합된 모듈 중에서 상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈 및 상기 제2 미들모듈 중 적어도 하나를 포함하면 임의의 하나의 모듈에 내장되는 서비스 로봇.
  2. 제1항에서,
    상기 제어장치는 사용자에 의해 조작되는 외부 컨트롤러와 연결되고, 상기 외부 컨트롤러로부터 수신되는 사용자의 명령에 대응하여 각 모듈의 동작을 제어하는 서비스 로봇.
  3. 제1항에서,
    상기 제어장치는
    적어도 서비스 로봇을 구성하는 모듈의 수만큼 설치되는 상기 복수의 슬롯,
    외부 컨트롤러와 유선 또는 무선으로 연결되어 상기 외부 컨트롤러와의 데이터 송수신을 수행하는 통신부,
    상기 제어장치가 상기 서비스 로봇을 구성하는 적어도 하나의 모듈 중 하나에 연결될 때 동작하여 상기 서비스 로봇을 이루는 각 모듈의 통신부에게 모듈 ID를 요청하고 획득하여 상기 서비스 로봇의 하드웨어 구성을 파악하는 부품구성 파악부,
    상기 하드웨어 구성과 상기 복수의 슬롯에 설치된 보드의 구성을 비교하여 상기 설치된 보드가 상기 하드웨어 구성에 매칭되지 않는 경우에 경고 동작을 수행하는 결합오류 파악부, 그리고
    상기 복수의 슬롯을 통해 상기 보드의 구성을 파악하며 상기 하드웨어 구성과 상기 보드의 구성이 매칭되는 경우에 상기 복수의 슬롯에 설치된 보드에 탑재된 각 구동 드라이버에 대한 레지스트리를 설정한 후 상기 외부 컨트롤러의 입력에 대응하여 각 모듈의 동작을 제어하는 중앙처리장치
    를 포함하는 서비스 로봇.
  4. 제1항에서,
    상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈, 상기 제2 미들모듈, 상기 헤더모듈, 상기 제1 암모듈, 상기 제2 암모듈 및 상기 허리모듈은 각각 다른 모듈 또는 상기 제어장치와 통신을 하기 위한 통신부를 가지며, 각 통신부는 통신시 해당 모듈의 모듈 ID를 포함하여 신호를 전송하는 서비스 로봇.
  5. 제4항에서,
    상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈, 상기 제2 미들모듈, 상기 헤더모듈, 상기 제1 암모듈, 상기 제2 암모듈 및 상기 허리모듈 중 상기 제어장치와 연결되는 하나의 모듈의 통신부는 상기 제어장치의 제어에 따라 마스터로 동작하여 상기 제어장치의 출력을 다른 모듈의 통신부에 전송하거나 다른 모듈의 통신부에서 전송하는 신호를 수신하여 상기 제어장치에 제공하는 서비스 로봇.
  6. 제5항에서,
    상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈, 상기 제2 미들모듈, 상기 헤더모듈, 상기 제1 암모듈, 상기 제2 암모듈 및 상기 허리모듈 중 상기 제어장치와 연결되지 않은 각 모듈의 통신부는 내부의 구성과 전기적으로 연결되어 상기 내부의 구성에서 출력하는 신호를 상기 제어장치로 전송하거나 상기 제어장치에서 전송하는 신호를 상기 내부의 구성으로 전달하는 서비스 로봇.
  7. 제2항에서,
    상기 이동모듈은 상기 이동모듈에 대한 고유 ID(Identification)를 가지며, 다른 모듈의 통신부와의 통신시 고유 ID를 포함하여 신호를 전송하는 통신부, 복수의 바퀴와 각 바퀴를 동작시키는 모터 또는 액츄에이터를 포함하는 바퀴부, 그리고 상기 복수의 바퀴가 이동하고자 하는 방향의 장애물을 감지하고 감지된 장애물의 정보를 상기 제어장치에 제공하는 센서를 포함하고,
    상기 상체모듈은 상기 제1 또는 상기 제2 암모듈과 결합되는 구조를 가지며, 상기 이동모듈에 대한 고유 ID를 가지며, 다른 모듈의 통신부와의 통신시 고유 ID를 포함하여 신호를 전송하는 통신부, 결합된 상기 제1 또는 상기 제2 암모듈이 이동시키고자 하는 물체의 위치를 감지하는 센서, 그리고 상기 제어장치의 제어에 따라 결합된 상기 제1 또는 제2 암모듈을 동작시키는 로봇팔 구동부를 포함하며,
    상기 제1 미들모듈은 휴대폰이나 컴퓨터를 입력 및 출력 장치로 사용되도록 장착하는 구조를 가지며, 상기 제1 미들모듈에 대한 고유 ID를 가지며, 다른 모듈의 통신부와의 통신시 고유 ID를 포함하여 신호를 전송하는 통신부, 사람이나 물체의 접근을 감지하는 센서를 포함하며,
    상기 제2 미들모듈은 상기 제2 미들모듈에 대한 고유 ID를 가지며, 다른 모듈의 통신부와의 통신시 고유 ID를 포함하여 신호를 전송하는 통신부, 사람이나 물체의 접근을 감지하는 센서, 사용자의 명령을 입력받아 상기 제어장치에 제공하는 입력부, 그리고 상기 제어장치의 제어에 따라 화면출력 또는 음성출력으로 정보를 외부에 알리는 출력부를 포함하는 서비스 로봇.
  8. 제2항에서,
    상기 제어장치의 통신부는 상기 외부 컨트롤러와 블루투스 통신 또는 와이파이 통신을 통해 데이터 송수신을 수행하는 서비스 로봇.
  9. 제1항에서,
    상기 제어장치는 상기 이동모듈, 상기 상체모듈, 상기 제1 미들모듈 및 상기 제2 미들모듈을 포함하지 않고 상기 서비스 로봇을 구성하는 경우이면 상기 헤더모듈, 상기 제1 암모듈, 상기 제2 암모듈 및 상기 허리모듈 중 하나에 유선 또는 무선으로 연결되는 서비스 로봇.
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