KR101948558B1 - 손으로 조작하여 프로그래밍 가능한 모듈러 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 손으로 조작하여 프로그래밍 가능한 모듈러 로봇에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 사용자가 로봇에 외력을 가하여 특정 동작이 수행되도록 하면, 그 동작 과정이 저장되고 사용자가 의도하는 센싱값 기준에 따라 저장된 동작이 자동으로 재생될 수 있도록 함으로써, 전문적인 프로그래밍 지식이 없더라도 사용자가 언제든지 동작 과정을 쉽게 설계할 수 있다.

Description

손으로 조작하여 프로그래밍 가능한 모듈러 로봇{Hand-operated programmable modular robot}

본 발명은 모듈러 로봇에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 손으로 조작하여 동작 과정을 저장하고, 센서에서 측정된 값에 따라 저장된 동작이 재현 될 수 있도록 하는 기술에 대한 것이다.

로봇(robot)은 포괄적인 의미로 스스로 보유한 능력에 의해 주어진 일을 자동으로 처리하거나 작동하는 기계를 말한다. 로봇의 크기나 형태 및 작동 방식은 매우 다양하며 군사용, 산업용, 완구용 등 사용 영역도 넓어지고 있다.

통상적으로 기존의 로봇들은 사용자가 조작명령을 입력하거나 미리 프로그래밍된 명령에 대응하여 동작을 수행한다. 하지만 프로그래밍 된 명령에 따라 동작할 경우에는 사용자의 의지가 반영될 수가 없다. 따라서 프로그램 지식을 갖지 않은 사용자는 동작 설정이 불가능하다.

이를 위해 대한민국 등록특허 제10-0352028호(2002.08.27. '데이터를 다운로드 받을 수 있는 완구장치', 이하 '종래기술'이라고 함)와 같이 완구장치가 컴퓨터에 저장된 제어 정보를 다운로드하여 다양한 동작이 가능토록 하는 기술이 제시된 바 있다. 하지만 동작 설정을 위해 매번 컴퓨터를 연결해야 하는 문제점은 여전히 남아 있다.

또한 사용자의 조작명령에 따라 작동하는 로봇의 경우, 동일한 동작을 재생시킬 때마다 매번 조작명령을 입력해야 하는 불편함이 있고, 만약 기존에 수행했던 조작명령을 사용자가 잊어버렸다면 동일한 동작을 다시 수행하는 것은 불가능하다.

더불어 근래의 로봇들은 다양한 센서의 측정값에 기반하여 동작이 이루어지는데, 동작 기준이 되는 센싱값을 변화시키고 그에 따른 동작을 재설정하고자 한다면 고도의 프로그래밍 지식이 필요하기 때문에, 일반 사용자가 재설정을 시도하는 것은 원천적으로 불가능하다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 사용자가 로봇에 외력을 가하여 특정 동작이 수행되도록 하면, 그 동작 과정이 저장되고 사용자가 의도하는 센싱값 기준에 따라 저장된 동작이 자동으로 재생될 수 있도록 함으로써, 전문적인 프로그래밍 지식이 없더라도 사용자가 언제든지 동작 과정을 쉽게 설계할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모듈러 로봇은, 기준용 센싱값을 측정하는 센서모듈; 및 외력에 의해 동작할 시 측정되는 기록용 센싱값의 히스토리를 제어신호로 변환하여 저장하고, 상기 센서모듈에서 측정되는 기준용 센싱값에 따라 상기 저장된 제어신호의 출력 여부가 제어되는 동작모듈;을 포함한다.

여기서, 상기 동작모듈은, 외력에 의해 동작하거나 제어신호에 의해 동작하는 출력수단a; 상기 출력수단a의 동작에 따라 발생하는 물리값을 측정하고 기록용 센싱값을 출력하는 기록센서a; 상기 기록센서a에서 출력되는 기록용 센싱값의 히스토리를 제어신호로 변환하는 컨버터a; 상기 컨버터a에서 변환된 제어신호를 저장하는 메모리a; 및 사용자 명령에 따라 또는 상기 센서모듈로부터 수신되는 명령에 따라 상기 메모리a에 저장된 제어신호의 출력 여부를 제어하는 제어부a;를 포함하고, 상기 센서모듈은, 물리값을 측정하고 기준용 센싱값을 출력하는 기준센서b; 상기 기준센서b에서 출력되는 기준용 센싱값을 디지털 변환하는 컨버터b; 상기 컨버터b에서 변환된 기준용 센싱값을 저장하는 메모리b; 및 상기 기준센서b를 통해 측정되는 기준용 센싱값과 상기 메모리b에 저장된 기준용 센싱값을 비교하여 상기 동작모듈 측으로 명령을 송출하도록 처리하는 제어부b;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 센서모듈의 제어부b가 정지 기준 기록 모드로 작동하고 있는 상태에서 상기 기준센서b를 통해 정지 기준용 센싱값이 측정되어 상기 메모리b에 저장된 이후, 상기 제어부b가 준비 모드로 작동하고 있는 상태에서 상기 기준센서b를 통해 상기 메모리b에 저장된 정지 기준용 센싱값이 다시 측정되면, 상기 제어부b가 상기 동작모듈 측으로 정지 명령을 송출하도록 처리할 수 있다.

또, 상기 센서모듈의 제어부b가 재생 기준 기록 모드로 작동하고 있는 상태에서 상기 기준센서b를 통해 재생 기준용 센싱값이 측정되면, 상기 제어부b는 동작기록번호를 생성하여 상기 재생 기준용 센싱값과 매칭하여 상기 메모리b에 저장한 후 상기 생성된 동작기록번호를 상기 동작모듈로 송출하도록 처리하고, 상기 동작모듈의 제어부a는 외력에 의해 상기 출력수단a가 동작하면서 상기 기록센서a가 기록용 센싱값을 출력하면, 상기 컨버터a를 통해 변환되는 상기 기록용 센싱값 히스토리에 대한 제어신호를 상기 메모리a에 저장하도록 처리하되 상기 센서모듈로부터 수신한 동작기록번호와 매칭하여 저장하며, 상기 센서모듈의 제어부b가 준비 모드로 작동하고 있는 상태에서 상기 기준센서b를 통해 상기 메모리b에 저장된 재생 기준용 센싱값이 다시 측정되면, 상기 제어부b가 상기 동작모듈 측으로 상기 재생 기준용 센싱값과 매칭 저장된 동작기록번호에 대한 재생 명령을 송출하도록 처리하고, 상기 동작모듈의 제어부b는 상기 센서모듈로부터 수신된 재생 명령에 따라 상기 동작기록번호와 매칭하여 상기 메모리b에 저장된 제어신호가 출력되도록 처리할 수 있다.

본 발명에 따른 모듈러 로봇은 사용자가 로봇에 외력을 가하여 특정 동작이 수행되도록 하면, 그 동작 과정이 저장되고 사용자가 의도하는 센싱값 기준에 따라 저장된 동작이 자동으로 재생될 수 있어서, 전문적인 프로그래밍 지식이 없더라도 사용자가 언제든지 동작 과정을 쉽게 설계할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 손으로 조작하여 프로그래밍 가능한 모듈러 로봇을 설명하기 위한 블록도.
도2는 도1에 도시된 모듈러 로봇의 사용 예시로써 동작모듈만을 이용하여 동작을 저장하는 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도3은 도2의 과정에 따라 저장된 동작을 재생시키는 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도4는 도1에 도시된 모듈러 로봇의 사용 예시로써 센서모듈을 통해 정지 기준을 설정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도5는 도4의 과정에 따라 설정된 정지 기준에 의해 도3의 과정으로 동작 재생중인 로봇의 동작이 정지되는 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도6은 도1에 도시된 모듈러 로봇의 적용 예시로써 라인트레이서를 설명하기 위한 개념도.
도7은 도6에 도시된 라인트레이서의 동작을 저장하는 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도8은 저장된 제어신호의 예시를 설명하기 위한 도면.
도9는 도7의 과정에 따라 저장된 동작을 재생시키는 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도10은 도1에 도시된 모듈러 로봇의 적용 예시로써 제조 로봇을 설명하기 위한 개념도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 손으로 조작하여 프로그래밍 가능한 모듈러 로봇(이하 '모듈러 로봇'이라고 함)을 설명하기 위한 블록도이다. 도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 모듈러 로봇(1)은 동작모듈(10,10',10'') 및 센서모듈(60,60',60'')을 포함한다.

동작모듈(10,10',10'')은 제어신호의 출력에 따라 또는 외력의 인가에 따라 특정 동작이 이루어질 수 있다. 또한 동작모듈(10,10',10'')은 동작 과정에서 발생하는 물리값을 측정하고 기록용 센싱값을 출력하며, 이러한 기록용 센싱값의 히스토리를 제어신호로 변환한 후 저장함으로써, 추후 저장된 제어신호가 출력되어 특정 동작이 그대로 재생될 수가 있다.

센서모듈(60,60',60'')은 물리값을 측정하여 기준용 센싱값을 출력한 후 저장하며, 저장된 기준용 센싱값이 추후 다시 측정되면 동작모듈(10,10',10'')을 동작시키기 위한 명령을 송출하기 위해 마련된다.

각 모듈들(10,10',10'',60,60',60'')은 필요한 기능에 따라 복수개가 서로 물리적으로 결합됨으로써 특정 동작을 수행하는 로봇 형상으로 조립될 수 있다.

이하에서는 동작모듈(10,10',10'')과 센서모듈(60,60',60'')의 구체적인 구성들을 설명토록 한다. 여기서 동작모듈(10,10',10'')들의 외형이나 출력 형태는 각기 다를 수 있으나 기본적인 구성과 작동 원리는 동일하기 때문에 대표 동작모듈(10)의 구성들만 설명토록 한다. 같은 이유로 센서모듈(60,60',60'')들의 외형이나 측정 형태 역시 각기 다를 수 있으나 대표 센서모듈(60)의 구성들만 설명토록 한다.

또한 이하에서는 동작모듈(10)의 구성과 센서모듈(60)의 구성들을 구분하기 위해 구성 명칭 뒤에 각각 'a' 또는 'b'를 표기토록 하겠으나, 그 표식이 특별한 의미를 갖는 것은 아니다.

동작모듈(10)은 본체a(11), 커플러a(11-1), 명령입력부a(11-2), 표시램프a(11-3), 출력수단a(12), 기록센서a(13), 컨버터a(14), 제어부a(15), 메모리a(16) 및 통신부a(17)를 포함한다.

본체a(11)는 동작모듈(10)의 외관을 이루고 다른 구성들을 탑재하기 위해 마련된다. 또한 본체a(11)의 외부에는 최소 일 지점 이상에 커플러a(11-1)가 마련되어 있다. 커플러a(11-1)는 이웃하는 동작모듈(10)의 커플러a(11-1)나 센서모듈(60)의 커플러b(61-1)와 결합하기 위해 마련된다. 커플러a(11-1)의 형태는 매우 다양하며 실시하기에 따라 커플러a(11-1)에 전기적 접속 기능도 함께 구현됨으로써, 커플러a(11-1)를 통해 이웃하는 동작모듈(10)과 센서모듈(60) 간의 물리적-전기적 연결이 함께 이루어질 수도 있다.

또한 본체a(11)의 외부에는 사용자의 명령을 입력받기 위한 명령입력부a(11-2)가 노출되어 있다. 명령입력부a(11-2)는 버튼, 터치키, 스위치 형태 등으로 구현될 수 있으며 필요시 복수개 마련될 수 있다. 본 실시예에서는 명령입력부a(11-2)로써 하나의 버튼이 구비된 것을 도시하고 설명토록 한다.

표시램프a(11-3)는 특정 색상의 빛을 발광시켜 동작모듈(10)의 상태 변화를 알리기 위해 마련된다.

출력수단a(12)는 동작모듈(10)의 물리적 동작이 출력되는 구성이다. 예컨대 출력수단a(12)는 바퀴나 관절을 회전시키기 위한 모터이거나, 열을 발생시키는 히터이거나, 음향을 발생시키는 스피커이거나, 빛을 조사하는 램프일 수 있다.

기록센서a(13)는 출력수단a(12)가 동작할 시 동작에 따라 발생하는 물리적 정보, 즉 물리값을 측정하고 이에 따른 기록용 센싱값을 출력하기 위해 마련된다.

예컨대 출력수단a(12)가 바퀴나 관절을 동작시키는 모터일 경우, 기록센서a(13)는 엔코더센서일 수 있으며, 이에 따라 기록센서a(13)는 모터의 회전수를 측정하고 그에 따른 기록용 센싱값을 출력할 수 있다.

다른 예시로 출력수단a(12)가 열을 발생시키는 히터일 경우, 기록센서a(13)는 온도센서일 수 있으며, 이에 따라 기록센서a(13)는 히터에서 발생하는 열의 온도를 측정하고 그에 따른 기록용 센싱값을 출력할 수 있다. 또한 출력수단a(12)가 스피커이거나 램프일 경우 기록센서a(13)는 음압센서이거나 조도센서일 수 있으며, 각각 음량이나 조도에 대한 기록용 센싱값을 출력할 수 있다.

본 실시예에서는 출력수단a(12)가 회전 동력을 발생시키는 모터라 가정하고, 이에 따라 기록센서a(13)는 엔코더센서인 것을 예시로 하여 설명토록 한다.

컨버터a(14)는 기록센서a(13)에서 측정되어 출력된 기록용 센싱값의 히스토리(실시간 측정되는 기록용 센싱값의 변화를 말함)를 제어신호로 변환하기 위해 마련된다. 즉 기록센서a(13)에서 측정되어 출력되는 기록용 센싱값은 전압값 또는 저항값 등의 아날로그 정보일 수 있다. 하지만 기록용 센싱값 자체는 추후 출력수단a(12)를 제어하기 위한 신호로 사용될 수는 없으며, 이를 위해 컨버터a(14)가 전압값 또는 저항값 등의 아날로그 정보인 센싱값을 디지털 변환하여 출력수단a(12)를 제어할 수 있는 펄스값 등의 디지털 신호로 변환하는 것이다.

제어부a(15)는 사용자 명령에 따라 또는 센서모듈(60)로부터 수신하는 명령에 따라 기록센서a(13)에서 측정되고 컨버터a(14)에서 변환된 기록용 센싱값 히스토리에 대한 제어신호를 메모리a(16)에 저장하거나, 메모리a(16)에 저장된 제어신호의 출력 여부를 제어하기 위해 마련된다. 또한 제어부a(15)는 사용자 명령에 따라 다른 동작모듈(10)이나 센서모듈(60)과의 그룹화 및 그룹해제가 이루어지도록 처리한다. 제어부a(15)의 자세한 기능은 이후에 자세하게 다루어질 것이다.

메모리a(16)는 기록센서a(13)에서 출력되어 컨버터a(14)에서 변환된 기록용 센싱값 히스토리에 대한 제어신호를 저장하거나, 제어부a(15)의 제어에 따라 저장된 제어신호를 출력하여 출력수단a(12) 측으로 전달하기 위해 마련된다. 여기서 메모리a(16)에는 다양한 시작 기준에 따라 동작해야 할 제어신호가 구분되어 저장되는데, 이를 위해 메모리a(16)에 저장되는 제어신호는 동작기록번호와 매칭하여 저장된다. 여기서 동작기록번호는 제어부a(15)에서 생성된 것이거나, 이웃하는 다른 동작모듈(10)이나 센서모듈(60)로부터 수신된 것일 수 있다. 또한 메모리a(16)에 저장되는 제어신호는 동작기록번호와 더불어 필요시 시작 기준 정보와 함께 매칭 저장될 수도 있다.

통신부a(17)는 제어부a(15)와 연동하여 이웃하는 동작모듈(10)이나 센서모듈(60)과 통신 채널을 연결하고 정보를 송수신하기 위해 마련된다. 실시하기에 따라 통신부a(17)는 블루투스, 지그비, RF 등의 근거리 무선 통신 방식으로 이웃하는 동작모듈(10)이나 센서모듈(60)과 신호를 송수신할 수도 있고, 커플러a(11-1)가 전기적 접속 기능까지 지원한다거나 각 모듈들이 케이블로 연결될 경우 유선 방식으로 정보를 송수신할 수도 있다. 또한 통신부a(17)는 그룹화코드를 이용하여 미리 그룹화 된 모듈들 간의 정보 송수신만 가능토록 지원할 수 있다.

센서모듈(60)은 본체b(61), 커플러b(61-1), 명령입력부b(61-2), 표시램프b(61-3), 기준센서b(63), 컨버터b(64), 제어부b(65), 메모리b(66) 및 통신부b(67)를 포함한다.

본체b(61)는 센서모듈(60)의 외관을 이루고 다른 구성들을 탑재하기 위해 마련된다. 또한 본체b(61)의 외부에는 이웃하는 동작모듈(10)이나 센서모듈(60)과 결합하기 위한 커플러b(61-1)가 최소 하나 이상 마련되어 있다. 필요시 커플러b(61-1)에는 전기적 접속 기능도 함께 구현되어 있을 수 있다.

본체b(61)의 외부에는 사용자 명령을 입력받기 위한 명령입력부b(61-2)가 마련되어 있으며, 본 실시예에서 명령입력부b(61-2)는 하나의 버튼이라고 가정한다.

표시램프b(61-3)는 특정 색상의 빛을 발광시켜 센서모듈(60)의 모드, 즉 제어부b(65)가 어떠한 기능 모드로 작동하고 있는지, 그리고 센서모듈(60)의 상태가 어떻게 변화되고 있는지 알리기 위해 마련된다.

기준센서b(63)는 특정 물리값을 측정하고 이에 따른 기준용 센싱값을 출력하기 위해 마련된다. 예컨대 기준센서b(63)는 특정 색상을 탐지하고, 탐지 여부에 대한 기준용 센싱값을 출력하는 광센서일 수 있다. 또한 기준센서b(63)는 초음파를 이용하여 대상물까지의 거리를 탐지하고 거리에 대한 기준용 센싱값을 출력하는 거리센서일 수 있다. 또한 기준센서b(63)는 음량 정보에 대한 기준용 센싱값이나 빛의 밝기에 대한 기준용 센싱값을 출력하는 음압센서 또는 조도센서일 수 있다.

컨버터b(64)는 기준센서b(63)에서 측정되어 출력된 아날로그 형태의 기준용 센싱값을 디지털 변환하기 위해 마련된다.

제어부b(65)는 사용자 명령에 따라 기준센서b(63)에서 측정되고 컨버터b(64)에서 변환된 기준용 센싱값을 메모리b(66)에 저장하거나, 메모리b(66)에 기 저장된 기준용 센싱값과 이후 기준센서b(63)에서 측정된 기준용 센싱값을 비교하여 동일 여부(또는 과부족인지, 범위 이내인지, 범위 바깥인지)를 확인하고 통신부b(67)를 통해 필요한 명령을 동작모듈(10) 측으로 송출하기 위해 마련된다.

메모리b(66)는 기준센서b(63)에서 출력되어 컨버터b(64)에서 변환된 기준용 센싱값을 저장하거나, 제어부b(65)의 제어에 따라 비교 대상이 되는 기 저장된 기준용 센싱값을 로딩하기 위해 마련된다. 또한 메모리b(66)에 기준용 센싱값이 저장될 시에는 제어부b(65)에서 생성된 동작기준번호가 함께 매칭 저장되고, 제어부b(65)에서 동작모듈(10) 측으로 명령을 전송할 시 동작기준번호가 로딩될 수 있다.

통신부b(67)는 제어부b(65)와 연동하여 이웃하는 동작모듈(10)이나 센서모듈(60)과 통신 채널을 연결하고 정보를 송수신하기 위해 마련된다. 통신부b(67)는 이웃하는 동작모듈(10) 또는 센서모듈(60)의 통신 방식과 연동하여 근거리 무선 통신 방식 또는 유선 방식으로 정보를 주고 받을 수 있다. 더불어 통신부b(67)는 그룹화코드를 이용하여 미리 그룹화 된 모듈들 간의 정보 송수신만 지원할 수 있다.

한편 이상 설명한 동작모듈(10) 및 센서모듈(60)은 각 구성들의 기능 동작에 필요한 전원 공급을 위해 각각의 모듈에 배터리가 탑재되어 있거나 각각의 모듈에 케이블이 연결되어 상용전원이 공급될 수 있다. 또는 커플러(11-1,61-1)가 전기적 접속을 지원하는 경우에는 어느 하나의 모듈에 공급되는 배터리나 상용전원이 유선으로 연결된 모든 모듈에 공급될 수도 있다.

이하에서는 도2 내지 도10을 통해 도1에 도시된 모듈러 로봇의 적용 예시를 설명토록 한다.

설명에 앞서 동작모듈(10) 및 센서모듈(60)의 기능 모드와 명령입력부(11-2,61-2)의 입력에 따른 상태 변화에 대하여 간략하게 먼저 정의하도록 한다.

먼저 본 실시예에서 동작모듈(10)과 센서모듈(60)은 명령입력부(11-2,61-2)로써 하나의 버튼이 구비된 예시를 도시하였다. 명령입력부(11-2,61-2)가 하나의 버튼으로 구현될 경우 입력할 수 있는 사용자 명령에 한계가 있을 수 밖에 없으며, 이에 따라 버튼을 어떠한 방식으로 누르느냐에 따라 기능 모드 및 상태 변화가 어떻게 이루어지는 것인지 미리 제어부(15,65)에 설정되어 있어야 한다. 아래 설명하는 예시는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며 실제 구현 방식은 설정하기 나름이다.

<동작모듈의 사용자 명령 입력 설명>

- 준비 모드 : 동작모듈(10)의 준비 모드란 사용자의 명령 입력이나 센서모듈(60)로부터의 명령 수신을 기다리는 상태를 말한다. 준비 모드는 명령입력부a(11-2)를 통한 특정 사용자 명령이 입력되는 것이 종료된 이후, 또는 일정 시간 이상 명령입력부a(11-2)를 통한 명령 입력이 없거나 출력수단a(12)의 동작이 없는 것을 제어부a(15)가 확인하였을 시 자동 설정된다.

- 버튼 1회 누름 / 1회 추가 누름 : 준비 모드 상태에서 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 최초 1회 누르면 제어부a(15)는 동작 재생 모드로 작동한다. 즉 이하 설명하게 되는 동작 기록 모드에 따라 메모리a(16)에 시작 기준 정보로써 명령입력부a(11-2)의 버튼 누름이 저장되고 이에 매칭하여 제어신호가 저장되어 있다면, 명령입력부a(11-2)를 최초 1회 눌렀을 시 제어부a(15)는 동작 재생 모드로 설정되고 메모리a(16)에 시작 기준 정보로써 버튼 누름과 매칭 저장되어 있는 제어신호가 로딩되어 출력수단a(12)가 작동하게 된다. 동작 재생 모드에 따라 출력수단a(12)가 작동하고 있을 시 명령입력부a(11-2)의 버튼을 1회 다시 누르면 동작이 멈추고 제어부a(15)는 준비 모드로 절환된다. 물론 동작 재생 모드로 작동하고 있을 시 센서모듈(60)로부터 정지 명령이 수신되었을 시에도 동작이 멈추고 제어부a(15)는 준비 모드로 절환된다. 또한 동작 재생 모드로 작동하고 있을 시 센서모듈(60)로부터 재생 기준용 센싱값에 따른 재생 명령이 수신되면, 제어부a(15)는 현재 동작을 중단하고 재생 명령에 대응하는 다른 제어신호를 출력하여 동작되도록 한다.

- 버튼 2초 이상 누름 : 준비 모드 상태에서 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 2초 이상 누를 경우 제어부a(15)는 동작 기록 모드로 설정된다. 동작 기록 모드로 설정되면 외력 인가에 따라 출력수단a(12)가 동작하고, 기록센서a(13)에서 기록용 센싱값이 출력되어 컨버터a(14)에서 제어신호로 변환되면 제어부a(15)가 변환된 제어신호를 메모리a(16)에 저장한다. 동작 기록 모드의 종료는 버튼 2초를 다시 누를 때까지 지속된다. 동작 기록 모드에서는 표시램프a(11-3)가 파란색 불빛을 지속적으로 깜빡거리며, 이에 따라 동작모듈(10)이 동작 기록 모드로 작동하고 있음을 확인할 수 있다.

- 버튼 4초 이상 누름 : 준비 모드 상태에서 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 4초 이상 누를 경우 제어부a(15)는 그룹화 작업을 수행한다. 예컨대 2대의 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 동시에 4초 이상 누를 경우 해당 동작모듈(10)이 그룹화 된다. 그룹화란 통신부a(17)를 통해 정보를 송수신할 시 그룹화 된 동작모듈(10) 간의 정보 송수신만 가능토록 하는 것이다. 즉 그룹화가 이루어질 시 어느 하나의 동작모듈(10)의 제어부a(15)에서 고유의 그룹화코드를 생성하여 메모리a(16)에 저장하고, 동시에 통신부a(17)는 해당 시점에 그룹화된 다른 동작모듈(10)로 생성된 그룹화코드를 송신한다. 따라서 양쪽 동작모듈(10)에서 동일한 그룹화코드가 저장될 수 있고, 이렇게 저장된 그룹화코드는 통신부a(17)를 통해 정보를 송수신할 시 함께 송출됨으로써, 동일한 그룹화코드를 가진 동작모듈(10) 간의 정보 송수신이 가능케 할 수 있다. 물론 그룹화는 동작모듈(10)과 센서모듈(60) 간에도 동일하게 적용된다. 또한 명령입력부a(11-2)의 4초 이상 누름에 따라 그룹화가 정상적으로 이루어지면 표시램프a(11-3)에서 파란색 불빛이 2초간 켜졌다가 꺼짐으로써 그룹화가 이루어졌음을 사용자에게 알릴 수 있다.

- 버튼 6초 이상 누름 : 준비 모드 상태에서 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 6초 이상 누를 경우 제어부a(15)는 그룹해제 작업을 수행한다. 예컨대 3개의 동작모듈(10)이 그룹화 된 상태에서 어느 하나의 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 6초 이상 누를 경우, 나머지 2개의 동작모듈(10) 간 그룹화는 유지되지만, 6초 이상의 버튼이 눌러진 동작모듈(10)에서는 그룹화코드가 삭제되면서 그룹해제 된다. 그룹해제 작업 역시 동작모듈(10)과 센서모듈(60) 간에도 동일한 방식으로 이루어진다. 또한 명령입력부a(11-2)의 6초 이상 누름에 따라 그룹해제가 이루어지면 표시램프a(11-3)에서 빨간색 불빛이 2초간 켜졌다가 꺼짐으로써 그룹해제 되었음을 사용자에게 알릴 수 있다.

<센서모듈의 사용자 명령 입력 설명>

- 준비 모드 : 센서모듈(60)의 준비 모드란 사용자의 명령 입력을 기다리거나, 기준센서b(63)를 통해 특정 센싱값이 측정되는지 기다리는 상태를 말한다. 준비 모드는 명령입력부b(61-2)를 통한 특정 사용자 명령이 입력되는 것이 종료된 이후 자동 설정된다.

- 버튼 1회 누름 : 준비 모드 상태에서 센서모듈(60)의 명령입력부b(61-2)를 최초 1회 누르면 제어부b(65)는 정지 기준 기록 모드로 작동한다. 정지 기준 기록 모드에서는 표시램프b(61-3)가 빨간색 불빛을 발광하며, 이 상태에서 사용자의 추가 명령(2초 누름)이 있을 시 기준센서b(63)에서 측정된 정지 기준용 센싱값이 컨버터b(64)에서 디지털 변환된 후 메모리b(66)에 저장된다. 이렇게 저장된 정지 기준용 센싱값은 추후 기준센서b(63)에서 동일한 값이 다시 측정되었을 경우 제어부b(65)가 정지 명령을 동작모듈(10) 측으로 송출하기 위한 기준으로 사용된다.

- 버튼 2회 누름 : 앞서 설명한 바와 같이 준비 모드 상태에서 센서모듈(60)의 명령입력부b(61-2)를 1회 누르면 제어부b(65)가 정지 기준 기록 모드로 설정되면서 빨간색 불빛이 표시램프b(61-3)에서 발광하고, 이후 명령입력부b(61-2)를 다시 1회 누르면 제어부b(65)는 재생 기준 기록 모드로 설정되면서 파란색 불빛이 표시램프b(61-3)에서 발광한다. 재생 기준 기록 모드에서는 이하 명령입력부b(61-2)의 2초 이상 누름 동작에 따라 재생 기준용 센싱값이 메모리b(66)에 저장되고 동작모듈(10)에서는 동작 기록이 수행된다.

- 버튼 3회 누름 : 재생 기준 기록 모드에서 센서모듈(60)의 명령입력부b(61-2)를 다시 한번 누르면 제어부b(65)는 준비 모드로 설정된다.

- 버튼 2초 이상 누름 : 정지 기준 기록 모드 상태에서 센서모듈(60)의 명령입력부b(61-2)를 2초 이상 누르면 제어부b(65)는 그 시점에 기준센서b(63)에서 측정되고 컨버터b(64)에서 디지털 변환된 정지 기준용 센싱값을 메모리b(66)에 저장한다. 이때 표시램프b(61-3)은 빨간색 불빛을 2회 깜빡임으로써 정지 기준용 센싱값이 기록되었음을 사용자에게 알린다. 저장된 정지 기준용 센싱값이 이후 다시 측정되면 제어부b(65)는 동작모듈(10) 측으로 정지 명령을 송출한다.

또한 재생 기준 기록 모드 상태에서 센서모듈(60)의 명령입력부b(61-2)를 2초 이상 누를 경우 제어부b(65)는 그 시점에 기준센서b(63)에서 측정되고 컨버터b(64)에서 디지털 변환된 재생 기준용 센싱값을 메모리b(66)에 저장한다. 이때 제어부b(65)는 동작기록번호를 생성하여 재생 기준용 센싱값과 매칭 저장시키고, 통신부b(67)를 통해 그룹화된 동작모듈(10) 측으로 동작기록번호를 송출한다. 동작모듈(10)에서는 동작기록번호를 수신하여 저장하고 외력 인가에 따라 발생하는 기록용 센싱값에 대한 제어신호를 저장한다. 동작모듈(10)에서의 제어신호 저장 과정은 센서모듈(60)의 명령입력부b(61-2)가 2초 이상 다시 눌러질 때까지 지속된다. 센서모듈(60)이 재생 기준 기록 모드일 때에는 표시램프b(61-3)에 파란색 불빛이 상시로 켜져 있으며, 이 상태에서 최초 2초 이상의 명령입력부b(61-2)의 누름이 발생하면 표시램프b(61-3)의 파란색 불빛이 깜빡이기 시작한다. 즉 사용자는 센서모듈(60)의 파란색 불빛이 깜빡거리는 동안 동작모듈(10)을 움직여서 기록이 이루어지도록 할 수 있다. 이후 명령입력부b(61-2)의 2초 이상 누름이 다시 발생하면 표시램프b(61-3)의 파란색 불빛 깜빡임이 종료되고 다시 파란색 불빛이 상시로 켜지게 되며, 동작모듈(10)에서의 기록도 중단된다.

- 버튼 4초 이상 누름 : 준비 모드 상태에서 센서모듈(60)의 명령입력부b(61-2)를 4초 이상 누를 경우 제어부b(65)는 그룹화 작업을 수행한다.

- 버튼 6초 이상 누름 : 준비 모드 상태에서 센서모듈(60)의 명령입력부b(61-2)를 6초 이상 누를 경우 제어부b(65)는 그룹해제 작업을 수행한다. 그룹화 및 그룹해제는 앞서 동작모듈(10)의 설명으로부터 자명하게 유추할 수 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.

한편 이상 동작모듈(10) 및 센서모듈(60)의 명령입력부(11-2,61-2) 조작 과정 중 일정 시간 이상 버튼을 누르는 경우 짧은 시간동안 누름이 행해질 때의 동작이 먼저 수행되고, 이후에도 계속 누름이 유지되었을 시 기존 동작은 취소하고 다음 동작이 이루어지도록 설계할 수 있다.

도2는 도1에 도시된 모듈러 로봇의 사용 예시로써 동작모듈만을 이용하여 동작을 저장하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 즉 본 발명의 실시예에 따른 모듈러 로봇(1)은 복수의 동작모듈(10) 및 복수의 센서모듈(60)이 서로 물리적, 전기적으로 연결되어 연동 작동할 수 있으나, 센서모듈(60) 없이 또는 센서모듈(60)이 연결되어 있더라도 센서모듈(60)과 무관하게 동작모듈(10)들 만으로 동작을 기억시키고 재생시킬 수 있다. 이하에서는 복수의 동작모듈(10)이 결합 및 그룹화되고 동시에 동작이 기록되는 것을 다루겠으나 대표 동작모듈(10) 하나를 기준으로만 설명토록 한다.

먼저 동작모듈(10)들은 모두 준비 모드 상태라고 가정한다. 이후 복수의 동작모듈(10)의 커플러a(11-1)를 서로 결합하고 그룹화<S205> 시킨다. 예컨대 바퀴를 구동시키는 동작모듈(10)과 관절을 작동시키는 동작모듈(10)과 집게 형태로 물건을 파지할 수 있는 동작모듈(10)들을 서로 결합함으로써 특정 로봇 형상을 만들 수 있다. 이 경우 3개의 동작모듈(10)은 한번에 또는 2단계에 걸쳐 그룹화가 이루어질 수 있다.

3개의 동작모듈(10)을 한번에 그룹화 시키는 경우에는 3개의 동작모듈(10)에 구비된 명령입력부a(11-2)를 동시에 4초 이상 누르면 된다. 이 경우 각 동작모듈(10)의 제어부a(15)는 명령입력부a(11-2)의 4초 이상 버튼 누름이 발생한 것을 인지한 후 고유의 그룹화코드를 생성하여 메모리a(16)에 저장하거나 통신부a(17)에 설정한다. 이때 그룹화코드는 3개의 동작모듈(10) 각각의 제어부a(15)에서 동일하게 생성된 후 각각 탑재될 수도 있고, 대표 동작모듈(10)의 제어부a(15)에서 생성된 후 통신부a(17)를 통해 동시에 그룹화가 진행되고 있는 이웃하는 동작모듈(10)들로 각각 송출된 후 탑재될 수도 있다. 그룹화가 진행되면 동일한 그룹화코드가 탑재된 동작모듈(10)들 간의 정보 송수신만 가능하다.

2단계에 걸쳐 그룹화를 시키는 경우에는 먼저 2개의 동작모듈(10)에 구비된 명령입력부a(11-2)를 동시에 4초 이상 누르면 된다. 이 경우 2개의 동작모듈(10)의 제어부a(15)은 그룹화코드를 생성하여 메모리a(16)에 저장하거나 통신부a(17)에 설정한다. 이후 이미 그룹화가 진행된 2개의 동작모듈(10) 중 어느 하나의 동작모듈(10)과 그룹화가 아직 진행되지 않은 나머지 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 동시에 4초 이상 누르면, 이미 그룹화가 진행된 동작모듈(10)의 제어부a(15)가 기 탑재된 그룹화코드를 통신부a(17)를 통해 나머지 동작모듈(10) 측으로 송신함으로써 3개의 동작모듈(10)에 모두 동일한 그룹화코드가 탑재될 수 있다.

한편 그룹화가 이미 진행된 복수의 동작모듈(10) 중 어느 하나의 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 6초 이상 누르면, 해당 동작모듈(10)에서는 설정된 그룹화코드가 삭제되면서 그룹해제된다.

동작모듈(10)들의 결합 및 그룹화를 마친 후 대표 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 2초 이상 누르면<S210>, 그룹화된 모든 동작모듈(10)의 제어부a(15)는 표시램프a(11-3)를 파란색 깜빡임이 지속되도록 발광시켜 동작 기록 모드로 절환되었음을 사용자에게 알린다. 즉 대표 동작모듈(10)의 제어부a(15)가 먼저 동작 기록 모드로 절환되면서 동시에 통신부a(17)를 통해 그룹화된 이웃 동작모듈(10) 측으로 동작 기록 모드 절환 신호를 송출하고, 이를 수신한 이웃 동작모듈(10)의 제어부a(15)도 함께 동작 기록 모드로 절환되는 것이다.

동작모듈(10)의 제어부a(15)가 동작 기록 모드로 진입하면, 제어부a(15)는 고유의 동작기록번호를 생성하고 시작 기준 정보와 함께 매칭하여 메모리a(16)에 저장<S215>한다. 이 경우 저장되는 제어신호는 센서모듈(60)을 통한 명령에 따라 동작하는 것이 아니기 때문에, 시작 기준 정보로써 명령입력부a(11-2)의 1회 누름이 동작기록번호와 매칭되어 저장될 수 있다. 또한 동작기록번호는 대표 동작모듈(10)의 제어부a(15)에서 생성된 후 통신부a(17)를 통해 그룹화된 이웃 동작모듈(10)로 전송되어 함께 저장될 수 있다.

이후 사용자는 동작모듈(10)들에 외력을 인가하여 작동<S220>시킨다. 예컨대 바퀴를 구동시키는 동작모듈(10)의 바퀴를 인위적으로 회전시키는 것이다. 바퀴는 모터로 구성된 출력수단a(12)와 연동되어 있기 때문에, 출력수단a(12)에서 모터 회전에 따른 물리값(초당 회전수나 회전 위치)이 발생하게 된다. 출력수단a(12)의 동작에 따라 발생하는 물리값은 엔코더센서로 이루어진 기록센서a(13)에서 측정되고, 기록센서a(13)는 측정된 물리값에 따라 기록용 센싱값을 출력<S225>한다. 기록센서a(13)에서 출력되는 기록용 센싱값은 전압값 또는 저항값 등의 아날로그 정보이며, 컨버터a(14)는 기록용 센싱값의 히스토리(회전수나 회전위치의 변화)를 제어신호로 변환<S230>하고, 제어부a(15)는 변환된 제어신호를 이전에 생성된 동작기록번호와 매칭시켜 메모리a(16)에 저장<S235>한다. 즉 메모리a(16)에는 동작기록번호(예컨대 동작기록1)와, 시작 기준 정보(버튼 1회 누름)와, 제어신호(초당 3회전)가 매칭 저장된다.

이후 사용자가 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 다시 2초 누르면<S240>, 제어부a(15)는 표시램프a(11-3)의 파란색 깜빡임을 종료하여 동작 기록 모드가 종료되었음을 사용자에게 알리고, 메모리a(16)에 제어신호를 저장하는 과정도 마친다. 물론 대표 동작모듈(10)에서 동작 기록 모드 종료를 위한 명령입력부a(11-2)의 2초 누름 동작이 수행되면, 그룹화된 나머지 동작모듈(10)의 동작 기록 모드도 함께 종료된다. 이후 각 동작모듈(10)들은 준비 모드로 자동 설정된다.

도3은 도2의 과정에 따라 저장된 동작을 재생시키는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 즉 도2의 과정에 따라 동작모듈(10)들이 동작 기록 모드 상태에서 외력 인가에 따라 특정 동작이 수행되고 제어신호가 메모리a(16)에 저장된 이후 준비 모드로 돌입하였을 때, 사용자가 대표 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 1회 누르면<S305>, 제어부a(15)는 동작 재생 모드로 설정된다. 즉 제어부a(15)는 메모리a(16)에 저장된 제어신호들 중 시작 기준 정보로써 버튼 1회 누름이 저장된 제어신호를 로딩하여 출력수단a(12)로 출력<S310> 되도록 함으로써, 모터가 구동되어 바퀴가 회전하는 작동<S315>이 이루어지는 것이다. 이에 따라 동작모듈(10)은 도2의 과정에서 사용자가 외력을 인가하여 바퀴가 회전하는 동작을 그대로 재현하게 된다. 물론 그룹화된 동작모듈(10) 역시 동일한 동작기록번호에 대응하는 제어신호가 각각 출력되어 저장된 동작을 재현하게 된다.

도2 및 도3을 통해 설명한 동작 기록 및 재생 과정은 센서모듈(60)과 무관하게 사용자가 외력을 인가하여 동작을 기록시키고, 사용자 명령에 따라 재현시킬 수 있도록 한 것이다. 이를 응용하면 보행 로봇 등을 조립하고 사용자가 손으로 조작하면서 동작을 기록시키고, 추후 사용자 명령을 통해 손으로 움직였던 동작이 그대로 재현되도록 할 수 있다.

도4는 도1에 도시된 모듈러 로봇의 사용 예시로써 센서모듈을 통해 정지 기준을 설정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 예컨대 도2의 과정으로 동작이 기록되고 도3의 과정으로 저장된 동작이 재생되고 있는 상태에서 센서모듈(60)을 연동시켜 특정한 물리값이 측정되면, 재생되고 있던 동작이 자동으로 멈추도록 설정하는 과정에 대한 것이다.

설명의 편의를 위해 도2의 과정에 따라 특정 동작모듈(10)들이 이미 결합 및 그룹화 된 상태이고 특정 동작이 이미 기록된 상태라고 가정한다. 이후 동작모듈(10)들 중 필요한 위치의 커플러a(11-1)에 센서모듈(60)의 커플러b(61-1)를 결합하고 동작모듈(10)과 센서모듈(60) 간의 그룹화<S405>를 수행한다. 이미 동작모듈(10)들은 그룹화 된 상태이기 때문에, 센서모듈(60)을 추가할 경우 동작모듈(10)들 중 대표 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)와 센서모듈(60)의 명령입력부b(61-2)를 동시에 4초 누를 경우 동작모듈(10)에서 이미 탑재된 그룹화코드가 통신부a(17)를 통해 센서모듈(60)로 송출되고, 통신부b(67)에서 그룹화코드를 수신한 후 메모리b(66) 또는 통신부b(67)에 설정함으로써 모든 모듈들의 그룹화가 이루어지게 된다.

센서모듈(60)이 준비 모드 상태라면 명령입력부b(61-2)를 1회 눌러 정지 기준 기록 모드로 절환<S410>되도록 한다. 즉 명령입력부b(61-2)의 1회 누름에 따라 제어부b(65)는 표시램프b(61-3)를 통해 빨간색 불빛을 상시 출력시켜 정지 기준 기록 모드로 절환되었음을 사용자에게 알릴 수 있다.

정지 기준 기록 모드 설정 상태에서 사용자가 센서모듈(60)을 정지 기준에 도달시키고 명령입력부b(61-2)를 2초 누르면<S415>, 제어부b(65)는 표시램프b(61-3)에서 빨간색 불빛이 2회 깜빡거리도록 하여 현재 측정된 물리값이 저장되었음을 알린다.

즉, 명령입력부b(61-2)를 2초 누르는 시점에서 기준센서b(63)에서 측정된 센싱값<S420>을 정지 기준용 센싱값이라 간주하고, 컨버터b(64)에서 정지 기준용 센싱값을 디지털 변환하면 제어부b(65)가 메모리b(66)에 디지털 변환된 정지 기준용 센싱값을 저장<S425>한다. 이후 사용자는 명령입력부b(61-2)를 2회 더 누름으로써 센서모듈(60)의 제어부b(65)가 준비 모드로 설정<S430>될 수 있다.

이렇게 센서모듈(60)에 정지 기준용 센싱값이 저장되면, 추후 센서모듈(60)에서 해당 물리값이 다시 측정되었을 시 동작모듈(10)의 동작이 바로 정지되도록 할 수 있다.

도5는 도4의 과정에 따라 설정된 정지 기준에 의해 도3의 과정으로 동작 재생중인 로봇의 동작이 정지되는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 즉 복수의 동작모듈(10)들이 도2의 과정을 통해 외력 인가에 따른 동작 기록을 거쳤고, 도4의 과정을 통해 센서모듈(60)에 정지 기준까지 저장된 상태에서 모든 모듈들이 준비 모드인 상태라고 가정한다.

사용자가 기록된 동작을 재생시키기 위해 대표 동작모듈(10)의 명령입력부a(11-2)를 1회 누르면<S505>, 제어부a(15)는 동작 재생 모드로 설정되고, 메모리a(16)에 저장된 제어신호들 중 시작 기준 정보로써 버튼 1회 누름이 저장된 제어신호를 로딩하여 출력수단a(12)로 출력<S510> 되도록 함으로써, 동작모듈(10)이 작동<S515> 되도록 한다.

제어신호 출력에 따라 동작모듈(10)이 작동되고 있는 도중, 준비 모드로 작동되고 있는 센서모듈(60)의 기준센서b(63)는 꾸준하게 물리값을 측정한다. 즉 기준센서b(63)는 물리값을 측정한 후 기준용 센싱값을 출력하고, 컨버터b(64)는 기준용 센싱값을 디지털 변환하며<S520>, 제어부b(65)는 변환된 기준용 센싱값이 메모리b(66)에 기 저장되어 있는 정지 기준용 센싱값에 도달하였는지(동일한지, 또는 초과하였는지, 또는 미만인지, 또는 범위 이내이거나 밖인지) 확인<S525>한다.

만약 제어부b(65)의 확인 결과 센서모듈(60)이 준비 모드에서 현재 측정한 기준용 센싱값이 정지 기준 기록 모드 상에서 기 저장된 정지 기준용 센싱값에 도달한 것으로 확인되었다면<S530>, 제어부b(65)는 통신부b(67)를 통해 그룹화된 동작모듈(10) 측으로 정지 명령을 송출하도록 처리<S535>한다.

이후 동작모듈(10)의 통신부a(17)에서 정지 명령을 수신하면, 제어부a(15)는 제어신호의 출력을 중단하여 동작모듈(10)의 작동을 중단<S540>시킨다.

정지 기준에 도달하여 동작이 중단되는 것은 동작기준번호와 무관하다. 예컨대 보행 로봇에 거리센서가 장착되어 있고, 정지 기준용 센싱값으로써 10cm가 기록되어 있다면, 추후 보행 로봇이 어떠한 동작을 수행하고 있다 하더라도, 센서모듈(60)이 준비 모드로 작동하는 상태에서 장애물에 10cm 가까워진 것이 측정되었다면 모든 동작이 중단되도록 하는 것이다.

도6은 도1에 도시된 모듈러 로봇의 적용 예시로써 라인트레이서를 설명하기 위한 개념도이다. 라인트레이서란 바닥에 그려진 라인(91)을 따라 방향을 전환하면서 주행하는 로봇을 말한다. 이러한 라인트레이서는 동작모듈1(10), 동작모듈2(10'), 센서모듈1(60), 센서모듈2(60')의 결합 및 그룹화에 따라 제작될 수 있다.

동작모듈1(10) 및 동작모듈2(10')는 각각 출력수단a(12)로써 바퀴를 회전시키는 모터가 장착되어 있고, 센서모듈1(60) 및 센서모듈2(60')는 라인(91)을 인식하는 광센서가 구비되어 있다. 이러한 라인트레이서의 동작을 기록하고 재생시키는 과정을 도7 내지 도9를 통해 자세히 설명하도록 한다.

도7은 도6에 도시된 라인트레이서의 동작을 저장하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 설명에 앞서 라인트레이서의 동작모듈(10,10')과 센서모듈(60,60')은 커플러(11-1,61-1)를 통해 결합되고 그룹화까지 마쳤으며 준비 모드인 상태라고 가정한다.

먼저 라인트레이서의 진행 방향에서 전방을 기준으로 좌측에 위치한 센서모듈1(60)의 명령입력부b(61-2)를 2회 눌러 재생 기준 기록 모드로 설정<S705>한다. 이는 센서모듈1(60)을 통해 재생 기준용 센싱값을 기록하고 동작모듈(10)의 외력 인가에 따른 동작을 기록시키는 작업을 위한 것이며, 이때의 동작모듈(10) 동작은 센서모듈2(60')와는 무관하기 때문에 센서모듈2(60')는 준비 모드로 유지되어야 한다.

센서모듈1(60)이 재생 기준 기록 모드로 설정되면 제어부b(65)는 표시램프b(61-3)를 통해 파란색 불빛이 상시 빛나도록 한다. 이후 센서모듈1(60)을 재생 기준에 도달시키고 명령입력부b(61-2)를 2초 눌러 준다<S710>. 이에 따라 제어부b(65)는 표시램프b(61-3)의 파란색 불빛이 지속적으로 깜빡이도록 함으로써 재생 기준용 센싱값이 기록되고 이후의 동작모듈(10)의 동작이 기록될 수 있다는 것을 알린다.

즉 센서모듈1(60)의 명령입력부b(61-2)가 2초 눌러진 시점에서 기준센서b(63)를 통해 측정된 물리값이 재생 기준용 센싱값이 되며, 기준센서b(63)에서 출력된 재생 기준용 센싱값은 컨버터b(64)를 통해 디지털 변환<S715>되고, 제어부b(65)는 변환된 재생 기준용 센싱값을 메모리b(66)에 저장한다. 이때 제어부b(65)는 고유의 동작기록번호를 생성하여 메모리b(66)에 함께 매칭 저장<S720>한다.

이후 센서모듈1(60)의 제어부b(65)는 통신부b(67)를 통해 동작모듈1(10) 및 동작모듈2(10')로 생성된 동작기록번호를 송출<S725>한다. 동작모듈1(10) 및 동작모듈2(10')의 통신부a(17)에서 동작기록번호를 수신하면 제어부a(15)는 메모리a(16)에 동작기록번호를 저장<S730>한다. 예컨대 동작기록2라는 동작기록번호가 저장될 수 있다.

이후 사용자가 외력을 인가하여 동작모듈1(10) 및 동작모듈2(10')를 작동<S735>시킨다. 라인트레이서의 동작 알고리즘은 라인(91)을 따라 이동하는 것이다. 즉 센서모듈1(60)에서 측정하고 저장하는 재생 기준용 센싱값이란 센서모듈1(60)의 광센서에서 라인(91)을 인식하였다는 것을 말한다. 따라서 센서모듈1(60)을 라인(91)에 인식시켜 재생 기준용 센싱값을 저장하였다는 것은, 라인트레이서의 진행 방향에서 라인(91)이 좌측으로 꺾어지고 있다는 것을 의미하는 것이기 때문에, 라인트레이서의 진행 방향이 좌측으로 회전되는 동작이 이루어져야 한다.

따라서 센서모듈1(60)을 통해 재생 기준용 센싱값을 저장(라인(91) 인식)하였다면, 사용자는 동작모듈1(10) 및 동작모듈2(10')에 외력을 인가하여 작동시킬 때, 좌측으로 방향 전환이 이루어지도록 우측 바퀴에 해당하는 동작모듈2(10')는 빠르게 회전시키고, 좌측 바퀴에 해당하는 동작모듈1(10)은 느리게 회전시킨다. 실제 동작모듈(10,10')을 동작시킬 때에는 사용자가 손으로 바퀴를 잡고 돌리는 것 보다는 라인트레이서를 바닥에 밀착 시킨 상태에서 좌로 방향을 틀어 진행되도록 밀어주는 형태로 이루어질 수 있다.

이렇게 동작모듈1(10) 및 동작모듈2(10')의 바퀴와 이에 연동된 출력수단a(12)인 모터가 회전하면, 엔코더센서인 기록센서a(13)에서 기록용 센싱값(시간당 회전수)이 출력<S740>되고, 컨버터a(14)는 기록용 센싱값의 히스토리를 제어신호로 변환<S745>하며, 각각의 제어부a(15)는 제어신호를 각각의 메모리a(16)에 저장<S750>한다.

이후 센서모듈1(60)에서 명령입력부b(61-2)를 다시 2초 누르면 제어부b(65)는 표시램프b(61-3)의 파란색 깜빡임이 종료되도록 하고, 통신부b(67)를 통해 동작모듈(10) 측으로 기록 종료 신호를 송출함으로써, 동작모듈1(10) 및 동작모듈2(10')에서의 동작 기록 모드도 종료<S755>되도록 한다.

이상 도7을 통해 센서모듈1(60)에서 라인(91)이 인식되었을 때 동작모듈1(10)의 바퀴는 천천히 회전시키고, 동작모듈2(10')의 바퀴는 빠르게 회전시켜 좌측으로 방향 전환 진행토록 하는 동작이 기록되도록 하는 과정을 설명하였다. 하지만 라인(91)이 우측으로 휘었을 경우에는 우측으로 방향 전환이 진행되어야 하며, 이는 센서모듈2(60')에서 라인(91)이 인식되었을 경우에 대한 동작으로 저장하여야 한다. 센서모듈2(60')를 재생 기준 기록 모드로 변환하고, 동작모듈(10,10')의 바퀴 회전수 차이를 일으켜 동작을 기록하는 과정은 도7의 과정으로부터 충분하게 유추 가능하리라 보이므로 중복되는 설명은 피하도록 한다.

물론 센서모듈2(60')의 재생 기준 기록 모드 설정에 따라 생성 및 저장되는 동작기록번호는 센서모듈1(60)의 재생 기준 기록 모드 설정시 생성 및 저장되는 동작기록번호와 차이를 두어야 한다.

도8은 도7의 과정을 통해 각 동작모듈의 메모리a에 저장된 제어신호의 예시를 설명하기 위한 도면이다. 도8의 (a)는 동작모듈1(10)의 저장 예시이고, (b)는 동작모듈2(10')의 저장 예시이다.

도8을 분석해 보면, 동작기록1은 정방향 진행을 위한 제어신호가 저장된 것이다. 라인트레이서가 정방향 진행할 시에는 센서모듈(60,60')에서 라인(91)을 인식하지 아니하고 주행하는 것이며, 이 경우 양쪽 바퀴가 동일하게 평속 회전하게 된다. 이러한 동작기록1에 대한 제어신호는 센서모듈(60,60')과 무관한 도2의 과정에 따라 동작모듈(10,10')의 명령입력부a(11-2)의 버튼 누름만으로 사용자가 미리 세팅해 놓을 수 있다.

동작기록2는 라인(91)이 좌측으로 굽어짐으로써 센서모듈1(60)에서 라인(91)이 인식되었을 경우 작동되어야 하는 제어신호의 예시이다. 즉 좌측바퀴에 해당하는 동작모듈1(10)은 바퀴가 저속 회전토록 하고, 우측바퀴에 해당하는 동작모듈2(10')는 바퀴가 고속 회전토록 함으로써, 양쪽 바퀴의 회전속도 차이에 따라 라인트레이서가 좌회전할 수 있도록 하는 동작이다. 이는 도7의 과정을 통해 저장된다.

반면 동작기록3은 라인(91)이 우측으로 굽어짐으로써 센서모듈2(60')에서 라인(91)이 인식되었을 경우 좌측바퀴는 고속회전하고, 우측바퀴는 저속회전하여 우회전할 수 있도록 하는 동작이다.

이렇게 동작모듈(10,10')의 메모리a(16)에 제어신호가 저장되면, 명령입력부a(11-2)의 입력으로 동작기록1에 따라 정주행을 시작할 수 있고, 센서모듈1(60) 또는 센서모듈2(60')의 라인(91) 인식 여부에 따라 좌회전 또는 우회전이 이루어질 수 있다. 이를 도9를 통해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도9는 도7의 과정에 따라 저장된 동작을 재생시키는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저 도2의 과정 및 도7의 과정에 따라 도8과 같이 제어신호가 저장된 상태에서, 사용자가 동작모듈(10,10') 중 어느 하나의 명령입력부a(11-2)를 1회 누르면<S905>, 그룹화된 각 동작모듈(10,10')이 동작 재생 모드로 변환되고, 각각의 제어부a(15)는 각각의 메모리a(16)에 저장된 제어신호들 중 명령입력부a(11-2)의 1회 누름이라는 시작 기준 정보가 매칭 저장된 동작기록1의 제어신호를 로딩하여 출력수단a(12)에 출력<S910>하여 동작모듈(10)이 작동<S915>되도록 한다. 동작기록1의 제어신호가 출력될 경우 양쪽 동작모듈(10,10')은 동일한 속도로 회전하여 정방향 주행하게 된다.

이때 준비 모드 상태인 센서모듈(60,60')의 기준센서b(63)는 지속적으로 물리값을 측정하고, 제어부b(65)는 측정된 값이 도7의 과정으로 메모리b(66)에 기 저장된 기준용 센싱값에 도달하는 것인지 확인하며, 만약 기준용 센싱값에 도달한 것이 확인되면, 제어부b(65)는 해당 기준용 센싱값에 대응하는 동작기록번호를 메모리b(66)에서 추출하여 재생 명령과 함께 통신부b(67)를 통해 동작모듈(10,10') 측으로 송출<S920>한다.

동작모듈(10,10')의 통신부a(17)에서 재생 명령을 수신하면, 제어부a(15)는 재생 명령에 매칭(또는 포함)된 동작기록번호에 대응하는 제어신호를 로딩하여 출력수단a(12)에 출력<S925>함으로써 좌회전 또는 우회전이 이루어지도록 한다.

이를 조금 더 쉽게 풀어 설명하면 다음과 같다. 라인트레이서가 정방향 진행 중 라인(91)이 좌로 굽었음을 센서모듈1(60)에서 인식하였다면, 센서모듈1(60)의 제어부b(65)가 기 저장된 재생 기준용 센싱값에 도달하였음을 확인하여 동작기록2와 재생 명령을 동작모듈(10,10') 측으로 송출한다. 이에 따라 동작모듈(10,10')의 제어부a(15)는 메모리a(16)에서 동작기록2에 대응하는 제어신호가 각각 출력되도록 함으로써, 좌측바퀴에 해당하는 동작모듈1(10)은 저속 회전되도록 재생시키고, 우측바퀴에 해당하는 동작모듈2(10')는 고속 회전되도록 재생시킴으로써 좌회전이 이루어지도록 하는 것이다.

반면 센서모듈2(60')에서 라인(91)이 인식되었다면 우로 굽은 라인(91)이므로, 센서모듈2(60')는 동작모듈(10,10') 측으로 동작기록3과 재생 명령을 송출함으로써, 동작모듈1(10)은 고속 회전하고 동작모듈2(10')는 저속 회전되도록 재생시킴으로써 우회전이 이루어지도록 하는 것이다. 이들 동작이 반복될 경우 라인트레이서는 라인(91)의 굽어진 방향에 대응하여 방향을 전환하면서 라인(91) 매칭 주행이 가능하게 된다.

즉 종래에는 전문적인 프로그래밍 지식을 동원하여 센서모듈(60,60') 및 동작모듈(10,10')에 동작 과정을 기록시켜야 했지만, 본 발명에 따르면 별도의 프로그래밍 지식이 없더라도 센서모듈(60,60')의 인식 여부에 따른 서로 다른 동작모듈(10,10')의 동작 과정을 손으로 설계할 수 있는 것이다.

도10은 도1에 도시된 모듈러 로봇의 적용 예시로써 제조 로봇을 설명하기 위한 개념도이다. 도10에 도시된 제조 로봇은 작업대에서 회전 동작을 수행하는 동작모듈1(10)과, 동작모듈1(10)에 연동되어 상하 리프팅을 수행하는 동작모듈2(10')와, 동작모듈2(10')에 연동되어 그립부를 작동시키는 동작모듈3(10'')과, 동작모듈1(10)에 표시된 특정 표식(93)을 서로 다른 위치에서 인지하는 센서모듈1(60) 및 센서모듈2(60')와, 그립부인 동작모듈3(10'')이 작업물(92)에 근접하는 거리를 측정하는 센서모듈3(60'')을 포함한다.

이러한 제조 로봇을 이용하면 컨베이어 벨트 위에 올려져 이동하는 작업물(92)을 반대쪽 컨베이어 벨트 위에 올려져 이동하는 목표물(92')로 이동시키는 반복 제조 작업을 손으로 프로그래밍 할 수 있다.

즉, 센서모듈1(60)에서 동작모듈1(10)의 표식(93)을 인지할 때를 재생 기준용 센싱값으로 기록하고, 이후 손으로 동작모듈들(10,10',10'')을 작동시켜 동작모듈3(10'')의 그립부가 작업물(92)을 파지한 후 다시 상승하여 목표물(92')로 이동되도록 하며, 센서모듈2(60')에서 동작모듈1(10)의 표식(93)을 인지할 때를 또 다른 재생 기준용 센싱값으로 기록하고, 이후 동작모듈3(10'')의 그립부를 하강시킨 후 파지를 해제시켜 작업물(92)이 목표물(92')에 결합되도록 하는 작업이 동작모듈(10,10',10'')에 기록되도록 하면, 이후 센서모듈1(60) 및 센서모듈2(60')의 표식(93) 인식 여부에 따라 동작모듈(10,10',10'')이 작동하여 작업물(92)을 목표물(92')로 이송시키는 작업이 반복 수행될 수 있는 것이다.

부가적으로 센서모듈3(60'')을 통해 그립부인 동작모듈3(10'')이 작업물(92)에 최적 위치까지 근접하는 기준까지 함께 설정할 수 있다.

도10에 도시된 제조 로봇의 모듈들(10,10',10'',60,60',60'')의 재생 기준, 정지 기준, 동작 기록 등은 앞서 도1 내지 도9를 통해 설명한 과정들로부터 충분히 유추할 수 있는 것이다.

이처럼 본 발명에 따른 모듈러 로봇(1)은 사용자가 로봇에 외력을 가하여 특정 동작이 수행되도록 하면, 그 동작 과정이 저장되고 사용자가 의도하는 센싱값 기준에 따라 저장된 동작이 자동으로 재생될 수 있어서, 전문적인 프로그래밍 지식이 없더라도 사용자가 언제든지 동작 과정을 쉽게 설계할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 모듈러 로봇(1)은 도면을 통해 예시한 것 외에도 다양한 완구용, 산업용, 서비스용, 실험용, 사무용 로봇에 적용될 수 있음을 알리는 바이다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1 : 모듈러 로봇
10,10',10'' : 동작모듈
11 : 본체a
11-1 : 커플러a
11-2 : 명령입력부a
11-3 : 표시램프a
12 : 출력수단a
13 : 기록센서a
14 : 컨버터a
15 : 제어부a
16 : 메모리a
17 : 통신부a
60,60',60'' : 센서모듈
61 : 본체b
61-1 : 커플러b
61-2 : 명령입력부b
61-3 : 표시램프b
63 : 기준센서b
64 : 컨버터b
65 : 제어부b
66 : 메모리b
67 : 통신부b
91 : 라인
92 : 작업물
92' : 목표물
93 : 표식

Claims (4)

1. 기준용 센싱값을 측정하는 센서모듈; 및
   외력에 의해 동작할 시 측정되는 기록용 센싱값의 히스토리를 제어신호로 변환하여 저장하고, 상기 센서모듈에서 측정되는 기준용 센싱값에 따라 상기 저장된 제어신호의 출력 여부가 제어되는 동작모듈을 포함하며,
   상기 동작모듈은,
   외력에 의해 동작하거나 제어신호에 의해 동작하는 출력수단a;
   상기 출력수단a의 동작에 따라 발생하는 물리값을 측정하고 기록용 센싱값을 출력하는 기록센서a;
   상기 기록센서a에서 출력되는 기록용 센싱값의 히스토리를 제어신호로 변환하는 컨버터a;
   상기 컨버터a에서 변환된 제어신호를 저장하는 메모리a; 및
   사용자 명령에 따라 또는 상기 센서모듈로부터 수신되는 명령에 따라 상기 메모리a에 저장된 제어신호의 출력 여부를 제어하는 제어부a;를 포함하고,
   상기 센서모듈은,
   물리값을 측정하고 기준용 센싱값을 출력하는 기준센서b;
   상기 기준센서b에서 출력되는 기준용 센싱값을 디지털 변환하는 컨버터b;
   상기 컨버터b에서 변환된 기준용 센싱값을 저장하는 메모리b; 및
   상기 기준센서b를 통해 측정되는 기준용 센싱값과 상기 메모리b에 저장된 기준용 센싱값을 비교하여 상기 동작모듈 측으로 명령을 송출하도록 처리하는 제어부b;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
   
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 센서모듈의 제어부b가 정지 기준 기록 모드로 작동하고 있는 상태에서 상기 기준센서b를 통해 정지 기준용 센싱값이 측정되어 상기 메모리b에 저장된 이후, 상기 제어부b가 준비 모드로 작동하고 있는 상태에서 상기 기준센서b를 통해 상기 메모리b에 저장된 정지 기준용 센싱값이 다시 측정되면, 상기 제어부b가 상기 동작모듈 측으로 정지 명령을 송출하도록 처리하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 센서모듈의 제어부b가 재생 기준 기록 모드로 작동하고 있는 상태에서 상기 기준센서b를 통해 재생 기준용 센싱값이 측정되면, 상기 제어부b는 동작기록번호를 생성하여 상기 재생 기준용 센싱값과 매칭하여 상기 메모리b에 저장한 후 상기 생성된 동작기록번호를 상기 동작모듈로 송출하도록 처리하고,
   상기 동작모듈의 제어부a는 외력에 의해 상기 출력수단a가 동작하면서 상기 기록센서a가 기록용 센싱값을 출력하면, 상기 컨버터a를 통해 변환되는 상기 기록용 센싱값 히스토리에 대한 제어신호를 상기 메모리a에 저장하도록 처리하되 상기 센서모듈로부터 수신한 동작기록번호와 매칭하여 저장하며,
   상기 센서모듈의 제어부b가 준비 모드로 작동하고 있는 상태에서 상기 기준센서b를 통해 상기 메모리b에 저장된 재생 기준용 센싱값이 다시 측정되면, 상기 제어부b가 상기 동작모듈 측으로 상기 재생 기준용 센싱값과 매칭 저장된 동작기록번호에 대한 재생 명령을 송출하도록 처리하고,
   상기 동작모듈의 제어부b는 상기 센서모듈로부터 수신된 재생 명령에 따라 상기 동작기록번호와 매칭하여 상기 메모리b에 저장된 제어신호가 출력되도록 처리하는 것을 특징으로 하는 모듈러 로봇.

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