KR20100133666A - 다중센서 기반 교육용 모바일 로봇 - Google Patents

Abstract

다중센서 기반 교육용 모바일 로봇을 개시한다.

상기 로봇은, 모터에 의해 이동이 가능하며 방향전환이 가능한 바퀴가 설치된 하부모듈;

상기 하부 모듈의 상측으로 착탈가능하게 결합되는 상부 모듈을 포함하며,

상기 상부 모듈은, 외주에 다수개의 센서들이 착탈가능하게 설치되는 센터 프레임;

상기 센터 프레임 내측에 착탈 가능하게 결합되면서 메인보드 및 센서부를 갖고 있는 장착 프레임; 및

상기 센터 프레임 상측에 착탈 가능하게 결합되며 상기 센서들로부터 입력되는 정보를 표시하는 디스플레이 부;를 포함한다.

이러한 로봇은 모든 구성요소가 끼워마춤 구조로 되어 있기 때문에 용이하게 분리 및 조립이 가능하다.

로봇, 초음파 센서, 모바일 로봇, 모터제어

Description

다중센서 기반 교육용 모바일 로봇{The educational mobile robot with multi-sensors}

본 발명은 다중센서 기반 교육용 모바일 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇 개발자가 다양한 센서와 모터 제어에 대한 학습을 용이하게 할 수 있도록 한 교육용 모바일 로봇에 관한 것이다.

로봇은 현대인들의 생활과 밀접한 관계로 발전되어 가고 있으며, 그에 따라 의료분야, 바이오 산업분야, 교육산업분야, 정보통신산업분야, 제조산업분야 등 모든 산업분야에서 그 이용도가 증가하고 있는 추세이다.

이와 같이 로봇은 현대인들의 생활과 밀접한 관계를 이루고 있지만, 로봇은 그 구조적 특징 때문에 일반인들이 사용하는데 많은 제약이 따르게 된다.

로봇은 누구나 쉽게 접근할 수 있도록 제작되어야 사용자의 흥미를 유발시키고 만족할만한 사용 목적을 실현할 수 있을 것이다.

이러한 이유로 인하여 로봇의 개발은 계속되고 있는데, 로봇은 기본적으로 인간의 오감역할을 대신할 수 있는 수단으로 센서를 사용하고 있으므로 센서를 다 수 개 사용해야 한다.

그러한 이유로 인하여 로봇 개발자들은 센서들을 분리하거나 추가로 설치하여 그 기능 및 작동상태를 파악하여 그에 적절한 이용분야나 기능을 향상시키려는 노력을 경주하고 있다.

그러나 지금까지 알려진 교육용 로봇들은 완구형이나 휴머노이드 등 완제품 상태로 나오고 있기 때문에 로봇 개발자들을 위한 교육용 로봇으로는 적합하다 할 수 없다.

"구조적 모듈 시스템이 적용된 교육용 로봇"이라는 발명의 명칭으로 출원된 바 있는 대한민국 공개특허 10-2008-0107936호는 사용자가 로봇의 구조 및 기능을 임의로 조정할 수 있는 기술적 수단들을 개시하고 있다.

그러나 이 공개특허에서는 모듈 단위로 구조를 변경할 수 있도록 하고 있지만, 각각의 모듈들을 볼트와 너트로 고정할 수 있도록 하고 있기 때문에 로봇 개발들이 사용하는데 불편함이 내재되어 있다.

그리고 이 공개특허에 개시된 로봇에서는 다양한 센서들을 설치하는 방법에 대해서는 개시를 하고 있지 않다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 센서의 적용 및 제거로 인하여 모터 구동 특성을 용이하게 파악할 수 있는 분해조립이 쉬운 그러한 다중센서 기반 교육용 모바일 로봇을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 로봇은, 모터에 의해 이동이 가능하며 방향전환이 가능한 바퀴가 설치된 하부모듈;

상기 하부 모듈의 상측으로 착탈가능하게 결합되는 상부 모듈을 포함하며,

상기 상부 모듈은, 외주에 다수개의 센서들이 착탈가능하게 설치되는 센터 프레임;

상기 센터 프레임 내측에 착탈 가능하게 결합되면서 메인보드 및 센서부를 갖고 있는 장착 프레임; 및

상기 센터 프레임 상측에 착탈 가능하게 결합되며 상기 센서들로부터 입력되는 정보를 표시하는 디스플레이 부;를 포함하는 다중센서 기반 교육용 모바일 로봇을 제공한다.

본 발명에 의한 로봇은 상부 모듈과 하부 모듈이 결합부재의 끼워 마춤으로 결합되므로 상하부 모듈의 분리가 용이하며, 특히 상부 모듈에 설치되는 제어부 및 다수개의 센서들을 분리 가능하게 장착하고 있으므로 각각의 구성 요소에 대한 특성을 용이하게 파악할 수 있는 제작 및 실험이 가능하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 외관을 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 상부 모듈의 일 구성을 이루는 디스플레이 부의 분해도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 상부 모듈의 일 구성을 이루는 메인보드 및 센서부 장착 프레임의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 상부 모듈에 적용되는 센터 프레임의 사시도이고, 도 5는 장착 프레임에 메인보드 및 센서부가 결합된 상태의 도면이며, 도 6은 본 발명의 하부 모듈을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 로봇은 상부 모듈(2)과 하부 모듈(4)로 크게 구성된다.

상기 상부 모듈(2)은 로봇의 구동모터 및 센서들로부터 전달되는 정보를 표시하는 디스플레이 부(6)를 포함한다. 이 디스플레이 부(6)는 일 예로서 잘 알려진 LCD 모듈로 이루어질 수 있다.

상기 디스플레이 부(6)는 상하부 패널(8)(10)이 다수개의 결합부재(12)들에 의하여 일정한 간격을 두고 결합된 구조를 이루고 있다.

상기 상하부 패널(8)(10)에는 복수개의 결합홈(14)들이 형성되어 있으며 이 결합홈(14)에 삽입되어 결합되는 상기 결합부재(12)에도 결합홈(16)이 형성되어 있 다.

상기 결합부재(12)에는 상하방향으로 또 다른 결합홈(18)이 형성되어 있는데, 이 결합홈은 이후에 설명되는 센터 프레임(20)과 결합되기 위한 수단으로 만들어져 있다.

상기 상부패널(8)에는 화면부(22)가 제공되어 있는데, 이 화면부(22)는 상부패널(8)에 브라켓(24)을 이용하여 스크류 등으로 고정된다. 도시하고 있지 않으나 하부패널(10)에는 상기 화면부(22)에 연결된 전원 및 신호선들을 후술하는 메인보드 측으로 유도하기 위한 구멍이 뚫려져 있다. 바람직하게는 하부패널의 중앙부에 구멍이 뚫려진다.

상기 상하부 패널은 8각형상으로 도시하고 있으나 어떤 형태의 다각형상이나 원형으로도 제조가 가능하다.

도3은 메인보드 및 센서부 장착 프레임의 사시도이고, 도4는 센터 프레임의 사시도로서, 상기 장착 프레임(26)은 다각면을 갖는 통형상 구조임을 도시하고 있다.

상기 장착 프레임(26)은 각각의 면에 상하부 장착돌기(28)들을 형성하고 있다. 이들 장착돌기들은 일정한 간격을 두고 상하로 설치되므로서 이들 상하부 장 착돌기들 사이에 메인보드 및 센서부 보드를 착탈 가능하게 결합할 수 있다.

상기 상하부 장착돌기(28)에는 도 5에 도시한 바와 같이 메인보드(B) 및 센서부(S)가 결합될 수 있다. 상기 장착돌기(28)는 "ㄱ"자 상의 단면 구조로 이루어진다.

상기 메인보드(B)에는 통상적으로 사용되고 있는 마이크로 컨트롤러가 장착되어 있으며, 또 후술하는 모터를 제어하기 위한 수단의 PWM 및 Encoder 등이 장착되는데, 이러한 제어기술은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 실시 가능한 것이므로 이것에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 메인보드(B) 및 센서부(S)는 장착패널(30)에 스크류 등으로 결합되어 하나의 셋트를 이루고 있는 상태로 만들어진 것을 사용할 수 있다. 따라서 메인보드 및 센서부의 장착은 실질적으로 장착패널(30)이 상기 장착돌기(28)에 결합됨으로써 실현된다.

상기 장착돌기(28)들은 장착 프레임(26)의 각각의 면을 따라 수평방향으로 설치된 상태를 이룸으로써 상기 장착패널(30)를 장착돌기(28)에 밀어 넣으면 결합되고 반대로 당기게 되면 분리된다.

상기 메인보드 및 센서부 장착 프레임(26)은 상기 센터 프레임(20)의 내측에 착탈 가능하게 결합시키기 위한 수단으로, 상기 장착 프레임(26)의 하단부에는 삽입부(32)가 연장되어 있다.

상기 삽입부(32)는 상기 센터 프레임(20)의 바닥면(21)에 뚫려진 삽입구멍(34)에 끼워지므로서 도 7에 도시한 바와 같이 위치될 수 있다.

상기 센터 프레임(20)은 도 4에 도시한 바와 같이 다각 형상의 속이 빈 통형상 구조일 수 있으며, 각각의 면에는 개구(36)가 형성되어 있다. 본 실시예에서 상기 센터 프레임은 8각형상을 예시하고 있다.

상기 개구(36)의 상하부에는 각각 결합구(38)가 뚫려져 후술하는 센서들을 착탈가능하게 결합할 수 있도록 하고 있다.

상기 센서(40)는 초음파 센서가 사용될 수 있으며, 이 센서(40)는 다수개가 사용되며 상기 메인보드(B)의 초음파 센서용 I/O와 CAN 통신 방식으로 연결된다.

상기 센서(40)는 본 실시예에서는 최대 8개가 사용되어 거리 인식을 통하여 로봇이 자율 주행이 가능하게 된다.

상기 센서(40)는 착탈을 용이하게 하기 위하여 도4 b)에 도시한 바와 같이 홀더(42)에 홀딩된 상태에서 이 홀더(42)가 상기 센터 프레임(20)의 개구(36)와 대응하는 상태를 유지하며, 상기 홀더(42)는 대략 "ㄷ" 단면으로 이루어져 상하단부(44)(46)가 상기 결합구(38)에 삽입되어 결합됨으로서 착탈이 가능하게 된다.

상기 센서(40)는 상기 상하단부(44)(46) 사이에 위치하는 구조로 되어 있다.

상기 센터 프레임(20)에는 결합홈(48)이 형성되어 상기 디스플레이부(6)의 결합부재(12)가 이 홈에 삽입됨으로서 착탈가능하게 결합될 수 있도록 된다.

또한 상기 센터 프레임(20)의 하부에는 결합부재(50)가 위치하는데, 이 결합부재는 상기 결합 홈(48)과 같은 방식으로 만들어진 홈에 결합부재가 삽입된 것이다.

한편 도 6에 도시한 바와 같이 하부모듈(4)은 주행을 위하여 필요한 수단들이 제공되는 곳으로서, 각각의 메인보드에 설치된 마이크로 컨트롤러에 의해 제어되는 좌우측 모터(M1)(M2), 그리고 이들 모터의 구동으로 회전하는 바퀴(W1)(W2), 및 전원으로 사용되는 배터리 모듈(52), 센서부(54)들이 각각 설치된다.

상기 센서부(54)에는 로봇 실험 시 특성을 파악하기 위한 수단으로 사용되는 자이로 센서, 가속도 센서, 온습도 센서, 가스센서, 틸트 센서 등이 보드에 장착된 상태로 설치되어 상기 메인보드의 마이크로 컨트롤러와 캔 통신이 가능하게 연결된다.

그리고 상기 하부 모듈(4)의 앞 부분 저면에는 절벽이나 웅덩이 등과 같이 주행에 나쁜 영향을 주는 외적 요인들을 파악하기 위한 수단으로 적외선 센서가 설치된다.

상기 하부 모듈(4)에는 상측부에 장착대(56)가 안쪽을 향하여 설치되어 상기 센터 프레임(20)이 고정될 수 있도록 하고 있다.

본 실시예에서는 상기 장착대(56)에 결합홈(58)을 형성하므로서 상기 센터 프레임(20)의 하부에 설치된 결합부재(5)가 삽입되도록 하고 있다.

이러한 결합으로 상기 센터 프레임(20)의 하부는 상기 장착대(56) 상에 올려지는 상태로 착탈이 가능하게 결합될 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 로봇은, 도 3에 도시한 바와 같은 장착 프레임(26)의 측벽면에 장착돌기(28)들을 이용하여 메인보드(B)와 센서부(S)를 도 5에 도시한 바와 같이 장착한다.

이와 같이 메인보드와 센서부가 장착된 장착 프레임(26)을, 도 4에 도시한 바와 같은 센터 프레임(20)에 위치시킨다. 이때 센터 프레임의 바닥면(21)에 형성된 삽입구멍(34)으로 삽입부(32)를 삽입시켜 고정한다.

그러면 도 7에 도시한 바와 같이 센터 프레임(20)의 내측에 장착 프레임(26) 이 위치한 상태가 된다. 상기 센터 프레임(20)에는 물론 다수개의 초음파 센서들이 벽면에 홀더(42)에 장착된다.

도 7과 같은 상태에서 센터 프레임(20)의 상측으로 도 2에 도시한 바와 같이 조립된 디스플레이 부(6)를 위치시킨다.

이때 상기 디스플레이 부(6)의 결합부재(12)가 센터 프레임(20)의 결합홈(48)에 삽입되도록 하면서 상하부 패널(8)(10)이 센터 프레임 내측으로 위치하도록 한다.

그러면 도 8에 도시한 바와 같이 상기 센터 프레임(20)의 내부에 메인보드(B)와 센서부(S)가 내장되고 상측으로 디스플레가 부(6)가 위치하며, 이 센터 프레임에는 개구를 통하여 대수개의 센서(40)들이 전후 좌우의 상황을 센싱할 수 있는 상태의 상부 모듈(2)를 이루게 된다.

도 8과 같은 구조의 상부 모듈(2)를 도 6에 도시한 바와 같은 구조의 하부 모듈(4) 위에 고정하면 도 1과 같은 구조의 로봇의 조립이 완성된다.

이때 센터 프레임(20)의 하부에 있는 결합부재(50)가 하부모듈(4)의 장착대(56)에 형성된 결합홈(58)에 삽입되도록 하면 하부 모듈(4) 위에 안정된 상태로 상부 모듈(2)이 결합된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 로봇은, 크게 상부 모듈과 하부 모듈로 구성되면서 이들 모듈이 결합부재가 결합홈에 삽입되는 방식으로 결합되므로 착탈이 용이하다.

또한, 상부 모듈은 마이크로 컨트롤러가 설치된 메인 보드 및 센서부가 착탈 가능하게 결합된 장착 프레임을 센터 프레임에 착탈가능하게 결합하는 구조로 이루어지므로 어느 구성요소나 조립 및 분해가 가능하다.

게다가 다수개의 센서들이 홀더를 통하여 도한 착탈가능하게 결합되어 있으므로, 이러한 구조는 로봇의 특성을 파악하거나 그에 대한 교육이 이루어지는 실험실이나 교육환경에서 센서부에 장착되는 센서들을 동시에 분리하여 실험하거나 분리하여 실험할 수 있다.

또한 상부에 설치된 디스플레이 부는 각각의 센서들로부터 입력되는 데이터들을 표시할 수 있으므로 주변환경에 대한 조건들을 일거에 파악할 수 있으므로 어떤 상태에서 로봇이 어떻게 동작하는 지에 대한 실험 데이터들도 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 센서 기반 교육용 모바일 로봇의 외형 사시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇에 적용되는 디스플레이 부의 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇에 적용되는 장착 프레임의 사시도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇에 적용되는 센터 프레임의 사시도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 장착 프레임에 메인 보드가 장착된 상태의 단면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 하부 모듈의 평면도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 상부 모듈에서 디스플레이부를 분리한 상태의 사시도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로봇의 상부 모듈의 사시도.

Claims (6)

1. 모터에 의해 이동이 가능하며 방향전환이 가능한 바퀴가 설치된 하부모듈;

   상기 하부 모듈의 상측으로 착탈가능하게 결합되는 상부 모듈을 포함하며,

   상기 상부 모듈은, 외주에 다수개의 센서들이 착탈가능하게 설치되는 센터 프레임;

   상기 센터 프레임 내측에 착탈 가능하게 결합되면서 메인보드 및 센서부를 갖고 있는 장착 프레임; 및

   상기 센터 프레임 상측에 착탈 가능하게 결합되며 상기 센서들로부터 입력되는 정보를 표시하는 디스플레이 부;를 포함하는 다중센서 기반 교육용 모바일 로봇.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 상부 모듈과 상기 하부 모듈은 결합부재에 의해 결합되는 다중센서 기반 교육용 모바일 로봇.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 상부 모듈을 구성하는 센터 프레임은 상기 센서들이 장착되는 복수개의 면으로 이루어지는 다각형체이며, 각각의 면에 센서들이 설치되는 다중센서 기반 교육용 모바일 로봇.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 장착 프레임은 측면에 메인보드를 착탈가능하게 결합하기 위한 장착돌기가 제공되는 다중센서 기반 교육용 모바일 로봇.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 하부 모듈에는 상기 메인 보드와 캔 통신이 가능하게 장착된 센서부 및 배터리 모듈이 내장되는 다중센서 기반 교육용 모바일 로봇.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 센서부에는 자이로 센서, 가속도 센서, 온습도 센서, 가스센서, 틸트 센서 등이 설치되는 다중 센서 기반 교육용 모바일 로봇.

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