KR20170049148A - 메카트로닉스 실습 장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 기계 장치의 특성을 학습할 수 있는 메카트로닉스 실습 장비에 관한 것으로, (A) 케이스의 상면에 형성되면서, 전자소자를 꽂아 회로를 구형할 수 있게 구성된 것으로, 기계 장치가 실장되는 장치 실장부와, 기계 장치의 구동 상태를 모니터링하기 위한 센서들이 실장되는 센서 실장부를 포함하는 브레드 보드; (B) 상기 케이스의 상면에 일측에 형성되면서 센서신호에 대한 분석정보를 표시 출력하다 표시수단; (C) 상기 브레드 보드에 실장된 센서를 하기 제어보드에 접속시키기 위한 접속포트; 및 (D) 상기 케이스의 내측에 구비되고, 센서에서 감지된 센서신호를 수신하는 센서회로와, 상기 장치 실장부에 실장된 기계 장치를 구동시키는 장치구동회로와, 상기 브레드 보드에 실장된 센서로부터 제공되는 센서신호를 분석하여 상기 표시수단으로 출력하는 프로세서를 포함하는 제어보드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

메카트로닉스 실습 장비{mechatronics actual training equipment}

본 발명은 다양한 기계 장치의 특성을 학습할 수 있는 메카트로닉스 실습 장비에 관한 것이다.

기술이 발달함에 따라 다양한 장치나 시스템이 개발되고 있으며, 이러한 장치들은 다수의 기구나 기계요소로 이루어진 기계 장치와, 기계 장치의 구동을 제어하기 위한 제어수단과 신호처리를 위한 전자장치로 이루어져 있다. 즉, 대부분의 장치들은 기계(mechanics)와 전자(electronics)를 복합적으로 적용한 메카트로닉스(mechatronics) 기술을 이용한 것이다.

이러한 메카트로닉스 기술에서 사용되는 센서는 피측정 대상에 직/간접적으로 접촉하여 원하는 정보를 수득하여 전달하는 장치를 총칭하는 것으로, 열, 빛, 온도, 압력, 소리 등의 물리적인 양이나 그 변화를 감지하거나 구분 및 계측하여 일정한 신호로 알려준다.

센서는 인간의 감각으로는 측정할 수 없는 수치도 잴 수 있어 위험이 따르는 작업 기계 등 다양한 분야에서 활용되고 있고, 종류는 온도 센서, 압력 센서, 유량 센서, 자기 센서, 광센서, 음향 센서, 미각 센서, 후각 센서 등이 있다.

이러한 센서는 감지된 신호를 아날로그 형태로 출력하는 것으로, 센싱(sensing)된 신호를 분석하여 출력하거나 외부장치로 제공하는 센서신호 분석 장치가 사용되고 있고, 통상의 센서신호 분석 장치는 특정분야에 접목된 센서로부터 얻은 센서신호에 대한 분석정보만을 제공하도록 된 것으로, 센서 자체의 특성과 관련된 정보를 획득하고자 하는 학습자나 개발자는 각 분야와 관련된 각각의 센서신호 분석 장치를 모두 구비하여야 함으로 많은 비용이 소요되는 문제가 있다.

또한, 종래 센서신호 분석 장치는 센서 관련 정보를 획득하고자 하는 학습자나 개발자에게 단순히 센서신호에 대한 분석정보만을 제공해주는 것으로, 학습에 대한 한계가 있게 된다.

이러한 단점을 개선하기 위해 개발된 다양한 실습 장비들이 있고, 그 예로 특허문헌 1 및 2가 있다.

특허문헌 1은 기구부의 동작을 응용 소프트웨어에 의해 제어하는 PLC, PLC로부터 신호를 입력받아 위치, 속도 및 토크 기능을 수행하는 기구부, PLC와 연결되어 있으며 위치의 세부 조정을 위한 매뉴얼 펄스 발생기, PLC와 데이터를 송수신하며 PLC에서 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 운영 소프트웨어를 구비한 PC 본체, 및 PC 본체의 운영 소프트웨어에서 처리되는 데이터를 출력하는 디스플레이 장치를 포함하여 구성되는 서보 모터 교육용 시뮬레이터 실습 장비이고,

특허문헌 2는 스테핑 모터(stepping motor) 및 스테핑 모터의 동작 결과를 위치 이동의 형태로 표현하기 위한 다수의 기구물로 구성된 전면기구부와, 시스템의 계통을 쉽게 이해할 수 있도록 전면기구부의 하단에 그래픽으로 표시하며, 각 기구물을 제어하기 위한 다수의 스위치가 구비되고 기구의 운전상태 등을 나타내기 위한 다수의 표시장치를 구비한 조작패널부로 이루어지며, 자동화분야에서 소형, 고분해능, 고정밀도의 우수한 성능을 가진 스테핑 모터의 구동원리, 동작특성 및 제어특성에 대한 전반적인 사항들을 체계적으로 실험하고 정리할 수 있으며, 컴퓨터와의 인터페이스를 통하여 온라인 방식의 제어가 가능한 스테핑 모터 실습 장치에 관한 것이다.

그러나 이러한 기존의 실습 장비들은 특정 분야에 한정한 실습 장비로 센서 고유의 특성을 분석하고 학습하는 데는 어려움이 있다.

또한, 최근에는 사용자 또는 관리자가 다양한 통신 인터페이스를 갖는 통신단말 기기를 구비하는 것을 고려할 때, 센서신호 분석 장하다 이용 편리성 제공을 위해 다양한 종류의 외부장치와의 통신기능이 요구될 수 있다.

이러한 종래 기술의 문제점을 개선하여 개발된 것이 본 출원인에 의해 개발된 학습 기능을 가지는 센서신호 분석 장치이다. 이는 다양한 센서에 대한 접속 포트와, 다양한 센서의 접속 포트에 연결되는 다양한 센서 각각에 대응하는 센서신호 처리부와, 센서신호 처리부에 의해 처리된 센서신호를 디스플레이하는 디스플레이부를 구비하고 있다.

이러한 센서신호 분석 장치는 실습자가 하나의 디바이스를 통해 다양한 센서신호 처리 결과를 학습할 수 있고, 다양한 센서 소자 특성을 이해할 수 있다.

이와 더불어, 센서신호 분석 장치는 일면에 브레드보드가 구비하고 있어, 실습자는 브레드 보드 상에 다양한 센서 및 그 센서의 신호 처리 파트에 대한 회로를 구현한 후 그 구현된 회로에서의 센서 출력 특성을 디스플레이부를 통해 관찰하는 것에 의해 센서의 출력 특성을 학습할 수 있다.

또한, 회로를 구현할 때, 소자값이 가변될 수 있는 다양한 가변소자(가변 저항, 가변 커패시트 등)를 사용하여 소자값 변동에 따른 센서의 출력 특성을 학습할 수도 있다.

또한, 센서신호 분석 장치는 무선으로 브레드 보드 상에 구현된 다양한 센싱 회로로부터의 출력 신호를 처리하는 알고리즘을 제어부에 세팅하는 기능을 내장하여, 다양한 센싱 회로를 제한 없이 학습할 수 있다.

그러나 통상의 장치들은 상기한 바와 같이 메카트로닉스 기술을 사용한 것으로, 상기한 센서신호 분석 장치는 장치를 구성하는 전기/전자적인 요소들을 학습하거나 실습할 수 있는 기술은 제공되고 있지만, 기계적인 요소가 배제된 상태이므로 메카트로닉스 기술에는 적용하기에 어려움이 있다.

메카트로닉스 기술에 사용될 수 있는 실습 장비와 관련된 기술로 특허문헌 3이 있다.

특허문헌 3은 PCB 내장 보드, 기구 모듈에 신호를 전송하기 위한 출력 포트, 기구 모듈로부터 신호를 전송받기 위한 입력 포트, PC본체와 연결하기 위한 시리얼 포트 및 전압 변환부를 포함하는 통신 모듈; 통신 모듈로부터 신호를 입력받아 기능을 수행하는 기구 모듈; 통신 모듈과 데이터를 송수신하며, 통신 모듈에서 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 운영 소프트웨어를 구비한 PC 본체; 및 PC본체의 운영 소프트웨어에서 처리되는 데이터를 출력하는 디스플레이 장치를 포함하여 구성되며, 전압 변환부는 PCB 내장 보드에 일체형으로 구비되어 통신 모듈로 공급되는 전압을 변환하여 각 기구 모듈에 전달함으로써 각 기구 모듈이 전기적 신호에 의해 구동되도록 하고 각 기구 모듈로부터 출력되는 전압을 변환하여 통신 모듈로 전송되도록 한 것이다.

이러한 종래의 메카트로닉스 기구의 실습 장비는 실제 산업 현장에서 사용되고 있으며 다양한 기능 구현이 가능한 기구 모듈을 축소한 형태로서 사용하므로 교육생들이 산업 현장을 보다 쉽게 이해하고 직접 실습할 수 있는 장점이 있으나, 다수의 모듈로 분리되어 있어 장비가 비대하고, 각각의 모듈에 해당 장치나 구성요소를 따로 배치하여야하므로 구조가 복잡하고, 실습을 준비하는 데 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.

1. 대한민국 등록특허 제1400057호 2. 대한민국 등록실용신안 제0276753호 3. 대한민국 등록특허 제1383205호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 단일의 장치를 통해 다양한 분야의 메커트로닉스 장비에 대한 기계적인 특성과, 기계적 특성 변화에 따른 센서신호에 변화를 동시에 분석하여 기계 장치의 정보를 제공할 수 있도록 해 주는 메카트로닉스 실습 장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기계 장치를 구성하는 기계요소와 기계요소의 상태를 감지하는 다양한 센서로 이루어진 메카트로닉스 장비를 공부하는 학습자가 기계 장치, 기계 장치 구동회로, 센서신호관련 회로 및 분석프로그램을 직접 설계하여 실습하는 것이 가능하도록 함으로써, 학습자에게 실습이 가능한 형태의 학습효과를 제공해 줄 수 있도록 해 주는 메카트로닉스 실습 장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 센서신호를 다양한 형태의 통신 인터페이스를 통해 서로 다른 종류의 외부 장치로 제공할 수 있도록 해 주는 메카트로닉스 실습 장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비는 (A) 케이스의 상면에 형성되면서, 전자소자를 꽂아 회로를 구형할 수 있게 구성된 것으로, 기계 장치가 실장되는 장치 실장부와, 기계 장치의 구동 상태를 모니터링하기 위한 센서들이 실장되는 센서 실장부를 포함하는 브레드 보드; (B) 상기 케이스의 상면에 일측에 형성되면서 센서신호에 대한 분석정보를 표시 출력하는 표시수단; (C) 상기 브레드 보드에 실장된 센서를 하기 제어보드에 접속시키기 위한 접속포트; 및 (D) 상기 케이스의 내측에 구비되고, 센서에서 감지된 센서신호를 수신하는 센서회로와, 상기 장치 실장부에 실장된 기계 장치를 구동시키는 장치구동회로와, 상기 브레드 보드에 실장된 센서로부터 제공되는 센서신호를 분석하여 상기 표시수단으로 출력하는 프로세서를 포함하는 제어보드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 프로세서는 상기 브레드 보드에 실장된 센서로부터 제공되는 센서신호를 A/D 변환하여 출력하는 A/D변환부와, 제어부를 포함하여 구성되며, 상기 제어부는 다수의 센서신호 입력단자를 구비하되, 센서신호 입력단자는 상기 브레드 보드의 센서 실장부와, 상기 A/D변환부와 연결되어 제공되는 센서신호를 분석하여 상기 표시수단으로 출력하도록 구성된다.

상기 제어보드에는 외부장치와 센서신호 관련 정보를 송수신하기 위한 다수의 외부기기접속수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 센서신호 분석프로그램을 저장하기 위한 FPGA를 구비하여 상기 브레드보드에 실장된 센서로부터 제공되는 센서신호 또는 상기 A/D 변환부로부터 제공되는 센서신호를 상기 FPGA에 저장된 분석프로그램에 따라 분석 및 처리하되, 상기 외부기기접속수단에 접속된 외부장치로부터 제공되는 센서신호 분석프로그램을 상기 FPGA에 갱신 저장하여 갱신된 센서신호 분석프로그램에 따른 센서 분석처리를 수행하도록 구성될 수 있다.

상기 센서 실장부에 실장되는 센서는 심전도나 근전도, 맥파 및 혈압 중 적어도 하나를 포함하는 생체관련 신호를 감지하기 위한 센서이거나, 스트레인 강도나, 온도, 압력, 모터 중 적어도 하나를 포함하는 기계 또는 환경 관련 신호를 감지하기 위한 센서 중 어느 하나가 될 수 있다.

상기 제어보드는 상기 센서 실장부에 실장된 센서로부터 입력되는 센서신호를 증폭 출력하여 상기 A/D 변환부로 각각 출력하는 다수의 증폭기를 구비하고, 상기 A/D 변환부는 각 증폭기로부터 제공되는 센서신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부로 각각 출력하도록 구성되며, 상기 제어부는 상기 A/D변환부 및 상기 브레드보드로부터 제공되는 센서신호에 대한 센서 분석정보를 출력한다.

상기 증폭기와 A/D 변환부 사이에는 증폭된 센서신호를 A/D변환부로 방향성출력하기 위한 아이솔레이터를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 장치 실장부에 실장되는 것은 장치 제어신호를 생성하여 제어보드에 구비된 장치구동회로에 송수신하는 장치제어키트이고, 센서실장부에 실장되는 것은 센서에 연결되어 감지된 신호를 전송하는 신호선이 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비는 메카트로닉스 전공자가 간단한 조작만으로 다양한 기계 장치의 기계적 특성에 대한 학습을 할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 단일 장비로 구성되어 휴대가 가능하면서 다양한 분야의 메카트로닉 기계 장치에 대한 분석정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 메카트로닉 기계 장치 관련 학습자가 보드 상에 다양한 장치 구동회로를 설계하여 회로의 구성에 따른 다양한 기계 장치의 구동 상태를 경험 및 학습할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비의 일예의 외형도
도 3은 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비를 구성하는 제어부의 구성도
도 4는 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비를 케이스 제거 상태애ㅔ서 도시한 평면사진
도 5는 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비의 제어보드의 사진
도 6은 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비의 일예의 사진
도 7은 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비를 이용하여 실습되는 스탬모터 실습 준비 상태 사진

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 첨부도면이 참조되어 상세하게 설명된다.

본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비는 기계 장치와 기계 장치를 제어 및 모니터링하기 위한 전자 장치를 구비한 메카트로닉스 장치를 꾸미고, 꾸며진 장치를 테스트 할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비는 도 1에 도시한 바와 같이, 브레드 보드(10), 표시수단(20), 접속포트(30) 및 제어보드(40)를 포함한다. 물론, 전원을 공급하기 위한 전원공급수단(미도시)이 더 구비될 수 있으나, 이 전원공급수단은 상기한 브레드 보드(10)에 구비된 전자소자가 꽂히는 다수의 접속홀 중 어느 하나에 전원공급수단의 출력단자를 꽂아 설치될 수 있다.

먼저, 본 발명의 메카트로닉스 실습 장비는 다양한 메카트로닉 장비를 구현하고, 테스트 할 수 있는 장치로, 메카트로닉 장비로는 모터, 전열기, 송풍기 등 다양한 장치가 될 수 있고, 센서로는 심전도나 근전도, 맥파 및 혈압 등을 포함하는 인체의 생체관련 신호를 감지하기 위한 센서들이나, 스트레인 강도나, 온도, 압력, 모터 등을 포함하는 기계나 환경 관련 신호를 감지하기 위한 센서들, 또는 센서 신호 모사장치 등이 될 수 있다.

상기 브레드 보드(10)는 사용자가 전자소자(미도시)를 꽂아서 회로를 직접 설계할 수 있는 것으로, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 배면에는 회로가 구성된 제어보드(40)가 설치되어 있다.

제어보드(40)에 구성된 회로는 기계 장치와 센서들로부터 인출된 신호선(미도시)이 꽂혀 신호선으로부터 제공되는 신호가 회로를 경유하여 상기 제어보드(40)에 설치된 프로세서(43)에 전달된다.

상기 브레드 보드(10)는 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이, 케이스의 상면 일측으로 노출되도록 설치된다.

이렇게 브레드 보드(10)를 케이스의 외부로 노출되게 설치함에 따라, 사용자가 브레드 보드(10)를 이용하여 메카트로닉스 장치의 구동 실습을 하고자 하는 경우, 센서는 신호선의 피복을 제피한 상태에서 브레드 보드(100)상에 형성된 접속홀에 결합함하고, 메카트로닉스 장치의 경우에도 메카트로닉스 장치의 전원 공급 라인을 제피한 후, 브레드 보드(100)상에 형성된 접속홀에 꽂음에 의해 접속이 이루어지고, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 접속포트(30)와 브레드 보드(100) 사이에 신호선을 연결하여 신호의 전송이 이루어지게 된다.

상기 접속포트(30)는 상기한 바와 같이 브레드 보드(10)를 통해 접속되는 메카트로닉 장치와 센서들은 제어보드(40)와 접속시키기 위한 수단으로, 전송되는 신호는 제어보드에 구비된 프로세서(43)으로 전달된다.

상기 브레드 보드(10)에 실장된 센서에 의해 감지된 메카트로닉스 장치의 구동상태와 관련된 신호들은 케이스의 일측에 구비된 표시수단(20)을 통해 출력된다.

상기 표시수단(20)은 디스플레이 패널로서, 브레드 보드(10)에 실장되는 센서에서 감지된 신호는 물론, 신호를 분석한 분석정보를 표시 출력한다. 예컨대, 상기 표시수단(20)에 의해 표시되는 정도는 그래프 형태이거나, 표 구조 또는 텍스트 형태가 될 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 메카트로닉스 실습 장비는 제어보드940)를 구비하고 있으며, 이 제어보드(40)는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 브레드 보드(10) 배면의 케이스 내부에 설치되며, 도 1에 도시한 바와 같이, 센서에서 감지된 센서신호를 수신하는 센서회로(41)와, 상기 장치 실장부에 실장된 메카트로닉스 장치를 구동시키는 장치구동회로(42)와, 상기 브레드 보드에 실장된 센서로부터 제공되는 센서신호를 분석하여 상기 표시수단으로 출력하는 프로세서(43)를 포함한다.

상기 센서회로(41)는 브레드 보드(10)에 실장된 센서로부터 수신한 신호를 프로세서에 전달하는 회로로 노이즈를 제공하기 위한 노이즈 제거회로 또는 후술하는 증폭회로 등이 될 수 있다.

상기 장치구동회로(42)는 메카트로닉 장치를 구동하는 전원을 공급하기 위한 회로로, 메카트로닉 장비의 실질적인 제어는 도 4에 도시한 바와 같이, 브레드 보드(10)에 탈착 가능하게 설치되는 장치제어키트(11k)에 의해 이루어지고, 장치구동회로(42)는 이러한 장치제어키트(11k)의 제어신호를 전달하는 역할만을 한다.

상기 프로세서(43)는 상기 브레드 보드(10)에 실장된 센서로부터 제공되는 센서신호를 A/D 변환하여 출력하는 A/D변환부(43t)와, 제어부(43c)를 포함하여 구성되며, 상기 제어부(43c)는 다수의 센서신호 입력단자를 구비하되, 센서신호 입력단자는 상기 브레드 보드의 센서 실장부와, 상기 A/D변환부와 연결되어 제공되는 센서신호를 분석하여 상기 표시수단(20)으로 출력하도록 구성된다.

또한, 상기 제어보드(40)에는 외부장치와 센서신호 관련 정보를 송수신하기 위한 다수의 외부기기접속수단(50)을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 외부기기접속수단(50)은 컴퓨터 등의 외부장치를 접속하기 위한 수단으로, 통신모듈이 사용될 수 있고, 무선통신 인터페이스 모듈과 유선 통신 인터페이스 모듈로 구성될 수 있다. 바람직한 외부기기접속수단의 일예는 WIFI 무선통신을 수행하기 위한 무선 인터페이스 모듈을 구비이거나, USB 포트와 SPI/RS232 포트 및, DIO 포트를 포함하는 유선 인터페이스 모듈이 될 수 있다. 무선 인터페이스 모듈은 무선신호 송수신을 위한 안테나를 포함하여 구성될 수 있고, 도 1에 도시한 바와 같이 제어보드(40) 상에 설치되고, 도 2에 도시된 바와 같이 케이스의 측면에 접속 단자가 설치될 수 있다.

또한, 상기 프로세서(43)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 브레드 보드(10)의 센서 실장부(12)에 실장된 센서로부터 입력되는 센서신호를 증폭 출력하여 상기 A/D 변환부로 각각 출력하는 다수의 증폭기(43a)를 구비하고, 상기 A/D 변환부(32t)는 각 증폭기로부터 제공되는 센서신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부(43c)로 각각 출력하도록 구성된다.

상기 제어부(43c)는 상기 A/D변환부 및 상기 브레드 보드(10)의 센서로부터 제공되는 센서신호에 대한 센서 분석정보를 출력한다.

프로세서(43)를 구성하는 제어부(43c)는 센서신호 분석프로그램을 저장하기 위한 FPGA를 구비하여 상기 브레드 보드(10)에 실장된 센서로부터 제공되는 센서신호 또는 상기 A/D 변환부로부터 제공되는 센서신호를 상기 FPGA에 저장된 분석프로그램에 따라 분석 및 처리하되, 상기 외부기기접속수단에 접속된 외부장치로부터 제공되는 센서신호 분석프로그램을 상기 FPGA에 갱신 저장하여 갱신된 센서신호 분석프로그램에 따른 센서 분석처리를 수행하도록 구성되는 것이 바람직하다.

사용자는 프로세서(43)에 구비된 분석 프로그램을 직접 설계한 후, 자신이 설계한 분석 프로그램을 FPGA에 적용함으로써, 학습하고자 하는 메카트로닉스 장비에 대한 분석 프로그램밍 학습을 수행할 수 있다.

또한 상기 프로세서는 도 3에 도시한 바와 같이, 증폭기와 A/D 변환부 사이에는 증폭된 센서신호를 A/D변환부로 방향성출력하기 위한 아이솔레이터(43i)를 추가로 구비하고 있다.

상기 아이솔레이터(43i)는 상기 증폭기(43a)로부터 제공되는 증폭된 각 센서신호를 상기 A/D 변환부(43t)로 출력한다. 이는 특히, 센서가 인체 등에 접속된 생체신호 감지 센서인 경우, 과전류로 인해 인체로 유입되는 전류의 흐름을 방지하기 위함이다. 또한, 상기 아이솔레이터(43i)는 상기 증폭기(43a)로부터 제공되는 각 센서신호를 센서 접속포트별로 병렬 출력한다.

전술한 바와 같이 메카트로닉 장비는 그 자체가 브레드 보드에 직접 결합될 수 없고, 센서는 메카트로닉 장비의 일측에 설치되어야 장비의 상태를 감지할 수 있다.

이에 따라 장비는 상기한 바와 같이 브레드 보드(10)의 상기 장치 실장부(11)는 장치 제어신호를 생성하여 제어보드에 구비된 장치구동회로(42)에 송수신하는 장치제어키트(11k)가 설치되고, 장비의 구동을 위한 전원을 공급하는 전원공급 단자가 접속포트(30)에 접속된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비는 외부기기접속수단(50)을 구비하고 있으며, 이 외부기기접속수단을 통해 외부장치가 접속된다.

외부장치는 전술한 바와 같이, 사용자 단말이나 관리자단말, 관리서버, 또는 해당 센서 신호를 필요로 하는 별도 시스템 등이 될 수 있으며, 무선 또는 유선의 통신 인터페이스를 통해 센서신호 관련 정보에 대한 송수신을 수행하도록 구성된다.

상기 외부장치는 사용자에게 메카트로닉스 장비의 제어를 위한 제어 회로, 센서 관련 회로 및/또는 분석프로그램을 설계하기 위한 기본 툴(TOOL)을 제공하는 프로그램이 설치되어 사용자에게 제공할 수 있으며, 사용자에 의해 프로그래밍된 분석 프로그램을 상기 제어부로 제공하도록 구성된다.

예컨대, 사용자를 위해 제공되는 상기 프로그램 툴은 LabVIEW 기반의 프로그램 소스가 될 수 있다. LabVIEW 프로그램은 National Instruments사에서 만든 제어 계측 언어로서, 컴퓨터상에서 실제의 기기를 보는 듯 한 구성이 가능하여 버추얼 인스트루먼트(Virtual Instrument)라고도 하며, Basic이나 C-언어 등과 같이 텍스트를 기반으로 하는 프로그램 언어와는 달리 다이아그램(Diagram)을 만드는 식으로 프로그래밍하도록 되어 있기 때문에 그래픽 프로그래밍 랭귀지라고도 한다. 랩뷰 프로그램에서는 프로그래밍 진행되는 순서가 데이터의 흐름을 따르며, 각종 기기를 제어하고, 상기 기기들이 보내오는 데이터를 처리할 수 있도록 여러 가지 기능을 구비한다.

또한, 본 발명에 따른 메카트로닉스 실습 장비는 도시되지는 않았지만 마이크와 스피커로 구성되는 음성 입출력수단을 추가로 구비하여 본 발명에 따른 사용 안내정보 또는 상태정보를 음성 출력되게 할 수도 있다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 메카트로닉스 실습 장비를 이용한 실습의 일예를 설명한다.

도 7은 스탭 모터를 메카트로닉스 실습 장비를 이용하여 구동 상태를 모니터링하기 위한 구성을 도시한 것으로, 스텝모터 축은 모터결속부에 접속된다.

스텝모터의 회전에 따라 웜기어는 회전하고, 그 회전에 의해 가압판은 전후로 이동한다.

스텝모터의 1 회전 시마다 가압판은 압력센서 측으로 기 설정 단위 길이로 이동하게 되고, 이때 압력 센서는 가압판에 의해 가해지는 압력을 센싱하게 된다.

상기 압력 센서가 본 발명의 메카트로닉스 실습 장비의 브레드 보드에 실장되는 센서의 한 종류가 된다.

압력센서에서 센싱된 센서신호는 제어보드(40)의 센서회로(42)로 전달되고, 학습자는 센서회로에 의해 처리된 센싱 신호를 표시수단(20)을 통해 학습할 수 있다. 이 예에서는, 학습자가 스텝모터의 특성(압력으로부터 환산한 토크)을 학습할 수 있다.

10: 브레드 보드
11: 장치 실장부 12: 센서 실장부
20: 표시수단
30: 접속포트
40: 제어보드
41: 센서회로 42: 장치구동회로
43: 프로세서
50: 외부기기접속수단

Claims (8)

1. (A) 케이스의 상면에 형성되면서, 전자소자를 꽂아 회로를 구형할 수 있게 구성된 것으로, 기계 장치가 실장되는 장치 실장부(11)와, 기계 장치의 구동 상태를 모니터링하기 위한 센서들이 실장되는 센서 실장부(12)를 포함하는 브레드 보드(10);
   (B) 상기 케이스의 상면에 일측에 형성되면서 센서신호에 대한 분석정보를 표시 출력하는 표시수단(20),
   (C) 상기 브레드 보드에 실장된 센서를 하기 제어보드에 접속시키기 위한 접속포트(30); 및
   (D) 상기 케이스의 내측에 구비되고, 센서에서 감지된 센서신호를 수신하는 센서회로(41)와, 상기 장치 실장부에 실장된 기계 장치를 구동시키는 장치구동회로(42)와, 상기 브레드 보드에 실장된 센서로부터 제공되는 센서신호를 분석하여 상기 표시수단으로 출력하는 프로세서(43)를 포함하는 제어보드(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 메카트로닉스 실습 장비.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서(43)는 상기 브레드 보드(10)에 실장된 센서로부터 제공되는 센서신호를 A/D 변환하여 출력하는 A/D변환부(43t)와, 제어부(43c)를 포함하여 구성되며,
   상기 제어부(43c)는 다수의 센서신호 입력단자를 구비하되, 센서신호 입력단자는 상기 브레드 보드의 센서 실장부와, 상기 A/D변환부와 연결되어 제공되는 센서신호를 분석하여 상기 표시수단으로 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 메카트로닉스 실습 장비.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어보드에는 외부장치와 센서신호 관련 정보를 송수신하기 위한 다수의 외부기기접속수단(50)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 메카트로닉스 실습 장비.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는 센서신호 분석프로그램을 저장하기 위한 FPGA를 구비하여 상기 브레드보드에 실장된 센서로부터 제공되는 센서신호 또는 상기 A/D 변환부로부터 제공되는 센서신호를 상기 FPGA에 저장된 분석프로그램에 따라 분석 및 처리하되, 상기 외부기기접속수단에 접속된 외부장치로부터 제공되는 센서신호 분석프로그램을 상기 FPGA에 갱신 저장하여 갱신된 센서신호 분석프로그램에 따른 센서 분석처리를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 메카트로닉스 실습 장비.
5. 제1항에 있어서,
   상기 센서 실장부에 실장되는 센서는 심전도나 근전도, 맥파 및 혈압 중 적어도 하나를 포함하는 생체관련 신호를 감지하기 위한 센서이거나, 스트레인 강도나, 온도, 압력, 모터 중 적어도 하나를 포함하는 기계 또는 환경 관련 신호를 감지하기 위한 센서인 것을 특징으로 하는 메카트로닉스 실습 장비.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어보드는 상기 센서 실장부에 실장된 센서로부터 입력되는 센서신호를 증폭 출력하여 상기 A/D 변환부로 각각 출력하는 다수의 증폭기(43a)를 구비하고,
   상기 A/D 변환부(32t)는 각 증폭기로부터 제공되는 센서신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부로 각각 출력하도록 구성되며,
   상기 제어부는 상기 A/D변환부 및 상기 브레드보드로부터 제공되는 센서신호에 대한 센서 분석정보를 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 메카트로닉스 실습 장비.
7. 제5항에 있어서,
   상기 증폭기와 A/D 변환부 사이에는 증폭된 센서신호를 A/D변환부로 방향성출력하기 위한 아이솔레이터(43i)를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 메카트로닉스 실습 장비.
8. 제1항에 있어서,
   상기 장치 실장부(11)는 장치 제어신호를 생성하여 제어보드에 구비된 장치구동회로(42)에 송수신하는 장치제어키트(11k)인 것을 특징으로 하는 메카트로닉스 실습 장비.
   

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