KR0126786B1 - 회전축의 기준위치 검출방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전축의 작업 영역을 확장시키면서 주변장치와의 간섭, 예를 들면 케이블과의 간섭 혹은 케이블의 꼬임등을 배제할 수 있는 회전축의 기준위치 검출방법 및 장치에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은, 모터와 같은 회전기에 의해 회전구동되는 회전축과, 상기 회전축의 위치를 감지하는 센서와, 상기 회전축에 형성되어 상기 센서가 회전축의 위치를 감지하도록 하는 센서감지체, 및 상기 모터를 제어하며 상기 회전축에 대한 위치정보를 저장하는 제어기를 구비한 위치제어기구에서 상기 회전축이 수회 회전한 후 다시 소정의 작업이 수행되도록 회전축의 작업중심점인 절대기준위치를 검출하는 회전축의 기준위치 검출방법에 있어서, 상기 센서가 상기 센서감지체를 검출할 때까지 상기 회전축을 회전하여 상기 센서가 상기 센서감지체를 검출한 위치를 제1기준위치로 하고, 상기 제1기준위치를 상기 제어기내에서 설정되어 저장된 기준위치정보와 비교하여 상기 모터의 보상회전수가 산출되도록 위치오차를 구하고, 상기 위치오차에 의해 산출된 보상회전수로 상기 모터를 회전하여 상기 절대기준위치를 검출함으로써, 회전축의 작업영역을 ±180°이상으로 할 수 있다.

Description

회전축의 기준위치 검출방법 및 장치

제1도는 회전축의 위치제어를 구현하는 구동메카니즘을 개략적으로 도시한 구성도.

제2도는 종래 회전축의 기준위치 검출방법을 설명하기 위한 개략적인 구성도.

제3도는 종래 회전축의 기준위치 검출방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적인 구성도.

제4도는 본 발명에 따른 회전축의 기준위치 검출방법을 구현하는 구성도.

제5도 (가)에서 (마)는 본 발명에 따른 회전축의 기준위치 검출장치의 동작을 도시한 동작도.

제6도는 본 발명에 따른 회전축의 기준위치 검출방법의 단계를 보이는 흐름도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

31 : 모터 32 : 변속기어

33 : 구동기어 35 : 회전축

41 : 센서감지체 42 : 센서

본 발명은 회전축의 기준위치 검출방법 및 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 회전축의 작업 영역을 확장시키면서 주변장치와의 간섭, 예를 들면 케이블과의 간섭등을 배제할 수 있는 회전축의 기준위치 검출방법 및 장치에 관한 것이다.

예를 들면, 로보트 또는 공작기계는 모터와 같은 회전기의 회전력을 이용하여 로보트팔 또는 이송축을 구동하는데, 이때 로보트팔 또는 이송축등의 작업수단이 소정의 작업을 수행하기 위해서는 로보트팔 또는 이송축의 위치 즉, 로보트팔 또는 이송축과 관련된 회전축의 기준위치를 수시로 검출할 필요가 있게 된다. 이와 같이 회전축의 기준위치를 검출하는 기준위치 검출수단을 포함하며 회전기의 회전력을 이용하는 구동기구(mechanism)의 일례를 제1도에 개략적으로 나타내 보였다.

이것은 실질적으로 회전력을 제공하는 모터(11)와, 모터(11)의 회전력을 변속하는 변속기어(12), 변속기어(12)에서 변속된 모터(11)의 회전력을 전달받아 최종적으로 목적수행을 하는 구동 기어(13)가 마련된 회전축(15) 및 각 기어들을 연결하는 벨트(B1,B2)로 구성되어 로보트 또는 공작기계가 소정의 작업수행을 할 수 있도록 된 것이다. 여기서, 상기 회전축(15)은 로보트의 회전관절부에 설치되어 로보트팔을 회전동작시킬 수 있으며, 또는 공작기계의 이송축으로서 회전동작할 수도 있는 것이다.

상기의 구동 기구(mechanism)에 의해서 목적하는 소정의 작업이 정확하게 이루어지기 위해서는 회전축(15)의 위치제어가 필요한데, 이러한 회전축(15)의 위치제어를 위해서는 모터(11) 또는 회전축(15)의 회전 기준위치 검출과 변속기어(12)의 적절한 구성이 요구된다.

모터(11) 또는 회전축(15)의 회전 기준위치를 검출하면서 정밀한 회전축(15)의 위치제어를 하기 위해서는 특히, 회전축(15)에 대한 위치계산의 기준점이 되는 절대기준위치를 정확하게 검출해야만 되는 것이다.

회전축(15)의 절대기준위치를 검출하는 일실시예를 제2도에 개략적으로 나타내 보였다. 이것은 센서 감지체(21)가 소정 위치에 형성된 회전축(15)이 회전 시작위치에서 일 방향으로 소정 각도(180°이내) 회전할 때, 센서 감지체(21)가 센서(22)에 의해 감지되면 센서(22)에 의해 감지된 회전축(15)의 위치를 절대기준위치로서 검출한 것으로 한다. 만일, 회전축(15)이 소정 각도 회전하여도 센서 감지체(21)가 센서(22)에 의해 감지되지 않으면 센서 감지체(21)가 센서(22)에 의해 감지될 때까지 회전축(15)을 반대방향으로 회전하여서 절대기준위치를 검출하도록 된 것이다.

그리고, 회전축(15)의 절대기준위치를 검출하는 다른 실시예는 제3도에 도시된 바와 같이, 회전축(15)의 소정 영역에 형성된 센서 감지부(24)에 의해 센서(25)가 온(ON)되어 있으면 회전축(15)을 시계방향으로 회전하고 센서(25)가 오프(OFF)되어 있으면 회전축(15)을 반시계방향으로 회전을 하여서 센서(25)의 상태가 변화되는 지점을 절대기준위치로서 검출된 것으로 한 것이다.

상술한 바와 같이 회전축의 절대기준위치를 검출하는 종래의 기술은 회전축의 작업영역을 ±180°범위 이내로 제한하며, 또한 기타 외력에 의해 회전축이 회전한 경우에는 정확한 절대기준위치를 검출할 수 없거나 부가적인 기구(예를 들면, 케이블)의 손상(즉, 케이블의 꼬임)을 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 절대기준위치를 검출하기 위한 센서이외의 부가적인 기구의 설치없이도 작업영역을 ±180°범위 이상으로 확대할 수 있으며, 케이블과 같은 부재의 손상도 방지할 수 있는 회전축의 기준위치 검출방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 회전축의 기준위치 검출방법은, 모터와 같은 회전기에 의해 회전구동되는 회전축과, 상기 회전축의 위치를 감지하는 센서와, 상기 회전축에 형성되어 상기 센서가 회전축의 위치를 감지하도록 하는 센서감지체, 및 상기 모터를 제어하며 상기 회전축에 대한 위치정보를 저장하는 제어기를 구비한 위치제어기구에서 상기 회전축이 수회 회전한 후 다시 소정의 작업이 수행되도록 회전축의 작업중심점인 절대기준위치를 검출하는 회전축의 기준위치 검출방법에 있어서, 상기 센서가 상기 센서감지체를 검출할 때까지 상기 회전축을 회전하여 상기 센서가 상기 센서감지체를 검출한 위치를 제1기준위치로 하는 단계와, 상기 회전축이 수회 회전된 후 다시 절대기준위치를 검출하기 위해 상기 제어기내에서 설정되어 저장된 기준위치정보와 상기 제1기준위치를 비교하여 상기 모터의 보상회전수가 산출되도록 위치오차를 구하는 단계와, 상기 위치오차에 의해 산출된 보상회전수로 상기 모터를 회전하여 상기 절대기준위치를 검출하는 단계를 포함하여 된 점에 그 특징이 있다.

그리고, 본 발명에 따른 회전축의 기준위치 검출장치는, 모터와 같은 회전기에 의해 회전구동되는 회전축과, 상기 회전축의 위치를 감지하는 센서와, 상기 회전축에 형성되어 상기 센서가 회전축의 위치를 감지하도록 하는 센서감지체 및 상기 모터의 회전력을 변속하여 상기 회전축에 전달하는 변속기를 구비한 회전축의 기준위치 검출장치에 있어서, 상기 변속기는 상기 회전축이 1회전한 경우 상기 모터의 위치가 상기 회전축이 회전하기 전의 위치와 소정 크기의 위치오차가 발생되도록 구조 개선된 점에 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 이하에 설명되는 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며, 동일한 기술범위내에서 많은 변용예가 가능함은 물론이다.

본 발명에 따른 회전축의 기준위치 검출방법 및 장치는 회전축에 의해 소정의 작업이 수행되는 중심점이며 회전축이 위치계산을 하는 위치인 절대기준위치를 회전축이 수회 회전한 후 다시 검출하는 것으로서, 이를 달성하기 위해 마이크로프로세서(MPU)와 롬(ROM), 램(RAM)이 포함되어 있으며 주변기기 및 사용자와의 인터페이스를 수행하는 주제어기(44)와, 주제어기(44)로부터 명령을 받아 실질적으로 모터(31)를 구동하는 위치제어기(45)와, 위치제어기(45)로부터 회전구동명령을 받아 회전되는 모터(31)와, 모터(31)로부터 기어(G1,2,3,4) 및 벨트(B1,2)를 포함하는 동력전달장치(32)를 통하여 전달된 동력에 의하여 회전운동을 하는 회전축(35)을 구비한다. 또한, 회전축(35)에 부착되어서 회전축(35)과 같이 회전되는 센서감지체(41)와, 회전축(35)과는 별도로 고정되어 있으며 센서감지체(41)와 상호 작용에 의해 온/오프 동작되어 이에 따른 온/오프 신호를 주제어기(44) 또는 위치 제어기(45)로 전달하는 센서(42)를 구비한다. 여기서, 상기 동력전달장치(32)는 변속기어로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의해서 본 발명에 따른 회전축의 기준위치 검출방법 및 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서, 제5도 (가)에서 (라)를 참조하면 회전축(35)이 1회전한 경우 모터(31)의 위치(α2)가 회전축(35)이 회전을 시작하기 전의 위치(α1)와 α(즉, α=α1-α2)만큼 차이가 나도록 동력전달장치(32)의 기어(G2,3)를 설계한다. 이는 회전축(35)이 1회전할 경우 모터(31)의 위치가 동일한 곳에 위치하게 되면 회전축(35)의 회전여부 및 회전수를 판별할 수가 없기 때문이다. 그 다음 α와 관련된 아래의 식을 만족시킨다.

(1); α≥2β

(2); αγ/2

상기 식에서 β는 센서(22)의 위치(SP)를 기준으로 모터(31)를 정지시켰을때(이를 원점복귀라 한다) 발생하는 위치오차이고, γ는 모터(31)를 위치제어하는데 있어서 위치제어가 가능한 최소량인 모터(31)의 제어 가능 분해능이다. 여기서, β를 더 상세히 설명하면 센서(42)를 이용하여 원점복귀를 수회 반복할 경우 제어 방법 및 제어기술에 따라 일정량의 오차를 가지게 되는데 이 양이 β이다.

상기 제1식은 회전축(35)이 1회전할 경우 모터(31)의 위치차이(α)는 모터의 원심복귀오차(β)의 2배 이상이여야 한다는 것을 나타내는 것으로서, 이는 이식을 만족하지 않을 경우 원점복귀의 오차로 인한 보상 회전수의 계산이 정확하게 되지 않을 수 있기 때문이다. 또한 상기 제2식은 모터(31) 1회전시의 위치오차(α)는 모터 분해능(γ)의 반보다 작아야 한다는 것을 나타내는 것으로서, 이는 모터(31)의 회전수 및 회전방향을 정확하게 판단하기 위해서이다.

상기의 공식이 만족된 상태에서 회전축(35)의 위치검출방법을 설명하면 다음과 같다.

제4도 내지 제6도를 참조하면, 단계 101에서 회전축(35)의 센서감지체(41)를 센서(42)가 검출할 수 있도록 회전축(35)을 일방향으로 회전시킨다. 즉, 원점복귀시킨다. 회전축(35)이 180°를 회전하기 전에 센서(42)가 감지체(41)를 감지하면 그 위치를 제1기준위치(P1)로 하며, 회전축(35)이 180°를 회전하는 동안 감지체(41)를 감지하지 못하면, 센서(42)가 감지체(41)를 감지할 때까지 회전축(35)을 반대방향으로 회전시켜 그 위치를 제1기준위치(P1)로 한다(단계 103,105).

상기와 같이 제1기준위치(P1)를 설정한 후 단계 107에서 상기 제1기준위치(P1)를 회전축(35)의 위치계산의 기준이 되는 주제어기(44)의 롬 또는 램에 저장되어 있거나 회로적으로 구성되어 있을 수 있는 절대기준위치(Pa)와 비교하여서 위치오차(Pe)를 계산한다. 여기서, Pe=Pa-P1)이고, 절대기준위치(Pa)는 전술한 바와 같이 회전축(35)이 위치계산을 하는 기준위치로서 본 발명에 따른 회전축의 위치 검출방법은 회전축(35)이 수회 회전을 한 경우 다시 이 위치를 찾는 것이다. 즉, 상기 절대기준위치(Pa)는 회전축(35)이 1회전내로 회전할 경우를 상정해서 설정한 기준위치이고, 본 발명은 회전축(35)이 수회 회전을 하고 난 뒤 다시 이 절대기준위치(Pa)를 찾는 것이다.

그 다음 위치오차(Pe)를 α와 비교하여 아래와 같은 공식에 의해 회전축(35)의 절대기준위치를 검출하기 위한 모터(31)의 보상회전수(Pc)를 다음과 같이 산출한다(단계 109).

Pc=Pe/α

Pmod=Pc%α

여기서, %기호는 Pe를 α로 나눈 나머지를 나타내며, |Pmod]≥(α/2)이면 Pc를 1증가 또는 1감소시킨다. 즉, Pe와 α의 부호가 같은 경우에는 1을 증가시키고 Pe와 α의 부호가 다른 경우에는 1을 감소시킨다. 이와 같이 Pc를 증가시키거나 감소시키는 것은 제1기준위치(P1) 설정시에 β만큼의 오차를 가질 수 있는데, β가 음수인 경우 회전수를 정확하게 계산하기 위해서이며, 이로써 회전축(35)의 절대기준위치(Pa)를 찾기 위한 보상 회전수가 계산된 것이다(단계 109).

그 다음 Pc값을 회전축(35)의 보상회전수로 하여 회전축(35)을 회전시키고 회전이 완료된 위치를 제2기준위치로 하면, 이 제2기준위치가 본 발명에서 찾고자 하는 절대기준위치가 되는 것이다(단계 111,113). 이와 같이 절대기준위치를 검출하고 난 후, 새로운 회전축(35)의 위치제어를 시작한다(단계 115).

본 발명에 있어서, 센서감지체(21)의 구성은 제2도의 구성을 기준으로 하였으나, 제3도와 같은 형상의 센서감지체(24)로도 구성이 가능하다.

제3도의 센서감지체(24)를 이용하면 먼저 일방향으로 180°를 돌면서 감지체(4)의 감지여부를 점검하고 감지부가 감지되지 않은 경우 반대방향으로 회전하는 번거로움이 없이 바로 기준위치 방향으로 회전할 수 있는 이점이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 회전축이 수회 회전된 후에 다시 회전축의 절대기준위치를 검출하기 위해서 센서이외의 부가적인 기구의 설치없이도 작업영역을 ±180°범위 이상으로 확대할 수 있는 이점을 제공한다.

Claims (6)

1. 모터와 같은 회전기에 의해 회전구동되는 회전축과, 상기 회전축의 위치를 가지하는 센서와, 상기 회전축에 형성되어 상기 센서가 회전축의 위치를 감지하도록 하는 센서감지체, 및 상기 모터를 제어하며 상기 회전축에 대한 위치정보를 저장하는 제어기를 구비한 위치제어기구에서 상기 회전축이 수회 회전한 후 다시 소정의 작업이 수행되도록 회전축의 작업중심점인 절대기준위치를 검출하는 회전축의 기준위치 검출방법에 있어서, 상기 센서가 상기 센서감지체를 검출할 때까지 상기 회전축을 회전하여 상기 센서가 상기 센서감지체를 검출한 위치를 제1기준위치로 하는 단계와, 상기 회전축이 수회 회전된 후 다시 절대기준위치를 검출하기 위해 상기 제어기내에서 설정되어 저장된 기준위치정보와 상기 제1기준위치를 비교하여 상기 모터의 보상회전수가 산출되도록 위치오차를 구하는 단계와, 상기 위치오차에 의해 산출된 보상회전수로 상기 모터를 회전하여 상기 절대기준위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전축의 기준위치 검출방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 위치오차를 산출하는 단계는 상기 제1기준위치와 상기 절대기준위치의 사칙연산에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 회전축의 기준위치 검출방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보상회전수는 모터의 위치오차에 의해 소정값이 가감되는 것을 특징으로 하는 회전축의 기준위치 검출방법.
4. 모터와 같은 회전기에 의해 회전구동되는 회전축과, 상기 회전축의 위치를 감지하는 센서와, 상기 회전축에 형성되어 상기 센서가 회전축의 위치를 감지하도록 하는 센서감지체 및 상기 모터의 회전력을 변속하여 상기 회전축에 전달하는 변속기를 구비한 회전축의 기준위치 검출장치에 있어서, 상기 변속기는 상기 회전축이 1회전한 경우 상기 모터의 위치가 상기 회전축이 회전하기 전의 위치와 소정 크기의 위치오차가 발생되도록 구조 개선된 것을 특징으로 하는 회전축의 기준위치 검출장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 위치오차는 상기 회전축을 상기 센서를 기준으로 하여 정지시켰을때 발생하는 모터의 위치오차보다 2배이상 되도록 된 것을 특징으로 하는 회전축의 기준위치 검출장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 위치오차는 상기 모터분해능의 1/2이하가 되도록 된 것을 특징으로 하는 회전축의 기준위치 검출장치.