KR0160745B1 - 트윈 엑스와이 로보트 제어방법 - Google Patents
트윈 엑스와이 로보트 제어방법Info
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- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
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Abstract
트윈 엑스와이 로보트에 관한 것으로서, 전달된 목표위치데이타를 읽어들이는 제1단계; 읽어들인 목표위치데이타와 서보구동부에서 피드백받은 현재 위치데이타 사이의 차이값을 구하는 제2단계; 구한 위치오차를 이용하여 제어를 실시하고, X축의 위치 데이타를 읽는 제3단계; 현재 제어되는 축이 Y1축인지 Y2축인지를 판단하는 제4단계; 판단한 결과가 축이 Y1축인 경우 비례, 적분, 미분제어한 결과와 피드 포워드 게인 조정기의 출력을 더해서 디지탈/아날로그 신호변환기로 보내는 제5단계; 상기 판단한 결과가 Y2축인 경우 동기제어 보상을 위해 Y1축과 Y2축의 위치편차를 구하는 제6단계; 부하하중의 분포에 따른 위치편차 해소를 위해 피드 포워드 게인 조정기의 출력과 위치편차와 보상게인을 곱한 편차보상결과와 Y2축의 비례, 적분, 미분 제어한 결과를 합해서 디지탈/아날로그 신호변환기로 보내는 제7단계; 상기 디지탈/아날로그 신호변환기로 공급된 제어된 결과를 아날로그 속도전압으로 바꾸어 서보구동부에 입력하는 제8단계; 서보 구동부에서는 입력된 속도 명령에 따라 시스템의 구동속도를 제어하여 원하는 목표위치까지 도달할 수 있도록 하는 제9단계를 포함한다. 따라서, 기구적인 비틀림으로 인한 손상과 소음발생을 없애고 시스템의 안정성 확보 및 세틀링 타임(settling time)을 줄여 고속작업을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
Description
제1도는 종래 기술의 트윈 엑스와이 로보트의 블럭도이다.
제2도는 종래 기술의 동기제어 블럭도이다.
제3도는 종래 기술의 트윈 엑스와이 로보트의 동작 흐름도이다.
제4도는 본 발명에 따른 동기제어 블럭도이다.
제5도는 본 발명에 따른 축별 피드 포워드 게인의 분포를 나타내는 도면이다.
제6도는 피드 포워드 게인 조정기의 동작 흐름도이다.
제7도는 본 발명에 따른 트윈 엑스와이 로보트의 동작 흐름도이다.
제8돈 본 발명과 종래 기술을 비교하기 위하여 Y1축 쪽에 위치하고 Y1, Y2축을 구동했을때 발생되는 위치편차를 측정하여 얻은 결과를 도시한 도면이다.
본 발명은 트윈 엑스와이(TWIN XY) 로보트에 관한 것으로서, 특히 트윈 엑스와이 로보트에서 부하에 따른 가변 피드포워드(FEEDFORWARD) 게인(GAIN)을 적용한 트윈 엑스와이 로보트 제어방법 및 그에 적합한 장치에 관한 것이다.
제1도는 종래 기술의 트윈 엑스와이 로보트의 블럭도이다.
제1도에 있어서, 참조부호 100은 제어기이고, 102는 제1서보 구동부이고, 104는 제2서보 구동부이고, 106은 제1모터이고, 108은 제2모터이고, 110a는 Y1축이고, 110b는 Y2축이고, 112는 X축이다.
제1도를 참조하면, 두개의 Y축(Y1, Y2)(110a, 110b)이 X축(112)에 고정되어 있는 구조이다. 이와 같은 구조에 있어서, 움직이는 동안 발생되는 Y1축(110a)과 Y2축(110b)간의 위치편차는 기구적인 비틀림을 유발함으로서 여러가지 문제점이 노출된다. 따라서, 트윈구조에서는 Y1축(110a)과 Y2축(110b)이 어느 정도 평행하게 동기제어를 할 수 있느냐에 전체 시스템의 성능이 좌우된다는 중요한 문제이다.
제2도는 종래 기술의 동기제어 블럭도이다.
제2도를 참조하면, e1은 Y1축(110a)의 위치오차값을 나타내고, e2는 Y2축(110b)의 위치오차값을 나타낸다. V1은 Y1축(110a)의 제1위치제어기(202)의 출력값 즉, 제1서보 구동부(206)의 입력값이고, V2는 Y2축(110b)의 제2위치제어기(204)의 출력값 즉, 제2서보 구동부(208)의 입력값을 나타낸다. f1은 제1서보 구동부(206)로부터 받은 Y1축(110a)의 실제위치를 나타내고, f2는 제2서보 구동부(208)로부터 받은 Y2축(110b)의 실제위치를 나타낸다. 또한, 제1서보 구도부(206)와 제1모터(210)는 Y1축(110a)을 구동시켜주며, 제2서보 구동부(208)와 제2모터(212)는 Y2축(110b)을 구동시킨다.
제3도는 종래 기술의 트윈 엑스와이 로보트의 동작 흐름도이다.
주제어기(200)에서 전달된 목표위치 데이타를 읽어들인다.(300단계)
상기 300단계에서 읽어들인 목표위치 데이타와 제1서보 구동부(206) 또는 제2서보 구동부(208)에서 피드백받은 현재 위치 데이타 사이의 차이값인 위치오차를 구한다.(302단계)
현제 제어되는 축이 Y1축(110a)인지 Y2축(110b)인지를 판단하여 현재 제어되는 축이 Y1축(110a)인 경우 상기 302단계에서 구한 위치오차의 결과를 디지탈/아날로그 신호변환기(도면에 제시되지 않음)로 보내고, Y2축(110b)인 경우 상기 302단계에서 구한 위치오차의 결과를 동기제어 보상을 한다.(304단계)
상기 304단계에서 현재 제어되는 축이 Y2축(110b)으로 판단되면, Y2축(110b)의 동기제어 보상을 위해 Y1축(110a)과 Y2축(110b)의 위치편차를 구한다.(306단계)
상기 306단계에서 구한 위치편차와 보상게인공급부(214)의 보상게인을 곱한 편차 보상결과와 Y2축(110b)의 위치오차의 결과를 합해서 디지탈/아날로그 신호변환기(도면에 제시하지 않음)로 보낸다.(308단계)
상기 304단계 또는 308단계에서 공급된 신호를 아날로그 속도전압으로 변환하여 제1서보 구동부(206) 또는 제2서보 구동부(208)에 입력한다.(310단계)
상기 310단계에서 선택된 제1서보 구동부(206) 또는 제2서보 구동부(208)에서는 입력된 속도 명령에 따라 시스템의 구동속도를 제어하여 원하는 목표위치까지 도달할 수 있도록 한다.(312단계, 314단계)
상술한 바와 같은 종래 기술은 제2도의 제어 블럭도와 같이 X축의 이동 즉, 부하(HEAD)의 이동에 따른 Y1축과 Y2축의 부하 하중이 달라지는 것에 대한 보상이 없기 때문에 부하가 Y1축 또는 Y2축 쪽으로 치우쳐 구동될 때 Y1축과 Y2축 사이의 편차가 많이 발생되어 기구적인 비틀림 현상이 일어나게 되어 기구적인 손상과 소음이 발생 시스템을 구동할 수 없는 상태가 되는 문제점이 잠재해 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 부하의 이동에 따른 Y1축과 Y2축간의 부하하중을 고려하여 피드포워드(FEEDFORWARD) 속도 제어를 각축의 가변되는 부하하중에 맞게 실시하여 부하하중에 따른 Y1축과 Y2축간의 위치편차의 증가를 막음으로써 최적제어를 실시하여 위치편차를 최소화하는 트윈 엑스와이 로보트 제어방법 및 그에 적합한 장치를 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 트윈 엑스와이 로보트 제어방법은 트윈 엑스와이 로보트 제어방법에 있어서, 전달된 목표위치 데이타를 읽어들이는 제1단계;
상기 제1단계에서 읽어들인 목표위치 데이타와 서보 구동부에서 피드백받은 현재 위치 데이타 사이의 차이값인 위치오차를 구하는 제2단계;
상기 제2단계에서 구한 위치오차를 이용하여 비례, 적분, 미분제어를 실시하고, X축의 위치 데이타를 읽는 제3단계;
현재 제어되는 축이 Y1축인지 Y2축인지를 판단하는 제4단계;
상기 제4단계에서 판단한 결과가 현재 제어되는 축이 Y1축인 경우 비례, 적분, 미분제어한 결과와 피드 포워드 게인 조정기의 출력을 더해서 디지탈/아날로그 신호변환기로 보내는 제5단계;
상기 제4단계에서 판단한 결과가 현재 제어되는 축이 Y2축인 경우 동기제어 보상을 위해 Y1축과 Y2축의 위치편차를 구하는 제6단계;
상기 제6단계 수행후 부하하중의 분포에 따른 위치편차 해소를 위해 피드 포워드 게인 조정기의 출력과 위치편차와 보상게인을 곱한 편차보상결과와 Y2축의 비례, 적분, 미분 제어한 결과를 합해서 디지탈/아날로그 신호변환기로 보내는 제7단계;
상기 제5단계 또는 제7단계에서 디지탈/아날로그 신호변환기로 공급된 제어된 결과를 아날로그 속도전압으로 바꾸어 서보 구동부에 입력하는 제8단계;
상기 8단계 수행후 서보 구동부에서는 입력된 속도 명령에 따라 시스템의 구동속도를 제어하기 원하는 목표위치까지 도달할 수 있도록 하는 제9단계를 포함한다.
또한, 적어도 피드 포워드 게인 조정을 수행하는 트윈 엑스와이 로보트 제어방법에 있어서, 실험적으로 바이어스 피드 포워드 게인(Bfg)을 구하는 제1단계;
Y1축과 Y2축의 위치명령 미분값인 속도명령값을 구하는 제2단계;
X축의 위치값을 사용하여 Y1축과 Y2축의 피드 포워드 게인값을
(여기서, A는 X축 볼 스크류(ball screw)의 스트로크(stroke)이고, B는 Y1 또는 Y2축에 X축의 부하가 모두 걸려 있을때 적용되는 피드 포워드 게인값으로서 실험적으로 구할 수 있다. 또한, ∠는 Y1축을 원점으로 하여 현재 부하가 위치한 거리이다.)와 같이 구하는 제3단계; 상기 제3단계에서 구한 피드 포워드 게인값에 상기 제1단계에서 구한 바이어스 포워드 게인값(Bfg)을 더하여 최종적으로 피드 포워드 게인조정기에서 구한 피드 포워드 게인값을
와 같이 구하는 제4단계를 포함한다.
또한, 상기 제1단계에서 바이어스 피드 포워드 게인(Bfg)을 구할 때는 Y1, Y2축을 무부하 상태에서 구동하면서 게인값을 구하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
제4도는 본 발명에 따른 동기제어 블럭도이다.
e1, e2는 Y1축과 Y2축의 위치오차값을 나타내고, V1, V2는 Y1축과 Y2축의 위치제어기의 출력값 즉, 서보구동부의 입력값이다. f1, f2는 서보구동부로부터 받은 Y1, Y2축의 실제 위치를 나타낸다. 제1서보 구동부 및 제1모터는 Y1축을 구동시켜 주며, 제2서보 구동부 및 제2모터는 Y2축을 구동시키는데 사용된다. 제1 및 제2피드 포워드 게인조정기는 부하의 이동에 따른 Y1축과 Y2축과의 위치편차를 최소화하기 위해 사용되며, X축의 위치(부하의 위치)에 따른 피드 포워드 게인값을 제5도와 같은 방식으로 찾아서 입력되는 목표위치를 미분하여 속도성분으로 만든 다음 이 값을 피드 포워드 게인과 곱해서 서보 구동부의 입력으로 출력한다.
제5도는 본 발명에 따른 축별 피드 포워드 게인의 분포를 나타내는 도면이다.
제5도에서 Y1축의 게인 Y1(GAIN)과 Y2축의 게인 Y2(GAIN)은 다음과 같다.
그러면, 피드 포워드 게인 조정기의 동작에 대해 기술하면 다음과 같다.
제6도는 피드 포워드 게인 조정기의 동작 흐름도이다.
바이어스 피드 포워드 게인(Bfg)을 실험적으로 구한다.(600단계) 상기 바이어스 피드 포워드 게인(Bfg)을 구할 때는 Y1, Y2축을 무부하 상태에서 구동하면서 게인값을 나타낸다.
Y1축과 Y2축의 위치명령 미분값인 속도명령값을 구한다.(602단계)
X축의 위치값을 사용하여 Y1축과 Y2축의 피드 포워드 게인값을 구한다.(604단계)
Y1축과 Y2축의 피드 포워드 게인값은 다음과 같이 구한다.
여기서, A는 X축 볼 스크류(ball screw)의 스트로크(stroke)이고, B는 Y1 또는 Y2축에 X축의 부하가 모두 걸려 있을때 적용되는 피드 포워드 게인값으로서 실험적으로 구할 수 있다. 또한 ∠는 Y1축을 원점으로 하여 현재 부하가 위치한 거리이다.
상기 604단계에서 구한 피드 포워드 게인값에 상기 600단계에서 구한 바이어스 포워드 게인값(Bfg)을 더하여 최종적으로 피드 포워드 게인조정기에서 구한 피드 포워드 게인값을 구한다.(606단계)
피드 포워드 게인값은 다음과 같다.
상기의 과정에서도 나타나듯이 피드 포워드 게인조정기는 X축의 위치 데이타에 따라 지수함수로 게인값을 계산하기 때문에 빠른 조정기능을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 일반적으로 부하의 변동에 따른 게인값의 분포는 비선형성을 가지게 되기 때문에 지수함수를 사용함으로서 비선형성으로 인한 오차를 최소화할 수 있다.
제7도는 본 발명에 따른 트윈 엑스와이 로보트의 동작 흐름도이다.
주제어기에서 전달된 목표위치 데이타를 읽어들인다.(700단계)
상기 700단계에서 읽어들인 목표위치 데이타와 서보 구동부에서 피드백받은 현재 위치 데이타 사이의 차이값인 위치오차를 구하고, 위치오차를 이용하여 비례, 적분, 미분제어를 실시하고, X축의 위치 데이타를 읽는다.(702단계)
현제 제어되는 축이 Y1축이지 Y2축인지를 판단한다.(704단계) 상기 704단계에서 현재 제어되는 축이 Y1축인지 Y2축인지를 판단하여 Y1축인 경우 비례, 적분, 미분제어한 결과와 피드 포워드 게인 조정기의 출력을 더해서 디지탈/아날로그 신호변환기(도면에 제시되지 않음)로 보낸다.(706단계, 708단계)
상기 704단계에서 현재 제어되는 축이 Y1축인지 Y2축인지를 판단하여 Y2축인 경우에는 동기제어 보상을 위해 Y1축과 Y2축의 위치편차를 구한다.(710단계)
상기 710단계 수행후 부하하중의 분포에 따른 위치편차 해소를 위해 피드 포워드 게인 조정기의 출력과 위치편차와 보상게인을 곱한 편차보상결과와 Y2축의 비례, 적분, 미분 제어한 결과를 합해서 디지탈/아날로그 신호변환기(도면에 제시되지 않음)로 보낸다.(712단계, 714단계)
디지탈/아날로그 신호변환기(도면에 제시되지 않음)에서는 제어된 결과를 아날로그 속도전압으로 바꾸어 서보 구동부에 입력한다.(716단계)
서보 구동부에서는 입력된 속도 명령에 따라 시스템의 구동속도를 제어하여 원하는 목표위치까지 도달할 수 있도록 한다.(718단계, 720단계)
본 발명은 종래 기술과 비교하기 위하여 Y1축 쪽에 위치하고, Y1, Y2축을 구동했을때 발생되는 위치편차를 측정하여 제8도와 같은 도표로 결과를 도시하였다. 제8도의 도표에서 본 발명의 기술을 적용하면 종래의 기술을 적용하였을 때와 비교하여, Y1, Y2축 사이의 위치편차가 반으로 줄어드는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은 피드 포워드 제어기뿐만 아니라 위치 제어기내의 비례, 적분, 미분 제어기 내에서도 적용이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 발명할 수 있음은 명백하다.
상술한 바와 같은 트윈 엑스와이 로보트 제어방법 및 그에 적합한 장치는 기구적인 비틀림으로 인한 손상과 소음발생을 없애고 시스템의 안정성 확보 및 세틀링 타임(settling time)을 줄여 고속작업을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
Claims (3)
- 트윈 엑스와이 로보트 제어방법에 있어서, 전달된 목표위치 데이타를 읽어들이는 제1단계; 상기 제1단계에서 읽어들인 목표위치 데이타와 서보 구동부에서 피드백받은 현재 위치 데이타 사이의 차이값인 위치오차를 구하는 제2단계; 상기 제2단계에서 구한 위치오차를 이용하여 비례, 적분, 미분제어를 실시하고, X축의 위치 데이타를 읽는 제3단계; 현재 제어되는 축이 Y1축인지 Y2축인지를 판단하는 제4단계; 상기 제4단계에서 판단한 결과가 현재 제어되는 축이 Y1축인 경우 비례, 적분, 미분제어한 결과와 피드 포워드 게인 조정기의 출력을 더해서 디지탈/아날로그 신호변환기로 보내는 제5단계; 상기 제4단계에서 판단한 결과가 현재 제어되는 축이 Y2축인 경우 동기제어 보상을 위해 Y1축과 Y2축의 위치편차를 구하는 제6단계; 상기 제6단계 수행후 부하하중의 분포에 따른 위치편차 해소를 위해 피드 포워드 게인 조정기의 출력과 위치편차와 보상게인을 곱한 편차보상결과와 Y2축의 비례, 적분, 미분 제어한 결과를 합해서 디지탈/아날로그 신호변환기로 보내는 제7단계; 상기 제5단계 또는 제7단계에서 디지탈/아날로그 신호변환기로 공급된 제어된 결과를 아날로그 속도전압으로 바꾸어 서보 구동부에 입력하는 제8단계; 상기 제8단계 수행후 서보 구동부에서는 입력된 속도 명령에 따라 시스템의 구동속도를 제어하여 원하는 목표위치까지 도달할 수 있도록 하는 제9단계를 포함하는 트윈 엑스와이 로보트 제어방법.
- 적어도 피드 포워드 게인 조정을 수행하는 트윈 엑스와이 로보트 제어방법에 있어서, 실험적으로 바이어스 피드 포워드 게인(Bfg)을 구하는 제1단계; Y1축과 Y2축의 위치명령 미분값인 속도명령값을 구하는 제2단계; X축의 위치값을 사용하여 Y1축과 Y2축의 피드 포워드 게인값을(여기서, A는 X축 볼 스크류(ball screw)의 스트로크(stroke)이고, B는 Y1 또는 Y2축에 X축의 부하가 모두 걸려 있을때 적용되는 피드 포워드 게인값으로서 실험적으로 구할 수 있다. 또한, ∠는 Y1축을 원점으로 하여 현재 부하가 위치한 거리이다.)와 같이 구하는 제3단계; 상기 제3단계에서 구한 피드 포워드 게인값에 상기 제1단계에서 구한 바이어스 포워드 게인값(Bfg)을 더하여 최종적으로 피드 포워드 게인조정기에서 구한 피드 포워드 게인값을와 같이 구하는 제4단계를 포함하는 트윈 엑스와이 로보트 제어방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1단계에서 바이어스 피드 포워드 게인(Bfg)을 구할 때는 Y1, Y2축을 무부하 상태에서 구동하면서 게인값을 구함을 특징으로 하는 트윈 엑스와이 로보트 제어방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019950069754A KR0160745B1 (ko) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 트윈 엑스와이 로보트 제어방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019950069754A KR0160745B1 (ko) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 트윈 엑스와이 로보트 제어방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR970033632A KR970033632A (ko) | 1997-07-22 |
| KR0160745B1 true KR0160745B1 (ko) | 1998-12-15 |
Family
ID=19448580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019950069754A KR0160745B1 (ko) | 1995-12-30 | 1995-12-30 | 트윈 엑스와이 로보트 제어방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR0160745B1 (ko) |
-
1995
- 1995-12-30 KR KR1019950069754A patent/KR0160745B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR970033632A (ko) | 1997-07-22 |
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