KR100446858B1 - 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템 및방법 - Google Patents

일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히, 모터 제어 시스템의 제어 및 네트워크 연결을 위한 보드들을 일체화하고 수정발진자의 수를 줄인 일체형 모터부를 구현하여 분산 제어 방식의 모터 제어 시스템이 소형화되도록 한 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템을 구현하여 별다른 부가장치 및 다량의 배선 없이 네트워크를 통하여 손 쉽게 각 모터를 제어할 수 있으므로, 별도의 모터 제어기 및 앰프를 구입하거나 제작할 필요가 없으며, 다량의 배선이 불필요하게 되고 전체 모터 제어 시스템의 구조변경 없이 용이하게 모터를 가감할 수 있으며, 다수의 모터가 사용되는 모터 제어 시스템을 구성할 때 공간 확보 및 유지 보수에 있어서 큰 부담을 덜 수 있게 하고, 또한, 모터 제어 시스템에 필요한 수정발진자 개수를 줄임으로써 전체 모터 제어 시스템의 부피를 최소화 할 수 있다.

Description

일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템 및 방법{Miniaturized Motor Control System And Method Using Integration Motor Part}
본 발명은 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히, 모터 제어 시스템의 제어 및 네트워크 연결을 위한 보드들을 일체화하고 수정발진자의 수를 줄인 일체형 모터부를 구현하여 분산 제어 방식의 모터 제어 시스템이 소형화되도록 한 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 최근 자동화 및 로봇 기술의 발달로 산업 현장을 비롯하여 교육 및 일상생활에서 모터(Motor)를 이용한 모터 제어 시스템이 급격히 증가되고 있고, 하나의 모터 제어 시스템에 필요한 모터의 수도 방대해지기에 이르렀다.
따라서, 모터 제어 시스템이 다수의 모터와 이에 따른 다수의 배선을 구비하는 경우에, 해당 모터 제어 시스템의 부피가 매우 커지게 되었다.
먼저, 종래의 모터 제어 시스템을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 모터 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 모터 제어 시스템은 모터(21)에 대한 위치 또는 속도 제어 신호를 포함하는 통신 데이터를 생성하는 중앙 제어기(10)와, 상기 모터(21)의 회전각 및 회전속도를 감지하여 상기 모터(21)에 대한 회전 상태를 센싱하는 다수의 엔코더(22)와, 상기 엔코더(22)로부터 전달받은 상기 모터(21)에 대한 회전 상태 데이터를 통해 해당 모터(21)에 대한 위치 및 속도를 판별한 후, 상기 중앙 제어기(10)로부터 전달받은 통신 데이터에 포함된 해당 모터(21)에 대한 위치 또는 속도 제어 신호에 따라 상기 모터(21)가 동작하도록 하는 제어 출력(PWM : Pulse Width Modulation)을 생성하는 모터 제어기(20)와, 상기 모터 제어기(20)로부터 제어 출력을 전달받아 상기 모터(21)에 실제 전압을 공급하여 해당 모터(21)를 동작시키는 다수의 앰프(Amp)(23)를 포함하여 이루어진다.
상술한 바와 같이 구성된 종래의 모터 제어 시스템에서는 각각의 모터(21)의 외부에 앰프(23) 및 모터 제어기(20)가 별도로 필요하게 됨에 따라, 다수의 모터(21)를 제어할 필요가 있을 때, 각각의 모터(21)를 구동하기 위하여 상기 앰프(23)와 상기 모터 제어기(20)사이에 4개의 배선이 필요하고, 각각의 모터(21)를 센싱하기 위하여 상기 엔코더(22)와 상기 모터 제어기(20)사이에 6개의 배선이 필요하게 된다.
여기서, 상기 앰프(23)와 상기 모터 제어기(20)사이에 필요한 4개의 배선에는 상기 앰프(23)를 켜고 끄는 역할을 하는 이네이블(Enable) 배선과, 상기 모터(21)에 실제 인가할 전압에 비례하는 값(듀티(Duty)가 0%이면 0V, 100%이면 최대 전압)으로 신호파의 진폭에 따라서 펄스 폭을 변환하여 해당 모터(21)에 대한 위치 및 속도 제어 신호에 따라 상기 모터(21)가 동작하도록 하는 제어 출력 배선과, 상기 모터(21)의 회전 방향(정방향인지 아니면 역방향인지)을 설정하는 디렉션(Direction) 배선과, 그라운드를 위한 GND(GrouND) 배선이 포함된다.
또한, 상기 엔코더(22)와 상기 모터 제어기(20)사이에 필요한 6개의 배선에는 상기 엔코더(22)가 위상(Phase)이 다른 2개의 신호정보(A신호와 B신호)를 상기 모터 제어기(20)에 제공하기 위한 A+ 배선, A- 배선, B+ 배선 및 B- 배선과, 전원인가를 위한 전원(VCC) 배선과, 그라운드를 위한 GND 배선이 포함된다.
이에 따라, 종래의 모터 제어 시스템에서는 모터(21)의 개수에 비례하여 상당량의 배선이 필요하게 된다. 즉, 상기 한 개의 모터(21)를 제어하기 위하여 상기 앰프(23)와 상기 모터 제어기(20)사이에 4개의 배선과 상기 엔코더(22)와 상기 모터 제어기(20)사이에 6개의 배선을 합한 10개의 배선이 필요하므로, 상기 모터(21)의 개수가 n개이면, 전체 종래의 모터 제어 시스템에서는 10n개의 배선이 필요하게 된다.
한편, 종래의 모터 제어 시스템에서는 클럭 발생을 위한 수정발진자(Crystal)(도 1에 도시되지 않음)가 네트워크 모듈(도 1에 도시되지 않음), 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; 이하, CPU라 함)(도 1에 도시되지 않음), 모터 제어기(20)에 각각 1개씩 연결되어 있는데, 해당 수정발진자는 클럭을발생하여 각각 연결된 네트워크 모듈, 중앙 처리 장치 및 모터 제어기(20)에 인가하였다.
따라서, 종래의 모터 제어 시스템에서는 모터의 개수에 비례하여 상당량의 배선이 필요하고, 별도의 상용 모터 제어기 및 상용 앰프를 사용하므로 해당 모터에 맞는 모터 제어기와 앰프를 선택해야 하며, 그렇지 않으면 모터 제어기 및 앰프에 맞는 모터를 선택해야 하기 때문에 그 선정의 폭에 있어서 제한이 커지게 되는 문제점이 있었다. 특히, 사용하고자 하는 모터의 종류가 다르거나 용량이 다를 경우 이러한 문제는 더욱 커진다.
또한, 종래의 모터 제어 시스템에서는 모터 개수를 가감할 때마다 모터 제어기 및 앰프 개수를 가감해야 하므로, 전체 종래의 모터 제어 시스템의 하드웨어에 대한 구조 변경이 불가피 해지는데, 이로 인하여 전체 종래의 모터 제어 시스템을 구성할 때, 모터 제어기 및 앰프 부착을 위한 위치 설정에 있어서 적지 않은 부담이 되고 유지보수 또한 어려워지는 문제점이 있었다. 특히, 매니퓰레이터(Manipulator)등과 같은 로봇시스템 뿐만 아니라 힘 전달 햅틱 장치(Force Feedback Haptic Device)와 같은 다수의 모터를 사용하는 모터 제어 시스템에서는 더욱 어려워진다.
그리고, 종래의 모터 제어 시스템에서는 수정발진자가 그 기능에 비해 사이즈(Size)가 크므로, 전체 모터 제어 시스템의 부피를 소형화하는데 걸림돌이 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모터 제어 시스템에서 모터를 제어하고 구동하기 위한 모터 제어 보드, 네트워크 보드 및 커넥터 보드를 일체화하고, 클럭 발생을 위한 수정발진자의 개수를 줄인 일체형 모터부를 구현함으로써, 모터 제어 시스템이 소형화되도록 하고 해당 일체형 모터부가 중앙 제어기와 제어 배선으로 구성된 네트워크를 통해 통신할 수 있도록 하는데, 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 모터 제어 시스템을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템을 나타낸 블록도.
도 3은 도 2에 있어, 일체형 모터부를 나타낸 사시도.
도 4는 도 3에 있어, 일체형 모터부를 구성하는 보드들을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 방법을 나타낸 순서도.
도 6은 도 5에 있어, 클럭 변화 과정을 나타낸 순서도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 일체형 모터부 110 : 하우징
111 : 모터 112 : 코드 휠
120 : 모터 제어 보드 121 : 모터 제어기
122 : 엔코더 123 : 앰프
124 : 전압 단속기 130 : 네트워크 보드
131 : CPU 132 : 네트워크 모듈
133 : 수정발진자 140 : 커넥터 보드
141 : 리밋 스위치 커넥터 142 : ISP 커넥터
143 : 파워 및 네트워크 커넥터 200 : 중앙 제어기
300 : 제어 배선
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템은 모터에 대한 제어 신호를 포함한 통신 데이터를 생성하고 해당 모터에 대한 회전 상태 데이터를 전달받아 제어 배선으로 구성된 네트워크를 통해 모터에 대한 전반적인 제어 및 관리를 하는 중앙 제어기와; 상기 중앙 제어기로부터 전달받은 통신 데이터에 포함된 모터에 대한 제어 신호에 따라 모터를 구동시키고 해당 모터에 대한 회전 상태 데이터를 상기 중앙 제어기로 전달하는 다수의 일체형 모터부를 포함하되, 상기 일체형 모터부는, 하우징에 둘러싸인 모터와; 상기 모터의 회전 상태를 감지하기 위한 코드 휠과; 상기 모터에 대한 제어 신호에 따라 상기 모터를 구동하고 해당 모터에 대한 회전 상태 데이터를 생성하는 모터 제어 보드와; 상기 중앙 제어기로부터 전달받은 통신 데이터에서 모터에 대한 제어 신호를 추출하여 상기 모터 제어 보드에 전달하고 해당 모터 제어 보드로부터 모터에 대한 회전 상태 데이터를 전달받아 상기 중앙 제어기로 전달하며 상기 모터 제어 보드와 착탈이 가능한 네트워크 보드와; 상기 모터 제어 보드 및 상기 네트워크 보드를 네트워크를 통해 상기 중앙 제어기에 연결하며 상기 모터 제어 보드 및 상기 네트워크 보드와 착탈이 가능한 커넥터 보드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 방법은 중앙 제어기가 통신 데이터와 전원을 제어 배선을 통해 파워 및 네트워크 커넥터로 전달하는 통신 데이터와 전원 전달 과정과; 수정발진자로부터 초기 구동 클럭을 인가 받아 모터 제어 시스템 부팅 시에 최초 클럭을 발생하여 출력하는 과정과; 해당 출력된 최초 클럭을 CPU 와 모터 제어기에 인가하여 동작시키는 과정과; 클럭변경명령을 상기 CPU로부터 전달받아 변경 클럭을 발생하여 출력하는 과정과; 해당 출력된 변경 클럭을 상기 CPU와 상기 모터 제어기에 인가하여 동작시키는 과정과; 상기 파워 및 네트워크 커넥터가 통신 데이터에 포함된 모터에 대한 제어 신호를 상기 모터 제어기로 전달하는 모터에 대한 제어 신호 전달 과정과; 상기 모터 제어기가 해당 모터에 대한 제어 신호에 따라 모터를 동작시키는 모터 구동 과정과; 상기 모터 제어기가 상기 모터에 대한 회전 상태 데이터를 상기 중앙 제어기로 전달하는 모터에 대한 회전 상태 데이터 전달 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템은 모터에 대한 위치 및 속도 제어 신호를 포함한 통신 데이터를 생성하고 해당 모터에 대한 회전 상태 데이터를 전달받아 제어 배선(300)으로 구성된 네트워크를 통해 모터에 대한 전반적인 제어 및 관리를 하는 중앙 제어기(200)와, 상기 중앙 제어기(200)로부터 전달받은 통신 데이터에 포함된 모터에 대한 위치 및 속도 제어 신호에 따라 모터를 구동시키고 해당 모터에 대한 회전 상태 데이터를 상기 중앙 제어기(200)로 전달하는 다수의 일체형 모터부(100)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 중앙 제어기(200)와 상기 다수의 일체형 모터부(100)사이에 4개의 제어 배선(300)이 필요하게 되는데, 해당 4개의 제어 배선(300)에는 전원인가를 위한 전원 배선과, 그라운드를 위한 GND 배선과, 통신 신호선의 +부를 위한 하이(High) 배선과, 통신 신호선의 -부를 위한 로우(Low) 배선이 포함된다. 따라서, 상기 중앙 제어기(200)와 상기 다수의 일체형 모터부(100)는 상기 하이 배선과 상기 로우 배선의 전압 차이로부터 통신 신호를 판별한다.
이하, 상기 일체형 모터부(100)를 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 도 2에 있어, 일체형 모터부(100)를 나타낸 사시도이다.
상기 일체형 모터부(100)는 하우징(110)에 둘러싸인 모터(111)와, 상기 모터(111)의 회전각 및 회전속도를 감지하기 위한 코드 휠(Codewheel)(112)과, 상기 모터(111)에 대한 위치 및 속도 제어 신호에 따라 상기 모터(111)를 구동하고 해당 모터(111)에 대한 회전 상태 데이터를 생성하는 모터 제어 보드(120)와, 상기 중앙 제어기(200)로부터 전달받은 통신 데이터에서 모터(111)에 대한 위치 및 속도 제어 신호를 추출하여 상기 모터 제어 보드(120)에 전달하고 해당 모터 제어 보드(120)로부터 모터(111)에 대한 회전 상태 데이터를 전달받아 상기 중앙 제어기(200)로 전달하며 상기 모터 제어 보드(120)와 착탈이 가능한 네트워크 보드(130)와, 상기 모터 제어 보드(120)와 상기 네트워크 보드(130)를 제어 배선(300)으로 구성된 네트워크를 통해 상기 중앙 제어기(200)에 연결하며 상기 모터 제어 보드(120) 및 상기 네트워크 보드(130)와 착탈이 가능한 커넥터 보드(140)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 일체형 모터부(100)를 기계적인 요소와 전기적인 요소로 나눈다면, 해당 기계적인 요소는 상기 모터(111)로부터 샤프트(Shaft)를 추출하여 상기 코드 휠(112)을 고정시키는 부분이 이고, 해당 전기적인 요소는 상기 모터 제어 보드(120), 네트워크 보드(130) 및 커넥터 보드(140)인데, 각 보드간의 통신은 보드 레벨의 커넥터를 사용하여 배선을 없애고 컴팩트한 시스템을 유지한다.
이하, 상기 일체형 모터부(100)를 구성하는 보드들(120, 130, 140)에 대하여 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 3에 있어, 일체형 모터부(100)를 구성하는 보드들(120, 130, 140)을 나타낸 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 일체형 모터부(100)는 모터 제어 보드(120)와, 네트워크 보드(130) 및 커넥터 보드(140)를 포함하여 이루어지는데, 해당 일체형 모터부(100)의 커넥터 보드(140)와 상기 중앙 제어기(200)간에는 해당 모터(111)에 대한 위치 및 속도 제어 신호를 포함하는 통신 데이터와 전원 공급을 위해 4개의 제어 배선(300)이 필요하다.
상기 모터 제어 보드(120)는 상기 모터(111)의 회전각 및 회전 속도 등의 회전 상태를 알기 위해 상기 코드 휠(112)에 빛을 송수신하여 반사상태를 감지하는 광 센서인 엔코더(122)와, 상기 엔코더(122)로부터 전달받은 상기 모터(111)에 대한 회전 상태 데이터를 통해 해당 모터(111)에 대한 위치 및 속도를 판별한 후, 상기 네트워크 보드(130)로부터 전달받은 해당 모터(111)에 대한 위치 및 속도 제어 신호에 따라 상기 모터(111)가 동작하도록 하는 제어 출력을 생성하는 모터 제어기(121)와, 전원 전압을 인가 받아 상기 모터 제어기(121)로부터 전달받은 해당 제어 출력에 비례하는 실제 전압을 상기 모터(111)에 공급하여 동작시키는 앰프(123)와, 전원 전압의 변동이나 부하 변동의 영향을 작게 억제하여 일정하게 설정된 출력 전압을 유지하여 상기 모터 제어 보드(120), 상기 네트워크 보드(130) 및 상기 커넥터 보드(140)에 공급하는 전압 단속기(Voltage Regulator)(124)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 모터(111)를 안정되게 제어하기 위해 상기 모터 제어기(121)에 모터 제어 전용 IC가 사용된다.
상기 네트워크 보드(130)는 상기 전압 단속기(124)로부터 전압을 인가 받고, 상기 모터 제어기(121)에 초기 클럭(1MHz)과 변경 클럭(4MHz)을 인가하며, 상기 커넥터 보드(140)를 통해 전달받은 상기 중앙 제어기(200)가 생성한 통신 데이터 중 자신의 ID(IDentity)에 해당하는 통신 데이터를 추려내고 상기 모터(111)에 대한 회전 상태 데이터를 네트워크 통신 규격에 맞게 하여 상기 커넥터 보드(140)를 통해 상기 중앙 제어기(200)로 전달하는 네트워크 모듈(132)과, 상기 네트워크 모듈(132)에 연결되어 초기 구동 클럭(16MHz)을 인가하는 수정발진자(133)와, 플래시 메모리(Flash Memory)를 구비하여 상기 전압 단속기(124)로부터 전압을 인가 받아 상기 네트워크 모듈(132)로부터 모터 제어 시스템 부팅 시에 초기 클럭(1MHz)을 인가 받아 작동하고 상기 네트워크 모듈(132)로 클럭변경명령을 전달하여 변경 클럭(4MHz)을 인가 받으며, 상기 네트워크 모듈(132)로부터 전달받은 통신 데이터를 분석하여 해당 모터(111)에 대한 위치 및 속도 제어 신호를 해석하여 상기 모터 제어기(121)에 전달하고, 상기 모터 제어기(121)로부터 전달받은 상기 모터(111)에 대한 회전 상태 데이터를 상기 네트워크 모듈(132)로 전달하는 CPU(132)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 네트워크 모듈(132)은 외부 네트워크를 통하여 송신되는 통신데이터들 중 자신의 ID에 해당하는 통신 데이터를 추려내고 상기 CUP(131)에 전달하고, 상기 CPU(131)로부터 전달받은 상기 모터(111)에 대한 회전 상태 데이터를 네트워크 통신 규격에 맞게 실어준다. 또한, 상기 CPU(131)는 상기 네트워크 모듈(132)로부터 전달받은 해당 통신 데이터를 분석하여 중앙 제어기(200)의 해당 모터(111)에 대한 위치 및 속도 제어 신호를 해석하여 상기 모터 제어기(121)에 전달하고, 상기 모터 제어기(121)로부터 해당 모터(111)에 대한 회전 상태 데이터를 전달받아 상기 네트워크 모듈(132) 및 상기 커넥터 보드(140)를 통해 상기 중앙 제어기(200)에 송신한다.
여기서, 상기 네트워크 보드(130)는 모터(111)의 종류에 관계없이 항상 쓰일 수 있는 부분인 상기 네트워크 모듈(132)과 상기 CPU(131)를 포함하여 구성되고 배선이 없는 커넥터들로만 구성하여 필요에 따라 다양한 상기 모터 제어 보드(120)와 착탈이 가능하다.
상기 커넥터 보드(140)는 입력 전원의 인가를 위해 상기 중앙 제어기(200)와 상기 전압 단속기(124) 및 상기 앰프(123)를 연결시켜주며 상기 모터(111)에 대한 위치 및 속도 제어 신호가 포함된 통신 데이터의 인가를 위해 상기 중앙 제어기(200)와 상기 네트워크 모듈(132)를 연결시켜주는 파워(Power) 및 네트워크 커넥터(143)와, 초기에 상기 CPU(131)의 프로그래밍을 위한 ISP(In System Programming) 커넥터(142)와, 상기 전압 단속기(124)로부터 전압을 인가 받아 모터(111) 외부에 리밋 스위치(Limit Switch)를 사용할 경우 해당 리밋 스위치에 대한 정보를 상기 CPU(131)에 전달하기 위한 리밋 스위치 커넥터(141)를 포함하여이루어진다.
여기서, 상기 커넥터 보드(140)는 상기 모터 제어 보드(120) 및 상기 네트워크 보드(130)와 착탈이 가능하도록 하여, 외부 환경에 따라 해당 커넥터 보드(140)만 바꿔주면 별도의 변경 없이 같은 모터(111)를 쓸 수 있다.
그리고, 상기 파워 및 네트워크 커넥터(143)는 상기 중앙 제어기(200)와 제어 배선(300)으로 구성된 네트워크를 통해 연결되므로, 외부로부터 공급되는 5V 이상의 전원 배선과, 외부로부터 공급되는 그라운드를 위한 GND 배선과, 네트워크 통신에 필요한 하이 배선 및 로우 배선과 연결되며, 상기 ISP 커넥터(142)는 초기 CPU(131) 프로그래밍을 위한 커넥터로서 평소에는 사용하지 않고, 상기 리밋 스위치 커넥터(141)는 옵션(Optional) 커넥터로서, 모터(111) 외부에 리밋 스위치를 사용할 경우에 이에 대한 정보를 받을 수 있는 커넥터로서 리밋 스위치 3개까지 사용이 가능하고, 3개 각각에 대하여 5V 전원인 전원 배선과, GND 배선과, 신호 배선의 3개의 배선으로 되어 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 일체형 모터부(100)를 이용하여 소형화된 모터 제어 방법을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 중앙 제어기(200)가 다수의 모터(111)를 제어하기 위해 모터(111)에 대한 위치 및 속도 제어 신호를 포함한 통신 데이터와 전원 등을 제어 배선(300)으로 이루어진 네트워크를 통해 각각의 일체형 모터부(100)의 커넥터 보드(140)에 있는 파워 및 네트워크 커넥터(143)로 전달한다(단계 S501).
이에, 상기 파워 및 네트워크 커넥터(143)는 상기 중앙 제어기(200)로부터 전달받은 입력 전원을 상기 전압 단속기(124)와 상기 앰프(123)로 인가한다(단계 S502).
이에 따라, 상기 전압 단속기(124)는 일정하게 유지되는 출력 전압을 발생하여 상기 모터 제어기(121)와, 상기 엔코더(122)와, 상기 CPU(131)와, 상기 네트워크 모듈(132)과, 상기 리밋 스위치 커넥터(141)등 모터 제어 보드(120), 네트워크 보드(130) 및 커넥터 보드(140)에 인가한다(단계 S503).
이에, 상기 네트워크 모듈(132)은 모터 제어 시스템에 전원이 인가되면, 상기 수정발진자(133)로부터 초기 구동 클럭(16MHz)을 인가 받아 최초 클럭(1MHz)을 발생하여 상기 CPU(131)와 상기 모터 제어기(121)에 인가하여 작동시키고, 이에 상기 CPU(131)는 클럭변경명령을 상기 네트워크 모듈(132)로 전송하고, 이에 따라 상기 네트워크 모듈(132)은 변경 클럭(4MHz)을 발생하여 상기 CPU(131)과 상기 모터 제어기(121)에 인가하는 클럭 변화 과정을 수행한다(단계 S504).
그리고, 상기 파워 및 네트워크 커넥터(143)는 상기 중앙 제어기(200)부터 전달받은 모터(111)에 대한 위치 및 속도 제어 신호가 포함된 통신 데이터를 상기 네트워크 모듈(132)로 인가한다(단계 S505).
이에, 상기 네트워크 모듈(132)은 상기 파워 및 네트워크 커넥터(143)로부터 전달받은 통신 데이터 중에 자신의 ID에 해당하는 통신 데이터를 추려내어 상기 CPU(131)에 전달한다(단계 S506).
이에 따라, 상기 CPU(131)는 상기 네트워크 모듈(132)로부터 전달받은 해당 통신 데이터를 분석하여 해당 모터(111)에 대한 위치 및 속도 제어 신호를 해석하여 상기 모터 제어기(121)에 전달한다(단계 S507).
이에, 상기 모터 제어기(121)는 해당 모터(111)에 대한 위치 및 속도 제어 신호에 따라 상기 모터(111)가 동작하도록 하는 제어 출력을 생성하여 상기 앰프(123)에 전달한다(단계 S508).
이에 따라, 상기 앰프(123)는 해당 제어 출력을 전달받아 상기 모터(111)에 실제 전압을 공급하여 동작하게 한다(단계 S509).
그리고, 상기 모터(111)의 회전각 및 회전 속도를 상기 코드 휠(112)를 통해 감지한 엔코더(122)는 해당 모터(111)에 대한 회전 상태를 상기 모터 제어기(121)에 전달한다(단계 S510). 여기서, 해당 모터(111)에 대한 회전 상태는 모터(111)의 위치 및 속도에 관한 데이터를 말한다.
이에 따라, 상기 모터 제어기(121)는 해당 모터(111)에 대한 회전 상태 데이터를 상기 CPU(131)로 전달한다(단계 S511).
이에, 상기 CPU(131)는 해당 모터(111)에 대한 회전 상태 데이터를 상기 네트워크 모듈(132)로 전달한다(단계 S512).
그리고, 상기 네트워크 모듈(132)은 해당 모터(111)에 대한 회전 상태 데이터를 네트워크 규격에 맞게 하여 상기 파워 및 네트워크 커넥터(143)를 통해 상기 중앙 제어기(200)로 전달한다(단계 S513).
여기서, 상기 네트워크 모듈(132)은 최대 16MHz의 클럭으로 동작하고, 상기CPU(131)와 상기 모터 제어기(121)는 최대 4MHz의 클럭으로 동작하는데, 본 발명에서는 16MHz로 가장 빠른 클럭을 필요로 하는 상기 네트워크 모듈(132)에만 수정발진자(133)을 직접 연결하고, 반면에 상기 CPU(131)와 상기 모터 제어기(121)는 상기 네트워크 모듈(132)의 클럭출력단자(CLKOUT)로부터 클럭을 입력받도록 하되, 상기 네트워크 모듈(132)의 클럭출력을 본 발명의 모터 제어 시스템에 맞게 재조정하여 상기 CPU(131)와 상기 모터 제어기(121)가 최대 성능을 발휘하도록 한다.
이하, 상기 클럭 변화 과정을 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6은 도 5에 있어, 클럭 변화 과정을 나타낸 순서도이다.
먼저, 상기 네트워크 모듈(132)은 전원을 인가 받아 상기 수정발진자(133)로부터 초기 구동 클럭인 16MHz 클럭을 인가 받는다(단계 S601).
이에, 상기 네트워크 모듈(132)은 모터 제어 시스템 부팅 시에 기본적으로 16분주(Frequency Divider)가 되어 최초 클럭인 1MHz 클럭을 발생하여 출력한다(단계 S602).
그리고, 상기 네트워크 모듈(132)은 해당 출력된 최초 클럭인 1MHz 클럭을 상기 CPU(131)와 상기 모터 제어기(121)에 인가하여 동작시킨다(단계 S603).
이에 따라, 상기 네트워크 모듈(132)로부터 최초 클럭인 1MHz 클럭을 인가 받아 동작하는 상기 CPU(131)는 클럭변경명령을 상기 네트워크 모듈(132)로 전단하고, 이에, 상기 네트워크 모듈(132)은 해당 클럭변경명령을 상기 CPU(131)로부터 전달받는다(단계 S604).
여기서, 상기 클럭변경명령은 상기 네트워크 모듈(132)이 발생하여 출력하고있는 최초 클럭인 1MHz 클럭을 변경하여 변경 클럭인 4MHz 클럭을 발생하도록 하는 명령이다.
이에, 해당 클럭변경명령을 전달받은 상기 네트워크 모듈(132)는 변경 클럭인 4MHz 클럭을 발생하여 출력한다(단계 S605).
그리고, 상기 네트워크 모듈(132)는 해당 출력된 변경 클럭인 4MHz 클럭을 상기 CPU(131)와 상기 모터 제어기(121)에 인가하여 동작시킨다(단계 S606).
이와 같이, 수정발진자(133)를 상기 네트워크 모듈(132)에만 연결하여 상기 CPU(131)와 상기 모터 제어기(121)를 동작하게 하므로, 전체 모터 제어 시스템의 부피를 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템을 구현하여 별다른 부가장치 및 다량의 배선 없이 네트워크를 통하여 손 쉽게 각 모터를 제어할 수 있으므로, 별도의 모터 제어기 및 앰프를 구입하거나 제작할 필요가 없으며, 다량의 배선이 불필요하게 되고 전체 모터 제어 시스템의 구조변경 없이 용이하게 모터를 가감할 수 있으며, 다수의 모터가 사용되는 모터 제어 시스템을 구성할 때 공간 확보 및 유지 보수에 있어서 큰 부담을 덜 수 있게 하고, 또한, 모터 제어 시스템에 필요한 수정발진자 개수를 줄임으로써 전체 모터 제어 시스템의 부피를 최소화 할 수 있다.

Claims (11)

  1. 모터에 대한 제어 신호를 포함한 통신 데이터를 생성하고 해당 모터에 대한 회전 상태 데이터를 전달받아 제어 배선으로 구성된 네트워크를 통해 모터에 대한 전반적인 제어 및 관리를 하는 중앙 제어기와;
    상기 중앙 제어기로부터 전달받은 통신 데이터에 포함된 모터에 대한 제어 신호에 따라 모터를 구동시키고 해당 모터에 대한 회전 상태 데이터를 상기 중앙 제어기로 전달하는 다수의 일체형 모터부를 포함하되,
    상기 일체형 모터부는,
    하우징에 둘러싸인 모터와;
    상기 모터의 회전 상태를 감지하기 위한 코드 휠과;
    상기 모터에 대한 제어 신호에 따라 상기 모터를 구동하고 해당 모터에 대한 회전 상태 데이터를 생성하는 모터 제어 보드와;
    상기 중앙 제어기로부터 전달받은 통신 데이터에서 모터에 대한 제어 신호를 추출하여 상기 모터 제어 보드에 전달하고 해당 모터 제어 보드로부터 모터에 대한 회전 상태 데이터를 전달받아 상기 중앙 제어기로 전달하며 상기 모터 제어 보드와 착탈이 가능한 네트워크 보드와;
    상기 모터 제어 보드 및 상기 네트워크 보드를 네트워크를 통해 상기 중앙 제어기에 연결하며 상기 모터 제어 보드 및 상기 네트워크 보드와 착탈이 가능한 커넥터 보드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 모터 제어 보드는,
    상기 모터의 회전 상태를 알기 위해 상기 코드 휠에 빛을 송수신하여 반사상태를 감지하는 광 센서인 엔코더와;
    상기 엔코더로부터 전달받은 상기 모터에 대한 회전 상태 데이터를 통해 해당 모터에 대한 위치 및 속도를 판별한 후, 상기 네트워크 보드로부터 전달받은 해당 모터에 대한 제어 신호에 따라 상기 모터가 동작하도록 하는 제어 출력을 생성하는 모터 제어기와;
    전원 전압을 인가 받아 상기 모터 제어기로부터 전달받은 해당 제어 출력에 비례하는 실제 전압을 상기 모터에 공급하여 동작시키는 앰프와;
    전원 전압의 변동이나 부하 변동의 영향을 작게 억제하여 일정하게 설정된 출력 전압을 유지하여 상기 모터 제어 보드, 상기 네트워크 보드 및 상기 커넥터 보드에 공급하는 전압 단속기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 네트워크 보드는,
    상기 모터 제어기에 초기 클럭과 변경 클럭을 인가하며, 상기 커넥터 보드를 통해 전달받은 통신 데이터 중 자신의 ID에 해당하는 통신 데이터를 추려내고 상기 모터에 대한 회전 상태 데이터를 네트워크 통신 규격에 맞게 하여 상기 커넥터 보드를 통해 상기 중앙 제어기로 전달하는 네트워크 모듈과;
    상기 네트워크 모듈에 연결되어 초기 구동 클럭을 인가하는 진동발진자와;
    상기 네트워크 모듈로부터 초기 클럭과 변경 클럭을 인가 받으며, 상기 네트워크 모듈로부터 전달받은 통신 데이터를 분석하여 해당 모터에 대한 제어 신호를 해석하여 상기 모터 제어기에 전달하고, 상기 모터 제어기로부터 전달받은 상기 모터에 대한 회전 상태 데이터를 상기 네트워크 모듈로 전달하는 CPU를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 커넥터 보드는,
    입력 전원의 인가를 위해 상기 중앙 제어기와 상기 전압 단속기 및 상기 앰프를 연결시켜주며 통신 데이터의 인가를 위해 상기 중앙 제어기와 상기 네트워크 모듈을 연결시켜주는 파워 및 네트워크 커넥터와;
    초기에 상기 CPU의 프로그래밍을 위한 ISP 커넥터와;
    상기 모터 외부에 리밋 스위치를 사용할 경우 해당 리밋 스위치에 대한 정보를 상기 CPU에 전달하기 위한 리밋 스위치 커넥터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 시스템.
  6. 중앙 제어기가 통신 데이터와 전원을 제어 배선을 통해 파워 및 네트워크 커넥터로 전달하는 통신 데이터와 전원 전달 과정과;
    수정발진자로부터 초기 구동 클럭을 인가 받아 모터 제어 시스템 부팅 시에 최초 클럭을 발생하여 출력하는 과정과;
    해당 출력된 최초 클럭을 CPU 와 모터 제어기에 인가하여 동작시키는 과정과;
    클럭변경명령을 상기 CPU로부터 전달받아 변경 클럭을 발생하여 출력하는 과정과;
    해당 출력된 변경 클럭을 상기 CPU와 상기 모터 제어기에 인가하여 동작시키는 과정과;
    상기 파워 및 네트워크 커넥터가 통신 데이터에 포함된 모터에 대한 제어 신호를 상기 모터 제어기로 전달하는 모터에 대한 제어 신호 전달 과정과;
    상기 모터 제어기가 해당 모터에 대한 제어 신호에 따라 모터를 동작시키는 모터 구동 과정과;
    상기 모터 제어기가 상기 모터에 대한 회전 상태 데이터를 상기 중앙 제어기로 전달하는 모터에 대한 회전 상태 데이터 전달 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 통신 데이터와 전원 전달 과정은,
    다수의 모터를 제어하기 위해 모터에 대한 제어 신호를 포함한 통신 데이터와 전원을 제어 배선으로 이루어진 네트워크를 통해 각각의 파워 및 네트워크 커넥터로 전달하는 단계와;
    상기 중앙 제어기로부터 전달받은 입력 전원을 전압 단속기와 앰프로 인가하는 단계와;
    일정하게 유지되는 출력 전압을 발생하여 모터 제어 보드, 네트워크 보드 및 커넥터 보드에 인가하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 모터에 대한 제어 신호 전달 과정은,
    통신 데이터를 상기 네트워크 모듈로 인가하는 단계와;
    통신 데이터 중에 자신의 ID에 해당하는 통신 데이터를 추려내어 상기 CPU에 전달하는 단계와;
    해당 통신 데이터를 분석하여 해당 모터에 대한 제어 신호를 해석하여 상기 모터 제어기에 전달하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 모터 구동 과정은,
    해당 모터에 대한 제어 신호에 따라 상기 모터가 동작하도록 하는 제어 출력을 생성하여 상기 앰프에 전달하는 단계와;
    해당 제어 출력을 전달받아 상기 모터에 실제 전압을 공급하여 동작하게 하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 모터에 대한 회전 상태 데이터 전달 과정은,
    상기 코드 휠을 통해 상기 모터에 대한 회전 상태를 감지하여 상기 모터 제어기에 전달하는 단계와;
    해당 모터에 대한 회전 상태 데이터를 상기 CPU로 전달하는 단계와;
    해당 모터에 대한 회전 상태 데이터를 상기 네트워크 모듈로 전달하는 단계와;
    해당 모터에 대한 회전 상태 데이터를 네트워크 규격에 맞게 하여 상기 파워 및 네트워크 커넥터를 통해 상기 중앙 제어기로 전달하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 모터부를 이용하여 소형화된 모터 제어 방법.
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