KR100596713B1 - 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 시스템 및 그 방법 - Google Patents

로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로봇액추에이터의 오버슛 저감 구동 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 소정 로봇액추에이터의 시험구동을 통해 검출한 댐핑계수와 공진주파수에 따라 기셋팅된 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출하여 그 산출한 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 3단의 스텝입력전압을 생성해 이것으로 해당 로봇 액추에이터를 구동시킴으로써 액추에이터 구동시 발생하는 오버슛을 줄여 그로 인한 액추에이터의 엔드이펙트(end effect)나 대상의 파손을 방지한다.
오버슛, 저감, 로봇, 액추에이터, 스텝, 지연

Description

로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 시스템 및 그 방법{An overshoot reduction system and method for the precision robot actuated with piezoeletric device}
도 1은 일반적인 오버슛 저감용 구동 시스템을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 오버슛 저감용 구동 시스템의 제1실시예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 오버슛 저감용 구동 시스템의 제2실시예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 사용상태도를 도시한 도면,
도 5는 본 발명을 좀 더 상세히 설명하기 위한 타이밍도,
도 6은 또 다른 본 발명인 오버슛 저감용 구동 방법을 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 오버슛 저감 계수 산출 수단
300 : 오버슛 저감 제어 수단
321 : 제1시간지연부 322 : 제2시간지연부
323 : 제3시간지연부 311 : 제1스텝입력전압출력부
312 : 제2스텝입력전압출력부 313 : 제3스텝입력전압출력부
330 : 액추에이터 구동명령부 340 : 제1곱셈기
350 : 제2곱셈기 360 : 제3곱셈기
370 : 덧셈기 400 : 액추에이터 구동전압 조절부
본 발명은, 로봇 액추에이터의 엔드이펙트(end effect)나 대상의 파손을 방지하기 위해 로봇 액추에이터 구동시 발생하는 오버슛을 최소한으로 줄이도록 하는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 정보기술(IT)나 생명공학기술(BT)또는 나노기술(NT) 등의 신산업은 미세화, 초정밀화하는 경향으로 흘러가고 있으며, 신산업 시장이 형성됨에 따라 이들 제품을 생산, 가공할 수 있는 초정밀 생산 시스템 사용 여부가 경쟁력 확보의 핵심요소가 되어 가고 있으며, 특히, 게놈 프로젝트와 더불어 관심을 모으고 있는 BT분야에서도 DNA의 크기가 3nm ~ 4nm, 리보솜 100nm 이하, 가장 큰 일반세포도 10㎛ 정도로 미세하여 이들을 다루고 조작하려면 초정밀 기기가 필요하며, NT산업에서도 나노 크기의 구조물을 다루고 측정하기 위한 초정밀 기기의 필요성이 증대되고 있다.
따라서, NT, BT, IT 등과 관련된 초정밀 기기에 필요한 마이크로 부품의 조립을 위해서는 초소형 로봇이 필요하며, 이의 핵심부품으로 머니퓰레이터와 같이 3자유도로 미리 설정된 소정의 미소변위만큼 움직이도록 설계된 초소형 로봇 액추에이터가 있다.
전술한 머니퓰레이터와 같은 초소형 로봇 액추에이터는, 마이크로미터 단위 크기로 아주 미세한 물체를 집는 초소형 그리퍼 등의 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 장치로서, 마이크로 부품을 핸들링 하기 위한 핵심부품으로 사용된다.
한편, 도 1은 통상적인 오버슛 저감 시스템 및 그 방법을 도시한 도면인데, 이에 도시된 바와 같이, 일반적인 오버슛 저감 시스템 및 그 방법은, 로봇 액추에이터에 위치센서로 엔코더를 부착하여 로봇 액추에이터의 구동에 따라 엔코더가 그 구동에 따라 가변되는 결과를 감지하여 PID(Proportional Integral Derivative Control)제어부로 피드백(feedback)시키되 PID이득을 과감쇄도록 설정하여, PID제어부를 통해 제어된 결과에 대응되는 신호를 AMP를 통해 액추에이터 구동시에 필요한 레벨만큼 증폭하여 구동시 발생하는 오버슛을 저감시키도록 한다.
하지만, 이러한 통상적인 오버슛 저감 시스템 및 그 방법은, 압전소자를 사용하여 개회로(open loop)로 동작하는 최근의 초정밀 로봇 액추에이터에는 그 적용이 어렵기 때문에 이에 따라 좀 더 개량된 새로운 오버슛 저감 시스템이나 방법이 필요하다.
이에 본 발명은 상기한 필요성을 만족시키기 위하여 개발된 것으로, 압전소자를 사용하여 개회로(open loop)로 동작하는 초정밀 로봇 액추에이터를 구동할 때 발생하는 오버슛을 최소한으로 줄이도록 하는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
이러한 목적에 따라 본 발명은, 소정 로봇액추에이터의 시험구동을 통해 검출한 댐핑계수와 공진주파수에 따라 기셋팅된 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출하여 그 산출한 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 3단의 스텝입력전압을 생성해 이것으로 해당 로봇 액추에이터를 구동시킴으로써 액추에이터 구동시 발생하는 오버슛을 줄이고자 한다.
이를 위해 본 발명은, 로봇액추에이터의 시험구동을 통해 측정한 응답결과로부터 해당 로봇액추에이터의 댐핑계수와 공진주파수를 검출하고, 검출한 댐핑계수와 공진주파수에 따라 미리 설정된 소정의 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출하는 오버슛 저감 계수 산출 수단;
로봇액추에이터를 소정 변위만큼 이동시키기 위해 인가되는 소정의 변위 입력 전압으로 상기 오버슛 저감 계수 산출 수단에서 산출한 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 3단의 스텝입력전압을 생성해 오버슛을 줄이도록 제어하는, 오버슛 저감 제어 수단;
상기 오버슛 저감 제어수단에서 생성한 3단의 스텝입력전압을 해당 로봇액추에이터의 구동전압레벨로 조절하여 상기 해당 로봇액추에이터로 출력하는, 액추에이터 구동전압 조절부로 이루어지는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 시스템을 개시한다.
그리고, 또 다른 본 발명으로, 로봇액추에이터의 시험구동을 통해 측정한 응답결과로부터 해당 로봇액추에이터의 댐핑계수와 공진주파수를 검출하는 제1과정;
상기 제1과정에서 검출한 댐핑계수와 공진주파수에 따라 미리 설정된 소정의 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출하는 제2과정;
로봇액추에이터를 소정 변위만큼 이동시키기 위해 인가되는 소정의 변위 입력 전압을 상기 제2과정에서 산출한 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 3단의 스텝입력전압으로 생성하는 제3과정;
상기 제3과정에서 변환한 3단의 스텝입력전압을 해당 로봇액추에이터의 구동전압레벨로 조절하는 제4과정;
상기 제4과정에서 해당 로봇액추에이터의 구동전압레벨로 조절된 3단의 스텝입력전압으로 해당 로봇액추에이터를 구동하는 제5과정으로 이루어지는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 방법을 개시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 시스템에 대해 설명한다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 로봇 액추에이터 오버슛 저감용 구동시스템은, 로봇액추에이터의 시험구동을 통해 측정한 응답결과로부터 해당 로봇액추에이터의 댐핑계수와 공진주파수를 검출하고, 검출한 댐핑계수와 공진주파수에 따라 미리 설정된 소정의 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출하는 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)과, 로봇액추에이터를 소정 변위만큼 이동시키기 위해 인가 되는 소정의 변위 입력 전압을 위해 상기 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)에서 산출한 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 가변되는 3단의 스텝입력전압을 생성하여 이 생성한 3단의 스텝입력전압으로 오버슛을 줄이도록 하는 오버슛 저감 제어 수단(300)과, 상기 오버슛 저감 제어수단(300)에서 생성한 3단의 스텝입력전압을 해당 로봇액추에이터의 구동전압레벨로 조절하여 상기 해당 로봇액추에이터로 출력하는, 액추에이터 구동전압 조절부(400)로 이루어진다.
이렇게 이루어진 본 발명의 구동 시스템에서, 먼저 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)은 로봇액추에이터의 시험구동을 통해 측정한 응답결과로부터 해당 로봇액추에이터의 댐핑계수와 공진주파수를 검출하고, 검출한 댐핑계수와 공진주파수에 따라 미리 설정된 소정의 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출한다.
즉, 상기 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)은, 로봇액추에이터를 소정 변위만큼 이동시키기 위해 인가하는 변위 입력 전압을 예컨대, 최대 구동 전압의 반정도로 하여 해당 로봇액추에이터에 인가한 다음, 응답결과를 측정하여 하기의 근사화된 2차 시스템으로부터 로봇액추에이터의 댐핑계수와 공진주파수를 검출한다.
추정된 2차 시스템 = h / (s2 + fs + g)
w =
Figure 112004020582623-pat00001
, ξ= f/ 2
Figure 112004020582623-pat00002
}, (w는 공진주파수이고, ξ는 댐핑계수이다.)
그런 후, 상기 검출한 댐핑계수와 공진주파수에 따라 하기의 수학식2가 적용 되게끔 미리 설정된 소정의 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출한다.
A1 = 1/(1+2M+M2), T1 = 0
A2 = 2M/(1+2M+M2), T2 =
Figure 112004020582623-pat00003
/
Figure 112004020582623-pat00004
A3 = M2/(1+2M+M2), T3 = 2T2
그리고, M = e-ξπ/
Figure 112006004500526-pat00005
이다.
본원 발명은 소정의 입력 전압에 따른 로봇 액추에이터의 진동을 시간차를 두고 입력되는 다른 두 개의 전압에 따른 로봇 액추에이터의 진동으로 상쇄시켜 오버슛을 줄이도록 한다.
예를 들면, 발명의 상세한 설명에 기재된 바와 같이, 소정의 'A1' 입력 전압으로 인한 로봇 액추에이터의 진동을 시간차를 두고 입력되는 'A2'와 'A3'의 입력 전압에 따른 로봇 액추에이터의 진동 들로 상쇄시켜 오버슛을 줄이도록 한다.
혹은, 소정의 'A2' 입력 전압으로 인한 로봇 액추에이터의 진동을 시간차를 두고 입력되는 'A1'과 'A3'의 입력 전압에 따른 로봇 액추에이터의 진동 들로 상쇄시켜 오버슛을 줄이도록 한다.
본원은 바로 이러한 3개의 입력 전압을 제1 오버슛 저감 계수로, 각 전압이 입력되는 시간을 제2 오버슛 저감 계수로 정의한 것이며, 상기 제1, 2 오버슛 저감 계수는 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)을 통해 산출된다.
상기 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)은 로봇 액추에이터의 설계 인자인 공진 주파수와 댐핑 계수 그리고, 발명의 상세한 설명에 기재된 수학식 2를 사용해 서로 다른 3개의 입력 전압과 각 입력 전압의 입력 시간을 산출한다.
상기 공진 주파수와 댐핑 계수는 로봇 액츄에이터 설계시에 설정되는 값으로, 설계되는 로봇 액츄에이터 마다 상이할 수 있으며, 그에 따라 로봇 액추에이터의 진동을 상쇄시킬 수 있는 입력 전압들과 각 입력 전압의 입력 시간도 달라질 수 있다.
상기 산출되는 3개의 입력 전압은 서로 다른 크기를 가지며, 각 전압이 입력되는 시간은 구동 단위 시간 내에서 소정의 시간차를 가진다.
그 결과, 상기 시간차를 두고 3개의 입력 전압을 구동 단위 시간 동안 로봇 액추에이터에 순차적으로 인가할 경우 각 입력 전압에 따라 발생되는 진동 들이 상호 간에 상쇄가 되어 오버슛을 줄이게 된다.
이렇게 하여 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수가 산출되면, 본 발명의 오버슛 저감 제어 수단(300)은, 종래와 같이 로봇액추에이터를 소정 변위만큼 이동시키기 위해 인가되는 변위 입력 전압 대신에, 상기 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)에서 산출한 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 가변가능한 3단의 스텝입력전압을 생성하여 이 생성된 3단의 스텝입력전압으로 로봇 액추에이터를 구동하도록 한다.
즉, 본 발명의 오버슛 저감 제어 수단(300)은, 종래와 같이 소정의 단일 크기를 가지는 변위 입력 전압 대신에, 해당되는 시간동안 서로 다른 크기를 가지는 소정의 3단 스텝입력전압을 상기 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 해당 로봇 액추에이터에 맞게 별도로 생성하여 이를 통해 로봇 액추에이터를 구동하도록 함으 로써, 구동시 발생할 수 있는 오버슛을 최소한으로 줄이게 하는데, 좀 더 구체적인 양태에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 오버슛 저감 제어 수단(300)에 의해 본 발명에 따른 소정의 3단 스텝입력전압이 생성되면, 액추에이터 구동전압 조절부(400)는 상기 오버슛 저감 제어수단(300)에서 생성한 3단의 스텝입력전압을 미리 설정된 소정의 증폭도만큼 증폭시켜 해당 로봇액추에이터의 구동전압레벨로 조절해 상기 해당 로봇액추에이터로 출력함으로써, 이를 통해 로봇액추에이터가 오버슛없이 또는 최소한의 오버슛만으로 구동될 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 구동 시스템은, 소정 로봇액추에이터의 시험구동을 통해 검출한 댐핑계수와 공진주파수에 따라, 기셋팅된 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출하고 그 산출한 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 가변적으로 3단의 스텝입력전압을 생성해 이것으로 해당 로봇 액추에이터를 구동시킴으로써 액추에이터 구동시 발생하는 오버슛을 최소한으로 줄이게 되는데, 이하에서는 본 발명에 사용되는 오버슛 저감 제어 수단의 바람직한 양태에 대해 설명한다.
본 발명에 사용되는 오버슛 저감 제어 수단(300)의 바람직한 양태는, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)에서 산출한 제1오버슛 저감 계수에 따라 소정의 스타트 시간을 기준으로 상호간에 상이한 시간만큼 지연된 단위펄스를 각기 출력하는 제1, 2, 3시간 지연부(321, 322, 323)와, 상기 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)에서 산출한 제2오버슛 저감 계수에 따라 상호간에 상 이한 크기의 스텝입력전압을 각기 출력하는 제1, 2, 3스텝 입력전압 출력부(311, 312, 313)와, 외부로부터의 액추에이터 구동명령에 따라 소정의 인에이블 신호를 출력하는 액추에이터 구동명령부(330)와, 상기 제1시간지연부(321) 각각에서 출력하는 단위펄스와, 상기 제1스텝 입력전압 출력부(311)에서 출력한 스텝입력전압과, 상기 액추에이터 구동명령부(330)에서 출력한 인에이블 신호를 승산하는 제1곱셈기(340)와, 상기 제2시간지연부(322) 각각에서 출력하는 단위펄스와, 상기 제2스텝 입력전압 출력부(312)에서 출력한 스텝입력전압과, 상기 액추에이터 구동명령부(330)에서 출력한 인에이블 신호를 승산하는 제2곱셈기(350)와, 상기 제3시간지연부(323) 각각에서 출력하는 단위펄스와, 상기 제3스텝 입력전압 출력부(323)에서 출력한 스텝입력전압과, 상기 액추에이터 구동명령부(330)에서 출력한 인에이블 신호를 승산하는 제3곱셈기(360)와, 상기 제1,2,3 곱셈기(340, 350, 360)각각에서 승산한 결과를 가산하여 상기 액추에이터 구동전압 조절부(400)로 출력하는 덧셈기(370)를 포함하여 이루어지도록 한다.
이렇게 이루어진 본 발명의 바람직한 오버슛 저감 제어 수단에서, 먼저 제1, 제2, 제3시간 지연부(321, 322, 323)는 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)에서 산출한 제1오버슛 저감 계수에 따라, 단위펄스를 소정의 스타트 시간(start time)을 기준으로 상호간에 상이한 시간만큼 지연시켜 각기 출력한다.
그리고, 이와는 별도로 제1, 제2, 제3 스텝 입력전압 출력부(311, 312, 313) 각각은, 상기 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)에서 산출한 제2오버슛 저감 계수에 따라, 상호간에 상이한 크기의 스텝입력전압을 출력하고, 더불어 액추에이터 구동 명령부(330)는 외부로부터의 액추에이터 구동명령에 따라 소정의 인에이블(enable) 신호를 출력한다.
그러면, 제1곱셈기(340)는 제1시간지연부(321)에서 소정시간만큼 지연시켜 출력한 단위펄스와, 상기 제1스텝 입력전압 출력부(311)에서 출력한 스텝입력전압, 그리고 액추에이터 구동명령부(330)에서 출력한 인에이블 신호를 각기 입력받아 승산하고, 제2곱셈기(350)는 제2시간지연부(322)에서 제1시간지연부(321)의 지연시간보다 소정시간만큼 길게 지연시켜 출력한 단위펄스와, 상기 제2스텝 입력전압 출력부(312)에서 출력한 스텝입력전압 그리고 상기 액추에이터 구동명령부(330)에서 출력한 인에이블 신호를 각기 입력받아 승산하며, 제3곱셈기(360)는 제3시간지연부(323)에서 제2시간지연부(322)의 지연시간보다 소정시간만큼 길게 지연시켜 출력한 단위펄스와, 상기 제3스텝 입력전압 출력부(323)에서 출력한 스텝입력전압 그리고 액추에이터 구동명령부(330)에서 출력한 인에이블 신호를 각기 입력받아 승산한다.
마지막으로, 전술한 곱셈기들(340, 350, 360)을 통해 소정의 승산 결과값이 각기 산출되어 그에 대응되는 신호가 출력되면, 덧셈기(360)는 상기 제1,2,3 곱셈기(340, 350, 360) 각각에서 승산한 결과 값을 각기 입력받아 가산시킴로써 본 발명에 사용되는 3단의 스텝입력전압을 생성하게 되며, 이렇게 생성된 3단의 스텝입력전압은 액추에이터 구동전압 조절부(400)로 출력되어 소정의 증폭도만큼 증폭되어 로봇 액추에이터를 최소한의 오버슛만으로 구동시키게 된다.
다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 제2실시예를 설명한다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제2실시예는, 상기 제1, 2, 3시간 지연부(321, 322, 321) 각각의 지연시간(delay time)을 관리하는 타임 매니저(324)를 추가로 포함하는 양태로서, 타임 매니저(324)는 오버슛 저감 계수 산출 수단(200)에서 산출한 제1오버슛 저감 계수에 따라 제1, 제2, 제3시간지연부(321, 322, 321) 각각에서 출력하는 단위펄스들의 지연시간(delay time)을 소정의 스타트 시간(start time)을 기준으로 결정한 다음, 제1, 제2, 제3시간지연부(321, 322, 321) 각각에서 결정된 해당 지연시간만큼 지연되어 해당 단위펄스들이 순차적으로 출력될 수 있도록 제어하게 되는데, 그 결과 상기 제1, 제2, 제3시간지연부 (321, 322, 321)각각은 해당 단위펄스를 소정의 스타트 시간(start time)을 기준으로 상호간에 상이한 시간만큼 지연시켜 각기 출력할 수 있게 됨으로써, 액추에이터 구동명령부의 인에이블신호와 스텝입력전압 출력부들에서 출력하는 상이한 크기의 스텝입력전압과 연동하여 본 발명에 사용되는 3단의 스텝입력전압을 생성할 수 있게 되는데, 이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명이 적용되는 실제적인 시스템을 설명한다.
상기 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 3자유도 미소변위 구동장치(500)와 소정의 케이블을 통해 연결되는데, 우선 본 발명에 따라 오버슛 저감 제어 수단(300)에서 생성된 3단의 스텝입력전압이 액추에이터 구동전압 조절부(400)에서 소정의 증폭도만큼 증폭되어 소정의 케이블을 통해 로봇 액추에이터, 예컨대 도시된 바와 같이 소정의 압전소자로 전달되면, 그리퍼 등과 연결되어 그를 설정미소변위만큼 움직이도록 하는 제1미소이동부가, 그 전달된 전압에 따라 끝단에 설치된 밀대를 전/후방향으로 이동시켜 직선구동을 수행하게 된다.
이 때, 본 발명은, 종래와 같이 단일 크기의 변위 입력 전압을 사용한 것과는 달리, 본 발명에 따라 생성된 소정의 3단 스텝입력전압을 사용함으로써 그 직선구동시에 발생할 수 있는 오버슛을 최소한으로 줄이게 되며, 이와 같은 결과는, 제2미소이동부와 틸트구동부 양자간의 연동에 따른 틸팅구동시, 그리고 제3미소이동부와 틸트구동부 그리고 팬구동부 3자간의 연동에 따른 팬구동시에도 오버슛을 최소한으로 줄이면서 구동이 수행된다.
다음, 도 5의 타이밍도를 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다.
상기 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용되는 3단의 스텝입력전압은 도시된 바대로 소정의 제1, 제2, 제3스텝입력전압의 합으로 생성되는데, 제1스텝입력전압은 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 발생되는 A1크기의 펄스와 소정의 스타트 시간을 기준으로 T1시간동안 지연된 단위펄스를 승산시킨 것이며, 제2스텝입력전압은 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 발생되는 A2크기의 펄스와 스타트 시간을 기준으로 T2시간동안 지연된 단위펄스를 승산시킨 것이고, 제3스텝입력전압은 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 발생되는 A3크기의 펄스와 스타트 시간을 기준으로 T3시간동안 지연된 단위펄스를 승산시킨 것으로, 이렇게 승산시켜 형성한 제1, 제2, 제3스텝입력전압을 합산한 결과가 본 발명에 사용되는 3단의 스텝입력전압이 되며 이 3단의 스텝입력전압은 변위에 대한 명령수행시간을 거의 늘리지 않으면서도 오버슛을 줄일 수 있어 오버슛에 의한 엔드이펙트(end effect)나 대상의 파손을 방지할 수 있게 된다.
다음, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 오버슛 저감용 구동 방법에 대해 설명한다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오버슛 저감용 구동방법은, 먼저, 외부로부터 소정의 측정용 기기로 오버슛 저감 계수 측정명령이 입력되면(S600), 상기 소정의 측정용 기기는 미리 설정된 측정용 표준 구동전압, 예컨대 해당 로봇 액추에이터의 최대 구동 전압의 반정도에 해당하는 전압을 로봇액추에이터에 출력하여(S601), 그를 통해 수행되는 로봇액추에이터의 시험구동을 통해 측정(S602, S603)된 응답결과로부터 해당 로봇액추에이터의 댐핑계수와 공진주파수를 검출한 다음(S604), 단계(S604)에서 검출한 댐핑계수와 공진주파수에 따라 기설정된 소정의 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출한다(S605).
그런 후, 로봇액추에이터를 소정 변위만큼 이동시키기 위해 인가되는 변위 입력 전압을 위해 단계(S605)에서 산출한 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 3단의 스텝입력전압을 생성하는데, 이하에서는 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따른 3단의 스텝입력전압 생성양태를 좀 더 상세히 설명한다.
본 발명에 사용되는 3단의 스텝입력전압 생성은, 단계(S605)에서 산출한 제1의 오버슛 저감 계수 즉 상이한 지연시간(T1, T2, T3)에 따라 소정의 스타트 시간을 기준으로 상호간에 상이한 시간(T1, T2, T3)만큼 지연된 제1, 제2, 제3 단위펄스를 각기 출력하고(S606, S609, S612), 단계(S606, S609, S612)들 각각과 동시에 또는 각기, 단계(S605)에서 산출한 제2오버슛 저감 계수(A1, A2, A3)에 따라 상호 간에 상이한 크기의 제1, 제2, 제3 스텝입력전압을 각기 출력하며(S607, S610, S613), 단계(S606, S609, S612) 및 단계(S607, S610, S613)들 각각과 동시에 또는 각기, 외부로부터의 액추에이터 구동명령에 따라 소정의 인에이블 신호를 출력하면, 단계(S606, S609, S612)에서 각기 출력한 제1, 제2, 제3 단위펄스와 단계(S606, S609, S612)에서 출력한 제1, 제2, 제3스텝입력전압 그리고 인에이블 신호를 연동시켜 소정의 3단의 스텝입력전압을 생성하게 된다(S615).
예컨대, 단계(S608)에 따라 T1시간만큼 지연시켜 출력한 단위펄스와 A1크기의 스텝입력전압을 승산하고, 단계(S611)에 따라 T2시간만큼 지연시켜 출력한 단위펄스와 A2크기의 스텝입력전압을 승산하며, 이와 별도로 단계(S614)에 따라 T2시간만큼 지연시켜 출력한 단위펄스와 A3크기의 스텝입력전압을 승산한 다음, 이렇게 승산한 결과값을 가산시킴로써 본 발명에 사용되는 3단의 스텝입력전압을 생성하게 된다(S615).
한편, 단계(S616)에서 본 발명에 따라 소정의 3단의 스텝입력전압이 생성되면, 이렇게 생성된 3단의 스텝입력전압을 해당 로봇액추에이터의 구동전압레벨로 조절하고(s617), 단계(S617)에서 해당 로봇액추에이터의 구동전압레벨로 조절된 3단의 스텝입력전압으로 해당 로봇액추에이터를 구동함으로써, 액추에이터 구동시 발생하는 오버슛을 최소한으로 줄이게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇액추에이터의 오버슛 저감 구동 시스템 및 그 방법은, 소정 로봇액추에이터의 시험구동을 통해 검출 한 댐핑계수와 공진주파수에 따라 기셋팅된 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출하여 그 산출한 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 3단의 스텝입력전압을 생성해 이것으로 해당 로봇 액추에이터를 구동시킴으로써 액추에이터 구동시 발생하는 오버슛을 줄여 그로 인한 액추에이터의 엔드이펙트(end effect)나 대상의 파손을 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.
본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (8)

  1. 로봇액추에이터의 시험구동을 통해 측정한 응답결과로부터 해당 로봇액추에이터의 댐핑계수와 공진주파수를 검출하고, 검출한 댐핑계수와 공진주파수에 따라 미리 설정된 소정의 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출하는 오버슛 저감 계수 산출 수단;
    로봇액추에이터를 소정 변위만큼 이동시키기 위해 인가되는 소정의 변위 입력 전압으로 상기 오버슛 저감 계수 산출 수단에서 산출한 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 3단의 스텝입력전압을 생성해 오버슛을 줄이도록 제어하는, 오버슛 저감 제어 수단;
    상기 오버슛 저감 제어수단에서 생성한 3단의 스텝입력전압을 해당 로봇액추에이터의 구동전압레벨로 조절하여 상기 해당 로봇액추에이터로 출력하는, 액추에이터 구동전압 조절부로 이루어지는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오버슛 저감 제어 수단은;
    상기 오버슛 저감 계수 산출 수단에서 산출한 제1오버슛 저감 계수에 따라 소정의 스타트 시간을 기준으로 상호간에 상이한 시간만큼 지연된 단위펄스를 각기 출력하는 제1, 2, 3 시간 지연부;
    상기 오버슛 저감 계수 산출 수단에서 산출한 제2오버슛 저감 계수에 따라 상호간에 상이한 크기의 스텝입력전압을 각기 출력하는 제1, 2, 3스텝 입력전압 출력부;
    외부로부터의 액추에이터 구동명령에 따라 소정의 인에이블 신호를 출력하는 액추에이터 구동명령부;
    상기 제1시간지연부 각각에서 출력하는 단위펄스와, 상기 제1스텝 입력전압 출력부에서 출력한 스텝입력전압과, 상기 액추에이터 구동명령부에서 출력한 인에이블 신호를 승산하는 제1곱셈기;
    상기 제2시간지연부 각각에서 출력하는 단위펄스와, 상기 제2스텝 입력전압 출력부에서 출력한 스텝입력전압과, 상기 액추에이터 구동명령부에서 출력한 인에이블 신호를 승산하는 제2곱셈기;
    상기 제3시간지연부 각각에서 출력하는 단위펄스와, 상기 제3스텝 입력전압 출력부에서 출력한 스텝입력전압과, 상기 액추에이터 구동명령부에서 출력한 인에이블 신호를 승산하는 제3곱셈기;
    상기 제1,2,3 곱셈기 각각에서 승산한 결과를 가산하여 상기 액추에이터 구동전압 조절부로 출력하는 덧셈기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1, 2, 3시간 지연부 각각의 지연시간(delay time)을 관리하는 타임 매니저를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 오버슛 저감 계수는 하기의 수학식3에 따른 T1, T2, T3이고,
    상기 제2오버슛 저감 계수는 하기의 수학식4에 따른 A1, A2, A3인 것을 특징으로 하는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 시스템.
    [수학식3]
    T1 = 0, T2 =
    Figure 112006004500526-pat00006
    /
    Figure 112006004500526-pat00007
    , T3 = 2T2 (T1, T2, T3 는 상이한 지연시간이고, w는 로봇액추에이터 공진주파수이고, ξ는 댐핑계수이다.)
    [수학식4]
    A1 = 1/(1+2M+M2), A2 = 2M/(1+2M+M2), A3 = M2/(1+2M+M2), M = e-ξπ/
    Figure 112006004500526-pat00008
  5. 로봇액추에이터의 시험구동을 통해 측정한 응답결과로부터 해당 로봇액추에이터의 댐핑계수와 공진주파수를 검출하는 제1과정;
    상기 제1과정에서 검출한 댐핑계수와 공진주파수에 따라 미리 설정된 소정의 오버슛 저감 계수 산출 알고리즘을 구동시켜 해당 로봇액추에이터에 적합한 최적의 제1, 제2의 오버슛 저감 계수를 산출하는 제2과정;
    로봇액추에이터를 소정 변위만큼 이동시키기 위해 인가되는 소정의 변위 입력 전압으로 상기 제2과정에서 산출한 제1, 제2의 오버슛 저감 계수에 따라 3단의 스텝입력전압을 생성하는 제3과정;
    상기 제3과정에서 생성한 3단의 스텝입력전압을 해당 로봇액추에이터의 구동전압레벨로 조절하는 제4과정;
    상기 제4과정에서 해당 로봇액추에이터의 구동전압레벨로 조절된 3단의 스텝입력전압으로 해당 로봇액추에이터를 구동하는 제5과정으로 이루어지는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제3과정은;
    상기 제2과정에서 산출한 제1오버슛 저감 계수에 따라 소정의 스타트 시간을 기준으로 상호간에 상이한 시간만큼 지연된 제1, 제2, 제3 단위펄스를 각기 출력하는 제3-1과정;
    상기 제3-1과정과 동시에 또는 각기, 상기 제2과정에서 산출한 제2오버슛 저감 계수에 따라 상호간에 상이한 크기의 제1, 제2, 제3 스텝입력전압을 각기 출력하는 제3-2과정;
    상기 제3-1과정 및 제3-2과정과 동시에 또는 각기, 외부로부터의 액추에이터 구동명령에 따라 소정의 인에이블 신호를 출력하는 제3-3과정;
    상기 제3-1과정에서 각기 출력한 제1, 제2, 제3 단위펄스, 상기 제3-2과정에서 출력한 제1, 제2, 제3스텝입력전압, 상기 제3-3과정에서 출력한 인에이블 신호를 연동시켜 소정의 3단 스텝입력전압을 생성하는 제3-4과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제3-4과정은;
    상기 제1단위펄스와 제1스텝입력전압을, 제2단위펄스와 제2스텝입력전압을, 그리고 제3단위펄스와 제3스텝입력전압을 각기 승산하는 제3-4-1과정;
    상기 제3-4-1과정에서 승산한 결과값을 가산시켜 3단의 스텝입력전압을 생성하는 제 3-4-2과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 오버슛 저감 계수는 하기의 수학식3에 따른 T1, T2, T3이고,
    상기 제2오버슛 저감 계수는 하기의 수학식4에 따른 A1, A2, A3인 것을 특징으로 하는, 로봇 액추에이터의 오버슛 저감용 구동 방법.
    [수학식3]
    T1 = 0, T2 =
    Figure 112006004500526-pat00009
    /
    Figure 112006004500526-pat00010
    , T3 = 2T2 (T1, T2, T3 는 상이한 지연시간이고, w는 로봇액추에이터 공진주파수이고, ξ는 댐핑계수이다.)
    [수학식4]
    A1 = 1/(1+2M+M2), A2 = 2M/(1+2M+M2), A3 = M2/(1+2M+M2), M = e-ξπ/
    Figure 112006004500526-pat00011
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