KR100617936B1

KR100617936B1 - 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화되어진 장치를 이용한 제어기 구현방법 및 그에 따른제어기

Info

Publication number: KR100617936B1
Application number: KR1020050027253A
Authority: KR
Inventors: 김성호; 이형상; 김신; 박성주; 신경철
Original assignee: 주식회사 유진로봇
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-08-30

Abstract

본 발명은 지능형 서비스 로봇의 하드웨어 제어기 구현 방식에 관한 것으로 특히, 지능형 로봇의 하드웨어 제어기의 필요 구성장치들을 동일한 속성을 가진 기능별로 분류하는 제 1과정과; 제 1과정에 의해 분류되어진 각각의 기능 군들 간의 통신 방식을 설정하는 제 2과정과; 제 2과정에 의해 설정되어진 통신방식에 의해 데이터버스와 어드레스 버스를 구현하고 해당 버스를 이용한 데이터 통신시 데이터 충돌을 방지하기 위한 인터페이스 조정부를 세팅하는 제 3과정과; 각각의 기능 군에 대하여 해당 기능을 수행하기 위한 디바이스를 구현하는 제 4과정과; 제 4과정에서 구현되어진 각각의 기능군 디바이스와 제 2과정에 의해 설정되어진 통신방식에 따라 제 3과정에서 구현되어진 데이터버스와 어드레스 버스간의 데이터 송수신을 수행하기 위한 데이터 레지스터를 일대일로 매칭시키는 제 5과정; 및 제 5과정을 통해 각각 일대일로 매칭되어진 데이터 레지스터와 디바이스를 모듈화하는 제 6과정을 통해 각 기능 모듈들을 필요에 따라 증감시킴으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 구성할 수 있도록 하는 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치를 이용한 제어기 구현방법 및 그에 따른 제어기를 제공하여 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 쉽게 구성할 수 있는 유연한 방법을 제안하고자 한다. 또, 모듈간의 직접적인 연결이 가능한 구조로 되어 있어 위급한 상황에서 즉각적으로 자율 반응할 수 있어, 상위 제어기에서의 처리 부담을 대폭 줄여줄 수 있다.

지능형 로봇, 하드웨어 제어기, 데이터 버스, 어드레스 버스, 인터페이스 조정부

Description

로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치를 이용한 제어기 구현방법 및 그에 따른 제어기{Functional Device Modules for Controlling Robot and Method and Apparatus using the Modules}

도 1은 지능형 서비스 로봇의 제어기 개념 예시도

도 2는 본 발명에 따른 워치독(Watchdog) 모듈의 구현예시도

도 3은 본 발명에 따른 글로벌타이머(Global Timer) 모듈의 구현예시도

도 4는 본 발명에 따른 모터 구동 모듈의 구현예시도

도 5는 도 4에 도시되어 있는 모터 구동 모듈에 적용되는 엔코더 및 엔코더 카운터 구현예시도

도 6은 PWM파형 예시도

도 7은 본 발명에 따른 초음파 센서 모듈의 구현예시도

도 8은 본 발명에 따른 외부 LED 구동 모듈의 구현예시도

도 9는 본 발명에 따른 디지털 인 모듈의 구현예시도

도 10은 본 발명에 따른 디지털 아웃 모듈의 구현예시도

도 11은 본 발명에 따른 적외선 센서 모듈의 구현 예시도

도 12는 도 11에 도시되어 있는 적외선 센서 모듈에서의 출력신호의 파형 예시도

도 13은 본 발명에 따른 시리얼 포트 모듈의 구현 예시도

도 14는 본 발명에 따른 인터럽트(Interrupt) 처리 모듈의 구현예시도

도 15는 본 발명에 따라 모듈화되어진 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈을 이용하여 제어기를 구현한 예시도

도 16 내지 도 19는 첨부한 도 2 내지 도 14에 도시되어 있는 각 모듈을 기준으로 도 15에 도시되어 있는 바와 같이 구현하고자 할 때 각 레지스터들의 정의 및 어드레스 등의 할당 정보의 예시도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

110 : 워치독 모듈 111 : 워치독 레지스터

112 : 워치독신호 발생부 120 : 글로벌타이어 모듈

121 : 타이머 레지스터 122 : 인터럽트 발생부

130 : 모터 구동 모듈 131 : 모터 구동용 레지스터

132 : 모드선택부 133 : PD 제어부

134 : PWM생성부 135 : 위치속도검출부

136 : 전류제한 검출부

본 발명은 지능형 서비스 로봇의 하드웨어 제어기 구현 방식에 관한 것으로 특히, 지능형 로봇에 필요한 하드웨어 제어 기능을 구분하여 동일한 속성을 가진 기능들을 모듈화하고 설계 옵션에 따라 각 기능 모듈을 가감 및 조합함으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 쉽게 구성할 수 있도록 하며 각 모듈간의 유기적 연결을 구성하여 긴급 상황에 신속한 자율적 동작 수행이 가능하도록 하기 위한 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치를 이용한 제어기 구현방법 및 그에 따른 제어기에 관한 것이다.

일반적으로, 지능형 로봇의 구성은 사용 장소, 용도와 기능 등에 따라 기구적, 전기적으로 매우 다양하다. 사용 장소가 가정이냐 공공장소냐에 따라 로봇의 외관부터 내부 구성이 다르며, 용도가 청소로봇이냐 또는 화면을 이용한 정보 컨텐츠 제공이냐에 따라서도 필요한 하드웨어 사양과 구성이 달라진다.

또한, 자율충전이 필요한지, 장애물 감지가 필요한지 등 지원 기능에 따라 더욱더 다양한 구성을 이룰 것이다.

즉, 첨부한 도 1을 참조하여 살펴보면, 로봇 제어기 관점에서는 제어해야 하는 대상 및 방법을 종류별로 구분하면 모터제어, 각종 센서 구동 및 입력, 그 외 디지털 출력, 디지털 입력 등 몇 가지로 요약할 수 있음에도 불구하고, 기존 방식에 따른 지능형 로봇의 하드웨어 제어기 설계는 다양한 로봇 마다 각각의 구성에 맞게 다른 설계를 하는 경우가 많았다.

극단적인 경우에는 거의 동일한 구조이지만 센서의 수, 모터의 수 등만 바뀌어도 전체적인 설계를 바꾸어야만 하였으며, 이러한 설계방식은 제어 대상의 스펙(사양)이 변경됨에 따라 이전 설계를 응용할 수 없어 처음부터 새로이 설계하여야 하는 문제점으로 제시되었다.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 지능형 서비스 로봇의 하드웨어 제어기 구현 방식에 관한 것으로 특히, 지능형 로봇에 필요한 하드웨어 제어 기능을 구분하여 동일한 속성을 가진 기능들을 모듈화하고 설계 옵션에 따라 각 기능 모듈을 가감 및 조합함으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 쉽게 구성할 수 있도록 하며 각 모듈간의 유기적 연결을 구성하여 긴급 상황에 신속한 자율적 동작 수행이 가능하도록 하기 위한 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치를 이용한 제어기 구현방법 및 그에 따른 제어기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치를 이용한 제어기 구현방법의 특징은, 지능형 로봇의 하드웨어 제어기를 구현하는 방법에 있어서, 지능형 로봇의 하드웨어 제어기의 필요 구성장치들을 동일한 속성을 가진 기능별로 분류하는 제 1과정과; 상기 제 1과정에 의해 분류되어진 각각의 기능 군들 간의 통신 방식을 설정하는 제 2과정과; 상기 제 2과정에 의해 설정되어진 통신방식에 의해 데이터버스와 어드레스 버스를 구현하고 해당 버스를 이용한 데이터 통신시 데이터 충돌을 방지하기 위한 인터페이스 조정부를 세팅하는 제 3과정과; 각각의 기능 군에 대하여 해당 기능을 수행하기 위한 디바이스를 구현하는 제 4과정과; 상기 제 4과정에서 구현되어진 각각의 기능군 디바이스와 상기 제 2과정에 의해 설정되어진 통신방식에 따라 상기 제 3과정에서 구현되어진 데이터버스와 어드레스 버스간의 데이터 송수신을 수행하기 위한 데이터 레지스터를 일대일로 매칭시키는 제 5과정; 및 상기 제 5과정을 통해 각각 일대일로 매칭되어진 데이터 레지스터와 디바이스를 모듈화하는 제 6과정을 통해 각 기능 모듈들을 필요에 따라 증감시킴으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 구성할 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치를 이용한 제어기 구현방법의 부가적인 특징은, 상기 제 1과정에 의해 분류되어진 각각의 기능 군들은 모터제어 기능, 초음파 센서 기능, 적외선 센서기능, 디지털 입력 기능, 디지털 출력기능, 도트 메트릭스 LED 구동 기능, 통신기능, 하드웨어 워치독 기능, 하드웨어 타이머 기능, 인터럽트 레지스터 기능인 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치를 이용한 제어기 구현방법의 부가적인 다 른 특징은, 상기 제 2과정에서 설정되는 통신 방식은 PCI 통신 방식 또는 USB 통신 방식 또는 EISA 통신 방식 또는 MCA 통신 방식 중 어느 하나의 통신 방식을 사용하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은, 지능형 로봇의 하드웨어 제어기의 필요 구성장치들을 모터제어 기능, 초음파 센서 기능, 적외선 센서기능, 디지털 입력 기능, 디지털 출력기능, 도트 메트릭스 LED 구동 기능, 통신기능, 하드웨어 워치독 기능, 하드웨어 타이머 기능, 인터럽트 레지스터 기능 등으로 동일한 속성을 가진 기능별로 분류하여 각 기능별로 해당 기능을 수행하기 위한 디바이스를 구현하되 어드레스버스와 데이터버스를 통해 동일한 통신방식으로 데이터를 교신할 수 있도록 하기 위해 특정 통신방식에 따른 레지스터들을 구비시켜 각 기능별로 패키지화되어진 모듈을 생성한 후 각 기능 모듈들을 필요에 따라 증감시킴으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 구성할 수 있도록 하는 방식에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치에 있어서: 상기 하드웨어 워치독 기능은 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하며 타 모듈로부터의 동작 요청 등의 신호를 입력받는 워치독 레지스터와; 상기 워치독 레지스터로부터 동작제어신호를 입력받으면 임의의 주기를 갖는 제1클럭신호를 카운팅하여 임의 조건에 달성하는 경우 인터럽트 신호와 워치독신호를 발생시키는 워치독신호 발생부로 구성되어 지정한 시간 이내 워치독 타이머를 갱신하지 못하면 모든 구동 모터를 정지시키도록 하나의 패키지로 구현되는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징은, 지능형 로봇의 하드웨어 제어기의 필요 구성장치들을 모터제어 기능, 초음파 센서 기능, 적외선 센서기능, 디지털 입력 기능, 디지털 출력기능, 도트 메트릭스 LED 구동 기능, 통신기능, 하드웨어 워치독 기능, 하드웨어 타이머 기능, 인터럽트 레지스터 기능 등으로 동일한 속성을 가진 기능별로 분류하여 각 기능별로 해당 기능을 수행하기 위한 디바이스를 구현하되 어드레스버스와 데이터버스를 통해 동일한 통신방식으로 데이터를 교신할 수 있도록 하기 위해 특정 통신방식에 따른 레지스터들을 구비시켜 각 기능별로 패키지화되어진 모듈을 생성한 후 각 기능 모듈들을 필요에 따라 증감시킴으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 구성할 수 있도록 하는 방식에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치에 있어서: 상기 모터제어 기능은 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하며 연결되어 있는 모터측의 구동에 따른 검출신호 등을 입력받아 모터의 구동에 따른 각종 데이터를 생성 저장하는 모터 구동용 레지스터와; 모터구동의 동작모드를 선택하기 위한 모드선택부와; 상기 모터 구동용 레지스터에 저장되어 있는 데이터 등을 이용하여 모터구동에 따른 제어를 위한 제어상수인 P 게인과 D 게인 등을 조정하는 PD제어부와; 상기 모터 구동용 레지스터에 저장되어 있는 데이터 등을 이용하여 연결되어 있는 모터의 구동을 위한 펄스폭변조에 따른 신호를 생성하는 PWM생성부와; 연결되어 있는 모터의 구동에 따른 엔코더 등의 데이터를 입력받아 모터 구동에 따른 위치와 속도 등을 검출하고 이를 상기 모터 구동용 레지스터에 전달하는 위치속도검출부; 및 전류제한치에 대한 값 을 입력받아 임계범위를 벗어나는 경우 인터럽트 신호를 발생시키며 이에 따른 정보를 상기 모터 구동용 레지스터에 전달하는 전류제한 검출부를 포함하여 이용하여 속도제어 모드와 위치제어모드, 속도 출력, 위치출력, 두 가지 이상의 PWM 제어 방식의 기능을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징은, 지능형 로봇의 하드웨어 제어기의 필요 구성장치들을 모터제어 기능, 초음파 센서 기능, 적외선 센서기능, 디지털 입력 기능, 디지털 출력기능, 도트 메트릭스 LED 구동 기능, 통신기능, 하드웨어 워치독 기능, 하드웨어 타이머 기능, 인터럽트 레지스터 기능 등으로 동일한 속성을 가진 기능별로 분류하여 각 기능별로 해당 기능을 수행하기 위한 디바이스를 구현하되 어드레스버스와 데이터버스를 통해 동일한 통신방식으로 데이터를 교신할 수 있도록 하기 위해 특정 통신방식에 따른 레지스터들을 구비시켜 각 기능별로 패키지화되어진 모듈을 생성한 후 각 기능 모듈들을 필요에 따라 증감시킴으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 구성할 수 있도록 하는 방식에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치에 있어서: 상기 초음파 센서 기능은 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하며 연결되어 있는 초음파 센서 구동에 따른 각종 데이터를 생성 저장하는 초음파 센서 레지스터와; 상기 초음파 센서 레지스터에 저장되어진 데이터에 따라 초음파신호를 조사(firing)시키는 파형발생부; 및 초음파 조사에 따른 검출 등의 신호를 입력받아 상기 초음파 센서 레지스터의 데이터를 기준으로 이상 유무를 판단하고 그에 따른 인터럽트신호 및 검출신호를 출력하는 수신검출부로 구성되어 초음파 신호를 검출하는 모드, 지정된 시간보다 빠른 반사 초음파만 검출하는 모드, 지정된 시간과 같은 초음파만 검출하는 모드, 지정된 시간보다 늦은 초음파만 검출하는 모드의 4가지 동작모드를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징은, 지능형 로봇의 하드웨어 제어기의 필요 구성장치들을 모터제어 기능, 초음파 센서 기능, 적외선 센서기능, 디지털 입력 기능, 디지털 출력기능, 도트 메트릭스 LED 구동 기능, 통신기능, 하드웨어 워치독 기능, 하드웨어 타이머 기능, 인터럽트 레지스터 기능 등으로 동일한 속성을 가진 기능별로 분류하여 각 기능별로 해당 기능을 수행하기 위한 디바이스를 구현하되 어드레스버스와 데이터버스를 통해 동일한 통신방식으로 데이터를 교신할 수 있도록 하기 위해 특정 통신방식에 따른 레지스터들을 구비시켜 각 기능별로 패키지화되어진 모듈을 생성한 후 각 기능 모듈들을 필요에 따라 증감시킴으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 구성할 수 있도록 하는 방식에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치에 있어서: 상기 적외선 센서기능은 구동요청에 따른 펄스 제어신호를 입력받아 외부의 적외선 신호를 발생수단으로 구동시키는 파형발생기와; 상기 파형발생기에 의해 구동하는 외부의 적외선 발생수단에서 조사되는 적외선 신호가 임의의 사물에 반사되어진 후 돌아오는 신호를 외부의 수광소자를 통해 수신하고 이 신호를 입력받아 임의의 조건에서 인터럽트 신호와 출력신호를 발생시키는 신호검출기; 및 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 상기 파형발생기의 구동요청에 따른 펄스 제어신호를 제공하고 상기 신호검출기와 데이터를 공유하는 적외선 센서 구동용 레지스터로 구성되어 지정된 스캔 타임(scan time)마다 복수개의 적외선 센서 입출력을 시분할 동작시키는 기능을 제공하는 데 있다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 적용되는 기술적 사상을 첨부한 도 1을 참조하여 살펴보면, 로봇 제어기 관점에서 제어해야 하는 대상 및 방법을 종류별로 구분하면 모터제어, 각종 센서 구동 및 입력, 그 외 디지털 출력, 디지털 입력 등 몇 가지로 요약할 수 있다는 데 착안한 것이다.

즉, 모터제어모듈, 초음파 센서 모듈, 적외선 센서모듈, 디지털 입력 모듈, 디지털 출력모듈, 도트 메트릭스 LED 구동 모듈, 통신모듈, 하드웨어 워치독 모듈, 하드웨어 타이머 모듈, 인터럽트 레지스터 모듈 등으로 기능 정의를 하고, 각 모듈간의 데이터 통신이 가능하도록 하여준다면 특히 각 모듈간의 데이터 통신 선로를 공용화하고 각 모듈을 네트워킹의 개념으로 공용화되어진 데이터 통신 선로에 접속시킴에 의해 정상동작을 할 수 있도록 한다면 필요한 스펙(제어대상 및 신호처리의 개수)에 맞춰 필요한 기능의 모듈을 가감시키는 것으로 전체적인 제어기를 구현할 수 있을 것이라는 데 착안한 것이다.

상술한 바와 같은 기술적 사상의 배경에 의해 제안되어진 본 발명에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화되어진 장치를 이용한 제어기를 첨부한 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

첨부한 도 2 내지 도 13에는 본 발명에 따라 모듈화되어진 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 구현 예를 도시하고 있는데, 그 각각이 설계자의 필요에 따라 유기적으로 결합 및 중복적으로 연결가능하다.

따라서, 각 모듈의 구성 및 동작의 설명시 다른 모듈 혹은 미 설명되어진 모듈과의 신호 체계가 다소 중복적으로 언급될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

또한, 각 모듈은 데이터 송수신을 위한 데이터버스(참조번호 미부여)와, 모듈화되어진 각종 드라이버의 호출 및 데이터 충돌방지를 위한 고유번지의 정보를 교신할 수 있도록 하는 어드레스 버스(참조번호 미부여)에 공통적으로 연결 구성된다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 워치독(Watchdog) 모듈(110)의 구현예시도로서, 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하며 타 모듈로부터의 동작 요청 등의 신호를 입력받는 워치독 레지스터(111)와, 상기 워치독 레지스터(111)로부터 동작제어신호를 입력받으면 임의의 주기를 갖는 제1클럭신호를 카운팅하여 임의 조건에 달성하는 경우 인터럽트 신호와 워치독신호를 발생시키는 워치독신호 발생부(112)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 워치독(Watchdog) 모듈의 상세한 동작을 살펴보면, 워치독 모듈은 그 기능의 특성이 PC에서 지정한 임의의 시간 이내에 재 갱신하지 않 는 경우 현재 구동중인 모든 구동 모터를 정지시킨다.

따라서, 워치독 레지스터(111)에 PC로부터 구동요청에 따른 임의의 시간 데이터 값이 버스를 통해 입력되면, 상기 워치독 레지스터(111)는 워치독신호 발생부(112)측으로 PC로부터 구동요청에 따른 데이터의 입력이 존재함을 통지하게 된다.

이에 상기 워치독신호 발생부(112)는 모터구동에 따른 인에이블(enable)신호를 즉시 출력하며, 제1클럭신호를 입력받아 상기 워치독 레지스터(111)에 입력되어진 시간 데이터 값을 다운 카운팅하게 된다.

이와 같은 다운 카운팅 동작 중에 상기 PC에서 지정한 임의의 시간 이내에 재 갱신요청이 입력되면 상술한 동작이 재 수행되어지며, 다운 카운팅 동작이 완료되면 상기 워치독신호 발생부(112)는 모터구동에 따른 디세이블(disable)신호를 출력하여 모터구동의 중지를 요청함과 동시에 주변 모듈에게 동작을 중지할 것을 요청하는 인터럽트신호를 발생시킨다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 글로벌타이머(Global Timer) 모듈(120)의 구현예시도로서, 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하며 타 모듈로부터의 동작 요청 등의 신호를 입력받는 타이머 레지스터(121)와, 상기 타이머 레지스터(121)로부터 동작제어신호를 입력받으면 임의의 주기를 갖는 제1클럭신호를 카운팅하여 임의 조건에 달성하는 경우 인터럽트 신호를 발생시키는 인터럽트 발생부(122)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 글로벌타이머(Global Timer) 모듈(120)의 상세한 동작을 살펴보면, 글로벌타이머(Global Timer) 모듈은 그 기능의 특성이 PC에서 동작하 는 제어알고리즘의 제어주기를 제공하기 위한 것으로 초기 구동이후 지속적으로 반복동작이 이루어져야 한다.

따라서, 타이머 레지스터(121)는 전원의 온동작에 따른 리세트기능이 구비되며 초기 레지스터 값은 "0"으로 세팅되어져 있으며, 임의의 시간 데이터 값이 버스를 통해 입력되면, 상기 타이머 레지스터(121)는 인터럽트 발생부(122)측으로 데이터의 입력이 존재함을 통지하게 된다.

이에 상기 인터럽트 발생부(122)는 제1클럭신호를 입력받아 상기 타이머 레지스터(121)에 입력되어진 시간 데이터 값을 다운 카운팅하여, 다운 카운팅동작이 완료되면 인터럽트 신호를 발생시키고 처음 입력된 값으로 복원되어 상술한 동작을 재 수행하게 된다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 모터 구동 모듈(130)의 구현예시도이며, 도 5는 도 4에 도시되어 있는 모터 구동 모듈에 적용되는 엔코더 및 엔코더 카운터 구현예시도이다.

첨부한 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 모터 구동 모듈(130)은, 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하며 연결되어 있는 모터측의 구동에 따른 검출신호 등을 입력받아 모터의 구동에 따른 각종 데이터를 생성 저장하는 모터 구동용 레지스터(131)와, 모터구동의 동작모드를 선택하기 위한 모드선택부(132)와, 상기 모터 구동용 레지스터(131)에 저장되어 있는 데이터 등을 이용하여 모터구동에 따른 제어를 위한 제어상수인 P 게인과 D 게인 등을 조정하는 PD제어부(133)와, 상기 모터 구동용 레지스터(131)에 저장되어 있는 데이터 등을 이용하여 연결되어 있는 모터의 구동을 위한 펄스폭변조에 따른 신호를 생성하는 PWM생성부(134), 연결되어 있는 모터의 구동에 따른 엔코더 등의 데이터를 입력받아 모터 구동에 따른 위치와 속도 등을 검출하고 이를 상기 모터 구동용 레지스터(131)에 전달하는 위치속도검출부(135), 및 전류제한치에 대한 값을 입력받아 임계범위를 벗어나는 경우 인터럽트 신호를 발생시키며 이에 따른 정보를 상기 모터 구동용 레지스터(131)에 전달하는 전류제한 검출부(136)를 포함하여 구성된다.

이때 상기 모터 구동용 레지스터(131)는 다수의 레지스터들이 조합되어 있는 것으로, PFR은 PWM 주파수 레지스터로써 길이는 통상 16비트이고, 펄스폭변조신호의 주파수 조정을 위한 데이터가 저장되는 레지스터이며, PDRR은 PWM 듀티비(Duty Ratio) 레지스터로써 길이는 통상 16비트이며, 펄스폭변조신호의 효율관리를 위한 데이터가 저장되는 레지스터이다.

또한, ECR은 엔코더 카운터 레지스터(Encoder Counter Register)이고, EVR은 엔코더 속도 레지스터(Encoder Velocity Register)이며, CLC는 전류제한 카운터 레지스터(Current Limit Counter Register)이고, CDZR(Clockwise Dead-zone Register)와 CCDZR(Counter Clockwise Dead-zone Register), 및 RR(Reference Register)가 구비되어 있다.

이와 같이 구성되는 모터 구동 모듈(130)의 동작을 살펴보면, 대다수의 구성에 대한 동작은 간략히 설명하기로 하고 우선 콘트롤 레지스터(Control Register)의 동작을 살펴보기로 한다.

상기 콘트롤 레지스터는 8비트로 이루어지며, 각 비트별 특성은 아래의 표 1과 같다.

상기 표 1에서 Bit 6, 7의 논리상태에 따라 동작모드가 달라지는데, 그 동작모드의 구분은 아래의 표 2에서와 같다.

상기 표 2에 나타나 있는 바와 같이 4개의 모드로 구분되는 동작모드별로 콘트롤 레지스터의 다른 비트에 해당하는 논리 값이 의미하는 바에 따라 전체적인 동작이 달라지게되므로, 이하에서는 각 모드별로 구분하여 살펴보기로 한다.

검출 및 인에이블 신호의 정보를 저장하고 있는 Bit5는 "Mode0"으로 동작할 경우 모터 인에이블(Motor Enable)신호를 저장하고, 3번 출력핀으로 해당 신호를 출력한다. 또한, "Mode1"으로 동작할 경우, 디렉션 커맨드(Direction Command)를 저장한다. 반면에 "Mode 2, 3"으로 동작할 경우는, 이 값이 논리 '1'일 경우 PWM출력 신호를 인버팅(inverting)하여 출력하며, 논리 '0'일 경우 그대로 출력한다.

인에이블 인터럽트(Enable Interrupt)신호가 저장되는 Bit4는 이 자리에 값이 존재(set)되었을 경우에만 인터럽트 신호를 발생시킨다. 또한, Bit3은 이 비트의 값이 1로 셋트(set)되었을 때, 내부 엔코더 카운터 레지스터(encoder counter register)를 초기화한 후, 이 비트의 값을 0으로 리셋(reset)한다.

인에이블(Enable) 출력 핀의 출력을 제어하는 데이터가 저장되는 Bit2에는 "0"을 세팅하면 모터 모듈의 동작모드를 무시하고 인에이블(Enable) 출력 핀에 0을 출력한다. 반면에 "1"로 세팅되었을 때는 동작모드에 따라 동작하게 된다.

ESD(Emergency Stop Disable)값을 저장하고 있는 Bit1은 이 값이 1로 세팅되어 있을 때는 Emergency 2와 3에 신호를 무시하고, Emergency Stop 동작 중이면 동작을 멈추어, PWM duty와 주파수(frequency)를 조정할 수 있도록 허용한다.

또한, Bit0은 설정한 커런트 리미트 카운터(Current Limit Counter)의 회수를 넘어서면 이 비트(bit)가 셋트(set) 된다. PC측 프로그램에서 사용자가 직접 리셋(reset)한다. 인터럽터는 이와 별개로 회수가 넘어서는 순간 계속적으로 발생한다.

상술한 내용은 콘트롤 레지스터의 동작을 설명한 것이며 이는 추후 전반적인 시스템의 운영동작에 기준이 된다.

이하에서는 첨부한 도 5를 참조하여 엔코더 및 엔코더 카운터, 속도카운터의 동작을 살펴보기로 한다.

첨부한 도 5의 회로는 반드시 10 MHz 클럭을 사용하여야 하며, 엔코더 입력 A/B 상을 이용하여, 엔코더 4체배 펄스(업다운 카운터의 CLK에 연결)와 회전방향(정/역)을 생성하고, 32비트 카운터에 연결한다.

엔코더 4채배 펄스가 들어올 때마다 이전 펄스의 라이징 에지(rising edge)와 현재 펄스의 라이징 에지(rising edge)간의 간격을 입력 클럭(10 MHz)을 이용하여 측정한후 속도카운터 레지스터(Velocity counter register)에 갱신하고 다음 펄스가 들어올 때까지 이 값을 유지한다.

다음 펄스가 들어오기 전에 내부 카운터가 오버플로우(overflow)를 발생하면 카운팅(counting)을 멈추고 다음 펄스가 들어올 때 그 값을 속도카운터 레지스터(Velocity counter register)에 저장한다.

속도카운터 레지스터(Velocity counter register)는 업/다운(UP/DOWN)상태에 따라 업(UP)일 때는 +, 다운(DOWN)일 때는 -값으로 저장(오버플로우(overflow)가 발생했을 때도 똑같이 적용해야함)한다.

이때, EncoderA와 EncoderB에는 언티 채터링(anti-chattering) 회로를 반드시 삽입한다.

모터의 구동과 관련한 PWM신호는 첨부한 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 듀티비(duty ratio)를 가지는 PWM을 만들 수 있도록 동작하게 되는 데, PDRR(PWM duty ratio register)에 저장된 값은 라이징 에지(rising edge)부터 카운트 시작되어 PDRR에 셋팅 된 값에 도달할 때 로우(low)로 떨어진다.

이와 같은 진행 중 카운터 값이 0에서 PFR(PWM frequency register)값 사이에 PDRR(PWM duty ratio register)의 값이 업 데이트가 되는 경우는 바로 동작하지 않고 하나의 주기가 종료된 이후 시점부터 업 데이트 된 듀티비(duty ratio)를 적용한다.

만약, PDRR(PWM duty ratio register)값이 PFR(PWM frequency register)의 값보다 크면 항상 하이(high) 상태를 유지하고 있게 된다.(처음 하이(high) 된 후 PWM duty ratio register와 실제 카운터 값이 만나지지 않으므로 계속 하이(high) 로 있을 것이다.)

또한, PWM 생성부(134)의 동작을 각 모드별로 살펴보면, Mode0에서 에머전시 스톱(Emergency stop) 입력은 에머전시 스톱(Emergency stop) 신호가 들어왔을 경우, 강제로 듀티비(duty ratio) 레지스터 값을 정해진 시간(예를 들어 50msec)안에 점진적(선형적)으로 증/감시켜, 듀티사이클(duty cycle)이 50%가 될 수 있도록 한다.

또한, Mode 1인 경우, 에버전시 스톱(Emergency stop) 입력은 에머전시 스톱(Emergency stop) 신호가 들어왔을 경우, 강제로 듀티비(duty ratio) 레지스터 값을 정해진 시간(예를 들어 50msec)안에 점진적(선형적)으로 증/감시켜, 듀티사이클(duty cycle)이 0%가 될 수 있도록 한다.

단, Mode 0과 Mode 1의 동작에 따른 에머전시 스톱(Emergency stop)이 진행 중에 PWM duty ratio register 값이 셋트 되더라도 무시한다.

이때 에버전시 스톱(Emergency stop) 입력의 조건은 레벨 디텍션(level detection)(low active) 방식으로 동작하며, 체터링(chattering)을 방지하기위해 내부에 언티 채터링회로(anti-chattering circuit)를 첨가한다. 외부의 다수(최소 4개)의 입력이 병렬로 연결될 수 있도록 wired-OR 방식을 지원하는 오픈 컬랙터 타입(open-collector type)으로 입력핀을 만들고, 다수의 입력이 연결되더라도 문제가 없도록 충분한 팬인(fan-in)을 제공한다.

각 모드별 동작으로 구분하여 살펴보면, Mode0 에서의 동작은 도 6에서와 같이 생성된 PWM 신호가 1번 출력에, 역상이 2번 출력으로 출력된다.

이때 3번 출력에는 컨트롤 레지스터(control register)의 6번 비트(DIR/EN)에 저장된 값이 출력된다.

또한, Mode1에서의 동작은 1번 출력은 컨트롤 레지스터(control register) 6비트에 설정된 값이, 2번 출력에는 그 역상이 출력되며, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 생성된 PWM신호가 3번 출력에 출력된다.

또한, Mode2에서의 동작은 위치제어모드(Position Control Mode)로서 내부적으로 mode1에 따른 방식을 사용하게 되며 적용되는 알고리즘은 아래의 표 3과 같다.

또한, Mode 3에서의 동작은 속도제어모드 (Velocity Control Mode)로서, 내부적으로 mode1에 따른 방식을 사용하게 되며 적용되는 알고리즘은 아래의 표 4과 같다.

또한, 참조번호 136으로 지칭되는 전류제한 검출부의 동작을 살펴보면, 커런트 리미트(Current Limit) 입력에 로우(Low)가 들어왔을 때, 내부 카운터(counter)(32bit)를 0으로 리셋(reset)하고, 이 입력이 로우(Low)로 유지되는 동안 내부 카운터(counter)입력 클럭(10MHz)에 따라 업카운팅(up counting)을 한다. 입력이 다시 하이(High)가 되면 카운팅(counting)을 멈춘다.

카운팅(Counting) 하는 동안 내부 카운터와 CLR(Current Limit Counter register)를 계속 비교하다가 내부 카운트 값이 CLC값보다 클 때 컨트롤 레지스터(Control Register)의 Enable bit(3번 bit)를 클리어(Clear)를 시켜주고 인터럽트(Interrupt)를 발생시킨다.

사용자가 컨트롤 레지스터(control register) 3번 비트를 1로 셋트(set)하기 전까지 인에이블(Enable) 출력은 로우(Low)로 유지한다.

첨부한 도 7은 본 발명에 따른 초음파 센서 모듈(140)의 구현 예시도로서, 그 기능은 초음파의 조사 신호를 생성하고, TOF를 측정하고, 반사파가 감지되었을 때 인터럽트를 발생시키는 것이다

이를 위해 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하며 연결되어 있는 초음파 센서 구동에 따른 각종 데이터를 생성 저장하는 초음파 센서 레지스터(141)와, 상기 초음파 센서 레지스터(141)에 저장되어진 데이터에 따라 초음파신호를 조사(firing)시키는 파형발생부(142), 및 초음파 조사에 따른 검출 등의 신호를 입력받아 상기 초음파 센서 레지스터(141)의 데이터를 기준으로 이상 유무를 판단하고 그에 따른 인터럽트신호 및 검출신호를 출력하는 수신검출부(143)로 구성되어진다,

상기와 같이 구현되는 초음파 센서 모듈(140)의 구성중 초음파 센서 레지스터(141)에서 콘트롤 레지스터의 동작을 기준으로 초음파 센서 모듈(140)의 동작을 살펴보면, 콘트롤 레지스터는 총 16비트로 이루어지며, 각 비트별 특성은 아래의 표 5와 같다.

각 비트별 특성을 살펴보면 다음과 같다.

수신 상태를 나타내는 Bit9(RCV)는 추후 설명할 Bit2(FIRE)와 유사한데, 이 비트가 1로 라이트(write)될 때 마다 TOF카운터 레지스터(TOF counter)는 0값으로 리셋(reset)된 후, 입력 클럭에 따라 카운터값을 증가시킨다.

또한 Bit9(RCV)가 1로 셋트(set)되면, Bit3(DET)도 클리어 자동으로 클리어 시켜준다. 반면 Bit3(DET)이 1이면 Bit9(RCV)는 0으로 클리어 한다.(단, Bit2(FIRE)와 다른 점은 초음파 조사(Firing)의 여부가 다르다.)

오버플로우(Overflow)의 상태 여부를 저장하는 Bit8(OVFL)은 Bit2(FIRE)와 Bit9(RCV)가 셋트(set)된 후에 초음파가 감지되지 않은 상태로 TOF카운터 레지스터(TOF counter)의 값이 특정 값(Reference counter + 100ms 해당 카운트)이상이면 이 값을 셋트(set)하고 인터럽트를 발생한다.

즉, (Reference counter + 100ms 해당 카운트) > 0x00FFFFFF이면 오버플로우(Overflow) 비교 값을 0x00FFFFFF로 한다. 오버플로우(Overflow) 비교 값은 (Reference counter > 0x00FFFFFF - 100ms 해당 카운트)이면 0x00FFFFFF가 되고, 이외에는(Reference counter + 100ms 해당 카운트)가 된다.

또한 OVFL = 1이 되면 TOF counter register를 스톱(stop) 시킨다. 반면 OVFL = 1이 되면 FIRE = 0, RCV = 0이 된다.(즉 DET과 동일한 마무리)

출력신호의 상태를 저장하는 Bit7(OUT)은 동작모드에 따라 조건이 되면 세팅되어 인터럽트도 동시에 발생하게 된다. 이때, Bit7(OUT)에 0을 라이팅(writing) 할 때 까지 결과 유지를 유지하며 3번 출력(OUT)과 직접 연결되어 있다.

또한, Bit3(DET)이 세팅되어짐에 따라 초음파가 감지되었을 때, TOF counter의 값과 래퍼런스 카운터(reference counter)값의 차에 의해 Bit6(LAR)과 Bit5(EQL) 및 Bit4(SML)의 값이 변화하게 되는 데, 즉 TOF counter > reference counter인 경우는 Bit6(LAR)가 세팅된다.

또한, TOF counter = reference counter 일 때는 Bit5(EQL)이 세팅되고, TOF counter < reference counter 일 때는 Bit4(SML)가 세팅된다.

상술한 Bit3(DET)은 초음파가 감지되었을 때(입력핀 detection에 falling edge 입력이 있을 때)에 세팅되며, TOF counter register를 중지시킨다. 사용자가 이 비트를 클리어 할 때까지 추가적인 검출(detection)신호의 입력을 받지 않는다. 즉, DET = 1이면 FIRE = 0, RCV = 0이 되며, FIRE = 1 이후 DET = 1인 되는 경우 화이어링(FIRING) 펄스 발생을 시키지 않는다.

또한, 상술한 Bit2(FIRE)는 1로 라이트(write)될 때마다 이 값을 화이어링 카운터(firing counter)만큼의 시간동안 유지한 후 0으로 리셋(reset)되어지는데, 이 비트가 1로 셋트(set) 될 때, TOF counter는 0값으로 리셋(reset)된 후 입력 클럭에 따라 카운터값을 증가시킨다.

즉, 이 비트가 1로 리셋(set) 되면, 3번 비트(DET)도 클리어됨에 따라 자동으로 클리어 시켜준다. 즉, 출력(초음파의 firing)과 직접 연결되어 있다.

Bit1과 Bit0은 동작모드로써 모두 4가지의 동작모드를 설정하여 인터럽트와 OUT bit의 동작방법을 결정하게 된다.

동작 모드 및 그에 따른 동작은 아래의 표 6과 같다.

첨부한 도 8은 본 발명에 따른 외부 LED 구동 모듈(150)의 구현예시도로서, 외부 LED(혹은 LCD)에 원하는 그림이나 문자를 표시할 수 있도록 제어하고, 구동하는 신호를 생성시킨다. 원하는 색상과 밝기를 표시할 수 있도록 하기 위한 구성으로써, 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하며 연결되어 있는 LED의 구동에 필요한 정보를 저장하고 있는 LED구동용 레지스터(151)와, 상기 LED구동용 레지스터(151)에 저장되어 있는 데이터에 의해 실제적인 LED구동을 위한 동작 파형을 출력하는 파형생성부(152), 및 사용자가 지정하는 그림이나 문자 등에 대한 데이터를 저장하도록 하는 그래픽램(153)으로 구성된다.

그 동작을 간략히 살펴보면, LED Dot matrix의 각각의 픽셀은 그래픽램(153)상에서 1word(32비트) 중 상위 16비트는 레드(Red), 하위 16비트는 그린(Green)으로 설정을 한다. 또한, 그래픽램(153)의 값에 따라 각각의 픽셀의 점멸의 상태를 표시한다.

이때, 16개의 Common 출력핀들은 1.25msec씩 순차적으로 0(low)상태가 되며, 그에 따라 LED Dot matrix에는 20msec(50Hz) 주기로 전체 그래픽램(153)의 내용이 표시된다.

상기 그래픽램(153)의 해당 픽셀의 그린(Green)값이 1(high)이면 출력핀(Green x)에는 PWM frequeny register 와 Green duty ratio register에서 설정한 PWM 신호가 출력된다.

또한, 그래픽램(153)의 해당 픽셀의 레드(Red)값이 1(high)이면 출력핀(Red x)에는 PWM frequeny register와 Red duty ratio register에서 설정한 PWM 신호가 출력된다. 즉 이와 같은 동작이 반복적으로 하게 된다.

단, PC에서 데이터 및 어드레스버스를 통해서 그래픽램(153)을 접근하는 동안(순간)은 이 동작을 멈추고, 출력핀에는 현재 출력되고 있는 신호(red x, greenx에는 PWM 신호, common x에는 high/low level 신호)가 유지된다.

첨부한 도 9는 본 발명에 따른 디지털 인 모듈(160)의 구현예시도로서, 각종 입력(센서 포함)을 받았을 때 인터럽트를 발생시켜 상태정보를 읽어갈 수 있도록 하기 위한 구성으로, 각종의 외부 입력에 대한 신호를 수신하고 이를 타 모듈 혹은 외부 디바이스로 출력하며 일정 조건시 인터럽트를 발생시키는 신호감지부(162)와, 상기 신호감지부(162)와 연결되며 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 상기 신호감지부(162)에서 감지되어진 신호들을 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하도록 하는 상태레지스터(161)로 구성되어진다.

상기 상태레지스터(161)의 동작을 간략히 살펴보면, 상위 8비트에는 상기 신호감지부(162)에서 수신하는 현재의 입력신호의 상태를 반전하여 항상 저장 (low가 감지이므로)하며, 하위 8비트에는 해당 출력(OUT)에 인버터를 통해 연결된다.

상기 신호감지부(162)에서 출력되는 인터럽트는 라이징 에지(rising edge)와 폴링 에지(falling edge)에서 발생한다. 특히, 해당 입력(low가 감지이므로)에 신호가 감지 될 때 마다 해당 비트(S0~S7)가 세팅된다. 세팅된 비트가 클리어(clear) 되지 않으면 해당 비트에 대한 인터럽트를 발생하지 않는다. 또한, 인터럽트 상황이 동시에 발생하면 인터럽트는 한번만 발생한다.

첨부한 도 10은 본 발명에 따른 디지털 아웃 모듈(170)의 구현예시도로서, 디지털 신호를 비트 별로 구분하여 출력하는 기능을 수행하게 되는데, 그 구성은 상태레지스터(171)와 신호출력부(172)로 이루어진다.

도 11은 본 발명에 따른 적외선 센서 모듈(180)의 구현 예시도로서, 바닥감지센서와 근접 Proximity Sensor로 사용되는 적외선 센서의 출력을 구동하고 입력부분을 감지하여, 인터럽트를 발생시키고 상태정보를 읽어갈 수 있도록 하는 기능을 수행하는 것으로, 구동요청에 따른 펄스 제어신호를 입력받아 외부의 적외선 신호를 발생수단으로 구동시키는 파형발생기(182)와, 상기 파형발생기(182)에 의해 구동하는 외부의 적외선 발생수단에서 조사되는 적외선 신호가 임의의 사물에 반사되어진 후 돌아오는 신호를 외부의 수광소자를 통해 수신하고 이 신호를 입력받아 임의의 조건에서 인터럽트 신호와 출력신호를 발생시키는 신호검출부(183), 및 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 상기 파형발생기(182)에 구동요청에 따른 펄스 제어신호를 제공하고 상기 신호검출부(183)와 데이터를 공유하는 적외선 센서 구동용 레지스터(181)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 적외선 센서 모듈(180)의 동작을 살펴보면, 우선 상기 파형발생기(182)는 첨부한 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 적외선 센서 구동용 레지스터(181)를 구성하는 레지스터중 PWM Frequency register에서 설정한 주기의 PWM 펄스(duty ratio 50%)를 20개 펄스씩 Tx 0 ~ Tx15 각각에 순차적으로 출력하여 전체가 약 10 msec 주기(초당 약 100 cycle)가 되도록 출력한다.

전체 스캐닝(scanning) 주기가 설정된 PWM frequency에 따라서 변경이 될 것이다. 20 pulse * PWM 주기 + 15* 0.1ms + 인터럽트 발생 시간 = 전체 scanning 주기 PWM 주기가 레지스터 셋팅에 따라서 가변적이다

또한, 상기 적외선 센서 구동용 레지스터(181)중 상태 레지스터는 신호검출부(183)를 통해 입력이 감지되면 현재 출력되는 Tx에 해당하는 비트를 1로 세팅한다. 반면 현재 활성화되어 있는 Tx 출력에서 입력이 감지되지 않으면, 다음 Tx로 넘어가기 전에 해당 비트를 0으로 리세트 한다.

또한, 더티 레지스터는 한 스캔 타임(Scan time) (약 10msec)주기로 status register에 변화가 있는 비트를 1로 셋트(set) 한다.

따라서 전체 동작을 살펴보면, 상기 적외선 센서 구동용 레지스터(181)중 상태 레지스터는 신호검출기(183)를 통해 입력이 감지되면 현재 출력되는 Tx에 해당하는 비트를 1로 셋트(set) 되고, 출력(OUT)이 엑티브(active)로 된다. 이때 상태레지스터의 값이 0이 아니면 항상 출력은 엑티브(Active)이다.

반면에 현재 활성화되어 있는 Tx 출력에서 입력이 감지되지 않으면, 다음 Tx로 넘어가기 전에 상태 레지스터의 해당 비트를 자동으로 0으로 리세팅 되며, 더티 레지스터(dirty register)는 하나의 스캔 타임(scan time)(약 10msec)마다 상태 레지스터에 변화가 있으면, 변화가 있는 비티(bit)를 1로 기록하고, 인터럽트를 발생한다.

따라서 각각의 적외선에 대해서 이전 값이 저장됨을 방지하기 위해서 처음 부분의 0.1ms 이내에 발생한 정보를 무시한다.(이전 IR 마지막 부분에 들어온 정보가 이 후의 IR에서 나타나는 경우를 방지하기 위해서 처음 약 0.1ms (anti-chattering 시간) 정보를 무시한다.) PWM frequency를 조절함에 따라서 전체 스캐닝(scanning) 주기가 변경될 것이다. 이점을 고려한다

첨부한 도 13은 본 발명에 따른 시리얼 포트 모듈(190)의 구현 예시도로서, 시리얼포트(UART)로 인터페이스되는 외부장치와 연결하기 위한 구성으로, 시리얼포트(UART)로 연결되는 외부장치와 데이터의 송수신을 담당하며 일정조건에서 인터럽트 신호를 발생시키는 직렬신호 송수신부(192)와, 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 상기 직렬신호 송수신부(192)의 동작을 제어하는 시리얼 포트 레지스터(191) 및 상기 시리얼 포트 레지스터(191)와 직렬신호 송수신부(192)간에 데이터 전송에 따른 시간 보정을 위한 송수신용 버퍼(193, 194)로 구성된다.

상기 시리얼 포트 레지스터(191)를 구성하는 레지스터 중 콘트롤 레지스터는 8비트로 이루어지며, 각 비트별 특성은 아래의 표 7과 같다.

상기 표 7에서 Bit5 내지 Bit7의 논리값에 의해 전송율이 결정되는데 그예는 아래의 표 8과 같다.

또한, 상기 표 7에서 Bit0 내지 Bit3의 자리에 위치하는 비트의 의미를 정리하면 아래의 표 9와 같다.

상기 시리얼 포트 레지스터(191)를 구성하는 레지스터 중 상태 레지스터는 8비트로 이루어지며, 각 비트별 특성은 아래의 표 10과 같다.

또한, 상기 표 10에서 Bit0 내지 Bit3의 자리에 위치하는 비트의 의미를 정리하면 아래의 표 11와 같다.

첨부한 도 14는 상기 모듈들에서 발생되는 인터럽트신호를 처리하기 위한 인터럽트 상태 모듈(A)의 구성을 도시한 것으로, 각 모듈에서 인터럽트를 발생시킬 때, 인터럽트 상태 레지스터(A1)에 해당 비트를 반드시 미리 세팅한다.

상기 인터럽트 상태 레지스터(A1)는 리드/라이트(Read/Write) 가능하며, 각 모듈이 연결되어 있는 버스상의 인터럽트는 다음과 같이 할당되어 있다. 인터럽트는 하나만 존재를 하며 각각 발생시에 인터럽트 상태 레지스터(A1)에 비트 마스킹(Masking)을 수행한다.

인터럽트가 발생하였을 때 인터럽트 서비스 루틴(Interrupt Service Routine)은 상태 레지스터 값을 읽어서 각각의 인터럽트 된 내용을 처리하고 다시 인터럽트 상태 레지스터 값을 읽어서(인터럽트 처리 중에 인터럽트 발생에 대한 클리어(Clear)를 방지하기 위해서) 처리한 내용을 클리어 하도록 레지스터 값을 저장한다.

모듈별 비트넘버를 정의 및 정리하면 아래의 표 12와 같다.

이상과 같은 기본 모듈을 이용하여 도 15와 같은 PCI 카드 타입의 로봇 제어 구동 보드를 실시예로 제시한다.

첨부한 도 15는 본 발명에 따라 모듈화 되어진 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈을 이용하여 제어기를 구현한 예시도로서, 하드웨어 제어기는 PCI card 타입으로 PC의 PCI 슬롯에 장착되는 형태로 제작되며, 윈도우 XP 용 드라이브를 제공하여 드라이브보드의 각 기능에 쉽게 접근할 수 있고, 모든 동작을 원하는 대로 조작할 수 있도록 개발될 수 있으며, 도시되어 있는 바와 같이 반복이 되는 기본적인 기능들을 베이직 블록(Basic Block)으로 우선적으로 정의하였다. 실제 하드웨어 구현 시에는 동일한 기능 블록들이 필요에 따라 반복되어 사용될 수 있다.

또, 각 기능 모듈의 register(counter)들은 보드의 내부 bus (address, data)에 모두 직접 연결되어 있어, 별도로 접근 가능하도록 되어 있다.

제어기는 하나의 워치독(watchdog)모듈과 글로벌 타이머(global timer), 인터럽트 스테이터스 레지스터(Interrupt Status register)와 8개의 모터 모듈, 하나의 초음파모듈, 하나의 IR 센서 모듈, 두개의 디지털인(Digital In) 모듈, 4개의 디지털 아웃(Digital Out)모듈, 하나의 도트 메트릭스 구동모듈, 5개의 시리얼 포트 모듈 등으로 구성되어 있고, 이때 IO Address Map은 첨부한 도 16 내지 도 19에 도시한 바와 같다.

첨부한 도 16 내지 도 19는 첨부한 도 2 내지 도 14에 도시되어 있는 각 모듈을 기준으로 도 15에 도시되어 있는 바와 같이 구현하고자 할 때 각 레지스터들의 정의 및 어드레스 등의 할당 정보의 예시도이다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치를 이용한 제어기 구현방법 및 그에 따른 제어기를 제공하면 지능형 로봇의 하드웨어 제어기에 있어, 동일한 속성을 가진 기능들을 모듈화하고, 각 기능 모듈들을 복제 및 조합함으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 쉽게 구성할 수 있는 유연한 방법을 제공한다.

또한, 모듈간의 직접적인 연결이 가능한 구조로 되어 있어 위급한 상황에서 즉각적으로 자율 반응할 수 있어, 상위 제어기에서의 처리 부담을 대폭 줄여줄 수 있는 효과가 있다.

아울러, 하드웨어를 연성화하여 ASIC 설계를 용이하게 함으로 양산단가를 쉽게 낮출 수 있는 장점도 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims

지능형 로봇의 하드웨어 제어기를 구현하는 방법에 있어서,

지능형 로봇의 하드웨어 제어기의 필요 구성장치들을 동일한 속성을 가진 기능별로 분류하는 제 1과정과;

상기 제 1과정에 의해 분류되어진 각각의 기능 군들 간의 통신 방식을 설정하는 제 2과정과;

상기 제 2과정에 의해 설정되어진 통신방식에 의해 데이터버스와 어드레스 버스를 구현하고 해당 버스를 이용한 데이터 통신시 데이터 충돌을 방지하기 위한 인터페이스 조정부를 세팅하는 제 3과정과;

각각의 기능 군에 대하여 해당 기능을 수행하기 위한 디바이스를 구현하는 제 4과정과;

상기 제 4과정에서 구현되어진 각각의 기능군 디바이스와 상기 제 2과정에 의해 설정되어진 통신방식에 따라 상기 제 3과정에서 구현되어진 데이터버스와 어드레스 버스간의 데이터 송수신을 수행하기 위한 데이터 레지스터를 일대일로 매칭시키는 제 5과정; 및

상기 제 5과정을 통해 각각 일대일로 매칭되어진 데이터 레지스터와 디바이스를 모듈화하는 제 6과정을 통해 각 기능 모듈들을 필요에 따라 증감시킴으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 구성할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치 를 이용한 제어기 구현방법.
제 1항에 있어,

상기 제 1과정에 의해 분류되어진 각각의 기능 군들은 모터제어 기능, 초음파 센서 기능, 적외선 센서기능, 디지털 입력 기능, 디지털 출력기능, 도트 메트릭스 LED 구동 기능, 통신기능, 하드웨어 워치독 기능, 하드웨어 타이머 기능, 인터럽트 레지스터 기능인 것을 특징으로 하는 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치를 이용한 제어기 구현방법.
제 1항에 있어,

상기 제 2과정에서 설정되는 통신 방식은 PCI 통신 방식 또는 USB 통신 방식 또는 EISA 통신 방식 또는 MCA 통신 방식 중 어느 하나의 통신 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치를 이용한 제어기 구현방법.
지능형 로봇의 하드웨어 제어기의 필요 구성장치들을 모터제어 기능, 초음파 센서 기능, 적외선 센서기능, 디지털 입력 기능, 디지털 출력기능, 도트 메트릭스 LED 구동 기능, 통신기능, 하드웨어 워치독 기능, 하드웨어 타이머 기능, 인터럽트 레지스터 기능 등으로 동일한 속성을 가진 기능별로 분류하여 각 기능별로 해당 기능을 수행하기 위한 디바이스를 구현하되 어드레스버스와 데이터버스를 통해 동일 한 통신방식으로 데이터를 교신할 수 있도록 하기 위해 특정 통신방식에 따른 레지스터들을 구비시켜 각 기능별로 패키지화되어진 모듈을 생성한 후 각 기능 모듈들을 필요에 따라 증감시킴으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 구성할 수 있도록 하는 방식에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치에 있어서:

상기 하드웨어 워치독 기능은 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하며 타 모듈로부터의 동작 요청 등의 신호를 입력받는 워치독 레지스터와;

상기 워치독 레지스터로부터 동작제어신호를 입력받으면 임의의 주기를 갖는 제1클럭신호를 카운팅하여 임의 조건에 달성하는 경우 인터럽트 신호와 워치독신호를 발생시키는 워치독신호 발생부로 구성되어 지정한 시간 이내 워치독 타이머를 갱신하지 못하면 모든 구동 모터를 정지시키도록 하나의 패키지로 구현되는 것을 특징으로 하는 하드웨어 워치독 모듈.
지능형 로봇의 하드웨어 제어기의 필요 구성장치들을 모터제어 기능, 초음파 센서 기능, 적외선 센서기능, 디지털 입력 기능, 디지털 출력기능, 도트 메트릭스 LED 구동 기능, 통신기능, 하드웨어 워치독 기능, 하드웨어 타이머 기능, 인터럽트 레지스터 기능 등으로 동일한 속성을 가진 기능별로 분류하여 각 기능별로 해당 기능을 수행하기 위한 디바이스를 구현하되 어드레스버스와 데이터버스를 통해 동일한 통신방식으로 데이터를 교신할 수 있도록 하기 위해 특정 통신방식에 따른 레지 스터들을 구비시켜 각 기능별로 패키지화되어진 모듈을 생성한 후 각 기능 모듈들을 필요에 따라 증감시킴으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 구성할 수 있도록 하는 방식에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치에 있어서:

상기 모터제어 기능은 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하며 연결되어 있는 모터측의 구동에 따른 검출신호 등을 입력받아 모터의 구동에 따른 각종 데이터를 생성 저장하는 모터 구동용 레지스터와;

모터구동의 동작모드를 선택하기 위한 모드선택부와;

상기 모터 구동용 레지스터에 저장되어 있는 데이터 등을 이용하여 모터구동에 따른 제어를 위한 제어상수인 P 게인과 D 게인 등을 조정하는 PD제어부와;

상기 모터 구동용 레지스터에 저장되어 있는 데이터 등을 이용하여 연결되어 있는 모터의 구동을 위한 펄스폭변조에 따른 신호를 생성하는 PWM생성부와;

연결되어 있는 모터의 구동에 따른 엔코더 등의 데이터를 입력받아 모터 구동에 따른 위치와 속도 등을 검출하고 이를 상기 모터 구동용 레지스터에 전달하는 위치속도검출부; 및

전류제한치에 대한 값을 입력받아 임계범위를 벗어나는 경우 인터럽트 신호를 발생시키며 이에 따른 정보를 상기 모터 구동용 레지스터에 전달하는 전류제한 검출부를 포함하여 이용하여 속도제어 모드와 위치제어모드, 속도 출력, 위치출력, 두 가지 이상의 PWM 제어 방식의 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 모터 모듈.
지능형 로봇의 하드웨어 제어기의 필요 구성장치들을 모터제어 기능, 초음파 센서 기능, 적외선 센서기능, 디지털 입력 기능, 디지털 출력기능, 도트 메트릭스 LED 구동 기능, 통신기능, 하드웨어 워치독 기능, 하드웨어 타이머 기능, 인터럽트 레지스터 기능 등으로 동일한 속성을 가진 기능별로 분류하여 각 기능별로 해당 기능을 수행하기 위한 디바이스를 구현하되 어드레스버스와 데이터버스를 통해 동일한 통신방식으로 데이터를 교신할 수 있도록 하기 위해 특정 통신방식에 따른 레지스터들을 구비시켜 각 기능별로 패키지화되어진 모듈을 생성한 후 각 기능 모듈들을 필요에 따라 증감시킴으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 구성할 수 있도록 하는 방식에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치에 있어서:

상기 초음파 센서 기능은 데이터 및 어드레스버스와 연결되어 주변의 다른 모듈과의 데이터 통신을 수행하며 연결되어 있는 초음파 센서 구동에 따른 각종 데이터를 생성 저장하는 초음파 센서 레지스터와;

상기 초음파 센서 레지스터에 저장되어진 데이터에 따라 초음파신호를 조사(firing)시키는 파형발생부; 및

초음파 조사에 따른 검출 등의 신호를 입력받아 상기 초음파 센서 레지스터의 데이터를 기준으로 이상 유무를 판단하고 그에 따른 인터럽트신호 및 검출신호를 출력하는 수신검출부로 구성되어 초음파 신호를 검출하는 모드, 지정된 시간보다 빠른 반사 초음파만 검출하는 모드, 지정된 시간과 같은 초음파만 검출하는 모 드, 지정된 시간보다 늦은 초음파만 검출하는 모드의 4가지 동작모드를 제공하는 것을 특징으로 하는 초음파 모듈.
지능형 로봇의 하드웨어 제어기의 필요 구성장치들을 모터제어 기능, 초음파 센서 기능, 적외선 센서기능, 디지털 입력 기능, 디지털 출력기능, 도트 메트릭스 LED 구동 기능, 통신기능, 하드웨어 워치독 기능, 하드웨어 타이머 기능, 인터럽트 레지스터 기능 등으로 동일한 속성을 가진 기능별로 분류하여 각 기능별로 해당 기능을 수행하기 위한 디바이스를 구현하되 어드레스버스와 데이터버스를 통해 동일한 통신방식으로 데이터를 교신할 수 있도록 하기 위해 특정 통신방식에 따른 레지스터들을 구비시켜 각 기능별로 패키지화되어진 모듈을 생성한 후 각 기능 모듈들을 필요에 따라 증감시킴으로써 서로 다른 지능형 로봇에 적합한 하드웨어 제어기를 구성할 수 있도록 하는 방식에 따른 로봇의 제어를 위한 각종 드라이버의 모듈화와 모듈화 되어진 장치에 있어서:

상기 적외선 센서기능은 구동요청에 따른 펄스 제어신호를 입력받아 외부의 적외선 신호를 발생수단으로 구동시키는 파형발생기와;

상기 파형발생기에 의해 구동하는 외부의 적외선 발생수단에서 조사되는 적외선 신호가 임의의 사물에 반사되어진 후 돌아오는 신호를 외부의 수광소자를 통해 수신하고 이 신호를 입력받아 임의의 조건에서 인터럽트 신호와 출력신호를 발생시키는 신호검출기; 및

데이터 및 어드레스버스와 연결되어 상기 파형발생기의 구동요청에 따른 펄 스 제어신호를 제공하고 상기 신호검출기와 데이터를 공유하는 적외선 센서 구동용 레지스터로 구성되어 지정된 스켄 타임(scan time)마다 복수개의 적외선 센서 입출력을 시분할 동작시키는 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서 모듈.