KR100683622B1 - 전동 액츄에이터용 제어장치 - Google Patents

전동 액츄에이터용 제어장치 Download PDF

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Abstract

전동액츄에이터용 드라이버(18)는, 방향지령입력신호에 기초하여 회전 구동원(12)의 회전방향을 전환시키는 방향전환수단(34)과, 상기 방향전환수단(34)으로부터 출력된 전압에 대응하는 전류로 변환함과 동시에 미리 설정된 기준전류(IMAX) 또는 임계값(threshold value)으로 상기 전류를 제한(limit)하는 전류앰프/리미터(36), 상기 회전 구동원(12)에 공급되는 상기 전류를 검출하는 전류센서(38) 와 상기 전류센서(38)로부터의 검출신호를 상기 전류앰프/리미터(36)의 상류측으로 피드백하는 전류루프(40)를 포함한다.
회전구동원, 전류앰프/리미터

Description

전동 액츄에이터용 제어장치{CONTROL APPARATUS FOR ELECTRIC ACTUATOR}
도 1은, 본 발명의 실시형태에 있어서의 전동액츄에이터용 드라이버가 장착된 제어시스템의 사시도.
도 2는, 도 1에 도시하는 전동액츄에이터용 드라이버의 개략블록 구성도.
도 3은, 도 2에 도시된 전류앰프/리미터 배열의 블록구성도.
도 4는, 전동액츄에이터의 슬라이더 변위 시간과 회전 구동원에 공급될 전류 간의 관계를 도시한 특성곡선.
도 5는, 제 1 비교에에 있어서의 릴레이(relay) 회로 배열의 블록 구성도.
도 6은, 제2 비교예에 있어서의 서보(servo) 회로 배열의 블록 구성도.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동액츄에이터용 드라이버가 장착되는 제어시스템의 사시도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10 : 제어시스템 12 : 회전구동원
14 : 슬라이더 16 : 전동액츄에이터
18 : 드라이버 20 : 콘트롤러
30 : 볼나사축 32 : 로드
34 : 방향전환수단 36 : 전류앰프/리미터
38 : 전류센서 40 : 전류루프
본 발명은, 전동액츄에이터를 구동하기 위한 회전구동원을 적정하게 보호할 수 있는 전동액츄에이터용 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 설치식 산업용 로봇을 사용하는 경우, 베이스를 볼트 등으로 고정하고, 인터록(interlock) 등의 착오에 의하여 로봇의 선단에 무리한 압박이나 충돌이 발생하였을 때, 과전류를 검출하는 것에 의하여 로봇의 동작을 정지시키도록 하고 있다. 즉, 설치식 산업용 로봇에 있어서의 과전류를 검출하는 것에 의하여 로봇이나 가공물이 파괴되는 것을 방지하는 것이 주안으로 되어 있으며, 로봇자체의 위치오차에 대해서는 고려되고 있지 않다.
그래서, 일본국 특개2002-66969호 공보에서는, 로봇암의 선단이 설비에 대하여 무리한 압박이나 충돌이 발생한 경우에 있어서도 무인반송차가 떠올라버리는 것을 방지하기 위한 기술이 개시되어 있다.
즉, 상기 일본국 특개2002-66969호 공보에는, 로봇암(robot arm)의 선단에 대한 위치 및 자세제어에 대응하여 로봇암의 선단이 이동하였을 때, 로봇암의 관절에 부여되는 관절토크의 한계치가 소정치를 충족하였을 때에, 상기 로봇암의 관절을 구동시키는 서보모터(servo motor)에 대한 전류의 제한을 실행하는 제어장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기 일본국 특개2002-66969호 공보에 개시된 기술적 사상을, 예를 들어, 모터의 회전운동을 슬라이더 등의 직선운동으로 변환하는 전동액츄에이터에 적용한 경우, 상기 슬라이더의 위치 및 동작속도 등을 제어하기 위한 엔코더(encoder), 리졸버(resolver) 등의 검출기 및 제어회로가 필요하게 되어, 제조비용이 증대하는 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제를 고려하여 이루어진 것으로서, 전동액츄에이터를 구동하기 위한 회전구동원에 대하여 높은 부하가 걸리는 경우라도, 간소한 회로에 의하여 상기 회전구동원에 인가되는 전류를 제한할 수 있는 전동액츄에이터용 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기와 같은 목적 외에, 다른 목적 및 특징과 이점들은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 첨부 도면과 하기의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 회전구동원(12)에 의해 전동액츄에이터(16)가 구동될 때 이동체가 변위할 수 있는 전동 액츄에이터(16)의 제어장치에 있어서,
상기 회전구동원(12)에 공급되는 전류를 검출하는 전류검출수단(38)과,
상기 전류검출수단(38)으로부터의 검출신호와 미리 설정된 기준전류(IMAX)를 비교하는 비교수단(44) 및
가세된 회전구동원(12)에 부하가 걸려서 상기 회전구동원(12)의 구동축이 정지하여 구속되었을 때, 상기 전류가 상기 기준전류(IMAX)를 초과하지 않도록 상기 회전구동원(12)에 공급하는 전류를 제한하는 전류제한수단(46)을 포함한다.
(실시예)
본 발명에 있어서의 전동액츄에이터용 제어장치에 대하여 바람직한 실시형태를 들고, 첨부 도면을 참조하면서 다음에 상세하게 설명한다.
도 1에 있어서, 참조번호 10은 본 발명의 실시예에 있어서 전동액츄에이터용 드라이버(이하, 드라이버라고 한다)가 장착된 제어시스템을 나타낸다.
상기 제어시스템(10)은, 회전구동원(12)의 구동작용하에 슬라이더(14)가 직선상으로 왕복동작하는 전동액츄에이터(16)와, 상기 전동액츄에이터(16)에 설치된 회전구동원(12)을 가세(加勢), 소세(消勢)하는 드라이버(18)와, 상기 드라이버(18)에 방향지령입력신호를 도출하는 콘트롤러(20)로 구성된다.
또한, 상기 콘트롤러(20) 및 드라이버(18)는 각각 케이싱(casing)의 배면에 형성된 오목부에 결합하는 레일부재(22)를 통하여 연결 가능하게 설치된다.
상기 회전구동원(12)은, 예를 들면, 브러시 부착 DC모터, 브러시레스 DC모터, 스테핑모터 등의 서보모터에 의하여 구성되면 좋다. 또, 상기 회전구동원(12)으로서 솔레노이드 등의 리니어모터(linear motor)를 사용하여도 좋다.
전동액츄에이터(16)는, 액츄에이터본체(24)와, 상기 액츄에이터본체(24)의 일단부에 나사부재에 의하여 연결된 회전구동원(12)과, 상기 액츄에이터본체(24)와 엔드블록(26)과의 사이에 평행으로 연재하는 한 쌍의 가이드샤프트(28a, 28b)와, 상기 회전구동원(12)의 구동축에 도시하지 않는 커플링부재에 의하여 연결된 볼나사축(30)을 포함한다.
또한, 전동액츄에이터(16)는, 상기 볼나사축(30)에 나사결합하는 도시하지 않는 볼나사너트를 가지며, 상기 한 쌍의 가이드샤프트(28a, 28b)의 안내작용하에 직선상으로 왕복동작하는 슬라이더(14)와, 상기 슬라이더(14)에 연결되어 상기 슬라이더(14)와 일체적으로 엔드블록(26)에서 외부를 향하여 그 일부가 진퇴동작하는 로드(32)를 구비한다. 또한, 상기 슬라이더(14) 및 로드(32)는 이동체로서 기능하는 것이다.
다음에, 드라이버(18)의 개략블록 구성도를 도 2에 도시한다.
상기 드라이버(18)는, 콘트롤러(20)로부터 도출된 방향지령입력신호에 의하여 전압의 극성을 전환하는 것에 의해, 정·역방향의 어느 한쪽방향으로 회전구동원(12)의 회전방향을 전환하는 방향전환수단(34)과, 상기 방향전환수단(34)으로부터 출력된 전압에 대응하는 전류로 변환시킴과 동시에, 미리 설정된 기준전류 IMAX( 임계값)로 전류를 제한하는 전류앰프/리미터(36)를 포함한다.
또한, 드라이버(18)는, 상기 전류앰프/리미터(36)의 하류측에 설치되어 회전구동원(12)에 공급되는 전류를 검출하는 전류센서(38;전류검출수단)와, 상기 전류센서(38)로부터 검출신호를 상기 전류앰프/리미터(36)의 상류측에 피드백하는 전류 루프(40)를 갖는다.
도3에 도시하는 바와 같이, 상기 전류앰프/리미터(36)에는, 미리 설정되고 또 기억수단내에 기억된 기준전류 IMAX와 상기 전류센서(38)로부터의 검출신호를 비교하는 비교수단과, 예를 들어, 회전구동원(12)에 대하여 고부하가 부여되어 상기 회전구동원(12)에 공급되는 전류가 기준전류 IMAX를 넘으려고 할 때, 상기 회전구동원(12)에 공급되는 전류를 기준전류 IMAX를 넘지 않도록 제한하는 전류리미트수단(전류제한수단)이 설치된다.
또한, 드라이버(18)는, 도시하지 않는 회로기판을 가지며, 예를 들면, 전류센서(38)는, 상기 회로기판에 배치된 저(低)저항에 의하여 구성되면 좋다.
본 실시예에 있어서의 드라이버(18)가 장착된 제어시스템(10)은, 기본적으로 이상과 같이 구성되는 것이며, 다음에 그 동작 내지 작용효과에 대하여 설명한다.
우선, 콘트롤러(20)로부터의 방향지령 입력신호가 드라이버(18)에 도입된다. 상기 드라이버(18)에서는 상기 방향지령 입력신호에 기초하여 전압의 극성을 전환하는 것에 의하여 정·역방향의 어느 한쪽 방향으로 회전구동원(12)의 회전방향을 전환한다. 상기 방향전환수단(34)으로부터 회전구동원(12)에 공급되는 전류에 대응하는 전압이 전류앰프/리미터(36)에 입력된다.
상기 전류앰프/리미터(36)에서는, 상기 방향전환수단(34)으로부터 출력된 전압에 대응하는 전류로 변환하여 회전구동원(12)에 공급하는 것에 의하여, 상기 회전구동원(12)이 소정의 방향으로 회전구동한다.
상기 회전구동원(12)의 회전운동은, 상기 회전구동원(12)의 구동축에 연결된 볼나사축(30)에 전달되고, 상기 볼나사축(30)과 도시하지 않는 볼나사너트와의 나사결합작용 하에 상기 회전운동이 직선운동으로 변환되고, 상기 직선운동이 슬라이더(14)에 전달된다. 따라서, 슬라이더(14)와 일체적으로 로드(32)가 외부를 향해서 신장(伸長)하는 것에 의하여 도시하지 않는 가공물을 소정의 위치에 밀어붙이는 압박동작을 하게 된다.
그런데, 상기 슬라이더(14)가 미리 정해진 스트록 엔드(stroke end)에 도달한 후, 상기 로드(32)에 의하여 가공물이 소정의 위치에 압박되어 회전구동원(12)에 대하여 고부하가 부여되는 경우, 상기 회전구동원(12)의 구동축의 회전이 정지하여 구속된 상태가 된다. 그 때, 회전구동원(12)의 구동축으로부터 출력되는 토크(torque)는, 상기 회전구동원(12)에 인가되는 전류와 비례하기 때문에 상기 구속상태가 되었을 때, 미리 설정되어 있는 전류치 이상의 전류(과전류)가 회전구동원(12)에 인가되어, 과전류가 발생하는 것으로 인하여 회전구동원(12)이 소손될 우려가 있다.
그래서, 본 실시예에서는, 회전구동원(12)에 공급되는 전류를 검출하는 전류센서(38)로부터의 검출신호를 전류루프(40)를 통하여 전류앰프/리미터(36)의 상류측에 피드백한다. 상기 전류앰프/리미터(36)에서는 비교수단(44)에 의하여 미리 설정되고 또 기억수단 내에 기억된 기준전류IMAX와 상기 전류센서(38)로부터의 검출신호를 비교함과 동시에, 전류제한수단(46)에 의하여 회전구동원(12)에 공급되는 전 류가 기준전류 IMAX를 넘지 않도록 제한된다(도3 및 도4 참조).
상기와 같이, 본 실시예에서는 회전구동원(12)에 공급되는 전류값을 전류센서(38)를 통하여 감시하고, 전류앰프/리미터(36)에 의하여 상기 회전구동원(12)에 대한 인가전류를 기준전류 IMAX 이하로 제한하고 있다. 이 결과, 회전구동원(12)에 고부하가 부여되어 온(ON)상태에 있는 회전구동원(12)의 구동축이 정지하여 구속상태로 된 경우라도, 상기 회전구동원(12)에 공급되는 전류가 미리 설정된 기준전류 IMAX 이하로 제한되기 때문에, 과전류의 발생에 의한 회전구동원(12)의 소손을 방지할 수가 있다. 또한, 회전구동원(12)에 공급되는 인가전류를 제한하는 것에 의하여 토크를 제한할 수 있는 것은 물론이다.
또, 본 실시예에서는, 슬라이더(14)의 위치 및 동작속도를 제어하기 위한 엔코더, 리졸버 등의 검출기 및 제어회로가 불필요하며, 간소한 회로에 의하여 회전구동원(12)에 소손이 발생하는 것을 방지함으로써 제조비용을 저감할 수가 있다.
이 경우, 본 실시예에 있어서의 드라이버(18)는, 로드(32)에 의한 압박동작과 회전구동원(12)의 회전방향만을 제어하는 구동기기(전동액츄에이터)에 적용되면 바람직하고 적당하다.
또한, 본 실시예에서는, 전동액츄에이터(16)의 로드(32)에 의한 가공물의 압박동작에 기초하여 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어, 전동액츄에이터(16)의 로드(32)에 의한 가공물수송동작, 코킹(caulking)동작, 압박동작, 지지동작, 또는 도시하지 않는 전동 척(electric chuck)에 의한 가공물 파지 (workpiece-gripping)동작, 혹은 도시하지 않는 전동 크램프(clamp)에 의한 그램프 동작 등에 적용할 수가 있는 것은 물론이다.
즉, 이와 같은 가공물수송동작, 가공물파지동작, 크램프동작 등으로 인하여 회전구동원(12)에 고부하가 부여되어, 상기 회전구동원(12)의 구동축의 회전이 정지하여 구속상태로 되었을 때, 상기 회전구동원(12)에 공급되는 전류가 기준전류 IMAX 이하가 되도록 제한된다.
다음에, 본 실시형태와 대비되는 제1 비교예 및 제2 비교예에 대하여 설명한다.
또한, 본 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 5는, 제1비교예에 있어서의 리레이회로(50)를 나타낸다. 이 경우, 리레이회로(50)를 복수개 조합하는 것에 의하여 회전구동원(12)의 회전방향의 전환이 가능하게 되는바, 상기 회전구동원(12)의 구동축이 정지하여 구속상태가 되었을 때, 상기 회전구동원(12)이 허용하는 이상의 전류가 리레이회로(50)에 공급되어 소손이 발생한다는 문제가 있다.
도 6은, 제2비교예에 있어서의 서보회로(60)를 나타낸다. 상기 서보회로(60)는, 엔코더(62)나 리졸버 등의 검출기를 가지며, 속도루프(64) 및 속도앰프/리미터(66)에 의하여 속도를 피드백 제어하는 제어회로와, 위치루프(68) 및 위치앰프/리미터(70)에 의하여 위치를 피드백 제어하는 제어회로를 구비한다. 따라서, 제2비교 예에 있어서의 서보회로(60)에서는 위치 및 속도 등을 제어하는 고정밀도의 제어회로가 필요하게 되기 때문에, 고가격이 되어 제조비용이 높아진다는 문제가 있다.
이에 대하여, 본 실시예에서는, 상기 제1비교예에 있어서의 리레이회로(50)와 제2비교예에 있어서의 서보회로(60)와의 사이의 중간적인 기능 및 코스트 퍼포먼스를 발휘할 수가 있다. 또, 본 실시예에서는 전자밸브와 동일한 온/오프제어에 의하여 전동액츄에이터(16)를 조작하는 것에 의하여, 예를 들어, 압박동작이나 반송동작 등에 가장 적합한 방향제어기기로서 사용할 수가 있다. 또한 본 실시예에서는 회전구동원(12)의 외부에 설치되는 엔코더 등의 검출기가 불필요하기 때문에 소형 경량화를 달성할 수가 있다.
다음, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동액츄에이터용 드라이버가 장착되는 제어 시스템을 도시한 것이다.
상기 다른 실시예에 의한 전동액츄에이터용 드라이버(18a)는 도 2의 배열 블록 구성도에 도시된 바와 같은 내부 구조를 갖는다는 점에서 상기 드라이버(18)와 동일하다. 그러나, 상기 드라이버(18a)는 레디에이팅 핀(radiating fins;82)이 수직방향으로 연장된 실질적으로 평행한 다수의 스트라이프 리지(striped rideges)가 케이싱(80)의 외부면에 설치된다는 점에서 상기 드라이버(18)와 다르다.
작동부(84)는 상기 케이싱(80)의 또 다른 측면에 설치된다. 콘트롤러(20)와 연결되는 제1 연결부는 상기 케이싱(80)의 상부면에 설치되고, 전력원(86) 및 회전 구동원(12)과 연결되는 제2 연결부는 상기 케이싱(80)의 하부면에 설치된다.
본 발명은 상기의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하고 있으나, 청 구항에 의해 한정되는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 여러가지로 변경될 수 있다.
본 발명에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수가 있다.
즉, 본 발명에서는 전동액츄에이터의 이동체의 위치 및 동작속도 등을 제어하기 위한 엔코더, 리졸버 등의 검출기 및 제어회로가 불필요하게 되고, 간소한 회로에 의하여 회전구동원에 소손이 발생하는 것을 방지함으로써, 제조비용을 저감시킬 수가 있다.

Claims (6)

  1. 회전구동원(12)에 의해 전동액츄에이터(16)가 구동될 때 이동체가 변위할 수 있는 전동 액츄에이터(16)의 제어장치에 있어서,
    상기 회전구동원(12)에 공급되는 전류를 검출하는 전류검출수단(38)과,
    상기 전류검출수단(38)으로부터의 검출신호와 미리 설정된 기준전류(IMAX)를 비교하는 비교수단(44) 및
    상기 가세된 회전구동원(12)에 부하가 걸려서 상기 회전구동원(12)의 구동축이 정지하여 구속되었을 때, 상기 회전구동원(12)에 공급되는 전류가 상기 기준전류(IMAX)를 초과하지 않도록 상기 회전구동원(12)에 공급되는 전류를 제한하는 전류제한수단(46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동액츄에이터용 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 콘트롤러(20)로부터의 방향지령입력신호에 의해 전압의 극성을 전환함으로써 정·역방향 중 어느 한쪽 방향으로 상기 회전구동원(12)의 회전 방향을 전환시키는 방향전환수단(34)을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전류제한수단(46)은 상기 방향전환수단(34)으로부터 출력된 전압에 대응하는 전류로 전환하는 전류앰프/리미터(36)에 장착되는 것을 특 징으로 하는 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전류앰프/리미터(36)는 미리 설정된 상기 기준전류(IMAX)를 기억하는 기억수단(42)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전류검출수단(38)의 검출 신호는 전류루프(40)에 의해 상기 비교수단(44)으로 피드백하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전동액츄에이터(16)는 ON/OFF 조절에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 제어장치.
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