KR100750902B1 - 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법및 시스템 - Google Patents

스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법및 시스템 Download PDF

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본 발명은 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 로봇 동작 제어 방법은 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법에 있어서, 모터부가 스마트 디지털 엔코더 센서로부터 서보 모터의 실제 위치 정보를 나타내는 출력신호를 통해 디지털 엔코더 값을 검출하는 단계; 상기 모터부를 통해 입력된 상기 디지털 엔코더 값을 로봇 동작 제어부가 수신하여 로봇 동작 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 로봇 동작 제어부가 상기 로봇 동작 제어 신호를 이용하여 로봇의 축별 서보 모터를 구동하는 단계; 를 포함하되, 상기 디지털 엔코더 값 및 상기 로봇 동작 제어 신호는 무선 통신 방식을 이용하여 축별 서보 모터를 제어하도록 하는 것을 특징으로 한다.
용접 로봇, 서보 모터, 엔코더 센서, 동작, 모션

Description

스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법 및 시스템{System and Method for controlling motion of robot by using the smart digital encoder sensor}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 용접 동작 제어 시스템을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스마트 디지털 엔코더 센서의 구성을 나타낸 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100…모터부 101…모터
103…스마트 디지털 엔코더 센서 105…로봇 동작 제어부
본 발명은 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법 및 시 스템에 관한 것이다.
일반적으로 로봇을 제어하기 위해서는 로봇의 끝단을 원하는 곳에 위치시키기 위해 역기구학(Nominal Inverse Kinematics)을 풀어 각 로봇 관절의 위치를 계산해야 하고, 이렇게 계산된 각 관절의 위치값을 추종하도록 해당 모터를 제어해야 한다. 그리고 작업 내용에는 보통 주변 기기의 운용이 필요하므로 이에 관한 제어를 담당하는 로봇 동작 제어부가 필요하다.
이러한 종래의 여러 개의 축을 가진 로봇의 동작을 제어하는 로봇 동작 제어부는 로봇의 끝단의 궤적 이동을 위한 역기구학 계산 및 각종 주변 장치 제어를 위해 별도의 CPU를 갖는 중앙 제어기가 구비되어 로봇의 동작(Motion) 제어 및 각종 작업을 지시하는 기능을 수행한다. 그리고 별도의 작업이 있을 경우, 이에 따른 용접 등 주변 장치를 제어하는 별도의 제어 장치를 포함해야 하기 때문에 로봇 제어 장치는 이러한 모든 작업을 수행하기 위해 여러 개의 CPU를 갖추고 있어야 한다.
종래 기술에 따른 로봇 동작 제어 방법에 있어서 로봇 동작 제어부는 모터에 구비된 디지털 엔코더 센서와 유선 통신 라인을 통해 연동된다.
상기 디지털 엔코더 센서는 모터에 구비된 디지털 엔코더로부터 상전류 및 모터 회전축의 위치 및 속도 정보 등과 같은 피드백 정보를 제공받아 로봇 동작 제어부로 전달한다. 상기 피드백 정보를 제공받은 로봇 동작 제어부는 모터 구동에 대한 알고리즘을 수행하고 이를 통해 모터 구동을 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력한다. 여기서 상기 PWM 신호는 전력용 반도체 스위치 구동을 위해 구동 신호로 증폭되어 전력 변환용 스위치 모듈을 구동시키고 가변 전압 및 가변 주파수의 교류 전원을 모터에 공급해준다. 이와 같이, 상기 디지털 엔코더 센서는 모터로부터 로봇 동작 위치 및 속도 정보를 전송받아 모터로 하여금 수동적으로 이를 추종하게 하는 역할을 수행하도록 한다.
이러한 종래 기술에 따른 디지털 엔코더 센서는 모터에 부착된 디지털 엔코더로부터 단순한 펄스 카운팅 기능만을 수행할 수 있으므로 응용 범위가 매우 적으며 RS422 통신, 필드 버스(Field Bus), 콘드롤 데이터 버스(Control Data Bus) 등의 유선 통신 라인으로만 연결된다. 또한, 상기 디지털 엔코더 센서는 지능형 혹은 유비쿼터스 로봇 시스템 구현에 활용될 수 없고, 전술한 바와 같이 유선 통신으로 연동됨으로 인해 노이즈, 단선 등의 원인이 될 수 있으며, 파손 시 디버깅이 용이하지 못하는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은 축별 서보 모터에 부착된 소형의 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용하여 로봇 동작 제어부에서 분산 제어될 수 있는 로봇 동작 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 프로세서가 내장된 무선 통신 모듈을 포함한 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용하여 무선 통신 방식의 로봇 동작 제어를 수행할 수 있는 로봇 동작 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 목적들을 달성하기 위하여, 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법에 있어서, 모터부가 스마트 디지털 엔코더 센서로부터 서보 모터의 실제 위치 정보를 나타내는 출력신호를 통해 디지털 엔코더 값을 검출하는 단계; 상기 모터부를 통해 입력된 상기 디지털 엔코더 값을 로봇 동작 제어부가 수신하여 로봇 동작 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 로봇 동작 제어부가 상기 로봇 동작 제어 신호를 이용하여 로봇의 축별 서보 모터를 구동하는 단계; 를 포함하되, 상기 디지털 엔코더 값 및 상기 로봇 동작 제어 신호는 무선 통신 방식을 이용하여 축별 서보 모터를 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 무선 통신 방식은 ZigBee 무선 통신 방식인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 스마트 디지털 엔코더 센서는 로봇 및 자동화 기계에 구비되어 축별 모터의 상태를 모니터링하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 스마트 디지털 엔코더 센서는 로봇 동작 제어부와의 저 전력 무선 통신을 위한 프로세서가 내장된 무선 통신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신 모듈은 SoC(System On Chip)형태의 소형의 무선 통신 칩인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 스마트 디지털 엔코더 센서는 엔코더값을 송수신하는 인터페이스 모듈을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 스마트 디지털 엔코더 센서는 조화 왜곡 필터(Harmonic Distortion Filter)를 더 포함하되, 상기 조화 왜곡 필터는 저 전력 무선 통신에 활용되는 전력 증폭기로부터의 노이즈를 제거하여 상기 로봇 동작 제어부와 무선 통신을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 다른 측면에 따르면, 모터로부터 디지털 엔코더 값을 송수신 하는 모터 인터페이스 모듈; 및 상기 모터 인터페이스 모듈을 통해 입력된 디지털 엔코더 값을 무선 통신 모듈을 이용하여 로봇 동작 제어부로 전송하고, 상기 로봇 동작 제어부가 로봇 동작 제어 신호를 통해 로봇의 축별 모터를 구동시키는 무선 통신 모듈;을 포함하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 시스템을 제공할 수 있다.
이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 용접 동작 제어 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 동작 제어 시스템은 로봇 동작의 구동을 위한 서보 모터(101) 및 로봇의 축별 서보 모터와 로봇 동작 제어부를 연동시키는 스마트 디지털 엔코더 센서(103)를 포함하는 모터부(100), 무선 통신 방식으로 상기 모터부를 통해 입력된 디지털 엔코더 값을 이용하여 여러 개의 축별 서보 모터의 구동을 위한 로봇 동작 제어 신호를 생성하는 로봇 동작 제어부(105)를 포함한다.
모터부(100)는 로봇 동작의 구동을 위한 서보 모터(101) 및 스마트 디지털 엔코더 센서(103)를 포함한다. 상기 서보 모터(101)는 로봇의 액추에이터(Actuator)로써 로봇 동작 제어부(105)에서 출력된 로봇 동작의 제어 신호에 근거하여 구동된다. 상기 스마트 디지털 엔코더 센서(103) 상기 서보 모터(101)에 구비되어 로봇 동작 제어부(105)와 연동하는 기능을 수행한다.
상기 서보 모터(101)는 로봇 동작 제어부(105)로부터 무선 지령 명령을 받아서 처리한다.
모터부(100)는 PID(Proportional Integrate Derivative) 필터부 및 펄스 발생부를 더 포함할 수 있다. 상기 PID 필터부는 상기 디지털 엔코더를 통해 검출된 실제 회전 위치 정보와 로봇 동작 제어부로부터 출력된 로봇 동작 제어 신호에 따라 보상 정보를 산출하는 기능을 포함할 수 있다. 상기 펄스 발생부는 상기 PID 필터부의 출력에 따라 펄스 신호를 발생시키는 기능을 포함할 수 있다.
상기 모터부(100)의 상기 보상 정보 산출은 로봇 제어 동작부에 의한 명령(Cmd)과 엔코더 정보에 의한 피드백 정보(Act)의 차이 정보가 에러(Err=Cmd-Act)이다. 즉, 엔코더에 의해 수집된 피드백 정보는 스마트 엔코더가 내장하고 있는 프로세서에 전달되어지며, 상기 프로세서는 로봇 제어 동작부의 명령(Cmd) 과 엔코더 정보(Act) 의 차이에 해당하는 에러(Err)를 산출하게 된다.
이렇게 산출된 에러 정보가 다음 로봇 제어 동작부의 무선 지령(Cmd) 의 처리에 영향을 주게 된다.
상기 펄스 발생부는 상기 PID 필터부의 출력에 따라 펄스 신호를 발생시키는기능을 포함할 수 있다.
상기 필터부는 피드백 제어를 수행하는 제어루틴을 의미하며 제어루프를 통과한 펄스신호는 프로세서에 인가되어 모터에 전달 되어진다.
스마트 디지털 엔코더 센서(103)는 로봇의 축별 서보 모터(101)에 각각 구비되어 모터부(100)와 로봇 동작 제어부(105)를 연동시켜 로봇의 각 축별 운동을 담당하는 기능을 포함한다. 상기 스마트 디지털 엔코더 센서(103)는 서보 모터(101)에 작동 시 실제 위치 정보를 나타내는 출력 신호로부터 회전 당 펄스 값인 디지털 엔코더값을 검출할 수 있다. 또한 상기 스마트 디지털 엔코더 센서(103)는 상기 디지털 엔코더값을 ZigBee 무선 통신 방식을 이용하여 로봇 동작 제어부(105)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 또한 상기 스마트 디지털 엔코더 센서(103)는 로봇 동작 제어부(105)로부터 ZigBee 무선 통신 방식을 통해 로봇 동작 제어 신호를 수신하는 기능을 더 포함한다.
이때, 상기 ZigBee 통신 방식인 근거리 무선 네트워크 방식인 지그비를 사용할 경우, 저전력 통신이 가능하게 되며 분산제어 및 실시간 감지가 가능하게 된다. 또한, 무선 통신이 가능하게 되므로 로봇 전장으로 인한 유선을 보완할 수 있는 방식이다.
로봇 동작 제어부(105)는 스마트 디지털 엔코더 센서(103)와 무선 통신 방식을 이용하여 연동된다. 상기 로봇 동작 제어부(105)는 중앙 처리 장치를 갖추고 있으며, 로봇의 여러 개의 축을 이동시키기 위해 축별 서보 모터(101) 구동을 위한 로봇 동작 제어 신호를 생성할 수 있다. 상기 로봇 동작 제어부(105)로부터 생성된 로봇 동작 제어 신호는 무선 통신을 통해 로봇 축에 구비된 각 모터부(100)의 스마트 디지털 엔코더 센서(103)로 전송되어 로봇 동작 제어 신호에 따라 축별 서보 모터(101)를 구동시킬 수 있다.
상기 도 1에 도시된 로봇 동작 제어 시스템을 바탕으로 스마트 디지털 엔코 더 센서가 이용되는 방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
로봇 동작 제어부(105)와 연동하여 서보 모터(101)를 구동시키는 스마트 디지털 엔코더 센서(103)에 있어서, 상기 스마트 디지털 엔코더 센서(103)는 서보 모터(101) 작동 시 실제 위치 정보를 나타내는 출력 신호로부터 회전 당 펄스 값인 디지털 엔코더값을 검출한다. 이때 상기 스마트 디지털 엔코더 센서(103)는 로봇의 축별 서보 모터(101)로부터 검출된 상기 디지털 엔코더값을 ZigBee 무선 통신 방식을 이용하여 로봇 동작 제어부(105)로 전송할 수 있다.
즉, 모터로부터 발생되어 모터의 회전에 의해 엔코더에서 검출하는 출력신호는 회전당 펄스 값인 디지털 엔코더에서 검출하며 제어대상은 모터의 회전에 의한 출력 펄스가 된다.
이후 상기 디지털 엔코더값을 수신한 로봇 동작 제어부(105)는 디지털 엔코더값에 근거하여 로봇 동작을 제어하기 위한 로봇 동작 제어 신호를 생성한다. 상기 로봇 동작 제어 신호를 생성한 로봇 동작 제어부(105)는 무선 통신을 통해 축별 서보 모터(101)에 부착된 스마트 디지털 엔코더 센서(103)로 로봇 동작 제어 신호를 전송한다.
이후 로봇 동작 제어 신호를 수신한 스마트 디지털 엔코더 센서(103)는 로봇 동작 제어 신호를 이용하여 무선 통신 모듈에 내장된 프로세서를 통해 능동적으로 로봇의 축별 서보 모터(101)를 구동시킬 수 있다.
본 발명에 따른 로봇 및 기계 장치는 스마트 디지털 엔코더 센서(103)를 이용한 제어 방법을 통해 상기 스마트 디지털 엔코더 센서(103)간의 네트워크를 구성할 수 있으며, 산업용 모니터링 시스템 및 제어 시스템에 적극 활용될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 스마트 디지털 엔코더 센서(103)는 소형의 센서로서 네트워크 구현에 이용됨으로써 유비쿼터스 및 지능형 로봇에 활용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스마트 디지털 엔코더 센서의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스마트 디지털 엔코더 센서(200)는 모터로부터 디지털 엔코더값을 송수신하는 모터 인터페이스 모듈(202), 상기 모터 인터페이스 모듈을 통해 디지털 엔코더 값을 입력 받아 로봇 동작 제어부를 무선으로 연동시키는 무선 통신 모듈(204), 및 상기 무선 통신을 통해 상기 로봇 동작 제어부와 무선 통신이 되어 전력 증폭기로부터 노이즈 현상을 제거하는 조화 왜곡 필터(206)를 포함한다. 모터 인터페이스 모듈(202)은 서보 모터와 ZigBee 무선 통신 방식을 위한 무선 통신 모듈 사이에 인터페이스를 수행한다. 상기 모터 인터페이스 모듈(202)은 서보 모터에서 검출된 디지털 엔코더값을 송수신하는 기능을 포함한다.
모터 인터페이스 모듈(202)은 서보 모터와 ZigBee 무선 통신 방식을 위한 무선 통신 모듈 사이에 인터페이스를 수행한다. 상기 모터 인터페이스 모듈(202)은 서보 모터에서 검출된 디지털 엔코더값을 송수신하는 기능을 포함한다.
무선 통신 모듈(204)은 ZigBee 무선 통신 방식을 이용하여 스마트 디지털 엔코더 센서(200)와 로봇 동작 제어부를 무선으로 연동시키는 기능을 수행한다. 상기 무선 통신 모듈(204)은 모터 인터페이스 모듈(202)로부터 서보 모터의 회전 위치, 속도, 전류 등과 같은 디지털 엔코더값을 전송받을 수 있다. 또한, 무선 통신 모듈(204)은 상기 모터 인터페이스 모듈(202)로부터 전송받은 디지털 엔코더값을 로봇 동작 제어부로 전송할 수 있다. 여기서 상기 무선 통신 모듈(204)은 로봇 동작 제어부와의 저 전력 무선 통신을 위해 프로세서가 내장된 SoC(System On Chip) 형태의 소형 무선 통신 칩(Chip)일 수 있다. 또한, 무선 통신 모듈(204)은 로봇 동작 제어부로부터 로봇 동작 제어 신호를 무선 통신 방식을 통해 전송받을 수 있다. 상기 무선 통신 모듈은 서보 모터를 구동시킬 수 있는 전원을 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이때 상기 무선 통신 모듈(204)은 로봇 동작 제어부로부터 전송된 로 봇 동작 제어 신호를 저 전력 무선 통신에서 활용하기 위한 전력 증폭기를 통해 증폭시킬 수 있다.
조화 왜곡 제거 필터(206)는 저 전력 무선 통신에 활용되는 전력 증폭기로부터의 노이즈를 제거하는 기능을 수행할 수 있다. 일반적인 저 전력 무선 통신에서 활용하는 전력 증폭기는 전력 소모를 줄이기 위해 대부분 비선형 특성을 갖게 되며, 이로 인해 조화 왜곡 현상(Harmonic Distortion)을 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 조회 왜곡 제거 필터(206)는 상기 조화 왜곡 현상을 제거함으로서 로봇 동작 제어부와의 무선 연동에 대한 신뢰를 높일 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
본 발명에 의하면 축별 서보 모터에 부착된 소형의 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용하여 로봇 동작 제어부에서 분산 제어될 수 있는 로봇 동작 제어 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면 프로세서가 내장된 무선 통신 모듈을 포함한 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용하여 무선 통신 방식의 로봇 동작 제어를 수행할 수 있는 로봇 동작 제어 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 로봇 동작 제어부와 연동되어 모터를 구동시키는 스마트 디지털 엔코더 센서에서 로봇 동작을 제어하는 방법에 있어서,
    모터부가 스마트 디지털 엔코더 센서로부터 서보 모터의 실제 위치 정보를 나타내는 출력신호를 통해 디지털 엔코더 값을 검출하는 단계;
    상기 모터부를 통해 입력된 상기 디지털 엔코더 값을 로봇 동작 제어부가 수신하여 로봇 동작 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 로봇 동작 제어부가 상기 로봇 동작 제어 신호를 이용하여 로봇의 축별 서보 모터를 구동하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 디지털 엔코더 값 및 상기 로봇 동작 제어 신호는 무선 통신 방식을 이용하여 축별 서보 모터를 제어하도록 하는 것
    을 특징으로 하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 방식은 ZigBee 무선 통신 방식인 것
    을 특징으로 하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 디지털 엔코더 센서는 로봇 및 자동화 기계에 구비되어 축별 모터의 상태를 모니터링하는 것
    을 특징으로 하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 디지털 엔코더 센서는 로봇 동작 제어부와의 저 전력 무선 통신을 위한 프로세서가 내장된 무선 통신 모듈을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무선 통신 모듈은 SoC(System On Chip)형태의 소형의 무선 통신 칩인 것
    을 특징으로 하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방 법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 디지털 엔코더 센서는 엔코더값을 송수신하는 인터페이스 모듈을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 디지털 엔코더 센서는 조화 왜곡 필터(Harmonic Distortion Filter)를 더 포함하되,
    상기 조화 왜곡 필터는 저 전력 무선 통신에 활용되는 전력 증폭기로부터 노이즈를 제거하여 상기 로봇 동작 제어부와 무선 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법.
  8. 모터로부터 디지털 엔코더값을 송수신하는 모터 인터페이스 모듈; 및
    상기 모터 인터페이스 모듈을 통해 입력된 디지털 엔코더 값을 무선 통신 모듈을 이용하여 로봇 동작 제어부로 전송하고, 상기 로봇 동작 제어 신호를 통해 로봇의 축별 모터를 구동시키는 무선 통신 모듈;
    을 포함하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 무선 통신 방식은 ZigBee 무선 통신 방식인 것
    을 특징으로 하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 스마트 디지털 엔코더 센서는 로봇 및 자동화 기계에 구비되어 축별 모터의 상태를 모니터링하는 것
    을 특징으로 하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 시스템.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 무선 통신 모듈은 SoC(System On Chip)형태의 소형의 무선 통신 칩인 것
    을 특징으로 하는 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 시스템.
KR1020050069204A 2005-07-29 2005-07-29 스마트 디지털 엔코더 센서를 이용한 로봇 동작 제어 방법및 시스템 KR100750902B1 (ko)

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