KR100757747B1 - Step motor control system using memory index - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 본 발명의 구체적 실시예가 적용된 이용한 데스크탑 로봇의 제어 시스템 구성도이다.1 is a block diagram of a control system of a desktop robot using a specific embodiment of the present invention.
도2는 종래의 펄스열 발생장치를 이용한 제어 시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of a control system using a conventional pulse train generator.
도3은 종래의 펄스열 발생장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a conventional pulse train generator.
도4는 본 발명의 구체적 실시예의 주요 구성요소인 지령처리부, 모터구동펄스발생부 및 모터구동부를 보다 자세히 도시하고 있다.4 shows in more detail the command processor, motor drive pulse generator and motor driver which are the main components of a specific embodiment of the present invention.
도5는 메인프로세스부에 나타나는 실시간 위치정보를 도시하고 있다. 즉, 스텝모터가 일정한 속도(v)로 회전할 경우 매 시간(T1, T2, ,,,,Tn)마다 메인프로세스부로 전송되는 위치정보(P1, P2, ,,,,Pn)와의 관계를 도시한다.5 shows real-time location information appearing in the main process unit. That is, when the step motor rotates at a constant speed v, the relationship with the position information P1, P2, ,,,, Pn transmitted to the main process unit every time (T1, T2, ,,,, Tn) is shown. do.
도6은 입력된 위치정보에 따라 모터구동부(300)에서 처리되는 방식을 도시하고 있다.6 illustrates a method of processing in the
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100:지령처리부100: command processing unit
110:가산기110: an adder
120:카운터120: counter
200:모터구동펄스발생부200: motor driving pulse generator
210:스텝모터 여자 테이블210: step motor woman table
300:모터구동부300: motor drive part
기술분야Field of technology
본 발명은 실시간 통신방식으로 각 축에 대한 위치정보를 수신하여 로봇의 기구부를 구성하는 스텝모터를 제어하는 상여자 신호 및 전류제한 신호를 생성하는 스텝모터 제어 시스템에 관한 것으로서, 메모리인덱스 별로 상여자 신호 및 전류제한 신호가 미리 저장되어 있는 스텝모터 여자 테이블을 이용하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a step motor control system for generating an excitation signal and a current limit signal for controlling a step motor constituting a mechanical part of a robot by receiving position information on each axis in a real time communication method. A step motor excitation table in which the signal and the current limiting signal are stored in advance is used.
종래기술Prior art
도2에는 종래의 펄스열 발생장치를 이용한 제어 시스템의 구성도가 도시되어 있는데, 종래의 스텝 모터를 탑재하고 3차원 동작을 하는 로봇 제어 장치는 교시장치(13)와 메인프로세스부(11)에 의해서 생성된 목표 위치, 가속도, 감속도, 목표 속도를 펄스열 발생장치(14)에 입력한다. 이러한 메인프로세스부(11)에는 3차원 모 션을 계획하는 모션 플래너가 포함되어 모션플래닝을 수행한다. 2 is a block diagram of a control system using a conventional pulse train generator. A robot control apparatus equipped with a conventional step motor and performing a three-dimensional operation is provided by a
도3은 종래의 펄스열 발생장치의 구체예를 나타낸 것이다. 도3의 가속도레지스터(21), 감속도레지스터(22), 목표속도레지스터(23), 목표위치레지스터(24) 각각에 저장된 값을 가져와 펄스발생 타이머(25)에서 펄스를 발생시키고, 발생된 펄스는 펄스출력부(26)를 통하여 도2에 도시된 스텝모터 구동장치(15)로 출력된다. 3 shows a specific example of a conventional pulse train generator. A pulse generated by the
스텝모터 구동장치(15)는 입력펄스에 비례하여 스텝모터를 구동시키게 되는데, 스텝모터 구동장치(15)에는 펄스열 수신장치, 스텝각 제어를 위한 여자상 컨트롤부, 및 모터에 전압 및 전류를 인가시키는 파워 드라이버부가 포함된다. The step
펄스발생 타이머(25)에 의하여 발생된 펄스는 펄스 카운터(28)에 의하여 누적계수되고, 이와 같이 누적된 값은 목표위치 레지스터의 값과 비교기927)에서 비교된다. 이 두 개의 값이 일치하면 펄스출력금지 신호가 펄스발생 타이머(25)로 입력되고 펄스발생 타이머(25)는 펄스출력을 중지한다.The pulses generated by the
종래의 장치에는 도3과 같이 복잡한 알고리즘이 포함된 펄스열 발생장치(14)가 추가되어야 할 뿐만 아니라 고속의 펄스열을 전송하기 위해서는 연결방법에도 세심한 주의가 필요하다. 또한, 3차원 동작을 위한 기구부를 구동하기 위해서는 다수의 스텝모터 및 구동장치가 필요하며, 펄스열 발생장치(14) 또한 다수의 출력 신호(펄스출력 신호)가 가능한 구성이 되어야 하는 바, 장치가 복잡해지고 비용이 증가하는 문제가 있다.The conventional apparatus requires not only a
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명은 스텝모터로 구동되는 로봇의 제어장치에서 스텝모터 구동장치와 모션 플래너가 탑재되어 있는 메인프로세스부를 실시간 통신으로 연결하여 과도하게 발생되는 제어 알고리즘을 제거하여 단순화하는 것을 그 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 엔코더피드백 정보를 사용하지 않고, 메모리인덱스 별로 미리 상여자 신호 및 전류제한 신호를 저장하고, 실시간 통신으로 전송된 각 축에 대한 위치정보로부터 메모리인덱스를 생성하여 미리 저장된 데이터(상여자 신호 및 전류제한 신호)를 이용하여 모터구동부를 제어하는 수단을 제공함을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention eliminates an excessively generated control algorithm by connecting a main motor unit equipped with a step motor driving device and a motion planner in real time communication in a control device of a robot driven by a step motor. Its purpose is to simplify. In addition, the present invention stores the pre-excitation signal and current limit signal for each memory index in advance without using the encoder feedback information, generates a memory index from the position information for each axis transmitted by real-time communication, It is an object of the present invention to provide a means for controlling the motor drive unit using an excitation signal and a current limit signal.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.Technical composition of the present invention created to achieve the above object is as follows.
본 발명은 실시간 통신방식으로 각 축에 대한 위치정보를 수신하여 로봇의 기구부를 구성하는 스텝모터를 제어하는 상여자 신호 및 전류제한 신호를 생성하는 스텝모터 제어 시스템에 관한 것으로서, 실시간 통신방식으로 각 축에 대한 위치정보를 수신하여 샘플클럭(sample clock)에 동기화된 지령단위로 변환하고, 이를 이용하여 이동펄스를 생성하여 누적스텝펄스를 계수하는 지령처리부(100); 상기 지령처리부(100)의 누적스텝펄스를 스케일링하여 메모리인덱스를 생성하고 생성된 메모리인덱스에 해당하는 상여자 신호 및 전류제한 신호를 메모리인덱스 별로 상여자 신호 및 전류제한 신호가 미리 저장되어 있는 스텝모터 여자 테이블(210)에서 검색 하고 로딩(loading)하여 출력하는 모터구동펄스발생부(200); 및, 상기 모터구동펄스발생부(200)에서 출력된 신호를 수신하여 스텝모터를 구동하는 모터구동부(300);를 포함하여 구성된다.The present invention relates to a step motor control system for generating an exciter signal and a current limit signal for controlling a step motor constituting a mechanical part of a robot by receiving position information on each axis in a real time communication method. A
지령처리부(100)는 도1에 도시된 바와 같이 하위장치 직렬통신부를 통하여 메인프로세스부로부터 실시간 통신방법으로 각 축에 대한 위치정보를 수신하여 다음과 같은 과정으로 이동펄스를 생성하고 누적스텝펄스를 계수한다.As shown in FIG. 1, the
지령처리부(100)에서 수신된 위치정보는 샘플클럭에 동기화된 지령단위(디지털 수치)로 변환되는데, 도4에 도시된 바와 같이 샘플클럭에 동기화된 지령단위의 값과 현재 진행된 누적스텝펄스의 계수값의 차이값을 가산기(110)가 계산한다.The position information received from the
상기 가산기(110)에서 계산된 차이값에 미리 설정된 이득값(K)이 곱해지고, 샘플클럭에 동기화된 지령단위의 값과 현재 진행된 누적스텝펄스의 계수값의 차이값을 해소하기 위하여 샘플클럭마다 진행되어야 할 이동펄스를 생성한다. The difference value calculated by the
카운터(120)는 생성된 이동펄스를 누적스텝펄스로 계수하는데, 이러한 누적스텝펄스를 계수하는 과정은 샘플클럭에 동기화된 지령단위의 값과 현재 진행된 누적스텝펄스의 계수값의 차이값이 해소될 때까지 반복적으로 진행되며, 모터구동펄스발생부(200)에서는 그 차이가 해소될 때까지 진행된 누적스텝펄스의 계수값을 스케일링하여 메모리인덱스를 생성한다.The
모터구동펄스발생부(200)의 스텝모터 여자 테이블(210)에는 미리 메모리인덱스 별로 해당되는 상여자 신호 및 전류제한 신호가 저장되어 있는데, 지령처리부(100)에서 수신된 위치정보에 의하여 생성된 메모리인덱스에 해당하는 상여자 신 호 및 전류제한 신호를 검색하여 불러오고, 이를 로딩(loading)하여 모터구동부(300)로 출력하게 된다.In the step motor excitation table 210 of the motor
모터구동부(300)에는 트랜지스터(TR)스위치 또는 전계효과트랜지스터(FET)스위치가 포함되고, 모터구동펄스발생부(200)에서 출력된 상여자 신호에 따라 모터구동부(300)의 해당하는 트랜지스터(TR)스위치 또는 전계효과트랜지스터(FET)스위치가 ON 또는 OFF 작동을 하게 되고, 모터구동펄스발생부(200)에서 출력된 전류제한 신호에 따라 모터구동부(300)의 해당하는 트랜지스터(TR)스위치 또는 전계효과트랜지스터(FET)스위치에 흐르는 전류가 일정 값 이하로 제한되는 방식으로 모터구동부(300)가 제어된다.The
도5는 메인프로세스부에 나타나는 실시간 위치정보를 도시하고 있다. 즉, 스텝모터가 일정한 속도(v)로 회전할 경우 매 시간(T1, T2, ,,,,Tn)마다 메인프로세스부로 전송되는 위치정보(P1, P2, ,,,,Pn)와의 관계를 도시하고 있는데, 지령처리부(100)는 메인프로세스부로부터 실시간 통신방법으로 매 시간(T1, T2, ,,,,Tn)에 해당하는 위치정보(P1, P2, ,,,,Pn)를 전송받게 되고, 모터구동펄스발생부(200)에서는 매 시간(T1, T2, ,,,,Tn)마다 지령 위치가 도6의 좌측 도면과 같이 계단모양으로 증가하게 되어 스텝모터 구동특성을 저하시키고 로봇의 모션에 악영향을 주게 된다.5 shows real-time location information appearing in the main process unit. That is, when the step motor rotates at a constant speed v, the relationship with the position information P1, P2, ,,,, Pn transmitted to the main process unit every time (T1, T2, ,,,, Tn) is shown. The
따라서, 도6의 우측 도면과 같이 지령처리부(100)는 실시간 통신방식으로 각 축에 대한 시간별 위치정보를 수신하여 샘플클럭에 동기화된 지령단위로 변환하되, 수신된 시간단위보다 간격이 짧은 시간단위의 샘플클럭(t1, t2, ,,,tm)을 적용하 고, 새롭게 적용된 샘플클럭에 중간 경로 상의 위치정보(p1, p2, ,,,pm)를 부여하여 보다 원활하고 부드러운 운동특성을 구현하도록 한다.Therefore, as shown in the right figure of FIG. 6, the
예를 들어, T2 및 T3 사이를 m 등분하여 보다 세분화된 샘플클럭을 적용하고 세분화된 각각의 시간(t1, t2, ,,,tm)마다 중간 경유지에 해당하는 중간 경로 상의 위치정보(p1, p2, ,,,pm)를 부여하면, 모터구동펄스발생부(200)에서는 보다 세분화된 샘플클럭에 해당하는 이동펄스가 생성되어 모터구동부(300)를 보다 세밀하게 제어할 수 있다.For example, by dividing m between T2 and T3 to apply a more detailed sample clock and for each subdivided time (t1, t2, ,,, tm), location information (p1, p2) on an intermediate route corresponding to an intermediate waypoint , ,,, pm), the motor driving
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 보호범위가 구체적 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 주지관용 기술의 부가나 삭제, 단순한 설계변경 등은 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.Although the present invention has been described with reference to specific embodiments of the present invention as described above, the scope of protection of the present invention is not limited to the specific embodiments, and the addition or deletion of the technology for the main pipe within the scope of the technical idea of the present invention. , Simple design changes, etc. are obvious to fall within the protection scope of the present invention.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 스텝모터로 구동되는 로봇의 제어장치에서 스텝모터 구동장치와 모션 플래너가 탑재되어 있는 메인프로세스부를 실시간 통신으로 연결하고, 엔코더피드백 정보를 사용하지 않고, 메모리인덱스 별로 미리 상여자 신호 및 전류제한 신호를 저장하고, 실시간 통신으로 전송된 각 축에 대한 위치정보로부터 메모리인덱스를 생성하여 미리 저장된 데이터(상여자 신호 및 전류제한 신호)를 이용하여 모터구동부를 제어함으로써, 과도하게 발생되는 제어 알고리즘을 제거하여 단순화하고, 전장 배선을 획기적으로 감소시켜 로봇 시스템을 구성하는 시간 및 비용을 절감할 수 있다. According to the present invention having the above-described configuration, in the control device of the robot driven by the step motor, connecting the step motor driving device and the main processor unit equipped with the motion planner in real time communication, without using the encoder feedback information, for each memory index By storing the pre-excitation signal and current limit signal in advance, generating a memory index from the position information of each axis transmitted by real-time communication, and controlling the motor driver using the pre-stored data (the excitation signal and current limit signal), Simplify by eliminating excessively generated control algorithms, and dramatically reduce the length of electrical wiring, saving the time and cost of configuring a robotic system.
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JP2002272188A (en) | 2001-03-09 | 2002-09-20 | Ricoh Co Ltd | Apparatus for driving stepping motor |
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2006
- 2006-08-08 KR KR1020060074531A patent/KR100757747B1/en not_active IP Right Cessation
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