KR100758289B1 - Robot control system using high speed network and control method thereof - Google Patents

Robot control system using high speed network and control method thereof Download PDF

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KR100758289B1
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김규호
안강순
오용승
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주식회사 윌링스
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Abstract

A robot control system using a high speed network and a control method thereof are provided to transmit the signal including a control command in a high speed and increase the control frequency per unit time, thereby precisely operating the robot. A robot control system using a high speed network and a control method thereof comprise a control computer(110), a plurality of loads, a communication mater unit(120), a high speed network unit(190). The control computer is used for controlling the overall operation of the robot. The plurality of loads collects the condition of the robot or directly controls a motor installed at the robot. The communication master unit mediates the communication of the plurality of loads and the control computer. The high speed network is a communication medium between the communication master unit and the plurality of loads. The communication master unit is composed of a PCI(peripheral component interconnect) interface mediating the communication with the control computer, a dual port RAM(random access memory) communicated with the PCI interface to store temporarily the signal transmitted from the loads and the signal transmitted from the control computer, a digital signal processor(DSP, digital signal processor) communicated with the dual port RAM to indicate the storing and transmitting of the signal, and a communication interface mediating the communication with the digital signal processor and the high speed network.

Description

고속 네트워크를 이용한 로봇 제어 시스템 및 제어 방법{Robot control system using high speed network and control method thereof} Robot control system using high speed network and control method

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제어시스템의 구성도1 is a block diagram of a control system according to an embodiment of the present invention

도 2는 통신마스터부의 블록도2 is a block diagram of a communication master unit

도 3은 통신마스터부와 제어용 임베디드 컴퓨터가 적층된 모습을 나타낸 도면3 is a view showing a state in which a communication master unit and a control embedded computer are stacked

도 4는 모터드라이브부의 블록도4 is a block diagram of a motor drive unit

도 5는 AD변환부의 블록도5 is a block diagram of an AD conversion unit

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 제어시스템 110 : 제어용 컴퓨터100: control system 110: control computer

120 : 통신마스터부 130, 140 : 제1, n 모터드라이브부120: communication master unit 130, 140: first, n motor drive unit

151,152 : 제1,n 모터 160a, 160b : 제1,2 AD변환부151,152: 1st, n motor 160a, 160b: 1st, 2nd AD converter

170a,170b,170c,170c : 감지센서170a, 170b, 170c, 170c: Sensor

180 : PCI버스 190 : 고속 네트워크180: PCI bus 190: high speed network

본 발명은 로봇의 제어시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 휴머노이드(humanoid) 로봇에서 보다 정밀한 동작을 실현하기 위하여 제어명령과 부하로부터 전송되는 데이터의 통신속도를 크게 향상시키고 보다 소형화, 경량화한 제어시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control system of a robot, and more specifically, to a more precise operation in a humanoid robot, to greatly improve the communication speed of control commands and data transmitted from a load, and to reduce the size and weight of a control system. It is about.

휴머노이드 로봇은 인간과 같이 2족 보행을 하는 로봇으로서, 인간과 비슷한 움직임으로 손, 팔, 목, 다리 등을 동작시키기 위해서 다수의 관절과 각 관절을 구동하는 구동모터를 구비하고 있다. 예를 들어 최근 한국과학기술원에서 개발한 인간형 로봇인 휴보(HUBO)에는 무려 41개의 관절용 구동모터가 장착되어 있다.Humanoid robots are bipedal walking robots, and have a plurality of joints and a driving motor for driving each joint in order to operate hands, arms, necks, legs and the like in a human-like movement. For example, Hubo, a humanoid robot developed by the Korea Advanced Institute of Science and Technology, is equipped with 41 driving motors.

이러한 구동모터는 서로 독립적으로 제어되며, 이를 위해 휴머노이드 로봇의 내부에는 하나 또는 2 이상의 구동모터를 제어하는 모터드라이브가 다수 설치되며, 상기 모터드라이브는 로봇의 내부 또는 외부에 설치된 제어용 컴퓨터에 의하여 제어된다.These drive motors are controlled independently of each other, for this purpose, a plurality of motor drives for controlling one or two drive motors are installed in the humanoid robot, and the motor drives are controlled by a control computer installed inside or outside the robot. .

한편, 휴머노이드 로봇이 인간과 비슷하게 동작하기 위해서는 로봇의 현재 상태를 실시간으로 감지하여 피드백시킬 수 있어야 하므로, 로봇에는 위치, 온도, 압력 등을 감지하는 수많은 감지센서가 설치된다.Meanwhile, in order for a humanoid robot to operate similarly to a human being, it must be able to detect and feed back the current state of the robot in real time, and thus, a number of detection sensors are installed in the robot to detect position, temperature, and pressure.

상기 각 감지센서에서 검출된 아날로그신호는 AD컨버터에서 디지털신호로 변환된 이후에 제어용 컴퓨터로 전송되며, 제어용 컴퓨터는 이를 기초로 모터드라이 브를 제어한다.After the analog signal detected by each sensor is converted into a digital signal in the AD converter is transmitted to the control computer, the control computer controls the motor drive based on this.

이와 같은 방식으로 제어되는 휴머노이드 로봇을 보다 정밀하게 동작시키기 위해서는 제어용 컴퓨터와 모터드라이브 사이에서 제어명령과 데이터의 통신이 최대한 고속으로 이루어져 수십 개의 구동모터가 거의 실시간으로 제어될 수 있어야 한다.In order to operate the humanoid robot controlled in this way more precisely, communication of control commands and data should be made as fast as possible between the control computer and the motor drive so that dozens of drive motors can be controlled in near real time.

그런데 현재는 제어용 컴퓨터와 각 모터드라이브가 직접 일대일로 제어명령 및 데이터를 송수신하고 있기 때문에 모터드라이브의 개수가 많아질수록 통신대기시간이 길어져서 모든 구동모터를 실시간으로 제어하는 것이 어려워지는 문제점이 있다.However, at present, since the control computer and each motor drive directly transmit and receive control commands and data one to one, there is a problem that it becomes difficult to control all the driving motors in real time as the number of motor drives increases. .

예를 들어 제어용 컴퓨터와 모터드라이버를 RS-232C 규격으로 종래처럼 연결한 경우에는 최대속도가 115.2Kbps 정도인 것으로 알려져 있다. For example, it is known that the maximum speed is about 115.2Kbps when the control computer and the motor driver are connected in the RS-232C standard.

이러한 통신속도에서는 하나의 모터드라이브로 제어명령을 전송하는 데 수 내지 수십 ms가 소요되며, 따라서 수십 개의 모터에 하나씩의 제어명령을 송신하는데 만도 수십 내지 수백 ms의 시간이 소요된다.At such a communication speed, it takes several to several tens of ms to transmit a control command to one motor drive. Therefore, it takes several tens to several hundreds of ms to transmit one control command to several tens of motors.

이 정도의 통신시간은 일반적인 산업용 로봇에서는 크게 문제되지는 않지만 수십 개의 모터를 실시간으로 제어해야 하는 휴머노이드 로봇에서는 부자연스런 동작의 원인이 된다. This communication time is not a big problem for general industrial robots, but it is a cause of unnatural operation in humanoid robots that need to control dozens of motors in real time.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 휴머노이드 로봇의 내 부에서 제어명령 및 감지신호를 최대한 고속으로 전송함으로써 로봇을 보다 정밀하게 동작시키는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to more precisely operate the robot by transmitting a control command and a detection signal at a high speed within the humanoid robot.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 로봇의 전반적인 동작을 제어하는 제어용 컴퓨터; 상기 로봇에 설치된 모터를 직접 제어하거나 로봇의 상태정보를 수집하는 다수의 부하(load); 상기 제어용 컴퓨터와 상기 부하의 사이에서 통신을 매개하는 통신마스터부를 포함하는 로봇 제어 시스템을 제공한다.The present invention, a control computer for controlling the overall operation of the robot to achieve the above object; A plurality of loads for directly controlling a motor installed in the robot or collecting state information of the robot; It provides a robot control system including a communication master unit for mediating communication between the control computer and the load.

상기 통신마스터부는 고속 네트워크에 연결되고, 상기 다수의 부하는 상기 고속 네트워크에 각각 연결됨으로써 상기 통신마스터부와 통신을 수행할 수 있다.The communication master unit may be connected to a high speed network, and the plurality of loads may be connected to the high speed network to communicate with the communication master unit.

상기 부하는, 상기 제어용 컴퓨터의 제어명령에 따라 상기 모터를 직접 제어하는 모터 드라이브부; 상기 로봇에 설치되는 다수의 감지센서를 통해 입력된 아날로그정보를 디지털신호로 변환하여 상기 제어용 컴퓨터로 전송하는 AD변환부를 포함할 수 있다.The load, the motor drive unit for directly controlling the motor in accordance with a control command of the control computer; It may include an AD conversion unit for converting the analog information input through a plurality of sensing sensors installed in the robot into a digital signal and transmitting to the control computer.

상기 통신마스터부는, 상기 제어용 컴퓨터와의 통신을 매개하는 PCI인터페이스; 상기 제어용 컴퓨터에서 전송된 신호와 상기 부하에서 전송된 신호를 일시 저장하며 상기 PCI인터페이스와 연결되는 듀얼포트 램(RAM); 상기 듀얼포트 램과 연결되어 신호의 저장 및 전송을 지시하는 디지털신호처리기(DSP); 상기 디지털신호처리기와 상기 고속네트워크와의 통신을 매개하는 통신인터페이스를 포함할 수 있다.The communication master unit, PCI interface for mediating communication with the control computer; Dual port RAM (RAM) for temporarily storing the signal transmitted from the control computer and the signal transmitted from the load and connected to the PCI interface; A digital signal processor (DSP) connected to the dual port RAM to indicate storage and transmission of a signal; And a communication interface for mediating communication between the digital signal processor and the high speed network.

상기 듀얼포트 램은, 상기 제어용 컴퓨터에서 전송된 제어명령을 일시 저장하는 커맨트 영역; 상기 부하에서 전송된 데이터를 일시 저장하는 데이터 영역으로 구분될 수 있다.The dual port RAM includes: a command area for temporarily storing a control command transmitted from the control computer; It may be divided into a data area for temporarily storing data transmitted from the load.

상기 부하는 2 이상의 군(群)으로 분류되고, 상기 통신인터페이스는 상기 각 군과 일대일로 대응하도록 다수 개가 설치될 수 있다.The load may be classified into two or more groups, and a plurality of communication interfaces may be installed in a one-to-one correspondence with the groups.

상기 제어용 컴퓨터는 임베디드 컴퓨터 형태로 제조되고, 상기 통신마스터부는 상기 제어용 컴퓨터와 상하로 적층되어 설치될 수 있다.The control computer may be manufactured in the form of an embedded computer, and the communication master unit may be installed to be stacked up and down with the control computer.

한편 본 발명은, 전술한 로봇 제어 시스템을 이용하여 로봇을 제어하는 방법에 있어서, 상기 통신마스터부에서 상기 제어용 컴퓨터에서 전송된 제어명령을 수신하여 일시 저장하는 단계; 상기 통신마스터부에서 상기 저장된 제어명령을 상기 부하로 전송하는 단계; 상기 통신마스터부에서 상기 부하에서 전송된 데이터를 수신하여 일시 저장하는 단계; 상기 통신마스터부에서 상기 저장된 데이터를 상기 제어용 컴퓨터로 전송하는 단계를 포함하는 로봇 제어 방법을 제공한다.Meanwhile, the present invention provides a method of controlling a robot using the above-described robot control system, the method comprising: receiving and temporarily storing a control command transmitted from the control computer at the communication master unit; Transmitting, by the communication master unit, the stored control command to the load; Receiving and temporarily storing data transmitted from the load in the communication master unit; The communication master unit provides a robot control method comprising the step of transmitting the stored data to the control computer.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휴머노이드 로봇 제어시스템(100)의 전체적인 구성도이다.1 is an overall configuration diagram of a humanoid robot control system 100 according to an embodiment of the present invention.

상기 제어시스템(100)은 제어용 컴퓨터(110), 제1 모터(151) 내지 제n 모터(152)의 동작을 제어하는 제1 모터드라이브부(130) 내지 제n 모터드라이브부(140), 각종 감지센서(170a, 170b, 170c, 170d)에서 입력되는 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 제1,2 AD변환부(160a,160b)를 포함한다.The control system 100 is a control computer 110, the first motor drive unit 130 to control the operation of the first motor 151 to the n-th motor 152, the n-th motor drive unit 140, various And first and second AD converters 160a and 160b for converting the analog signals input from the sensing sensors 170a, 170b, 170c, and 170d into digital signals.

도면에 표시된 모터(151,152), 모터드라이브부(130,140), 감지센서 및 AD변환부(160a,160b)의 개수는 예시에 불과한 것이므로 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 모터(151,152)도 관절용 모터 이외에 다른 용도의 모터를 포함한다.The numbers of the motors 151 and 152, the motor drive units 130 and 140, the sensor and the AD converters 160a and 160b shown in the drawings are only examples, and are not limited thereto. The motors 151 and 152 also include motors for other uses in addition to the joint motors.

제어용 컴퓨터(110)는 메인CPU, 휴머노이드 로봇의 제어프로그램을 저장하는 메모리, 외부와의 통신을 위한 통신인터페이스 등을 포함하며, 이동하는 휴머노이드 로봇의 특성상 임베디드 컴퓨터의 형태로 설치되는 것이 바람직하다.The control computer 110 includes a main CPU, a memory for storing a control program of the humanoid robot, a communication interface for communicating with the outside, and is preferably installed in the form of an embedded computer due to the characteristics of the moving humanoid robot.

제1 모터드라이브부(130) 내지 제n 모터드라이브부(140), 제1,2 AD변환부(160a,160b)는 각각 PCB보드 단위로 제작되어 휴머노이드 내부의 소정 위치에 장착된다.The first motor drive unit 130 to the n-th motor drive unit 140 and the first and second AD converters 160a and 160b are manufactured in units of PCB boards and mounted at predetermined positions in the humanoid.

본 발명의 실시예는 제어용 컴퓨터(110)와 부하(Load)의 사이에 통신을 전담하는 통신마스터부(120)가 설치되는 점에서 종래와 구별된다. 상기 부하는 제1 모터드라이브부(130) 내지 제n 모터드라이브부(140) 또는 제1,2 AD변환부(160a,160b)를 의미한다. The embodiment of the present invention is distinguished from the conventional in that a communication master unit 120 dedicated to communication is provided between the control computer 110 and the load. The load means the first motor drive unit 130 to the nth motor drive unit 140 or the first and second AD converters 160a and 160b.

통신마스터부(120)는 PCI(Peripheral component interconnect) 버스(180)를 통해 제어용 컴퓨터(110)에 연결되고, 고속 네트워크(190)를 통해 제1 모터드라이브부(130) 내지 제n 모터드라이브부(140) 또는 제1,2 AD변환부(160a,160b)와 연결된다.The communication master unit 120 is connected to the control computer 110 through a Peripheral Component Interconnect (PCI) bus 180, and the first motor drive unit 130 to the nth motor drive unit (high speed network 190). 140) or the first and second AD converters 160a and 160b.

PCI버스(180)는 컴퓨터의 CPU와 주변장치를 직접 연결하여 데이터를 고속으 로 전송하는 규격화된 로컬 버스이다. 본 발명의 실시예에서는 잡음에 상대적으로 강한 RS-485 통신방식으로 고속 네트워크(190)로 구현하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다The PCI bus 180 is a standardized local bus that directly connects a CPU and a peripheral device of a computer to transmit data at high speed. In the embodiment of the present invention implemented as a high-speed network 190 in the RS-485 communication method that is relatively strong to noise, but is not necessarily limited thereto.

통신마스터부(120)는 상세 블록도인 도 2에 도시된 바와 같이, 디지털신호처리기(Digital Signal Processor: DSP)(122), PCI버스(180)와의 통신을 매개하는 PCI인터페이스(121), 상기 PCI인터페이스(121)와 DSP(122)에 동시에 연결되는 듀얼포트RAM(123), DSP(122)와 고속 네트워크(190) 사이에서 통신을 매개하는 제1,2 통신인터페이스(124,125)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, which is a detailed block diagram, the communication master unit 120 includes a digital signal processor (DSP) 122 and a PCI interface 121 for communicating with the PCI bus 180. It includes a dual port RAM 123 connected to the PCI interface 121 and the DSP 122 at the same time, and a first and second communication interfaces 124 and 125 for mediating communication between the DSP 122 and the high-speed network 190. do.

DSP(122)는 제어용 컴퓨터(110)로부터 제어명령을 수신한 후에 소정 주기마다 고속네트워크(190)를 통해 하위의 모터드라이브부(130,140) 또는 AD변환부(160a,160b)로 상기 제어명령을 전송하는 한편, 하위의 모터드라이브부(130,140) 또는 AD변환부(160a,160b)로부터 전송되는 데이터를 수신한 후에 이를 소정 주기마다 PCI버스(180)를 통해 제어용 컴퓨터(110)로 전송하는 역할을 한다.After receiving the control command from the control computer 110, the DSP 122 transmits the control command to the lower motor drive units 130 and 140 or the AD converters 160a and 160b through the high-speed network 190 at predetermined intervals. On the other hand, after receiving the data transmitted from the lower motor drive unit (130,140) or AD conversion unit (160a, 160b) serves to transmit it to the control computer 110 through the PCI bus 180 every predetermined period. .

제어용 컴퓨터(110)와 모터드라이브부(130,140) 또는 AD변환부(160a,160b)의 사이에서 송수신되는 제어명령 또는 데이터 등을 일시 저장하는 역할은 PCI인터페이스(121)와 DSP(122)에 동시에 연결되는 듀얼포트RAM(123)이 수행한다.Temporarily storing control commands or data transmitted and received between the control computer 110 and the motor drive unit 130 or 140 or the AD converters 160a and 160b are simultaneously connected to the PCI interface 121 and the DSP 122. The dual port RAM 123 is performed.

듀얼포트RAM(123)의 내부는 제어용 컴퓨터(110)에서 전송한 제어명령이 일시 저장되는 커맨드영역과, 모터드라이브부나 AD변환부에서 전송한 데이터가 일시 저장되는 데이터영역으로 구분되는 것이 바람직하다. 또한 신호의 입출력은 FIFO(First In First Out) 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다.The interior of the dual port RAM 123 is preferably divided into a command area in which control commands transmitted from the control computer 110 are temporarily stored, and a data area in which data transmitted from the motor drive unit or the AD converter is temporarily stored. In addition, the input and output of the signal is preferably made in the FIFO (First In First Out) method.

이와 같이 제어용 컴퓨터(110)와 부하의 사이에 통신마스터부(120)를 개입시키는 이유는 다음과 같다. 즉, 모터의 개수가 적을 때는 제어용 컴퓨터(110)와 모터드라이브부를 직접 연결시켜도 통신대기시간이 그리 길지 않아서 고속통신이 가능하지만, 수십 개 이상의 모터를 실시간으로 제어해야 하는 경우에는 통신대기시간의 누적으로 인해 통신속도가 크게 낮아질 수밖에 없기 때문이다.The reason why the communication master unit 120 is interposed between the control computer 110 and the load is as follows. That is, when the number of motors is small, even if the control computer 110 and the motor drive unit are directly connected, the communication standby time is not so long, so high-speed communication is possible, but when the dozens or more motors must be controlled in real time, the accumulated communication waiting time is accumulated. This is because communication speed is inevitably lowered.

즉, 본 발명과 같이 통신마스터부(120)의 듀얼포트RAM(123)에서 신호를 일시 저장하였다가 고속네트워크(190)에 연결된 모든 부하(모터드라이브부 또는 AD변환부)로 일괄적으로 전송하거나, PCI버스(180)를 통해 제어용 컴퓨터(110)로 일괄적으로 전송하면, 비록 듀얼포트RAM(123)에 일시 저장되는 지연시간이 발생하더라도 전체적으로 통신속도가 크게 향상된다.That is, the signal is temporarily stored in the dual port RAM 123 of the communication master unit 120 as in the present invention and then collectively transmitted to all the loads (motor drive unit or AD conversion unit) connected to the high-speed network 190 or If a batch transmission to the control computer 110 via the PCI bus 180, even if a delay time is temporarily stored in the dual port RAM 123, the overall communication speed is greatly improved.

실험에 의하면, 듀얼포트RAM(123)이 16Bit FIFO 방식이고, 제1,2 통신인터페이스(124)가 15Mbps의 고속 UART통신인터페이스를 제공하며, DSP(122)의 처리능력이 40MIPS(Million Instruction Per Second)이며, 제1 통신인터페이스(124)에 18대의 모터드라이브부와 2대의 AD변환부가 연결되어 있는 경우에, 부하 1대당 개별통신시간은 약 14㎲ 이고, 20대의 부하와 통신하는 데는 약 5ms가 소요되는 것으로 나타났다. Experiments show that the dual-port RAM 123 is a 16-bit FIFO method, the first and second communication interfaces 124 provide a high-speed UART communication interface of 15 Mbps, and the processing capacity of the DSP 122 is 40 MIPS (Million Instruction Per Second). When 18 motor drive units and two AD converters are connected to the first communication interface 124, the individual communication time per load is about 14 ms, and about 5 ms to communicate with 20 loads. It appeared to take.

이것은 1초 동안에 제어시스템 전체의 부하를 최대 200번까지 제어할 수 있다는 것을 의미하므로 종래에 비해 초당 제어회수가 크게 증가하였음을 알 수 있다. 초당 제어회수의 증가는 곧 로봇의 동작이 보다 미세하게 조정될 수 있음을 의 미하므로 보다 자연스런 동작을 구현하는 것이 가능해진다. This means that the load of the entire control system can be controlled up to 200 times in one second. Therefore, it can be seen that the number of control per second is significantly increased compared with the conventional art. Increasing the number of control per second means that the robot's motion can be finely adjusted, making it possible to achieve more natural motion.

듀얼포트RAM(123)에서 제어명령 또는 데이터를 저장하는 시간은 임의로 정해질 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 모든 부하에 대한 제어명령을 수신할 때까지 모든 제어명령을 저장하고, 모든 부하에서 전송된 데이터를 수신할 때까지 모든 데이터를 저장하도록 하였다. 이 경우 저장시간은 전술한 통신소요시간과 같은 약 5ms가 된다.Although the time for storing the control command or data in the dual port RAM 123 may be arbitrarily determined, in the embodiment of the present invention, all control commands are stored until all control commands are received, and transmitted at all loads. All data will be stored until the received data is received. In this case, the storage time is about 5 ms equal to the communication time mentioned above.

제1,2 통신인터페이스(124,125)는 UART통신을 지원하는 서로 독립된 인터페이스로서, 부하(모터드라이브부 또는 AD변환부)를 보다 효율적으로 제어하기 위하여 부하를 2개의 군(群)으로 묶어서 각 군별로 각 통신인터페이스(124,125)에 연결하였다.The first and second communication interfaces 124 and 125 are independent interfaces supporting UART communication. In order to control the load (motor drive unit or AD conversion unit) more effectively, the first and second communication interfaces 124 and 125 are grouped into two groups. It was connected to each communication interface (124, 125).

부하의 개수에 따라서는 이러한 통신인터페이스를 하나만 둘 수도 있고, 3개 이상 설치할 수도 있다.Depending on the number of loads, only one such communication interface may be provided or three or more may be installed.

한편, 본 발명에서는 휴머노이드 로봇의 내부에 설치되는 구성요소의 크기를 줄이기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 통신마스터부(120)가 설치된 PCB보드와 제어용 컴퓨터(110)가 설치된 PCB보드를 상하로 적층하였다. 이때 통신마스터부(120)는 일 측에 소켓형태로 제공되는 PCI인터페이스(121)를 통해 하부의 제어용 컴퓨터(110)와 연결된다.On the other hand, in the present invention, in order to reduce the size of the components installed in the humanoid robot, as shown in Figure 3, the PCB board on which the communication master unit 120 is installed and the PCB board on which the control computer 110 is installed, up and down Laminated. At this time, the communication master unit 120 is connected to the control computer 110 at the bottom through the PCI interface 121 provided in the socket form on one side.

도 4는 제1 모터(151)의 동작을 제어하는 제1 모터 드라이브부(130)의 구성 을 나타낸 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a configuration of the first motor drive unit 130 that controls the operation of the first motor 151.

제1 모터 드라이브부(130)는 모터(151)를 직접 제어하는 드라이브 회로부(131), 제어용 컴퓨터로부터 전송되는 제어명령을 전송받아 드라이브 회로부(131)로 제어명령을 송신하는 DSP(133), 드라이브 회로부(131)와 DSP(133)의 사이에 설치되어 드라이브 회로부(131)에서 과전압 또는 과전류이 발생하거나 과열되지 않도록 하는 보호회로부(132)를 포함한다.The first motor drive unit 130 is a drive circuit unit 131 for directly controlling the motor 151, a DSP 133 for receiving a control command transmitted from a control computer and transmitting a control command to the drive circuit unit 131, a drive A protection circuit unit 132 is installed between the circuit unit 131 and the DSP 133 to prevent an overvoltage or an overcurrent from being generated or overheated in the drive circuit unit 131.

또한 DSP(133)로 모터(151)의 상태정보를 제공하기 위하여 엔코더(135), 전류감지부(136), 온도감지부(137) 등이 설치되며, DSP(133)는 이를 통해 검출된 데이터를 기초로 모터(151) 제어에 필요한 신호를 생성하여 드라이브 회로부(131)로 전송한다.In addition, an encoder 135, a current sensing unit 136, a temperature sensing unit 137, and the like are installed to provide status information of the motor 151 to the DSP 133, and the DSP 133 detects the data. Based on the generated signal for controlling the motor 151 and transmits to the drive circuit unit 131.

여기서 엔코더(135)는 모터의 위치정보를 얻기 위한 것으로서, 펄스값을 이용하여 모터의 속도와 회전각도를 감지하는 인크러멘털(Incremental)타입과 기준상태에 대한 모터의 회전각도를 정확하게 산출하는 앱솔루트(Absolute) 타입이 있는데, 본 발명에서는 양자를 모두 적용한다.Here, the encoder 135 is to obtain the position information of the motor, and an absolute type that detects the speed and rotation angle of the motor by using pulse values and an absolute value that accurately calculates the rotation angle of the motor with respect to the reference state. There is an (Absolute) type, and both apply to the present invention.

모터 드라이브부(130)에는 DSP(133)와 고속네트워크(190)와의 통신을 위해 역시 UART통신을 지원하는 통신인터페이스(134)가 구비된다.The motor drive unit 130 is provided with a communication interface 134 that also supports UART communication for communication between the DSP 133 and the high-speed network 190.

도 5는 본 발명의 제어시스템(100)에 포함되는 AD변환부(160a,160b) 중에서 제1 AD변환부(160a)의 구성을 나타낸 도면으로서, 8개의 감지센서(170a)를 통해 동시에 샘플링이 가능하도록 구성하였다.FIG. 5 is a view showing the configuration of the first AD converter 160a among the AD converters 160a and 160b included in the control system 100 of the present invention. It was configured to be possible.

제1 AD변환부(160a)는 제1,2 AD컨버터(161,162)를 포함하며, 감지센서(170a)를 통해 입력된 아날로그신호는 제1,2 AD컨버터(161,162)를 통해 디지털신호로 변환된 후 데이터버스(163)를 거쳐 DSP(164)로 전송된다.The first AD converter 160a includes first and second AD converters 161 and 162, and the analog signals input through the sensing sensors 170a are converted into digital signals through the first and second AD converters 161 and 162. It is then transmitted to the DSP 164 via the data bus 163.

DSP(164)는 각 감지센서에서 감지된 상태정보를 제어용 컴퓨터(110)의 제어명령에 대응하거나 소정 시간간격마다 고속네트워크(190)를 통해 제어용 컴퓨터(110)로 전송한다. 제1,2 AD변환부(160a,160b)도 고속네트워크(190)와 DSP(164) 사이에서 UART통신을 지원하는 통신인터페이스(165)를 구비한다.The DSP 164 corresponds to the control command of the control computer 110 or transmits the state information detected by each sensor to the control computer 110 through the high-speed network 190 at predetermined time intervals. The first and second AD converters 160a and 160b also include a communication interface 165 that supports UART communication between the high speed network 190 and the DSP 164.

이상에서는 휴머노이드 로봇의 경우를 예를 들어 설명하였으나 본 발명이 반드시 휴머노이드 로봇에만 한정되어야 하는 것은 아니므로 다른 분야의 로봇에도 얼마든지 적용될 수 있다.In the above, the case of the humanoid robot has been described as an example, but the present invention is not necessarily limited to the humanoid robot, and thus may be applied to robots of other fields.

또한 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 균등한 범위까지 포함하는 것이므로, 본 명세서에서 설명한 실시예에 한정되지 않음은 물론이다.In addition, since the scope of the present invention includes the range equivalent to the technical idea described in the claims below, it is of course not limited to the embodiments described herein.

본 발명에 따르면, 휴머노이드 로봇의 내부에서 제어명령을 포함한 각종 신호를 종래에 비해 고속으로 전송할 수 있기 때문에 시간당 제어회수가 증가하여 로봇을 보다 정밀하게 동작시킬 수 있다.According to the present invention, since various signals including a control command can be transmitted at a higher speed in the humanoid robot than in the related art, the number of times of control can be increased to operate the robot more precisely.

또한 제어용 임베디드 컴퓨터의 PCB보드에 통신마스터부가 설치된 보드를 적 층 결합시킴으로써 로봇 내부에 설치되는 제어시스템의 크기를 소형화 및 경량화시킬 수 있다.In addition, it is possible to reduce the size and weight of the control system installed inside the robot by stacking the board installed with the communication master unit on the PCB board of the control embedded computer.

Claims (8)

로봇의 전반적인 동작을 제어하는 제어용 컴퓨터;A control computer for controlling the overall operation of the robot; 상기 로봇에 설치된 모터를 직접 제어하거나 로봇의 상태정보를 수집하는 다수의 부하(load);A plurality of loads for directly controlling a motor installed in the robot or collecting state information of the robot; 상기 제어용 컴퓨터와 상기 다수의 부하의 통신을 매개하는 통신마스터부;A communication master unit for mediating communication between the control computer and the plurality of loads; 상기 통신마스터부와 상기 다수의 부하 사이의 통신매체인 고속 네트워크;A high speed network which is a communication medium between the communication master unit and the plurality of loads; 를 포함하며, Including; 상기 통신마스터부는,The communication master unit, 상기 제어용 컴퓨터와의 통신을 매개하는 PCI인터페이스;A PCI interface for communicating with the control computer; 상기 제어용 컴퓨터에서 전송된 신호와 상기 부하에서 전송된 신호를 일시 저장하며 상기 PCI인터페이스와 연결되는 듀얼포트 램(RAM);Dual port RAM (RAM) for temporarily storing the signal transmitted from the control computer and the signal transmitted from the load and connected to the PCI interface; 상기 듀얼포트 램과 연결되어 신호의 저장 및 전송을 지시하는 디지털신호처리기(DSP);A digital signal processor (DSP) connected to the dual port RAM to indicate storage and transmission of a signal; 상기 디지털신호처리기와 상기 고속네트워크와의 통신을 매개하는 통신인터페이스;A communication interface for mediating communication between the digital signal processor and the high speed network; 를 포함하는 로봇 제어 시스템Robot control system including 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 부하는,The load, 상기 제어용 컴퓨터의 제어명령에 따라 상기 모터를 직접 제어하는 모터 드라이브부;A motor drive unit for directly controlling the motor according to a control command of the control computer; 상기 로봇에 설치되는 다수의 감지센서를 통해 입력된 아날로그정보를 디지털신호로 변환하여 상기 제어용 컴퓨터로 전송하는 AD변환부;An AD converter for converting analog information input through a plurality of sensors installed in the robot into a digital signal and transmitting the digital signal to the control computer; 를 포함하는 로봇 제어 시스템Robot control system including 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 듀얼포트 램은,The dual port RAM, 상기 제어용 컴퓨터에서 전송된 제어명령을 일시 저장하는 커맨드 영역;A command area for temporarily storing a control command transmitted from the control computer; 상기 부하에서 전송된 데이터를 일시 저장하는 데이터 영역;A data area for temporarily storing data transmitted from the load; 을 포함하는 로봇 제어 시스템Robot Control System Including 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 부하는 2 이상의 군(群)으로 분류되고, 상기 통신인터페이스는 상기 각 군과 일대일로 대응하도록 다수 개가 설치되는 로봇 제어 시스템The load is classified into two or more groups, and a plurality of communication interfaces are installed in the robot control system so as to correspond one-to-one with each group. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어용 컴퓨터는 임베디드 컴퓨터 형태로 제조되고, 상기 통신마스터부는 상기 제어용 컴퓨터와 상하로 적층되어 설치되는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 시스템The control computer is manufactured in the form of an embedded computer, the communication master unit is a robot control system characterized in that the control computer is stacked up and down installed 제1항의 로봇 제어 시스템을 이용하여 로봇을 제어하는 방법에 있어서,In the method of controlling the robot using the robot control system of claim 1, 상기 통신마스터부의 상기 디지털신호처리기가 상기 제어용 컴퓨터에서 전송된 제어명령을 수신하여 상기 듀얼포트 램에 일시 저장하는 단계;Receiving, by the digital signal processor of the communication master unit, a control command transmitted from the control computer and temporarily storing the control command in the dual port RAM; 상기 디지털신호처리기가 상기 듀얼포트 램에 저장된 상기 제어명령을 한꺼번에 상기 다수의 부하로 전송하는 단계;Transmitting, by the digital signal processor, the control commands stored in the dual port RAM to the plurality of loads at one time; 상기 디지털신호처리기가 상기 다수의 부하에서 전송된 데이터를 수신하여 상기 듀얼포트 램에 일시 저장하는 단계;Receiving, by the digital signal processor, data transmitted from the plurality of loads and temporarily storing the data in the dual port RAM; 상기 디지털신호처리기가 상기 듀얼포트 램에 저장된 상기 데이터를 한꺼번에 상기 제어용 컴퓨터로 전송하는 단계;Transmitting, by the digital signal processor, the data stored in the dual port RAM to the control computer at once; 를 포함하는 로봇 제어 방법Robot control method comprising a 삭제delete 삭제delete
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