KR100873901B1 - 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치 및 그 방법 - Google Patents

모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존의 위치 프로파일을 생성하는 방법의 단점들을 개선하기 위해 감소 차수 다항식과 이중 가가 속도 필터를 도입한다.
본 발명은 속도 변화에 따라 구분하는 위치 패턴의 패턴계수와 시간계수를 생성하는 패턴계수 생성부; 상기 패턴계수 및 시간계수를 가지고 상기 위치 패턴의 구간마다 패턴의 윤곽을 결정짓기 위한 패턴 다항식을 생성하는 윤곽 생성부; 및 상기 패턴 다항식을 입력 받는 복수의 필터 중 어느 하나를 선택적으로 작동시켜 위치 프로파일을 생성하는 이중 가가 속도 필터부를 포함한다.
본 발명은 사용하는 다항식의 차수와 계수가 감소되기 때문에 위치 프로파일을 생성하기 위한 연산 과정에서의 계산량이 적고, 필터 사이즈의 차이로 인한 스위칭 오차를 방지할 수 있어서 위치 프로파일이 단절되지 않고 부드럽게 생성된다.

Description

모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치 및 그 방법{Position Profile Generation Device Of Motion Controller And Thereof Method}
도 1은 종래의 적분을 이용하여 위치 프로파일을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 다항식을 이용하여 위치 프로파일을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 위치 패턴으로부터 위치 프로파일을 생성하는 것을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치의 구성도이다.
도 5a는 본 발명에 따라 명령 입력기에서 제공하는 초기 조건에 따라 위치 패턴 그룹의 선택을 보인 도면이다.
도 5b는 본 발명에 따라 위치패턴그룹 1에서 목표 위치에 따라 해당 위치 패턴의 선택을 보인 도면이다.
도 5c는 본 발명에 따라 위치패턴그룹 2에서 목표 위치에 따라 해당 위치 패턴의 선택을 보인 도면이다.
도 5d는 본 발명에 따라 위치패턴그룹 3에서 목표 위치에 따라 해당 위치 패 턴의 선택을 보인 도면이다.
도 5e는 본 발명에 따라 위치패턴그룹 4에서 목표 위치에 따라 해당 위치 패턴의 선택을 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 이중 가가 속도 필터부의 상세 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 이중 가가 속도 필터부의 감속 필터와 가속 필터의 타이밍을 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 발명에 따라 위치 패턴 10과 위치 패턴 4를 업 데이트하는 동작을 나타낸 도면이다.
도 8b는 본 발명에 따라 위치 패턴 10과 위치 패턴 6을 업 데이트하는 동작을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따라 모션 버퍼를 이용하여 위치 프로파일을 연속 생성하기 위한 구성을 나타낸 도면이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
100 : 초기조건 계산부
200 : 패턴계수 생성부
300 : 윤곽 생성부
400 : 이중 가가속도 필터부
본 발명은 감소 차수 다항식을 이용하여 위치 프로파일을 생성하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 산업용 다관절 로봇은 각 관절을 회전 이동시켜 작업 대상물을 목표 위치로 이동하며, 이를 위해 각 관절을 움직이는 구동원으로서 서보모터를 구비하고 있다.
모션 제어기는 입력된 명령을 이용하여 생성한 위치 프로파일(position profile)을 서보제어부에 전달하고, 서보제어부는 위치 프로파일에 따라 서보모터를 제어하여 대상물을 목표위치로 이동하는 작업을 수행한다. 다관절 로봇의 서보모터를 제어함에 있어서, 위치 프로파일은 작업 패턴 및 작업 시간을 결정짓는 요소이다.
모션 제어기에서 위치 프로파일을 생성하는 방법은 적분을 이용하는 방식과 다항식을 이용하는 방식이 있다.
적분을 이용하는 방식은, 도 1의 도시와 같이, 가가속도 패턴(jerk pattern)을 적분하여 가감속 패턴을 만들고, 가감속 패턴(acc/dec pattern)을 다시 적분하여 속도 패턴을 만들고, 속도 패턴을 적분하여 위치 프로파일을 생성한다.
적분을 이용한 방식은 간단하게 구현할 수 있지만 적분 과정에서의 연산 처리를 위해 대용량의 저장변수를 필요로 하고 비대칭 가감속의 구현이 어려우며 계산 오차가 발생할 수 있다.
다항식을 이용하는 방식은, 도 2의 도시와 같이, 각 구간의 조건에 따른 다항식 P(0)~P(6)을 선택하여 위치 프로파일을 만든다. 여기서 위치 프로파일은 구간 별로 연산한다. 각 구간의 위치 프로파일은 각각의 계수 및 시간에 대한 3차 다항식으로 다음과 같이 정의할 수 있다.
P(0) = C00 +C01t +C02t2 +C03t3
P(1) = C10 +C11t +C12t2
P(2) = C20 +C21t +C22t2 +C23t3
P(3) = C30 +C31t
P(4) = C40 +C41t +C42t2 +C43t3
P(5) = C50 +C51t +C52t2
P(6) = C60 +C61t +C62t2 +C63t3
이와 같이 다항식을 이용한 방식은 각 조건의 다항식을 정의하는 계수들이 많아서 초기 조건에 따른 계수 계산이 복잡하고 실시간 계산량이 많은 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 위치 프로파일을 생성함에 있어서 정확한 계산하면서도 계산량을 줄일 수 있는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
위치 프로파일을 생성하기 위한 모션 제어기에 있어서, 속도 변화에 따라 구분하는 위치 패턴의 패턴계수와 시간계수를 생성하는 패턴계수 생성부; 상기 패턴계수 및 시간계수를 가지고 상기 위치 패턴의 구간마다 패턴의 윤곽을 결정짓기 위한 패턴 다항식을 생성하는 윤곽 생성부; 및 상기 패턴 다항식을 입력 받는 복수의 필터 중 어느 하나를 선택적으로 작동시켜 위치 프로파일을 생성하는 이중 가가 속도 필터부를 포함한다.
상기 패턴계수 생성부는 상기 위치 패턴의 초기 속도와 주어진 속도 기준 값을 비교하여 복수 위치 패턴 중 어느 하나를 선택한다.
상기 윤곽 생성부는 상기 위치 패턴의 가속 구간, 등속 구간, 및 감속 구간에 대하여 각각 2차 시간함수의 패턴 다항식을 생성한다.
상기 위치 패턴의 유형을 결정하기 위한 초기 조건을 상기 패턴계수 생성부에 제공하는 초기조건 계산부를 더 포함한다.
상기 초기조건 계산부는 상기 위치 패턴의 초기 속도를 제공한다.
상기 초기조건 계산부는 업 데이트 명령이 입력되는 현재 위치 패턴에 다른 위치 패턴이 연속하도록 상기 윤곽 생성부에서 생성하는 패턴 다항식을 입력 받아 초기 속도를 계산한다.
상기 이중 가가 속도 필터는 가속 필터와 감속 필터를 포함하며, 상기 가속 필터는 상기 위치 패턴의 가속 구간의 패턴 다항식을 필터링하고, 상기 감속 필터 는 상기 위치 패턴의 감속 구간의 패턴 다항식을 필터링한다.
상기 이중 가가 속도 필터는 상기 패턴 계수 중 2차 시간함수의 계수에 필터를 선택하기 위한 필터 선택부와 상기 가속 필터와 감속 필터 중 상기 필터 선택부에 의해 선택된 필터를 작동하기 위한 스위칭부를 더 포함한다.
상기 필터 선택부는 상기 2차 시간함수의 계수가 양이면 상기 가속 필터를 선택하고, 상기 2차 시간함수의 계수가 음이면 상기 감속 필터를 선택한다.
이전에 선택된 필터를 유지하기 위해 상기 필터 선택부와 스위칭부 사이에 연결하는 플립 플롭을 더 포함한다.
상기 가속 필터의 필터사이즈와 상기 감속 필터의 필터 사이즈가 다른 경우, 필터 선택 시 발생하는 스위칭 오차를 방지하기 위해 필터 사이즈가 짧은 필터에 대하여 시간측으로 쉬프트한다.
상기 필터 사이즈가 긴 필터는 다음과 같이 설계한다.
Figure 112004048463148-pat00001
여기서, y1[n]는 필터 사이즈가 긴 필터의 출력으로 긴 필터 사이즈의 가가속도가 적용된 위치 프로파일이다. n은 임으로 정해진 시간 스텝, x는 필터 입력으로 위치 프로파일 생성의 경우 가가속도가 적용되지 않은 위치 프로파일이고, 이는 속도 프로파일 생성시에도 적용가능하며 이 경우 x와 y는 각각 가가속도가 적용 전과 후의 속도 프로파일이다. d는 (na- nd)의 절대 값이고, ma는 na와 nd 중 큰 값이고, nd 는 (Trd/Ts)의 정수 값이고, na 는 (Tra/Ts)의 정수 값이고, Ts는 샘플링 타임이고, Trd는 (Dec/Jerk)로서 감속 필터의 사이즈, Jerk 는 가가 속도의 높이, Dec는 감속도이고, Tra는 (Acc/Jerk)로서 가속 필터의 사이즈, Acc는 가속도이다.
상기 필터 사이즈가 짧은 필터는 다음과 같이 설계한다.
Figure 112004048463148-pat00002
여기서, y2[n]는 필터 사이즈가 짧은 필터의 출력으로 짧은 필터 사이즈의 가가속도가 적용된 위치 프로파일이다. n은 임의로 정해진 시간 스텝, x는 필터 입력으로 위치 프로파일 생성의 경우 가가속도가 적용되지 않은 위치 프로파일이고, 이는 속도 프로파일 생성시에도 적용가능하며 이 경우 x와 y는 각각 가가속도가 적용 전과 후의 속도 프로파일이다. d는 (na- nd)의 절대 값이고, ma는 na와 nd 중 큰 값이고, mi는 na와 nd 중 작은 값이고, nd 는 (Trd/Ts)의 정수 값이고, na 는 (Tra/Ts)의 정수 값이고, Ts는 샘플링 타임이고, Trd는 (Dec/Jerk)로서 감속 필터의 사이즈, Jerk 는 가가 속도의 높이, Dec는 감속도이고, Tra는 (Acc/Jerk)로서 가속 필터의 사이즈, Acc는 가속도이다.
상기 초기조건 계산부와 상기 패턴계수 생성부에 의해 만들어진 정보를 일시 저장하는 모션 버퍼와, 상기 모션 버퍼에 저장하는 동작을 제어하는 모션버퍼 관리부를 더 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
모션 제어기를 이용하여 위치 프로파일을 생성하기 위한 방법에 있어서, 속도 변화에 기초하여 만드는 복수의 위치 패턴 중 어느 하나를 선택하고, 선택한 위치 패턴의 패턴 계수 및 시간계수를 생성하며, 상기 패턴계수 및 시간계수를 가지고 상기 위치 패턴의 구간마다 패턴의 윤곽을 결정짓기 위한 패턴 다항식을 생성하고, 상기 패턴 다항식을 입력 받는 복수의 필터 중 어느 하나를 선택적으로 작동시켜 위치 프로파일을 생성한다.
상기 위치 패턴의 선택은 초기 속도와 주어진 속도 기준 값을 비교하여 복수 의 위치 패턴그룹 중 어느 하나를 선택하고, 주어진 목표 위치에 따라 선택된 위치 패턴그룹에 속하는 복수의 위치 패턴 중에서 어느 하나를 선택한다.
상기 복수 필터에서 어느 하나를 선택하는 것은 상기 위치 패턴의 가속 구간의 패턴 다항식을 입력 받는 경우 가속 필터를 작동하고, 상기 위치 패턴의 감속 구간의 패턴 다항식을 입력 받는 경우 감속 필터를 작동하며, 상기 위치 패턴의 등속 구간의 패턴 다항식을 입력 받는 경우 이전 작동하는 필터를 유지한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따라 위치 패턴으로부터 위치 프로파일을 생성하는 것을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치의 구성도이다.
본 발명은 초기 조건에 따라 선택된 위치 패턴이 이중 가가 속도 필터를 거쳐서 위치 프로파일을 생성하는 방식을 적용한다. 여기서 위치 패턴은 속도 변화에 기반하는 것으로, 가속구간의 패턴 다항식 P(1), 등속구간의 패턴 다항식 P(2), 감속구간의 패턴 다항식 P(3)으로 이루어지고 다음과 같이 2차 다항식으로 정의한다.
P(1) = C10 +C11t +C12t2
P(3) = C30 +C31t
P(5) = C50 +C51t +C52t2
본 발명의 위치 패턴은 속도 변화에 따라 3 종류 구간으로 구분하고 있다. 이 것은 기존 방식에서 적용하는 가속도 변화에 따라 7 종류 구간으로 나누는 경우에 비하여 차수가 3차에서 2차로 감소되고 계수의 개수도 줄어들어 실시간 계산량이 줄어든다.
본 발명에 따른 이중 가가 속도 필터는 위치 패턴으로부터 위치 프로파일을 만들기 위한 것으로, 위치패턴의 감속 구간에서 작동하기 위한 감속 필터와 가속 구간에서 작동하기 위한 가속 필터를 포함한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명은 초기조건 계산부(100)와, 패턴계수 생성부(200)와, 윤곽 생성부(300) 및 이중 가가 속도 필터부(400)를 포함하여 구성한다.
초기조건 계산부(100)는 초기 속도(Vo)를 패턴계수 생성부(200)에 제공한다. 패턴계수 생성부(200)는 초기 속도와 명령 입력기로부터 입력되는 속도 기준 값(Vc)을 비교하여 복수의 위치 패턴 중 어느 하나의 위치 패턴을 선택하고, 그 선택된 위치 패턴을 구성하기 위한 계수를 윤곽 생성부(300)에 제공한다. 위치 패턴의 선택에 대해서는 도 5a 내지 도 5e에 따라 구체적으로 설명한다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 명령 입력기에서 제공하는 초기 조건을 판단한 결과에 따라 4개의 위치 패턴의 그룹 중에서 어느 하나를 선택한다. 위치 패턴 그룹 1은 초기 속도(Vo)가 속도 기준 값(Vc)보다 큰 경우에 선택되고, 위치 패턴 그 룹 2는 초기속도(Vo)가 0 보다 크고 속도 기준 값(Vc)이하인 경우에 선택되고, 위치 패턴 그룹 3은 초기속도(Vo)가 0 보다 작을 때 선택되고, 위치 패턴 그룹 4는 초기속도(Vo)가 0인 경우에 선택된다.
위치 패턴 그룹 1 내지 위치 패턴 그룹 4는 목표 위치 Pt의 크기에 따라 복수의 위치 패턴으로 세분되며, 목표 위치가 Pt가 양수인 경우에 한하여 설명할 것이다.
도 5b에 도시한 바와 같이, 제1위치패턴 PT1은 목표 위치 Pt 가 제1 설정위치 Pc1이상인 경우로서, 패턴 구간의 구조는 등속-감속-감속-등속 이다. 제2위치패턴 PT2는 목표 위치 Pt 가 제1 설정위치 Pc1보다 작은 경우로서, 패턴 구간의 구조는 등속-감속-등속-감속-등속-가속-등속 이다. 제3위치패턴 PT3은 목표 위치 Pt 가 0 이상이고 제1 설정위치 Pc1와 제2설정위치 Pc2의 합(PC1+Pc2) 이하인 경우로서, 패턴 구간의 구조는 등속-감속-등속-감속-등속-가속-등속 이다.
도 5c에 도시한 바와 같이, 제4위치패턴 PT4은 목표 위치 Pt 가 제3 설정위치 Pc3이상인 경우로서, 패턴 구간의 구조는 등속-가속-등속-감속-등속 이다. 제5위치패턴 PT5는 목표 위치 Pt 가 제4 설정위치 Pc4 보다 크고 제3 설정위치 Pc3보다 작은 경우로서, 패턴 구간의 구조는 등속-가속-등속-감속-등속 이다. 제6위치패턴 PT6은 목표 위치 Pt 가 제5 설정위치 Pc5 이상이고 제4 설정위치 Pc4 이하인 경우로서, 패턴 구간의 구조는 등속-감속-등속 이다. 제7위치패턴 PT7은 목표 위치 Pt 가 0 이상이고 제5 설정위치 Pc5 보다 작은 경우로서, 패턴 구간의 구조는 등속-감속-등속-감속-등속-가속-등속 이다.
도 5d에 도시한 바와 같이, 제8위치패턴 PT8은 목표 위치 Pt 가 제6 설정위치 Pc6와 제7설정위치 Pc7의 합(PC6+Pc7) 이상인 경우로서, 패턴 구간의 구조는 등속-가속-등속-가속-등속-감속-등속 이다. 제9위치패턴 PT9는 목표 위치 Pt 가 0 보다 크고 제6 설정위치 Pc6와 제7설정위치 Pc7의 합(PC6+Pc7)보다 작은 경우로서, 패턴 구간의 구조는 등속-가속-등속-가속-등속-감속-등속 이다.
도 5e에 도시한 바와 같이, 제10위치패턴 PT10은 목표 위치 Pt 가 제8 설정위치 이상인 경우로서, 패턴 구간의 구조는 등속-가속-등속-감속-등속 이다. 제11위치패턴 PT11는 목표 위치 Pt 가 0 보다 크고 제8 설정위치 보다 작은 경우로서, 패턴 구간의 구조는 등속-가속-등속-감속-등속 이다. 제12위치패턴 PT12는 무 응답(No operation)인 경우이다.
전술한 제1위치패턴 PT1과 제11위치패턴 PT11은 목표 위치 Pt가 양수인 경우에 해당하며, 목표 위치 Pt가 음수인 경우에는 양수인 경우의 위치 패턴 즉 제1 내지 제11위치 패턴을 각각 수평축에 대하여 대칭 시켜서 제13 내지 제23의 위치패턴을 얻을 수 있으며, 목표 위치 Pt가 음수인 경우의 위치 패턴에 대한 도시는 생략한다. 이에 따라 본 발명은 총 23개의 위치 패턴을 사용할 수 있다.
초기 조건에 따라 위치 패턴을 선택하는 과정이 끝나면, 패턴계수 생성부(200)는 모션 명령(목표위치 Pt, 속도 기준 값 Vc, 가속도 기준 값 Amax, 감속도 기준 값 Dmax, 가가 속도 기준 값 Jmax)을 가지고 선택된 위치 패턴의 패턴 계수(Cxx)와 각 구간의 시간계수(Tx)를 생성하고, 생성된 패턴 계수(Cxx)와 시간계수(Tx)를 윤곽 생성부(300)에 제공한다.
윤곽 생성부(300)는 시간변수(t)와 패턴 계수(Cxx) 및 시간계수(Tx)를 이용하여 각 구간의 패턴 다항식 P(t)을 이중 가가속도 필터부(400)에 제공한다. 이때, 윤곽 생성부(300)는 위치 패턴을 구성하는 구간의 종류에 따라 세 개의 패턴 다항식 중 어느 하나의 패턴 다항식을 생성하여 이중 가가 속도 필터부(400)에 제공한다. 일 예로, 제4위치 패턴 PT4에 대한 패턴 구간의 구조는 등속-가속-등속-감속-등속 이고 이에 대응하는 패턴 다항식은 P(3)-P(1)-P(3)-P(5)-P(3)가 되며, 이에 대응하는 시간계수는 T(3)-T(1)-T(3)-T(5)-T(3) 된다.
이중 가가 속도 필터부(400)는 패턴 다항식 P(t)을 입력 받고, 패턴 계수 생성부(200)로부터 제공되는 계수 Cx2에 따라 복수 필터 중 하나를 스위칭하여 위치 프로파일 Pr(t)를 생성한다.
윤곽 생성부(300)의 패턴 다항식 P(t)은 가속 필터(401)와 감속필터(402)에 공통 입력된다. 그 출력은 스위칭부(430)에 연결된다. 패턴계수 생성부(200)에서 계수 Cx2를 입력받는 필터 선택부(410)는 계수 Cx2에 따라 가속 필터와 감속 필터 중 어느 하나의 필터를 선택하기 위한 필터선택신호를 출력하는데, 계수 Cx2가 양의 부호(+)를 가지면 가속 구간을 의미하므로 가속필터를 스위칭하도록 Acc는 1로 Dec는 0으로 출력하며, 계수 Cx2가 음의 부호(-)를 가지면 감속 구간을 의미하므로 감속 필터를 스위칭하도록 Acc는 0로 Dec는 1으로 출력한다. 플립 플롭(420)은 필터 선택부의 필터선택신호에 따라 스위칭부(430)에 스위칭 신호를 인가하며, 이에 따라 스위칭부(430)는 필터선택신호에 따라 가속 필터(401)나 감속필터(402)를 선택적으로 스위칭한다.
한편, 가속 필터와 감속 필터의 필터 사이즈는 가속 조건(가속 기준 값, Amax)과 감속 조건(감소 기준 값, Dmax)에 따라 다르다. 도 7은 가속 필터의 필터 사이즈(Fs2)가 감속 필터의 필터 사이즈(Fs1)보다 짧은 경우로서, 두 필터 사이즈의 차이를 반으로 나눈 시간(G)만큼 감속 필터(Fs11)에 대해 가속 필터(Fs21)를 시간 축으로 쉬프트하여 타이밍을 맞추어 주어야 한다.
만약 필터 사이즈의 차이를 고려하지 않으면 가속 필터와 감속필터에 대하여 스위칭하는 과정에서 스위칭 오차가 발생하고 이에 따라 위치 이동이 불안정하게 된다.
이러한 스위칭 오차를 방지하기 위해 다음과 같이 필터 정수를 구하여 가속필터 및 감속 필터를 설계한다.
Figure 112004048463148-pat00003
여기서, Tra는 가속 필터의 사이즈, Jerk 는 가가 속도의 높이, Acc는 가속도이다.
Figure 112004048463148-pat00004
여기서, Ts는 샘플링 타임, na 는 (Tra/Ts)의 정수 값이다.
Figure 112004048463148-pat00005
여기서, Trd는 감속 필터의 사이즈, Jerk 는 가가 속도의 높이, Dec는 감속도이다.
Figure 112004048463148-pat00006
여기서, Ts는 샘플링 타임, nd 는 (Trd/Ts)의 정수 값이다.
Figure 112004048463148-pat00007
여기서, ma는 na와 nd 중 큰 값이다.
Figure 112008020158424-pat00028
여기서, mi는 na와 nd 중 작은 값이다.
Figure 112004048463148-pat00009
여기서, d는 (na- nd)의 절대 값이다.
위와 같은 필터 정수를 이용하여 구현한 두 필터는 다음과 같다.
Figure 112004048463148-pat00010
Figure 112004048463148-pat00011
여기서, y1[n]은 필터 사이즈가 큰 경우의 필터에 대응하며, y2[n]는 필터 사이즈가 작은 경우의 필터에 대응한다.
한편, 하나의 위치 패턴을 적용하여 위치 프로파일을 생성하는 도중에 다른 위치 패턴을 적용하여 위치 프로파일을 연속 생성하는 경우, 명령 입력기에서 업 데이트 명령을 초기 조건 계산부(100)에 인가한다. 이에 따라 초기 조건 계산부(100)에서는 윤관 생성부(300)에서 출력하는 패턴 다항식 P(t)의 일단을 입력 받아 그에 따라 속도, 가속도, 위치를 고려하여 초기 조건의 초기 속도(Vo)를 계산하여 패턴계수 생성부(200)에 제공하며, 이에 따라 새로운 위치 패턴에 의한 위치 프로파일이 생성된다.
예를 들어 제10위치패턴에서 제4위치패턴으로 업 데이트하는 경우, 도 8a에서와 같이, 1초 경과한 시점에서 제4위치패턴이 연속하며, 최종적으로 얻어진 위치 프로파일(Pos)은 단절 없이 부드럽게 변화한다. 또 다른 예로서 제10위치패턴에서 제7위치패턴으로 업 데이트하는 경우, 도 8b에서와 같이, 1초 경과한 시점에서 제7위치 패턴이 연속하며, 최종적으로 얻어진 위치 프로파일(Pos)은 단절 없이 부드러운 변화를 나타낸다.
이와 같이, 복수 위치패턴을 대상으로 업 데이트하면서 위치 프로파일을 연속 생성하기 위해서 모션 버퍼를 사용하며, 그러한 예를 도 9에 도시한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 모션버퍼 관리부(520)는 명령 입력기의 입력 명령에 따라 모션 버퍼(530)에 패턴 계수, 시간계수 및 초기 조건을 저장하는 동작을 통제하고, 이에 따라 모션 버퍼(530)는 초기조건 계산부(500)와 패턴계수 생성부 (510)를 통해 제공되는 초기 조건과 패턴 계수 및 시간계수를 일시 저장한 후 윤곽 생성부(540)에 전달한다. 윤곽 생성부(540)는 패턴 다항식을 생성하여 이중 가가 속도 필터부(550)에 제공한다. 그리고 다른 위치 패턴을 업 데이트하기 위한 명령을 입력 받은 경우, 모션버퍼 관리부(520)는 업 데이트할 위치 패턴에 대한 초기 조건과 패턴 계수 및 시간 계수를 모션 버퍼(530)에 일시 저장하는 동작을 통제함으로써 연속하는 위치 패턴에 의하여 위치 프로파일이 생성될 수 있도록 한다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 초기 조건에 따라 다양한 위치 패턴을 생성하고 이로부터 위치 프로파일을 생성할 수 있다.
본 발명은 감소 차수의 다항식의 도입으로 사용하는 다항식의 차수와 계수가 감소되기 때문에 위치 프로파일을 생성하기 위한 연산 과정의 계산량이 적다.
또한 본 발명은 복수 필터 중 필터 사이즈를 고려한 필터 정수를 이용하여 필터를 설계하며, 이에 따라 필터 사이즈의 차이로 인한 스위칭 오차를 방지할 수 있어서 위치 프로파일이 단절되지 않고 부드럽게 생성된다.

Claims (17)

  1. 위치 프로파일을 생성하기 위한 모션 제어기에 있어서,
    속도 변화에 따라 구분하는 위치 패턴의 패턴계수와 시간계수를 생성하는 패턴계수 생성부;
    상기 패턴계수 및 시간계수를 가지고 상기 위치 패턴의 구간마다 패턴의 윤곽을 결정짓기 위한 패턴 다항식을 생성하는 윤곽 생성부; 및
    상기 패턴 다항식을 입력 받는 복수의 필터 중 어느 하나를 선택적으로 작동시켜 위치 프로파일을 생성하는 이중 가가 속도 필터부를 포함하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패턴계수 생성부는 상기 위치 패턴의 초기 속도와 주어진 속도 기준 값을 비교하여 복수 위치 패턴 중 어느 하나를 선택하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 윤곽 생성부는 상기 위치 패턴의 가속 구간, 등속 구간, 및 감속 구간에 대하여 각각 2차 시간함수의 패턴 다항식을 생성하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 위치 패턴의 유형을 결정하기 위한 초기 조건을 상기 패턴계수 생성부에 제공하는 초기조건 계산부를 더 포함하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 초기조건 계산부는 상기 위치 패턴의 초기 속도를 제공하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 초기조건 계산부는 업 데이트 명령이 입력되는 현재 위치 패턴에 다른 위치 패턴이 연속하도록 상기 윤곽 생성부에서 생성하는 패턴 다항식을 입력 받아 초기 속도를 계산하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이중 가가 속도 필터는 가속 필터와 감속 필터를 포함하며, 상기 가속 필터는 상기 위치 패턴의 가속 구간의 패턴 다항식을 필터링하고, 상기 감속 필터는 상기 위치 패턴의 감속 구간의 패턴 다항식을 필터링하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 이중 가가 속도 필터는 상기 패턴 계수 중 2차 시간함수의 계수에 필터를 선택하기 위한 필터 선택부와 상기 가속 필터와 감속 필터 중 상기 필터 선택부에 의해 선택된 필터를 작동하기 위한 스위칭부를 더 포함하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 필터 선택부는 상기 2차 시간함수의 계수가 양이면 상기 가속 필터를 선택하고, 상기 2차 시간함수의 계수가 음이면 상기 감속 필터를 선택하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  10. 제8항에 있어서, 선택된 필터를 유지하기 위해 상기 필터 선택부와 스위칭부 사이에 연결하는 플립 플롭을 더 포함하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 가속 필터의 필터사이즈와 상기 감속 필터의 필터 사이즈가 다른 경우, 필터 선택 시 발생하는 스위칭 오차를 방지하기 위해 필터 사이즈가 짧은 필터에 대하여 시간측으로 쉬프트하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 필터 사이즈가 긴 필터는 다음과 같이 설계하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
    Figure 112008020158424-pat00012
    여기서, y1[n]는 필터 사이즈가 긴 필터의 출력으로 긴 필터 사이즈의 가가속도가 적용된 위치 프로파일이다. n은 임의로 정해진 시간 스텝, x는 필터 입력으로 위치 프로파일 생성의 경우 가가속도가 적용되지 않은 위치 프로파일이고, d는 (na- nd)의 절대 값이고, ma는 na와 nd 중 큰 값이고, nd 는 (Trd/Ts)의 정수 값이고, na 는 (Tra/Ts)의 정수 값이고, Ts는 샘플링 타임이고, Trd는 (Dec/Jerk)로서 감속 필터의 사이즈, Jerk 는 가가 속도의 높이, Dec는 감속도이고, Tra는 (Acc/Jerk)로서 가속 필터의 사이즈, Acc는 가속도이다.
  13. 제11항에 있어서, 상기 필터 사이즈가 짧은 필터는 다음과 같이 설계하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
    Figure 112008052981108-pat00013
    여기서, y2[n]는 필터 사이즈가 짧은 필터의 출력으로 짧은 필터 사이즈의 가가속도가 적용된 위치 프로파일이다. n은 임의로 정해진 시간 스텝, x는 필터 입력으로 위치 프로파일 생성의 경우 가가속도가 적용되지 않은 위치 프로파일이고, d는 (na- nd)의 절대 값이고, ma는 na와 nd 중 큰 값이고, mi는 na와 nd 중 작은 값이고, nd 는 (Trd/Ts)의 정수 값이고, na 는 (Tra/Ts)의 정수 값이고, Ts는 샘플링 타임이고, Trd는 (Dec/Jerk)로서 감속 필터의 사이즈, Jerk 는 가가 속도의 높이, Dec는 감속도이고, Tra는 (Acc/Jerk)로서 가속 필터의 사이즈, Acc는 가속도이다.
  14. 제4항에 있어서, 상기 초기조건 계산부와 상기 패턴계수 생성부에 의해 만들어진 정보를 일시 저장하는 모션 버퍼와, 상기 모션 버퍼에 저장하는 동작을 제어하는 모션버퍼 관리부를 더 포함하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 장치.
  15. 모션 제어기를 이용하여 위치 프로파일을 생성하기 위한 방법에 있어서,
    속도 변화에 기초하여 만드는 복수의 위치 패턴 중 어느 하나를 선택하고, 선택한 위치 패턴의 패턴 계수 및 시간계수를 생성하며, 상기 패턴계수 및 시간계수를 가지고 상기 위치 패턴의 구간마다 패턴의 윤곽을 결정짓기 위한 패턴 다항식을 생성하고, 상기 패턴 다항식을 입력 받는 복수의 필터 중 어느 하나를 선택적으로 작동시켜 위치 프로파일을 생성하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 위치 패턴의 선택은 초기 속도와 주어진 속도 기준 값을 비교하여 복수의 위치 패턴그룹 중 어느 하나를 선택하고, 주어진 목표 위치에 따라 선택된 위치 패턴그룹에 속하는 복수의 위치 패턴 중에서 어느 하나를 선택하는 모션 제어기의 위치 프로파일 생성 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 복수 필터에서 어느 하나를 선택하는 것은 상기 위치 패턴의 가속 구간의 패턴 다항식을 입력 받는 경우 가속 필터를 작동하고, 상기 위치 패턴의 감속 구간의 패턴 다항식을 입력 받는 경우 감속 필터를 작동하며, 상기 위치 패턴의 등속 구간의 패턴 다항식을 입력 받는 경우 이전 작동하는 필터를 유지하는 모션제어기의 위치 프로파일 생성 방법.
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