KR100894861B1 - 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기 - Google Patents

분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분산네트워크 기반의 모듈형 모션제어기에 관한 것으로, 그 목적은 일체형으로 형성되어 있는 각각의 모듈을 분리하고 이를 커넥터를 사용하여 연결 사용함으로써 다양한 모터의 제어 및 다양한 통신방식을 사용하고자 할 경우 편리하게 모듈의 교체만으로 사용 가능하도록 하며, 커넥터의 핀 배치를 양측이 대칭을 이루도록 하여 한가지 디자인의 모터 드라이버를 가지고도 두개의 모터를 동시에 제어할 수 있도록 하는 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 통신방식에 다라 통신 드라이버를 교환하여 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 제 1 및 제 2 커넥터를 구비한 통신모듈과; 통신방식에 따라 통신 드라이버를 제어하는 신호와 모터 드라이버의 종류에 따라 모터 드라이버를 제어하는 신호를 발생하는 제어 프로세서의 디지털신호처리 프로세서(digital signal processor; 이하 "DSP"라 약칭함), 입력된 24V의 전원을 DSP를 구동하기 위한 1.8V 및 3.3V 전원과, 엔코더와, 디지털 입출력장치, 통신 드라이버를 구동하기 위한 5V 전원을 만들어내는 전원부, 통신 드라이버와 모터 드라이버와 연결되어 각종 제어신호를 주고받도록 하는 제 1 및 제 2 커넥터를 구비하고 모터의 구동에 따른 전반적인 제어신호를 발생하는 제어모듈과; 제 1 및 제 2 모터의 5V 레벨 엔코더값을 받아 제어모듈에서 사용할 수 있는 3.3V로 변환하여 전달하는 회로와, 3.3V 레벨의 PWM신호를 모터를 구동할 수 있는 전원으로 변환하는 증폭회로, 모터의 구동전류를 전압을 변화하는 회로와, 제 1 및 제 2 커넥터를 구비하고, 제 1 및 제 2 모터의 구동을 직접적으로 제어하는 제 1 및 제 2 모터 드라이버로 구성한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1 모터 드라이버 내의 엔코더 신호와 전압으로 변환된 모터의 구동전류는 제 1 커넥터를 통해 제어모듈로 전송하고, 상기 제 2 모터 드라이버 내의 엔코더 신호와 전압으로 변환된 모터의 구동전류는 제 2 커넥터를 통해 제어모듈의 DSP에 전송하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제 1 및 제 2 모터 드라이버의 제 1 커넥터는 DSP와 제 1 모터를 연결하는 커넥터로써, 24V(Pin 1, 2), 5V(Pin 3), 3.3V(Pin 4), GND(Pin 5, 6), 전동기 PWM(Pin 7, 8, 9, 10, 11, 12), 엔코더(Pin 13, 14), A/D 변환기(Pin 15, 17, 19), GPIO(Pin 16, 18, 20)로 연결되는 핀들을 구비하고, 제 2 커넥터는 제 1 커넥터와는 대칭으로 24V(Pin 1, 2), 5V(Pin 4), 3.3V(Pin 3), GND(Pin 5, 6), 전동기 PWM(Pin 7, 8, 9, 10, 11, 12), 엔코더(Pin13, 14), A/D 변환기(Pin 16, 18, 20), GPIO(Pin 15, 17, 19)로 연결되는 핀들을 구비한 것을 특징으로 한다.
분산 네트워크, 모듈, 지지대, 대칭, 모션제어기, 모터 드라이버, 제어모듈

Description

분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기{modularized motion controller based on distributed network}
도 1 은 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 결합상태를 나타낸 개략도,
도 2 는 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 분해상태를 나타낸 결합도,
도 3 은 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 제 1 커넥터와 제 2 커넥터의 핀 배치를 나타낸 개략도,
도 4 는 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 모터 드라이버의 결합과정을 나타낸 개략도,
도 5 는 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 모터 드라이버의 결합과정을 나타낸 개략도,
도 6 은 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 지지대 결합상태를 나타낸 개략도,
도 7 은 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 지지대의 배치상태를 나타낸 평면도,
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(10): 통신 모듈 (20): 제어 모듈
(30): 제 1 모터 드라이버 (40): 제 2 모터 드라이버
(50): 제 1 커넥터 (51): 제 1 커넥터 돌출부
(52): 제 1 커넥터 삽입부 (60): 제 2 커넥터
(61): 제 2 커넥터 돌출부 (62): 제 2 커넥터 삽입부
(70): 지지대
본 발명은 분산네트워크 기반의 모듈형 모션제어기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일체형으로 형성되어 있는 각각의 모듈을 분리하고 이를 커넥터를 사용하여 연결 사용함으로써 다양한 모터의 제어 및 다양한 통신방식을 사용하고자 할 경우 편리하게 모듈의 교체만으로 사용 가능하도록 하며, 커넥터의 핀 배치를 양측이 대칭을 이루도록 하여 한가지 디자인의 모터 드라이버를 가지고도 두개의 모터를 동시에 제어할 수 있도록 하는 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기에 관한 것이다.
모션제어기는 PLC 기반의 제어기, PC 기반의 제어기, 독립형 제어기로 분류된다. PLC 기반의 제어기는 주로 대단위 공정에서 사용되며 PC 기반의 제어기와 독립형 제어기는 단위 공정이나 전용기에서 주로 사용된다. PC 기반의 제어기는 고속 고정도를 필요로 하는 어플리케이션에 주로 사용된다.
기존 시스템의 경우 시스템의 크기 때문에 작은 시스템이나 이동형 시스템에 적합하지 않다. PC 기반의 모션 제어기는 모터 드라이버만을 시스템에 포함시킴으로써 시스템의 크기르르 줄여 구성하는 경우도 있지만 상대적으로 배선이 많아지는 단점이 있고, 독립형 제어기의 경우 모터 용량에 따라 다르긴 하지만 크기가 100×50×20mm 이상인 경우가 대부분이다.
또한 모터의 종류를 변경할 경우 모션제어기 전체를 다시 교체해야 하는 단점이 있다.
통신에 있어서도 통신 방식을 변경할 경우에도 모터의 드라이버와 마찬가지로 전체 시스템을 교체해야 하는 기술적 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 모션 제어기를 각 모듈별로 분리하고, 이를 장착할 수 있는 커넥터를 구비하도록 하여 필요에 의해 각 모듈만 쉽게 교체가 가능하도록 함으로써 크기를 줄이면서 다양한 모터의 사용 및 통신 방식을 변경할 수 있도록 하는 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기를 제공함으로 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 제어모듈에서 서로 다른 종류의 모터를 구동할 수 있도록 할 뿐만 아니라 하나의 디자인으로 모터 드라이버 모듈을 설계하여 제어모듈에 2개의 모터 드라이버 모듈을 연결할 수 있게 함으로써 개발비용을 절감할 수 있도록 하는 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 통신방식에 따라 통신 드라이버를 교환하여 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 제 1 및 제 2 커넥터를 구비한 통신모듈과,
통신방식에 따라 통신 드라이버를 제어하는 신호와 모터 드라이버의 종류에 다라 모터 드라이버 신호를 발생하는 제어 프로세서의 디지털신호처리 프로세서(digital signal processor; 이하 "DSP"라 약칭함), 입력된 24V의 전원을 DSP를 구동하기 위한 1.8V 및 3.3V 전원과, 엔코더와 디지털 입출력장치, 통신 드라이버를 구동하기 위한 5V 전원을 만들어내는 전원부, 통신 드라이버와 모터 드라이버와 연결되어 각종 제어신호를 주고받도록 하는 제 1 및 제 2 커넥터를 구비한 제어모듈과,
제 1 및 제 2 모터의 5V 레벨 엔코더값을 받아 제어모듈에서 사용할 수 있는 3.3V로 변환하여 전달하는 회로와 3.3V 레벨의 PWM 신호를 모터를 구동할 수 있는 전원으로 변환하는 증폭회로, 모터의 구동전류를 전압을 변화하는 횐로와 제 1 및 제 2 커넥터를 구비하고 제 1 및 제 2 모터의 구동을 직접적으로 제어하는 제 1 및 제 2 모터 드라이버로 구성한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1 모터 드라이버 내의 엔코더 신호와 전압으로 변환된 모터의 구동전류는 제 1 커넥터를 통해 제어모듈로 전송하고, 상기 제 2 모터 드라이버 내의 엔코더 신호와 전압으로 변환된 모터의 구동전류는 제 2 커넥터를 통해 제어모 듈의 DSP에 전송하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제 1 및 제 2 모터 드라이버의 제 1 커넥터는 DSP와 제 1 모터를 연결하는 커넥터로써, 24V(Pin 1, 2), 5V(Pin 3), 3.3V(Pin 4), GND(Pin 5, 6), 전동기 PWM(Pin 7, 8, 9, 10, 11, 12), 엔코더(Pin 13, 14), A/D 변환기(Pin 15, 17, 19), GPIO(Pin 16, 18, 20)로 연결되는 핀들을 구비하고, 제 2 커넥터는 제 1 커넥터와는 대칭으로 24V(Pin 1, 2), 5V(Pin 4), 3.3V(Pin 3), GND(Pin 5, 6), 전동기 PWM(Pin 7, 8, 9, 10, 11, 12), 엔코더(Pin13, 14), A/D 변환기(Pin 16, 18, 20), GPIO(Pin 15, 17, 19)로 연결되는 핀들을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 결합상태를 나타낸 개략도, 도 2 는 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 분해상태를 나타낸 결합도이다.
상기 도면에서 보는 바와 같이 각종 통신라인을 통해 전달되는 데이터를 DSP로 전달하는 통신모듈(10)과, 엔코더값과 모터구동 전류값을 받아서 모터구동에 필요한 제어 신호를 보내는 제어모듈(20)과, 모터를 구동시킬 수 있도록 하는 모터 드라이버(30, 40)로 구성되며, 각각의 모듈은 공통으로 형성되어 있는 두개의 커넥 터(50, 60)에 의해 서로 연결되되, 커넥터의 핀의 배치를 대칭으로 형성함으로써 한가지의 디자인의 설계로도 두개의 모터를 동시에 구동시킬 수 있도록 구성되어 있다.
상기 통신모듈(10)은 각종 통신 드라이버를 통해 전달되는 데이터를 DSP로 전달하며 각 모듈과 양방향 통신이 이루어지도록 하는 제 1 및 제 2 커넥터(50, 60)를 구비하며 분산 네트워크에서 일반적으로 사용되는 RS-422, RS-485, CAN, Ethernet, IEEE 1394를 지원하는 커넥터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어모듈(20)은 모터들의 제어에 필요한 각종 제어신호를 발생하는 전동기 제어 프로세서로서의 디지털신호처리 프로세서(digital signal processor; 이하 "DSP"라 약칭함), 입력된 24V의 전원을 DSP를 구동하기 위한 1.8V 및 3.3V 전원과, 엔코더와, 디지털 입출력장치, 통신 드라이버를 구동하기 위한 5V 전원을 만들어 내는 전원부, 통신 드라이버와 모터 드라이버와 연결되어 각종 제어신호를 주고받도록 하는 제 1 및 제 2 커넥터(50, 60)를 구비하여 모터의 구동에 따른 전반적인 제어신호를 발생하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터 드라이버(30, 40)는 5V 레벨 엔코더값을 받아 제어모듈에서 사용할 수 있는 3.3V로 변환하여 전달하는 회로와, 3.3V 레벨의 PWM 신호를 모터를 구동할 수 있는 전원으로 변환하는 증폭회로, 모터의 구동전류를 전압으로 변환하는 회로, 상기 모터 제어모듈과의 양방향 통신을 위해 설치된 제 1 및 제 2 커넥터(50, 60)를 구비하여 모터의 구동을 직접적으로 제어하도록 하는 것을 특징으로 한다.
한편, 도 3 은 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 제 1 커넥터와 제 2 커넥터의 핀 배치를 나타낸 개략도, 도 4 는 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 모터 드라이버의 결합과정을 나타낸 개략도, 도 5 는 본 발명인 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기의 모터 드라이버의 결합과정을 나타낸 개략도이다.
제 1 커넥터(50) 및 제 2 커넥터(60)의 핀의 배치를 대칭으로 구성함으로써 하나의 통신모듈 및 제어모듈을 사용하여 두개의 모터 드라이버를 구동할 수 있도록 할 수 있다.
이하 상기 핀의 배치에 관하여 상세히 설명하면, 제 1 커넥터(50)는 DSP와 제 1 모터를 연결하는 커넥터로써, 24V(Pin 1, 2), 5V(Pin 3), 3.3V(Pin 4), GND(Pin 5, 6), 전동기 PWM(Pin 7, 8, 9, 10, 11, 12), 엔코더(Pin 13, 14), A/D 변환기(Pin 15, 17, 19), GPIO(Pin 16, 18, 20)로 연결되는 핀들을 구비한다.
한편, 제 2 커넥터(60)는 제 1 커넥터와는 대칭으로 24V(Pin 1, 2), 5V(Pin 4), 3.3V(Pin 3), GND(Pin 5, 6), 전동기 PWM (Pin 7, 8, 9, 10, 11, 12), 엔코더(Pin 13, 14), A/D 변환기(Pin 16, 18, 20), GPIO(Pin 15, 17, 19)로 연결되는 핀들을 구비한다.
한편, 상기 제 1 모터 드라이버(30)와 제 2 모터 드라이버(40)의 결합을 위하여 제 1 모터 드라이버의 커넥터 또는 제 2 모터 드라이버의 커넥터 중 하나는 돌출된 핀(51, 61)의 형태로 형성하고, 나머지 모터 드라이버의 커넥터는 상기 돌출된 핀이 삽입될 수 있도록 삽입부(52, 62)를 형성하여 결합함으로써 서로 통신할 수 있도록 결합하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 커넥터(50)와 제 2 커넥터(60)의 핀의 배치를 대칭으로 한 이유를 살펴보면, 제 1 커넥터(50)와 제 2 커넥터(60)의 핀의 배치를 대칭으로 함으로써 모터 드라이버가 180°회전을 했을 경우에도 핀의 배치가 맞게 된다.
따라서, 모터 드라이버의 PCB 설계구조를 같게 설계한다 하더라고 하나의 모터 드라이버가 180°회전하여 결합이 가능함으로써 두개의 모터 드라이버를 구동하기 위하여 각각 다르게 설계할 필요가 없으며, 같은 디자인의 모터 드라이버를 사용하여 두개의 모터를 구동시킬 수 있다.
따라서, 상기와 같이 결합된 제 1 모터 드라이버 내의 엔코더 신호와 전압으로 변환된 제 1 모터의 구동전류는 제 1 커넥터를 통해 제어모듈의 DSP에 전송하고, 제 2 모터 드라이버 내의 엔코더 신호와 전압으로 변환된 제 2 모터의 구동전류는 제 2 커넥터를 통해 제어모듈의 DSP에 전송하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
즉, 도면에서 보는 바와 같이 설계 디자인이 동일한 두개의 모터 드라이버를 사용하여 제 1 커넥터와 제 2 커넥터를 통하여 두개의 모터를 제어할 수 있도록 하는 것을 보여준다.
또한, 도면에서 나타나 있는 바와 같이 제 1 커넥터와 제 2 커넥터의 핀의 배치는 대칭으로 이루어져 있으며, 이는 같은 설계를 사용하여 디자인된 모터 드라이버를 사용하여 각 커넥터의 연결부만 암수로 구분하여 제작함으로써 두개의 모터를 구동시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.
즉, 제 1 커넥터와 제 2 커넥터의 핀 배열이 대칭으로 형성되어 있기 때문에 제 2 모터 드라이버를 뒤집어서 연결했을 경우에도 커넥터의 핀의 위치가 맞도록 되어 있으며, 때문에 모터 드라이버의 설계 디자인은 동일하게 설계했음에도 불구하고 두개의 모터 드라이버를 구동할 수 있도록 되어 있는 것이다.
한편, 통신 모듈, 제어 모듈, 제 1 모터 드라이버, 제 2 모터 드라이버가 각각 제 1 커넥터와 제 2 커넥터를 사용하여 연결시 연결되는 제 1 커넥터와 제 2 커넥터의 주위에 각각 지지대를 설치하여 충격에 의한 각 모듈의 파손을 방지하도록 하였다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
상기와 같은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는 다음과 같다.
제어모듈, 통신모듈, 모터 드라이버 모듈을 각각 분리하고, 이를 연결하기 위한 커넥터를 형성하여 연결하되, 제 1 커넥터와 제 2 커넥터를 형성하고 이를 통하여 제어신호를 보낼 수 있도록 하여 하나의 제어모듈과 통신모듈을 사용하여 2개의 모터를 제어할 수 있도록 함으로써 모션제어기의 크기를 줄일 수 있도록 하며, 복잡한 배선 문제도 해결할 수 있는 효과가 있고, 각 모듈을 필요에 따라 편리하게 바꿀 수 있어 사용이 편의를 가져올 수 있는 효과가 있다.
또한, 제 1 커넥터와 제 2 커넥터의 핀의 배치를 대칭으로 형성함으로써 제 1 모터 드라이버에 제 2 모터 드라이버를 180°회전시켜 연결할 수 있도록 함으로써 한가지의 모터 드라이버 디자인을 사용하여 두개의 모터를 구동할 수 있도록 하여 모터 드라이버의 제작 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 모터들의 제어에 필요한 각종 제어신호를 발생하는 전동기 제어 프로세서로서의 디지털신호처리 프로세서(DSP), 상기 DSP와 연결되어 24V 전원을 DSP를 구동하기 위한 1.8V, 3.3V 전원과 엔코더와 디지털 입출력장치, 통신 드라이버를 구동하기 위한 5V 전원을 만들어주는 전원부, 통신 드라이버 및 모터 드라이버와 연결되어 각종 제어신호를 주고받도록 하는 제 1 및 제 2 커넥터를 구비한 제어모듈과;
    각종 통신방식에 따라 통신 드라이버를 교환하여 데이터를 주고받을 수 있도록하며 제어모듈의 제 1 및 제 2 커넥터와 연결되는 제 1 및 제 2 커넥터를 구비한 통신모듈과;
    제 1 및 제 2 모터의 5V 레벨 엔코더값을 받아 제어모듈에서 사용할 수 있는 3.3V로 변환하여 전달하는 회로와 3.3V 레벨의 PWM 신호를 모터가 구동될 수 있는 전압으로 변환하는 증폭회로, 모터의 구동전류를 전압으로 변환하는 회로와 제 1 및 제 2 커넥터를 구비하고 제 1 및 제 2 모터의 구동을 직접적으로 제어하는 제 1 및 제 2 모터 드라이버로 구성한 것을 특징으로 하는 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 모터 드라이버의 제 1 커넥터는 DSP와 제 1 모터를 연결 하는 커넥터로써, 24V(Pin 1, 2), 5V(Pin 3), 3.3V(Pin 4), GND(Pin 5, 6), 전동기 PWM(Pin 7, 8, 9, 10, 11, 12), 엔코더(Pin 13, 14), A/D 변환기(Pin 15, 17, 19), GPIO(Pin 16, 18, 20)로 연결되는 핀들을 구비하고, 제 2 커넥터는 제 1 커넥터와는 대칭으로 24V(Pin 1, 2), 5V(Pin 4), 3.3V(Pin 3), GND(Pin 5, 6), 전동기 PWM (Pin 7, 8, 9, 10, 11, 12), 엔코더(Pin 13, 14), A/D 변환기(Pin 16, 18, 20), GPIO(Pin 15, 17, 19)로 연결되는 핀들을 구비한 것을 특징으로 하는 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 모터 드라이버와 제 2 모터 드라이버의 결합을 위하여 제 1 모터 드라이버와 제 2 모터 드라이버 중 하나의 모터 드라이버의 제 1,2 커넥터를 돌출핀의 형태로 형성하고, 또 다른 모터 드라이버의 제 1,2 커텍터를 이에 삽입되는 형태로 형성하여, 서로 통신할 수 있도록 결합하는 것을 특징으로 하는 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    통신 모듈, 제어 모듈, 제 1 모터 드라이버, 제 2 모터 드라이버가 각각 제 1 커넥터와 제 2 커넥터를 사용하여 연결시 연결되는 제 1 커넥터와 제 2 커넥터의 주위에 각각 지지대를 설치하여 충격에 의한 각 모듈의 파손을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 분산 네트워크 기반의 모듈형 모션제어기.
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