KR100925274B1

KR100925274B1 - Circuit and apparatus for controlling multi-axis motion

Info

Publication number: KR100925274B1
Application number: KR1020070086781A
Authority: KR
Inventors: 전재욱; 조정욱; 오병윤; 이옥귀; 황반훙
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-11-05
Also published as: KR20090021894A

Abstract

다축 모션 제어 회로 및 장치가 개시된다. 다축 모션 제어 회로는 호스트 컴퓨터로부터 다축 모션 시스템의 제어 명령을 수신하고 상기 제어 명령에 상응하는 응답을 출력하는 외부 인터페이스 모듈; 하나 이상의 보간방법을 이용하여 다축 보간을 수행하는 보간 모듈; 다축 모션 시스템의 단말장치(End Effector)를 주어진 위치로 이동 시키기 위한 역 키네메틱스 계산을 수행하는 역 키네메틱스 계산 모듈; 속도 파형을 생성하여 출력하는 펄스 적분 모듈로 출력하는 속도 파형 생성 모듈; 매 샘플링 시간마다 발생한 펄스를 누적하여 PID 제어 모듈로 출력하는 펄스 적분 모듈; 모터의 회전 방향과 위치 정보를 생성하여 PID 제어 모듈로 출력하는 피드백 카운터 모듈; 데이터 변환 모듈로 상기 모터의 위치 제어 신호를 출력하는 PID 제어 모듈; 상기 모터의 입력 특성에 상응하도록 출력 데이터를 변환하는 데이터 변환 모듈; 및 상기 모듈 중 하나 이상으로 클럭을 생성하여 출력하는 클럭 발생 모듈을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 다축 제어 회로 및 장치는 다축 모션 시스템을 빠르고 정확하게 제어할 수 있는 효과가 있다.A multi-axis motion control circuit and apparatus are disclosed. The multi-axis motion control circuit includes an external interface module for receiving a control command of the multi-axis motion system from a host computer and outputting a response corresponding to the control command; An interpolation module for performing multi-axis interpolation using one or more interpolation methods; An inverse kinematics calculation module for performing an inverse kinematics calculation for moving an end effector of a multi-axis motion system to a given position; A velocity waveform generation module for generating and outputting a velocity waveform to a pulse integration module; A pulse integration module for accumulating and generating pulses generated at every sampling time to the PID control module; A feedback counter module for generating a rotation direction and position information of the motor and outputting the generated information to the PID control module; A PID control module for outputting a position control signal of the motor to a data conversion module; A data conversion module for converting output data to correspond to an input characteristic of the motor; And a clock generation module generating and outputting a clock using at least one of the modules. The multi-axis control circuit and apparatus according to the present invention has the effect of controlling the multi-axis motion system quickly and accurately.

다축 모션, 다축 로봇, 자동화 시스템 Multi Axis Motion, Multi Axis Robot, Automation System

Description

Circuit and apparatus for controlling multi-axis motion

본 발명은 다축 모션 제어 회로 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다축 모션 시스템을 효율적으로 제어하기 위한 단일 칩(Chip)으로 구현된 다축 모션 제어 회로 및 이를 이용한 다축 모션 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-axis motion control circuit and apparatus, and more particularly, to a multi-axis motion control circuit implemented as a single chip (chip) for efficiently controlling a multi-axis motion system and a multi-axis motion control apparatus using the same.

다축 모션 제어 시스템은 로봇, CNC(Computer Numerical Control) 머신, 조립 머신, 자동화 시스템과 같은 다축 모션 시스템의 모션을 제어하는 역할을 수행한다.The multi-axis motion control system controls the motion of multi-axis motion systems such as robots, computer numerical control (CNC) machines, assembly machines, and automation systems.

종래에는 다축 모션 제어 시스템을 구현하기 위해 DSP(Digital Signal Processor)나 마이크로 프로세서를 기반으로 한 모션 제어기가 사용되었다. 이러한 모션 제어기는 소프트웨어 모션 라이브러리와 메모리 또는 인터페이스의 추가적인 회로를 필요로 한다. 다축 모션 제어 시스템은 산업용 로봇이나 자동화 시스템에서 요구되는 복잡한 작업을 빠르고 정확하게 수행하기 위하여 속도파형 발생(Velocity Profile Generation), 보간(Interpolation), 역 키네메틱스(Inverse Kinematics), PID 제어 모듈(Proportional-Integral-Derivative controller) 등의 많은 기능을 필요로 한다. 이러한 기능들에 대한 일반적인 계산 능력의 접근 방법은 많은 어려움을 갖는다. 예를 들어, 복잡한 곱셈, 나눗셈, 삼각함수의 계산이 반복적으로 연산되어야 한다. 요구되는 정확성과 속도를 충족시키기 위해서는 일반적으로 소수점 연산의 프로세서와 충분한 폭을 갖는 데이터 패스가 필요하다. 이러한 점은 복잡한 하드웨어 디자인, 큰 시스템의 크기, 비싼 가격, 높은 전력 소모를 발생시키는 문제점이 있다. Conventionally, a motion controller based on a digital signal processor (DSP) or a microprocessor has been used to implement a multi-axis motion control system. Such motion controllers require software motion libraries and additional circuitry of memory or interfaces. Multi-axis motion control systems are designed to quickly and accurately perform the complex tasks required by industrial robots or automation systems. Velocity Profile Generation, Interpolation, Inverse Kinematics, and PID Control Modules Integral-Derivative controllers) are required. The general computing power approach to these functions has a lot of difficulties. For example, complex multiplications, divisions, and trigonometric calculations need to be performed repeatedly. To meet the required accuracy and speed, a processor of decimal point operations and a data path with sufficient width are usually required. This has a problem of complicated hardware design, large system size, expensive price, high power consumption.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 단일 칩(Chip)으로 구현된 다축 모션 제어 회로를 제안하고자 한다.In order to solve the conventional problems as described above, the present invention is to propose a multi-axis motion control circuit implemented in a single chip (Chip).

또한, 본 발명의 다른 목적은 단일 칩으로 구현된 다축 모션 제어 회로를 이용한 다축 모션 제어 장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a multi-axis motion control apparatus using a multi-axis motion control circuit implemented in a single chip.

본 발명의 또 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Still other objects of the present invention will be readily understood through the following description of the embodiments.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다축 모션 제어 회로는 호스트 컴퓨터로부터 다축 모션 시스템의 제어 명령을 수신하고 상기 제어 명령에 상응하는 응답을 출력하는 외부 인터페이스 모듈; 하나 이상의 보간방법을 이용하여 다축 보간을 수행하는 보간 모듈; 다축 모션 시스템의 단말장치(End Effector)를 주어진 위치로 이동 시키기 위한 역 키네메틱스 계산을 수행하는 역 키네메틱스 계산 모듈; 속도 파형을 생성하여 출력하는 펄스 적분 모듈로 출력하는 속도 파형 생성 모듈; 매 샘플링 시간마다 발생한 펄스를 누적하여 PID 제어 모듈로 출력하는 펄스 적분 모듈; 모터의 회전 방향과 위치 정보를 생성하여 PID 제어 모듈로 출력하는 피드백 카운터 모듈; 데이터 변환 모듈로 상기 모터의 위치 제어 신호를 출력하는 PID 제어 모듈; 상기 모터의 입력 특성에 상응하도록 출력 데이터를 변환하는 데이터 변환 모듈; 및 상기 모듈 중 하나 이상으로 클럭을 생성하여 출력하는 클럭 발생 모듈을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a multi-axis motion control circuit includes an external interface module for receiving a control command of a multi-axis motion system from a host computer and outputting a response corresponding to the control command; An interpolation module for performing multi-axis interpolation using one or more interpolation methods; An inverse kinematics calculation module for performing an inverse kinematics calculation for moving an end effector of a multi-axis motion system to a given position; A velocity waveform generation module for generating and outputting a velocity waveform to a pulse integration module; A pulse integration module for accumulating and generating pulses generated at every sampling time to the PID control module; A feedback counter module for generating a rotation direction and position information of the motor and outputting the generated information to the PID control module; A PID control module for outputting a position control signal of the motor to a data conversion module; A data conversion module for converting output data to correspond to an input characteristic of the motor; And a clock generation module generating and outputting a clock using at least one of the modules.

상기 모터의 위치 제어는 PID 제어 알고리즘에 의해 수행될 수 있다.Position control of the motor may be performed by a PID control algorithm.

상기 보간 방법은 직선보간, 원호보간, 원보간 및 스플라인보간 중 하나 이상일 수 있다.The interpolation method may be one or more of linear interpolation, circular interpolation, circular interpolation, and spline interpolation.

피드백 카운터 모듈은 엔코더로부터 입력되는 신호에 포함된 잡음을 제거하기 위한 디지털 지연 필터를 포함할 수 있다.The feedback counter module may include a digital delay filter for removing noise included in a signal input from the encoder.

상기 디지털 지연 필터는 4 채배 방식이 적용될 수 있다.The four delay scheme may be applied to the digital delay filter.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 다축 모션 제어 회로를 포함하여 다축 모션 시스템의 제어 기능을 제공하는 다축 모션 제어 장치가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there may be provided a multi-axis motion control device that provides a control function of a multi-axis motion system including a multi-axis motion control circuit.

본 발명에 따른 다축 제어 회로 및 장치는 다축 모션 시스템을 빠르고 정확하게 제어할 수 있는 효과가 있다.The multi-axis control circuit and apparatus according to the present invention has the effect of controlling the multi-axis motion system quickly and accurately.

또한, 다축 제어 회로 및 장치는 하드웨어적으로 쉽게 구현할 수 있기 때문에 산업용 로봇, CNC 머신, 조립 머신, 자동화 시스템 등에 적용하기 용이한 효과가 있다.In addition, since the multi-axis control circuit and device can be easily implemented in hardware, it is easy to apply to industrial robots, CNC machines, assembly machines, automation systems, and the like.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항 목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, the same reference numerals will be used for the same means regardless of the reference numerals in order to facilitate the overall understanding.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 모션 제어 회로의 구성 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 적분 모듈에 적용된 디지털 미분 분석기의 내구성을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram of a multi-axis motion control circuit according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram showing the durability of the digital differential analyzer applied to the pulse integration module according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 다축 모션 제어 회로(100)는 외부 인터페이스 모듈(External Interface, 110), 보간 모듈(Interpolator, 120), 역 키네메틱스 계산 모듈(Inverse Kinematic Calculator, 130), 클럭 발생 모듈(Clock Generator, 140), 속도 파형 생성 모듈(Velocity Profile Generator, 150), 펄스 적분 모듈(Pulse Integrator, 160), 피드백 카운터 모듈(Feedback Counter, 170), PID 제어 모듈(PID Controller, 180) 및 데이터 변환 모듈(Data Converter, 190)을 포함할 수 있다. 이때, 다축 모션 제어 회로(100)는 단일 칩 형태로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 1, the multi-axis motion control circuit 100 may include an external interface module 110, an interpolator 120, an inverse kinematic calculator 130, and a clock generation module. Clock Generator (140), Velocity Waveform Generator (Velocity Profile Generator, 150), Pulse Integrator (Pulse Integrator, 160), Feedback Counter Module (Feedback Counter, 170), PID Control Module (PID Controller, 180) and Data Conversion The module may include a data converter 190. In this case, the multi-axis motion control circuit 100 may be implemented in a single chip form.

외부 인터페이스 모듈(110)은 호스트 컴퓨터(10)로부터 명령을 입력 받거나 이에 상응하는 응답을 호스트 컴퓨터(10)로 출력하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 외부 인터페이스 모듈(110)은 호트스 컴퓨터(10)로부터 입력된 명령을 이를 필요로 하는 부분(예를 들어, 보간 모듈(120), 속도 파형 생성 모듈(150), PID 제어 모듈 (180) 등)으로 출력하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, PID 제어 모듈(180)은 PID 제어 모듈(180)로부터 제어 메시지를 입력 받을 수 있다.The external interface module 110 may receive a command from the host computer 10 or output a corresponding response to the host computer 10. In addition, the external interface module 110 is a part that requires the command input from the host computer 10 (for example, interpolation module 120, speed waveform generation module 150, PID control module 180) Etc.) can be output. In addition, the PID control module 180 may receive a control message from the PID control module 180.

보간 모듈(120)은 다축 모션을 다양한 보간법을 이용하여 보간 기능을 수행할 수 있다. 이때, 보간 모듈(120)은 직선보간(Linear Interpolation), 원호보간(Arc Interpolation), 원보간(Circular Interpolation), 스플라인보간(Spline Interpolation) 기능을 수행할 수 있다. 또한, 보간 모듈(120)은 보간법과 각 보간법에서 요구되는 경유하는 점의 위치에 대한 좌표값이나 원의 반지름 값을 입력받아서 각 보간법에 따른 경로의 모든 점의 좌표값을 역 키네메틱스 계산 모듈(130)로 출력할 수 있다.The interpolation module 120 may perform an interpolation function using various interpolation methods for multi-axis motion. In this case, the interpolation module 120 may perform linear interpolation, arc interpolation, circular interpolation, and spline interpolation. In addition, the interpolation module 120 receives the coordinate values of the interpolation method and the radius values of the circle passing through the points required by each interpolation method, and calculates the coordinate values of all points of the path according to each interpolation method. And output to 130.

역 키네메틱스 계산 모듈(130)은 다축 모션 시스템의 단말장치(End Effector)를 주어진 위치로 이동 시키기 위하여 각 축(axis)의 각도를 계산하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 역 키네메틱스 계산 모듈(130)은 다축 모션 시스템의 단말장치를 이동을 원하는 위치의 좌표값(x,y)과 다축 모션 시스템의 각 축에 해당하는 각 링크(Link)의 길이 정보를 입력받아 각 축의 각도를 계산하여 펄스 적분 모듈로 출력할 수 있다.The inverse kinematics calculation module 130 may perform a function of calculating an angle of each axis to move an end effector of the multi-axis motion system to a given position. That is, the inverse kinematics calculation module 130 calculates coordinate values (x, y) of the position where the terminal device of the multi-axis motion system is desired to move and length information of each link corresponding to each axis of the multi-axis motion system. The angle of each axis can be calculated and output to the pulse integration module.

클럭 발생 모듈(140)은 회로의 각 모듈에서 필요로 하는 클럭를 생성하여 각 모듈로 출력하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 도 1에서 도시된 바와 같이, 클럭 발생 모듈(140)은 속도 파형 생성 모듈(150)에서 필요로 하는 클럭을 생성하여, 생성된 클럭을 속도 파형 생성 모듈(150)로 출력할 수 있다. 다만, 도 1에서는 설명의 편의를 위해 클럭 발생 모듈이 생성한 클럭은 외부 인터페이스 모듈(110)과 속도 파형 생성 모듈(150)로만 전송하는 것으로 표시하였으나, 클럭 발생 모듈(140)은 다축 모션 제어 회로(100)의 모든 구성 요소로 생성한 클럭을 출력할 수 있다.The clock generation module 140 may generate a clock required by each module of the circuit and output the generated clock to each module. That is, as illustrated in FIG. 1, the clock generation module 140 may generate a clock required by the speed waveform generation module 150 and output the generated clock to the speed waveform generation module 150. In FIG. 1, the clock generated by the clock generation module is shown to be transmitted only to the external interface module 110 and the speed waveform generation module 150 for convenience of description. However, the clock generation module 140 may include a multi-axis motion control circuit. The clock generated by all the components of 100 may be output.

속도 파형 생성 모듈(150)은 임의의(arbitrary) 형태의 속도 파형(예를 들어, 사다리꼴(Trapezoidal), S커브(S-curve), 싸인파형(Sinusoidal), 비대칭형(Asymmetric) 등)을 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 속도 파형 생성 모듈(150)은 필요로 하는 속도 파형의 정보와 이동 거리, 최대 속도의 정보를 입력 받아서 최적의 속도 파형을 생성하여 샘플링 시간에 따른 펄스(pulse)와 회전 방향을 펄스 적분 모듈(160)로 출력할 수 있다.The velocity waveform generation module 150 generates an arbitrarily shaped velocity waveform (eg, trapezoidal, S-curve, sinusoidal, asymmetric, etc.). To perform the function. In addition, the speed waveform generation module 150 receives the information of the required speed waveform, the movement distance and the maximum speed information to generate the optimum speed waveform to generate pulse and rotation directions according to the sampling time. And output to 160.

펄스 적분 모듈(160)은 매 샘플링 시간마다 발생한 펄스를 누적하여 PID 제어 모듈 (180)로 출력하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 펄스 적분 모듈(160)은 해당 샘플링 시간에서 속도 파형에 해당하는 펄스 수와 모터(30)의 회전 방향으로 적분 연산을 수행한다. 여기서, 펄스 적분 모듈(160)은 모터(30)의 회전 방향이 정방향이면 펄스를 누적하고 모터(30)의 회전 방향이 역방향이면 펄스를 차감한다. 또한, 펄스 적분 모듈(160)은 널리 알려지고 사용되는 디지털 미분 분석기(Digital Differential Analyzer, 200)의 기능을 수행할 수 있다. 도 2를 참조하면, 디지털 미분 분석기(200)는 펄스를 래치(latch)하고 있는 레지스터(210), 매 클럭마다 덧셈을 수행하는 덧셈기(220) 및 더해진 펄스를 누적하는 누산기(220)로 구성될 수 있다. 이때, 누산기(220)에서 오버플로어가 발생하여 매 샘플링 시간동안 균등하게 펄스를 출력 할 수 있다. The pulse integration module 160 may perform a function of accumulating pulses generated at every sampling time and outputting the accumulated pulses to the PID control module 180. In this case, the pulse integration module 160 performs an integral operation in the rotation direction of the motor 30 and the number of pulses corresponding to the velocity waveform at the corresponding sampling time. Here, the pulse integration module 160 accumulates the pulses when the rotation direction of the motor 30 is the forward direction and subtracts the pulses when the rotation direction of the motor 30 is the reverse direction. In addition, the pulse integration module 160 may perform a function of a digital differential analyzer 200 that is widely known and used. Referring to FIG. 2, the digital differential analyzer 200 may include a register 210 latching a pulse, an adder 220 performing addition every clock, and an accumulator 220 accumulating the added pulses. Can be. At this time, the overflow occurs in the accumulator 220 and may output pulses evenly during each sampling time.

피드백 카운터 모듈(170)은 모터(30)의 회전 방향과 위치 정보를 생성하여 PID 제어 모듈(180)로 출력하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 피드백 카운터 모 듈(170)은 모터(30)의 현재 위치 정보를 획득하기 위해 모터(30)와 결합된 엔코더(20)로부터 복수의 상(phase) 정보를 입력 받을 수 있다. 여기서, 엔코터(20)로부터 입력되는 정보(즉, 입력되는 신호)는 잡음을 포함할 수 있으며, 이를 제거하기 위해 디지털 지연 필터(Digital delay filter, 300)가 적용될 수 있으며, 4 채배의 방법으로 정밀도를 높일 수 있다. 이에 대한 상세한 사항은 도 3를 통해 설명하기로 한다.The feedback counter module 170 may generate a rotation direction and position information of the motor 30 to output the PID control module 180. In this case, the feedback counter module 170 may receive a plurality of phase information from the encoder 20 coupled to the motor 30 to obtain current position information of the motor 30. Here, the information input from the encoder 20 (that is, the input signal) may include noise, and a digital delay filter 300 may be applied to remove the noise. The precision can be increased. Details thereof will be described with reference to FIG. 3.

PID 제어 모듈(180)은 모터(30)의 위치를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 모터(30)의 위치 제어는 PID 제어 알고리즘이 사용될 수 있다. PID 이득 값은 외부 인터페이스 모듈(110)을 통해서 호스트 컴퓨터(10)로부터 입력 받을 수 있다. 또는, PID 이득 값은 자동 조정(Auto Turning)을 통해서 획득될 수 있다. 여기서, 비례 이득을 증가 시키면 응답 시간은 감소하지만 과도 응답이 증가한다. 또한, 적분 이득을 증가 시키면 에러는 제거 되지만 과도 응답이 증가한다. 또한, 미분 이득의 증가는 과도 응답을 감소시키나 응답 시간의 증가를 초래한다.The PID control module 180 may perform a function of controlling the position of the motor 30. In this case, the PID control algorithm may be used for position control of the motor 30. The PID gain value may be input from the host computer 10 through the external interface module 110. Alternatively, the PID gain value may be obtained through auto turning. Here, increasing the proportional gain reduces the response time but increases the transient response. Increasing the integral gain also eliminates the error but increases the transient response. In addition, increasing the derivative gain reduces the transient response but results in an increase in the response time.

데이터 변환 모듈(190)은 모터(30)의 입력 특성에 맞도록 출력 데이터를 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 데이터 변환 모듈(190)은 스텝 모터(Step Motor)를 위한 2채널(예를 들어, 펄스 및 방향) 출력, 아날로그 AC 서보 모터를 위한 전압 출력, 디지털 서보 모터 또는 DC 모터를 위한 PWM 출력을 제공할 수 있다.The data conversion module 190 may perform a function of converting output data to match an input characteristic of the motor 30. For example, data conversion module 190 may include two channel (e.g., pulse and direction) outputs for step motors, voltage outputs for analog AC servo motors, PWM for digital servo motors or DC motors. Can provide output

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더 신호의 잡음을 제거하기 위한 디지털 지연 필터(Digital Delay Filter)의 구성을 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a configuration of a digital delay filter for removing noise of an encoder signal according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더(20)는 피드백 카운터 모듈(170)로 상 정보를 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 엔코터(20)로부터 입력되는 정보(즉, 입력되는 신호)는 잡음을 포함할 수 있으며, 이를 제거하기 위해 디지털 지연 필터(Digital delay filter, 300)가 적용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 지연 필터 (300)는 각 상마다 4개의 D 플립플롭 (320)과 3분의 2 보팅 (330)으로 구성될 수 있다. 이때, 상 1의 잡음을 갖는 신호(310)는 디지털 지연 필터(300)로 입력될 수 있으며, 출력되는 신호(340)는 잡음이 제거된 상태일 수 있다.The encoder 20 according to an embodiment of the present invention may perform a function of transmitting phase information to the feedback counter module 170. The information input from the encoder 20 (that is, the input signal) may include noise, and a digital delay filter 300 may be applied to remove the noise. As shown in FIG. 3, the digital delay filter 300 according to an embodiment of the present invention may be configured with four D flip-flops 320 and two-thirds voting 330 for each phase. In this case, the signal 310 having the noise of phase 1 may be input to the digital delay filter 300, and the output signal 340 may be in a state where noise is removed.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 모션 제어 장치를 이용한 다축 모션 제어 시스템의 전체 구성을 나타낸 일 예이다.4 is an example showing the overall configuration of a multi-axis motion control system using a multi-axis motion control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 모션 제어 시스템은 호스트 컴퓨터(10), 다축 모션 제어 장치(420), 모터 서보(430) 및 다축 모션 시스템을 포함할 수 있다. 이때, 다축 모션 시스템은 다축 모션 시스템의 일 실시예인 다축 로봇(440)일 수 있다. 또한, 다축 모션 제어 장치(420)는 도 1을 통해 설명된 다축 모션 제어 회로를 이용하여 구현될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 다축 모션 제어 장치(420)는 호스트 컴퓨터(10)로부터 제어 명령을 수신하여 모터 서보(430)를 제어할 수 있다. 이때, 모터 서보(430)는 다축 로봇(440)이 포함하는 모터(30)를 구동 시킬 수 있으며, 다축 로봇(440)은 모터(30)의 동작에 상응하는 모션을 수행하게 된다. 본 발명에 따른 다축 제어 모션 제어 장치(420)는 다축 모션 제어 회 로(100)를 이용하여 하드웨어적으로 쉽게 구현할 수 있기 때문에 산업용 로봇, CNC 머신, 조립 머신, 자동화 시스템 등에 적용하기 용이한 장점이 있다.Referring to FIG. 4, a multi-axis motion control system according to an embodiment of the present invention may include a host computer 10, a multi-axis motion control device 420, a motor servo 430, and a multi-axis motion system. In this case, the multi-axis motion system may be a multi-axis robot 440 which is an embodiment of the multi-axis motion system. In addition, the multi-axis motion control device 420 may be implemented using the multi-axis motion control circuit described with reference to FIG. 1. As shown in FIG. 4, the multi-axis motion control device 420 may control the motor servo 430 by receiving a control command from the host computer 10. In this case, the motor servo 430 may drive the motor 30 included in the multi-axis robot 440, and the multi-axis robot 440 performs a motion corresponding to the operation of the motor 30. Since the multi-axis control motion control device 420 according to the present invention can be easily implemented in hardware using the multi-axis motion control circuit 100, it is easy to apply to industrial robots, CNC machines, assembly machines, automation systems, etc. have.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 모션 제어 회로의 구성 블록도.1 is a block diagram of a multi-axis motion control circuit according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 적분 모듈에 적용된 디지털 미분 분석기의 내구성을 나타낸 블록도.Figure 2 is a block diagram showing the durability of the digital differential analyzer applied to the pulse integration module according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더 신호의 잡음을 제거하기 위한 디지털 지연 필터(Digital Delay Filter)의 구성을 나타낸 블록도3 is a block diagram illustrating a configuration of a digital delay filter for removing noise of an encoder signal according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 모션 제어 장치를 이용한 다축 모션 제어 시스템의 전체 구성을 나타낸 일 예.Figure 4 is an example showing the overall configuration of a multi-axis motion control system using a multi-axis motion control apparatus according to an embodiment of the present invention.

Claims

An external interface module that receives a control command of the multi-axis motion system from a host computer and outputs a response corresponding to the control command;

An interpolation module that receives coordinate values of points from the external interface module and performs multi-axis interpolation using one or more interpolation methods;

An inverse kinematics calculation module configured to receive inverse kinematics calculations for receiving the coordinate values of all points of the path according to the interpolation method to move an end effector of a multi-axis motion system to a given position;

A velocity waveform generation module configured to generate velocity waveforms by receiving velocity waveform information, movement distance, and maximum velocity information from the external interface module, and output pulses according to each sampling time to a pulse integration module;

A pulse integration module for accumulating the pulses generated at each sampling time received from the velocity waveform generation module and outputting the accumulated pulses to a PID control module;

A feedback counter module for generating a rotation direction and position information of a motor and outputting the generated information to the PID control module;

A PID control module for outputting a signal received from the pulse integration module and the feedback counter module to a data conversion module, the position control signal of the motor;

A data conversion module receiving the position control signal of the motor and converting output data to correspond to an input characteristic of the motor; And

And a clock generation module for generating a clock and outputting the clock to one or more of the modules.

The method according to claim 1,

The position control of the motor is a multi-axis motion control circuit, characterized in that performed by a PID control algorithm.

The method according to claim 1,

The interpolation method is a multi-axis motion control circuit, characterized in that at least one of linear interpolation, circular interpolation, circular interpolation and spline interpolation.

The method according to claim 1,

The feedback counter module includes a digital delay filter for removing noise included in a signal input from an encoder.

The method according to claim 4,

The digital delay filter is a multi-axis motion control circuit, characterized in that the quadrature method is applied.

A multi-axis motion control device comprising the multi-axis motion control circuit of claim 1 to provide a control function of a multi-axis motion system.