KR100965230B1 - 디지털 프레임 데이터 및 피더블엠 신호에 의하여 제어되는 서보 모터 - Google Patents

디지털 프레임 데이터 및 피더블엠 신호에 의하여 제어되는 서보 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명의 서보 모터는 하나의 제어장치에 직렬통신방식에 의하여 연결되어 상기 제어장치로부터 전송되는 바이트(byte)열로 이루어진 ID 정보와 변위정보를 포함하는 디지털 프레임 데이터와, 듀티비에 의하여 변위정보가 지정되는 PWM 데이터에 의하여 제어되는 디지털 프레임 데이터 및 피더블엠 신호에 의하여 제어되는 서보 모터에 있어서: 상기 디지털 프레임 데이터와 상기 PWM 데이터가 입력되는 신호 입력 포트; 상기 PWM 데이터를 상기 서보 모터의 구동용 PWM 신호로 변환하는 PWM 신호 처리부; 상기 디지털 프레임 데이터의 변위정보를 서보 모터 구동용 PWM 신호로 변환하는 디지털 통신 데이터 처리부; 상기 입력 포트에 입력되는 입력신호가 디지털 프레임 데이터일 경우 입력된 디지털 프레임 데이터 중 ID를 자신에게 할당된 ID와 비교하여 일치하는 경우 상기 입력된 디지털 프레임 데이터 중 변위정보를 상기 디지털 통신 데이터 처리부에 입력하고, 상기 입력신호가 PWM 데이터인 경우 입력되는 PWM 데이터를 상기 PWM 신호 처리부에 입력하는 신호 판별부; 상기 PWM 신호 처리부와 상기 디지털 통신 처리부로부터 입력되는 서보 모터 구동용 PWM 신호에 의하여 PWM 구동펄스를 생성하는 PWM 발생기; 및 상기 PWM 발생기에 의하여 발생된 PWM 구동펄스에 의하여 서보 모터를 구동시키는 모터 구동부를 포함하는 것이다.
RC 서보모터, 직렬통신, 서보 모터, PWM

Description

디지털 프레임 데이터 및 피더블엠 신호에 의하여 제어되는 서보 모터{servo motor controlled by digital frame data and pulse with modulation signal}
도 1은 종래의 RC 서보모터의 제어방식을 설명하는 회로 블록도이다.
도 2는 종래의 직렬통신방식의 서보 모터 제어방식을 설명하는 회로 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 서보 모터의 회로도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 PWM 신호의 파형이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 디지털 통신 데이터의 프레임이다.
도 6은 본 발명의 일실시예의 서보 모터를 제어하는 제어장치를 설명하기 위한 회로 블록도이다.
본 발명은 2개의 서로 다른 신호인 PWM 신호 및 디지털 프레임 데이터 모두에 의하여 구동 가능하도록 한 서보모터에 관한 것이다.
RC 서보모터는 등록특허 제10-0560057(발명의 명칭: 무선조종 시스템의 자동제어의 보조장치)에서와 같이 송신기로부터 무선전송되는 PWM 신호에 의하여 제어 된다.
도 1은 종래의 RC 서보모터의 제어방식을 설명하는 회로 블록도이다.
메인보드(1)에는 다수의 서보 모터들(S0, S1, …, Sn -1, Sn)이 연결되어 있으며, 각각의 서보 모터들과 메인보드(1)는 전원을 공급받기 위한 2개의 라인(line)과 PWM 신호를 공급받기 위한 1라인으로 이루어진 3 라인이 연결된다.
도 2는 종래의 직렬통신방식의 서보 모터 제어방식을 설명하는 회로 블록도이다.
메인보드(2)와 좌측의 서보 모터(Sn)는 4개의 라인들이 연결되고, 각각의 서보 모터들(S0, S1, …, Sn -1) 사이도 4개의 라인들에 연결된다. 이때 두 개의 라인은 전원을 공급하기 위한 라인이고, 나머지 두 개의 라인 중 하나는 메인보드(2)의 송신버퍼로부터 데이터를 각각의 서보 모터에 전송하기 위한 송신라인이며, 다른 하나는 서보 모터로부터 전송되는 데이터를 메인보드(2)의 수신버퍼가 수신하기 위한 수신라인이다.
이와 같이, 직렬통신방식에 의하여 데이터를 수신하여 동작되는 서보 모터는 신호입력포트가 4개로 4개의 라인에 의하여 제어된다.
따라서 PWM 신호 수신방식에 의하여 제어되는 도 1에 도시된 서보 모터는 도 2에 도시된 직렬통신방식에 의하여 구동되는 서보 모터와 입력포트 및 내부 구동회로가 서로 다르기 때문에 상호 호환적으로 사용될 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 기술적 과제를 갖는 것으로, 서로 다른 종류인 디지털 프레임 데이터와 PWM 신호에 의하여 제어될 수 있는 서보 모터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 디지털 프레임 데이터와 PWM 신호용으로 상호 호환하여 사용할 수 있도록 3개의 입력 포트를 갖는 서보 모터를 제공하기 위한 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 하나의 제어장치에 직렬통신방식에 의하여 연결되어 상기 제어장치로부터 전송되는 바이트(byte)열로 이루어진 ID 정보와 변위정보를 포함하는 디지털 프레임 데이터와, 듀티비에 의하여 변위정보가 지정되는 PWM 데이터에 의하여 제어되는 디지털 프레임 데이터 및 피더블엠 신호에 의하여 제어되는 서보 모터에 있어서: 상기 디지털 프레임 데이터와 상기 PWM 데이터가 입력되는 신호 입력 포트; 상기 PWM 데이터를 상기 서보 모터의 구동용 PWM 신호로 변환하는 PWM 신호 처리부; 상기 디지털 프레임 데이터의 변위정보를 서보 모터 구동용 PWM 신호로 변환하는 디지털 통신 데이터 처리부; 상기 입력 포트에 입력되는 입력신호가 디지털 프레임 데이터일 경우 입력된 디지털 프레임 데이터 중 ID를 자신에게 할당된 ID와 비교하여 일치하는 경우 상기 입력된 디지털 프레임 데이터 중 변위정보를 상기 디지털 통신 데이터 처리부에 입력하고, 상기 입력신호가 PWM 데이터인 경우 입력되는 PWM 데이터를 상기 PWM 신호 처리부에 입력하는 신호 판별부; 상기 PWM 신호 처리부와 상기 디지털 통신 처리부로부터 입력되는 서보 모터 구동용 PWM 신호에 의하여 PWM 구동펄스를 생성하는 PWM 발생기; 및 상기 PWM 발생기에 의하여 발생된 PWM 구동펄스에 의하여 서보 모터를 구동시키는 모터 구동부를 포함하는 것이다.
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이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 서보 모터의 회로도이고, 도 4는 본 발명에 적용되는 PWM 신호의 파형이고, 도 5는 본 발명에 적용되는 디지털 프레임 데이터의 포맷이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 서보 모터(20)는 신호 입력포트(signal), 전원 입력포트(B+), (GND)로 이루어진 3개의 입력포트를 갖는다.
신호 입력포트(signal)로 입력된 신호는 신호판별부(21)에 입력된다. 신호판별부(21)는 입력되는 신호가 변위지정 PWM 신호인지 디지털 통신 데이터인지 판별한다.
PWM 신호는 서보 모터의 변위정보를 일정 주기내에 온(ON), 오프(OFF)타임에 의한 듀티비(온 시간/주기)로 지정하는 신호로 RC 서보모터의 PWM 신호는 도 4에 도시된 바와 같이 규약된다. 도 4에서 한 주기는 20ms(4ms~30ms 이내로 임의 설정 가능)로 일정하게 유지되고, 0.9ms ~2.0ms 내의 PWM 신호를 발생시킨다. 이때 PWM 신호의 온 타임이 기준점으로부터 10μs 유지될 경우에 서보 모터는 기준점으로부터 1도씩 변위되도록 한다. 도 4에 도시된 바와 같이 0.9ms의 온 타임을 갖는 서보 모터의 변위는 기준점으로부터 -60도의 위치를 지시하고, 1.5ms의 온 타임을 갖는 서보 모터의 변위는 0도 즉 기준점의 위치를 지시하고, 2.0ms의 온 타임을 갖는 서보 모터의 변위는 기준점으로부터 +50도 위치를 나타낸다.
또한, 디지털 통신 데이터는 도 5에 도시된 바와 같이 변위를 직접 지정하는 바이트 단위의 정보를 내포하는 디지털 데이터 포맷을 이루고 있으며, 스타트 비트를 포함한다.
따라서, 신호 판별부(21)는 입력신호에 스타트 비트의 유무를 검색하여 스타트 비트가 존재할 때는 입력신호를 디지털 통신 데이터로 판별하고, 스타트 비트가 존재하지 않을 때는 변위지정 PWM 신호로 판별한다.
신호 판별부(21)에 의하여 입력신호가 PWM 신호로 판별되는 경우에는 입력신호는 신호 스위칭부(22)를 통하여 PWM 신호 처리부(23)로 입력되고, 디지털 통신 데이터인 경우에는 디지털 통신 데이터 처리부(24)로 입력된다.
PWM 신호 처리부(23)에서는 입력된 도 4에 도시된 바와 같은 변위지정 PWM 신호를 서보 모터 구동용 PWM 신호로 변환하여 PWM 발생기(25)에 입력하고, PWM 발생기(25)는 입력된 PWM 신호를 서보 모터 구동용 PWM 구동펄스로 변환하여 모터 구동부(26)에 입력함으로써 서보 모터(M)가 구동된다.
또한, 디지털 통신 데이터 처리부(24)에서는 입력된 디지털 통신 데이터에 포함된 변위 지정 데이터로부터 변위를 발생시키는 PWM 신호를 생성하여 PWM 발생기(25)에 전송하고, PWM 발생기(25)는 입력된 PWM신호에 따라서 서보 모터 구동용 PWM 구동펄스를 생성하여 모터 구동부(26)에 공급하여 서보 모터(M)를 구동시킨다.
도 6은 본 발명의 일실시예의 서보 모터를 제어하는 제어장치를 설명하기 위한 회로 블록도이다.
도 6에 도시된 제어장치(100)에는 도 5에 도시된 다수의 서보 모터들(M0, M1, …, Mn -1, Mn)이 직렬통신방식에 의하여 데이터를 수신하도록 연결되어 있다.
제어장치(100)는 하나의 신호입력포트를 포함하는 3개의 입력포트를 갖는 서보 모터들과 데이터 통신을 수행하기 위하여 단방향(Half Duplex)의 비동기식 직렬통신방식(Univeral Asynchronous Receiver/Transmitter)을 채택한다.
제어장치(100) 내에는 제어모듈(10)이 설치된다. 제어모듈(10)은 저장모듈(11), 디지털 통신 데이터 추출모듈(12), 버퍼제어모듈(13) 등을 비롯한 제어대상을 제어하며, 운영체제(operating system)를 담당한다. 제어모듈(10)에는 수신모듈(17)이 연결되고, 수신모듈(17)은 송신기로부터 입력되는 무선신호를 수신하여 디지털 통신 데이터 추출모듈(12)에 전송한다. 또한, 제어모듈(10)에는 저장모듈(11)과, 송신버퍼(13), 버퍼제어모듈(14), 수신버퍼(15)가 설치되며, 버퍼제어모듈(14)은 데이터 전송라인(16)을 통하여 서보 모터(Mn)와 연결된다.
디지털 통신 데이터 추출모듈(12)은 입력되는 신호로부터 도 5와 같은 디지털 통신 데이터를 추출한다. 또한, 제어모듈(10)은 디지털 통신 데이터 추출모듈(12)로부터 입력되는 디지털 통신 데이터를 송신버퍼(13)에 입력하는 한편, 버퍼제어모듈(14)로 하여금 송신버퍼(13)에 버퍼링된 데이터를 전송라인(16)을 통하여 직렬통신방식에 의하여 직렬로 연결된 서보 모터들로 전송한다. 서보 모터들의 신호 판별부(21)는 입력신호로부터 디지털 통신 데이터임을 판별한 후 데이터 프레임으로부터 ID를 추출하고, 자신에게 할당된 ID와 일치하는 경우 변위 정보를 신호 스위칭부(22)를 통하여 디지털 통신 데이터 처리부(24)로 전송한다. 디지털 통신 데이터 처리부(24)에서는 변위 정보를 PWM 지령신호로 변환하여 PWM발생기(25)에 전송함으로써 서보 모터가 변위를 일으키게 된다.
또한, 서보 모터는 자신의 ID가 포함된 디지털 통신 데이터의 정상 수신결과와 변위 완료정보를 발생시켜 버퍼제어모듈(14)로 전송한다. 이와 같이 각 서보 모터로부터 제어장치(100)로 전송되는 신호를 수신신호라 정의한다. 버퍼제어모듈(14)은 송신버퍼(13)의 동작을 감지하고, 송신버퍼(13)가 동작 중인 때에는 수신버퍼(15)에 수신신호가 저장되는 것을 정지시키고, 송신버퍼(13)가 동작되는 않는 경우에만 수신신호를 수신버퍼(15)에 저장시킨다. 그러나 수신버퍼(15)에 저장된 데이터는 송신버퍼(13)의 동작유무에 관계없이 제어모듈(10)에 전송된다.
또한, 제어장치(100)와 서보모터(Mn) 사이에는 전원공급라인(B+), (G)이 연결되고, 상호 인접된 서보모터들 간에도 전원공급라인(B+), (G)가 서로 연결된다.
도 6에서 디지털 통신 데이터에 의하여 본 발명의 서보 모터가 제어되는 것을 도시하였으나, PWM 신호에 의하여 도 3에 도시된 본 발명의 서보 모터를 제어할 수 있으며, 이때 서보 모터와 제어장치는 도 1에 도시된 바와 같은 연결방식을 택하게 된다. 이와 같이 본 발명의 실시예의 서보 모터가 도 1과 같이 연결될 때, 제 어장치와 각 서보 모터는 3개의 라인에 의하여 결선되고, 이때 각 서보 모터의 신호 판별부는 입력되는 신호를 PWM 신호로 인식하여 PWM 신호에 의하여 모터를 제어하게 된다.
상기의 기술적 과제와 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 서로 다른 직렬통신방식과 PWM 신호 제어방식에 의하여 서보 모터를 아무런 변형 없이 제어할 수 있다.

Claims (5)

  1. 하나의 제어장치에 직렬통신방식에 의하여 연결되어 상기 제어장치로부터 전송되는 바이트(byte)열로 이루어진 ID 정보와 변위정보를 포함하는 디지털 프레임 데이터와, 듀티비에 의하여 변위정보가 지정되는 PWM 데이터에 의하여 제어되는 디지털 프레임 데이터 및 피더블엠 신호에 의하여 제어되는 서보 모터에 있어서:
    상기 디지털 프레임 데이터와 상기 PWM 데이터가 입력되는 신호 입력 포트;
    상기 PWM 데이터를 상기 서보 모터의 구동용 PWM 신호로 변환하는 PWM 신호 처리부;
    상기 디지털 프레임 데이터의 변위정보를 서보 모터 구동용 PWM 신호로 변환하는 디지털 통신 데이터 처리부;
    상기 입력 포트에 입력되는 입력신호가 디지털 프레임 데이터일 경우 입력된 디지털 프레임 데이터 중 ID를 자신에게 할당된 ID와 비교하여 일치하는 경우 상기 입력된 디지털 프레임 데이터 중 변위정보를 상기 디지털 통신 데이터 처리부에 입력하고, 상기 입력신호가 PWM 데이터인 경우 입력되는 PWM 데이터를 상기 PWM 신호 처리부에 입력하는 신호 판별부;
    상기 PWM 신호 처리부와 상기 디지털 통신 처리부로부터 입력되는 서보 모터 구동용 PWM 신호에 의하여 PWM 구동펄스를 생성하는 PWM 발생기; 및
    상기 PWM 발생기에 의하여 발생된 PWM 구동펄스에 의하여 서보 모터를 구동시키는 모터 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 프레임 데이터 및 피더블엠 신호에 의하여 제어되는 서보 모터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 디지털 프레임 데이터는 단방향 비동기식의 직렬통신방식에 의하여 송수신되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 데이터 및 피더블엠 신호에 의하여 제어되는 서보 모터.
  5. 청구항 1에서, 상기 신호 판별부를 상기 PWM 신호 처리부와 디지털 통신 데이터 처리부에 선택적으로 연결하는 신호 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 데이터 및 피더블엠 신호에 의하여 제어되는 서보 모터.
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