KR101120319B1 - 로봇, 로봇용 전송로에 사용되는 기준 전압 생성 회로 및 기준 전압 생성 회로를 갖는 허브 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇, 로봇용 전송로에 사용되는 기준 전압 생성 회로 및 기준 전압 생성 회로를 갖는 허브 장치에 관한 것으로서, 제어 장치와 액츄에이터로서의 서보 장치를 갖는 로봇에 있어서, RS485 방식으로 제어하는 제어 장치(20)와 서보 장치(10, 31)사이의 전송로(15)에 전원 전압 생성 회로(30)를 설치했다. 이 전원 전압 생성 회로(30)에 의해 차동 신호의 한쪽 신호(반전 신호)를 H 레벨과 L 레벨 사이의 일정 전위로 유지하도록 했다. 그 결과, RS485 방식의 서보 장치 뿐만 아니라 TTL 방식의 서보 장치를 탑재해도 제어할 수 있다. 전원 전압 생성 회로로서는 제너 다이오드나 저항 분압 회로를 사용한다. 전원 전압 생성 회로는 전송로의 도중 뿐만 아니라 전송로를 분기(分岐)하는 허브 장치나 제어 장치 내에 조립할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

로봇, 로봇용 전송로에 사용되는 기준 전압 생성 회로 및 기준 전압 생성 회로를 갖는 허브 장치{ROBOT, REFERENCE VOLTAGE GENERATOR CIRCUIT USED IN TRANSMISSION PATH FOR ROBOT, AND HUB HAVING REFERENCE VOLTAGE GENERATOR CIRCUIT}

본원 발명은 원격 제어 또는 PC(퍼스널 컴퓨터, 이하, "퍼스컴"이라고 함)로부터 수신한 조작 명령에 기초하여, 또는 미리 설정된 조건에 도달했을 때 자동적으로 작동하는 프로그램에 기초하여 소정의 동작을 실시하는 로봇에 관한 것으로서, 특히 제어 신호로부터 출력된 차동 신호로 동작하는 RS485 방식의 서보 장치와, TTL 방식의 서보 장치를 혼재하여 사용할 수 있는 로봇에 관한 것이다.

최근, 취미용 분야에서는 예를 들면 2족 보행 가능한 인형 로봇이 개발되어 여러 가지 경기 대회가 개최되기에 이르렀다. 이 종류의 로봇은 인간과 마찬가지로 손목, 팔꿈치, 어깨, 머리, 허리, 무릎, 발목 등의 관절부가 가동하도록 구성되고, 이 관절부에 액츄에이터로서 회동부를 갖는 서보 장치가 설치되어 있다.

도 12는 인형 로봇의 일례를 도시한 모식도로서, 1~6으로 나타내는 관절부와 동체부(胴體部)(7)로 구성되어 있다.

그리고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 기초하여 각 관절부(1~6) 각각에 배치된 복수의 서보 장치를 동기시켜 제어하고, 예를 들면 보행하는 일련의 동작을 실시하는 것이다.

또한, 로봇 전체는 도 13에 도시한 프레임 형상의 부품이 조합되어 구성되고, 각 프레임을 조합하면 머리, 동체, 다리, 팔이라는 각 부분이 형성된다. 또한 내부에 서보 장치가 수납되는 공간을 갖고, 또한 경량화와 조립을 용이하게 하기 위해 빠질 수 있게 실시되어 있다.

또한, 도 13, 도 14에 도시한 바와 같이, 각 프레임(8)에는 단부에 서보 장치(10)를 장착하기 위한 수납부(8a)가 설치되고, 서보 장치(10)의 회전축(11)을 기준으로 회동하는 회동판(12)과 스토퍼(13)에 의해 축으로 지지되고, 상기 관절부(1~6)를 구성하고 있다. 이 관절부(1~6)에는 피치축, 롤축, 요축의 3축 중 1축 또는 2축의 움직임에 맞춰 1 또는 2개의 서보 장치(10)가 설치되어 있다.

또한, 동체부(7)에는 제어 장치(20)나 전원(이차전지)이 설치되고, 도 15에 도시한 바와 같이 제어 장치(20)와 각 서보 장치(10)는 신호선이나 접지, 전원 전압을 공급하는 전력선을 갖는 전송로(21)에 의해 접속된 구성이며, 수신한 조작 명령에 기초하여 상기 제어 장치(20)로부터 제어 신호를 출력하여 각 서보 장치(10)를 제어하는 것이다.

계속해서 제어 장치(20)에 대해 설명한다.

도 16에 도시한 바와 같이 제어 장치(20)는 서보 장치(10)의 제어 신호를 형성하는 제어 회로(21), 전원(22), 상기 전원(22)의 전원 전압을 제어 회로(21)에 맞춰 예를 들면 5V로 변환하는 전원 전압 변환 회로(23)(레귤레이터)로 구성되어 있다. 상기 전원(22)의 전압은 사용하는 이차전지의 종류에 따라서 다르고, 또한, 복수 셀 조합으로 구성되며, 약 7V에서 12V의 전압의 전지가 사용되고 있다.

또한, 제어 회로(21)는 연산부(24), 조작 명령에 대응하는 프로그램이나 각 서보 장치(10)의 설정값 등을 저장하는 EEPROM 등 다시쓰기 가능한 ROM이나 통신 데이터 등을 일시적으로 기억하는 RAM 등을 포함하는 기억 수단(26)과, 조작 명령을 수신기(27)에 의해 수신하는 인터페이스(25a) 및 서보 장치(10)와 송수신하기 위한 인터페이스(25b)를 구비하고 있다.

또한, 조작 명령을 인터페이스(25a)로 수신하는 경우에는 퍼스컴(29)과 유선으로 접속되고, 통신 방식에는 RS232C 방식의 시리얼 통신이 채용되고 있다. 한편, 전용 컨트롤러(송신기)(28)에 의해 무선으로 통신을 실시할 경우에는 인터페이스(25a)를 통해 제어 회로(21)에 수신기(27)가 접속되고, 컨트롤러(28)로부터 수신기(27)에 조작 명령이 송신된다. 또한, 통신 방식으로서는 예를 들면 2.4GHz의 Bluetooth 통신 방식을 채용한 시리얼 통신을 채용하고 있다.

여기서 조작 명령이라는 것은 「기립한다」,「걷는다」,「구부린다」, 「발을 연다」, 「머리를 돌린다」등 기준이 되는 동작에 대응한 것을 부호화한 것이므로, 퍼스컴((29)이나 컨트롤러(28)로부터 제어 회로(21)에 송신된다. 이에 대해 제어 회로(21)는 「걷는다」, 「기립한다」라는 동작을 미리 정해진 일련의 동작으로서 프로그램하고, 기억 수단(26)에 기억되어 있다.

그리고, 로봇을 조종할 때는 컨트롤러(28) 또는 퍼스컴(29)으로부터 조작 명 령을 제어 회로(21)에 송신하고, 이를 받아 제어 회로(21)에서는 조작 명령의 종류에 따라서 각 서보 장치(10)의 회동각 및 회동 속도를 제어하고, 예를 들면 「걷는다」등 원하는 동작을 실현하는 것이다. 이 외에 상기 로봇은 상기 프로그램을 연속해서 실행하여 일련의 동작을 시키는 자동 실행 모드를 갖고 있다.

또한, 제어 장치(20)에는 도시하지 않지만 3축의 가속도 센서를 갖고 있고, 자신의 자세를 판단할 수 있도록 되어 있다. 예를 들면 넘어진 경우에 위로 향해 넘어졌는지 엎드려 넘어졌는지에 따라 일어나는 동작이 다르다. 이와 같은 경우에 제어 장치는 「기립한다」라는 조작 명령을 수취하면, 자신의 자세를 판단하여 각 자세에 따른 일어나는 동작을 실시할 수도 있다.

또한, 상기 제어 장치와 상기 서보 장치간의 통신에는 RS485(반이중 통신) 방식이 채용되고 있다. 상기 서보 장치는 관절부의 움직임을 사람에 대해 더 가까운 동작을 시키도록 하면, 한대의 로봇에 서보 장치가 20대를 초과하는 수가 필요해지지만, RS485 방식을 채용하여 40개 이상의 접속이 가능하다.

그 외에 상기 제어 장치와 상기 서보 장치간의 통신에는 하이 레벨(H), 로우 레벨(L)로 이루어진 2값의 신호가 사용되는 TTL 방식이 채용된 것도 있다.

한편, 상기 서보 장치에는 회동각의 각도 정보, 서보 장치에 흐르는 전류, 서보 장치의 온도 등을 계측하는 센서를 갖고, 이들 정보를 상기 제어 장치에 피드백하여 제어 장치의 제어에 반영시키고 있다. 이 때문에 각 서보 장치에는 신호를 처리하는 제어부외에 제어 장치(20)와 마찬가지로 송신?수신용 드라이버와 전원 전압 변환 회로 등도 갖고 있다.

또한, 상기 로봇과 같은 형태에서는 전송로를 분기한 쪽이 배선을 끌어 오는 것이 용이해진다. 이 때문에 도시하지 않지만, 한개의 전송로를 복수개로 분기하는 허브 장치가 로봇의 여러 군데에 설치되고, 전송로를 끌어 오는 것을 용이하게 하고 있다.

[특허문헌 1] 일본 특원 제2006-135552호

[비특허문헌 1] 「로봇 라이프 2007년 3월호」136 페이지~139 페이지. (주) NESTAGE 발행

그런데, RS485 방식의 통신 방식에는 차동 신호를 이용하므로 노이즈에 강하고, 1개의 케이블(전송로)의 저항이나 서보 장치의 부하 저항의 영향을 받기 어렵다. 이 때문에 서보 장치를 다수 조립할 수 있다. 또한, 케이블을 끌어오는 것이 용이해지는 등의 장점을 갖고 있다. 그러나, RS485 방식의 드라이버의 비용 등이 높고, 전체로서 서보 장치의 비용이 높아지는 문제가 있었다.

이에 대해, TTL 방식의 통신 방식은 전송로의 저항, 서보 장치의 부하 저항 등이 영향을 미치고, 전송로의 종단부로 갈수록 노이즈의 영향을 받기 쉬우며, TTL 방식은 RS485 방식에 비교하여 한개의 전송로의 길이나 접속할 수 있는 서보 장치의 수가 적은 문제가 있었다.

그러나, 종래 로봇 이외의 취미용(예를 들면 비행기 등)에는 토크나 크기 등이 다른 다수의 종류의 서보 장치가 사용되고 있다. TTL 방식의 경우, 이들 서보 장치의 유용을 비교적 용이하게 할 수 있고, 또한 드라이버 비용이 저렴하므로 서보 장치의 비용이 억제되고, 또한 제품 다양화도 풍부하게 갖추어지는 장점도 갖고 있다.

본원 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 로봇의 제어 장치가 RS485 방식 대응이라도 RS485 방식과 TTL 방식의 서보 장치를 혼재하여 사용할 수 있도록 하는 것을 과제로 하고 있다.

청구항 1에 기재된 발명은 복수의 관절부를 갖는 로봇 본체와, 각 관절부에 설치된 서보 장치와, 상기 서보 장치를 차동 신호에 의해 제어하는 제어 장치와, 상기 제어 장치와 상기 서보 장치를 연결하고, 차동 신호용 신호선으로서 제 1, 제 2 신호선과, 접지선, 전원 전압이 인가되는 전력선을 갖는 전송로와, 상기 제어 장치나 서보 장치 등에 전력을 공급하는 전원을 갖고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 기초하여 상기 서보 장치를 가동시켜 원하는 동작을 하는 로봇에 있어서,

상기 로봇은 상기 전송로상에 설치되고, 상기 제어 장치로부터 출력되며, 또 전력선의 전위와 접지선의 전위 사이에서 변동하는 차동 신호중 적어도 한쪽의 신호를 양자의 중간에 위치하는 일정 전위로 유지하는 기준 전압 생성 회로를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 기준 전압 생성 회로를 상기 제어 장치와 동일한 하우징 내 또는 한 셋트의 전송로를 복수 셋트의 전송로에 분기하는 허브 장치에 형성해도 좋다.

또한, 기준 전압 생성 회로의 구체적인 구성의 일례로서 접지선과 전력선 사이에 직렬로 설치된 제 1 저항, 다이오드 및 제너 다이오드와, 상기 제 1 저항 및 상기 제너 다이오드로부터 분기하여 제 2 신호선 사이에 접속되는 제 2 저항을 갖고, 이 제너 다이오드에 의해 차동 신호의 전위를 일정 전위로 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 기준 전압 생성 회로의 다른 예로서 접지선과 전력선에 직렬로 설치된 제 1 저항과 다이오드 및 제너 다이오드와, 상기 다이오드와 상기 제너 다이오드사이로부터 분기하여 제 2 신호선 사이에 접속되는 제 2 저항과, 상기 제 1 저항과 상기 다이오드로부터 분기하여 제 1 신호선에 접속되는 제 3 저항을 갖고, 상기 제 2 신호선의 전위를 전력선의 전위와 접지선의 전위의 중간에 위치하는 일정 전위로 유지해도 좋다.

이 외에 상기 기준 전압 생성 회로는 저항 분압 회로에 의해 구성해도 좋다.

또한, 청구항 7의 발명은 로봇용 전송로에 사용되는 허브 장치에 관한 것으로서, 복수의 관절부를 갖는 로봇 본체와, 각 관절부에 설치된 서보 장치와, 상기 서보 장치를 차동 신호에 의해 제어하는 제어 장치를 갖는 로봇에 적용되고, 상기 제어 장치와 상기 서보 장치를 연결하고, 차동 신호용 신호선으로서 제 1, 제 2 신호선, 접지선, 전원 전압이 인가되는 전력선을 갖는 전송로에 사용되고, 상기 제어 장치로부터 출력되는 제어 신호를 복수의 전송 경로에 분기하는 허브 장치에 있어서,

상기 허브 장치는 상기 제 1, 제 2 신호선, 상기 접지선, 상기 전력선이 각각의 공통으로 접속된 복수의 커넥터부와, 상기 접지선과 전력선 사이에 직렬로 설치된 제 1 저항 및 제너 다이오드와, 상기 제 1 저항 및 상기 제너 다이오드로부터 분기하여 제 2 신호선 사이에 접속되는 제 2 저항을 갖는 기준 전압 생성 회로가 조립된 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 청구항 8에 기재된 발명은 로봇용 전송로에 사용되는 기준 전압 생성 회로에 관한 것으로서, 복수의 관절부를 갖는 로봇 본체와, 각 관절부에 설치된 서보 장치와, 상기 서보 장치를 차동 신호에 의해 제어하는 제어 장치와, 상기 접지선과 전력선 사이에 직렬로 설치된 제 1 저항 및 제너 다이오드와, 상기 제 1 저항 및 상기 제너 다이오드로부터 분기하여 제 2 신호선 사이에 접속되는 제 2 저항을 갖고, 이 제너 다이오드에 의해 차동 신호의 전위를 전력선의 전위와 접지선의 전위의 중간에 위치하는 일정 전위로 유지하는 것을 특징으로 한다.

본원 발명은 상술한 바와 같이, 기준 전압 생성 회로를 로봇의 제어 장치와 서보 장치 사이의 전송로에 설치했으므로 제어 장치가 RS485 방식 대응의 장치라도 RS485 방식 대응의 서보 장치 뿐만 아니라 TTL 방식 등 펄스 신호만으로 이루어진 제어 신호에 대응하는 서보 장치를 혼재하여 사용할 수 있다.

그 결과, 사용할 수 있는 서보 장치의 종류가 매우 증가하고, 각 관절부의 사용에 따라서 적재적소의 서보 장치를 사용할 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 가장 좋은 형태)

이하, 도면을 이용하여 본원 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본원 발명의 로봇 중, 제어 장치(20)와 서보 장치(10, 31) 사이의 전송로를 모식적으로 도시한 도면으로서, 제어 장치(20)와 서보 장치(10, 31) 사이의 전송로상에 기준 전압 생성 회로(30)를 설치한 예를 도시하고 있다.

제어 장치(20) 내의 그외의 구성, 제어 장치(20)와 퍼스컴 또는 무선기 사이의 통신 방식은 종래의 방식과 기본적으로 동일하고, 상세한 설명은 생략한다.

계속해서 도 2를 이용하여 실제의 전송로에 가까운 상태로 제어 장치(20)와 기준 전압 생성 회로(30) 및 서보 장치(10, 31)의 접속 관계를 도시한다.

상기 제어 장치(20)는 종래와 마찬가지로 RS485 방식의 제어 장치이고, 제어 장치(20)와 서보 장치(10, 31) 사이의 전송로는 차동 신호를 출력하는 제 1 신호선, 제 2 신호선으로서의 2개의 신호선(A, B)과, 접지선(GND), 기준 전압을 공급하는 전력선(Vcc)의 4개의 선으로 구성되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, 신호선의 종단에는 필요에 따라서 종단 저항을 삽입하고, 송신 노드, 수신 노드의 임피던스를 매칭시키면 반사에 의한 손실을 저감할 수 있다. 실시예의 로봇에서는 전송로가 짧고, 반사의 영향도 적으므로 종단 저항은 삽입하고 있지 않다.

또한, 서보 장치(10)는 종래와 마찬가지로 RS485의 통신 방식으로 동작하는 서보 장치이고, 서보 장치(31)는 TTL 방식의 서보 장치이며, 양자를 혼재하여 사용한 예이다. 이 중 서보 장치(31)는 2개 있는 신호선(A, B) 중, 제 1 신호선으로서의 신호선(A)과 접속되어 있고, 4개 한 셋트의 전송로 중, 접지선(GND), 전력선(Vcc), 신호선(A)의 3개를 사용하고 있다.

계속해서 도 3을 이용하여 본원 발명의 기준 전압 생성 회로(30)에 대해 설명한다.

기준 전압 생성 회로(30)는 전력선(Vcc)과 접지선(GND) 사이에 제 1 저항(R1)과 제너 다이오드(D1)가 직렬로 접속되고, 또한 제너 다이오드(D1)의 애노드측이 접지선(GND)에 접속되어 있다. 또한, 상기 2개의 신호선 중, 반사 신호를 송신하는 제 2 신호선으로서의 신호선(B)에 대해 제 2 저항(R2)의 일단이 접속되고, 상기 제 2 저항(R2)의 타단이 제너 다이오드(D1)의 캐소드측에 접속된 구성이다.

본 실시예에서는 제너 다이오드(D1)는 신호선(B)의 전위를 바이어스하도록 작용하고, 상기 제너 다이오드(D1)는 제어 신호가 송신되지 않을 때의 신호선(B)의 전위를 2V로 유지하도록 선정되어 있다. 또한, 제어 신호가 송신될 때는 신호선(B)의 전위는 제어 신호대로 변화한다.

또한, 제 2 저항(R2)은 제너 다이오드(D1)에 흐르는 전류를 제어하는 것으로 수kΩ(3.3kΩ)의 것이 사용되고 있다. 한편, 제 1 저항(R1)은 상기 제너 다이오드(D1)의 스위칭이 노이즈를 저감하는 것을 목적으로 하며, L레벨일 때도 제너 다이오드(D1)에 약간 전류가 흐르도록 되어 있다. 이 때문에 제 1 저항(R1)이 없어도 제어 신호가 송신될 때의 신호선(B)의 전위를 일정 전위로 유지하는 효과에 변화는 없다.

계속해서, 도 4를 이용하여 제어 장치(20)와 서보 장치(10) 사이의 신호의 형태를 설명하고, 아울러 기준 전압 생성 회로(30)의 작용에 대해 설명한다.

우선, 제어 장치(20)로부터는 도 4의 (a)에 도시한 차동 신호가 출력된다. 이에 대해 서보 장치(10)는 2개의 신호선(A, B)에 연결되어 있으므로 도 4의 (b)에 도시한 차동 신호를 수신한다. 서보 장치(10)는 RS485 방식의 통신 방식을 채용하므로 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이 제어 신호를 H, L의 논리값으로서 판독할 수 있다.

한편, TTL 방식의 서보 장치(31)로부터 보면, 신호선(A)과는 접속되어 있지만, 신호선(B)과는 접속되어 있지 않다. 이 때문에 제어 장치(20)로부터 상기 서보 장치(31)에 제어 신호가 보내지는 경우에는 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 제어 신호(20)로부터 보내진 차동 신호는 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 신호선(A) 의 신호밖에 판독하지 않는다. 이 때문에 H 레벨은 5V, L 레벨은 접지(약 0V)가 되고, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이 제어 신호로서 문제없이 H, L의 논리값으로서 판별할 수 있다.

이에 대해, 서보 장치(31)로부터 제어 장치(20)에 제어 신호를 보내는 경우에는 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 서보 장치(31)의 송신용 드라이버로부터는 신호선(A)을 통해 제어 신호가 출력되고, 신호선(B)에는 전혀 출력되지 않는다. 제어 장치(20)의 수신용 드라이버는 RS485 방식이므로 신호선(B)에는 어떤 제어 신호가 필요해진다. 그러나, 신호선(B)에 전혀 제어 신호가 출력되지 않아도 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 기준 전압 생성 회로(30)에 의해 전압이 2V로 바이어스되므로 제어 장치(20)에서도 TTL 방식의 서보 장치(31)로부터의 수신 신호는 H 레벨 5V, L 레벨 2V의 신호로서 취급할 수 있고, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이 H, L의 논리값으로서 판별할 수 있으며, 제어 장치(20)와 서보 장치(31)의 쌍방향 통신에는 지장없다.

또한, 전술한 기준 전압 생성 회로(30)는 제너 다이오드(D1)를 사용하므로 사용하는 이차전지의 종류나 셀수에 의해 사용되는 전원 전압이 변화하고, 전력선 Vcc의 전위가 다른 경우에도 바이어스하는 전위를 일정하게 유지할 수 있다.

그외에 기준 전압 생성 회로(20)의 설치 위치는 제어 장치(20)와 서보 장치 사이의 전송로상에 설치한 예를 나타냈지만, 서보 장치와 서보 장치 사이, 전송로의 종단에서도 동일한 효과가 얻어진다.

단, 특히 전송로가 길어지고, 일 경로에 접속되는 서보 장치의 수가 많은 경 우에는 말단의 서보 장치는 전단의 서보 장치가 갖는 부하 저항의 영향이 나타나고, 신호선(B)의 기준 전압 생성 회로에서 고정한 전위보다 높아진다. 이에 대해, 신호선 A는 전송로의 저항에 의한 전압 강하의 영향을 받고, 필연적으로 H 레벨, L 레벨의 전위차가 작아진다. 이와 같은 경우에는 노이즈 등의 영향을 TTL 방식의 서보 장치(31)가 특히 받기 쉬우므로 전송로의 말단에 가까운 부분에서, 또한 TTL 방식의 서보 장치(31)와 제어 장치(20) 사이에 설치하면, 전송로에 노이즈가 생겼다고 해도 2개의 신호선(A, B)에는 동상 노이즈가 되므로 차동 신호로서 수신하므로 노이즈 저항 특성이 향상하게 된다.

도 7은 본원 발명의 기준 전압 생성 회로의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 적용되는 로봇의 구성, 제어장치, 전송로 등은 전술한 실시예와 동일하다.

기준 전압 생성 회로(40)는 상기 도 3에 도시한 실시예의 구성 뿐만 아니라 전력선(Vcc)과 신호선(B) 사이로서, 저항(R1)과 저항(R2) 사이에 저항(R1)측을 애노드로서 다이오드(D2)가 설치되어 있다. 또한, 신호선(A)과 다이오드(D2)의 애노드측에는 저항(R3)이 설치되어 있다. 또한, 저항(R3)은 부하 저항으로서 작용하지만, 그 저항값은 본 예에서는 2.2kΩ와 R2의 저항값보다 낮게 설정하고 있다.

이와 같은 구성이므로 전송로에 어느 곳에서도 신호가 송신되지 않을 때는 신호선(A)의 전위는 신호선(B)의 전위보다 다이오드(D2)의 순바이어스분(예를 들면, 0.6V)이 항상 높아지도록 설정할 수 있다. 이 때문에 이 상태의 신호를 수신하여 L의 논리값이라고 판단하지 않으므로 스타트비트의 신호가 들어갔다고 착각하여 처리가 개시되고, 결과적으로는 오류 판정이 이루어졌다고 해도 불필요한 처리 를 하는 것이 없어지는 효과가 있다.

상기 실시예에서는 전원 전압이 7V에서 12V까지 변화하여 대응할 수 있도록 제너 다이오드(D1)를 사용한 예를 나타냈지만, 미리 전원 전압이 정해져 있으면(고정되어 있으면), 도 8에 도시한 바와 같이, 저항(4, 5) 및 컨덴서(C1)로 이루어진 저항 분압 회로(50)를 사용해도 신호선(B)의 전위를 바이어스할 수 있다. 전력선(Vcc)에 가해지는 전위와 신호선(B)의 바이어스하고 싶은 전위에 따라서 저항(4, 5)의 저항값을 조정하면 좋다.

또한, 상기 실시예에서는 기준 전압 생성 회로의 설치 위치는 전송로상이면 어느 위치라도 좋다고 설명했지만, 제어 장치와 일체의 하우징 내에 조립할 수도 있다. 또한, 전송로 도중에 설치되어 한개의 신호선을 복수의 신호선으로 분기하는 허브 장치 내에 설치해도 좋다.

허브 장치는 도 9에 도시한 바와 같이, 제어 장치(20)와 각 서보 장치(10, 31)를 접속하는 전송로(15)의 도중에 설치되고, 허브 장치(60) 내부에서 전송로(15)가 분기되며, 허브 장치(60)에 복수의 서보 장치(10, 31)가 접속되는 구성이다.

로봇에 실제로 조립되는 경우에는 동체의 상부나 허리 부분에 설치되고, 한개의 허브 장치에서, 예를 들면 한쪽 다리(발목, 무릎, 허벅지 관절 등), 한쪽 팔(어깨, 팔꿈치, 손목 등) 각각에 대응하도록 복수개 구비하고 있다. 사용하는 허브 장치(60)의 갯수는 허브 장치의 보드의 수, 사용되는 서보 장치의 수나 위치 등에 따라서 전송로로서 끌고 다니기 좋은 형태로 배치된다.

또한, 허브 장치(60)는 전원 근처에 설치된 주 허브 장치(60a)와, 그외의 부분에 배치된 부 허브 장치(60b)로 구성되어 있다. 주 허브 장치(60a)는 로봇의 동체부에 설치되고, 스위치를 통해 전원이 접속되어 있다. 이 주 허브 장치(60a)로부터 전송로를 통해 제어 장치(20)나 서보 장치(10, 31)에 전원 전압을 공급하고 있다. 그리고, 이 주 허브 장치(60a)에 기준 전압 생성 회로를 설치한 것이다.

계속해서 도 10, 도 11을 이용하여 주 허브 장치(60a)의 구체적인 구성에 대해 설명한다.

도 10은 주 허브 장치(60a)의 개략 구성도로서, 2개의 신호선(A, B), 접지선(GND), 전력선(Vcc)으로 이루어진 전송로에 접속되는 기준 전압 생성 회로(61)와, 상기 전송로를 분기한 복수의 포트(62)를 갖는 구성이다. 그리고, 한쪽은 전송로를 통해 제어 장치(20) 또는 다른 허브 장치(60a)에 접속되고, 다른쪽은 포트(62)를 통해 서보 장치(10, 31)에 접속되는 구성이다.

또한, 도 11을 이용하여 조금 더 회로 구성을 구체적으로 설명한다.

기준 전압 생성 회로(61)는 전력선(Vcc)과 접지선(GND) 사이에 제 1 저항(R1)과 제너 다이오드(D1)가 직렬로 접속되고, 또한 제너 다이오드(D1)의 애노드측이 접지선(GND)에 접속되어 있다. 또한, 상기 2개의 신호선 중, 반전 신호를 송신하는 신호선(B)에 대해 제 2 저항(R2)의 일단이 접속되고, 상기 제 2 저항(R2)의 타단이 제너 다이오드(D1)의 캐소드측에 접속된 구성이다.

본 실시예에서는 제너 다이오드(D1)는 신호선(B)의 전위를 바이어스하도록 작용하고, 상기 제너 다이오드(D1)는 제어 신호가 송신되지 않을 때 신호선(B)의 전위를 2V로 유지하도록 선정되어 있다. 또한, 제어 신호가 송신되어 있을 때는 신호선(B)의 전위는 제어 신호대로 변화한다.

또한, 제 2 저항(R2)은 제너 다이오드(D1)에 흐르는 전류를 제어하는 것으로 수 kΩ(3.3kΩ)의 것이 사용되고 있다. 한편, 제 1 저항(R1)은 상기 제너 다이오드(D1)의 스위칭 노이즈를 저감하는 것을 목적으로 하며, L 레벨일 때도 제너 다이오드(D1)에 약간 전류가 흐르도록 되어 있다. 이 때문에 제 1 저항(R1)이 없어도 제어 신호가 송신될 때의 신호선(B)의 전위를 일정 전위로 유지하는 효과에 변화는 없다.

그외 기준 전압 생성 회로(61)의 구성은 상기 도 3에 도시한 기준 전압 생성 회로(30)와 동일하다.

이와 같은 구성이므로 상기 실시예와 마찬가지로 제너 다이오드(D1)에 의해 신호선(B)의 전위가 일정값으로 클립되고, 제어 장치(20)가 RS485 방식 등, 차동 신호를 이용하는 것이라도 제어 신호에 차동 신호를 이용하는 서보 장치(10)와 TTL 방식의 서보 장치를 혼재해도 사용할 수 있다.

이와 같이 주 허브 장치(60a) 내에 기준 전압 생성 회로(61)를 설치하여 주 허브 장치(60a)를 구성하는 기판 등 부품을 공유화할 수 있고, 전송로상에 별도 기준 전압 생성 회로를 설치하는 경우에 비교하여 부품개수나 설치 공간이 적어지는 장점이 있다. 또한, 기준 전압 생성 회로는 부 허브 장치(60b)에 설치해도 좋지만, 부 허브 장치(60b)의 형상이 약간 커지므로 설치 공간을 고려한 레이아웃이 필요해진다.

또한, 이들 허브 장치(60)의 기준 전압 생성 회로(61)의 구성으로서는 상기 도 6, 도 7에 도시한 기준 전압 생성 회로(40, 50)라도 동일한 효과가 얻어진다.

이제까지 기준 전압 생성 회로의 설치 장소로서 전송로상에 독립하여 설치하는 경우, 제어 회로(20)와 동일한 하우징에 수납되도록 형성한 경우, 전송로중의 허브 장치에 설치한 경우를 도시했지만, 전송로상에서 서보 장치(10, 31)와 제어 회로의 사이이면 어느 위치에서나 효과를 얻을 수 있다.

또한, 전원 전압 생성 회로가 적용되는 로봇의 구성으로서는 인형 로봇에 적용한 예를 나타냈지만, 인형 로봇에 한정되지 않고 사족으로 움직이는 동물 또는 어류를 모양으로 한 형상, 공룡 또는 괴수를 모방한 형상, 및 지네, 뱀 등을 모방한 형상에도 적용할 수 있다. 특히 뱀 등을 모방한 형상과 같이 전송로가 길어지고, 한개의 전송로에 접속되는 서보 장치의 수가 많은 경우에 효과적이다.

또한, 상기 실시예에서는 정상 상태가 H 레벨의 부(負) 논리의 회로에 대해 설명했지만, 정상 상태가 L 레벨이고, 신호가 들어갔을 때 H 레벨이 되는 구성에도 적용할 수 있다. 또한, 반전 신호를 송신하는 신호선(B)을 제 2 신호선으로서 설명했지만, 도 3, 도 8 또는 도 11에 도시한 기준 전압 생성 회로(30, 50, 61)이면 신호선(A)을 제 2 신호선으로 해도 제어 신호를 H, L의 논리값으로서 판독할 수 있다. 또한, 도 7에 도시한 기준 전압 생성 회로(40)에 관해서는 신호선(A)을 제 2 신호선으로서 한 경우, 정상 상태 H 레벨의 논리 회로에는 그대로 적용할 수 없지만, 정상 상태를 L 레벨의 논리 회로에 대해서는 적용할 수 있다.

(산업상 이용 가능성)

시리얼 통신에 있어서, RS485 방식 등 차동 신호를 제어 신호로 하는 제어 장치를 구비하고, 액츄에이터로서 차동 신호를 제어 신호로 하는 서보 장치와, TTL 방식 등의 신호를 제어 신호로 하는 서보 장치를 이용하는 로봇에는 적용 가능하다.

도 1은 본원 발명의 로봇의 시스템 구성의 일례를 도시한 도면,

도 2는 본원 발명의 로봇의 기준 전압 생성 장치의 일례를 도시한 도면,

도 3은 본원 발명의 로봇의 기준전압 발생장치의 구체적인 회로구성을 도시한 도면,

도 4는 본원 발명의 로봇의 제어 장치와 서보 장치간의 신호 상태를 도시한 도면,

도 5는 본원 발명의 로봇의 제어 장치와 서보 장치간의 신호 상태를 도시한 도면,

도 6은 본원 발명의 로봇의 제어 장치와 서보 장치 사이의 신호 상태를 도시한 도면,

도 7은 본원 발명의 로봇의 기준 전압 생성 장치의 구체적인 회로 구성의 다른 예를 도시한 도면,

도 8은 본원 발명의 로봇의 기준 전압 생성 장치의 구체적인 회로 구성의 다른 예를 도시한 도면,

도 9는 본원 발명의 로봇의 다른 시스템 구성을 도시한 도면,

도 10은 본원 발명의 허브 장치를 도시한 개략도,

도 11은 본원 발명의 허브 장치의 회로 구성의 일례를 도시한 도면,

도 12는 로봇 전체를 도시한 모식도,

도 13은 로봇의 프레임의 일례를 도시한 도면,

도 14는 로봇의 프레임에 대한 서보 장치의 장착 예를 도시한 도면,

도 15는 종래의 제어 장치와 각 서보 장치의 접속 상태를 도시한 도면, 및

도 16은 종래의 제어 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 31 : 서보 장치 15 : 전송로

20 : 제어 장치 30, 40, 50, 61 : 기준 전압 생성 회로

60 : 허브 장치

Claims (8)

1. 복수의 관절부를 갖는 로봇 본체와, 각 관절부에 설치된 서보 장치와, 상기 서보 장치를 차동 신호에 의해 제어하는 제어 장치와, 상기 제어 장치와 상기 서보 장치를 연결하고, 차동 신호용 신호선으로서 제 1, 제 2 신호선, 접지선, 전원 전압이 인가되는 전력선을 갖는 전송로와, 상기 제어 장치나 서보 장치 등에 전력을 공급하는 전원을 갖고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 기초하여 상기 서보 장치를 가동시켜 원하는 동작을 하는 로봇에 있어서,

   상기 전송로상에 설치되고, 상기 제어 장치로부터 출력되는, 전력선의 전위와 접지선의 전위 사이에서 변동하는 차동 신호중 적어도 한쪽의 신호를 양자의 중간에 위치하는 일정 전위로 유지하는 기준 전압 생성 회로를 갖고,

   상기 기준 전압 생성 회로는 접지선과 전력선 사이에 직렬로 설치된 제 1 저항 및 제너 다이오드와, 상기 제 1 저항 및 상기 제너 다이오드로부터 분기하여 제 2 신호선 사이에 접속되는 제 2 저항을 갖고, 상기 제너 다이오드에 의해 차동 신호의 전위를 일전 전위로 유지하는 것을 특징으로 하는 로봇.
2. 복수의 관절부를 갖는 로봇 본체와, 각 관절부에 설치된 서보 장치와, 상기 서보 장치를 차동 신호에 의해 제어하는 제어 장치와, 상기 제어 장치와 상기 서보 장치를 연결하고, 차동 신호용 신호선으로서 제 1, 제 2 신호선, 접지선, 전원 전압이 인가되는 전력선을 갖는 전송로와, 상기 제어 장치나 서보 장치 등에 전력을 공급하는 전원을 갖고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 기초하여 상기 서보 장치를 가동시켜 원하는 동작을 하는 로봇에 있어서,

   상기 전송로상에 설치되고, 상기 제어 장치로부터 출력되는, 전력선의 전위와 접지선의 전위 사이에서 변동하는 차동 신호중 적어도 한쪽의 신호를 양자의 중간에 위치하는 일정 전위로 유지하는 기준 전압 생성 회로를 갖고,

   상기 기준 전압 생성 회로는 접지선과 전력선에 직렬로 설치된 제 1 저항, 다이오드 및 제너 다이오드, 상기 다이오드와 상기 제너 다이오드 사이로부터 분기하여 제 2 신호선 사이에 접속되는 제 2 저항과, 상기 제 1 저항과 상기 다이오드로부터 분기하여 제 1 신호선에 접속되는 제 3 저항을 갖고, 상기 제 2 신호선의 전위를 전력선의 전위와 접지선의 전위의 중간에 위치하는 일정 전위로 유지하는 것을 특징으로 하는 로봇.
3. 복수의 관절부를 갖는 로봇 본체와, 각 관절부에 설치된 서보 장치와, 상기 서보 장치를 차동 신호에 의해 제어하는 제어 장치를 갖는 로봇에 적용되고, 상기 제어 장치와 상기 서보 장치를 연결하고, 차동 신호용 신호선으로서의 제 1, 제 2 신호선, 접지선, 전원 전압이 인가되는 전력선을 갖는 전송로에 사용되고, 상기 제어 장치로부터 출력되는 제어 신호를 복수의 전송 경로에 분기하는 허브 장치에 있어서,

   상기 허브 장치는 상기 제 1, 제 2 신호선, 상기 접지선, 상기 전력선이 각각의 공통으로 접속된 복수의 커넥터부와, 상기 접지선과 전력선 사이에 직렬로 설치된 제 1 저항 및 제너 다이오드와, 상기 제 1 저항 및 상기 제너 다이오드로부터 분기하여 제 2 신호선 사이에 접속되는 제 2 저항을 갖는 기준 전압 생성 회로가 조립된 것을 특징으로 하는 로봇용 전송로에 사용되는 허브 장치.
4. 복수의 관절부를 갖는 로봇 본체와, 각 관절부에 설치된 서보 장치와, 상기 서보 장치를 차동 신호에 의해 제어하는 제어 장치와, 상기 제어 장치와 상기 서보 장치를 연결하고, 차동 신호용 신호선으로서의 제 1, 제 2 신호선과, 접지선, 전원 전압이 인가되는 전력선을 갖는 전송로를 구비한 로봇에 적용되고, 상기 접지선과 전력선 사이에 직렬로 설치된 제 1 저항 및 제너 다이오드와, 상기 제 1 저항 및 상기 제너 다이오드로부터 분기하여 제 2 신호선 사이에 접속되는 제 2 저항을 갖고, 상기 제너 다이오드에 의해 차동 신호의 전위를 전력선의 전위와 접지선의 전위의 중간에 위치하는 일정 전위로 유지하는 것을 특징으로 하는 로봇용 전송로에 사용되는 기준 전압 생성 회로.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images