KR101313202B1 - 로봇 제어 시스템 및 이의 고장 방지 방법 - Google Patents

로봇 제어 시스템 및 이의 고장 방지 방법 Download PDF

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Abstract

로봇 제어 시스템 및 이의 고장 방지 방법이 개시된다. 로봇 제어 시스템은 로봇 제어를 위한 제어 명령을 생성하는 모션 제어기 및 제어 명령을 수신하고, 제어 명령에 따라 모터를 구동하는 모터 제어기를 포함하되, 기 모터 제어기는 모션 제어기와 케이블을 통해 물리적으로 연결되어 네트워크를 구성하며, 모션 제어기와 통신 신호를 송수신하는 복수의 네트워크 통신부, 복수의 네트워크 통신부의 고장 여부에 따라 복수의 네트워크 통신부 중 어느 하나로의 연결 설정을 제어하는 네트워크 제어부 및 네트워크 제어부의 의해 설정된 네트워크 통신부를 통하여 통신 신호를 수신하고, 제어 명령에 따라 모터를 구동하는 모터 제어부를 포함한다.

Description

로봇 제어 시스템 및 이의 고장 방지 방법{Robot Control System and Method for preventing trouble thereof}
본 발명은 로봇 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇 제어 시스템의 고장 방지에 관한 것이다.
기존의 로봇 제어 시스템은 다수의 제어기가 요구되고, 축수에 비례하여 케이블 수가 증가하며, 단순 진단, 모니터링만 가능, 유지보수 난이 등의 문제점이 있었다. 이를 개선하기 위하여, 최근에는 모션 네트워크 기반의 로봇 제어 시스템이 도입되었다. 모션 네트워크 기반의 로봇 제어 시스템은 하나의 고성능 제어기만이 요구되고, 단일 네트워크 케이블만 필요하며, 다양한 진단, 모니터링, 유지보수 용이 등의 장점이 있다.
하지만, 네트워크 기반의 로봇 제어 시스템은 하나의 마스터와 다수의 슬레이브가 네트워크를 통해 연결되는데, 어느 하나의 슬레이브에서 통신 장애가 발생하는 경우, 네트워크가 중단되는 문제점이 있다.
발명의 배경기술로는 로봇의 제어시스템에 관한 특허문헌이 있으며, 휴머노이드(humanoid) 로봇에서 보다 정밀한 동작을 실현하기 위하여 고속으로 통신하면서 제어명령을 포함한 각종 신호를 종래에 비해 안정적으로 전송하고, 제어용 컴퓨터의 통신 시간을 감소시키는 네트워크 변환 장치, 로봇 제어시스템 및 방법에 대하여 개시하고 있다.
KR 2010-0106030 A 2010. 10. 01
본 발명은 네트워크 기반의 로봇 제어 시스템에서 복수의 네트워크 회선을 이용하여 네트워크의 고장을 방지하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 로봇 제어를 위한 제어 명령을 생성하는 모션 제어기; 및 상기 제어 명령을 수신하고, 상기 제어 명령에 따라 모터를 구동하는 모터 제어기를 포함하되, 상기 모터 제어기는 상기 모션 제어기와 케이블을 통해 물리적으로 연결되어 네트워크를 구성하며, 상기 모션 제어기와 통신 신호를 송수신하는 복수의 네트워크 통신부; 상기 복수의 네트워크 통신부의 고장 여부에 따라 상기 복수의 네트워크 통신부 중 어느 하나로의 연결 설정을 제어하는 네트워크 제어부; 및 상기 네트워크 제어부에 의해 설정된 네트워크 통신부를 통하여 상기 통신 신호를 수신하고, 상기 제어 명령에 따라 모터를 구동하는 모터 제어부를 포함하는 로봇 제어 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 복수의 네트워크 통신부는 상기 네트워크를 통한 통신을 제어하며, 네트워크 연결에 따른 연결 상태 신호를 생성하여 상기 네트워크 제어부로 전달하는 통신 제어부; 및 상기 모션 제어기와 케이블을 통해 물리적으로 연결되어 통신 신호를 송수신하는 네트워크 인터페이스부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 네트워크 인터페이스부는 상기 케이블이 접속되는 커넥터; 상기 통신 신호를 아이솔래이션(isolation)하는 트랜스포머; 및 상기 통신 제어부에 포함된 MAC(Media Access Controller)에 의하여 제어되며, 송수신되는 신호를 변환하는 트랜시버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 통신 제어부는 자신이 감지한 네트워크 연결 상태와 상기 트랜시버가 감지한 네트워크 연결 상태를 조합하여 상기 연결 상태 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 네트워크 제어부는 상기 복수의 네트워크 통신부가 모두 정상인 경우, 미리 설정된 네트워크 통신부로 연결을 설정하고, 상기 복수의 네트워크 통신부 중 어느 하나의 고장을 감지한 경우, 고장이 발생한 네트워크 통신부를 제외한 나머지 네트워크 통신부 중 어느 하나로 연결을 설정할 수 있다.
본 발명은 네트워크 기반의 로봇 제어 시스템에서 복수의 네트워크 회선을 이용하여 네트워크의 고장을 방지할 수 있다.
도 1은 네트워크 기반의 로봇 제어 시스템의 구성을 예시한 도면.
도 2는 기존의 로봇 제어 시스템을 나타낸 구성도.
도 3은 개선된 로봇 제어 시스템을 개략적으로 예시한 구성도.
도 4는 로봇 제어 시스템의 고장 방지 방법을 나타낸 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 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.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 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.
도 1은 네트워크 기반의 로봇 제어 시스템의 구성을 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 로봇 제어 시스템은 하나의 모션 제어기(100) 및 다수의 모터 제어기(200)를 포함하며, 모션 제어기(100)는 마스터(Master), 모터 제어기(200)는 슬레이브(Slave)가 될 수 있다.
모션 제어기(100)와 모터 제어기(200)는 네트워크를 통해 물리적으로 연결된다. 여기서, 네트워크는 예를 들면, EtherCAT, RTEX, Mechtrolink 등이 될 수 있다.
로봇 제어 시스템을 구성하는 모션 제어기(100) 및 모터 제어기(200)에 대해서는 이하의 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하며, 우선, 도 2를 참조하며 기존의 로봇 제어 시스템의 문제점을 살펴보기로 한다.
도 2는 기존의 로봇 제어 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 로봇 제어 시스템은 모션 제어기(100) 및 모터 제어기(200)를 포함한다.
모션 제어기(100)는 로봇 제어를 위한 제어 명령을 생성하고, 네트워크를 통해 제어 명령을 모터 제어기(200)로 전송한다. 예를 들어, 모션 제어기(100)는 로봇의 모션 계획에 따른 축별 모터의 동작을 위한 제어 명령을 생성하고, 제어 명령을 모터 제어기(200)로 전송하여 로봇의 동작을 제어할 수 있다.
모터 제어기(200)는 네트워크를 통해 모션 제어기(100)로부터 제어 명령을 수신하고, 수신된 제어 명령에 따라 모터를 구동한다. 예를 들어, 모터 제어기(200)는 로봇의 축별 모터를 구동시키기 위한 축별 모터 구동 명령을 모션 제어기(100)로부터 수신하여 축별 모터를 구동시킬 수 있다.
모터 제어기(200)는 모터 제어부(10), 통신 제어부(20) 및 네트워크 인터페이스부(30)를 포함한다.
네트워크 인터페이스부(30)는 모션 제어기(100)와 케이블을 통해 물리적으로 연결되어 네트워크를 구성하며, 모션 제어기(100)와 통신 신호를 송수신한다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 네트워크 인터페이스부(30)는 트랜시버(31), 트랜스포머(32) 및 커넥터(33)를 포함할 수 있다. 커넥터(33)는 모션 제어기(100)와 연결된 케이블이 접속되며, RJ-45와 같은 랜선 연결용 커넥터가 될 수 있다. 트랜스포머(32)는 송수신되는 통신 신호를 아이솔래이션(isolation)하는 구성부로, 예를 들면, 통신 신호에 포함된 노이즈(Noise)를 제거하는 역할을 수행할 수 있다. 트랜시버(31)는 통신 제어부(20)에 의하여 제어되며, 송수신되는 통신 신호를 변환하는 역할을 한다. 예를 들면, 트랜시버(31)는 수신된 물리 계층의 통신 신호를 MII(Media Independent Interface) 신호로 변환하여 통신 제어부(20)로 전달할 수 있다.
통신 제어부(20)는 MAC(Media Access Controller)을 포함하며, 네트워크를 통한 통신을 제어한다. 여기서, MAC은 트랜시버(31)를 제어한다.
또한, 통신 제어부(20)는 네트워크의 연결 상태를 확인하여 통신 장애를 감지할 수 있다.
모터 제어부(10)는 모션 제어기(100)로부터 수신된 통신 신호에 포함된 제어 명령에 따라 모터를 구동한다.
이와 같은, 기존의 로봇 제어 시스템은 통신 제어부(20)에 의하여 통신 장애를 감지할 수 있으나, 네트워크를 통한 통신이 중단되는 것을 막을 수 없는 문제점이 있다.
도 3은 개선된 로봇 제어 시스템을 개략적으로 예시한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 모터 제어기(300)는 모터 제어부(10), 네트워크 제어부(40), 제1 네트워크 통신부(61), 제2 네트워크 통신부(62) 및 상태 출력부(50)를 포함한다. 개선된 로봇 제어 시스템의 모터 제어기(300)는 복수의 네트워크 통신부를 포함한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 모터 제어기(300)는 제 1 및 제2 네트워크 통신부(61, 62)를 포함하며, 구현하기에 따라 더 많은 수의 네트워크 통신부를 포함할 수도 있다.
제1 및 제2 통신 제어부(21, 22)는 정상 또는 고장을 나타내는 연결 상태 신호를 생성하여 네트워크 제어부(40)로 전달한다.
예를 들어, 제1 및 제2 통신 제어부(21, 22)는 네트워크의 연결 상태를 확인하여 통신 장애를 감지하거나, 네트워크 인터페이스부(35, 37)의 트랜시버(31)로부터 에러 신호를 전달받아 통신 장애를 감지할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 통신 제어부(21, 22)는 자신이 감지한 네트워크 연결 상태와 트랜시버(31)가 감지한 네트워크 연결 상태를 조합하여 연결 상태 신호를 생성할 수 있다. 제1 및 제2 통신 제어부(21, 22)는 자신이 감지한 네트워크 연결 상태와 트랜시버(31)가 감지한 네트워크 연결 상태 중 하나 이상이 에러가 발생한 경우, 고장을 나타내는 연결 상태 신호를 생성할 수 있다.
네트워크 제어부(40)는 제1 및 제2 통신 제어부(21, 22)로부터 수신된 연결 상태 신호에 따라 제 1 및 제2 네트워크 통신부(61, 62) 중에서 연결할 네트워크 통신부를 결정하고, 결정된 네트워크 통신부를 통해 통신을 수행한다. 그리고, 만약, 제 1 및 제2 네트워크 통신부(61, 62)가 모두 고장이라면, 네트워크 제어부(40)는 상태 출력부(50)가 네트워크 고장을 알리는 신호를 출력하도록 제어한다.
예를 들어, 네트워크 제어부(40)는 제1 네트워크 통신부(61)를 통해 통신을 수행하는 도중에, 제1 통신 제어부(21)로부터 고장을 나타내는 연결 상태 신호를 수신하는 경우, 제2 네트워크 통신부(62)로 연결을 변경하여 통신을 수행할 수 있다. 물론, 제2 통신 제어부(22)로부터 수신된 연결 상태 신호가 정상일 경우, 네트워크 제어부(40)는 제2 네트워크 통신부(62)를 통해 통신을 수행할 수 있다. 만약, 네트워크 제어부(40)가 제1 및 제2 통신 제어부(21, 22)로부터 고장을 나타내는 연결 상태 신호를 수신하는 경우, 네트워크 제어부(40)는 상태 출력부(50)가 네트워크 고장을 알리는 신호를 출력하도록 제어할 수 있다. 여기서, 상태 출력부(50)는 LED(light emitting diode)로 구현될 수 있다. 즉, 네트워크 제어부(40)는 제1 및 제2 네트워크 통신부(61, 62)가 모두 고장인 경우, LED가 점등되도록 제어할 수 있다.
네트워크 제어부(40)는 하드웨어로 구현될 수 있다. 예를 들어, 네트워크 제어부(40)는 FPGA 또는 PLD 소자를 이용하여 프로그램적으로 구현될 수 있다.
또한, 네트워크 제어부(40)는 프로그램으로 구현될 수 있으며, 이 경우, 다음의 표1과 같은 논리를 포함할 수 있다.
연결 상태 신호(1: 정상, 0: 고장) 연결 여부(1: 연결, 0: 비연결) LED
제1 네트워크 통신부 제2 네트워크 통신부 제1 네트워크 통신부 제2 네트워크 통신부
1 1 1 0 OFF
1 0 1 0 OFF
0 1 0 1 OFF
0 0 0 0 ON
또한, 표 1에 나타낸 논리는 하기의 프로그램으로 구현될 수 있다.
제1 네트워크 통신부의 연결 상태 신호 = A1
제2 네트워크 통신부의 연결 상태 신호 = B1
제1 네트워크 통신부의 연결 여부 = A0
제2 네트워크 통신부의 연결 여부 = B0
IF (A1==1) THEN
A0 = 1;
B0 = 0;
ELSE
IF (B1==1) THEN
A0 = 0;
B0 = 1;
ELSE
LED = ON;
END IF;
END IF;
상기의 프로그램에 따르면, 네트워크 제어부(40)는 제1 및 제2 네트워크 통신부(61, 62)로부터 고장 신호가 없을 경우, 디폴트로 제1 네트워크 통신부(61)와 연결되도록 설정된다. 또한, 네트워크 제어부(40)는 제1 네트워크 통신부(61)가 정상인 상태에서 제2 네트워크 통신부(62)가 고장이 발생한 경우, 제1 네트워크 통신부(61)와 연결되도록 설정된다. 또한, 네트워크 제어부(40)는 제1 네트워크 통신부(61)가 고장이 발생한 상태에서 제2 네트워크 통신부(62)가 정상인 경우, 제2 네트워크 통신부(62)와 연결되도록 설정된다. 또한, 네트워크 제어부(40)는 제1 네트워크 통신부(61)가 고장이면서, 제2 네트워크 통신부(62)가 고장인 경우, LED를 ON시키도록 설정된다.
지금까지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어기(300)의 구성 및 해당 기능에 대해서 설명하였다.
여기서, 도 3에 예시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 다양하게 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3의 모터 제어기(300)의 구성은 해당 구성의 기능에 따라 다수개의 구성부로 세분화 되거나, 또는 다수개의 구성부가 통합되어 하나의 구성부로 구현될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어기(300)의 구성부는 그 명칭에 구애받지 아니하고, 해당 기능으로 이해할 수 있을 것이다.
도 4는 로봇 제어 시스템의 고장 방지 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 로봇 제어 시스템의 고장 방지 방법을 설명함에 있어서, 앞서 도 3을 참조하여 설명한 부분과 중복된 설명은 생략한다.
또한, 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어기(300)는 다양하게 구현될 수 있으므로, 이하 주체는 모션 제어기(100) 및 모터 제어기(300)를 포함하는 로봇 제어 시스템을 주체로 하여 설명한다.
S410 단계에서, 로봇 제어 시스템은 제1 및 제2 네트워크 통신부(61, 62)가 정상인 경우, 제1 네트워크 통신부(61)를 통해 통신을 수행한다.
S420 단계에서, 로봇 제어 시스템은 제1 네트워크 통신부(61)의 고장 여부를 감지한다.
S430 단계에서, 로봇 제어 시스템은 제1 네트워크 통신부(61)의 고장을 감지함에 따라 제2 네트워크 통신부(62)로 연결을 변경하여 통신을 수행한다.
S440 단계에서, 로봇 제어 시스템은 제2 네트워크 통신부(62)의 고장 여부를 감지한다.
S450 단계에서, 로봇 제어 시스템은 제2 네트워크 통신부(62)의 고장을 감지함에 따라 네트워크 고장 알림 신호를 출력한다.
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.
100: 모션 제어기
200, 300: 모터 제어기
10: 모터 제어부
20: 통신 제어부
30: 네트워크 인터페이스부
31: 트랜시버
32: 트랜스포머
33: 커넥터
40: 네트워크 제어부
50: 상태 출력부
61: 제1 네트워크 통신부
21: 제1 통신 제어부
35: 제1 네트워크 인터페이스부
62: 제2 네트워크 통신부
22: 제2 통신 제어부
37: 제2 네트워크 인터페이스부

Claims (5)

  1. 로봇 제어를 위한 제어 명령을 생성하는 모션 제어기; 및
    상기 제어 명령을 수신하고, 상기 제어 명령에 따라 모터를 구동하는 모터 제어기를 포함하되,
    상기 모터 제어기는
    상기 모션 제어기와 케이블을 통해 물리적으로 연결되어 네트워크를 구성하며, 상기 모션 제어기와 통신 신호를 송수신하는 복수의 네트워크 통신부;
    상기 복수의 네트워크 통신부의 고장 여부에 따라 상기 복수의 네트워크 통신부 중 어느 하나로의 연결 설정을 제어하는 네트워크 제어부; 및
    상기 네트워크 제어부에 의해 설정된 네트워크 통신부를 통하여 상기 통신 신호를 수신하고, 상기 제어 명령에 따라 모터를 구동하는 모터 제어부를 포함하는 로봇 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 네트워크 통신부는
    상기 네트워크를 통한 통신을 제어하며, 네트워크 연결에 따른 연결 상태 신호를 생성하여 상기 네트워크 제어부로 전달하는 통신 제어부; 및
    상기 모션 제어기와 케이블을 통해 물리적으로 연결되어 통신 신호를 송수신하는 네트워크 인터페이스부를 포함하는
    로봇 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 네트워크 인터페이스부는
    상기 케이블이 접속되는 커넥터;
    상기 통신 신호를 아이솔래이션(isolation)하는 트랜스포머; 및
    상기 통신 제어부에 포함된 MAC(Media Access Controller)에 의하여 제어되며, 송수신되는 신호를 변환하는 트랜시버를 포함하는
    로봇 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 통신 제어부는 자신이 감지한 네트워크 연결 상태와 상기 트랜시버가 감지한 네트워크 연결 상태를 조합하여 상기 연결 상태 신호를 생성하는
    로봇 제어 시스템.
  5. 제1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 네트워크 제어부는 상기 복수의 네트워크 통신부가 모두 정상인 경우, 미리 설정된 네트워크 통신부로 연결을 설정하고,
    상기 복수의 네트워크 통신부 중 어느 하나의 고장을 감지한 경우, 고장이 발생한 네트워크 통신부를 제외한 나머지 네트워크 통신부 중 어느 하나로 연결을 설정하는
    로봇 제어 시스템.
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