KR101322647B1 - 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모션제어 SoC 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모션제어 SoC 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일예와 관련된 실시간 모션제어장치는 모션궤적 데이터를 연산하는 제 1 태스크를 처리하는 중앙처리장치(CPU), 상기 연산된 모션궤적 데이터를 저장하는 모션궤적 저장장치, 기 설정된 주기에 따라 상기 모션궤적 저장장치에 출력 명령을 전달하는 모션궤적 타이머와 상기 출력 명령에 따라 상기 모션궤적 저장장치에서 출력된 모션궤적 데이터를 이용하여 모션제어용 펄스 신호를 생성하고, 상기 생성한 모션제어용 펄스 신호를 모터로 출력하는 모션궤적 생성부를 포함하되, 상기 모션궤적 저장장치에 저장된 모션궤적 데이터가 풀(FULL) 되는 경우, 상기 중앙처리장치(CPU)는 상기 제 1 태스크와 다른 제 2 태스크를 처리할 수 있다.

Description

실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모션제어 SoC 및 그 제어방법{MOTION CONTROL SYSTEM ON CHIP FOR GENERATING REAL TIME MOTION CONTROL TRAJECTORY AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}

본 발명은 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모션제어 SoC 및 그 제어방법에 관한 것이다. 보다 상세히는 중앙처리장치(CPU)는 모션궤적 생성용 전용 저장장치가 풀(Full) 상태가 될 때까지 궤적속도 데이터와 위치 데이터를 미리 연산하여 저장하고, 저장된 궤적속도 데이터와 위치 데이터는 전용 타이머의 신호에 의해 하드웨어적으로 펄스출력 로직으로 모터 구동용 펄스를 생성하며, 모션궤적 생성용 전용 저장장치가 풀(Full) 상태가 되면 중앙처리장치(CPU)는 다른 태스크를 처리함으로써, 모터를 구동하기 위해 설계되는 위치, 속도궤적 알고리즘을 하드웨어적으로 구현하여 신속하게 실시간으로 정확한 모터의 위치를 제어할 수 있는 모션제어 SoC 및 그 제어방법에 관한 것이다.

모터는 전력을 받아서 회전하고 그 축에 회전력을 발생시키는 동력 기계로, 공급되는 전기 방식에 따라 직류용 모터, 단상 교류용 모터, 3상 교류용 모터 등이 있다.

모터의 일례로서 AC servomotor(교류 서보모터)는 교류 서보 기구에 사용하는 전동기이다. 일반적으로는 AC servomotor(교류 서보모터)는 2상 유도 전동기이고, 고정자는 직교한 기준 계자 권선과 제어 계자 권선으로 이루어진다.

다른 모터의 일례로서 BLDC(BrushLess DC) 모터 및 PMSM(Permanent Magnet Syncronous) 모터는 모두 3상의 기본적인 구조를 동일하게 가지고 있으나 역기전력(Back EMF)이 사다리꼴파인가 정현파인가의 차이가 있을 수 있다. 여기서 BLDC 모터는 대부분 집중권으로 권선이 감겨져 있고, PMSM 모터는 분산권으로 권선이 감겨져 있다. PMSM 모터는 브러시가 없기 때문에, 브러시의 마모가 없는 것이 가장 큰 장점이고, 공간벡터제어(Space Vector Control)기법의 상용화로 기존의 DC모터를 대체해가면서 DC모터와 유사한 방법으로 전동기를 제어한다. 또한, PMSM 모터는 토크 직접제어가 가능하고, 속도제어, 위치제어 등에서 탁월한 성능을 발휘한다. 한편, BLDC 모터는 최근 많은 연구가 진행되고 있고, 상용화가 한창인 전동기로 PMSM 모터가 주로 정밀 서보용인 반면, BLDC 모터는 높은 토크 및 고속도 제어에 많이 이용된다. 구체적으로 BLDC 모터는 미사일의 속도제어, 러닝 머신의 벨트제어 등에 이용될 수 있다.

종래에는 전술한 모터를 실시간으로 제어하는데 필요한 실시간 모션제어용 위치 및 속도궤적을 생성하기 위해서는 중앙처리장치(CPU)의 타이머 인터럽트를 이용하였고, 궤적발생 연산을 타이머 ISR(Interrupt Service Routine) 함수에서 수행하는 방법을 사용하였다.

그러나 정밀한 모션 제어용 위치 및 속도궤적을 생성하기 위해서는 중앙처리장치(CPU) 타이머 주기를 빠르게 해야 하므로, 빠른 시간 내에 모션 제어용 위치 및 속도궤적을 생성하는 성능이 높은 CPU의 사양이 요구된다는 문제점이 있었다.

또한, 중앙처리장치(CPU)는 실시간으로 모션 제어용 위치 및 속도궤적을 생성하기 위해 매번 타이머 인터럽트가 발생할 때마다 궤적 연산을 수행하고, 모션제어뿐만 아니라 산업용 통신처리, 외부센서검출, 그리고 모터 드라이버 상태 모니터링 등 실시간으로 복수의 태스크를 처리해야 하여 중앙처리장치(CPU)의 처리 부하가 지나치게 커지는 문제점도 있었으므로, 이에 대한 해결방안이 요구되는 실정이다.

(1) 대한민국 특허청 공개번호 제10-2008-0016942호 (2) 대한민국 특허청 공개번호 제10-2004-0060825호 (3) 대한민국 특허청 등록특허번호 제10-0856824호 (4) 대한민국 특허청 공개번호 제10-2010-0014092호

본 발명은 상기한 바와 같은 일반적인 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모션제어 SoC 및 그 제어방법을 사용자에게 제공하기 위한 것이다.

구체적으로 본 발명은 중앙처리장치(CPU)는 모션궤적 생성용 전용 저장장치가 풀(Full) 상태가 될 때까지 궤적속도 데이터와 위치 데이터를 미리 연산하여 저장하고, 저장된 궤적속도 데이터와 위치 데이터는 전용 타이머의 신호에 의해 하드웨어적으로 펄스출력 로직으로 모터 구동용 펄스를 생성하며, 모션궤적 생성용 전용 저장장치가 풀(Full) 상태가 되면 중앙처리장치(CPU)는 다른 태스크를 처리함으로써, 모터를 구동하기 위해 설계되는 위치, 속도궤적 알고리즘을 하드웨어적으로 구현하여 신속하게 실시간으로 정확한 모터의 위치를 제어하는 것이 목적이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 실시간 모션제어장치는 모션궤적 데이터를 연산하는 제 1 태스크를 처리하는 중앙처리장치(CPU), 상기 연산된 모션궤적 데이터를 저장하는 모션궤적 저장장치, 기 설정된 주기에 따라 상기 모션궤적 저장장치에 출력 명령을 전달하는 모션궤적 타이머와 상기 출력 명령에 따라 상기 모션궤적 저장장치에서 출력된 모션궤적 데이터를 이용하여 모션제어용 펄스 신호를 생성하고, 상기 생성한 모션제어용 펄스 신호를 모터로 출력하는 모션궤적 생성부를 포함하되, 상기 모션궤적 저장장치에 저장된 모션궤적 데이터가 풀(FULL) 되는 경우, 상기 중앙처리장치(CPU)는 상기 제 1 태스크와 다른 제 2 태스크를 처리할 수 있다.

또한, 상기 풀(FULL) 된 모션궤적 저장장치가 엠티(empty) 되는 경우, 상기 중앙처리장치(CPU)는 상기 제 1 태스크를 다시 처리할 수 있다.

또한, 상기 모션궤적 타이머는, 상기 모션궤적 저장장치의 풀(FULL) 또는 엠티(empty) 상태를 상기 중앙처리장치(CPU)에 인터럽트로 알려줄 수 있다.

또한, 상기 모션궤적 데이터는 궤적 속도 데이터 및 위치 데이터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 모션궤적 생성부에서 출력된 모션제어용 펄스 신호에 따라 상기 모터의 위치 및 속도가 변동될 수 있다.

또한, 상기 모션궤적 저장장치, 모션궤적 타이머 및 상기 모션궤적 생성부는 SoC(시스템온칩)화 될 수 있다.

또한, 상기 제 2 태스크는 통신 신호처리 태스크, 센싱 신호처리 태스크 및 모니터링 신호처리 태스크를 포함할 수 있다.

한편, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 예와 관련된 실시간 모션제어장치의 제어방법은 중앙처리장치(CPU)가 모션궤적 데이터를 연산하는 제 1 태스크를 처리하는 단계, 상기 연산된 모션궤적 데이터가 모션궤적 저장장치에 저장되는 단계, 모션궤적 타이머에서 기 설정된 주기에 따라 상기 모션궤적 저장장치에 출력 명령이 전달되는 단계, 모션궤적 생성부에서 상기 출력 명령에 따라 상기 모션궤적 저장장치에서 출력된 모션궤적 데이터를 이용하여 모션제어용 펄스 신호를 생성되는 단계와 상기 생성된 모션제어용 펄스 신호가 상기 모션궤적 생성부로부터 모터로 출력되는 단계를 포함하되, 상기 모션궤적 저장장치에 저장된 모션궤적 데이터가 풀(FULL) 되는 경우, 상기 중앙처리장치(CPU)는 상기 제 1 태스크와 다른 제 2 태스크를 처리할 수 있다.

또한, 상기 풀(FULL) 된 모션궤적 저장장치가 엠티(empty) 되는 경우, 상기 중앙처리장치(CPU)는 상기 제 1 태스크를 다시 처리할 수 있다.

또한, 상기 모션궤적 생성부에서 출력된 모션제어용 펄스 신호에 따라 상기 모터의 위치 및 속도가 변동되는 단계를 더 포함하고, 상기 모션궤적 데이터는 궤적 속도 데이터 및 위치 데이터를 포함하며, 상기 제 2 태스크는 통신 신호처리 태스크, 센싱 신호처리 태스크 및 모니터링 신호처리 태스크를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예와 관련된 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모션제어 SoC(시스템 온 칩)의 중앙처리장치(CPU)는 모션궤적 생성용 전용 저장장치가 풀(Full) 상태가 될 때까지 궤적속도 데이터와 위치 데이터를 미리 연산하여 저장하고, 저장된 궤적속도 데이터와 위치 데이터는 전용 타이머의 신호에 의해 하드웨어적으로 펄스출력 로직으로 모터 구동용 펄스를 생성하며, 모션궤적 생성용 전용 저장장치가 풀(Full) 상태가 되면 중앙처리장치(CPU)는 다른 태스크를 처리함으로써, 모터를 구동하기 위해 설계되는 위치, 속도궤적 알고리즘을 하드웨어적으로 구현하여 신속하게 실시간으로 정확한 모터의 위치를 제어할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명과 관련하여 종래의 모터제어 시스템의 블록 구성도(block diagram)를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 중앙처리장치, 모터 드라이버 및 모터의 동작을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도(block diagram)를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명과 관련하여, 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모터제어 시스템에 적용되는 중앙처리장치와 SoC의 일례를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명과 관련하여, 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모터제어 시스템에 적용되는 중앙처리장치, SoC, 모터 드라이버 및 모터의 일례를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명과 관련하여, 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모터제어 시스템의 구체적인 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

이하에서는, 도 1을 참조하여 종래의 모터제어 시스템을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명과 관련하여 종래의 모터제어 시스템의 블록 구성도(block diagram)를 도시한 것이다.

상기 모터제어 시스템(1100)은 무선 통신부(1110), A/V(Audio/Video) 입력부(1120), 사용자 입력부(1130), 센싱부(1140), 출력부(1150), 메모리(1160), 인터페이스부(1170), 제어부(1180) 및 배터리(1190) 등을 포함할 수 있다.

다만, 도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 모터제어 시스템이 구현될 수도 있다.

이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.

먼저, 무선 통신부(1110)는 모터제어 시스템(1100)와 무선 통신 시스템 사이 또는 모터제어 시스템(1100)와 모터제어 시스템(1100)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신부(1110)는 방송 수신 모듈(111), 이동통신 모듈(1112), 무선 인터넷 모듈(1113), 근거리 통신 모듈(1114) 및 위치정보 모듈(1115) 등을 포함할 수 있다.

방송 수신 모듈(1111)은 방송 채널을 통하여 외부의 방송 관리 서버로부터 방송 신호 및/또는 방송 관련된 정보를 수신한다.

상기 방송 채널은 위성 채널, 지상파 채널을 포함할 수 있다. 상기 방송 관리 서버는, 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보를 생성하여 송신하는 서버 또는 기 생성된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보를 제공받아 모터제어 시스템에 송신하는 서버를 의미할 수 있다. 상기 방송 신호는, TV 방송 신호, 라디오 방송 신호, 데이터 방송 신호를 포함할 뿐만 아니라, TV 방송 신호 또는 라디오 방송 신호에 데이터 방송 신호가 결합한 형태의 방송 신호도 포함할 수 있다.

상기 방송 관련 정보는, 방송 채널, 방송 프로그램 또는 방송 서비스 제공자에 관련한 정보를 의미할 수 있다. 상기 방송 관련 정보는, 이동통신망을 통하여도 제공될 수 있다. 이러한 경우에는 상기 이동통신 모듈(1112)에 의해 수신될 수 있다.

상기 방송 관련 정보는 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)의 EPG(Electronic Program Guide) 또는 DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld)의 ESG(Electronic Service Guide) 등의 형태로 존재할 수 있다.

상기 방송 수신 모듈(1111)은, 예를 들어, DMB-T(Digital Multimedia Broadcasting-Terrestrial), DMB-S(Digital Multimedia Broadcasting-Satellite), MediaFLO(Media Forward Link Only), DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld), DVB-CBMS, OMA-BCAST, ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcast-Terrestrial) 등의 디지털 방송 시스템을 이용하여 디지털 방송 신호를 수신할 수 있다. 물론, 상기 방송 수신 모듈(1111)은, 상술한 디지털 방송 시스템뿐만 아니라 다른 방송 시스템에 적합하도록 구성될 수도 있다.

방송 수신 모듈(1111)을 통해 수신된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보는 메모리(1160)에 저장될 수 있다.

이동통신 모듈(1112)은, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 모터제어 시스템, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 상기 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.

무선 인터넷 모듈(1113)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 모터제어 시스템(1100)에 내장되거나 외장될 수 있다.

상기 무선 인터넷의 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.

근거리 통신 모듈(1114)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 상기 근거리 통신(short range communication)의 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.

위치 정보 모듈(1115)은 모터제어 시스템(1100)의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Position System) 모듈이 있다. 현재 기술에 의하면, 상기 GPS모듈(1115)은 3개 이상의 위성으로부터 떨어진 거리 정보와 정확한 시간 정보를 산출한 다음 상기 산출된 정보에 삼각법을 적용함으로써, 위도, 경도, 및 고도에 따른 3차원의 현 위치 정보를 정확히 산출할 수 있다. 현재, 3개의 위성을 이용하여 위치 및 시간 정보를 산출하고, 또 다른 1개의 위성을 이용하여 상기 산출된 위치 및 시간 정보의 오차를 수정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, GPS 모듈(1115)은 현 위치를 실시간으로 계속 산출함으로써 속도 정보를 산출할 수 있다.

도 1을 참조하면, A/V(Audio/Video) 입력부(1120)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(1121)와 마이크(1122) 등이 포함될 수 있다. 카메라(1121)는 화상 통화모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(1151)에 표시될 수 있다.

카메라(1121)에서 처리된 화상 프레임은 메모리(1160)에 저장되거나 무선 통신부(1110)를 통하여 외부로 전송될 수 있다.

이때, 카메라(1121)는 사용 환경에 따라 2개 이상이 구비될 수도 있다.

일 예로, 상기 카메라(1121)는 모터제어 시스템(100)의 디스플레이부(1151)가 구비된 반대면에 3D 영상 촬영을 위한 제1 및 제2 카메라(1121a, 1121b)가 구비될 수 있고, 상기 모터제어 시스템(1100)의 디스플레이부(1151)가 구비된 면의 일부 영역에 사용자의 셀프 촬영을 위한 제3 카메라(1121c)가 구비될 수 있다.

이때, 제1 카메라(1121a)는 3D 영상의 소스 영상인 좌안 영상 촬영을 위한 것이고, 제2 카메라(1121b)는 우안 영상 촬영을 위한 것이 될 수 있다.

마이크(1122)는 통화모드 또는 녹음모드, 음성인식 모드 등에서 마이크로폰(Microphone)에 의해 외부의 음향 신호를 입력받아 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 처리된 음성 데이터는 통화 모드인 경우 이동통신 모듈(112)을 통하여 이동통신 기지국으로 송신 가능한 형태로 변환되어 출력될 수 있다. 마이크(1122)에는 외부의 음향 신호를 입력받는 과정에서 발생되는 잡음(noise)을 제거하기 위한 다양한 잡음 제거 알고리즘이 구현될 수 있다.

사용자 입력부(1130)는 사용자가 모터제어 시스템의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다.

사용자 입력부(1130)는 본 발명에 따라 표시되는 컨텐트들 중 두 개 이상의 컨텐트를 지정하는 신호를 사용자로부터 수신할 수 있다. 그리고, 두 개 이상의 컨텐트를 지정하는 신호는, 터치입력을 통하여 수신되거나, 하드키 및 소프트 키입력을 통하여 수신될 수 있다.

사용자 입력부(1130)는 상기 하나 또는 둘 이상의 컨텐트들을 선택하는 입력을 사용자로부터 수신할 수 있다. 또한, 사용자로부터 모터제어 시스템(1100)가 수행할 수 있는 기능과 관련된 아이콘을 생성하는 입력을 수신할 수 있다.

상기와 같은, 사용자 입력부(1130)는 방향키, 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.

센싱부(140)는 모터제어 시스템(1100)의 개폐 상태, 모터제어 시스템(1100)의 위치, 사용자 접촉 유무, 모터제어 시스템의 방위, 모터제어 시스템의 가속/감속 등과 같이 모터제어 시스템(1100)의 현 상태를 감지하여 모터제어 시스템(1100)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킨다.

출력부(1150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(1151), 음향 출력 모듈(1152), 알람부(1153), 햅틱 모듈(154) 및 프로젝터 모듈(1155) 등이 포함될 수 있다.

디스플레이부(1151)는 모터제어 시스템(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 모터제어 시스템이 통화 모드인 경우 통화와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다. 모터제어 시스템(100)가 화상 통화 모드 또는 촬영 모드인 경우에는 촬영 또는/및 수신된 영상 또는 UI, GUI를 표시한다.

또한, 본 발명에 따른 디스플레이부(1151)는 2D 및 3D 표시 모드를 지원한다.

즉, 본 발명에 따른 디스플레이부(1151)는 이하의 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 디스플레이 장치(1151a)에 스위치 액정(1151b)을 조합하는 구성을 가질 수 있다. 그리고, 스위치 액정(1151b)을 이용하여 광학 시차 장벽(50)을 작동시켜 광의 진행 방향을 제어하여 좌우의 눈에 각기 다른 광이 도달하도록 분리할 수 있다. 때문에 우안용 영상과 좌안용 영상이 조합된 영상이 디스플레이 장치(1151a)에 표시되는 경우 사용자의 입장에서는 각각의 눈에 대응한 화상이 보여 마치 입체로 표시된 것처럼 느끼게 된다.

즉, 디스플레이부(1151)는 제어부(1180)의 제어에 따라, 2D 표시 모드인 상태에서는 상기 스위치 액정(1151b) 및 광학 시차 장벽(50)을 구동시키지 않고, 상기 디스플레이 장치(1151a)만을 구동시켜 일반적인 2D 표시 동작을 수행한다.

또한, 디스플레이부(1151)는 제어부(1180)의 제어에 따라, 3D 표시 모드인 상태에서는 상기 스위치 액정(1151b)과, 광학 시차 장벽(50) 및 디스플레이 장치(1151a)를 구동시켜 상기 디스플레이 장치(1151a)만을 구동시켜 3D 표시 동작을 수행한다.

한편, 상기와 같은 디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이들 중 일부 디스플레이는 그를 통해 외부를 볼 수 있도록 투명형 또는 광투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다. 디스플레이부(1151)의 후방 구조 또한 광 투과형 구조로 구성될 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 사용자는 모터제어 시스템 바디의 디스플레이부(1151)가 차지하는 영역을 통해 모터제어 시스템 바디의 후방에 위치한 사물을 볼 수 있다.

모터제어 시스템(1100)의 구현 형태에 따라 디스플레이부(1151)이 2개 이상 존재할 수 있다. 예를 들어, 모터제어 시스템(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.

디스플레이부(1151)와 터치 동작을 감지하는 센서(이하, '터치 센서'라 함)가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(이하, '터치 스크린'이라 함)에, 디스플레이부(1151)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 터치 센서는, 예를 들어, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 형태를 가질 수 있다.

터치 센서는 디스플레이부(1151)의 특정 부위에 가해진 압력 또는 디스플레이부(1151)의 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 터치 센서는 터치 되는 위치 및 면적뿐만 아니라, 터치 시의 압력까지도 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.

터치 센서에 대한 터치 입력이 있는 경우, 그에 대응하는 신호(들)는 터치 제어기(미도시)로 보내진다. 터치 제어기는 그 신호(들)를 처리한 다음 대응하는 데이터를 제어부(1180)로 전송한다. 이로써, 제어부(1180)는 디스플레이부(1151)의 어느 영역이 터치 되었는지 여부 등을 알 수 있게 된다.

상기 근접 센서(1141)는 상기 터치스크린에 의해 감싸지는 모터제어 시스템의 내부 영역 또는 상기 터치 스크린의 근처에 배치될 수 있다. 상기 근접 센서는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 말한다. 근접 센서는 접촉식 센서보다는 그 수명이 길며 그 활용도 또한 높다.

상기 근접 센서의 예로는 투과형 광전 센서, 직접 반사형 광전 센서, 미러 반사형 광전 센서, 고주파 발진형 근접 센서, 정전용량형 근접 센서, 자기형 근접 센서, 적외선 근접 센서 등이 있다. 상기 터치스크린이 정전식인 경우에는 상기 포인터의 근접에 따른 전계의 변화로 상기 포인터의 근접을 검출하도록 구성된다. 이 경우 상기 터치 스크린(터치 센서)은 근접 센서로 분류될 수도 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해, 상기 터치스크린 상에 포인터가 접촉되지 않으면서 근접되어 상기 포인터가 상기 터치스크린 상에 위치함이 인식되도록 하는 행위를 "근접 터치(proximity touch)"라고 칭하고, 상기 터치스크린 상에 포인터가 실제로 접촉되는 행위를 "접촉 터치(contact touch)"라고 칭한다. 상기 터치스크린 상에서 포인터로 근접 터치가 되는 위치라 함은, 상기 포인터가 근접 터치될 때 상기 포인터가 상기 터치스크린에 대해 수직으로 대응되는 위치를 의미한다.

상기 근접센서는, 근접 터치와, 근접 터치 패턴(예를 들어, 근접 터치 거리, 근접 터치 방향, 근접 터치 속도, 근접 터치 시간, 근접 터치 위치, 근접 터치 이동 상태 등)을 감지한다. 상기 감지된 근접 터치 동작 및 근접 터치 패턴에 상응하는 정보는 터치 스크린상에 출력될 수 있다.

음향 출력 모듈(1152)은 호신호 수신, 통화모드 또는 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서 무선 통신부(1110)로부터 수신되거나 메모리(1160)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(1152)은 모터제어 시스템(1100)에서 수행되는 기능(예를 들어, 호신호 수신음, 메시지 수신음 등)과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력 모듈(1152)에는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.

알람부(1153)는 모터제어 시스템(1100)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 모터제어 시스템에서 발생 되는 이벤트의 예로는 호 신호 수신, 메시지 수신, 키 신호 입력, 터치 입력 등이 있다. 알람부(1153)는 비디오 신호나 오디오 신호 이외에 다른 형태, 예를 들어 진동으로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력할 수도 있다. 상기 비디오 신호나 오디오 신호는 디스플레이부(1151)나 음성 출력 모듈(1152)을 통해서도 출력될 수 있으므로, 이 경우 상기 디스플레이부(1151) 및 음성출력모듈(152)은 알람부(1153)의 일종으로 분류될 수도 있다.

햅틱 모듈(haptic module)(154)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(154)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동이 있다. 햅택 모듈(154)이 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 제어가능하다. 예를 들어, 서로 다른 진동을 합성하여 출력하거나 순차적으로 출력할 수도 있다.

햅틱 모듈(1154)은, 진동 외에도, 접촉 피부면에 대해 수직 운동하는 핀 배열, 분사구나 흡입구를 통한 공기의 분사력이나 흡입력, 피부 표면에 대한 스침, 전극(eletrode)의 접촉, 정전기력 등의 자극에 의한 효과와, 흡열이나 발열 가능한 소자를 이용한 냉온감 재현에 의한 효과 등 다양한 촉각 효과를 발생시킬 수 있다.

햅틱 모듈(1154)은 직접적인 접촉을 통해 촉각 효과의 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자가 손가락이나 팔 등의 근 감각을 통해 촉각 효과를 느낄 수 있도록 구현할 수도 있다. 햅틱 모듈(1154)은 모터제어 시스템(1100)의 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수 있다.

프로젝터 모듈(1155)은, 모터제어 시스템(1100)를 이용하여 이미지 프로젝트(project) 기능을 수행하기 위한 구성요소로서, 제어부(1180)의 제어 신호에 따라 디스플레이부(1151)상에 디스플레이되는 영상과 동일하거나 적어도 일부가 다른 영상을 외부 스크린 또는 벽에 디스플레이할 수 있다.

구체적으로, 프로젝터 모듈(1155)은, 영상을 외부로 출력하기 위한 빛(일 예로서, 레이저 광)을 발생시키는 광원(미도시), 광원에 의해 발생한 빛을 이용하여 외부로 출력할 영상을 생성하기 위한 영상 생성 수단 (미도시), 및 영상을 일정 초점 거리에서 외부로 확대 출력하기 위한 렌즈(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 프로젝터 모듈(1155)은, 렌즈 또는 모듈 전체를 기계적으로 움직여 영상 투사 방향을 조절할 수 있는 장치(미도시)를 포함할 수 있다.

프로젝터 모듈(1155)은 디스플레이 수단의 소자 종류에 따라 CRT(Cathode Ray Tube) 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 모듈 및 DLP(Digital Light Processing) 모듈 등으로 나뉠 수 있다. 특히, DLP 모듈은, 광원에서 발생한 빛이 DMD(Digital Micromirror Device) 칩에 반사됨으로써 생성된 영상을 확대 투사하는 방식으로 프로젝터 모듈(1151)의 소형화에 유리할 수 있다.

바람직하게, 프로젝터 모듈(1155)은, 모터제어 시스템(1100)의 측면, 정면 또는 배면에 길이 방향으로 구비될 수 있다. 물론, 프로젝터 모듈(1155)은, 필요에 따라 모터제어 시스템(1100)의 어느 위치에라도 구비될 수 있음은 당연하다.

메모리(1160)는 제어부(1180)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 전화번호부, 메시지, 오디오, 정지영상, 전자도서, 동영상, 송수신 메시지 히스토리 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 상기 메모리(1160)에는 상기 데이터들 각각에 대한 사용 빈도(예를 들면, 각 전화번호, 각 메시지, 각 멀티미디어에 대한 사용빈도)도 함께 저장될 수 있다. 또한, 상기 메모리부(1160)에는 상기 터치스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.

또한, 메모리(1160)는 본 발명에 따라, 3D 또는 2D 웹페이지를 표시하는 웹브라우저가 저장된다.

상기와 같은 메모리(1160)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 모터제어 시스템(1100)는 인터넷(internet)상에서 상기 메모리(1160)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다.

인터페이스부(1170)는 모터제어 시스템(1100)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스부(1170)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 모터제어 시스템(1100) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나, 모터제어 시스템(1100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(170)에 포함될 수 있다.

식별 모듈은 모터제어 시스템(1100)의 사용 권한을 인증하기 위한 각종 정보를 저장한 칩으로서, 사용자 인증 모듈(User Identify Module, UIM), 가입자 인증 모듈(Subscriber Identify Module, SIM), 범용 사용자 인증 모듈(Universal Subscriber Identity Module, USIM) 등을 포함할 수 있다. 식별 모듈이 구비된 장치(이하 '식별 장치')는, 스마트 카드(smart card) 형식으로 제작될 수 있다. 따라서 식별 장치는 포트를 통하여 모터제어 시스템 (1100)와 연결될 수 있다.

상기 인터페이스부는 모터제어 시스템(1100)가 외부 크래들(cradle)과 연결될 때 상기 크래들로부터의 전원이 상기 모터제어 시스템(1100)에 공급되는 통로가 되거나, 사용자에 의해 상기 크래들에서 입력되는 각종 명령 신호가 상기 모터제어 시스템으로 전달되는 통로가 될 수 있다. 상기 크래들로부터 입력되는 각종 명령 신호 또는 상기 전원은 상기 모터제어 시스템이 상기 크래들에 정확히 장착되었음을 인지하기 위한 신호로 동작될 수도 있다.

한편, 모터(1200)는 전력을 받아서 회전하고 그 축에 회전력을 발생시키는 동력 기계로, 공급되는 전기 방식에 따라 직류용 모터, 단상 교류용 모터, 3상 교류용 모터 등이 있다.

모터(1200)의 일례로서 AC servomotor(교류 서보모터)는 교류 서보 기구에 사용하는 전동기이다. 일반적으로는 AC servomotor(교류 서보모터)는 2상 유도 전동기이고, 고정자는 직교한 기준 계자 권선과 제어 계자 권선으로 이루어진다.

다른 모터(1200)의 일례로서 BLDC(BrushLess DC) 모터 및 PMSM(Permanent Magnet Syncronous) 모터는 모두 3상의 기본적인 구조를 동일하게 가지고 있으나 역기전력(Back EMF)가 사다리꼴파인가 정현파인가의 차이가 있을 수 있다. 여기서 BLDC 모터는 대부분 집중권으로 권선이 감겨져 있고, PMSM 모터는 분산권으로 권선이 감겨져 있다. PMSM 모터는 브러시가 없기 때문에, 브러시의 마모가 없는 것이 가장 큰 장점이고, 공간벡터제어(Space Vector Control)기법의 상용화로 기존의 DC모터를 대체해가면서 DC모터와 유사한 방법으로 전동기를 제어한다. 또한, PMSM 모터는 토크 직접제어가 가능하고, 속도제어, 위치제어 등에서 탁월한 성능을 발휘한다. 한편, BLDC 모터는 최근 많은 연구가 진행되고 있고, 상용화가 한창인 전동기로 PMSM 모터가 주로 정밀 서보용인 반면, BLDC 모터는 높은 토크 및 고속도 제어에 많이 이용된다. 구체적으로 BLDC 모터는 미사일의 속도제어, 러닝 머신의 벨트제어 등에 이용될 수 있다.

또한, 제어부(controller)(1180)는 통상적으로 모터제어 시스템의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행한다.

도 1을 참조하면, 제어부(1180)는 중앙처리장치(CPU, 1183), 모터 드라이버(1182) 및 멀티미디어 모듈을 포함할 수 있다

먼저, 중앙처리장치(CPU(Central Processing Unit), 1183)는 해당 기기의 모든 데이터를 처리하는 기능을 제공할 수 있다. 즉, CPU는 사용자로부터 입력 받은 명령어를 해석, 연산한 후 그 결과를 출력하는 역할을 한다.

또한, 이렇게 하나의 부품에 연산 장치, 해독 장치, 제어 장치 등이 집적되어 있는 형태를 일컬어 '마이크로프로세서(Micro-processor)' 또는 '프로세서(processor)'라고 한다. CPU와 마이크로프로세서는 거의 같은 의미로 빈번하게 사용되며, 본 명세서에서는 혼동을 방지하기 위해 같은 의미인 것으로 가정하여 설명한다.

CPU의 가장 기본적인 역할은 연산 및 계산 작업이다. 이를테면 사용자가 '0 + 1'이라는 명령을 내리면 CPU는 이를 받아들여 계산을 한 후 '1'이라는 결과를 영상 출력 장치로 디스플레이 할 수 있고, 문서, 그림, 음악이나 동영상 처리 등 다양한 데이터를 처리할 수도 있다.

CPU의 연산 속도는 CPU의 종류마다 다를 수 있다. CPU의 속도를 나타내는 대표적인 단위는 클럭(clock)인데, 이는 1초당 CPU 내부에서 몇 단계의 작업이 처리되는 지를 측정해 이를 주파수 단위인 'Hz(헤르츠)'로 나타낸 것이다. 따라서, 이 클럭 수치가 높을수록 빠른 성능의 CPU라고 할 수 있다.　

과거에는 이러한 클럭 속도가 CPU의 성능을 나타내는 절대적인 기준이었지만, 최근에는 하나의 CPU에 2개 이상의 코어(Core)를 집어넣은 다중 코어(멀티 코어, Multi Core) CPU가 등장하여, CPU의 성능을 나타내는 또 하나의 기준이 되고 있다.

컴퓨터 CPU에서 코어란 CPU에 내장된 처리회로의 핵심 부분으로서, 예전에는 1개의 CPU 당 1개의 코어(단일 코어: Single Core)만을 가지고 있는 것이 당연했다.

그러나 2개의 코어를 갖춘 듀얼 코어(Dual Core) CPU인 인텔의 '펜티엄(Pentium) D'와 AMD의 '애슬론(Athlon)64 X2' 등이 등장하면서 다중 코어 CPU가 점차 대중화되었다.

또한, 최근에는 4개의 코어를 갖춘 쿼드 코어(Quad Core) CPU까지 등장하였다. 예를 들어, 인텔의 '코어2 쿼드(Core2 Quad)'가 등장했다.

또한, 듀얼 코어와 쿼드 코어 사이의 코어 3개짜리 트리플 코어(Triple Core) CPU인 AMD의 페넘(Phenom) X3 및 코어를 6개나 내장한 헥사 코어(Hexa Core) CPU 등도 이용되고 있다.

이와 같은 다중 코어 CPU는 내장된 코어 개수만큼 실제 CPU를 장착한 것과 유사한 성능을 낸다. 즉, 듀얼 코어 CPU는 일반적인 단일 코어 CPU가 두 번에 걸쳐 처리해야 하는 작업을 한 번에 끝낼 수 있어 전반적인 처리 효율을 높일 수 있다.

다만 다중 코어 CPU는 동시에 여러 가지 작업을 처리하거나(멀티 태스킹, multi-tasking) 다중 코어 연산에 최적화된 소프트웨어를 실행할 때 진정한 성능 향상　효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 그래픽 편집 프로그램이나 동영상 인코딩 프로그램 또는 파일 압축 프로그램 등에 다중 코어 CPU를 적용하는 경우에는 큰 효과를 얻을 수 있다.

제조 및 서비스 로봇, 자동화 시스템에 공통적으로 사용되는 산업용 교류 서보모터(AC servomotor), BLDC(BrushLess DC) 모터 및 PMSM(Permanent Magnet Syncronous) 모터를 제어하기 위해서는 기본적으로 프로세서가 사용된다.

다음으로, 모터 드라이버(1182)는 위치제어루프, 속도제어루프, 게이트 드라이버 등을 이용하여 모터의 실질적인 동작을 제어할 수 있다.

이에 대한 구체적인 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.

또한, 제어부(1180)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 모듈(1181)을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 모듈(1181)은 제어부(1180) 내에 구현될 수도 있고, 제어부(1180)와 별도로 구현될 수도 있다.

상기 제어부(1180)는 상기 터치스크린 상에서 행해지는 필기 입력 또는 그림 그리기 입력을 각각 문자 및 이미지로 인식할 수 있는 패턴 인식 처리를 행할 수 있다.

한편, 제어부(1180)는 상기 디스플레이부(1151)가 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED) 또는 TOLED(Transparant OLED)로 구비될 경우, 본 발명에 따라, 카메라(121)를 통해 입력된 프리뷰 영상이 상기 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED) 또는 TOLED(Transparant OLED)의 화면 상에 풀업 표시된 상태에서, 사용자에 조작에 따라 상기 프리뷰 영상의 크기가 조절되면, 상기 화면 상에서 상기 크기가 조절된 프리뷰 영상이 표시된 제1 영역을 제외한 나머지 제2 영역 내의 화소들의 구동을 오프시킴으로써, 전원 공급부(1190)에서 상기 디스플레이부(151)로 공급되는 전원의 소모량을 줄일 수 있다.

전원 공급부(1190)는 제어부(1180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

여기에 설명되는 다양한 실시례는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.

하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시례는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시례들이 제어부(1180) 자체로 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시례들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리(1160)에 저장되고, 제어부(1180)에 의해 실행될 수 있다.

종래에는 모터를 실시간으로 제어하는데 필요한 실시간 모션제어용 위치 및 속도궤적을 생성하기 위해서는 중앙처리장치(CPU)의 타이머 인터럽트를 이용하였고, 궤적발생 연산을 타이머 ISR(Interrupt Service Routine) 함수에서 수행하는 방법을 사용하였다.

이에 대한 구체적인 동작을 도 2를 통해 나타내었다.

도 2는 종래의 중앙처리장치, 모터 드라이버 및 모터의 동작을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도(block diagram)를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 도 1을 통해 설명한 중앙처리장치(CPU, 1183)는 미들웨어, 커맨드 디코딩, 궤적발생, 펄스출력과 관련된 모든 동작을 수행하고, 더 나아가 타이머 주기마다 궤적발생 동작을 수행하였다.

또한, 도 2를 참조하면, 모터 드라이버(1182)는 위치제어루프(1311), 속도제어루프(1312) 및 게이트 드라이버(1313)을 이용하여 중앙처리장치(CPU, 1183)로부터 수신한 신호에 따라 모터(1200)를 제어하는 동작을 수행한다.

그러나 정밀한 모션 제어용 위치 및 속도궤적을 생성하기 위해서는 중앙처리장치(CPU) 타이머 주기를 빠르게 해야 하므로, 빠른 시간 내에 모션 제어용 위치 및 속도궤적을 생성하는 성능이 높은 CPU의 사양이 요구되므로 개발제품의 단가가 상승된다는 문제점이 있었다.

반대로 개발제품의 단가를 낮추기 위해 성능이 낮은 CPU를 사용하는 경우, 모션 제어용 위치 및 속도궤적 발생주기가 길어지므로, 정밀한 모션 제어용 위치 및 속도궤적을 생성하는데 어려움이 있었다.

또한, 중앙처리장치(CPU)는 실시간으로 모션 제어용 위치 및 속도궤적을 생성하기 위해 매번 타이머 인터럽트가 발생할 때마다 궤적 연산을 수행하고, 모션제어뿐만 아니라 산업용 통신처리, 외부센서검출, 그리고 모터 드라이버 상태 모니터링 등 실시간으로 복수의 태스크를 처리해야 하여 중앙처리장치(CPU)의 처리 부하가 지나치게 커지는 문제점도 있었다.

따라서 본 발명에서는 정밀한 모션제어용 궤적발생을 하면서 CPU(1183)의 부하를 최소화 하기 위해 모션궤적 생성용 전용저장장치인 FIFO, 궤적 생성용 전용타이머, 모터제어용 펄스생성장치를 로직으로 설계하여 CPU(1183)와 전용버스를 이용하여 데이터를 전달하는 SoC(System on Chip) 구조를 사용하는 방법을 제안하고자 한다.

구체적으로 CPU(1183)는 모션궤적 생성용 전용저장장치가 풀(Full) 상태가 될 때까지 궤적속도와 위치데이터를 미리 연산하여 저장한다.

또한, 저장된 궤적속도와 위치데이터는 전용 타이머의 신호에 의해 하드웨어적으로 펄스 출력 로직으로 데이터가 전달되고 펄스 출력로직에서는 모터구동용 펄스를 생성하여, 이를 통해 모터(1200)의 동작이 제어될 수 있다.

이와 같은 일련의 기능을 수행하는 동안 CPU(1183)는 다른 통신처리나 외부센서 검출 또는 모터 드라이버 상태를 모니터링 할 수 있다.

또한, 궤적 생성용 전용 저장장치인 FIFO가 엠티(Empty) 상태가 되면 CPU(1183)에서 연속된 모션 궤적데이터를 연산하여 다시 FIFO가 풀(Ful)l 상태가 될 때까지 저장하면서 위에 기술한 일련의 하드웨어적인 기능은 실시간으로 구동할 수 있게 된다

따라서 본 발명의 구성이 적용되는 경우, 모션 제어 중 위치데이터나 속도가 변경된 경우, FIFO 데이터를 모두 클리어(clear) 한 후 새로운 데이터를 갱신하여 다양한 모션 제어에 유연하게 사용할 수 있는 장점이 보장된다.

도 3은 본 발명과 관련하여, 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모터제어 시스템에 적용되는 중앙처리장치와 SoC의 일례를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명이 제안하는 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모터제어 시스템에 적용되는 중앙처리장치와 SoC가 개시되어 있다.

먼저, 중앙처리장치(1183)는 도 1을 통해 구체적으로 설명하였으므로, 설명의 편의를 위해 생략한다.

다음으로, SoC(시스템 온 칩, 200)는 FIFO(210), 전용 타이머(220), 모터제어용 펄스생성장치(230)을 포함할 수 있다.

먼저, FIFO(210)는 모션궤적 데이터를 저장하는 기능을 제공한다.

FIFO(210)는 전용 타이머(220) 블록의 제어신호에 따라 모터제어용 펄스생성장치(230) 블록으로 모션궤적 데이터를 순서대로 출력한다

이때, 중앙처리장치(1183)는 모션궤적 데이터 연산을 수행하고, 연산 출력값이 FIFO(210)에 풀(Full) 상태까지 저장되도록 할 수 있다.

다음으로, 전용 타이머(220)는 모션궤적 생성주기마다 FIFO(210) 데이터를 모터제어용 펄스생성장치(230) 블록으로 전달하는 기능을 제공한다.

또한, 전용 타이머(220)는 FIFO(210)의 풀(Full)/엠티(Empty) 상태를 중앙처리장치(1183)에 인터럽트로 알려주어 모션궤적 데이터 연산을 중앙처리장치(1183)가 수행하도록 할 수 있다.

또한, 모터제어용 펄스생성장치(230)는 FIFO(210)의 모션궤적 속도값의 모션제어용 펄스 신호를 출력하는 기능을 제공한다.

즉, 모터 제어 출력 신호가 1개의 펄스 신호가 출력되면, 모터 위치가 1만큼 변동한다.

또한, 모션 속도 궤적 데이터를 타이머 주기 마다 적분연산 하여 그 값이 0.5이상이 될 때 마다 모터 제어 펄스 출력 신호를 토글(Toggle)함으로써 모터 위치를 제어할 수도 있다.

위치 데이터는

식을 이용하여 산출될 수 있다.

상기 식에서 속도는 FIFO(210)에 저장된 모션 속도 데이터이며 시간은 전용 타이머(220)에 설정한 모션궤적 생성 주기이다.

속도 데이터와 타이머 주기의 곱의 적분값이 1이 되면 모터 위치가 1만큼 변경되어야 하며 이를 위한 펄스 출력을 위해 적분값의 1/2값이 1이 되면 출력 펄스를 토글한다.

또한, 모터 구동 방향은 FIFO(210)에 저장된 속도값이 양수 값인 경우 "+ " 방향 펄스, 음수값인 경우 "- " 방향 펄스를 출력한다.

한편, 도 4는 본 발명과 관련하여, 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모터제어 시스템에 적용되는 중앙처리장치, SoC, 모터 드라이버 및 모터의 일례를 도시한 것이다.

또한, 도 4를 참조하면, CPU(1183)를 제외한 다른 로직은 FPGA(Field Programmable Gate Array, 200)를 이용하여 설계한 후위 기능과 유사한 모션제어용보드 설계가 가능하다.

또한, FPGA(Field Programmable Gate Array, 200)에서 출력된 모터출력펄스(240)는 모터 드라이버(1182)에 포함된 위치제어루프(1311), 속도제어루프(1312) 및 게이트 드라이버(1313)에 전달되고, 최종적으로 수신한 신호에 따라 모터(1200)가 제어될 수 있다.

도 5는 본 발명과 관련하여, 실시간 모션제어 궤적발생을 위한 모터제어 시스템의 구체적인 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

먼저, 중앙 처리 장치(CPU, 1183)는 궤적 속도 데이터와 위치 데이터를 미리 연산하여 FIFO(210)에 저장할 수 있다(S1000).

이후, FIFO(210)에 저장된 데이터의 양이 풀(FULL) 되었는지 여부를 판단하고(S2000), 만약, 풀(Full)된 경우에는 중앙처리장치(1183)가 다른 태스크를 처리하는 동작이 수행된다(S3000).

만약, 풀(Full) 되지 않은 경우에는 중앙 처리 장치(CPU, 1183)는 궤적 속도 데이터와 위치 데이터를 미리 연산하고, 저장된 궤적 속도 데이터와 위치 데이터가 전용 타이머(220)에서 발생된 신호에 따라 모터제어용 펄스 생성장치(230)로 전달된다(S4000).

이후, 모터제어용 펄스 생성장치(230)에서 모터 구동용 펄스(240)가 생성되어 모터(1200)에 전달됨으로써 모터의 동작이 제어될 수 있다.

따라서 전술한 본 발명의 구성이 적용되는 경우, 정밀한 모션 제어용 위치 및 속도궤적을 생성하기 위해서는 중앙처리장치(CPU) 타이머 주기를 빠르게 해야 하므로, 빠른 시간 내에 모션 제어용 위치 및 속도궤적을 생성하는 성능이 높은 CPU의 사양이 요구되므로 개발제품의 단가가 상승된다는 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성이 적용되는 경우, 중앙처리장치(CPU)는 실시간으로 모션 제어용 위치 및 속도궤적을 생성하기 위해 매번 타이머 인터럽트가 발생할 때마다 궤적 연산을 수행하고, 모션제어뿐만 아니라 산업용 통신처리, 외부센서검출, 그리고 모터 드라이버 상태 모니터링 등 실시간으로 복수의 태스크를 처리해야 하여 중앙처리장치(CPU)의 처리 부하가 지나치게 커지는 문제점도 해결할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

상기와 같이 설명된 입체 영상을 표시할 수 있는 시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

1. 모션궤적 데이터를 연산하는 제 1 태스크를 처리하는 중앙처리장치(CPU);
   상기 연산된 모션궤적 데이터를 저장하는 모션궤적 저장장치;
   기 설정된 주기에 따라 상기 모션궤적 저장장치에 출력 명령을 전달하는 모션궤적 타이머; 및
   상기 출력 명령에 따라 상기 모션궤적 저장장치에서 출력된 모션궤적 데이터를 이용하여 모션제어용 펄스 신호를 생성하고, 상기 생성한 모션제어용 펄스 신호를 모터로 출력하는 모션궤적 생성부;를 포함하되,
   상기 모션궤적 저장장치에 저장된 모션궤적 데이터가 풀(FULL) 되는 경우, 상기 중앙처리장치(CPU)는 상기 제 1 태스크와 다른 제 2 태스크를 처리하고,
   상기 풀(FULL) 된 모션궤적 저장장치가 엠티(empty) 되는 경우, 상기 중앙처리장치(CPU)는 상기 제 1 태스크를 다시 처리하며,
   상기 모션궤적 타이머는, 상기 모션궤적 저장장치의 풀(FULL) 또는 엠티(empty) 상태를 상기 중앙처리장치(CPU)에 인터럽트로 알려주고,
   상기 모션궤적 저장장치, 모션궤적 타이머 및 상기 모션궤적 생성부는 SoC(시스템온칩)화 된 것을 특징으로 하는, 실시간 모션제어장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 모션궤적 데이터는 궤적속도 데이터 및 위치 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 실시간 모션제어장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 모션궤적 생성부에서 출력된 모션제어용 펄스 신호에 따라 상기 모터의 위치 및 속도가 변동되는 것을 특징으로 하는, 실시간 모션제어장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 중앙처리장치(CPU)가 모션궤적 데이터를 연산하는 제 1 태스크를 처리하는 단계;
   상기 연산된 모션궤적 데이터가 모션궤적 저장장치에 저장되는 단계;
   모션궤적 타이머에서 기 설정된 주기에 따라 상기 모션궤적 저장장치에 출력 명령이 전달되는 단계;
   모션궤적 생성부에서 상기 출력 명령에 따라 상기 모션궤적 저장장치에서 출력된 모션궤적 데이터를 이용하여 모션제어용 펄스 신호를 생성되는 단계; 및
   상기 생성된 모션제어용 펄스 신호가 상기 모션궤적 생성부로부터 모터로 출력되는 단계;를 포함하되,
   상기 모션궤적 저장장치에 저장된 모션궤적 데이터가 풀(FULL) 되는 경우, 상기 중앙처리장치(CPU)는 상기 제 1 태스크와 다른 제 2 태스크를 처리하고,
   상기 풀(FULL) 된 모션궤적 저장장치가 엠티(empty) 되는 경우, 상기 중앙처리장치(CPU)는 상기 제 1 태스크를 다시 처리하며,
   상기 모션궤적 타이머는, 상기 모션궤적 저장장치의 풀(FULL) 또는 엠티(empty) 상태를 상기 중앙처리장치(CPU)에 인터럽트로 알려주고,
   상기 모션궤적 저장장치, 모션궤적 타이머 및 상기 모션궤적 생성부는 SoC(시스템온칩)화 된 것을 특징으로 하는, 실시간 모션제어장치의 제어방법.
9. 삭제
10. 제 8항에 있어서,
    상기 모션궤적 생성부에서 출력된 모션제어용 펄스 신호에 따라 상기 모터의 위치및 속도가 변동되는 단계;를 더 포함하고,
    상기 모션궤적 데이터는 궤적속도 데이터 및 위치 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 실시간 모션제어장치의 제어방법.

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