KR101682693B1

KR101682693B1 - 가변 저항을 이용한 전동기의 부하 관성 판단 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101682693B1
Application number: KR1020150137811A
Authority: KR
Inventors: 이석; 이택진; 권규현; 기두찬
Original assignee: 한국과학기술연구원; 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2016-12-20

Abstract

본 발명은 가변 저항을 이용한 전동기의 부하 관성 판단 장치 및 그 방법에 관한 발명이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치는, 전동기에 사전에 지정된 검출 패턴을 출력하고, 상기 전동기의 가변 저항 값의 추이를 바탕으로 상기 전동기에 적재된 부하의 무게 및 적재 방향을 판단할 수 있다.

Description

가변 저항을 이용한 전동기의 부하 관성 판단 장치 및 그 방법{Apparatus and method determining the load inertia of the motor using a variable resistor}

본 발명은 가변 저항을 이용한 전동기의 부하 관성 판단 장치 및 그 방법 에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 전동기에 구비된 가변 저항 값을 바탕으로 전동기에 적재된 부하의 무게 및 적재 방향을 판단하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

근래의 완구 중에 사용자가 모션을 입력하면, 상기 입력된 모션을 재생하는 완구들이 있다. 상기 모션 재생 완구가 상기 입력된 모션을 재생할 때, 상기 모션이 입력될 때의 부하와 상기 모션이 재생될 때의 부하가 다를 수 있다. 예를 들어서, 로봇 장난감의 팔을 움직이는 모션이 로봇 장난감의 다리에 입력되는 경우, 상기 팔과 다리의 무게가 상이하여 동일한 모션이 재생될 수가 없는 문제점이 있다.

전동기에 적재된 부하의 무게와 적재 방향을 알기 위해서, 값비싼 토크 센서가 구비된 전동기를 이용하는 방법과, 전동기 외부에 비전 센스를 구비하여 전동기에 적재된 부하를 촬영하는 방법이 있다. 이러한 방법들은 고비용이라는 문제점이 있다.

이러한 전동기에 구성을 추가하지 않으면서 전동기 자체적으로 가진 구성만으로 전동기에 적재된 부하의 무게와 적재 방향을 판단할 수 있는 기술의 제공이 요구되고 있다.

한국공개특허 제2009-0131812호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 가변 저항을 이용한 전동기의 부하 관성 판단 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 부하 관성 판단 장치는, 부하 관성에 따라 부하의 이송시 값이 변하는 가변저항을 포함하는 전동기로부터 상기 가변저항 값을 획득하는 가변저항 획득부; 사전에 정해진 검출 패턴을 수행하도록 상기 전동기를 제어하는 테스트부; 상기 검출 패턴을 수행하는 동안 상기 획득된 가변저항 값을 모니터링 하는 모니터링부; 및 상기 모니터링한 결과를 바탕으로 상기 전동기에 적재된 부하 관성을 판단하는 부하 판단부;를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 부하 관성 판단 방법은, 전동기에 우측으로 소정의 각도 만큼 회전하는 명령을 출력하는 단계; 상기 전동기가 우측으로 회전하는 동안 상기 전동기의 가변저항 값을 획득하는 단계; 상기 우측 회전 시 획득된 가변저항 값을 바탕으로 제1 세틀링타임 및 제1 오버슈트 크기를 측정하는 단계; 전동기에 좌측으로 소정의 각도 만큼 회전하는 명령을 출력하는 단계; 상기 전동기가 좌측으로 회전하는 동안 상기 전동기의 가변저항 값을 획득하는 단계; 상기 좌측 회전시 획득된 가변저항 값을 바탕으로 제2 세틀링타임 및 제2 오버슈트 크기를 측정하는 단계; 상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임을 비교하여 상기 전동기에 적재된 부하의 무게를 판단하는 단계; 및 상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임을 비교한 결과와 상기 제1 오버슈트 크기와 상기 제2 오버슈트 크기를 비교한 결과를 바탕으로 상기 전동기에 적재된 부하의 적재 방향을 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 토크 센서(toque sensor)보다 저렴한 가변 저항을 이용하여 전동기에 적재된 부하의 무게 및 적재 방향을 판단할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치의 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치가 조립 완구에 응용되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치에 부하가 결합되는 방식을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치에 부하가 수직으로 적재된 경우 부하 관성을 판단하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에 따른 부하 관성을 판단하는 방법의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치에 부하가 우측 방향으로 적재된 경우 부하 관성을 판단하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에 따른 부하 관성을 판단하는 방법의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치에 부하가 좌측 방향으로 적재된 경우 부하 관성을 판단하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 12 도 11에 따른 부하 관성을 판단하는 방법의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성을 판단하는 방법의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치(200)는 가변저항 획득부(210), 테스트부(220), 모니터링부(230) 및 부하 판단부(240)을 포함할 수 있다. 부하 관성 판단 장치(200)는 전동기(100)에 연결될 수 있으며, 전동기(100)에 적재된 부하의 관성을 판단할 수 있다.

상기 부하 관성은, 부하의 무게 및 부하의 적재 방향 중에서 어느 하나를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

전동기(100)는 구동부(110), 가변저항(120) 및 회전축(130)을 포함할 수 있다. 구동부(110)는 회전축(130)을 회전 시키는 구동 구성이다. 가변저항(120)은 상기 구동부(110)가 회전축(130)을 회전 시키는 과정에서 발생하는 구동부(110)의 저항 값을 나타낸다. 회전축(130)의 말단에는 부하가 적재될 수 있다. 상기 부하는 회전축(130)에 결합하여 회전할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전동기(100)는 서보모터(servomotor)를 포함한다. 상기 서보모터는 입력신호에 응답해 조작부의 기계적 부하를 구동하는 동력원을 총칭한다. 상기 서모보터는 전압 입력을 회전축의 회전각으로 바꾸어 회전축을 구동시킨다.

가변저항 획득부(210)는 전동기(100)의 가변저항(120)의 값을 획득할 수 있다. 전동기(100)의 구동에 따라 가변저항(120)의 값은 변할 수 있다. 가변저항 획득부(210)는 사전에 정해진 시간 간격에 따라 가변저항(120)의 값을 획득할 수 있다. 상기 시간 간격은 수 밀리세컨드(millisecond)일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

테스트부(220)는 전동기(100)의 부하 관성을 판단하기 위하여, 전동기(100)에 사전에 정의된 검출 패턴을 출력하여 전동기(100)가 상기 검출 패턴에 따라 구동되게 제어할 수 있다.

상기 검출 패턴은 사전에 정해진 전동기(100)의 회전 구동을 정의한 회전 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 전동기(100)가 우측으로 소정의 각도만큼 회전하고 원 위치로 돌아온 후, 좌측으로 소정의 각도만큼 회전하고 원 위치로 돌아오는 회전 패턴을 포함할 수 있다. 상기 소정의 각도는 0~90°범위에 포함되는 각도 일 수 있다.

모니터링부(230)는 테스트부(220)가 상기 검출 패턴을 수행하는 동안, 가변저항 획득부(210)가 획득한 가변저항의 값을 모니터링 할 수 있다.

모니터링부(230)는 상기 획득된 가변저항의 값을 시계열적으로 분석하여, 상기 가변저항 값의 추이를 모니터링할 수 있다. 상기 모니터링 결과, 상기 가변저항 값의 세틀링타임(settling time) 및 오버슈트(overshoot) 크기를 측정할 수 있다. 상기 세틀링타임은 가변저항 값이 큰 폭으로 천이한 후에 안정적인 값으로 돌아오기 까지 걸리는 시간을 나타낸다. 모니터링부(230)는 가변저항 값이 큰 폭으로 천이한 것으로 판단할 수 있는 기준값이 사전에 정의되어 있을 수 있으며, 안정적인 값으로 돌아오는 것을 판단할 수 있는 가변저항 값의 기준값이 사전에 정의되어 있을 수 있다. 상기 오버슈트 크기는 상기 가변저항 값이 큰 폭으로 천이했을 때의 값을 가리킨다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링부(230)는, 전동기(100)가 우측으로 회전해서 다시 원 위치로 돌아오는 동안의 제1 세틀링타임과 제1 오버슈트 크기를 도출하고, 좌측으로 회전해서 다시 원 위치로 돌아오는 동안의 제2 세틀링타임과 제2 오버슈트 크기를 도출할 수 있다.

부하 판단부(240)는 모니터링부(230)에 의해 측정된 상기 세틀링타임과 오버슈트의 크기를 바탕으로, 부하 관성을 판단할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 부하 관성은 전동기(100)에 적재된 부하의 무게 및 적재 방향을 가리킨다.

부하 판단부(240)는 사전에 정해진 부하 무게에 따른 기준 세틀링타임과 상기 제1 세틀링타임 또는 제2 세틀링타임을 비교하여 상기 적재된 부하의 무게를 판단할 수 있다.

일반적으로, 부하 무게에 비례하여 세틀링타임은 증가하는 경향이 나타난다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전동기(100)를 이용하여 이미 알려진 각 부하무게에 따른 세틀링타임을 사전에 미리 측정하여 기준 세틀링타임을 정해 놓을 수 있다. 상기 기준 세틀링타임은 전동기(100)의 고유 특성에 따라 달라질 수 있으므로, 미리 측정해서 부하 무게에 따른 세틀링타임을 정리한 세틀링타임-무게 테이블로 부하 판단부(240)에 저장되어 있을 수 있다. 부하 판단부(240)에는 상기 기준 세틀링타임과 부하 무게의 관계를 정의한 세틀링타임-무게 함수가 저장되어 있을 수 있다. 상기 기준 세틀링타임을 정의하는 것은 예시에 불과하며, 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 부하 판단부(240)는 상기 세틀링타임-무게 테이블에서 상기 제1 세틀링타임 또는 제2 세틀링타임 과 가장 유사한 세틀링타임을 검색하여, 상기 검색된 세틀링타임이 가리키는 무게를 상기 부하 무게로 판단할 수 있다. 또는 부하 판단부(240)는 상기 세틀링타임-무게 함수에 상기 세틀링타임 또는 제2 세틀링타임을 입력하여 도출되는 결과값을 상기 부하 무게로 판단할 수 있다. 이러한 판단 방법들은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.

부하 판단부(240)는 전동기(100)에 적재된 부하의 적재 방향을 판단할 수 있다. 일반적으로, 부하가 전동기(100)의 좌측 또는 우측 방향으로 적재되어 있는 경우, 상기 적재된 부하가 위쪽으로 회전할 때 중력의 영향으로 아래쪽으로 회전할 때보다 세틀링타임이 증가하고, 상기 적재된 부하가 아래쪽으로 회전할 때 중력의 영향으로 위쪽으로 회전할 때보다 오버슈트의 크기가 증가하게 된다.

부하 판단부(240)에는 부하의 적재 방향을 판단하기 위한 세틀링타임의 차이에 대한 사전에 정해진 기준값인 제1 기준값이 저장되어 있을 수 있다. 부하 판단부(240)에는 부하의 적재 방향을 판단하기 위한 오버슈트 크기의 차이에 대한 사전에 정해진 제2 기준값이 저장되어 있을 수 있다. 즉, 상기 제1 기준값과 상기 제2 기준값을 오차 범위를 정의한 값이다.

부하 판단부(240)는 상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임의 차이가 상기 제1 기준값보다 작거나 같고, 상기 제1 오버슈트 크기와 상기 제2 오버슈트 크기의 차이가 상기 제2 기준값보다 작거나 같으면, 상기 적재 방향은 수직 방향인 것으로 판단할 수 있다.

부하 판단부(240)는 상기 제1 세틀링타임이 상기 제2 세틀링타임보다 상기 제1 기준값을 초과하게 크고, 상기 제2 오버슈트 크기가 상기 제1 오버슈트 크기보다 상기 제2 기준값을 초과하게 크면, 상기 적재 방향은 좌측 방향인 것으로 판단할 수 있다.

부하 판단부(240)는 상기 제2 세틀링타임이 상기 제1 세틀링타임보다 상기 제1 기준값을 초과하게 크고, 상기 제1 오버슈트 크기가 상기 제2 오버슈트 크기보다 상기 제2 기준값을 초과하게 크면 상기 적재 방향은 우측 방향인 것으로 판단할 수 있다.
부하 판단부(240)는 상기 수직, 좌측 방향 및 우측 방향을 판단하는 경우 외의 값이 측정되면, 테스트부(220)가 전동기(100)에 상기 검출 패턴을 다시 출력하여 전동기(100)가 상기 검출 패턴에 따라 구동되게 제어할 수 있다.예를 들어, 상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임의 차이가 상기 제1 기준값 이내이고 상기 제1 오버슈트 크기와 상기 제2 오버슈트 크기의 차이가 제2 기준값보다 큰 경우, 상기 제1 세틀링타임이 상기 제2 세틀링타임보다 상기 제1 기준값 이상으로 크고 상기 제2 오버슈트 크기가 상기 제1 오버슈트 크기보다 상기 제2 기준값보다 작은 경우, 또는 상기 제2 세틀링타임이 상기 제1 세틀링타임보다 상기 제1 기준값 이상으로 크고 상기 제1 오버슈트 크기가 상기 제2 오버슈트 크기보다 상기 제2 기준값보다 작은 경우에, 부하 판단부(240)는 측정 오류라고 판단하고, 테스트(220)가 전동기(100)에 상기 검출 패턴을 다시 출력하게 할 수 있다.
부하 판단부(240)가 부하 적재 방향을 판단하는 상기 방법은 도 7 내지 도 12의 설명에서 실험 데이터와 함께 자세하게 설명하도록 한다. 또한 상기 방법은 예시적인 방법에 불과하며 이에 한정되지 않는다.

삭제

도 2을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면,제어 장치(300)은 전동기(100) 및 부하 관성 판단 장치(200)를 포함할 수 있다.

전동기 제어 장치(300)는, 전동기(100)가 동작할 때 부하 관성 판단 장치(200)에 의해서 측정되는 부하 관성을 바탕으로, 전동기(100)를 상기 부하 관성에 따라 적응적으로 제어할 수 있다. 상기 부하 관성은 부하의 무게 및 적재 방향을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 전동기 제어 장치(300)는 전동기(100)에 적재된 부하의 무게에 따라 전동기(100)에 인가되는 전력을 조정할 수 있으며, 전동기(100)가 상기 적재 방향으로 회전시 인가되는 전력을 조정할 수 있다. 예를 들어, 전동기 제어 장치(300)는 부하의 무게가 더 클수록 전동기(100)에 더 많은 전력을 인가하여 출력을 높이고, 상기 적재된 방향으로 회전시 출력을 좀 더 낮추며 상기 적재된 방향과 반대 방향으로 회전식 출력을 더 높일 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치가 조립 완구에 응용되는 예시를 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 조립 완구에 부하 관성 판단 장치가 적용된 예시이다.

전동기(100)의 회전축(130)에 조립 완구가 결합할 수 있는 베이스 큐브(cube, 400)이 장착되어 있을 수 있다. 베이스 큐브(400)는, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 조립 완구가 결합할 수 있는 연결 돌기가 상면, 하면, 좌측면 및 우측면에 구비되어 있을 수 있다. 상기 연결 돌기에 조립 완구의 하면이 결합될 수 있다. 예를 들어 상기 조립 완구는 레고(lego)일 수 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치에 부하게 결합되는 방식을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 부하 관성 판단 장치(200)에 2개의 부하(410, 420)가 수직 방향으로 적재된 예시가 도시되어 있다. 베이스 큐브(400)의 상면 방향의 상기 연결 돌기를 이용하여 2개의 추가적인 조립 완구가 결합될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 부하 관성 판단 장치(200)에 2개의 부하(430, 440)가 우측 방향으로 적재된 예시가 도시되어 있다. 베이스 큐브(400)의 우측 방향의 상기 연결 돌기를 이용하여 2개의 추가적인 조립 완구가 결합될 수 있다.

도 6를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 부하 관성 판단 장치(200)에 2개의 부하(450, 460)가 좌측 방향으로 적재된 예시가 도시되어 있다. 베이스 큐브(400)의 좌측 방향의 상기 연결 돌기를 이용하여 2개의 추가적인 조립 완구가 결합될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치에 부하가 수직으로 적재된 경우 부하 관성을 판단하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 8은 도 7에 따른 부하 관성을 판단하는 방법의 실험 결과를 나타내는 도면이다.

도 7과 도 8의 설명에서, 부하가 중립 위치에 있는 것은 수직 방향으로 적재되어 있는 것으로 가정하고 설명한다.

도 7과 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트부(220)는 우측 방향으로 60도 회전한 후 다시 중립 위치로 돌아오고, 좌측 방향으로 60도 회전한 후 다시 중립 위치로 돌아오는 검출 패턴을 수행하도록 전동기(100)를 제어할 수 있다. 상기 ‘60도’ 각도는 예시적인 각도이며 이에 한정되지 않고, 이하 설명의 편의를 위하여 ‘60’회전하는 것으로 설명한다.

모니터링부(230)는 상기 검출 패턴 수행 중에, 중립 위치에서 우측으로 60도 회전했을 때와 우측에서 중립 위치로 돌아왔을 때의 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 측정하고, 상기 측정된 세틀링타임과 오버슈트 크기 중에서 어느 하나를 제1 세틀링타임 및 제1 오버슈트 크기로 도출할 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위하여 우측 위치에서 중립 위치로 돌아왔을 때의 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 제1 세틀링타임 및 제1 오버슈트 크기로 도출하는 것으로 가정하고 설명한다.

모니터링부(230)는 상기 검출 패턴 수행 중에, 중립 위치 지점에서 좌측으로 60도 회전했을 때와 좌측에서 다시 중립 위치로 돌아왔을 때의 시점에서 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 측정하고, 상기 측정된 세틀링타임과 오버슈트 크기 중에서 어느 하나를 제2 세틀링타임 및 제2 오버슈트 크기로 도출할 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위하여 중립 위치에서 좌측 위치로 회전했을 때의 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 제2 세틀링타임 및 제2 오버슈트 크기로 도출하는 것으로 가정하고 설명한다.

도 8에 도시된 것과 같이, 부하 무게가 늘어날수록 세틀링타임과 오버슈트의 크기는 증가한다. 그러나 부하가 수직으로 적재되어 있었기 때문에 우측 회전과 좌측 회전된 지점에서 세틀링타임 및 오버슈트는 유사하게 측정된다.

따라서, 부하 판단부(240)는 세틀링타임-무게 테이블에서 상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임과 가장 유사한 세틀링타임을 검색하고, 상기 검색된 세틀링타임이 가리키는 무게를 부하 무게로 판단할 수 있다. 상기 제1 세틀링타임으로 검색된 제1 부하 무게와 상기 제2 세틀링타임으로 검색된 제2 부하 무게가 상이한 경우, 상기 제1 부하 무게와 상기 제2 부하 무게의 평균값을 상기 부하 무게로 판단할 수 있다.

부하 판단부(240)는 상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임의 차이가 상기 제1 기준값보다 작거나 같고, 상기 제1 오버슈트 크기와 상기 제2 오버슈트 크기의 차이가 상기 제2 기준값보다 작거나 같으면, 상기 부하는 수직 방향으로 적재된 것으로 판단할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치에 부하가 우측 방향으로 적재된 경우 부하 관성을 판단하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 10은 도 9에 따른 부하 관성을 판단하는 방법의 실험 결과를 나타내는 도면이다

도 9와 도 10의 설명에서, 부하가 베이스 큐브(400)의 우측 90도 방향으로 적재되어 있는 것으로 가정하고 설명한다.

도 9과 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트부(220)는 하방으로 60도 회전한 후 다시 중립 위치로 돌아오고, 상방으로 60도 회전한 후 다시 중립 위치로 돌아오는 검출 패턴을 수행하도록 전동기(100)를 제어할 수 있다. 상기 ‘60도’ 각도는 예시적인 각도이며 이에 한정되지 않고, 이하 설명의 편의를 위하여 ‘60’회전하는 것으로 설명한다.

모니터링부(230)는 상기 검출 패턴 수행 중에, 중립 위치에서 하방으로 60도 회전했을 때와 하방에서 중립 위치로 돌아왔을 때의 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 측정하고, 상기 측정된 세틀링타임과 오버슈트 크기 중에서 어느 하나를 제1 세틀링타임 및 제1 오버슈트 크기로 도출할 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위하여 하방에서 중립 위치로 돌아왔을 때의 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 제1 세틀링타임 및 제1 오버슈트 크기로 도출하는 것으로 가정하고 설명한다.

모니터링부(230)는 상기 검출 패턴 수행 중에, 중립 위치 지점에서 상방으로 60도 회전했을 때와 상방에서 다시 중립 위치로 돌아왔을 때의 시점에서 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 측정하고, 상기 측정된 세틀링타임과 오버슈트 크기 중에서 어느 하나를 제2 세틀링타임 및 제2 오버슈트 크기로 도출할 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위하여 중립에서 상방으로 회전하였을 때의 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 제2 세틀링타임 및 제2 오버슈트 크기로 도출하는 것으로 가정하고 설명한다.

도 10에 도시된 것과 같이, 부하 무게가 늘어날수록 세틀링타임과 오버슈트의 크기는 증가한다.

부하 판단부(240)는 세틀링타임-무게 테이블에서 상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임과 가장 유사한 세틀링타임을 검색하고, 상기 검색된 세틀링타임이 가리키는 무게를 부하 무게로 판단할 수 있다. 상기 제1 세틀링타임으로 검색된 제1 부하 무게와 상기 제2 세틀링타임으로 검색된 제2 부하 무게가 상이한 경우, 상기 제1 부하 무게와 상기 제2 부하 무게의 평균값을 상기 부하 무게로 판단할 수 있다.

부하 판단부(240)는 상기 제2 세틀링타임이 상기 제1 세틀링타임보다 상기 제1 기준값을 초과하게 크고, 상기 제1 오버슈트 크기가 상기 제2 오버슈트 크기보다 상기 제2 기준값을 초과하게 크기 때문에, 부하가 우측 방향으로 적재된 것으로 판단할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성 판단 장치에 부하가 좌측 방향으로 적재된 경우 부하 관성을 판단하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 12는 도 11에 따른 부하 관성을 판단하는 방법의 실험 결과를 나타내는 도면이다.

도 11과 도 12의 설명에서, 부하가 베이스 큐브(400)의 좌측 90도 방향으로 적재되어 있는 것으로 가정하고 설명한다.

도 9과 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트부(220)는 상방으로 60도 회전한 후 다시 중립 위치로 돌아오고, 하방으로 60도 회전한 후 다시 중립 위치로 돌아오는 검출 패턴을 수행하도록 전동기(100)를 제어할 수 있다. 상기 ‘60도’ 각도는 예시적인 각도이며 이에 한정되지 않고, 이하 설명의 편의를 위하여 ‘60’회전하는 것으로 설명한다.

모니터링부(230)는 상기 검출 패턴 수행 중에, 중립 위치에서 상방으로 60도 회전했을 때와 상방에서 중립 위치로 돌아왔을 때의 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 측정하고, 상기 측정된 세틀링타임과 오버슈트 크기 중에서 어느 하나를 제1 세틀링타임 및 제1 오버슈트 크기로 도출할 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위하여 상방에서 중립 위치로 돌아왔을 때의 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 제1 세틀링타임 및 제1 오버슈트 크기로 도출하는 것으로 가정하고 설명한다.

모니터링부(230)는 상기 검출 패턴 수행 중에, 중립 위치 지점에서 하방으로 60도 회전했을 때와 하방에서 다시 중립 위치로 돌아왔을 때의 시점에서 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 측정하고, 상기 측정된 세틀링타임과 오버슈트 크기 중에서 어느 하나를 제2 세틀링타임 및 제2 오버슈트 크기로 도출할 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위하여 중립에서 하방으로 회전하였을 때의 세틀링타임과 오버슈트 크기를 각각 제2 세틀링타임 및 제2 오버슈트 크기로 도출하는 것으로 가정하고 설명한다.

도 12에 도시된 것과 같이, 부하 무게가 늘어날수록 세틀링타임과 오버슈트의 크기는 증가한다.

부하 판단부(240)는 상기 제1 세틀링타임이 상기 제2 세틀링타임보다 상기 제1 기준값을 초과하게 크고, 상기 제2 오버슈트 크기가 상기 제1 오버슈트 크기보다 상기 제2 기준값을 초과하게 크기 때문에, 부하가 좌측 방향으로 적재된 것으로 판단할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 관성을 판단하는 방법의 순서도이다.

부하 관성 판단 장치(200)는 전동기(100)에 적재된 부하를 우측 방향으로 회전시킨다(S100).

부하 관성 판단 장치(200)는 상기 우측 방향 회전 동안 전동기(100)로부터 가변저항 값을 획득한다(S110).

부하 관성 판단 장치(200)는 상기 획득된 가변저항 값을 분석하여 제1 세틀링타임과 제1 오버슈트 크기를 측정한다(S120).

부하 관성 판단 장치(200)는 상기 적재된 부하를 좌측 방향으로 회전시킨다(S130).

부하 관성 판단 장치(200)는 상기 좌측 방향 회전 동안 전동기(100)로부터 가변저항 값을 획득한다(S140).

부하 관성 판단 장치(200)는 상기 획득된 가변저항 값을 분석하여 제2 세틀링타임과 제2 오버슈트 크기를 측정한다(S150).

부하 관성 판단 장치(200)는 상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임을 바탕으로 부하 무게를 판단한다(S160). 본 발명의 일 실시예에서는, 사전에 정해진 세틀링타임-무게 테이블을 이용하여 부하 무게를 판단할 수 있다.

부하 관성 판단 장치(200)는 상기 제1 세틀링타임, 상기 제2 세틀링타임, 상기 제1 오버슈트 크기 및 상기 제2 오버슈트 크기를 바탕으로 부하의 적재 방향을 판단한다(S170).

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100 : 전동기
200 : 부하 관성 판단 장치
300 : 전동기 제어 장치
400 : 베이스 큐브

Claims

부하 관성에 따라 부하의 이송시 값이 변하는 가변저항을 포함하는 전동기로부터 상기 가변저항 값을 획득하는 가변저항 획득부;
사전에 정해진 검출 패턴을 수행하도록 상기 전동기를 제어하는 테스트부;
상기 검출 패턴을 수행하는 동안 상기 획득된 가변저항 값을 모니터링 하는 모니터링부; 및
상기 모니터링한 결과를 바탕으로 상기 전동기에 적재된 부하 관성을 판단하는 부하 판단부; 를 포함하는,
부하 관성 판단 장치.
제1항에 있어서,
상기 전동기는,
서보모터(servomotor)를 포함하는,
부하 관성 판단 장치.
제1항에 있어서,
상기 부하 관성은,
상기 전동기에 적재된 부하의 무게 및 상기 부하의 적재 방향을 포함하는,
부하 관성 판단 장치.
제1항에 있어서,
상기 부하 판단부는,
상기 모니터링 결과에 포함된 가변저항 값의 세틀링타임(settling time) 및 오버슈트(overshoot) 크기를 바탕으로 상기 부하 관성을 판단하는,
부하 관성 판단 장치.
제3항에 있어서,
상기 검출 패턴은,
상기 전동기를 우측으로 소정의 각도만큼 회전하고 원 위치로 돌아온 후, 좌측으로 소정의 각도만큼 회전하고 원 위치로 돌아오는 회전 패턴을 포함하고,
상기 모니터링부는,
상기 전동기가 상기 검출 패턴에 따라 회전 하는 동안의 상기 가변저항 값을 모니터링 하고,
상기 우측으로 회전해서 다시 원 위치로 돌아오는 동안의 제1 세틀링타임과 제1 오버슈트 크기를 도출하고,
상기 좌측으로 회전해서 다시 원 위치로 돌아오는 동안의 제2 세틀링타임과 제2 오버슈트 크기를 도출하는,
부하 관성 판단 장치.
제5항에 있어서,
상기 부하 판단부는,
사전에 정해진 부하 무게에 따른 기준 세틀링타임과 상기 제1 세틀링타임 또는 상기 제2 세틀링타임을 비교하여 상기 적재된 부하의 무게를 판단하는,
부하 관성 판단 장치.
제5항에 있어서,
상기 부하 판단부는,
상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임의 차이가 제1 기준값보다 작거나 같고, 상기 제1 오버슈트 크기와 상기 제2 오버슈트 크기의 차이가 제2 기준값보다 작거나 같으면, 상기 적재 방향은 수직 방향인 것으로 판단하며,
상기 제1 세틀링타임이 상기 제2 세틀링타임보다 상기 제1 기준값을 초과하게 크고, 상기 제2 오버슈트 크기가 상기 제1 오버슈트 크기보다 상기 제2 기준값 을 초과하게 크면, 상기 적재 방향은 좌측 방향인 것으로 판단하고,
상기 제2 세틀링타임이 상기 제1 세틀링타임보다 상기 제1 기준값을 초과하게 크고, 상기 제1오버슈트 크기가 상기 제2 오버슈트 크기보다 상기 제2 기준값 을 초과하게 크면 상기 적재 방향은 우측 방향인 것으로 판단하되,
상기 제1 기준값은 부하의 적재 방향을 판단하기 위한 세틀링타임의 차이에 대한 사전에 정해진 기준값이며,
상기 제2 기준값은 부하의 적재 방향을 판단하기 위한 오버슈트 크기의 차이에 대한 사전에 정해진 기준값인,
부하 관성 판단 장치.
부하 관성에 따라 적재된 부하의 이송시 값이 변하는 가변저항을 측정하는 전동기; 및
사전에 정해진 좌측 회전 및 우측 회전을 포함하는 검출 패턴을 실행하도록 상기 전동기를 제어하고, 상기 검출 패턴의 실행에 따른 상기 가변저항 값의 변화를 모니터링하고, 상기 모니터링된 가변저항 값의 변화를 바탕으로 상기 적재된 부하의 무게 및 적재 방향을 포함하는 부하 관성을 판단하는 부하 관성 판단 장치;를 포함하되,
상기 전동기를 구동하는 구동 신호가 수신되면, 상기 구동 신호 및 상기 판단된 부하 관성을 바탕으로 상기 전동기를 제어하는,
전동기 제어 장치.
전동기에 우측으로 소정의 각도 만큼 회전하는 명령을 출력하는 단계;
상기 전동기가 우측으로 회전하는 동안 상기 전동기의 가변저항 값을 획득하는 단계;
상기 우측 회전 시 획득된 가변저항 값을 바탕으로 제1 세틀링타임 및 제1 오버슈트 크기를 측정하는 단계;
전동기에 좌측으로 소정의 각도 만큼 회전하는 명령을 출력하는 단계;
상기 전동기가 좌측으로 회전하는 동안 상기 전동기의 가변저항 값을 획득하는 단계;
상기 좌측 회전시 획득된 가변저항 값을 바탕으로 제2 세틀링타임 및 제2 오버슈트 크기를 측정하는 단계;
상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임을 비교하여 상기 전동기에 적재된 부하의 무게를 판단하는 단계; 및
상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임을 비교한 결과와 상기 제1 오버슈트 크기와 상기 제2 오버슈트 크기를 비교한 결과를 바탕으로 상기 전동기에 적재된 부하의 적재 방향을 판단하는 단계; 를 포함하는,
부하 관성 판단 방법.
제9항에 있어서,
상기 적재된 부하의 무게를 판단하는 단계는,
사전에 정해진 무게에 따른 기준 세틀링타임과 상기 제1 세틀링타임 또는 상기 제2 세틀링타임을 비교하여 상기 적재된 부하의 무게를 판단하는 단계를 더 포함하는,
부하 관성 판단 방법.
제9항에 있어서,
상기 적재된 부하의 적재 방향을 판단하는 단계는,
상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임의 차이가 제1 기준값보다 작거나 같고, 상기 제1 오버슈트 크기와 상기 제2 오버슈트 크기의 차이가 제2 기준값 보다 작거나 같으면, 상기 적재 방향은 수직 방향인 것으로 판단하는 단계;
상기 제1 세틀링타임이 상기 제2 세틀링타임보다 상기 제1 기준값을 초과하게 크고, 상기 제2 오버슈트 크기가 상기 제1 오버슈트 크기보다 상기 제2 기준값 을 초과하게 크면, 상기 적재 방향은 좌측 방향인 것으로 판단하는 단계; 및
상기 제2 세틀링타임이 상기 제1 세틀링타임보다 상기 제1 기준값을 초과하게 크고, 상기 제1 오버슈트 크기가 상기 제2 오버슈트 크기보다 상기 제2 기준값 을 초과하게 크면 상기 적재 방향은 우측 방향인 것으로 판단하는 단계;
를 포함하되,
상기 제1 기준값은 부하의 적재 방향을 판단하기 위한 세틀링타임의 차이에 대한 사전에 정해진 기준값이며,
상기 제2 기준값은 부하의 적재 방향을 판단하기 위한 오버슈트 크기의 차이에 대한 사전에 정해진 기준값인,
부하 관성 판단 방법.
전동기에 우측으로 소정의 각도 만큼 회전하는 명령을 출력하는 단계;
상기 전동기가 우측으로 회전하는 동안 상기 전동기의 가변저항 값을 획득하는 단계;
상기 우측 회전 시 획득된 가변저항 값을 바탕으로 제1 세틀링타임 및 제1 오버슈트 크기를 측정하는 단계;
전동기에 좌측으로 소정의 각도 만큼 회전하는 명령을 출력하는 단계;
상기 전동기가 좌측으로 회전하는 동안 상기 전동기의 가변저항 값을 획득하는 단계;
상기 좌측 회전시 획득된 가변저항 값을 바탕으로 제2 세틀링타임 및 제2 오버슈트 크기를 측정하는 단계;
상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임을 비교하여 상기 전동기에 적재된 부하의 무게를 판단하는 단계;
상기 제1 세틀링타임과 상기 제2 세틀링타임을 비교한 결과와 상기 제1 오버슈트 크기와 상기 제2 오버슈트 크기를 비교한 결과를 바탕으로 상기 전동기에 적재된 부하의 적재 방향을 판단하는 단계;
상기 전동기를 구동하는 구동 신호를 수신하는 단계; 및
상기 구동 신호와 상기 판단된 부하 무게 및 부하 적재 방향을 바탕으로 상기 전동기를 제어하는 단계; 를 포함하는,
부하 관성에 따른 전동기 제어 방법.