KR101743225B1 - 다축 구동계의 무게중심 측정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다축 구동계의 무게중심 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다축 구동계를 각각 서로 다른 회전 속도로 회전시켜 회전체의 무게중심의 위치와 모터의 회전축의 위치를 일치시키기 용이하도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

다축 구동계의 무게중심 측정 방법 및 장치{Device and method for measuring center of gravity for multi-axis driving system}

본 발명은 다축 구동계의 무게중심 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다축 구동계를 각각 서로 다른 회전 속도로 회전시켜 회전체의 무게중심의 위치와 모터의 회전축의 위치를 일치시키기 용이하도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 다축 구동계는 모터를 이용하여 구동하도록 제작되어지는데 이때 모터의 회전축과 회전체의 무게중심의 위치의 차이가 구동계의 제어와 구동의 안정성에 중요한 영향을 끼치게 된다. 중력 혹은 물체에 가해지는 가속도에 의하여 회전체가 회전축과 수직방향으로 힘을 받게 되면 회전체가 위치한 각도에 따라서 외부에서 작용하는 힘의 크기가 달라져 모터를 제어하는데 큰 장애로 작용하게 된다. 이런 이유로 일반적으로는 무게추 등을 이용하여 무게중심과 회전중심을 일치시키는 작업이 필요한 것이다.

다축 구동계에서 상위 구동계의 경우 하위 구동계의 움직임에 따라서 무게중심 위치에 영향을 받게 된다. 하위 구동계의 회전축이 상위 구동계의 회전축을 통과하는 경우, 하위 구동계의 무게중심이 해당 구동계의 회전 중심축 상에 있지 않을 경우에는 하위 구동계의 움직임에 따라서 하위 구동계의 무게중심이 상위 구동계의 회전축을 중심으로 회전하게 된다. 반면에 하위 구동계의 회전축이 상위 구동계의 회전축을 통과하지 않는 경우에는 하위 구동계의 무게중심이 상위 구동계의 회전축 상에 존재할 수 없기 때문에 하위 구동계의 회전에 따른 상위 구동계의 회전관성이 변하게 되어서 상위 구동계의 무게중심에 더욱 큰 영향을 미치게 된다.

따라서 하위 구동계가 회전하게 되면 하위 구동계의 무게중심이 구동계의 위치에 따라 변하게 되어 특정 각도영역에서 제어가 힘들어지는 문제가 발생하게 된다.

한국 등록특허공보 제1435514호

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다축 구동계를 구성하는 각각의 회전체의 무게중심을 상기 회전체를 회전시키는 모터의 회전축에 일치시켜 줌으로써 더욱 안정적으로 제어 가능한 구동계를 제공하는데 목적이 있다.

제1구동계 및 상기 제1구동계 보다 상위에 위치한 제2구동계가 서로 다축으로 연결되어 구동되는 다축 구동계의 무게중심 측정방법에 있어서,

상기 제1구동계의 모터 회전축이 중력방향에 대해 수직을 이루도록 고정하는 단계;

상기 제1구동계 모터의 회전에 따라 상기 제1구동계의 회전체가 회전되는 단계;

상기 제1구동계 모터의 회전각도 별로 상기 제1구동계 모터토크를 측정하는 단계;

상기 제1구동계 모터의 회전각도와 상기 모터토크로부터 상기 제1구동계의 무게중심의 위치를 계산하는 단계;

상기 제2구동계의 모터 회전축이 중력방향에 대해 수직을 이루도록 고정하는 단계;

상기 제1구동계 모터를 회전시키면서, 상기 제2구동계 모터의 회전에 따라 상기 제2구동계 모터의 회전각도 별로 상기 제2구동계 모터토크를 측정하는 단계;

상기 제2구동계 모터의 회전각도와 상기 제2구동계 모터토크로부터 상기 제2구동계의 무게중심의 위치를 계산하는 단계;를 포함한다.

상기 다축 구동계의 무게중심 측정방법을 구현하기 위한 다축 구동계의 무게중심 측정장치는 구동계의 모터가 고정될 수 있는 모터고정부, 상기 모터고정부에 연결된 연결링크, 상기 연결링크를 회전함으로서 상기 모터고정부의 각도를 조절할 수 있는 각도조절부로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 더욱 정밀한 장치와 방법을 사용하여 회전체의 무게중심을 모터의 회전축에 일치시켜 줌으로써 더욱 안정적인 다축 구동장치를 개발할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다축 구동계의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 다축 구동계의 각도 조절장치의 개념도.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 다축 구동계의 개념도를 도시하고 있고, 도 2는 본 발명에 따른 다축 구동계의 각도 조절장치의 개념도를 도시하고 있다.

본 발명에서 구동계는 모터와 회전체로 구성되며, 상기 회전체란 모터에 의해 피회전되는 피회전물체로서, 회전 시 모터의 회전축에 대해 수직방향의 힘을 작용하게 된다.

본 발명의 다축 구동장치는 제1구동계(2), 제2구동계(4), 그리고 제N구동계(6)를 포함하여 개수가 한정되지 않는 다수 개의 구동계와 상기 다수 개의 구동계 중 가장 상위 구동계의 모터가 고정되는 모터고정부(8), 상기 모터고정부(8)에 연결된 연결링크(10), 상기 연결링크(10)를 회전함으로써 상기 모터고정부(8)의 각도를 조절할 수 있는 각도 조절부(12)로 이루어져 있다. 여기서 제1구동계(2)는 최하위 구동계가 된다.

일반적으로 회전체의 무게중심을 확인하는 방법은 실제로 모터를 돌려보면서 모터의 회전 각도별로 구동계의 모터토크를 측정하여 이용하는 공지된 계산방법이 있다. 상기의 계산방법을 사용하기 위해서는 구동계의 모터 회전축이 중력방향에 대해 수직을 이루도록 고정시켜야 한다. 이때 회전체의 무게중심이 회전체 중심에서 벗어나 있게 되면 상기 회전체의 무게중심에 작용하는 중력은 상기 회전체의 회전방향으로 작용하는 외란이 되어 상기 회전체를 구동시키는데 필요한 모터의 구동전류가 달라지게 된다. 이를 이용하여 회전체의 각도별 외란을 알 수 있게 되어 상기 회전체의 무게중심의 위치를 계산할 수 있는 것이다.

예를 들어 설명하면, 사람이 망치의 자루 아래쪽을 기준으로 회전시키면서 이 회전체의 무게중심을 찾는다고 할 때, 망치의 머리 부분이 아래쪽으로 내려가 있으면 회전체를 회전시키는데 많은 힘이 들어가게 된다. 반면에 망치의 머리 부분이 위쪽으로 올라간 상태라면 많은 힘을 들이지 않고도 회전을 시킬 수 있게 된다. 이를 통해 회전축을 기준으로 회전체의 무게중심이 어느 방향에 있는지 알 수 있다. 회전체를 회전시키는데 가장 큰 힘이 들어가는 순간 회전체의 무게중심은 회전체의 수직 아랫방향에 위치하게 된다. 그리고 회전체가 회전하는데 사용되는 최대 토크의 크기와 회전체의 전체 질량을 이용하면 회전축으로부터 무게 중심까지의 거리를 계산할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에서 상기와 같은 계산방법을 사용하기 위해 먼저 최하위 구동계인 상기 제1구동계(2)의 모터 회전축이 중력방향에 대해 수직을 이루도록 고정한다. 상기 제1구동계(2) 모터의 회전에 따라 상기 제1구동계(2)의 회전체가 회전되면, 상기 제1구동계(2) 모터의 회전각도 별로 상기 제1구동계(2) 모터토크를 측정한다. 상기 제1구동계(2) 모터의 회전각도와 상기 모터토크로부터 상기의 공지된 계산방법을 사용하여 상기 제1구동계(2)의 무게중심의 위치를 계산한다.

그 다음으로 상기 제2구동계(4)의 무게중심의 위치를 계산하기 위해 상기 제2구동계(4)의 모터 회전축이 중력방향에 대해 수직을 이루도록 고정한다. 상기 제1구동계(2) 모터를 회전시키면서, 상기 제2구동계(4) 모터의 회전에 따라 상기 제2구동계(4) 모터의 회전각도 별로 상기 제2구동계(4) 모터토크를 측정한다. 이때 회전체의 회전 시 발생하는 원심력과 코리올리력의 영향을 최소화하기 위해 상기 제1구동계(2) 모터 및 상기 제2구동계(4) 모터의 회전 속도를 각각 가장 느린 설정값으로 선택하여 서로 다른 속도로 회전하도록 한다.

상기 제2구동계(4)보다 상위에 N개의 구동계가 추가로 구성될 수 있으며, 이러한 경우, 상기 다축 구동계의 무게중심 위치 계산은 제1구동계(2)로부터 제N구동계(6)의 순으로 이루어지도록 한다. 이는 하위 구동계의 무게중심 조정을 위한 무게 추를 달게 되면 상위 구동계의 무게중심에 영향을 줄 수 있기 때문이다.

따라서 제N구동계(6)의 무게중심을 구하는 경우에는 상기 제N구동계(6)의 하위에 위치하는 모든 구동계를 각각 서로 다른 회전 속도로 회전시키면서 상기 제N구동계(6)의 무게중심을 구하게 된다.

위의 방법으로 무게중심을 측정할 때, 무게중심을 구하려는 해당 구동계의 모터 회전축이 중력방향에 대해 수직을 이루도록하기 위하여 본 발명에서는 상기 다수 개의 구동계 중 가장 상위 구동계의 모터가 고정되는 모터고정부(8), 상기 모터고정부(8)에 연결된 연결링크(10), 상기 연결링크(10)를 회전시킴으로써 상기 모터고정부(8)의 각도를 조절할 수 있는 각도 조절부(12)로 이루어진 각도 조절장치를 구성하였다.

상기 각도 조절장치에는 중력센서가 탑재되어 있어 무게중심을 구하려는 해당 구동계의 모터 회전축이 중력방향에 대해 수직을 이루기 위해 필요한 각도만큼 상기 연결링크(10)를 회전시키게 된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 제1구동계
4 : 제2구동계
6 : 제N구동계
8 : 모터고정부
10 : 연결링크
12 : 각도조절부

Claims (5)

1. 제1구동계 및 상기 제1구동계 보다 상위에 위치한 제2구동계가 서로 다축으로 연결되어 구동되는 다축구동장치의 무게중심 측정방법에 있어서,
   상기 제1구동계의 모터 회전축이 중력방향에 대해 수직을 이루도록 고정하는 단계;
   상기 제1구동계 모터의 회전에 따라 상기 제1구동계의 회전체가 회전되는 단계;
   상기 제1구동계 모터의 회전각도 별로 상기 제1구동계 모터토크를 측정하는 단계;
   상기 제1구동계 모터의 회전각도와 상기 모터토크로부터 상기 제1구동계의 무게중심의 위치를 계산하는 단계;
   상기 제2구동계의 모터 회전축이 중력방향에 대해 수직을 이루도록 고정하는 단계;
   상기 제1구동계 모터를 회전시키면서, 상기 제2구동계 모터의 회전에 따라 상기 제2구동계 모터의 회전각도 별로 상기 제2구동계 모터토크를 측정하는 단계;
   상기 제2구동계 모터의 회전각도와 상기 제2구동계 모터토크로부터 상기 제2구동계의 무게중심의 위치를 계산하는 단계;를 포함하며,
   상기 제2구동계보다 상위에 N개의 구동계가 추가로 위치한 경우, 상기 다축구동장치의 무게중심 위치계산은 제1구동계로부터 제N구동계의 순으로 이루어지고,
   상기 제N구동계의 무게중심을 구하는 경우에는 상기 제N구동계의 하위에 위치하는 모든 구동계를 각각 서로 다른 회전 속도로 회전시키면서 상기 제N구동계의 무게중심을 구하는 것
   을 특징으로 하는 다축구동장치의 무게중심 측정방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1구동계 모터를 회전시키면서 상기 제2구동계 모터의 회전에 따라 상기 제2구동계 모터의 회전각도 별로 상기 제2구동계 모터 토크를 측정하는 단계에서, 상기 제1구동계 모터 및 상기 제2구동계 모터의 회전 속도는 각각 가장 느린 설정값으로 선택하는 것을 특징으로 하는 다축구동장치의 무게중심 측정방법.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항의 다축구동장치의 무게중심 측정방법을 구현하기 위한 다축구동장치의 무게중심 측정장치에 있어서,
   상기 제N구동계의 모터가 고정될 수 있는 모터고정부, 상기 모터고정부에 연결된 연결링크, 상기 연결링크를 회전함으로서 상기 모터고정부의 각도를 조절할 수 있는 각도조절부로 이루어진 다축구동장치의 무게중심 측정장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제N구동계의 모터 회전축이 중력방향에 대해 수직을 이루도록 고정하기 위해 중력센서가 탑재된 것을 특징으로 하는 다축구동장치의 무게중심 측정장치.

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