KR102145506B1 - 모터 제어모듈 및 제어방법과, 모터 제어모듈을 갖는 키네틱 아트 장치 - Google Patents

모터 제어모듈 및 제어방법과, 모터 제어모듈을 갖는 키네틱 아트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 모터로 움직이는 모션부를 갖는 장치에 구비되어 모션부가 사전 기획된 모션 데이터에 따라 정확하게 작동할 수 있도록 복수의 모터를 제어할 수 있는 모터 제어모듈 및 제어방법과, 모터 제어모듈을 갖는 키네틱 아트 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 모터 제어모듈은, 사전 기획된 모션을 수행하는 모션부에 구비되는 복수의 운동부재에 구동력을 제공하는 복수의 모터를 제어하기 위한 모터 제어모듈에 있어서, 복수의 모터 중 두 개 이상의 모터가 그룹으로 묶인 복수의 모터 그룹을 각각 제어하는 복수의 모터 컨트롤러와, 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 복수의 모터가 제어되도록 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 제어 서버부를 포함한다.

Description

모터 제어모듈 및 제어방법과, 모터 제어모듈을 갖는 키네틱 아트 장치{MOTOR CONTROL MODULE AND METHOD, KINETIC ART APPARATUS HAVING THE MOTOR CONTROL MODULE}
본 발명은 모터 제어모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 모터로 움직이는 모션부를 갖는 장치에 구비되어 모션부가 사전 기획된 모션 데이터에 따라 정확하게 작동할 수 있도록 복수의 모터를 제어할 수 있는 모터 제어모듈 및 제어방법과, 모터 제어모듈을 갖는 키네틱 아트 장치에 관한 것이다.
현대 산업에서 모터가 차지하는 비중은 매우 크다. 모터는 그 크기나 종류는 매우 다양하고, 매우 다양한 분야에서 광범위하게 활용되고 있다. 모터는 장치에서 움직임을 구현할 수 있도록 단독으로 사용되기도 하지만, 복수 개가 장치에 적용되어 장치의 복잡한 움직임을 구현할 수 있다.
일예로, 키네틱 아트(Kinetic Art) 분야에서는 예술적인 움직임을 구현하기 위해 수 백 개 이상의 모터가 사용되기도 한다.
키네틱 아트는 움직임을 본질로 한 예술이다. 키네틱 아트는 정지된 조각에 기계공학적 움직임을 부여하여 공기의 흐름이나 모터에 의해 동력을 얻는 기계 조각으로 구현될 수 있으며, 최근 비디오 아트, 레이저 아트, 홀로그래피 등 첨단기술과 융합하여 다양한 분야에서 무한히 발전하고 있는 예술 장르이다.
키네틱 아트는 움직이는 예술 작품으로 사람들의 이목을 집중시키고, 소재와 빛의 효과에 따라 움직임을 극대화할 수 있으며, 타 장르의 미디어 아트와 결합하여 광고, 브랜드 홍보, 전시회, 공공조형물, 공연 등에서 적극적으로 활용되고 있다.
키네틱 아트 장치의 움직임은 대부분 키네틱 아트를 제작하는 작가에 의해 조절되거나 프로그램을 통해 제어되며, 이를 위해 작가 또는 개발자가 움직임을 설계하게 된다.
키네틱 아트 장치가 움직임을 구현하기 위해서는 움직이는 부분의 동작을 제어하기 위한 하드웨어 구동부가 필요한데, 대부분 모터가 그 역할을 하게 된다. 즉, 모터에서 발생하는 회전력을 기어, 크랭크, 와이어 등을 이용하여 동작부의 직선 운동, 원운동, 비정형적인 운동을 구현하게 된다.
복수의 모터를 이용하여 키네틱 아트 장치의 예술적 움직임을 만들기 위해서는 복수의 모터가 설계된 모션 데이터에 따라 정교하게 제어되어야 한다.
등록특허공보 제0709816호 (2007. 04. 23.)
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 복수의 모터로 움직이는 모션부를 갖는 장치에 구비되어 모션부가 사전 기획된 모션 데이터에 따라 정확하게 작동할 수 있도록 복수의 모터를 제어할 수 있는 모터 제어모듈 및 제어방법과, 모터 제어모듈을 갖는 키네틱 아트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 모터 제어모듈은, 사전 기획된 모션을 수행하는 모션부에 구비되는 복수의 운동부재에 구동력을 제공하는 복수의 모터를 제어하기 위한 모터 제어모듈에 있어서, 상기 복수의 모터 중 두 개 이상의 모터가 그룹으로 묶인 복수의 모터 그룹을 각각 제어하는 복수의 모터 컨트롤러와, 상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 제어되도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 제어 서버부를 포함한다.
상기 제어 서버부는, 상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 통합 제어될 수 있도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 메인 모션 제어 서버와, 상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 시간 동기 제어될 수 있도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 시간 동기 서버를 포함할 수 있다.
상기 모터 제어모듈은, 관람객의 움직임을 센싱하는 키네틱 센서와, 상기 키네틱 센서로부터 검출 신호를 수신하고, 상기 모션부가 상기 관람객의 움직임에 따라 사전 기획된 모션을 연출할 수 있도록 상기 키네틱 센서의 검출 신호에 따라 상기 복수의 모터를 제어하기 위해 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 인터랙티브 모션 제어 서버를 포함할 수 있다.
상기 모터 컨트롤러는, 상기 제어 서버부로부터 동기화 명령 신호를 수신하고, 시작 명령 신호 이후 누적된 현재 타임 스탬프와, 명령 신호의 타임 스탬프를 비교하여 그 비교값에 따라 상기 모터를 피드백 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 모터 제어모듈은, 다음의 수식에 따라 상기 모터에 대한 실제 위치값을 추정하고, 추정된 실제 위치값을 바탕으로 업데이트할 위치값과 속도를 계산하는 방식으로 기본 제어 알고리즘을 구현하여 상기 복수의 모터를 제어할 수 있다.
Figure 112018120029344-pat00001
,
Figure 112018120029344-pat00002
(Pe: 추정된 실제 위치값(△td 동안 진행된 값을 더해준 값), Pc: 모터에서 읽은 위치값(△td 만큼 과거의 값), Pt: 목적 위치값, Vc: 모터에서 읽은 현재 속도, Vn: 목적 위치값으로 움직이기 위한 속도, △td: 모터에서 값을 읽을 때의 시간 오차, △tu: 모터에 명령 신호를 전달하는 주기)
본 발명에 따른 모터 제어모듈은, 상기 복수의 모터 컨트롤러에 각각 전송되는 데이터의 데이터 전송시간(Round-Trip Time)과 데이터 전송시간의 변화량(Jitter)을 측정하고, 상기 복수의 모터 컨트롤러 각각의 시간을 실시간으로 보정하는 알고리즘과, 상기 복수의 모터에 대한 모션 데이터의 전송시간(Delay)과 전송시간의 편차(Jitter)에 의해서 만들어진 불균일한 시간 상태를 상기 모션부의 위치 제어에 활용할 수 있는 균일한 시간 간격의 모션 데이터로 변화시키는 알고리즘을 적용하여 상기 복수의 모터를 제어할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 모터 제어방법은, 사전 기획된 모션을 수행하는 모션부에 구비되는 복수의 운동부재에 구동력을 제공하는 복수의 모터를 제어하기 위한 모터 제어방법에 있어서, 상기 복수의 모터 중 두 개 이상의 모터를 하나의 모터 그룹으로 묶어 복수의 모터 그룹을 각각 복수의 모터 컨트롤러로 제어하되, 상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 통합 제어되도록 메인 모션 제어 서버로 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하고, 상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 시간 동기 제어되도록 시간 동기 서버로 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어한다.
본 발명에 따른 모터 제어방법은, 키네틱 센서로 관람객의 움직임을 센싱하고, 상기 모션부가 상기 관람객의 움직임에 따라 사전 기획된 모션을 연출할 수 있도록 인터랙티브 모션 제어 서버로 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하여 상기 키네틱 센서의 검출 신호에 따라 상기 복수의 모터를 제어할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 키네틱 아트 장치는, 복수의 운동부재의 움직임에 따른 모션을 구현하는 모션부를 갖는 키네틱 아트 장치에 있어서, 상기 모션부에 대한 모션 데이터를 저장하는 관리 서버; 상기 복수의 운동부재에 구동력을 제공하는 복수의 모터; 및 상기 관리 서버로부터 상기 모션 데이터를 제공받고, 상기 모션 데이터에 따라 상기 복수의 모터를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 모터 제어모듈;을 포함하고, 상기 모터 제어모듈은, 상기 복수의 모터 중 두 개 이상의 모터가 그룹으로 묶인 복수의 모터 그룹을 각각 제어하는 복수의 모터 컨트롤러와, 상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 제어되도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 제어 서버부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 모션부의 구동을 담당하는 모터의 움직임을 더욱 정교하게 제어할 수 있으므로, 십수 개에서 수천 개의 모터를 구동하여 움직임을 만들어내야 모션부의 움직임을 더욱 조화롭고 다양하게 만들어낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 키네틱 아트 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 키네틱 아트 장치의 모터 제어모듈을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 키네틱 아트 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 제어 흐름도이다.
도 4는 모터 제어를 위한 명령값과 실제 모터의 움직임을 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 모터 제어모듈 및 제어방법과, 모터 제어모듈을 갖는 키네틱 아트 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 키네틱 아트 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 키네틱 아트 장치의 모터 제어모듈을 나타낸 블록도이다.
도면에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 키네틱 아트 장치(100)는, 모션부(110)와, 복수의 모터(120)와, 모터 제어모듈(130)과, 관리 서버(140)를 포함한다. 모션부(110)는 복수의 운동부재의 움직임에 따른 모션을 구현하는 부분으로, 다양한 모션을 나타내는 다양한 구조를 취할 수 있다. 복수의 모터(120)는 복수의 운동부재에 구동력을 제공한다. 모터(120)는 두 개 이상이 하나의 모터 그룹(125)으로 묶인다. 본 발명의 일실시예에 따른 키네틱 아트 장치(100)는 복수의 모터 그룹(125)을 포함한다. 관리 서버(140)는 연출 시뮬레이션을 수행하고, 모션 데이터를 생성하고 저장할 수 있으며, 키네틱 아트 장치(100)의 전체적인 움직임을 제어할 수 있다.
모터 제어모듈(130)은 관리 서버(140)로부터 모션 데이터를 제공받고, 모션 데이터에 따라 복수의 모터(120)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다. 모터 제어모듈(130)은 복수의 모터 컨트롤러(131)와, 메인 모션 제어 서버(132)와, 시간 동기 서버(133)와, 인터랙티브 모션 제어 서버(134)와, 키네틱 센서(135)를 포함한다. 복수의 모터 컨트롤러(131)는 복수의 모터 그룹(125)을 각각 제어한다. 메인 모션 제어 서버(132)와, 시간 동기 서버(133)와, 인터랙티브 모션 제어 서버(134)는 모션부(110)의 사전 기획된 모션에 따라 복수의 모터(120)가 제어되도록 복수의 모터 컨트롤러(131)를 관리 제어하는 제어 서버부(136)를 구성한다.
메인 모션 제어 서버(132)는 관리 서버(140)로부터 모션 데이터를 수신하고 모션부(110)의 사전 기획된 모션에 따라 복수의 모터(120)가 통합 제어될 수 있도록 복수의 모터 컨트롤러(131)를 관리 제어한다. 시간 동기 서버(133)는 모션부(110)의 사전 기획된 모션에 따라 복수의 모터(120)가 시간 동기 제어될 수 있도록 복수의 모터 컨트롤러(131)를 관리 제어한다. 인터랙티브 모션 제어 서버(134)는 관람객의 움직임을 센싱하는 키네틱 센서(135)로부터 검출 신호를 수신하고, 키네틱 센서(135)의 검출 신호에 따라 복수의 모터(120)가 제어될 수 있도록 복수의 모터 컨트롤러(131)를 관리 제어한다.
즉, 인터랙티브 모션 제어 서버(134)의 작용으로 모션부(110)가 관람객의 움직임에 따라 사전 기획된 모션을 연출할 수 있다. 예를 들어, 관람객이 모션부(110)에 사전 설정된 거리 내로 접근할 때 키네틱 센서(135)가 이를 감지함으로써, 관람객과 사전 설정된 거리 내에 위치한 운동부재들만 작동하도록 모터(120)가 제어될 수 있다.
모터 제어모듈(130)은 정확한 타이밍의 동기화와, 많은 수의 모션부(110)에 대한 정밀한 제어를 위해 다양한 제어 기술을 이용하여 모터(120)를 제어하게 된다. 즉, 모터 제어모듈(130)은 모터(120)를 구동하는데 있어 실제 제어에 의한 것보다 더 또는 덜 움직이는 경우가 발생할 때 오차를 보정하는 기술, 하나의 모터 컨트롤러(131)에 의해 제어되는 여러 대의 모터(120)를 동시에 제어할 수 있는 제어 기술, 여러 대의 모터 컨트롤러(131)를 제어하여 전체 모터(120)를 제어할 수 있는 모터 제어 기술, 여러 대로 분산되어 있는 모터 컨트롤러(131) 간의 동기화를 통해 전체 시나리오의 동기를 맞춰 모터(120)를 제어할 수 있는 동기화 기술, 시뮬레이션 소프트웨어와 모터 컨트롤러(131) 간의 연동 기술 등을 이용하여 모터(120)를 제어한다.
이하에서는, 이러한 모터 제어모듈(130)의 구체적인 모터 제어 방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 모터 제어모듈(130)은 Ethercat 방식을 통해서 대규모의 모터(120)를 제어 할 수 있다. 한 대의 모터 컨트롤러(131)가 담당하는 모터(120)의 개수는 최대 256개로 설정될 수 있고, 모터 컨트롤러(131)는 위치, 속도, 가속도 등 모터 제어 신호를 Ethercat 방식의 네트워크로 전송하여 약 1ms 이내의 주기로 모터 제어를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 모터 제어모듈(130)은 대량의 모터(120)가 동시에 구동될 때 발생하는 운영 오차를 해결하기 위해서 운동부재가 정확한 시간에 정확한 위치에 도달할 수 있도록 피드백 제어 알고리즘을 적용한다.
모터 제어모듈(130)은 TCP/IP 네트워크를 통해 관리 서버(140)로부터 모션 데이터를 수신할 수 있다.
도 3은 키네틱 아트 장치(100)의 동작 방법을 설명하기 위한 제어 흐름도로, 도 3을 참조하면, 관리 서버(140)가 TCP/IP 네트워크를 통해 모터 제어모듈(130)에 모션 데이터 신호를 전송하면 모터 제어모듈(130)이 이에 따라 모터(120)를 제어하게 된다. 모션부(110)의 모션을 시작시키기 위해 관리 서버(140)는 Play 신호를 모터 제어모듈(130)의 메인 모션 제어 서버(132)에 송신한다. Play 신호는 모션 프로파일의 ID(MotionID)를 포함한다. 메인 모션 제어 서버(132)는 수신한 Play 신호에 따라 모션 프로파일의 ID(MotionID)와 절대 시간(AbsTime)을 포함하는 Play 신호와, 절대 시간(AbsTime)과 목표 위치 값(Pos)을 포함하는 Position 신호를 생성하여 각각의 모터 컨트롤러(131)에 전송한다. 이때, 관리 서버(140)가 전송하는 모션 데이터에 맞춰 모션부(110)가 정교환 움직임을 나타낼 수 있도록 메인 모션 제어 서버(132)는 약 30fps의 위치 데이터를 각각의 모터 컨트롤러(131)에 전송할 수 있다. 각각의 모터 컨트롤러(131)는 Play 신호와 Position 신호를 수신하고, 각각의 신호에 맞춰 모터(120)를 제어하게 된다.
한편, 모션부(110)의 모션을 종료하는 경우, 관리 서버(140)는 모션 프로파일의 ID(MotionID)를 포함하는 Stop 신호를 메인 모션 제어 서버(132)에 송신한다. 이때, 메인 모션 제어 서버(132)는 모션 프로파일의 ID(MotionID)와 절대 시간(AbsTime)을 포함하는 Stop 신호를 생성하여 각각의 모터 컨트롤러(131)에 전송하고, 이에 따라 모터 컨트롤러(131)가 모터(120)를 정지시키게 된다.
도 4는 모터 제어를 위한 명령값과 실제 모터의 움직임을 비교하여 나타낸 그래프로, 모터에 부담을 주지 않으면서 성능 최적화를 위한 가감속 프로파일을 생성하여 적용하는 경우, 도 4와 같이 명령값과 모터의 실제 위치값 간에 위치 오차가 발생하게 된다. 또한, 모터의 실제 위치값을 읽을 경우, 시간적 지연이 발생하기 때문에 정확한 위치를 읽을 수 없는 문제가 있다. 따라서, 모션 데이터 신호에 동기화된 모터의 위치 제어를 위해서 시간과 위치를 추종하는 실시간 제어가 필요하다.
또한, 키네틱 아트 장치(100)를 구성하는 모터(120)의 개수가 다수인 경우, 하나의 모터 컨트롤러(131)가 제어할 수 있는 모터(120)의 개수는 제한되기 때문에 복수의 모터 컨트롤러(131)를 사용하게 된다. 따라서, 다수의 모터(120)가 사용되는 키네틱 아트 장치(100)의 움직임을 정확하게 제어하기 위해서는 복수의 모터 컨트롤러(131) 간 동기화 위치 제어를 위한 특별한 동기화 제어 알고리즘이 필요하다.
본 발명에 따른 모터 제어모듈(130)은 TCP/IP 네트워크로 전달되는 모션 데이터 신호에 대한 동기화 제어와, 모터(120)의 위치값 보정을 위한 피드백 제어를 통해 다수의 모터(120)를 모션 데이터에 맞춰 정교하게 제어할 수 있다.
먼저, 데이터 전송 동기화 알고리즘은 각각의 모터 위치값을 가지고 있는 대용량 데이터를 복수의 모터 컨트롤러(131)에 전송하면서 발생할 수 있는 Jitter(전송 Latency 변화 편차)를 상쇄할 수 있는 알고리즘이다. 데이터 전송 동기화 알고리즘은 다음과 같은 2단계의 알고리즘을 통해 구현될 수 있다.
첫 번째는, 전체 시스템의 시간을 정확히 일치시키는 솔루션 적용이다. 데이터 전송시간(Round-Trip Time)과 데이터 전송시간의 변화량(Jitter)을 측정하여 각 모터 컨트롤러(131)의 시간을 실시간 보정하는 알고리즘을 적용함으로써, 시간 동기화를 약 1ms 이내로 수행하는 것이 가능하다.
두 번째는, Latency 변화에 대응하기 위한 버퍼링 기반 이벤트 알고리즘의 적용으로, 모터 컨트롤러(131)에 전달되는 데이터를 모터(120)의 위치 제어에 활용한다. 키네틱 아트 장치(100)의 모션과 같은 부정형의 움직임 데이터를 모터(120)의 위치 제어에 활용하기 위해서는 많은 위치 제어 명령이 정확한 간격으로 전달되어야 한다. 버퍼링 기반 이벤트 알고리즘은 네트워크를 통해서 들어오는 모션 데이터의 전송시간(Delay)과 전송시간의 편차(Jitter)에 의해서 만들어진 불균일한 시간 상태를 키네틱 아트 장치(100)의 위치 제어에 활용할 수 있는 균일한 시간 간격의 모션 데이터로 변화시킬 수 있다.
데이터 전송에 대한 동기화 제어를 위해, 모터 컨트롤러(131)는 제어 서버부(136)로부터 동기화 명령 신호를 수신하고, 시작 명령 신호 이후 누적된 현재 타임 스탬프와, 명령 신호의 타임 스탬프를 비교하여 그 비교값에 따라 모터(120)를 피드백 제어하게 된다. 예를 들어, 제어 서버부(136)로부터 동기화 명령을 수신한 모터 컨트롤러(131)는 시작 명령 이후 누적된 현재 타임 스탬프와 명령 신호의 타임 스탬프와 비교하여 현재 시간에 비해 늦었는지 빠른지를 판단하고, 빠를 경우 피드백 제어를 통해 모터(120)가 늦은 만큼 빠르게 이동하도록 제어하고, 명령 신호의 타임 스탬프가 현재 시간보다 늦으면 저장하였다가 다음 주기에 명령을 실행하도록 모터(120)를 제어하게 된다.
모터(120)의 위치값 보정을 위한 피드백 제어는 전체 모터(120)를 동시에 특정 위치로 보낼 때 각각의 모터별 Following Error 편차가 일정하게 유지될 수 있도록 하는 제어 방법으로, 모터별 가감속 값을 튜닝하여 다수의 모터 컨트롤러(131) 간 동기화 제어를 가능하게 한다. 여기에서, Following Error는 모터를 제어할 때 물리적 특성 때문에 목표 위치값과 실제 위치값 사이에 차이가 발생하는 오류를 말한다.
이러한 피드백 제어 알고리즘은 일정 주기로 업데이트되는 모터(120)의 위치값과 실제 모터의 위치값을 이용하여 속도와 시간과 위치를 추종하는 실시간 제어 방법으로, 다음의 수식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112018120029344-pat00003
,
Figure 112018120029344-pat00004
(Pe: 추정된 실제 위치값(△td 동안 진행된 값을 더해준 값), Pc: 모터에서 읽은 위치값(△td 만큼 과거의 값), Pt: 목적 위치값, Vc: 모터에서 읽은 현재 속도, Vn: 목적 위치값으로 움직이기 위한 속도, △td: 모터에서 값을 읽을 때의 시간 오차, △tu: 모터에 명령 신호를 전달하는 주기)
위와 같은 수식을 이용하여 모터(120)의 실제 위치를 추정하고, 추정된 실제 위치값을 바탕으로 새로 업데이트할 위치와 속도를 계산할 수 있다. 그리고 이러한 방식으로 기본 제어 알고리즘을 구현하고, 모터 드라이버 파라메터, 가감속 파라메터, 속도 파라메터에 대한 튜닝을 통해서 모터(120)를 제어할 수 있다. 또한, 이러한 알고리즘을 통해 각 모터별 가감속 값을 튜닝할 수 있도록 속도별 Following Error의 표준값을 생성한 후, 적정 가감속 값을 보정해 주는 방식으로 모터 제어 시 발생할 수 있는 동기화 오차를 최소화할 수 있다.
상술한 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 키네틱 아트 장치(100)는 네트워크로 전달되는 모션 데이터 신호에 대한 동기화 제어와, 모터(120)의 위치값 보정을 위한 피드백 제어를 통해 다수의 모터(120)를 모션 데이터에 맞춰 정확하게 제어할 수 있으며, 키네틱 아트 장치(100)에 구비되는 모션부(110)의 움직임을 정확하게 제어할 수 있고, 모션부(110)의 정교한 모션을 구현할 수 있다.
이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시되는 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 모터 제어모듈(130)의 구체적인 구조는 도시된 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 모터 제어모듈(130)의 제어 서버부(136)의 구성은 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 관리 서버(140)와 모터 제어모듈(130) 간의 신호 전송 방식이나, 신호 전송에 이용되는 네트워크의 종류, 제어 서버부(136)와 복수의 모터 컨트롤러(131) 간의 신호 전송 방식이나, 신호 전송에 이용되는 네트워크의 종류, 모터 컨트롤러(131)와 모터(120) 간의 신호 전송 방식이나, 신호 전송에 이용되는 네트워크의 종류는 다양하게 변경될 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
100 : 키네틱 아트 장치 110 : 모션부
120 : 모터 125 : 모터 그룹
140 : 관리 서버 130 : 모터 제어모듈
131 : 모터 컨트롤러 132 : 메인 모션 제어 서버
133 : 시간 동기 서버 134 : 인터랙티브 모션 제어 서버
135 : 키네틱 센서 136 : 제어 서버부

Claims (14)

  1. 사전 기획된 모션을 수행하는 모션부에 구비되는 복수의 운동부재에 구동력을 제공하는 복수의 모터를 제어하기 위한 모터 제어모듈에 있어서,
    상기 복수의 모터 중 두 개 이상의 모터가 그룹으로 묶인 복수의 모터 그룹을 각각 제어하는 복수의 모터 컨트롤러와,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 제어되도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 제어 서버부를 포함하고,
    상기 모터 컨트롤러는, 상기 제어 서버부로부터 동기화 명령 신호를 수신하고, 시작 명령 신호 이후 누적된 현재 타임 스탬프와, 명령 신호의 타임 스탬프를 비교하여 그 비교값에 따라 상기 모터를 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 서버부는,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 통합 제어될 수 있도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 메인 모션 제어 서버와,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 시간 동기 제어될 수 있도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 시간 동기 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 제어모듈은,
    관람객의 움직임을 센싱하는 키네틱 센서와,
    상기 키네틱 센서로부터 검출 신호를 수신하고,
    상기 모션부가 상기 관람객의 움직임에 따라 사전 기획된 모션을 연출할 수 있도록 상기 키네틱 센서의 검출 신호에 따라 상기 복수의 모터를 제어하기 위해 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 인터랙티브 모션 제어 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어모듈.
  4. 삭제
  5. 사전 기획된 모션을 수행하는 모션부에 구비되는 복수의 운동부재에 구동력을 제공하는 복수의 모터를 제어하기 위한 모터 제어모듈에 있어서,
    상기 복수의 모터 중 두 개 이상의 모터가 그룹으로 묶인 복수의 모터 그룹을 각각 제어하는 복수의 모터 컨트롤러와,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 제어되도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 제어 서버부를 포함하고,
    다음의 수식에 따라 상기 모터에 대한 실제 위치값을 추정하고, 추정된 실제 위치값을 바탕으로 업데이트할 위치값과 속도를 계산하는 방식으로 기본 제어 알고리즘을 구현하여 상기 복수의 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어모듈.
    Figure 112020076751271-pat00005
    ,
    Figure 112020076751271-pat00006

    (Pe: 추정된 실제 위치값(△td 동안 진행된 값을 더해준 값), Pc: 모터에서 읽은 위치값(△td 만큼 과거의 값), Pt: 목적 위치값, Vc: 모터에서 읽은 현재 속도, Vn: 목적 위치값으로 움직이기 위한 속도, △td: 모터에서 값을 읽을 때의 시간 오차, △tu: 모터에 명령 신호를 전달하는 주기)
  6. 사전 기획된 모션을 수행하는 모션부에 구비되는 복수의 운동부재에 구동력을 제공하는 복수의 모터를 제어하기 위한 모터 제어모듈에 있어서,
    상기 복수의 모터 중 두 개 이상의 모터가 그룹으로 묶인 복수의 모터 그룹을 각각 제어하는 복수의 모터 컨트롤러와,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 제어되도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 제어 서버부를 포함하고,
    상기 복수의 모터 컨트롤러에 각각 전송되는 데이터의 데이터 전송시간(Round-Trip Time)과 데이터 전송시간의 변화량(Jitter)을 측정하고, 상기 복수의 모터 컨트롤러 각각의 시간을 실시간으로 보정하는 알고리즘과,
    상기 복수의 모터에 대한 모션 데이터의 전송시간(Delay)과 전송시간의 편차(Jitter)에 의해서 만들어진 불균일한 시간 상태를 상기 모션부의 위치 제어에 활용할 수 있는 균일한 시간 간격의 모션 데이터로 변화시키는 알고리즘을 적용하여 상기 복수의 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어모듈.
  7. 사전 기획된 모션을 수행하는 모션부에 구비되는 복수의 운동부재에 구동력을 제공하는 복수의 모터를 제어하기 위한 모터 제어방법에 있어서,
    상기 복수의 모터 중 두 개 이상의 모터를 하나의 모터 그룹으로 묶어 복수의 모터 그룹을 각각 복수의 모터 컨트롤러로 제어하되,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 통합 제어되도록 메인 모션 제어 서버로 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하고,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 시간 동기 제어되도록 시간 동기 서버로 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하며,
    상기 모터 컨트롤러가 상기 시간 동기 서버로부터 동기화 명령 신호를 수신하고, 시작 명령 신호 이후 누적된 현재 타임 스탬프와, 명령 신호의 타임 스탬프를 비교하여 그 비교값에 따라 상기 모터를 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    키네틱 센서로 관람객의 움직임을 센싱하고,
    상기 모션부가 상기 관람객의 움직임에 따라 사전 기획된 모션을 연출할 수 있도록 인터랙티브 모션 제어 서버로 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하여 상기 키네틱 센서의 검출 신호에 따라 상기 복수의 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
  9. 삭제
  10. 사전 기획된 모션을 수행하는 모션부에 구비되는 복수의 운동부재에 구동력을 제공하는 복수의 모터를 제어하기 위한 모터 제어방법에 있어서,
    상기 복수의 모터 중 두 개 이상의 모터를 하나의 모터 그룹으로 묶어 복수의 모터 그룹을 각각 복수의 모터 컨트롤러로 제어하되,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 통합 제어되도록 메인 모션 제어 서버로 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하고,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 시간 동기 제어되도록 시간 동기 서버로 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하며,
    다음의 수식에 따라 상기 모터에 대한 실제 위치값을 추정하고, 추정된 실제 위치값을 바탕으로 업데이트할 위치값과 속도를 계산하는 방식으로 기본 제어 알고리즘을 구현하여 상기 복수의 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
    Figure 112020076751271-pat00007
    ,
    Figure 112020076751271-pat00008

    (Pe: 추정된 실제 위치값(△td 동안 진행된 값을 더해준 값), Pc: 모터에서 읽은 위치값(△td 만큼 과거의 값), Pt: 목적 위치값, Vc: 모터에서 읽은 현재 속도, Vn: 목적 위치값으로 움직이기 위한 속도, △td: 모터에서 값을 읽을 때의 시간 오차, △tu: 모터에 명령 신호를 전달하는 주기)
  11. 사전 기획된 모션을 수행하는 모션부에 구비되는 복수의 운동부재에 구동력을 제공하는 복수의 모터를 제어하기 위한 모터 제어방법에 있어서,
    상기 복수의 모터 중 두 개 이상의 모터를 하나의 모터 그룹으로 묶어 복수의 모터 그룹을 각각 복수의 모터 컨트롤러로 제어하되,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 통합 제어되도록 메인 모션 제어 서버로 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하고,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 시간 동기 제어되도록 시간 동기 서버로 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하며,
    상기 복수의 모터 컨트롤러에 각각 전송되는 데이터의 데이터 전송시간(Round-Trip Time)과 데이터 전송시간의 변화량(Jitter)을 측정하고, 상기 복수의 모터 컨트롤러 각각의 시간을 실시간으로 보정하는 알고리즘과,
    상기 복수의 모터에 대한 모션 데이터의 전송시간(Delay)과 전송시간의 편차(Jitter)에 의해서 만들어진 불균일한 시간 상태를 상기 모션부의 위치 제어에 활용할 수 있는 균일한 시간 간격의 모션 데이터로 변화시키는 알고리즘을 적용하여 상기 복수의 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
  12. 복수의 운동부재의 움직임에 따른 모션을 구현하는 모션부를 갖는 키네틱 아트 장치에 있어서,
    상기 모션부에 대한 모션 데이터를 저장하는 관리 서버;
    상기 복수의 운동부재에 구동력을 제공하는 복수의 모터; 및
    상기 관리 서버로부터 상기 모션 데이터를 제공받고, 상기 모션 데이터에 따라 상기 복수의 모터를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 모터 제어모듈;을 포함하고,
    상기 모터 제어모듈은,
    상기 복수의 모터 중 두 개 이상의 모터가 그룹으로 묶인 복수의 모터 그룹을 각각 제어하는 복수의 모터 컨트롤러와,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 제어되도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 제어 서버부를 포함하고,
    상기 모터 컨트롤러는, 상기 제어 서버부로부터 동기화 명령 신호를 수신하고, 시작 명령 신호 이후 누적된 현재 타임 스탬프와, 명령 신호의 타임 스탬프를 비교하여 그 비교값에 따라 상기 모터를 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 키네틱 아트 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 서버부는,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 통합 제어될 수 있도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 메인 모션 제어 서버와,
    상기 모션부의 사전 기획된 모션에 따라 상기 복수의 모터가 시간 동기 제어될 수 있도록 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 시간 동기 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 키네틱 아트 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 모터 제어모듈은,
    관람객의 움직임을 센싱하는 키네틱 센서와,
    상기 키네틱 센서로부터 검출 신호를 수신하고,
    상기 모션부가 상기 관람객의 움직임에 따라 사전 기획된 모션을 연출할 수 있도록 상기 키네틱 센서의 검출 신호에 따라 상기 복수의 모터를 제어하기 위해 상기 복수의 모터 컨트롤러를 관리 제어하는 인터랙티브 모션 제어 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 키네틱 아트 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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인용발명 1: 목진요. 키네틱 랜드스케이프 "하이퍼매트릭스". 한국디자인트렌드학회, [online], 2013년 4월, [2020년 7월 7일 검색], 인터넷: <URL: http://www.detra.org/down/html_date/37-%ED%82%A4%EB%84%A4%ED%8B%B1.pdf> 1부.*
인용발명 2: 일본 재공표특허공보 WO2018/117222(2018.06.28.) 1부.*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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