KR102358422B1 - 서보 모터의 백래시 보상 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서보 모터의 백래시 보상 방법에 관한 것이다.
본 발명은 사용자가 제어기에 의해 동작 수행을 위한 명령을 하달하는 단계;
상기 제어기로부터 제어 명령을 전달 받은 서보 모터가 동작하는 단계;
상기 서보 모터와 결합된 기구부가 동작하는 단계;
를 포함하고,
상기 제어기는 상기 서보 모터에서 상기 기구부에 동력 전달시 발생하는 백래시를 보상하여 보정해주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 모터의 백래시 보상 방법이 제공될 수 있다.

Description

서보 모터의 백래시 보상 방법{Backlash Compensation Method for Servo Motor}
본 발명은 서보 모터의 백래시 보상 방법에 관한 것이다.
제어기에 의해 동작이 제어되는 서보 모터가 장착된 각종 기구부는 서보 모터와 기구부의 결합 부분에서 백래시가 존재한다.
이러한 백래시는 서보 모터가 기구부에 동력 전달시 기구부가 보다 부드럽게 동작하도록 하게 하지만, 서보 모터의 운동 방향을 역방향으로 변경하면 위치 오차를 발생시킬 수 있다.
이러한 위치 오차를 최소화하는 방안이 요구되는 실정이다.
대한민국 공개특허 제 10-2014-0132113호(공개일자 : 2014년 11월 17일)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 백래시를 보상하여 서보 모터의 동력 전달시의 오차를 최소화할 수 있도록 한 서보 모터의 백래시 보상 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 해결 수단은 사용자가 제어기에 의해 동작 수행을 위한 명령을 하달하는 단계;
상기 제어기로부터 제어 명령을 전달 받은 서보 모터가 동작하는 단계;
상기 서보 모터와 결합된 기구부가 동작하는 단계;
를 포함하고,
상기 제어기는 상기 서보 모터에서 상기 기구부에 동력 전달시 발생하는 백래시를 보상하여 보정해주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 모터의 백래시 보상 방법이 제공될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 백래시를 보상하여 서보 모터의 동력 전달시의 오차를 최소화할 수 있다.
본 발명은 서보 모터의 정방향 구동시 가중치를 1로 적용하고, 역방향으로 구동시에는 가중치를 0으로 적용하여 백래시를 보상해줄 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 백래시 보상 방법을 구현하기 위한 서보 시스템의 개략적인 블럭도이다.
도 2는 도 1의 제어기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 백래시 보상 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시 도면에 의거 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 백래시 보상 방법을 구현하기 위한 서보 시스템의 개략적인 블럭도이다. 도 2는 도 1의 제어기의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 서보 시스템은 사용자가 모션 명령을 내리는 제어기(10), 제어기(10)로부터 제어 명령을 전달받아 동작하는 서보 모터(20), 서보 모터(20)에 의해 동작을 구현하는 기구부(30)로 이루어질 수 있다.
도 2를 참조하면, 제어기(10)는 PTP(point to point) 명령부(11), 백래시 보정부(12), 프로파일 생성부(13), 펄스 생성부(14)로 이루어질 수 있다.
PTP 명령부(11)는 사용자가 원하는 동작 명령을 내리는 기능을 담당하고, 프로파일 생성부(13)는 PTP 명령부(11)에서 받은 명령 신호를 부드러운 제어 동작을 위해 프로파일(profile)을 형성하며, 일정 주기에 맞추어서 펄스 생성부(14)를 통해 펄스를 생성할 수 있다.
펄스 생성부(14)를 통해 생성된 펄스 신호는 서보 모터(20)에 전달되어서 서보 모터(20)가 제어 동작을 할 수 있다.
서보 모터(20)와 결합되어 동력을 전달받는 기구부(30)는 백래시(backlash)가 존재할 수 있다. 백래시는 서로 물리는 부분 사이의 틈으로서, 기구부(30)의 부드러운 동작 수행을 위해 백래시를 형성하는데, 기구부(30)의 동작 수행 방향을 역방향으로 변경하는 경우에는 위치 오차를 발생시킬 수 있다.
따라서, 이러한 백래시를 감안하여 서보 모터(20)를 제어할 필요가 있다.
본 발명의 백래시 보상 방법은 다음과 같이 수행될 수 있다.
본 발명의 백래시 보상 방법은 사용자가 제어기(10)에 의해 동작 수행을 위한 명령을 하달하는 단계;
상기 제어기(10)로부터 제어 명령을 전달 받은 서보 모터(20)가 동작하는 단계;
상기 서보 모터(20)와 결합된 기구부(30)가 동작하는 단계;
로 포함하고,
상기 제어기(10)는 상기 서보 모터(20)에서 상기 기구부(30)에 동력 전달시 발생하는 백래시를 보상하여 보정해주는 단계를 포함할 수 있다.
도 3를 참조하여 본 발명의 백래시 보상 방법을 설명하면, 예를 들어 사용자가 제어기(10)에게 제1 경로(A)와 같은 패턴으로 움직이도록 제어 명령을 내리는 경우, 서보 모터(20)의 경로는 제2 경로(B)와 같은 궤적을 나타낼 수 있다.
도 3에서 가로축은 시간(t)이고, 세로축은 위치(Pos)를 나타낸다.
제1 구간(L1)은 서보 모터(20)의 정방향 운동시 구간으로서, 제1 구간(L1)에서 사용자가 제어기(10)에게 명령을 제1 위치(P1)인 0에서 제2 위치(P2)인 10000으로 하달하게 되면, 제1 경로(A)와 같이 제2 위치(P2)인 10000이라는 명령을 받게 된다.
이때, 서보 모터(20)는 제2 위치(P2)인 10000이라는 위치에 도달하기 위해서 정방향으로 움직이게 되고, 제2 경로(B)와 같은 궤적을 나타낼 수 있다.
여기서, 서보 모터(20)와 기구부(30)의 결합되는 부분에서 백래시가 존재하므로, 백래시의 크기 만큼 움직이지 않고 있다가 백래시의 크기를 초과하면 기구부(30)는 제3 경로(C)와 같은 궤적으로 움직이기 시작할 수 있다.
이러한 경우에, 백래시 만큼 기구부(30)가 움직이지 않기 때문에 가중치를 반영하여 제어기(10) 내부적으로 서보 모터(20)가 더 움직이도록 제어 명령을 내릴 수 있다.
즉, 서보 모터(20)의 운동시에는 다음 수학식 1과 같은 조건이 성립될 수 있다.
Figure 112019133688980-pat00001
SP는 서보 모터의 위치, MP는 기구부의 위치, S는 가중치이다.
따라서, 서보 모터(20)의 정방향 운동시에는 가중치(S)를 1로 부여할 수 있다.
한편, 제2 구간(L2)에서는 서보 모터(20)의 역방향 운동시로서, 이 경우에는 가중치(S)를 0(제로)가 되어서 최종적으로 서보 모터(20)의 위치와 기구부(30)의 위치가 동일하게 될 수 있다.
서보 모터(20)의 역방향 운동시에는 수학식 1에서 가중치(S)를 0으로 부여하여 서보 모터의 위치(SP)와 기구부의 위치(MP)가 동일하게 될 수 있다.
사용자가 제3 위치(P3)인 1000이라는 위치로 명령을 제어기(10)에 하달하면, 서보 모터(20)는 제3 위치(P3)로 이동을 시작하지만, 백래시의 영향으로 기구부(30)는 움직이지 않는다. 이 상태에서 백래시의 크기 이상으로 서보 모터(20)가 이동하게 되면, 기구부(30)는 이동하게 되고, 목적지에 도달하였을 경우에 서보 모터(20)의 위치와 기구부(30)의 위치는 동일하게 될 수 있다.
만일, 서보 모터(20)의 방향이 변경되지 않으면 가중치(S)의 값은 변경되지 않는다.
즉, 역방향에서 정방향으로 서보 모터(20)의 이동 방향이 변경되면, 가중치(S)는 1이 되고, 정방향으로 서보 모터(20)가 이동하면, 동일하게 가중치(S)는 1이 적용될 수 있다.
한편, 서보 모터(20)의 이동 방향이 정방향에서 역방향으로 변경되면, 가중치(S)는 0이 된다.
정리하면, 가중치(S)인 1과 0을 적용하는 것의 차이는 서보 모터(20)의 이동 방향이 변경되었는지 여부에 따라 정해질 수 있다.
10 : 서보 모터 11 : PTP 명령부
12 : 백래시 보정부 13 : 프로파일 생성부
14 : 펄스 생성부 20 : 서보 모터
30 : 기구부
A : 제1 경로 B : 제2 경로
C : 제3 경로 L1 : 제1 구간
L2 : 제2 구간 MP : 기구부 위치
P1 : 제1 위치 P2 : 제2 위치
P3 : 제3 위치 SP : 서보 모터 위치
S : 가중치

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 사용자가 제어기에 의해 동작 수행을 위한 명령을 하달하는 단계;
    상기 제어기로부터 제어 명령을 전달 받은 서보 모터가 동작하는 단계;
    상기 서보 모터와 결합된 기구부가 동작하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제어기는,
    PTP(point to point) 명령부, 백래시 보정부, 프로파일 생성부, 펄스 생성부를 포함하며,
    상기 PTP 명령부는 사용자가 원하는 동작 명령을 내리는 기능을 담당하고,
    상기 프로파일 생성부는 PTP 명령부에서 받은 명령 신호를 부드러운 제어 동작을 통해 프로파일(profile)을 형성하며,
    일정 주기에 맞추어서 상기 펄스 생성부를 통해 펄스를 생성하며,
    상기 펄스 생성부를 통해 생성된 펄스 신호는 상기 서보 모터에 전달되어서 서보 모터가 제어 동작을 수행하고,
    상기 제어기는 상기 백래시 보정부를 통해 상기 서보 모터에서 상기 기구부에 동력 전달시 발생하는 백래시를 보상하여 보정해주는 단계를 포함하며,
    상기 백래시 보정 단계는 다음 수학식 1에 의거 가중치를 부여하고,
    상기 가중치는 상기 서보 모터의 정방향 구동시에는 1로 부여하고, 역방향 구동시에는 0을 부여하는 것을 특징으로 하는 서보 모터의 백래시 보상 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112021074464822-pat00002

    SP는 서보 모터의 위치, MP는 기구부의 위치, S는 가중치이다.
  3. 삭제
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