KR20000008592A - 로봇용 서보 모터 제어 장치 및 이에 적합한 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 제어 장치 및 이에 적합한 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇용 서보 모터 제어 장치 및 이에 적합한 방법에 관한 것으로서, 서보 모터의 제어 시 가속 특성이 우수한 커브와 감속 특성이 우수한 커브를 서보 모터의 가감속시에 각각 적용할 수 있도록 함으로써 가감속시 잔류 진동을 최소화시킬 수 있는 로봇용 서보 모터 제어 장치 및 이에 적합한 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 교시에 의한 입력 커브(IC)와 패턴 발생기(51)에 미리 입력된 가속도 커브(AC)를 컨벌루션하여 서보 모터 제어 명령 커브(CC)을 발생시키도록 구성된 로봇용 서보 모터 제어 장치에 있어서, 상기한 패턴 발생기(51)에서 컨벌루션부(52)로 입력되는 가속도 커브(AC₁, AC₂)를 서보 모터의 가속 및 감속 특성에 적합한 가속도 커브(AC₁, AC₂)로 각각 선택하여 입력할 수 있도록 구성된 패턴 선택부(1)를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 교시에 의한 입력 커브(IC)와 미리 입력된 가속도 커브(AC)를 컨벌루션하여 서보 모터 제어 명령 커브(CC)을 형성하는 로봇용 서보 모터 제어 방법에 있어서, 상기한 입력 커브(IC)와 컨벌루션되는 가속도 커브(AC₁, AC₂)를 가속과 감속시에 각각의 특성에 적합한 가속 및 감속 커브로 구분하여 컨벌루션되도록 함을 특징으로 한다.

Description

로봇용 서보 모터 제어 장치 및 이에 적합한 제어 방법

본 발명은 모터 제어 장치 및 이에 적합한 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇용 서보 모터 제어 장치 및 이에 적합한 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 다관절 아암을 가진 로봇을 용접등과 같은 조립 작업에 사용하기 위해서는 아암을 각각의 작업점으로 이동시킨 후 PTP 교시 (Point-To-Point Teach)등과 같은 교시 방법을 사용하여 작업점을 지정하게 된다.

즉, 상기한 작업점 사이를 직선 또는 호선등과 같은 경로로 이동하면서 작업을 수행하도록 하는 것이다.

상기한 아암이 작업점까지 이동할 때는 정확하게 작업점까지 도달하여 정지하는 이동 정밀도, 작업점에서 작업점까지 이동하는 시간등이 매우 중요한 변수가 되는 바, 상기한 이동 정밀도, 동작 시간등에 의해 전체적인 조립 작업 능률이 결정되는 것이다.

여기서, 상기한 바와 같은 로봇의 서보 모터를 제어하는 장치는 도4에 도시된 바와 같이 PTP 교시에 따른 입력 커브가 생성되는 입력부(50)와, 소정의 가속도 커브가 저장된 패턴 발생기(51)와, 상기한 입력부(50)와 패턴 발생기(51)에서 발생된 입력 커브와 가속도 커브를 컨벌루션(Convolution)하여 실질적인 제어 명령 커브를 형성하는 컨벌루션부(52)와, 상기한 컨벌루션부(52)에서 제어 명령을 전달받아 모터(M)를 제어하는 출력부(53)로 이루어져 있다.

즉, 도5에 도시된 PTP 교시에서의 입력 커브(IC)와 도6에서 도시된 패턴 발생기(51)에 미리 입력되어 있는 가속도 커브(AC)를 컨벌루션하게 되는 바, 컨벌루션후의 서보 모터 제어 명령 커브(CC) 상태는 도7에 도시된 바와 같은 형태를 나타내게 된다.

여기서, 상기한 입력부(50)의 입력 커브(IC)와, 패턴 발생기(51)의 가속도 커브(AC)는 X축이 시간을 나타내고, Y축이 입력 펄스를 나타낸다.

상기한 패턴 발생기(51)의 가속도 커브(AC)는 가속 시와 감속 시의 커브가 동일한 상태를 이루도록 형성되어 있게 되고, 상기한 가속도 커브(AC)는 패턴 발생기(51)에 미리 입력되어 있는 상태가 된다.

여기서, 상기한 바와 같이 동작되는 조립 로봇 중 움직이는 부분의 중량인 가반 중량이 큰 로봇을 동작시킬 때는 가 감속시의 잔류 진동이 동작 시간에 매우 큰 영향을 미치게 되는 바, 상기한 동작 시간을 최적 상태로 하기 위해서는 잔류 진동을 최소화해야 한다.

즉, 상기한 잔류 진동이 길어지게 되면 로봇이 다음 동작을 대비하는 데 기다리는 시간이 길어지게 됨으로써 전체적인 로봇의 동작 시간이 길어지는 것을 방지하도록 잔류 진동을 최소로 유지하게 되는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같이 서보 모터를 제어하는 데 사용되는 패턴 발생기의 가속도 커브가 가감속시 동일한 형태를 갖게 되면 상기한 가속도 커브가 가속 특성과 감속 특성을 동시에 충족시킬 수 없기 때문에 잔류 진동을 감소시키는 효과가 낮은 문제점이 있다.

즉, 가속 특성이 우수한 커브를 패턴 발생기에 사용하게 되어도 상기한 커브가 감속 특성이 낮으면 잔류 진동이 오래 지속되고, 이로 인해 전체적인 로봇의 동작 시간이 증가하게 됨과 아울러 이를 사용하는 작업 능률이 저하되는 문제점이 있는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 서보 모터의 제어 시 가속 특성이 우수한 커브와 감속 특성이 우수한 커브를 서보 모터의 가감속시에 각각 적용할 수 있도록 함으로써 가감속시 잔류 진동을 최소화시킬 수 있는 로봇용 서보 모터 제어 장치 및 이에 적합한 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 교시에 의한 입력 커브와 패턴 발생기에 미리 입력된 가속도 커브를 컨벌루션하여 서보 모터 제어 명령을 발생시키도록 구성된 로봇용 서보 모터 제어 장치에 있어서, 상기한 패턴 발생기에서 컨벌루션부로 입력되는 가속 커브와 감속 커브를 서보 모터의 가속 및 감속 특성에 적합한 가속도 커브로 각각 선택하여 입력할 수 있도록 구성된 패턴 선택부를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 교시에 의한 입력 커브와 미리 입력된 가속도 커브를 컨벌루션하여 서보 모터 제어 명령을 형성하는 로봇용 서보 모터 제어 방법에 있어서, 상기한 입력 커브와 컨벌루션되는 가속도 커브를 가속과 감속시에 각각의 특성에 적합한 가속 및 감속 커브로 구분하여 컨벌루션되도록 함을 특징으로 한다.

도1은 본 발명에 따른 로봇용 서보 모터 제어 장치를 도시한 블럭도,

도2는 본 발명에 따른 로봇용 서보 모터 제어 방법에서 컨벌루션(Convolution) 전 상태인 가속도 커브를 도시한 그래프,

도3은 본 발명에 따른 로봇용 서보 모터 제어 방법에서 입력 커브와 도2의 가속도 커브를 컨벌루션한 상태인 서보 모터 제어 명령을 도시한 그래프,

도4는 일반적인 로봇용 서보 모터 제어 장치를 도시한 블럭도,

도5는 도4에서 PTP(Point-To-Point) 교시 타입의 입력 커브를 도시한 그래프,

도6은 도4의 패턴 발생기에 미리 입력되어 입력 커브와 컨벌루션되는 가속도 커브를 도시한 그래프,

도7은 도5와 도6의 그래프를 컨벌루션하여 서보 모터의 제어 명령 상태를 도시한 그래프.

＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 패턴 선택부 50: 입력부

51: 패턴 발생기 52: 컨벌루션부

IC: 입력 커브 AC, AC₁, AC₂: 가속도 커브

CC, CC₁: 제어 명령 커브

도1은 본 발명에 따른 로봇용 서보 모터 제어 장치를 도시한 블록도로서, 패턴 발생기(51)에서 가속과 감속 시의 가속도 커브(AC₁, AC₂)를 각각 선택하여 컨벌루션부(52)로 입력시킬 수 있도록 구성된 패턴 선택부(1)가 패턴 발생기(51)에 연결되어 있다.

물론, 상기한 패턴 발생기(51)에서 전송된 가속도 커브(AC₁, AC₂)는 입력 커브(IC)와 컨벌루션부(52)에서 중첩되고, 상기한 패턴 선택부(1)에서는 작업자가 직접 가속 및 감속 커브(AC₁, AC₂)를 각각 선택 지정할 수 있게 된다.

즉, 종래에는 서보 모터의 한 동작 시 미리 선택된 하나의 가속도 커브(AC)를 가속과 감속에 동일하게 컨벌루션부(52)로 입력시켰지만, 본 발명은 상기한 패턴 선택부(1)에 미리 가속과 감속 특성이 각각 우수한 다양한 종류의 커브를 입력시킨 상태에서 작업 환경 및 상태에 따라 각각 적절한 커브를 패턴 발생기(51)로 전송하여 가속과 감속시에 각각 특성이 우수한 커브를 사용할 수 있도록 하는 것이다.

예를 들면, 도2에 도시된 바와 같이 각각 가속 특성과 감속 특성이 우수한 제1, 2가속 커브(AC₁, AC₂)를 패턴 선택부(1)에서 선택하여 종래 도면인 도5에 도시된 입력 커브(IC)와 함께 컨벌루션부(52)로 입력하게 된다.

여기서, 상기한 제1가속 커브(AC₁)는 가속 특성이 우수한 커브이고, 제2가속 커브(AC₂)는 감속 특성이 우수한 커브인 바, 작업 환경에 적합한 가속 커브(AC₁, AC₂)를 미리 패턴 선택부(1)에서 선택한 후 패턴 발생기(51)에 입력한 상태가 된다.

컨벌루션부(52)로 입력된 입력 커브(IC)와 제1, 2가속 커브(AC₁, AC₂)는 도3에 도시된 바와 같이 컨벌루션되어 출력부(53)로 전송됨으로써 서보 모터(M)를 제어하게 되는 것이다.

컨벌루션부(52)에서 형성된 상기한 서보 모터 제어 명령 커브(CC₁)의 특성을 설명하면 점선으로 표시된 종래 가속도 커브(AC)에 비해 가속 초기에서는 보다 천천히 가속되고 가속 후기에서는 보다 빠르게 가속됨과 아울러 감속 초기에는 보다 빨리 감속되고 감속 후기에는 보다 천천히 감속되도록 함으로써 전체적인 가감속 구간에서 잔류 진동이 보다 적어지도록 하는 것이다.

예를 들면, 제어 명령 커브(CC₁)의 4 모서리를 나타내는 A, B, C, D 부분에 대해, 초기 가속 구간인 A 부분에서 시간이 25초 경과했을 때 종래 펄스는 약 500㎐ 정도이고, 본 발명은 약 250㎐ 정도로서 구동 초기에 가속이 매우 느리게 일어남으로써 가속시의 잔류 진동이 최소화될 수 있는 것이다.

또한, 정상 구동 구간인 B 부분에 진입하기 전 시간인 약70초 경과했을 때 종래 펄스는 약 2750㎐ 정도이고, 본 발명은 약 2850㎐ 정도인 바, 3000㎐ 펄스로 정상 구동하기 전에 비교적 급격한 가속이 이루어져 정상 구동에 도달되는 시간을 종래와 동일하도록 하게 된다.

이 상태에서 정상 구동 후 감속 초기인 C 부분에 도달되면 220초에서 종래 펄스는 약 2700㎐ 정도이고, 본 발명은 2550㎐ 정도로 구동하게 되는 바, 종래보다 매우 급격하게 감속되지만 감속 초기이기 때문에 잔류 진동에 대한 영향은 없게 된다.

상기한 감속 시 감속 후기인 D 부분에 도달되면 250초에서 종래 펄스는 500㎐ 정도인데 반해 본 발명의 펄스는 200㎐ 정도로서 정지 시의 속도가 종래에 비해 낮기 때문에 잔류 진동의 발생 정도가 급격하게 저하되는 것이다.

즉, 도2에 도시된 제1, 2가속도 커브(AC₁, AC₂)가 각각 가속과 감속 시에 우수한 특성을 나타내는 것이므로 입력 커브(IC)와 컨벌루션된 제어 명령 커브(CC₁)의 가속 및 감속 특성이 종래 보다 매우 우수하게 나타나는 것이다.

물론, 상기한 제1, 2가속도 커브(AC₁, AC₂)는 일반적으로 로봇용 서보 모터의 제어에 사용되는 커브인 바, 본 발명의 예에서 설명하지 않은 보다 우수한 특성을 나타내는 가속 또는 감속 커브를 사용하여도 효과가 달성된다.

정지시의 잔류 진동이 별도의 가속 커브(AC₁, AC₂)에 따라 극히 미세하게 되면 로봇의 PTP 동작 시의 작업점 간 이동 시간이 대폭 단축됨과 아울러 이로 인해 작업 능률이 증대되는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 가속과 감속시에 각각 적절한 특성을 가진 가감속 커브를 적용할 수 있도록 패턴 선택부를 패턴 발생기에 연결 설치함으로써 로봇의 동작 시 잔류 진동에 의해 동작 시간 증가등을 방지할 수 있는 잇점이 있는 것이다.

Claims (2)

1. 교시에 의한 입력 커브와 패턴 발생기에 미리 입력된 가속도 커브를 컨벌루션하여 서보 모터 제어 명령을 발생시키도록 구성된 로봇용 서보 모터 제어 장치에 있어서, 상기한 패턴 발생기에서 컨벌루션부로 입력되는 가속도 커브를 서보 모터의 가속 및 감속 특성에 적합한 가속도 커브로 각각 선택하여 입력할 수 있도록 구성된 패턴 선택부를 포함함을 특징으로 하는 로봇용 서보 모터 제어 장치.
2. 교시에 의한 입력 커브와 미리 입력된 가속도 커브를 컨벌루션하여 서보 모터 제어 명령을 형성하는 로봇용 서보 모터 제어 방법에 있어서, 상기한 입력 커브와 컨벌루션되는 가속도 커브를 가속과 감속시에 각각의 특성에 적합한 가속 및 감속 커브로 구분하여 컨벌루션되도록 함을 특징으로 하는 로봇용 서보 모터 제어 방법.