KR20000014796A - 디지털 컨벌루션을 이용한 서보제어 커맨드 생성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 컨벌루션을 이용한 서보제어 커맨드 생성방법에 관한 것으로서, 패스 플래너로 로봇의 이동 패스를 생성하는 제 1 단계(ST21); 로봇의 모터가 회전해야 할 속도와 시간에 부합하는 속도 커맨드를 생성하는 제 2 단계(ST22); 상기 속도 커맨드, 모터의 최대 토크, 모터에 작용하는 부하를 계산하여 최적의 가속도 커브를 생성하는 제 3 단계(ST23); 상기 속도 커맨드와 가속도 커브를 디지털 컨벌루션하여 속도 커브를 생성하는 제 4 단계(ST24); 그리고 상기 속도 커브를 모터에 출력되는 서보 커맨드로 변환하는 제 5 단계(ST25)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 로봇이 이동해야 하는 거리, 속도, 시간 등의 조건이 변하여도 새로운 수식을 계산하는 단계를 거치지 않고 신속하게 제어 커맨드를 생성함으로써 작업시간을 단축하여 생산성을 향상하는 효과가 있다.

Description

디지털 컨벌루션을 이용한 서보제어 커맨드 생성방법

본 발명은 디지털 컨벌루션을 이용한 서보제어 커맨드 생성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇이 이동해야 하는 거리, 속도, 시간 등의 조건이 변하여도 새로운 수식을 계산하는 단계를 거치지 않고 신속하게 제어 커맨드를 만드는 디지털 컨벌루션을 이용한 서보제어 커맨드 생성방법에 관한 것이다.

일반적으로 스폿 용접용 로봇과 같이 짧고 다양한 구간동작을 반복하는 로봇은 빠른 모션을 필요로 하나 짧은 구간에서 로봇의 각축은 최대 속도를 내지 못한다. 모터에 걸리는 토크는 하드웨어 요소에 의해 제한되는데, 최대 토크가 적용될 때에는 진동을 유발한다. 그러므로 로봇의 가감속 제어는 로봇 동작에 중요한 요인이 되며 가변적인 가감속 프로파일의 생성을 필요로 하게 된다.

도 1은 종래의 서보제어 커맨드 생성방법을 나타내는 동작 흐름도가 도시된다.

짧은 구간 동작에 최대의 토크를 이용하여 가감속 프로파일을 생성하는 방법의 하나로서, 도시와 같이 대략 ST11∼ST15까지 5단계로 대별되는 동작 흐름을 예로 들 수 있다. 단계 ST11에서 패스 플래너(pathplanner)를 이용하여 이론적인 패스를 생성하고, 단계 ST12에서 모터의 최대 토크/속도와 모터에 작용하는 하중을 계산하여 속도/토크 관계 곡선인 리미트 커브(limit curve)를 만든다. 이후 각축에 작용하는 저크(jerk)를 구한 다음 단계 ST13 및 단계 ST14에서 이를 적분하여 가속도 커브와 속도 커브를 생성하는 것이다.

보다 구체적으로 설명하면, 단계 ST13에서 모터가 낼 수 있는 최대 가속토크를 나타내는 리미트 커브의 설정부분과 동작의 시작지점 및 끝지점의 관성, 거리 등과 앞의 리미트 커브를 조합하여 최대 가속도를 계산하여 가속도 프로파일을 구한다. 단계 ST14에서 가속도 커브가 나타내는 수식들을 모터가 동작해야 할 거리, 시간, 속도 등의 조건들을 이용하여 구간별로 각 수식을 적분하면 속도 커브가 생성된다.

단계 ST14에서 생성된 속도 커브는 그 자체로도 서보입력 커맨드로 될 수 있으며 이를 적분하여 생성된 위치 커브가 서보 커맨드가 될 수도 있다. 단계 ST15에서는 속도 커브를 소정의 서보 커맨드로 변환하는 것을 나타내는 바, 예컨대 모터에 출력되는 펄스수 데이터와 같은 것이 서보 커맨드가 될 수 있다.

그런데 이와 같은 종래의 구성에 따르면 로봇이 움직여야 하는 거리, 속도, 시간 등에 따라 단계 ST13의 가속도 커브가 변경되기 때문에 단계 ST14에서 새로운 속도 커브를 계산하고 단계 ST15에서 새로운 서보 커맨드를 생성하는 과정이 반복되어 진다. 이러한 것은 대형 로봇에서 공진에 따른 진동을 회피하거나, 로봇의 가속도를 재조정하거나, 최대속도 조절로 작업시간을 단축하는 경우에 특히 나타나기 쉬운 현상이다.

이에 따라 본 발명은 로봇이 이동해야 하는 거리, 속도, 시간 등의 조건이 변하여도 새로운 수식을 계산하는 단계를 거치지 않고 신속하게 제어 커맨드를 만드는 디지털 컨벌루션을 이용한 서보제어 커맨드 생성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 서보제어 커맨드 생성방법을 나타내는 동작 흐름도,

도 2는 본 발명에 따른 서보제어 커맨드 생성방법을 나타내는 동작 흐름도,

도 3은 본 발명에 따라 생성되는 속도 커맨드를 나타내는 도표,

도 4는 본 발명에 따라 생성되는 가속도 커브를 나타내는 도표,

도 5는 본 발명에 따라 생성되는 속도 커브를 나타내는 도표.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

ST11∼ST15: 단계(종래) ST21∼ST25: 단계(본 발명)

v, V: 속도 a: 가속도

t, T: 시간

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 디지털 컨벌루션을 이용한 서보제어 커맨드 생성방법은, 패스 플래너로 로봇의 이동 패스를 생성하는 제 1 단계(ST21); 로봇의 모터가 회전해야 할 속도와 시간에 부합하는 속도 커맨드를 생성하는 제 2 단계(ST22); 상기 속도 커맨드, 모터의 최대 토크, 모터에 작용하는 부하를 계산하여 최적의 가속도 커브를 생성하는 제 3 단계(ST23); 상기 속도 커맨드와 가속도 커브를 디지털 컨벌루션하여 속도 커브를 생성하는 제 4 단계(ST24); 그리고 상기 속도 커브를 모터에 출력되는 서보 커맨드로 변환하는 제 5 단계(ST25)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 서보제어 커맨드 생성방법을 나타내는 동작 흐름도가 도시되고, 도 3 내지 도 5는 각각 본 발명에 따라 생성되는 속도 커맨드, 가속도 커브, 속도 커브를 나타내는 도표가 도시된다.

본 발명에 따르면 제 1 단계(ST21)에서 종래와 마찬가지로 패스 플래너로 로봇의 이동 패스를 생성하고, 제 2 단계(ST22)에서 로봇의 모터가 회전해야 할 속도와 시간에 부합하는 속도 커맨드를 생성한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 속도 커맨드는 일정시간(T)에 대해 일정한 속도(V)를 유지하도록 단순화된 신호인데 후술하는 디지털 컨벌루션을 위한 기준 테이블이 된다. 도시된 속도 커맨드에서 시간(T)과 속도(V)의 산술적인 곱은 이동해야 할 거리를 의미하는데, 이러한 거리는 로봇의 작업내용에 따라 외부의 입력으로 설정된다.

또, 본 발명에 따르면 제 3 단계(ST23)에서 상기 속도 커맨드, 모터의 최대 토크, 모터에 작용하는 부하를 계산하여 최적의 가속도 커브를 생성한다.

도 4에 나타내는 것처럼, 가속도 커브는 가속이 증가하는 부분, 감소하는 부분, 등가속 부분 등 A1 내지 A6으로 표현되는 6개 구간의 수식을 필요로 한다. 이때 가속도 커브에 나타나는 기울기는 저크이며 이를 적분하면 속도 커브가 생성된다. 종래에는 이러한 가속도 커브가 변동됨에 따라 적분 상수값이 변동되고 그 때마다 새로운 연산을 수행해야 하는 반면 본 발명에서는 이러한 반복적인 연산 동작이 배제되도록 한다.

이를 위해, 본 발명에 따르면 제 4 단계(ST24)에서 상기 속도 커맨드와 가속도 커브를 디지털 컨벌루션하여 속도 커브를 생성한다.

어떤 형태의 연속시간(continuous time) 신호든지 여러 개의 이동된 구형 펄스, 즉 이산시간(discrete time) 신호의 선형조합(linear combination)으로 이루어진 함수의 극한 형태로 근사화될 수 있다. 여러 입력의 선형조합에 대한 츨력이 각 입력에 대한 출력의 선형조합과 같다는 중첩의 원리 및 그와 함께 모든 선형상수 시스템 해석법의 기본을 형성하는 디지털 컨벌루션(또는 Z 변환)이 본 발명에 따른 시스템의 제어에도 적용된다.

이에 따라 도 3의 속도 커맨드와 도 4의 가속도 커브를 컨벌루션하면 도 5와 같은 속도 커브가 생성되는 바, 도 5의 커브가 형성하는 면적은 도 3과 동일하여 지정된 위치로 이동하는 것이 가능하다. 도 4의 가속도 커브가 어떠한 형태이든지 모션의 시간만 맞으면 종래와 같이 단계 ST13 및 단계 ST14에서의 반복적 연산동작 없이 단계 ST24에서 신속한 계산이 가능해진다.

마지막으로 제 5 단계(ST25)에서 상기 속도 커브를 모터에 출력되는 서보 커맨드로 변환한다. 종래와 마찬가지로 단계 ST24에서 생성된 속도 커브는 그 자체로도 서보입력 커맨드로 될 수 있으며 이를 적분하여 생성된 위치 커브가 서보 커맨드가 될 수도 있다.

이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명의 디지털 컨벌루션을 이용한 서보제어 커맨드 생성방법은 로봇이 이동해야 하는 거리, 속도, 시간 등의 조건이 변하여도 새로운 수식을 계산하는 단계를 거치지 않고 신속하게 제어 커맨드를 생성함으로써 작업시간을 단축하여 생산성을 향상하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 패스 플래너로 로봇의 이동 패스를 생성하는 제 1 단계;

   로봇의 모터가 회전해야 할 속도와 시간에 부합하는 속도 커맨드를 생성하는 제 2 단계;

   상기 속도 커맨드, 모터의 최대 토크, 모터에 작용하는 부하를 계산하여 최적의 가속도 커브를 생성하는 제 3 단계;

   상기 속도 커맨드와 가속도 커브를 디지털 컨벌루션하여 속도 커브를 생성하는 제 4 단계; 그리고

   상기 속도 커브를 모터에 출력되는 서보 커맨드로 변환하는 제 5 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 컨벌루션을 이용한 서보제어 커맨드 생성방법.