KR20000047018A

KR20000047018A - 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20000047018A
Application number: KR1019980063766A
Authority: KR
Inventors: 김지회
Original assignee: 추호석; 대우중공업 주식회사
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 2000-07-25

Abstract

본 발명은 로봇 모터 및 브레이크 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 비상 정지 상태를 정의하여 두고, 상기 비상 정지 상태가 발효된 경우에는 모터 온/오프 신호 및 브레이크 온/오프 신호를 출력하여 모터의 구동을 중지시킴과 아울러 브레이크를 구동시키도록 된 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치에 있어서, 적어도 하나의 카운터와 다수개의 기억 소자 및 논리 소자를 포함하여 이루어지며, 상기 긴급 정지 상태가 발효됨과 동시에 소정의 발진 주파수를 갖는 클럭을 카운트하여 상기 카운트 값이 미리 정해진 설정 값에 도달하기 전까지는 상기 모터 온/오프 신호 및 브레이크 온/오프 신호에 의해 모터와 브레이크가 제어될 수 있도록 하고, 상기 도달 시점 이후에는 비상 정지 상태가 해제되기 전까지 상기 모터 온/오프 신호 및 브레이크 온/오프 신호와 관계없이 상기 모터의 구동을 하드웨어적으로 중지시킴과 동시에 브레이크를 하드웨어적으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 모터를 동력원으로 사용하는 다관절 로봇 시스템에서 모터 및 브레이크를 제어하는데 있어서, 소프트웨어와 하드웨어적인 방법을 모두 사용하기 때문에 소프트웨어적인 방법만으로 제어할 때에 발생할 수 있는 안전 사고 등을 방지할 수 있고, 지연 시간 동안에 적절한 가·감속 처리를 할 수 있어서 보다 부드러운 로봇 제어를 수행할 수 있게 된다.

Description

로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치 및 방법

본 발명은 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 모터를 동력원으로 사용하는 로봇에서 모터와 이를 정지시키는 브레이크의 동작을 소프트웨어와 하드웨어적인 방법을 모두 사용하여 제어하는 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

로봇은 인류가 컴퓨터 제어 기계를 만들면서 추구하는 궁극적인 목표이다. 로봇은 지시 받은 대로 정확한 동작을 계속 되풀이함으로써 단조로운 작업과 위험한 작업에서 급속도로 인간을 대체하고 있다. 이러한 로봇 제어 시스템의 일반적인 구성은 로봇, 로봇에 원하는 동작을 하도록 교시하는 교시 조작기, 로봇에 원하는 동작을 하도록 지시하는 퍼스널 컴퓨터 및 로봇을 상기 교시 조작기나 퍼스널 컴퓨터가 교시 또는 지시한 대로 제어하는 로봇 컨트롤러로 구성된다. 전술한 구성에서, 로봇 컨트롤러는 로봇의 각 축의 구동을 위한 서어보구동기(이하, 간단히 모터라고 한다)와 로봇의 각 축의 움직임을 정지시키는 브레이크 구동기(이하, 간단히 브레이크라고 한다)의 동작을 제어하게 된다.

전술한 구성을 갖는 종래의 로봇 컨트롤러에서는 로봇의 각 축을 비상적으로 정지시키고자 하는 경우에 이를 소프트웨어적인 방법 또는 하드웨어적인 방법으로 제어하고 있다. 여기서 소프트웨어적인 방법은 정전기 등에 의해 프로그램이 정상적으로 동작하지 않는 경우에 발생할 수 있는 인사 사고나 로봇의 손괴 등의 예기치 못한 불상사를 막을 수 있는 안전 대책이 전혀 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 로봇의 모터 및 브레이크의 동작 이상에 따라 발생할 수 있는 각종 안전 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치의 일 실시예에 따른 블록 구성도,

도 2는 도 1의 주요 부분에서의 출력 파형도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 클럭 발생기 12: 카운터,

14: 모터, 16: 브레이크,

D1, D2: 제 1 및 제 2 디-플립플롭,

OR1 - OR3: 오어 게이트, AND1, AND2: 앤드 게이트,

NOT: 인버터 게이트

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로봇 모터 및 브레이크 제어 장치는 로봇의 모터와 브레이크를 제어함에 있어서 소프트웨어와 하드웨어를 모두 사용하여 제어함에 특징이 있는 것이다. 보다 구체적으로, 비상 정지 상태를 정의하여 두고, 상기 비상 정지 상태가 발효된 경우에는 모터 온/오프 신호 및 브레이크 온/오프 신호를 출력하여 모터의 구동을 중지시킴과 아울러 브레이크를 구동시키도록 된 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치에 있어서, 적어도 하나의 카운터와 다수개의 기억 소자 및 논리 소자를 포함하여 이루어지며, 상기 긴급 정지 상태가 발효됨과 동시에 소정의 발진 주파수를 갖는 클럭을 카운트하여 상기 카운트 값이 미리 정해진 설정 값에 도달하기 전까지는 상기 모터 온/오프 신호 및 브레이크 온/오프 신호에 의해 모터와 브레이크가 제어될 수 있도록 하고, 상기 도달 시점 이후에는 비상 정지 상태가 해제되기 전까지 상기 모터 온/오프 신호 및 브레이크 온/오프 신호와 관계없이 상기 모터의 구동을 하드웨어적으로 중지시킴과 동시에 브레이크를 하드웨어적으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 로봇 모터 및 브레이크 제어 방법은 비상 정지 신호 인식 단계; 이미 설정된 시간 만큼 로봇의 정지 신호를 지연시키는 단계; 및 로봇을 정지시키는 단계를 포함하여 이루어진다. 전술한 구성에서, 상기 로봇의 정지 신호 지연 단계는 타이머를 이용하여 로봇의 정지 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하며, 상기 로봇 정지 신호 지연 동안 로봇을 별도의 신호로 감속하여 부드럽게 정지시키는 것이 좋다. 그리고, 로봇 시스템 자체에 심각한 에러가 발생한 경우에 별도의 신호, 즉 소프트웨어적인 신호를 보내도 로봇이 정지하지 않을 수도 있는 바, 이를 대비하여 상기 설정된 시간 종료 후에 바로 로봇을 정지시키는 것이 좋다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 로봇 모터 및 브레이크 제어 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치의 일 실시예에 따른 블록 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치는 하나씩의 카운터(12)와 클럭 발생기(10), 두 개의 디-플립플롭(D1),(D2) 및 수 개의 오어 게이트(OR1),(OR2),(OR3), 앤드 게이트(AND1),(AND2) 및 인버터 게이트(NOT1),(NOT2)로 구성된다. 오어 게이트(OR2)의 일측 입력 단자에는 모터 온/오프 신호(MOTOR ON/OFF)가 연결되고 출력 단자에는 모터(14)가 연결되고, 또 다른 오어 게이트(OR3)의 일측 입력 단자에는 브레이크 온/오프 신호(BRAKE ON/OFF)가 연결되고 출력 단자에는 브레이크(16)가 연결된다. 인버터 게이트(NOT2)는 에러 신호(ERROR)의 논리를 반전시키고, 오어 게이트(OR1)는 인버터 게이트(NOT2)의 출력을 일측 입력으로 한다. 앤드 게이트(AND2)는 오어 게이트(OR1)의 출력을 일측 입력으로 하고 에러 마스크 신호(ERROR MASK)를 타측 입력으로 하며 그 출력 단자는 각각의 오어 게이트(OR2),(OR3)의 타측 입력 단자에 연결된다. 앤드 게이트(AND1)의 출력 단자는 카운터(12)의 클럭 인에이블 단자(CLK_EN)에 연결되는데, 로드 단자(LOAD)에 연결되는 긴급 정지 신호(Emergency Stop; 이하, 간단히 E·STOP이라고 한다)와 함께 카운터(12)의 카운트 동작을 인에이블 또는 디스에이블시킨다. 클럭 발생기(10)는 소정의 주파수, 예를 들어 4[kHz]의 주파수를 갖는 발진 신호를 발생시켜서 카운터(12)에 클럭(CLK)으로 공급한다. 두 개의 디-플립플롭(D1),(D2)의 클리어 단자(CLR)는 긴급 정지 신호(E·STOP)선에 연결되고, 그 클럭 입력 단자는 카운터(12)의 출력 단자(TERM_CNT)에 연결된다. 디-플립플롭(D1)의 비반전 출력(Q)은 인버터 게이트(NOT1)의 입력 단자에 연결되고, 인버터 게이트(NOT1)의 출력 단자는 앤드 게이트(AND1)에 연결되고, 디-플립플롭(D2)의 비반전 출력(Q)은 오어 게이트(OR1)에 타측 입력으로 제공된다.

전술한 구성에서, 카운터(12)는 16비트 다운 카운터로 구현될 수 있고, 본 발명의 장치는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array)를 사용하여 단일 칩으로 구현할 수 있다. 에러 신호(ERROR)는 예를 들어 모터(14)에 과도한 전류가 흐를 경우, 로봇 암이 벽 등에 부딪힌 것을 쇽크 센서(미도시)에 의해 검출하였을 경우 또는 미리 설정해 둔 하드웨어의 동작 범위 한계를 리미트 스위치(미도시) 등에 의해 검출한 경우에 즉각적으로 발생될 수 있다. 에러 마스크 신호(ERROR MASK)는 에러 신호(ERROR)를 무시하기 위한 신호로 주로 성능 검사 등을 하는데 사용된다. 마지막으로 비상 정지 신호(E·STOP)는 로봇을 구동하는 중에 이상 상황이 발생하는 경우에 로봇을 정지시키기 위해 발생하는 제어 신호로서, 운전자가 로봇 컨트롤러의 컨트롤 패널 등에 구비된 조작 레버를 조작할 때 발생되는 신호이다.

이하에는 본 발명에 따른 로봇 모터 및 브레이크 제어 장치 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.

도 2는 도 1의 주요 부분에서의 출력 파형도로서, 에러 신호(ERROR), 비상 정지 신호(E·STOP) 및 에러 마스크 신호(ERROR MASK)는 각각 액티브 로우로 동작하는 것으로 하여 설명을 진행한다. 본 발명의 장치에 따르면 에러 신호(ERROR)와 에러 마스크 신호(ERROR MASK)의 상태가 모두 "H(High)"이고, 비상 정지 신호(E·STOP)의 상태도 "H"인 경우에는 모터(14)와 브레이크(16)는 각각 로봇 컨트롤러에 의해 소프트웨어적으로 제어됨을 알 수가 있다(도 2의 구간(D1) 참조). 이를 보다 상세하게 설명하면, 비상 정지 신호(E·STOP)의 상태가 "H"인 동안에는 각각의 디-플립플롭(D1),(D2)의 클리어 단자(CLR)에 "H" 상태가 인가되기 때문에 그 비반전 출력 단자(Q)에서는 "L" 상태가 출력되고, 결과적으로 오어 게이트(OR1)의 출력은 "L" 상태가 되고, 앤드 게이트(AND2)의 출력은 "L" 상태가 된다. 이에 따라 오어 게이트(OR2),(OR3)의 출력은 모터 온/오프 신호(MOTOR ON/OFF)나 브레이크 온/오프 신호(BRAKE ON/OFF)와 동일한 논리 상태를 갖게 된다. 즉, 소프트웨어적으로 자유 제어가 가능한 상태가 된다. 이와 동시에 카운터(12)의 클럭 인에이블 단자(CLK_EN)에는 "H" 상태가 인가되어 카운터가 동작 대기 상태로 있게 된다.

이 상태에서 운전자가 비상 정지 레버를 조작하면 로봇 컨트롤러에서는 도 2의 (ㄹ)의 구간(D1)의 시작점에서와 같이 비상 정지 신호(E·STOP)의 상태를 "L"로 반전시키는데, 이에 따라 카운터(12)의 로드 단자(LOAD)에 "L"상태가 인가되어 카운터(12)가 클럭(CLK)을 카운트하게 된다. 이와 같이 하여 카운터(12)의 현재의 카운트 값이 설정값, 예를 들어 2048(약500ms)에 도달하기 전까지는 그 출력 단자(TERM_CNT)에서 "L" 상태가 출력되기 때문에 모터(14)와 브레이크(16)의 상태는 여전히 모터 온/오프 신호(MOTOR ON/OFF)나 브레이크 온/오프 신호(BRAKE ON/OFF)에 따라 좌우되게 된다. 도 2에서는 비상 정지 신호(E·STOP)가 입력되었음에도 불구하고 모터 온/오프 신호(MOTOR ON/OFF)나 브레이크 온/오프 신호(BRAKE ON/OFF)가 비정상적으로 "L" 상태로 있음을 보여주고 있다.

이와 같은 상태에서, 카운터(12)의 현재의 카운트 값이 상기 설정값인 2048에 도달하게 되면, 그 출력 단자(TERM_CNT)에서는 "Ｈ" 상태가 출력되고, 순차적으로 여기에 연결된 디-플립플롭(D1),(D2)의 출력도 "Ｈ" 상태로 반전되게 된다. 이와 같이 디-플립플롭(D1)의 출력이 "Ｈ" 상태로 반전됨에 따라 카운터(12)의 클럭 인에이블 단자(CLK_EN)가 디스에이블 상태가 되어 카운터(12)가 카운트를 중단하게 되고, 디-플립플롭(D2)의 출력이 "Ｈ" 상태로 반전됨에 따라 오어 게이트(OR1)가 "Ｈ" 상태를 출력하고, 이어서 앤드 게이트(AND2)도 "Ｈ" 상태를 출력하여, 오어 게이트(OR2),(OR3)가 각각 모터 온/오프 신호나 브레이크 온/오프 신호의 상태에 관계없이 "Ｈ" 상태를 출력하게 된다. 결과적으로 도 2의 (ㅅ)과 (ㅇ)의 구간(D3)에서 알 수 있는 바와 같이 모터(14)의 구동이 하드웨어적으로 정지됨과 동시에 브레이크(16)는 하드웨어적으로 구동되게 된다. 즉, 구간(D2)은 하드웨어적인 동작 전에 주어지는 지연 시간이 되는데, 이 시간 동안 소프트웨어적으로 가·감속 처리하여 모터(14)를 정지시키고, 이 기간 내에 반응이 없으면 하드웨어적으로 모터(14)를 정지시키게 된다. 물론 소프트웨어적으로 모터가 정지되더라도 하드웨어적인 신호는 이와 관계없이 출력되게 된다.

다음, 이 상태에서 운전자가 비상 정지 상태를 해제하면, 시점(T1)에서 비상 정지 신호(E·STOP)가 즉각 "H" 상태로 반전되고, 이에 따라 카운터(12)와 디-플립플롭(D1),(D2)이 클리어되게 되고, 디-플립플롭(D1),(D2)의 비반전 출력(Q)은 "L" 상태가 되어 초기 상태, 즉 구간(D1)에서와 같이 소프트웨어적으로 자유 제어가 가능한 상태로 된다.

한편, 에러 신호(ERROR)의 상태가 구간(D5)에서와 같이 "L"로 되면, 인버터 게이트(NOT2)의 출력이 "H" 상태가 되고, 오어 게이트(OR1)는 디-플립플롭(D2)의 비반전 출력 상태에 관계없이 "H" 상태를 출력하고, 결과적으로 모터(14)가 즉각적으로 정지됨과 동시에 브레이크(16)가 구동되게 된다. 이 상태에서, 에러 마스크 신호(ERROR MASK) 신호가 "L" 상태가 되면, 에러가 취소되어 모터(14)와 브레이크(16)의 상태가 에러 신호(ERROR)가 입력되기 전의 상태로 복귀되게 된다.

본 발명의 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치 및 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 예를 들어 카운터의 비트수를 발진 주파수를 달리 함으로써 변경할 수 있을 것이고, 사용되는 논리식을 적절하게 변경할 수도 있을 것이다. 나아가, 카운터의 지연 시간도 적절한 값으로 설정할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치 및 방법에 따르면, 모터를 동력원으로 사용하는 다관절 로봇 시스템에서 모터 및 브레이크를 제어하는데 있어서, 소프트웨어와 하드웨어적인 방법을 모두 사용하기 때문에 소프트웨어적인 방법만으로 제어할 때에 발생할 수 있는 불상사를 차단할 수 있고, 지연 시간 동안에 적절한 가·감속 처리를 할 수 있어서 보다 부드러운 로봇 제어를 수행할 수 있게 된다.

Claims

비상 정지 상태를 정의하여 두고, 상기 비상 정지 상태가 발효된 경우에는 모터 온/오프 신호 및 브레이크 온/오프 신호를 출력하여 모터의 구동을 중지시킴과 아울러 브레이크를 구동시키도록 된 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치에 있어서,

적어도 하나의 카운터와 다수개의 기억 소자 및 논리 소자를 포함하여 이루어지며, 상기 긴급 정지 상태가 발효됨과 동시에 소정의 발진 주파수를 갖는 클럭을 카운트하여 상기 카운트 값이 미리 정해진 설정값에 도달하기 전까지는 상기 모터 온/오프 신호 및 브레이크 온/오프 신호에 의해 모터와 브레이크가 제어될 수 있도록 하고, 상기 도달 시점 이후에는 비상 정지 상태가 해제되기 전까지 상기 모터 온/오프 신호 및 브레이크 온/오프 신호와 관계없이 상기 모터의 구동을 하드웨어적으로 중지시킴과 동시에 브레이크를 하드웨어적으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 로봇의 모터 및 브레이크 제어 장치.
로봇의 비상 정지 신호 인식 단계;

이미 설정된 시간 만큼 로봇의 정지 신호를 지연시키는 단계; 및

로봇을 정지시키는 단계를 포함하여 이루어진 로봇의 모터 및 브레이크 제어 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 로봇의 정지 신호 지연 단계는 타이머를 이용하여 로봇의 정지 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 로봇의 모터 및 브레이크 제어 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 로봇 정지 신호 지연 동안 로봇을 별도의 신호로 감속하여 부드럽게 정지시키는 것을 특징으로 하는 로봇의 모터 및 브레이크 제어 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 설정된 시간 종료 후에 바로 로봇을 정지시키는 것을 특징으로 하는 로봇의 모터 및 브레이크 제어 방법.