KR20030060190A - 서보모터 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목표위치 값의 왜곡현상을 방지함으로써 부드러운 모션을 구현할 수 있는 서보모터 제어방법에 관한 것으로, 서보모터의 작동정보를 설정하고, 설정된 작동정보에 따라 위치정보를 제공하여 서보모터를 구동하며, 서보모터의 구동에 따른 실제 위치정보를 산출하고, 실수 값인 위치정보와 상기 서보모터의 구동에 따른 실제위치정보에 따라 위치정보를 보상정보를 산출하고, 보상정보에 따라 서보모터의 위치를 보상함으로써, 종래의 정수제어에 따른 목표 위치 값의 왜곡현상을 방지하고 목표위치 프로파일을 부드럽게 형성함으로써 로봇의 부드러운 모션을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

서보모터 제어방법{Control method for servo-motor}

본 발명은 목표위치 값의 왜곡현상을 방지함으로써 부드러운 모션을 구현할 수 있는 서보모터 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 로봇은 다수의 관절을 구비하고, 각 관절에 힘을 내는 적어도 하나의 액추에이터와 각 관절을 측정하는 위치센서를 가지고 있다. 매니퓰레이터를 원하는 위치로 이동시키기 위하여 액추에이터의 토크 명령을 산출하는 알고리즘으로 위치센서를 추적하는 위치제어 시스템에 의해 운용되고 있다.

이와 같은 로봇을 사용하여 어떤 일을 하기 위해서는 사용자는 로봇의 매니퓰레이터가 이동해야 할 경로를 미리 입력시키게 된다. 그리고 마이컴은 상기 경로에 따른 정보를 로봇구동부로 제공하고, 로봇구동부는 각 관절에 마련된 액추에이터를 구동하여 매니퓰레이터를 원하는 경로를 따라 이동시킨다.

통상 상기 액추에이터는 펄스에 따라 회전각이 결정되는 서모모터로 구현되는데, 마이컴이 제공하는 동작정보에 따라 로봇구동부에서 펄스를 발생시킴으로써, 액추에이터는 그 펄스에 따라 소정각도 회전하고 매니퓰레이터는 원하는 위치로 이동하게 된다.

이때 로봇구동부는 엔코더를 통해 액추에이터의 구동을 검출함으로써 매니퓰레이터의 실제위치를 산출하고 그 결과와 상기 마이컴이 제공하는 정보에 따라 위치보정을 하게 된다.

상기 마이컴은 소정의 정수형태의 동작정보를 로봇구동부로 제공하는데, 로봇구동부는 상기 엔코더를 통해 검출된 정수(Integer) 형태의 실제위치정보와 상기 마이컴이 제공하는 정수형태의 정보를 비교하여 매니퓰레이터의 위치를 보정한다.

그런데, 상기한 종래의 서모모터 제어방법은 정수형태의 정보를 비교하여 보상정보를 산출하기 때문에 정보의 비교 분석은 간단하게 할 수 있으나, 각 정수 사이의 실수 값이 손실된다. 이에 따라 매니퓰레이터는 선형적으로 작동되지 못하고, 도 1에 도시한 바와 같이 계단형태로 작동됨으로써 그 동작이 왜곡될 우려가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 정수보상에 따른 목표위치 값의 왜곡현상을 방지함으로써 부드러운 모션을 구현할 수 있는 서보모터 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 서보모터 제어에 따른 모션을 설명하기 위한 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 서보모터 구동을 설명하기 위한 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 서보모터 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 4는 본 발명에 따른 서보모터 제어에 의한 모션을 설명하기 위한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10:입력부 20:저장부

30:제어부 40:서보구동부

41:PID필터부 42:펄스발생부

43:엔코더부 50:서보모터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 서보모터 제어방법은, 서보모터의 작동정보를 설정하는 설정단계, 설정된 작동정보에 따라 위치정보를 제공하여 서보모터를 구동하는 구동단계, 서보모터의 구동에 따른 실제 위치정보를 산출하는 실제위치 산출단계, 실수 값인 위치정보와 상기 서보모터의 구동에 따른 상기 실제위치정보에 따라 위치정보를 보상정보를 산출하는 보상산출단계, 보상정보에 따라 상기 서보모터의 위치를 보상하는 보상구동단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 로봇의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 로봇은 전체동작을 제어하는 제어부(30)를 구비하고, 사용자로부터 작동정보를 입력받기 위한 입력부(10)가 제어부(30)와 접속된다. 상기 입력부(10)는 사용자로부터 직접 데이터를 입력받을 수 있는 키패드, 플로피디스크 혹은 광디스크 등을 통하여 데이터를 취득할 수 있는 이동식 저장장치 혹은 네트워크를 통하여 데이터를 전송받을 수 있는 통신장치 등을 모두 포함한다. 또한 로봇의 기본 작동 프로그램 및 상기 입력부(10)를 통하여 입력되는 정보를 저장하는 저장부(20)가 상기 제어부(30)와 접속된다.

또한 본 발명에 따른 로봇은 로봇의 액추에이터인 서보모터(50)를 구동하는 서보구동부(40)가 제어부(30)와 접속된다. 상기 서보구동부(40)는 서보모터(50)의 작동에 따른 실제 위치정보를 검출하는 엔코더부(43)와, 상기 엔코더부(43)를 통해 검출된 실제 위치정보(Pa(t))와 제어부(30)로부터 출력되는 실수의 제어정보(Pg(t))에 따라서 보상정보를 산출하는 PID필터부(41)와, 상기 PID필터부(41)의 출력에 따라 펄스신호를 발생시켜 상기 서보모터(50)로 출력하는 펄스발생부(42)를 포함한다.

이하에서는 본 발명에 따른 서보모터의 제어방법을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 서모모터의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 로봇의 작동을 설정한다(S10). 이때 설정을 위해 사용자는 입력부(10)를 통하여 이동경로 및 그에 따른 정보를 입력한다. 정보의 입력은 키패드, 통신장치 혹은 이동식 기억장치등을 통하여 입력할 수 있으며, 입력된 정보는 저장부(20)에 저장된다. 단계(S10)에서 작동설정이 완료되면 제어부(30)는 저장부(20)에 저장된 정보에 따른 위치명령을 서보구동부(40)로 출력한다(S20). 이때 위치명령은 실수값이다.

단계(S20)에서 제어부(30)가 서보구동부(40)로 위치명령을 출력하면, 서보구동부(40)의 PID필터부(41)는 위치명령에 따른 데이터를 펄스발생부(42)로 출력한다. 펄스발생부(42)는 위치명령에 따른 펄스를 발생시켜 서보모터(50)로출력한다(S30). 이에 액추에이터인 서보모터(50)는 펄스신호에 따라 작동된다(S40).

단계(S40)에서 서보모터(50)가 작동됨에 따라 엔코더부(43)는 실제위치정보를 검출하여 PID필터부(41)로 전송한다(S50). 이때 전송되는 실제위치정보는 정수값을 가진다.

PID필터부(41)는 제어부(30)로부터 전송되는 위치정보(Pg(t))와 엔코더부(43)로부터 전송되는 실제위치정보(Pa(t))를 비교하여 목표위치에 도달했는지를 판단한다(S60).

단계(S60)에서 목표위치에 도달했다고 판단되면 PID필터부(41)는 펄스발생을 중지시키는 신호를 펄스발생부(42)로 한다. 이에 따라 펄스발생부(42)는 펄스의 발생을 중지하고 액추에이터인 서보모터(50)는 정지한다(S70).

그러나 단계(S60)에서 목표위치에 도달하지 않았다고 판단되면 PID필터부(41)는 제어부(30)로부터 전송되는 위치정보(Pg(t))와 엔코더부(43)로부터 전송되는 실제위치정보(Pa(t))를 비교하여 보상정보를 산출한다(S61). 그리고 PID필터부(41)는 산출된 보상정보에 따른 위치명령을 보상하여 그에 따른 신호를 펄스발생부(42)로 전송한다(S62). 이에 따라 펄스발생부(42)는 서보모터(50)를 구동하는 펄스를 발생시키고(S30), 상기 동작을 반복한다.

상기한 바와 같이 실수 값에 따라 위치보상을 함으로써 도 4에 도시한 바와 같이 목표위치를 찾아가는 모션이 계단식의 단계적 동작이 아닌 선형적으로 부드럽게 이루어진다.

만약, PID 필터가 비례게인만을 가지는 단순한 형태라 가정할 때, 기존의 보상방법의 경우에는 P*F2N(Pg(t)-Pa(t)) 의 값이 펄스발생부의 입력이 되므로 F2N에서 발생하는 보상오차가 증폭되는 형태로 존재한다(이때, P는 미리 설정된 게인값이며, F2N()은 정수화 함수이다). 그러나, 실수형태의 명령을 그대로 사용할 경우에는 P*(Pg(t)-Pa(t)) 의 값이 펄스발생부의 입력으로 사용되므로 입력의 왜곡현상이 없으며, 실수명령값과 정수형태의 실제위치값의 차이는 다음 주기 동안에 에러를 줄이는 방향으로 보상하게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 서보모터 제어방법에 의하면, 정수보상에 따른 목표 위치 값의 왜곡현상을 방지하고 목표위치 프로파일을 부드럽게 형성함으로써 로봇의 부드러운 모션을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 서보모터의 제어방법에 있어서,

   상기 서보모터의 작동정보를 설정하는 설정단계,

   상기 설정된 작동정보에 따라 위치정보를 제공하여 서보모터를 구동하는 구동단계,

   상기 서보모터의 구동에 따른 실제 위치정보를 산출하는 실제위치 산출단계,

   상기 실수 값인 위치정보와 상기 서보모터의 구동에 따른 상기 실제위치정보에 따라 위치정보를 보상정보를 산출하는 보상산출단계,

   상기 보상정보에 따라 상기 서보모터의 위치를 보상하는 보상구동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동단계의 위치정보는 실수값인 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 실제위치산출단계에서 상기 실제위치정보는 엔코더에 의해 검출되는 정수 값인 것을 특징으로 하는 서보모터 제어방법.