KR20090049651A

KR20090049651A - 내장형 로봇 제어 시스템

Info

Publication number: KR20090049651A
Application number: KR1020070115824A
Authority: KR
Inventors: 하영열; 최성훈; 김민수; 우갑주
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2009-05-19
Also published as: US9086694B2; DE112008003042T5; CN101878459A; JP5366964B2; US20100262287A1; CN101878459B; WO2009064125A3; JP2011504144A; WO2009064125A2; KR100945884B1

Abstract

본 발명은 1대의 내장형 마스터 제어기와, 상기 마스터 제어기에 대해 직렬 네트워크로 연결되고 로봇 기구별로 각각 분산 설치된 복수의 내장형 슬래이브 제어기를 구비하여, 제어기의 소형화 및 케이블 연결의 간소화를 실현한 내장형 로봇 제어 시스템을 제공한다.

본 발명의 내장형 로봇 제어 시스템은 복수의 모터와 센서가 포함된 로봇 기구, 또는 상기 로봇 기구를 복수로 갖는 적어도 하나의 로봇(10, 20, 20a)을 제어하되, 로봇(10)에 내장된 마스터 제어기(100)와, 상기 마스터 제어기로부터 직렬 네트워크 방식으로 분산 연결되는 것으로서 상기 로봇에서 해당 로봇 기구(16, 17, 18, 19)별로 탑재 및 상호 연결되거나, 직렬 네트워크 방식의 로봇연결케이블(300)로 연결된 별도의 로봇(20, 20a)에서 해당 로봇 기구(26, 27, 28, 29)별로 탑재 및 상호 연결된 복수의 슬래이브 제어기(200 ~ 260)를 포함한다.

로봇, 내장형, 마스터, 슬래이브, 구동기, 제어기, 직렬 네트워크

Description

내장형 로봇 제어 시스템{EMBEDDED ROBOT CONTROL SYSTEM}

본 발명은 내장형 로봇 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 로봇 기구내 탑재가 용이하도록 작고 가벼운 구성요소로 나누고 이들을 직렬 네트워크를 이용하여 로봇 내부의 구동요소간 연결 혹은 복수 로봇간 연결을 수행하여 로봇 연결성 또는 확장성이 뛰어난 분산 제어방식의 내장형 로봇 제어 시스템에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 로봇 제어 시스템은 로봇 작동에 상응한 많은 계산량을 필요로 하기 때문에, 전용 외장형 DSP(Digital Signal Processor) 제어기 또는 PC(Personal Computer)를 갖는다.

예컨대, 종래 기술에 따른 주행축을 포함하는 로봇 시스템의 협조 제어 방법은 대한민국 특허 출원번호 제10-2003-0041842호에 개시된 바와 같이, 크게 마스터(master) 로봇 시스템과 슬래이브(slave) 로봇 시스템으로 구성되어 있다.

마스터 로봇 시스템은 마스터 로봇의 제어를 위해 외장형으로 구성된 마스터 로봇 제어기와, 사용자 명령 입력 등을 하기 위한 마스터 교시조작기(teaching pendant)를 갖는다.

역시, 슬래이브 로봇 시스템도 역시 슬래이브 로봇의 제어를 위해 외장형으로 구성된 슬래이브 로봇 제어기와, 사용자 명령 입력 등을 하기 위한 슬래이브 교시조작기를 갖는다.

아울러, 1대의 마스터 로봇 시스템과, 복수대의 슬래이브 로봇 시스템이 필요할 경우, 더욱 복잡한 계산량이 요구되어 별도의 더욱더 크고 복잡한 외장형 중앙 제어 장치가 요구된다.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 로봇 제어 시스템을 살펴보면, 1대의 외장형 중앙 제어 장치(1)와, 복수대의 로봇(3, 4, 5, 6) 각각에 설치된 외장형 DSP 제어기(2)와, 각각의 외장형 DSP 제어기(2)에 접속된 교시조작기(9)와, 각각의 외장형 DSP 제어기(2)를 외장형 중앙 제어 장치(1)에 연결하기 위해 상대적으로 복잡하고 많은 회선(7, 8)을 갖는다.

이런 종래 기술에 따른 로봇 제어 시스템은 외장형 중앙 제어 장치(1) 또는 외장형 DSP 제어기(2)를 로봇(3, 4, 5, 6) 중 어느 하나에 설치하지 못하는 단점을 갖는다.

이러한 종래 기술에 따른 로봇 제어 시스템은 DSP 제어기나 PC가 로봇 제어를 위한 모든 회로를 가지고 있지 못하기 때문에 부가된 별도의 전자 회로를 필요로 하므로 제어기의 크기가 커지고, 여러 로봇 제어를 위해 복수의 제어기를 이용하여야 한다.

이러한 로봇 제어 시스템의 구성으로는 로봇 기구에 탑재하기 불가능한 크기의 큰 시스템이 되고, 로봇 기구와의 연결 및 신호 전송을 위한 복수 케이블이 필요하고, 복수 케이블은 많은 고장의 원인이 되며, 로봇 작업 영역의 한계를 가져오는 주요 원인이다.

이런 점을 감안하여 본 출원인 및 관련 발명자들은 대한민국 특허 등록 제762366호의 FPGA 소자를 이용한 로봇 제어 시스템을 등록 받은 바 있다.

등록 특허는 축별 모터 및 복수의 센서가 포함된 로봇 기구를 제어하되, 상기 로봇 기구의 모션 계획에 따른 축별 모터 및 복수의 센서의 작동을 제어 및 관리하고, 상기 모션 계획에 따른 축별 이동 경로를 생성하며, 상기 모션 계획에 따라 로봇 기구를 작동시키기 위한 좌표값을 계산하고, 로봇 기구의 축 단위별 모터의 작동 오류를 확인하는 한 개의 FPGA 소자와; 상기 FPGA 소자로부터 상기 로봇 기구의 축별 모터를 구동시키기 위한 축별 모터 구동 신호를 전송받아 축별 모터를 구동시키는 모터 구동부; 및 상기 로봇 기구의 작동 상태를 감지하는 복수의 센서로부터 작동 감지 데이터를 수신하여 상기 FPGA 소자로 전달하는 센서 데이터 입력부가 형성된 로봇 제어기를 포함하되, 상기 로봇 제어기가 상기 로봇 기구에 탑재되는 것을 특징으로 한다.

그러나, 종래의 특허 등록 제762366호의 내용만으로는 로봇의 진화에 따라 복잡한 작동 기구를 요구하면서도 연결 케이블 수를 최소로 하는 것이 바람직한 다족 보행형 로봇이나, 다른 복잡한 기능을 담당하도록 메인 로봇에 적어도 1대의 서브 로봇을 탑재 또는 연결하여 제어하는 환경에 적응하기 어렵다.

예를 들어, 벽체, 천정 등을 따라 다족 보행이 가능한 메인 로봇 상에서 다축 이동을 수행하면서 용접을 수행하는 서브 로봇으로 이루어진 일명 스파이더 로봇이 있다.

본 출원인 및 관련 발명자들은 특허 등록 제762366호에 개시된 FPGA 소자를 이용한 로봇 제어 시스템을 상기 스파이더 로봇에 탑재할 때 현존하는 로봇 전장 방식을 이용하여 케이블링을 수행한 바 있다.

그 결과, 메인 로봇의 로봇 제어기와 4곳의 메인 로봇 기구간 연결을 위해서 복수 회선(예 : 4회선의 드라이브 라인, 8회선의 엔코더 라인, 4회선의 센서라인, 2회선의 전원 라인)이 사용되었다.

또한, 메인 로봇의 로봇 제어기와 서브 로봇의 로봇 제어기간 연결이나, 혹은 서브 로봇의 로봇 제어기와 서브 로봇 기구간 연결을 위해서 더 많은 복수 회선(예 : 10회선의 드라이브 라인, 20회선의 엔코더 라인, 20회선의 센서 라인, 4회선의 전원 라인)이 더 사용되어 매우 복잡한 배선 사용이 이루어짐을 알 수 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 1대의 내장형 마스터 제어기와, 상기 마스터 제어기에 대해 직렬 네트워크로 연결되고 로봇 기구별로 각각 분산 설치된 복수의 내장형 슬래이브 제어기를 구비하여, 제어기의 소형화 및 케이블 연결의 간소화를 실현한 내장형 로봇 제어 시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

상기 기술적 과제는 복수의 모터와 센서가 포함된 로봇 기구, 또는 상기 로봇 기구를 복수로 갖는 적어도 하나의 로봇을 제어하는 내장형 로봇 제어 시스템에 있어서, 로봇에 내장된 마스터 제어기; 상기 마스터 제어기로부터 직렬 네트워크 방식으로 분산 연결되는 것으로서, 상기 로봇에서 해당 로봇 기구별로 탑재 및 상호 연결되거나, 직렬 네트워크 방식의 로봇연결케이블로 연결된 별도의 로봇에서 해당 로봇 기구별로 탑재 및 상호 연결된 복수의 슬래이브 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 로봇 제어 시스템에 의해 달성된다.

본 발명의 내장형 로봇 제어 시스템은 FPGA 기반의 마스터 제어기를 내장하고, 로봇에서 분산된 로봇 기구별로 FPGA 기반의 슬래이브 제어기를 설치하여 직렬 네트워크를 수행함에 따라, 케이블 배선 수를 획기적으로 줄일 수 있고, 협소한 탑재 공간 문제를 해결할 수 있고, 로봇 작업 영역의 한계를 극복할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 내장형 로봇 제어 시스템의 직렬 네트워크는 실시간 통신이 가능하면서도 네트워킹이 끊어졌을 때 자동으로 재구성 가능한 장점을 갖는다.

또한, 본 발명의 내장형 로봇 제어 시스템은 직렬로봇, 병렬로봇, 직교로봇 각각에 대응한 해당 로직을 마스터 제어기에 내장시켜 선택 사용케 함에 따라, 로봇 종류에 관계없이 작동 제어를 수행할 수 있는 장점이 있다.

본 발명과 본 발명의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 설명 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 내장형 로봇 제어 시스템의 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시된 실시예를 제1로봇과 복수의 제2로봇에 탑재한 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시된 구성 요소들간 네트워크 연결관계를 설명하기 위한 블록도이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 내장형 로봇 제어 시스템은 직교로 봇, 직렬로봇, 병렬로봇을 단독 또는 복수 로봇에 분산 탑재 가능한 1대의 마스터 제어기(100)와, 상기 마스터 제어기(100)로부터 직렬 네트워크 방식으로 연결된 복수의 슬래이브 제어기(200 ~ 260)를 갖는다.

마스터 제어기(100)는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 기반으로 제작되어 있고, 실시간 운영체제인 RT-Linux 또는 uCOS와 xilkernel과 같은 경량화된 커널을 사용하여 다중 모션 컨트롤과 다중 센서 컨트롤을 수행하도록 되어 있다.

마스터 제어기(100)는 소프트 프로세서(soft processor)와 메모리 또는 전용 하드웨어 로직으로 구성되는 FPGA 엘리먼트(110, 111, 112)를 복수로 구비한 것이 특징이다.

FPGA 엘리먼트(110, 111, 112)의 개수는, 엘리먼트 확장 영역(120)을 이용하여 확장되거나, 또는 SRAM 메모리(도시 안됨)에 의한 LUT(룩업 테이블)에서 로직을 구성하는 방법을 통해서 수십에서 수백 개로 확장될 수 있으므로, 본 발명에서 한정되지 않고 로봇 개수, 구성, 종류, 필요 처리 속도에 따라 선택 또는 확장 사용 가능하다.

각각의 FPGA 엘리먼트(110, 111, 112)는 로직 디자인 및 논리 변경이 용이하고, 상대적으로 작은 규격과 함께 감소된 열 발생량을 갖고, DSP 또는 PC에서 하나의 프로세서에서 멀티 테스크 작업을 위해 소모하던 메모리 및 CPU의 자원 소모가 없으며, 전력 소모량이 작은 특징을 갖는다.

각각의 FPGA 엘리먼트(110, 111, 112)는 복수의 로봇 기구 또는 복수의 로봇의 실시간 제어를 위한 이동 경로 생성 모듈(Trajectory Generation module, 이하 TG라 칭함)과 로봇 기구학 모듈(Robot kinematics Module, 이하 RM이라 칭함)을 갖는다.

또한, 응용 대상의 TG와 RM 요구 처리 속도에 따라 FPGA 엘리먼트(110, 111, 112)가 한 개 또는 복수개를 사용하는 바와 같이 차등적으로 사용되어서 RM, TG 처리가 수행됨에 따라 시스템 자원 사용의 효율화를 도모한다.

각각의 TG는 복수 로봇 기구가 작동되는 작업 공간 내에서의 각각의 로봇 도구 좌표계(TOOL COORDINATE SYSTEM)의 시간에 따른 공간 이동 경로 또는 각각의 로봇 기반 좌표계(ROBOT BASE COORDINATE SYSTEM)의 시간에 따른 공간 이동 경로를 생성하는 것이다.

또한, TG는 센서 등의 외부 사건에 대한 실시간 응답을 위해 로봇 도구 좌표계 또는 로봇 기반 좌표계의 위치뿐 아니라 회전을 실시간으로 변경 가능하다.

각각의 RM은 로봇 종류에 따라 TG에서 구해진 로봇 도구 좌표계와 기반 좌표계와 더불어 정해진 도구 취부 좌표계(TOOL MOUNT COORDINATE SYSTEM), 해당 로봇의 기구 파라메터(예: DH Parameter)등을 이용하여 로봇에 포함된 모터들의 작동 위치를 산출하며, 로봇 도구 좌표계와 기반 좌표계와 더불어 로봇 각 링크의 동특성 파라메터(예: 마찰력, 이너셔)들, 중력 방향, 로봇에 인가되는 외부 힘들을 이용하여, 각 조인트에서 필요한 토크를 산출한다.

이렇게 산출된 모터들의 작동 위치 중 목표 위치와 산출된 토크 중 목표 토크는 각 모터 드라이버에 네트워크를 통해 전달되어 각 모터의 피드 포워드 제어에 사용된다.

또한, 각각의 RM은 각 로봇에 포함된 모터들의 작동 위치로부터 현재 작업 공간 상의 좌표계를 산출하는 기능을 포함한다.

한편, 각각의 FPGA 엘리먼트(110, 111, 112)는 마스터 처리부(M)에 연결되어 있다.

또한, 마스터 처리부(M)에는 응용프로그램 인터페이스(130)(Application Programming Interface, API)를 통해 어플리케이션 모듈(140)(APP)이 연결되어 있다.

어플리케이션 모듈(140)에는 직렬로봇, 병렬로봇, 직교로봇 별로 미리 설정된 로봇 작업용 로직, 로봇 초기화 작동(예 : 캘리브레이션), 기타 로봇 관련 응용프로그램이 구비된다.

특히, 로봇 작업용 로직은 사용자의 로직 선택에 따라 활성화 되고, 이후 해당 이동 경로 생성 모듈(TG)에 의해서, 복수 로봇 기구가 작동되는 작업 공간 상에서의 로봇의 제어 및 로봇 이동 중 경로 이동을 실시간 제어하게 된다.

응용프로그램 인터페이스(130)에는 각종 센서들의 입출력을 담당하거나 제반 신호의 입출력을 담당하는 제1디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G1)(General Purpose Input Output, GPIO)이 접속되어 있다. 예컨대, 제1로봇의 로봇 기구 및 그 주위에 설치된 각종 센서는 제1디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G1)에 접속되어 있다.

마스터 처리부(M)는 FPGA 엘리먼트(110, 111, 112) 상호간 연결 관리, 모니터링 관리, 입출력 관리 등을 수행하도록 FPGA 엘리먼트(110, 111, 112)와 연결되 어 있다.

예컨대, 마스터 처리부(M)는 로봇 기구의 모션 계획에 따라 축별 모터 및 복수의 센서를 동작시키기 위한 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 통해 작동되는 로봇 기구의 작동 상태를 관리한다.

마스터 처리부(M)는 모션 계획과 같은 작업 단위의 프로그램을 수행시키고 작동 오류 등을 모니터링 한다.

마스터 처리부(M)는 마스터네트워크모듈(150)에 연결되어 직렬 통신을 수행함에 따라, 하기에 설명할 각각의 슬래이브 제어기(200 ~ 260)와 FPGA 엘리먼트(110, 111, 112)간 신호 송수신을 제어한다.

마스터네트워크모듈(150)은 로봇연결케이블을 통하여 슬래이브 제어기(200 ~ 260)에 각각 설치된 슬래이브네트워크모듈(205, 215, 225, 235, 245, 255, 265) 중 어느 하나 또는 여러 개와 직렬 통신을 수행한다. 또한, 각각의 슬래이브네트워크모듈(205, 215, 225, 235, 245, 255, 265)도 로봇연결케이블을 통하여 상호 직렬 통신을 수행한다.

마스터네트워크모듈(150)과 슬래이브네트워크모듈(205, 215, 225, 235, 245, 255, 265)은 케이블 확장 연결을 위해 해당 통신 규격을 지원하는 복수의 통신 포트를 갖고 있는 것이 바람직하다.

이를 통해서 마스터네트워크모듈(150)과 복수의 슬래이브네트워크모듈(205, 215, 225, 235, 245, 255, 265)은 직렬 네트워크를 형성하게 되고, 본 발명으로 하여금 상대적으로 작고 간소한 케이블 배선을 갖는다.

각각의 슬래이브 제어기(200 ~ 260)도 FPGA 기반으로 제작되어 있는 것으로서, 저성능의 FPGA 엘리먼트를 이용하여 상기 마스터 제어기(100)의 FPGA 엘리먼트(110, 111, 112)와 연동하는 슬래이브 처리부(S1 ~ S7)를 각각 갖는다.

슬래이브 처리부(S1 ~ S7)에는 해당 슬래이브네트워크모듈(205, 215, 225, 235, 245, 255, 265)이 연결된다.

슬래이브 처리부(S1 ~ S7)에는 해당 구동기(D1 ~ D6)(motor driver) 또는 제2디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G2)(GPIO)이 접속되어 있다.

예컨대, 모터 구동을 담당하기 위해서 각각의 구동기(D1 ~ D6)는 첫 번째에서 세 번째 슬래이브 처리부(S1, S2, S3, S5, S6, S7)에 각각 1:1로 접속된다.

또한 디지털 또는 아날로그 센서 입출력 등을 담당하기 위해서 제2디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G2)은 네 번째 슬래이브 처리부(S4)에 접속된다.

제2로봇의 로봇 기구 및 그 주위에 설치된 각종 센서는 제2디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G2)에 접속되어 있다.

이런 각각의 슬래이브 제어기(200 ~ 260)는 해당 슬래이브네트워크모듈(205, 215, 225, 235, 245, 255, 265)과 마스터네트워크모듈(150)을 통해 상기 마스터 제어기(100)와 연동하여 복수 로봇 내지 로봇 기구의 분산 제어를 실현한다.

슬래이브네트워크모듈(205, 215, 225, 235, 245, 255, 265)과 마스터네트워크모듈(150)은 OSI(Open System Interconnection) 7계층을 본 발명에 맞게 변경 수정한 네트워크 기술을 구현함에 따라, 실시간 통신을 구현하면서도 네트워크가 끊어 졌을 경우 자동으로 재구성할 수 있도록 되어 있다.

도 4를 참조하면, 로봇연결케이블(300)에는 외형적 또는 물리적으로 링 토폴로지(ring topology) 형식에 의해, 마스터 제어기(100)와 슬래이브 제어기(200 ~ 260)들이 모두 연결되어 있다.

예컨대, 각 제어기(100, 200 ~ 260)별 마스터네트워크모듈과 슬래이브네트워크모듈은 풀듀플렉스(Full-Duplex) 방식(예 : 송신과 수신이 분리되어 있는 방식)으로 구성된다.

로봇연결케이블(300)들 중 어느 하나의 내부에서 일부 회선이 단선 또는 단락이 발생될 경우, 해당 로봇연결케이블(300)과 관련된 슬래이브네트워크모듈은 일부 회선 단선 또는 단락을 인지하고, 그에 상응한 일부 회선 단선 또는 단락의 정보를 마스터네트워크모듈로 전달한다.

그런 경우, 마스터네트워크모듈과 모든 슬래이브네트워크모듈은 링 토폴로지 형식에서 라인 토폴로지(line topology) 형식으로 통신 방식을 전환하여 풀듀플렉스 방식을 일부 회선 단선 또는 단락시에도 유지하면서 운용할 수 있다.

즉, 마스터네트워크모듈은 슬래이브네트워크모듈로부터 받은 데이터 전송 경로 변경 정보를 통해 한 경로로 데이터 전송하던 것을 두 경로로 데이터 전송하여 시스템의 정지 없이 통신이 가능하게 된다.

또한 일부 회선 단선 또는 단락이 되었던 해당 로봇연결케이블이 다시 정상 연결되었을 때에, 마스터네트워크모듈은 슬래이브네트워크모듈로부터 상기 정상 연결이 되었다는 정보를 받으므로, 다시 하나의 경로로 데이터를 전달한다. 즉, 라인 토폴로지 형식에서 다시 링 토폴로지 형식으로 전환한다.

각각의 구동기(D1 ~ D6)는 도시되어 있지 않지만, 복수의 로봇 기구별 로봇 작동을 구현하도록 해당 모터와 각각 결합된다.

각각의 구동기는 하나 이상의 모터들을 구동할 수 있다.

따라서 각각의 구동기는 구동기 입력 전압, 구동기 입력 전류, 각 모터에 인가한 전류들, 각 모터의 절대 또는 상대 엔코더 값들을 모니터링하며 각 모터의 스위칭 조작이 가능하고 각 모터 제어를 위한 리미트 및 브레이크 처리 기능을 가지고 있다.

더불어 마스터 제어기(100)의 RM으로부터 받은 목표 위치와 목표 토크에 따라 각 모터의 서보 제어를 수행할 수 있으며 각각 모터의 독립적 서보 제어도 가능하다.

만일 1대의 마스터 제어기(100)와 복수의 슬래이브 제어기(200 ~ 260)를 두 대의 로봇, 예컨대 제1로봇과 제2로봇에 탑재할 경우, 마스터 제어기(100) 및 그와 관련되어 직렬 통신 가능하게 연결된 3개의 슬래이브 제어기(200, 210, 220)는 제1로봇에 탑재되고, 나머지 4개의 슬래이브 제어기(230, 240, 250, 260)는 제2로봇에 탑재된다.

도 3을 참조하면, 마스터 제어기(100)는 제1로봇(10)의 로봇 기구(16)에 연결되도록 기저 위치에 탑재된다.

이후, 제1로봇(10)에 분산된 각각의 해당 로봇 기구(17, 18, 19)에 각각 연결되도록 슬래이브 제어기(200, 210, 220)가 탑재된다.

이때, 마스터 제어기(100)에는 첫 번째 슬래이브 제어기(200)가 로봇연결케 이블(300)로 연결되고, 상기 첫 번째 슬래이브 제어기(200) 이후로 2개의 슬래이브 제어기(210, 220)가 차례로 로봇연결케이블(300)로 연결된다.

이런 경우 상대적으로 매우 작은 분량의 로봇연결케이블(300) 사용을 통해 직렬 네트워크가 형성된다.

이를 통해, 3개의 슬래이브 제어기(200, 210, 220)는 종래 기술의 로봇 제어기에 비해 분산 배치되고 소형화된 구조로서 마스터 제어기(100)와 연결되는 것이다.

한편, 나머지 4개의 슬래이브 제어기(230, 240, 250, 260)도 마스터 제어기(100) 및 관련 슬래이브 제어기(200, 210, 220)와 같은 방식으로 제2로봇(20)에 탑재되고 해당 로봇 기구(26, 27, 28, 29)에 연결된다.

별도의 제2로봇(20a)도 상기 제2로봇(20)과 동일한 내부 구성요소 및 탑재 방법을 통해 구성 가능하고, 직렬 통신 규격 및 마스터 제어기(100)가 허용하는 범위 내에서 계속해서 확장 연결이 가능하다.

그리고, 제1로봇(10)의 마스터 제어기(100)와 제2로봇(20)의 네 번째 슬래이브 제어기(230)는 직렬 네트워크 방식의 로봇연결케이블(300)을 통해서 연결되고, 또한, 별도의 제2로봇(20a)도 로봇연결케이블(300)을 통해 상기 제2로봇(20)에 연결되어 사용 가능하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 구성 요소들간 네트워크 연결관계를 살펴보면, 마스터 제어기(100)는 물리적으로 로봇연결케이블(300)에 의해 상호 연결되어 있지만, 도면부호 점선1로 표시한 바와 같이 논리적으로도 각각의 구동기(D1 ~ D6), 제 2디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G2)를 제어할 수 있도록 링크되어 있다.

또한, 로봇을 구동하는데 발생되는 안전 처리와 같은 긴급 대처 상황을 위해서, 각 슬래이브 처리부(S1 ~ S7)들은 도면부호 점선2의 논리 연결을 통해 직접 제1디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G1), 제2디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G2)를 제어할 수 있다.

또한, 슬래이브 처리부(S1 ~ S7)는 해당 제1디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G1) 또는 제2디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G2)에 각각 논리적으로 링크되며, 제1디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G1)과 제2디지털 또는 아날로그 입출력모듈(G2)도 역시 마스터 처리부(M)와 네 번째 슬래이브 제어기(230)를 통해 논리적으로 링크됨에 따라, 1대의 마스터 제어기(100)로 복수의 슬래이브 제어기(200 ~ 260)를 제어할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 로봇 제어 시스템의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 내장형 로봇 제어 시스템의 블록도이다.

도 3은 도 2에 도시된 실시예를 제1로봇과 복수의 제2로봇에 탑재한 배치도이다.

도 4는 도 3에 도시된 구성 요소들간 네트워크 연결관계를 설명하기 위한 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

100 : 마스터 제어기

110, 111, 112 : FPGA 엘리먼트

120 : 엘리먼트 확장 영역

130 : 응용프로그램 인터페이스

140 : 어플리케이션 모듈

150 : 마스터네트워크모듈

200 ~ 260 : 슬래이브 제어기

205, 215, 225, 235, 245, 255, 265 : 슬래이브네트워크모듈

300 : 로봇연결케이블

Claims

복수의 모터와 센서가 포함된 로봇 기구, 또는 상기 로봇 기구를 복수로 갖는 적어도 하나의 로봇을 제어하는 내장형 로봇 제어 시스템에 있어서,

로봇에 내장된 마스터 제어기;

상기 마스터 제어기로부터 직렬 네트워크 방식으로 분산 연결되는 것으로서, 상기 로봇에서 해당 로봇 기구별로 탑재 및 상호 연결되거나, 직렬 네트워크 방식의 로봇연결케이블로 연결된 별도의 로봇에서 해당 로봇 기구별로 탑재 및 상호 연결된 복수의 슬래이브 제어기;를

포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 로봇 제어 시스템.
제1항에 있어서,

상기 마스터 제어기는

복수의 로봇 기구 또는 복수의 로봇의 실시간 제어를 위한 이동 경로 생성 모듈과 로봇 기구학 모듈을 각각 구비한 복수의 FPGA(Field Programmable Gate Array) 엘리먼트;

상기 FPGA 엘리먼트 상호간 연결 관리, 모니터링 관리, 입출력 관리를 수행하는 마스터 처리부;

상기 마스터 처리부에 연결된 응용프로그램 인터페이스;

상기 응용프로그램 인터페이스에 연결되고 직렬로봇, 병렬로봇, 직교로봇 별로 미리 설정된 로봇 작업용 로직, 로봇 초기화 작동과 같은 응용프로그램이 구비된 어플리케이션 모듈;

상기 응용프로그램 인터페이스에 접속되어 센서의 입출력을 담당하도록 연결된 제1디지털 또는 아날로그 입출력모듈;

상기 마스터 처리부에 접속된 직렬 통신용 마스터네트워크모듈;을

포함하는 것을 특징으로 하는 내장형 로봇 제어 시스템.
제2항에 있어서,

상기 FPGA 엘리먼트는 응용 대상의 TG와 RM 요구 처리 속도에 따라 차등적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 내장형 로봇 제어 시스템.
제2항에 있어서,

상기 이동 경로 생성 모듈은 복수 로봇 기구가 작동되는 작업 공간 내에서의 각각의 로봇 도구 좌표계(TOOL COORDINATE SYSTEM)의 시간에 따른 공간 이동 경로 또는 각각의 로봇 기반 좌표계(ROBOT BASE COORDINATE SYSTEM)의 시간에 따른 공간 이동 경로를 생성하고, 센서 등의 외부 사건에 대한 실시간 응답을 위해 로봇 도구 좌표계 또는 로봇 기반 좌표계의 위치뿐 아니라 회전을 실시간으로 변경하는 기능 을 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 내장형 로봇 제어 시스템.
제2항에 있어서,

상기 로봇 기구학 모듈은 로봇 종류에 따라 상기 이동 경로 생성 모듈에서 구해진 로봇 도구 좌표계와 기반 좌표계와 더불어 정해진 도구 취부 좌표계(TOOL MOUNT COORDINATE SYSTEM), 해당 로봇의 기구 파라메터(예: DH Parameter)를 이용하여 로봇에 포함된 모터들의 작동 위치를 산출하고, 로봇 도구 좌표계와 기반 좌표계와 더불어 로봇 각 링크의 동특성 파라메터들, 중력 방향, 로봇에 인가되는 외부 힘들을 이용하여, 각 조인트에서 필요한 토크를 산출하고, 산출된 모터들의 작동 위치 중 목표 위치와 산출된 토크 중 목표 토크는 각 모터 드라이버에 네트워크를 통해 전달되어 각 모터의 피드 포워드 제어에 사용되고, 각 로봇에 포함된 모터들 현재 작동 위치로부터 현재 작업 공간 상의 좌표계를 산출하는 기능을 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 내장형 로봇 제어 시스템.
제1항에 있어서,

상기 슬래이브 제어기는

상기 마스터 제어기에 탑재된 마스터네트워크모듈과 직렬 통신하는 적어도 하나의 슬래이브네트워크모듈;

상기 슬래이브네트워크모듈에 연결되고 1개의 FPGA 엘리먼트를 이용하여 상기 마스터 제어기의 FPGA 엘리먼트와 연동하는 슬래이브 처리부;를

포함하고, 상기 슬래이브 처리부에는 해당 모터를 제어하는 구동기, 또는 센서의 입출력을 담당하는 제2디지털 또는 아날로그 입출력모듈 중 어느 하나가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 내장형 로봇 제어 시스템.
제1항에 있어서,

상기 마스터 제어기와 상기 슬래이브 제어기는 로봇연결케이블을 통해 링 토폴로지(ring topology) 형식으로 연결되어 있고, 일부 회선의 단선 또는 단락 발생시, 라인 토폴로지(line topology) 형식으로 전환되어 풀듀플렉스(Full-Duplex) 방식의 통신을 수행하도록 연결된 것을 특징으로 하는 내장형 로봇 제어 시스템.