KR20120021410A - 자기 엔코더로 로봇의 위치제어를 실시하는 로봇 엑츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇의 전단암 내부에 형성되며 중공 회전축을 가지는 중공형 모터와; 상기 중공형 모터의 회전 출력단에 연결되는 감속기와; 상기 감속기의 회전 출력을 감지하는 2극 링형 자기 엔코더인 제1 엔코더와; 상기 중공형 모터에서 상기 감속기 설치단의 반대측에서 상기 중공 회전축에 결합되어 설치되어, 상기 중공형 모터의 회전 출력을 감지하는 다극 링형 자기 엔코더인 제2 엔코더와; 상기 다극 링형 자기 엔코더의 감지신호를 입력받아 상기 중공형 모터의 출력을 제어시키는 모터 드라이브와; 상기 모터 드라이브의 중공형 모터 구동 정보와 상기 2극 링형 자기 엔코더의 출력 정보를 입력받아 로봇의 운전 제어를 실시하는 로봇 제어기로; 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 엔코더로 로봇의 위치제어를 실시하는 로봇 엑츄에이터에 관한 것이다.
본 발명에 의하여 고속 인지성이 뛰어나 로봇에 사용되는 BLDC 중공형 모터와의 조합이 좋으며, 인크레멘탈(incremental) 정보와 absolute 정보를 동시에 인지하는 자기 엔코더로 로봇의 위치제어를 실시하는 로봇 엑츄에이터가 제공되는 이점이 있다.

Description

자기 엔코더로 로봇의 위치제어를 실시하는 로봇 엑츄에이터{position controlling robot acuator by magnetic encoder}

본 발명은 로봇의 전단암 내부에 형성되며 중공 회전축을 가지는 중공형 모터와; 상기 중공형 모터의 회전 출력단에 연결되는 감속기와; 상기 감속기의 회전 출력을 감지하는 2극 링형 자기 엔코더인 제1 엔코더와; 상기 중공형 모터에서 상기 감속기 설치단의 반대측에서 상기 중공 회전축에 결합되어 설치되어, 상기 중공형 모터의 회전 출력을 감지하는 다극 링형 자기 엔코더인 제2 엔코더와; 상기 다극 링형 자기 엔코더의 감지신호를 입력받아 상기 중공형 모터의 출력을 제어시키는 모터 드라이브와; 상기 모터 드라이브의 중공형 모터 구동 정보와 상기 2극 링형 자기 엔코더의 출력 정보를 입력받아 로봇의 운전 제어를 실시하는 로봇 제어기로; 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 엔코더로 로봇의 위치제어를 실시하는 로봇 엑츄에이터에 관한 것이다.

일반적으로, 산업용 로봇은 빠른 동작 속도와, 높은 처리 정밀도와, 생산 현장에 따른 높은 크린(clean) 레벨이 요구된다.

이러한 산업용 로봇은 특수 가스나 약품을 사용하는 특수한 환경 아래에서 정밀 작업을 수행하는 것을 요구받고 있으며, 스칼라(scalar)형 로봇의 상하 축 기구로서, 직동축으로 볼 나사를 사용하는 기구에서부터 평행 링크 기구를 이용하는 기구가 있다.

일본 특허공개 제 2002-326181 호 공보에 있어서, 제 1 아암은 고정 베이스와 연결 베이스에 연결되고, 제 2 아암은 연결 베이스와 가동 베이스에 연결된다. 고정 베이스에는 구동 모터가 탑재되고, 평기어가 연결 베이스의 내부에 내장된다. 구동 모터는 감속기를 거쳐서 평기어를 회전 구동하고, 평기어는 2개의 아암에 회전력을 전달해서 가동 베이스를 상하 이동시킨다.

그러나, 일본 특허공개 제 2002-326181 호 공보의 기구에서는 구동원인 구동 모터가 고정 베이스에 고정되어 있다. 그 때문에, 산업용 로봇을 조립할 때에, 구동 모터의 회전 축심과 아암 회전 축심을 일치시키지 않으면 안 된다. 이것은 산업용로봇의 조립 작업을 번잡하게 한다.

또한, 산업용 로봇이 높은 크린 레벨을 유지하기 위해서, 케이블류는 고정 베이스나 각 아암의 내부에 배치된다. 산업용 로봇에서는 이러한 내부 배선을 가능하게 하기 위해서, 구동 모터로서 중공형 모터가 사용되고 있다.

상기 중공형 모터는 최근에 이르러서는 BLDC 모터로 전환되어 고속, 고토크의 효율성을 실현시키고 있는데, 일반적으로 로봇의 위치를 인식하기 위해서 사용하는 광 엔코더의 경우에는 회전 속도의 제한이 따르는 문제점이 있으므로 BLDC 중공형 모터와의 조합이 힘들다는 문제점이 있다.

또한, 중공형 모터에 사용되고 있는 일반적인 링형 자기 엔코더의 경우에는 히스테리시스에 의한 노이즈 누적의 문제가 생기고, 인크레멘탈(incremental) 타입으로만 사용되어 로봇암의 절대 위치를 인지하기 힘들다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 고속 인지성이 뛰어나 로봇에 사용되는 BLDC 중공형 모터와의 조합이 좋으며, 인크레멘탈(incremental) 정보와 absolute 정보를 동시에 인지하는 자기 엔코더로 로봇의 위치제어를 실시하는 로봇 엑츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 로봇의 전단암 내부에 형성되며 중공 회전축을 가지는 중공형 모터와; 상기 중공형 모터의 회전 출력단에 연결되는 감속기와; 상기 감속기의 회전 출력을 감지하는 2극 링형 자기 엔코더인 제1 엔코더와; 상기 중공형 모터에서 상기 감속기 설치단의 반대측에서 상기 중공 회전축에 결합되어 설치되어, 상기 중공형 모터의 회전 출력을 감지하는 다극 링형 자기 엔코더인 제2 엔코더와; 상기 다극 링형 자기 엔코더의 감지신호를 입력받아 상기 중공형 모터의 출력을 제어시키는 모터 드라이브와; 상기 모터 드라이브의 중공형 모터 구동 정보와 상기 2극 링형 자기 엔코더의 출력 정보를 입력받아 로봇의 운전 제어를 실시하는 로봇 제어기로; 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 엔코더로 로봇의 위치제어를 실시하는 로봇 엑츄에이터를 기술적 요지로 한다.

여기서 상기 제1 엔코더는 E2PROM을 연결할 수 있게 구동 회로부를 구성하고, 상기 E2PROM에는 상기 제1 엔코더의 출력 신호값을 보정하는 데이터값과 상기 제1 엔코더를 CAN 통신으로 제어하는데 필요한 데이터 파라메터를 저장하는 것을 특징으로 하는 자기 엔코더로 로봇의 위치제어를 실시하는 로봇 엑츄에이터로 되는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명에 의하여 고속 인지성이 뛰어나 로봇에 사용되는 BLDC 중공형 모터와의 조합이 좋으며, 인크레멘탈(incremental) 정보와 absolute 정보를 동시에 인지하는 자기 엔코더로 로봇의 위치제어를 실시하는 로봇 엑츄에이터가 제공되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 구조도
도 2는 본 발명에서 제1 엔코더의 회로 구성도
도 3은 본 발명에서 제2 엔코더의 구조도
도 4는 본 발명에서 제2 엔코더의 회로 구성도

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 본 발명의 구조도이며, 도 2는 본 발명에서 제1 엔코더의 회로 구성도이며, 도 3은 본 발명에서 제2 엔코더의 구조도이며, 도 4는 본 발명에서 제2 엔코더의 회로 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게, 중공형 모터(30)와 감속기(20)와 제1 엔코더(10)와 제2 엔코더(40)와 모터 드라이브(50)와 로봇 제어기(60)로 구성된다.

상기 본 발명의 중공형 모터(30)는 로봇의 전단암 내부에 형성되어 로봇의 후단암을 구동시키는 엑츄에이터이다.

이러한 로봇암의 조절을 위하여 모터의 회전수와 속도를 변경시키는 감속기(20)가 상기 중공형 모터(30)의 회전 출력단인 회전축에 결합된다.

상기 모터가 중공형 모터(30)로 구성되는 이유는 로봇암의 내부 공간에 엑츄에이터를 형성시킴과 동시에 상기 공간에 로봇의 제어를 위하여 필요한 선로가 지나가는 공간으로 이용하기 위해서다.

따라서, 로봇암의 내부는 로봇암 전, 후단을 일정하게 연통시키는 중공 구조로 되어야 하는데, 이를 위하여 상기 중공형 모터(30)의 전단에 결합되는 감속기(20)와 상기 회전축 역시 중공 구조로 되는 것이 바람직하다.

일반적으로 본 발명과 같은 자동화 및 정밀제어기기에서는 전동모터, 서브모터 등과 같은 동력원의 원동축을 통해 전달되는 고부하의 회전속도를 감속시키기 위한 중공 감속기로서는 유성기어식 감속방식을 사용하는 중공형 모터 감속기가 개발되어 사용되는데, 이러한 실시형태에 의하면, 전단암, 모터, 감속기, 브레이크, 후단암이 모두 중공 구조로 되어 내부에 넓은 중공 통로를 형성할 수 있고, 이 중공의 통로에, 로봇 아암 기구의 배선?배관 및 구동 모터의 배선 등을 넣을 수 있어서 케이블 배선용 보조 아암을 마련할 필요가 없으므로, 부품점수를 저감할 수 있고, 로봇을 경량화할 수 있다.

또한, 모터를 위한 슬리브 등을 설치할 필요도 없으므로, 부품점수가 더 저감되고, 로봇을 소형화 할 수 있으며, 로봇을 조립할 때에, 중공형 모터의 모터축과 로봇암의 회전 중심을 조정하는 작업이 필요하지 않아서 로봇의 용이한 조립이 쉽게 이루어지므로 작업 공수가 줄어드는 이점이 있다.

더구나, 배선?배관이 로봇암의 내부로 거두어 지므로, 로봇의 링크 기구 및 로봇암의 움직임이 배선?배관(60)에 의해 방해받지 않으면서, 배선?배관(60)에 의한 작업소음을 억제시킬 수 있다.

본 발명의 제1 엔코더(10)는 상기 감속기(20)의 회전 출력을 감지하는 2극 링형 자기 엔코더이다.

상기 제1 엔코더(10)는 중공형 모터(30)의 회전이 감속기(20)를 통하면 최대 1회전(후단암의 회전각이 최대 1회전)이되므로 1회전의 절대 위치를 검출하는 absolute 형 2극 링형 자기 엔코더를 사용한다.

2극 링형 자기 엔코더는 도 2에 도시된 바와 같이 N/S의 2극이 착자된 마그네트(110)가 중공형 모터(30)의 감속기(20) 종단 축에 연결되어 있어서 회전 각도와 같이 동작한다.

마그네트(110)가 회전하면 홀센서에서 사인 및 코사인 신호를 감지하며, 히스테리시스에 의한 손실을 보정하여 각도를 검출한다.

검출된 각도는 구동 회로부(120)에서 변환되어 CAN OPEN 프로토콜로 변환되어 전송된다.

여기서 상기 제1 엔코더(10)는 E2PROM(130)을 연결할 수 있게 구동 회로부(120)를 구성하고, 상기 E2PROM(130)에는 상기 제1 엔코더(10)의 출력 신호값을 보정하는 데이터값과 상기 제1 엔코더(10)를 CAN 통신으로 제어하는데 필요한 데이터 파라메터를 저장한다.

이렇게 생산된 감속기(20)의 회전각 절대위치는 후술하는 로봇 제어기로 입력되며, 공간을 고려하여 멀티드랍식 시리얼 방식으로 데이터를 전송하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 엔코더(40)는 상기 중공형 모터(30)에서 상기 감속기(20) 설치단의 반대측에서 상기 중공 회전축에 결합되어 설치되어, 상기 중공형 모터(30)의 회전 출력을 감지하는 다극 링형 자기 엔코더이다.

상기 제2 엔코더(40)는 중공형 모터(30)의 회전을 감지하는 엔코더로서 도 3에 도시된 바와 같이 절대방식이 아닌 incremental 방식의 다극 링형 자기 엔코더로 운영이 되며, 중공형 모터 드라이브(50)의 센서 신호로 사용된다.

즉, 상기 제2 엔코더(40)는 중공형 모터(30)의 전기각 구동을 위한 센서로 사용하므로 굳이 회전각 절대치를 획득할 필요가 없다.

상기 제2 엔코더(40)는 도 4에 도시된 바와 같이 회로구성되어, 엔코더의 A상, B상, Z상을 출력시킨다.

본 발명의 모터 드라이브(50)는 상기 다극 링형 자기 엔코더의 감지신호를 입력받아 상기 중공형 모터(30)의 출력을 제어시키는 회로부이다.

본 발명의 로봇 제어기(60)는 상기 제2 엔코더(40)를 이용한 모터 드라이브(50)의 중공형 모터 구동 정보와 상기 제1 엔코더(10)의 출력 정보를 입력받아 로봇의 운전 제어를 실시한다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10 : 제1 엔코더 20 : 감속기
30 : 중공형 모터 40 : 제2 엔코더
50 : 모터 드라이브 60 : 로봇 제어기
110 : 마그네트 120 : 구동 회로부
130 : E2PROM

Claims (2)

1. 로봇의 전단암 내부에 형성되며 중공 회전축을 가지는 중공형 모터와;
   상기 중공형 모터의 회전 출력단에 연결되는 감속기와;
   상기 감속기의 회전 출력을 감지하는 2극 링형 자기 엔코더인 제1 엔코더와;
   상기 중공형 모터에서 상기 감속기 설치단의 반대측에서 상기 중공 회전축에 결합되어 설치되어, 상기 중공형 모터의 회전 출력을 감지하는 다극 링형 자기 엔코더인 제2 엔코더와;
   상기 다극 링형 자기 엔코더의 감지신호를 입력받아 상기 중공형 모터의 출력을 제어시키는 모터 드라이브와;
   상기 모터 드라이브의 중공형 모터 구동 정보와 상기 2극 링형 자기 엔코더의 출력 정보를 입력받아 로봇의 운전 제어를 실시하는 로봇 제어기로;
   구성되는 것을 특징으로 하는 자기 엔코더로 로봇의 위치제어를 실시하는 로봇 엑츄에이터.
2. 제1항에 있어서 상기 제1 엔코더는
   E2PROM을 연결할 수 있게 구동 회로부를 구성하고,
   상기 E2PROM에는 상기 제1 엔코더의 출력 신호값을 보정하는 데이터값과 상기 제1 엔코더를 CAN 통신으로 제어하는데 필요한 데이터 파라메터를 저장하는 것을 특징으로 하는 자기 엔코더로 로봇의 위치제어를 실시하는 로봇 엑츄에이터.

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