KR20130088595A - 모션 프로파일 생성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모션 프로파일 생성방법에 관한 것으로서, 상위 제어기에서 하위 제어기로 모션 프로파일을 전송하기 위해 생성되는 속도 프로파일을 FIR 필터를 이용하여 생성하는 모션 프로파일 생성방법에 관한 것이다. 이를 위해 모션 프로파일 신호와 생성하고자 하는 모션 프로파일의 종류를 입력받는 단계; 입력된 모션 프로파일의 종류에 상응하도록 필터의 구성이 조합됨으로써 모션 프로파일 신호가 변환되어 새로운 모션 프로파일 신호가 생성되는 단계; 및 생성된 새로운 모션 프로파일 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 프로파일 생성방법이 개시된다.

Description

모션 프로파일 생성방법{Generation method of motion profile}

본 발명은 모션 프로파일 생성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상위 제어기에서 하위 제어기로 모션 프로파일을 전송하기 위해 생성되는 속도 프로파일을 FIR 필터를 이용하여 생성하는 모션 프로파일 생성방법에 관한 것이다.

종래의 모터를 구동하기 위한 모션 프로파일 생성방법은 3차 이상의 고차 다항식을 이용하여 생성한다. 따라서 고차 다항식을 이용하여 원하는 T-curve 또는 S-curve를 생성하는 경우에는 연산량이 늘어남에 따라 프로파일을 빠르게 생성할 수 없는 문제점이 있었다.

선행기술문헌인 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0007675(발명의 명칭 : 종 모양의 속도 프로파일을 이용한 모터의 속도 제어 방법 및 그 시스템)에 따르면 종 모양 속도 프로파일을 생성함으로써 가속도의 미분치인 저크가 일정한 값 이하로 제한되어 모터 축의 부하에 대한 급격한 관성력의 변화를 줄여 기존의 사다리꼴 방식의 모터 구동 방식보다 향상된 제어방식을 제공하는 발명에 관한 것이다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 상위 제어기에서 생성되는 속도 프로파일을 FIR 필터를 이용하여 생성함으로써 종래의 기술보다 연산량을 줄여 원하는 T-curve 또는 S-curve를 빠르게 생성할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 본 발명의 목적은, 모션 프로파일 신호와 생성하고자 하는 모션 프로파일의 종류를 입력받는 단계; 입력된 모션 프로파일의 종류에 상응하도록 필터의 구성이 조합됨으로써 모션 프로파일 신호가 변환되어 새로운 모션 프로파일 신호가 생성되는 단계; 및 생성된 새로운 모션 프로파일 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 프로파일 생성방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 모션 프로파일 신호는 구형파인 것을 특징으로 한다.

또한, 생성된 새로운 모션 프로파일 신호는, 구형파가 T-curve 또는 S-curve로 변환된 신호인 것을 특징으로 한다.

또한, 필터의 구성은, 필터의 차수 및 필터의 통과 횟수에 따라 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 필터는 FIR 필터 또는 IIR 필터인 것을 특징으로 한다.

또한, 생성된 새로운 모션 프로파일 신호는, 모터를 구동하기 위한 위치 프로파일 신호 및 속도 프로파일 신호 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 상위 제어기에서 생성되는 속도 프로파일을 FIR 필터를 이용하여 생성함으로써 종래의 기술보다 연산량을 줄여 원하는 T-curve 또는 S-curve를 빠르게 생성할 수 있는 효과가 있다.

또한, FIR 필터에 의해 연산량을 줄임으로써 고속의 프로세서가 필요하지 않아 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 모션 프로파일 생성방법을 설명하기 위한 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 속도 프로파일 생성을 위하여 매트랩 시뮬레이션 프로그램에 의해 FIR 필터를 구성한 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 구형파를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 FIR 필터에 의해 생성된 T-curve를 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 FIR 필터에 의해 생성된 S-curve를 도시한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.

< 모션 프로파일 생성방법>

본 발명에 따른 모션 프로파일 생성방법은 모터를 구동하기 위한 모션 프로파일을 사용자가 원하는 특정 모션 프로파일인 T-curve 또는 S-curve 등의 신호로 변환하기 위해 FIR(finite impulse response) 필터를 사용하여 모션 프로파일 신호를 생성한다. 이하에서는 도시된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모션 프로파일 생성방법에 관하여 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 모터를 구동하기 위한 제어기의 구조는 집중형 제어기 구조와 분산형 제어기 구조가 있다. 집중형 제어기 구조는 상위 제어기에 모터를 구동하는 알고리즘이 탑재되어 있어 직접 모터제어를 담당하고, 하위 제어기는 제어된 신호를 받아 모터를 구동하는 역할만 한다. 이에 반해 분산형 제어기 구조는 하위 제어기에서 모터제어를 담당하고 상위 제어기는 모터를 구동하기 위한 명령만 내려주는 구조이다.

이러한 집중형 제어기 구조와 분산형 제어기 구조는 그 사용환경에 따라 대별 되는데 이하 본 발명에서는 분산형 제어기 구조를 중심으로 설명하나 필요에 따라 집중형 제어기 구조에서도 본 발명을 사용할 수 있다.

분산형 제어기 구조에 따라 상위 제어기는 모터의 움직임을 정의하는 모션 데이터를 생성하며, 이에 따라 일예로서 모션 SoC(system on chip) 칩이 구현되며, 하위 제어기는 상위 제어기로부터 생성된 모션 데이터를 입력받아 모터를 실제로 구동한다. 하위 제어기는 모터와 일 대 일로 연결되며, 모션 데이터를 분석하여 모터를 구동하기 위한 PWM 신호 등을 생성하는 모터 SoC 칩이 구현된다. 따라서 하위 제어기는 부하(load)인 모터의 개수에 상응하도록 구비된다.

분산형 제어기 구조에 따른 상위 제어기는 상술한 바와 같이 모터를 구동하기 위한 명령을 생성하여 하위 제어기로 분산 네트워크를 통하여 전송하는 기능을 수행한다. 이러한 명령에는 모터를 제어하기 위한 모션 프로파일이 있다. 모션 프로파일은 모터가 모션 프로파일을 추정하여 구동되도록 하기 위한 것으로서 일예로 속도 프로파일이 S-curve인 경우 초기 기동시에는 천천히 기동하다가 점점 가속되고 기동 종료시에 다시 천천히 멈추도록 하는 것이다.

한편, 모션 프로파일에는 위치 프로파일과 속도 프로파일이 있다. 속도 프로파일은 위치 프로파일을 미분함으로써 얻을 수 있으며 본 발명의 도면에 도시된 그래프는 속도 프로파일로서 설명된다.

도 1에 도시된 바와 같이 상위 제어기(100)는 구형파의 속도 프로파일 신호(110)를 입력받아 T-curve(사다리꼴) 속도 프로파일 신호(120) 또는 S-curve의 속도 프로파일 신호(130)를 생성한다. 이때 새롭게 생성하고자 하는 속도 프로파일 신호는 사용자의 요청에 따라 정해진다.

즉, 사용자는 상위 제어기(100)와 연결된 컴퓨터(300) 또는 상위 제어기(100)에 구현된 딥 스위치(딥 스위치의 상태에 따라 프로파일 종류 결정 가능) 등을 이용하여 생성하고자 하는 속도 프로파일의 종류를 상위 제어기에 전달하고, 상위 제어기는 입력된 구형파를 사용자의 요구에 맞게 T-curve 또는 S-curve의 신호를 생성하여 하위 제어기로 전달한다.

여기서, 구형파를 T-curve 또는 S-curve의 신호로 변환하기 위하여 본 발명의 일실시예에서는 FIR 필터를 사용한다. FIR 필터는 다음의 수학식 1에 나타난 바와 같이 피드백 구조가 아닌 오픈루프 구조로서 종래의 고차함수를 이용하여 속도 프로파일 신호를 생성하는 것에 비해 연산이 빨라 원하는 속도 프로파일을 빠르게 생성할 수 있다.

여기서, y는 출력, x는 입력, b는 상수, N은 차수이다.

도 2는 본 발명에 따른 속도 프로파일 신호를 생성하기 위한 매트랩 시뮬레이션의 FIR 필터 구성을 나타낸 것이다. 펄스 생성기(400)는 도 3의 구형파 신호를 생성하며, 제1 FIR 필터(500)는 구형파 신호를 도 4의 T-curve 신호(사다리꼴 신호)로 변환한다. 도 4의 T-curve 신호는 도 3의 제1스코프(510)에서 검출된 신호이다.

제2 FIR 필터(600)는 제1 FIR 필터(500)의 출력(T-curve 신호)을 입력으로 받아 다시 한번 필터링 함으로써 도 5의 S-curve 신호를 생성할 수 있으며 도 5의 S-curve 신호는 도 4의 제2스코프(610)에서 검출된 신호이다.

한편, 도 2에 도시된 제1 FIR 필터(500) 또는 제2 FIR 필터(600)는 매트랩 시뮬레이션을 수행하도록 하기 위한 블럭도로서 이러한 블럭도는 필요에 따라 당업자가 구성할 수 있으므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.

제1 FIR 필터(500)나 제2 FIR 필터(600)는 동일한 매트랩 블럭 구성으로서, 다만 구형파 신호를 한번 통과 시키느냐 두 번 이상 통과 시키느냐에 따라 신호의 모양이 달라진다. 즉, 구형파 신호를 한번 통과시키게 되면 T-curve 신호가 생성되며, T-curve 신호를 입력받아 다시 FIR 필터에 통과시키는 경우에는 S-curve가 생성된다.

S-curve의 곡선 형태는 FIR 필터에 많이 통과시킬수록 "S"자형에 가까워지는 곡선 형태를 나타내므로 "S"자형에 가까워지는 곡선을 생성하기 위해서는 제2 FIR 필터(600) 뒤에 제3, 제4 등의 FIR 필터가 늘어날 수 있다. 또한, 도 5의 S-curve 신호를 더욱 부드러운 곡선으로 생성하기 위해서는 N의 차수를 높이면 된다. 따라서 FIR 필터의 통과 횟수 및 수학식 1의 N의 차수 값에 따라 S-curve의 곡선형태가 달라지게 된다.

본 발명에 따른 하위 제어기(200)는 상위 제어기(100)의 T-curve 또는 S-curve의 속도 프로파일 신호를 입력받는다. 또한, 하위 제어기(200)는 상위 제어기(100)의 속도 프로파일 신호에 추종하도록 모터(10)를 구동하기 위한 PWM(pulse width modulation)(210) 신호를 생성하여 모터에 출력한다. 하위 제어기(200)에는 서보 모터를 구동하기 위해 인버터(도면 미도시)가 구현된다.

또한, 하위 제어기에는 모터(10)의 현재 위치를 검출하는 엔코더(20) 또는 리졸버(도면 미도시) 등의 신호를 입력받아 상위 제어기에서 입력된 속도 프로파일에 모터가 추종되어 구동되도록 하는 PID 제어기(비례-적분-미분)가 구현된다. 다만, PID 제어기는 필요에 따라 PI 제어기 또는 PD 제어기를 사용할 수도 있다.

상술한 바와 같이 구형파 신호를 T-curve 또는 S-curve 신호로 변환하기 위해 FIR 필터를 사용하였으나 IIR(infinite impulse response) 필터에 의해서도 동일한 방법에 의해 구현될 수 있다. 다만, IIR 필터는 FIR 필터와 다르게 피드백 구조를 가진다.

이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

10 : 모터
20 : 엔코더
100 : 상위 제어기
200 : 하위 제어기
300 : 컴퓨터
400 : 펄스 생성기
500 : 제1 FIR 필터
510 : 제1스코프
600 : 제2 FIR 필터
610 : 제2스코프

Claims (6)

1. 모션 프로파일 신호와 생성하고자 하는 모션 프로파일의 종류를 입력받는 단계;
   입력된 모션 프로파일의 종류에 상응하도록 필터의 구성이 조합됨으로써 상기 모션 프로파일 신호가 변환되어 모터를 구동하기 위한 새로운 모션 프로파일 신호가 생성되는 단계; 및
   생성된 새로운 모션 프로파일 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 프로파일 생성방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 모션 프로파일 신호는 구형파인 것을 특징으로 하는 모션 프로파일 생성방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 생성된 새로운 모션 프로파일 신호는,
   상기 구형파가 T-curve 또는 S-curve로 변환된 신호인 것을 특징으로 하는 모션 프로파일 생성방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 필터의 구성은,
   상기 필터의 차수 및 상기 필터의 통과 횟수에 따라 구성되는 것을 특징으로 하는 모션 프로파일 생성방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 필터는 FIR 필터 또는 IIR 필터인 것을 특징으로 하는 모션 프로파일 생성방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 생성된 새로운 모션 프로파일 신호는,
   상기 모터를 구동하기 위한 위치 프로파일 신호 및 속도 프로파일 신호 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 모션 프로파일 생성방법.

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