KR20160078616A - 구동축의 절대 위치 추정 장치 및 방법 - Google Patents

구동축의 절대 위치 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동축의 절대 위치 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 모터의 모터축과 하모닉 드라이브의 구동축에 각각 설치된 증분형 엔코더로부터 출력되는 정보를 이용하여 구동축의 절대 위치를 추정하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 절대 위치 추정 장치는 구동축의 절대 위치 추정에 필요한 기준 절대 위치 패턴들을 설정하고, 모터의 초기 구동을 통하여 초기 구동 시 절대 위치 패턴을 산출하고, 산출한 절대 위치 패턴에 대응되는 기준 절대 위치 패턴을 설정된 기준 절대 위치 패턴들로부터 추출하고, 추출한 기준 절대 위치 패턴에 대응되는 위치를 구동축(21)의 절대 위치로 추정한다.

Description

구동축의 절대 위치 추정 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating absolute position of driving shaft}
본 발명은 구동축을 구비하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터에 연결된 하모닉 드라이브(harmonic drive)의 구동축의 절대 위치를 추정할 수 있는 구동축의 절대 위치 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
모터나 액추에이터와 같은 구동축이 있는 구동기는 다양한 장치에 활용되고 있다. 특히 이러한 구동기는 로봇에 활용되고 있으며, 로봇의 손가락, 관절 부분에 컴팩트한 구조의 구동기가 요구되고 있다.
이러한 구동기를 통한 장치의 구동 시, 구동축의 절대 위치를 파악하는 것은 중요하다. 일반적인 경우 구동축의 절대 위치를 파악하기 위해서, 장치는 초기 구동 시 구동기의 기준 위치를 찾기 위한 초기 동작을 수행하게 된다.
이로 인해 해당 장치를 사용하기 위해서는, 구동기의 초기 동작을 수행할 수 있는 최소한의 공간이 필요하다. 그런데 구동기의 초기 동작을 수행할 수 있을 정도의 공간이 확보되지 못한 경우, 해당 장치를 이용할 수 없는 문제점이 있다. 공간이 확보되더라도 초기 동작을 수행하는 과정에서, 초기 동작을 수행하는 영역에 객체가 위치하는 경우 파손이나 안전사고의 위험을 안고 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해서, 초기 동작을 수행하지 않더라도 구동축의 절대 위치를 추정하는 장치로서 마그네틱을 이용한 절대 위치 산출 장치가 사용되고 있다.
하지만 종래의 절대 위치 산출 장치는 크기가 크기 때문에, 로봇의 관절과 같이 설치 공간이 협소한 곳에 설치되는 컴팩트한 구동 모듈에는 적용할 수 없는 문제점을 안고 있다.
한국공개특허 제2010-0052484호(2010.05.19.)
따라서 본 발명의 목적은 컴팩트한 구동 모듈에 설치하여 구동축의 절대 위치를 추정할 수 있는 구동축의 절대 위치 추정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 모터에 연결된 하모닉 드라이브(harmonic drive)의 구동축의 절대 위치를 추정할 수 있는 구동축의 절대 위치 추정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모터축에 설치된 증분형 엔코더와, 모터축에 연결된 하모닉 드라이브의 구동축에 설치된 증분형 엔코더에서 얻어지는 정보를 융합하여 구동축의 절대 위치를 추정하는 구동축의 절대 위치 추정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 제1 증분형 엔코더, 제2 증분형 엔코더 및 제어부를 포함하는 구동축의 절대 위치 추정 장치를 제공한다. 상기 제1 증분형 엔코더는 모터의 모터축에 설치되어 상기 모터축의 회전에 따른 I상의 제1 펄스 패턴을 획득한다. 상기 제2 증분형 엔코더는 상기 모터의 모터축에 연결된 하모닉 드라이브의 구동축에 설치되어 상기 모터의 회전에 따른 A상 또는 B상의 제2 펄스 패턴을 획득하고, 상기 하모닉 드라이브의 감속비 보다 작은 PPR(pulse per revolution)을 갖는다. 그리고 상기 제어부는 상기 모터를 초기 구동시킨 후 상기 제1 증분형 엔코더로부터 처음 I상의 제1 펄스가 감지되면, 상기 제2 증분형 엔코더로부터 상기 처음 I상에서 처음 A상 또는 B상의 제2 펄스가 감지될 때까지의 상기 제1 증분형 엔코더를 카운트하여 절대 위치 패턴을 산출하고, 산출한 절대 위치 패턴과 기준 절대 위치 패턴들의 비교를 통해 동일한 기준 절대 위치 패턴을 추출하고, 추출한 기준 절대 위치 패턴에 대응되는 위치를 상기 구동축의 절대 위치로 추정한다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 추정 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 모터를 구동시켜 상기 제1 증분형 엔코더와 상기 제2 증분형 엔코더로부터 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴을 획득하고, 획득한 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴의 비교를 통해 차이값에 해당되는 절대 위치 패턴들을 산출하고, 산출한 절대 위치 패턴들을 각각 상기 구동축의 절대 위치에 매칭시켜 기준 절대 위치 패턴으로 설정할 수 있다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 추정 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 절대 위치 패턴들을 산출할 때, 각각의 절대 위치 패턴은 제1 증분형 엔코더로부터 I상의 제1 펄스가 감지되면, 상기 I상에서부터 A상 또는 B상의 제2 펄스의 엣지가 감지될 때까지의 상기 제1 증분형 엔코더를 카운트하여 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 추정 장치는, 상기 기준 절대 위치 패턴들과, 상기 기준 절대 위치 패턴들에 각각 대응되는 구동축의 절대 위치에 대한 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 추정 장치에 있어서, 상기 하모닉 드라이브의 감속비가 m : 1 일 때, 상기 제2 증분형 엔코더는 (m-n) PPR(m>n, 1≤n≤10, m 및 n은 자연수)을 가질 수 있다.
본 발명은 또한, 절대 위치 추정 장치가 모터를 초기 구동시킨 후 상기 모터의 모터축에 설치된 제1 증분형 엔코더로부터 처음 I상의 제1 펄스를 감지하는 단계; 상기 절대 위치 추정 장치가 모터의 모터축에 연결된 하모닉 드라이브의 구동축에 설치되며 상기 하모닉 드라이브의 감속비 보다 작은 PPR(pulse per revolution)을 갖는 제2 증분형 엔코더로부터 상기 처음 I상에서 처음 A상 또는 B상의 제2 펄스가 감지될 때까지의 상기 제1 증분형 엔코더를 카운트하여 절대 위치 패턴을 산출하는 단계; 상기 절대 위치 추정 장치가 산출한 절대 위치 패턴과 기준 절대 위치 패턴들의 비교를 통해 동일한 기준 절대 위치 패턴을 추출하는 단계; 및 상기 절대 위치 추정 장치가 추출한 기준 절대 위치 패턴에 대응되는 위치를 상기 구동축의 절대 위치로 추정하는 단계를 포함하는 구동축의 절대 위치 추정 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 추정 방법에 있어서, 상기 제1 펄스를 감지하는 단계 이전에 수행되는, 상기 절대 위치 추정 장치가 기준 절대 위치 패턴들을 설정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 설정하는 단계는, 상기 절대 위치 추정 장치가 상기 모터를 구동시켜 상기 제1 증분형 엔코더와 상기 제2 증분형 엔코더로부터 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴을 획득하는 단계; 상기 절대 위치 추정 장치가 획득한 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴의 비교를 통해 차이값에 해당되는 절대 위치 패턴들을 산출하는 단계; 및 상기 절대 위치 추정 장치가 산출한 절대 위치 패턴들을 각각 상기 구동축의 절대 위치에 매칭시켜 기준 절대 위치 패턴으로 설정하는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 추정 방법에 있어서, 상기 설정하는 단계에서, 상기 절대 위치 패턴들을 산출할 때, 각각의 절대 위치 패턴은, 상기 절대 위치 추정 장치가 상기 제1 증분형 엔코더로부터 I상의 제1 펄스를 감지하면, 상기 I상에서부터 A상 또는 B상의 제2 펄스가 감지될 때까지의 상기 제1 증분형 엔코더를 카운트하여 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 추정 장치는 컴팩트한 구동 모듈에 설치하여 구동축의 절대 위치를 추정할 수 있다. 즉 절대 위치 추정 장치는 제1 증분형 엔코더가 모터의 모터축에 설치되고, 모터축에 연결된 하모니 드라이브의 구동축에 제2 증분형 엔코더가 설치되고, 제1 및 제2 증분형 엔코더로부터 획득한 정보를 융합하여 구동축의 절대 위치를 추정한다.
즉 모터의 회전에 따른 제1 증분형 엔코더에서 획득하는 I상의 제1 펄스 패턴과, 제2 증분형 엔코더에서 획득되는 A상 또는 B상의 제2 펄스 패턴의 대응되는 펄스의 비교를 통해서 구동축의 절대 위치 패턴을 산출하고, 기 저장된 기준 절대 위치 패턴과의 비교를 통해서 구동축의 절대 위치를 추정한다.
이와 같이 구조가 간단하고 컴팩트한 제1 및 제2 증분형 엔코더를 각각 모터의 모터축 및 하모닉 드라이브의 구동축 상에 설치하여 구동축의 절대 위치의 추정이 가능하기 때문에, 컴팩트한 구동 모듈의 구현이 가능하다.
그리고 상대적으로 저가의 증분형 엔코더의 조합으로 구동축의 절대 위치를 추정할 수 있는 구동 모듈을 제조할 수 있기 때문에, 구동 모듈의 제조 단가를 낮출 수 있는 이점도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구동축의 절대 위치 추정 장치를 구비하는 구동 모듈을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 모터의 입출력 카운트를 보여주는 그래프이다.
도 3은 도 1의 제1 증분형 엔코더의 I상의 제1 펄스 패턴과 제2 증분형 엔코더의 A 또는 B상의 제2 펄스 패턴을 보여주는 파형도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구동축의 절대 위치 추정 방법에 따른 흐름도이다.
도 5는 도 4의 기준 절대 위치 패턴을 설정하는 단계에 따른 상세 흐름도이다.
도 6은 도 4의 절대 위치 패턴을 산출하는 단계에 따른 상세 흐름도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구동축의 절대 위치 추정 장치를 구비하는 구동 모듈을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 구동 모듈(100)은 모터축(15)을 갖는 모터(10), 구동축(21)을 갖는 하모닉 드라이브(harmonic drive; 20) 및 구동축(21)의 절대 위치를 추정하는 구동축(21)의 절대 위치 추정 장치(30)(이하 '절대 위치 추정 장치'라 함)를 포함한다.
모터(10)는 구동 모듈(100)에 연결되는 객체를 회전시키는데 필요한 회전력을 모터축(15)을 통하여 전달한다. 이러한 모터(10)는 모터 케이스(17), 회전자(11), 고정자(13) 및 모터축(15)을 포함한다. 회전자(11)의 중심에 모터축(15)이 결합되며, 회전자(11)를 감싸는 형태로 고정자(13)가 설치된다. 회전자(11) 및 고정자(13)는 모터 케이스(17)에 의해 보호된다. 이때 모터축(15)은 중공형으로 객체 또는 구동 모듈(100)에 연결에 필요한 배선이 설치될 수 있는 공간을 제공하며, 양단은 모터 케이스(17)의 양쪽으로 돌출되어 있다.
하모닉 드라이브(20)는 모터(10)의 일측으로 돌출된 모터축(15)에 결합되어 연결되며, 모터축(15)에 연통되는 중공형으로 모터축(15)의 축 상에 설치되는 구동축(21)을 구비한다. 하모닉 드라이브(20)는 감속비에 따라서 모터축(15)의 회전에 따라 감속하여 구동축(21)을 회전시킨다.
그리고 절대 위치 추정 장치(30)는 회전하는 구동축(21)의 절대 위치를 추정한다. 이러한 절대 위치 추정 장치(30)는 모터축(15)과 구동축(21)에 각각 설치된 컴팩트한 두 개의 증분형 엔코더(incremental encoder; 31,33)를 통하여 감지되는 상대적인 위치값을 기반으로 구동축(21)의 절대 위치를 추정한다.
본 실시예에 따른 절대 위치 추정 장치(30)는 제1 증분형 엔코더(31), 제2 증분형 엔코더(33) 및 제어부(37)를 포함하며, 저장부(35)를 더 포함할 수 있다.
제1 증분형 엔코더(31)는 모터(10)의 모터축(15)에 설치되어 모터축(15)의 제1 회전량을 측정하여 제어부(37)로 출력한다. 제1 증분형 엔코더(31)는 모터축(15)의 회전량에 따라 단순하게 온/오프의 펄스수로 변환하여 출력하는 엔코더로서, 모터축(15)의 상대적인 위치값을 제공한다. 제1 증분형 엔코더(31)는 모터축(15)의 회전에 따른 I상의 제1 펄스 패턴을 획득하여 제어부(37)로 출력한다. 이때 제1 증분형 엔코더(31)는 모터 케이스(17)를 중심으로 하모닉 드라이브(20)가 설치된 쪽의 반대쪽으로 돌출된 모터축(15)에 설치될 수 있다.
제2 증분형 엔코더(33)는 하모닉드라이브(20)의 구동축(21)에 설치되어 구동축(21)의 제2 회전량을 측정하여 제어부(37)로 출력한다. 제2 증분형 엔코더(33)는 구동축(21)의 회전량에 따라 단순하게 온/오프의 펄스수로 변환하여 출력하는 엔코더로서, 구동축(21)의 상대적인 위치값을 제공한다. 제2 증분형 엔코더(33)는 구동축(21)의 회전에 따른 A상 또는 B상의 제2 펄스 패턴을 획득하여 제어부(37)로 출력한다. 이때 제2 증분형 엔코더(31)는 하모닉 드라이브(20)를 중심으로 모터(10)가 설치된 쪽의 반대쪽으로 돌출된 구동축(21)에 설치된다.
특히 제2 증분형 엔코더(33)는 하모닉 드라이브(20)의 감속비 보다 작은 PPR(pulse per revolution)을 갖는 증분형 엔코더를 사용한다. 예컨대 하모닉 드라이브(20)의 감속비가 m : 1 일 때, 제2 증분형 엔코더(33)는 (m-n) PPR(m>n, 1≤n≤10, m 및 n은 자연수)을 가질 수 있다.
이와 같이 제2 증분형 엔코더(33)로서 하모닉 드라이브(20)의 감속비보다 작은 PPR을 갖는 증분형 엔코더를 사용하는 이유는, 제1 및 제2 증분형 엔코더(31,33)로부터 획득되는 제1 및 제2 펄스 패턴을 기반으로 구동축(21)의 절대 위치를 추정하기 위해서이다.
구체적으로 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 모터(10)의 입출력 카운트를 보여주는 그래프이다. 도 3은 도 1의 제1 증분형 엔코더(31)의 I상의 제1 펄스 패턴과 제2 증분형 엔코더(33)의 A 또는 B상의 제2 펄스 패턴을 보여주는 파형도이다.
만약 제2 증분형 엔코더(33)의 PPR이 하모닉 드라이브(20)의 감속비와 동일한 경우, 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴이 서로 동기를 이루기 때문에, 제1 및 제2 펄스 패턴의 차이로부터 의미 있는 정보, 즉 구동축(21)의 절대 위치를 추정하는데 필요한 패턴 정보를 얻을 수 없다.
하지만 제2 증분형 엔코더(33)의 PPR이 하모닉 드라이브(20)의 감속비 보다 작을 경우, 제2 증분형 엔코더(33)의 PPR과 하모닉 드라이브(20)의 감속비의 차이에 의해 제1 펄스 패턴에 대해서 동기율이 긴 제2 펄스 패턴을 얻을 수 있다. 이로 인해 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴의 비교를 통해 차이값에 해당되는 복수의 절대 위치 패턴들을 산출할 수 있다. 산출한 절대 위치 패턴들을 기반으로 기준 절대 위치 패턴을 설정할 수 있다.
예컨대 하모닉 드라이브(20)의 감속비가 100 : 1이고, 제2 증분형 엔코더(33)로는 하모닉 드라이브(20)의 감속비보다는 작지만 그와 유사한 정밀도를 갖는 99PPR인 증분형 엔코더를 사용에 대해서 설명하면 다음과 같다. 제2 증분형 엔코더(33)의 제2 펄스를 99cnt로 했을 경우, 모터(10)의 최대 움직임은 3.6363. degree이다. 제1 증분형 엔코더(31)의 I상의 제1 펄스 패턴과 제2 증분형 엔코더(33)의 A 또는 B상의 제2 펄스 패턴을 비교하면, 서로 다른 복수의 절대 위치 패턴을 산출할 수 있다. 따라서 산출한 복수의 절대 위치 패턴은 서로 상이한 길이를 갖기 때문에, 서로 다른 길이의 절대 위치 패턴은 구동축(21)의 절대 위치를 추정할 때 기준 값으로 사용할 수 있다.
저장부(35)는 절대 위치 추정 장치(30)를 포함한 구동 모듈(100)의 동작 제어시 필요한 프로그램과, 그 프로그램의 수행 중에 발생되는 정보를 저장한다. 저장부(35)는 제1 및 제2 증분형 엔코더(31,33)로부터 수신한 제1 및 제2 펄스 패턴을 이용하여 구동축(21)의 절대 위치를 추정하는 실행프로그램을 저장한다. 저장부(35)는 구동축(21)의 절대 위치 추정에 필요한 기준 절대 위치 패턴들과, 기준 절대 위치 패턴들에 각각 대응되는 구동축(21)의 절대 위치에 대한 정보를 저장한다. 이때 기준 절대 위치 패턴들은 저장부(35)에 디폴트로 제공되거나, 제어부(37)의 제어에 따른 모터(10)의 초기 구동을 통하여 설정하여 저장부(35)에 제공할 수 있다.
그리고 제어부(37)는 절대 위치 추정 장치(30)를 포함한 구동 모듈(100)의 전반적인 제어 동작을 수행하는 마이크로프로세서(microprocessor)이다. 제어부(37)는 모터(10)의 초기 구동을 통하여 구동축(21)의 절대 위치를 추정한다. 즉 제어부(37)는 구동축(21)의 절대 위치를 추정하기 위해서, 모터(10)의 초기 구동을 시작한다. 제어부(37)는 모터(10)를 초기 구동시킨 후 제1 증분형 엔코더(31)로부터 처음 I상의 제1 펄스가 감지되면, 제2 증분형 엔코더(33)로부터 처음 I상에서부터 처음 A상 또는 B상의 제2 펄스가 감지될 때까지의 제1 증분형 엔코더(31)를 카운트하여 절대 위치 패턴을 산출한다. 제어부(37)는 산출한 절대 위치 패턴과 기준 절대 위치 패턴들과 비교를 통해 동일한 기준 절대 위치 패턴을 추출한다. 그리고 제어부(37)는 추출한 기준 절대 위치 패턴에 대응되는 위치를 구동축(21)의 절대 위치로 추정한다.
제어부(37)는 구동축(21)의 절대 위치 추정에 있어서, 기준이 되는 기준 절대 위치 패턴을 다음과 같이 설정할 수 있다. 즉 제어부(37)는 모터(10)를 구동시켜 제1 증분형 엔코더(31)와 제2 증분형 엔코더(33)로부터 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴을 획득한다. 제어부(37)는 획득한 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴의 비교를 통해 차이값에 해당되는 절대 위치 패턴들을 산출한다. 제어부(37)는 산출한 절대 위치 패턴들을 각각 구동축(21)의 절대 위치에 매칭시켜 기준 절대 위치 패턴으로 설정한다. 그리고 제어부(37)는 설정한 기준 절대 위치 패턴과, 그에 대응되는 구동축의 절대 위치를 저장부(35)에 저장할 수 있다.
제어부(37)가 기준 절대 위치 패턴들을 설정하기 위해서 절대 위치 패턴들을 산출할 때, 각각의 절대 위치 패턴은 제1 증분형 엔코더(31)로부터 I상의 제1 펄스가 감지되면, 제2 증분형 엔코더(33)로부터 I상에서 A상 또는 B상의 제2 펄스의 엣지가 감지될 때까지의 제1 증분형 엔코더(31)를 카운트하여 산출한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 절대 위치 추정 장치(30)는 컴팩트한 구동 모듈(100)에 설치하여 구동축(21)의 절대 위치를 추정할 수 있다. 즉 절대 위치 추정 장치(30)는 제1 증분형 엔코더(31)가 모터(10)의 모터축(15)에 설치되고, 모터축(15)에 연결된 하모니 드라이브(20)의 구동축(21)에 제2 증분형 엔코더(33)가 설치되고, 제1 및 제2 증분형 엔코더(31,33)로부터 획득한 정보를 융합하여 구동축(21)의 절대 위치를 추정한다.
즉 모터(10)의 회전에 따른 제1 증분형 엔코더(31)에서 획득하는 I상의 제1 펄스 패턴과, 제2 증분형 엔코더(33)에서 획득되는 A상 또는 B상의 제2 펄스 패턴의 대응되는 펄스의 비교를 통해서 구동축(21)의 절대 위치 패턴을 산출하고, 기 저장된 기준 절대 위치 패턴과의 비교를 통해서 구동축(21)의 절대 위치를 추정한다.
이와 같이 구조가 간단하고 컴팩트한 제1 및 제2 증분형 엔코더(31,33)를 각각 모터(10)의 모터축(15) 및 하모닉 드라이브(20)의 구동축(21) 상에 설치하여 구동축(21)의 절대 위치를 추정할 수 있기 때문에, 컴팩트한 구동 모듈(100)의 구현이 가능하다.
이와 같은 본 실시예에 따른 절대 위치 추정 장치(30)을 이용한 구동축(21)의 절대 위치 추정 방법에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구동축의 절대 위치 추정 방법에 따른 흐름도이다. 도 5는 도 4의 기준 절대 위치 패턴을 설정하는 단계에 따른 상세 흐름도이다. 그리고 도 6은 도 4의 절대 위치 패턴을 산출하는 단계에 따른 상세 흐름도이다.
먼저 S40단계에서는 절대 위치 추정 장치(30)는 구동축(21)의 절대 위치 추정에 필요한 기준 절대 위치 패턴들을 설정한다. 설정 시 기준 절대 위치 패턴들은 절대 위치 추정 장치(30)에 외부에서 디폴트로 제공될 수도 있고, 절대 위치 추정 장치의 자체적인 설정 공정을 통해서 산출하여 설정할 수도 있다.
다음으로 S50단계에서 절대 위치 추정 장치(30)는 모터(10)의 초기 구동을 통하여 초기 구동 시 절대 위치 패턴을 산출한다. 이때 절대 위치 추정 장치(30)는 제1 증분형 엔코더(31)로부터 처음 I상을 감지하고, 처음 I상으로부터 제2 증분형 엔코더(33)의 처음 A상 또는 B상을 감지할 수 있는 위치까지만 모터(10)를 초기 구동시키기 때문에, 모터(10)의 구동을 최소화하면서 구동축(21)의 절대 위치 추정에 필요한 절대 위치 패턴을 산출할 수 있다.
이이서 S60단계에서 절대 위치 추정 장치(30)는 산출한 절대 위치 패턴에 대응되는 기준 절대 위치 패턴을 설정된 기준 절대 위치 패턴들로부터 추출한다. 즉 절대 위치 추정 장치(30)는 산출한 절대 위치 패턴에 대응되는 기준 절대 위치 패턴을 저장부(35)에 저장된 기준 절대 위치 패턴들과의 비교를 통해서 추출한다.
그리고 S70단계에서 절대 위치 추정 장치(30)는 추출한 기준 절대 위치 패턴에 대응되는 위치를 구동축(21)의 절대 위치로 추정한다.
이때 S40단계에 따른 기준 절대 위치 패턴들은 도 5에 도시된 바와 같이 설정할 수 있다.
먼저 S41단계에서 절대 위치 추정 장치(30)는 모터(10)를 구동시켜 제1 증분형 엔코더(31)와 제2 증분형 엔코더(33)로부터, 도 3에 도시된 바와 같은, 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴을 획득한다.
다음으로 S43단계에서 절대 위치 추정 장치(30)은 획득한 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴의 비교를 통해 차이값에 해당되는 절대 위치 패턴들을 산출한다. 예컨대 절대 위치 추정 장치(30)는 감지되는 제1 펄스의 시작 지점과, 감지한 제1 펄스의 시작 지점 이후의 처음 감지되는 제2 펄스의 종착 지점(엣지)까지의 제1 증분형 엔코더(31)를 카운트하여 절대 위치 패턴1을 산출한다. 다음으로 절대 위치 추정 장치(30)는 두 번째 감지되는 제1 펄스의 시작 시점과, 감지한 제1 펄스의 시작 지점 이후의 다시 감지되는 제2 펄스의 종착 지점(엣지)까지의 제1 증분형 엔코더(31)를 카운트하여 절대 위치 패턴2을 산출한다. 이와 같은 방식으로 절대 위치 추정 장치(30)는 구동축(21)의 절대 위치 추정에 필요한 절대 위치 패턴들을 산출할 수 있다.
그리고 S45단계에서 절대 위치 추정 장치(30)는 산출한 절대 위치 패턴들을 각각 구동축(21)의 절대 위치에 매칭시켜 기준 절대 위치 패턴으로 설정한다.
S50단계에 따른 절대 위치 패턴은 도 6에 도시된 바와 같은 방법으로 산출할 수 있다.
먼저 S51단계에서 절대 위치 추정 장치(30)는 모터(10)의 모터축(15)을 I상까지 초기 구동시킨다.
다음으로 S53단계에서 절대 위치 추정 장치(30)는 제1 증분형 엔코더(31)으로 입력되는 제1 펄스 패턴으로부터 I상이 감지되는 지의 여부를 판단한다.
S53단계의 판단 결과 I상이 감지되지 않은 경우, 절대 위치 추정 장치(30)는 S51단계에 따라 모터축(15)을 계속 회전시킨다.
S53단계의 판단 결과 I상이 감지된 경우, S55단계에서 절대 위치 추정 장치(30)는 제1 증분형 엔코더(31)의 제1 펄스 카운트를 시작한다.
다음으로 S57단계에서 절대 위치 추정 장치(30)는 제2 증분형 엔코더(33)의 제2 펄스가 감지되는 지의 여부를 판단한다. 즉 절대 위치 추정 장치(30)는 I상의 제1 펄스가 감지된 이후에 제2 펄스가 발생되는 지점을 감지한다.
S57단계의 판단 결과 제2 펄스가 감지되지 않은 경우, 절대 위치 추정 장치(30)는 제1 증분형 엔코더(31)의 제1 펄스 카운트를 누적한다.
그리고 S57단계의 판단 결과 제2 펄스가 감지된 경우, S59단계에서 절대 위치 추정 장치는 제1 증분형 엔코더(31)의 제1 펄스 카운트를 종료하여 현재 누적된 제1 펄스 카운트를 절대 위치 패턴으로 산출한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 모터
11 : 회전자
13 : 고정자
15 : 모터축
17 : 모터 케이스
20 : 하모닉 드라이브
21 : 구동축
30 : 구동축의 절대 위치 산출 장치
31 : 제1 증분형 엔코더
33 : 제2 증분형 엔코더
35 : 저장부
37 : 제어부
100 : 구동 모듈

Claims (8)

  1. 모터의 모터축에 설치되어 상기 모터축의 회전에 따른 I상의 제1 펄스 패턴을 획득하는 제1 증분형 엔코더(incremental encoder);
    상기 모터의 모터축에 연결된 하모닉 드라이브의 구동축에 설치되어 상기 모터의 회전에 따른 A상 또는 B상의 제2 펄스 패턴을 획득하고, 상기 하모닉 드라이브의 감속비 보다 작은 PPR(pulse per revolution)을 갖는 제2 증분형 엔코더;
    상기 모터를 초기 구동시킨 후 상기 제1 증분형 엔코더로부터 처음 I상의 제1 펄스가 감지되면, 상기 제2 증분형 엔코더로부터 상기 처음 I상에서 처음 A상 또는 B상의 제2 펄스가 감지될 때까지의 상기 제1 증분형 엔코더를 카운트하여 절대 위치 패턴을 산출하고, 산출한 절대 위치 패턴과 기준 절대 위치 패턴들의 비교를 통해 동일한 기준 절대 위치 패턴을 추출하고, 추출한 기준 절대 위치 패턴에 대응되는 위치를 상기 구동축의 절대 위치로 추정하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터를 구동시켜 상기 제1 증분형 엔코더와 상기 제2 증분형 엔코더로부터 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴을 획득하고, 획득한 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴의 비교를 통해 차이값에 해당되는 절대 위치 패턴들을 산출하고, 산출한 절대 위치 패턴들을 각각 상기 구동축의 절대 위치에 매칭시켜 기준 절대 위치 패턴으로 설정하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 절대 위치 패턴들을 산출할 때, 각각의 절대 위치 패턴은 제1 증분형 엔코더로부터 I상의 제1 펄스가 감지되면, 상기 I상에서부터 A상 또는 B상의 제2 펄스의 엣지가 감지될 때까지의 상기 제1 증분형 엔코더를 카운트하여 산출하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기준 절대 위치 패턴들과, 상기 기준 절대 위치 패턴들에 각각 대응되는 구동축의 절대 위치에 대한 정보를 저장하는 저장부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 추정 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하모닉 드라이브의 감속비가 m : 1 일 때, 상기 제2 증분형 엔코더는 (m-n) PPR(m>n, 1≤n≤10, m 및 n은 자연수)을 갖는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 추정 장치.
  6. 절대 위치 추정 장치가 모터를 초기 구동시킨 후 상기 모터의 모터축에 설치된 제1 증분형 엔코더로부터 처음 I상의 제1 펄스를 감지하는 단계;
    상기 절대 위치 추정 장치가 모터의 모터축에 연결된 하모닉 드라이브의 구동축에 설치되며 상기 하모닉 드라이브의 감속비 보다 작은 PPR(pulse per revolution)을 갖는 제2 증분형 엔코더로부터 상기 처음 I상에서 처음 A상 또는 B상의 제2 펄스가 감지될 때까지의 상기 제1 증분형 엔코더를 카운트하여 절대 위치 패턴을 산출하는 단계;
    상기 절대 위치 추정 장치가 산출한 절대 위치 패턴과 기준 절대 위치 패턴들의 비교를 통해 동일한 기준 절대 위치 패턴을 추출하는 단계;
    상기 절대 위치 추정 장치가 추출한 기준 절대 위치 패턴에 대응되는 위치를 상기 구동축의 절대 위치로 추정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 추정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 펄스를 감지하는 단계 이전에 수행되는,
    상기 절대 위치 추정 장치가 기준 절대 위치 패턴들을 설정하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 설정하는 단계는,
    상기 절대 위치 추정 장치가 상기 모터를 구동시켜 상기 제1 증분형 엔코더와 상기 제2 증분형 엔코더로부터 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴을 획득하는 단계;
    상기 절대 위치 추정 장치가 획득한 제1 펄스 패턴과 제2 펄스 패턴의 비교를 통해 차이값에 해당되는 절대 위치 패턴들을 산출하는 단계;
    상기 절대 위치 추정 장치가 산출한 절대 위치 패턴들을 각각 상기 구동축의 절대 위치에 매칭시켜 기준 절대 위치 패턴으로 설정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 추정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 설정하는 단계에서,
    상기 절대 위치 패턴들을 산출할 때, 각각의 절대 위치 패턴은, 상기 절대 위치 추정 장치가 상기 제1 증분형 엔코더로부터 I상의 제1 펄스를 감지하면, 상기 I상에서부터 A상 또는 B상의 제2 펄스가 감지될 때까지의 상기 제1 증분형 엔코더를 카운트하여 산출하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 추정 방법.
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