KR20230001837A - 액추에이터 위치제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액추에이터 위치제어장치 및 방법에 관한 것으로, 볼 스크류의 단부에 기어가 배치되는 실린더, 회전축에 기어가 배치되는 모터 및, 상기 실린더의 기어와 상기 모터의 기어를 연결하는 감속기를 포함하는 액추에이터에 있어서, 상기 모터에 연결되는 속도센서 및, 상기 속도센서로부터 전달되는 신호를 처리하여 상기 실린더 로드의 위치를 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 속도센서의 정보만을 이용하여 부하의 위치를 정밀하게 제어할 수 있다.

Description

액추에이터 위치제어장치 및 방법{POSITION CONTROLLER AND METHOD FOR ACTUATOR}
본 발명은 액추에이터 위치제어장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 속도센서만을 이용하여 부하의 위치를 정밀하게 측정하고 제어할 수 있고, 전반적인 액추에이터의 크기, 무게 및 제작비용을 감소시켜 제품적용성과 제품경쟁력을 높인 액추에이터 위치제어장치 및 방법에 관한 것이다.
액추에이터(Actuator)란 통상 전기적인 에너지를 물리적인 운동(예컨대 회전운동 또는 직선운동)으로 바뀌주는 장치를 통칭하는 용어이다. 기계분야에서 액추에이터는 가장 많이 사용되는 부품 중 하나이다.
도 1에는 종래 액추에이터(1)의 일 형태가 도시되어 있다.
도 1을 참고하면, 종래 액추에이터(1)의 일 형태는 실린더(2) 내주면을 따라 스크류(2b)가 형성되어 있는 볼 스크류 축(2a), 볼 스크류 축(2a) 단부에 장착된 기어(4a), 회전축(3a) 단부에 기어(4b)가 장착된 모터(3), 모터(3) 내부에 장착된 속도센서(6), 실린더의 기어(4a)와 모터 기어(4b)에 맞물리며 회전속도 및 회전수를 감소시키는 감속기(5), 실린더의 기어(4a) 또는 감속기(5)와 기어방식으로 연결되어 있고, 실린더의 끝단(Rod-end;2c)의 위치 변화를 측정하는 위치센서(7) 또는 근접센서를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(8)는 수신된 정보를 연산하여 모터(3)에 구동 전력을 인가한다. 모터(3)가 구동하면 감속기(5)를 통해 회전력이 볼 스크류 축(2a)으로 전달된다. 볼 스크류 축(2a)은 스크류(2b) 방식으로 회전하며 실린더(2)에 토크를 전달하므로, 회전력 인가에 따라 실린더(2)가 전진 또는 후진 운동을 하게 된다. 이를 통해 실린더의 끝단(Rod-end;2c)에 연결된 부하에 힘이 인가되고, 액추에이터(1) 설치 목적에 따른 일을 하게 된다.
도 3을 참고하면, 속도센서(6)와 위치센서(7)에서 송출되는 정보를 통해 제어부(8)가 모터(3) 및 실린더(2)를 제어하는 제어도가 도시되어 있다.
모터(3)에 장착된 속도센서(6)가 모터의 회전속도를 측정하고, 이 정보를 실시간으로 제어부(8)로 송출하여 제어부(8)는 모터의 속도를 제어한다.
또한 위치센서(7)와 볼 스크류 축(2a) 끝단이 감속기(5a)로 연결되어, 감속기(5a)를 통해 위치센서(가) 실린더(2) 길이값을 위치센서 회전각도값으로 환산하여 측정한다. 이때 위치센서가 회전각도값을 실시간으로 제어부(8)로 송출하며 실린더 로드의 위치(즉, 부하의 위치)를 파악하고 제어부(8)는 실린더의 위치를 제어한다.
도 4를 참고하면, 종래 액추에이터에 대한 PID(Proportional Integral Derivation) 제어가 도시되어 있다.
제어부(8)는 운용자의 위치명령과 부하의 위치 정보를 비교하여 위치오차를 산출하고, 이를 속도지령으로 변환한다. 속도지령과 모터 센서의 회전 속도 정보와 다시 비교하여 속도오차를 산출하고 전류지령으로 변환한다.
제어부 내부에서 전류오차와 전압지령을 산출해내어 제어부(8)는 모터(3)를 구동하고 모터(3)의 회전력은 감속기(5)를 통해 실린더(2)의 직선운동으로 전환되어 인가된다.
이때 속도센서(6)는 모터(3)의 회전속도를 측정하고, 위치센서는 감속기(5a)를 통해 실린더 로드의 위치(즉, 부하의 위치)를 측정하게 된다.
이와 같이, 종래 액추에이터(1)는 속도센서와 위치센서를 모두 장착하므로, 전반적으로 액추에이터(1)의 크기/무게/비용이 증가하게 된다.
도 2를 참고하면, 종래 액추에이터(1)는 실린더(2) 및 모터(3)에 속도센서(6) 및 위치센서(7)를 모두 포함하고 있어 D 간격만큼의 큰 크기를 차지하고 있다. 그리고 위치센서(7)의 장착으로 인해 무게가 증가하고 제조단가 또한 증가하게 된다. 이러한 크기/무게 증가는 경량화/소형화가 요구되는 경우 제품 적용성을 떨어뜨리고, 제작비용 증가는 제품 경쟁력을 떨어뜨리는 문제가 있다.
국내특허 공개번호 : 10-2016-0089907
본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 보다 상세한 본 발명의 목적은 속도센서만을 이용하여 부하의 위치를 정밀하게 측정하고 제어할 수 있고, 전반적인 액추에이터의 크기, 무게 및 제작비용을 감소시켜 제품적용성과 제품경쟁력을 높인 액추에이터 위치제어장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 액추에이터 위치제어장치에 관한 것으로, 볼 스크류의 단부에 기어가 배치되는 실린더, 회전축에 기어가 배치되는 모터 및, 상기 실린더의 기어와 상기 모터의 기어를 연결하는 감속기를 포함하는 액추에이터에 있어서, 상기 모터에 연결되는 속도센서; 및 상기 속도센서로부터 전달되는 신호를 처리하여 상기 실린더에 의해 동작하는 부하의 위치를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제어부는, 상기 속도센서와 연결되고, 상기 속도센서로부터 전달되는 신호를 처리하여 상기 모터의 회전속도, 회전수 또는 회전각을 산출하는 신호처리모듈;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제어부는, 상기 신호처리모듈과 연결되고, 상기 신호처리모듈에서 산출한 상기 모터의 회전수 또는 회전각 정보로부터 부하의 상대위치값을 산출하는 신호저장모듈;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 신호저장모듈에서 산출하는 부하의 상대위치값은 액추에이터의 전원 off 상태에서 부하 또는 실린더 로드의 위치변화값일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 신호저장모듈에서 기 저장된 부하의 영점기준 절대위치값과 산출된 부하의 상대위치값을 비교하고, 상기 부하의 절대위치값을 보정하고 저장할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제어부는, 상기 신호저장모듈과 연결되고, 상기 신호저장모듈에 저장된 부하의 보정된 절대위치값을 통해 부하의 위치 조정을 위해 상기 모터의 회전수 또는 회전각을 산출하는 위치제어모듈;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제어부는, 상기 위치제어모듈과 연결되고, 상기 위치제어모듈에서 산출된 상기 모터의 회전수 또는 회전각을 통해 상기 모터를 구동하는 구동모듈;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제어부는, 상기 신호처리모듈, 상기 신호저장모듈, 상기 위치제어모듈 또는 상기 속도센서의 전원 공급을 관리하는 전원감시모듈;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제어부는, 전원 on 상태에서 상기 전원감시모듈에 의해 충전되고, 전원 OFF 상태에서 상기 신호처리모듈, 상기 신호저장모듈 또는 상기 속도센서에 전원을 공급하는 보조전원모듈;을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 액추에이터 위치제어방법에 관한 것으로, 전원상태를 감시하고, 전원 on/off 상태를 판단하는 전원상태 감시 및 판단단계; 실린더에 의해 동작하는 부하의 위치값에 대한 영점 조정을 수행하는지 여부를 결정하는 영점조정명령단계; 부하의 위치값을 통해 부하의 위치제어가 필요한지 여부를 결정하는 위치제어명령단계; 및 액추에이터 제어를 완료하는 완료단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 전원상태 감시 및 판단단계에서, 전원 on 상태이면, 외부에서 인가되는 전력을 이용하여 보조전원모듈을 충전하고, 신호처리모듈, 신호저장모듈, 속도센서 또는 위치제어모듈을 구동하는 정상 운용 모드 수행단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 전원상태 감시 및 판단단계에서, 전원 OFF 상태이면, 보조전원모듈이 신호처리모듈, 신호저장모듈 또는 위치센서에 전력을 공급하는 보조전원모드 수행단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 영점조정명령단계에서, 영점조정이 필요하면, 현재 모터의 회전수 또는 회전각 대비 현재 부하의 위치값을 부하의 절대위치값으로 지정하는 영점정렬단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 모터의 속도센서로부터 전달되는 신호를 처리하여 구동된 모터의 회전수 또는 회전각을 연산하는 신호처리단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 신호처리단계에서 연산한 모터의 회전수 또는 회전각 정보를 이용하여 부하의 상대위치값을 산출하고 저장하는 신호저장단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 신호저장단계에서 산출하는 부하의 상대위치값은 액추에이터의 전원 off 상태에서 부하 또는 실린더 로드의 위치변화값일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 신호저장단계는 상기 영점정렬단계에서 산출한 부하의 절대위치값 정보와 상기 신호처리단계에서 산출한 부하의 상대위치값 정보를 비교 연산하여 부하의 절대위치값에 변위가 발생하면, 상기 변위를 보정하고 저장할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 위치제어명령단계에서, 부하의 위치제어가 필요한 경우, 상기 신호저장단계에서 수행한 부하의 절대위치 보정값을 기준으로 위치 에러를 산출하고 모터의 회전수 또는 회전각을 제어하는 보정단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 신호저장단계 이후에, 전원 on/off 상태를 확인하는 전원상태 확인단계;를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 전원상태 확인단계에서, 전원상태가 ON 상태로 확인되면, 상기 위치제어명령단계를 수행하고, 전원상태가 OFF 상태로 확인되면, 상기 보정단계를 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 속도센서만을 이용하여 부하의 위치를 정밀하게 측정할 수 있다. 그에 따라 부하의 절대위치값과 액추에이터 전원 off 상태의 상대위치값을 산출하고 비교연산을 이용하여 모터 구동과 부하를 움직이는 실린더 로드 위치간의 오차를 보정할 수 있다.
또한, 종래기술에 비해 위치센서 또는 근접센서를 제거하므로, 액추에이터의 크기 및 무게가 감소하고 제작단가를 절감할 수 있다. 이는 협소한 공간에 설치되는 경우, 항공부품과 같은 경량화/소형화가 요구되는 경우에 대한 제품 적용성을 높일 수 있다. 궁극적으로는 제품 경쟁력을 높일 수 있다.
도 1은 종래 액추에이터 구조를 나타낸 도면.
도 2는 종래 액추에이터의 크기를 나타낸 도면.
도 3은 종래 액추에이터에서 속도센서 및 위치센서를 이용하여 모터 및 실린더 구동 제어를 나타낸 제어도.
도 4는 종래 액추에이터에서 속도센서 및 위치센서에 의한 PID 제어를 나타낸 제어도.
도 5는 본 발명인 액추에이터 위치제어장치의 구조를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명인 액추에이터 위치제어장치의 크기를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명인 액추에이터 위치제어장치에서 속도센서를 이용하여 모터 및 실린더 구동 제어를 나타낸 제어도.
도 8은 본 발명인 액추에이터 위치제어장치에서 절대위치 보상 및 유지를 포함한 속도센서에 의한 PID 제어를 나타낸 제어도.
도 9는 본 발명인 액추에이터 위치제어장치의 제어부를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명인 액추에이터 위치제어방법을 나타낸 제어순서도.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 액추에이터 위치제어장치 및 방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 5를 참고하면, 본 발명이 적용되는 액추에이터(10)의 일 형태는 실린더(20), 모터(30) 및 감속기(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 실린더(20)는 실린더의 끝단(rod-end;23)에서 부하와 연결될 수 있으며, 상기 실린더의 볼스크류 축(21)에는 스크류(22)가 형성되어 있어, 회전에 의해 실린더(20)가 전진 또는 후진 직선운동을 할 수 있다.
상기 실린더(20)의 직선운동에 의한 힘이 부하에 전달될 수 있으며, 상기 실린더 끝단(Rod-end;22)의 위치값이 부하의 위치값일 수 있다. 그리고 상기 볼스크류 축(21)의 단부에는 기어(41)가 장착될 수 있다.
상기 모터(30)의 회전축(31)에는 기어(42)가 장착될 수 있으며, 상기 감속기(50)는 상기 실린더(20)의 기어(41)와 상기 모터(30)의 기어(42)를 연결하고, 모터(30)의 회전수 및 회전속도를 감속하여 상기 실린더(20)로 전달할 수 있다.
본 발명인 액추에이터 위치제어장치의 실시예는 상술한 액추에이터(10)와 연계되는 속도센서(60) 및 제어부(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 속도센서(60)는 상기 모터(30)에 장착되고, 모터(30)의 회전속도, 회전각, 회전수 등을 측정할 수 있다.
상기 제어부(100)는 상기 속도센서(60)로부터 전달되는 신호를 처리하여 상기 실린더(20)에 의해 동작하는 부하의 위치를 제어할 수 있다. 즉 상기 실린더(20)를 제어하여 부하의 위치를 제어하게 된다.
도 9를 참고하면, 상기 제어부(100)는 전원감시모듈(200), 보조전원모듈(300), 신호처리모듈(400), 신호저장모듈(500), 위치제어모듈(600) 및 구동모듈(700)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전원감시모듈(200)은 제어전원 입력명령에 의해 상기 보조전원모듈(300), 상기 신호처리모듈(400), 상기 신호저장모듈(500), 상기 위치제어모듈(600) 및 상기 속도센서(60)에 공급되는 전원을 관리하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 전원감시모듈(200)이 주로 전력을 공급하는 주전원일 수 있다. 그리고 상기 전원감시모듈(200)은 상기 보조전원모듈(300)에 전력을 공급하여 상기 보조전원모듈(300)이 충전된 상태를 유지하도록 할 수 있다.
상기 보조전원모듈(300)은 상기 전원감시모듈(200)의 전원 off 상태시에도 신호처리모듈(400), 신호저장모듈(500) 및 속도센서(60)가 작동하도록, 상기 신호처리모듈(400), 신호저장모듈(500) 및 속도센서(60)에 전력을 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 상기 보조전원모듈(300)은 2차 전지 형태일 수 있으며, 상기 전원감시모듈(200)이 전원 on 상태일 때 전력을 공급받아 충전될 수 있다. 이후 상기 보조전원모듈(300)은 상기 전원감시모듈(200)의 전원 off 상태시, 보조전력을 각 모듈에 공급하여 각 모듈의 기능이 수행될 수 있도록 할 수 있다.
상기 신호처리모듈(400)은 상기 속도센서(60)와 연결되고, 상기 속도센서(60)로부터 전달되는 신호를 처리하여 상기 모터(30)의 회전속도, 회전수 또는 회전각을 산출하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 신호저장모듈(500)은 상기 신호처리부와 연결되고, 상기 신호처리부에서 산출한 상기 모터(30)의 회전속도, 회전수 또는 회전각 정보로부터 상기 실린더의 끝단(23) 또는 부하의 상대위치값을 산출하는 기능을 수행할 수 있다. 즉 상기 속도센서(60)를 통해, 상기 모터(30)의 회전수 또는 회전각 정보를 통해 획득하여 스크류(22) 회전 방식으로 직선 운동을 하는 상기 실린더의 끝단(Rod-end;23) 또는 부하의 상대위치값을 도출할 수 있다.
(본 발명의 실시예에서 실린더의 끝단(23)의 위치값과 부하의 위치값은 동일한 의미일 수 있으며, 이하에서 부하의 위치값은 실린더의 끝단(23)의 위치값으로 통용될 수 있다.)
여기서 부하의 절대위치값은 영점설정명령 인가를 통해 산출할 수 있다. 즉 상기 제어부(100)는 현재 모터(30)의 회전값과 부하의 현재 위치값을 영점으로 설정할 수 있다. 그리고 이러한 영점 정보를 상기 신호저장모듈(500)에 저장해 놓을 수 있다.
이에 따라 본 발명의 실시예에서 상기 신호저장모듈(500)은 저장된 부하의 영점기준 절대위치값과 산출된 부하의 상대위치값을 비교하고, 오차 발생시 부하의 절대위치값을 보정하고 저장하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 위치제어모듈(600)은 상기 신호저장모듈(500)과 연결되고, 상기 신호저장모듈(500)에 저장된 부하의 보정된 절대위치값을 통해 부하의 위치 조정을 위해 상기 모터(30)의 회전수 또는 회전각을 산출하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 구동모듈(700)은 상기 위치제어모듈(600)과 연결되고, 구동전원 입력명령에 의해 작동되며, 상기 위치제어모듈(600)로부터 송출된 제어 출력 지령을 통해 상기 모터(30)를 구동할 수 있다.
상기 모터(30)가 구동됨에 따라 회전수 및 회전각은 상기 감속기(50)를 통해 감속되어 상기 볼스크류 축(21)으로 전달되고, 상기 실린더(20)의 직선 운동에 따라 부하에 힘이 전달되게 된다.
이때 상기 모터(30)의 회전 정보는 상기 속도센서(60)에서 실시간으로 측정하고 상기 신호처리모듈(400)로 송출하게 된다.
도 7에는 상기 제어부(100)의 모터(30) 및 실린더(20) 구동 제어가 도시되어 있다. 도 7을 참고하면, 상기 제어부(100)는 구동전력을 인가하여 상기 모터(30)를 구동하게 된다. 상기 모터(30)의 구동에 따라 모터(30) 토크가 상기 감속기(50)로 전달되게 된다. 상기 감속기는 회전수 또는 회전각을 감소시켜 상기 실린더(20)로 전달하고 상기 실린더 내부의 볼스크류 축(21)이 스크류(22) 회전방식으로 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 실린더(20)를 구동하게 된다. 이에 상기 실린더(20)에 연결된 부하가 힘을 전달받고 일을 하게 된다. 이때 실린더(20)의 이동거리값은 부하의 이동거리값일 수 있다.
다음, 상기 모터(30)에 장착된 상기 속도센서(60)가 실시간으로 모터(30)의 회전 관련 정보를 측정하고 상기 제어부(100)로 송출하게 된다. 본 발명의 실시예에서 상기 제어부(100)는 상술한 신호처리모듈(400)에서 확인된 부하의 위치정보와, 영점설정명령인가를 통해 신호저장모듈(500)에 저장된 부하의 절대위치정보를 통해, 부하의 절대 위치 정보를 지속적으로 보상할 수 있으므로, 상기 속도센서(60)에서 송출되는 회전 관련 정보로 액추에이터(10) 실린더(20)의 위치 정보를 획득할 수 있게 된다.
상기 속도센서(60)에서 상기 제어부(100)로 송출된 정보는 상술한 부하의 영점기준 절대위치값과 상대위치값간의 비교연산 및 보정 제어에 활용되고 부하, 정확하게는 실린더의 끝단(23)의 정밀한 위치정보를 산출할 수 있게 한다.
도 8에는 속도센서(60)에 의한 PID(Proportional Integral Derivation) 제어를 도시하고 있다.
도 8를 참고하면, 상기 속도센서(60)로부터 송출된 회전 정보를 기반으로 모터(30)의 회전수 또는 회전각이 인지되고, 이를 기반으로 한 부하의 영점기준 절대위치값과 상대위치값간의 오차가 보상된다. 이를 통해 회전수 또는 회전각이에 의해 보상된 위치값이 저장된다. 이는 상술한 상기 제어부(100)를 구성하는 신호처리모듈(400)과 신호저장모듈(500)이 수행하게 된다. 이때 전원 off 상태에서도 상기 기능을 수행하기 위해 보조전원모듈(300)로부터 전력을 공급받는다.
상기 제어부(100)의 위치제어모듈(600)은 보상된 실린더의 끝단(23)의 위치 정보를 통해 위치 명령과 비교하여 위치 오차를 산출하여 PID 제어를 수행한다. 그리고 상기 속도센서(60)에는 실시간으로 모터(30)의 회전속도, 회전수 또는 회전각 정보를 상기 제어부(100)로 송출하고 상기 제어부(100)는 이러한 정보를 기반으로 속도제어를 수행한다. 이후에 전류제어 및 전압제어를 통해 상기 모터(30)를 구동한다. 이때 상기 구동모듈(700)이 상기 모터(30)를 구동한다.
상기 모터(30)의 회전력은 상기 감속기를 통해 상기 실린더(20)로 전달되고, 상기 실린더내 볼스크류 축(21)이 스크류(22) 회전방식으로 실린더(20)를 직선 운동을 하며 부하에 힘을 전달하게 된다.
본 발명인 액추에이터(10) 위치제어장치는 상술한 구성을 이용하여 위치센서 또는 근접센서 없이도 속도센서(60)의 회전 정보만으로 실린더의 끝단(23)의 위치제어를 정밀하게 수행할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명인 액추에이터(10) 위치제어방법에 대해 설명하도록 한다.
도 10을 참고하면, 본 발명인 액추에이터(10) 위치제어방법은 전원상태 감시 및 판단단계(S1,S2), 영점조정명령단계(S3), 정상 운용 모두 수행단계(S4), 보조전원모드 수행단계(S5), 영점정렬단계(S6), 신호처리단계(S7), 신호저장단계(S8), 위치제어명령단계(S9), 보정단계(S10) 및 완료단계(S11)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전원상태 감시 및 판단단계(S1,S2)는, 액추에이터(10) 위치제어장치에 전원 상태를 감시하고, 현재 전원상태가 전원을 공급하고 있는 on 상태인지 아니면 전원을 공급하지 않고 있는 off 상태인지를 판단하는 단계일 수 있다.
상기 영점조정명령단계(S3) 및 영점정렬단계(S6)는, 부하의 현재위치를 영점 조정을 수행하여 기준 위치 상태로 절대위치를 결정하는 단계일 수 있다.
상기 전원상태 감시 및 판단단계(S1,S2)에서 전원 on 상태로 판단되면, 상기 영점조정명령단계(S3)를 수행한다.
상기 영점조정명령단계(S3)에서 영점조정명령이 인가되지 않으면(NO), 다음 단계로 위치제어명령단계(S9)를 수행한다.
반대로 영점조정명령이 인가되면(YES), 다음 단계로 영점정렬단계(S6)를 수행한다.
상기 영점정렬단계(S6)는, 현재 부하의 절대위치값 및 현재 모터(30)의 회전수 또는 회전각 정보를 영점으로 정렬하는 단계일 수 있다. 현재 부하의 절대위치값은 액추에이터(10)의 실린더(20)가 움직인 이동거리값일 수 있으며, 현재 실린더의 끝단(23)의 위치값일 수 있으며, 모터(30)의 회전수 또는 회전각 정보는 현재 부하의 절대위치값까지 직선 운동을 하기 위해 모터(30)가 얼마만큼 회전하였는지를 나타내는 값일 수 있다.
예를 들어, 모터(30) 1회전 당 부하가 1mm를 이동한다고 가정하고 부하의 0mm지점에서 0점조정을 수행한 경우, 현재 모터(30)의 회전수가 3회전 시, 현재 부하가 3mm 위치에 이동함을 알 수 있다. 즉, 모터 회전수(3회전)를 통해 부하의 현재 위치(3mm)를 판단할 수 있게 된다.
다른 예로는 현재 모터(30)의 회전수 및 회전각값이 3 및 180° (또는 회전수 3.5로 지정할 수 있음) 값을 가지는 경우, 현재 부하의 위치값은 3.5mm 으로 판단할 수 있게 된다.
그리고, 상기 전원상태 감시 및 판단단계(S1,S2)에서 전원 ON 상태로 판단되면, 상기 정상 운용 모드 수행단계(S4)를 수행한다.
상기 정상 운용 모드 수행단계(S4)는, 외부에서 인가되는 전력을 이용하여 보조전원모듈(300)을 충전하고 동시에 액추에이터(10) 위치제어장치를 구성하는 신호처리모듈(400), 신호저장모듈(500), 속도센서(60) 또는 위치제어모듈(600)을 구동하는 단계일 수 있다.
즉, 전원 on 상태에서는 전원 off 상태를 대비하여 보조전원모듈(300)을 충전해 놓는다.
한편, 상기 전원상태 감시 및 판단단계(S1,S2)에서 전원 off 상태로 판단되면, 상기 보조전원모드 수행단계(S5)를 수행한다.
상기 보조전원모드 수행단계(S5)는, 보조전원모듈(300)이 신호처리모듈(400), 신호저장모듈(500) 및 위치센서에 전력을 공급하는 단계일 수 있다.
전원 on 상태에서 상기 보조전원모듈(300)은 충전되고, 이를 전원 off 상태에서 각 모듈에 전력을 공급하여 전원 off 상태에서도 액추에이터(10)의 위치제어를 가능하게 한다.
다음, 상기 신호처리단계(S7)는, 모터(30)의 속도센서(60)로부터 전달되는 신호를 처리하여 모터(30)의 회전속도, 회전수 및 회전각을 부하의 상대위치값 산출을 위한 정보를 연산하는 단계일 수 있다.
이 단계는 모터(30)의 회전수 또는 회전각에 따라 부하 또는 실린더(20)가 얼마만큼 이동하였는지를 판단하여 모터(30)의 회전수, 회전각 대비 부하 또는 실린더 끝단(23)의 상대 이동 거리값에 대한 기초 정보를 연산하는 단계일 수 있다.
다음, 상기 신호저장단계(S8)는, 상기 영점정렬단계(S6)에서 산출한 부하의 절대위치값 정보와 상기 신호처리단계(S7)에서 산출한 부하의 상대위치값 정보를 비교 연산하여 부하의 절대위치값에 변위가 있으면, 상기 변위값을 보정하고 저장하는 단계일 수 있다.
즉, 상기 영점정렬단계(S6)에서 영점을 설정할 때, 속도센서(60)에서 측정한 정지된 현재의 모터(30) 회전수, 회전각을 기준으로 하여 부하의 현재 위치값을 영점으로 정렬하였다. 이는 최초의 부하의 영점기준 절대위치값이 된다.
이때 상기 신호처리단계(S7)에서는 속도센서(60)에서 구동된 후 모터(30)의 회전수 또는 회전각 정보를 연산하였다. 이는 모터(30)의 회전수, 회전각 대비 움직인 부하의 상대위치값에 대한 정보가 된다.
상기 신호저장단계(S8)에서는 상기 신호처리단계(S7)에서 산출된 상대위치값를 이용하여 절대위치 값을 보상한다.
만약 최초 모터(30)의 회전수, 회전각 대비 부하의 위치변화값과 차후 측정된 모터(30)의 회전수, 회전각 대비 부하의 위치변화값이 일치한다면 변위가 없는 것이므로, 보정이 필요없고, 이 값을 저장한다.
반대로, 최초 모터(30)의 회전수, 회전각 대비 부하의 위치변화값과 차후 측정된 모터(30)의 회전수, 회전각 대비 부하의 위치변화값이 불일치한다면 변위가 있는 것이므로, 영점기준 절대위치값을 차후 측정된 상대위치값을 통해 보정하고, 이 값을 저장한다.
본 발명의 실시예에서 부하의 상대위치값은 액추에이터(10)의 전원 off 상태에서 부하 또는 실린더의 끝단(23)의 위치변화값을 의미할 수 있다.
이는 액추에이터(10)의 전원 off 상태에서 외부의 진동, 충격 등에 의해 부하 또는 실린더의 끝단(23)의 위치변화가 발생하고, 이것이 감속기(50)를 통해 모터(30)의 미세한 회전수 및 회전각에 영향을 주는 경우일 수 있다.
즉, 액추에이터(10) 전원 off 상태에서 외부 진동, 충격 등에 의해 부하에 비구동 위치변화가 발생한 경우, 그 위치변화값을 상대위치값으로 지정하고, 위치변화에 따라 모터(30)로 전달된 회전수 또는 회전각 변화값을 산출해 놓는 것이다.
예를 들어, 모터(30) 1회전 당 부하가 1mm를 이동한다고 가정하면,
영점정렬단계(S6)에서 측정된 부하의 절대위치값이 3.5mm 이고, 모터(30)의 회전수 및 회전각이 각각 3, 180° 인 경우, 이후 액추에이터(10) 전원 off 상태에서 산출된 부하의 상대위치값이 0.5mm 이고, 그에 따른 모터(30)의 회전수 및 회전각이 각각 0.5, 0 인 경우, 부하의 절대위치값은 4mm 로 보정되고, 모터(30)의 회전수 및 회전각은 각각 4, 0° 으로 보정되어 저장될 수 있다.
즉 액추에이터(10) 전원 off 상태에서 변경된 부하의 상대위치값 및 모터(30)의 회전 관련 변화값을 반영하여 보정하는 것이다.
이는 차후 액추에이터(10)를 재구동할 때, 보정된 값이 반영됨에 따라 부하의 위치 오차를 제거하고 정밀한 부하 위치 제어를 가능하게 된다.
한편, 상기 신호저장단계(S8) 이후에 전원상태 확인단계(S12)를 수행할 수 있다. 만약 전원상태가 ON 상태로 확인되면 상기 위치제어명령단계(S9)를 수행하고, 전원상태가 OFF 상태로 확인되면 제어순서도 반복수행에 의해 상기 보정단계(S10)를 수행한다.
다음으로, 상기 전원상태 확인단계(S12)에서 전원상태가 ON 상태인 경우 상기 위치제어명령단계(S9)는, 부하의 위치값을 통해 부하의 위치제어가 필요한지 여부를 결정하는 단계일 수 있다.
즉, 위치제어명령단계(S9)에서 위치제어명령이 인가(Yes)되면, 상기 신호저장단계(S8)에서 보상된 절대위치값과 위치명령에 의해 요구되는 값이 차이가 클 경우 위치제어명령을 수행한다.
반대로, 상기 신호저장단계(S8)에서 보상된 절대위치값과 위치명령에 의해 요구되는 값이 일치할 경우 또는 위치제어명령단계(S9)에서 위치제어명령이 인가되지 않으면 (No) 위치제어명령을 수행하지 않고 완료단계(S11)를 수행한다.
상기 보정단계(S10)는, 상기 위치제어명령에 의해 수행되고, 작업자가 원하는 부하의 위치값으로 부하를 이동하기 위해 모터(30)를 제어하는 단계일 수 있다. 이때 모터(30)의 회전속도를 제어하면서 부하의 위치를 정밀하게 조정한다.
예를 들어, 현재 보정된 부하의 절대위치값이 3.5mm 인 경우, 작업자가 7mm로 부하의 위치값을 조정하고 싶으면, 모터(30)를 구동하여 부하를 3.5mm 만큼 이동시킨다. 이때 도 8의 PID 제어에 의해 모터(30)의 회전속도는 부하의 목표위치에서 멀 때는 회전속도를 높이고, 부하의 목표위치에 가까워질수록 회전속도를 상대적으로 느리게 하며 목표위치에 부하를 수렴할 수 있다.
상기 보정단계(S10)를 마치면, 액추에이터(10) 제어를 완료하는 완료단계(S11)를 수행하며 액추에이터(10)에 대한 위치제어를 마무리하게 된다.
이상의 사항은 액추에이터 위치제어장치 및 방법의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
10:액추에이터 20:실린더
30:모터 50:감속기
60:속도센서
100:제어부
200:전원감시모듈 300:보조전원모듈
400:신호처리모듈 500:신호저장모듈
600:위치제어모듈 700:구동모듈

Claims (20)

  1. 볼 스크류의 단부에 기어가 배치되는 실린더, 회전축에 기어가 배치되는 모터 및, 상기 실린더의 기어와 상기 모터의 기어를 연결하는 감속기를 포함하는 액추에이터에 있어서,
    상기 모터에 연결되는 속도센서; 및
    상기 속도센서로부터 전달되는 신호를 처리하여 상기 실린더에 의해 동작하는 부하의 위치를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 액추에이터 위치제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 속도센서와 연결되고, 상기 속도센서로부터 전달되는 신호를 처리하여 상기 모터의 회전속도, 회전수 또는 회전각을 산출하는 신호처리모듈;을 포함하는 액추에이터 위치제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 신호처리모듈과 연결되고, 상기 신호처리모듈에서 산출한 상기 모터의 회전수 또는 회전각 정보로부터 부하의 상대위치값을 산출하는 신호저장모듈;을 더 포함하는 액추에이터 위치제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호저장모듈에서 산출하는 부하의 상대위치값은 액추에이터의 전원 off 상태에서 부하 또는 실린더 로드의 위치변화값인 것을 특징으로 하는 액추에이터 위치제어장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 신호저장모듈은,
    기 저장된 부하의 영점기준 절대위치값과 산출된 부하의 상대위치값을 비교하고, 상기 부하의 절대위치값을 보정하고 저장하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 위치제어장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 신호저장모듈과 연결되고, 상기 신호저장모듈에 저장된 부하의 보정된 절대위치값을 통해 부하의 위치 조정을 위해 상기 모터의 회전수 또는 회전각을 산출하는 위치제어모듈;을 더 포함하는 액추에이터 위치제어장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 위치제어모듈과 연결되고, 상기 위치제어모듈에서 산출된 상기 모터의 회전수 또는 회전각을 통해 상기 모터를 구동하는 구동모듈;을 더 포함하는 액추에이터 위치제어장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 신호처리모듈, 상기 신호저장모듈, 상기 위치제어모듈 또는 상기 속도센서의 전원 공급을 관리하는 전원감시모듈;을 더 포함하는 액추에이터 위치제어장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    전원 on 상태에서 상기 전원감시모듈에 의해 충전되고,
    전원 OFF 상태에서 상기 신호처리모듈, 상기 신호저장모듈 또는 상기 속도센서에 전원을 공급하는 보조전원모듈;을 더 포함하는 액추에이터 위치제어장치.
  10. 액추에이터 위치제어방법에 있어서,
    전원상태를 감시하고, 전원 on/off 상태를 판단하는 전원상태 감시 및 판단단계;
    실린더에 의해 동작하는 부하의 위치값에 대한 영점 조정을 수행하는지 여부를 결정하는 영점조정명령단계;
    부하의 위치값을 통해 부하의 위치제어가 필요한지 여부를 결정하는 위치제어명령단계; 및
    액추에이터 제어를 완료하는 완료단계;
    를 포함하는 액추에이터 위치제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전원상태 감시 및 판단단계에서, 전원 on 상태이면,
    외부에서 인가되는 전력을 이용하여 보조전원모듈을 충전하고, 신호처리모듈, 신호저장모듈, 속도센서 또는 위치제어모듈을 구동하는 정상 운용 모드 수행단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 위치제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전원상태 감시 및 판단단계에서, 전원 OFF 상태이면,
    보조전원모듈이 신호처리모듈, 신호저장모듈 또는 위치센서에 전력을 공급하는 보조전원모드 수행단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 위치제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 영점조정명령단계에서, 영점조정이 필요하면,
    현재 모터의 회전수 또는 회전각 대비 현재 부하의 위치값을 부하의 절대위치값으로 지정하는 영점정렬단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 위치제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    모터의 속도센서로부터 전달되는 신호를 처리하여 구동된 모터의 회전수 또는 회전각을 연산하는 신호처리단계;를 더 포함하는 액추에이터 위치제어방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 신호처리단계에서 연산한 모터의 회전수 또는 회전각 정보를 이용하여 부하의 상대위치값을 산출하고 저장하는 신호저장단계;를 더 포함하는 액추에이터 위치제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 신호저장단계에서 산출하는 부하의 상대위치값은 액추에이터의 전원 off 상태에서 부하 또는 실린더 로드의 위치변화값인 것을 특징으로 하는 액추에이터 위치제어방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 신호저장단계는 상기 영점정렬단계에서 산출한 부하의 절대위치값 정보와 상기 신호처리단계에서 산출한 부하의 상대위치값 정보를 비교 연산하여 부하의 절대위치값에 변위가 발생하면, 상기 변위를 보정하고 저장하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 위치제어방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 위치제어명령단계에서, 부하의 위치제어가 필요한 경우,
    상기 신호저장단계에서 수행한 부하의 절대위치 보정값을 기준으로 위치 에러를 산출하고 모터의 회전수 또는 회전각을 제어하는 보정단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 위치제어방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 신호저장단계 이후에, 전원 on/off 상태를 확인하는 전원상태 확인단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 위치제어방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전원상태 확인단계에서,
    전원상태가 ON 상태로 확인되면, 상기 위치제어명령단계를 수행하고,
    전원상태가 OFF 상태로 확인되면, 상기 보정단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 위치제어방법.
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