로봇 구동용 모터 초기화 시스템 및 방법{Initiation System And Method for Robot Operational Motor}
본 발명은 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로봇에 장착되는 구동 모터 초기화를 자동으로 수행할 수 있도록 지원하며, 또한 초기화를 보다 정밀하게 수행할 수 있도록 지원하는 로봇 구동용 모터 초기화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
로봇(Robot)은 자동 조절에 의해 조작이나 이동 등의 일을 수행할 수 있는 기계 장치로서, 인간을 대신하여 여러 작업에 이용되고 있다. 그 동안 로봇 산업은 급속도로 발전해 왔으며, 산업용 또는 특수 작업용 로봇에 대한 연구를 비롯해서 가정용, 교육용 로봇과 같이 인간의 작업을 돕고 인간의 생활에 즐거움을 주는 목적으로 만들어지는 로봇에 대한 연구로 확대되고 있는 실정이다. 우리나라는 로봇이 보급되기 시작한 것이 1960년대 말부터인데, 그 대부분은 공장에서 생산 작업의 자동화, 무인화 등을 목적으로 한 매니풀레이터(manipulator)나 반송 로봇 등의 산업용 로봇(industrial robot)이었다. 한편, 상술한 로봇들은 각각 특정 제어 신호에 대응하여 특정한 동작을 수행하기 위하여 모터를 각각 내장하고 있다. 이러한 모터는 로봇 내부에 배치되거나 로봇의 관절 부분에 배치될 수 있다. 로봇에 배치된 모터는 외부 동력원이 제공되면 공급된 외부 동력원을 회전 운동력으로 전환할 수 있다. 이러한 모터는 BLDC(Brushless DC) 모터 등이 이용될 수 있다. 상기 BLDC 모터는 DC 모터에서 정류자(commutator) 역할을 하는 브러시(brush)를 제거하고 DC모터의 성질은 그대로 유지되도록 고안된 것으로, 그 구성으로는 회전자, 3상 코일(U상 코일, V상 코일, W상 코일)로 이루어진 고정자, 영구 자석으로 이루어진 회전자, 그리고 위치 검출 소자를 포함한다. 이러한 BLDC 모터는 3상 BLDC 모터의 고정자측 코일의 각 상으로 전류를 흘려주고, 이 전류에 의해 코일에 자계가 발생하도록 하여 회전자를 회전시킨다. 이 때, BLDC 모터는 회전자 자계의 세기를 검출하고, 검출된 자계의 세기에 따라 코일의 각상에 흐르는 전류의 방향을 전환시키기 위한 스위칭 소자들을 순차적으로 온/오프시킴으로써 회전자가 한쪽 방향으로 계속해서 회전하도록 한다. 즉, BLDC 모터는 브러시를 사용하지 않고, 브러시가 수행하던 회전자의 위치 검출을 회전자의 자계의 세기를 이용하는 홀 소자를 통해 검출하며, 이렇게 검출된 신호를 이용해 BLDC모터 회전자의 위치를 제어하는 소정의 위치제어용 신호를 발생시킨다. 이러한 BLDC 모터를 로봇 기구부에 결합하여 정상적으로 사용하기 위해서는 BLDC모터의 역기전력과 엔코더 Z상의 일치를 필요로 한다. 이에 따라 로봇 제작 공급사에서는 상술한 BLDC 모터의 역기전력과 엔코더 Z상을 일치시키게 된다. 그런데 이러한 작업은 모터 제작 시 부품소재 단가 상승을 발생시킬 수 있다. 한편 BLDC모터 구동은 통상적으로 홀센서를 통한 Six Step구동과 전류제어를 통한 벡터 제어를 수행하는데 로봇시스템과 같이 부하가 비정형적, 비주기적인 경우 빠른 응답성과 효율성을 위해서는 벡터제어가 필수적이다. 이런 벡터제어를 하기 위해서는 초기 전원 인가 시 홀센서에 따른 엔코더의 위치 설정이 필수적으로 필요하다. 로봇 제작 공급사측에서 다양한 이유로 상술한 위치 설정 수행 없이 모터만 공급하는 경우 개발자 측에서 직접 실험을 통해 엔코더 상을 측정하여 제어기에 직접 입력하는 방식을 이용하였다. 그런데 이러한 방식은 로봇 구동용 모터 초기화에 너무 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 구동 모터 초기화를 자동으로 수행할 수 있도록 지원하며, 또한 초기화를 보다 정밀하게 수행할 수 있도록 지원하는 로봇 구동용 모터 초기화 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 로봇 구동용 모터, 엔코더, 역기전력 검출부, 모터 구동용 전력 증폭부, 모터 구동용 제어기의 구성을 포함한다. 상기 로봇 구동용 모터는 로봇 기구부 일측에 장착되어 공급되는 전력에 따라 모터 동작을 수행한다. 상기 엔코더는 상기 로봇 구동용 모터의 회전각 정보를 검출하고, 상기 역기전력 검출부는 상기 로봇 구동용 모터의 역기전력을 검출하며, 상기 모터 구동용 전력 증폭부는 상기 로봇 구동용 모터의 동작을 위한 전력을 증폭하여 로봇 구동용 모터에 제공한다. 그리고 상기 모터 구동용 제어기는 상기 엔코더로부터 엔코더 신호를 수신하고, 상기 역기전력 검출부로부터 역기전력 신호를 수신한 후 상기 엔코더의 옵셋 값 자동 조정을 통하여 역기전력과 엔코더 신호를 초기화하도록 제어한다. 본 발명은 또한 로봇 구동용 모터를 임의적으로 구동하는 과정, 상기 로봇 구동용 모터의 임의적 동작에 따른 엔코더 신호 및 역기전력 신호를 수집하는 과정, 상기 수집된 엔코더 신호 및 역기전력 신호를 비교하고 엔코더 신호와 역기전력 신호가 기 설정된 기준에 따라 일치되도록 엔코더의 옵셋 값을 자동 조정하는 과정을 포함하는 로봇 구동용 모터 초기화 방법을 개시한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 로봇 구동용 모터 초기화 시스템 및 방법은 엔코더 상과 역기전력의 초기화를 위한 별도의 사용자 입력 수행 없이 필요한 신호를 자동으로 수집하여 정밀하고 간편하게 구동 모터의 초기화를 수행할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 구동용 모터 초기화 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 로봇 구동용 모터 초기화 시스템(100)은 엔코더(110), 로봇 구동용 모터(120), 역기전력 검출부(130), 모터 구동용 전력 증폭부(140) 및 모터 구동용 제어기(150)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 로봇 구동용 모터 초기화 시스템(100)은 엔코더(110)로부터 모터 엔코더 신호를 수신하고, 역기전력 검출부(130)로부터 역기전력 신호를 수신하여, 엔코더 인덱스(z) 상의 일정 지점을 역기전력 신호의 일정 지점 예를 들면 "0"점에 맞도록 엔코더 옵셋 값을 자동 조절함으로써 로봇 구동용 모터(120)의 초기화를 수행할 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 상기 엔코더(110)는 모터의 회전각 위치와 직성변위를 측정하는 디지털식 위치 센서이다. 이러한 엔코더(110)는 광학식 및 자기식 중 어느 하나의 형태로 구성될 수 있다. 광학식 엔코더는 기능면에서 인크리멘탈형(Incremental)형과 절대치형(Absolute)형으로 분류될 수 있다. 광학식 엔코더는 투광용 광원과 수광소자와 슬릿이 있는 회전 디스크의 3가지로 구성되어 있으며, 회전 디스크를 투광용 광원과 수광소자의 중간에 넣어서 회전시키면 회전각에 비례한 펄스 출력을 얻을 수 있다. 투광용 광원은 발광 다이오드(LED) 등으로 구성될 수 있으며, 광학식 엔코더는 회전 디스크를 통과한 광선을 똑바로 수광소자에 투사되도록 할 수 있다. LED로부터 투사된 광선(적외선 등)은 회전 디스크의 슬릿과 고정 슬릿 판의 슬릿을 통과하 여 수광소자에서 검출된다. 상기 인크리멘탈 엔코더(Incremental encoder)는 LED로부터 투사된 광선이 회전 디스크의 슬릿을 통과한 뒤 고정 슬릿 판의 A, B, Z에 해당하는 각각의 슬릿을 통과하여 A, B, Z의 수광소자에서 검출되는 식으로 위치를 센싱한다. 고정 슬릿판상의 A, B의 슬릿은 90ㅀ의 위상차를 갖도록 배치되어 있으며 파형이 정비된 전기적 신호와 출력된 신호 간에 90ㅀ의 위상차를 갖는 구형파로 된다. 인크리멘탈 엔코더는 구조가 간단하고 가격이 싸며, 출력 전선의 개수도 작아서 신호전달이 간단하다. 엔코더의 출력 펄스는 축의 회전위치를 절대치로 나타내지는 않고 축의 회전한 각도에 비례한 펄스수가 얻어지는 것이며, 절대치 표시를 수행하는 경우는 엔코더 출력 펄스를 카운터에 축적한 것으로 표시한다. 인크리멘탈 엔코더는 엔코더 자체에서 단지 펄스열을 발생하기 때문에 회전 속도를 검출하기 위한 아날로그 신호를 얻기 위해서는 엔코더의 출력펄스 수를 F/V Converter에서 펄스 주파수에 비례한 아날로그 신호로 변환하여야 한다. 절대치형 엔코더의 기본적인 구성은 인크리멘탈형과 동일하다. 회전 디스크의 슬릿은 2진 부호 열로 되어 있는데, 회전 디스크의 바깥 둘레를 최하위 비트로 하고 중심을 향하여 필요한 비트(행)수 만큼의 슬릿이 동심원상으로 배치되어 있다. 절대치형 엔코더는 명칭 그대로 입력측의 절대위치를 검출할 수 있기 때문에 신호 전송중의 노이즈에 의해 오차가 누적되지 않으며, 또 전원이 단절되어 재투입하는 경우에도 인크리멘탈형에서처럼 원래 위치를 잃어버리지 않고 정상적으로 올바른 현재치를 검출할 수가 있다. 자기 엔코더는 미소 다극 착지된 자기 드럼과, 이 드럼에 근접하도록 설치된 자기 저항 소자로 구성되어 있다. 이러한 자기 엔코더의 형태는 자기 저항 소자를 자기 드럼의 바깥 둘레에 대항하도록 배치된 것과 자기 드럼의 측면에 자기 저항 소자를 대항하도록 배치된 것이 있다. 이러한 자기 엔코더는 먼지, 결빙 등의 영향을 잘 받지 않기 때문에 내환경성이 좋으며, 고분해능(1000∼3000 pulse/rev은 표준사양)을 가지고, 고응답성(200 ㎒ 정도까지는 출력 저하가 생기지 않음)이 있으며, 구조가 간단하다. 자기 엔코더는 자력을 응용한 엔코더이기 때문에 외부로부터 강력한 자계를 가하면 오동작을 한다. 한편, 본 발명의 엔코더(110)는 레졸버로 대체될 수 있다. 레졸버(Resolver)는 회전각과 위치의 검출기이다. 엔코더(110)가 변위량을 디지털 양으로 변환하는 것에 비하여 레졸버는 아날로그 양으로 변환한다. 이러한 레졸버는 회전 트랜스를 사용한 브러시리스 레졸버 등이 있다. 레졸버는 스테이터(Stator), 로터(Rotor), 회전트랜스의 3요소로 구성되어 있고, 스테이터와 로터의 권선은 자속분포가 각도에 대하여 정현파가 되도록 분포되어 있다. 여자권선에 있는 스테이터 권선은 전기적으로 90ㅀ위상차가 나고 2상 구조로 되어 있으며, 출력 권선의 로터는 단권선이나 2상 권선이 용도에 따라 감겨져 있다. 레졸버는 구조가 모터의 구조와 유사하고 내환경성이 우수하다. 한편 본 발명의 엔코더(110)는 로봇 구동용 모터(120)에 장착될 수 있으며 또한 모터 구동용 제어기(150)에 연결되어 모터 구동용 제어기(150)에 모터 엔코더 신호를 전송한다. 엔코더(110)가 전달하는 신호는 A, B, Z 상 중 Z 상의 임펄스가 전달될 수 있다. 그리고 상기 엔코더(110)는 로봇 구동용 모터(120)의 회전자 위 치에 대응하는 카운트 값을 모터 구동용 제어기(150)에 전달할 수 있다. 상기 로봇 구동용 모터(120)는 상기 엔코더(110)와 상기 역기전력 검출부(130) 사이에 배치된다. 이러한 로봇 구동용 모터(120)는 3상 BLDC 모터가 될 수 있다. BLDC 모터는 전술한 바와 같이 DC모터의 일종으로 브러시와 정류자 없이 회전자를 영구자석으로 하고 계자극이 3상 모터 구조의 권선으로 배치되어 있는 구조를 가진다. 이러한 BLDC 모터는 회전자의 위치를 엔코더(110)로 검출하고, 해당하는 계자코일에 흐르는 전류를 FET 등의 파워 소자로 단속하여 회전자석과 고정코일 간에 흡입 반발을 유도하여 회전하는 직류모터이다. BLDC 모터는 기본적인 구동회로의 센서 신호각 대 전류 단속시기의 시간(위상차)을 가변 하는 것만으로 속도와 토크를 간단하게 조절 할 수가 있고 기계적인 마찰로 마모가 되어 수명에 영향을 주는 정류자와 브러시를 사용하지 않으므로 그 수명이 반영구적으로 길고 소음이 적다. 한편 본 발명의 로봇 구동용 모터(120)는 엔코더 적용에 따라 서보 제어 모터가 적용될 수 도 있다. 이러한 상기 로봇 구동용 모터(120)는 로봇 기구부의 특정 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 로봇 구동용 모터(120)는 로봇 기구부의 관절 등에 배치될 수 있으며, 모터 구동용 제어기(150)가 생성한 제어 신호에 따라 모터 구동용 전력 증폭부(140)가 전달한 전력을 기반으로 일정한 모터 동작을 수행할 수 있다. 상기 역기전력 검출부(130)는 상기 로봇 구동용 모터(120)와 모터 구동용 전력 증폭부(140) 사이에 배치된다. 그리고 상기 역기전력 검출부(130)는 상기 로봇 구동용 모터(120)의 역기전력을 검출하고, 이를 모터 구동용 제어기(150)에 전달할 수 있다. 상기 로봇 구동용 모터(120)의 종류나 특징 등에 따라 상기 역기전력 검출부(130)가 검출하는 역기전력의 파형은 사인파형이나 사다리꼴 파형 등이 될 수 있다. 본 발명의 역기전력 검출부(130)는 상기 로봇 구동용 모터(120)가 3상 BLDC 모터 또는 서보 모터를 채용하는 경우 사인 파형에 대응하는 역기전력을 검출하는 것으로 설명하기로 한다. 상기 모터 구동용 전력 증폭부(140)는 모터 구동용 제어기(150)로부터 전달되는 제어 신호에 따라 모터 구동을 위한 전력을 증폭한다. 그리고 증폭된 전력을 로봇 구동용 모터(120)에 전달할 수 있다. 도시된 도면은 로봇 구동용 모터(120)가 3상 BLDC 모터 적용을 예시한 것으로 이에 따라 모터 구동용 제어기(150)와 모터 구동용 전력 증폭부(140) 사이에 3개의 신호 라인이 도시된다. 이와 유사하게, 모터 구동용 전력 증폭부(140)와 로봇 구동용 모터(120) 사이에 3개의 신호 라인이 포함될 수 있다. 상기 모터 구동용 제어기(150)는 로봇 구동용 모터(120) 구동을 위해 필요한 제어 신호를 생성하고, 이를 모터 구동용 전력 증폭부(140)에 전달한다. 이러한 모터 구동용 제어기(150)는 상기 엔코더(110)로부터 모터 엔코더 신호를 수신하고, 상기 역기전력 검출부(130)로부터 역기전력 신호를 수신한 후 상기 엔코더(110)의 옵셋 값 자동 조절함으로써 역기전력과 엔코더 신호를 초기화하도록 제어한다. 이 과정에서 상기 모터 구동용 제어기(150)는 모터 엔코더 신호와 검출된 역기전력 신호를 기반으로 엔코더(110)의 옵셋 값을 계산할 수 있다. 이를 보다 상세히 설명하면, 로봇 구동용 모터(120)를 로봇 기구부에 장착한 후 모터 구동용 제어기(150) 는 임의적으로 로봇 구동용 모터(120)를 회전시키도록 제어한다. 그러면 모터 구동용 제어기(150)는 역기전력 검출부(130)로부터 로봇 구동용 모터(120)의 역기전력을 획득할 수 있다. 이에 따라 상기 모터 구동용 제어기(150)는 엔코더(110)로부터 로봇 구동용 모터(120)의 위치 값과 역기전력 검출부(130)로부터 역기전력 신호를 인가받아 로봇 구동용 모터(120)의 엔코더 옵셋 값을 계산할 수 있다. 이를 위하여 상기 모터 구동용 제어기(150)는 도 2에 도시된 바와 같은 구성을 포함할 수 있다. 상기 도 2는 본 발명의 모터 구동용 제어기(150)의 구성을 기능별로 개략적으로 나타낸 블록도이다. 상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 모터 구동용 제어기(150)는 모터 엔코더 신호 수집부(151), 역기전력 신호 수집부(153), 파형 생성부(155), 파형 비교 및 위치 조정부(157)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 모터 구동용 제어기(150)는 사용자 제어에 따라 로봇 구동용 모터(120)를 초기화하고자 하는 경우, 엔코더(110)에 전원을 공급하도록 제어하고, 모터 엔코더 신호 수집부(151)를 이용하여 엔코더(110)로부터 Z 상에 대한 펄스 정보와 로봇 구동용 로봇 구동용 모터(120)의 회전자 위치에 대응하는 카운트 값을 수집한다. 한편 상기 모터 구동용 제어기(150)는 로봇 구동용 모터(120)에 대하여 임의적인 동작을 수행하도록 제어한다. 즉 모터 구동용 제어기(150)는 모터 구동용 전력 증폭부(140)에 제어 신호를 전달하여 로봇 구동용 모터(120) 구동을 위한 전력을 로봇 구동용 모터(120)에 전달한다. 이에 따라 로봇 구동용 모터(120)가 임의적인 동작을 수행하게 된다. 이때 상기 모터 구동용 제어 기(150)는 역기전력 검출부(130)를 활성화하도록 제어하고, 로봇 구동용 모터(120)의 동작에 의해 발생한 역기전력 신호를 역기전력 신호 수집부(153)를 이용하여 수집한다. 상기 모터 구동용 제어기(150)는 모터 엔코더 신호 및 역기전력 신호가 수집되면, 파형 생성부(155)를 이용하여 수신된 신호에 대응하는 파형들을 수치화 하도록 제어한다. 그리고 파형 비교 및 위치 조정부(157)를 이용하여 상기 모터 구동용 제어기(150)는 로봇 구동용 모터(120)의 엔코더 옵셋 값을 계산하고, 엔코더 옵셋 값 조정을 위한 신호를 엔코더(110)에 전달할 수 있다. 여기서 상기 파형 비교 및 위치 조정부(157)는 상기 역기전력 파형의 일정 위치 예를 들면 "0"점과 상기 엔코더의 Z상의 기 설정된 일정 지점, 또는 상기 역기전력의 "0"점과 상기 회전자 위치 카운트 값을 지시하는 그래프의 기 설정된 일정 지점을 비교하는 파형 비교부와, 상기 역기전력의 "0"점과 상기 엔코더의 Z상의 일정 지점 또는 상기 역기전력의 "0"점과 상기 회전자 위치 카운트 값의 일정 지점이 서로 일치되도록 상기 엔코더 옵셋 값을 자동 조정하는 위치 조정부를 포함할 수 있다. 상술한 설명에서 상기 모터 엔코더 신호 및 역기전력 신호들이 특정 파형으로 전달되는 경우 상기 파형 생성부(155)는 수집된 신호에 따른 별도의 파형을 생성하지 않고, 수신된 파형들을 비교하기 용이하도록 정렬하는 기능을 수행할 수 있다. 이렇게 정렬된 파형들은 이하에서 설명하는 그래프들 형태를 가지며 별도로 마련될 수 있는 표시부를 통하여 출력될 수 있다. 상기 파형에 대하여 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 구동용 모터(120)의 동작에 따라 검 출되는 파형들 및 엔코더(110) 조정에 따른 파형들을 나타낸 것이다. 상기 도 3을 참조하면, 본 발명의 로봇 구동용 모터(120)가 3상 BLDC 모터가 적용됨에 따라 역기전력 검출부(130)가 검출하고 역기전력 신호 수집부(153)가 수집한 신호는 301 그래프에서와 같이 사인 파형의 역기전력 신호가 될 수 있다. 한편 본 발명의 로봇 구동용 모터(120)가 모터 구동용 제어기(150)에 의하여 임의적인 동작을 수행하는 동안 엔코더(110)는 로봇 구동용 모터(120)의 회전자 위치를 검출하고, 이를 모터 구동용 제어기(150)의 모터 엔코더 신호 수집부(151)에 전달한다. 이에 따라 모터 구동용 제어기(150)는 303 그래프 및 305 그래프에서와 같은 엔코더(110)의 Z상 신호 및 회전 위치 카운트 값을 출력할 수 있다. 여기서 엔코더 Z 상이 로봇 구동용 모터(120) 동작에 따른 역기전력과 정확하게 일치되지 않았다고 가정하면, 로봇 구동용 모터(120)가 모터 구동용 제어기(150)에 의하여 임의적인 동작을 수행하는 경우, 회전자의 위치 카운트 값을 나타내는 305 그래프의 311 파형에서와 같이 역기전력의 "0"점과 회전자 위치 카운트의 일정 지점 값이 일치하지 않게 된다. 여기서 회전자의 위치 카운트 값은 엔코더(110)가 전달하는 회전자에 대응하는 카운트 값으로부터 도출될 수 있다. 이에 따라 모터 구동용 제어기(150)는 엔코더(110)의 옵셋 값을 자동을 조정하도록 제어할 수 있다. 모터 구동용 제어기(150)가 엔코더(110)의 옵셋 값을 자동으로 조정하는 동안 회전자 위치 카운트 값은 이동하여 305 그래프의 313 파형에서와 같이 역기전력의 "0"점과 회전자의 위치 카운트 값의 일정 지점 값이 변동될 수 있다. 상기 모터 구동용 제어기(150)는 상기 엔코더(110) 옵셋 값을 회전자 위치 카운트 의 일정 지점 값과 역기전력 일정 지점 예를 들면 그래프의 X축 값 "0" 점이 일치되도록 조정함으로써, 로봇 기구부에 장착된 로봇 구동용 모터(120)에 맞도록 엔코더(110)의 초기화를 수행할 수 있다. 상술한 바와 같이 로봇 기구부에 장착된 로봇 구동용 모터(120)에 대응하는 엔코더(110)의 옵셋 값 자동 조정이 완료되면, 추후 로봇 구동용 모터(120)를 동작하더라도 도 4에 도시된 바와 같이 역기전력 신호 파형과, 회전자 위치 카운트 값이 일치된 파형들을 검출할 수 있다. 한편 상술한 로봇 구동용 모터의 초기화 시스템(100)은 별도의 표시부 구성에 대하여 상세히 언급하지 않았으나, 본 발명의 로봇 구동용 모터의 초기화 시스템(100)은 표시부를 더 포함할 수 도 있다. 그러면 모터 구동용 제어기(150)는 로봇 구동용 모터(120)가 임의적으로 동작하게 되는 동안 역기전력 검출부(130)가 검출한 역기전력 신호에 대응하는 301 그래프와 같은 신호 파형을 표시부를 통하여 출력할 수 있다. 또한 상기 모터 구동용 제어기(150)는 로봇 구동용 모터(120)의 임의적인 동작에 따라 엔코더(110)가 검출하여 전달하는 모터 엔코더 신호로부터 Z 상 펄스에 대응하는 303 그래프와 로봇 구동용 모터(120)의 회전자 위치 카운트 값을 지시하는 305 그래프를 표시부를 통하여 출력할 수 있다. 이에 따라 로봇 구동용 모터(120) 초기화를 담당하는 사용자는 엔코더(110)의 옵셋 값이 어떻게 조정되는지를 쉽게 파악할 수 있게 된다. 그리고 모터 구동용 제어기(150)가 엔코더(110) 옵셋 값을 조정하여 도 4에 도시된 바와 같은 역기전력 신호 파형, 엔코더 Z상 펄스 파형 및 회전자 위치 카운트 값에 대응하는 파형을 출력하게 되면, 사용 자는 엔코더(110) 옵셋 조정이 완료된 것으로 판단할 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 구동용 모터 초기화 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 상기 도 1 내지 도 5를 참조하면, 먼저 모터 구동용 제어기(150)는 501 단계에서 모터 구동용 전력 증폭부(140)를 제어하여 로봇 구동용 모터(120)를 임의적으로 구동하도록 제어한다. 이를 위하여 상기 모터 구동용 제어기(150)는 기 설정된 스케줄 또는 디폴트로 설정된 전력 공급 제어신호를 모터 구동용 전력 증폭부(140)에 전달할 수 있다. 그러면 로봇 구동용 모터(120)는 모터 구동용 전력 증폭부(140)가 전달한 전력을 기반으로 모터 구동을 수행할 수 있다. 이 과정에서 상기 모터 구동용 제어기(150)는 엔코더(110) 및 역기전력 검출부(130)를 활성화하도록 제어할 수 있다. 그러면 모터 구동용 제어기(150)는 503 단계에서 엔코더(110)로부터 모터 엔코더 신호를 수집할 수 있으며 또한 역기전력 검출부(130)로부터 로봇 구동용 모터(120) 구동에 따른 역기전력 신호를 수신할 수 있다. 여기서 상기 엔코더 신호는 엔코더(110)의 Z상 펄스 신호와 로봇 구동용 모터(120)의 회전자 위치에 대응하는 엔코더 카운트 값을 포함할 수 있다. 다음으로 모터 구동용 제어기(150)는 505 단계에서 엔코더 신호와 역기전력 신호가 기 설정된 기준에 따라 일치하는지 여부를 확인할 수 있다. 여기서 일치 여부 확인 과정은 엔코더 신호 중 엔코더 Z상 펄스의 일정 위치와 상기 역기전력 신호에 대응하는 파형의 일정 위치가 일치하는지 여부를 확인하는 과정일 수 있다. 일정 위치는 편의상 엔코더 Z 상 펄스의 X축 일정 지점과 상기 역기전력 신호가 "0"점이 되는 X축 일정 지점이 될 수 있다. 또한 상기 일치 여부 확인 과정은 엔코더 신호 중 회전자 위치 카운트 값의 일정 지점과 역기전력 신호의 일정 지점이 일치하는지 여부를 확인하는 과정일 수 있다. 즉 일치 여부 확인 과정은 회전자 위치 카운트 값을 나타내는 그래프의 X축 일정 지점과 역기전력 신호 파형 그래프에서 "0"점이 되는 X축 일정 지점과의 일치 여부를 확인하는 과정이 될 수 있다. 여기서 로봇 구동용 모터(120)의 동작에 따라 역기전력이 발생하는 시점과 엔코더(110)가 위치를 검출하는 시점에 차이가 있을 수 있음으로 적용해야 하는 오차 허용 범위가 존재할 수 도 있다. 한편 505 단계에서 엔코더 신호와 역기전력 신호가 기 설정된 기준에 따라 서로 일치하지 않는 경우, 상기 모터 구동용 제어기(150)는 상기 수집된 엔코더 신호 및 역기전력 신호를 비교하고 엔코더 신호와 역기전력 신호가 기 설정된 기준에 따라 일치되도록 엔코더(110)의 옵셋 값을 자동 조정하도록 제어한다. 상기 모터 구동용 제어기(150)는 상술한 과정을 수행하면서 엔코더(110)의 옵셋 값 조정을 완료할 수 있다. 이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 구동용 모터 초기화 시스템(100)은 로봇 구동용 모터(120)의 엔코더 신호와 역기전력 신호를 상호 비교하고, 역기전력 신호의 "0"점과 회전자의 위치 카운트의 일정 값을 일치시키도록 엔코더 옵셋 값을 자동으로 조정하여, 역기전력과 엔코더의 Z 상을 일치시킴으로서 별도의 정보 입력 등의 수행 없이 로봇 구동용 모터(120)를 빠르고 정확하게 초기화할 수 있다. 한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 구동용 모터 초기화 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 모터 구동용 제어기의 구성을 보다 상세히 나타낸 블록도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 엔코더 옵셋 값 자동 조정에 따라 검출된 회전자 위치 카운트 값 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 엔코더 옵셋 값 조정이 완료된 후 검출되는 로봇 구동용 모터의 역기전력 및 엔코더 신호 파형을 나타낸 그래프이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 구동용 모터 초기화 방법을 설명하기 위한 순서도. * 도면의 주요 부분에 대한 설명 * 100 : 로봇 구동용 모터 초기화 시스템 110 : 엔코더 120 : 로봇 구동용 모터 130 : 역기전력 검출부 140 : 모터 구동용 전력 증폭부 150 : 모터 구동용 제어기 |
