KR100560859B1 - 제어장치와 직병렬 연결이 가능한 서보모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 조종기나 로봇 등에 사용되는 서보모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 서보모터가 직렬연결이 가능하도록 하여 제어장치에서 연결된 하나의 제어 신호선으로 다수의 서보모터를 독립적으로 제어할 수 있으며 또한, 제어신호로 수치화된 디지털 코드값을 사용하여 모터의 보다 정밀한 제어가 가능하도록 한 제어장치와 직병렬 연결이 가능한 서보모터에 관한 것이다.

본 발명인 제어장치와 직병렬 연결이 가능한 서보모터는 모터;와 입력되는 제어신호에 따라 상기 모터를 구동시키는 구동모듈;과 제어장치 또는 제N-1서보모터에 연결되는 수신부와 제N+1서보모터에 연결되는 송신부, 그리고 상기 수신부로부터 입력되는 다양한 형태의 제어신호를 내장된 프로그램에 따라 처리하고 상기 모터의 구동에 필요한 제어신호는 상기 구동모듈로 출력하는 마이크로프로세서를 포함하는 제어모듈;을 포함하여 이루어진다.

서보모터, 딥스위치, 제어모듈, 마이크로프로세서, 펄스열, 디지털 코드값

Description

제어장치와 직병렬 연결이 가능한 서보모터{SERVO MORTOR CONNECTABLE WITH CONTROL EQUIPMENT BY SERIES OR PARALLEL}

도 1 은 다수의 서보모터가 제어장치와 병렬로 연결된 상태도.

도 2 는 본 발명에 따른 다수의 서보모터가 제어장치와 직렬로 연결된 상태도.

도 3 은 본 발명에 따른 서보모터의 개략적인 구성도.

도 4 는 마이크로프로세서의 신호처리 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 모터

20 : 구동모듈 21 : 정전압 공급부 22 : 가변 저항부

23 : 구동부 24 : 신호처리부

30 : 제어모듈 31 : 수신부 32 : 송신부

33 : 마이크로프로세서 34 : 딥스위치

본 발명은 무선 조종기나 로봇 등에 사용되는 서보모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 서보모터가 직렬연결이 가능하도록 하여 제어장치에서 연결된 하나의 제어 신호선으로 다수의 서보모터를 독립적으로 제어할 수 있으며 또한, 제어신호로 수치화된 디지털 코드값을 사용하여 모터의 보다 정밀한 제어가 가능하도록 한 제어장치와 직병렬 연결이 가능한 서보모터에 관한 것이다.

서보모터라 함은 제어장치로부터 입력되는 제어신호 명령에 따라 정확한 위치와 속도를 추종할 수 있는 모터로서, 회전속도, 회전방향, 회전각 등의 정밀한 제어가 필요한 무선 조종기나 로봇 등에 주로 사용된다.

무선 조종기나 로봇 등에는 다수의 서보모터가 사용되고 이들 각각의 서보모터는 회전속도/방향/각도가 서로 다르게 동작하므로 제어장치로부터 각각 독립적으로 제어된다. 이와 같이 하나의 제어장치로 다수의 서보모터를 각각 독립적으로 제어하기 위해 도1에서 보는 바와 같이 다수의 서보모터는 제어장치와 일대일로(즉, 병렬로) 연결하는 것이 종래의 일반적인 서보모터 구조이다.

그러나 상기와 같이 다수의 서보모터를 하나의 제어장치와 병렬로 연결하는 경우에는 서보모터 수만큼의 제어신호선이 필요하고 제어장치는 각 서보모터를 독립적으로 제어하기 위해 각각의 제어신호를 생성하여야 한다. 이와 같이 많은 제어 신호선이 사용되는 경우 선처리의 부담이 크고, 하나의 제어장치가 다수의 제어신호를 생성하는 경우 처리용량의 한계가 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 단일 제어신호선으로 제어장치와 다수의 서보모터를 직렬로 연결하여 다수의 서보모터를 동시에 제어하는 방안이 제시되었다. 그 대표적인 종래기술이 공개특히 제2004-71392호(2004.08.12 공개)'범용 비동기 송수신 방식에 의하여 제어되는 서보모터'이다.

또한, 상기 종래기술을 포함하여 종래의 서보모터의 제어는 펄스폭에 의한 아날로그식 비례제어 방식에 의하였다. 펄스폭에 의한 아날로그식 비례 제어는 단순히 추정되는 위치에 의한 제어방식으로 로봇산업과 같이 보다 정밀한 제어가 요구되는 분야에서는 제어성능이 떨어지고, 외부의 신호 인가 없이는 동작이나 기능을 전혀 하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 제어장치에 병렬로 연결될 뿐만 아니라 직렬로도 연결될 수 있는 서보모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 다양한 형태의 제어신호를 처리할 수 있으며 특히 정밀한 제어를 위해 수치화된 디지털 코드값을 제어신호로 이용하는 서보모터를 제공하는 것을 목적으 로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 제어장치와 직병렬 연결이 가능한 서보모터는

모터;와 입력되는 제어신호에 따라 상기 모터를 구동시키는 구동모듈;과 제어장치 또는 제N-1서보모터에 연결되는 수신부와 제N+1서보모터에 연결되는 송신부, 그리고 상기 수신부로부터 입력되는 다양한 형태의 제어신호를 내장된 프로그램에 따라 처리하고 상기 모터의 구동에 필요한 제어신호는 상기 구동모듈로 출력하는 마이크로프로세서를 포함하는 제어모듈;을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 제어모듈에는 상기 마이크로프로세서의 ID를 설정하기위한 딥스위치를 더 포함하며, 상기 마이크로프로세서는 입력되는 제어신호의 형태를 판별하는 판독부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 마이크로프로세서는 판독부를 통해 입력되는 제어신호가 디지털 코드값 형태로 판단되고 상기 디지털 코드값이 갖는 ID가 상기 딥스위치에 의해 설정된 ID와 일치하면, 상기 디지털 코드값을 펄스폭 신호로 변경하여 상기 구동모듈로 출력하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도2는 본 발명에 따른 제어장치와 다수의 서보모터의 직렬연결 상태를 도시 한 도면으로, 도2a는 제어장치와 다수의 서보모터가 상호간에 제어신호선으로 직렬연결된 상태이고 도2b는 제어장치에서 나온 제어신호선에 다수의 서보모터가 각각 직렬로 연결된 상태이다. 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보모터의 개략적인 블록도로, 이를 참조하면 본 발명은 모터(10), 구동모듈(20), 제어모듈(30)로 이루어짐을 알 수 있다.

상기 구동모듈(20)은 서보모터의 구동에 필요한 전원을 공급하는 정전압 공급부(21)와 모터(10)와 연동되어 모터(10)의 위치(즉 회전각)을 판단하는 가변 저항부(22)와 모터(10)를 회전시키는 구동부(23), 그리고 제어모듈(30)의 마이크로프로세서(33)로부터 제어신호를 수신하고 이를 모터(10)의 구동에 필요한 신호로 처리하여 구동부(23)에 전달하며 상기 가변저항부(22)로부터 모터(10)의 실제 위치에 대한 데이터를 수신하여 이를 제어신호에 따른 모터(10)의 위치와 비교하여 위치가 잘못된 경우 상기 구동부(23)로 정확한 위치로 수정하기 위한 신호를 전달하는 신호처리부(24)를 포함하여 이루어진다.

상기 제어모듈(30)은 제어장치로부터 전달되는 제어신호를 상기 제어장치로부터 직접 또는 다른 서보모터를 통해 수신 받는 수신부(31)와 수신 받은 상기 제어신호를 또 다른 서보모터로 전달하는 송신부(32), 그리고 상기 수신부(31)로부터 제어신호를 수신하여 내장된 프로그램에 따라 처리하는 마이크로프로세서(33)와 상기 마이크로프로세서(33)의 ID를 설정하는 딥스위치(34)를 포함하여 이루어진다.

또한, 도면에서 보는 바와 같이 본 발명은 제어장치와 서보모터가 직렬로 연결된다. 즉, 다수의 서보모터가 서로 연결되고 제어신호를 발생시키는 제어장치는 다수의 서보모터중 하나의 서보모터에만 연결된다. 물론 도1과 같이 다수의 서보모터가 제어장치에 각각 연결되는 병렬형태로 연결될 수도 있다. 참고로, 제어신호선은 접지선, 전원선, 신호선으로 이루어진다.

로봇 등에 장착된 다수의 서보모터는 제어장치로부터 거의 동시에 제어신호를 받고 각자 독립적인 구동(회전속도/방향/각이 서로 상이함)을 하게 된다. 제어장치와 서보모터가 병렬로 연결되는 경우에는 종전과 같이 펄스폭 신호를 제어장치가 각 서보모터 각각의 제어신호를 전송하면 되나, 직렬로 연결된 경우에는 펄스폭 신호로는 제어장치에서 모든 서보모터를 동시에 구동시키는 것이 곤란하므로 다른 형태의 제어신호를 전송할 필요가 있고, 이를 위하여 본 발명은 병열연결의 경우에는 기존과 같이 펄스폭 신호를 이용하고 직렬연결의 경우에는 코드값 신호와 펄스열 신호를 이용하였다. 이와 같이 다양한 형태의 신호(펄스폭, 코드값, 펄스열)를 처리하기 위해 서보모터에 마이크로프로세서(33)를 내장시켰다. 또한 직렬 연결시 제어장치에서 전송되는 제어신호는 모든 서보모터를 구동시키는 제어신호이므로, 상기 마이크로프로세서(33)는 입력되는 제어신호 중 자신과 관련된 제어신호만을 선별할 수 있도록 하였다. 이를 도4를 참조하여 이하 설명한다.

도4는 제어모듈(30)의 마이크로프로세서(33)의 신호처리 과정을 나타내는 흐름도이다.

우선, 전원이 공급되면 신호처리를 위해 초기화(S10)한 후에 딥스위치(34)로 부터 ID를 읽는다(S20). 상기 ID는 전술한 바와 같이 자신과 관련된 제어신호만을 선별하기 위한 수단이고, 본 발명은 ID가 마이크로프로세서(33)에 기저장되어 있는 것이 아니고 딥스위치(34)에 의해 설정되므로 서보모터의 위치변경 등과 같은 구조변경이 있는 경우 복잡한 수정절차 없이 간단한 딥스위치(34)의 조작만으로 해결이 가능하다.

다음으로 펄스열 신호 입력시 시작위치를 설정하기 위해 신호 동기화를 한다.(S30)

다음으로 수신부(31)로부터 신호가 입력되면 이 신호가 모터의 구동 명령신호인지 판단한다(S40). 모터의 구동명령이 아닌 경우 예를 들어 제어장치가 모터의 위치정보를 요구하는 경우 구동모듈(20)로부터 모터의 위치 데이터를 읽고 이를 전송 코드로 작성하여 제어장치로 전송한다(S51,S52,S53). 모터의 구동 명령신호인 경우 판독부는 제어신호 형태를 판별한다.(S60)

제어신호의 형태가 펄스폭 신호인 경우(이 경우는 각 서보모터가 제어장치와 일대일로 연결된 병렬형태이다.)에는 이를 그대로 구동모듈(20)로 전송한다(S110,S120,S130). 여기서 펄스폭 신호라 함은 대략 1.0ms에서 2.0ms 정도의 폭을 갖는 펄스신호를 말한다.

제어신호의 형태가 코드값 신호인 경우(이 경우는 어느 하나의 서보모터만 제어장치와 연결되고 나머지 서보모터는 서로 연결된 직렬형태이다.) 즉 수치화된 디지털 신호인 경우에는 입력되는 코드값 신호가 갖고 있는 ID를 딥스위치(34)에 의해 설정된 ID와 비교하여 서로 일치하면 코드값을 펄스폭신호로 변경하여 구동모 듈(20)로 전송한다(S210,S220,S230,S240). 여기서 코드값을 펄스폭신호로 변경하는 이유는 기존의 서보모터와의 호환성을 높이기 위해서다. 이는 제어장치와 병렬로 연결되고 제어신호로 펄스폭 신호를 사용하는 기존의 서보모터에 본 발명과 관련된 다양한 형태의 신호를 처리하되 이를 펄스폭 신호로 변경하는 마이크로프로세서(33)만 연결하면 별도의 추가적인 수단 없이 간단히 제어장치와 직렬로 연결되어 사용할 수 있어 호환성이 높다할 것이다. 또한, 상기와 같이 수치화된 디지털 신호인 코드값을 이용할 경우 펄스폭에 의한 제어보다 보다 정밀한 모터의 제어가 가능하며, 제어장치는 유저의 제어명령에 해당하는 제어신호가 디지털 신호라면 이를 일일이 펄스 신호로 변경하여 전송할 필요가 없으므로 펄스변환회로가 불필요하게 된다.

제어신호의 형태가 펄스열 신호인 경우(이 경우는 어느 하나의 서보모터만 제어장치와 연결되고 나머지 서보모터는 서로 연결된 직렬형태이다.) 즉, 대략 0.01ms의 폭을 갖는 펄스가 연속되어 입력되는 경우(제어장치에 의해 제어되는 서보모터가 n개라면 펄스는 n+1개가 필요하다.)에는 펄스가 입력될 때마다 카운트를 하고, 카운트된 숫자가 딥스위치(34)에 의해 설정된 ID값과 일치하는 경우에는 그 때의 펄스와 직후에 입력되는 펄스와의 시간차를 펄스폭 신호로하여 상기 구동모듈(20)로 전송한다.(S310,320,S330) 여기서 펄스와 펄스의 시간차라 함은 전 펄스의 로우에서 하이로되는 시점(또는 하이에서 로우로되는 시점)에서 후 펄스의 로우에서 하이로되는 시점(또는 하이에서 로우로되는 시점)까지의 시간을 말한다. 그리로 카운트된 숫자가 MAX값을 넘거나 일정시간 이상 펄스가 입력되지 않으면 카운트 숫 자를 0으로 초기화 한다.(S340,S350,S360,S370)

그리고 상기 코드값 신호와 펄스열 신호와 같이 다수의 서보모터가 제어장치와 직렬로 연결된 경우에는 마이크로 프로세서는 수신부(31)에서 입력되는 제어신호 중 자신과 관련되 제어신호만 선별하여 구동모듈(20)로 전송하고, 수신된 제어신호 모두를 송신부(32)를 통해 다음에 연결된 다른 서보모터의 수신부(31)로 출력한다.(250)

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 기재된 구체적인 예로서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 당업자에게 용이함은 명백하다. 따라서 본 발명과 균등범위 내에 있는 변형 및 수정은 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.

상기한 바와 같이 본 발명은 제어장치와 직렬로 연결될 수 있는 서보모터로, 서보모터 제어용 신호선을 단일선으로 처리하게 되므로 선처리의 부담이 없다.

또한, 다수의 서보모터를 직렬로 연결하는 경우에는 제어장치로부터 전송되는 제어신호가 자신과 관련된 신호인지 구분하기 위한 수단이 필요한데, 본 발명은 구분수단으로 ID를 딥스위치로 설정함으로서 서보모터의 교체, 위치변경 등의 구조변경시 복잡한 수정절차 없이 간단하게 딥스위치의 조작만으로 해결이 가능하다.

또한, 본 발명은 서보모터의 제어신호로 디지털 코드값을 이용할 경우, 정확한 수치에 의한 서보모터의 정밀제어가 가능하고 제어장치는 디지털 코드값 신호를 직접 전송하므로 제어장치에 디지털 신호를 펄스신호로 변환하기 위한 회로가 불필요하다.

그리고 펄스폭 신호 대신 디지털 코드값 신호를 사용하는 경우, 서보모터의 제어를 복잡한 숫자 계산에 의해 하던 방식에서 숫자(각도 또는 위치데이터를 직접 숫자로 입력) 입력으로 해결이 가능하게 되어 응용제품설계 및 회로, 소프트웨어 설계를 보다 용이하게 처리할 수 있다. 또한, 서보모터 응용제품 생산시에도 수치에 의해 처리가 되므로 단순 추정에 의한 위치값 보다 비교 검토가 용이하여 제품의 생산성을 높일 수가 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 모터;

   입력되는 제어신호에 따라 상기 모터를 구동시키는 구동모듈;

   제어장치 또는 제N-1서보모터에 연결되는 수신부와,

   제N+1서보모터에 연결되는 송신부와,

   상기 수신부로부터 입력되는 다양한 형태의 제어신호를 내장된 프로그램에 따라 처리하고, 입력되는 제어신호의 형태를 판별하는 판독부를 포함하며, 상기 모터의 구동에 필요한 제어신호는 상기 구동모듈로 출력하는 마이크로프로세서, 그리고

   상기 마이크로프로세서의 ID를 설정하기 위한 딥스위치를 포함하는 제어모듈;을 포함하여 이루어지되,

   상기 마이크로프로세서는 판독부를 통해 입력되는 제어신호가 펄스폭 형태로 판단되는 경우에는 상기 펄스폭 신호를 상기 구동모듈로 출력하며,

   디지털 코드값 형태로 판단되고 상기 디지털 코드값이 갖는 ID가 상기 딥스위치에 의해 설정된 ID와 일치하면, 상기 디지털 코드값을 펄스폭 신호로 변경하여 상기 구동모듈로 출력하며,

   다수의 펄스로 구성되는 펄스열 형태로 판단되고 각 펄스가 입력될 때마다 카운트하여 카운트된 숫자가 상기 딥스위치에 의해 설정된 ID와 일치하면, 그 때의 펄스와 직후에 입력되는 펄스와의 시간차를 펄스폭으로 하는 펄스폭 신호를 생성하여 상기 구동모듈로 출력하는 것을 특징으로 하는 제어장치와 직병렬 연결이 가능한 서보모터.

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