KR101148060B1 - 네트워크 기반 로봇 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

네트워크 기반 로봇 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 따른 주 제어기와 다수의 보조 제어기를 구비하는 네트워크 기반 로봇 제어 방법에 있어서, (a) 주 제어기에서 다수의 보조 제어기의 초기 타임 오프셋 값과 연결 라인들의 초기 전파 지연 값을 추출하는 단계, (b) 주 제어기에서 실행 데이터를 보조 제어기들로 전송하는 단계, (c) 주 제어기, 보조 제어기 또는 연결 라인 중 어느 하나의 장애를 검출하는 단계 및 (d) 장애 검출 결과, 연결 라인 장애 검출 시 네트워크 토폴로지를 변경하는 단계 및 (e)변경된 네트워크 토폴로지에 상응하여 보조 제어기의 타임 오프셋 값과 연결 라인의 전파 지연 값을 재설정 하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 제어기들 간에 특정 동작이 계획되어 있는 시간의 불일치 때문에 발생되는 동작으로 인한 네트워크 기반 로봇 제어 시스템 전체의 성능 저하를 방지하는 것이 가능하다는 이점이 있다.

네트워크, 제어, 토폴로지, 전파 지연, 타임 오프셋, 시간 일치

Description

네트워크 기반 로봇 제어 방법 및 그 장치{APPARATUS AND METHOD FOR ROBOT CONTROL BASED NETWORK}

본 발명은 네트워크 기반 로봇 제어에 관한 것으로 보다 자세하게는 주 제어기와 다수의 보조 제어기를 구비하는 네트워크 기반 로봇 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

네트워크 기반 로봇 제어 시스템에 있어서, 주 제어기에서 송신하는 데이터는 각각 보조 제어기에 수신되고 처리되는 시간이 보조 제어기마다 다르다. 즉, 각각 제어기마다 데이터가 수신되고 처리되기까지 소요되는 지연 시간이 다르다.

따라서, 자동 제어 장비 제어기들을 포함하는 네트워크 기반 제어 시스템에서 주 제어기 및 보조 제어기 등의 각 제어기들간에 시간의 일치성이 보장되어야 한다. 두 제어기가 임의의 약속된 시간에 특정 동작이 계획되어 있을 때 시간의 불일치 때문에 발생되는 동작은 전체 제어 시스템의 성능을 저하 시킨다.

따라서, 제어기들간 시간 일치성을 보장하기 위해 네트워크 기반 제어 시스템의 제어기들은 각 노드 내부에 데이터의 수신되는 시간 계측 기능이 포함되어야 한다.

또한, 제어기들 간의 시간 일치성이 보장된 네트워크 기반 제어 시스템이라도 네트워크 케이블의 단절이 있는 경우, 각 제어기들 간의 전파 지연들이 정상적인 시스템에서의 제어기들의 전파 지연들과 다른 값이 될 수 있다.

따라서, 초기에 각 제어기들간의 시간 일치성이 보장되어 있어도 네트워크 케이블 오류에 의해서 시간이 다시 불일치 될 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 네트워크 기반의 제어 시스템에서 케이블 오류가 발생하였을 경우 자동으로 주 제어기 및 보조 제어기들의 동작에 대한 시간 일치를 유지하기 위한 네트워크 기반의 제어 시스템 제어 방법을 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 주 제어기와 보조 제어기 또는 각 보조 제어기들 사이의 네트워크 케이블 오류에 대해 자동으로 대처 가능한 네트워크 기반의 제어 시스템을 제안하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 주 제어기와 다수의 보조 제어기를 구비하는 네트워크 기반 로봇 제어 방법에 있어서, (a) 주 제어기에서 다수의 보조 제어기의 초기 타임 오프셋 값과 연결 라인들의 초기 전파 지연 값을 추출하는 단계, (b) 주 제어기에서 실행 데이터를 보조 제어기들로 전송하는 단계, (c) 주 제어기, 보조 제어기 또는 연결 라인 중 어느 하나의 장애를 검출하는 단계 및 (d) 장애 검출 결과, 연결 라인 장애 검출 시 네트워크 토폴로지를 변경하는 단계 및 (e)변경된 네트워크 토폴로지에 상응하여 보조 제어기의 타임 오프셋 값과 연결 라인의 전파 지연 값을 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법이 제공된다.

(a)단계는, (a1) 주 제어기가 초기 타임 오프셋 값 설정을 위한 임의의 데이터인 초기 설정 데이터를 보조 제어기들로 전송하는 단계, (a2) 보조 제어기들이 수신한 초기 설정 데이터에 초기 전파 지연 값을 추출하여 처리하는 단계, (a3) 보조 제어기들이 처리된 초기 설정 데이터를 주 제어기로 전송하는 단계 및 (a4) 주 제어기는 보조 제어기들로부터 수신한 처리된 초기 설정 데이터를 이용하여 초기 타임 오프셋 값을 설정하는 단계를 포함한다.

(c)단계는, (c1) 보조 제어기들이 수신한 상기 실행 데이터를 처리하는 단계, (c2) 처리된 실행 데이터를 주 제어기로 전송하는 단계 및 (c3) 주 제어기가 수신한 처리된 실행 데이터에 포함된 보조 제어기들의 실행 데이터의 송수신 시간 및 처리 시간을 이용하여 주 제어기, 보조 제어기 또는 연결 라인의 장애를 검출하는 단계를 포함한다.

(d)단계는, 검출된 연결 라인의 장애 위치에 따라서 라인 토폴로지, 링 토폴로지 또는 더블 라인 토폴로지로 변경된다.

주 제어기는 직접적으로 연결된 복수개의 보조 제어기로 데이터를 송신할 때, 복수개의 보조 제어기에 송신하는 데이터는 모두 같은 데이터이다. 또한, 주 제어기는 직접적으로 연결된 복수개의 보조 제어기로부터 처리된 데이터들을 수신할 때, 주 제어기는 처리된 데이터들 중에서 하나의 처리된 데이터를 취득한다. 여기서 처리된 데이터는 보조 제어기들의 데이터 송수신 시간 및 처리 시간이 저장되어 있다.

타임 오프셋은 주 제어기가 데이터를 전송할 때의 주 제어기의 내부 시계(Local Timer) 값과 보조 제어기가 데이터를 수신했을 때의 보조 제어기의 내부 시계 값의 차이이다. 또한 전파 지연은 주 제어기에서 데이터를 전송한 시간과 보조 제어기에서 데이터를 수신한 시간의 차이이다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 주 제어기와 다수의 보조 제어기를 구비하는 네트워크 기반 로봇 제어 장치에 있어서, 보조 제어기로 데이터를 출력하는 송신부, 보조 제어기의 데이터 송수신 시간 및 처리 시간을 포함한 데이터를 수신하는 수신부, 수신부로 수신된 데이터에 포함된 보조 제어기에서의 데이터 송수신 시간 및 처리 시간을 이용하여 각 보조 제어기의 전파 지연 및 타임 오프셋을 계산하는 계산부, 계산부에 의한 전파 지연, 타임 오프셋 및 주 제어기의 데이터 전송시간을 이용하여 주 제어기와 보조 제어기의 시간을 일치시키는 시간 일치 제어부, 주 제어기 및 보조 제어기의 데이터 송수신 시간, 데이터 처리 시간, 전파 지연 또는 타임 오프셋을 저장하는 저장부를 포함하는 제어 장치가 제공된다.

주 제어기 및 보조 제어기는 두 개의 송수신부를 포함하여 구성된다. 여기서, 주 제어기는 상기 송신부의 데이터 송신 및 상기 수신부의 데이터 수신 가능 여부에 의해서 네트워크 토폴로지를 식별할 수 있다.

주 제어기 및 보조 제어기는 데이터의 송수신 시간 및 데이터의 처리 시간을 계측하는 내부 시계를 포함한다.

또한, 주 제어기는 머지(Merge)를 더 포함할 수 있다. 주 제어기는 주 제어기와 직접적으로 연결된 복수개의 보조 제어기로부터 데이터들을 수신하였을 때 실시간으로 수행되는 머지의 작업에 의해서 한 개의 데이터를 취득할 수 있다.

본 발명에 따른 네트워크 기반 로봇 제어 방법 및 그 장치는 제어기들 간에 특정 동작이 계획되어 있는 시간의 불일치 때문에 발생되는 동작으로 인한 로봇 제어 시스템 전체의 성능 저하를 방지하는 것이 가능하다는 이점이 있다.

또한, 네트워크 케이블 오류에 대처 가능한 잉여 케이블링(Cabling Redundancy) 가능하다는 이점이 있다.

또한, 실시간 머지(Merge) 작업으로 네트워크 케이블 오류가 발생되어도 시스템의 논리적 처리에 영향을 미치지 않는다는 이점이 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

이하, 본 발명에 따른 네트워크 기반의 제어 시스템의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

로봇 제어 시스템은 거의 실시간 처리 시스템으로 구성된다. 따라서 시스템의 논리적인 처리뿐만 아니라 네트워크 기반의 제어 시스템에서 실시간 처리가 가능한 기반이 구축되어야 한다. 이러한 실시간 처리를 위해서는 주 제어기와 보조 제어기가 같은 시간을 공유해야 한다.

본 발명의 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해, 주 제어기는 주 제어기로, 보조 제어기는 보조 제어기로 가정하여 설명한다. 그러나, 주 제어기 및 보조 제어기가 각각 주 제어기 및 보조 제어기로 한정되지 아니함은 당업자에게 자명하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 기반 로봇 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 1에 의하면, 네트워크 기반 로봇 제어 시스템은 크게 주 제어기(101), 보조 제어기(102) 및 연결 라인(103)으로 구성된다.

주 제어기(101)는 보조 제어기(102)로 로봇 제어를 위한 데이터를 전송한다. 여기서, 보조 제어기(102)로 전송하는 데이터에는 전파 지연 값 또는 타임 오프셋 값 등이 포함될 수 있다.

여기서, 타임 오프셋은 주 제어기(101)가 데이터를 전송할 때의 주 제어기(101)의 내부 시계 값과 보조 제어기(102)가 데이터를 수신했을 때의 보조 제어기(102)의 내부 시계 값의 차이이다.

전파 지연은 주 제어기(101)에서 데이터를 전송하여 보조 제어기(102)가 그 데이터를 수신할 때까지 걸리는 지연시간이다.

보조 제어기(102)는 주 제어기(101)로부터 수신한 데이터에 따라서 로봇 제어를 위한 작업을 수행한다. 보조 제어기(102)는 로봇 제어를 위한 작업 처리 후 그 결과가 포함된 처리 데이터를 주 제어기(101)로 전송한다. 처리 데이터에는 보조 제어기가 데이터를 송수신한 시간 및 데이터 처리 시간 등이 포함될 수 있다.

연결 라인(103)은 주 제어기(101)와 보조 제어기(102)를 연결한다. 연결 라인(103)은 보조 제어기와 다른 보조 제어기를 연결한다. 연결 라인(103)을 통해서 서로 연결된 제어기들 사이에 데이터 전송을 가능하게 한다.

도 2는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템의 주 제어기에 대한 내부 블록도이다.

도 2에 의하면, 주 제어기(201)는 시간 일치 제어부(202), 계산부(203), 저장부(204), 머지(205), 내부 시계(206), 제1 송수신부(207) 및 제2 송수신부(208)로 구성된다. 여기서, 제1 송수신부(207) 및 제2 송수신부(208)는 각각 송신부와 수신부를 포함한다.

주 제어기(201)는 전파 지연 및 타임 오프셋을 포함하는 데이터를 제1 송신부 및 제2 송신부를 통해 보조 제어기로 전송한다. 주 제어기(201)는 보조 제어기로 전송한 데이터가 보조 제어기에서 처리된 결과를 포함한 처리 데이터를 제1 수신부 및 제2 수신부를 통해 수신한다.

주 제어기(201)는 제1 및 제2 송신부의 데이터 송신과 제1 및 제2 수신부의 데이터 수신 가능 여부에 의해서 네트워크 토폴로지를 식별하는 것이 가능하다.

주 제어기(201)는 제1 송수신부(207) 및 제2 송수신부(208)를 통해서 보조 제어기와 양방향 통신(Full Duplex)방식으로 데이터를 양방향으로 송수신하는 것이 가능하다. 이때, 데이터 송수신이 하나의 연결 라인을 통해 이루어 질 수 도 있다. 두 개의 연결 라인에 의해서 송신 및 수신 연결 라인을 구분하여 데이터 전송이 이루어 질 수 도 있다.

본 발명의 실시예에서는 제1 송수신부(207) 및 제2 송수신부(208)에 연결된 연결 라인은 송신 및 수신 연결 라인이 구분되어 있다.

시간 일치 제어부(202)는 주 제어기(201)와 보조 제어기 사이의 작업 수행 시간을 일치 시킨다. 즉, 시간 일치 제어부(202)에 의해서, 주 제어기(201)가 로봇 제어를 위해 보조 제어기로 데이터를 전송하면, 보조 제어기는 수신한 데이터에 의해서, 주 제어기(201)가 원하는 시간에 제어 작업을 수행할 수 있다.

계산부(203)는 제1 수신부 및 제2 수신부로 수신된 처리 데이터에 포함된 보조 제어기의 데이터 송수신 시간 및 처리 시간을 이용하여 보조 제어기의 전파 지연 값 및 타임 오프셋 값을 계산한다. 보조 제어기가 복수개인 경우, 데이터가 처 리된 보조 제어기 각각의 송수신 시간 및 처리 시간이 처리 데이터에 포함되어 있다. 따라서, 계산부(203)는 보조 제어기가 복수개인 경우, 각각의 보조 제어기에 대한 전파 지연 값 및 타임 오프셋 값을 계산할 수 있다.

저장부(204)는 주 제어기(201) 및 보조 제어기의 데이터 송수신 시간, 데이터 처리 시간, 계산부(203)에 의해서 계산된 전파 지연 값 및 타임 오프셋 값이 저장된다.

머지(205)는 주 제어기(201)의 제1 수신부 및 제 2 수신부로 데이터를 동시에 수신하였을 경우, 동시에 수신한 데이터 중에서 하나의 데이터만을 취득할 수 있도록 선택하는 작업을 수행한다. 머지(205)의 데이터 선택 작업은 실시간으로 수행된다. 실시간으로 수행되는 머지(205) 작업에 의해서 연결 라인 장애가 발생된 경우에도 시스템의 논리적 처리에는 영향을 미치지 않게 된다.

내부 시계(206)는 주 제어기(201)의 데이터 송수신 시간 및 데이터 처리 시간을 계측할 수 있다. 주 제어기(201)에 내부 시계(206)를 포함함으로써, 종래에 보조 제어기의 내부 시계의 시간을 기준으로 하였던 것과 달리 주 제어기(201)의 내부 시계(206)의 시간이 기준 시간으로 설정된다.

도 3은 네트워크 기반 로봇 제어 시스템의 보조 제어기에 대한 내부 블록도이다.

도 3에 의하면, 보조 제어기(301)는 시간 일치 제어부(302), 내부 시계(303), 제1 송수신부(304) 및 제2 송수신부로 구성된다.

제1 송수신부(304) 및 제2 송수신부(305)는 각각 송신부와 수신부를 포함한다. 제1 송신부 및 제2 송신부는 보조 제어기(301)에서 데이터를 주 제어기 또는 다른 보조 제어기(301)로 송신한다. 제1 수신부 및 제2 수신부는 주 제어기 또는 다른 보조 제어기(301)로부터 데이터를 수신한다.

시간 일치 제어부(302)는 주 제어기와 보조 제어기(301) 사이의 작업 수행 시간을 일치 시킨다. 보조 제어기(301)가 주 제어기로부터 로봇 제어를 위한 데이터를 전송 받으면, 보조 제어기(301)의 시간 일치 제어부(302)에 의해서, 주 제어기가 원하는 제어 수행 시간을 설정할 수 있다. 즉, 시간 일치 제어부(302)에 의해서 보조 제어기(301)는 주 제어기가 원하는 시간에 제어 작업을 수행하게 되는 것이다.

내부 시계(303)는 보조 제어기(301)의 데이터 송수신 시간 및 데이터 처리 시간을 계측 할 수 있다. 보조 제어기(301)의 내부 시계(303)에 의해서 계측된 데이터 송수신 시간 및 데이터 처리 시간은 주 제어기와 보조 제어기(301) 사이의 데이터 전파 지연 값 및 타임 오프셋 값을 계산하는데 이용된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 기반 로봇 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

도 4에 의하면, 우선 주 제어기에서 다수의 보조 제어기들의 초기 타임 오프셋 값과 연결 라인들의 초기 전파 지연 값을 추출한다(S401). 초기 전파 지연 값은 주 제어기를 포함한 시스템 부팅 시 초기 전파 지연 값 추출을 위한 초기 설정 데 이터가 보조 제어기로 전송되는데 걸리는 시간을 이용하여 추출할 수 있다.

이어서, 주 제어기에서 실행 데이터를 보조 제어기들로 전송한다(S402). 이때, 주 제어기의 실행 데이터는 제1 보조 제어기 및 제4 보조 제어기와 연결된다. 제1 보조 제어기는 제2 보조 제어기와 연결되고, 제2 보조 제어기는 제3 보조 제어기와 연결된다. 그리고 제3 보조 제어기는 제4 보조 제어기와 연결됨으로, 주 제어기 및 제1 보조 제어기 내지 제4 보조 제어기는 링 형태로 연결된다. 또한 주 제어기 및 제1 보조 제어기 내지 제4 보조 제어기는 각각 제1 송수신부 및 제2 송수신부를 구비하여 더블 라인으로 연결된다.

주 제어기에서 실행 데이터를 보조 제어기들로 전송할 때, 제1 보조 제어기 및 제4 보조 제어기로 동시에 실행 데이터를 전송한다. 즉, 주 제어기가 직접적으로 연결된 복수개의 보조 제어기로 데이터를 송신할 때, 연결된 복수개의 보조 제어기에 송신하는 데이터는 모두 같은 데이터이다. 제1 보조 제어기로 전송된 실행 데이터는 낮은 차수 순서로 보조 제어기에 전송 및 처리된다. 동시에 제4 보조 제어기로 전송된 실행 데이터는 높은 차수 순서대로 보조 제어기에 전송 및 처리된다.

각 보조 제어기에서 처리된 데이터는 최종적으로 주 제어기가 수신한다.

이어서, 주 제어기는 주 제어기, 보조 제어기 또는 연결 라인 중 어느 하나의 장애를 검출한다(S403). 주 제어기에서 수신한 최종 처리 데이터에 포함된 각 보조 제어기의 실행 데이터 송수신 시간 및 이동 경로 등을 통해서 장애 위치를 추출한다.

이어서, 장애를 검출 결과, 연결 라인 장애 검출 시 네트워크 토폴로지를 변경한다(S404). 예를 들어, 제2 보조 제어기와 제3 보조 제어기를 연결하는 연결 라인의 장애가 검출 되었다면, 네트워크 토폴로지는 두 개의 라인 토폴로지로 변경이 될 것이다. 즉, 주 제어기와 제1 보조 제어기가 연결되고, 제1 보조 제어기와 제2 보조 제어기가 연결되어 제1 라인 토폴로지가 구성된다. 또한, 주 제어기와 제4 보조 제어기가 연결되고, 제4 보조 제어기와 제3 보조 제어기가 연결되어 제2 라인 토폴로지가 구성된다.

이어서, 변경된 네트워크 토폴로지에 상응하여, 보조 제어기의 타임 오프셋 값과 연결 라인의 전파 지연 값을 재설정한다(S405). 즉, 제1 라인 토폴로지와 제2 라인 토폴로지에 각각에 대응되는 전파 지연 값 및 타임 오프셋 값을 계산하여 재 설정한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초기 타임 오프셋 값 및 초기 전파 지연 값을 추출하는 방법을 나타낸 순서도이다.

도 5에 의하면, 우선, 주 제어기가 초기 타임 오프셋 값을 설정하기 위한 임의의 데이터인 초기 설정 데이터를 보조 제어기들로 전송한다(S501). 이때, 주 제어기가 초기 설정 데이터를 전송하는 때는 주 제어기를 포함하는 시스템이 부팅되는 시점이나 임의의 설정된 시간이 될 수 있다. 또한, 주 제어기가 초기 설정 데이터를 전송하는 보조 제어기는 주 제어기와 직접적으로 네트워크 연결된 보조 제어기이다.

이어서, 보조 제어기가 수신한 초기 설정 데이터를 처리한다(S502). 즉, 보조 제어기는 주 제어기로부터 수신한 초기 설정 데이터에 대한 작업을 수행한다.

이어서, 보조 제어기가 처리된 초기 설정 데이터를 주 제어기로 전송한다(S503). 만약, 복수개의 보조 제어기가 있는 경우, 초기 설정 데이터는 복수개의 보조 제어기를 거쳐 처리를 마친 후 최종적으로 주 제어기로 전송된다. 예를 들어, 주 제어기와 제1 보조 제어기부터 제4 보조 제어기까지 링 토폴로지 형태로 연결된 경우, 주 제어기는 제1 보조 제어기와 제2 보조 제어기로 초기 설정 데이터를 전송한다. 이후 초기 설정 데이터는 제1 보조 제어기 및 제 4 보조 제어기에서 차례대로 연결된 보조 제어기로 송수신 및 처리되어 최종적으로 처리된 초기 설정 데이터가 주 제어기로 전송된다.

이어서, 주 제어기는 보조 제어기로부터 수신한 처리된 초기 설정 데이터를 이용하여 초기 전파 지연 값 및 타임 오프셋 값을 설정한다(S504). 처리된 초기 설정 데이터는 각 보조 제어기에 송수신된 시간 및 처리 시간을 포함하고 있다. 즉, 주 제어기가 수신한 초기 설정 데이터에는 초기 설정 데이터의 이동 경로에 포함된 보조 제어기의 초기 설정 데이터 송수신 시간 및 처리 시간이 포함되어 있다. 따라서, 주 제어기 및 각 보조 제어기의 초기 설정 데이터 송수신 시간 및 처리 시간을 이용하여 초기 타임 오프셋 값을 계산하여 설정한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연결 장애를 검출하는 방법을 나타낸 순서도이다.

도 6에 의하면, 우선 보조 제어기들이 수신한 실행 데이터를 처리한다(S601).

이어서, 처리된 실행 데이터를 주 제어기로 전송한다(S602).

이어서, 주 제어기가 수신한 처리된 실행 데이터에 포함된 보조 제어기들의 실행 데이터의 송수신 시간 및 처리 시간을 이용하여 주 제어기, 보조 제어기 또는 연결 라인의 장애를 검출한다(S603).

본 발명의 실시예를 좀 더 쉽게 이해하기 위해 다음과 같이 예를 들어 설명한다.

주 제어기와 제1 보조 제어기 내지 제4 보조 제어기가 링 토폴로지 형태로 연결되어 있고, 제2 보조 제어기와 제3 보조 제어기를 연결하는 연결 라인에 장애가 있다.

주 제어기가 실행 데이터를 제1 보조 제어기와 제4 보조 제어기로 동시에 전송한다. 여기서 제1 보조 제어기와 제4 보조 제어기는 주 제어기와 직접적으로 네트워크 연결 된다.

제1 보조 제어기 및 제4 보조 제어기는 주 제어기로부터 전송 받은 실행 데이터를 처리한다. 이어서, 제1 보조 제어기에서 처리된 실행 데이터인 제1-1 처리 데이터를 제2 보조 제어기로 전송한다. 또한, 제4 보조 제어기에서 처리된 실행 데이터인 제2-1 처리 데이터를 제3 보조 제어기로 전송한다. 제1-1 처리 데이터는 주 제어기로부터 수신한 실행 데이터에 제1 보조 제어기에서 처리된 실행 데이터의 결과가 업데이트 된 것이다. 또한, 제2-1 처리 데이터는 주 제어기로부터 수신한 실 행 데이터에 제4 보조 제어기에서 처리된 실행 데이터의 결과가 업데이트 된 것이다. 이때, 업데이트 된 처리 결과에는 제1 보조 제어기 및 제2 보조제어기가 각각 실행 데이터를 수신한 시간, 실행 데이터를 처리하는 시간, 제1-1 처리 데이터 및 제2-2 처리 데이터를 송신하는 시간 등을 포함한다.

이어서, 제2 보조 제어기는 수신한 제1-1 처리 데이터를 처리한다. 또한 제3 보조 제어기는 수신한 제2-1 처리 데이터를 처리한다.

이때, 여기서, 제2 보조 제어기와 제3 보조 제어기가 장애로 의해서 서로 네트워크 연결이 되어 있지 않다. 그러므로, 제2 보조 제어기에서 처리된 데이터인 제1-2 처리 데이터와 제3 보조 제어기에서 처리된 데이터인 제2-2 처리 데이터는 각각 제3 보조 제어기와 제2 보조 제어기로 전송될 수 없다. 따라서, 제 1-2 처리 데이터와 제2-2 처리 데이터는 최종 데이터가 된다.

이어서, 제1-2 처리 데이터는 제 1 보조 제어기를 거쳐 주 제어기로 전송된다. 또한, 제2-2 처리 데이터도 제 4 보조 제어기를 거쳐 주 전송 제어기로 전송된다.

이어서, 주 제어기는 수신한 최종 데이터에 포함되어 있는 데이터 송수신 시간 및 처리 시간과 초기 설정 데이터 송수신 시간 및 처리 시간을 이용하여, 연결 장애가 발생한 위치를 추출한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 연결 라인의 장애에 의한 네트워크 토폴로지 변화를 나타낸 예시도이다.

도 7a는, 초기 네트워크 토폴로지로 링 토폴로지이다.

이때, 링 토폴로지에서 장애가 발생한 연결 라인의 위치에 따라, 네트워크 토폴로지는 라인 토폴로지 또는 더블 라인 토폴로지로 변화된다.

도 7b는 주 제어기(701)와 제4 보조 제어기(702)를 연결하는 연결 라인인 제5 연결 라인(703)에 장애가 발생한 경우를 나타낸다. 이와 같은 제5 연결 라인(703)의 장애로 링 토폴로지가 라인 토폴로지의 형태로 변경된 것을 확인 할 수 있다.

도 7c는 제3 보조 제어기(704)와 제4 보조 제어기(705)를 연결하는 연결 라인인 제3 연결 라인(706)에 장애가 발생한 경우를 나타낸다. 이와 같은 제3 연결 라인(706)의 장애로 링 토폴로지가 더블 라인 토폴로지 형태로 변경된 것을 확인 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 네트워크 토폴로지에 따른 데이터 송수신 경로를 나타낸 예시도이다.

도 8에서 확인 할 수 있듯이, 네트워크 토폴로지의 종류에 따라 물리적 네트워크 연결에 의해서 보조 제어기의 순차적인 주소가 결정될 수 있다.

도 8a는 연결 라인의 장애가 발생하지 않은 경우 링 토폴로지의 데이터 송수신 경로를 나타낸다.

도 8b는 도8a에서 주 제어기(801)와 제4 보조 제어기(802)를 연결하는 제5 연결 라인(803)에 장애가 발생한 경우 데이터 송수신 경로를 나타낸다.

주 제어기 또는 보조 제어기와 연결된 연결 라인에 장애가 발생한 경우 내부적으로 루프 백(Loop Back)시킨다. 즉, 제4 보조 제어기(802)에서 제5 연결 라인(803)의 장애를 감지하면, 제4 보조 제어기 내부적으로 데이터를 루프 백 시켜 제3 보조 제어기(805)로 전송한다.

즉, 제5 연결 라인(803)의 장애로 링 토폴로지는 라인 토폴로지일 경우와 같은 데이터 송수신 경로를 통해 데이터가 전송된다.

도 8c는 도 8a에서 제2 보조 제어기(804)와 제3 보조 제어기(805)를 연결하는 제3 연결 라인(806)에 장애가 발생한 경우 데이터 송수신 경로를 나타낸다.

이때, 주 제어기(801)부터 제2 보조 제어기(804)까지 전송된 데이터는 제2 보조 제어기와 연결된 제3 연결 라인(806)의 장애를 감지하고, 제2 보조 제어기 내부적으로 데이터를 루프 백 시켜 제1 보조 제어기(807)로 전송한다.

또한, 주 제어기(801)부터 제3 보조 제어기(805)까지 전송된 데이터는 제3 보조 제어기(805)와 연결된 제3 연결 라인(806)의 장애를 감지하고, 제3 보조 제어기 내부적으로 데이터를 루프 백 시켜 제 4 보조 제어기(802)로 전송한다.

즉, 제3 연결 라인(806)의 장애로 링 토폴로지는 더블 라인 토폴로지와 같은 데이터 송수신 경로를 통해 데이터가 전송된다.

위와 같이, 도 8a 내지 도 8c를 통해서, 장애가 발생한 연결 라인의 위치에 따른 네트워크 토폴로지의 변경에 의해서, 데이터의 이동 경로가 변하는 것을 알 수 있다. 즉, 데이터의 이동 경로의 변경에 의해서, 주 제어기가 송신한 데이터를 각 보조 제어기가 수신할 때까지의 전파 지연 값이 초기 전파 지연 값과 달라 질 수 있다. 예를 들어, 도 8a 내지 도 8c에서 제 3 보조 제어기의 T_3_0의 값이 다른 값으로 측정 될 수 있다. 여기서, T_3_0는 제3 보조 제어기에서 데이터를 송신한 시간이다. 도 8a 및 도 8b의 경우, T_3_0의 값은 제1 및 제2 보조 제어기에서의 데이터 송수신 시간 및 데이터 처리 시간을 포함한다. 그러나 도 8c의 경우, T_3_0의 값은 제4 보조 제어기의 데이터 송수신 및 처리 시간과 제3 보조 제어기의 데이터 송신 및 처리 시간이 포함된다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전파 지연 값과 타임 오프셋 값을 계산하기 위한 변수에 대한 정의를 나타낸 예시도이다.

타임 오프셋은 주 제어기에서 데이터를 전송할 때의 주 제어기의 내부 시계 값과 보조 제어기가 데이터를 수신했을 때의 보조 제어기의 내부 시계 값의 차이이다.

전파 지연은 주 제어기에서 데이터를 전송한 시간과 보조 제어기에서 데이터를 수신한 시간의 차이이다. 즉, 주 제어기와 보조 제어기 또는 보조 제어기들 사이의 데이터 전송에 의해서 전파 지연이 발생할 수 있다. 또한, 주 제어기 또는 보조 제어기에서 데이터 처리 및 내부적으로 데이터를 송수신부로 전달함에 있어서 전파 지연이 발생할 수 있다.

이와 같은 전파 지연에 의해서, 주 제어기 또는 보조 제어기의 제어를 수행하는 시간에 있어서, 각각 타임 오프셋 값이 설정되어 제어가 수행된다.

그러나, 연결 라인의 장애 위치에 의해 변경된 네트워크 토폴로지에 의해서 데이터 전송 경로의 변경으로 전파 지연 값이 변화할 수 있다. 따라서, 이와 같은 경우에는 타임 오프셋 값을 재계산하여 재설정이 필요하게 된다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주 제어기와 보조 제어기가 순방향으로 연결 되어 데이터가 전송될 때의 전파 지연 값을 나타낸 예시도이다.

T_PDF_l은 데이터가 순방향으로 전송될 때, 순차 주소 l인 보조 제어기의 전파 지연 값을 나타낸다. L[n]은 n번째 연결 라인으로 데이터가 이동하는데 걸리는 시간이다. T_Pro는 데이터가 주 제어기 또는 보조 제어기에서 처리되는데 소요되는 시간이다. T_For은 데이터가 주 제어기 또는 보조 제어기 내부적으로 수신부에서 송신부로 이동하는데 소요되는 시간이다.

주 제어기와 보조 제어기가 순방향으로 연결되었을 때, T_PDF_l은 [수학식 1]과 같이 계산된다.

[수학식 1]

T_PDF_1 = L[1]

T_PDF_2 = L[1] + L[2] + T_Pro

T_PDF_3 = L[1] + L[2] + L[3] + 2*T_Pro

또한, 주 제어기 또는 보조 제어기가 순방향으로 송신한 데이터를 처리 후 다시 수신할 때까지 걸리는 시간은 아래의 [수학식 2]와 같이 계산 될 수 있다.

[수학식 2]

t[1] = T_0_0 - T_R

t[2] = T_1_0 - T_1_1

t[3] = T_2_0 - T_2_1

여기서, t[n]은 주 제어기 또는 보조 제어기가 송신한 데이터를 처리 후 다시 수신할 때까지 걸리는 시간을 나타낸다. 여기서 n은 #l+1이 된다. 예를 들어, t[1]은 주 제어기에 송신한 데이터가 보조 제어기들을 거쳐 처리된 후 처리된 데이터가 다시 주 제어기로 수신될 때까지 걸리는 시간이다. t[2]는 제1 보조 제어기에서 송신한 데이터가 다른 보조 제어기들을 거쳐 처리된 후 처리된 데이터를 제1 보조 제어기가 다시 수신할 때까지 소요되는 시간이다.

여기서, 주 제어기와 제1 보조 제어기 또는 보조 제어기들 사이의 데이터 전송 및 처리 시간은 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 3]

L[1]=(t[1]-t[2]-T_For)/2

L[2]+T_Pro=(t[2]-t[3]+T_Pro-T_For)/2

L[3]+T_Pro=(t[3]-T_For)/2

L[3]+T_For=(t[3]-T_For+2*T_Pro)/2

L[2]+T_For=(t[2]-t[3]-T_Pro+T_For)/2

L[1]+T_For=(t[1]-t[2]+T_For)/2

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주 제어기와 보조 제어기가 역방향으로 연결 되어 데이터가 전송될 때의 전파 지연 값을 나타낸 예시도이다.

T_PDR_l은 데이터가 역방향으로 전송될 때 순차 주소 l인 보조 제어기의 전파 지연 값을 나타낸다.

주 제어기와 보조 제어기가 역방향으로 연결 되었을 때, T_PDR_l은 [수학식 4]와 같이 계산된다.

[수학식 4]

T_PDR_1 = L[3] + L[2] + T_For + L[1] + T_For

T_PDR_2 = L[3] + L[2] + T_For + L[1] + T_For + L[1] + T_Pro

T_PDR_3 = L[3] + L[2] + T_For + L[1] + T_For + L[1] + T_Pro + L[2] + T_Pro

또한, 주 제어기 또는 보조 제어기가 역방향으로 송신한 데이터를 처리 후 다시 수신할 때까지 걸리는 시간은 아래의 [수학식 5]와 같이 계산 될 수 있다.

[수학식 5]

t[0] = T_0_1 - T_R

t[1] = T_3_1 - T_3_0

t[2] = T_2_1

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 연결 라인의 장애에 의한 전파 지연 값 및 타임 오프셋 값을 재설정하는 방법을 나타낸 예시도이다.

도 12에 의하면, 연결 라인의 장애에 의하여 링 토폴로지가 더블 라인 토폴로지로 변경되었다. 즉, 제3 보조 제어기와 제4 보조 제어기 사이의 연결 라인의 장애에 의해서 데이터의 전송 경로가 달라짐을 확인 할 수 있다. 이와 같은 데이터 전송 경로의 변경에 따른 제3 보조 제어기 및 제4 보조 제어기의 전파 지연 값 및 타임 오프셋 값을 재설정 한다.

초기 링 토폴로지였을 때의 전파 지연 값인 T_SL[n]은 [수학식 6]과 같이 표현된다.

[수학식 6]

T_SL[3]=L[1]+L[2]+T_Pro+L[3]+T_Pro

T_SL[4]=L[1]+L[2]+T_Pro+L[3]+T_Pro+ L[4]+T_Pro

연결 라인의 장애로 더블 라인 토폴로지로 변경된 후의 전파 지연 값인 T_DL[n]은 [수학식 7]과 같이 표현된다.

[수학식 7]

T_SL[3]=L[0]+L[4]+T_For+T_For

T_SL[4]=L[0]+L[4]+T_For+T_For+L[4]+T_Pro

이와 같이, 초기 전파 지연 값 및 토폴로지 변경 후의 전파 지연 값을 이용하여 [수학식 8]과 같이 타임 오프셋 값인 T_OFF를 재계산 할 수 있다.

[수학식 8]

T_OFF_3=기존 값-(T_SL[3]-T_DL[3])

T_OFF_4=기존 값-(T_SL[4]-T_DL[4])

여기서, 기존 값은 초기 링 토폴로지였을 때의 제3 보조 제어기와 제4 보조 제어기 각각의 타임 오프셋 값이 초기 타임 오프셋 값이다.

이와 같이, 연결 라인의 장애가 검출 되었을 때, 초기 전파 지연 및 초기 오프셋 값을 이용하여, 변경된 토폴로지의 변화에 상응하는 타임 오프셋 값을 간단한 수식으로 재 설정이 가능하다.

본 발명의 실시예에서는 링 토폴로지를 기준으로 연결 라인의 장애가 발생하였을 경우, 장애가 발생한 연결 라인의 위치에 따라서 라인 토폴로지 또는 더블 라인 토폴로지로 변경 될 수 있음이 설명된다. 그러나 변경 가능한 토폴로지는 이에 한정되지 않고, 초기 토폴로지의 종류 및 장애가 발생한 연결 라인의 위치에 따라 다양한 네트워크 토폴로지로 변경 및 확장이 가능하다.

본 발명에 따른 네트워크 기반 로봇 제어 방법 및 장치는 제어기들 간에 특정 동작이 계획되어 있는 시간의 불일치 때문에 발생되는 동작으로 인한 제어 시스템 전체의 성능 저하를 방지하는 것이 가능하다는 이점이 있다.

또한, 네트워크 케이블 오류에 대처 가능한 잉여 케이블링(Cabling Redundancy) 가능하다는 이점이 있다.

또한, 실시간 머지(Merge) 작업으로 네트워크 케이블 오류가 발생되어도 시스템의 논리적 처리에 영향을 미치지 않는다는 이점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 기반 로봇 제어 시스템을 나타낸 블록도.

도 2는 네트워크 기반 로봇 제어 시스템의 주 제어기에 대한 내부 블록도.

도 3은 네트워크 기반 로봇 제어 시스템의 보조 제어기에 대한 내부 블록도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 기반 로봇 제어 방법을 나타낸 순서도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초기 타임 오프셋 값 및 초기 전파 지연 값을 추출하는 방법을 나타낸 순서도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연결 장애를 검출하는 방법을 나타낸 순서도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 연결 라인의 장애에 의한 네트워크 토폴로지 변화를 나타낸 예시도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 네트워크 토폴로지에 따른 데이터 송수신 경로를 나타낸 예시도.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전파 지연 값과 타임 오프셋 값을 계산하기 위한 변수에 대한 정의를 나타낸 예시도.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주 제어기와 보조 제어기가 순방향으로 연결 되어 데이터가 전송될 때의 전파 지연 값을 나타낸 예시도.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주 제어기와 보조 제어기가 역방향으 로 연결 되어 데이터가 전송될 때의 전파 지연 값을 나타낸 예시도.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 연결 라인의 장애에 의한 전파 지연 값 및 타임 오프셋 값을 재설정하는 방법을 나타낸 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 201 : 주 제어기

102 301 : 보조 제어기

103 : 연결 라인

202 302 : 시간 일치 제어부

203 : 계산부

204 : 저장부

205 : 머지

206 303 : 내부 시계

207 304 : 제1 송수신부

208 305 : 제2 송수신부

Claims (17)

1. 주 제어기와 다수의 보조 제어기를 구비하는 네트워크 기반 로봇 제어 방법에 있어서,

   (a) 주 제어기에서 다수의 보조 제어기의 초기 타임 오프셋 값과 연결 라인들의 초기 전파 지연 값을 추출하는 단계;

   (b) 상기 주 제어기에서 실행 데이터를 상기 보조 제어기들로 전송하는 단계;

   (c) 보조 제어기 또는 상기 연결 라인 중 어느 하나의 장애를 검출하는 단계;

   (d) 상기 장애 검출 결과, 상기 연결 라인 장애 검출 시 네트워크 토폴로지를 변경하는 단계; 및

   (e)상기 변경된 네트워크 토폴로지에 상응하여 상기 보조 제어기의 타임 오프셋 값과 상기 연결 라인의 전파 지연 값을 재설정 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 (a)단계는,

   (a1) 상기 주 제어기가 상기 초기 타임 오프셋 값 설정을 위한 임의의 데이터인 초기 설정 데이터를 상기 보조 제어기들로 전송하는 단계;

   (a2) 상기 보조 제어기들이 수신한 상기 초기 설정 데이터를 처리하는 단계;

   (a3) 상기 보조 제어기들이 상기 처리된 초기 설정 데이터를 상기 주 제어기로 전송하는 단계; 및

   (a4) 상기 주 제어기는 상기 보조 제어기들로부터 수신한 상기 처리된 초기 설정 데이터를 이용하여 상기 초기 전파 지연 값 및 타임 오프셋 값을 설정하는 단계-여기서, 상기 처리된 초기 설정 데이터는, 상기 초기 설정 데이터의 전달 경로에 포함된 각 보조 제어기에서의 상기 초기 설정 데이터의 송수신 시간 및 처리 시간을 포함함-

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 (c)단계는,

   (c1) 상기 보조 제어기들이 수신한 상기 실행 데이터를 처리하는 단계;

   (c2) 상기 처리된 실행 데이터를 상기 주 제어기로 전송하는 단계; 및

   (c3) 상기 주 제어기가 수신한 상기 처리된 실행 데이터에 포함된 상기 보조 제어기들의 상기 실행 데이터의 송수신 시간 및 처리 시간과, 상기 처리된 초기 설정 데이터에 포함된 보조 제어기들에 의한 상기 초기 설정 데이터의 송수신 시간 및 처리 시간의 비교를 통해서, 상기 보조 제어기 또는 상기 연결 라인의 장애를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 (d)단계는,

   상기 검출된 상기 연결 라인의 장애 위치에 따라서 라인 토폴로지, 링 토폴로지 또는 더블 라인 토폴로지로 변경되는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 주 제어기는 직접적으로 연결된 복수개의 보조 제어기로 데이터를 송신할 때, 상기 복수개의 보조 제어기에 송신하는 데이터는 모두 같은 데이터 인 것을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 주 제어기는 직접적으로 연결된 복수개의 보조 제어기로부터 처리된 데이터들을 수신할 때, 상기 주 제어기는 상기 처리된 데이터들 중에서 하나의 처리된 데이터를 취득하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서,

   상기 전파 지연은 상기 주 제어기에서 데이터를 전송한 시간과 상기 보조 제어기에서 상기 데이터를 수신한 시간의 차이인 것을 특징으로 하는 로봇 제어 방법.
10. 주 제어기와 다수의 보조 제어기를 구비하는 네트워크 기반 로봇 제어 장치에 있어서,

    상기 보조 제어기로 데이터를 전송하는 송신부;

    상기 보조 제어기의 데이터 송수신 시간 및 데이터 처리 시간을 포함한 데이터를 수신하는 수신부;

    상기 수신부로 수신된 상기 데이터에 포함된 상기 보조 제어기에서의 데이터 송수신 시간 및 처리 시간을 이용하여 각 보조 제어기의 전파 지연 및 타임 오프셋을 계산하는 계산부;

    상기 계산부에 의한 전파 지연, 타임 오프셋 및 주 제어기의 데이터 전송시간을 이용하여 상기 주 제어기와 상기 보조 제어기의 시간을 일치시키는 시간 일치 제어부; 및

    상기 주 제어기 및 상기 보조 제어기의 데이터 송수신 시간, 데이터 처리 시간, 전파 지연 또는 타임 오프셋을 저장하는 저장부를 포함하고,

    상기 주 제어기는,

    상기 보조 제어기들로 전달한 초기 설정 데이터에 상응하여 상기 보조 제어기들로부터 수신한, 처리된 초기 설정 데이터에 포함된 상기 보조 제어기들에 의한 상기 초기 설정 데이터의 송수신 시간 및 처리 시간과, 상기 보조 제어기들로 전송한 실행 데이터에 상응하여 상기 보조 제어기들로부터 수신한, 처리된 실행 데이터에 포함된 상기 실행 데이터의 송수신 시간 및 처리 시간의 비교를 통해서, 상기 보조 제어기 또는 연결 라인의 장애를 검출하고,

    상기 장애 검출 결과, 상기 연결 라인의 장애가 검출된 경우, 상기 보조 제어기들과의 연결에 관한 네트워크 토폴로지를 변경하고,

    상기 변경된 네트워크 토폴로지에 상응하여 상기 보조 제어기의 타임 오프셋 값과 상기 연결 라인의 전파 지연 값을 재설정하는 것

    을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 주 제어기 및 상기 보조 제어기는 두 개의 송수신부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 주 제어기는 상기 송신부의 데이터 송신 및 상기 수신부의 데이터 수신 가능 여부에 의해서 네트워크 토폴로지를 식별하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
13. 제 10항에 있어서,

    상기 주 제어기 및 상기 보조 제어기는 상기 데이터의 송수신 시간 및 상기 데이터의 처리 시간을 계측하는 내부 시계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
14. 삭제
15. 제 10항에 있어서,

    상기 전파 지연은 상기 주 제어기에서 데이터를 전송한 시간과 상기 보조 제어기에서 상기 데이터를 수신한 시간의 차이인 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
16. 제 10항에 있어서,

    상기 주 제어기는 머지(Merge)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 주 제어기는 상기 주 제어기와 직접적으로 연결된 복수개의 상기 보조 제어기로부터 데이터들을 수신하였을 때, 실시간으로 수행되는 상기 머지의 작업에 의해서 하나의 데이터를 취득하는 것을 특징으로 하는 로봇 제어 장치.

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