KR102170677B1 - Backlash adjuster using actuator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 맞물려 회전하는 두 개의 기어 사이의 간격을 액츄에이터를 이용하여 조절하는 백래쉬 조절장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치는 외부로부터 공급받은 전원에 의해 제1 방향에서 제2 방향으로, 제2 방향에서 제1 방향으로 이동하는 액츄에이터; 상기 액츄에이터와 연결되며, 상기 액츄에이터의 이동에 따라 이동하며, 연결된 모터에 의해 구동하는 주동기어; 및 상기 주동기어와 맞물리며, 상기 주동기어의 회전에 따라 회전하는 종동기어를 포함하며, 상기 액츄에이터의 이동에 따라 상기 주동기어와 종동기어의 간격을 조절한다.The present invention relates to a backlash adjusting device using an actuator, and more particularly, to a backlash adjusting device that adjusts the distance between two gears rotating in engagement by using an actuator.
To this end, the backlash control apparatus using the actuator of the present invention includes an actuator that moves from a first direction to a second direction and from a second direction to a first direction by power supplied from the outside; A main driving gear connected to the actuator, moving according to the movement of the actuator, and driven by a connected motor; And a driven gear engaged with the main driving gear and rotating according to the rotation of the main driving gear, and adjusting a distance between the main driving gear and the driven gear according to the movement of the actuator.
Description
본 발명은 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 맞물려 회전하는 두 개의 기어 사이의 간격을 액츄에이터를 이용하여 조절하는 백래쉬 조절장치에 관한 것이다.The present invention relates to a backlash adjusting device using an actuator, and more particularly, to a backlash adjusting device that adjusts the distance between two gears rotating in engagement by using an actuator.
일반적으로 한 쌍의 기어가 맞물리는 경우에는 주동기어(1차적인 움직임이 발생하는 기어)와 종동기어(1차적인 움직임에 따른 2차적인 움직임이 발생하는 기어)간에 형성되는 치면 사이에는 약간의 이격이 발생하며, 이러한 한 쌍의 기어가 맞물리는 경우 발생하게 되는 주동기어와 종동기어 간의 치면 사이에 생기는 틈새를 백래쉬(Backlash) 라고 한다.In general, when a pair of gears are meshed, there is a slight gap between the tooth surface formed between the main gear (the gear in which the primary movement occurs) and the driven gear (the gear in which the secondary movement occurs according to the primary movement). A gap occurs, and the gap between the tooth surface between the main gear and the driven gear that occurs when such a pair of gears mesh is called backlash.
이러한 백래쉬는 한 쌍의 기어를 매끄럽게 회전시키기 위하여 적정 수준이 요구되며, 백래쉬가 너무 부족하거나 또는 백래쉬가 너무 과도한 경우 모두 각각의 문제점이 발생한다. 먼저, 상호 간의 백래쉬가 너무 부족하면 각 기어 간의 윤활이 불충분해져 각 기어간의 높은 회전저항에 따른 과도한 마모 현상이 발생하며, 역으로 상호 간의 백래쉬가 너무 과도해지면 각 기어 간에 유격이 발생하여 기어 동작을 정확하게 제어하기가 어려워지며 기어의 끝부분이 쉽게 마모되는 현상이 발생한다. 또한 백래쉬가 없는 경우에는 맞물려 있는 한 쌍의 기어가 완전히 꽉 맞게 되어 기어는 움직이지 못하므로 기어의 운동이 전달되지 못한다.Such a backlash is required to have an appropriate level in order to smoothly rotate a pair of gears, and each problem occurs when the backlash is too low or the backlash is too excessive. First, if there is too little backlash between the gears, the lubrication between the gears is insufficient, resulting in excessive wear phenomena due to high rotational resistance between the gears. It is difficult to control accurately and the end of the gear is easily worn. In addition, when there is no backlash, the gears cannot move because a pair of gears that are engaged are completely tight, so the movement of the gears cannot be transmitted.
백래쉬에 대한 적절한 조절에 앞서 구동 장치의 백래쉬를 측정하기 위해서는 수작업 또는 한 쌍의 기어에 대한 백래쉬 측정이 가능한 장치를 이용하여 각 기어들 간의 백래쉬를 측정하는 방식을 사용하였으므로 측정상의 어려움이 있으며 정확한 값을 측정하기가 쉽지 않다는 문제점이 있었다.In order to measure the backlash of the driving device prior to proper adjustment of the backlash, the method of measuring the backlash between each gear was used either manually or by using a device capable of measuring the backlash for a pair of gears, so there is difficulty in measurement and an accurate value. There was a problem that it was not easy to measure.
본 발명이 해결하려는 과제는 자동으로 백래쉬를 조절하는 방안을 제안함에 있다.The problem to be solved by the present invention is to propose a method of automatically adjusting backlash.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 설정된 틈새를 갖도록 백래쉬를 조절하는 방안을 제안함에 있다.Another problem to be solved by the present invention is to propose a method of controlling the backlash to have a set gap.
이를 위해 본 발명의 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치는 외부로부터 공급받은 전원에 의해 제1 방향에서 제2 방향으로, 제2 방향에서 제1 방향으로 이동하는 액츄에이터; 상기 액츄에이터와 연결되며, 상기 액츄에이터의 이동에 따라 이동하며, 연결된 모터에 의해 구동하는 주동기어; 및 상기 주동기어와 맞물리며, 상기 주동기어의 회전에 따라 회전하는 종동기어를 포함하며, 상기 액츄에이터의 이동에 따라 상기 주동기어와 종동기어의 간격을 조절한다.To this end, the backlash control apparatus using the actuator of the present invention includes an actuator that moves from a first direction to a second direction and from a second direction to a first direction by power supplied from the outside; A main driving gear connected to the actuator, moving according to the movement of the actuator, and driven by a connected motor; And a driven gear engaged with the main driving gear and rotating according to the rotation of the main driving gear, and adjusting a distance between the main driving gear and the driven gear according to the movement of the actuator.
본 발명에 따른 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치는 기존 수작업으로 주동기어와 종동기어 사이의 간격을 조절하는 대신 주동기어에서 생성되는 역기전력의 크기를 이용하여 주동기어와 종동기어 사이의 간격을 조절함으로써 기존 대비하여 백래쉬를 조절하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.The backlash control device using the actuator according to the present invention is compared to the previous one by adjusting the distance between the main and driven gears using the magnitude of the back electromotive force generated by the main gear, instead of adjusting the distance between the main and driven gears manually. Thus, the time required to adjust the backlash can be shortened.
이외에도 본 발명은 주동기어에서 생성되는 역기전력의 크기를 이용하여 주동기어와 종동기어 사이의 간격을 조절함으로써 동일한 백래쉬를 갖도록 주동기어와 종동기어 사이의 간격을 조절할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of being able to adjust the distance between the main and driven gears so as to have the same backlash by adjusting the distance between the main and driven gears by using the magnitude of the back EMF generated from the main gear.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 백래치에 따른 역기전력의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 역기전력의 크기를 측정하는 회로를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 역기전력을 측정하는 회로를 도시하고 있다.
도 5는 스텝모터를 구성하는 로터의 위치에 따른 전류량을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 구동 분배회로(로직 시퀀스)에서 스텝모터까지의 시스템을 도시하고 있다.
도 7은 바이폴라 운전용 여자 회로와 전류의 흐름을 나타내고 있다.1 shows a backlash control apparatus using an actuator according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the magnitude of back EMF according to a back latch according to an embodiment of the present invention.
3 shows a circuit for measuring the magnitude of back EMF according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a circuit for measuring back EMF according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the amount of current according to the position of the rotor constituting the step motor.
Fig. 6 shows a system from a drive distribution circuit (logic sequence) to a step motor.
7 shows the excitation circuit for bipolar driving and the flow of current.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.The above and additional aspects of the present invention will become more apparent through preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, it will be described in detail so that those skilled in the art can easily understand and reproduce through these embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치를 도시하고 있다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치에 대해 상세하게 알아보기로 한다.1 shows a backlash control apparatus using an actuator according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a backlash control device using an actuator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.
도 1에 의하면, 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치는 액츄에이터, 주동기어 및 종동기어를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치에 포함될 수 있다.Referring to FIG. 1, a backlash control device using an actuator includes an actuator, a main gear, and a driven gear. Of course, other configurations other than the above-described configuration may be included in the backlash control apparatus using the actuator proposed in the present invention.
액츄에이터는 외부로부터 전달받은 동력에 의해 제1 방향에서 제2 방향으로 이동하거나, 제2 방향에서 제1 방향으로 이동한다. 부연하여 설명하면, 액츄에이터는 외부로부터 전달받은 동력에 의해 좌측에서 우측으로 이동하거나, 우측에서 좌측으로 이동한다.The actuator moves from a first direction to a second direction or from a second direction to a first direction by power received from the outside. To further explain, the actuator moves from left to right or from right to left by power received from the outside.
액츄에이터의 종단에는 주동기어가 형성되며, 액츄에이터의 이동에 따라 동일하게 이동한다. 즉, 액츄에이터가 제1 방향에서 제2 방향으로 이동하는 경우, 주동기어 역시 제1 방향에서 제2 방향으로 이동한다. 또한, 액츄에이터가 제2 방향에서 제1 방향으로 이동하는 경우, 주동기어 역시 제2 방향에서 제1 방향으로 이동한다.A main gear is formed at the end of the actuator, and it moves equally according to the movement of the actuator. That is, when the actuator moves from the first direction to the second direction, the main gear also moves from the first direction to the second direction. In addition, when the actuator moves from the second direction to the first direction, the main gear also moves from the second direction to the first direction.
주동기어는 하단에는 모터가 형성되며, 형성된 모터의 회전에 의해 주동기어 역시 회전한다. 이를 위해 모터는 외부로부터 전원을 공급받으며, 공급받은 전원에 의해 회전한다.A motor is formed at the bottom of the main gear, and the main gear is also rotated by the rotation of the formed motor. To this end, the motor receives power from the outside and rotates by the supplied power.
종동기어는 주동기어와 맞물려 있으며, 주동기어의 회전에 의해 회전한다. 종동기어는 주동기어와 달리 액츄에이터의 이동에 따라 이동하지 않으며, 정지된 상태를 유지한다. 따라서 액츄에이터의 이동에 따라 주동기어와 종동기어 사이의 간격이 달라지게 된다. 도 1에 의해 액츄에이터가 우측으로 이동하는 경우에는 주동기어와 종동기어 사이의 간격은 좁아지게 되며, 액츄에이터가 좌측으로 이동하는 경우에는 주동기어와 종동기어 사이의 간격은 넓어지게 된다.The driven gear is engaged with the main gear and rotates by the rotation of the main gear. Unlike the main gear, the driven gear does not move according to the movement of the actuator and remains stationary. Therefore, the distance between the main gear and the driven gear changes according to the movement of the actuator. As shown in FIG. 1, when the actuator moves to the right, the gap between the main gear and the driven gear becomes narrow, and when the actuator moves to the left, the gap between the main gear and the driven gear becomes wide.
본 발명은 주동기어로 전류를 공급하는 경우, 주동기어와 맞물린 종동기어에 의해 부하가 발생하게 되며, 발생된 부하에 의해 역기전력이 발생한다. 물론 주동기어와 연결된 모터로 공급하는 전류와 역기전력은 서로 연관된다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.In the present invention, when a current is supplied to the main driving gear, a load is generated by a driven gear meshed with the main driving gear, and a back electromotive force is generated by the generated load. Of course, the current supplied to the motor connected to the main gear and the back electromotive force are related to each other. This will be described later.
본 발명은 부하에 의해 주동기어로 공급하는 전류에 의해 발생되는 역기전력의 크기를 이용하여 백래치를 조절하는 방안을 제안한다.The present invention proposes a method of adjusting the back latch by using the magnitude of the back electromotive force generated by the current supplied to the main gear by the load.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 백래치에 따른 역기전력의 크기를 나타낸 그래프이다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 백래치에 따른 역기전력의 크기에 대해 상세하게 알아보기로 한다.2 is a graph showing the magnitude of back EMF according to a back latch according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the magnitude of the back electromotive force according to the back latch according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.
일반적으로 주동기어와 종동기어 사이의 백래치가 작은 경우 즉, 주동기어와 종동기어 사이의 간격이 좁은 경우에는 회전시 부하가 증가하게 되며, 이로 인해 발생되는 역기전력의 크기는 증가한다. 또한, 주동기어와 종동기어 사이의 간격이 넓은 경우(백래치가 큰 경우)에는 회전시 부하가 감소하게 되며, 이로 인해 발생되는 역기전력의 크기 역시 감소한다.In general, when the back latch between the main and driven gears is small, that is, when the distance between the main and driven gears is narrow, the load increases during rotation, and the magnitude of the back EMF generated by this increases. In addition, when the distance between the main gear and the driven gear is wide (when the back latch is large), the load during rotation decreases, and the magnitude of the back electromotive force generated thereby also decreases.
도 2에 의하면, 역기전력이 피크값을 갖는 지점이 표시되며, 이 지점이 백래치가 가장 작은 지점을 의미한다. 도 2의 그래프를 생성하기 위해 액츄에이터를 이용하여 주동기어를 이동시키며, 해당 지점에서 역기전력을 측정한다. 측정된 연기전력을 이용하여 도 2에 도시되어 있는 그래프를 생성한다.Referring to FIG. 2, a point at which the back EMF has a peak value is indicated, and this point means a point where the back latch has the smallest. In order to generate the graph of FIG. 2, the main gear is moved using an actuator, and the back EMF is measured at the corresponding point. The graph shown in FIG. 2 is generated by using the measured smoke power.
특히 도 2에 도시되어 있는 바와 그래프는 역기전력의 크기가 1A인 영역과 1.4A인 지점을 포함한다. 역기전력의 크기가 1A인 영역은 주동기어와 종동기어가 서로 맞물리지 않은 상태를 의미하며, 역기전력의 크기가 1.4A인 지점은 주동기어와 종동기어가 가장 근접하게 맞물린 상태를 의미한다. In particular, the bar and graph shown in FIG. 2 include a region where the magnitude of the back electromotive force is 1A and the point where the back EMF is 1.4A. The area where the magnitude of the back EMF is 1A means the state where the main and driven gears are not engaged, and the point where the magnitude of the back EMF is 1.4A means the state where the main and driven gears are most closely engaged.
부연하여 설명하면, 주동기어와 종동기어가 가장 근접하게 맞물린 경우에는 부하가 증가하게 되며, 부하가 증가하게 되면 동일한 속도로 주동기어를 회전시키기 위해서는 모터로 공급되는 전류 역시 증가하게 된다. 모터로 공급되는 전류가 증가하게 되면 역기전력 역시 증가하게 된다.In addition, when the main gear and the driven gear are closely meshed, the load increases, and when the load increases, the current supplied to the motor increases in order to rotate the main gear at the same speed. When the current supplied to the motor increases, the back electromotive force also increases.
반면 주동기어가 종동기어와 가장 근접한 지점으로부터 멀어지게 되면 부하가 감소하게 되며, 부하가 감소하게 되면 동일한 속도로 주동기어를 회전시키기 위해서는 모터로 공급되는 전류 역시 감소하게 된다. 모터로 공급되는 전류가 감소하게 되면 역기전력 역시 감소하게 된다. 따라서, 액츄에이터를 이용하여 주동기어를 이동시켜, 상술한 그래프를 생성한다. 즉, 도 2에서 주동기어는 종동기어로부터 일정 거리 이격된 상태에서 액츄에이터의 구동에 따라 주옹기어는 종동기어 방향으로 이동하며, 따라서 시간은 주동기어와 종동기어 사이의 거리는 반비례한다. 특히 도 2의 가로축은 액츄에이터를 구동하는 시간축인 동시에 1/(주동기어와 종동기어 사이의 거리)이다.On the other hand, when the main gear moves away from the point closest to the driven gear, the load decreases, and when the load decreases, the current supplied to the motor also decreases to rotate the main gear at the same speed. When the current supplied to the motor decreases, the back electromotive force also decreases. Therefore, the above-described graph is generated by moving the main gear using an actuator. That is, in FIG. 2, the main gear moves in the direction of the driven gear according to the drive of the actuator while the main gear is spaced a certain distance from the driven gear, and therefore time is inversely proportional to the distance between the main and driven gear. In particular, the horizontal axis of FIG. 2 is the time axis for driving the actuator and is 1/ (distance between the main gear and the driven gear).
이후 사용자는 백래치가 가장 적정한 지점에 해당하는 전류값을 확인하며, 이후 역기전력이 해당 전류값을 갖도록 주동기어를 이동을 제어한다. 이하에서는 역기전력을 측정하는 회로에 대해 알아보기로 한다.Thereafter, the user checks the current value corresponding to the point where the back latch is most appropriate, and then controls the movement of the main gear so that the back EMF has the corresponding current value. Hereinafter, a circuit for measuring back EMF will be described.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 모터로 전원을 공급하거나, 모터에 의해 생성된 역기전력을 측정하는 블록도(회로)이다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 다른 모터로 전원을 공급하거나, 모터에 의해 생성된 역기전력을 측정하는 블록도에 대해 상세하게 알아보기로 한다.3 is a block diagram (circuit) for supplying power to a motor or measuring back electromotive force generated by the motor according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a block diagram for supplying power to another motor or measuring the back EMF generated by the motor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.
펄스 변환기는 회전각도, 회전 속도 및 외부 위치에 관련된 펄스 파형을 입력받으며, 입력받은 펄스 파형에 대한 진폭 등의 정보를 구동 드라이버로 제공한다. 이외에도 펄스 변환기는 전류량, 변속주기에 관한 정보를 구동 드라이버로 제공한다.The pulse converter receives pulse waveforms related to rotation angle, rotation speed, and external position, and provides information such as amplitude of the received pulse waveform to a driving driver. In addition, the pulse converter provides information on the amount of current and shift cycle to the driving driver.
구동 드라이버는 제공받은 정보를 기반으로 모터로 전류를 공급하여 모터를 구동하며, 특히 모터의 상을 A,/A, B,/B 상으로 전류를 엇갈리게 전달하여 모터를 구동한다. 본 발명에서 제안하는 모터는 스텝모터이다.The driving driver drives the motor by supplying current to the motor based on the provided information, and in particular, drives the motor by staggering the currents to the A, /A, B, /B phases of the motor. The motor proposed in the present invention is a step motor.
스텝모터의 구동에 의해 발생된 역기전력은 전류 비교기와 A/D 컨버터로 제공되며, 전류 비교기에서 발생된 역기전력을 크기를 비교한다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 무부하 상태에서의 역기전력의 크기는 1이며, 따라서 무부하 상태에서의 역기전력의 크기와 스텝모터의 구동에 의해 발생된 역기전력을 비교한다. A/D 컨버터에서 디지털 신호로 변환하여 실시간으로 생성된 역기전력의 크기를 감지하여, 모터와 결합된 주동기어의 부하를 감지한다. 물론 상술한 바와 같이 주동기어의 부하는 주동기어와 종동기어 사이의 백래치와 관련되며, 주동기어의 이동에 따라 주동기어의 부하는 변동된다.The back EMF generated by driving the step motor is provided to the current comparator and the A/D converter, and the magnitude of the back EMF generated from the current comparator is compared. As shown in FIG. 2, the magnitude of the back EMF in the no-load state is 1, and thus the magnitude of the back EMF in the no-load state is compared with the magnitude of the back EMF generated by driving the step motor. The A/D converter detects the magnitude of the back electromotive force generated in real time by converting it to a digital signal, and detects the load of the main gear coupled with the motor. Of course, as described above, the load of the main gear is related to the back latch between the main gear and the driven gear, and the load of the main gear changes according to the movement of the main gear.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 역기전력을 측정하는 회로를 도시하고 있다. 이하 도 4를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 역기전력을 측정하는 회로에 대해 상세하게 알아보기로 한다. 도 4는 도 3에 도시된 회로의 상세 구성 회로이다.4 illustrates a circuit for measuring back EMF according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a circuit for measuring back EMF according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4. 4 is a detailed configuration circuit of the circuit shown in FIG. 3.
도 4에 도시되어 있는 회로는 주동기어와 연결된 스텝모터와 연결된다. 회로는 스텝모터로 제공되는 전류의 크기를 측정하며, 스텝모터에 의해 생성된 연기전력을 측정한다.The circuit shown in FIG. 4 is connected to a step motor connected to the main gear. The circuit measures the amount of current provided by the step motor, and measures the smoke power generated by the step motor.
스텝모터의 구동 시에 스텝모터로 공급되는 전류에 비례해서 역기전력으로 전달되는 전류의 양 역시 변하고, 이 값은 도 4에 도시된 트랜지스터(Q1, Q2, Q3 및 Q4), 다이오드(D1, D2, D3 및 D4) 및 센싱 저항인 R4, R5, R6 및 R7을 통해 마이콤인 U1의 RD0/PSP0, RD1/PSP1,RD2/PSP2 RD3/PSP3에 전달하여 생성되는 역기전력을 측정하며, 특히 센싱저항의 전류값이 모니터링을 해 전류값이 피크(Peak)로 변하는 값을 찾아 스텝모터의 부하 여부를 분석하여, 스텝모터와 연결된 주동기어의 최대 부하지점을 산출할 수 있다. 부연하여 설명하면, 스템모터의 부하를 분석하여 주동기어의 최대 부하지점을 산출하며, 산출된 최대 부하지점을 이용하여 백래쉬를 감소한다. 즉, 백래쉬는 주동기어의 부하와 관련되며, 주동기어의 부하를 산출하면 산출된 부하의 크기를 이용하여 원하는 백래쉬 지점을 알 수 있다.When the stepper motor is driven, the amount of current transferred to the back electromotive force also changes in proportion to the current supplied to the step motor, and this value is the transistors (Q1, Q2, Q3 and Q4) shown in FIG. D3 and D4) and sensing resistors R4, R5, R6 and R7 to measure the back EMF generated by transferring to RD0/PSP0, RD1/PSP1, RD2/PSP2 RD3/PSP3 of the microcomputer U1 through sensing resistors R4, R5, R6 and R7. It is possible to calculate the maximum load point of the main gear connected to the step motor by analyzing the load of the step motor by finding the value at which the value is monitored and the current value changes to a peak. To further explain, the load of the stem motor is analyzed to calculate the maximum load point of the main gear, and the backlash is reduced by using the calculated maximum load point. That is, the backlash is related to the load of the main gear, and when the load of the main gear is calculated, a desired backlash point can be known using the calculated load size.
이하에서 스텝모터를 구성하는 로터의 위치에 따른 전류량에 대해 알아보기로 한다. 도 5는 스텝모터를 구성하는 로터의 위치에 따른 전류량을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, the amount of current according to the position of the rotor constituting the step motor will be investigated. 5 is a view for explaining the amount of current according to the position of the rotor constituting the step motor.
일반적으로 스텝모터는 회전하는 로터(회전자)와 전류를 통해 자성이 생성되는 스테이터(고정자)로 구성된다. 가장 안정적인 위치가 로터의 N극과 고정자의 S극이 0도로 이루어진 무부하도면, 로터와 스테이터가 45도의 각도로 이루어진 위치가 반부하 상태이며(반부하), 로터의 N극과 스테이터의 S극이 가장 서로 90도로 이루어진 위치가 부하가 가장 큰 상태(최대 부하)이다.In general, a step motor is composed of a rotating rotor (rotor) and a stator (stator) that generates magnetism through current. The most stable position is a no-load drawing in which the N-pole of the rotor and the S-pole of the stator are at 0 degrees. The position at the most 90 degrees to each other is the state with the greatest load (maximum load).
부하가 가장 적은 무부하 상태에서는 스텝모터 전류(역기전력)의 양이 가장 적고, 안정된 상태이며, 최대 부하시는 전류의 양이 가장 많고, 불안정한 상태이다. 이렇게 스텝모터의 회전 위치에 따라 생성되는 역기전력은 서로 상이하다. 로터가 고정된 상태에서 스텝모터 샤프트에 연결된 주동기어가 외부 압력으로 인해 로터(회전자)가 이동 시 모터의 전류량이 변하고, 이 때 생성되는 역기전력 역시 같이 변화하며, 이를 회로의 RD0/PSP0, RD1/PSP1, RD2/PSP2, RD3/PSP3을 통해 스텝모터와 연결된 주동기어의 이동에 따른 변화를 확인할 수 있다.In the no-load state where the load is the least, the amount of step motor current (back EMF) is the smallest and is in a stable state, and the maximum load has the largest amount of current and is in an unstable state. In this way, the back electromotive force generated according to the rotation position of the step motor is different from each other. When the rotor (rotor) moves due to external pressure in the main gear connected to the step motor shaft while the rotor is fixed, the amount of current of the motor changes, and the back electromotive force generated at this time also changes, and this is the RD0/PSP0, RD1 of the circuit. Through /PSP1, RD2/PSP2, RD3/PSP3, you can check the change according to the movement of the main gear connected to the step motor.
도 6은 구동 분배회로(로직 시퀀스)에서 스텝모터까지의 시스템을 도시하고 있다. 도 6에 도시된 분배회로는 도 3의 마이콤에 대응되는 구성이다. 스텝 제어 지시가 분배회로에 주어지면, 제어 지시 방향에 따라 스텝모터가 회전하도록 여자 회로를 제어한다. 1인크리멘트 동작으로 스텝모터는 1스텝을 진행하며, 이 때 마이크로 프로세서 등을 이용하여 1인크리멘트 동작으로 2 스텝 이상 진행도 가능하다. 물론 1인크리멘트 동작으로 최대 256 스텝의 진행도 가능하다. 진행되는 스텝의 수가 많을수록 생성되는 역기전력을 더 세분화할 수 있기 때문에 생성되는 역기전력을 좀 더 정확하게 분석할 수 있다.Fig. 6 shows a system from a drive distribution circuit (logic sequence) to a step motor. The distribution circuit shown in FIG. 6 is a configuration corresponding to the microcomputer of FIG. 3. When a step control instruction is given to the distribution circuit, the excitation circuit is controlled so that the step motor rotates according to the control instruction direction. The stepper motor performs one step with a one-increment operation, and at this time, it is possible to proceed more than two steps with one-increment operation using a microprocessor. Of course, it is possible to proceed up to 256 steps with 1 increment operation. As the number of steps in progress increases, the generated back EMF can be further subdivided, so that the generated back EMF can be analyzed more accurately.
효과적인 토크를 발생하기 위해서는 모터권선이 항상 여자될 때 모터의 효율이 높아진다. 2상 하이브리드형 모터의 바이폴라 구동은 항상 4개의 권선이 여자되며, 유니폴라 구동과 비교하여 20∼35%의 전류증가가 요구된다.In order to generate effective torque, the efficiency of the motor increases when the motor winding is always excited. In bipolar driving of a two-phase hybrid motor, four windings are always excited, and a current increase of 20 to 35% is required compared to unipolar driving.
브리지 구동에서는 2개의 트랜지스터의 스위칭 에러에 의한 파손을 방지하여야 한다. 즉, 한 쪽 트랜지스터가 ON되는 시간보다도 다른 쪽 트랜지스터가 OFF되는 시간이 충분히 짧아야 된다.In bridge driving, it is necessary to prevent breakage due to switching errors of two transistors. That is, the time when the other transistor is turned off must be sufficiently shorter than the time when one transistor is turned on.
도 7은 바이폴라 운전용 여자 회로와 전류의 흐름을 나타낸다. 트랜지스터의 병렬로 접속된 다이오드는 트랜지스터가 OFF될 때 발생하는 급격한 전류 상승을 억제한다. 실선은 TR1과 TR4이 도통되었을 경우의 전류의 흐름이며, 점선은TR1, TR4가 OFF, TR2, TR3이 ON한 직후의 환류 전류의 흐름으로서 다이오드 D2와 D3 및 드라이버 전원 E를 통하여 환류한다.7 shows the excitation circuit for bipolar driving and the flow of current. Diodes connected in parallel of transistors suppress a rapid current rise that occurs when the transistor is turned off. The solid line is the current flow when TR1 and TR4 are turned on, and the dotted line is the flow of the reflux current immediately after TR1 and TR4 are turned OFF, and TR2 and TR3 are turned on, which is refluxed through diodes D2 and D3 and driver power E.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is only exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. .
110: 액츄에이터 120: 주동기어
130: 종동기어 110: actuator 120: main gear
130: driven gear
Claims (5)
상기 액츄에이터와 연결되며, 상기 액츄에이터의 이동에 따라 이동하며, 연결된 스텝모터에 의해 구동하는 주동기어;
상기 주동기어와 맞물리며, 상기 주동기어의 회전에 따라 회전하는 종동기어; 및
상기 스텝모터와 연결되며, 상기 스텝모터로 공급되는 전류의 크기를 측정하며, 상기 주동기어를 동일한 속도로 회전시키기 위해 상기 스텝모터로 공급되는 전원의 크기가 변동됨에 따라 발생되는 역기전력을 측정하는 역기전력 측정 회로를 포함하며,
상기 액츄에이터의 이동에 따라 상기 주동기어와 종동기어의 간격을 조절하며,
상기 역기전력 측정 회로는,
회전각도, 회전속도와 관련된 펄스 파형을 입력받으며, 입력받은 펄스 파형에 대한 전류량, 변속주기, 진폭에 대한 정보를 생성하는 펄스 변환기;
상기 펄스 변환기에서 생성한 전류량, 변속주기, 진폭에 대한 정보를 이용하여 상기 스텝모터를 구동하는 구동 드라이버;
상기 스텝모터의 구동에 의해 발생된 역기전력과 무부하 상태에서의 역기전력의 크기를 비교하는 비교기; 및
상기 스텝모터의 구동에 의해 발생된 역기전력의 크기를 디지털 신호로 변환하며, 변환된 디지털 신호의 크기를 이용하여 주동기어의 부하를 감지하는 A/D 컨버터를 포함하며,
상기 스텝모터는 트랜지스터1 내지 트랜지스터4, 상기 트랜지스터1 내지 트랜지스터4와 각각 병렬로 구성되는 다이오드1 내지 다이오드4를 포함하는 브릿지 형태로 구성되는 바이폴라 운전용 여자 회로를 포함하며,
상기 트랜지스터1, 트랜지스터2는 직렬로 연결되며, 상기 트랜지스터3, 트랜지스터4는 직렬로 연결되며,
직렬로 연결된 상기 트랜지스터1, 트랜지스터2와 상기 트랜지스터3, 트랜지스터4는 병렬로 연결되며,
트랜지스터1, 트랜지스터4가 OFF되며, 트랜지스터2, 트랜지스터3이 ON될 때, 상기 트랜지스터2, 트랜지스터3이 ON되는 시간보다 트랜지스터1, 트랜지스터4가 OFF되는 시간이 상대적으로 짧음을 특징으로 하는 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치.
An actuator that moves from a first direction to a second direction and from a second direction to a first direction by power supplied from the outside;
A main driving gear connected to the actuator, moving according to the movement of the actuator, and driven by a connected step motor;
A driven gear engaged with the main driving gear and rotating according to the rotation of the main driving gear; And
The back electromotive force is connected to the step motor, measures the amount of current supplied to the step motor, and measures the back electromotive force generated as the size of the power supplied to the step motor changes in order to rotate the main gear at the same speed Includes a measuring circuit,
Adjusting the distance between the main gear and the driven gear according to the movement of the actuator,
The back electromotive force measurement circuit,
A pulse converter that receives a pulse waveform related to a rotation angle and a rotation speed, and generates information about an amount of current, a shift cycle, and an amplitude for the received pulse waveform;
A driving driver for driving the stepper motor by using information on an amount of current, a shift cycle, and an amplitude generated by the pulse converter;
A comparator for comparing the magnitude of the back electromotive force generated by driving the step motor with the back electromotive force in a no-load state; And
And an A/D converter that converts the magnitude of the back EMF generated by driving the step motor into a digital signal, and senses the load of the main gear using the magnitude of the converted digital signal,
The step motor includes a bipolar driving excitation circuit configured in a bridge shape including transistors 1 to 4, and diodes 1 to 4 configured in parallel with the transistors 1 to 4, respectively,
The transistor 1 and transistor 2 are connected in series, the transistor 3 and transistor 4 are connected in series,
The transistors 1 and 2 connected in series and the transistors 3 and 4 are connected in parallel,
When transistors 1 and 4 are turned off, and when transistors 2 and 3 are turned on, the time when transistors 1 and 4 are turned off is relatively shorter than the time when transistors 2 and 3 are turned on. Backlash adjuster.
상기 부하가 증가되면, 상기 스텝모터로 공급하는 전류 및 상기 공급되는 전류에 의해 발생되는 역기전력이 증가함을 특징으로 하는 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치.
The method of claim 1, wherein as the distance between the main and driven gears decreases, a load for rotating the main gear at the same speed increases,
When the load is increased, the current supplied to the step motor and the backlash control device using an actuator, characterized in that the back electromotive force generated by the supplied current increases.
상기 구동 드라이버를 구성하는 트랜지스터, 다이오드 및 센싱 저항을 경유하여 상기 펄스 변환기를 포함하는 마이콤으로 입력됨을 특징으로 하는 액츄에이터를 이용한 백래쉬 조절장치.The method of claim 1, wherein the back electromotive force generated by the step motor is
A backlash control device using an actuator, characterized in that inputted to a microcomputer including the pulse converter via a transistor, a diode and a sensing resistor constituting the driving driver.
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