WO2013176300A1 - 범용 주변 장치 인터페이스, 인터페이싱 방법 및 이를 가지는 로봇용 제어 장치 - Google Patents

범용 주변 장치 인터페이스, 인터페이싱 방법 및 이를 가지는 로봇용 제어 장치 Download PDF

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WO2013176300A1
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peripheral device
type
voltage
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output
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김병수
하인용
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(주)로보티즈
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Definitions

  • the present invention relates to interface circuits and, more particularly, to a general purpose interface for peripheral devices.
  • a robot in general, includes peripheral devices such as a sensor, an actuator, a display device, or an input device, and has a control device that systematically controls the peripheral devices to implement a desired operation.
  • peripheral devices such as a sensor, an actuator, a display device, or an input device
  • control device that systematically controls the peripheral devices to implement a desired operation.
  • the robot's control device requires a large number of interface circuits to control peripheral devices such as numerous sensors, motors, cylinders, transmissions, displays, lamps, input devices, and the like.
  • the robotic control device may not be able to manufacture the robot.
  • the problem to be solved by the present invention is a universal peripheral device having a unified port structure regardless of the characteristics of the peripheral devices, by recognizing the type of the connected peripheral device, the port can be used as an interface for the recognized peripheral device An interface, an interface method, and a control device for a robot having the same are provided.
  • Universal peripheral interface is a universal peripheral interface having a pair of complementary connectors including at least one input terminal, at least one output terminal, at least one power terminal and a ground terminal,
  • an identification voltage whose voltage range is different depending on the type of the peripheral device may appear on the input terminal.
  • the voltage range may be set so as not to overlap each other if the type of the peripheral device is different.
  • the type of peripheral device may be one of an input type, an input / output mixed type, and an output type.
  • the at least one output terminal when the type of the peripheral device is an input type, the at least one output terminal is floated, the input terminal exhibits an identification voltage belonging to a voltage range relatively close to the ground voltage,
  • the at least one output terminal may output a control signal for the peripheral device, and the input terminal may indicate an identification voltage belonging to a voltage range relatively close to the power supply voltage.
  • the at least one output terminal when the type of the peripheral device is an input type, the at least one output terminal is floated, the input terminal exhibits an identification voltage belonging to a first voltage range relatively close to ground voltage,
  • the at least one output terminal When the type of the peripheral device is an output type, the at least one output terminal outputs a control signal for the peripheral device, the input terminal indicates an identification voltage belonging to a third voltage range relatively close to the power supply voltage,
  • the at least one output terminal When the type of the peripheral device is an input / output mixed type, the at least one output terminal outputs a control signal for the peripheral device, and the input terminal is in a second voltage range between the first and third voltage ranges. It may indicate a belonging identification voltage.
  • Control device for a robot a control device for a robot for implementing a robot function with at least one peripheral device,
  • the connector on the peripheral device fastening to the connector on the control device side for the robot
  • a universal peripheral interface characterized in that an identification voltage at which the voltage range belonging to the type of the peripheral device is varied appears at the input terminal
  • the identification unit may include an identification unit for identifying the type of peripheral device as one of an input type, an input / output mixed type, and an output type according to the voltage range to which the identification voltage belongs.
  • the at least one output terminal when the type of the peripheral device is an input type, the at least one output terminal is floated, the input terminal exhibits an identification voltage belonging to a first voltage range relatively close to ground voltage,
  • the at least one output terminal When the type of the peripheral device is an output type, the at least one output terminal outputs a control signal for the peripheral device, the input terminal indicates an identification voltage belonging to a third voltage range relatively close to the power supply voltage,
  • the at least one output terminal When the type of the peripheral device is an input / output mixed type, the at least one output terminal outputs a control signal for the peripheral device, and the input terminal is in a second voltage range between the first and third voltage ranges. It may indicate a belonging identification voltage.
  • a general purpose peripheral interfacing method for a control device for a robot for implementing a robot function with at least one peripheral device
  • a pair of complementary interface connectors each having at least one input terminal, at least one output terminal, at least one power terminal and a ground terminal, which can be electrically coupled to each other at the control device side and the peripheral device side for the robot, respectively Providing;
  • the method may include identifying a type of a peripheral device according to a voltage range to which the identification voltage belongs.
  • identifying the type of peripheral device according to the voltage range to which the identification voltage belongs,
  • peripheral device determining the peripheral device as one of an input type, an output type, and an input / output mixed type according to the voltage range determined to belong to the level of the identification voltage.
  • the at least one output terminal when the type of the peripheral device is an input type, the at least one output terminal is floated, the input terminal exhibits an identification voltage belonging to a first voltage range relatively close to ground voltage,
  • the at least one output terminal When the type of the peripheral device is an output type, the at least one output terminal outputs a control signal for the peripheral device, the input terminal indicates an identification voltage belonging to a third voltage range relatively close to the power supply voltage,
  • the at least one output terminal When the type of the peripheral device is an input / output mixed type, the at least one output terminal outputs a control signal for the peripheral device, and the input terminal is in a second voltage range between the first and third voltage ranges. It may indicate a belonging identification voltage.
  • the interfacing method of the present invention and the control device for a robot having the same, it is possible to reduce the manufacturing cost because only the interface of the uniform standard is prepared.
  • peripheral device interface According to the general-purpose peripheral device interface, the interfacing method of the present invention, and a control device for a robot having the same, various combinations of peripheral devices can be coped by preparing a plurality of interfaces of a uniform standard.
  • the interfacing method of the present invention when different peripheral devices are connected to an interface of a uniform standard, the control device recognizes the type of the peripheral device to which it is connected, Therefore, necessary signals can be input and output.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a universal peripheral interface and a control device for a robot having the same according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a criterion for a control device to recognize a peripheral device connected through a universal peripheral device interface according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating the types of peripheral devices connected through the universal peripheral device interface according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a universal peripheral interfacing method in which a control device recognizes a peripheral device connected through a universal peripheral device interface according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a universal peripheral interface and a control device for a robot having the same according to an embodiment of the present invention.
  • the educational robot 1 may include a control device for a robot 10, an input peripheral device 20, an output peripheral device 30, and a mixed peripheral device 40 such as an actuator.
  • the control device 10 for a robot may include a universal peripheral interface (I / F) 11, an analog-digital converter (ADC) 12, an identification unit 13, and a power supply unit 14, which may have a plurality of channels. And a controller 15.
  • the universal peripheral interface 11 comprises a pair of complementary to each other including at least one input terminal IN, at least one output terminal OUT1, OUT2, at least one power terminal VCC and a ground terminal GND. It may include multiple interface channels configured using connectors. Since the input terminal IN, the output terminals OUT1 and OUT2, the power terminal VCC, and the ground terminal GND are preferably separated from each other, the terminals are the first output terminal OUT1, the power terminal VCC, The input terminal IN, the second output terminal OUT2, and the ground terminal GND may be arranged in the order.
  • the input terminal IN is basically a terminal for receiving an input signal from the input peripheral device 20 that generates an input signal like a sensor, and additionally, depending on the type of the peripheral devices 20, 30, and 40. A terminal for receiving a level of another initial identification voltage.
  • an output signal is output at the input terminal IN and at the output terminals OUT1 and OUT2.
  • the output of the signal can occur simultaneously.
  • the output terminals OUT1 and OUT2 are terminals for providing an output signal to the output peripheral device 40 that operates by receiving an output signal such as an LED lamp.
  • the analog-to-digital converter 12 is connected to the input terminal IN, converts the analog input signal received at the input terminal IN into digital data, and transmits the digital conversion value to the identification unit 13.
  • the identification unit 13 of the connected peripheral devices 20, 30, 40 is based on the digital conversion value of the identification voltage applied to the input terminal IN at the beginning of the connection of the peripheral devices 20, 30, 40. You can identify the type.
  • the identification unit 13 transmits the type information of the peripheral device to the control unit 15 as an identification result.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a criterion for a control device to recognize a peripheral device connected through a universal peripheral device interface according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a universal peripheral device interface according to an embodiment of the present invention. This is a circuit diagram illustrating the types of peripheral devices connected through the network.
  • the identification unit 13 identifies the type of the peripheral devices 20, 30, and 40 connected. can do.
  • the voltage state of the input terminal IN is in the first voltage range, the ground voltage GND and the power supply voltage VCC adjacent to the level of the ground voltage GND. Is maintained for at least the identification time, within the voltage range of either the second voltage range specified in between, or the third voltage range adjacent to the level of the power supply voltage VCC.
  • the first, second and third voltage ranges may be set so as not to overlap each other.
  • the identification voltage is converted into a digital conversion value by the analog-to-digital conversion unit 12 and provided to the identification unit 13.
  • the identification unit 13 determines that the connected peripheral devices 20, 30, 40 are connected to the input peripheral device 20 according to which of the three voltage ranges the level of the identification voltage measured at the input terminal IN belongs. ), The mixed peripheral device 30 or the output peripheral device 40 may be determined.
  • the input peripheral 20, the mixed peripheral 30, and the output peripheral 40 are connected to the universal peripheral interfaces 11a, 11b, 11c, respectively.
  • the connection shown in FIG. 3 is entirely illustrative and is simplified for ease of explanation and is not to be construed as limited to this example.
  • an input peripheral device 20 such as a contact sensor is connected to the general purpose peripheral device interface 11a.
  • the output terminals OUT1 and OUT2 of the universal peripheral device interface 11a are in a floating state because they are not used, and a power terminal VCC is provided to supply power to the input peripheral device 20. Is connected to terminal 2).
  • the input terminal IN of the universal peripheral device interface 11a is connected to terminal 4 of the input peripheral device 20, and the terminal 4 of the input peripheral device 20 is grounded through a feedback resistor R1 of a predetermined size. It is connected to the terminal GND.
  • the identification voltage at the input terminal IN of the universal peripheral device interface 11a is at least until the input peripheral device 20 starts operation. It appears within the first voltage range at the voltage level of terminal 4 of 20), that is, at a level close to the ground voltage GND. Accordingly, the identification unit 13 may identify that the peripheral device inserted into the universal peripheral device interface 11a is an input type.
  • the generated input signal is input to the input terminal IN, so that the voltage level of the input terminal IN is no longer ground voltage. It may not stay within the first voltage range close to (GND).
  • a mixed peripheral device 30, such as a servo motor is connected to the general purpose peripheral device interface 11b.
  • Output terminals OUT1 and OUT2 of the universal peripheral device interface 11b are connected to the control terminals MOT1 and MOT2 of the mixed peripheral device 30, respectively.
  • the power terminal VCC and the ground terminal GND are connected to the power terminal and the ground terminal of the mixed peripheral device 30 to supply power to the mixed peripheral device 30, respectively.
  • the input terminal IN of the universal peripheral interface 11b is connected to the middle tap of the variable resistor R2 for potential measurement disposed between the power supply voltage VCC and ground GND.
  • the identification unit 13 may identify that the peripheral device inserted into the universal peripheral device interface 11b is a mixed type. After the identification unit 13 identifies the peripheral device as a mixed type, the control unit 15 transmits a control signal for controlling the output type peripheral device 30 to the output terminals OUT1 and OUT2 of the universal peripheral device interface 11b.
  • an output peripheral 40 such as an LED lamp is connected to the general purpose peripheral interface 11c.
  • Output terminals OUT1 and OUT2 of the universal peripheral device interface 11c are connected to the control terminals MOT1 and MOT2 of the output peripheral device 40.
  • the power supply terminal VCC and the ground terminal GND are connected to the power supply terminal and the ground terminal of the output peripheral device 40 so as to supply power to the output peripheral device 40.
  • the input terminal IN of the universal peripheral device interface 11c is connected to the power supply terminal of the output peripheral device 40 through a current limiting resistor R3.
  • the identification voltage at the input terminal IN of the universal peripheral device interface 11c appears within a level close to the power supply voltage VCC, that is, within the third voltage range. Accordingly, the identification unit 13 may identify that the peripheral device inserted into the universal peripheral device interface 11c is an output type.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a universal peripheral interfacing method in which a control device recognizes a peripheral device connected through a universal peripheral device interface according to an embodiment of the present invention.
  • At least one input terminal IN, at least one output terminal OUT1 and OUT2, at least one power terminal VCC, and a ground terminal may be used.
  • a pair of complementary interface connectors, which can be electrically coupled with each other (GND), are provided at the control device 10 side and at the peripheral device 20, 30, 40 side, respectively.
  • step S42 when corresponding terminals of the pair of complementary interface connectors are electrically connected, the control device 10 measures the voltage of the at least one input terminal IN to adjust the level of the identification voltage.
  • step S43 the control device 10 determines which voltage range of the first to third voltage ranges in which the identification voltage measured at the input terminal IN does not overlap each other between the power supply voltage and the ground voltage. .
  • step S44 the control device 10 determines the peripheral device 20, 30, 40 as one of an input type, an output type or an input / output mixed type according to the voltage range determined to belong to the level of the identification voltage.
  • step S45 the control device 10 outputs the appropriate control signal to the output terminals OUT1, OUT2 of the peripheral devices 20, 30, 40 according to the type of the peripheral devices 20, 30, 40 determined. do.
  • the present invention can be applied to various general purpose peripheral interfaces.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 범용 주변 장치 인터페이스는 적어도 하나의 입력 단자, 적어도 하나의 출력 단자, 적어도 하나의 전원 단자 및 접지 단자를 포함하는 한 쌍의 상보적인 커넥터들을 가지는 범용 주변 장치 인터페이스로서, 주변 장치 측의 커넥터가 제어 장치 측의 커넥터에 체결될 때에, 주변 장치의 종류에 따라 속하는 전압 범위가 달라지는 식별 전압이 입력 단자에 나타날 수 있다. 이때 전압 범위는 주변 장치의 종류가 다르면 서로 중첩되지 않도록 설정될 수 있고, 주변 장치의 종류는 입력형, 입출력 혼합형, 또는 출력형 중 하나일 수 있다.

Description

범용 주변 장치 인터페이스, 인터페이싱 방법 및 이를 가지는 로봇용 제어 장치
본 발명은 인터페이스 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 주변 장치들을 위한 범용 인터페이스에 관한 것이다.
통상적으로 로봇은 센서, 액추에이터, 표시 소자 또는 입력 소자 등의 주변 장치들을 포함하며, 주변 장치들을 체계적으로 제어하여 원하는 동작을 구현하는 제어 장치를 가진다. 이러한 구성은 고도로 정교한 군사용 또는 산업용 로봇에서도 단순화된 교육용 로봇에서도 대체로 마찬가지이다.
로봇의 제어 장치가 수많은 센서들, 모터들, 실린더들, 변속기들, 디스플레이, 램프들, 입력 장치들 등과 같은 주변 장치들을 제어하려면 많은 수의 인터페이스 회로가 필요하다.
군사용 또는 산업용 로봇들은 제조 비용보다는 성능과 효율을 우선시할 수 있기 때문에 각 주변 장치들의 특성에 따라 개별적으로 최적화된 인터페이스 구조들을 가지는 것이 별다른 문제는 아니다.
반면에, 교육용 로봇들은 저렴하게 보급되어야 하면서 내구성이 높아야 하고 동시에 학생들이 쉽게 구조를 이해할 수 있어야 한다. 그럼에도 불구하고 종래의 교육용 로봇은 주변 장치마다 개별적인 인터페이스 회로 구조를 채택하고 있기 때문에, 제조 비용이 증가하여 저렴하게 보급될 수 없고 학생들이 쉽게 이해하고 조립하기 곤란할 수 있다.
또한, 로봇의 구조에 따라서는, 필요한 주변 장치의 종류와 개수에 비해 상응하는 인터페이스 회로가 모자라서 조립이 불가능한 경우도 있을 수 있다. 예를 들어, 6 개의 모터를 제어해야 하는 교육용 로봇의 제작을 실습하고자 하는데 로봇 제어 장치에 모터를 위한 인터페이스가 4 채널 뿐이라면, 그러한 로봇 제어 장치로는 애초에 제작 실습이 불가능하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주변 장치들의 특성에 무관하게 통일된 포트 구조를 가지면서, 접속된 주변 장치의 종류를 인식하여, 해당 포트를 인식된 주변 장치를 위한 인터페이스로 사용할 수 있는 범용 주변 장치 인터페이스, 인터페이스 방법 및 이를 가지는 로봇용 제어 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 범용 주변 장치 인터페이스는 적어도 하나의 입력 단자, 적어도 하나의 출력 단자, 적어도 하나의 전원 단자 및 접지 단자를 포함하는 한 쌍의 상보적인 커넥터들을 가지는 범용 주변 장치 인터페이스로서,
주변 장치 측의 커넥터가 제어 장치 측의 커넥터에 체결될 때에, 상기 주변 장치의 종류에 따라 속하는 전압 범위가 달라지는 식별 전압이 상기 입력 단자에 나타날 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전압 범위는 상기 주변 장치의 종류가 다르면 서로 중첩되지 않도록 설정될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 주변 장치의 종류는 입력형, 입출력 혼합형, 또는 출력형 중 하나일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 주변 장치의 종류가 입력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 플로팅되고, 상기 입력 단자는 상대적으로 접지 전압에 가까운 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내고,
상기 주변 장치의 종류가 출력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상대적으로 전원 전압에 가까운 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 주변 장치의 종류가 입력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 플로팅되고, 상기 입력 단자는 상대적으로 접지 전압에 가까운 제1 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내고,
상기 주변 장치의 종류가 출력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상대적으로 전원 전압에 가까운 제3 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내며,
상기 주변 장치의 종류가 입출력 혼합형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상기 제1 및 제3 전압 범위 사이에 있는 제2 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 로봇용 제어 장치는, 적어도 하나의 주변 장치들로써 로봇 기능을 구현하기 위한 로봇용 제어 장치로서,
적어도 하나의 입력 단자, 적어도 하나의 출력 단자, 적어도 하나의 전원 단자 및 접지 단자를 포함하는 한 쌍의 상보적인 커넥터들을 이용하고, 상기 주변 장치 측의 커넥터가 상기 로봇용 제어 장치 측의 커넥터에 체결될 때에, 상기 주변 장치의 종류에 따라 속하는 전압 범위가 달라지는 식별 전압이 상기 입력 단자에 나타나는 것을 특징으로 하는 범용 주변 장치 인터페이스; 및
상기 식별 전압이 속하는 전압 범위에 따라 주변 장치의 종류를 입력형, 입출력 혼합형, 또는 출력형 중 하나로 식별하는 식별부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 주변 장치의 종류가 입력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 플로팅되고, 상기 입력 단자는 상대적으로 접지 전압에 가까운 제1 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내고,
상기 주변 장치의 종류가 출력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상대적으로 전원 전압에 가까운 제3 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내며,
상기 주변 장치의 종류가 입출력 혼합형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상기 제1 및 제3 전압 범위 사이에 있는 제2 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 인터페이싱 방법은,
적어도 하나의 주변 장치들로써 로봇 기능을 구현하기 위한 로봇용 제어 장치를 위한 범용 주변 장치 인터페이싱 방법으로서,
적어도 하나의 입력 단자, 적어도 하나의 출력 단자, 적어도 하나의 전원 단자, 접지 단자를 가지고 서로 전기적으로 결합할 수 있는 한 쌍의 상보적인 인터페이스 커넥터들을 상기 로봇용 제어 장치 측과 상기 주변 장치 측에서 각각 제공하는 단계;
한 쌍의 상보적인 인터페이스 커넥터들의 서로 상응하는 단자들이 전기적으로 연결되었을 때에, 상기 적어도 하나의 입력 단자에 나타나는 식별 전압을 측정하는 단계; 및
상기 식별 전압이 속하는 전압 범위에 따라 주변 장치의 종류를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 식별 전압이 속하는 전압 범위에 따라 주변 장치의 종류를 식별하는 단계는,
상기 식별 전압이 전원 전압과 접지 전압 사이에서 서로 중첩되지 않는 제1 내지 제3 전압 범위 중 어느 전압 범위에 속하는지 판정하는 단계; 및
상기 식별 전압의 레벨이 속하는 것으로 판정된 전압 범위에 따라, 상기 주변 장치를 입력형, 출력형 또는 입출력 혼합형 중 어느 하나로 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 주변 장치의 종류가 입력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 플로팅되고, 상기 입력 단자는 상대적으로 접지 전압에 가까운 제1 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내고,
상기 주변 장치의 종류가 출력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상대적으로 전원 전압에 가까운 제3 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내며,
상기 주변 장치의 종류가 입출력 혼합형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상기 제1 및 제3 전압 범위 사이에 있는 제2 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타낼 수 있다.
본 발명의 범용 주변 장치 인터페이스, 인터페이싱 방법 및 이를 가지는 로봇용 제어 장치에 따르면, 통일된 규격의 인터페이스들만 준비하면 되므로 제조 비용을 낮출 수 있다.
본 발명의 범용 주변 장치 인터페이스, 인터페이싱 방법 및 이를 가지는 로봇용 제어 장치에 따르면, 통일된 규격의 인터페이스들을 다수 준비함으로써 주변 장치들의 다양한 조합에 대응할 수 있다.
본 발명의 범용 주변 장치 인터페이스, 인터페이싱 방법 및 이를 가지는 로봇용 제어 장치에 따르면, 서로 다른 주변 장치들을 통일된 규격의 인터페이스에 접속하면, 제어 장치가 접속된 주변 장치의 종류를 스스로 인식하고 인식 결과에 따라 필요한 신호를 입출력할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 범용 주변 장치 인터페이스 및 이를 가지는 로봇용 제어 장치를 예시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 범용 주변 장치 인터페이스를 통해 접속한 주변 장치를 제어 장치가 인식하는 기준을 예시하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 범용 주변 장치 인터페이스를 통해 접속한 주변 장치들을 종류 별로 예시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 범용 주변 장치 인터페이스를 통해 접속한 주변 장치를 제어 장치가 인식하는 범용 주변 장치 인터페이싱 방법을 예시하기 위한 순서도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 범용 주변 장치 인터페이스 및 이를 가지는 로봇용 제어 장치를 예시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 교육용 로봇(1)은 로봇용 제어 장치(10), 입력형 주변 장치(20), 출력형 주변 장치(30), 액츄에이터와 같은 혼합형 주변 장치(40)를 포함할 수 있고, 로봇용 제어 장치(10)는 복수의 채널을 가질 수 있는 범용 주변 장치 인터페이스(I/F)(11), 아날로그 디지털 변환부(ADC)(12), 식별부(13), 전원부(14) 및 제어부(15)를 포함할 수 있다.
범용 주변 장치 인터페이스(11)는 적어도 하나의 입력 단자(IN), 적어도 하나의 출력 단자(OUT1, OUT2), 적어도 하나의 전원 단자(VCC)와 접지 단자(GND)를 포함하는 한쌍의 서로 상보적인 커넥터들을 이용하여 구성되는 인터페이스 채널을 다수 포함할 수 있다. 입력 단자(IN)와 출력 단자(OUT1, OUT2), 전원 단자(VCC)와 접지 단자(GND)는 각각 서로 떨어져 있는 것이 바람직하므로, 단자들은 제1 출력 단자(OUT1), 전원 단자(VCC), 입력 단자(IN), 제2 출력 단자(OUT2), 접지 단자(GND)의 순서로 배열될 수 있다.
입력 단자(IN)는 기본적으로 센서와 같이 입력 신호를 생성하는 입력형 주변 장치(20)로부터 입력 신호를 수신하기 위한 단자이고, 추가적으로는 주변 장치들(20, 30, 40)의 종류에 따라 서로 다른 초기 식별 전압의 레벨을 수신하기 위한 단자이다.
또한 피드백이 있는 실린더, 서보 모터나 포토커플러와 같이, 입력과 출력이 함께 일어날 수 있는 혼합형 주변 장치(30)에 대해서는 입력 단자(IN)에서 입력 신호의 수신과 출력 단자(OUT1, OUT2)에서 출력 신호의 출력이 동시에 일어날 수 있다.
출력 단자(OUT1, OUT2)는 LED 램프와 같이 출력 신호를 받아 동작하는 출력형 주변 장치(40)에 출력 신호를 제공하기 위한 단자이다.
아날로그 디지털 변환부(12)는 입력 단자(IN)에 연결되어, 입력 단자(IN)로 수신된 아날로그 입력 신호를 디지털 데이터로 변환하고 디지털 변환 값을 식별부(13)로 전달한다.
식별부(13)는 주변 장치들(20, 30, 40)의 접속 초기에 입력 단자(IN)에 인가되는 식별 전압의 디지털 변환 값에 기초하여, 접속된 주변 장치(20, 30, 40)의 종류를 식별할 수 있다. 식별부(13)는 식별 결과로서 주변 장치의 종류 정보를 제어부(15)에 전달한다.
식별부(13)가 주변 장치들(20, 30, 40)의 종류를 식별 전압에 기초하여 식별하는 구체적인 절차는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 범용 주변 장치 인터페이스를 통해 접속한 주변 장치를 제어 장치가 인식하는 기준을 예시하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 범용 주변 장치 인터페이스를 통해 접속한 주변 장치들을 종류 별로 예시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 접속 초기에 식별부(13)가 수신하는 디지털 변환 값, 즉 식별 전압의 레벨에 따라, 식별부(13)는 접속된 주변 장치(20, 30, 40)의 종류를 식별할 수 있다.
먼저, 주변 장치(20, 30, 40)가 접속하기 전에는 입력 단자(IN)의 상태는 플로팅(floating)이기 때문에, 주변 장치의 접속 여부를 알 수 있다.
일단 어떤 주변 장치(20, 30, 40)가 접속하면, 입력 단자(IN)의 전압 상태는 접지 전압(GND)의 레벨에 인접하는 제1 전압 범위, 접지 전압(GND)와 전원 전압(VCC) 사이에서 지정된 제2 전압 범위, 또는 전원 전압(VCC)의 레벨에 인접하는 제3 전압 범위 중 어느 하나의 전압 범위 내에, 적어도 식별 시간 동안에는 유지된다.
바람직하게는, 제1, 제2 및 제3 전압 범위는 서로 중첩되지 아니 하도록 설정될 수 있다.
식별 시간 동안 식별 전압을 아날로그 디지털 변환부(12)가 디지털 변환 값으로 변환하여 식별부(13)에 제공한다.
식별부(13)는 입력 단자(IN)에서 측정되는 식별 전압의 레벨이 세 전압 범위들 중 어느 전압 범위에 속하느냐에 따라, 접속된 주변 장치(20, 30, 40)가 입력형 주변 장치(20), 혼합형 주변 장치(30) 또는 출력형 주변 장치(40) 중 어느 하나로 결정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 입력형 주변 장치(20), 혼합형 주변 장치(30), 출력형 주변 장치(40)가 각각 범용 주변 장치 인터페이스(11a, 11b, 11c)들에 연결되어 있다. 도 3에 나타난 연결은 전적으로 예시적인 것이며 또한 설명의 편의를 위해 단순화된 것이므로, 이러한 예시에 한정되는 것으로 해석되지 않는다.
먼저, 범용 주변 장치 인터페이스(11a)에는 접촉 센서와 같은 입력형 주변 장치(20)가 접속된다.
범용 주변 장치 인터페이스(11a)의 출력 단자들(OUT1, OUT2)은 사용되지 않으므로 플로팅된 상태이고, 입력형 주변 장치(20)에 전원을 공급할 수 있도록 전원 단자(VCC)가 입력형 주변 장치(20)의 단자 2에 연결되어 있다.
범용 주변 장치 인터페이스(11a)의 입력 단자(IN)는 입력형 주변 장치(20)의 단자 4에 연결되고, 입력형 주변 장치(20)의 단자 4는 소정 크기의 피드백 저항(R1)을 통해 접지 단자(GND)에 연결된다.
이렇게 입력형 주변 장치(20)가 접속되면, 적어도 입력형 주변 장치(20)가 동작을 개시하기 전까지는, 범용 주변 장치 인터페이스(11a)의 입력 단자(IN)에서 식별 전압은 입력형 주변 장치(20)의 단자 4의 전압 레벨 즉, 접지 전압(GND)에 가까운 레벨로 제1 전압 범위 내에서 나타난다. 따라서, 식별부(13)는 범용 주변 장치 인터페이스(11a)에 삽입된 주변 장치가 입력형임을 식별할 수 있다.
이 경우에, 입력형 주변 장치(20)가 동작을 개시하여 입력 신호를 생성하기 시작하면 입력 단자(IN)에는 생성되는 입력 신호가 입력되므로, 입력 단자(IN)의 전압 레벨은 더 이상 접지 전압(GND)에 근접한 제1 전압 범위 내에 머무르지 않을 수 있다.
다음으로, 범용 주변 장치 인터페이스(11b)에는 서보 모터와 같은 혼합형 주변 장치(30)가 접속된다.
범용 주변 장치 인터페이스(11b)의 출력 단자들(OUT1, OUT2)은 혼합형 주변 장치(30)의 제어 단자들(MOT1, MOT2)에 각각 연결된다. 혼합형 주변 장치(30)에 전원을 공급할 수 있도록 전원 단자(VCC)와 접지 단자(GND)가 혼합형 주변 장치(30)의 전원 단자 및 접지 단자에 각각 연결된다.
범용 주변 장치 인터페이스(11b)의 입력 단자(IN)는 전원 전압(VCC)과 접지(GND) 사이에 배치된 전위 측정용 가변 저항(R2)의 중간 탭에 연결된다. 가변 저항(R2)의 값을 적절하게 미리 특정함으로써 입력 단자(IN)에서 식별 전압이 접지 전압(GND)와 전원 전압(VCC) 사이에서 지정된 제2 전압 범위 내에 들어가도록 할 수 있다.
이렇게 혼합형 주변 장치(30)가 접속되면, 범용 주변 장치 인터페이스(11b)의 입력 단자(IN)에서 식별 전압은 혼합형 주변 장치(30)의 가변 저항(R2)에 의해접지 전압(GND)와 전원 전압(VCC) 사이에서 지정된 제2 전압 범위 내에서 나타난다. 따라서, 식별부(13)는 범용 주변 장치 인터페이스(11b)에 삽입된 주변 장치가 혼합형임을 식별할 수 있다. 식별부(13)가 주변 장치를 혼합형으로 식별한 후에 제어부(15)는 범용 주변 장치 인터페이스(11b)의 출력 단자들(OUT1, OUT2)에 출력형 주변 장치(30)의 제어를 위한 제어 신호를 출력한다.
이어서, 범용 주변 장치 인터페이스(11c)에는 LED 램프와 같은 출력형 주변 장치(40)가 접속된다.
범용 주변 장치 인터페이스(11c)의 출력 단자들(OUT1, OUT2)은 출력형 주변 장치(40)의 제어 단자들(MOT1, MOT2)에 연결된다. 출력형 주변 장치(40)에 전원을 공급할 수 있도록 전원 단자(VCC)와 접지 단자(GND)가 출력형 주변 장치(40)의 전원 단자 및 접지 단자에 각각 연결된다. 범용 주변 장치 인터페이스(11c)의 입력 단자(IN)는 출력형 주변 장치(40)의 전원 단자에 전류 제한용 저항(R3)를 통해 연결된다.
이렇게 출력형 주변 장치(40)가 접속되면, 범용 주변 장치 인터페이스(11c)의 입력 단자(IN)에서 식별 전압은 전원 전압(VCC)에 가까운 레벨, 즉 제3 전압 범위 내에서 나타난다. 따라서, 식별부(13)는 범용 주변 장치 인터페이스(11c)에 삽입된 주변 장치가 출력형임을 식별할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 범용 주변 장치 인터페이스를 통해 접속한 주변 장치를 제어 장치가 인식하는 범용 주변 장치 인터페이싱 방법을 예시하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 범용 주변 장치 인터페이싱 방법은 먼저 단계(S41)에서, 적어도 하나의 입력 단자(IN), 적어도 하나의 출력 단자(OUT1, OUT2), 적어도 하나의 전원 단자(VCC), 접지 단자(GND)를 가지고 서로 전기적으로 결합할 수 있는 한 쌍의 상보적인 인터페이스 커넥터들을 제어 장치(10) 측과 주변 장치(20, 30, 40) 측에서 각각 제공한다.
단계(S42)에서, 한 쌍의 상보적인 인터페이스 커넥터들의 서로 상응하는 단자들이 전기적으로 연결되었을 때에, 제어 장치(10)가 상기 적어도 하나의 입력 단자(IN)의 전압을 측정하여 식별 전압의 레벨을 얻는다.
단계(S43)에서, 제어 장치(10)가 입력 단자(IN)에서 측정된 식별 전압이 전원 전압과 접지 전압 사이에서 서로 중첩되지 않는 제1 내지 제3 전압 범위 중 어느 전압 범위에 속하는지 판정한다.
단계(S44)에서, 식별 전압의 레벨이 속하는 것으로 판정된 전압 범위에 따라, 제어 장치(10)가 주변 장치(20, 30, 40)를 입력형, 출력형 또는 입출력 혼합형 중 하나로 판정한다.
단계(S45)에서, 제어 장치(10)가 판정된 주변 장치(20, 30, 40)의 종류에 따라 주변 장치(20, 30, 40)의 출력 단자(OUT1, OUT2)에 적절한 제어 신호를 출력한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.
본 발명은 다양한 범용 주변장치 인터페이스에 응용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 입력 단자, 적어도 하나의 출력 단자, 적어도 하나의 전원 단자 및 접지 단자를 포함하는 한 쌍의 상보적인 커넥터들을 이용하는 범용 주변 장치 인터페이스로서,
    주변 장치 측의 커넥터가 제어 장치 측의 커넥터에 체결될 때에, 상기 주변 장치의 종류에 따라 속하는 전압 범위가 달라지는 식별 전압이 상기 입력 단자에 나타나는 것을 특징으로 하는 범용 주변 장치 인터페이스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전압 범위는 상기 주변 장치의 종류가 다르면 서로 중첩되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 범용 주변 장치 인터페이스.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 주변 장치의 종류는 입력형, 입출력 혼합형, 또는 출력형 중 하나인 것을 특징으로 하는 범용 주변 장치 인터페이스.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 주변 장치의 종류가 입력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 플로팅되고, 상기 입력 단자는 상대적으로 접지 전압에 가까운 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내고,
    상기 주변 장치의 종류가 출력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상대적으로 전원 전압에 가까운 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내는 것을 특징으로 하는 범용 주변 장치 인터페이스.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 주변 장치의 종류가 입력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 플로팅되고, 상기 입력 단자는 상대적으로 접지 전압에 가까운 제1 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내고,
    상기 주변 장치의 종류가 출력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상대적으로 전원 전압에 가까운 제3 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내며,
    상기 주변 장치의 종류가 입출력 혼합형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상기 제1 및 제3 전압 범위 사이에 있는 제2 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내는 것을 특징으로 하는 범용 주변 장치 인터페이스.
  6. 적어도 하나의 주변 장치들로써 로봇 기능을 구현하기 위한 로봇용 제어 장치로서,
    적어도 하나의 입력 단자, 적어도 하나의 출력 단자, 적어도 하나의 전원 단자 및 접지 단자를 포함하는 한 쌍의 상보적인 커넥터들을 이용하고, 상기 주변 장치 측의 커넥터가 상기 로봇용 제어 장치 측의 커넥터에 체결될 때에, 상기 주변 장치의 종류에 따라 속하는 전압 범위가 달라지는 식별 전압이 상기 입력 단자에 나타나는 것을 특징으로 하는 범용 주변 장치 인터페이스; 및
    상기 식별 전압이 속하는 전압 범위에 따라 주변 장치의 종류를 입력형, 입출력 혼합형, 또는 출력형 중 하나로 식별하는 식별부를 포함하는 로봇용 제어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 주변 장치의 종류가 입력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 플로팅되고, 상기 입력 단자는 상대적으로 접지 전압에 가까운 제1 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내고,
    상기 주변 장치의 종류가 출력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상대적으로 전원 전압에 가까운 제3 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내며,
    상기 주변 장치의 종류가 입출력 혼합형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상기 제1 및 제3 전압 범위 사이에 있는 제2 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내는 것을 특징으로 하는 로봇용 제어 장치.
  8. 적어도 하나의 주변 장치들로써 로봇 기능을 구현하기 위한 로봇용 제어 장치를 위한 범용 주변 장치 인터페이싱 방법으로서,
    적어도 하나의 입력 단자, 적어도 하나의 출력 단자, 적어도 하나의 전원 단자, 접지 단자를 가지고 서로 전기적으로 결합할 수 있는 한 쌍의 상보적인 인터페이스 커넥터들을 상기 로봇용 제어 장치 측과 상기 주변 장치 측에서 각각 제공하는 단계;
    한 쌍의 상보적인 인터페이스 커넥터들의 서로 상응하는 단자들이 전기적으로 연결되었을 때에, 상기 적어도 하나의 입력 단자에 나타나는 식별 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 식별 전압이 속하는 전압 범위에 따라 주변 장치의 종류를 식별하는 단계를 포함하는 로봇용 제어 장치를 위한 범용 주변 장치 인터페이싱 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 식별 전압이 속하는 전압 범위에 따라 주변 장치의 종류를 식별하는 단계는,
    상기 식별 전압이 전원 전압과 접지 전압 사이에서 서로 중첩되지 않는 제1 내지 제3 전압 범위 중 어느 전압 범위에 속하는지 판정하는 단계; 및
    상기 식별 전압의 레벨이 속하는 것으로 판정된 전압 범위에 따라, 상기 주변 장치를 입력형, 출력형 또는 입출력 혼합형 중 어느 하나로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 제어 장치를 위한 범용 주변 장치 인터페이싱 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 주변 장치의 종류가 입력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 플로팅되고, 상기 입력 단자는 상대적으로 접지 전압에 가까운 제1 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내고,
    상기 주변 장치의 종류가 출력형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상대적으로 전원 전압에 가까운 제3 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내며,
    상기 주변 장치의 종류가 입출력 혼합형일 경우에, 상기 적어도 하나의 출력 단자는 상기 주변 장치를 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 입력 단자는 상기 제1 및 제3 전압 범위 사이에 있는 제2 전압 범위에 속하는 식별 전압을 나타내는 것을 특징으로 하는 로봇용 제어 장치를 위한 범용 주변 장치 인터페이싱 방법.
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