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KR101509578B1 - 구동축의 절대 위치 산출 장치 및 방법 - Google Patents

구동축의 절대 위치 산출 장치 및 방법 Download PDF

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KR101509578B1
KR101509578B1 KR20130146989A KR20130146989A KR101509578B1 KR 101509578 B1 KR101509578 B1 KR 101509578B1 KR 20130146989 A KR20130146989 A KR 20130146989A KR 20130146989 A KR20130146989 A KR 20130146989A KR 101509578 B1 KR101509578 B1 KR 101509578B1
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KR
South Korea
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drive shaft
absolute position
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calculating
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김봉석
박창우
김동엽
김태근
임승환
이재민
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전자부품연구원
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Abstract

본 발명은 구동축의 절대 위치 산출 장치 및 방법에 관한 것으로, 모터에 연결된 하모닉 드라이브(harmonic drive)의 구동축의 절대 위치를 산출하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 산출 장치는 증분형 엔코더, 포텐셔미터 및 제어부를 포함한다. 증분형 엔코더는 모터의 출력축에 설치되어 출력축의 제1 회전량을 측정하여 출력한다. 포텐셔미터는 모터의 출력축에 연결된 하모닉 드라이브의 구동축에 설치되어 구동축의 제2 회전량을 측정하여 출력한다. 그리고 제어부는 증분형 엔코더 및 포텐셔미터로부터 입력받은 제1 회전량과 제2 회전량을 기반으로 구동축의 절대 위치를 산출한다.

Description

구동축의 절대 위치 산출 장치 및 방법{Apparatus and method for calculating absolute position of driving shaft}
본 발명은 구동축을 구비하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터에 연결된 하모닉 드라이브(harmonic drive)의 구동축의 절대 위치를 산출할 수 있는 구동축의 절대 위치 산출 장치 및 방법에 관한 것이다.
모터나 액추에이터와 같은 구동축이 있는 구동기는 다양한 장치에 활용되고 있다. 특히 이러한 구동기는 로봇에 활용되고 있으며, 로봇의 손가락, 관절 부분에 컴팩트한 구조의 구동기가 요구되고 있다.
이러한 구동기를 통한 장치의 구동 시, 구동축의 절대 위치를 파악하는 것은 중요하다. 일반적인 경우 구동축의 절대 위치를 파악하기 위해서, 장치는 초기 구동 시 구동기의 기준 위치를 찾기 위한 초기 동작을 수행하게 된다.
이로 인해 해당 장치를 사용하기 위해서는, 구동기의 초기 동작을 수행할 수 있는 최소한의 공간이 필요하다. 그런데 구동기의 초기 동작을 수행할 수 있을 정도의 공간이 확보되지 못한 경우, 해당 장치를 이용할 수 없는 문제점이 있다. 공간이 확보되더라도 초기 동작을 수행하는 과정에서, 초기 동작을 수행하는 영역에 객체가 위치하는 경우 파손이나 안전사고의 위험을 안고 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해서, 초기 동작을 수행하지 않더라도 구동축의 절대 위치를 추정하는 장치로서 마그네틱을 이용한 절대 위치 산출 장치가 사용되고 잇다.
하지만 종래의 절대 위치 산출 장치는 크기가 크기 때문에, 로봇의 관절과 같이 설치 공간이 협소한 곳에 설치되는 컴팩트한 구동 모듈에는 적용할 수 없는 문제점을 안고 있다.
한국공개특허 제2010-0052484호(2010.05.19.)
따라서 본 발명의 목적은 컴팩트한 구동 모듈에 설치하여 구동축의 절대 위치를 산출할 수 있는 구동축의 절대 위치 산출 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 모터에 연결된 하모닉 드라이브(harmonic drive)의 구동축의 절대 위치를 산출할 수 있는 구동축의 절대 위치 산출 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 증분형 엔코더(incremental encoder), 포텐셔미터(potentiometer) 및 제어부를 포함하는 구동축의 절대 위치 산출 장치를 제공한다. 상기 증분형 엔코더는 모터의 출력축에 설치되어 상기 출력축의 제1 회전량을 측정하여 출력한다. 상기 포텐셔미터는 상기 모터의 출력축에 연결된 하모닉 드라이브의 구동축에 설치되어 상기 구동축의 제2 회전량을 측정하여 출력한다. 그리고 상기 제어부는 상기 증분형 엔코더와 상기 포텐셔미터로부터 입력받은 상기 제1 회전량과 상기 제2 회전량을 기반으로 상기 구동축의 절대 위치를 산출한다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 산출 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 구동축을 일정 각도로 왕복 구동시켜 상기 포텐셔미터가 검출한 복수의 제2 회전량을 전달받고, 상기 복수의 제2 회전량을 평균하여 상기 구동축의 초기 위치를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 산출 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 초기 위치를 산출한 후 입력되는 제1 및 제2 회전량 중에 하나로 상기 구동축의 절대 위치값을 추정하고, 나머지 하나의 추정값과 나머지 하나의 측정값의 차이값을 기반으로 보정값을 산출하고, 상기 산출한 보정값을 상기 추정한 절대 위치값에 더하여 상기 구동축의 절대 위치를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 산출 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 회전량을 베이즈 필터(Bayes Filter)의 추정 스텝(prediction step)에 적용하여 상기 구동축의 절대 위치값을 추정하고, 상기 제1 회전량의 추정값과 상기 제1 회전량의 측정값을 보정 스텝(correction step)에 적용하여 산출한 보정값을 추정한 절대 위치값에 더하여 상기 구동축의 절대 위치를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 산출 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 회전량을 베이즈 필터의 추정 스텝에 적용하여 상기 구동축의 절대 위치값을 추정하고, 상기 제2 회전량의 추정값과 상기 제2 회전량의 측정값을 보정 스텝에 적용하여 산출한 보정값을 추정한 절대 위치값에 더하여 상기 구동축의 절대 위치를 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 산출 장치에 있어서, 상기 베이즈 필터는 칼만 필터(Kalman Filter) 또는 파티클 필터(Particle Filter)를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 제어부는 모터의 출력축에 설치된 증분형 엔코더가 측정하여 출력한 상기 출력축의 제1 회전량을 입력받고, 상기 모터의 출력축에 연결된 하모닉 드라이브의 구동축에 설치된 포텐셔미터가 측정하여 출력한 상기 구동축의 제2 회전량을 입력받는 단계와, 상기 제어부는 상기 증분형 엔코더와 상기 포텐셔미터로부터 입력받은 상기 제1 회전량과 상기 제2 회전량을 기반으로 상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 단계를 포함하는 구동축의 절대 위치 산출 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 산출 방법에 있어서, 상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 단계는, 상기 제어부는 상기 구동축을 일정 각도로 왕복 구동시켜 상기 포텐셔미터가 측정한 복수의 제2 회전량을 입력받는 단계와, 상기 제어부는 상기 복수의 제2 회전량을 평균하여 상기 구동축의 초기 위치를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 산출 방법에 있어서, 상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 단계는, 상기 초기 위치를 산출한 후, 상기 제어부는 입력되는 제1 및 제2 회전량 중에 하나로 상기 구동축의 절대 위치값을 추정하는 단계와, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 회전량 중 나머지 하나의 추정값과 나머지 하나의 측정값의 차이값을 기반으로 한 보정값을 산출하는 단계, 및 상기 제어부는 산출한 보정값과 추정한 절대 위치값에 더하여 상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 구동축의 절대 위치 산출 장치는 컴팩트한 구동 모듈에 설치하여 구동축의 절대 위치를 산출할 수 있다. 즉 절대 위치 산출 장치는 증분형 엔코더가 모터의 출력축에 설치되고, 포텐셔미터가 하모니 드라이브의 구동축에 설치된 구조를 갖기 때문에, 증분형 엔코더와 포텐셔미터로부터 획득한 정보를 융합하여 구동축의 절대 위치를 산출할 수 있다.
이와 같이 증분형 엔코더와 포텐셔미터는 각각 모터의 출력축 및 하모닉 드라이브의 구동축 상에 설치가 가능하기 때문에, 컴팩트한 구동 모듈에 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구동축의 절대 위치 산출 장치를 구비하는 구동 모듈을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구동축의 절대 위치 산출 방법에 따른 흐름도이다.
도 3은 도 2의 산출하는 단계의 상세 흐름도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구동축의 절대 위치 산출 장치를 구비하는 구동 모듈을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 구동 모듈(100)은 출력축(15)을 갖는 모터(10), 구동축(21)을 갖는 하모닉 드라이브(harmonic drive; 20) 및 구동축(21)의 절대 위치를 산출하는 구동축(21)의 절대 위치 산출 장치(30)(이하 '절대 위치 산출 장치'라 함)를 포함한다.
모터(10)는 구동 모듈(100)에 연결되는 객체를 회전시키는데 필요한 회전력을 출력축(15)을 통하여 전달한다. 이러한 모터(10)는 모터 케이스(17), 회전자(11), 고정자(13) 및 출력축(15)을 포함한다. 회전자(11)의 중심에 출력축(15)이 결합되며, 회전자(11)를 감싸는 형태로 고정자(13)가 설치된다. 회전자(11) 및 고정자(13)는 모터 케이스(17)에 의해 보호된다. 이때 출력축(15)은 중공형으로 구동축(21)이 내설될 수 있는 공간을 제공하며, 양단은 모터 케이스(17)의 양쪽으로 돌출되어 있다.
하모닉 드라이브(20)는 모터(10)의 일측으로 돌출된 출력축(15)에 결합되어 연결되며, 구동축(21)은 출력축(15)의 중공을 통하여 모터(10)의 타측으로 돌출된다. 하모닉 드라이브(20)는 감속비에 따라서 출력축(15)의 회전에 따라 감속하여 구동축(21)을 회전시킨다.
그리고 절대 위치 산출 장치(30)는 회전하는 구동축(21)의 절대 위치를 산출한다. 이러한 절대 위치 산출 장치(30)는 증분형 엔코더(incremental encoder; 31), 포텐셔미터(potentiometer; 33) 및 제어부(35)를 포함한다.
증분형 엔코더(31)는 모터(10)의 출력축(15)에 설치되어 출력축(15)의 제1 회전량을 측정하여 제어부(35)로 출력한다. 증분형 엔코더(31)는 출력축(15)의 회전량에 따라 단순하게 온/오프의 펄스수로 변환하여 출력하는 엔코더로서, 출력축(15)의 상대적인 위치값을 제공한다. 이때 증분형 엔코더(31)는 모터 케이스(17)를 중심으로 하모닉 드라이브(20)가 설치된 쪽의 반대쪽으로 돌출된 출력축(15)에 설치될 수 있다.
포텐셔미터(33)는 모터(10)의 출력축(15)에 연결된 하모닉 드라이브(20)의 구동축(21)에 설치되어 구동축(21)의 제2 회전량을 측정하여 제어부(35)로 출력한다. 포텐셔미터(33)는 증분형 엔코더(31)가 설치된 쪽의 출력축(15)의 중공을 통하여 외부로 돌출된 구동축(21)에 설치된다. 이러한 포텐셔미터(33)는 구동축(21)의 회전 변위를 전기저항의 변화로 바꾸는 가변 저항기로서, 회전하는 구동축(21)의 절대 위치값에 대한 정보를 제공한다. 하지만 포텐셔미터(33)는 가변 저항 원리를 사용하기 때문에, 포텐셔미터(33)가 제공하는 정보에 오차가 존재한다. 포텐셔미터(33)로는 권선형, 전도성 플라스틱형, 서밋형 또는 하이브리드형이 사용될 수 있으며, 컴팩트한 구동 모듈(100)에 적용할 수 있도록 두께가 얇은 종류를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 제어부(35)는 절대 위치 산출 장치(30)를 포함한 구동 모듈(100)의 전반적인 제어 동작을 수행한다. 제어부(35)는 모터(10)의 구동 제어와 더불어 구동축(21)의 절대 위치를 산출한다. 즉 제어부(35)는 증분형 엔코더(31) 및 포텐셔미터(33)로부터 입력받은 제1 회전량과 제2 회전량을 기반으로 구동축(21)의 절대 위치를 산출한다.
제어부(35)는 다음과 같이 구동축(21)의 절대 위치를 산출할 수 있다.
먼저 제어부(35)는 구동축(21)의 초기 위치를 산출한다. 즉 제어부(35)는 구동축(21)을 일정 각도로 왕복 구동시켜 포텐셔미터(33)가 검출한 복수의 제2 회전량을 전달받는다. 제어부(35)는 복수의 제2 회전량을 평균하여 구동축(21)의 초기 위치를 산출한다.
이때 구동축(21)의 초기 위치를 산출하기 위해서 구동축(21)을 일정 각도로 왕복 구동시키는 이유는, 포텐셔미터(33)의 특성 상의 가변 저항 원리를 기반으로 하기 때문에, 한번의 측정으로 획득한 제2 회전량의 신뢰성이 떨어진다. 따라서 일정 각도로의 왕복 구동을 통하여 포텐셔미터(33)로부터 획득한 복수의 제2 회전량을 평균하여 구동축(21)의 초기 위치를 산출함으로써, 산출한 초기 위치의 신뢰성을 확보할 수 있다.
구동축(21)을 회전시키는 일정 각도는 수 degree일 수 있다. 예컨대 모터(10)와 하모닉 드라이브(20)의 감속비가 100 대 1인 경우, 모터단의 증분형 엔코더(31) 기준으로 100degree일 수 있다. 왕복 구동의 횟수가 증가할수록 산출한 초기 위치의 신뢰성을 높일 수 있지만, 왕복 구동의 횟수에 비례하게 초기 위치를 산출하는 데 시간이 소요되기 때문에, 왕복 구동의 횟수는 3 내지 10회 범위에서 결정하는 것이 바람직하다.
다음으로 제어부(35)는 초기 위치를 산출한 후, 입력되는 제1 및 제2 회전량 중에 하나로 구동축(21)의 절대 위치값을 추정한다. 제어부(35)는 나머지 하나의 추정값과 나머지 하나의 측정값의 차이값을 기반으로 보정값을 산출한다. 그리고 제어부(35)는 산출한 보정값을 추정한 절대 위치값에 더하여 구동축(21)의 절대 위치를 산출함으로써, 산출한 구동축(21)의 절대 위치의 정밀도를 높일 수 있다.
제어부(35)는 구동축(21)의 절대 위치를 산출할 때, 베이즈 필터(Bayes Filter)를 사용할 수 있다. 베이스 필터로는 칼만 필터(Kalman Filter) 또는 파티클 필터(Particle Filter)가 사용될 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
예컨대 제어부(35)는 추정 스텝(prediction step)에 포텐셔미터(33)의 측정값을 사용하고, 보정 스텝(correction step)에 증분형 엔코더(31)의 측정값을 사용하여 구동축(21)의 절대 위치를 산출할 수 있다. 즉 제어부(35)는 제2 회전량을 베이즈 필터의 추정 스텝에 적용하여 구동축(21)의 절대 위치값을 추정한다. 제어부(35)는 제1 회전량의 추정값과 제1 회전량의 측정값을 보정 스텝(correction step)에 적용하여 산출한 보정값을 추정한 절대 위치값에 더하여 구동축(21)의 절대 위치를 산출할 수 있다.
또는 제어부(35)는 추정 스텝에 증분형 엔코더(31)의 측정값을 사용하고, 보정 스텝에 포텐셔미터(33)의 측정값을 사용하여 구동축(21)의 절대 위치를 산출할 수 있다. 즉 제어부(35)는 제1 회전량을 베이즈 필터의 추정 스텝에 적용하여 구동축(21)의 절대 위치값을 추정한다. 제어부(35)는 제2 회전량의 추정값과 제2 회전량의 측정값을 보정 스텝에 적용하여 산출한 보정값을 추정한 절대 위치값에 더하여 구동축(21)의 절대 위치를 산출할 수 있다.
베이스 필터로는 칼만 필터를 사용하여 구동축(21)의 절대 위치를 추정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
추정 스텝에서 추정한 구동축(21)의 절대 위치값은 포텐셔미터(33)의 제2 회전량을 사용하는 경우 수학식 1로 표시할 수 있다.
Figure 112013109293710-pat00001
여기서
Figure 112013109293710-pat00002
: t시간에서의 추정한 구동축의 절대 위치값
Figure 112013109293710-pat00003
: (t-1)시간에서의 구동축의 절대 위치값
Figure 112013109293710-pat00004
: 노이즈
Figure 112013109293710-pat00005
에서 t=1인 경우, 구동축의 초기 위치값이 된다.
수학식 1에 대한 보정값은 수학식 2로 표시할 수 있다.
Figure 112013109293710-pat00006
여기서
Figure 112013109293710-pat00007
: t시간에서 증분형 엔코더로 측정한 회전량
Figure 112013109293710-pat00008
: t시간에서 증분형 엔코더로 측정될 회전량의 추정값
수학식 1에 따른 추정한 구동축(21)의 절대 위치값과 수학식 2에 따른 보정값을 반영한 구동축(21)의 절대 위치는 수학식 3을 통하여 산출할 수 있다.
Figure 112013109293710-pat00009
여기서 K는 칼만 게인이다.
한편 추정 스텝에서 추정한 구동축(21)의 절대 위치값은 증분형 엔코더(31)의 제2 회전량을 사용하는 경우 수학식 4로 표시할 수 있다.
Figure 112013109293710-pat00010
여기서
Figure 112013109293710-pat00011
: t시간에서의 추정한 구동축의 절대 위치값
Figure 112013109293710-pat00012
: (t-1)시간에서의 구동축의 절대 위치값
Figure 112013109293710-pat00013
: 노이즈
Figure 112013109293710-pat00014
에서 t=1인 경우, 구동축(21)의 초기 위치값이 된다. 여기서
Figure 112013109293710-pat00015
는
Figure 112013109293710-pat00016
즉, 포텐셔미터(33)로 산출한 초기 위치값을 사용할 수 있다.
수학식 4에 대한 보정값은 수학식 5으로 표시할 수 있다.
Figure 112013109293710-pat00017
여기서
Figure 112013109293710-pat00018
: t시간에서 포텐셔미터로 측정한 회전량
Figure 112013109293710-pat00019
: t시간에서 포텐셔미터로 측정될 회전량의 추정값
수학식 4에 따른 구동축(21)의 절대 위치값과 수학식 5에 따른 보정값을 반영한 구동축(21)의 절대 위치는 수학식 6을 통하여 산출할 수 있다.
Figure 112013109293710-pat00020
이와 같이 본 실시예에 따른 절대 위치 산출 장치(30)는 컴팩트한 구동 모듈(100)에 설치하여 구동축(21)의 절대 위치를 산출할 수 있다. 즉 절대 위치 산출 장치(30)는 증분형 엔코더(31)가 모터(10)의 출력축(15)에 설치되고, 포텐셔미터(33)가 하모니 드라이브(20)의 구동축(21)에 설치된 구조를 갖기 때문에, 증분형 엔코더(31)와 포텐셔미터(33)로부터 획득한 정보를 융합하여 구동축(21)의 절대 위치를 산출할 수 있다.
이와 같이 증분형 엔코더(31)와 포텐셔미터(33)는 각각 모터(10)의 출력축(15) 및 모니닉 드라이브(20)의 구동축(21) 상에 설치가 가능하기 때문에, 컴팩트한 구동 모듈(100)에 적용이 가능하다.
이와 같은 본 실시예에 따른 구동축(21)의 절대 위치 산출 장치(30)를 이용한 구동축(21)의 절대 위치 산출 방법에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구동축(21)의 절대 위치 산출 방법에 따른 흐름도이다. 그리고 도 3은 도 2의 산출하는 단계의 상세 흐름도이다.
먼저 S50단계에서 제어부(35)는 모터(10)의 구동에 따른 증분형 엔코더(31)로부터 모터(10)의 출력축(15)의 제1 회전량과, 포텐셔미터(33)로부터 하모닉 드라이브(20)의 구동축(21)의 제2 회전량을 입력받는다. 즉 제어부(35)의 제어에 따라 모터(10)가 구동하면, 모터(10)에 연결된 하모닉 드라이브(20)도 함께 구동하게 된다. 이때 증분형 엔코더(31)는 모터(10)의 출력축(15)의 제1 회전량을 감지하여 제어부(35)로 출력한다. 또한 포텐셔미터(33)는 하모닉 드라이브(20)의 구동축(21)의 제2 회전량을 감지하여 제어부(35)로 출력한다.
그리도 S60단계에서 제어부(35)는 제1 회전량과 제2 회전량을 기반으로 구동축(21)의 절대 위치를 산출한다.
S60단계에 따른 구동축(21)의 절대 위치를 산출하는 단계는 도 3과 같이 수행될 수 있다. 먼저 제어부(35)는 구동축(21)의 구동 초기의 절대 위치를 산출한 후, 구동축(21)의 회전에 따른 절대 위치를 산출한다.
먼저 S61단계에서 제어부(35)는 구동축(21)을 일정 각도로 왕복 구동시켜 포텐셔미터(33)가 측정한 제2 회전량을 입력받는다. 그리고 S63단계에서 제어부(35)는 복수의 제2 회전량을 평균하여 구동축(21)의 초기 위치를 산출한다.
다음으로 S65단계에서 구동축(21)의 초기 위치를 산출한 후, 제어부(35)는 입력되는 제1 및 제2 회전량 중 하나로 구동축(21)의 절대 위치값을 추정한다. 예컨대 제2 회전량을 사용하는 경우, 제어부(35)는 수학식 1에 따라 구동축(21)의 절대 위치값을 추정한다. 제1 회전량을 사용하는 경우, 제어부(35)는 수학식 4에 따 구동축(21)의 절대 위치값을 추정한다.
다음으로 S67단계에서 제어부(35)는 제1 및 제2 회전량 중 나머지 하나의 추정값과, 나머지 하나의 측정값의 차이값을 기반으로 보정값을 산출한다. 예컨대 제2 회전량을 사용하는 경우, 제어부(35)는 수학식 2에 따라 제1 회전량의 추정값과 제1 회전량의 측정값을 보정 스텝에 적용하여 보정값을 산출할 수 있다. 제1 회전량을 사용하는 경우, 제어부(35)는 수학식 5에 따라 제2 회전량의 추정값과 제2 회전량의 측정값을 보정 스텝에 적용하여 보정값을 산출할 수 있다.
그리고 S69단계에서 제어부(35)는 산출한 보정값과 추정한 절대 위치값을 더하여 구동축(21)의 절대 위치를 산출한다. 예컨대 제2 회전량을 사용하는 경우, 제어부(35)는 수학식 1에 따른 추정한 구동축(21)의 절대 위치값과 수학식 2에 따른 보정값을 반영한 구동축(21)의 절대 위치는 수학식 3을 통하여 산출할 수 있다. 제1 회전량을 사용하는 경우, 제어부(35)는 수학식 4에 따른 구동축(21)의 절대 위치값과 수학식 5에 따른 보정값을 반영한 구동축(21)의 절대 위치는 수학식 6을 통하여 산출할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 구동축(21)의 절대 위치 산출 방법은 포텐셔미터(33)를 통하여 구동축(21)의 초기의 절대 위치를 산출한 후, 포텐셔미터(33) 및 증분형 엔코더(31)로 측정될 구동축(21)의 절대 위치에 대한 추정값과 실제 포텐셔미터(33) 및 증분형 엔코더(31)가 측정한 측정값을 기반으로 한 보정값을 융합하여 구동축(21)의 절대 위치를 산출하기 때문에, 구동축(21)의 절대 위치의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 모터
11 : 회전자
13 : 고정자
15 : 출력축
17 : 모터 케이스
20 : 하모닉 드라이브
21 : 구동축
30 : 구동축의 절대 위치 산출 장치
31 : 증분형 엔코더
33 : 포텐셔미터
35 : 제어부
100 : 구동 모듈

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 모터의 출력축에 설치되어 상기 출력축의 제1 회전량을 측정하여 출력하는 증분형 엔코더(incremental encoder);
    상기 모터의 출력축에 연결된 하모닉 드라이브(harmonic drive)의 구동축에 설치되어 상기 구동축의 제2 회전량을 측정하여 출력하는 포텐셔미터(potentiometer);
    상기 증분형 엔코더와 상기 포텐셔미터로부터 입력받은 상기 제1 회전량과 상기 제2 회전량을 기반으로 상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 구동축을 일정 각도로 왕복 구동시켜 상기 포텐셔미터가 검출한 복수의 제2 회전량을 전달받고, 상기 복수의 제2 회전량을 평균하여 상기 구동축의 초기 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 산출 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 초기 위치를 산출한 후 입력되는 제1 및 제2 회전량 중에 하나로 상기 구동축의 절대 위치값을 추정하고, 나머지 하나의 추정값과 나머지 하나의 측정값의 차이값을 기반으로 보정값을 산출하고, 상기 산출한 보정값을 상기 추정한 절대 위치값에 더하여 상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 산출 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제2 회전량을 베이즈 필터(Bayes Filter)의 추정 스텝(prediction step)에 적용하여 상기 구동축의 절대 위치값을 추정하고, 상기 제1 회전량의 추정값과 상기 제1 회전량의 측정값을 보정 스텝(correction step)에 적용하여 산출한 보정값을 추정한 절대 위치값에 더하여 상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 산출 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 회전량을 베이즈 필터의 추정 스텝에 적용하여 상기 구동축의 절대 위치값을 추정하고, 상기 제2 회전량의 추정값과 상기 제2 회전량의 측정값을 보정 스텝에 적용하여 산출한 보정값을 추정한 절대 위치값에 더하여 상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 산출 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 베이즈 필터는 칼만 필터(Kalman Filter) 또는 파티클 필터(Particle Filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 산출 장치.
  7. 삭제
  8. 제어부는 모터의 출력축에 설치된 증분형 엔코더가 측정하여 출력한 상기 출력축의 제1 회전량을 입력받고, 상기 모터의 출력축에 연결된 하모닉 드라이브의 구동축에 설치된 포텐셔미터가 측정하여 출력한 상기 구동축의 제2 회전량을 입력받는 단계;
    상기 제어부는 상기 증분형 엔코더와 상기 포텐셔미터로부터 입력받은 상기 제1 회전량과 상기 제2 회전량을 기반으로 상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 단계;를 포함하며,
    상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 단계는,
    상기 제어부는 상기 구동축을 일정 각도로 왕복 구동시켜 상기 포텐셔미터가 측정한 복수의 제2 회전량을 입력받는 단계;
    상기 제어부는 상기 복수의 제2 회전량을 평균하여 상기 구동축의 초기 위치를 산출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 산출 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 단계는,
    상기 초기 위치를 산출한 후, 상기 제어부는 입력되는 제1 및 제2 회전량 중에 하나로 상기 구동축의 절대 위치값을 추정하는 단계;
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 회전량 중 나머지 하나의 추정값과 나머지 하나의 측정값의 차이값을 기반으로 한 보정값을 산출하는 단계;
    상기 제어부는 산출한 보정값과 추정한 절대 위치값에 더하여 상기 구동축의 절대 위치를 산출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축의 절대 위치 산출 방법.
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