Development of A motion Control System and Its Application to Robots

Abstract

로봇에 사용되는 대부분의 모션제어보드는 4축에서 6축 정도를 기본으로 제작된다. 이는 인간형 로봇 및 4족 보행 로봇과 같은 다관절 로봇을 제어하기 위해서는 여러 장의 제어보드를 탑재해야 한다. 이는 로봇내의 공간적인 제약이 있으며 로봇의 특성상 배터리를 내장하고 다녀야 하는 로봇에 있어서는 많은 제어보드로 인해 에너지 소모량이 커지는 문제를 발생시킨다. 또한 데이터 전송속도를 빠르게 할 수 없으며 느린 입출력으로 인하여 안정성 및 다양한 동작 구현을 저해하는 문제를 발생 시킨다. 본 논문은 독립적으로 움직이는 다관절 로봇에 적합한 실시간 범용 독립 제어기를 개발하고 로봇에 활용시킨 내용이다. 이 시스템은 PC와 빠른 인터페이스를 하기 위해 PCI 인터페이스를 사용하였고 32채널 PWM, 32채널 엔코더 카운터, 32ch A/D 컨버터, 32채널 디지털 I/O를 내장하고 있으며, 이 모든 입출력 데이터가 1 ms 내에 전송이 이루어진다. 또한 로봇의 각 축에 내장될 수 있도록 소형의 2축과 3축 모터 드라이버를 개발하였다. 개발한 모션제어보드로 인간형 로봇의 거동을 위한 필수 조건인 실시간 제어가 가능함을 보였으며 동시에 빠른 입출력으로 인해서 모션 안정성 및 자연스러운 동작들을 구현할 수 있었다. 특히 많은 계산시간을 요구하는 모델 기반의 동작 제어를 구현함에 있어서 충분한 성능을 발휘함을 실험을 통하여 검증하였다.; Most of the Motor Control Boards used in robots are generally capable of controlling from 4 to 6 axes. Therefore, the robot that has many joints like humanoid robots shall be equipped with a pile of controllers. This gives rise to problems of limited space and fast energy consumption because the humanoid robot has to have battery with high capacity within its body. Also, this limits the data transfer rate to low level, so that slow input/output speed causes mush harmful effect on the stability and conducting complex motions. This paper suggests the method of high-speed robot control which is suitable for a multijoint robot using a real-time stand-alone controller for general-purpose. The PCI interface board consists of 32-ch PWM, 32-ch encoder counter, 32-ch A/D converter and 32ch digital I/O, and all the I/O data transmissions are completed within 1ms. And a small PWM driver for 2 axes control is included so that it can be equipped in each link. The Experiments show that the control board can be used for real-time control which is essential to the motion control of humanoid robots, and at the same time the stability and natural motions are achieved by high I/O communication speed. Especially, the efficient performance is verified in realizing model-based motion control in demand of much calculation time.