(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2017년07월03일
(11) 등록번호 10-1750396
(24) 등록일자 2017년06월19일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
B61L 23/14 (2006.01) B61L 25/02 (2006.01)
(52) CPC특허분류
B61L 23/14 (2013.01)
B61L 25/02 (2013.01)
(21) 출원번호 10-2015-0127415
(22) 출원일자 2015년09월09일
심사청구일자 2015년09월09일
(65) 공개번호 10-2017-0030187
(43) 공개일자 2017년03월17일
(56) 선행기술조사문헌
KR101012324 B1*
JP2000259973 A*
KR101376515 B1*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
주식회사 에이엠티
경기도 파주시 탑삭골2길 31-13, 가동 (상지석동)
(72) 발명자
김정태
경기도 고양시 일산동구 노루목로 100, 203동 50
3호 (장항동,호수마을2단지아파트)
(74) 대리인
홍은정
전체 청구항 수 : 총 4 항 심사관 : 남옥우
(54) 발명의 명칭 관광열차 제어장치
(57) 요 약
본 발명은 서보 제어 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 다양한 프로그래밍이 가능하고, 확장성, 유지 보수성
및 환경 적응성이 뛰어나며, 다양한 모션 컨트롤 장비에 사용이 가능한 서보 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 관광열차 제어 장치는 관광열차를 제어하기 위한 제어 장치에 있어서, 운영객차룰 위한 제어장치
(뒷면에 계속)
대 표 도 - 도2
등록특허 10-1750396
- 1 -
는 운행객차 제어부와; 상기 운영객차 제어부와 연결된 다수의 구성요소를 포함하되, 중앙통제부와 무선 통신을
위한 무선통신부와; 객차의 위치를 파악하기 위한 위치추적부와; 비접촉식 센서를 통해 전방의 물체를 감지하는
충돌방지센서부와; 서보로부터 엔코더 값을 읽어 속도를 감지하는 속도감지부와; 바퀴와 연결된 서보를 제어를
위한 모터 컨터롤러부와; 운행 정지를 위해 바퀴와 연결된 브레이크부 및; 발전기를 제어하고 상태를 체크하기
위한 상태체크부를 포함하고, 탑승객차를 위한 제어 장치는 탑승 객차 제어부와; 상기 탑승객차 제어부와 연결된
다수의 구성요소를 포함하되, 화차로부터 전력을 전달 받기 위한 전력전달부와; 서보로부터 엔코더 값을 읽어 속
도를 감지하는 속도감지부와; 바퀴와 연결된 서보를 제어를 위한 모터 컨터롤러부 및; 운행 정지를 위해 바퀴와
연결된 브레이크부를 포함하되, 상기 운영객차의 제어부와 탑승객차의 제어부는 객차간 통신부을 통해 속도지령,
상태체크 및 전방·실내 모니터링에 관한 데이터를 교환하기 위한 것으로, 주제어장치, 주제어장치와 외부 장치
의 연결을 위한 분배보드, 서보모터를 제어 하기 위한 하나 이상의 서보 드라이브 및 전원부를 포함하고, 상기
주제어장치는 하우징에 고정되어 다수의 슬롯을 가진 확장커넥터와, 중앙처리장치를 구비한 중앙처리장치부와,
상기 중앙처리장치부와 연결되어 인터페이스 기능을 하며 확장커넥터에 장착되는 입출력 인터페이스부와, 서보동
력원을 제어하고 피드백을 받기 위한 서보 피드백 제어부 및, 외부 디지털 장치와 신호교환을 위한 디지털 입출
력부를 포함하고, 상기 분배보드는 상기 서보 피드백 제어부와 서보 드라이브와의 인터페이스를 위한 서보 분배
보드와, 상기 디지털 입출력부와 외부 디지털 장치와 연결을 위한 디지털 분배보드 및, 고부하용 디지털 장치와
연결을 위해 상기 디지털 분배보드와 연결되는 고부하용 디지털 분배보드를 포함하되, 상기 입출력
인터페이스부, 서보 피드백 제어부 및 디지털 입출력부는 데이터 버스 버퍼, 주소 비교기, 주소 디코더, 논리회
로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
등록특허 10-1750396
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명 세 서
청구범위
청구항 1
관광열차를 제어하기 위한 제어 장치에 있어서,
운영객차를 위한 제어장치는 운영객차 제어부와; 상기 운영객차 제어부와 연결된 다수의 구성요소를 포함하되,
중앙통제부와 무선 통신을 위한 무선통신부와; 객차의 위치를 파악하기 위한 위치추적부와; 비접촉식 센서를 통
해 전방의 물체를 감지하는 충돌방지센서부와; 서보로부터 엔코더 값을 읽어 속도를 감지하는 속도감지부와; 바
퀴와 연결된 서보를 제어를 위한 모터 컨터롤러부와; 운행 정지를 위해 바퀴와 연결된 브레이크부 및; 발전기를
제어하고 상태를 체크하기 위한 상태체크부를 포함하고,
탑승객차를 위한 제어 장치는 탑승 객차 제어부와; 상기 탑승객차 제어부와 연결된 다수의 구성요소를
포함하되, 화차로부터 전력을 전달 받기 위한 전력전달부와; 서보로부터 엔코더 값을 읽어 속도를 감지하는 속
도감지부와; 바퀴와 연결된 서보를 제어를 위한 모터 컨터롤러부 및; 운행 정지를 위해 바퀴와 연결된 브레이크
부를 포함하되,
상기 운영객차의 제어부와 탑승객차의 제어부는 객차간 통신부를 통해 속도지령, 상태체크 및 전방·실내 모니
터링에 관한 데이터를 교환하기 위한 것으로, 주제어장치, 주제어장치와 외부 장치의 연결을 위한 분배보드, 서
보모터를 제어 하기 위한 하나 이상의 서보 드라이브 및 전원부를 포함하고,
상기 주제어장치는 하우징에 고정되어 다수의 슬롯을 가진 확장커넥터와, 중앙처리장치를 구비한 중앙처리장치
부와, 상기 중앙처리장치부와 연결되어 인터페이스 기능을 하며 확장커넥터에 장착되는 입출력 인터페이스부와,
서보동력원을 제어하고 피드백을 받기 위한 서보 피드백 제어부 및, 외부 디지털 장치와 신호교환을 위한 디지
털 입출력부를 포함하고,
상기 분배보드는 상기 서보 피드백 제어부와 서보 드라이브와의 인터페이스를 위한 서보 분배보드와, 상기 디지
털 입출력부와 외부 디지털 장치와 연결을 위한 디지털 분배보드 및, 고부하용 디지털 장치와 연결을 위해 상기
디지털 분배보드와 연결되는 고부하용 디지털 분배보드를 포함하되,
상기 입출력 인터페이스부, 서보 피드백 제어부 및 디지털 입출력부는 데이터 버스 버퍼, 주소 비교기, 주소 디
코더, 논리회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 관광열차 제어 장치.
청구항 2
제 1 항에 있어서, 운영객차 및 탑승객차에는 전방·실내를 모니터링 하기 위한 다수의 카메라를 구비한 모니터
링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관광열차 제어 장치.
청구항 3
삭제
청구항 4
제 1 항에 있어서, 상기 서보 피드백 제어부는 서보 동력원 제어를 위하여 아날로그 입출력부와, 서보 동력원
정밀 제어를 위해 엔코드 카운터를 위한 엔코드 카운터부 및 디지털 신호 입출력부를 포함하되, 상기 아날로그
입출력부는 디지털 신호를 아날로그 신호로 전환하는 디지털 아날로그 컨버터와 변환시 기준 전압을 제시하기
위한 기준 전압부 및 다중 신호를 하나의 채널로 출력하게 하는 디지털 아날로그 먹스를 포함하고, 상기 디지털
신호 입출력부는 디지털 출력 래치와 디지털 입력 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 관광열차 제어 장치.
등록특허 10-1750396
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청구항 5
제 1 항에 있어서, 상기 운영객차의 제어부와 탑승객차의 제어부는 시스템을 초기화하는 단계; 출발 여부를 체
크하는 단계; 출발 전 상태에서는 에러체크를 하고 다시 출발 여부를 체크하는 단계; 출발한 경우 속도를 지령
하는 단계; 엔코드 값, 거리 센서를 통한 거리 값, GPS 정보 등 정보를 수집하는 단계; 서보를 통해 모션을 컨
트롤하는 단계; 도착 여부를 확인하는 단계; 도착한 경우 시스템 초기화 다음 단계부터 일련의 절차를
반복하고, 도착한 하지 않은 경우 정지조건을 수립하는 단계; 에러를 체크 하는 단계; 에러가 없는 경우 모니터
링한 후 모션 컨트롤러에 제공하는 단계; 및 에러가 있는 경우 시스템을 정지하는 일련의 단계를 수행하도록 지
시하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한 관광열차 제어장치.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 관광열차 제어장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 유원지나 공원 등에서 운영되는 관광용 소형 열[0001]
차를 제어하는 장치로서 모듈화되고 다양한 센서를 수용할 수 있는 구성을 통해 확장성, 유지 보수성 및 환경
적응성이 뛰어난 관광열차 제어장치에 관한 것이다.
배 경 기 술
유원지나 공원 등에서 운영되는 종래의 관광열차 또는 미니열차는 화차를 통해 탑승객차가 끌려오는 방식으로[0003]
구성되기 때문에 객차의 가감속시 또는 급정차시 객차간의 충돌이나 선로이탈 할 위험이 컸다. 이를 정밀하게
제어하기 위해서는 속도의 정밀 측정과 다수의 컨트롤러(제어부)를 보유해야 하는데 컨트롤러의 수가 증가할수
록 잦은 고장이 발생하므로 신속히 대응하는데 어려움이 따른다.
또한, 종래 레일바이크 등의 위치식별 방식은 RFID를 통해 이루어지므로 정밀도에 있어서 20~30미터 정도의 구[0005]
간별로 위치를 확인하는 정도에 불과해 곡선부 등을 고려할 때 정확한 위치를 파악하기 어렵고, 선발 운행차량
과 충돌의 위험성이 높았다.
종래 열차 또는 운송장치 등에 활용 가능한 서보 제어 등 모션 제어 장치에 있어서, 서보 모터의 상태를 검출하[0007]
는 상태 검출부와, 검출결과를 표시하는 표시부와, 모터 회전 속도와 모터 전류가 허용치를 벗어났을 때 전원연
결오류를 표시부에 표시하도록 제어하는 제어부를 일체로 구성한 서보 모터 제어장치에 관한 발명이 제안된바
있으나, 상기 제어 장치는 운행 객차와 탑승 객차 등과 같이 역할이 다른 장비를 운행하는데 필요한 다양한 제
어를 위한 프로그래밍이 불가능하고, 확장성과 유지 보수성에 취약한 면이 있어 본 발명에 따른 목적을 달성하
는데 적용하기 어려움이 있다.
미니열차와 관련된 선행기술은 KR10-0848350(특허문헌 1 참조), 기타 열차 제어와 관련된 선행기술들로는KR10-[0009]
0858119(특허문헌 2 참조), KR10-1019146(특허문헌 3 참조)이 있고, RFID 위치추적 기술은 KR10-0908040(특
허문헌 4 참조), 서보모터 제어에 관련된 기술은 KR10-0365921(특허문헌 5 참조) 등이 있다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) KR 10-0948350 B1 [0011]
(특허문헌 0002) KR 10-0858119 B1
(특허문헌 0003) KR 10-1019146 B1
(특허문헌 0004) KR 10-0908040 B1
(특허문헌 0005) KR 10-0365921 B1
발명의 내용
등록특허 10-1750396
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해결하려는 과제
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 미니 관광 열차를 객차별로 정밀하게 제어하고, 피드백을 통해 시[0012]
스템의 오류를 줄이며, 객차의 다양한 기능을 수용하기 위해 유연한 프로그래밍이 가능한 인터페이스를 제공하
고, 확장 및 유지보수성을 높여 보다 안전하고 진보된 관광열차 제어 장치를 제공하는 것에 목적을 두고 있다.
과제의 해결 수단
본 발명에 따른 관광열차 제어 장치는 관광열차를 제어하기 위한 제어 장치에 있어서, 운영객차를 위한 제어장[0014]
치는 운행객차 제어부(900a)와; 상기 운영객차 제어부와 연결된 다수의 구성요소를 포함하되, 중앙통제부와 무
선 통신을 위한 무선통신부(901)와; 객차의 위치를 파악하기 위한 위치추적부(902)와; 비접촉식 센서를 통해 전
방의 물체를 감지하는 충돌방지센서부(903a)와; 서보(920a)로부터 엔코더 값을 읽어 속도를 감지하는 속도감지
부(911a)와; 바퀴와 연결된 서보(920a)를 제어를 위한 모터 컨터롤러부(912a)와; 운행 정지를 위해 바퀴(1000
a)와 연결된 브레이크부(913a) 및; 발전기를 제어하고 상태를 체크 하기 위한 상태체크부(904)를 포함하고, 탑
승객차를 위한 제어 장치는 탑승 객차 제어부(900b)와; 상기 탑승객차 제어부와 연결된 다수의 구성요소를 포함
하되, 화차로부터 전력을 전달받기 위한 전력전달부(905)와; 서보(920b)로부터 엔코더 값을 읽어 속도를 감지하
는 속도감지부(911b)와; 바퀴와 연결된 서보(920b)를 제어를 위한 모터 컨터롤러부(912b) 및; 운행 정지를 위해
바퀴(1000b)와 연결된 브레이크부(913b)를 포함하되,
상기 운영객차의 제어부와 탑승객차의 제어부는 객차간 통신부을 통해 속도지령, 상태체크 및 전방·실내 모니
터링에 관한 데이터를 교환하기 위한 것으로, 주제어장치(1), 주제어장치와 외부 장치의 연결을 위한 분배보드
(2), 서보모터를 제어 하기 위한 하나 이상의 서보 드라이브(3) 및 전원부(4)를 포함하고, 상기 주제어장치는
하우징에 고정되어 다수의 슬롯을 가진 확장커넥터(11)와, 중앙처리장치를 구비한 중앙처리장치부(12), 상기 중
앙처리장치부와 연결되어 인터페이스 기능을 하며 확장커넥터에 장착되는 입출력 인터페이스부(13)와, 서보동력
원을 제어하고 피드백을 받기 위한 서보 피드백 제어부(14) 및, 외부 디지털 장치와 신호교환을 위한 디지털 입
출력부(15)를 포함하고, 상기 분배보드(2)는 상기 서보 피드백 제어부와 서보 드라이브와의 인터페이스를 위한
서보 분배보드(21)와, 상기 디지털 입출력부와 외부 디지털 장치와 연결을 위한 디지털 분배보드(22) 및, 고부
하용 디지털 장치와 연결을 위해 상기 디지털 분배보드와 연결되는 고부하용 디지털 분배보드(23)를 포함하되,
상기 입출력 인터페이스부, 서보 피드백 제어부 및 디지털 입출력부는 데이터 버스 버퍼, 주소 비교기, 주소 디
코더, 논리회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 운영객차 및 탑승객차에는 전방·실내를 모니터링 하기 위한 다수의 카메라를 구비한 모니터링부(930)를[0016]
더 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제[0018]
삭제[0019]
또한, 상기 운영객차의 제어부와 탑승객차의 제어부는 시스템을 초기화하는 단계(s100), 출발 여부를 체크하는[0020]
단계(s101), 출발 전 상태에서는 에러체크를 하고 다시 출발 여부를 체크하는 단계(s102), 출발한 경우 속도를
지령하는 단계(s103), 엔코드 값, 거리 센서를 통한 거리 값, GPS 정보 등 정보를 수집하는 단계(s104), 서보를
통해 모션을 컨트롤하는 단계(s105), 도착 여부를 확인하는 단계(s106), 도착한 경우 시스템 초기화 다음 단계
부터 일련의 절차를 반복하고, 도착한 하지 않은 경우 정지조건을 수립하는 단계(s107), 에러를 체크 하는 단계
(s108), 에러가 없는 경우 모니터링한 후 모션 컨트롤러에 제공하는 단계(s109), 및 에러가 있는 경우 시스템을
정지하는 일련의 단계(s110)를 수행하는 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
본 발명에 따른 관광열차 제어 장치는 미니 관광 열차를 객차별로 속도를 정밀하게 제어하고, 상태를 모니터링[0022]
할 뿐만 아니라, 가감속 및 급정차시에도 다수의 객차에 설치된 제어부들 상호 간의 통신을 통해 동시에 제어가
이루어지므로 각 객차들 간의 충돌이나 탈선의 위험을 현저히 낮출 수 있다.
또한, WIFI, GPS 등을 활용한 정밀한 위치 추적으로 선발 및 후발 관광열차를 중앙에서 정밀하게 통제할 수 있[0024]
등록특허 10-1750396
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어 안전성은 물론 운행사의 입장에서는 관리에 있어서 매우 용이하다.
특히 본 발명에 적용된 제어부는 입출력 인터페이스부를 통해 중앙처리장치부에 다양한 프로그래밍이 가능하므[0026]
로 서보 동력원을 이용한 다양한 모션 제어가 가능하며, 확장 커넥터를 활용하여 다양한 모듈을 장착 가능하므
로 확장성 및 유지보수에 용이하다.
또한, 서보 모터를 제어하기 위해 디지털 신호를 아날로그 신호로 전환할 때 정확한 기준 전압을 제시와 12비트[0028]
단위 처리를 통해 정밀한 서보 제어를 할 수 있고, 바이/유니폴라 세팅과 가변저항을 통해 다양한 서보 장치를
위한 출력 극성설정 및 출력 범위를 설정할 수 있다.
또한, 구동장치가 다양한 환경에 적응가능하고, 상태를 정밀하게 모니터링 할 수 있도록 센서 등 외부 장치의[0030]
신호를 수신하되, 전연 기능과 채터링 필터 기능이 강화된 정밀한 디지털 입출력부를 구비한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 관광열차의 위치별 필요 기능을 설명하기 위한 상태도,[0032]
도 2는 본 발명에 따른 관광열차 제어 장치의 운영객차 부분의 주요 구성을 도시한 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 관광열차 제어 장치의 탑승객차 부분의 주요 구성을 도시한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 제어부의 주요 구성을 도시한 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 제어부의 입출력 인터페이스부의 구성을 도시한 블록도,
도 6는 본 발명에 따른 제어부의 서보 피드백 제어부의 구성을 도시한 블록도,
도 7는 본 발명에 따른 제어부의 디지털 입출력부의 구성을 도시한 블록도.
도 8은 본 발명에 따른 관광열차 제어 장치의 주요 기능을 설명하기 위한 순서도,
도 9는 본 발명에 따른 관광열차 제어 장치의 활용예를 도시한 개요도.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명에 따른 서보 제어 장치에 관한 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명하면 하기와 같다. [0033]
도 1은 본 발명에 따른 미니 관광열차에 있어서, 위치별로 각각 필요한 기능에 대해 설명한다. 도시된 바와 같[0035]
이 미니 관광열차는 객차는 운행객차(t1)과 화차(t2), 그리고 관광객이 탑승하는 다수의 탑승객차(t3)로 구성된
다. 위치별 필요 기능은 전방 A부분에는 충돌방지 기능이 필요하며, B부분은 다른 열차와의 관계에서 정확한 위
치 파악을 위하여, 당해 열차의 기준 위치를 설정하고 이를 감지하는 기능이 필요하다. C부분에서는 열차의 후
면 바퀴에 연결된 서보의 피드백 기능을 통하여 속도를 감지하는 기능이 필요하다. 이러한 기능은 장치가 설치
된 모든 객차에서 수행될 것이다. D부분은 탑승객차에 전원을 공급하는 발전기를 제어하고 상태를 체크하는 기
능이 필요하며, 각 객차(E)는 운영객차에서와 마찬가지로 토크를 제어한다. 각 탑승객차에는 동력이 공급되어야
하고(F), 내부의 상태를 CC 카메라 등으로 감시하고 모니터링(G) 할 필요가 있다.
도 2는 본 발명에 따른 관광열차 제어 장치의 운영객차를 위한 제어장치를 블록도로 도시한 것으로 상기 운영객[0037]
차를 위한 제어장치는 운행객차 제어부(900a)와, 상기 운영객차 제어부와 연결된 다수의 구성요소를 포함한다.
우선 중앙통제부와 무선 통신을 위한 무선통신부(901)와, 객차의 위치를 파악하기 위한 위치추적부(902)를 포함[0039]
할 수 있는바, 무선통신부(901)는 도10에 도시된 바와 같이 다수 설치된 AP들과 WIFI 통신을 통해 속도를 지령
받을 수 있기 위함이다. 위치 추적은 야외에서는 주로 GPS 활용하여 위치의 오차 범위를 2~2.5미터 정도로 낮추
고, 터널과 같은 불감 지역에서는 침목에 RFID 데크를 설치하여 보완할 수 있다.
열차 전방으로는 충돌을 피하기 위하여 비접촉식 센서를 통해 전방의 물체를 감지하는 충돌 방지센서부(903a)를[0041]
포함한다.
열차의 운행을 정밀 제어하기 위하여 서보(920a)로 부터 엔코더 값을 읽어 속도를 감지하는[0043]
속도감지부(911a)와, 바퀴와 연결된 서보(920a)를 제어를 위한 모터 컨터롤러부(912a)와, 운행 정지를 위해 바
퀴(1000a)와 연결된 브레이크부(913a) 및 발전기를 제어하고 상태를 체크하기 위한 상태 체크부(904)를 포함한
다.
등록특허 10-1750396
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도 3은 탑승객차를 위한 제어장치의 주요 구성을 도시한 것으로 상기 탑승객차를 위한 제어 장치는 운영객차와[0045]
마찬가지로 탑승 객차 제어부(900b)와 상기 탑승객차 제어부와 연결된 다수의 구성요소를 포함하되, 화차로부터
전력을 전달받기 위한 전력전달부(905)외에는 운영객차와 마찬가지로 운행을 정밀 제어하기 위하여 서보(920b)
로부터 엔코더 값을 읽어 속도를 감지하는 속도감지부(911b)와; 바퀴와 연결된 서보(920b)를 제어를 위한 모터
컨터롤러부(912b) 및; 운행 정지를 위해 바퀴(1000b)와 연결된 브레이크부(913b)를 포함한다.
상기 각각의 제어부(900a)(900b)는 하드웨어적으로는 동일하며 각각의 기능상의 차이는 주로 소프트웨어적인 프[0047]
로그래밍을 통해 다양화되고, 부가적인 기능의 확장을 위해서는 모듈화된 보드를 슬롯에 끼우는 식으로 기능을
확장할 수도 있다.
상기 운영객차의 제어부(900a)와 탑승객차의 제어부(900b)는 객차간 통신부(940)을 통해 속도지령, 상태체크 및[0049]
전방·실내 모니터링에 관한 데이터를 교환한다. 객차들 간의 통신부는 이미 공지된 유무선의 다양한 통신방식
으로 구현될 수 있을 것이다.
도 4은 본 발명에 따른 관광열차 제어 장치의 핵심 구성인 제어부(900)의 주요 구성을 블록으로 표현한 도면이[0051]
다. 제어부(900)는 소프트웨어적으로 다양하고 유연하게 프로그램될 수 있기 때문에 운영객차에 장치되어 메인
컨트롤러의 기능을 수행할 수 있으며, 화차 또는 탑승객차 장치되어 모션컨트롤러의 기능을 수행할 수 있다.
제어부(900)의 주요 구성으로는 주제어장치(1)와 분배보드(2), 상기 주제어장치(1)와 분배보드(2)로부터 제어를[0053]
받는 서보 드라이브(3), 주장치에 전원을 공급하는 전원부(4)로 구성되고, 본 발명에 따른 제어부와 연결되는
외부 장치로서 키보드, 모니터 등 입력출력 장치(100), 각종 구동장치인 서보 동력원들(200), 센서, 스위치, 램
프 등 부하가 적은 디지털 장치(300) 및 운항패널, 전원상태모니터 등 고부하 디지털 장치(400) 등이 각각 외부
에서 연결된다.
상기 주제어장치(1)는 박스형 하우징 내부에 장치되고, 상기 하우징은 카드형태의 보드들이 쉽게 탈착될 수 있[0055]
도록 슬라이딩 가이드가 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 다수의 슬롯 가진 확장커넥터(11) 및 중앙처리장치부
(12)를 포함하고, 상기 중앙처리장치부(12)의 인터페이스 역할을 하며 확장커넥터(11)에 연결되는 입출력 인터
페이스부(13), 서보 피드백 제어부(14) 및 디지털 입출력부(15)를 포함한다. 상기 확장커넥터(11)는 여분의 슬
롯을 더 포함함으로써 확장성과 유지부수의 용이성을 확보할 수 있다.
상기 중앙처리장치부(12)의 주요 기능 중의 하나는 서보 피드백 제어부(14)로부터 읽어들인 엔코드값을 근거로[0057]
속도 지령값과 비교하여 새로운 출력값(토크값)을 서보모터로 지령하는 역할을 한다.
상기 서보 피드백 제어부(14)는 서보모터 토크지령, 엔코드 카운팅 및 서보의 상태체크와 알람체크 기능을 수행[0059]
한다.
상기 디지털 입출력부(15)는 충돌방지센서, 버튼, 스위치 등 외부 입력 회로에 반응하고, 상태체크를 위한 신호[0061]
를 처리한다. 릴레이등을 추가함으로써 큰 부하에도 작동이 가능하도록 할 수 있다.
본 발명에 포함되는 각 구성부분은 카드 형태의 보드로 구성되어 확장커넥터(11)에 탈부착 된다. 각 카드는 서[0063]
보모터 제어 프로그램의 outportb(wAddress, bValue)와 inportb(wAddress) 명령을 통해 상태체크, 로직세팅,
데이터 읽고 쓰기를 한다. 상기 서보 피드백 제어부(14)와 서보 드라이버(3)는 서보 동력원(200)과 1 대 1로 대
응되므로 하나 이상의 서보 피드백 제어부(14)가 카드 형태로 포함할 수 있다. 마찬가지로 다양한 종류의 센서
로부터 신호의 교환이 필요하다면, 디지털 입출력부(15) 역시 둘이상의 카드 형태로 확장이 가능하다.
각 구성부분은 데이터 버스 버퍼(1351, 1451, 1551), 주소 비교기(152, 1452, 1552), 주소 디코더(1353, 1453,[0065]
1553), 논리 회로(1354, 1454, 1554)칩을 통하여 각 칩들의 읽기(Read), 쓰기(Write), 칩 셀렉트(Chip
Select), 로드 카운트/래치(Load Count/Latch), 컨트롤(Control) 게이트(Gate), 데이트(Date) 신호를 작동시킨
다.
각 구성부분은 사용시 기본적으로 초기화 및 종료과정을 수행하여야 한다. 초기화를 통해 전원투입 후 메모리나[0067]
버퍼에 있을 쓰레기 값을 초기값으로 세팅함으로써 쓰레기값의 입출력에 의한 기계의 오작동을 방지할 필요가
있다. 종료 과정에서는 전원 차단 전 적용 시스템에 가장 안정된 값으로 세팅을 하여야 한다. 카드 출력 값을
저장하여 움직이는 하위 시스템이 있을 경우 마지막 수신값에 의한 오작동을 일으킬 가능성이 있으므로 카드 전
원이 차단된 후 임의 값이 지속적으로 출력되는 것을 차단하기 위함이다.
각 구성부분에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 따른 서보 제어 장치는 시스템 전체를 프로[0069]
그램하고 통제하기 위한 컴퓨터 즉, 중앙처리장치부(12)를 포함한다. 상기 중앙처리장치부(12)는 Micro-
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Controller 8051/AVR와 같은 산업용 컴퓨터를 이용할 수 있다.
상기 중앙처리장치부(12)와 연결되는 입출력 인터페이스부(13)는 키보드, 모니터 등 외부 장치들 간의 인터페이[0071]
스역할을 한다. 8비트의 데이터 버스를 와 비상정지에 의한 출력초기화 기능을 가지며, 인터럽트 레벨 설정이
가능하다. 상기 입출력 인터페이스부(13)는 카드 형태의 보드로 구성되며, 상기 하우징에 슬라이딩 가이드에 안
내되어 확장슬롯(11)에 꽂힌다. PC/104와 같은 표준 입출력 커넥터를 통해 중앙저리장치부(12) 및 외부 입출력
장치(100)와 데이터를 교환한다.
상기 입출력 인터페이스부는 공지의 디지털 회로로 구성될 수 있으며, 주요 구성을 도 5를 참조하여 설명하며,[0073]
시스템과 컨트롤 신호를 주고받는 시스템 레지스터(1311), 와치독 타이머(132)와 연결되고, 시스템과 컨트롤 신
호를 주고받는 컨트롤 레지스터(1312), 시스템과 출력 신호를 주고받는 출력 레지스터(1313), 시스템과 상태에
관한 신호를 주고 받는 파워/확장 상태 레지스터(1314)를 포함한다.
또한, 상기 입출력 인터페이스 카드(13)은 확장슬롯과 연결되는 시스템과 데이터 교환을 위한 데이터 버스 버퍼[0075]
(1351), 베이스주소 세팅과 함께 주소 디코드 신호를 전달하는 어드레스 비교기(1352)와 주소 디코더(1353), 서
킷 로직 신호를 위한 로직 회로(1354)을 더 포함한다. 상기 입출력 인터페이스 카드는 임베디드 컴퓨터 표준인
PC/104 표준을 따르며, PC/104 표준 커넥터(136)를 통해 상기 중앙처리장치(12) 및 키보드, 모니터 등 외부 입
출력 장치(100)와 연결된다.
상기 서보 피드백 제어부(14)는 역시 카드 형태의 보드로 구성되며, 상기 하우징(11)에 슬라이딩 가이드에 안내[0077]
되어 확장슬롯(11)에 꽂힌다. 서보모터와 1 대 1로 대응되어 구성된다. 본 발명의 핵심부로 서보모터의 정밀
제어 및 속도 지령을 담당한다. 상기 서보 피드백 제어부(14)의 시작단계에서 반드시 제어레지스터 상태-출력값
초기화, 디지털 아날로그 컨버터 초기기 전압출력값 설정 초기화를 수행하여야 한다.
주요구성을 살펴보면, 본 발명에 따른 서보 피드백 제어부(14)에 대해서 도 6의 블록도를 참조하여 설명하면,[0079]
동력원을 제어하기 위한 아날로그 출력부(141), 동력원을 정밀 제어하기 위한 엔코더 카운터부(142) 및 디지털
입출력 신호부(143)로 구성된다.
상기 아날로그 출력부(141) 모션 제어를 위한 구동장치 즉, 서보 동력원을 컨트롤을 하기 위한 아날로그 신호를[0081]
출력한다. 상기 아날로그 출력부(141)는 기본적으로 디지털 아날로그 컨버터(1411), 기준 전압부(1412) 및 디지
털 아날로그 먹스(DA MUX)(1413)로 구성된다. 디지털 아날로그 상위 바이트 래치(DA High byte latch)(1414)가
더 포함되는데, 이는 기본 단위가 8바이트 단위로 처리되는 디지털 아날로그 컨버터의 값에서 상위 4바이트를
구분하기 위함이다. 상기 디지털 아날로그 컨버터(1411)의 기능은 디지털 값을 전압형태 값으로 변환하는 것이
다. 이때 상기 기준 전압부(1412)는 상기 디지털 아날로그 컨버터(1411)를 통해 전압형태로 변환될 때 정확한
기준값을 잡기 위한 기준점을 제공한다. 상기 디지털 아날로그 먹스(1413)는 아날로그 출력, 영점 세팅 등 여러
입력을 하나의 채널로 출력하도록 선택할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 아날로그 출력부(141)는 다양한 비트수로 처리할 수 있으나, 바람직하게는 12비트를 사용하는[0083]
것이 좋다. 이는 제어하고자 하는 대상의 제어범위 정밀도를 높임과 동시에 업계에 널리 보급되어 수급 가능성
이 높고, 단종 가능성이 낮은 칩을 고려한 것이다.
서보 피드백 제어부(14)는 유니/바이폴라 세팅부(1415)를 두어 바이폴라(Bipolar)와 유니폴라(Uipolar) 모드를[0085]
카드 사용전 PCB 세팅이 가능하도록 할 수 있다. 이는 작동시키고자 하는 동력원들 즉, 서보모터, 인버터, 유/
공압 서보벨브 등 종류가 달라질 때 입력신호가 다르기 때문이다. 또한, 가변저항을 두어 카드 사용전 범위를
설정할 수 있도록 함으로써 다양한 모션 구동 장치에 응용이 가능하다.
상기 엔코드 카운터부(142)는 엔코드 카운터(1421)와 라인리시버(1422)로 구성된다. 엔코드는 절대식과 상대식[0087]
이 있는데 본 발명에 있어서는 상대식만을 사용한다. 엔코드 카운터 칩은 LS7166과 같은 전용칩을 사용한다. 외
부에서 입력되는 엔코드 신호를 카운팅하게 되고 중앙처리장치(CPU)는 필요에 따라 카운팅 된 값을 읽으면
된다. 본 발명의 실시에 사용된 엔코드 카운터 칩은 8비트가 기본단위로 상중하 8비트 3번을 읽어 24비트를 단
위로 한다. 상기 라인리시버(1422)는 차동방식을 사용하여, 상대식 엔코드 A, B, Z 3개의 상을 읽는 방식을 취
할 수 있다. 원점 신호인 Z상은 적용하고자 하는 시스템에 따라 선택할 수 있다.
[0088]
엔코드 신호의 사용예를 상세히 설명하면, 초당 5.5m/sec로 움직이고자 할 때 현재 속도를 알아야 하는데, 속도[0089]
값을 알려면 우선 모터가 얼마나 빠르게 회전하고 있는지를 알아야 한다. 이는 엔코드 값을 통해 확인 할 수 있
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다. 엔코드의 전후 값, 경과시간, 감속비, 바퀴지름 등을 이용해서 속도를 알 수 있다. 현재 속도를 알았으니
목표값(5.5m/sec)과의 차에 일정한 비율을 적용하여 서보모터 등 동력원이 출력해야 할 속도, 토르크, 포지션
등 지령값을 얻을 수 있다. 이것을 반복으로 목표값을 유지할 수 있으며, 상기 목표값은 매순간 바뀔 수 있다.
본 발명에 따른 서보 피드백 제어부(14)는 디지털 출력 래치(1431)와 디지털 입력 버퍼(1432)로 구성되는 디지[0091]
털 입출력 신호부(143)를 포함한다. 상기 디지털 입출력 신호부(143)는 서보엠프의 비상정지, 상/하한 리미트
신호, 속도 도달신호, 그 밖의 마그네틱 컨텍터의 작동 유무 입력 신호, 과전류차단기의 신호 등 서보 제어를
위한 디지털 입출력 신호를 주고받기 위함이다.
상기 서보 피드백 제어부(14)은 확장슬롯과 연결되는 시스템과 데이터 교환을 위한 데이터 버스 버퍼(1351), 베[0093]
이스 주소 세팅과 함께 주소 디코드 신호를 전달하는 어드레스 비교기(1352)와 주소 디코더(1353), 서킷 로직
신호를 위한 로직 회로(1354)을 더 포함한다.
상기 디지털 입출력부(15)의 주요구성을 도 7을 통해 살펴보면, 크게 디지털 입력부(151)과 디지털 출력부(15[0095]
2)로 구성되고, 상태 레지스터(154), 확장슬롯과 연결되는 시스템과 데이터 교환을 위한 데이터 버스 버퍼
(1551), 베이스주소 세팅과 함께 주소 디코드 신호를 전달하는 어드레스 비교기(1552)와 주소 디코더(1553), 서
킷 로직 신호를 위한 로직회로(1554)을 더 포함하고, 외부 센서, 운항패널 등 외부 디지털 장치와 연결되기 위
한 인터페이스 커넥터부(156)를 구비한다.
본 실시예는 상기 디지털 입력부(151)와 디지털 출력부(152)는 2바이트로 구성되어 각 세부 구성요소는 기본 1[0097]
바이트(8비트)단위의 구성이 쌍을 이루어 병렬 구성하였다. 8비트 처리 구성을 확장하되, 공간적 제약 등을 고
려하여 2바이트로 구성하였으나, 필요에 따라 유연하게 구성할 수 있을 것이다.
상기 디지털 입력부(151)는 센서 등(300)에서 감시되어 들어오는 신호를 전연하기 위한 포토커플러(511)와 디지[0099]
털 입력 버퍼(1512)가 쌍으로 구비된다. 상기 포터 커플러들(1511)은 외부의 신호를 전기적으로 분리시켜 노이
즈, 서지, 역전압을 방지하여 카드를 보호하기 위함이다. 또한, 채터링 제거 회로들(1513)을 더 포함할 수
있다. 이는 버튼이나 접점 등 디지털 입력을 받을 때 깔끔한 구형파로 들어오지 않아 1회의 작동이 다수의 작동
으로 입력될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위한 필터 기능을 한다. 입력 버퍼들(1511)의 신호 갱신 및 읽기는
진리표(Truth Table)를 따른다.
상기 디지털 출력부(152)는 출력 드라이브(1521), 포토커플러(1522), 디지털 출력 래치(1523)가 쌍으로 구비된[0101]
다. 데이터 쓰기에 의해 디지털 출력 래치(1523)에 진리표에 따라 데이터를 쓰고, 포토커플러(1522)에 의해 절
연되며, TR array인 출력 드라이브(1521)에 의해 출력된다.
상기 디지털 입출력부(15)는 시작단계에서 반드시 제어레지스터 상태 출력값을 초기화, 디지털 출력포트 상태[0103]
저장변수 초기화 및 디지털 출력 포트 초기화하는 작업을 수행하여야 한다.
분배보드(2) 외부 입출력 커넥터를 카드에 다 물리기 어렵기 때문에 플랫케이블로 분배보드와 연결된다. 서보[0105]
분배보드(12)는 서보모터 인터페이스를 위한 분배보드이고, 디지털 입출력 분배(13)는 센서, 스위치, 램프와 연
결을 위한 분배보드이며, 고부하용 분배보드(14)는 릴레이 등을 적용한 공지의 회로로 운항패널 및 전원상태모
니터와 같이 디지털 출력 중 고부하가 필요한 경우 디지털 입출력 분배보드와 연결되어 사용된다. 상기 분배보
드는 널리 공지된 회로를 활용하며, 상기 분배보드들은 1 대 1 포트 적용이다.
도 8은 본 발명에 따른 관광열차 제어 장치의 주요 기능을 설명하기 위한 순서도로서 도시된 바와 같이 [0107]
본 발명에 따른 관광열차 제어 장치의 주요 기능 중 하나는 시스템을 초기화하는 단계(s100), 출발 여부를 체크[0109]
하는 단계(s101), 출발 전 상태에서는 에러체크를 하고 다시 출발 여부를 체크하는 단계(s102), 출발한 경우 속
도를 지령하는 단계(s103), 엔코드 값, 거리 센서를 통한 거리값, GPS 정보 등 정보를 수집하는 단계(s104), 서
보를 통해 모션을 컨트롤하는 단계(s105), 도착 여부를 확인하는 단계(s106), 도착한 경우 시스템 초기화 다음
단계부터 일련의 절차를 반복하고, 도착한 하지 않은 경우 정지조건을 수립하는 단계(s107), 에러를 체크 하는
단계(s108), 에러가 없는 경우 모니터링한 후 모션 컨트롤러에 제공하는 단계(s109), 에러가 있는 경우 시스템
을 정지하는 단계(s110) 등의 일련의 단계를 수행한다.
도 9는 본 발명에 따른 관광열차 제어 장치의 활용예를 도시한 개요로서 도시된 바와 같이 관제 센터 등에서는[0111]
LAN 엑세스 컨트롤러를 이용하여 다수 설치된 AP(Access Point)들과 와이파이 통신을 통해 다수의 열차들에게
속도를 지령하고, 위치 정보를 제공함으로써 충돌을 피하고 안전하고 원활한 운행을 돕게된다.
상기 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것으로 상기 내용에 의해 본 발[0113]
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명의 권리가 제한되어 해석되어서는 아니 될 것이며, 본 발명의 권리는 청구범위는 물론 그 균등한 범위까지 미
치는 것은 당연하다 할 것이다.
부호의 설명
900: 제어부 901: 무선 통신부[0116]
902: 위치 추적부 903: 충돌 방지 센서부
904: 상태 체크부 911: 속도 감지부
912: 모터 컨트롤부 913: 브레이크부
920: 서보 930: 모니터링부
940: 객차간 통신부 1000: 바퀴
1: 주제어장치 11: 확장 커넥터
12: 중앙처리장치부 13: 입출력 인터페이스부
1311: 시스템 레지스터
1312: 와치독 타이머 컨트롤 레지스터
1313: 출력 활성화 레지스터 1314: 전원

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