모터라는 것을 이전 글에서 살펴보았습니다. 엔코더 모터란 회전하는 물체의 속도 정보를 측정하기 위해 추가적인 장비가 부착된 모터입니다.
엔코더 값을 통해 현재 모터의 회전속도, 회전방향 에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
엔코더 모터를 쓰는 이유는
결국 , 회전 방향에 대한 정보와 속도 정보도 중요하지만 만일(대부분) 모터가 바퀴에 부착이 된다면 이를 통해 얼마나 이동(모터의 위치)했는지에 대한 추가적인 정보를 얻을 수 있는 이유가 큽니다.
결국 이 정보는 이동 로봇의 위치 추정에 쓰일 수 있다는 것이죠.
모터에 엔코더만 달려 있는 것을 보통 엔코더 모터(Encoder Motor)라고 부르고, 감속기까지 부착되어 있는 것은 기어드 엔코더모터 (Geared Encoder Motor) 라고 부릅니다.
엔코더는 센서(Sensor)의 일종이며 엔코더는 다음과 같은 기능을 할 수 있습니다.
1) 모터의 회전수와 속도를 감지할 수 있습니다. 2) 모터의 정역 회전방향을 감지할 수 있습니다. 3) 모터가 몇 도 만큼 회전했나를 알 수 있습니다. 4) 모터의 초기원점(Home Sensing)을 할 수 있습니다.
- 엔코더 내부
또, 엔코더는 광학식(Optical)과 자기식(Magnetic) 엔코더가 있습니다. 그리고 엔코더는 앱솔루트 엔코더(absolute encoder)와, 인크리멘탈 엔코더(incremental encoder)로 구분됩니다.
- 인크리멘탈 엔코더(incremental encoder)
일반적으로 출력선이 A상, B상, Z상이 있습니다. 사양에 따라서 분해능 및 출력방식(라인드라브 출력방식, 오픈컬렉터 출력방식 등등) 등이 달라집니다.
말그대로 증가형입니다. 출력신호 그 자체로 엔코더의 회전위치를 알 수가 없죠. 예를 들어 400펄스 분해능의 인크리멘탈 엔코더를 사용시 로타리 엔코더 1회전 동안 A상, B상에서 400펄스가 출력되죠 말 그대로 1회전에 400펄스가 나올 뿐입니다. 단 A상과 B상은 90도 위상차를 갖고 출력합니다. 정회전시 A상이 먼저 출력되고 A상의 1/2위치에서 B상이 출력됩니다.
Z상은 로타리 엔코더가 1회전시 딱 한번의 신호만 출력합니다. Z상은 기구적인 원점을 찾을 때 기준이 되는 신호로 많이들 사용합니다.
속도와 이동량을 검출 원점으로부터의 이동량은 검출 불가. 정전 후의 원점복귀 필요 구조가 비교적 간단 비교적 저가
- 앱솔루트 엔코더(absolute encoder)
예를들어 8bit 분해능의 출력을 갖는 엔코더이다 라고 가정한다면, 아래와 같이 8가닥의 신호출력선이 나오는데요 1 2 4 8 16 32 64 128
앱솔루트 로타리 엔코더가 회전을 할 때 위와 같은 신호들이 나오거든요. 즉, 엔코더(encoder)의 절대 위치값들이 나오는 겁니다.
인크리멘탈은 그냥 A와 B상이 위상차를 갖고 펄스만을 출력하는데 반해, 앱솔루트 타입은 비트의 자리수 처럼 여러가닥의 선에서 현재 엔코더의 절대 위치값들이 출력됩니다.
속도와 이동량을 검출 1회전내의 각도데이터를 검출 원점에서의 이동량을 검출 정전 후의 원점복귀 불필요 구조가 복잡 고가
인크리멘탈 엔코더, 앱솔루트 엔코더 차이점
앱솔루트 엔코더와 인크리멘탈 엔코더의 주요 차이점은 앱솔루트엔코더는 항상 위치를 추적하고 전원이 공급되는 즉시 이를 제공한다는 것입니다. 이 기능은 장비가 자주 작동하지 않거나 사용 중에 전원이 꺼진 응용 분야에서 특히 유용합니다. 인크리멘탈인코더(증분형인코더) 는 비교할 때 시작시 위치 정보를 제공하지 않고 단지 얼마나 멀리 이동했는지 추적합니다. 인크리멘탈 엔코더의 절대 위치를 결정하는 유일한 방법은 장비를 알려진 기준 위치로 설정한 다음 카운터를 0으로 만드는 것입니다.
엔코더는 기계적 움직임을 전기 신호로 변환합니다.
엔코더는 모든 폐 루프 축에 사용되고, 그리고 가장 자동화된 처리를 합니다.
폐쇄 루프 제어를 위한 실제 값을 생성합니다.
Optical Incremental Encoder (광학 인크리멘탈 엔코더)
광학엔코더 디스크는 투명하고, 불투명한 영역을 가진 유리로 만들어졌습니다. 광원 및 검출기 어레이는 디스크 위치에서 발생한ㄴ 광학 패턴을 언제든지 읽습니다. 이 코드는 샤프트의 각도를 결정하기 위해 마이크로 프로세서와 같은 제어 장치에서 읽을 수 있습니다. 증분 유형은 후속 제어자가 계산할 수 있는 일련의 전기 임펄스를 생성합니다. 회전당 펄스 수를 분해능 이라고 합니다.
Optical Absolute Encoder (광학 앱솔루트 엔코더)
앱솔루트 유형은 특수 알고리즘을 사용하여 샤프트의 절대 각도로 변환 할 수 있는 고유한 이중 코드를 생성합니다. 랭크 앤 피니언, 측정 휠 또는 스핀들과 같은 기계적 변환 장치와 함께 사용하면 샤프트 엔코더를 사용하여 이동, 속도, 거리 및 위치를 측정할 수도 있습니다.
인크리멘탈 엔코더 - 속도측정 , 지속적인 운동, 참조값이 필요함
앱솔루트 엔코더 - 참조 필요없음 -> 안전하고 생산성이 높아짐
엔코더모터는 반드시 엔코더모터 구동드라이버에 의해 구동됩니다. 즉 폐회로(Close Looping)제어로 모터의 회전수나 위치를 제어합니다.
엔코더의 역할
모터의 위치, 속도 검출
Incremental Encoder (증분형)
구조가 간단 , 가격이 저렴, 출력 전선의 갯수도 적어서 신호전달이 간단함. 엔코더 출력 펄스를 카운터에 축적하여 표시 신호전달 중의 노이즈를 카운터에 축적하는 결점이 있기 때문에 노이즈에 대한 대책 필요 전원이 끊어진 경우 다시 전원을 투입하여도 원래 위치의 표시는 불가능
Absolute Encoder(절대형)
입력축의 절대위치를 검출 할 수 있기 때문에 신호전송 중 노이즈에 의한 오차가 누적되지 않음. 전원이 단절되어 재투입하는 경우에도 정상적으로 올바른 현재 위치를 검출 할 수 있다. 비트수가 많아지면 출력 신호선의 수가 많아져서 구조상 소형화, 저가화가 어렵다.
Absolute Encoder에서의 데이터 오류 방지 방법
절대형 엔코더는 비트를 이용하여 위치를 파악하기 때문에 비트가 잘못 계산되면 위치를 잘못 잡을 수 있다. 그렇기 때문에 일반 2진 코드를 사용하지 않고 Gray Code를 이용해서 비트를 계산한다.
Magnetic Encoder (자기식)
광학식 엔코더와 검출부의 구조는 다르지만 출력신호를 만들어내는 방법은 완전히 동일 먼지, 결빙 등의 영향을 잘 받지 않기 때문에 내환경성 우수 고분해능 고응답성 간단한 구조 외부에 강력한 자계를 가하면 오작동하기 때문에 자기Shield 필요 자성분이 들어오면 드럼에 부착되어 오작동을 일으키기 때문에 자성분이 들어오지 못하도록 케이스로 보호 필요
Resolver
회전각과 위치의 검출기로써 모터의 센서로 사용 엔코더가 변위량을 디지털로 변환하는 것에 비하여 레졸버는 아날로그로 변환 스테이터(Stator), 로터(Rotor), 회전 트랜스로 구성 진동,충격 등의 내환경성이 우수 사용 온도 범위가 넓다. 장거리 전송 가능 형상의 소형화 가능 신호처리 회로가 복잡 로터리 엔코더에 비해 고가
