CN114526761A - 一种机器人和机器人的检测方法、双编码器及其*** - Google Patents

一种机器人和机器人的检测方法、双编码器及其*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机器人的双编码器，包括：电路板、与减速机输出轴相连接的磁环、以及与减速机输入轴相连接的电感式静盘，作业时，通过滤波器对电感式静盘产生的谐振磁场进行感应，反馈减速机的转速，并通过若干个磁传感器对磁环位置进行记录，反馈减速机的绝对位置。本发明的机器人双编码器及其***能够在确定电机轴细分后各个部分在各自所在的电角度周期内的具***置后，再次确定其所在电角度周期的编码，无需电机轴旋转经过零点，即可在全量程内确定电机轴的绝对机械位置数据。

Description

一种机器人和机器人的检测方法、双编码器及其***
技术领域
本发明涉及协作机器人技术领域，具体为一种机器人和机器人的检测方法、双编码器及其***。
背景技术
科技的快速发展，机器人的应用也愈加广泛，特别是最近几年很有上升趋势的协作机器人，现在已经普遍应用于各行各业中。而新的应用领域也为协作机器人提出了更高的要求指标，专业性需要比传统的工业机器人更强，且操作性要更低，对协作机器人安全性提出了更高要求。
编码器是机器人伺服电机端检测电机转速的重要部件，编码器反馈给***伺服电机的旋转规律和相应数据，是为***提供控制电机的必要部件。编码器的分类，从技术路线来进行分类，可分为：光电式编码器、磁感应式编码器、电容式编码器、电感式编码器、旋变式编码器等。
现有技术中，协作机器人双编码器主要还是采用两个编码器，分别安装于伺服电机端和谐波减速机端，分别用支架固定编码器，此结构对于协作机器人安装存在位置装配困难，一体化程度低、集成化程度低等情况。
因此，有必要设计一种模块化程度高、利于装配及售后维护的双编码器，可用于协作机器人或其他适用的工业机器人中。
发明内容
为解决上述问题，本发明设计了一种机器人的双编码器及其***，将用于协作机器人的两个编码器进行了融合，提高一体化程度，对双编码器进行了创新。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种机器人的双编码器，包括：电路板、与减速机输出轴相连接的磁环、以及与减速机输入轴相连接的电感式静盘；电路板上设置有安装磁环的圆形空间、以及处理芯片、滤波器和若干个磁传感器，若干个磁传感器沿圆形空间周向均匀设置，处理芯片中设置有模数转换模块；磁环套设磁环架外，磁环架固定于磁环固定轴上，磁环设置有磁性编码器轨道；电路板靠近磁环固定轴一侧设置有电感式静盘，电感式静盘通过电感式静盘法兰与减速机的输入轴相连接，电感式静盘上设置有产生谐振磁场的增量式激励线圈；作业时，通过滤波器对电感式静盘产生的谐振磁场进行感应，反馈减速机的转速，并通过若干个磁传感器对磁环位置进行记录，反馈减速机的绝对位置。
进一步地技术方案是：若干个所述磁传感器为四个。
进一步地技术方案是：所述电路板固定于电路板支架上。
另外，还提供如下技术方案：
一种机器人，运用上述的一种机器人的双编码器制作而成。
另外，还提供如下技术方案：
一种机器人的检测方法，运用上述的一种机器人的双编码器，所述方法包括：
步骤S001.电机轴控制电感式静盘法兰转动，带动电感式静盘转动，电感式静盘上的增量式激励线圈产生谐振磁场；
步骤S002.滤波器接收到谐振磁场输出的谐振感应电动势，并将谐振感应电动势转换成相应数字量的正弦信号和余弦信号，得到减速机的转速；
步骤S003.同时，磁环旋转变化，磁性编码器轨道中的N-S发生转动，若干个磁传感器将磁性编码器轨道中的N-S极磁场的变化转化为电信号输出；
步骤S004.通过若干个磁传感器和处理芯片中间设置的运算放大电路，正弦差分信号和余弦差分信号输出致处理芯片，处理芯片中的模数转换模块将正弦差分信号和余弦差分信号进行模数转换，得到减速机旋转的位置，从而获得机器人的绝对位置。
进一步地，还提供如下技术方案：
一种机器人的双编码器***，具有：
增量编码模块，包括增量式激励线圈、滤波器、模数转换模块和细分模块，用于在电机轴每旋转预设角度时输出一个电角度周期的角度位置数据，且电机轴每旋转一周时输出的角度位置数据的电角度周期数与增量式激励线圈的极对数相等；
以及绝对编码模块，包括磁环和若干个磁传感器，用于在电机轴通过减速机后每旋转预设角度时输出与增量编码模块输出的角度位置数据的电角度周期对应的数字信号；
电机轴每旋转一周时绝对编码模块输出的数字信号与增量编码模块输出的角度位置数据的电角度周期通过减速比换算后相对应。
进一步地技术方案是：所述双编码器***还包括处理芯片，处理芯片基于数字信号对增量编码模块输出的角度位置数据的电角度周期进行编码，确定每个电角度周期的角度位置数据在电机轴上对应的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的双编码器，机器人电机端通过电感式静盘反馈转速，低速端通过磁环记住绝对位置，双编码器将不用再提供电池来进行编码器绝对位置的记录，简化机器人的结构；还避免了电池损耗造成机器人位置的丢失。
同时，双编码器***能够在确定电机轴细分后各个部分在各自所在的电角度周期内的具***置后，再次确定其所在电角度周期的编码，无需电机轴旋转经过零点，即可在全量程内确定电机轴的绝对机械位置数据。从而则增加机器人的一体化程度，适用性更强。
附图说明
图1为本发明实施例一种机器人的双编码器的结构示意图；
图2为本发明实施例一种机器人的双编码器的剖视图；
图3为本发明实施例电感式静盘的增量式激励线圈示意图；
图4为本发明实施例磁环的磁性编码器轨道示意图；
图5为本发明实施例一种机器人的双编码器***的结构示意图。
附图标记：1-处理芯片；2-磁传感器；201-磁传感器Ⅰ；202-磁传感器Ⅱ；203-磁传感器Ⅲ；204-磁传感器Ⅳ；3-滤波器；4-磁环；5-磁环架；6-电路板；7-电感式静盘；8-电路板支架；9-电感式静盘法兰；10-磁环固定轴；11-增量式激励线圈；12-磁性编码器轨道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-4所示，本发明提供一种机器人的双编码器，包括处理芯片1、若干个磁传感器2、滤波器3、磁环4、磁环架5、电路板6、电感式静盘7、电路板支架8、电感式静盘法兰9和磁环固定轴10，
其中，处理芯片1、若干个磁传感器、滤波器3均焊接于电路板6上，电路板6圆心处设置有安装磁环4的圆形空间，若干个磁传感器沿圆形空间周向均匀设置，磁环设置于圆形空间内并通过胶粘接于磁环架5外，磁环架5通过三个螺钉固定于磁环固定轴10上。电路板6固定于电路板支架8上，电路板6的下方可转动的设置有电感式静盘7，电感式静盘7通过沉头螺钉固定于电感式静盘法兰9上。电感式静盘法兰9固定于电机转子轴上，通过电机转子轴的转动带动电感式静盘法兰9转动，从而带动电感式静盘7转动，电感式静盘7上的增量式激励线圈11产生谐振磁场，使滤波器3感应到的谐振磁场输出为谐振感应电动势，并将谐振感应电动势转换成相应的数字量量正弦信号和余弦信号，从而反馈减速机的转速。
作为优选，本实施例的若干个磁传感器为四个，分别为磁传感器Ⅰ201、磁传感器Ⅱ202、磁传感器Ⅲ203和磁传感器Ⅳ204。磁环4通常固定于减速机输出轴上，电机转子轴通常固定于减速机的输入轴上，磁环4与减速机输出轴相连接，因此，磁环的旋转变化是减速机通过电机转子轴来进行实时变化，当磁环4旋转变化时，磁性编码器轨道12中的N-S发生转动。磁传感器Ⅰ201、磁传感器Ⅱ202、磁传感器Ⅲ203和磁传感器Ⅳ204将磁性编码器轨道12中的N-S极磁场的变化转化为电信号输出。磁传感器Ⅰ201、磁传感器Ⅱ202、磁传感器Ⅲ203、磁传感器Ⅳ204和处理芯片中间设置有运算放大电路，正弦差分信号和余弦差分信号输出致处理芯片，处理芯片中的模数转换模块将正弦差分信号和余弦差分信号进行模数转换，从而使处理芯片对减速机旋转的位置进行精确计算，因机器人减速机端为低速端，实际运行时，磁环4的转动范围不会超过360°，此双编码器能够通过磁环4产生的信号，准确反馈机器人的绝对位置。
通过上述特性，机器人电机端通过电感式静盘7反馈转速，低速端通过磁环4记住绝对位置，编码器将不用再提供电池来进行编码器绝对位置的记录，简化机器人的电池结构。后续机器人不用再担心电池损耗造成机器人位置的丢失。
本发明提供一种工业机器人，运用上述的一种机器人的双编码器制作而成，实现上述一种机器人的双编码器的功能。
本发明提供一种检测机器人减速机旋转位置的方法，运用上述的一种机器人的双编码器，该方法包括：
步骤S001.减速机控制电感式静盘法兰转动，带动电感式静盘转动，电感式静盘上的增量式激励线圈产生谐振磁场；
步骤S002.滤波器接收到谐振磁场输出的谐振感应电动势，并将谐振感应电动势转换成相应数字量的正弦信号和余弦信号，得到减速机的转速；
步骤S003.同时，磁环旋转变化，磁性编码器轨道中的N-S发生转动，若干个磁传感器将磁性编码器轨道中的N-S极磁场的变化转化为电信号输出；
步骤S004.通过若干个磁传感器和处理芯片中间设置的运算放大电路，正弦差分信号和余弦差分信号输出致处理芯片，处理芯片中的模数转换模块将正弦差分信号和余弦差分信号进行模数转换，得到减速机旋转的位置，从而获得机器人的绝对位置。
实施例2
本实施例中，由于增量式编码器只有在旋转经过零点时，才能确定自身输出的各个电角度周期相对于零点的位置，从而基于各个电角度周期的角度位置数据确定电机轴的绝对机械位置数据。若电机轴旋转时未经过零点，增量式编码器便无法确定各个电角度周期和零点的相对位置，也即无法确定电机轴上各个点的绝对机械位置数据，只能确定增量编码器中的增量式激励线圈将电机轴通过细分模块进行细分后的每一个部分内的位置数据，也即只能通过在某个细分的部分内输出的一个电角度周期的角度位置数据，从而确定在该电角度周期中的位置数据，但无法确定该电角度周期在电机轴上的具***置，因此，无法确定电机轴的绝对机械位置数据。
如图5所示，本发明还提供一种机器人的双编码器***，具有增量编码模块、以及绝对编码模块，其中：
增量编码模块包括增量式激励线圈、滤波器、模数转换模块和细分模块，用于在电机轴每旋转预设角度时输出一个电角度周期的角度位置数据，且电机轴每旋转一周时输出的角度位置数据的电角度周期数与增量式激励线圈的极对数相等；
绝对编码模块包括磁环和磁传感器，用于在电机轴通过减速机后每旋转预设角度时输出与增量编码模块输出的角度位置数据的电角度周期对应的数字信号；
电机轴每旋转一周时绝对编码模块输出的多个数字信号与增量编码模块输出的角度位置数据的各个电角度周期通过减速比换算后形成一一对应。
该双编码器***在机器人或其他行业中的应用，确定电机轴细分后各个部分在各自所在的电角度周期内的具***置后，通过磁环和磁传感器，确定绝对位置，无需外加编码器电源或额外增加绝对式编码器，即可在全量程内确定电机轴的绝对机械位置数据。
本申请的机器人双编码器***中设有增量编码模块和绝对编码模块，绝对编码模块可同步输出与增量编码模块输出的角度位置数据的各个电角度周期的通过减速机的减速比换算后一一对应的数字信号，处理芯片基于数字信号对增量编码模块输出的角度位置数据的各个电角度周期进行编码，从而能够确定每个电角度周期的角度位置数据在电机轴上对应的具***置，也即能够确定电机轴上各个点的绝对机械位置数据。
需要说明的是，本申请中的机器人双编码器***能够在确定电机轴细分后各个部分在各自所在的电角度周期内的具***置后，再次确定其所在电角度周期的编码，无需电机轴旋转经过零点，在旋转预设角度时即可对增量编码模块输出的正弦信号或余弦信号进行编码，确定其对应的电机轴上的具***置,即可在全量程内确定电机轴的绝对机械位置数据。
例如，当增量编码模块设有四极对的增量式激励线圈，即可将电机轴细分为四份，电机轴旋转一圈时，增量编码模块能够输出四个电角度周期的角度位置数据，如减速机的减速比为100:1，通过换算，绝对编码模块能够输出分别4/100个和四个电角度周期一一对应的数字信号，例如，数字信号依次为00、01、11和10，且由于增量式激励线圈的位置固定，第一极对的增量式激励线圈输出的角度位置数据的电角度周期对应00，第二极对的增量式激励线圈输出的角度位置数据的电角度周期对应01，第三极对的增量式激励线圈输出的角度位置数据的电角度周期对应11，第四极对的增量式激励线圈输出的角度位置数据的电角度周期对应10，任何一个极对的增量式激励线圈输出的角度位置数据的电角度周期都可以对应各自的数字信号，即可在全量程内确定电机轴的绝对机械位置数据。
本发明的机器人双编码器***通过增量编码模块和绝对编码器模块的校准，能够完全取消掉常规编码器电池供电，后续编码器避免定期更换电池的操作，特别针对机器人而言，有极大的应用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机器人的双编码器，其特征在于，包括：电路板、与减速机输出轴相连接的磁环、以及与减速机输入轴相连接的电感式静盘；电路板上设置有安装磁环的圆形空间、以及处理芯片、滤波器和若干个磁传感器，若干个磁传感器沿圆形空间周向均匀设置，处理芯片中设置有模数转换模块；磁环套设磁环架外，磁环架固定于磁环固定轴上，磁环设置有磁性编码器轨道；电路板靠近磁环固定轴一侧设置有电感式静盘，电感式静盘通过电感式静盘法兰与减速机的输入轴相连接，电感式静盘上设置有产生谐振磁场的增量式激励线圈；作业时，通过滤波器对电感式静盘产生的谐振磁场进行感应，反馈减速机的转速，并通过若干个磁传感器对磁环位置进行记录，反馈减速机的绝对位置。
2.根据权利要求1所述的一种机器人的双编码器，其特征在于，若干个所述磁传感器为四个。
3.根据权利要求1所述的一种机器人的双编码器，其特征在于，所述电路板固定于电路板支架上。
4.一种机器人，其特征在于，运用如权利要求1-3任一项所述的一种机器人的双编码器制作而成。
5.一种机器人的检测方法，运用如权利要求1-3任一项所述的一种机器人的双编码器，其特征在于，所述方法包括：
步骤S001.电机轴控制电感式静盘法兰转动，带动电感式静盘转动，电感式静盘上的增量式激励线圈产生谐振磁场；
步骤S002.滤波器接收到谐振磁场输出的谐振感应电动势，并将谐振感应电动势转换成相应数字量的正弦信号和余弦信号，得到减速机的转速；
步骤S003.同时，磁环旋转变化，磁性编码器轨道中的N-S发生转动，若干个磁传感器将磁性编码器轨道中的N-S极磁场的变化转化为电信号输出；
步骤S004.通过若干个磁传感器和处理芯片中间设置的运算放大电路，正弦差分信号和余弦差分信号输出致处理芯片，处理芯片中的模数转换模块将正弦差分信号和余弦差分信号进行模数转换，得到减速机旋转的位置，从而获得机器人的绝对位置。
6.一种机器人的双编码器***，其特征在于，具有
增量编码模块，包括增量式激励线圈、滤波器、模数转换模块和细分模块，用于在电机轴每旋转预设角度时输出一个电角度周期的角度位置数据，且电机轴每旋转一周时输出的角度位置数据的电角度周期数与增量式激励线圈的极对数相等；
以及绝对编码模块，包括磁环和若干个磁传感器，用于在电机轴通过减速机后每旋转预设角度时输出与增量编码模块输出的角度位置数据的电角度周期对应的数字信号；
电机轴每旋转一周时绝对编码模块输出的数字信号与增量编码模块输出的角度位置数据的电角度周期通过减速比换算后相对应。
7.根据权利要求6所述的一种机器人的双编码器***，其特征在于，所述双编码器***还包括处理芯片，处理芯片基于数字信号对增量编码模块输出的角度位置数据的电角度周期进行编码，确定每个电角度周期的角度位置数据在电机轴上对应的位置。
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