具有絕對多轉(zhuǎn)編碼器的機器人部件制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及機器人部件(10)，其包括機械手節(jié)段(12)、用于促動機械手節(jié)段(12)的驅(qū)動器(20)，以及絕對多轉(zhuǎn)編碼器，該編碼器用于確定驅(qū)動器(20)的絕對多轉(zhuǎn)角且以此確定機械手節(jié)段(12)的位置。絕對多轉(zhuǎn)編碼器包括用于對第一旋轉(zhuǎn)盤(34)的轉(zhuǎn)角編碼的第一轉(zhuǎn)編碼器(48)和用于對第二旋轉(zhuǎn)盤(36)的轉(zhuǎn)角編碼的第二轉(zhuǎn)編碼器(46)。通過施加近似于但不等于1:1的齒輪傳動比來以機械的方式聯(lián)接(26-44-28)兩個旋轉(zhuǎn)盤(34，36)，使得在旋轉(zhuǎn)(66，68)時，在兩個盤(34，36)之間出現(xiàn)干涉角(70，82)。預(yù)見到轉(zhuǎn)動軸(22)將相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)從驅(qū)動器(20)施加在旋轉(zhuǎn)盤(34，36)上，同時預(yù)見到基于第一旋轉(zhuǎn)盤(34)的轉(zhuǎn)角和干涉角(70，82)來確定軸的絕對多轉(zhuǎn)角的器件(54)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】具有絕對多轉(zhuǎn)編碼器的機器人部件
本專利技術(shù)涉及機器人部件，其包括機械手節(jié)段、用于促動機械手節(jié)段的驅(qū)動器和絕對多轉(zhuǎn)編碼器，絕對多轉(zhuǎn)編碼器用于確定驅(qū)動器的絕對多轉(zhuǎn)角且以此確定機械手節(jié)段的位置。
技術(shù)介紹
已知，機器人用于廣泛的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，諸如組裝、碼垛或油漆。機器人典型地包括機器人機械手、安裝在機器人機械手的末端上的工具(例如夾持器)，以及用于根據(jù)給定機器人程序協(xié)調(diào)機器人運動的機器人控制器。機械手本身典型地具有六個或七個運動自由度，而六個自由度在理論上足以以各個定向達到機器人的工作范圍內(nèi)的各個點。因而各個運動自由度需要優(yōu)選可樞軸地與相鄰的機械手節(jié)段連接的機械手節(jié)段。各個機械手節(jié)段需要用于促動這種樞轉(zhuǎn)的專用驅(qū)動器。在那些(例如六個)機械手節(jié)段的傳動系的端部(機器人末端)處，典型地預(yù)見到有工具，諸如夾持器。夾持器本身能看作機器人的一部分，因為夾持器運動(例如打開和關(guān)閉)與機器人機械手的運動協(xié)調(diào)。機器人末端(相應(yīng)地機器人工具)的期望運動典型地沿著直線或彎曲運動路徑行進。因為所有機械手節(jié)段通常可樞轉(zhuǎn)地連接到彼此上，所以各個機械手節(jié)段的控制需要知道各個可樞轉(zhuǎn)連接部的樞轉(zhuǎn)角。為了這個目的，轉(zhuǎn)計數(shù)器是普遍的，其計算驅(qū)動器的轉(zhuǎn)數(shù)，作為用于控制系統(tǒng)的輸入，相應(yīng)地作為機器人控制器的輸入。知道驅(qū)動器和相關(guān)的可樞轉(zhuǎn)的機械手節(jié)段之間的齒輪傳動比，能夠基于經(jīng)校準的基準位置和驅(qū)動器的整數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)來確定相應(yīng)的機械手節(jié)段的樞轉(zhuǎn)角。為了有較高的精度，此外不僅需要考慮整數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)，而且還要考慮實際值。在現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)不利的是，需要基準位置，基準位置可能由于不適當?shù)那樾味R時失去，使得不時地需要新的校準。為了避免這樣的情形，已知絕對多轉(zhuǎn)編碼器，其不僅能夠確定在0°和360°之間的范圍內(nèi)的絕對轉(zhuǎn)角，還能夠確定在高達20×360°和更高的范圍內(nèi)的絕對轉(zhuǎn)角。那些多個轉(zhuǎn)計數(shù)器例如基于升降絲桿，升降絲桿不利地會磨損、重量大和尺寸大。基于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)的目標是提供機器人部件，其具有避免前面提到的缺點的絕對多轉(zhuǎn)編碼器。
技術(shù)實現(xiàn)思路
這個問題由前面提到的種類的機器人部件解決。其特征在于，絕對多轉(zhuǎn)編碼器包括用于對第一旋轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角進行編碼的第一單轉(zhuǎn)編碼器和用于對第二旋轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角進行編碼的第二單轉(zhuǎn)編碼器，其中通過施加近似于但不等于1:1的齒輪傳動比來以機械的方式聯(lián)接兩個旋轉(zhuǎn)盤，使得在旋轉(zhuǎn)時在兩個盤之間出現(xiàn)干涉角，其中預(yù)見到轉(zhuǎn)動軸從驅(qū)動器對旋轉(zhuǎn)盤施加相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，其中預(yù)見到基于第一旋轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角和干涉角來確定軸的絕對多轉(zhuǎn)角的器件。要理解絕對單轉(zhuǎn)編碼器為用于確定在單轉(zhuǎn)范圍(0°到360°)內(nèi)的絕對定向角的編碼器。要理解絕對多轉(zhuǎn)編碼器為用于確定多轉(zhuǎn)角(0°到n×360°)的編碼器。因而能夠使用兩個小的標準絕對單轉(zhuǎn)編碼器，而非一個大型多轉(zhuǎn)編碼器。小的標準單轉(zhuǎn)編碼器為例如奧地利微系統(tǒng)公司(AustriaMicrosystems)的AS5043。這種編碼器為具有例如10mm×10mm邊長的尺寸的標準殼體中的集成電路的一部分。旋轉(zhuǎn)盤的直徑典型地與其相適應(yīng)，例如為10mm。絕對多轉(zhuǎn)編碼器的組件包括兩個標準的單轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)編碼器，其典型地對在0°至360°的范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)進行編碼。它們例如安裝在覆蓋具有幾厘米的邊長的長方形區(qū)域的公共的印刷電路板上。如果假設(shè)旋轉(zhuǎn)盤的高度為大約1mm，并且相應(yīng)的軸承的高度假設(shè)為10mm，則這種絕對多轉(zhuǎn)編碼器的總高度不超過25mm。典型地預(yù)見到可旋轉(zhuǎn)盤在相應(yīng)的編碼器(諸如AS5043)的有效表面上在一毫米的距離內(nèi)旋轉(zhuǎn)。由于這種多轉(zhuǎn)編碼器組件的小尺寸和低重量，所以它可實現(xiàn)到機器人機械手中。機器人機械手圍繞其旋轉(zhuǎn)基部具有例如60cm至3m的工作區(qū)域。如上面闡述的那樣，普通的絕對多轉(zhuǎn)編碼器基于例如升降絲桿，升降絲桿的特征在于較大尺寸和較重的重量。特別地，機器人機械手必須優(yōu)選地構(gòu)造成纖細的，因為各個機械手節(jié)段對于機器人機械手的其它相鄰機械手節(jié)段的運動范圍是可能的阻礙。因而使用本專利技術(shù)描述的絕對多轉(zhuǎn)編碼器使得能夠構(gòu)造在其工作范圍內(nèi)具有高的運動自由度(相應(yīng)地具有改進的可到達性)的機器人機械手。此外，機器人機械手的主要問題是其負荷性能，負荷性能對于撿和放應(yīng)用可限于幾百克，而對于操縱操作可限于幾千克。因而提出的絕對多轉(zhuǎn)編碼器的重量輕的方面也非常有利于機器人的操作，因為它的負荷性能不會部分地浪費來佩戴不必要的重型轉(zhuǎn)編碼器。在本專利技術(shù)的變型中，第一和第二單轉(zhuǎn)編碼器在0°和360°之間對相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)角進行線性編碼。編碼的信號可為模擬電壓信號或相應(yīng)地為數(shù)字。線性編碼具有的優(yōu)點是，通過建立第一編碼器和第二編碼器的編碼信號之間的差異，易于計算它們之間的干涉角。在差異高于對應(yīng)于360°的值的情況下，通常要減去或加上對應(yīng)于360°的值，使得修改后的角差在0°到360°內(nèi)。當然還可想到將這個范圍限定在-180°和+180°之間。假設(shè)將兩個旋轉(zhuǎn)盤校準在零位置上，在這個位置上，在它們之間不存在干涉角。當然，旋轉(zhuǎn)盤的各個位置都可校準為零。如果例如在兩個旋轉(zhuǎn)盤之間選擇20:21的齒輪傳動比，則在旋轉(zhuǎn)盤的20(相應(yīng)地21)轉(zhuǎn)之后，干涉角將再次為零。所以在那20轉(zhuǎn)內(nèi)，絕對角的增加是干涉角的20倍。因而在這個情況下，能通過干涉角乘以20倍來計算絕對多轉(zhuǎn)角。因為還要乘以測量的(相應(yīng)地計算的)干涉角的公差，所以在這個示例中，確定的絕對多轉(zhuǎn)角的精度減小到1/20。優(yōu)選第一絕對轉(zhuǎn)編碼器的絕對轉(zhuǎn)角可用于增大最終結(jié)果的精度。因此，最終結(jié)果將優(yōu)選通過360°乘以整數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)來建立，整數(shù)轉(zhuǎn)數(shù)本身可根據(jù)干涉角獲得。第一旋轉(zhuǎn)盤的絕對角加上整數(shù)乘積的結(jié)果，使得確定具有高精度的絕對多轉(zhuǎn)角。優(yōu)選預(yù)見到至少編碼器具有執(zhí)行這樣的操作的器件。在本專利技術(shù)的優(yōu)選的形式中，旋轉(zhuǎn)盤之間的齒輪傳動比的范圍為0.9至0.99，相應(yīng)地為1.01至1.1。必須避免確切為一的齒輪傳動比，因為將不產(chǎn)生干涉角。上面提到齒輪傳動比將允許確定在滿10轉(zhuǎn)(0.9和1.1)和滿100轉(zhuǎn)(0.99和1.01)之間的絕對多轉(zhuǎn)角。這在一方面是足夠的轉(zhuǎn)數(shù)，其在一方面覆蓋典型的機器人節(jié)段運動的大多數(shù)需求。在另一方面，轉(zhuǎn)數(shù)沒有高到預(yù)期有與測量的角的精度有關(guān)的問題。為了確定720轉(zhuǎn)的數(shù)量，例如必須以低于0.5°的精度測量干涉角，這不易于實現(xiàn)。在本專利技術(shù)的另一個實施例中，第一和第二旋轉(zhuǎn)盤由傳動帶以機械的方式聯(lián)接。為了避免兩個盤之間的滑動，傳動帶優(yōu)選實施為正時帶。盡管如此，避免滑動的各種帶都是適當?shù)摹＿€可想到使用具有相應(yīng)的齒輪齒數(shù)的一組齒輪，以用于聯(lián)接旋轉(zhuǎn)盤。這個是容易和可靠的、以近似于1:1的傳動比聯(lián)接兩個旋轉(zhuǎn)盤的方法。還可想到不直接聯(lián)接盤本身，而是通過與旋轉(zhuǎn)盤布置在相同的軸上的傳動帶聯(lián)接輪。齒輪傳動比通過輪的相應(yīng)的直徑確定。根據(jù)本專利技術(shù)的優(yōu)選的實施例，第一和/或第二單轉(zhuǎn)編碼器包括霍爾傳感器，以用于確定安裝在一個與其相關(guān)的旋轉(zhuǎn)盤上的磁體的磁場定向。布置成在它們之間有90°角的典型地四個霍爾傳感器適于檢測相關(guān)的旋轉(zhuǎn)盤上的磁體的定向。使用霍爾傳感器的優(yōu)點在于高的測量精度，以及以高的分辨率持續(xù)確定磁體的定向角。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個優(yōu)選的實施例，機械手節(jié)段為夾持器工具。典型地安裝在機器人機械手的末端上的夾持器工具能看作機器人本身的一部分。通常對這種夾持器工具的控制與對機器人機械手本身的控制結(jié)合在同一機器人控制本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】1.一種機器人部件(10)，包括機械手節(jié)段(12)、用于促動所述機械手節(jié)段(12)的馬達驅(qū)動器(20)，以及絕對多轉(zhuǎn)編碼器，所述絕對多轉(zhuǎn)編碼器用于確定所述馬達驅(qū)動器(20)的絕對多轉(zhuǎn)角且以此確定所述機械手節(jié)段(12)的位置，其特征在于所述絕對多轉(zhuǎn)編碼器包括用于對第一旋轉(zhuǎn)盤(34)的轉(zhuǎn)角進行編碼的第一單轉(zhuǎn)編碼器(48)和用于對第二旋轉(zhuǎn)盤(36)的轉(zhuǎn)角進行編碼的第二單轉(zhuǎn)編碼器(46)，其中通過施加0.9至0.99或者1.01至1.1的齒輪傳動比來以機械的方式聯(lián)接(26-44-28)第一旋轉(zhuǎn)盤(34)和第二旋轉(zhuǎn)盤(36)，使得在旋轉(zhuǎn)時，在第一旋轉(zhuǎn)盤(34)和第二旋轉(zhuǎn)盤(36)之間出現(xiàn)干涉角，其中預(yù)見到轉(zhuǎn)動軸(22)從所述馬達驅(qū)動器(20)對所述第一旋轉(zhuǎn)盤(34)和第二旋轉(zhuǎn)盤(36)施加相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，其中器件(54)基于所述第一旋轉(zhuǎn)盤(34)的轉(zhuǎn)角和所述干涉角(70，82)來確定所述轉(zhuǎn)動軸的絕對...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：T維托爾，
申請(專利權(quán))人：ABB股份公司，
類型：
國別省市：