一种机器人关节位置传感器制造技术

一种机器人关节位置传感器的机械本体结构，具有圆柱体第一磁钢（３）和圆柱体第二磁钢（５），电机轴（１）具有中心孔，关节轴（２）作为关节主轴穿过电机轴（１）的中心孔，关节轴（２）一端装有第一磁钢（３），通过轴承和安装座连接，另一端和力矩传感器固定，使第一磁钢（３）的旋转和关节旋转同步，电机轴（１）上装配有主动齿轮（４），主动齿轮（４）与从动齿轮（６）配合，使得从动齿轮（６）能够和电机轴（１）的转速相同，第二磁钢（５）安装在从动齿轮（６）的轮轴上，通过轴承和安装座连接，使得第二磁钢（５）的旋转和电机同步。这样，分别代表关节位置的第一磁钢（３）和代表电机位置的第二磁钢（５）处于同一水平面，解决了磁钢的布置问题。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机器人关节位置传感器，尤其是机器人关节位置传感器的机械本体结构。
技术介绍
随着机器人技术的进步，在诸如太空等特殊环境中，需要有更小、更轻的机器人来工作。 这样对机器人关节的检测反馈系统提出了更高的要求。然而，普通工业机器人关节通常釆用 的位置传感器，如码盘等，由于体积大、集成度低，很难满足要求。为了满足对位置传感器体积小、重量轻、集成度高的要求，利用磁钢霍尔元件体积小、 重量轻的特点，研制了基于磁钢霍尔元件的高集成度的位置传感器，将电机位置 和关节位置 的测量采用相同的磁钢霍尔测量单元，信号调理电路集成安装在一个位置传感器上，从而实 现关节位置传感器的小型化和微型化。关节位置测量主要有三种方法被广泛应用电位计、位置敏感元件(PSD)、码盘。电位 计测量关节位置具有如下优点结构简单，成本低，稳定度高，线性度好，灵敏度高，可通 过提高工作电压来改善灵敏度，甚至不用放大器也能直接推动指示仪表。但由于电刷和电阻 丝之间存在摩擦，故有如下缺点只能在较低频率下工作；使用寿命短，需要维护；电噪声 大。采用位置敏感元件，虽然测量精度高，但增加了系统的复杂性，且使传感器的安装、调 整难度加大。码盘是集成的位置传感器，多是增量编码器，将角度转换为数字编码，能方便 的与数字系统联接，但需要调整、确定零位。通过以上对机器人关节位置测量方法的分析可以得出，在对机器人关节尺寸有严格限定 的场合，关节位置传感器的尺寸限制就成为了选择位置传感器类型选择需要考虑的首要问题。 码盘作为一体化的角度测量传感器体积较基于电位计和位置敏感元件的位置传感器体积大很 多，虽然在工业机器人上得到了广泛的应用，但其显然不满足机器人关节小型化和微型化的 要求。而基于电位计的关节位置传感器虽能满足机器人关节小型化和微型化的要求，但其适 应范围较窄且需要维护。在对机器人关节的测量系统提出较高要求的场合，如果能够合理解 决传感器安装和标定等技术问题，基于位置敏感元件的关节位置传感器将是比较合理的选择。 选择霍尔传感器可以实现非接触测量，并且基于SMD设计微型信号处理电路和数字化电路，这样就可以实现关节位置传感器的微型化。1879年霍尔(Hall)在研究电流通过有磁场垂直其平面的长方形金属片所发生的现象时， 发现了在金属片的侧面产生了微弱的电位差，这种物理现象被称为霍尔效应。可以知道，霍尔元件的输出电压为<formula>formula see original document page 4</formula>其中，6 = //n///p， RH为霍尔系数，有<formula>formula see original document page 4</formula>有式(1)可看出，霍尔电压VH与霍尔系数RH、控制电流IC和磁感应强度B成正比， 与霍尔片厚度d成反比。在此，选取特定霍尔元件，可以认为霍尔系数、厚度是霍尔元件的 固有特性，为定值，控制电流IC也是由霍尔元件提供的，是一个恒定电流，所以，霍尔元件 的输出电压VH仅和磁感应强度B有关，随磁感应强度的变化而线性变化，可以用作检测磁 感应强度的传感器。与霍尔传感器配合产生磁感应强度的是磁钢。当磁钢在霍尔芯片上方旋转，磁感应强度 B会随着旋转发生周期性变化，霍尔输出电压VH也因此发生周期性变化。利用霍尔元件这 一特点，采用Sentron公司的双轴霍尔传感器2D-VH-ll作为角度传感器，具有低偏差、性能 稳定等优点，该传感器非常适合在较宽的温度范围内进行高精度、非接触式的角位置/速度 测量。传感器的核心是一个十字形正交的霍尔元件。机器人关节所必需的电机位置测量和关节位置测量都采用霍尔传感器可以大幅减小位 置测量系统的体积和重量，这样，进一步提高了关节的集成度，降低了重量和体积。霍尔传 感器的磁钢必须处于回转中心，但是机器人关节内部有力矩传感器、电机、减速器等零部件， 还要兼顾走线工艺，导致直接安装电机/关节位置传感器比较困难。
技术实现思路
基于上述原因，本专利技术提出一种机器人关节位置传感器的机械本体结构，具有圆柱体第 一磁钢3和圆柱体第二磁钢5，关节轴2作为关节主轴穿过中空的电机轴1，关节轴一端装有 第一磁钢3，通过轴承和安装座连接，另一端和力矩传感器固定，使第一磁钢3的旋转和关节旋转同步。电机轴2带动主齿轮4，使得从动齿轮6能够和电机轴的转速相同，安装在从 动齿轮6上的第二磁钢5的旋转和电机同步。这样，分别代表关节位置的第一磁钢3和代表 电机位置的第二磁钢5处于同一平面，解决了磁钢的布置问题。该传感器的机械本体结构保证了磁钢处于同一平面，大幅减小位置测量系统的体积和重 量，进一步提高了关节的集成度，降低了重量和体积，可以测量绝对位置、通用性好、结构 简单、体积小、非接触性和布线容易的优点。附图说明图1是本专利技术的机器人关节位置传感器的机械本体结构原理图。具体实施方式一种机器人关节位置传感器的机械本体结构，具有圆柱体第一磁钢3和圆柱体第二磁钢 5，电机轴1具有中心孔，关节轴2作为关节主轴穿过电机轴1的中心孔，关节轴2 —端装有 第一磁钢3，通过轴承和安装座连接，另一端和力矩传感器固定(未示出)，使第一磁钢3的 旋转和关节旋转同步，电机轴1上装配有主动齿轮4，主动齿轮4与从动齿轮6配合，使得 从动齿轮6能够和电机轴1的转速相同，第二磁钢5安装在从动齿轮6的轮轴上，通过轴承 和安装座连接，使得第二磁钢5的旋转和电机同步。这样，分别代表关节位置的第一磁钢3 和代表电机位置的第二磁钢5处于同一水平面，解决了磁钢的布置问题。权利要求1. 一种机器人关节位置传感器，电机轴(3)与所述机器人关节位置传感器的机械本体结构相连，其特征是，所述机器人关节位置传感器的机械本体结构具有圆柱体第一磁钢(3)和圆柱体第二磁钢(5)，电机轴(1)具有中心孔，关节轴(2)作为关节主轴穿过电机轴(1)的中心孔，关节轴(2)一端装有第一磁钢(3)，通过轴承和安装座连接，另一端和力矩传感器固定，电机轴(1)上装配有主动齿轮(4)，主动齿轮(4)与从动齿轮(6)配合，第二磁钢(5)安装在从动齿轮(6)的轮轴上，通过轴承和安装座连接，分别代表关节位置的第一磁钢(3)和代表电机位置的第二磁钢(5)处于同一水平面。专利摘要一种机器人关节位置传感器的机械本体结构，具有圆柱体第一磁钢(3)和圆柱体第二磁钢(5)，电机轴(1)具有中心孔，关节轴(2)作为关节主轴穿过电机轴(1)的中心孔，关节轴(2)一端装有第一磁钢(3)，通过轴承和安装座连接，另一端和力矩传感器固定，使第一磁钢(3)的旋转和关节旋转同步，电机轴(1)上装配有主动齿轮(4)，主动齿轮(4)与从动齿轮(6)配合，使得从动齿轮(6)能够和电机轴(1)的转速相同，第二磁钢(5)安装在从动齿轮(6)的轮轴上，通过轴承和安装座连接，使得第二磁钢(5)的旋转和电机同步。这样，分别代表关节位置的第一磁钢(3)和代表电机位置的第二磁钢(5)处于同一水平面，解决了磁钢的布置问题。文档编号G01B7/00GK201306995SQ20082017831公开日2009年9月9日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年11月7日发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人关节位置传感器，电机轴（３）与所述机器人关节位置传感器的机械本体结构相连，其特征是，所述机器人关节位置传感器的机械本体结构具有圆柱体第一磁钢（３）和圆柱体第二磁钢（５），电机轴（１）具有中心孔，关节轴（２）作为关节主轴穿过电机轴（１）的中心孔，关节轴（２）一端装有第一磁钢（３），通过轴承和安装座连接，另一端和力矩传感器固定，电机轴（１）上装配有主动齿轮（４），主动齿轮（４）与从动齿轮（６）配合，第二磁钢（５）安装在从动齿轮（６）的轮轴上，通过轴承和安装座连接，分别代表关节位置的第一磁钢（３）和代表电机位置的第二磁钢（５）处于同一水平面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张付祥，李文忠，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：实用新型
国别省市：13[中国|河北]