具有绝对多转编码器的机器人部件制造技术

本发明专利技术涉及机器人部件(10)，其包括机械手节段(12)、用于促动机械手节段(12)的驱动器(20)，以及绝对多转编码器，该编码器用于确定驱动器(20)的绝对多转角且以此确定机械手节段(12)的位置。绝对多转编码器包括用于对第一旋转盘(34)的转角编码的第一转编码器(48)和用于对第二旋转盘(36)的转角编码的第二转编码器(46)。通过施加近似于但不等于1:1的齿轮传动比来以机械的方式联接(26-44-28)两个旋转盘(34，36)，使得在旋转(66，68)时，在两个盘(34，36)之间出现干涉角(70，82)。预见到转动轴(22)将相应的旋转从驱动器(20)施加在旋转盘(34，36)上，同时预见到基于第一旋转盘(34)的转角和干涉角(70，82)来确定轴的绝对多转角的器件(54)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有绝对多转编码器的机器人部件
本专利技术涉及机器人部件，其包括机械手节段、用于促动机械手节段的驱动器和绝对多转编码器，绝对多转编码器用于确定驱动器的绝对多转角且以此确定机械手节段的位置。
技术介绍
已知，机器人用于广泛的工业应用领域中，诸如组装、码垛或油漆。机器人典型地包括机器人机械手、安装在机器人机械手的末端上的工具(例如夹持器)，以及用于根据给定机器人程序协调机器人运动的机器人控制器。机械手本身典型地具有六个或七个运动自由度，而六个自由度在理论上足以以各个定向达到机器人的工作范围内的各个点。因而各个运动自由度需要优选可枢轴地与相邻的机械手节段连接的机械手节段。各个机械手节段需要用于促动这种枢转的专用驱动器。在那些(例如六个)机械手节段的传动系的端部(机器人末端)处，典型地预见到有工具，诸如夹持器。夹持器本身能看作机器人的一部分，因为夹持器运动(例如打开和关闭)与机器人机械手的运动协调。机器人末端(相应地机器人工具)的期望运动典型地沿着直线或弯曲运动路径行进。因为所有机械手节段通常可枢转地连接到彼此上，所以各个机械手节段的控制需要知道各个可枢转连接部的枢转角。为了这个目的，转计数器是普遍的，其计算驱动器的转数，作为用于控制系统的输入，相应地作为机器人控制器的输入。知道驱动器和相关的可枢转的机械手节段之间的齿轮传动比，能够基于经校准的基准位置和驱动器的整数转数来确定相应的机械手节段的枢转角。为了有较高的精度，此外不仅需要考虑整数转数，而且还要考虑实际值。在现有技术内不利的是，需要基准位置，基准位置可能由于不适当的情形而临时失去，使得不时地需要新的校准。为了避免这样的情形，已知绝对多转编码器，其不仅能够确定在0°和360°之间的范围内的绝对转角，还能够确定在高达20×360°和更高的范围内的绝对转角。那些多个转计数器例如基于升降丝杆，升降丝杆不利地会磨损、重量大和尺寸大。基于现有技术，本专利技术的目标是提供机器人部件，其具有避免前面提到的缺点的绝对多转编码器。
技术实现思路
这个问题由前面提到的种类的机器人部件解决。其特征在于，绝对多转编码器包括用于对第一旋转盘的转角进行编码的第一单转编码器和用于对第二旋转盘的转角进行编码的第二单转编码器，其中通过施加近似于但不等于1:1的齿轮传动比来以机械的方式联接两个旋转盘，使得在旋转时在两个盘之间出现干涉角，其中预见到转动轴从驱动器对旋转盘施加相应的旋转，其中预见到基于第一旋转盘的转角和干涉角来确定轴的绝对多转角的器件。要理解绝对单转编码器为用于确定在单转范围(0°到360°)内的绝对定向角的编码器。要理解绝对多转编码器为用于确定多转角(0°到n×360°)的编码器。因而能够使用两个小的标准绝对单转编码器，而非一个大型多转编码器。小的标准单转编码器为例如奥地利微系统公司(AustriaMicrosystems)的AS5043。这种编码器为具有例如10mm×10mm边长的尺寸的标准壳体中的集成电路的一部分。旋转盘的直径典型地与其相适应，例如为10mm。绝对多转编码器的组件包括两个标准的单转转编码器，其典型地对在0°至360°的范围内的旋转进行编码。它们例如安装在覆盖具有几厘米的边长的长方形区域的公共的印刷电路板上。如果假设旋转盘的高度为大约1mm，并且相应的轴承的高度假设为10mm，则这种绝对多转编码器的总高度不超过25mm。典型地预见到可旋转盘在相应的编码器(诸如AS5043)的有效表面上在一毫米的距离内旋转。由于这种多转编码器组件的小尺寸和低重量，所以它可实现到机器人机械手中。机器人机械手围绕其旋转基部具有例如60cm至3m的工作区域。如上面阐述的那样，普通的绝对多转编码器基于例如升降丝杆，升降丝杆的特征在于较大尺寸和较重的重量。特别地，机器人机械手必须优选地构造成纤细的，因为各个机械手节段对于机器人机械手的其它相邻机械手节段的运动范围是可能的阻碍。因而使用本专利技术描述的绝对多转编码器使得能够构造在其工作范围内具有高的运动自由度(相应地具有改进的可到达性)的机器人机械手。此外，机器人机械手的主要问题是其负荷性能，负荷性能对于捡和放应用可限于几百克，而对于操纵操作可限于几千克。因而提出的绝对多转编码器的重量轻的方面也非常有利于机器人的操作，因为它的负荷性能不会部分地浪费来佩戴不必要的重型转编码器。在本专利技术的变型中，第一和第二单转编码器在0°和360°之间对相应的旋转盘的旋转角进行线性编码。编码的信号可为模拟电压信号或相应地为数字。线性编码具有的优点是，通过建立第一编码器和第二编码器的编码信号之间的差异，易于计算它们之间的干涉角。在差异高于对应于360°的值的情况下，通常要减去或加上对应于360°的值，使得修改后的角差在0°到360°内。当然还可想到将这个范围限定在-180°和+180°之间。假设将两个旋转盘校准在零位置上，在这个位置上，在它们之间不存在干涉角。当然，旋转盘的各个位置都可校准为零。如果例如在两个旋转盘之间选择20:21的齿轮传动比，则在旋转盘的20(相应地21)转之后，干涉角将再次为零。所以在那20转内，绝对角的增加是干涉角的20倍。因而在这个情况下，能通过干涉角乘以20倍来计算绝对多转角。因为还要乘以测量的(相应地计算的)干涉角的公差，所以在这个示例中，确定的绝对多转角的精度减小到1/20。优选第一绝对转编码器的绝对转角可用于增大最终结果的精度。因此，最终结果将优选通过360°乘以整数转数来建立，整数转数本身可根据干涉角获得。第一旋转盘的绝对角加上整数乘积的结果，使得确定具有高精度的绝对多转角。优选预见到至少编码器具有执行这样的操作的器件。在本专利技术的优选的形式中，旋转盘之间的齿轮传动比的范围为0.9至0.99，相应地为1.01至1.1。必须避免确切为一的齿轮传动比，因为将不产生干涉角。上面提到齿轮传动比将允许确定在满10转(0.9和1.1)和满100转(0.99和1.01)之间的绝对多转角。这在一方面是足够的转数，其在一方面覆盖典型的机器人节段运动的大多数需求。在另一方面，转数没有高到预期有与测量的角的精度有关的问题。为了确定720转的数量，例如必须以低于0.5°的精度测量干涉角，这不易于实现。在本专利技术的另一个实施例中，第一和第二旋转盘由传动带以机械的方式联接。为了避免两个盘之间的滑动，传动带优选实施为正时带。尽管如此，避免滑动的各种带都是适当的。还可想到使用具有相应的齿轮齿数的一组齿轮，以用于联接旋转盘。这个是容易和可靠的、以近似于1:1的传动比联接两个旋转盘的方法。还可想到不直接联接盘本身，而是通过与旋转盘布置在相同的轴上的传动带联接轮。齿轮传动比通过轮的相应的直径确定。根据本专利技术的优选的实施例，第一和/或第二单转编码器包括霍尔传感器，以用于确定安装在一个与其相关的旋转盘上的磁体的磁场定向。布置成在它们之间有90°角的典型地四个霍尔传感器适于检测相关的旋转盘上的磁体的定向。使用霍尔传感器的优点在于高的测量精度，以及以高的分辨率持续确定磁体的定向角。根据本专利技术的另一个优选的实施例，机械手节段为夹持器工具。典型地安装在机器人机械手的末端上的夹持器工具能看作机器人本身的一部分。通常对这种夹持器工具的控制与对机器人机械手本身的控制结合在同一机器人控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种机器人部件(10)，包括机械手节段(12)、用于促动所述机械手节段(12)的马达驱动器(20)，以及绝对多转编码器，所述绝对多转编码器用于确定所述马达驱动器(20)的绝对多转角且以此确定所述机械手节段(12)的位置，其特征在于所述绝对多转编码器包括用于对第一旋转盘(34)的转角进行编码的第一单转编码器(48)和用于对第二旋转盘(36)的转角进行编码的第二单转编码器(46)，其中通过施加0.9至0.99或者1.01至1.1的齿轮传动比来以机械的方式联接(26-44-28)第一旋转盘(34)和第二旋转盘(36)，使得在旋转时，在第一旋转盘(34)和第二旋转盘(36)之间出现干涉角，其中预见到转动轴(22)从所述马达驱动器(20)对所述第一旋转盘(34)和第二旋转盘(36)施加相应的旋转，其中器件(54)基于所述第一旋转盘(34)的转角和所述干涉角(70，82)来确定所述转动轴的绝对...

【专利技术属性】
技术研发人员：T维托尔，
申请(专利权)人：ABB股份公司，
类型：
国别省市：