專利名稱：機(jī)器人初始精確定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于屬于機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化領(lǐng)域，公開了一種機(jī)器人初始精確定位裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)器人初始位置是指機(jī)器人工作或運(yùn)動(dòng)前各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的位置，機(jī)器人的所有運(yùn)動(dòng)都 相對(duì)于該初始位置，因此，初始位置的確定是機(jī)器人工作或運(yùn)動(dòng)的一個(gè)前提條件。所以， 在機(jī)器人正常動(dòng)作之前，必須要有定位機(jī)構(gòu)對(duì)其初始位置進(jìn)行精確標(biāo)定。
目前，機(jī)器人初始位置的確定機(jī)構(gòu)主要有兩種 一種是利用絕對(duì)式檢測(cè)傳感器，如 絕對(duì)式光電碼盤、旋轉(zhuǎn)變壓器、電位器等。絕對(duì)式檢測(cè)傳感器的特點(diǎn)是對(duì)于每一個(gè)角度 位置都會(huì)產(chǎn)生唯一的輸出量，，這樣就可以根據(jù)其輸出信號(hào)來(lái)判斷機(jī)器人關(guān)節(jié)的絕對(duì)位 置。利用絕對(duì)式檢測(cè)傳感器檢測(cè)機(jī)器人關(guān)節(jié)初始零位的方法具有精度高、易操作的優(yōu)點(diǎn)， 但是絕對(duì)式檢測(cè)傳感器只能夠安裝在機(jī)器人關(guān)節(jié)處，會(huì)使機(jī)器人的機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，而且絕 對(duì)式檢測(cè)傳感器的輸出信號(hào)復(fù)雜、接線多，給機(jī)器人的硬件電路和信號(hào)處理都帶來(lái)很大 的負(fù)擔(dān)；另一種檢測(cè)方法是利用機(jī)械限位或者特定裝置。機(jī)械限位的方法是，當(dāng)機(jī)器人 上電以后各關(guān)節(jié)開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定初始位置的時(shí)候通過(guò)觸發(fā)限位開關(guān)以確定機(jī)器人 的初始零位。利用特定裝置的方法是首先根據(jù)機(jī)器人的外形和尺寸設(shè)計(jì)制造一定的裝 置，利用該裝置在機(jī)器人在通電前人工使得各關(guān)節(jié)回到規(guī)定的初始位置。利用機(jī)械限位 或者特定裝置的方法原理簡(jiǎn)單，但是定位精度較差，而且自動(dòng)化程度差，機(jī)器人的初始 位置也會(huì)因?yàn)槭艿讲淮_定因素的影響而不具有唯一性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝，成本 低，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人初始位置精確確定和簡(jiǎn)化機(jī)器人結(jié)構(gòu)的機(jī)器人初始精確定位裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采取的技術(shù)方案是 一種機(jī)器人初始精確定位裝置，包括 電機(jī)、減速器、霍爾盤、磁鋼、信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)、中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、通訊總線， 所述的電機(jī)一側(cè)連接增量碼盤，另一側(cè)連接減速器，所述的減速器輸出端固定設(shè)有霍爾 盤，所述的減速器輸出端連接關(guān)節(jié)輸出軸，所述的關(guān)節(jié)輸出軸上設(shè)有磁鋼，所述的信號(hào) 檢測(cè)與處理系統(tǒng)對(duì)增量碼盤和霍爾信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和處理，所述的中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是實(shí) 現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理及運(yùn)動(dòng)控制，所述的通訊總線是用來(lái)保證信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)與中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。
所述的霍爾盤上設(shè)有6個(gè)霍爾。
本發(fā)明在采用低成本、易于安裝的增量式碼盤為位置傳感器基礎(chǔ)上，提出一種由霍 爾盤及磁鋼和電機(jī)軸Z脈沖相結(jié)合而形成的精確定位機(jī)構(gòu)，具有以下的有益效果
1. 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝、成本低；
2. 具有高的定位精確和可靠性；
3. 可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人初始位置確定的自動(dòng)化。


圖1是本發(fā)明機(jī)器人關(guān)節(jié)整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是霍爾盤和磁鋼的右視圖； 圖3是霍爾的信號(hào)檢測(cè)示意圖4是展開的霍爾盤、電機(jī)軸及Z脈沖信號(hào)位置示意圖。
圖中l(wèi)'增量碼盤，2電機(jī)，3減速器，4霍爾盤，5關(guān)節(jié)輸出軸，6磁鋼，7信號(hào) 檢測(cè)與處理系統(tǒng)，8中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，9通訊總線，IO霍爾，ll霍爾盤展開平面，12 電機(jī)軸展開平面。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
如圖1中所示，電機(jī)2—側(cè)連接增量碼盤1，另一側(cè)連接減速器3，減速器3輸出 端固定設(shè)有霍爾盤4，減速器3輸出端連接關(guān)節(jié)輸出軸5，關(guān)節(jié)輸出軸5上設(shè)有磁鋼6， 信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)7對(duì)增量碼盤和霍爾信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和處理，中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)8是 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理及運(yùn)動(dòng)控制，通訊總線9是用來(lái)保證信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)與中央運(yùn) 動(dòng)控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。
第一步當(dāng)機(jī)器人關(guān)節(jié)固定之后，霍爾盤上的事先確定的目標(biāo)霍爾和電機(jī)軸Z脈沖 的相對(duì)位置就可唯一確定，如圖3所示。其中，Pm為霍爾盤上的事先確定為的目標(biāo)霍 爾H3在霍爾盤展開平面11中位置，Pz為Z脈沖在電機(jī)軸展開平面12中的位置。
第二步當(dāng)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾盤4固定不動(dòng)，磁鋼6隨關(guān)節(jié)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，參 見圖2，當(dāng)磁鋼6轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出霍爾盤4上霍爾的感應(yīng)區(qū)域時(shí)，霍爾10的輸出信號(hào)會(huì)發(fā) 生改變，由此通過(guò)信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)7可獲得霍爾盤4上霍爾10的位置。霍爾的信 號(hào)采集系統(tǒng)如圖4所示，當(dāng)磁鋼轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出霍爾的感應(yīng)區(qū)域時(shí)，霍爾的感應(yīng)信號(hào)Voutn (n=1...6)會(huì)產(chǎn)生躍變，然后通過(guò)解碼電路獲得產(chǎn)生信號(hào)躍變的霍爾，由此來(lái)確定當(dāng)前的霍爾數(shù)目。釆用的霍爾盤見圖2所示，共由6個(gè)霍爾組成。通過(guò)三路霍爾信號(hào)SO、 S1和S2可以判斷磁鋼當(dāng)前是轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出哪個(gè)(HrH6)霍爾感應(yīng)區(qū)。
第三步在初始定位時(shí)，比如，可在控制系統(tǒng)中可預(yù)先設(shè)定霍爾盤上的一個(gè)或幾個(gè) 霍爾為目標(biāo)霍爾，設(shè)定幾個(gè)霍爾為目標(biāo)霍爾時(shí)，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)霍爾余度。關(guān)節(jié)在尋找到目 標(biāo)霍爾后，開中斷來(lái)捕獲電機(jī)軸Z脈沖。捕獲到電機(jī)軸Z脈沖的同時(shí)停止關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，同 時(shí)，如果設(shè)定幾個(gè)霍爾為目標(biāo)霍爾時(shí)，需要記錄目標(biāo)霍爾的編號(hào)，因?yàn)椴煌哪繕?biāo)霍爾 對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)的角度信息是不一樣的。此時(shí)，采集到的機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的角度信息即初始 位置信息，并將此信息傳送到中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)并存儲(chǔ)。
第四步以后機(jī)器人工作前，機(jī)器人的中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以通過(guò)數(shù)據(jù)通訊總線將 它所存儲(chǔ)的機(jī)器人初始位置數(shù)據(jù)信息發(fā)送到關(guān)節(jié)電機(jī)控制系統(tǒng)，控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)產(chǎn)生 相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的初始位置精確確定，完成機(jī)器人動(dòng)作前的初始位置精確確定。
本發(fā)明的原理
本發(fā)明的主要原理是由于關(guān)節(jié)及定位機(jī)構(gòu)安裝后，目標(biāo)霍爾(即預(yù)先設(shè)定要尋找用
于定位的霍爾)和電機(jī)軸z脈沖的相對(duì)位置就唯一確定?；诖耍岢鲆环N由霍爾和電 機(jī)軸z脈沖相結(jié)合而形成的精確定位機(jī)構(gòu)，即可先通過(guò)捕獲霍爾盤上的目標(biāo)霍爾信號(hào)獲 得一個(gè)大概的關(guān)節(jié)位置，然后通過(guò)電機(jī)軸的z脈沖信號(hào)獲得該關(guān)節(jié)精確的初始位置，最
終精確確定機(jī)器人的初始位置。在機(jī)器人第一次上電工作時(shí)，主控系統(tǒng)將向各個(gè)關(guān)節(jié)控 制器發(fā)出找零指令，各關(guān)節(jié)開始慢速旋轉(zhuǎn)尋找霍爾盤上事先確定的目標(biāo)霍爾。當(dāng)找到目
標(biāo)霍爾之后，開始捕捉電機(jī)軸的z脈沖信號(hào)，捕捉到z脈沖信號(hào)的同時(shí)讓關(guān)節(jié)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，
此時(shí)的位置是唯一的。然后通過(guò)信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)獲取此時(shí)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的角度信 息即機(jī)器人初始位置信息，并將此信息傳送到中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)并存儲(chǔ)。以后機(jī)器人每 次通電后，機(jī)器人的中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以通過(guò)所存儲(chǔ)的機(jī)器人初始位置信息，控制機(jī) 器人的關(guān)節(jié)產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的初始精確定位。
以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式
的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種機(jī)器人初始精確定位裝置，其特征在于包括電機(jī)、減速器、霍爾盤、磁鋼、信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)、中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、通訊總線，所述的電機(jī)一側(cè)連接增量碼盤，另一側(cè)連接減速器，所述的減速器輸出端固定設(shè)有霍爾盤，所述的減速器輸出端連接關(guān)節(jié)輸出軸，所述的關(guān)節(jié)輸出軸上設(shè)有磁鋼，所述的信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)對(duì)增量碼盤和霍爾信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和處理，所述的中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理及運(yùn)動(dòng)控制，所述的通訊總線是用來(lái)保證信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)與中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人初始精確定位裝置，其特征在于所述的霍爾盤 上設(shè)有6個(gè)霍爾；所述的關(guān)節(jié)輸出軸上設(shè)有的磁鋼隨關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)器人初始精確定位裝置，包括電機(jī)、減速器、霍爾盤、磁鋼、信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)、中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、通訊總線，所述的電機(jī)一側(cè)連接增量碼盤，另一側(cè)連接減速器，所述的減速器輸出端固定設(shè)有霍爾盤，所述的減速器輸出端連接關(guān)節(jié)輸出軸，所述的關(guān)節(jié)輸出軸上設(shè)有磁鋼，所述的信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)對(duì)增量碼盤和霍爾信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和處理，所述的中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理及運(yùn)動(dòng)控制，所述的通訊總線是用來(lái)保證信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)與中央運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。所述的霍爾盤上設(shè)有6個(gè)霍爾。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝、成本低，具有高的定位精確和可靠性，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人初始位置確定的自動(dòng)化。
文檔編號(hào)B25J9/12GK101444916SQ20081024069
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者張偉民, 蔣志宏, 強(qiáng) 黃 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)