本申請(qǐng)涉及編碼器，特別地，涉及一種編碼器精度優(yōu)化方法、機(jī)械臂關(guān)節(jié)以及機(jī)械臂系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、編碼器是一種將信號(hào)(如比特流)或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為用以通訊、傳輸或存儲(chǔ)信號(hào)形式的設(shè)備。編碼器的種類眾多，以工作原理來分，可分為增量式編碼器和絕對(duì)值編碼器；以技術(shù)原理來分，可分為磁編碼器、光編碼器和電感編碼器；以測(cè)量類型來分，可分為直線編碼器和旋轉(zhuǎn)編碼器。隨著工業(yè)的發(fā)展，編碼器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人技術(shù)、機(jī)床制造等領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)位置測(cè)量和控制的關(guān)鍵。

2、在精密控制領(lǐng)域，絕對(duì)值編碼器因其能夠提供精確的位置反饋而應(yīng)用廣泛，目前市面上的絕對(duì)值編碼器多采用光柵，此類型的編碼器雖然精度較高，但其成本也相對(duì)較高，且對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)苛(其工作原理是利用光柵盤透過的光線信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，因而易受粉塵和油污的影響)。

3、相較而言，磁環(huán)形式的絕對(duì)值編碼器對(duì)環(huán)境容忍度高、價(jià)格低，但精度卻相對(duì)較差。

4、因此，實(shí)現(xiàn)成本低廉、精度高且對(duì)環(huán)境容忍度好的編碼方案，對(duì)精密控制場(chǎng)景有著十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)一方面提供了一種編碼器精度優(yōu)化方法，所述方法包括：分別對(duì)第一編碼器和第二編碼器進(jìn)行標(biāo)定，并實(shí)時(shí)采集編碼數(shù)據(jù)；將采集到的所述編碼數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化映射，并進(jìn)行信號(hào)處理；分別計(jì)算所述第一編碼器的第一實(shí)時(shí)角度值和所述第二編碼器的第二實(shí)時(shí)角度值；以及響應(yīng)于上電獲取絕對(duì)位置以及驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行時(shí)的位置和速度控制，獲取所述第一編碼器和所述第二編碼器的數(shù)值，并通過冗余計(jì)算所述絕對(duì)位置以對(duì)所述第一編碼器的精度進(jìn)行補(bǔ)償，其中，上電獲取所述絕對(duì)位置基于所述第一實(shí)時(shí)角度值和所述第二實(shí)時(shí)角度值。

2、在一個(gè)實(shí)施方式中，所述冗余計(jì)算的方法包括：根據(jù)所述第一編碼器、所述第二編碼器之間的減速比與所述第一編碼器的脈沖值，計(jì)算所述第一編碼器的位置估計(jì)值；基于所述位置估計(jì)值獲取所述第二編碼器的不足一圈的脈沖數(shù)；計(jì)算所述第一編碼器和所述第二編碼器的差分值；以及根據(jù)所述差分值和所述第二編碼器的脈沖分辨率計(jì)算所述第二編碼器的絕對(duì)位置。

3、在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一編碼器的位置估計(jì)值滿足：est＝enc1×ri；所述第二編碼器的不足一圈的脈沖數(shù)滿足：re＝est％k；所述第一編碼器和所述第二編碼器的差分值滿足：diff＝enc2﹣re；以及所述第二編碼器的絕對(duì)位置滿足：pos＝(est+diff)/k，其中，pos是所述第二編碼器的絕對(duì)位置，est是所述第一編碼器的位置估計(jì)值，enc1是所述第一編碼器的脈沖值，enc2是所述第二編碼器的脈沖值，diff是所述第一編碼器和所述第二編碼器的差分值，re是所述第二編碼器不足一圈的脈沖數(shù)，ri是所述第一編碼器和所述第二編碼器之間的減速比，k是所述第二編碼器的脈沖分辨率。

4、在一個(gè)實(shí)施方式中，所述編碼數(shù)據(jù)包括所述第一編碼器的脈沖數(shù)據(jù)和所述第二編碼器的脈沖數(shù)據(jù)，以及所述實(shí)際數(shù)據(jù)包括所述驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)角度。

5、在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括：設(shè)定誤差閾值，并基于所述誤差閾值對(duì)所述第一實(shí)時(shí)角度值與所述冗余計(jì)算補(bǔ)償后的所述第一編碼器角度值之間的差值進(jìn)行異常判斷，其中，響應(yīng)于異常判斷結(jié)果為是，采用異常處理機(jī)制進(jìn)行異常處理。

6、在一個(gè)實(shí)施方式中，所述信號(hào)處理包括：利用快速排序算法對(duì)所述第一編碼器的脈沖數(shù)據(jù)和所述第二編碼器的脈沖數(shù)據(jù)分別進(jìn)行從小到大的數(shù)據(jù)序列；以及利用窗口濾波算法對(duì)排序后的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。

7、在一個(gè)實(shí)施方式中，計(jì)算所述第一實(shí)時(shí)角度值的方法包括：讀取所述第一編碼器的經(jīng)由所述信號(hào)處理后的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；以及使用二分查找算法將所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀數(shù)映射到預(yù)先建立的編碼器數(shù)值表中，以定位所述第一編碼器的當(dāng)前值；在與所述第一編碼器的當(dāng)前值最接近的兩個(gè)已知角度值之間進(jìn)行線性插值計(jì)算；根據(jù)查找和插值的結(jié)果，計(jì)算獲得所述第一實(shí)時(shí)角度值。

8、在一個(gè)實(shí)施方式中，所述線性化映射采用一元線性回歸算法。

9、在一個(gè)實(shí)施方式中，獲取所述第一編碼器和所述第二編碼器的數(shù)值包括：分別獲取所述第一編碼器和所述第二編碼器的脈沖值；以及計(jì)算與所述脈沖值對(duì)應(yīng)的角度值。

10、在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括采用冗余數(shù)據(jù)融合算法對(duì)所述第一編碼器的精度進(jìn)行補(bǔ)償，以及所述冗余數(shù)據(jù)融合算法滿足：其中，fpos是多個(gè)編碼器經(jīng)過加權(quán)平均處理后的綜合位置信息，wi是第i個(gè)編碼器的權(quán)重，n是參與融合的編碼器的數(shù)量，pi是第i個(gè)編碼器的位置讀數(shù)。

11、本申請(qǐng)的另一方面提供了一種機(jī)械臂關(guān)節(jié)，所述機(jī)械臂關(guān)節(jié)包括：第一編碼器，位于靠近減速器的一端；第二編碼器，位于靠近驅(qū)動(dòng)器的一端；轉(zhuǎn)軸，與所述驅(qū)動(dòng)器耦合，并同步帶動(dòng)所述第一編碼器和所述第二編碼器的運(yùn)動(dòng)，其中，響應(yīng)于上電獲取絕對(duì)位置以及所述驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行時(shí)位置和速度控制，獲取所述第一編碼器和所述第二編碼器的數(shù)值，并通過冗余計(jì)算所述絕對(duì)位置以對(duì)所述第一編碼器的精度進(jìn)行補(bǔ)償。

12、在一個(gè)實(shí)施方式中，所述冗余計(jì)算滿足：pos＝(enc1×ri+enc2﹣est％k)/k，其中，pos是所述第二編碼器的絕對(duì)位置，est是所述第一編碼器的位置估計(jì)值，enc1是所述第一編碼器的脈沖值，enc2是所述第二編碼器的脈沖值，ri是所述第一編碼器和所述第二編碼器之間的減速比，k是所述第二編碼器的脈沖分辨率。

13、本申請(qǐng)的再一方面提供了一種機(jī)械臂系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：如上述實(shí)施方式中任一所述的機(jī)械臂關(guān)節(jié)；處理器；以及存儲(chǔ)器，與所述處理器通信連接并存儲(chǔ)有可被執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序指令，其中，所述機(jī)械臂關(guān)節(jié)的數(shù)量為多個(gè)，所述計(jì)算機(jī)程序指令被所述處理器執(zhí)行并分別控制每一個(gè)所述機(jī)械臂關(guān)節(jié)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)所述機(jī)械臂關(guān)節(jié)的協(xié)統(tǒng)還包括：控制單元，與所述機(jī)械臂通信連接，用于接收和解析所述機(jī)械臂的信號(hào)。

14、本申請(qǐng)?zhí)峁┑木幋a器精度優(yōu)化方法可具有以下至少一個(gè)有益效果：

15、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中的編碼器精度優(yōu)化方法，通過冗余計(jì)算獲取絕對(duì)位置，并對(duì)第一編碼器的精度進(jìn)行補(bǔ)償，能夠有效優(yōu)化測(cè)量時(shí)的誤差，顯著提升絕對(duì)值編碼器的精度。

16、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中的編碼器精度優(yōu)化方法，采用第一編碼器和第二編碼器的冗余系統(tǒng)，能夠提供比單編碼器更高的精度、可靠性和更廣的應(yīng)用范圍。

17、本發(fā)明實(shí)施方式的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明實(shí)施方式的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)和/或功能來實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種編碼器精度優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精度優(yōu)化方法，其特征在于，所述冗余計(jì)算的方法包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的精度優(yōu)化方法，其特征在于，所述第一編碼器的位置估計(jì)值滿足：est＝enc1×ri；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精度優(yōu)化方法，其特征在于，所述編碼數(shù)據(jù)包括所述第一編碼器的脈沖數(shù)據(jù)和所述第二編碼器的脈沖數(shù)據(jù)，以及所述實(shí)際數(shù)據(jù)包括所述驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)角度。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的精度優(yōu)化方法，其特征在于，還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的精度優(yōu)化方法，其特征在于，所述信號(hào)處理包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的精度優(yōu)化方法，其特征在于，計(jì)算所述第一實(shí)時(shí)角度值的方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的精度優(yōu)化方法，其特征在于，所述線性化映射采用一元線性回歸算法。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的精度優(yōu)化方法，其特征在于，獲取所述第一編碼器和所述第二編碼器的數(shù)值包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的精度優(yōu)化方法，其特征在于，還包括：

11.一種機(jī)械臂關(guān)節(jié)，其特征在于，所述機(jī)械臂關(guān)節(jié)包括：

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的機(jī)械臂關(guān)節(jié)，其特征在于，所述冗余計(jì)算滿足：

13.一種機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N編碼器精度優(yōu)化方法、機(jī)械臂關(guān)節(jié)以及系統(tǒng)，所述方法包括：分別對(duì)第一編碼器和第二編碼器進(jìn)行標(biāo)定，并實(shí)時(shí)采集編碼數(shù)據(jù)；將采集到的所述編碼數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化映射，并進(jìn)行信號(hào)處理；分別計(jì)算所述第一編碼器的第一實(shí)時(shí)角度值和所述第二編碼器的第二實(shí)時(shí)角度值；以及響應(yīng)于上電獲取絕對(duì)位置以及驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行時(shí)的位置和速度控制，獲取所述第一編碼器和所述第二編碼器的數(shù)值，并通過冗余計(jì)算所述絕對(duì)位置以對(duì)所述第一編碼器的精度進(jìn)行補(bǔ)償，其中，上電獲取所述絕對(duì)位置基于所述第一實(shí)時(shí)角度值和所述第二實(shí)時(shí)角度值。

技術(shù)研發(fā)人員：楊望明,陳震
受保護(hù)的技術(shù)使用者：享刻智能技術(shù)（北京）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19