[发明专利]一种整体式机器人关节定位的绝对值编码器

权利要求书

1.一种整体式机器人关节定位的绝对值编码器，其特征在于，包括底座(15)，底座(15)上固定有电路板(4)，电路板(4)的正上方设有码盘座(3)，码盘座(3)与轴(8)固定连接，轴(8)的外侧套设有轴承(9)，轴承(9)设于底座(15)内，码盘座(3)的底部设有外圈增量式光电码盘(2)和内圈磁环(1)，内圈磁环(1)设于轴(8)的外侧，电路板(4)上设有与其连接的绝对位置磁性读头芯片(5)、外圈增量光电码盘读头芯片(6)、信息存储芯片(14)和连接电机主控板的外部通信接口(16)，绝对位置磁性读头芯片(5)、外圈增量光电码盘读头芯片(6)设于电路板(4)与码盘座(3)之间。

2.如权利要求1所述的一种整体式机器人关节定位的绝对值编码器，其特征在于，所述的电路板(4)与码盘座(3)平行且同心。

3.如权利要求1所述的一种整体式机器人关节定位的绝对值编码器，其特征在于，所述的底座(15)的外侧固定有外壳(10)。

4.如权利要求1所述的一种整体式机器人关节定位的绝对值编码器，其特征在于，所述的底座(15)的底面上固定有弹性连接件(12)。

5.如权利要求1所述的一种整体式机器人关节定位的绝对值编码器，其特征在于，所述的轴(8)内设有利于机器人各类管线通过的通孔。

6.如权利要求1所述的一种整体式机器人关节定位的绝对值编码器，其特征在于，所述的内圈磁环(1)与绝对位置磁性读头芯片(5)组成绝对位置编码器；外圈增量式光电码盘(2)与外圈增量光电码盘读头芯片(6)组成增量位置编码器。

7.如权利要求1所述的一种整体式机器人关节定位的绝对值编码器，其特征在于，所述的电机主控板上设有算法部分，算法部分包括校准算法和绝对角度位置重构算法；

校准算法如下，磁编代表磁性绝对值编码器，光编代表光电增量编码器：

将磁编的绝对位置数据按照光编的索引信号数据进行分区，并使光编的索引信号位于每一个磁编位置分区中固定的位置；

设磁编一整圈的分辨率Ms线，对其分区，共分N个区从MS₀到MS_N-1，每个分区对应为Ms/N线，代表360/N度；

设光编一整圈的分辨率Ls线，对其分区，共分N个区从LS₀到LS_N-1，每个分区对应为Ls/N线，代表360/N度；相邻分区之间设置一条索引信号线；

旋转编码器，即码盘座(3)，捕获光编的任意一个索引信号，作为光编的绝对0度，即LS₀分区的起始点；然后继续旋转小于360/N度的任意角度，比如360/(2N)度，作为磁编的绝对0度，即MS₀的起始点，使磁编与光编的每个分区错开360/(2N)度；以此重复旋转直到码盘座(3)旋转一周，即建立了N个磁编分区与N个光编分区以及每个光编分区与磁编分区的相对角度；保存校准数据；完成编码器的校准；

绝对角度位置重构算法如下：

首先读取磁编位置数据获取机器人关节当前大约所处的绝对位置，然后旋转关节，找到最近的光编的索引信号，同时再次读取磁编绝对位置确定准确的分区号，最后根据校准数据将分区号和索引信号重构精确的绝对位置角度；

设磁编一整圈的分辨率Ms线，对其分区，共分N个区从MS₀到MS_N-1，每个分区对应为Ms/N线，代表360/N度；

设光编一整圈的分辨率Ls线，对其分区，共分N个区从LS₀到LS_N-1，每个分区对应为Ls/N线，代表360/N度；分区之间设置一条索引信号线；

通过前期编码器校准算法已经确定了磁编与光编分区错开的相对位置；

上电时通过读取磁编获得当前关节角度为a度，那么可以确定其处于MS_n分区，n＝INT(a*N/360)；转动机器人关节电机，从而带动码盘座(3)旋转，开始搜索光编的索引信号，当捕获到索引信号时，再次读取磁编的角度如果为b度，再次获得当前磁编位置所在的分区，可以确定其处于MS_n分区，n＝INT(b*N/360)；

然后通过磁编位置的分区，再根据编码器的校准数据，可以准确的确定当前捕获到的光编的索引信号代表的绝对位置角度；比如上面的例子磁编角度为b度代表为MS_n分区，n＝INT(b*N/360)；从校准数据得到处于MS_n分区中的光编索引信号代表精确角度为(n+1)*(360/N)度，即完成了编码器绝对位置的重构。