[发明专利]一种整体式机器人关节定位的绝对值编码器

说明书

本发明公开了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，底座上固定有电路板，电路板的正上方设有码盘座，码盘座与轴固定连接，轴的外侧套设有轴承，轴承设于底座内，码盘座的底部设有外圈增量式光电码盘和内圈磁环，内圈磁环设于轴的外侧；电路板包括绝对位置磁性读头芯片、外圈增量光电码盘读头芯片、外部通信接口和信息存储芯片。本发明利用低成本低精度的磁性绝对值编码器，再配合高精度低成本的增量式光电编码器组成复合结构的整体式绝对位置编码器，两者数据融合获得高精度绝对值光电编码器的性能，满足机器人关节定位所需要的精度要求的同时，大幅度降低成本。

技术领域

本发明涉及一种整体式机器人关节定位的绝对值编码器，属于机器人技术领域。

背景技术

当前普遍应用于各类机器人关节定位中的绝对值编码器，包括磁性编码器、光电编码器、电容式编码器、电感式编码器等，定位精度可达12bit-23bit。磁性/电容/电感编码器多为分体式，定位精度低，一般在15bit以下，且安装位置误差导致精度进一步降低，但对于震动、粉尘、油污、光线等干扰具有很强的抑制能力。光电编码器多为整体式定位精度高，一般在17bit以上，但容易受到震动、粉尘、油污、光线等干扰的影响，其中增量光电编码器无法获取绝对位置。上述编码器互有优缺点，但能够满足机器人关节定位各项要求的价格都非常昂贵，不利于机器人的普及与应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决了如何使得编码器的定位精度高、获取绝对位置且价格便宜的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了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，底座上固定有电路板，电路板的正上方设有码盘座，码盘座与轴固定连接，轴的外侧套设有轴承，轴承设于底座内，码盘座的底部设有外圈增量式光电码盘和内圈磁环，内圈磁环设于轴的外侧，电路板上设有与其连接的绝对位置磁性读头芯片、外圈增量光电码盘读头芯片、信息存储芯片和连接电机主控板的外部通信接口，绝对位置磁性读头芯片、外圈增量光电码盘读头芯片设于电路板与码盘座之间。

优选地，所述的电路板与码盘座平行且同心。

优选地，所述的底座的外侧固定有外壳。

优选地，所述的底座的底面上固定有弹性连接件。

优选地，所述的轴内设有利于机器人各类管线通过的通孔。

优选地，所述的内圈磁环与绝对位置磁性读头芯片组成绝对位置编码器；外圈增量式光电码盘与外圈增量光电码盘读头芯片组成增量位置编码器。

优选地，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MSN-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LSN-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，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：