WO2017198220A1 - 一种机器人、旋转测量装置及方法 - Google Patents

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WO2017198220A1
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pulse signal
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刘培超
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Shenzhen Yuejiang Technology Co Ltd
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Shenzhen Yuejiang Technology Co Ltd
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders
    • G—PHYSICS
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Definitions

  • the present invention relates to the field of mechanical device rotation measurement, and more particularly to a robot, a rotation measuring device, and a method.
  • Robots and automation equipment have a broad application market. Taking robots as an example, robot technology is a typical representative of advanced manufacturing technology. It is a multi-disciplinary advanced technology integrating mechanical, electronic, control, computer, sensor, artificial intelligence. Important modern manufacturing automation equipment. Among them, the robot generally has a driving motor, and the driving motor plays the role of driving the various moving joints of the robot for axial movement. In addition, the control system of the robot needs to acquire or limit the motion posture of each joint in the process of controlling the motion of the joint motion, and generally uses data such as the rotational angular velocity and the angular displacement of the driving motor to obtain the motion posture.
  • An object of the present invention is to provide a robot, a rotation measuring device and a method, which aim to solve the problem that the conventional rotary measuring method is difficult to test the zero position and high in cost.
  • the present invention provides a rotation measuring apparatus including an encoder and a calculation unit, the encoder including a ring code channel and a detector connected to the calculation unit, the ring code channel being coaxially mounted On the rotation axis of the measurement target, the detector is placed opposite to the circular code channel, and the ring code channel includes a ring Aligning the detection targets, the detection targets constitute a first region and a second region that are connected end to end, the first region includes the same and repeatedly arranged first detection targets; the second region includes at least one and a first detection target having a different detection target; the detector detecting the detection target output pulse signal on the circular code channel, and the calculation unit calculates a preset zero position of the measurement target according to the pulse signal One or more of a rotation angle and a rotation speed.
  • the present invention also provides a rotation measuring method, comprising an encoder, the encoder comprising a ring code channel and a detector disposed opposite to the ring code channel, the ring code channel being coaxially mounted On the rotation axis of the measurement target, the circular code track includes an annular array detection target, and the detection target constitutes a first region and a second region that are connected end to end, and the first region includes the first detection of the same and repeated arrangement
  • the second region includes at least one second detection target different from the first detection target; the method includes:
  • the present invention also provides a robot including at least one movable joint that can rotate, and the above-described rotation measuring device
  • the code wheel is added to the measuring target (actuator), which eliminates the error between the encoder and the end effector caused by the backlash of the low-cost planetary reducer, and is no longer required to be expensive. Harmonic reducer reduces product cost.
  • functions that distinguish different rotation areas, such as the work area and the limit area can be realized in a low cost manner through one read head and one code track.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a rotation measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram of a code disc according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a partially enlarged schematic view of a portion A in FIG. 2.
  • 4 is a flowchart of a rotation measurement method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flow chart of calculating a zero position of the rotation measuring method shown in FIG. 4;
  • FIG. 6 is a flow chart showing the calculation of the rotational speed of the rotation measuring method shown in FIG. 4;
  • FIG. 7 is a flow chart of calculating a rotation angle of the rotation measuring method shown in FIG. 4;
  • FIG. 8 is a schematic structural diagram of a code disc according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a partial enlarged view of a portion A in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a schematic structural diagram of a robot according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a cross-sectional view taken along line C-C of Figure 10;
  • FIG. 12 is a partially enlarged schematic view of a portion B in FIG. 11.
  • a rotation measuring apparatus includes an encoder 500 and a computing unit 600, the encoder 500 including a ring code channel 510 and a calculation
  • the unit 600 is connected to a detector 520 which is coaxially mounted on the rotating shaft of the measuring target 100.
  • the encoder is added to the measurement target 100, eliminating the error between the encoder 500 and the end determination target 100 caused by the low-speed planetary reducer return gap. It is no longer necessary to use expensive harmonic retarders.
  • the detector 520 is disposed opposite to the circular code channel 510.
  • the circular code channel 510 includes a circular array detection target, and the detection target constitutes a first region 511 and a second region 512 that are connected end to end.
  • An area 511 includes the same and repeatedly arranged first detection target 5111; the second area 512 includes at least one second detection target 5121 different from the first detection target 5111; the detector 520 detects the ring
  • the detection target output pulse signal on the code channel 510, the calculation unit 600 calculates one or more of a preset zero position, a rotation angle, and a rotation speed of the measurement target 100 according to the pulse signal.
  • the detector 520 detects that the first detection target 5111 outputs a first pulse signal, and detects the second detection target 5121 output. a second pulse signal different from the first pulse signal.
  • the first pulse signal and the second pulse signal are at least one of a duty ratio, a period, and a pulse width.
  • the second pulse signal is half of the first pulse signal, that is, the second pulse signal is only a high level or a low level of the first pulse signal.
  • the measurement target 100 is controlled to rotate. Determining a transition edge position between pulse signals of two different pulse widths by changing a pulse width of the acquired adjacent pulse signal; determining the pre-determination according to the jump edge position and a preset calibration parameter Set the zero position.
  • the preset calibration parameter is the number of preset pulse signals, that is, the actual preset zero position may be a jump edge position B between pulse signals of different pulse widths, and the preset pulse signal is zero. . It may also be a certain position of the preset pulse signal (the first pulse signal or the second pulse signal) from the jump edge position B.
  • the pulse width of the acquired adjacent pulse signal changes, it is necessary to control the rotation direction of the measurement target 100 to drive the rotation of the code wheel having the circular code channel 510 so that the first region 511 and the second region 512 pass through.
  • the detection of the detector 520 can cause the pulse width of the adjacent pulse signal to change.
  • the number of pulse signals during the rotation of the measurement target 100 is obtained; and the current rotation angle of the measurement target 100 is calculated according to the number of pulse signals in the rotation process. Specifically, the current rotation angle is obtained by adding the angular positions represented by the pulse signals. If the pulse signal of different pulse width is included, the preset zero position may be determined first, and the rotation angle between the measurement target 100 and the preset zero position is calculated according to the number of pulses between the end point of the rotation and the preset zero position. .
  • the first detection target 5111 includes a first effective detection unit 5111A and a first invalid detection unit 5111B.
  • the first effective detection unit 5111A on the first area 51 is spaced apart, and the first invalid detection unit 5111B is located at a phase. Between the adjacent first effective detecting portions 5111 A.
  • the second detection target 5121 includes a second effective detection portion 5121A and a second invalidation detection portion 5121B, and the second effective detection portion 5121A and the second effective on the second region 512 are valid.
  • the arrangement rule of the detecting portion 5121A is the same as the first effective detecting portion 5111A and the first invalid detecting portion 5111B on the first region 511; the width and the width of the first invalid detecting portion 5111B
  • the width of the second invalid detecting portion 5121B is different and/or the width of the first effective detecting portion 5111A is different from the width of the second effective detecting portion 5121A.
  • the detector 520 detects the first detection target 5 111 and the second detection target 5121, and the first pulse signal and the second pulse signal respectively obtained are at least one of a duty ratio, a period, and a pulse width.
  • the second area 512 includes one of the second detection targets 5121, and the second detection target 5121 includes one of the first effective detection units 5111 A or one of the first An invalid detecting unit 5111B. Thereafter, the detector 520 detects the first detection target 5111 and the second detection target 5121, and obtains the second pulse signal as half of the first pulse signal.
  • the first effective detecting unit 5111A and the second effective detecting unit 5121 A are light transmissive areas, and the first invalid detecting unit 5111B and the second invalid detecting unit 5121B
  • the detector 520 is an optical pickup. That is, the encoder 500 is a photoelectric encoder 500.
  • the first invalid detecting unit 5111B and the second invalid detecting unit 5121B are insulating members, and the first invalid detecting portion 5111B and the second invalid detecting portion 5121B are electrically conductive.
  • the detector 520 is a brush. That is, the encoder 500 is a contact encoder 500.
  • a method of rotating measurement comprising an encoder and a controller, the encoder comprising a ring code channel and a detector placed opposite the ring code channel, the ring code
  • the track is coaxially mounted on a rotation axis of the measurement target, the ring code track includes an annular array detection target, and the detection target constitutes a first region and a second region that are connected end to end, the first region including the same and repeating
  • the first detection target arranged; the second area includes at least one second detection target different from the first detection target.
  • the method includes: Step S110: Control the rotation of the measurement target, and acquire a pulse signal output by the detection target of the encoder. Controlling the rotation of the measurement target, determining that the target drives the encoder to rotate synchronously, and the detector detects that the first detection target and/or the second detection target output the first pulse signal and/or Or the second pulse signal.
  • Step S120 Calculate one or more of a preset zero position, a rotation speed, and a rotation angle of the measurement target by using the acquired pulse signal.
  • step S120 the preset zero position of the measurement target is calculated by using the acquired pulse signal.
  • the method specifically includes:
  • step S201 controlling the measurement target rotation
  • Step S202 when the pulse width of the acquired adjacent pulse signal changes, determining a transition edge position between the pulse signals of two different pulse widths;
  • Step S203 Determine the preset zero position according to the jump edge position and a preset calibration parameter, where the preset calibration parameter is a preset pulse signal number.
  • step S120 the rotation speed of the measurement target is calculated by using the acquired pulse signal, and FIG. 6 specifically includes:
  • step S301 controlling the measurement target rotation
  • Step S302 obtaining the number of pulse signals in the preset time interval
  • Step S303 calculating a rotation speed of the measurement target according to the preset time and the number of the pulse signals.
  • step S120 the rotation angle of the measurement target is calculated by using the acquired pulse signal, and FIG. 7 specifically includes:
  • step S401 controlling the measurement target rotation
  • Step S402 acquiring the number of pulse signals in the rotation process of the measurement target
  • Step S403 calculating a current rotation angle of the measurement target according to the number of pulse signals in the rotation process.
  • a robot such as a desktop-level robotic arm, includes at least one movable joint (eg, a robotic arm, a turntable, etc.) that can be rotated, and a rotation measuring device.
  • movable joint eg, a robotic arm, a turntable, etc.
  • the code wheel is added to the measuring target (actuator), which eliminates the error between the encoder and the end effector caused by the backlash gap of the low-cost planetary reducer, and is no longer required to be expensive.
  • Harmonic reducer reduces product cost; using non-uniform reticle code wheel method, it can realize functions of distinguishing different rotation areas, such as work area and limit, through a read head and a code channel in a low cost manner. Bit area.
  • the code wheel 1 in another embodiment, as shown in FIG. 8 to FIG. 12, includes an annular disk body 10 having a hollow hole 11, and the annular disk body 10 is provided with a ring shape.
  • a code track 20 the ring code track 20 includes at least a first area 21 and a second area 22, and the first area 21 is internally provided with a first non-transmissive area 211 and the adjacent first non-transparent area a first light-transmitting region 212 between the light-transmitting regions 211, wherein the second region 22 is spaced apart from the second non-light-transmitting region 221 and the second transparent portion 221 between the adjacent second non-light-transmitting regions 221
  • the width of the first non-transmissive region 211 is different from the width of the second non-transmissive region 221 and/or the width of the first transparent region 212 and the second transparent region 22 The width is different.
  • the code wheel 1 of the embodiment of the present invention has a distance between adjacent first non-transmissive regions 211 disposed in the first region 21 and an adjacent second non-transparent light disposed in the second region 22.
  • the distance between the regions 221 is different, and the first region 21 and the second region 22 can output different position information, then the boundary line 23 between the first region 21 and the second region 22 can be defined as a zero point when the boundary line is detected.
  • 23 ⁇ that is, the boundary line 23 can be used as the starting zero point to calculate, so as to conveniently determine the specific angle value of detecting the rotation of the code wheel 1.
  • the code wheel 1 provided by the embodiment of the present invention is mainly used as a component of the rotary encoder 3, and the rotary encoder 3 using the code wheel 1 is mainly used as a component of the robot 9.
  • the structure of the code wheel 1 provided by the embodiment of the present invention has at least three modes:
  • the width of the first non-transmissive region 211 is different from the width of the second non-transmissive region 221; thus, the first region 21 and the second region 22 may output different position information;
  • the width of the first light transmitting region 212 is different from the width of the second light transmitting region 22; likewise, the first region 21 and the second region 22 can be ensured to output different position information;
  • the width of the first non-transmissive region 211 is different from the width of the second non-transmissive region 221 and the width of the first transparent region 212 is different from the width of the second transparent region 22; A region 21 and a second region 22 output different position information.
  • the code wheel 1 provided by the embodiment of the invention has a simple overall structure, low cost and is easy to implement.
  • the first area 21 and the second area 22 are relative area distribution settings, that is, one area defined first is the first area 21, and then The area defined by one area 21 is the second area 22.
  • first non-transmissive region 211 and the second non-transparent region 221 can be fabricated by a process such as chrome plating etching.
  • the first light transmitting region 212 and the second light transmitting region 222 may be formed by the annular disk body 10 which is itself transparent.
  • the distance between the adjacent first non-transmissive regions 211 is greater than the distance between the adjacent second non-transmissive regions 221, or The distance between the adjacent first non-transmissive regions 211 is smaller than the distance between the adjacent second non-transmissive regions 221 (this structural diagram is not shown). Specifically, by setting the distance between the adjacent first non-transmissive regions 211 to be larger or smaller than the distance between the adjacent second non-transmissive regions 221, the first region 21 and the second region can be made.
  • the area 22 forms a boundary line 23, the code wheel 1 is specifically operated, and the read head 2 enters the second area 22 from the first area 21 through the boundary line 23, and the first area 21 and the second area 22 respectively output different information, then With the dividing line 23 as the starting zero point, the reading head 2 continues to calculate the rotation angle of the code wheel 1 through the second area 22, and when the code wheel 1 is rotated to a certain angle, the angle signal is output to the reading head 2, The read head 2 transmits the signal to the relevant control module to control the code wheel 1 to continue to rotate, thereby achieving the effect of the limit.
  • the area of the first region 21 is smaller than the area of the second region 22.
  • the function of the first region 21 is to form a boundary line 23 with the second region 22, so as to conveniently define the starting zero point, then the area of the first region 21 is set relative to the area of the second region 22, which can be directly Increasing the area of the second region 22, after the starting zero is calculated from the boundary line 23 between the first region 21 and the second region 22, the code wheel 1 continues to rotate, and the second region 22 of the read head 2 can be detected.
  • the range of angles will be larger, that is, the range of rotation angles of the code wheel 1 that can be defined is larger, and the application range is wider.
  • the area ratio of the area of the first region 21 to the second region 22 is 1/14 ⁇ 2/7.
  • the area ratio of the area of the first area 21 to the second area 22 may be 1/14, 1 /7, 3/14 or 2/7, and the area of the first area 21 and the area of the second area 22
  • the setting of the area ratio can satisfy the limit of the rotation angle of most of the code wheel 1; preferably, the area ratio of the area of the first area 21 to the second area 22 is 1/7.
  • the thickness of the annular disk body 10 is ⁇ 0.4 mm.
  • the thickness of the annular disk body 10 may be 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, or 0.4 mm.
  • the design of the annular disk body 10 of the above thickness value ensures that the code wheel 1 outputs a normal signal, and works normally, and does not The thickness is too thick to occupy a larger installation space or affect the installation, and the structure design is reasonable and practical.
  • the annular disk body 10 is a metal annular disk body, a glass annular disk body, a resin annular disk body or a film annular disk body. Specifically, depending on the actual use, metal, glass, resin or The film and the like are made of the annular disk body 10, so that the products are diversified to suit different application environments.
  • the hole edge of the hollow hole 11 extends toward the hole of the hollow hole 11 to provide at least one mounting protrusion 12.
  • the code wheel 1 is generally mounted outside the rotating shaft, for example, the code wheel 1 is fixed outside the rotating shaft by a centering element, so that the stability of the ring code 1 and the centering element after mounting and connecting can be improved by the code wheel 1.
  • the mounting boss 12 extending from the hollow hole 11 is embedded in the centering member
  • the mounting bump 12 also has the function of facilitating positioning and preventing dullness.
  • FIG. 8 preferably, there are two mounting lugs 12, and the two mounting lugs 12 have different outer shape structures, so that the anti-staying effect is better.
  • an embodiment of the present invention further provides a rotary encoder 3 including a read head 2 and the above-described code wheel 1 connected to the read head 2.
  • the rotary encoder 3 of the embodiment of the present invention since the above-described code wheel 1 is used, the read head 2 can start the boundary 23 of the first region 21 and the second region 22 of the code wheel 1 as a start.
  • the zero point calculates the angle at which the code wheel 1 is rotated, so that the function of defining the code wheel 1 to rotate only by a certain angle to achieve the limit position can be realized.
  • the rotary encoder 3 in this embodiment is mainly applied to the rotary base 4 of the robot 9, and the rotary base 4 is limited.
  • an embodiment of the present invention further provides a robot 9 including a rotating base 4 and a robot 5 disposed on the rotating base 4, wherein the rotating base 4 is provided with the above-mentioned Rotary encoder 3.
  • the robot 9 of the embodiment of the present invention can determine the rotation zero of the code wheel 1 by the read head 2 in the rotary encoder 3 by using the above-described rotary encoder 3 in the rotary base 4.
  • the rotation angle of the code wheel 1 is detected to limit the rotation angle of the rotary base 4, thereby preventing the rotation of the rotary base 4 from being entangled.
  • the robot 5 includes a support frame 6, a robot arm 7 and an actuator 8, and the support frame 6 is fixed on the rotating base 4, the machine
  • the arm 7 is mounted on the support frame 6, and the actuator 8 is coupled to the end of the robot arm 7.
  • the rotating base 4 rotates to drive the support frame 6 to rotate
  • the support frame 6 drives the mechanical arm 7 to rotate
  • the mechanical arm 7 drives the actuator 8 to rotate, thereby achieving axial movement.
  • the rotary encoder 3 having the above-described code wheel 1 can define an angle at which the rotary base 4 is axially rotated, thereby preventing the wire connected to the outside of the robot 9 from being wound around the support frame 6, the robot arm 7 or the actuator 8, and achieving the anti-wrap.
  • the function of the line As described above, the present invention has the above-described excellent characteristics, and is useful in the use of the present invention to improve the performance of the prior art and to become a practical product.

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Abstract

一种机器人、旋转测量装置及方法，装置包括编码器（500），编码器（500）包括一环形码道（510）及一检测器（520），环形码道（510）同轴地安装在测定目标（100）的旋转轴上，环形码道（510）包括环形排列检测目标，检测目标构成首尾相接的第一区域（511）和第二区域（512），第一区域（511）包括相同且重复排列的第一检测目标（5111）；第二区域（512）包括至少一个第二检测目标（5121）；检测检测目标输出脉冲信号，根据脉冲信号计算测定目标（100）的预设零位位置、旋转角度及旋转速度。码盘（1）加在测定目标上（100），消除了低成本行星减速器回程间隙造成的编码器（500）与末端执行器之间的误差，降低了产品成本，提高了系统精度；采用非均匀刻线的码盘（1）方法，可以通过一个读头，一个码道，以低成本的方式实现区分不同旋转区域的功能，如工作区和限位区。

Description

一种机器人、 旋转测量装置及方法 技术领域
[0001] 本发明涉及机械设备旋转测量领域， 特别是涉及一种机器人、 旋转测量装置及 方法。
背景技术
[0002] 机器人及自动化装备有着广阔的应用市场， 以机器人为例， 机器人技术作为先 进制造技术的典型代表， 是集机械、 电子、 控制、 计算机、 传感器、 人工智能 等多学科先进技术于一体的重要的现代制造业自动化装备。 其中， 机器人一般 都具驱动电机， 驱动电机的作用是带动机器人的各个运动关节进行轴向运动。 另外， 机器人的控制系统在控制运动关节运动的过程中， 需要获取或限制各个 关节运动姿态， 一般采用检测驱动电机的旋转角速度及角位移等数据以得到其 运动姿态。
[0003] 现有的有使用码盘为标准码盘的旋转编码器， 宽度相同的编码狭缝均匀分布， 只能够输出增量式位置信息， 使用吋， 定位零点较为困难， 存在一定的局限性 。 另外， 也有使用带编码器的电机， 因减速器的存在， 为了获得末端执行器的 绝对角度编码信息或者零位角度信息， 如此需要使用绝对式多圈编码器， 成本 高昂。 减速器选用低成本行星减速器， 存在回程间隙， 造成编码器信息与末端 执行器之间存在误差。 如果选用回程间隙小的谐波减速器， 成本高昂。
技术问题
[0004] 本发明目的在于提供一种机器人、 旋转测量装置及方法， 旨在解决传统的旋转 测量方法测试零位位置困难和成本高的问题。
问题的解决方案
技术解决方案
[0005] 本发明提供了一种旋转测量装置， 包括编码器和计算单元， 所述编码器包括一 环形码道及一与所述计算单元连接的检测器， 所述环形码道同轴地安装在测定 目标的旋转轴上， 所述检测器与所述环形码道相对放置， 所述环形码道包括环 形排列检测目标， 所述检测目标构成首尾相接的第一区域和第二区域， 所述第 一区域包括相同且重复排列的第一检测目标； 所述第二区域包括至少一个且与 所述第一检测目标不同的第二检测目标； 所述检测器检测所述环形码道上的所 述检测目标输出脉冲信号， 所述计算单元根据所述脉冲信号计算所述测定目标 的预设零位位置、 旋转角度及旋转速度中的一种或多种。
[0006] 本发明还提供了一种旋转测量方法， 包括编码器， 所述编码器包括一环形码道 及一与所述环形码道相对放置的检测器， 所述环形码道同轴地安装在测定目标 的旋转轴上， 所述环形码道包括环形排列检测目标， 所述检测目标构成首尾相 接的第一区域和第二区域， 所述第一区域包括相同且重复排列的第一检测目标 ； 所述第二区域包括至少一个且与所述第一检测目标不同的第二检测目标； 所 述方法包括：
[0007] 控制所述测定目标旋转， 并获取所述编码器的检测目标输出的脉冲信号； [0008] 利用获取到的所述脉冲信号计算所述测定目标的预设零位位置、 旋转转速及旋 转角度中的一种或多种。
[0009] 本发明还提供了一种机器人， 包括至少一个可作旋转运动的运动关节， 及上述 的旋转测量装置
发明的有益效果
有益效果
[0010] 本发明的技术方案中码盘加在测定目标 （执行器） 上， 消除了低成本行星减速 器回程间隙造成的编码器与末端执行器之间的误差， 不再需要使用价格高昂的 谐波减速器， 降低了产品成本。 采用非均匀刻线的码盘方法， 可以通过一个读 头， 一个码道， 以低成本的方式实现区分不同旋转区域的功能， 如工作区和限 位区。
对附图的简要说明
附图说明
[0011] 图 1为本发明实施例提供的旋转测量装置的模块示意图；
[0012] 图 2为本发明实施例一提供的码盘的结构示意图；
[0013] 图 3为图 2中 A处的局部放大示意图。 [0014] 图 4为本发明实施例提供的旋转测量方法的流程图；
[0015] 图 5为图 4所示的旋转测量方法的计算零位位置的流程图；
[0016] 图 6为图 4所示的旋转测量方法的计算转动转速的流程图；
[0017] 图 7为图 4所示的旋转测量方法的计算旋转角度的流程图；
[0018] 图 8为本发明实施例二提供的码盘的结构示意图；
[0019] 图 9为图 8中 A处的局部放大示意图；
[0020] 图 10为本发明实施例提供的机器人的结构示意图；
[0021] 图 11为沿图 10中 C-C线的剖切视图；
[0022] 图 12为图 11中 B处的局部放大示意图。
本发明的实施方式
[0023] 为了使本发明要解决的技术问题、 技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结 合附图及实施例， 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具 体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。
[0024] 请参阅图 1至图 3， 本发明较佳实施例中一种旋转测量装置， 包括编码器 500和 计算单元 600， 所述编码器 500包括一环形码道 510及一与所述计算单元 600连接 的检测器 520， 所述环形码道 510同轴地安装在测定目标 100的旋转轴上。 码盘加 在测定目标 100上， 消除了低成本行星减速器回程间隙造成的编码器 500与末端 测定目标 100之间的误差。 不再需要使用价格高昂的谐波减速器。
[0025] 检测器 520与所述环形码道 510相对放置， 所述环形码道 510包括环形排列检测 目标， 所述检测目标构成首尾相接的第一区域 511和第二区域 512， 所述第一区 域 511包括相同且重复排列的第一检测目标 5111 ; 所述第二区域 512包括至少一 个且与所述第一检测目标 5111不同的第二检测目标 5121 ; 所述检测器 520检测所 述环形码道 510上的所述检测目标输出脉冲信号， 所述计算单元 600根据所述脉 冲信号计算所述测定目标 100的预设零位位置、 旋转角度及旋转速度中的一种或 多种。
[0026] 更加具体地， 当所述环形码道 510或检测器 520匀速转动吋， 检测器 520所述检 测所述第一检测目标 5111输出第一脉冲信号， 检测所述第二检测目标 5121输出 与所述第一脉冲信号不同的第二脉冲信号。 其中， 该第一脉冲信号和第二脉冲 信号为占空比、 周期和脉冲宽度中有至少一种不同。 或者第二脉冲信号为第一 脉冲信号的一半， 即第二脉冲信号为只为第一脉冲信号的一个高电平或一个低 电平。
[0027] 具体地， 控制所述测定目标 100旋转。 通过当获取到的相邻的脉冲信号的脉宽 发生变化吋， 确定两个不同脉宽的脉冲信号之间的跳变沿位置； 根据所述跳变 沿位置和预设校准参数确定所述预设零位位置。
[0028] 其中， 所述预设校准参数为预设脉冲信号个数， 即实际预设零位位置可以是不 同脉宽的脉冲信号之间的跳变沿位置 B， 预设脉冲信号为零个。 也可以是与该跳 变沿位置 B相距预设个脉冲信号 （第一脉冲信号或第二脉冲信号） 的某一位置。 另外， 获取到的相邻的脉冲信号的脉宽发生变化， 则需要控制测定目标 100的旋 转方向， 带动具有环形码道 510的码盘上转动， 使得第一区域 511和第二区域 512 都经过检测器 520的检测， 则可以使得相邻的脉冲信号的脉宽发生变化。
[0029] 通过获取到的旋转的预设吋间内的脉冲信号个数； 根据所述预设吋间和所述脉 冲信号个数计算所述测定目标 100的旋转转速。 若获取的脉冲信号都为其中一种 脉冲信号， 则计算转速的方法比较简单， 为： （脉冲信号个数 *每个脉冲信号代 表的角位移） /预设吋间=旋转转速。 若获取的脉冲信号包含两种脉冲信号， 则 放弃计算； 或者， 以单个脉冲信号计算旋转转速， 具体为： 脉冲信号代表的角 位移） /脉冲信号的周期=旋转转速。
[0030] 通过获取所述测定目标 100旋转过程中的脉冲信号个数； 根据所述旋转过程中 的脉冲信号个数计算所述测定目标 100的当前旋转角度。 具体地， 通过将脉冲信 号代表的角位相加则得到当前旋转角度。 若其中包含不同脉宽的脉冲信号， 可 以先确定预设零位位置， 在根据旋转的终点与预设零位位置之间的脉冲个数计 算测定目标 100与预设零位位置之间旋转角度。
[0031] 本实施例中， 关于环形码道 510的设置规则。 述第一区域 511占所述环形码道 51 0的比例与所述第二区域 512占所述环形码道 510的比例之比为 1/14~2/7。 第一检 测目标 5111包括第一有效检测部 5111A和第一无效检测部 5111B , 所述第一区域 5 11上的所述第一有效检测部 5111A间隔设置， 所述第一无效检测部 5111B位于相 邻的所述第一有效检测部 5111 A之间。
[0032] 在其中一个实施例中， 第二检测目标 5121包括第二有效检测部 5121A和第二无 效检测部 5121B , 所述第二区域 512上的所述第二有效检测部 5121A和第二有效检 测部 5121A的排列规律， 与所述第一区域 511上的所述第一有效检测部 5111A和所 述第一无效检测部 5111B位排列规律相同； 所述第一无效检测部 5111B的宽度与 所述第二无效检测部 5121B的宽度不同和 /或所述第一有效检测部 5111A的宽度与 所述第二有效检测部 5121A的宽度不同。 此吋， 检测器 520检测该第一检测目标 5 111和第二检测目标 5121， 分别得到的第一脉冲信号和第二脉冲信号为占空比、 周期和脉冲宽度中有至少一种不同。
[0033] 在另一个实施例中， 所述第二区域 512包括一个所述第二检测目标 5121， 且所 述第二检测目标 5121包括一个所述第一有效检测部 5111 A或一个所述第一无效检 测部 5111B。 此吋， 检测器 520检测该第一检测目标 5111和第二检测目标 5121， 得到第二脉冲信号为第一脉冲信号的一半。
[0034] 在其中一个实施例中， 所述第一有效检测部 5111A和所述第二有效检测部 5121 A为透光区域， 所述第一无效检测部 5111B和所述第二无效检测部 5121B为非透 光区域， 所述检测器 520为光电读头。 即该编码器 500为光电编码器 500。
[0035] 在另一个实施例中， 所述第一无效检测部 5111B和所述第二无效检测部 5121B 为绝缘部件， 所述第一无效检测部 5111B和所述第二无效检测部 5121B为导电部 件， 所述检测器 520为电刷。 即该编码器 500为接触编码器 500。
[0036] 此外， 还公幵了一种旋转测量方法， 系统包括编码器和控制器， 所述编码器包 括一环形码道及一与所述环形码道相对放置的检测器， 所述环形码道同轴地安 装在测定目标的旋转轴上， 所述环形码道包括环形排列检测目标， 所述检测目 标构成首尾相接的第一区域和第二区域， 所述第一区域包括相同且重复排列的 第一检测目标； 所述第二区域包括至少一个且与所述第一检测目标不同的第二 检测目标。
[0037] 请参阅图 4， 所述方法包括： 步骤 S110， 控制所述测定目标旋转， 并获取所述 编码器的检测目标输出的脉冲信号。 控制所述测定目标旋转， 测定目标带动编 码器同步转动， 检测器检测第一检测目标和 /第二检测目标输出第一脉冲信号和 / 或第二脉冲信号。
[0038] 步骤 S120， 利用获取到的所述脉冲信号计算所述测定目标的预设零位位置、 旋 转转速及旋转角度中的一种或多种。
[0039] 具体地， 在步骤 S120中， 利用获取到的所述脉冲信号计算所述测定目标的预设 零位位置， 请参阅图 5， 具体包括：
[0040] 步骤 S201 , 控制所述测定目标旋转；
[0041] 步骤 S202， 当获取到的相邻的脉冲信号的脉宽发生变化吋， 确定两个不同脉宽 的脉冲信号之间的跳变沿位置；
[0042] 步骤 S203 , 根据所述跳变沿位置和预设校准参数确定所述预设零位位置， 所述 预设校准参数为预设脉冲信号个数。
[0043] 具体地， 在步骤 S120中， 利用获取到的所述脉冲信号计算所述测定目标的旋转 转速， 请参阅图 6， 具体包括：
[0044] 步骤 S301， 控制所述测定目标旋转；
[0045] 步骤 S302， 获取到的预设吋间内的脉冲信号个数；
[0046] 步骤 S303， 根据所述预设吋间和所述脉冲信号个数计算所述测定目标的旋转转 速。
[0047] 具体地， 在步骤 S120中， 利用获取到的所述脉冲信号计算所述测定目标的旋转 角度， 请参阅图 7， 具体包括：
[0048] 步骤 S401 , 控制所述测定目标旋转；
[0049] 步骤 S402， 获取所述测定目标旋转过程中的脉冲信号个数；
[0050] 步骤 S403， 根据所述旋转过程中的脉冲信号个数计算所述测定目标的当前旋转 角度。
[0051] 一种机器人， 如桌面级机械臂， 包括至少一个可作旋转运动的运动关节 （如机 械臂、 转盘等） 和旋转测量装置。
[0052] 本发明的技术方案中码盘加在测定目标 （执行器） 上， 消除了低成本行星减速 器回程间隙造成的编码器与末端执行器之间的误差， 不再需要使用价格高昂的 谐波减速器， 降低了产品成本； 采用非均匀刻线的码盘方法， 可以通过一个读 头， 一个码道， 以低成本的方式实现区分不同旋转区域的功能， 如工作区和限 位区。
[0053] 在另一个实施方式中， 如图 8至图 12所示， 本发明实施例提供的码盘 1， 包括具 有中空孔 11的环形盘体 10， 所述环形盘体 10上设有环形码道 20， 所述环形码道 2 0至少包括第一区域 21和第二区域 22， 所述第一区域 21内间隔设有第一非透光区 211和位于相邻的所述第一非透光区 211之间的第一透光区 212， 所述第二区域 22 间隔设有第二非透光区 221和位于相邻的所述第二非透光区 221之间的第二透光 区 222; 所述第一非透光区 211的宽度与所述第二非透光区 221的宽度不同和 /或所 述第一透光区 212的宽度与所述第二透光区 22的宽度不同。
[0054] 本发明实施例的码盘 1， 由于第一区域 21内设置的相邻的第一非透光区 211之间 的距离与第二区域 22内设置的相邻的第二非透光区 221之间的距离不同， 第一区 域 21和第二区域 22可以输出不同的位置信息， 那么可以将第一区域 21与第二区 域 22的分界线 23定义为零点， 当检测到该分界线 23吋， 即可以该分界线 23作为 起始零点幵始计算， 从而方便判断检测出码盘 1转动的具体角度值。 其中， 本发 明实施例提供的码盘 1主要作为旋转编码器 3的部件使用， 而使用有该码盘 1的旋 转编码器 3则主要作为机器人 9的部件使用。
[0055] 具体的， 本发明实施例提供的码盘 1的结构至少有三个方式：
[0056] 一、 第一非透光区 211的宽度与第二非透光区 221的宽度不同； 这样， 第一区域 21和第二区域 22可以输出不同的位置信息；
[0057] 二、 第一透光区 212的宽度与第二透光区 22的宽度不同； 同样可以确保第一区 域 21和第二区域 22输出不同的位置信息；
[0058] 三、 第一非透光区 211的宽度与第二非透光区 221的宽度不同和第一透光区 212 的宽度与第二透光区 22的宽度不同； 同样也可以确保第一区域 21和第二区域 22 输出不同的位置信息。
[0059] 且本发明实施例提供的码盘 1， 整体结构简单， 成本低廉且易于实现。
[0060] 需要说明的是， 结合图 8所示， 第一区域 21和第二区域 22是一种相对的区域分 布设定， 也就是说先定义的一个区域为第一区域 21， 后于第一区域 21定义的区 域即为第二区域 22。
[0061] 其中， 第一非透光区 211和第二非透光区 221可以通过镀铬蚀刻等工艺制作而成 ， 第一透光区 212和第二透光区 222则可以由本身属于透明的环形盘体 10形成。
[0062] 本实施例中， 结合图 9所示， 相邻的所述第一非透光区 211之间的距离大于相邻 的所述第二非透光区 221之间的距离， 或者相邻的所述第一非透光区 211之间的 距离小于相邻的所述第二非透光区 221之间的距离 （此结构图未示） 。 具体的， 通过将相邻的第一非透光区 211之间的距离设定的大于或者小于相邻的第二非透 光区 221之间的距离， 这样可以使得第一区域 21与第二区域 22形成一条分界线 23 ， 码盘 1具体工作吋， 读头 2从第一区域 21经过分界线 23进入第二区域 22吋， 第 一区域 21和第二区域 22分别输出不同的信息， 那么以分界线 23作为起始零点， 读头 2继续经过第二区域 22幵始计算码盘 1的转动角度， 当码盘 1转动到一定的角 度后， 将该角度信号输出到读头 2上， 读头 2将信号传输到相关的控制模块控制 码盘 1继续转动， 从而实现限位的作用。
[0063] 本实施例中， 结合图 8所示， 所述第一区域 21的面积小于所述第二区域 22的面 积。 具体的， 第一区域 21的作用是与第二区域 22形成一个分界线 23， 从而方便 定义起始零点， 那么将第一区域 21的面积设定的相对于第二区域 22的面积， 可 以直接增大第二区域 22的面积， 这样从第一区域 21与第二区域 22的分界线 23幵 始计算起始零点后， 码盘 1继续转动吋， 读头 2能够检测的第二区域 22的角度范 围会更大， 也就是可以限定的码盘 1的转动角度范围更大， 应用范围更广。
[0064] 本实施例中， 结合图 8所示， 所述第一区域 21的面积与所述第二区域 22的面积 比为 1/14~2/7。 具体的， 第一区域 21的面积与第二区域 22的面积比可以为 1/14、 1 /7、 3/14或者 2/7， 在该种第一区域 21的面积与第二区域 22的面积比的设定， 可以 满足对大部分码盘 1转动角度的限位； 优选地， 第一区域 21的面积与第二区域 22 的面积比为 1/7。
[0065] 本实施例中， 所述环形盘体 10的厚度≤0.4mm。 具体的， 环形盘体 10的厚度可 以为 0.1mm、 0.2mm 0.3mm或者 0.4mm， 在上述的厚度值的环形盘体 10的设计 可以确保码盘 1正常输出信号， 正常工作， 且不会因为厚度太厚而占据更大的安 装空间或者影响安装， 结构设计合理， 实用性强。
[0066] 本实施例中， 所述环形盘体 10为金属环形盘体、 玻璃环形盘体、 树脂环形盘体 或者菲林环形盘体。 具体的， 根据实际使用情况， 采用金属、 玻璃、 树脂或者 菲林等材料制成环形盘体 10， 使得产品多样化， 以适应不同的应用环境。
[0067] 本实施例中， 结合图 8所示， 所述中空孔 11的孔缘朝向所述中空孔 11的孔心延 伸设有至少一个安装凸块 12。 具体的， 码盘 1一般安装在转动轴外， 例如通过居 中元件将码盘 1固定在转动轴外， 那么为了提升环形码盘 1与居中元件安装连接 后的稳定性， 可通过码盘 1的中空孔 11延伸设置的安装凸块 12嵌装在居中元件上
； 同吋， 安装凸块 12还具有方便定位和防呆的作用。
[0068] 结合图 8所示， 优选地， 安装凸块 12有两个， 且两个安装凸块 12外形结构有差 异， 这样实现的防呆效果更佳。
[0069] 结合图 12所示， 本发明实施例还提供了一种旋转编码器 3， 包括读头 2和与所述 读头 2信号连接的上述的码盘 1。
[0070] 本发明实施例的旋转编码器 3， 由于使用了上述的码盘 1， 那么读头 2可以将检 测到码盘 1的第一区域 21与第二区域 22的分界线 23作为起始零点计算码盘 1转动 的角度， 从而可以实现定义码盘 1只转动一定的角度来实现限位的功能。
[0071] 结合图 10~12所示， 本实施例中的旋转编码器 3主要应用在机器人 9的旋转底座 4 内， 对旋转底座 4进行限位。
[0072] 结合图 8~12所示， 本发明实施例还提供了一种机器人 9， 包括旋转底座 4和设于 所述旋转底座 4上的机械手 5， 所述旋转底座 4内设有上述的旋转编码器 3。
[0073] 本发明实施例的机器人 9， 由于其旋转底座 4内使用了上述的旋转编码器 3， 其 能够通过旋转编码器 3内的读头 2识别码盘 1转动吋的起始零点来判断检测码盘 1 的转动角度， 从而对旋转底座 4的旋转角度进行限位， 起到防止旋转底座 4缠线 的作用。
[0074] 本实施例中， 结合图 10~11所示， 所述机械手 5包括支撑架 6、 机械臂 7和执行机 构 8， 所述支撑架 6固定于所述旋转底座 4上， 所述机械臂 7安装于所述支撑架 6上 ， 所述执行机构 8与所述机械臂 7的末端连接。 具体的， 旋转底座 4转动带动支撑 架 6转动， 支撑架 6带动机械臂 7转动， 机械臂 7再带动执行机构 8转动， 从而实现 轴向的运动。 具有上述码盘 1的旋转编码器 3能够对旋转底座 4轴向转动的角度进 行限定， 从而避免机器人 9连接在外部的导线缠绕在支撑架 6、 机械臂 7或者执行 机构 8上， 实现防缠线的功能。 [0075] 综上所述可知本发明乃具有以上所述的优良特性， 得以令其在使用上， 增进以 往技术中所未有的效能而具有实用性， 成为一极具实用价值的产品。
[0076] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的 精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保 护范围之内。

Claims

权利要求书
[权利要求 1] 一种旋转测量装置， 其特征在于， 包括编码器和计算单元， 所述编码 器包括一环形码道及一与所述计算单元连接的检测器， 所述环形码道 同轴地安装在测定目标的旋转轴上， 所述检测器与所述环形码道相对 放置， 所述环形码道包括环形排列检测目标， 所述检测目标构成首尾 相接的第一区域和第二区域， 所述第一区域包括相同且重复排列的第 一检测目标； 所述第二区域包括至少一个且与所述第一检测目标不同 的第二检测目标； 所述检测器检测所述环形码道上的所述检测目标输 出脉冲信号， 所述计算单元根据所述脉冲信号计算所述测定目标的预 设零位位置、 旋转角度及旋转速度中的一种或多种。
[权利要求 2] 如权利要求 1所述的旋转测量装置， 其特征在于， 所述第一检测目标 包括第一有效检测部和第一无效检测部， 所述第一区域上的所述第一 有效检测部间隔设置， 所述第一无效检测部位于相邻的所述第一有效 检测部之间。
[权利要求 3] 如权利要求 2所述的旋转测量装置， 其特征在于， 所述第二检测目标 包括第二有效检测部和第二无效检测部， 所述第二区域上的所述第二 有效检测部和第二有效检测部的排列规律， 与所述第一区域上的所述 第一有效检测部和所述第一无效检测部位排列规律相同； 所述第一无 效检测部的宽度与所述第二无效检测部的宽度不同和 /或所述第一有 效检测部的宽度与所述第二有效检测部的宽度不同。
[权利要求 4] 如权利要求 2所述的旋转测量装置， 其特征在于， 所述第二区域包括 一个所述第二检测目标， 且所述第二检测目标包括一个所述第一有效 检测部或一个所述第一无效检测部。
[权利要求 5] 如权利要求 3或 4所述的旋转测量装置， 其特征在于， 所述第一有效检 测部和所述第二有效检测部为透光区域， 所述第一无效检测部和所述 第二无效检测部为非透光区域， 所述检测器为光电读头； 或 所述第一无效检测部和所述第二无效检测部为绝缘部件， 所述第一无 效检测部和所述第二无效检测部为导电部件， 所述检测器为电刷。
[权利要求 6] —种旋转测量方法， 其特征在于， 包括编码器， 所述编码器包括一环 形码道及一与所述环形码道相对放置的检测器， 所述环形码道同轴地 安装在测定目标的旋转轴上， 所述环形码道包括环形排列检测目标， 所述检测目标构成首尾相接的第一区域和第二区域， 所述第一区域包 括相同且重复排列的第一检测目标； 所述第二区域包括至少一个且与 所述第一检测目标不同的第二检测目标； 所述方法包括：
控制所述测定目标旋转， 并获取所述编码器的检测目标输出的脉冲信 号；
利用获取到的所述脉冲信号计算所述测定目标的预设零位位置、 旋转 转速及旋转角度中的一种或多种。
[权利要求 7] 如权利要求 6所述的旋转测量方法， 其特征在于， 利用获取到的所述 脉冲信号计算所述测定目标的预设零位位置， 具体包括：
控制所述测定目标旋转；
当获取到的相邻的脉冲信号的脉宽发生变化吋， 确定两个不同脉宽的 脉冲信号之间的跳变沿位置；
根据所述跳变沿位置和预设校准参数确定所述预设零位位置， 其中， 所述预设校准参数为预设脉冲信号个数。
[权利要求 8] 如权利要求 6所述的旋转测量方法， 其特征在于， 利用获取到的所述 脉冲信号计算所述测定目标的旋转转速， 具体包括：
控制所述测定目标旋转；
获取到的预设吋间内的脉冲信号个数；
根据所述预设吋间和所述脉冲信号个数计算所述测定目标的旋转转速
[权利要求 9] 如权利要求 6或 7所述的旋转测量方法， 其特征在于， 利用获取到的所 述脉冲信号计算所述测定目标的旋转角度， 具体包括：
控制所述测定目标旋转；
获取所述测定目标旋转过程中的脉冲信号个数； 根据所述旋转过程中的脉冲信号个数计算所述测定目标的当前旋转角 [权利要求 10] —种机器人， 包括至少一个可作旋转运动的运动关节， 其特征在于 : 还包括权利要求 1至 5任一项所述的旋转测』
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