專利名稱：機器人初始精確定位裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于屬于機器人技術和自動化領域，公開了一種機器人初始精確定位裝置。
背景技術：
機器人初始位置是指機器人工作或運動前各運動關節(jié)的位置，機器人的所有運動都 相對于該初始位置，因此，初始位置的確定是機器人工作或運動的一個前提條件。所以， 在機器人正常動作之前，必須要有定位機構對其初始位置進行精確標定。
目前，機器人初始位置的確定機構主要有兩種 一種是利用絕對式檢測傳感器，如 絕對式光電碼盤、旋轉變壓器、電位器等。絕對式檢測傳感器的特點是對于每一個角度 位置都會產(chǎn)生唯一的輸出量，，這樣就可以根據(jù)其輸出信號來判斷機器人關節(jié)的絕對位 置。利用絕對式檢測傳感器檢測機器人關節(jié)初始零位的方法具有精度高、易操作的優(yōu)點， 但是絕對式檢測傳感器只能夠安裝在機器人關節(jié)處，會使機器人的機構復雜化，而且絕 對式檢測傳感器的輸出信號復雜、接線多，給機器人的硬件電路和信號處理都帶來很大 的負擔；另一種檢測方法是利用機械限位或者特定裝置。機械限位的方法是，當機器人 上電以后各關節(jié)開始運動，當?shù)竭_預定初始位置的時候通過觸發(fā)限位開關以確定機器人 的初始零位。利用特定裝置的方法是首先根據(jù)機器人的外形和尺寸設計制造一定的裝 置，利用該裝置在機器人在通電前人工使得各關節(jié)回到規(guī)定的初始位置。利用機械限位 或者特定裝置的方法原理簡單，但是定位精度較差，而且自動化程度差，機器人的初始 位置也會因為受到不確定因素的影響而不具有唯一性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供了一種結構簡單、易于安裝，成本 低，能夠實現(xiàn)機器人初始位置精確確定和簡化機器人結構的機器人初始精確定位裝置。
為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采取的技術方案是 一種機器人初始精確定位裝置，包括 電機、減速器、霍爾盤、磁鋼、信號檢測與處理系統(tǒng)、中央運動控制系統(tǒng)、通訊總線， 所述的電機一側連接增量碼盤，另一側連接減速器，所述的減速器輸出端固定設有霍爾 盤，所述的減速器輸出端連接關節(jié)輸出軸，所述的關節(jié)輸出軸上設有磁鋼，所述的信號 檢測與處理系統(tǒng)對增量碼盤和霍爾信號進行檢測和處理，所述的中央運動控制系統(tǒng)是實 現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理及運動控制，所述的通訊總線是用來保證信號檢測與處理系統(tǒng)與中央運動控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。
所述的霍爾盤上設有6個霍爾。
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上，提出一種由霍 爾盤及磁鋼和電機軸Z脈沖相結合而形成的精確定位機構，具有以下的有益效果
1. 本發(fā)明結構簡單、易于安裝、成本低；
2. 具有高的定位精確和可靠性；
3. 可實現(xiàn)機器人初始位置確定的自動化。


圖1是本發(fā)明機器人關節(jié)整體結構示意圖； 圖2是霍爾盤和磁鋼的右視圖； 圖3是霍爾的信號檢測示意圖4是展開的霍爾盤、電機軸及Z脈沖信號位置示意圖。
圖中l(wèi)'增量碼盤，2電機，3減速器，4霍爾盤，5關節(jié)輸出軸，6磁鋼，7信號 檢測與處理系統(tǒng)，8中央運動控制系統(tǒng)，9通訊總線，IO霍爾，ll霍爾盤展開平面，12 電機軸展開平面。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。
如圖1中所示，電機2—側連接增量碼盤1，另一側連接減速器3，減速器3輸出 端固定設有霍爾盤4，減速器3輸出端連接關節(jié)輸出軸5，關節(jié)輸出軸5上設有磁鋼6， 信號檢測與處理系統(tǒng)7對增量碼盤和霍爾信號進行檢測和處理，中央運動控制系統(tǒng)8是 實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理及運動控制，通訊總線9是用來保證信號檢測與處理系統(tǒng)與中央運 動控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。
第一步當機器人關節(jié)固定之后，霍爾盤上的事先確定的目標霍爾和電機軸Z脈沖 的相對位置就可唯一確定，如圖3所示。其中，Pm為霍爾盤上的事先確定為的目標霍 爾H3在霍爾盤展開平面11中位置，Pz為Z脈沖在電機軸展開平面12中的位置。
第二步當機器人關節(jié)轉動時，霍爾盤4固定不動，磁鋼6隨關節(jié)輸出軸轉動，參 見圖2，當磁鋼6轉入或轉出霍爾盤4上霍爾的感應區(qū)域時，霍爾10的輸出信號會發(fā) 生改變，由此通過信號檢測與處理系統(tǒng)7可獲得霍爾盤4上霍爾10的位置?；魻柕男?號采集系統(tǒng)如圖4所示，當磁鋼轉入或轉出霍爾的感應區(qū)域時，霍爾的感應信號Voutn (n=1...6)會產(chǎn)生躍變，然后通過解碼電路獲得產(chǎn)生信號躍變的霍爾，由此來確定當前的霍爾數(shù)目。釆用的霍爾盤見圖2所示，共由6個霍爾組成。通過三路霍爾信號SO、 S1和S2可以判斷磁鋼當前是轉入或轉出哪個(HrH6)霍爾感應區(qū)。
第三步在初始定位時，比如，可在控制系統(tǒng)中可預先設定霍爾盤上的一個或幾個 霍爾為目標霍爾，設定幾個霍爾為目標霍爾時，可實現(xiàn)目標霍爾余度。關節(jié)在尋找到目 標霍爾后，開中斷來捕獲電機軸Z脈沖。捕獲到電機軸Z脈沖的同時停止關節(jié)轉動，同 時，如果設定幾個霍爾為目標霍爾時，需要記錄目標霍爾的編號，因為不同的目標霍爾 對應的關節(jié)的角度信息是不一樣的。此時，采集到的機器人各個關節(jié)的角度信息即初始 位置信息，并將此信息傳送到中央運動控制系統(tǒng)并存儲。
第四步以后機器人工作前，機器人的中央運動控制系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)通訊總線將 它所存儲的機器人初始位置數(shù)據(jù)信息發(fā)送到關節(jié)電機控制系統(tǒng)，控制機器人的關節(jié)產(chǎn)生 相應的運動，實現(xiàn)機器人的初始位置精確確定，完成機器人動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節(jié)及定位機構安裝后，目標霍爾(即預先設定要尋找用
于定位的霍爾)和電機軸z脈沖的相對位置就唯一確定?；诖?，提出一種由霍爾和電 機軸z脈沖相結合而形成的精確定位機構，即可先通過捕獲霍爾盤上的目標霍爾信號獲 得一個大概的關節(jié)位置，然后通過電機軸的z脈沖信號獲得該關節(jié)精確的初始位置，最
終精確確定機器人的初始位置。在機器人第一次上電工作時，主控系統(tǒng)將向各個關節(jié)控 制器發(fā)出找零指令，各關節(jié)開始慢速旋轉尋找霍爾盤上事先確定的目標霍爾。當找到目
標霍爾之后，開始捕捉電機軸的z脈沖信號，捕捉到z脈沖信號的同時讓關節(jié)停止轉動，
此時的位置是唯一的。然后通過信號檢測與處理系統(tǒng)獲取此時機器人各個關節(jié)的角度信 息即機器人初始位置信息，并將此信息傳送到中央運動控制系統(tǒng)并存儲。以后機器人每 次通電后，機器人的中央運動控制系統(tǒng)可以通過所存儲的機器人初始位置信息，控制機 器人的關節(jié)產(chǎn)生相應的運動，從而實現(xiàn)機器人的初始精確定位。
以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領域的技術人員 在本發(fā)明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1. 一種機器人初始精確定位裝置，其特征在于包括電機、減速器、霍爾盤、磁鋼、信號檢測與處理系統(tǒng)、中央運動控制系統(tǒng)、通訊總線，所述的電機一側連接增量碼盤，另一側連接減速器，所述的減速器輸出端固定設有霍爾盤，所述的減速器輸出端連接關節(jié)輸出軸，所述的關節(jié)輸出軸上設有磁鋼，所述的信號檢測與處理系統(tǒng)對增量碼盤和霍爾信號進行檢測和處理，所述的中央運動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理及運動控制，所述的通訊總線是用來保證信號檢測與處理系統(tǒng)與中央運動控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。
2. 根據(jù)權利要求1所述的機器人初始精確定位裝置，其特征在于所述的霍爾盤 上設有6個霍爾；所述的關節(jié)輸出軸上設有的磁鋼隨關節(jié)轉動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機器人初始精確定位裝置，包括電機、減速器、霍爾盤、磁鋼、信號檢測與處理系統(tǒng)、中央運動控制系統(tǒng)、通訊總線，所述的電機一側連接增量碼盤，另一側連接減速器，所述的減速器輸出端固定設有霍爾盤，所述的減速器輸出端連接關節(jié)輸出軸，所述的關節(jié)輸出軸上設有磁鋼，所述的信號檢測與處理系統(tǒng)對增量碼盤和霍爾信號進行檢測和處理，所述的中央運動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理及運動控制，所述的通訊總線是用來保證信號檢測與處理系統(tǒng)與中央運動控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。所述的霍爾盤上設有6個霍爾。本發(fā)明結構簡單、易于安裝、成本低，具有高的定位精確和可靠性，可實現(xiàn)機器人初始位置確定的自動化。
文檔編號B25J9/12GK101444916SQ20081024069
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權日2008年12月26日
發(fā)明者張偉民, 蔣志宏, 強 黃 申請人:北京理工大學