[发明专利]一种应用于机械臂关节中的伺服驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业驱动装置技术领域，尤其涉及一种应用于机械臂关节中的伺服驱动系统。

背景技术

一般机械臂多采用实心轴的永磁同步电机，而伺服驱动部分多通过总线放置于机械臂本体以外。而轻型机械臂(柔性臂)需要较高的负载自重比、紧凑的关节结构，多采用中空轴内部走线，但是电机及减速器尺寸结构限制了中空走线的数量以及线径，所以多在关节中直接放置伺服驱动系统以减少走线复杂度。

目前轻型机械臂关节中的伺服驱动系统，其各部分结构不够紧凑，且结构较为复杂。以常见的机械臂关节的伺服驱动系统为例，为保护精度，其编码器常采用以下几方案：1)高速轴与低速轴各放置一个中空轴结构的编码器，这种方法增加了结构复杂度及轴向尺寸。2)高速轴放置实心轴多圈绝对值式编码器，需要在狭小空间中增加齿轮传动，结构复杂，定位精度也受到影响。同时也不能保证整体关节尺寸紧凑小巧。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种高度集成的应用于机械臂关节的伺服驱动系统，以解决现有机械臂关节的伺服驱动系统结构不紧凑，占空间较大的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于机械臂关节中的伺服驱动系统，包括中空轴电机、驱动电路板、编码器电路板、多圈绝对值编码器和光栅编码器；

所述驱动电路板和所述编码器电路板均固定在关节外壳，且所述驱动电路板和所述编码器电路板间隔设置；

所述多圈绝对值编码器包括单片机、永磁体和至少一个磁角传感器；

所述永磁体安装于所述中空轴电机的中空输入轴并随所述中空输入轴转动；

所述至少一个磁角传感器集成在所述编码器电路板上，且位于所述永磁体的周围，以检测所述中空输入轴的单圈绝对角度值；

标定单圈绝对角度值的零位，并储存在所述单片机内，所述单片机集成在所述编码器电路板上；

所述至少一个磁角传感器的输出端分别与所述单片机连接，以供所述单片机根据所述单圈绝对角度值和跨过单圈绝对角度值的零位的次数确定所述中空输入轴的多圈绝对角度值。

所述光栅编码器包括光栅盘片和光栅读头，所述光栅盘片安装在所述中空输入轴，并随所述中空输入轴转动；所述光栅读头固定在驱动电路板上，用于读取所述光栅盘片。

优选地，所述编码器板设有异型缺口，用于容纳所述光栅读头。

优选地，所述多圈绝对值编码器还设有备用电池，在主电源断电时为所述磁角传感器和单片机供电。

优选地，所述驱动电路板上还设有用于选择所述主电源或所述备用电池向所述单片机和磁角传感器供电的电源选择电路。

优选地，所述备用电池设置在所述驱动电路板上；

所述驱动电路上设用于容纳所述备用电池的缺口。

优选地，所述永磁体为N极与S极对称设置的环状永磁体。

优选地，所述编码器电路板的外侧设置不安装元器件的非安装区，制动器紧贴所述非安装区安装。

优选地，所述驱动电路板上还设有具有宽电压输入范围的电源芯片。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的伺服驱动系统，通过多圈绝对值编码器和光栅编码器配合使用，在保证机械臂关节整体精度的同时，大大减化了多圈绝对值编码器的结构，与现有的多圈绝对值编码器相对比，无需复杂的齿轮组结构，使多圈绝对值编码器的结构更简单，能够有效降低成本和设计难度，并且可靠性和稳定性较高，并且多圈绝对值编码器和光栅编码器的各部都分布安装在中空输入轴、驱动电路板和编码器电路板上，使整个伺服驱动系统结构紧凑，减少其占用空间。

附图说明

图1是本发明实施例中伺服驱动系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中驱动电路板和编码器电路板的示意图；

图3是本发明实施例中驱动电路板和光栅编码器的结构示意图；

图4是本发明实施例中磁角传感器放置在永磁体侧面的结构示意图；

图5是本发明另一实施例中磁角传感器放置在永磁体端面的结构示意图。

图中：1：驱动电路板；2：编码器电路板；3：光栅读头；4：光栅盘片；5：备用电池；6：永磁体；7：磁角传感器；100：中空输入轴；200：制动器。

具体实施方式