[发明专利]磁位置传感器安装结构

说明书

一种用于感测铰接结构的转动关节的位置的位置感测装置。该位置感测装置包括盘和磁传感器组件。所述盘包括：具有m个磁极对的第一磁环以及具有n个磁极对的第二磁环，其中m和n互素；以及安装结构，所述盘可通过该安装结构在制造期间安装到磁化夹具并且在工作期间安装到铰接结构，该安装结构仅允许所述盘按照单一取向安装到磁化夹具和铰接结构。磁传感器组件包括用于检测第一磁环的磁极对的第一磁传感器阵列以及用于检测第二磁环的磁极对的第二磁传感器阵列。

背景技术

在涉及铰接结构的应用中，常常可取的是确定铰接结构的最远侧连杆的远端的位置。这可通过沿着铰接结构从其基部到最远侧连杆感测各个连杆相对于最后一个的位置来实现。此系列测量可与铰接结构的已知布局组合用于确定最远侧连杆的远端相对于基部的位置。旋转位置传感器用于感测连杆之间的相对旋转。线性位置传感器用于感测连杆之间的相对纵向运动。

霍尔效应磁传感器通常用于感测连杆之间的相对运动。在典型的旋转位置传感器中，围绕环布置一组交流磁极。传感器与环相互作用，并且被定位成使得随着期望感测的旋转发生，磁极移动经过传感器。例如，环可绕轴附接并且传感器可附接到壳体，轴在该壳体内旋转。随着磁极移动经过传感器，传感器检测磁极性的改变。通过对极性的改变次数计数，可感测相对于基准位置的旋转量。为了感测旋转方向，可设置两对这样的环和传感器，并且将其布置成使得一个传感器在旋转位置处检测其环的磁转变，所述旋转位置相对于另一传感器检测其环的磁转变的位置偏移。通过考虑由各个传感器检测的转变的相对定时，可感测旋转方向。

机器人领域利用铰接结构作为机器人手臂。对于机器人手臂而言准确位置感测是重要的，以便确保其末端执行器按照预期精确地操纵。位置传感器的磁环越大，越准确地感测机器人手臂的两个连杆的相对旋转。然而，在一些机器人应用中，例如在外科手术机器人领域中，可取的是位置传感器非常紧凑以配合在可用空间内并使其给手臂增加的重量最小化。

因此，需要一种改进的位置传感器，其平衡准确性和紧凑性的竞争要求。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种用于感测铰接结构的转动关节的位置的位置感测装置，该位置感测装置包括：盘，其包括：具有m个磁极对的第一磁环以及具有n个磁极对的第二磁环，其中m和n互素；以及安装结构，所述盘可通过该安装结构在制造期间安装到磁化夹具，在工作期间安装到铰接结构，该安装结构仅允许所述盘按照单一取向安装到磁化夹具和铰接结构；以及磁传感器组件，其包括：用于检测第一磁环的磁极对的第一磁传感器阵列以及用于检测第二磁环的磁极对的第二磁传感器阵列。

安装结构可包括一组安装特征，其在盘上形成不对称图案。安装特征可以是通孔。安装特征可以是销。

安装结构可包括在盘中的用于与磁化夹具和铰接结构的对应特征对准的对准凹口。

第一磁环和第二磁环可为同心的。

第二磁环可在径向上与第一磁环分开预定距离。该预定距离可至少为磁极对的长度。

适当地，|m-n|1。适当地，|m-n|7。

第一和第二磁环可设置在盘的同一表面上或盘的相反表面上。

第一和第二磁传感器阵列中的每一个的长度可等于或小于磁极对的长度。

第一磁传感器阵列的径向范围可小于第一磁环的径向范围，并且第二磁传感器阵列的径向范围可小于第二磁环的径向范围。

第一和第二磁传感器阵列中的每一个可为直线的。第一和第二磁传感器阵列中的每一个可包括四个传感器。

盘还可包括具有h个磁极对的第三磁环，其中，m、n和h互素，并且|h-m|1和|h-n|1。适当地，第一、第二和第三磁环同心。

附图说明

现在参照附图通过示例描述本发明。附图中：

图1示出配备有位置感测装置的轴的一般表示；