[发明专利]一种应用于机器人关节模组的一体化双编码器及检测方法

说明书

本发明公开一种应用于机器人关节模组的一体化双编码器及检测方法，该一体化双编码器高度集成了磁感应元件和光感应元件，可用来分别检测电机端和关节输出端的角度位置。经过计算处理后，还能得到关节的转速和转矩信息，并可通过通讯接口传递给外部。利用该发明提供的一体化双编码器及方法，能大大减小结构尺寸，尤其是轴向方向的尺寸，并能输出位置、转速和转矩信息，特别适用于机器人关节驱动模组应用。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种应用于机器人关节模组的一体化双编码器及检测方法。

背景技术

当前由伺服电机、减速器、编码器等组成的关节驱动模组广泛应用于工业机器人、足式机器人、协作机器人等领域，这些应用领域对关节驱动模组的控制精度和集成度也提出了更高的要求。

由于减速器一般存在一定齿轮侧隙和回程误差，为了提高控制精度和测量输出转矩，机器人关节通常会使用两个编码器，分别放在关节的电机输出端和减速器后的输出端(也即关节输出端)。在关节输出端加装一个编码器，这又会导致关节驱动模组的尺寸更大，结构设计和走线也更复杂。

目前常用的方法是采用中空轴结构设计方法，即将关节输出端的编码器通过中空轴结构放在电机前端，来解决关节输出端编码器结构设计和走线问题，如中国专利号CN111230922A所述。但这种双编码器方案的关节驱动模组尺寸依然较大，尤其是轴向的尺寸。

为了降低关节驱动模组尺寸，其中一种方法是可以考虑将两个编码器集成为一体，以降低编码器的尺寸，传统含双编码器的关节驱动模组结构示意图如图1所示，关节驱动模组由驱动器、零个分离式编码器、电机、减速器组成，关节模组的尺寸大，尤其在轴向方向上较长.中国专利号CN109910061A提出了一种基于分离式磁编码器的双编码器的结构，其在轴向空间上结合了两个编码器，将双编码器做到了一体化，一定程度上能减小关节尺寸。但由于两个分离磁编码器分别位于电路板板的两侧，尺寸依然较大，且采用两个磁编码器进行一体化设计时，需要注意电磁屏蔽问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种应用于机器人关节模组的一体化双编码器及检测方法，该一体化双编码器能够检测机器人关节的电机端和输出端的位置信息，并能够计算得到机器人关节的转速和输出转矩，具体技术方案如下：

一种应用于机器人关节模组的一体化双编码器，该双编码器包括编码器检测板、光栅码盘和磁性块，所述的光栅码盘安装在关节模组的电机端转动轴上，所述的磁性块固定在关节模组的减速器输出中空旋转轴上，所述的编码器检测板固定在关节模组上，且与所述的光栅码盘和磁性块相对布置，所述的编码器检测板上的光电感应元件和磁感应元件均布置在所述的编码器检测板面向所述的光栅码盘的一侧，且所述的光电感应元件正对所述的光栅码盘的的检测区域，所述的磁感应元件正对所述的磁性块。

进一步地，所述的编码器检测板包括微处理器，以及与所述的微处理器连接的光电感应模块、磁感应模块、通信接口模块；

所述的光电感应模块用于光源产生、光感应及处理，配合所述的光栅码盘来实现电机端位置检测，并将信号发送给所述的微处理器；

所述的磁感应模块用于磁信号感应和信号处理，配合所述的磁性块实现减速器输出端的位置检测，并将信号发送给所述的微处理器；

所述的微处理器根据光电感应模块和磁感应模块发送的信号，处理得到机器人关节电机端和输出端的位置和转速，以及输出端转矩；

所述的通信接口模块用于实现双编码器与关节驱动器的通讯，包括接收关节驱动器的指令，以及反馈当前双编码器检测得到的位置、转速和转矩信息。

进一步地，所述的编码器检测板还包括指示模块和电源模块，所述的指示模块用于指示系统运行状态，在系统出现故障时进行告警；所述电源模块用于给系统各个模块供电。