[发明专利]一种工业机器人关节结构、机器人控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种工业机器人关节结构、机器人控制系统及方法，包括伺服电机、机器人关节基体、机器人连杆和编码器，伺服电机连接机器人关节基体，机器人关节基体连接机器人连杆，编码器连接伺服电机；还包括光栅尺和读数头，光栅尺采用直线光栅；光栅尺安装在机器人连杆侧边，保证光栅尺与机器人连杆的同轴度以及光栅尺的圆度在精度范围内；读数头安装在机器人关节基体的侧边；通过光栅尺和读数头之间相对运动，获得该关节的角度信息。该发明实现机器人各个关节角度的实时监控，通过编码器和光栅尺实现各关节角度信息双路测量，根据基于关节角度误差和报警时长的分级报警机制提升机器人的安全性和可靠性。

技术领域

本发明涉及工业机器人安全控制技术领域，具体涉及一种工业机器人关节结构、机器人控制系统及方法。

背景技术

随着智能制造的快速发展，工业机器人在工业领域的应用越来越广泛。工业机器人的安全性主要依托于六个关节电机的编码器传递各关节角度信息进而传递机器人末端的位姿信息，但如果编码器信息传递失误或者编码器失效，可能导致机器人误动作，引发职业伤害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的工业机器人的安全性主要依托于六个关节电机的编码器传递各关节角度信息进而传递机器人末端的位姿信息，但如果编码器信息传递失误或者编码器失效，可能导致机器人误动作，引发职业伤害，存在很严重的安全性问题。

本发明目的在于提供一种工业机器人关节结构、机器人控制系统及方法，本发明通过在机器人本体各关节处安装高精度光栅尺，光栅尺采用直线光栅，配合读数头，通过所述光栅尺和读数头之间相对运动，获得该关节的角度信息；本发明实现机器人各个关节角度的实时监控，通过编码器和光栅尺实现各关节角度信息双路测量，根据基于关节角度误差和报警时长的分级报警机制提升机器人的安全性和可靠性；该系统和方法并非用于机器人精度提升，而是用于机器人安全性、可靠性提升。且本发明基于报警时长信息和关节角度信息的机器人分级报警机制思路给机器人的维护提供了新思路。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种工业机器人关节结构，包括伺服电机、机器人关节基体、机器人连杆和编码器，所述伺服电机连接所述机器人关节基体，所述机器人关节基体连接所述机器人连杆，所述编码器连接所述伺服电机；

还包括光栅尺和读数头，所述光栅尺采用直线光栅；所述光栅尺安装在所述机器人连杆侧边(左侧)，安装位置需要保证干净无异物，同时保证所述光栅尺与机器人连杆的同轴度以及光栅尺的圆度在精度范围内；所述读数头安装在所述机器人关节基体的侧边；所述光栅尺与读数头之间的距离能够保证数据读取正常；通过所述光栅尺和读数头之间相对运动，获得该关节的角度信息。

工作原理是：现有的工业机器人的安全性主要依托于六个关节电机的编码器传递各关节角度信息进而传递机器人末端的位姿信息，但如果编码器信息传递失误或者编码器失效，可能导致机器人误动作，引发职业伤害，存在很严重的安全性问题。目前，机器人各关节处安装光栅尺基本是利用光栅尺的高精度特性以提升机器人的精度，而未见其用于机器人的安全和可靠性提升，因此本发明利用直线光栅，这是考虑到若采用圆光栅，则需要将机器人各关节拆卸进行安装，这样容易导致各关节几何精度丢失；而本发明采用直线光栅，只需将其贴在机器人连杆侧，无需拆卸机器人关节，对机器人几何精度不造成影响。并且光栅尺很薄，具备一定的柔韧性，因此安装时可将直线光栅紧密贴在机器人的连杆上，实现“以直代曲”。光栅尺采用雷尼绍QUANTIC自粘增量式光栅尺，精度介于±5μm/m-±15μm/m，最大长度可达10m，可适应不同型号的工业机器人)，光栅尺安装在机器人连杆侧，安装位置需要保证干净无异物，同时需保证光栅尺与连杆的同轴度≤0.001mm，光栅尺的圆度≤0.001mm，读数头安装在机器人关节基体侧，通过所述光栅尺和读数头之间相对运动，获得该关节的角度信息；本发明具备一定的创新性和实用性，能够解决机器人由于电机编码器信息传递失误或者编码器失效导致的安全问题。