CN106363623A - 机器人位置检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人位置检测装置及方法，对机器人通电，读取此时单圈绝对值编码器的第一位置信息，将第一位置信息与零点位置信息进行计算，得到执行机构的位置信息，其中零点位置信息为执行机构位于绝对零点位置时对应单圈绝对值编码器的位置信息，在此之后，增量式编码器对第一输出轴的位置信息进行检测。机器人在断电后重启不需要进行回零操作，也不需要在断电后增加电池记忆位置，也无需通过重新找参考点来获取机器人实际位置，装配简单、结构灵活、价格低廉，位置信息更新速度快、精度高，有利于提高机器人的响应性能及工作效率。

Description

机器人位置检测装置及方法

技术领域

本发明涉及位置检测技术领域，特别是涉及一种机器人位置检测装置及方法。

背景技术

在机器人技术领域，机器人的位置检测方法基本都是以伺服电机上的编码器作为机器人位置反馈装置，传统的编码器及检测方法在断电以后不能记忆机器人的当前位置，每次重新启动机器人都必须通过重新找参考点来获取机器人实际坐标位置；如果给编码器增加电池供电记忆位置，更换电池麻烦，也可能出现电池电压不足而导致位置记忆丢失，需要重新校零。因此机器人位置检测过程复杂繁琐。

发明内容

基于此，有必要针对机器人位置检测过程复杂繁琐的问题，提供一种机器人位置检测装置及方法。

一种机器人位置检测装置，用于对机器人的位置信息进行检测，所述机器人包括伺服电机、减速机构及执行机构，所述伺服电机包括第一输出轴，所述第一输出轴的两端分别为第一端部及第二端部，所述减速机构设置于所述第二端部上，所述减速机构包括第二输出轴，所述执行机构设置于所述减速机构的第二输出轴上，所述机器人位置检测装置包括：

增量式编码器，所述增量式编码器设置于所述第一输出轴上；及

单圈绝对值编码器，所述单圈绝对值编码器设置于所述第二输出轴上。

在其中一个实施例中，所述增量式编码器设置于所述第二端部上。

在其中一个实施例中，所述增量式编码器设置于所述第一端部上。

在其中一个实施例中，所述增量式编码器的码盘为普通脉冲输出码盘、正余弦输出码盘或者单圈绝对值码盘。

在其中一个实施例中，所述单圈绝对值编码器为单圈绝对值磁性编码器或者单圈绝对值光电编码器。

一种如以上任意一项所述机器人位置检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

对机器人通电，读取此时所述单圈绝对值编码器的第一位置信息；

将所述第一位置信息与零点位置信息进行计算，得到所述执行机构的位置信息，其中所述零点位置信息为所述执行机构位于绝对零点位置时对应所述单圈绝对值编码器的位置信息；

所述增量式编码器对第一输出轴的位置信息进行检测。

在其中一个实施例中，所述绝对零点位置为一固定的参考位置。

在其中一个实施例中，所述增量式编码器对所述第一输出轴的位置信息进行检测的步骤之后还包括：

对所述增量式编码器检测的第一输出轴的位置信息进行校验。

在其中一个实施例中，所述对所述增量式编码器检测的第一输出轴的位置信息进行校验的步骤为：

检测是否有校验指令；

若有，读取此时所述单圈绝对值编码器的第二位置信息以及所述增量式编码器的位置信息；

将所述单圈绝对值编码器的第二位置信息与所述增量式编码器的位置信息进行比较，相互校验。

在其中一个实施例中，所述将所述单圈绝对值编码器的第二位置信息与所述增量式编码器的位置信息进行比较，相互校验的步骤为：

将所述零点位置信息与第二位置信息进行计算，得到所述执行机构的第一坐标位置；

将所述增量式编码器的位置信息及所述单圈绝对值编码器的第一位置信息与减速比进行计算，得到所述执行机构的第二坐标位置；

将所述第一坐标位置与第二坐标位置进行比较，判断所述第一坐标位置与所述第二坐标位置是否相同；

若是，则所述单圈绝对值编码器与所述增量式编码器都正常；若否，则所述单圈绝对值编码器与所述增量式编码器两者至少有一个出现异常。

上述机器人位置检测装置及其方法至少具有以下优点：

对机器人通电，读取此时单圈绝对值编码器的第一位置信息，将第一位置信息与零点位置信息进行计算，得到执行机构的位置信息，其中零点位置信息为执行机构位于绝对零点位置时对应单圈绝对值编码器的位置信息，在此之后，增量式编码器对第一输出轴的位置信息进行检测。机器人在断电后重启不需要进行回零操作，也不需要在断电后增加电池记忆位置，也无需通过重新找参考点来获取机器人实际位置，装配简单、结构灵活、价格低廉，位置信息更新速度快、精度高，有利于提高机器人的响应性能及工作效率。

附图说明

图1为一实施方式中机器人的局部示意图；

图2为图1所示实施方式中机器人位置检测装置的检测方法的流程示意图；

图3为图2中步骤S140的具体步骤流程图；

图4为图3中步骤230的具体步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

如图1所示，为一实施方式中机器人10的局部示意图。图1所示的机器人10包括伺服电机100、减速机200、执行机构300及机器人位置检测装置400。

伺服电机100将机器人控制系统传输的电压信号转化为转矩和转速以驱动执行机构300运动。伺服电机100包括第一输出轴110，第一输出轴110的两端分别为第一端部112以及第二端部114。

减速机构200设置于第一输出轴110的第二端部114上，以实现减速和增加转矩的目的。减速机构200包括第二输出轴210，第二输出轴210用于输出转矩和转速。

执行机构300设置于减速机构200的第二输出轴210上，实现机器人的各种运动，完成作业。具体的，本实施例的执行机构300为机器人的关节。

机器人位置检测装置400用于检测机器人执行机构300的位置信息，机器人位置检测装置包括增量式编码器410与单圈绝对值编码器420。增量式编码器410设置于伺服电机100的第一输出轴110上，单圈绝对值编码器420设置于减速机构200的第二输出轴210上。

增量式编码器410可以设置于第一输出轴110的第一端部112上，也可以设置于第二端部144上。具体地，在本实施方式中，增量式编码器410设置于第一输出轴110的第二端部114上。增量式编码器410可以是各种类型的增量式编码器，增量式编码器410的码盘也可以为多种，如普通脉冲码盘、正余弦输出码盘以及单圈绝对值码盘等。具体的，增量式编码器410为增量式光电编码器，码盘为普通脉冲码盘。增量式光电编码器具有原理构造简单、易于实现，机械平均寿命长，分辨率高，抗干扰能力强的优点。

单圈绝对值编码器420可以随时获得第二输出轴210的绝对位置信息，由于执行机构300也设置于第二输出轴210上，相当于单圈绝对值编码器420安装在执行机构300上，因此单圈绝对值编码器420的位置信息也就是执行机构300的位置信息。

单圈绝对值编码器420可以是单圈绝对值磁性编码器，也可以是单圈绝对值光电编码器。具体到本实施例中，单圈绝对值编码器420为单圈绝对值磁性编码器，单圈绝对值磁性编码器相对于其他单圈绝对值编码器具有结构简单、稳定性好、价格低廉等优势。

如图2所示，为图1所示实施方式中机器人位置检测装置的检测方法的流程示意图。本实施例的检测方法，包括如下步骤：

步骤S110：对机器人10通电，读取此时单圈绝对值编码器420的第一位置信息。

增量式编码器410只能获取相对位置信息，在机器人10断电之后，增量式编码器410不能记忆当前的坐标位置，每次重新启动机器人10都必须通过重新找参考点来获取机器人10的实际位置。

本实施例中，在减速机200的第二输出轴210增加一个单圈绝对值编码器420，在机器人10启动的时候，单圈绝对值编码器420作为机器人10关节的坐标位置检测装置，在机器人10通电的时候，读取单圈绝对值编码器420的第一位置信息。

在机器人10通电的时候读取单圈绝对值编码器420的位置信息，可以获得启动时的实际位置。

步骤S120：将第一位置信息与零点位置信息进行计算，得到执行机构300的位置信息，其中零点位置信息为执行机构300位于绝对零点位置时对应单圈绝对值编码器420的位置信息。

具体地，绝对零点位置为一固定的参考位置。或者定义每个关节运动范围的中点位置为绝对零点位置。只要保证绝对零点位置是固定的、确定的位置即可。在机器人10各个关节回到绝对零点位置后，机器人10控制系统读取当前单圈绝对值编码器420的位置信息，将该位置信息保存作为零点位置信息。

单圈绝对值编码器420安装在减速机200构第二输出轴210上，执行机构300安装在减速机200的第二输出轴210上，因此单圈绝对值编码器420的位置信息即是相当于执行机构300的位置信息。将第一位置信息与零点位置信息进行计算，得到执行机构300的位置信息，也就是执行机构300的坐标位置。

步骤S130：增量式编码器410对第一输出轴110的位置信息进行检测。

机器人10控制系统在获得启动时的机器人10关节的坐标位置后，增量式编码器410就可以检测第一输出轴110的位置信息，此时机器人10的控制与只使用增量式编码器410作为位置反馈装置的机器人10完全相同。通过第一输出轴110的位置信息，就可得知机器人10各个关节的位置信息，使用简单。

增量式编码器410安装在第一输出轴110上，机器人10关节的位置发生变化时，第一输出轴110的转动更多，编码器的分辨率更高。并且，单圈绝对值编码器420在机器人10启动时检测机器人10关节的位置信息，在机器人10启动后，增量式编码器410检测机器人10的位置信息，可以实现多圈绝对值编码器技术，并且结构简单，价格低廉。

在本实施方式中，上述检测方法在增量式编码器410对第一输出轴110的位置信息进行检测的步骤之后还包括：

步骤S140，对增量式编码器410检测的第一输出轴110的位置信息进行校验。如图3所示，步骤S140具体包括：

步骤S210：检测是否有校验指令。

若有，则进行步骤S220：读取此时单圈绝对值编码器420的第二位置信息以及增量式编码器410的位置信息。

在机器人10工作过程中，若检测到校验指令，此时读取单圈绝对值编码器420的第二位置信息和读取增量式编码器410的位置信息，也就是表示获得第一输出轴110的位置信息与第二输出轴的位置信息，第二输出轴的位置信息即是机器人10关节的位置信息。

步骤S230：将单圈绝对值编码器420的第二位置信息与增量式编码器410的位置信息进行比较，相互校验。

请一并参阅图4，步骤S230具体包括：

步骤S231，将零点位置信息与第二位置信息进行计算，得到执行机构300的第一坐标位置。

步骤S232，将增量式编码器410的位置信息及单圈绝对值编码器测得的第一位置信息与减速比进行计算，得到执行机构300的第二坐标位置。例如，通过公式：单圈绝对值编码器的第一位置信息+增量式编码器的位置信息/减速比＝第二坐标位置。其中减速比为减速机的输入端与输出端之间的减速比。

本实施方式中，将第二位置信息与零点位置信息进行计算，即可得到机器人10关节的第一坐标位置。增量式编码器410只能获得相对位置信息，因此根据增量式编码器410检测的位置信息，除以减速比，再加上单圈绝对值编码器的第一位置信息，，即可换算得到机器人10关节的第二坐标位置。

步骤S233：将第一坐标位置与第二坐标位置进行比较，判断第一坐标位置与第二坐标位置是否相同。

具体地，比较判断第一坐标位置与第二坐标位置是否相同，即是判断增量式编码器410检测的机器人10关节的位置信息，与单圈绝对值编码器420检测的机器人10关节的位置信息是否相同。

若是，增量式编码器410与单圈绝对值编码器420都正常。

若否，增量式编码器410与单圈绝对值编码器420两者至少有一个出现故障。

通过比较判断第一坐标位置与第二坐标位置是否相同，进行相互校验，可以获得两个编码器的工作情况，避免由于其中一个编码器的故障导致的异常，大大提高了机器人10位置检测装置的可靠性。

上述位置检测装置及方法至少具有以下优点：

对机器人10通电，读取此时单圈绝对值编码器420的第一位置信息，将第一位置信息与零点位置信息进行计算，得到执行机构300的位置信息，其中零点位置信息为执行机构300位于绝对零点位置时对应单圈绝对值编码器420的位置信息，在此之后，增量式编码器410对第一输出轴110的位置信息进行检测。机器人10在断电后重启不需要进行回零操作，也不需要在断电后增加电池记忆位置，也无需通过重新找参考点来获取机器人10实际位置，装配简单、结构灵活、价格低廉，位置信息更新速度快、精度高，有利于提高机器人10的响应性能及工作效率，并且两个编码器之间相互校验，可靠性高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机器人位置检测装置，其特征在于，用于对机器人的位置信息进行检测，所述机器人包括伺服电机、减速机构及执行机构，所述伺服电机包括第一输出轴，所述第一输出轴的两端分别为第一端部及第二端部，所述减速机构设置于所述第二端部上，所述减速机构包括第二输出轴，所述执行机构设置于所述减速机构的第二输出轴上，所述机器人位置检测装置包括：

增量式编码器，所述增量式编码器设置于所述第一输出轴上；及

单圈绝对值编码器，所述单圈绝对值编码器设置于所述第二输出轴上。

2.根据权利要求1所述的机器人位置检测装置，其特征在于，所述增量式编码器设置于所述第二端部上。

3.根据权利要求1所述的机器人位置检测装置，其特征在于，所述增量式编码器设置于所述第一端部上。

4.根据权利要求1所述的机器人位置检测装置，其特征在于，所述增量式编码器的码盘为普通脉冲输出码盘、正余弦输出码盘或者单圈绝对值码盘。

5.根据权利要求1所述的机器人位置检测装置，其特征在于，所述单圈绝对值编码器为单圈绝对值磁性编码器或者单圈绝对值光电编码器。

6.一种如权利要求1至5中任意一项所述机器人位置检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

对机器人通电，读取此时所述单圈绝对值编码器的第一位置信息；

将所述第一位置信息与零点位置信息进行计算，得到所述执行机构的位置信息，其中所述零点位置信息为所述执行机构位于绝对零点位置时对应所述单圈绝对值编码器的位置信息；

所述增量式编码器对第一输出轴的位置信息进行检测。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述绝对零点位置为一固定的参考位置。

8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述增量式编码器对所述第一输出轴的位置信息进行检测的步骤之后还包括：

对所述增量式编码器检测的第一输出轴的位置信息进行校验。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述对所述增量式编码器检测的第一输出轴的位置信息进行校验的步骤为：

检测是否有校验指令；

若有，读取此时所述单圈绝对值编码器的第二位置信息以及所述增量式编码器的位置信息；

将所述单圈绝对值编码器的第二位置信息与所述增量式编码器的位置信息进行比较，相互校验。

10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述将所述单圈绝对值编码器的第二位置信息与所述增量式编码器的位置信息进行比较，相互校验的步骤为：

将所述零点位置信息与第二位置信息进行计算，得到所述执行机构的第一坐标位置；

将所述增量式编码器的位置信息及所述单圈绝对值编码器的第一位置信息与减速比进行计算，得到所述执行机构的第二坐标位置；

将所述第一坐标位置与第二坐标位置进行比较，判断所述第一坐标位置与所述第二坐标位置是否相同；

若是，则所述单圈绝对值编码器与所述增量式编码器都正常；若否，则所述单圈绝对值编码器与所述增量式编码器两者至少有一个出现异常。