CN102829722A

CN102829722A - 位置传感器

Info

Publication number: CN102829722A
Application number: CN2012103119348A
Authority: CN
Inventors: 周维杭; 王丙祥
Original assignee: JIANGSU JIANWEI ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: JIANGSU JIANWEI ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: CN102829722B

Abstract

本发明公开了一种用于自动机械臂的位置传感器，所述位置传感器具有主体装置和反射装置，所述主体装置具有底板，所述底板上设置有激光瞄准透镜和二维光电位置检测器；所述自动机械臂包括转轴和转臂，所述位置传感器的所述主体装置设置在所述转臂上，所述位置传感器的所述反射装置设置在所述转轴上；所述自动机械臂还包括主控装置，所述主控装置通过所述位置传感器传输的位置信号，判断所述转轴与所述转臂之间的位置关系，并根据所述位置关系，对转轴和转臂进行控制；所述光电位置探测器接收安装在所述转轴上的反射装置反射的平行光束；所述反射装置平行反射所述激光瞄准透镜发出的激光光束。

Description

位置传感器

技术领域

本发明涉及一种位置传感器，具体地，本发明涉及一种用于自动机械臂的位置传感器。

背景技术

目前，各种自动化生产线普遍采用机械臂完成搬运、焊接、灌装、挤压、摩擦等动作，这些动作的完成，需要大量的位置传感器来帮助确定机械臂的绝对位置和相对位置，从而提高机械臂完成动作的精度和难度。位置传感器主要有3 种被广泛应用：电位计、霍尔传感器、码盘。电位计测量位置具有如下优点：结构简单，成本低，稳定度高，线性度好，灵敏度高，可通过提高工作电压来改善灵敏度，甚至不用放大器也能直接推动指示仪表。但由于电刷和电阻丝之间存在摩擦，故存在如下缺点：只能在较低频率下工作，使用寿命短，需要维护，电噪声大。霍尔传感器可实现非接触测量，能够使位置传感器微型化，但霍尔传感器的磁钢易受地球磁场和环境磁场的影响，精度难以保证。码盘是集成的位置传感器，多是增量编码器，将角度转换为数字编码，能方便的与数字系统联接，但需要调整、确定位置。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种位置传感器，能够减小安装误差、测量误差，从而提高了测量精度。

具体来说，本发明提供一种用于自动机械臂的位置传感器，其特征在于，

所述位置传感器具有主体装置，所述主体装置具有底板，所述底板上设置有激光瞄准透镜和二维光电位置检测器；所述底板具有平板和倾倾斜板，所述平板上开设有平板通孔，所述倾倾斜板上具有第一孔穴和第二孔穴；在所述倾倾斜板的内侧面上设置光电位置探测器，所述光电位置探测器的受光位置中心对准所述第二孔穴的中央；在所述倾倾斜板内侧面上还开设有定位沟槽，所述第二孔穴开设在所述定位沟槽上，所述光电位置探测器设置在所述定位沟槽内；在所述倾倾斜板的外侧面上还安装有挡板，在所述挡板上开设有第三孔穴和第四孔穴，所述第三孔穴的中心对准所述第一孔穴的中心，所述第四孔穴的中心对准所述二孔穴的中心；

所述自动机械臂包括转轴和转臂，所述位置传感器的所述主体装置设置在所述转臂上，所述位置传感器的所述反射装置设置在所述转轴上；所述自动机械臂还包括主控装置，所述主控装置通过所述位置传感器传输的位置信号，判断所述转轴与所述转臂之间的位置关系，并根据所述位置关系，对转轴和转臂进行控制；

所述光电位置探测器接收安装在所述转轴上的反射装置反射的平行光束；所述反射装置平行反射所述激光瞄准透镜发出的激光光束；所述反射装置具有底板，所述底板一端固定在基台上，所述底板的另一端设置有固定孔，所述固定孔内安装有能反射平行光束的棱锥反射镜；所述底板一端到另一端贯穿有第五孔穴和第六孔穴，所述第五孔穴和第六孔穴均与所述固定孔贯通；所述第五孔穴能穿过所述激光瞄准透镜发出的激光光束，所述第六孔穴能接收棱锥反射镜平行反射激光瞄准透镜发出的激光光束；所述底板通过端面设置的凸缘盘固定安装在基台上；所述光电位置探测器电连接有进行光电信号转换的光电转换器；

所述底板还具有补偿板，所述补偿板具有不动板以及一端与所述不动板固定连接的可动板，所述可动板的可动端穿过平板的平板通孔、并且不动板固定在平板上，所述可动板的可动端固定连接有定位块；所述定位块设置有定位孔，所述定位孔内安装有激光瞄准透镜，所述激光瞄准透镜的发射端对准所述第一孔穴；所述定位块的其中一个侧面设置有与所述定位孔的轴向中心线平行的一条缝隙，所述缝隙与定位孔贯通；

所述位置传感器的所述反射装置具有多个，所述多个反射装置均匀地设置在所述转轴的圆周上。

所述反射装置为6个。

本发明具有以下优点：

（1）本发明在测量转轴和转臂之间的相对位置的初始位置信息时，减小了测量误差，提高了测量精度；

（2）本发明位置传感器采用二维的光电位置探测器时，发射的激光光点位置检测信息可采集X、Y、Z、Rx、Ry、Rz中任意两个自由度的位置信息，此时，数据信息也是二维的，比起单独测量一个点的数据信息更加准确。因此，减小了安装误差，从而提高了测量精度。

附图说明

图1为根据本发明的位置传感器的主体装置的示意图；

图2为根据本发明的位置传感器的反射装置的示意图；

图3为根据本发明的位置传感器的安装位置示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1-2所示，本发明位置传感器，包括主体装置1，所述的主体装置1包括底板11，所述的底板11上设置有激光瞄准镜16以及二维光电位置检测器17；所述光电位置检测器17接收安装在机械臂转轴3上的反射装置2反射的平行光束；所述的反射装置2平行反射所述激光瞄准镜16发出的激光光束，所述的光电位置检测器17电连接有将其感应的光信号转为电信号的光电转换器15。

如图1所示，所述主体装置1的底板11包括平板111和倾斜板112，所述的平板111设置有平板通孔1111，所述的倾斜板112上设置有第一孔穴1121和第二孔穴1122；它还包括补偿板12，所述的补偿板12包括不动板123以及一端与所述不动板123固定连接的可动板122，所述可动板122的可动端121穿过平板111的平板通孔1111、并且不动板123固定在平板111上，所述可动板122的可动端121固定连接有定位块14；所述的定位块14设置有定位孔141，所述的定位孔141内安装有激光瞄准镜16，所述激光瞄准镜16的发射端161对准所述的第一孔穴1121；所述倾斜板112的内侧面还安装有光电位置检测器17，所述光电位置检测器17的感光区域中心对准所述第二孔穴1122的中心；所述的光电位置检测器17电连接有将光信号转为电信号的光电转换器15。图1中，在补偿板12和定位块14的结合面设置有凹凸相配的凹槽和凸起将补偿板12和定位块14定位后，再用螺栓固定连接的。

如图1所示，所述的底板11还包括至少一块侧板113，所述的侧板113均垂直于所述底板11的平板111和倾斜板112；所述底板11的平板111和倾斜板112可以是一体成型的，也可以是组合的；所述底板11的平板111、倾斜板112以及至少一块侧板113可以是一体成型的，也可以是组合的。采用一体成型的方式，能减小组合方式中，平板111、倾斜板112、或者侧板113组合时的安装误差，提高了底板11的精确度。

如图1-2所示，所述倾斜板112的外侧面还固定安装有挡板13，所述的挡板13设置有第三孔穴131和第四孔穴132，所述的第三孔穴131的中心对准所述第一孔穴1121的中心，所述的第四孔穴132的中心对准所述的二孔穴1122的中心。挡板13为可选件，设置挡板13的目的，是为了调整第三孔穴131和第四孔穴132的大小，以便激光瞄准镜16发射的激光光束能顺利的穿过底板11的第一孔穴1121、挡板13的第三孔穴131、反射装置2的第五孔穴212通过反射装置2的棱锥反射镜22上反射的平行光束顺利的穿过反射装置2的第六孔穴214、挡板13的第四孔穴132、底板1的第二孔穴1122照射在底板1的光电位置检测器17上。

如图1所示，所述定位块14的其中一个侧面设置有与所述定位孔141的轴向中心线平行的一条缝隙142，所述的缝隙142与定位孔141贯通。其优点在于：缝隙142能加固定位孔141内的激光瞄准镜16的安装，使激光瞄准镜16能紧固地安装在定位块14的定位孔141内。

所述的光电位置检测器17是可以是一维的，也可以是二维的。采用一维的光电位置检测器17只能采集被测绝对参考位置基准参照物的一个自由度的位置信息；采用二维的光电位置检测器17，能同时采集被测绝对参考位置基准参照物的两个方向的自由度位置信息。

如图1所示，所述底板11的倾斜板112的斜度与其相配合的补偿板12可动板122的斜度范围为大于0度、小于90度或者大于90度、小于180度。具体加工时可以选择15度、30度、45度、60度、75度、105度、120度、135度、150度、165度等便于加工的角度。本实施方式采用45度，因为45度能使补偿板12与底板11的调节、安装更加方便。

如图2所示，所述的反射装置2包括一端固定在转轴3上的基座21，所述基座21的另一端设置有固定孔211，所述的固定孔211内安装有能反射平行光束的棱锥反射镜22；所述基座21一端到另一端还贯穿有第五孔穴212和第六孔穴214，所述的第五孔穴212和第六孔穴214均与所述的固定孔211贯通；所述的第五孔穴212能穿过所述激光瞄准镜16发出的激光光束，所述的第六孔穴214能接收棱锥反射镜22平行反射激光瞄准镜16发出的激光光束。此种结构中，将反射装置2作为基准参照物，第五孔穴212为基准参照物的中心位置，测量时，激光光束直接发射到第五孔穴212内，使本位置传感器的测量数据更加精确。

如图2所示，所述基座21通过端面设置的凸缘盘213固定安装在转轴3上。其优点在于：凸缘盘213，能增大反射装置2的基座21与转轴3的接触面积，使棱锥反射镜22能够更加稳定的安装在转轴3上。

如图1-2所示，所述的第一孔穴1121、第二孔穴1122、第三孔穴131、第四孔穴132、第五孔穴212、第六孔穴214可以为圆形通孔，也可以是三角形、四角形等多边形通孔。本实施方式均采用圆形通孔，是因为圆形孔制造简单、加工方便。

如图3所示，自动机械臂包括转轴3和转臂4，位置传感器的主体装置1安装在转臂4上，反射装置2安装在转轴3上，自动机械臂还包括主控装置，所述主控装置通过所述位置传感器传输的位置信号，判断所述转轴3与所述转臂4之间的位置关系，并根据所述位置关系，对转轴和转臂进行控制。

本发明的位置传感器通过光电位置检测器17采集反射装置2反射由激光瞄准镜16发射出的激光光束的光信号，再通过光电转换器15记录采集的数据信息。光电位置检测器17可采用一维的或者二维的。其具体工作过程如下：主体装置1的激光瞄准镜16发射出激光光束，激光光束穿过底板11的第一孔穴1121照射到转轴3上的反射装置2的基座21的第五孔穴212，再通过反射装置2的棱锥反射镜22反射回来的平行光束穿过反射装置2的第六孔穴214、底板11上的第二孔穴1122照射到底板11上的光电位置检测器17上，则光电位置检测器17上就会采集激光光束的光斑位置，此时，连接光电位置检测器17的光电转换器15记录光电位置检测器17采集的数据信息、并将其光信号转换为电信号。上述反射装置2的安装位置就是绝对参考位置的基准参照物，反射装置2的第五孔穴212为激光光束的入射口，也就是说反射装置2的第五孔穴212为被测绝对参考位置基准参照物的中心位置，因此，此种结构的位置传感器采集的位置信息比起现有技术的位置传感器采集的数据信息精确更高。此种结构的位置传感器采集的绝对参考初始位置信息能为机械臂的主控装置提供一个准确的初始位置基准点。

位置传感器的反射装置2可以具有多个，多个反射装置均匀地设置在转轴3的圆周上。例如反射装置可以为6个。不同的反射装置2具有不同的编号，主控装置通过编号识别不同的反射装置2。当某一个反射装置2反射了激光时，主控装置通过该反射装置2的编号，识别该反射装置2，则可通过事先存储在主控装置内的信息，判断出该反射装置2对应的角度范围，完成粗调的过程。这样，主体装置1在不同的角度使用不同的反射装置2，可以实现粗调和微调的二级调整。

本发明由于采用光电位置检测器17和激光瞄准镜16，被测绝对参考位置的基准参照物为反射装置2，反射装置2的第五孔穴212又为基准参照物中心，因此，在测量转轴3相对于转臂4位置初始位置信息时，减小了测量误差，提高了测量精度。

本发明位置传感器采用二维的光电位置检测器17时，光斑位置检测17信息可采集X、Y、Z、Rx、Ry、Rz中任意两个自由度的位置信息，此时，光电转换器15记录的数据信息也是二维的，比起单独测量一个点的数据信息更加准确，因此，减小了安装误差，从而提高了测量精度。

根据本发明所作出的所有简单的增减、改变、组合等所得到的技术方案，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于自动机械臂的位置传感器，其特征在于，

所述位置传感器具有主体装置，所述主体装置具有底板，所述底板上设置有激光瞄准透镜和二维光电位置检测器；所述底板具有平板和倾斜板，所述平板上开设有平板通孔，所述倾斜板上具有第一孔穴和第二孔穴；在所述倾斜板的内侧面上设置光电位置探测器，所述光电位置探测器的受光位置中心对准所述第二孔穴的中央；在所述倾斜板内侧面上还开设有定位沟槽，所述第二孔穴开设在所述定位沟槽上，所述光电位置探测器设置在所述定位沟槽内；在所述倾斜板的外侧面上还安装有挡板，在所述挡板上开设有第三孔穴和第四孔穴，所述第三孔穴的中心对准所述第一孔穴的中心，所述第四孔穴的中心对准所述二孔穴的中心；

所述光电位置探测器接收安装在所述转轴上的反射装置反射的平行光束；所述反射装置平行反射所述激光瞄准透镜发出的激光光束；所述反射装置具有基座，所述基座一端固定在基台上，所述基座的另一端设置有固定孔，所述固定孔内安装有能反射平行光束的棱锥反射镜；所述基座一端到另一端贯穿有第五孔穴和第六孔穴，所述第五孔穴和第六孔穴均与所述固定孔贯通；所述第五孔穴能穿过所述激光瞄准透镜发出的激光光束，所述第六孔穴能接收棱锥反射镜平行反射激光瞄准透镜发出的激光光束；所述基座通过端面设置的凸缘盘固定安装在基台上；所述光电位置探测器电连接有进行光电信号转换的光电转换器；

所述底板还具有补偿板，所述补偿板具有不动板以及一端与所述不动板固定连接的可动板，所述可动板的可动端穿过平板的平板通孔、并且不动板固定在平板上，所述可动板的可动端固定连接有定位块；所述定位块设置有定位孔，所述定位孔内安装有激光瞄准透镜，所述激光瞄准透镜的发射端对准所述第一孔穴；所述定位块的其中一个侧面设置有与所述定位孔的轴向中心线平行的一条缝隙，所述缝隙与定位孔贯通。

2.根据权利要求1所述的位置传感器，其特征在于，所述位置传感器的所述反射装置具有多个，所述多个反射装置均匀地设置在所述转轴的圆周上。

3.根据权利要求2所述的位置传感器，其特征在于，所述反射装置为6个。