CN108638096A - 双码盘编码器及应用该双码盘编码器的伺服关节 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及编码器技术领域，具体涉及到一种双码盘编码器及应用该双码盘编码器的伺服关节，其中双码盘编码器包括用于测量减速机转角的第一码盘，用于测量电机转角的第二码盘，以及用于读数的第一读数头及第二读数头，用于固定第一读数头及第二读数头的电路板，其中，所述第一码盘与所述第二码盘同轴且在同一平面嵌套设置。通过将测量减速机及电机转角的第一码盘及第二码盘同轴且在同一平面嵌套设置，与现有技术上下设置两个编码器相比，缩小伺服关节的体积，提升了关节带负载能力。应用该双码盘编码器的伺服关节结构紧凑，生产成本下降，且体积及重量下降，方便应用于机器人上。
Description
技术领域
本发明涉及编码器技术领域，具体涉及到一种双码盘编码器及应用该双码盘编码器的伺服关节。
背景技术
随着工业自动化技术的快速发展，机器人作为一种重要的工业自动化设备，越来越得到重视，并且应用越来越广泛。在机器人有关技术中，对机器人关节等运动部件的控制最为重要和关键。
在伺服减速机中，机器人关节等运动部件可以通过电机提供动力，并通过编码器对机器人的电机以及关节等运动部件的运动姿态进行测量，进而实现对机器人关节等运动部件的全闭环控制。
现有技术中，如专利201620077231.7，在伺服减速机中，如采用两个编码器上下设置，分别测量电机及减速机的转角，此种设置方式会导致整个关节零件数量多，生产成本增高，且导致关节体积及重量大，降低了关节带负载能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种双码盘编码器，解决现有技术中伺服关节需要上下分别设置两个编码器，零件众多的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双码盘编码器，包括用于测量减速机转角的第一码盘，用于测量电机转角的第二码盘，以及用于读数的第一读数头及第二读数头，用于固定第一读数头及第二读数头的电路板，其中，所述第一码盘与所述第二码盘同轴且在同一平面嵌套设置。
本发明的更进一步优选方案是：所述第一读数头及第二读数头设置于同一电路板上。
本发明的更进一步优选方案是：所述第一读数头设置有两个第一读数芯片，两个第一读数芯片关于第一码盘的轴心呈中心对称设置。
本发明的更进一步优选方案是：所述第二读数头设置有两个第二读数芯片，两个第二读数芯片关于第二码盘的轴心呈中心对称设置。
本发明的更进一步优选方案是：所述双码盘编码器采用磁式绝对式编码器，所述第一码盘、第二码盘上设置有双磁道。
针对现有关节体积大，采用两个编码器体积及重量大，负载能力差，生产成本高缺陷，本发明还提供了一种伺服关节，包括外壳、减速部及电机部，还包括上述方案任一所述的双码盘编码器，所述电路板通过基座固定于所述外壳上，所述减速机、电机部及双码盘编码器同轴设置。
本发明提供的伺服关节中，优选方案为：所述基座与所述电路板对应位置设置有销钉孔。
本发明提供的伺服关节中，优选方案为：所述减速部包括输出端盖、减速机及输出轴，所述输出轴与第一码盘传动连接。
本发明提供的伺服关节中，更进一步优选方案为：所述伺服关节还包括制动保持器，所述制动保持器设置于所述双码盘编码器靠近电机部一侧。
本发明所提供的双码盘编码器中，通过将测量减速机及电机转角的第一码盘及第二码盘同轴且在同一平面嵌套设置，与现有技术上下设置两个编码器相比，缩小对应伺服关节的体积，减少了零件数量，提升了关节带负载能力。另外，本发明还应用两个与码盘的轴心中心对称的读数芯片读取码盘转动角度方式，以此消除码盘中心轴与对应被测件转动中心轴的同轴度误差所导致的测量误差，提高编码器的读数精度。同时，本发明还提供应用该双码盘编码器的伺服关节，此伺服关节结构紧凑，方便应用于机器人上。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明双码盘编码器结构示意图；
图2是本发明双码盘编码器优化结构示意图；
图3是本发明读数头优化结构示意图；
图4是本发明伺服关节去外壳结构示意图；
图5是本发明伺服关节剖视图。
图中：编码器1，第一码盘10，第二码盘11，第一读数芯片10a，第二读数芯片11a，电路板12，基座13，销钉孔14；外壳2；电机部3，定子组件31，转子32；减速部4，减速机41，输出端盖42，输出轴43；连接法兰5，传动座6，制动保持器7，电机驱动器8。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1-5所示，本发明提供一种双码盘编码器1，包括用于测量减速机转角的第一码盘10，用于测量电机转角的第二码盘11，以及用于读数的第一读数头及第二读数头，用于固定第一读数头及第二读数头的电路板12，其中，所述第一码盘10与所述第二码盘11同轴且在同一平面嵌套设置。利用第一码盘10与第二码盘11同轴且同一水平嵌套方式，与现有技术上下设置两个编码器相比，可减少零件数量，降低对应伺服关节体积。
具体的，所述第一码盘10用于测量伺服关节中的减速机转角，所述第二码盘11用于测量伺服关节中的电机转角，所述第二码盘11的内径大于第一码盘10的外径，第一码盘10嵌套设于第二码盘11的中空轴内，两者位于同一水平面。在本实施例中，所述第一读数头与所述第二读数头设置于同一电路板12上。采用一块电路板12可降低生产成本，同时使结构更紧凑。相比于将第一读数头及第二读数头分别固定于不同电路板，需要将位于内侧的第一读数头电路板固定在伺服电机上会增加装配难度，当然在其他实施例中也可采用分别固定方式。
结合图2、图3，为进一步优化上述方案，增加双码盘编码器1的测量精度，所采用第一读数头设置有两个第一读数芯片10a，所述两个第一读数芯片10a关于第一码盘10的轴心呈中心对称设置，在第一码盘10转动时，两个中心分布的第一读数芯片10a的读数误差幅值相等，方向相反，相加后误差可相互抵消，第一读数头的数字信号处理器对同一时刻的两个第一读数芯片10a信息进行采集并进行求和运算，然后将处理结果转换为编码器转角位置信息，准确反映第一码盘10对应的减速机转角，提高对减速机转角的测量精度。更进一步的，所采用的第二读数头也设置有两个第二读数芯片11a，其中两个第二读数芯片11a关于第二码盘11的轴心呈中心对称设置。同理，在第二码盘11转动时，两个中心分布的第二读数芯片11a的读数误差幅值相等，方向相反，相加后误差可相互抵消，第二读数头的数字信号处理器对同一时刻的两个第二读数芯片11a信息进行采集并进行求和运算，然后将处理结果转换为编码器转角位置信息，准确反映第二码盘11对应的电机转角，保证对电机转角读数的精准性。与单读数芯片相比，采用中心对称的两个读数芯片，可消除码盘中心轴与对应被测件转动中心轴的同轴度误差所导致的测量误差，提高编码器的读数精度，降低码盘安装的同轴度要求。
为优化本发明的双码盘编码器1，本发明采用磁式绝对式编码器，相比增量式编码器，能直接获取关节的绝对位置。相比光电式编码器，能耐油污、粉尘污染，且具有更高的可靠性。同时，第一码盘10及第二码盘11上均设置有双磁道。其中，码盘外圈磁道设置有2n对磁极，内圈磁道设置2n-1对磁极,在磁道上交替形成N极及S极。采用双磁道格式，如当n＝6时，外圈磁道平分成64对磁极对，内圈为63对磁极对，内圈磁道及外圈磁道起始点相同，在测定转角时，通过读取两条磁道上的信息准确获取其转角位置，提高准确性，本发明第一码盘10的磁道n比第二码盘11的磁道n’小1，如第二码盘11外圈磁道为64对磁极对时，第一码盘10外圈磁道一般为32对磁极对，因磁道磁极对受对应码盘尺寸及编码器精度的影响，在此不做严格规定。
结合图4、图5，如图所示，本发明还提供了一种伺服关节，包括外壳2，电机部3及减速部4，还包括上述实施例所述的双码盘编码器1，其中电路板12通过基座13固定于所述外壳2上，所述减速部4、电机部3及双码盘编码器1同轴设置，所述双码盘编码器1设置于所述电机部3远离减速部4一侧。采用上述的双码盘编码器1，伺服关节结构紧凑，体积及重量降低，零件减少，生产成本下降，将更好的应用于机器人中。
进一步的，如图1所示，在基座13及电路板12上对应位置开设有销钉孔14，在装配时先用销钉对两者进行初步固定，然后再用螺钉对两者进行固定锁紧，采用销钉初步固定可以有效提高电路板12的装配精准度，进而降低误差。所采用的销钉可以为一个或多个，在此不做限定。
具体的，电机部3通过连接法兰5与减速部4连接，所述减速部4包括减速机41，输出轴43及输出端盖42，其中所述输出轴43与第一码盘10传动连接，减速机41的运动通过输出轴43传递至第一码盘10上，以此进行对减速机41的转角进行测量。所述电机部3包括定子组件31及转子32及电机驱动器8，所述伺服关节还包括设置于所述电机部3及第二码盘11之间的传动座6，所述传动座6一端连接转子32，另一端与第二码盘11连接，通过传动座6作用将转子32的运动传递至第二码盘11，以此对电机的转角进行测量。更进一步的，本发明所采用的伺服关节还包括制动保持器7，所述制动保持器7设置于所述双码盘编码器1靠近电机部3一侧，在断电或紧急情况可提供制动，防止机器人掉电坠落或失控。
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，都应认为是本说明书记载的范围。
Claims (9)
1.一种双码盘编码器，其特征在于：包括用于测量减速机转角的第一码盘，用于测量电机转角的第二码盘，以及用于读数的第一读数头及第二读数头，用于固定第一读数头及第二读数头的电路板，其中，所述第一码盘与所述第二码盘同轴且在同一平面嵌套设置。
2.根据权利要求1所述的双码盘编码器，其特征在于：所述第一读数头及第二读数头设置于同一电路板上。
3.根据权利要求2所述的双码盘编码器，其特征在于：所述第一读数头设置有两个第一读数芯片，两个第一读数芯片关于第一码盘的轴心呈中心对称设置。
4.根据权利要求3所述的双码盘编码器，其特征在于：所述第二读数头设置有两个第二读数芯片，两个第二读数芯片关于第二码盘的轴心呈中心对称设置。
5.根据权利要求4所述的双码盘编码器，其特征在于：所述双码盘编码器采用磁式绝对式编码器，所述第一码盘、第二码盘上设置有双磁道。
6.一种伺服关节，包括外壳、减速部及电机部，其特征在于：还包括上述权利要求1-5任一所述的双码盘编码器，所述电路板通过基座固定于所述外壳上，所述减速部、电机部及双码盘编码器同轴设置。
7.根据权利要求6所述的伺服关节，其特征在于：所述基座与所述电路板对应位置设置有销钉孔。
8.根据权利要求7所述的伺服关节，其特征在于：所述减速部包括输出端盖、减速机及输出轴，所述输出轴与第一码盘传动连接。
9.根据权利要求8所述的伺服关节，其特征在于：所述伺服关节还包括制动保持器，所述制动保持器设置于所述双码盘编码器靠近电机部一侧。
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