CN110487316B - 增量式编码器的故障检测方法以及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种增量式编码器的故障检测方法以及机器人，该故障检测方法包括：采集增量式编码器产生的信号；若连续采集到的信号均为A相信号，且A相信号的连续采集次数达到第一次数阈值，则提示B相信号丢失；若连续采集到的信号均为B相信号，且B相信号的连续采集次数达到第二次数阈值，则提示A相信号丢失；若连续两次采集到的信号均为Z相信号的上升沿或均为Z相信号的下降沿，则提示A相信号和B相信号同时丢失；若在监测到增量式编码器连续转动一圈时，还未采集到Z相信号，则提示Z相信号丢失。本申请所提供的故障检测方法能够在不增加成本的前提下定位增量式编码器的故障。

Description

增量式编码器的故障检测方法以及机器人

技术领域

本申请涉及增量式编码器技术领域，特别是涉及一种增量式编码器的故障检测方法以及机器人。

背景技术

机器人关节驱动器一般采用双编码器结构，其中，内编码器作为速度传感器，通常选择成本低廉的增量式编码器，外编码器作为位置传感器，通常选择成本比较高的绝对式编码器。

本申请的发明人发现，增量式编码器与上位机之间通常不采用传输协议，上位机只能被动地接收由编码器位置变化转换成的脉冲信号，而由于脉冲信号不包含故障信息，因而当增量式编码器发生故障时，上位机无法进行识别。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种增量式编码器的故障检测方法以及机器人，能够在不增加成本的前提下定位增量式编码器的故障。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种增量式编码器的故障检测方法，所述方法包括：采集增量式编码器产生的信号；若连续采集到的信号均为A相信号，且所述A相信号的连续采集次数达到第一次数阈值，则提示B相信号丢失；若连续采集到的信号均为B相信号，且所述B相信号的连续采集次数达到第二次数阈值，则提示A相信号丢失；若连续两次采集到的信号均为Z相信号的上升沿或均为Z相信号的下降沿，则提示A相信号和B相信号同时丢失；若在监测到所述增量式编码器连续转动一圈时，还未采集到Z相信号，则提示所述Z相信号丢失。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种机器人，包括增量式编码器、电机以及驱动器，所述增量式编码器与所述电机同轴连接，所述驱动器分别耦接所述增量式编码器以及所述电机，所述驱动器在工作时控制自身以及所述增量式编码器、所述电机实现上述方法中的步骤。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种具有存储功能的装置，存储有程序数据，所述程序数据能够被执行以实现上述方法中的步骤。

本申请的有益效果是：本申请增量式编码器的故障检测方法通过对增量式编码器产生的信号进行分析，由于无需增加另外的器件，因此能够在不增加成本的前提下及时地定位增量式编码器的故障并获取故障的类型。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是增量式编码器在正常工作时产生的信号时序图；

图2是本申请增量式编码器的故障检测方法一实施方式的流程示意图；

图3是图2中步骤S120和步骤S130的具体流程示意图；

图4是图2中步骤S140和步骤S150的具体流程示意图；

图5是本申请机器人一实施方式的结构示意图；

图6是本申请具有存储功能的装置一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为便于理解本申请，首先对增量式编码器进行具体介绍。

增量式编码器与电机同轴连接且同步转动，增量式编码器用于测量电机转速、位置等信息。在正常工作时，如图1所示，增量式编码器产生A相信号、B相信号和Z相信号，A相信号、B相信号和Z相信号均为方波脉冲信号，增量式编码器每转动一圈产生的A相信号方波个数或B相信号方波个数即为增量式编码器的分辨率，同时A相信号和B相信号的相位相差90度，通过比较A相信号在前还是B相信号，可得出增量式编码器和电机是正转还是反转(图1中以A相信号在前进行示意说明)；Z相信号又称为零位信号，用作位置指示，增量式编码器每转动一圈产生一个Z相信号方波。

在本申请中，增量式编码器与电机同轴设置，且两者均与驱动器连接，在驱动器的驱动下，电机与增量式编码器同步转动，而后增量式编码器产生信号，并将信号发送给驱动器。

参阅图2，图2是本申请增量式编码器的故障检测方法一实施方式的流程示意图。该方法包括：

S110：采集增量式编码器产生的信号。

与增量式编码器连接的驱动器获取增量式编码器产生的信号，在增量式编码器正常工作时，其产生A相信号、B相信号以及Z相信号。

S120：若连续采集到的信号均为A相信号，且A相信号的连续采集次数达到第一次数阈值，则提示B相信号丢失。

其中，采集到A相信号的上升沿或A相信号的下降沿，都视为采集到一次A相信号，也就是说，采集到A相信号的一个方波视为采集到两次A相信号。同样地，采集到B相信号的上升沿或B相信号的下降沿，都视为采集到一次B相信号。

在增量式编码器正常工作时，如图1所示，A相信号和B相信号交替出现，因此当连续采集到A相信号时，存在B相信号丢失的风险。

在一应用场景中，考虑到增量式编码器发生方向的转变时存在连续两次信号都是B相信号的情况，因此设定第一次数阈值大于2，例如，第一次数阈值为5、10等。另外考虑到报警的及时性，第一次数阈值增量式小于增量式编码器分辨率的两倍。

S130：若连续采集到的信号均为B相信号，且B相信号的连续采集次数达到第二次数阈值，则提示A相信号丢失。

与步骤S120类似，当连续多次采集的信号均为B相信号时，说明A相信号丢失，则提示A相信号丢失。

其中，与第一次数阈值类似，第二次数阈值大于2且小于增量式编码器分辨率的两倍。

同时，第二次数阈值既可以与第一次数阈值相等，也可以不相等，在此不做限制。

S140：若连续两次采集到的信号均为Z相信号的上升沿或均为Z相信号的下降沿，则提示A相信号和B相信号同时丢失。

若连续两次采集到的信号均为Z相信号的上升沿或均为Z相信号的下降沿，则说明增量式编码器和电机转动一圈时，增量式编码器都没有产生A相信号和B相信号，则说明增量式编码器的A相信号和B相信号同时丢失。

S150：若在监测到增量式编码器连续转动一圈时，还未采集到Z相信号，则提示Z相信号丢失。

由前述分析可知，正常情况下，增量式编码器和电机转动一圈，增量式编码器必然会产生Z相信号，因此若增量式编码器连续转动一圈，还未采集到Z相信号，则说明Z相信号丢失。

从上述内容可以看出，本实施方式通过对增量式编码器产生的信号进行分析，由于无需增加另外的器件，因此能够在不增加成本的前提下及时地定位增量式编码器的故障并获取故障的类型。

其中，在本实施方式中，通过报警器报警的方式提示增量式编码器的故障，具体地，触发第一报警器报警以提示B相信号丢失，触发第二报警器报警以提示A相信号丢失，触发第三报警器报警以提示A相信号和B相信号同时丢失，触发第四报警器报警以提示Z相信号丢失，其中，各个报警器报警的方式不同，以便于用户直观地定位增量式编码器的故障。其中，各个报警器报警的方式本实施方式不做限制。

结合图3，在本实施方式中，步骤S120具体包括：若采集到A相信号，则控制B相丢失计数器的计数值加一，其中，B相丢失计数器的计数值当采集到B相信号或Z相信号时被清零；若B相丢失计数器的计数值达到第一次数阈值，则提示B相信号丢失。

步骤S130具体包括：若采集到B相信号，则控制A相丢失计数器的计数值加一，其中，A相丢失计数器的计数值当采集到A相信号或Z相信号时被清零；若A相丢失计数器的计数值达到第二次数阈值，则提示A相信号丢失。

其中，图3中圆圈内的文字表示跳转进入该圆圈的条件，箭头表示状态跳转方向，箭头的文字内容表示状态跳转后执行的操作。

具体地，利用B相丢失计数器对获取的A相信号进行计数，该B相丢失计数器的计数值在采集到的信号为B相信号或Z相信号时被清零，当获取的信号为A相信号时加一，从而B相丢失计数器的计数值表示的为A相信号的连续产生次数，因而当B相丢失计数器的计数值达到第一次数阈值，提示B相信号丢失，其中，图3中以B相丢失计数器的计数值在采集到的信号为B相信号时被清零进行示意说明。

步骤S130的内容与步骤S120的内容类似，详见可参见上述，在此不再赘述。

结合图4，在本实施方式中，当步骤S111判断出采集到的信号为Z相信号的上升沿时，进入步骤S141。

S141：控制AB相丢失计数器的计数值加一，以及将正向计数器的计数值和反向计数器的计数值清零。

S142：判断AB相丢失计数器的计数值是否为二。

若判断结果为是，则进入步骤S143，若判断结果为否，则返回步骤S110，继续采集增量式编码器产生的信号。

S143：提示A相信号和B相信号同时丢失。

继续参阅图4，在本实施方式中，当步骤S111判断出采集到的信号为A相信号或B相信号时，进入步骤S151。

S151：将AB相丢失计数器的计数值清零。

S152：判断增量式编码器的转向。

若判断出增量式编码器的转向为正转，则进入步骤S153，若判断出增量式编码器的转向为反转，则进入步骤S155。

S153：控制正向计数器的计数值加一，以及反向计数器的计数值减一。

S154：判断正向计数器的计数值是否达到增量式编码器分辨率的四倍。

若判断结果为是，则进入步骤S157，若判断结果为否，则返回步骤S110，继续采集增量式编码器产生的信号。

S155：控制反向计数器的计数值加一，以及正向计数器的计数值减一。

S156：判断反向计数器的计数值是否达到增量式编码器分辨率的四倍。

若判断结果为是，则进入步骤S157，若判断结果为否，则返回步骤S110，继续采集增量式编码器产生的信号。

S157：提示Z相信号丢失。

具体地，AB相丢失计数器的计数值在采集到Z相信号的上升沿时加一，并在采集到A相信号或B相信号时清零，因此当AB相丢失计数器的计数值为二时，说明增量式编码器在转动一圈时还未采集到A相信号和B相信号，则说明A相信号和B相信号同时丢失。

同时，当增量式编码器正向转动时，只要采集到的信号为A相信号或B相信号，正向计数器的计数值都会加一，且正向计数器的计数值只有当采集到Z相信号的上升沿时才会被清零，因而当正向计数器的计数值达到增量式编码器分辨率的四倍时，说明增量式编码器正向转动了一圈时还未采集到Z相信号，进而说明Z相信号丢失。

类似地，当增量式编码器反向转动时，只要采集到的信号为A相信号或B相信号，反向计数器的计数值都会加一，且反向计数器的计数值只有当采集到Z相信号的上升沿时才会被清零，因而当反向计数器的计数值达到增量式编码器分辨率的四倍时，说明增量式编码器反向转动了一圈时还未采集到Z相信号，进而说明Z相信号丢失。

其中，考虑到电机在转动时会出现往复转动而使增量式编码器往复转动的情况，例如，电机按照正向转动半圈，反向转动半圈的顺序往复转动，此时有可能出现电机转动一圈还未采集到Z相信号的情况，但是此时增量式编码器并没有发生故障，因此本实施方式，步骤S153在控制正向计数器的计数值加一的同时，还会控制反向计数器的计数值减一，以及步骤S155在控制反向计数器的计数值加一的同时，还会控制正向计数器的计数值减一，从而确保只有电机一直正向转动时，正向计数器的计数值才会一直累加，以及电机一直反向转动时，反向计数器的计数值才会一直累加，从而只有在监测到增量式编码器连续朝着同一方向转动一圈时，若还未采集到Z相信号，才会提示Z相信号丢失，进而提高故障判断的准确性。

当然，在其他实施方式中，当确定电机不会往复转动时，步骤S153在控制正向计数器的计数值加一的同时无需再控制反向计数器的计数值减一，以及步骤S155在控制反向计数器的计数值加一的同时无需再控制正向计数器的计数值减一。

其中，需要说明的是，在其他实施方式中，进入步骤S141的条件也可以是采集到的信号为Z相信号的下降沿。也就是说，若此时连续两次采集到的信号均为Z相信号的下降沿，则判断A相信号和B相信号丢失，且正向计数器和反向计数器的计数值只有当采集到的信号为Z相信号的下降沿时才会被清零。

参阅图5，图5是本申请机器人一实施方式的结构示意图，该机器人200包括增量式编码器210、电机220以及驱动器230。

增量式编码器210与电机220同轴连接，且驱动器230分别耦接增量式编码器210以及电机220，驱动器230在工作时控制自身以及增量式编码器210、电机220实现上述增量式编码器的故障检测方法中的步骤。其中，详细的故障检测方法可参见上述实施方式，在此不再赘述。

其中，机器人200可以是任何类型的机器人，例如协作机器人等，在此不做限制。

参阅图6，图6是本申请具有存储功能的装置一实施方式的结构示意图。该具有存储功能的装置300存储有程序数据310，程序数据310能够被执行以实现上述增量式编码器的故障检测方法中的步骤。

其中，详细的故障检测方法可参见上述实施方式，在此不再赘述。

其中，具有存储功能的装置300可以是机器人，也可以是便携式存储介质，例如U盘、光盘等，在此不做限制。

总而言之，本申请增量式编码器的故障检测方法通过对增量式编码器产生的信号进行分析，由于无需增加另外的器件，因此能够在不增加成本的前提下及时地定位增量式编码器的故障并获取故障的类型。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种增量式编码器的故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：

采集增量式编码器产生的信号；

若连续采集到的信号均为A相信号，且所述A相信号的连续采集次数达到第一次数阈值，则提示B相信号丢失；

若连续采集到的信号均为B相信号，且所述B相信号的连续采集次数达到第二次数阈值，则提示A相信号丢失；

若连续两次采集到的信号均为Z相信号的上升沿或均为Z相信号的下降沿，则提示A相信号和B相信号同时丢失；

若在监测到所述增量式编码器连续转动一圈时，还未采集到Z相信号，则提示所述Z相信号丢失；

其中，所述若在监测到所述增量式编码器连续转动一圈时，还未采集到Z相信号，则提示所述Z相信号丢失的步骤，包括：

若采集到所述A相信号或所述B相信号，则获取所述增量式编码器的转向；

若所述增量式编码器的转向为正转，则控制正向计数器的计数值加一，其中，所述正向计数器的计数值当采集到所述Z相信号的上升沿时被清零；

若所述增量式编码器的转向为反转，则控制反向计数器的计数值加一，其中，所述反向计数器的计数值当采集到所述Z相信号的上升沿时被清零；

若所述正向计数器的计数值或所述反向计数器的计数值达到所述增量式编码器分辨率的四倍，则提示所述Z相信号丢失；

同时，在控制所述正向计数器的计数值加一的同时，还包括：控制所述反向计数器的计数值减一；在控制所述反向计数器的计数值加一的同时，还包括：控制所述正向计数器的计数值减一。

2.根据权利要求1所述的故障检测方法，其特征在于，

所述若连续采集到的信号均为A相信号，且所述A相信号的连续采集次数达到第一次数阈值，则提示B相信号丢失的步骤，包括：

若采集到所述A相信号，则控制B相丢失计数器的计数值加一，其中，所述B相丢失计数器的计数值当采集到所述B相信号或所述Z相信号时被清零；

若所述B相丢失计数器的计数值达到所述第一次数阈值，则提示所述B相信号丢失；

所述若连续采集到的信号均为B相信号，且所述B相信号的连续采集次数达到第二次数阈值，则提示A相信号丢失的步骤，包括：

若采集到所述B相信号，则控制A相丢失计数器的计数值加一，其中，所述A相丢失计数器的计数值当采集到所述A相信号或所述Z相信号时被清零；

若所述A相丢失计数器的计数值达到所述第二次数阈值，则提示所述A相信号丢失。

3.根据权利要求1所述的故障检测方法，其特征在于，所述若连续两次采集到的信号均为Z相信号的上升沿或均为Z相信号的下降沿，则提示A相信号和B相信号同时丢失的步骤，包括：

若采集到所述Z相信号的上升沿，则控制AB相丢失计数器的计数值加一，其中，所述AB相丢失计数器的计数值当采集到所述A相信号或所述B相信号时被清零；

若所述AB相丢失计数器的计数值为二，则提示所述A相信号和所述B相信号同时丢失。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次数阈值与所述第二次数阈值相等。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次数阈值与所述第二次数阈值均大于二且小于所述增量式编码器分辨率的两倍。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述提示B相信号丢失的步骤，包括：触发第一报警器报警；

所述提示A相信号丢失的步骤，包括：触发第二报警器报警；

所述提示A相信号和B相信号同时丢失的步骤，包括：触发第三报警器报警；

所述提示Z相信号丢失的步骤，包括：触发第四报警器报警。

7.一种机器人，其特征在于，包括增量式编码器、电机以及驱动器，所述增量式编码器与所述电机同轴连接，所述驱动器分别耦接所述增量式编码器以及所述电机，所述驱动器在工作时控制自身以及所述增量式编码器、所述电机实现如权利要求1至6任一项所述方法中的步骤。

8.一种具有存储功能的装置，其特征在于，存储有程序数据，所述程序数据能够被执行以实现如权利要求1-6任一项所述方法中的步骤。

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