CN112697175B - 一种侧轴式编码器系统及其标定方法 - Google Patents

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Abstract

一种侧轴式编码器系统及其标定方法，属于智能机器人关节技术领域。侧轴式编码器系统包括控制电路板、标定编码器和侧轴编码器，标定编码器由中心磁体及其对应的一个磁编码器芯片组成，侧轴编码器由环形磁体及其对应的另一个磁编码器芯片组成，中心磁体位于电机轴末端，控制电路板与两个磁编码器芯片电连接。标定编码器测量电机的角度信息，侧轴编码器测量减速器的角度信息数据，控制电路板接收电机角度信息和减速器角度信息数据并加以处理。本发明将两个编码器放在减速器同侧，可以大大减小机器人关节体积，有利于机器人小型化和灵活性；同时有更好的抗尘、抗油污等抗干扰性能。本发明提供的标定方法，提高了电机控制精度和机器人位姿准确性。

Description

一种侧轴式编码器系统及其标定方法
技术领域
本发明属于智能机器人关节技术领域，涉及一种侧轴式编码器系统及其标定方法。
背景技术
我国的制造业智能制造发展需求越来越强烈，机器人关节作为机器人必不可少的控制单元，在智能制造的发展进程中起到巨大的作用。
在机器人控制领域，通过编码器读取电机的角度位置和与电机相接的减速器的角度位置，从而实现对机器人位姿的控制，进而实现我们需要机器人进行的动作。然而编码器的精度和对干扰的抵抗作用决定了电机控制系统的精度，进而决定了机器人位姿的准确性。
现有的机械结构是：各部件的连接是电机、编码器1、减速器和编码器2结构，两个编码器位于减速器两端，通过两个编码器分别测出电机和减速器的角度信息。此结构的缺点是，以此方式安装两个编码器会造成机械结构所占空间体积太大，不利于机器人小型化和灵活性。并且传统的编码器大多选择光电编码器，但光电编码器在粉尘或者其它恶劣的工作环境下会因为颗粒物进入码盘，影响光学特性造成编码器无法工作或产生较大误差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种侧轴式编码器系统。具体而言，通过将编码器芯片和环形磁体构成侧轴编码器，将另一编码器芯片和中心磁体构成标定编码器的设计，将传统伺服系统中分布于减速器两端的双编码器设计，改进为将两个编码器放在减速器同侧，合理利用空间，可以大大减小机器人关节的体积，有利于机器人小型化和灵活性；同时由于采用磁编码器，与传统的光电编码器相比有更好的抗尘、抗油污等抗干扰性能。为了实现本发明的目的，采用的技术方案如下。
一种侧轴式编码器系统，其特征在于，包括控制电路板、标定编码器和侧轴编码器，标定编码器由中心磁体及其对应的一个磁编码器芯片组成，侧轴编码器由环形磁体及其对应的另一个磁编码器芯片组成，中心磁体位于电机轴末端，控制电路板与两个磁编码器芯片电连接。标定编码器用于测量电机的角度信息，侧轴编码器用于测量减速器的角度信息数据；控制电路板接收标定编码器所采集的电机角度信息、侧轴编码器所采集的减速器角度信息数据，并加以处理。
在一些具体实施方案中，中心磁体和环形磁体在同一水平面上并且重心重合，这样的安装方式可以减小相互之间的干扰，确保标定编码器采集的数据精度。
在一些具体实施方案中，标定编码器的磁编码器芯片位于中心磁体正上方。
在一些具体实施方案中，侧轴编码器的磁编码器芯片位于环形磁体外侧，并且与环形磁体在同一水平面上。
在一些具体实施方案中，两个磁编码器芯片均位于主控电路板上。
在一些具体实施方案中，主控电路板上设有标定芯片。标定芯片利用标定编码器采集的电机角度信息数据，对侧轴编码器采集的减速器角度信息数据，进行实时标定。
本发明提供的一种侧轴式编码器系统，其中标定编码器采集的电机角度信息数据十分准确，而侧轴编码器采集的减速器角度信息数据线性度较差、误差较大，因此本发明的另一目的是提供一种标定方法，利用标定编码器采集的电机角度信息数据对侧轴编码器采集的减速器角度信息数据进行标定，实现补偿校正，让两个芯片测量数据都达到测量要求。具体技术方案如下。
一种侧轴式编码器系统的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，用标定编码器采集电机运行过程中的位置信息数据，得到电机位置信息数据集d2；用侧轴编码器采集减速器运行过程中的位置信息数据集d1；
步骤S2，设电机与减速器之间的减速比为n，由电机位置信息数据集d2推导出减速器的理论位置信息数据集为nd2；
步骤S3，求出数据集nd2与数据集d1中两两对应点的误差点集e；
步骤S4，得出误差数组：通过对误差点集e重采样得到一定规模的数据集e1，从e1中每n1个数据取出一个点放入数组err；
步骤S5，每读取一个侧轴编码器数据，就从数组err中取出对应的点，标定侧轴编码器数据。
上述标定方法可以编程，写入主控电路板的芯片中。
本发明提供的一种侧轴式编码器系统，将两个编码器放在减速器同侧，合理利用空间，可以大大减小机器人关节的体积，有利于机器人小型化和灵活性；同时由于采用磁编码器，与传统的光电编码器相比有更好的抗尘、抗油污等抗干扰性能。本发明提供的标定方法，可以通过标定编码器的数据来对侧轴编码器的数据进行标定，提高了电机控制系统的精度和机器人位姿的准确性。
附图说明
图1是本发明侧轴式编码器系统的立体示意图。
图2是本发明侧轴式编码器系统的正视示意图。
图3是本发明标定方法的程序框图。
图中：1-标定编码器的编码器芯片，2-侧轴编码器的编码器芯片， 3-主控电路板，4-中心磁体，5-环形磁体。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明做详细说明。
如图1、图2所示，一种侧轴式编码器系统，包括控制电路板3、标定编码器和侧轴编码器，标定编码器由中心磁体4及其对应的一个磁编码器芯片2组成，侧轴编码器由环形磁体5及其对应的另一个磁编码器芯片1组成，中心磁体4位于电机轴末端，控制电路板3与两个磁编码器芯片1和2电连接。标定编码器测量电机的角度信息，侧轴编码器测量减速器的角度信息数据；控制电路板接收标定编码器所采集的电机角度信息、侧轴编码器所采集的减速器角度信息数据，并加以处理。
通过将编码器芯片1和环形磁体5构成侧轴式编码器，将编码器芯片2和中心磁体4构成标定编码器的设计，将传统伺服系统中分布于减速器两端的双编码器设计，改进为将两个编码器放在减速器同侧，合理利用空间，可以大大减小机器人关节的体积，有利于机器人小型化和灵活性；同时由于采用磁编码器，与传统的光电编码器相比有更好的抗尘、抗油污等抗干扰性能。
对侧轴编码器的标定方法如图3所示，包括以下步骤：
步骤S1，用标定编码器的磁编码器芯片2采集电机运行过程中的位置信息数据d2，用侧轴编码器的磁编码器芯片1采集减速器运行过程中的位置信息数据集d1。
步骤S2，设电机与减速器之间的减速比为n，由标定编码器采集的电机位置信息数据集d2可以推导出减速器的理论位置信息数据集为nd2。
步骤S3，求出数据集nd2与数据集d1中两两对应点的误差点集e。
步骤S4，误差数组的得出：通过对误差点集e，重采样得到一定规模的数据集e1，从e1中每n1个数据取出一个点放入数组err。
步骤S5，在每读取一个侧轴式编码器数据时就从数组err中取出对应的点，用于标定侧轴式编码器数据。
上述标定方法可以编程，写入主控电路板的芯片中。本发明提供的标定方法，可以通过标定编码器的数据来对侧轴编码器的数据进行标定，提高了电机控制系统的精度和机器人位姿的准确性。

Claims (6)

1.一种侧轴式编码器系统，其特征在于，包括控制电路板、标定编码器和侧轴编码器，标定编码器由中心磁体及其对应的一个磁编码器芯片组成，侧轴编码器由环形磁体及其对应的另一个磁编码器芯片组成，中心磁体位于电机轴末端，控制电路板与两个磁编码器芯片电连接；主控电路板上设有标定芯片，标定芯片利用标定编码器采集的电机角度信息数据，对侧轴编码器采集的减速器角度信息数据，进行实时标定。
2.根据权利要求1所述的侧轴式编码器系统，其特征在于，中心磁体和环形磁体在同一水平面上并且重心重合。
3.根据权利要求1所述的侧轴式编码器系统，其特征在于，标定编码器的磁编码器芯片位于中心磁体正上方。
4.根据权利要求1所述的侧轴式编码器系统，其特征在于，侧轴编码器的磁编码器芯片位于环形磁体外侧，并且与环形磁体在同一水平面上。
5.根据权利要求1所述的侧轴式编码器系统，其特征在于，两个磁编码器芯片均位于主控电路板上。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的侧轴式编码器系统的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，用标定编码器采集电机运行过程中的位置信息数据，得到电机位置信息数据集d2；用侧轴编码器采集减速器运行过程中的位置信息数据集d1；
步骤S2，设电机与减速器之间的减速比为n，由电机位置信息数据集d2推导出减速器的理论位置信息数据集为nd2；
步骤S3，求出数据集nd2与数据集d1中两两对应点的误差点集e；
步骤S4，得出误差数组err：通过对误差点集e重采样得到一定规模的数据集e1，从e1中每n1个数据取出一个点放入数组err；
步骤S5，每读取一个侧轴编码器数据，就从数组err中取出对应的点，标定侧轴编码器数据。
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