CN1836849A

CN1836849A - 基于增量式码盘的机器人初始位置确定系统

Info

Publication number: CN1836849A
Application number: CN 200510055608
Authority: CN
Inventors: 黄强; 李建玺; 董永进; 吕书生; 王潞军
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2005-03-21
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2006-09-27

Abstract

本发明涉及一种基于增量式光电码盘的机器人初始位置确定系统，由数据检测及采集系统、数据处理及保持系统、数据传输接口三部分组成。确定机器人的初始位置后，数据检测及采集系统获取此时机器人各关节的角度信息即初始位置信息，并将测量到的信息传送到数据处理及保持系统中。数据处理及保持系统的不间断电源可以保证其一直处于通电工作状态，能够检测并且保持各关节的位置数据而不丢失。当机器人通电后，运动控制系统可以通过数据传输接口与数据处理及保持系统通信而获取它所存储的机器人位置数据信息，控制机器人的关节产生相应的运动，使其达到目标位置状态。该系统实现了机器人确定初始位置的自动化，提高了确定初始位置的效率和精度。

Description

基于增量式码盘的机器人初始位置确定系统

技术领域：

本发明为机器人位置确定系统，属于机器人技术和自动化领域，可以记忆机器人各个关节的位置参数，保证在每次通电时都能自动确定机器人各关节的位置，有利于机器人运动的稳定性。

背景技术：

机器人初始位置是指机器人通电前各个运动关节的位置。机器人通电以后的所有运动都相对于该初始位置，因此，初始位置的检测与确定是机器人运动的一个前提条件。

目前，机器人初始位置的检测和确定方法主要有两种，一是利用绝对式检测传感器，如绝对式光电码盘、电位器等。绝对式检测传感器的特点是对于每一个角度位置都会产生唯一的输出量，这样就可以根据其输出信号来判断机器人的关节位置。利用绝对式检测传感器检测机器人零位的方法具有精度高、易操作的优点，但是绝对式光电码盘的价格昂贵，输出信号十分复杂，给机器人的硬件电路和信号处理都带来很大的负担；电位器相对便宜，硬件及信号处理也较容易实现，但是它只能够安装在机器人关节处，其精度也较低。另外一种检测方法是利用机械限位或者特定装置。机械限位的方法是，当机器人上电以后关节产生运动，当到达预定初始位置的时候通过触发限位开关以确定机器人的位置。利用特定装置的方法是首先根据机器人的外形和尺寸设计制造一定的装置，利用该装置人工使得机器人在通电前回复到初始规定的位置。利用机械限位或者特定装置的方法原理简单，但是定位精度较差，操作不方便，机器人的初始位置也因为受到不确定因素的影响而不具有唯一性。

发明内容：

为了能够快速、准确的确定机器人的初始位置，本发明提出了一种基于增量式光电码盘的机器人初始位置确定系统。

本发明采用的技术方案是：整个系统包括数据检测及采集系统、数据处理及保持系统、数据传输接口三部分。其中数据检测及采集系统包括增量式光电码盘、脉冲检测装置和计数器三部分；数据处理及保持系统包括专用CPU、不间断电源和存储器件；数据传输接口可以保证数据处理及保持系统与主计算机之间的通信。

其主要技术方案为：首先，使机器人处于初始位置状态，然后由数据检测及采集系统测量此时机器人各个关节的角度信息，即机器人的初始位置数据。然后脉冲检测装置和计数器能够按照增量式光电码盘输出的脉冲信号识别并记录关节的转动信息，同时将其传送到数据处理及保持系统。数据处理及保持系统能够将获得的机器人位置数据存储在自身的存储器件中。该系统的不间断电源能够持续的给存储器件供电，使得存储的机器人位置数据永远不会丢失。

机器人的电源和数据处理及保持系统的电源是互相独立的，因此即使机器人的电源被切断，数据处理及保持系统仍然可以处于工作状态，这样，它所检测的机器人位置数据不会因为机器人主电源被切断而丢失。

当机器人通电以后，机器人的运动控制主计算机通过数据传输接口系统与数据处理及保持系统进行通信，获取它所存储的机器人位置数据信息，然后根据所获得的位置数据驱动机器人的关节产生相应的运动，使得机器人的各个身体部位能够达到目标位置。

本发明的有益效果是：

1.该系统实现了机器人确定初始位置的自动化。

2.定位精确度高，可靠性好

3.机构简单，成本低。

附图说明：

图1是本发明的工作原理示意图

图2是数据处理及保持电路的原理图

图1中：1.处于初始位置状态的机器人 2.数据检测及采集系统 3.数据处理及保持系统 4.数据传输接口 5.机器人计算机系统 6.处于非初始位置状态的机器人

图2中，7.机器人控制主计算机 8.串口通信系统 9.协调控制系统用DSP芯片 10.系统间通信用CAN总线 11.脉冲计数系统用DSP芯片 12.分系统通信用CAN总线 13.长线驱动接受电路 14.光电码盘

具体实施方式：

第一步：如图1中所示，使机器人处于初始位置状态1，然后通过数据检测和采集系统2的增量式光电码盘获得此时机器人各个关节的角度信息。其中，所使用的增量式光电码盘的具体型号是瑞士Maxon公司的225771型数字光电编码器，其主要的技术指标是：分辨率为500脉冲/转；信号输出为三相TTL兼容性信号；最高响应频率为300kHZ；工作电压：5V+5％；启动力矩小于等于0.7gcm2。

第二步：如图1中所示，数据检测和采集系统2的脉冲检测装置和计数器能够将增量式光电码盘14输出的脉冲信号转化为对应的数字量。

第三步：如图3中所示，数据处理和保持系统3由协调控制系统和脉冲计数系统两部分组成。光电码盘14的反馈信号通过长线驱动接收电路13进入脉冲计数系统中。脉冲计数系统由6个以TMS320LF2407为核心的分系统组成，每个分系统之间通过CAN总线10连接。其中，每个分系统负责监测两路计数值，实时的把关节角度存储在DSP11的内存中，供上位机查询；分系统具备长线驱动接收电路13，直接并联到原码盘信号接口电路。长线驱动接受电路能够有效的去除码盘反馈信号中的噪声，提高反馈信号的质量。脉冲计数系统的DSP芯片11能够将码盘输出的脉冲量转化为相应的数字信号。脉冲计数系统的各个分系统通过分系统通信用CAN总线12进行通信。

第四步：如图3中所示，数据处理和保持系统3的协调控制系统通过系统间通信用CAN总线10与脉冲计数系统通信，协调控制脉冲计数系统的工作。协调控制系统的核心是一片DSP芯片(TMS320LF2407A)，通过串口(UART)8与机器人控制主计算机7(上位机)通信，完成控制指令的接收、发送以及关节角数据的传输；通过CAN总线与脉冲计数系统通信，协调控制脉冲计数系统工作。脉冲计数系统能够实时的把码盘反馈的关节角度存储在协调控制系统的DSP器件9的内存中，供上位机查询。

第五步：如图1中所示，机器人计算机系统5通过数据接口4与数据处理及保持系统3进行通信，获得已经存储的机器人位置数据，通过驱动关节转动使得处于非初始位置的机器人6的各个关节达到目标位置，此时机器人处于初始位置状态，完成了机器人的控制。

Claims

1.一种基于增量式光电码盘的机器人初始位置确定系统，包括数据检测及采集系统、数据处理及保持系统、数据传输接口三部分。其中数据检测及采集系统包括增量式光电码盘、脉冲检测装置和计数器三部分；数据处理及保持系统包括专用CPU、不间断电源和存储器件；数据传输接口可以保证数据处理及保持系统与主计算机之间的通信。其特征在于：使机器人处于初始位置状态，然后由数据检测及采集系统测量此时机器人各个关节的角度信息，并将其传送到数据处理及保持系统；数据处理及保持系统能够将数据存储在自身的存储器件中；当机器人通电以后，机器人的运动控制主计算机可以通过数据传输接口系统与数据处理及保持系统进行通信，获取它所存储的机器人位置数据信息，然后驱动机器人的关节根据所获得的初始位置数据产生相应的运动，机器人的各个身体部位能够达到目标位置。

2.如权利要求1所述的机器人初始位置确定系统，其特征在于：机器人运动控制系统与数据处理及保持系统采用互相独立的电源，当机器人的电源关闭的时候，数据处理及保持系统的不间断电源仍然可以为系统供电，这样就保证了数据处理及保持系统可以一直检测和保持机器人的位置信息，并可以随时提供给机器人运动控制系统。

3.如权利要求1、权利要求2所述的机器人初始位置确定系统，其特征在于，它不仅仅适用于机器人初始位置的检测和确定，还适用于其他所有具有关节运动形式的系统的初始位置的检测和确定。