CN220162474U - 用于机器人的位置检测装置和机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机器人位置检测技术领域，公开一种用于机器人的位置检测装置和机器人，机器人包括驱动装置和肢体转动部件，所述驱动装置通过驱动轴带动所述肢体转动部件转动，用于机器人的位置检测装置包括：第一传动件，用于套设于所述肢体转动部件，所述肢体转动部件能够带动所述第一传动件转动；至少一个第二传动件，与所述第一传动件相连接，所述第一传动件转动带动所述第二传动件转动；位置传感器，用于与所述驱动装置相对固定设置，所述位置传感器与所述第二传动件相对应，以获取所述第二传动件的转动信息。本公开实施例可以不占用机器人关节处的轴向空间，便于位置检测装置的安装。

Description

用于机器人的位置检测装置和机器人

技术领域

本申请涉及机器人位置检测技术领域，例如涉及一种用于机器人的位置检测装置和机器人。

背景技术

机器人特别是人形机器人，一般具有多自由度，机器人的多自由度是由多个关节控制的。为了驱动和控制机器人的各种运动，机器人控制系统中需要检测关节所处的位置和转速。现有技术一般通过在电机的输出轴上安装检测装置例如编码器，来获取电机的转动信息，从而得到关节的位置与转速信息。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

机器人结构较为紧凑，编码器安装在电机的输出轴上，机器人关节的轴向能够提供的安装空间较小，不便于编码器的安装。

实用新型内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供一种用于机器人的位置检测装置和机器人，以解决机器人关节的安装空间较小，不便于位置检测装置安装的问题。

根据本申请第一个方面的实施例，提供了一种用于机器人的位置检测装置，机器人包括驱动装置和肢体转动部件，所述驱动装置通过驱动轴带动所述肢体转动部件转动，所述用于机器人的位置检测装置包括：第一传动件，用于套设于所述肢体转动部件，所述肢体转动部件能够带动所述第一传动件转动；至少一个第二传动件，与所述第一传动件相连接，所述第一传动件转动带动所述第二传动件转动；位置传感器，用于与所述驱动装置相对固定设置，所述位置传感器与所述第二传动件相对应，以获取所述第二传动件的转动信息。

在一些可选实施例中，在所述第二传动件为一个的情况下，所述第二传动件的直径小于第一传动件的直径，所述第一传动件在预设转动角度内转动时，带动所述第二传动件的转动角度小于或等于360度；在所述第二传动件为两个的情况下，两个所述第二传动件的直径不相同，所述位置传感器的数量与所述第二传动件的数量相同且一一对应，机器人的控制系统能够根据两个所述第二传动件的转动信息之间的关系，获取所述第一传动件的转动信息。

在一些可选实施例中，在所述第二传动件为一个的情况下，所述肢体转动部件左右360度与自由度的最大活动角度的比值，大于所述第一传动件与所述第二传动件的传动比。

在一些可选实施例中，在所述第二传动件为一个的情况下，所述第一传动件包括第一齿轮，所述第二传动件包括第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮相啮合连接。

在一些可选实施例中，所述第一齿轮的至少部分周向侧壁不设置齿牙，且所述第一齿轮设置齿牙的角度大于或等于所述肢体转动部件的最大活动角度，以使所述第一齿轮转动时均能够带动所述第二齿轮转动。

在一些可选实施例中，在所述第二传动件为一个的情况下，所述位置传感器包括：检测部，能够与所述驱动装置相对固定设置；磁性部，设于所述第二传动件，所述第二传动件转动，带动所述磁性部转动，所述磁性部位于所述第二传动件朝向所述检测部的一侧，且所述磁性部与所述检测部沿所述第二传动件的轴向间隔设置。

在一些可选实施例中，所述用于机器人的位置检测装置还包括：传动带，连接在所述第一传动件与所述第二传动件之间，所述第一传动件通过所述传动带带动所述第二传动件转动。

在一些可选实施例中，所述驱动轴位于所述驱动装置的一端，所述肢体转动部件设于所述驱动装置设有所述驱动轴的一侧，所述驱动轴与所述肢体转动部件驱动连接，所述驱动轴转动以带动所述肢体转动部件转动。

在一些可选实施例中，所述用于机器人的位置检测装置还包括：无线通讯模块，与所述位置传感器相连接，适于将所述第二传动件的转动信息传输至机器人的控制系统。

根据本申请第二个方面的实施例，提供了一种机器人，包括：如上述任一项所述用于机器人的位置检测装置。

本公开实施例提供的用于机器人的位置检测装置和机器人，可以实现以下技术效果：

第二传动件与第一传动件相连接，位置传感器能够获取第二传动件的转动信息，也就是获取第一传动件与机器人肢体转动部件的转动信息，以得到机器人关节的位置及转速等信息。第一传动件套设于机器人的转动肢体转动部件，这样可以不占用机器人关节处的轴向空间，便于位置检测装置的安装。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的一个位置检测装置的结构示意图；

图2是图1中A部分的放大结构示意图；

图3是本公开实施例提供的另一个位置检测装置的结构示意图。

附图标记：

100、第一传动件；200、第二传动件；300、位置传感器；400、传动带；500、第一止挡件；600、第二止挡件；700、肢体转动部件。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。

另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1至图3所示，本公开实施例提供一种用于机器人的位置检测装置，机器人包括驱动装置和肢体转动部件700，驱动装置通过驱动轴带动肢体转动部件700转动，用于机器人的位置检测装置包括第一传动件100、第二传动件200和位置传感器300。第一传动件100用于套设于机器人转动的肢体转动部件700，肢体转动部件700能够带动第一传动件100转动。第二传动件200与第一传动件100相连接，第一传动件100转动以带动第二传动件200转动。位置传感器300用于与驱动装置相对固定设置，位置传感器300与第二传动件200相对应，以获取第二传动件200的转动信息。

可选地，驱动轴位于驱动装置的一端，肢体转动部件700设于驱动装置设有驱动轴的一侧，驱动轴与肢体转动部件700驱动连接，驱动轴转动以带动肢体转动部件700转动。例如，如图1和图2所示，肢体转动部件700可为机器人的腿部部件，机器人的髋关节执行器与腿部部件相连接，第一传动件100设于机器人的腿部部件，这样，当机器人的髋关节执行器带动腿部部件(也就是肢体转动部件700)转动时，腿部部件的转动信息能够传递至第一传动件100、第二传动件200，从而使位置传感器300获取机器人的腿部部件(也就是肢体转动部件700)的转动信息。本实施例中，髋关节执行器的驱动轴伸出髋关节执行器后直接与机器人的腿部部件相连接，第一传动件100在髋关节执行器的驱动轴上安装较为困难，因此本实施中将第一传动件100套设于机器人的肢体转动部件700，这样能够便于位置检测装置的安装。

本实施例中，第二传动件200与第一传动件100相连接，位置传感器300能够获取第二传动件200的转动信息，也就是获取第一传动件100与机器人肢体转动部件700的转动信息，以得到机器人关节的位置及转速等信息。第一传动件100套设于机器人的转动肢体转动部件700，这样可以不占用机器人关节处的轴向空间，便于位置检测装置的安装。

第一传动件100套设于机器人转动的肢体转动部件700，位置检测装置检测肢体转动部件700的位置及转动信息，也就是检测被电机驱动运动的执行部件的位置及转动信息。这样，相较于只对电机的输出轴进行位置检测来说，对机器人的肢体转动部件700进行检测能够更加准确的获取机器人的运动信息，例如能够避免电机与肢体转动部件700相分离，电机无法带动肢体转动部件700转动的情况发生，从而能够及时发现机器人的运行故障，提高机器人的运行稳定性。

可选地，在第二传动件200为一个的情况下，第二传动件200的直径小于第一传动件100的直径，第一传动件100在预设转动角度内转动时，带动第二传动件200的转动角度小于或等于360度。

本实施例中，第二传动件200的直径小于第一传动件100的直径，以减少第二传动件200的占用空间，便于第二传动件200的安装。第一传动件100在预设转动角度内转动时，带动第二传动件200的转动角度小于或等于360度。这样在转动部件转动时，第二传动件200的转动角度始终不超过一圈，以保证位置传感器300的正常运行。

可选地，位置传感器300包括编码器，编码器是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器。进一步地，该编码器为绝对值型编码器。本实施例中，绝对值型编码器就是对应第二传动件200的一圈，每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值，通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量。绝对值型编码器的输出可直接反映360°范围内的绝对角度。绝对值型编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关，因此第二传动件200的角度需不超过360度。

相对于增量编码器从零位标记开始计算的脉冲数量确定位置的方式来说，绝对值型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的。因此，当电源断开时，绝对值型编码器并不与实际的位置分离。如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的；不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。这样，当电源接通时，绝对值型编码器即可获取第二传动件200的转动位置，也就是机器人控制系统能够准确获取肢体转动部件700的当前位置，从而不需要使关节进行复位，便于对机器人进行操作。

第二传动件200的直径小于第一传动件100的直径，这样当第一传动件100转动较小的角度时，第二传动件200转动的角度较大，以便于位置传感器300获取第二传动件200的转动信息，再通过计算得到第一传动件100与传动件的转动信息。这样即便第一传动件100的转动角度较小，也能够准确地得到第一传动件100的转动信息，从而提高位置检测装置的精确度。

示例性地，位置传感器300包括检测部和磁吸部。检测部能够与驱动装置相对固定设置。磁性部设于第二传动件200，第二传动件200转动，带动磁性部转动，磁性部位于第二传动件200朝向检测部的一侧，且磁性部与检测部沿第二传动件200的轴向间隔设置。

本实施例中，检测部与驱动装置相对固定设置指的是检测部能够与驱动装置的本体保持相对静止，避免检测部在驱动轴的带动下转动。这样，当第二传动件200转动时，第二传动件200能够相对于检测部转动。磁性部设于第二传动件200，当第二传动件200时磁性部能够相对于检测部转动，并且检测部能够检测到磁性部的转动，从而获取第二传动件200的转动信息。磁性部与检测部沿第二传动件200的轴向间隔设置，这样可减少磁性部与转动部之间发生接触摩擦的情况发生，减少磁性部和转动部之间产生摩擦，提高位置传感器300的使用寿命。

可选地，检测部与驱动装置相连接。检测部在使用过程中需要保持相对固定，驱动装置驱动肢体转动部件700转动，驱动装置保持相对固定。检测部与驱动装置相连接，这样可使检测部保持相对固定，从而使第一传动件100与肢体转动部件700相对于检测部转动，以使检测部通过第二传动件200获取第一传动件100的转动信息。

可选地，检测部还可设于驱动装置设置的安装组件上或机器人的其他部件上，只要能够使检测部与驱动装置的本体保持相对固定即可，检测部的设置位置在此不做具体限定。

具体地，肢体转动部件700左右360度与自由度的最大活动角度的比值，大于第一传动件100与第二传动件200的传动比。

这样能够保证在肢体转动部件700带动第一传动件100转动时，第二传动件200的转动范围始终小于360度，从而保证第二传动件200的转动范围不超过一圈，以满足位置检测装置的检测需求，也就是满足绝对值型编码器的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关的特点，以确保位置检测装置的准确性。

可选地，在第二传动件200为两个的情况下，两个第二传动件200的直径不相同，两个第二传动件200间隔设置，位置传感器300的数量与第二传动件200的数量相同且一一对应，机器人的控制系统能够根据两个第二传动件200的转动信息之间的关系，获取第一传动件100的转动信息。

本实施例中，两个第二传动件200的直径不相同，这样第一传动件100转动带动两个第二传动件200转动时，两个第二传动件200的转动角度不同。位置传感器300的数量与第二传动件200的数量相同且一一对应，位置传感器300能够获取两个传动件分别转动的角度。且机器人的控制系统能够根据两个传动件的转动角度之差得到第一传动件100的转动角度，从而得到机器人的肢体转动部件700的转动角度。

以下对第一传动件100和第二传动件200的设置进行示例性说明。

在一个具体实施例中，如图1和图2所示，第一传动件100包括第一齿轮，第二传动件200包括第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮相啮合连接。

当机器人关节处的空间能够满足直径较小的第二齿轮与位置传感器300的安装空间时，第一传动件100可为第一齿轮，第二传动件200可为第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮可直接啮合连接，使机器人结构更加紧凑。

可选地，如图1和图2所示，第一齿轮的至少部分周向侧壁不设置齿牙，且第一齿轮设置齿牙的角度大于或等于肢体转动部件700的最大活动角度，以使第一齿轮转动时均能够带动第二齿轮转动。

第一齿轮用于套设于机器人转动的肢体转动部件700，参考人体关节的运动，关节的运动范围基本均不超过360度，机器人关节的转动，也小于360度。这样，当第一齿轮转动时，第一齿轮始终有一部分不需要带动第二齿轮转动。第一齿轮的部分周向侧壁不设置齿牙，也就是第一齿轮不带动第二齿轮转动的周向侧壁不设置齿牙。例如，当第一齿轮与第二齿轮相啮合连接时，第一齿轮始终不与第二齿轮接触的周向侧壁不设置齿牙。

第一齿轮设置齿牙的角度大于或等于肢体转动部件700的最大活动角度，这样以保证第一齿轮转动时均能够带动第二齿轮转动，确保位置检测装置能够正常运行。

在另一个具体实施例中，如图3所示，用于机器人的位置检测装置还包括传动带400，传动带400连接在第一传动件100与第二传动件200之间，且分别与第一传动件100和第二传动件200相啮合。

当机器人关节处的空间不足时，第二传动件200可设在机器人关节处的一侧，且第一传动件100与第二传动件200通过传动带400连接，从而实现第二传动件200的安装。

可选地，在第一传动件100为第一齿轮，第二传动件200为第二齿轮时，传动带400为同步带，同步带分别与第一齿轮和第二齿轮相啮合，第一齿轮通过同步带带动第二齿轮转动。

可选地，如图3所示，在第一传动件100为第一带轮，第二传动件200为第二带轮时，传动带400为圆皮带，圆皮带的两端分别与第一带轮与第二带轮相连接，第一带轮通过圆皮带带动第二带轮转动。

示例性地，用于机器人的位置检测装置还包括第一止挡件500，第一止挡件500设于第一传动件100的轴向侧壁，第一止挡件500用于防止传动带400从第一传动件100上脱落。

机器人的肢体转动部件700能够进行多方向的运动，例如，当机器人关节为髋关节时，髋关节能够进行左右方向的摆动，前后方向的摆动以及在水平面内的转动。当该位置检测装置用于检测髋关节一个方向的运动时，髋关节还能够带动该位置检测装置进行其他两个方向的摆动或转动。由于惯性，传动带400容易在第一传动件100上脱落。本实施例中，第一传动件100的轴向侧壁设有第一止挡件500，可用于防止传动带400在第一传动件100上脱落，确保位置检测装置能够正常运行。

同理，用于机器人的位置检测装置还包括第二止挡件600，第二止挡件600设于第二传动件200的轴向侧壁，第二止挡件600也能够用于防止传动带400从第二传动件200上脱落，在此不再赘述。

在一些可选实施例中，用于机器人的位置检测装置还包括无线通讯模块，无线通讯模块与位置传感器300相连接，适于将第二传动件200的转动信息传输至机器人的控制系统。

无线通讯模块与位置传感器300相连接，无线通讯模块能够将第二传动件200的转动信息传输给机器人的控制系统，机器人的控制系统对第二传动件200的转动信息进行计算分析，以获得肢体转动部件700的位置信息。无线通讯模块能够减少机器人中线缆的使用，便于机器人的装配。

可选地，在驱动肢体转动部件700转动的电机内也设有编码器的情况下，本实施例中的位置检测装置可只在机器人刚开始通电时使用，获取通电时机器人关节的位置，无需将机器人进行复位，即可使控制系统控制机器人关节运动。当控制系统控制电机转动时，电机内的编码器能够获取电机的转动信息，从而获取肢体转动部件700的转动信息。

进一步地，在肢体转动部件700运行的过程中，无线通讯模块可间断性地向控制系统传送第二传动件200的转动信息，控制系统对第二传动件200的转动信息进行计算分析，以得到肢体转动部件700的第一转动信息，控制系统将从电机的编码器内获得的电机的转动信息进行计算分析，以得到肢体转动部件700的第二转动信息。控制器能够将第一转动信息与第二转动信息进行对比，以判断肢体转动部件700是否正常运行。

可选地，无线通讯模块包括蓝牙模块。

本公开实施例提供了一种机器人，包括上述任一项所述的用于机器人的位置检测装置。

本公开实施例提供的机器人，因包括上述实施例中任一项所述的用于机器人的位置检测装置，因而具有上述实施例中任一项所述的用于机器人的位置检测装置的全部有益效果，在此不再赘述。

可选地，位置检测装置的第一传动件100套设于机器人的肢体转动部件700，肢体转动部件700包括髋关节、膝关节、踝关节、腰部关节、颈部关节、肩关节、肘关节、腕关节和指关节中的一个或多个。如图1至图3所示，本实施例中髋左右摆动方向、髋前后摆动方向与髋旋转方向均设有位置检测装置。

示例性地，髋关节、腰关节、肩关节、颈部关节以及腕关节均能够进行左右摆动、前后摆动以及在一平面上转动的运动；膝关节、肘关节与指关节均能够进行在一个方向上的摆动。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种用于机器人的位置检测装置，其特征在于，机器人包驱动装置和肢体转动部件，所述驱动装置通过驱动轴带动所述肢体转动部件转动，所述用于机器人的位置检测装置包括：

第一传动件，用于套设于所述肢体转动部件，所述肢体转动部件能够带动所述第一传动件转动；

至少一个第二传动件，与所述第一传动件相连接，所述第一传动件转动带动所述第二传动件转动；

位置传感器，所述位置传感器与所述第二传动件相对应，以获取所述第二传动件的转动信息。

2.根据权利要求1所述的用于机器人的位置检测装置，其特征在于，

在所述第二传动件为一个的情况下，所述第二传动件的直径小于第一传动件的直径，所述第一传动件在预设转动角度内转动时，带动所述第二传动件的转动角度小于或等于360度；

在所述第二传动件为两个的情况下，两个所述第二传动件的直径不相同，所述位置传感器的数量与所述第二传动件的数量相同且一一对应，机器人的控制系统能够根据两个所述第二传动件的转动信息之间的关系，获取所述第一传动件的转动信息。

3.根据权利要求2所述的用于机器人的位置检测装置，其特征在于，

在所述第二传动件为一个的情况下，所述肢体转动部件左右360度与自由度的最大活动角度的比值，大于所述第一传动件与所述第二传动件的传动比。

4.根据权利要求2所述的用于机器人的位置检测装置，其特征在于，

在所述第二传动件为一个的情况下，所述第一传动件包括第一齿轮，所述第二传动件包括第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮相啮合连接。

5.根据权利要求4所述的用于机器人的位置检测装置，其特征在于，

所述第一齿轮的至少部分周向侧壁不设置齿牙，且所述第一齿轮设置齿牙的角度大于或等于所述肢体转动部件的最大活动角度，以使所述第一齿轮转动时均能够带动所述第二齿轮转动。

6.根据权利要求2所述的用于机器人的位置检测装置，其特征在于，在所述第二传动件为一个的情况下，所述位置传感器包括：

检测部，能够与所述驱动装置相对固定设置；

磁性部，设于所述第二传动件，所述第二传动件转动，带动所述磁性部转动，所述磁性部位于所述第二传动件朝向所述检测部的一侧，且所述磁性部与所述检测部沿所述第二传动件的轴向间隔设置。

7.根据权利要求1所述的用于机器人的位置检测装置，其特征在于，还包括：

传动带，连接在所述第一传动件与所述第二传动件之间，所述第一传动件通过所述传动带带动所述第二传动件转动。

8.根据权利要求1所述的用于机器人的位置检测装置，其特征在于，

所述驱动轴位于所述驱动装置的一端，所述肢体转动部件设于所述驱动装置设有所述驱动轴的一侧，所述驱动轴与所述肢体转动部件驱动连接，所述驱动轴转动以带动所述肢体转动部件转动。

9.根据权利要求1所述的用于机器人的位置检测装置，其特征在于，还包括：

无线通讯模块，与所述位置传感器相连接，适于将所述第二传动件的转动信息传输至机器人的控制系统。

10.一种机器人，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任一项所述用于机器人的位置检测装置。