PL227229B1

PL227229B1 - Angular position sensor

Info

Publication number: PL227229B1
Application number: PL411112A
Authority: PL
Inventors: Mariusz Kozak; Tomasz Krakówka; Sebastian Pawłowski
Original assignee: Przemysłowy Inst Automatyki I Pomiarów Piap
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2017-11-30
Also published as: PL411112A1

Abstract

Czujnik położenia kątowego obracających się elementów, charakteryzuje się tym, że składa się z płytki czujników (1), w której usytuowanych jest sześć czujników pola magnetycznego (2), umieszczonej koncentrycznie ponad pierścieniem z magnesami (3), w którym są utworzone dwie koncentryczne ścieżki magnetyczne o średnicach A i B, przy czym średnica, na której rozłożone są czujniki (2) odpowiada średnicy rozłożenia magnesów (4) na pierścieniu z magnesami (3).The angular position sensor of rotating elements is characterized by the fact that it consists of a sensor board (1) with six magnetic field sensors (2) located concentrically above a ring with magnets (3) in which two concentric paths are created. magnetic ones with diameters A and B, where the diameter on which the sensors (2) are distributed corresponds to the diameter of the magnets (4) on the ring with magnets (3).

Description

Przedmiotem wynalazku jest czujnik położenia kątowego pary kinematycznej a zwłaszcza różnych mechanizmów robotów mobilnych.The subject of the invention is a sensor for the angular position of a kinematic pair, in particular various mechanisms of mobile robots.

Roboty mobilne pracujące w różnych warunkach terenowych są sterowane zdalnie, przez operatora ze specjalnego pulpitu sterowniczego. W celu zapewnienia dokładnego sterowania ruchami robota, jak również ruchami zamontowanych na nim mechanizmów, na przykład chwytaków, do układu sterowania musi być dostarczana informacja o położeniach kątowych pary kinematycznej. Dokładne określenie położenia kątowego wału, jest istotne dla procesu sterowania manipulatorem i napędami. Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych nr US 6,429,647 B1 jest znany czujnik położenia kątowego obracających się wałów zaopatrzony w nieruchomą płytkę bazową mającą otwór z rozmieszczonymi obwodowo czujnikami pola magnetycznego, na przykład czujnikami Halla.Mobile robots operating in various field conditions are remotely controlled by an operator from a special control panel. In order to ensure accurate control of the robot's movements, as well as the movements of the mechanisms mounted on it, for example grippers, information on the angular positions of the kinematic pair must be supplied to the control system. The exact determination of the angular position of the shaft is important for the manipulator and drives control process. US Patent No. 6,429,647 B1 discloses an angular position sensor for rotating shafts provided with a stationary base plate having an opening with circumferentially spaced magnetic field sensors, for example Hall sensors.

Czujnik ten jak również powszechnie znane czujniki i przetworniki, na przykład indukcyjne, ze względu na swe wymiary mają ograniczone możliwości stosowania w przypadku robotów mobilnych, lub nie posiadają możliwości pomiaru absolutnego położenia wału. Ponadto znane przetworniki kwadraturowe posiadające 2 czujniki pola magnetycznego są bardzo czułe na zakłócenia magnetyczne w środowisku pracy a ich dokładność odczytu jest bardzo silnie uwarunkowana precyzyjnym wykonaniem i namagnesowaniem ścieżek magnetycznych.This sensor, as well as commonly known sensors and transducers, for example inductive, due to their dimensions have limited possibilities of application in the case of mobile robots, or do not have the possibility of measuring the absolute position of the shaft. Moreover, the known quadrature transducers with 2 magnetic field sensors are very sensitive to magnetic disturbances in the working environment and their reading accuracy is very strongly conditioned by the precise design and magnetization of magnetic tracks.

Celem wynalazku jest stworzenie czujnika położenia kątowego, o wysokiej dokładności i o małych wymiarach, łatwego do dostosowania do rozmiarów pary kinematycznej oraz odpornego na zakłócenia i możliwego do wykonania z mało dokładnych magnesów łatwo dostępnych na rynku, bez konieczności stosowania bardzo drogich specjalnych magneśnic. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia czujnik położenia kątowego w schematycznym widoku.The aim of the invention is to create an angular position sensor with high accuracy and small dimensions, easy to adapt to the size of the kinematic pair and resistant to disturbances and possible to be made from less accurate magnets readily available on the market, without the need to use very expensive special magnet boxes. The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, which shows the angular position sensor in a schematic view.

Według wynalazku czujnik położenia kątowego pary obrotowej składa się z płytki czujników umieszczonej koncentrycznie ponad pierścieniem z magnesami, przy czym płytka czujników zawiera 6 czujników pola magnetycznego, zaś pierścień z magnesami zawiera dwie koncentryczne ścieżki magnetyczne o średnicach A i B, przy czym średnica na której rozłożone są czujniki odpowiada średnicy rozłożenia magnesów na pierścieniu z magnesami.According to the invention, the angular position sensor of the rotary pair consists of a sensor plate arranged concentrically above the ring with magnets, the sensor plate containing 6 magnetic field sensors, and the ring with magnets having two concentric magnetic tracks with diameters A and B, the diameter on which is distributed there are sensors corresponds to the diameter of the distribution of magnets on the ring with magnets.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ czujników, schematycznie, fig. 2 - usytuowanie przetwornika, schematycznie, a fig. 3 i 4 - usytuowanie ścieżek wewnętrznej i zewnętrznej, schematycznie.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows the sensor arrangement schematically, Fig. 2 shows schematically the location of the transducer, and Figs. 3 and 4 schematically shows the arrangement of the inner and outer paths.

Ilość magnesów (4) na ścieżce zewnętrznej i wewnętrznej wyraża się wzorem:The number of magnets (4) on the outer and inner path is given by the formula:

Nw = Nz ± 1, gdzie :Nw = Nz ± 1, where:

Nw - ilość magnesów na wewnętrznej ścieżceNw - number of magnets on the inner path

Nz - ilość magnesów na zewnętrznej ścieżce.Nz - number of magnets on the outer path.

Czujniki pola magnetycznego (2) umieszczone są nad ścieżkami magnetycznymi zewnętrzną i wewnętrzną po trzy na każdą ścieżkę i posiadają rozmieszczenie kątowe wyrażone wzorem:The magnetic field sensors (2) are located above the outer and inner magnetic tracks, three for each track, and have an angular arrangement expressed as:

. 2 α = ±2* 360 β = ± 2 * 360 η + τ n + ó * — lub a — ± 2 * 360 * —-— ,V_Z N_z , ¹ _u² n + 5 n + □ * —~ lub β = ± 2 * 360 * -~. 2 α = ± 2 * 360 β = ± 2 * 360 η + τ n + ó * - or a - ± 2 * 360 * —-—, V _Z N _z , ¹ _u ² n + 5 n + □ * - ~ or β = ± 2 * 360 * - ~

N_w ' N_w gdzie:N _w 'N _w where:

n - jest dowolną liczbą naturalną α - kąt pomiędzy czujnikami pola magnetycznego (2) na zewnętrznym pierścieniu β - kąt pomiędzy czujnikami pola magnetycznego (2) na wewnętrznym pierścieniu Układ mikroprocesorowy lub przetwornik (5) służy do pozyskiwania i lub obróbki danych pochodzących z czujników pola magnetycznego (2).n - is any natural number α - angle between magnetic field sensors (2) on the outer ring β - angle between magnetic field sensors (2) on the inner ring Microprocessor system or transducer (5) is used to obtain and or process data from field sensors magnetic (2).

Zaletą czujnika położenia kątowego są jego bardzo małe wymiary, zwłaszcza w kierunku osiowym. Ponadto czujnik jest odporny na zakłócenia magnetyczne, może być wykonany z tanich małoAn advantage of the angular position sensor is its very small dimensions, especially in the axial direction. In addition, the sensor is resistant to magnetic interference, it can be made of cheap little

PL 227 229 B1 dokładnych magnesów dostępnych w handlu, jak również czujnik może być zaprojektowany jako integralna część mechanizmu pary obrotowej (do montażu nie są konieczne dodatkowe elementy sprzęgające).The precision magnets are commercially available, as well as the sensor can be designed as an integral part of the rotating pair mechanism (no additional coupling elements are required for assembly).

Claims

1. Angular position sensor of rotating elements, characterized in that it consists of a sensor plate (1), in which six magnetic field sensors (2) are located, arranged concentrically above the ring with magnets (3), in which two concentric Magnetic tracks with diameters A and B, the diameter on which the sensors (2) are distributed corresponds to the diameter of the distribution of magnets (4) on the ring with magnets (3).