[發明專利]一種應用于機械臂關節中的伺服驅動系統

在審

• 申請號: 201710566608.4
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107650142A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 董沖;高強;李建軍;鄒欣玨;王大勇;趙越超;王倩;宋子強;宋順廣
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工大特種機器人有限公司
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司11609
• 代理人: 譚輝,周嬌嬌

技術領域

本發明涉及工業驅動裝置技術領域，尤其涉及一種應用于機械臂關節中的伺服驅動系統。

背景技術

一般機械臂多采用實心軸的永磁同步電機，而伺服驅動部分多通過總線放置于機械臂本體以外。而輕型機械臂(柔性臂)需要較高的負載自重比、緊湊的關節結構，多采用中空軸內部走線，但是電機及減速器尺寸結構限制了中空走線的數量以及線徑，所以多在關節中直接放置伺服驅動系統以減少走線復雜度。

目前輕型機械臂關節中的伺服驅動系統，其各部分結構不夠緊湊，且結構較為復雜。以常見的機械臂關節的伺服驅動系統為例，為保護精度，其編碼器常采用以下幾方案：1)高速軸與低速軸各放置一個中空軸結構的編碼器，這種方法增加了結構復雜度及軸向尺寸。2)高速軸放置實心軸多圈絕對值式編碼器，需要在狹小空間中增加齒輪傳動，結構復雜，定位精度也受到影響。同時也不能保證整體關節尺寸緊湊小巧。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的是提供一種高度集成的應用于機械臂關節的伺服驅動系統，以解決現有機械臂關節的伺服驅動系統結構不緊湊，占空間較大的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種應用于機械臂關節中的伺服驅動系統，包括中空軸電機、驅動電路板、編碼器電路板、多圈絕對值編碼器和光柵編碼器；

所述驅動電路板和所述編碼器電路板均固定在關節外殼，且所述驅動電路板和所述編碼器電路板間隔設置；

所述多圈絕對值編碼器包括單片機、永磁體和至少一個磁角傳感器；

所述永磁體安裝于所述中空軸電機的中空輸入軸并隨所述中空輸入軸轉動；

所述至少一個磁角傳感器集成在所述編碼器電路板上，且位于所述永磁體的周圍，以檢測所述中空輸入軸的單圈絕對角度值；

標定單圈絕對角度值的零位，并儲存在所述單片機內，所述單片機集成在所述編碼器電路板上；

所述至少一個磁角傳感器的輸出端分別與所述單片機連接，以供所述單片機根據所述單圈絕對角度值和跨過單圈絕對角度值的零位的次數確定所述中空輸入軸的多圈絕對角度值。

所述光柵編碼器包括光柵盤片和光柵讀頭，所述光柵盤片安裝在所述中空輸入軸，并隨所述中空輸入軸轉動；所述光柵讀頭固定在驅動電路板上，用于讀取所述光柵盤片。

優選地，所述編碼器板設有異型缺口，用于容納所述光柵讀頭。

優選地，所述多圈絕對值編碼器還設有備用電池，在主電源斷電時為所述磁角傳感器和單片機供電。

優選地，所述驅動電路板上還設有用于選擇所述主電源或所述備用電池向所述單片機和磁角傳感器供電的電源選擇電路。

優選地，所述備用電池設置在所述驅動電路板上；

所述驅動電路上設用于容納所述備用電池的缺口。

優選地，所述永磁體為N極與S極對稱設置的環狀永磁體。

優選地，所述編碼器電路板的外側設置不安裝元器件的非安裝區，制動器緊貼所述非安裝區安裝。

優選地，所述驅動電路板上還設有具有寬電壓輸入范圍的電源芯片。

(三)有益效果

本發明的上述技術方案具有如下優點：本發明提供的伺服驅動系統，通過多圈絕對值編碼器和光柵編碼器配合使用，在保證機械臂關節整體精度的同時，大大減化了多圈絕對值編碼器的結構，與現有的多圈絕對值編碼器相對比，無需復雜的齒輪組結構，使多圈絕對值編碼器的結構更簡單，能夠有效降低成本和設計難度，并且可靠性和穩定性較高，并且多圈絕對值編碼器和光柵編碼器的各部都分布安裝在中空輸入軸、驅動電路板和編碼器電路板上，使整個伺服驅動系統結構緊湊，減少其占用空間。

附圖說明

圖1是本發明實施例中伺服驅動系統的結構示意圖；

圖2是本發明實施例中驅動電路板和編碼器電路板的示意圖；

圖3是本發明實施例中驅動電路板和光柵編碼器的結構示意圖；

圖4是本發明實施例中磁角傳感器放置在永磁體側面的結構示意圖；

圖5是本發明另一實施例中磁角傳感器放置在永磁體端面的結構示意圖。

圖中：1：驅動電路板；2：編碼器電路板；3：光柵讀頭；4：光柵盤片；5：備用電池；6：永磁體；7：磁角傳感器；100：中空輸入軸；200：制動器。

具體實施方式