[發明專利]分離式磁雙編碼器

有效

• 申請號: 201910188291.4
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109910061B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 梁正
• 申請（專利權）人: 北京金鋼科技有限公司
• 主分類號: B25J19/02
• 分類號: B25J19/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明分離式磁雙編碼器，使用兩組分離式的磁敏感元件來分別測量磁環上的磁場信息，并交付給后續處理電路進行計算得出兩個磁環的角度位置，可計算得到兩個編碼器在一定數比下的理論與測量差值用以推算外部扭矩大小，最終通過一組通信線路與上位機交互，精簡了雙編碼器的物理空間結構與電路分布結構，得到了更優的雙編碼器系統，為機器人結構、控制提供更佳的設計。

技術領域

本發明專利涉及位置、扭矩測量的一種裝置，特別是涉及旋轉測量的編碼器裝置。

背景技術

在機器人應用領域越來越多的同時，協作機器人作為與人類進行協同工作的自動化勞力，進入到了更多的輕工業生產中。而新的應用領域卻也為協作機器人提出了更高的要求指標，即其需要專業技術要求低的易操作性，以及與人共同協作時的高安全性。

易操作性的實踐即機器人并不是靠復雜的編程來進行指令下達，其可以通過拖拽的形式對機械臂進行示教，而這個示教的過程，則要求機器人對外力的拖拽的擁有極敏感的感知能力。同時，高安全性則是體現在與外界發生碰撞時，要保證機器人會立即停止，不會繼續進行工作對人體或外部其它物體選成破壞性的傷害，這也要求的是機器人對外部非可預知力的高感知能力。

可以發現，協作機器人與傳統機器人的最大不同之處在于，其需要擁有靈敏的對動態、靜態外部力的感知能力。協作機器人的每個自由度的運動，都是由其每個關節處的執行器來產生的，而執行器則是集成了電機、編碼器、減速機等核心元件的一體化結構。

機器人在空間中所受的外部力都會直接或間接地作用到關節執行器上，如六軸機器人的六個關節則可以感知來自空間中的六個自由度的受力。所以機器人的外部受力感知能力其實就是要求執行器需要擁有外部受力感知能力。

但是執行器作為一個力的輸出裝置，使用其來感知外部受力的話，則需要在結構和算法上做一定的專門設計，而現有的方案有：電流計算、扭矩傳感器計算、應變片計算、雙編碼器計算，以下為這幾個方案的優缺點：

電流計算：當電機輸出受到外部力的干擾時，電機的堵轉電流會增加，根據該電流增量來計算扭矩，其無需修改結構，但是精度低。

扭矩傳感器計算：通過在執行器輸出端加裝扭矩傳感器，成本高，算法難度高。

應變片計算：在諧波柔輪上裝貼多組應變片以測量扭矩，結構極其復雜，標定難度高。

雙編碼器計算：加裝高分辨率編碼器以測量輸出端位置的變化用來計算扭矩，成本低，精度高。

雙編碼器策略在感知外部扭矩上擁有更優秀的成本、精度，雙編碼器即表示執行器中安置了兩個編碼器，需要的安置空間也是進一步地增大。而對于機器人來說，更緊湊的結構，更優秀的外力感知靈敏度都是協作機器人當下或未來的所需的重要設計。

發明內容

本發明設計了一種基于分離式磁編碼器的雙編碼器結構。該設計將兩個分離式磁編碼器進行了融合，進一步減小了雙編碼器的空間占用和成本，減小了執行器的通信系統復雜度。

分離式磁編碼器即由分布在編碼器本體空間中的多個磁敏感元件，來測量被測量磁化裝置上產生的磁場，然后將該測量數據交付于后續處理電路計算得到該被測量裝置在空間中與編碼器本體所在的相對位置。使用分離式測量方案可以使得編碼器的中空成為可能。

基于分離式磁編碼器原理的編碼器結構，同時也是借用PCB的雙面性，本發明將兩個分離式磁編碼器的磁敏感元件分別布于PCB的兩側，即在軸向空間上既使用了PCB的正面軸向空間，也使用了PCB的背面軸向空間。

與此同時，要測量兩個軸的旋轉位置數據，需將兩個磁環分別與各軸固定安裝，則在軸旋轉時，磁環跟著一并旋轉，一周的兩組磁敏感元件可以分別對對應的磁場數據進行測量并交付后繼處理。