一种带有磁性旋转位置的机器人的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属机器人驱动控制技术领域，特别是一种带有磁性旋转位置的机器 人。
【背景技术】
[0002] 机器人特别是人形机器人一般具有多自由度，其多自由度是由多个关节控制的。 为了驱动和控制机器人进行各种运动，机器人伺服电机控制系统中必须要检测电机位置和 转速，现有技术一般采用安装在电机上的光电编码器来获取电机位置和速度信息。但是光 电编码器成本较高，同时光电编码器容易损坏，对环境要求高，容易受到油和粉尘的影 响，可靠性差。还有采用安装在电机上的电位器获取电机位置和速度信息电位器，但有较 大的误差，接触电阻较大，因为常处于磨损状态，所以会导致寿命较短。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型要解决的问题是提供一种带有磁性旋转位置的机器人，该机器人各关 节处采用磁性旋转位置传感器，提高机器人驱动控制的精度和寿命。
[0004] 本实用新型公开的一种带有磁性旋转位置的机器人包括若干个关节和磁性旋转 位置传感器，所述磁性旋转位置传感器安装在每个关节处。
[0005] 作为上述技术方案的进一步改进，所述关节包括伺服减速电机、传动齿轮或传送 带，所述伺服减速电机包括减速器齿轮主动轴，所述磁性旋转位置传感器安装在减速器齿 轮主动轴、传动齿轮主动轴或传送带主动轴之一上
[0006] 作为上述技术方案的另一种改进，所述关节包括颈部关节、肩部关节、胳膊关节、 肘部关节、手腕关节、腰部关节、髋关节、膝关节、踝关节和指关节之中的一个或者多个。
[0007] 作为上述技术方案的进一步改进，所述带有磁性旋转位置的机器人还包括主系 统、伺服控制系统、通信系统以及电机驱动系统；所述伺服控制部分和机器人主系统通过有 线或无线的方式建立通讯连接。
[0008] 本实用新型的带有磁性旋转位置的机器人，其非接触式传感方法相比电位器具备 更优越的可靠性，其通过测量配对磁铁产生的磁场的变化来感知旋转运动，这个磁场感知 方法不受灰尘、污垢、湿气、水分、振动等现象的影响，且对杂散磁场高度免疫，成本也比光 电编码器更具优势。所采用的速度测量方法，简单易行，提高了效率。
【附图说明】
[0009] 图1为伺服控制系统模块图；
[0010] 图2为采用磁性旋转位置传感器的机器人的电路简图；
[0011] 图3为磁性旋转位置传感器与伺服控制系统关系图；
[0012] 图4为磁性旋转位置传感器工作流程图；
[0013] 图5为齿轮传动型关节的磁性旋转位置传感器位置示意图；
[0014] 图6为带传动型关节的磁性旋转位置传感器位置示意图；
[0015] 图7为机器人手臂上的各关节示意图；
[0016] 图8为手指关节的磁性旋转位置传感器位置示意图；
[0017] 图9为机器人整体结构主视图；
[0018] 图10为机器人整体结构右视图；
[0019] 图11为测量关节末端运动速度示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图，对本实用新型提出的带有磁性旋转位置的机器人进行详细说明。
[0021] 如图1至11所示，本实用新型的带有磁性旋转位置的机器人，包括若干个关节和 磁性旋转位置传感器1，所述磁性旋转位置传感器1安装在每个关节处。所述关节包括伺服 减速电机3、传动齿轮21或传送带22,所述伺服减速电机3包括减速器齿轮主动轴31，所述 磁性旋转位置传感器1安装在减速器齿轮主动轴31、传动齿轮21主动轴或传送带22主动 轴之中的一个或者多个上。所述关节包括颈部关节41、肩部关节42、胳膊关节43、肘部关 节44、手腕关节45、腰部关节46、膝关节47、踝关节48和指关节50之中的一个或者多个， 所列关节只是为了示例性说明，并不对保护范围造成限定。
[0022] 所述机器人还包括主系统、伺服控制系统、通信系统以及电机驱动系统；所述伺服 控制部分和机器人主系统通过有线或无线的方式建立通讯连接。
[0023] 伺服控制系统执行控制算法，定时获取多路有刷或无刷伺服电机的角度工作电流 与工作温度采样，根据传感器反馈数据，完成多路有刷或无刷伺服电机驱动电机的驱动与 控制，定时对伺服控制的情况进行检测，产生异常事件，并对电机堵转，过流，过温等异常情 况进行保护。
[0024] 通信系统机器人伺服控制系统和机器人主系统通过有线或无线的方式建立通讯 连接，伺服控制系统向机器人主控系统上报各模块的工作状态，包括电机的位置，角度，速 度，电流，温度等。同时接收主控系统的控制指令，包括电机控制参数，电机编号、期望角度、 期望时间等。
[0025] 上述技术方案所述的多自由度机器人关节速度测量方法，包括以下步骤：
[0026] 11)根据机器人的机械限位或零点位置对磁性旋转位置传感器进行调零，通过读 取传感器的角度数据，记录磁性旋转位置传感器1角度初始值Z α ;
[0027] 12)当关节开始旋转时，记录开始旋转的时间T1及旋转后的任意时间T 2、Τ2时刻的 角度Z β ;
[0028] 13)计算得到
[0029] 关节末端角速度：ω= (Ζ Z a )/ (T2-T1) (I)
[0030] 关节末端线速度：V= ( ω/360° ) *R (2)
[0031] 其中，R为关节半径。
[0032] 或者：
[0033] 21)获得关节末端的空间坐标在不同时刻在空间中的坐标，坐标原点是关节始 端的几何中心；
[0034] 22)求得圆心角：
[0035] 根据余弦定理求出相应弧长的圆心角，如若要求弧@的长度，先根据下式求出 线段P1P2的长度：
【主权项】
1. 一种带有磁性旋转位置的机器人，其特征在于：包括若干个关节和磁性旋转位置传 感器（1 )，所述磁性旋转位置传感器（1)安装在每个关节处。
2. 根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述关节包括伺服减速电机（3)、传动 齿轮（21)或传送带（22)，所述伺服减速电机（3)包括减速器齿轮主动轴（31 )，所述磁性旋 转位置传感器（1)安装在减速器齿轮主动轴（31 )、传动齿轮（21)主动轴或传送带（22)主动 轴之中的一个或者多个上。
3. 根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述关节包括颈部关节（41)、肩部关节 (42)、胳膊关节（43)、肘部关节（44)、手腕关节（45)、腰部关节（46)、髋关节（49)、膝关节 (47)、踝关节（48)和指关节（50)之中的一个或者多个。
4. 根据权利要求1至3任意一项所述的机器人，其特征在于：还包括主系统、伺服控制 系统、通信系统以及电机驱动系统；所述伺服控制部分和机器人主系统通过有线或无线的 方式建立通讯连接。
【专利摘要】本实用新型公开的一种带有磁性旋转位置的机器人包括若干个关节和磁性旋转位置传感器（1），磁性旋转位置传感器（1）安装在每个关节处。所述关节包括伺服减速电机（3）、传动齿轮（21）或传送带（22），磁性旋转位置传感器（1）安装在减速器齿轮主动轴上（31）、传动齿轮（21）主动轴上或传送带（22）主动轴之中的一个或者多个上。本实用新型的机器人采用磁性旋转位置传感器，其非接触式传感方法相比电位器具备更优越的可靠性，其通过测量配对磁铁产生的磁场的变化来感知旋转运动，这个磁场感知方法不受灰尘、污垢、湿气、水分、振动等现象的影响，且对杂散磁场高度免疫，成本也比光电编码器更具优势。
【IPC分类】B25J13-08, B25J9-18, B25J17-02, B25J9-00
【公开号】CN204471369
【申请号】CN201520105756
【发明人】李庭亮, 李震, 于学鸿
【申请人】南京阿凡达机器人科技有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年2月13日