解角器定位系统、机器人及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于机器人的解角器定位系统。
【背景技术】
[0002] 之前已经知晓使用解角器作为工业机器人中的位置传感器。为了实现借助于这样 的解角器所获得的位置值的所期望的高精度，解角器通常被配置为使得轴线的操作范围覆 盖解角器的多个旋转周。这例如可以通过将解角器按照在经由齿轮驱动机器人轴线的电机 的传动轴上来实现。然而，这种解决方案的缺陷在于，解角器信号并没有给出轴线位置的明 确指示。因此，设备必须补充以计数器、存储器等形式的电子构件，它们对轴线在此刻处于 哪个解角器旋转周内进行持续追踪。这些构件必须在将机器人投入服务时进行复位，并且 随后在机器人的电压源的每次电压中断或其它关机之后进行复位。这些所谓的同步操作需 要时间和手动工作。因此，还知晓所谓的绝对测量位置传感器系统，即在不需要任何同步操 作的情况下提供机器人轴线位置的明确且准确的确定的系统。已经提出了利用每条机器人 轴线的两个解角器来设计这样的系统。一个解角器被布置为在机器人轴线在其操作范围的 极限之间进行移动时旋转多个旋转周，因此可能做出位置的准确确定。另一个的解角器被 布置为当机器人轴线在其操作范围的极限之间进行移动时旋转小于一个旋转周，并且借助 于该解角器，可以关于第一解角器处于哪个旋转周之内而获得明确的确定。
[0003] 因此，通过将两个解角器的输出信号相结合，可以获得机器人轴线的位置的明确 确定。然而，该解决方案在每个机器人轴线需要两个解角器，并且因此是复杂且昂贵的。在 这样的每个机器人轴线使用两个解角器的位置传感器设备中，这些已经被连接至对于所有 机器人轴线共用的控制系统，该系统因此包括用于解角器的供给和感知构件。由于每个解 角器具有三个绕组，因此解角器和控制系统之间就需要扩展线缆布置。这样的线缆布置将 是昂贵且庞大的。每个机器人轴线具有两个解角器的绝对测量位置传感器系统尤其如此。 根据EP-A-177901已知，通过为每个机器人轴线布置如下的两个传感器而提供一种用于工 业机器人的绝对测量位置传感器系统，上述两个传感器即解角器和具有用于感知移动方向 并且对轴线的累计转数进行计数的相关联电路的脉冲传感器。在正常操作中，从脉冲传感 器的感知电路所获得的每条轴线的总转数在计算电路中与从相同轴线的解角器所获得的 每个旋转周内的角位置相结合。在供电电压中断的情况下，具有相关联读取电路的脉冲传 感器从电池进行供电并且存储在电压中断期间独立于机器人移动而正确指示轴线总转数 的值。脉冲传感器可以从具有低开关比的振荡器进行馈电以便减少电池供电间隙期间的 功耗。因此，在该已知系统中，具有高电流消耗的解角器在电池馈电间隔期间并不使用，但 是该解角器被补充以另一种类型的位置传感器一一自身具有低功耗的脉冲传感器。在从 EP-A1-0177901所知的系统中，每条轴线因此需要一个解角器以及一个具有相关联的感知 和存储电路的传感器。典型的工业机器人具有六条轴线，并且绝对测量功能因此以相当的 复杂度以及机器人价格提高为代价所获得。另外，从EP-A1-0406740获知一种用于工业机 器人的绝对测量位置传感器系统，其以高准确性确定轴线位置但是在传感器单元和所要求 的线缆布置方面具有相对简单且廉价的设计。
【发明内容】
[0004] 处于电池模式的机器人通常消耗大量的电池电力，这就要求采用大型且昂贵的电 池。通常期望能够提供要求较小且较为廉价的电池而仍然允许同样的安全性方面的机器 人。
[0005] 本发明的目标是提供一种允许机器人需要较低能量消耗的解角器定位系统。
[0006] 根据本发明的该目标由一种如所附权利要求所定义的解角器定位系统而实现。
[0007] 当机器人处于电池模式时，串行测量板上的脉冲发生器向解角器中的激励线圈发 出脉冲。解角器利用信号1和 7作出回应，它们被发送到两个比较器中，参见图8a。如果来 自解角器的信号为正，则从比较器读出数字1。当解角器转动一个旋转周时，x和y的电压 能够由圆圈所表示。来自两个比较器的值显示出解角器处于哪个象限之中。通过对象限的 变化进行计数，能够利用1/4旋转周的分辨率来评估解角器的位置，参见图8b。为了正确评 估，轴线可能不会在所测量的样本之间转动超过1/4旋转周。
[0008] 显著的电力被用来从该脉冲发生器发出脉冲并且对微控制器进行供电以处理该 脉冲。为了降低功耗，脉冲频率可以尽可能低。当机器人轴线保持禁止时，脉冲频率可以为 低，但是其必须在轴线开始移动时增大以便不会丢失任何象限变化信息。
[0009] 由于信号始终都具有噪声这一事实，由图8b中的小圆圈所表示，所以来自比较 器的单象限变化指示无法确定地指示移动的轴线。如果轴线已经在一个象限变化上停 止，则噪声将会形成移动轴线的指示，这导致了来自电池的连续高供电电流。为了得到 安全的移动轴线检测并且保持低的电池消耗，要在高频脉冲开始之前对两个象限变化 进行验证。如果轴线开始以旋转周/s2的加速度进行加速，则最低的可能采样速度将为
【主权项】
1. 一种用于检测机器人轴线的位置改变的方法，包括以下步骤： 首先，从解角器定位系统的第一比较器（80,81)读取第一解角器值，并且从所述解角 器定位系统的第二比较器（80,81)读取第二解角器值，其中所述第一比较器和所述第二比 较器配置有第一基准值； 其次，从所述第一比较器读取第一解角器值，并且从所述第二比较器读取第二解角器 值，其中所述第一比较器和所述第二比较器配置有与所述第一基准值不同的第二基准值； 以及 仅在所述第一读数指示新的解角器值并且所述第二读数指示相同的新的解角器值时， 才检测机器人的轴线（11)的位置改变。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一比较器和所述第二比较器的所述基准值 通过改变所述第一比较器和所述第二比较器的输入的电阻值而被改变。
3. 根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述基准电平的差值至少被设置为 所述解角器值的噪声水平。
4. 一种用于机器人的解角器定位系统，所述系统能够连接至电池电源（402)并且能够 以脉冲模式进行驱动，所述系统包括： _解角器（32)，被布置为检测机器人的轴线位置； -第一比较器（80,81)，连接至所述解角器以便从所述解角器读取第一解角器值，其中 所述第一比较器包括用于针对所述第一解角器值提供两个不同基准电平的装置（82-87); -第二比较器（80,81)，连接至所述解角器以便从所述解角器读取第二解角器值，其中 所述第二比较器包括用于针对所述第二解角器值提供两个不同基准电平的装置（82-87); 和 -控制器（20)，连接至所述第一比较器和所述第二比较器，其中所述控制器被配置为 从所述第一解角器值和所述第二解角器值提供所述轴线位置的象限评估。
5. 根据权利要求4所述的解角器定位系统，包括连接至所述第一比较器（80)的输入的 第一电阻器（86)和连接至所述第二比较器（81)的输入的第二电阻器（87)。
6. 根据权利要求4至5中任一项所述的解角器定位系统，其中在两个不同的基准电平 之间的差值分别至少等于所述第一解角器值和第二解角器值的噪声水平。
7. 根据权利要求4至6中任一项所述的解角器定位系统，其中所述控制器被配置为分 别在所述第一解角器值和所述第二解角器值的两次连续读取之间在所述第一比较器和所 述第二比较器的两个基准电平之间改变。
8. 根据权利要求4至7中任一项所述的解角器定位系统，其中所述控制器被配置为当 确定了轴线位置的改变时，提高所述解角器定位系统的采样频率。
9. 根据权利要求4至8中任一项所述的解角器定位系统，其中所述控制器被配置为仅 在被基准电平的改变所分开的所述第一比较器和所述第二比较器的两次连续读数都指示 新的解角器值时，才检测轴线位置的改变。
10. -种能够以脉冲模式进行驱动的机器人，包括电池电源和根据权利要求4至9中任 一项所述的解角器定位系统。
【专利摘要】本发明涉及一种用于机器人的解角器定位系统，该系统能够连接至电池电源(402)并且能够以脉冲模式进行驱动。该系统包括：解角器(32)，被布置为检测机器人的轴线位置；第一比较器(80，81)，连接至解角器以便从解角器读取第一解角器值，其中第一比较器包括用于针对第一解角器值提供两个不同基准电平的部件(82-87)；第二比较器(80，81)，连接至解角器以便从解角器读取第二解角器值，其中第二比较器包括用于针对第二解角器值提供两个不同基准电平的部件(82-87)；和控制器(20)，连接至第一和第二比较器，其中控制器被配置为根据第一和第二解角器值提供轴线位置的象限评估。
【IPC分类】G01D5-14, G01B7-004
【公开号】CN104755883
【申请号】CN201280076613
【发明人】I·琼森
【申请人】Abb技术有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2012年11月19日
【公告号】EP2920552A1, WO2014075744A1