一种机器人关节力矩测量装置的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，特别是一种机器人关节力矩测量装置。

背景技术：

机器人关节的力矩大小一般可以通过力矩传感器测量，力矩传感器分为非接触式力矩传感器和应变片力矩传感器。非接触式力矩传感器的工作原理是：当扭杆受方向盘的转动力矩作用发生扭转时，由于扭杆发生相对运动，花键上的磁感应强度也发生变化，最终通过线圈转化为电压信号，通过分析这种电压信号的变化来测出力矩。但是市面上的非接触式力矩传感器价格昂贵，安装复杂，最重要的是由于机器人机械臂的阻挡和力矩传感器仪器本身的大小，无法测量某些关节特定的角度下的力矩，而且由于人为操作以及仪器本身存在的误差，测量结果并不精准。应变片力矩传感器的工作原理是：当弹性轴受力产生微小变形后引起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化，从而实现力矩测量。但是应变片式力矩传感器使用复杂，必须接外部的电桥测量电路，使用不便。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对现有技术存在的上述问题，提供一种机器人关节力矩测量装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种机器人关节力矩测量装置，包括第一编码器、第二编码器和上位机，所述第一编码器用于安装在电机上及测量所述电机的转动角度，所述第二编码器用于安装在减速机上及测量所述减速机的转动角度，所述第一编码器和所述第二编码器均与所述上位机相连接。

本实用新型在机器人关节运动时，通过上位机控制两个编码器对机器人关节中的电机和减速机的转动角度(即位置)进行测量，能够方便的计算出机器人关节的力矩。

作为本实用新型的优选方案，所述第一编码器为增量式光电编码器，增量式光电编码器用于测量电机的转动角度(即位置)，具有精度高、响应快、抗干扰能力强的优点。

作为本实用新型的优选方案，所述增量式光电编码器包括光栅盘和光电解码器，所述光栅盘用于固定在所述电机的转轴端面上，所述光电解码器用于固定在所述电机的基座上。

作为本实用新型的优选方案，所述第二编码器为磁感应矢量式编码器，磁感应矢量式编码器能够满足机器人关节机械结构的安装要求，并且可减少关节控制器的整体厚度。

作为本实用新型的优选方案，所述磁感应矢量式编码器包括被感部件，以及与所述被感部件相配合的磁感应传感装置，所述磁感应传感装置用于固定在所述减速机的基座上，所述被感部件用于固定在所述减速机的输出盘的转轴端面上。

作为本实用新型的优选方案，所述磁感应传感装置为tle5012b角度传感器，所述被感部件为磁铁。

作为本实用新型的优选方案，还包括有电路板，所述第一编码器、所述第二编码器分别通过所述电路板与所述上位机相连接。

作为本实用新型的优选方案，所述电路板包括控制芯片，所述控制芯片由单片机开发而成。

作为本实用新型的优选方案，所述控制芯片与所述上位机通讯连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过上位机控制两个编码器对机器人关节中的电机和减速机的转动角度(即位置)进行测量，能够方便快捷的计算出机器人关节的力矩。本实用新型避免了以往使用其他力矩传感器测量力矩时操作复杂、安装不便的不足，只需要利用电机本身的位置差异即可得到力矩，使测量机器人关节力矩更方便，成本更低。

附图说明

图1是本实用新型实施例1所述的一种机器人关节力矩测量装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例1所述的一种机器人关节力矩测量装置的零件爆炸图。

图3是本实用新型实施例1所述的一种机器人关节力矩测量装置中电路板的示意图。

图中标记：1-第一编码器，11-光栅盘，12-光电解码器，2-第二编码器，21-被感部件，22-磁感应传感装置，3-电机，4-减速机，5-输出盘，6-电路板，7-上位机。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1-3所示，一种机器人关节力矩测量装置，包括第一编码器1、第二编码器2和上位机7，所述第一编码器1用于安装在电机3上及测量所述电机3的转动角度，所述第二编码器2用于安装在减速机4上及测量所述减速机4的转动角度，所述第一编码器1和所述第二编码器2均与所述上位机7相连接。

具体的，根据电机3和减速机4的本身属性确定电机3与减速机4的位置映射关系，电机3的角度范围为0～4096，减速机4的角度范围为0～32767，同时电机3转100转对应减速机4转1转，则可知道减速机4的理论位置的计算公式；利用第一编码器1和第二编码器2分别测得电机3的实际位置a与减速机4的实际位置b，根据减速机4的理论位置的计算公式计算得到减速机4的理论位置b1，从而得到减速机4的位置偏差b-b1；上位机7将减速机4的位置偏差数据b-b1与标定好的力矩测量器上的力矩数据进行拟合，得到力矩计算公式，从而能够计算出机器人关节的力矩。当然，该数据拟合和力矩计算，也可通过其他的计算机或手算等方式来实现，并不一定借助于本实用新型所述的上位机7，本实用新型所述的上位机7只要能控制所述第一编码器1和第二编码器2对电机3和减速机4的转动角度(即位置)进行采集即可。

本实施例中，所述第一编码器1为增量式光电编码器，包括光栅盘11和光电解码器12，所述光栅盘11用于固定在所述电机3的转轴端面上，所述光电解码器12用于固定在所述电机3的基座上。

本实施例中，所述第二编码器2为磁感应矢量式编码器，所述磁感应矢量式编码器包括被感部件21，以及与所述被感部件21相配合的磁感应传感装置22，所述磁感应传感装置22用于固定在所述减速机4的基座上，所述被感部件21用于固定在所述减速机4的输出盘5的转轴端面上。

具体的，所述磁感应传感装置22为tle5012b角度传感器，所述被感部件21为磁铁。

本实施例还包括有固定在所述电机3基座和减速机4基座上的电路板6，所述第一编码器1、所述第二编码器2分别通过所述电路板6与所述上位机7相连接，所述电路板6包括控制芯片，所述控制芯片由stm32单片机开发而成，并与所述上位机7通讯连接。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种机器人关节力矩测量装置，其特征在于，包括第一编码器、第二编码器和上位机，所述第一编码器用于安装在电机上及测量所述电机的转动角度，所述第二编码器用于安装在减速机上及测量所述减速机的转动角度，所述第一编码器和所述第二编码器均与所述上位机相连接。

2.根据权利要求1所述的一种机器人关节力矩测量装置，其特征在于，所述第一编码器为增量式光电编码器。

3.根据权利要求2所述的一种机器人关节力矩测量装置，其特征在于，所述增量式光电编码器包括光栅盘和光电解码器，所述光栅盘用于固定在所述电机的转轴端面上，所述光电解码器用于固定在所述电机的基座上。

4.根据权利要求1所述的一种机器人关节力矩测量装置，其特征在于，所述第二编码器为磁感应矢量式编码器。

5.根据权利要求4所述的一种机器人关节力矩测量装置，其特征在于，所述磁感应矢量式编码器包括被感部件、以及与所述被感部件相配合的磁感应传感装置，所述磁感应传感装置用于固定在所述减速机的基座上，所述被感部件用于固定在所述减速机的输出盘的转轴端面上。

6.根据权利要求5所述的一种机器人关节力矩测量装置，其特征在于，所述磁感应传感装置为tle5012b角度传感器，所述被感部件为磁铁。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种机器人关节力矩测量装置，其特征在于，还包括有电路板，所述第一编码器、所述第二编码器分别通过所述电路板与所述上位机相连接。

8.根据权利要求7所述的一种机器人关节力矩测量装置，其特征在于，所述电路板包括控制芯片，所述控制芯片由单片机开发而成。

9.根据权利要求8所述的一种机器人关节力矩测量装置，其特征在于，所述控制芯片与所述上位机通讯连接。

技术总结
本实用新型涉及一种机器人关节力矩测量装置，包括第一编码器、第二编码器和上位机，所述第一编码器用于安装在电机上及测量所述电机的转动角度，所述第二编码器用于安装在减速机上及测量所述减速机的转动角度，所述第一编码器和所述第二编码器均与所述上位机相连接。本实用新型在机器人关节运动时，通过上位机控制两个编码器对机器人关节中的电机和减速机的转动角度(即位置)进行测量，能够方便的计算出机器人关节的力矩，本实用新型结构简单，避免了以往使用其他力矩传感器测量力矩时操作复杂、安装不便的不足。

技术研发人员：代杨仲;王宇;张庆;杨益见;罗志祥;郑忠义
受保护的技术使用者：四川省桑瑞光辉标识系统股份有限公司
技术研发日：2019.12.10
技术公布日：2020.05.26