專利名稱：一種基于雙旋變同軸設(shè)計的機器人一體化關(guān)節(jié)位置檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙旋變同軸設(shè)計的機器人一體化關(guān)節(jié)位置檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動技術(shù)有了突出的發(fā)展，永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低，具有良好的速度控制特性，易于提高系統(tǒng)的·快速性?；谟来沤涣魉欧?qū)動技術(shù)的永磁同步電機可以應(yīng)用于機器人的關(guān)節(jié)等部位。在基于永磁同步電機的機器人關(guān)節(jié)中，需要有相應(yīng)的檢測元件對永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置進行檢測，以實現(xiàn)對電機的控制。目前，現(xiàn)有的基于永磁同步電機機器人關(guān)節(jié)的位置檢測元件主要安裝方式為采用一個位置檢測元件并安裝在電機側(cè)，檢測永磁同步電機轉(zhuǎn)子的位置用于電機控制，并利用檢測的位置結(jié)合減速機構(gòu)的減速比η計算關(guān)節(jié)位置。這種方式的關(guān)節(jié)位置控制為開環(huán)，控制精度取決于減速機構(gòu)的傳動精度。在對現(xiàn)有技術(shù)進行研究后，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的永磁同步電機的機器人關(guān)節(jié)，在求解關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度時，通常采取的方式為將電機位置，除以減速器的減速比η，得到關(guān)節(jié)位置，此種求解關(guān)節(jié)位置的算法精度較低，可靠性差，且對于此種安裝方式，當(dāng)電機側(cè)的檢測元件損壞時，將使電機無法控制而導(dǎo)致機器人的關(guān)節(jié)失效。本發(fā)明中采用的算法基于的一體化關(guān)節(jié)的位置檢測元件安裝方式為將兩個檢測元件分別安裝在電機側(cè)及關(guān)節(jié)處，電機側(cè)的檢測元件采用旋轉(zhuǎn)變壓器檢測永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置用于電機控制，關(guān)節(jié)側(cè)的檢測元件采用旋轉(zhuǎn)變壓器，其轉(zhuǎn)子隨電機轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動，定子隨關(guān)節(jié)輸出端同步轉(zhuǎn)動。此種一體化關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)體積小，且可以通過算法解算出的關(guān)節(jié)位置用于伺服閉環(huán)控制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明實施例提供一種基于雙旋變同軸設(shè)計的機器人一體化關(guān)節(jié)位置檢測方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的問題。本發(fā)明的技術(shù)效果通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)。一種機器人關(guān)節(jié)的位置檢測方法，所述關(guān)節(jié)包括電機外殼(I)、電機端旋轉(zhuǎn)變壓器定子(2)、電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子(3)、永磁同步電機定子(4)、永磁同步電機轉(zhuǎn)子(5)、關(guān)節(jié)輸出側(cè)外殼(6)、諧波減速器鋼輪(7)、諧波減速器波發(fā)生器(8)、諧波減速器柔輪(9)、關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器定子(10)和關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子(11)、關(guān)節(jié)右側(cè)檔蓋(12)、中空軸定位銷(13)、電機軸承(14) (18)、軸承安裝座(15) (17)和電機主軸(16)，其中，所述永磁同步電機轉(zhuǎn)子(5)、電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子(3)和關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子(11)都安裝在電機軸上，隨電機軸一起轉(zhuǎn)動；電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器定子(2)固定，關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器定子(10)安裝在諧波減速器柔輪(9)上，關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器定子(10)可以隨關(guān)節(jié)一起轉(zhuǎn)動，所述方法包括以下步驟首先，確定兩側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器由于安裝時造成的絕對零點之間的差值，檢測出電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器位于絕對零點時，關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器測得的位置量Θ。2，作為兩個旋轉(zhuǎn)變壓器絕對零點初始差值；然后，將電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器測得角度θ M和關(guān)節(jié)側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器測得的角度θ12在電機旋轉(zhuǎn)過程中的增量累加，再相減得到差值，即為關(guān)節(jié)實際旋轉(zhuǎn)的角度。優(yōu)選地，在計算角度增量時，需要在跨越零點的時刻進行判斷。優(yōu)選地，根據(jù)電機的最大轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)變壓器解算角度的時間差值，得到電機在下一時刻與上一時刻角度差值的最大可能值，作為對跨越零點的時刻的判斷的臨界值；其中，將根據(jù)電機的最大轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)變壓器解算角度的時間差值，得到電機在下一時刻與上一時刻角度差值的最大可能值記為9_;若1時刻電機側(cè)的角度0Mi或關(guān)節(jié)側(cè)的角度012i在下 一時刻與上一時刻的角度差值大于此最大可能值時，即電機的速度不可能使兩個相鄰時刻的差值出現(xiàn)以上情況，則判定角度過零點，計算出的差值減去或加上360°。


圖I是本發(fā)明中提供的一種基于永磁同步電機的機器人關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中提供的機器人一體化關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)位置雙余度檢測方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細(xì)描述。圖I為本發(fā)明提出的一種基于永磁同步電機的機器人關(guān)節(jié)，該關(guān)節(jié)的內(nèi)部包括如下部件電機外殼I ;電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器定子2 ;電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子3 ;永磁同步電機定子4 ;永磁同步電機轉(zhuǎn)子5 ;關(guān)節(jié)輸出側(cè)外殼6 ;諧波減速器鋼輪7 ;諧波減速器波發(fā)生器8 ；諧波減速器柔輪9 ;關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器定子10 ;關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子11 ;關(guān)節(jié)右側(cè)檔蓋12 ;中空軸定位銷13 ;電機軸承14 ;軸承安裝座15 ;電機主軸16 ;軸承安裝座17 ；電機軸承18。其中，在永磁同步電機的機器人關(guān)節(jié)中安裝一個電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器和一個關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器；所述關(guān)節(jié)輸出側(cè)的旋轉(zhuǎn)變壓器定子10安裝在諧波檢測器的柔輪9上，可以隨關(guān)節(jié)同步轉(zhuǎn)動；所述電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器和所述關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器與所述電機同軸，且永磁同步電機定子4、所述電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子2和關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子11都安裝在電機軸上，隨所述電機軸同步轉(zhuǎn)動。所述電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子2固定不動，所述關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子10隨關(guān)節(jié)輸出端同步轉(zhuǎn)動。利用所述電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器和所述關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器對所述關(guān)節(jié)輸出端的關(guān)節(jié)位置進行檢測；所述關(guān)節(jié)側(cè)的旋轉(zhuǎn)變壓器檢測到的所述關(guān)節(jié)輸出端的從動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)過的角度θτ，以及所述電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器檢測到的所述電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度ΘΜ。由于關(guān)節(jié)輸出端的旋轉(zhuǎn)方向與電機的旋轉(zhuǎn)方向相反，所以可以得到以下關(guān)系式
權(quán)利要求
1.一種機器人關(guān)節(jié)的位置檢測方法，所述關(guān)節(jié)包括電機外殼(I)、電機端旋轉(zhuǎn)變壓器定子(2)、電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子(3)、永磁同步電機定子(4)、永磁同步電機轉(zhuǎn)子(5)、關(guān)節(jié)輸出側(cè)外殼(6)、諧波減速器鋼輪(7)、諧波減速器波發(fā)生器(8)、諧波減速器柔輪(9)、關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器定子(10)和關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子(11)、關(guān)節(jié)右側(cè)檔蓋(12)、中空軸定位銷(13)、電機軸承(14)和(18)、軸承安裝座(15)和(17)和電機主軸(16)，其中，所述永磁同步電機轉(zhuǎn)子(5)、電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子(3)和關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子(11)都安裝在電機軸上，隨電機軸一起轉(zhuǎn)動；電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器定子(2)固定，關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器定子(10)安裝在諧波減速器柔輪(9)上，關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器定子(10)可以隨關(guān)節(jié)一起轉(zhuǎn)動，其特征在于，所述方法包括以下步驟 首先，確定兩側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器由于安裝時造成的絕對零點之間的差值，檢測出電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器位于絕對零點時，關(guān)節(jié)輸出側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器測得的位置量Θ。2，作為兩個旋轉(zhuǎn)變壓器絕對零點初始差值； 然后，將電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器測得角度θ M和關(guān)節(jié)側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器得到的角度Qj2在電機旋轉(zhuǎn)過程中的增量累加，再相減得到差值，即為關(guān)節(jié)實際旋轉(zhuǎn)的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在計算角度增量時，需要在跨越零點的時刻進行判斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)電機的最大轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)變壓器解算角度的時間差值，得到電機在下一時刻與上一時刻角度差值的最大可能值，作為對跨越零點的時刻的判斷的臨界值；其中，將根據(jù)電機的最大轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)變壓器解算角度的時間差值，得到電機在下一時刻與上一時刻角度差值的最大可能值記為Qmax ;若i時刻電機側(cè)的角度0Mi或關(guān)節(jié)側(cè)的角度Θ 12i在下一時刻與上一時刻的角度差值大于此最大可能值時，即電機的速度不可能使兩個相鄰時刻的差值出現(xiàn)以上情況，則判定角度過零點，計算出的差值減去或加上360°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙旋變同軸設(shè)計的機器人一體化關(guān)節(jié)位置檢測方法。首先，確定兩側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器絕對零點之間的差值。然后，采用角度增量累計的方法，將電機側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器測得角度θM和關(guān)節(jié)側(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器得到的角度θJ2在電機旋轉(zhuǎn)過程中的增量累加，再相減得到差值，即為關(guān)節(jié)實際旋轉(zhuǎn)的角度。同時，在計算角度增量時，需要在跨越零點的時刻進行特殊處理。即根據(jù)電機的最大轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)變壓器解算角度的時間差值，得到電機在下一時刻與上一時刻角度差值的最大可能值，作為判斷的臨界值。
文檔編號B25J17/02GK102941577SQ20111026124
公開日2013年2月27日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者蔣志宏, 黃強, 李丹鳳, 李輝 申請人:北京理工大學(xué)