解角器定位系統(tǒng)、機器人及其方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于機器人的解角器定位系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 之前已經(jīng)知曉使用解角器作為工業(yè)機器人中的位置傳感器。為了實現(xiàn)借助于這樣 的解角器所獲得的位置值的所期望的高精度，解角器通常被配置為使得軸線的操作范圍覆 蓋解角器的多個旋轉周。這例如可以通過將解角器按照在經(jīng)由齒輪驅動機器人軸線的電機 的傳動軸上來實現(xiàn)。然而，這種解決方案的缺陷在于，解角器信號并沒有給出軸線位置的明 確指示。因此，設備必須補充以計數(shù)器、存儲器等形式的電子構件，它們對軸線在此刻處于 哪個解角器旋轉周內進行持續(xù)追蹤。這些構件必須在將機器人投入服務時進行復位，并且 隨后在機器人的電壓源的每次電壓中斷或其它關機之后進行復位。這些所謂的同步操作需 要時間和手動工作。因此，還知曉所謂的絕對測量位置傳感器系統(tǒng)，即在不需要任何同步操 作的情況下提供機器人軸線位置的明確且準確的確定的系統(tǒng)。已經(jīng)提出了利用每條機器人 軸線的兩個解角器來設計這樣的系統(tǒng)。一個解角器被布置為在機器人軸線在其操作范圍的 極限之間進行移動時旋轉多個旋轉周，因此可能做出位置的準確確定。另一個的解角器被 布置為當機器人軸線在其操作范圍的極限之間進行移動時旋轉小于一個旋轉周，并且借助 于該解角器，可以關于第一解角器處于哪個旋轉周之內而獲得明確的確定。
[0003] 因此，通過將兩個解角器的輸出信號相結合，可以獲得機器人軸線的位置的明確 確定。然而，該解決方案在每個機器人軸線需要兩個解角器，并且因此是復雜且昂貴的。在 這樣的每個機器人軸線使用兩個解角器的位置傳感器設備中，這些已經(jīng)被連接至對于所有 機器人軸線共用的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)因此包括用于解角器的供給和感知構件。由于每個解 角器具有三個繞組，因此解角器和控制系統(tǒng)之間就需要擴展線纜布置。這樣的線纜布置將 是昂貴且龐大的。每個機器人軸線具有兩個解角器的絕對測量位置傳感器系統(tǒng)尤其如此。 根據(jù)EP-A-177901已知，通過為每個機器人軸線布置如下的兩個傳感器而提供一種用于工 業(yè)機器人的絕對測量位置傳感器系統(tǒng)，上述兩個傳感器即解角器和具有用于感知移動方向 并且對軸線的累計轉數(shù)進行計數(shù)的相關聯(lián)電路的脈沖傳感器。在正常操作中，從脈沖傳感 器的感知電路所獲得的每條軸線的總轉數(shù)在計算電路中與從相同軸線的解角器所獲得的 每個旋轉周內的角位置相結合。在供電電壓中斷的情況下，具有相關聯(lián)讀取電路的脈沖傳 感器從電池進行供電并且存儲在電壓中斷期間獨立于機器人移動而正確指示軸線總轉數(shù) 的值。脈沖傳感器可以從具有低開關比的振蕩器進行饋電以便減少電池供電間隙期間的 功耗。因此，在該已知系統(tǒng)中，具有高電流消耗的解角器在電池饋電間隔期間并不使用，但 是該解角器被補充以另一種類型的位置傳感器一一自身具有低功耗的脈沖傳感器。在從 EP-A1-0177901所知的系統(tǒng)中，每條軸線因此需要一個解角器以及一個具有相關聯(lián)的感知 和存儲電路的傳感器。典型的工業(yè)機器人具有六條軸線，并且絕對測量功能因此以相當?shù)?復雜度以及機器人價格提高為代價所獲得。另外，從EP-A1-0406740獲知一種用于工業(yè)機 器人的絕對測量位置傳感器系統(tǒng)，其以高準確性確定軸線位置但是在傳感器單元和所要求 的線纜布置方面具有相對簡單且廉價的設計。

【發(fā)明內容】

[0004] 處于電池模式的機器人通常消耗大量的電池電力，這就要求采用大型且昂貴的電 池。通常期望能夠提供要求較小且較為廉價的電池而仍然允許同樣的安全性方面的機器 人。
[0005] 本發(fā)明的目標是提供一種允許機器人需要較低能量消耗的解角器定位系統(tǒng)。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的該目標由一種如所附權利要求所定義的解角器定位系統(tǒng)而實現(xiàn)。
[0007] 當機器人處于電池模式時，串行測量板上的脈沖發(fā)生器向解角器中的激勵線圈發(fā) 出脈沖。解角器利用信號1和 7作出回應，它們被發(fā)送到兩個比較器中，參見圖8a。如果來 自解角器的信號為正，則從比較器讀出數(shù)字1。當解角器轉動一個旋轉周時，x和y的電壓 能夠由圓圈所表示。來自兩個比較器的值顯示出解角器處于哪個象限之中。通過對象限的 變化進行計數(shù)，能夠利用1/4旋轉周的分辨率來評估解角器的位置，參見圖8b。為了正確評 估，軸線可能不會在所測量的樣本之間轉動超過1/4旋轉周。
[0008] 顯著的電力被用來從該脈沖發(fā)生器發(fā)出脈沖并且對微控制器進行供電以處理該 脈沖。為了降低功耗，脈沖頻率可以盡可能低。當機器人軸線保持禁止時，脈沖頻率可以為 低，但是其必須在軸線開始移動時增大以便不會丟失任何象限變化信息。
[0009] 由于信號始終都具有噪聲這一事實，由圖8b中的小圓圈所表示，所以來自比較 器的單象限變化指示無法確定地指示移動的軸線。如果軸線已經(jīng)在一個象限變化上停 止，則噪聲將會形成移動軸線的指示，這導致了來自電池的連續(xù)高供電電流。為了得到 安全的移動軸線檢測并且保持低的電池消耗，要在高頻脈沖開始之前對兩個象限變化 進行驗證。如果軸線開始以旋轉周/s2的加速度進行加速，則最低的可能采樣速度將為
【主權項】
1. 一種用于檢測機器人軸線的位置改變的方法，包括以下步驟： 首先，從解角器定位系統(tǒng)的第一比較器（80,81)讀取第一解角器值，并且從所述解角 器定位系統(tǒng)的第二比較器（80,81)讀取第二解角器值，其中所述第一比較器和所述第二比 較器配置有第一基準值； 其次，從所述第一比較器讀取第一解角器值，并且從所述第二比較器讀取第二解角器 值，其中所述第一比較器和所述第二比較器配置有與所述第一基準值不同的第二基準值； 以及 僅在所述第一讀數(shù)指示新的解角器值并且所述第二讀數(shù)指示相同的新的解角器值時， 才檢測機器人的軸線（11)的位置改變。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述第一比較器和所述第二比較器的所述基準值 通過改變所述第一比較器和所述第二比較器的輸入的電阻值而被改變。
3. 根據(jù)權利要求1至2中任一項所述的方法，其中所述基準電平的差值至少被設置為 所述解角器值的噪聲水平。
4. 一種用于機器人的解角器定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能夠連接至電池電源（402)并且能夠 以脈沖模式進行驅動，所述系統(tǒng)包括： _解角器（32)，被布置為檢測機器人的軸線位置； -第一比較器（80,81)，連接至所述解角器以便從所述解角器讀取第一解角器值，其中 所述第一比較器包括用于針對所述第一解角器值提供兩個不同基準電平的裝置（82-87); -第二比較器（80,81)，連接至所述解角器以便從所述解角器讀取第二解角器值，其中 所述第二比較器包括用于針對所述第二解角器值提供兩個不同基準電平的裝置（82-87); 和 -控制器（20)，連接至所述第一比較器和所述第二比較器，其中所述控制器被配置為 從所述第一解角器值和所述第二解角器值提供所述軸線位置的象限評估。
5. 根據(jù)權利要求4所述的解角器定位系統(tǒng)，包括連接至所述第一比較器（80)的輸入的 第一電阻器（86)和連接至所述第二比較器（81)的輸入的第二電阻器（87)。
6. 根據(jù)權利要求4至5中任一項所述的解角器定位系統(tǒng)，其中在兩個不同的基準電平 之間的差值分別至少等于所述第一解角器值和第二解角器值的噪聲水平。
7. 根據(jù)權利要求4至6中任一項所述的解角器定位系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為分 別在所述第一解角器值和所述第二解角器值的兩次連續(xù)讀取之間在所述第一比較器和所 述第二比較器的兩個基準電平之間改變。
8. 根據(jù)權利要求4至7中任一項所述的解角器定位系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為當 確定了軸線位置的改變時，提高所述解角器定位系統(tǒng)的采樣頻率。
9. 根據(jù)權利要求4至8中任一項所述的解角器定位系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為僅 在被基準電平的改變所分開的所述第一比較器和所述第二比較器的兩次連續(xù)讀數(shù)都指示 新的解角器值時，才檢測軸線位置的改變。
10. -種能夠以脈沖模式進行驅動的機器人，包括電池電源和根據(jù)權利要求4至9中任 一項所述的解角器定位系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于機器人的解角器定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠連接至電池電源(402)并且能夠以脈沖模式進行驅動。該系統(tǒng)包括：解角器(32)，被布置為檢測機器人的軸線位置；第一比較器(80，81)，連接至解角器以便從解角器讀取第一解角器值，其中第一比較器包括用于針對第一解角器值提供兩個不同基準電平的部件(82-87)；第二比較器(80，81)，連接至解角器以便從解角器讀取第二解角器值，其中第二比較器包括用于針對第二解角器值提供兩個不同基準電平的部件(82-87)；和控制器(20)，連接至第一和第二比較器，其中控制器被配置為根據(jù)第一和第二解角器值提供軸線位置的象限評估。
【IPC分類】G01D5-14, G01B7-004
【公開號】CN104755883
【申請?zhí)枴緾N201280076613
【發(fā)明人】I·瓊森
【申請人】Abb技術有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2012年11月19日
【公告號】EP2920552A1, WO2014075744A1