本申請(qǐng)屬于機(jī)械臂，尤其涉及一種非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近些年，機(jī)械臂系統(tǒng)在核工業(yè)、航天等特種行業(yè)的應(yīng)用日趨普及化。該類行業(yè)具有安全風(fēng)險(xiǎn)高、對(duì)設(shè)備安全等級(jí)要求高的特點(diǎn)，對(duì)核心部件、易損壞部件常有冗余備份的需求。

2、編碼器為機(jī)械臂伺服電機(jī)最重要的傳感器，編碼器通過(guò)采集的伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置信息，與伺服驅(qū)動(dòng)器共同實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)位置、速度和加速度的精確控制。編碼器對(duì)位置信息的錯(cuò)誤采集或者錯(cuò)誤傳輸，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)意圖不可預(yù)估，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致機(jī)械臂關(guān)節(jié)高速異常旋轉(zhuǎn)。因此，對(duì)于安全等級(jí)要求極高的行業(yè)，需要對(duì)伺服電機(jī)編碼器進(jìn)行監(jiān)控。

3、目前，對(duì)于小負(fù)載機(jī)械臂可使用配有雙編碼器的模塊化關(guān)節(jié)電機(jī)，該類電機(jī)集成了諧波減速器、伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)編碼器，伺服驅(qū)動(dòng)器可完成對(duì)兩個(gè)編碼器所采集數(shù)據(jù)的讀取，從而實(shí)現(xiàn)雙編碼器數(shù)值之間的互相監(jiān)控，排除編碼器數(shù)據(jù)異常風(fēng)險(xiǎn)。然而，由于模塊化關(guān)節(jié)電機(jī)輸出功率較小，并不適用大負(fù)載機(jī)械臂系統(tǒng)?，F(xiàn)階段大功率機(jī)械臂系統(tǒng)為了保證機(jī)械臂的控制精度，各關(guān)節(jié)采用高剛度、大體積的rv減速器，且部分動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜(尤其是四、五、六軸)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的模塊設(shè)計(jì)。此外，適用于大負(fù)載機(jī)械臂的伺服電機(jī)僅集成了一個(gè)編碼器，且與之匹配的伺服驅(qū)動(dòng)器也僅可提供一個(gè)編碼器的數(shù)據(jù)接口，故無(wú)法通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)雙編碼器數(shù)據(jù)之間的互相監(jiān)控。對(duì)于核工業(yè)、航天等特殊行業(yè)，對(duì)大負(fù)載機(jī)械臂伺服電機(jī)編碼器數(shù)值的監(jiān)控非常必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中非模塊化機(jī)械臂控制準(zhǔn)確性難以保證的問(wèn)題。

2、為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控方法，非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂包括伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、第一編碼器、減速器，通過(guò)第一編碼器對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到第一位置信息和第一速度信息，監(jiān)控方法包括：步驟s1，通過(guò)第二編碼器對(duì)伺服電機(jī)的輸出端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到第二位置信息和第二速度信息，第二編碼器擴(kuò)展設(shè)置于伺服電機(jī)輸出軸段；步驟s2，通過(guò)雙編碼器數(shù)據(jù)采集模塊，采集第一位置信息、第一速度信息、第二位置信息、第二速度信息；步驟s3，通過(guò)邏輯模塊，計(jì)算第一位置信息、第二位置信息之差得到第一差值，計(jì)算第一速度信息、第二速度信息之差得到第二差值，將第一差值、第二差值和預(yù)設(shè)定急停條件進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)滿足急停條件時(shí)，急停機(jī)械臂。

3、進(jìn)一步地，上述第二編碼器設(shè)置于伺服電機(jī)和減速器之間，第二編碼器為超薄中空磁編碼器。

4、進(jìn)一步地，上述步驟s2包括：通過(guò)上位機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的通信完成對(duì)第一編碼器的數(shù)據(jù)采集；通過(guò)io模塊完成對(duì)第二編碼器的數(shù)據(jù)采集。

5、進(jìn)一步地，上述急停條件包括：第一差值的絕對(duì)值和第二差值的絕對(duì)值中的任一個(gè)大于預(yù)設(shè)的相應(yīng)閾值。

6、進(jìn)一步地，上述步驟s3包括：先進(jìn)行第一差值與對(duì)應(yīng)第一閾值的比對(duì)，再進(jìn)行第二差值與對(duì)應(yīng)第二閾值的比對(duì)；當(dāng)滿足急停條件時(shí)，控制模塊發(fā)出急停信號(hào)，出發(fā)機(jī)械臂急停。

7、根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控系統(tǒng)，非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂包括減速器、伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和第一編碼器，通過(guò)第一編碼器對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到第一位置信息和第一速度信息，監(jiān)控系統(tǒng)包括：第二編碼器，通過(guò)第二編碼器對(duì)伺服電機(jī)的輸出端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到第二位置信息和第二速度信息，第二編碼器擴(kuò)展設(shè)置于伺服電機(jī)輸出軸段；雙編碼器數(shù)據(jù)采集模塊，通過(guò)雙編碼器數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)第一編碼器和第二編碼器分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到第一編碼器和第二編碼器數(shù)據(jù)；雙編碼器數(shù)據(jù)采集模塊，通過(guò)雙編碼器數(shù)據(jù)采集模塊，采集第一位置信息、第一速度信息、第二位置信息、第二速度信息；邏輯模塊，通過(guò)邏輯模塊，計(jì)算第一位置信息、第二位置信息之差得到第一差值，計(jì)算第一速度信息、第二速度信息之差得到第二差值，將第一差值、第二差值和預(yù)設(shè)定急停條件進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)滿足急停條件時(shí)，急停機(jī)械臂。

8、進(jìn)一步地，上述第二編碼器設(shè)置于伺服電機(jī)和減速器之間，第二編碼器為超薄中空磁編碼器。

9、進(jìn)一步地，通過(guò)上位機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的通信完成對(duì)第一編碼器的數(shù)據(jù)采集；通過(guò)io模塊完成對(duì)第二編碼器的數(shù)據(jù)采集。

10、進(jìn)一步地，上述急停條件包括：第一差值的絕對(duì)值和第二差值的絕對(duì)值中的任一個(gè)大于預(yù)設(shè)的相應(yīng)閾值。

11、進(jìn)一步地，先進(jìn)行第一差值與對(duì)應(yīng)第一閾值的比對(duì)，再進(jìn)行第二差值與對(duì)應(yīng)第二閾值的比對(duì)；監(jiān)控系統(tǒng)還包括控制模塊，當(dāng)滿足急停條件時(shí)，控制模塊發(fā)出急停信號(hào)，出發(fā)機(jī)械臂急停。

12、本發(fā)明以非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂為使用背景，提出了一種易于擴(kuò)展的低成本的非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控方法。本方法不僅適用于大負(fù)載機(jī)械臂，對(duì)于小負(fù)載非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂同樣可采用該方法實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)編碼器的數(shù)值監(jiān)控。本方法并不要求伺服電機(jī)具有雙編碼器配置，也不要求伺服驅(qū)動(dòng)器具有雙編碼器數(shù)據(jù)采集能力，可方便地將市場(chǎng)上現(xiàn)有的絕大數(shù)工業(yè)機(jī)械臂改造為具備雙編碼器冗余安全配置的機(jī)械臂系統(tǒng)。

技術(shù)特征：

1.一種非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控方法，所述非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂包括伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、第一編碼器、減速器，通過(guò)所述第一編碼器對(duì)所述伺服電機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到第一位置信息和第一速度信息，其中，所述監(jiān)控方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控方法，其特征在于，所述第二編碼器設(shè)置于所述伺服電機(jī)和所述減速器之間，所述第二編碼器為超薄中空磁編碼器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟s2包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控方法，其特征在于，所述急停條件包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟s3包括：

6.一種非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控系統(tǒng)，所述非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂包括減速器、伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和第一編碼器，通過(guò)所述第一編碼器對(duì)所述伺服電機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到第一位置信息和第一速度信息，其中，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述第二編碼器設(shè)置于伺服電機(jī)和減速器之間，所述第二編碼器為超薄中空磁編碼器。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，通過(guò)上位機(jī)與所述伺服驅(qū)動(dòng)器的通信完成對(duì)所述第一編碼器的數(shù)據(jù)采集；通過(guò)io模塊完成對(duì)所述第二編碼器的數(shù)據(jù)采集。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述急停條件包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，先進(jìn)行所述第一差值與對(duì)應(yīng)第一閾值的比對(duì)，再進(jìn)行所述第二差值與對(duì)應(yīng)第二閾值的比對(duì)；

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N非模塊化關(guān)節(jié)機(jī)械臂編碼器監(jiān)控方法和系統(tǒng)其中，監(jiān)控方法包括：步驟S1，通過(guò)第二編碼器對(duì)伺服電機(jī)的輸出端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到第二位置信息和第二速度信息，第二編碼器擴(kuò)展設(shè)置于伺服電機(jī)輸出軸段；步驟S2，通過(guò)雙編碼器數(shù)據(jù)采集模塊，采集第一位置信息、第一速度信息、第二位置信息、第二速度信息；步驟S3，通過(guò)邏輯模塊，計(jì)算第一位置信息、第二位置信息之差得到第一差值，計(jì)算第一速度信息、第二速度信息之差得到第二差值，將第一差值、第二差值和預(yù)設(shè)定急停條件進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)滿足急停條件時(shí)，急停機(jī)械臂。

技術(shù)研發(fā)人員：楊譜,于傳友,劉大勇,張文軒,王迎春,楊南基
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)空間技術(shù)研究院杭州中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21