编码器组件的制作方法

1.本发明涉及编码器技术领域，尤其涉及一种用于机械臂关节的编码器组件。


背景技术：

2.随着工业自动化技术的快速发展，机器人作为一种重要的工业自动化设备越来越得到重视，并且应用越来越广泛。机器人技术主要集中了机械工程、自动控制以及人工智能等多种技术的最新研究成果，体现了光电一体化的最新成就，是当代科学技术发展最为活跃的领域之一。机械臂是目前在机器人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在生产生活中具有极其重要的作用，在实际应用中，很多的工业流程环节都需要机械臂进行组装和提取作业。机械臂能够接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业，能够极大地提高劳动效率。
3.机械臂关节是机械臂的核心部件，关节的整体结构、负载能力及感知能力直接影响着机械臂整体的作业水平。目前常见的机械臂关节普遍采用电机、减速器、编码器、制动器以及驱动器进行串联的传动机构。目前，国内市场上机械臂关节普遍存在重量大、负载能力低、体积大、集成度低等问题，限制了机械臂性能的进一步提升。
4.其中编码器作为机械臂关节的检测元件，常用于检测关节输出端的位置信息，主要包括读头和码盘，码盘随着关节输出端转动，读头通过信号读取来对关节的位置进行测量。因此，编码器需要集成于机械臂关节内部，由于机械臂关节的内部空间狭小，由于传统的编码器体积较大，不适用于小型机械臂关节。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、布置合理的编码器组件。
6.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：编码器组件，包括码盘元件和读码元件，所述码盘元件包括可分别转动的码盘外环板和码盘内环板，所述码盘外环板同轴套装在所述码盘内环板外；所述读码元件同轴固定在所述码盘元件的一侧且与所述码盘外环板、码盘内环板对应。
7.作为优选的技术方案，所述码盘外环板与所述码盘内环板位于同一平面。
8.作为优选的技术方案，所述读码元件上设置有与所述码盘外环板对应的外环板检测部和与所述码盘内环板对应的内环板检测部。
9.作为优选的技术方案，机械臂关节，包括关节壳体，所述关节壳体内安装有电机组件和减速器组件，所述关节壳体内还安装有所述的编码器组件。
10.作为优选的技术方案，所述电机组件的输出端固定有电机输出轴，所述减速器组件的输出端固定有同轴套装在所述电机输出轴内的关节过线轴，所述码盘外环板固定在所述电机输出轴上，所述码盘内环板固定在所述关节过线轴上。
11.作为优选的技术方案，所述码盘外环板通过外环板托架固定安装在电机输出轴上。
12.作为优选的技术方案，所述码盘内环板通过内环板托架固定安装在关节过线轴上。
13.作为优选的技术方案，所述关节壳体内还安装有与所述编码器组件对应的驱动组件。
14.作为优选的技术方案，所述驱动组件包括固定在所述关节壳体内的驱动控制器，所述读码元件对应固定在所述驱动控制器。
15.由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
16.(1)采用一个读码元件同时对应码盘外环板与所述码盘内环板，即达到同时检测电机输出端与减速器输出端的目的，来缩小编码器组件的体积；
17.(2)所述码盘元件与所述读码元件配合构成“一动一定”的双盘结构，具有结构紧凑、体积小等特点；
18.(3)本发明分别对电机输出端端与减速器输出端的绝对位置进行测量，如果减速器输出端所输出的实际位置并非等于理论位置时，系统控制器控制所述电机组件正转或反转，进行调整使得所述减速器输出端的实际位置等于理论位置，通过此种测量减速器输出端与电机输出端端的绝对位置的方式来实现整个机械臂关节的精准位置控制，保证输出精度。
附图说明
19.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
20.图1是本发明实施例的结构原理图；
21.图2是本发明实施例另一角度的结构原理图；
22.图3是本发明实施例编码器元件的结构示意图；
23.图中：
[0024]1‑
关节壳体；11
‑
电机输出轴；12
‑
关节过线轴；2
‑
电机组件；21
‑
定子；22
‑
转子；3
‑
减速器组件；4
‑
制动组件；5
‑
编码器组件；51
‑
读码元件；52
‑
码盘外环板；53
‑
码盘内环板；54
‑
外环板托架；55
‑
内环板托架；6
‑
驱动组件。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
[0026]
如图1和图2所示，机械臂关节，包括关节壳体1，所述关节壳体1作为机械臂关节的安装载体，由一个主壳体和一个侧端盖扣合而成，所述主壳体与侧端盖之间可以采用螺纹连接或螺钉固定。所述关节壳体1内安装有电机组件2、减速器组件3、制动组件4、编码器组件5以及驱动组件6，各个组件设置在所述关节壳体1的内部构成集成式关节结构；所述关节壳体1上设置有用于将机械臂关节连接在机械臂上的壳体安装座，壳体安装座为安装法兰；所述关节壳体1的表面设置有用于电源通过的过线孔，将所述过线孔设置在所述安装法兰的内部，可以方便与其他机械臂进行连接，且避免过线孔外漏。
[0027]
在本实施例中，所述关节壳体1内安装有电机组件2，所述电机组件2的输出端固定有内部中空的电机输出轴11，所述电机组件2为无框力矩电机，所述电机组件2包括相互配合的定子21与转子22，所述电机组件2的定子21外周过盈配合固定在所述关节壳体1内，所述电机组件2的转子22内周过盈配合固定在所述电机输出轴11上；所述电机输出轴11采用内部中空的结构，可以用于安装关节过线轴或电源线；所述电机输出轴11的一侧安装有减速器组件3，所述减速器组件3的输出端固定有关节过线轴12，所述关节过线轴12同轴套装在电机输出轴11内，在本实施例中，所述关节过线轴12的一端同轴套装在所述电机输出轴11的内部，用于方便所述编码器组件5对减速器输出端进行测速，且所述关节过线轴12同样为内部中空结构可用于穿过电源线；所述电机输出轴11的另一侧与所述关节过线轴12之间安装有编码器组件5，所述电机输出轴11上位于所述编码器组件5与所述电机组件2之间安装有制动组件4，所述编码器组件5与所述制动组件4相对一侧安装有驱动组件6。在本实施例中，由于所述编码器组件5与所述制动组件4均需要通过电源进行控制，因此为方便线路布置以及结构的紧凑性，将所述编码器组件5、制动组件4设置在同一侧且靠近所述驱动组件6，达到结构紧凑的效果，提高机械臂关节的集成度。安装时，首先将电机组件2安装在关节壳体1内，然后由一侧将减速器组件3安装在所述关节壳体1内，由另一侧将制动组件4、编码器组件5、驱动组件6依次安装在所述关节壳体1内，然后将侧端盖固定安装即可。
[0028]
参见图3，所述编码器组件5作为机械臂关节的检测元件，用于检测减速器输出端与电机输出端的位置信息。
[0029]
所述编码器组件5包括码盘元件和读码元件51，所述码盘元件包括可分别转动的码盘外环板52和码盘内环板53，所述码盘外环板52同轴套装在所述码盘内环板53外，所述码盘外环板52固定在所述电机输出轴11上，所述码盘外环板52通过外环板托架固定安装在电机输出轴11上，所述码盘外环板52通过螺钉连接在所述外环板托架54上，所述外环板托架54的内周过盈配合安装在所述电机输出轴11的端部外周，所述码盘内环板53固定在所述关节过线轴12上，所述码盘内环板53通过内环板托架55固定安装在关节过线轴12上，所述码盘内环板53通过螺钉连接在所述内环板托架55上，所述内环板托架55的内周过盈配合安装在所述关节过线轴12外周，在本实施例中，由于所述关节过线轴12套装在所述电机输出轴11的内部，且所述关节过线轴12靠近所述编码器组件5的一端伸出所述电机输出轴11外，使得所述编码器外环板与编码器内环板均安装在同一侧。
[0030]
所述关节过线轴12的主要作用是用于安装所述码盘内环板53，如果机械臂关节不需要测量关节过线轴12的位置时，那么可以不设置关节过线轴12，在本实施例中通过所述关节过线轴12与所述电机输出轴11此种同轴套装位置关系，用于保证所述码盘内环板53与所述码盘外环板52的套装安装，来保证所述编码器组件5的结构更为紧凑。
[0031]
所述读码元件51同轴固定在所述码盘元件的一侧且与所述码盘外环板52、码盘内环板53对应，所述读码元件51上设置有与所述码盘外环板52对应的外环板检测部和与所述码盘内环板53对应的内环板检测部。所述读码元件51作为检测电路板的安装载体，其上布置的外环板检测部与内环板检测部相互独立，相互之间不干扰；在此外环板检测部或内环板检测部可以为集成在所述读码元件内部的检测电路板或位置传感器，当然可以为安装在读码元件一侧表面的检测电路板或位置传感器。检测电路板或位置传感器均为现有技术，属于本领域普通工程技术人员所公知的，在此不再赘述。
[0032]
所述读码元件51对应固定在所述驱动组件6，所述读码元件51与驱动组件6之间采用插接连接方式，所述驱动组件6包括固定在所述关节壳体1内的驱动控制器，所述读码元件51与所述驱动控制器之间进行数据传递，即所述读码元件51所产生的数据信息可以传递至所述驱动控制器上，具体地，所述外环板检测部与所述内环板检测部分别与所述驱动控制器进行数据连接，用于将电机输出端、减速器输出端的位置信号分别传递至驱动控制器。
[0033]
在本实施例中，采用一个读码元件51同时对应码盘外环板52与所述码盘内环板53，即达到同时检测电机输出轴11与关节过线轴12的目的，来缩小编码器组件5的体积。进一步的，所述码盘外环板52与所述码盘内环板53位于同一平面，与所述读码元件51配合构成“一动一定”的双盘结构，具有结构紧凑、体积小等特点。
[0034]
所述编码器组件5的工作原理为：
[0035]
机械臂关节正常运行时，所述电机输出轴11带动所述码盘外环板52旋转，所述外环板检测部可以检测到所述码盘外环板52的绝对位置，此所述码盘外环板52的转速位置即为电机输出端的绝对位置；同时所述关节过线轴12带动所述码盘内环板53旋转，所述内环板检测部可以检测到所述码盘内环板53的绝对位置，此所述码盘内环板53的转速位置即为减速器输出端的绝对位置；当所述外环板检测部与所述内环板检测部分别将所检测到的电机输出端与减速器输出端的位置传递至所述驱动组件6以及系统控制器后，所述驱动组件6以及系统控制器可以实时检测与存储电机输出端与减速器输出端的相对位置，现有技术中机械臂关节在正转与反转过程中会存在转速误差，会使得减速器输出端所输出的实际位置有偏差，为解决此问题，本发明分别对电机输出端与减速器输出端的绝对位置进行测量，如果减速器输出端所输出的实际位置并非等于理论位置时，所述系统控制器控制所述电机组件2正转或反转，进行调整使得所述减速器输出端的实际位置等于理论位置，通过此种测量减速器输出端与电机输出端的绝对位置的方式来实现整个机械臂关节的精准位置控制，保证输出精度。
[0036]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。