本发明专利技术涉及巡检机器人转向角度测量编码器及转向角度误差修正方法，提供一种巡检机器人转向角度测量编码器，包括编码器壳体、信号测量电路和测量传动部件；所述测量传动部件包括角度传递轴和磁钢，该角度传递轴安装在所述编码器壳体内，所述磁钢安装在所述角度传递轴的上端；所述编码器壳体中设置有支撑板，所述测量传动部件位于该支撑板的下方；所述信号测量电路安装在该支撑板的下表面，正对于所述磁钢。本发明专利技术体积小重量轻，很好地满足了机器人垂直转向机构部件较多、空间狭小的使用限制要求，测量传动部件采用高精度部件将被测转动轴与磁钢连接，将机械角度位移直接转换成磁场变化，同时使用集成磁性角度位置传感器测量磁场变化，保证了编码器具有0.02°工作分辨率，满足了测量高精度的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
编码器是将电信号或数据转换成为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。 编码器按照工作原理可分为增量式和绝对式两类，按照本身属性又可以分为光电编码器和 磁电编码器。磁电编码器是一种新型的角度或者位移测量装置，其原理是采用磁阻或者霍 尔元件对变化的磁性材料的角度或者位移值进行测量，磁性材料角度或者位移的变化会引 起一定电阻或者电压的变化，通过放大电路对变化量进行放大，通过单片机处理后输出脉 冲信号或者模拟量信号，达到测量的目的。 中国专利技术专文献CN201110449167. 2提供了一种绝对值编码器，包括外壳、设于外 壳内的主轴、套设于主轴外侧的主体、码盘座、及金属码盘，所述主轴与主体之间设有轴承， 该主轴外侧还设有狭缝组件，该狭缝组件包括一金属狭缝片、发光管印制板、及联接金属狭 缝片与发光管印制板的联接板，所述主体采用塑钢绝缘材料制作而成，外壳、及联接板均采 用ABS加玻璃纤维材料制作而成。该绝对值编码器采用码盘座和金属码盘结构，设计制造 安装较为复杂，不利于进一步小型化。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种结构简单小巧、精度高的巡检机器 人转向角度测量编码器。 本专利技术所提供的巡检机器人转向角度测量编码器，包括编码器壳体，其特征在于： 还包括信号测量电路和测量传动部件；所述测量传动部件包括角度传递轴和磁钢，该角度 传递轴安装在所述编码器壳体内，所述磁钢安装在所述角度传递轴的上端；所述编码器壳 体中设置有支撑板，所述测量传动部件位于该支撑板的下方；所述信号测量电路安装在该 支撑板的下表面，正对于所述磁钢。 使用时，将被测旋转轴安装在角度传递轴的下端，被测旋转轴、角度传递轴、磁钢 同轴同心连接，并配以精密轴承来保证巡检机器人转向角度传递的机械精度，测量传动部 件通过被测传动轴、角度传递轴和磁钢的机械硬连接准确地传递被测对象的角度变化，并 将机械角度变化信号转换为磁场变化信号；信号测量电路将磁场信号转化为电信号，处理 电信号后输出多种形式的标准信号供给外部应用电路。 本专利技术所述信号测量电路包括信号测量电路板及布置在信号测量电路板上的电 源管理电路、角度位置传感器、DSP控制器和信号接口，该信号接口分别与所述DSP控制器、 电源管理电路连接；所述角度位置传感器依次连接差分放大器、模数转换器后，与所述DSP 控制器连接。该信号测量电路可采用集成14位处理芯片，减小电路板设计复杂度和信号处 理引入的误差。 优选地，所述角度位置传感器在所述信号测量电路板上至少布置两对。利用两对 角度位置传感器便于实施查表误差修正方法，在本专利技术所提供的编码器出厂前，将其与高 精度编码器同轴连接，建立其中一对角度传感器的输出电压与高精度编码器的测量角度之 间的对应关系表格，实际测量时使用测量值加查表法对转向角度进行修正。该角度位置传 感器通常使用霍尔传感器。 为便于磁钢的安装，所述角度传递轴的上端设置有U型孔，所述磁钢镶嵌在该U型 孔内。磁钢可采用分别为南北磁极的两个半圆柱体拼合而成。 为便于被测旋转轴的安装，所述角度传递轴的底部设置有U型连接孔，将被测旋 转轴安装在该U型连接孔内，U型连接孔的侧壁上可开设顶丝孔，利用顶丝将被测旋转轴固 定在U型连接孔内。 为便于本专利技术所提供的编码器的安装，所述编码器壳体的外部设置有安装耳，安 装耳上开设有编码器安装孔，利用安装耳将编码器安装在巡检机器人上。 信号接口具有PWM、SPI、IIC标准信号输出接口的一种或多种，保证了巡检机器人 频繁转向时转向闭环控制系统具有足够的调整频率。 本专利技术还提供一种巡检器机器人转向角度误差修正方法，该修正方法使用了本发 明所提供的包括至少两对角度位置传感器的编码器，包括以下步骤： (1)将标准编码器与巡检机器人转向角度测量编码器连接在同一根转轴上，利用 标准编码器对巡检机器人转向角度测量编码器进行标定，建立查找表，在该查找表中，所述 巡检机器人转向角度测量编码器中的其中一对角度位置传感器a的输出电压\分别对应 标准编码器的两个测量角度0 sl、0s2; (2)在所述巡检机器人转向角度测量编码器实际使用中，获取角度位置传感器a 和另一对角度位置传感器b的实际输出电压u' a、u' b;根据u' a、u' b计算得出带有误差 的角度值 Θ ' d，其中 Q'd=arctan(u' a/u'b); (3)根据角度位置传感器a的实际输出电压u' a在查找表中查询到u' a对应的 标准编码器测量角度Θ，sl、0，s2，若|θ， d-0，sl|〈|0，d-0，s2|，则Θ，sl为修 正后的转向角度，否则θ' 32为修正后的转向角度。 在利用标准编码器对巡检机器人转向角度测量编码器进行标定前，先对标准编码 器、巡检机器人转向角度测量编码器的初始位置进行调整，使得在建立查找表的过程中两 者测量的实际角度一致，包括以下步骤： (1)将标准编码器安装在转轴的一端固定标准编码器，旋转转轴使标准编码器的 输出角度为0后，固定转轴； (2)将巡检机器人转向角度测量编码器安装在转轴的另一端，转动巡检机器人转 向角度测量编码器使其角度位置传感器a输出电压为0后，固定巡检机器人转向角度测量 编码器； (3)松开转轴，转动转轴即可进行全量程标定建表。 本专利技术采用磁性编码器方式而非采用传统的码盘式编码器；将被测旋转轴、角度 传递轴、磁钢设计为同轴同心连接，并配以精密轴承来保证机器人转向角度传递的机械精 度，结构简单小巧精度高；采用集成14位处理芯片减小电路板设计复杂度、信号处理引入 的误差，在信号测量电路板上设置A、B两路霍尔元件，出厂前使用同轴连接的高精度编码 器对其A相测量幅值和角度对应关系建立表格，实际测量时使用测量值加查表法获得高精 度。 本专利技术具有以下有益效果： (1)本专利技术结构简单，体积小重量轻，制成成品后重量可控制在20g左右，尺寸可 仅为22X12. 5X 11mm，很好地满足了机器人垂直转向机构部件较多、空间狭小的使用限制 要求。 (2)测量传动部件采用高精度部件将被测转动轴与磁钢连接，将机械角度位移 直接转换成磁场变化，同时使用集成磁性角度位置感器测量磁场变化，保证了编码器具有 0.02°工作分辨率，满足了测量高精度的要求。 (3)本专利技术编码器具有良好的动态测量性能，具备PWM，SPI，IIC多种标准信号输 出接口，保证机器人频繁转向时转向闭环控制系统具有足够的调整频率。 (4)本专利技术使用磁性编码器加辅助查表误差修正法，使得其结构相比传统码盘编 码器更加简单，易于小型化，同时其比传统的磁性编码器具有更高的精度。本专利技术使用两对 霍尔传感器即可，其中一对霍尔传感器的实际输出电压值对应两个查找表精确值，使用本 专利技术编码器实际测得的带误差的角度值排除一个查找表精确值，简化了查找表的构建与查 找。【附图说明】 图1为本专利技术整体示意图； 图2为本专利技术机械剖面图； 图3为本专利技术所述被测旋转轴、磁钢、测量电路板位置示意图； 图4为本专利技术信号测量电路板示意图； 图5为图3俯视图； 图6为磁钢旋转一周内，A对霍尔传感器经过差分放大电路后输出电压值与角度 的对应关系图。 图中：110,编码器壳体；111，组装定丝孔；112,本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种巡检机器人转向角度测量编码器，包括编码器壳体，其特征在于：还包括信号测量电路和测量传动部件；所述测量传动部件包括角度传递轴和磁钢，该角度传递轴安装在所述编码器壳体内，所述磁钢安装在所述角度传递轴的上端；所述编码器壳体中设置有支撑板，所述测量传动部件位于该支撑板的下方；所述信号测量电路安装在该支撑板的下表面，正对于所述磁钢。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：兰新力，许春山，
申请(专利权)人：江苏亿嘉和信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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