用于工业机器人位置检测的旋转变压器 – Resolver

工业机器人使用的伺服电机中有一种部件,用于检测电机的角位移,称之为旋转变压器 (Resolver)。图片中是ABB工业机器人常用的伺服电机中使用的一种旋转变压器,型号 TS2640N141E172 。关于旋转变压器具体怎么使用,这里不讨论,这里 LT 只想讨论与工业机器人实际使用过程中相关的话题,那就是机械零点同步。

左边的是定子,右边的是转子,旋转变压器的定子安装固定在电机的壳体(定子)上,转子固定在电机轴上,与电机转子一起转动。独特的设计,可以使转子做到无刷结构。在上篇文章《工业机器人的运动停止-刹车测试》里,LT 曾贴出一个伺服电机的剖面图(link),从中可以了解其安装结构。

在 LT 接触工业机器人时间不是很长的时候,写过一篇日志《机械零点和同步》,这篇文章更多谈的是机械零点的同步,而不是校准。而@于仁颇黎 的一篇文章《零位校准》则是机械零点的校准。机械零点的校准,是任何一个机器人出厂前要做的工作,这个话题可参考@于仁颇黎的文章。而机械零点的同步则是用户使用过程中有时候需要进行的操作。

问题一:为什么需要机械零点的同步呢?

这个问题就和开头提到的旋转变压器有关。因为旋转变压器组成的编码器系统只能检测旋转变压器转子一个圈内的位置,即0度~360度。当机器人各轴位于机械零点时,系统记录的旋转变压器转子的圈数为0,当旋转变压器转子进入第二圈后,又开始从0度起步,这个时候系统就要进行一次计数,计数为1。当某种原因,系统不知道旋转变压器已经转了几圈了,这个时候控制器就要发出信息: 我不知道你转几圈了! 从而发生机械零点同步丢失的情况。机器人使用者需要进行的操作就是手动把机器人各轴移动到机械零点标识处,重新同步。ABB的称之为 Revolution Counter Update(转数计数器更新)。

我们来想象一下,假如机器人某个轴要在300度范围内转动,再假设减速系统的减速比是100 ( 请查找 RV减速器的减速比 ),那么电机就需要转动300*100=30000度,相当于30000/360=83圈多。如果换成绝对值编码器,只要范围合适,就不存在同步的问题。但是,为什么不采用绝对值编码器呢? 这个问题请自行思考。

问题二:在@于仁颇黎的文章里提到 “将机器人的各个关节移动到零位附近的一定位置内,内部程序就会自动将其校准到正确的零位”  或者 也许你也听某人说过同步时机械零位对准的误差范围可以在3度之内。这又是怎么回事呢?

还是和旋变编码器有关,因为系统可以读出旋转变压器的转子在一圈之内的度数,即0~360度,360度的范围经过减速系统的变速比后,旋转变压器转动一圈,机器人的轴转动360/100=3.6度(假设变速比为100),只要在一圈内,同步时,系统都会认为是第0圈,就是这么回事。如果同步时,零位对准的偏差范围落到了旋转变压器转的第二圈里,那就会产生误差了。

思考: 

  1. 什么是校准?什么是同步?应该在什么情况下做校准?什么情况下做同步?
  2. 如果变速比越大, 那么做零点同步时有何影响?
  3. 如果有不同的负载 ,那么对做零点校准和同步有何影响?

 

扩展阅读:

  • 机械零点、MAM 文件 、 EMT标定原理
    http://blog.csdn.net/pinbodexiaozhu/article/details/52670181
  • resolver和encoder的区别
    http://www.ad.siemens.com.cn/service/answer/solution.aspx?Q_ID=56490&cid=1038
  • Updating Rev. Counters on ABB S4C Robot
    http://www.maintenancegeeks.com/forums/26-robotics/621-updating-rev-counters-on-abb-s4c-robot
  • P.S.在ABB Robot S4C+ 随机光盘中,有个文件RobInst.pdf 描述了保存Counter值的文件


    The root directory of the mass storage memory is called hd0a. In the root directory,
    hd0a there are several different components:
    – The control system package, which is named as an article number, similar to
    3HAC6811-1.00
    – bin, which is the BootImage code
    – BootRom.sys, which is the system configuration and description file for the mass
    storage memory
    – MC.cfg, which is the network configuration for the main computer
    ctrl.bin, which hold e.g. revolution counter values
    – system.dir, which holds information on the current system
    – system directories, which are the different systems stored in the mass storage
    memory.

  • 工业机器人原点坐标系设置  http://blog.tianya.cn/blogger/post_read.asp?BlogID=1942748&PostID=16974723
  • ABB机器人转数计数器的更新操作 http://www.robotarget.com/Item/23.aspx
  • 旋转变压器原理及应用  http://wenku.baidu.com/view/8cda29f7ba0d4a7302763a30.html
  • resolver——旋转变压器,比编码器更加皮实的传感器 http://www.gongkong.com/webpage/forum/200811/2008111710043800002-1.shtml
  • 欧美伺服使用旋转变压器反馈时如何进行位置控制?http://www.gongkong.com/webpage/forum/200901/2009011611234700004-1.shtml
  • 优化移动控制:发挥旋转变压器的最大效能  http://cn.newmaker.com/art_38167.html
  • 多摩川旋转变压器原理及其解码 http://www.gzktl.com/techarticles/jszl154.htm

关键字:旋转变压器, Resolver, 机械零点, 同步

14 thoughts on “用于工业机器人位置检测的旋转变压器 – Resolver

  1. Pingback: 工业机器人编程之前应该做什么? | LT

  2. 很好,受教了,最近也在研究ABB机器人的标定,楼主有其他联系方式吗

  3. Pingback: “机器人的软件限位” 与“机器人的工作空间”之间的区别与联系 | LT

  4. 梁工,您指的同步和校准的区别是什么?

    我的理解如下:校准是机器人将机械零位和控制器中模型零位的统一;

    旋转变压器是单圈绝对,多圈相对。您文章中提到标定“如果同步时,零位对准的偏差范围落到了旋转变压器转的第二圈里,那就会产生误差了。” 多圈相对的话,我只要将其中一圈作为参考,多圈的数值都以它为参考即可。

    以上是我的理解。不知对否?谢谢

  5. 您好,我想请教2个问题,
    1、我厂的KUKA机器人 的KRC4 smartpad菜单->帮助->信息->机器人选项卡内 写着“未精确定位的机器人”,一直没有明白是什么意思?与单圈绝对值编码器或者校准有关系吗(厂里的机器人都是校准过的)?
    2、我们用的KR5 R1400这个型号的机器人,1到5轴都有EMD校准用的机械机构,但是第6轴没有(只有一个激光雕刻的刻线),那第6轴怎样精确确定机械原点?第六轴机械零点位置不精确会影响整体的机器人位置精度吗?

    • 1、KUKA有高精度机器人。你这台的意思就是“非高精度”的机器人。
      2、肉眼对准两刻线,手动master第六轴即可,严格的参阅文档以及咨询库卡厂家。第六轴机械零点位置不精确非常会影响绝对精度的。

      • 非常感谢您的回复,第二点还是有点不明白,KUKA R1400 第6轴用肉眼确定位置并校准应该有比较大的误差, 导致 6轴机械零点位置不精确,KUKA厂家为什么要把R1400 6轴的机械回零装置省掉呢?这样不是会导致精度变差吗?

        • 你可以找一下此型号机器人的配套文档,如果你说的第六轴上没有刻线,而第五轴上有刻线,那么应该会有一个夹具配套的。你可以咨询库卡热线获得准确答案。 电话热线:400-820-8865,Hotmail:cs-hotline@kuka-robotics.cn

          • 你好,我也想请教一下,我厂里用的也是库卡机器人,一直没搞明白旋转变压器,编码器,还有RDC(分解器数字转换器各是什么,爱混淆

            • 旋转变压器,顾名思义,只有铁心和线圈。

              编码器,顾名思义,对角度或距离进行了编码,输出的是脉冲或数值。

              RDC,顾名思义 resolver digital converter,即把旋转变压器转换为数字信号。

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