一种谐波式绝对值编码器
技术领域
本发明涉及编码器领域，尤其涉及一种谐波式绝对值编码器。
背景技术
现有的多圈绝对值编码器采用多级齿轮与光信号的方式来记录主轴圈数。主要由镂空齿轮和光发射与接收装置组成。
主轴通过霍尔原理记录单圈角度。
在记录多圈时利用多级齿轮副传动加光电发射板和光电接收板相结合，通过齿轮上的通孔部分和非通孔部分来读取光电信号的通与不通来确定齿轮四个象限的位置从而计算主动轴转动圈数，由于齿轮空间的限制，一级齿轮只能记录四圈，若记录更多圈数，要增加齿轮传动的级数，空间限制大，产品笨重，结构复杂。同时软件编程繁琐，机械结构精度要求高，且由于齿轮间无法消除的间隙，正反转时测量精度有延迟，需要软件修正。
发明内容
为了解决上述现有技术中多圈编码器结构复杂、精确度低的缺陷，本发明提出了一种谐波式绝对值编码器。
本发明采用以下技术方案：
一种谐波式绝对值编码器，包括：壳体、主动轴、多圈检测部、单圈检测部和谐波齿轮部；
所述谐波齿轮部设置在壳体上，主动轴转动设置在壳体上，主动轴与谐波齿轮部的输入轴传动连接；单圈检测部包括与主动轴同步旋转的第一转动部和用于检测第一转动部的旋转角度的第一PCB；多圈检测部包括与谐波齿轮部的输出轴同步旋转的第二转动部和用于检测第二转动部的旋转角度的第二PCB。
优选的，所述第一转动部包括与主动轴同轴设置并同步旋转的转体和设置在转体上的永磁体；所述第一PCB上设有霍尔传感器。
优选的，所述第二转动部为同轴设置在谐波齿轮部的输出轴上并与谐波齿轮部的输出轴同步转动的转子；所述第二PCB用于检测转子的旋转角度。
优选的，所述转子为与主动轴同轴设置且沿外周均匀分布有多个齿隙的环形结构。
优选的，第一PCB和第二PCB均与壳体相对静止，所述第一PCB在垂直于主动轴轴向的第一平面上的投影和第二PCB在第一平面上的投影均位于谐波齿轮部的同心圆内。
优选的，所述第一PCB和第二PCB位于谐波齿轮部的两侧。
优选的，所述第一PCB为圆形，第二PCB为套设在主动轴上的环形。
优选的，还包括处理器，处理器分别连接第一PCB和第二PCB，第一PCB用于检测第一转动部相对于初始位置的旋转角度a1；第二PCB用于检测转子的旋转角度b1；处理器用于结合谐波齿轮部的传动比和旋转角度b1计算主动轴的旋转圈数c1，处理器还用于计算主动轴的绝对旋转角度K，K＝a1+c1×360。
本发明的优点在于：
(1)通过第一PCB对第一转动部的旋转角度的检测，实现了对主动轴单圈旋转角度的检测；通过谐波齿轮部的输出轴与第二转动部的同步转动，实现了第二PCB对谐波齿轮部的输出轴的转动角度的监控；谐波齿轮部可实现大传动比，通过谐波齿轮部实现了将主动轴的大行程角度转换为第二转动部的小行程角度，从而实现将主动轴的旋转圈数的检测转换为第二转动部旋转角度的检测，从而通过主动轴的旋转圈数与第一PCB检测到的主动轴的单圈旋转角度的结合，实现对主动轴的绝对旋转角度的检测，实现绝对编码功能。
(2)单圈检测部中，通过霍尔传感器对永磁体的磁感应，实时监控永磁体相对于初始位置的转动角度，从而获得主动轴的转动角度，提高可检测精度和实时性。
(3)通过谐波齿轮部的传动比转换，将主动轴的绝对旋转角度的检测转换为旋转圈数的检测，并进一步转换为第二转动部的绝对旋转角度的检测，使得第二转动部可通过多种方式实现。
(4)通过对第一PCB和第二PCB的规整，使得壳体内部结构更加紧凑，有利于壳体的结构设计，提高该谐波式绝对值编码器的美观性和人体力学适应性。
(5)延长了两块PCB之间的距离，即避免了两块PCB的电磁信号干扰，又避免了散热部件的集中，有利于降低壳体内部温度。
(6)本发明提供的谐波式绝对值编码器所记录的圈数由谐波齿轮部的传动比决定，谐波齿轮部传动传动比大，有利于精简传动级数。该谐波式绝对值编码器与传统多齿轮光电编码器相比，精度更高，体积更小，安装和使用环境适应性更高。
附图说明
图1为一种谐波式多圈编码器结构图。
图示：1、主动轴；2、单圈检测部；21、第一转动部；22、第一PCB；3、多圈检测部；31、第二PCB；32、转子；4、谐波齿轮部；41、刚齿轮；42、椭圆轴承；43、柔齿轮。
具体实施方式
本实施方式提出的一种谐波式绝对值编码器，包括：壳体、主动轴1、单圈检测部2、多圈检测部3和谐波齿轮部4。
所述谐波齿轮部4设置在壳体上，主动轴1转动设置在壳体上，主动轴1与谐波齿轮部4的输入轴传动连接。具体的，本实施方式中，谐波齿轮部4采用常规结构，其由刚轮41、椭圆轴承42和柔轮43组成。谐波齿轮部4的刚轮41与壳体固定连接，椭圆轴承42作为谐波齿轮部4的输入轴，柔轮43作为谐波齿轮部4的输出轴。
单圈检测部2包括与主动轴1同步旋转的第一转动部21和用于检测第一转动部21旋转角度的第一PCB22。如此，第一转动部21与主动轴1同步转动，故而，通过第一PCB22对第一转动部21的旋转角度的检测，实现了对主动轴1单圈旋转角度的检测。
多圈检测部3包括与谐波齿轮部4的输出轴同步旋转的第二转动部和用于检测第二转动部的旋转角度的第二PCB31。如此，通过谐波齿轮部4的输出轴与第二转动部的同步转动，实现了第二PCB31对谐波齿轮部4的输出轴的转动角度的监控。
谐波齿轮部4可实现大传动比，通过谐波齿轮部4实现了将主动轴1的大行程角度转换为第二转动部的小行程角度，从而实现将主动轴1的旋转圈数的检测转换为第二转动部旋转角度的检测，从而通过主动轴1的旋转圈数与第一PCB22检测到的主动轴1的单圈旋转角度的结合，实现对主动轴1的绝对旋转角度的检测，实现绝对编码功能。
具体的，本实施方式中，所述第一转动部21包括与主动轴1同轴设置并同步旋转的转体和设置在转体上的永磁体；所述第一PCB22上设有霍尔传感器，以通过霍尔传感器对永磁体的磁感应，实时监控永磁体相对于初始位置的转动角度，从而获得主动轴1的转动角度。具体的，为了提高检测精度，永磁体偏离主动轴1轴线设置。本实施方式中，转体实现为与主动轴1传动连接的第一联轴器，永磁体设置在第一联轴器的外壁上。
本实施方式中，所述第二转动部为同轴设置在谐波齿轮部4的输出轴上并与谐波齿轮部4的输出轴同步转动的转子32。所述第二PCB31用于检测转子32的旋转角度，从而实现对谐波齿轮部4的输出轴的旋转角度的检测。具体的，所述转子32为与主动轴1同轴设置且沿外周均匀分布有多个齿隙320的环形结构。具体的，本实施方式中，转子32空套在主动轴1上，且转子32通过第二联轴器与谐波齿轮部4的输出轴传动连接。
多圈检测部3的另一个实施方式中，第二转动部也可实现为设置在谐波齿轮部4的输出轴上的连接件以及设置在连接件上的永磁体，第二PCB31通过霍尔传感器检测连接件上的永磁体的磁场变化，从而检测谐波齿轮部4的输出轴的转动角度。此时，第二PCB31的检测方式与第一PCB22的检测方式相同，只是通过对应的永磁体的安装位置不同，实现了对不同对象的旋转角度的检测，从而分别实现对主动轴1单圈旋转角度和旋转圈数的检测。
本实施方式中，第一PCB22和第二PCB31均与壳体相对静止，具体可设置成第一PCB22和第二PCB31均固定设置在壳体上。所述第一PCB22在垂直于主动轴1轴向的第一平面上的投影和第二PCB31在第一平面上的投影均位于谐波齿轮部4的同心圆内。如此，本实施方式中，通过对第一PCB22和第二PCB31的规整，使得壳体内部结构更加紧凑，有利于壳体的结构设计，提高该谐波式绝对值编码器的美观性和人体力学适应性。
本实施方式中，所述第一PCB22和第二PCB31位于谐波齿轮部4的两侧，以延长两块PCB之间的距离，即避免了两块PCB的电磁信号干扰，又避免了散热部件的集中，有利于降低壳体内部温度。
本实施方式中，所述第一PCB22为圆形，第二PCB31为套设在主动轴1上的环形，进一步提高PCB和壳体内部结构的紧凑。
本实施方式中，还包括处理器，处理器分别连接第一PCB22和第二PCB31，第一PCB22用于检测第一转动部21相对于初始位置的旋转角度a1；第二PCB31用于检测转子32的旋转角度b1；处理器用于结合谐波齿轮部4的传动比和旋转角度b1计算主动轴1的旋转圈数c1，处理器还用于计算主动轴1的绝对旋转角度K，K＝a1+c1×360。本实施方式中，可直接采用现有的处理器结合现有的控制逻辑实现绝对旋转角度K的计算，在此不做赘述。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
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