[发明专利]磁位置传感器

说明书

一种组装位置感测装置的方法，该位置感测装置用于感测铰接结构的转动关节的位置。所述位置感测装置包括磁传感器组件和盘，该盘具有具备j个磁极对的第一磁环和具备k个磁极对的第二磁环。所述盘的边界受所述铰接结构约束。所述方法包括：将所述第一磁环的磁极对的数目确定为整数p，使得所述第一磁环与约束边界分开至少所述磁传感器组件的距离；将所述第二磁环的磁极对的数目确定为整数q，使得所述第二磁环与所述第一磁环分开预定距离；以及如果p和q互质，则：选择j为p且k为q；并且通过将所述盘安装到所述铰接结构来组装所述位置感测装置，使得允许所述盘和所述转动关节都绕同一轴线旋转。

背景技术

在涉及铰接结构的应用中，通常期望确定铰接结构的最远侧连杆的远端的位置。这可以通过沿铰接结构从铰接结构的基部到最远侧连杆，感测每个连杆相对于最后一个连杆的位置来实现。这一系列的测量可以与铰接结构的已知布局结合使用，以确定最远侧连杆的远端相对于基部的位置。旋转位置传感器用于感测连杆之间的相对旋转。线性位置传感器用于感测连杆之间的相对纵向运动。

霍尔效应磁传感器通常用于感测连杆之间的相对运动。在典型的旋转位置传感器中，环具有围绕其布置的一组交替磁极。传感器与环相互作用，并且被定位成使得磁极在期望感测的旋转发生时移动经过传感器。例如，环可以围绕轴附接，并且传感器可以附接至壳体(轴在该壳体内旋转)。当磁极移动经过传感器时，传感器检测到磁极性的变化。通过对极性变化的数目进行计数，可以感测到相对于参考位置的旋转的量。为了感测旋转方向，可以提供两对这样的环和传感器，并且该两对环和传感器被布置成使得一个传感器检测到该传感器的环的磁转变的旋转位置与另一传感器检测到其环的磁转变的位置错开。通过考虑由每个传感器检测到的转变的相对定时，可以感测到旋转方向。

机器人领域利用铰接结构作为机器人臂。精确的位置感测对于机器人臂是重要的，以确保机器人臂的末端执行器被精确地按预期进行操纵。位置传感器的磁环越大，则越精确地感测到机器人臂的两个连杆的相对旋转。然而，在一些机器人应用中，例如在外科机器人领域中，希望位置传感器非常紧凑以装配在可用空间内并使位置传感器增加到臂上的重量最小化。

因此，需要一种平衡精度和紧凑性的抵触要求的改进的位置传感器。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种组装用于感测铰接结构的转动关节的位置的位置感测装置的方法，所述位置感测装置包括磁传感器组件和盘，所述盘具有具备j个磁极对的第一磁环和具备k个磁极对的第二磁环，所述盘的边界由所述铰接结构约束，所述方法包括：将所述第一磁环的磁极对的数目确定为整数p，使得所述第一磁环与约束边界分开至少所述磁传感器组件的距离；将所述第二磁环的磁极对的数目确定为整数q，使得所述第二磁环与所述第一磁环分开预定距离；以及如果p和q互质，则选择j为p，且k为q；以及通过将所述盘安装到所述铰接结构来组装所述位置感测装置，使得允许所述盘和所述转动关节绕同一轴线旋转。

如果p和q不是互质的，则所述方法可以包括：迭代地确定所述第二磁环的磁极对的数目的另一q值，使得p和q之间的差每次迭代递增1；以及对于每次迭代，如果p和q互质，则将p选为所述第一磁环的磁极对的数目范围的界限，并且将q选为所述第二磁环的磁极对的数目范围的界限；识别一个或更多个其它互质数对p’、q’，其中：p’在所述第一磁环的磁极对的数目范围内，q’在所述第二磁环的磁极对的数目范围内，并且对于该p’、q’对，所述第二磁环与所述第一磁环分开至少所述预定距离；选择具有最大p’值的识别的p’、q’对；选择j为所选择的p’且k为所选择的q’；以及通过将所述盘安装到所述铰接结构来组装所述位置感测装置，使得允许所述盘和所述转动关节绕同一轴线旋转。