致动器，双足、四足、四轮足机器人，机械臂及控制方法与流程

1.本技术属于机器人及其控制技术领域，更具体的说涉及致动器，双足、四足、四轮足机器人，机械臂及控制方法，还涉及用于存储致动器的控制方法对应代码的存储介质。


背景技术：

2.随着科学技术进步，机器人被大量运用到工业领域中，从事各种工业生产活动，通过对机器人进行编程使其能够完成独立、复杂、高强度的工作，辅助车间工人等劳动者进行协同工作；一方面，可以完成人类难以完成的高难度工作任务，另一方面，机器人可以实现长时间不间断工作，提高工作效率。
3.目前，在机器人相关技术中，机器人通常由可作相对运动的致动器、电机和减速器等部件连接构成。其中，致动器是机器人的重要组成部分，致动器的数量从很大程度上决定了机器人的灵活性，一般而言，其灵活性越高，所需的致动器数量也就越多。
4.对于机器人的致动器，通常需要使用至少两组以上编码器，编码器数量越多，需占用致动器大量的内部空间，使得致动器的不仅尺寸大，而且提高了致动器的硬件成本；毫无疑问，机器人自由度越多，机器人中使用的致动器数量也就越多，所需使用的编码器数量也会随之增加，并且致动器在机器人硬件成本中占有很大比重，最终致动器硬件成本越高将会使得机器人的硬件成本也被大幅度提高。


技术实现要素：

5.为了达到解决上述技术问题的目的，本技术提出了一种致动器，双足、四足、四轮足机器人，机械臂及控制方法，以及用于存储致动器的控制方法对应代码的存储介质，进一步的，除四轮足机器人之外，该致动器还可以用于四足机器人和双足机器人等仿生机器人中。
6.具体而言，第一方面本技术提供一种致动器，包括，关节单元，关节单元包括，刹车机构，刹车机构用于在致动器下电时对电机输出轴抱闸；以及，仅包括一个单圈绝对值式编码器，单圈绝对值式编码器用于检测电机输出轴的转动位置；与关节单元通信连接的控制单元；控制单元包括：存储器，存储器用于存储根据抱闸时单圈绝对值式编码器检测的转动位置数据；控制器，控制器用于在上电时，根据转动位置数据对单圈绝对值式编码器进行位置信息还原。
7.在第一方面的一些实施方案中，存储器存储的转动位置数据包括电机输出轴的转动圈数和第一转动位置；上电时，电机输出轴的当前转动位置为第二转动位置；根据转动位置数据对单圈绝对值式编码器进行位置信息还原，包括，根据第一转动位置与第二转动位置的角度差值是否在预设阈值范围内和转动圈数进行还原。
8.在第一方面的一些实施方案中，还原包括当角度差值的绝对值超过预设阈值范围时，判定发生异常。
9.在第一方面的一些实施方案中，还原包括当角度差值的绝对值在预设阈值范围以
内时，将转动圈数和第二转动位置组合作为位置信息还原数据。
10.在第一方面的一些实施方案中，还原还包括如果第一转动位置位于零位的负侧，第二转动位置位于零位或零位的正侧，则将转动圈数加1；如果第一转动位置位于零位或零位的正侧，第二转动位置位于零位的负侧，则将转动圈数减1。
11.在第一方面的一些实施方案中，关节单元还包括减速器，减速器的减速比大于1。
12.第二方面，本技术还提供一种致动器的控制方法，应用于致动器，该致动器包括关节单元，关节单元包括：刹车机构，刹车机构用于在致动器下电时对电机输出轴抱闸；以及，仅包括一个单圈绝对值式编码器，单圈绝对值式编码器用于检测电机输出轴的转动位置；该控制方法包括，存储根据抱闸时单圈绝对值式编码器检测的转动位置数据；在上电时，根据转动位置数据对单圈绝对值式编码器进行位置信息还原。
13.在第二方面的一些实施方案中，存储的转动位置数据包括电机输出轴的转动圈数和第一转动位置；上电时，电机输出轴的当前转动位置为第二转动位置；根据转动位置数据对单圈绝对值式编码器进行位置信息还原，包括，根据第一转动位置与第二转动位置的角度差值是否在预设阈值范围内和转动圈数进行还原。
14.在第二方面的一些实施方案中，控制方法包括当角度差值的绝对值超过预设阈值范围时，判定发生异常。
15.在第二方面的一些实施方案中，还原包括当角度差值的绝对值在预设阈值范围以内时，将转动圈数和第二转动位置组合作为位置信息还原数据；且，当第一转动位置位于单圈绝对值式编码器的零位的负侧，第二转动位置位于零位或零位的正侧，则将转动圈数加1；当第一转动位置位于零位或零位的正侧，第二转动位置位于零的负侧，则将转动圈数减1。
16.第三方面，本技术提供了一种机器人，该机器人所有关节中的至少一个是采用上述第一方面中所述的致动器设计得到。具体来说，该机器人中至少存在一个关节为第一方面中所述的致动器，其包括关节单元和控制单元，关节单元包括刹车机构和一个单圈绝对值式编码器，控制单元包括存储器和控制器。
17.第四方面，本技术提供了一种双足机器人，类似的，该双足机器人所有关节中的至少一个是采用上述第一方面中所述的致动器设计得到。具体来说，该机器人中至少存在一个关节为第一方面中所述的致动器，其包括关节单元和控制单元，关节单元包括刹车机构和一个单圈绝对值式编码器，控制单元包括存储器和控制器。
18.第五方面，本技术提供了一种四足机器人，类似的，该四足机器人所有关节中的至少一个是采用上述第一方面中所述的致动器设计得到。具体来说，该机器人中至少存在一个关节为第一方面中所述的致动器，其包括关节单元和控制单元，关节单元包括刹车机构和一个单圈绝对值式编码器，控制单元包括存储器和控制器。
19.第六方面，本技术提供了一种四轮足机器人，类似的，该四轮足机器人所有关节中的至少一个是采用上述第一方面中所述的致动器设计得到。具体来说，该机器人中至少存在一个关节为第一方面中所述的致动器，其包括关节单元和控制单元，关节单元包括刹车机构和一个单圈绝对值式编码器，控制单元包括存储器和控制器。
20.第七方面，类似的，本技术提供了一种机械臂，该机械臂所有关节中的至少一个是
采用上述第一方面中所述的致动器设计得到。具体来说，该机器人中至少存在一个关节为第一方面中所述的致动器，其包括关节单元和控制单元，关节单元包括刹车机构和一个单圈绝对值式编码器，控制单元包括存储器和控制器。
21.第八方面，本技术还提供一种机器人，包括处理器和存储器，其存储器上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器调用时，使得机器人执行上述致动器的控制方法。
22.第九方面，本技术提供一种存储介质，其上存储有可执行代码，当可执行代码被机器人的处理器执行时，使机器人执行上述致动器的控制方法。
23.本技术技术方案具有以下有益效果：采用一个单圈绝对值式编码器就可以实现致动器的失电后上电位置还原，省去了多组编码器，降低了硬件成本，且减少了致动器的内部空间占用。此外，相比于多圈绝对值编码器必须配置电池以对转动圈数进行记录，采用单圈绝对值式编码器无需配置电池。且结构简单，稳定性高，降低了致动器的故障率。
附图说明
24.图1为本技术实施例中致动器的一个结构示意图；图2为本技术实施例中单圈绝对值式编码器的一个安装示意图；图3为本技术实施例中多个致动器的一个连接示意图；图4为本技术实施例中致动器的控制方法的一个流程示意图；图5为本技术实施例中致动器的控制方法的另一个流程示意图；图6为本技术实施例中致动器的控制方法中位置信息还原的一个流程示意图；图7为本技术实施例一的单圈绝对值式编码器上电后的状态示意图；图8为本技术实施例二的单圈绝对值式编码器上电后的状态示意图；图9为本技术实施例三的单圈绝对值式编码器上电后的状态示意图；图10为本技术实施例四的单圈绝对值式编码器上电后的状态示意图；图11为本技术实施例中双足机器人的一个结构示意图；图12为本技术实施例中四足机器人的一个结构示意图；图13为本技术实施例中四轮足机器人的一个结构示意图；图14为本技术实施例中的机械臂结构示意图；图15为本技术实施例中机器人的一个结构示意图；图16为本技术实施例中计算机存储介质的一个结构示意图。
25.图中附图标记如下：1-致动器、1-1
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第一个致动器、1-2
ꢀ‑
第二个致动器、1-n
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第n个致动器、2-关节单元、21-刹车机构、22-单圈绝对值式编码器、221-读头、222-编码盘、3-电机、31-电机输出轴、32-转子、33-定子、4-控制单元、41-存储器、42-控制器、43-上位机、44-存储器、45-总线、5-零位、6-减速器、7-第一转动位置、8-第二转动位置、9-角度差值、10-法兰盘。
具体实施方式
26.以下将以附图公开本技术的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本技术。也就是说，
在本技术内容部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式示出的。
27.如图1所示，其展示了本技术的一种致动器1的结构框图，包括关节单元2，其中，关节单元2包括，刹车机构21, 刹车机构21用于在致动器1下电时对电机输出轴31抱闸，并且关节单元2仅包括一单圈绝对值式编码器22，单圈绝对值式编码器22用于检测电机输出轴31的转动位置。
28.其中，致动器1还包括与关节单元2通信连接的控制单元4。控制单元4包括存储器41和控制器42。存储器41用于存储抱闸时单圈绝对值式编码器22的检测数据。控制器42用于在上电时，根据存储器41存储的转动位置数据进行位置信息还原。
29.在一些实施方案中，关节单元2的刹车机构21与电机输出轴31连接，例如通过电磁抱闸器抱闸时的产生的摩擦力对电机输出轴31进行制动。单圈绝对值式编码器22可以是电磁式的，也可以是光电式的，单圈绝对值式编码器22包括读头221和编码盘222，读头221在编码盘222跟随电机输出轴31转动的过程中检测电机输出轴31的转动位置。其中编码盘222随与电机输出轴31转动，读头221与编码盘222间隔一定距离固定设置。
30.这样，在电机输出轴31转动时，带动编码盘222同步转动，读头221可以读取编码盘222的编码信号，进而实时确定编码盘222（电机输出轴31）的当前位置。进而可以计算出当前位置相对于零位5的转动角度，并且在编码盘222转动跨越一次零位5时，可以认定编码器转动超过一周，因此，通过读头221读取的信息，可以实时得知编码盘222及电机输出轴31转过的转动圈数以及当前的转动位置。进而可以计算出电机输出轴31总共转过的角度，即转动圈数乘以360
°
加上当前转动位置与零位5之间的夹角。
31.在一个实施方案中，在电机输出轴31正转时，编码盘222的转动位置为增量式变化，即相比于零位5的角度逐渐增大，并且，在跨越零位5时，转动圈数增加。当电机输出轴31反转时，编码盘222的转动位置为减量式变化，即相比于零位5的角度逐渐减小，并且，在跨越零位5时，转动圈数减小。当然，在另一个方案中，也反过来，即在电机输出轴31反转时，编码盘222的转动位置为增量式变化，即相比于零位5的角度逐渐增大，并且，在跨越零位5时，转动圈数增加。当电机输出轴31正转时，编码盘222的转动位置为减量式变化，即相比于零位5的角度逐渐减小，并且，在跨越零位5时，转动圈数减小。
32.采用这样的方案，下电时，控制单元4将单圈绝对值式编码器22检测转动位置数据存储在存储器41中。等上电时，控制单元4读取存储的检测数据，并与当前单圈绝对值式编码器22的检测数据比对，如果不一致说明在下电后，电机输出轴31因外部碰撞等因素发生了转动，根据存储的检测数据，对关节上电后的当前的位置信息进行还原，随后在还原基础上继续下一步动作。这里的位置信息是指关节单元2的位置信息，更具体的说法是指关节单元2输出端的位置信息，在有减速器6和/或法兰盘10的情况下，为减速器6输出轴和/或法兰盘10的转动位置信息，其转动位置信息与电机输出轴31的转动位置信息存在一定的比例关系，如果没有减速器6，则两者的比例关系为1；如果存在减速器6，则是比例是减速器6的减速比，基于此，通过对电机输出轴31的转动位置信息进行检测，即可获得关节单元2输出端的位置信息。
33.这样采用一个单圈绝对值式编码器22就可以实现致动器1的位置还原，省去了在减速器6的编码器，减少了部件,而致动器1一般都是多轴结构，即包括多个关节单元2，例如
6个，则对应减少了6个编码器，极大节约了成本。同时，减少了6个编码器，则对应省去了设置这6个编码器的安装结构和安装空间，减小了致动器的内部空间占用，因此，一方面，当上述结构的致动器应用于四轮足机器人或四足机器人中时，可以缩小致动器的尺寸，小尺寸的致动器在四轮足机器人或四足机器人的位置选择更多、更灵活，使得整体设计在结构布局上更加合理，也易于布局，当然在整体美观程度上也会有一定的提升；另一方面，内部空间占用更小的致动器应用于机械臂中时，可以使得机械臂的整体结构更加紧凑小巧，对于窄小的应用的场景也能适用，这样机械臂的应用场景更加广泛。而且，由于减少了编码器及对应的安装结构，进而也减轻了重量，每个关节单元2的重量都大为减轻，部件的自重对于机械臂控制精度的负面影响减少，使得整体的控制精度更高。
34.而且本技术中采用单圈绝对值式编码器22，相比于增量编码器，其可以精确检测出下电后，电机输出轴31产生的角度变化，而增量式编码器在下电后，即使因为碰撞产生位置变化，也无从得知，无法进行还原。此外，相比于多圈绝对值编码器必须配置电池以对转动圈数进行记录，采用单圈绝对值式编码器22无需配置电池，而且，众所周知，结构越简单，稳定性越高，单圈绝对值式编码器22在使用过程中不容易出现由于本身的结构问题带来的误差，或者是失效等问题，降低了致动器1的故障率。
35.在一些实施方案中，读头221与控制器42通信连接，控制器42可将读头221读取的编码盘222的转动位置数据（即编码器的检测数据）实时存储到存储器41中，并由存储器41进行保存。在需要时，控制器42也可从存储器41读取之前存储的检测数据，以进行后续操作，例如进行计算等。在一个实施方案中，由控制器42根据读头221读取的数据计算编码盘222的转动圈数（即电机输出轴31的转动圈数）以及编码盘222的当前转动位置（即电机输出轴31的当前转动位置），并将转动圈数和当前转动位置的值存入存储器41中,在一个方案中，当前转动位置可以是读头221直接读取的编码值，也可以是根据编码值计算转化的数据，例如相对于零位5的角度值。
36.在一些实施方案中，单圈绝对值式编码器22为磁电式编码器或光电式编码器，对应的，编码盘222为磁栅盘或者光栅盘。
37.在一个实施方案中，以光电式编码器为例描述一下工作过程。在编码盘222上有许多道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线
……
n线等方式编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的明、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码)，称为n位绝对编码器。编码盘222在360
°
内转动到任一位置，都有对应的编码，例如0000,0001
……
1000等，可被读头221读取，进而获取编码盘222的当前转动位置，在编码盘222转动超过一圈，即跨越零位5时，控制器42可通过读头221读取的数据的变化计算得出。
38.在一些实施方案中，存储器41存储的转动位置数据包括电机输出轴31下电时的转动圈数和转动位置，下电时的转动位置为第一转动位置7；上电时，电机输出轴31的当前转动位置为第二转动位置8；根据转动位置数据对单圈绝对值式编码器22进行位置信息还原，包括，根据第一转动位置7与第二转动位置8的角度差值9是否在预设阈值范围内和转动圈数进行还原。
39.在一些实施方案中，转动圈数的初始值可以为0或其他预设值，只要控制器42能够识别其表示的含义是圈数值为0即可（例如初始值为100，则101可以表示转动圈数为1，110
可以表示转动圈数为10）。在工作过程中，电机输出轴31的转动可能只在1圈内，即360
°
以内，此时转动圈数的值不发生变化。电机输出轴31的转动也可超过一圈或更多圈，当电机输出轴31转动跨越一次零位5（0
°
/360
°
）时，则转动圈数的值加1（从零位5的负侧跨向正侧时）或减1（从零位5的正侧跨向负侧时）。其中，零位5的正侧是指从零位5向角度值逐渐增大的方向，即从零位5逐渐增大至180
°
的方向。零位5的负侧是指从零位5向角度值逐渐减小的方向，即从零位5（360
°
）逐渐减小至180
°
的方向。
40.第一转动位置7和第二转动位置8的角度差值9，可以是第二转动位置8相比于第一转动位置7位于顺时针方向或者位于逆时针方向，当然两者也可以完全重合。两者完全重合意味着电机输出轴31的位置未发生变化，可以认为致动器1下电后完全未被受到外力，或者外力及其轻微忽略不计。第二转动位置8相比于第一转动位置7位于顺时针方向或者位于逆时针方向，意味着电机输出轴31受到了外力（例如碰撞）作用，且外力使得电机输出轴31发生了转动。
41.在一些实施方案中，还原包括当角度差值9的绝对值在预设阈值范围内时，进行正常的还原过程；当角度差值9的绝对值超过预设阈值范围时，则判定发生异常。预设范围可以根据致动器、四轮足机器人、四足机器人、双足机器人、或机械臂的类型、尺寸、应用场景等确定，例如在角度值在1-5
°
中选择。超过预设阈值范围，则说明碰撞使得电机输出轴31的转动超过了可以允许的范围，此时，进行直接复位很可能会造成较大误差或者产生其他问题。在判定发生异常后，可以采取发出警报、断电、对关节单元2初始化等措施中的一个或多个。
42.在一些实施方案中，还原包括当角度差值9的绝对值在预设阈值范围之内时，将转动圈数和第二转动位置8组合作为位置信息还原数据。在一个实施方案中，以预设阈值为2
°
为例，当第二转动位置8相比于第一转动位置7的角度差值9的绝对值小于等于预设阈值2
°
时，例如角度差值9为1
°
时，无论是第二转动位置8是在第一转动位置7顺时针方向还是逆时针方向，都说明电机输出轴31角度的变化在允许范围内。此时，电机输出轴31相比于零位5实际转过的角度为，转动圈数的值乘以360
°
再加上第二转动位置8相比于零位5的角度。
43.采用这样的方案，无论机械臂是通电、还是断电，只要电机输出轴31发生转动，单圈绝对值式编码器22均能实时展示出转动位置的变化。这样就实现了即使下电后也能实时监测电机输出轴31的转动位置。当需要上电继续工作时，能够对电机输出轴31的当前位置进行精准复原，省去了归零的操作，节约了时间、降低了成本。
44.考虑到下电前的第一转动位置7刚好位于零位5附近时，下电后的外力（例如碰撞）等原因会导致电机输出轴31的转动跨越零位5，此时的复原，不仅仅是角度差值9的问题，还存在转动圈数发生变化使得实际的圈数与存储器41存储的转动圈数不一致的问题。举例来说，预设阈值为3
°
，下电前的第一转动位置7在1
°
的位置，转动圈数为1，上电后第二转动位置8在-1
°
（即359
°
）的位置。此时，第一转动位置7和第二转动位置8的角度差值9为2
°
，在预设阈值范围内。但如果此时直接进行位置还原，则下电前的电机输出轴31在360
°×
1+1
°
=361
°
的位置，上电后的电机输出轴31的位置为360
°×
1+359
°
=719
°
，显然还原的结果是错误的，会产生很大的问题。
45.因此，在一些实施方案中，当第一转动位置7和第二转动位置8并非位于单圈绝对值式编码器22的同一侧时，在还原时，还要对转动圈数进行校正。在一个实施方案中，校正
包括，如果第一转动位置7位于零位5的负侧，第二转动位置8位于零位5或零位5的正侧，则将转动圈数加1；如果第一转动位置7位于零位5或零位5的正侧，第二转动位置8位于零位5的负侧，则将转动圈数减1。还是参照上面的例子计算，复位前先将转动圈数减1，则下电前的电机输出轴31在360
°×
1+1
°
=361
°
的位置，上电后的电机输出轴31的位置为360
°×
0+359
°
=359
°
，这样的结果明显就正确了。
46.并且，在一个实施方案中，控制器42将减1之后的转动圈数存储在存储器41中，存储可以是在复位过程中或复位后及时完成，这里不做具体限定。
47.采用这样的方案，即使由于下电后电机输出轴31的转动导致实际的转动圈数发生变化，也能够有效、精准的进行复位，避免了巨大误差的产生。
48.在一些实施方案中，存储器41集成在单圈绝对值式编码器22或者控制器42或者位于上位机中。在一个实施方案中，控制器42可以为现场控制器42或者是上位机中的处理器等。在一些实施方案中，存储器41采用flash存储器41。这样在，在下电时，存储器41内的数据也不会丢失。
49.在一些实施方案中，刹车机构21采用抱闸器，其中，抱闸器可以为撞针抱闸或电磁抱闸。
50.在一些实施方案中，关节单元2还包括减速器6，减速器6的减速比大于1，用于将电机输出轴31的高转速降速并提升转矩后输出，这样可以提高动力输出的控制精度。
51.在一些实施方案中，关节单元2还包括法兰盘10，其中，法兰盘10安装在减速器6的输出端。法兰盘10作为关节单元2的输出端，用以与其他的关节单元2或者连接臂连接。
52.在一些实施方案中，由控制器42对刹车机构21发出的刹车信号，使得刹车机构21能够对电机3的电机输出轴31抱闸，使关节停止运动。例如，上位机向关节单元2的刹车机构21发出刹车信号，或者现场控制器42向关节单元2的刹车机构21发出刹车信号，又或者是上位机向现场控制器42发出指令，由现场控制器42向关节单元2的刹车机构21发出刹车信号，等等。
53.如图2所示，为本技术的一个实施例的编码器安装示意图。
54.其中，作为动力源的电机3可以是关节单元2的一个组成部件，也可以是独立于关节单元2的部件，具体可根据实际需要进行设置。电机3包括定子33、转子32和电机输出轴31，其中，转子32设置在定子33内侧，电机输出轴31与转子32固定连接。
55.减速器6和刹车机构21分别设置在电机输出轴31的两侧。在一个实施方案中，在电机输出轴31一端连接减速器6，用于将电机输出轴31的高转速降速后输出，减速器6的输出端固定安装有法兰盘10，法兰盘10作为关节单元2的输出端，以与其他的关节单元2或者连接臂连接。在电机输出轴31的另一侧连接刹车机构21，用于对电机输出轴31进行抱闸制动；单圈绝对值式编码器22设置在刹车机构21的远离法兰盘10的一侧。其中，单圈绝对值式编码器22的编码盘222固定在电机输出轴31上，读头221与编码盘222间隔相对设置，用于检测编码盘222的转动位置。读头221与控制器42可通信连接，控制器42还可通信连接存储器41。
56.采用这样的方案，电机3的电机输出轴31在转子32一侧，并且减速器6和刹车机构21分别位于转子32两侧，使得整个致动器1的结构更加紧凑，并且由于只采用一个单圈绝对值式编码器22，省去了用于检测减速器6转动位置的另一编码器，相应地也就省去了用于安装另一编码器的低速轴，更加节省了部件、节约了成本，缩小了空间。
57.在一些实施方案中，在某些机器人或机械臂的应用场景中，大多需要将多个致动器组合在一起进行协同工作。图3为本技术实施中多个致动器的一个连接示意图，图3所示方案中，包括n个致动器和上位机43，n为大于或等于2的整数，第一个致动器1-1、第二个致动器1-2和第n个致动器1-n之间通过总线45与上位机43连接。其中，第一个致动器1-1中示意出了一个完整的关节结构，其包括关节单元2、电机3、存储器41和控制器42，其中关节单元2包括刹车机构21和单圈绝对值式编码器22。
58.需要说明的是，在多个致动器连接结构中，对于控制而言，对于每一个致动器来说，可以单独设置存储装置，如第一个致动器1-1中存储器41，也可以不设置存储装置，由上位机43中的存储器44进行集中存储。在每一个致动器中均可独立存储或者集中存储，对此本技术不做任何限制。
59.在一些实施方案中，部分致动器中只有关节单元2，不包括控制器42和存储器41，此时，上位机里的处理器和存储器41实现了本技术中的控制系统的功能。或者，部分致动器包括关节单元2和控制器42，不包括存储器41，存储器41在编码器中或者采用上位机存储器41，此时，致动器里的控制器42和编码器或上位机存储器41构成了本技术的控制系统。或者，部分致动器包括关节单元2和存储器41不包括控制器42，控制器42采用上位机的处理器，致动器里存储器41和上位机构成了本技术的控制系统，等等。即，只要能够实现本技术的控制方法，控制系统中控制器42和存储器41的位置不做特别要求，能够与关节单元2直接或间接通信连接即可。
60.本技术还提供了一种致动器的控制方法，应用于对上文所述的致动器的控制，，致动器1包括关节单元2，关节单元2包括：刹车机构21，刹车机构21用于在致动器1下电时对电机3的电机输出轴31抱闸；以及，仅包括一编码器，编码器为单圈绝对值式编码器22，单圈绝对值式编码器22用于检测电机3的电机输出轴31的转动位置；如图4所示，致动器的控制方法包括：s401、存储根据抱闸时单圈绝对值式编码器检测的转动位置数据；s402、在上电时，根据转动位置数据对单圈绝对值式编码器进行位置信息还原。
61.在一些实施方案中，存储的转动位置数据包括电机输出轴31的转动圈数和第一转动位置7；上电时，电机输出轴31的当前转动位置为第二转动位置8；根据转动位置数据对单圈绝对值式编码器22进行位置信息还原，包括，根据第一转动位置7与第二转动位置8的角度差值9是否在预设阈值范围内和转动圈数进行还原。
62.在一些实施方案中，控制方法包括当角度差值9的绝对值超过预设阈值范围时，判定发生异常。在判定发生异常后，可以采取发出警报、断电、对关节单元2初始化等措施中的一个或多个。
63.在一些实施方案中，还原包括当角度差值9的绝对值在预设阈值范围以内时，将转动圈数和第二转动位置8组合作为位置信息还原数据；且，当第一转动位置7和第二转动位置8并非位于单圈绝对值式编码器22的同一侧时，在还原时，要对转动圈数进行校正。在一个实施方案中，当第一转动位置7位于单圈绝对值式编码器22的零位5的负侧，第二转动位置8位于零位5的正侧，则将转动圈数加1；当第一转动位置7位于零位5的正侧，第二转动位置8位于零位5的负侧，则将转动圈数减1。
64.在一些实施方案中，方法由致动器1的控制单元4实现，控制单元4包括控制器42和
存储器41，其中，控制器42可以为现场控制器或者是上位机等，存储器41集成在单圈绝对值式编码器22或者控制器42或者位于上位机中。方法也可以是多个部件组合实现，在一个实施方案中，将读头221读取的数据存储在存储器41中由上位机或控制器42之一实现，复位的过程由上位机或控制器42中的另一个实现等等，当然将读头221读取的数据存储在存储器41中也可以由某些类型编码器自带的处理器控制实现。
65.参照附图5，本技术的致动器的控制方法包括：s501:上位机向控制器发出抱闸控制指令。
66.具体来说，控制器可以是致动器内的，如第一个致动器内。
67.s502:控制器接收到抱闸控制指令后，向刹车机构发送抱闸信号。
68.进而，使得刹车机构根据接收到的抱闸信号执行相应的抱闸操作以完成抱闸。
69.s503：控制器接收单圈绝对值式编码器发送的抱闸时的转动位置数据。
70.具体的，抱闸时的转动位置数据包括电机输出轴的转动圈数和第一转动位置。具体的，第一转动位置是完成抱闸后单圈绝对值式编码器的读头读取到的编码盘的转动位置；如图8-12中所示，其具体位置可以是图示中的第一转动位置7。
71.此外，转动圈数是控制器基于抱闸时的转动位置数据等数据进行计算得到。
72.进一步的，s504：控制器将抱闸时的转动位置数据发送至存储器中以进行存储。
73.s505：上电后，上位机向控制器发出复位控制指令。
74.与上述步骤s501类似的，控制器可以是致动器内的，如第一个致动器内。
75.s506：控制器接收到复位控制指令后，读取单圈绝对值式编码器中的当前转动位置数据。
76.其中当前转动位置数据即复位时的转动位置数据，具体是指控制器接收到复位控制指令时，读头再次读取到的编码盘的转动位置数据；类似的，如图8-12中所示，其具体位置可以是图示中的第二转动位置8。
77.同时，控制器接收到复位控制指令后，读取存储器中存储的抱闸时的转动位置数据，即转动圈数和第一转动位置。
78.s507：控制器根据转动圈数、抱闸时的转动位置数据和当前转动位置数据确定电机输出轴的当前位置。
79.在上述控制方法只是一种实施方式，其中是上位机向致动器内的控制器发出抱闸控制指令，再由致动器内控制器控制刹车机构抱闸，但是，应当知道，还可以是上位机直接控制刹车机构抱闸，或者致动器内控制器并非在上位机指令下动作，而是自身控制刹车机构抱闸，等等。
80.参考图6，在一个实施方案中，如图7-10中所示，以抱闸时的转动位置数据为第一转动位置7，当前转动位置数据为第二转动位置8为例，上述步骤s507进一步包括：s601、上电后，确定抱闸时第一转动位置与上电时第二转动位置的角度差值的绝对值是否大于阈值。
81.当抱闸时角度与上电时角度之差的绝对值大于阈值时，执行步骤s602；当抱闸时角度与上电时角度之差的绝对值小于等于阈值时，执行步骤s603。
82.此外，上电是指单圈绝对值式编码器完成上电操作，阈值是预先设置的。
83.s602、若是，确定致动器发生异常。
84.判定致动器发生异常，并可选择的进行后续操作，例如可以采取发出警报、断电、对关节单元初始化。等措施中的一个或多个。
85.s603、若否，确定第一转动位置和第二转动位置是否位于零位同一侧。
86.当第一转动位置和第二转动位置位于零位同一侧时，执行步骤s604;当第一转动位置和第二转动位置中的一个位于零位负侧，另一个位于零位或零位正侧时，执行步骤s605;s604、若是，不改变转动圈数，获取电机输出轴的实际位置。
87.此情形下，保持转动圈数不变，计算电机输出轴的实际位置为，转动圈数的值乘以360
°
再加上第二转动位置相比于零位的角度。
88.s605、若否，确定第一转动位置是否位于零位的负侧。
89.具体来说，若第一转动位置是位于零位的负侧，执行步骤s606；若第一转动位置不是位于零位的负侧，执行步骤s607。
90.s606、若是，将转动圈数加1后获取电机输出轴的实际位置。
91.此种情形下，先将转动圈数加1，后计算电机输出轴31的实际位置为，转动圈数加1后的值乘以360
°
再加上第二转动位置8相比于零位5的角度。
92.例如：致动器1在关机断电时，电机输出轴31的第一转动位置7为359
°
，转动圈数为0圈，上电后检测到的第二转动位置8为0.5
°
，可以知道第二转动位置8相比于第一转动位置7，是越过了零位5的（ 0
°
或360
°
）。那么可以说明致动器1在断电后由于外力触碰，造成了旋转，那么转动圈数应当加1，为1圈。电机输出轴31的当前实际位置为360
°×
1 +0.5
°
=360.5
°
。
93.s607、若否，将转动圈数减1后获取电机输出轴的实际位置。
94.此种情形下，先将转动圈数减1，后计算电机输出轴的实际位置为，转动圈数减1后的值乘以360
°
再加上第二转动位置相比于零位的角度。
95.例如：致动器在关机断电时，电机输出轴的第一转动位置为0
°
，转动圈数为1圈，上电后检测到的第二转动位置为359
°
。那么可以说明致动器在断电后由于外力触碰，造成了旋转，那么转动圈数应当减1，为0圈。电机输出轴的当前实际位置为360
°×
0 +359
°
=359
°
。
96.本技术的上述控制方法具有与上述致动器1相同的技术效果，在此处不再赘述。
97.需要说明的是，当本技术中致动器1用于机械臂（如协作机械臂）、机器人中时，上述致动器的控制方法，也适用于对机械臂和机器人的控制，也能实现相同的技术效果。
98.下面结合附图7-图10用具体实施例说明本技术致动器的控制方法的几种情况：实施例一：图7中，抱闸时读头221的位置用第一转动位置7表示，其中，零位5表示编码盘的初始位置，上电时读头221对应的位置表示第二转动位置8。设定预设阈值范围为2
°
。
99.致动器下电时，第一转动位置7=40
°
，电机输出轴转动圈数为1。则下电时电机输出轴的位置=360
°×
1+40
°
= 400
°
；致动器上电后，控制器控制读头221读取编码盘的当前位置即第二转动位置8=43
°
。
100.控制器计算第一转动位置7的40
°
与第二转动位置8的43
°
的角度差值9为3
°
，该角度差值9为3
°
大于阈值范围2
°
，则判定关节单元位置异常。可选择地，对关节单元位置进行
初始化。
101.实施例二设定预设阈值为2
°
，如图8所示，致动器下电时，第一转动位置7=59
°
，电机输出轴的转动圈数为1，即下电时电机输出轴的位置=360
°×
1+59
°
= 419
°
；致动器上电后，读取当前编码盘的第二转动位置8=58
°
。
102.第一转动位置7的59
°
与第二转动位置8的58
°
的角度差值9为1
°
，小于阈值范围2
°
。并且，第一转动位置7和第二转动位置8均位于零位5正侧，那么电机输出轴当前实际位置等于360
°×
1+58
°
= 418
°
。
103.实施例三设定预设阈值为3
°
，如图9所示，致动器下电时，第一转动位置7=359
°
，电机输出轴的转动圈数为2，即下电时电机输出轴的位置=360
°×
3+359
°
= 1439
°
；致动器上电后，读取当前编码盘的第二转动位置8=0.5
°
；第一转动位置7的359
°
位于零位5负侧，第二转动位置8的0.5
°
位于零位5正侧，两者的角度差值9为1.5
°
，小于预设阈值3
°
。
104.那么真实的转动圈数为存储器存储的3再加上1等于4，即，电机输出轴当前的位置=4
×
360
°
+0.5
°
=1440.5
°
。
105.实施例四设定预设阈值为1.5
°
，如图10所示，致动器下电时，第一转动位置7=0
°
，电机输出轴的转动圈数为2，即下电时电机输出轴的位置=360
°×
2+0
°
= 720
°
；致动器上电后，读取当前编码盘的第二转动位置8=359.5
°
；第一转动位置7的0
°
位于零位5，第二转动位置8的359.5
°
位于零位5负侧，两者的角度差值9为0.5
°
，小于预设阈值1.5
°
。
106.那么真实的转动圈数为存储器存储的2再减去1等于1，即，电机输出轴当前的位置=1
×
360
°
+359.5
°
=719.5
°
。
107.此外，本技术中的致动器可以应用于机器人中，具体可以是双足机器人、四足机器人和四轮足机器人等，在上述三种机器人中应用本技术中的致动器时，可以将双足机器人、四足机器人和四轮足机器人的部分或全部关节使用本技术中仅包括一个单圈绝对值式编码器的致动器。
108.下面以双足机器人为例进行说明，图11为本技术实施例中双足机器人的一个结构示意图。
109.如图11所示，双足机器人11包括两条腿，每一条腿上均包括大腿关节1101、小腿关节1102和足关节1103。
110.如图11所示的关节位置中，针对一条腿而言，可以将该腿中大腿关节1101、小腿关节1102或足关节1103中一个或多个关节采用本技术中的致动器进行设计得到。其中，其关节具体组成机构可参阅上述图1对应实施例中的相关描述，此处不再重复赘述。
111.下面以四足机器人为例进行说明，图12为本技术实施例中四足机器人的一个结构
示意图。
112.如图12所示，四足机器人12包括四条腿，与上述双足机器人类似，每一条腿上均包括大腿关节1201、小腿关节1202和足关节1203。
113.如图12所示的关节位置中，针对一条腿而言，可以将该腿中大腿关节1201、小腿关节1202或足关节1203中一个或多个关节采用本技术中的致动器进行设计得到。其中，其关节具体组成机构可参阅上述图1对应实施例中的相关描述，此处不再重复赘述。
114.应理解，在四足机器人12中，将全部四条腿中的大腿关节1201、小腿关节1202和足关节1203均使用本技术中的致动器进行设计的方案，是四足机器人硬件成本降低幅度最大的技术方案。
115.同样类似的，对双足机器人或四足机器人而言，可以将其机器人中包括大腿关节、小腿关节和足关节在内的部分或全部关节采用申请中致动器的结构进行设计得到。无论是四足机器人或者双足机器人，采用本技术中的致动器设计其关节结构，均可以实现降低硬件成本，同时提高其关节及机器人整体的稳定性、降低各个关节的故障率。
116.下面以四轮足机器人为例进行说明，图13为本技术实施例中四轮足机器人的一个结构示意图。
117.如图13所示，四轮足机器人13包括左后侧位置的腿部关节1301、右后侧位置的腿部关节1302、左前侧位置的腿部关节1303和右前侧位置的腿部关节1304。
118.在图13所示的关节位置中，可以将左后侧位置的关节1301、右后侧位置的腿部关节1302、左前侧位置的腿部关节1303和右前侧位置的腿部关节1304中任意一个或多个位置的关节采用本技术中的致动器进行设计得到。其中，其关节具体组成机构可参阅上述图1对应实施例中的相关描述，此处不再重复赘述。
119.此外，由于四轮足机器人设计时可以满足不同自由度的需求，因此在左后侧位置、右后侧位置、左前侧位置和右前侧位置中的每一个位置均可能设计一个或多个关节，以实现更多自由度的运动。相应的，在上述四个位置中的任意一个位置，均可以将该位置上的部分或全部关节采用本技术中致动器的结构进行设计得到。
120.类似的，本技术中致动器还可以应用于机械臂中，例如协作机械臂、多轴机械臂（如上述图3所示）。与机器人一样，机械臂也有大量关节，在应用本技术中的致动器时，可以将机械臂的部分或全部关节使用本技术中仅包括一个单圈绝对值式编码器的致动器。
121.图14为本技术实施例中机械臂的一个结构示意图。
122.如图14所示，机械臂14包括：基座1401、基座关节1402、中间关节1403、末端关节1404和末端连接件1405，其中基座关节1402、中间关节1403和末端关节1404之间通过不同结构的连杆相连接；基座关节1402、中间关节1403和末端关节1404中的一个或多个关节均可以采用申请中致动器的结构进行设计得到。例如，将基座关节1402、中间关节1403和末端关节1404全部采用本技术中仅包括一个单圈绝对值式编码器的致动器。
123.本技术中采用仅包括一个单圈绝对值式编码器的致动器对机械臂进行重新设计，由于降低了单个关节的硬件成本，因此重新设计的关节数量越多整个机械臂的硬件成本降低也越多，同时单个关节的故障率降低的情况下，整个机械臂的故障率也会从一定程度得到降低，提升机械臂的可靠性。
124.如图15所示，本技术实施例中还提供一种机器人15，包括处理器1501和存储器
1502，存储器1502上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器1501调用时，使得电子设备15执行的致动器的控制方法。
125.需要说明的是，机器人15所示的结构可以适用于四轮足机器人、双足机器人和四足机器人中。
126.如图16所示，本技术还提供一种计算机存储介质16，其上存储有可执行代码1601，当可执行代码1601被机器人的处理器执行时，使机器人执行的致动器的控制方法。具体执行及其实现过程可参阅上述方法实施例的描述，此处不再赘述。
127.本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器（read-only memory，rom）、随机存取器（randomaccess memory），ram、磁盘或光盘等。
128.上述描述涉及各种模板，除非明确要求，本技术的范围不受实施例中明确提到的模板中的特定硬件和/或软件特性的限制。作为非限制性例子，本技术在实施例中可以由一种或多种处理器执行软件指令。需要指出的是，上文对各种模板的描述中，分割成这些模板，是为了说明清楚。然而，在实际实施中，各种模板的界限可以是模糊的。例如，本文中的任意或所有功能性模板可以共享各种硬件和/或软件元件。又例如，本文中的任何和/或所有功能模板可以由共有的处理器执行软件指令来全部或部分实施。另外，由一个或多个处理器执行的各种软件子模板可以在各种软件模板间共享。相应地，除非明确要求，本技术的范围不受各种硬件和/或软件元件间强制性界限的限制。
129.应当理解，以上借助优选实施例对本技术的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本技术说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种致动器，其特征在于：包括，关节单元，所述关节单元包括，刹车机构，所述刹车机构用于在所述致动器下电时对电机输出轴抱闸；以及，仅包括一个单圈绝对值式编码器，所述单圈绝对值式编码器用于检测所述电机输出轴的转动位置；与所述关节单元通信连接的控制单元；所述控制单元包括：存储器，所述存储器用于存储根据抱闸时所述单圈绝对值式编码器检测的转动位置数据；控制器，所述控制器用于在上电时，根据所述转动位置数据对所述单圈绝对值式编码器进行位置信息还原。2.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于：所述存储器存储的转动位置数据包括所述电机输出轴的转动圈数和第一转动位置；上电时，所述电机输出轴的当前转动位置为第二转动位置；所述根据所述转动位置数据对所述单圈绝对值式编码器进行位置信息还原，包括，根据所述第一转动位置与所述第二转动位置的角度差值是否在预设阈值范围内和所述转动圈数进行还原。3.根据权利要求2所述的致动器，其特征在于：所述还原包括当所述角度差值的绝对值超过预设阈值范围时，判定发生异常。4.根据权利要求3所述的致动器，其特征在于：所述还原包括当所述角度差值的绝对值在预设阈值范围以内时，将所述转动圈数和所述第二转动位置组合作为位置信息还原数据。5.根据权利要求4所述的致动器，其特征在于：所述还原还包括如果第一转动位置位于零位的负侧，所述第二转动位置位于所述零位或零位的正侧，则将所述转动圈数加1；如果第一转动位置位于所述零位或零位的正侧，所述第二转动位置位于所述零位的负侧，则将所述转动圈数减1。6.根据权利要求1~5任一项所述的致动器，其特征在于：所述关节单元还包括减速器，所述减速器的减速比大于1。7.一种致动器的控制方法，应用于致动器，其特征在于：所述致动器包括关节单元，所述关节单元包括：刹车机构，所述刹车机构用于在所述致动器下电时对电机输出轴抱闸；以及，仅包括一个单圈绝对值式编码器，所述单圈绝对值式编码器用于检测所述电机输出轴的转动位置；所述方法包括，存储根据抱闸时所述单圈绝对值式编码器检测的转动位置数据；在上电时，根据所述转动位置数据对所述单圈绝对值式编码器进行位置信息还原。8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述存储的转动位置数据包括所述电机输出轴的转动圈数和第一转动位置；上电时，所述电机输出轴的当前转动位置为第二转动位置；所述根据所述转动位置数据对所述单圈绝对值式编码器进行位置信息还原，包括，根据所述第一转动位置与所述第二转动位置的角度差值是否在预设阈值范围内和所述转动
圈数进行还原。9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括当所述角度差值的绝对值超过预设阈值范围时，判定发生异常。10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于：所述还原包括当所述角度差值的绝对值在预设阈值范围以内时，将所述转动圈数和所述第二转动位置组合作为位置信息还原数据；且，当所述第一转动位置位于所述单圈绝对值式编码器的零位的负侧，所述第二转动位置位于所述零位或零位的正侧，则将所述转动圈数加1；当所述第一转动位置位于所述零位或零位的正侧，所述第二转动位置位于所述零的负侧，则将所述转动圈数减1。11.一种机器人，其特征在于，所述机器人所有关节中的至少一个是采用如权利要求1~6任一项所述的致动器设计得到。12.一种双足机器人，其特征在于，所述双足机器人所有关节中的至少一个是采用如权利要求1~6任一项所述的致动器设计得到。13.一种四足机器人，其特征在于，所述四足机器人所有关节中的至少一个是采用如权利要求1~6任一项所述的致动器设计得到。14.一种四轮足机器人，其特征在于，所述四轮足机器人所有关节中的至少一个是采用如权利要求1~6任一项所述的致动器设计得到。15.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂所有关节中的至少一个是采用如权利要求1~6任一项所述的致动器设计得到。16.一种机器人，其特征在于：包括处理器和存储器，所述存储器上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器所调用时，使得所述机器人执行如权利要求7~10任一项所述的致动器的控制方法。17.一种存储介质，其特征在于：其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被机器人的处理器所调用时，使所述机器人执行如权利要求7~10任一项所述的致动器的控制方法。

技术总结
本申请提供了致动器，双足、四足、四轮足机器人，机械臂及控制方法，属于机器人及其控制技术领域。其致动器包括：关节单元和与关节单元通信连接的控制单元；关节单元包括，刹车机构，用于在致动器下电时对电机输出轴抱闸；以及，仅包括一单圈绝对值式编码器，用于检测电机输出轴的转动位置；控制单元包括，存储器，用于存储根据抱闸时单圈绝对值式编码器检测的转动位置数据，控制器，用于在上电时，根据转动位置数据对单圈绝对值式编码器进行位置信息还原。本申请中致动器的关节单元只需设置一个单圈绝对值式编码器，即可完成失电后上电的位置还原，不需要额外的记圈机构，有效地降低了致动器的硬件成本。致动器的硬件成本。致动器的硬件成本。


技术研发人员：庞博 杨宇 沈悰
受保护的技术使用者：深圳逐际动力科技有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/8/24