En magnetisk encoder er en sensor, der bruger ændringer i et magnetfelt til at måle rotationsvinkel, retning og hastighed. Enkelt sagt fungerer den som robottens 'proprioceptor' - når robottens 'hjerne' udsender en kommando som 'løft venstre arm med 30 grader' magnetisk encoder fungerer som en 'vinkelmåler' fastgjort til leddet, der i realtid giver den faktiske vinkel tilbage. Når en afvigelse er opdaget, retter systemet straks den.
Sammenlignet med traditionelle optiske indkodere har magnetiske indkodere stærk anti-interferensevne, fremragende miljøtilpasningsevne og fleksibel struktur , hvilket gør dem særligt velegnede til industrielle og komplekse miljøer med støv, olie og vibrationer. På robotområdet udvikler magnetiske indkodere sig fra konventionelle støttekomponenter til vigtige sensorenheder inden for intelligente bevægelseskontrolsystemer.
Hvilke led gælder en robotmagnetisk encoder-sensor for?
Magnetiske encodere bruges i næsten alle led, der kræver bevægelsesfeedback i robotter.
Med hensyn til ledtyper har kerneled såsom knæ, skulder og talje på humanoide robotter alle brug for encodere. En typisk humanoid robot med 14+ led kræver 20-30 indkodere. Mere slående viser industridata, at en enkelt menneskelig robot kræver et gennemsnit på omkring 71 magnetiske indkodere . Disse indkodere er normalt installeret i både motorenden og reduktionsenden og arbejder sammen for at forbedre hastigheden og positionsnøjagtigheden.
Bortset fra humanoide robotter er magnetiske indkodere også meget brugt i robothunde og andre scenarier, der kræver hurtig respons og har begrænset plads. I en firdobbelt robot er hvert ben typisk udstyret med 3 rotationsled (kontrollerer hofte-, lår- og lægbevægelser), så en firbenet robot bruger i alt 12 indkodere for at sikre præcis bevægelseskontrol.
Derudover kan kompakte indkodere installeres i snævre rum som robottens håndled, fingre og hals uden at gå på kompromis med ydeevnen.
Hvor effektive er de? Hvilket niveau af nøjagtighed kan de opnå?
Ydeevnen af magnetiske indkodere i robotled kan opsummeres i ét ord: præcis.
I øjeblikket har mainstream magnetiske indkodere nået betydeligt høje nøjagtighedsniveauer. For eksempel kan magnetiske indkodere, der anvender AMR-teknologi (anisotropisk magnetoresistens) opnå vinkelmålingsnøjagtighed op til ±0,07° ; nogle avancerede produkter når endda 0,05° absolut vinkelnøjagtighed . Med hensyn til opløsning kan avancerede magnetiske indkodere give op til 18-bit opløsning over et 360°-område, hvilket gør det muligt for robotter at udføre opgaver med større konsistens og repeterbarhed.
I praktiske applikationer viste en testrapport fra en samarbejdende robotproducent, at efter at have indført højtydende magnetiske indkodere, forbedredes positioneringsnøjagtigheden for fælles repeterbarhed fra ±0,1 mm til ±0,03 mm . Hver led i Yaskawa MOTOMAN-robotten er udstyret med indbyggede magnetiske indkodere med høj præcision, der opnår en positioneringsnøjagtighed på ±0,01 mm repeterbarhed.
Magnetiske indkodere understøtter også multi-turn absolut encoding-teknologi , som bevarer positionsinformation selv efter strømsvigt, hvilket eliminerer behovet for re-homing som krævet af inkrementelle indkodere.
Er de vibrationsbestandige?
Ekstremt vibrationsbestandig. Dette er en af de vigtigste fordele ved magnetiske indkodere frem for optiske indkodere.
Fordi de fungerer efter et berøringsfrit måleprincip , undgår magnetiske encodere mekanisk slid og har en teoretisk levetid på over 100.000 timer . Med hensyn til vibrationsmodstand er testdata overbevisende: Under kontinuerlig vibration (5-2000 Hz) er udsving i positionsudgangssignalet for magnetiske indkodere af høj kvalitet mindre end 0,1° , langt bedre end de typiske 3°-5°-værdier for konventionelle indkodere.
Derudover tilbyder magnetiske encodere også IP67-beskyttelsesklassificeringer , hvilket sikrer stabil drift i barske miljøer med støv- og olieforurening. AMR-teknologi magnetiske indkodere er ufølsomme over for variationer i magnetfeltstyrke under mættet driftstilstand, med fremragende anti-vibration og anti-temperatur-drift ydeevne. Nogle produkter dækker et driftstemperaturområde fra -40°C til +125°C , hvilket opfylder kravene til industriel anvendelse.
Kort sagt, under svære forhold som højfrekvent start-stop, fremad-tilbagegående rotation og kontinuerlig vibration i industrirobotter, leverer magnetiske indkodere stadig stabile og nøjagtige positionssignaler.
SDM's Robot Magnetic Encoder Sensors
I den magnetiske encoder-forsyningskæde bestemmer kvaliteten af magnetiske materialer direkte sensorens endelige ydeevne. SDM Magnetics Co., Ltd. er førende på dette område.
Grundlagt i 2009, med hovedkvarter i Xiaoshan, Hangzhou og fabrik i Tonglu, Hangzhou, er SDM en højteknologisk virksomhed på nationalt niveau med speciale i sjældne jordarters permanente magneter og magnetiske komponentsystemer. I mere end et årti har virksomheden været dedikeret til forskning og udvikling og produktion af magnetiske materialer, der leverer one-stop-løsninger på verdensplan til industrier som bilindustrien, forbrugerelektronik, husholdningsapparater, grøn energi, medicin, telekommunikation og rumfart.
Inden for robotmagnetiske encoder-sensorer ligger SDM's kernekonkurrenceevne i en komplet præcisionsfremstillingskæde :
Først integreret sprøjtestøbning. SDMs encoder-magneter er produceret ved hjælp af sprøjtestøbt ferritteknologi , som blander ferritpulver med højtydende harpikser (f.eks. nylon, PP, PPS) og former dem via sprøjtestøbning. Denne proces giver magneterne både plastiks bearbejdelighed og ferriternes magnetiske egenskaber. Desuden kan de støbes i et stykke med metalskafter eller plastiske konstruktionsdele, hvilket i høj grad forbedrer den strukturelle styrke og integration. Sprøjtestøbte magneter er velegnede til multipolet magnetisering - et dusin eller to dusin poler er almindelige, og mere sofistikerede versioner kan magnetiseres med op til hundrede poler.
For det andet, magnetisk udskrivning punkt magnetisering. Nøglen til indkodermagneter ligger i magnetisk pols nøjagtighed - opløsning påvirkes direkte af polstigningen/bredden. SDM anvender specialudviklede højpræcisionsmagnetiseringsprocesser og -udstyr til at opnå magnetisering med smal tonehøjde og høj nøjagtighed, hvilket sikrer fremragende signalkvalitet. Denne punktmagnetiseringsteknologi i 'magnetisk udskrivning'-stil kontrollerer præcist positionen og intensiteten af hver magnetisk pol og lægger et solidt grundlag for efterfølgende registreringsnøjagtighed. Virksomheden understøtter også multi-track magnetisering og tilpasning af forskellige smalle pol pitches, der opfylder forskellige krav fra enkeltsporede inkrementelle til multi-track absolutte encodere.
For det tredje, 100 % fuld inspektion af magnetfeltbølgeformmønstre. Efter magnetisering udfører SDM streng fuld inspektion af magnetfeltets bølgeform for hvert enkelt produkt. Dette skyldes, at selv om dimensionsdesign er korrekt, kan utilstrækkelig magnetiseringsnøjagtighed stadig føre til ustabilt signaloutput, reduceret opløsning eller vanskeligheder med sensorkalibrering. Gennem fuld inspektion sikrer SDM, at magnetfeltets bølgeform af hver indkodermagnet opfylder designstandarder, hvilket garanterer konsistens, pålidelighed og nøjagtighed fra kilden.
Fra integreret sprøjtestøbning, til magnetisk printpunktmagnetisering til fuld inspektion af magnetfeltbølgeformer - SDM udnytter denne komplette præcisionsfremstillingskæde til at levere højkonsistente, højpålidelige magnetiske kernekomponenter til robotmagnetiske indkodersensorer, der hjælper med at drive bevægelseskontrol med højere præcision i Kinas robotindustri.
