Ein magnetischer Encoder ist ein Sensor, der Änderungen in einem Magnetfeld nutzt, um Drehwinkel, Richtung und Geschwindigkeit zu messen. Einfach ausgedrückt fungiert es als „Propriozeptor“ des Roboters – wenn das „Gehirn“ des Roboters einen Befehl wie „Hebe den linken Arm um 30 Grad“ ausgibt Der magnetische Encoder funktioniert wie ein am Gelenk befestigter „Winkelmesser“ und gibt in Echtzeit den tatsächlich erreichten Winkel zurück. Sobald eine Abweichung erkannt wird, korrigiert das System diese umgehend.
Im Vergleich zu herkömmlichen optischen Encodern zeichnen sich magnetische Encoder durch eine starke Entstörungsfähigkeit, eine hervorragende Anpassungsfähigkeit an die Umgebung und eine flexible Struktur aus , wodurch sie sich besonders für industrielle und komplexe Umgebungen mit Staub, Öl und Vibrationen eignen. Im Bereich der Robotik entwickeln sich magnetische Encoder von herkömmlichen unterstützenden Komponenten zu wichtigen Sensorgeräten in intelligenten Bewegungssteuerungssystemen.
Für welche Gelenke eignet sich ein magnetischer Encodersensor eines Roboters?
Magnetische Encoder werden in fast allen Gelenken eingesetzt , die eine Bewegungsrückmeldung erfordern . bei Robotern
In Bezug auf die Gelenktypen benötigen Kerngelenke wie Knie, Schulter und Taille humanoider Roboter alle Encoder. Ein typischer humanoider Roboter mit mehr als 14 Gelenken benötigt 20–30 Encoder. Noch auffälliger ist, dass Branchendaten zeigen, dass ein einzelner humanoider Roboter durchschnittlich etwa 71 magnetische Encoder benötigt . Diese Encoder werden normalerweise sowohl auf der Motorseite als auch auf der Getriebeseite eingesetzt und arbeiten zusammen, um die Geschwindigkeit und Positionsgenauigkeit zu verbessern.
Abgesehen von humanoiden Robotern werden magnetische Encoder auch häufig in Roboterhunden und anderen Szenarien eingesetzt, die eine schnelle Reaktion erfordern und nur begrenzten Platz bieten. Bei einem Vierbeiner-Roboter ist jedes Bein normalerweise mit drei Drehgelenken ausgestattet (zur Steuerung der Hüft-, Oberschenkel- und Wadenbewegung), sodass ein Vierbeiner-Roboter insgesamt 12 Encoder verwendet, um eine präzise Bewegungssteuerung zu gewährleisten.
Darüber hinaus können kompakte Encoder in engen Räumen wie dem Handgelenk, den Fingern und dem Hals des Roboters installiert werden , ohne dass die Leistung beeinträchtigt wird.
Wie effektiv sind sie? Welche Genauigkeit können sie erreichen?
Die Leistung magnetischer Encoder in Robotergelenken lässt sich mit einem Wort zusammenfassen: präzise.
Heutzutage haben gängige magnetische Encoder ein beträchtlich hohes Genauigkeitsniveau erreicht. Beispielsweise können magnetische Encoder mit AMR-Technologie (anisotroper Magnetwiderstand) eine Winkelmessgenauigkeit von bis zu ±0,07° erreichen ; Einige High-End-Produkte erreichen sogar eine absolute Winkelgenauigkeit von 0,05° . In Bezug auf die Auflösung können fortschrittliche magnetische Encoder eine Auflösung von bis zu 18 Bit über einen 360°-Bereich bereitstellen, sodass Roboter Aufgaben mit größerer Konsistenz und Wiederholbarkeit ausführen können.
In praktischen Anwendungen zeigte ein Testbericht eines Herstellers kollaborativer Roboter, dass sich nach der Einführung leistungsstarker magnetischer Encoder die Positionierungsgenauigkeit der Gelenkwiederholbarkeit von ±0,1 mm auf ±0,03 mm verbesserte . Jedes Gelenk des Yaskawa MOTOMAN-Roboters ist mit eingebauten hochpräzisen magnetischen Encodern ausgestattet, die eine wiederholbare Positionierungsgenauigkeit von ±0,01 mm erreichen.
Magnetische Encoder unterstützen auch die Multi-Turn-Absolutcodierungstechnologie , die die Positionsinformationen auch nach einem Stromausfall beibehält, sodass keine erneute Referenzierung erforderlich ist, wie sie bei Inkremental-Encodern erforderlich ist.
Sind sie vibrationsfest?
Extrem vibrationsfest. Dies ist einer der Hauptvorteile magnetischer Encoder gegenüber optischen Encodern.
Durch das berührungslose Messprinzip vermeiden magnetische Encoder mechanischen Verschleiß und haben eine theoretische Lebensdauer von über 100.000 Stunden . Hinsichtlich der Vibrationsfestigkeit sind die Testdaten überzeugend: Bei Dauervibration (5–2000 Hz) beträgt die Schwankung der Positionsausgabe hochwertiger magnetischer Encoder weniger als 0,1° und liegt damit weit über den typischen Werten von 3°–5° herkömmlicher Encoder.
Darüber hinaus bieten magnetische Encoder auch die Schutzart IP67 und gewährleisten so einen stabilen Betrieb in rauen Umgebungen mit Staub- und Ölverschmutzung. Magnetische Encoder mit AMR-Technologie sind unempfindlich gegenüber Schwankungen der Magnetfeldstärke im gesättigten Betriebsmodus und zeichnen sich durch hervorragende Anti-Vibrations- und Anti-Temperaturdrift- Leistung aus. Einige Produkte decken einen Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +125 °C ab und erfüllen damit die Anforderungen industrieller Anwendungen.
Kurz gesagt, unter schwierigen Bedingungen wie Hochfrequenz-Start-Stopp, Vorwärts-Rückwärtsdrehung und kontinuierlichen Vibrationen in Industrierobotern liefern magnetische Encoder immer noch stabile und genaue Positionssignale.
Magnetische Encoder-Sensoren für Roboter von SDM
In der Lieferkette magnetischer Encoder bestimmt die Qualität der magnetischen Materialien direkt die endgültige Leistung des Sensors. SDM Magnetics Co., Ltd. ist auf diesem Gebiet führend.
SDM wurde 2009 gegründet und hat seinen Hauptsitz in Xiaoshan, Hangzhou, und seine Fabrik in Tonglu, Hangzhou. SDM ist ein landesweites High-Tech-Unternehmen, das sich auf Seltenerd-Permanentmagnete und magnetische Komponentensysteme spezialisiert hat. Seit über einem Jahrzehnt widmet sich das Unternehmen der Forschung und Entwicklung sowie der Produktion magnetischer Materialien und bietet weltweit Komplettlösungen für Branchen wie Automobil, Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräte, grüne Energie, Medizin, Telekommunikation und Luft- und Raumfahrt.
Im Bereich der magnetischen Encodersensoren für Roboter liegt die Kernkompetenz von SDM in einer vollständigen Präzisionsfertigungskette :
Erstens integriertes Spritzgießen. Die Encodermagnete von SDM werden mithilfe der Spritzguss-Ferrit- Technologie hergestellt, bei der Ferritpulver mit Hochleistungsharzen (z. B. Nylon, PP, PPS) gemischt und im Spritzgussverfahren geformt wird. Durch diesen Prozess verfügen die Magnete sowohl über die Verarbeitbarkeit von Kunststoffen als auch über die magnetischen Eigenschaften von Ferriten. Darüber hinaus können sie integral mit Metallwellen oder Kunststoffbauteilen geformt werden, was die strukturelle Festigkeit und Integration erheblich verbessert. Spritzgegossene Magnete eignen sich gut für die mehrpolige Magnetisierung – ein Dutzend oder zwei Dutzend Pole sind üblich, anspruchsvollere Versionen können mit bis zu hundert Polen magnetisiert werden.
Zweitens die magnetische Druckpunktmagnetisierung. Der Schlüssel zu Encoder-Magneten liegt in der Genauigkeit der Magnetpole – die Auflösung wird direkt von der Polteilung/-breite beeinflusst. SDM verwendet speziell entwickelte hochpräzise Magnetisierungsprozesse und -geräte, um eine hochpräzise Magnetisierung mit engem Abstand zu erreichen und so eine hervorragende Signalqualität zu gewährleisten. Diese Punktmagnetisierungstechnologie im „Magnetdruck“-Stil steuert präzise die Position und Intensität jedes Magnetpols und legt so eine solide Grundlage für die spätere Erfassungsgenauigkeit. Das Unternehmen unterstützt auch die Mehrspur-Magnetisierung und die individuelle Anpassung verschiedener enger Polabstände und erfüllt so unterschiedliche Anforderungen von einspurigen Inkrementalgebern bis hin zu mehrspurigen Absolutwertgebern.
Drittens: 100 % vollständige Inspektion der Wellenformmuster des Magnetfelds. Nach der Magnetisierung führt SDM vollständige Prüfung der Magnetfeldwellenform durch. für jedes einzelne Produkt eine strenge Dies liegt daran, dass selbst bei korrekten Dimensionsdesigns eine unzureichende Magnetisierungsgenauigkeit immer noch zu einer instabilen Signalausgabe, einer verringerten Auflösung oder Schwierigkeiten bei der Sensorkalibrierung führen kann. Durch eine vollständige Inspektion stellt SDM sicher, dass die Magnetfeldwellenform jedes Encodermagneten den Designstandards entspricht und so Konsistenz, Zuverlässigkeit und Genauigkeit von der Quelle an gewährleistet.
Vom integrierten Spritzgießen über die magnetische Druckpunktmagnetisierung bis hin zur vollständigen Inspektion von Magnetfeldwellenformen – SDM nutzt diese vollständige Präzisionsfertigungskette, um hochkonsistente, hochzuverlässige Magnetkernkomponenten für magnetische Encodersensoren von Robotern bereitzustellen und so dazu beizutragen, eine präzisere Bewegungssteuerung in der chinesischen Robotikindustrie voranzutreiben.
