دیسک رمزگذار مغناطیسی

'ادراک مشترک' در ربات ها: پرده برداری از اینکه چگونه دیسک های رمزگذار مغناطیسی به ربات ها حرکات چابک می دهد

در فیلم‌های علمی تخیلی، ربات‌ها می‌توانند کارهای بسیار دشواری مانند رقصیدن، انجام جراحی یا حتی پارکور را انجام دهند. پشت این قابلیت یک جزء حیاتی نهفته است: مفصل . برای ربات‌های مدرن - چه دستکاری‌کننده‌های صنعتی و چه ربات‌های انسان‌نما - هر مفصل نه تنها به «عضلات» (موتورها) قدرتمند، بلکه به «اعصاب» حاد برای درک زوایای و موقعیت‌ها نیاز دارد. هسته اصلی این 'اعصاب' قهرمان بحث امروز ما است: دیسک رمزگذار مغناطیسی.

رمزگذار چیست؟ حس عمقی ربات

تصور کنید بتوانید بینی خود را با چشمان بسته به دقت لمس کنید. این امکان پذیر است زیرا عضلات و مفاصل شما اطلاعات موقعیت را به مغز شما برمی گرداند. در حوزه رباتیک، یک رمزگذار نقش مشابهی را ایفا می کند. این سنسوری است که حرکت مکانیکی (مانند زاویه چرخش و سرعت) را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند و داده‌های موقعیت، سرعت و جهت بحرانی را به سیستم کنترل ربات ارائه می‌کند و در نتیجه عملکرد کلی سیستم را بهینه می‌کند.

در حال حاضر، سه نوع اصلی از فناوری های رمزگذار وجود دارد: نوری، مغناطیسی و خازنی. برای مدت طولانی، انکودرهای نوری به دلیل دقت بالا، انتخابی محبوب در بازار بوده اند. آنها مانند یک پخش کننده سی دی دقیق عمل می کنند و با خواندن خطوط شفاف و غیر شفاف روی یک دیسک کدگذاری شده موقعیت را تعیین می کنند.

با این حال، رمزگذارهای نوری با چندین چالش ذاتی در کاربردهای روباتیک روبرو هستند:

1. حساسیت به آلودگی : گرد و غبار و روغن می توانند مسیر نوری را مسدود کنند و منجر به از دست دادن سیگنال شوند.

2. حساسیت به ارتعاش : دیسک های شیشه ای مورد استفاده در رمزگذارهای نوری مستعد شکستن در هنگام حرکت یا ضربه های ربات با سرعت بالا هستند.

3. اندازه و مصرف برق : رمزگذارهای نوری با وضوح بالا معمولاً دارای فاکتورهای شکل بزرگتر و مصرف انرژی بالاتر هستند.

در مقابل این پس زمینه، رمزگذارهای مغناطیسی شروع به درخشش در زمینه اتصالات رباتیک کرده اند و از مزایای منحصر به فرد آنها استفاده می کنند.

دیسک های رمزگذار مغناطیسی: حرکت 'نقشه برداری' با میدان های مغناطیسی

ساختار یک رمزگذار مغناطیسی شبیه به یک رمزگذار نوری است، اما از میدان های مغناطیسی به جای پرتوهای نور استفاده می کند. جزء اصلی آن یک دیسک رمزگذار مغناطیسی است . این دیسک کوچک دارای مجموعه ای از قطب های مغناطیسی متناوب (شبیه به تعداد بی شماری از قطب های کوچک شمال و جنوب) است.

همانطور که دیسک با محور موتور می چرخد، این میدان های مغناطیسی متناوب توسط سنسورهای مغناطیسی مقاومتی یا سنسورهای هال تشخیص داده می شوند . سنسورها تغییرات میدان مغناطیسی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند، که سپس توسط مدار پردازش می‌شوند تا موقعیت دقیق شفت را محاسبه کنند.

اگر یک رمزگذار نوری را به 'خواندن یک توری' تشبیه کنیم، یک رمزگذار مغناطیسی مانند 'تفسیر نقشه میدان مغناطیسی' است.

چرا مفاصل رباتیک به رمزگذارهای مغناطیسی ترجیح می دهند؟

در سال‌های اخیر، با افزایش هوش تجسم یافته و ربات‌های انسان‌نما، رمزگذارهای مغناطیسی به چند دلیل به یک انتخاب مطلوب در طراحی ماژول مشترک تبدیل شده‌اند:

1. استحکام ذاتی، بدون محیط های خشن
   اتصالات رباتیک اغلب با گریس روان کننده پر می شوند و ممکن است در محیط های گرد و غبار کار کنند. رمزگذارهای نوری می توانند در چنین شرایطی 'دید' خود را تار کنند. در مقابل، رمزگذارهای مغناطیسی، که حسگرهای میدان مغناطیسی غیر تماسی هستند، در برابر گرد و غبار، روغن و رطوبت 'ایمن' هستند و قابلیت اطمینان بالا و مقاومت عالی در برابر لرزش و ضربه را ارائه می دهند.

2. اندازه جمع و جور و ساختار مسطح

   اتصالات روباتیک مدرن برای 'ماژول های قدرت یکپارچه' تلاش می کنند که به یکپارچه سازی بالایی از موتورها، کاهنده ها و درایوها نیاز دارند. رمزگذارهای مغناطیسی نیاز به منابع نور حجیم و سیستم‌های لنز نوری را از بین می‌برند. تراشه‌ها و دیسک‌ها را می‌توان بسیار نازک ساخت و طراحی‌های مفصلی 'کوچک، سبک و مسطح' را تسهیل کرد.

3. پیشرفت در وضوح بالا برای کنترل نیروی دقیق

   زمانی معمولا گفته می شد که رمزگذارهای مغناطیسی از نظر دقت از رمزگذارهای نوری عقب هستند. با این حال، این در حال تغییر است. در نمایشگاه فناوری پیشرفته چین (CHTF) 2024، تولیدکنندگان داخلی دیسک‌های رمزگذار مغناطیسی با دقت بالا را به نمایش گذاشتند که به وضوح 19 بیتی یا حتی 20 بیتی دست یافتند . به عنوان مثال، با چیدمان جفت‌های پیچیده مغناطیسی - مانند «126 قطب در حلقه داخلی و 128 قطب در حلقه بیرونی» - روی یک دیسک بسیار کوچک، حسگرها می‌توانند حرکات بسیار دقیق را تشخیص دهند. این ربات ها را قادر می سازد تا عملیات ظریفی مانند مونتاژ قطعات دقیق را انجام دهند.

4. مزایای هزینه و مزایای بومی سازی

   برای مدت طولانی، بازار رمزگذارهای مغناطیسی با وضوح بالا (مثلاً 19 بیتی، 20 بیتی) تحت تسلط شرکت های خارجی بود، و آنها را با زمان های طولانی گران می کرد - یک نمونه کلاسیک از تنگناهای فناوری. امروزه شرکت های داخلی مانند Yuzhi Power Technology به پیشرفت هایی دست یافته اند. فناوری آنها به سطح جهانی رسیده است، در حالی که هزینه ها به نصف یا دو سوم محصولات وارداتی کاهش یافته است که به طور قابل توجهی هزینه ساخت ربات های داخلی را کاهش می دهد.

مرزهای تکنولوژیکی: از 'Single-Turn' به 'Multi-Turn' از ' Sensing' به 'Intelligent'

با گسترش سناریوهای کاربرد ربات، فناوری رمزگذار مغناطیسی به تکامل خود ادامه می دهد:

• حافظه موقعیت مطلق : رمزگذارهای مغناطیسی سطح بالا اکنون از عملکرد 'multi-turn' پشتیبانی می‌کنند. حتی اگر یک اتصال ربات پس از قطع برق توسط یک نیروی خارجی جابجا شود، رمزگذار که توسط باتری تغذیه می‌شود، می‌تواند تعداد چرخش‌ها را ثبت کند و بلافاصله موقعیت مطلق را پس از راه‌اندازی مجدد بداند و نیاز به خانه‌سازی مجدد را از بین ببرد.

• الگوریتم‌های ضد تداخل : برای مقابله با تداخل الکترومغناطیسی قوی که توسط موتورهای در حال کار ایجاد می‌شود، تراشه‌های رمزگذار مغناطیسی مدرن (به عنوان مثال، آنهایی که از فناوری AMR استفاده می‌کنند) الگوریتم‌های جبران خطای زاویه پویا را ادغام می‌کنند و خروجی سیگنال پایدار را حتی در محیط‌های پر سر و صدا تضمین می‌کنند.

• نوآوری در ساخت دیسک : مغناطش دقیق به طور سنتی یک چالش بزرگ برای دیسک های مغناطیسی بوده است. اکنون، از طریق تکنیک‌های منحصربه‌فردی مانند «مغناطیسی یک‌باره»، دقت دیسک‌های مغناطیسی تولید داخل به طور قابل‌توجهی افزایش یافته است و پایه‌ای محکم برای اتصالات ربات با دقت بالا ایجاد می‌کند.

اگر موتور قلب یک ربات است، رمزگذار مغناطیسی، حاوی یک دیسک با دقت بالا، 'عصب حس عمقی' ربات است. نه تنها به ربات اجازه می دهد وضعیت خود را درک کند، بلکه به او توانایی عملکرد پایدار و دقیق در محیط های پیچیده را نیز می دهد.