رمزگذار مغناطیسی چیست و چرا روبات ها به آن متکی هستند؟

رمزگذار مغناطیسی حسگری است که از تغییرات میدان مغناطیسی برای اندازه گیری زاویه، جهت و سرعت چرخش استفاده می کند. به عبارت ساده، به عنوان 'گیرنده عمقی' ربات عمل می کند - زمانی که 'مغز' ربات دستوری مانند 'بالا بردن دست چپ 30 درجه' را صادر می کند. رمزگذار مغناطیسی مانند یک 'نقاشی' متصل به مفصل کار می کند و زاویه واقعی به دست آمده را در زمان واقعی باز می گرداند. هنگامی که یک انحراف تشخیص داده شد، سیستم بلافاصله آن را تصحیح می کند.

در مقایسه با رمزگذارهای نوری سنتی، انکودرهای مغناطیسی دارای  قابلیت ضد تداخل قوی، سازگاری محیطی عالی و ساختار انعطاف پذیر هستند که آنها را به ویژه برای محیط های صنعتی و پیچیده با گرد و غبار، روغن و لرزش مناسب می کند. در زمینه رباتیک، رمزگذارهای مغناطیسی از اجزای معمولی پشتیبانی به دستگاه‌های سنجش کلیدی در سیستم‌های کنترل حرکت هوشمند تبدیل می‌شوند.

سنسور رمزگذار مغناطیسی ربات روی کدام مفاصل اعمال می شود؟

رمزگذارهای مغناطیسی تقریباً در  تمام مفاصلی که  در روبات ها به بازخورد حرکتی نیاز دارند استفاده می شود.

از نظر انواع مفاصل، مفاصل مرکزی مانند  زانو، شانه و کمر  ربات های انسان نما همگی به رمزگذار نیاز دارند. یک ربات انسان نما معمولی با 14+ مفصل به 20 تا 30 رمزگذار نیاز دارد. جالب تر، داده های صنعت نشان می دهد که یک ربات انسان نما به طور متوسط ​​به حدود  71 رمزگذار مغناطیسی نیاز دارد . این رمزگذارها معمولاً در  انتهای موتور و انتهای کاهنده مستقر می شوند و با هم کار می کنند تا سرعت و دقت موقعیت را بهبود بخشند.

به غیر از روبات‌های انسان‌نما، رمزگذارهای مغناطیسی نیز به طور گسترده در  سگ‌های روباتی  و دیگر سناریوهایی که نیاز به پاسخ سریع و فضای محدود دارند، استفاده می‌شود. در یک ربات چهارپا، هر پا به طور معمول به 3 مفصل چرخشی (کنترل حرکت لگن، ران و ساق پا) مجهز است، بنابراین یک ربات چهارپا در مجموع از 12 رمزگذار برای اطمینان از کنترل دقیق حرکت استفاده می کند.

علاوه بر این، رمزگذارهای فشرده را می توان در فضاهای باریک مانند ربات نصب کرد،  مچ دست، انگشتان و گردن  بدون اینکه عملکرد آن به خطر بیفتد.

چقدر موثر هستند؟ آنها به چه سطحی از دقت می توانند دست یابند؟

عملکرد رمزگذارهای مغناطیسی در اتصالات ربات را می توان در یک کلمه خلاصه کرد:  دقیق.

در حال حاضر، رمزگذارهای مغناطیسی اصلی به سطوح دقت بسیار بالایی رسیده اند. به عنوان مثال، رمزگذارهای مغناطیسی با استفاده از فناوری AMR (مقاومت مغناطیسی ناهمسانگرد) می‌توانند دقت اندازه‌گیری زاویه‌ای را تا  0.07± درجه به دست آورند . برخی از محصولات سطح بالا حتی  به دقت زاویه مطلق 0.05 درجه می رسند . از نظر وضوح، رمزگذارهای مغناطیسی پیشرفته می توانند  وضوح 18 بیت را  در محدوده 360 درجه ارائه دهند و به ربات ها اجازه می دهند وظایف را با ثبات و تکرارپذیری بیشتری انجام دهند.

در کاربردهای عملی، یک گزارش آزمایشی از یک سازنده ربات مشارکتی نشان داد که پس از استفاده از رمزگذارهای مغناطیسی با کارایی بالا، دقت موقعیت یابی تکرارپذیری مشترک از 0.1 ± میلی متر به  0.03 ± میلی متر بهبود یافته است . هر مفصل ربات Yaskawa MOTOMAN مجهز به رمزگذارهای مغناطیسی با دقت بالا داخلی است که  به دقت موقعیت یابی تکرارپذیری 0.01± میلی متر می رسد..

انکودرهای مغناطیسی همچنین  از فناوری رمزگذاری مطلق چند چرخشی پشتیبانی می‌کنند که اطلاعات موقعیت را حتی پس از قطع برق حفظ می‌کند و نیاز به خانه‌سازی مجدد را همانطور که توسط انکودرهای افزایشی مورد نیاز است، از بین می‌برد.

آیا آنها در برابر لرزش مقاوم هستند؟

بسیار مقاوم در برابر لرزش.  این یکی از مزایای کلیدی انکودرهای مغناطیسی نسبت به انکودرهای نوری است.

از آنجایی که انکودرهای مغناطیسی بر اساس یک  اصل اندازه گیری بدون تماس عمل می کنند ، از سایش مکانیکی جلوگیری می کنند و عمر مفید نظری آنها بیش از  100000 ساعت است . از نظر مقاومت در برابر ارتعاش، داده‌های آزمایش قانع‌کننده هستند: تحت  ارتعاش مداوم (5 تا 2000 هرتز) ، نوسان خروجی موقعیت رمزگذارهای مغناطیسی با کیفیت بالا  کمتر از 0.1 درجه است ، که بسیار برتر از مقادیر معمولی 3-5 درجه رمزگذارهای معمولی است.

علاوه بر این، انکودرهای مغناطیسی نیز دارای  رتبه‌بندی حفاظتی IP67 هستند که عملکرد پایدار را در محیط‌های سخت با آلودگی گرد و غبار و روغن تضمین می‌کنند. رمزگذارهای مغناطیسی با فناوری AMR نسبت به تغییرات قدرت میدان مغناطیسی تحت حالت عملکرد اشباع حساس نیستند و دارای  ضد لرزش و ضد رانش دما هستند.  عملکرد عالی برخی از محصولات محدوده دمای عملیاتی از  -40 درجه سانتیگراد تا +125 درجه سانتیگراد را پوشش می دهند که الزامات کاربرد درجه صنعتی را برآورده می کند.

به طور خلاصه، در شرایط سخت مانند استارت-ایست با فرکانس بالا، چرخش رو به جلو و معکوس، و ارتعاش مداوم در روبات های صنعتی، رمزگذارهای مغناطیسی همچنان سیگنال های موقعیت پایدار و دقیق را ارائه می دهند.

 

سنسورهای رمزگذار مغناطیسی ربات SDM

در زنجیره تامین رمزگذار مغناطیسی، کیفیت مواد مغناطیسی به طور مستقیم عملکرد نهایی سنسور را تعیین می کند.  SDM Magnetics Co., Ltd.  در این زمینه پیشرو است.

SDM که در سال 2009 تأسیس شد، با دفتر مرکزی در Xiaoshan، Hangzhou، و کارخانه خود در Tonglu، Hangzhou، یک  شرکت ملی با فناوری پیشرفته است  که در زمینه آهنرباهای دائمی زمین های کمیاب و سیستم های اجزای مغناطیسی تخصص دارد. برای بیش از یک دهه، این شرکت به تحقیق و توسعه و تولید مواد مغناطیسی اختصاص یافته است و راه حل های یک مرحله ای در سراسر جهان برای صنایعی مانند خودروسازی، لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم خانگی، انرژی سبز، پزشکی، مخابرات و هوافضا ارائه می دهد.

در زمینه حسگرهای رمزگذار مغناطیسی ربات، رقابت اصلی SDM در یک  زنجیره ساخت کامل نهفته است :

ابتدا قالب گیری تزریقی یکپارچه.  آهنرباهای رمزگذار SDM با استفاده از فناوری  فریت قالب‌گیری تزریقی تولید می‌شوند  که پودر فریت را با رزین‌های با کارایی بالا (مثلاً نایلون، PP، PPS) مخلوط کرده و از طریق قالب‌گیری تزریقی به آن‌ها شکل می‌دهد. این فرآیند به آهنرباها هم قابلیت پردازش پلاستیک و هم خواص مغناطیسی فریت ها را می بخشد. علاوه بر این، آنها را می توان  به طور یکپارچه  با شفت های فلزی یا قطعات ساختاری پلاستیکی قالب گیری کرد و استحکام و یکپارچگی سازه را تا حد زیادی افزایش داد. آهنرباهای قالب‌گیری تزریقی برای مغناطیس‌کردن چند قطبی مناسب هستند - یک دوجین یا دوجین قطب متداول هستند و نسخه‌های پیچیده‌تر را می‌توان با حداکثر صد قطب مغناطیسی کرد.

دوم، مغناطیسی نقطه چاپ مغناطیسی.  کلید آهنرباهای رمزگذار در دقت قطب مغناطیسی نهفته است - وضوح قطب به طور مستقیم تحت تأثیر گام/عرض قطب است. SDM توسعه یافته  از فرآیندها و تجهیزات مغناطیسی با دقت بالا  برای دستیابی به مغناطیس با گام باریک و با دقت بالا استفاده می کند و کیفیت سیگنال عالی را تضمین می کند. این فناوری مغناطیسی نقطه ای به سبک «چاپ مغناطیسی» موقعیت و شدت هر قطب مغناطیسی را دقیقاً کنترل می کند و پایه ای محکم برای دقت سنجش بعدی ایجاد می کند. این شرکت همچنین از  مغناطیس‌سازی چند مسیری  و سفارشی‌سازی زمین‌های قطب باریک مختلف پشتیبانی می‌کند، که نیازمندی‌های مختلف از رمزگذارهای مطلق افزایشی تک مسیری تا رمزگذار مطلق چند مسیری را برآورده می‌کند.

سوم، بازرسی 100٪ کامل از الگوهای شکل موج میدان مغناطیسی.  پس از مغناطش، SDM  بازرسی کامل دقیق شکل موج میدان مغناطیسی را  برای هر محصول انجام می دهد. این به این دلیل است که حتی اگر طرح‌های ابعادی درست باشند، دقت مغناطیسی ناکافی همچنان می‌تواند منجر به خروجی سیگنال ناپایدار، کاهش وضوح یا مشکلات کالیبراسیون حسگر شود. از طریق بازرسی کامل، SDM اطمینان حاصل می کند که شکل موج میدان مغناطیسی هر آهنربای رمزگذار مطابق با استانداردهای طراحی است و ثبات، قابلیت اطمینان و دقت را از منبع تضمین می کند.

از قالب‌گیری تزریقی یکپارچه، مغناطیس‌سازی نقطه چاپ مغناطیسی، تا بازرسی کامل شکل‌های موج میدان مغناطیسی - SDM از این زنجیره تولید دقیق برای ارائه اجزای هسته مغناطیسی  با ثبات بالا و قابلیت اطمینان بالا  برای سنسورهای رمزگذار مغناطیسی ربات استفاده می‌کند که به هدایت کنترل حرکتی با دقت بالاتر در صنعت ربات در چین کمک می‌کند.