מקודד מגנטי הוא חיישן המשתמש בשינויים בשדה מגנטי כדי למדוד זווית סיבוב, כיוון ומהירות. במילים פשוטות, הוא פועל כ'פרופריוצפטור' של הרובוט - כאשר 'מוח' הרובוט מוציא פקודה כמו 'הרם את זרוע שמאל ב-30 מעלות,' מקודד מגנטי פועל כמו 'מד זווית' המחוברת למפרק, ומזין בזמן אמת את הזווית האמיתית אליה הגיעה. לאחר זיהוי סטייה, המערכת מתקנת אותה מיד.
בהשוואה למקודדים אופטיים מסורתיים, מקודדים מגנטיים כוללים יכולת אנטי-הפרעות חזקה, יכולת הסתגלות סביבתית מעולה ומבנה גמיש , מה שהופך אותם למתאימים במיוחד לסביבות תעשייתיות ומורכבות עם אבק, שמן ורעידות. בתחום הרובוטיקה, מקודדים מגנטיים מתפתחים ממרכיבים תומכים קונבנציונליים להתקני חישה מרכזיים בתוך מערכות בקרת תנועה חכמות.
על אילו מפרקים חל חיישן מקודד מגנטי רובוט?
מקודדים מגנטיים משמשים כמעט בכל המפרקים הדורשים משוב תנועה ברובוטים.
מבחינת סוגי מפרקים, מפרקי ליבה כגון הברך, הכתף והמותניים של רובוטים דמויי אדם זקוקים כולם למקודדים. רובוט דמוי אדם טיפוסי עם 14+ מפרקים דורש 20-30 מקודדים. בולט יותר, נתוני התעשייה מראים שרובוט דמוי אדם בודד דורש ממוצע של כ -71 מקודדים מגנטיים . מקודדים אלה נפרסים בדרך כלל הן בקצה המנוע והן בקצה המפחית , ופועלים יחד כדי לשפר את המהירות ואת דיוק המיקום.
מלבד רובוטים דמויי אנוש, מקודדים מגנטיים נמצאים בשימוש נרחב גם בכלבי רובוט ותרחישים אחרים הדורשים תגובה מהירה ויש להם מקום מוגבל. ברובוט מרובע, כל רגל מצוידת בדרך כלל ב-3 מפרקים סיבוביים (שליטה בתנועת הירך, הירך והשוק), כך שרובוט מרובע אחד משתמש בסך הכל ב-12 מקודדים כדי להבטיח בקרת תנועה מדויקת.
בנוסף, ניתן להתקין מקודדים קומפקטיים בחללים צרים כמו פרק כף היד, האצבעות והצוואר של הרובוט מבלי לפגוע בביצועים.
עד כמה הם יעילים? איזו רמת דיוק הם יכולים להשיג?
ניתן לסכם את הביצועים של מקודדים מגנטיים במפרקי רובוט במילה אחת: מדויק.
נכון לעכשיו, המקודדים המגנטיים המיינסטרים הגיעו לרמות דיוק גבוהות במידה ניכרת. לדוגמה, מקודדים מגנטיים המשתמשים בטכנולוגיית AMR (Anisotropic magnetoresistance) יכולים להשיג דיוק מדידה זוויתית של עד ±0.07° ; חלק מהמוצרים היוקרתיים מגיעים אפילו לרמת דיוק זווית מוחלטת של 0.05° . במונחים של רזולוציה, מקודדים מגנטיים מתקדמים יכולים לספק רזולוציה של עד 18 סיביות בטווח של 360°, מה שמאפשר לרובוטים לבצע משימות בעקביות ובחזרה גבוהה יותר.
ביישומים מעשיים, דוח בדיקה מיצרן רובוט שיתופי הראה כי לאחר אימוץ מקודדים מגנטיים בעלי ביצועים גבוהים, דיוק המיקום של חזרות המפרק השתפר מ-±0.1 מ'מ ל- ±0.03 מ'מ . כל מפרק של הרובוט Yaskawa MOTOMAN מצויד במקודדים מגנטיים מובנים ברמת דיוק גבוהה, המשיגים דיוק מיקום של ±0.01 מ'מ עם יכולת חזרה.
מקודדים מגנטיים תומכים גם בטכנולוגיית קידוד אבסולוטי רב-סיבובים , השומרת על מידע מיקום גם לאחר אובדן חשמל, ומבטלת את הצורך ב-re-home כפי שנדרש על ידי מקודדים מצטברים.
האם הם עמידים בפני רעידות?
עמיד במיוחד בפני רעידות. זהו אחד היתרונות המרכזיים של מקודדים מגנטיים על פני מקודדים אופטיים.
מכיוון שהם פועלים על פי עקרון מדידה ללא מגע , מקודדים מגנטיים נמנעים מבלאי מכני ובעלי חיי שירות תיאורטיים העולה על 100,000 שעות . מבחינת התנגדות לרטט, נתוני הבדיקה משכנעים: תחת רטט מתמשך (5-2000 הרץ) , תנודת הפלט במיקום של מקודדים מגנטיים באיכות גבוהה היא פחות מ-0.1° , עדיפה בהרבה מהערכים האופייניים של 3°-5° של מקודדים רגילים.
בנוסף, מקודדים מגנטיים מציעים גם דירוגי הגנה IP67 , המבטיחים פעולה יציבה בסביבות קשות עם זיהום אבק ושמן. מקודדים מגנטיים בטכנולוגיית AMR אינם רגישים לשינויים בחוזק השדה המגנטי במצב הפעלה רווי, וכוללים נגד רטט ואנטי-סחיפה בטמפרטורה . ביצועים מצוינים חלק מהמוצרים מכסים טווח טמפרטורת עבודה מ -40°C עד +125°C , ועומדים בדרישות היישום בדרגה תעשייתית.
בקיצור, בתנאים קשים כמו התחלה-עצירה בתדר גבוה, סיבוב קדימה-אחורה ורטט מתמשך ברובוטים תעשייתיים, מקודדים מגנטיים עדיין מספקים אותות מיקום יציבים ומדויקים.
חיישני מקודד מגנטי רובוט של SDM
בשרשרת האספקה של המקודדים המגנטיים, איכות החומרים המגנטיים קובעת ישירות את הביצועים הסופיים של החיישן. SDM Magnetics Co., Ltd מובילה בתחום זה.
נוסדה בשנת 2009, עם המטה שלה ב-Xiaoshan, Hangzhou, והמפעל שלה ב-Tonglu, Hangzhou, SDM הוא מיזם היי-טק ברמה ארצית המתמחה במגנטים קבועים של אדמה נדירה ומערכות רכיבים מגנטיים. במשך למעלה מעשור, החברה מוקדש למו'פ וייצור של חומרים מגנטיים, מספקת פתרונות נקודתיים ברחבי העולם לתעשיות כגון רכב, מוצרי אלקטרוניקה, מכשירי חשמל ביתיים, אנרגיה ירוקה, רפואה, טלקומוניקציה ותעופה וחלל.
בתחום חיישני המקודדים המגנטיים הרובוטים, הליבה התחרותית של SDM טמונה בשרשרת ייצור מדויקת מלאה :
ראשית, הזרקה משולבת. המגנטים המקודדים של SDM מיוצרים באמצעות טכנולוגיית פריט בהזרקה , המערבבת אבקת פריט עם שרפים בעלי ביצועים גבוהים (למשל ניילון, PP, PPS) ומעצבת אותם באמצעות הזרקה. תהליך זה מקנה למגנטים גם את יכולת העיבוד של פלסטיק וגם את התכונות המגנטיות של פריטים. יתר על כן, ניתן לעצב אותם באופן אינטגרלי עם פירי מתכת או חלקים מבניים מפלסטיק, מה שמשפר מאוד את החוזק והאינטגרציה המבניים. מגנטים בהזרקה מתאימים היטב למגנטיזציה רב-קוטבית - תריסר או שני תריסר קטבים נפוצים, וניתן למגנט גרסאות מתוחכמות יותר עם עד מאה קטבים.
שנית, מגנטיזציה של נקודת הדפסה מגנטית. המפתח למגנטים מקודד טמון בדיוק בקוטב המגנטי - הרזולוציה מושפעת ישירות מגובה הקוטב/רוחב. SDM מעסיקה תהליכי מגנטיזציה וציוד שפותחו במיוחד כדי להשיג מגנטיזציה צר ודיוק גבוה, מה שמבטיח איכות אות מעולה. טכנולוגיית מגנטיזציה נקודתית בסגנון 'מגנטית' שולטת במדויק על המיקום והעוצמה של כל קוטב מגנטי, ומניחה בסיס מוצק לדיוק החישה שלאחר מכן. החברה תומכת גם במגנטיזציה רב-מסלולית ובהתאמה אישית של מגרשי קוטב צרים שונים, העומדת בדרישות שונות, החל ממקודדים אבסולוטיים חד-מסלוליים ועד מרובי-מסלולים אבסולוטיים.
שלישית, בדיקה מלאה של 100% של דפוסי גל של שדה מגנטי. לאחר המגנטיזציה, SDM מבצע בדיקה מלאה קפדנית של צורת הגל של השדה המגנטי עבור כל מוצר בודד. הסיבה לכך היא שגם אם העיצובים הממדיים נכונים, דיוק מגנטיזציה לא מספיק יכול עדיין להוביל לפלט אות לא יציב, רזולוציה מופחתת או קשיי כיול חיישנים. באמצעות בדיקה מלאה, SDM מבטיח שצורת הגל של השדה המגנטי של כל מגנט מקודד עומד בתקני עיצוב, מה שמבטיח עקביות, אמינות ודיוק מהמקור.
מיציקה משולבת, למגנטיזציה של נקודת הדפסה מגנטית ועד לבדיקה מלאה של צורות גל של שדה מגנטי - SDM ממנפת את שרשרת הייצור המדויקת המלאה הזו כדי לספק רכיבי ליבה מגנטיים בעלי עקביות גבוהה ואמינות גבוהה עבור חיישני מקודד מגנטי רובוט, ועוזרת להניע בקרת תנועה ברמת דיוק גבוהה יותר בתעשיית הרובוטיקה של סין.
