Ռոբոտի մագնիսական կոդավորիչի սենսորների ընտրության ուղեցույց. Ինչպես համապատասխանեցնել լուծումը, ճշգրտությունը և հաղորդակցման արձանագրությունները

Ռոբոտի հոդերի, սերվո շարժիչների, AGV անիվների համակարգերի և նույնիսկ մարդանման ռոբոտների նախագծման մեջ, մագնիսական կոդավորիչները (Robot Magnetic Encoder Sensors) աստիճանաբար փոխարինում են ավանդական օպտիկական կոդավորիչները՝ որպես դիրքի և արագության հետադարձ կապի հիմնական բաղադրիչներ: Նրանց առավելությունները՝ ոչ կոնտակտային չափումը, աղտոտման դիմադրությունը, թրթռման դիմադրությունը և կոմպակտ կառուցվածքը, հանգեցրել են արդյունաբերական ավտոմատացման և խելացի ռոբոտաշինության լայն տարածմանը:

Երբ բախվում են շուկայում առկա մագնիսական կոդավորման սենսորների բազմաթիվ պարամետրերի և ելքային միջերեսների հետ, ինժեներները հաճախ շփոթեցնող են համարում. Արդյո՞ք ավելի բարձր լուծաչափը միշտ ավելի լավն է: Ի՞նչ կապ կա լուծման և ճշգրտության միջև: Ինչպե՞ս եք ընտրում SPI-ի, SSI-ի և ABZ-ի միջև: Այս հոդվածը տրամադրում է հստակ ընտրության ուղեցույց ռոբոտ մշակողների համար այս երեք հիմնական խնդիրների շուրջ:

1. Տարբերակել բանաձևը ճշտությունից. բարձր լուծույթ ≠ բարձր ճշգրտություն

Բանաձևը և ճշգրտությունը այն երկու պարամետրերն են, որոնք ամենահեշտ շփոթվում են, բայց դրանք շատ տարբեր իմաստներ ունեն:

Բանաձևը  վերաբերում է ամենափոքր անկյունային փոփոխությանը, որը կոդավորիչը կարող է կարդալ և արտածել՝ արտացոլելով չափման «նուրբությունը»: Բացարձակ կոդավորիչները սովորաբար օգտագործում են բիթ, օրինակ՝ 14 բիթ (16384 քայլ/շրջադարձ), 17 բիթ (131072 քայլ/շրջադարձ); աճող կոդավորիչներն օգտագործում են իմպուլսներ մեկ հեղափոխության համար (PPR), օրինակ՝ 1024 PPR: Պարզ ասած, թույլտվությունը որոշում է, թե որքան մանրակրկիտ կարող եք բաժանել 360° ամբողջական շրջանակը. որքան բարձր են բիթերը, այնքան ավելի նուրբ է բաժանումը:

Ճշգրտությունը  վերաբերում է կոդավորիչի ելքային ազդանշանի և իրական ֆիզիկական անկյան միջև եղած շեղմանը, որն արտացոլում է չափման «ճշտությունը»: Ճշգրտությունը սովորաբար արտահայտվում է աստիճաններով (°) կամ աղեղային րոպեներով (արկմին), և դրա վրա ազդում են բազմաթիվ գործոններ՝ մագնիսի որակը, մոնտաժման էքսցենտրիկությունը, ջերմաստիճանի շեղումը, մագնիսական աղմուկը և այլն։

Կա ընդհանուր թակարդ. բարձր լուծաչափը պարտադիր չէ, որ բարձր ճշգրտություն բերի: 14-բիթանոց մագնիսական կոդավորիչը կարող է մեկ պտույտը բաժանել 16384 քայլի, բայց եթե մագնիսի մագնիսացման ճշգրտությունը թույլ է կամ կա մոնտաժման էքսցենտրիկություն, ապա իրական չափված ճշգրտությունը կարող է լինել միայն ±1,0°, իսկ լուծաչափը շատ գերազանցում է ճշգրտությունը: Ծայրահեղ դեպքերում լուծման և ճշգրտության միջև եղած սխալը կարող է լինել ավելի քան 50 անգամ: Սենսոր ընտրելիս առաջնահերթությունը պետք է տրվի տրամաչափված ճշտության սպեցիֆիկացիաներին, քան պարզապես բարձր լուծաչափին հետևելուն:

Ինչպե՞ս ողջամտորեն համապատասխանեցնել լուծումը: Էմպիրիկ բանաձև՝ ≥ 360° ÷ բանաձևի դիրքավորման ճշգրտության պահանջ: Օրինակ, եթե դիրքավորման ճշգրտության պահանջը ±0,1° է, ապա թույլատրելիությունը պետք է լինի առնվազն 360 ÷ 0,1 = 3600 տող (մոտ 11,8 բիթ): Գործնականում նպատակահարմար է թողնել մարժան և ընտրել հաշվարկված արժեքից մեկ մակարդակ բարձր:

2. Ինչպես ընտրել կապի արձանագրությունները՝ ABZ, SPI, SSI տեսարանի համընկնումը

Մագնիսական կոդավորիչի սենսորի հաղորդակցման արձանագրությունն ուղղակիորեն ազդում է լարերի բարդության, աղմուկի անձեռնմխելիության և իրական ժամանակի աշխատանքի վրա: Դրանք կարելի է մոտավորապես բաժանել աստիճանական միջերեսների և բացարձակ միջերեսների:

Աճող միջերես (ABZ)  ՝ A/B քառակուսի զարկերակային ելքեր՝ 90° փուլային տարբերությամբ՝ արագությունը և ուղղությունը որոշելու համար, և Z ալիք՝ մեկ պտույտի համար մեկ զրո զարկերակով: ABZ ինտերֆեյսի ամենամեծ առավելություններն են լավ համատեղելիությունը և ցածր արժեքը. այն ստանդարտ մուտքային ձևաչափ է սերվո կրիչների և PLC-ների մեծ մասի համար: Այնուամենայնիվ, հավելյալ կոդավորիչները չեն պահպանում դիրքի մասին տեղեկությունները հոսանքազրկումից հետո և գործարկման ժամանակ պահանջում են տանող ցիկլ: Հարմար է քայլային շարժիչի շարժիչների, փոխակրիչի արագության չափման և արագության վերահսկման կամ պարզ դիրքի հայտնաբերման ծրագրերի համար:

SPI ինտերֆեյս  . Սինխրոն սերիական ինտերֆեյս, կարող է ուղղակիորեն կարդալ անկյան բացարձակ արժեքները, ինչպես նաև աջակցում է չիպային ռեգիստրի կազմաձևմանը և մագնիսական դաշտի ախտորոշմանը: SPI-ն առաջարկում է իրական ժամանակի բարձր կատարողականություն և պարզ լարեր, ինչը այն դարձնում է հարմար այնպիսի ծրագրերի համար, ինչպիսիք են FOC կառավարումը, որոնք պահանջում են արագ անկյան ընթերցում:

SSI ինտերֆեյս  . համաժամանակյա սերիական ինտերֆեյսի արդյունաբերական տարբերակ, որն օգտագործում է ժամացույց+տվյալների դիֆերենցիալ փոխանցում, ուժեղ աղմուկի իմունիտետով և փոխանցման մինչև 100 մետր հեռավորությամբ: SSI-ն աջակցում է 12 25 բիթ լուծում և հանդիսանում է հիմնական բացարձակ կոդավորիչ միջերեսը արդյունաբերական միջավայրերում: Հարմար է ուժեղ էլեկտրամագնիսական միջամտության միջավայրում երկար հեռավորությունների վրա բացարձակ դիրքավորման համար:

Արագ ընտրության ուղեցույց  .

·  Կարճ հեռավորություն, ցածր գնով, արագության վերահսկման ուղղվածություն → ABZ միակողմանի ինտերֆեյս

·  Երկար հեռավորություն, բարձր միջամտություն, բացարձակ դիրք է պահանջվում → Դիֆերենցիալ ABZ կամ SSI ինտերֆեյս

·  Բարձր ճշգրտություն, տուն գնալու կարիք չկա, FOC հսկողություն → SPI/SSI/I²C բացարձակ ինտերֆեյս

3. Ընտրության առաջարկություններ երեք հիմնական ռոբոտների հավելվածների համար

3.1 Ռոբոտների հոդեր (համագործակցող ռոբոտներ, մարդանման ռոբոտներ)

Ռոբոտների հոդերը կոդավորիչից պահանջում են առավելագույն ճշգրտություն, լուծում և հուսալիություն: Սովորաբար ընտրվում են TMR կամ AMR տեխնոլոգիաներ օգտագործող բացարձակ կոդավորիչներ: Առաջարկվող լուծաչափը 18 բիթ է կամ ավելի բարձր, ±0,05°-ից ոչ ավելի ճշգրտությամբ: Հաղորդակցության համար SPI ինտերֆեյսը կարող է ուղղակիորեն շփվել համատեղ վարորդի չիպի հետ, որը հարմար է բարձր իրական ժամանակի FOC հսկողության համար: Նաև, ռոբոտի հոդերի կոմպակտ տարածության պատճառով, փոքր փաթեթավորման արտադրանքները (օրինակ՝ QFN 3×3 մմ) պետք է առաջնահերթ լինեն, որոնք օգտագործվում են ճառագայթային մագնիսացված NdFeB մագնիսներով:

3.2 AGV/AMV անիվի համակարգեր

AGV անիվի կոդավորիչները հիմնականում օգտագործվում են արագության փակ հանգույցի վերահսկման և վազաչափության համար: Բանաձևի պահանջները չափավոր են (14-17 բիթ բավարար), բայց շրջակա միջավայրի հարմարվողականությունն ու հուսալիությունը կարևոր են: Քանի որ AGV-ները հաճախ աշխատում են փոշոտ, խոնավ միջավայրում, մագնիսական կոդավորիչների աղտոտման դիմադրությունը ակնհայտ առավելություն է: ABZ ինտերֆեյսը կարող է օգտագործվել անմիջապես շարժիչի վարորդին միանալու համար, կամ SSI միջերեսը փոխանցման ավելի երկար հեռավորությունների համար:

3.3 Servo Motors (արդյունաբերական ավտոմատացում)

Սերվո շարժիչները պահանջում են և՛ բարձր լուծաչափություն՝ ցածր արագության սահունությունը և դինամիկ կոշտությունը բարելավելու համար, և՛ բավարար ճշգրտություն՝ դիրքավորման ճիշտությունն ապահովելու համար: Առաջարկվող լուծումը սկսվում է 15-17 բիթից, ±0,1°-ից ավելի ճշգրտությամբ: Հաղորդակցության համար բացարձակ ինտերֆեյսները դարձել են բարձրակարգ սերվոների հիմնական ընտրությունը: SSI կամ BiSS միջերեսներն ապահովում են կայուն փոխանցում արդյունաբերական միջավայրերում ուժեղ էլեկտրամագնիսական միջամտությամբ:

4. Որոգայթներ, որոնցից պետք է խուսափել ընտրությունից հետո

Նույնիսկ եթե ընտրության պարամետրերը ճիշտ են, գործնական ծրագրերը կարող են բախվել հետևյալ խնդիրների հետ.

·  Մոնտաժման ճշգրտություն  . մագնիսի և չիպի միջև էքսցենտրիկությունը պետք է խստորեն վերահսկվի, սովորաբար ≤0,3 մմ, առանցքային բացվածքով 0,5-1,5 մմ: Այս սահմանները գերազանցելը լրացուցիչ ոչ գծային սխալներ է առաջացնում:

·  Էլեկտրամագնիսական միջամտություն  . շարժիչների, ինվերտորների և այլնի ուժեղ EMI ազդանշանի աղավաղման հիմնական պատճառն է: Առաջարկվում են դիֆերենցիալ ելքային միջերեսներ՝ զուգակցված ոլորված զույգ պաշտպանված մալուխների հետ (վահանը հիմնավորված է մի ծայրում):

·  Շրջակա միջավայրի հարմարվողականություն  . ջրի շարունակական ընկղմամբ կամ բարձր խոնավության խտացումով կիրառությունների համար ընտրեք արտադրանքներ IP67 կամ ավելի բարձր ներթափանցման պաշտպանության վարկանիշով: Արդյունաբերական դասարանը սովորաբար պահանջում է աշխատանքային ջերմաստիճանի միջակայք -40°C-ից +85°C:

5. SDM Robot Magnetic Encoder Sensors

Մագնիսական կոդավորիչների ներքին արտադրության գործընթացում SDM-ն արտադրության մեջ տարել է տարբերակված տեխնոլոգիական ուղի: Նրանց Robot Magnetic Encoder Sensors-ի հիմնական առավելություններն արտացոլված են հետևյալ երեք ոլորտներում.

Ներարկման համաձուլվածքների ինտեգրված գործընթաց  . SDM-ն օգտագործում է ներարկման-ձուլման գործընթաց՝ մեկ կրակոցով մագնիսական նյութեր և ինժեներական պլաստիկ ձևավորելու համար՝ փոխարինելով ավանդական բազմամասի հավաքման գործընթացը: Ներարկման ձևավորված ինտեգրումն առաջարկում է զգալի առավելություններ՝ գործընթացի կարճ հոսք, էներգիայի ցածր սպառում, ձևի մի քանի սահմանափակում, արտադրության բարձր արդյունավետություն և չափերի լավ ճշգրտություն: Այս գործընթացը մեծապես բարելավում է կոդավորիչի մագնիսական օղակի ծավալային հետևողականությունը և մեխանիկական ուժը՝ հիմք դնելով հետագա մագնիսական աշխատանքի հետևողականության համար:

Մագնիսական տպագրության մագնիսացման տեխնոլոգիա  . մագնիսացման փուլում SDM-ն օգտագործում է բարձր ճշգրտության «մագնիսական տպագրություն» տեխնոլոգիա՝ բևեռների նախշերը կետ առ կետ գրելով: Համեմատած սովորական զանգվածային մագնիսացման հետ, սա զգալիորեն բարելավում է բևեռային դիրքի ճշգրտությունը և մագնիսական դաշտի միատեսակությունը: Բարձր բևեռների հաշվարկով, բարձր ճշգրտությամբ մագնիսացման գործընթացները պահանջում են չափազանց ճշգրիտ սարքավորումներ և գործիքներ. դրանք պետք է լրացվեն հատուկ բազմաբևեռ մագնիսացնող սարքերի վրա՝ ճշգրիտ դասավորվածությամբ և բարձր ինտենսիվության իմպուլսային մագնիսական դաշտերով: Այս ոլորտում SDM-ի կուտակած փորձը թույլ է տալիս նրանց մագնիսական կոդավորիչ սենսորներին հասնել բևեռների բաժանման բարձր ճշգրտության:

Ալիքի ձևի ամբողջական ստուգում  ․ Յուրաքանչյուր արտադրանք ենթարկվում է ազդանշանի ալիքի սկանավորման բազմաթիվ աշխատանքային պայմաններում՝ ընդգրկելով բոլոր կատարողականի ցուցիչները. միջբևեռային անկյան սխալ, մագնիսական դաշտի ուժգնության տատանում, ազդանշանի աղավաղում և այլն:

Ներարկման ինտեգրումից՝ մագնիսական օղակի մեխանիկական տվյալների ապահովման համար, մագնիսական տպագրության մագնիսացում՝ մագնիսական բևեռների էլեկտրական ճշգրտությունն ապահովելու համար, և վերջապես մինչև ալիքի ամբողջական ստուգում՝ յուրաքանչյուր ապրանքի ելքային որակը երաշխավորելու համար. մագնիսական կոդավորիչների ընտրություն: