Un codificatore magnetico è un sensore che utilizza i cambiamenti in un campo magnetico per misurare l'angolo di rotazione, la direzione e la velocità. In termini semplici, agisce come il 'propriocettore' del robot: quando il 'cervello' del robot emette un comando come 'alza il braccio sinistro di 30 gradi', il l'encoder magnetico funziona come un 'goniometro' fissato allo snodo, restituendo in tempo reale l'angolo effettivo raggiunto. Una volta rilevata una deviazione, il sistema la corregge immediatamente.
Rispetto ai tradizionali encoder ottici, gli encoder magnetici presentano una forte capacità anti-interferenza, un'eccellente adattabilità ambientale e una struttura flessibile , che li rendono particolarmente adatti per ambienti industriali e complessi con polvere, olio e vibrazioni. Nel campo della robotica, gli encoder magnetici si stanno evolvendo da componenti di supporto convenzionali a dispositivi di rilevamento chiave all'interno di sistemi di controllo del movimento intelligenti.
A quali giunti si applica un sensore encoder magnetico per robot?
Gli encoder magnetici sono utilizzati in quasi tutti i giunti che richiedono feedback di movimento nei robot.
In termini di tipi di articolazioni, le articolazioni centrali come il ginocchio, la spalla e la vita dei robot umanoidi necessitano tutte di codificatori. Un tipico robot umanoide con più di 14 articolazioni richiede 20-30 codificatori. Ancora più sorprendente, i dati del settore mostrano che un singolo robot umanoide richiede una media di circa 71 codificatori magnetici . Questi encoder vengono solitamente utilizzati sia sul lato motore che su quello riduttore e lavorano insieme per migliorare la velocità e la precisione della posizione.
Oltre ai robot umanoidi, gli encoder magnetici sono ampiamente utilizzati anche nei cani robot e in altri scenari che richiedono una risposta rapida e hanno spazio limitato. In un robot quadrupede, ciascuna gamba è generalmente dotata di 3 giunti rotanti (che controllano il movimento dell'anca, della coscia e del polpaccio), quindi un robot quadrupede utilizza un totale di 12 encoder per garantire un controllo preciso del movimento.
Inoltre, gli encoder compatti possono essere installati in spazi ristretti come il polso, le dita e il collo del robot senza compromettere le prestazioni.
Quanto sono efficaci? Quale livello di precisione possono raggiungere?
Le prestazioni degli encoder magnetici nei giunti dei robot possono essere riassunte in una parola: precise.
Attualmente, gli encoder magnetici tradizionali hanno raggiunto livelli di precisione considerevolmente elevati. Ad esempio, gli encoder magnetici che utilizzano la tecnologia AMR (magnetoresistenza anisotropa) possono raggiungere una precisione di misurazione angolare fino a ±0,07° ; alcuni prodotti di fascia alta raggiungono addirittura una precisione angolare assoluta di 0,05° . In termini di risoluzione, gli encoder magnetici avanzati possono fornire una risoluzione fino a 18 bit su un intervallo di 360°, consentendo ai robot di eseguire attività con maggiore coerenza e ripetibilità.
Nelle applicazioni pratiche, un rapporto di test di un produttore di robot collaborativi ha mostrato che dopo l'adozione di encoder magnetici ad alte prestazioni, la precisione di posizionamento della ripetibilità del giunto è migliorata da ±0,1 mm a ±0,03 mm . Ogni giunto del robot Yaskawa MOTOMAN è dotato di encoder magnetici integrati ad alta precisione, che raggiungono una precisione di posizionamento ripetibile di ± 0,01 mm.
Gli encoder magnetici supportano anche la tecnologia di codifica assoluta multigiro , che conserva le informazioni sulla posizione anche dopo un'interruzione di corrente, eliminando la necessità di reimpostare il punto di riferimento come richiesto dagli encoder incrementali.
Sono resistenti alle vibrazioni?
Estremamente resistente alle vibrazioni. Questo è uno dei principali vantaggi degli encoder magnetici rispetto agli encoder ottici.
Poiché funzionano secondo il principio di misurazione senza contatto , gli encoder magnetici evitano l'usura meccanica e hanno una durata teorica superiore a 100.000 ore . In termini di resistenza alle vibrazioni, i dati dei test sono convincenti: in condizioni di vibrazione continua (5–2000 Hz) , la fluttuazione dell'uscita di posizione degli encoder magnetici di alta qualità è inferiore a 0,1° , di gran lunga superiore ai valori tipici di 3°–5° degli encoder convenzionali.
Inoltre, gli encoder magnetici offrono anche gradi di protezione IP67 , garantendo un funzionamento stabile in ambienti difficili con contaminazione da polvere e olio. Gli encoder magnetici con tecnologia AMR sono insensibili alle variazioni dell'intensità del campo magnetico in modalità operativa saturata, offrendo eccellenti anti-vibrazione e anti-deriva termica . prestazioni Alcuni prodotti coprono un intervallo di temperature operative compreso tra -40°C e +125°C , soddisfacendo i requisiti applicativi di livello industriale.
In breve, in condizioni severe come avvio-arresto ad alta frequenza, rotazione avanti-indietro e vibrazioni continue nei robot industriali, gli encoder magnetici forniscono comunque segnali di posizione stabili e accurati.
Sensori encoder magnetici robot di SDM
Nella catena di fornitura degli encoder magnetici, la qualità dei materiali magnetici determina direttamente le prestazioni finali del sensore. SDM Magnetics Co., Ltd. è leader in questo campo.
Fondata nel 2009, con sede a Xiaoshan, Hangzhou, e stabilimento a Tonglu, Hangzhou, SDM è un'impresa high-tech a livello nazionale specializzata in magneti permanenti in terre rare e sistemi di componenti magnetici. Da oltre un decennio, l'azienda si dedica alla ricerca e sviluppo e alla produzione di materiali magnetici, fornendo soluzioni complete in tutto il mondo per settori quali quello automobilistico, dell'elettronica di consumo, degli elettrodomestici, dell'energia verde, della medicina, delle telecomunicazioni e dell'aerospaziale.
Nel campo dei sensori encoder magnetici per robot, la competitività principale di SDM risiede in una catena di produzione di precisione completa :
Innanzitutto, lo stampaggio a iniezione integrato. I magneti dell'encoder di SDM sono prodotti utilizzando la tecnologia della ferrite stampata a iniezione , che mescola la polvere di ferrite con resine ad alte prestazioni (ad esempio nylon, PP, PPS) e le modella tramite stampaggio a iniezione. Questo processo conferisce ai magneti sia la lavorabilità della plastica che le proprietà magnetiche delle ferriti. Inoltre, possono essere stampati integralmente con alberi metallici o parti strutturali in plastica, migliorando notevolmente la resistenza strutturale e l'integrazione. I magneti stampati a iniezione sono adatti per la magnetizzazione multipolare: sono comuni una dozzina o due dozzine di poli e le versioni più sofisticate possono essere magnetizzate con un massimo di cento poli.
In secondo luogo, la magnetizzazione del punto di stampa magnetica. La chiave per i magneti dell'encoder risiede nella precisione del polo magnetico: la risoluzione è direttamente influenzata dal passo/larghezza del polo. SDM utilizza processi e apparecchiature di magnetizzazione ad alta precisione appositamente sviluppati per ottenere una magnetizzazione a passo stretto e ad alta precisione, garantendo un'eccellente qualità del segnale. Questa tecnologia di magnetizzazione puntiforme in stile 'stampa magnetica' controlla con precisione la posizione e l'intensità di ciascun polo magnetico, ponendo solide basi per la successiva precisione di rilevamento. L'azienda supporta inoltre la magnetizzazione multitraccia e la personalizzazione di diversi passi polari stretti, soddisfacendo vari requisiti, dagli encoder incrementali a traccia singola agli encoder assoluti multitraccia.
In terzo luogo, ispezione completa al 100% dei modelli di forma d'onda del campo magnetico. Dopo la magnetizzazione, SDM esegue un rigoroso controllo completo della forma d'onda del campo magnetico per ogni singolo prodotto. Questo perché, anche se i progetti dimensionali sono corretti, una precisione di magnetizzazione insufficiente può comunque portare a un'uscita del segnale instabile, a una risoluzione ridotta o a difficoltà di calibrazione del sensore. Attraverso un'ispezione completa, SDM garantisce che la forma d'onda del campo magnetico di ogni magnete dell'encoder soddisfi gli standard di progettazione, garantendo coerenza, affidabilità e precisione fin dalla fonte.
Dallo stampaggio a iniezione integrato, alla magnetizzazione dei punti di stampa magnetica, all'ispezione completa delle forme d'onda del campo magnetico: SDM sfrutta questa catena di produzione di precisione completa per fornire componenti con nucleo magnetico ad alta coerenza e affidabilità per sensori di encoder magnetici dei robot, contribuendo a promuovere un controllo del movimento di maggiore precisione nel settore della robotica cinese.
