Een magnetische encoder is een sensor die veranderingen in een magnetisch veld gebruikt om de rotatiehoek, richting en snelheid te meten. In eenvoudige bewoordingen fungeert het als de ‘proprioceptor’ van de robot – wanneer de ‘hersenen’ van de robot een commando geven als ‘de linkerarm 30 graden optillen’, magnetische encoder werkt als een 'gradenboog' die aan het gewricht is bevestigd en geeft in realtime de werkelijk bereikte hoek terug. Zodra een afwijking wordt gedetecteerd, corrigeert het systeem deze onmiddellijk.
Vergeleken met traditionele optische encoders beschikken magnetische encoders over een sterk anti-interferentievermogen, uitstekend aanpassingsvermogen aan de omgeving en een flexibele structuur , waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor industriële en complexe omgevingen met stof, olie en trillingen. Op het gebied van de robotica evolueren magnetische encoders van conventionele ondersteunende componenten naar sleutelsensoren binnen intelligente bewegingscontrolesystemen.
Op welke gewrichten is een magnetische robot-encodersensor van toepassing?
Magnetische encoders worden gebruikt in vrijwel alle gewrichten die bewegingsfeedback bij robots vereisen.
Wat de gewrichtstypen betreft, hebben kerngewrichten zoals de knie, schouder en taille van humanoïde robots allemaal encoders nodig. Een typische humanoïde robot met meer dan 14 gewrichten heeft 20 tot 30 encoders nodig. Nog opvallender is dat uit gegevens uit de sector blijkt dat een enkele mensachtige robot gemiddeld ongeveer 71 magnetische encoders nodig heeft . Deze encoders worden meestal zowel aan het motoruiteinde als aan het reductiedeel ingezet en werken samen om de snelheid en positienauwkeurigheid te verbeteren.
Naast humanoïde robots worden magnetische encoders ook veel gebruikt in robothonden en andere scenario's die een snelle reactie vereisen en een beperkte ruimte hebben. Bij een viervoeterrobot is elk been doorgaans uitgerust met drie roterende gewrichten (die de beweging van de heup, het dijbeen en de kuit regelen). Eén viervoeterrobot gebruikt dus in totaal twaalf encoders om nauwkeurige bewegingscontrole te garanderen.
Bovendien kunnen compacte encoders worden geïnstalleerd in nauwe ruimtes zoals de pols, vingers en nek van de robot , zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties.
Hoe effectief zijn ze? Welk nauwkeurigheidsniveau kunnen ze bereiken?
De prestaties van magnetische encoders in robotgewrichten kunnen in één woord worden samengevat: nauwkeurig.
Momenteel hebben reguliere magnetische encoders aanzienlijk hoge nauwkeurigheidsniveaus bereikt. Magnetische encoders die gebruik maken van AMR-technologie (anisotrope magnetoweerstand) kunnen bijvoorbeeld hoekmeetnauwkeurigheden tot ±0,07° bereiken ; sommige high-end producten bereiken zelfs een absolute hoeknauwkeurigheid van 0,05° . Wat de resolutie betreft, kunnen geavanceerde magnetische encoders een resolutie tot 18-bits bieden over een bereik van 360°, waardoor robots taken met grotere consistentie en herhaalbaarheid kunnen uitvoeren.
In praktische toepassingen toonde een testrapport van een collaboratieve robotfabrikant aan dat na het gebruik van krachtige magnetische encoders de positioneringsnauwkeurigheid van de herhaalbaarheid van de gewrichten verbeterde van ± 0,1 mm naar ± 0,03 mm . Elk gewricht van de Yaskawa MOTOMAN-robot is uitgerust met ingebouwde uiterst nauwkeurige magnetische encoders, die een herhaalbaarheid van ± 0,01 mm positioneringsnauwkeurigheid bereiken.
Magnetische encoders ondersteunen ook multi-turn absolute coderingstechnologie , die positie-informatie behoudt, zelfs na stroomuitval, waardoor de noodzaak van herplaatsing zoals vereist bij incrementele encoders wordt geëlimineerd.
Zijn ze trillingsbestendig?
Extreem trillingsbestendig. Dit is een van de belangrijkste voordelen van magnetische encoders ten opzichte van optische encoders.
Omdat ze werken volgens een contactloos meetprincipe , vermijden magnetische encoders mechanische slijtage en hebben ze een theoretische levensduur van meer dan 100.000 uur . In termen van trillingsbestendigheid zijn de testgegevens overtuigend: bij continue trillingen (5–2000 Hz) is de fluctuatie in de uitgangspositie van hoogwaardige magnetische encoders minder dan 0,1° , veel beter dan de typische waarden van 3°–5° van conventionele encoders.
Bovendien bieden magnetische encoders ook IP67-beschermingsgraden , wat een stabiele werking garandeert in zware omgevingen met stof- en olievervuiling. Magnetische encoders met AMR-technologie zijn ongevoelig voor variaties in de magnetische veldsterkte in de verzadigde bedrijfsmodus en beschikken over uitstekende antivibratie- en anti-temperatuurafwijkingen . Sommige producten bestrijken een bedrijfstemperatuurbereik van -40°C tot +125°C en voldoen daarmee aan industriële toepassingsvereisten.
Kortom, onder zware omstandigheden zoals hoogfrequente start-stop, voorwaartse-achterwaartse rotatie en continue trillingen in industriële robots leveren magnetische encoders nog steeds stabiele en nauwkeurige positiesignalen.
SDM's magnetische robot-encodersensoren
In de toeleveringsketen van magnetische encoders bepaalt de kwaliteit van magnetische materialen rechtstreeks de uiteindelijke prestaties van de sensor. SDM Magnetics Co., Ltd. is een leider op dit gebied.
SDM, opgericht in 2009, met het hoofdkantoor in Xiaoshan, Hangzhou, en de fabriek in Tonglu, Hangzhou, is een hightech onderneming op nationaal niveau, gespecialiseerd in permanente magneten van zeldzame aardmetalen en magnetische componentsystemen. Het bedrijf legt zich al meer dan tien jaar toe op de R&D en productie van magnetische materialen en levert wereldwijd one-stop-oplossingen voor sectoren als de automobielsector, consumentenelektronica, huishoudelijke apparaten, groene energie, de medische sector, telecommunicatie en ruimtevaart.
Op het gebied van magnetische robot-encodersensoren ligt het belangrijkste concurrentievermogen van SDM in een complete precisieproductieketen :
Ten eerste geïntegreerd spuitgieten. De encodermagneten van SDM worden geproduceerd met behulp van spuitgegoten ferriettechnologie , waarbij ferrietpoeder wordt gemengd met hoogwaardige harsen (bijvoorbeeld nylon, PP, PPS) en deze via spuitgieten wordt gevormd. Door dit proces krijgen de magneten zowel de verwerkbaarheid van kunststoffen als de magnetische eigenschappen van ferrieten. Bovendien kunnen ze integraal worden gegoten met metalen assen of kunststof structurele onderdelen, waardoor de structurele sterkte en integratie aanzienlijk worden verbeterd. Spuitgegoten magneten zijn zeer geschikt voor meerpolige magnetisatie: een tiental of twintig polen zijn gebruikelijk, en meer geavanceerde versies kunnen worden gemagnetiseerd met maximaal honderd polen.
Ten tweede, magnetische drukpuntmagnetisatie. De sleutel tot encodermagneten ligt in de nauwkeurigheid van de magnetische pool; de resolutie wordt rechtstreeks beïnvloed door de poolsteek/-breedte. SDM maakt gebruik van speciaal ontwikkelde, zeer nauwkeurige magnetisatieprocessen en -apparatuur om zeer nauwkeurige magnetisatie met een smalle toonhoogte te bereiken, waardoor een uitstekende signaalkwaliteit wordt gegarandeerd. Deze puntmagnetisatietechnologie in 'magnetische druk'-stijl regelt nauwkeurig de positie en intensiteit van elke magnetische pool, waardoor een solide basis wordt gelegd voor de daaropvolgende detectienauwkeurigheid. Het bedrijf ondersteunt ook meersporige magnetisatie en aanpassing van verschillende smalle poolafstanden, en voldoet daarmee aan verschillende eisen, van enkelsporige incrementele tot meersporige absolute encoders.
Ten derde, 100% volledige inspectie van golfvormpatronen van magnetische velden. Na de magnetisatie voert SDM een strikte volledige inspectie uit van de golfvorm van het magnetische veld voor elk afzonderlijk product. Dit komt omdat zelfs als de dimensionale ontwerpen correct zijn, onvoldoende nauwkeurigheid van de magnetisatie nog steeds kan leiden tot onstabiele signaaluitvoer, verminderde resolutie of problemen met de sensorkalibratie. Door middel van volledige inspectie zorgt SDM ervoor dat de magnetische veldgolfvorm van elke encodermagneet voldoet aan de ontwerpnormen, waardoor consistentie, betrouwbaarheid en nauwkeurigheid vanaf de bron worden gegarandeerd.
Van geïntegreerd spuitgieten tot magnetische drukpuntmagnetisatie tot volledige inspectie van magnetische veldgolfvormen: SDM maakt gebruik van deze volledige precisieproductieketen om magnetische kerncomponenten met hoge consistentie en hoge betrouwbaarheid te leveren voor magnetische encodersensoren van robots, waardoor bewegingscontrole met een hogere precisie in de Chinese robotica-industrie wordt gestimuleerd.
