En magnetisk kodare är en sensor som använder förändringar i ett magnetfält för att mäta rotationsvinkel, riktning och hastighet. Enkelt uttryckt fungerar den som robotens 'proprioceptor' — när robotens 'hjärna' ger ett kommando som 'höj vänster arm med 30 grader' magnetisk kodare fungerar som en 'gradskiva' som är fäst vid fogen och återkopplar i realtid den faktiska vinkeln. När en avvikelse upptäcks korrigerar systemet omedelbart den.
Jämfört med traditionella optiska kodare har magnetiska kodare en stark anti-interferensförmåga, utmärkt miljöanpassning och flexibel struktur , vilket gör dem särskilt lämpliga för industriella och komplexa miljöer med damm, olja och vibrationer. Inom robotområdet utvecklas magnetiska kodare från konventionella stödkomponenter till viktiga avkänningsenheter inom intelligenta rörelsekontrollsystem.
Vilka leder gäller en robotmagnetisk kodarsensor?
Magnetiska pulsgivare används i nästan alla leder som kräver rörelseåterkoppling i robotar.
När det gäller ledtyper behöver kärnleder som knä, axel och midja på humanoida robotar alla kodare. En typisk humanoid robot med 14+ leder kräver 20–30 kodare. Mer slående visar branschdata att en enda humanoid robot kräver i genomsnitt cirka 71 magnetiska kodare . Dessa kodare är vanligtvis utplacerade i både motoränden och reduceränden , och arbetar tillsammans för att förbättra hastigheten och positionsnoggrannheten.
Förutom humanoida robotar, används magnetiska kodare också i stor utsträckning i robothundar och andra scenarier som kräver snabb respons och har begränsat utrymme. I en fyrbäddsrobot är varje ben vanligtvis utrustat med 3 rotationsleder (kontrollerar höft-, lår- och vadrörelser), så en fyrbäddsrobot använder totalt 12 kodare för att säkerställa exakt rörelsekontroll.
Dessutom kan kompakta kodare installeras i trånga utrymmen som robotens handled, fingrar och hals utan att kompromissa med prestanda.
Hur effektiva är de? Vilken nivå av noggrannhet kan de uppnå?
Prestandan hos magnetiska kodare i robotskarvar kan sammanfattas med ett ord: exakt.
För närvarande har vanliga magnetiska kodare nått avsevärt höga noggrannhetsnivåer. Till exempel kan magnetiska kodare som använder AMR (anisotropic magnetoresistance) teknologi uppnå vinkelmätningsnoggrannhet upp till ±0,07° ; vissa avancerade produkter når till och med 0,05° absolut vinkelnoggrannhet . När det gäller upplösning kan avancerade magnetiska kodare ge upp till 18-bitars upplösning över ett 360°-intervall, vilket gör att robotar kan utföra uppgifter med större konsekvens och repeterbarhet.
I praktiska tillämpningar visade en testrapport från en samarbetsrobottillverkare att efter att ha antagit högpresterande magnetiska kodare, förbättrades positioneringsnoggrannheten i lederna från ±0,1 mm till ±0,03 mm . Varje led i Yaskawa MOTOMAN-roboten är utrustad med inbyggda magnetiska kodare med hög precision, vilket uppnår ±0,01 mm repeterbarhetspositioneringsnoggrannhet.
Magnetiska kodare stöder också multi-turn absolut encoding-teknik , som behåller positionsinformation även efter strömavbrott, vilket eliminerar behovet av återplacering som krävs av inkrementella kodare.
Är de vibrationsbeständiga?
Extremt vibrationstålig. Detta är en av de viktigaste fördelarna med magnetiska kodare framför optiska kodare.
Eftersom de arbetar enligt en beröringsfri mätprincip undviker magnetkodare mekaniskt slitage och har en teoretisk livslängd som överstiger 100 000 timmar . När det gäller vibrationsmotstånd är testdata övertygande: under kontinuerlig vibration (5–2000 Hz) är fluktuationen av positionsutgången för högkvalitativa magnetiska kodare mindre än 0,1° , mycket överlägsen de typiska 3°–5°-värdena för konventionella kodare.
Dessutom erbjuder magnetiska omkodare IP67-skyddsklasser , vilket säkerställer stabil drift i tuffa miljöer med damm och oljeföroreningar. Magnetkodare med AMR-teknik är okänsliga för variationer i magnetfältstyrka under mättat driftläge, med utmärkt antivibrations- och anti-temperaturdriftsprestanda . Vissa produkter täcker ett driftstemperaturområde från -40°C till +125°C , vilket uppfyller kraven för industriella tillämpningar.
Kort sagt, under svåra förhållanden som högfrekvent start-stopp, framåt-bakåt rotation och kontinuerliga vibrationer i industrirobotar, levererar magnetiska kodare fortfarande stabila och exakta positionssignaler.
SDM:s Robot Magnetic Encoder Sensors
I den magnetiska kodarens leveranskedja avgör kvaliteten på magnetiska material direkt sensorns slutliga prestanda. SDM Magnetics Co., Ltd. är ledande inom detta område.
SDM grundades 2009, med sitt huvudkontor i Xiaoshan, Hangzhou och sin fabrik i Tonglu, Hangzhou, och är ett högteknologiskt företag på nationell nivå som specialiserat sig på permanenta magneter av sällsynta jordartsmetaller och magnetiska komponentsystem. I över ett decennium har företaget ägnat sig åt FoU och produktion av magnetiska material, och tillhandahåller helhetslösningar över hela världen för industrier som fordon, konsumentelektronik, hushållsapparater, grön energi, medicin, telekommunikation och flyg.
Inom området för robotmagnetiska kodarsensorer ligger SDM:s kärnkonkurrenskraft i en komplett precisionstillverkningskedja :
Först, integrerad formsprutning. SDM:s kodarmagneter tillverkas med hjälp av formsprutad ferritteknologi , som blandar ferritpulver med högpresterande hartser (t.ex. nylon, PP, PPS) och formar dem via formsprutning. Denna process ger magneterna både plastens bearbetbarhet och ferriternas magnetiska egenskaper. Dessutom kan de gjutas i ett stycke med metallaxlar eller plastkonstruktionsdelar, vilket avsevärt förbättrar strukturell styrka och integration. Formsprutade magneter är väl lämpade för multipolmagnetisering - ett dussin eller två dussin poler är vanliga, och mer sofistikerade versioner kan magnetiseras med upp till hundra poler.
För det andra, magnetisk tryckpunkt magnetisering. Nyckeln till kodningsmagneter ligger i magnetisk polnoggrannhet - upplösningen påverkas direkt av polens stigning/bredd. SDM använder specialutvecklade magnetiseringsprocesser och utrustning med hög precision för att uppnå magnetisering med smal stigning och hög precision, vilket säkerställer utmärkt signalkvalitet. Denna punktmagnetiseringsteknik i 'magnetiskt tryck'-stil kontrollerar exakt positionen och intensiteten för varje magnetisk pol, och lägger en solid grund för efterföljande avkänningsnoggrannhet. Företaget stöder också flerspårsmagnetisering och anpassning av olika smala polavstånd, vilket uppfyller olika krav från enkelspåriga inkrementella till flerspåriga absolutkodare.
För det tredje, 100 % fullständig inspektion av magnetfältets vågformsmönster. Efter magnetisering utför SDM strikt fullständig inspektion av magnetfältets vågform för varje enskild produkt. Detta beror på att även om dimensionella konstruktioner är korrekta kan otillräcklig magnetiseringsnoggrannhet fortfarande leda till instabil signalutgång, minskad upplösning eller svårigheter med sensorkalibrering. Genom fullständig inspektion säkerställer SDM att magnetfältets vågform för varje kodarmagnet uppfyller designstandarder, vilket garanterar konsekvens, tillförlitlighet och noggrannhet från källan.
Från integrerad formsprutning, till magnetisk tryckpunktsmagnetisering, till fullständig inspektion av magnetiska fältvågformer — SDM utnyttjar denna kompletta precisionstillverkningskedja för att tillhandahålla högkonsistenta, högtillförlitliga magnetiska kärnkomponenter för robotmagnetiska kodarsensorer, vilket hjälper till att driva rörelsekontroll med högre precision i Kinas robotindustri.
