Диск магнітного кодера

'Спільне сприйняття' в роботах: розкриття того, як диски магнітного кодера надають роботам спритність рухів

У науково-фантастичних фільмах роботи можуть виконувати дії високої складності, такі як танці, операції чи навіть паркур. За цією здатністю стоїть критичний компонент: суглоб . Для сучасних роботів — будь то промислові маніпулятори чи роботи-гуманоїди — кожен суглоб потребує не лише потужних «м’язів» (моторів), але й гострих «нервів» для сприйняття кутів і положень. Серцевиною цих 'нервів' є головний герой нашої сьогоднішньої дискусії: магнітний шифруючий диск.

Що таке кодувальник? 'Пропріоцепція' робота

Уявіть, що ви можете акуратно торкнутися носа із закритими очима. Це можливо тому, що ваші м’язи та суглоби передають інформацію про положення назад у ваш мозок. У сфері робототехніки кодер відіграє подібну роль. Це датчик, який перетворює механічний рух (наприклад, кут обертання та швидкість) в електричні сигнали, надаючи критичні дані про положення, швидкість і напрямок системі керування робота, тим самим оптимізуючи загальну продуктивність системи.

В даний час існує три основних типи технологій кодування: оптичний, магнітний і ємнісний. Протягом тривалого часу оптичні кодери були популярним вибором на ринку завдяки своїй високій точності. Вони працюють як точний програвач компакт-дисків, визначаючи положення шляхом зчитування прозорих і непрозорих ліній на закодованому диску.

Однак оптичні кодери стикаються з декількома проблемами, властивими роботам:

1. Схильність до забруднення : пил і масло можуть перекривати оптичний шлях, що призводить до втрати сигналу.

2. Схильність до вібрації : скляні диски, які використовуються в оптичних кодувальниках, схильні до руйнування під час високошвидкісного руху робота або ударів.

3. Розмір і енергоспоживання : Оптичні кодери з високою роздільною здатністю зазвичай мають більший форм-фактор і більш високе енергоспоживання.

На цьому тлі магнітні кодери почали сяяти в області роботизованих з’єднань, використовуючи свої унікальні переваги.

Диски магнітного кодера: 'Відображення' руху за допомогою магнітних полів

Структура магнітного кодера подібна до структури оптичного кодера, але він використовує магнітні поля замість світлових променів. Його основним компонентом є магнітний диск кодера . Цей невеликий диск містить ряд магнітних полюсів, що чергуються (подібно до незліченних крихітних північних і південних полюсів).

Коли диск обертається разом з валом двигуна, ці змінні магнітні поля виявляються сусідніми магніторезистивними датчиками або датчиками Холла . Датчики перетворюють коливання магнітного поля в електричні сигнали, які потім обробляються схемою для розрахунку точного положення валу.

Якщо ми порівнюємо оптичний кодер із 'читанням решітки', то магнітний кодер схожий на 'інтерпретацію карти магнітного поля'.

Чому роботизовані суглоби віддають перевагу магнітним енкодерам?

В останні роки, зі сплеском втіленого інтелекту та гуманоїдних роботів, магнітні кодери стали улюбленим вибором у дизайні спільних модулів з кількох причин:

1. Внутрішня міцність, стійкість до несприятливих умов
   Роботизовані з’єднання часто заповнені мастилом і можуть працювати в запиленому середовищі. За таких умов «зір» оптичних кодерів може бути розмитим. Навпаки, магнітні кодери, будучи безконтактними датчиками магнітного поля, «незахищені» від пилу, масла та вологи, забезпечуючи високу надійність і чудову стійкість до вібрації та ударів.

2. Компактний розмір і плоска структура

   Сучасні роботизовані з’єднання прагнуть до «інтегрованих силових модулів», що вимагає високої інтеграції двигунів, редукторів і приводів. Магнітні кодери усувають потребу в громіздких джерелах світла та системах оптичних лінз; чіпи та диски можна зробити дуже тонкими, що полегшує «мініатюрні, легкі та плоскі» конструкції з’єднань.

3. Прорив у високій роздільній здатності для точного керування силою

   Колись часто говорили, що магнітні кодери відстають за точністю від оптичних. Однак це змінюється. На виставці China Hi-Tech Fair (CHTF) у 2024 році вітчизняні виробники продемонстрували високоточні магнітні кодери з роздільною здатністю 19 або навіть 20 біт . Наприклад, розташувавши складні пари магнітних полюсів — наприклад, «126 полюсів на внутрішньому кільці та 128 полюсів на зовнішньому кільці» — на дуже маленькому диску, датчики можуть виявляти надзвичайно дрібні рухи. Це дозволяє роботам виконувати делікатні операції, наприклад складати точні деталі.

4. Переваги вартості та переваги локалізації

   Довгий час на ринку магнітних кодерів високої роздільної здатності (наприклад, 19-біт, 20-біт) домінували іноземні компанії, що робило їх дорогими через тривалий час виконання — класичний приклад технологічного вузького місця. Сьогодні такі вітчизняні компанії, як Yuzhi Power Technology, досягли прориву. Їхня технологія досягла рівня світового рівня, а вартість зменшилася до половини або двох третин імпортної продукції, що значно знизило вартість виробництва вітчизняних роботів.

Технологічні передові: від 'однообертового' до 'багатообертового', від 'сенсорного' до 'інтелектуального'

Оскільки сценарії застосування роботів розширюються, технологія магнітного кодера продовжує розвиватися:

• Пам'ять абсолютного положення : високоякісні магнітні кодери тепер підтримують функцію 'багатооборотів'. Навіть якщо шарнір робота переміщується зовнішньою силою після втрати живлення, енкодер, що живиться від батареї, може записати кількість обертів і відразу знати абсолютне положення після перезапуску, усуваючи потребу в повторному наведенні.

• Алгоритми захисту від перешкод : щоб протидіяти сильним електромагнітним перешкодам, створюваним працюючими двигунами, сучасні мікросхеми магнітного кодера (наприклад, ті, що використовують технологію AMR) інтегрують алгоритми компенсації динамічної кутової помилки, забезпечуючи вихід стабільного сигналу навіть у шумному середовищі.

• Інновації у виробництві дисків : Точна намагніченість традиційно була серйозною проблемою для магнітних дисків. Тепер завдяки таким унікальним методам, як «одноразове намагнічування», точність магнітних дисків вітчизняного виробництва значно підвищилась, закладаючи міцну основу для високоточних з’єднань роботів.

Якщо двигун є серцем робота, то магнітний кодер із високоточним диском є ​​«пропріоцептивним нервом» робота. Він не тільки дозволяє роботу сприймати власну позу, але й дає йому можливість працювати стабільно й точно в складних умовах.