Bộ mã hóa từ tính là một cảm biến sử dụng những thay đổi trong từ trường để đo góc quay, hướng và tốc độ. Nói một cách đơn giản, nó hoạt động như 'cơ quan cảm nhận bản thể' của robot — khi 'bộ não' của robot đưa ra lệnh như 'nâng cánh tay trái lên 30 độ', Bộ mã hóa từ tính hoạt động giống như một 'thước đo góc' được gắn vào khớp, phản hồi lại góc thực tế đạt được theo thời gian thực. Khi phát hiện sai lệch, hệ thống sẽ khắc phục ngay.
So với bộ mã hóa quang học truyền thống, bộ mã hóa từ tính có khả năng chống nhiễu mạnh mẽ, khả năng thích ứng với môi trường tuyệt vời và cấu trúc linh hoạt , khiến chúng đặc biệt phù hợp với môi trường công nghiệp và phức tạp có bụi, dầu và độ rung. Trong lĩnh vực robot, bộ mã hóa từ tính đang phát triển từ các bộ phận hỗ trợ thông thường thành các thiết bị cảm biến quan trọng trong hệ thống điều khiển chuyển động thông minh.
Cảm biến bộ mã hóa từ tính của robot áp dụng cho những khớp nào?
Bộ mã hóa từ tính được sử dụng ở hầu hết các khớp yêu cầu phản hồi chuyển động trong robot.
Xét về loại khớp, các khớp cốt lõi như đầu gối, vai, thắt lưng của robot hình người đều cần bộ mã hóa. Một robot hình người điển hình có hơn 14 khớp cần có 20–30 bộ mã hóa. Đáng chú ý hơn, dữ liệu của ngành cho thấy một robot hình người cần trung bình khoảng 71 bộ mã hóa từ tính . Các bộ mã hóa này thường được triển khai ở cả đầu động cơ và đầu giảm tốc , phối hợp với nhau để cải thiện tốc độ và độ chính xác của vị trí.
Ngoài robot hình người, bộ mã hóa từ tính cũng được sử dụng rộng rãi trên chó robot và các tình huống khác đòi hỏi phản ứng nhanh và có không gian hạn chế. Trong robot bốn chân, mỗi chân thường được trang bị 3 khớp quay (điều khiển chuyển động của hông, đùi và bắp chân), do đó, một robot bốn chân sử dụng tổng cộng 12 bộ mã hóa để đảm bảo điều khiển chuyển động chính xác.
Ngoài ra, bộ mã hóa nhỏ gọn có thể được lắp đặt ở những không gian hẹp như của robot cổ tay, ngón tay và cổ mà không ảnh hưởng đến hiệu suất.
Chúng hiệu quả như thế nào? Họ có thể đạt được mức độ chính xác nào?
Hiệu suất của bộ mã hóa từ tính trong khớp robot có thể được tóm tắt bằng một từ: chính xác.
Hiện nay, các bộ mã hóa từ tính chính thống đã đạt đến mức độ chính xác cao đáng kể. Ví dụ, bộ mã hóa từ tính sử dụng công nghệ AMR (từ điện trở dị hướng) có thể đạt được độ chính xác đo góc lên tới ±0,07° ; một số sản phẩm cao cấp thậm chí còn đạt độ chính xác góc tuyệt đối 0,05° . Về độ phân giải, bộ mã hóa từ tính tiên tiến có thể cung cấp độ phân giải lên tới 18 bit trong phạm vi 360°, cho phép robot thực hiện các tác vụ với độ nhất quán và độ lặp lại cao hơn.
Trong các ứng dụng thực tế, báo cáo thử nghiệm từ một nhà sản xuất robot hợp tác cho thấy rằng sau khi áp dụng bộ mã hóa từ tính hiệu suất cao, độ chính xác định vị độ lặp lại của khớp được cải thiện từ ±0,1 mm lên ±0,03 mm . Mỗi khớp nối của robot Yaskawa MOTOMAN đều được trang bị bộ mã hóa từ tính có độ chính xác cao tích hợp, đạt độ chính xác định vị lặp lại ±0,01 mm.
Bộ mã hóa từ cũng hỗ trợ công nghệ mã hóa tuyệt đối nhiều lượt , giúp lưu giữ thông tin vị trí ngay cả sau khi mất điện, loại bỏ nhu cầu định vị lại theo yêu cầu của bộ mã hóa gia tăng.
Chúng có chống rung không?
Chống rung cực tốt. Đây là một trong những ưu điểm chính của bộ mã hóa từ tính so với bộ mã hóa quang học.
Bởi vì chúng hoạt động theo nguyên tắc đo không tiếp xúc nên bộ mã hóa từ tính tránh được sự mài mòn cơ học và có tuổi thọ sử dụng lý thuyết vượt quá 100.000 giờ . Về khả năng chống rung, dữ liệu thử nghiệm rất thuyết phục: trong điều kiện rung liên tục (5–2000 Hz) , dao động vị trí đầu ra của bộ mã hóa từ tính chất lượng cao nhỏ hơn 0,1° , vượt trội hơn nhiều so với giá trị 3°–5° điển hình của bộ mã hóa thông thường.
Ngoài ra, bộ mã hóa từ tính còn cung cấp xếp hạng bảo vệ IP67 , đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt bị nhiễm bụi và dầu. Bộ mã hóa từ tính công nghệ AMR không nhạy cảm với sự thay đổi cường độ từ trường ở chế độ vận hành bão hòa, có hiệu suất chống rung và chống trôi nhiệt độ tuyệt vời . Một số sản phẩm có phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -40°C đến +125°C , đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cấp công nghiệp.
Tóm lại, trong các điều kiện khắc nghiệt như khởi động-dừng tần số cao, quay thuận-nghịch và rung liên tục ở robot công nghiệp, bộ mã hóa từ vẫn cung cấp tín hiệu vị trí ổn định và chính xác.
Cảm biến mã hóa từ tính robot của SDM
Trong chuỗi cung ứng bộ mã hóa từ tính, chất lượng của vật liệu từ tính quyết định trực tiếp đến hiệu suất cuối cùng của cảm biến. SDM Magnets Co., Ltd. là công ty đi đầu trong lĩnh vực này.
Được thành lập vào năm 2009, có trụ sở chính tại Tiêu Sơn, Hàng Châu và nhà máy ở Tonglu, Hàng Châu, SDM là một doanh nghiệp công nghệ cao cấp quốc gia chuyên về nam châm vĩnh cửu đất hiếm và hệ thống thành phần từ tính. Trong hơn một thập kỷ, công ty đã tập trung vào R&D và sản xuất vật liệu từ tính, cung cấp các giải pháp toàn diện trên toàn thế giới cho các ngành như ô tô, điện tử tiêu dùng, thiết bị gia dụng, năng lượng xanh, y tế, viễn thông và hàng không vũ trụ.
Trong lĩnh vực cảm biến mã hóa từ tính của robot, khả năng cạnh tranh cốt lõi của SDM nằm ở chuỗi sản xuất chính xác hoàn chỉnh :
Đầu tiên, ép phun tích hợp. Nam châm mã hóa của SDM được sản xuất bằng công nghệ ferrite đúc phun , trộn bột ferrite với nhựa hiệu suất cao (ví dụ: nylon, PP, PPS) và định hình chúng thông qua ép phun. Quá trình này mang lại cho nam châm cả khả năng xử lý của nhựa và tính chất từ của ferrite. Hơn nữa, chúng có thể được đúc liền với trục kim loại hoặc các bộ phận kết cấu bằng nhựa, giúp tăng cường đáng kể độ bền và sự tích hợp của kết cấu. Nam châm đúc phun rất phù hợp cho từ hóa đa cực - phổ biến là một chục hoặc hai chục cực, và các phiên bản phức tạp hơn có thể được từ hóa lên đến một trăm cực.
Thứ hai, từ hóa điểm in từ tính. Chìa khóa của nam châm mã hóa nằm ở độ chính xác của cực từ - độ phân giải bị ảnh hưởng trực tiếp bởi cao độ/chiều rộng của cực. SDM sử dụng các quy trình và thiết bị từ hóa có độ chính xác cao được phát triển đặc biệt để đạt được từ hóa có bước sóng hẹp, độ chính xác cao, đảm bảo chất lượng tín hiệu tuyệt vời. Công nghệ từ hóa điểm kiểu 'in từ tính' này kiểm soát chính xác vị trí và cường độ của từng cực từ, tạo nền tảng vững chắc cho độ chính xác của cảm biến tiếp theo. Công ty cũng hỗ trợ từ hóa nhiều rãnh và tùy chỉnh các bước cực hẹp khác nhau, đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau từ bộ mã hóa tuyệt đối một rãnh cho đến bộ mã hóa tuyệt đối nhiều rãnh.
Thứ ba, kiểm tra đầy đủ 100% các mẫu dạng sóng từ trường. Sau khi từ hóa, SDM thực hiện kiểm tra toàn diện nghiêm ngặt dạng sóng từ trường cho từng sản phẩm. Điều này là do ngay cả khi thiết kế kích thước chính xác thì độ chính xác từ hóa không đủ vẫn có thể dẫn đến tín hiệu đầu ra không ổn định, độ phân giải giảm hoặc khó hiệu chỉnh cảm biến. Thông qua quá trình kiểm tra toàn diện, SDM đảm bảo rằng dạng sóng từ trường của mọi nam châm mã hóa đều đáp ứng các tiêu chuẩn thiết kế, đảm bảo tính nhất quán, độ tin cậy và độ chính xác từ nguồn.
Từ ép phun tích hợp, đến từ hóa điểm in từ tính, đến kiểm tra toàn bộ dạng sóng từ trường — SDM tận dụng dây chuyền sản xuất chính xác hoàn chỉnh này để cung cấp các thành phần lõi từ có độ ổn định cao, độ tin cậy cao cho cảm biến bộ mã hóa từ tính của rô-bốt, giúp điều khiển chuyển động có độ chính xác cao hơn trong ngành công nghiệp rô-bốt của Trung Quốc.
