高性能磁编码器怎样应对智能化工业机器人精度挑战呢？

协作机器人是指在共享空间与人类对话，或近距离与人类安全工作生产物品的机器人。 1978年，广岛工厂的切割机器人在切割钢板时将值班工人操作成钢板，导致了悲剧的发生。 从此，工业机器人的安全性成为了所有机器人开发者都在努力研究的问题。 自1996年世界首个商业化人机协作机器人WAM机械臂在美国诞生以来，另一个核心问题是研发人员——如何在实现安全化的同时，提高生产效率，降低成本。

作为机电系统的外在表现形式，工业协作机器人的机械臂通常经由变速器与电动机连接，为了实现电动机的精密控制和有效的换流，高分辨率电流和旋转位置信息是重要的。 一般来说，在基于分解器的系统中，分辨率和精度可能非常高，但终端解决方案可能很贵，体积也很大。 无传感器方式也可以用于检测反电动势电流，可以降低传感器的重量和成本，但电动机的起动性能可能会成为问题。 利用3个霍尔效应传感器检测电机磁铁的位置，在成本敏感的应用中普遍使用，需要监视3个信号，因此经常产生空间和安装的问题。 ADI公司作为工业自动化领域半导体程序的专业制造商，提供基于各向异性磁阻(AMR  )技术的角度传感器，通过ARM传感器，不仅可以实现高角度精度，还可以得到非常小的传感器子系统，并且可以实现momo

什么是AMR技术？

基于AMR理念的传感器的材料电阻率取决于相对于电流方向的磁化方向。 该传感器通常以薄膜磁导率合金(磁性铁镍合金)的形式堆积。 由于AMR传感器在饱和状态下工作，因此外部磁场有助于电阻的变化。 电流方向与外部磁场平行时电阻zui大，施加磁场与通电磁导率合金的平面垂直时电阻zui小。 当两个独立的惠斯通电桥排列成相互成45时，可以实现角度传感器，其正弦和余弦输出依赖于外部磁场方向。 该结构提供具有180绝对测量范围的传感器。

在目前的位置检测技术中，各向异性磁阻(AMR  )薄膜材料变得越来越重要。 与现有技术相比，磁阻(MR  )位置测量具有各种优点。 可靠性、精度和整体鲁棒性是推动磁阻检测技术快速发展的主要因素。 低成本、比较小的尺寸、非接触式操作、较宽的温度范围、对灰尘和光的敏感性、较宽的磁场范围，将这些特性结合起来实现稳健的传感器设计。

决定机器人精度和再现性规格的因素机器人处于动作状态时，电机的转速大多非常快，而机械臂的运动速度非常慢。 位置传感器通常安装在电机自身上，送回机器人控制器的关节角度解读结果表示关节的位置，从电机角度传感器直接解释，或者在手臂侧解释。 机器人手臂侧时，电机角度传感器用于控制电机速度。 也有安全制动器，为了防止停电时斗杆整体倒下，将斗杆固定在适当的位置。

应对高性能磁编码器解决方案智能工业机器人精度的课题

工业机器人体系结构

重复性是机器人设计中zui常用的术语之一，当机械臂总是回到同一位置后，用户将在任务开始时进行校准，以保持一致性。 精度一词常用来代替可重复性。 它是机器人技术等重复任务中zui重要的规格和重要的参数之一。 再现性高的系统被校准，实现高绝对精度。

在理解了可重复的规格和机器人的作用范围的基础上，可以推测旋转编码器的规格。 伺服电机和机器人的关节一般有编码器，变速器通过提高转矩将电机的高速旋转转换为被控制的低惯性臂运动。 由于机器人有多个关节，需要考虑机械公差，因此在将多个关节组合起来实现机器人在传感器下的整体作用范围时，关节的性能应该比目标角度的重复规格高。

具有可靠、准确位置信息的AMR传感器

ADI为成熟的磁编码器解决方案提供了ADA4571 AMR角度传感器形式的位置传感器。 ADA4571通过高精度的位置反馈信息，可以提高电动机的换流性能，提高转矩和速率性能的控制。 在低转速的应用中尤其如此。 该传感器还支持zui大50，000r  pm的电机转速，但角度直接测量原理可降低振动和噪声效果，排除对电机性能的影响。 优良的转矩控制能力有助于提高电机效率、减少排放和散热、延长电机寿命。 此外，低位相位延迟(2s  )实现高速闭环控制，提高在工业伺服电机、机器人、电动转向等高动态应用中的响应性。

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基于ADA4571 AMR角度传感器的磁编码器解决方案

与其他传感器技术(霍尔/GMR/TMR  )不同，ADA4571不需要执行振幅校正和正交性校正等附加校准步骤。 生产测试验证的宽度不一致确保不到1%，先进的传感器设计还能确保正交性。 传感器的迟滞也可以忽略，得到高可靠性和正确的位置信息。对于不需要高精度、低性能、对成本敏感的应用，ADA4571可以不用对线路终端进行失调校正。 在这种情况下，ADA4571可以确保小于5的角度误差。 这对于未校准的应用程序很有用，因为主机控制器知道轴的位置，可以优化启动情况。

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360机械旋转时的ADA4571误差(灰色)和输出波形(橙色/蓝色)

由于ADA4571能够提供低延迟、准确的位置反馈信息，因此能够准确控制电机各相的电流，使电机对动态负载做出顺畅的响应，或者在变化的条件下维持恒速。 结果，可以得到更好的控制、zui大转矩、更高的启动/停止效率、更好的运行状况。

总结

智能机器人是工厂数字化的重要因素，但在检测精度、测量、安全性、通信、机械可靠性、电力效率等许多方面都需要进步。 从处理核心电机控制和运动控制的伺服驱动器开始，工业应用、无线网络、ADI公司在机器人的所有这些领域或子系统中都有完整的解决方案，促进了数字技术与传统行业深度的融合，实现了传统产业生产转型的升级，

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