集成式AMR電機位置傳感器為機器人控制高精度位置檢測

“ 2021年作為“十四五”的開(kāi)局之年，于機器人產(chǎn)業(yè)而言，稱(chēng)得上是一個(gè)好的開(kāi)端。據中商產(chǎn)業(yè)研究院數據顯示，近年來(lái)全國工業(yè)機器人產(chǎn)量整體呈增長(cháng)趨勢，2021年達近五年來(lái)最高值，市場(chǎng)銷(xiāo)量24.8萬(wàn)臺，同比增長(cháng)46.1%。更有數據顯示，中國已經(jīng)連續8年成為全球最大的工業(yè)機器人消費國。”

工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng )新和高端制造業(yè)水平的重要標志，也是實(shí)現智能制造的關(guān)鍵載體。機器人的核心部分是用于運動(dòng)控制的伺服驅動(dòng)器。每個(gè)軸的運動(dòng)必須與其它所有軸在時(shí)間上同步和一致，以便機器臂可以在一定的時(shí)間和空間里走過(guò)預定義的路徑。傳統上需要一個(gè)大型外部控制柜，其中包含所有伺服關(guān)節和電力電子設備。這種架構的缺點(diǎn)是機柜尺寸必須與它所控制的機器人的尺寸完全匹配，而且很難添加新元件，大大降低了機器人的可擴展性和靈活性。 

靈活性對于制造商改變生產(chǎn)線(xiàn)或批次規模至關(guān)重要。為了響應不斷變化的消費者需求，越來(lái)越常見(jiàn)的機器人架構是更加注重與伺服驅動(dòng)器的集成，這也與市場(chǎng)上機器人的體積更小、重量更輕的趨勢緊密相關(guān)。這種新型架構支持增加軸和傳感器，并將所有東西都連接到機器人的通信網(wǎng)絡(luò )和直流電源，而且所有電力電子設備和控件都在每個(gè)軸的每個(gè)集成驅動(dòng)器內部。這種架構不僅帶來(lái)了極大的靈活性，而且集成驅動(dòng)器的設計還可以節省空間并提高效率。

傳統構架 VS. 新型構架 

在整個(gè)機器人系統當中，位置檢測用于執行直接位置控制，或推斷轉速和執行機器速度控制。位置檢測在機器手臂當中應用最多的就是編碼器，編碼器有雙編碼器架構、單編碼器架構，大多數采用雙編碼器的架構，但根據系統在一些應用場(chǎng)景當中會(huì )用到磁編。磁編是基于異向性磁電阻（AMR）的技術(shù)，它的特點(diǎn)是體積小、簡(jiǎn)單、成本比較低。針對不同技術(shù)趨勢的訴求，下面以業(yè)界代表性技術(shù)提供商亞德諾半導體（ADI）相應的產(chǎn)品看如何滿(mǎn)足不同終端用戶(hù)的產(chǎn)品需求。 

磁傳感以AMR位置傳感器解決方案為基礎，為編碼器應用提供可靠且精準的位置檢測。與光學(xué)編碼器相比，磁傳感提供更低成本的解決方案，且在易受灰塵和振動(dòng)影響的工業(yè)環(huán)境中提供更為可靠的解決方案。ADI的ADA4570和ADA4571均為AMR傳感器，集成信號調理放大器和模數轉換器 (ADC) 驅動(dòng)器，均可產(chǎn)生兩路模擬輸出，指示周?chē)艌?chǎng)的角位置，是ADI用來(lái)做標準工業(yè)品產(chǎn)品的編碼器產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品由一個(gè)封裝內的兩個(gè)裸片，即一個(gè) AMR 傳感器和一個(gè)固定增益儀器儀表放大器組成。與ADA4571相比，ADA4570是差分增益信號輸出的，并且直接帶信號調理和驅動(dòng)。從整個(gè)產(chǎn)品設計來(lái)講，ADA4570可以直接接到ADC中，不再需要額外的運放。此外，直接給ADA4570的LDO電源加上一些簡(jiǎn)單的非隔離的RS-485通訊接口，就可以組成一個(gè)非常標準的編碼器硬件電路。 

ADA4570 和 ADA4571 是將AMR角度傳感器和集成式信號調節器集成在一起，為電機驅動(dòng)器和伺服器應用提供更高精度的絕對位置檢測（誤差<0.1°，使用壽命/溫度<0.5°）。它們能在嚴苛的磁性環(huán)境中可靠運行，支持寬氣隙公差且不降低角誤差精度（與霍爾/GMR/TMR不同），并簡(jiǎn)化系統設計。與工業(yè)應用中的光學(xué)傳感器相比，ADA4570和ADA4571不受灰塵或污垢影響，與市場(chǎng)上內置校準引擎的數字輸出解決方案相比，它們的延遲非常低。ADA4571生成兩個(gè)單端模擬輸出（正弦和余弦），用于表示周?chē)艌?chǎng)的角位置，ADA4570則生成兩個(gè)差分模擬輸出對。ADA4571的雙版本(ADA4571-2)專(zhuān)為需要冗余和獨立檢測通道的這類(lèi)安全性至關(guān)重要的應用而設計，該產(chǎn)品包括兩個(gè)AMR傳感器和兩個(gè)放大器信號調理ASIC。該傳感器提供非常低的角度誤差信號，通常在0.1度范圍內，具備可忽略的遲滯、高帶寬、低延遲和良好的線(xiàn)性度。這些特性能夠幫助減少轉矩波動(dòng)和可聽(tīng)到的噪聲，幫助實(shí)現順暢、高效的電機控制。 

當前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進(jìn)，新一代信息技術(shù)與機器人技術(shù)深度融合，機器人產(chǎn)業(yè)迎來(lái)升級換代、跨越發(fā)展的窗口期。在技術(shù)與政策雙重推動(dòng)下，中國機器人產(chǎn)業(yè)正在工業(yè)生產(chǎn)、生活服務(wù)和特種作業(yè)等領(lǐng)域加速拓展應用場(chǎng)景。工業(yè)機器人在大多數方面都需要進(jìn)步，其中就包括高級檢測解決方案創(chuàng )建的運動(dòng)信息。運動(dòng)控制隨著(zhù)時(shí)間推移不斷演變，從簡(jiǎn)單的并網(wǎng)電機發(fā)展到適用于機床和工業(yè)機器人的復雜的多軸伺服驅動(dòng)解決方案。為了在智能制造中實(shí)現更高水平的生產(chǎn)力、靈活性和自動(dòng)化，自動(dòng)化技術(shù)日益復雜，ADI提供的緊湊型磁傳感檢測技術(shù)可實(shí)現強大而準確的位置檢測，相比傳統技術(shù)，AMR位置測量具有多種優(yōu)勢，比如可在嚴苛工業(yè)環(huán)境（例如，多塵環(huán)境）下進(jìn)行準確的位置檢測，從而為機器人系統設計提供高性的能解決方案。