集成式AMR電機(jī)位置傳感器為機(jī)器人控制高精度位置檢測(cè)

“ 2021年作為“十四五”的開局之年，于機(jī)器人產(chǎn)業(yè)而言，稱得上是一個(gè)好的開端。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)全國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，2021年達(dá)近五年來(lái)最高值，市場(chǎng)銷量24.8萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)46.1%。更有數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)已經(jīng)連續(xù)8年成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)國(guó)。”

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

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

傳統(tǒng)構(gòu)架 VS. 新型構(gòu)架 

在整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)當(dāng)中，位置檢測(cè)用于執(zhí)行直接位置控制，或推斷轉(zhuǎn)速和執(zhí)行機(jī)器速度控制。位置檢測(cè)在機(jī)器手臂當(dāng)中應(yīng)用最多的就是編碼器，編碼器有雙編碼器架構(gòu)、單編碼器架構(gòu)，大多數(shù)采用雙編碼器的架構(gòu)，但根據(jù)系統(tǒng)在一些應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)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(duì)不同技術(shù)趨勢(shì)的訴求，下面以業(yè)界代表性技術(shù)提供商亞德諾半導(dǎo)體（ADI）相應(yīng)的產(chǎn)品看如何滿足不同終端用戶的產(chǎn)品需求。 

磁傳感以AMR位置傳感器解決方案為基礎(chǔ)，為編碼器應(yīng)用提供可靠且精準(zhǔn)的位置檢測(cè)。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(hào)調(diào)理放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 驅(qū)動(dòng)器，均可產(chǎn)生兩路模擬輸出，指示周圍磁場(chǎng)的角位置，是ADI用來(lái)做標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(hào)輸出的，并且直接帶信號(hào)調(diào)理和驅(qū)動(dòng)。從整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)講，ADA4570可以直接接到ADC中，不再需要額外的運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)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(hào)調(diào)節(jié)器集成在一起，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和伺服器應(yīng)用提供更高精度的絕對(duì)位置檢測(cè)（誤差<0.1°，使用壽命/溫度<0.5°）。它們能在嚴(yán)苛的磁性環(huán)境中可靠運(yùn)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(tǒng)設(shè)計(jì)。與工業(yè)應(yīng)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(nèi)置校準(zhǔn)引擎的數(shù)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），用于表示周圍磁場(chǎng)的角位置，ADA4570則生成兩個(gè)差分模擬輸出對(duì)。ADA4571的雙版本(ADA4571-2)專為需要冗余和獨(dú)立檢測(cè)通道的這類安全性至關(guān)重要的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，該產(chǎn)品包括兩個(gè)AMR傳感器和兩個(gè)放大器信號(hào)調(diào)理ASIC。該傳感器提供非常低的角度誤差信號(hào)，通常在0.1度范圍內(nèi)，具備可忽略的遲滯、高帶寬、低延遲和良好的線性度。這些特性能夠幫助減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和可聽到的噪聲，幫助實(shí)現(xiàn)順暢、高效的電機(jī)控制。 

當(dāng)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(jī)器人技術(shù)深度融合，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迎來(lái)升級(jí)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(guó)機(jī)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(yīng)用場(chǎng)景。工業(yè)機(jī)器人在大多數(shù)方面都需要進(jìn)步，其中就包括高級(jí)檢測(cè)解決方案創(chuàng)建的運(yùn)動(dòng)信息。運(yùn)動(dòng)控制隨著時(shí)間推移不斷演變，從簡(jiǎn)單的并網(wǎng)電機(jī)發(fā)展到適用于機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人的復(fù)雜的多軸伺服驅(qū)動(dòng)解決方案。為了在智能制造中實(shí)現(xiàn)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(fù)雜，ADI提供的緊湊型磁傳感檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大而準(zhǔn)確的位置檢測(cè)，相比傳統(tǒng)技術(shù)，AMR位置測(cè)量具有多種優(yōu)勢(shì)，比如可在嚴(yán)苛工業(yè)環(huán)境（例如，多塵環(huán)境）下進(jìn)行準(zhǔn)確的位置檢測(cè)，從而為機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供高性的能解決方案。