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人形机器人核心传感器技术解析,从编码器到精准运动控制
发布时间 2025-05-21 12:00:06 作者 阅读 455次

【导语】电子发烧友网报道,编码器作为将信号或数据转换为通讯、传输和存储可用形式的设备,在人形机器人领域发挥着至关重要的作用。增量式与绝对式编码器各具特色,广泛应用于人形机器人的关节和灵巧手等部位,是实现精准运动控制和复杂动作的关键传感器。磁编码器、电感式编码器及双编码器方案因各自独特的优势,成为人形机器人的理想选择。国内外多家编码器企业,如多摩川、海德汉及国内的弓望电子、汇川技术等,正积极为人形机器人提供高质量的编码器产品和解决方案。

人形机器人核心传感器技术解析,从编码器到精准运动控制

电子发烧友网报道(文/李弯弯)编码器是 将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号,按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种;按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。

增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码,因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关,而与测量的中间过程无关。

编码器在人形机器人中发挥着重要作用,广泛应用于关节和灵巧手等部位。每个旋转关节需要2个编码器,总计28个;每个线性关节和灵巧手则各需1个编码器,分别对应14个和12个。预计单个人形机器人需要使用约54个编码器。

编码器作为人形机器人的核心传感器,用于实时反馈关节或执行器的位置、速度和方向信息,是实现精准运动控制、动态平衡与复杂动作的基础。人形机器人通常使用磁编码器、电感式编码器或双编码器方案,具体选择取决于关节特性、精度需求及环境适应性要求。

磁编码器的优势是体积小、重量轻、工作温度范围宽、抗冲击、抗震、稳定性强,适合人形机器人复杂运动环境。如特斯拉BOT的旋转执行模组采用磁编码器,确保关节运动精度和稳定性。例如,AS5048磁编码器因其高精度(系统精度最高(gāo)可(kě)达(dá)0.05°)、14位高分辨率输出、360°非接触式角度测量、抗外部磁场干扰等特性,成为人形机器人市场的理想选择。

电感式编码器的优势是耐强磁、绝对精度高、结构灵活、环境适应性强、抗强振、无磁滞效应等。如无需在抱闸和编码器之间加隔磁板或拉开距离;为面式传感器,码盘安装同心度和垂直度要求低,安装精度相同情况下绝对精度远高于磁编码器,且不易跳码等。

双编码器方案的原理是,人形机器人关节串联电机和减速器,电机旋转与减速器旋转可能存在差异。双编码器可同时提供电机输入端和减速后输出端的位置信息,弥补传动装置不准确性。例如海德汉KCI 120 Dplus双编码器一体双能,采用一个读数头和两个独立的感应式扫描码盘,提供电机反馈和位置测量功能,确保多个执行器感知和信号联通同步的可靠性。

国内外主要的编码器企业有多摩川、海德汉、雷尼绍等,以及弓望电子、奥普光电、汇川技术、昊志机电、雷赛智能等。如奥普光电,由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所牵头设立,专注于光电测控仪器设备等产品的研发、生产与销售。具备自主生产关键光电编码器的能力,在光电技术领域有深厚积累,能为人形机器人提供高质量的编码器产品。

汇川技术专注于工业自动化控制产品的研发、生产和销售,通过收购成立长春汇通光电技术有限公司,具备自主生产关键光电编码器的能力。产品线丰富,涵盖旋转(zhuǎn)和(hé)直(zhí)线(xiàn)类(lèi)型编码器,以及增量式和(hé)绝(jué)对(duì)式光电编码器、磁编码器,能满足人形机器(qì)人(rén)多(duō)样(yàng)化(huà)的(de)需(xū)求(qiú)。

雷(léi)赛(sài)智(zhì)能(néng)专(zhuān)注(zhù)于(yú)工(gōng)业(yè)自(zì)动(dòng)化(huà)控(kòng)制(zhì)产(chǎn)品(pǐn)的(de)研(yán)发(fā)、生(shēng)产(chǎn)和(hé)销(xiāo)售(shòu),积(jī)极(jí)拓(tà)展(zhǎn)机(jī)器(qì)人(rén)领(lǐng)域。成(chéng)功(gōng)研(yán)发(fā)出(chū)中(zhōng)空(kōng)编(biān)码(mǎ)器(qì)等(děng)核心产品,适用于人形机器人,在编码器技术上有一定突破,能为人形机器人提供高性能的编码器解决方案。

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