掌握指標(biāo)使指定編碼器更簡(jiǎn)單

Richard Anslow and Michael Jackson

本文章介紹了編碼器為閉環(huán)控制電機(jī)應(yīng)用帶來(lái)的好處，并探討了光學(xué)和磁性換能器的相對(duì)優(yōu)缺點(diǎn)。介紹了關(guān)鍵的編碼器指標(biāo)，并展示了如何在機(jī)器人拾取和放置應(yīng)用程序中指定編碼器的性能級(jí)別。

從編碼器輸出派生的信息

為應(yīng)用程序指定編碼器取決于它要提供的信息類型：

在通用伺服驅(qū)動(dòng)器和速度控制系統(tǒng)中，編碼器的輸出信號(hào)用于獲取速度信息。速度是通過(guò)測(cè)量控制回路采樣周期內(nèi)軸位置的變化來(lái)計(jì)算的。

在伺服、機(jī)器人和離散控制系統(tǒng)中，編碼器信號(hào)提供有關(guān)反饋回路中軸位置的信息。

編碼器還可以協(xié)助電機(jī)換向，確保電機(jī)繞組中的電流與來(lái)自轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（來(lái)自磁鐵的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)或感應(yīng)電機(jī)中的感應(yīng)磁場(chǎng)）具有正確的相位關(guān)系。

關(guān)鍵編碼器性能指標(biāo)

掌握關(guān)鍵性能指標(biāo)對(duì)于正確的編碼器規(guī)格至關(guān)重要。其中包括：

分辨率：電機(jī)軸單次 360 度旋轉(zhuǎn)中唯一可識(shí)別的位置（代碼）的數(shù)量。通常，最高分辨率編碼器使用光學(xué)換能器，而中分辨率/高分辨率編碼器使用磁換能器。旋轉(zhuǎn)變壓器（一種旋轉(zhuǎn)變壓器）或霍爾傳感器適用于需要中低分辨率的應(yīng)用。 高分辨率應(yīng)用通常選擇 16-24 位編碼器，13-18 位編碼器提供中等分辨率，而 12 位（或更低）編碼器提供低分辨率。

可重復(fù)性：衡量編碼器返回相同命令位置的一致性，是需要精確、重復(fù)運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用（如機(jī)器人或拾取和放置機(jī)器）的關(guān)鍵性能指標(biāo)。

絕對(duì)精度：?jiǎn)屋S旋轉(zhuǎn)的實(shí)際位置與報(bào)告位置之間的差異。它類似于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的積分非線性（INL）。絕對(duì)精度在位置控制應(yīng)用中至關(guān)重要。

差分精度：量化軸旋轉(zhuǎn)時(shí)兩個(gè)相鄰代碼之間報(bào)告的距離差異，是速度控制應(yīng)用中的基本指標(biāo)。

如何為拾取和放置機(jī)器人指定編碼器

拾取和放置機(jī)器人是食品包裝和半導(dǎo)體制造行業(yè)的常規(guī)功能。在此應(yīng)用中，高精度和可重復(fù)性對(duì)于確保過(guò)程效率至關(guān)重要，而使用高性能電機(jī)編碼器可以幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在圖 2 中，電機(jī)通過(guò)精密減速齒輪箱驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂中的每個(gè)關(guān)節(jié)。使用精密電機(jī)安裝的軸角編碼器 （m） 測(cè)量接頭角度，有時(shí)也使用額外的臂式編碼器 （j） 測(cè)量接頭角度。

圖1 電機(jī)編碼器（m）和關(guān)節(jié)編碼器（j）與機(jī)器人伸展（L）的角度重復(fù)性

在這里，可重復(fù)性是最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)表性能指標(biāo)，通常在亞毫米級(jí)指定。了解可重復(fù)性和機(jī)器人伸展范圍后，可以使用以下公式計(jì)算旋轉(zhuǎn)編碼器規(guī)格：

由于多個(gè)關(guān)節(jié)有助于機(jī)器人系統(tǒng)的整體范圍，因此所選編碼器必須表現(xiàn)出超過(guò)目標(biāo)角度精度的性能。每個(gè)接頭的重復(fù)性規(guī)格應(yīng)按 10 倍（典型值）縮放，而齒輪箱比率 （G） 決定了電機(jī)編碼器的可重復(fù)性。對(duì)于表 1 中描述的示例機(jī)器人系統(tǒng)，關(guān)節(jié)編碼器需要 20 到 22 位的重復(fù)性規(guī)格，而電機(jī)編碼器需要 14 到 16 位的分辨率。

表1 指定拾取和放置機(jī)器人的編碼器

審核編輯：郭婷