磁編碼器與磁位置傳感器在機器人和自動化領域的應用

磁編碼器與磁位置傳感器是機器人與自動化技術發展的重要支柱，它們在精確控制、實時反饋和系統優化中扮演了不可或缺的角色。隨著工業4.0和智能制造的蓬勃發展，機器人和自動化設備對運動精度、響應速度，以及環境適應性的要求日益提升，而磁編碼器和磁位置傳感器憑借其高分辨率、非接觸測量以及抗干擾能力，成為實現這些應用的核心技術。本文將為您探討這兩種關鍵傳感器在機器人與自動化技術中的應用，以及Melexis（邁來芯）的相關解決方案。

磁編碼器可為系統提供實時反饋以實現高精度控制

隨著機器人和自動化解決方案的應用范圍不斷擴展，從小范圍的專業應用領域延伸到更多日常應用場景，對能夠在這些系統中提供精確且經濟高效的運動反饋的編碼器需求也隨之增長。對于確保電機驅動應用（如機械臂、自動包裝機和工業編織機等）的精確運行和安全性能而言，磁編碼器的反饋機制至關重要。

磁編碼器在機器人和自動化領域中扮演了關鍵角色，其主要功能是精準檢測運動部件的速度、位置和方向，為系統提供實時反饋以實現高精度控制。磁編碼器主要負責運動控制反饋，用于測量電機的轉速和位置，并將數據反饋到控制器，以實現精確的運動控制，并在多軸運動系統中，磁編碼器可確保各軸之間的運動同步，避免誤差積累。

磁編碼器可與伺服電機或步進電機配合，提供閉環控制信號，優化系統性能并減少能耗，并通過實時監測速度和位置，編碼器可以幫助檢測異常，防止設備過載或運行不穩定，執行故障檢測與保護功能。

磁編碼器因其高分辨率、低延遲和高可靠性，成為機器人和自動化系統中不可或缺的器件，特別是在需要快速響應和高精度控制的應用場景中更顯其價值。

具有卓越的抗雜散場干擾能力的磁編碼器

由Melexis推出的Triaxis MLX90382是一款設計緊湊的絕對磁編碼器芯片，具備出色的性能特點。它擁有卓越的抗雜散磁場干擾的能力，能夠支持在軸和離軸的精準感應，能夠實現包括與微型電機的無縫集成。該編碼器提供高達14位的分辨率，可提供絕對角度位置信息，采用差分輸出方式，并支持高達200k e-RPM的速度范圍，支持片上集成信號處理單元，可實現零延遲響應，采用Triaxis霍爾技術，實際應用中安裝相當靈活。

MLX90382是一款功能全面的單片磁位置傳感器芯片，集成了先進的Triaxis霍爾磁前端、高性能模數轉換器，以及專為高速信號處理和調理設計的數字處理硬件單元，同時配備了多個不同類型的輸出驅動器。

MLX90382展現出卓越的360°抗雜散磁場能力（高達4 kA/m），并能精確感知施加于芯片的磁通密度的三個分量（Bx、By和Bz），以及對z軸上的差分磁場高度敏感。通過編程，用戶可靈活選擇使用任一軸向來確定角度，這種設計結合巧妙的磁性布局，使得MLX90382能夠精確計算任何旋轉磁體的絕對位置和增量位置。

MLX90382提供五種豐富的輸出模式，包括行業標準的單端和差分ABI接口，適用于增量角度輸出，以及單端和差分UVW信號仿真，專為BLDC電機設計，還有PWM接口，與可配置內容的SPI接口與SSI接口，可支持功能安全要求。此外，SPI協議還具備多從站同步讀出功能，進一步提升了系統的靈活性和效率。

MLX90382能夠有效解決復雜電機驅動應用中常見的裝配難題，支持在軸和離軸的靈活安裝，為用戶提供更大的便利。這一特性使得該芯片能夠支持空心軸應用，允許線束或其他組件穿過軸心而不干擾編碼器的反饋，從而在一定程度上降低設計復雜性并推動技術創新。

MLX90382支持寬操作范圍，可在-40℃至150℃溫度范圍下運作，支持5V和3.3V應用，具有可編程線性傳輸特性，支持多達16個可編程點，并符合SIL-2安全集成標準，采用符合RoHS標準的單模4 x 4 mm2 QFN-24封裝。兩種型號均通過AEC-Q100（0級）標準的認證，確保產品的可靠性。

MLX90382以其14位高分辨率、差分輸出方式以及高達200k e-RPM的寬廣速度范圍，成為工業自動化、機器人及電動交通工具解決方案中的理想選擇，可應用于機器人關節、織布機馬達、電動汽車馬達、工業自動化。為了加速開發進程，Melexis還特別提供評估板（EVB90382）和全面的開發套件（DVK90382）。

MLX90382的評估板EVB90382提供了一種將MLX90382 Triaxis磁傳感器連接到微控制器或測量設備的簡便方法，可預編程MLX90382 IC，易于連接和評估，可縮短開發時間。EVB90382包含一個安裝在36mm x 48mm PCB中間的MLX90382 IC。該板包括機械加工引腳，可快速連接到MLX90382 IC接口。包括必要的無源器件，允許通過模擬輸出信號進行連接。

磁位置傳感器可感知物體的位置、角度或運動

在以往機器人的設計方案中，制造商往往優先考慮性能頂尖的傳感器芯片，而對成本因素的考慮則相對不足。但是隨著機器人應用的不斷拓展，制造商愈發重視在提升生產效率的同時降低成本，這使得他們在選擇器件時更加謹慎，以確保設計的經濟性與簡便性，同時維持機器人的高可靠性和精確的運動重復性。

磁位置傳感器在機器人和自動化領域中具有重要作用，利用磁場變化感知物體的位置、角度或運動，為系統提供高精度的反饋信號。磁位置傳感器可執行非接觸式檢測，通過感應磁場變化進行測量，無需物理接觸，減少了磨損和維護需求。

磁位置傳感器能夠提供角度、線性位置或旋轉速度的高精度測量，滿足機器人和自動化系統對精確控制的要求，并具備抗干擾能力，對灰塵、濕氣和油污等環境因素不敏感，適合在惡劣環境中使用，且其通常體積小，功耗低，非常適合集成到空間有限的設備中。

磁位置傳感器的優勢包括耐用性強、性能穩定以及適應各種環境的能力，使其在機器人和自動化系統的運動控制、定位和安全檢測中成為不可或缺的器件。

具有創新磁鐵設計和卓越感應能力的磁位置傳感器

由Melexis推出的MLX90384是一款用于機器人關節的高精度磁位置傳感器。該產品采用Arcminaxis技術，配有磁鐵和軟件來校準和操作系統，分辨率高達18位，并與螺距無關，單個集成電路適用于多種磁鐵類型，支持高速通信，配備快速SPI接口。

MLX90384的核心優勢在于其創新的磁鐵設計和卓越的感應能力。與常規的多極磁鐵傳感器芯片不同，MLX90384打破了磁極尺寸與傳感器芯片必須嚴格匹配的局限。這一特性使得采用更大、磁力更強的磁鐵成為可能，從而能夠輸出更強信號并支持更大的操作間隙，因此同一傳感器芯片能夠靈活匹配不同尺寸的磁鐵。

MLX90384內嵌兩顆位置傳感器芯片，每個都集成一個Triaxis霍爾磁前端，一個模數轉換器，專為高速信號處理而設計的硬件，以及一個10MHz的高速SPI接口。兩個IC均被設定為能夠敏感地檢測兩個磁通密度分量，第一個分量平行于芯片平面，第二個分量則垂直于芯片平面。

Arcminaxis MLX90384霍爾18位角度編碼器芯片融合多軸傳感與游標技術，配備了兩條軌道（八極和七極）的游標式磁鐵。MLX90384傳感器芯片負責測量這兩條軌道的軸向和切向磁分量。隨后，將這些信息傳輸給微控制器。微控制器則根據接收到的信息，精確計算出角度位置、速度以及累計轉數，可用于MCU微控制器校準和操作系統的預編譯軟件包，并提供構建編碼器解決方案的完整參考設計。

MLX90384傳感器采用大氣隙（airgap）傳感器磁鐵設計（1.5毫米標稱），磁鐵傳感器放置公差達到±0.5毫米，可減少機器人關節裝配的復雜性和工作量，采用3.3 V電源電壓，以及TSSOP-16封裝，符合RoHS標準，可在-20℃至85℃工作溫度范圍下運作。MLX90384傳感器可作為絕對旋轉位置傳感器、高精度編碼器、機器人關節編碼器，應用于電動車、工業電機等領域。

MLX90384的評估套件EVK90384是專為簡化對Arcminaxis技術的探索過程而設計。該套件完全遵循MLX90384參考設計，確保項目快速啟動，可精準實施參考設計，具有便捷的連接與校準流程，可有效縮短開發周期。Melexis提供全面的評估工具包用以簡化Arcminaxis技術的評估流程。該套件包含一個功能完備的桌面演示器，通過SPI主控器以實現便捷的USB-PC連接，以及一個直觀的圖形用戶界面（GUI），用于校準和操控MLX90384演示套件。桌面演示套件結構詳盡，集成了磁鐵環組、磁鐵支架、傳感器模塊、基礎器件、SPI主控器，以及連接傳感器模塊與SPI主控器的專用電纜，確保評估過程的高效與便捷。

結語

磁編碼器與磁位置傳感器作為關鍵技術，正在推動機器人與自動化領域邁向更高的控制精度和效率。這些傳感器不僅提供了精確的位置和速度反饋，還滿足了現代工業對高響應性與可靠性的需求。隨著人工智能和機器學習的進一步融入，這些傳感器的應用場景將更加廣泛，從智能制造到醫療機器人，乃至無人系統，皆能受益于它們的創新能力。Melexis的磁編碼器與磁位置傳感器擁有絕佳的技術優勢，將可助力智能化與自動化的全面升級，為行業創造更多價值。