磁編碼器與磁位置傳感器在機器人和自動化領(lǐng)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(shù)發(fā)展的重要支柱，它們在精確控制、實時反饋和系統(tǒng)優(yōu)化中扮演了不可或缺的角色。隨著工業(yè)4.0和智能制造的蓬勃發(fā)展，機器人和自動化設備對運動精度、響應速度，以及環(huán)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(xiàn)這些應用的核心技術(shù)。本文將為您探討這兩種關(guān)鍵傳感器在機器人與自動化技術(shù)中的應用，以及Melexis（邁來芯）的相關(guān)解決方案。

磁編碼器可為系統(tǒng)提供實時反饋以實現(xiàn)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(yè)應用領(lǐng)域延伸到更多日常應用場景，對能夠在這些系統(tǒng)中提供精確且經(jīng)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(qū)動應用（如機械臂、自動包裝機和工業(yè)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(guān)重要。

磁編碼器在機器人和自動化領(lǐng)域中扮演了關(guān)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(tǒng)提供實時反饋以實現(xiàn)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(zhuǎn)速和位置，并將數(shù)據(jù)反饋到控制器，以實現(xiàn)精確的運動控制，并在多軸運動系統(tǒng)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(huán)控制信號，優(yōu)化系統(tǒng)性能并減少能耗，并通過實時監(jiān)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(wěn)定，執(zhí)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(tǒng)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?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)零延遲響應，采用Triaxis霍爾技術(shù)，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(shù)轉(zhuǎn)換器，以及專為高速信號處理和調(diào)理設計的數(shù)字處理硬件單元，同時配備了多個不同類型的輸出驅(qū)動器。

MLX90382展現(xiàn)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(jié)合巧妙的磁性布局，使得MLX90382能夠精確計算任何旋轉(zhuǎn)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(yè)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(nèi)容的SPI接口與SSI接口，可支持功能安全要求。此外，SPI協(xié)議還具備多從站同步讀出功能，進一步提升了系統(tǒng)的靈活性和效率。

MLX90382能夠有效解決復雜電機驅(qū)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(shù)創(chuàng)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(chǎn)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(yè)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(guān)節(jié)、織布機馬達、電動汽車馬達、工業(yè)自動化。為了加速開發(fā)進程，Melexis還特別提供評估板（EVB90382）和全面的開發(fā)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(fā)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(yōu)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(fā)重視在提升生產(chǎn)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(jīng)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(lǐng)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(tǒng)提供高精度的反饋信號。磁位置傳感器可執(zhí)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(zhuǎn)速度的高精度測量，滿足機器人和自動化系統(tǒng)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(huán)境因素不敏感，適合在惡劣環(huán)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(yōu)勢包括耐用性強、性能穩(wěn)定以及適應各種環(huán)境的能力，使其在機器人和自動化系統(tǒng)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(chuàng)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(guān)節(jié)的高精度磁位置傳感器。該產(chǎn)品采用Arcminaxis技術(shù)，配有磁鐵和軟件來校準和操作系統(tǒng)，分辨率高達18位，并與螺距無關(guān)，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(yōu)勢在于其創(chuàng)新的磁鐵設計和卓越的感應能力。與常規(guī)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(nèi)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(shù)轉(zhuǎn)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(shù)，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(jù)接收到的信息，精確計算出角度位置、速度以及累計轉(zhuǎn)數(shù)，可用于MCU微控制器校準和操作系統(tǒng)的預編譯軟件包，并提供構(gòu)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(guān)節(jié)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(zhuǎn)位置傳感器、高精度編碼器、機器人關(guān)節(jié)編碼器，應用于電動車、工業(yè)電機等領(lǐng)域。

MLX90384的評估套件EVK90384是專為簡化對Arcminaxis技術(shù)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(fā)周期。Melexis提供全面的評估工具包用以簡化Arcminaxis技術(shù)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(xiàn)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(jié)構(gòu)詳盡，集成了磁鐵環(huán)組、磁鐵支架、傳感器模塊、基礎(chǔ)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(jié)語

磁編碼器與磁位置傳感器作為關(guān)鍵技術(shù)，正在推動機器人與自動化領(lǐng)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(xiàn)代工業(yè)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(yī)療機器人，乃至無人系統(tǒng)，皆能受益于它們的創(chuàng)新能力。Melexis的磁編碼器與磁位置傳感器擁有絕佳的技術(shù)優(yōu)勢，將可助力智能化與自動化的全面升級，為行業(yè)創(chuàng)造更多價值。