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人形機器人核心傳感器技術解析,從編碼器到精準運動控制

Carol Li ? 來源:電子發燒友 ? 作者:李彎彎 ? 2025-05-21 02:04 ? 次閱讀
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電子發燒友網報道(文/李彎彎)編碼器是 將信號或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器把角位移或直線位移轉換成電信號,按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種;按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。

增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號,再把這個電信號轉變成計數脈沖,用脈沖的個數表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼,因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關,而與測量的中間過程無關。

編碼器在人形機器人中發揮著重要作用,廣泛應用于關節和靈巧手等部位。每個旋轉關節需要2個編碼器,總計28個;每個線性關節和靈巧手則各需1個編碼器,分別對應14個和12個。預計單個人形機器人需要使用約54個編碼器。

編碼器作為人形機器人的核心傳感器,用于實時反饋關節或執行器的位置、速度和方向信息,是實現精準運動控制、動態平衡與復雜動作的基礎。人形機器人通常使用磁編碼器、電感式編碼器或雙編碼器方案,具體選擇取決于關節特性、精度需求及環境適應性要求。

磁編碼器的優勢是體積小、重量輕、工作溫度范圍寬、抗沖擊、抗震、穩定性強,適合人形機器人復雜運動環境。如特斯拉BOT的旋轉執行模組采用磁編碼器,確保關節運動精度和穩定性。例如,AS5048磁編碼器因其高精度(系統精度最高可達0.05°)、14位高分辨率輸出、360°非接觸式角度測量、抗外部磁場干擾等特性,成為人形機器人市場的理想選擇。

電感式編碼器的優勢是耐強磁、絕對精度高、結構靈活、環境適應性強、抗強振、無磁滯效應等。如無需在抱閘和編碼器之間加隔磁板或拉開距離;為面式傳感器,碼盤安裝同心度和垂直度要求低,安裝精度相同情況下絕對精度遠高于磁編碼器,且不易跳碼等。

雙編碼器方案的原理是,人形機器人關節串聯電機和減速器,電機旋轉與減速器旋轉可能存在差異。雙編碼器可同時提供電機輸入端和減速后輸出端的位置信息,彌補傳動裝置不準確性。例如海德漢KCI 120 Dplus雙編碼器一體雙能,采用一個讀數頭和兩個獨立的感應式掃描碼盤,提供電機反饋和位置測量功能,確保多個執行器感知和信號聯通同步的可靠性。

國內外主要的編碼器企業有多摩川、海德漢、雷尼紹等,以及弓望電子、奧普光電、匯川技術、昊志機電、雷賽智能等。如奧普光電,由中國科學院長春光學精密機械與物理研究所牽頭設立,專注于光電測控儀器設備等產品的研發、生產與銷售。具備自主生產關鍵光電編碼器的能力,在光電技術領域有深厚積累,能為人形機器人提供高質量的編碼器產品。

匯川技術專注于工業自動化控制產品的研發、生產和銷售,通過收購成立長春匯通光電技術有限公司,具備自主生產關鍵光電編碼器的能力。產品線豐富,涵蓋旋轉和直線類型編碼器,以及增量式和絕對式光電編碼器、磁編碼器,能滿足人形機器人多樣化的需求。

雷賽智能專注于工業自動化控制產品的研發、生產和銷售,積極拓展機器人領域。成功研發出中空編碼器等核心產品,適用于人形機器人,在編碼器技術上有一定突破,能為人形機器人提供高性能的編碼器解決方案。

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