集成式AMR電機位置傳感器為機器人控制高精度位置檢測

“ 2021年作為“十四五”的開局之年，于機器人產業而言，稱得上是一個好的開端。據中商產業研究院數據顯示，近年來全國工業機器人產量整體呈增長趨勢，2021年達近五年來最高值，市場銷量24.8萬臺，同比增長46.1%。更有數據顯示，中國已經連續8年成為全球最大的工業機器人消費國。”

工業機器人產業是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志，也是實現智能制造的關鍵載體。機器人的核心部分是用于運動控制的伺服驅動器。每個軸的運動必須與其它所有軸在時間上同步和一致，以便機器臂可以在一定的時間和空間里走過預定義的路徑。傳統上需要一個大型外部控制柜，其中包含所有伺服關節和電力電子設備。這種架構的缺點是機柜尺寸必須與它所控制的機器人的尺寸完全匹配，而且很難添加新元件，大大降低了機器人的可擴展性和靈活性。 

靈活性對于制造商改變生產線或批次規模至關重要。為了響應不斷變化的消費者需求，越來越常見的機器人架構是更加注重與伺服驅動器的集成，這也與市場上機器人的體積更小、重量更輕的趨勢緊密相關。這種新型架構支持增加軸和傳感器，并將所有東西都連接到機器人的通信網絡和直流電源，而且所有電力電子設備和控件都在每個軸的每個集成驅動器內部。這種架構不僅帶來了極大的靈活性，而且集成驅動器的設計還可以節省空間并提高效率。

傳統構架 VS. 新型構架 

在整個機器人系統當中，位置檢測用于執行直接位置控制，或推斷轉速和執行機器速度控制。位置檢測在機器手臂當中應用最多的就是編碼器，編碼器有雙編碼器架構、單編碼器架構，大多數采用雙編碼器的架構，但根據系統在一些應用場景當中會用到磁編。磁編是基于異向性磁電阻（AMR）的技術，它的特點是體積小、簡單、成本比較低。針對不同技術趨勢的訴求，下面以業界代表性技術提供商亞德諾半導體（ADI）相應的產品看如何滿足不同終端用戶的產品需求。 

磁傳感以AMR位置傳感器解決方案為基礎，為編碼器應用提供可靠且精準的位置檢測。與光學編碼器相比，磁傳感提供更低成本的解決方案，且在易受灰塵和振動影響的工業環境中提供更為可靠的解決方案。ADI的ADA4570和ADA4571均為AMR傳感器，集成信號調理放大器和模數轉換器 (ADC) 驅動器，均可產生兩路模擬輸出，指示周圍磁場的角位置，是ADI用來做標準工業品產品的編碼器產品。該系列產品由一個封裝內的兩個裸片，即一個 AMR 傳感器和一個固定增益儀器儀表放大器組成。與ADA4571相比，ADA4570是差分增益信號輸出的，并且直接帶信號調理和驅動。從整個產品設計來講，ADA4570可以直接接到ADC中，不再需要額外的運放。此外，直接給ADA4570的LDO電源加上一些簡單的非隔離的RS-485通訊接口，就可以組成一個非常標準的編碼器硬件電路。 

ADA4570 和 ADA4571 是將AMR角度傳感器和集成式信號調節器集成在一起，為電機驅動器和伺服器應用提供更高精度的絕對位置檢測（誤差<0.1°，使用壽命/溫度<0.5°）。它們能在嚴苛的磁性環境中可靠運行，支持寬氣隙公差且不降低角誤差精度（與霍爾/GMR/TMR不同），并簡化系統設計。與工業應用中的光學傳感器相比，ADA4570和ADA4571不受灰塵或污垢影響，與市場上內置校準引擎的數字輸出解決方案相比，它們的延遲非常低。ADA4571生成兩個單端模擬輸出（正弦和余弦），用于表示周圍磁場的角位置，ADA4570則生成兩個差分模擬輸出對。ADA4571的雙版本(ADA4571-2)專為需要冗余和獨立檢測通道的這類安全性至關重要的應用而設計，該產品包括兩個AMR傳感器和兩個放大器信號調理ASIC。該傳感器提供非常低的角度誤差信號，通常在0.1度范圍內，具備可忽略的遲滯、高帶寬、低延遲和良好的線性度。這些特性能夠幫助減少轉矩波動和可聽到的噪聲，幫助實現順暢、高效的電機控制。 

當前，新一輪科技革命和產業變革加速演進，新一代信息技術與機器人技術深度融合，機器人產業迎來升級換代、跨越發展的窗口期。在技術與政策雙重推動下，中國機器人產業正在工業生產、生活服務和特種作業等領域加速拓展應用場景。工業機器人在大多數方面都需要進步，其中就包括高級檢測解決方案創建的運動信息。運動控制隨著時間推移不斷演變，從簡單的并網電機發展到適用于機床和工業機器人的復雜的多軸伺服驅動解決方案。為了在智能制造中實現更高水平的生產力、靈活性和自動化，自動化技術日益復雜，ADI提供的緊湊型磁傳感檢測技術可實現強大而準確的位置檢測，相比傳統技術，AMR位置測量具有多種優勢，比如可在嚴苛工業環境（例如，多塵環境）下進行準確的位置檢測，從而為機器人系統設計提供高性的能解決方案。