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POSITAL FRABA的空心轴套件编码器,可用于机器人手

来源: 时间:2020-07-31

对于机器人设计者和供应商而言,空间和功率总是极为宝贵的。尽管当前的控制器通常需要两个并行工作的单圈编码器以及一个同步齿轮箱,但POSITAL FRABA的新型空心轴套件编码器可以自行完成此任务。

 

空心轴套件编码器

 

空心轴编码器具有环形,开放中心设计,在机器人中非常有用,可以将它们直接安装在关节内部以测量手臂位置。根据德国科隆POSITAL FRABA的说法,大多数空心轴编码器都是单圈设备。

 

控制器和传感器制造商声称,其新型电容空心轴套件编码器已克服了这一限制。据POSITAL称,它们集成了一个集成的旋转计数器,可记录每次旋转-无需外部电源,易于维护的电池或复杂的齿轮。

 

POSITAL多年来在其常规编码器和套件编码器中提供的Wiegand能量收集系统使这种自给自足成为可能。将旋转运动转换成电脉冲的技术已适应空心轴设计。

 

该公司表示,空心轴编码器对于伺服电机,驱动器和其他旋转机械也非常有用,因为它们的环形外形使其易于安装在轴周围。

 

空心轴套件,旨在方便机器人安装

POSITAL FRABA表示,其空心轴套件编码器非常适合机器人技术,从六轴工业机器人到更轻巧,更敏捷的协作机器人。

 

空心轴套件可以直接安装在关节内部,以监视和控制机器人手臂的三维运动。这种应用要求很高的精度-现代工业机器人的工作精度高达0.1毫米。

 

对于协作机器人和传统的铰接式机器人,空心轴套件的中心孔(30或50 mm)可用于在外壳内布线电缆和介质软管。

 

POSITAL表示,纤薄的设计(深度仅为17.8毫米,外径为80毫米,重量仅为110克)使安装变得容易。它说,仅需几个简单的步骤和螺丝就足够了。这些设备还具有自校准功能,可在最短的设置时间内确保准确的结果。

 

空心轴套件编码器设计用于工业机器人和协作机器人手臂。资料来源:POSITAL

 

电容测量替代

尽管POSITAL FRABA在从光学编码器技术到磁性编码器技术的过渡中一直处于领先地位,但它表示为空心轴系列选择了另一条路。由于在空心轴设计中难以实现磁性系统,因此电容测量技术是首选。

 

电容式编码器由转子和定子组件组成,它们的形状都像扁平的环,带有特殊图案化的导电表面,可充当电容器极板。随着转子旋转,这些表面会改变其相对位置,从而改变整个系统的电容耦合。这将调制通过电容器系统传输的高频电信号的幅度和相位角。

 

这些信号变化由特殊的ASIC处理器捕获并解码,以高精度确定转子的角位置。测量结果通过开源SSI或BiSS C接口传输到中央控制器。电容是在环形转子和定子组件的整个圆周上平均的,因此该系统相对不受较小的对准误差或水分或灰尘的影响。

 

定子和转子组件上的电容器表面。资料来源:POSITAL

 

多回转系统的关键是基于韦根效应的特殊能量收集器。机械运动被捕获为韦根导线中的磁能,然后释放为电脉冲为旋转计数器供电。传统的韦根收割机依靠安装在驱动轴中心线上的永磁体,而空心轴设计必须找到一种全新的装置。

 

POSITAL FRABA位于德国亚琛的研发中心,通过一年多的现场测试和强磁场模拟,开发了安装在转子圆周上的四个永磁体的布置。

 

这些磁体产生稳定的磁场,安装在定子中的韦根传感器可以检测和使用该磁场。转子上的磁铁每旋转360°,嵌入铜线圈中的微小韦根线就会产生电流脉冲,从而激活计数电子设备,精确记录每转。多圈计数器具有一个43位存储器,可提供近9万亿转的测量范围。

 

“韦根效应”实现能量收集

能量收集组件直接从周围环境收集所需的电力。结果是能源自给自足–免维护,无需电池。通过工业物联网(IIoT)或工业4.0设置,该主题显然获得了发展势头,其中涉及需要尽可能自给自足的传感器和执行器的庞大网络。

 

POSITAL指出,虽然压电系统,热过程和动力学过程长期以来一直在限制能量收集的步伐,但以美国发明家约翰·韦根(John Wiegand)命名的韦根效应仍然被认为是一种奇特的替代方法。

 

Wiegand系统的核心是一小段经过特殊条件处理的Vicalloy导线,该导线于1972年获得专利。在涉及冷成型和回火的复杂制造过程结束时,导线露出了带有被硬磁层包围的软磁芯。

 

POSITAL表示,这种组合的一个特殊功能是,当韦根导线暴露于变化的外部磁场中时,导线的磁极性将突然“翻转”。当发生这种情况时,在缠绕在导线上的细铜线圈中会产生电流脉冲。

韦根传感器。资料来源:POSITAL

 

自2005年以来,POSITAL一直在使用这项技术,该技术将Wiegand传感器用作公司磁性多圈编码器中电子旋转计数器的电源。能量收集方面取得突破的决定性因素是超高效低功耗芯片的可用性。

 

该公司称,韦根效应是纯粹的能量收集。磁感应能量直接来自旋转运动。与发电机不同,即使运动非常缓慢,也能以恒定的水平产生能量。“微型发电厂”只有15毫米长,但产生的能量为7 V或190 nJ,足以可靠地激活现代旋转计数器和相关的电子设备。

 

POSITAL表示,每年可生产100万个紧凑型Wiegand模块,用于商业用途。这些由短线组成,并由安装有SMD框架的细铜线线圈围绕。

 

POSITAL FRAABA表示,正在努力提高Wiegand传感器在其他应用中的能耗。目前,亚琛研发中心的测试选择性达到10V。该公司表示,这可能接近可以实现超低功耗电子设备无线通信或无线电解决方案的功率水平。

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