對(duì)于機(jī)器人設(shè)計(jì)者和供應(yīng)商而言，空間和功率總是極為寶貴的。盡管當(dāng)前的控制器通常需要兩個(gè)并行工作的單圈編碼器以及一個(gè)同步齒輪箱，但POSITAL FRABA的新型空心軸套件編碼器可以自行完成此任務(wù)。

空心軸套件編碼器

空心軸編碼器具有環(huán)形，開(kāi)放中心設(shè)計(jì)，在機(jī)器人中非常有用，可以將它們直接安裝在關(guān)節(jié)內(nèi)部以測(cè)量手臂位置。根據(jù)德國(guó)科隆POSITAL FRABA的說(shuō)法，大多數(shù)空心軸編碼器都是單圈設(shè)備。

控制器和傳感器制造商聲稱，其新型電容空心軸套件編碼器已克服了這一限制。據(jù)POSITAL稱，它們集成了一個(gè)集成的旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器，可記錄每次旋轉(zhuǎn)-無(wú)需外部電源，易于維護(hù)的電池或復(fù)雜的齒輪。

POSITAL多年來(lái)在其常規(guī)編碼器和套件編碼器中提供的Wiegand能量收集系統(tǒng)使這種自給自足成為可能。將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電脈沖的技術(shù)已適應(yīng)空心軸設(shè)計(jì)。

該公司表示，空心軸編碼器對(duì)于伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器和其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械也非常有用，因?yàn)樗鼈兊沫h(huán)形外形使其易于安裝在軸周圍。

空心軸套件，旨在方便機(jī)器人安裝

POSITAL FRABA表示，其空心軸套件編碼器非常適合機(jī)器人技術(shù)，從六軸工業(yè)機(jī)器人到更輕巧，更敏捷的協(xié)作機(jī)器人。

空心軸套件可以直接安裝在關(guān)節(jié)內(nèi)部，以監(jiān)視和控制機(jī)器人手臂的三維運(yùn)動(dòng)。這種應(yīng)用要求很高的精度-現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的工作精度高達(dá)0.1毫米。

對(duì)于協(xié)作機(jī)器人和傳統(tǒng)的鉸接式機(jī)器人，空心軸套件的中心孔（30或50 mm）可用于在外殼內(nèi)布線電纜和介質(zhì)軟管。

POSITAL表示，纖薄的設(shè)計(jì)（深度僅為17.8毫米，外徑為80毫米，重量?jī)H為110克）使安裝變得容易。它說(shuō)，僅需幾個(gè)簡(jiǎn)單的步驟和螺絲就足夠了。這些設(shè)備還具有自校準(zhǔn)功能，可在最短的設(shè)置時(shí)間內(nèi)確保準(zhǔn)確的結(jié)果。

空心軸套件編碼器設(shè)計(jì)用于工業(yè)機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人手臂。資料來(lái)源：POSITAL

電容測(cè)量替代

盡管POSITAL FRABA在從光學(xué)編碼器技術(shù)到磁性編碼器技術(shù)的過(guò)渡中一直處于領(lǐng)先地位，但它表示為空心軸系列選擇了另一條路。由于在空心軸設(shè)計(jì)中難以實(shí)現(xiàn)磁性系統(tǒng)，因此電容測(cè)量技術(shù)是首選。

電容式編碼器由轉(zhuǎn)子和定子組件組成，它們的形狀都像扁平的環(huán)，帶有特殊圖案化的導(dǎo)電表面，可充當(dāng)電容器極板。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些表面會(huì)改變其相對(duì)位置，從而改變整個(gè)系統(tǒng)的電容耦合。這將調(diào)制通過(guò)電容器系統(tǒng)傳輸?shù)母哳l電信號(hào)的幅度和相位角。

這些信號(hào)變化由特殊的ASIC處理器捕獲并解碼，以高精度確定轉(zhuǎn)子的角位置。測(cè)量結(jié)果通過(guò)開(kāi)源SSI或BiSS C接口傳輸?shù)街醒肟刂破?。電容是在環(huán)形轉(zhuǎn)子和定子組件的整個(gè)圓周上平均的，因此該系統(tǒng)相對(duì)不受較小的對(duì)準(zhǔn)誤差或水分或灰塵的影響。

定子和轉(zhuǎn)子組件上的電容器表面。資料來(lái)源：POSITAL

多回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵是基于韋根效應(yīng)的特殊能量收集器。機(jī)械運(yùn)動(dòng)被捕獲為韋根導(dǎo)線中的磁能，然后釋放為電脈沖為旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器供電。傳統(tǒng)的韋根收割機(jī)依靠安裝在驅(qū)動(dòng)軸中心線上的永磁體，而空心軸設(shè)計(jì)必須找到一種全新的裝置。

POSITAL FRABA位于德國(guó)亞琛的研發(fā)中心，通過(guò)一年多的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和強(qiáng)磁場(chǎng)模擬，開(kāi)發(fā)了安裝在轉(zhuǎn)子圓周上的四個(gè)永磁體的布置。

這些磁體產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，安裝在定子中的韋根傳感器可以檢測(cè)和使用該磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子上的磁鐵每旋轉(zhuǎn)360°，嵌入銅線圈中的微小韋根線就會(huì)產(chǎn)生電流脈沖，從而激活計(jì)數(shù)電子設(shè)備，精確記錄每轉(zhuǎn)。多圈計(jì)數(shù)器具有一個(gè)43位存儲(chǔ)器，可提供近9萬(wàn)億轉(zhuǎn)的測(cè)量范圍。

“韋根效應(yīng)”實(shí)現(xiàn)能量收集

能量收集組件直接從周圍環(huán)境收集所需的電力。結(jié)果是能源自給自足–免維護(hù)，無(wú)需電池。通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）或工業(yè)4.0設(shè)置，該主題顯然獲得了發(fā)展勢(shì)頭，其中涉及需要盡可能自給自足的傳感器和執(zhí)行器的龐大網(wǎng)絡(luò)。

POSITAL指出，雖然壓電系統(tǒng)，熱過(guò)程和動(dòng)力學(xué)過(guò)程長(zhǎng)期以來(lái)一直在限制能量收集的步伐，但以美國(guó)發(fā)明家約翰·韋根（John Wiegand）命名的韋根效應(yīng)仍然被認(rèn)為是一種奇特的替代方法。Wiegand系統(tǒng)的核心是一小段經(jīng)過(guò)特殊條件處理的Vicalloy導(dǎo)線，該導(dǎo)線于1972年獲得專利。在涉及冷成型和回火的復(fù)雜制造過(guò)程結(jié)束時(shí)，導(dǎo)線露出了帶有被硬磁層包圍的軟磁芯。

POSITAL表示，這種組合的一個(gè)特殊功能是，當(dāng)韋根導(dǎo)線暴露于變化的外部磁場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)線的磁極性將突然“翻轉(zhuǎn)”。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，在纏繞在導(dǎo)線上的細(xì)銅線圈中會(huì)產(chǎn)生電流脈沖。

韋根傳感器。資料來(lái)源：POSITAL

自2005年以來(lái)，POSITAL一直在使用這項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)將Wiegand傳感器用作公司磁性多圈編碼器中電子旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器的電源。能量收集方面取得突破的決定性因素是超高效低功耗芯片的可用性。

該公司稱，韋根效應(yīng)是純粹的能量收集。磁感應(yīng)能量直接來(lái)自旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。與發(fā)電機(jī)不同，即使運(yùn)動(dòng)非常緩慢，也能以恒定的水平產(chǎn)生能量。“微型發(fā)電廠”只有15毫米長(zhǎng)，但產(chǎn)生的能量為7 V或190 nJ，足以可靠地激活現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器和相關(guān)的電子設(shè)備。

POSITAL表示，每年可生產(chǎn)100萬(wàn)個(gè)緊湊型Wiegand模塊，用于商業(yè)用途。這些由短線組成，并由安裝有SMD框架的細(xì)銅線線圈圍繞。

POSITAL FRAABA表示，正在努力提高Wiegand傳感器在其他應(yīng)用中的能耗。目前，亞琛研發(fā)中心的測(cè)試選擇性達(dá)到10V。該公司表示，這可能接近可以實(shí)現(xiàn)超低功耗電子設(shè)備無(wú)線通信或無(wú)線電解決方案的功率水平。