協(xié)作機械臂關節(jié)雙編碼器的功能與重要性解析

協(xié)作機械臂的關節(jié)傳動系統(tǒng)核心組件包括電機側(cè)編碼器和輸出側(cè)編碼器，這一設計對提升機械臂的精度與響應能力至關重要。亨士樂編碼器代理商西安德伍拓和大家一起分享關于雙編碼器的具體作用與必要性。

電機側(cè)編碼器的作用

電機側(cè)編碼器，可選擇增量式或單圈絕對式，其主要功能涵蓋電機速度的PID控制、FOC（磁場定向控制）閉環(huán)控制以及電機位置的精確檢測。這些編碼器需具備中等分辨率以滿足無刷電機的伺服控制需求，同時強調(diào)高精度，確保與減速后輸出側(cè)的精度或具體應用場景相匹配。值得注意的是，電磁式編碼器在與電機轉(zhuǎn)子磁鐵配合時可能存在相互干擾問題，因此，在某些情況下會優(yōu)選多圈增量式光柵編碼器以減少此類干擾。

輸出側(cè)編碼器的角色

輸出側(cè)編碼器則通常為單圈或多圈絕對式，專注于輸出端位置的閉環(huán)控制，要求高分辨率以捕捉細微位置變化。盡管其絕對定位精度要求并非極端嚴苛，但這一設計確保了機械臂末端執(zhí)行器的位置控制更為精準與穩(wěn)定。

雙編碼器協(xié)作機制

雙編碼器系統(tǒng)的核心算法通過實時對比兩側(cè)編碼器的位置偏差來估算外力矩。當輸出側(cè)受到外部扭矩作用時，其編碼器能迅速捕捉到微小位置變化，而電機側(cè)編碼器由于減速比的存在，可能尚未顯現(xiàn)變化。通過這一對比機制，系統(tǒng)能夠精確感知輸出側(cè)的受力情況，并據(jù)此反饋給驅(qū)動器。若用戶啟用了拖動示教模式，驅(qū)動器將調(diào)整電機以跟隨受力變化；若未啟用，則通過轉(zhuǎn)動電機來補償外部受力，維持位置恒定。


ABB運動控制示例

在動態(tài)控制場景中，控制器利用電機編碼器的數(shù)據(jù)計算輸出軸的理論位置，再與輸出軸編碼器的實際位置數(shù)據(jù)進行比對，從而精確判斷外部受力大小，并指導驅(qū)動器執(zhí)行相應控制策略。

與ABB雙編技術的對比

ABB的雙編碼器反饋技術與此原理相似，通過將亨士樂編碼器分別置于負載和電機上，實現(xiàn)了位置與電流/速度回路的獨立閉合。這種布局不僅提升了位置精度，還有效解決了機械順從性、間隙、滑動等帶來的穩(wěn)定性問題，進一步驗證了雙編碼器系統(tǒng)在提升機械臂性能方面的有效性。

伺服電機內(nèi)置編碼器的補充

伺服電機內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)編碼器作為與電機通訊的關鍵部件，負責轉(zhuǎn)矩、速度和位置的精確控制。盡管電機側(cè)已采用多種先進反饋技術，但由于傳動環(huán)節(jié)的復雜性（如間隙、順從性、磨損與熱膨脹），僅依賴電機編碼器難以直接獲得精確的負載位置。因此，在負載端增設絕對編碼器成為提升系統(tǒng)整體精度的必要措施。

綜上所述，協(xié)作機械臂關節(jié)采用的雙編碼器系統(tǒng)，在補償傳動誤差、提高位置精度及增強動態(tài)響應能力方面發(fā)揮著不可替代的作用。盡管目前估算力矩的方式仍受關節(jié)動態(tài)與剛度特性復雜性的制約，但雙編碼器技術無疑為提升機械臂性能開辟了重要途徑，其未來發(fā)展?jié)摿χ档贸掷m(xù)關注。

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