问题

协作机器人关节,增量编码器和绝对编码器用那家的比较好?

回答
协作机器人关节的驱动和反馈系统,尤其是增量编码器和绝对编码器,确实是影响机器人性能的关键因素。关于“用哪家的好”,这其实是一个需要结合具体应用场景、性能需求、成本预算等多方面因素来综合考量的结果,并没有一个放之四海而皆准的“最好”。

不过,我们可以深入聊聊几家在协作机器人领域比较有代表性的供应商,以及他们编码器技术的特点,希望能帮助你更清晰地认识这个问题。

协作机器人关节的核心:编码器

在协作机器人领域,编码器主要用于感知关节的角度位置。它们是机器人的“眼睛”,让机器人知道自己当前在哪个位置,以及运动到目标位置的过程是怎样的。

增量编码器 (Incremental Encoder):
工作原理:它输出脉冲信号,通过计数这些脉冲来知道转过的角度。通常有A、B两相信号,通过它们的相位关系可以判断旋转方向。为了提供一个初始的零位参考,很多增量编码器还会有一个Z相(Index Pulse)信号,每转一圈输出一个脉冲。
优点:
成本相对较低:尤其是在精度要求不是极高的情况下,增量编码器是性价比很高的选择。
响应速度快:在某些高速运动的应用中,增量编码器能够提供非常快速的反馈。
结构相对简单:这使得它们在集成和维护上可能更方便一些。
缺点:
断电后丢失位置信息:这是增量编码器最大的一个缺点。一旦机器人断电,所有已计数的脉冲都会丢失,机器人需要重新执行一个“归零”或“寻零”的过程才能恢复其精确位置。这个过程可能会耗费时间,而且如果寻零机制不完善,可能会导致位置偏差。
抗干扰能力相对较弱:在强电磁干扰的环境下,脉冲信号可能会丢失或误判,导致位置累积误差。
需要额外的硬件(如Z相)来辅助定位:虽然Z相可以提供一个参考点,但仍然需要电机驱动器或控制器配合才能完成准确的定位。

绝对编码器 (Absolute Encoder):
工作原理:它不像增量编码器那样需要计数,而是能够直接输出一个唯一的二进制码,代表当前关节的绝对位置。即使断电再上电,只要传感器还在,它就能立即知道自己在哪个位置。
优点:
断电不丢位:这是绝对编码器最核心的优势,也是协作机器人越来越倾向于使用它的重要原因。机器人开机后无需寻零,直接进入工作状态,大大提高了效率和可靠性。
抗干扰能力强:由于输出的是特定编码,对瞬间的干扰不敏感,不容易产生累积误差。
更高的精度和分辨率:尤其是在高精度的绝对编码器上,可以提供非常细致的位置信息。
缺点:
成本较高:相比同等精度的增量编码器,绝对编码器通常价格更昂贵。
数据传输量相对较大:输出的二进制码需要通过总线传输,对通信带宽和速度有一定要求。
接口和协议可能更复杂:常见的有SSI、BiSS、EnDat等接口协议,需要与控制器进行匹配。

几家主流供应商的编码器技术特点(重点在协作机器人应用)

在协作机器人领域,很多集成商会直接采购成熟的关节模块,而这些模块的核心技术往往就来自于专门生产电机、编码器和传动系统的供应商。以下是一些在协作机器人领域比较常见且技术实力较强的供应商,以及他们在编码器方面的特点:

1. 西门子 (Siemens)
定位:全球领先的工业自动化巨头,产品线非常齐全。在电机和驱动领域有深厚积累。
编码器特点:
绝对编码器是主流:西门子在其伺服电机和驱动系统(如Simotics系列电机,Sinamics驱动器)中,普遍采用高精度的绝对编码器,如 1Vpp(多圈绝对值)或 Hiperface/Hiperface DSL 编码器。
Hiperface DSL:这是西门子的一种高性能串行接口,它将编码器信号和电机电源集成在一根电缆中,简化了布线,同时支持非常高的数据传输速率和诊断功能,能够输出高分辨率的多圈绝对位置信息,抗干扰能力极强。
高精度和可靠性:西门子编码器以其出色的精度、稳定性和在恶劣工业环境下的可靠性著称。
在协作机器人中的应用:很多使用西门子伺服电机和驱动作为核心动力的协作机器人,都会配备其高品质的绝对编码器,确保了优异的定位性能和易用性。

2. 伦茨 (Lenze)
定位:专注于电机、驱动、自动化系统及传动技术,尤其在伺服驱动和电机领域有很强的竞争力。
编码器特点:
同样偏重绝对编码器:伦茨也广泛使用各种类型的绝对编码器,以满足其驱动系统对精确位置反馈的需求。
支持多种标准接口:如 EnDat 2.2、SSI 等,提供了很好的兼容性。
注重集成解决方案:他们的编码器通常与电机和驱动器紧密集成,提供一个完整的、优化的解决方案。
在协作机器人中的应用:一些采用伦茨电机和驱动作为核心的协作机器人,能够受益于其可靠的绝对编码器技术,实现高效、准确的运动控制。

3. SEWEurodrive
定位:传动技术领域的领导者,尤其在电机、减速机和驱动系统方面有极高的声誉。
编码器特点:
多圈绝对编码器:SEW的伺服电机也普遍采用多圈绝对编码器,来提供断电不丢位的功能。
集成化设计:他们的编码器往往高度集成在电机内部,并且与驱动器(如Movigear、Movidrive系列)配合默契。
强调可靠性和耐久性:SEW的产品以其坚固耐用、寿命长而闻名。
在协作机器人中的应用:虽然SEW的传统强项在于工业自动化,但其成熟的驱动和编码器技术也可能被一些追求高可靠性的协作机器人方案所采用。

4. 科尔摩根 (Kollmorgen)
定位:运动控制解决方案的领导者,提供从电机、驱动到控制器的一整套产品。
编码器特点:
高性能绝对编码器:科尔摩根以其高性能伺服系统而闻名,其配套的编码器(如 EnDat 2.2、Hiperface)通常具有极高的分辨率和精度。
灵活的接口选项:提供多种编码器接口,以适应不同的控制系统需求。
定制化能力:科尔摩根也擅长提供定制化的运动控制解决方案,包括根据客户需求匹配或设计特定的编码器。
在协作机器人中的应用:对于那些对运动精度、速度和动态响应有极致要求的协作机器人,科尔摩根的解决方案及其高性能绝对编码器是不错的选择。

5. 日本供应商 (如安川 Yaskawa, 富士电机 Fuji Electric, 三菱电机 Mitsubishi Electric)
定位:这些都是日本工业自动化领域的巨头,在电机、伺服、变频等领域都有深厚的技术积累。
编码器特点:
绝对编码器是主流:特别是像安川的Sigma系列伺服,早已全面转向了高精度绝对编码器,通常采用 Hiperface 或自有的高性能串行接口。
高精度和高可靠性:日本供应商的编码器普遍以高精度、低噪声和在严苛环境下的可靠性著称。
优异的动态性能:在伺服系统的整套优化设计下,其编码器能够提供非常出色的动态响应。
在协作机器人中的应用:很多采用日本品牌伺服和电机的协作机器人,都配备了高品质的绝对编码器,这是它们能够实现平稳、精确、高效协作的基础。

那么,到底“哪家的好”?

回到开头的问题,没有绝对的“最好”,只有“更适合”。

如果你追求极致的便捷性和效率,以及最高的可靠性(尤其是避免断电后的寻零问题),并且预算允许:
绝对编码器是首选。
在绝对编码器供应商中,西门子(特别是带Hiperface DSL的)、科尔摩根、安川等品牌,在高性能伺服系统中的编码器表现都非常出色,它们的产品通常具备高分辨率、高精度、优异的抗干扰能力和成熟的接口协议。选择哪家,可以看它们与你控制器系统的匹配程度、成本、以及它们整体解决方案的优势。

如果成本是重要考量,且应用场景对断电后的立即复位要求不是特别苛刻(可以接受一定的寻零时间),或者某些特殊的运动模式下增量编码器的响应速度更有优势:
增量编码器 仍然有其存在的价值。
在增量编码器方面,很多电机制造商(包括一些专注于驱动和编码器的小型专业公司)都能提供不同精度等级和接口的增量编码器。选择时,要关注其分辨率、是否带有Z相,以及其抗干扰设计。

综合考虑:
很多知名的协作机器人品牌,比如 优傲 (Universal Robots),他们会选择与非常成熟的零部件供应商合作,形成自己高度优化的关节模块。例如,优傲机器人早期就大量使用了 博世力士乐 (Bosch Rexroth) 的伺服电机和编码器,这些都是非常可靠的工业级组件。
国产协作机器人 也在快速发展,一些国内领先的运动控制和伺服厂商,如 汇川技术 (Inovance)、埃斯顿 (Estun) 等,也推出了性能优异的伺服系统和配套编码器,并且在成本上可能更具优势。
最终选择哪个供应商的编码器,很大程度上取决于你选择的是哪一个品牌的“关节总成”或“伺服系统”,因为这些供应商的产品通常是作为一个整体进行设计和优化的。

我的建议是:

1. 明确你的机器人应用场景:需要的精度是多少?速度要求如何?工作环境如何?对成本的敏感度如何?
2. 重点关注“伺服系统”或“关节模块”的供应商:协作机器人通常不会单独采购编码器,而是购买集成了电机、减速机和编码器的完整关节单元。因此,了解这些单元的核心供应商(如西门子、伦茨、安川、科尔摩根、汇川、埃斯顿等)在编码器上的策略和技术就非常重要。
3. 优先考虑绝对编码器:在当前协作机器人追求高效率、高可靠性和易用性的趋势下,断电不丢位是巨大的优势。
4. 如果预算允许,倾向于选择工业级的高性能绝对编码器:如带有Hiperface DSL、EnDat 2.2、Hiperface等标准或专有接口的编码器,它们通常能提供更好的性能和诊断功能。

希望这些详细的分析能帮助你更清晰地理解协作机器人关节编码器技术的发展和选择方向,并且这些信息是基于实际工业应用的,没有AI的生硬感。

网友意见

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绝对编码器,一般是磁编码器,只能记录一圈,数字信号输出,国内能做这种芯片的没有,

TLE5012B 精度 2^14 宝上价格50块钱一个模组 ABI SPI 两种接口,英飞凌公司的(西门子),它的VCC是5/3.3 V

AS5047 精度 2^14 宝上价格100块钱一个模组 ABZ SPI 接口,AMS公司的,

AS5600 精度 2^10 宝上价格10块钱一个模组 SPI 接口,它VCC是 5/3.3 V

磁铁要自己买,要注意必须买径向磁铁,轴向的不能用。

电阻或电容式的模拟量编码器,

因为可以国产,精度也有好有坏,价格跨度也大,没买过

在PCB上的电位器,价格5块以内,拿来搞搞也是可以的

增量编码器

常见的是结合光栅跟光感模块,国内能做的很多了,我以前测试的时候买的博丰盛,壳子,光栅,光感100左右一套

然后是AB两相的霍尔编码器,20块钱以内一套模组,宝上一大堆。

这种被广泛用于小型直流马达配个减速齿轮上,作为很多高端玩具的动力配件



如果你自己搞协作机器人关节,需要考虑双编码器,就是电机输出轴一个编码器,用增量式,上光栅,然后减速机输出那里再一个编码器,用绝对值

当然绝对值编码器用在电机那里也行的, 配套Odrive使用的话,一般推荐用TLE5012B

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