協(xié)作機械臂關(guān)節(jié)雙編碼器的功能與重要性解析

協(xié)作機械臂的關(guān)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(shè)計對提升機械臂的精度與響應能力至關(guān)重要。亨士樂編碼器代理商西安德伍拓和大家一起分享關(guān)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(shè)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(shù)的對比

ABB的雙編碼器反饋技術(shù)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(guān)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(shù)，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(shè)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(guān)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(guān)節(jié)動態(tài)與剛度特性復雜性的制約，但雙編碼器技術(shù)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(guān)注。

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