集成式AMR电机位置传感器为机器人控制高精度位置检测

“ 2021年作为“十四五”的开局之年，于机器人产业而言，称得上是一个好的开端。据中商产业研究院数据显示，近年来全国工业机器人产量整体呈增长趋势，2021年达近五年来最高值，市场销量24.8万台，同比增长46.1%。更有数据显示，中国已经连续8年成为全球最大的工业机器人消费国。”

工业机器人产业是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志，也是实现智能制造的关键载体。机器人的核心部分是用于运动控制的伺服驱动器。每个轴的运动必须与其它所有轴在时间上同步和一致，以便机器臂可以在一定的时间和空间里走过预定义的路径。传统上需要一个大型外部控制柜，其中包含所有伺服关节和电力电子设备。这种架构的缺点是机柜尺寸必须与它所控制的机器人的尺寸完全匹配，而且很难添加新元件，大大降低了机器人的可扩展性和灵活性。 

灵活性对于制造商改变生产线或批次规模至关重要。为了响应不断变化的消费者需求，越来越常见的机器人架构是更加注重与伺服驱动器的集成，这也与市场上机器人的体积更小、重量更轻的趋势紧密相关。这种新型架构支持增加轴和传感器，并将所有东西都连接到机器人的通信网络和直流电源，而且所有电力电子设备和控件都在每个轴的每个集成驱动器内部。这种架构不仅带来了极大的灵活性，而且集成驱动器的设计还可以节省空间并提高效率。

传统构架 VS. 新型构架 

在整个机器人系统当中，位置检测用于执行直接位置控制，或推断转速和执行机器速度控制。位置检测在机器手臂当中应用最多的就是编码器，编码器有双编码器架构、单编码器架构，大多数采用双编码器的架构，但根据系统在一些应用场景当中会用到磁编。磁编是基于异向性磁电阻（AMR）的技术，它的特点是体积小、简单、成本比较低。针对不同技术趋势的诉求，下面以业界代表性技术提供商亚德诺半导体（ADI）相应的产品看如何满足不同终端用户的产品需求。 

磁传感以AMR位置传感器解决方案为基础，为编码器应用提供可靠且精准的位置检测。与光学编码器相比，磁传感提供更低成本的解决方案，且在易受灰尘和振动影响的工业环境中提供更为可靠的解决方案。ADI的ADA4570和ADA4571均为AMR传感器，集成信号调理放大器和模数转换器 (ADC) 驱动器，均可产生两路模拟输出，指示周围磁场的角位置，是ADI用来做标准工业品产品的编码器产品。该系列产品由一个封装内的两个裸片，即一个 AMR 传感器和一个固定增益仪器仪表放大器组成。与ADA4571相比，ADA4570是差分增益信号输出的，并且直接带信号调理和驱动。从整个产品设计来讲，ADA4570可以直接接到ADC中，不再需要额外的运放。此外，直接给ADA4570的LDO电源加上一些简单的非隔离的RS-485通讯接口，就可以组成一个非常标准的编码器硬件电路。 

ADA4570 和 ADA4571 是将AMR角度传感器和集成式信号调节器集成在一起，为电机驱动器和伺服器应用提供更高精度的绝对位置检测（误差<0.1°，使用寿命/温度<0.5°）。它们能在严苛的磁性环境中可靠运行，支持宽气隙公差且不降低角误差精度（与霍尔/GMR/TMR不同），并简化系统设计。与工业应用中的光学传感器相比，ADA4570和ADA4571不受灰尘或污垢影响，与市场上内置校准引擎的数字输出解决方案相比，它们的延迟非常低。ADA4571生成两个单端模拟输出（正弦和余弦），用于表示周围磁场的角位置，ADA4570则生成两个差分模拟输出对。ADA4571的双版本(ADA4571-2)专为需要冗余和独立检测通道的这类安全性至关重要的应用而设计，该产品包括两个AMR传感器和两个放大器信号调理ASIC。该传感器提供非常低的角度误差信号，通常在0.1度范围内，具备可忽略的迟滞、高带宽、低延迟和良好的线性度。这些特性能够帮助减少转矩波动和可听到的噪声，帮助实现顺畅、高效的电机控制。 

当前，新一轮科技革命和产业变革加速演进，新一代信息技术与机器人技术深度融合，机器人产业迎来升级换代、跨越发展的窗口期。在技术与政策双重推动下，中国机器人产业正在工业生产、生活服务和特种作业等领域加速拓展应用场景。工业机器人在大多数方面都需要进步，其中就包括高级检测解决方案创建的运动信息。运动控制随着时间推移不断演变，从简单的并网电机发展到适用于机床和工业机器人的复杂的多轴伺服驱动解决方案。为了在智能制造中实现更高水平的生产力、灵活性和自动化，自动化技术日益复杂，ADI提供的紧凑型磁传感检测技术可实现强大而准确的位置检测，相比传统技术，AMR位置测量具有多种优势，比如可在严苛工业环境（例如，多尘环境）下进行准确的位置检测，从而为机器人系统设计提供高性的能解决方案。