ロボットエンコーダーは機械的位置をデジタルまたは電気的測定に変換し、整流、位置、速度、制御、診断に使用されます。適切な装置は、観測されるシャフトの種類、位置が電力損失に耐えなければならないかどうか、必要な設置精度、更新タイミング、環境制約によって異なります。
解像度は識別可能なカウント数や報告されたビット数のみです。精度には、系統誤差、離心率、補間、整列、温度が含まれます。高速ロボットジョイントにおいては、再現性、遅延、ノイズ、故障カバレッジの方が、名目上の解像度よりも重要になることがあります。
このガイドは、フィードバック選択とロボットアク チュエータの構造、 伝達挙動、 フレームレスモーターの整流を結びつけます。選択した機器の最新のインターフェースと安全ドキュメントを使用してください。
エンコーダは複数の制御機能を果たすことができます
レニショーエンコーダの概要は、位置測定に用いられるセンシング要素、スケール、リードヘッドを区別します。ロボットでは、フィードバックによって整流、関節位置、導出速度、ホーミング、キャリブレーション、監視のためのローター角を提供できます。
デバイスを選ぶ前にこれらの機能をリストアップしましょう。モーター整流エンコーダは高い更新率と低いジッターを必要とする場合がありますが、校正されたアーム出力エンコーダは絶対位置と設置精度を優先することがあります。すべての要件が満たされている場合に限り、1つの信号が両方をサポートできます。
絶対エンコーダとインクリメンタルエンコーダは起動の処理方法が異なります
絶対エンコーダは1ターン内または複数ターンにわたる一意の位置を報告し、電源投入後に基準に移動せずに位置を把握できるようにします。インクリメンタルエンコーダはパルスやデジタルカウントを通じて変化を報告し、通常はインデックスまたはホーミングリファレンスを必要とします。
絶対フィードバックは再起動を簡素化しますが、インターフェース、初期化、データ有効性、バッテリーやターン数の考慮事項も追加されます。インクリメンタルフィードバックは迅速かつ簡単に行えます。システムは、保存されたマルチターン状態が機械的現実と矛盾する場合の挙動を定義すべきです。
| エンコーダーの選択 | 主な利点 | 主な制限 | ロボットの使用 |
|---|---|---|---|
| 絶対単一回転 | パワーアップ後の位置 | 無動力のターンカウントはありません | 1回転以内のジョイント角 |
| 絶対多回転 | 長期的な役職の歴史 | 状態メカニズムとリセットルール | 線軸または多回転軸 |
| インクリメンタル | 単純な高速度変化測定 | 参考文献が必要 | モーターおよび速度フィードバック |
| デュアルエンコーダ | 伝播の二面を観察 | コストと信号の比較 | 精密またはトルク認識ジョイント |
光学エンコーダおよび磁気エンコーダの取引環境と精度
光学エンコーダは光でパターン化されたスケールを読み取り、細かい補間や高い精度をサポートできます。汚染、整列、光学形状の制御が必要です。磁気エンコーダーは磁石や磁気スケールを感知し、多少の汚れやコンパクトな包装にも耐えられます。
磁気デバイスは磁石の配置、外部磁場、温度、非線形性の影響を受けることがあります。静電容量法と帰納法は他にもトレードオフをもたらします。技術ラベルは、ロボットの実際の環境下で設置された誤差予算を置き換えるものではありません。
解像度、精度、再現性は混同してはなりません
デバイスは多くのビットを報告しつつ、より大きな周期誤差やマウント誤差を保持できます。精度とは、射程内で報告された位置と実際の位置の差です。再現性とは、繰り返しの条件下でどの程度一貫して位置が報告されるかを示します。正確な言語は実際の量を明記すべきです。
追跡可能な外部参照を使って誤差マップを作成します。両方向、複数の速度と温度で掃きましょう。修正テーブルは、その有効性とハードウェア識別が制御されている場合のみ保存します。補償では機械的な緩みや偏心変化を修復することはできません。
モーター側のフィードバックは整流と高速制御をサポートします
モーターエンコーダはローターを直接観測します。電気角度の整流、電流および速度ループ、高速モーション制御に有用です。ギア付きジョイントでは、モーターシャフトの後ろのバックラッシュ、弾性たわみ、滑りを直接観測しません。
エンコーダのローター電界への整合はブラシレス制御のために校正されなければなりません。無効な位相順序やオフセットはトルクを減らし電流を増やすことがあります。診断は、ありえない角度のステップ、通信の喪失、電流や運動との不一致を検出すべきです。
出力側フィードバックは実際のジョイント角を観測します
出力エンコーダはリデューサーまたは送信後の位置を測定します。関節の精度を向上させ、失われた動きやコンプライアンスの一部を露呈させることができます。帯域幅、取り付け、構造基準はコントローラーのニーズに合うはずです。
モーター信号と出力信号を組み合わせることでデュアルエンコーダアーキテクチャが生まれます。違いには、透過比、弾性たわみ、バックラッシュ、測定誤差が含まれます。フィルターや観測者は、不安定な制御を避けるために遅延とノイズを尊重しなければなりません。
インターフェースとタイミングはクローズドループの性能に影響を与えます
アナログの正弦コサイン、直交、SPI、BiSS、EnDatなどのインターフェースは、配線、初期化、帯域幅、診断、実装の面で異なります。高い名目更新率は、バスのスケジューリング、変換、ソフトウェアが可変レイテンシを加える場合には役に立ちません。
HEIDENHAINは、コンパクトな運動および関節測定を示す ロボティクスフィードバックの例 を発表しています。どのインターフェースでも、実際のドライブ内でサンプル時間、転送遅延、タイムスタンプ品質、ジッターや故障応答を記録してください。
| エラーソース | 効果 | 検出 | 緩和策 |
|---|---|---|---|
| 偏心型取り付け | 周期角誤差 | リファレンス・スイープ | 機械的アライメントまたはマップ |
| 温度 | スケールまたは電子回路ドリフト | 熱校正 | 報酬と限度額 |
| 通信遅延 | 位相遅延 | タイムスタンプ測定 | インターフェースとスケジューリング設計 |
| 電気的ノイズ | ジャンプや破損したフレーム | CRCと妥当性 | シールドと故障処理 |
| 伝達のたわみ | モーターと出力の不一致 | 負荷下での二重フィードバック | モデルと出力のセンシング |
環境と力学が設置精度に影響を与えます
振動、衝撃、ほこり、湿気、油、温度、磁場などがフィードバックに影響を与えます。軸の流し込み、ベアリングの遊び、リードヘッドギャップ、スケールの取り付けは荷重中に変化することがあります。ケーブル配線は、ノイズや断続的な故障を発生させずにロボットの繰り返し動作に耐えなければなりません。
完全な囲いでの入り性能と衝撃性能を確認してください。組み立て後および環境曝露後にテストしてください。クリーンルームでの測定では、パワーエレクトロニクスが近くにある温かく動く接合部での性能を測定することはできません。
安全機能は位置データを超えた診断も必要です
標準エンコーダは、安全機能に必要な冗長性や診断カバレッジなしに正確な制御フィードバックを提供する場合があります。セーフポジションやスピードアーキテクチャは、多様なチャネル、監視インターフェース、システム安全設計によって定義された妥当性チェックを利用できます。
解像度や絶対的なインターフェースから安全評価を推測しないでください。危険な故障モード、共通の原因、電源および通信の故障、ソフトウェアの仮定、必要な安全状態を評価します。該当する場合は、現在のデバイス証明書および統合マニュアルに従ってください。
検証はフィードバックループを完全に閉じるはずです
追跡可能な外部参照を使って、絶対誤差、再現性、速度ノイズ、遅延、起動挙動を測定します。方向、負荷、速度、バスの活動量、温度を繰り返します。切断、破損したデータ、凍結された数値、ありえないジャンプフォルトを注入します。
複数のユニットと古くなったジョイントを比較してください。キャリブレーションが正しいハードウェアで移動し、サービス後に復元可能かを確認してください。適切なエンコーダシステムは、設置されたフィードバックが安定した制御、診断、安全な回復を支持し、測定可能な余裕を持つシステムです。
- すべてのフィードバック関数を定義してください。
- 解像度と設置精度を分けてください。
- モーター、出力、または二重配置を選んでください。
- 遅延、ジッター、環境誤差を測定してください。
- 起動、キャリブレーション、故障応答の検証を行います。
よくある質問
絶対エンコーダとインクリメンタルエンコーダの違いは何ですか？
アソリュートエンコーダーは電源アップ後に位置を報告し、インクリメンタルエンコーダーは移動を報告し、通常は参照またはホーミング処理を必要とします。
エンコーダー解像度が高い方が常に良いのでしょうか？
いいえ。解像度は精度、再現性、低ノイズ、低遅延を保証するものではありません。インストールされた誤差予算全体が制御の必要性を満たす必要があります。
なぜロボットジョイントに2つのエンコーダーを使うのですか？
モーター側のフィードバックは整流と高速制御を支援し、出力側のフィードバックは変速後の位置を観察し、たわみやロストモーションを明らかにします。
磁気エンコーダーは光学エンコーダーよりも精度が劣るのでしょうか？
必ずしもそうではありません。各技術は製品固有の精度と環境挙動を持っています。アプリケーションのキャリブレーション済みのインストール性能を比較してください。
ロボットの安全のために、どんなエンコーダーでも使えますか？
いいえ。安全機能には、単なる位置信号ではなく、必要なリスク軽減に適したアーキテクチャ、診断、認証された統合証拠が必要です。
ポジションフィードバックノート
エンコーダの性能は、取り付け、インターフェース、タイミング、温度、キャリブレーションに依存します。現在の機器のドキュメントと安全証明書を確認し、設置された継手を追跡可能な基準で測定してください。