對于機器人設(shè)計者和供應(yīng)商而言，空間和功率總是極為寶貴的。盡管當(dāng)前的控制器通常需要兩個并行工作的單圈編碼器以及一個同步齒輪箱，但POSITAL FRABA的新型空心軸套件編碼器可以自行完成此任務(wù)。

空心軸套件編碼器

空心軸編碼器具有環(huán)形，開放中心設(shè)計，在機器人中非常有用，可以將它們直接安裝在關(guān)節(jié)內(nèi)部以測量手臂位置。根據(jù)德國科隆POSITAL FRABA的說法，大多數(shù)空心軸編碼器都是單圈設(shè)備。

控制器和傳感器制造商聲稱，其新型電容空心軸套件編碼器已克服了這一限制。據(jù)POSITAL稱，它們集成了一個集成的旋轉(zhuǎn)計數(shù)器，可記錄每次旋轉(zhuǎn)-無需外部電源，易于維護的電池或復(fù)雜的齒輪。

POSITAL多年來在其常規(guī)編碼器和套件編碼器中提供的Wiegand能量收集系統(tǒng)使這種自給自足成為可能。將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成電脈沖的技術(shù)已適應(yīng)空心軸設(shè)計。

該公司表示，空心軸編碼器對于伺服電機，驅(qū)動器和其他旋轉(zhuǎn)機械也非常有用，因為它們的環(huán)形外形使其易于安裝在軸周圍。

空心軸套件，旨在方便機器人安裝

POSITAL FRABA表示，其空心軸套件編碼器非常適合機器人技術(shù)，從六軸工業(yè)機器人到更輕巧，更敏捷的協(xié)作機器人。

空心軸套件可以直接安裝在關(guān)節(jié)內(nèi)部，以監(jiān)視和控制機器人手臂的三維運動。這種應(yīng)用要求很高的精度-現(xiàn)代工業(yè)機器人的工作精度高達(dá)0.1毫米。

對于協(xié)作機器人和傳統(tǒng)的鉸接式機器人，空心軸套件的中心孔（30或50 mm）可用于在外殼內(nèi)布線電纜和介質(zhì)軟管。

POSITAL表示，纖薄的設(shè)計（深度僅為17.8毫米，外徑為80毫米，重量僅為110克）使安裝變得容易。它說，僅需幾個簡單的步驟和螺絲就足夠了。這些設(shè)備還具有自校準(zhǔn)功能，可在最短的設(shè)置時間內(nèi)確保準(zhǔn)確的結(jié)果。

空心軸套件編碼器設(shè)計用于工業(yè)機器人和協(xié)作機器人手臂。資料來源：POSITAL

電容測量替代

盡管POSITAL FRABA在從光學(xué)編碼器技術(shù)到磁性編碼器技術(shù)的過渡中一直處于領(lǐng)先地位，但它表示為空心軸系列選擇了另一條路。由于在空心軸設(shè)計中難以實現(xiàn)磁性系統(tǒng)，因此電容測量技術(shù)是首選。

電容式編碼器由轉(zhuǎn)子和定子組件組成，它們的形狀都像扁平的環(huán)，帶有特殊圖案化的導(dǎo)電表面，可充當(dāng)電容器極板。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些表面會改變其相對位置，從而改變整個系統(tǒng)的電容耦合。這將調(diào)制通過電容器系統(tǒng)傳輸?shù)母哳l電信號的幅度和相位角。

這些信號變化由特殊的ASIC處理器捕獲并解碼，以高精度確定轉(zhuǎn)子的角位置。測量結(jié)果通過開源SSI或BiSS C接口傳輸?shù)街醒肟刂破?。電容是在環(huán)形轉(zhuǎn)子和定子組件的整個圓周上平均的，因此該系統(tǒng)相對不受較小的對準(zhǔn)誤差或水分或灰塵的影響。

定子和轉(zhuǎn)子組件上的電容器表面。資料來源：POSITAL

多回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵是基于韋根效應(yīng)的特殊能量收集器。機械運動被捕獲為韋根導(dǎo)線中的磁能，然后釋放為電脈沖為旋轉(zhuǎn)計數(shù)器供電。傳統(tǒng)的韋根收割機依靠安裝在驅(qū)動軸中心線上的永磁體，而空心軸設(shè)計必須找到一種全新的裝置。

POSITAL FRABA位于德國亞琛的研發(fā)中心，通過一年多的現(xiàn)場測試和強磁場模擬，開發(fā)了安裝在轉(zhuǎn)子圓周上的四個永磁體的布置。

這些磁體產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，安裝在定子中的韋根傳感器可以檢測和使用該磁場。轉(zhuǎn)子上的磁鐵每旋轉(zhuǎn)360°，嵌入銅線圈中的微小韋根線就會產(chǎn)生電流脈沖，從而激活計數(shù)電子設(shè)備，精確記錄每轉(zhuǎn)。多圈計數(shù)器具有一個43位存儲器，可提供近9萬億轉(zhuǎn)的測量范圍。

“韋根效應(yīng)”實現(xiàn)能量收集

能量收集組件直接從周圍環(huán)境收集所需的電力。結(jié)果是能源自給自足–免維護，無需電池。通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）或工業(yè)4.0設(shè)置，該主題顯然獲得了發(fā)展勢頭，其中涉及需要盡可能自給自足的傳感器和執(zhí)行器的龐大網(wǎng)絡(luò)。

POSITAL指出，雖然壓電系統(tǒng)，熱過程和動力學(xué)過程長期以來一直在限制能量收集的步伐，但以美國發(fā)明家約翰·韋根（John Wiegand）命名的韋根效應(yīng)仍然被認(rèn)為是一種奇特的替代方法。Wiegand系統(tǒng)的核心是一小段經(jīng)過特殊條件處理的Vicalloy導(dǎo)線，該導(dǎo)線于1972年獲得專利。在涉及冷成型和回火的復(fù)雜制造過程結(jié)束時，導(dǎo)線露出了帶有被硬磁層包圍的軟磁芯。

POSITAL表示，這種組合的一個特殊功能是，當(dāng)韋根導(dǎo)線暴露于變化的外部磁場中時，導(dǎo)線的磁極性將突然“翻轉(zhuǎn)”。當(dāng)發(fā)生這種情況時，在纏繞在導(dǎo)線上的細(xì)銅線圈中會產(chǎn)生電流脈沖。

韋根傳感器。資料來源：POSITAL

自2005年以來，POSITAL一直在使用這項技術(shù)，該技術(shù)將Wiegand傳感器用作公司磁性多圈編碼器中電子旋轉(zhuǎn)計數(shù)器的電源。能量收集方面取得突破的決定性因素是超高效低功耗芯片的可用性。

該公司稱，韋根效應(yīng)是純粹的能量收集。磁感應(yīng)能量直接來自旋轉(zhuǎn)運動。與發(fā)電機不同，即使運動非常緩慢，也能以恒定的水平產(chǎn)生能量。“微型發(fā)電廠”只有15毫米長，但產(chǎn)生的能量為7 V或190 nJ，足以可靠地激活現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)計數(shù)器和相關(guān)的電子設(shè)備。

POSITAL表示，每年可生產(chǎn)100萬個緊湊型Wiegand模塊，用于商業(yè)用途。這些由短線組成，并由安裝有SMD框架的細(xì)銅線線圈圍繞。

POSITAL FRAABA表示，正在努力提高Wiegand傳感器在其他應(yīng)用中的能耗。目前，亞琛研發(fā)中心的測試選擇性達(dá)到10V。該公司表示，這可能接近可以實現(xiàn)超低功耗電子設(shè)備無線通信或無線電解決方案的功率水平。