В суставе робота энкодеры выполняют роль, аналогичную человеческому зрению и проприоцепции. Они непрерывно измеряют положение и скорость как ротора двигателя, так и выходного вала, передавая эту информацию обратно в контроллер для формирования точной системы замкнутого контура управления.
Энкодеры также являются одним из основных компонентов исполнительных механизмов HONPINE, напрямую определяя точность, стабильность и безопасность движения.

Что на самом деле означает разрешение энкодера?

Разрешение энкодера относится к минимально обнаруживаемому изменению положения — подобно самой мелкой шкале на линейке.
Например, 17-битный энкодер делит один полный оборот на 131 072 отсчета, что соответствует теоретическому разрешению 0,00275°.

Однако разрешение не то же самое, что точность.

Эффективная точность описывает максимальное отклонение между зарегистрированным положением энкодера и истинным физическим положением, обычно указываемое в угловых секундах.

Ключевой вывод:

Высокое разрешение не обязательно означает высокую точность.
При выборе энкодера инженеры должны смотреть не только на битовую глубину, но и тщательно оценивать его абсолютную точность.

Почему роботы высокого класса предпочитают двойные энкодеры?

Архитектура с одним энкодером против двойной

Энкодер на стороне двигателя (высокоскоростная сторона):
Устанавливается на валу серводвигателя, обычно инкрементальный энкодер.
Он в основном используется для внутренних контуров управления — управления током и скоростью.

Энкодер на выходной стороне (низкоскоростная сторона):
Устанавливается на выходе редуктора и должен быть абсолютным энкодером.
Он непосредственно измеряет истинное выходное положение сустава.

Ключевое преимущество

С энкодером на выходной стороне система управления может компенсировать ошибки передачи, включая люфт редуктора, крутильную податливость и упругую деформацию. Это значительно улучшает повторяемость и точность позиционирования конечного эффектора.

Что еще более важно, это разделяет ошибку управления и механическую ошибку.
Контроллер может четко определить, возникает ли отклонение от выполнения команды, реакции двигателя или самой механической передачи, что позволяет применять целенаправленные стратегии управления на основе модели.

Различия в применении: один против двойных энкодеров

Системы с одним энкодером

Благодаря более простой конструкции и меньшей стоимости исполнительные механизмы с одним энкодером доминируют в приложениях, где абсолютная точность и соответствие взаимодействию не критичны, таких как: стандартная транспортировка материалов, паллетирование, точечная сварка, повторяющиеся движения от точки к точке

В этих сценариях основным соображением является эффективность затрат.

Системы с двойными энкодерами

Двойные энкодеры стали неоспоримым стандартом в робототехнике высокого класса.

Медицинские роботы, выполняющие деликатные операции, коллаборативные роботы, работающие рядом с людьми, и гуманоидные роботы, стремящиеся к человеческим возможностям движения, — все они полагаются на двойные энкодеры как на фундаментальный элемент своих основных функций — точности, соответствия и безопасности.

Здесь создание ценности перевешивает стоимость.

Превращение ошибки в "осязание": скрытая сила двойных энкодеров

Высший уровень ценности двойных энкодеров заключается в глубоком сдвиге перспективы.

Угловая разница между стороной двигателя и выходной стороной больше не рассматривается как бессмысленная "ошибка". Вместо этого она становится ценным инсайтом во внутреннее состояние сустава.

Эта угловая разница непосредственно представляет собой упругую деформацию передаточной цепи, особенно внутри редуктора.
С известной или идентифицированной моделью жесткости эту деформацию можно преобразовать в крутящий момент сустава в реальном времени.

Другими словами, без дорогих датчиков крутящего момента сустав робота обретает форму тактильного восприятия. Он может чувствовать, какое усилие он прикладывает к окружающей среде — или какое усилие окружающая среда прикладывает к нему.

Именно поэтому коллаборативные роботы, хирургические роботы и гуманоидные роботы почти повсеместно используют двойные энкодеры. Эти роботы требуют не только точности позиционирования, но и способности взаимодействовать с миром с контролируемой мягкостью и соответствием.

Примеры включают:

Точная сборка: обнаружение сопротивления вставки и автоматическая регулировка позы

Полировка и шлифовка: поддержание постоянной силы контакта вместо жесткого контроля положения

Человеко-роботное взаимодействие: немедленное уступание при контакте с человеческим телом

Двойные энкодеры делают исполнительные механизмы суставов более надежными и безопасными

В приложениях высокого класса надежность имеет критическое значение.

Двойные энкодеры по своей природе обеспечивают избыточность и перекрестную проверку. Если энкодер на стороне двигателя указывает, что целевое положение достигнуто, а энкодер на выходной стороне показывает иное, система может мгновенно идентифицировать аномальное состояние.

Это может указывать на: неисправность энкодера, проскальзывание передачи, износ или повреждение шестерни внутри редуктора

Такая диагностика неисправностей и раннее предупреждение в реальном времени невозможны в системах с одним энкодером.

В сценариях, связанных с тесным взаимодействием с человеком или длительной работой под высокой нагрузкой, эта возможность — не просто улучшение производительности, а краеугольный камень функциональной безопасности.

От одного к двойным энкодерам: фундаментальная эволюция

Эволюция от архитектуры с одним энкодером к двойной представляет собой глубокую трансформацию — от открытого исполнения к замкнутому физическому восприятию.

Управление с одним энкодером работает на идеализированной, упрощенной математической модели.
Управление с двойными энкодерами управляет реальной физической системой — с упругостью, трением, износом и несовершенствами.

Впервые робот может понимать и адаптироваться к присущим физическому миру неидеальностям.

Это не просто разница в количестве датчиков; это разделительная линия в роботизированном интеллекте. Это определяет, остается ли робот механической рукой, слепо повторяющей предопределенные траектории, или становится интеллектуальным агентом, способным воспринимать окружающую среду, адаптироваться к изменениям и безопасно взаимодействовать с людьми.

В будущем обладание этой двойной системой восприятия может стать определяющим критерием возможностей и ценности робота.