Nieuwe sensoren die op de markt komen, bieden een concurrerend alternatief op het gebied van kosten en prestaties voor andere encodertechnologieën voor positiedetectie.Inductief positiesensorsysteem in holle as en off-axis toepassingen.Bron: ams AGVeel op batterijen werkende industriële robots op wielen, zoals magazijnrobots, maken gebruik van servomotoren met continue rotatie, of in het bijzonder wielnaafmotoren, om mobiliteit te bieden.Dit soort servomotoren zijn typisch borstelloze gelijkstroommotoren en gebruiken een of andere vorm van positiedetectie voor het geven van feedback in hun gesloten motorbesturingssystemen.In de loop der jaren zijn resolvers, optische encoders, resistieve potentiometers en magnetische positiesensoren vaak gebruikt voor het leveren van de motorpositiefeedback voor dit soort motoren.Elk heeft echter zijn unieke voor- en nadelen.Nieuwe RF inductieve positiesensoren die vandaag op de markt komen, bieden een concurrerend kosten- en prestatiealternatief voor deze andere technologieën.In dit artikel wordt uitgelegd hoe een elektrische DC-naafmotor werkt en wordt gebruikt in op wielen gebaseerde mobiele robots.Het zal de voor- en nadelen bespreken van oudere positiesensortechnologieën die worden gebruikt in feedbackcircuits van servomotorcontrollers.Daarnaast zal het een gedetailleerde uitleg geven van RF inductieve positiesensoren, beschrijven hoe ze worden gebruikt in motor-encodertoepassingen, en hun prestatiemogelijkheden en kostenvoordelen vergelijken met de andere positiedetectietechnologieën.Een naafmotor (in-wheel) is typisch een borstelloze compacte DC elektrische servomotor ingebouwd in een wiel, of het nu voor een mobiele robot is, of zelfs voor een elektrische fiets of auto.Een traditionele elektromotor heeft twee hoofdcomponenten: een stator en een rotor.Zoals de naam al doet vermoeden, staat de stator stil.Het is de holle buitenring van de motor en heeft een ringvormige permanente magneet erin.In de stator zit een rotor, die bestaat uit een binnenste metalen kernas omgeven door een strak gewikkelde draadspoel(en).Nogmaals, zoals de naam al doet vermoeden, roteert de rotor en wordt de draaiende as gebruikt om wielen of tandwielen aan te drijven.Mark Donovan zal spreken over inductiepositiesensoren in de Expo Theatre Hall in RoboBusiness op woensdag 26 september van 13:00 tot 13:30 uur. Registreer u hier om RobotBusiness bij te wonen.Een naafmotor werkt anders.Het heeft nog steeds een stator en een rotor, maar hun rollen zijn omgekeerd.De rotor wordt vastgehouden en de stator draait.Omdat de buitenring van de motor draait, is deze ideaal om hem eenvoudig aan de naaf van een wiel te bevestigen, en dus de term in-wheel hub motor.Dit type wielaandrijving is veel efficiënter dan het gebruik van een versnellingsbak om de roterende as van een traditionele motor in een andere richting om te leiden om de wielen van een mobiele robot of elektrisch voertuig te laten draaien.Bovendien kan op elk wiel op de bewegende robotbasis een hub-in-wheel-motor worden gebruikt om de vereiste rotatie-energie en koppel te leveren om de robot met de gewenste snelheid en richting te bewegen.Robotfabrikanten geven de voorkeur aan borstelloze servo-naafmotoren met continue rotatie boven geborstelde motoren, omdat de eerste efficiënter werken en veel betrouwbaarder zijn omdat er geen borstels zijn die verslijten en/of verontreinigd raken met stof (zie onderstaande foto).Een mobiele robotbasis met naaf-in-wheel-motoren.Bron: ams AGBorstelloze naafmotoren hebben echter een methode nodig voor het leveren van hoekpositiefeedback van de roterende stator voor de motorcontroller om de juiste aandrijfsignalen op het juiste moment te leveren.Anders zal de motor niet blijven draaien.Resolvers, optische encoders, Hall-effect latches en roterende magnetische encoders hebben in het verleden aan deze behoefte voldaan.We zullen nu de voor- en nadelen van elk in meer detail onderzoeken.Aan het ene uiteinde van het positiedetectiespectrum bevinden zich resolvers en optische encoders.Resolvers ondersteunen zeer hoge RPM-snelheden en bieden een hoge resolutie, maar ze zijn groot, zwaar, energieverbruikend en duur.Optische encoders ondersteunen ook zeer hoge RPM-snelheden en bieden een hoge resolutie, maar ze zijn eveneens duur en gevoelig voor stof en vuil, twee items die vaak worden aangetroffen in magazijnen en industriële gebouwen (zie onderstaande grafiek).Tabel: een vergelijking van positiedetectieoplossingen die worden gebruikt in motorbesturingstoepassingen.(Klik hier om te vergroten.) Bron: ams AGAan de andere kant van het spectrum bevinden zich resistieve potentiometers.Het zijn zeer goedkope encoders, maar niet erg nauwkeurig en slijten snel.Als gevolg hiervan worden ze meestal gebruikt in goedkope servomotoren die bedoeld zijn voor goedkope speelgoedrobots.Aan de bovenkant van het spectrum, dichter bij de prestaties van resolvers en optische encoders, bevinden zich magnetische positiesensoren.Het meest basale type magnetische positiesensor dat wordt gebruikt voor positieterugkoppeling in motoren is de Hall-Effect-vergrendeling.Het is een heel eenvoudig apparaat met geïntegreerde schakelingen (IC) met magnetische sensoren die zijn uitgangsstatus verandert wanneer er een magneet langs passeert met een bepaalde magnetische polariteit en veldsterkte, bijvoorbeeld een magnetische zuidpool.Het apparaat blijft in die toestand totdat er een magnetisch veld van gelijke sterkte, maar met tegengestelde polariteit, langs gaat, bijvoorbeeld een magnetische noordpool.Hall-Effect-vergrendelingen zijn erg goedkoop en betrouwbaar, maar ze zijn niet zo nauwkeurig en er zijn meestal drie of meer nodig, afhankelijk van het aantal fasen in de motor.Het andere type magnetische positiesensor is het magnetische encoder-IC.Het is een veel geavanceerdere magnetische sensor die de draai-/hoekpositie meet.Hoewel ze duurder zijn dan de Hall-Effect IC, zijn ze nog steeds relatief goedkoop in vergelijking met resolvers en optische encoders.Bovendien is, in tegenstelling tot het Hall-Effect-positieterugkoppelingscircuit, slechts één magnetische encoder-IC vereist.Hoewel magnetische encoder-IC's relatief goedkoop en klein zijn, kunnen ze de zeer hoge RPM-snelheden en nauwkeurigheidsniveaus die resolvers en optische encoders kunnen bereiken niet ondersteunen.En zoals de meeste magnetische sensor-IC's, met uitzondering van ams-apparaten, zijn ze gevoelig voor magnetische strooivelden, die vaak worden aangetroffen in industriële faciliteiten.Verdwaalde magnetische velden kunnen ertoe leiden dat een magnetische sensor onnauwkeurige en betrouwbare positie-informatie teruggeeft aan de motorcontroller.Gelukkig hebben fabrikanten van mobiele op wielen gebaseerde robots tegenwoordig een alternatief voor de traditionele positiesensortechnologieën die worden gebruikt in borstelloze naafmotoren.Inductieve RF-positiesensoren pakken veel van de nadelen aan die worden aangetroffen in de andere zojuist genoemde positiedetectietechnologieën, terwijl ze nog steeds de zeer hoge RPM- en resolutieprestaties van resolvers en optische encoders bieden.Bovendien bieden ze unieke functies en ondersteunen ze uitgebreide toepassingen die goedkopere motorbesturingscircuits mogelijk maken.RF-inductieve positiesensor-IC's worden normaal gesproken gemonteerd op een printplaat (PCB) die ook een zendspoel en twee ontvangspoelen bevat.Meestal is er een cirkelvormig gat in het midden van de printplaat.Boven de PCB bevindt zich een metalen doel, of een meerbladige schoep die vaak lijkt op een propeller, die is bevestigd aan een roterende as en die door het centrale gat van de PCB gaat (zie hieronder).Een inductief positiesensorsysteem.Bron: ams AGHet inductieve positiesensor-IC straalt via zijn on-chip-oscillator een elektromagnetisch veld uit over de zendspoel van de printplaat.De stralingsenergie wordt geabsorbeerd door de ontvangstspoelen van de printplaat en gemeten via de dubbele ontvangstcircuits van de inductieve sensor.Wanneer de metalen bladen echter over het PCB-werkgebied roteren, shunt of verzwakken de metalen bladen de elektromagnetische veldenergie van de zendspoel over delen van de ontvangstspoelen.Deze verzwakking wordt gedetecteerd door de ontvangstcircuits van de inductieve sensoren, en resulteert erin dat het inductieve sensor-IC twee sinusvormige uitgangen uitvoert, typisch 90 graden uit fase van elkaar, bijv. Sin/Cos-uitgangen.Een microcontroller ontvangt de Sin/Cos-uitgangen van de inductieve positiesensor en berekent de absolute of incrementele hoekpositie van de roterende as op basis van het fase- en amplitudeverschil tussen de Sin/Cos-uitgangen van het inductieve sensor-IC.Deze hoekmeting wordt gebruikt om nauwkeurig de hoekpositiefeedback van de roterende stator te bepalen, in het geval van een naafmotor, zodat de microcontroller de verschillende stationaire rotorspoelen goed kan aandrijven en de naafmotor kan laten draaien.Inductieve positiedetectie biedt een aantal unieke voordelen ten opzichte van concurrerende positiedetectieoplossingen.Ten eerste biedt het een hoge lineariteit, wat zeer nauwkeurige hoekmetingen oplevert, vergelijkbaar met resolver of optische encoders.Inductieve positiesensoren voor bijvoorbeeld motorbesturingstoepassingen kunnen lineariteitsnauwkeurigheden tot +/- 0,2o bereiken, zelfs bij rotatiesnelheden van meer dan 100.000 tpm.Ten tweede kunnen inductieve positiesensoren, in tegenstelling tot magnetische encoder-IC's op de as, toepassingen buiten de as, holle as en zij-as ondersteunen.In veel motortoepassingen is het bijvoorbeeld niet mogelijk om een ​​sensor op het uiteinde van een massieve metalen roterende as te monteren, zoals het geval is bij een naafaandrijfmotor die direct een robotwiel aandrijft.Off-axis hoekpositiedetectie lost dit probleem op.Evenzo moeten robotfabrikanten vaak draden door de roterende holle assen van robots leiden om de diameter van de ledematen te verkleinen en te voorkomen dat de besturings-/voedingsdraden beschadigd raken tijdens het gebruik (zie hieronder).Inductief positiesensorsysteem in holle as en off-axis toepassingen.Bron: ams AGTen derde zijn inductieve positiesensoren immuun voor magnetische strooivelden, een belangrijk voordeel voor industriële robots die zich doorgaans in zeer elektromagnetisch lawaaierige omgevingen bevinden, zoals in een fabriek waar duizenden slecht afgeschermde motoren op een bepaald moment kunnen draaien en uitstralen. elektromagnetische velden.Ten vierde bieden inductieve positiesensoren de mogelijkheid om op kosteneffectieve wijze veiligheidsnormen te ondersteunen, zoals IEC 61508 en IEC 62061 voor industriële robots.Vanwege hun lage eenheidskosten kunnen redundante inductieve positiesensor-IC's op een PCB worden geplaatst en/of kunnen als alternatief redundante zend- en ontvangspoelparen aan de PCB worden toegevoegd.Bovendien kunnen slimme inductieve positiesensoren ook diagnostische informatie verstrekken over hun functionele status, evenals de status van de gekoppelde zend- en ontvangstspoelen, aan de motorcontroller, waardoor een robot hogere Safety Integrity Levels (SIL's) kan bereiken.Inductieve positiesensoren zijn ook veel goedkoper dan resolvers en optische encoders, en zelfs veel roterende magnetische positiesensoroplossingen.Een inductieve sensor is een vrij eenvoudig geïntegreerd circuit, dat voornamelijk bestaat uit een oscillator en een paar differentiële ontvangers en bijbehorende automatische versterkingsbesturingscircuits, samen met een paar input/output-buffers.Hoewel een inductief sensor-IC een PCB met zend- en ontvangstspoelen nodig heeft, samen met een metalen doelschoep, hebben beide zeer lage eenheidskosten.De doelmagneet die nodig is om met een magnetische positiesensor te werken, heeft gewoonlijk hogere eenheidskosten dan de vereiste PCB en metalen schoep van de inductieve sensor samen.En in verhouding tot resolvers en optische encoders kosten ze doorgaans een tot twee ordes van grootte meer dan een complete inductieve positiesensoroplossing.Inductieve positiesensoren zijn ook stroomvreters.Vanwege hun beperkte omvang en circuits hebben ze heel weinig stroom nodig, meestal minder dan 15 mA, in het slechtste geval, waardoor ze vergelijkbaar zijn met roterende magnetische positiesensoren, en veel lager dan resolvers en optische encoders.Concluderend, nieuwe RF-inductieve positiesensoroplossingen die momenteel op de markt zijn, bieden veel unieke voordelen voor de eindgebruiker ten opzichte van traditionele positiesensortechnologie die wordt gebruikt in terugkoppelingscircuits voor motorbesturing.Dit geldt met name in het geval van batterijgevoede mobiele industriële robots op wielen.Goedkope, inductieve positiesensor-IC's die weinig stroom verbruiken, immuun zijn voor strooimagneetvelden en stof en vuil dat vaak wordt aangetroffen in fabrieken en magazijnen, en die de precisie en prestaties hebben van resolvers en optische encoders, maken ze de ideale feedbackoplossing voor in- wielnaafmotoren gebruikt in mobiele robots.Copyright © 2022 WTWH Media LLC.Alle rechten voorbehouden.Het materiaal op deze site mag niet worden gereproduceerd, gedistribueerd, verzonden, in de cache worden opgeslagen of anderszins worden gebruikt, behalve met de voorafgaande schriftelijke toestemming van WTWH Media Privacybeleid |Adverteren |Over ons