協(xié)作機(jī)械臂關(guān)節(jié)雙編碼器的功能與重要性解析

協(xié)作機(jī)械臂的關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)核心組件包括電機(jī)側(cè)編碼器和輸出側(cè)編碼器，這一設(shè)計(jì)對提升機(jī)械臂的精度與響應(yīng)能力至關(guān)重要。亨士樂編碼器代理商西安德伍拓和大家一起分享關(guān)于雙編碼器的具體作用與必要性。

電機(jī)側(cè)編碼器的作用

電機(jī)側(cè)編碼器，可選擇增量式或單圈絕對式，其主要功能涵蓋電機(jī)速度的PID控制、FOC（磁場定向控制）閉環(huán)控制以及電機(jī)位置的精確檢測。這些編碼器需具備中等分辨率以滿足無刷電機(jī)的伺服控制需求，同時(shí)強(qiáng)調(diào)高精度，確保與減速后輸出側(cè)的精度或具體應(yīng)用場景相匹配。值得注意的是，電磁式編碼器在與電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鐵配合時(shí)可能存在相互干擾問題，因此，在某些情況下會(huì)優(yōu)選多圈增量式光柵編碼器以減少此類干擾。

輸出側(cè)編碼器的角色

輸出側(cè)編碼器則通常為單圈或多圈絕對式，專注于輸出端位置的閉環(huán)控制，要求高分辨率以捕捉細(xì)微位置變化。盡管其絕對定位精度要求并非極端嚴(yán)苛，但這一設(shè)計(jì)確保了機(jī)械臂末端執(zhí)行器的位置控制更為精準(zhǔn)與穩(wěn)定。

雙編碼器協(xié)作機(jī)制

雙編碼器系統(tǒng)的核心算法通過實(shí)時(shí)對比兩側(cè)編碼器的位置偏差來估算外力矩。當(dāng)輸出側(cè)受到外部扭矩作用時(shí)，其編碼器能迅速捕捉到微小位置變化，而電機(jī)側(cè)編碼器由于減速比的存在，可能尚未顯現(xiàn)變化。通過這一對比機(jī)制，系統(tǒng)能夠精確感知輸出側(cè)的受力情況，并據(jù)此反饋給驅(qū)動(dòng)器。若用戶啟用了拖動(dòng)示教模式，驅(qū)動(dòng)器將調(diào)整電機(jī)以跟隨受力變化；若未啟用，則通過轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)來補(bǔ)償外部受力，維持位置恒定。


ABB運(yùn)動(dòng)控制示例

在動(dòng)態(tài)控制場景中，控制器利用電機(jī)編碼器的數(shù)據(jù)計(jì)算輸出軸的理論位置，再與輸出軸編碼器的實(shí)際位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，從而精確判斷外部受力大小，并指導(dǎo)驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行相應(yīng)控制策略。

與ABB雙編技術(shù)的對比

ABB的雙編碼器反饋技術(shù)與此原理相似，通過將亨士樂編碼器分別置于負(fù)載和電機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了位置與電流/速度回路的獨(dú)立閉合。這種布局不僅提升了位置精度，還有效解決了機(jī)械順從性、間隙、滑動(dòng)等帶來的穩(wěn)定性問題，進(jìn)一步驗(yàn)證了雙編碼器系統(tǒng)在提升機(jī)械臂性能方面的有效性。

伺服電機(jī)內(nèi)置編碼器的補(bǔ)充

伺服電機(jī)內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)編碼器作為與電機(jī)通訊的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)矩、速度和位置的精確控制。盡管電機(jī)側(cè)已采用多種先進(jìn)反饋技術(shù)，但由于傳動(dòng)環(huán)節(jié)的復(fù)雜性（如間隙、順從性、磨損與熱膨脹），僅依賴電機(jī)編碼器難以直接獲得精確的負(fù)載位置。因此，在負(fù)載端增設(shè)絕對編碼器成為提升系統(tǒng)整體精度的必要措施。

綜上所述，協(xié)作機(jī)械臂關(guān)節(jié)采用的雙編碼器系統(tǒng)，在補(bǔ)償傳動(dòng)誤差、提高位置精度及增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力方面發(fā)揮著不可替代的作用。盡管目前估算力矩的方式仍受關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)與剛度特性復(fù)雜性的制約，但雙編碼器技術(shù)無疑為提升機(jī)械臂性能開辟了重要途徑，其未來發(fā)展?jié)摿χ档贸掷m(xù)關(guān)注。

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