旋转编码器的改进节约了移动机器人的功耗

2017年10月3日作者:Jeff Smoot

旋转编码器的改进节约了移动机器人的功耗

商用移动机器人潜力巨大,能够为设备和服务行业培养广阔的市场。根据近期研究判断,预计单单是无人机市场在2022年之前就有机会飙升至18十亿美元以上。地面上的移动机器人则能用于众多领域(工业、商业和家用),能够比人类更快速而又经济地执行任务,能在不适合人类的环境中作业,或能协同合作,将工人从重复性或体力劳动中解放出来。

有些公司已经开创先河,使用移动机器人提高效率和改善客户服务。亚马逊就是一个范例;在他们的许多仓库中,机器人从事费力的搬运工作,将选中的货箱直接送到拣货员面前。拣货员随后运用经过精细进化的人类认知和运动技巧选取所需的产品,之后再由机器人将货箱送回正确的位置。随着亚马逊不断获得实体零售商的市场份额,以及进军食品杂货市场,预计单单这一领域的移动仓储机器人需求就会飞速增长。

运输工具需求促进了电池供电业务的需求,因而整机能效成为能否尽量延长续航里程的关键问题。如果功耗预算有限,只有精心管理,才能使机器人在充满电厚工作更长的时间或运行更远的距离。无论是需要飞行尽量远的距离去提供粮食援助的无人机,还是必须具备最长开机时间才能提高经营者净利的仓库助理,或是市场吸引力与其每次充电之后完成的工作量直接相关的吸尘器或割草机等家用机器人,这一点也都成立。提高效率还能给予设计者更大的自由,机器人用的电池更小了,但跑得却更远了,设计者从而能够管理成本、尺寸和重量。

随处可见点滴节约

需要在所有板载子系统中实现多种微小的功耗节约,才能实现飞行里程或运行时间的明显改善。由于移动机器人经常要有多个电机驱动执行器或定位机构(如相机云台),电机控制器的效率稍有提高即可带来大得多的总体收益。电机的控制和整流与能否随时了解转子的角位移密切相关。光学编码器是用来完成这项任务的热门选择,但在将分辨率设置从最低调至最高后,它们的电流消耗量就会升高两倍以上。它们还必须定期清洁,才能确保正常运行。使用电磁编码器有助于减少保养需求,但它们也会提高功耗。

电容式旋转编码器不止节约功耗

CUI基于电容技术开发的AMT旋转编码器是一种高能效替代品。传感器由一个固定的主体和一个活动的元件组成可变电容器,运用的工作原理和数字游标卡尺相同。编码器旋转时,这个电容器就会产生独特但可预测的信号,用于计算主轴位置和旋转方向。

AMT10编码器消耗的电流不足同类光学编码器的十分之一,因而在包含多个电机的系统中能够显著节约功耗。下表将AMT10与竞品光学和电磁编码器示例做了比较。

编码器型号 类型 工作电压 分辨率最高时的电流 4电机系统的功耗
AMT10 电容式 5V 6 mA 0.12 W
竞品1 光学 5V 85 mA 1.7 W
竞品2 磁性 5V 160 mA 3.2 W
采用电容技术的旋转编码器所需功耗不足光学或电磁机型的10%

除了节省足够的功耗以满足其他板载子系统的整体需求外,电容式旋转编码器所需的维修也比光学编码器少,只需进行清洁就能恢复准确性。电磁编码器虽然牢固,但其准确性常常差于光学或电容式机型,并且功耗几乎是光学编码器的两倍。

如果机器人拥有多个执行不同任务的电机,将所有光学或电磁转子位置的编码器更换为电容式编码器后,从整个功耗预算中零零散散削减的功耗就足以运行GPS模块、无线通信或传感等子系统,从而能够将电池的能量更多地用于延伸交通工具的运行里程。

在令人激动的移动机器人解决方案中,采用电容技术的旋转编码器能够略尽微薄之力,节约的功耗远远超乎想象。更常见的是,它们还能够帮助许多不同应用的生产商达到现行的严格新能效法规:欧盟的IEC 60034-30-1 标准就是其中之一。但是得益于这类小型节能设备,随处可见的电机驱动设备能运行更长时间,而使用的能量却更少了。

有用资源

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Jeff Smoot

Jeff Smoot

应用工程和运动控制副总裁

自从于 2004 年加入 CUI 以来,Jeff Smoot 重振了公司的质量和工程部门,重点从事开发、支持工作,并将产品推向市场。他着重推动客户取得成功,还率先成立了一个应用工程团队,在设计过程中向工程师提供更有力的现场和在线工程设计和技术支持。下班后,Jeff喜欢参加户外运动(滑雪、背包旅行、露营),陪伴他的妻子和四个孩子,而且他还是丹佛野马(Denver Broncos)橄榄球队的铁杆粉丝。

 
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