工業(yè)機(jī)器人未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),將會(huì)由以往著重于汽車制造應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)移至其他產(chǎn)業(yè),應(yīng)用范圍也會(huì)隨著速度、穩(wěn)定性、安全性、精度、控制性和可用性而變得更加廣泛。此亦為精確定位控制的選擇與運(yùn)用日益受到重視之主因。
汽車業(yè)是使用機(jī)器人最為成熟的產(chǎn)業(yè),占整體市場(chǎng)近40%的比例。機(jī)器人的重復(fù)精度達(dá)到±0.02mm便符合汽車制造業(yè)的精度要求,大多數(shù)高階汽車產(chǎn)業(yè)機(jī)器人會(huì)配備密封旋轉(zhuǎn)絕對(duì)式光學(xué)編碼器,其他機(jī)器人則使用磁性和電感式編碼器或環(huán)形解角器。
但工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用會(huì)由以往著重于汽車制造應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)移至其他產(chǎn)業(yè)。機(jī)器人應(yīng)用在電子產(chǎn)業(yè)(亦稱為3C產(chǎn)業(yè))約占30%的市場(chǎng)比例,隨著電子產(chǎn)品做得越來(lái)越精巧輕盈,零件也愈加精密,對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的精度要求也就越來(lái)越高。

選擇編碼器 確保機(jī)器人精度
無(wú)論機(jī)器人本身的設(shè)計(jì)多么精良,仍須仰賴所使用的元件才能充分發(fā)揮其功能與效用。機(jī)器人通常由主體(骨架)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、減速器及控制系統(tǒng)所組成。控制器需要接收機(jī)器人各連接處的即時(shí)位置回饋,因此編碼器也是確保機(jī)器人精度不可或缺的重要元件。
一般而言,設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)會(huì)使用兩種編碼器:光學(xué)與磁性編碼器。
磁性編碼器與光學(xué)編碼器在位置感知原理上的差異,會(huì)因?yàn)榄h(huán)境條件不同,而產(chǎn)生不一樣的效能結(jié)果。磁性編碼器的設(shè)計(jì)採(cǎi)用霍爾效應(yīng)感測(cè)器(Hall-sensor)技術(shù),可在嚴(yán)苛的環(huán)境條件中輸出可靠的數(shù)位信號(hào)回饋,具廣泛操作溫度、高抗衝擊性與抗震能力、穩(wěn)固密封及抗污染性等特色,且其非接觸式的精巧輕盈設(shè)計(jì),則可確保長(zhǎng)久穩(wěn)定的運(yùn)作。
光學(xué)編碼器使用光學(xué)來(lái)辨識(shí)編碼器位置,無(wú)論在解析度或精度上都更勝磁性編碼器一籌。為機(jī)器人設(shè)計(jì)選擇適合的編碼器時(shí),必須根據(jù)應(yīng)用時(shí)所重視的效能來(lái)判斷:是需要光學(xué)編碼器較高的精度,還是在極端環(huán)境條件下表現(xiàn)依然可靠的磁性編碼器?
協(xié)作機(jī)器人的
絕對(duì)式磁性編碼器應(yīng)用
丹麥的Universal Robots(UR)公司為市場(chǎng)上最成功、最有名的機(jī)器人制造商之一。UR所生產(chǎn)的多軸協(xié)作機(jī)器人使用AksIM系列磁性旋轉(zhuǎn)絕對(duì)式編碼器,提供卓越的性能、系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性。
該款編碼器就安裝在減速器后方,可直接監(jiān)控機(jī)器人連接處的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度。相較于部分機(jī)器人將編碼器安裝于減速器前方,此方式可減少系統(tǒng)誤差,使機(jī)器人的重復(fù)精度保持在±0.1mm之間,可應(yīng)付大多數(shù)的市場(chǎng)需求。
適用于高階航太機(jī)器人的真正絕對(duì)式精細(xì)刻距光學(xué)編碼器
運(yùn)用于航太或汽車產(chǎn)業(yè)的高階機(jī)器人,比其他領(lǐng)域更仰賴絕對(duì)式編碼器。採(cǎi)用絕對(duì)式編碼器可讓機(jī)器人不必在每次啟動(dòng)后都須返回歸零位置或原點(diǎn)位置,此可有效簡(jiǎn)化啟動(dòng)程序。更重要的是,絕對(duì)式編碼器還可改善機(jī)器人的安全性。
一家全球知名的機(jī)器人制造商就特別針對(duì)航太產(chǎn)業(yè)的需求,客制化訂做一款六軸機(jī)器人。該制造商將Renishaw RESOLUTE旋轉(zhuǎn)絕對(duì)式光學(xué)編碼器安裝于各軸作為第二組絕對(duì)式編碼器,以提高定位精度。多加裝一組編碼器后,機(jī)器人的精度與反應(yīng)靈敏度均有提升,背隙誤差的問(wèn)題也因此改善。