传感器在机器人和自动化领域的应用

磁编码器与磁位置传感器在机器人和自动化领域的应用

磁编码器与磁位置传感器是机器人与自动化技术发展的重要支柱，它们在精确控制、实时反馈和系统优化中扮演了不可或缺的角色。随着工业4.0和智能制造的蓬勃发展，机器人和自动化设备对运动精度、响应速度，以及环境适应性的要求日益提升，而磁编码器和磁位置传感器凭借其高分辨率、非接触测量以及抗干扰能力，成为实现这些应用的核心技术。本文将为您探讨这两种关键传感器在机器人与自动化技术中的应用，以及Melexis（迈来芯）的相关解决方案。

磁编码器可为系统提供实时反馈以实现高精度控制

随着机器人和自动化解决方案的应用范围不断扩展，从小范围的专业应用领域延伸到更多日常应用场景，对能够在这些系统中提供精确且经济高效的运动反馈的编码器需求也随之增长。对于确保电机驱动应用（如机械臂、自动包装机和工业编织机等）的精确运行和安全性能而言，磁编码器的反馈机制至关重要。

磁编码器在机器人和自动化领域中扮演了关键角色，其主要功能是精准检测运动部件的速度、位置和方向，为系统提供实时反馈以实现高精度控制。磁编码器主要负责运动控制反馈，用于测量电机的转速和位置，并将数据反馈到控制器，以实现精确的运动控制，并在多轴运动系统中，磁编码器可确保各轴之间的运动同步，避免误差积累。

磁编码器可与伺服电机或步进电机配合，提供闭环控制信号，优化系统性能并减少能耗，并通过实时监测速度和位置，编码器可以帮助检测异常，防止设备过载或运行不稳定，执行故障检测与保护功能。

磁编码器因其高分辨率、低延迟和高可靠性，成为机器人和自动化系统中不可或缺的器件，特别是在需要快速响应和高精度控制的应用场景中更显其价值。

具有卓越的抗杂散场干扰能力的磁编码器

由Melexis推出的Triaxis MLX90382是一款设计紧凑的绝对磁编码器芯片，具备出色的性能特点。它拥有卓越的抗杂散磁场干扰的能力，能够支持在轴和离轴的精准感应，能够实现包括与微型电机的无缝集成。该编码器提供高达14位的分辨率，可提供绝对角度位置信息，采用差分输出方式，并支持高达200k e-RPM的速度范围，支持片上集成信号处理单元，可实现零延迟响应，采用Triaxis霍尔技术，实际应用中安装相当灵活。

MLX90382是一款功能全面的单片磁位置传感器芯片，集成了先进的Triaxis霍尔磁前端、高性能模数转换器，以及专为高速信号处理和调理设计的数字处理硬件单元，同时配备了多个不同类型的输出驱动器。

MLX90382展现出卓越的360°抗杂散磁场能力（高达4 kA/m），并能精确感知施加于芯片的磁通密度的三个分量（Bx、By和Bz），以及对z轴上的差分磁场高度敏感。通过编程，用户可灵活选择使用任一轴向来确定角度，这种设计结合巧妙的磁性布局，使得MLX90382能够精确计算任何旋转磁体的绝对位置和增量位置。

MLX90382提供五种丰富的输出模式，包括行业标准的单端和差分ABI接口，适用于增量角度输出，以及单端和差分UVW信号仿真，专为BLDC电机设计，还有PWM接口，与可配置内容的SPI接口与SSI接口，可支持功能安全要求。此外，SPI协议还具备多从站同步读出功能，进一步提升了系统的灵活性和效率。

MLX90382能够有效解决复杂电机驱动应用中常见的装配难题，支持在轴和离轴的灵活安装，为用户提供更大的便利。这一特性使得该芯片能够支持空心轴应用，允许线束或其他组件穿过轴心而不干扰编码器的反馈，从而在一定程度上降低设计复杂性并推动技术创新。

MLX90382支持宽操作范围，可在-40℃至150℃温度范围下运作，支持5V和3.3V应用，具有可编程线性传输特性，支持多达16个可编程点，并符合SIL-2安全集成标准，采用符合RoHS标准的单模4 x 4 mm2 QFN-24封装。两种型号均通过AEC-Q100（0级）标准的认证，确保产品的可靠性。

MLX90382以其14位高分辨率、差分输出方式以及高达200k e-RPM的宽广速度范围，成为工业自动化、机器人及电动交通工具解决方案中的理想选择，可应用于机器人关节、织布机马达、电动汽车马达、工业自动化。为了加速开发进程，Melexis还特别提供评估板（EVB90382）和全面的开发套件（DVK90382）。

MLX90382的评估板EVB90382提供了一种将MLX90382 Triaxis磁传感器连接到微控制器或测量设备的简便方法，可预编程MLX90382 IC，易于连接和评估，可缩短开发时间。EVB90382包含一个安装在36mm x 48mm PCB中间的MLX90382 IC。该板包括机械加工引脚，可快速连接到MLX90382 IC接口。包括必要的无源器件，允许通过模拟输出信号进行连接。

磁位置传感器可感知物体的位置、角度或运动

在以往机器人的设计方案中，制造商往往优先考虑性能顶尖的传感器芯片，而对成本因素的考虑则相对不足。但是随着机器人应用的不断拓展，制造商愈发重视在提升生产效率的同时降低成本，这使得他们在选择器件时更加谨慎，以确保设计的经济性与简便性，同时维持机器人的高可靠性和精确的运动重复性。

磁位置传感器在机器人和自动化领域中具有重要作用，利用磁场变化感知物体的位置、角度或运动，为系统提供高精度的反馈信号。磁位置传感器可执行非接触式检测，通过感应磁场变化进行测量，无需物理接触，减少了磨损和维护需求。

磁位置传感器能够提供角度、线性位置或旋转速度的高精度测量，满足机器人和自动化系统对精确控制的要求，并具备抗干扰能力，对灰尘、湿气和油污等环境因素不敏感，适合在恶劣环境中使用，且其通常体积小，功耗低，非常适合集成到空间有限的设备中。

磁位置传感器的优势包括耐用性强、性能稳定以及适应各种环境的能力，使其在机器人和自动化系统的运动控制、定位和安全检测中成为不可或缺的器件。

具有创新磁铁设计和卓越感应能力的磁位置传感器

由Melexis推出的MLX90384是一款用于机器人关节的高精度磁位置传感器。该产品采用Arcminaxis技术，配有磁铁和软件来校准和操作系统，分辨率高达18位，并与螺距无关，单个集成电路适用于多种磁铁类型，支持高速通信，配备快速SPI接口。

MLX90384的核心优势在于其创新的磁铁设计和卓越的感应能力。与常规的多极磁铁传感器芯片不同，MLX90384打破了磁极尺寸与传感器芯片必须严格匹配的局限。这一特性使得采用更大、磁力更强的磁铁成为可能，从而能够输出更强信号并支持更大的操作间隙，因此同一传感器芯片能够灵活匹配不同尺寸的磁铁。

MLX90384内嵌两颗位置传感器芯片，每个都集成一个Triaxis霍尔磁前端，一个模数转换器，专为高速信号处理而设计的硬件，以及一个10MHz的高速SPI接口。两个IC均被设定为能够敏感地检测两个磁通密度分量，第一个分量平行于芯片平面，第二个分量则垂直于芯片平面。

Arcminaxis MLX90384霍尔18位角度编码器芯片融合多轴传感与游标技术，配备了两条轨道（八极和七极）的游标式磁铁。MLX90384传感器芯片负责测量这两条轨道的轴向和切向磁分量。随后，将这些信息传输给微控制器。微控制器则根据接收到的信息，精确计算出角度位置、速度以及累计转数，可用于MCU微控制器校准和操作系统的预编译软件包，并提供构建编码器解决方案的完整参考设计。

MLX90384传感器采用大气隙（airgap）传感器磁铁设计（1.5毫米标称），磁铁传感器放置公差达到±0.5毫米，可减少机器人关节装配的复杂性和工作量，采用3.3 V电源电压，以及TSSOP-16封装，符合RoHS标准，可在-20℃至85℃工作温度范围下运作。MLX90384传感器可作为绝对旋转位置传感器、高精度编码器、机器人关节编码器，应用于电动车、工业电机等领域。

MLX90384的评估套件EVK90384是专为简化对Arcminaxis技术的探索过程而设计。该套件完全遵循MLX90384参考设计，确保项目快速启动，可精准实施参考设计，具有便捷的连接与校准流程，可有效缩短开发周期。Melexis提供全面的评估工具包用以简化Arcminaxis技术的评估流程。该套件包含一个功能完备的桌面演示器，通过SPI主控器以实现便捷的USB-PC连接，以及一个直观的图形用户界面（GUI），用于校准和操控MLX90384演示套件。桌面演示套件结构详尽，集成了磁铁环组、磁铁支架、传感器模块、基础器件、SPI主控器，以及连接传感器模块与SPI主控器的专用电缆，确保评估过程的高效与便捷。

结语

磁编码器与磁位置传感器作为关键技术，正在推动机器人与自动化领域迈向更高的控制精度和效率。这些传感器不仅提供了精确的位置和速度反馈，还满足了现代工业对高响应性与可靠性的需求。随着人工智能和机器学习的进一步融入，这些传感器的应用场景将更加广泛，从智能制造到医疗机器人，乃至无人系统，皆能受益于它们的创新能力。Melexis的磁编码器与磁位置传感器拥有绝佳的技术优势，将可助力智能化与自动化的全面升级，为行业创造更多价值。