机器人如何选择编码器方案？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）在人形机器人控制系统中，每个关节都需要通过传感器去确定关节的位置和状态，从而通过算法去对多个关节进行相应的控制，多个关节联动实现复杂的动作执行。

那么如何确定关节的位置和状态？这个时候就需要用到编码器了。在机器人系统中，编码器是实现精确运动的核心传感器，典型的人形机器人上，14个旋转关节共需要28个编码器，14个线性关节共需要14个编码器，双手共需要12个编码器，整机总共需要用到54个编码器。

编码器的核心功能是，将机械运动（旋转或直线位移）转换为电信号（脉冲或数字编码），从而让机器人控制器实时获取运动部件的位置、速度、加速度或方向信息。

具体来说，编码器可以检测电机、关节的实时位置，比如机械臂关节的旋转角度、移动机器人轮子的转动圈数等；或是在线性关节中，计算关节的运动速度；编码器能够反馈实际运动状态，与控制器的指令进行对比，实现“指令-执行-反馈”的闭环控制，比如修正机器人的位置偏差、防止过冲。

编码器有多种类型，如果根据输出信号是否以来初始位置来区分，编码器可以分为增量式编码器和绝对式编码器两种。

其中增量式编码器是通过运动部件旋转时，通过遮挡光或是磁场来产生周期性的脉冲信号，通过脉冲计数计算位移，这种编码器结构简单，成本低，在鼠标滚轮上非常常见。不过缺点也非常明显，就是断电后系统无法知道当前的位置信息，随着时间可能会累积误差。

绝对式编码器是指每个位置，比如角度、距离都有对应的编号，所以编码器可以根据这些编号来确定位置，不依赖初始的位置，断电后也能够知道当前的位置。但缺点是结构相对增量式编码器更复杂，成本高3-10倍，一般是用于精度要求较高的场合。

如果按照检测原理，编码器又可以分为光电编码器、电磁编码器、霍尔编码器。光电编码器将编码盘上细密的透光栅放置在激光器和传感器之间，通过遮挡光线来产生脉冲，精度可以非常高，但对环境洁净度敏感，因为灰尘可能会遮挡光路。

电磁编码器则是基于磁场变化产生信号，通过永磁体和霍尔元件、磁阻传感器等产生信号，可以适用于复杂环境，不受粉尘干扰，但精度相对光电编码器较低。

霍尔编码器是利用霍尔效应，即磁场变化改变半导体电压，通过电压的变化来检测位置，这种编码器精度相比电磁编码器更低，可以用于一些低精度的消费级机器人场景。