La robótica industrial se basa en controles de precisión para guiar sus movimientos y permitir la máxima productividad. Muchos tipos de sensores proporcionan datos para estos controles. Para los propósitos de esta descripción general, nos centraremos en los sensores de posición del eje. Este artículo de SameSky explora las diferencias entre los codificadores rotatorios incrementales y absolutos asociados.
Cuando necesite medir la velocidad, la dirección del movimiento o la posición de un eje giratorio, probablemente necesitará un codificador rotatorio. Y cuando llega el momento de elegir uno, hay dos tipos principales a considerar: el codificador incremental y el codificador absoluto.
Tomar la decisión correcta es importante, por eso hemos elaborado esta breve guía sobre codificadores absolutos, para ayudarle a comprender qué son, en qué se diferencian de los codificadores incrementales y las situaciones en las que podría necesitar uno.
¿Qué es un codificador absoluto?
Un codificador absoluto proporciona un valor de posición único o una palabra de datos en cada punto de rotación que representa la posición "absoluta" del codificador. Desde el momento en que lo enciende, un codificador absoluto puede decirle la posición exacta del eje giratorio que se mide. Para ello, utiliza un sensor óptico, magnético o capacitivo para leer un código único de un disco que gira con el eje. Fundamentalmente, un codificador absoluto puede hacer esto sin necesidad de girar el eje y puede hacer seguimiento a esta posición incluso en casos de pérdida temporal de potencia. Mientras más códigos únicos haya en el disco del codificador, más precisa será la lectura de su posición.
Comparación de un disco codificador óptico y capacitivo
Las resoluciones se representan en términos de bits (dígitos binarios) que corresponden al número de palabras de datos únicos en una revolución. Los codificadores absolutos también vienen en variaciones de un solo giro y de varios giros. Los codificadores de una sola vuelta proporcionan datos de posicionamiento durante una revolución completa, 360°, y la salida se repite para cada revolución del eje. Los codificadores multivuelta también proporcionan datos de posicionamiento en una sola vuelta, pero tienen un contador de "vueltas" adicional que mide el número de revoluciones.
Codificadores absolutos en comparación con codificadores incrementales
Por el contrario, un codificador incremental funciona generando pulsos a medida que el eje gira. Un codificador incremental típico genera 2 ondas cuadradas desfasadas 90 grados. A estos pulsos se les debe hacer seguimiento o contabilizar con dispositivos electrónicos externos al codificador.
Formas de onda típicas del codificador incremental desfasadas 90°
Las resoluciones están representadas por el número de pulsos por revolución, PPR, y representan el número de pulsos altos que tendrá un codificador incremental desde cualquiera de sus salidas de onda cuadrada.
Debido a que la salida de un codificador incremental solo se encuentra en 1 de 4 estados que se repiten, el codificador debe tener como referencia una ubicación fija conocida o "inicio" para proporcionar información de posicionamiento significativa. Desde la posición inicial, a menudo alineada con el pulso de índice del codificador, se puede hacer seguimiento al cambio incremental en la rotación del eje y conocer la posición absoluta del eje. Esto debe suceder cada vez que se conmuta el codificador incremental o en casos de pérdida temporal de potencia. En consecuencia, lleva más tiempo obtener la lectura de la posición absoluta y el eje debe girar para proporcionarla.
Los codificadores incrementales son menos complejos que los modelos absolutos y, por lo tanto, suelen ser menos costosos (aunque la diferencia de precio se está reduciendo). Si solo monitorea la velocidad, la dirección del movimiento o la posición relativa, un codificador incremental suele ser la mejor opción; sin embargo, cuando la posición absoluta es su principal preocupación, un codificador absoluto es la mejor opción.
¿Por qué seleccionar un codificador absoluto en lugar de un codificador incremental?
En primer lugar, debido a que un codificador absoluto mantiene la posición del eje, la posición se conoce tan pronto como se le suministra potencia. No necesita esperar a que se complete una secuencia de retorno a la posición inicial o de calibración y puede obtener los datos de posición que necesita de manera más rápida al inicio o después de un corte de energía, incluso si el eje se ha girado mientras el codificador estaba apagado.
Conocer la posición absoluta en el arranque puede ser esencial en muchos sistemas, donde en ciertas posiciones es seguro continuar girando el eje en una dirección, pero no en la otra. Dependiendo de la aplicación, equivocarse en esto podría causar daños al equipo, lesiones corporales o algo peor. En situaciones como estas, es fundamental que usted conozca la posición exacta de su dispositivo giratorio antes de mover cualquier pieza.
De manera igualmente importante, un codificador absoluto proporciona la posición verdadera en tiempo real. A medida que cada vez más sistemas se vuelven digitales con conexiones a un bus de comunicación central, poder sondear el codificador para obtener la posición en tiempo real cuando y según sea necesario, con una latencia mínima, es de gran beneficio. Para hacer seguimiento a su posición con un codificador incremental, incluso después de la secuencia de retorno a la posición de inicio, necesita hacer seguimiento a todos los pulsos con circuitos externos (normalmente a través de decodificación en cuadratura). Además de los circuitos externos necesarios, esto también significa que hay cierta latencia en la determinación de la posición.
Los codificadores absolutos generan una "palabra" digital única para cada posición en la resolución que se indica.
También existen otros beneficios. Los sistemas que implementan codificadores absolutos generalmente son menos susceptibles al ruido eléctrico, porque obtienen la posición leyendo un código con verificación de errores de codificadores binarios, o de manera digital mediante un bus en serie, en lugar de codificadores incrementales que deben contar pulsos.
A esto se suma el hecho de que es relativamente sencillo combinar más de un codificador absoluto en el mismo sistema, tal vez para la automatización de una fábrica o en un brazo robótico con múltiples articulaciones. Si utiliza codificadores incrementales, monitorear las salidas de múltiples dispositivos puede resultar muy complicado y requerir una potencia de procesamiento significativa. Sin embargo, con los codificadores absolutos, particularmente aquellos que se pueden vincular a un bus de comunicación central, se pueden obtener datos de cada uno de manera individual, lo que requiere mucho menos potencia de procesamiento para interpretar la lectura.
Aplicaciones del codificador absoluto
Una vez establecidas las diferencias clave entre los codificadores absolutos e incrementales, veamos brevemente algunos escenarios específicos en los que se utilizan codificadores absolutos.
Un mercado clave es la robótica, un área en rápida expansión que abarca una amplia variedad de sectores. En la fabricación, encontrará brazos robóticos utilizados para ensamblaje, soldadura, pulverización de pintura y otras tareas. También los encontrarás en el ámbito sanitario. La cirugía remota, por ejemplo, requiere grandes cantidades de información posicional excepcionalmente precisa de brazos robóticos. Los robots de asistencia domiciliaria son otro caso de uso emergente para los codificadores absolutos.
Sin embargo, este es solo un área: a medida que más sistemas se vuelven digitales y la brecha de precios entre los codificadores incrementales y absolutos se reduce, la variedad de aplicaciones para los codificadores absolutos se está volviendo casi infinita, tanto en el mercado industrial como en el de consumo. Desde puertas automatizadas y cardanes de cámara hasta automatización de fábrica, los codificadores absolutos son una forma muy eficaz y cada vez más económica de determinar la posición.
Opciones del codificador absoluto
Elegir el tipo correcto de codificador para el diseño de su producto es esencial, por eso es tan importante comprender las diferencias clave entre los codificadores incrementales y absolutos. A medida que las brechas de precios se cierran y las tecnologías cambian, los codificadores absolutos tienen muchas ventajas distintivas sobre sus contrapartes incrementales, lo que los convierte en una opción interesante para sus requisitos de retroalimentación de posición.