磁编码器和磁位置传感器在机器人和自动化中的应用
磁编码器和磁位置传感器是机器人和自动化技术发展的关键支柱。它们在精确控制、实时反馈和系统优化方面发挥着不可或缺的作用。随着工业4.0和智能制造的快速推进，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需求持续增加。磁编码器和磁位置传感器以其高分辨率、非接触测量以及强抗干扰能力，已成为实现这些应用的核心技术。本文将探讨这两种关键传感器在机器人与自动化技术中的应用，以及来自Melexis的相关解决方案。
磁性编码器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从专业化领域扩展到更加日常的应用场景，对能够在这些系统中提供精准且具成本效益的运动反馈的编码器需求也在不断增加。为了确保机器人手臂、自动包装机和工业织机等电机驱动应用的准确操作与安全性能，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发挥着关键作用，通过精确检测运动组件的速度、位置和方向，提供实时反馈以实现高精度控制。它们的主要功能是运动控制反馈，测量电机速度和位置，同时将数据传输到控制器，以实现精确的运动控制。在多轴运动系统中，磁编码器确保轴之间的同步运动，防止误差积累。
磁编码器可以与伺服电机或步进电机配对，提供闭环控制信号，优化系统性能并减少能源消耗。通过实时连续监测速度和位置，这些编码器帮助检测异常，防止设备过载或运行不稳定，并执行故障检测和保护功能。
凭借高分辨率、低延迟和高可靠性，磁编码器已成为机器人和自动化系统中不可或缺的组件。它们的价值特别体现在需要快速响应和高精度控制的应用中。
具有卓越杂散磁场抗扰性的磁性编码器
Melexis推出的Triaxis® MLX90382是一款紧凑型绝对磁编码器芯片，具有卓越的性能特性。它展现了出色的抗外界磁场干扰能力，支持轴向和非轴向的精确感测，同时能够与微型马达无缝集成。这款编码器提供高达14位的分辨率，通过差分输出模式提供绝对角度位置信息。它支持高达200k e-RPM的速度，并配备片上集成信号处理单元，实现零延迟响应，同时利用Triaxis® 霍尔技术，确保在实际应用中的灵活安装。
MLX90382是一款功能全面的单片集成磁位置传感器，集成了先进的Triaxis® 霍尔磁前端、高性能模数转换器和专为高速信号处理和调理设计的数字处理硬件单元，同时具备多种不同类型的输出驱动器。
MLX90382在360°的外界磁场干扰免疫性能上表现出色（达4 kA/m），精确感测施加到芯片上的磁通密度三组件（Bx、By和Bz），并对沿z轴的差分磁场高度敏感。用户通过编程可灵活选择任意一个轴来确定角度。这样的设计结合独特的磁性布局，使得MLX90382能够精确计算任意旋转磁体的绝对和增量位置。
MLX90382提供五种多功能输出模式，包括用于增量角度输出的工业标准单端和差分ABI接口，用于BLDC马达设计的单端和差分UVW信号仿真，以及PWM和可配置的SPI和SSI接口，支持功能安全要求。此外，SPI协议具有多从属同步读取功能，进一步增强了系统的灵活性和效率。
MLX90382有效解决了复杂马达驱动应用中的常见装配挑战，支持轴向和非轴向的灵活安装，为用户提供了更大的方便。此功能使得芯片能够支持空心轴应用，允许线束或其他组件通过轴穿过而不影响编码器的反馈，从而减少设计的复杂性并推动技术创新。
MLX90382支持广泛的工作范围，能够在-40°C至150°C的温度下工作，并且兼容5V和3.3V应用。它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安全完整性标准。它采用符合RoHS标准的4 x 4 mm² QFN-24封装。两种型号都通过了AEC-Q100（0级）认证，确保产品的可靠性。
凭借14位高分辨率、差分输出模式和高达200k e-RPM的宽速率范围，MLX90382是工业自动化、机器人技术和电动运输解决方案的理想选择。它非常适用于诸如机器人关节、织机马达、电动车马达和工业自动化等应用场景。为了加速开发，Melexis还提供了一块评估板（EVB90382）和一个综合开发套件（DVK90382）。
MLX90382评估板EVB90382为将MLX90382 Triaxis® 磁传感器连接到微控制器或测量设备提供了一种简单的方法。它允许对MLX90382 IC进行预编程，便于连接和评估，帮助缩短开发时间。EVB90382包括一块中间安装了MLX90382 IC的36mm x 48mm PCB。该板配备了机械引脚，便于快速连接MLX90382 IC接口，并包含必要的无源组件，以通过模拟输出信号进行接口连接。
用于检测物体位置、角度或运动的磁性位置传感器
在以往的机器人设计解决方案中，制造商通常优先考虑性能卓越的传感器芯片，而对成本考量关注相对较少。然而，随着机器人应用的不断扩大，制造商越来越注重提高生产效率并降低成本。这使得他们在选择组件时更加谨慎，以确保机器人设计既经济又简洁，同时仍然能够保持高可靠性和精确的运动可重复性。 磁性位置传感器在机器人和自动化领域中扮演着至关重要的角色，通过检测磁场的变化来确定物体的位置、角度或运动，为系统提供高精度的反馈信号。
磁位置传感器实现了无接触检测，在无需物理接触的情况下测量磁场的变化，从而减少了磨损和维护需求。
这些传感器提供了高精度的角度位置、线性位移或转速测量，满足机器人和自动化系统中精确控制的要求。它们还表现出很强的抗干扰能力，不受尘埃、湿气和油等环境因素的影响，非常适合在恶劣环境中使用。此外，这些传感器一般设计紧凑且节能，非常适合集成到空间受限的设备中。
磁位置传感器的优势包括耐久性、稳定性能以及对各种环境的适应性，使其成为机器人和自动化系统中用于运动控制、定位和安全检测的重要组成部分。
具有创新磁体设计和卓越传感能力的磁性位置传感器
由Melexis推出的MLX90384是一款高精度磁性位置传感器，专为机器人关节设计。该产品采用Arcminaxis™ 技术，配备磁体和用于校准及系统操作的软件。它提供高达18位的分辨率，并且不依赖于倾斜角度。单个集成电路兼容多种磁体类型，支持高速通信，并具有快速的SPI接口。
MLX90384 的核心优势在于其创新的磁体设计和卓越的感应能力。与传统的多极磁体传感器芯片不同，MLX90384 消除了磁体极大小与传感器芯片之间精确匹配的严格要求。此特性使得可以使用更大、更强的磁体，从而生成更强劲的输出信号并支持更大的工作气隙。由此，相同的传感器芯片可以灵活适应各种尺寸的磁体。
MLX90384 集成了两个位置传感器芯片，每个芯片都配备了 Triaxis® 霍尔磁前端、模数转换器、专用高速信号调节硬件和高速 10MHz SPI 接口。这两个集成电路设计用于灵敏地检测两个磁通密度分量—一个平行于芯片平面，另一个垂直于芯片平面。
Arcminaxis™ MLX90384 霍尔 18 位角度编码器芯片结合了多轴感应和游标技术，使用具有两轨道（八极和七极）的游标型磁体。MLX90384 传感器芯片测量这两条轨道的轴向和切向磁分量，然后将该信息传输到微控制器。微控制器处理接收到的数据，准确计算角位置、速度和圈数信息。此外，它支持微控制器（MCUs）上用于校准和系统操作的预编译软件包，提供了用于构建编码器解决方案的完整参考设计。
MLX90384 传感器配备大气隙磁体设计（标称 1.5mm），磁体位置公差为 ±0.5mm，减少了机器人关节装配的复杂性和工作量。它在 3.3V 电源电压下运行，以 TSSOP-16 封装形式提供，符合 RoHS 标准，并在 -20°C 至 85°C 的温度范围内工作。MLX90384 传感器可用作绝对旋转位置传感器、高精度编码器和机器人关节编码器，适用于电动汽车、工业电机和其他领域。
MLX90384 评估套件 (EVK90384) 专为简化 Arcminaxis 技术的探索而设计。该套件完全符合 MLX90384 参考设计，可确保快速启动项目，实现精确的参考设计实现，并提供方便的连接和校准过程，从而显著缩短开发周期。Melexis 提供了一个全面的评估工具包以简化 Arcminaxis 技术的评估。工具包包括一个全功能的台式演示器，其配备一个用于无缝 USB-PC 连接的 SPI 主控制器和一个用于校准和操作 MLX90384 演示器的直观图形用户界面 (GUI)。台式演示器具有详细结构，集成了磁环组件、磁体支架、传感器模块、底座元素、SPI 主控制器以及用于将传感器模块连接到 SPI 主控制器的专用电缆，确保了高效且便捷的评估过程。
结论
磁性编码器和磁性位置传感器作为关键技术，正推动机器人和自动化领域向更高的控制精度和效率迈进。这些传感器不仅提供精准的位置和速度反馈，还满足现代工业对高响应性和可靠性的需求。随着人工智能和机器学习的不断融入，这些传感器的应用场景将进一步扩大，惠及智能制造、医疗机器人和无人系统等领域。Melexis的磁性编码器和磁性位置传感器具备卓越的技术优势，可实现智能化和自动化的全面进步，从而为行业创造更大的价值。
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