1 июля китайское предприятие по производству TMR-магнитных датчиков MultiDimension Technology представило интегральную схему магнитного вращающегося энкодера TMR3111D. Данное изделие предназначено для высокоскоростного и высокоточного обнаружения угла поворота в роботах, серводвигателях и системах промышленного управления движением и будет демонстрироваться на выставке electronica China 2026 в Мюнхене.
Техническая особенность TMR3111D заключается в интеграции TMR-магниторезистивного обнаружения, вычисления угла и цифровой обработки сигналов в одном компактном чипе энкодера. Основная задача вращающегося энкодера — преобразование угла поворота вала двигателя, сустава робота или исполнительного механизма в сигнал обратной связи по положению, который может быть считан системой управления; в сервосистемах этот сигнал обратной связи напрямую поступает в замкнутый контур управления для коррекции скорости, положения и крутящего момента. TMR3111D использует бесконтактный метод магнитного обнаружения, вычисляя угол путем измерения изменений магнитного поля, создаваемого вращением внешнего магнита, без необходимости в оптическом диске, механических контактах или сложных оптических структурах, что делает его подходящим для роботизированных суставов и торцевых конструкций двигателей с ограниченным пространством, повышенной вибрацией и сложным контролем допусков при сборке. Изделие поддерживает соосную и несоосную магнитные конфигурации, что означает возможность размещения магнита непосредственно над чипом или с использованием смещенной конструкции для соответствия механическому пространству, предоставляя больше конструктивных допусков для исполнительных механизмов роботов, моторных модулей и компактных суставов.
Конфигурация интерфейсов является важной частью TMR3111D, ориентированной на системы управления движением. Чип поддерживает выходы SPI, ABZ, PWM и UVW, одновременно удовлетворяя требованиям абсолютной обратной связи по углу, инкрементальной обратной связи энкодера и управления коммутацией двигателя.
Интерфейс SPI используется для вывода данных абсолютного угла, что подходит для прямого считывания положения ротора или сустава главным управляющим чипом; интерфейс ABZ предназначен для систем инкрементальных энкодеров, обеспечивая импульсную обратную связь для традиционных сервоприводов; выход PWM удобен для передачи информации об угле методом широтно-импульсной модуляции; выходы UVW и Z-фаза могут использоваться для коммутации бесщеточных двигателей и задания нулевого положения. Инкрементальный выход ABZ TMR3111D может быть запрограммирован до 4 096 PPR, внутренний формат данных угла достигает 23 бит, поддерживается вращение до 40 000 об/мин, рабочее напряжение составляет от 3 В до 5 В, корпус — DFN10L размером 3 × 3 × 0,75 мм. Для высокодинамичных сервосистем поддержка высоких оборотов и компактный корпус имеют решающее значение, поскольку внутри исполнительного механизма часто одновременно размещаются двигатель, редуктор, плата драйвера, подшипники, жгуты проводов и датчики; чем меньше размер энкодера, тем легче его интегрировать в модуль интегрированного сустава.
По сравнению с энкодерами на эффекте Холла, преимущества технологии TMR в основном проявляются в магнитной чувствительности и соотношении сигнал/шум. Более высокая чувствительность позволяет чипу получать эффективный сигнал даже при слабом магнитном поле или отклонениях при установке, а более высокое соотношение сигнал/шум способствует снижению дрожания угла.
В сценариях с роботами и серводвигателями стабильность обратной связи по углу напрямую влияет на точность управления. Если в суставе робота при низкоскоростном точном позиционировании, высокоскоростном качании, частых пусках и остановках, а также при изменениях нагрузки энкодер демонстрирует шум, дрейф или нелинейные ошибки, контроллер будет вносить эти ошибки в замкнутое регулирование, что приведет к дрожанию двигателя, отклонению положения, задержке реакции или нестабильности траектории. TMR3111D имеет встроенные функции автоматической компенсации усиления и калибровки нелинейности, позволяющие корректировать магнитные ошибки, связанные с установкой, и повышать согласованность при массовой сборке. Эта конструкция важна для серийного производства, поскольку при массовом изготовлении одного и того же сустава робота положение магнита, воздушный зазор, осевое смещение и угол установки печатной платы не могут быть полностью идентичными; возможность компенсации на уровне чипа позволяет сократить объем последующей калибровки и ручной настройки.
Области применения TMR3111D сосредоточены в гуманоидных роботах, четвероногих роботах, коллаборативных роботах, суставах промышленных роботов, серводвигательных системах и прецизионном оборудовании управления движением. Гуманоидные и четвероногие роботы особенно чувствительны к обратной связи по положению суставов; коленные, тазобедренные, голеностопные, плечевые, локтевые суставы и исполнительные механизмы запястий должны в реальном времени знать текущий угол для выполнения управления балансом, планирования походки, распределения крутящего момента и компенсации движений. Промышленные и коллаборативные роботы больше внимания уделяют повторяемости позиционирования, согласованности траекторий и надежности при длительной работе. TMR3111D обеспечивает высокоскоростную, бесконтактную, компактную, многоинтерфейсную и автоматическую калибровку, что как раз соответствует потребностям развития исполнительных механизмов роботов в направлении высокой интеграции, высокой динамики и высокой точности. Для производителей сервосистем такие чипы могут использоваться в компактной обратной связи двигателей, встроенных энкодерах суставных модулей, интеллектуальных исполнительных механизмах и высококлассных платах управления движением, что способствует упрощению конструкции энкодера и повышению степени интеграции системы.
Техническое значение данного продукта заключается не в «появлении еще одной модели датчика», а в том, что магнитные вращающиеся энкодеры входят в состав ключевых исполнительных компонентов роботов. По мере того как суставы роботов переходят от комбинации отдельных двигателей, редукторов, драйверов и датчиков к интегрированным исполнительным механизмам, энкодеры должны одновременно удовлетворять требованиям малого размера, высокой скорости, высокой точности, высокой помехоустойчивости и простоты установки. TMR3111D, благодаря TMR-обнаружению, цифровому выводу угла, автоматической компенсации, множеству интерфейсов и поддержке высокоскоростного вращения, сжимает функцию обратной связи по положению в один компактный чип, что позволяет снизить структурную сложность суставов роботов и сервомодулей. В дальнейшем необходимо обратить внимание на фактическую согласованность данного продукта в условиях высоких температур, вибрации, длительной эксплуатации, ошибок массовой сборки и различных конструкций магнитных цепей, а также на темпы его внедрения у клиентов в сфере исполнительных механизмов роботов, серводвигателей и промышленного управления движением.