TDK | 高精度傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用

本報(bào)道將深入探討推動(dòng)機(jī)器人進(jìn)步的高精度“TMR傳感器”的秘密。

如今，機(jī)器人在我們的日常生活和社會(huì)中已無(wú)處不在。新型機(jī)器人亦是層出不窮，比如可以替代人類從事迎賓、安保、保潔等工作的服務(wù)機(jī)器人以及行為舉止如家人或?qū)櫸锇愕呐惆闄C(jī)器人等等。而使這些新型機(jī)器人動(dòng)作自然流暢的便是配置在其主體的電機(jī)與傳感器的組合。本報(bào)道將深入探討推動(dòng)機(jī)器人進(jìn)步的高精度“TMR傳感器”的秘密。

服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)即將迎來(lái)騰飛

在制造和物流一線、醫(yī)療設(shè)施與福利設(shè)施以及家庭等各種各樣的地方，替代人類進(jìn)行工作的機(jī)器人正在大顯身手。其種類繁多，除了工廠自動(dòng)化設(shè)備和自動(dòng)導(dǎo)引搬運(yùn)車(Auto Guided Vehicle: AGV)外，還有迎賓機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人、以及在家中提供康復(fù)和娛樂(lè)的交流機(jī)器人。

機(jī)器人分為“工業(yè)機(jī)器人”和“服務(wù)機(jī)器人”。在工廠等制造一線工作的工業(yè)機(jī)器人在不與人接觸的環(huán)境下替代人類從事規(guī)定的操作，而服務(wù)機(jī)器人則從事迎賓、護(hù)理等服務(wù)，主要在店鋪、辦公室等人類附近的公共場(chǎng)所里活動(dòng)。確保安全性是讓服務(wù)機(jī)器人與人類共存的首要條件。

服務(wù)機(jī)器人正在世界范圍內(nèi)逐漸普及，今后，隨著傳感器和系統(tǒng)的升級(jí)，還將有望出現(xiàn)新型機(jī)器人并與我們的生活越來(lái)越密切。

如家人和寵物般一起生活的陪伴機(jī)器人等各種各樣的服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)出現(xiàn)了。

機(jī)器人所需的傳感器的作用是什么

在服務(wù)機(jī)器人中，在家庭中扮演寵物或家人角色的“陪伴機(jī)器人*1”通過(guò)基于AI的聊天功能和流暢的動(dòng)作，甚至讓人們忘記了它們其實(shí)都是機(jī)器所做出的行為。隨著當(dāng)今社會(huì)人與人之間的交流逐漸減少，它還作為緩解孤獨(dú)感一種方式而受到關(guān)注。

這種機(jī)器人流暢而自然的動(dòng)作離不開電機(jī)性能以及控制電機(jī)的“控制器”與“角度傳感器”等元件。手臂、軀體、車輪等機(jī)器人主體的可動(dòng)部都裝有小型伺服電機(jī)，控制器將精準(zhǔn)地控制每個(gè)電機(jī)的動(dòng)作。同時(shí)，角度傳感器則準(zhǔn)確地檢測(cè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度和速度。

為了讓陪伴機(jī)器人之類的小型機(jī)器人做出自然準(zhǔn)確的動(dòng)作，則需要利用高精度角度檢測(cè)和高速響應(yīng)性能使電機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳扭矩響應(yīng)。因此，高精度角度傳感器與小型嵌入式控制器將承擔(dān)起重要的作用。TAS/TAD系列正在以服務(wù)機(jī)器人為首的廣泛用途中大顯身手。

此外，對(duì)于在室內(nèi)自主移動(dòng)的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，正確檢測(cè)外部環(huán)境也尤為重要，包括房間大小、周圍物品、人與物品的移動(dòng)等。因此，新型陪伴機(jī)器人配備了大量傳感器元件，包括攝像頭、麥克風(fēng)、溫度傳感器、照度傳感器等。傳感器的小型化和高精度化、以及提高可靠性的技術(shù)都是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高性能化的必要條件。

新型服務(wù)機(jī)器人配備了數(shù)十個(gè)傳感器，用于空間識(shí)別和動(dòng)作檢測(cè)等。

具有高精度和高可靠性的磁傳感器“TMR傳感器*2”被用作機(jī)器人電機(jī)的角度傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它可以在更大的溫度范圍內(nèi)更準(zhǔn)確地檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的角度和位置。除了機(jī)器人電機(jī)外，它還被廣泛用于電動(dòng)汽車電機(jī)的角度檢測(cè)、電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向器(EPS)的轉(zhuǎn)向角檢測(cè)、智能手機(jī)攝像頭的自動(dòng)對(duì)焦功能等需要高精度磁力檢測(cè)的地方。

檢測(cè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的TMR傳感器

TMR傳感器通過(guò)安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的磁鐵旋轉(zhuǎn)來(lái)正確地檢測(cè)磁力變化。

高精度TMR傳感器的實(shí)力

TDK的TMR傳感器是有效利用TMR(穿隧磁阻效應(yīng))元件的磁傳感器，其最初是作為用于汽車等的角度傳感器而開發(fā)的。它融合了TDK磁性技術(shù)和薄膜技術(shù)精華，具有高精度、高可靠性及優(yōu)良的溫度特性。

TMR傳感器可在寬泛的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作。因此，其也越來(lái)越多地被用作為需要精度和可靠性的車載元件。此外，它還兼具低耗電性能，除了汽車外，還被廣泛用于機(jī)器人、智能手機(jī)等消費(fèi)類產(chǎn)品。

TDK的高靈敏度TMR傳感器能用來(lái)控制所有通過(guò)電機(jī)工作的設(shè)備，并以高精度和高可靠性為未來(lái)的產(chǎn)業(yè)和生活提供支持。

TMR角度傳感器 TAD2141

憑借先進(jìn)的薄膜工藝技術(shù)制造的TMR元件是一種薄膜元件，具有用2層強(qiáng)磁性體層夾住1～2nm(納米：百萬(wàn)分之一毫米)的薄絕緣體層的結(jié)構(gòu)。TDK的TMR傳感器TAD2141采用小型封裝來(lái)提供抗噪性能強(qiáng)、高輸出、高角度精度及高穩(wěn)定性的角度傳感器。而且，配備了2個(gè)傳感器元件的TAD4140具有2個(gè)分離且獨(dú)立的輸出系統(tǒng)，確保了自動(dòng)駕駛汽車所需的高冗余。有關(guān)產(chǎn)品的詳細(xì)信息請(qǐng)查看產(chǎn)品中心。

術(shù)語(yǔ)解說(shuō)

*1. 陪伴機(jī)器人：家庭、醫(yī)療設(shè)施、長(zhǎng)期護(hù)理設(shè)施等中用來(lái)緩解老人和孩子的孤獨(dú)感或減輕壓力的機(jī)器人。

*2. TMR傳感器：TMR(Tunnel Magneto Resistance：穿隧磁阻效應(yīng))。應(yīng)用了高磁阻TMR元件的磁傳感器，通過(guò)利用量子力學(xué)的隧道效應(yīng)來(lái)發(fā)揮靈敏度。