机器人的执行单元需要精确的位置定位来实现灵敏的机械控制。MA600采用TMR技术检测磁场,是一款专用于运动控制的高灵敏度、高带宽、高分辨率的磁性位置传感器。
MA600的关键规格
- 高精度: 典型 0.2° INL,系统内校准后: 小于0.1° INL,包含片上查找表;
- 高带宽高分辨率,最高14.5位(±3σ)
- 无内部滞后,无延迟,减少速度带来的误差
- 应用灵活,适配多种应用场景:支持最低磁场强度:20mT,支持轴装和侧装
误差的定义
为了实现精准的位置定位,工程师在选型时,最关注的就是位置测量精度。检测误差被定义为一个参数的测量值与其真实值之间的差异,由两个部分构成:系统误差和随机误差。
磁性编码器的系统误差由INL,磁误差,延时三部分组成。随机误差由分辨率表示。
从下图可以看到误差组成对最终结果的影响,绿色圆形为真实值,蓝色为系统误差,黄色是随机误差。如果要达到比较好的精度,必须同时保证系统误差和随机误差。
2.1 分辨率
从规格可以看到MA600数据输出位数是16位,角度分辨率是12位到15位。实际角度分辨率到底应该以哪个数值为准?
如果按照分辨率16位计算,角度精度是0.0055度,只有当实际噪声峰峰值小于0.0055度时,才能用数字输出位数表示角度分辨率,在大多数情况下噪声峰峰值通常超过 AD 步长。所以实际分辨率应该通过噪声峰峰值计算,即以12位到15位为准,具体可以通过寄存器设置,MA600默认12.5bit。
如果角度分辨率是13位,数据输出长度是16位,那么在读取角度寄存器的会看到输出端的最后三位数据随机闪烁,这是由噪声导致的:
2.2 INL(积分非线性)
积分非线性是衡量位置传感器在整个测量范围内输出误差的一个重要指标。它描述了传感器输出与理想拟合直线之间的最大偏差。一个低INL值意味着传感器的输出更加接近理想直线,从而提供更准确的测量结果。
MA600的INL在环境温度25℃,磁场强度为45mT的条件下,未经过用户校准的INL典型值为0.2度,最大不超过0.6度。
并且MA600具有用户校准功能,可以校准因为磁铁配置不当引起的误差,包括磁铁的不对齐和磁铁本身的缺陷等。通过用户校准,MA600的INL可以被减小到0.1°以内。
2.3 延时 Latency
延时是指数据准备好被读取的瞬间与轴通过该位置的瞬间之间的时间差。这个时间差会导致角度上的滞后,进而造成角度误差。下图展示了传感器输出与理想直线拟合之间的偏差,延时造成的角度误差即图中的lag,计算公式为:lag=latency× v。
MA600内部做了延时补偿,理论上不存在转速造成的误差。对比不同产品在30krpm下,由延时造成的角度误差。
当延时为10us时,Comp A的角度误差为1.8度,而MA600的误差为0度。这表明在高速旋转的场景,MA600能够提供非常精确的角度测量。
2.4 温漂
传感器对温度变化的敏感性也会引起输出信号的非线性变化或偏移。TMR相比Hall有更强的温度稳定性,可以通过对比Hall 传感器MA732和TMR传感器 MA600看出,MA732的典型温漂是0.015deg/℃。MA600是0.0015deg/℃。在电机关节里面,工作温度达到60度,80度都是有可能的。TMR能保证温度变化下的角度稳定性。