Robot Eklem Modülleri için Tek Turlu ve Çok Turlu Mutlak Enkoderler: Nasıl Seçim Yapılır?

İnsansı robotlar, işbirlikçi robot kolları ve dış iskeletler geliştiren mühendisler, hassas eklem konumu geri bildiriminin vazgeçilmez olduğunu bilir. Mutlak enkoderler, enkoder ve kontrol sistemi doğru yapılandırıldığı takdirde, geleneksel bir referanslama işlemi gerektirmeden güç verildikten hemen sonra konum bilgisi sağlayabildikleri için robot eklem modüllerinde yaygın olarak kullanılır.

Peki tek turlu mutlak enkoder mi, yoksa çok turlu mutlak enkoder mi seçmelisiniz?

Merhaba, ben HONPINE Teknik Direktörü Theodore Li. Bu makalede, bu iki enkoder yapılandırması arasındaki temel farkları, gerçek dünya uygulamalarında nasıl çalıştıklarını ve robot ekleminiz için doğru seçeneği nasıl belirleyeceğinizi açıklamak üzere HONPINEHPJM Harmonic Joint Actuator PRO Serisi'ni kullanacağım.

Yanlış enkoder yapılandırmasının seçilmesi; güç kesintisinin ardından konum belirsizliğine, robotun hatalı duruşuna, dengesiz ayakta durmaya, tekrarlanan referanslama işlemlerine ve manuel hareket ettirme sonrasında beklenmeyen eklem konumu hatalarına yol açabilir.

Önemli olan temel bir farkı anlamaktır: tek turlu mutlak enkoder, bir devir içindeki açısal konumu ölçerken çok turlu mutlak enkoder de devir sayısını izler. Ancak güç kesintisinin ardından çok tur bilgisinin korunup korunmaması, enkoderin kullandığı bellek teknolojisine ve yedek güç düzenine bağlıdır.

Tek Turlu ve Çok Turlu Mutlak Enkoderler Arasındaki Fark Nedir?

Tek turlu mutlak enkoder, genellikle 0° ile 360° arasındaki bir tam devir içindeki açısal konumu belirler. Milin kaç tam devir yaptığını bağımsız olarak belirlemez.

Çok turlu mutlak enkoder, hem bir devir içindeki açısal konumu hem de biriken devir sayısını sağlar. Böylece sistem, desteklenen ölçüm aralığı boyunca birden fazla devirdeki mutlak konumu belirleyebilir.

Tek Turlu Mutlak Enkoder: 360° İçindeki Konum

Tek turlu mutlak enkoder, milin bir devir içindeki açısal konumunu bildirir. Örneğin mil farklı sayıda tam devir yaptıktan sonra aynı açısal değeri gösterebilir.

Bir robot ekleminin mekanik hareketi sınırlı bir açısal aralıkla kısıtlanmışsa ve kontrol sistemi eklemin bu aralıktaki konumunu güvenilir biçimde belirleyebiliyorsa tek turlu enkoder yeterli olabilir.

Diz, kalça, omuz ve gövde eğim eklemleri gibi birçok insansı robot ekleminde mekanik hareket sınırları, tek turlu geri bildirimi uygulanabilir bir seçenek hâline getirir.

Çok Turlu Mutlak Enkoder: Açısal Konum ve Devir Sayısı

Çok turlu mutlak enkoder, bir devir içindeki açısal konumun yanı sıra desteklenen aralıktaki devir sayısını da izler.

Bu ek bilgi, birden fazla devir yapabilen veya tahrik sistemi kapalıyken manuel olarak hareket ettirilebilen eklemler için özellikle değerlidir.

Ancak tüm çok turlu enkoderler devir sayısı bilgisini aynı şekilde korumaz. Bazıları kalıcı bellek veya enerji hasadı teknolojileri kullanırken bazıları elektronik çok turlu sayımı sürdürmek için yedek pile dayanır.

Pille yedeklenen enkoderlerde devir sayısının korunması, yedek güç kaynağının belirtilen çalışma koşullarında kalmasına bağlıdır. Yedek güç kesilirse enkoder tasarımına bağlı olarak kayıtlı devir sayısı kullanılamaz hâle gelebilir.

HONPINE HPJM PRO Serisi: İki Mutlak Enkoder Yapılandırması

HONPINEHPJM Harmonic Joint Actuator PRO Serisi, robotik uygulamaların konum geri bildirimi gereksinimlerini karşılamak için farklı enkoder yapılandırmaları sunar. Karşılaştırmaya değer iki yapılandırma, çift enkoderli tek turlu sürüm ve pille yedeklenen çok turlu sürümdür.

Önemli fark yalnızca enkoder sayısı değildir. Asıl fark, ana güç kaynağının bağlantısı kesildiğinde yapılandırmanın eklemin biriken devir sayısını koruyup koruyamadığıdır.

HPJM Tek Turlu Mutlak Enkoderli Eklem Modülü — Çift Enkoderli Sürüm

Donanım yapılandırması: Belirtilen yapılandırmaya göre, tek turlu mutlak konum ölçümü sağlayan çift enkoderli geri bildirim ve enkoder yedek pili arayüzü bulunmaz.

Çalışma Prensibi?

Tek turlu enkoder, bir devir içindeki açısal konumu sağlar. Güç kesintisinin ardından biriken çok turlu devir sayısını korumaz.

Robot yeniden başlatıldığında enkoder mevcut tek turlu açıyı bildirebilir. Eklemin bilinen bir mekanik hareket aralığında kalması ve kontrolörün bu okumadan eklemin konumunu kesin olarak belirleyebilmesi hâlinde sistem, geleneksel bir referanslama işlemi olmadan çalışma konumunu geri kazanabilir.

Ancak eklem tam bir devir boyunca manuel olarak döndürülürse veya tek turlu okumanın belirsiz olduğu bir konuma getirilirse kontrolör, yalnızca tek turlu ölçüme dayanarak gerçek mekanik konumu belirleyemeyebilir.

Uygulamadaki Mühendislik Avantajları

1. Açısal hareketi sınırlı eklemler için uygundur

±180° veya ±120° gibi tanımlı bir mekanik aralıkta çalışan eklemler için, mekanik sınırlar ve kontrol mantığı konum belirsizliğini önlediği takdirde tek turlu geri bildirim yeterli konum bilgisi sağlayabilir.

2. Yedek güç gereksinimleri daha basittir

Enkoder pil arayüzü bulunmayan bir yapılandırmada, çok turlu sayım için enkoder yedek pili gerekmez. Böylece pille yedeklenen devir sayısı saklama işleviyle ilişkili pil eskimesi ve pil bakımı sorunları ortadan kalkar.

3. Üretim odaklı robot eklemleri için elverişlidir

Eklemin mekanik hareket aralığı kısıtlıysa ve konumu tek turlu geri bildirimden güvenilir biçimde yeniden belirlenebiliyorsa tek turlu yapılandırma, sistem mimarisini basitleştirebilir ve bakım gereksinimlerini azaltabilir.

Tek Turlu Mutlak Enkoderlerin Sınırlamaları

Başlıca sınırlama, bağımsız olarak korunan çok turlu devir sayısının bulunmamasıdır.

Eklemin gücü kapalıyken manuel olarak hareket ettirilmesi ve bu hareketin aynı tek turlu okumanın birden fazla olası mekanik konuma karşılık gelmesine neden olması hâlinde kontrolör, eklemin gerçek konumunu bilemeyebilir.

Örneğin eklemin izin verilen hareket aralığına ve referans tanımına bağlı olarak 30° okuması 30°, 390° veya bunlara eşdeğer başka bir açıya karşılık gelebilir.

Bu, her güç döngüsünde konum hatası oluşacağı anlamına gelmez. Risk, mekanik konumun mevcut tek turlu geri bildirim ve diğer referans bilgileriyle çözülemeyecek şekilde değişebilmesi durumunda ortaya çıkar.

Önerilen Uygulamalar

HPJM tek turlu yapılandırması şu uygulamalar için değerlendirilebilir:

• İnsansı robot diz eklemleri

• Tanımlı mekanik hareket sınırlarına sahip kalça eklemleri

• Dönüşü kısıtlı omuz eklemleri

• Gövde eğim eklemleri

• Açısal hareketi sınırlı işbirlikçi robot eklemleri

Önceden tanımlanmış bir hareket aralığında çalışan dış iskelet eklemleri

Bu uygulamalarda, mekanik tasarım, kontrol stratejisi ve çalışma prosedürü konumun güvenilir biçimde geri kazanılmasını sağlıyorsa tek turlu geri bildirim pratik bir seçenek olabilir.

HPJM Çok Turlu Mutlak Enkoderli Eklem Modülü — Pille Yedeklenen Sürüm

Donanım yapılandırması: Belirtilen yapılandırmaya göre, özel bir enkoder yedek pili arayüzüne sahip çok turlu mutlak konum geri bildirimi.

Çalışma Prensibi?

Pille yedeklenen çok turlu yapılandırma, ana güç kaynağının bağlantısı kesildiğinde elektronik çok turlu sayımı sürdürmek için yedek güç kullanır.

Doğru şekilde yapılandırılıp enkoderin belirtilen yedek güç koşulları içinde çalıştırıldığında enkoder, biriken devir sayısını koruyabilir ve yeniden başlatmanın ardından hem mevcut tek turlu açıyı hem de çok turlu konumu bildirebilir.

Bu, güç döngülerinden sonra referanslama veya konumu manuel olarak yeniden belirleme gereksinimini azaltabilir ve geliştirme iş akışlarını daha kullanışlı hâle getirebilir.

Güç kapalıyken eklemi hareket ettirme ve mutlak konumunu kaybetmeme olanağı; enkoderin gerçek çok turlu saklama kapasitesine, yedek pilin durumuna ve izin verilen ölçüm aralığına bağlıdır.

Uygulamadaki Mühendislik Avantajları

1. Güç kesintisinin ardından konumu geri kazanmak daha kolaydır

Çok turlu bilgi doğru şekilde korunduğunda kontrolör, yalnızca tek turlu açıya dayanmadan yeniden başlatmanın ardından eklemin mutlak konumunu geri kazanabilir.

2. Prototip geliştirme daha kullanışlıdır

Robot geliştirme sırasında mühendisler eklem konumlarını sık sık ayarlar, mekanizmaları elle yönlendirir ve hareket testlerini tekrarlar. Ana güç kapalıyken eklemlerin birden fazla devir boyunca hareket ettirilebildiği durumlarda çok turlu konum saklama, bu iş akışlarını basitleştirebilir.

3. Birden fazla devir yapan eklemler için daha uygundur

Bir tam devirden fazla hareket etmesi gereken eklemlerde çok turlu geri bildirim, tek turlu enkoderin tek başına sağlayamayacağı konum bilgisini sunar.

Bu özellik, sürekli veya birden fazla devirli hareket için tasarlanan bilek eklemleri ya da diğer döner mekanizmalar açısından özellikle önemlidir.

Pille Yedeklenen Çok Turlu Enkoderlerin Sınırlamaları

Başlıca dikkate alınması gereken unsur, yedek pilin bakımıdır.

Pil eskir, tükenir veya belirtilen çevresel koşullarda yeterli güç sağlayamazsa enkoder biriken devir sayısını kaybedebilir. Kesin davranış, enkoder tasarımına ve hata yönetimi mantığına bağlıdır.

Çok turlu sayımın kaybolmasının otomatik olarak güvenli veya kesintisiz bir tek turlu çalışma moduna geçiş sağlayacağı varsayılmamalıdır. Kontrolör, enkoderin durumunu veya konum geçerliliği hatasını üreticinin belgelerine uygun şekilde algılamalı ve yönetmelidir.

Bu nedenle mühendisler; pil ömrünü, değiştirme aralıklarını, düşük pil tanılamasını, çalışma sıcaklığı sınırlarını ve çok turlu verilerin geçersiz hâle gelmesi durumundaki kurtarma prosedürünü doğrulamalıdır.

Önerilen Uygulamalar

HPJM pille yedeklenen çok turlu yapılandırması şu uygulamalar için değerlendirilebilir:

Birden fazla devir yapan robot eklemleri

Mekanik sınırları içinde sürekli veya kısıtlamasız dönüş için tasarlanmış bilek eklemleri

Geliştirme sırasında sık sık elle hareket ettirilen robot prototipleri

Tekrarlanan manuel konumlandırma gerektiren öğretim ve tanıtım sistemleri

Güç kapalıyken hareket ettirildikten sonra eklem konumunun korunmasının önemli bir çalışma gereksinimi olduğu uygulamalar

Sürekli dönebilen tüm eklemlerde, enkoderin desteklediği devir sayısı aralığının ve komple mekanik tasarımın uygulama gereksinimlerini karşıladığını doğrulayın.

Robot Ekleminiz için Doğru Mutlak Enkoderi Nasıl Seçersiniz?

Tek turlu ve çok turlu mutlak enkoderler arasındaki seçim; eklemin mekanik hareket aralığına, güç kapalıyken beklenen hareketine, konumu geri kazanma gereksinimlerine ve bakım stratejisine dayanmalıdır.

Şu Durumlarda Tek Turlu Mutlak Enkoder Seçin...

Eklemin net biçimde tanımlanmış bir mekanik hareket aralığı varsa.

Kontrol sistemi, mevcut tek turlu geri bildirimden eklemin gerçek konumunu belirleyebiliyorsa.

Sistemin gücü kapalıyken eklemin belirsiz bir konuma hareket etmesi beklenmiyorsa.

Pile bağlı çok turlu sayımdan kaçınmak istiyorsanız.

Uygulamada daha basit bir bakım düzeni öncelikliyse.

Şu Durumlarda Pille Yedeklenen Çok Turlu Mutlak Enkoder Seçin...

Eklem birden fazla tam devir yapabiliyorsa.

Ana güç kaynağının bağlantısı kesildiğinde eklem manuel olarak hareket ettirilebiliyorsa.

Uygulama, yeniden başlatmanın ardından çok turlu konum bilgisi gerektiriyorsa.

Prototip testleri sık manuel hareket ve tekrarlanan güç döngüleri içeriyorsa.

Uygun pil izleme ve bakım prosedürlerini uygulayabiliyorsanız.

Enkoder Seçmeden Önce Sorulması Gereken Sorular

Entegre robot eklem aktüatörü için enkoder yapılandırmasına karar vermeden önce mühendisler şunları doğrulamalıdır:

Eklemin maksimum mekanik dönüş aralığı nedir?

Ana güç kapalıyken eklem manuel olarak hareket ettirilebilir mi?

Enkoder, harici yedek güç olmadan çok turlu bilgiyi koruyor mu?

Enkoder pili tükenirse ne olur?

Kontrolör hareketi etkinleştirmeden önce mutlak konumu doğruluyor mu?

Enkoder arızası veya konum bilgisinin kaybolması sonrasında referanslama işlemi gerekiyor mu?

Bu sorular, konum belirsizliğini önlemeye ve başlatma ile kurtarma prosedürlerinin güvenilirliğini artırmaya yardımcı olur.

Sonuç: Enkoderi Eklemin Mekanik Tasarımına Göre Seçin

Tek turlu ve çok turlu mutlak enkoderler farklı mühendislik gereksinimlerini karşılar.

Mekanik tasarım ve kontrol sistemi eklemin konumunu güvenilir biçimde belirleyebildiği sürece tek turlu mutlak enkoder, açısal hareketi sınırlı robot eklemleri için pratik bir seçenek olabilir. Pille yedeklenen çok turlu enkoder ise biriken dönüş miktarının güç kesintileri boyunca korunması gerektiğinde, özellikle birden fazla devir yapan eklemler ve sık manuel hareket içeren uygulamalar için daha uygundur.

HONPINEHPJM Harmonic Joint Actuator PRO Serisi için doğru yapılandırma; eklemin dönüş aralığına, konumun korunması gereksinimlerine ve bakım stratejisine bağlıdır.

HONPINE olarak insansı robotlar, işbirlikçi robot kolları, dış iskeletler ve diğer hassas hareket kontrolü uygulamaları için harmonik eklem aktüatörleri sunuyoruz.

HPJM PRO Serisi hakkında daha fazla bilgi edinmek ve robot eklem tasarımınıza uygun enkoder yapılandırmasını seçmek için HONPINE ile iletişime geçin.