工业机器人技术基础 课件 4-2编码器的分类

编码器的分类一、编码器的定义二、编码器的分类按照编码拾取元件与码盘是否接触按照工作原理1/12一编码器的定义

编码器（如图所示）是将信号或数据进行编制，并转换为可用于通讯、传输和存储的信号形式的设备，在工业机器人中常被用作测量运动位置、位移及速度的内部传感器。2/12二编码器的分类按照编码拾取元件与码盘是否接触：接触式编码器非接触式编码器按照工作原理的不同：光电编码器磁电编码器3/12二编码器的分类磁电编码器磁电编码器采用磁阻或者霍尔元件对变化的磁性材料的角度或者位移值进行测量，磁性材料角度或者位移的变化会引起一定电阻或者电压的变化，经放大电路对变化量进行放大，单片机处理后输出脉冲信号或者模拟量信号，达到测量的目的。

光电编码器是一种将输出轴上的位移量，通过光电转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器首先把被测量（角位移和直线位移）的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，最后以数字代码输出达到测量目的。光电编码器

光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成，按信号采集原理可以分为增量式光电编码器、绝对式光电编码器和混合式光电编码器。工业机器人关节轴上配备的光电编码器，一般为绝对式光电编码器。4/12二编码器的分类增量式光电编码器增量式光电编码器结构（如图所示），由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成。码盘上相邻的两节距相等的辐射状透光缝隙，代表一个增量周期。

增量式光电编码器的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。美中不足的是无法输出轴转动的绝对位置信息。增量式光电编码器广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定仪器等需要检测角度和速度的装置和设备中。5/12二编码器的分类增量式光电编码器如图所示，检测光栅上刻有同心的A相、B相两层光栅，其中A相和B相在编码盘上互相错开半个节距。在A相光栅与B相光栅上分别有间隔相等的透明和不透明区域，用于透光和遮光。码盘随电机转动时，光电检测元件将接接收到周期变化的光信号，经电路转为周期性电信号，实现将角位移或直线位移以脉冲数的形式输出。脉冲频率则可换算为电机转速。6/12二编码器的分类增量式光电编码器增量式光电编码器利用光电转换原理输出A、B和C相三组方波脉冲；其中A、B两组脉冲是经过倍频逻辑电路对光电转换信号处理过的，存在相位差（4倍频电路时相位差为90º），两组信号的相位差用于判断电机的旋转方向。而C相则为计数脉冲，用于基准点定位。增量式光电编码器的脉冲信号如图4-4所示。当码盘逆时针方向旋转时，A相超前B相90°的相位角（1/4周期），产生近似正弦的信号。这些信号被放大、整形后成为脉冲数字信号。7/12二编码器的分类增量式光电编码器

增量式编码器的分辨率（分辨角）以轴转动一周所产生的输出信号的基本周期数来表示，即脉冲数每转（PPR）。码盘旋转一周输出的脉冲信号数目取决于透光缝隙数目的多少，码盘上刻的缝隙越多，编码器的分辨率就越高。假设码盘的透光缝隙数目（线数）为n线，则此增量式编码器的分辨率为nPPR。在工业应用中，根据不同的应用对象，通常可选择分辨率为500~6000PPR的增量式光电编码器。在交流伺服电动机控制系统中，通常选用分辨率为2500PPR的编码器。编码器的脉冲周期的计算方法为360°/n，经过A、B两相4倍频（倍频由倍频逻辑电路实现，一般得到2倍频或4倍频的脉冲信号，从而进一步提高编码器精度）后，可获得编码器精度为360°/4n。如有100个透光缝隙，则此时分辨率为100PPR，精度为0.9度。8/12二编码器的分类绝对式光电编码器绝对式光电编码器结构如图所示,主要由多路光源、光敏元件和编码盘组成。码盘处在光源与光敏元件之间，其轴与电动机轴相连，随电动机的转动而旋转。9/12二编码器的分类绝对式光电编码器绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（格雷码）等编码进行光电转换，如图所示为自然二进制编码盘。码盘上有n个同心圆环码道，整个圆盘又以一定的编码形式（例如自然二进制编码）分为若干个（2n）扇形区段。每个扇形区段含n个有黑有白的小区段，黑色区段不透光，白色区段透光。编码器码盘上的码道个数，代表编码器的位数（位数越大，编码器精度越高，目前机器人使用的编码器位数多为17位）。四位绝对式光电编码器码盘10/12二编码器的分类绝对式光电编码器绝对式光电编码器码盘的扇形区段数目2n即为编码器分辨率，则编码器精度为360°/2n。如有10个码道，则此时角度分辨率可达0.35°。在应用中通常需考虑伺服系统要求的分辨率和机械传动系统的参数，以选择码道数目合适的编码器，目前市场上使用的光电编码器的码道数大多为4~18道。

绝对式光电编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对式编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。绝对式编码器分单圈绝对式和多圈绝对式。