磁編碼器芯片常用于測(cè)量機(jī)器人、電機(jī)等設(shè)備的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。那么什么是離軸編碼器呢？

       離軸式磁編碼器采用多磁對(duì)極碼盤(pán)，芯片安裝位置偏離旋轉(zhuǎn)軸中心。在運(yùn)行過(guò)程中，每一對(duì)極都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期的正余弦信號(hào)，并通過(guò)硬件內(nèi)插器轉(zhuǎn)換成正交或者串行位置信號(hào)。當(dāng)電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)起來(lái)后，芯片內(nèi)部霍爾元件在徑向范圍內(nèi)感應(yīng)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持不變，電機(jī)軸的徑向抖動(dòng)（只要在霍爾感應(yīng)磁場(chǎng)的徑向范圍內(nèi)）也不會(huì)影響霍爾感應(yīng)輸出信號(hào)的精準(zhǔn)度。因此，只要在實(shí)際安裝過(guò)程中確保芯片位置和徑向安裝距離（跟磁對(duì)極距有關(guān)），就能確保輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性。

（一）拆解編碼器增量市場(chǎng)：人形機(jī)器人

1、人形機(jī)器人：?jiǎn)翁厮估?Optimus 編碼器需求量 50+，價(jià)值量約為 7500 元

這一節(jié)，我們不贅述人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化落地中持續(xù)降本，帶給國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商巨大機(jī)會(huì)的邏 輯，主要對(duì)直線執(zhí)行模組、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行模組和靈巧手所需的編碼器進(jìn)行拆解。 特斯拉 BOT 運(yùn)動(dòng)控制模塊主要分為直線執(zhí)行模組、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行模組和靈巧手。旋轉(zhuǎn)執(zhí)行模 組包括無(wú)框力矩電機(jī)、諧波減速器、雙編碼器、力矩傳感器以及軸承，賦予 BOT 精準(zhǔn)的 旋轉(zhuǎn)控制能力。直線執(zhí)行模組包括無(wú)框力矩電機(jī)、行星滾柱絲杠、編碼器、力傳感器以 及軸承，這些零部件相互協(xié)作，使 BOT 能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)。靈巧手使用的空心杯電機(jī) 模組則由空心杯電機(jī)、減速器和編碼器構(gòu)成，從而使得 BOT 手部能夠?qū)崿F(xiàn)高度敏感和靈 活的運(yùn)動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的抓取和操作任務(wù)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

單 BOT 直線、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行模組各為 14 個(gè)。旋轉(zhuǎn)執(zhí)行模組主要由手臂、腿部和軀干構(gòu)成， 覆蓋肩、肘、髖、腰關(guān)節(jié)；直線執(zhí)行模組由手臂和腿部構(gòu)成，覆蓋腕、肘、髖、膝、踝關(guān) 節(jié)。每個(gè)單獨(dú)的 BOT 都由 14 個(gè)直線執(zhí)行模組和 14 個(gè)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行模組組成，構(gòu)成了其精密 而高效的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。這些執(zhí)行模組通過(guò)精確的位置和角度控制，使機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn) 多樣化的動(dòng)作和姿態(tài)。模組的協(xié)同工作，為 BOT 帶來(lái)了出色的機(jī)動(dòng)性和操作靈活性，使 其能夠應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的環(huán)境和任務(wù)要求。

編碼器用于測(cè)量關(guān)節(jié)角度和位置，確保 BOT 的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性。特斯拉 BOT 需要實(shí) 現(xiàn)高度精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制，以模擬人類(lèi)的動(dòng)作。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)編碼器反饋信息，BOT 可以 準(zhǔn)確地控制肢體的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的步態(tài)和靈活的動(dòng)作。旋轉(zhuǎn)執(zhí)行模組采用雙編碼器主 要包含電機(jī)側(cè)的編碼器和減速器輸出端的編碼器，兩個(gè)編碼器可以增加系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)， 提高系統(tǒng)帶寬，縮短響應(yīng)時(shí)間。

單 BOT 編碼器價(jià)值量約為 7500 元。根據(jù)特斯拉 AI Day 發(fā)布會(huì)展示的解決方案，每個(gè)旋 轉(zhuǎn)執(zhí)行模組具備獨(dú)立的輸出和輸入兩個(gè)編碼器，而每個(gè)直線執(zhí)行模組則配置了一個(gè)編碼 器；在靈巧手模塊中，為滿足其復(fù)雜功能需求，每個(gè)空心杯電機(jī)模組均搭載了一個(gè)編碼 器，總計(jì)單 BOT 需要 54 個(gè)編碼器；結(jié)合國(guó)產(chǎn)廠商定價(jià)，我們假定執(zhí)行模組所使用編碼 器的價(jià)格為 150 元/個(gè)，空心杯電機(jī)模組所使用的編碼器價(jià)格為 100 元/個(gè)，經(jīng)過(guò)測(cè)算，單 BOT 的編碼器價(jià)值量約為 7500 元。

特斯拉 Optimus 產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展加速，賦能編碼器浩瀚市場(chǎng)。2023 年特斯拉股東大會(huì)上馬斯 克表示，“未來(lái)每個(gè)人都會(huì)擁有一個(gè)人形機(jī)器人，如果人形機(jī)器人和人的比例是 2 比 1 左 右，那么人們對(duì)機(jī)器人的需求量可能是 100 億乃至 200 億個(gè)”；參考馬斯克公開(kāi)言論，我 們假設(shè) 2025 年 Optimus 目標(biāo)交付量按悲觀、中性、樂(lè)觀情況，分別達(dá)到 10 萬(wàn)臺(tái)/50 萬(wàn)臺(tái) /100 萬(wàn)臺(tái)，根據(jù)上文的價(jià)值量測(cè)算，有望為編碼器帶來(lái) 70 億元的新增市場(chǎng)空間。

（二）離軸磁編案例分享 - 機(jī)器人關(guān)機(jī)模組 

六軸協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品

機(jī)器人關(guān)節(jié)模組：

機(jī)器人關(guān)節(jié)模組內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

機(jī)器人關(guān)節(jié)模組八大核心：

1.電機(jī)端絕對(duì)值編碼器

用于采用關(guān)節(jié)速度，放置在電機(jī)末端，采集電機(jī)的速度。

2.輸出端多圈絕對(duì)值編碼器

20位絕對(duì)值編碼器，重復(fù)定位精度高達(dá)±7角秒，絕對(duì)定位精度高達(dá)±15角秒，可記憶單圈及多圈斷電位置，全閉環(huán)控制，無(wú)磨損精度。

3. 無(wú)框力矩電機(jī)

提供出色的扭矩密度,從而實(shí)現(xiàn)緊湊的占地面積,減少空間和重量。

4.精密諧波減速機(jī)：

50減速比、80減速比、100減速比、120減速比，多款按需選擇。

5.直流驅(qū)動(dòng)器

改變電機(jī)電壓控制無(wú)刷直流速度。

6.溫度傳感器

能感受溫度能夠轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。

7.摩擦式制動(dòng)保持器

采用摩擦式制動(dòng)器，停機(jī)無(wú)晃動(dòng)，開(kāi)機(jī)無(wú)抖動(dòng)?？蓪?shí)現(xiàn)滿負(fù)載零速啟動(dòng)。運(yùn)行無(wú)磨粉，轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)噪音，耐受100%全速重載急停。

8.扭矩傳感器：

測(cè)量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械功率的精密測(cè)量設(shè)備。

(三) 機(jī)器人關(guān)節(jié)模組的設(shè)計(jì)要求：

• 客戶需求: 需要離軸，優(yōu)點(diǎn)：可以中空走線，方便線纜從機(jī)器人中間穿過(guò)去，可以更好得保護(hù)好線纜，不需要把線漏在外面，影響使用和產(chǎn)品壽命。目前iC-Haus的離軸芯片價(jià)格很貴，阻礙了大批量應(yīng)用。
• 關(guān)節(jié)模組單機(jī)用量：2個(gè)。6軸協(xié)作機(jī)器人用量：2X6=12個(gè)。（也有單個(gè)關(guān)節(jié)模組用1個(gè)的）
• 對(duì)手型號(hào)1：iC-MHL200， iC-Haus, 離軸，價(jià)格貴
• 對(duì)手型號(hào)2：英飛凌TLE5012，在軸。（通過(guò)增加機(jī)械結(jié)構(gòu)，用在軸實(shí)現(xiàn)離軸效果。缺點(diǎn)：噪音大。）
• 麥歌恩型號(hào)：
• MT6620
• MT6728

• MT6709
  

• 
  

（四）Magntek麥歌恩離軸編碼器MT6709/MT6620/MT6782芯片介紹：
  1）MT6728高分辨率、高精度解碼細(xì)分IC

特性和優(yōu)勢(shì)

• 支持外部差分Sin、Cos模擬信號(hào)輸入，信號(hào)頻率最高支持到32KHz

• 支持客戶端簡(jiǎn)潔自校準(zhǔn)，無(wú)需對(duì)外數(shù)據(jù)交互，無(wú)特殊運(yùn)轉(zhuǎn)要求

• 解碼后的角度數(shù)據(jù)，可同時(shí)支持增量ABZ、增量UVW、PWM以及3線SPI絕對(duì)值接口輸出

• 21位核心角度分辨率

• 勻速系統(tǒng)延時(shí)<2us

• 增量ABZ輸出支持1~16,384脈沖/周期，任意整數(shù)分辨率客戶可編程

• 增量UVW輸出支持1~63對(duì)極任意整數(shù)對(duì)極可編程3.3~5.0V、-40~125°C 溫度范圍內(nèi)均可工作內(nèi)置3.0~5.5V用戶可編程EEPROM，無(wú)需外掛
  
  

2）MT6709:離軸絕對(duì)值角度檢測(cè)解碼芯片 (外置線性霍爾)

     MT6709是麥歌恩微電子推出的新一代針對(duì)外部線性霍爾(配合1對(duì)極磁環(huán)工作)輸入的正、余弦模擬信號(hào)進(jìn)行角度計(jì)算的解碼芯片。隨著轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)單對(duì)極磁環(huán)(一個(gè)N極、一個(gè)S級(jí))轉(zhuǎn)動(dòng)在磁環(huán)四周互成90°擺放的四顆線性霍爾芯片會(huì)感應(yīng)輸出正、余弦的模擬信號(hào),MT6709對(duì)這四路差分正、余弦模擬輸入信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償、計(jì)算、解碼之后，可以得到分辨率為17位的絕對(duì)角度數(shù)據(jù);角度數(shù)據(jù)會(huì)被進(jìn)一步編碼成最高分辨率為2.500脈沖/周期或者是10000步/周期的AB增量信號(hào);MT6709也提供了UVW輸出,分辨率支持1~63對(duì)極/周期。
   
特性和優(yōu)勢(shì)

• 解碼配合單對(duì)極磁環(huán)工作的互成90°擺放的4顆線性霍爾使用，將正余弦模擬信號(hào)解碼成絕對(duì)角度數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)離軸的(Off-Axis) 0~360°絕對(duì)角度檢測(cè)

• 內(nèi)部17位絕對(duì)角度數(shù)據(jù)可通過(guò)SPI接口讀取

• 可同時(shí)支持增量ABZ、UVW、PWM以及3線SPI絕對(duì)值接口輸出

• 增量ABZ輸出支持1~2,500脈沖/周期，任意整數(shù)分辨率用戶可編程，UVW輸出支持1~63對(duì)極，任意整數(shù)對(duì)極用戶可編程

• 零點(diǎn)位置可通過(guò)專(zhuān)用中斷腳一鍵編程、無(wú)需數(shù)據(jù)交互

• 系統(tǒng)延時(shí) (勻速時(shí))<2us

• 3.3~5.0V、-40~125°C 溫度范圍內(nèi)均可工作

• 內(nèi)置3.0~5.5V用戶可編程EEPROM
  

  
  

3）MT6620：基于霍爾陣列開(kāi)發(fā)的支持離軸角度和位置檢測(cè)的集成式傳感器芯片

特性和優(yōu)勢(shì)

• 基于2mm固定極距的霍爾感應(yīng)陣列，實(shí)現(xiàn)可離軸安裝的角度和位移檢測(cè)

• 提供客戶端的簡(jiǎn)潔自校準(zhǔn)模式，無(wú)數(shù)據(jù)交互、自動(dòng)計(jì)算補(bǔ)償

• -40~125℃溫度范圍內(nèi)均可工作

• 可同時(shí)支持增量ABZ、增量UVW、PWM絕對(duì)值和3線SPI總線輸出

• 增量ABZ輸出支持1~2.500脈沖/對(duì)極，任意整數(shù)分辨率客戶可編程

• 增量UVW輸出支持1對(duì)極~63對(duì)極任意整數(shù)對(duì)極客戶可編程

• 內(nèi)置3.3V~5.0V可編程的EEPROM