電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）在人形機(jī)器人控制系統(tǒng)中，每個(gè)關(guān)節(jié)都需要通過(guò)傳感器去確定關(guān)節(jié)的位置和狀態(tài)，從而通過(guò)算法去對(duì)多個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的控制，多個(gè)關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作執(zhí)行。

那么如何確定關(guān)節(jié)的位置和狀態(tài)？這個(gè)時(shí)候就需要用到編碼器了。在機(jī)器人系統(tǒng)中，編碼器是實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)的核心傳感器，典型的人形機(jī)器人上，14個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)共需要28個(gè)編碼器，14個(gè)線性關(guān)節(jié)共需要14個(gè)編碼器，雙手共需要12個(gè)編碼器，整機(jī)總共需要用到54個(gè)編碼器。

編碼器的核心功能是，將機(jī)械運(yùn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)或直線位移）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（脈沖或數(shù)字編碼），從而讓機(jī)器人控制器實(shí)時(shí)獲取運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度、加速度或方向信息。

具體來(lái)說(shuō)，編碼器可以檢測(cè)電機(jī)、關(guān)節(jié)的實(shí)時(shí)位置，比如機(jī)械臂關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度、移動(dòng)機(jī)器人輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)等；或是在線性關(guān)節(jié)中，計(jì)算關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度；編碼器能夠反饋實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，與控制器的指令進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)“指令-執(zhí)行-反饋”的閉環(huán)控制，比如修正機(jī)器人的位置偏差、防止過(guò)沖。

編碼器有多種類型，如果根據(jù)輸出信號(hào)是否以來(lái)初始位置來(lái)區(qū)分，編碼器可以分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器兩種。

其中增量式編碼器是通過(guò)運(yùn)動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)遮擋光或是磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生周期性的脈沖信號(hào)，通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)計(jì)算位移，這種編碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，在鼠標(biāo)滾輪上非常常見(jiàn)。不過(guò)缺點(diǎn)也非常明顯，就是斷電后系統(tǒng)無(wú)法知道當(dāng)前的位置信息，隨著時(shí)間可能會(huì)累積誤差。

絕對(duì)式編碼器是指每個(gè)位置，比如角度、距離都有對(duì)應(yīng)的編號(hào)，所以編碼器可以根據(jù)這些編號(hào)來(lái)確定位置，不依賴初始的位置，斷電后也能夠知道當(dāng)前的位置。但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)增量式編碼器更復(fù)雜，成本高3-10倍，一般是用于精度要求較高的場(chǎng)合。

如果按照檢測(cè)原理，編碼器又可以分為光電編碼器、電磁編碼器、霍爾編碼器。光電編碼器將編碼盤(pán)上細(xì)密的透光柵放置在激光器和傳感器之間，通過(guò)遮擋光線來(lái)產(chǎn)生脈沖，精度可以非常高，但對(duì)環(huán)境潔凈度敏感，因?yàn)榛覊m可能會(huì)遮擋光路。

電磁編碼器則是基于磁場(chǎng)變化產(chǎn)生信號(hào)，通過(guò)永磁體和霍爾元件、磁阻傳感器等產(chǎn)生信號(hào)，可以適用于復(fù)雜環(huán)境，不受粉塵干擾，但精度相對(duì)光電編碼器較低。

霍爾編碼器是利用霍爾效應(yīng)，即磁場(chǎng)變化改變半導(dǎo)體電壓，通過(guò)電壓的變化來(lái)檢測(cè)位置，這種編碼器精度相比電磁編碼器更低，可以用于一些低精度的消費(fèi)級(jí)機(jī)器人場(chǎng)景。