TDK | 高精度傳感器在機器人中的應(yīng)用

本報道將深入探討推動機器人進步的高精度“TMR傳感器”的秘密。

如今，機器人在我們的日常生活和社會中已無處不在。新型機器人亦是層出不窮，比如可以替代人類從事迎賓、安保、保潔等工作的服務(wù)機器人以及行為舉止如家人或?qū)櫸锇愕呐惆闄C器人等等。而使這些新型機器人動作自然流暢的便是配置在其主體的電機與傳感器的組合。本報道將深入探討推動機器人進步的高精度“TMR傳感器”的秘密。

服務(wù)機器人市場即將迎來騰飛

在制造和物流一線、醫(yī)療設(shè)施與福利設(shè)施以及家庭等各種各樣的地方，替代人類進行工作的機器人正在大顯身手。其種類繁多，除了工廠自動化設(shè)備和自動導(dǎo)引搬運車(Auto Guided Vehicle: AGV)外，還有迎賓機器人、護理機器人、以及在家中提供康復(fù)和娛樂的交流機器人。

機器人分為“工業(yè)機器人”和“服務(wù)機器人”。在工廠等制造一線工作的工業(yè)機器人在不與人接觸的環(huán)境下替代人類從事規(guī)定的操作，而服務(wù)機器人則從事迎賓、護理等服務(wù)，主要在店鋪、辦公室等人類附近的公共場所里活動。確保安全性是讓服務(wù)機器人與人類共存的首要條件。

服務(wù)機器人正在世界范圍內(nèi)逐漸普及，今后，隨著傳感器和系統(tǒng)的升級，還將有望出現(xiàn)新型機器人并與我們的生活越來越密切。

如家人和寵物般一起生活的陪伴機器人等各種各樣的服務(wù)機器人已經(jīng)出現(xiàn)了。

機器人所需的傳感器的作用是什么

在服務(wù)機器人中，在家庭中扮演寵物或家人角色的“陪伴機器人*1”通過基于AI的聊天功能和流暢的動作，甚至讓人們忘記了它們其實都是機器所做出的行為。隨著當今社會人與人之間的交流逐漸減少，它還作為緩解孤獨感一種方式而受到關(guān)注。

這種機器人流暢而自然的動作離不開電機性能以及控制電機的“控制器”與“角度傳感器”等元件。手臂、軀體、車輪等機器人主體的可動部都裝有小型伺服電機，控制器將精準地控制每個電機的動作。同時，角度傳感器則準確地檢測電機旋轉(zhuǎn)的角度和速度。

為了讓陪伴機器人之類的小型機器人做出自然準確的動作，則需要利用高精度角度檢測和高速響應(yīng)性能使電機實現(xiàn)最佳扭矩響應(yīng)。因此，高精度角度傳感器與小型嵌入式控制器將承擔起重要的作用。TAS/TAD系列正在以服務(wù)機器人為首的廣泛用途中大顯身手。

此外，對于在室內(nèi)自主移動的機器人來說，正確檢測外部環(huán)境也尤為重要，包括房間大小、周圍物品、人與物品的移動等。因此，新型陪伴機器人配備了大量傳感器元件，包括攝像頭、麥克風、溫度傳感器、照度傳感器等。傳感器的小型化和高精度化、以及提高可靠性的技術(shù)都是實現(xiàn)機器人高性能化的必要條件。

新型服務(wù)機器人配備了數(shù)十個傳感器，用于空間識別和動作檢測等。

具有高精度和高可靠性的磁傳感器“TMR傳感器*2”被用作機器人電機的角度傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它可以在更大的溫度范圍內(nèi)更準確地檢測旋轉(zhuǎn)體的角度和位置。除了機器人電機外，它還被廣泛用于電動汽車電機的角度檢測、電動動力轉(zhuǎn)向器(EPS)的轉(zhuǎn)向角檢測、智能手機攝像頭的自動對焦功能等需要高精度磁力檢測的地方。

檢測電機旋轉(zhuǎn)角度的TMR傳感器

TMR傳感器通過安裝在電機轉(zhuǎn)軸上的磁鐵旋轉(zhuǎn)來正確地檢測磁力變化。

高精度TMR傳感器的實力

TDK的TMR傳感器是有效利用TMR(穿隧磁阻效應(yīng))元件的磁傳感器，其最初是作為用于汽車等的角度傳感器而開發(fā)的。它融合了TDK磁性技術(shù)和薄膜技術(shù)精華，具有高精度、高可靠性及優(yōu)良的溫度特性。

TMR傳感器可在寬泛的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作。因此，其也越來越多地被用作為需要精度和可靠性的車載元件。此外，它還兼具低耗電性能，除了汽車外，還被廣泛用于機器人、智能手機等消費類產(chǎn)品。

TDK的高靈敏度TMR傳感器能用來控制所有通過電機工作的設(shè)備，并以高精度和高可靠性為未來的產(chǎn)業(yè)和生活提供支持。

TMR角度傳感器 TAD2141

憑借先進的薄膜工藝技術(shù)制造的TMR元件是一種薄膜元件，具有用2層強磁性體層夾住1～2nm(納米：百萬分之一毫米)的薄絕緣體層的結(jié)構(gòu)。TDK的TMR傳感器TAD2141采用小型封裝來提供抗噪性能強、高輸出、高角度精度及高穩(wěn)定性的角度傳感器。而且，配備了2個傳感器元件的TAD4140具有2個分離且獨立的輸出系統(tǒng)，確保了自動駕駛汽車所需的高冗余。有關(guān)產(chǎn)品的詳細信息請查看產(chǎn)品中心。

術(shù)語解說

*1. 陪伴機器人：家庭、醫(yī)療設(shè)施、長期護理設(shè)施等中用來緩解老人和孩子的孤獨感或減輕壓力的機器人。

*2. TMR傳感器：TMR(Tunnel Magneto Resistance：穿隧磁阻效應(yīng))。應(yīng)用了高磁阻TMR元件的磁傳感器，通過利用量子力學的隧道效應(yīng)來發(fā)揮靈敏度。