背景
机器人行业正在经历显着增长，尤其是服务型机器人更是越来越流行且多样化。尽管工业机器人领域已经日趋成熟且出现了增长放缓的态势，然而服务型机器人则朝着多样化设计方向发展，包括人形和仿生形态。服务型机器的适用性强，在清洁、安保、救援、餐饮和军事行动等各个领域发挥重要作用。
总部位于韩国的AIDIN ROBOTICS公司正引领这场变革。最近推出了一款四足机器人 — 通常称之为“机器狗”。这款先进的机器人采用AksIM-2绝对式编码器提供实时位置反馈，以实现平稳运行和精确控制。
四足机器人通常由三类主要组件构成，分别是机身、电机和减速器等机械部件；负责提供位置、速度和扭矩反馈数据的传感器；以及相当于机器人“大脑”的控制器。
挑战
AIDIN ROBOTIC的四足机器人
如何保持平衡和实现动态控制是四足机器人面临的重大挑战之一。平衡和动态能力出色的机器人能够顺利完成行走、奔跑、跳跃、攀爬、上下楼梯、跌倒后站起以及跨越等一系列动作。此类能力的强弱取决于关节的运动性能、运动控制的质量和稳定性、以及控制逻辑。
换句话说，机器人需要依靠运动控制系统和控制逻辑来实现全身协调和柔顺控制。相关的数据, 包括关节的同步位置、运动速度和加速度等, 必须通过旋转编码器反馈给控制器。这种反馈能够帮助控制器精确控制四条腿的运动姿态、运动方向和运动速度。
AIDIN四足机器人是先进的移动机器人,以腿部运动设计，使其能够轻松穿越楼梯、崎岖路面和曲面等各种地形。机器人亦可配备面各种应用而設的模块化设备，从而代替人类在恶劣环境中工作，例如进行爆炸军械处理，或是在具有化学品和放射性污染的地区执行任务。
解决方案
机器人的每条腿都配有三轴旋转关节，用于控制臀部转动、大腿转动和小腿转动，其运动角度可达60度。這樣可为四条腿提供总计12个旋转自由度，使其能够像真正的四足动物一样活动。每个关节均由一个独立电机驱动，并配有一个AksIM-2系列绝对式磁旋转编码器，用于在运动过程中提供旋转角度反馈数据。因此，四足机器人总共需要使用12个编码器，以确保实现精确的运动控制。
稳定可靠的编码器可以显著提高机器人的定位精度和运动控制能力。此外，机器人还需要利用该编码器来检测动态负载和防止电机过载，从而提高自身的安全性和稳定性。
四足机器人的初始“姿态”对整体运动控制效果而言至关重要。控制器需要了解每个关节的位置，以便计算和确定机器人当前的姿态。因此，AIDIN在选择运动控制设计组件时决定使用绝对式编码器。其优势在于断电后无需像增量式编码器那样返回参考位置，因而能够尽量缩短不必要的等待时间。
还有一个关键要求，那就是编码器磁环栅尺需要采用空心设计，以便大量电缆能够穿过中心。此外，设计人员还需关注关节电机产生的杂散磁场可能干扰磁编码器，进而导致读数错误。
RLS的AksIM-2系列是机器人专用的磁旋转编码器，能够全方位满足我们的需求。它的自动校准功能能够进一步提升安装质量，并实现更加稳定可靠的运动控制效果，因此给我留下了十分深刻的印象。
——AIDIN研发部首席技术官Kim Yong Bum博士
目前AIDIN选用的是20位分辨率的AksIM-2系列编码器，可通过SSI和BISS-C通信协议输出信号。
成果
AksIM-2是一种绝对式磁旋转编码器，其工作温度范围为40°C至+105°C，且具有很强的抗冲击和抗振动能力。该产品具有自校准功能，可消除旋转过程中由偏心导致的误差。偏心是影响编码器精度的一项重要因素，通常是磁环未对准造成的。
此外，AksIM-2还配备了先进的自监控功能，可以持续检查多个内部参数。所有通信协议均可提供错误报告、警告以及其他状态信号，并通过板载LED指示灯可视化。
四足机器人在运动过程中产生的惯性与人类行走的惯性类似，由此带来的非线性特性使控制逻辑的设计变得更加复杂。机器人越重，惯性也就越大。为了有效应对这一挑战，设计人员在机器人的关节处设置了严格的空间和重量限制，因此必须选用小巧轻便的编码器。
AksIM-2专为机器人系统集成而设计，其读数头采用了PCB设计，并配有通孔磁环。这种配置使其能够直接安装在电机上，非常适合应用在空间受限的机器人架构上。
未来目标
谈到机器人的未来發展，Kim博士表示：“未来我们的四足机器人有可能采用双编码器设计，即在输入端和输出端各安装一个编码器。通过比较两个编码器的位置信息和速度数据，以及驱动电流和电机扭矩的输出数据，估算关节所受外力大小，从而实现对机器人的安全控制。
