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在设计自平衡两轮机器人车辆的设计时，精确的高速测量角度是关键要求。此外，组件重量和大小的最小化同样重要。东京丹基大学的工程学生在Renishaw的副公司RLS的RM08旋转磁性编码器中找到了答案。
背景
东京登基大学致力于科学技术教学，由两名年轻工程师Seiichi Hirota和Shinkichi Ogimoto于1907年成立。他们的成立原则是促进工程教育，作为国家经济发展的基础。
Jun Ishikawa在大学的机器人技术和机电一体化部门工作，是包括机器人控制系统开发在内的多个技术领域的开创性研究员。他向工程专业的学生挑战，以创建两轮自动平衡的机器人车。对于这个项目，他的学生选择了Renishaw副公司RLS的RM08旋转磁性位置反馈编码器。
挑战
Ishikawa挑战了他的大学生解决一个经典的控制理论问题 - 倒置的摆。倒置的摆锤是众所周知的塞格威人转运蛋白的基础，其质量中心位于枢轴点上方。
与悬浮的摆着悬浮的摆（自然会在流离失所后恢复到稳定的平衡位置）不同，倒置的摆在本质上是不稳定的。想象一下，握住泳池提示或直立的扫帚手柄在您的手掌上 - 它往往会掉下来，而无需对您的手的位置进行连续调整。比较较长的倒置的倒置的摆距离垂直位置的速度比更长的垂直位置加速，需要更频繁的位置调整并提出更具挑战性的控制问题 - 平衡手上的笔比平衡泳池提示更棘手。
Segway实施的问题的一种解决方案是将枢轴点安装在轮式平台上。这种类型的车辆从IMU（惯性测量单元）中采用惯性输入，该输入包括两个传感器：加速度计和陀螺仪。
在这种情况下，使用垂直轴和水平轴加速度计来确定由于重力引起的角度加速度。通过不断监测摆的倾斜角度和角速度，可以使用PD（比例衍生）控制系统向前或向后驱动车轮以保持平衡。
Ishikawa的学生在自己的控制系统中采用了类似的方法，需要设计和整合有效的三部分解决方案，其中包括倾斜角度感应，控制逻辑和运动驱动器电路。在为该控制应用设计PCB时，小尺寸和低重量对于在车把内集成至关重要。PCB体系结构已进行了优化，以确保所有必需的功能都以最小的包装大小传递。
解决方案
PCB控制板位于钟摆的顶部，在车把内部，并携带所需的所有电子电路，包括固态陀螺仪，微控制器，微控制器，直流电动机驱动器和电源管理组件。
在底部的车轮平台中，有两个车轴：一个链接车轮的水平轴和由紧凑的直流电动机驱动的垂直轴。车轴之间的交点处的简单斜角齿轮使电动机能够沿任一方向驱动车轮。
为了进行有效的控制，系统必须保持定向在几乎垂直的小角度范围内。如果车辆在任一方向上倾斜30度以上，则可能会损失稳定性。为了保持平衡，必须通过仔细计算的加速度和速度连续驱动车轮。
为了达到所需的运动控制性能水平，学生需要一个高分辨率的位置编码器来监视和调节电动机输出。它还必须足够轻巧，以容纳在车辆细长的垂直结构中。
经过大量考虑，该解决方案以Renishaw合作公司RLS的RM08旋转磁编码器形式出现。这种无接触的无摩擦旋转磁编码器仅重2 g，包括电缆，并具有直径为8 mm的铝制传感器外壳，厚度仅为3 mm。
学生们设计了一个狭窄的尼龙项圈，充当电动机轴和RM08编码器的磁执行器之间的机械连接，在组件中添加了小于0.5 g。RM08编码器可产生12位分辨率的输出（每革命4,096个步骤），适用于高达30,000 rpm的高速操作，并且准确性为±0.3º。
结果
通过使用RM08高速旋转磁编码器以12位分辨率测量角度旋转，东京DENKI大学的学生能够为两轮的机器人车设计运动控制方案，能够自动平衡并保持直立。
RM08编码器是IP68级的，设计用于集成到各种高可责任的高量OEM应用程序中。
重要的是，旋转磁编码器还解决了车辆苛刻的物理设计约束。作为一个高度紧凑和轻巧的组件，它帮助学生克服了空间和负载的限制。
该项目的成功使学生有信心探索其他高级机器人项目。
有关更多信息，请访问www.enishaw.com/denki
关于Renishaw：
总部位于英国的Renishaw是一家世界领先的工程技术公司，通过牙科和脑外科手术，提供用于喷气发动机和风力涡轮机制造等多样性的产品。它拥有4,500多名员工，位于拥有全资子公司运营的37个国家 /地区。
在整个历史上，雷尼沙（Renishaw）对研发做出了重大承诺，历史上，每年13％至18％的年度销售投资于研发和工程。该公司产品的研发和制造大部分是在英国进行的。
该公司的成功获得了许多国际奖项，其中包括18个女王奖，以表彰技术，出口和创新成就。
更多信息www.enishaw.com
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