豫科版高中通用技术选修3：简易机器人制作编码器的原理
豫科版高中通用技术选修3：简易机器人制作机器人行程控制
简易机器人上也有很多地方可以采用基于旋 转编码器的反馈控制，如机器人小车的行程，它 是通过旋转编码器检测车轮的转角实现的。
谢谢
机器人行程控制
接下来就可以借助车轮上的旋转编码器和 反馈方法来控制机器人的行程了。由于只有一 个驱动轮上安装有编码器，为简化问题，这里 将用这个编码器的反馈信号同时控制机器人的 两个驱动轮以相等的速度直线前进。图6·4是 控制系统的示意图。
图6·4简易机器人行程控制系统
机器人行程控制的程序流程如图6·5所示，对应 的C程序清单列于程序清单6·1中。这个程序并不复 杂，它定义了4个变量counter累计编码器输出的脉冲 数，V1为编码器当前状态，V2代表上一次控制器读入 的编码器状态。需要特别说明的是，变量length代表 了机器人日标行程所对应的编码器脉冲数，由于车轮 (周长155mm)每转一圈编码器输出10个脉冲，因此该 变量的初值65就代表目标行程约为1000mm。
2、观察我们前面搭建的高台灭火机器 人和巡线运球机器人，考虑是否有其他转动 关节也可以釆用旋转编码器实现反馈控制， 动手试一试。
本章小结
机器人通常对运动精度有较高的要求，因此反 馈控制是其主要的控制方式。光电旋转编码器是机 器人上经常使用的一种转轴角度反馈传感器，它由 光电传感器和随轴转动的码盘组成。本章介绍的简 易旋转编码器包括一个反射式光电传感器和一个黑 白相间的码盘，通过光电传感器对码盘上的黑白区 间计数就可以得出轴的转角。
按以上行程与脉冲数的关系，同学 们可通过更改这个变量的初值设定目标 行程的其他值。
程序首先驱动机器人直线前进，然后执行for循 环不断读取编码器的状态(假设编码器接入通道1)， 若两次采样的状态发生了变化(V1≠V2)，说明编码 器转过了1个区间，则脉冲计数counter加程序再将 counter与length进行比较，如果counter达到 length的值，说明机器人的行程达到目标设定值， 则机器人停止，否则继续以原有速度前进。
编码器工作原理
编码器工作原理引言概述：编码器是一种用于将机械运动转换为数字信号的装置，广泛应用于各种自动化系统中。
它可以精确地测量物体的位置、速度和方向，从而实现精准控制和监测。
本文将介绍编码器的工作原理，以帮助读者更好地理解其在自动化系统中的作用。
一、光电编码器1.1 光电编码器的结构：光电编码器由光源、光栅、接收器和信号处理电路组成。
光源发出光束，经过光栅反射或透过后，被接收器接收并转换成电信号，信号处理电路将电信号转换成数字信号。
1.2 光电编码器的工作原理：当物体运动时，光栅会随之移动，使得光束的强度发生变化。
接收器接收到的光信号也会随之变化，通过信号处理电路将这些变化转换成数字信号，从而确定物体的位置和速度。
1.3 光电编码器的应用：光电编码器广泛应用于数控机床、机器人、印刷设备等自动化系统中，用于实现位置控制、速度控制和角度测量等功能。
二、磁编码器2.1 磁编码器的结构：磁编码器由磁性标记、磁传感器和信号处理电路组成。
磁性标记可以是永磁体或磁性条，磁传感器用于检测磁场的变化，信号处理电路将检测到的信号转换成数字信号。
2.2 磁编码器的工作原理：当物体运动时，磁性标记会随之移动，磁传感器检测到磁场的变化，并将其转换成电信号。
信号处理电路将电信号转换成数字信号，确定物体的位置和速度。
2.3 磁编码器的应用：磁编码器适用于高温、高速、腐蚀性环境下的自动化系统，如汽车发动机、风力发电机等，用于实现位置控制和速度控制。
三、绝对值编码器3.1 绝对值编码器的结构：绝对值编码器由多个独立的编码单元组成，每个编码单元对应一个位置码。
通过读取每个位置码的状态，可以确定物体的绝对位置。
3.2 绝对值编码器的工作原理：每个编码单元都有一个唯一的位置码，当物体运动时，读取每个位置码的状态，可以确定物体的绝对位置，无需重新归零。
3.3 绝对值编码器的应用：绝对值编码器广泛应用于需要高精度位置控制和无需重新归零的自动化系统中，如医疗设备、航空航天设备等。
编码器工作原理
编码器工作原理编码器是一种用于将输入信号转换为特定编码形式的设备。
它在许多领域中被广泛应用，如自动化控制系统、数码通信、机器人技术等。
本文将详细介绍编码器的工作原理和常见的编码器类型。
一、编码器的基本原理编码器的工作原理基于信号的编码和解码过程。
它将输入信号转换为特定的编码形式，以便在接收端进行解码和处理。
编码器通常由两个主要部分组成：输入部分和输出部分。
输入部分接收来自传感器或其他输入设备的信号，并将其转换为数字信号或模拟信号。
输出部分将编码后的信号传输给接收端进行解码。
编码器的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 信号输入：编码器接收来自传感器或其他输入设备的信号。
这些信号可以是模拟信号（如电压、电流）或数字信号（如脉冲信号）。
2. 信号编码：编码器将输入信号转换为特定的编码形式。
常见的编码方式包括二进制编码、格雷码、脉冲编码等。
编码的目的是将输入信号转换为一系列离散的编码值，以便在传输和解码过程中能够准确还原原始信号。
3. 编码传输：编码后的信号通过传输介质（如电缆、光纤）传输到接收端。
传输过程中可能会受到噪声和干扰的影响，因此编码器通常采用一定的纠错码或差错检测机制以提高传输可靠性。
4. 信号解码：接收端接收到编码后的信号后，进行解码处理。
解码器根据编码器的编码规则，将接收到的编码信号转换为原始信号。
5. 信号输出：解码后的信号输出给后续的处理设备或系统，以实现相应的功能。
二、常见的编码器类型1. 绝对值编码器：绝对值编码器将每个位置的编码值与特定的位置对应，能够准确表示位置信息。
常见的绝对值编码器包括光电编码器、磁性编码器等。
2. 增量式编码器：增量式编码器输出的编码值与位置信息相关，但无法准确表示位置。
它通常输出两个相位差异的信号，用于测量位置的变化和速度。
增量式编码器常用于测量旋转运动或线性位移。
3. 旋转编码器：旋转编码器用于测量旋转运动，通常采用光电传感器和光栅等技术。
它可以输出角度信息和方向信息，广泛应用于机械控制和位置测量领域。
编码器工作原理
编码器工作原理编码器是一种常见的电子设备，用于将物理量转换成数字信号或者编码形式，以便于处理和传输。
它在许多领域中都有广泛的应用，例如工业自动化、通信系统、机器人技术等。
本文将详细介绍编码器的工作原理。
一、编码器的基本原理编码器的基本原理是通过测量和转换输入物理量来生成相应的输出编码。
常见的编码器有旋转编码器和线性编码器两种。
1. 旋转编码器旋转编码器主要用于测量旋转角度或者位置。
它通常由一个旋转轴和一个带有刻度的圆盘组成。
当旋转轴转动时，圆盘上的刻度会与一个传感器进行接触或者挨近，从而生成相应的输出信号。
旋转编码器可以分为增量式编码器和绝对式编码器两种类型。
- 增量式编码器：增量式编码器通过测量旋转轴的角度变化来生成脉冲信号。
它通常由一个光电传感器和一个光栅刻度组成。
当旋转轴旋转时，光栅刻度会使光线在光电传感器上产生脉冲变化，从而生成输出信号。
增量式编码器可以提供角度变化的方向和速度信息。
- 绝对式编码器：绝对式编码器可以直接测量旋转轴的绝对位置。
它通常由一个光电传感器和一个二进制码盘组成。
二进制码盘上的光栅刻度会使光线在光电传感器上产生特定的脉冲组合，从而生成输出信号。
绝对式编码器可以提供旋转轴的精确位置信息。
2. 线性编码器线性编码器主要用于测量直线位移或者位置。
它通常由一个测量尺和一个传感器组成。
当测量尺挪移时，传感器会测量到相应的位移并生成输出信号。
线性编码器可以分为增量式编码器和绝对式编码器两种类型。
- 增量式编码器：增量式线性编码器通过测量测量尺的位移变化来生成脉冲信号。
它通常由一个光电传感器和一个光栅尺组成。
当测量尺挪移时，光栅尺上的光栅刻度会使光线在光电传感器上产生脉冲变化，从而生成输出信号。
增量式线性编码器可以提供位移变化的方向和速度信息。
- 绝对式编码器：绝对式线性编码器可以直接测量测量尺的绝对位置。
它通常由一个光电传感器和一个二进制码尺组成。
二进制码尺上的光栅刻度会使光线在光电传感器上产生特定的脉冲组合，从而生成输出信号。
编码器工作原理
编码器工作原理引言概述编码器是一种用于将运动或位置转换为数字信号的设备，广泛应用于工业自动化、机器人技术、数控系统等领域。
编码器工作原理的了解对于工程师和技术人员来说至关重要。
一、编码器的类型1.1 光电编码器：通过光电传感器和光栅盘的相互作用来测量位置或运动。
1.2 磁性编码器：利用磁性传感器和磁性标尺进行位置或运动测量。
1.3 光栅编码器：采用光栅盘和光电传感器来实现高精度的位置检测。
二、编码器的工作原理2.1 光电编码器工作原理：光电编码器通过光栅盘上的透明和不透明区域，使光电传感器检测到光信号的变化，从而转换为数字信号。
2.2 磁性编码器工作原理：磁性编码器利用磁性标尺上的磁性信号，通过磁性传感器检测磁场的变化，实现位置或运动的测量。
2.3 光栅编码器工作原理：光栅编码器利用光栅盘上的光栅结构，通过光电传感器检测光信号的变化，实现高精度的位置检测。
三、编码器的精度和分辨率3.1 精度：编码器的精度取决于光栅盘或磁性标尺上的刻度数量和检测器的灵敏度。
3.2 分辨率：编码器的分辨率是指编码器能够分辨的最小位移量，通常以脉冲数或线数表示。
3.3 精度和分辨率的提高可以通过增加光栅盘或磁性标尺上的刻度数量、提高检测器的灵敏度等方式实现。
四、编码器的应用领域4.1 工业自动化：编码器在数控机床、自动化生产线等设备中广泛应用，实现位置和速度的精确控制。
4.2 机器人技术：编码器用于机器人的定位、导航和运动控制，提高机器人的精度和稳定性。
4.3 数控系统：编码器在数控系统中用于测量工件位置、实现自动化加工，提高生产效率和产品质量。
五、编码器的发展趋势5.1 高精度：随着科技的不断发展，编码器的精度和分辨率将不断提高，满足更高精度的应用需求。
5.2 多功能化：未来的编码器将具备更多功能，如温度补偿、自动校准等，提高设备的稳定性和可靠性。
5.3 无接触式：随着无接触式编码器的发展，将减少机械磨损，延长设备的使用寿命。
编码器工作原理
编码器工作原理编码器是一种用于将物理量转换为数字信号的设备。
它在许多领域中都有广泛的应用，如自动化控制系统、通信系统、机器人技术等。
编码器的工作原理是通过测量和转换物理量的变化来生成数字信号。
一、编码器的基本原理编码器可以测量和转换各种物理量，如位置、速度、角度等。
它通常由两部分组成：传感器和信号处理器。
1. 传感器：传感器是编码器的核心部件，用于测量物理量的变化。
常见的编码器传感器有光电传感器、磁传感器和电容传感器等。
传感器将物理量的变化转换为电信号，并将其传送给信号处理器。
2. 信号处理器：信号处理器接收传感器传来的电信号，并将其转换为数字信号。
它通常由模数转换器（ADC）和微处理器组成。
ADC将模拟信号转换为数字信号，微处理器对数字信号进行处理和分析。
二、编码器的工作过程编码器的工作过程可以分为以下几个步骤：1. 传感器测量：传感器测量物理量的变化，并将其转换为电信号。
例如，光电传感器可以通过测量光强的变化来测量位置的变化。
2. 信号转换：传感器将测量到的电信号传送给信号处理器。
信号处理器接收到电信号后，将其转换为数字信号。
这个过程通常通过模数转换器（ADC）来实现。
3. 数字信号处理：信号处理器对数字信号进行处理和分析。
它可以对信号进行滤波、放大、计数等操作，以获取更准确的测量结果。
4. 数据输出：信号处理器将处理后的数据输出给用户或其他设备。
数据可以以数字形式输出，也可以通过通信接口传输给其他设备。
三、编码器的应用编码器在许多领域中都有广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：1. 自动化控制系统：编码器被广泛应用于自动化控制系统中，用于测量和控制物体的位置、速度、角度等。
例如，在机械臂控制系统中，编码器可以用于测量机械臂的关节角度，从而实现精确的位置控制。
2. 通信系统：编码器可以用于通信系统中的数据传输和接收。
例如，在数字通信系统中，编码器将模拟信号转换为数字信号，以便进行高效的数据传输。
编码器工作原理
编码器工作原理引言概述：编码器是一种用于将运动转换为数字信号的设备，常用于测量旋转角度或线性位移。
它在许多领域中都有广泛的应用，如机械制造、自动化控制、机器人技术等。
本文将介绍编码器的工作原理及其应用。
一、编码器的类型1.1 光学编码器：利用光学传感器来检测运动物体的位置，常见的有绝对光学编码器和增量光学编码器。
1.2 磁性编码器：利用磁性传感器来检测运动物体的位置，常见的有绝对磁性编码器和增量磁性编码器。
1.3 其他类型：还有许多其他类型的编码器，如电容编码器、霍尔编码器等。
二、编码器的工作原理2.1 光学编码器工作原理：光学编码器通过光栅盘和光电传感器来实现位置的检测，光栅盘上的光栅条通过光电传感器产生信号，经过处理后得到位置信息。
2.2 磁性编码器工作原理：磁性编码器通过磁性条纹和磁性传感器来实现位置的检测，磁性条纹上的磁性信息被磁性传感器检测并转换为位置信息。
2.3 编码器信号处理：编码器输出的信号经过信号处理电路进行处理，包括滤波、放大、数字化等步骤，最终得到准确的位置信息。
三、编码器的应用领域3.1 机械制造：编码器常用于数控机床、机器人等设备中，用于准确测量位置和速度，实现精密加工。
3.2 自动化控制：编码器在自动化控制系统中起到重要作用，用于反馈位置信息，实现闭环控制。
3.3 机器人技术：编码器是机器人关节的重要组成部分，用于控制机器人的姿态和位置，实现精准运动。
四、编码器的优势4.1 高精度：编码器能够实现高精度的位置测量，满足各种应用领域的需求。
4.2 高稳定性：编码器具有良好的稳定性和可靠性，能够长时间稳定工作。
4.3 高速度：编码器能够快速响应运动信号，实现高速运动控制。
五、编码器的发展趋势5.1 高分辨率：随着技术的不断进步，编码器的分辨率将不断提高，实现更加精密的位置测量。
5.2 多功能性：未来的编码器将具有更多的功能，如温度补偿、自动校准等功能。
5.3 集成化：编码器将越来越趋向于集成化设计，减小体积、提高性能。
编码器工作原理
编码器工作原理编码器是一种常用的电子设备，用于将物理量转化为数字信号或者编码形式，以便于计算机或者其他数字设备进行处理和识别。
编码器广泛应用于工业自动化、机械控制、通信系统等领域。
一、编码器的基本原理编码器的工作原理基于信号的编码和解码过程。
它主要由传感器、信号处理电路和输出接口组成。
1. 传感器：编码器的传感器用于测量或者检测物理量，如位置、角度、速度等。
常用的编码器传感器包括光电传感器、磁传感器、电容传感器等。
传感器将物理量转化为电信号或者其他形式的信号。
2. 信号处理电路：编码器的信号处理电路用于将传感器输出的信号进行处理和编码。
它可以将摹拟信号转化为数字信号，或者将物理量转化为特定编码形式。
信号处理电路通常由摹拟电路和数字电路组成，包括滤波、放大、采样、量化等处理过程。
3. 输出接口：编码器的输出接口用于将编码后的信号传输给计算机或者其他数字设备。
常用的输出接口包括数字接口（如RS-485、RS-232、TTL等）、摹拟接口（如4-20mA、0-10V等）以及通信接口（如Ethernet、CAN等）。
二、编码器的工作模式编码器的工作模式主要分为增量式编码器和绝对式编码器两种。
1. 增量式编码器：增量式编码器通过测量物体的相对位移或者旋转角度来输出脉冲信号。
它通常由一个光栅盘和一个光电传感器组成。
光栅盘上的刻线或者孔隙会在物体运动时遮挡或者透过光线，光电传感器会感应到这些变化，并输出相应的脉冲信号。
增量式编码器的输出信号包括A相脉冲、B相脉冲和Z相脉冲，其中A相和B相之间的相位差可以表示物体的运动方向。
2. 绝对式编码器：绝对式编码器通过测量物体的绝对位置或者旋转角度来输出特定编码形式的信号。
它通常由一个编码盘和多个传感器组成。
编码盘上有一系列的刻线或者编码位，每一个刻线或者编码位对应一个特定的编码。
传感器会感应到编码盘上的刻线或者编码位，并输出相应的编码信号。
绝对式编码器的输出信号可以直接表示物体的位置或者旋转角度，不需要进行计数或者运算。
编码器工作原理
编码器工作原理编码器是一种将物理量转换为数字信号的设备，常用于测量、控制和通信系统中。
它能够将摹拟信号转换为数字信号，以便计算机或者其他数字设备进行处理和分析。
一、编码器的基本原理编码器的基本原理是通过对输入信号进行采样和量化，将连续的摹拟信号转换为离散的数字信号。
下面将介绍两种常见的编码器工作原理。
1. 脉冲脉冲编码器是一种将旋转或者线性位移转换为数字脉冲输出的设备。
它通常由光电传感器和编码盘组成。
光电传感器会发射光束，并通过检测光束的反射来确定位置变化。
编码盘上有许多等距的刻痕，当物体挪移时，光电传感器会检测到刻痕的变化，并产生相应的脉冲信号。
脉冲编码器的工作原理基于脉冲计数。
每一个刻痕对应一个脉冲，通过计数脉冲的数量和方向，可以确定物体的位置和运动状态。
2. 绝对值绝对值编码器是一种将位置信息直接编码为二进制码的设备。
它能够提供精确的位置反馈，并且在断电后仍能保持位置信息。
绝对值编码器通常由一个旋转编码盘和多个光电传感器组成。
编码盘上的刻痕按照特定的编码规则进行编排，光电传感器会检测到刻痕的变化，并将其转换为二进制码。
绝对值编码器的工作原理基于编码盘上的二进制码。
每一个位置对应一个惟一的二进制码，通过读取编码器输出的二进制码，可以准确确定物体的位置。
二、编码器的应用领域编码器在许多领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用领域。
1. 位置测量编码器可以用于测量物体的位置和位移。
例如，在机械加工中，编码器可以测量工件的位置，以确保加工的精度和一致性。
2. 运动控制编码器可以用于运动控制系统中，例如机器人、CNC机床等。
通过读取编码器的信号，可以实时监测和控制物体的运动状态，从而实现精确的位置控制和运动轨迹规划。
3. 速度测量编码器可以用于测量物体的速度。
通过计算单位时间内脉冲的数量，可以得到物体的速度信息。
这在汽车、电梯等需要精确控制速度的设备中非常重要。
4. 位置反馈编码器可以提供准确的位置反馈，用于闭环控制系统。
编码器的原理课件
02
确定安装位置
根据实际需求，合理选择安装位置，确保测量准确性和使用的便捷性。
安装注意事项
测量误差大
可能是由于安装位置不准确或长期使用磨损导致，需要重新校准或更换编码器。
输出信号不稳定
可能是由于外部环境干扰或电缆不良导致，需要加强抗干扰措施或更换质量好的电缆。
无输出信号
检查电缆连接是否正常，确认输入电源是否符合要求，检查内部电路是否损坏。
常见故障与排除方法
05
编码器的发展趋势
随着工业自动化和测量技术的发展，对编码器的精度要求越来越高。
总结词
高精度编码器能够提供更准确的角位置和速度信息，从而提高设备的控制精度和稳定性。
详细描述
高精度化
随着设备尺寸的减小，对编码器的小型化需求也越来越迫切。
小型化编码器能够减少设备的空间占用，方便集成到各种紧凑的机械设备中。
信号采集
编码器采集到的原始电信号通常比较微弱，需要通过信号转换电路将其转换为便于处理的信号。
信号转换原理
信号转换方式
信号转换质量
信号转换通常包括放大、滤波、整形等处理方式，以实现信号的稳定和准确转换。
信号转换质量直接影响编码器的性能和测量精度，因此是衡量编码器性能的重要指标。
03
02
01
信号转换
小型化
详细描述
总结词
总结词
智能化是当前技术发展的趋势，编码器也不例外。
详细描述
智能化编码器具备自适应和自我诊断功能，能够自动调整参数、补偿误差，并实时监测自身的运行状态，为设备维护提供预警。
智能化
THANKS FOR
WATCHING
感谢您的观看
旋转编码器
霍尔编码器是一种基于霍尔效应的磁感应编码器，它通过测量磁场的变化来输出位置信息。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
学习导航
1、旋转编码器的工作原理是什么？ 2、如何制作简易旋转编码器？ 3、怎样利用编码器控制机器人的行程？
现象与问题
移动机器人的行程往往是一个重要的被控参数。下 表是简易机器人小车行程控制的数据对比，理论距离是 根据小车的最大理论速度乘以前进廷时时间计算出的， 而实际距离则是机器人在相应延时时间下实验测得的。
图6·2机械式鼠标的结构
编码器 编码器的分辨率指它每输出一个脉冲信号所对 应的转角，这个角度越小，表明编码器的测量精度 越高。工业用编码器的分辨率一般为0.05～1(°)/ 脉冲。
谢谢
图6·1所示为旋转编码器的基本工作原 理。被测转轴上安装有个黑白相间的圆盘 (也称码盘)，一个反射式光电传感器正对码 盘轴旋转后，光电传感器发出的光线将轮流 照射到码盘上的黑白区间。
在黑色区间，传感器的输出为1，在白色区间， 传感器的输出为0，这样传感器就会输出一种方波脉 冲信号。与传感器相接的电路及控制程序再对该脉冲 信号计数，就能算出轴的转角。例如，图示码盘上均 匀分布着5对黑白相间区间，于是每一个方波周期(对 应相邻的一对黑白区间)就代表72°。如果控制器接 收的方波周期数为3，则表明轴转过了216°。
机器人小车行程控制的数据对比
讨论 1、为什么机器人的实际移动距离与理论距 离之间存在差异？ 2、有什么办法能减少以上误差吗？
一、编码器的原理
由机器人小车行程控制的数据对比可知，用速度 乘以时间方法获得的机器人移动距离与实际值有较大 差异。为了准确地控制机器人的移动距离，比较可靠 的办法是采用一种专用传感器——旋转编码器，它能 测量驱动电机或车轮转过的角度，进而较准确地算出 机器人的移动距离和速度
图6·1旋转编码器的基本工作原理
鼠标的奥秘 当我们使用机械式鼠标单击屏幕上任意位置时， 可曾想过它是如何工作的？事实上，鼠标中就采用了 旋转编码器来跟踪它的位移。不过，这个编码器和前 面介绍的编码器有所不同。鼠标采用齿形码盘和对射 式光电传感器，传感器的红外发射器(黑色)和探测器 (白色)恰好位于码盘轮齿的两侧(图6·2)，鼠标球滚 动带动码盘旋转，它的轮齿就会交替遮断传感器的光 线，从而产生对应于码盘转角的方波。鼠标中有两个 编码器，分别用于跟踪鼠标球在两个垂直方向上的滚 动。