背景
機器人產業正在明顯成長，尤其是服務型機器人更是越來越流行且多樣化。儘管工業機器人領域已經日趨成熟且出現了成長放緩的態勢，但服務型機器人則朝著多樣化設計持續發展，包括人型和仿生等形態。服務型機器具備高度應用彈性，能在清潔、保全、救援、餐飲和軍事行動等各個領域發揮重要作用。
總部位於韓國的 AIDIN ROBOTICS 正引領這場轉型，他們最近推出了一款四足機器人 — 通常稱之為「機器狗」，這款先進的機器人採用AksIM-2絕對式編碼器提供即時位置回饋，確保平穩運作和精確控制。"
四足機器人通常由三個主要部分組成，分別是機身、馬達和減速器；能夠提供位置、速度和扭矩回饋資料的感測器；以及作為機器人「大腦」的控制器。
挑戰
如何保持平衡和實現動態控制是四足機器人面臨的重大挑戰之一。具備出色平衡和動態能力的機器人能夠順利執行奔跑、行走、跳躍、攀爬、上下樓梯、跌倒後站起以及跨越等一系列動作。此類能力的強弱取決於關節的運動的表現、運動控制的品質和穩定性、以及控制邏輯。
換句話說，機器人依靠其運動控制系統和控制邏輯來實現全身協調和順應控制。相關數據，例如關節的同步位置、速度和加速度等，必須通過旋轉編碼器回饋給控制器。這種回饋對於精確控制四條腿的動態、運動方向和速度十分重要。
AIDIN 四足機器人是先進的移動機器人，專為腿部運動設計，使其能夠輕鬆穿越樓梯、崎嶇路面和曲面等各種地形。機器人可以針對特定應用配備不同的模組化設備，進而代替人類在嚴峻的環境中工作，例如爆炸物處理，或是在受化學品和放射性物質污染的地區執行任務。
AIDIN ROBOTIC 的四足機器人
解決方案
機器人的每條腿都配有三個旋轉關節軸，控制髖部轉動、大腿轉動和小腿轉動，其運動角度可達 60 度。這樣可為四條腿提供總計 12 個旋轉自由度，使其能夠像真正的四足動物一樣活動。每個關節均由一個獨立馬達驅動，並配有一個AksIM-2 系列絕對式旋轉編碼器，用於運動過程中提供旋轉角度回饋資料。因此，四足機器人總共需要使用 12 個編碼器，以確保實現精確的運動控制。"
穩定可靠的編碼器可以大幅提升機器人的定位精度和運動控制能力。編碼器關在檢測動態負載和防止馬達超載，是關鍵要素，進而提高機器人的安全性和穩定性。
對於四足機器人而言， 起初的「姿態」對整體運動控制十分重要。控制器需要知道每個關節的位置，以便計算和判斷機器人當前的姿態。因此，AIDIN 在選擇運動控制設計元件時，指定使用絕對式編碼器。其優勢在於斷電後無需像增量式編碼器那樣返回參考位置，可減少不必要的等待時間。
另一個關鍵要求是編碼器環形柵尺需要採中空心設計，才能讓大量電纜能夠通過中心。此外，設計人員還需考量關節馬達產生的雜散磁場，以免干擾磁性編碼器造成讀數錯誤。
「RLS 的 AksIM-2 系列是專為機器人設計的磁性旋轉編碼器，能夠滿足我們所有需求；其自動校正功能進一步提升安裝品質，並提供更加穩定且可靠的運動控制，讓我留下了十分深刻的印象。」
AIDIN 研發部首席技術官 Kim Yong Bum 博士
目前，AIDIN 選用 20 位元解析度的 AksIM-2 系列編碼器，可透過 SSI 和 BISS-C 通訊協定輸出訊號。
結果
AksIM-2 是一種絕對式旋轉編碼器，其工作溫度範圍為 −40°C 至 +105°C，且具有很強的抗衝擊和抗振動能力。該產品具有自校正功能，可消除旋轉過程中因偏心而導致的誤差。偏心是影響編碼器精度的一項重要因素，通常是磁環未對準造成的。
此外，AksIM-2 配備了進階的自我監測功能，可以持續檢查多項內部參數。所有通訊協定皆提供錯誤報告、警告以及其他狀態訊號，並透過內建 LED 進行視覺化顯示。
四足機器人在運動過程中產生的慣性與人類行走的慣性類似，由此帶來的非線性特性使控制邏輯的設計變得更加複雜。機器人重量越重，慣性也就越大。為了有效應對這一挑戰，設計人員在機器人的關節處設置了嚴格的空間和重量限制，因此必須選用小巧輕便的編碼器。
AksIM-2 專為機器人系統整合而設計，其讀頭採用了 PCB 設計，並配有通孔磁環。這種配置使其能夠直接安裝在馬達上，非常適合應用在空間受限的機器人架構上。
未來目標
談到機器人的未來發展，Kim 博士表示：「未來我們的四足機器人可能採用雙編碼器設計，即在輸入端和輸出端各安裝一個編碼器。透過比較兩個編碼器的位置資訊和速度資料，以及驅動電流和馬達扭矩的輸出資料，估算關節所受外力大小，進而實現對機器人的安全控制。」
AIDIN Robotic's team
關於 AIDIN ROBOTICS
AIDIN 起源於韓國成均館大學機械工程系的機器人創新實驗室，專門負責為客戶研發和生產四足機器人等機器人解決方案。
詳情請上AIDIN ROBOTICS 網站。
