Encoder

In generale, gli encoder sono trasduttori di posizione di tipo digitale in grado di fornire un numero, espresso in un particolare codice, in funzione dello spostamento. Essi possono essere di tipo assoluto o incrementale. Questi ultimi si dividono in lineare o angolare come mostrato schematicamente in figura 4 e 5.

Fig. 4 . Struttura interna dell’Encoder lineare. Fig.5. Struttura interna dell’Encoder angolare.

Gli Encoder lineari sono costituiti da un nastro solidale all’organo in movimento suddiviso in un certo numero di piste che, ad intervalli lineari di spazio, presentano zone opache e trasparenti corrispondenti a configurazioni numeriche differenti.

Il sistema di lettura, generalmente di tipo ottico, è costituito da tante coppie di sorgenti e rilevatori di luce quante sono le piste ed è in grado di trasformare in numero binario le zone opache e trasparenti. Questo trasduttore di posizione a causa della discretizzazione costitutiva, presenta un valore risolutivo inferiore rispetto ai tradizionali trasduttori di posizione di tipo analogico. Il potere risolutivo può, comunque, essere aumentato aumentando il numero di piste dell’encoder. Per molte applicazioni pratiche ciò, però, non costituisce un limite.

Un’ inconveniente degli encoder a codice binario naturale si ha quando il trasduttore, passando da una posizione alla successiva determina la commutazione di almeno due bit.

Per ovviare a tale inconveniente si codifica il nastro o il disco con un codice binario che determina la commutazione di un solo bit. Uno di questi codici, come è noto, è il Gray.

Gli encoder fin qui descritti vengono definiti di tipo assoluto in quanto la posizione sotto lettura è immediatamente codificata in un numero.

Gli encoder incrementali sono costituiti da fenditure trasparenti equidistanziate praticate sul nastro lineare o sul disco circolare.

Il sistema di lettura fornisce un impulso ogni qualvolta si presenta una fenditura sotto il suo campo d’azione. Un dispositivo di conteggio digitale è, pertanto, in grado di incrementare la configurazione numerica ad ogni impulso generato.

All’interno del perno rotante dell’Encoder è fissato un disco, segmentato con due serie di fenditure a n fessure trasversali sfalsate di ¼ di posizione. In tal modo sulle uscite A e B dell’encoder si prelevano n impulsi a giro. In fig. 6 si riporta lo schema elettrico, costituito da un semplice Flip-Flop di tipo D, in grado di segnalare il verso di rotazione

Fig. 6. Circuito per discriminare il senso di rotazione dell’asse rotante.

Se le uscite A e B sono collegate agli ingressi di un flip-flop di tipo D come in figura 6 l’uscita Q segnala il verso di rotazione orario o antiorario dell’asse rotante.

Più è elevato il numero di fessure più è precisa la lettura, perché ad ogni più piccolo movimento del perno si preleva sull’uscita dell’Encoder un numero maggiore di impulsi.

Da un lato del disco è applicato un diodo emittente e dal lato opposto due fotodiodi riceventi: fotodiodo A e fotodiodo B.

Alimentando l’Encoder, il diodo emittente emette verso il disco un fascio luminoso che, attraversa le fenditure ed eccita i fotodiodi.

La tensione di alimentazione, deve essere compresa fra 4.75 e 5.25 Volt. Valore nominale Vcc=5V.

L’uscita A fornisce un’onda quadra la cui frequenza è proporzionale alla velocità di rotazione. Analogamente sull’uscita B.

Di seguito è riportata la piedinatura del connettore di comando di ogni motore del braccio meccanico XR-3:

Mark 3 controller

1.GND Terra Logica

2. Uscita ottica “B”

3. Alimentazione +5 V

4. Uscita ottica “A”

5. N/C

6. Interruttore di fine-corsa

7. Primo polo motore

8. Primo polo motore

9. Secondo polo motore

10. Secondo polo motore

La Rhino Robots fornisce 4 modelli di robot della serie XR, evoluzioni del braccio meccanico siglato XR-1 che non era provvisto di encoder incrementali e di fine-corsa ed era comandato manualmente.

Nelle successive figure si mostrano i modelli XR-3, in nostro possesso, e il modello XR-4

L’XR-4 ha un design meno spartano delle precedenti versioni, con forme più arrotondate e con una meccanica migliorata. La potenza di mobilitazione di carichi arriva fino a 2Kg.

Fig. 9. Braccio meccanico modello XR-3 Fig. 10 Braccio meccanico modello XR-4

La Rhino Robots fornisce dispositivi di interfaccia al PC tramite porta seriale RS-232C con relativo software, come il Mark 3 controller, in grado di pilotare 8 motori con encoder incrementale cioè i 6 motori del braccio meccanico più 2 motori ausiliari che vanno a collegarsi al braccio meccanico per l’utilizzo degli accessori di seguito elencati e mostrati:

Fig. 11 Mark 3 controller per il controllo del braccio meccanico e Teach Pendant per programmazione.

Il Mark 3 controller è fornito con un dispositivo di comando e di programmazione manuale chiamato Teach pendant con 32 funzioni pre-programmate ed un display per semplificare la programmazione. Per concludere si riportano in fig. 12 vari accessori forniti dall’azienda.