TDK专题报道：高精度传感器如何在创造机器人自然动作中发挥作用?

前言

如今，机器人在我们的日常生活和社会中已无处不在。新型机器人亦是层出不穷，比如可以替代人类从事迎宾、安保、保洁等工作的服务机器人以及行为举止如家人或宠物般的陪伴机器人等等。而使这些新型机器人动作自然流畅的便是配置在其主体的电机与传感器的组合。本报道将深入探讨推动机器人进步的高精度“TMR传感器”的秘密。
 

服务机器人市场即将迎来腾飞

在制造和物流一线、医疗设施与福利设施以及家庭等各种各样的地方，替代人类进行工作的机器人正在大显身手。其种类繁多，除了工厂自动化设备和自动导引搬运车（Auto Guided Vehicle: AGV）外，还有迎宾机器人、护理机器人、以及在家中提供康复和娱乐的交流机器人。
 
机器人分为“工业机器人”和“服务机器人”。在工厂等制造一线工作的工业机器人在不与人接触的环境下替代人类从事规定的操作，而服务机器人则从事迎宾、护理等服务，主要在店铺、办公室等人类附近的公共场所里活动。确保安全性是让服务机器人与人类共存的首要条件。
 
服务机器人正在世界范围内逐渐普及，今后，随着传感器和系统的升级，还将有望出现新型机器人并与我们的生活越来越密切。


如家人和宠物般一起生活的陪伴机器人等各种各样的服务机器人已经出现了。
 

机器人所需的传感器的作用是什么

在服务机器人中，在家庭中扮演宠物或家人角色的“陪伴机器人*1”通过基于AI的聊天功能和流畅的动作，甚至让人们忘记了它们其实都是机器所做出的行为。随着当今社会人与人之间的交流逐渐减少，它还作为缓解孤独感一种方式而受到关注。
 
这种机器人流畅而自然的动作离不开电机性能以及控制电机的“控制器”与“角度传感器”等元件。手臂、躯体、车轮等机器人主体的可动部都装有小型伺服电机，控制器将精准地控制每个电机的动作。同时，角度传感器则准确地检测电机旋转的角度和速度。
 
为了让陪伴机器人之类的小型机器人做出自然准确的动作，则需要利用高精度角度检测和高速响应性能使电机实现最佳扭矩响应。因此，高精度角度传感器与小型嵌入式控制器将承担起重要的作用。TAS/TAD系列正在以服务机器人为首的广泛用途中大显身手。
 
此外，对于在室内自主移动的机器人来说，正确检测外部环境也尤为重要，包括房间大小、周围物品、人与物品的移动等。因此，新型陪伴机器人配备了大量传感器元件，包括摄像头、麦克风、温度传感器、照度传感器等。传感器的小型化和高精度化、以及提高可靠性的技术都是实现机器人高性能化的必要条件。


新型服务机器人配备了数十个传感器，用于空间识别和动作检测等。
 
具有高精度和高可靠性的磁传感器“TMR传感器*2”被用作机器人电机的角度传感器。与传统的传感器相比，它可以在更大的温度范围内更准确地检测旋转体的角度和位置。除了机器人电机外，它还被广泛用于电动汽车电机的角度检测、电动动力转向器（EPS）的转向角检测、智能手机摄像头的自动对焦功能等需要高精度磁力检测的地方。
 

检测电机旋转角度的TMR传感器

TMR传感器通过安装在电机转轴上的磁铁旋转来正确地检测磁力变化。
 

高精度TMR传感器的实力

TDK的TMR传感器是有效利用TMR（穿隧磁阻效应）元件的磁传感器，其最初是作为用于汽车等的角度传感器而开发的。它融合了TDK磁性技术和薄膜技术精华，具有高精度、高可靠性及优良的温度特性。
 
TMR传感器可在宽泛的温度范围内稳定地工作。因此，其也越来越多地被用作为需要精度和可靠性的车载元件。此外，它还兼具低耗电性能，除了汽车外，还被广泛用于机器人、智能手机等消费类产品。
 
TDK的高灵敏度TMR传感器能用来控制所有通过电机工作的设备，并以高精度和高可靠性为未来的产业和生活提供支持。
 
TMR角度传感器 TAD2141


凭借先进的薄膜工艺技术制造的TMR元件是一种薄膜元件，具有用2层强磁性体层夹住1～2nm（纳米：百万分之一毫米）的薄绝缘体层的结构。TDK的TMR传感器TAD2141采用小型封装来提供抗噪性能强、高输出、高角度精度及高稳定性的角度传感器。而且，配备了2个传感器元件的TAD4140具有2个分离且独立的输出系统，确保了自动驾驶汽车所需的高冗余。
 

术语解说

1. 陪伴机器人：家庭、医疗设施、长期护理设施等中用来缓解老人和孩子的孤独感或减轻压力的机器人。
2. TMR传感器：TMR（Tunnel Magneto Resistance：穿隧磁阻效应）。应用了高磁阻TMR元件的磁传感器，通过利用量子力学的隧道效应来发挥灵敏度。
 
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