磁編碼器芯片常用于測量機器人、電機等設備的旋轉運動。那么什么是離軸編碼器呢？

       離軸式磁編碼器采用多磁對極碼盤，芯片安裝位置偏離旋轉軸中心。在運行過程中，每一對極都會產生一個周期的正余弦信號，并通過硬件內插器轉換成正交或者串行位置信號。當電機軸旋轉起來后，芯片內部霍爾元件在徑向范圍內感應到的磁場強度保持不變，電機軸的徑向抖動（只要在霍爾感應磁場的徑向范圍內）也不會影響霍爾感應輸出信號的精準度。因此，只要在實際安裝過程中確保芯片位置和徑向安裝距離（跟磁對極距有關），就能確保輸出信號的準確性。

（一）拆解編碼器增量市場：人形機器人

1、人形機器人：單特斯拉 Optimus 編碼器需求量 50+，價值量約為 7500 元

這一節(jié)，我們不贅述人形機器人產業(yè)化落地中持續(xù)降本，帶給國產供應商巨大機會的邏 輯，主要對直線執(zhí)行模組、旋轉執(zhí)行模組和靈巧手所需的編碼器進行拆解。 特斯拉 BOT 運動控制模塊主要分為直線執(zhí)行模組、旋轉執(zhí)行模組和靈巧手。旋轉執(zhí)行模 組包括無框力矩電機、諧波減速器、雙編碼器、力矩傳感器以及軸承，賦予 BOT 精準的 旋轉控制能力。直線執(zhí)行模組包括無框力矩電機、行星滾柱絲杠、編碼器、力傳感器以 及軸承，這些零部件相互協(xié)作，使 BOT 能夠實現(xiàn)精準的運動。靈巧手使用的空心杯電機 模組則由空心杯電機、減速器和編碼器構成，從而使得 BOT 手部能夠實現(xiàn)高度敏感和靈 活的運動，為實現(xiàn)復雜的抓取和操作任務提供了堅實的基礎。

單 BOT 直線、旋轉執(zhí)行模組各為 14 個。旋轉執(zhí)行模組主要由手臂、腿部和軀干構成， 覆蓋肩、肘、髖、腰關節(jié)；直線執(zhí)行模組由手臂和腿部構成，覆蓋腕、肘、髖、膝、踝關 節(jié)。每個單獨的 BOT 都由 14 個直線執(zhí)行模組和 14 個旋轉執(zhí)行模組組成，構成了其精密 而高效的運動控制系統(tǒng)。這些執(zhí)行模組通過精確的位置和角度控制，使機器人能夠實現(xiàn) 多樣化的動作和姿態(tài)。模組的協(xié)同工作，為 BOT 帶來了出色的機動性和操作靈活性，使 其能夠應對各種復雜的環(huán)境和任務要求。

編碼器用于測量關節(jié)角度和位置，確保 BOT 的運動精度和穩(wěn)定性。特斯拉 BOT 需要實 現(xiàn)高度精準的運動控制，以模擬人類的動作。通過實時監(jiān)測編碼器反饋信息，BOT 可以 準確地控制肢體的運動，實現(xiàn)平穩(wěn)的步態(tài)和靈活的動作。旋轉執(zhí)行模組采用雙編碼器主 要包含電機側的編碼器和減速器輸出端的編碼器，兩個編碼器可以增加系統(tǒng)的動態(tài)響應， 提高系統(tǒng)帶寬，縮短響應時間。

單 BOT 編碼器價值量約為 7500 元。根據(jù)特斯拉 AI Day 發(fā)布會展示的解決方案，每個旋 轉執(zhí)行模組具備獨立的輸出和輸入兩個編碼器，而每個直線執(zhí)行模組則配置了一個編碼 器；在靈巧手模塊中，為滿足其復雜功能需求，每個空心杯電機模組均搭載了一個編碼 器，總計單 BOT 需要 54 個編碼器；結合國產廠商定價，我們假定執(zhí)行模組所使用編碼 器的價格為 150 元/個，空心杯電機模組所使用的編碼器價格為 100 元/個，經過測算，單 BOT 的編碼器價值量約為 7500 元。

特斯拉 Optimus 產業(yè)化進展加速，賦能編碼器浩瀚市場。2023 年特斯拉股東大會上馬斯 克表示，“未來每個人都會擁有一個人形機器人，如果人形機器人和人的比例是 2 比 1 左 右，那么人們對機器人的需求量可能是 100 億乃至 200 億個”；參考馬斯克公開言論，我 們假設 2025 年 Optimus 目標交付量按悲觀、中性、樂觀情況，分別達到 10 萬臺/50 萬臺 /100 萬臺，根據(jù)上文的價值量測算，有望為編碼器帶來 70 億元的新增市場空間。

（二）離軸磁編案例分享 - 機器人關機模組 

六軸協(xié)作機器人產品

機器人關節(jié)模組：

機器人關節(jié)模組內部結構：

機器人關節(jié)模組八大核心：

1.電機端絕對值編碼器

用于采用關節(jié)速度，放置在電機末端，采集電機的速度。

2.輸出端多圈絕對值編碼器

20位絕對值編碼器，重復定位精度高達±7角秒，絕對定位精度高達±15角秒，可記憶單圈及多圈斷電位置，全閉環(huán)控制，無磨損精度。

3. 無框力矩電機

提供出色的扭矩密度,從而實現(xiàn)緊湊的占地面積,減少空間和重量。

4.精密諧波減速機：

50減速比、80減速比、100減速比、120減速比，多款按需選擇。

5.直流驅動器

改變電機電壓控制無刷直流速度。

6.溫度傳感器

能感受溫度能夠轉換成可用輸出信號的傳感器。

7.摩擦式制動保持器

采用摩擦式制動器，停機無晃動，開機無抖動?？蓪崿F(xiàn)滿負載零速啟動。運行無磨粉，轉動無噪音，耐受100%全速重載急停。

8.扭矩傳感器：

測量各種扭矩、轉速及機械功率的精密測量設備。

(三) 機器人關節(jié)模組的設計要求：

• 客戶需求: 需要離軸，優(yōu)點：可以中空走線，方便線纜從機器人中間穿過去，可以更好得保護好線纜，不需要把線漏在外面，影響使用和產品壽命。目前iC-Haus的離軸芯片價格很貴，阻礙了大批量應用。
• 關節(jié)模組單機用量：2個。6軸協(xié)作機器人用量：2X6=12個。（也有單個關節(jié)模組用1個的）
• 對手型號1：iC-MHL200， iC-Haus, 離軸，價格貴
• 對手型號2：英飛凌TLE5012，在軸。（通過增加機械結構，用在軸實現(xiàn)離軸效果。缺點：噪音大。）
• 麥歌恩型號：
• MT6620
• MT6728

• MT6709
  

• 
  

（四）Magntek麥歌恩離軸編碼器MT6709/MT6620/MT6782芯片介紹：
  1）MT6728高分辨率、高精度解碼細分IC

特性和優(yōu)勢

• 支持外部差分Sin、Cos模擬信號輸入，信號頻率最高支持到32KHz

• 支持客戶端簡潔自校準，無需對外數(shù)據(jù)交互，無特殊運轉要求

• 解碼后的角度數(shù)據(jù)，可同時支持增量ABZ、增量UVW、PWM以及3線SPI絕對值接口輸出

• 21位核心角度分辨率

• 勻速系統(tǒng)延時<2us

• 增量ABZ輸出支持1~16,384脈沖/周期，任意整數(shù)分辨率客戶可編程

• 增量UVW輸出支持1~63對極任意整數(shù)對極可編程3.3~5.0V、-40~125°C 溫度范圍內均可工作內置3.0~5.5V用戶可編程EEPROM，無需外掛
  
  

2）MT6709:離軸絕對值角度檢測解碼芯片 (外置線性霍爾)

     MT6709是麥歌恩微電子推出的新一代針對外部線性霍爾(配合1對極磁環(huán)工作)輸入的正、余弦模擬信號進行角度計算的解碼芯片。隨著轉動軸帶動單對極磁環(huán)(一個N極、一個S級)轉動在磁環(huán)四周互成90°擺放的四顆線性霍爾芯片會感應輸出正、余弦的模擬信號,MT6709對這四路差分正、余弦模擬輸入信號進行補償、計算、解碼之后，可以得到分辨率為17位的絕對角度數(shù)據(jù);角度數(shù)據(jù)會被進一步編碼成最高分辨率為2.500脈沖/周期或者是10000步/周期的AB增量信號;MT6709也提供了UVW輸出,分辨率支持1~63對極/周期。
   
特性和優(yōu)勢

• 解碼配合單對極磁環(huán)工作的互成90°擺放的4顆線性霍爾使用，將正余弦模擬信號解碼成絕對角度數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)離軸的(Off-Axis) 0~360°絕對角度檢測

• 內部17位絕對角度數(shù)據(jù)可通過SPI接口讀取

• 可同時支持增量ABZ、UVW、PWM以及3線SPI絕對值接口輸出

• 增量ABZ輸出支持1~2,500脈沖/周期，任意整數(shù)分辨率用戶可編程，UVW輸出支持1~63對極，任意整數(shù)對極用戶可編程

• 零點位置可通過專用中斷腳一鍵編程、無需數(shù)據(jù)交互

• 系統(tǒng)延時 (勻速時)<2us

• 3.3~5.0V、-40~125°C 溫度范圍內均可工作

• 內置3.0~5.5V用戶可編程EEPROM
  

  
  

3）MT6620：基于霍爾陣列開發(fā)的支持離軸角度和位置檢測的集成式傳感器芯片

特性和優(yōu)勢

• 基于2mm固定極距的霍爾感應陣列，實現(xiàn)可離軸安裝的角度和位移檢測

• 提供客戶端的簡潔自校準模式，無數(shù)據(jù)交互、自動計算補償

• -40~125℃溫度范圍內均可工作

• 可同時支持增量ABZ、增量UVW、PWM絕對值和3線SPI總線輸出

• 增量ABZ輸出支持1~2.500脈沖/對極，任意整數(shù)分辨率客戶可編程

• 增量UVW輸出支持1對極~63對極任意整數(shù)對極客戶可編程

• 內置3.3V~5.0V可編程的EEPROM