Magnetische multiturnsensoren die gebruikmaken van het GMR-effect (giant magnetoresistance) werken contactloos, leveren absolute positiewaarden, hebben geen referentierun nodig en hebben geen voeding of bufferbatterij nodig om de rotaties te detecteren. In veel mobiele en industriële toepassingen zijn ze daarom een praktisch alternatief voor multi-turn potentiometers of optische encoders.
Deze veelzijdige sensoren worden nu ook gebruikt in de robotica, bijvoorbeeld in robots voor militaire of politie-eenheden, die bijvoorbeeld worden ingezet bij bommeldingen.

Voor veel toepassingen zijn multiturn-hoeksensoren op basis van conventionele functionele principes niet geschikt, bijvoorbeeld omdat ze een permanente voeding nodig hebben, met slijtagegevoelige tandwielen werken of te complex en dus te duur zijn voor het toepassingsgebied. Om deze situatie te verhelpen, heeft Novotechnik GMR-technologie voor rotatiedetectie geïntegreerd in de multiturnsensoren van de RSM-2800 serie. De contactloze sensoren kunnen 2 tot 16 omwentelingen detecteren en opslaan zonder externe voeding en bufferbatterij, en de waarde kan worden ingesteld. De resolutie van de analoge interface is 16 bits. Toerentallen tot 800 rpm zijn mogelijk. Met behulp van digitale interfaces (SSI, SPI) kan een totale resolutie van maximaal 18 bits (hoek en rotatie) worden bereikt. De sensoren zijn ook
uiterst nauwkeurig. de typische lineaire afwijkingen zijn minder dan 0,05 % over het hele meetbereik. Omdat de sensoren ook zeer robuust zijn, kunnen ze ook worden gebruikt in een groot aantal off-roadtoepassingen. In de telemax PRO precisiemanipulator bijvoorbeeld, van Telerob Gesellschaft für Fernhantierungstechnik mbH, detecteren ze de positie van de zogenaamde flippers waarop de op afstand bestuurde robot beweegt.

Universeel genie met groot bereik

"Onze telemax PRO kan zeker worden omschreven als een universeel genie dankzij zijn klim- en obstakelmogelijkheden, de grote reikwijdte en reikhoogte van de manipulator en de talrijke
tools die hij aan boord heeft," legt Dr. Andreas Ciossek, Product Manager bij Telerob, uit. Andreas Ciossek, Product and Innovation Manager bij Telerob.
Het veelzijdige apparaat is zeer compact met transportafmetingen van 800 mm lang, 400 mm breed en 750 mm hoog. Zonder batterij weegt hij maximaal 77 kg en in de hogesnelheidsversie haalt hij een snelheid van 10 km/u.
Afhankelijk van het oppervlak kan hij hellingen tot 45° nemen, over 500 mm hoge obstakels of trappen klimmen, 600 mm brede greppels overwinnen en lasten tot 20 kg verplaatsen met zijn 7-assige manipulator. Alles bij elkaar maakt dit de telemax PRO tot een ideale helper als het gaat om het bereiken van potentieel gevaarlijke objecten in moeilijke posities in geval van een bommelding, bijvoorbeeld in bagageruimtes of onder vliegtuigstoelen.

De complexe bewegingssequenties, bijvoorbeeld bij het openen van deuren of bagagestukken, kunnen gemakkelijk worden geregeld via het Tool Centre Point besturingssysteem, vooral omdat bijna alle typische bewegingssequenties zijn voorgeprogrammeerd. "Het gereedschapsmagazijn met automatische gereedschapswissel is ook praktisch.
De operator hoeft de robot niet terug te verplaatsen als er bijvoorbeeld ter plaatse een ander gereedschap nodig is," vervolgt Ciossek. "Dit bespaart tijd, wat erg handig is voor wie bijvoorbeeld te maken heeft met een sluiting van een vliegveld of treinstation."

Precieze positiedetectie voor besturing op afstand

De positie van de flipper, d.w.z. de constructie bestaande uit de wielaandrijving en rupsbanden, moet nauwkeurig worden geregistreerd zodat de telemax PRO gericht naar de plaats van gebruik kan worden verplaatst. Deze taak wordt uitgevoerd door de magnetische multiturn-sensoren van Novotechnik, die op elk van de vier aandrijfassen zijn geïnstalleerd. Een multiturn is eigenlijk niet nodig voor deze toepassing, maar de telemax PRO bleek de juiste keuze. Door de compacte afmetingen van het voertuig is de installatieruimte zeer beperkt. De sensoren zijn daarom op
niet aan de achterkant van de wielas gemonteerd, zoals normaal het geval is, maar verschoven naar de zijkant om installatieruimte te besparen. Hiervoor wordt de asdiameter vertaald naar een aanzienlijk kleiner tandwiel voor de sensor. Eén omwenteling van de aandrijfwielas wordt zo bijvoorbeeld zes omwentelingen, die de sensor telt voor exacte positiedetectie.

Het selecteren van de juiste sensor was niet eenvoudig voor de specialisten in remote handling-technologie; er werden een aantal alternatieven getest. "Uiteindelijk waren er veel redenen in het voordeel van de RSM-2800," vat Ciossek samen. "Hij loopt erg soepel en met de functies die we wilden, is het het kleinste en ook het goedkoopste product dat we op de markt vonden. Met
een diameter van slechts 28 mm, was het eenvoudig te integreren." Het functionele principe paste ook bij de toepassing:

Dankzij het GMR-effect kan het aantal omwentelingen zonder stroom worden opgeslagen

De multiturn werkt op micromagnetische basis en maakt gebruik van het GMR-effect (giant magnetoresistance). Dit wordt waargenomen in structuren die bestaan uit afwisselend magnetische en niet-magnetische dunne lagen met een dikte van enkele nanometers. Het effect houdt in dat de elektrische weerstand van de structuur afhangt van de onderlinge oriëntatie van de magnetisatie van de magnetische lagen; deze is aanzienlijk hoger bij magnetisatie in tegengestelde richtingen dan bij magnetisatie in dezelfde richting. Dit verschil kan worden gebruikt om rotaties te detecteren en tegelijkertijd op te slaan met behulp van een speciaal ontworpen sensorelement met meerdere weerstandsegmenten, zelfs in spanningsloze toestand. De positiewaarde wordt bijvoorbeeld als SSI-signaal uitgevoerd. Er zijn varianten verkrijgbaar met een digitale SPI of analoge interface.

De RSM-2800 is ook zeer robuust en daarom ideaal voor gebruik met de telemax PRO. Hij voldoet standaard aan de eisen tot beschermingsklasse IP67, d.w.z. hij is stofdicht en beschermd tegen tijdelijke onderdompeling. Er zijn dus geen problemen wanneer de manipulator buiten in de regen werkt of door een plas rijdt. Ook schokken en trillingen belemmeren de werking niet. De sensorbehuizing is gemaakt van hoogwaardig, temperatuurbestendig kunststof.
Montagebeugels met sleufgaten zorgen voor eenvoudige montage en handige mechanische afstelling. De spelingsvrije insteekkoppeling maakt een snelle en eenvoudige installatie mogelijk. De sensor is ongevoelig voor vuil en vocht. De elektrische aansluiting gebeurt via een afgeschermde kabel die in de behuizing is gegoten. Voorgemonteerde aansluitstekkers, bijvoorbeeld M12, zijn ook verkrijgbaar voor echte plug-and-play.

Deze functies maken een breed scala aan toepassingen mogelijk voor de RSM-2800. De compacte multiturn oplossing kan op veel plaatsen de noodzaak voor complexe tandwielkastoplossingen wegnemen en zo de totale kosten helpen verlagen. Toepassingsgebieden zijn onder andere drukmachines, aandrijf- en besturingssystemen, als kabellengte-encoder, voor deur- en poortaandrijvingen, in mobiele machines, papiermachines, hefplatforms of in het algemeen als vervanging voor multi-turn potentiometers of encoders