机器人内部传感器阅读笔记及心得-位置传感器-光电编码器
目前，机器人系统中应用的位置传感器一般为光电编码器。光电编码器是一种应用广泛的位置传感器，其分辨率完全能满足机器人的技术要求，这种非接触型位置传感器可分为绝对型光电编码器和相对型光电编码器。前者只要将电源加到用这种传感器的机电系统中，光电编码器就能给出实际的线性或旋转位置。因此，用绝对型光电编码器装备的机器人的关节不要求校准，只要一通电，控制器就知道实际的关节位置。相对型光电编码器只能提供某基准点对应的位置信息，因此用相对型光电编码器的机器人在获得真实位置信息之前，必须先完成校准程序。
绝对型光电编码器
绝对型编码器有绝对位置的记忆装置，能测量旋转轴或移动轴的绝对位置，因此在机器人系统中得到大量应用。绝对型光电编码器通常由三个主要元件构成：多路（或通道）光源（如LED）、光敏元件和光电码盘。
n个LED组成的线性阵列发射的光与码盘成直角，并由码盘反面对应的2个光敏晶体管构成的线性阵列接收。绝对型光电编码器码盘分为周界通道和径向扇形面，利用几种可能的编码形式之一获得绝对角度信息。在这种码盘上，按一定的编码方式刻有透明区域和不透明区域，光线透过码盘的透明区域使光敏元件导通，产生低电平信号，代表二进制数的“0”；不透明区域代表二进制数的“1”。因此，当某一个径向扇形面处于光源和光传感器之间的位置时，光敏元件即可接收到相应的光信号，相应地得出码盘所处的角度位置。
4通道16个扇形面的二进制码码盘如图1所示。
图1 4通道16个扇形面的二进制码码盘
采用二进制码码盘，如图2（a），在两个码段交替过程中，有可能由于电刷位置安装不准，一些电刷越过分界线，而另一些尚未越过，会产生非单值性误差。为减小这种误差，改进的方法是采用格雷码码盘，如图2（b），其特点是相邻两数的代码中只有一位数发生变化，能够将误差控制在一个数码之内，其误差最多不超过1。
图2 二进制码码盘与格雷码码盘
格雷码与二进制码的转换可参见引用[1]。下面给出一个以3位为例的二进制码与格雷码对应表。
表1 3位二进制码与格雷码对应表
编码器的分辨率通常由圆弧道数（位数）n来确定，分辨率为360°/2^n。例如，12位编码器的分辨率为360°/2^12，格雷码码盘的圆弧道数一般为8～12，高精度的达到14。
备注：2^n表示2的n次方。
相对型光电编码器
与绝对型光电编码器一样，相对型光电编码器也是由前述三个主要元件构成的，不同的是后者的光源只有一路或两路，光电码盘一般只刻有一圈或两圈透明区域和不透明区域。当光透过码盘时，光敏元件导通，产生低电平信号，代表二进制数的“0”；不透明区域代表二进制数的“1”。因此，这种编码器只能通过计算脉冲个数得到输入轴转过的相对角度。由于相对型光电编码器的码盘加工相对容易，因此其成本比绝对型光电编码器低，而分辨率比绝对型光电编码器高。然而，只有使机器人首先完成校准操作后才能获得绝对位置信息。通常，这不是很大的缺点，因为这样的操作一般只有在加上电源后才能完成。若在操作过程中电源意外消失，则由于相对性编码器没有“记忆”功能，必须再次进行校准。
与之相对的，绝对型光电编码器产生供每种轴用的独立的和单值的码字。与相对型光电编码器不同，它的每个读数都与前面的读数无关，当系统电源中断时，绝对型光电编码器记录发生中断的地点，当电源恢复时，把记录情况通知系统。采用绝对型光电编码器的机器人，电源中断导致旋转部件的位置移动，校准仍保持。
引用：
[1] 格雷码 - 知乎 (zhihu.com)