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關節和六軸的傳感器

時間：2023/1/5 18:31:12 作者：點擊：次

本文從力探測法和力控制理論兩個方面探討了力控制的發展歷程。力控理論較為完善，但交互性力檢測方法差異較大。現在有兩種常用的方法，即鉸接式單軸力矩傳感器和六軸轉矩傳感器。文章重點分析了兩者扭矩傳感器的優缺點。

扭矩傳感器

末端六軸，目前已被廣泛采用。四種機器人都有自己的力控裝置，它們是通過在機械手末端安裝六軸/三軸力傳感器來實現的。該力法直接、簡便。但是，它有一個主要的原則缺陷：無位置模式。這一術語意味著檢測元件的檢定測量不同于執行元件，也就是在終端上檢測力，但是實際執行元件(即電機)距離終端很遠，與機器人的機械本體是分開的。這將限制機器人控制的動態性能，同時，機體慣性大，帶寬低。因而，基于力端探測方式的控制響應速度慢，帶寬小。其穩定性也較差。

安裝在機械手關節減速器輸出端的關節扭矩傳感器可帶來兩個好處：解耦機械手的動力學模型，有利于基于動力學的位置控制；有利于實現力的控制。后一個重點在這里。在此之前，我們已經提到過非共位模態，關節力矩傳感器(力檢測元件)非常接近電機(關節執行器)，從理論上消除了機械手的機械慣性的影響，從而提高了力控制的性能。這是上個世紀提出的一個結論，即聯合轉矩控制的關鍵字。但這一武力控制的方式為何會被“忽略”。

扭矩傳感器

國內機械手穩定性的主要問題是機械手的接線(電源線和編碼器)布線問題。若將轉矩傳感器加到連接端，則走線的困難將進一步增大；而傳統的工業機械手的交流電動機是非空心結構，不像UR那樣簡單。構造：在關節上安裝力矩傳感器，會增加關節結構的復雜性，降低關節驅動鏈的剛度。感應器自身的支持也是個難題。作用域：首先我們將六個方向的ATI進行比較。大體上看，力矩的幅度是力矩的40倍。

表明離心力不能太大，否則容易產生力矩過載。這個要求對端六軸力進行控制，其端載偏心有限，傳感器力矩范圍能滿足要求。讓我們看一下單軸關節扭矩傳感器的范圍。例如，尤利傳感器的大輸出距離可以達到300納米。假定傳感器安裝在25kg負荷的工業機械臂上，臂寬1.5m，在滿載情況下，兩個軸心受力多可達375Nm，與機械臂自身重量和慣性矩無關。中等尺寸或更大的機械手無法使用鉸接式力矩傳感器。

如今，關節傳感器也被用在諸如iiwa這種輕便的小型機器人上。在控制原理上，iiwa的控制方式由關節位置輸出提升到關節力矩輸出，這是一個巨大的進步。但是，這類光臂位置控制精度不高，更易產生共振，且僅適用于力較小的力控場合。

盡管控制力效果較好，但在同樣情況下，其控制力效果是否比末端六軸強還不清楚，因為對輕臂來說，由機構自身的動力作用引起的非共位模態現象應較弱。關節式扭矩傳感器可控制近似的全臂力矩。關節單軸力控難以通用，這可能是四大件件并未采用的原因。