對于機器人的受力檢測和控制,目前最為常見的兩種傳感器結構是關節扭力傳感器和六軸力傳感器,這兩種傳感器的安裝位置和檢測原理各不相同,本文將簡單的介紹這兩種傳感器之間的優缺點。
關節扭力傳感器
測力原理:在機械臂的各個關節的減速器輸出端安裝扭力傳感器,通過感測各個關節的扭力來獲得整個機械臂的受力情況。

這種傳感器具有如下優點:
因關節扭力傳感器與電機相距很近,排除了機械臂機械慣性的影響,理論上可提升力控的性能;
受力檢測和控制可以覆蓋整個機械臂;
解耦機械臂的動力學模型,有利于進行基于動力學的位置控制;
單體傳感器成本較低,整體成本較六軸力傳感器有優勢。
這種傳感器的安裝使用方式其實在上個世紀就已經有了,但是為什么之前長期以來被主流機器人廠家所“忽視”呢?因為它的缺點同樣明顯:
關節扭力的傳感器絕大部分用的應變式原理,這種原理的傳感器要有足夠的形變量來獲得所需要的信號,更為致命的是這種變形不僅僅是扭力引起的,還有耦合了其他方向力導致的變形;
這些變形的方向是不固定的,且形變量的大小會隨著機械臂的受力時時變化,這就會導致機械臂的零位位置是不固定的且無法通過算法補償,這對于機械臂的位置控制來說是個災難;
在關節處安裝扭力傳感器會增加關節結構的復雜度,對于關節部分的設計和安裝都會帶來難度;
由于機械臂的力臂的長度、機械臂的重量及慣性力矩的存在,使得關節扭力傳感器的量程往往會比較大,越到后面的關節需要的量程就越大,但是關節的尺寸又是有限制要求的,所以關節式扭力傳感器無法應用到中型量程及以上的機械臂;
單個傳感器的精度還可以,但是整體系統的測力精度差,尤其是感測末端執行結構的受力。因為每經過一個關節,誤差就會被放大一次,所以該種傳感器無法用于精密裝配等要求受力精準的場合。
六軸力傳感器
測力原理:傳感器被安裝在機械臂的末端,通過直接感測該傳感器的受力來實現對機械臂的控制。目前這是現今*泛的一種方式,四大家族的機器人已經帶有各自的力控制包,力控制通過末端的力控單元來實現,這樣將位置控制與力控制分離開了。

這種傳感器具有如下優點:
這種力檢測的方式簡單直接,安裝方便;
靠近執行機構端,沒有其他的誤差引入,直接的可以得到執行機構的受力情況,測力精度高;
機械臂整體不需要改動,對于機械臂的剛度沒有影響,可以實現對于零點位置的控制。
六軸力傳感器的缺點同樣明顯:
這種傳感器的最大問題是檢測和反饋是分離的,即力檢測是在末端實現的,然而實際實施元件(即電機)卻遠離末端,這兩者之間隔了機器人的機械本體,從而會限制機器人力控的動態性能,另外機械本體慣性大。所以如果末端檢測和控制力的響應不夠快,就會對力控制帶來不可控的影響;
只能單點受力檢測控制,沒有辦法整個臂的受力檢測,所以無法被用于防碰撞控制;
價格昂貴,這點一直是該傳感器被廣泛推廣最大的阻礙。
總結:
這兩種傳感器的優缺點都非常明顯,,目前我司的產品已經實現將上訴的所以的缺點進行了改良,使得產品更加符合客戶的使用,也和市場常規的產品拉開了差距。
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