現在力控製的發展曆(lì)史著重從力檢測方法(fǎ)和力控製理論兩個角度去討論。目前常見的兩種方法,鉸接式的扭矩傳感器(qì)和端部式的六矩傳感器(qì),本文著重從這幾個角度探(tàn)討多維力(lì)傳感器(qì)優缺點。
1.力檢測中的端部式六軸
基於(yú)末端檢測(cè)力模式的力控製響應慢,帶寬低(dī)。在剛性環境中穩定性低。這種力學檢測方法簡單直接,基於機械臂末端安裝六軸/三(sān)軸力傳感(gǎn)器實現。在力的檢測方麵有個缺陷,即非定位模式。就是在檢測元件(jiàn)的檢測量不同於執行(háng)元件的(de)檢測量(liàng),力(lì)的檢測是在末端(duān)實現的。這種就是非定位模式,會限製機(jī)器人的動態(tài)性能(néng),機(jī)體慣(guàn)性大,帶寬(kuān)低。
2.關節力矩傳感器的應用
由於(yú)前麵提到非共位模式的問題,關節力矩傳感器與電機(關節執行器(qì))非常接近,提高(gāo)了力(lì)控製的性(xìng)能,這樣有利於實現力的控製。這是由於環節力矩傳感器安裝在機械臂關節減速器的輸出(chū)端,利於基於動力學的位置(zhì)控製(zhì)。
3.在傳感器支撐方(fāng)麵
傳感器本身的支撐是一個難題,在比較ATI的六個方向的範圍,可以(yǐ)看出,力的範圍(wéi)會達到扭(niǔ)矩範(fàn)圍的40倍距離左右。在關節安裝處(chù)扭矩傳感器會增加結構的複雜性,降(jiàng)低了關節傳動鏈的剛度。直接導致機械臂的布線問題。
4.傳感器的扭矩及範圍的考慮
傳感(gǎn)器力的偏心度不能太大,否則容易造成扭矩過載。這就要求對於端部六軸力控製,端部載荷的偏心是有限的,傳感器的扭矩範圍能夠(gòu)滿足要求。我(wǒ)們(men)來看看單軸關節扭矩傳感器的量程。以尤利(lì)傳感(gǎn)器為例,最大量程可達300納米。假設傳感器安裝在(zài)25 kg載荷的工業機械臂上,臂跨1.5m,滿載(zǎi)時,載荷(hé)施加在兩軸上的扭矩高達375Nm,不考慮機械臂(bì)本身的重量和慣性矩。因(yīn)此,鉸接式(shì)扭(niǔ)矩傳感器不(bú)能應用於(yú)中等範圍及以(yǐ)上的機(jī)械臂。
現在,關節傳感器也用於像iiwa這樣負(fù)載小的輕型機械臂(bì)。從控(kòng)製原理來看,iiwa的控製方式從(cóng)關節位置輸出升級(jí)為關節力矩輸出,這是一個很大的進步。但這種光臂的位置控製精度低,更容易出現共振現象,控(kòng)製要求(qiú)更高,隻能應用於力(lì)較小的力控製場合。雖然iiwa的控力(lì)效果很好,但在相同情況下,其控力效果是否優於末端六軸(zhóu)仍不得(dé)而知,因為(wéi)對於輕型手臂,機(jī)構本身的動力學引起的非共位(wèi)模態現象應該也比較弱。鉸接式扭矩傳感器可以控製近似全臂力,我們(men)可以實現先成傳感器(qì) 多維力傳(chuán)感器
