現(xiàn)在力控制的發(fā)展歷史著重從力檢測方法和力控制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和端部式的六矩傳感器,本文著重從這幾個角度探討多維力傳感器優(yōu)缺點。
1.力檢測中的端部式六軸
基于末端檢測力模式的力控制響應慢,帶寬低。在剛性環(huán)境中穩(wěn)定性低。這種力學檢測方法簡單直接,基于機械臂末端安裝六軸/三軸力傳感器實現(xiàn)。在力的檢測方面有個缺陷,即非定位模式。就是在檢測元件的檢測量不同于執(zhí)行元件的檢測量,力的檢測是在末端實現(xiàn)的。這種就是非定位模式,會限制機器人的動態(tài)性能,機體慣性大,帶寬低。
2.關節(jié)力矩傳感器的應用
由于前面提到非共位模式的問題,關節(jié)力矩傳感器與電機(關節(jié)執(zhí)行器)非常接近,提高了力控制的性能,這樣有利于實現(xiàn)力的控制。這是由于環(huán)節(jié)力矩傳感器安裝在機械臂關節(jié)減速器的輸出端,利于基于動力學的位置控制。
3.在傳感器支撐方面
傳感器本身的支撐是一個難題,在比較ATI的六個方向的范圍,可以看出,力的范圍會達到扭矩范圍的40倍距離左右。在關節(jié)安裝處扭矩傳感器會增加結構的復雜性,降低了關節(jié)傳動鏈的剛度。直接導致機械臂的布線問題。
4.傳感器的扭矩及范圍的考慮
傳感器力的偏心度不能太大,否則容易造成扭矩過載。這就要求對于端部六軸力控制,端部載荷的偏心是有限的,傳感器的扭矩范圍能夠滿足要求。我們來看看單軸關節(jié)扭矩傳感器的量程。以尤利傳感器為例,最大量程可達300納米。假設傳感器安裝在25 kg載荷的工業(yè)機械臂上,臂跨1.5m,滿載時,載荷施加在兩軸上的扭矩高達375Nm,不考慮機械臂本身的重量和慣性矩。因此,鉸接式扭矩傳感器不能應用于中等范圍及以上的機械臂。
現(xiàn)在,關節(jié)傳感器也用于像iiwa這樣負載小的輕型機械臂。從控制原理來看,iiwa的控制方式從關節(jié)位置輸出升級為關節(jié)力矩輸出,這是一個很大的進步。但這種光臂的位置控制精度低,更容易出現(xiàn)共振現(xiàn)象,控制要求更高,只能應用于力較小的力控制場合。雖然iiwa的控力效果很好,但在相同情況下,其控力效果是否優(yōu)于末端六軸仍不得而知,因為對于輕型手臂,機構本身的動力學引起的非共位模態(tài)現(xiàn)象應該也比較弱。鉸接式扭矩傳感器可以控制近似全臂力,我們可以實現(xiàn)先成傳感器 多維力傳感器