現在力控製的(de)發展曆史著重從力檢測方法和力控製理論兩個(gè)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(wén)著重從這(zhè)幾個角度探討多維力傳感器優缺點。
1.力檢測中的端部式六軸
基於末(mò)端檢測力模式的力控製響應慢,帶寬低。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(duān)安裝六軸/三軸力傳(chuán)感器實現。在力的檢測方麵有個缺陷,即非定位(wèi)模式。就是在檢測(cè)元件的檢測量不同於(yú)執行(háng)元件的檢測量,力的檢測是在末端實現的。這種就是非定位模(mó)式,會限製機器人的動態性能(néng),機體慣性(xìng)大,帶寬低。
2.關(guān)節力矩傳感(gǎn)器的應用
由於前麵提到非共位模式的問題,關節力矩傳感器與電機(jī)(關(guān)節執行器)非常接近,提高(gāo)了力控製的性能,這(zhè)樣有利(lì)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端,利於基於動(dòng)力學的位置控製。
3.在傳感(gǎn)器支撐方麵
傳感器本身的支撐(chēng)是一個難(nán)題,在比較ATI的六個方向的範圍,可以看出,力的範圍會達到(dào)扭(niǔ)矩範圍的40倍距離左右。在關節安裝處扭矩傳感器會增加結構的複雜性,降低了關節傳動鏈的剛度。直接(jiē)導(dǎo)致機械(xiè)臂的布線問題。
4.傳感器的扭矩及範圍的考慮
傳感器力(lì)的偏心度不能太大,否則容易造成(chéng)扭矩(jǔ)過載。這就要求對於端部六軸力控製,端部載荷的偏心(xīn)是有限的,傳感(gǎn)器的扭矩範圍能夠滿足要求。我們來看看單軸關節扭(niǔ)矩傳感器的量程。以尤利傳感器為(wéi)例(lì),最大量程可達300納米。假設傳感器(qì)安裝在25 kg載荷的工業機械臂(bì)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(shēn)的重量和慣性矩。因此,鉸接式扭矩傳感器不能應用於中等範圍及以上的機械臂。
現在,關節(jiē)傳感器也用於像iiwa這樣負載小的輕型機械臂。從控製原理來(lái)看,iiwa的(de)控製(zhì)方式從關節位置輸(shū)出升級為(wéi)關節力矩輸出,這是一個很大的進步。但(dàn)這(zhè)種光(guāng)臂(bì)的位置控製精度(dù)低,更容易(yì)出現共振現象,控製(zhì)要求更高,隻能(néng)應用於力較小的力控製場合。雖然(rán)iiwa的控力效果很好,但在相同情況下,其控力效果是否優於末端六軸仍不得而知,因為對於輕(qīng)型手臂,機構本身的動力學引起的非共(gòng)位模態現象應該(gāi)也比較弱。鉸接式扭矩傳感器可(kě)以控製近似(sì)全臂力,我們可以實現先(xiān)成傳感器 多維力傳感器
