力傳感器的優(yōu)點(diǎn):測(cè)力方法簡(jiǎn)單直接安裝方便

對(duì)于機(jī)器人的力檢測(cè)和控制，最常見(jiàn)的兩種傳感器結(jié)構(gòu)是關(guān)節(jié)扭矩傳感器和多維力傳感器位置和檢測(cè)原理不同。本文將簡(jiǎn)要介紹這兩種傳感器之間的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)節(jié)扭矩傳感器的測(cè)力原理：在機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的減速器輸出端安裝扭矩傳感器，通過(guò)感知各關(guān)節(jié)的扭矩獲得整個(gè)機(jī)械臂的力。

該傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：由于關(guān)節(jié)扭矩傳感器接近電機(jī)，理論上可以提高力控制的性能，力檢測(cè)和控制可以覆蓋整個(gè)機(jī)械臂；解耦機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型有利于基于動(dòng)力學(xué)的位置控制；單傳感器成本低，整體成本優(yōu)于多維力傳感器。

事實(shí)上，這種傳感器的安裝和使用已經(jīng)存在于上個(gè)世紀(jì)，但為什么它長(zhǎng)期以來(lái)被主流機(jī)器人制造商忽視呢？由于其缺點(diǎn)也很明顯：大多數(shù)關(guān)節(jié)扭矩傳感器使用應(yīng)變?cè)?，傳感器?yīng)該有足夠的變形來(lái)獲得所需的信號(hào)，更致命的是，這種變形不僅是由扭矩引起的，而且是由其他方向力耦合引起的；這些變形的方向不固定，變形的大小會(huì)隨著機(jī)械臂的力而變化，這將導(dǎo)致機(jī)械臂的零位置不固定，不能通過(guò)算法進(jìn)行補(bǔ)償，這對(duì)機(jī)械臂的位置控制是一場(chǎng)災(zāi)難；在關(guān)節(jié)處安裝扭矩傳感器會(huì)增加關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，難以設(shè)計(jì)和安裝關(guān)節(jié)部分；由于機(jī)械臂的長(zhǎng)度、重量和慣性扭矩，關(guān)節(jié)扭矩傳感器的范圍往往相對(duì)較大，后關(guān)節(jié)所需的范圍越大，但關(guān)節(jié)尺寸有限，因此關(guān)節(jié)扭矩傳感器不能應(yīng)用于中型范圍或以上的機(jī)械臂；單個(gè)傳感器的精度可以，但整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度較差，特別是傳感器末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)的力。由于誤差每次通過(guò)一個(gè)關(guān)節(jié)都會(huì)被放大一次，因此該傳感器不能用于精密組裝和其他需要精確應(yīng)力的場(chǎng)合。

多維力傳感器的力測(cè)量原理：傳感器安裝在機(jī)械臂的末端，通過(guò)直接感知傳感器的力來(lái)控制機(jī)械臂。四個(gè)家庭的機(jī)器人有自己的力控制包，通過(guò)末端的力控制單元實(shí)現(xiàn)力控制，從而將位置控制與力控制分開(kāi)。

該傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：該力檢測(cè)方法簡(jiǎn)單直接，安裝方便；靠近執(zhí)行機(jī)構(gòu)端，無(wú)其他誤差引入，可直接獲得執(zhí)行機(jī)構(gòu)力，測(cè)量精度高；機(jī)械臂整體不需要改變，對(duì)機(jī)械臂剛度無(wú)影響，可控制零件位置。

多維力傳感器的缺點(diǎn)也很明顯：該傳感器最大的問(wèn)題是檢測(cè)和反饋是分離的，即時(shí)力檢測(cè)是在終端實(shí)現(xiàn)的，但實(shí)際實(shí)施元件（即電機(jī)）遠(yuǎn)離終端，兩者之間的機(jī)械本體，從而限制機(jī)器人力控制的動(dòng)態(tài)性能，機(jī)械本體慣性大。因此，如果終端檢測(cè)和控制響應(yīng)不夠快，將對(duì)力控制產(chǎn)生不可控的影響；只有單點(diǎn)力檢測(cè)控制，無(wú)法檢測(cè)整個(gè)臂，不能用于防碰撞控制；昂貴，這一直是傳感器廣泛推廣的最大障礙。

結(jié)論：這兩種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)非常明顯。目前，我們的產(chǎn)品已經(jīng)改進(jìn)了上訴的缺點(diǎn)，使產(chǎn)品更符合客戶的使用，也與傳統(tǒng)的市場(chǎng)產(chǎn)品開(kāi)辟了差距。