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关节扭矩传感器和六轴扭矩传感器的介绍

 日期:2022-01-06 14:45:02 人气:459
1.背景介绍在上一篇文章中,我们从力检测法和力控制理论两个方面来探讨力控制的发展历程。力控理论较为完善,但交互性力检测方法差异较大。现在有两种常用的方法,即铰接式单轴力矩传感器和端部六轴扭矩传感器。文章重点分析了两者的优缺点。
2.端部六轴,目前使用最广泛的一种方法。四种机器人都有自己的力控装置,它们是通过在机械手末端安装六轴/三轴力传感器来实现的。该力法直接、简便。但是,它有一个主要的原则缺陷:无位置模式。这一术语意味着检测元件的检定测量不同于执行元件,也就是在终端上检测力,但是实际执行元件(即电机)距离终端很远,与机器人的机械本体是分开的。这将限制机器人控制的动态性能,同时,机体惯性大,带宽低。因而,基于力端探测方式的控制响应速度慢,带宽小。其稳定性也较差。
3.关节力矩传感器安装在机械手关节减速器的输出端,可带来两个好处:解耦机械手的动力学模型,有利于基于动力学的位置控制;有利于实现力的控制。后一个重点在这里。在此之前,我们已经提到过非共位模态,关节力矩传感器(力检测元件)非常接近电机(关节执行器),从理论上消除了机械手的机械惯性的影响,从而提高了力控制的性能。这是上个世纪提出的一个结论,即联合转矩控制的关键字。但四家人为何会“忽略”这样的武力控制方式?
通过作者的亲身经验,反求出这一原因:机械臂的接线问题(电源线和编码器线)是困扰我国机械臂稳定性的主要因素。若将转矩传感器加到连接端,则走线的困难将进一步增大;而传统的工业机械手的交流电动机是非空心结构,不像UR那样简单。构造:在关节上安装力矩传感器,会增加关节结构的复杂性,降低关节驱动链的刚度。感应器自身的支持也是个难题。作用域:首先我们将六个方向的ATI进行比较。大体上看,力矩的幅度是力矩的40倍。
表明离心力不能太大,否则容易产生力矩过载。这个要求对端六轴力进行控制,其端载偏心有限,传感器力矩范围能满足要求。让我们看一下单轴关节扭矩传感器的范围。就拿尤利传感器来说,最大量程达到300纳米。假定传感器安装在25kg负荷的工业机械臂上,臂宽1.5m,在满载情况下,两个轴心受力最多可达375Nm,与机械臂自身重量和惯性矩无关。中等尺寸或更大的机械手无法使用铰接式力矩传感器。
如今,关节传感器也被用在诸如iiwa这种轻便的小型机器人上。在控制原理上,iiwa的控制方式由关节位置输出提升到关节力矩输出,这是一个巨大的进步。但是,这类光臂位置控制精度不高,更易产生共振,且仅适用于力较小的力控场合。尽管iiwa的控力效果不错,但在同样情况下,它的控制效果是否比六轴强还不清楚,因为对于轻臂,由机构自身的动力作用所导致的非共位模态现象应该也比较弱。关节式力矩传感器可控制近似的全臂力矩。

🧔4.理论依据(ju)铰跑单轴(zhou)力控策略仍未专用,这(zhei)可能性是四家(jia)🐭集团公司未进行的其原因。

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