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對于機(jī)器人的受力檢測和控制，目前最為常見的兩種傳感器結(jié)構(gòu)是關(guān)節(jié)扭力傳感器和六軸力傳感器，這兩種傳感器的安裝位置和檢測原理各不相同，本文將簡單的介紹這兩種傳感器之間的優(yōu)缺點(diǎn)。
關(guān)節(jié)扭力傳感器
測力原理：在機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)的減速器輸出端安裝扭力傳感器，通過感測各個(gè)關(guān)節(jié)的扭力來獲得整個(gè)機(jī)械臂的受力情況。
這種傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：
因關(guān)節(jié)扭力傳感器與電機(jī)相距很近，排除了機(jī)械臂機(jī)械慣性的影響，理論上可提升力控的性能；
受力檢測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，有利于進(jìn)行基于動(dòng)力學(xué)的位置控制；
單體傳感器成本較低，整體成本較六軸力傳感器有優(yōu)勢。
這種傳感器的安裝使用方式其實(shí)在上個(gè)世紀(jì)就已經(jīng)有了，但是為什么之前長期以來被主流機(jī)器人廠家所“忽視”呢？因?yàn)樗娜秉c(diǎn)同樣明顯：
關(guān)節(jié)扭力的傳感器絕大部分用的應(yīng)變式原理，這種原理的傳感器要有足夠的形變量來獲得所需要的信號，更為致命的是這種變形不僅僅是扭力引起的，還有耦合了其他方向力導(dǎo)致的變形；
這些變形的方向是不固定的，且形變量的大小會隨著機(jī)械臂的受力時(shí)時(shí)變化，這就會導(dǎo)致機(jī)械臂的零位位置是不固定的且無法通過算法補(bǔ)償，這對于機(jī)械臂的位置控制來說是個(gè)災(zāi)難；
在關(guān)節(jié)處安裝扭力傳感器會增加關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，對于關(guān)節(jié)部分的設(shè)計(jì)和安裝都會帶來難度；
由于機(jī)械臂的力臂的長度、機(jī)械臂的重量及慣性力矩的存在，使得關(guān)節(jié)扭力傳感器的量程往往會比較大，越到后面的關(guān)節(jié)需要的量程就越大，但是關(guān)節(jié)的尺寸又是有限制要求的，所以關(guān)節(jié)式扭力傳感器無法應(yīng)用到中型量程及以上的機(jī)械臂；
單個(gè)傳感器的精度還可以，但是整體系統(tǒng)的測力精度差，尤其是感測末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)的受力。因?yàn)槊拷?jīng)過一個(gè)關(guān)節(jié)，誤差就會被放大一次，所以該種傳感器無法用于精密裝配等要求受力精準(zhǔn)的場合。
六軸力傳感器
測力原理：傳感器被安裝在機(jī)械臂的末端，通過直接感測該傳感器的受力來實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臂的控制。目前這是現(xiàn)今*泛的一種方式，四大家族的機(jī)器人已經(jīng)帶有各自的力控制包，力控制通過末端的力控單元來實(shí)現(xiàn)，這樣將位置控制與力控制分離開了。
這種傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：
這種力檢測的方式簡單直接，安裝方便；
靠近執(zhí)行機(jī)構(gòu)端，沒有其他的誤差引入，直接的可以得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的受力情況，測力精度高；
機(jī)械臂整體不需要改動(dòng)，對于機(jī)械臂的剛度沒有影響，可以實(shí)現(xiàn)對于零點(diǎn)位置的控制。
六軸力傳感器的缺點(diǎn)同樣明顯：
這種傳感器的最大問題是檢測和反饋是分離的，即力檢測是在末端實(shí)現(xiàn)的，然而實(shí)際實(shí)施元件(即電機(jī))卻遠(yuǎn)離末端，這兩者之間隔了機(jī)器人的機(jī)械本體，從而會限制機(jī)器人力控的動(dòng)態(tài)性能，另外機(jī)械本體慣性大。所以如果末端檢測和控制力的響應(yīng)不夠快，就會對力控制帶來不可控的影響；
只能單點(diǎn)受力檢測控制，沒有辦法整個(gè)臂的受力檢測，所以無法被用于防碰撞控制；
價(jià)格昂貴，這點(diǎn)一直是該傳感器被廣泛推廣最大的阻礙。
總結(jié)：
這兩種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)都非常明顯，，目前我司的產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)將上訴的所以的缺點(diǎn)進(jìn)行了改良，使得產(chǎn)品更加符合客戶的使用，也和市場常規(guī)的產(chǎn)品拉開了差距。
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2025第十一屆中國國際機(jī)電產(chǎn)品交易會 暨先進(jìn)制造業(yè)博覽會
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