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力传感器的优点:测力方法简单直接安装方便

时间:2022-04-18 点击次数:

对于机器人的力检测和控制,最常见的两种传感器结构是关节扭矩传感器和多维力传感器位置和检测原理不同。本文将简要先容这两种传感器之间的优缺点。

关节扭矩传感器的测力原理:在机械臂各关节的减速器输出端安装扭矩传感器,通过感知各关节的扭矩获得整个机械臂的力。


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该传感器具有以下优点:由于关节扭矩传感器接近电机,理论上可以提高力控制的性能,力检测和控制可以覆盖整个机械臂;解耦机械臂的动力学模型有利于基于动力学的位置控制;单传感器成本低,整体成本优于多维力传感器。

事实上,这种传感器的安装和使用已经存在于上个世纪,但为什么它长期以来被主流机器人制造商忽视呢?由于其缺点也很明显:大多数关节扭矩传感器使用应变原理,传感器应该有足够的变形来获得所需的信号,更致命的是,这种变形不仅是由扭矩引起的,而且是由其他方向力耦合引起的;这些变形的方向不固定,变形的大小会随着机械臂的力而变化,这将导致机械臂的零位置不固定,不能通过算法进行补偿,这对机械臂的位置控制是一场灾难;在关节处安装扭矩传感器会增加关节结构的复杂性,难以设计和安装关节部分;由于机械臂的长度、重量和惯性扭矩,关节扭矩传感器的范围往往相对较大,后关节所需的范围越大,但关节尺寸有限,因此关节扭矩传感器不能应用于中型范围或以上的机械臂;单个传感器的精度可以,但整个系统的测量精度较差,特别是传感器末端实行结构的力。由于误差每次通过一个关节都会被放大一次,因此该传感器不能用于精密组装和其他需要精确应力的场合。

多维力传感器的力测量原理:传感器安装在机械臂的末端,通过直接感知传感器的力来控制机械臂。四个家庭的机器人有自己的力控制包,通过末端的力控制单元实现力控制,从而将位置控制与力控制分开。

该传感器具有以下优点:该力检测方法简单直接,安装方便;靠近实行机构端,无其他误差引入,可直接获得实行机构力,测量精度高;机械臂整体不需要改变,对机械臂刚度无影响,可控制零件位置。

多维力传感器的缺点也很明显:该传感器最大的问题是检测和反馈是分离的,即时力检测是在终端实现的,但实际实施元件(即电机)远离终端,两者之间的机械本体,从而限制机器人力控制的动态性能,机械本体惯性大。因此,如果终端检测和控制响应不够快,将对力控制产生不可控的影响;只有单点力检测控制,无法检测整个臂,不能用于防碰撞控制;昂贵,这一直是传感器广泛推广的最大障碍。

结论:这两种传感器的优缺点非常明显。目前,大家的产品已经改进了上诉的缺点,使产品更符合客户的使用,也与传统的市场产品开辟了差距。

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