扭矩传感器原理 北京天宇恒创传感技术有限公司

不同力矩传感器类型的机器人拖动示教方式的区别

随着我国人口红利的消失,机器人取代工人显得越来越迫切。它在工业生产中所扮演的角色越来越重要。机器人顺利工作前的重要步骤是机器人的示教。目前,机器人的示教工作主要是依赖于工人操作示教器来完成的。然而,这种方式的缺陷很多,如示教效率低,示教过程复杂,并且需要操作员掌握一定的机器人使用知识。

机器人拖动示教,就是操作员可以直接拖着机器人各关节,运动到理想的姿态,记录之。UR机器人是较早具有该功能的系统。这种示教方式可以避免传统示教的各种缺点,是机器人中一项很有应用前景的技术。

目前,机器人拖动示教根据力矩传感器类型,可分为三大类:

末端力矩传感器类:通过在机器人末端安装六维力矩传感器,控制器可检测出用户施加在该处的外力信息(FX,FY,FZ,TX,TY,TZ),再结合阻抗/导纳控制,即可实现机器人的拖动示教。

机器人末端安装六维力矩传感器来检测用户施加的外力信息

这种方式实现起来较为简单,然而质量不好的力传感器零点容易漂,会有安全隐患,而质量稍微好点的力传感器价格贵的要死,甚至比机器人本体还贵。而且,它只支持在传感器安装处的拖动示教,实现方式不灵活。笔者在今年的机器人展上体验过新时达的该类机器人,拖动中会感觉会偶尔出现跳变,估计是传感器标定等相关的问题造成的。

关节力矩传感器类:这种方式的机器人本体结构的特点是在关节处需安装力矩传感器(下图中的弹簧)和双编码器,组成柔性关节或线弹性驱动器(serialelasticjoint)。减速器一般采用刚度较低的谐波减速器。

机器人本体结构关节处需安装力矩传感器和双编码器

传统的工业机器人为了提高位置追踪精度,系统的刚度往往是越大越好。而这类机器人通过降低关节刚度,达到提高力矩检测和控制的灵敏度的目的。由于关节刚度较低,电机与连杆端的角度不一样,因此需要在连杆端(力矩传感器输出)再加一个编码器。目前市面上典型产品有Kuka公司与德国宇航局共同研发的几款轻型机械臂和Rethinkrobotics。

这种结构的优势是可以精确对系统建模,提高力矩检测和控制精度,拖动示教也会更轻松更柔顺。然而,过高的结构复杂度和成本导致这些机器人的市场接受度较低。