扭矩传感器原理 北京天宇恒创传感技术有限公司

力矩传感器之外的机器人拖动示教方式

这种方式不需要在机器人本体上加其余力矩传感器,优势是成本低,结构简单,但手感会比上一种稍微差点。这种方式是目前拖动示教的主流方案, 这种类型的拖动示教,机器人驱动器工作在电流/力矩模式。本文将这类拖动示教根据实现原理,分为开环力控和闭环力控两类。

开环力控

这类拖动示教的实现原理很简单,它直接让机器人工作在力矩模式下,电机提供机器人运动所需的重力,摩擦力,惯性力等。这样用户只需很小的外力即可让机器人按照所需的轨迹运动。

这种方式不需要在机器人本体上加其余力矩传感器

这类开环力控是国内机器人公司的主流选择, 比如固高,珞石机器人和启帆机器人等。技术关键在于建立整个机器人的动力学方程和方程相关参数辨识。

这次工博会中,笔者有幸亲身体验了部分国产机器人企业的拖动示教,拖动开始端手感上有些不柔顺,开始推动期由于静摩擦力会费力卡顿现象,运动速度会短暂偏大而出现过冲的感觉。在体验的企业中,机器人的动力学方程应该没问题,出现这种状况主要还是在摩擦力上。

机器人上伺服处于静止状态,此时控制器无法补偿库伦摩擦力, 用户需要克服系统的最大静摩擦力,让关节有细微运动,这样控制器才可以知道库伦摩擦力的方向,并进行补偿。

下图是笔者实际测试的结果:外力需要增大到4Nm,才会让电机运动起来。 静摩擦力的存在导致了拖动示教初始推力会较大,这在越大的关节越明显。

外力增大到4Nm电机才运动起来

闭环力控

闭环力控会存在如下一个力反馈回路,它通过算法估计出用户的牵引力矩, 再通过阻抗控制,让电机输出一个辅助力矩,帮助用户拖动机器人,完成示教工作。 由于反馈回路的存在,它对机器人建模和系统辨识的精度要求较低。

这项技术可以取代力矩传感器的作用

在今年的工博会中,有一家新成立的机器人公司也展示出了他们的拖动示教技术。从亲身体验看,他们的机器人拖动示教更为柔顺, 没有启动时由于减速器静摩擦力带来的卡顿, 手感很好。

他们的闭环力控已经成功在 25kg的机器人系统上实现。这种机器人前几个关节的静摩擦力达到100多牛米,单纯依靠开环力控,是很难启动的。

闭环力控的另一大优势是它通过算法改变了机器人的整体动力学特性,可降低机器人与环境交互中的阻抗特性,这也是提出闭环力控的一个初衷。这项技术可在一些对接触力要求较低场合,取代力矩传感器的作用,比如可以用来做柔性装配等。