力傳感和力控制正日益成為機(jī)器人解決方案的重要組成部分。這主要是由于機(jī)器人被用于更多的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，需要執(zhí)行要求更高的任務(wù)，并應(yīng)能夠與人類協(xié)作者共存。協(xié)作機(jī)器人（或簡(jiǎn)稱 Cobots）市場(chǎng)的增長(zhǎng)已經(jīng)表明，對(duì)此類靈敏機(jī)器人的需求日益增長(zhǎng)。力靈敏度可通過(guò)關(guān)節(jié)扭矩傳感器、觸覺(jué)皮膚或臂端工具（通過(guò)手腕力矩（FT）傳感器）來(lái)實(shí)現(xiàn)，Cobots 通常至少配備其中一種傳感器。除機(jī)器人外，F(xiàn)T 傳感器和力控制也可用于工業(yè)機(jī)器人，從而改進(jìn)流程自動(dòng)化方式。

      什么是力控制？

      傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人是為重復(fù)性和精確性而優(yōu)化的優(yōu)秀機(jī)器。由于剛度高，它們可以高速、可靠地重復(fù)完成相同的動(dòng)作。然而，這些機(jī)器人在設(shè)計(jì)上并不具備良好的靈活性和適應(yīng)性，這意味著它們需要大量的重復(fù)操作才能實(shí)現(xiàn)成本效益，而且運(yùn)動(dòng)編程也很復(fù)雜。

      但是，通過(guò)力控制，這些機(jī)器人也可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)。力控制是指在反饋回路中使用力矩傳感器（也稱稱重傳感器）的輸出來(lái)改變機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)某種行為而非固定軌跡。這種行為可以是在施加所需力的同時(shí)遵循先前未知的形狀。從本質(zhì)上講，力控制就是調(diào)節(jié)機(jī)器人操縱器與環(huán)境之間物理交互的接觸力。一種常見(jiàn)的力控制方法是導(dǎo)納控制，它將力/力矩測(cè)量與機(jī)器人的位置或速度控制指令相關(guān)聯(lián)。大多數(shù)機(jī)器人品牌（可選擇）將其集成到控制器中，以便在關(guān)節(jié)空間和末端執(zhí)行器任務(wù)空間輕松安裝力矩傳感器。

      根據(jù)設(shè)計(jì)，工業(yè)機(jī)械手只能完成有限的任務(wù)，這些任務(wù)依賴于位置控制和預(yù)定軌跡。通過(guò)使用力控制，可以釋放新的機(jī)器人技能，完成以前不可能完成的任務(wù)，如在復(fù)雜表面上拋光、裝配公差要求嚴(yán)格的精密部件，或在開(kāi)放環(huán)境中執(zhí)行交互任務(wù)。

      多軸力傳感器在工業(yè)自動(dòng)化中的優(yōu)勢(shì)是什么？

      安裝在機(jī)器人手腕上的 六軸力扭矩傳感器是實(shí)現(xiàn)力控制的一種簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的方法，實(shí)施時(shí)間短。尤其是帶有集成電子元件的傳感器，安裝簡(jiǎn)單，可直接連接到機(jī)器人的通信總線或控制器。傳感器堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高，可用于各種應(yīng)用，即使不直接使用，也可將其固定在機(jī)器人上。

      使用的靈活性和安裝的簡(jiǎn)便性很快就能帶來(lái)積極的投資回報(bào)（ROI）。除了將打磨等勞動(dòng)密集型和不健康的工作自動(dòng)化外，還可以創(chuàng)建更一致的流程，同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控！

      使用完整的 6 軸力矩傳感器可提高靈活性。在特定應(yīng)用中，并非所有軸都需要同時(shí)使用。例如，當(dāng)機(jī)器人對(duì)表面進(jìn)行拋光時(shí)，垂直于工具的力及其與表面的對(duì)齊情況由力控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。在其他方向上，機(jī)器人則遵循編程或記錄的位置軌跡。因此，在許多應(yīng)用中，都會(huì)使用力/位置混合控制。不過(guò)，可以對(duì)所有方向上的加工力進(jìn)行監(jiān)控，以避免制造誤差，實(shí)現(xiàn)一致的表面加工質(zhì)量。

      并非每個(gè)機(jī)器人都能成為與人類協(xié)作的 cobot，但它們可以通過(guò)力傳感提高對(duì)復(fù)雜多變環(huán)境的適應(yīng)性，并對(duì)干擾和不確定性做出反應(yīng)。它能夠檢測(cè)工具路徑上的接觸點(diǎn)，并提供一種直觀的方法來(lái)教導(dǎo)新的和調(diào)整預(yù)編程的航點(diǎn)。

      多軸力扭矩傳感器在工業(yè)自動(dòng)化中的局限性有哪些？

      當(dāng)然，采用力矩傳感器提高機(jī)器人的適應(yīng)性也有其局限性，在計(jì)劃通過(guò)力控制實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)化時(shí)應(yīng)加以考慮。力控制是一種反應(yīng)式控制方法，機(jī)器人必須做出足夠快的物理反應(yīng)，以減少力誤差。尤其是在處理堅(jiān)硬介質(zhì)時(shí)，力峰值會(huì)很快出現(xiàn)。由于質(zhì)量和扭矩有限，機(jī)器人手臂只能獲得有限的加速度。在應(yīng)用中，可以通過(guò)降低工具速度來(lái)減少力峰值，這樣機(jī)器人就能及時(shí)做出反應(yīng)。因此，必須區(qū)分需要力控制并減慢速度的運(yùn)動(dòng)序列和無(wú)接觸的高速運(yùn)動(dòng)序列，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的應(yīng)用速度。

      力控制是一個(gè)大課題，通常被認(rèn)為相當(dāng)復(fù)雜，阻礙了項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)。但我們認(rèn)為不應(yīng)該是這樣的，我們相信有一天力控制會(huì)像傳統(tǒng)的位置控制應(yīng)用一樣易于集成。幸運(yùn)的是，目前已有許多機(jī)器人品牌的力控制軟件包可用于簡(jiǎn)化集成。

      力矩傳感器有哪些應(yīng)用？

      也許您沒(méi)有意識(shí)到，人類執(zhí)行的大多數(shù)任務(wù)都依賴于我們的力感。由于機(jī)器人需要復(fù)制這些任務(wù)，因此它們也需要類似的觸覺(jué)。下面列出了一些受益于力扭矩傳感器和力控制的常見(jiàn)應(yīng)用。

      表面精加工

      材料去除、拋光、去毛刺或去毛刺等表面處理應(yīng)用是制造業(yè)中最臟最累的工作。通過(guò)使用力矩傳感器和直接力控制，可以輕松實(shí)現(xiàn)這些高難度工序的自動(dòng)化。即使是復(fù)雜的形狀，傳感器反饋也能提供所需的靈活性和適應(yīng)性，并實(shí)現(xiàn)始終如一的高表面質(zhì)量。因此，機(jī)器人精加工：

         - 通過(guò)一致和可控的施力確保更好的產(chǎn)品質(zhì)量；

         -解決高技能工人短缺的問(wèn)題；

         -降低受傷風(fēng)險(xiǎn)；

         -實(shí)現(xiàn)更快的精加工；

         -減少精加工應(yīng)用對(duì)耗材的磨損。

      裝配

      即使公差很小，傳感機(jī)器人也能以可重復(fù)的方式執(zhí)行裝配過(guò)程。通過(guò)在插入過(guò)程中使用力反饋，可以提高這項(xiàng)任務(wù)的靈活性、可靠性和堅(jiān)固性。插入時(shí)的力可以恰到好處，從而避免損壞部件，減少生產(chǎn)線的停機(jī)時(shí)間。

         - 無(wú)需昂貴的測(cè)試臺(tái)或高公差裝配臺(tái)；

         - 不會(huì)損壞高公差剛性金屬零件的表面；

         - 裝配質(zhì)量可控。

      手工指導(dǎo)和示教

      由于需要編碼，機(jī)器人編程既費(fèi)時(shí)又復(fù)雜。通過(guò)集成一種直觀、簡(jiǎn)便的方法來(lái)記錄航點(diǎn)和示教位置，可增加生產(chǎn)的靈活性。這樣可以減少編程工作量，只需重復(fù)幾個(gè)循環(huán)即可完成自動(dòng)化任務(wù)。在腕部添加力矩傳感器，使機(jī)器人具有高精度和高可靠性的安全性和協(xié)作性。

         - 編程時(shí)間從幾小時(shí)縮短到幾秒鐘

         - 直觀編程--無(wú)需代碼

         - 通過(guò)重新編程和快速糾正任何錯(cuò)誤實(shí)現(xiàn)靈活性

      遠(yuǎn)程操縱和康復(fù)設(shè)備

      遠(yuǎn)程操控（醫(yī)療）機(jī)器人和康復(fù)設(shè)備對(duì)力扭矩傳感器的要求最高。這些傳感器需要較高的信號(hào)帶寬，同時(shí)還要精確、靈敏，以便在機(jī)器人本身或遠(yuǎn)程設(shè)備上實(shí)現(xiàn)高保真力渲染。傳感器需要結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，可直接集成到結(jié)構(gòu)中。

         - 降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)

         - 病人的安全感

         - 縮短病人的康復(fù)時(shí)間

         - 降低每次手術(shù)的成本

      此外，力控制通常與其他傳感器一起用于產(chǎn)品測(cè)試、過(guò)程監(jiān)控和物體識(shí)別。

      機(jī)器人需要更智能、更靈活、更安全，這正是力控制所要應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)。后者對(duì)于機(jī)器人系統(tǒng)在開(kāi)放式環(huán)境中實(shí)現(xiàn)類似人類的魯棒性和多功能行為、在不可預(yù)見(jiàn)的情況下提供智能響應(yīng)以及增強(qiáng)人與機(jī)器人的交互起著根本性的作用。

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