目錄

1.背景介紹

2.實驗流程

3.可行性分析

▌1.背景介紹

UR在每個關節(jié)里都是采用單圈絕對值編碼器與多圈增量式編碼器混合工作的方式。關于此雙編碼器的用途，UR官方?jīng)]有說明，網(wǎng)上目前推測的用途包含兩個：

絕對值型的用來找零點，增量式用來做控制；實際中可能會把增量式的反饋值接入到位置環(huán)，而絕對值的接入到速度環(huán)。

通過兩個編碼器的誤差值可間接獲取關節(jié)輸出力矩，也即把雙編碼器當做關節(jié)力矩傳感器來用。

功能1的爭議不大，國內(nèi)很多家的協(xié)作機器人是采用這種控制方式的。關于功能2存在著一定爭議。接下來通過一些實驗探討這種方式的實際可行性。

▌2.實驗流程

采用單關節(jié)模組，包括電機、諧波減速器及雙編碼器器，圖中的彈簧是將傳動過程中所有柔性原件等效在一起。

關節(jié)模組

實驗中讓電機運行不同的正弦軌跡，記錄兩個編碼器的角度，并做差，作為關節(jié)傳動中的變形角。從實驗結果看，確實存在著穩(wěn)定的機械變形量，而該變形乘上關節(jié)剛度，即可獲取關節(jié)輸出力矩。

實驗結果

▌3.可行性分析

存在著這種變形，為我們估計關節(jié)力矩提供了可能性。學術界也存在著運用這種變形信息做力矩估計的研究[1,2]。這兩篇文章也比較新，里面涉及到的標定等過程都較復雜，要想真正大批量用到實踐中有待商榷。

要對力矩進行估計，則需要獲取關節(jié)剛度，這可以通過施加已知負載去近似估計；然而減速器（比如諧波減速器）的剛度特性是非線性的。

減速器關節(jié)剛度特性曲線

關節(jié)剛度過大，會導致力矩估計靈敏度。比如關節(jié)剛度為10^4Nm/rad，編碼器為17位，則最小可檢測力矩約為0.48Nm。此外，減速器的特性過于復雜，各種非線性及滯回特性，力矩脈沖波動等，都會對這種力矩估計方式帶來難以預測的影響。

總結：減速器自身復雜的特性，及減速器摩擦力復雜的特性，給機器人動力學建模及辨識精度帶來了惡劣的影響。力矩感知方式還需盡量隔離減速器的影響。雙編碼器的方式無法取代關節(jié)關機力矩傳感器的作用。雙編碼器用來做力矩估計的作用很有限。

參考文獻

[1]TorqueEstimationforRoboticJointWithHarmonicDriveTransmissionBasedonPositionMeasurements.

[2]MinimumVarianceEstimationofLoad-sideExternTorqueUsingLoad-sideEncoderandTorqueSensor

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