21、工业机器人无传感器动态控制与应用

工业机器人无传感器动态控制与应用

在当今的工业领域，机器人技术的发展日新月异。无传感器动态控制作为一种新兴的技术理念，正逐渐展现出其独特的优势和应用潜力。它不仅能降低硬件成本、减少系统的脆弱性，还能减少对有效负载能力的占用，在实际应用中取得与传统控制方式相当的性能。

1. 无传感器输出扭矩估计方法

在无额外力/扭矩传感器的情况下，有两种输出扭矩估计方法：
- 基于电流的扭矩估计方法 ：利用电机扭矩和电流之间的比例关系进行扭矩估计。
- 基于双编码器的扭矩估计方法 ：这是一种较为新颖的方法，通过考虑减速器的刚度，将其作为扭矩指示器。在验证测试中，这两种方法都表现出了理想的性能。

2. 摩擦参数研究

摩擦参数的研究是无传感器动态控制的关键。研究发现，多个因素会影响关节摩擦，包括角速度、负载和温度，并且观察到了非线性和斯特里贝克效应等复杂的摩擦行为。不同扭矩估计方法的摩擦行为也有所不同：
- 基于电流的扭矩估计方法 ：提出了一个包含8个参数的综合摩擦模型，该模型考虑了粘性摩擦、库仑摩擦、温度相关摩擦和负载相关摩擦。
- 基于双编码器的扭矩估计方法 ：其摩擦行为和模型相对简单。

3. 动态控制的实际应用

3.1 碰撞检测

碰撞检测对于人机交互场景至关重要。对于工业机器人，由于其复杂的摩擦行为，需要自适应阈值。具体操作步骤如下：
1. 让机器人在无干扰的情况下多次运行预定的固定轨迹。
2.