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力傳感和力控制正日益成為機器人解決方案的重要組成部分。這主要是由于機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)作機器人（或簡稱 Cobots）市場的增長已經(jīng)表明，對此類靈敏機器人的需求日益增長。力靈敏度可通過關(guān)節(jié)扭矩傳感器、觸覺皮膚或臂端工具（通過手腕力矩（FT）傳感器）來實現(xiàn)，Cobots 通常至少配備其中一種傳感器。除機器人外，F(xiàn)T 傳感器和力控制也可用于工業(yè)機器人，從而改進流程自動化方式。
傳統(tǒng)的工業(yè)機器人是為重復(fù)性和精確性而優(yōu)化的優(yōu)秀機器。由于剛度高，它們可以高速、可靠地重復(fù)完成相同的動作。然而，這些機器人在設(shè)計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)操作才能實現(xiàn)成本效益，而且運動編程也很復(fù)雜。
但是，通過力控制，這些機器人也可以實現(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）的輸出來改變機器人的運動，以實現(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)機器人操縱器與環(huán)境之間物理交互的接觸力。一種常見的力控制方法是導(dǎo)納控制，它將力/力矩測量與機器人的位置或速度控制指令相關(guān)聯(lián)。大多數(shù)機器人品牌（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，工業(yè)機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。通過使用力控制，可以釋放新的機器人技能，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，或在開放環(huán)境中執(zhí)行交互任務(wù)。
安裝在機器人手腕上的 六軸力扭矩傳感器是實現(xiàn)力控制的一種簡單而經(jīng)濟的方法，實施時間短。尤其是帶有集成電子元件的傳感器，安裝簡單，可直接連接到機器人的通信總線或控制器。傳感器堅固耐用、結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高，可用于各種應(yīng)用，即使不直接使用，也可將其固定在機器人上。
使用的靈活性和安裝的簡便性很快就能帶來積極的投資回報（ROI）。除了將打磨等勞動密集型和不健康的工作自動化外，還可以創(chuàng)建更一致的流程，同時進行監(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使用。例如，當(dāng)機器人對表面進行拋光時，垂直于工具的力及其與表面的對齊情況由力控制進行調(diào)節(jié)。在其他方向上，機器人則遵循編程或記錄的位置軌跡。因此，在許多應(yīng)用中，都會使用力/位置混合控制。不過，可以對所有方向上的加工力進行監(jiān)控，以避免制造誤差，實現(xiàn)一致的表面加工質(zhì)量。
并非每個機器人都能成為與人類協(xié)作的 cobot，但它們可以通過力傳感提高對復(fù)雜多變環(huán)境的適應(yīng)性，并對干擾和不確定性做出反應(yīng)。它能夠檢測工具路徑上的接觸點，并提供一種直觀的方法來教導(dǎo)新的和調(diào)整預(yù)編程的航點。
當(dāng)然，采用力矩傳感器提高機器人的適應(yīng)性也有其局限性，在計劃通過力控制實現(xiàn)流程自動化時應(yīng)加以考慮。力控制是一種反應(yīng)式控制方法，機器人必須做出足夠快的物理反應(yīng)，以減少力誤差。尤其是在處理堅硬介質(zhì)時，力峰值會很快出現(xiàn)。由于質(zhì)量和扭矩有限，機器人手臂只能獲得有限的加速度。在應(yīng)用中，可以通過降低工具速度來減少力峰值，這樣機器人就能及時做出反應(yīng)。因此，必須區(qū)分需要力控制并減慢速度的運動序列和無接觸的高速運動序列，以實現(xiàn)優(yōu)化的應(yīng)用速度。
力控制是一個大課題，通常被認(rèn)為相當(dāng)復(fù)雜，阻礙了項目的實現(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像傳統(tǒng)的位置控制應(yīng)用一樣易于集成。幸運的是，目前已有許多機器人品牌的力控制軟件包可用于簡化集成。
也許您沒有意識到，人類執(zhí)行的大多數(shù)任務(wù)都依賴于我們的力感。由于機器人需要復(fù)制這些任務(wù)，因此它們也需要類似的觸覺。下面列出了一些受益于力扭矩傳感器和力控制的常見應(yīng)用。
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。通過使用力矩傳感器和直接力控制，可以輕松實現(xiàn)這些高難度工序的自動化。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，并實現(xiàn)始終如一的高表面質(zhì)量。因此，機器人精加工：
- 通過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題；
-降低受傷風(fēng)險；
-實現(xiàn)更快的精加工；
-減少精加工應(yīng)用對耗材的磨損。
即使公差很小，傳感機器人也能以可重復(fù)的方式執(zhí)行裝配過程。通過在插入過程中使用力反饋，可以提高這項任務(wù)的靈活性、可靠性和堅固性。插入時的力可以恰到好處，從而避免損壞部件，減少生產(chǎn)線的停機時間。
- 無需昂貴的測試臺或高公差裝配臺；
- 不會損壞高公差剛性金屬零件的表面；
- 裝配質(zhì)量可控。
由于需要編碼，機器人編程既費時又復(fù)雜。通過集成一種直觀、簡便的方法來記錄航點和示教位置，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)幾個循環(huán)即可完成自動化任務(wù)。在腕部添加力矩傳感器，使機器人具有高精度和高可靠性的安全性和協(xié)作性。
- 編程時間從幾小時縮短到幾秒鐘
- 直觀編程--無需代碼
- 通過重新編程和快速糾正任何錯誤實現(xiàn)靈活性
遠(yuǎn)程操控（醫(yī)療）機器人和康復(fù)設(shè)備對力扭矩傳感器的要求最高。這些傳感器需要較高的信號帶寬，同時還要精確、靈敏，以便在機器人本身或遠(yuǎn)程設(shè)備上實現(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
- 病人的安全感
- 縮短病人的康復(fù)時間
- 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)品測試、過程監(jiān)控和物體識別。
機器人需要更智能、更靈活、更安全，這正是力控制所要應(yīng)對的挑戰(zhàn)。后者對于機器人系統(tǒng)在開放式環(huán)境中實現(xiàn)類似人類的魯棒性和多功能行為、在不可預(yù)見的情況下提供智能響應(yīng)以及增強人與機器人的交互起著根本性的作用。
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