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官方沒有說明，網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，而絕對值的接入到速度環。

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

功能1的爭議不大，國內很多家的協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，作為關節傳動中的變形角。從實驗結果看，確實存在著穩定的機械變形量，而該變形乘上關節剛度，即可獲取關節輸出力矩。

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。

減速器關節剛度特性曲線

關節剛度過大，會導致力矩估計靈敏度。比如關節剛度為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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