控制系統模塊 1756-DHRI0 伺服驅動

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1.3 力傳感器與電流環的區別

目前市面上絕大部分執行器的力控方式分為兩種：一為電流環力控，一為傳感 器閉環力控。電流環力控是一種比較容易實現的常規力控方式，主要通過調節電 機內部電流大小實現力控，實現難度較低，可以實現 5%-15%精度范圍內力控；但其運動速度慢，不能反向傳動，無法滿足一些精度要求更高的場景需求，使用 一段時間后，機械磨損會帶來誤差，精度進一步降低。電流環適用于直驅電機 (Direct DriveMotor) 或者帶小減速比 (Reduction Ratio < 10)的應用場景，諸如小型 阻抗控制的人機交互的機械臂和小型四足等。

電流環以提高電流的穩定性能來提高系統性能，是一種將輸出電流采用正反饋 或負反饋的方式接入處理環節的方法。環路間相互作用，對信號進行匯總、分析、 修正，實現的運動控制。當力矩來到減速器端并嘗試推動減速器反向轉動時，由于靜摩擦力的作用，減速 器無法轉動。因而需要繼續增大外力矩直至超過減速器的大靜摩擦力，減速機 轉動并推動電機轉子的運動，此時電流環才感知到外力矩。進一步，電流環通過 電流反饋和辨識的動力學模型估計外力。

電流環根據實現原理，分為開環力控和閉環力控兩類。開環力控直接讓機器人工 作在力矩模式下，電機提供機器人運動所需的重力，摩擦力，慣性力等。這樣用 戶只需很小的外力即可讓機器人按照所需的軌跡運動。閉環力控會存在如下一個 力反饋回路，它通過算法估計出用戶的牽引力矩， 再通過阻抗控制，讓電機輸 出一個輔助力矩，幫助用戶拖動機器人，完成示教工作。由于反饋回路的存在， 它對機器人建模和系統辨識的精度要求較低。電流環一般處在運動伺服系統（三環控制系統）中內層，向外依次為速度環 和位置環，這三環構成 3 個閉環負反饋 PID（比例、積分、微分）調節系統。內的 PID 環就是電流環，電流環是控制的根本，任何模式都必須使用。此環完全 在伺服驅動器內部進行，通過霍爾裝置檢測驅動器給電機的各相的輸出電流，負 反饋給電流的設定進行 PID 調節，從而達到輸出電流盡量接近等于設定電流，電 流環是控制電機轉矩的，所以在轉矩模式下驅動器的運算小，動態響應快。環路間相互作用，對信號進行匯總、分析、修正，實現的運動控制。伺服 電機可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速，按照位置、力矩或速度指令jingque地控制 機械系統運動，內嵌的編碼器將伺服電機的運動參數反饋給伺服驅動器，完成閉 環控制。

電流環、力矩傳感器/六維力傳感器均是實現對機器人的自適應柔性控制的方案。就二者對比而言，電流環其優點在于成本低，不需要額外的傳感設備，而缺點在 于精度較低，響應較慢，適用場景有限。力矩傳感器是性能更佳，但成本相對更 高的方案。響應精度和速度上，電流環力控比力矩傳感器要低。力矩傳感器感知中，施加在 連桿上的外力能夠直接傳導到傳感器上，而電流環感知則是力矩通過傳感器后， 持續向后傳遞到減速器端，當外力矩增大到超過減速器的大靜摩擦力時，減速 器轉動再向電機傳導信號，電流環才能夠感知到外力矩。由于減速器的靜摩擦力， 需要較大的外力，電流環才能檢測到外力變化，而力矩傳感器能夠較快地檢測到 外力的變化。

從應用場景來說，電流環力控更適合應用于低精度要求場景，力矩傳感器性能 則更為。電流環力控的弊端是機械臂的減速比要比較小，輕負載，精度差 （低精度要求場景下的協作機器人可能運用)。力矩傳感器/六維力傳感器控制精 度好，感知精度高，完全獨立，控制的電流波動都能感覺到。

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