KUKA LBR iiwa 機械手是如何實現精密力控制的?

時間 2021-05-12 05:26:03

1樓:諸葛赤兔

kuka用的是力矩感測器,七軸七個,所以iiwa貴的要死,ur用的不是力矩感測器,用的是力反饋,測量電機電流變化,從而檢測受力的,所以成本更低。

2樓:矽步機械人

矽步機械人——Kinova第三代機械臂Gen3產品特點:

1、多樣連線:

可以通過控制器用多種方法連線機械人,包括繞過控制器,以1khz的閉環控制直接訪問每個單獨的執行器,並且可以滿足多種應用需求。

2、使用安全:

三維視覺化的安全區域專為人機互動而設計,可根據需要配置安全功能,避免發生碰撞,讓您充滿信心地超越自己的身體限制。

3、介面豐富:

第三代機械人上的新介面模組,允許與各種末端執行器、儀器和感測器進行簡單連線。根據需求便可靈活的快速更換末端執行器。

4、快速安裝:

內建ROS系統,直觀的web應用程式可以從任何桌面或移動裝置連線,無需安裝軟體。僅需30分鐘即可使用和互動。

更多資料:矽步機械人 Kinova Gen3機械臂

3樓:GaiTech

矽步機械人——Kinovajaco機械臂養老助殘應用:

矽步機械人——Kinovajaco機械臂腦肌電控制演示:

更多資訊:Kinova jaco機械臂

4樓:桂凱

背景介紹

上回書我們嘗試了去復現UR機械人拖動示教的原理。經過一番嘗試,阻抗控制/導納控制可能是UR採取的策略。

目前市面上,類似UR的協作機械人平台還有DLR-KUKA的LWR和iiwa等。以這兩款機械人為例,它跟UR在結構上有一點重要的不同。

UR在每個關節上採取的是雙編碼器的方式,分別測量電機角度和連桿角度。而LWR等在每個關節上還加入了乙個單軸力矩感測器(一般位於減速器輸出端與末端連桿間),用於測量每個關節的輸出力矩。從文獻及實際體驗看,LWR在牽引拖動時表現更好,使用者施加更小的力就可以牽著機械人按其意圖運動。

只是多了乙個小小的關節力矩感測器,為什麼能提公升牽引示教的效果呢?

理論分析

牽引示教時,機械人每個關節的輸出力矩若能剛好抵消其重力,慣性力及粘滯力,那此時機械人處於力平衡的狀態,我們這個時候可以很容易地推動它(自行想象太空人在太空中上推動物體的體驗)。這是牽引示教的核心,一般也稱為零力模式或透明模式。從控制的角度,要想實現理想的牽引示教,就是要精確地控制關節輸出力矩。

我們所謂的牽引示教效果好,本質上是機械人關節力輸出矩控制地越好

根據上回的分析,LWR機械人的每個關節可由下圖描述。這裡有點不同的是,彈簧是由兩部分彈性元件串聯而成的:諧波減速器柔輪的柔性與力矩感測器的柔性,它的剛度係數相當於柔輪的剛度Kr和關節力矩感測器剛度Ks的串聯。

根據胡克定律,我們有

其中tau_s是關節力矩,可由力矩感測器測量獲得;經過此步,可標定出彈簧的剛度係數K。

再由牛頓第三定律(簡單起見,減速比為1),我們就可以獲得一組完整地描述關節的動力學方程,

通過合適的變數代換,我們可以獲得乙個關於tau_s(tau_s就是我們的控制目標)的二階微分方程。當我們能對控制物件建立乙個解析的模型,剩下的控制律可以參照很多現有的方法(基礎是李雅普諾夫方程)。

比如我們在控制機械人位置時,往往也是得到乙個關於角度的二階微分方程;我們可以與其模擬,找到一些適用的控制律。這部分有一定的理論深度,在此略過。

而UR的雙編碼器是無法提供上述的動力學方程,我們沒辦法對控制物件建立合適的模式。此情此景下,要達到控制關節力矩的目的,有兩種較為合適的方法:單純PID控制(上文方案一)和導納控制(上文方案二)。

另外,關節力矩感測器的訊號精度(+/-0.2Nm)比位置感測器的小很多,這會嚴重損害單純的PID反饋控制效果

總結

人機協作與互動 - 知乎專欄

從UR到KUKA-LWR/iiwa - 知乎專欄

5樓:侯澈

需要宣告的是,庫卡並不使用六維力感測器,六維力感測器只能加在機械臂末端,庫卡iiwa在每個關節上都使用力矩感測器,國內也生產類似的感測器,如圖所示

6樓:李淼robot

上面回答的答案基本都是錯的!

LWR和iiwa都是關節裝了關節力矩感測器,見下圖:

DLR 官方是這麼介紹的:

Torque sensor

Each joint in the LWR is equipped with a torque sensor on its output side between gear unit and structure. The torque sensor measures with a full bridge of strain gauges. The measuring range of the different joints is (+/-) 165, 70 and 30 Nm for axes 1/2, 3-5 and 6/7.

Positions sensors

Each joint contains two different position sensors. One incremental sensor with high resolution on the motor side, for motor commutation and joint control, and another, absolute sensor on the output side of the gear for joint angle reference.這個力矩感測器也是DLR自己設計的,尺寸大小就做不知道了。

下面說說為什麼要這麼布置,考慮到關節的柔性,每乙個關節可以看成下圖:

在經過無數的假設和簡化之後,機械人的動力學方程:

其中和分別是電機的角度和關節的角度,這就是為什麼要布置兩個位置感測器了。就是電機端的輸出力矩,這當然是假設電流環足夠快,每個電機都是完美的力矩輸出源的情況下。

而UR (https://www.

)機械人或者 schunk arm應該是首先估計了重力,然後估算了乙個需要的電機輸出力矩。這一點網上資料很少,需要進一步驗證才能確認。

具體難點應該還是在動力學模型上(包括摩擦力,關節的阻尼,減速器的特性),力矩感測器的穩定性,電機的效能等。

7樓:機械人孔博士

我的判斷是,並不是每個關節加裝六維力感測器。加裝力六維力感測器,一是成本控制不住;二是關節結構會變大。

應該採用的是一種基於電機電流檢測的力-位混合控制方法。

8樓:大菊為重

就是扭矩感測器啊,kuka在每個關節上都加了這個,iiwa是人機協作式的機械人,加這個感測器有兩個作用,乙個是為了安全,觸碰到人體後會受力停止,另乙個是用來做示教,這樣的話控制起來就不用程式設計這麼麻煩了。

人機協作機械人是工業4.0的大趨勢,國內還沒做的,世界範圍內產業化估計也得到17年。難點主要還是在控制和演算法問題上,力感測什麼的不是問題。

上面有人提到機械模型問題,DH是最常用的,有缺陷但是用在精度更高的關節式測量儀上都沒問題,精度要求更低的機械人上是沒問題,他的缺陷還是在學術意義上的吧。

研一小碩一枚,在做這個,隨便說說

更新今天更ur的人談到了力控制的問題,kuka用的是力矩感測器,七軸七個,所以iiwa貴的要死,ur用的不是力矩感測器,用的是力反饋,測量電機電流變化,從而檢測受力的,所以成本更低。

9樓:澗鳴

沒見過kuka能精確到何種程度的力距輸出,但目前的力距感測器確實可以做到很靈敏,且有扭力和壓力兩種向量方向反饋。力距感測器有使用力距的限制,所以只能裝末端,裝關節上是不現實的,這是目前主流的做法。

先mark一下,改天再補充下關於無感測方面的力距輸出

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