控制系统模块 1756-DHRI0 伺服驱动

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1.3 力传感器与电流环的区别

目前市面上绝大部分执行器的力控方式分为两种：一为电流环力控，一为传感 器闭环力控。电流环力控是一种比较容易实现的常规力控方式，主要通过调节电 机内部电流大小实现力控，实现难度较低，可以实现 5%-15%精度范围内力控；但其运动速度慢，不能反向传动，无法满足一些精度要求更高的场景需求，使用 一段时间后，机械磨损会带来误差，精度进一步降低。电流环适用于直驱电机 (Direct DriveMotor) 或者带小减速比 (Reduction Ratio < 10)的应用场景，诸如小型 阻抗控制的人机交互的机械臂和小型四足等。

电流环以提高电流的稳定性能来提高系统性能，是一种将输出电流采用正反馈 或负反馈的方式接入处理环节的方法。环路间相互作用，对信号进行汇总、分析、 修正，实现的运动控制。当力矩来到减速器端并尝试推动减速器反向转动时，由于静摩擦力的作用，减速 器无法转动。因而需要继续增大外力矩直至超过减速器的大静摩擦力，减速机 转动并推动电机转子的运动，此时电流环才感知到外力矩。进一步，电流环通过 电流反馈和辨识的动力学模型估计外力。

电流环根据实现原理，分为开环力控和闭环力控两类。开环力控直接让机器人工 作在力矩模式下，电机提供机器人运动所需的重力，摩擦力，惯性力等。这样用 户只需很小的外力即可让机器人按照所需的轨迹运动。闭环力控会存在如下一个 力反馈回路，它通过算法估计出用户的牵引力矩， 再通过阻抗控制，让电机输 出一个辅助力矩，帮助用户拖动机器人，完成示教工作。由于反馈回路的存在， 它对机器人建模和系统辨识的精度要求较低。电流环一般处在运动伺服系统（三环控制系统）中内层，向外依次为速度环 和位置环，这三环构成 3 个闭环负反馈 PID（比例、积分、微分）调节系统。内的 PID 环就是电流环，电流环是控制的根本，任何模式都必须使用。此环完全 在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负 反馈给电流的设定进行 PID 调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电 流环是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算小，动态响应快。环路间相互作用，对信号进行汇总、分析、修正，实现的运动控制。伺服 电机可以将电压信号转化为转矩和转速，按照位置、力矩或速度指令jingque地控制 机械系统运动，内嵌的编码器将伺服电机的运动参数反馈给伺服驱动器，完成闭 环控制。

电流环、力矩传感器/六维力传感器均是实现对机器人的自适应柔性控制的方案。就二者对比而言，电流环其优点在于成本低，不需要额外的传感设备，而缺点在 于精度较低，响应较慢，适用场景有限。力矩传感器是性能更佳，但成本相对更 高的方案。响应精度和速度上，电流环力控比力矩传感器要低。力矩传感器感知中，施加在 连杆上的外力能够直接传导到传感器上，而电流环感知则是力矩通过传感器后， 持续向后传递到减速器端，当外力矩增大到超过减速器的大静摩擦力时，减速 器转动再向电机传导信号，电流环才能够感知到外力矩。由于减速器的静摩擦力， 需要较大的外力，电流环才能检测到外力变化，而力矩传感器能够较快地检测到 外力的变化。

从应用场景来说，电流环力控更适合应用于低精度要求场景，力矩传感器性能 则更为。电流环力控的弊端是机械臂的减速比要比较小，轻负载，精度差 （低精度要求场景下的协作机器人可能运用)。力矩传感器/六维力传感器控制精 度好，感知精度高，完全独立，控制的电流波动都能感觉到。

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