3.5.1 力觉系统

在机器人进行磨抛作业的加工过程中，机器人末端会与外界环境（包括磨抛机砂带、飞机装配工装型架、机翼外蒙皮等）相接触，在其他影响因素确定的前提下，为了保证最终作业质量，需要保持一定的期望力。由于对机器人进行位置控制时存在一定的误差，因此单独进行位置控制易出现末端与环境脱节或过度挤压碰撞等危险现象，一般的机器人自身不存在力控制功能，无法进行柔顺控制，所以在位置控制基础上通过三维力/力矩传感器作为引入力反馈，从而形成力/位混合控制。力觉系统在机器人磨抛过程中的作用示意图如图 3-6 所示。在机器人磨抛过程中末端产品与磨抛机砂带表面接触后，通过手腕力觉传感器的力反馈控制，控制机器人末端位置发生改变，从而保证一定的磨抛期望力。

图3-6 力觉系统在机器人磨抛过程中的作用示意图

为了使磨抛系统能够完成高精度的力检测功能，实时检测磨抛力与扭矩的变换，需要为磨抛系统配备多分量动态力传感器（Multi-axial Force and Torque Transducer）。该传感器可实时测量六个自由度上的力和力矩值（F_x，F_y，F_z，T_x，T_y，T_z），一般安装于应用工具的后方，通过一根小口径、高柔性、长寿命的电缆与其配套的电子设备连接。可根据不同防护等级定制不同型号的产品供用户进行选择。

在力传感器方面，最具代表性的是ATI 公司的产品。ATI 公司专注于生产机器人末端执行器，所生产的力/力矩传感器安全系数高，接近零噪声失真，输出频率可高达28.5kHz，可以与多种接口连接。选择磨抛用力传感器应考虑以下几个方面。

（1）整体重量较轻巧，结构紧凑，要结合实际加工的零件、机器人情况考虑。

（2）力传感器的力敏元件的刚度要适宜，既要使扰动快速衰减，又要减少工具的定位误差。

（3）尽量避开磨抛时的激振频率。

xBang自主研发的六维力/力矩传感器，如图3-7所示。

在机器人磨抛作业过程中，机器人末端工具与磨抛工件接触后，因受力的作用，传感器内部的弹性元件发生变形，从而产生应变或位移，传递给与之相连的半导体应变片，促使其电阻率发生变化，输出的电信号也就随作用力的变化而变化，通过传感器与上位机之间的以太网通信协议，最终，力值由上位机显示软件显示。传感器力信息交互结构如图3-8所示。

图3-7 xBang自主研发的六维力/力矩传感器

图3-8 传感器力信息交互结构