1.背景介紹在前一篇文章中，我們從力檢測方法和力控制理論兩個角度討論了力控制的發展歷史。力控制的理論比較完善，但是交互力檢測的方式差別很大。目前的兩種方法是鉸接式單軸扭矩傳感器和端部式六軸扭矩傳感器。本文主要分析了這兩種方法的優缺點。

2.端部式六軸，這是目前使用泛的方法。這四個家族的機器人都有自己的力控制包，它們的實現是基于在機械臂末端安裝六軸/三軸力傳感器。這種力檢測方法簡單直接。然而，它有一個主要的原則缺陷：非定位模式。這個詞的意思是檢測元件的檢測量不同于執行元件的檢測量，即力的檢測是在末端實現的，但實際執行元件(即電機)離末端很遠，與機器人的機械體是分離的。這種非定位模式會限制機器人控制的動態性能，而且機體慣性大，帶寬低。因此，基于末端檢測力模式的力控制響應慢，帶寬低。在剛性環境中穩定性也低。

3.關節力矩傳感器安裝在機械臂關節減速器的輸出端，可以帶來兩個好處：解耦機械臂的動力學模型，有利于基于動力學的位置控制；有利于實現力的控制。這里主要討論后者。前面我們提到了非共位模式的問題，關節力矩傳感器(力檢測元件)與電機(關節執行器)非常接近，從理論上消除了機械手機械慣性的影響，可以提高力控制的性能。這個結論在上個世紀就有了，聯合轉矩控制的類似關鍵詞。但是，為什么這種武力控制的方式會被四大家族“忽視”

本文結合筆者的親身經歷對此原因進行了逆向分析：機械臂的布線問題(電源線和編碼器線)是困擾國產機械臂穩定性的主要因素。如果在接頭處增加扭矩傳感器，走線的難度會進一步增加；而且傳統工業機械臂的交流電機是非中空結構，沒有UR那么容易。結構：在關節處安裝扭矩傳感器會增加關節結構的復雜性，降低關節傳動鏈的剛度。傳感器本身的支撐也是一個難題。范圍：首先我們比較一下ATI在六個方向的范圍。大致可以看出，力的范圍會達到扭矩范圍的40倍左右。

這說明力的偏心度不能太大，否則容易造成扭矩過載。這就要求對于端部六軸力控制，端部載荷的偏心是有限的，傳感器的扭矩范圍能夠滿足要求。我們來看看單軸關節扭矩傳感器的量程。以尤利傳感器為例，量程可達300納米。假設傳感器安裝在25 kg載荷的工業機械臂上，臂跨1.5m，滿載時，載荷施加在兩軸上的扭矩高達375Nm，不考慮機械臂本身的重量和慣性矩。因此，鉸接式扭矩傳感器不能應用于中等范圍及以上的機械臂。

現在，關節傳感器也用于像iiwa這樣負載小的輕型機械臂。從控制原理來看，iiwa的控制方式從關節位置輸出升級為關節力矩輸出，這是一個很大的進步。但這種光臂的位置控制精度低，更容易出現共振現象，控制要求更高，只能應用于力較小的力控制場合。雖然iiwa的控力效果很好，但在相同情況下，其控力效果是否優于末端六軸仍不得而知，因為對于輕型手臂，機構本身的動力學引起的非共位模態現象應該也比較弱。鉸接式扭矩傳感器可以控制近似全臂力，我們可以實現

4.結論鉸接單軸很難成為力控制的通用解決方案，這可能是四大家族沒有采用這種策略的原因。