库卡ForceTorqueControl（一）

1. 功能说明

ForceTorqueControl 是一个可后载入的备选软件包，具有下列功能：

执行取决于测得的过程力和力矩的运动
遵守过程力和力矩，不取决于工件的位置和尺寸
遵守加工工件期间复杂的过程力变化
沿着根据测得的过程力编程的轨迹调整速度
通过对机器人柔韧性的编程补偿工件的位置和尺寸偏差
无应力定位 - 进入接触位置
通过一个 KRL 程序确定传感器负载数据
传感器负载数据的监控
传感器修正极限的监控

ForceTorqueControl 的基础技术是 RobotSensorInterface (RSI)。通过 RSI 的核心功能，可以通过处理传感器信号，对机器人的运动施加影响。

通过 ForceTorqueControl 和一个软件支持的力 / 力矩传感器系统，机器人得到了一种触觉。机器人就能感觉灵敏地对外力和外力矩作出反应，并在工件上施加编程的力和力矩。

2. 力/力矩控制

主要包括6个自由度的力和力矩控制。这里提到的自由度包括三维空间中的力（Fx、Fy、Fz）和力矩（Tx、Ty、Tz），以及如何在不同的场景下应用这些控制策略。下面我来详细解释每个部分的含义。

2.1 6个自由度 (Fx、Fy、Fz、Tx、Ty、Tz)

力（F）：分别表示在X轴、Y轴和Z轴方向上的线性力（单位通常为牛顿N），即对机器人施加的推拉力。
- Fx：沿X轴方向的线性力。
- Fy：沿Y轴方向的线性力。
- Fz：沿Z轴方向的线性力。
力矩（T）：分别表示围绕X轴、Y轴和Z轴的旋转力矩（单位通常为牛顿米Nm），即对机器人施加的旋转力。
- Tx：围绕X轴的旋转力矩。
- Ty：围绕Y轴的旋转力矩。
- Tz：围绕Z轴的旋转力矩。

这些6个自由度代表机器人在空间中可能受到的所有力和力矩影响。通过控制这些自由度，机器人可以实现复杂的力/力矩感应和运动控制。

2.2 力/力矩控制

力/力矩控制指的是机器人根据外部的力或力矩传感器感应到的数值来调整自己的运动行为。比如：
- 如果机器人需要感知某个物体的接触力，当传感器检测到预设的力值时，机器人会停止运动或执行特定的动作。
- 在装配、抛光、打磨等需要敏感力控制的任务中，机器人需要通过这种方式确保动作的精确性和安全性。

开始阶段说明：

当力/力矩控制被激活时，机器人会移动，直到力/力矩传感器检测到一个定义好的力或力矩。这意味着你可以设置某个方向上的力或力矩阈值，当机器人动作时，如果传感器检测到的值达到了这个设定的值，机器人就会停止或调整其动作。

例如：机器人沿着Z轴向下施加力，直到传感器检测到Fz的值等于某个预设值（比如20N），机器人才会停止移动。这适用于像压紧、打磨等需要特定力的操作。

2.3 重叠式力/力矩控制

重叠式力/力矩控制指的是机器人不仅会沿着预设的轨迹运动，同时还会根据外部力/力矩的反馈进行调整。

在这种模式下，机器人已经被编程执行一个固定轨迹（例如沿直线或曲线移动），但如果力/力矩传感器检测到的值超过预定值，机器人会调整或偏离其轨迹来响应检测到的力或力矩。例如，机器人沿着设定的直线路径移动，但如果它碰到障碍物而产生了过大的力，机器人可能会根据设定的阈值改变路径或减缓运动速度。

2.4 基准坐标系作为参考系

基准坐标系定义了机器人感知和控制力/力矩的参照系。通常，基准坐标系可以是机器人自身的工具坐标系（TCP坐标系）或工作空间中的某个固定坐标系。
- 当你定义了一个基准坐标系后，力和力矩的控制是相对于这个坐标系的。例如，Fx是沿着这个坐标系X轴的力，不管这个坐标系是在机器人末端还是在外部的某个工作台上。
- 在力/力矩控制中，基准坐标系的选择至关重要，因为它决定了机器人如何解读力/力矩的方向和大小，并决定机器人在感知到力后如何调整其运动行为。

2.5 场景应用示例

打磨应用：机器人沿着预设的路径（编程的轨迹）对物体表面进行打磨。你可以设置力/力矩控制，使得机器人在检测到超过某个力值（如Fz）时，减小压力，确保均匀打磨。
装配任务：机器人执行插入或对接任务时，可以通过力/力矩传感器感知接触力，确保机器人在与物体接触时不会过度施力，以免损坏精密部件。

3. 支持传感器

现场总线设备

现场总线设备可以通过 RSI 的输入 / 输出系统进行连接。为此 RSI 访问机器人控制系统的现有现场总线系统。

传感器系统 ATI NET F/T （推荐）
传感器系统 ATI DAQ F/T

4. 通讯

ForceTorqueControl 使用 RSI 实现机器人控制系统和传感器系统之间的数据交换。因此，机器人控制系统可以通过一个总线系统或者以太网与传感器系统进行通信。

通信的方式取决于所使用的传感器：

现场总线设备：

通过现场总线系统进行通信并且通过 RSI 的输入 / 输出系统连接。

传感器系统 ATI NET F/T：

通过机器人控制系统的以太网接口（KLI）通信

传感器系统 ATI DAQ F/T：

通过一个总线系统通讯。建议使用 Beckhoff 公司的 EtherCAT 总线设备耦合器。为了配置传感器系统 ATI DAQ F/T 或现场总线设备，需要以下软件：WorkVisual 5.0

ATI NET F/T:
- 采用网络接口（通常是以太网），使用TCP/IP或UDP协议进行通讯。
- 适合需要远程连接和快速数据传输的应用。
- 提供更高的灵活性和可扩展性，特别是在需要多个传感器和系统集成时。
ATI DAQ F/T:
- 主要通过数据采集（DAQ）接口进行连接，通常使用模拟信号输出（如电压或电流信号）。
- 适合直接与数据采集设备连接的应用，通常用于需要较低延迟和高频率采样的场景。

本机使用NET六维力传感器。

1 机器人控制系统

2 KUKA FT-NET 外部控制箱

3 以太网至 KLI 的电缆

4 传感器导线

5 带有传感器电缆的拖链

6 NET F/T 传感器

5.运动方式

5.1 传感器引导的运动

说明：如果机器人执行一个传感器引导的运动，则机器人不接近编程的目标，而是基于已测量的传感器数据从起点开始移动。机器人移动，直到满足一个已定义的中断条件。为了移动机器人，可以调节用于最多 6 个自由度 ( Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz ) 的额定力量和力矩。选择一个基准坐标系作为参考系。