始终是一道关键而又难以突破的瓶颈。尽管机器人已经具备了精确的“视觉”——例如3D视觉系统,以及强健的“四肢”——如高精度减速器和伺服电机,但在需要精细交互和瞬时响应的场景中,它们仍显得笨拙而局限。这种局限,很大程度上源于缺乏一个能够实时感知并响应外部力信号的“小脑”。

传统的位置控制在结构化环境中表现出色,可一旦面对非刚性或不确定的物理接触,就显得力不从心。六维力传感器的出现,为机器人提供了分布式的“触觉神经”,使其能够感知多维力与力矩。然而,仅仅“感知”还远远不足。真正的智能,来自于如何将感知信息实时转化为动作策略,这正是六维力传感器结合力位混合控制技术所要实现的目标——它正在成为机器人智能行为的“小脑”。
所谓力位混合控制,是指在机器人任务空间中,根据任务需求动态划分“力控制子空间”与“位置控制子空间”的操控方法。它并不是简单的力控与位控叠加,而是一种基于任务语义的智能解耦。
传统操控方法在诸如精密装配等任务中常常陷入两难:为了防卡死而设置的柔顺控制可能导致定位偏差,而为了保持轨迹精度设置的刚性控制又易引起零件损伤。这本质上是因为将力与位置视为对立变量,只能做折中处理。
而力位混合控制则让机器人可以在一定程度上完成“多线程”作业。以典型的“轴孔装配”为例,在轴向(Z向),机器人能处于“柔顺模式”,像弹簧一样维持一个恒定的微细插入力;而在径向(X、Y向),则严格执行位置锁定,抵抗偏移。也就是说,机器人开始具备了“在某一方向让步,在另一方向坚持”的任务理解能力。
实现力位混合控制并不只是写入几行控制代码那样简单,它是对总系统综合能力的考验,也构成了行业的技术壁垒。
首先是传感器的基本性能。控制精度建立在六维力传感器高信噪比、低维间耦合和强抗过载能力的基础上。如果微小力矩信号被轴向力干扰淹没,或在突发冲击下传感器失效,整个控制管理系统就可能崩溃。目前,一些国内企业如蓝点触控,通过在传感器结构设计、材料工艺及补偿算法上的创新,明显降低了耦合误差,为高精度力控奠定了基础。

其次是系统的实时响应能力。从感知力信号到驱动器响应,必须在毫秒级别完成。这就要求传感器具备高输出带宽,同时整个控制回路——包括传感器、控制器与驱动器——保持极低延迟。任何滞后都可能会引起机器人在精细操作中抖动或过冲,因此专门为力控设计的实时系统尤为关键。
更进一步地,前沿的力位混合控制开始融合环境动力学模型。例如,在打磨一个未知曲面的工件时,机器人不仅能区分力与位置控制维度,还能根据接触力实时识别工件表面特性,并动态调整轨迹与力目标。这使得机器人从“被动响应”走向“主动适应”。
力位混合控制技术的发展也揭示出一个更深层次的趋势:在机器人智能化的进程中,硬件性能逐渐逼近极限,而软件算法,特别是与硬件深度结合的算法,正成为新的突破点。

一个明显的现象是,领先的传感器厂商已不再仅仅提供硬件。他们正将经过反复验证的力控算法——如导纳控制、阻抗控制及自适应策略——与自家传感器的物理特性深度整合,推出“即插即用”的力控解决方案。例如蓝点触控所采用的路径,其意义在于用户无需投入大量时间进行底层算法调试和传感器标定,就可以获得一个预校准、功能完整的力控单元,从而更专注于工艺开发。这大大推动了力控技术在工业现场的普及。
六维力传感器所实现的力位混合控制,是一项技术升级,更代表了一种控制理念的转变。它使机器人从只能执行预设程序的“演员”,转变为能够与物理世界实时互动、自主调整的“探索者”。在柔性制造、精准医疗、特种作业等众多领域,率先掌握这一“小脑”级能力,将在下一代机器人的竞争中占据先机。而这场竞争的关键,也已从硬件性能的比拼,转向软硬件协同创造新兴事物的能力的较量。
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