在實際應用中，力控協作機器人“關節配置力矩傳感器”技術路線的最大優勢體現在機械臂的安全性上，由于力矩傳感器被安裝在各個關節上，當本體的大臂、小臂或肘部，碰到人或其它外物時均能靈敏感知到。反之，如果機械臂沒有加力矩傳感器，就需要采用關節電流等技術手段來實現碰撞檢測，其精度比加力矩傳感器的方案低一個數量級以上。因此，在本體的碰撞檢測能力上，關節配置力矩傳感器的方案優勢明顯。

但是，關節配置力矩傳感器后，其結構復雜、體積重量大，嚴重影響整機的負載和速度性能，且機械臂的核心零部件如諧波減速器需要在結構上進行較大改動，因而造成高昂的成本，大大制約了這類力控協作機器人的普及。

對于“工具端集成六維力傳感器”這一技術路線而言，事實上，傳統工業機器人在很早之前就已在工具端通過外置的方式集成六維力傳感器，即在工具法蘭輸出位置增加一個力傳感器，再通過力傳感器來連接末端工具，從而實現各種力控相關功能。該路線可以實現力控精度與整機的負載、速度、體積的平衡。

但獨立的六維力/力矩傳感器一定程度上占用了工具端寶貴的空間、重量、I/O接口資源，且獨立的六維力/力矩傳感器當下價格高昂，至今普及度仍待提升。

因此，具有前瞻性眼光和布局的協作機器人企業開始嘗試在機器人工具端內部配置自主研發的六維力/力矩傳感器，旨在解決上述掣肘。艾利特CSF系列力控協作機器人作為“新物種”應運而生，發布即量產，已進入市場導入階段。

前瞻布局下的抉擇

2年前，艾利特即判斷，隨著協作機器人的發展推廣，以及競爭的白熱化，必然對產品功能的豐富性提出更高要求，進而倒逼產品的持續迭代，“力控”也將成為未來協作機器人企業競爭的新焦點。

具體來看，在工具端集成六維力/力傳感器有四大優點，而這也是艾利特選擇這一技術路線的關鍵原因：

第一，距離工具更近、工藝精度更高。力/力矩量程與機器人負載范圍接近，不需要考慮機器人本體自重，進而實現在相同成本的代價下，精度更高。

第二，不受機器人奇異點影響。從設計原理上來看，機器人在運動過程中總會遇到奇異點，而在工具端直接帶力傳感器則不涉及力的正逆解問題，力檢測性能與機器人姿態無關。

第三，體積小、重量輕。在工具端內置力傳感器并實現高集成度后，與非力控機型相比幾乎不增加體積和重量。

第四，與非力控機型共用絕大多數部件。艾利特力控協作機器人與非力控機型的部件中，只有工具法蘭這一模塊不同，因而排產、維修工作量小，規模化成本低。

事實上，艾利特協作機器人產品可同時支持外部適配六維力傳感器。那么艾利特自研六維力傳感器的初衷又是什么？艾利特在接受高工機器人調研時表示，有以下四個方面：

一是，協作機器人對于重量、負載非常敏感，外置的六維力傳感器對于協作機器人重量的增加較為明顯，當前市面上的六維力傳感器的重量普遍在至少在200g-300g，協作機器人的負載越小，這一重量占比就會越大。

二是，協作機器人對于體積同樣敏感，協作機器人的設計初衷就是希望工具端盡量小而輕便，而一個六維力傳感器，加上前殼、后殼的厚度約為20mm-30mm，由此“吃掉”協作機器人工具端很多體積，總體來看并不劃算。

三是，基于安全性的考慮，協作機器人往往采用內部走線的形式，而外置六維力傳感器和機械臂要實現通訊，要通過一個工具I/O接口來把信息傳輸給機械臂與機器人控制系統，或是通過單獨的線纜傳給控制器，也就是線纜是圍繞著機器手臂的。第一種方式會占用工具I/O比較寶貴的通訊接口，雖然也有其它技術或工程手段來解決，但對于終端用戶來說，使用繁瑣；第二種方式則需要外部走線，因而本末倒置了。

四是，與成本有關。艾利特自研六維力傳感器的電路與結構與工具I/O完全融合，整體成本比外置六維力傳感器有優勢。

基于這些考量而研制成功的艾利特CSF系列力控協作機器人，在CS標準型安全易用的基礎上更進一步。與CS66相比，CS66F能夠提供150N、10Nm的力/力矩量程，綜合準度2%，精度0.5%。

具體來看，CSF力傳感器模塊具有5個特點：

1、機械電子融合度高。機械結構、信號處理電路與工具I/O的機械結構、電路完全融合，集成IMU，通過IMU獲得加速度進一步提高動態精度。

2、工具端機械和I/O接口兼容性高。與非力控機型只工具法蘭厚度不同，機械和I/O接口完全相同。

3、體積重量更小。與CS66相比，CS66F工具端重量僅增加80克、厚度僅增加12mm。

4、針對協作機器人模塊化特點優化量程。以對應關節模塊扭矩為量程設定依據，適應未來擴展機型。

5、針對協作碰撞頻繁的工作特點優化過載能力。在機械臂與周邊設備碰撞的瞬間，往往會對力傳感器產生一個很大的力量，使得力傳感器處于過載狀態，CS66F過載能力超過400%，從而保證自身在碰撞中不受損壞。

CS66F是艾利特CSF力控協作機器人的第一款機型，今年CS63F、CS612/616F、CS620/625F將也陸續推出，CSF家族將不斷完善和壯大。

拓展力控應用邊界

如今，艾利特CSF系列力控協作機器人正不斷被用于傳統應用的優化及新領域的探索。

艾利特CSF系列力控協作機器人具有力傳感器自動標定功能，即在安裝工具后通過標定確保力檢測和力控精度；負載質量質心辨識的功能，使得CSF系列不需要用戶輸入負載質量質心，簡化示教工作、降低整機使用難度。

在輕松拖拽方面，僅需要1N外力即可拖拽CSF系列機器人，結合拖拽速度設置可實現mm級或更高精度的拖拽；各坐標系上均可鎖軸拖拽，各自由度可單獨或組合鎖定。在沒有鎖軸模式時，用戶希望機器人在某個方向上進行微小的運動是非常難的，因為力的感應難免有偏差，會在運動過程中觸發了其它方向、自由度的運動，而實際中其它方向、自由度的運動在位姿方面均已調試好，因而為了某“一點”，而毀掉其它調試工作，示教效率大大降低，鎖軸拖拽則可以完美解決這一問題。

相比傳統的關節電流檢測方式，艾利特CSF系列力控協作機器人的碰撞檢測靈敏度提高1個數量級以上，安全性大大提高；手動示教時工件與設備接觸的感應更靈敏，可有效保護工件與設備。

艾利特CSF系列力控協作機器人還具備實時負載檢測的功能，根據負載重量可判斷抓取是否成功，或直接用于工件重量檢測。

CSF系列通過力控坐標系與運動坐標系多種組合形式，形成了多種模式，可應用于豐富的場景中：

1、固定模式：力控坐標系為笛卡爾空間中的任意固定坐標系，此模式下的力控方向是固定的，可用于打磨、裝配等力控場景。2、TCP模式：力控坐標系與機器人TCP坐標系重合，此模式下的力控方向隨著機器人的運動而不斷變化，可用于理療、裝配、打磨等場景。3、運動模式：力控坐標系的X軸始終與運動方向在X-Y平面上的投影重合，此模式下的力控方向隨著機器人的運動而不斷變化，可用于不規則曲面打磨、去毛刺、恒力跟蹤等場景。4、點模式：力控坐標系的Y軸始終與TCP到力控坐標系原點的連線重合，此模式下的力控方向也隨著機器人運動而不斷變化，可用于球狀物體方式打磨等場景。

在上述幾種力控模式中，其力控坐標系上的每個自由度均可選擇不同的控制方式：

1、運動控制：執行預先規劃的運動。2、力跟蹤控制：跟蹤并維持設置的目標力/力矩。3、浮動控制：機器人受到外力會柔順運動，外力撤銷后機器人保持位置不變。4、彈簧控制：機器人受到外力會柔順運動，外力撤銷后機器人會回到初始位置。5、浮動+運動控制：沒有外力時，機器人執行預先規劃的運動；有外力時，則為外力產生的浮動運動疊加預先規劃的運動。6、彈簧+運動控制：沒有外力時，機器人執行預先規劃的運動；有外力時，則為外力產生的彈簧運動疊加預先規劃的運動。

除此之外，艾利特CSF系列力控協作機器人的力控參數可實時更改、多種力控模式可實時組合及切換，進而可完成復雜的裝配、環境交互任務。

在實際中，力控協作機器人不僅可以對機床上下料、3C裝配、金屬加工的拋光打磨等傳統應用實現優化，還可以探索更多新領域，如提高機器人在非介入式醫療領域應用中的安全性和靈敏度，提高復合機器人精度等。

今年1月，工信部等17部門印發“機器人+”應用行動實施方案，未來機器人的應用場景將不局限于工業生產、消費零售等，而是滲透進國民經濟當中，力控協作機器人將大有可為。