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人形机器人关节力矩传感器,放哪几个位置最划算?

leil94
leil94
2026/08/17 13:33

最近接了个双足人形机器人的活,负载8kg左右,14个主动自由度。结构方案这边想了两套:一是每个关节串联一个六维力矩传感器(电机和减速器之间),全方案下来14个;二是只在下肢髋关节、膝关节、踝关节串联放,再配合关节扭矩估计+末端六维力矩做整机的力控闭环。

第一种方案贵得要死,仅传感器采购就超预算一倍还多。第二种方案我担心踝关节串联布置后,机械惯量变大影响动态响应,而且末端六维力矩和关节扭矩估计在足地接触瞬间会有耦合冲突。想问问做过类似项目的同行,下肢到底放哪几个串联力矩传感器是真有必要的?有没有实测数据支撑。另外踝关节串联方案和并联弹性方案,从动态带宽上看差距有多大?

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全部回复 (3)

小冯
小冯#1

实测下来,膝关节必须串联一个,踝关节你放了反而麻烦,足底六维就够用了。胯部看你走不走力控,摆动相多的话建议装。

2026/08/17 13:35
2648675836
2648675836#2

你项目多少钱啊?14个六维,太夸张了,谁给你报的预算。

2026/08/20 20:54
小唐
小唐#3

8kg负载14自由度别按工业臂那套路来堆六维传感器,纯粹烧钱。我之前做过一个12自由度双足的项目,腿上串联的就只放了髋的三个(矢状面那两个+髋外展/内收)、膝三个、踝留了一个串联在踝pitch轴上,踝另外两个轴用SEA并联方案带的,最终整机用了8个六维+6个一维扭矩。整个方案成本压下来了,踝pitch因为串联在减速器输出端,惯量上去了确实影响动态,1kHz以上的力控带宽基本做不到,最后落在大概600-800Hz,但配合足底的3Dof末端力/力矩传感器和MPC做分层控制,跑步步态吃得住。

你的担心是对的:足地接触瞬间足底力矩和踝关节扭矩估计会撕扯,根本原因是足底F/T测的是接触力,踝关节扭矩估计的是关节内力,两者直接相加减会引入相位差和噪声放大。解决办法是别在接触瞬间用踝关节扭矩估计去补偿,把那段窗口直接交给足底F/T做主导,踝关节扭矩估计只用于摆动相和接触前的预控制。

另外14个全部六维就是给自己挖坑,标定累死、故障点多一倍、线缆重量都是问题。负载8kg的本体,串联扭矩传感器精度的瓶颈其实在温漂和零漂,不在刚度,6个月的连续运行零漂能到满量程的3%-5%,不带温度补偿和控制律定期重标定的话,力控精度半年后基本就废了。

实测算给你:单只量程30Nm的六维力矩传感器国内能到4-5万一只,进口ATI那种要8-12万,14个全上光硬件就奔着150万去了,方案二整机下来能控制在40-60万,这差价够你重做两次结构。

2026/08/20 21:33