1.2. 传感器和电流环是力控的主要方式
REC670目前针对机器人硬件层面的力反馈测量主要有三种方式，应变片式力矩传感器、电 磁式力矩传感器和弹性体，而应变片式和电磁式都可以归属于力传感器。 力矩传感器：将力矩传感器安装在脚掌和踝关节、机械手和腕关节之间，用于 测量末端执行器与外界环境交互的受力情况。 电流环：通过电机的电流闭环做力闭环反馈控制，适用于直驱电机或减速比较 小的执行器。
REC670那么，这三种测量方式具体适用在哪些场景中呢？我们认为，这与整个执行器方案 的设计具有密切关系。 目前针对机器人行业的常用执行器方案有三种，包括高刚度的常规方案、SEA、本 体驱动器。三种方案的核心区别其实在于对力矩的测量上，常规方案使用基于应变 片原理的力矩传感器测量力反馈，SEA 带有刚度更低的弹性体，因此一般使用电磁 式或应变片式测量，而本体驱动器则使用电环流的方案并取消了传感器的配置。
REC670常规方案：使用力矩传感器测量执行器中的力反馈是目前主流方案，也是技术最为 成熟的路线。除了成本昂贵、安装复杂以及部分性能问题外，应变片式传感器在机 器人实际应用中的表现显著优于其他两者。这一方案我们会在接下来第二章重点介 绍。 SEA 方案：通过弹性体测量扭矩，一般会使用电磁传感器或应变片式测量扭矩。至 于使用哪种方案，会综合考虑到成本，刚度、分辨率等因素。比如在国外学者的研 究中，两种方式在 SEA 驱动器的实际应用中表现出各自的优劣势。对于 电磁式而言，虽然其可以克服应变片式存在的线性误差、零漂、温漂以及成本昂贵 等的缺点，但他在刚度和分辨率等方面存在较大问题。
REC670
REC670因为在要求高刚度水平的系统中，电磁式编码的分辨率会被迫降低，而应变片式则 能通过调整仪器放大器的增益来补偿这一缺点。因此在下表中可以发现，虽然两者 的分辨率大相径庭，但应变式的刚度是电磁式的 10 倍。换句话来说，在保持一定分 辨率的情况下，电磁式的刚度过低会导致扭矩能力降低以及过低的过载安全系数， 最终或使得机器人执行器在实际运作过程容易受损。值得一提的是，部分应用 SEA 方案的四足机器狗，为了同时保持高刚度和高分辨率，一般会使用 3 个编码器，且 为价格较昂贵的 19 位磁编。 简而言之，弹性体刚度是区分两种方案的标尺。在低刚度偏柔性的机器人关节中， 可以使用电磁式，在中刚度且对分辨率要求并不高的情况下也可以使用电磁式，而 在高刚度要求下主要使用应变片式。
REC670本体驱动方案：用电流环替代昂贵的传感器是机器人节省成本的一个重要途径，因 此在这里大家最大的疑问应该是，为什么电流环不适用于上面两种驱动器方案？ 理论上来讲，电流环可以用在常规方案和 SEA 方案中，但前提条件是减速器的减 速比不能太高。在减速比较高的配备谐波减速器的执行器中，使用电流环测量力反 馈最大的问题在于无法克服启动扭矩精确识别的难点。具体来说，减速比越大，意 味着反驱力的透明度越低，增速启动扭矩就越高，输出端就越难转动，从机器人的 表现上来看就是启动时拖拽比较费劲，而电流环对启动扭矩的观测弱于传感器，最 终导致前者无法精确反馈力矩信息，进而使得控制器无法输出准确扭矩。简单来说， 由于减速器静摩擦力，需要较大的外力，才能使电流环检测到，而力传感器在这一 点上显著优于电流环。 换句话来说，要保持较好的力控性能和成本相对可控，电流环在常规方案和 SEA 方 案中，更多适用于小负载的机器人关节。
