Franka Emika Panda 机器人力传感与控制

1. 力传感器

Franka Emika Panda 机器人的关节中内置了力/扭矩传感器，可以测量每个关节的力和扭矩。通过这些传感器，机器人可以实时感知在操作过程中受到的外力。

2. 实时力反馈

Franka Emika 的控制系统支持实时力反馈，机器人可以在操作过程中持续监测和调整施加的力。例如，在沿某个轴移动的同时，机器人可以监测沿该轴和其他轴方向的作用力。

3. 力控制模式

Franka Emika Panda 支持多种力控制模式，包括：

• 力控制模式（Force Control Mode）：可以设定机器人的期望力，使其保持一定的力进行操作。
• 阻抗控制（Impedance Control）：通过设定虚拟的弹簧和阻尼系数来控制机器人的力和位移响应。
• 混合控制（Hybrid Control）：结合力控制和位置控制，实现复杂的操作任务。

实现沿某轴运动时实时获取力

为了实现沿某个轴运动时实时获取力数据，通常会涉及以下步骤：

1. 设置目标轴上的运动指令：通过给定的运动指令控制机器人沿某个轴运动。例如，设置关节或笛卡尔坐标系的目标位置或速度。

2. 配置力反馈：启用力反馈系统，并配置需要监控的力方向。Franka Emika 提供了丰富的 API 接口，可以轻松获取力传感器的数据。

3. 实时读取力数据：在机器人运动的过程中，持续读取传感器数据，获取各个方向的力。

示例代码

以下是一个基于 Franka Emika 提供的 libfranka C++ 库的示例代码，展示了如何在沿某个轴运动的同时，实时获取力数据。

#include <franka/robot.h>
#include <franka/model.h>
#include <franka/gripper.h>
#include <iostream>

int main() {
    try {
        franka::Robot robot("192.168.0.1"); // 替换为您的机器人的 IP 地址
        franka::Model model = robot.loadModel();

        // 设置运动速度
        robot.setJointImpedance({3000.0, 3000.0, 3000.0, 3000.0, 3000.0, 3000.0, 3000.0});
        robot.setCartesianImpedance({2000.0, 2000.0, 2000.0, 200.0, 200.0, 200.0});

        // 设置沿 Z 轴的目标位置
        double desired_z_position = 0.1;

        robot.control([&model, &desired_z_position](const franka::RobotState& state, franka::Duration period) -> franka::CartesianVelocities {
            franka::CartesianVelocities velocities;
            velocities.O_T_EE_d[2] = desired_z_position;

            // 实时获取力数据
            franka::Torques joint_torques = state.tau_J;
            std::array<double, 6> external_forces = state.K_F_ext_hat_K;

            std::cout << "External forces: ";
            for (const auto& force : external_forces) {
                std::cout << force << " ";
            }
            std::cout << std::endl;

            return velocities;
        });
    } catch (const franka::Exception& e) {
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }
}

 

 

Python 示例

Franka Emika 也提供了基于 ROS 的接口，您可以使用 Python 进行力数据的获取。以下是一个使用 ROS 的 Python 示例：

import rospy
from sensor_msgs.msg import JointState
from geometry_msgs.msg import WrenchStamped

def force_callback(msg):
    force = msg.wrench.force
    print(f"Force: x={force.x}, y={force.y}, z={force.z}")

rospy.init_node('force_listener')
rospy.Subscriber('/franka_state_controller/F_ext', WrenchStamped, force_callback)

# 发送沿某轴的运动指令
# 使用 MoveIt! 或 Franka ROS 接口进行位置控制

rospy.spin()