機(jī)器人系統(tǒng)不提升力矩并實(shí)現(xiàn)減低電機(jī)的轉(zhuǎn)速可能嗎

首先要判斷是否有人或者物體在附近

獲取的方式有兩種：一種是主動的通過攝像頭、紅外、超聲波或者激光燈傳感器判斷附近是否有障礙物或者人。另一種則是被動的，當(dāng)人或者物體接觸到機(jī)器人后，通過感知接觸的力來判斷。

第一種通過攝像頭：比如Baxter頭頂?shù)臄z像頭檢測是否有人靠近，ABB也在N年前就推出了safemove的option，當(dāng)然目的不是為了人機(jī)協(xié)作，而是為了在去掉圍欄的情況下還能保證安全，機(jī)器人與人能在一個房間里工作。

圖一紅外和超聲波屬于比較便宜的傳感器，移動平臺比如AGV，掃地機(jī)器人用的比較多。一方面可以用來檢測前方障礙物，另一方面布置在機(jī)器人底端還能判斷是否會從高臺跌落。激光是一種比較靠譜的測障礙工具了，像Neato用的旋轉(zhuǎn)式的激光頭，不僅能發(fā)現(xiàn)障礙物，還能實(shí)時的根據(jù)所測距離構(gòu)建室內(nèi)的地圖。

圖1 自左向右分別為Baxter robot；Neato掃地機(jī)器人，激光傳感器在頂部；DLR LWR內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括齒輪箱，力矩傳感器，驅(qū)動等。

而被動的判斷人也有不止一種方式。對于KUKA的LWR系列，以及SCHUNK（雄客）的關(guān)節(jié)球，他們的做法則是在關(guān)節(jié)的內(nèi)部加上力傳感器，通過檢測力矩來判斷是否有接觸。Baxter手臂內(nèi)也有檢測力的功能，方法和精度則不如上面這種。另一種被動的方式則是通過電機(jī)電流的變化來判斷是否遇到了阻礙，典型的代表有ABB今年推出的YuMi，以及Universal的UR系列。

這兩種方式各有優(yōu)劣，采用內(nèi)置多自由度力傳感器的形式能掌握每一個關(guān)節(jié)的手里的方向和角度，對于某些應(yīng)用會有幫助，但是成本會比較高，KUKA的一臺IIWA從我了解的價格來看還是比較昂貴的。而對于第二種方式而言，價格則親民多了，UR系列和YuMi的價格從我了解來看并沒有比普通的工業(yè)機(jī)器人要高（YuMi得算兩條臂），而且尺寸上更加緊湊。

對于人機(jī)協(xié)作的安全性方面，采用何種方式最為穩(wěn)妥，目前并沒有一個明確的規(guī)定，還處于探索的階段。像ABB這樣的公司則會采取最穩(wěn)妥最安全的方式，除了電流檢測意外，輕量化的設(shè)計(jì)，軟性材料包裹機(jī)械臂，輕負(fù)載設(shè)計(jì)，最高運(yùn)動速度限制，以及還有很多軟件，電機(jī)，控制等方面的設(shè)計(jì)和想法，保證了出錯誤判以及安全故障的概率非常低，甚至及時出了故障機(jī)械臂砸到人也不會產(chǎn)生較大的傷害。

圖二圖2 ABB YuMi機(jī)器人，雙臂14自由度，表面包裹軟性塑料，內(nèi)置控制柜，總重38kg。

另一方面，能夠?qū)ν饨绲牧剡M(jìn)行感知也是leadthrough編程的基礎(chǔ)，雖然ABB很早很早以前就做過Leadthrough方式的編程：在機(jī)器人的末端裝個工具，然后用手拽著工具進(jìn)行示教編程，但是當(dāng)時一方面都是大機(jī)器人，要考控制柜去主動適合人太難了，另一面當(dāng)時的技術(shù)也不夠好，因此沒有推廣開來。這么多年過去了，對于桌面級別的小機(jī)器人，人工示教的方式又開始熱炒起來。

在獲取機(jī)器人外界的信息后，機(jī)器人則需要根據(jù)不同情況作出動作

如題主所說機(jī)器人關(guān)節(jié)末端的減速器是用來減速增距，機(jī)器人的關(guān)節(jié)不可能像汽車一樣裝個變速箱來適應(yīng)不同的速度和應(yīng)用場景，通常減速器的減速比從一開始就是固定的。

與人握手這種應(yīng)用，應(yīng)該是低轉(zhuǎn)速低扭矩。轉(zhuǎn)速的控制是由控制柜的開關(guān)頻率所來控制，墻上來的交流電先通過整流橋編程直流，然后再通過開關(guān)管再變成交流，而這個交流的頻率則控制了機(jī)器人關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)速。

而對于機(jī)器人力矩的控制，上一張電機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩之間關(guān)系的示意圖

圖三圖3，電機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩關(guān)系圖，下面平的線為電機(jī)可提供的連續(xù)轉(zhuǎn)矩，上面的曲線為短時間可提供的轉(zhuǎn)矩。

可以看出當(dāng)電機(jī)處于連續(xù)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)速所覆蓋的范圍內(nèi)時，電機(jī)可以提供任何一種扭矩和轉(zhuǎn)速，這個區(qū)域的大小主要受限于電機(jī)的最大額定溫度以及驅(qū)動器能夠持續(xù)提供的電流大小，當(dāng)然環(huán)境溫度也重要，電機(jī)的能力取決于工作時的溫升，出色的冷卻系統(tǒng)能提高電機(jī)的能力。

對于短時間大扭矩的狀況，則主要受限于系統(tǒng)的峰值扭矩和電壓，峰值扭矩與驅(qū)動和電機(jī)的耐操程度相關(guān)。

因此這個問題可以回答為，先通過主動或被動的方式監(jiān)測到附件是否有人或物體，然后通過控制電流值和頻率來改變力矩的大小和運(yùn)動的速度。