力矩控制

指令约束

直接力矩控制必要条件

力矩指令需满足不超限且连续：

$$\begin{aligned} -\dot{\tau}_{j \max } & < \dot{\tau}_{jc} < \dot{\tau}_{j \max } \\ -\tau_{j \max } & < \tau_{jc} < \tau_{j \max } \end{aligned}$$

直接力矩控制限制参数

xMateER3 Pro / xMateER7 Pro

参数	一轴	二轴	三轴	四轴	五轴	六轴	七轴	单位
力矩上限	85	85	85	85	36	36	36	$Nm$
力矩微分上限	1500	1500	1500	1500	1000	1000	1000	$Nm/s$

xMate3 / xMate7

参数	一轴	二轴	三轴	四轴	五轴	六轴	单位
力矩上限	85	85	85	36	36	36	$Nm$
力矩微分上限	1500	1500	1500	1000	1000	1000	$Nm/s$

力矩相关状态参数

• 这些状态数据均可在实时模式下获取。可以通过设置并调用 startReceiveRobotState() 接口订阅数据，接着在控制周期内调用 getStateData() 接口获取其实时数值。

数据名 (fieldName)	类型	单位	含义说明	补充
tau_m	ArrayXD	Nm	关节力矩 / 连杆端传感器力矩反馈	传感器的纯反馈值，不包含摩擦力。
tau_c	ArrayXD	Nm	指令关节力矩	SDK 发送的指令值。需要加上重力补偿等参数才是系统中最终的力矩下发值。仅在打开实时模式控制之后有效。
tau_filtered_m	ArrayXD	Nm	滤波后关节力矩	对连杆端反馈关节力矩 tau_m 的滤波结果。仅在打开实时模式控制之后有效。
tau_vel_c	ArrayXD	Nm/s	指令力矩微分	tau_c 的微分值。仅在打开实时模式控制之后有效。
tau_ext_base	Array6D	Nm	基坐标系中外部力矩	仅在打开实时模式控制之后有效。
tau_ext_stiff	Array6D	Nm	力控坐标系中外部力矩	仅在打开实时模式控制之后有效。
theta_m	ArrayXD	rad	电机位置	电机端的位置反馈。
theta_vel_m	ArrayXD	rad/s	电机位置微分	电机端的速度反馈。
motor_tau	ArrayXD	Nm	电机转矩	电机实际反馈的转矩，包含摩擦力。该反馈值可通过乘以减速比，折算得关节反馈力矩 （即通过电机力折算的连杆端力矩）。
motor_tau_filtered	ArrayXD	Nm	滤波后电机转矩	对电机反馈转矩的滤波结果，也是最终发送的指令。可使用 setFilterFrequency 进行滤波参数的设置。仅在打开实时模式控制之后有效。

常见问题

直接力矩控制下坠

力矩控制效果与机械臂硬件状态、负载参数、力控模型精度直接相关。

• 先做验证（两种方式二选一）

  • 开启拖动并按住拖动按键，观察机械臂是否能维持静止（不上飘、不下坠）。
  • 运行 RL 力控相关指令，确认是否可正常使用。

若上述验证异常，通常存在力控模型误差。

• 处理建议

  • 若存在模型误差：
    • 准确设置负载质量与质心（不可粗估）。
    • 通过HMI界面或者SDK的calibrateForceSensor接口执行力传感器标定，通过SDK控制机器人运动时建议程序中调用calibrateForceSensor接口，每次运动前标定一下力传感器，具体可以参考零力矩控制。
  • 若力控模型正常：
    • 优先检查发送力矩指令是否合理。
    • 零力矩控制机器人发飘原因：通过力矩控制时，控制器底层补偿了摩擦力和重力，伺服实际执行的指令为摩擦力+重力+sdk发送的指令力矩。由于静摩擦力没有精确的数学模型，力矩补偿不到位可能会导致机器人运动，可尝试调节摩擦力补偿系数解决。

• 调试建议

  • 首次联调建议从低幅值、低变化率开始，逐步增大指令。
  • 控制回调中避免阻塞和耗时操作，防止周期抖动影响力矩闭环稳定性。
  • 与网络波动叠加时，优先直连并保持链路简单。

力矩接口getEndTorque获取的外部力矩波动大

可以使用模型库进行上层的计算,模型库的接口说明可以参考模型库使用

// 1. 读测量力矩（可直接用 getEndTorque 的 joint，或实时 tau_m）

fc.getEndTorque(ref_type, tau_m, tau_ext_ctrl, cart_t, cart_f, ec);

// 2. 读当前关节角、速度（也可以实时获取）

auto q = robot.jointPos(ec);

auto dq = robot.jointVel(ec);

// 3. 模型算重力（静止时可只用 gravity 分量）
// 注意：侧装需要使用重力方向接口设置方向setGravityDirection(double gx, double gy, double gz);

std::array<double, DoF> trq_full{}, trq_iner{}, trq_cor{}, trq_g{};

model.getTorqueNoFriction(q, dq, zeros, trq_full, trq_iner, trq_cor, trq_g);

// 4. 自己算外部力矩（可按场景选择补偿深度）
std::array<double, DoF> tau_ext{};

for (int i = 0; i < DoF; ++i)

tau_ext[i] = tau_m[i] - trq_g[i]; // 静止：扣重力

// tau_ext[i] = tau_m[i] - trq_g[i] - trq_cor[i]; // 运动中：再扣科氏

// 5.可使用模型库model.jacobian获取雅各比，也可以自己计算，并增算法规避奇异

笛卡尔外力Fext​=(JT)-1−tau_ext​；