三编码器｜机器人关节实现 位置+扭矩 双感知

金钢科技在本次“感知进化·无界未来”峰会上，正式发布了年度重磅新品——三编码器（关节扭力感知）方案，将机器人关节从“双编码器时代”引领至“三编力感知时代”，为行业带来了技术新定义。

技术突破：从位置感知到力感知时代

当前，双编码器方案已成为机器人关节的主流配置。双编码器通过分别测量电机端与减速机端的转动角度，实现关节的位置闭环控制——然而它无法感知机械结构在环境交互过程中所承受的力反馈。

三编码器方案正是为突破这一局限而生的。其本质是一个具备感知关节外部扭力能力的“超感知”关节编码器：在三个磁环转子中，中圈转子环与内圈转子在受外力时，两者之间将产生极小的拧力，并通过结构上的形变桥产生微小的角度差。通过精确解算这一角度差，系统即可实时计算出关节所受扭力的大小。角度差的分辨率越高，关节的力感知精度就越强——而高精度编码器，正是实现这一能力的前提与基础。

如何去更好地理解三编码器方案呢？三编码器在位置感知基础上首次实现了力（扭矩）感知维度的突破，实现高精度、高分辨率的测量，以0.0001°的高分辨率感知关节内部形变，实现“像感知拧毛巾形变一样，感知拧钢管时的形变”，让机器人具备“能切豆腐，也能端盘子；能叠衣服，甚至能梳头发”的精细操作能力，将关节控制引领进入“力感知阶段”。

感知原理：基于高精度扭力角度差

三编码器是由一个PCB定子、三个转子组成。定子负责解算三个转子的相关数据，输出位置与扭力的相关信息，三个转子各司其职：

· 外圈转子：位于输出端，承担关节绝对位置的全闭环反馈；

· 中圈转子：位于输出端，通过“形变桥”与内圈转子相连，带载时，通过二者角度关系反馈出力的关系；

· 内圈转子：位于输出端，实时提供角度反馈。

三个转子共用同一个PCB定子，意味着三组角度信号在物理上同源、在时间上同时刻、在标定上同基准地被读出——这一特性对力控时序的一致性至关重要，是任何外挂式传感器方案难以复现的天然优势。

当电机输出端空载不受力的时候，内圈和中圈是实时同步转动；当电机输出端受力时，二者通过形变桥设计发生相对扭转，内环和中环之间就会出现一个与扭力大小相关的角度差，系统据此实时解算关节扭力，完成力感知闭环。

明显优势：体积小、零成本、超性能

1. 零体积增加

三编码器将扭矩感知能力集成于编码器内部，与传统方案中需要额外加装独立关节扭矩传感器相比，轴向尺寸零增加，关节内部线束布置也同步得到优化。对人形和协作机器人这类对关节轴向尺寸高度敏感，及对机器人成本控制有较高要求的场景，这一优势的意义远不止于空间本身。

2. 零成本增加

三编码器完全复用关节本来就有的编码器位置及加工流程，在量产工艺上属于边际成本趋近于零的技术突破——整体扭力测量成本显著低于额外加装独立传感器的方案。在机器人整机量产提速的当下，能够将成本控制在客户可接受程度范围内的企业，便能够在竞争中建立显著的成本壁垒，进而主宰和领跑机器人行业，成为绝对头部。

3. 更好的性能与稳定性

为了可以更快落地和复用原有成熟量产经验，三编码器沿用了双编码器原有的通信链路和数据帧，位置环与力环天然完成时序同步——这是任何其他方案所无法实现的最优解。从技术路线的设计严谨性，到开发团队的工程累计，再到供应链的成熟度，三编码器对关节高效稳定控制的严谨追求，使其成为当前行业中具有工程实践价值的稀缺方案。

机器未来：感知进化 无界未来

力觉感知正在从末端执行器向关节乃至全身系统延伸，“力位一体控制”已被视为机器人产业迈向下一阶段的核心能力标志。当机器人能够同时获取精准的位置信息与实时的关节力矩数据，传统机械传动系统中的复杂耦合难题便迎刃而解，柔顺力控成为可能。

三编码器的出现，适逢其时。未来，随着具身智能技术的持续演进与规模化落地，精密装配、医疗手术、家庭服务等场景对机器人柔顺操作能力的需求将愈加迫切。金钢科技以三编码器重新定义机器人关节感知新标准，致力于为国产机器人企业打造下一代高智能、高安全性的柔性关节解决方案。