Franka FR3 七轴力控机器人实验平台
Franka FR3 七轴力控机器人
概述
Franka Research 3（简称 FR3）是德国 Franka Emika 公司推出的研究级七轴力控机械臂，以其卓越的力控性能和开放的软件生态，成为全球顶尖高校和科研机构开展机器人研究的标杆平台。该平台采用欠驱动冗余机械结构设计，7个关节均配备高精度力矩传感器，支持阻抗控制、力控算法开发、碰撞检测与人机协作等前沿研究。
硬件配置方面，FR3 具备 7 个带力矩传感器的关节、1 个配有 2 个指尖力传感器的两指夹爪、1 个桌面控制箱（内含 Intel NUC 计算模块）、1 个控制杆以及配套的 Franka World 机器人交互平台。软件环境基于 ROS/ROS2 构建，提供完整的机器人模型（URDF）、运动控制接口（libfranka）、运动规划库（MoveIt!）以及开放的 C++/Python API，方便用户进行二次开发和算法验证。
功能要求
1. 开放式力控实验平台
• 支持阻抗控制、力控制、位置控制等多种控制模式切换
• 提供关节力矩实时反馈，采样率可达 1 kHz
• 内置碰撞检测与安全回退功能，支持人机物理交互
• 提供低层级力矩控制接口，支持自定义控制算法开发
2. 冗余机械结构设计
• 7 自由度冗余结构，避障能力更强，工作空间覆盖更广
• 各关节力矩传感器精度高，可实现精细力控操作
• 末端执行器支持快速更换，兼容多种夹爪和工具
3. 软件开发环境
• 完整支持 ROS/ROS2，提供 MoveIt! 运动规划集成
• 提供 libfranka C++ 库和 panda-robot-client Python 客户端
• 支持 ROS MoveIt! 仿真环境，可在无实物条件下进行算法开发
• Franka World 平台支持多机器人协作和云端固件更新
4. 教学与科研功能
• 内置关节空间和任务空间的示范轨迹录制与复现功能
• 支持阻抗控制、导纳控制、力位混合控制等经典力控算法实验
• 提供 Franka FCS（Force Control Studio）力控实验套件
技术规格
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参数 |
规格 |
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自由度 |
7 轴冗余结构 |
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有效负载 |
3 kg |
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最大工作半径 |
855 mm |
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关节力矩传感器 |
每关节 1 个，共 7 个 |
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力控精度 |
0.05 Nm（力矩分辨率） |
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位置重复精度 |
±0.1 mm |
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末端最大速度 |
2 m/s |
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控制频率 |
1 kHz（力矩控制）/ 5 kHz（电流控制） |
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通信接口 |
Ethernet (TCP/IP)、ROS API |
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重量 |
约 18 kg（本体） |
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电源 |
220V AC，功耗约 250W |
配套课程与实验项目
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序号 |
课程名称 |
实验项目 |
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1 |
机器人学基础 |
七轴冗余机械臂运动学建模与正逆解验证实验 |
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2 |
力控算法与阻抗控制 |
阻抗控制参数调优与力控稳定性分析实验 |
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3 |
人机协作与碰撞检测 |
碰撞检测灵敏度设置与安全回退策略实验 |
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4 |
运动规划 |
基于 MoveIt! 的冗余机械臂避障路径规划实验 |
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5 |
柔顺控制 |
力位混合控制与主动柔顺抓取实验 |
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6 |
具身智能导论 |
示教学习（Learning from Demonstration）数据采集与复现实验 |
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7 |
机器人操作系统 |
ROS 架构下的 FR3 节点通信与多机协作实验 |
适用专业
• 机器人工程
• 自动化
• 机械电子工程
• 人工智能
• 计算机科学与技术
• 机械工程（机器人方向）
应用领域
• 具身智能科研与算法验证
• 柔性装配与力控精密操作
• 人机协作场景应用
• 医疗康复机器人辅助研究
• 服务机器人开发
