柚子快報(bào)激活碼778899分享：機(jī)器人柔順控制
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背景介紹
對(duì)于機(jī)器人普通的位置控制模式下，控制器給伺服下發(fā)位置指令，機(jī)器人會(huì)運(yùn)動(dòng)到指定的目標(biāo)點(diǎn)。位置控制是說(shuō)一不二的，這種控制在涉及到接觸作業(yè)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生麻煩，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)環(huán)境中會(huì)充滿各種誤差，即使位置誤差很小，但是經(jīng)過(guò)大剛度的放大會(huì)產(chǎn)生很大的接觸力，這是非常危險(xiǎn)的。對(duì)此，機(jī)械臂柔順控制技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生。
1、被動(dòng)柔順控制
在機(jī)械臂末端再安裝一個(gè)機(jī)械彈性結(jié)構(gòu)，通過(guò)機(jī)械臂的彈性來(lái)實(shí)現(xiàn)力控功能。這種控制方式可以在不更改原有的機(jī)器人控制算法上實(shí)現(xiàn)力控，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低廉，但力控精度無(wú)法保證，只能適用于一些對(duì)力控精度很低的場(chǎng)景，比如擦桌子場(chǎng)景。
2、主動(dòng)柔順控制
利用力的反饋信息，采用一定的控制策略去主動(dòng)控制機(jī)器人作用力，具體分為直接力控與間接力控。
2.1直接力控
在不需要考慮人機(jī)交互的安全性的情況下，只需要控制機(jī)器人以某個(gè)精確壓力下壓某個(gè)表面，或者邊移動(dòng)邊下壓某個(gè)表面，就可以用直接力控，比如典型的打磨場(chǎng)景。該控制方法最常見于簡(jiǎn)單的零力拖動(dòng)示教方案，當(dāng)然要實(shí)現(xiàn)零力拖動(dòng)示教控制回路中還需要重力補(bǔ)償和摩擦力摩擦。其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)需修改原有系統(tǒng)中現(xiàn)有的位置控制。
2.1.1基于電流環(huán)
通過(guò)電流反饋和辨識(shí)的動(dòng)力學(xué)模型估計(jì)外力，優(yōu)勢(shì)是無(wú)序額外的傳感器，缺點(diǎn)是力控精度差。
2.1.2 基于末端力傳感器
通過(guò)在機(jī)械臂末端加裝一個(gè)力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，優(yōu)勢(shì)是力控精度高，缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。
2.1.3 基于關(guān)節(jié)力矩傳感器
機(jī)械臂本體的關(guān)節(jié)帶力矩傳感器才能實(shí)現(xiàn)，力控精度上比基于電流環(huán)的要高，比基于末端力傳感器的方式低。
2.2 間接力控
間接力控既不是單純地控制力，也不是單純地控制位置，而是控制力與位置的相對(duì)關(guān)系。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，間接力控就是把前面提到的彈簧阻尼結(jié)構(gòu)改用了軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但其實(shí)它還是個(gè)彈簧阻尼系統(tǒng)。
2.2.1導(dǎo)納控制
根據(jù)接收的力偏差信號(hào)(末端力傳感器或者關(guān)節(jié)力矩傳感器)生成位置參考信號(hào)，外環(huán)為力控制環(huán)，內(nèi)環(huán)為位置控制環(huán)。 導(dǎo)納控制器公式：
τ
e
=
M
(
x
¨
r
?
x
¨
d
)
+
B
(
x
˙
r
?
x
˙
d
)
+
K
(
x
r
?
x
d
)
\tau_{e} = M(\ddot{x}_{r}-\ddot{x}_3ih7pjjnjzpn)+B(\dot{x}_{r}-\dot{x}_3ih7pjjnjzpn)+K(x_{r}-x_3ih7pjjnjzpn)
τe?=M(x¨r??x¨d?)+B(x˙r??x˙d?)+K(xr??xd?) 即：
x
¨
r
=
M
?
1
[
τ
e
?
B
(
x
˙
r
?
x
˙
d
)
?
K
(
x
r
?
x
d
)
]
+
x
¨
d
\ddot{x}_{r}=M^{-1}[\tau_{e}-B(\dot{x}_{r}-\dot{x}_3ih7pjjnjzpn)-K(x_{r}-x_3ih7pjjnjzpn)]+\ddot{x}_3ih7pjjnjzpn
x¨r?=M?1[τe??B(x˙r??x˙d?)?K(xr??xd?)]+x¨d? 其中，
M
、
B
、
K
M、B、K
M、B、K分別為質(zhì)量、阻尼、剛度，
τ
e
\tau_{e}
τe?為外接觸力，
x
d
x_3ih7pjjnjzpn
xd?為機(jī)器人期望位置，
x
r
x_{r}
xr?為實(shí)際給機(jī)器人下發(fā)的位置 以機(jī)器人撞擊玻璃為例，在機(jī)器人碰到玻璃前，
τ
e
=
0
\tau_{e}=0
τe?=0，此時(shí)實(shí)際給機(jī)器人下發(fā)的位置等于機(jī)器人期望位置，即
x
r
=
x
d
x_{r}=x_3ih7pjjnjzpn
xr?=xd?，在機(jī)器人碰到玻璃后，
τ
e
\tau_{e}
τe?逐漸增大，
x
r
x_{r}
xr?隨著
τ
e
\tau_{e}
τe?的增大而減小，最終停止。
2.2.1阻抗控制
根據(jù)位移或者速度偏差生成力控信號(hào)，外環(huán)為位置控制環(huán)，內(nèi)環(huán)為力控制環(huán)。 阻抗控制器公式：
τ
r
=
M
(
x
¨
d
?
x
¨
a
)
+
B
(
x
˙
d
?
x
˙
a
)
+
K
(
x
d
?
x
a
)
\tau_{r} = M(\ddot{x}_3ih7pjjnjzpn-\ddot{x}_{a})+B(\dot{x}_3ih7pjjnjzpn-\dot{x}_{a})+K(x_3ih7pjjnjzpn-x_{a})
τr?=M(x¨d??x¨a?)+B(x˙d??x˙a?)+K(xd??xa?) 其中，
M
、
B
、
K
M、B、K
M、B、K分別為質(zhì)量、阻尼、剛度，
τ
e
\tau_{e}
τe?為外接觸力，
x
d
x_3ih7pjjnjzpn
xd?為機(jī)器人期望位置，
x
a
x_{a}
xa?為機(jī)器人實(shí)際反饋位置 以機(jī)器人撞擊玻璃為例，在機(jī)器人碰到玻璃前，機(jī)器人期望位置與其實(shí)際反饋位置的偏差使得機(jī)器人末端產(chǎn)生一個(gè)力
τ
r
\tau_{r}
τr?，這個(gè)力
τ
r
\tau_{r}
τr?的作用就是使得機(jī)器人朝著期望位置運(yùn)動(dòng)，在機(jī)器人碰到玻璃后，機(jī)器人末端受到一個(gè)與
τ
r
\tau_{r}
τr?反向的力
τ
e
\tau_{e}
τe?，
τ
e
\tau_{e}
τe?會(huì)抵消
τ
r
\tau_{r}
τr?的一部分使得機(jī)器人期望位置與其實(shí)際反饋位置始終保持一個(gè)固定的差值，因而不會(huì)撞碎玻璃。
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