机器人阻抗控制直观(图示理解)与控制框架/架构

在刚性碰撞下,机器人的阻抗调节可以使其更好地适应外部环境。具体来说,通过建立力与位移之间的关系,并改变阻抗参数,可以控制机器人对外部力的响应。

在具体实现上,可以采用基于位置的阻抗控制或基于力的阻抗控制。基于位置的阻抗控制让机器人电机在位置模式下工作,通过发送目标位置和速度实现阻抗特性;而基于力的阻抗控制让机器人的电机处于力矩模式工作,考虑机器人的动力学模型,直接计算出需要的力矩给驱动器。

机器人阻抗控制夹取物块的整个过程。在过程中,机器人的控制器会不断调整阻抗模型参数,以适应不同的操作需求,并保持对物块的稳定夹取。

通过调整机器人的阻抗参数,以实现对打磨力、接触力和摩擦力等外部力的适应和调节,从而提高打磨质量和效率。

通过六维力传感器,可以同时转换多维力/力矩信号为电信号,并监测方向和大小不断变化的力与力矩。这样可以帮助控制弹簧按压的力度和方向,从而更好地控制机器人的运动。此外,六维力传感器还可以用于监测机器人有关部件所受外力及转矩,以及检测接触力的大小和作用点等

阻抗控制和导纳控制都是机器人控制中的重要概念,两者在实现方式、应用场景和要求等方面存在一些差异。

  1. 实现方式:阻抗控制通常是通过调整机器人的阻抗参数来实现对外部力的响应,它关注的是力和位置之间的关系,通常基于位置控制来实现。而导纳控制则是通过调整机器人的导纳参数来对外部环境进行适应,它关注的是力和速度之间的关系,通常基于速度控制来实现。
  2. 应用场景:阻抗控制通常用于机器人的刚性接触和碰撞场景,例如在制造业中的装配线或医疗行业中的手术机器人等场景中,需要机器人对外部物体进行准确的操控和稳定的交互。而导纳控制则更适用于非刚性接触的场景,例如在服务行业中的机器人与人或物品的交互,或者在自然界中的软体机器人等场景中,需要机器人对外部环境进行灵活的适应和自然的交互。
  3. 要求:阻抗控制的要求在于精确地控制机器人的位置和力输出,以实现对外部物体的稳定操控和避免对物体造成损害。而导纳控制的要求在于灵活地适应外部环境的变化,以实现与外部环境的自然交互和避免对自身造成损害。

  1. 定义阻抗模型:根据机器人与外部环境的交互方式和要求,定义合适的阻抗模型,包括阻抗参数(如刚度、阻尼和质量等)的设定。
  2. 获取传感器信息:通过传感器获取机器人与外部环境的交互信息,如接触力、位置和速度等。
  3. 计算误差:根据阻抗模型和传感器信息,计算出机器人与目标位置之间的误差。
  4. 调整控制信号:根据误差和其他控制信号,如速度和加速度等,调整机器人的控制信号。
  5. 控制机器人运动:将调整后的控制信号输入到机器人的控制系统,控制机器人的运动轨迹和速度。
  6. 反馈调整:通过传感器不断获取机器人与外部环境的交互信息,根据反馈信息对阻抗模型和控制信号进行调整,以实现更精确的阻抗控制。

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