机器人阻抗控制相关文献学习（阻抗实现）

news2024/10/23 11:18:03

机器人阻抗是一个描述机器人与环境交互时动态特性的概念。

定义：
- 阻抗在机器人领域中，通常用来描述机器人与其环境之间的相互作用。当机器人与环境接触时，环境对机器人施加一个作用力，而机器人也会对环境施加一个反作用力。这个反作用力的大小和方向，就由机器人的阻抗所决定。
阻抗的本质：
- 阻抗的本质与电工电子学中的阻抗类似，即一个系统对流经它的给定频率下的交流电流的总抵抗能力。但在机器人领域，阻抗更多地被用来描述力学的振动系统，特别是机器人与环境之间的相互作用。
阻抗的建模：
- 在机器人系统中，阻抗通常被建模为二阶动态系统，即质量、阻尼、弹簧的组合。这意味着机器人的阻抗可以通过调整其质量、阻尼和弹簧特性来改变。
阻抗的组合类型：
- 当涉及到不同阻抗组合类型时，机器人的阻抗并不是一个固定的值。它会根据具体的组合类型以及机器人的设计、任务需求和环境条件而发生变化。例如，在某些情况下，增加阻尼可以减少在受到外部扰动时的振动；而在其他情况下，增加刚度可以提高位置控制的准确性。
阻抗控制的目的：
- 阻抗控制是一种通过调整机器人的阻抗来实现精准控制的方法。其目的在于控制机器人的运动及其与环境交互时的接触力。通过定义机器人的刚度和阻尼，可以控制机器人在与环境交互期间的行为方式。

阻抗控制是一种通过调节电路或系统的阻抗来实现对电流、电压或功率的控制的方法。在机器人控制领域，阻抗控制主要用于控制机器人运动与外力之间的动态关系，使其等效为由弹簧-阻尼-质量组成的二阶系统。通过调节机器人的行为，以维持这个理想的动态关系。

为什么要进行阻抗控制：

提高交互安全性：阻抗控制可以使机器人在与外界环境交互时表现出一定的柔顺性，减少碰撞和损伤。
适应不同任务需求：通过调整阻抗参数，阻抗控制可以使机器人适应不同的任务需求，如装配、搬运等。
提高控制精度：阻抗控制可以实现对机器人末端执行器位置和接触力的精确控制，提高整个控制系统的精度和性能。

如何实现阻抗控制：

阻抗控制系统由内部的力闭环控制和外部的阻抗计算（位置控制）环节组成。具体而言，它涉及到机器人末端执行器的位置和接触力之间的动态关系，通过调整阻抗参数（如质量、阻尼、刚度）来实现顺应控制。

目前的阻抗控制实现方式分类、区别及优缺点：

内环基于位控的阻抗控制（导纳控制）：
- 区别：这种方法主要关注位置控制，通过调整位置来间接实现力控制。
- 优点：对自由运动和约束运动之间的转换具有很强的适应性，对系统的不确定性和扰动具有较强的鲁棒性。
- 缺点：在阻抗参数较大的场合使用时容易引起系统的不稳定。
基于力控的阻抗控制：
- 区别：这种方法直接关注力控制，通过调整力反馈来实现阻抗控制。
- 优点：与导纳控制相反，它一般用在阻抗参数较小的场合下，对力控制精度要求较高的情况更为适用。
- 缺点：在实际中难于准确得到末端执行器的参考轨迹和环境的位置、刚度，因此既无法准确实现位置控制又无法准确实现力控制。