机器人阻抗控制的设计方法主要围绕调整机器人与环境之间的动态关系，使其等效为由弹簧-阻尼-质量组成的二阶系统。这一控制策略不是直接控制机器人的运动或其与外界的接触力，而是控制这二者之间的动态关系。以下是机器人阻抗控制设计方法的详细阐述：
一、阻抗控制原理
机器人阻抗控制通过修改机器人与环境接触作业的动力学模型，使其等效为一个期望的阻抗（弹簧-质量-阻尼）模型。这一模型描述了机器人末端位置与接触力之间的动态关系，通过调节惯性、阻尼、刚度参数来实现对机器人行为的调整。
二、阻抗控制方法
机器人阻抗控制主要分为两种方法：基于位置的阻抗控制和基于力的阻抗控制。
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基于位置的阻抗控制
- 工作原理：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。
- 主要目的：控制机器人的位置精度和运动轨迹。
- 特点：侧重于位置控制，通过调整阻抗参数来影响机器人对环境变化的响应。
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基于力的阻抗控制
- 工作原理：需要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。
- 主要目的：控制机器人与环境之间的作用力和反作用力，实现更好的顺应性。
- 特点：侧重于力控制，需要使用力觉传感器（如六维力传感器）来测量机器人与环境之间的作用力，从而实现对力和位置的精准控制。
利用pHRI的方法，机器人可以作为人类的助手，帮助操纵重载，或精确定位围绕目标姿势，照顾人类的安全。为了达到这些目的，可以确定值得特别注意的三个突出方面。首先，机器人控制器应该是本质上安全和兼容的。其次，人与机器人之间的交互应该被建模，以便用于机器人的控制。最后，预测人类的意图可以让机器人提供帮助。因此，应该引入一种预测人类意图的方法。
基于力的阻抗控制
在阻抗模型中，沿着笛卡尔方向选择一个特定的刚性，会导致接触力和在该方向上的位置精度之间的权衡。
虚拟阻抗参数对系统响应的影响可以通过操纵其中一个阻抗参数和固定其他参数来研究。
因此，更大的虚拟质量会导致响应变慢，反之亦然，而虚拟刚度则负责响应的衰减。阻尼系数bd的优点是可以形成瞬态响应。
基于位置的阻抗控制
引入一个名为“命令阻抗参考轨迹”xc的新变量来实现，用于末端执行器，这是由末端执行器的期望参考和相互作用力螺旋的测量得到的。
实际上，众所周知的非线性方案，如反馈线性化控制（计算转矩控制）、基于无源性的控制、鲁棒滑模控制和模型参考自适应控制，都可以用于内部位置控制回路。
两种阻抗设计方法的对比
实际上，基于力的阻抗控制和基于位置/速度的阻抗控制是基于力控制系统和位置控制系统的假设；因此，它们的性能和稳定性可能不同。在使用阻抗控制时，需要考虑一些重要的问题：
对于期望的刚性阻抗行为，基于力的阻抗控制可能会由于噪声的放大而遇到不稳定问题。如果环境是软的（柔顺的），端部执行器的刚度应更硬，反之亦然。因此，基于力的阻抗控制可能适用于与刚性环境的相互作用。相比之下，基于位置的阻抗控制比柔顺行为更适合于实现刚性行为，即它适合于与柔顺环境的交互
内部速度控制回路可以提高与阻抗控制相关的性能和稳定性问题。但是，应考虑以下几点：
在一些机器人应用中，所期望的位置轨迹可能是未知的，
