34、力控制与混合力/运动控制详解

力控制与混合力/运动控制详解

在机器人操作中，力控制是一个关键的研究领域，它涉及到机器人与环境的交互，特别是在处理诸如物体滑动、插入、转动曲柄等任务时。本文将深入探讨自然和人工约束的概念，并介绍混合力/运动控制的方法，包括在柔性环境和刚性环境中的应用。

1. 自然和人工约束

在与环境交互时，根据环境的特性（如刚度），可以选择控制的变量（力或速度），前提是要保持约束的互补性。在高刚度情况下，建议将力作为人工约束，速度作为自然约束；而在低刚度情况下，则相反。

1.1 典型任务分析

• 平面上滑动 ：末端执行器的任务是在平面上滑动棱柱形物体。选择约束框架时，可将其附着在接触平面上，有一个轴垂直于该平面，或者将任务框架附着在物体上。自然约束包括沿zc轴的线性速度和沿xc、yc轴的角速度为零，以及沿xc、yc轴的力和沿zc轴的力矩为零。人工约束则针对不受自然约束的变量，如沿xc、yc轴的线性速度和沿zc轴的角速度，以及沿zc轴的力和沿xc、yc轴的力矩。该任务中，力控制子空间的维度m = 3，速度控制子空间的维度为6 - m = 3。矩阵Sf和Sv的选择如下：

Sf =
⎡
⎢⎢⎢⎢⎢⎣
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
⎤
⎥⎥⎥⎥⎥⎦
Sv =
⎡
⎢⎢⎢⎢⎢⎣
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
⎤
⎥⎥⎥⎥⎥⎦

如果约束框架附着在接触平面上，相对于基框架，Sf和Sv是常数；相对于末端执行器框架，则是时