15、三菱PA10 - 7CE机械臂的力与位置模糊控制研究

三菱PA10 - 7CE机械臂的力与位置模糊控制研究

1. 引言

在机器人执行任务时，与周围环境进行物理接触和操作的能力是执行更高级操作任务的必要条件，这种能力被称为机器人与工作环境的交互能力。在交互过程中，会出现受限运动的情况，即机器人末端执行器在跟踪几何轨迹时受到环境的约束。此时，力反馈对于实现稳定、安全和可靠的操作至关重要，单纯的运动控制很难达到这样的效果。

机器人与周围环境的交互状态可以通过关节力估计或直接通过安装在机械臂和末端执行器之间的力/扭矩传感器获取的接触力来描述。目前，已经有大量关于机器人与环境交互控制的研究，这些控制器根据其架构可以分为不同类型。

2. 交互控制

机器人与环境交互的性质使得机器人应用可以分为两类：一类是无接触任务，即自由空间中的无限制运动；另一类是复杂的机器人应用，需要机械臂与其他物体进行机械耦合。后一类任务又可以分为两个类别：
- 第一类是力相关的基本任务，要求末端执行器与环境保持稳定的物理接触并执行特定的力过程。
- 第二类是强调末端执行器在受限表面上的运动（柔顺运动）。

2.1 受限运动控制方案分类

根据相关理论，柔顺方案可以分为以下两类：
- 被动柔顺 ：末端执行器的位置通过接触力自身进行调整，这是由于机械臂结构、伺服系统和末端执行器中具有高柔顺性的特殊装置所固有的柔顺性。
- 主动柔顺 ：通过力反馈回路进行调整，以实现机器人的反应，既可以通过力交互控制，也可以通过生成具有特定柔顺性的任务。

这里主要关注主动柔顺方案，特别是力/位置混合